JP2006112815A

JP2006112815A - 誘導型変位検出装置

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Publication number: JP2006112815A
Application number: JP2004297688A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kawatoko; 修川床
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-12
Also published as: US20060076949A1; CN1776372A; US7196510B2; EP1647809A3; EP1647809A2; EP1647809B1; DE602005008850D1; CN1776372B; JP4615955B2

Abstract

【課題】分解能向上及び高精度化の可能な誘導型変位検出装置を提供する。
【解決手段】誘導型変位検出装置１は、スケール３と、測定軸Ｘに沿って移動可能なセンサヘッド５と、を有する。スケール３には磁束結合巻線９が測定軸Ｘに沿って配列されている。センサヘッド５に配置された受信巻線１５は、受信ループ１７を測定軸Ｘに沿って配列された構成を有する。隣り合う受信ループ１７で構成されるペアループ１９の測定軸Ｘに沿った長さをλとすると、磁束結合巻線９のピッチＰがλ／５である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノギスやリニアエンコーダ等に応用される、電磁結合（磁束結合）を利用して変位検出を行う誘導型変位検出装置に関する。

誘導型変位検出装置は、直線変位や角度変位などの精密な測定に利用される。従来の誘導型変位検出装置は、磁束結合部材となるプレートを所定ピッチで配列したスケールと、このスケールに対して相対移動可能に対向配置されると共にプレートと磁束結合が可能な送信巻線及び受信巻線が配置されたセンサヘッドと、により構成される（例えば特許文献１）。
特開平８-３１３２９５号公報（図４）

誘導型変位検出装置の分解能向上及び高精度化のためには、磁束結合部材となるプレートのピッチや受信巻線を構成する受信ループの寸法を小さくすればよい。プレートはその形状が単純なので、プレートの狭ピッチ化は容易である。しかし、受信巻線は、センサヘッドの相対移動方向に沿って複数の受信ループを繋げた比較的複雑な形状を有する。そして、分解能向上のために受信巻線からの出力信号を内挿処理する場合、複数の受信巻線が位相をずらして重ねてセンサヘッドに配置される。この場合、受信巻線の形状はさらに複雑になる。

このように受信巻線の形状は比較的複雑なので、デザインルール上の受信ループの限界寸法も比較的大きくなる。受信巻線を形成する基板として、薄膜多層基板や高密度ビルドアップ基板を用いれば、受信ループの限界寸法を小さくできる。しかし、これでは誘導型変位検出装置の製造コストが上昇する。

本発明は、分解能向上及び高精度化の可能な誘導型変位検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る誘導型変位検出装置は、スケールと、前記スケールと対向するように配置されると共に前記スケールに対して測定軸の方向に相対移動可能なセンサヘッドと、前記センサヘッドに配置された送信部材と、前記測定軸に沿って前記センサヘッドに配列された複数の受信ループを有する受信巻線と、前記送信部材及び前記受信巻線に対して磁束結合可能であると共に前記測定軸に沿って前記スケールに配列された複数の磁束結合部材と、を備え、隣り合う前記受信ループで構成されるペアループの前記測定軸に沿った長さをλとすると、一個分の前記受信ループの前記測定軸に沿った長さがλ／２であると共に前記磁束結合部材のピッチがλ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る誘導型変位検出装置によれば、隣り合う受信ループで構成されるペアループの長さがλに対して、磁束結合部材のピッチをλ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）にしている。このため、デザインルール上の受信ループの限界寸法の影響を受けることなく、磁束結合部材のピッチを小さくすることができる。よって、誘導型変位検出装置の分解能向上及び高精度化を図ることが可能となる。なお、Ｎが偶数の場合、ペアループを構成する一方の受信ループで受信された信号と他方の受信ループで受信された信号とが互いに打ち消しあうので、受信巻線から出力信号を得ることができない。したがって、Ｎを奇数にしている。

本発明の一態様に係る誘導型変位検出装置において、前記受信巻線が三つあり、これらはλ／３又はλ／６ずつ位相をずらして配置されており、前記磁束結合部材のピッチがλ／５であるようにすることができる。

これは、いわゆる三相タイプである。このタイプでは、磁束結合部材のピッチがλ／３だと、三つの受信巻線からの出力信号の位相が同じになる。このため、位相の異なる三つの出力信号を得ることができないので、内挿処理をすることができない。一方、磁束結合部材のピッチが小さくなると各受信巻線からの出力信号の強度も小さくなる。したがって、磁束結合部材のピッチをλ／５にすることが考えられる。

本発明の一態様に係る誘導型変位検出装置において、前記受信巻線が二つ又は四つあり、これらはλ／４ずつ位相をずらして配置されているようにすることができる。いわゆる二相タイプや四相タイプにも本発明の一態様を適用することができる。

本発明の一態様に係る誘導型変位検出装置において、前記受信ループは、前記測定軸に沿って延びる中央部と、前記測定軸に対して斜めに延びると共に前記中央部の両側に位置する二つの側部と、を含み、前記側部の前記測定軸に沿った長さの二倍は、前記磁束結合部材のピッチより小さいようにすることができる。これによれば、受信巻線からの出力信号の強度を大きくすることができる。

本発明の一態様に係る誘導型変位検出装置において、前記中央部と前記側部との境界は、前記測定軸に対する傾斜が前記側部より小さくされているようにすることができる。

これによれば、受信ループのデザインルールに抵触することなく、受信ループが磁束結合巻線と重なる面積（すなわち、受信巻線からの出力信号の強度）を大きくすることができる。

本発明の他の態様に係る誘導型変位検出装置は、スケールと、前記スケールと対向するように配置されると共に前記スケールに対して測定軸の方向に相対移動可能なセンサヘッドと、前記センサヘッドに配置された送信部材と、隣り合う受信ループ間にスペースが設けられるように前記測定軸に沿って前記センサヘッドに配列された複数の受信ループを有する受信巻線と、前記送信部材及び前記受信巻線に対して磁束結合可能であると共に前記測定軸に沿って前記スケールに配列された複数の磁束結合部材と、を備え、前記受信ループのピッチをＱとすると、前記磁束結合部材のピッチがＱ／Ｎ（Ｎは２以上の整数）であるようにすることができる。

本発明の他の態様に係る誘導型変位検出装置によれば、受信ループのピッチＱに対して、磁束結合部材のピッチをＱ／Ｎ（Ｎは２以上の整数）にしている。このため、デザインルール上の受信ループの限界寸法の影響を受けることなく、磁束結合部材のピッチを小さくすることができる。よって、誘導型変位検出装置の分解能向上及び高精度化を図ることが可能となる。なお、本発明の他の態様に係る誘導型変位検出装置は、隣り合う受信ループ間に受信ループ一個分のスペースが設けられた構成なので、Ｎは偶数でもよいし、奇数でもよい。

本発明によれば、誘導型変位検出装置の分解能向上及び高精度化を図ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。各実施形態を説明する図において、すでに説明した符号の示すものと同一のものについては、同一符号を付すことにより説明を省略する。

［第１実施形態］
第１実施形態に係る誘導型変位検出装置の主な特徴は、隣り合う受信ループで構成されるペアループ（ツィストペアとも言われる）の測定軸に沿った長さをλとすると、磁束結合巻線（磁束結合部材の一例）のピッチをλ／５にしたことである。まず、第１実施形態に係る誘導型変位検出装置の構成から説明する。図１は、この装置１の概略構成を示す斜視図である。

誘導型変位検出装置１は、スケール３とこれに対向するように配置されたセンサヘッド５とから構成される。スケール３は、その長手方向の一部が表れている。スケール３の長手方向が測定軸Ｘとなる。センサヘッド５は、スケール３に対して所定ギャップをもって測定軸Ｘに沿って移動可能に配置される。なお、センサヘッドが固定でスケールが移動する構成でもよい。すなわち、センサヘッドとスケールとは、測定軸の方向に相対移動可能にされていればよい。

スケール３は、ガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板７を備える。基板７の材料としては、ガラスやシリコン等でもよい。基板７のセンサヘッド５に対向する面側には、測定軸Ｘに沿って同じ形状をした複数の磁束結合巻線９（磁束結合部材の一例）が並べられている。言い換えれば、複数の磁束結合巻線９が測定軸Ｘに沿ってスケール３に配列されている。

磁束結合巻線９は、長手方向が測定軸Ｘと直交する矩形の線状導体であり、この線状導体は、アルミニウム、銅、金などの電気抵抗が低い材料から構成される。磁束結合巻線９を覆うように、絶縁基板７上に図示しないパッシベーション膜が形成されている。また、巻線９に替えて、磁束結合を阻害する金属プレートを測定軸Ｘに沿って周期的に配置してもよい。この場合でも、巻線９を配置した場合と同様に、センサヘッド５の位置に依存する周期的信号が受信巻線１５から得られるので変位検出が可能である。

センサヘッド５はガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板１１を有する。ガラスやシリコン等を基板１１の材料にすることもできる。絶縁基板１１のスケール３と対向する面側には、送信巻線１３（送信部材の一例）が形成されている。したがって、送信巻線１３はセンサヘッド５に配置されている。送信巻線１３の形は、長手方向が測定軸Ｘに沿った矩形状である。送信巻線１３は磁束結合巻線９に対して磁束結合可能である。送信巻線１３の替わりに、１本の線状導体を送信部材にしてもよい。

絶縁基板１１のスケール３と対向する面側であって、送信巻線１３の内側には、一つの受信巻線１５が配置されている。巻線１５は磁束結合巻線９と磁束結合可能である。測定軸Ｘに沿って絶縁基板１１上に並べられた複数の受信ループ１７により受信巻線１５が構成される。言い換えれば、受信巻線１５は、測定軸Ｘに沿ってセンサヘッド５に配列された複数の受信ループ１７を有する。なお、受信巻線１５は一つに限らす、二つ以上でもよい。例えば、λ／４ずつ位相をずらして配置された二つの受信巻線やλ／６ずつ位相をずらして配置された三つの受信巻線についても本発明を適用することができる。

受信ループ１７は六角形状の線状導体である。隣り合う受信ループ１７は、立体交差によりつながっており、ペアループ１９が構成される。ペアループ１９の測定軸Ｘに沿った長さはλであり、一個分の受信ループ１７の測定軸Ｘに沿った長さＬはλ／２である。磁束結合巻線９のピッチＰはλ／５である。

送信巻線１３や受信巻線１５を覆うように、図示しないパッシベーション膜が絶縁基板１１上に形成されている。送信巻線１３や受信巻線１５の端子２１は、配線を介して、変位を測定するための演算や制御などをするＩＣ回路（図示せず）と接続されている。送信巻線１３及び受信巻線１５は、磁束結合巻線９と同様の材料から構成される。以上が誘導型変位検出装置１の構成である。

次に、図２を用いて誘導型変位検出装置１の動作について簡単に説明する。図２はこの動作の説明図であり、誘導型変位検出装置１に備えられる送信巻線１３、磁束結合巻線９及び受信巻線１５の一部のそれぞれの平面図並びにスケールに対するセンサヘッドの相対移動により生じる受信巻線１５からの出力信号Ｓの波形図が示されている。

送信用励振信号（単相交流）が送信巻線１３に送られる。これにより、ある時刻に着目すると、送信巻線１３には時計回りに励振電流ｉ１が流れる。励振電流ｉ１により送信巻線１３から交番磁束が生成され、磁束結合巻線９と磁束結合する。このため、磁束結合巻線９には反時計回りに誘導電流ｉ２が流れ、これにより磁束結合巻線９から発生される交番磁束が受信巻線１５の受信ループ１７に磁束結合する。この結合により、受信ループ１７には、時計回りの誘導電流ｉ３が流れる。この結果、スケールに対するセンサヘッドの相対移動により受信巻線１５から正弦波状の出力信号Ｓが図示しないＩＣ回路に送られる。ＩＣ回路は出力信号Ｓをサンプリングし、ディジタル値に変換して、スケール３に対するセンサヘッド５の位置を演算する。

さて、上述のように、第１実施形態では、ペアループ１９の長さをλとすると、磁束結合巻線９のピッチＰをλ／５にしている。これに対して、比較形態に係る誘導型変位検出装置では、磁束結合巻線９のピッチＰはλである。図３は比較形態の動作の説明図であり、図２と対応する。図３に示す磁束結合巻線９と受信巻線１５との位置関係において、受信ループ１７（１７ｂ）は、磁束結合巻線９と重なっていない。よって、受信ループ１７ａに誘起電圧が発生し、受信ループ１７ｂに誘起電圧が発生していないので、図示している矢印方向に誘導電流ｉ３が流れる。そして、スケールに対するセンサヘッドの相対移動により受信巻線１５から正弦波状の出力信号Ｓが図示しないＩＣ回路に送られる。

ここで、スケールに対するセンサヘッドの相対移動による誘導電流ｉ３の変化を、図３に示す比較形態を例にして図４を用いて説明する。（１）に示すように、磁束結合巻線９と受信ループ１７ａとの重なりが最大の場合、図３に示す誘導電流ｉ３が流れる。これは図４に示すように正の最大値となる。（２）に示すように、磁束結合巻線９と受信ループ１７ａとの重なりが、磁束結合巻線９と受信ループ１７ｂとの重なりと同じになる場合、受信ループ１７ａと受信ループ１７ｂを流れる誘導電流ｉ３が釣り合うので、誘導電流ｉ３がゼロとなる。（３）に示すように、磁束結合巻線９と受信ループ１７ｂとの重なりが最大になる場合、誘導電流ｉ３が負の最大値となる。

さて、比較形態では磁束結合巻線９のピッチＰがλなので、出力信号Ｓの波長はλである。これに対して、図２の第１実施形態では磁束結合巻線９のピッチＰがλ／５なので、出力信号Ｓの波長はλ／５である。したがって、第１実施形態の出力信号Ｓの波長は、比較形態のそれの１／５となる。このように、第１実施形態では磁束結合巻線９のピッチＰを小さくすることにより、出力信号Ｓの波長を短くしている。よって、誘導型変位検出装置の分解能向上及び高精度化を図ることができる。

第１実施形態の受信ループ１７の長さＬは、比較形態のそれと同じであり、λ／２である。したがって、第１実施形態によれば、受信ループ１７の寸法を小さくすることなく、磁束結合巻線９のピッチＰを小さくしていることになる。これは、デザインルール上の受信ループ１７の限界寸法の影響を受けることなく、磁束結合巻線９のピッチＰを小さくできることを意味する。よって、ガラスエポキシ基板のような比較的安価なものをセンサヘッド５の絶縁基板１１に用いることができるので、誘導型変位検出装置の製造コストを下げることができる。

第１実施形態では、磁束結合巻線９のピッチＰがλ／５の場合で説明しているが、ピッチＰがλ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）であればよい。Ｎを３以上の奇数とした理由を次に説明する。図５は、Ｎが２，４の場合における磁束結合巻線９、受信巻線１５及びこれらの重なり部２３を示す図である。ペアループ１９を構成する一方の受信ループ１７（１７ａ）を流れる誘導電流ｉ３の符号を「＋」とし、他方の受信ループ１７（１７ｂ）を流れる誘導電流ｉ３の符号を「−」とする。

受信ループ１７ａと受信ループ１７ｂとでは重なり部２３の面積が同じになる。したがって、受信ループ１７ａ，１７ｂを流れる誘導電流ｉ３の大きさが同じとなり、誘導電流ｉ３が打ち消されることになる。

一方、図６は、Ｎが３，５の場合における磁束結合巻線９、受信巻線１５及びこれらの重なり部２３を示す図であり、図５と対応する。Ｎが奇数の場合、受信ループ１７ａと受信ループ１７ｂとでは重なり部２３の面積が異なる。例えば、Ｎ＝５において、「＋」の重なり部２３の面積は約１３マスであり、「−」の重なり部２３の面積は約１４マスである。よって、受信ループ１７ａ，１７ｂを流れる誘導電流ｉ３の大きさを異ならせることができるため、受信巻線１５から出力信号を得ることができる。

以上のように、Ｎが偶数の場合、受信ループ１７ａで受信された信号と受信ループ１７ｂで受信された信号とが互いに打ち消しあうので、受信巻線１５から出力信号を得ることができないのである。したがって、Ｎを３以上の奇数としたのである。

［第２実施形態］
第２実施形態の主な特徴は、受信ループの側部の長さの二倍を磁束結合巻線のピッチより小さくしたことである。図７は第２実施形態に係る磁束結合巻線９、受信巻線１５及びこれらの重なり部２３を示す図である。

第２実施形態の受信ループ１７は、測定軸Ｘに沿って延びる中央部２５と、測定軸Ｘに対して斜めに延びると共に中央部２５の両側に位置する二つの側部２７と、により構成される。側部２７において隣り合う受信ループ１７ａ，１７ｂが立体交差によりつながっている。

符号Ｍは側部２７の測定軸Ｘに沿った長さを示している。長さＭはλ／２０である。長さＭの二倍である２Ｍ（＝λ／１０）は、磁束結合巻線９のピッチＰ（＝λ／５）より小さくされている。第２実施形態の主な効果を説明する。

図８は第２実施形態に対する比較形態に係る磁束結合巻線９、受信巻線１５及びこれらの重なり部２３を示す図であり、図７と対応する。比較形態の側部２７の長さＭは、３λ／２０である。したがって、比較形態は第２実施形態と異なり、２Ｍ（＝３λ／１０）は磁束結合巻線９のピッチＰ（＝λ／５）より大きい。

図７に示す第２実施形態において、「＋」の重なり部２３の面積は２０マスであり、「−」の重なり部２３の面積は１６マスである。一方、図８に示す比較形態において、「＋」の重なり部２３の面積は約１３マスであり、「−」の重なり部２３の面積は約１４マスである。

したがって、第２実施形態は比較形態よりも、「＋」の重なり部２３の面積と「−」の重なり部２３の面積との差が大きくなるので、受信巻線１５からの出力信号の強度を大きくすることができる。

このように、側部２７の長さＭが小さくなるにしたがって（言い換えれば、側部２７の測定軸Ｘに対する傾きが大きくなるにしたがって）、「＋」の重なり部２３の面積と「−」の重なり部２３の面積との差が大きくなり、この結果、出力信号の強度が大きくなる。

なお、磁束結合巻線９のピッチＰが２Ｍと同じ場合、出力信号を得ることができない。なぜなら、図９の他の比較形態に示すように、「＋」の重なり部２３の面積と「−」の重なり部２３の面積との差がなくなるからである。

以上説明したように、側部２７の測定軸Ｘに沿った長さＭの二倍を磁束結合巻線９のピッチＰより小さくすれば、出力信号の強度を大きくすることができる。第２実施形態によれば、この点からも誘導型変位検出装置の分解能向上及び高精度化が可能となる。但し、側部２７の長さＭが小さくなりすぎると（言い換えれば、側部２７の測定軸Ｘに対する傾きが大きくなりすぎると）、出力信号の波形の歪が大きくなる。このため、出力信号の波形は、理想的な波形であるsin波から遠ざかる。したがって、出力信号の強度と出力信号の波形の歪とはトレードオフの関係にあるので、側部２７の長さＭは、このトレードオフを考慮して決める必要がある。

［第３実施形態］
第３実施形態の主な特徴は、λ／６ずつ位相をずらして配置された三つの受信巻線を備え、磁束結合巻線のピッチをλ／５にしたことである。第３実施形態は、三つの受信巻線からの出力信号が互いに位相が異なる三相タイプである。第３実施形態の磁束結合巻線はこれまでの実施形態のそれと同様なので説明を省略し、三つの受信巻線について説明する。

図１０は第３実施形態に係る三つの受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃの説明図である。図１０の（Ａ）で示すように、受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃは互いに絶縁された状態で図１のセンサヘッド５に重ねて配置されている。符号２９はコンタクト部を示しており、これについては後で説明する。各受信巻線は、図１０の（Ｂ）に示されている。受信巻線１５ａの位相を基準（０°）にすると、受信巻線１５ｂは受信巻線１５ａに対してλ／６位相（６０°位相）がずらされている。そして、受信巻線１５ｃは受信巻線１５ａに対してλ／３位相（１２０°位相）がずらされている。

ところで、三相タイプでは、空間位相がλ／３ずつずらした信号が必要である。第３実施形態では、受信巻線がλ／６ずつ位相をずらして配置されている。したがって、受信巻線１５ａで受信された信号の位相を基準（０°）にすると、受信巻線１５ｂはλ／６位相がずれた信号を受信し、受信巻線１５ｃはλ／３位相がずれた信号を受信する。このままでは、２λ／３位相がずれた信号を得ることができない。λ／６位相がずれた信号の極性を反転させると、２λ／３位相がずれた信号になる。そこで、第３実施形態では、受信巻線１５ｂで受信された信号の極性を反転する信号反転回路を備えることにより、２λ／３位相がずれた信号を得ている。

図１０に示す受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃの配置で信号のオフセットが問題になる場合、受信巻線をλ／３ずつ位相をずらして配置すればよい。具体的には、受信巻線１５ｂを受信巻線１５ａに対して２λ／３位相をずらして配置する。

図１１は、図１０の（Ａ）に示す受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃを第１層配線３１、第２層配線３３、第３層配線３５に分解した平面図である。第１層配線３１は、パターン３７が測定軸Ｘ方向に繰り返し配置された構造を有する。パターン３７は、測定軸Ｘに対して平行な平行部３９，４１及び測定軸Ｘに対して傾斜している傾斜部４３を備える。平行部３９，４１は対向しておらず、測定軸Ｘ方向にずれて配置されており、傾斜部４３を介してつながっている。パターン３７の両端は、受信巻線の外側に引き出されたコンタクト部２９である。

第２層配線３３は、測定軸Ｘに対して平行でかつ互いに対向するパターン４５，４７を備える。これらのパターンは、両端に受信巻線の外側に引き出されたコンタクト部２９を有する。パターン４５，４７は、それぞれ測定軸Ｘ方向に繰り返し配置されている。第３層配線３５は、パターン３７と対称なパターン４９が測定軸Ｘ方向に繰り返し配置された構造を有する。

これらの配線を相互に接続すると、図１０の（Ａ）に示す受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃとなる。例えば、受信巻線１５ａで説明すると、図１２に示すようになる。パターン（１）〜（６）を接続し、パターン（７）〜（１２）を接続すると、受信巻線１５ａとなる。

なお、コンタクト部２９は受信巻線３１，３３，３５の外側に引き出されているが、これによるクロストークは防止することが可能である。これを、図１２のパターン（１）とパターン（２）を用いて説明する。コンタクト部２９は、受信巻線の外側に延びる引出部５１を介してパターン（１），（２）につながっている。パターン（１），（２）の引出部５１は重なり合い、かつ互いに逆方向に信号が流れる。このため、引出部５１で生じる磁界を打ち消しあうことになる。よって、引出部５１が原因となるクロストークを防止することができる。

次に、第３実施形態において、磁束結合巻線のピッチをλ／５にした理由を説明する。図１３は、磁束結合巻線９のピッチＰがλ／３の場合の受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、磁束結合巻線９のそれぞれの一部を示す平面図である。受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃから位相の異なる三つの出力信号を取り出すために、これらの受信巻線をλ／６ずつ位相をずらして配置している。しかし、磁束結合巻線９のピッチＰをλ／３にすると、これらの受信巻線からの出力信号Ｓの位相が同じになる。したがって、三つの受信巻線から位相の異なる三つの出力信号を取り出すことができないので、ピッチＰがλ／３の場合を除外した。

一方、磁束結合巻線９のピッチＰが小さくなると受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃからの出力信号の強度も小さくなる。したがって、磁束結合巻線９のピッチＰをλ／５にした。

第３実施形態は三相タイプで説明したが、二相タイプの場合、第１の受信巻線の位相を基準にすると、第２の受信巻線が第１の受信巻線に対してλ／４位相がずらされている。四相タイプの場合、二相タイプの受信巻線に加えて、第３の受信巻線が第１の受信巻線に対してλ／２位相がずらされ、第４の受信巻線が第１の受信巻線に対して３λ／４位相がずらされている。なお、二相タイプや四相タイプの場合、磁束結合巻線のピッチはλ／５でもよいし、λ／３でもよい。

［第４実施形態］
第４実施形態の主な特徴は、受信ループの中央部と側部との境界の傾斜を側部の傾斜より小さくしたことである。図１４は第４実施形態に係る三つの受信巻線の説明図である。三つの受信巻線を第１層配線３１、第２層配線３３、第３層配線３５に分解した平面図が図１４の（Ａ）に示されており、これは図１１と対応する。

傾斜部４３の両端５３は、測定軸Ｘに対する傾斜が小さくされている。配線３１，３３，３５を重ねると図１４の（Ｂ）に示すように、三つの受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃとなる。図１４の（Ｂ）は、図１０の（Ａ）と対応する。

図１１、図１４及び図１５を用いて第４実施形態の効果を説明する。図１５は第３，４実施形態のペアループを比較する図であり、（Ａ）は第４実施形態のペアループを示し、（Ｂ）は第３実施形態のペアループを示している。第４実施形態のペアループを構成する受信ループ１７において、中央部２５と側部２７との境界５５は、測定軸Ｘに対する傾斜が側部２７より小さい。境界５５は、傾斜部４３の両端５３と対応する。

側部２７の傾きを大きくすれば、受信ループ１７が磁束結合巻線と重なる面積が増え、その分だけ出力信号の強度が大きくなる。しかし、側部２７の傾きを大きくすると、図１１に示すように第３実施形態では、隣り合うパターン３７間の距離Ｄや隣り合うパターン４９間の距離Ｄが短くなり、デザインルールに抵触してしまう。

そこで、図１４の第４実施形態では、傾斜部４３の両端５３の傾き、つまり境界５５の傾きを小さくしている。これにより、隣り合うパターン３７間の距離Ｄや隣り合うパターン４９間の距離Ｄを確保しつつ、第３実施形態に比べて受信ループ１７が磁束結合巻線と重なる面積（すなわち、受信巻線からの出力信号の強度）を大きくすることができる。

また、第４実施形態は、境界５５の傾きを側部２７の傾きより小さくしているので、受信巻線からの出力信号の波形の歪を小さくできる。これにより、出力信号の波形を理想的な波形であるsin波に近づけることができる。

［第５実施形態］
図１６は、第５実施形態に係る誘導型変位検出装置の受信巻線５７の平面図である。これまでの実施形態に係る誘導型変位検出装置は、受信ループがペアループであったが、第５実施形態では隣り合う受信ループ５９間にスペースが設けられている。受信巻線５７以外はこれまでの実施形態と同様である。以下、第５実施形態を詳細に説明する。

受信ループ５９のピッチをＱとすると、受信ループ５９の長さＬはＱ／２である。隣り合う受信ループ５９間のスペースＲはＱ／２である。受信ループ５９はひし形の形状を有する。隣り合う受信ループ５９は、受信ループ５９の下層に位置する配線６１により接続されている。隣り合う受信ループ５９間のスペースは、一個分の受信ループ５９に相当するスペースである。このスペースの大きさは特に制限がない。

第５実施形態において、磁束結合巻線のピッチＰはＱ／Ｎ（Ｎは２以上の整数）である。これを図１７で説明する。図１７は、第５実施形態において、Ｎが２，３，４の場合における磁束結合巻線９及び受信巻線５７を示す図である。第５実施形態は、隣り合う受信ループ５９間に受信ループ５９一個分のスペースが設けられているので、ペアループのように受信ループ５９を流れる誘導電流が打ち消し合うことはない。したがって、Ｎは偶数でもよいし、奇数でもよい。

第５実施形態は、受信ループ５９のピッチＱに対して、磁束結合巻線９のピッチＰをＱ／Ｎ（Ｎは２以上の整数）にしている。このため、第１実施形態と同様の理由で、誘導型変位検出装置の分解能向上及び高精度化を図ることが可能となり、さらに誘導型変位検出装置の製造コストを下げることができる。

なお、第５実施形態も、三相タイプを適用できる。三つの受信巻線は、第３実施形態で説明したように、λ／６ずつ位相をずらして配置されていてもよいし、λ／３ずつ位相をずらして配置されていてもよい。信号のオフセットの影響をなくす観点からは、三つの受信巻線をλ／３ずつ位相をずらして配置するのが効果的である。

第１実施形態に係る誘導型変位検出装置の概略構成を示す斜視図である。第１実施形態に係る誘導型変位検出装置の動作の説明図である。第１実施形態に対する比較形態の動作の説明図である。図３に示す比較形態の誘導電流ｉ３の変化の説明図である。第１実施形態に対する他の比較形態に係る磁束結合巻線、受信巻線及びこれらの重なり部を示す図である。第１実施形態に係る磁束結合巻線、受信巻線及びこれらの重なり部を示す図である。第２実施形態に係る磁束結合巻線、受信巻線及びこれらの重なり部を示す図である。第２実施形態に対する比較形態に係る磁束結合巻線、受信巻線及びこれらの重なり部を示す図である。第２実施形態に対する他の比較形態に係る磁束結合巻線、受信巻線及びこれらの重なり部を示す図である。第３実施形態に係る三つの受信巻線の説明図である。図１０の（Ａ）に示す三つの受信巻線を第１層配線、第２層配線、第３層配線に分解した平面図である。第３実施形態において、三つの受信巻線の一つを構成するパターンを示す図である。第３実施形態に対する比較形態となる誘導型変位検出装置の動作の説明図である。第４実施形態に係る三つの受信巻線の説明図である。第３，４実施形態のペアループを比較する図である。第５実施形態に係る受信巻線の平面図である。第５実施形態に係る磁束結合巻線及び受信巻線を示す図である。

符号の説明

１・・・誘導型変位検出装置、３・・・スケール、５・・・センサヘッド、７・・・絶縁基板、９・・・磁束結合巻線（磁束結合部材の一例）、１１・・・絶縁基板、１３・・・送信巻線（送信部材の一例）、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ・・・受信巻線、１７・・・受信ループ、１９・・・ペアループ、２１・・・端子、２３・・・受信巻線と磁束結合巻線との重なり部、２５・・・受信ループの中央部、２７・・・受信ループの側部、２９・・・コンタクト部、３１・・・第１層配線、３３・・・第２層配線、３５・・・第３層配線、３７・・・パターン、３９，４１・・・平行部、４３・・・傾斜部、４５，４７，４９・・・パターン、５１・・・引出部、５３・・・傾斜部の両端、５５・・・中央部と側部との境界、５７・・・受信巻線、５９・・・受信ループ、６１・・・配線、Ｘ・・・測定軸、λ・・・ペアループの測定軸に沿った長さ、Ｓ・・・受信巻線からの出力信号、Ｐ・・・磁束結合巻線のピッチ、Ｌ・・・受信ループの測定軸に沿った長さ、Ｍ・・・側部の測定軸に沿った長さ、Ｄ・・・隣り合うパターン間の距離、Ｑ・・・受信ループのピッチ、Ｒ・・・スペース

Claims

スケールと、
前記スケールと対向するように配置されると共に前記スケールに対して測定軸の方向に相対移動可能なセンサヘッドと、
前記センサヘッドに配置された送信部材と、
前記測定軸に沿って前記センサヘッドに配列された複数の受信ループを有する受信巻線と、
前記送信部材及び前記受信巻線に対して磁束結合可能であると共に前記測定軸に沿って前記スケールに配列された複数の磁束結合部材と、を備え、
隣り合う前記受信ループで構成されるペアループの前記測定軸に沿った長さをλとすると、
一個分の前記受信ループの前記測定軸に沿った長さがλ／２であると共に前記磁束結合部材のピッチがλ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）である
ことを特徴とする誘導型変位検出装置。
前記受信巻線が三つあり、これらはλ／３又はλ／６ずつ位相をずらして配置されており、
前記磁束結合部材のピッチがλ／５である
ことを特徴とする請求項１に記載の誘導型変位検出装置。
前記受信巻線が二つ又は四つあり、これらはλ／４ずつ位相をずらして配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の誘導型変位検出装置。
前記受信ループは、前記測定軸に沿って延びる中央部と、前記測定軸に対して斜めに延びると共に前記中央部の両側に位置する二つの側部と、を含み、
前記側部の前記測定軸に沿った長さの二倍は、前記磁束結合部材のピッチより小さい
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘導型変位検出装置。
前記中央部と前記側部との境界は、前記測定軸に対する傾斜が前記側部より小さくされている
ことを特徴とする請求項４に記載の誘導型変位検出装置。
スケールと、
前記スケールと対向するように配置されると共に前記スケールに対して測定軸の方向に相対移動可能なセンサヘッドと、
前記センサヘッドに配置された送信部材と、
隣り合う受信ループ間にスペースが設けられるように前記測定軸に沿って前記センサヘッドに配列された複数の受信ループを有する受信巻線と、
前記送信部材及び前記受信巻線に対して磁束結合可能であると共に前記測定軸に沿って前記スケールに配列された複数の磁束結合部材と、を備え、
前記受信ループのピッチをＱとすると、前記磁束結合部材のピッチがＱ／Ｎ（Ｎは２以上の整数）である
ことを特徴とする誘導型変位検出装置。