JP2009186200A - 電磁誘導式エンコーダ - Google Patents

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Abstract

【課題】短いスケールコイルでオフセットを低減して強い信号強度を得ることができ、ヨー方向の変動にも強い、高精度で且つ低価格な電磁誘導式エンコーダを提供する。
【解決手段】測定方向に沿ってスケール１０上に多数配列されたスケールコイル１４と、前記スケールに対して測定方向に相対移動自在にグリッド１２上に配設された送信コイル２４及び受信コイル２０とを備え、送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケールとグリッドの相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、前記送信コイル、受信コイルとスケールコイルが、スケールの中心に対して対称に複数セット（２４Ａ、２４Ｂ）（２０Ａ、２０Ｂ）（１４Ａ、１４Ｂ）配置されており、スケール中心に関して対称な位置にあるスケールコイルの一方は、他方のスケールコイルに対し、スケールピッチの１／２位相がずれた関係になっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁誘導式エンコーダに係り、特に、ノギス、インジケータ、リニアスケール、マイクロメータ等に用いるのに好適な、短いスケールコイルでオフセットを低減して強い信号強度を得ることができ、ヨー方向の変動にも強い、高精度で、且つ低価格な電磁誘導式エンコーダに関する。
特許文献１や２に記載されている如く、図１に特許文献２の例を示すように、測定方向に沿ってスケール１０上に多数配列されたスケールコイル１４、１６と、前記スケール１０に対して測定方向に相対移動自在なグリッド（スライダとも称する）１２上に配設された送信コイル２４、２６及び受信コイル２０、２２とを備え、送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケール１０とグリッド１２の相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダが知られている。図において、２８は送信制御部、３０は受信制御部である。
このような電磁誘導式エンコーダで、余分な信号であるオフセットを低減しようとした場合、図２に示す如く、送信コイル２４が発生する磁界がキャンセルされ、正味零となる部分（図２の例では、両側の送信コイルの間の中央部分）に受信コイル２０を配置することでオフセットを低減していた。なお、特許文献２では、図２の第１の送信コイル２４と第１の受信コイル２４でなる構成に加えて、図３に示す如く、第２の送信コイル２６の両側に第２の受信コイル２２も配設されている。
特開平１０−３１８７８１号公報 特開２００３−１２１２０６号公報（図１、図２、図３）
しかしながら、この構成は、スケールコイルが３列必要となり、スケールコイルの配線が長くなるため、発生する誘導電流が、スケールコイル自身のインピーダンスによって減衰してしまい、強い信号が得難いという問題点を有していた。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、短いスケールコイルでオフセットを低減して強い信号強度を得ることができ、ヨー方向の変動にも強い、高精度で且つ低価格な電磁誘導式エンコーダを提供することを課題とする。
本発明は、測定方向に沿ってスケール上に多数配列されたスケールコイルと、前記スケールに対して測定方向に相対移動自在にグリッド上に配設された送信コイル及び受信コイルとを備え、送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケールとグリッドの相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、前記送信コイル、受信コイルとスケールコイルが、スケールの中心に対して対称に複数セット配置し、スケール中心に関して対称な位置にあるスケールコイルの一方は、他方のスケールコイルに対し、スケールピッチの１／２位相がずれた関係とすることにより、前記課題を解決したものである。
ここで、前記送信コイルに同じ方向の電流を流す際に、スケール中心に関して対称な位置にある２つの受信コイルの出力の差を取るように受信コイル同士を接続することができる。
あるいは、前記送信コイルに異なる方向の電流を流す際に、スケール中心に関して対称な位置にある２つの受信コイルの出力の和を取るように受信コイル同士を接続することができる。
本発明によれば、送信コイルから発生する磁界によるオフセットをキャンセルする際に、特許文献２のように送信コイルの間に受信コイルを配設する必要がなく、スケールコイルの配線長さを短くして信号強度を増加できるので、小型でも位置誤差が少なく、水や油に強い高精度の電磁誘導式エンコーダを得ることができる。
又、スケールコイルの中心に対して対称に送信コイル、受信コイルが配設されるので、ヨー方向の変動にも強くなる。
更に、特許文献２では３層必要であったグリッドの層数が、本発明によれば２層でよく、グリッド基板の層数を削減して、グリッドを低価格化することができる。
更に、特許文献２の技術で必要であったスケールコイルの結合配線１８が不要となり、デザインルールを緩和して、低価格なスケールが供給できる。
又、スケールコイルを１／２波長ずらすことによって、グリッド上の配線面積を縮小でき、小型のエンコーダを提供できる。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の第１実施形態は、図４に示す如く、同一グリッド１２上の送信コイル２４Ａ、２４Ｂ及び受信コイル２０Ａ、２０Ｂと、スケール１０上のスケールコイル１４Ａ、１４Ｂを、スケール１０の中心に対して対称に２セット配置すると共に、スケールコイルの一方１４Ａは、他方のスケールコイル１４Ｂに対して、スケールピッチ（λ）の１／２位相がずれた関係としたものである。
前記２セットの送信コイル２４Ａ、２４Ｂと受信コイル２０Ａ、２０Ｂの形状は、共通とされ、送信コイル２４Ａ、２４Ｂに同じ方向に電流が流れ、受信コイル２０Ａ、２０Ｂの信号の差を出力するように接続されている。
図４中に矢印で示す如く、前記２つの送信コイル２４Ａ、２４Ｂに、同じ方向の電流を流した場合、送信コイル２４Ａ、２４Ｂには同じ方向の磁場が発生する。ここで、スケールコイル１４Ａ、１４Ｂの位相がλ／２ずれているため、受信コイル２０Ａ、２０Ｂでは、図５（Ａ）（Ｂ）に示す如く、正負が反転した波形に、同じオフセットが乗った信号が現われる。従って、図４に示したように、この２つの受信コイル２０Ａ、２０Ｂを、信号の差を取るように受信コイル同士を接続することで、図５（Ｃ）に示すような、オフセットをキャンセルした信号を得ることができる。
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態は、図６に示す如く、送信コイル２４Ａ、２４Ｂに逆方向に電流が流れ、受信コイル２０Ａ、２０Ｂの信号の和を出力するように接続したものである。
本実施形態のように、送信コイル２４Ａ、２４Ｂに反対方向の電流を流した場合、それぞれ反対方向に磁界が発生する。このとき、受信コイル２０Ａ、２０Ｂでは、図７（Ａ）（Ｂ）に示す如く、同じ波形に正負の異なるオフセットが乗った信号が得られる。従って、この２つの受信コイルの信号を足し合わせるように、受信コイル２０Ａ、２０Ｂを接続することで、図７（Ｃ）に示すような、オフセットをキャンセルした信号を得ることができる。
なお、前記実施形態においては、いずれも、受信コイルの形状が菱形とされていたが、受信コイルの形状は、これに限定されず、例えば正弦波状、あるいは、これに近似した形状とすることができる。
又、前記実施形態においては、いずれも、スケールコイルが矩形の枠状とされていたが、スケールコイルの形状も矩形の枠状に限定されず、例えば矩形内に電極が存在する板状とすることも可能である。
又、前記実施形態においては、受信コイルが、測定方向（図４、図６の左右方向）に１組設けられていたが、例えば位相を９０°ずらして、もう１組配設して、方向弁別に利用したり、位相を１２０°ずつずらして計３組配設して、３相信号を得て、補間計算等に利用することも可能である。
あるいは、送信コイル、受信コイルとスケールコイルのセットを、スケール幅方向（図４、図６の上下方向）に２セットでなく、４セット設けて、４列とすることも可能である。
適用対象も、低価格化エンコーダに限定されず、電磁誘導式エンコーダ一般に適用できる。
特許文献２に記載された従来の電磁誘導式エンコーダの全体構成を示す斜視図 同じくグリッド上のコイルの配置及び第１の作用を示す平面図 同じくグリッド上のコイルの配置及び第２の作用を示す平面図 本発明の第１実施形態を示すグリッドとスケールの平面図 第１実施形態における（Ａ）（Ｂ）各受信コイルの信号及び（Ｃ）オフセットをキャンセルした信号の例を示す図 本発明の第２実施形態を示すグリッドとスケールの平面図 第２実施形態における（Ａ）（Ｂ）各受信コイルの信号及び（Ｃ）オフセットをキャンセルした信号の例を示す図
符号の説明
１０…スケール
１２…グリッド
１４Ａ、１４Ｂ…スケールコイル
２０Ａ、２０Ｂ…受信コイル
２４Ａ、２４Ｂ…送信コイル
２８…送信制御部

Claims (3)

  1. 測定方向に沿ってスケール上に多数配列されたスケールコイルと、
    前記スケールに対して測定方向に相対移動自在にグリッド上に配設された送信コイル及び受信コイルとを備え、
    送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケールとグリッドの相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、
    前記送信コイル、受信コイルとスケールコイルが、スケールの中心に対して対称に複数セット配置されており、
    スケール中心に関して対称な位置にあるスケールコイルの一方は、他方のスケールコイルに対し、スケールピッチの１／２位相がずれた関係になっていることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。
  2. 前記送信コイルに同じ方向の電流を流す際に、スケール中心に関して対称な位置にある２つの受信コイルの出力の差を取るように受信コイル同士が接続されることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導式エンコーダ。
  3. 前記送信コイルに異なる方向の電流を流す際に、スケール中心に関して対称な位置にある２つの受信コイルの出力の和を取るように受信コイル同士が接続されることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導式エンコーダ。
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