JP5676223B2 - 電磁誘導式エンコーダ - Google Patents

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、エンコーダ幅とスケール幅の小型化、及び／又は、エンコーダの高精度化を図ることが可能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２０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。

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。

このような問題点を解決するべく、出願人は特許文献３で、その図６に対応する本願の図４に示す如く、送信コイル２４Ａ、２４Ｂ、受信コイル２０Ａ、２０Ｂとスケールコイル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（例えば１４Ａ）を、他方のスケールコイル（例えば１４Ｂ）に対し、スケールピッチλの１／２位相がずれた関係となるようにすることを提案している。

更に、図５に示す如く、スケールコイル、送信コイル及び受信コイルを有するトラックを、異なるスケールピッチλ１、λ２でスケール幅方向（グリッド幅方向）に２組（スケールコイル１４−１、送信コイル２４−１、受信コイル２０−１の組と、スケールコイル１４−２、送信コイル２４−２、受信コイル２０−２の組）配置して、絶対位置測定を可能とすることが考えられる。

ここで、受信コイル２０−１、２０−２のパターンを基板上に形成する場合、例えば菱形等のループ状とするためには、２層以上必要であり、図６に例示する如く、１層目パターンと２層目パターン接続用スルーホ−ルＶＨを用いて形成される。

特開平１０−３１８７８１号公報 特開２００３−１２１２０６号公報（図１、図２、図３） 特開２００９−１８６２００号公報（図６）

一方、送信コイル２４−１、２４−２は、図６に例示する如く、同じ層（図６では１層目）で形成が可能であるが、パターンを形成するためには、送信コイル２４−１、２４−２の隣接する内側パターン間の距離をＡ０だけ離す必要があり、その分だけ送信コイル２４−１、２４−２の全幅Ｂ０が大きくなるため、エンコーダ幅、及び、送信コイル２４−１、２４−２と対応する位置にスケールコイル１４−１、１４−２が配設されるスケールの幅を狭くしようとする場合の制約になっていた。又、エンコーダを小型にしようとする場合、各トラックの送信コイルと受信コイル間の距離Ｃ０が近い構成になるため、送信コイルから受信コイルへのクロストーク量が大きいという課題があり、グリッド製造のばらつき（特に層間パターンの位置ずれ）により、高精度化する場合の障害となっていた。

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、エンコーダ幅とスケール幅の小型化、及び／又は、エンコーダの高精度化を図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設された複数列のスケールコイルと、前記スケールに対して測定方向に相対移動自在なグリッド上にパターン形成された、複数列の送信コイル及び複数層にわたって形成された受信コイルとを備え、前記送信コイルを励磁した時に、前記スケールコイルを経由して前記受信コイルで検出される磁束の変化から、前記スケールと前記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、前記複数列の送信コイルを、それぞれ前記グリッド上の異なる層に形成すると共に、前記複数列の送信コイルの互いに近接するパターンを、前記グリッド上の異なる層の同じ平面位置に形成することにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、測定方向に沿ってスケール上に多数配設された複数列のスケールコイルと、前記スケールに対して測定方向に相対移動自在なグリッド上にパターン形成された、複数列の送信コイル及び複数層にわたって形成された受信コイルとを備え、前記送信コイルを励磁した時に、前記スケールコイルを経由して前記受信コイルで検出される磁束の変化から、前記スケールと前記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、前記複数列の送信コイルの互いに近接するパターンを、前記グリッド上の異なる層の同じ平面位置に形成することにより、同様に前記課題を解決したものである。

本発明によれば、複数列の送信コイルのグリッド上の配置幅を従来より縮小して、エンコーダ幅及びスケール幅の小型化を図ることができる。又、各送信コイルの幅を従来より拡大して、送信コイルと受信コイル間のクロストーク量を減少させ、エンコーダの高精度化を図ることもできる。

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 特許文献３に記載された従来の電磁誘導式エンコーダのグリッドとスケールの平面図 発明者が検討中の電磁誘導式絶対位置測定用エンコーダの基本的な構成を示すグリッドとスケールの平面図 同じくグリッドの断面図 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 同じくグリッドの断面図 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 本発明の第３実施形態におけるグリッドの断面図 本発明の第４実施形態におけるグリッドの断面図 本発明の第５実施形態におけるグリッドの断面図

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７（グリッドとスケールの平面図）及び図８（グリッドの断面図）に示す如く、測定方向に沿ってスケール１０上に多数配設された、スケールピッチλ１、λ２が異なる２列のスケールコイル１４−１、１４−２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１２上にパターン形成された、２つの送信コイル２４−１、２４−２及び２層にわたって形成された受信コイル２０−１、２０−２とを備え、前記送信コイル２４−１、２４−２を励磁した時に、前記スケールコイル１４−１、１４−２を経由して前記受信コイル２０−１、２０−２で検出される磁束の変化から、前記スケール１０と前記グリッド１２の相対移動量を検出する電磁誘導式絶対位置測定用エンコーダにおいて、図８に示す如く、前記２つの送信コイル２４−１、２４−２のパターンを、前記グリッド１２上の異なる層（図では送信コイル２４−１を１層目、送信コイル２４−２を２層目）に形成し、且つ、互いに近接する内側パターン（送信コイル２４−１の右側パターンと送信コイル２４−２の左側パターン）を同じ平面位置に形成したものである。

前記スケール１０とグリッド１２は、スケールコイル１４−１が送信コイル２４−１と正対し、スケールコイル１４−２が送信コイル２４−２と正対するように配置される。

図において、１３は例えばガラスエポキシでなるコアであり、パターンは例えば電磁結合が良好な銅で形成することができる。なお、コア１３の材料はガラスエポキシに限定されず、パターン材料も、電磁結合が可能であれば銅に限定されない。

本実施形態によれば、２つの送信コイルの全幅Ｂ１を、図５と図６に示した比較例の全幅Ｂ０から送信コイルの間隔Ａ０分だけ縮小することができる。

なお、図７においては、各トラックにおける測定方向の受信コイル２０−１、２０−２が各々１組とされていたが、図９に示す第２実施形態のように、各トラックにおける測定方向の受信コイル数を増やすと共に、受信コイルの一方（２０−１Ｂ、２０−２Ｂ）が、他方（２０−１Ａ、２０−２Ａ）に対し、スケールピッチλの１／２位相がずれた関係となるようにし、２組の受信コイルの信号の差を出力するようにして、オフセットを低減し、ピッチング方向の変動に強くすることもできる。

又、前記実施形態においては、２つの送信コイル２４−１、２４−２の内側パターンが同じ平面位置に形成されていたが、図１０に示す第３実施形態の如く、２つの送信コイル２４−１、２４−２の内側パターンの平面配置を若干離したり、あるいは逆にオーバーラップさせることも可能である。

次に、図１１を参照して、本発明の第４実施形態を説明する。

本実施形態は、受信コイル２０−１、２０−２の配置間隔を変えることなく、同じ送信コイルの全幅Ｂ３＝Ｂ０、従って同じエンコーダ幅のまま、各トラックの送信コイルと受信コイルの距離をＣ３（＞Ｃ０）まで広げたものである。

本実施形態によれば、送信コイルから受信コイルへの直接のクロストーク量が減少し、結果的に、より高精度化できる。

本実施形態においても、２つの送信コイル２４−１、２４−２の内側パターンの平面配置を若干離したり、あるいは逆にオーバーラップさせることが可能である。

なお、前記実施形態においては、いずれも、送信コイルが１層目又は２層目のいずれか一方の層に形成されていたが、図１２に示す第５実施形態のように、受信コイルと同様に各トラックの送信コイル２４−１、２４−２を２つの層にわたって形成することも可能である。

本実施形態においても、２つの送信コイル２４−１、２４−２の内側パターンの平面配置を若干離したり、あるいは逆にオーバーラップさせることが可能である。

なお、トラック数、パターン層数は２に限定されず、３以上であっても良い。１トラックの受信コイル数も１又は２に限定されず、３以上であっても良い。

又、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、あるいは逆に矩形部分を抜いた板状とすることも可能である。

本発明は、前記実施形態に示したような絶対位置測定用エンコーダの他、特許文献３に記載されたようなインクリメンタル測定用エンコーダにも同様に適用できる。特に特許文献３の図６（本願の図４）で本発明を適用すると、近接する送信コイルの送信方向が同方向である為、送信磁界強度が強めあい、本発明の効果がより強くなる。

１０…スケール
１２…グリッド
１４−１、１４−２…スケールコイル
２０−１、２０−１Ａ、２０−１Ｂ、２０−２、２０−２Ａ、２０−２Ｂ…受信コイル
２４−１、２４−２…送信コイル
２８…送信制御部

Claims (2)

1. 測定方向に沿ってスケール上に多数配設された複数列のスケールコイルと、
   前記スケールに対して測定方向に相対移動自在なグリッド上にパターン形成された、複数列の送信コイル及び複数層にわたって形成された受信コイルとを備え、
   前記送信コイルを励磁した時に、前記スケールコイルを経由して前記受信コイルで検出される磁束の変化から、前記スケールと前記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、
   前記複数列の送信コイルを、それぞれ前記グリッド上の異なる層に形成すると共に、
   前記複数列の送信コイルの互いに近接するパターンを、前記グリッド上の異なる層の同じ平面位置に形成したことを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。
2. 測定方向に沿ってスケール上に多数配設された複数列のスケールコイルと、
   前記スケールに対して測定方向に相対移動自在なグリッド上にパターン形成された、複数列の送信コイル及び複数層にわたって形成された受信コイルとを備え、
   前記送信コイルを励磁した時に、前記スケールコイルを経由して前記受信コイルで検出される磁束の変化から、前記スケールと前記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、
   前記複数列の送信コイルの互いに近接するパターンを、前記グリッド上の異なる層の同じ平面位置に形成したことを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。