JP5798397B2 - 電磁誘導式絶対位置測定用エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導式絶対位置測定用エンコーダに係り、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、Ｓ／Ｎ向上による測定の高精度化、及び／又は、スケール幅、ひいてはエンコーダ幅の縮小によるエンコーダの小型化を図ることが可能な、電磁誘導式絶対位置測定用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（図の下側の送信コイル２４−１と図の上側のスケールコイル１４−１ａ、受信コイル２０−１でなるスケールピッチλ１の組と、図の上側の送信コイル２４−２と図の下側のスケールコイル１４−２ａ、受信コイル２０−２でなるスケールピッチλ２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。図において、１４−３は、スケールコイル１４−１ａと１４−２ａを接続するコイル（接続コイルと称する）である。

図５上側のスケールピッチλ１のスケールコイル１４−１ａを受信コイル２０−１で検出する動作を図６に示す。図に示すように、駆動電流Ｉ_Dによる送信コイル２４−１の駆動によって発生する磁界により、スケールコイル１４−２ａに誘電電流Ｉａが発生し、接続コイル１４−３を介してスケールコイル１４−１ａに流れる電流Ｉａによって発生する磁界を受信コイル２０−１で検出する。

一方、図５下側のスケールピッチλ２のスケールコイル１４−２ａを受信コイル２０−２で検出する動作を図７に示す。図に示すように、駆動電流Ｉ_Dによる送信コイル２４−２の駆動によって発生する磁界により、スケールコイル１４−１ａに誘導電流Ｉａが発生し、接続コイル１４−３を介してスケールコイル１４−２ａに流れる電流Ｉａによって発生する磁界を受信コイル２０−２で検出する。

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）

しかしながら図５の構成では、グリッド１２上における送信コイル２４−１、２４−２から受信コイル２０−２、２０−１への直接のクロストーク量を低減するため、受信コイル２０−１（２０−２）と送信コイル２４−１（２４−２）を離した位置に配置する必要があるので、スケール１０上のスケールコイルの長さ(スケールコイル１４−１ａの長さ＋スケールコイル１４−２ａの長さ＋接続コイル１４−３の長さ)が長くなり、発生する誘導電流Ｉａ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消するべくなされたもので、送信コイルを励磁した時のスケールコイルでの誘導電流を増加することによって、受信コイルでの検出信号強度を向上して、Ｓ／Ｎの向上による測定の高精度化、及び／又は、スケール幅、ひいてはエンコーダ幅を縮小してエンコーダの小型化を図ることを課題とする。

本発明は、スケール上に、測定方向に沿って互いに異なるスケールピッチで多数配列された２列以上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、前記スケールコイルと対向するように配設された送信コイル及び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、前記スケールに対する前記グリッドの絶対位置測定を可能とする２つ以上のトラックを有する電磁誘導式絶対位置測定用エンコーダにおいて、少なくとも１つのトラックの前記スケールコイルの測定方向の少なくとも片側に閉じられたコイル配線を付加することにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記スケールコイルの測定方向両側に閉じられたコイル配線を付加することができる。

本発明によれば、図５の構成に比べ、送信コイルと受信コイル間のクロストーク量は同じで、スケールコイル経由の受信信号強度を増加することができる。従って、（１）Ｓ／Ｎ向上による測定精度の向上、(２)グリッドとスケール間のギャップの拡大、(３)スケールコイルの幅縮小によるスケール幅、ひいてはエンコーダ幅の縮小によるエンコーダの小型化、等を図ることができる。

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 図５の下側の送信コイルを駆動して上側の受信コイルで検出する様子を示す要部平面図 図５の上側の送信コイルを駆動して下側の受信コイルで検出する様子を示す要部平面図 本発明の第１実施形態を示すスケールの平面図 図８の下側の送信コイルを駆動して上側の受信コイルで検出する様子を示す要部平面図 図８の上側の送信コイルを駆動して下側の受信コイルで検出する様子を示す要部平面図 本発明の第２実施形態を示すスケールの平面図 同じく第３実施形態を示すスケールの平面図

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８に示す如く、図５と同様のスケールコイル１４−１ａ本体（本体コイルとも称する）の測定方向両側に、図中に破線で示すコイル配線（付加コイルとも称する）１４−１ｂ、１４−１ｃを付加してスケールコイル１４−１とすると共に、同じく図５と同様のスケールコイル１４−２ａ本体（本体コイルとも称する）の測定方向両側に、図中に破線で示すコイル配線（付加コイルとも称する）１４−２ｂ、１４−２ｃを付加してスケールコイル１４−２としたものである。

上記の構成によりスケールコイルに発生する誘導電流が増加することを以下に詳細に説明する。

まず、図８上側のスケールピッチλ１のスケールコイル１４−１を受信コイル２０−１で検出するときは、図９に示す如く、駆動電流Ｉ_Dによる送信コイル２４−１の駆動によって発生する磁界により、従来のスケールコイル本体１４−２ａによる誘導電流Ｉａに加え、コイル１４−２ｂと１４−２ｃを付加したことにより、それらによる誘導電流Ｉｂ＋Ｉｃが加わる。よって、接続コイル１４−３を介してスケールコイル１４−１に流れる電流は、Ｉ＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃとなる。この電流Ｉはスケールコイル１４−１の最短部に流れるため、電流Ｉのほぼ全てがスケールコイル本体１４−１ａに流れることとなる。スケールコイル１４−１に付加コイル１４−１ｂと１４−１ｃが存在することによる磁界分布等の変化はなく、信号強度のみが向上するため、不都合を発生しない。よって、図５のスケール構成に比べ、受信コイル２０−１で検出される信号強度は（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）／Ｉａ倍に増加する。

一方、図８下側のスケールピッチλ２のスケールコイル１４−２を受信コイル２０−２で検出するときは、図１０に示す如く、上記説明と同様に、駆動電流Ｉ_Dによる送信コイル２４−２の駆動によって発生する磁界により、従来のスケールコイル本体１４−１ａによる誘導電流Ｉａに加え、コイル１４−１ｂと１４−１ｃを付加したことにより、誘導電流Ｉｂ＋Ｉｃが加わる。よって、接続コイル１４−３を介してスケールコイル１４−２に流れる電流は、Ｉ＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃとなる。この電流Ｉはスケールコイル１４−２の最短部に流れるため、電流Ｉのほぼ全てがスケールコイル本体１４−２ａに流れることとなる。スケールコイル１４−２に付加コイル１４−２ｂと１４−２ｃが存在することによる磁界分布等の変化はなく、信号強度のみが向上するため、不都合を発生しない。よって、図５のスケール構成に比べ、受信コイル２０−２で検出される信号強度は（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）／Ｉａ倍に増加する。

ここで、前記付加コイル１４−１ｂ、１４−１ｃ、１４−２ｂ、１４−２ｃの配線の太さは、信号強度を考えると、スケールコイル本体１４−１ａ、１４−２ａと同じ太さとすることが好ましいが、配線の太さを変えることもできる。

又、付加コイル１４−１ｂと１４−１ｃ、１４−２ｂと１４−２ｃの面積は、それぞれ測定方向両側で同じとすることができ、この場合には、スケールコイル本体１４−１ａ（１４−２ａ）に対する付加コイル１４−１ｂ（１４−２ｂ）、１４−１ｃ（１４−２ｃ）の影響を均等にすることができる。尚、測定方向の前後で付加コイルの面積を変え、例えば図１１に示す第２実施形態の如く、測定方向の片側（図１１では左側）にのみコイル配線１４−１ｂ、１４−２ｂを付加することも可能である。

更に、本発明の適用対象は、図８や図１１に示した２列のトラックを有するものに限定されず、図１２に示す第３実施形態のように、例えばスケールピッチλ２のスケールコイル１４−２の上下両側にスケールピッチλ１のスケールコイル１４−１を配置した３列のトラックを有するものにも適用することができる。

この第３実施形態においては、上下両側のスケールコイル１４−１のみに付加コイル１４−１ｂ、１４−１ｃが付加されており、中央のスケールコイル１４−２にはコイルが付加されていない。このように一部の付加コイルを省略することもできる。

尚、前記実施形態においては、いずれも、スケールコイルの形状が矩形の枠状とされていたが、スケールコイルの形状は、これに限定されず、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。

１０…スケール
１２…グリッド
１４−１、１４−２…スケールコイル
１４−１ａ、１４−２ａ…本体コイル
１４−１ｂ、１４−１ｃ、１４−２ｂ、１４−２ｃ…付加コイル
１４−３…接続コイル
２０−１、２０−２…受信コイル
２４−１、２４−２…送信コイル

Claims (2)

1. スケール上に、測定方向に沿って互いに異なるスケールピッチで多数配列された２列以上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、前記スケールコイルと対向するように配設された送信コイル及び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、前記スケールに対する前記グリッドの絶対位置測定を可能とする２つ以上のトラックを有する電磁誘導式絶対位置測定用エンコーダにおいて、
   少なくとも１つのトラックの前記スケールコイルの測定方向の少なくとも片側に閉じられたコイル配線を付加したことを特徴とする電磁誘導式絶対位置測定用エンコーダ。
2. 前記スケールコイルの測定方向両側に閉じられたコイル配線を付加したことを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導式絶対位置測定用エンコーダ。

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