JP5953653B2 - エンコーダ、駆動装置及びロボット装置 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照して、本発明の第一実施形態を説明する。
図1(a)は、本実施形態に係るエンコーダ及び駆動装置の構成を示す図である。
図1(a)に示すように、駆動装置MTRは、例えば円柱状に形成された回転軸(移動部材)SFと、当該回転軸SFを周方向に回転させる駆動部BDと、回転軸SFの回転情報を検出するエンコーダECとを有している。
図2に示すように、位置情報検出センサ100は、平面視で矩形に形成されたチップ基板10に光検出部20及び磁場検出部30が実装された構成である。したがって、位置情報検出センサ100は、光検出部20及び磁場検出部30がワンチップ上に実装された構成である。光検出部20は、上記光反射パターン324を介した光を検出する。磁場検出部30は、上記磁気パターン334による磁場を検出する。
図3に示すように、磁場検出部30は、第一検出部31及び第二検出部32を有する。第一検出部31は、チップ基板10の中央部よりも−X側に配置されている。第二検出部32は、チップ基板10の中央部よりも+X側に配置されている。第一検出部31及び第二検出部32は、チップ基板10の中央部を挟む位置に配置されている。なお、第一検出部31及び第二検出部32は、チップ基板10の中央部に配置されてもよいし、チップ基板10の端部に配置されてもよい。
図4に示すように、チップ基板10のうち基材11の+Z側の第一面11aには、絶縁層15、受光素子23、保護層16及び電極13が順に積層されている。
図5に示すように、チップ基板10には、第一検出部31及び第二検出部32の磁性薄膜33に接続されたコンパレータ35が設けられている。コンパレータ35は、処理回路12に接続されている。コンパレータ35は、磁場検出部30において検出された検出信号(MAn、MAp、MBn、MBp)を受信する。そして、コンパレータ35は、2値化した多回転信号MA及びMBを生成し、その多回転信号MA及びMBを処理回路12に送信する。
(L3)2=(L1)2+(L2)2−2・L1・L2・cosθ3
(0°<θ3<180°)
を満たすように配置されている。
Ra=2πR×(θ3/360°)
(0°<θ3<180°)
を満たすように配置されている。
まず、処理回路12、アンプ24及び25、コンパレータ26、27及び35が形成された基材11の第一面11a上に絶縁層15を形成する。なお、基材11に上記の処理回路12、アンプ24及び25、コンパレータ26、27及び35を形成する工程を行っても構わない。絶縁層15を形成した後、当該絶縁層15上に例えばスパッタリング法やフォトリソグラフィ法、エッチング法を用いて受光素子23及び不図示の配線をパターニングする。
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図7は、一例として第一実施形態〜第三実施形態に記載の駆動装置MTRを備えるロボット装置RBTの一部(ハンドロボットの指部分の先端)の構成を示す図である。なお、上記実施形態に記載の駆動装置MTRは、ロボット装置RBTのアーム部を駆動する駆動部として用いてもよい。
図8は、位置情報検出センサ200の構成を示す図である。
図8に示すように、位置情報検出センサ200においては、チップ基板10のうち同一面(例、+Z側の面)に光検出部20と磁場検出部30とが設けられている。なお、Z方向視における位置は、第一実施形態と同様に、第一検出部31と第二検出部32とで光検出部20及び発光部14を挟む位置に設けられている。
図9に示すように、チップ基板10のうち基材11の+Z側の第一面11aには、シールド層17、絶縁層15、受光素子23、磁性薄膜33、保護層16及び電極13が順に積層されている。本実施形態では、シールド層17が第一面11a上に設けられており、絶縁層15はシールド層17上に設けられている。
まず、基材11の第一面11a上にシールド層17を形成し、当該シールド層17上に絶縁層15を形成する。
図10は、位置情報検出センサ300の構成を示す図である。
図10に示すように、位置情報検出センサ300においては、チップ基板10に発光部14が設けられていない構成となっている。また、位置情報検出センサ300は、第一受光部21と第二受光部22とがY方向に沿って隣接して配置されている。
図11は、位置情報検出センサ400の構成を示す平面図である。
図11に示すように、位置情報検出センサ400は、光検出部40が実装された第一チップ50と、磁場検出部60が実装された第二チップ70とを有している。
図12に示すように、第一チップ50のうち基材51の+Z側の第一面51aには、絶縁層57、受光素子43、保護層56及び電極53が順に積層されている。
はじめに、光検出部40が実装された第一チップ50を形成する。まず、処理回路52、アンプ44及び45、コンパレータ46、47及び66が形成された基材51の第一面51a上に絶縁層57を形成する。なお、基材51に上記の処理回路52、アンプ44及び45、コンパレータ46、47及び66を形成する工程を行っても構わない。
図13は、位置情報検出センサ500の構成を示す平面図である。図14は、位置情報検出センサ500の構成を示す側面図である。
図13及び図14に示すように、位置情報検出センサ500は、第二チップ70がワイヤー90を用いて第一チップ50にチップオンチップ接合されている。他の構成については、上記の位置情報検出センサ400とほぼ同一である。本実施形態においては、第一チップ50と第二チップ70とは、ベアチップ実装によってチップオンチップ接合されている。
図15は、本実施形態に係る位置情報検出センサ600の構成を示す平面図である。図16は、位置情報検出センサ600の構成を示す側面図である。
図15及び図16に示すように、位置情報検出センサ600は、上記位置情報検出センサ400の構成と対比して、第二チップ70のうち磁場検出部60が実装される実装面である第一面70fに第一チップ50がチップオンチップ接合された構成である点で異なっている。本実施形態においては、第一チップ50と第二チップ70とは、ベアチップ実装によってチップオンチップ接合されている。
図17は、位置情報検出センサ700の構成を示す図である。
図17に示すように、位置情報検出センサ700は、位置情報検出センサ400に比べて、第一チップ50のうち光検出部40が実装される実装面である第一面50fとは反対側の第二面50gに第二チップ70が実装される構成である点で異なっている。
図18は、位置情報検出センサ800の構成を示す図である。
図18に示すように、位置情報検出センサ800は、位置情報検出センサ400に比べて、第二チップ70のうち磁場検出部60が実装される実装面である第一面70fとは反対側の第二面70gに第一チップ50が実装される構成である点で異なっている。
例えば、上記の位置情報検出センサ400の説明においては、第一チップ50に発光部54及び光検出部40が設けられる光反射型の構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、第一チップ50に発光部54が設けられていない構成としても構わない。このような構成の位置情報検出センサは、例えば光学パターンとして光透過型のパターンを有するエンコーダに取り付けて用いることができる。また、例えば、図10や図15のように第一検出部31(61)と第二検出部32(62)とが、第一受光部21(41)、第二受光部22(42)及び発光部14(54)のうち少なくとも2つがチップ基板に並んで配置される一方向に沿って配置された場合、磁場検出部30(60)と磁気パターン334との間のギャップをさらに小さくすることができるため、磁場検出部30(60)は磁気パターン334による磁場をさらに高精度に検出できる。
例えば、図19に示すように、磁石部材Mの径が円盤部材Dの径よりも小さく形成されており、磁石部材Mと円盤部材Dとの間に段差が形成された構成であっても構わない。また、図示を省略するが、磁石部材Mの径が円盤部材Dの径よりも大きく形成された構成であっても構わない。
例えば、図20に示すように、軸挿入部330が磁石部材Mの第二面Mbに形成された凹部330bを有する構成であっても構わない。この場合、回転軸SFの構成としては、磁石部材Mのうち凹部330bの底部及び側部のうち少なくとも一部に接合された構成とすることができる。
例えば、図21に示すように、軸挿入部330の径が回転軸SFの径よりも大きく、内周面330aが回転軸SFの外周面と離れた構成であっても構わない。図21に示す構成においては、円盤部材Dと磁石部材Mとが一体的に接合されており、円盤部材Dの第二面Daに凹部320aが形成されている。凹部320aは、回転軸SFの外周面とほぼ等しい径を有している。回転軸SFは、当該凹部320aに挿入された状態で固定されている。
例えば、図22に示すように、円盤部材Dの第二面Dbに溝部Dcが形成されており、当該溝部Dcに磁石部材Mが配置された構成であっても構わない。この構成により、磁石部材Mを磁場検出部30により近づけることができる。したがって、本実施形態における溝部Dcは、磁石部材Mと場検出部30との間のギャップ(例、スラスト方向のギャップ)を調整する作用を有する。磁場検出部30は磁気パターン334による磁場をさらに高精度に検出することができる。
Claims (23)
- 第一光学パターンと第二光学パターンとが形成された第一部材、及び前記第一部材のうち光の入射面に対して反対の面側に配置され磁気パターンが形成された第二部材、を有し回転移動する移動部と、
前記移動部に対向して配置され、前記第一光学パターンを介した光を検出する複数の受光素子を有する第一光検出部と、前記第二光学パターンを介した光を検出する複数の受光素子を有する第二光検出部と、前記磁気パターンによる磁場を検出する磁場検出部とがチップ基板に実装されている位置情報検出部とを備え、
前記第二光学パターンは、前記移動部の径方向に関して、第一光学パターンよりも内側に形成され、
前記第二部材は、前記移動部の径方向に関して、その径が前記第一部材の径よりも小さく形成され、
前記チップ基板において、前記磁場検出部は前記移動部の径方向に関して前記第一光検出部よりも内周側であり、前記第二光検出部より外周側に配置されるエンコーダ。 - 前記第二部材は、前記移動部の径方向に関して、その径が前記移動部の中心軸と前記第二光学パターンとの距離よりも大きく形成される請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記第二部材の径は、前記移動部の径方向に関して、その径が前記移動部の中心軸と前記第一光学パターンとの距離よりも小さく形成される請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記磁場検出部は第一検出部と第二検出部とを有し、
前記第一光検出部と前記第二光検出部とは前記移動部の回転移動方向に関して前記第一検出部と前記第二検出部との間に配置される請求項1から3のいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記チップ基板は前記光を射出する光射出部を備え、
前記光射出部は、前記移動部の径方向に関して前記第一光検出部と前記第二光検出部との間に位置し、かつ、前記移動部の中心軸から前記第一検出部へ向けて伸びる直線と前記移動部の中心軸から前記第二検出部へ向けて伸びる直線との間に位置する
請求項4に記載のエンコーダ。 - 前記第二部材は、前記磁場検出部と対向して配置されている
請求項1から5のいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記第二部材は、中空状に形成されている
請求項1から6のいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記第二部材は、内周面が測定対象の移動部材の外周面に固定されている
請求項7に記載のエンコーダ。 - 前記第一部材又は前記第二部材のうち少なくとも一方は、測定対象の移動部材に固定可能である
請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記チップ基板は、前記第一光検出部及び前記第二光検出部による検出結果及び前記磁場検出部による検出結果を処理する制御回路を有する
請求項1から請求項9のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記制御回路は、1回転情報と多回転情報とを含む位置情報を出力する
請求項10に記載のエンコーダ。 - 前記チップ基板は、複数の面を有し、
前記第一光検出部及び前記第二光検出部を有する光検出部及び前記磁場検出部は、同一の面に設けられている
請求項1から請求項11のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記チップ基板は、複数の面を有し、
前記第一光検出部及び前記第二光検出部を有する光検出部と前記磁場検出部とは、互いに異なる面に設けられている
請求項1から請求項11のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記位置情報検出部は、前記チップ基板のうち前記第一光検出部及び前記第二光検出部を有する光検出部が設けられる面に形成された電極を有し、
前記磁場検出部は、前記チップ基板を貫通して前記電極に接続されている
請求項13に記載のエンコーダ。 - 前記チップ基板は、少なくとも第一チップ基板と前記第一チップ基板に対して対向させた状態で接合された第二チップ基板とで構成され、
前記第一光検出部及び前記第二光検出部を有する光検出部と前記磁場検出部とのうち一方は、前記第一チップ基板に実装されており、
前記光検出部と前記磁場検出部とのうち他方は、前記第二チップ基板に実装されている
請求項1から請求項14のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記磁場検出部は、前記チップ基板に形成された磁性薄膜を有する
請求項1から請求項15のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記位置情報検出部は、前記磁気パターンによる磁場とは異なる磁場を低減させるシールド層を有する
請求項1から請求項16のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記位置情報検出部は、前記第一光検出部及び前記第二光検出部を有する光検出部及び前記磁場検出部を保護する保護層を有する
請求項1から請求項17のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記磁場検出部は、少なくとも第一検出部と第二検出部とを有する
請求項1から請求項18のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記位置情報検出部は、前記チップ基板に設けられ、前記第一光学パターン及び前記第二光学パターンへ向けて前記光を射出する光射出部を有する
請求項1から請求項19のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 前記第一部材は、前記入射面に対して反対の面側に溝部を有し、
前記第二部材は、前記溝部に配置されている
請求項1から請求項20のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。 - 移動部材と、
前記移動部材を移動させる駆動部と、
前記移動部材に固定され、前記移動部材の位置情報を検出するエンコーダと
を備え、
前記エンコーダとして、請求項1から請求項21のうちいずれか一項に記載のエンコーダが用いられている
駆動装置。 - 移動物体と、
前記移動物体を移動させる駆動装置と
を備え、
前記駆動装置として、請求項22に記載の駆動装置が用いられている
ロボット装置。
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