JP6010880B2

JP6010880B2 - 位置情報検出センサ、位置情報検出センサの製造方法、エンコーダ、モータ装置及びロボット装置

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Publication number: JP6010880B2
Application number: JP2011091004A
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Inventors: 哲也引地; 宏東海林
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Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2016-10-19
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Description

本発明は、位置情報検出センサ、位置情報検出センサの製造方法、エンコーダ、モータ装置及びロボット装置に関する。

モータの回転軸など回転体の回転数や位置情報を検出する装置として、エンコーダが知られている（例えば、特許文献１）。エンコーダは、例えばモータの回転軸に取り付けられて用いられる。エンコーダの具体的構成として、例えば所定の光反射パターン及び磁気パターンが形成された回転部を回転軸と一体的に回転させ、例えば光反射パターンに光を照射して反射光を読み取ると共に、例えば磁気パターンの変化を検出することで、モータの回転軸の回転情報を検出できるようになっている。

上記のような構成のエンコーダにおいては、上記回転部と、例えば反射光や磁気パターンの変化を検出する検出部などを有する本体部とを備えている。光反射パターンを介した光を読み取るセンサとして、例えば発光部及び受光部を有する受発光センサが用いられている。また、磁気パターンの変化を検出するセンサとして、磁気センサが用いられている。

特開２００４−２０５４８号公報

しかしながら、受発光センサ及び磁気センサは、それぞれ独立した部品として形成されており、本体部の異なる位置に実装されていた。このため、本体部には受発光センサ及び磁気センサをそれぞれ実装するためのスペースを確保する必要があり、本体部を小型化する上での課題となっていた。

以上のような事情に鑑み、本発明は、小型化が可能な位置情報検出センサ、位置情報検出センサの製造方法、エンコーダ、モータ装置及びロボット装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に従えば、光学パターンを介した光を検出する光検出部が実装された第一チップと、当該第一チップとの間で互いに表面を対向させた状態で接合され、磁気パターンによる磁場を検出する磁場検出部が実装された第二チップとを備える位置情報検出センサが提供される。

本発明の第二の態様に従えば、光学パターンを介した光を検出する光検出部を第一チップに実装する光検出部形成工程と、磁気パターンによる磁場を検出する磁場検出部を第二チップに実装する磁場検出部形成工程と、第一チップと第二チップとの間を互いに表面を対向させた状態で接合する接合工程とを備える位置情報検出センサの製造方法が提供される。

本発明の第三の態様に従えば、測定対象の回転子に固定され、光学パターン及び磁気パターンが形成された回転部と、光学パターンを介した光及び磁気パターンによる磁場を検出する検出部とを備え、検出部として、本発明の第一の態様に従う位置情報検出センサが用いられているエンコーダが提供される。

本発明の第四の態様に従えば、回転子と、回転子を回転させる駆動部と、回転子に固定され、回転子の位置情報を検出するエンコーダとを備え、エンコーダとして、本発明の第三の態様に従うエンコーダが用いられているモータ装置が提供される。

本発明の第五の態様に従えば、回転部材と、回転部材を回転させるモータ装置とを備え、モータ装置として、本発明の第四の態様に従うモータ装置が用いられているロボット装置が提供される。

本発明の態様によれば、小型化が可能な位置情報検出センサ、位置情報検出センサの製造方法、エンコーダ、モータ装置及びロボット装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る位置情報検出センサの構成を示す平面図。本実施形態に係る位置情報検出センサの構成を示す断面図。本実施形態に係る位置情報検出センサの処理系を示すブロック図。本実施形態に係る位置情報検出センサの製造過程を示す図。本実施形態に係る位置情報検出センサの製造過程を示す図。本実施形態に係る位置情報検出センサの製造過程を示す図。本実施形態に係る位置情報検出センサの製造過程を示す図。本発明の第二実施形態に係る位置情報検出センサの構成を示す平面図。本実施形態に係る位置情報検出センサの構成を示す側面図。本発明の第三実施形態に係る位置情報検出センサの構成を示す平面図。本実施形態に係る位置情報検出センサの構成を示す側面図。本発明の第四実施形態に係るモータ装置及びエンコーダの構成を示す図。本実施形態に係るエンコーダの一部の構成を示す図。本発明の第五実施形態に係るロボット装置の構成を示す図。本発明に係る位置情報検出センサの他の構成例を示す図。本発明に係る位置情報検出センサの他の構成例を示す図。

［第一実施形態］
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は、本実施形態に係る位置情報検出センサ１００の構成を示す平面図である。
図１に示すように、位置情報検出センサ１００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。

第一チップ５０及び第二チップ７０は、それぞれ外形が矩形の板状に形成されている。第一チップ５０と第二チップ７０とは、互いに第一面５０ｆ及び第一面７０ｆを対向させた状態で接合（チップオンチップ接合：図２等参照）されている。第二チップ７０は、複数、例えば２つ設けられている。２つの第二チップ７０は、第一チップ５０の第一面５０ｆのうち異なる領域に接合されている。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、フリップチップ実装によってチップオンチップ接合されている。

光検出部４０は、第一チップ５０の第一面５０ｆに実装されている。したがって、第二チップ７０は、第一チップ５０のうち光検出部４０が実装される実装面に接合されている。光検出部４０は、所定の光学パターンを介した光を検出する。光学パターンとしては、例えば原点パターン、インクリメンタルパターンや、アブソリュートパターンなどが挙げられる。第二チップ７０に実装された磁場検出部６０は、所定の磁気パターンによる磁場を検出する。

以下、各図の説明においてはＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。第一チップ５０の一辺に平行な方向をＸ方向とし、当該一辺に直交する方向をＹ方向とし、第一チップ５０の厚さ方向をＺ方向とする。

第一チップ５０は、基材５１、処理回路５２、電極５３、発光部５４及び第一接続端子５５を有している。基材５１は、例えばシリコンなどの半導体材料を用いて形成されており、Ｚ方向視で矩形の板状に形成されている。処理回路５２は、基材５１の内部に形成されている。処理回路５２は、光検出部４０及び磁場検出部６０によって検出された情報を処理する。

電極５３は、第一チップ５０と外部（例、外部コントローラ）との間で信号の入出力を行う。電極５３は、第一チップ５０のうち＋Ｘ側の辺及び−Ｘ側の辺に沿って複数配置されている。電極５３は、処理回路５２や発光部５４、光検出部４０などに接続される第一電極５３ａと、磁場検出部６０に接続される第二電極５３ｂとを有する。第一電極５３ａ及び第二電極５３ｂは、Ｙ方向に一列に配置されている。第一電極５３ａ及び第二電極５３ｂは、図中一点鎖線で示すリード線などを介して外部の電極に電気的に接続されている。

発光部５４は、上記の光パターンに照射する光を射出する。発光部５４は、Ｚ方向視で第一チップ５０の中央部に配置されている。発光部５４は、発光素子５４ａ、接続部５４ｂ及びカソード電極５４ｃを有しており、他に不図示のアノード電極を有している。発光素子５４ａは、一方向又は複数方向に向けてレーザ光を射出可能に形成されている。接続部５４ｂとカソード電極５４ｃとの間は、例えばリード線などによって接続されている。

光検出部４０は、光パターンを介した光を受光する。光検出部４０は、第一受光部４１及び第二受光部４２を有する。第一受光部４１は、光パターンのうちインクリメンタルパターンを検出する。第一受光部４１は、発光部５４及び光検出部４０の＋Ｙ側に配置されている。第二受光部４２は、光パターンのうちアブソリュートパターンを検出する。第二受光部４２は、発光部５４及び光検出部４０の−Ｙ側に配置されている。したがって、第一受光部４１及び第二受光部４２は、発光部５４及び光検出部４０をＹ方向に挟んで配置されている。

第一受光部４１及び第二受光部４２は、それぞれ複数の受光素子４３を有している。受光素子４３としては、例えばフォトダイオードなどが用いられている。受光素子４３は、基材５１のうち−Ｙ側の辺及び＋Ｙ側の辺に沿って配置されている。受光素子４３は、光パターンの形状に対応する形状に形成されている。受光素子４３の数については、光パターンの構成に応じて適宜変更することができる。

第二チップ７０は、基材７１及び第二接続端子７５を有している。第二接続端子７５は、基材７１の第一面７１ａに複数設けられている。複数の第二接続端子７５のそれぞれは、上記第一接続端子５５のそれぞれに重なるように配置されている。第一チップ５０と第二チップ７０との間では、例えば異方性導電材料などの導電膜を介して第一接続端子５５と第二接続端子７５とが接続されている。

磁場検出部６０は、２つの第二チップ７０のうち一方の第二チップ７０Ａに形成された第一検出部６１と、他方の第二チップ７０Ｂに形成された第二検出部６２とを有する。第二チップ７０は、第一チップ５０の中央部よりも−Ｘ側に配置されている。第二チップ７０Ｂは、第一チップ５０の中央部よりも＋Ｘ側に配置されている。したがって、これら第二チップ７０及び６０Ｂに実装された第一検出部６１及び第二検出部６２は、第一チップ５０の中央部を挟む位置に配置されている。

なお、第一検出部６１及び第二検出部６２は、第一チップ５０の中央部に配置されてもよいし、第一チップ５０の端部に配置されてもよい。また、本実施形態における第一検出部６１と第二検出部６２とは、第一受光部４１、第二受光部４２及び発光部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と直交する方向に沿って配置されてもよいし、第一受光部４１、第二受光部４２及び発光部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てもよい（後述の図１０など）。

第一検出部６１及び第二検出部６２は、磁性薄膜６３を有している。磁性薄膜６３は、例えば金属配線などによって形成された直交する２つの繰り返しパターンを有している。磁性薄膜６３は、配線６４によって第二電極５３ｂに接続されている。第二接続端子７５は、第一チップ５０側の第一接続端子５５を介して第二電極５３ｂに接続されている。

図２は、図１におけるＣ１−Ｃ５（Ｃ１−Ｃ２−Ｃ３−Ｃ４−Ｃ５）断面に沿った構成を左右方向に展開したときの構成を示す図である。
図２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。

絶縁層５７は、例えばＳｉＯ_２などを用いて形成されている。受光素子４３は、絶縁層５７上に形成されており、保護層５６によって覆われている。保護層５６は、例えばＳｉＮやＳｉＯ_２などを用いて形成されている。保護層５６上には、第一電極５３ａ及び第二電極５３ｂが形成されている。第一電極５３ａは、不図示の配線を介して受光素子４３に接続されている。

第二チップ７０のうち基材７１の第一面７１ａには、シールド層７７、絶縁層７８、磁性薄膜６３、保護層７９及び第二接続端子７５が順に積層されている。シールド層７７は、例えばアルミニウムなどの金属を用いて形成されている。シールド層７７は、上記の所定の磁気パターンによる磁場以外の磁場のうち少なくとも一部を遮蔽し、磁性薄膜６３から出力される電気信号のノイズを低下させる機能を有する。

絶縁層７８は、例えばＳｉＯ２などを用いて形成されている。保護層７９は、例えばＳｉＮやＳｉＯ２などを用いて形成されている。磁性薄膜６３は、絶縁層７８上に形成されており、保護層７９によって覆われている。保護層７９上には、第二接続端子７５が形成されている。第二接続端子７５は、導電性接着剤８０を介して第一接続端子５５に接続されている。また、当該導電性接着剤８０は、第一チップ５０と第二チップ７０とを固定させる機能を有する。

図３は、第一チップ５０の回路構成の一例である制御回路ＣＣを示すブロック図である。
図３に示すように、第一チップ５０には、インクリメンタルパターンを検出する第一受光部４１の受光素子４３に接続されたアンプ４４及びコンパレータ４６と、アブソリュートパターンを検出する第二受光部４２の受光素子４３に接続されたアンプ４５及びコンパレータ４７とが形成されている。コンパレータ４６は、第一受光部４１において検出され、アンプ４４によって増幅された検出信号を受信する。そして、コンパレータ４６は、２値化したインクリメンタル信号ＩＮＣを生成し、そのインクリメンタル信号ＩＮＣを処理回路５２に送信する。コンパレータ４７は、第二受光部４２において検出され、アンプ４５によって増幅された検出信号を受信する。そして、コンパレータ４７は、第二受光部４２における一回転信号２値化したアブソリュート信号ＡＢＳを生成し、そのアブソリュート信号ＡＢＳを処理回路５２に送信する。

また、第一チップ５０には、第一検出部６１及び第二検出部６２の磁性薄膜６３に接続されたコンパレータ６６が設けられている。コンパレータ６６は、処理回路５２に接続されている。コンパレータ６６は、磁場検出部６０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６６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５２に送信する。

処理回路５２は、コンパレータ６６から受信した多回転信号ＭＡ及びＭＢに基づき多回転情報ＭＴを生成し、コンパレータ４６から受信した内挿用のインクリメンタル信号ＩＮＣとコンパレータ４７から受信したアブソリュート信号ＡＢＳとに基づき一回転情報ＳＴを生成する。例えば、処理回路５２は、外部コントローラＣＯＮＴからの要求などによって、多回転情報ＭＴと一回転情報ＳＴとを含む位置情報を外部コントローラＣＯＮＴへシリアル方式で出力する。処理回路５２は、第一電極５３ａに接続されている。例えば上記位置情報は、第一電極５３ａを介して外部コントローラＣＯＮＴに出力される。なお、本実施形態における制御回路ＣＣは、アンプ４４及び４５、コンパレータ４６及び４７、コンパレータ６６、処理回路５２、を有する構成であるが、例えば処理回路５２を有していない構成でもよい。また、本実施形態における一回転情報ＳＴは、絶対位置情報であるが、相対位置情報でも構わない。

次に、図４〜図７を参照して、上記のように構成された位置情報検出センサ１００の製造方法を説明する。
図４〜図７は、位置情報検出センサ１００の製造過程を示す図である。
まず、光検出部４０が実装された第一チップ５０を形成する（光検出部形成工程）。図４に示すように、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（制御回路形成工程）。絶縁層５７を形成した後、当該絶縁層５７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４３及び不図示の配線をパターニングする。受光素子４３及び不図示の配線を形成した後、当該受光素子４３を含む絶縁層５７上に保護層５６を形成する（保護層形成工程）。

保護層５６を形成した後、図５に示すように、当該保護層５６上に第一電極５３ａ、第二電極５３ｂ、第一接続端子５５及び配線６４をパターニングする。このように、第一チップ５０の表面の配線層が同一工程で形成されるため、効率的に第一チップ５０が製造される。

次に、磁場検出部６０が実装された第二チップ７０を形成する（磁場検出部形成工程）。本実施形態で用いられる２つの第二チップ７０は、同一の工程で形成される。以下、１つの第二チップ７０の製造工程を代表させて説明する。図６に示すように、基材７１の第一面７１ａ上にシールド層７７を形成する（シールド層形成工程）。シールド層７７を形成した後、当該シールド層７７上に絶縁層７８を形成する。絶縁層７８を形成した後、絶縁層７８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磁性薄膜６３を形成する（磁場検出部形成工程）。磁性薄膜６３を形成した後、当該磁性薄膜６３を含む絶縁層７８上に保護層７９を形成する（保護層形成工程）。保護層７９を形成した後、当該保護層７９上に第二接続端子７５を形成する。

次に、図７に示すように、光検出部４０が実装された第一チップ５０に、磁場検出部６０が実装された第二チップ７０を接合する（接合工程）。この工程では、第一チップ５０の第一接続端子５５と、第二チップ７０の第二接続端子７５との間に固化された導電性接着剤８０を挟み、熱圧着法などによって導電性接着剤８０を溶解させることで第一接続端子５５と第二接続端子７５とを当該導電性接着剤８０によって接着する。これにより、第一接続端子５５と第二接続端子７５とが電気的に接続されると共に、第一チップ５０と第二チップ７０とが固定される。以上の工程を経て、位置情報検出センサ１００が形成される。

以上のように、本実施形態によれば、光学パターンを介した光を検出する光検出部４０が実装された第一チップ５０と、当該第一チップ５０との間で互いに表面を対向させた状態で接合され、磁気パターンによる磁場を検出する磁場検出部６０が実装された第二チップ７０とを備えるので、両者をそれぞれ別々の位置に実装する場合に比べて、小型化が可能となる。

また、本実施形態によれば、製造工程において、第一チップ５０と第二チップ７０とをチップオンチップで実装できるので、製造コストを低減できる。また、本実施形態によれば、アンプ（例、アンプ４４及び４５）やコンパレータ（例、コンパレータ４６、４７及び６６）のような複数の機能を第一チップ５０又は第二チップ７０に内蔵できるため、耐ノイズ性能が向上する。

例えば、本実施形態における位置情報検出センサ１００は、アンプ（例、アンプ４４及び４５）やコンパレータ（例、コンパレータ４６、４７及び６６）のような複数の機能を第一チップ５０又は第二チップ７０に内蔵することによって互いをつなぐラインの長さを短くできるため、磁場検出部６０とコンパレータ６６とをつなぐライン、アンプ（例、アンプ４４及び４５）とコンパレータ（例、コンパレータ４６及び４７）とをつなぐライン、や光検出部４０とアンプ（例、アンプ４４及び４５）とをつなぐライン等を、小型化やバックアップ時を考慮して、微小ラインで形成することができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図８は、本実施形態に係る位置情報検出センサ２００の構成を示す平面図である。図９は、位置情報検出センサ２００の構成を示す側面図である。
図８及び図９に示すように、本実施形態では、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、第一実施形態に係る位置情報検出センサ１００とほぼ同一となっている。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。

第二チップ７０には、図中＋Ｚ側の面の４つの角部に１つずつ第二接続端子７５が設けられている。第一チップ５０には、第二チップ７０の４つの角部からずれた位置に１つずつ第一接続端子５５が設けられている。第二チップ７０の各角部に対応する位置に配置される第一接続端子５５と第二接続端子７５とは、ワイヤー９０を介してそれぞれ接続されている。第一接続端子５５は配線６４を介して例えば第二電極５３ｂに接続されている。本実施形態においては、第二チップ７０は、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に接合されている。

このように、本実施形態によれば、第一チップ５０と第二チップ７０とがワイヤー９０を用いて接合された構成においては、第一チップ５０と第二チップ７０とをそれぞれ別々の位置に実装する場合に比べて、小型化が可能となる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図１０は、本実施形態に係る位置情報検出センサ３００の構成を示す平面図である。図１１は、位置情報検出センサ３００の構成を示す側面図である。
図１０及び図１１に示すように、本実施形態では、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となっている。一例として、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。

第一チップ５０には、光検出部４０が実装されている。また、第一チップ５０には、処理回路５２、発光部５４及び第一接続端子５５が設けられている。処理回路５２及び発光部５４については、第一実施形態とほぼ同一の構成となっている。第一接続端子５５は、第一チップ５０の＋Ｚ側の面の４つの角部に１つずつ設けられている。第一接続端子５５は、不図示の配線を介して光検出部４０の受光素子４３に接続されている。

第二チップ７０には、磁場検出部６０が実装されている。また、第二チップ７０には、電極７３及び第二接続端子７５が設けられている。電極７３は、第二チップ７０と外部（例、外部コントローラ）との間で信号の入出力を行う。電極７３は、第二チップ７０のうち＋Ｘ側の辺及び−Ｘ側の辺に沿って複数配置されている。電極７３は、第一チップ５０に接続される第一電極７３ａと、磁場検出部６０に接続される第二電極７３ｂとを有する。第一電極７３ａ及び第二電極７３ｂは、Ｙ方向に一列に配置されている。第一電極７３ａ及び第二電極７３ｂは、図中一点鎖線で示すリード線などを介して外部の電極に電気的に接続されている。

第二接続端子７５は、第一チップ５０の４つの角部からずれた位置に１つずつ設けられている。これらの第二接続端子７５と、第一チップ５０の各角部に対応する位置に配置される第一接続端子５５とは、ワイヤー９０を介してそれぞれ接続されている。第二接続端子７５は配線６４を介して例えば第二電極７３ｂに接続されている。

このように、本実施形態によれば、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が接合された構成において、第一チップ５０と第二チップ７０とをそれぞれ別々の位置に実装する場合に比べて、小型化が可能となる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態を説明する。
図１２は、本実施形態に係るエンコーダ及びモータ装置の構成を示す図である。
図１２に示すように、モータ装置ＭＴＲは、回転軸ＳＦと、当該回転軸ＳＦを回転させる駆動部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１２では、回転軸ＳＦの中心軸方向がＺ方向と設定されている。

エンコーダＥＣは、回転部Ｒ、検出部Ｄを有している。回転部Ｒは、モータ装置ＭＴＲの回転軸ＳＦに固定されており、回転軸ＳＦと一体的に回転する。回転部Ｒは、例えばＳＵＳなどを用いて円盤状に形成されている。回転部Ｒの構成材料としてＳＵＳなどの剛性の高い材料を用いることで、耐変形性などに優れた回転部Ｒが形成される。回転部Ｒの構成材料として、他の材料を用いても勿論構わない。回転部Ｒは、取付部３２０、パターン形成部３２１及び凹部３２３を有している。

取付部３２０は、回転部Ｒの下面Ｒｂに設けられている。取付部３２０の下面側には、平面視中央部に挿入穴３２０ａが形成されている。挿入穴３２０ａは、上記モータ装置ＭＴＲの回転軸ＳＦが挿入されるようになっている。取付部３２０は、回転軸ＳＦが挿入穴３２０ａに挿入された状態で回転軸ＳＦと取付部３２０との間を固定する固定機構（不図示）を有している。

パターン形成部３２１は、回転部Ｒの上面Ｒａの周縁部に円環状に設けられている。パターン形成部３２１には、光反射パターン３２４が形成されている。光反射パターン３２４は、例えば回転部Ｒの外周に沿って円環状に形成されている。

例えば、光反射パターン３２４は、インクリメンタルパターン３２４ａ及びアブソリュートパターン３２４ｂを有している。インクリメンタルパターン３２４ａは、光反射パターン３２４のうち回転部Ｒの径方向の外側に形成されている。アブソリュートパターン３２４ｂは、光反射パターン３２４のうち回転部Ｒの径方向の内側に形成されている。

凹部３２３は、取付部３２０と反対側の上面Ｒａ側に形成されている。凹部３２３には、磁石部材Ｍが収容されるようになっている。

磁石部材Ｍは、回転部Ｒの回転方向に沿って円環状に形成された永久磁石である。磁石部材Ｍは、例えば回転部Ｒの周縁部に配置されている。磁石部材Ｍには、所定の磁気パターン３３４が形成されている。磁石部材Ｍの磁気パターン３３４として、例えば回転軸ＳＦの軸方向に見て円環の半分の領域がＮ極に着磁され、円環の他の半分の領域がＳ極に着磁された磁気パターンなどが挙げられる。磁石部材Ｍは、回転部Ｒの凹部３２３に収容されている。磁石部材Ｍは、回転部Ｒとの間で例えば不図示の接着剤などを介して固着されている。したがって、磁石部材Ｍは、回転部Ｒとの間で一体的に形成されている。

検出部Ｄは、筐体３４１、センサＳＲ及びバイアス磁石３４２を有している。センサＳＲは、上記の光反射パターン３２４を介した光及び磁石部材Ｍの磁気パターン３３４による磁場を検出する。センサＳＲとしては、例えば上記第一実施形態に記載の位置情報検出センサ１００や、上記第二実施形態に記載の位置情報検出センサ２００などが用いられる。

バイアス磁石３４２は、磁石部材Ｍの磁場との間で合成磁場を形成する磁石である。バイアス磁石３４２を構成する材料として、例えばサマリウム・コバルトなどの磁力の大きい希土類磁石などが挙げられる。

センサＳＲの磁場検出部６０のうち第一検出部６１及び第二検出部６２に設けられる磁性薄膜６３は、バイアス磁石３４２との間で磁気抵抗素子として機能する。すなわち、磁場の方向が磁性薄膜６３の繰り返しパターンに流れる電流の方向の垂直方向に近くなると電気抵抗が低下する。磁性薄膜６３は、この電気抵抗の低下を利用して磁場の方向を電気信号に変換するようになっている。

次に、第一検出部６１及び第二検出部６２と回転軸ＳＦとの位置関係について説明する。図１３は、検出部Ｄの構成を示す図である。図１３では、センサＳＲの配置が第一実施形態における位置情報検出センサ１００の配置に一致するようにＸＹＺ方向が設定されている。第一検出部６１及び第二検出部６２と回転軸ＳＦとの位置関係を説明するため、図１３には回転軸ＳＦの位置を示している。

図１３に示すように、回転軸ＳＦの中心軸方向視（Ｚ方向視）において、回転軸ＳＦの中心軸ＣからセンサＳＲ側へＹ方向に平行に伸びる基準線分ＳＧ０を０°とし、この基準線分ＳＧ０と、Ｚ方向視において中心軸Ｃから第一検出部６１へ向けて伸びる第一線分ＳＧ１とで形成される角度をθ１とし、上記基準線分ＳＧ０と、Ｚ方向視において中心軸Ｃから第二検出部６２へ向けて伸びる第二線分ＳＧ２とで形成される角度をθ２とすると、第一検出部６１及び第二検出部６２は、０°＜θ１＜９０°、かつ、０°＜θ２＜９０°を満たすように配置されている。本実施形態では、一例として、θ１＋θ２＝９０°となるように第一検出部６１及び第二検出部６２が配置されている。なお、基準線分ＳＧ０の端部は、回転軸ＳＦの中心軸Ｃに限られず、他の位置（例、光反射パターン３２４の中心軸）であっても構わない。

また、中心軸Ｃから第一検出部６１までの距離である第一線分ＳＧ１の長さをＬ１とし、中心軸Ｃから第二検出部６２までの距離である第二線分ＳＧ２の長さをＬ２とし、第一線分ＳＧ１と第二線分ＳＧ２とで形成される角度をθ３とし、第一検出部６１と第二検出部６２との距離をＬ３とすると、第一検出部６１及び第二検出部６２は、
（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。

なお、Ｌ１＝Ｌ２である場合、第一検出部６１及び第二検出部６２は、中心軸Ｃを中心とする同じ円の円周上に配置されていることになる。この場合において、当該円の半径をＲとし、上記角度θ３によって規定される円弧の長さをＲａとすると、第一検出部６１及び第二検出部６２は、
Ｒａ＝２πＲ×（θ３／３６０°）
（０°＜θ３＜１８０°）
を満たすように配置されている。

以上のように、本実施形態に係るエンコーダＥＣは、モータ装置ＭＴＲの回転軸ＳＦに固定され、光反射パターン３２４及び磁気パターン３３４が形成された回転部Ｒと、光反射パターン３２４を介した光及び磁気パターン３３４による磁場を検出する検出部Ｄとを備え、検出部Ｄとして、上記実施形態に記載の位置情報検出センサ１００又は２００が用いられているので、小型で検出信頼性の高いエンコーダＥＣ、及び、回転特性の高いモータ装置ＭＴＲ、を提供することができる。

［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態を説明する。
図１４は、一例として第四実施形態に記載のモータ装置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モータ装置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１４に示すように、ロボット装置ＲＢＴは、末節部１０１、中節部１０２及び関節部１０３を有しており、末節部１０１と中節部１０２とが関節部１０３を介して接続された構成になっている。関節部１０３には軸支持部１０３ａ及び軸部１０３ｂが設けられている。軸支持部１０３ａは中節部１０２に固定されている。軸部１０３ｂは、軸支持部１０３ａによって固定された状態で支持されている。

末節部１０１は、接続部１０１ａ及び歯車１０１ｂを有している。接続部１０１ａには、関節部１０３の軸部１０３ｂが貫通した状態になっており、当該軸部１０３ｂを回転軸として末節部１０１が回転可能になっている。この歯車１０１ｂは、接続部１０１ａに固定されたベベルギアである。接続部１０１ａは、歯車１０１ｂと一体的に回転するようになっている。

中節部１０２は、筐体１０２ａ及びモータ装置ＭＴＲを有している。モータ装置ＭＴＲは、上記実施形態に記載のモータ装置ＭＴＲを用いることができる。モータ装置ＭＴＲは、筐体１０２ａ内に設けられている。モータ装置ＭＴＲには、回転軸部材１０４ａが取り付けられている。回転軸部材１０４ａの先端には、歯車１０４ｂが設けられている。この歯車１０４ｂは、回転軸部材１０４ａに固定されたベベルギアである。歯車１０４ｂは、上記の歯車１０１ｂとの間で噛み合った状態になっている。なお、回転軸部材１０４ａに直接ギアが形成された構成であっても構わない。

上記のように構成されたロボット装置ＲＢＴは、モータ装置ＭＴＲの駆動によって回転軸部材１０４ａが回転し、当該回転軸部材１０４ａと一体的に歯車１０４ｂが回転する。歯車１０４ｂの回転は、当該歯車１０４ｂと噛み合った歯車１０１ｂに伝達され、歯車１０１ｂが回転する。当該歯車１０１ｂが回転することで接続部１０１ａも回転し、これにより末節部１０１が軸部１０３ｂを中心に回転する。

このように、本実施形態によれば、小型で回転特性の高いモータ装置ＭＴＲを搭載することにより、軽量で機動性の高いロボット装置ＲＢＴが提供される。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
上記第一実施形態及び第二実施形態においては、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に第二チップ７０が接合された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、図１５に示すように、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っても構わない。また、図１５では、導電性接着剤８０を介して第二チップ７０が第一チップ５０に接合された構成が示されているが、これに限られることは無く、ワイヤーなどを介して第二チップ７０が第一チップ５０に接合された構成であっても構わない。

また、上記第三実施形態においては、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が接合された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、図１６に示すように、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っても構わない。また、図１６では、ワイヤー９０を介して第一チップ５０が第二チップ７０に接合された構成が示されているが、これに限られることは無く、導電性接着剤などを介して第一チップ５０が第二チップ７０に接合された構成であっても構わない。

また、上記実施形態においては、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、上記実施形態においては、光検出部４０において一回転情報を検出し、磁場検出部６０において多回転情報を検出する構成としたが、これに限られることは無く、光検出部４０において多回転情報を検出し、磁場検出部６０において一回転情報を検出する構成であっても構わない。また、上記実施形態における第一検出部６１及び第二検出部６２は、ＭＲセンサで構成されているが、ＧＩＧセンサ、ＧＭＲセンサやホール素子のようなセンサで構成されてもよい。

ＳＦ…回転軸ＥＣ…エンコーダＲ…回転部Ｄ…検出部ＳＲ…センサＲＢＴ…ロボット装置ＭＴＲ…モータ装置４０…光検出部４１…第一受光部４２…第二受光部４３…受光素子７０（７０Ａ、７０Ｂ）…第二チップ５０ｆ…第一面５０ｇ…第二面６０…磁場検出部７０…第二チップ６１…第一検出部６２…第二検出部６３…磁性薄膜７０ｆ…第一面７０ｇ…第二面９０…ワイヤー１００、２００、３００…位置情報検出センサ

Claims

光を射出する光射出部および光学パターンを介した光を検出する光検出部が実装された第一チップと、
前記第一チップとの間で互いに表面を対向させた状態で接合され、磁気パターンによる磁場を検出する磁場検出部が実装された第二チップとを備え、
前記光検出部は、少なくとも第一受光部と第二受光部とを含み、
前記磁場検出部は、第一検出部と第二検出部とを含み、
前記光射出部は、第一方向に関して前記第一受光部と前記第二受光部との間に位置し、かつ、前記第一方向とは異なる第二方向に関して、前記第一検出部と前記第二検出部との間に位置し、
前記第一検出部と前記第二検出部とは、前記第一方向に関して、該第一検出部及び該第二検出部の少なくとも一部が前記第一受光部と前記第二受光部との間に挟まれるように、配置される
位置情報検出センサ。
前記光学パターンは回転部に配置され、
前記光射出部は回転部の径方向に関して前記第一受光部と前記第二受光部との間に位置し、かつ、前記回転部の回転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位置する
請求項１に記載の位置情報検出センサ。
前記第一チップに設けられ、前記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備える
請求項１または請求項２に記載の位置情報検出センサ。
前記第一受光部は、前記光のうち第１の光を受光する複数の受光素子を有し、
前記第二受光部は、前記光のうち前記第１の光とは異なる第２の光を受光する複数の受光素子を有する
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の位置情報検出センサ。
前記制御回路は、コンパレータおよび処理回路を含み、
前記コンパレータは、
前記第二チップに設けられた前記磁場検出部において検出された検出信号に基づいて多回転信号を生成して前記処理回路に出力する第一コンパレータと、
前記第一チップに設けられた前記第一受光部において検出された検出信号から第一信号を生成して前記処理回路に出力する第二コンパレータと、
前記第一チップに設けられた前記第二受光部において検出された検出信号から第二信号を生成して前記処理回路に出力する第三コンパレータと、を含み、
前記処理回路は、前記第一信号及び前記第二信号に基づいて一回転情報を生成し、前記多回転信号に基づいて多回転情報を生成する
請求項３に記載の位置情報検出センサ。
前記光検出部は、前記第一チップの一面に形成されており、
前記第二チップは、前記第一チップの前記一面に接合されている
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の位置情報検出センサ。
前記第一チップに一対の前記第二チップが接合されている、
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の位置情報検出センサ。
前記光学パターン及び前記磁気パターンは、測定対象の回転子と一体的に回転するように設けられており、
前記回転子の中心軸方向視において、前記中心軸から前記光検出部へ向けて伸びる基準線分を０°とし、
前記基準線分と、前記回転子の中心軸方向視において前記中心軸から一対の前記第二チップの一方へ向けて伸びる第一線分とで形成される角度をθ１とし、
前記基準線分と、前記回転子の中心軸方向視において前記中心軸から一対の前記第二チップの他方へ向けて伸びる第二線分とで形成される角度をθ２とすると、
一対の前記第二チップは、
０°＜θ１＜９０°、かつ、０°＜θ２＜９０°
を満たすように配置されている
請求項７に記載の位置情報検出センサ。
一対の前記第二チップは同心円の円周上に配置され、
前記同心円の中心点から一対の前記第二チップの一方へ向けて伸びる直線と前記同心円の中心点から一対の前記第二チップの他方へ向けて伸びる直線とで形成される角度をθ３とし、
前記同心円の中心点から一対の前記第二チップの一方までの距離をＬ１とし、
前記同心円の中心点から一対の前記第二チップの他方までの距離をＬ２とし、
一対の前記第二チップの距離をＬ３とすると、
一対の前記第二チップは、
（Ｌ３）^２＝（Ｌ１）^２＋（Ｌ２）^２−２・Ｌ１・Ｌ２・ｃｏｓθ３
（０°＜θ３＜１８０°）
を満たすように配置される
請求項７または８に記載の位置情報検出センサ。
一対の前記第二チップは同じ円の円周上に配置され、
前記円の中心点から一対の前記第二チップの一方へ向けて伸びる直線と前記円の中心点から一対の前記第二チップの他方へ向けて伸びる直線とで形成される角度をθ３とし、
前記円の半径をＲとし、
前記角度θ３によって規定される円弧の長さをＲａとすると、
一対の前記第二チップは、
Ｒａ＝２πＲ×（θ３／３６０°）（０°＜θ３＜１８０°）
を満たすように配置される
請求項７または８に記載の位置情報検出センサ。
前記第一チップと前記第二チップとの間は、ワイヤー部材を介して接続されている
請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載の位置情報検出センサ。
前記第一チップと前記第二チップとの間は、導電性接着剤を介して接続されている
請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載の位置情報検出センサ。
回転部に配置された光学パターンを介した光を検出する光検出部を第一チップに実装する光検出部形成工程と、
前記光学パターンに向けて光を射出する光射出部を前記第一チップに実装する光射出部形成工程と、
前記回転部に配置された磁気パターンによる磁場を検出する磁場検出部を第二チップに実装する磁場検出部形成工程と、
前記第一チップと前記第二チップとの間を互いに表面を対向させた状態で接合する接合工程とを備え、
前記光検出部は第一受光部と第二受光部とを備え、
前記光検出部形成工程は、前記光射出部が第一方向に関して前記第一受光部と前記第二受光部との間に位置するように形成し、
前記接合工程は、前記第一方向に関して、第一検出部を含む前記第二チップと第二検出部を含む前記第二チップとの間に前記光検出部が位置し、かつ、前記第一方向とは異なる第二方向に関して一方の前記第二チップと他方の前記第二チップとの間に前記光射出部が位置するように形成し、
前記接合工程においては、前記第一方向に関して、前記第一検出部及び前記第二検出部の少なくとも一部が前記第一受光部と前記第二受光部との間に挟まれるように、該第一検出部及び該第二検出部を位置させる
位置情報検出センサの製造方法。
回転部に配置された光学パターンを介した光を検出する光検出部を第一チップに実装する光検出部形成工程と、
前記回転部に配置された磁気パターンによる磁場を検出する磁場検出部を第二チップに実装する磁場検出部形成工程と、
前記光検出部による検出結果に基づき一回転情報を生成し、前記磁場検出部による検出結果に基づき多回転情報を生成する制御回路を前記第一チップに形成する制御回路形成工程と、
前記第一チップと前記第二チップとの間を互いに表面を対向させた状態で接合する接合工程と、
前記光学パターンに向けて光を射出する光射出部を前記第一チップに実装する光射出部形成工程と、を備え、
前記光検出部は第一受光部と第二受光部とを含み、
前記光検出部形成工程は、前記光射出部が第一方向に関して前記第一受光部と前記第二受光部との間に位置するように形成し、
前記第二チップは、第一検出部と第二検出部とをそれぞれ備えた２つの第二チップを含み、
前記接合工程は、前記第一方向とは異なる第二方向に関して一方の前記第二チップと他方の前記第二チップとの間に前記光射出部が位置するように形成するとともに、前記第一方向に関して、前記第一検出部及び前記第二検出部の少なくとも一部が前記第一受光部と前記第二受光部との間に挟まれるように、該第一検出部及び該第二検出部を位置させる
位置情報検出センサの製造方法。
前記光検出部形成工程は前記光検出部を前記第一チップの一面に形成することを含み、
前記接合工程は、前記第二チップを、前記第一チップの前記一面に接合することを含む
請求項１４に記載の位置情報検出センサの製造方法。
前記接合工程は、一対の前記第二チップを、前記第一チップに接合することを含む
請求項１４または請求項１５に記載の位置情報検出センサの製造方法。
前記光学パターン及び前記磁気パターンは、測定対象の回転子と一体的に回転するように設けられており、
前記回転子の中心軸方向視において、前記中心軸から前記光検出部へ向けて伸びる基準線分を０°とし、
前記基準線分と、前記回転子の中心軸方向視において前記中心軸から一対の前記第二チップの一方へ向けて伸びる第一線分とで形成される角度をθ１とし、
前記基準線分と、前記回転子の中心軸方向視において前記中心軸から一対の前記第二チップの他方へ向けて伸びる第二線分とで形成される角度をθ２とすると、
前記磁場検出部形成工程は、
０°＜θ１＜９０°、かつ、０°＜θ２＜９０°
を満たすように、一対の前記第二チップを配置することを含む
請求項１６に記載の位置情報検出センサの製造方法。
一対の前記第二チップは同心円の円周上に配置され、
前記同心円の中心点から一対の前記第二チップの一方へ向けて伸びる直線と前記同心円の中心点から一対の前記第二チップの他方へ向けて伸びる直線とで形成される角度をθ３とし、
前記同心円の中心点から一対の前記第二チップの一方までの距離をＬ１とし、
前記同心円の中心点から一対の前記第二チップの他方までの距離をＬ２とし、
一対の前記第二チップの距離をＬ３とすると、
前記磁場検出部形成工程は、
（Ｌ３）^２＝（Ｌ１）^２＋（Ｌ２）^２−２・Ｌ１・Ｌ２・ｃｏｓθ３
（０°＜θ３＜１８０°）
を満たすように、一対の前記第二チップを配置することを含む
請求項１６または１７に記載の位置情報検出センサの製造方法。
一対の前記第二チップは同じ円の円周上に配置され、
前記円の中心点から一対の前記第二チップの一方へ向けて伸びる直線と前記円の中心点から一対の前記第二チップの他方へ向けて伸びる直線とで形成される角度をθ３とし、
前記円の半径をＲとし、
前記角度θ３によって規定される円弧の長さをＲａとすると、
前記磁場検出部形成工程は、
Ｒａ＝２πＲ×（θ３／３６０°）（０°＜θ３＜１８０°）
を満たすように、一対の前記第二チップを配置することを含む
請求項１６または１７に記載の位置情報検出センサの製造方法。
前記光学パターンへ向けて前記光を射出する光射出部を前記第一チップに形成する光射出部形成工程
を備える請求項１６から請求項１９のうちいずれか一項に記載の位置情報検出センサの製造方法。
前記接合工程は、前記第一チップと前記第二チップとの間を、線状部材を介して接続することを含む
請求項１３から請求項２０のうちいずれか一項に記載の位置情報検出センサの製造方法。
前記接合工程は、前記第一チップと前記第二チップとの間を、導電性接着剤を介して接続することを含む
請求項１３から請求項２１のうちいずれか一項に記載の位置情報検出センサの製造方法。
測定対象の回転子に固定され、光学パターン及び磁気パターンが形成された回転部と、
光を射出する光射出部および前記回転部に配置された光学パターンを介した前記光を検出する光検出部が実装された第一チップと、
磁気パターンによる磁場を検出する磁場検出部が実装された第二チップとを備え、
前記光検出部は、少なくとも第一受光部と第二受光部とを含み、
前記光射出部は、前記回転部の径方向に関して前記第一受光部と前記第二受光部との間に位置し、
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し、
前記光射出部は、前記回転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回転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し、
前記第一検出部と前記第二検出部とは、前記回転部の径方向に関して、該第一検出部及び該第二検出部の少なくとも一部が前記第一受光部と前記第二受光部との間に挟まれるように、配置される
エンコーダ。
測定対象の回転子に固定され、光学パターン及び磁気パターンが形成された回転部と、
光を射出する光射出部および前記回転部に配置された光学パターンを介した前記光を検出する光検出部が実装された第一チップと、
前記第一チップとの間で互いに表面を対向させた状態で接合され、磁気パターンによる磁場を検出する磁場検出部が実装された第二チップとを備え、
前記光検出部は、少なくとも第一受光部と第二受光部とを含み、
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含み、
前記第一チップの基板にはコンパレータおよび処理回路が実装され、
前記コンパレータは、
前記磁場検出部において検出された検出信号に基づいて多回転信号を生成して前記処理回路に出力する第一コンパレータと、
前記第一受光部において検出された検出信号から第一信号を生成して前記処理回路に出力する第二コンパレータと、
前記第二受光部において検出された検出信号から第二信号を生成して前記処理回路に出力する第三コンパレータと、を含み、
前記処理回路は、前記第一信号及び前記第二信号に基づいて一回転情報を生成し、前記多回転信号に基づいて多回転情報を生成し、
前記光射出部は、前記回転部の径方向に関して前記第一受光部と前記第二受光部との間に位置し、
前記光射出部は、前記回転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回転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し、
前記第一検出部と前記第二検出部とは、前記回転部の径方向に関して、該第一検出部及び該第二検出部の少なくとも一部が前記第一受光部と前記第二受光部との間に挟まれるように、配置される
エンコーダ。
回転子と、
前記回転子を回転させる駆動部と、
前記回転子に固定され、前記回転子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２３又は請求項２４に記載のエンコーダが用いられている
モータ装置。
回転部材と、
前記回転部材を回転させるモータ装置と
を備え、
前記モータ装置として、請求項２５に記載のモータ装置が用いられている
ロボット装置。