JP6613895B2 - エンコーダ用スケール、エンコーダ、駆動装置及びステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダ用スケール、エンコーダ、駆動装置及びステージ装置に関する。

回転モータの回転軸など、回転する物体の回転量や回転位置を検出する検出装置としてエンコーダが用いられる。このようなエンコーダは、所定の光学パターンが形成されかつ所定の磁場を形成するための磁石を有するスケールを備え、光学パターンを検出する光センサと、磁気パターンを検出する磁気センサとを有している。このようなエンコーダに用いられるスケールとしては、例えば、光学パターンが形成された基板において、光学パターンと同一面に磁石が配置されたもの（例えば、特許文献１参照）や、光学パターンと反対側の面に磁石が配置されたもの（例えば、特許文献２参照）などが知られている。また、光センサ及び磁気センサは、共通の回路基板上に実装されており、スケールのうち光学パターンが形成された基板面に対向して配置されている。

このようなエンコーダにおいては、スケールを回転軸と一体的に回転させ、光センサによって光学パターンを読み取るとともに、磁気センサによって磁場の変化を検出することで、回転軸の回転量や回転位置を検出している。

特開２０１３−２８３２号公報 特開２０１０−２７１０６９号公報

特許文献１に記載のエンコーダでは、磁石を磁気センサに近づけて配置できるので、磁気センサの検出精度を高めることができる。しかしながら、この構成では、光学パターンと干渉しないように磁石を配置する必要があるため、磁石の寸法を小さくせざるを得ない。磁石の寸法が小さいと、その磁石から発生する磁場が弱くなり、磁気センサに磁石が近いにもかかわらず、磁場を検出するのが難しくなる場合がある。

また、特許文献２に記載のエンコーダでは、磁石が光学パターンと反対側の面に配置されるので、光学パターンと干渉するものではないが、磁石が磁気センサから離れてしまう。そのため、磁気センサで磁場を検出するためには磁石の容量（体積）を大きくして強い磁場を形成させる必要がある。しかしながら、磁石を大きくしたのではエンコーダの小型化の要請に沿うことができないだけでなく、スケールが重くなるので回転軸に対する負担が大きくなるといった問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明は、磁気検出部に対して強い磁場を形成させることによりエンコーダ用スケールを小さくすることができ、エンコーダを小型化することが可能なエンコーダ用スケール、エンコーダ、駆動装置及びステージ装置を提供することを目的とする。

本発明の態様によれば、回転軸を中心として回転する基板を有し、回転軸と交差する基板の第１面に、回転方向に沿った光学パターンを備えるエンコーダ用スケールであって、第１面と異なる基板の第２面に、回転軸を挟んで異なる磁極に設定される第１磁石を備え、第１面に、第１磁石のそれぞれの磁極との間で磁場を形成する第２磁石または磁気ヨークを備えるエンコーダ用スケールが提供される。
本発明の態様によれば、回転軸を中心として回転するとともに、回転軸の回転方向に配置された光学パターンと、一方の面に配置される第１磁石と、一方の面に対して裏側の他方の面に配置される第２磁石または磁気ヨークと、を備え、第２磁石または磁気ヨークは、第１磁石との間で、磁気検出部によって検出される磁場を形成し、１回転中に少なくとも１回は磁場を変更するエンコーダ用スケールが提供される。
本発明の態様によれば、上記の態様のエンコーダ用スケールと、光学パターンを介した光を検出する光検出部と、磁場の変更を検出する磁気検出部と、を備えるエンコーダが提供される。
本発明の態様によれば、一方の面に配置される第１磁石と、一方の面に対して裏側の他方の面に配置される第２磁石または磁気ヨークと、を有するスケールと、第１磁石と、第２磁石または磁気ヨークとの間で形成される磁場を検出する磁気検出部と、を備え、第２磁石または磁気ヨークは、第１磁石とは外径が異なるように配置されたエンコーダが提供される。
本発明の態様によれば、回転部材と、回転部材を回転させる駆動部と、回転部材に固定され、回転部材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、上記態様のエンコーダが用いられる駆動装置が提供される。
本発明の態様によれば、移動物体と、移動物体を移動させる駆動装置と、を備え、駆動装置として、上記態様の駆動装置が用いられるステージ装置が提供される。
本発明の第１態様によれば、回転軸を中心として回転する基板を有し、回転軸と交差する基板の第１面に、回転方向に沿った光学パターンを備えるエンコーダ用スケールであって、第１面と異なる基板の第２面に設けられ、回転軸を挟んで異なる磁極に設定される第１磁石と、第１面に設けられ、第１磁石のそれぞれの磁極との間で磁場を形成する第２磁石または磁気ヨークと、を備えるエンコーダ用スケールが提供される。

本発明の第２態様によれば、一方の面に配置される第１磁石と、一方の面に対して裏側の他方の面に配置される第２磁石または磁気ヨークと、を備え、第２磁石または磁気ヨークは、第１磁石との間で、磁気検出部によって検出される磁場を形成するエンコーダ用スケールが提供される。

本発明の第３態様によれば、回転軸を中心として回転するとともに、回転軸の回転方向に配置された光学パターンを有し、１回転中に少なくとも１回は磁場を変更するエンコーダ用スケールと、光学パターンを介した光を検出する光検出部と、磁場の変更を検出する磁気検出部と、を備え、エンコーダ用スケールとして、本発明の第１態様または第２態様によるエンコーダ用スケールが用いられるエンコーダが提供される。

本発明の第４態様によれば、一方の面に配置される第１磁石と、一方の面に対して裏側の他方の面に配置される第２磁石または磁気ヨークと、を有するスケールと、第１磁石と、第２磁石または磁気ヨークとの間で形成される磁場を検出する磁気検出部と、を備えたエンコーダが提供される。

本発明の第５態様によれば、回転部材と、当該回転部材を回転させる駆動部と、回転部材に固定され、回転部材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３態様または第４態様によるエンコーダが用いられる駆動装置が提供される。

本発明の第６態様によれば、移動物体と、当該移動物体を移動させる駆動装置とを備え、駆動装置として、本発明の第５態様による駆動装置が用いられるステージ装置が提供される。

本発明の態様によれば、磁気検出部に対して強い磁場を形成させることができ、これによりエンコーダ用スケールを小さくすることができるとともに、エンコーダを小型化することが可能となる。

第１実施形態に係るエンコーダ用スケールの一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は磁石の配置を示す平面図である。 図１に示すエンコーダ用スケールの断面図である。 実施例に係るエンコーダ用スケールと、比較例に係るエンコーダ用スケールとを比較するための図である。 エンコーダの実施形態の一例を示す断面図である。 図４に示すエンコーダの磁気検出部の一例を示す図である。 第２実施形態に係るエンコーダ用スケールの一例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）平面図である。 第３実施形態に係るエンコーダ用スケールの一例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は第３実施形態の変形例を示す断面図である。 第４実施形態に係るエンコーダ用スケールの一例を示す断面図である。 駆動装置の実施形態の一例を示す図である。 （ａ）はステージ装置の実施形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）はロボット装置の実施形態の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては、実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。以下の説明において、「エンコーダ用スケール」は、適宜「スケール」と省略して称する場合がある。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るエンコーダ用スケールＳの一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は磁石の配置を示す平面図である。図２は、図１に示すスケールＳの断面図である。このスケールＳは、回転モータ等の駆動系の軸部等に取り付けられて用いられる。この場合、スケールＳは、回転軸ＡＸを中心として軸線周りに回転する。

図１（ａ）に示すように、スケールＳは、基板１０、固定部２０、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２を有している。基板１０は、回転軸ＡＸを中心として所定の径を持つ円形に形成されている。基板１０は、例えば、ガラスや非磁性体金属、樹脂、セラミックスなど、回転や衝撃、振動等によって容易に変形しない程度の剛性を有する非磁性材料を用いて形成されている。基板１０は、均一な厚さで形成されているが、例えば、中央部分等を周辺より厚肉に形成されてもよい。基板１０の材料、厚み、寸法等については、例えば、取り付けられる軸部の回転数や、設置される温度、湿度等の設置環境など、その用途に応じて適宜決定することができる。

基板１０は、回転軸ＡＸに直交する第１面（上面、表面）１０ａ及び第２面（下面、裏面）１０ｂを有している。第１面１０ａには、トラック領域３０が形成されている。トラック領域３０は、第１トラック３０Ａ及び第２トラック３０Ｂを有している。第１トラック３０Ａ及び第２トラック３０Ｂは、それぞれ回転軸ＡＸを中心とした円環状に形成されている。第１トラック３０Ａはトラック領域３０の外側に配置されており、第２トラック３０Ｂはトラック領域３０の内側に配置されている。トラック領域３０には、回転方向Ｄに沿って光学パターン３３が形成されている。光学パターン３３は、光反射パターンである。光学パターン３３は、光反射部３１及び反射抑制部３２を有している。

光反射部３１は、例えば、アルミニウムなどの反射率の高い金属材料や、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの無機材料を用いて形成されている。光反射部３１は、鏡面加工されてもよい。光反射部３１は、反射率を例えば、約４０％以上に設定している。ただし、光反射部３１において十分な反射率を確保するため、例えば反射率が７０％以上となるように光反射部３１を形成することができる。なお、ここでいう反射率とは、例えば光学式エンコーダで用いられる検出光に対する反射率である。

反射抑制部３２は、例えば、クロム（Ｃｒ）などの光吸収率の高い金属材料や、ガラスなどの光透過率の高い材料などを用いて形成されている。反射抑制部３２は、光反射部３１に比べて、反射率が低くなっている。光反射部３１と反射抑制部３２との反射率の比は任意に設定できる。この反射率の比は、後述する光検出部４０によって光反射部３１による反射光を識別可能な任意の値に設定される。

光学パターン３３のうち第１トラック３０Ａに形成された第１パターン３３Ａは、光反射部３１及び反射抑制部３２が回転方向Ｄに沿って等しいピッチで形成されている。第１パターン３３Ａは、インクリメンタルパターンとして用いられる。また、光学パターン３３のうち第２トラック３０Ｂに形成された第２パターン３３Ｂは、回転方向Ｄにおける光反射部３１の寸法がＭ系列に従うように設定されている。第２パターン３３Ｂは、アブソリュートパターンとして用いられる。ただし、上記した光学パターン３３は一例であって、異なる光学パターンが適用されてもよい。

固定部２０は、基板１０の第２面１０ｂから突出する円筒状に形成されている。固定部２０は、回転モータ等の軸部など、測定対象である移動部材に固定される。固定部２０は、回転モータ等の軸部を挿入可能な取付穴２０ａを有している。固定部２０には、軸部が取付穴２０ａに挿入された状態で、軸部を固定するための固定ネジ等の固定機構（不図示）を備えてもよい。

第１磁石Ｍ１は、基板１０の第２面１０ｂに配置されている。第１磁石Ｍ１としては、例えばネオジム系の永久磁石などが用いられる。第１磁石Ｍ１は、円環状（又は円筒状）に形成されている。第１磁石Ｍ１は、固定部２０を囲んで配置されている。第１磁石Ｍ１は、回転軸ＡＸの軸線方向に第１面（上面、表面）Ｍ１ａ及び第２面（下面、裏面）Ｍ１ｂを有している。第１面Ｍ１ａは、不図示の接着剤等を介して基板１０の第２面１０ｂに固定されている。このため、第１磁石Ｍ１は、基板１０と一体で回転する。なお、図１（ｂ）又は図２に示すように、第１磁石Ｍ１の内周面Ｍ１ｄは、固定部２０に接している。第１磁石Ｍ１の内周面Ｍ１ｄが、不図示の接着剤等を介して固定部２０の外周面に固定されていてもよい。

第１磁石Ｍ１の外径は、基板１０の径よりも大きくなっている。このため、第１磁石Ｍ１の外周面Ｍ１ｃ及びその周縁部は、基板１０の外周縁１０ｃから外側に突出した状態で配置されている。これにより、第１磁石Ｍ１によって基板１０の第１面１０ａ側（すなわち磁気検出部５０側）に向けて磁場が形成されやすくなる。ただし、第１磁石Ｍ１の外周面Ｍ１ｃを基板１０の外周縁１０ｃより外側に突出させるか否かは任意である。また、第１磁石Ｍ１の体積（寸法）は、後述する磁気センサ５０に対して検出可能な磁場を形成可能な寸法に設定される。なお、第１磁石Ｍ１の厚さ（回転軸ＡＸ方向の寸法）は、基板１０の厚さよりも厚くなっている。また、第１磁石Ｍ１は、後述する第２磁石Ｍ２よりも体積が大きくなっている。

第２磁石Ｍ２は、基板１０の第１面１０ａに配置されている。第２磁石Ｍ２としては、第１磁石Ｍ１と同様に、例えばネオジム系の永久磁石などが用いられる。第２磁石Ｍ２は、円板状（または円柱状）に形成されている。第２磁石Ｍ２は、中心が回転軸ＡＸに重なるように配置されている。第２磁石Ｍ２は、回転軸ＡＸの軸線方向に第１面（上面、表面）Ｍ２ａ及び第２面（下面、裏面）Ｍ２ｂを有している。第２面Ｍ２ｂは、不図示の接着剤等を介して基板１０の第１面１０ａに固定されている。このため、第２磁石Ｍ２は、基板１０と一体で回転する。

第２磁石Ｍ２の径は、第２トラック３０Ｂの内径よりも小さくなっている。このため、第２磁石Ｍ２は、回転軸ＡＸと光学パターン３３（第２パターン３３Ｂ）との間に配置される。このように、第２磁石Ｍ２は、光学パターン３３に重ならないように位置及び寸法が設定されている。従って、第２磁石Ｍ２が光学パターン３３に照射させる検出光や、光学パターン３３からの反射光を遮ることがないようにしている。

なお、図２では、第２磁石Ｍ２の径が第１磁石Ｍ１の内径（または固定部２０の外径）とほぼ等しくなるように示されているが、この構成には限定されず、第２磁石Ｍ２の径は第１磁石Ｍ１の内径より大きくてもまたは小さくてもよい。また、第２磁石Ｍ２の厚さは、第１磁石Ｍ１の厚さよりも薄くなっているが、この構成には限定されず、第２磁石Ｍ２の厚さが第１磁石Ｍ１の厚さよりも厚くてもよい。

図１（ｂ）に示すように、第１磁石Ｍ１は、Ｎ極に着磁されたＮ極Ｍ１ｎと、Ｓ極に着磁されたＳ極Ｍ１ｓとを有している。Ｎ極Ｍ１ｎとＳ極Ｍ１ｓとは、回転軸ＡＸを通る直線（境界線Ｍ１ｅ）によって区切られている。図１（ｂ）に示す第１磁石Ｍ１では、境界線Ｍ１ｅの右側がＮ極Ｍ１ｎであり、境界線Ｍ１ｅの左側がＳ極Ｍ１ｓである。このように、第１磁石Ｍ１は、回転軸ＡＸを挟んで異なる磁極となるように配置されている。

第２磁石Ｍ２は、第１磁石Ｍ１と同様に、Ｎ極に着磁されたＮ極Ｍ２ｎと、Ｓ極に着磁されたＳ極Ｍ２ｓとを有している。Ｎ極Ｍ２ｎとＳ極Ｍ２ｓとは、回転軸ＡＸを通る直線（境界線Ｍ２ｅ）によって区切られている。図１（ｂ）に示す第２磁石Ｍ２では、境界線Ｍ２ｅの右側がＳ極Ｍ２ｓであり、境界線Ｍ２ｅの左側がＮ極Ｍ２ｎである。このように、第２磁石Ｍ２は、回転軸ＡＸを挟んで異なる磁極となるように形成されている。なお、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２は、境界線Ｍ１ｅと境界線Ｍ２ｅとが回転軸ＡＸ方向に並んで平行となるように配置されている。

また、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２は、回転軸ＡＸを挟んだ右側の領域では、第１磁石Ｍ１のＮ極Ｍ１ｎと第２磁石Ｍ２のＳ極Ｍ２ｓとが配置されている。また、回転軸ＡＸを挟んだ左側の領域について、第１磁石Ｍ１のＳ極Ｍ１ｓと第２磁石Ｍ２のＮ極Ｍ２ｎとが配置されている。このように、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２は、回転軸ＡＸの軸線方向について、互いに磁極が異なるように配置されている。

この第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２の配置により、図２に示すように、第１磁石Ｍ１と第２磁石Ｍ２との間には、例えば第２磁石Ｍ２のＮ極Ｍ２ｎから第１磁石Ｍ１のＳ極Ｍ１ｓへ向けた磁場Ｈａが形成される。また、第１磁石Ｍ１のＮ極Ｍ１ｎから第２磁石Ｍ２のＳ極Ｍ２ｓへ向けた磁場Ｈｂが形成される。これらの磁場Ｈａ、Ｈｂによって形成される磁力線は、後述する磁気検出部５０（５０Ａ、５０Ｂ）を通過するため、磁気検出部５０によって磁場Ｈａ、Ｈｂを高精度に検出可能である。

また、第１磁石Ｍ１のうち回転軸ＡＸの軸線方向の第２端面Ｍ１ｂには、バックヨーク６０が設けられている。バックヨーク６０は、例えば、軟磁性体を用いて円環状に形成されている。バックヨーク６０は、上面６０ａ及び下面６０ｂを有している。上面６０ａは、不図示の接着剤等を介して第１磁石Ｍ１の第２面Ｍ１ｂに固定されている。バックヨーク６０の外径及び内径は、第１磁石Ｍ１の外径及び内径とほぼ等しくなっている。このため、第１磁石Ｍ１の第２面Ｍ１ｂの略全面がバックヨーク６０によって覆われることになる。バックヨーク６０の厚さは、第１磁石Ｍ１の厚さよりも薄くなっている。

バックヨーク６０によって、第１磁石Ｍ１の下向き（スケールＳから離れる向き）の磁場を閉じ込め、スケールＳの上方側（第２磁石Ｍ２側）に向かう磁場を強くすることができる。ただし、第１磁石Ｍ１の第２面Ｍ１ｂにバックヨーク６０を配置するか否かは任意である。

図３は、第１実施形態のスケールＳ（実施例）と、比較例１〜比較例３に係るスケールＳ１〜Ｓ３とを比較するための図である。図３（ａ）に示すように、スケールＳは、第２磁石Ｍ２の直径ｔ１が５ｍｍ、第１磁石Ｍ１の外径ｔ２が１０．２ｍｍ、第１磁石Ｍ１の内径ｔ３が５．２ｍｍとなっている。また、第１磁石Ｍ１の厚さ（回転軸ＡＸの軸線方向の寸法）は２ｍｍ、第２磁石Ｍ２の厚さは１ｍｍ、バックヨーク６０の厚さは１ｍｍとなっている。

比較例１に係るスケールＳ１は、磁石Ｍ１１及びバックヨーク６１を有している。磁石Ｍ１１は、回転軸ＡＸ１を中心とした円環状に形成されている。磁石Ｍ１１は、４つの領域に分割された構成となっている。磁石Ｍ１１は、回転軸ＡＸの軸線方向視において、半径方向の内側と外側とで２つの領域に磁極が分割されており、内側の領域及び外側の領域が回転軸ＡＸ１を挟んでそれぞれ右側と左側とで２つの領域に磁極が分割されている。磁石Ｍ１１のうち、半径方向の内側の２領域については、回転軸ＡＸ１の右側の領域Ｍ１１ａがＮ極、回転軸ＡＸの左側の領域Ｍ１１ｂがＳ極となっている。また、半径方向の外側の２領域については、回転軸ＡＸ１の右側の領域Ｍ１１ｃがＳ極、回転軸ＡＸ１の左側の領域Ｍ１１ｄがＮ極となっている。スケールＳ１は、磁石Ｍ１１の内径ｔ４が５．２ｍｍ、境界の径ｔ５が７．７ｍｍ、磁石Ｍ１１の外径ｔ６が１０．２ｍｍとなっている。また、磁石Ｍ１１の厚さは２ｍｍ、バックヨーク６１の厚さは１ｍｍとなっている。このように、スケールＳ１の磁石Ｍ１１は、本実施形態の磁石Ｍ１と同様の寸法が適用されている。

比較例２に係るスケールＳ２は、磁石Ｍ１２及びバックヨーク６２を有している。磁石Ｍ１２は、回転軸ＡＸ２を中心とした円環状に形成されている。磁石Ｍ１２は、磁石Ｍ１１と同様に４つの領域Ｍ１２ａ（Ｎ極）、Ｍ１２ｂ（Ｓ極）、Ｍ１２ｃ（Ｓ極）、Ｍ１２ｄ（Ｎ極）に分割された構成となっている。スケールＳ２は、磁石Ｍ１２の内径ｔ７が４．２ｍｍ、境界の径ｔ８が７．７ｍｍ、磁石Ｍ１２の外径ｔ９が１１．２ｍｍとなっている。また、磁石Ｍ１２の厚さは２ｍｍ、バックヨーク６２の厚さは１ｍｍとなっている。このように、スケールＳ２の磁石Ｍ１２は、本実施例の磁石Ｍ１より大きな寸法が適用されている。

比較例３に係るスケールＳ３は、磁石Ｍ１３及びバックヨーク６３を有している。磁石Ｍ１３は、回転軸ＡＸ３を中心とした円環状に形成されている。磁石Ｍ１３は、磁石Ｍ１１及びＭ１２と同様に、４つの領域Ｍ１３ａ（Ｎ極）、Ｍ１３ｂ（Ｓ極）、Ｍ１３ｃ（Ｓ極）、Ｍ１３ｄ（Ｎ極）に分割された構成となっている。スケールＳ３は、磁石Ｍ１３の内径ｔ１０が５．２ｍｍ、境界の径ｔ１１が８．２ｍｍ、磁石Ｍ１３の外径ｔ１２が１１．２ｍｍとなっている。また、磁石Ｍ１３の厚さは２ｍｍ、バックヨーク６３の厚さは１ｍｍとなっている。このように、スケールＳ３の磁石Ｍ１３は、本実施例の磁石Ｍ１より大きく、さらにスケールＳ２の磁石Ｍ１２より大きな寸法が適用されている。

なお、比較例１〜３のいずれも、本実施例の第２磁石Ｍ２に相当する磁石は配置されていない。

図３（ｂ）は、実施例に係るスケールＳ、比較例１〜３に係るスケールＳ１〜Ｓ３について、回転方向Ｄ１における磁束密度の分布を示すグラフである。なお、グラフの値は、回転軸ＡＸ、ＡＸ１〜ＡＸ３から半径方向Ｄ２に所定距離（３ｍｍ）離れ、かつ、第１磁石Ｍ１の表面、磁石Ｍ１１〜Ｍ１３の表面から回転軸ＡＸ、ＡＸ１〜ＡＸ３の軸線方向に所定距離（３．９６ｍｍ）離れた位置で磁束密度を測定したときの結果である。グラフの縦軸は磁束密度（単位はｍＴ）である。また、グラフの横軸は、図３（ａ）において回転軸ＡＸ、ＡＸ１〜ＡＸ３の右方向を基準位置（０°）としたときの反時計回りの角度θである。ここでは、０°≦θ≦１８０°の範囲で示している。なお、グラフでは、回転軸ＡＸ、ＡＸ１〜ＡＸ３から半径方向Ｄ２の外側に向かう磁場を正方向として示している。

実施例に係るスケールＳでは、０°≦θ＜９０°において、第２磁石Ｍ２のＮ極Ｍ２ｎから第１磁石Ｍ１のＳ極Ｍ１ｓへ向けて磁場が形成されるため、グラフの値は正の値となる。θ＝９０°の場合、Ｎ極とＳ極との境界であるため、第１磁石Ｍ１と第２磁石Ｍ２との間で磁場は形成されない。９０°＜θ≦１８０°において、第１磁石Ｍ１のＮ極の磁極Ｍ１ｎから第２磁石Ｍ２のＳ極の磁極Ｍ２ｓへ向けて磁場が形成されるため、グラフの値は負の値となる。

比較例１〜比較例３に係るスケールＳ１〜Ｓ３では、いずれも０°≦θ＜９０°において、磁石Ｍ１１〜Ｍ１３のうち内側の領域Ｍ１１ａ〜Ｍ１３ａ（Ｎ極）から外側の領域Ｍ１１ｃ〜Ｍ１３ｃ（Ｓ極）へ向けて磁場が形成されるため、グラフの値は正の値となる。θ＝９０°の場合、Ｎ極とＳ極との境界であるため、磁場は形成されない。９０°＜θ≦１８０°において、磁石Ｍ１１〜Ｍ１３のうち外側の領域Ｍ１１ｄ〜Ｍ１３ｄ（Ｎ極）から内側の領域Ｍ１１ｂ〜Ｍ１３ｂ（Ｓ極）へ向けて磁場が形成されるため、グラフの値は負の値となる。

図３（ｂ）に示すように、実施例に係るスケールＳでは、比較例１〜３に係るスケールＳ１〜Ｓ３に比べて、回転方向Ｄ１における磁束密度の絶対値が大きくなっている。このように、スケールＳでは、Ｎ極からＳ極へ向かう磁場、及びＳ極からＮ極へ向かう磁場のそれぞれについて、スケールＳ１〜Ｓ３よりも強くなることが確認される。

図３（ｃ）は、実施例に係るスケールＳ、比較例１〜３に係るスケールＳ１〜Ｓ３について、半径方向Ｄ２における磁束密度の分布を示すグラフである。なお、グラフの値は、第１磁石Ｍ１の表面、磁石Ｍ１１〜Ｍ１３の表面から回転軸ＡＸ、ＡＸ１〜ＡＸ３の軸線方向に所定距離（３．９６ｍｍ）離れた位置で磁束密度を測定したときの結果である。グラフの縦軸は磁束密度（単位はｍＴ）である。また、グラフの横軸は、図３（ａ）において回転軸ＡＸ、ＡＸ１〜ＡＸ３から右方向に進んだ距離Ｒである。ここでは、０ｍｍ≦Ｒ≦６ｍｍの範囲で示している。なお、グラフでは、Ｎ極からＳ極へ向かう磁場の強さを正方向で示し、Ｓ極からＮ極へ向かう磁場の強さを負方向で示している。

図３（ｃ）に示すように、実施例に係るスケールＳでは、半径方向Ｄ２の位置が約２．２ｍｍのときに約４３ｍＴの極大値をとる。また、比較例１に係るスケールＳ１では、半径方向Ｄ２の位置が約３．０ｍｍのときに約１０ｍＴの極大値をとる。比較例３に係るスケールＳ３では、半径方向Ｄ２の位置が約３．１ｍｍのときに約２０ｍＴの極大値をとる。比較例２に係るスケールＳ２では、半径方向Ｄ２の位置が約３．２ｍｍのときに約１５ｍＴの極大値をとる。

図３に示すように、実施例に係るスケールＳは、比較例１〜３に係るスケールＳ１〜Ｓ３に比べて、磁束密度の極大値（約４３ｍＴ）が大きくなっており、かつ、極大値を取るときの半径方向Ｄ２の位置（約２．２ｍｍ）が回転軸ＡＸに近くなっていることが確認される。このため、スケールＳは、他のスケールＳ１〜Ｓ３と比較して強い磁場を形成させることができる。さらに、その磁場の位置がスケールＳ１〜Ｓ３と比較して回転軸ＡＸから近い位置に形成されるので、磁気センサを回転軸ＡＸに近づけて配置することができ、エンコーダの小型化を実現可能となる。

このように、第１実施形態によれば、回転軸ＡＸを挟んで異なる磁極（Ｎ極Ｍ１ｎ及びＳ極Ｍ１ｓ）を有する第１磁石Ｍ１が基板１０の第２面１０ｂに配置され、この第１磁石Ｍ１のＮ極Ｍ１ｎ及びＳ極Ｍ１ｓとの間でそれぞれ磁場Ｈａ、Ｈｂを形成する第２磁石Ｍ２が基板１０の第１面１０ａに配置される。これにより、それぞれの磁石を単独でスケールＳに配置する場合に比べて、磁場Ｈａ、Ｈｂを効率よく強くすることができる。従って、スケールＳを小型化することができる。

また、第１実施形態によれば、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２は、それぞれ４つの領域に分割されるのではなく、磁極の異なる２つの領域に分割されるだけでよいため、領域間の無着磁領域を減少させることができる。このため、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２によって形成される磁場を強くすることができる。また、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２ともそれぞれ２つの領域に着磁すればよいため、着磁方法の複雑化を避けることができ、磁石の製造コストを低減させることができる。

＜エンコーダ＞
図４は、図１に示すエンコーダ用スケールＳを用いたエンコーダの一例を示す断面図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図４に示すように、エンコーダＥＣは、スケール（エンコーダ用スケール）Ｓと、本体部Ｂと、制御部ＣＯＮＴとを有している。スケールＳは、上記した第１実施形態のスケールＳが用いられる。

スケールＳは、回転モータ等の軸部ＳＦに固定されており、軸部ＳＦと一体的に回転する。本体部Ｂは、回転モータのケーシングなど、非回転部ＢＤに固定されており、筐体３９及び回路基板３８を有している。回路基板３８には、光検出部４０及び磁気検出部５０が設けられている。光検出部４０は、上記の光学パターン３３を介した光を検出する。磁気検出部５０は、上記の第１磁石Ｍ１と第２磁石Ｍ２とで形成される磁場を検出することにより、磁場の変化を検出する。筐体３９は、スケールＳに対する光検出部４０及び磁気検出部５０の位置を調整するための調整機構を備えてもよい。

光検出部４０は、平面視で矩形状に形成されたチップ基板４０ａを有している。チップ基板４０ａには、発光部４１、受光部４２、及び不図示の制御回路が形成されている。発光部４１は、上記した光学パターン３３に検出光を出射する。発光部４１は、一方向又は複数方向に向けて所定波長のレーザ光を射出可能に形成されている。発光部４１による検出光の出射は、制御部ＣＯＮＴによって制御される。

受光部４２は、光学パターン３３を介した光を受光する。本実施形態では、光学パターン３３からの反射光を受光する。受光部４２は、複数の受光素子を有している。受光素子としては、例えば２次元センサ（イメージセンサ）が用いられている。２次元センサとしては、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）のイメージセンサが使用される。受光部４２は、第１受光部４２ａ及び第２受光部４２ｂを有している。第１受光部４２ａは、インクリメンタルパターンである第１パターン３３Ａからの反射光を検出する。第２受光部４２ｂは、アブソリュートパターンである第２パターン３３Ｂからの反射光を検出する。

光検出部４０は、第１受光部４２ａで受光した第１パターン３３Ａの反射光からインクリメンタル信号を生成するとともに、第２受光部４２ｂで受光した第２パターン３３Ｂの反射光からアブソリュート信号を生成する。これらの信号に基づいて、スケールＳの回転量や回転位置が計測される。この計測結果は、制御部ＣＯＮＴからの要求により、または所定期間ごとに制御部ＣＯＮＴへ送られる。

磁気検出部５０は、第１検出部５０Ａ及び第２検出部５０Ｂを有している。第１検出部５０Ａは、バイアス磁石５１Ａ及び磁気抵抗素子５２Ａを有している。第２検出部５０Ｂは、バイアス磁石５１Ｂ及び磁気抵抗素子５２Ｂを有している。第１検出部５０Ａ第２検出部５０Ｂは、同一構成のものが用いられる。以下、バイアス磁石５１Ａ、５１Ｂに共通の構成を説明する際には、バイアス磁石５１と表記する場合がある。また、同様に、磁気抵抗素子５２Ａ、５２Ｂに共通の構成を説明する際には、磁気抵抗素子５２と表記する場合がある。

バイアス磁石５１は、スケールＳの第１磁石Ｍ１と第２磁石Ｍ２とで形成される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５１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用いられる。図４では、便宜上、バイアス磁石５１と磁気抵抗素子５２とが接触した状態で示されているが、実際には、バイアス磁石５１は、磁気抵抗素子５２に接触せず、かつ、磁気抵抗素子５２に隣接しない位置に配置されている。

図５（ａ）は、バイアス磁石５１と第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２との位置関係を示す平面図である。図５（ａ）では、基板１０を破線で示している。図５（ａ）に示すように、回転軸ＡＸの軸線方向視において、バイアス磁石５１Ａとバイアス磁石５１Ｂとは、回転方向において９０°ずれた位置に配置されている。図５（ａ）では、バイアス磁石５１Ａは左側に配置され、バイアス磁石５１Ｂは右側に配置される。また、バイアス磁石５１Ａは、回転方向の一端（右上）がＮ極となっており、他端（左下）がＳ極となっている。また、バイアス磁石５１Ｂは、回転方向の一端（左上）がＮ極となっており、他端（右下）がＳ極となっている。

図５（ｂ）は、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２とで形成される磁場とバイアス磁石５１で形成される磁場との合成磁場の方向を示す図である。バイアス磁石５１Ａが設けられる位置では、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２により、図５（ａ）の左上方向の磁場Ｈ１が形成される。磁場Ｈ１は、図２に示す磁場Ｈａに相当する。また、バイアス磁石５１Ａにより、図５（ａ）の左下方向の磁場Ｈ３が形成される。このように、バイアス磁石５１Ａは、磁場Ｈ１と直交する方向に磁場Ｈ３を形成するように配置される。磁場Ｈ１と磁場Ｈ３との合成磁場Ｈ５は図５（ａ）の左方向に形成される。

また、バイアス磁石５１Ｂが設けられる位置では、第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２により、図５（ａ）の左下方向の磁場Ｈ２が形成される。磁場Ｈ２は、図２に示す磁場Ｈｂに相当する。また、バイアス磁石５１Ｂにより、図５（ａ）の右下方向の磁場Ｈ４が形成される。このように、バイアス磁石５１Ｂは、磁場Ｈ２と直交する方向に磁場Ｈ４を形成するように配置される。磁場Ｈ２と磁場Ｈ４との合成磁場Ｈ６は図５（ａ）の下方向に形成される。

なお、図５（ａ）の状態からスケールＳが１８０°回転した場合、磁場Ｈ１の向きが１８０°変わる（右下方向となる）ため、合成磁場Ｈ５は下方向に形成される。同様に、図５（ａ）の状態からスケールＳが１８０°回転した場合、磁場Ｈ２の向きが１８０°変わる（右上方向となる）ため、合成磁場Ｈ６は右方向に形成される。合成磁場Ｈ５、Ｈ６に着目すると、右方向または下方向に交互に変更することになる。

図５（ｃ）は、磁気抵抗素子５２の構成を示す平面図である。図５（ｃ）に示すように、磁気抵抗素子５２は、磁性薄膜５３と、電気抵抗パターンＲ１〜Ｒ４とを有している。磁性薄膜５３は、磁性体を用いて形成されている。電気抵抗パターンＲ１〜Ｒ４は、例えば金属配線などによって形成された繰り返しパターンを有している。電気抵抗パターンＲ１及びＲ３では、図５（ｃ）の上下方向に長手のパターンが繰り返されている。また、電気抵抗パターンＲ２及びＲ４では、図５（ｃ）の左右方向に長手のパターンが繰り返されている。磁気抵抗素子５２に作用する合成磁場Ｈ５、Ｈ６の方向が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、電気抵抗パターンＲ１〜Ｒ４の電気抵抗が低下する。

図５（ｄ）は、磁気抵抗素子５２を示す回路図である。図５（ｄ）に示すように、電気抵抗パターンＲ１と電気抵抗パターンＲ２との間は、接続部Ｐ１を介して接続されている。電気抵抗パターンＲ２と電気抵抗パターンＲ３との間は、接続部Ｐ２を介して接続されている。電気抵抗パターンＲ３と電気抵抗パターンＲ４との間は、接続部Ｐ３を介して接続されている。電気抵抗パターンＲ４と電気抵抗パターンＲ１との間は、接続部Ｐ４を介して接続されている。接続部Ｐ４と接続部Ｐ２との間には、定電圧Ｖ_０が印加されている。接続部Ｐ１と接続部Ｐ３との間には、出力電圧Ｖが形成される。電気抵抗パターンＲ１〜Ｒ４の電気抵抗が低下すると、出力電圧Ｖの出力値が変化する。磁気抵抗素子５２では、この出力電圧Ｖの変化を用いて磁場の方向を電気信号に変換している。磁気抵抗素子５２における検出結果は電気信号として上記の制御部ＣＯＮＴに送信される。

上記の合成磁場Ｈ５、Ｈ６を例に挙げて説明すると、磁気抵抗素子５２Ａには、左方向の合成磁場Ｈ５が作用するため、電気抵抗パターンＲ１、Ｒ３の電気抵抗が低下する。また、磁気抵抗素子５２Ｂには、下方向の合成磁場Ｈ６が作用するため、電気抵抗パターンＲ２、Ｒ４の電気抵抗が低下する。

これに対して、スケールＳが１８０°回転する場合、磁気抵抗素子５２Ａには、左方向から徐々に下方向に向きを変化させながら合成磁場Ｈ５が作用する。そして、スケールＳが１８０°回転したときには、下方向の合成磁場Ｈ５が磁気抵抗素子５２Ａに作用する。このため、合成磁場Ｈ５の向きの変化に伴って電気抵抗パターンＲ２、Ｒ４の電気抵抗が低下し、電気抵抗パターンＲ１、Ｒ３の電気抵抗が上昇する。

また、磁気抵抗素子５２Ｂには、下方向から徐々に左方向に向きを変化させながら合成磁場Ｈ６が作用する。そして、スケールＳが１８０°回転したときには、左方向の合成磁場Ｈ６が磁気抵抗素子５２Ｂに作用する。このため、合成磁場Ｈ６の向きの変化に伴って電気抵抗パターンＲ１、Ｒ３の電気抵抗が低下し、電気抵抗パターンＲ２、Ｒ４の電気抵抗が上昇する。このように磁気抵抗素子５２Ａ、５２Ｂの電気抵抗パターンＲ１〜Ｒ４がそれぞれ変化するため、スケールＳの回転に伴って出力電圧Ｖの出力値が変化する。

出力電圧Ｖの変化は、磁気検出部５０から回路基板３８に送られて変化数がカウントされる。この変化数は基準位置に対するスケールＳの回転数に対応する。スケールＳの回転数に関する情報は、制御部ＣＯＮＴからの要求により、または所定期間ごとに制御部ＣＯＮＴに送られる。

このように、上記したエンコーダＥＣにおいては、磁気検出部５０からの情報に基づいてスケールＳの回転数の情報と、光検出部４０からの情報に基づいてスケールＳの回転位置の情報との双方を取得できる。また、スケールＳの第１磁石Ｍ１及び第２磁石Ｍ２によって形成される磁場が強いため、磁気検出部５０による磁場の検出を確実かつ精度よく行うことができる。また、小型のスケールＳが用いられるとともに、磁気検出部５０を回転軸ＡＸから近い位置に配置できるため、エンコーダＥＣの小型化を図ることができる。なお、このようなエンコーダＥＣの効果は、以下の他の実施形態や変形例に係るスケールを用いた場合においても同様である。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。上記した第１実施形態においては、スケールＳに第２磁石Ｍ２が配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、第２磁石Ｍ２に代えて磁気ヨークが配置された構成であってもよい。なお、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。

図６は、第２実施形態に係るエンコーダ用スケールＳＡの一例を示す図である。図６（ａ）に示すように、スケールＳＡは、基板１０の第１面１０ａに磁気ヨーク１６が形成されている。磁気ヨーク１６としては、例えば、鉄などの軟磁性材料が用いられる。磁気ヨーク１６は、図６（ｂ）に示すように、略半円形状の第１ヨーク１６ａ及び第２ヨーク１６ｂを有している。第１ヨーク１６ａ及び第２ヨーク１６ｂは、不図示の接着剤等を介して基板１０の第１面１０ａに固定されている。このため、第１ヨーク１６ａ及び第２ヨーク１６ｂは、基板１０と一体で回転する。

第１ヨーク１６ａ及び第２ヨーク１６ｂは、回転軸ＡＸを挟むとともに、両者間に間隔を空けて配置されている。また、第１ヨーク１６ａ及び第２ヨーク１６ｂは、第１磁石Ｍ１のＮ極Ｍ１ｎとＳ極Ｍ１ｓとの境界線Ｍ１ｅを挟んで対称となるように配置されている。

第１ヨーク１６ａ及び第２ヨーク１６ｂの寸法は、それぞれ光学パターン３３の内径よりも小さくなるように設定される。このため、第１ヨーク１６ａ及び第２ヨーク１６ｂは、いずれも回転軸ＡＸと光学パターン３３との間に配置される。このように、第１ヨーク１６ａ及び第２ヨーク１６ｂは、光学パターン３３に重ならないように位置及び寸法が設定されている。従って、第１ヨーク１６ａまたは第２ヨーク１６ｂが光学パターン３３に照射させる検出光や、光学パターン３３からの反射光を遮ることがないようにしている。

また、基板１０には、磁気回路１５が形成されている。磁気回路１５は、第１回路１５ａ及び第２回路１５ｂを有している。第１回路１５ａは、第１磁石Ｍ１のＮ極Ｍ１ｎと第１ヨーク１６ａとを接続している。この第１回路１５ａにより、第１ヨーク１６ａはＮ極と同様の磁極が形成される。このため、第１磁石Ｍ１のＳ極Ｍ１ｓと第１ヨーク１６ａとの間には、第１実施形態と同様に磁場Ｈａが形成される。なお、第１ヨーク１６ａの磁力は、第１磁石Ｍ１の磁力に依存する。従って、第１磁石Ｍ１として強い磁力を持つものが用いられる場合は、第１ヨーク１６ａの磁力も強いものとなり、強い磁場Ｈａを形成することが可能となる。

また、第２回路１５ｂは、第１磁石Ｍ１のＳ極Ｍ１ｓと第２ヨーク１６ｂとを接続している。この第２回路１５ｂにより、第２ヨーク１６ｂはＳ極と同様の磁極が形成される。このため、第１磁石Ｍ１のＮ極Ｍ１ｎと第２ヨーク１６ｂとの間には、第１実施形態と同様に磁場Ｈｂが形成される。また、上記したように、第１磁石Ｍ１として強い磁力を持つものが用いられる場合は、第１ヨーク１６ｂの磁力も強いものとなり、強い磁場Ｈｂを形成することが可能となる。

第１回路１５ａ及び第２回路１５ｂは、例えば、磁性材料によって形成された線材や薄膜等を用いて、Ｎ極Ｍ１ｎと第１ヨーク１６ａとの間、及びＳ極Ｍ１ｓと第２ヨーク１６ｂとの間を、基板１０の内部を介して接続することにより形成されてもよい。ただし、第１回路１５ａ及び第２回路１５ｂの形態はこれに限定するものではなく、磁気的に接続可能な任意の構成が適用されてもよい。

このように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を有する。また、基板１０が磁気回路１５を備える必要があるものの、基板１０の第１面１０ａに第２磁石Ｍ２を配置する必要がなく、磁石の使用数を減少させることにより製造コストを低減させることができる。なお、第２実施形態に係るスケールＳＡを用いたエンコーダは、図４に示すエンコーダＥＣとほぼ同様に構成される。

＜第３実施形態＞
第３実施形態にについて説明する。上記した第１実施形態においては、スケールＳに円盤状の第２磁石Ｍ２が配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、円盤状とは異なる形状の第２磁石が配置された構成であってもよい。なお、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。

図７（ａ）は、第３実施形態に係るエンコーダ用スケールＳＢの一例を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、スケールＳＢは、基板１０の第１面１０ａに第２磁石Ｍ３を有している。第２磁石Ｍ３は、円錐状に形成されている。第２磁石Ｍ３としては、例えば、ネオジム系の永久磁石などが用いられる。第２磁石Ｍ３は、頂点Ｍ３ａを含む中心が回転軸ＡＸに重なるように配置されている。第２磁石Ｍ３の底面Ｍ３ｂは、不図示の接着剤等を介して第１面１０ａに固定されている。このため、第２磁石Ｍ３は、基板１０と一体で回転する。

第２磁石Ｍ３の底面Ｍ３ｂの外径は、光学パターン３３の内径よりも小さくなっている。このため、第２磁石Ｍ３は、回転軸ＡＸと光学パターン３３との間に配置される。このように、第２磁石Ｍ３は、光学パターン３３に重ならないように位置及び寸法が設定されている。従って、第２磁石Ｍ３が光学パターン３３に照射させる検出光や、光学パターン３３からの反射光を遮ることがないようにしている。

第２磁石Ｍ３は、Ｎ極に着磁されたＮ極Ｍ３ｎと、Ｓ極に着磁されたＳ極Ｍ３ｓとを有している。Ｎ極Ｍ３ｎとＳ極Ｍ３ｓとは、回転軸ＡＸを通る直線によって区切られている。第２磁石Ｍ３では、回転軸ＡＸの右側がＳ極Ｍ３ｓであり、回転軸ＡＸの左側がＮ極Ｍ３ｎである。このように、第２磁石Ｍ３は、回転軸ＡＸを挟んで異なる磁極となるように形成されている。

また、底面Ｍ３ｂから頂点Ｍ３ａまでの距離（第２磁石Ｍ３の高さ）は、第１実施形態の第２磁石Ｍ２に比べて高くなっている。ただし、第２磁石Ｍ３の高さは、スケールＳＢの上方に配置される回路基板３８（図４参照）と干渉しない高さに設定される。図７（ａ）に示すように、第１磁石Ｍ１の磁極Ｍ１ｓと第２磁石Ｍ３の磁極Ｍ３ｎとの間に形成される磁場Ｈａは、第２磁石Ｍ３の斜面Ｍ３ｃから第１磁石Ｍ１に向けて形成される。同様に、第１磁石Ｍ１の磁極Ｍ１ｎと第２磁石Ｍ３の磁極Ｍ３ｓとの間に形成される磁場Ｈｂについても、第２磁石Ｍ３の斜面Ｍ３ｃから第１磁石Ｍ１に向けて形成される。このため、磁場Ｈａ、Ｈｂは、いずれも斜面Ｍ３ｃからやや上方に向けて磁場を形成する。

このように、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を有する。さらに、第２磁石Ｍ３が第１実施形態の第２磁石Ｍ２と比べて高いので、磁気検出部５０に第２磁石Ｍ３を近づけることができる。さらに、第２磁石Ｍ３の斜面Ｍ３ｃにより上向きの磁場を形成させるので、磁気検出部５０に対してより強い磁場Ｈａ、Ｈｂを作用させることができる。なお、第３実施形態に係るスケールＳＡを用いたエンコーダは、図４に示すエンコーダＥＣとほぼ同様に構成される。

図７（ｂ）は、第３実施形態の変形例に係るエンコーダ用スケールＳＣの一例を示す断面図である。図７（ｂ）に示すように、スケールＳＣは、基板１０の第１面１０ａに第２磁石Ｍ４を有している。第２磁石Ｍ４は、円錐台状に形成されている。第２磁石Ｍ４は、中心が回転軸ＡＸに重なるように配置されている。第２磁石Ｍ４の底面Ｍ４ｂは、不図示の接着剤等を介して第１面１０ａに固定されており、第２磁石Ｍ４は基板１０と一体で回転する。また、第２磁石Ｍ４の底面Ｍ４ｂの外径は、光学パターン３３の内径よりも小さく設定されている。従って、第２磁石Ｍ４は、回転軸ＡＸと光学パターン３３との間に配置されている。なお、第２磁石Ｍ４が光学パターン３３に照射させる検出光や、光学パターン３３からの反射光を遮ることがない点は、上記した第２磁石Ｍ３と同様である。

第２磁石Ｍ４は、Ｎ極に着磁されたＮ極Ｍ４ｎと、Ｓ極に着磁されたＳ極Ｍ４ｓとを有している。Ｎ極Ｍ４ｎとＳ極Ｍ４ｓとは、回転軸ＡＸを通る直線によって区切られている。第２磁石Ｍ４では、回転軸ＡＸの右側がＳ極Ｍ４ｓであり、回転軸ＡＸの左側がＮ極Ｍ４ｎである。

また、底面Ｍ４ｂから上面Ｍ４ａまでの距離（第２磁石Ｍ４の高さ）は、第１実施形態の第２磁石Ｍ２に比べて高くなっている。ただし、上記した第２磁石Ｍ３と同様に、第２磁石Ｍ４の高さは、スケールＳＣの上方に配置される回路基板３８と干渉しない高さに設定される。図７（ｂ）に示すように、第１磁石Ｍ１の磁極Ｍ１ｓと第２磁石Ｍ４の磁極Ｍ４ｎとの間に形成される磁場Ｈａは、第２磁石Ｍ４の斜面Ｍ４ｃから第１磁石Ｍ１に向けて形成される。同様に、第１磁石Ｍ１の磁極Ｍ１ｎと第２磁石Ｍ４の磁極Ｍ４ｓとの間に形成される磁場Ｈｂについても、第２磁石Ｍ４の斜面Ｍ４ｃから第１磁石Ｍ１に向けて形成される。このため、磁場Ｈａ、Ｈｂは、いずれも斜面Ｍ４ｃからやや上方に向けて磁場を形成する。

この変形例においても、第３実施形態と同様に、第１実施形態の第２磁石Ｍ２と比べて高いので、磁気検出部５０に第２磁石Ｍ４を近づけることができる。さらに、第２磁石Ｍ４の斜面Ｍ４ｃにより上向きの磁場を形成させるので、磁気検出部５０に対してより強い磁場Ｈａ、Ｈｂを作用させることができる。なお、この変形例に係るスケールＳＢを用いたエンコーダは、図４に示すエンコーダＥＣとほぼ同様に構成される。

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態に係るエンコーダ用スケールＳＤの構成を示す断面図である。第１実施形態や第３実施形態では、基板１０の第１面１０ａに第２磁石Ｍ２等が直接固定される構成を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、図８に示すスケールＳＤのように、基板１０と第２磁石Ｍ２との間にバックヨーク７０が設けられた構成であってもよい。なお、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。

バックヨーク７０は、例えば、鉄等の軟磁性体を用いて円盤状に形成されている。バックヨーク７０の外径は、第２磁石Ｍ２の外径とほぼ等しくなるように設定されている。従って、第２磁石Ｍ２の第２面Ｍ２ｂの略全面がバックヨーク７０によって覆われることになる。バックヨーク７０の厚さは任意であり、例えば、第１磁石Ｍ１のバックヨーク６０と同一の厚さとしてもよい。

このように、第４実施形態によれば、バックヨーク７００によって、第２磁石Ｍ２の下向き（基板１０に近づく向き）の磁場を閉じ込め、スケールＳの上方側（磁気検出部５０）に向かう磁場を強くすることができる。これにより、磁気検出部５０によって磁場の検出をより一層確実に行うことができ、磁場の変動を精度よく検出することができる。なお、この第４実施形態に係るスケールＳＤを用いたエンコーダは、図４に示すエンコーダＥＣとほぼ同様に構成される。

＜駆動装置＞
実施形態に係る駆動装置について説明する。図９は、駆動装置の実施形態として、電動のモータ装置ＭＴＲの一例を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図９に示すように、モータ装置ＭＴＲは、軸部ＳＦと、軸部ＳＦを回転駆動させる本体部（駆動部）ＢＤと、軸部ＳＦの回転情報を検出するエンコーダＥＣとを有している。

軸部ＳＦは、負荷側端部ＳＦａと、反負荷側端部ＳＦｂとを有している。負荷側端部ＳＦａは、減速機など他の動力伝達機構に接続される。反負荷側端部ＳＦｂには、固定部２０を介してスケールＳが固定される。このスケールＳの固定とともに、エンコーダＥＣが取り付けられている。スケールＳやエンコーダＥＣとしては、上記した第１実施形態が用いられるが、他の実施形態や変形例が用いられてもよい。

このモータ装置ＭＴＲによれば、検出精度に優れ、小型化されたエンコーダＥＣが搭載されるため、回転量の制御性に優れたモータ装置ＭＴＲを得ることができ、モータ装置ＭＴＲ全体を小型化することができる。また、反負荷側端部ＳＦｂに小型のエンコーダＥＣが取り付けられるため、モータ装置ＭＴＲからの出っ張りが小さくなり、小さなスペースにモータ装置ＭＴＲを設置することができる。なお、駆動装置としてモータ装置ＭＴＲを例に挙げて説明したが、これに限定されず、油圧や空圧を利用して回転する軸部を有する他の駆動装置であってもよい。

＜ステージ装置＞
実施形態に係るステージ装置について説明する。図１０（ａ）は、ステージ装置ＳＴＧの実施形態の一例を示す斜視図である。なお、図１０（ａ）は、図９に示すモータ装置ＭＴＲの軸部ＳＦのうち負荷側端部ＳＦａに回転テーブル（移動物体）ＴＢを取り付けた構成となっている。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。

上記のように構成されたステージ装置ＳＴＧは、モータ装置ＭＴＲを駆動して軸部ＳＦを回転させると、この回転が回転テーブルＴＢに伝達される。その際、エンコーダＥＣは、軸部ＳＦの回転位置等を検出する。従って、エンコーダＥＣからの出力を用いることにより、回転テーブルＴＢの回転位置を検出することができる。なお、モータ装置ＭＴＲの負荷側端部ＳＦａと回転テーブルＴＢとの間に減速機等が配置されてもよい。

このようにステージ装置ＳＴＧによれば、回転量の制御性に優れた小型のモータ装置ＭＴＲを搭載するため、回転テーブルＴＢの位置調整精度に優れたステージ装置ＳＴＧを得ることができ、ステージ装置ＳＴＧ全体を小型化することができる。なお、ステージ装置ＳＴＧとして、例えば旋盤等の工作機械に備える回転テーブル等に適用されてもよい。

＜ロボット装置＞
実施形態に係るロボット装置について説明する。図１０（ｂ）は、ロボット装置ＲＢＴの実施形態の一例を示す斜視図である。なお、図１０（ｂ）は、ロボット装置ＲＢＴの一部（関節部分）の構成を模式的に示している。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１０（ｂ）に示すように、ロボット装置ＲＢＴは、第１アームＡＲ１と、第２アームＡＲ２と、関節部ＪＴとを有しており、第１アームＡＲ１と第２アームＡＲ２とが関節部ＪＴを介して接続された構成となっている。

第１アームＡＲ１には、腕部１０１と、軸受１０１ａ、１０１ｂとを備えている。第２アームＡＲ２には、腕部１０２と接続部１０２ａとが設けられている。関節部ＪＴでは、軸受１０１ａ、１０１ｂの間に接続部１０２ａが配置されている。接続部１０２ａは、軸部ＳＦ２と一体的に設けられている。関節部ＪＴでは、軸部ＳＦ２が軸受１０１ａ、１０１ｂの両方に挿入された状態となっている。軸部ＳＦ２のうち軸受１０１ｂに挿入される側の端部は、軸受１０１ｂを貫通して減速機ＲＧに接続されている。

減速機ＲＧは、モータ装置ＭＴＲに接続されており、モータ装置ＭＴＲの回転を例えば１００分の１等に減速して軸部ＳＦ２に伝達する。モータ装置ＭＴＲとしては、図９に示すモータ装置ＭＴＲが用いられている。図１０（ｂ）においては図示されていないが、モータ装置ＭＴＲの軸部ＳＦのうち負荷側端部ＳＦａは、減速機ＲＧに接続されている。また、モータ装置ＭＴＲの軸部ＳＦのうち反負荷側端部ＳＦｂには、エンコーダＥＣのスケールＳが取り付けられている。

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を駆動して軸部ＳＦを回転させると、この回転が減速機ＲＧを介して軸部ＳＦ２に伝達される。軸部ＳＦ２の回転により接続部１０２ａが一体的に回転し、これにより第２アームＡＲ２が、第１アームＡＲ１に対して回転する。その際、エンコーダＥＣは、軸部ＳＦの回転位置等を検出する。従って、エンコーダＥＣからの出力を用いることにより、第２アームＡＲ２の回転位置を検出することができる。

このようにロボット装置ＲＢＴによれば、検出精度に優れ、小型のモータ装置ＭＴＲを搭載するため、第２アームＡＲ２の回転制御性に優れたロボット装置ＲＢＴを得ることができ、ロボット装置ＲＢＴ全体を小型化することができる。また、小型のエンコーダＥＣを備えるため、関節部ＪＴからの出っ張りが小さくなり、この出っ張りが他の機器等と干渉するのを抑制できる。なお、ロボット装置ＲＢＴとしては、上記した構成に限定されず、例えば、関節を備える各種ロボット装置にモータ装置ＭＴＲを搭載することができる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記した各実施形態及び各変形例においては、反射型の光学パターン３３を有するスケールＳ等を例に挙げて説明したが、これに限定されず、光透過型の光学パターンを有するスケール、及びこのスケールを用いたエンコーダ等であってもよい。光透過型の光学パターンが用いられる場合においても、上記した各実施形態及び各変形例と同様の形態を適用することができる。なお、光学パターン３３として、光反射パターンを配置することにより、基板の第２面側に光路のためのスペースを設ける必要が無いため、第１磁石の径を大きくすることができるという利点がある。

また、上記した第３実施形態において、第２磁石が円錐形状である構成や円錐台形状である構成を例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、例えば半球状など、他の形態が用いられてもよい。また、上記した第２実施形態において、基板１０の第１面１０ａに配置される磁気ヨーク１６の形状が円弧状であることに限定されず、例えば、円錐状や円錐台状のものを分割した形状などが用いられてもよい。

Ｓ、ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ…スケール（エンコーダ用スケール） Ｄ、Ｄ１…回転方向 Ｍ１…第１磁石 Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４…第２磁石 Ｈ１〜Ｈ４、Ｈａ、Ｈｂ…磁場 Ｈ５、Ｈ６…合成磁場 ＡＸ…回転軸 ＥＣ…エンコーダ ＳＦ…軸部（回転部材） ＭＴＲ…モータ装置 ＳＴＧ…ステージ装置 ＲＢＴ…ロボット装置 １０、１０Ａ…基板 １０ａ、１０Ａａ…第１面 １０ｂ、１０Ａｂ…第２面 １０ｃ…外周縁 １５…磁気回路 １６…磁気ヨーク ２０…固定部 ３３…光学パターン ４０…光検出部 ５０…磁気検出部 ５１…バイアス磁石 ６０、７０…バックヨーク

Claims (21)

1. 回転軸を中心として回転する基板を有し、前記回転軸と交差する前記基板の第１面に、回転方向に沿った光学パターンを備えるエンコーダ用スケールであって、
   前記第１面と異なる前記基板の第２面に設けられ、前記回転軸を挟んで異なる磁極に設定される第１磁石と、
   前記第１面に設けられ、前記第１磁石のそれぞれの磁極との間で磁場を形成する第２磁石または磁気ヨークと、を備えるエンコーダ用スケール。
2. 前記第１磁石は、前記基板の外周縁から一部が外側に突出した状態で配置される請求項１記載のエンコーダ用スケール。
3. 前記第２面に、測定対象となる回転部材に固定される固定部を有し、
   前記第１磁石は、環状に形成されるとともに、前記固定部を囲んで配置される請求項１または請求項２記載のエンコーダ用スケール。
4. 前記第２磁石または前記磁気ヨークは、前記回転軸と前記光学パターンとの間に配置される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエンコーダ用スケール。
5. 前記第２磁石は、前記回転軸を中心とした円盤状のものが用いられる請求項４記載のエンコーダ用スケール。
6. 前記第２磁石は、前記回転軸を中心とした円錐状または円錐台状のものが用いられる請求項４記載のエンコーダ用スケール。
7. 前記第２磁石は、前記回転軸の方向に前記第１磁石と磁極が異なるように配置される請求項５または請求項６記載のエンコーダ用スケール。
8. 前記第２磁石は、前記基板との間にバックヨークを有する請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載のエンコーダ用スケール。
9. 前記磁気ヨークは、前記回転軸の方向の前記第１磁石の磁極と異なる磁極に対して磁気的に接続される請求項４記載のエンコーダ用スケール。
10. 前記磁気ヨークと前記第１磁石との磁気的な接続は、前記基板に形成された磁気回路を介して行う請求項９記載のエンコーダ用スケール。
11. 前記第１磁石は、前記第２磁石または前記磁気ヨークより体積が大きい請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のエンコーダ用スケール。
12. 前記光学パターンは、光反射型のパターンである請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のエンコーダ用スケール。
13. 回転軸を中心として回転するとともに、前記回転軸の回転方向に配置された光学パターンと、
    一方の面に配置される第１磁石と、
    前記一方の面に対して裏側の他方の面に配置される第２磁石または磁気ヨークと、を備え、
    前記第２磁石または磁気ヨークは、前記第１磁石との間で、磁気検出部によって検出される磁場を形成し、１回転中に少なくとも１回は磁場を変更するエンコーダ用スケール。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載のエンコーダ用スケールと、
    前記光学パターンを介した光を検出する光検出部と、
    前記磁場の変更を検出する磁気検出部と、を備えるエンコーダ。
15. 一方の面に配置される第１磁石と、前記一方の面に対して裏側の他方の面に配置される第２磁石または磁気ヨークと、を有するスケールと、
    前記第１磁石と、前記第２磁石または前記磁気ヨークとの間で形成される磁場を検出する磁気検出部と、を備え、
    前記第２磁石または磁気ヨークは、前記第１磁石とは外径が異なるように配置されたエンコーダ。
16. 前記磁気検出部は、前記他方の面に対向して配置され、
    前記第２磁石または磁気ヨークは、前記第１磁石よりも外径が小さい請求項１５に記載のエンコーダ。
17. 前記磁気検出部は、前記スケールの径方向に関して、前記第２磁石または磁気ヨークの外径よりも外側に配置される請求項１６に記載のエンコーダ。
18. 前記スケールは、回転軸を中心として回転する基板を有し、
    前記第１磁石は、前記基板の前記一方の面において、その外径が前記基板の外周縁から突出した状態で配置される請求項１４〜請求項１７のいずれか一項に記載のエンコーダ。
19. 前記スケールは、前記他方の面において、前記第２磁石または磁気ヨークよりも外周側に形成される光学パターンを有する請求項１４〜請求項１８のいずれか一項に記載のエンコーダ。
20. 回転部材と、
    前記回転部材を回転させる駆動部と、
    前記回転部材に固定され、前記回転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１４〜請求項１９のうちいずれか１項に記載のエンコーダが用いられる駆動装置。
21. 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２０記載の駆動装置が用いられるステージ装置。

Images