JPH05149757A - エンコーダ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円周上に分布させて対向する送受信コイルの
有効的な電磁結合により、高精度にして高分解能のエン
コーダを得る。その安価な製造方法を提供する。 【構成】ハウジング３に固定した固定基板２０には外側
で発信器６と復調器１１を配し内側で内周にウズ巻状の
電力送信コイル７を外周に所定の分布巻した受信コイル
２５を設ける。これに近接対向して軸止された回転基板
２１には対向面に電力送信コイル７と同様な電力受信コ
イル８とこれと直結した所定の分布巻した送信コイル２
７よりなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサーボ制御等に応用され
る高精度で高分解能を有する安価なエンコーダの構成及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術によるエンコーダには、明暗を
円周上に配した円盤とフォトカプラによるものと、等分
にNSを着磁した円盤の永久磁石と磁気抵抗効果素子との
組合せによるものが多い。 前者はゴミによる遮光の問
題、高分解能にするには光量不足と光の回り込み等で限
界がある。又、構成要素の経年変化の問題もある。後者
はNSの着磁極数を増やすと磁極が弱くなり読み出せなく
なり、やはり限界がある。

【０００３】そこで、発明者は特開平２ー７１１１７で
新方式を開示した。これを図４〜図６で概説する。

【０００４】図４で（a）はモータに配したエンコーダ
の断面図を、（b）と（ｃ）は所定のコイルを配した固
定基板と回転基板のコイルパターンを示す。

【０００５】４はモータ１のモータ軸２に篏合する回転
基板で、電力受信コイル８とこの電力受信コイル８から
高周波電力を受けてエンコーダの分解能に対応した分布
する送信コイル９を有している。５は回転基板４に近接
対向する固定基板で、前記回転基板の対向面に電力送信
コイル７と受信コイル１０aと１０bを、裏面で電力送信
コイル７に高周波電力を供給する発信器６と受信コイル
１０aと１０bからの高周波の断続信号を復調する復調器
１１aと１１bを配している。尚、発信器６の発信周波数
は数百〜数十MHzである。高い程、復調器１１の平滑回
路が簡単になる。 １２は回路に供給する電源線と復調
器１１aと１１bの復調信号を放出する入出力線を表す。
図４の従来技術によるエンコーダの等価ブロック図を示
すのが図５である。φaとφb は位相の異なる復調信号
である。図６に各部の波形を示す。（a）は送信コイル
９から発射する高周波の波形、（b）と（c）は受信コイ
ル１０aと１０bに発生する断続高周波の波形、（d）と
（e）は（b）と（c）を復調器１１aと１１bで増幅・検
波・整形した復調信号φaとφbである。

【０００６】以上述べたのが、特開平２ー７１１７に開
示したものである。ところが、送信コイル９と受信コイ
ル１０aと１０bの相対関係が悪く波形の前縁と後縁の立
上と立下の先鋭度が良くなく高精度エンコーダが得られ
ない。これを示すのが図６（b）と（c）であり、ピーク
・ピーク値が高いのみである。以上が従来技術によるエ
ンコーダである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術ではフ
ォトカプラ利用の場合は原理的な限界と長期信頼性に欠
ける問題がある。磁気効果の場合は着磁による限界の問
題がある。図示して概説した特開平２ー７１１１７はコ
イル間の電磁結合によるので信頼性は高いがコイル間の
相対的結合が悪く復調信号の立上・立下特性の先鋭度が
悪くやはり高精度が期待できない問題がある。

【０００８】そこで、本発明はこれらの問題を解決する
もので、その目的は送受信間コイルの電磁結合を径方向
に多く円周方向に小さくして実質的に検出信号の立上・
立下特性の有効成分を増やし高分解能にして高精度のエ
ンコーダの提供にある。更に本発明の他の目的は、固定
基板と回転基板に配するコイルの形成にフォトリソグラ
フィ技術又はスクリン印刷技術と、無電界メッキ技術と
光硬化樹脂を利用することで安価にかつ高分解能、高精
度のエンコーダを製造することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ハウジングに
固定されている固定基板とこの固定基板に近接対向し回
転自在に軸止されている回転基板よりなるエンコーダに
於て、 a, 固定基板には回転基板の対向面で、内周に渦巻状の
電力送信コイルを設け外周にはエンコーダの分解能に対
応した少なくとも１巻の分布した１個又は複数の受信コ
イルを設け、裏面には電力送信コイルに高周波電力を送
る発信器と１個又は複数の受信コイル数に対応した復調
器を設ける。

【００１０】b, 回転基板には固定基板に対向面で対応
して電力受信コイルと、この電力受信コイルから高周波
電力を受けて受信コイルに返送する送信コイルを円周方
向に分布させ設ける。

【００１１】この様に回転基板の送信コイルと固定基板
の受信コイルを近接対向させ、相互関係を径方向ではほ
ぼ同じ長さとし円周方向では送信コイルは平等間隔の分
布巻とし受信コイルの幅は送信コイルの幅より比較的短
くして、送受信コイル間の有効電磁結合により実質的に
検出信号の立上・立下特性の有効成分を増やし高分解能
で高精度なエンコーダを得る特徴がある。

【００１２】更に本発明は、固定基板と回転基板のベー
ス基材に配する各々のコイルを形成する製造方法に於
て、 a, フォトリソグラフィ又はスクリン印刷によるレジス
トパターンを形成する第一導電層パターン形成前工程。

【００１３】b, 無電界メッキ処理と金属メッキとレジ
スト剥離よりなる第一無電界メッキ工程。

【００１４】c, 光硬化樹脂塗布とスルーホールパター
ン露光・現像の光硬化樹脂パターン形成工程。

【００１５】d, フォトリソグラフィ又はスクリン印刷
によるレジストパターンを形成する第二導電層パターン
形成前工程。

【００１６】e, 無電界メッキ処理と金属メッキとレジ
スト剥離よりなる第二無電界メッキ工程。

【００１７】よりなるエンコーダの製造方法を特徴とす
る。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の実施例に於ける具体的な固定
基板と回転基板に配するコイルの配置を示す図である。
全体構成は従来例の図４又は図５とほぼ同じなので省略
する。図１（a）は回転基板２１の半図を、図１（b）は
固定基板２０の半図を、図１（c）は固定基板２０と回
転基板２１を合わせた断面構成をそれぞれ示す図であ
る。

【００１９】図１で図４又は図５と同じ番号は同じ要素
又は意味を表すものとする。２３は固定用穴でモータ軸
２に固着出来る構成に実際はなつている。２２は単に空
穴である。電力送信コイル７と電力受信コイル８との電
磁結合を強くするにはこれらのコイルを包むごとくに磁
性コーアを対向させる。

【００２０】送信コイル２７は電力受信コイル８より高
周波電力を受けて、受信コイル２５aと２５bへ返送する
ものである。その配置は回転基板２１の外周の円周方向
に平等間隔で分布巻にする。送信コイル２７は図では２
巻の分布巻にしているが磁界発生を一様にする為に中心
に向かって多数巻にする。

【００２１】受信コイル２５aと２５bは互いに電気角が
９０゜異なる例で示す。この様な２相信号を放出するエ
ンコーダがモータの回転方向が認識出来て応用上便利で
ある。又、エンコーダは回転位置の検出だけでなく、ブ
ラシレスモータの位置検出器として利用もできる。この
場合は２相だけでなく、３相、・・、６相に用途によつ
て変更する。

【００２２】受信コイル２５aと２５b、送信コイルの分
布角度は同じで径方向の線長もほぼ同じである。受信コ
イル２５aと２５bの円周方向の幅は比較的短くする。こ
れは送信コイル２７の磁界との鎖交数は径方向に多くす
るのが検出電圧の前縁と後縁の先鋭度を良くするが、円
周方向はピーク値に大きく関係するのみである。受信コ
イルをこの様に形成することにより多相化も容易とな
る。尚、図１で受信コイル２５aと２５bを１巻の分布巻
で示したが、これも中心に向かって複数巻にするのがよ
り良い。

【００２３】次に図１（c）で固定基板２０と回転基板
２１の断面構成を説明する。ベース基材３０はセラミッ
ク、プラスチク等で作るが、加工が面倒であるがフェラ
イトを使用がより良い特性が得られる。回路導電層３１
は発信器６、復調器１１aと１１b用である。第一導電層
３２は図１（a）と（b）に示す点線を表す導体形成部で
ある。光硬化樹脂層３３は光硬化樹脂を利用して絶縁体
を形成し、小スルーホール３７と大スルーホール３６の
パターンも形成する。第二導電層３４はコイルパターン
を形成する導体部である。図１で第一と第二導電層３
２、３４を接続する小スルーホール３７は丸点で示す。
回路導電層３１と第一又は第二導電層３２、３４との接
続する大スルーホール３６は黒ツブシ丸点で示す。第一
と第二導電層３２、３４の厚みは０・５〜数μｍであ
る。絶縁層３５は望ましくは設けるもで導電層の保護膜
である。

【００２４】ここで、図２で送信コイル２７と受信コイ
ル２５a、２５bとの対向関係を詳細に説明する。図２
（a）は送信コイル２７と受信コイル２５a、２５bとの
関係を平面展開して理解容易にしたもである。右端でコ
イルパターン例を、中央で送信コイル２７が発生する高
周波磁界３８の発生の様子を、右端でコイル枠だけをそ
れぞれ意味分けして示した。図２（b）は受信コイル２
５a、２５bの誘起電圧波形を示す。高周波磁界３８の分
布を平行で示したのは送信コイル２７と受信コイル２５
が前述した様に充分接近させたことによる。

【００２５】次に配置関係を説明する。分布巻した各コ
イルの配置角はl0である。コイル部l1と空白部l2はl1>l
2,l1+l2=l0,l1=約1/2l0とする。これは、復調器１１の
補捉閾値を補正する為である。結果として、L1=約L2,L1
+L2=l0にする。又、正確にL3=約1/4l0になるのも本発明
の特徴である。これより、復調信号φa,φbより変換し
て正確な４相信号が得られる。加えて、コイルを分布巻
にしていることから平均化されることも利点であり、偏
芯と面ブレにも影響され難いことも大きな特徴である。
これは、前述のフォトカプラと磁気効果では高価過ぎる
構成である。

【００２６】従って、本発明は高精度にして高分解能の
エンコーダが得られるのである。具体的には、回転基板
の径が３０mmで１相１回転当り２００サイクル以上は容
易にえられる。２相を組合わせると８００サイクルにも
なる。

【００２７】この場合のコイルの線幅は１０〜３０μm
程度である。他の方式では２相合わせて２００サイクル
が精々である。

【００２８】次に、以上述べた本発明になる秀れたエン
コーダの製造方法について図３で説明する。図３で示す
工程は集約したもので、分解して説明する。

【００２９】（a）は第一導電層パターン形成前工程
で、ベース基材３０にレジスト塗布工程と、レジスト抜
けパターン露光・現像工程とよりなる工程である。又は
スクリン印刷による直接的にレジスト抜けパターン形成
工程である。４０が残レジストで、４１がレジスト抜け
部である。 （b）は第一無電界メッキ工程で、無電界メッキ処理工
程（例えば、パラジュウム液に浸漬）と、金属メッキ工
程と、レジスト剥離工程とよりなる。４２がメッキ部で
ある。メッキの厚みは前述した数ミクロンまでである。 （c）は光硬化樹脂パターン形成工程で、光硬化樹脂塗
布工程と、スルーホールパターン露光・現像工程よりな
る。４３が硬化した残光硬化樹脂である。

【００３０】（d）は第二導電層パターン形成前工程
で、レジスト塗布工程と、レジスト抜けパターン露光・
現像工程とよりなる工程である。又はスクリン印刷によ
る直接的にレジスト抜けパターン形成工程である。４４
が残レジストを、４５がレジスト抜け部をそれぞれ表
す。

【００３１】（e）は第二無電界メッキ工程で、無電界
メッキ処理工程（例えば、パラジュウム液に浸漬）と、
金属メッキ工程と、レジスト剥離工程とよりなる。４６
が第二導電層に形成されたメッキ部である。

【００３２】（f）は絶縁処理工程で、防錆、接触によ
るキズ・導体の切断を防止するもので望ましくは設ける
工程である。３５が絶縁体である。

【００３３】以上が製造工程であるが、既に確立された
技術を利用したもので安価にエンコーダを製造出来るの
である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べた本発明の構成によれば、回転
基板上に設けた送信コイルの等角に縞模様で円周方向に
一様に発生する高周波の磁界を固定基板上に設けた受信
コイルが有効に捕捉するこから立上・立下特性のバラツ
キが極めて小さい。従って、高精度の高分解能エンコー
ダを構成出来る効果は極めて大である。更には、既に確
立されたリソグラフィ又はスクリン印刷技術の応用と、
光硬化樹脂の利用により安価なエンコーダが製造出来る
のも大きい効果である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に於ける具体的な部分構成要素
を示す図。（a）は回転基板上の電力受信コイルと送信
コイルのパターン例を示す図。（ｂ）は固定基板上の電
力送信コイルと２個の受信コイルのパターン例を示す
図。（ｃ）は回転基板又は固定基板の部分断面を示す
図。

【図２】本発明の送信コイルと受信コイルとの関係を理
解容易にする為に水平展開して示す図。（ａ）はコイル
の配置関係を、（ｂ）は受信コイルの誘起電圧関係をそ
れぞれ示す図。

【図３】本発明になるエンコーダの集約した製造工程を
示す図。

【図４】特開平２ー７１１１７に開示した従来技術によ
る実施例を示す図。（a）はモータに付設したエンコー
ダの構成断面図。（b）は固定基板上の電力送信コイル
と２個の受信コイルのパターン例を示す図。（c）は回
転基板上の電力受信コイルと送信コイルのパターン例を
示す図。

【図５】エンコーダの全体の等価構成ブロックを示す
図。

【図６】従来技術による各部の波形を示す図。

【符号の説明】

３・・エンコーダのハウジング ５、２０・・固定基板 ４、２１・・回転基板 ６・・発信器 ７、８・・電力送受信コイル ９、２７・・送信コイル １０a、１０b、２５a、２５b・・受信コイル １１a、１１b・・復調器 ３０・・ベース基材 ３２、３４・・第一導電層と第二導電層 ３３・・光硬化樹脂層 φa,φb・・復調器１１aと１１bの位相の異なる復調信
号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに固定されている固定基板と
   この固定基板に近接対向し回転自在に軸止されている回
   転基板よりなるエンコーダに於て、 a, 前記固定基板には前記回転基板の対向面で、内周に
   渦巻状の電力送信コイルを設け外周にはエンコーダの分
   解能に対応した少なくとも１巻の分布した１個又は複数
   の受信コイルを設け、裏面には前記電力送信コイルに高
   周波電力を送る発信器と前記１個又は複数の受信コイル
   数に対応した復調器を設け、 b, 前記回転基板には前記固定基板に対向面で対応して
   電力受信コイルと、この電力受信コイルから高周波電力
   を受けて前記受信コイルに返送しエンコーダの分解能に
   対応した円周方向に分布させた送信コイルを設け、 前記送信コイルと前記受信コイルとの関係を径方向の長
   さはほぼ同じとなし円周方向では前記受信コイルの幅を
   比較的短いものにしたことを特徴とするエンコーダ。
2. 【請求項２】 次の各工程からなることを特徴とする請
   求項１記載のエンコーダの製造方法。 a, フォトリソグラフィ又はスクリン印刷によるレジス
   トパターンを形成する第一導電層パターン形成前工程。 b, 無電界メッキ処理と金属メッキとレジスト剥離より
   なる第一無電界メッキ工程。 c, 光硬化樹脂塗布とスルーホールパターン露光・現像
   の光硬化樹脂パターン形成工程。 d, フォトリソグラフィ又はスクリン印刷によるレジス
   トパターンを形成する第二導電層パターン形成前工程。 e, 無電界メッキ処理と金属メッキとレジスト剥離より
   なる第二無電界メッキ工程。