(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定ギャップを介して相対移動可能に対向配置された検出ヘッド及びスケールを備え、
前記検出ヘッド側に、一次変動磁束を発生させる駆動コイルと、前記相対移動方向に所定の空間周期で変化する磁気パターンを検出する前記相対移動方向に前記所定の空間周期で形成された受信コイルとを設けると共に、
前記スケール側に前記一次変動磁束を変調して前記磁気パターンを発生させる、前記相対移動方向に前記所定の空間周期で配列された磁気変調手段を設けた電磁誘導型位置検出装置において、
前記スケールは、板状に形成された樹脂からなり、前記検出ヘッドと対向する面に前記磁気変調手段が形成され、これと反対側の面に所定パターンの金属箔が形成されている
ことを特徴とする電磁誘導型位置検出装置。
【請求項２】
前記金属箔は、前記相対移動方向に延びる複数本の直線パターンからなるものであることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導型位置検出装置。
【請求項３】
前記金属箔は、前記相対移動方向に延びる１又は複数本の直線パターンとこれと直交する方向に延びる１又は複数本の直線パターンとの組合せパターンであることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導型位置検出装置。
【請求項４】
前記金属箔は、Ｘ形状のパターンからなるものであることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導型位置検出装置。
【請求項５】
前記金属箔は、前記相対移動方向に延びる１又は複数本の直線パターンとＸ形状のパターンとの組合せパターンであることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導型位置検出装置。
【請求項６】
前記金属箔は、格子状パターンであることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導型位置検出装置。
【請求項７】
前記金属箔は、島状パターンであることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導型位置検出装置。
【請求項８】
前記磁気変調手段は、前記スケールに前記相対移動方向に配列されて前記一次変動磁束と鎖交して前記磁気パターンを形成する二次変動磁束を発生させる閉ループコイル列からなるものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の電磁誘導型位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出ヘッドとスケールとの間の電磁結合を利用して検出ヘッドとスケールとの相対位置を検出する電磁誘導型位置検出装置に関し、特にスケールの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検出ヘッドとスケールとの間の電磁結合を利用した従来の電磁誘導型位置検出装置は、駆動コイルと受信コイルとを設けた検出ヘッドと、これに対して相対移動して駆動コイルからの発生磁束を変調する閉ループコイル等の変調手段を形成したスケールとから構成される。駆動コイルを交流駆動したときに発生される一次変動磁束は、スケールにより変調されて所定周期の磁気パターンを形成する。この磁気パターンは検出ヘッド側の受信コイルと結合される。これにより、受信コイルには、スケールの移動に応じて変化する誘導電圧が生じる。この誘導電圧の変化を計数することにより、検出ヘッドに対するスケールの相対移動距離が検出できる。また、磁気パターンの周期を異ならせた複数のトラックを設け、各トラックの受信コイルで検出された誘導電圧のトラック間の位相差を検出することで、絶対的な位置検出が可能になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電磁誘導型位置検出装置では、スケールが、樹脂基板上に閉ループコイル等の変調手段を金属パターンにて形成する。このため、樹脂基板が外部温度の影響で伸縮したり反りが発生する。このような伸縮や反りは、検出ヘッドとの間の相対移動方向の位置誤差やギャップ変動をもたらし、正確な位置検出を困難にする。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、外部温度の影響を排除して常に正確な位置検出を可能にする電磁誘導型位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電磁誘導型位置検出装置は、所定ギャップを介して相対移動可能に対向配置された検出ヘッド及びスケールを備え、前記検出ヘッド側に、一次変動磁束を発生させる駆動コイルと、前記相対移動方向に所定の空間周期で変化する磁気パターンを検出する前記相対移動方向に前記所定の空間周期で形成された受信コイルとを設けると共に、前記スケール側に前記一次変動磁束を変調して前記磁気パターンを発生させる、前記相対移動方向に前記所定の空間周期で配列された磁気変調手段を設けた電磁誘導型位置検出装置において、前記スケールは、板状に形成された樹脂からなり、前記検出ヘッドと対向する面に前記磁気変調手段が形成され、これと反対側の面に所定パターンの金属箔が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、樹脂のスケールの磁気変調手段を形成した面と反対側の面に所定パターンの金属箔が形成されているので、温度変化があっても、スケールが伸縮したり反ったりするのを効果的に防止することができる。また、金属箔は、いわゆるベタパターンとは異なり、パターニングされているので、金属箔で発生する渦電流の影響も抑えることができる。
【０００７】
渦電流を効果的に抑制する本発明の好ましい実施形態によれば、金属箔は、相対移動方向に延びる複数本の直線パターンによって形成される。また、金属箔を、相対移動方向に延びる１又は複数本の直線パターンとこれと直交する方向に延びる１又は複数本の直線パターンとの組合せパターン、Ｘ形状のパターン、相対移動方向に延びる１又は複数本の直線パターンとＸ形状のパターンとの組合せパターン、格子状パターンのいずれかとすると、相対移動方向だけでなく、これと直交する方向の伸縮も抑えられる。また、金属箔は、島状パターンでもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。  図１は、この発明の一実施例に係る電磁誘導型位置検出装置の要部を示す図である。
この装置は、所定ギャップを介して対向配置され、図中Ｘ軸方向に相対移動する検出ヘッド１とスケール２とを有する。検出ヘッド１及びスケール２の図中下半分は第１トラックＴｒ１を構成し、上半分は第２トラックＴｒ２を構成する。
【０００９】
検出ヘッド１の第１トラックＴｒ１の部分は、ヘッド基板１０上に形成された一対の駆動コイル１１ａ，１１ｂと、これら駆動コイル１１ａ，１１ｂの間に配置された受信コイル１２とからなる。駆動コイル１１ａ，１１ｂは、Ｘ軸方向に延びる矩形パターンからなり、例えば駆動コイル１１ａが反時計回り、駆動コイル１１ｂが時計回りというように、互いに反対回りに電流を流すように相互に結線されている。受信コイル１２は、ヘッド基板１０の両面に形成されたパターン１３ａ，１３ｂとこれらパターン１３ａ，１３ｂを接続する貫通配線１４とからなる基本周期λ１の正負の正弦波形パターンによって、ヘッド基板１０のＸ軸方向に周期λ１で繰り返される検出ループを形成している。この例では、受信コイル１２は、Ｘ軸方向に空間位相をずらした３相の受信コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃからなる。これら受信コイル１２ａ〜１２ｃは、例えばスター結線されている。
【００１０】
検出ヘッド１の第２トラックＴｒ２の部分も、基本周期がλ１よりも僅かに短いλ２である点を除いて、第１トラックＴｒ１と同様に形成されている。第２トラックＴｒ２の駆動コイル２１ａ，２１ｂは、第１トラックＴｒ１の駆動コイル１１ａ，１１ｂに対応し、第２トラックＴｒ２の受信コイル２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、第１トラックＴｒ１の受信コイル１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対応し、第２トラックＴｒ２のパターン２３ａ，２３ｂ及び貫通配線２４は、第１トラックＴｒ１のパターン１３ａ，１３ｂ及び貫通配線１４に対応する。
【００１１】
一方、スケール２の第１トラックＴｒ１の部分は、板状の樹脂基板３０上に磁気変調手段としての結合コイル３１ａ，３１ｂをＸ軸方向に交互に配置してなる。結合コイル３１ａは、基本周期λ１で配列された閉ループコイルであり、検出ヘッド１の駆動コイル１１ａと磁気結合される第１ループ部３２ａと、検出ヘッド１の受信コイル１２と磁気結合される第２ループ部３３ａとを有する。結合コイル３１ｂは、結合コイル３１ａと位相を１８０゜異ならせて配列された閉ループコイルからなり、検出ヘッド１の駆動コイル１１ｂと磁気結合される第１ループ部３２ｂと、検出ヘッド１の受信コイル１２と磁気結合される第２ループ部３３ｂとを有する。
【００１２】
スケール２の第２トラックＴｒ２の部分も、基本周期がλ１よりも僅かに短いλ２である点を除いて、第１トラックＴｒ１と同様に形成されている。第２トラックＴｒ２の結合コイル４１ａ，４１ｂは、第１トラックＴｒ１の結合コイル３１ａ，３１ｂに対応し、第２トラックＴｒ２の第１ループ４２ａ，４２ｂ及び第２ループ部４３ａ，４３ｂは、第１トラックＴｒ１の第１ループ部３２ａ，３２ｂ及び第２ループ部３３ａ，３３ｂにそれぞれ対応する。
【００１３】
検出ヘッド１の駆動コイル１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂには、送信信号発生器からの単相交流の送信信号が供給される。これにより、ある時刻では駆動コイル１１ａ，２１ａには反時計回り、駆動コイル１１ｂ，２１ｂには時計回りで電流が流れる。この結果、駆動コイル１１ａ，２１ａには、紙面からこちら側に向かう向きの一次変動磁束が発生し、駆動コイル１１ｂ，２１ｂには、紙面から向こう側に向かう向きの一次変動磁束が発生する。駆動コイル１１ａ，２１ａで発生された一次変動磁束は、スケール２の結合コイル３１ａ，４１ａの第１ループ部３２ａ，４２ａとそれぞれ鎖交し、電磁誘導により結合コイル３１ａ，４１ａに時計回りの電流を生じさせる。これにより、第２ループ部３３ａ，４３ａには、紙面から向こう側に向かう二次変動磁束が発生する。一方、駆動コイル１１ｂ，２１ｂで発生された一次変動磁束は、スケール２の結合コイル３１ｂ，４１ｂの第１ループ部３２ｂ，４２ｂとそれぞれ鎖交し、電磁誘導により結合コイル３１ｂ，４１ｂに反時計回りの電流を生じさせる。これにより、第２ループ部３３ｂ，４３ｂには、紙面からこちら側に向かう二次変動磁束が発生する。従って、これら第２ループ部３３ａ，３３ｂ及び４３ａ，４３ｂによって交互に向きが異なる二次変動磁束による周期λ１、λ２の磁気パターンが形成される。この磁気パターンを形成する二次変動磁束は、受信コイル１２，２２と磁気結合される。
【００１４】
受信コイル１２，２２は、スケール２との相対位置によって変動する３相受信信号を出力する。この受信信号は受信信号処理回路５２で処理されて、各トラックＴｒ１，Ｔｒ２の位相情報が求められる。コントロールユニット５３は、送信信号発生器５１に送信信号の送信指令を出力する他、受信信号処理回路５２からの位相情報からスケール２に対する検出ヘッド１の位置を算出する。
【００１５】
以上のように構成された電磁誘導型位置検出装置では、スケール２に樹脂基板３０が使用されているので、外部温度の影響で樹脂基板３０が伸縮したり、反ったりするおそれがある。そこで、この装置では、第２図に示すように、スケール２の樹脂基板３０の結合コイル３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂが形成された面（表面）とは、反対側の面（裏面）に所定パターンの金属箔（例えば銅箔）を形成するようにしている。図２の実施形態では、金属箔は、Ｘ軸方向（スケール移動方向）に延びる平行に配置された複数本の直線パターン６１から構成されている。これにより、一次及び二次変動磁束によって金属箔上に発生される渦電流は、そのＸ軸方向と直交する方向への流れを妨げられて、その影響を抑制する。また、樹脂基板３０のＸ軸方向の伸縮に対しては、金属箔がベタパターンである場合と同様の強度が保持される。このパターンは、細ければ細いほど、また本数が少ないほど、渦電流抑制の効果は高くなる。
【００１６】
図３は、本発明の他の実施形態を示した図で、Ｘ軸方向だけでなく、これと直交する方向の伸縮防止効果も付与したパターンを示している。図中斜線を付与した部分が金属箔部分である。
同図（ａ）は、Ｘ軸方向に延びる直線パターン７１と、この直線パターン７１に沿って所定間隔で配列された直線パターン７１と直交する直線パターン７２との組合せである。同図（ｂ）は樹脂基板３０の対角方向に延びるＸ字パターン７３である。また、同図（ｃ）は、Ｘ軸方向に延びる直線パターン７４と、この直線パターン７４に沿って所定間隔で配列されたＸ字パターン７５との組合せパターンである。
【００１７】
また、渦電流の低減効果は若干薄れるが、金属箔をより多く残して樹脂基板３０の伸縮低減効果を高めたパターンとしては、図４（ａ）に示すように、格子状パターン８１としたり、同図（ｂ）に示すように、千鳥格子状パターン８２とするようにしても良い。逆に、樹脂基板３０の伸縮低減効果は低くなるが、渦電流の抑制効果は高いパターンとして、図４（ｃ）に示すように島状パターン８３を形成するようにしても良い。
【００１８】
なお、金属箔は、その線膨張係数が樹脂基板のそれよりも小さければ良く、例えば銅や鉄、あるいはそれらの合金を使用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、樹脂のスケールの磁気変調手段を形成した面と反対側の面に所定パターンの金属箔が形成されているので、温度変化があっても、スケールが伸縮したり反ったりするのを効果的に防止することができる。また、金属箔は、いわゆるベタパターンとは異なり、パターニングされているので、金属箔で発生する渦電流の影響も抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る電磁誘導型位置検出装置の要部を示す図である。。
【図２】  同装置のスケールの裏面に形成される本発明の第１の実施形態に係る金属箔のパターンを示す斜視図である。
【図３】  本発明の他の実施形態に係る金属箔のパターンをそれぞれ示す平面図である。
【図４】  本発明の更に他の実施形態に係る金属箔のパターンをそれぞれ示す平面図である。
【符号の説明】
１…検出ヘッド、２…スケール、１０…ヘッド基板、１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ…駆動コイル、１２，２２…受信コイル、３０…樹脂基板、３１ａ，３１ｂ…結合コイル、６１，７１，７４…直線パターン、７３，７５…Ｘ字パターン、８１…格子状パターン、８２…千鳥格子状パターン、８３…島状パターン。
【図１】
0003668406.tif 000002
【図２】
0003668406.tif 000003
【図３】
0003668406.tif 000004
【図４】
0003668406.tif 000005