(57)【要約】【課題】デザインルールによる制約を緩和するとともに絶対位置信号を検出して目盛基板に対する検出器の所定方向の位置の高分解能化を図ることができる電磁誘導式位置検出装置の提供。【解決手段】電磁誘導式位置検出装置１は、目盛コイル４を有するスケール２と、送信手段５と受信手段６を有するヘッド３と、制御手段７とを備える。目盛コイル４は、ピッチＬ１で配置される送信目盛４０と、ピッチＬ１と異なるピッチＬ０で配置される受信目盛４１と、接続部４２とを備える。送信手段５は、ピッチＬ１で配置される複数の送信コイル５１１，５２２，５３３から構成されるとともに所定の位相差でずらして配置される３つの送信コイル群５１〜５３を備え、受信手段６は、ピッチＬ０で配置される複数の受信コイル６１１，６２２，６３３から構成されるとともに３つの送信コイル群５１〜５３と同じ位相差でずらして配置される３つの受信コイル群６１〜６３を備える。【選択図】図４
2019100840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に沿って配置される複数の目盛コイルを有する板状の目盛基板と、前記目盛コイルに対向して設けられる送信手段および受信手段を有する検出器と、前記送信手段を駆動することで前記目盛コイルを経由して前記受信手段にて検出される信号の変化から前記目盛基板に対する前記検出器の前記所定方向の位置を算出する制御手段と、を備える電磁誘導式位置検出装置であって、
前記目盛コイルは、
前記所定方向に沿って所定のピッチにて配置されるとともに前記送信手段と対向する送信目盛と、
前記所定方向に沿って前記送信目盛とは異なるピッチにて配置されるとともに前記受信手段と対向する受信目盛と、
前記送信目盛および前記受信目盛を接続する接続部と、を備え、
前記送信手段は、
前記所定方向に沿って所定の位相差でずらして配置される複数の送信コイル群と、
前記所定方向に沿って前記送信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置されることによって前記送信コイル群を構成する複数の送信コイルと、を備え、
前記受信手段は、
前記所定方向に沿って前記複数の送信コイル群と同じ位相差でずらして配置される複数の受信コイル群と、
前記所定方向に沿って前記受信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置されることによって前記受信コイル群を構成する複数の受信コイルと、を備え、
前記制御手段は、
前記複数の送信コイル群を独立して順番に駆動し前記複数の送信コイル群の駆動順ごとに前記複数の受信コイル群にて検出される複数の信号に基づいて、前記目盛基板に対する前記検出器の絶対位置を算出するための絶対位置信号と、前記目盛基板に対する前記検出器の相対位置を算出するための相対位置信号と、を生成し、前記絶対位置信号と前記相対位置信号とに基づいて前記目盛基板に対する前記検出器の前記所定方向の位置を算出することを特徴とする電磁誘導式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電磁誘導式位置検出装置において、
前記複数の送信コイルは、
前記所定方向に沿って前記送信目盛におけるピッチと同じピッチにて配置され、
前記複数の受信コイルは、
前記所定方向に沿って前記受信目盛におけるピッチと同じピッチにて配置されることを特徴とする電磁誘導式位置検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載された電磁誘導式位置検出装置において、
前記複数の送信コイルは、
前記所定方向に沿って前記送信目盛におけるピッチの２倍のピッチにて配置され、
前記複数の受信コイルは、
前記所定方向に沿って前記受信目盛におけるピッチの２倍のピッチにて配置されることを特徴とする電磁誘導式位置検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載された電磁誘導式位置検出装置において、
前記制御手段は、
前記複数の送信コイル群を独立して順番に駆動する駆動部と、
前記複数の送信コイル群の駆動順ごとに前記複数の受信コイル群にて複数の信号を検出する検出部と、
前記複数の信号に基づいて前記目盛基板に対する前記検出器の絶対位置を算出するための絶対位置信号を生成する絶対位置信号生成部と、
前記複数の信号に基づいて前記目盛基板に対する前記検出器の相対位置を算出するための相対位置信号を生成する相対位置信号生成部と、
前記絶対位置信号と前記相対位置信号とに基づいて前記目盛基板に対する前記検出器の前記所定方向の位置を算出する算出部と、を備えることを特徴とする電磁誘導式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載された電磁誘導式位置検出装置を備える電磁誘導式エンコーダであって、
所定方向に沿って配置される前記目盛コイルを有する板状のスケールと、
前記目盛コイルに対向して設けられる前記送信手段および前記受信手段を有するヘッドと、を備え、
前記制御手段は、
前記絶対位置信号と前記相対位置信号とに基づいて前記スケールに対する前記ヘッドの前記所定方向の位置を算出することを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導式位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定方向に沿って所定のピッチで配置される目盛コイルを有する板状の目盛基板と、目盛コイルに対向して設けられる送信コイルおよび受信コイルを有する検出器と、を備える電磁誘導式検出装置が知られている。電磁誘導式検出装置は、例えばノギスやインジケータ、リニアスケール、マイクロメータ等に用いられる。電磁誘導式検出装置は、送信コイルを駆動（励磁）することで目盛コイルを経由して、受信コイルにて目盛コイルのピッチと同じ周期の正弦波信号（信号）を検出する。電磁誘導式検出装置は、検出された信号から目盛基板に対する検出器の所定方向の位置を算出する。
【０００３】
例えば特許文献１では、電磁誘導式エンコーダ（電磁誘導式位置検出装置）は、スケールコイル（目盛コイル）を有するスケール（目盛基板）と、送信コイルおよび受信コイルを有するヘッド（検出器）と、を備える。このような電磁誘導式エンコーダは、複数の基板を重ねて形成される多層基板を用いてスケールコイルや送信コイルおよび受信コイルを構成している。
【０００４】
ここで、電磁誘導式エンコーダによるスケールに対するヘッドの所定方向の位置の算出方式としてインクリメンタル方式（ＩＮＣ方式）と、アブソリュート方式（ＡＢＳ方式）と、が知られている。
ＩＮＣ方式は、スケールが有する一定のピッチで配置されたインクリメンタル目盛コイル（ＩＮＣ目盛コイル）をヘッドにて連続的に検出し、通過したＩＮＣ目盛コイルにおけるコイルの数をカウントアップまたはカウントダウンすることで、相対位置を算出する方式である。しかし、ＩＮＣ方式は、スケールに対するヘッドの所定方向の絶対位置は取得することができないという問題がある。
【０００５】
一方、ＡＢＳ方式は、スケールにランダムに配置されたアブソリュート目盛コイル（ＡＢＳ目盛コイル）をヘッドにて適宜なタイミングで検出し、検出した信号を解析することで、絶対位置を検出する方式である。ＡＢＳ方式は、スケールに対するヘッドの所定方向の絶対位置を取得することができる。しかし、ＡＢＳ方式は、絶対位置を取得することができるもののＩＮＣ方式と比べて低い分解能の位置情報しか取得することができないという問題がある。
【０００６】
このような問題に対して、例えば特許文献２では、ＩＮＣ方式およびＡＢＳ方式の両方の算出方式を併用したエンコーダ（電磁誘導式位置検出装置）が提案されている。エンコーダは、ＩＮＣパターン（ＩＮＣ目盛コイル）を含むインクリメンタルトラック（ＩＮＣトラック）と、ＡＢＳパターン（ＡＢＳ目盛コイル）を含むアブソリュートトラック（ＡＢＳトラック）と、が設けられたダブルトラック形式のスケールを用いる。そして、検出ヘッド（検出器）にてＩＮＣパターンおよびＡＢＳパターンを検出し、各パターンに基づいて位置情報を算出する。
【０００７】
このエンコーダは、ＩＮＣパターンから算出した相対位置と、ＡＢＳパターンから算出した絶対位置と、を比較する。そして、エンコーダは、相対位置と絶対位置とを組み合わせてスケールに対するヘッドの所定方向の位置を算出したり、相対位置と絶対位置とを照合して検出エラーを検証したり、絶対位置によって相対位置を補正したりしている。
【０００８】
ＩＮＣ方式およびＡＢＳ方式を用いて、さらに高分解能なスケールに対するヘッドの所定方向の位置を算出したい場合、電磁誘導式エンコーダは、検出する信号の周期を小さく構成することが考えられる。具体的には、電磁誘導式エンコーダは、例えばスケールコイルや送信コイルおよび受信コイルのピッチを小さく構成することで、信号の周期を小さく構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１８０２０９号公報
【特許文献２】特開２０１３−７９９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような電磁誘導式エンコーダでは、スケールコイルや送信コイルおよび受信コイルのピッチを小さく構成すると、スケールやヘッドのデザインルールが問題となる。
ここで、デザインルールとは、例えばスケールコイルや送信コイルおよび受信コイルが構成される基板の大きさ等による製造上の物理的な制約である。
【００１１】
すなわち、例えばスケールコイルや送信コイルおよび受信コイルのピッチを小さく形成すると、多層基板の基板同士を接続するスルーホール等のピッチも小さくなり、複数のスルーホール等が接触して形成されたり重なって形成されたりすることとなる。複数のスルーホール等が接触して形成されたり重なって形成されたりすると、ヘッドは、正常な信号を検出することができないという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、デザインルールによる制約を緩和するとともに絶対位置信号を検出して目盛基板に対する検出器の所定方向の位置の高分解能化を図ることができる電磁誘導式位置検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の電磁誘導式位置検出装置は、所定方向に沿って配置される複数の目盛コイルを有する板状の目盛基板と、目盛コイルに対向して設けられる送信手段および受信手段を有する検出器と、送信手段を駆動することで目盛コイルを経由して受信手段にて検出される信号の変化から目盛基板に対する検出器の所定方向の位置を算出する制御手段と、を備える電磁誘導式位置検出装置であって、目盛コイルは、所定方向に沿って所定のピッチにて配置されるとともに送信手段と対向する送信目盛と、所定方向に沿って送信目盛とは異なるピッチにて配置されるとともに受信手段と対向する受信目盛と、送信目盛および受信目盛を接続する接続部と、を備え、送信手段は、所定方向に沿って所定の位相差でずらして配置される複数の送信コイル群と、所定方向に沿って送信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置されることによって送信コイル群を構成する複数の送信コイルと、を備え、受信手段は、所定方向に沿って複数の送信コイル群と同じ位相差でずらして配置される複数の受信コイル群と、所定方向に沿って受信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置されることによって受信コイル群を構成する複数の受信コイルと、を備え、制御手段は、複数の送信コイル群を独立して順番に駆動し複数の送信コイル群の駆動順ごとに複数の受信コイル群にて検出される複数の信号に基づいて、目盛基板に対する検出器の絶対位置を算出するための絶対位置信号と、目盛基板に対する検出器の相対位置を算出するための相対位置信号と、を生成し、絶対位置信号と相対位置信号とに基づいて目盛基板に対する検出器の所定方向の位置を算出することを特徴とする。
【００１４】
このような本発明によれば、電磁誘導式位置検出装置は、例えば送信コイル群および受信コイル群を３つずつ所定の位相差でずらして配置する場合、３つの送信コイル群を独立して順番に駆動すると、３つの送信コイル群の駆動順ごとに３つの受信コイル群にて合計９つの信号を検出することができる。
ここで、この９つの信号は、絶対位置信号および相対位置信号を合成した信号となっている。このため、電磁誘導式位置検出装置は、検出された９つの信号を所定の演算にて解析することにより、絶対位置信号および相対位置信号を生成することができる。制御手段は、生成された絶対位置信号と相対位置信号とに基づいて目盛基板に対する検出器の所定方向の位置を算出することができる。
【００１５】
また、検出された９つの信号から生成される相対位置信号は、送信コイル群および受信コイル群を１つずつ有する電磁誘導式位置検出装置から検出される相対位置信号と比べて高分解能の相対位置信号である。
すなわち、電磁誘導式位置検出装置の目盛コイルは、所定のピッチの送信目盛と、送信目盛と異なるピッチの受信目盛と、を備え、検出器は、複数の送信コイル群および複数の受信コイル群を所定の位相差でずらして配置するとともに送信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置される送信コイルおよび受信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置される受信コイルにて構成されることで、送信コイルおよび受信コイルのピッチより小さな周期の相対位置信号を生成することができる。そして、電磁誘導式検出装置は、送信コイルおよび受信コイルのピッチを変更することなく、高分解能の相対位置信号を生成することができる。
【００１６】
したがって、電磁誘導式位置検出装置は、目盛コイルや送信コイルおよび受信コイルのピッチを小さく構成することなく絶対位置信号を検出するとともに高分解能の相対位置信号を検出できるため、デザインルールによる制約を緩和するとともに絶対位置信号を検出して目盛基板に対する検出器の所定方向の位置の高分解能化を図ることができる。
【００１７】
この際、複数の送信コイルは、所定方向に沿って送信目盛におけるピッチと同じピッチにて配置され、複数の受信コイルは、所定方向に沿って受信目盛におけるピッチと同じピッチにて配置されることが好ましい。
【００１８】
ここで、電磁誘導式検出装置は、送信コイルを駆動することで目盛コイル（送信目盛、受信目盛および接続部）を経由して、受信コイルにて目盛コイルのピッチと同じ周期の信号を検出するが、例えば送信コイルを送信目盛におけるピッチの３倍のピッチにて配置するとともに受信コイルを受信目盛におけるピッチの３倍のピッチにて配置する場合、電磁誘導式検出装置の検出効率は低下する場合があるという問題がある。
【００１９】
具体的には、送信コイルおよび受信コイルは、磁界の向きがプラス極となるコイルとマイナス極となるコイルとを所定方向に沿って交互に配置しているため、例えば送信目盛および受信目盛におけるピッチの３倍のピッチにて送信コイルおよび受信コイルを配置した場合、プラス極のコイルとマイナス極のコイルとの２つのコイルに対向して３つの目盛コイル（送信目盛、受信目盛および接続部）が配置されることになる。
【００２０】
３つの目盛コイルは、例えば一方の目盛コイルがプラス極のコイルと対向し、他方の目盛コイルがマイナス極のコイルと対向することとなるが、中央の目盛コイルは、プラス極のコイルとマイナス極のコイルとの両方と対向することになる。このため、中央の目盛コイルは、プラス極のコイルとマイナス極のコイルとの両方の影響を受け、信号が打ち消し合うことから信号を検出することができない。
したがって、電磁誘導式検出装置は、送信コイルを送信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置するとともに受信コイルを受信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置する場合、検出効率が低下する場合がある。
【００２１】
しかしながら、本発明によれば、複数の送信コイルは、送信目盛におけるピッチと同じピッチにて配置され、複数の受信コイルは、受信目盛におけるピッチと同じピッチにて配置されるため、信号が打ち消し合うことで検出効率が低下する目盛コイルの発生を抑制することができる。したがって、電磁誘導式検出装置は、例えば送信コイルを送信目盛におけるピッチの３倍のピッチにて配置するとともに受信コイルを受信目盛におけるピッチの３倍のピッチにて配置する場合と比較して、検出効率の低下を抑制することができる。
【００２２】
この際、複数の送信コイルは、所定方向に沿って送信目盛におけるピッチの２倍のピッチにて配置され、複数の受信コイルは、所定方向に沿って受信目盛におけるピッチの２倍のピッチにて配置されることが好ましい。
【００２３】
このような構成によれば、複数の送信コイルおよび複数の受信コイルは、送信目盛および受信目盛におけるピッチの２倍のピッチにて配置されることで、同じピッチにて配置される場合と比較して、複数の送信コイルおよび複数の受信コイルに対向して目盛コイルが２倍に配置されることとなる。したがって、電磁誘導式検出装置は、複数の送信コイルおよび複数の受信コイルが送信目盛および受信目盛におけるピッチと同じピッチにて配置される場合の電磁誘導式位置検出装置と比べて２倍程度大きい信号強度で信号を取得することができるため、効率的に信号を検出することができる。
【００２４】
この際、制御手段は、複数の送信コイル群を独立して順番に駆動する駆動部と、複数の送信コイル群の駆動順ごとに複数の受信コイル群にて複数の信号を検出する検出部と、複数の信号に基づいて目盛基板に対する検出器の絶対位置を算出するための絶対位置信号を生成する絶対位置信号生成部と、複数の信号に基づいて目盛基板に対する検出器の相対位置を算出するための相対位置信号を生成する相対位置信号生成部と、絶対位置信号と相対位置信号とに基づいて目盛基板に対する検出器の所定方向の位置を算出する算出部と、を備えることが好ましい。
【００２５】
このような構成によれば、例えば送信コイル群および受信コイル群を３つずつ所定の位相差でずらして配置する場合、制御手段は、３つの送信コイル群を独立して順番に駆動させる駆動部と、３つの送信コイル群の駆動順ごとに３つの受信コイル群にて９つの信号を検出する検出部と、を備える。
【００２６】
そして、制御手段は、検出部にて検出された９つの信号から所定の演算により絶対位置信号を生成する絶対位置信号生成部と、検出部にて検出された９つの信号から所定の演算により相対位置信号を生成する相対位置信号生成部と、を備える。この９つの信号は、絶対位置信号および相対位置信号を合成した信号となっている。このため、絶対位置信号生成部は、９つの信号に対して所定の演算をすることで、絶対位置信号を生成することができ、相対位置信号生成部は、９つの信号に対して所定の演算をすることで、相対位置信号を生成することができる。また、相対位置信号生成部は、送信コイルおよび受信コイルのピッチより小さな周期の相対位置信号を生成することができる。
【００２７】
したがって、電磁誘導式位置検出装置は、目盛コイルや送信コイルおよび受信コイルのピッチを小さく構成することなく絶対位置信号を検出するとともに高分解能の相対位置信号を検出できるため、デザインルールによる制約を緩和するとともに絶対位置信号を検出して目盛基板に対する検出器の所定方向の位置の高分解能化を図ることができる。
【００２８】
本発明の電磁誘導式エンコーダは、本発明の電磁誘導式位置検出装置を備える電磁誘導式エンコーダであって、所定方向に沿って配置される目盛コイルを有する板状のスケールと、目盛コイルに対向して設けられる送信手段および受信手段を有するヘッドと、を備え、制御手段は、絶対位置信号と相対位置信号とに基づいてスケールに対するヘッドの所定方向の位置を算出することを特徴とする。
【００２９】
このような構成によれば、電磁誘導式エンコーダは、本発明の電磁誘導式位置検出装置を備えるため、デザインルールによる制約を緩和するとともに絶対位置信号を検出してスケールに対するヘッドの所定方向の位置の高分解能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電磁誘導式位置検出装置を示す斜視図
【図２】前記電磁誘導式位置検出装置のスケールを示す上面図
【図３】前記電磁誘導式位置検出装置のヘッドを示す底面図
【図４】前記電磁誘導式位置検出装置の目盛コイル、送信手段、および受信手段を示す模式図
【図５】前記電磁誘導式位置検出装置の制御手段を示すブロック図
【図６】前記電磁誘導式位置検出装置の検出方法を示すフローチャート
【図７】前記電磁誘導式位置検出装置の検出部により検出される信号を示すグラフ
【図８】前記電磁誘導式位置検出装置の相対位置信号および絶対位置信号を示すグラフ
【図９】本発明の第２実施形態に係る電磁誘導式位置検出装置の目盛コイル、送信手段、および受信手段を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁誘導式位置検出装置を示す斜視図である。
電磁誘導式位置検出装置１は、電磁誘導式リニアエンコーダに用いられるとともに電磁誘導式リニアエンコーダの内部に設けられている。電磁誘導式位置検出装置１は、図１に示すように、板状の目盛基板であるスケール２と、スケール２に対向して設けられる検出器であるヘッド３と、を備える。
なお、以下の説明および各図面において、スケール２の長手方向でありヘッド３の移動（測定）方向（所定方向）をＸ方向と記し、Ｘ方向に直交するスケール２の幅方向をＹ方向と記す場合がある。
【００３２】
スケール２は、Ｘ方向（所定方向）に沿って配置される複数の目盛コイル４を有する。ヘッド３は、目盛コイル４と対向する送信手段５および受信手段６を有する。なお、ヘッド３は、図１では説明の便宜上、透明な板状の部材から形成されているものとして記載している。
電磁誘導式位置検出装置１は、スケール２とヘッド３とをＸ方向に沿って相対移動させるとともに送信手段５を駆動することで目盛コイル４を経由して受信手段６にて検出される信号の変化からスケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置を算出する。
【００３３】
図２は、前記電磁誘導式位置検出装置のスケールを示す上面図である。
スケール２は、図２に示すように、長尺状のガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板２０により形成されている。複数の目盛コイル４は、Ｘ方向に沿って絶縁基板２０におけるヘッド３と対向する一面に設けられている。
なお、絶縁基板２０は、ガラスエポキシ樹脂ではなく、ガラスやシリコン等の材料から構成されていてもよい。
【００３４】
目盛コイル４は、Ｘ方向に沿って所定のピッチにて配置されるとともに送信手段５（図１参照）と対向する送信目盛４０と、Ｘ方向に沿って送信目盛４０とは異なるピッチにて配置されるとともに受信手段６（図１参照）と対向する受信目盛４１と、送信目盛４０および受信目盛４１を接続する接続部４２と、を備える。目盛コイル４は、アルミニウム、銅、金などの電気抵抗が小さい材料である線状導体から構成されている。
【００３５】
送信目盛４０は、ピッチＬ１にて配置されている。受信目盛４１は、送信目盛４０とは異なるピッチであるピッチＬ０にて配置されている。この際、ピッチＬ１は、ピッチＬ０よりも大きいピッチに設定されている。
接続部４２は、Ｙ方向に沿って設けられる紙面上方向側に配置される送信目盛４０と紙面下方向側に配置される受信目盛４１とを接続して、一つの目盛コイル４を形成している。接続部４２は、送信目盛４０と受信目盛４１とを切断部分のないループ状となるように接続している。
【００３６】
図３は、前記電磁誘導式位置検出装置のヘッドを示す底面図である。
ヘッド３は、図３に示すように、ガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板３０により形成されている。絶縁基板３０は、複数の基板を重ねて形成される多層基板を用いて送信手段５および受信手段６を構成している。なお、絶縁基板３０は、ガラスエポキシ樹脂ではなく、ガラスやシリコン等の材料から構成されていてもよい。
【００３７】
送信手段５は、Ｘ方向に沿って所定の位相差でずらして配置される複数の送信コイル群である第１の送信コイル群５１と、第２の送信コイル群５２と、第３の送信コイル群５３と、を備える。第１の送信コイル群５１〜第３の送信コイル群５３は、６０度の位相差Ｌ１／６でずれて配置されている。
【００３８】
第１の送信コイル群５１は、複数の送信コイル５１１から構成され、第２の送信コイル群５２は、複数の送信コイル５２２から構成され、第３の送信コイル群５３は、複数の送信コイル５３３から構成されている。複数の送信コイル５１１，５２２，５３３は、複数の基板の層により構成され、絶縁基板３０に形成されている。
【００３９】
複数の送信コイル５１１，５２２，５３３は、送信目盛４０におけるピッチＬ１と同じ（等倍の）ピッチＬ１にて配置されている。このため、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３は、Ｘ方向に沿ってピッチＬ１にて配置されている。複数の送信コイル５１１，５２２，５３３は、アルミニウム、銅、金などの電気抵抗が小さい材料である線状導体から構成されている。
【００４０】
受信手段６は、複数の受信コイル６１１，６２２，６３３から構成されるとともにＸ方向に沿って第１の送信コイル群５１〜第３の送信コイル群５３と同じ位相差でずらして配置される複数の受信コイル群である第１の受信コイル群６１と、第２の受信コイル群６２と、第３の受信コイル群６３と、を備える。すなわち、第１の受信コイル群６１〜第３の受信コイル群６３は、６０度の位相差Ｌ０／６でずれて配置されている。
【００４１】
第１の受信コイル群６１は、複数の受信コイル６１１から構成され、第２の受信コイル群６２は、複数の受信コイル６２２から構成され、第３の受信コイル群６３は、複数の受信コイル６３３から構成されている。複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、複数の基板の層により構成され、絶縁基板３０に形成されている。
【００４２】
複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、受信目盛４１におけるピッチＬ０と同じ（等倍の）ピッチＬ０にて配置されている。このため、複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、Ｘ方向に沿ってピッチＬ０にて配置されている。複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、アルミニウム、銅、金などの電気抵抗が小さい材料である線状導体から構成されている。
【００４３】
図４は、前記電磁誘導式位置検出装置の目盛コイル、送信手段、および受信手段を示す模式図である。具体的には、目盛コイル４に対する送信手段５および受信手段６の関係を示す図である。
図４に示すように、スケール２の送信目盛４０は、ヘッド３の送信手段５と対向して設けられ、送信目盛４０および複数の送信コイル５１１，５２２，５３３は、ともにピッチＬ１で配置されている。
また、スケール２の受信目盛４１は、ヘッド３の受信手段６と対向して設けられ、受信目盛４１および複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、ともにピッチＬ０で配置されている。
【００４４】
図５は、前記電磁誘導式位置検出装置の制御手段を示すブロック図である。
電磁誘導式位置検出装置１は、図５に示すように、送信手段５を駆動することで目盛コイル４を経由して受信手段６にて検出される信号の変化からスケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置を算出する制御手段７と、制御手段７により算出されたスケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置を電磁誘導式位置検出装置１の外部に出力する出力手段８と、をさらに備える。
【００４５】
制御手段７は、第１の送信コイル群５１〜第３の送信コイル群５３を独立して順番に駆動する駆動部７１と、第１の送信コイル群５１〜第３の送信コイル群５３の駆動順ごとに第１の受信コイル群６１〜第３の受信コイル群６３にて複数の信号を検出する検出部７２と、複数の信号に基づいてスケール２に対するヘッド３の絶対位置を算出するための絶対位置信号を生成する絶対位置信号生成部７３と、複数の信号に基づいてスケール２に対するヘッド３の相対位置を算出するための相対位置信号を生成する相対位置信号生成部７４と、絶対位置信号と相対位置信号とに基づいてスケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置を算出する算出部７５と、を備える。
【００４６】
出力手段８は、例えば電磁誘導式位置検出装置１に接続するコンピュータのディスプレイ画面などに制御手段７によって算出されたスケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置を出力して表示させる。なお、出力手段８は、ディスプレイ画面などでなくてもよく、制御手段７により算出されたスケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置を出力することができれば、どのようなものであってもよい。
【００４７】
図６は、前記電磁誘導式位置検出装置の検出方法を示すフローチャートである。また、図７は、前記電磁誘導式位置検出装置の検出部により検出される信号を示すグラフであり、図８は、前記電磁誘導式位置検出装置の相対位置信号および絶対位置信号を示すグラフである。
具体的には、図７（Ａ）は、第１の送信コイル群５１を駆動した際に検出される第１信号を示すグラフであり、図７（Ｂ）は、第２の送信コイル群５２を駆動した際に検出される第２信号を示すグラフであり、図７（Ｃ）は、第３の送信コイル群５３を駆動した際に検出される第３信号を示すグラフである。また、図８（Ａ）は、絶対位置信号を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、相対位置信号を示すグラフである。
以下、制御手段７によるスケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置の算出方法について、図６〜図８を参照して説明する。
【００４８】
電磁誘導式位置検出装置１の制御手段７は、図６に示すように、先ず、駆動部７１にて第１の送信コイル群５１を駆動し、第１の受信コイル群６１〜第３の受信コイル群６３を介して、検出部７２にて第１信号Ｓ００，Ｓ０１，Ｓ０２を検出する第１信号検出工程を実行する（ステップＳＴ１）。
具体的には、図７（Ａ）に示すように、駆動部７１が第１の送信コイル群５１を駆動すると、検出部７２は、第１の受信コイル群６１にて受信する信号をＳ００とし、第２の受信コイル群６２が検出する信号をＳ０１とし、第３の受信コイル群６３が検出する信号をＳ０２として、第１信号Ｓ００，Ｓ０１，Ｓ０２を検出する。
【００４９】
次に、制御手段７は、駆動部７１にて第２の送信コイル群５２を駆動し、第１の受信コイル群６１〜第３の受信コイル群６３を介して、検出部７２にて第２信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２を検出する第２信号検出工程を実行する（ステップＳＴ２）。
具体的には、図７（Ｂ）に示すように、駆動部７１が第２の送信コイル群５２を駆動すると、検出部７２は、第１の受信コイル群６１にて受信する信号をＳ１０とし、第２の受信コイル群６２が検出する信号をＳ１１とし、第３の受信コイル群６３が検出する信号をＳ１２として、第２信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２を検出する。
【００５０】
続いて、制御手段７は、駆動部７１にて第３の送信コイル群５３を駆動し、第１の受信コイル群６１〜第３の受信コイル群６３を介して、検出部７２にて第３信号Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２２を検出する第３信号検出工程を実行する（ステップＳＴ３）。
具体的には、図７（Ｃ）に示すように、駆動部７１が第３の送信コイル群５３を駆動すると、検出部７２は、第１の受信コイル群６１にて受信する信号をＳ２０とし、第２の受信コイル群６２が検出する信号をＳ２１とし、第３の受信コイル群６３が検出する信号をＳ２２として、第３信号Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２２を検出する。
このように、第１の送信コイル群５１〜第３の送信コイル群５３は、時分割で駆動される。
【００５１】
駆動部７１および検出部７２は、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ３を実行することで、第１信号Ｓ００，Ｓ０１，Ｓ０２、第２信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２、および第３信号Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２２の合計９つの信号を検出する。
この９つの信号は、Ｌｃｏａ（式（１））の周期の絶対位置信号およびＬｆｉｎｅ（式（２））の周期の相対位置信号を合成した信号となっている。このため、制御手段７は、検出された９つの信号を演算にて解析することにより、絶対位置信号および相対位置信号を算出することができる。
【００５２】
【数１】
2019100840.tif 000003
【数２】
2019100840.tif 000004
【００５３】
駆動部７１および検出部７２がステップＳＴ１〜ステップＳＴ３を実行し９つの信号を検出すると、図６に示すように、絶対位置信号生成部７３は、９つの信号から絶対位置信号を生成する絶対位置信号生成工程を実行する（ステップＳＴ４）。
具体的には、絶対位置信号生成部７３は、９つの信号に対して式（３）〜式（５）の演算をする。式（３）〜式（５）の演算により、絶対位置信号生成部７３は、図８（Ａ）に示すように、１２０度位相差の３つの信号からなる絶対位置信号ＳＣ０，ＳＣ１，ＳＣ２を生成する。
【００５４】
SC0＝S00＋S11＋S22    ・・・（３）
SC1＝−S01−S12＋S20  ・・・（４）
SC2＝S02−S10−S21    ・・・（５）
【００５５】
また、駆動部７１および検出部７２がステップＳＴ１〜ステップＳＴ３を実行し９つの信号を検出すると、相対位置信号生成部７４は、９つの信号から相対位置信号を生成する相対位置信号生成工程を実行する（ステップＳＴ５）。
具体的には、相対位置信号生成部７４は、９つの信号に対して式（６）〜式（８）の演算をする。式（６）〜式（８）の演算により、相対位置信号生成部７４は、図８（Ｂ）に示すように、１２０度位相差の３つの信号からなる相対位置信号ＳＦ０，ＳＦ１，ＳＦ２を生成する。
【００５６】
SF0＝S00−S12−S21    ・・・（６）
SF1＝−S01−S10＋S22  ・・・（７）
SF2＝S02＋S11＋S20    ・・・（８）
【００５７】
絶対位置信号生成部７３が絶対位置信号ＳＣ０，ＳＣ１，ＳＣ２を生成し、相対位置信号生成部７４が相対位置信号ＳＦ０，ＳＦ１，ＳＦ２を生成すると、図６に示すように、算出部７５は、スケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置を算出する算出工程を実行する（ステップＳＴ６）。
具体的には、算出部７５は、先ず、相対位置信号ＳＦ０，ＳＦ１，ＳＦ２について式（９）の演算をすることで相対位置信号ＳＦ０，ＳＦ１，ＳＦ２内におけるスケール２に対するヘッド３のＸ方向の相対位置ＰＦを算出する。
【００５８】
【数３】
2019100840.tif 000005
【００５９】
次に、算出部７５は、絶対位置信号ＳＣ０，ＳＣ１，ＳＣ２について式（１０）の演算をすることで絶対位置信号ＳＣ０，ＳＣ１，ＳＣ２内におけるスケール２に対するヘッド３のＸ方向の絶対位置ＰＣを算出する。
【００６０】
【数４】
2019100840.tif 000006
【００６１】
相対位置ＰＦおよび絶対位置ＰＣを算出した後、算出部７５は、相対位置ＰＣに対して絶対位置ＰＦを照合し、スケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置Ｐｏｓを算出する。
具体的には、先ず、算出部７５は、絶対位置ＰＣが複数の位相を有する相対位置ＰＦにおいて、何番目の位相であるのかを特定するために、位相の番号Ｎを式（１１）の演算により算出する。なお、Ｎは整数である。
【００６２】
【数５】
2019100840.tif 000007
【００６３】
次に、位相の番号Ｎが算出された後、位相の番号Ｎと相対位置ＰＦとを照合して、絶対位置ＰＣが相対位置ＰＦ内の何番目の位相であるか相対位置ＰＦ内の絶対位置ＰＣの位相ＰＡＢＳを式（１２）の演算により算出する。
【００６４】
PABS＝PF＋N  ・・・（１２）
【００６５】
スケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置Ｐｏｓは、式（１３）のようにＬｆｉｎｅに相対位置ＰＦ内の絶対位置ＰＣの位相ＰＡＢＳを乗算することで算出することができる。
【００６６】
Pos＝Lfine×PABS  ・・・（１３）
【００６７】
制御手段７は、図６に示すように、算出部７５が算出工程（ステップＳＴ５）を実行した後、再び第１信号検出工程（ステップＳＴ１）に戻り、スケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置を算出する。
【００６８】
ここで、相対位置信号生成部７４が生成するＬｆｉｎｅ（式（２））の周期の相対位置信号は、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３のピッチＬ１とは式（１４）の関係になり、複数の受信コイル６１１，６２２，６３３のピッチＬ０とは式（１５）の関係となる。
【００６９】
Lfine＜L1  ・・・（１４）
Lfine＜L0  ・・・（１５）
【００７０】
そして、式（２）の分子と分母について、複数の受信コイル６１１，６２２，６３３のピッチＬ０で割ると式（１６）となる。
【００７１】
【数６】
2019100840.tif 000008
【００７２】
式（１６）より、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３のピッチＬ１と複数の受信コイル６１１，６２２，６３３のピッチＬ０が正の数値であれば、Ｌｆｉｎｅ（式（２））の周期の相対位置信号は、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３のピッチＬ１よりも小さな周期の相対位置信号となる。
【００７３】
複数の受信コイル６１１，６２２，６３３のピッチＬ０についても同様に、式（２）の分子と分母を複数の送信コイル５１１，５２２，５３３のピッチＬ１で割ると、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３のピッチＬ１と複数の受信コイル６１１，６２２，６３３のピッチＬ０が正の数値であれば、Ｌｆｉｎｅ（式（２））の周期の相対位置信号は、複数の受信コイル６１１，６２２，６３３のピッチＬ０よりも小さな周期の相対位置信号となる。
【００７４】
したがって、相対位置信号生成部７４は、９つの信号に対して所定の演算をすることで、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３のピッチＬ１および複数の受信コイル６１１，６２２，６３３のピッチＬ０より小さな周期の相対位置信号を生成することができる。これにより、電磁誘導式位置検出装置１は、高分解能の相対位置信号を検出することができる。
【００７５】
このような本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）絶対位置信号生成部７３は、９つの信号に対して所定の演算をすることで、絶対位置信号を生成することができる。
（２）相対位置信号生成部７４は、９つの信号に対して所定の演算をすることで、相対位置信号を生成することができる。
（３）相対位置信号生成部７４は、９つの信号に対して所定の演算をすることで、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３のピッチＬ１および複数の受信コイル６１１，６２２，６３３のピッチＬ０より小さな周期の相対位置信号を生成することができる。
【００７６】
（４）電磁誘導式位置検出装置１は、目盛コイル４や複数の送信コイル５１１，５２２，５３３および複数の受信コイル６１１，６２２，６３３のピッチを小さく構成することなく絶対位置信号を検出するとともに高分解能の相対位置信号を検出できるため、デザインルールによる制約を緩和するとともに絶対位置信号を検出してスケール２に対するヘッド３の所定方向の位置の高分解能化を図ることができる。
【００７７】
（５）複数の送信コイル５１１，５２２，５３３は、送信目盛４０におけるピッチＬ１と同じピッチＬ１にて配置され、複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、受信目盛４１におけるピッチＬ０と同じピッチＬ０にて配置されるため、信号が打ち消し合うことで検出効率が低下する目盛コイルの発生を抑制することができる。したがって、電磁誘導式検出装置１は、例えば送信コイルを送信目盛におけるピッチの３倍のピッチにて配置するとともに受信コイルを受信目盛におけるピッチの３倍のピッチにて配置する場合と比較して、検出効率の低下を抑制することができる。
【００７８】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図９は、本発明の第２実施形態に係る電磁誘導式位置検出装置の目盛コイル、送信手段、および受信手段を示す模式図である。
本実施形態の電磁誘導式位置検出装置１Ａのスケール２Ａは、目盛コイル４Ａを除き、前記第１実施形態のスケール２と略同様の構成を備える。
【００７９】
前記第１実施形態の目盛コイル４は、図４に示すように、ピッチＬ１にて配置される送信目盛４０と、ピッチＬ０にて配置される受信目盛４１と、送信目盛４０および受信目盛４１を接続する接続部４２と、を備えていた。
【００８０】
本実施形態の目盛コイル４Ａは、図９に示すように、ピッチＬ１の半分のピッチ（Ｌ１／２）であるピッチＬ３にて配置される送信目盛４０Ａと、ピッチＬ０の半分のピッチ（Ｌ０／２）であるピッチＬ４にて配置される受信目盛４１Ａと、送信目盛４０Ａおよび受信目盛４１Ａを接続する接続部４２Ａと、を備えている点で前記第１実施形態と異なる。
すなわち、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３は、Ｘ方向に沿って送信目盛４０ＡにおけるピッチＬ３の２倍のピッチＬ１にて配置され、複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、Ｘ方向に沿って受信目盛４１におけるピッチＬ４の２倍のピッチＬ０にて配置されている点で前記第１実施形態と異なる。
【００８１】
送信目盛４０ＡはピッチＬ３で配置され、受信目盛４１ＡはピッチＬ４で配置されることで、スケール２Ａには、前記第１実施形態のスケール２に配置される複数の目盛コイル４よりも倍の数の複数の目盛コイル４Ａが配置される。
スケール２Ａに配置される目盛コイル４Ａが増加することで、電磁誘導式位置検出装置１Ａは、前記第１実施形態の電磁誘導式位置検出装置１と比べて信号強度を２倍程度、大きくすることができる。
【００８２】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態における（１）〜（４）と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（６）複数の送信コイル５１１，５２２，５３３および複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、送信目盛４０ＡにおけるピッチＬ３および受信目盛４１ＡにおけるピッチＬ４の２倍のピッチＬ１，Ｌ０にて配置されることで、同じピッチにて配置される場合と比較して、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３および複数の受信コイル６１１，６２２，６３３に対向して目盛コイル４Ａが２倍に配置されることとなる。したがって、電磁誘導式検出装置１Ａは、前記第１実施形態の電磁誘導式位置検出装置１と比べて２倍程度大きい信号強度で信号を取得することができるため、効率的に信号を検出することができる。
【００８３】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、電磁誘導式位置検出装置１，１Ａは、電磁誘導式リニアエンコーダに用いられていたが、電磁誘導式ロータリーエンコーダであってもよい。また、電磁誘導式位置検出装置１，１Ａは、ダイヤルゲージ（テストインジケータ）やマイクロメータ等の測定器に用いられていてもよい。すなわち、電磁誘導式位置検出装置は、用いられる測定器の形式や方式などについて特に限定されるものではなく、その他の測定器などにおいても利用可能であり、本発明の電磁誘導式位置検出装置を何に実装するかについては、特に限定されるものではない。
また、電磁誘導式位置検出装置は、センサ等の測定器以外のものに用いられていてもよい。
【００８４】
前記第１実施形態では、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３は、送信目盛４０におけるピッチＬ１と同じピッチＬ１にて配置され、複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、受信目盛４０におけるピッチＬ０と同じピッチＬ０にて配置されていた。また、前記第２実施形態では、複数の送信コイル５１１，５２２，５３３は、送信目盛４０ＡにおけるピッチＬ３の２倍のピッチＬ１にて配置され、複数の受信コイル６１１，６２２，６３３は、受信目盛４１ＡにおけるピッチＬ４の２倍のピッチＬ０にて配置されていた。しかしながら、複数の送信コイルは、送信目盛におけるピッチの３倍や４倍のピッチにて配置されていてもよいし、複数の受信コイルは、受信目盛におけるピッチの３倍や４倍のピッチにて配置されていてもよい。要するに、複数の送信コイルは、送信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置され、複数の受信コイルは、受信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置されていればよい。
【００８５】
前記各実施形態では、送信手段５の第１の送信コイル群５１〜第３の送信コイル群５３は、６０度の位相差Ｌ１／６でずれて配置され、受信手段６の第１の受信コイル群６１〜第３の受信コイル群６３は、６０度の位相差Ｌ１／６でずれて配置されていたが、６０度の位相差ではなく１２０度の位相差で配置されていてもよい。すなわち、送信手段は、所定方向に沿って所定の位相差でずらして配置される複数の送信コイル群を備え、受信手段は、所定方向に沿って複数の送信コイル群と同じ位相差でずらして配置される複数の受信コイル群を備えていればよい。
【００８６】
また、送信手段５は３つの送信コイル群５１〜５３を備えていたが、２つの送信コイル群を備えていてもよいし、４つの送信コイル群を備えていてもよい。また、受信手段６は、３つの受信コイル群６１〜６３を備えていたが、２つの受信コイル群を備えていてもよいし、４つの受信コイル群を備えていてもよい。すなわち、送信手段は、所定の位相差でずらして配置される複数の送信コイル群と、送信コイル群を構成する所定のピッチにて配置される複数の送信コイルと、を備え、受信手段は、複数の送信コイル群と同じ位相差でずらして配置される複数の受信コイル群と、受信コイル群を構成する複数の送信コイルとは異なるピッチにて配置される複数の受信コイルと、を備えていればよい。
【００８７】
前記第１実施形態では、送信目盛４０は、ピッチＬ１にて配置され、受信目盛４１は、ピッチＬ０にて配置され、ピッチＬ１は、ピッチＬ０よりも大きいピッチに設定されていたが、ピッチＬ１は、ピッチＬ０よりも小さいピッチに設定されていてもよい。すなわち、送信目盛は、所定方向に沿って所定のピッチにて配置され、受信目盛は、所定方向に沿って送信目盛とは異なるピッチにて配置されていればよい。
【００８８】
前記各実施形態では、制御手段７は、式（１）〜式（１３）の演算によりスケール２に対するヘッド３のＸ方向の位置を算出していたが、制御手段は、絶対位置信号と相対位置信号とに基づいて目盛基板に対する検出器の所定方向の位置を算出することができれば、どのような演算を用いて目盛基板に対する検出器の所定方向の位置を算出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明は、電磁誘導式位置検出装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００９０】
１，１Ａ                  電磁誘導式位置検出装置
２，２Ａ                  スケール
３                        ヘッド
４                        目盛コイル
５                        送信手段
６                        受信手段
７                        制御手段
４０，４０Ａ                送信目盛
４１，４１Ａ                受信目盛
４２，４２Ａ                接続部
５１〜５３                  送信コイル群
６１〜６３                  受信コイル群
７１                        駆動部
７２                        検出部
７３                        絶対位置信号生成部
７４                        相対位置信号生成部
７５                        算出部
【図１】
2019100840.tif 000009
【図２】
2019100840.tif 000010
【図３】
2019100840.tif 000011
【図４】
2019100840.tif 000012
【図５】
2019100840.tif 000013
【図６】
2019100840.tif 000014
【図７】
2019100840.tif 000015
【図８】
2019100840.tif 000016
【図９】
2019100840.tif 000017