(57)【要約】【課題】分解能を向上した誘導型変位検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】隣り合う前記受信ループで構成されるペアループの前記測定軸に沿った長さをλとすると、一個分の前記受信ループの前記測定軸に沿った長さがλ／２であると共に前記磁束結合部材のピッチがλ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）であり、一個分の前記受信ループは、前記測定軸に平行な対向する１対の対向部と、該一対の平行部の両端から前記測定軸に対して前記受信ループの前記測定軸中心に向かって折れ曲がり傾斜を有する１対の傾斜部と、前記平行部の中心に位置し、該中心において前記測定軸方向に対称形状を有する一対の突出部とを有しており、前記突出部の前記測定軸に対して傾斜した部分の中心間の距離が略λ／２Ｎ（Ｎは３以上の奇数）であることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定軸に沿って複数の磁束結合部材が配設されたスケールと、
このスケールと対向すると共に前記スケールに対して測定軸方向に相対移動可能であり、前記複数の磁束結合部材に磁束を供給する送信巻線、及び前記複数の磁束結合部材と磁束結合可能な、前記測定軸に沿ったペアループを形成する受信ループからなる多相の受信巻線が形成されたセンサヘッドとを備え、
前記ペアループの前記測定軸方向のピッチをλとしたときに、前記磁束結合部材の前記測定軸方向のピッチがλ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数、以下同じ）に設定されている誘導型変位検出装置において、
前記受信ループは、
第１の層に形成された第１配線と第２の層に形成された第２配線とにより形成され、
前記測定軸方向の中心位置の一対の頂点部にコンタクト部が形成され、同一層の配線が交差しないように、前記コンタクト部を介して前記第１配線と第２配線とが接続され、
前記第１及び第２配線は、
前記コンタクト部の前記測定軸方向の両側に順次対称に配置された第１平行部、第１傾斜部及び第２平行部をそれぞれ有し、
前記第２平行部から隣接する受信ループの第２平行部までの間に第２傾斜部を有し、
前記コンタクト部の両側の第１傾斜部の測定軸方向の中心間距離がほぼλ／Ｎに設定され、
前記第２傾斜部の測定軸方向の距離がλ／（２Ｎ）以下に設定されている
ことを特徴とする誘導型変位検出装置。
【請求項２】
前記前記第１平行部、第１傾斜部及び第２平行部は、滑らかに接続されていることを特徴とする請求項１記載の誘導型変位検出装置。
【請求項３】
前記受信巻線は、λ／３ずつピッチがずれた３相の受信巻線であることを特徴とする請求項１記載の誘導型変位検出装置。
【請求項４】
前記磁束結合部材は、前記スケールの測定軸方向にλ／５のピッチで配設されていることを特徴とする請求項１記載の誘導型変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場によって誘導される電流信号を用いて、２つの部材間の移動量又は位置を検知する誘導電流を用いた誘導型変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導型変位検出装置は、直線変位や角度変位などの精密な測定に適しており、例えば、ノギス、マイクロメータ、インジケータ、リニヤスケール等に応用される。従来、誘導型変位検出装置は、磁束結合部材となるプレート又は磁束結合巻線を所定ピッチで配列したスケールと、このスケールに対して相対移動可能に対抗配置されると共にプレート又は磁束結合巻線と磁束結合が可能な送信巻線及び受信巻線が配置されたセンサヘッドと、により構成される（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平８−３１３２９５号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
誘導型変位検出装置の分解能向上及び高精度化のためには、磁束結合部材となるプレート又は磁束結合巻線のピッチや受信巻線を構成する受信ループの寸法を小さくすればよい。プレートや磁束結合巻線はその形状が単純なので、それらの狭ピッチ化は容易である。一方、受信巻線は、分解能向上のために受信巻線からの出力信号を内挿処理する場合等にあっては、センサヘッドの相対移動方向に複数の受信ループを繋げた比較的複雑な形状となる。すなわち、受信巻線の位相をずらして配置した複数枚の絶縁板を重ねてセンサヘッドとする構成となる。特に、ここで問題となるのは、複数枚の各絶縁基板に重ねて配置された受信ループ間を接続するためのコンタクト部の形成位置である。
【０００４】
このように分解能を向上するためには、受信巻線は、コンタクト部の形成位置等、そのデザインルールに問題が生じる。一方、受信巻線を形成する基板として、薄膜多層基板や高密度ビルドアップ基板を用いれば、受信ループの限界寸法をより小さく設計できる。しかし、このような基板を用いれば、誘導型変位検出装置の製造コストが上昇することになる。
【０００５】
そこで、本発明は、低コストに高分解能及び高精度な誘導型変位検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る誘導型変位検出装置は、測定軸に沿って複数の磁束結合部材が配設されたスケールと、このスケールと対向すると共に前記スケールに対して測定軸方向に相対移動可能であり、前記複数の磁束結合部材に磁束を供給する送信巻線、及び前記複数の磁束結合部材と磁束結合可能な、前記測定軸に沿ったペアループを形成する受信ループからなる多相の受信巻線が形成されたセンサヘッドとを備え、前記ペアループの前記測定軸方向のピッチをλとしたときに、前記磁束結合部材の前記測定軸方向のピッチがλ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数、以下同じ）に設定されている誘導型変位検出装置において、前記受信ループは、第１の層に形成された第１配線と第２の層に形成された第２配線とにより形成され、前記測定軸方向の中心位置の一対の頂点部にコンタクト部が形成され、同一層の配線が交差しないように、前記コンタクト部を介して前記第１配線と第２配線とが接続され、前記第１及び第２配線は、前記コンタクト部の前記測定軸方向の両側に順次対称に配置された第１平行部、第１傾斜部及び第２平行部をそれぞれ有し、前記第２平行部から隣接する受信ループの第２平行部までの間に第２傾斜部を有し、前記コンタクト部の両側の第１傾斜部の測定軸方向の中心間距離がほぼλ／Ｎに設定され、前記第２傾斜部の測定軸方向の距離がλ／（２Ｎ）以下に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、受信ループが、測定軸方向の中心位置の一対の頂点部にコンタクト部を有し、このコンタクト部の測定軸方向の両側に対称に第１平行部、第１傾斜部及び第２平行部をそれぞれ順次形成し、コンタクト部の両側の第１傾斜部の測定軸方向の中心間距離を、ほぼλ／Ｎとなるように設定したものであるから、ピッチがλ／Ｎである磁束結合部材と受信ループとが相対移動したときに、コンタクト部の両側の第１傾斜部で、増減する磁束結合面積が打ち消し合い、高調波の発生を抑制することができる。
【０００８】
また、コンタクト部の両側を上記のように構成することにより、隣接相の配線間の干渉を防止することができ、より微細化することが可能になる。
【０００９】
更に、本発明によれば、第２傾斜部の測定軸方向の距離がλ／（２Ｎ）以下に設定されることにより、信号強度を最大近くまで高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低コストに高分解能及び高精度な誘導型変位検出装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る誘導型変位検出装置について説明する。
【００１２】
誘導型変位検出装置１は、主に、図１に示すようにスケール３、及びこのスケール３に対向するように配置されたセンサヘッド５から構成される。図１におけるスケール３は、長手方向の一部のみが記載されている。スケール３の長手方向が測定軸Ｘとなる。センサヘッド５は、スケール３に対して所定ギャップを介して対向し、測定軸Ｘに沿って移動可能に配置される。なお、センサヘッド５が固定され、スケール３が移動する構成でもよい。すなわち、センサヘッド５とスケール３とは、測定軸の方向に相対移動可能にされていればよい。
【００１３】
スケール３は、ガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板７を備える。絶縁基板７の材料としては、ガラスやシリコン等でもよい。絶縁基板７のセンサヘッド５に対向する面側には、測定軸Ｘに沿って同形状を有する複数の磁束結合巻線９（磁束結合部材の一例）が所定ピッチで配列されている。
【００１４】
磁束結合巻線９は、長手方向が測定軸Ｘと直交する矩形の線状導体であり、この線状導体は、アルミニウム、銅、金などの電気抵抗が低い材料から構成される。この磁束結合巻線９を覆うように、絶縁基板７上に図示しない保護膜としてのパッシベーション膜が形成されている。また、磁束結合巻線９に替えて、磁束結合を阻害する金属プレートを磁束結合部材として測定軸Ｘに沿って周期的に配置してもよい。このような場合であっても、磁束結合巻線９を配置した場合と同様に、センサヘッド５の位置に依存する周期的信号が受信巻線１５から得られるので変位検出が可能である。
【００１５】
センサヘッド５はガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板１１を有する。ガラスやシリコン等を絶縁基板１１の材料にすることもできる。絶縁基板１１のスケール３と対向する面側には、送信巻線１３（送信部材の一例）が形成されている。送信巻線１３の形は、長手方向が測定軸Ｘに沿った矩形状となっている。送信巻線１３は、磁束結合巻線９に対して磁束結合可能である。また、送信巻線１３の替わりに、１本の線状導体を送信部材としてもよい。
【００１６】
絶縁基板１１のスケール３と対向する面側及び反対側（又は中間層）であって、送信巻線１３の内側には、３相の受信巻線１５が配置されている。この受信巻線１５は磁束結合巻線９と磁束結合可能であり、測定軸Ｘに沿って所定ピッチで絶縁基板１１上に並べられた複数の受信ループ１７により構成される。
【００１７】
次に、図２を参照して、３相の受信巻線１５について詳細に説明する。図２（Ｂ）に示すように受信巻線１５は、３つの受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃから構成されており、図２の（Ａ）で示すように、受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃは互いに絶縁された状態で図１のように重ね合わされて３相の受信巻線１５を形成している。また、後述する配線パターンの接点となるコンタクト部１６は、それぞれの受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃの左右両端及び上下両端に形成されている。各受信巻線１５は、隣り合う受信ループ１７で構成されるペアループ１９（ツイストペアとも言われる）を有しており、以下においては、このペアループ１９の測定軸Ｘに沿った長さをλとして説明する。各受信巻線１５ａ〜１５ｃは、図２の（Ｂ）に示されているように、互いにλ／３位相ずつずれている。すなわち、受信巻線１５ａの位相を基準（０°）にすると、受信巻線１５ｂは受信巻線１５ａに対してλ／３位相（１２０°位相）だけずらされている。更に、受信巻線１５ｃは受信巻線１５ａに対して２λ／３位相（２４０°位相）だけずらされている。
【００１８】
次に、図３を参照して、１つの受信ループ１７の詳細な形状と、受信ループ１７に対する磁束結合巻線９の形状を説明する。１つの受信ループ１７は、図３に示すように、隣接する受信ループ１７と測定軸Ｘに平行な第１中心軸Ａに沿って連結され、第１中心軸Ａに対して対称に形成されている。各々の受信ループ１７は、その第１中心軸Ａ方向の中央で第１中央軸Ａに直交する第２中心軸Ｂと交差する１対の頂点部に、スルーホール、ビアホールなどのコンタクト部１６を有する。
【００１９】
この受信ループ１７は、コンタクト部１６を含む１対の対向部１７１，１７１と、隣接する受信ループの１対の対向部１７１，１７１とを交差接続する１対の傾斜部１７２（第２傾斜部）とを有している。対向部１７１は、コンタクト部１６の測定軸Ｘ方向の両側に順次対称配置された第１平行部１７１ａ１，第１傾斜部１７１ａ２，第２平行部１７１ｂからなる。１対の第１傾斜部１７１ａ２の中点間の距離は、Ｄ＝λ／５となるように形成されている。また、傾斜部１７２の測定軸Ｘ方向の距離はＳ＝λ／１０に設定されている。
【００２０】
上述したように、ペアループ１９の測定軸Ｘに沿った長さをλとすれば、一個分の受信ループ１７の測定軸Ｘに沿った長さはλ／２となり、磁束結合巻線９のピッチＰはＰ＝λ／５となるように形成されている。これらの送信巻線１３や受信巻線１５を覆うように、図示しないパッシベーション膜が絶縁基板１１上に形成されている。送信巻線１３や受信巻線１５の端子１６は、配線を介して、変位を測定するための演算・制御用のＩＣ回路（図示せず）と接続されている。送信巻線１３及び受信巻線１５は、磁束結合巻線９と同様の材料から構成される。以上が誘導型変位検出装置１の構成である。
【００２１】
なお、上記のようなピッチＰ及びペアループの形状に限られることはなく、ペアループの長さをλとすれば、ピッチＰがＰ＝λ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）、１対の第１傾斜部１７１ａ２の中点間の距離ＤがＤ＝λ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）、隣接する受信ループ１５の結合部である第２傾斜部１７２の距離ＳがＳ≦λ／２Ｎ（Ｎは３以上の奇数）であればよい。
【００２２】
次に、同様に図３を参照して、誘導型変位検出装置１の動作について簡単に説明する。図３に示すように、誘導型変位検出装置１に備えられる送信巻線１３、磁束結合巻線９及び受信巻線１５のそれぞれの平面図並びにスケール３に対するセンサヘッド５の相対移動により生じる受信巻線１５からの出力信号Ｈの波形図が示されている。
【００２３】
送信用励振信号（単層交流）が送信巻線１３に送られる。これにより、ある時刻に着目すると、送信巻線１３には時計回りに励振電流ｉ１が流れる。励振電流ｉ１により送信巻線１３から交番磁束が生成され、磁束結合巻線９と磁束結合する。このため、磁束結合巻線９には反時計回りに誘導電流ｉ２が流れ、これにより磁束結合巻線９から発生される交番磁束が受信巻線１５の受信ループ１７に磁束結合する。この磁束結合により、各々の受信ループ１７には、時計回りの誘導電流ｉ３が流れる。スケール３に対してセンサヘッド５が相対移動すると、磁束結合巻線９と受信ループ１７の磁束結合状態が、λ／５の移動周期で変化する。
【００２４】
この磁束結合状態の変化により、受信ループ１７の交番電流も変化する。すなわち、その磁束は、磁束結合巻線９から供給されるので、受信ループ１７と対向する磁束結合巻線９の面積が増大するにつれ、その受信ループ１７に流れる交番電流は、増大することとなる。したがって、ペアループ１９のいずれか一方の受信ループ１７の交番電流の流量が大きければ、そのペアループ１９に流れる交番電流の向きが変化する。
【００２５】
このペアループ１９に流れる交番電流の変化に基づき、スケール３に対するセンサヘッド５の相対移動により受信巻線１５からλ／５周期の正弦波状の出力信号Ｈが図示しないＩＣ回路に送られる。ＩＣ回路は出力信号Ｈをサンプリングし、ディジタル値に変換して、スケール３に対するセンサヘッド５の位置を演算する。
【００２６】
次に、図４を参照して、受信ループ１７が有する突出部１７１の効果を説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係る誘導型変位検出装置１の磁束結合巻線９、受信巻線１５及びこれらが対向して重なる状態となる重なり部２３を示す図である。ペアループ１９を形成する一方の受信ループ１７（１７’）を流れる誘導電流ｉ３の符号を「＋」とし、他方の受信ループ１７（１７’’）を流れる誘導電流ｉ３の符号を「−」とする。
【００２７】
ここで、仮に、Ｎが２以上の偶数であれば、一方の受信ループにより形成される「＋」と、他方の受信ループにより形成される「−」とにより誘導電流ｉ３両者が打ち消し合うこととなる。したがって、上記のようにそのピッチＰは、λ／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）としなければならない。
【００２８】
図４の右側の信号ループ１７”に示すように、ある時点において、磁束結合巻線９と受信巻線１５とがコンタクト部１６を中心として対称に位置している時点を考えると、磁束結合巻線９は、第１傾斜部１７１ａ２の上に重なっており、この場合、測定軸Ｘ方向のどちらに移動しても、２つの磁束結合巻線９と受信巻線１５のトータルの重なり面積は変化しない。これは１対の第１傾斜部１７１ａ２の傾斜が対称であることと、１対の第１傾斜部１７１ａ２間の距離が磁束結合巻線９間の距離と等しいからである。このため、この部分での磁束結合巻線９と受信巻線１５の相対移動による高調波ノイズの発生は殆どない。
【００２９】
次に、図５及び図６を参照して、各絶縁基板１１，１１に配置された受信巻線１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）の詳細について説明する。図５は、図２の（Ａ）に示す受信巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃを各々のコンタクト部１６において第１配線３１、第２配線３３に分割した平面図である。この分割した第１配線３１は、測定軸Xに対して鈍角（鋭角）方向に傾斜した部分からなる配線であり。第２配線３３は、測定軸Xに対して鋭角（鈍角）方向に傾斜した部分からなる配線である。
【００３０】
例えば、受信巻線１５ａで説明すると、図６に示すように実線で示すパターン（１）〜（１０）を接続すれば、受信巻線１５ａとなる。
【００３１】
一枚の絶縁基板の表裏か、２枚の絶縁基板１１，１１の各配線面に配置した受信巻線１５を所定の条件を満たした対向部１７１を設ける形状とすることにより、コンタクト部１６をその配線を阻害しない箇所に設けることが可能となり、第２傾斜部１７２の傾斜を測定軸Ｘに対して大きくすることができる。したがって、高密度ビルドアップ基板や薄膜プロセスといった、高価な製造プロセスを使わなくとも、片面２層（両面４層）の基板で高分解能及び高精度の誘導型変位検出装置を提供することが可能となる。
【００３２】
以上、発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。
【００３３】
上記実施形態においては、受信ループ１７の対向部１７１の第１平行部１７１ａ１，第１傾斜部１７１ａ２及び第２平行部１７１ｂを直線形状としたが、図７に示すように、例えば、正弦波状のように滑らかに結合した形状を有する受信ループ１７’’’とすると、更に高調波抑制効果が向上する。
【００３４】
また、上記実施形態においては、３相の受信巻線の位相をずらして配置しているが、３相に限ることは無く、多相であればよい。
【００３５】
また、上記実施形態においては、対向部間の距離Ｓは、Ｓ＝λ／１０であるが、図８に示すように、信号強度は、Ｓ＝ｎλ／５（ｎは１以上の整数）毎に節を設け、Ｓが小さいほど、その信号強度は増大する。したがって、好ましくは、Ｓ≦λ／１０である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘導型変位検出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る誘導型変位検出装置の三つの受信巻線の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る誘導型変位検出装置の一つの受信巻線の構造、磁束結合巻線の構造及びそれらの動作の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る誘導型変位検出装置の一つの受信巻線の重なり部を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る誘導型変位検出装置の図２（Ａ）に示す三つの受信巻線を第１層配線，第２層配線に分解した平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る誘導型変位検出装置の図２（Ａ）に示す三つの受信巻線の一つを構成するパターンを説明する図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る誘導型変位検出装置の受信巻線を示す
【図８】本発明の対向部間の距離Ｓと、信号強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…誘導型変位検出装置、３…スケール、５…センサヘッド、７…絶縁基板、９…磁束結合巻線、１１…絶縁基板、１３…送信巻線、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…受信巻線、１６…コンタクト部、１７…受信ループ、１７１…対向部、１７１ａ１…第１平行部、１７１ａ２…第１傾斜部、１７１ｂ…第２平行部、１７２…傾斜部（第２傾斜部）、１９…ペアループ、２３…受信巻線と磁束結合巻線との重なり部、３１…第１配線、３３…第２配線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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