(57)【要約】【課題】構造が簡単で製造が容易で、且つ、反りが発生しにくい磁気式エンコーダのスケール及び該スケールを備えた検出精度が高い磁気式エンコーダを提供する。【解決手段】磁気式エンコーダ１０は、基板１２と、基板１２に所定の測定軌道に沿って並設された複数のスケールコイル（スケールセグメント）１４と、を含んでなるスケール１６を備え、基板１２の材質を磁性ガラスとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に所定の測定軌道に沿って並設された複数のスケールセグメントと、を含んでなる磁気式エンコーダのスケールにおいて、
前記基板の材質を磁性ガラスとしたことを特徴とする磁気式エンコーダのスケール。
【請求項２】
請求項１において、
前記基板の少なくとも一方の面は多数の微小な起伏が形成された粗面とされ、該粗面に前記スケールセグメントが形成されたことを特徴とする磁気式エンコーダのスケール。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記基板の少なくとも一方の面に、酸化亜鉛、クロム及びニッケルクロムのいずれかを含んでなり、密着性を有する下地層が形成され、該下地層に前記スケールセグメントが形成されたことを特徴とする磁気式エンコーダのスケール。
【請求項４】
請求項３において、
前記下地層が分割して複数形成されたことを特徴とする磁気式エンコーダのスケール。
【請求項５】
請求項４において、
前記下地層は、前記複数のスケールセグメントと等しい形状とされたことを特徴とする磁気式エンコーダのスケール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のスケールを備えたことを特徴とする磁気式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば産業機器、輸送機器等で用いられる磁気式エンコーダのスケール及び磁気式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、位置、速度等を検出するための一手段として、基板と、該基板に所定の測定軌道に沿って並設された複数のスケールセグメントと、を含んでなるスケールを備えた磁気式エンコーダが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
尚、磁気式エンコーダは、スケールセグメントに磁束を発するための磁束発生部と、スケールコイルが返信する磁束を検出するための検出部と、を有し、スケールに対して相対移動可能であるように配設された検出ヘッドを備え、検出ヘッドを介して電気信号の入出力を行うようにされている。
【０００４】
このような磁気式エンコーダで高精度の検出を行うためには、スケールと検出ヘッドとの隙間が所定の微小な範囲内に保持されることが好ましい。
【０００５】
スケールの基板は、材質が一般的にガラスエポキシとされている。ガラスエポキシは、ガラス繊維を布状に編み込んだガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させて固めたものであり、強度及び経済性に優れている。
【０００６】
しかしながら、ガラスエポキシの基板は反りが発生しやすく、反りのためにスケールと検出ヘッドとの隙間が過大又は過小となって検出精度が低下することがある。このため、形態の安定性が高い基板が要望されている。尚、基板の反り角が同じであってもスケールが長ければ、それだけスケールと検出ヘッドとの隙間が過大又は過小となりやすい。
【０００７】
このようなスケールの反りを低減するため、例えば、図６に示される磁気式エンコーダ１００のように、スケール１０２のガラスエポキシの基板１０４におけるスケールセグメント１０６と反対側に金属板１０８を配設し、基板１０４を補強することがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０―３１８７８１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、検出ヘッド１１０がスケールセグメント１０６に対して磁束を発すると、金属板１０８に渦電流が発生し、これにより磁束が弱められて検出精度が低下するという問題がある。
【００１０】
又、金属板１０８の渦電流により磁束の乱れ（ノイズ）が発生し、磁気式エンコーダのＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）比が低下するという問題がある。
【００１１】
これに対して、基板１０４と金属板１０８との間（又はガラスエポキシ１０４とスケールセグメント１０６との間）に磁性体の層１１２を形成することにより、渦電流の発生を防止することができるが、構造が複雑となり、製造工程が増加するという問題がある。
【００１２】
特に、磁束が高周波で変化する場合、導電率が低い、例えばフェライト等の軟磁性体の層をガラスエポキシに形成する必要があるが、このような軟磁性体はメッキが困難である。このため薄膜を形成するためにドライ工程が必要となり、製造工数が大幅に増加することとなる。
【００１３】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、構造が簡単で製造が容易で、且つ、反りが発生しにくい磁気式エンコーダのスケール及び該スケールを備えた検出精度が高い磁気式エンコーダを提供することをその課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板と、該基板に所定の測定軌道に沿って並設された複数のスケールセグメントと、を含んでなる磁気式エンコーダのスケールにおいて、前記基板の材質を磁性ガラスとしたことにより、上記課題を解決したものである。
【００１５】
尚、前記基板の少なくとも一方の面に多数の微小な起伏を形成して粗面とし、該粗面に前記スケールセグメントを形成してもよい。
【００１６】
又、前記基板の少なくとも一方の面に、酸化亜鉛、クロム及びニッケルクロムのいずれかを含んでなり、密着性を有する下地層を形成し、該下地層に前記スケールセグメントを形成してもよい。
【００１７】
尚、この場合、前記下地層を分割して複数形成するとよい。
【００１８】
更に、前記下地層を前記複数のスケールセグメントと等しい形状とするとよい。
【００１９】
又、本発明は上記のいずれかに記載のスケールを備えたことを特徴とする磁気式エンコーダにより上記課題を解決したものである。
【００２０】
本発明によれば、スケールの構造の簡単化、製造の容易化を図り、且つ、反りを低減し、磁気式エンコーダの検出精度を高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る磁気式エンコーダの構造を模式的に示す側面図、図２は同磁気式エンコーダのスケールの概略構造を示す平面図、図３は同磁気式エンコーダの検出ヘッドの概略構造を示す底面図である。
【００２３】
磁気式エンコーダ１０は、基板１２と、基板１２に所定の測定軌道に沿って並設された複数のスケールコイル（スケールセグメント）１４と、を含んでなるスケール１６を備え、基板１２の材質を磁性ガラスとしたことを特徴としている。
【００２４】
他の構成については従来の磁気式エンコーダと同様であるので説明を適宜省略することとする。
【００２５】
尚、磁気式エンコーダ１０は、スケールコイル１４に磁束を発するための磁束発生部１８及びスケールコイル１２が返信する磁束を検出するための検出部２０を有してなり、スケール１６に沿って移動可能であるように配設された検出ヘッド２２を備え、検出ヘッド２２を介して電気信号を入出力するようにされている。
【００２６】
基板１２は、細長い長方形の板状体で、上記のように材質が磁性ガラスとされている。ここで磁性ガラスとは、低融点ガラスに、該低融点ガラスを結晶化させることがなく、且つ、該低融点ガラスとの反応性に乏しいフェライト、酸化テルビウム等の軟磁性材料を分散、混合して固化したものである。具体的には、例えば、酸化テルビウムを含む住田光学ガラス（株）製の磁性ガラス等を用いることができる。
【００２７】
尚、このような磁性ガラスの代表的な用途として、従来、光学の分野において、偏光を回転する作用を有するファラデー回転ガラスが知られている（例えば、特開平４−１７０３３８号公報参照。）。
【００２８】
スケールコイル１４は、複数の第１のスケールコイル２４と、複数の第２のスケールコイル２６とが、基板１２の片面の長手方向に沿って一つおきに並設された構成とされている。
【００２９】
第１のスケールコイル２４は、矩形の返信部２４Ａ及び返信部２４Ａよりも大きな矩形の受信部２４Ｂが一のループをなす形状の環状体で、返信部２４Ａが基板１２の幅方向中央近傍に位置し、受信部２４Ａが基板１２の幅方向一端側に沿うように等ピッチで複数並設されている。
【００３０】
第２のスケールコイル２６は第１のスケールコイル２４と同形状の環状体で、返信部２６Ａが基板１２の幅方向中央近傍に位置し、且つ、第１のスケールコイル２４の返信部２４Ａと一つおきに並ぶように等ピッチで並設されている。尚、第２のスケールコイル２６は、受信部２６Ｂが基板１２の幅方向他端側、即ち、第１のスケールコイル２４の受信部２４Ｂが配置された側の反対側に沿うように配設されている。
【００３１】
又、基板１２の片面には酸化亜鉛を含む下地層２８が形成され、スケールコイル１４は下地層２８上にメッキ工法で形成されている。酸化亜鉛を含む下地層２８は、良好な密着性を有しており、下地層２８を設けることより、スケールコイル１４と基板１２との固着力が高められている。尚、ここで「下地層２８上」とは、下地層２８の表面という意義であり、実際の使用時において下地層２８の鉛直方向上側に配置される場合に限定されない。
【００３２】
磁束発生部１８は、検出ヘッド２２の略長方形の下面の幅方向両端に沿って配設された発信コイル３０と、発信コイル３０に所定の周波数の電流を供給するための発信器３２と、を有して構成されている。
【００３３】
発信コイル３０は、第１のスケールコイル２４の受信部２４Ｂに対応して検出ヘッド２２の下面の幅方向一端側に沿って配設された矩形の第１の発信コイル３０Ａと、同様の矩形で第２のスケールコイル２６の受信部２６Ｂに対応して、検出ヘッド２２の下面の幅方向他端側に沿って配設された第２の発信コイル３０Ｂとが一のループをなすように配設されている。発信コイル３０は通電により、第１の発信コイル３０Ａと第２の発信コイル３０Ｂとがスケール１４に対して逆向きの磁束を発するように構成されている。
【００３４】
検出部２０は、第１のスケールコイル２４、第２のスケールコイル２６の受信部２４Ａ、２６Ａに対応して検出ヘッド２２の下面の幅方向中央近傍に配設された受信コイル３４と、受信コイル３４の電圧を検出するための受信器３６と、を有して構成されている。
【００３５】
受信コイル３４は、第１の受信コイル３８と、第２の受信コイル４０と、を有して構成されている。第１の受信コイル３８は、ツイストペアを構成し、第１のループ３８Ａと第１のループ３８Ａに対して逆巻きの第２のループ３８Ｂとが測定軌道に沿って一つおきに等ピッチで連続している。尚、隣接する第１のループ３８Ａと第２のループ３８Ｂとのピッチは、スケール１６における相隣接する第１のスケールコイル２４と第２のスケールコイル２６とのピッチＰと等しくされている。
【００３６】
第２の受信コイル４０もツイストペアを構成し、第１のループ４０Ａと第１のループ４０Ａに対して逆巻きの第２のループ４０Ｂとが測定軌道に沿って一つおきに等ピッチで連続している。尚、第１の受信コイル３８と第２の受信コイル４０は、第１のループ３８Ａと第１のループ４０Ａとが、ピッチＰの半分だけずれるように配設されている。
【００３７】
受信器３６は、第１の受信コイル３８、第２の受信コイル４０の端子電圧を個別に検出可能とされている。
【００３８】
次に、磁気式エンコーダ１０の作用について説明する。
【００３９】
まず、検出ヘッド２２の発信器３２から発信コイル３０に所定の周波数の電流を通電すると、第１の発信コイル３０Ａ、第２の発信コイル３０Ｂが磁束を発し、これらの磁束は第１のスケールコイル２４の受信部２４Ｂ、第２のスケールコイル２６の受信部２６Ｂを貫く。尚、受信部２４Ｂを貫く磁束の向きと受信部２６Ｂを貫く磁束の向きは逆向き（逆位相）である。これにより、第１のスケールコイル２４、第２のスケールコイル２６に誘導起電力が生じて逆回りの電流が通電し、返信部２４Ａ、２６Ａはそれぞれ逆向きの磁束を発する。
【００４０】
ここで、スケール１６の基板１２は材質がガラスであるので、基板１２に対して磁束を発しても金属板を備えた基板のように渦電流が発生して磁束に乱れ（ノイズ）が生ずることはない。
【００４１】
又、基板１２は磁性を有しているので、第１の発信コイル３０Ａ、第２の発信コイル３０Ｂが発する磁束は基板１２で反射され、受信部２４Ｂ、２６Ｂが強い磁束を受信するので、それだけ返信部２４Ａ、２６Ａが返信する磁束が強められている。
【００４２】
尚、第１の発信コイル３０Ａ、第２の発信コイル３０Ｂが発する磁束は、第１の受信コイル３８、第２の受信コイル４０も貫くが、第１の受信コイル３８は第１のループ３８Ａと第２のループ３８Ｂとは逆巻きであり、各ループに逆向きの誘導起電力が発生して相殺されるので、第１の発信コイル３０Ａ、第２の発信コイル３０Ｂが発する磁束のために第１の受信コイル３８の両端に電圧が発生することはない。第２の受信コイル４０についても同様に、第１の発信コイル３０Ａ、第２の発信コイル３０Ｂが発する磁束のために両端に電圧が発生することはない。
【００４３】
返信部２４Ａ、２６Ａが返信する磁束は検出ヘッド２２の第１の受信コイル３８、第２の受信コイル４０を貫く。第１の受信コイル３８、第２の受信コイル４０の各ループには返信された磁束の大きさに応じた誘電起電力が発生する。これにより、第１の受信コイル３８、第２の受信コイル４０の各ループの誘導起電力のバランスが崩れて、受信器３６が第１の受信コイル３８、第２の受信コイル４０の端子電圧を個別に検出する。
【００４４】
検出ヘッド２２がスケール１６に沿って移動すると、第１の受信コイル３８、第２の受信コイル４０の端子電圧が変化する。例えば、第１の受信コイル３８の第１のループ３８Ａの中心と、第１のスケールコイル２４の返信部２４Ａの中心とが接近すると、第２のループ３８Ｂの中心と、第２のスケールコイル２６の返信部２６Ａの中心も接近する。この時、返信部２４Ａ、２６Ａは逆向きの磁束を発するが、第１のループ３８Ａ、第２のループ３８Ｂは逆巻きであるので、第１のループ３８Ａ、第２のループ３８Ｂには同じ向きの電圧が発生し、第１の受信コイル３８には最大の電圧が発生する。
【００４５】
検出ヘッド２２がスケール１６に対してピッチＰだけ移動すると、第１の受信コイル３８には逆向きの最大の電圧が発生する。このように検出ヘッド２２がスケール１６に沿って移動すると、第１の受信コイル３８の両端には、移動量に応じた電圧が生じる。尚、移動量と電圧との関係を直交グラフに表すと正弦波のような形状となる。
【００４６】
同様に、第２の受信コイル４０の両端にも、移動量に応じた電圧が生じるが、第１の受信コイル３８の両端の電圧に対して位相がずれることとなる。
【００４７】
第１の受信コイル３８、第２の受信コイル４０の両端の電圧に基づいて、スケール１６に対する検出ヘッド２２の移動量を検出することができる。
【００４８】
スケール１６の基板１２は材質がガラスであるので、ガラスエポキシのような複合材料の基板に対して形態安定性が優れており、検出ヘッド２２とスケール１６との隙間のばらつきを所定の微小範囲内に容易に収めることができる。
【００４９】
このように、検出ヘッド２２とスケール１６との隙間を好ましい範囲に容易に保持することができ、更に、検出ヘッド２２とスケール１６との間の磁束の漏れ、乱れを抑えることができるので磁気式エンコーダ１０は検出精度が高く、信頼性が高い。
【００５０】
又、スケール１６は基板１２の材質が単一の磁性ガラスであり、ガラスエポキシのような複合材料の基板に対して製造が容易である。
【００５１】
更に、基板１２の片面に下地層２８を形成することで、下地層２８上にスケールコイル１４をメッキ工法で容易に形成することができ、この点でもスケール１６は製造が容易である。更に、酸化亜鉛を含む下地層２８はエッチング加工が容易であり、この点でもスケール１６は製造が容易である。
【００５２】
尚、本実施形態において、スケール１６は、第１のスケールコイル２４及び第２のスケールコイル２６を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スケールコイルの形状、配置は特に限定されず、例えば、スケールの中央近傍に単一の種類のコイルを等ピッチで並設した構成のスケールに対しても本発明は適用可能である。更に、線材のスケールコイルに代えて、例えば金属片等の導電体のスケールセグメントを等ピッチで並設した構成のスケールに対しても本発明は適用可能である。
【００５３】
又、本実施形態において、検出ヘッド２２は第１の受信コイル３８及び第２の受信コイル４０を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出ヘッドが単一の受信コイルを備える磁気式エンコーダ、又は、検出ヘッドが３つ以上の受信コイルを備える磁気式エンコーダに対しても本発明は適用可能である。更に、検出ヘッドの受信コイル、発信コイルの形状も特に限定されない。
【００５４】
又、本実施形態において、スケール１６の基板１２は直線状の測定軌道に対応する長方形板状体とされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、円形等の測定軌道に対応する円筒状体等の他の形状のスケールについても本発明は適用可能である。
【００５５】
又、本実施形態において、磁気式エンコーダ１０は、検出ヘッド２２がスケール１６に対して移動する構成とされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スケールが検出ヘッドに対して移動する構成の磁気式エンコーダについても本発明は適用可能である。
【００５６】
又、本実施形態において、酸化亜鉛を含む構成の下地層２８上にスケールコイル１４がメッキ工法で形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、酸化亜鉛と同様の良好な密着性を有する、例えば、クロム、ニッケルクロム等の他の材質を含む構成の下地層として、該下地層上にスケールコイルをメッキ工法で形成してもよい。更に、チタンを含む構成の下地層を形成した場合も良好な密着性が得られ、スケールコイルをメッキ工法で形成することが可能である。
【００５７】
又、本実施形態において、下地層２８は基板１２の全面に一様に形成されているが（図１参照）、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示されるように、下地層２８に切れ目２８Ａを形成し、下地層２８を基板１２に分割して複数形成してもよい。このようにすることで、検出ヘッド２２から送信される磁束により下地層２８に発生する渦電流を低減することができる。尚、更に好ましくは、図５に示されるように、下地層２８を複数のスケールコイル１４と等しい形状とするとよい。
【００５８】
製造方法としては、下地層２８を基板１２の全面に一様に形成してから切れ目２８Ａを形成して分割し、スケールコイル１４をメッキすればよい。又、下地層２８を基板１２の全面に一様に形成し、スケールコイル１４をメッキしてから切れ目２８Ａを形成して下地層２８を分割してもよい。
【００５９】
又、下地層に代えて基板に多数の微小な起伏が形成された粗面を形成し、該粗面にスケールコイルをメッキ工法で形成してもよい。尚、粗面に、更に下地層を形成し、下地層にスケールコイルを形成すれば、スケールコイルを一層強固に固着することができる。
【００６０】
又、本実施形態において、スケールコイル１４はメッキ工法で形成されているが、スケールコイルの形成方法は特に限定されない。尚、メッキ工法を用いない場合、下地層２８、粗面を省略してもよい。
【００６１】
又、本実施形態において、磁性ガラスとして、フェライト、酸化テルビウムを含むガラスを例示しているが、磁性を付与したガラスであれば材料は特に限定されない。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スケール１６の基板１２の材質を磁性ガラスとすることにより、スケールの構造の簡単化、製造の容易化を図り、且つ、スケールの反りを小さく抑えることができ、磁気式エンコーダの検出精度を高めることが可能となるという優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気式エンコーダの構造の概略を模式的に示す側面図
【図２】同磁気式エンコーダのスケールの構造を拡大して示す平面図
【図３】同磁気式エンコーダの検出ヘッドの構造を拡大して示す底面図
【図４】本発明の他の実施形態に係る磁気式エンコーダの構造を示す側面図
【図５】本発明の他の実施形態に係る磁気式エンコーダの構造を示す側面図
【図６】従来の磁気式エンコーダの構造の一例を示す側面図
【符号の説明】
１０、１００…磁気式エンコーダ
１２、１０４…基板
１４、１０６…スケールコイル（スケールセグメント）
１６、１０２…スケール
１８…磁束発生部
２０…検出部
２２、１１０…検出ヘッド
２８…下地層
２８Ａ…切れ目
【図１】
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【図２】
2004198253.tif 000004
【図３】
2004198253.tif 000005
【図４】
2004198253.tif 000006
【図５】
2004198253.tif 000007
【図６】
2004198253.tif 000008