(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのインクリメンタルリニアスケールと略９０度の位相差間隔にて配置された２つの検出器とを主構成とするインクリメンタルリニアスケール部と、
一つの基本ピッチにおいて該基本ピッチ内に二つ以上の符号型原点を持つアブソリュートリニアスケールと一つ又は複数の検出器を主構成とするアブソリュートリニアスケール部と、
を具備し、
上記インクリメンタルリニアスケール部の２つの検出器は略正弦波の出力信号を出力するものであり、
アブソリュートデータの「１」又は「０」の何れか一方の符号において符号１ビットに一つの磁化を対応させ、
アブソリュートデータの「１」又は「０」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続するときには１ビット毎に磁化の方向を反転させて磁化し、
アブソリュートデータの「１」又は「０」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続しない時も磁化の方向を反転させて磁化することを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。
【請求項２】
請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、
上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号は分割器により分割され高分解能を持つＡ、Ｂ２相のデジタル信号であることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。
【請求項３】
請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、
上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号を取り込むことを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。
【請求項４】
請求項３記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、
上記同期に用いるインクリメンタルリニアスケール部の出力信号が分割前の信号であることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。
【請求項５】
請求項３記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、
上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号が単相のデジタル信号であることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。
【請求項６】
請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、
上記インクリメンタルリニアスケール及び上記アブソリュートリニアスケールに対して相対的に移動可能な検出ヘッドがあり、
上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号を分割する分割器と上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号をインクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して出力させる同期回路とを上記検出ヘッド部に組み込んだことを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。
【請求項７】
請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、
上記インクリメンタルリニアスケール部からの出力信号が２個のデジタル信号であり、アブソリュートリニアスケール部からの出力信号が１個のデジタル信号であることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。
【請求項８】
請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、
基本ピッチ内にある二つ以上の符号型原点の全てが基本ピッチの中心を含む中心より片側に寄っていることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れかに記載のアブソリュート型リニアエンコーダを使用したことを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いられるアブソリュート型リニアエンンコーダと該アブソリュート型リニアエンンコーダを使用したアクチュエータに係り、特に、装置のコンパクト化、信号の伝送の単純化を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
精密位置決め装置において、位置決めフィードバック用のセンサーとして、例えば、リニアエンコーダが使用される。これはリニアエンコーダが高精度であって低コストであることに起因する。ところが、現在多く用いられているリニアエンコーダは原点復帰動作の必要なインクリメンタル型である。この種のインクリメンタル型のリニアエンコーダの場合には、装置立ち上げ時或いはトラブル発生時に原点復帰動作を行わせる必要がある。その為、装置の稼働率が低下してしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、インクリメンタル型のリニアエンコーダに代わってアブソリュート型のリニアエンコーダの使用が提案されている。この種のアブソリュート型のリニアエンコーダの場合には原点復帰動作が不要になるからである。
【０００４】
上記アブソリュート型のリニアエンコーダを開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３等がある。
【特許文献１】特開平５−８０８４９号公報
【特許文献２】特開２００３−８３７６６号公報
【特許文献３】特開２００７−３３２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、特許文献１及び特許文献２に開示されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、何れもその構成が複雑であり、且つ、コストが高いという問題があった。又、リニアスケール部及び検出ヘッド部のコンパクト化が困難であるという問題があった。さらに、信号の伝送が複雑であるという問題があった。
例えば、特許文献１に開示されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、静電容量式と光電式を併用することにより少ないトラック数で高分解能と広い測長範囲を実現している。しかしながら、検出手段、コードパターンともに２系統必要であり、そのためコンパクト化は不可能であった。
又、特許文献２に記載されたアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、位相差の異なるリニアスケールを用いることにより２組のリニアスケールまで減少させることができる。しかしながら、その精度確保にはやや複雑な信号処理を必要としており、やはりコンパクト化を実現することは困難であった。
又、特許文献３に記載されたアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、磁気式であって１スケール又は２スケールの比較的簡単な構成になっているが、高い分解能と十分なストロークを確保するためには多数の検出器が必要となるという問題があった。又、磁化の長さが短かったり或いは長さが異なる磁化が存在したりするために磁化の検出が困難であるという問題があった。
【０００６】
又、上記特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されたアブソリュート型のリニアエンコーダとは別に、図５に示すようなものがある。この場合には、アブソリュートリニアスケール１０１に多数の符号型原点１０３を付与し、それによって、原点復帰のための検出器の移動量を少なくするようにしている。又、それらの複数の符号型原点を区別するために、基本ピッチＰの両端を規定する符号型原点１０３、１０３の間にさらに別の符号型原点１０５を設けており、それによって、複数の符号型原点１０３を区別するようにしている。
【０００７】
しかしながら、図５に示すアブソリュート型のリニアエンコーダの場合にも、検出器の移動量を少なくする上では限界があり、具体的には８０〜１６０ｍｍ程度の移動量になってしまうものである。
【０００８】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、コンパクト化が容易で、低コストの信頼性の高いアブソリュート型リニアエンコーダとそのようなアブソリュート型リニアエンコーダを使用したアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるアブソリュート型リニアエンコーダは、一つのインクリメンタルリニアスケールと略９０度の位相差間隔にて配置された２つの検出器とを主構成とするインクリメンタルリニアスケール部と、一つの基本ピッチにおいて該基本ピッチ内に二つ以上の符号型原点を持つアブソリュートリニアスケールと一つ又は複数の検出器を主構成とするアブソリュートリニアスケール部と、を具備し、上記インクリメンタルリニアスケール部の２つの検出器は略正弦波の出力信号を出力するものであり、アブソリュートデータの「１」又は「０」の何れか一方の符号において符号１ビットに一つの磁化を対応させ、アブソリュートデータの「１」又は「０」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続するときには１ビット毎に磁化の方向を反転させて磁化し、アブソリュートデータの「１」又は「０」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続しない時も磁化の方向を反転させて磁化することを特徴とするものである。
又、請求項２によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号は分割器により分割され高分解能を持つＡ、Ｂ２相のデジタル信号であることを特徴とするものである。
又、請求項３によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号を取り込むことを特徴とするものである。
又、請求項４によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項３記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記同期に用いるインクリメンタルリニアスケール部の出力信号が分割前の信号であることを特徴とするものである。
又、請求項５によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項３記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号が単相のデジタル信号であることを特徴とするものである。
又、請求項６によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール及び上記アブソリュートリニアスケールに対して相対的に移動可能な検出ヘッドがあり、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号を分割する分割器と上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号をインクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して出力させる同期回路とを上記検出ヘッド部に組み込んだことを特徴とするものである。
又、請求項７によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部からの出力信号が２個のデジタル信号であり、アブソリュートリニアスケール部からの出力信号が1個のデジタル信号であることを特徴とするものである。
又、請求項８によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、基本ピッチ内にある二つ以上の符号型原点の全てが基本ピッチの中心を含む中心より片側に寄っていることを特徴とするものである。
又、請求項９によるアクチュエータは、請求項１〜請求項８の何れかに記載のアブソリュート型リニアエンコーダを使用したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように本発明の請求項１によるアブソリュート型リニアエンコーダは、一つのインクリメンタルリニアスケールと略９０度の位相差間隔にて配置された２つの検出器とを主構成とするインクリメンタルリニアスケール部と、一つの基本ピッチにおいて該基本ピッチ内に二つ以上の符号型原点を持つアブソリュートリニアスケールと一つ又は複数の検出器を主構成とするアブソリュートリニアスケール部と、を具備した構成になっているので、基本ピッチ内における符号型原点の位置の組み合わせを大幅に増加させることができ、それによって、基本ピッチを狭くしても長いストロークを得ることができるようになる。
又、請求項２によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の２つの検出器は略正弦波の出力信号を出力するものであるので、インクリメンタルリニアスケールのピッチを細かくすることなく電気信号処理（位相分割等）によって分解能を高めることができる。
又、請求項３によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項２記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号は分割器により分割され高分解能を持つＡ、Ｂ２相のデジタル信号であるので、高い分解能を実現することができる。
又、請求項４によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号を取り込むようにしているので、簡単な構成で所望の処理を実行することができる。
又、請求項５によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項４記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記同期に用いるインクリメンタルリニアスケール部の出力信号が分割前の信号であるので、安定した信号検出が可能になる。
又、請求項６によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項４記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号が単相のデジタル信号であるので、信号の伝送が容易化される。
又、請求項７によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール及び上記アブソリュートリニアスケールに対して相対的に移動可能な検出ヘッドがあり、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号を分割する分割器と上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号をインクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して出力させる同期回路とを上記検出ヘッド部に組み込んだので、信号間の伝送遅延も少なく信号の伝送も容易化されて信頼性も向上する。
又、請求項８によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部からの出力信号が２個のデジタル信号であり、アブソリュートリニアスケール部からの出力信号が１個のデジタル信号であるので、信号の伝送が容易化されて信頼性も向上する。
又、請求項９によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、アブソリュートデータの「１」又は「０」の何れか一方の符号において符号１ビットに一つの磁化を対応させる構成になっているので安定した検出が可能になる。
又、請求項１０によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項９記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、アブソリュートデータの「１」又は「０」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続するときには１ビット毎に磁化の方向を反転させて磁化するように構成されているので、センサー出力が不十分となって検出が不安定となってしまうという事態の発生を防止することができる。
又、請求項１１によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１０記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、アブソリュートデータの「１」又は「０」の何れかの磁化に対応する符号において、同一符号が連続しない時も磁化の方向を反転させて磁化するように構成されているので、センサー検出裕度を大きくすることができより安定した検出が可能になる。
又、請求項１２によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項１記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、基本ピッチ内にある二つ以上の符号型原点の全てが基本ピッチの中心を含む中心より片側に寄っている構成になっているので、基本ピッチに対応した符号原点を確実に識別することができる。
又、請求項１３によるアクチュエータは、請求項１〜請求項１２の何れかに記載のアブソリュート型リニアエンコーダを用いているので、コンパクト化を図ると共に低コストであって信頼性の高いアクチュエータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１乃至図４を参照して本発明の一実施の形態を説明する。この一実施の形態は本願発明を一軸アクチュエータに適用した例を示すものである。図１は本実施の形態によるアクチュエータの全体の構成を示す平面図である。
まず、ハウジング1があり、このハウジング１にはスライダ３が図１中左右方向（矢印ａ方向）に移動可能な状態で取り付けられている。上記ハウジング１内にはボールねじ５が内装されているとともに駆動モータ７が設置されている。上記ボールねじ５は上記駆動モータ７の出力軸に連結されていて、駆動モータ７によって回転駆動されるように構成されている。
尚、ボールねじ５と駆動モータ７の出力軸が一体化されたものもある。
【００１２】
上記ボールねじ５には図示しないボールナットがその回転を規制された状態で螺合・配置されている。既に説明したスライダ３はこのボールナットに固着されている。上記ハウジング１にはガイド９、１１が設置されていて、これらガイド９、１１によって上記スライダ３の図１中左右方向への移動を案内する。そして、駆動モータ７を適宜の方向に回転させることによりボールねじ５が同方向に回転し、それによって、ボールナットを介してスライダ３が上記ガイド９、１１によって案内されながら適宜の方向（図１中左右方向）に移動する。
【００１３】
上記ガイド１１側にはリニアスケール部２１が設置されており、一方、上記スライダ３には検出ヘッド部２３が取り付けられている。又、アクチュエータに対して離間した場所にはコントローラ部２５が設置されている。
【００１４】
次に、上記リニアスケール部２１、検出ヘッド部２３、コントローラ部２５の構成について詳しく説明する。図２は図１の中から上記リニアスケール部２１、検出ヘッド部２３、コントローラ部２５を抽出して示す図である。
まず、リニアスケール部２１は、インクリメンタルリニアスケール３１、アブソリュートリニアスケール３３とから構成されている。上記インクリメンタルリニアスケール３１は、例えば、８００μｍピッチの磁気式のものとして構成されている。すなわち、上記インクリメンタルリニアスケール３１は、８００μｍピッチにて複数の磁化部３１ａを連ねた構成をなしている。又、隣接する磁化部３１ａ、３１ａに対しては互いに反転した磁化がなされている
尚、図中矢印は磁化の方向を示していて、矢印の基部はＳ極であり、矢印の先端はＮ極である。  
【００１５】
一方、上記アブソリュートリニアスケール３３は１ビットが８００μｍに構成されていて、基本ピッチＰの両端を規定する為の符号型原点３３ａ１、３３ａ４と、基本ピッチＰ内に二つ設けられた符号型原点３３ａ２、３３ａ３を備えた構成になっている。これら符号型原点３３ａ１、３３ａ４、３３ａ２、３３ａ３は、既に説明したインクリメンタルリニアスケール３１の磁化部３１ａと同様磁化部として構成されているものである。
【００１６】
上記検出ヘッド部２３側の構成をみてみると、まず、上記インクリメンタルリニアスケール３１に対応する二つの検出器、すなわち、Ａ相検出器３５とＢ相検出器３７が設置されている。これら二つのＡ相検出器３５とＢ相検出器３７は、インクリメンタルリニアスケール３１のピッチ間隔を３６０°としたとき、９０°の位相差間隔で配置されている。そして、上記インクリメンタルリニアスケール３１と二つのＡ相検出器３５、Ｂ相検出器３７とによってインクリメンタルリニアスケール部を構成している。
【００１７】
上記Ａ相検出器３５、Ｂ相検出器３７は磁気式のものである。具体的には、ＭＲ素子２個（磁化部３１ａの長さの１／２だけ離間させた状態で配置されている）をブリッジに組んだＭＲセンサーを用いており、それによって、温度特性改善や出力増を図っている。又、これらＡ相検出器３５、Ｂ相検出器３７は既に説明したように９０°の位相差間隔をおいて配置されている。このＭＲセンサーを用いることにより、Ａ相検出器３５、Ｂ相検出器３７からの出力信号は略正弦波となる。すなわち、Ａ相検出器３５からは正弦波の信号が出力され、Ｂ相検出器３７からは余弦波の信号が出力されるように構成されている。
【００１８】
又、上記検出ヘッド部２３には、上記アブソリュートリニアスケール３３に対応する一つのＺ相検出器３９が設置されている。このＺ相検出器３９も既に説明したＡ相検出器３５及びＢ相検出器３７と同様に磁気式のものである。すなわち、Ａ相検出器３５及びＢ相検出器３７と同様に、ＭＲ素子２個（磁化部３３ａの長さの１／２だけ離間させた状態で配置されている）をブリッジに組んだＭＲセンサーを用いており、それによって、温度特性改善や出力増を図っている。そして、上記アブソリュートリニアスケール３３と一つのＺ相検出器３９とによってアブソリュートリニアスケール部を構成している。
尚、本実施の形態では一つのＺ相検出器３９を使用するように構成しているが、二つ以上のＺ相検出器を使用する構成も考えられる。
【００１９】
又、上記検出ヘッド部２３には、分割器４１と同期回路４３が設けられている。上記Ａ相検出器３５、Ｂ相検出器３７からの検出信号は上記分割器４１と同期回路４３に夫々入力される。又、上記Ｚ相検出器３９からの検出信号も上記同期回路４３に入力される。そして、上記分割器４１と同期回路４３からの信号、すなわち、分割器４１からのＡ相信号とＢ相信号、同期回路４３からのＺ相信号はラインドライバ４５及びコントローラ部２５のラインレシーバ４７を介してコントローラ４９に入力されるものである。
以上が本実施の形態によるアクチュエータ及びそこに使用されているアブソリュート型リニアエンコーダの概略の構成である。以下、各部の構成をその作用・効果を交えながらさらに詳細に説明していく。
【００２０】
まず、アブソリュートリニアスケール３３の符号型原点３３ａ１、３３ａ４、３３ａ２、３３ａ３について詳しく説明する。従来例の説明で使用した図５に示すように、従来は基本ピッチＰの両端を規定する符号型原点１０３、１０３の間に一つの符号型原点１０５が配置されていた。このように、基本ピッチＰ内に符号型原点が一つの場合には、その位置の違いの数には限界があった。
そこで、本実施の形態の場合には、基本ピッチＰ内に二つの符合型原点３３ａ２、３３ａ３を設けた構成としており、それによって、基本ピッチＰ内にある符号型原点３３ａ２、３３ａ３の位置の組合せを大幅に増加させるようにしている。その結果、基本ピッチＰを狭くしても長いストロークを持つアブソリュートリニアスケールを構成することができるものである。
【００２１】
その際、基本ピッチＰの両端を確定する符号型原点３３ａ１、３３ａ４と、基本ピッチＰ内に二つ設けられた符号型原点３３ａ２、３３ａ３はともに同じ原点であり、よって、そのままでは両者を区別することはできない。そこで、本実施の形態の場合には、基本ピッチＰ内に配置される符号型原点３３ａ２、３３ａ３を基本ピッチＰの中心を含む中心より片側に寄せて配置するようにしており（本実施の形態の場合には図２、図３に示すように右側に寄せて配置している）、それによって、基本ピッチＰを確定する符合型原点を３３ａ１、３３ａ4と基本ピッチＰ内の符号型原点を３３ａ２、３３ａ３と区別するようにしている。
【００２２】
さらに詳しく説明すると、本実施の形態の場合には、基本ピッチＰ内の符号型原点３３ａ２、３３ａ３を、図２、図３において全て基本ピッチＰ内の右寄りに配置している。その際、Ｚ相検出器３９を図２、図３中左側から右側へ移動させる場合、基本ピッチＰの最左端の符号型原点３３ａ１と次の符号型原点３３ａ２までの距離（インクリメンタルスケール３１によりカウントされる）は基本ピッチＰの１／２以上となる。そのような距離を有する符号型原点としては符号型原点３３ａ１と符号型原点３３ａ２以外にはなく、それによって、符号型原点３３ａ1であると識別されることになる。又、最左端の符号型原点３３ａ1を識別することができれば、他の符号型原点３３ａ２、３３ａ３、３３ａ4についてはＺ相検出器３９を図２、図３中右側に移動させることによって順次検出することができる。
【００２３】
例えば、基本ピッチＰを２４ｍｍとし、符号型原点３３ａ１、３３ａ４、３３ａ２、３３ａ３の磁化長さを０．８ｍｍとする。又、基本ピッチＰ内の符号型原点を本実施の形態の場合のように符号型原点３３ａ２、３３ａ３の二個とする。その際、符号型原点３３ａ２、３３ａ３の位置の組合せは、次の式（Ｉ）に示す通り８１通りになる。
すなわち、１４Ｃ２＝８１―――（Ｉ）
その結果、次の式（ＩＩ）に示すように、約１．９ｍのストロークまで対応することが可能になる。
２４ｍｍ×８１＝１９４４ｍｍ―――（ＩＩ）
因みに、基本ピッチＰ内の符号型原点を仮に３個とした場合には、３個の符号型原点の位置の組合せは次の式（ＩＩＩ）に示す通り３６４通りとなる。
１４Ｃ３  ＝３６４―――（ＩＩＩ）
その結果、次の式（ＩＶ）に示すように、約８．７ｍのストロークまで対応することが可能になる。
２４ｍｍ×３６４＝８７３６ｍｍ―――（ＩＶ）
【００２４】
従って、従来例では検出器の移動距離が８０〜１６０ｍｍとかなり長かったのが、本実施の形態の場合には、基本ピッチＰ内の符号型原点の数を、例えば、１〜２個増やして２〜３個にすることにより、Ｚ相検出器３９の移動距離を２４〜４８ｍｍと大幅に短縮させることができる。
【００２５】
又、上記インクリメンタルリニアスケール３１は、既に説明したように、８００μｍピッチにて構成されていて比較的粗い構成になっている。上記分割器４１はそのような粗い構成のインクリメンタルリニアスケール３１の分解能を向上させるために設けられているものである。
因みに、この実施の形態では８００分割することにより分解能を１μｍまで向上させるようにしている。
【００２６】
すなわち、Ａ相検出器３５とＢ相検出器３７から略９０度の位相差を持った略正弦波の２つの出力信号を出力させ、それらを上記分割器４１によって位相分割する。又、分割された９０度位相差のＡ相信号とＢ相信号は原信号の１／２００倍の４μｍピッチの９０度位相差信号として出力することにより、進行方向の情報を含み、且つ、信号周波数を上げないようにできている。この４μｍピッチのＡ相信号とＢ相信号はコントローラ４９で受信された後さらに１／４倍に分割され、結局、１μｍの高分解能を達成されることになる。
【００２７】
次に、同期回路４３による同期に関して説明する。アブソリュートリニアスケール３３の磁化をＭＲセンサーを用いたＺ相検出器３９により検出しようとする場合、１ビットの磁化には１ビット全領域にわたって均一な出力は得られない。そこで、本実施の形態では、インクリメンタルリニアスケール３１とアブソリュートリニアスケール３３を同期させた配置とし、併せて夫々のＡ相検出器３５、Ｂ相検出器３７、Ｚ相検出器３９を同期・配置することにより、インクリメンタルリニアスケール部の信号に同期してアブソリュートリニアスケール部の信号を１ビットずつ分離して取り込むように構成している。
【００２８】
さらに詳しく説明すると、この実施の形態では、インクリメンタルリニアスケール３１のピッチ８００μｍがアブソリュートリニアスケール３３の１ビットに対応するような配置とし、インクリメンタルリニアスケール部のＡ相検出器３５がアブソリュートリニアスケール部のＺ相検出器３９と同位相になるように配置している。それによって、図４に示すように、Ｂ相検出器３７の「立上り」又は「立下り」変化時であって、且つ、Ａ相検出器３５が「Ｈｉｇｈ（１）」である時にアブソリュートリニアスケール３３の信号を読み込めば１ビットずつ分離して検出することができる。
【００２９】
又、インクリメンタルリニアスケール部のＡ相検出器３５及びＢ相検出器３７の出力信号は、前述したように、分割器４１によりその分解能が向上されるようになっている。仮に、分割後の高分解能信号によってアブソリュートリニアスケール部の信号を同期させて得ようとすると、信号が安定せず読取エラーが発生することが懸念される。すなわち、高分解能信号ではインクリメンタル信号の位相を特定することができず、よって、アブソリュートリニアスケール３３の信号反転境界近傍又は磁化の端近くにて信号を検出するような場合も生じるからである。その為、信号が安定しないケースが発生して読取エラーが生じてしまうものである。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、図２に示すように、分割器４１によって分割される前のＡ相検出器３５とＢ相検出器３７からのインクリメンタル信号を同期回路４３に取り込むように構成しており、それによって、Ａ相検出器３５が４００μｍ幅の「Ｈｉｇｈ（１）」信号の真ん中直上にいる時にアブソリュートビットの中央近傍真上にあるＺ相検出器３９の信号を読み込むことができる。
【００３１】
インクリメンタルリニアスケール部の出力信号と同期してアブソリュートリニアスケール部の出力信号を出力させる同期回路４３は、上記の通りＢ相検出器３７の「立上り」又は「立下り」変化時であって、且つ、Ａ相検出器３５が「Ｈｉｇｈ（１）」である時にアブソリュートリニアスケール部のＺ相検出器３９の信号を取り込みラッチする回路である。したがって、この同期回路４３によりＺ相検出器３９の出力信号は単相のデジタル信号に変換されることになり、通常のインクリメンタルリニアエンコーダの原点信号と同様の単相デジタル信号となる。つまり、Ａ相検出器３５、Ｂ相検出器３７からのインクリメンタル出力信号と共に通常のインクリメンタルリニアエンコーダの出力信号と同様の出力となる。その結果、一般のアブソリュートエンコーダのように各社各様の複雑な信号伝送は不要となり信号の伝送も容易化されることになる。
【００３２】
又、上記分割器４１及び同期回路４３を検出ヘッド部２３に組込むことにより、検出ヘッド部２３より出力される信号がＡ相デジタル信号、Ｂ相デジタル信号、Ｚ相デジタル信号のみとなり（ラインドライバ４５利用時は＋Ａ、−Ａ、＋Ｂ、−Ｂ、＋Ｚ、−Ｚ）、その結果、信号間の伝送遅延も少なくて信頼性も確保できるとともにコントローラ４９における入力も容易となり低コスト化を図ることができる。
【００３３】
次に、図４を参照して本実施の形態におけるスケールへの磁化の構成について詳細に説明する。図４中上側に示したインクリメンタルリニアスケール３１の場合には、全ての磁化部３１ａが同じ長さになっていて、且つ、隣接する磁化部３１ａ、３１ａの磁化の方向が互いに反転した構成になっている。又、本実施の形態の場合には、１つの磁化部３１ａの長さは８００μｍに設定されている。
【００３４】
又、本実施の形態の場合には、アブソリュートリニアスケール３３について符号１ビットに１つの磁化部３３ａを対応させている。又、その磁化部３３ａの長さは上記インクリメンタルリニアスケール３１の磁化部３１ａのそれと同じに設定されている。
【００３５】
因みに、特許文献４に開示されている発明においては、アブソリュートリニアスケールの磁化部の長さはインクリメンタルの磁化部長さの１／２に設定されている。又、特許文献５に記載されている発明の場合には、アブソリュートリニアスケールの磁化部の長さはインクリメンタルの磁化部長さの１未満又は数倍に設定されている。
【特許文献４】特許第３４５４００２号公報
【特許文献５】特開２００７−３３２４５号公報
【００３６】
しかしながら、磁化の検出はその磁化のＮ極からＳ極へ向かって還流する磁束の大きさをＭＲ素子等の磁気センサーで検出するものであり、磁化の長さがばらばらであって、且つ、スケールとセンサー間のギャップを一定に保つと、そのセンサー出力は大幅に変動してしまう。例えば、磁化長さを１／２にするとセンサー出力は半分以下となる。逆に磁化の長さを２倍にしても大幅なセンサー出力ダウンは避けられない。よって、磁化の長さは一定にすることが好ましく、本実施の形態の場合にはこのような観点から磁化部３１ａ、３３ａの長さを一定に設定している。
【００３７】
又、本実施の形態では、図４に示すように、アブソリュートリニアスケール３３についてはデータ符号「１」（１ビット）に対応して１磁化を行っており、データ符号「０」に対しては磁化していない。
尚、データ符号「０」に対して磁化し、データ符号「１」に対して磁化なしの逆のケースでも良い。
上記ＭＲセンサー出力を図４においてスケールの上及び下に示している。このセンサー出力では一つの磁化部３１ａで１周期、３６０度位相に相当する。
【００３８】
又、本実施の形態におけるアブソリュートリニアスケール３３の場合には、図示していないが、連続同一符号部、具体的には、「１１１」の部分では、磁化の方向を１ビット毎に反転させている。これは反転させなければ長さの長い磁化になってしまい、センサー出力が不十分となり安定した検出ができなくなってしまうことに起因する。又、符号型原点を隣接させることができ（例えば、「１１」、「１１１」、「１１１１」）、それによって、基本ピッチＰ内における符号型原点の位置の組み合わせの数を増加させることができる。
又、連続同一符号部以外でも磁化毎に反転するのが望ましい。例えば、図４に示すように、「１０１」のように磁化部と磁化部の間が１ビットしかない場合は、同一の磁化方向では「０」符合部に左右の磁化部からの漏れ磁束が足し合わされるので、磁化の方向を反転させた方がセンサー検出余裕を向上させることができる。そこで、本実施の形態の場合にはそのような場合も磁化の方向を反転させているものである。
【００３９】
又、図４はインクリメンタルリニアスケール３１、アブソリュートリニアスケール３３と各信号との関係を示す図であり、インクリメンタルリニアスケール３１の上側には位相差９０度を持つＡ相検出器３５、Ｂ相検出器３７の出力、さらにそれらのデジタル変換出力を示し、アブソリュートリニアスケール３３の下側には、Ｚ相検出器３９の出力及びそのデジタル変換出力を示す。又、Ｂデジタル出力の「立上り」又は「立下り」で且つＡデジタル出力が「Ｈｉｇｈ（１）」であるとき、Ｚ相検出器３９は磁化の中央（ビット中央）の磁束を検出している。アブソリュートデータ符号が「１」の領域ではＺデジタル出力の真ん中に相当し、十分なマージンでＺ信号の検出がなされる。
【００４０】
ここで、図２に示すアブソリュート型リニアエンコーダとしての作用を整理すると、検出ヘッド部２３にて生成された９０度位相差を持つＡ相信号とＢ相信号及びＺ相信号がラインドライバ４５、ラインレシーバ４７を介してコントローラ４９に入力される。電源立ち上げ直後の絶対位置検出はスライダ３を一方向に駆動させることによって、検出ヘッド部２３をリニアスケール部２１に対して相対運動させる。その時、インクリメンタル信号であるＡ相信号とＢ相信号の８００μｍカウント毎（１μｍ分解能パルスの８００カウント毎）にＺ相信号をコントローラ４９に取り込んでいく。その取り込んだデータと対応する絶対位置（アブソリュートデータ）を予め作成されている対応表又は計算式から得るものである。
【００４１】
そのようにして得られた絶対位置をアップダウンカウンタのオフセット値としてセットする、それによって、電源立ち上げ直後の位置検出が完了する。これらのプロセスはいずれもコントローラ４９のソフトシーケンスで行うようになっており、それによって、コンパクト化と低コスト化を図ることができる。
【００４２】
尚、絶対位置が一旦アップダウンカウンタにセットされれば、その後はインクリメンタル信号であるＡ相信号とＢ相信号のみによってアップダウンカウンタにおいてカウントすることによって位置情報を得ることができる。
【００４３】
又、図１に示すアクチュエータとしてその作用をみると、上記したように、コントローラ４９におけるソフト処理により絶対位置を検出し、コントローラ４９の内部のアップダウンカウンタに初期値として設定し、アップダウンカウンタを作動させることによって位置情報を得る。コントローラ４９はその位置情報に基づいて駆動モータ７を制御してスライダ３を指令位置に位置決めするものである。
【００４４】
尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記一実施の形態の場合にはＺ相検出器を一つとしたが、それに限定されるものではない。例えば、二個用いることも考えられ、その場合にはＺ相信号は二つになるが、二つのＺ相検出器を、例えば、基本ピッチ間隔離間させて設置することにより、最悪ケースである最長の移動距離を大幅(最小２５％)に減らすことができる。
又、前記一実施の形態の場合には、基本ピッチＰを一定としたが、基本ピッチＰを漸増したり漸減する場合においても本発明の適用は可能である。
又、前記一実施の形態の場合には、基本ピッチＰ内の符号型原点を２個にした場合を例に挙げて説明し、同時に３個の場合についても言及したが、４個以上の場合も考えられる。
又、前記一実施の形態の場合には、磁気式のスケールを例に挙げたが、光学式のスケール（「０」、「１」符合を黒白に対応）でも同様に適用できる。
その他、図示した構成はあくまで一例であり、様々な変形が考えられる。  
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、アブソリュート型リニアエンンコーダと該アブソリュート型リニアエンンコーダを使用したアクチュエータに係り、特に、装置のコンパクト化、信号の伝送の単純化を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決めシステムに用いられるアブソリュート型リニアエンンコーダと該アブソリュート型リニアエンンコーダを使用したアクチュエータに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図で、アクチュエータの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す図で、アクチュエータに使用されているアブソリュート型リニアエンンコーダの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す図で、インクリメンタルリニアスケール部とアブソリュートリニアスケール部の磁化の構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態を示す図で、インクリメンタルリニアスケール部の信号とアブソリュートリニアスケール部の信号の同期を説明するための図である。
【図５】従来例を示す図で、アブソリュートリニアスケールの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ハウジング
３  スライダ
５  ボールねじ
７  駆動モータ
９  ガイド
１１  ガイド
２１  リニアスケール部
２３  検出ヘッド部
２５  コントローラ部
３１  インクリメントリニアスケール
３１ａ  磁化部
３３  アブソリュートリニアスケール
３３ａ１、３３ａ４、３３ａ２、３３ａ３  符号型原点
３５  Ａ相検出器
３７  Ｂ相検出器
３９  Ｚ相検出器
４１  分割器
４３  同期回路
４５  ラインドライバ
４７  ラインレシーバ
４９  コントローラ
【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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