(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定方向に所定のパターンで配列され、励磁コイルにより励磁されたスケールコイルの磁束を検出し、前記スケールコイルと測定方向に相対移動する検出コイルを有する磁気式エンコーダのスライダであって、
前記検出コイルは、測定方向に異なる位相を有する複数の検出コイルが配置され、
前記複数の検出コイルにより検出された信号が流れる複数の信号線であって、これら複数の信号線は多重螺旋構造を有する、
磁気式エンコーダのスライダ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気式エンコーダのスライダであって、前記接続線は、集積回路チップより固定の電位が与えられる定電位配線と共に、多重螺旋構造となっている、磁気式エンコーダのスライダ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁気式エンコーダのスライダであって、前記一つの検出コイルは、離れて配置された部分コイルからなり、前記信号線は、この部分コイル同士を接続する線である、磁気式エンコーダのスライダ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のスライダを備えた磁気式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スケールコイルにより形成された測定方向に周期変化する磁束を、スケールコイルと測定方向に相対移動する検出コイルで検出し、その増減に基づき前記相対移動量を算出する磁気式エンコーダに関する。特に、検出コイルを含みスケールに対し移動する部分であるスライダの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スケールコイルにより測定方向に周期的に変化する磁束を形成し、この磁束を測定することにより、測定方向の移動量を算出するエンコーダが知られている。この形式のエンコーダは磁気式エンコーダと呼ばれ、例えば特開２０００−１８０２０９号公報に記載されている。
【０００３】
スケールコイルは、測定方向に所定の周期で配置される。スケールコイルと相対移動するスライダには、スケールコイルを励磁する励磁コイルと、励磁されスケールコイルにより形成された磁束を検出する検出コイルが配置される。励磁コイルには高周波電流が流され、スケールコイルに電流が誘起される。この誘起された電流により磁束が形成される。この磁束は、、スケールコイルの配列周期に対応して周期的に変化する。そして、検出コイルに誘導電流を生じさせ、この誘導電流は、スケールコイルとの相対位置の変化に応じて、すなわちスライダの移動に応じて変化する。
【０００４】
この変化を計測すれば、スライダとスケールコイルの相対移動量が計測できる。すなわち、検出コイルの誘導電流の変化の周期を計数すれば、スライダがスケールコイルの配列の何周期分移動したかがわかる。この場合、基準となる位置からの移動量に基づき現時点でのスライダの位置が決定できる。また、スケールコイルの配列の１周期内の位置については、異なる位相となるように複数の検出コイルを配置し、検出された信号の位相に基づき決定可能なエンコーダが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の磁気式エンコーダにおいて、検出コイルに誘起される電流は、微小であり、外乱を受けることは好ましくない。特に、前述したように異なる位相で配置された複数の検出コイルの検出した電流が異なる影響を受けると、エンコーダの精度を低下させる場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の問題点を考慮してなされたものであり、検出コイルに発生するノイズを抑え、エンコーダの測定精度を高めることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかる磁気式エンコーダのスライダは、複数の検出コイルの検出した電流の流れる複数の信号線をねじるように配置した多重螺旋構造とした。これにより、各信号線のアンバランスが解消され、エンコーダの測定精度が向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１には、本実施形態の概略構成が示されている。図中矢印で示す測定方向に延びるスケール１０と、測定対象物と一体、または所定の関係をもって、測定方向に移動可能なスライダ１２が配置されている。スケール１０とスライダ１２の相対移動量または相対位置を検出することにより、測定対象物の移動量または位置が検出される。スケール１０には、測定方向に所定の規則をもって繰り返す配線パターンが形成される。配線パターンは、測定方向に１列に周期λ1／２で配置される第１スケールコイル１４と、第１スケールコイル１４の両側にそれぞれ周期λ2で配列される第２スケールコイル１６と、第１および第２スケールコイル１４，１６を結合する結合配線１８を含む。一方、スライダ１２にも配線パターンが形成され、第１スケールコイル１４に対応する位置に第１検出コイル２０が、第２スケールコイル１６に対応する位置に第２検出コイル２２が配置されている。スライダ１２には、さらに第２スケールコイル１６に対応する位置に第１励磁コイル２４、第１スケールコイル１４に対応する位置に第２励磁コイル２６が配置されている。
【０００９】
第１および第２励磁コイル２４，２６には、送信制御部２８よりそれぞれ所定周波数の電流が流される。この電流によって、スケールコイル１４，１６内に誘導電流が発生し、さらにこの誘導電流による磁界を検出コイル２０，２２で受信する。受信制御部３０では、検出コイル２０，２２で受信された強度に基づいてスライダ１２の移動量、位置の算出を行う。
【００１０】
図２には、配線パターンの詳細が示されている。前述のように、第１スケールコイル１４は、周期λ1／２で測定方向に一列に配列される。第２スケールコイル１６は、第１スケールコイル１４の配列の軸線３２に対して両側に、２列に配置されている。以下の説明において、２列の第２スケールコイル１６を区別する必要がある場合は、図２中上方を１６ａ、下方を１６ｂの符号を付して説明する。第２スケールコイル１６は、それぞれの列において、周期λ2で配列されている。また、両側に配置される第２スケールコイル１６ａ，１６ｂは、周期λ2／２ずらして配置されている。
【００１１】
第１スケールコイル１４と第２スケールコイル１６は、結合配線１８により１対１に結合されている。一方の側の第２スケールコイル１６に結合される第１スケールコイル１４は、図示するように一つ飛びである。以下の説明において、結合される相手により第１スケールコイル１４を区別する必要がある場合は、第２スケールコイル１６ａに接続されるものを符号１４ａを用いて、また第２スケールコイル１６ｂに接続されるものを符号１４ｂを用いて説明する。図２においては、左から奇数番目の第１スケールコイル１４ｂが第２スケールコイル１６ｂに結合され、左から偶数番目の第１スケールコイル１４ａが第２スケールコイル１６ａに結合される。また、第１スケールコイル１４ａ，１４ｂは、それぞれ周期λ1で配置されることになる。また、周期λ1，λ2は近接する値ではあるが、等しくはない値である。
【００１２】
結合配線１８は、第１スケールコイル１４ａと第２スケールコイル１６ａを結合する配線１８ａ、第１スケールコイル１４ｂと第２スケールコイル１６ｂを結合する配線１８ｂを含む。結合配線１８ａ，１８ｂのそれぞれは所定の周期で配置され、互いに半周期だけずらして配置されている。
【００１３】
スライダ１２の第１および第２励磁コイル２４，２６は、略長方形の形状を有する。第１励磁コイル２４は、第２スケールコイル１６ａ，１６ｂのそれぞれに対向して配置され、そのコイル形状である長方形は、測定方向にほぼ２λ2の長さを有する。第２励磁コイル２６は、第１スケールコイル１４に対向して配置され、そのコイル形状である長方形は、測定方向にほぼ２λ1の長さとなっている。第１および第２励磁コイル２４，２６には、別個に送信制御部２８から電力が供給され、これにより第１および第２スケールコイル１４，１６に電流が誘起される。
【００１４】
スライダ１２の第１および第２検出コイル２０，２２は、第２および第１励磁コイル２６，２４と重なる位置に配置される。しかし、電気的な絶縁は保たれている。第１検出コイル２０は、４個の菱形または正方形を連ねた形状であり、図中配線が交差して見える部分は、紙面に直交する方向に離れており、絶縁が確保されている。前記４個の菱形の部分は、測定方向にλ1／２の周期で配列されている。第２検出コイル２２は、第１励磁コイル２４に対応して２個配置されている。また、第１検出コイル２０と同様、４個の菱形または正方形を連ねた形状であり、図中交差して見える部分についても同様に絶縁されている。第１２検出コイル２２の菱形の配列周期は、λ2／２である。第１および第２検出コイル２０，２２は、前述のように第１および第２スケールコイル１４，１６に流れる電流により発生した磁界によって、電流が流れる。この電流を受信制御部３０で検出してその強度および強度変化を測定することにより、スライダ１２の位置、移動量の測定が行われる。なお、第１および第２検出コイル２０，２２は、前記の菱形、正方形を連ねた形状に限らず、これに類似する形状として、位相の反転している二つの正弦波を重ねた形状、円を連ねた形状などとすることができる。製作の容易さの点で菱形等を連ねた形状の方が優位となるが、当該コイルにより検出される波形については、正弦波を重ねた形状の方が好ましく、より高い精度を実現できる。
【００１５】
図３および図４には、本実施形態の磁気式エンコーダの測定原理が示されている。図３は、第１励磁コイル２４および第１検出コイル２０にかかる測定について説明するための図である。図示するように、２個の第１励磁コイル２４に逆位相の電流を流す。これにより第２スケールコイル１６ａ，１６ｂにも逆向きの電流が流れる。この電流は、結合配線１８ａ，１８ｂで結合されている第１スケールコイル１４ａ，１４ｂにも流れ、測定方向に交互に配列された逆向きの磁界を形成する。この磁界によって、第１検出コイル２０の４個の菱形の部分には、交互に、図において逆回りの電流が誘起されるが、これらの電流は、前述のような菱形の部分の構成により合算される。この電流の強度は、第１スケールコイル１４と第１検出コイル２０の測定方向の相対位置によって変化する。すなわち、第１検出コイル２０の菱形の中心が、第１スケールコイル１４の中心に一致する場合、最大値または最小値をとり、その間は、これらのコイルの位相に応じた値となる。この電流値は、ほぼ波長λ1の正弦波となる。
【００１６】
図４は、第２励磁コイル２６および第２検出コイル２２にかかる測定について説明するための図である。図示するように、第２励磁コイル２６に電流を流す。これにより第１スケールコイル１４ａ，１４ｂに同一の向きの電流が流れる。この電流は、結合配線１８ａ，１８ｂで結合されている第２スケールコイル１６ａ，１６ｂにも流れ、全て同一の向きの磁界を形成する。測定方向に隣り合う第２スケールコイル１６ａ，１６ｂの間の部分には、コイル１６ａ，１６ｂ内に形成された磁界と逆向きの磁界が形成される。これらの磁界によって、第２検出コイル２２の４個の菱形の部分には、交互に、図において逆回りの電流が誘起されるが、これらの電流は、前述のような菱形の部分の構成により合算される。この電流の強度は、第２スケールコイル１６と第２検出コイル２２の測定方向の相対位置によって変化する。すなわち、第２検出コイル２２の菱形の中心が、第２スケールコイル１６の中心に一致する場合、最大値または最小値をとり、その間は、これらのコイルの位相に応じた値となる。この電流値は、ほぼ波長λ2の正弦波となる。
【００１７】
このように、スライダ１２の相対移動に応じて、近接するが異なる波長λ1，λ2を有する二つの正弦波信号を得ることができる。二つの正弦波信号の位相関係は、λ1，λ2の最小公倍数Λを１波長とする周期関数となる。言い換えれば、波長Λの範囲では、λ1，λ2の位相関係から、スライダ１２の絶対位置が一意に決定できる。波長Λ以上の測定については、１波長Λ移動するごとにそれを記憶し、１波長に達しない移動量について前述のように二つの正弦波信号の位相関係から算出し、これらを加算することにより、スライダ１２の全移動量が算出される。
【００１８】
次に、スライダ１２、特に検出コイル２０，２２およびこれらにかかる接続線に関して説明する。実際の第１、第２検出コイル２０，２２は、スライダ１２の移動方向に異なる位相を持って配置された複数の検出コイルからなっている。例えば、第２の検出コイル２２ａ，２２ｂは、図５に示すように、同形状の３つの検出コイル２２a1，２２a2，２２a3、２２b1，２２b2，２２b3の３個のコイルが組み合わされている。個々のコイルの形状は、図１および図２で示した検出コイルの形状と同じである。図示しないが、第１検出コイル２０も同様に、３個のコイルを位相をずらして配置して構成している。前述のように、第２検出コイルは、少し離れて配置された二つの部分２２ａと２２ｂを有しており、これらの部分は接続線３０により接続されている。接続線３０は、検出コイル２２a1，２２b1を結ぶ３０-1、検出コイル２２a2，２２b2を結ぶ３０-2および検出コイル２２a3，２２b3を結ぶ３０-3からなる。これらの接続線は、その配置によって他の配線などから受ける外乱が異なってくる。異なる外乱がそれぞれの接続線にノイズとして混入すると、位相の異なる検出コイル間で検出した信号間の相関が乱れ、測定精度の低下を招く。そこで、本実施形態の接続線は、それぞれ略螺旋状の形状を有するようにし、互いに絡まり合うように多重螺旋の構造を有する。
【００１９】
図６は、接続線３０の詳細な構成を示す図である。さらに、図７は、接続線３０-1のみを示している。また、図６に示すように、一定の電位が与えられたＣＯＭ配線３２も接続線３０と共に多重螺旋構造を形成している。個々の接続線の形状を、図７に示される接続線３０-1で代表して説明する。接続線３０-1は、その二つの端子３４a1，３４b1にて、それぞれ検出コイル２２a1，２２b1に接続される。他の接続線３０-2，３０-3も同様にそれぞれ二つの端子３４a2，３４b2と３４a3，３４b3に検出コイル２２a2，２２b2と２２a3，２２b3が接続される。螺旋構造部分の斜線を施した配線３６は紙面手前側の層に属し、白抜きの部分の配線３８は、奥側の層に位置している。異なる層に属する配線３６，３８は、スルーホール４０で接続されている。このようにして接続線３０-1は、断面が四角形の螺旋構造となっている。この螺旋が、３相およびＣＯＭ配線の４本にて重なるように形成されている。この構造によって、各相の接続線３０-1，３０-2，３０-3の配置に偏りがなくなり、ノイズの影響が軽減される。また、ＣＯＭ配線３２と共に多重螺旋構造としたことにより、より高い安定性を得られる。
【００２０】
図８は、本実施形態の効果を示す図である。図中Ａで示す誤差は、３本の接続線を略平行に配置した場合の誤差である。図中Ｂで示す誤差は、他の構成は固定して、本実施形態の構成、すなわちＣＯＭ配線と接続線を多重螺旋構造とした場合の誤差である。本実施形態の構成により、誤差が低減されていることが理解される。
【００２１】
なお、本実施形態の多重螺旋構造は、検出コイル同士の接続線に限らず、検出コイルと他の回路素子とを接続する線上に設けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  磁気式エンコーダの基本構成を示す図である。
【図２】  磁気式エンコーダのコイルの基本構成を示す図である。
【図３】  磁気式エンコーダの測定原理の説明図である。
【図４】  磁気式エンコーダの測定原理の説明図である。
【図５】  検出コイルの構成を示す図である。
【図６】  検出コイルを接続する接続線の詳細構成を示す図である。
【図７】  接続線の一つを示す図である。
【図８】  本実施形態の効果を示す図である。
【符号の説明】
１０  スケール、１２  スライダ、１４（１４ａ，１４ｂ）  第１スケールコイル、  １６（１６ａ，１６ｂ）  第２スケールコイル、１８（１８ａ，１８ｂ），３４  結合配線、２０  第１検出コイル、２２  第２検出コイル、２４  第１励磁コイル、２６  第２励磁コイル、３０（３０-1，３０-2，３０-3）接続線。
【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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