特許 7346879 磁気式リニアセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-11

(45)【発行日】2023-09-20

(54)【発明の名称】磁気式リニアセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20230912BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110A

G01D5/245 E

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019070439

(22)【出願日】2019-04-02

(65)【公開番号】P2020169851

(43)【公開日】2020-10-15

【審査請求日】2022-02-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000006297

【氏名又は名称】村田機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】清水 哲也

(72)【発明者】

【氏名】木戸 崚平

【審査官】吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１９５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２２３５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５６３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－２１０６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１４８００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８６６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１７４３９６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００－５／２５２

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

変位検出方向における測定対象物の変位を検出する磁気式リニアセンサであって、
リニアスケールと、
前記リニアスケールに対して前記変位検出方向で相対変位可能に設けられたセンサヘッドと、
を備え、
前記センサヘッドは、前記変位検出方向と垂直な方向である第１方向において、前記リニアスケールの一方側に設けられ、
前記リニアスケールは、前記センサヘッドに対面する側に配置される第１磁気応答部を備え、
前記第１磁気応答部は、前記センサヘッドに対する磁気的な影響の変化が、前記変位検出方向で第１ピッチごとに交互に繰り返し現れるように構成され、
前記センサヘッドは、
少なくとも１つの絶縁板から構成されたベース基板部と、
前記絶縁板に配置され、前記第１ピッチに基づく第２ピッチで前記変位検出方向に並べられた複数の検出部と、
を備え、
それぞれの前記検出部は、
第１導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記絶縁板の厚み方向で異なる位置に形成された第２導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとを電気的に導通するスルーホールと、
を備え、
前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンは、前記変位検出方向及び前記第１方向の何れとも直交する第２方向に細長い領域にコイル要素を並べて配置するように形成され、
前記第１導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第１単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第２導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第２単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第１単位要素と前記第２単位要素は、前記ベース基板部の厚み方向で見たとき、閉じた形状の前記コイル要素を構成することを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【請求項2】

変位検出方向における測定対象物の変位を検出する磁気式リニアセンサであって、
リニアスケールと、
前記リニアスケールに対して前記変位検出方向で相対変位可能に設けられたセンサヘッドと、
を備え、
前記センサヘッドは、前記変位検出方向と垂直な方向である第１方向において、前記リニアスケールの一方側に設けられ、
前記リニアスケールは、前記センサヘッドに対面する側に配置される第１磁気応答部を備え、
前記第１磁気応答部は、前記センサヘッドに対する磁気的な影響の変化が、前記変位検出方向で第１ピッチごとに交互に繰り返し現れるように構成され、
前記センサヘッドは、
少なくとも１つの絶縁板から構成されたベース基板部と、
前記絶縁板に配置され、前記第１ピッチに基づく第２ピッチで前記変位検出方向に並べられた複数の検出部と、
を備え、
それぞれの前記検出部は、
第１導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記絶縁板の厚み方向で異なる位置に形成された第２導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとを電気的に導通するスルーホールと、
を備え、
前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンは、前記変位検出方向及び前記第１方向の何れとも直交する第２方向に細長い領域にコイル要素を並べて配置するように形成され、
前記第１導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第１単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第２導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第２単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第１単位要素と前記第２単位要素は、前記ベース基板部の厚み方向で見たとき、閉じた形状の前記コイル要素を構成し、
前記磁気式リニアセンサは、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンと前記スルーホールとから構成された検出セットを複数備え、
複数の前記検出部のそれぞれは、前記ベース基板部の厚み方向に積層した複数の前記検出セットを備えることを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【請求項3】

変位検出方向における測定対象物の変位を検出する磁気式リニアセンサであって、
リニアスケールと、
前記リニアスケールに対して前記変位検出方向で相対変位可能に設けられたセンサヘッドと、
を備え、
前記センサヘッドは、前記変位検出方向と垂直な方向である第１方向において、前記リニアスケールの一方側に設けられ、
前記リニアスケールは、前記センサヘッドに対面する側に配置される第１磁気応答部を備え、
前記第１磁気応答部は、前記センサヘッドに対する磁気的な影響の変化が、前記変位検出方向で第１ピッチごとに交互に繰り返し現れるように構成され、
前記センサヘッドは、
少なくとも１つの絶縁板から構成されたベース基板部と、
前記絶縁板に配置され、前記第１ピッチに基づく第２ピッチで前記変位検出方向に並べられた複数の検出部と、
を備え、
それぞれの前記検出部は、
第１導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記絶縁板の厚み方向で異なる位置に形成された第２導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとを電気的に導通するスルーホールと、
を備え、
前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンは、前記変位検出方向及び前記第１方向の何れとも直交する第２方向に細長い領域にコイル要素を並べて配置するように形成され、
前記第１導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第１単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第２導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第２単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第１単位要素と前記第２単位要素は、前記ベース基板部の厚み方向で見たとき、閉じた形状の前記コイル要素を構成し、
前記磁気式リニアセンサは、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンと前記スルーホールとから構成された検出セットを複数備え、
複数の前記検出部のそれぞれは、前記ベース基板部の厚み方向に積層した複数の前記検出セットを備え、
複数の前記検出セットは、
交流磁界を発生する１次コイルを構成する第１検出セットと、
交流磁界によって誘起される交流信号を出力する２次コイルを構成する第２検出セットと、
を含み、
前記１次コイルと前記２次コイルは、前記ベース基板部の厚み方向で対面することを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【請求項4】

変位検出方向における測定対象物の変位を検出する磁気式リニアセンサであって、
リニアスケールと、
前記リニアスケールに対して前記変位検出方向で相対変位可能に設けられたセンサヘッドと、
を備え、
前記センサヘッドは、前記変位検出方向と垂直な方向である第１方向において、前記リニアスケールの一方側に設けられ、
前記リニアスケールは、前記センサヘッドに対面する側に配置される第１磁気応答部を備え、
前記第１磁気応答部は、前記センサヘッドに対する磁気的な影響の変化が、前記変位検出方向で第１ピッチごとに交互に繰り返し現れるように構成され、
前記センサヘッドは、
少なくとも１つの絶縁板から構成されたベース基板部と、
前記絶縁板に配置され、前記第１ピッチに基づく第２ピッチで前記変位検出方向に並べられた複数の検出部と、
を備え、
それぞれの前記検出部は、
第１導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記絶縁板の厚み方向で異なる位置に形成された第２導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとを電気的に導通するスルーホールと、
を備え、
前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンは、前記変位検出方向及び前記第１方向の何れとも直交する第２方向に細長い領域にコイル要素を並べて配置するように形成され、
前記第１導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第１単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第２導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第２単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第１単位要素と前記第２単位要素は、前記ベース基板部の厚み方向で見たとき、閉じた形状の前記コイル要素を構成し、
前記磁気式リニアセンサは、
交流信号を出力する第１検出部と、
前記第１検出部と位相が９０°異なる交流信号を出力する第２検出部と、
前記第１検出部と位相が１８０°異なる交流信号を出力する第３検出部と、
前記第１検出部と位相が２７０°異なる交流信号を出力する第４検出部と、
を含み、
前記第１検出部と前記第３検出部は、前記変位検出方向で互いに隣接して設けられ、
前記第２検出部と前記第４検出部は、前記変位検出方向で互いに隣接して設けられることを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【請求項5】

変位検出方向における測定対象物の変位を検出する磁気式リニアセンサであって、
リニアスケールと、
前記リニアスケールに対して前記変位検出方向で相対変位可能に設けられたセンサヘッドと、
を備え、
前記センサヘッドは、前記変位検出方向と垂直な方向である第１方向において、前記リニアスケールの一方側に設けられ、
前記リニアスケールは、前記センサヘッドに対面する側に配置される第１磁気応答部を備え、
前記第１磁気応答部は、前記センサヘッドに対する磁気的な影響の変化が、前記変位検出方向で第１ピッチごとに交互に繰り返し現れるように構成され、
前記センサヘッドは、
少なくとも１つの絶縁板から構成されたベース基板部と、
前記絶縁板に配置され、前記第１ピッチに基づく第２ピッチで前記変位検出方向に並べられた複数の検出部と、
を備え、
それぞれの前記検出部は、
第１導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記絶縁板の厚み方向で異なる位置に形成された第２導電パターンと、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとを電気的に導通するスルーホールと、
を備え、
前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンは、前記変位検出方向及び前記第１方向の何れとも直交する第２方向に細長い領域にコイル要素を並べて配置するように形成され、
前記第１導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第１単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第２導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第２単位要素を接続した一筆書き形状を有し、
前記第１単位要素と前記第２単位要素は、前記ベース基板部の厚み方向で見たとき、閉じた形状の前記コイル要素を構成し、
前記第１導電パターンは、複数の前記第１単位要素が前記第２方向に並べられた第１要素列を、前記変位検出方向に複数並べて構成され、
前記第２導電パターンは、複数の前記第２単位要素が前記第２方向に並べられた第２要素列を、前記変位検出方向に複数並べて構成され、
前記磁気式リニアセンサは、
交流信号を出力する第１検出部と、
前記第１検出部と位相が９０°異なる交流信号を出力する第２検出部と、
前記第１検出部と位相が１８０°異なる交流信号を出力する第３検出部と、
前記第１検出部と位相が２７０°異なる交流信号を出力する第４検出部と、
を含み、
前記第１検出部が備える前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンを構成する前記第１要素列及び前記第２要素列から構成された第１コイル要素列と、
前記第３検出部が備える前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンを構成する前記第１要素列及び前記第２要素列から構成された第３コイル要素列と、
が前記変位検出方向に交互に並べられており、
前記第２検出部が備える前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンを構成する前記第１要素列及び前記第２要素列から構成された第２コイル要素列と、
前記第４検出部が備える前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンを構成する前記第１要素列及び前記第２要素列から構成された第４コイル要素列と、
が前記変位検出方向に交互に並べられていることを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【請求項6】

請求項１又は２に記載の磁気式リニアセンサであって、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンと前記スルーホールとから構成された検出セットを複数備え、
複数の前記検出セットは、
交流磁界を発生する１次コイルを構成する第１検出セットと、
交流磁界によって誘起される交流信号を出力する２次コイルを構成する第２検出セットと、
を含み、
前記ベース基板部の厚み方向において、前記１次コイルを構成する前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとの間に、前記２次コイルを構成する前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとが配置されていることを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【請求項7】

請求項１から３までの何れか一項に記載の磁気式リニアセンサであって、
前記複数の検出部は、
交流信号を出力する第１検出部と、
前記第１検出部と位相が９０°異なる交流信号を出力する第２検出部と、
前記第１検出部と位相が１８０°異なる交流信号を出力する第３検出部と、
前記第１検出部と位相が２７０°異なる交流信号を出力する第４検出部と、
を含み、
前記第１検出部、前記第２検出部、前記第３検出部、及び前記第４検出部は、前記変位検出方向に順に並べられて設けられていることを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【請求項8】

請求項４又は５に記載の磁気式リニアセンサであって、
前記第１検出部、前記第２検出部、前記第３検出部、及び前記第４検出部から出力された信号を処理する信号処理部を備え、
前記信号処理部は、
前記第１検出部と前記第３検出部の出力の差分に相当する第１交流信号と、
前記第２検出部と前記第４検出部の出力の差分に相当する第２交流信号と、
に基づいて、前記測定対象物の変位を取得することを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【請求項9】

請求項１から５までの何れか一項に記載の磁気式リニアセンサであって、
前記リニアスケールは、第２磁気応答部を備え、
前記第２磁気応答部は、前記センサヘッドに対する磁気的な影響の変化が、前記変位検出方向で前記第１ピッチとは異なる磁気変化ピッチごとに交互に繰り返し現れるように構成され、
前記センサヘッドは、複数の磁気検出部を備え、
複数の前記磁気検出部は、前記磁気変化ピッチに基づくピッチで前記変位検出方向に並べられていることを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【請求項10】

請求項１から５までの何れか一項に記載の磁気式リニアセンサであって、
前記リニアスケールは、前記第１方向において、前記センサヘッドを挟むように、当該センサヘッドの両側のそれぞれに設けられていることを特徴とする磁気式リニアセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物の変位を検出する磁気式リニアセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、電磁誘導現象を利用して測定対象物の変位を測定する変位センサが知られている。特許文献１は、この種の変位センサを開示する。

【0003】

特許文献１の電磁誘導型変位センサは、円弧状の第１導電パターンを同心円状に複数形成し、中心に孔を有する第１シートと、第１導電パターンを相補する第２導電パターンを複数形成し、中心に孔を有する第２シートと、から構成されたペアシートを複数積層した構成となっている。孔の積層によって形成された中空部に磁性体が挿入される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－９０１７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

より大きい検出信号を得るために、上記特許文献１の構成においては、１つのペアシートにおいて、第１導電パターンで形成される同心円の数を増やすことが考えられる。しかし、この場合、第１導電パターンの径方向におけるサイズが増大してしまう。積層されるペアシートの数を増やすことも考えられるが、この場合、軸方向におけるサイズが増大してしまう。

【0006】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、磁気式リニアセンサにおいて、検出精度の向上と小型化を同時に実現することにある。

【課題を解決するための手段及び効果】

【0007】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

【0008】

本発明の観点によれば、以下の構成の磁気式リニアセンサが提供される。即ち、この磁気式リニアセンサは、変位検出方向における測定対象物の変位を検出する。前記磁気式リニアセンサは、リニアスケールと、センサヘッドと、を備える。前記センサヘッドは、前記リニアスケールに対して前記変位検出方向で相対変位可能に設けられる。前記センサヘッドは、前記変位検出方向と垂直な方向である第１方向において、前記リニアスケールの一方側に設けられる。前記リニアスケールは、前記センサヘッドに対面する側に配置される第１磁気応答部を備える。前記第１磁気応答部は、前記センサヘッドに対する磁気的な影響の変化が、前記変位検出方向で第１ピッチごとに交互に繰り返し現れるように構成される。前記センサヘッドは、ベース基板部と、複数の検出部と、を備える。前記ベース基板部は、少なくとも１つの絶縁板から構成される。前記検出部は、前記絶縁板に配置され、前記第１ピッチに基づく第２ピッチで前記変位検出方向に並べられる。それぞれの前記検出部は、第１導電パターンと、第２導電パターンと、スルーホールと、を備える。前記第２導電パターンは、前記第１導電パターンと前記絶縁板の厚み方向で異なる位置に形成される。前記スルーホールは、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとを電気的に導通する。前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンは、前記変位検出方向及び前記第１方向の何れとも直交する第２方向に細長い領域にコイル要素を並べて配置するように形成される。前記第１導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第１単位要素を接続した一筆書き形状を有する。前記第２導電パターンは、前記コイル要素を構成する複数の第２単位要素を接続した一筆書き形状を有する。前記第１単位要素と前記第２単位要素は、前記ベース基板部の厚み方向で見たとき、閉じた形状の前記コイル要素を構成する。

【0009】

これにより、精密加工が容易な導電パターンによって検出部が構成されるので、センサヘッドにおける検出部の配置ピッチを小さくすることができる。従って、リニアセンサの検出ピッチである第１ピッチを小さくすることができ、リニアセンサの小型化を実現できるとともに、検出精度を向上することができる。そして、第１パターンと第２パターンから複数のコイル要素を構成することができ、大きな検出信号を得ることができる。特に、第２方向に細長い領域にコイル要素を並べるレイアウトにより、コイル要素の数を多く確保することが容易である。

【0010】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この磁気式リニアセンサは、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンと前記スルーホールとから構成された検出セットを複数備える。複数の前記検出部のそれぞれは、前記ベース基板部の厚み方向に積層した複数の前記検出セットを備える。

【0011】

これにより、検出部を多層構造とすることで、コンパクトな構成を実現することができる。

【0012】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、以下の構成とすることができる。即ち、複数の前記検出セットは、第１検出セットと、第２検出セットと、を含む。前記第１検出セットは、交流磁界を発生する１次コイルを構成する。前記第２検出セットは、交流磁界によって誘起される交流信号を出力する２次コイルを構成する。前記１次コイルと前記２次コイルは、前記ベース基板部の厚み方向で対面する。

【0013】

これにより、交流磁界を発生する１次コイルと、交流信号を出力する２次コイルと、を全体としてコンパクトに構成することができる。また、１次コイルと２次コイルが近接して配置されることで、感度が良好な構成とすることができる。

【0014】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、以下の構成とすることができる。即ち、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンと前記スルーホールとから構成された検出セットを複数備える。複数の前記検出セットは、第１検出セットと、第２検出セットと、を含む。前記第１検出セットは、交流磁界を発生する１次コイルを構成する。前記第２検出セットは、交流磁界によって誘起される交流信号を出力する２次コイルを構成する。前記ベース基板部の厚み方向において、前記１次コイルを構成する前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとの間に、前記２次コイルを構成する前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとが配置されている。

【0015】

これにより、１次コイルと２次コイルのコンパクトな配置を実現できる。

【0016】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記第１導電パターンは、複数の前記第１単位要素が前記第２方向に並べられた第１要素列を、前記変位検出方向に複数並べて構成される。前記第２導電パターンは、複数の前記第２単位要素が前記第２方向に並べられた第２要素列を、前記変位検出方向に複数並べて構成される。

【0017】

これにより、コイル要素のマトリクス配置を容易に実現できる。

【0018】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、以下の構成とすることができる。即ち、前記複数の検出部は、第１検出部と、第２検出部と、第３検出部と、第４検出部と、を含む。前記第１検出部は、交流信号を出力する。前記第２検出部は、前記第１検出部と位相が９０°異なる交流信号を出力する。前記第３検出部は、前記第１検出部と位相が１８０°異なる交流信号を出力する。前記第４検出部は、前記第１検出部と位相が２７０°異なる交流信号を出力する。前記第１検出部、前記第２検出部、前記第３検出部、及び前記第４検出部は、前記変位検出方向に順に並べられて設けられている。

【0019】

これにより、複数の検出部を全体として簡素に構成することができる。

【0020】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、磁気式リニアセンサは、第１検出部と、第２検出部と、第３検出部と、第４検出部と、を含む。前記第１検出部は、交流信号を出力する。前記第２検出部は、前記第１検出部と位相が９０°異なる交流信号を出力する。前記第３検出部は、前記第１検出部と位相が１８０°異なる交流信号を出力する。前記第４検出部は、前記第１検出部と位相が２７０°異なる交流信号を出力する。前記第１検出部と前記第３検出部は、前記変位検出方向で互いに隣接して設けられる。前記第２検出部と前記第４検出部は、前記変位検出方向で互いに隣接して設けられる。

【0021】

これにより、例えばレイアウトの物理的な限界によって検出部の間隔を小さくすることが難しくても、第１ピッチを小さくすることが容易になる。従って、検出精度を高めることができる。

【0022】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、磁気式リニアセンサは、第１検出部と、第２検出部と、第３検出部と、第４検出部と、を含む。前記第１検出部は、交流信号を出力する。前記第２検出部は、前記第１検出部と位相が９０°異なる交流信号を出力する。前記第３検出部は、前記第１検出部と位相が１８０°異なる交流信号を出力する。前記第４検出部は、前記第１検出部と位相が２７０°異なる交流信号を出力する。第１コイル要素列と、第３コイル要素列と、が前記変位検出方向に交互に並べられている。前記第１コイル要素列は、前記第１検出部が備える前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンを構成する前記第１要素列及び前記第２要素列から構成される。前記第３コイル要素列は、前記第３検出部が備える前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンを構成する前記第１要素列及び前記第２要素列から構成される。第２コイル要素列と、第４コイル要素列と、が前記変位検出方向に交互に並べられている。前記第２コイル要素列は、前記第２検出部が備える前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンを構成する前記第１要素列及び前記第２要素列から構成される。前記第４コイル要素列は、前記第４検出部が備える前記第１導電パターン及び前記第２導電パターンを構成する前記第１要素列及び前記第２要素列から構成される。

【0023】

これにより、例えばレイアウトの物理的な限界によって検出部の間隔を小さくすることが難しくても、第１ピッチを小さくすることが容易になる。従って、検出精度を高めることができる。

【0024】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、磁気式リニアセンサは、前記第１検出部、前記第２検出部、前記第３検出部、及び前記第４検出部から出力された信号を処理する信号処理部を備える。前記信号処理部は、第１交流信号と、第２交流信号と、に基づいて、前記測定対象物の変位を取得する。前記第１交流信号は、前記第１検出部と前記第３検出部の出力の差分に相当する。前記第２交流信号は、前記第２検出部と前記第４検出部の出力の差分に相当する。

【0025】

これにより、第１ピッチ内における測定対象物の変位を精度良く検出することができる。

【0026】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記リニアスケールは、第２磁気応答部を備える。前記第２磁気応答部は、前記センサヘッドに対する磁気的な影響の変化が、前記変位検出方向で前記第１ピッチとは異なる磁気変化ピッチごとに交互に繰り返し現れるように構成される。前記センサヘッドは、複数の磁気検出部を備える。複数の前記磁気検出部は、前記磁気変化ピッチに基づくピッチで前記変位検出方向に並べられている。

【0027】

これにより、互いに異なるピッチで磁気的な影響が変化する２つの磁気応答部を用いて、測定対象物の位置をより適切に得ることができる。

【0028】

前記の磁気式リニアセンサにおいては、前記リニアスケールは、前記第１方向において、前記センサヘッドを挟むように、当該センサヘッドの両側のそれぞれに設けられていることが好ましい。

【0029】

これにより、より大きな検出信号を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の第１実施形態に係る磁気式リニアセンサの構成を示す斜視図。

【図2】磁気検出ヘッドの構成を模式的に示す側面図。

【図3】第１導電パターン及び第２導電パターンの対応関係を説明する図。

【図4】第１導電パターン及び第２導電パターンの形状を示す斜視図。

【図5】プリント基板の構成を示す正面図。

【図6】磁気式リニアセンサの構成を示すブロック図。

【図7】第１変形例の磁気検出ヘッドの構成を示す正面図。

【図8】第２変形例の磁気検出ヘッドの構成を示す正面図。

【図9】第２実施形態の磁気式リニアセンサを示す斜視図。

【図10】変形例のプリント基板の構成を模式的に示す側面図。

【図11】変形例の第１導電パターン及び第２導電パターンの構成を示す平面図。

【発明を実施するための形態】

【0031】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気式リニアセンサ１００の構成を示す斜視図である。

【0032】

図１に示す磁気式リニアセンサ１００は、測定対象物の所定の方向での変位を検出するために用いられる。以下の説明では、測定対象物の変位が検出される方向を変位検出方向と呼ぶことがある。

【0033】

磁気式リニアセンサ１００は、主として、スケール（リニアスケール）１と、磁気検出ヘッド（センサヘッド）２と、を備える。

【0034】

スケール１及び磁気検出ヘッド２のうち何れかが、測定対象物に取り付けられる。本実施形態では、スケール１が図略の固定部材に取り付けられ、磁気検出ヘッド２が、測定対象物である図略の可動部材に取り付けられている。可動部材は、変位検出方向と平行な経路に沿って直線的に移動可能である。

【0035】

ただし、測定対象物である可動部材にスケール１が取り付けられ、固定部材に磁気検出ヘッド２が取り付けられても良い。更に、スケール１と磁気検出ヘッド２の両方が、互いに相対変位する可動部材にそれぞれ取り付けられても良い。この場合、磁気式リニアセンサ１００は、測定対象物の相対変位を検出する。

【0036】

スケール１は、図１に示すように、細長いブロック状に形成される。スケール１は、測定対象物が当該スケール１の長手方向における変位を検出するための目盛として用いられる。スケール１は、可動部材の移動に伴う磁気検出ヘッド２の移動ストロークを含むように、当該移動ストロークと平行な方向に細長く形成されている。

【0037】

スケール１は、細長い矩形板状に形成されている。スケール１の長手方向は変位検出方向と一致している。板状のスケール１の厚み方向及び幅方向は、何れも変位検出方向と直交している。以下では、スケール１の長手方向をスケール長手方向と呼び、厚み方向をスケール厚み方向と呼び、幅方向をスケール幅方向と呼ぶことがある。スケール厚み方向は第１方向に相当し、スケール幅方向は第２方向に相当する。

【0038】

スケール１は、ベース部１１と、磁気応答部（第１磁気応答部）１２と、を備える。

【0039】

ベース部１１は、例えば、顕著な磁性を有しない金属、又は、磁性を有しないプラスチック等の材料からなる細長い板状部材として構成されている。

【0040】

磁気応答部１２は、図１に示すように、ベース部１１の厚み方向一方側の面に設けられている。磁気応答部１２は、ベース部１１の長手方向に多数並べて固定された強磁性部１３から構成される。それぞれの強磁性部１３は、スケール幅方向に延びる細長い板状に形成されている。

【0041】

強磁性部１３は、例えば、強磁性を有する金属等から構成される。ただし、強磁性部１３は、板状に限定されず、例えば直方体、棒状等に形成することもできる。

【0042】

強磁性部１３は、予め定められた第１ピッチＣ１毎に、スケール１の長手方向に並べて設けられている。強磁性部１３は所定の間隔を形成しながら並べて配置されているので、互いに隣接する２つの強磁性部１３の間には、磁性がない（又は、弱い）部分が形成される。従って、磁気応答部１２においては、スケール１の長手方向で第１ピッチＣ１毎に、磁気応答性の有無又は強弱が交互に繰返し現れる。

【0043】

磁気検出ヘッド２は、図１に示すように、磁気応答部１２と対面するように、スケール厚み方向における当該スケール１の一方側に設けられている。磁気検出ヘッド２は、スケール厚み方向にスケール１と所定の間隔をあけて配置される。

【0044】

磁気検出ヘッド２は、主として、ケース２０に収容されたプリント基板２１を備える。プリント基板２１に形成された後述の導電パターンには、磁気応答部１２で強められた磁界によって誘起された誘導電流が流れる。磁気検出ヘッド２は、この誘導電流に基づく電気信号（例えば電圧信号）を検出することができる。

【0045】

本実施形態のプリント基板２１は、図１に示すように、その厚み方向がスケール厚み方向と一致するように設けられている。プリント基板２１は、例えば、図２に示すように、３つの絶縁板２２ａと、４つの導体層と、が厚み方向に交互に積層された４層基板から構成される。

【0046】

信号検出の観点から見れば、プリント基板２１は、ベース基板部（絶縁基板）２２と、複数の信号出力部（検出部）６と、から構成される。ベース基板部２２は、上記３つの絶縁板２２ａから構成される。

【0047】

各信号出力部６は、上記導体層に形成された第１導電パターン３及び第２導電パターン４と、第１導電パターン３と第２導電パターン４とを電気的に導通するスルーホール５と、を備える。以下の説明では、導体層のそれぞれを特定するために、スケール１から遠い側から順に、第１導体層２１ａ、第２導体層２１ｂ、第３導体層２１ｃ、及び第４導体層２１ｄと呼ぶことがある。

【0048】

第１導電パターン３は、図２に示すように、ベース基板部２２の厚み方向一方側に位置する第１導体層２１ａに形成されている。具体的には、第１導電パターン３は、第１導体層２１ａを構成する銅箔等からなる導体を、パターンエッチング等により所定の形状に形成することによって構成されている。

【0049】

第１導電パターン３は、図１に示すように、スケール幅方向に細長い領域に配置されている。第１導電パターン３は、図３から図５までに示すように、複数の第１単位要素３０から構成された一筆書き形状を有する。

【0050】

それぞれの第１単位要素３０は、半円孤状に形成されている。第１単位要素３０は、スケール幅方向に細長い領域に、ｐ×ｑのマトリクス状に並べて配置されている。図３には、ｐ＝３８、ｑ＝３の例が示されている。全ての第１単位要素３０の径は同一である。第１単位要素３０は、行方向にも列方向にも等間隔で並べて配置される。

【0051】

スケール幅方向の端部に位置する第１単位要素３０を除いて考えると、スケール幅方向で互いに隣接する任意の２つの第１単位要素３０に着目したとき、この２つの第１単位要素３０は互いに反転した形状を有する。言い換えれば、スケール幅方向での第１単位要素３０の並びに着目したとき、それぞれの第１単位要素３０に相当する半円孤は、１つ毎に位相が１８０°ずつ交互に変化している。それぞれの第１単位要素３０において、半円弧のパターン線の両端部は、当該半円弧の中心に対して、スケール幅方向の両側に位置している。

【0052】

本実施形態の第１導電パターン３においては、多数の第１単位要素３０の全てが、隣接する他の第１単位要素３０と一体的に接続される。原則として、第１単位要素３０は、スケール幅方向で隣り合う第１単位要素３０と接続される。上述したように、スケール幅方向で隣り合う２つの第１単位要素３０は互いに反転して配置されているので、これらが互いに接続されると、２つの第１単位要素３０は全体としてＳ字状となる。

【0053】

ただし、スケール幅方向の端部に位置する第１単位要素３０は、例外的に、変位検出方向で隣接する第１単位要素３０と接続される。

【0054】

スケール幅方向での第１単位要素３０の並びに着目すると、第１導電パターン３のパターン線は、Ｓ字を繰り返すようにして第１単位要素３０を数珠繋ぎに次々に接続しながら、スケール幅方向の一側の端部から反対側の端部に到達する。このように、細かい湾曲部分の繰返しを含んでいるが全体としてスケール幅方向に細長いパターン線が形成されている。

【0055】

第１導電パターン３は、このようにスケール幅方向に延びるパターン線が、変位検出方向に３つ配置されることで構成されている。３つのパターン線は、実質的に互いに平行に向けられている。それぞれのパターン線は、スケール幅方向の端部で、隣のパターン線と一体的に接続される。

【0056】

第１導電パターン３は、スケール幅方向の一端から他端までを１往復半するように、３本のパターン線の長手方向端部同士を接続して構成されている。具体的に説明すると、第１導電パターン３の一側の端部は、スケール幅方向の一端側（図３の下側）の適宜の位置に配置されている。以下では、この位置を始端部（パターン第１端部）と呼ぶことがある。第１導電パターン３は、始端部から、他端側（図３の上側）に向かって延びる。第１導電パターン３がスケール幅方向の他端側に到達すると、当該第１導電パターン３は、変位検出方向で少し位置を変えながら折り返して、スケール幅方向の一端側（始端部がある側）に向かって延びる。第１導電パターン３がスケール幅方向の一端側に到達すると、当該第１導電パターン３は変位検出方向で少し位置を変えながら再び折り返して、スケール幅方向の他端側（始端部と反対側）に向かって延びる。第１導電パターン３がスケール幅方向の他端側に到達すると、当該位置が第１導電パターン３の他側の端部となる。以下では、この位置を終端部（パターン第２端部）と呼ぶことがある。第１導電パターン３は、この終端部で、スルーホール５に接続される。

【0057】

始端部と終端部は、スケール幅方向で互いに反対側となる端部にそれぞれ位置する。第１導電パターン３は、始端部と終端部とを、一筆書き状の１本の線で互いに接続するように形成されている。

【0058】

スケール幅方向での第１単位要素３０の並びに着目すると、第１導電パターン３は、複数（本実施形態においては３つ）の第１要素列３１を有する。それぞれの第１要素列３１は、１つ毎に互いに反転した形状を有する第１単位要素３０を並べて構成される。変位検出方向で互いに隣接する２つの第１要素列３１は、延びる方向の一端側で互いに接続されている。

【0059】

図３に示すように、第１導電パターン３の始端部は、例えば、図略のテストランド等に接続され、電圧信号等を出力するために用いられる。第１導電パターン３の終端部は、スルーホール５を介して、第２導電パターン４と電気的に接続される。

【0060】

第２導電パターン４は、図２に示すように、第２導体層２１ｂに形成されている。第２導体層２１ｂは、絶縁板２２ａにおいて、第１導電パターン３が形成された第１導体層２１ａと、厚み方向で反対側の面に位置する。第２導電パターン４は、第２導体層２１ｂ（例えば、銅箔等）を、パターンエッチング等により所定の形状に形成することにより構成される。図３及び図４に示すように、第２導電パターン４は、複数の第２単位要素４０から構成された一筆書き形状を有する。

【0061】

第２導電パターン４は、図４に示すように、スケール幅方向に細長い領域に配置されている。第２導電パターン４は、図３及び図４に示すように、複数の第２単位要素４０から構成された一筆書き形状を有する。第２単位要素４０は、スケール幅方向に細長い領域に、ｐ×ｑのマトリクス状に並べて配置されている。第２導電パターン４は、３つの第２要素列４１を有する。それぞれの第２要素列４１は、スケール幅方向に並んだ第２単位要素４０により構成される。

【0062】

第２導電パターン４は、図４に示すように、当該第２導電パターン４に電気的に接続される第１導電パターン３と、ベース基板部２２（絶縁板２２ａ）の厚み方向で対応する領域に形成されている。第２導電パターン４の形状は、第１導電パターン３と、上述のパターン線のそれぞれの細かい湾曲が互いに対称となっている点を除いて、実質的に同一である。第２導電パターン４の構成は第１導電パターン３と良く似ているので、詳細な説明を省略する。

【0063】

第２導電パターン４に含まれる多数の第２単位要素４０のそれぞれは、第１導電パターン３に含まれる第１単位要素３０と、１対１で対応している。ベース基板部２２の厚み方向で見たとき、互いに対応する第１単位要素３０と第２単位要素４０の間で、半円孤の中心同士が一致している。

【0064】

図５に示すように、ベース基板部２２の厚み方向で互いに対応する第１単位要素３０と第２単位要素４０の間で、それぞれの形状である半円弧が相補の関係となっている。従って、第１単位要素３０と第２単位要素４０は、ベース基板部２２の厚み方向で見たとき、半円孤同士の両端同士が接続されるように合わせられて、閉じた形状（具体的には、円状）のコイル要素５０を実質的に構成する。第１導電パターン３と第２導電パターン４の組合せにより、ｐ×ｑのマトリクス状に並んだ多数のコイル要素５０が形成される。第１導電パターン３と第２導電パターン４が一筆書きで形成されているので、一筆書きで接続されるコイル要素５０同士の間で、隙間を実質的にゼロにすることができる。本実施形態では、スケール幅方向で互いに隣接するコイル要素５０の間の隙間を実質的にゼロとすることで、コイル要素５０の高密度配置を実現している。

【0065】

１つのコイル要素５０は、１巻きのコイルとして考えることができる。図４等では絶縁板２２ａの厚みが大きくなるように誇張して描かれているが、実際には絶縁板２２ａの厚みは小さい。従って、コイルのコイル面は、当該コイル要素５０がマトリクス状に並べられる平面と平行である。

【0066】

スルーホール５は、第１導電パターン３と第２導電パターン４とを相互に電気的に接続する。スルーホール５は、プリント基板２１を貫通する孔から構成され、孔の内壁には導体のメッキが付けられている。

【0067】

電流は、１つの第１導電パターン３と、１つの第２導電パターン４と、当該第１導電パターン３及び第２導電パターン４を導通するスルーホール５と、から形成される経路を流れる。これに着目すると、第１導電パターン３と、第２導電パターン４と、スルーホール５と、をまとめて、１つの単位検出セット（検出セット）Ｓとして捉えることができる。

【0068】

電流と磁場の向きの関係は、右ネジの法則に従う。本実施形態では、右ネジの法則を考慮して、単位検出セットＳに仮に電流を流したときに各コイル要素５０に発生する磁場が隣り合うコイル要素５０同士で互いに逆向きとなるように、第１導電パターン３の第１単位要素３０及び第２導電パターン４の第２単位要素４０が配置されている。

【0069】

図２に示すように、単位検出セットＳは、ベース基板部２２の厚み方向で互いに対応するように、２つ１組で配置されている。一方の単位検出セットＳは、第１導体層２１ａと第２導体層２１ｂの部分に形成され、もう一方の単位検出セットＳは、第３導体層２１ｃと第４導体層２１ｄの部分に形成されている。２つの単位検出セットＳの構成は互いに同一である。

【0070】

図５に示すように、プリント基板２１においては、上記のように厚み方向で積層された２つの単位検出セットＳからなる組が、変位検出方向において予め定められた第２ピッチＣ２毎に並べて４つ設けられている。

【0071】

当該第２ピッチＣ２は、前述の第１ピッチＣ１との間で所定の関係を有するように、第１ピッチＣ１に基づいて定められる。具体的に説明すると、以下の式で示すように、第２ピッチＣ２は、第１ピッチＣ１の整数倍と、第１ピッチＣ１の１／４と、の和となるように設定される。
Ｃ２＝（ｎ＋１／４）×Ｃ１
ただし、ｎは整数である。本実施形態においては、ｎ＝０であるが、これに限定されない。

【0072】

本実施形態の磁気式リニアセンサ１００においては、図２に示す２つの単位検出セットＳのうち、スケール１から遠い側に位置する単位検出セットＳが、交流磁界を発生する１次コイル６１を構成している。スケール１に近い側に位置する単位検出セットＳは、交流磁界によって誘起される誘導電流に関する検出信号（例えば、電圧信号）を出力する２次コイル６２を構成している。

【0073】

このように、本実施形態の信号出力部６は、プリント基板２１の厚み方向において、１次コイル６１と２次コイル６２とが積層された構造を有する。

【0074】

本実施形態の磁気式リニアセンサ１００においては、図１及び図５に示すように、変位検出方向において等間隔で並べられた４つの信号出力部６を備える。当該４つの信号出力部６は、第２ピッチＣ２毎に設けられている。

【0075】

なお、以下の説明において、当該４つの信号出力部６のそれぞれを特定するために、図５に示す左側から順に、第１信号出力部（第１検出部）６ａ、第２信号出力部（第２検出部）６ｂ、第３信号出力部（第３検出部）６ｃ、及び第４信号出力部（第４検出部）６ｄと呼ぶことがある。

【0076】

各信号出力部６で出力する信号（例えば、電圧信号）について、簡単に説明する。１次コイル６１に適宜の周波数の交流電流を流すと、１次コイル６１には、向き及び強さが周期的に変化する磁界が発生する。一方、２次コイル６２には、コイルの磁界の変化を妨げる向きの誘導電流が発生する。１次コイル６１の近傍に強磁性体が存在すると、この強磁性体は、１次コイル６１が発生させる磁界を強めるように作用する。この作用は、強磁性体が１次コイル６１に近づく程大きくなる。

【0077】

磁気応答部１２が備える１つの強磁性部１３に着目すると、磁気検出ヘッド２がストロークの一側から他側へ移動するにつれて、１次コイル６１及び２次コイル６２が当該強磁性部１３に近づいていくが、最も近づいた後は離れていく。２次コイル６２に発生する誘導電流は交流電流であるが、その振幅の大きさは、信号出力部６と、磁気応答部１２のうち強磁性部１３と、の位置関係に応じて異なる。

【0078】

強磁性部１３は実際には第１ピッチＣ１ごとに並べて配置されるので、振幅の大きさの変化は、第１ピッチＣ１ごとの繰り返しになる。即ち、横軸に磁気検出ヘッド２の位置をとり、縦軸に振幅の大きさをとると、振幅と位置との関係は、第１ピッチＣ１を周期とする周期曲線（具体的には、正弦曲線ｙ＝sinθ）となる。このθを求めることができれば、繰返し単位である第１ピッチＣ１の中で磁気検出ヘッド２がどの位置にあるかを取得することができる。

【0079】

しかし、正弦曲線ｙ＝sinθの１周期分を考えると、特別な場合を除いてｙに対応するθの値は２つ考えられ、ただ１つに定まらない。そこで、本実施形態では、信号出力部６を、最も近い強磁性部１３との位置関係が第１ピッチＣ１の１／４ずつ実質的にズレるように、上述の第２ピッチＣ２で定められる間隔をあけて４つ配置している。

【0080】

第１信号出力部６ａ、第２信号出力部６ｂ、第３信号出力部６ｃ、第４信号出力部６ｄのそれぞれは、互いに第１ピッチＣ１の１／４だけ離れているので、互いに位相が９０°ズレている電圧信号を出力する。第１信号出力部６ａが出力する電圧信号をcos＋相と表現した場合、第２信号出力部６ｂはsin＋相の電圧信号を出力し、第３信号出力部６ｃはcos－相の電圧信号を出力し、第４信号出力部６ｄはsin－相の電圧信号を出力することとなる。

【0081】

詳細は後述するが、本実施形態では、この４つの信号に基づいて、磁気検出ヘッド２が第１ピッチＣ１の中のどの位置にあるかを検出することができる。

【0082】

続いて、本実施形態の磁気式リニアセンサ１００による測定対象物の変位の検出について簡単に説明する。

【0083】

本実施形態の磁気式リニアセンサ１００は、図６に示すように、信号処理部７を備える。信号処理部７は、第１信号出力部６ａ、第２信号出力部６ｂ、第３信号出力部６ｃ、第４信号出力部６ｄから出力された電圧信号を処理する。

【0084】

信号処理部７は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ７１と、Ｄ／Ａコンバータ７２と、演算部７３と、を備える。信号処理部７は、１次コイル６１への基準交流信号ａsinωｔを出力しながら、第１信号出力部６ａ、第２信号出力部６ｂ、第３信号出力部６ｃ、第４信号出力部６ｄから出力された電圧信号に基づいて、磁気検出ヘッド２のスケール１に対する変位量を算出して出力する。

【0085】

１次コイル６１においては、信号処理部７から出力された基準交流信号で励磁することで交流磁界が発生する。

【0086】

第１信号出力部６ａ、第２信号出力部６ｂ、第３信号出力部６ｃ、第４信号出力部６ｄのそれぞれにおいて、２次コイル６２には、強磁性部１３との相対位置に応じて振幅が異なる交流信号が誘起される。

【0087】

信号処理部７は、第１信号出力部６ａ及び第３信号出力部６ｃの出力の差分を取り出すことにより、第１交流信号を得る。出力の差分に相当する信号は、公知の差動結合によって容易に得ることができる。第１交流信号は、磁気検出ヘッド２の変位を表す位相をθとしたとき、以下の式で表すことができる。
ｙ１＝ａcosθ・sinωｔ

【0088】

信号処理部７は、第２信号出力部６ｂ及び第４信号出力部６ｄの差分を取り出すことにより、第２交流信号を得る。第２交流信号は、以下の式で表すことができる。
ｙ２＝ａsinθ・sinωｔ

【0089】

演算部７３は、第２交流信号ｙ２を第１交流信号ｙ１で除算する。この結果は、tanθの値に相当する。その後、演算部７３は、計算結果のarctanの値を求める。これにより、θを得ることができる。

【0090】

上記の計算では、繰返し単位である第１ピッチＣ１の中での磁気検出ヘッド２の位置を求めることはできるが、磁気検出ヘッド２が何れの第１ピッチＣ１に位置しているかを特定することができない。そこで、演算部７３は、磁気検出ヘッド２が幾つの磁気応答部１２を通過したかをカウントするカウント処理を別途行う。このカウント値と、θの値に基づいて、磁気検出ヘッド２の移動ストロークにおける位置を出力することができる。

【0091】

本実施形態の磁気式リニアセンサ１００においては、各信号出力部６は、第１単位要素３０及び第２単位要素４０から構成されるコイル要素５０をマトリクス配置により多数備えている。これは、１次コイル６１及び２次コイル６２の実質的な巻き数を大きくできることを意味するので、大きい信号を出力することができる。

【0092】

また、第１信号出力部６ａ、第２信号出力部６ｂ、第３信号出力部６ｃ、及び第４信号出力部６ｄのそれぞれは、プリント基板２１を構成するパターンから構成されているので、極めて小さく形成することができる。従って、磁気応答部１２の配置ピッチである第１ピッチＣ１を小さく（例えばｍｍ単位に）することができる。

【0093】

第１ピッチＣ１を小さくすれば、それに伴って第２ピッチＣ２も小さくしなければならない。一方で、コイル要素５０を多く配置しないと、信号強度を確保することが難しい。この点、本実施形態では、スケール幅方向に細長い領域にコイル要素５０を並べて配置するように形成されている。従って、第２ピッチＣ２を小さくすることと、コイル要素５０を多く配置することと、を両立することができる。

【0094】

この結果、本実施形態の磁気式リニアセンサ１００は、大きい検出信号を得ることができるとともに、信号処理部７が処理する対象ピッチ（第１ピッチＣ１）を小さくすることができるので、Ａ／Ｄコンバータ７１の分解能を向上させなくても、測定可能な最小単位を小さくすることができる。即ち、検出精度を向上することができる。

【0095】

以上に説明したように、本実施形態の磁気式リニアセンサ１００は、変位検出方向における測定対象物の変位を検出する。磁気式リニアセンサ１００は、スケール１と、磁気検出ヘッド２と、を備える。磁気検出ヘッド２は、スケール１に対して変位検出方向で相対変位可能に設けられる。磁気検出ヘッド２は、変位検出方向と垂直な方向であるスケール厚み方向において、スケール１の一方側に設けられる。スケール１は、磁気検出ヘッド２に対面する側に配置される磁気応答部１２を備える。磁気応答部１２は、磁気検出ヘッド２に対する磁気的な影響の変化が、変位検出方向で第１ピッチＣ１ごとに交互に繰り返し現れるように構成される。磁気検出ヘッド２は、ベース基板部２２と、複数の信号出力部６と、を備える。ベース基板部２２は、少なくとも１つの絶縁板２２ａから構成される。信号出力部６は、絶縁板２２ａに配置され、第１ピッチＣ１に基づく第２ピッチＣ２で変位検出方向に並べられる。それぞれの信号出力部６は、第１導電パターン３と、第２導電パターン４と、スルーホール５と、を備える。第２導電パターン４は、第１導電パターン３と絶縁板２２ａの厚み方向で異なる位置に形成される。スルーホール５は、第１導電パターン３と第２導電パターン４とを電気的に導通する。第１導電パターン３及び第２導電パターン４は、変位検出方向及びスケール厚み方向の何れとも直交するスケール幅方向に細長い領域にコイル要素５０を並べて配置するように形成される。第１導電パターン３は、コイル要素５０を構成する複数の第１単位要素３０を接続した一筆書き形状を有する。第２導電パターン４は、コイル要素５０を構成する複数の第２単位要素４０を接続した一筆書き形状を有する。第１単位要素３０と第２単位要素４０は、ベース基板部２２の厚み方向で見たとき、閉じた形状のコイル要素５０を構成する。

【0096】

これにより、精密加工が容易な導電パターンによって信号出力部６が構成されるので、磁気検出ヘッド２における信号出力部６の配置ピッチを小さくすることができる。従って、磁気式リニアセンサ１００の検出ピッチである第１ピッチＣ１を小さくすることができ、磁気式リニアセンサ１００の小型化を実現できるとともに、検出精度を向上することができる。そして、第１導電パターン３と第２導電パターン４から複数のコイル要素５０を構成することができ、大きな検出信号を得ることができる。特に、スケール幅方向に細長い領域にコイル要素５０を並べるレイアウトにより、コイル要素５０の数を多く確保することが容易である。

【0097】

また、本実施形態の磁気式リニアセンサ１００は、第１導電パターン３と第２導電パターン４とスルーホール５とから構成された単位検出セットＳを複数備える。複数の信号出力部６のそれぞれは、ベース基板部２２の厚み方向に積層した複数の単位検出セットＳを備える。

【0098】

これにより、信号出力部６を多層構造とすることで、コンパクトな構成を実現することができる。

【0099】

また、本実施形態の磁気式リニアセンサ１００において、複数の単位検出セットＳは、第１検出セットと、第２検出セットと、を含む。第１検出セットは、交流磁界を発生する１次コイル６１を構成する。第２検出セットは、交流磁界によって誘起される交流信号を出力する２次コイル６２を構成する。１次コイル６１と２次コイル６２は、ベース基板部２２の厚み方向で対面している。

【0100】

これにより、交流磁界を発生する１次コイル６１と、交流信号を出力する２次コイル６２と、を全体としてコンパクトに構成することができる。また、１次コイル６１と２次コイル６２が近接して配置されることで、感度が良好な構成とすることができる。

【0101】

また、本実施形態の磁気式リニアセンサ１００において、第１導電パターン３は、複数の第１単位要素３０がスケール幅方向に並べられた第１要素列３１を、変位検出方向に複数（３つ）並べて構成される。第２導電パターン４は、複数の第２単位要素４０がスケール幅方向に並べられた第２要素列４１を、変位検出方向に複数（３つ）並べて構成される。

【0102】

これにより、コイル要素５０のマトリクス配置を容易に実現できる。

【0103】

また、本実施形態の磁気式リニアセンサ１００において、複数の信号出力部６は、第１信号出力部６ａと、第２信号出力部６ｂと、第３信号出力部６ｃと、第４信号出力部６ｄと、を含む。第１信号出力部６ａは、交流信号を出力する。第２信号出力部６ｂは、第１信号出力部６ａと位相が９０°異なる交流信号を出力する。第３信号出力部６ｃは、第１信号出力部６ａと位相が１８０°異なる交流信号を出力する。第４信号出力部６ｄは、第１信号出力部６ａと位相が２７０°異なる交流信号を出力する。第１信号出力部６ａ、第２信号出力部６ｂ、第３信号出力部６ｃ、及び第４信号出力部６ｄが、変位検出方向に順に並べて配置される。

【0104】

これにより、複数の信号出力部６を全体として簡素に構成することができる。

【0105】

また、本実施形態の磁気式リニアセンサ１００は、第１信号出力部６ａ、第２信号出力部６ｂ、第３信号出力部６ｃ、及び第４信号出力部６ｄから出力された信号を処理する信号処理部７を備える。信号処理部７は、第１交流信号ｙ１と、第２交流信号ｙ２と、に基づいて、測定対象物の変位を取得する。第１交流信号ｙ１は、第１信号出力部６ａと第３信号出力部６ｃの出力の差分に相当する。第２交流信号ｙ２は、第２信号出力部６ｂと第４信号出力部６ｄの出力の差分に相当する。

【0106】

これにより、各第１ピッチＣ１内における測定対象物の変位を精度良く検出することができる。

【0107】

次に、磁気検出ヘッド２の第１変形例を説明する。図７は、第１変形例の磁気検出ヘッド２ｘの構成を示す平面図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

【0108】

本変形例の磁気検出ヘッド２ｘにおいては、図７に示すように、４つの信号出力部６が、変位検出方向で、第１信号出力部６ａ、第３信号出力部６ｃ、第２信号出力部６ｂ、及び第４信号出力部６ｄの順に並べて設けられている。

【0109】

第１信号出力部６ａと第３信号出力部６ｃは、第３ピッチＣ３の間隔をあけて並べて設けられている。第２信号出力部６ｂと第４信号出力部６ｄは、第３ピッチＣ３の間隔をあけて並べて設けられている。当該第３ピッチＣ３は、上記の第１ピッチＣ１の半分に設定されている（Ｃ３＝Ｃ１／２）。

【0110】

即ち、第１交流信号ａcosθ・sinωｔを差動的に出力する第１信号出力部６ａと第３信号出力部６ｃが、互いに隣接し、変位検出方向の一方側にまとめて設けられる。第２交流信号ａsinθ・sinωｔを差動的に出力する第２信号出力部６ｂと第４信号出力部６ｄが、互いに隣接し、変位検出方向の他方側にまとめて設けられる。

【0111】

第３信号出力部６ｃと第２信号出力部６ｂの間は、一方の１次コイル６１の磁界によって他方の２次コイル６２の誘導電流が受ける影響を抑制するために、第４ピッチＣ４で設けられている。第４ピッチＣ４を定める式は、第２ピッチＣ２と全く同じである（Ｃ４＝（ｎ＋１／４）×Ｃ１）。ただし、第４ピッチＣ４では、第２ピッチＣ２と異なり、ｎは１以上としている。

【0112】

この構成により、第１交流信号ａcosθ・sinωｔを出力する第１信号出力部６ａ及び第３信号出力部６ｃと、第２交流信号ａsinθ・sinωｔを出力する第２信号出力部６ｂ及び第４信号出力部６ｄと、が互いに影響し合うことを回避しながら、４つの信号出力部６を全体としてコンパクトに配置することができる。

【0113】

なお、第１信号出力部６ａ及び第３信号出力部６ｃに関しては、相互の磁気の影響は差動結合により相殺されるため、互いに近接して配置されても問題ない。第２信号出力部６ｂ及び第４信号出力部６ｄについても同様である。

【0114】

第１信号出力部６ａ及び第３信号出力部６ｃの間隔、及び、第２信号出力部６ｂ及び第４信号出力部６ｄの間隔は、何れも第３ピッチＣ３であり、上述の第２ピッチＣ２よりも第１ピッチＣ１に対して大きい。従って、この第３ピッチＣ３を、第１実施形態における信号出力部６のピッチ（第２ピッチＣ２）と同等程度に設定するだけで、第１実施形態よりも第１ピッチＣ１を実質的に小さくすることができる。この結果、磁気式リニアセンサ１００の検出精度を一層向上することができる。

【0115】

以上に説明したように、本変形例では、磁気検出ヘッド２ｘにおいて、第１信号出力部６ａと第３信号出力部６ｃとが互いに隣接して設けられる。第２信号出力部６ｂと第４信号出力部６ｄとが互いに隣接して設けられる。

【0116】

これにより、例えばレイアウトの物理的な限界によって信号出力部６の間隔を小さくすることが難しくても、第１ピッチＣ１を小さくすることが容易になる。従って、検出精度を高めることができる。

【0117】

次に、磁気検出ヘッド２の第２変形例を説明する。図８は、第２変形例の磁気検出ヘッド２ｙの構成を示す平面図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

【0118】

本変形例の磁気検出ヘッド２ｙにおいては、変位検出方向の一方側に第１信号出力部６ａと第３信号出力部６ｃとがまとめて設けられ、変位検出方向の他方側に第２信号出力部６ｂと第４信号出力部６ｄとがまとめて設けられている。

【0119】

図８に示すように、第１信号出力部６ａは、第１コイル要素列５１を２列分備えている。それぞれの第１コイル要素列５１には、直線状に並ぶコイル要素５０が含まれる。

【0120】

第３信号出力部６ｃは、第３コイル要素列５３を２列分備えている。それぞれの第３コイル要素列５３には、直線状に並ぶコイル要素５０が含まれる。

【0121】

第１コイル要素列５１と第３コイル要素列５３は、変位検出方向で交互に並べて配置されている。この配置ピッチは、上述の第３ピッチＣ３に等しい。

【0122】

上記と同様に、第２信号出力部６ｂは第２コイル要素列５２を２列分備える。第４信号出力部６ｄは第４コイル要素列５４を２列分備える。第２コイル要素列５２と第４コイル要素列５４は、変位検出方向で交互に並べて配置されている。

【0123】

この構成も、図７の構成と同様に、実質的に第１ピッチＣ１を小さくすることができる。従って、磁気式リニアセンサ１００の検出精度を向上することができる。

【0124】

以上に説明したように、本変形例では、磁気検出ヘッド２ｙにおいて、第１コイル要素列５１と、第３コイル要素列５３と、が変位検出方向に交互に並べられる。第１コイル要素列５１は、第１信号出力部６ａが備える第１導電パターン３及び第２導電パターン４を構成する第１要素列３１及び第２要素列４１によって構成される。第３コイル要素列５３は、第３信号出力部６ｃが備える第１導電パターン３及び第２導電パターン４を構成する第１要素列３１及び第２要素列４１によって構成される。磁気検出ヘッド２ｙにおいて、第２コイル要素列５２と、第４コイル要素列５４と、が変位検出方向に交互に並べられる。第２コイル要素列５２は、第２信号出力部６ｂが備える第１導電パターン３及び第２導電パターン４を構成する第１要素列３１及び第２要素列４１によって構成される。第４コイル要素列５４は、第４信号出力部６ｄが備える第１導電パターン３及び第２導電パターン４を構成する第１要素列３１及び第２要素列４１によって構成される。

【0125】

これにより、例えばレイアウトの物理的な限界によって信号出力部６の間隔を小さくすることが難しくても、第１ピッチＣ１を小さくすることが容易になる。従って、検出精度を高めることができる。

【0126】

次に、第２実施形態を説明する。図９は、第２実施形態の磁気式リニアセンサ１００ｘの構成を示す斜視図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

【0127】

本実施形態の磁気式リニアセンサ１００ｘのスケール１は、図９に示すように、ベース部１１と、磁気応答部１２と、第２磁気応答部１４と、を備える。磁気応答部１２と第２磁気応答部１４は、スケール幅方向に並べて配置されている。

【0128】

磁気応答部１２の構成は、上述の第１実施形態と同様である。

【0129】

第２磁気応答部１４の構成は、磁気応答部１２と実質的に同様である。ただし、第２磁気応答部１４では、スケール１の長手方向で磁気応答性の有無又は強弱が交互に繰返し現れる間隔（第５ピッチＣ５、磁気変化ピッチ）が、磁気応答部１２の場合の間隔（第１ピッチＣ１）よりも小さくなっている。

【0130】

本実施形態のプリント基板２１は、図９に示すように、変位検出方向に並べられた４つの信号出力部６と、変位検出方向に並べられた４つの磁気検出信号出力部（磁気検出部）６ｘと、を備える。信号出力部６は、磁気応答部１２に対面するように配置される。磁気検出信号出力部６ｘは、第２磁気応答部１４に対面するように配置される。

【0131】

磁気検出信号出力部６ｘの構成は、信号出力部６と概ね同様である。磁気検出信号出力部６ｘは、例えば１つのコイル要素列から構成され、変位検出方向で、予め設定された第６ピッチＣ６毎に設けられている。なお、磁気検出信号出力部６ｘは、２つ以上のコイル要素列から構成されても良い。第６ピッチＣ６と第５ピッチＣ５との関係は、第２ピッチＣ２と第１ピッチＣ１の関係と同様であるので、説明を省略する。

【0132】

信号出力部６は、第１ピッチＣ１の中での磁気検出ヘッド２の位置を求めるための信号を出力する。磁気検出信号出力部６ｘは、第５ピッチＣ５の中での磁気検出ヘッド２の位置を求めるための信号を出力する。第１ピッチＣ１を第５ピッチＣ５の整数倍にしないこと等により、２つの位置の組合せから、移動ストロークの中での磁気検出ヘッド２の位置をただ１つに特定することができる。この構成では、上述のカウント処理を行わずに、いわゆるアブソリュート位置を検出することができる。

【0133】

以上に説明したように、本実施形態の磁気式リニアセンサ１００ｘにおいて、スケール１は、第２磁気応答部１４を備える。第２磁気応答部１４は、磁気検出ヘッド２に対する磁気的な影響の変化が、変位検出方向で第１ピッチＣ１とは異なる第５ピッチＣ５ごとに交互に繰り返し現れるように構成されている。磁気検出ヘッド２は、複数の磁気検出信号出力部６ｘを備える。複数の磁気検出信号出力部６ｘは、第５ピッチＣ５に基づく第６ピッチＣ６で変位検出方向に並べられている。

【0134】

これにより、互いに異なるピッチで磁気的な影響が変化する２つの磁気応答部を用いて、測定対象物の位置をより適切に得ることができる。

【0135】

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

【0136】

プリント基板２１は、図１０（ａ）に示すように、両面基板から構成されても良い。この場合、プリント基板２１に形成された第１導電パターン３及び第２導電パターン４は、１次コイル６１及び２次コイル６２のうち一方のみを構成する。

【0137】

プリント基板２１は、図１０（ｂ）に示すように構成されても良い。この構成では、１次コイル６１は、第１導体層２１ａに形成された第１導電パターン３と、第４導体層２１ｄに形成された第２導電パターン４と、から構成される。２次コイル６２は、第２導体層２１ｂに形成された第１導電パターン３と、第３導体層２１ｃに形成された第２導電パターン４と、から構成される。図１０（ｂ）では、１次コイル６１を構成する第１導電パターン３と第２導電パターン４との間に、２次コイル６２の第１導電パターン３と第２導電パターン４が配置される。この例では、１次コイル６１と２次コイル６２のコンパクトな配置を実現できる。

【0138】

第１導電パターン３と第２導電パターン４の組を、プリント基板２１の厚み方向で３組以上配置しても良い。図１０（ｃ）には、プリント基板２１が８層基板からなる例が示されている。この例では、２つの単位検出セットＳが１次コイル６１として用いられ、残りの２つの単位検出セットＳが２次コイル６２として用いられている。１次コイル６１及び２次コイル６２としてどの単位検出セットＳを用いるかは任意である。

【0139】

図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）の構成で、第１導電パターン３及び第２導電パターン４の全てから１次コイル６１のみを構成することもできるし、２次コイル６２のみを構成することもできる。

【0140】

スケール１は、上述の構成に限定されず、互いに異なる磁気的な性質（磁性の強弱、発生する磁界の方向等）が繰り返されるのであれば、適宜の構成とすることができる。例えば、ベース部１１と磁気応答部１２とを、強磁性体を用いて一体的に形成しても良い。また、磁気応答部１２が、強磁性体と弱磁性体／非磁性体を、当該スケール１の長手方向に交互に並べることで構成されても良い。磁石のＮ極とＳ極を並べることで、磁気的な性質の変化の繰返しを実現しても良い。

【0141】

スケール１は、磁気検出ヘッド２（プリント基板２１）を挟むように、プリント基板２１の厚み方向両側のそれぞれに１つずつ設けられても良い。この場合、より大きな検出信号を容易に得ることができる。

【0142】

第１導電パターン３及び第２導電パターン４は、２つ以下又は４つ以上の要素列を有しても良い。それぞれの要素列は、最小２つの単位要素から構成することができる。

【0143】

上記の実施形態においては、図３に示すように、変位検出方向で隣接するコイル要素５０の間に隙間が設けられている。しかし、この隙間が実質的にゼロになるように第１導電パターン３及び第２導電パターン４を形成することもできる。この場合、コイル要素５０の一層の高密度化を実現できる。

【0144】

第１導電パターン３及び第２導電パターン４のそれぞれが備える第１単位要素３０、第２単位要素４０は、半円状に限定されず、例えば、２つ以上の線分から構成された形状に形成されても良い。即ち、第１単位要素３０及び第２単位要素４０から構成されたコイル要素５０は、円に限定せず、例えば、４つ以上の線分で囲まれた多辺形として構成されても良い。

【0145】

第１導電パターン３の一筆書き形状は、図１１（ａ）に示すように、２×２のマトリクス状の第１単位要素３０を接続する単位パターンを反復するように構成されても良い。図１１（ｂ）、図１１（ｃ）に示すように、２×３のマトリクス状の第１単位要素３０を接続する単位パターンを反復するように構成されても良い。第２導電パターン４の一筆書き形状についても同様である。

【0146】

演算部７３は、tanθを計算する以外の方法で、θを得ることもできる。具体的には、公知のシフト回路により第２交流信号ｙ２の位相が９０°シフトされて、第１交流信号ｙ１に加算される。加算後の信号は、周知の三角関数の加法定理により、ａsin（ωｔ＋θ）と表すことができる。演算部７３は、この信号と、基準交流信号ａsinωｔと、の位相差（具体的には、各信号がゼロと交差するタイミングの差）を計測することにより、θを得る。

【符号の説明】

【0147】

１ スケール（リニアスケール）
２ 磁気検出ヘッド（センサヘッド）
３ 第１導電パターン
４ 第２導電パターン
５ スルーホール
６ 信号出力部（検出部）
６ａ 第１信号出力部（第１検出部）
６ｂ 第２信号出力部（第２検出部）
６ｃ 第３信号出力部（第３検出部）
６ｄ 第４信号出力部（第４検出部）
７ 信号処理部
１２ 磁気応答部（第１磁気応答部）
１４ 第２磁気応答部
２２ ベース基板部
２２ａ 絶縁板
３０ 第１単位要素
３１ 第１要素列
４０ 第２単位要素
４１ 第２要素列
５０ コイル要素
５１ 第１コイル要素列
５２ 第２コイル要素列
５３ 第３コイル要素列
５４ 第４コイル要素列
６１ １次コイル
６２ ２次コイル
１００ 磁気式リニアセンサ
１００ｘ 磁気式リニアセンサ
Ｃ１ 第１ピッチ
Ｃ２ 第２ピッチ
Ｓ 単位検出セット（検出セット）
ｙ１ 第１交流信号
ｙ２ 第２交流信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】