專利名稱：感應(yīng)檢測式編碼器及數(shù)字千分尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)檢測式編碼器及數(shù)字千分尺，其使用布線之間的磁通耦合來測量對象的位置和尺寸。
背景技術(shù)：
已知一種感應(yīng)檢測式編碼器(見日本特開2010-210472號公報(bào))，其通過發(fā)送線圈使感應(yīng)電流在磁通耦合線圈中流動(dòng)，并通過接收線圈來接收感應(yīng)電流，以測量磁通耦合線圈和接收線圈的相對位置。感應(yīng)檢測式編碼器對環(huán)境有很突出的耐性，并應(yīng)用于多種場合，例如線性編碼器或旋轉(zhuǎn)編碼器。感應(yīng)檢測式編碼器用感應(yīng)電流來測量位置。例如，在旋轉(zhuǎn)編碼器的情形中，發(fā)送線圈被形成為圓形，磁通I禹合線圈被形成為齒輪型或環(huán)形以便沿著周向以預(yù)定的間隔配置。交流電在發(fā)送線圈中流動(dòng)以產(chǎn)生磁場，該磁場導(dǎo)致感應(yīng)電流在磁通耦合線圈中流動(dòng)。通過接收線圈檢測到由感應(yīng)電流產(chǎn)生的在測量方向上的周期性的磁場圖案。因此，如果發(fā)送線圈是理想的圓形并且接收線圈在周向上具有均一的形狀，可以期望在接收線圈中獲得理想的信號。然而，在發(fā)送線圈上需要設(shè)置引出布線單元以便供應(yīng)電力，并且在接收線圈上需要設(shè)置引出布線單元以便提取信號。相應(yīng)地，在這些引出布線單元處產(chǎn)生的對磁場的干擾影響了接收線圈產(chǎn)生的接收信號，這導(dǎo)致測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供允許高精度測量的感應(yīng)檢測式編碼器及數(shù)字千分尺。根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)檢測式編碼器包括第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，二者被相對布置并且能在測量方向上相對移動(dòng)；發(fā)送線圈，其形成于所述第一構(gòu)件；磁通耦合體，其形成于所述第二構(gòu)件，并與所述發(fā)送線圈產(chǎn)生的磁場耦合以產(chǎn)生碼道，在該碼道中磁場在所述測量方向上周期性地變化；和接收線圈，其形成于所述第一構(gòu)件，并具有與所述磁通耦合體的碼道對應(yīng)地沿著所述測量方向周期性地形成的接收環(huán)。所述發(fā)送線圈和所述接收線圈中的至少一方具有特定圖案，其損害圖案的均一性和周期性；和虛設(shè)圖案，其形成于與所述特定圖案成周期的特定相位關(guān)系的位置，其中該周期由所述該碼道產(chǎn)生。借助于這種構(gòu)造，由形成于發(fā)送線圈和接收線圈中的至少一方的布線引出單元和布線的特定圖案所產(chǎn)生的感應(yīng)電流被虛設(shè)圖案所抵消，可以提供允許高精度測量的感應(yīng)檢測式編碼器。此外，這種構(gòu)造可以應(yīng)用于諸如線性編碼器或旋轉(zhuǎn)編碼器等多種編碼器。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述特定圖案是布線引出單元和引出布線，布線引出單元和引出布線被構(gòu)造成從發(fā)送線圈和接收線圈中的至少一方引出布線。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，第一構(gòu)件包括第一布線層，其具有接收線圈的一部分和發(fā)送線圈；以及第二布線層，其具有接收線圈的其余部分，該其余部分與接收線圈在第一層中的部分一同形成接收線圈，并且被構(gòu)造成從接收線圈引出布線的引出布線和虛設(shè)圖案被形成于除第一布線層之外的同一布線層。利用這種構(gòu)造，可以減少組成部件的數(shù)量而不損害測量精度。進(jìn)一步地，形成引出布線和虛設(shè)圖案的部分可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。例如，可以考慮在第一構(gòu)件中進(jìn)一步設(shè)置具有磁屏蔽布線的第三布線層和具有引出布線和虛設(shè)圖案的第四布線層。此外，還可以考慮在第二布線層中設(shè)置引出布線和虛設(shè)圖案。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述接收線圈由多相線圈形成，該多相線圈的相位在所述測量方向上變化，所述特定圖案和所述虛設(shè)圖案形成于所述發(fā)送線圈，并且所述特定圖案和所述虛設(shè)圖案被形成為靠近所述接收線圈的特定相位線圈。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述特定圖案和所述虛設(shè)圖案形成于所述接收線圈，以便使通過與所述發(fā)送線圈耦合而產(chǎn)生的在所述接收線圈中流動(dòng)的電流彼此反向。進(jìn)一步地，特定圖案、虛設(shè)圖案之間的特定相位關(guān)系和虛設(shè)圖案的形狀可以被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。例如，當(dāng)接收線圈在測量方向上的波長是λ時(shí)，特定圖案和虛設(shè)圖案可以在彼此間隔(η+1/2)λ的位置上形成為相同的圖案(在此情形中，η是任意整數(shù))。或者，特定圖案和虛設(shè)圖案可以在彼此間隔η λ (在此情形中，η是任意整數(shù))的位置上形成為在相反的方向上影響接收線圈的圖案。在后一情形中，如果發(fā)送線圈具有特定圖案和虛設(shè)圖案，可以認(rèn)為特定圖案是朝向發(fā)送線圈外側(cè)的圖案，并且向發(fā)送線圈內(nèi)側(cè)延伸的圖案被設(shè)置為在相反的方向上影響接收線圈的圖案。同時(shí)，如果接收線圈具有特定圖案和虛設(shè)圖案，可以認(rèn)為與特定圖案相同的圖案被形成為虛設(shè)圖案，并且此虛設(shè)圖案與接收線圈連接的連接端部被切換。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，發(fā)送線圈包括獨(dú)立地形成于第一構(gòu)件的第一發(fā)送線圈和第二發(fā)送線圈；磁通耦合體包括獨(dú)立地形成于第二構(gòu)件的第一和第二磁通耦合體，并且該第一和第二磁通耦合體分別與第一和第二發(fā)送線圈產(chǎn)生的磁場耦合，以產(chǎn)生磁場在測量方向上周期變化的碼道；接收線圈包括第一和第二接收線圈，該第一和第二接收線圈獨(dú)立地形成于第一構(gòu)件并且具有接收回路，這些接收回路與第一和第二磁通耦合體的碼道對應(yīng)地沿著測量方向周期性地形成。換句話說，本發(fā)明還應(yīng)用于雙碼道型感應(yīng)檢測式編碼器。在本情形中，在第一和第二發(fā)送線圈以及第一和第二接收線圈中，分別形成虛設(shè)圖案。借助于這種構(gòu)造，可以提高感應(yīng)檢測式編碼器的測量精度。此外，還可以考慮將由第一磁通耦合體的碼道產(chǎn)生的周期編為奇數(shù)號，而將由第二磁通耦合體的碼道產(chǎn)生的周期編為偶數(shù)號，從而形成AB S (絕對位置檢測)型編碼器。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的數(shù)字千分尺通過在其中安裝上述感應(yīng)檢測式編碼器而被構(gòu)造。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的數(shù)字千分尺的主視圖，在該數(shù)字千分尺中安裝有感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器;圖2是安裝于千分尺中的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器的截面圖3是描繪千分尺的定子的構(gòu)造示例的圖4是描繪定子的折疊部的圖5是描繪定子的第一布線層的圖6是描繪定子的第二布線層的圖7是描繪定子的第三布線層的圖8是描繪定子的第四布線層的圖9是描繪千分尺的轉(zhuǎn)子的構(gòu)造的圖10是描繪根據(jù)比較例的千分尺的定子的構(gòu)造的圖11是描繪千分尺的轉(zhuǎn)子和定子的相對角度和檢測角度誤差之間關(guān)系的圖12是描繪根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的千分尺的轉(zhuǎn)子和定子的相對角度和檢測角度誤差之間關(guān)系的圖13是描繪根據(jù)該實(shí)施方式的千分尺的定子的另一構(gòu)造示例的圖14是描繪數(shù)字千分尺的定子的構(gòu)造示例的圖，該數(shù)字千分尺中安裝有根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器；
圖15是描繪根據(jù)該實(shí)施方式的千分尺的定子的另一虛設(shè)圖案的構(gòu)造示例的圖16是描繪數(shù)字千分尺的定子的構(gòu)造示例的圖，該數(shù)字千分尺中安裝有根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器；
圖17是描繪根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的數(shù)字千分尺的構(gòu)造的示意圖18是描繪數(shù)字千分尺的檢測頭的構(gòu)造示例的圖，該數(shù)字千分尺中安裝有根據(jù)該實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式線性編碼器；
圖19是描繪千分尺的標(biāo)尺的構(gòu)造示例的圖20是描繪千分尺的檢測頭的另一構(gòu)造示例的圖21是描繪千分尺的檢測頭的另一構(gòu)造示例的圖22是描繪數(shù)字千分尺的檢測頭的構(gòu)造示例的圖，該數(shù)字千分尺中安裝有根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式線性編碼器；
圖23是描繪檢測頭的另一構(gòu)造示例的圖24是描繪檢測頭的另一構(gòu)造示例的圖25是描繪檢測頭的第一布線層的圖26是描繪檢測頭的第二布線層的圖27是描繪檢測頭的第二布線層的另一構(gòu)造示例的圖28是描繪檢測頭的第三布線層的圖29是描繪檢測頭的第四布線層的圖30是描繪數(shù)字千分尺的標(biāo)尺的構(gòu)造示例的圖，該數(shù)字千分尺中安裝有根據(jù)本
發(fā)明的第六實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式線性編碼器；以及
圖31是描繪千分尺的檢測頭的構(gòu)造示例的圖。
具體實(shí)施例方式[第一實(shí)施方式][根據(jù)第一實(shí)施方式的數(shù)字千分尺的構(gòu)造]將參照圖1描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的數(shù)字千分尺I的構(gòu)造，該數(shù)字千分尺I安裝有感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器。圖1是數(shù)字千分尺I的主視圖。套管5可旋轉(zhuǎn)地配合于數(shù)字千分尺I的框架3。主軸7是可旋轉(zhuǎn)地支撐于框架3中的測頭。主軸7的一端側(cè)向外伸出以抵靠到測量對象上。同時(shí)，在主軸7的另一端側(cè)形成·有進(jìn)給螺紋(圖1中未示出)。該進(jìn)給螺紋配合于套管5內(nèi)的螺母。在此構(gòu)造中，如果套管5正向轉(zhuǎn)動(dòng)，則主軸7沿著主軸7的軸向向前移動(dòng)。如果套管5反向轉(zhuǎn)動(dòng)，則主軸7沿著主軸7的軸向向后移動(dòng)。液晶顯示器9設(shè)置于框架3，以便顯示數(shù)字千分尺I的測量值。[根據(jù)第一實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器11的構(gòu)造]接下來，將參照圖2描述根據(jù)第一實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器11的構(gòu)造，感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器11被安裝于圖1中的數(shù)字千分尺I。圖2是感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器11的截面圖。感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器11包括定子13和轉(zhuǎn)子15，轉(zhuǎn)子15可與主軸7 —起繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并且被布置為與定子13相對。轉(zhuǎn)子15被固定在圓筒狀的轉(zhuǎn)子襯套19的一個(gè)端面上。主軸7插入到轉(zhuǎn)子襯套19中。定子13被固定在圓筒狀的定子襯套21的一個(gè)端面上。定子襯套21被固定于框架3。配合于布置在圖1中的套管5中的螺母的進(jìn)給螺紋23形成于主軸7的表面上。此外，在主軸7的表面上，刻有沿著主軸7的長度方向(B卩，主軸7的前后移動(dòng)方向)的鍵槽25。固定于轉(zhuǎn)子襯套19的銷27的前邊緣配合于鍵槽25內(nèi)。如果主軸7轉(zhuǎn)動(dòng)，其扭矩會通過銷27傳遞到轉(zhuǎn)子襯套19，以轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子15。換句話說，轉(zhuǎn)子15與主軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)連動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。銷27未固定到鍵槽25，使得轉(zhuǎn)子15可以在轉(zhuǎn)子15不隨同主軸7 —起在主軸7的前后移動(dòng)方向上移動(dòng)的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)。[根據(jù)第一實(shí)施方式的定子的構(gòu)造]接下來，將參照圖3至圖8描述定子13的構(gòu)造。圖3是描繪了定子13的整體構(gòu)造的平面圖，圖4是定子13的折疊部33和34的放大圖。如圖3所示，定子13包括具有通孔132的定子主體131、發(fā)送線圈31和接收線圈32，發(fā)送線圈31和接收線圈32與定子主體131中的通孔132同軸地形成。例如，定子主體131由多層樹脂基板形成，在其上形成有形成發(fā)送線圈31和接收線圈32的電路圖案。發(fā)送線圈31具有圓形的發(fā)送單元31A，其形成在接收線圈3 2外側(cè)；引出布線313,其從發(fā)送單元31A的布線引出單元向外引出；和虛設(shè)布線(dummy wiring line) 314,其形成有與引出布線313相同的圖案并且從發(fā)送單元31A的另一位置向外引出。接收線圈32環(huán)狀地布置在發(fā)送線圈31內(nèi)側(cè)，并且由在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上相位彼此相差120°的三相接收線圈321至323構(gòu)造而成。接收線圈321至323均具有朝向外周方向突出的凸部和朝向中心方向突出的凹部，這些凸部和凹部在周向上按照預(yù)定的周期等間隔地配置。此處，凸部和凹部對在周向上的角度被定義為“波長λ”。在本實(shí)施方式中，接收線圈321至323均由18個(gè)(菱形的)接收環(huán)(loop)形成，這18個(gè)接收環(huán)通過將布線和與該布線具有180°不同相位的布線電連接到折疊部33和34而形成，在這兩種布線中，前面的布線中形成有以40°為間隔的九對凹部和凸部，后面的具有180°不同相位的布線中形成有與前面的布線相反的凸部和凹部。接收環(huán)環(huán)狀地布置。相應(yīng)地，在波長λ的范圍內(nèi)，共六個(gè)接收環(huán)被配置為彼此相位相差約6. 7° (準(zhǔn)確地，20° /3)。如圖4所描繪地，折疊部33和34保證了在交叉點(diǎn)附近用于設(shè)計(jì)規(guī)則的最小間隙(dmin)，該交叉點(diǎn)是將被布置成彼此相對的理想布線形狀L的交叉點(diǎn)。折疊部33由布線331和332形成，折疊部34由布線341和342形成。此外，接收線圈32具有引出布線324至326，引出布線324至326從接收線圈321至323的兩個(gè)端部朝向定子主體131的外周延伸。例如，上述發(fā)送線圈31和接收線圈32可以由多層布線基板形成。此處，將參照圖5至圖8描述發(fā)送線圈31和接收線圈32由四塊樹脂布線基板形成的示例。如圖5至圖8·所示，定子13被構(gòu)造成具有四個(gè)布線層13A、13B、13C和13D。如圖5所示，第一布線層13A具有形成在布線基板310上的發(fā)送線圈31的發(fā)送單元31A ;和作為接收線圈32的一部分的布線32A。發(fā)送線圈31的發(fā)送單元31A是具有布線引出單元311和虛設(shè)布線連接單元312的圓形布線，布線引出單元311用于提供電力，虛設(shè)布線連接單元312用于連接虛設(shè)布線314。此處，虛設(shè)布線314和虛設(shè)布線連接單元312被稱為“虛設(shè)圖案”。布線引出單元311和虛設(shè)布線連接單元312以大體上相同的間隔由同樣的圖案形成，并且被布置在表明如圖3所示的(η+1/2) λ (η是任意整數(shù))關(guān)系的位置處。在本示例中，η是4，并且虛設(shè)布線連接單元312被形成在以主軸7的中心為參照的與布線引出單元311點(diǎn)對稱的位置處。布線32Α由配置在發(fā)送單元31Α內(nèi)的多個(gè)布線形成，該多個(gè)布線被布置成使得外周緣相對于內(nèi)周緣螺旋狀地和放射狀地配置，從而沿順時(shí)針方向傾斜。此外，布線32Α的三個(gè)部分被部分地?cái)嚅_以構(gòu)造用于折疊部33的布線332和用于折疊部34的布線341。如圖6所示，第二布線層13Β具有布線32Β，布線32Β是接收線圈32的形成在布線基板320上的部分。布線32Β也由與布線32Α相似的多個(gè)布線構(gòu)造而成。該多個(gè)布線布置成使得外周緣相對于內(nèi)周緣螺旋狀地和放射狀地配置，從而沿逆時(shí)針方向傾斜。布線32Β通過形成于布線基板310的接觸孔與布線32Α電連接，以構(gòu)造接收線圈32。布線32Β被部分地?cái)嚅_以構(gòu)造用于折疊部33的布線331和用于折疊部34的布線342。布線331和342通過接觸孔與布線332和341電連接。如圖7所示，第三布線層13C形成磁路，該磁路具有由發(fā)送線圈31產(chǎn)生的磁場和由位于第一和第二布線層13Α和13Β的背面的接收線圈32接收的磁場，并且第三布線層13C起到對第四布線層13D的磁屏蔽的作用。第三布線層13C由形成在布線基板330上的磁屏蔽布線335形成。磁屏蔽布線335具有圓形部335Α和布線屏蔽單元335Β，圓形部335Α形成用于發(fā)送和接收的磁路，布線屏蔽單元335Β屏蔽引出布線313和324至326。此外，磁屏蔽布線335具有孔336Α和336Β，布線引出單元311和虛設(shè)布線連接單元312的接觸孔從孔336Α和336Β中穿過。如圖8所示,第四布線層13D具有引出布線313和虛設(shè)布線314，引出布線313通過接觸孔與發(fā)送單元31Α的布線引出單元311電連接,虛設(shè)布線314與虛設(shè)布線連接單元312電連接。引出布線313和虛設(shè)布線314以與上述相同的間隔形成在以主軸7的中心為參照的點(diǎn)對稱位置處。第四布線層13D具有引出布線324至326，以接收來自接收線圈32的信號。[根據(jù)第一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子的構(gòu)造]接下來，將參照圖9描述轉(zhuǎn)子15的構(gòu)造。圖9是描繪轉(zhuǎn)子15的構(gòu)造的圖。轉(zhuǎn)子15具有磁通耦合線圈41。轉(zhuǎn)子主體151由樹脂布線基板410和層疊在該基板上的層間絕緣層構(gòu)造而成。用于使主軸7穿過的通孔152形成在轉(zhuǎn)子主體151的中心。沉積層間絕緣層以掩埋磁通耦合線圈41。磁通耦合線圈41基于發(fā)送電流所產(chǎn)生的磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電流，該發(fā)送電流在發(fā)送線圈31中流動(dòng)。此外，磁通耦合線圈41形成在一圈(cycle)中周期性改變的碼道。磁通耦合線圈41與主軸7同軸地形成以具有齒輪形狀。通過交替地布置沿接近主 軸7的方向凹陷的凹部411和沿遠(yuǎn)離主軸7的方向突出的凸部412來構(gòu)造第一磁通耦合線圈41。此外，在本實(shí)施方式中，在磁通耦合線圈41中設(shè)置了九對凹部411和凸部412。因此，如果轉(zhuǎn)子15相對于定子13轉(zhuǎn)動(dòng)一周，可檢測到對應(yīng)于九個(gè)周期的信號。在此情形中，磁通耦合線圈41的周期性圖案的波長是λ (=40° )。[根據(jù)第一實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器的操作及效果]接下來，將參照圖10至圖12同時(shí)與比較例相比較來描述根據(jù)第一實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式旋轉(zhuǎn)編碼器的操作及效果。圖10是描繪根據(jù)比較例的定子13’的構(gòu)造的圖。圖11和圖12是描繪比較例和本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對角度和角度誤差之間關(guān)系的圖。如圖10所示，根據(jù)比較例的定子13’的構(gòu)造基本上與根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的定子13相同。然而，兩個(gè)定子之間的區(qū)別是在發(fā)送線圈31’中沒有設(shè)置虛設(shè)布線連接單元312和虛設(shè)布線314?？梢钥紤]，使用具有根據(jù)比較例的構(gòu)造的旋轉(zhuǎn)編碼器來執(zhí)行測量。通過使交流電在發(fā)送線圈31中流動(dòng)而產(chǎn)生的磁場與如圖9所示的磁通耦合線圈41耦合，并且產(chǎn)生感應(yīng)電流Ia，感應(yīng)電流Ia例如沿順時(shí)針方向沿著磁通耦合線圈41中的凹部411和凸部412流動(dòng)。感應(yīng)電流Ia在凹部411中產(chǎn)生從紙面向上的磁場，并在凸部412中產(chǎn)生從紙面向下的磁通。在周向上具有周期性圖案的磁場與接收線圈32的接收環(huán)磁通耦合，并且在接收線圈32中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流根據(jù)接收線圈32和磁通耦合線圈41在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的位置而變化。從接收線圈32處接收感應(yīng)電流。此處，如果發(fā)送線圈31’被形成為理想的圓形，根據(jù)轉(zhuǎn)子15的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，將在三相接收線圈321至323中檢測到具有同樣振幅的理想的三相周期性信號。對三相接收信號進(jìn)行運(yùn)算處理，以檢測轉(zhuǎn)子15和定子13’的相對角度。然而，實(shí)際上，需要在發(fā)送線圈31’中設(shè)置用于提供電力的布線引出單元311，并且在發(fā)送線圈31’中產(chǎn)生的磁場是不均一的。此處，像布線引出單元311這樣的損害磁場圖案的均一'I"生和周期性的圖案被稱為“特定圖案(specific pattern)”。由于布線引出單元311的存在，在接收線圈321至323之中，從最接近布線引出單元311的接收線圈獲得的接收信號是增加了的或減小了的，并且與從其它接收線圈獲得的接收信號之間的平衡被打破，于是引起了角度誤差。與之相比，根據(jù)本實(shí)施方式，虛設(shè)布線連接單元312和虛設(shè)布線314被設(shè)置于在轉(zhuǎn)動(dòng)方向(測量方向)上與布線引出單兀311和引出布線313分開(η+1/2) λ的位置處。因此，如果布線引出單元311對最靠近布線引出單元311的接收線圈(例如，321)的影響可以增加磁通密度，則虛設(shè)布線連接單元312對最靠近虛設(shè)布線連接單元312的接收線圈(例如，321的反相)的影響可以降低磁通密度。結(jié)果，在接收線圈(例如，321)中流動(dòng)的電流的增加和減小被在其它接收線圈中的電流的增加和減小同樣程度地抵消。通過做這些，可以防止在接收線圈321至323中流動(dòng)的電流產(chǎn)生不平衡，可以防止角度誤差的產(chǎn)生。圖11和圖12是描繪轉(zhuǎn)子15繞著定子13或13’旋轉(zhuǎn)一個(gè)波長λ (即，40° )時(shí)在轉(zhuǎn)動(dòng)角度和檢測角度誤差之間的關(guān)系的圖。圖11描繪了沒有設(shè)置虛設(shè)圖案時(shí)的情形，圖12描繪了設(shè)置有虛設(shè)圖案時(shí)的情形。如從圖11中可明顯理解的，在沒有設(shè)置虛設(shè)圖案時(shí)，每當(dāng)轉(zhuǎn)子15繞著定子13’轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到40°，就會產(chǎn)生O. 2°至O. 3°的誤差。 與之相比，如圖12所示，在設(shè)置了虛設(shè)圖案的實(shí)施方式中，誤差被顯著地限制，并且S/N率(信噪比)被提高到比較例的10倍以上。此外，在該實(shí)施方式中，布線引出單元311、引出布線313、虛設(shè)布線連接單元312和虛設(shè)布線314被布置在距離為(η+1/2) λ的位置處。然而，如果虛設(shè)布線連接單元312、虛設(shè)布線314、布線引出單元311和引出布線313是相反地影響發(fā)送線圈31所產(chǎn)生的磁場的圖案，則它們之間的距離可以是ηλ。例如，如圖13所示的這種圖案被認(rèn)為是提供了朝向定子13的中心方向延伸的圖案，而不是朝向圖13所示的發(fā)送線圈31的外側(cè)的圖案。[第二實(shí)施方式]接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式編碼器。在第一實(shí)施方式中，虛設(shè)布線連接單元312和虛設(shè)布線314作為用于抵消由布線引出單元311和引出布線313所引起的噪聲的虛設(shè)圖案設(shè)置在發(fā)送線圈31中。與之相反，在根據(jù)本實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式編碼器中，作為用于抵消由設(shè)置在接收線圈32中的引出布線324至326所引起的噪聲的虛設(shè)圖案，虛設(shè)布線327至329被設(shè)置在接收線圈32中。圖14是描繪根據(jù)本實(shí)施方式的定子13的構(gòu)造的圖。與第一實(shí)施方式中相同的部件將采用相同的附圖標(biāo)記表示，并省略其描述。在本實(shí)施方式中，接收線圈321至323均具有引出布線324至326和虛設(shè)布線327至329。引出布線324至326和虛設(shè)布線327至329被布置成使得它們彼此間隔開(η+1/2) λ的間隔。在本示例中，λ =40°，η=4，并且引出布線324至326和虛設(shè)布線327至329被布置在以主軸7的中心為參照的點(diǎn)對稱的位置處。此外，在本實(shí)施方式中，發(fā)送線圈31中可以設(shè)置或者不設(shè)置虛設(shè)圖案314。在引出布線324至326中所產(chǎn)生的磁場被與引出布線324至326交叉的發(fā)送線圈31所產(chǎn)生的磁場影響時(shí)，如果兩個(gè)磁場都在同一個(gè)方向，則在接收線圈321至323中流動(dòng)的接收電流會增加。然而，在本實(shí)施方式中，由于在虛設(shè)布線327至329之間產(chǎn)生的磁場的方向與在引出布線324至326之間產(chǎn)生的磁場的方向是不同的，該磁場就起到了減小虛設(shè)布線327至329的部分中的接收電流的作用。換句話說，磁場對于在引出布線324-326和發(fā)送線圈31相互交叉的部分處的接收電流的影響被磁場對于在虛設(shè)布線327至329和發(fā)送線圈31相互交叉的部分處的接收電流的影響所抵消，這可以減少測量誤差。另外，例如，如圖15所示，當(dāng)使用虛設(shè)布線327至329的布線對與接收線圈32連接的連接端部被切換的圖案時(shí)，可以將引出布線324至326和虛設(shè)布線327至329之間的間隔設(shè)置為η λ。如果引出布線324至326的布線對被形成在不同的布線層上，并且均被布置成在層疊方向上彼此重疊，則可以避免如本實(shí)施方式中所述的在引出布線324至326中由發(fā)送線圈31引起的串?dāng)_問題(例如，見日本特開2005-164332號公報(bào))。然而，在這種情況下，至少需要三個(gè)層來形成引出布線324至326并且需要例如通過六個(gè)層來構(gòu)造定子13。與之相反，根據(jù)本實(shí)施方式，因?yàn)橐霾季€324至326可以被形成在同一個(gè)布線層上，可以通過例如第一實(shí)施方式中所描述的四個(gè)層來構(gòu)造定子13，這可以減少總體尺寸和成本。 [第三實(shí)施方式]接下來，將參照圖16描述根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式編碼器。根據(jù)第一和第二實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式編碼器具有單碼道(track)構(gòu)造，而根據(jù)本實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式編碼器具有雙碼道構(gòu)造。換句話說，如圖16所示，在根據(jù)本實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式編碼器的定子13中，設(shè)置有具有發(fā)送線圈31in和接收線圈32in的內(nèi)碼道和具有發(fā)送線圈31out和接收線圈32out的外碼道。與第一實(shí)施方式類似,在發(fā)送線圈31in和31out中分別設(shè)置了虛設(shè)圖案314in和314out。與第二實(shí)施方式類似，在接收線圈32in和32out中分別設(shè)置了虛設(shè)圖案327in至329in和虛設(shè)圖案327out至329out。由于根據(jù)本實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式編碼器是雙碼道型的，為構(gòu)造ABS(絕對位置檢測)旋轉(zhuǎn)編碼器，由內(nèi)碼道形成的周期被編為奇數(shù)號(或偶數(shù)號)，并且由外碼道形成的周期被編為偶數(shù)號(或奇數(shù)號)。這種ABS旋轉(zhuǎn)編碼器還可以通過虛設(shè)圖案314in和314out來抑制由引出布線313in和313out引起的噪聲，并且這種ABS旋轉(zhuǎn)編碼器可以通過三個(gè)布線層來構(gòu)造。[第四實(shí)施方式]接下來，將描述本發(fā)明的第四實(shí)施方式。第一至第三實(shí)施方式涉及旋轉(zhuǎn)編碼器，但是線性編碼器也可以通過在發(fā)送線圈和接收線圈中設(shè)置虛設(shè)圖案來抵消噪聲。圖17是描繪根據(jù)本實(shí)施方式的數(shù)字線性編碼器的構(gòu)造的示意圖。根據(jù)本實(shí)施方式的數(shù)字線性編碼器包括標(biāo)尺(scale) 60和檢測頭50，該檢測頭5 O被構(gòu)造成與標(biāo)尺60的長度方向平行地移動(dòng)。圖18是描繪根據(jù)本實(shí)施方式的線性編碼器的檢測頭50的部分構(gòu)造的圖。根據(jù)本實(shí)施方式的檢測頭50包括形成于與標(biāo)尺60相對的表面上的發(fā)送線圈31 ;和在與標(biāo)尺60相對的表面上以波長λ沿著測量軸向周期性形成的接收線圈32。在與檢測頭50相對的表面上，圖19中描繪的標(biāo)尺60被布置成與測量軸向(標(biāo)尺60的長度方向)平行地移動(dòng)。標(biāo)尺60沿著測量方向被形成在與檢測頭50相對的表面上，并且標(biāo)尺60具有與接收線圈32磁通耦合的磁通耦合體41，這將在下面進(jìn)行描述。此外，磁通耦合體41形成了根據(jù)在測量軸向上的預(yù)定移動(dòng)以波長λ周期性變化的碼道。如圖18所示，當(dāng)破壞了發(fā)送線圈31的對稱性的特定圖案51出現(xiàn)在發(fā)送線圈31的一部分中時(shí)，與第一實(shí)施方式類似，如果一個(gè)波長的平行移動(dòng)量為λ并且整數(shù)為η，則虛設(shè)圖案52可以被設(shè)置于與圖案51間隔(η+1/2) λ的位置處。此外，在線性編碼器的情形中，如圖20所描述的，虛設(shè)圖案52可以在相反側(cè)被設(shè)置于與圖案51間隔(η+1/2) λ的位置處。此外，如圖21所描述的，如果特定圖案51是朝向發(fā)送線圈31外側(cè)的圖案，則可以將向接收線圈31內(nèi)側(cè)延伸的圖案設(shè)置為虛設(shè)圖案52。[第五實(shí)施方式]接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式。關(guān)于線性編碼器的接收線圈32，與第二實(shí)施方式類似，可以形成抵消由接收線圈的引出布線324至326所引起的噪聲的虛設(shè)圖案327至329。也是在此情形中，如圖22所示，虛設(shè)圖案327至329可以被設(shè)置在引出布線324至326所在側(cè)，或者如圖23所示地設(shè)置在引出布線324至326的相反側(cè)。此外，如圖24所示，當(dāng)使用虛設(shè)布線327至329的布線對與接收線圈32連接的連接端部被切換的圖案時(shí)，可以將引出布線324至326和虛設(shè)布線327至329之間的間隔設(shè)置為ηλ。此外，根據(jù)本實(shí)施方式的線性編碼器的檢測頭50可以例如通過圖25和圖26所示的第一布線層50Α和第二布線層50Β來構(gòu)造。如圖25所不，第一布線層50Α具有形成在未圖示的布線基板上的發(fā)送線圈31和布線32Α，布線32Α是接收線圈32的一部分。布線32Α是由各自的上邊緣沿預(yù)定方向(圖25中的右方向)傾斜的多個(gè)布線形成的。如圖26所示， 第二布線層50Β具有布線32Β、引出布線324至326和虛設(shè)布線327至329，布線32Β是接收線圈32的形成在未圖示的布線基板上的部分。布線32Β是由各自的上邊緣朝向預(yù)定方向的反方向(圖26中的左方向)傾斜的多個(gè)布線形成的，布線32Β穿過形成在未圖示的布線基板中的接觸孔與布線32Α電連接，以構(gòu)造接收線圈32。利用此構(gòu)造，可以構(gòu)造由兩個(gè)布線層形成的線性編碼器的檢測頭50，與背景技術(shù)中的構(gòu)造相比，此構(gòu)造可以減少部件的數(shù)量。此外，可以由圖27至圖29中所示的第二布線層50Β’、第三布線層50C和第四布線層50D代替圖26中所示的第二布線層50Β來形成根據(jù)本實(shí)施方式的線性編碼器的檢測頭50。圖27中所示的第二布線層50Β’被基本上構(gòu)造為與第二布線層50Β相似，但是，與第二布線層50Β不同，第二布線層50Β’不具有引出布線324至326和虛設(shè)布線327至329，而是僅具有布線32Β。圖28中所示的第三布線層50C由形成于未圖示的布線基板的磁屏蔽布線所形成。圖29中所示的第四布線層50D具有形成于未圖示的布線基板的引出布線324至326和虛設(shè)布線327至329。利用這種構(gòu)造，磁屏蔽布線被設(shè)置在第二布線層50Β’和第四布線層50D之間，從而可以期望測量精度的提高。[第六實(shí)施方式]接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式。根據(jù)本實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式編碼器是ABS型線性編碼器。換句話說，如圖30和圖31所示，根據(jù)本實(shí)施方式的感應(yīng)檢測式編碼器具有雙碼道構(gòu)造。如圖30所示，在根據(jù)本實(shí)施方式的標(biāo)尺60中形成有對應(yīng)于偶數(shù)號碼道的磁通稱合體41even和對應(yīng)于奇數(shù)號碼道的磁通稱合體41odd。此外,如圖31所示,在根據(jù)本實(shí)施方式的檢測頭50中設(shè)置有具有發(fā)送線圈31even和接收線圈32even的偶數(shù)號碼道和具有發(fā)送線圈31odd和接收線圈32odd的奇數(shù)號碼道。在發(fā)送線圈31even和31odd中分別設(shè)置了虛設(shè)圖案52even和52odd。類似地，在接收線圈32even和32odd中分別設(shè)置了虛設(shè)圖案327even至329even和虛設(shè)圖案327odd至329odd，這與第五實(shí)施方式相似。[其它實(shí)施方式]盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定的實(shí)施方式，但是這些實(shí)施方式僅作為示例示出，而非用于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，這里描述的新穎的實(shí)施方式可以由其它多種形式體現(xiàn)；此外，在不背離本發(fā)明的精神的情況下，可以做出這里描述的實(shí)施方式的多種省略、替代及變形。例如，在上述實(shí)施方式中的磁通耦合線圈之外，磁通耦合體可以是電極、凹部或者形成于導(dǎo)電板的孔。此外，形成磁通耦合體的碼道的周期可以適當(dāng)?shù)刈兓?br> 權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)檢測式編碼器，其包括第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，二者被相對布置并且能在測量方向上相對移動(dòng)；發(fā)送線圈，其形成于所述第一構(gòu)件；磁通耦合體，其形成于所述第二構(gòu)件，并與所述發(fā)送線圈產(chǎn)生的磁場耦合以產(chǎn)生碼道， 在該碼道中磁場在所述測量方向上周期性地變化；和接收線圈，其形成于所述第一構(gòu)件，并具有與所述磁通耦合體的碼道對應(yīng)地沿著所述測量方向周期性地形成的接收環(huán)，所述發(fā)送線圈和所述接收線圈中的至少一方具有特定圖案，其損害圖案的均一性和周期性；和虛設(shè)圖案，其形成于與所述特定圖案成周期的特定相位關(guān)系的位置，其中該周期由所述該碼道產(chǎn)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)檢測式編碼器，其特征在于，所述特定圖案是布線引出單元和引出布線，所述布線引出單元和所述引出布線被構(gòu)造成從所述發(fā)送線圈和所述接收線圈中的至少一方引出布線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的感應(yīng)檢測式編碼器，其特征在于，所述第一構(gòu)件包括第一布線層，其具有所述接收線圈的一部分和所述發(fā)送線圈；第二布線層，其具有所述接收線圈的其余部分，該其余部分與所述接收線圈在所述第一布線層中的所述一部分一同形成所述接收線圈；第三布線層，其具有磁屏蔽布線；和第四布線層，其具有被構(gòu)造成從所述接收線圈引出布線的所述引出布線和所述虛設(shè)圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的感應(yīng)檢測式編碼器，其特征在于，所述第一構(gòu)件包括第一布線層，其具有所述接收線圈的一部分和所述發(fā)送線圈；和第二布線層，其具有所述接收線圈的其余部分，該其余部分與所述接收線圈在所述第一布線層中的所述一部分一同形成所述接收線圈；被構(gòu)造成從所述接收線圈引出布線的所述引出布線；和所述虛設(shè)圖案。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)檢測式編碼器，其特征在于，所述接收線圈由多相線圈形成，該多相線圈的相位在所述測量方向上變化，并且所述特定圖案和所述虛設(shè)圖案形成于所述發(fā)送線圈，并且所述特定圖案和所述虛設(shè)圖案被形成為靠近所述接收線圈的特定相位線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)檢測式編碼器，其特征在于，所述特定圖案和所述虛設(shè)圖案形成于所述接收線圈，以便使通過與所述發(fā)送線圈耦合而產(chǎn)生的在所述接收線圈中流動(dòng)的電流彼此反向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)檢測式編碼器，其特征在于，當(dāng)所述接收線圈在所述測量方向上的波長是λ時(shí)，所述特定圖案和所述虛設(shè)圖案在彼此間隔(η+1/2)λ的位置上形成為相同的圖案，其中，η是任意整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)檢測式編碼器，其特征在于，當(dāng)所述接收線圈在所述測量方向上的波長是λ時(shí)，所述特定圖案和所述虛設(shè)圖案在彼此間隔ηλ的位置上形成為對所述接收線圈呈現(xiàn)相反的方向的影響的圖案，其中，η是任意整數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)檢測式編碼器，其特征在于，所述發(fā)送線圈包括獨(dú)立地形成于所述第一構(gòu)件的第一發(fā)送線圈和第二發(fā)送線圈； 所述磁通耦合體包括獨(dú)立地形成于所述第二構(gòu)件的第一磁通耦合體和第二磁通耦合體，所述第一磁通耦合體和所述第二磁通耦合體分別與所述第一發(fā)送線圈產(chǎn)生的磁場和所述第二發(fā)送線圈產(chǎn)生的磁場耦合，以產(chǎn)生磁場在所述測量方向上周期性地變化的碼道； 所述接收線圈包括第一接收線圈和第二接收線圈，所述第一接收線圈和所述第二接收線圈獨(dú)立地形成于所述第一構(gòu)件并且具有接收回路，所述接收回路與所述第一磁通耦合體的碼道和所述第二磁通耦合體的碼道對應(yīng)地沿著所述測量方向周期性地形成；在所述第一發(fā)送線圈和所述第二發(fā)送線圈以及所述第一接收線圈和所述第二接收線圈中，分別形成有所述虛設(shè)圖案；由所述第一磁通耦合體的碼道產(chǎn)生的周期被編為奇數(shù)號；并且由所述第二磁通耦合體的碼道產(chǎn)生的周期被編為偶數(shù)號。
10.一種數(shù)字千分尺，其包括感應(yīng)檢測式編碼器，所述感應(yīng)檢測式編碼器具有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，二者被相對布置并且能在測量方向上相對移動(dòng)；發(fā)送線圈，其形成于所述第一構(gòu)件；磁通耦合體，其形成于所述第二構(gòu)件，并與所述發(fā)送線圈產(chǎn)生的磁場耦合以產(chǎn)生碼道， 在該碼道中磁場在所述測量方向上周期性地變化；和接收線圈，其形成于所述第一構(gòu)件，并具有與所述磁通耦合體的碼道對應(yīng)地沿著所述測量方向周期性地形成的接收環(huán)，所述發(fā)送線圈和所述接收線圈中的至少一方具有特定圖案，其損害圖案的均一性和周期性；和虛設(shè)圖案，其形成于與所述特定圖案成周期的特定相位關(guān)系的位置，其中該周期由所述該碼道產(chǎn)生。
全文摘要
感應(yīng)檢測式編碼器及數(shù)字千分尺。根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)檢測式編碼器包括第一和第二構(gòu)件，二者被相對布置并且能在測量方向上相對移動(dòng)；發(fā)送線圈，其形成于第一構(gòu)件；磁通耦合體，其形成于第二構(gòu)件，并與發(fā)送線圈產(chǎn)生的磁場耦合；和接收線圈，其形成于第一構(gòu)件，并具有接收環(huán)。發(fā)送線圈和接收線圈中的至少一方具有特定圖案，其損害圖案的均一性和周期性；和虛設(shè)圖案，其形成于與特定圖案成周期的特定相位關(guān)系的位置，其中周期由碼道產(chǎn)生。
文檔編號G01D5/12GK102997940SQ20121034555
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者小林博和, 川床修, 辻勝三郎, 中山賢一 申請人:株式會社三豐