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JP2004061498A - Induction type position detector - Google Patents

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JP2004061498A
JP2004061498A JP2003156627A JP2003156627A JP2004061498A JP 2004061498 A JP2004061498 A JP 2004061498A JP 2003156627 A JP2003156627 A JP 2003156627A JP 2003156627 A JP2003156627 A JP 2003156627A JP 2004061498 A JP2004061498 A JP 2004061498A
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JP
Japan
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film
winding
wiring
magnetic flux
shield
Prior art date
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Application number
JP2003156627A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsusaburo Tsuji
辻 勝三郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2003156627A priority Critical patent/JP2004061498A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an induction type position detector that can reduce a cross-talk. <P>SOLUTION: A first coupling loop 35 and a second coupling loop 37 are connected electrically with each other by the third wiring 39 in a cross section different from that of the figure, on the scale 3 side of this induction type position detector. A first wiring 55 connected electrically to a transmission coil and second wirings 56 and 58 connected electrically to a reception coil are covered respectively with shield films 52 and 54, on the reading head 5 side of the induction type position detector. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁結合を利用して位置検出を行う誘導型位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の誘導型位置検出装置は、磁束結合巻線を所定ピッチで配列したスケールと、このスケールに対して相対移動可能に対向配置されると共に磁束結合巻線と電磁結合する送信巻線および受信巻線が配置された読み出しヘッドと、により構成される。そして、スケールの磁束結合巻線は、読み出しヘッドの送信巻線により生成される可変磁束が結合されて誘導電流が流れる第1結合ループと、この第1結合ループからの誘導電流が流れ、これにより生成する可変磁束を読み出しヘッドの受信巻線に結合させる第2結合ループと、を備える(例えば特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−318781号公報(図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
誘導型位置検出装置には、二つの問題がある。一つはクロストークの増加であり、もう一つは送信巻線のインピーダンスの増加である。まず、一つ目の問題から説明する。
【0005】
上記の通り第2結合ループからの可変磁束は受信巻線と結合される。可変磁束は受信巻線で受信信号に変換され、配線を経由して所定の回路に送られる。この配線が送信巻線で生成される可変磁束と結合すると、この配線にクロストークが発生する。
【0006】
また、送信巻線に送信用励振信号を流すことにより、送信巻線で第1結合ループと結合する可変磁束が生成される。送信用励振信号は配線を経由して送信巻線に導かれるので、この配線からも可変磁束が不可避的に発生する。この配線と第1結合ループとは対向していないので、この配線から発生する可変磁束は位置検出に利用できない。よって、この可変磁束が例えば第1結合ループに結合すると、第1結合ループにクロストークが発生する。
【0007】
以上のようなクロストークはオフセットの原因となり、よって、位置検出の精度が低下する。クロストークを防止するために、受信巻線と接続する配線を送信巻線から遠い位置に引き回して上記所定の回路に接続させること、配線の編み方を工夫してクロストークのキャンセル効果を生じさせること等の対策が考えられる。しかし、配線長の増加や配線の複雑化などのデメリットが生じる。
【0008】
次に、もう一つの問題である送信巻線のインピーダンスの増加について説明する。送信巻線は、測定軸に対して平行である平行部および交差している交差部を含む。平行部で生成される可変磁束が、スケールの磁束結合巻線を構成する第1結合ループと結合する。したがって、位置検出には平行部で生成される可変磁束が利用され、交差部で生成される可変磁束は利用されない。送信巻線を構成するうえで交差部を省略することはできない。交差部でも可変磁束が生成されるため、その分だけ送信巻線のインピーダンスが増加し、送信巻線の電流が小さくなる。これにより、送信巻線で生成される可変磁束が弱くなり正確な位置検出に支障を来たす。
【0009】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、クロストークを減少させることが可能な誘導型位置検出装置を提供することを目的としている。また、本発明は、送信巻線のインピーダンスを小さくすることが可能な誘導型位置検出装置を提供することを他の目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明に係る誘導型位置検出装置の一つは、磁束結合巻線が配置されたスケールと、スケールに対して相対移動可能に対向配置された読み出しヘッドと、を備えた誘導型位置検出装置であって、読み出しヘッドは、磁束結合巻線と結合する可変磁束を生成する送信巻線と、磁束結合巻線からの可変磁束が結合される受信巻線と、送信巻線と電気的に接続される第1配線と、受信巻線と電気的に接続される第2配線と、スケールからみて第1および第2配線のうち少なくとも一方の配線の前後側でこの配線を覆うように読み出しヘッドに配置されると共に磁性膜および導電膜のうち少なくとも一方で構成されるシールド膜と、を含むことを特徴とする。
【0011】
本発明に係る誘導型位置検出装置の一つによれば、スケールからみて第1および第2配線のうち少なくとも一方の配線の前後側でこの配線を覆うように配置されたシールド膜を有する。したがって、この配線はシールドされるので、この配線に起因するクロストークを低減させることができる。
【0012】
(2)上記誘導型位置検出装置の一つにおいて、磁束結合巻線は、送信巻線が発生する可変磁束が結合して誘導電流が流れる第1結合ループと、この誘導電流が生成する可変磁束を受信巻線に結合させる第2結合ループと、第1結合ループと第2結合ループを電気的に接続する第3配線と、を含み、スケールは、読み出しヘッドからみて第3配線の前後側で第3配線を覆うようにスケールに配置されると共に磁性膜および導電膜のうち少なくとも一方で構成される他のシールド膜を含むようにすることができる。
【0013】
これによれば、第3配線がシールドされるので、この配線に起因するクロストークを低減させることができる。
【0014】
(3)上記誘導型位置検出装置の一つにおいて、シールド膜および他のシールド膜のうち少なくとも一方は、磁性膜と導電膜が積層した積層構造を含むようにすることができる。
【0015】
これによれば、シールド膜(上記シールド膜および上記他のシールド膜)の特性として要求される高透磁率や高飽和磁束密度を磁性膜の機能により満たし、低電気抵抗を導電膜の機能により満たすことができる。
【0016】
(4)上記誘導型位置検出装置の一つにおいて、シールド膜および他のシールド膜のうち少なくとも一方の膜の厚みは、この膜の表皮深さの大きさと略同一であり、誘導型位置検出装置は複数の上記膜の積層構造を備えるようにすることができる。
【0017】
これによれば、積層構造を構成する上記膜(シールド膜および他のシールド膜のうち少なくとも一方の膜)の各々でシールド効果が生じることにより、上記積層構造の全体として、シールド効果を大きくすることができるので、クロストークをより低減させることができる。
【0018】
(5)上記誘導型位置検出装置の一つにおいて、積層構造は磁性膜と導電膜が交互に積層したものであり、磁性膜の厚みはこの磁性膜の表皮深さの大きさと略同一であり、導電膜の厚みはこの導電膜の表皮深さの大きさと略同一であるようにすることができる。
【0019】
これによれば、シールド膜の特性として要求される高透磁率、高飽和磁束密度、低電気抵抗の条件を満たしつつシールド効果を大きくすることができる。
【0020】
(6)本発明に係る誘導型位置検出装置の他の一つは、磁束結合巻線が配置されたスケールと、スケールに対して測定軸に沿って相対移動可能に対向配置された読み出しヘッドと、を備えた誘導型位置検出装置であって、読み出しヘッドは、磁束結合巻線と結合する可変磁束を生成する送信巻線と、送信巻線のうち測定軸と交差する方向に延びる交差部を前記スケールからみて前後側で覆うように読み出しヘッドに配置されると共に磁性膜および導電膜のうち少なくとも一方で構成されるシールド膜と、を含むことを特徴とする。
【0021】
本発明に係る誘導型位置検出装置の他の一つによれば、送信巻線のうち交差部がシールド膜により覆われるので、交差部での可変磁束の生成を防止(又は抑制)できるので、送信巻線のインピーダンスを小さくできる。
【0022】
(7)上記誘導型位置検出装置の他の一つにおいて、読み出しヘッドは、送信巻線と電気的に接続される第1配線を含み、シールド膜は、第1配線をスケールからみて前後側で覆うように読み出しヘッドに配置されているようにすることができる。
【0023】
これによれば、第1配線がシールド膜により覆われるので、第1配線での可変磁束の生成を防止(又は抑制)できる。なお、(3)、(4)、(5)は、上記誘導型位置検出装置の他の一つにも当てはまる。
【0024】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。図1は、第1実施形態に係る誘導型位置検出装置1の概略構成を示す斜視図である。誘導型位置検出装置1は誘導型エンコーダとも言い、スケール3とこれに対向して配置された読み出しヘッド5(トランスデューサとも言う)とから構成される。スケール3の長手方向が測定軸xである。読み出しヘッド5は、スケール3に対して所定ギャップをもって測定軸x方向に相対移動可能に配置される。
【0025】
読み出しヘッド5は絶縁基板51を有している。絶縁基板51のスケール3と対向する面51A側には、長手方向がx方向である矩形状の送信巻線53、これと電気的に接続する第1配線55およびこの配線55の端子55A,55Bが配置されている。絶縁基板51の面51A側であって送信巻線53の隣には、所定の巻き数の受信巻線57,59、これらの各々と電気的に接続する第2配線56,58、第2配線56の端子56A,56Bおよび第2配線58の端子58A,58Bが配置されている。受信巻線55,57は互いに絶縁されかつ重なるように配置されている。
【0026】
第1実施形態では、第1配線55や第2配線56,58を覆うシールド膜(図1には図示せず)を読み出しヘッド5に配置することにより、クロストークを低減させている。これについては後で詳細に説明する。なお、図1では送信巻線53、第1配線55、端子55A,55B、受信巻線57,59、第2配線56,58、端子56A,56B,58A,58Bの表現の便宜上、面51Aと反対側の面上に描いている。
【0027】
一方、スケール3は、絶縁基板31と、この基板31の読み出しヘッド5に対向する面31Aの側に、スケールピッチλでx方向に沿って多数の磁束結合巻線33が配置されている。磁束結合巻線33は、送信巻線53と対向するように配置された第1結合ループ35と、受信巻線57,59と対向するように配置された第2結合ループ37と、第1結合ループ35と第2結合ループ37を電気的に接続する第3配線39と、により構成される。第1実施形態では第3配線39を覆うようにスケール3にシールド膜(図1には図示せず)を配置することにより、クロストークを低減させている。これについては後で詳細に説明する。
【0028】
ここで、二つの受信巻線57,59について詳細に説明する。受信巻線57,59は互いに重なり合うように配置されている。これらを別々に表したものが図2である。受信巻線57,59は図1の第2結合ループ37からの磁束の結合を空間変調するための波長λの正弦波状周期パターンをもって形成される。受信巻線57,59は互いにスケールピッチλの四分の一だけ位相をずらして配置されている。
【0029】
受信巻線57,59はそれぞれ、実線で示す第1導体セグメント61と、これと異なる層に形成された破線で示す第2導体セグメント63と、これらのセグメントを電気的に接続する貫通配線65とで構成される。一波長λ内に受信巻線57は二つのループ57A,57Bを構成し、受信巻線59は二つのループ59A,59Bを構成する。
【0030】
図1および図2を参照して、受信巻線57は、スケール3の移動に伴って、ループ57Aと第2結合ループ37の間が最大の電磁結合を示すとき、ループ57Bと第2結合ループ37の間が最小の結合となるような結合の変動を示す。即ち第2結合ループ37の配列により形成される変動磁界は、スケール3の移動に伴って受信巻線57の形状により空間変調され、第2配線56を経由して端子56A,56Bには正弦波状の変位信号が得られる。受信巻線59も受信巻線57と同様であり、端子58A,58Bにはλ/4だけ位相がずれた正弦波状の変位信号が得られる。
【0031】
次に、誘導型位置検出装置1の動作について図1を参照して簡単に説明する。IC回路である発生回路7で生成された送信用励振信号(単相交流)は端子55A,55Bから第1配線55を経由して送信巻線53に送られる。これにより、ある時刻に着目すると、送信巻線53には反時計回りに励振電流i1が流れる。そして、この励振電流i1により送信巻線53から可変磁束が生成され、第1結合ループ35と結合する。より具体的にいえば、送信巻線53の測定軸x方向の部分である巻線導体部53A,53Bが、第1結合ループ35を構成する巻線導体部35A,35Bと平行に相対向して電磁結合する。これにより、第1結合ループ35には誘導電流i2が流れる。誘導電流i2は第3配線39を経由して電流i3として第2結合ループ37に流れる。これにより第2結合ループ37から発生される可変磁束が受信巻線57,59に結合する。そして、図2で説明した正弦波状変位信号が受信信号として端子56A,56B,58A,58Bを介して、処理回路8(IC回路)に送られる。処理回路9はこれらの受信信号をサンプリングし、ディジタル値に変換して演算制御回路9(IC回路)に送る。演算制御回路9では、このディジタル値を基にしてスケール3に対する読み出しヘッド5の位置を演算する。なお、演算制御回路9は発生回路7を制御する機能も有する。
【0032】
さて、上記のとおり、第1実施形態では、第1配線55、第2配線56,58、第3配線39の各々を覆うシールド膜を備えることにより、クロストークを低減させている。以下詳細に説明する。まず、シールド膜の平面的位置関係から説明する。図3は図1の読み出しヘッド5の斜視図である。シールド膜52,54はx方向と交差する方向に延びており、上下から第1配線55や第2配線56,58を覆うように読み出しヘッド5に形成されている。一方、図4は図1のスケール3の斜視図である。シールド膜(他のシールド膜)32,34はx方向に延びており、上下から各磁束結合巻線33の第3配線39を覆うようにスケール3に形成されている。
【0033】
次に、シールド膜の断面的位置関係を説明する。図5は図1のV(a)−V(b)の断面図であり、図6は図1のVI(a)−VI(b)の断面図である。まず、図5および図6を参照して、読み出しヘッド5側の断面から説明する。読み出しヘッド5の絶縁基板51は、シリコン酸化膜等の絶縁膜67で覆われたシリコン等の半導体基板69により構成されている。絶縁膜67上には、図5に示す断面においてシールド膜52が全面に形成され、一方、図6に示す断面においてはシールド膜52が形成されていない。シールド膜52を覆うように、絶縁膜67上にシリコン酸化膜またはポリイミド膜等の絶縁膜71が形成されている。
【0034】
そして、図5に示す断面では、第1配線55、第2配線56,58が互いに距離をおいて絶縁膜71上に配置されている。一方、図6に示す断面では、送信巻線53、第2導体セグメント63(図2)が互いに距離をおいて絶縁膜71上に配置されている。これらを覆うように、絶縁膜71と同様の材料からなる絶縁膜73が形成されている。そして、絶縁膜73上には、図6に示す断面において、第2導体セグメント63と対向するように、第1導体セグメント61(図2)が配置されている。第1導体セグメント61は、絶縁膜73のスルーホールに埋め込まれた貫通配線65(図2)により第2導体セグメント63と電気的に接続されている。
【0035】
絶縁膜73上には第1導体セグメント61を覆うように絶縁膜71と同様の材料からなる絶縁膜75が形成されている。図5に示す断面において、シールド膜54が絶縁膜75上の全面に配置されている。そして、シールド膜54を覆うように、絶縁膜75上にはシリコン酸化膜等の保護膜77が形成されている。
【0036】
一方、スケール3側においては、図5と図6の断面構造は同じである。絶縁基板31は、絶縁基板51と同様にシリコン酸化膜等の絶縁膜41で覆われたシリコン等の半導体基板43により構成されている。絶縁膜41上には、シールド膜32が選択的に配置されている。シールド膜32を覆うように、絶縁膜41上にはシリコン酸化膜またはポリイミド膜等の絶縁膜45が形成されている。絶縁膜45上には、シールド膜32と対向するように第3配線39が配置され、この配線の両側にはそれぞれ第1結合ループ35、第2結合ループ37が配置されている。これらを覆うように、絶縁膜45上には絶縁膜45と同様の材料からなる絶縁膜47が形成されている。そして、絶縁膜47上には、第3配線39と対向するように、シールド膜34が選択的に形成されている。シールド膜34を覆うように、絶縁膜47上にはシリコン酸化膜等の保護膜49が形成されている。
【0037】
以上のように、第1実施形態では、第1配線55、第2配線56,58のそれぞれを上下からシールド膜52,54で覆っている。言い換えればスケール3からみてこれらの配線の前後側にこれらの配線を覆うようにシールド膜52,54が配置されている。第3配線39も同様に、上下からシールド膜32,34で覆っている(言い換えれば読み出しヘッド5からみて第3配線39の前後側にこの配線を覆うようにシールド膜32,34が配置されている)。
【0038】
これらのシールド膜によるシールド効果について説明する。図1に示す発生回路7で生成された送信用励振信号は第1配線55を経由して送信巻線53に送られ、送信巻線53から可変磁束が生成される。このとき、第1配線55からも可変磁束が不可避的に生成される。この可変磁束は位置検出に利用されないものであり、受信巻線57,59、送信巻線53、磁束結合巻線33(以下巻線という)と結合すると、これらの巻線においてクロストークが発生する。しかし、第1実施形態では、第1配線55の上下がシールド膜52,54で覆われているので、第1配線55で発生した可変磁束が上記巻線と結合するのを低減することができる。
【0039】
一方、第2配線56,58や第3配線39に送信巻線53で生成された可変磁束が結合すると、これらの配線にクロストークが発生する。しかし、第2配線56,58の上下はシールド膜52,54で覆われており、第3配線39の上下はシールド膜32,34で覆われているので、送信巻線53で発生した可変磁束がこれらの配線と結合するのを低減することができる。
【0040】
以上のように、第1実施形態では、第1配線55、第2配線56,58、第3配線39のそれぞれの上下をシールド膜で覆うことにより、クロストークを低減させることができ、この結果、測定精度を向上させることができる。
【0041】
さて、第1実施形態において、シールド膜の特性として▲1▼高透磁率、▲2▼低保磁力、▲3▼高飽和磁束密度、▲4▼低電気抵抗が望まれる。シールド膜が鉄のような磁性材料からなる膜(磁性膜)の場合、これは空気と比較して高透磁率かつ高飽和磁束密度なので、磁気シールド効果が生じる。これにより、可変磁束が巻線や配線と結合するのを低減させることができる。特に、軟磁性体材料(例えばFe−Niパーマロイやアモルファスメタル)が好ましい。これは、軟磁性体材料は低保磁力なので、可変磁束が消滅すれば、シールド膜の磁界が変わりやすくなり、このため、シールド膜に可変磁束による磁化の影響が残りにくいからである。
【0042】
一方、シールド膜が導電膜(例えば、銅、アルミニウム、金を含有する金属膜)のように低電気抵抗の場合、可変磁束がシールド膜を通過する際に生じる渦電流が大きくなり、電流損失効果を向上させることができる。これにより、可変磁束が弱まるので、可変磁束が巻線や配線と結合するのを低減させることができる。
【0043】
シールド膜は、磁性膜、導電膜のいずれでもよい。特に、磁性膜と導電膜を組み合わせた場合、上記▲1▼〜▲4▼の条件を全て満足するので好ましい。この組み合わせた構造を第1実施形態の変形例として図7に示す。図7は図5と対応する断面図である。図5中の符号が示すものと同一要素については同一符号をつけることにより説明を省略する。この変形例では、シールド膜32,34,52,54を磁性膜81、導電膜83の二層としている。
【0044】
さらに、シールド膜32,34,52,54は図8に示す構造でもよい。図8はこの構造の断面図である。シールド膜91(磁性膜または導電膜)と絶縁膜93が交互に積層した構造をしている。高周波の場合、磁性膜や導電膜には表皮効果が生じる。つまり、磁力線(可変磁束)は磁性膜の表面層を主に通過して、電流(渦電流)は導電膜の表面層に主に流れるのである。このため、シールド膜の厚みを大きくしても、シールド効果(磁気シールド効果や渦電流による電流損失効果)がそれに従い大きくなることはなく、シールド効果に寄与しない部分は無駄となる。そこで、図8の例ではシールド膜91の厚みを、シールド膜91の表皮深さ(表皮効果が生じる表面からの深さ)の大きさと略同一にしている。略同一とは、同一の場合のほか、誤差程度の多少の差も含まれる。表皮深さδは、一般に次のように表される。
【0045】
δ=(2/μσω)1/2
ここでは、μがシールド膜の透磁率、σがシールド膜の導電率、ωが送信巻線53に流れる励振電流i1(図1)の角周波数である。
【0046】
そして、図8では、厚みが表皮深さと略同一のシールド膜91を、シリコン酸化膜などの絶縁膜93と交互に積層した構造、つまり複数のシールド膜91の積層構造をしている。よって、各シールド膜91でシールド効果(磁気シールド効果や渦電流による電流損失効果)が生じることにより、図8に示す構造全体として、シールド効果を大きくすることができる。この結果、クロストークをより低減させることができる。なお、図8ではシールド膜91間に絶縁膜93を配置することにより、シールド膜91を互いに分離している。各シールド膜91で表皮効果が生じるならば絶縁膜93を配置しなくてもよいし、絶縁膜93以外の他の膜を配置してもよい。
【0047】
また、厚みが表皮深さのシールド膜を図9のように積層した構造でもよい。この構造では、磁性膜95および導電膜97の厚みは表皮深さと略同一であり、磁性膜95と導電膜97が交互に積層している。これによれば、上記▲1▼から▲4▼の条件を満たしつつシールド効果を大きくすることができる。
【0048】
なお、図5に示すように、第1実施形態では、第1配線55、第2配線56,58、第3配線39のそれぞれを上下からシールド膜で覆っている。しかしながら本発明はこれに限定されず、第1配線55および第2配線56,58のうち少なくともいずれか一方が上下からシールド膜で覆われた構造であればよい。また、絶縁基板31,51(図5)として、絶縁膜で覆われたシリコン基板を用いたが、ガラス基板やセラミック基板、更に樹脂基板を用いることができる。また読み出しヘッドやスケールをプリント回路基板で構成する場合にも、この発明は有効である。
【0049】
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を第1実施形態との相違を中心に説明する。第2実施形態を説明する図において、既に説明した図中の符号で示すものと同一のものについては、同一符号を付すことにより説明を省略する。図10は、第2実施形態に係る誘導型位置検出装置のうち、送信巻線53とシールド膜52,54を抜き出した図である。第2実施形態は、第1配線55および送信巻線53の交差部53C,53Dを覆うように、シールド膜52,54が配置されていることを特徴としている。これにより、送信巻線53のインピーダンスを小さくしている。以下、第2実施形態の詳細を説明する。
【0050】
送信巻線53は矩形であり、測定軸xに対して平行である平行部53A,53Bおよび交差している交差部53C,53Dで構成される。第1実施形態では、符号53A,53Bを巻線導体部としたが、第2実施形態では平行部とする。スケール3(図1)からみて交差部53C,53Dおよび第1配線55をこれらの前後側で覆うように、シールド膜52,54が読み出しヘッド5(図1)に配置されている。シールド膜52,54が配置される層は第1実施形態の図5に示す通りであり、シールド膜52,54の材料は第1実施形態のそれらと同じである。
【0051】
第2実施形態の効果を説明する。図11は、シールド膜52,54がない状態の送信巻線53を示す図であり、ある時刻での送信巻線53および第1配線55から生成される磁界が示されている。平行部53A,53Bで生成される磁界(可変磁束)が第1結合ループ35(図1)と結合する。よって、位置検出には平行部53A,53Bで生成される磁界が利用され、交差部53C,53Dで生成される磁界は利用されない。
【0052】
この点に着目して、第2実施形態は交差部53C,53Dをシールド膜52,54で覆うようにしている。図12は、図10に示す構成に磁界が発生している状態を示す図である。シールド膜52,54に渦電流が発生することにより、交差部53C,53Dから磁界が生成されるのを防止(または抑制)している。これは、送信巻線53のインダクタンスが小さくなることを意味する。なぜならば、インダクタンスLは1A当たりの電流で発生する磁場で定義されるので、発生する総磁束が少なくなるとインダクタンスLが小さくなるからである。
【0053】
送信巻線53と第1配線55からなる回路のインピーダンスZは、次の通りなので、インダクタンスLが小さくなると、インピーダンスZも小さくなる。Rはこの回路の抵抗であり、Lは送信巻線53のインダクタンスである。
【0054】
Z=(R+ω1/2
【0055】
インピーダンスZが小さくなると、送信巻線53を流れる電流は大きくなるので、平行部53A,53Bで生成される磁界(可変磁束)が強くなる。したがって、磁束結合巻線33の第1結合ループ35(図1)、ひいては受信巻線57,59(図1)で検出される信号強度を高くできるため、位置測定の精度を向上させることができる。
【0056】
第1配線55もシールド膜52,54で覆われているので、第1配線55で生成される磁界も防止(または抑制)される。よって、交差部53C,53Dと同様の理由により、受信巻線57,59で検出される信号強度を高くでき、位置測定の精度が向上する。なお、第1配線55がシールド膜52,54で覆われることにより、第1実施形態で説明したようにクロストークを抑制することができる。
【0057】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係る誘導型位置検出装置の一つによれば、クロストークを低減させることができ、これにより、位置検出の精度を向上させることが可能となる。また、本発明に係る誘導型位置検出装置の他の一つによれば、送信巻線のインピーダンスを小さくできるため、送信巻線を流れる電流を大きくできる。この結果、位置検出の精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る誘導型位置検出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図2】第1実施形態の受信巻線の構成を示す図である。
【図3】図1に示す読み出しヘッドの斜視図である。
【図4】図1に示すスケールの斜視図である。
【図5】図1のV(a)−V(b)の断面図である。
【図6】図1のVI(a)−VI(b)の断面図である。
【図7】第1実施形態に係る誘導型位置検出装置の変形例の断面図である。
【図8】第1実施形態に備えられるシールド膜の変形例の断面図である。
【図9】第1実施形態に備えられるシールド膜の他の変形例の断面図である。
【図10】第2実施形態に係る誘導型位置検出装置のうち、送信巻線とシールド膜を抜き出した図である。
【図11】シールド膜がない状態の送信巻線を示す図であり、ある時刻での送信巻線などから生成される磁界が示されている。
【図12】図11と対応し、シールド膜がある状態の送信巻線を示す図である。
【符号の説明】
1・・・誘導型位置検出装置、3・・・スケール、5・・・読み出しヘッド、31・・・絶縁基板、32・・・シールド膜、33・・・磁束結合巻線、34・・・シールド膜、35・・・第1結合ループ、37・・・第2結合ループ、39・・・第3配線、51・・・絶縁基板、52・・・シールド膜、53・・・送信巻線、53A,53B・・・巻線導体部(平行部)、53C,53D・・・交差部、54・・・シールド膜、55・・・第1配線、56・・・第2配線、57・・・受信巻線、58・・・第2配線、59・・・受信巻線、81・・・磁性膜、83・・・導電膜、91・・・シールド膜、93・・・絶縁膜、95・・・磁性膜、97・・・導電膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inductive position detecting device that performs position detection using electromagnetic coupling.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of inductive type position detecting device has a scale in which magnetic flux coupling windings are arranged at a predetermined pitch, and a transmission winding which is disposed so as to be relatively movable with respect to the scale and electromagnetically coupled with the magnetic flux coupling winding. And a read head on which the receiving winding is arranged. Then, the magnetic flux coupling winding of the scale is coupled with the variable magnetic flux generated by the transmission winding of the read head and the first coupling loop through which the induced current flows, and the induced current from the first coupling loop flows, thereby A second coupling loop that couples the generated variable magnetic flux to the receiving winding of the read head (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-10-318781 (FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
There are two problems with inductive position detection devices. One is an increase in crosstalk, and the other is an increase in impedance of the transmission winding. First, the first problem will be described.
[0005]
As described above, the variable magnetic flux from the second coupling loop is coupled to the receiving winding. The variable magnetic flux is converted into a reception signal by a reception winding and sent to a predetermined circuit via a wiring. When this wiring couples with the variable magnetic flux generated in the transmission winding, crosstalk occurs in this wiring.
[0006]
Also, by passing the transmission excitation signal through the transmission winding, a variable magnetic flux coupled to the first coupling loop is generated at the transmission winding. Since the transmission excitation signal is guided to the transmission winding via the wiring, a variable magnetic flux is inevitably generated from this wiring. Since this wiring does not face the first coupling loop, the variable magnetic flux generated from this wiring cannot be used for position detection. Therefore, when this variable magnetic flux is coupled to, for example, the first coupling loop, crosstalk occurs in the first coupling loop.
[0007]
The crosstalk as described above causes an offset, and thus the accuracy of position detection is reduced. In order to prevent crosstalk, the wiring connected to the reception winding is routed to a position far from the transmission winding and connected to the predetermined circuit, and the knitting method of the wiring is devised to produce a crosstalk cancellation effect. Countermeasures such as that can be considered. However, there are disadvantages such as an increase in the wiring length and the complexity of the wiring.
[0008]
Next, another problem, that is, an increase in the impedance of the transmission winding will be described. The transmission winding includes a parallel portion parallel to the measurement axis and a crossing intersection. The variable magnetic flux generated in the parallel portion is coupled to a first coupling loop forming a magnetic flux coupling winding of the scale. Therefore, the variable magnetic flux generated at the parallel portion is used for position detection, and the variable magnetic flux generated at the intersection is not used. The crossing cannot be omitted in configuring the transmission winding. Since the variable magnetic flux is also generated at the intersection, the impedance of the transmission winding increases by that much, and the current of the transmission winding decreases. As a result, the variable magnetic flux generated by the transmission winding is weakened, which hinders accurate position detection.
[0009]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an inductive position detecting device capable of reducing crosstalk. It is another object of the present invention to provide an inductive position detecting device capable of reducing the impedance of a transmission winding.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
(1) One of the inductive position detecting devices according to the present invention is an inductive position detecting device including a scale on which a magnetic flux coupling winding is disposed, and a read head disposed so as to be movable relative to the scale. The detection device, wherein the read head includes: a transmission winding that generates a variable magnetic flux coupled to the magnetic flux coupling winding; a reception winding to which the variable magnetic flux from the magnetic flux coupling winding is coupled; and a transmission winding. , A second wiring electrically connected to the receiving winding, and readout so as to cover this wiring before and after at least one of the first and second wirings when viewed from the scale. And a shield film disposed on the head and configured of at least one of a magnetic film and a conductive film.
[0011]
According to one of the inductive position detecting devices according to the present invention, the shield film is disposed so as to cover at least one of the first and second wirings before and after the wiring when viewed from the scale. Therefore, since this wiring is shielded, crosstalk caused by this wiring can be reduced.
[0012]
(2) In one of the induction-type position detection devices, the magnetic flux coupling winding includes a first coupling loop through which a variable magnetic flux generated by the transmission winding is coupled and an induction current flows, and a variable magnetic flux generated by the induction current. And a third wiring for electrically connecting the first and second coupling loops, and a scale is provided on the front and rear sides of the third wiring when viewed from the read head. Another shield film that is arranged on the scale so as to cover the third wiring and that is configured of at least one of the magnetic film and the conductive film can be included.
[0013]
According to this, since the third wiring is shielded, crosstalk caused by this wiring can be reduced.
[0014]
(3) In one of the inductive position detecting devices, at least one of the shield film and the other shield film may include a stacked structure in which a magnetic film and a conductive film are stacked.
[0015]
According to this, the high permeability and the high saturation magnetic flux density required as the properties of the shield film (the shield film and the other shield films) are satisfied by the function of the magnetic film, and the low electric resistance is satisfied by the function of the conductive film. be able to.
[0016]
(4) In one of the inductive position detecting devices, the thickness of at least one of the shield film and the other shield film is substantially the same as the skin depth of the film, and May have a laminated structure of a plurality of the above films.
[0017]
According to this, a shield effect is generated in each of the films (at least one of the shield film and the other shield film) constituting the laminated structure, so that the shield effect is increased as a whole of the laminated structure. Therefore, crosstalk can be further reduced.
[0018]
(5) In one of the above-described inductive position detecting devices, the laminated structure is such that magnetic films and conductive films are alternately laminated, and the thickness of the magnetic film is substantially the same as the skin depth of the magnetic film. The thickness of the conductive film may be substantially the same as the skin depth of the conductive film.
[0019]
According to this, the shield effect can be increased while satisfying the conditions of high magnetic permeability, high saturation magnetic flux density, and low electric resistance required as characteristics of the shield film.
[0020]
(6) Another one of the inductive type position detecting devices according to the present invention includes a scale on which a magnetic flux coupling winding is arranged, and a read head arranged to be relatively movable with respect to the scale along a measurement axis. Wherein the read head includes a transmission winding for generating a variable magnetic flux coupled to the magnetic flux coupling winding, and an intersection of the transmission windings extending in a direction intersecting the measurement axis. And a shield film that is disposed on the read head so as to cover the front and rear sides when viewed from the scale, and that is configured by at least one of a magnetic film and a conductive film.
[0021]
According to another one of the inductive position detecting devices according to the present invention, since the crossing portion of the transmission winding is covered with the shield film, the generation of the variable magnetic flux at the crossing portion can be prevented (or suppressed). The impedance of the transmission winding can be reduced.
[0022]
(7) In another one of the inductive type position detection devices, the read head includes a first wiring electrically connected to the transmission winding, and the shield film is provided on the front and rear sides when the first wiring is viewed from the scale. It can be arranged so as to cover the read head.
[0023]
According to this, since the first wiring is covered with the shield film, generation of the variable magnetic flux in the first wiring can be prevented (or suppressed). Note that (3), (4), and (5) also apply to another one of the above-described guidance-type position detection devices.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the guidance-type position detection device 1 according to the first embodiment. The inductive position detecting device 1 is also called an inductive encoder, and includes a scale 3 and a read head 5 (also called a transducer) arranged to face the scale 3. The longitudinal direction of the scale 3 is the measurement axis x. The read head 5 is disposed so as to be relatively movable in the measurement axis x direction with a predetermined gap with respect to the scale 3.
[0025]
The read head 5 has an insulating substrate 51. On the surface 51A of the insulating substrate 51 facing the scale 3, a rectangular transmission winding 53 whose longitudinal direction is the x direction, a first wiring 55 electrically connected thereto, and terminals 55A and 55B of the wiring 55 Is arranged. On the side of the surface 51A of the insulating substrate 51 and adjacent to the transmission winding 53, reception windings 57 and 59 having a predetermined number of turns, second wirings 56 and 58 electrically connected to each of them, and second wirings The 56 terminals 56A and 56B and the terminals 58A and 58B of the second wiring 58 are arranged. The receiving windings 55 and 57 are arranged so as to be insulated from each other and overlap each other.
[0026]
In the first embodiment, crosstalk is reduced by arranging a shield film (not shown in FIG. 1) covering the first wiring 55 and the second wirings 56 and 58 on the read head 5. This will be described later in detail. In FIG. 1, the surface 51A and the surface 51A are shown for convenience of expressing the transmission winding 53, the first wiring 55, the terminals 55A and 55B, the receiving windings 57 and 59, the second wirings 56 and 58, and the terminals 56A, 56B, 58A and 58B. It is drawn on the opposite side.
[0027]
On the other hand, the scale 3 has a large number of magnetic flux coupling windings 33 arranged along the insulating substrate 31 and the surface 31A of the substrate 31 facing the read head 5 along the x direction at a scale pitch λ. The magnetic flux coupling winding 33 includes a first coupling loop 35 disposed so as to face the transmission winding 53, a second coupling loop 37 disposed so as to face the reception windings 57 and 59, and a first coupling loop. It is constituted by a loop 35 and a third wiring 39 for electrically connecting the second coupling loop 37. In the first embodiment, a crosstalk is reduced by disposing a shield film (not shown in FIG. 1) on the scale 3 so as to cover the third wiring 39. This will be described later in detail.
[0028]
Here, the two receiving windings 57 and 59 will be described in detail. The receiving windings 57 and 59 are arranged so as to overlap each other. FIG. 2 shows these separately. The receiving windings 57, 59 are formed with a sinusoidal periodic pattern of wavelength λ for spatially modulating the coupling of the magnetic flux from the second coupling loop 37 of FIG. The receiving windings 57 and 59 are arranged with a phase shifted from each other by a quarter of the scale pitch λ.
[0029]
Each of the receiving windings 57 and 59 has a first conductor segment 61 indicated by a solid line, a second conductor segment 63 indicated by a broken line formed on a layer different from the first conductor segment 61, and a through wiring 65 electrically connecting these segments. It consists of. The receiving winding 57 forms two loops 57A and 57B within one wavelength λ, and the receiving winding 59 forms two loops 59A and 59B.
[0030]
Referring to FIGS. 1 and 2, when the scale 3 moves and the loop 57A and the second coupling loop 37 show the maximum electromagnetic coupling with the movement of the scale 3, the loop 57B and the second coupling loop 37 shows the variation of the coupling such that the minimum coupling is between 37. That is, the fluctuating magnetic field formed by the arrangement of the second coupling loops 37 is spatially modulated by the shape of the receiving winding 57 as the scale 3 moves, and the sinusoidal waves are applied to the terminals 56A and 56B via the second wiring 56. Is obtained. The receiving winding 59 is the same as the receiving winding 57, and sinusoidal displacement signals whose phases are shifted by λ / 4 are obtained at the terminals 58A and 58B.
[0031]
Next, the operation of the guidance-type position detection device 1 will be briefly described with reference to FIG. The transmission excitation signal (single-phase alternating current) generated by the generation circuit 7 which is an IC circuit is sent from the terminals 55A and 55B to the transmission winding 53 via the first wiring 55. As a result, when focusing on a certain time, the exciting current i1 flows counterclockwise through the transmission winding 53. Then, a variable magnetic flux is generated from the transmission winding 53 by the excitation current i1 and is coupled to the first coupling loop 35. More specifically, the winding conductor portions 53A and 53B, which are portions of the transmission winding 53 in the measurement axis x direction, face and face the winding conductor portions 35A and 35B constituting the first coupling loop 35 in parallel. Magnetic coupling. Thus, the induced current i2 flows through the first coupling loop 35. The induced current i2 flows through the third wiring 39 as the current i3 to the second coupling loop 37. As a result, the variable magnetic flux generated from the second coupling loop 37 is coupled to the receiving windings 57 and 59. Then, the sinusoidal displacement signal described with reference to FIG. 2 is sent to the processing circuit 8 (IC circuit) via the terminals 56A, 56B, 58A, and 58B as a reception signal. The processing circuit 9 samples these received signals, converts them into digital values, and sends them to the arithmetic and control circuit 9 (IC circuit). The arithmetic control circuit 9 calculates the position of the read head 5 with respect to the scale 3 based on the digital value. The operation control circuit 9 also has a function of controlling the generation circuit 7.
[0032]
As described above, in the first embodiment, the crosstalk is reduced by providing the shield film that covers each of the first wiring 55, the second wirings 56 and 58, and the third wiring 39. This will be described in detail below. First, the planar positional relationship of the shield film will be described. FIG. 3 is a perspective view of the read head 5 of FIG. The shield films 52 and 54 extend in a direction intersecting the x direction, and are formed on the read head 5 so as to cover the first wiring 55 and the second wirings 56 and 58 from above and below. FIG. 4 is a perspective view of the scale 3 of FIG. The shield films (other shield films) 32 and 34 extend in the x direction, and are formed on the scale 3 so as to cover the third wiring 39 of each magnetic flux coupling winding 33 from above and below.
[0033]
Next, the sectional positional relationship of the shield film will be described. FIG. 5 is a sectional view taken along line V (a) -V (b) of FIG. 1, and FIG. 6 is a sectional view taken along line VI (a) -VI (b) of FIG. First, a cross section on the read head 5 side will be described with reference to FIGS. The insulating substrate 51 of the read head 5 includes a semiconductor substrate 69 made of silicon or the like covered with an insulating film 67 such as a silicon oxide film. The shield film 52 is formed on the entire surface of the insulating film 67 in the cross section shown in FIG. 5, while the shield film 52 is not formed in the cross section shown in FIG. An insulating film 71 such as a silicon oxide film or a polyimide film is formed on the insulating film 67 so as to cover the shield film 52.
[0034]
In the cross section shown in FIG. 5, the first wiring 55 and the second wirings 56 and 58 are arranged on the insulating film 71 at a distance from each other. On the other hand, in the cross section shown in FIG. 6, the transmission winding 53 and the second conductor segment 63 (FIG. 2) are arranged on the insulating film 71 at a distance from each other. An insulating film 73 made of the same material as the insulating film 71 is formed so as to cover them. The first conductor segment 61 (FIG. 2) is arranged on the insulating film 73 so as to face the second conductor segment 63 in the cross section shown in FIG. The first conductor segment 61 is electrically connected to the second conductor segment 63 by a through-hole 65 (FIG. 2) embedded in a through hole of the insulating film 73.
[0035]
An insulating film 75 made of the same material as the insulating film 71 is formed on the insulating film 73 so as to cover the first conductor segment 61. In the cross section shown in FIG. 5, the shield film 54 is disposed on the entire surface of the insulating film 75. Then, a protective film 77 such as a silicon oxide film is formed on the insulating film 75 so as to cover the shield film 54.
[0036]
On the other hand, on the scale 3 side, the cross-sectional structures of FIGS. 5 and 6 are the same. The insulating substrate 31 includes a semiconductor substrate 43 made of silicon or the like covered with an insulating film 41 such as a silicon oxide film, like the insulating substrate 51. On the insulating film 41, the shield film 32 is selectively disposed. An insulating film 45 such as a silicon oxide film or a polyimide film is formed on the insulating film 41 so as to cover the shield film 32. A third wiring 39 is disposed on the insulating film 45 so as to face the shield film 32, and a first coupling loop 35 and a second coupling loop 37 are disposed on both sides of the wiring. An insulating film 47 made of the same material as the insulating film 45 is formed on the insulating film 45 so as to cover them. Then, the shield film 34 is selectively formed on the insulating film 47 so as to face the third wiring 39. A protective film 49 such as a silicon oxide film is formed on the insulating film 47 so as to cover the shield film 34.
[0037]
As described above, in the first embodiment, the first wiring 55 and the second wirings 56 and 58 are respectively covered with the shield films 52 and 54 from above and below. In other words, the shield films 52 and 54 are arranged on the front and rear sides of these wirings as viewed from the scale 3 so as to cover these wirings. Similarly, the third wiring 39 is also covered by the shield films 32 and 34 from above and below (in other words, the shield films 32 and 34 are arranged on the front and rear sides of the third wiring 39 as viewed from the read head 5 so as to cover the wirings. There).
[0038]
The shielding effect of these shield films will be described. The transmission excitation signal generated by the generation circuit 7 shown in FIG. 1 is sent to the transmission winding 53 via the first wiring 55, and a variable magnetic flux is generated from the transmission winding 53. At this time, a variable magnetic flux is inevitably generated from the first wiring 55 as well. This variable magnetic flux is not used for position detection. When the variable magnetic flux is coupled to the reception windings 57 and 59, the transmission winding 53, and the magnetic flux coupling winding 33 (hereinafter referred to as a winding), crosstalk occurs in these windings. . However, in the first embodiment, since the upper and lower portions of the first wiring 55 are covered with the shield films 52 and 54, the coupling of the variable magnetic flux generated in the first wiring 55 with the winding can be reduced. .
[0039]
On the other hand, when the variable magnetic flux generated by the transmission winding 53 is coupled to the second wirings 56, 58 and the third wiring 39, crosstalk occurs in these wirings. However, since the upper and lower portions of the second wires 56 and 58 are covered with the shield films 52 and 54 and the upper and lower portions of the third wire 39 are covered with the shield films 32 and 34, the variable magnetic flux generated in the transmission winding 53 is formed. Can be reduced with these wirings.
[0040]
As described above, in the first embodiment, the upper and lower portions of each of the first wiring 55, the second wirings 56 and 58, and the third wiring 39 are covered with the shield film, so that the crosstalk can be reduced. As a result, The measurement accuracy can be improved.
[0041]
In the first embodiment, it is desired that the shield film has the following characteristics: (1) high magnetic permeability, (2) low coercive force, (3) high saturation magnetic flux density, and (4) low electric resistance. When the shield film is a film (magnetic film) made of a magnetic material such as iron, it has a higher magnetic permeability and a higher saturation magnetic flux density than air, so that a magnetic shield effect is generated. This can reduce the coupling of the variable magnetic flux with the winding and the wiring. Particularly, a soft magnetic material (for example, Fe-Ni permalloy or amorphous metal) is preferable. This is because the soft magnetic material has a low coercive force, and if the variable magnetic flux disappears, the magnetic field of the shield film tends to change, so that the influence of the magnetization by the variable magnetic flux hardly remains on the shield film.
[0042]
On the other hand, when the shield film has a low electric resistance such as a conductive film (for example, a metal film containing copper, aluminum, or gold), an eddy current generated when the variable magnetic flux passes through the shield film becomes large, and a current loss effect occurs. Can be improved. As a result, the variable magnetic flux is weakened, so that the coupling of the variable magnetic flux with the winding and the wiring can be reduced.
[0043]
The shield film may be either a magnetic film or a conductive film. In particular, a combination of a magnetic film and a conductive film is preferable because all of the above conditions (1) to (4) are satisfied. This combined structure is shown in FIG. 7 as a modification of the first embodiment. FIG. 7 is a sectional view corresponding to FIG. The same elements as those indicated by the reference numerals in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In this modified example, the shield films 32, 34, 52, and 54 are two layers of a magnetic film 81 and a conductive film 83.
[0044]
Further, the shield films 32, 34, 52, 54 may have the structure shown in FIG. FIG. 8 is a sectional view of this structure. It has a structure in which shield films 91 (magnetic film or conductive film) and insulating films 93 are alternately stacked. In the case of a high frequency, a skin effect occurs in the magnetic film and the conductive film. That is, the lines of magnetic force (variable magnetic flux) mainly pass through the surface layer of the magnetic film, and the current (eddy current) mainly flows through the surface layer of the conductive film. For this reason, even if the thickness of the shield film is increased, the shield effect (magnetic shield effect or current loss effect due to eddy current) does not increase accordingly, and portions that do not contribute to the shield effect are wasted. Therefore, in the example of FIG. 8, the thickness of the shield film 91 is made substantially the same as the skin depth of the shield film 91 (the depth from the surface where the skin effect occurs). The term “substantially the same” includes not only the same case but also a slight difference such as an error. The skin depth δ is generally expressed as follows.
[0045]
δ = (2 / μσω)1/2
Here, μ is the permeability of the shield film, σ is the conductivity of the shield film, and ω is the angular frequency of the excitation current i1 (FIG. 1) flowing through the transmission winding 53.
[0046]
FIG. 8 shows a structure in which shield films 91 having a thickness substantially equal to the skin depth are alternately laminated with an insulating film 93 such as a silicon oxide film, that is, a laminated structure of a plurality of shield films 91. Therefore, a shield effect (a magnetic shield effect or a current loss effect due to an eddy current) occurs in each shield film 91, so that the shield effect can be increased in the entire structure shown in FIG. As a result, crosstalk can be further reduced. In FIG. 8, the shield films 91 are separated from each other by disposing an insulating film 93 between the shield films 91. If a skin effect occurs in each shield film 91, the insulating film 93 may not be provided, and another film other than the insulating film 93 may be provided.
[0047]
Further, a structure in which shield films each having a thickness equal to the skin depth may be stacked as shown in FIG. In this structure, the thickness of the magnetic film 95 and the conductive film 97 is substantially the same as the skin depth, and the magnetic film 95 and the conductive film 97 are alternately stacked. According to this, the shielding effect can be increased while satisfying the above conditions (1) to (4).
[0048]
As shown in FIG. 5, in the first embodiment, each of the first wiring 55, the second wirings 56 and 58, and the third wiring 39 is covered with a shield film from above and below. However, the present invention is not limited to this, and any structure may be used as long as at least one of the first wiring 55 and the second wirings 56 and 58 is covered with a shield film from above and below. Although the silicon substrates covered with the insulating film are used as the insulating substrates 31 and 51 (FIG. 5), a glass substrate, a ceramic substrate, and a resin substrate can be used. The present invention is also effective when the read head and the scale are formed by a printed circuit board.
[0049]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment. In the drawings for explaining the second embodiment, the same components as those shown by the reference numerals in the drawings already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. FIG. 10 is a diagram in which a transmission winding 53 and shield films 52 and 54 are extracted from the inductive position detection device according to the second embodiment. The second embodiment is characterized in that shield films 52 and 54 are arranged so as to cover the intersections 53C and 53D of the first wiring 55 and the transmission winding 53. Thereby, the impedance of the transmission winding 53 is reduced. Hereinafter, details of the second embodiment will be described.
[0050]
The transmission winding 53 is rectangular and includes parallel portions 53A and 53B that are parallel to the measurement axis x and crossing portions 53C and 53D that intersect. In the first embodiment, the reference numerals 53A and 53B are the winding conductors, but in the second embodiment they are the parallel parts. The shield films 52 and 54 are disposed on the read head 5 (FIG. 1) so as to cover the intersections 53C and 53D and the first wiring 55 on the front and rear sides thereof when viewed from the scale 3 (FIG. 1). The layers on which the shield films 52 and 54 are arranged are as shown in FIG. 5 of the first embodiment, and the materials of the shield films 52 and 54 are the same as those of the first embodiment.
[0051]
The effect of the second embodiment will be described. FIG. 11 is a diagram showing the transmission winding 53 without the shield films 52 and 54, and shows a magnetic field generated from the transmission winding 53 and the first wiring 55 at a certain time. The magnetic field (variable magnetic flux) generated by the parallel portions 53A and 53B is coupled to the first coupling loop 35 (FIG. 1). Therefore, the magnetic field generated at the parallel portions 53A and 53B is used for position detection, and the magnetic field generated at the intersections 53C and 53D is not used.
[0052]
Focusing on this point, in the second embodiment, the intersections 53C and 53D are covered with the shield films 52 and 54. FIG. 12 is a diagram showing a state where a magnetic field is generated in the configuration shown in FIG. The generation of the eddy current in the shield films 52 and 54 prevents (or suppresses) the generation of the magnetic field from the intersections 53C and 53D. This means that the inductance of the transmission winding 53 decreases. This is because the inductance L is defined by a magnetic field generated by a current per 1 A, and thus the inductance L decreases as the total magnetic flux generated decreases.
[0053]
Since the impedance Z of the circuit including the transmission winding 53 and the first wiring 55 is as follows, when the inductance L decreases, the impedance Z also decreases. R is the resistance of this circuit, and L is the inductance of the transmission winding 53.
[0054]
Z = (R2+ Ω2L2)1/2
[0055]
When the impedance Z decreases, the current flowing through the transmission winding 53 increases, so that the magnetic field (variable magnetic flux) generated by the parallel portions 53A and 53B increases. Therefore, the signal strength detected by the first coupling loop 35 (FIG. 1) of the magnetic flux coupling winding 33, and eventually by the receiving windings 57 and 59 (FIG. 1) can be increased, so that the accuracy of position measurement can be improved. .
[0056]
Since the first wiring 55 is also covered with the shield films 52 and 54, the magnetic field generated by the first wiring 55 is also prevented (or suppressed). Therefore, for the same reason as the intersections 53C and 53D, the signal strength detected by the reception windings 57 and 59 can be increased, and the accuracy of position measurement is improved. Since the first wiring 55 is covered with the shield films 52 and 54, crosstalk can be suppressed as described in the first embodiment.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to one of the guidance-type position detecting devices according to the present invention, crosstalk can be reduced, and thereby, the accuracy of position detection can be improved. Further, according to another one of the inductive position detecting devices according to the present invention, the impedance of the transmission winding can be reduced, so that the current flowing through the transmission winding can be increased. As a result, the accuracy of position detection can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a guidance-type position detection device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a receiving winding of the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of the read head shown in FIG.
FIG. 4 is a perspective view of the scale shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a sectional view taken along line V (a) -V (b) of FIG. 1;
FIG. 6 is a sectional view taken along line VI (a) -VI (b) of FIG. 1;
FIG. 7 is a sectional view of a modification of the guidance-type position detection device according to the first embodiment.
FIG. 8 is a sectional view of a modified example of the shield film provided in the first embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of another modified example of the shield film provided in the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram in which a transmission winding and a shield film are extracted from the inductive position detection device according to the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a transmission winding without a shield film, and illustrates a magnetic field generated from the transmission winding and the like at a certain time;
FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 11 and showing a transmission winding in a state where a shield film is provided;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inductive position detecting device, 3 ... Scale, 5 ... Read head, 31 ... Insulating substrate, 32 ... Shield film, 33 ... Magnetic flux coupling winding, 34 ... Shield film, 35: first coupling loop, 37: second coupling loop, 39: third wiring, 51: insulating substrate, 52: shield film, 53: transmission winding 53A, 53B ... winding conductor part (parallel part), 53C, 53D ... crossing part, 54 ... shield film, 55 ... first wiring, 56 ... second wiring, 57 ... ..Reception winding, 58 ... Second wiring, 59 ... Reception winding, 81 ... Magnetic film, 83 ... Conducting film, 91 ... Shield film, 93 ... Insulating film, 95: magnetic film, 97: conductive film

Claims (10)

磁束結合巻線が配置されたスケールと、前記スケールに対して相対移動可能に対向配置された読み出しヘッドと、を備えた誘導型位置検出装置であって、
前記読み出しヘッドは、
前記磁束結合巻線と結合する可変磁束を生成する送信巻線と、
前記磁束結合巻線からの可変磁束が結合される受信巻線と、
前記送信巻線と電気的に接続される第1配線と、
前記受信巻線と電気的に接続される第2配線と、
前記スケールからみて前記第1および第2配線のうち少なくとも一方の配線の前後側で前記配線を覆うように前記読み出しヘッドに配置されると共に磁性膜および導電膜のうち少なくとも一方で構成されるシールド膜と、
を含むことを特徴とする誘導型位置検出装置。
An inductive position detection device comprising: a scale on which a magnetic flux coupling winding is arranged; and a read head arranged to be movably opposed to the scale,
The read head includes:
A transmission winding that generates a variable magnetic flux coupled to the magnetic flux coupling winding;
A receiving winding to which a variable magnetic flux from the magnetic flux coupling winding is coupled;
A first wiring electrically connected to the transmission winding;
A second wiring electrically connected to the receiving winding;
A shield film disposed on the read head so as to cover the wiring on the front and rear sides of at least one of the first and second wirings when viewed from the scale, and formed of at least one of a magnetic film and a conductive film; When,
An inductive type position detecting device comprising:
前記磁束結合巻線は、
前記送信巻線が発生する可変磁束が結合して誘導電流が流れる第1結合ループと、
この誘導電流が生成する可変磁束を前記受信巻線に結合させる第2結合ループと、
前記第1結合ループと前記第2結合ループを電気的に接続する第3配線と、
を含み、
前記スケールは、
前記読み出しヘッドからみて前記第3配線の前後側で前記第3配線を覆うように前記スケールに配置されると共に磁性膜および導電膜のうち少なくとも一方で構成される他のシールド膜を含むことを特徴とする請求項1記載の誘導型位置検出装置。
The magnetic flux coupling winding,
A first coupling loop in which a variable magnetic flux generated by the transmission winding is coupled and an induced current flows;
A second coupling loop coupling the variable magnetic flux generated by the induced current to the reception winding;
A third wiring that electrically connects the first coupling loop and the second coupling loop;
Including
The scale is
The magnetic head further includes another shield film disposed on the scale so as to cover the third wiring on the front and rear sides of the third wiring as viewed from the read head, and configured of at least one of a magnetic film and a conductive film. The guidance-type position detection device according to claim 1, wherein
前記シールド膜および前記他のシールド膜のうち少なくとも一方は、磁性膜と導電膜が積層した積層構造を含むことを特徴とする請求項1または2記載の誘導型位置検出装置。3. The inductive position detecting device according to claim 1, wherein at least one of the shield film and the other shield film has a laminated structure in which a magnetic film and a conductive film are laminated. 前記シールド膜および前記他のシールド膜のうち少なくとも一方の膜の厚みは、この膜の表皮深さの大きさと略同一であり、
前記誘導型位置検出装置は複数の前記膜の積層構造を備えることを特徴とする請求項1または2項記載の誘導型位置検出装置。
The thickness of at least one of the shield film and the other shield film is substantially the same as the skin depth of the film,
The guidance-type position detection device according to claim 1, wherein the guidance-type position detection device has a stacked structure of a plurality of the films.
前記積層構造は前記磁性膜と前記導電膜が交互に積層したものであり、
前記磁性膜の厚みはこの磁性膜の表皮深さの大きさと略同一であり、
前記導電膜の厚みはこの導電膜の表皮深さの大きさと略同一であることを特徴とする請求項3項記載の誘導型位置検出装置。
The laminated structure is obtained by alternately laminating the magnetic film and the conductive film,
The thickness of the magnetic film is substantially the same as the size of the skin depth of the magnetic film,
4. The inductive position detecting device according to claim 3, wherein the thickness of the conductive film is substantially the same as the skin depth of the conductive film.
磁束結合巻線が配置されたスケールと、前記スケールに対して測定軸に沿って相対移動可能に対向配置された読み出しヘッドと、を備えた誘導型位置検出装置であって、
前記読み出しヘッドは、
前記磁束結合巻線と結合する可変磁束を生成する送信巻線と、
前記送信巻線のうち前記測定軸と交差する方向に延びる交差部を前記スケールからみて前後側で覆うように前記読み出しヘッドに配置されると共に磁性膜および導電膜のうち少なくとも一方で構成されるシールド膜と、
を含むことを特徴とする誘導型位置検出装置。
An inductive position detection device comprising: a scale on which a magnetic flux coupling winding is arranged; and a read head arranged so as to be relatively movable along the measurement axis with respect to the scale,
The read head includes:
A transmission winding that generates a variable magnetic flux coupled to the magnetic flux coupling winding;
A shield that is disposed on the read head and covers at least one of a magnetic film and a conductive film so as to cover an intersecting portion of the transmission winding extending in a direction intersecting with the measurement axis on the front and rear sides as viewed from the scale. A membrane,
An inductive type position detecting device comprising:
前記読み出しヘッドは、前記送信巻線と電気的に接続される第1配線を含み、
前記シールド膜は、前記第1配線を前記スケールからみて前後側で覆うように前記読み出しヘッドに配置されていることを特徴とする請求項6に記載の誘導型位置検出装置。
The read head includes a first wiring electrically connected to the transmission winding,
7. The inductive position detecting device according to claim 6, wherein the shield film is disposed on the read head so as to cover the first wiring on the front and rear sides when viewed from the scale.
前記シールド膜は、磁性膜と導電膜が積層した積層構造を含むことを特徴とする請求項6または7記載の誘導型位置検出装置。8. The inductive position detecting device according to claim 6, wherein the shield film has a laminated structure in which a magnetic film and a conductive film are laminated. 前記シールド膜の厚みは、この膜の表皮深さの大きさと略同一であり、
前記誘導型位置検出装置は複数の前記膜の積層構造を備えることを特徴とする請求項6または7項記載の誘導型位置検出装置。
The thickness of the shield film is substantially the same as the size of the skin depth of the film,
The guidance-type position detection device according to claim 6, wherein the guidance-type position detection device has a stacked structure of a plurality of the films.
前記積層構造は前記磁性膜と前記導電膜が交互に積層したものであり、
前記磁性膜の厚みはこの磁性膜の表皮深さの大きさと略同一であり、
前記導電膜の厚みはこの導電膜の表皮深さの大きさと略同一であることを特徴とする請求項8項記載の誘導型位置検出装置。
The laminated structure is obtained by alternately laminating the magnetic film and the conductive film,
The thickness of the magnetic film is substantially the same as the size of the skin depth of the magnetic film,
9. The inductive position detecting device according to claim 8, wherein the thickness of the conductive film is substantially the same as the skin depth of the conductive film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019113542A (en) * 2017-12-21 2019-07-11 株式会社ミツトヨ Winding of electromagnetic induction encoder, and scale configuration
JP2021148801A (en) * 2020-03-23 2021-09-27 株式会社ミツトヨ Transmission/reception configuration for electromagnetic induction encoder

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