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公開番号2025074948
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-14
出願番号2024171052
出願日2024-09-30
発明の名称シールド構造を有する誘導型エンコーダ
出願人株式会社ミツトヨ
代理人弁理士法人創光国際特許事務所
主分類G01D 5/20 20060101AFI20250507BHJP(測定;試験)
要約【課題】測定の一貫性、高精度、高分解能、汚染に対する堅牢性、コンパクトなサイズ、使いやすさ、低コストなどの改善された組合せを提供する。
【解決手段】誘導型エンコーダシステムは周期的スケールパターンを含むスケールと、周期的スケールパターンに対し測定軸方向に沿って移動するように構成された検出器部を含む。検出器部は変化する磁束を生成するように構成された磁界発生部と検知要素の1つ以上のセットを備え、周期的スケールパターンで提供され変化する磁束に対し局所的影響に応答する検出器信号を提供するように構成された検知部を含み、検知要素の各セットはセンサビアのセットに結合される。検出器部は複数のシールド構造SSTを更に含み、各シールド構造SSTはセンサビアのセットに近接し配置され複数のシールドビアを含み、各シールド構造において1つ以上のシールドループは導体部により互いに結合された複数のシールドビアで形成される。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
測定軸方向に沿った２つの要素間の相対位置を測定するように構成された誘導型エンコーダシステムであって、前記システムは、
前記測定軸方向に沿って延在するスケールであって、信号変調要素を含む周期的スケールパターンを含むスケールと、
前記周期的スケールパターンに近接して配置され、前記周期的スケールパターンに対して前記測定軸方向に沿って移動するように構成された検出器部であって、前記検出器部は、
駆動信号に応答して変化する磁束を発生させるように構成された磁界発生部ＰＲＴＦＧＥと、
前記測定軸方向に沿って配置された検知要素の１つ以上のセットを備える検知部ＰＲＴＳＥＮであって、検知要素の各セットはセンサビアのセットに結合され、前記検知部ＰＲＴＳＥＮは、前記周期的スケールパターンの隣接する信号変調要素によって提供される前記変化する磁束に対する局所的影響に応答する検出器信号を提供するように構成される、検知部ＰＲＴＳＥＮと、を備える、検出器部と、
複数のシールド構造ＳＳＴであって、各シールド構造ＳＳＴは、センサビアのセットに近接して配置され、複数のシールドビアを含み、各シールド構造ＳＳＴにおいて、１つ以上のシールドループは、導体部によって互いに結合された前記複数のシールドビアによって形成される、複数のシールド構造ＳＳＴと、
を備える、誘導型エンコーダシステム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
各シールド構造ＳＳＴについて、前記複数のシールドビアは、少なくとも第１のシールドビア及び第２のシールドビアを含み、前記第１のシールドビア及び前記第２のシールドビアは、第１の導体部によって互いに結合され、第２の導体部によって互いに結合され、前記第１のシールドビア、前記第１の導体部、前記第２のシールドビア、及び前記第２の導体部は、前記１つ以上のシールドループのうちの第１のそれぞれのシールドループを形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のシールド構造ＳＳＴのうちの１つ以上のシールド構造ＳＳＴについて、前記複数のシールドビアは、少なくとも第３のそれぞれのシールドビアを備え、前記第３のそれぞれのシールドビアは、第３の導体部によって前記第２のシールドビアに結合され、第４の導体部によって前記第２のシールドビアに結合され、前記第２のシールドビア、前記第３の導体部、前記第３のシールドビア、及び前記第４の導体部は、前記１つ以上のシールドループのうちの第２のそれぞれのシールドループを形成する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
各シールド構造ＳＳＴについて、前記複数のシールドビアは線形配置である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の導体部はプリント回路基板の第１の層内にあり、前記第２の導体部は前記プリント回路基板の第２の層内にある、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数のシールド構造ＳＳＴは、少なくとも第１のシールド構造及び第２のシールド構造を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のシールド構造ＳＳＴ及び前記第２のシールド構造ＳＳＴは、少なくとも２つのセンサビアを含むセンサビアのセットの両側に配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１のシールド構造ＳＳＴ及び前記第２のシールド構造ＳＳＴは、少なくとも４つのセンサビアを含むセンサビアのセットの両側に配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数のシールドビアは、１つ以上の磁界発生ビア内を流れる電流から生じる１つ以上の磁界から前記センサビアを少なくとも部分的にシールドするように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
各シールド構造ＳＳＴは、前記測定軸方向に垂直な方向に延在する線形配置の前記複数のそれぞれのシールドビアを含む、請求項１に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、計測学に関し、より詳細には、誘導型エンコーダに関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
種々の位置エンコーダ構成は、種々のタイプの誘導、光学、容量、磁気、移動、及び／又は位置トランスデューサを含んでもよい。これらの位置エンコーダは、検出器部とスケールとの間の移動を測定するために、検出器部（例えば、読取りヘッドに含まれるような）において様々な幾何学的構成（例えば、トランスミッタ及びレシーバ）を使用する。
【０００３】
誘導型エンコーダのいくつかの例として、米国特許第６，０１１，３８９号（’３８９特許）及び第６，１２４，７０８号（’７０８特許）は、高精度用途で使用可能な誘導電流位置トランスデューサを説明している。米国特許第５，９７３，４９４号（’４９４特許）及び第６，００２，２５０号（’２５０特許）は、信号発生及び処理回路を含むインクリメンタル型位置誘導ノギス及びリニアスケールを記載しており、米国特許第５，８８６，５１９号（’５１９特許）、第５，８４１，２７４号（’２７４特許）、及び第５，８９４，６７８号（’６７８特許）は、誘導電流トランスデューサを使用する絶対位置誘導ノギス及び電子テープメジャーを記載している。米国特許第１０，５２０，３３５号（’３３５特許）、第１０，６１２，９４３号（’９４３特許）、及び第１０，７７５，１９９号（’１９９特許）は、誘導型エンコーダの精度、堅牢性、及び整列の容易性を向上させるのに有用な巻線構成の改良を開示している。前述の全ては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００４】
これらの特許に記載されているように、誘導型エンコーダは、プリント回路基板（ＰＣＢ）技術を使用して製造することができ、汚染の影響をほとんど受けない。しかしながら、そのようなシステムは、測定の一貫性、高精度、高分解能、汚染に対する堅牢性、コンパクトなサイズ、使いやすさ、低コストなどの組み合わせなど、ユーザによって所望される特徴の特定の組み合わせを提供する能力が制限される場合がある。そのような特徴の改善された組み合わせを提供する誘導型エンコーダの構成が望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
この概要は、以下の詳細な説明で更に説明される選択された概念を簡略化された形式で紹介するために提供される。この概要は、特許請求される主題の主要な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることも意図されていない。
【０００６】
一態様によれば、測定軸方向に沿って２つの要素間の相対位置を測定するように構成された誘導型エンコーダシステムが提供される。このシステムは、測定軸方向に沿って延在するスケールであって、信号変調要素を備える周期的スケールパターンを含む、スケールと、検出器部であって、周期的スケールパターンに近接して配置され、周期的スケールパターンに対して測定軸方向に沿って移動するように構成される、検出器部と、を含む。検出器部は、駆動信号に応答して変化する磁束を発生させるように構成された磁界発生部ＰＲＴＦＧＥと、測定軸方向に沿って配置された検知要素の１つ以上のセットを備える検知部ＰＲＴＳＥＮと、を含む。検知要素の各セットはセンサビアのセットに結合され、検知部ＰＲＴＳＥＮは、周期的スケールパターンの隣接する信号変調要素によって提供される変化する磁束に対する局所的影響に応答する検出器信号を提供するように構成される。検出器部はまた、複数のシールド構造ＳＳＴを含み、各シールド構造ＳＳＴは、センサビアのセットに近接して配置される。各シールド構造ＳＳＴは、複数のシールドビアを含み、各シールド構造ＳＳＴにおいて、１つ以上のシールドループは、導体部によって互いに結合された複数のシールドビアによって形成される。
【０００７】
例示的な実装形態では、複数のシールド構造ＳＳＴは、磁界発生部ＰＲＴＦＧＥの動作から生じる漂遊磁界からセンサビアのセットを少なくとも部分的にシールドするように構成される。そのような例示的な実装形態によれば、センサビアのセットのシールドは、そうでなければセンサビアのセットの少なくともいくつかによって形成され得る寄生ループに結合する漂遊磁界から生じることになる検出器信号中のオフセット信号部を低減するのに技術的に有利である。
【０００８】
更なる態様によれば、測定軸方向に沿って２つの要素間の相対位置を測定するように構成された誘導型エンコーダシステムを動作させる方法が提供される。この方法は、一般に３つのステップを含む。第１のステップは、磁界発生部ＰＲＴＦＧＥに変化する磁束を発生させる駆動信号を提供することであって、磁界発生部ＰＲＴＦＧＥの動作が１つ以上の漂遊磁界を生成する、ことを含む。第２のステップは、検知部ＰＲＴＳＥＮから検出器信号を受信することであって、センサビアの少なくとも１つのセットは、複数のシールド構造によって、１つ以上の漂遊磁界から少なくとも部分的にシールドされる、ことを含む。第３のステップは、検出器信号に少なくとも部分的に基づいて、検出器部とスケールとの間の相対位置を決定することを含む。
【０００９】
更なる態様によれば、測定軸方向に沿って２つの要素間の相対位置を測定するように構成された誘導型エンコーダで使用するための検出器部が提供される。エンコーダは、測定軸方向に沿って延在するスケールであって、信号変調要素を含む周期的スケールパターンを含むスケールを含む。検出器部は、周期的スケールパターンに近接して配置され、周期的スケールパターンに対して測定軸方向に沿って移動するように構成される。検出器部は、駆動信号に応答して変化する磁束を発生させるように構成された磁界発生部ＰＲＴＦＧＥと、測定軸方向に沿って配置された検知要素の１つ以上のセットを備える検知部ＰＲＴＳＥＮと、を含む。検知要素の各セットは複数のセンサビアに結合され、検知部ＰＲＴＳＥＮは、周期的スケールパターンの隣接する信号変調要素によって提供される変化する磁束に対する局所的影響に応答する検出器信号を提供するように構成される。検出器部は、複数のシールド構造ＳＳＴを更に含み、各シールド構造ＳＳＴは、センサビアのセットに近接して配置される。各シールド構造ＳＳＴは、複数のシールドビアを含み、各シールド構造ＳＳＴにおいて、１つ以上のシールドループは、導体部によって互いに結合された複数のシールドビアによって形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
誘導型エンコーダシステムのブロック図である。
図１の誘導型エンコーダシステムにおいて利用され得るような検出器部及びスケールを含むトランスデューサの実装形態の図である。
検出器部の検知要素のセットからセンサビアのセット及び処理部への接続を示す図であり、接続は寄生センサループを形成する。
図３及び図６に示すようなセンサビアのセットに近接して配置されたシールド構造ＳＳＴを示す図である。
図４の構成の上面図であり、磁界発生ビアを通る電流によって生成される漂遊磁界を更に示す。
図１の誘導型エンコーダシステムで利用され得るような検出器部及びスケールを含むトランスデューサの実装形態の等角図であり、図４及び図５の構成と同様の構成でセンサビアのセットに近接して配置されたシールド構造ＳＳＴとともに磁界発生ビアを示す。
プリント回路基板（ＰＣＢ）の６つの層を通って延在する２つのシールドビアを含む検出器部のＰＣＢの断面部分を示す図である。
図６のシールド構造ＳＳＴとともにセンサビアの等角上面図を示す図であり、シールド構造ＳＳＴのシールドビアは、ＰＣＢの接地層（例えば、層Ｌ３）の一部として導体部（例えば、上側導体部）によって互いに結合されるように示されている。
図８の構成の等角底面図（例えば、図８の同じ層Ｌ３を下から見た図）を示す図であり、シールド構造ＳＳＴのシールドビアは、接地層Ｌ３とは異なるＰＣＢの層（例えば、図示されていない層Ｌ４）内の導体部（例えば、下側導体部）によっても互いに結合され、したがってシールド構造ＳＳＴ内にシールドループを形成するように示されている。
２つのシールド構造ＳＳＴを示す図であり、各シールド構造ＳＳＴは、線形配置の４つのシールドビアを含み、線形配置の４つのセンサビアを含むセンサビアのセットの両側に近接して配置される。
２つのシールド構造ＳＳＴを示す図であり、各シールド構造ＳＳＴは、線形配置の６つのシールドビアを含み、線形配置の６つのセンサビアを含むセンサビアのセットの両側に近接して配置される。
図４～図６の構成と同様の構成のセンサビアのセットを取り囲むような、２つのボックス配置のシールド構造ＳＳＴを示す図である。
誘導型エンコーダシステムを動作させるためのルーチンの一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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