JP2889143B2 - 静電容量式変位測定装置 - Google Patents
静電容量式変位測定装置Info
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- JP2889143B2 JP2889143B2 JP6332084A JP33208494A JP2889143B2 JP 2889143 B2 JP2889143 B2 JP 2889143B2 JP 6332084 A JP6332084 A JP 6332084A JP 33208494 A JP33208494 A JP 33208494A JP 2889143 B2 JP2889143 B2 JP 2889143B2
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- electrodes
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電子式マイクロメー
タ、ホールテスト、角度計等の小型計測器に適用される
静電容量式変位測定装置に関する。
タ、ホールテスト、角度計等の小型計測器に適用される
静電容量式変位測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電気的な測長器として、2枚のスケール
を相対移動させ、これらのスケールに配列された電極間
の静電容量変化を検出して両スケールの相対移動量を測
定するものが知られている。この種の測長器における容
量型変位トランスジューサは、各スケールに配設する電
極の分割数が精度を定めるため、高分解能の測長器を得
るためには、送信電極又は受信電極の少なくとも一方を
細密化することが必要とされる。
を相対移動させ、これらのスケールに配列された電極間
の静電容量変化を検出して両スケールの相対移動量を測
定するものが知られている。この種の測長器における容
量型変位トランスジューサは、各スケールに配設する電
極の分割数が精度を定めるため、高分解能の測長器を得
るためには、送信電極又は受信電極の少なくとも一方を
細密化することが必要とされる。
【0003】図15は、従来の静電容量式変位測定装置
の概略構成を示す。装置は、相対移動可能に配置された
第1のスケールと第2のスケールを有し、第1のスケー
ルに第1の送信電極1が等間隔に複数個配列され、また
第1のスケールの長手方向に沿って第1の受信電極4が
配設されている。第1の送信電極1は、この例では8個
ずつが一つのユニットを構成している。パルス変調回路
6からは、発振器5のクロックパルスに基づいてパルス
化された45°ずつ位相のずれた8相の正弦波信号が発
生され、これが第1の送信電極1に供給される。即ち第
1の送信電極1の単位ユニットのピッチは送信波長ピッ
チWt1となる。
の概略構成を示す。装置は、相対移動可能に配置された
第1のスケールと第2のスケールを有し、第1のスケー
ルに第1の送信電極1が等間隔に複数個配列され、また
第1のスケールの長手方向に沿って第1の受信電極4が
配設されている。第1の送信電極1は、この例では8個
ずつが一つのユニットを構成している。パルス変調回路
6からは、発振器5のクロックパルスに基づいてパルス
化された45°ずつ位相のずれた8相の正弦波信号が発
生され、これが第1の送信電極1に供給される。即ち第
1の送信電極1の単位ユニットのピッチは送信波長ピッ
チWt1となる。
【0004】第2のスケールには、第1のスケールの送
信電極1の4個と容量結合するように対向する第2の受
信電極2が、送信波長ピッチWt1と等しいピッチPr
2で配列されている。第2のスケールにはまた、第2の
受信電極2と電気的に結合して、且つ第1のスケール上
の第1の受信電極4と容量結合するように第2の送信電
極3が配設されている。第1のスケールの第1の受信電
極4は測定回路7に接続される。
信電極1の4個と容量結合するように対向する第2の受
信電極2が、送信波長ピッチWt1と等しいピッチPr
2で配列されている。第2のスケールにはまた、第2の
受信電極2と電気的に結合して、且つ第1のスケール上
の第1の受信電極4と容量結合するように第2の送信電
極3が配設されている。第1のスケールの第1の受信電
極4は測定回路7に接続される。
【0005】このような構成として、第1のスケールと
第2のスケールが相対移動したとき、その相対移動に伴
う第1の送信電極1と第2の受信電極2との容量結合に
よる受信信号の位相変化を検出することにより、変位量
を測定することができる。この場合、第1の送信電極1
が8分割されて、それぞれ45°ずつ異なる位相で駆動
される結果、第2の受信電極2のピッチPr2を8分割
した精度で位置測定を行うことができる。
第2のスケールが相対移動したとき、その相対移動に伴
う第1の送信電極1と第2の受信電極2との容量結合に
よる受信信号の位相変化を検出することにより、変位量
を測定することができる。この場合、第1の送信電極1
が8分割されて、それぞれ45°ずつ異なる位相で駆動
される結果、第2の受信電極2のピッチPr2を8分割
した精度で位置測定を行うことができる。
【0006】上述した従来の静電容量式変位測定装置の
第1のスケールと第2のスケールを同軸の円筒体として
構成すれば、小型の円筒型変位センサを得ることができ
る。図16は、その様な円筒型変位センサに適用したと
きの外側の固定円筒体(ステータ)と、内側の回転円筒
体(ロータ)の電極パターンを展開して示す。ステータ
の内壁には図示のように、8個で1ユニットとなる第1
の送信電極1が2ユニット分と、第1の受信電極4が形
成される。ロータの表面には、送信電極1と対向する2
ユニットの第2の受信電極2と、第1の受信電極4と対
向する第2の送信電極3とが形成される。
第1のスケールと第2のスケールを同軸の円筒体として
構成すれば、小型の円筒型変位センサを得ることができ
る。図16は、その様な円筒型変位センサに適用したと
きの外側の固定円筒体(ステータ)と、内側の回転円筒
体(ロータ)の電極パターンを展開して示す。ステータ
の内壁には図示のように、8個で1ユニットとなる第1
の送信電極1が2ユニット分と、第1の受信電極4が形
成される。ロータの表面には、送信電極1と対向する2
ユニットの第2の受信電極2と、第1の受信電極4と対
向する第2の送信電極3とが形成される。
【0007】このような円筒型変位センサを製造するに
は、曲面上への電極パターンの形成が必要である。この
ような電極パターンの形成法、特にステータの内側の電
極パターンを形成する方法としては、例えば、フレキ
シブルプリント基板(FPC)に電極パターンを形成し
て、これを巻き付けて円筒体の内側に接着する方法(特
開平4−145303号)、あるいはレーザー加工を
利用する方法(ドイツ特許第3426750号)等が提
案されている。
は、曲面上への電極パターンの形成が必要である。この
ような電極パターンの形成法、特にステータの内側の電
極パターンを形成する方法としては、例えば、フレキ
シブルプリント基板(FPC)に電極パターンを形成し
て、これを巻き付けて円筒体の内側に接着する方法(特
開平4−145303号)、あるいはレーザー加工を
利用する方法(ドイツ特許第3426750号)等が提
案されている。
【0008】また上述のような円筒型の静電容量式変位
センサを実現する場合、測定精度を十分出すためには、
ステータとロータの同心度の精度が必要である。小型の
円筒型変位センサにおいてこの同心度を高精度に出すこ
とは製造上難しく、従って同心度が低くても測定精度が
出るようにする為には、図15に示したように、少なく
とも2ユニットの電極群を配設することが必要になる。
周方向に2ユニットの電極群を配置すれば、それらの出
力を平均することによって、同心度がある程度悪くても
その影響を相殺することができる。
センサを実現する場合、測定精度を十分出すためには、
ステータとロータの同心度の精度が必要である。小型の
円筒型変位センサにおいてこの同心度を高精度に出すこ
とは製造上難しく、従って同心度が低くても測定精度が
出るようにする為には、図15に示したように、少なく
とも2ユニットの電極群を配設することが必要になる。
周方向に2ユニットの電極群を配置すれば、それらの出
力を平均することによって、同心度がある程度悪くても
その影響を相殺することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来提案され
ている円筒型変位センサには、多くの問題が残されてい
る。まず前述したような方法で円筒体内部に電極パター
ンを形成することは、特に円筒体が小型になる程作業性
が悪く、高精度の電極パターンを形成することが難し
い。また、円筒内部の電極パターンと外部測定回路との
接続作業や、ステータとロータの組み込み作業も非常に
難しい。同心精度の問題を回避するため2ユニットの電
極群を円周上に配設することが必須であるとすると、そ
れだけセンサと外部電気回路との間の配線数が多くな
り、作業性はより悪くなる。以上のような問題から、現
実にはまだ円筒型変位センサは実用化されていない。
ている円筒型変位センサには、多くの問題が残されてい
る。まず前述したような方法で円筒体内部に電極パター
ンを形成することは、特に円筒体が小型になる程作業性
が悪く、高精度の電極パターンを形成することが難し
い。また、円筒内部の電極パターンと外部測定回路との
接続作業や、ステータとロータの組み込み作業も非常に
難しい。同心精度の問題を回避するため2ユニットの電
極群を円周上に配設することが必須であるとすると、そ
れだけセンサと外部電気回路との間の配線数が多くな
り、作業性はより悪くなる。以上のような問題から、現
実にはまだ円筒型変位センサは実用化されていない。
【0010】この発明は、上記した事情に鑑みなされた
もので、電極パターン形成や配線組立が簡単にできる静
電容量式変位測定装置を提供することを目的としてい
る。
もので、電極パターン形成や配線組立が簡単にできる静
電容量式変位測定装置を提供することを目的としてい
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、第1に、近
接配置されて相対変位する第1のスケールと第2のスケ
ールとを有し、前記第1のスケールは、それぞれ位相の
異なる交流信号が印加される複数の電極からなる送信電
極群と、これとは絶縁されて配置されると共にその受信
信号が測定回路に入力される受信電極とを有し、前記第
2のスケールは、前記送信電極群の複数個と同時に容量
結合すると共に前記受信電極とも容量結合する結合電極
を有する静電容量式変位測定装置において、前記第1の
スケールは半円筒体により、前記第2のスケールはこの
半円筒体に対して外表面が半円筒体の内表面に所定ギャ
ップをもって対向するように同軸に配置された円筒体に
より構成され、前記半円筒体の内表面に、前記送信電極
群を構成する細長い形状を有する複数の電極が螺旋状に
且つ互いに平行となるように配設されると共に、これに
軸方向に隣接して前記受信電極が周方向にリング帯状を
なして配設され、前記円筒体の外表面に前記結合電極が
前記送信電極群の複数の電極と同じリード角をもつ螺旋
状に配設され、前記半円筒体と円筒体は軸の回り又は軸
方向のいずれかについてのみ相対変位可能に保持され
て、その変位が前記測定回路により測定されるように構
成したことを特徴とする。
接配置されて相対変位する第1のスケールと第2のスケ
ールとを有し、前記第1のスケールは、それぞれ位相の
異なる交流信号が印加される複数の電極からなる送信電
極群と、これとは絶縁されて配置されると共にその受信
信号が測定回路に入力される受信電極とを有し、前記第
2のスケールは、前記送信電極群の複数個と同時に容量
結合すると共に前記受信電極とも容量結合する結合電極
を有する静電容量式変位測定装置において、前記第1の
スケールは半円筒体により、前記第2のスケールはこの
半円筒体に対して外表面が半円筒体の内表面に所定ギャ
ップをもって対向するように同軸に配置された円筒体に
より構成され、前記半円筒体の内表面に、前記送信電極
群を構成する細長い形状を有する複数の電極が螺旋状に
且つ互いに平行となるように配設されると共に、これに
軸方向に隣接して前記受信電極が周方向にリング帯状を
なして配設され、前記円筒体の外表面に前記結合電極が
前記送信電極群の複数の電極と同じリード角をもつ螺旋
状に配設され、前記半円筒体と円筒体は軸の回り又は軸
方向のいずれかについてのみ相対変位可能に保持され
て、その変位が前記測定回路により測定されるように構
成したことを特徴とする。
【0012】第1の発明において、前記結合電極は好ま
しくは、その螺旋状パターンの前記受信電極と対向する
部分に前記受信電極と対応して周方向にリング帯状をな
す電極部を有するものとする。
しくは、その螺旋状パターンの前記受信電極と対向する
部分に前記受信電極と対応して周方向にリング帯状をな
す電極部を有するものとする。
【0013】この発明は、第2に、近接配置されて相対
変位する第1のスケールと第2のスケールとを有し、前
記第1のスケールは、それぞれ位相の異なる交流信号が
印加される複数の電極からなる送信電極群と、これとは
絶縁されて配置されると共にその受信信号が測定回路に
入力される受信電極とを有し、前記第2のスケールは、
前記送信電極群の複数個と同時に容量結合すると共に前
記受信電極とも容量結合する結合電極を有する静電容量
式変位測定装置において、前記第1のスケールは半円筒
体により、前記第2のスケールはこの半円筒体に対して
外表面が半円筒体の内表面に所定ギャップをもって対向
するように同軸に配置された円筒体により構成され、前
記半円筒体の内表面に、前記送信電極群を構成する細長
い形状を有する複数の電極が螺旋状に且つ互いに平行と
なるように配設されると共に、これに周方向に隣接して
前記受信電極が軸と平行の帯状をなして配設され、前記
円筒体の外表面に前記結合電極が前記複数の電極と同じ
リード角をもつ螺旋状に配設され、前記半円筒体と円筒
体は軸の回り又は軸方向のいずれかについてのみ相対変
位可能に保持されて、その変位が前記測定回路により測
定されるように構成したことを特徴とする。
変位する第1のスケールと第2のスケールとを有し、前
記第1のスケールは、それぞれ位相の異なる交流信号が
印加される複数の電極からなる送信電極群と、これとは
絶縁されて配置されると共にその受信信号が測定回路に
入力される受信電極とを有し、前記第2のスケールは、
前記送信電極群の複数個と同時に容量結合すると共に前
記受信電極とも容量結合する結合電極を有する静電容量
式変位測定装置において、前記第1のスケールは半円筒
体により、前記第2のスケールはこの半円筒体に対して
外表面が半円筒体の内表面に所定ギャップをもって対向
するように同軸に配置された円筒体により構成され、前
記半円筒体の内表面に、前記送信電極群を構成する細長
い形状を有する複数の電極が螺旋状に且つ互いに平行と
なるように配設されると共に、これに周方向に隣接して
前記受信電極が軸と平行の帯状をなして配設され、前記
円筒体の外表面に前記結合電極が前記複数の電極と同じ
リード角をもつ螺旋状に配設され、前記半円筒体と円筒
体は軸の回り又は軸方向のいずれかについてのみ相対変
位可能に保持されて、その変位が前記測定回路により測
定されるように構成したことを特徴とする。
【0014】この発明は、第3に、近接配置されて相対
変位する第1のスケールと第2のスケールとを有し、前
記第1のスケールは、それぞれ位相の異なる交流信号が
印加される複数の電極からなる送信電極群と、これとは
絶縁されて配置されると共にその受信信号が測定回路に
入力される受信電極とを有し、前記第2のスケールは、
前記送信電極群の複数個と同時に容量結合すると共に前
記受信電極とも容量結合する結合電極を有する静電容量
式変位測定装置において、前記第1のスケールは半円筒
体により、前記第2のスケールはこの半円筒体に対して
外表面が半円筒体の内表面に所定ギャップをもって対向
するように同軸に配置された円筒体により構成され、前
記半円筒体の内表面に、細長い形状を有する複数の電極
が螺旋状に且つ互いに平行となるようにパターン形成さ
れた第1の送信電極群、及びこれと軸方向に所定距離を
おいて細長い形状を有する複数の電極が第1の送信電極
群とは逆回りの螺旋状に且つ互いに平行となるようにパ
ターン形成された第2の送信電極群が配設されると共
に、これら第1及び第2の送信電極群に軸方向に隣接し
て前記受信電極が周方向にリング帯状をなして配設さ
れ、前記円筒体の外表面に、前記第1及び第2の送信電
極群とそれぞれ対向するように、前記第1及び第2の送
信電極群と同じリード角を持つ螺旋状にパターン形成さ
れた第1及び第2の結合電極が配設され、前記半円筒体
と円筒体は軸の回りについてのみ相対回転可能に保持さ
れて、その変位が前記測定回路により測定されるように
構成したことを特徴とする。
変位する第1のスケールと第2のスケールとを有し、前
記第1のスケールは、それぞれ位相の異なる交流信号が
印加される複数の電極からなる送信電極群と、これとは
絶縁されて配置されると共にその受信信号が測定回路に
入力される受信電極とを有し、前記第2のスケールは、
前記送信電極群の複数個と同時に容量結合すると共に前
記受信電極とも容量結合する結合電極を有する静電容量
式変位測定装置において、前記第1のスケールは半円筒
体により、前記第2のスケールはこの半円筒体に対して
外表面が半円筒体の内表面に所定ギャップをもって対向
するように同軸に配置された円筒体により構成され、前
記半円筒体の内表面に、細長い形状を有する複数の電極
が螺旋状に且つ互いに平行となるようにパターン形成さ
れた第1の送信電極群、及びこれと軸方向に所定距離を
おいて細長い形状を有する複数の電極が第1の送信電極
群とは逆回りの螺旋状に且つ互いに平行となるようにパ
ターン形成された第2の送信電極群が配設されると共
に、これら第1及び第2の送信電極群に軸方向に隣接し
て前記受信電極が周方向にリング帯状をなして配設さ
れ、前記円筒体の外表面に、前記第1及び第2の送信電
極群とそれぞれ対向するように、前記第1及び第2の送
信電極群と同じリード角を持つ螺旋状にパターン形成さ
れた第1及び第2の結合電極が配設され、前記半円筒体
と円筒体は軸の回りについてのみ相対回転可能に保持さ
れて、その変位が前記測定回路により測定されるように
構成したことを特徴とする。
【0015】第3の発明において、(a)前記受信電極
は例えば、前記第1及び第2の送信電極群の間に配置さ
れ、前記第1及び第2の結合電極は、それらの螺旋状パ
ターンの端部を連結する電極部として、前記受信電極と
対向する部分に前記受信電極と対応して周方向にリング
帯状をなす電極部を有するものとする。或いはまた、
(b)前記受信電極は、前記第1の送信電極群に対応し
て第2の送信電極群とは反対側に周方向にリング帯状を
なして配設された第1の受信電極と、前記第2の送信電
極群に対応して前記第1の送信電極群とは反対側に周方
向にリング帯状をなして配設された第2の受信電極とを
有し、前記第1及び第2の結合電極は互い分離されて、
且つそれぞれ前記第1及び第2の受信電極対向する部分
に受信電極と対応して周方向にリング帯状をなす電極部
を有するものとする。
は例えば、前記第1及び第2の送信電極群の間に配置さ
れ、前記第1及び第2の結合電極は、それらの螺旋状パ
ターンの端部を連結する電極部として、前記受信電極と
対向する部分に前記受信電極と対応して周方向にリング
帯状をなす電極部を有するものとする。或いはまた、
(b)前記受信電極は、前記第1の送信電極群に対応し
て第2の送信電極群とは反対側に周方向にリング帯状を
なして配設された第1の受信電極と、前記第2の送信電
極群に対応して前記第1の送信電極群とは反対側に周方
向にリング帯状をなして配設された第2の受信電極とを
有し、前記第1及び第2の結合電極は互い分離されて、
且つそれぞれ前記第1及び第2の受信電極対向する部分
に受信電極と対応して周方向にリング帯状をなす電極部
を有するものとする。
【0016】
【作用】この発明によれば、それぞれ駆動回路及び測定
回路との接続が必要な送信電極群及び受信電極が形成さ
れた第1のスケール側を半円筒体又は平坦基板とし、第
2スケール側を円筒体としている。従って、第1のスケ
ールを第2のスケールと同様に円筒体とした場合と異な
り、開放部があるために、電極パターンの形成は容易で
あり、またそれらの電極配線の引き出しや組立も容易で
ある。例えば、電極パターンとそのリード配線をFPC
基板に一体形成して半円筒体内壁に貼り付けることによ
り、リード配線を含めて電極パターンを簡単に形成する
ことができる。
回路との接続が必要な送信電極群及び受信電極が形成さ
れた第1のスケール側を半円筒体又は平坦基板とし、第
2スケール側を円筒体としている。従って、第1のスケ
ールを第2のスケールと同様に円筒体とした場合と異な
り、開放部があるために、電極パターンの形成は容易で
あり、またそれらの電極配線の引き出しや組立も容易で
ある。例えば、電極パターンとそのリード配線をFPC
基板に一体形成して半円筒体内壁に貼り付けることによ
り、リード配線を含めて電極パターンを簡単に形成する
ことができる。
【0017】この発明においてはまた、一方のスケール
に半円筒体又は平坦基板を用いるために完全円筒体と異
なり側面に開放部がある。従ってこれに電極パターンの
みを形成した場合にも、外部からリード線を接続する作
業は簡単である。また、スケールの組立作業も簡単にな
る。
に半円筒体又は平坦基板を用いるために完全円筒体と異
なり側面に開放部がある。従ってこれに電極パターンの
みを形成した場合にも、外部からリード線を接続する作
業は簡単である。また、スケールの組立作業も簡単にな
る。
【0018】この発明によると、半円筒体の送信電極群
を軸方向に細長い電極パターンあるいは螺旋状パターン
をもって配設し、円筒体をロータ、半円筒体をステータ
として、回転変位量を測定する変位センサが得られる。
特に電極パターンを螺旋状とすれば、ロータとステータ
の軸位置がずれても、平均的ギャップはほぼ一定にな
り、同心度の精度が悪くても測定精度に大きな影響を与
えることがない。更に、互いに逆向きの螺旋状パターン
の電極を2組ずつ、それぞれロータとステータに設けた
構成とすれば、軸方向のズレの影響を相殺して、高精度
の回転変位測定が可能になる。またこの発明において
は、円筒体の結合電極を軸方向に繰り返し所定ピッチで
配設して、この円筒体を軸方向に変位させるようにすれ
ば、直線変位量の測定装置が得られる。
を軸方向に細長い電極パターンあるいは螺旋状パターン
をもって配設し、円筒体をロータ、半円筒体をステータ
として、回転変位量を測定する変位センサが得られる。
特に電極パターンを螺旋状とすれば、ロータとステータ
の軸位置がずれても、平均的ギャップはほぼ一定にな
り、同心度の精度が悪くても測定精度に大きな影響を与
えることがない。更に、互いに逆向きの螺旋状パターン
の電極を2組ずつ、それぞれロータとステータに設けた
構成とすれば、軸方向のズレの影響を相殺して、高精度
の回転変位測定が可能になる。またこの発明において
は、円筒体の結合電極を軸方向に繰り返し所定ピッチで
配設して、この円筒体を軸方向に変位させるようにすれ
ば、直線変位量の測定装置が得られる。
【0019】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図1は、この発明の一実施例に係る静電容量
式変位センサの構成を示す。図1(a)は半円筒体11
と円筒体12の組立斜視図、同図(b)は側面図であ
り、同図(c)(d)はそれぞれ、半円筒体11及び円
筒体12の展開図である。半円筒体11は固定であり、
円筒体12は半円筒体11に対して同軸に且つ半円筒体
11に対して所定ギャップ(0.1〜0.2mm)をも
って相対変位できるように配置される。
説明する。図1は、この発明の一実施例に係る静電容量
式変位センサの構成を示す。図1(a)は半円筒体11
と円筒体12の組立斜視図、同図(b)は側面図であ
り、同図(c)(d)はそれぞれ、半円筒体11及び円
筒体12の展開図である。半円筒体11は固定であり、
円筒体12は半円筒体11に対して同軸に且つ半円筒体
11に対して所定ギャップ(0.1〜0.2mm)をも
って相対変位できるように配置される。
【0020】半円筒体11にはその内壁に、図1(c)
に示すように、送信電極群13と、これとは絶縁された
受信電極14とが形成されている。送信電極群13は、
この例では8個の電極群の1ユニットであり、半円筒体
11の一端側から所定の距離にわたって軸方向に細長
く、且つ軸と平行に等間隔で配設されている。これらの
送信電極群13は、それぞれ45°ずつ位相のずれた交
流電圧が印加されるものである。受信電極14は、半円
筒体11の他端側の内壁に周方向に半リング帯状に配設
されている。
に示すように、送信電極群13と、これとは絶縁された
受信電極14とが形成されている。送信電極群13は、
この例では8個の電極群の1ユニットであり、半円筒体
11の一端側から所定の距離にわたって軸方向に細長
く、且つ軸と平行に等間隔で配設されている。これらの
送信電極群13は、それぞれ45°ずつ位相のずれた交
流電圧が印加されるものである。受信電極14は、半円
筒体11の他端側の内壁に周方向に半リング帯状に配設
されている。
【0021】送信電極群13と受信電極14は、この例
では破線で示すFPC基板17にパターン形成されたも
ので、FPC基板17にはこれらの電極パターンと同時
に、それらのリード配線15,16も一体形成されて、
半円筒体11の内壁に貼り付けられている。リード配線
15,16は、半円筒体11の両端から引き出された状
態になる。
では破線で示すFPC基板17にパターン形成されたも
ので、FPC基板17にはこれらの電極パターンと同時
に、それらのリード配線15,16も一体形成されて、
半円筒体11の内壁に貼り付けられている。リード配線
15,16は、半円筒体11の両端から引き出された状
態になる。
【0022】円筒体12はその外表面に、図1(d)に
示すように、結合電極18と接地電極19とが形成され
ている。結合電極18は、第1の半円筒体11側の送信
電極群13のうち4個分と対向し、同時に受信電極14
と対向してこれらに容量結合するように、周方向に8本
の送信電極群13の幅と同じピッチをもって2個形成さ
れている。この結合電極18は、送信電極群13からの
容量結合による信号を受信して、受信電極14に容量結
合により転送するためのものである。これらの電極も、
FPC基板に形成されて円筒体12の外周に貼り付けら
れる。なお接地電極19は省略することができる。
示すように、結合電極18と接地電極19とが形成され
ている。結合電極18は、第1の半円筒体11側の送信
電極群13のうち4個分と対向し、同時に受信電極14
と対向してこれらに容量結合するように、周方向に8本
の送信電極群13の幅と同じピッチをもって2個形成さ
れている。この結合電極18は、送信電極群13からの
容量結合による信号を受信して、受信電極14に容量結
合により転送するためのものである。これらの電極も、
FPC基板に形成されて円筒体12の外周に貼り付けら
れる。なお接地電極19は省略することができる。
【0023】この実施例の変位センサを回転変位センサ
として用いた場合、半円筒体11はステータとなり、円
筒体12は軸方向移動が阻止されたロータとなって、こ
れが例えば回転変位を測定すべきスピンドル等に取り付
けられて、図1(a)に矢印で示すように回転する。こ
のとき、各電極の配置は、従来の図15に示す電極配置
と等価となり、ロータの半周πrが図15に示す送信波
長ピッチWt1となり、且つ受信電極ピッチPr2とな
る。従って、ロータの半周πrを8分割した以上の精度
で回転変位を測定することができることになる。
として用いた場合、半円筒体11はステータとなり、円
筒体12は軸方向移動が阻止されたロータとなって、こ
れが例えば回転変位を測定すべきスピンドル等に取り付
けられて、図1(a)に矢印で示すように回転する。こ
のとき、各電極の配置は、従来の図15に示す電極配置
と等価となり、ロータの半周πrが図15に示す送信波
長ピッチWt1となり、且つ受信電極ピッチPr2とな
る。従って、ロータの半周πrを8分割した以上の精度
で回転変位を測定することができることになる。
【0024】図2は、図1の円筒型変位センサを駆動し
信号を処理する測定回路部の一般的な構成をできるだけ
簡略化して示している。この回路は、所定のクロックパ
ルスを出力する発振器21と、そのクロックパルスに同
期して各第1送信電極13にそれぞれ45°ずつ位相の
異なる8相の交流信号を印加するパルス変調回路22を
含む。
信号を処理する測定回路部の一般的な構成をできるだけ
簡略化して示している。この回路は、所定のクロックパ
ルスを出力する発振器21と、そのクロックパルスに同
期して各第1送信電極13にそれぞれ45°ずつ位相の
異なる8相の交流信号を印加するパルス変調回路22を
含む。
【0025】スケールの相対的な回転により変化する第
1受信電極14の出力信号は、積分回路23を介して位
相比較器24に入力される。位相比較器24は、この入
力信号の位相と基準となる位相を比較し、スケール間の
相対的回転変位量を基準位相に対する入力信号の位相ズ
レとして検出し、この検出信号を計数回路25に入力す
る。計数回路25は、この様にして入力された検出信号
に基づき、発振器21から出力されるクロックパルスを
カウントして、表示器26上に前記相対回転変位量をデ
ィジタル表示する。
1受信電極14の出力信号は、積分回路23を介して位
相比較器24に入力される。位相比較器24は、この入
力信号の位相と基準となる位相を比較し、スケール間の
相対的回転変位量を基準位相に対する入力信号の位相ズ
レとして検出し、この検出信号を計数回路25に入力す
る。計数回路25は、この様にして入力された検出信号
に基づき、発振器21から出力されるクロックパルスを
カウントして、表示器26上に前記相対回転変位量をデ
ィジタル表示する。
【0026】この実施例によれば、ステータ側が半円筒
体であるため、その内壁への電極パターンやそのリード
配線が、上述のようにFPC基板を用いて非常に簡単に
形成できる。FPC基板を用いなくても、開放部がある
ために、電極パターンをレーザ加工等により容易に形成
することができる。その電極パターンに対する半田付け
や熱圧着等を利用したリード配線接続の作業も容易であ
る。
体であるため、その内壁への電極パターンやそのリード
配線が、上述のようにFPC基板を用いて非常に簡単に
形成できる。FPC基板を用いなくても、開放部がある
ために、電極パターンをレーザ加工等により容易に形成
することができる。その電極パターンに対する半田付け
や熱圧着等を利用したリード配線接続の作業も容易であ
る。
【0027】図3(a)(b)は、別の実施例の変位セ
ンサにおける図1(c)(d)に対応する電極パターン
の展開図である。図3(a)に示すように、半円筒体1
1側の送信電極群13は、螺旋状パターンとしている。
これに対応して、円筒体12側の結合電極18も、図3
(b)に示すように、同じリード角をもつ螺旋状パター
ンとしている。なお結合電極18のうち、半円筒体11
側の受信電極14と対向する部分は、受信電極14のパ
ターンに対応してリング帯状としている。
ンサにおける図1(c)(d)に対応する電極パターン
の展開図である。図3(a)に示すように、半円筒体1
1側の送信電極群13は、螺旋状パターンとしている。
これに対応して、円筒体12側の結合電極18も、図3
(b)に示すように、同じリード角をもつ螺旋状パター
ンとしている。なお結合電極18のうち、半円筒体11
側の受信電極14と対向する部分は、受信電極14のパ
ターンに対応してリング帯状としている。
【0028】この実施例においても先の実施例と同様
に、電極パターン及びリード配線をFPC基板により一
体形成することができる。このとき送信電極11のリー
ド配線17、受信電極14のリード配線16は、図3
(c)に斜視図で示したように、半円筒体11の端面で
はなく、側面開放部から引き出される形になる。
に、電極パターン及びリード配線をFPC基板により一
体形成することができる。このとき送信電極11のリー
ド配線17、受信電極14のリード配線16は、図3
(c)に斜視図で示したように、半円筒体11の端面で
はなく、側面開放部から引き出される形になる。
【0029】この実施例によると、螺旋状電極パターン
を用いているために、ステータとしての半円筒体11と
ロータとしての円筒体12の同心度に多少のズレがあっ
ても、信号強度が周方向で平均化されて、取り付け精度
の影響が低減される。また、リード配線が先の実施例と
異なり、軸に直交する方向に引き出されるから、円筒体
12上の結合電極18とリード配線との無用な相互干渉
が回避される。
を用いているために、ステータとしての半円筒体11と
ロータとしての円筒体12の同心度に多少のズレがあっ
ても、信号強度が周方向で平均化されて、取り付け精度
の影響が低減される。また、リード配線が先の実施例と
異なり、軸に直交する方向に引き出されるから、円筒体
12上の結合電極18とリード配線との無用な相互干渉
が回避される。
【0030】図4(a)(b)は、図3(a)(b)の
変形例である。この実施例では、半円筒体11側の受信
電極14が、軸方向に細長い帯状パターンとして配設さ
れている。このような電極パターンとすると、送信電極
群13の個々の電極と結合電極18との間隙、及び結合
電極18と受信電極14との間の間隙のばらつきが平均
化される効果的が得られる。
変形例である。この実施例では、半円筒体11側の受信
電極14が、軸方向に細長い帯状パターンとして配設さ
れている。このような電極パターンとすると、送信電極
群13の個々の電極と結合電極18との間隙、及び結合
電極18と受信電極14との間の間隙のばらつきが平均
化される効果的が得られる。
【0031】図5は、この発明の別の実施例に係る変位
センサの電極パターンを図3(a)(b)に対応させて
示す。円筒体12側の結合電極18は、先の各実施例の
ものが10分割された形で、10電極が螺旋状に配設さ
れている。半円筒体11側の8個の送信電極群13は、
図3と同じパターンであるが、供給される駆動信号の位
相関係が図3とは異なり、順次135°ずつずれた8相
の駆動信号が供給される。
センサの電極パターンを図3(a)(b)に対応させて
示す。円筒体12側の結合電極18は、先の各実施例の
ものが10分割された形で、10電極が螺旋状に配設さ
れている。半円筒体11側の8個の送信電極群13は、
図3と同じパターンであるが、供給される駆動信号の位
相関係が図3とは異なり、順次135°ずつずれた8相
の駆動信号が供給される。
【0032】従ってこの実施例の場合、円筒体12が1
/10回転、即ち36°回転して、位相が360°変化
する。言い換えれば、1回転で位相が10周期変化す
る。なおこの実施例の方式の原理及び具体的な測定回路
は、特公平4−67882号に詳説されている。図6
は、図5の実施例に使用される測定回路の一例を図2よ
り多少詳しく示し、図7は図6における信号波形及び各
信号間の関係を時間軸を横軸として説明するための略図
である。
/10回転、即ち36°回転して、位相が360°変化
する。言い換えれば、1回転で位相が10周期変化す
る。なおこの実施例の方式の原理及び具体的な測定回路
は、特公平4−67882号に詳説されている。図6
は、図5の実施例に使用される測定回路の一例を図2よ
り多少詳しく示し、図7は図6における信号波形及び各
信号間の関係を時間軸を横軸として説明するための略図
である。
【0033】図6において、図5の円筒型変位センサは
ブロック100で示され、その第1の送信電極群の各電
極には、位相の異なる複数の交流信号が供給される。こ
の交流信号の発生源としては、100乃至200kHz
程度の周波数の交流信号を発生する発振器400の出力
f0が用いられる。発振器400の出力f0は、分周器
600で分周された後、位相変換器340にてそれぞれ
135°の位相差を有する交流信号に変換され、更に変
調器620において発振器400の出力f0で変調され
て、図7に示すような8種の信号200−1〜200−
8が第1の送信電極群の各電極に供給される。
ブロック100で示され、その第1の送信電極群の各電
極には、位相の異なる複数の交流信号が供給される。こ
の交流信号の発生源としては、100乃至200kHz
程度の周波数の交流信号を発生する発振器400の出力
f0が用いられる。発振器400の出力f0は、分周器
600で分周された後、位相変換器340にてそれぞれ
135°の位相差を有する交流信号に変換され、更に変
調器620において発振器400の出力f0で変調され
て、図7に示すような8種の信号200−1〜200−
8が第1の送信電極群の各電極に供給される。
【0034】円筒型変位センサ100においては、供給
された交流信号202を第1のスケール及び第2のスケ
ールの移動距離に対応した信号レベルに変換して、第1
の受信電極から電気信号を出力する。この出力は差動ア
ンプ640により増幅されて信号204として出力され
る。図7に示すようにその包絡線は正弦波曲線を描く。
この差動アンプ640の出力204は更に、発振器40
0の出力f0を同期信号とする復調器660により復調
される。この復調出力206の位相を、両スケールが基
準位置にあるときに発生する基準信号300と比較する
ことにより、φなる位相差が求められる。この位相差φ
は、両スケールの相対位置により定まる。
された交流信号202を第1のスケール及び第2のスケ
ールの移動距離に対応した信号レベルに変換して、第1
の受信電極から電気信号を出力する。この出力は差動ア
ンプ640により増幅されて信号204として出力され
る。図7に示すようにその包絡線は正弦波曲線を描く。
この差動アンプ640の出力204は更に、発振器40
0の出力f0を同期信号とする復調器660により復調
される。この復調出力206の位相を、両スケールが基
準位置にあるときに発生する基準信号300と比較する
ことにより、φなる位相差が求められる。この位相差φ
は、両スケールの相対位置により定まる。
【0035】復調器660の出力206は、図示のよう
に高周波成分を含んでいるから、この高周波成分をフィ
ルタ680にて除去し、高周波成分が除去された信号2
08を得る。この信号208は更にゼロクロス回路70
0に入力されて、波形のゼロクロス位置が検出される。
実施例では、前記位相差φをディジタル演算する手段と
して、カウンタ720が用いられる。
に高周波成分を含んでいるから、この高周波成分をフィ
ルタ680にて除去し、高周波成分が除去された信号2
08を得る。この信号208は更にゼロクロス回路70
0に入力されて、波形のゼロクロス位置が検出される。
実施例では、前記位相差φをディジタル演算する手段と
して、カウンタ720が用いられる。
【0036】カウンタ720のリセット/スタート信号
は、変調器620、復調器660のトリガ信号と制御ユ
ニット800に同期制御されており、測定回路による測
定開始を基準信号のトリガとして用いて、この時点から
カウンタ720の計数動作が開始される。カウンタ72
0の計数タイミングは、発振器400の出力f0にて制
御される。カウンタ720の計数ストップは、前記ゼロ
クロス回路700からの信号により制御され、図7中の
位相差φの位置でゼロクロス回路700がストップ信号
を出力し、この時点でカウンタ720の計数動作が終了
する。
は、変調器620、復調器660のトリガ信号と制御ユ
ニット800に同期制御されており、測定回路による測
定開始を基準信号のトリガとして用いて、この時点から
カウンタ720の計数動作が開始される。カウンタ72
0の計数タイミングは、発振器400の出力f0にて制
御される。カウンタ720の計数ストップは、前記ゼロ
クロス回路700からの信号により制御され、図7中の
位相差φの位置でゼロクロス回路700がストップ信号
を出力し、この時点でカウンタ720の計数動作が終了
する。
【0037】カウンタ720の計数値は、変位センサ1
00によって基準信号300がシフトされた位相差を示
すことになり、この位相差φに対応した計数値は演算ユ
ニット740によって位置信号への変換演算がなされ
る。この変換された出力は、表示ドライバ760を介し
て表示器780に送られ、測定値のディジタル表示が行
われる。
00によって基準信号300がシフトされた位相差を示
すことになり、この位相差φに対応した計数値は演算ユ
ニット740によって位置信号への変換演算がなされ
る。この変換された出力は、表示ドライバ760を介し
て表示器780に送られ、測定値のディジタル表示が行
われる。
【0038】図8は、図3の実施例を変形した他の実施
例に係る変位センサの電極パターンを図3に対応させて
示す。この実施例では、半円筒体11の軸方向に、A
部,B部として、送信電極群13と受信電極14とが、
2組配設される。受信電極14は2組の共有であって、
A部とB部とでは、電極の螺旋状パターンは互いに逆パ
ターンとなっている。2組の送信電極群13は、それぞ
れ対応する電極同士が共通に駆動回路により駆動される
ようにする。半円筒体11の電極パターンに対応させ
て、円筒体12側でも、2組の結合電極18が軸方向に
互いに逆の螺旋パターンをもって形成されている。
例に係る変位センサの電極パターンを図3に対応させて
示す。この実施例では、半円筒体11の軸方向に、A
部,B部として、送信電極群13と受信電極14とが、
2組配設される。受信電極14は2組の共有であって、
A部とB部とでは、電極の螺旋状パターンは互いに逆パ
ターンとなっている。2組の送信電極群13は、それぞ
れ対応する電極同士が共通に駆動回路により駆動される
ようにする。半円筒体11の電極パターンに対応させ
て、円筒体12側でも、2組の結合電極18が軸方向に
互いに逆の螺旋パターンをもって形成されている。
【0039】このような構成とすれば、円筒体12の回
転によるA部,B部の位相は同方向に変化する。一方、
円筒体12の軸方向変動に対しては、それがある範囲内
であれば、A部,B部の位相変化が互いに逆方向となっ
て出力信号上では相殺される。以上により、軸方向の変
動の影響を低減して回転変位を測定することができる。
転によるA部,B部の位相は同方向に変化する。一方、
円筒体12の軸方向変動に対しては、それがある範囲内
であれば、A部,B部の位相変化が互いに逆方向となっ
て出力信号上では相殺される。以上により、軸方向の変
動の影響を低減して回転変位を測定することができる。
【0040】図8の実施例において、軸変動による影響
を打ち消す効果は、A部とB部の信号強度が等しい程大
きいが、A部とB部の信号強度のばらつきに対する許容
度をより大きくする方式も考えられる。図9は、その様
な方式を採用した実施例を、図7の実施例に対応させて
示している。この実施例では、円筒体12側の結合電極
18を、分離帯Cで示すように、A部とB部とで分離し
ている点で図8と異なる。更にこの結合電極18の分離
に伴い、半円筒体11側のA部とB部の受信電極14は
別々に配置して、それらの出力信号は別々に取り出して
信号処理する。
を打ち消す効果は、A部とB部の信号強度が等しい程大
きいが、A部とB部の信号強度のばらつきに対する許容
度をより大きくする方式も考えられる。図9は、その様
な方式を採用した実施例を、図7の実施例に対応させて
示している。この実施例では、円筒体12側の結合電極
18を、分離帯Cで示すように、A部とB部とで分離し
ている点で図8と異なる。更にこの結合電極18の分離
に伴い、半円筒体11側のA部とB部の受信電極14は
別々に配置して、それらの出力信号は別々に取り出して
信号処理する。
【0041】このとき測定回路は、図10のようにな
る。図2と異なり、変位センサ20のA部出力とB部出
力をそれぞれ積分器23a,23bで積分し、位相比較
器24a,24bで位相比較を行う。計数回路25では
各位相比較器24a,24bからの検出信号に基づいて
発振器21のクロックを計数して変位を求めるが、この
ときA部出力値とB部出力値について、(A+B)/2
なる平均値を求める計算を行う。これにより、軸方向の
変動の影響をより低減した回転変位測定が可能になる。
る。図2と異なり、変位センサ20のA部出力とB部出
力をそれぞれ積分器23a,23bで積分し、位相比較
器24a,24bで位相比較を行う。計数回路25では
各位相比較器24a,24bからの検出信号に基づいて
発振器21のクロックを計数して変位を求めるが、この
ときA部出力値とB部出力値について、(A+B)/2
なる平均値を求める計算を行う。これにより、軸方向の
変動の影響をより低減した回転変位測定が可能になる。
【0042】図11は、この発明を直線変位測定に適用
した実施例の変位センサを示している。半円筒体11と
これに同軸に配置される円筒体12を有することは、回
転変位センサの場合と同様であるが、円筒体12は、半
円筒体11に比べて長く、これが図11(a)に矢印で
示したように軸方向にのみ変位する。
した実施例の変位センサを示している。半円筒体11と
これに同軸に配置される円筒体12を有することは、回
転変位センサの場合と同様であるが、円筒体12は、半
円筒体11に比べて長く、これが図11(a)に矢印で
示したように軸方向にのみ変位する。
【0043】半円筒体11は、図11(c)に展開図を
示したように、8個の第1の送信電極群13と、受信電
極14とが内壁に形成されている。送信電極群13は螺
旋状パターンをなして配設されている。この実施例で
は、送信電極群13は駆動信号の1波長ピッチWt1分
の1ユニットのみ示しているが、複数ユニット配置する
こともできる。そしてこの送信電極群13の端部に、軸
方向に細長い受信電極14が配設されている。
示したように、8個の第1の送信電極群13と、受信電
極14とが内壁に形成されている。送信電極群13は螺
旋状パターンをなして配設されている。この実施例で
は、送信電極群13は駆動信号の1波長ピッチWt1分
の1ユニットのみ示しているが、複数ユニット配置する
こともできる。そしてこの送信電極群13の端部に、軸
方向に細長い受信電極14が配設されている。
【0044】円筒体12は、図11(b)に示すよう
に、送信電極群13と同じリード角の螺旋状パターンを
なす結合電極18が、軸方向にピッチPr2=Wt1で
繰り返し配設されている。結合電極18は、半円筒体1
1側の送信電極群13の内4個と対向して容量結合す
る。なお結合電極18を一本の帯で円筒体12の外周部
を連続して巻回するパターンとして配設しても良い。
に、送信電極群13と同じリード角の螺旋状パターンを
なす結合電極18が、軸方向にピッチPr2=Wt1で
繰り返し配設されている。結合電極18は、半円筒体1
1側の送信電極群13の内4個と対向して容量結合す
る。なお結合電極18を一本の帯で円筒体12の外周部
を連続して巻回するパターンとして配設しても良い。
【0045】以上のセンサ構成原理は、スケール構造が
異なるのみで従来の図15と基本的に同じである。従っ
て先の実施例と同様の駆動回路及び測定回路を用いて、
円筒体12の半円筒体11に対する軸方向の直線変位を
測定することができる。
異なるのみで従来の図15と基本的に同じである。従っ
て先の実施例と同様の駆動回路及び測定回路を用いて、
円筒体12の半円筒体11に対する軸方向の直線変位を
測定することができる。
【0046】図12は、以上の実施例で説明した各変位
センサを用いた具体的な小型測定器の組立構造例を示
す。ステータとしての半円筒体11は、測定器の本体モ
ジュール32と一体に例えば射出成形による樹脂成形品
として形成される。モジュール32には、LSI33、
LCD34、回路スイッチ35,36、その他必要な部
品等が取り付けられる。半円筒体11には例えば、図3
の実施例で説明したと同様の方法で電極パターン及びリ
ード配線を一体形成したFPC基板が貼り付けられて、
そのリード配線がLSI33と接続される。あるいは樹
脂成形品に直接電極パターンを形成する方法がある。
センサを用いた具体的な小型測定器の組立構造例を示
す。ステータとしての半円筒体11は、測定器の本体モ
ジュール32と一体に例えば射出成形による樹脂成形品
として形成される。モジュール32には、LSI33、
LCD34、回路スイッチ35,36、その他必要な部
品等が取り付けられる。半円筒体11には例えば、図3
の実施例で説明したと同様の方法で電極パターン及びリ
ード配線を一体形成したFPC基板が貼り付けられて、
そのリード配線がLSI33と接続される。あるいは樹
脂成形品に直接電極パターンを形成する方法がある。
【0047】そして、図示しない被測定機器のスピンド
ルにロータとしての円筒体12を位置合わせブッシュ3
1を用いて取り付けた後、これにモジュール32を取り
付け、蓋体37を被せて電池38を装着する。このよう
にして小型の変位測定器を被測定機器に簡単に取り付け
組立ることができる。
ルにロータとしての円筒体12を位置合わせブッシュ3
1を用いて取り付けた後、これにモジュール32を取り
付け、蓋体37を被せて電池38を装着する。このよう
にして小型の変位測定器を被測定機器に簡単に取り付け
組立ることができる。
【0048】なおこの発明において、半円筒体は、必ず
しも円筒体に対して正確に1/2周するものである必要
はない。例えば図13(a)に示すように、1/2周よ
り小さい半円筒体11を用いることもできる。図13
(b)に示すように、1/2周より大きい半円筒体11
を用いることもできる。図12(b)の場合、円筒体1
2は、半円筒体11の側面開放部から挿入することはで
きず、軸方向端部から挿入することになるが、側面開放
部があることによって、FPC基板等を用いた電極パタ
ーンの形成やリード配線の取り出しは完全円筒体の場合
に比べて簡単になり、十分な効果が期待できる。
しも円筒体に対して正確に1/2周するものである必要
はない。例えば図13(a)に示すように、1/2周よ
り小さい半円筒体11を用いることもできる。図13
(b)に示すように、1/2周より大きい半円筒体11
を用いることもできる。図12(b)の場合、円筒体1
2は、半円筒体11の側面開放部から挿入することはで
きず、軸方向端部から挿入することになるが、側面開放
部があることによって、FPC基板等を用いた電極パタ
ーンの形成やリード配線の取り出しは完全円筒体の場合
に比べて簡単になり、十分な効果が期待できる。
【0049】図14(a)(b)は、ステータ部を完全
に平坦なプレート面に形成した実施例である。平坦基板
40に、例えば図3の実施例と同様の電極パターンの送
信電極群13及び受信電極14をもつステータ部41
が、スパッタやエッチング等により形成される。この基
板40には更に、ステータ部41から連続するリード配
線も同時にスパッタやエッチング等により連続的に形成
される。
に平坦なプレート面に形成した実施例である。平坦基板
40に、例えば図3の実施例と同様の電極パターンの送
信電極群13及び受信電極14をもつステータ部41
が、スパッタやエッチング等により形成される。この基
板40には更に、ステータ部41から連続するリード配
線も同時にスパッタやエッチング等により連続的に形成
される。
【0050】基板40には、LSI43、LCD44も
搭載され、この基板40上でLSI43とLCD44の
間、及びリード配線17,16との間の電気的接続がな
される。そしてこの基板40のステータ部41に対向さ
せて、ロータとしての円筒体12が図14(a)に示す
ように配置される。円筒体12には図3の実施例と同様
の結合電極が形成されている。
搭載され、この基板40上でLSI43とLCD44の
間、及びリード配線17,16との間の電気的接続がな
される。そしてこの基板40のステータ部41に対向さ
せて、ロータとしての円筒体12が図14(a)に示す
ように配置される。円筒体12には図3の実施例と同様
の結合電極が形成されている。
【0051】この実施例によると、ステータ部にFPC
基板等を用いる必要がなく、スパッタや蒸着,エッチン
グを利用した従来の変位センサと同様の技術でステータ
部を形成することが可能になり、従ってコスト低減が図
れる。組立も容易である。この方式は、図11で説明し
た直線変位測定用のセンサにも同様に適用することがで
きる。
基板等を用いる必要がなく、スパッタや蒸着,エッチン
グを利用した従来の変位センサと同様の技術でステータ
部を形成することが可能になり、従ってコスト低減が図
れる。組立も容易である。この方式は、図11で説明し
た直線変位測定用のセンサにも同様に適用することがで
きる。
【0052】また本発明の装置は、以上の実施例に説明
した装置に限定されるものではなく、例えば、半円筒体
をロータとし、円筒体をステータとして用いることも可
能である。この場合には、測定回路に接続される送信電
極群と受信電極をステータである円筒体の外周面に配設
し、結合電極群をロータである半円筒体の内壁面に配設
することが好ましい。更に円筒体としては、文字どおり
中空状に形成されたものに限定されるものではなく、円
柱状部材の外周部に電極を形成加工したものでも差し支
えない。
した装置に限定されるものではなく、例えば、半円筒体
をロータとし、円筒体をステータとして用いることも可
能である。この場合には、測定回路に接続される送信電
極群と受信電極をステータである円筒体の外周面に配設
し、結合電極群をロータである半円筒体の内壁面に配設
することが好ましい。更に円筒体としては、文字どおり
中空状に形成されたものに限定されるものではなく、円
柱状部材の外周部に電極を形成加工したものでも差し支
えない。
【0053】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、変
位センサを構成する二つのスケールのうち一方に半円筒
体又は平坦基板を用いるため、電極パターンとそのリー
ド配線を例えばFPC基板で一体形成したものを簡単に
取り付けることができる。FPCを用いずに電極パター
ンを形成した場合にも、完全円筒体と異なり開放部があ
るから、外部からリード線を接続する作業は簡単にな
る。また、スケールの組立作業も簡単になる。またこの
発明によると、半円筒体の送信電極群を軸方向に細長い
電極パターンあるいは螺旋状パターンをもって配設し、
円筒体をロータ、半円筒体をステータとして、回転変位
量を測定する変位センサが得られる。特に電極パターン
を螺旋状とすれば、ロータとステータの軸位置がずれて
も、その影響を打ち消して高い測定精度を得ることがで
きる。更にこの発明によれば、円筒体の結合電極を軸方
向に繰り返し所定ピッチで配設し、この円筒体を軸方向
に変位させるようにして、直線変位量の測定装置が得ら
れる。
位センサを構成する二つのスケールのうち一方に半円筒
体又は平坦基板を用いるため、電極パターンとそのリー
ド配線を例えばFPC基板で一体形成したものを簡単に
取り付けることができる。FPCを用いずに電極パター
ンを形成した場合にも、完全円筒体と異なり開放部があ
るから、外部からリード線を接続する作業は簡単にな
る。また、スケールの組立作業も簡単になる。またこの
発明によると、半円筒体の送信電極群を軸方向に細長い
電極パターンあるいは螺旋状パターンをもって配設し、
円筒体をロータ、半円筒体をステータとして、回転変位
量を測定する変位センサが得られる。特に電極パターン
を螺旋状とすれば、ロータとステータの軸位置がずれて
も、その影響を打ち消して高い測定精度を得ることがで
きる。更にこの発明によれば、円筒体の結合電極を軸方
向に繰り返し所定ピッチで配設し、この円筒体を軸方向
に変位させるようにして、直線変位量の測定装置が得ら
れる。
【図1】 この発明の一実施例に係る変位センサを示
す。
す。
【図2】 同実施例の駆動回路及び測定回路構成を示
す。
す。
【図3】 他の実施例による変位センサを示す。
【図4】 他の実施例による電極パターンを示す。
【図5】 他の実施例による電極パターンを示す。
【図6】 同実施例の測定回路を示す。
【図7】 図6の回路各部の信号波形を示す。
【図8】 他の実施例による変位センサの電極パターン
を示す。
を示す。
【図9】 更に他の実施例による変位センサの電極パタ
ーンを示す。
ーンを示す。
【図10】 同実施例の測定回路を示す。
【図11】 他の実施例に係る変位センサを示す。
【図12】 変位測定器の組立構造例を示す。
【図13】 他の実施例による変位センサを示す。
【図14】 他の実施例に係る変位センサを示す。
【図15】 従来の静電容量式変位センサの構成を示
す。
す。
【図16】 従来提案されている円筒型変位センサの構
成を示す。
成を示す。
11…半円筒体、12…円筒体、13…送信電極群、1
4…受信電極、15,16…リード配線、17…FPC
基板、18…結合電極、19…接地電極。
4…受信電極、15,16…リード配線、17…FPC
基板、18…結合電極、19…接地電極。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−39616(JP,A) 特開 昭60−119401(JP,A) 特開 昭61−213605(JP,A) 特開 昭62−235504(JP,A) 特開 平3−37517(JP,A) 実開 昭48−16862(JP,U) 特公 平1−11883(JP,B2) 特公 昭48−16862(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 7/00
Claims (6)
- 【請求項1】 近接配置されて相対変位する第1のスケ
ールと第2のスケールとを有し、前記第1のスケール
は、それぞれ位相の異なる交流信号が印加される複数の
電極からなる送信電極群と、これとは絶縁されて配置さ
れると共にその受信信号が測定回路に入力される受信電
極とを有し、前記第2のスケールは、前記送信電極群の
複数個と同時に容量結合すると共に前記受信電極とも容
量結合する結合電極を有する静電容量式変位測定装置に
おいて、前記第1のスケールは半円筒体により、前記第2のスケ
ールはこの半円筒体に対して外表面が半円筒体の内表面
に所定ギャップをもって対向するように同軸に配置され
た円筒体により構成され 、前記半円筒体の内表面 に、前記送信電極群を構成する細
長い形状を有する複数の電極が螺旋状に且つ互いに平行
となるように配設されると共に、これに軸方向に隣接し
て前記受信電極が周方向にリング帯状をなして配設さ
れ、前記円筒体の外表面 に前記結合電極が前記送信電極群の
複数の電極と同じリード角をもつ螺旋状に配設され、 前記半円筒体と円筒体は軸の回り又は軸方向のいずれか
についてのみ相対変位可能に保持されて、その変位が前
記測定回路により測定されるように構成したことを特徴
とする静電容量式変位測定装置。 - 【請求項2】 前記結合電極は、その螺旋状パターンの
前記受信電極と対向する部分に前記受信電極と対応して
周方向にリング帯状をなす電極部を有することを特徴と
する請求項1記載の静電容量式変位測定装置。 - 【請求項3】 近接配置されて相対変位する第1のスケ
ールと第2のスケールとを有し、前記第1のスケール
は、それぞれ位相の異なる交流信号が印加される複数の
電極からなる送信電極群と、これとは絶縁されて配置さ
れると共にその受信信号が測定回路に入力される受信電
極とを有し、前記第2のスケールは、前記送信電極群の
複数個と同時に容量結合すると共に前記受信電極とも容
量結合する結合電極を有する静電容量式変位測定装置に
おいて、前記第1のスケールは半円筒体により、前記第2のスケ
ールはこの半円筒体に対して外表面が半円筒体の内表面
に所定ギャップをもって対向するように同軸に 配置され
た円筒体により構成され 、前記半円筒体の内表面 に、前記送信電極群を構成する細
長い形状を有する複数の電極が螺旋状に且つ互いに平行
となるように配設されると共に、これに周方向に隣接し
て前記受信電極が軸と平行の帯状をなして配設され、前記円筒体の外表面 に前記結合電極が前記複数の電極と
同じリード角をもつ螺旋状に配設され、 前記半円筒体と円筒体は軸の回り又は軸方向のいずれか
についてのみ相対変位可能に保持されて、その変位が前
記測定回路により測定されるように構成したことを特徴
とする静電容量式変位測定装置。 - 【請求項4】 近接配置されて相対変位する第1のスケ
ールと第2のスケールとを有し、前記第1のスケール
は、それぞれ位相の異なる交流信号が印加される複数の
電極からなる送信電極群と、これとは絶縁されて配置さ
れると共にその受信信号が測定回路に入力される受信電
極とを有し、前記第2のスケールは、前記送信電極群の
複数個と同時に容量結合すると共に前記受信電極とも容
量結合する結合電極を有する静電容量式変位測定装置に
おいて、前記第1のスケールは半円筒体により、前記第2のスケ
ールはこの半円筒体に対して外表面が半円筒体の内表面
に所定ギャップをもって対向するように同軸に配置され
た円筒体により構成され 、前記半円筒体の内表面に、細長い形状を有する複数の電
極が螺旋状に且つ互いに平行となるようにパターン形成
された第1の送信電極群、及びこれと軸方向に所定距離
をおいて細長い形状を有する複数の電 極が第1の送信電
極群とは逆回りの螺旋状に且つ互いに平行となるように
パターン形成された第2の送信電極群が配設されると共
に、これら第1及び第2の送信電極群に軸方向に隣接し
て前記受信電極が周方向にリング帯状をなして配設さ
れ、前記円筒体の外表面に、前記第1及び第2の送信電極群
とそれぞれ対向するように、前記第1及び第2の送信電
極群と同じリード角を持つ螺旋状にパターン形成された
第1及び第2の結合電極が配設され、 前記半円筒体と円筒体は軸の回りについてのみ相対回転
可能に保持されて、その変位が前記測定回路により測定
されるように構成した ことを特徴とする静電容量式変位
測定装置。 - 【請求項5】 前記受信電極は、前記第1及び第2の送
信電極群の間に配置され、 前記第1及び第2の結合電極は、それらの螺旋状パター
ンの端部を連結する電極部として、前記受信電極と対向
する部分に前記受信電極と対応して周方向にリング帯状
をなす電極部を有することを特徴とする請求項4記載の
静電容量式変位測定装置。 - 【請求項6】 前記受信電極は、前記第1の送信電極群
に対応して第2の送信電極群とは反対側に周方向にリン
グ帯状をなして配設された第1の受信電極と、前記第2
の送信電極群に対応して前記第1の送信電極群とは反対
側に周方向にリング帯状をなして配設された第2の受信
電極とを有し、 前記第1及び第2の結合電極は互い分離されて、且つそ
れぞれ前記第1及び第2の受信電極対向する部分に受信
電極と対応して周方向にリング帯状をなす電極部を有す
ることを特徴とする請求項4記載の静電容量式変位測定
装置。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6332084A JP2889143B2 (ja) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | 静電容量式変位測定装置 |
US08/559,559 US5691646A (en) | 1994-12-07 | 1995-11-16 | Capacitance-type displacement measuring device with electrodes having spiral patterns |
DE69525819T DE69525819T2 (de) | 1994-12-07 | 1995-11-28 | Kapazitives Verschiebungsmessgerät |
EP00121315A EP1070938B1 (en) | 1994-12-07 | 1995-11-28 | Capacitance-type displacement measuring device |
EP95308553A EP0716290B1 (en) | 1994-12-07 | 1995-11-28 | Capacitance-type displacement measuring device |
DE69535508T DE69535508T2 (de) | 1994-12-07 | 1995-11-28 | Kapazitive Wegmesseinrichtung |
CN95121425.XA CN1051152C (zh) | 1994-12-07 | 1995-12-07 | 电容式位移测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6332084A JP2889143B2 (ja) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | 静電容量式変位測定装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28640998A Division JP3206807B2 (ja) | 1994-12-12 | 1998-10-08 | 静電容量式変位測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08166204A JPH08166204A (ja) | 1996-06-25 |
JP2889143B2 true JP2889143B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=18250973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6332084A Expired - Fee Related JP2889143B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-12 | 静電容量式変位測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2889143B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114485363B (zh) * | 2021-12-28 | 2023-09-29 | 上海航天控制技术研究所 | 一种圆柱金属体卡紧和非接触式定位测量装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS52109963A (en) * | 1976-03-12 | 1977-09-14 | Nec Corp | Rotational angle detector for rotating body |
JPH0337517A (ja) * | 1989-07-03 | 1991-02-18 | Mitsutoyo Corp | 改良型電極配列を伴う容量型測定トランスデューサ |
JPH04174320A (ja) * | 1990-11-06 | 1992-06-22 | Kansei Corp | 回転角センサ |
-
1994
- 1994-12-12 JP JP6332084A patent/JP2889143B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08166204A (ja) | 1996-06-25 |
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