JPS58178259A - 静電容量式回転検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被検出回転体の回転をその回転速度にかかわら
ず、遅れなく検出することができる、改良された構成を
有する静電容量式回転検出器に関する。

従来被検出回転体の回転に従って回転する一方の電極と
、この電極と対向して配置された他方の電極との間の静
電容量の変化を検出して回転を検出する静電容量式回転
検出器においては、電極は、金属板あるいはプリント基
板上に設けた導電板により形成されていた。また、回転
信号を声力する検出回路と電極とは導線で接続されてい
た。

この形式の静電容量式回転検出器においては、被検出回
転体の１回転当り多くの信号を得るのには電極数を多く
する必要があるため、円周上に設けた電極をこまかくし
なければならない。

ところが、従来の電極形成方法では加工が困難であるた
め、電極を配列する円周を大きくして電極数を増やして
いた。従ってこのように電槽数を多くすることは小型化
と相反する傾向にあった。また、電極が検出回路と導線
で接続されているため、導線と電極との間及び導線と周
辺の導体との間に分布容量が生じ、かつ配線により分布
容量が変動するため前述した電極間の静電容量の変化が
そのまま精確に検出回路に伝達されないという欠点があ
った。

本発明はＦ記の欠点を解消することを意図してなされた
ものである。本発明の目的は、静電容量式回転検出器の
対向して配置される絶縁基板上に電極及び検出回路を蒸
着等の手段により形成することにより、電極数を増やし
た場合でも容易に小型化が可能であり、また検出回路を
同一基板Ｆに形成することにより、分布容量が変動する
ことなく電極間の静電容量変化を常にｆｉＩＮに検出す
ることができ、従ってすぐれた信頼性をもって被検出回
転体の回転を検出することができる静電容量式回転検出
器を提供することである。

以下、本発明を添附図面に示した実施例について説明す
る。

第１図（ａ　）及び（ｂ）は、本発明による静電容量式
回転検出器の第１実施例を示す。第１図（ａ　）及び（
ｂ）は、それぞれ前記第１実施例の装置の上部平面図お
よび縦断面図である。

第１図（ａ　）及び（ｂ）において、１００はステータ
１１０に固定されたハウジング、１２０はハウジング１
００及びステータ１１０にそれぞれ固定された軸受１７
０及び１８０を介して支持されたシャフト、１３０はシ
ャフト１２０に固定されたマグネットハウジングを示す
。

１５０はその中心を貫通するシャフト１２０に固定され
た半導体基板より成る第２のプレートであって、その上
の電極は半導体基板上に半導体製造上程において形成し
た第２のプレートであり、その上面の１部分の面１５０
ａはマグネットハウジング１３０がはまり込むようにエ
ツチングしである。１４０は後述する電極および検出回
路を半導体基板上に半導体製造工程において同時に形成
した第１のプレートであり、第２のプレート１５０と対
向し、かつその中心が第２のプレート１５０の中心と一
致する位置でステータ１１０に固定されている。１８０
はマグネットハウジング１３０に収納されたマグネット
であり、その両端はＮ極及びＳ極にそれぞれ着磁しであ
る。またシャフト１２０は、上記のように、それぞれハ
ウジング１００及びステータ１１０に固定された軸受１
７０及び１８０によりスラスト方向のガタをなくして回
転可能に支持されている。以上述べた構成により、マグ
ネット１６０が回転すればシャフト１２０が回転し、第
２のプレート１５０は第１のプレート１４０に対向した
位置で回転する。

第２図は第１のプレート１４０の第２のプレート１５０
と対向する面を示す平面図である。

１４１は、後述するくし歯状の電極及びリング状の電極
が蒸着形成された電極部であり、１４２及び１４３はそ
れぞれ周期信号供給回路、回転信号発生回路が蒸着形成
された回路部であり、１４４には周期信号供給回路１４
２及び回転信号発生−回路１４３に電源を供給するため
の電源回路が蒸着形成されている。次に電極部１４１に
ついて説明する。くし歯状の入力側の第１電極１４５と
くし歯状の入力側の第２電極１４６とが所定の間隔をも
って交互に噛み合わせて円周方向に配設しである。また
、リング状の第３電極１４７及びリング状の第４電極１
４８が同心円上に配設しである。そして入力側の第１及
び第２の電極１４５及び１４６はそれぞれ第１のプレー
１−１４０の下層で前記周期イ＾号供給回路１４２と、
また、リング状の第３及び第４電極１４７及び１４８は
回転信号発生回路１４３とそれぞれ接続されており、後
で説明４るように信号伝達を行なっている。

第３図は第２のプレート１５０の第１のプレー　１−１
４０と対向する側の面を示す平面図である。第１のル−
ト１４０の入力側の第１及び第２電極１４５及び１４６
にそれぞれ対向するように、くし歯状の出力側の第１及
び第２電極１５１及び１５２が所定の間隔をもって交互
に噛み合わせて円周方向に配設しである。また前記第１
のプレート１４０の第３及び第４のリング状の電極１４
７及び１４８とそれぞれ対向するよう同心円上に出力側
の第３及び第４のリング状の電極１５６及び１５５が配
設されている。

また出力側の第３及び第４のリング状の電極１５６及び
１５５は、出力側の第１及び第２の電極１５１及び１５
２並びに第３及び第４の電ｅｆｉ１５Ｂ及び１５５より
も下層において、引き出し線１５３及び１５４により出
力側の第１の電極１５１及び第２の電極１５２とそれぞ
れ接続されている。

第４図は、第１のプレート１４０の周期信号供給回路１
４２、回転信号発生回路１４３及び電源回路１４４の電
気結線図である。

第４図において、端子３０１は電源端子であり、外部抵
抗３０３を介して一定電圧ＶＣが印加しである。端子３
０２はアース端子である。

３１０は周知のＣＲ発振回路であり、３２０は基準信号
発生回路、３３０は第２のプレートの電極１５１，１５
２，１５８．１５５及び第１のプレートの電極１４５，
１４６，１４７゜１４８よりなる検出部であり、また３
４０は比較回路３５０は位相検出回路である。周期信号
供給回路１４２は、発信回路３１０、基準信号発生回路
３２０及び検出部３３０を含み、回転信号発住回路１４
３は、比較回路３４０及び位相検出回路３５０を含み、
電源回路１４４は回路３６０を含んでいる。電源回路は
一定電圧ｖａを前記周期信号供給回路１４２及び回転信
号発生回路１４３に供給している。

次に、第４図図示の構成についてその動作を説明する。

第４図において、前ｉ！ｃＩＣＲ発振回路３１０のイン
バータゲート３１１，３１２゜３１３、抵抗器３１４．
３１５及びコンデンサ３１６により構成される発振回路
によって第６図（ａ）に示す発振波形１０を得る。この
発振波形１０は基準信号発生回路３２０に伝達され、こ
こで発振波形１０と同位相の信号及び第６図（ｂ）に示
づ逆位相の信号２０が現われる。

ここで、第７図に示すように、マグネット１６０の近傍
を、被検出回転体に取付けられ、か゛つ両端をＮ極及び
Ｓ極にそれぞれ［ｉ磁したマグネット７０１が回転する
と両マグネット１６０及び７０１間の磁気カップリング
作用によりマグネット１６０が回転し、マグネットハウ
ジング１３０を介して前記第２のプレート１５０が回転
する。

最初に第５図（ａ　）に示したように、前記第２のプレ
ート１５０の第１電極１５１が第１のプレート１４０の
第１電極１４５と対向する位置にあり、また第２プレー
ト１５０の第２電極１５２が第１のプレート１４０の第
２電極１４６と対向する位置に回転された場合について
説明する。基準信号発生回路３２０より発振波形１０と
同位相の信号が第１のプレート１４０の第１電極１４５
に印加されると、この第１電極１４５とそれに対向する
第２のプレート１５０の第１電極１５１とにより構成さ
れるコンデンサく第４図中の３３１）により、第３図に
図示した引出し線１５３には発振波形１０と同位相の信
号が現われ、第２のプレート１５０の第３電極１５６と
それに対向する第１のプレート１４０の第３電極１４７
とにより構成される」ンデンサ（第４図中の３３２）に
よ３０として伝達される。同様に基準信号発生回路３２
０より第１のプレート１４０の第２電極１４６に伝達さ
れた信号２０は、その第２電極１４６とそれに対向する
第２のプレート１５０の第２電極１５２とによって構成
されるコンテン１ノ（第４図中の３３３）により、第２
のプレー１へ１５０の第２電極１５２に信号２０と同位
相の信号としで伝達され、第３図図示の引出し線１５４
を経由し、かつ第２のプレート１５０の第４電極１５５
とそれに対向する第１のプレー１１４０の第４電極１４
８とにより構成されるコンデンサ〈第４図中の３３４）
により、比較回路３４０へ第６図（ｄ）に示す信号４０
として伝達される。但し、信号３０及び４０は、比較回
路３４０中の分圧抵抗器３４３及び３４４によって決定
された第５図（Ｃ）、（ｄ＞に図示の直流電圧ｖａをバ
イアス電圧とする波形となつ（いる。さて、信号３０及
び４０は、比較回路３４０中の演韓増幅器（以下単にＯ
Ｐアンプという）３４６及び帰還抵抗器３４５によって
構成される差動増幅回路により差動増幅され、発振波形
１０より時間△Ｔだけ遅れた第６図（ｅ　）に示４波形
の信号５０が出力される。

ここに時間Δ丁は」ンデンサの応答遅れ時間及びＯＰア
ンプ３４６のスイッチング遅れ時間である。

次いで、信号５０は位相検出回路３５０中のインバータ
ゲート３５１及び３５２により波形整形され、信号５０
と同位相の波形がＤタイプフリップ７０ツブ３５４のク
ロック端子Ｃに入力され、また信号５０と逆位相の波形
がＤタイプフリップ７０ツブ３５５のクロック端子Ｃに
入力される。またＤタイプフリップフロップ３５４及び
３５５のデータ端子にはＣＲ発振回路３１０よりインバ
ータゲート３５３を経由して発振波形１０と逆位相の信
号が入力されており、［〕タイプフリップ７０ツブ３５
４の出力端子０１は［１１に、Ｄタイプノリツブ７０ツ
ブ３５５の出力端子Ｑ２は［０」になる。そして、ＮＡ
ＮＤゲート３５Ｂ−ａ　、３５Ｂ−ｂ　。

３５Ｂ−Ｃ及び３５Ｂ−ｄにより同ＮＡＮＯゲー１へ回
路の出力端子には第６図＜ｒ＞に示す］０」の信号６０
が現われる。この信号は抵抗器３５７を介して、トラン
ジスタ３５８をオフにづる。それにより電源端子３０１
に接続された外部抵抗器３０３を流れる電流は減少する
から、第２のプレート１５０の第１電極１５】が第１の
プレート１４０の第１電極１４５と対向している（また
は第２のプレート１５０の第２電極１５２が第１のプレ
ート１４０の第２電極１４６と対向している）ことを示
す高い電圧信号Ｖ１．］　　（第６図（（＋　）に示す
信号７０）が電源端子３０１に現われる。

また、第５図（ｂ　）に示したように、マグネット１６
０が回転して第２のプレート１５０の第１電極１５１が
第１のプレート１４０の第２電極１４６と対向し、第２
のプレート１５０の第２電極１５２が第１のプレート１
４０の第１電極１４５と対向した場合には、第２のプレ
ート１５０の第１電極１５１には信号２０と同位相の信
号が珊われ前述のように直流電圧Ｖａをバイアス電圧と
づる第６図（Ｃ）に示す信号３１が第１のプレート１４
０の第３電極１４７に現われ、第２のプレート１５０の
第２電極１５２には発振波形１０と同位相の信号が現わ
れて第１のプレート１４０の第４電極１４８には直流電
圧■ａをバイアス電圧とする第６図（ｄ　）で示す信号
４１が現われる。すると、前記比較回路３４０の出力端
には、第６図（ｅ　）に信号５１で示す信号が現われて
位相検出回路３５０のＮΔＮＤゲート回路の出力端子に
は第６図〈［）に示す信号６１が現われるので、トラン
ジスタ３５８はオンにされて電源端子３０１に接続され
た外部抵抗器３０３を流れる電流は増加するから、第２
のプレート１５０の第１電極１５１が第１のプレート１
４０の第２電極１４６と対向していることを示す低い電
圧信号ｖ１．（第６図（（＋　）に示す信号７１）が電
源端子３０１に現われる。

このように第２のプレート１５０に配置された第１電極
１５１及び第２電極１５２がマグネット１６０の回転に
伴って第１のプレート１４０に設置された第１電極１４
５及び第２電極１４６の１を通過覆る際、電源端子３０
１にはＶｌｌまたはＶｌ、の信号が交互に現われ、第２
のプレート１５０の回転、従って第７図図示の被検出回
転体に取付けられたマグネット７０１の回転を検出づる
ことができる。

なお、−ト述の第１実施例においては、回転伝達手段と
してシャフト１２０に取付けられた棒状のマグネット１
６０を用いたが、その代わりにシャフト１２０に取付け
られた平板状のマグネツｉ〜を用いても、第７図に示し
た被回転体に取付けられたような１ノ字形のマグネット
を用いても被検出回転体の回転を伝達することが可能で
あり、また、被検出回転体の方に平板のマグネットを取
付けても同様に目的を達することがで゛きる。

以［述べたように、本発明は、同一間隔て円周方向に交
互に配列した入力端の第１及び第２の電極と、同人力側
の第１及び第２の電極が配列された円の中心と同一の中
心の同心円上に配列した入力側の第３及び第４のリング
状の信号伝達用電極と前記入力側の第１及び第２の電極
にそれぞれ所定周期を有し互いに逆位相の信号を供給す
るための周期信号供給回路と、前記入力側の第３及び第
４のリング状の信号伝達用電極に現われる信号と前記周
期信号供給回路よりの信号との位相状態を検出して回転
信号を発生する回転信号発生回路とを蒸着等の方法によ
りその一方の面の上に同時に形成した半導体基板を有す
る第１のプレートと、前記第１のプレートの入力側の第
１及び第２の電極に対向させて同一間隔で円周り向に交
互に配列した出力側の第１及び第２の電極と、前記第１
のプレートの入力側の第３及び第４のリング状の信号伝
達用電極にそれぞれ対向へせて前記出力側の第１及び第
２の電極と同一の中心の同心円上に設けた出力側の第３
及び第４のリング状の信号伝達用電極とを蒸着等の方法
により前記第１のプレートと対向するその一方の面の上
に同時に形成した半導体基板を有する第２のプレートと
、この第２のプレートを被検出回転体の回転と同期して
回転させるための回転装置とを備えているので゛、電極
数を増ヤした場合でも小型化が容易であり、また前記第
１のプレート状に回転検出回路を構成するから、電極と
回転検出回路との間の配線の分布容置の変化の影響を受
けることなく、前記第１のプレート状に配設した電極と
前記第２のプレート状に配設した電極との間の静電容量
の変化のみを現わす信号を回転検出回路に伝達すること
ができるため精確にかつすぐれた信頼性をもって被回転
体の回転を検出することができるという優れた効果があ
る。また、前記第２のプレートの電極形成面の裏面にエ
ツチングによって段差を設け、この段差を利用して第２
のプレートにシャフトを固定するから、第１のプレート
に対する第２のプレート及びシャフトの中心合わ甘を精
確かつ容易に行なうことができるという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ　）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の第１実
施例の静電容量式回転検出器の構成を示す概略平面図お
よび縦断面図である。 第２図は、第１図図示の本発明の第１実施例の装置にお
ける第１のプレートの第２のプレートとの対向面を示す
正面図である。 第３図は、第１図図示の本発明の第１実施例の装置にお
ける第２のプレートの第１のプレートとの対向面を示す
正面図である。 第４図は、第２図に図示した第１のプレート上に構成し
た検出回路部の一実施例を示す電気回路図である。 第５図（ａ　）及び（ｂ　）は、第１図図示の装置に作
動説明に供するためにマグネットの回転に伴なう第１及
び第２のプレート上の電極の位置関係を示す概略図であ
る。 第６図は、第４図図示の電気回路図の作動説明に供する
各部信号波形図である。 第７図は、第１図図示の本発明の第１実施例の装置の作
動説明に供する被検出回転体と本発明装置との間の回転
伝達方法を示す部分縦断面図ぐある。 （符号の説明） １４０・・・第１のプレート、 １４２・・・周期信号供給回路、 １４３・・・回転信号発生回路、 １４５．１４８・・・入力側の第１及び第２の電極、 １５０・・・第２のプレート、 １５０ａ・・・第２のプレートの中央部に設けた固定装
置の取付部分、 １５１．１５２・・・出力側の第１及び第２の電極、 １４７．１４８・・・入力側のリング状の信号伝達用電
極、 １５６．１５５・・・出力側のリング状の信号伝達用電
極、 １２０・・・第２のプレートに固定された回転シャフト
、 １３０・・・固定装置、 １６０・・・回転シャフトに固定されたマグネット、 ３１０．３２０．３３０・・・それぞれ周期信号供給回
路を構成する発振回路、基準 信号発生回路及び横町Ｌ ３４０．３５０・・・それぞれ回転信号発生回路を構成
する比較回路と位相検出回路、 ！４４．３６０・・・電源回路。 代理人　浅　　村　　　皓 外４名 牙１図 （０） （ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　被検出回転体の回転を検出する静電容量式回転
   検出器であって、同一間隔で同心円周方向に交互に配列
   した入力側の第１及び第２の電極と、前記入力側の第１
   及び第２の電極と同一の中心の同心円上に設けた入力側
   の第３及び第４のリング状の信号伝達用電極と、前記入
   力側の第１の電極と第２の電極とに互いに逆位相で所定
   周期の信号を供給するための周期信号供給回路と、前記
   第３及び第４のリング状の信号伝達用電極に現われる信
   号と前記周期信号供給回路の出力信号との位相状態を検
   出して回転信号を一発生する回転信号発生回路とを、半
   導体製造工程において同時にその一方の面の上に形成し
   た半導体基板を有する第１のプレートと、前記第１のプ
   レートの入力側の第１及び第２の電極にそれぞれ対向さ
   せて同一間隔で円周方向に交互に配列した出力側の第１
   及び第２の電極と、前記第１のプレートの入力側の第３
   及び第４のリング状の信号伝達用電極にそれぞれ対向さ
   せて前記出力側の第１及び第２の電極と同一の中心の同
   心円上に設けた出力側の第３及び第４のリング状の信号
   伝達用電極とを、半導体製造工程において前記第１のプ
   レートと対向するその一方の面の上に同時に形成した半
   導体基板を有する第２のプレートと、 前記被検出回転体の回転と同期して回転するシャフトと
   前記第２のプレートとを、前記シャフトの中心と前記出
   力側の第１及び第２の電極の中心とが一致するように固
   定するための固定装置と、 前記被検出回転体の回転を前記シャフトに伝達するため
   の回転伝達装置とを備えることを特徴とする静電容量式
   回転検出器。
2. （２）　前記固定装置の中心線上に前記回転シャフトが
   固定され、かつ前記第２のプレートの、前記第１プレー
   トと対向しない他方の面の上の中央部分にエツチングに
   より段差を設け、この段差を利用して前記固定装置と前
   記第２のプレートとを固定する構成を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の静電容量式回転検
   出器。
3. （３）　＠記回転伝達装置は、前記シャフトに固定され
   た一方のマグネットを含み、前記被検出回転体に取付け
   られた他方のマグネットが回転すると、前記シャフトに
   固定された前記一方のマグネットが回転し、前記一方の
   マグネットと前記他方のマグネットとの間に作用する磁
   気カップリング作用により前記第２のプレートを回転さ
   せる構成を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の静電容量式回転検出器。