JPS6313132B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は制御装置等の位置決め等に用いる位置
検出素子に関する。

近年、マイクロコンピユーターの急速な発展に
ともなつて産業機器等はコンピユーター制御され
た装置としてのシステム化が急速に進んでいる。

このような産業機器の制御を行うために、機械
変位あるいは外部要因変化とコンピユータの接続
を行う働きをするセンサーが重要となつている。
これらセンサーはコンピユーターで何んらかを制
御しようと考える場合、その入力情報としての正
確さが要求され、より高安定、より高精度の開発
が進められている。

このようなセンサーには、それぞれ機能する形
態が異なる多くの種類があるが、その中の１つに
位置の決定あるいは位置の検出を行う位置検出素
子がある。

第１図は従来からレコーダー等の記録計あるい
は物体の移動量などを測定するリニアスケールな
どに用いられてきた位置検出方法の原理図の１つ
であり、リニアポテンシヨメータ１１の両端に電
圧Ｅを与え、ポテンシヨメータ１１の摺動子１２
の位置によつて得られる電圧e₁によつて前記摺動
子１２にとりつけられた物体の位置を知るように
構成されている。

ところが、前記コンピユータ等を用いた自動制
御機器では、前記検出される位置はデイジイタル
値である必要がある。このため前記ポテンシヨメ
ータによる方法では第２図に示すように、その摺
動子１２の位置によつて得られた電圧e₁をＡ／Ｄ
コンバーター２１を利用することでデイジイタル
データ２２に変換する必要がある。又、前記ポテ
ンシヨメータ１１による位置精度は、そのポテン
シヨメータの直線性の良さで決められ、かつ、そ
の抵抗の温度係数も小さなものが要求される。さ
らにこのポテンシヨメータによる方法はポテンシ
ヨメータ１１の摺動子１２の位置と抵抗値の関係
から直接Ａ／Ｄコンバーター２１に与えたのでは
必然的にオフセツト電圧のずれが生じてしまう。
このためにオペアンプ２３によるインピーダンス
変換を挿入するか、あるいは得られたデイジイタ
ル値の補正が必要となつてくる。

このようにリニアポテンシヨメータによる位置
検出をコンピユーター等を用いた自動制御に利用
するには、(1)Ａ／Ｄコンバーターが必要、(2)精度
を高めるために直線性が良く、温度係数の小さな
ポテンシヨメータが必要、(3)オフセツトずれ補正
の回路又は処理が必要、などからそのインターフ
エースの価格が高くなり、制御システム全体のコ
ストが上昇してしまう。

本発明は、これら(1)，(2)，(3)の欠点を除去せし
めて直接デイジイタル値となつて得られる位置検
出素子を提供することにある。

本発明は、絶縁体と１以上の導体層とが積層さ
れ一体となつた積層体であつて、該積層体には各
導体層の端部が露出している平面が形成されてお
り、該積層体の該平面と異なる部分に該導体部分
にそれぞれ対応に接続する導体端子が形成され、
又は該各導体部分の一部が露出している構造を特
徴とする位置検出素子である。

以下、本発明を実施例によつて説明する。

第３図は本発明の一実施例を示す位置検出素子
中に形成される導体パターン図である。

突出部分３１と切欠き部分３２の幅、Ｓ及びＴ
は同一寸法とし、かつ、これらすべての突出部分
が共通部分３３で接続され、とり出し端子３４を
持たせている。ここでの寸法Ｌは位置検出を可能
にする最大寸法となり、又、寸法Ｂは異なるパタ
ーンのとり出し端子をづらすためのものである。

このように構成した導体パターンを基本パター
ンとし、前記突出部分３１と切欠き部分３２の
幅、Ｓ及びＴが2ⁿ（ｎ＝０，１，２……ｐ）比で
異なり、かつ前記とり出し端子３４の位置Ｂがづ
れるようなＰ＋１種類の導体パターンとし、これ
らＰ＋１種類の導体パターンを導体ペーストのス
クリーン印刷等により絶縁体と有機物からなる生
シートに形成した。

次に、これらＰ＋１種類の導体パターンを有す
る生シートを第４図に示すように2⁰のパターンを
有するシート４１、2¹のパターンを有するシート
４２、2²のパターンを有するシート４３、2³のパ
ターンを有するシート４４、2⁴のパターンを有す
るシート４５、という具合に2^pのパターンを有す
るシート４６を重ね、さらに前記切欠き部分を持
たない全導体のシート４７を重ねる。本実施例で
はｐ＝４までのシートを用いた。

次にこの上下面に導体パターンを持たないシー
ト４８を重ね、100〜130℃の温度で圧力200〜300
Kg／cm²で積層プレスした。

第５図は前記第４図の積層体であり、この積層
体を800〜1000℃の温度で焼成し、突出部分５１
及びとり出し端子５２が端面５３及び５４にそれ
ぞれ出るように切断し、第６図の2⁰〜2^pのピツチ
を有する接触端子６１と全導体となつている接触
端子６２を有する接触端子面６３と第７図の2⁰〜
2^pの各とり出し端子７１と全導体のとり出し端子
７２を有するとり出し端子面７３を持つ位置検出
素子を作製した。

本実施例で用いた絶縁体生シートは酸化アルミ
ニウム40〜60重量％、結晶化ガラス40〜60重量％
の組成範囲で総量100％となるように選んだ混合
粉末をバインダー、有機溶媒、可塑剤と共に泥漿
状にし、ドクターブレード法等のスリツプキヤス
テイング製膜により20μm〜300μmの生シートを
ポリエステルフイルム上に成形し、剥離したの
ち、所望の寸法にパンチングしてシートを得た。
ここで用いた結晶化ガラス粉末の組成は酸化物換
算表記に従つたとき、酸化鉛、酸化ホウ素、二酸
化ケイ素、族元素酸化物、族元素（但し炭素
ケイ素、鉛は除く）酸化物を、それぞれ重量比３
〜65％、２〜50％、４〜65％、0.1〜50％、0.02
〜20％の組成範囲で総量100％となるように選ん
だ組成物で構成されているものを用いた。

また、本実施例において用いた生シートでなく
鋼張積層板を用いて本発明の位置検出素子を作製
することもできる。

第８図は本実施例の位置検出素子の応用例を示
すもので、移動用シヤフト85に沿つて移動する移
動物体８１には、ばね８２によつて一定の圧力で
押しつけられる導電性の接触子８３をもうけ、本
発明の位置検出素子の接触端子面８４が前記接触
子８３で摺動できるようにとりつける。

このように構成した移動物体の位置検出は第９
図に示すように前記位置検出素子９１の全導体シ
ートの端子７２をGND92へ接続し、さらに前記
位置検出素子９１のとり出し端子2⁰，2¹，2²，…
…2^pは抵抗９３でVccへプルアツプされる。この
ためこれらプルアツプされた前記とり出し端子
2⁰，2¹，2²，……2^pは抵抗９３でVccへプルアツ
プされる。このためこれらプルアツプされた前記
とり出し端子2⁰，2¹，2²，……2^pの電圧レベル
は、前記接触子８３の位置による２進コードとな
り、コンピユーター等の読みとり装置９４で直接
処理可能な信号となる。

このように本発明の位置検出素子を用いると、
位置による出力が直接コンピユーターで処理でき
る２進コードとなつているため、従来のような
Ａ／Ｄコンバータが不要となる。又、位置に対す
るその出力コードはプルアツプの電圧を変えるこ
とでどのようなレベルにもなり得るため、一般的
なインターフエース素子が、すべて利用可能であ
り、オフセツトずれの心配も、まつたく不要とな
る。さらに、前記製造工程にあるようにスクリー
ン印刷法によりパターンを形成しているため、そ
の直線性は良好なものが容易に得られることが明
らかである。又、焼結された前記材料は熱膨張係
数が小さいため、温度特性を非常に良好なものが
得られる。

以上の説明で明らかなように本発明の位置検出
素子は直接コンピユーター等との接続が行えるた
め位置検出の回路が非常に簡単となり、信頼性の
高いものとなり得る。

前記実施例では、2⁰のパターンのＴ及びＳを
0.2mmとしており、2⁷のパターンを最大とし、51.2
mm、分解能0.2mmの位置検出素子を得た。

又、前記実施例では絶縁体生シードにアルミナ
ガラスを用いているが、他の材料を用いたシート
上にパターンを形成し積層しても同様な効果が得
られることは明らかで、又、とり出し端子の位置
も何ら限定されることなく、内部においてスルホ
ール接続等を用いて１つの面にとり出しても、同
様な効果が得られることは明らかである。

第１０図は前記と異なる実施例を示す斜視図で
ある。接触端子面１１１には前述の例でｐ−７と
した2⁰〜2⁷のパターン１１２の他に読み取りマー
クパターン１１３が出るように積層されている。

この読み取りマークパターン１１３は前記2⁰の
パターンの幅より小さな幅を有し、2⁰のパターン
の中央に位置させる。さらに前記読み取りマーク
パターン１１３は前記2⁰〜2⁷のパターン１１２と
同様に、とり出し端子面１１４にとり出した端子
１１５をもうけている。

第１１図は前記位置検出素子１２０の接続例を
示すもので、前記読み取りマークパターン１１３
からのとり出し端子１１５をGND１２１に接続
しておく。これにより接触子１２２は単なるシヨ
ート片となるだけで良く、前記実施例で示すよう
な移動物体の電気的接触が不要になる。さらに読
み取り装置１２３では、前記位置検出素子１２０
からのとり出し端子2⁰〜2⁷が、すべて開放状態
（Vccレベル）255（10進数）となるときのみ数値
として扱わないようにさせ、前に読み込んだ値を
ホールドさせる。

以上のように構成した位置検出素子では、読み
取りマークの位置だけで、読み取るため、積層体
内部でのパターンの微小な位置づれによる誤検出
が無くなり、信頼性の高い位置検出が得られる。

第１２図は、さらに別な実施例を示す斜視図で
あり、接触端子面１３１には前記実施例で示した
ような電極部分の幅W_pを2⁰（最小パターン）の幅
と同一とし、その配列状態を２進コードとなるよ
うに変えたものである。

このような構成例では前記実施例に示すような
読みとりに不要な部分の電極が無くなるため、内
部の電極形成過程での電極材料の使用量を大幅に
少なくでき、さらに電極とセラミツクの焼結が良
くなり、検出寸法の長い素子が得られることが明
らかである。

さらに、読み取り不要の部分を大きくさせれば
任意寸法のスケール（例えば、５mmピツチの検出
あるいは10mm、20mm、その他のピツチを持つ検出
素子）となり得、ロボツト等の位置決めなど広い
応用が可能であることが明らかである。さらにこ
れら接触端子面に出る2⁰〜2^pのパターンの配列は
２進コードでなくとも良い。例えばBCDコード
配列、あるいは読みとり装置側に記憶されたパタ
ーンであれば、その配列順序がどのような状態で
あつても位置検出が可能であることが明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はリニアポテンシヨメータによる位置検
出の原理図である。第２図はリニアポテンシヨメ
ータによる位置検出をデイジイタル値とするため
の回路図である。第３図は本発明の実施例の位置
検出素子の導体パターン図である。第４図は実施
例の作製工程において2⁰〜2^pの種類のパターンを
重ね合わせた図である。第５図は実施例の位置検
出素子の積層された焼結体を示す図である。第６
図は実施例の位置検出素子の突出部分の電極が出
ている接触導体端子面の図である。第７図は同様
のとり出し端子の電極が出ているとり出し端子面
の図。第８図は本発明の実施例の位置検出素子の
応用例を示す移動物体へのとりつけ構造図。第９
図、第１１図は実施例の位置検出素子のコンピユ
ーター等の装置との接続図。第１０図、第１２図
は本発明の他の実施例の位置検出素子の斜視図。 図において、１１……リニアポテンシヨメー
タ、１２……摺動子、Ｅ……ポテンシヨメーター
へ加える電圧、e₁……摺動子の位置による電圧、
２１……Ａ／Ｄコンバーター、２２……デイジイ
タルデータ、２３……オペアンプ、３１……突出
部分、３２……切欠き部分、３３……共通部分、
３４……とり出し導体端子、Ｌ……位置検出可能
とする長さ、Ｓ……突出部分の幅、Ｔ……切欠き
部分の幅、Ｂ……とり出し端子の位置寸法。４１
……2⁰のパターンを有するシート、４２……2¹の
パターンを有するシート、４３……2²のパターン
を有するシート、４４……2³のパターンを有する
シート、４５……2⁴のパターンを有するシート、
４６……2^pのパターンを有するシート、４７……
切欠き部分を持たない全導体のシート、４８……
パターンを持たないシート、５１……突出部分、
５２，７１，７２，１１５……とり出し端子、５
３及び５４……端面、６１及び６２……接触端
子、６３，１１１，１３１……接触端子面、７
３，１１４……とり出し端子面、８１……移動物
体、８２……ばね、８３，１２２……接触子、８
５……移動用のシヤフト、９１，１２０……位置
検出素子、９２……GND、９３……抵抗、９４，
１２３……読みとり装置、１１３……読みとりマ
ークパターン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 絶縁体と１以上の導体層とが積層され一体と
   なつた積層体であつて、該積層体には各導体層の
   端部が露出している平面が形成されており、該積
   層体の該平面と異なる部分に該各導体部分にそれ
   ぞれ対応して接続する導体端子が形成され、又は
   該各導体部分の一部が露出している構造を特徴と
   する位置検出素子。