JP6210358B2

JP6210358B2 - Displacement sensor

Info

Publication number: JP6210358B2
Application number: JP2013063622A
Authority: JP
Inventors: 久志矢島; 雄司萬田; 猛彦金澤; 伸広藤原; 脇若　弘之; 弘之脇若
Original assignee: SMC Corp; Shinshu University NUC
Current assignee: SMC Corp; Shinshu University NUC
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014190711A

Description

本発明は、コイルと導電性部材との相対位置を測定する変位センサに関する。 The present invention relates to a displacement sensor that measures a relative position between a coil and a conductive member.

例えば、加工や組み立てを行う自動機のアクチュエータには、該アクチュエータによって移動されるツールやワークの位置を測定するための変位センサが使用されている。 For example, a displacement sensor for measuring the position of a tool or a workpiece moved by the actuator is used for an actuator of an automatic machine that performs processing and assembly.

変位センサには、光学式エンコーダに代表される相対位置（インクリメンタル）を測定するセンサと、絶対位置（アブソリュート）を測定するセンサとがある。 The displacement sensor includes a sensor that measures a relative position (incremental) represented by an optical encoder and a sensor that measures an absolute position (absolute).

絶対位置を測定するセンサとしては、特許文献１〜４に開示されているように、金属板等の導電性部材とコイルとを使用して、該コイルに対する導電性部材の相対的な移動に起因したコイルのインピーダンス変化に基づき、コイルに対する導電性部材の相対位置（導電性部材が取り付けられたアクチュエータによって移動されるツール又はワークの絶対位置）を測定する。 As a sensor for measuring the absolute position, as disclosed in Patent Documents 1 to 4, a conductive member such as a metal plate and a coil are used, and this is caused by relative movement of the conductive member with respect to the coil. Based on the impedance change of the coil, the relative position of the conductive member with respect to the coil (the absolute position of the tool or work moved by the actuator to which the conductive member is attached) is measured.

特表昭６２−５０１８０１号公報JP 62-501801 A 特開２００２−２２４０２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-22402 特開２００７−３２７９４０号公報JP 2007-327940 A 再公表ＷＯ２００９／０６６５７４号Republished WO2009 / 065574

ところで、絶対位置を測定する変位センサは、使用開始時に原点を設定する必要がないという長所を有する一方で、測定範囲内で出力を均一に変化させなければならない。そのため、従来の変位センサでは、出力を線形的に変化させるべく測定範囲を広く設定するため、当該変位センサのサイズが大きくなってしまうという問題があった。 By the way, the displacement sensor for measuring the absolute position has the advantage that it is not necessary to set the origin at the start of use, while the output must be changed uniformly within the measurement range. For this reason, the conventional displacement sensor has a problem in that the size of the displacement sensor becomes large because the measurement range is set wide to linearly change the output.

本発明は、上記の問題を解消するためになされたものであり、測定範囲に対する出力の直線性を向上させつつ、小型化及び薄型化を図ることができる変位センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a displacement sensor that can be reduced in size and thickness while improving linearity of output with respect to a measurement range. .

本発明に係る変位センサにおいて、コイル及び導電性部材は、前記コイル又は前記導電性部材の変位方向と略平行に配置されている。この場合、前記コイル及び前記導電性部材のうち、一方の部材の前記変位方向に交差する交差方向に沿った幅は、前記変位方向に沿って変化し、且つ、他方の部材の前記交差方向に沿った幅は、前記変位方向に沿って略一定である。また、前記導電性部材は、前記コイルに対して相対的に傾斜していると共に、前記変位方向に沿って前記コイルに対し相対的に移動する。さらに、前記コイルと前記導電性部材との対向面積は、前記コイルに対する前記導電性部材の相対的な移動に伴って変化する。 In the displacement sensor according to the present invention, the coil and the conductive member are disposed substantially parallel to the displacement direction of the coil or the conductive member. In this case, of the coil and the conductive member, the width of the one member along the intersecting direction intersecting the displacement direction changes along the displacement direction, and the other member extends in the intersecting direction. The width along is substantially constant along the displacement direction. The conductive member is inclined relative to the coil and moves relative to the coil along the displacement direction. Furthermore, the facing area between the coil and the conductive member changes as the conductive member moves relative to the coil.

前記変位センサでは、前記コイルに交流電圧を印加すると、電磁誘導の法則によって前記導電性部材に渦電流が発生し、前記コイルのインピーダンスが低下する。この場合、前記導電性部材が前記変位方向に沿って前記コイルに対し相対的に移動すれば、前記コイルと前記導電性部材との対向面積（前記コイルと前記導電性部材とが重なり合う面積）が変化し、前記インピーダンスが変化する。 In the displacement sensor, when an AC voltage is applied to the coil, an eddy current is generated in the conductive member according to the law of electromagnetic induction, and the impedance of the coil is reduced. In this case, if the conductive member moves relative to the coil along the displacement direction, an opposing area of the coil and the conductive member (an area where the coil and the conductive member overlap) is increased. Change, and the impedance changes.

そこで、本発明では、前記コイル及び前記導電性部材のうち、前記一方の部材の前記交差方向に沿った幅を、前記変位方向に沿って変化させ、前記他方の部材の前記交差方向に沿った幅を、前記変位方向に沿って略一定としている。また、前記コイルに対して前記導電性部材を相対的に傾斜させている。 Therefore, in the present invention, among the coil and the conductive member, the width of the one member along the intersecting direction is changed along the displacement direction, and the other member is aligned along the intersecting direction. The width is substantially constant along the displacement direction. Further, the conductive member is inclined relative to the coil.

このように、前記コイルに対して前記導電性部材を相対的に傾斜させた状態で、該導電性部材を前記変位方向に沿って前記コイルに対し相対的に移動させることにより、前記導電性部材の相対的な変位に対して前記対向面積を線形に変化させることが可能となる。これにより、前記変位センサの測定範囲（前記導電性部材の最大測長範囲）内における出力（前記変位センサから出力される出力信号の大きさ及び位相）の直線性を確保することができる。 In this manner, the conductive member is moved relative to the coil along the displacement direction in a state where the conductive member is inclined relative to the coil. The opposed area can be linearly changed with respect to the relative displacement. Thereby, the linearity of the output (the magnitude and phase of the output signal output from the displacement sensor) within the measurement range of the displacement sensor (the maximum length measurement range of the conductive member) can be ensured.

また、前記コイルに対して相対的に傾斜した状態で前記導電性部材が前記変位方向に沿って相対的に移動するため、前記変位方向に沿った前記導電性部材の最大測長範囲を、該変位方向に沿った前記コイルの全長よりも長くすることができる。すなわち、前記導電性部材の最大測長範囲を一定とした場合、前記変位方向に沿った前記コイルの全長を短くすることができる。この結果、前記コイルのサイズを小さくすることができ、前記変位センサの小型化及び薄型化を実現することができる。 In addition, since the conductive member relatively moves along the displacement direction while being inclined relative to the coil, the maximum length measurement range of the conductive member along the displacement direction is It can be made longer than the total length of the coil along the displacement direction. That is, when the maximum length measurement range of the conductive member is constant, the overall length of the coil along the displacement direction can be shortened. As a result, the size of the coil can be reduced, and the displacement sensor can be reduced in size and thickness.

従って、本発明によれば、測定範囲における前記変位センサの出力の直線性を向上させつつ、該変位センサの小型化及び薄型化を実現することができる。 Therefore, according to the present invention, the displacement sensor can be reduced in size and thickness while improving the linearity of the output of the displacement sensor in the measurement range.

ここで、前記変位センサでは、前記コイルが前記一方の部材としての平面状、円弧状又は円筒状のコイルであり、前記導電性部材が前記他方の部材としての平面状、円弧状又は円筒状の導電性部材であって、前記変位方向に対して斜めに配置され、前記変位方向に沿って移動することが好ましい。これにより、前記コイルに対して前記導電性部材を変位させることにより、上記の各効果が容易に得られる。また、円弧状又は円筒状にすることで、センサ感度を大きくすることができ、測長範囲を長くすることができる。 Here, in the displacement sensor, the coil is a planar, arc-shaped, or cylindrical coil as the one member, and the conductive member is a planar, arc-shaped, or cylindrical shape as the other member. Preferably, the conductive member is disposed obliquely with respect to the displacement direction and moves along the displacement direction. Thereby, each said effect is easily acquired by displacing the said electroconductive member with respect to the said coil. Moreover, by making it circular arc shape or cylindrical shape, a sensor sensitivity can be enlarged and a length measurement range can be lengthened.

このようなコイルを実現するためには、プリント基板上に所定の導体パターンを形成することで、平面状のコイルを構成すればよい。特に、フレキシブルプリント基板上に所定の導体パターンを形成して平面状のコイルを形成すると好適である。フレキシブルプリント基板を湾曲させれば、円弧状のコイルが形成され、フレキシブルプリント基板を円筒状に曲げれば、円筒状のコイルが形成されるので、上記の効果が得られやすいからである。 In order to realize such a coil, a planar coil may be formed by forming a predetermined conductor pattern on a printed circuit board. In particular, it is preferable to form a planar coil by forming a predetermined conductor pattern on a flexible printed board. This is because if the flexible printed circuit board is bent, an arc-shaped coil is formed, and if the flexible printed circuit board is bent into a cylindrical shape, a cylindrical coil is formed, and thus the above-described effect is easily obtained.

導電性部材についても、板状の導電性部材を形成するか、又は、プリント基板上に所定の導体パターンを形成することで、平面状の導電性部材を構成すればよい。特に、フレキシブルプリント基板上に所定の導体パターンを形成して平面状の導電性部材を形成すると好適である。フレキシブルプリント基板を湾曲させれば、円弧状の導電性部材が形成され、フレキシブルプリント基板を円筒状に曲げれば、円筒状の導電性部材が形成される。 As for the conductive member, a planar conductive member may be formed by forming a plate-like conductive member or by forming a predetermined conductor pattern on the printed board. In particular, it is preferable to form a predetermined conductive pattern on a flexible printed board to form a planar conductive member. If the flexible printed circuit board is curved, an arc-shaped conductive member is formed, and if the flexible printed circuit board is bent into a cylindrical shape, a cylindrical conductive member is formed.

このように、プリント基板（フレキシブルプリント基板）に導体パターンを形成してコイル又は導電性部材を構成すれば、前記コイル又は前記導電性部材を含めた前記変位センサ全体の薄型化を実現することができ、効果的である。 Thus, if a coil or a conductive member is formed by forming a conductor pattern on a printed circuit board (flexible printed circuit board), the entire displacement sensor including the coil or the conductive member can be thinned. Can and is effective.

なお、本発明に係る変位センサは、上記の構成に限定されることはなく、（１）前記コイルが前記一方の部材であり且つ前記導電性部材が前記他方の部材であって、前記コイルが前記導電性部材に対して変位する変位センサ、（２）前記コイルが前記他方の部材であり且つ前記導電性部材が前記一方の部材であって、前記導電性部材が前記コイルに対して変位する変位センサ、又は、（３）前記コイルが前記他方の部材であり且つ前記導電性部材が前記一方の部材であって、前記コイルが前記導電性部材に対して変位する変位センサ、であっても、上記の各効果が得られることは勿論である。 The displacement sensor according to the present invention is not limited to the above configuration. (1) The coil is the one member, the conductive member is the other member, and the coil is A displacement sensor that is displaced with respect to the conductive member; (2) the coil is the other member and the conductive member is the one member, and the conductive member is displaced with respect to the coil. A displacement sensor, or (3) a displacement sensor in which the coil is the other member and the conductive member is the one member, and the coil is displaced with respect to the conductive member. Of course, each of the above effects can be obtained.

また、前記変位センサでは、２つの前記コイルを点対称に配置すると好適である。これにより、前記導電性部材の相対的な移動に対するセンサ感度の飽和が抑制され、出力の直線性の範囲を拡大することができる。この結果、出力の直線性とセンサ感度とが共に向上する。 In the displacement sensor, it is preferable that the two coils are arranged point-symmetrically. Thereby, the saturation of the sensor sensitivity with respect to the relative movement of the conductive member is suppressed, and the output linearity range can be expanded. As a result, both output linearity and sensor sensitivity are improved.

さらに、前記変位センサでは、前記コイルにコンデンサを並列に接続すると好適である。これにより、前記コイル及び前記コンデンサの共振周波数の近傍で前記コイルを励振させると、前記コイル及び前記コンデンサの合成インピーダンスの変化が大きくなって、センサ感度を向上させることができる。また、測定範囲に対する出力の線形性も向上させることができる。 Furthermore, in the displacement sensor, it is preferable that a capacitor is connected in parallel to the coil. Accordingly, when the coil is excited in the vicinity of the resonance frequency of the coil and the capacitor, a change in the combined impedance of the coil and the capacitor becomes large, and sensor sensitivity can be improved. In addition, the linearity of the output with respect to the measurement range can be improved.

ここで、前記コイル及び前記コンデンサの共振周波数よりも１０％〜１５％高い周波数で前記コイルを励振させると好適である。これにより、前記コイル及び前記コンデンサの共振曲線の非線形性を利用して、測定範囲の境界付近での出力変化を増大させることができるので、出力の線形性を一層向上させることが可能となる。 Here, it is preferable to excite the coil at a frequency 10% to 15% higher than the resonance frequency of the coil and the capacitor. As a result, the output change in the vicinity of the boundary of the measurement range can be increased by utilizing the nonlinearity of the resonance curve of the coil and the capacitor, so that the linearity of the output can be further improved.

また、前記コンデンサは、負の温度係数を有することが好ましい。前記コイルが正の温度係数を有する場合に、前記コンデンサが負の温度係数を有すれば、前記変位センサの出力に対する前記コイルの温度の影響を抑制することができる。すなわち、前記コイルの温度による前記共振周波数の変化を抑制し、出力に対する温度の影響を改善することができる。このようなコンデンサとしては、例えば、温度補償用セラミックコンデンサやスチロールコンデンサがある。 The capacitor preferably has a negative temperature coefficient. If the coil has a positive temperature coefficient and the capacitor has a negative temperature coefficient, the influence of the coil temperature on the output of the displacement sensor can be suppressed. That is, the change of the resonance frequency due to the temperature of the coil can be suppressed, and the influence of the temperature on the output can be improved. Examples of such a capacitor include a temperature compensating ceramic capacitor and a styrene capacitor.

また、前記変位センサは、２つの前記コイル及び２つの固定抵抗器で構成されるブリッジ回路をさらに有することが好ましい。これにより、２つの前記コイルの温度上昇が発生しても、出力に対する温度の影響を抑制することができる。 Moreover, it is preferable that the displacement sensor further includes a bridge circuit including the two coils and two fixed resistors. Thereby, even if the temperature rise of two said coils generate | occur | produces, the influence of the temperature with respect to an output can be suppressed.

そして、前記ブリッジ回路は、２つの前記コイルの直列回路と２つの前記固定抵抗器の直列回路とを並列接続することにより構成され、２つの前記コイルの直列回路の中点における電圧と、２つの前記固定抵抗器の直列回路の中点における電圧との不平衡電圧を出力することが好ましい。この場合、前記変位センサは、前記各中点と差動接続することにより、前記各中点の電圧の差分に応じた検出電圧を出力する電圧検出部をさらに有することが好ましい。 The bridge circuit is configured by connecting in parallel a series circuit of the two coils and a series circuit of the two fixed resistors, and the voltage at the midpoint of the series circuit of the two coils, It is preferable to output an unbalanced voltage with the voltage at the midpoint of the series circuit of the fixed resistors. In this case, it is preferable that the displacement sensor further includes a voltage detection unit that outputs a detection voltage corresponding to a voltage difference between the respective midpoints by differentially connecting to each of the midpoints.

また、前記変位センサは、２つの前記コイルを励振する交流電圧と前記ブリッジ回路の不平衡電圧との位相差に基づいて、前記導電性部材の変位に応じた出力電圧を得る位相検波回路をさらに有することが好ましい。これにより、全波整流による検波方式と比較して、測定範囲の拡大と出力の線形性の範囲の拡大とを共に実現することができる。 The displacement sensor further includes a phase detection circuit that obtains an output voltage corresponding to the displacement of the conductive member based on a phase difference between an AC voltage for exciting the two coils and an unbalanced voltage of the bridge circuit. It is preferable to have. Thereby, compared with the detection method by full wave rectification, both the expansion of the measurement range and the expansion of the output linearity range can be realized.

なお、前記交流電圧に対する位相のずれ（前記位相差）は、２つの前記コイルに対する前記導電性部材の相対位置に対応するため、当該ずれに応じた前記出力電圧を検出することにより、前記導電性部材の相対位置、すなわち、前記導電性部材又は２つの前記コイルが取り付けられたアクチュエータによって移動されるツール又はワークの絶対位置を特定することができる。 In addition, since the phase shift (the phase difference) with respect to the AC voltage corresponds to the relative position of the conductive member with respect to the two coils, the conductivity is detected by detecting the output voltage corresponding to the shift. The relative position of the members, i.e. the absolute position of the tool or workpiece moved by the conductive member or the actuator to which the two coils are attached, can be identified.

本発明によれば、測定範囲における変位センサの出力の直線性を向上させつつ、該変位センサの小型化及び薄型化を実現することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to implement | achieve size reduction and thickness reduction of this displacement sensor, improving the linearity of the output of the displacement sensor in a measurement range.

図１Ａは、本実施形態に係る変位センサを概略的に図示した平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図である。1A is a plan view schematically illustrating a displacement sensor according to the present embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line IB-IB in FIG. 1A. 変位センサを構成する検出回路の回路図である。It is a circuit diagram of the detection circuit which comprises a displacement sensor. 図１Ａ〜図２の変位センサの具体例（第１実施例）を示す平面図である。It is a top view which shows the specific example (1st Example) of the displacement sensor of FIG. 1A-FIG. 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 図５Ａは、第１層目（最上層）の配線パターンを図示した平面図であり、図５Ｂは、第２層目の配線パターンを図示した平面図である。FIG. 5A is a plan view illustrating the wiring pattern of the first layer (uppermost layer), and FIG. 5B is a plan view illustrating the wiring pattern of the second layer. 図６Ａは、第３層目の配線パターンを図示した平面図であり、図６Ｂは、第４層目の配線パターンを図示した平面図である。6A is a plan view illustrating a third-layer wiring pattern, and FIG. 6B is a plan view illustrating a fourth-layer wiring pattern. 図７Ａは、第５層目の配線パターンを図示した平面図であり、図７Ｂは、第６層目（最下層）の配線パターンを図示した平面図である。FIG. 7A is a plan view illustrating a fifth layer wiring pattern, and FIG. 7B is a plan view illustrating a sixth layer (lowermost layer) wiring pattern. 図５Ａ〜図７Ｂの配線パターンを有する変位センサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the displacement sensor which has the wiring pattern of FIG. 5A-FIG. 7B. 図９Ａは、第２実施例の変位センサにおける第１層目を図示した平面図であり、図９Ｂは、第２層目を図示した平面図である。FIG. 9A is a plan view illustrating the first layer in the displacement sensor of the second embodiment, and FIG. 9B is a plan view illustrating the second layer. 図１０Ａは、第２実施例の変位センサにおける第３層目を図示した平面図であり、図１０Ｂは、第４層目を図示した平面図である。FIG. 10A is a plan view illustrating a third layer in the displacement sensor of the second embodiment, and FIG. 10B is a plan view illustrating a fourth layer. 図１１Ａは、第２実施例の変位センサにおける第５層目を図示した平面図であり、図１１Ｂは、第６層目を図示した平面図である。FIG. 11A is a plan view illustrating a fifth layer in the displacement sensor of the second embodiment, and FIG. 11B is a plan view illustrating a sixth layer. 図１２Ａは、第３実施例の変位センサにおける第１層目を図示した平面図であり、図１２Ｂは、第４実施例の変位センサにおける第１層目を図示した平面図である。FIG. 12A is a plan view illustrating the first layer in the displacement sensor of the third embodiment, and FIG. 12B is a plan view illustrating the first layer in the displacement sensor of the fourth embodiment. 第５実施例の変位センサにおける第１層目を図示した平面図である。It is the top view which illustrated the 1st layer in the displacement sensor of the 5th example. 第６実施例の変位センサにおける第１層目を図示した平面図である。It is the top view which illustrated the 1st layer in the displacement sensor of the 6th example. 図１５Ａは、図１Ａの変位センサの斜視図であり、図１５Ｂは、第７実施例の変位センサの斜視図である。FIG. 15A is a perspective view of the displacement sensor of FIG. 1A, and FIG. 15B is a perspective view of the displacement sensor of the seventh embodiment. 第８実施例の変位センサの斜視図である。It is a perspective view of the displacement sensor of 8th Example. 第９実施例の変位センサのうち、コイルの部分を展開した平面図である。It is the top view which expand | deployed the part of the coil among the displacement sensors of 9th Example.

本発明に係る変位センサの好適な実施形態について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。ここでは、図１Ａ〜図２に示す基本構成の変位センサ１０について最初に説明した後に、当該変位センサ１０の具体例（第１〜第９実施例）について図３〜図１７を参照しながら説明する。 A preferred embodiment of a displacement sensor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Here, after first explaining the displacement sensor 10 having the basic configuration shown in FIGS. 1A to 2, specific examples (first to ninth embodiments) of the displacement sensor 10 will be described with reference to FIGS. 3 to 17. To do.

［本実施形態の説明］
本実施形態に係る変位センサ１０は、図１Ａの平面視で示すように、２つのコイル１２、１４と、該２つのコイル１２、１４に重なり合う導電性部材１６とを有する。２つのコイル１２、１４は、図１Ｂに示すように、例えば、エポキシ基板等の樹脂製の基板１８上に形成された平面コイルであり、コイル１２、１４及び基板１８の上方に導電性部材１６が設けられている。なお、図１Ａでは、説明の容易化のために、１ターンのコイル１２、１４を図示しているが、コイル１２、１４のターン数（巻数）は、任意である。 [Description of this embodiment]
As shown in the plan view of FIG. 1A, the displacement sensor 10 according to the present embodiment includes two coils 12 and 14 and a conductive member 16 that overlaps the two coils 12 and 14. As shown in FIG. 1B, the two coils 12 and 14 are planar coils formed on a resin substrate 18 such as an epoxy substrate, for example, and the conductive members 16 are disposed above the coils 12 and 14 and the substrate 18. Is provided. In FIG. 1A, the coils 12 and 14 of one turn are shown for ease of explanation, but the number of turns (number of turns) of the coils 12 and 14 is arbitrary.

変位センサ１０では、導電性部材１６又は基板１８のいずれか一方を、図示しない自動機のアクチュエータに取り付け、所定周波数の交流電圧によりコイル１２、１４を励振した状態で該アクチュエータが移動したときのコイル１２、１４のインピーダンスの変化に基づき、コイル１２、１４と導電性部材１６との相対位置を測定する。 In the displacement sensor 10, either the conductive member 16 or the substrate 18 is attached to an actuator of an automatic machine (not shown), and the coil is moved when the actuator moves with the coils 12 and 14 excited by an alternating voltage of a predetermined frequency. Based on the change in impedance of 12 and 14, the relative positions of the coils 12 and 14 and the conductive member 16 are measured.

この場合、導電性部材１６又は基板１８のいずれか一方がアクチュエータに取り付けられているため、コイル１２、１４と導電性部材１６との相対位置を測定することにより、アクチュエータによって移動されるツール又はワークの絶対位置を測定することができる。従って、本実施形態では、コイル１２、１４に対して導電性部材１６が移動する場合、又は、導電性部材１６に対してコイル１２、１４が移動する場合、のいずれの場合であっても、ツール又はワークの絶対位置を測定することが可能である。 In this case, since either the conductive member 16 or the substrate 18 is attached to the actuator, the tool or workpiece moved by the actuator is measured by measuring the relative positions of the coils 12 and 14 and the conductive member 16. The absolute position of can be measured. Therefore, in this embodiment, when the conductive member 16 moves with respect to the coils 12 and 14, or when the coils 12 and 14 move with respect to the conductive member 16, It is possible to measure the absolute position of the tool or workpiece.

２つのコイル１２、１４は、導体箔又はワイヤ等の導体を基板１８に所定のターン数だけ巻回することにより形成された略同一形状の平面コイルであり、点対称に配置されている。図１Ａでは、直角三角形状の２つのコイル１２、１４について、斜辺部分が向かい合うように配置されている場合を図示している。すなわち、２つのコイル１２、１４のｙ方向（ｘ方向の交差方向）に沿った幅は、ｘ方向に沿って変化している。 The two coils 12 and 14 are planar coils of substantially the same shape formed by winding a conductor such as a conductor foil or a wire around the substrate 18 by a predetermined number of turns, and are arranged point-symmetrically. In FIG. 1A, the case where the hypotenuse part is arrange | positioned about two coils 12 and 14 of a right triangle shape is illustrated. In other words, the widths of the two coils 12 and 14 along the y direction (cross direction of the x direction) change along the x direction.

導電性部材１６は、略矩形状の導体板であり、平面視で、コイル１２、１４と重なり合った状態で、ｘ方向（移動方向、変位方向）に沿って移動可能である。この場合、導電性部材１６は、ｘ方向に対して角度θだけ傾斜している。従って、導電性部材１６は、角度θだけ傾斜した状態でｘ方向に沿って移動する。また、コイル１２、１４と導電性部材１６とが重なり合う面積（対向面積）Ｓｐは、導電性部材１６のｘ方向への移動によって変化する。 The conductive member 16 is a substantially rectangular conductor plate, and is movable along the x direction (movement direction, displacement direction) in a state of overlapping with the coils 12 and 14 in plan view. In this case, the conductive member 16 is inclined by an angle θ with respect to the x direction. Accordingly, the conductive member 16 moves along the x direction while being inclined by the angle θ. Further, the area (opposed area) Sp where the coils 12 and 14 and the conductive member 16 overlap changes with the movement of the conductive member 16 in the x direction.

なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、導電性部材１６の移動方向（ｘ方向）に対して、コイル１２、１４のｙ方向に沿った幅が変化すると共に、導電性部材１６のｙ方向に沿った幅が一定である場合を図示している。本実施形態では、図１Ａ及び図１Ｂの例に限定されることはなく、コイル１２、１４及び導電性部材１６のうち、一方の部材のｙ方向に沿った幅がｘ方向に沿って変化すると共に、他方の部材のｙ方向に沿った幅がｘ方向に沿って一定であればよい。 In FIG. 1A and FIG. 1B, the width along the y direction of the coils 12 and 14 changes with respect to the moving direction (x direction) of the conductive member 16, and also along the y direction of the conductive member 16. The case where the width is constant is illustrated. In this embodiment, it is not limited to the example of FIG. 1A and FIG. 1B, The width along the y direction of one member among the coils 12 and 14 and the electroconductive member 16 changes along an x direction. At the same time, the width of the other member along the y direction may be constant along the x direction.

すなわち、本実施形態では、導電性部材１６のｘ方向への移動によって対向面積Ｓｐが変化できるのであれば、例えば、コイル１２、１４が矩形状であると共に、導電性部材１６が三角形状であってもよい。 That is, in this embodiment, if the facing area Sp can be changed by movement of the conductive member 16 in the x direction, for example, the coils 12 and 14 are rectangular and the conductive member 16 is triangular. May be.

ここで、コイル１２、１４及び導電性部材１６の好適なサイズについて説明する。 Here, suitable sizes of the coils 12 and 14 and the conductive member 16 will be described.

コイル１２、１４のｙ方向に沿った最大幅（縦幅）をｌ、導電性部材１６の長辺の長さをｂとした場合、導電性部材１６の短辺の長さｃが、ｃ≒０であれば、縦幅ｌは、下記（１）式で表わされる。
ｌ＝ｂ×ｓｉｎθ （１） When the maximum width (vertical width) along the y direction of the coils 12 and 14 is 1 and the length of the long side of the conductive member 16 is b, the length c of the short side of the conductive member 16 is c≈. If it is 0, the vertical width l is expressed by the following equation (1).
l = b × sin θ (1)

すなわち、コイル１２、１４の縦幅ｌは、導電性部材１６の長辺の長さｂと角度θとによって決まる。これにより、角度θを小さくすれば、コイル１２、１４の縦幅ｌを小さくすることが可能となる。 That is, the longitudinal width l of the coils 12 and 14 is determined by the length b of the long side of the conductive member 16 and the angle θ. Thereby, if the angle θ is reduced, the longitudinal width l of the coils 12 and 14 can be reduced.

前述のように、コイル１２、１４を励振させた状態で、コイル１２、１４に対して導電性部材１６をｘ方向に相対的に移動させることにより、コイル１２、１４のインピーダンスが変化し、ツール又はワークの絶対位置を測定することが可能となる。導電性部材１６のｘ方向への移動によって対向面積Ｓｐも変化するので、コイル１２、１４のインピーダンスの変化と、対向面積Ｓｐの変化とは、対応関係にある。 As described above, when the conductive members 16 are moved relative to the coils 12 and 14 in the x direction with the coils 12 and 14 being excited, the impedance of the coils 12 and 14 is changed. Alternatively, the absolute position of the workpiece can be measured. Since the facing area Sp is also changed by the movement of the conductive member 16 in the x direction, the change in impedance of the coils 12 and 14 and the change in the facing area Sp are in a correspondence relationship.

ここで、コイル１２、１４のｘ方向に沿った最大幅（横幅）をｓとすれば、変位センサ１０において、ツール又はワークの絶対位置を測定可能な最大の範囲（最大測長範囲）ｈは、下記の（２）式で表わされる。
ｈ＝ｂ×ｃｏｓθ−ｓ（２） Here, if the maximum width (lateral width) along the x direction of the coils 12 and 14 is s, the maximum range (maximum length measurement range) h in which the absolute position of the tool or workpiece can be measured in the displacement sensor 10 is Is expressed by the following equation (2).
h = b × cos θ−s (2)

導電性部材１６がｘ方向に沿って移動する場合に、最大の移動幅（フルストローク幅）をΔｘ_F.S.とすれば、導電性部材１６のｘ方向への変位に対して対向面積Ｓｐを線形的に変化させるためには、下記の（３）式を満たす必要がある。
ｂ×ｃｏｓθ＞ｓ＋Δｘ_F.S. （３） When the conductive member 16 moves along the x direction, if the maximum movement width (full stroke width) is Δx _FS , the facing area Sp is linear with respect to the displacement of the conductive member 16 in the x direction. In order to change to the following, it is necessary to satisfy the following expression (3).
b × cos θ> s + Δx _FS (3)

なお、（３）式において、横幅ｓが一定の場合、角度θを小さくすれば、フルストローク幅Δｘ_F.S.を大きくすることが可能である。 Note that in (3), if the width s is constant, by reducing the angle theta, it is possible to increase the full stroke width [Delta] x _FS.

従って、コイル１２、１４に対して導電性部材１６を斜めに配置することで、導電性部材１６のｘ方向への変位に対して対向面積Ｓｐを線形的に変化させることが可能になると共に、コイル１２、１４のサイズの最小化と最大測長範囲ｈの拡大とを図ることが可能となる。 Therefore, by disposing the conductive member 16 obliquely with respect to the coils 12 and 14, the opposing area Sp can be linearly changed with respect to the displacement of the conductive member 16 in the x direction, and It is possible to minimize the size of the coils 12 and 14 and expand the maximum length measurement range h.

なお、コイル１２、１４のサイズを最小化する場合、縦幅ｌ及び横幅ｓは、最大測長範囲ｈと、ｘ方向に対する変位センサ１０の変位検出分解能との関係で、下記（４）式及び（５）式を満足することが好ましい。
ｌ＝ｈ×ｔａｎθ （４）
ｈ／４＜ｓ＜ｈ／２（５） When the sizes of the coils 12 and 14 are minimized, the vertical width l and the horizontal width s are the relationship between the maximum length measurement range h and the displacement detection resolution of the displacement sensor 10 in the x direction. It is preferable that the formula (5) is satisfied.
l = h × tan θ (4)
h / 4 <s <h / 2 (5)

次に、変位センサ１０において、コイル１２、１４のインピーダンスの変化に基づいて、導電性部材１６の変位（ツール又はワークの絶対位置）に応じた出力電圧Ｖｏを得るための検出回路２０の構成について、図２を参照しながら説明する。 Next, in the displacement sensor 10, the configuration of the detection circuit 20 for obtaining the output voltage Vo corresponding to the displacement of the conductive member 16 (absolute position of the tool or workpiece) based on the change in impedance of the coils 12 and 14. This will be described with reference to FIG.

検出回路２０は、交流電源２２、コイル１２、１４を含むブリッジ回路２４、差動アンプ２６（電圧検出部）及び位相検波回路２８を有する。この場合、交流電源２２に対してブリッジ回路２４及び位相検波回路２８が並列に接続されている。 The detection circuit 20 includes an AC power supply 22, a bridge circuit 24 including the coils 12 and 14, a differential amplifier 26 (voltage detection unit), and a phase detection circuit 28. In this case, a bridge circuit 24 and a phase detection circuit 28 are connected in parallel to the AC power supply 22.

交流電源２２は、例えば、クワドラチャ発振回路を含む高周波電源であり、ブリッジ回路２４及び位相検波回路２８に所定周波数の交流電圧Ｖｉを供給する。この場合、交流電源２２は、後述するコイル１２、１４及びコンデンサ３０、３２の並列回路での共振周波数（並列共振の周波数）よりも僅かに高い周波数の交流電圧Ｖｉをブリッジ回路２４及び位相検波回路２８に印加し、コイル１２、１４を励振させることが好ましい。より好ましくは、当該共振周波数よりも１０％〜１５％高い周波数の交流電圧Ｖｉをブリッジ回路２４及び位相検波回路２８に供給し、コイル１２、１４を励振させる。 The AC power supply 22 is a high-frequency power supply including, for example, a quadrature oscillation circuit, and supplies an AC voltage Vi having a predetermined frequency to the bridge circuit 24 and the phase detection circuit 28. In this case, the AC power supply 22 generates an AC voltage Vi having a frequency slightly higher than a resonance frequency (parallel resonance frequency) in a parallel circuit of coils 12 and 14 and capacitors 30 and 32, which will be described later, as a bridge circuit 24 and a phase detection circuit. It is preferable that the coils 12 and 14 are excited by being applied to the coil 28. More preferably, an AC voltage Vi having a frequency 10% to 15% higher than the resonance frequency is supplied to the bridge circuit 24 and the phase detection circuit 28 to excite the coils 12 and 14.

ブリッジ回路２４は、インダクタンスＬ１、Ｌ２のコイル１２、１４と、静電容量Ｃ１、Ｃ２のコンデンサ３０、３２と、抵抗値Ｒ１、Ｒ２の固定抵抗器３４、３６とを有する。この場合、ブリッジ回路２４では、交流電源２２に対して、コイル１２、１４の直列回路と固定抵抗器３４、３６の直列回路とが並列に接続されている。また、コイル１２にコンデンサ３０が並列に接続される共に、コイル１４にコンデンサ３２が並列に接続されている。 The bridge circuit 24 includes coils 12 and 14 having inductances L1 and L2, capacitors 30 and 32 having electrostatic capacitances C1 and C2, and fixed resistors 34 and 36 having resistance values R1 and R2. In this case, in the bridge circuit 24, the series circuit of the coils 12 and 14 and the series circuit of the fixed resistors 34 and 36 are connected to the AC power supply 22 in parallel. A capacitor 30 is connected in parallel to the coil 12, and a capacitor 32 is connected in parallel to the coil 14.

コイル１２、１４は、正の温度係数を有している場合があるため、コンデンサ３０、３２は、温度補償用セラミックコンデンサ又はスチロールコンデンサ等の負の温度係数を有するコンデンサを用いることが好ましい。 Since the coils 12 and 14 may have a positive temperature coefficient, the capacitors 30 and 32 are preferably capacitors having a negative temperature coefficient such as a temperature compensating ceramic capacitor or a styrene capacitor.

コイル１２及びコンデンサ３０の並列回路とコイル１４及びコンデンサ３２の並列回路との間の中点３７ｌは、差動アンプ２６の反転入力端子（図２中、「−」の符号が付けられた入力端子）に接続され、固定抵抗器３４、３６の間の中点３７ｒは、差動アンプ２６の正転入力端子（図２中、「＋」の符号が付けられた入力端子）に接続されている。 A midpoint 37l between the parallel circuit of the coil 12 and the capacitor 30 and the parallel circuit of the coil 14 and the capacitor 32 is an inverting input terminal of the differential amplifier 26 (an input terminal labeled “−” in FIG. 2). ), And a midpoint 37r between the fixed resistors 34 and 36 is connected to the normal rotation input terminal of the differential amplifier 26 (input terminal labeled “+” in FIG. 2). .

差動アンプ２６は、オペアンプを用いた差動増幅回路、又は、コンパレータからなる差動増幅回路であり、交流電圧Ｖｉによるコイル１２、１４の励振に起因した電圧（不平衡電圧）がブリッジ回路２４の２つの中点３７ｌ、３７ｒの間に発生した場合に、各中点３７ｌ、３７ｒから反転入力端子及び正転入力端子に入力される電圧の差分に基づく検出電圧Ｖｏｐを位相検波回路２８に出力する。 The differential amplifier 26 is a differential amplifier circuit using an operational amplifier or a differential amplifier circuit composed of a comparator. A voltage (unbalanced voltage) resulting from excitation of the coils 12 and 14 by the AC voltage Vi is a bridge circuit 24. , The detection voltage Vop based on the difference between the voltages input from the intermediate points 37l and 37r to the inverting input terminal and the normal rotation input terminal is output to the phase detection circuit 28. To do.

位相検波回路２８は、交流電圧Ｖｉと検出電圧Ｖｏｐとの位相差に基づく出力電圧Ｖｏを、導電性部材１６の変位に応じた電圧として出力する。 The phase detection circuit 28 outputs an output voltage Vo based on the phase difference between the AC voltage Vi and the detection voltage Vop as a voltage corresponding to the displacement of the conductive member 16.

このように変位センサ１０を構成することにより、本実施形態では、交流電源２２からコイル１２、１４に交流電圧Ｖｉを印加すると、電磁誘導の法則によって導電性部材１６に渦電流が発生し、コイル１２、１４のインピーダンスが低下する。この場合、導電性部材１６がｘ方向に沿ってコイル１２、１４に対し相対的に移動すれば、コイル１２、１４と導電性部材１６との対向面積Ｓｐが変化し、コイル１２、１４のインピーダンスが変化する。 By configuring the displacement sensor 10 in this way, in this embodiment, when an AC voltage Vi is applied from the AC power source 22 to the coils 12 and 14, an eddy current is generated in the conductive member 16 according to the law of electromagnetic induction, and the coil The impedance of 12 and 14 is lowered. In this case, if the conductive member 16 moves relative to the coils 12 and 14 along the x direction, the facing area Sp between the coils 12 and 14 and the conductive member 16 changes, and the impedance of the coils 12 and 14 changes. Changes.

そこで、本実施形態では、コイル１２、１４及び導電性部材１６のうち、一方の部材のｙ方向に沿った幅を、ｘ方向に沿って変化させ、他方の部材のｙ方向に沿った幅を、ｘ方向に沿って略一定としている。また、平面視で、コイル１２、１４に対して導電性部材１６を相対的に傾斜させている。 Therefore, in the present embodiment, among the coils 12, 14 and the conductive member 16, the width of one member along the y direction is changed along the x direction, and the width of the other member along the y direction is changed. , And substantially constant along the x direction. Further, the conductive member 16 is inclined relative to the coils 12 and 14 in plan view.

このように、コイル１２、１４に対して導電性部材１６を相対的に傾斜させた状態で、該導電性部材１６をｘ方向に沿ってコイル１２、１４に対し相対的に移動させることにより、導電性部材１６の相対的な変位に対して対向面積Ｓｐを線形に変化させることが可能となる。これにより、変位センサ１０の測定範囲（導電性部材１６の最大測長範囲）内における出力としての出力電圧Ｖｏの大きさ及び位相の直線性を確保することができる。 In this way, by moving the conductive member 16 relative to the coils 12 and 14 along the x direction in a state where the conductive member 16 is inclined relative to the coils 12 and 14, It is possible to linearly change the facing area Sp with respect to the relative displacement of the conductive member 16. Thereby, the linearity of the magnitude | size and phase of the output voltage Vo as an output in the measurement range (maximum length measurement range of the electroconductive member 16) of the displacement sensor 10 is securable.

また、コイル１２、１４に対して相対的に傾斜した状態で導電性部材１６がｘ方向に沿って相対的に移動するため、ｘ方向に沿った導電性部材１６の最大測長範囲を、ｘ方向に沿ったコイル１２、１４の全長（横幅ｓ）よりも長くすることができる。すなわち、導電性部材１６の最大測長範囲を一定とした場合、ｘ方向に沿ったコイル１２、１４の横幅ｓを短くすることができる。この結果、コイル１２、１４のサイズ（縦幅ｌ及び横幅ｓの寸法）を小さくすることができ、変位センサ１０の小型化及び薄型化を実現することができる。 Further, since the conductive member 16 moves relatively along the x direction in a state of being inclined relative to the coils 12 and 14, the maximum length measurement range of the conductive member 16 along the x direction is set to x. It can be made longer than the full length (lateral width s) of the coils 12 and 14 along a direction. That is, when the maximum length measurement range of the conductive member 16 is constant, the lateral width s of the coils 12 and 14 along the x direction can be shortened. As a result, the sizes of the coils 12 and 14 (the dimensions of the vertical width l and the horizontal width s) can be reduced, and the displacement sensor 10 can be reduced in size and thickness.

従って、本実施形態によれば、測定範囲における変位センサ１０の出力の直線性を向上させつつ、該変位センサ１０の小型化及び薄型化を実現することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the size and thickness of the displacement sensor 10 while improving the linearity of the output of the displacement sensor 10 in the measurement range.

また、図１Ａ及び図１Ｂのように、コイル１２、１４を前記一方の部材としての平面状のコイルとし、導電性部材１６を前記他方の部材としての板状の導電性部材とした上で、平面視で、ｘ方向に対して導電性部材１６を斜めに配置し、ｘ方向に沿って導電性部材１６を移動させれば、コイル１２、１４に対して導電性部材１６を変位させることができるので、上記の各効果が容易に得られる。 Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, the coils 12 and 14 are planar coils as the one member, and the conductive member 16 is a plate-like conductive member as the other member. When the conductive member 16 is disposed obliquely with respect to the x direction in a plan view, and the conductive member 16 is moved along the x direction, the conductive member 16 can be displaced with respect to the coils 12 and 14. Therefore, the above effects can be easily obtained.

なお、本実施形態に係る変位センサ１０は、図１Ａ〜図２に示す構成に限定されることはない。すなわち、本実施形態では、（１）コイル１２、１４が前記一方の部材であり且つ導電性部材１６が前記他方の部材であって、コイル１２、１４が導電性部材１６に対して変位する変位センサ１０、（２）コイル１２、１４が前記他方の部材であり且つ導電性部材１６が前記一方の部材であって、導電性部材１６がコイル１２、１４に対して変位する変位センサ１０、又は、（３）コイル１２、１４が前記他方の部材であり且つ導電性部材１６が前記一方の部材であって、コイル１２、１４が導電性部材１６に対して変位する変位センサ１０であっても、上記の各効果が得られることは勿論である。 The displacement sensor 10 according to the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIGS. 1A to 2. That is, in the present embodiment, (1) displacement in which the coils 12 and 14 are the one member and the conductive member 16 is the other member, and the coils 12 and 14 are displaced with respect to the conductive member 16. Sensor 10, (2) Displacement sensor 10 in which the coils 12, 14 are the other member and the conductive member 16 is the one member, and the conductive member 16 is displaced with respect to the coils 12, 14, or (3) Even if the coils 12 and 14 are the other member and the conductive member 16 is the one member and the coils 12 and 14 are displaced with respect to the conductive member 16, Of course, each of the above effects can be obtained.

また、変位センサ１０では、平面視で、２つのコイル１２、１４を点対称に配置することにより、導電性部材１６の相対的な移動に対するセンサ感度の飽和を抑制し、出力の直線性の範囲を拡大することができる。この結果、出力の直線性とセンサ感度とを共に向上させることができる。 Further, in the displacement sensor 10, the two coils 12 and 14 are arranged point-symmetrically in plan view, thereby suppressing the saturation of the sensor sensitivity with respect to the relative movement of the conductive member 16, and the output linearity range. Can be enlarged. As a result, both output linearity and sensor sensitivity can be improved.

さらに、変位センサ１０では、コイル１２、１４にコンデンサ３０、３２が並列に接続されている。そのため、コイル１２、１４及びコンデンサ３０、３２の共振周波数の近傍でコイル１２、１４を励振させると、コイル１２及びコンデンサ３０の合成インピーダンスの変化と、コイル１４及びコンデンサ３２の合成インピーダンスの変化とがそれぞれ大きくなって、センサ感度を向上させることができる。また、測定範囲に対する出力の線形性も向上させることができる。 Further, in the displacement sensor 10, capacitors 30 and 32 are connected in parallel to the coils 12 and 14. Therefore, when the coils 12 and 14 are excited in the vicinity of the resonance frequencies of the coils 12 and 14 and the capacitors 30 and 32, a change in the combined impedance of the coil 12 and the capacitor 30 and a change in the combined impedance of the coil 14 and the capacitor 32 occur. Each becomes larger and the sensor sensitivity can be improved. In addition, the linearity of the output with respect to the measurement range can be improved.

特に、コイル１２、１４及びコンデンサ３０、３２の共振周波数よりも１０％〜１５％高い周波数でコイル１２、１４を励振させた場合、コイル１２、１４及びコンデンサ３０、３２の共振曲線の非線形性を利用して、測定範囲の境界付近での出力変化を増大させることができるので、出力の線形性を一層向上させることが可能となる。 In particular, when the coils 12 and 14 are excited at a frequency 10% to 15% higher than the resonance frequency of the coils 12 and 14 and the capacitors 30 and 32, the nonlinearity of the resonance curves of the coils 12, 14 and the capacitors 30 and 32 is reduced. Since the output change near the boundary of the measurement range can be increased, the linearity of the output can be further improved.

また、コイル１２、１４が正の温度係数を有する場合に、コンデンサ３０、３２が負の温度係数を有すれば、変位センサ１０の出力電圧Ｖｏに対するコイル１２、１４の温度の影響を抑制することができる。すなわち、コイル１２、１４の温度による共振周波数の変化を抑制し、出力電圧Ｖｏに対する温度の影響を改善することができる。 Further, when the coils 12 and 14 have a positive temperature coefficient, if the capacitors 30 and 32 have a negative temperature coefficient, the influence of the temperature of the coils 12 and 14 on the output voltage Vo of the displacement sensor 10 is suppressed. Can do. That is, the change of the resonance frequency due to the temperature of the coils 12 and 14 can be suppressed, and the influence of temperature on the output voltage Vo can be improved.

さらに、コイル１２、１４、コンデンサ３０、３２及び固定抵抗器３４、３６でブリッジ回路２４を構成することにより、コイル１２、１４の温度上昇が発生しても、出力電圧Ｖｏに対する温度の影響を抑制することができる。 In addition, by configuring the bridge circuit 24 with the coils 12 and 14, the capacitors 30 and 32, and the fixed resistors 34 and 36, the influence of the temperature on the output voltage Vo is suppressed even if the temperature of the coils 12 and 14 increases. can do.

この場合、ブリッジ回路２４の各中点３７ｌ、３７ｒと差動アンプ２６とを差動接続し、差動アンプ２６において、各中点３７ｌ、３７ｒの電圧の差分（不平衡電圧）に応じた検出電圧Ｖｏｐを出力することにより、センサ感度の飽和を解消し、出力電圧Ｖｏの線形性の範囲を容易に広げることができる。 In this case, the midpoints 37l and 37r of the bridge circuit 24 are differentially connected to the differential amplifier 26, and the differential amplifier 26 detects according to the voltage difference (unbalanced voltage) between the midpoints 37l and 37r. By outputting the voltage Vop, saturation of the sensor sensitivity can be eliminated, and the linearity range of the output voltage Vo can be easily expanded.

また、位相検波回路２８では、コイル１２、１４を励振する交流電圧Ｖｉと、ブリッジ回路２４の不平衡電圧に基づく検出電圧Ｖｏｐとの位相差から、導電性部材１６の変位に応じた出力電圧Ｖｏを得る。これにより、全波整流による検波方式と比較して、測定範囲の拡大と出力電圧Ｖｏの線形性の範囲の拡大とを共に実現することができる。 In the phase detection circuit 28, the output voltage Vo corresponding to the displacement of the conductive member 16 is determined from the phase difference between the AC voltage Vi that excites the coils 12 and 14 and the detection voltage Vop based on the unbalanced voltage of the bridge circuit 24. Get. Thereby, compared with the detection method by full wave rectification, both the expansion of the measurement range and the expansion of the linearity range of the output voltage Vo can be realized.

なお、交流電圧Ｖｉに対する検出電圧Ｖｏｐの位相のずれ（位相差）は、２つのコイル１２、１４に対する導電性部材１６の相対位置に対応する。そのため、当該ずれに応じた出力電圧Ｖｏを検出することにより、導電性部材１６の相対位置、すなわち、導電性部材１６又は基板１８が取り付けられたアクチュエータによって移動されるツール又はワークの絶対位置を特定することができる。 The phase shift (phase difference) of the detection voltage Vop with respect to the AC voltage Vi corresponds to the relative position of the conductive member 16 with respect to the two coils 12 and 14. Therefore, the relative position of the conductive member 16, that is, the absolute position of the tool or workpiece moved by the actuator to which the conductive member 16 or the substrate 18 is attached is specified by detecting the output voltage Vo corresponding to the deviation. can do.

また、上記の説明では、導電性部材１６が板状である場合について説明した。本実施形態では、コイル１２、１４と導電性部材１６とが重なり合うのであれば、コイル１２、１４と導電性部材１６とは、どのような形態でも採用可能である。例えば、導電性部材１６は、ロッドであってもよいし、又は、プリント基板上に形成された導体パターンであって、当該プリント基板が湾曲している場合であってもよい。 In the above description, the case where the conductive member 16 is plate-shaped has been described. In this embodiment, as long as the coils 12 and 14 and the conductive member 16 overlap, the coils 12 and 14 and the conductive member 16 can be employed in any form. For example, the conductive member 16 may be a rod, or may be a conductor pattern formed on a printed board, where the printed board is curved.

すなわち、コイル１２、１４が平面状、円弧状又は円筒状のコイルであり、導電性部材１６が平面状、円弧状又は円筒状の導電性部材であればよい。 That is, the coils 12 and 14 may be planar, arc-shaped, or cylindrical coils, and the conductive member 16 may be a planar, arc-shaped, or cylindrical conductive member.

具体的に、プリント基板上に所定の導体パターンを形成することで、平面状のコイル１２、１４を構成してもよい。特に、フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ）ともいう。）上に所定の導体パターンを形成して平面状のコイル１２、１４を形成すると好適である。この場合、ＦＰＣを湾曲させることにより、円弧状のコイル１２、１４が形成され、ＦＰＣを円筒状に曲げることにより、円筒状のコイル１２、１４が形成される。 Specifically, the planar coils 12 and 14 may be configured by forming a predetermined conductor pattern on the printed circuit board. In particular, it is preferable to form the planar coils 12 and 14 by forming a predetermined conductor pattern on a flexible printed circuit board (hereinafter also referred to as FPC (Flexible Printed Circuits)). In this case, the arc-shaped coils 12 and 14 are formed by bending the FPC, and the cylindrical coils 12 and 14 are formed by bending the FPC into a cylindrical shape.

導電性部材１６についても、板状の導電性部材１６を形成するか、又は、プリント基板上に所定の導体パターンを形成することで、平面状の導電性部材１６を構成してもよい。特に、ＦＰＣ上に所定の導体パターンを形成して平面状の導電性部材１６を形成すると好適である。この場合、ＦＰＣを湾曲させることにより、円弧状の導電性部材１６が形成され、ＦＰＣを円筒状に曲げることにより、円筒状の導電性部材１６が形成される。 As for the conductive member 16, the planar conductive member 16 may be formed by forming the plate-like conductive member 16 or by forming a predetermined conductor pattern on the printed circuit board. In particular, it is preferable to form a planar conductive member 16 by forming a predetermined conductor pattern on the FPC. In this case, the arc-shaped conductive member 16 is formed by bending the FPC, and the cylindrical conductive member 16 is formed by bending the FPC into a cylindrical shape.

このように、プリント基板又はＦＰＣに導体パターンを形成してコイル１２、１４や導電性部材１６を構成すれば、コイル１２、１４や導電性部材１６を含めた変位センサ１０全体の薄型化を実現することができ、効果的である。 As described above, if the conductor patterns are formed on the printed circuit board or the FPC to form the coils 12, 14 and the conductive member 16, the entire displacement sensor 10 including the coils 12, 14 and the conductive member 16 can be thinned. Can be effective.

なお、このような変位センサ１０の具体的な構成例については、後述する。 A specific configuration example of such a displacement sensor 10 will be described later.

また、本実施形態では、交流電圧Ｖｉと検出電圧Ｖｏｐとを用いて、ツール又はワークの絶対位置に応じた出力電圧Ｖｏを取得できるのであれば、位相検波回路２８を用いなくてもよい。 In the present embodiment, the phase detection circuit 28 may not be used as long as the output voltage Vo corresponding to the absolute position of the tool or workpiece can be acquired using the AC voltage Vi and the detection voltage Vop.

［本実施形態の具体例］
次に、本実施形態に係る変位センサ１０の具体例（第１〜第９実施例に係る変位センサ１０Ａ〜１０Ｉ）について、図３〜図１７を参照しながら説明する。 [Specific example of this embodiment]
Next, specific examples of the displacement sensor 10 according to this embodiment (displacement sensors 10A to 10I according to first to ninth examples) will be described with reference to FIGS.

第１実施例に係る変位センサ１０Ａは、図３及び図４に示すように、基板１８が複数の絶縁層１８ａ〜１８ｆを積層した積層体であり、各絶縁層１８ａ〜１８ｆに複数のターン数の配線パターンがそれぞれ形成され、これらの配線パターンが接続されることにより、コイル１２、１４が構成される点で、図１Ａ〜図２に示す変位センサ１０とは異なる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the displacement sensor 10 A according to the first embodiment is a laminated body in which the substrate 18 is laminated with a plurality of insulating layers 18 a to 18 f, and a plurality of turns are provided on each of the insulating layers 18 a to 18 f. Are different from the displacement sensor 10 shown in FIGS. 1A to 2 in that the coils 12 and 14 are formed by connecting these wiring patterns.

図３は、変位センサ１０Ａについて、導電性部材１６と対向する第１層目（最上層）を図示した平面図である。 FIG. 3 is a plan view illustrating a first layer (uppermost layer) facing the conductive member 16 in the displacement sensor 10A.

第１層目の絶縁層１８ａ上には、導体箔又はワイヤ等の導体を複数のターン数で巻回してなる２つの配線パターン３８、４０が点対称に形成されている。配線パターン３８は、コイル１２の一部であり、配線パターン４０は、コイル１４の一部である。 On the first insulating layer 18a, two wiring patterns 38 and 40 formed by winding a conductor such as a conductor foil or a wire with a plurality of turns are formed point-symmetrically. The wiring pattern 38 is a part of the coil 12, and the wiring pattern 40 is a part of the coil 14.

配線パターン３８の近傍には、少なくとも１つの絶縁層１８ａ〜１８ｆを貫通する複数のビヤ４２が設けられている。また、絶縁層１８ａ上には、配線パターン３８の一端からの引き出し線４４に接続されるパッド等の端子４６と、１つのビヤ４２からの引き出し線４８に接続される端子５０とが形成されている。 In the vicinity of the wiring pattern 38, a plurality of vias 42 penetrating at least one of the insulating layers 18a to 18f are provided. Further, a terminal 46 such as a pad connected to the lead line 44 from one end of the wiring pattern 38 and a terminal 50 connected to the lead line 48 from one via 42 are formed on the insulating layer 18a. Yes.

一方、配線パターン４０の近傍にも、少なくとも１つの絶縁層１８ａ〜１８ｆを貫通する複数のビヤ５２が設けられている。また、絶縁層１８ａ上には、１つのビヤ５２からの引き出し線５４に接続される端子５６と、配線パターン４０の一端からの引き出し線５８に接続されるパッド等の端子６０とが形成されている。 On the other hand, a plurality of vias 52 penetrating at least one of the insulating layers 18 a to 18 f are also provided in the vicinity of the wiring pattern 40. On the insulating layer 18a, a terminal 56 connected to the lead wire 54 from one via 52 and a terminal 60 such as a pad connected to the lead wire 58 from one end of the wiring pattern 40 are formed. Yes.

なお、基板１８には、図示しないネジ部材を挿通させてアクチュエータに基板１８を固定するための複数のネジ孔６２を設けてもよい。 The substrate 18 may be provided with a plurality of screw holes 62 for inserting a screw member (not shown) to fix the substrate 18 to the actuator.

図４は、変位センサ１０Ａの断面図であり、最上層の第１層目の絶縁層１８ａから下方に向かって、第２〜第６層目の絶縁層１８ｂ〜１８ｆが順に積層されている。また、図５Ａ〜図７Ｂは、各絶縁層１８ａ〜１８ｆに形成される配線パターンを図示した平面図であり、図８は、変位センサ１０Ａの分解斜視図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the displacement sensor 10 A, in which the second to sixth insulating layers 18 b to 18 f are sequentially stacked from the uppermost first insulating layer 18 a to the lower side. 5A to 7B are plan views illustrating wiring patterns formed in the respective insulating layers 18a to 18f, and FIG. 8 is an exploded perspective view of the displacement sensor 10A.

なお、図５Ａ〜図８では、説明の便宜上、図３及び図４と比較して、配線パターンの引き回しやターン数を一部変更して図示している。また、図４以降の説明では、各絶縁層１８ａ〜１８ｆ上に形成される構成要素、又は、各絶縁層１８ａ〜１８ｆ内に設けられる構成要素について、必要に応じて、参照数字に続けてａ〜ｆの符号を付けて説明する。さらに、図４では、説明の容易化のために、基板１８のｚ方向に沿った厚みを誇張して図示しているが、実際の基板１８としては、薄厚のプリント基板又はＦＰＣが用いられる。 5A to 8, for convenience of explanation, the wiring pattern routing and the number of turns are partially changed as compared with FIGS. 3 and 4. In the description after FIG. 4, the constituent elements formed on the respective insulating layers 18 a to 18 f or the constituent elements provided in the respective insulating layers 18 a to 18 f are denoted by “a” following a reference numeral as necessary. A description will be given with reference to? Further, in FIG. 4, for ease of explanation, the thickness of the substrate 18 along the z direction is exaggerated, but a thin printed circuit board or FPC is used as the actual substrate 18.

絶縁層１８ａ上には、前述のように、コイル１２を構成する配線パターン３８ａが形成されると共に、コイル１４を構成する配線パターン４０ａが形成されている。同様にして、絶縁層１８ｂ〜１８ｆ上には、それぞれ、コイル１２を構成する配線パターン３８ｂ〜３８ｆと、コイル１４を構成する配線パターン４０ｂ〜４０ｆとが形成されている。従って、各絶縁層１８ａ〜１８ｆ上には、導体箔又はワイヤ等の導体を複数のターン数で巻回してなる２つの配線パターン３８ａ〜３８ｆ、４０ａ〜４０ｆがそれぞれ形成されている。 On the insulating layer 18a, as described above, the wiring pattern 38a constituting the coil 12 and the wiring pattern 40a constituting the coil 14 are formed. Similarly, wiring patterns 38b to 38f constituting the coil 12 and wiring patterns 40b to 40f constituting the coil 14 are formed on the insulating layers 18b to 18f, respectively. Accordingly, two wiring patterns 38a to 38f and 40a to 40f formed by winding a conductor such as a conductor foil or a wire with a plurality of turns are formed on the insulating layers 18a to 18f, respectively.

この場合、図５Ａ〜図７Ｂに示すように、各配線パターン３８ａ〜３８ｆ、４０ａ〜４０ｆは、２つのコイル１２、１４を合わせた正方形状の領域（縦幅ｌ＝横幅ｓ）の中心点６４に対して、点対称に形成されている。なお、図５Ａ〜図７Ｂでは、図５Ａについてのみ、中心点６４を図示している。 In this case, as shown in FIGS. 5A to 7B, each of the wiring patterns 38 a to 38 f and 40 a to 40 f has a center point 64 of a square area (vertical width l = horizontal width s) obtained by combining the two coils 12 and 14. On the other hand, it is formed point-symmetrically. 5A to 7B show the center point 64 only for FIG. 5A.

ここで、２つの配線パターン３８ａ、３８ｂは、絶縁層１８ａを貫通するビヤ４２ａで接続されると共に、２つの配線パターン４０ａ、４０ｂは、絶縁層１８ａを貫通するビヤ５２ａで接続されている。また、２つの配線パターン３８ｂ、３８ｃは、絶縁層１８ｂを貫通するビヤ４２ｂで接続されると共に、２つの配線パターン４０ｂ、４０ｃは、絶縁層１８ｂを貫通するビヤ５２ｂで接続されている。さらに、２つの配線パターン３８ｃ、３８ｄは、絶縁層１８ｃを貫通するビヤ４２ｃで接続されると共に、２つの配線パターン４０ｃ、４０ｄは、絶縁層１８ｃを貫通するビヤ５２ｃで接続されている。 Here, the two wiring patterns 38a and 38b are connected by a via 42a penetrating the insulating layer 18a, and the two wiring patterns 40a and 40b are connected by a via 52a penetrating the insulating layer 18a. The two wiring patterns 38b and 38c are connected by a via 42b penetrating the insulating layer 18b, and the two wiring patterns 40b and 40c are connected by a via 52b penetrating the insulating layer 18b. Further, the two wiring patterns 38c and 38d are connected by a via 42c penetrating the insulating layer 18c, and the two wiring patterns 40c and 40d are connected by a via 52c penetrating the insulating layer 18c.

また、２つの配線パターン３８ｄ、３８ｅは、絶縁層１８ｄを貫通するビヤ４２ｄで接続されると共に、２つの配線パターン４０ｄ、４０ｅは、絶縁層１８ｄを貫通するビヤ５２ｄで接続されている。さらに、２つの配線パターン３８ｅ、３８ｆは、絶縁層１８ｅを貫通するビヤ４２ｅで接続されると共に、２つの配線パターン４０ｅ、４０ｆは、絶縁層１８ｅを貫通するビヤ５２ｅで接続されている。 The two wiring patterns 38d and 38e are connected by a via 42d penetrating the insulating layer 18d, and the two wiring patterns 40d and 40e are connected by a via 52d penetrating the insulating layer 18d. Further, the two wiring patterns 38e and 38f are connected by a via 42e penetrating the insulating layer 18e, and the two wiring patterns 40e and 40f are connected by a via 52e penetrating the insulating layer 18e.

そして、配線パターン３８ｆは、絶縁層１８ａ〜１８ｅを貫通するビヤ４２ｆと接続されると共に、配線パターン４０ｆは、絶縁層１８ａ〜１８ｅを貫通するビヤ５２ｆと接続されている。なお、ビヤ４２ｆは、図３で引き出し線４８を介して端子５０に接続されるビヤであり、ビヤ５２ｆは、図３で引き出し線５４を介して端子５６に接続されるビヤである。 The wiring pattern 38f is connected to a via 42f that penetrates the insulating layers 18a to 18e, and the wiring pattern 40f is connected to a via 52f that penetrates the insulating layers 18a to 18e. The via 42f is a via connected to the terminal 50 via the lead wire 48 in FIG. 3, and the via 52f is a via connected to the terminal 56 via the lead wire 54 in FIG.

なお、変位センサ１０Ａの製造上の観点から、各ビヤ４２ａ〜４２ｆ、５２ａ〜５２ｆは、各絶縁層１８ａ〜１８ｆを貫通して形成されていることが好ましい。このような場合には、例えば、図３に示すように、平面視で、各ビヤ４２（４２ａ〜４２ｆ）、５２（５２ａ〜５２ｆ）は、互いに位置をずらして形成されていればよい。 In addition, from the viewpoint of manufacturing the displacement sensor 10A, each of the vias 42a to 42f and 52a to 52f is preferably formed so as to penetrate each of the insulating layers 18a to 18f. In such a case, for example, as shown in FIG. 3, the vias 42 (42 a to 42 f) and 52 (52 a to 52 f) may be formed so as to be shifted from each other in plan view.

以上のように構成される第１実施例に係る変位センサ１０Ａにおいても、コイル１２、１４及び基板１８の構成以外は、前述の変位センサ１０（図１Ａ〜図２参照）と同様であるため、変位センサ１０による各効果を容易に奏することができる。 The displacement sensor 10A according to the first embodiment configured as described above is the same as the displacement sensor 10 described above (see FIGS. 1A to 2) except for the configuration of the coils 12 and 14 and the substrate 18. Each effect by the displacement sensor 10 can be easily produced.

また、第１実施例に係る変位センサ１０Ａでは、各絶縁層１８ａ〜１８ｆ上に導体を複数のターン数だけ巻回して配線パターン３８ａ〜３８ｆ、４０ａ〜４０ｆを形成し、これらの配線パターン３８ａ〜３８ｆ、４０ａ〜４０ｆをビヤ４２ａ〜４２ｆ、５２ａ〜５２ｆで接続してコイル１２、１４を構成するため、より小さなサイズの変位センサ１０Ａを構成することが可能となる。 Further, in the displacement sensor 10A according to the first embodiment, a conductor is wound on each of the insulating layers 18a to 18f by a plurality of turns to form wiring patterns 38a to 38f and 40a to 40f, and these wiring patterns 38a to 38f are formed. Since the coils 12 and 14 are configured by connecting the 38f and 40a to 40f with the vias 42a to 42f and 52a to 52f, it is possible to configure a displacement sensor 10A having a smaller size.

第２〜第６実施例に係る変位センサ１０Ｂ〜１０Ｆは、図９Ａ〜図１４に示すように、第１実施例に係る変位センサ１０Ａ（図３〜図８参照）を一部改変し、絶縁層１８ａ〜１８ｆ上における配線パターン３８ａ〜３８ｆ、４０ａ〜４０ｆ等の配置位置を工夫したものである。 The displacement sensors 10B to 10F according to the second to sixth embodiments are partially modified from the displacement sensor 10A according to the first embodiment (see FIGS. 3 to 8) as shown in FIGS. The arrangement positions of the wiring patterns 38a to 38f, 40a to 40f, etc. on the layers 18a to 18f are devised.

第２実施例に係る変位センサ１０Ｂでは、図９Ａ〜図１１Ｂに示すように、絶縁層１８ａ〜１８ｆ上における配線パターン３８ａ〜３８ｆ、４０ａ〜４０ｆ等の配置位置を、各絶縁層１８ａ〜１８ｆの中心から図９Ａ〜図１１Ｂの右側、及び、引き出し線４４、４８側にシフトさせ、このシフトに伴って、２本の引き出し線４４、４８及び２本の引き出し線５４、５８の引き回しのパターンが、互いに異なるパターンとなっている。 In the displacement sensor 10B according to the second embodiment, as shown in FIGS. 9A to 11B, the arrangement positions of the wiring patterns 38a to 38f, 40a to 40f, etc. on the insulating layers 18a to 18f are set to the positions of the insulating layers 18a to 18f. Shifting from the center to the right side of FIGS. 9A to 11B and to the lead lines 44 and 48, the lead-out patterns of the two lead lines 44 and 48 and the two lead lines 54 and 58 are accompanied by this shift. The patterns are different from each other.

第３実施例に係る変位センサ１０Ｃは、図１２Ａに示すように、変位センサ１０Ｂ（図９Ａ〜図１１Ｂ参照）と比較して、コイル１２、１４の位置が引き出し線５４、５８側にシフトすると共に、このシフトに伴って、各引き出し線４４、４８、５４、５８の引き回しのパターンを変更している点で異なる。 In the displacement sensor 10C according to the third embodiment, as shown in FIG. 12A, the positions of the coils 12, 14 are shifted toward the lead lines 54, 58 as compared with the displacement sensor 10B (see FIGS. 9A to 11B). Along with this shift, it differs in that the drawing pattern of each lead line 44, 48, 54, 58 is changed.

第４実施例に係る変位センサ１０Ｄは、図１２Ｂに示すように、変位センサ１０Ｃ（図１２Ａ参照）と比較して、コイル１２、１４の位置が引き出し線５４、５８側にさらにシフトすると共に、このシフトに伴って、各引き出し線４４、４８、５４、５８の引き回しのパターンを変更している点で異なる。 In the displacement sensor 10D according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 12B, the positions of the coils 12, 14 are further shifted toward the lead lines 54, 58 as compared with the displacement sensor 10C (see FIG. 12A). Along with this shift, it differs in that the drawing pattern of each lead line 44, 48, 54, 58 is changed.

第５実施例に係る変位センサ１０Ｅは、図１３に示すように、変位センサ１０Ａ〜１０Ｄ（図３〜図１２Ｂ参照）と比較して、長方形状の基板１８の中心位置にコイル１２、１４が配置されると共に、絶縁層１８ａの左側に形成された端子４６、５０に対して配線パターン３８ａから左側に延在する引き出し線４４、４８が接続され、且つ、絶縁層１８ａの右側に形成された端子５６、６０に対して配線パターン４０ａから右側に延在する引き出し線５４、５８が接続されている点で異なる。 As shown in FIG. 13, the displacement sensor 10 E according to the fifth embodiment includes coils 12 and 14 at the center position of the rectangular substrate 18 compared to the displacement sensors 10 A to 10 D (see FIGS. 3 to 12 B). The lead lines 44 and 48 extending to the left side from the wiring pattern 38a are connected to the terminals 46 and 50 formed on the left side of the insulating layer 18a and formed on the right side of the insulating layer 18a. The difference is that lead wires 54 and 58 extending to the right side from the wiring pattern 40 a are connected to the terminals 56 and 60.

第６実施例に係る変位センサ１０Ｆは、図１４に示すように、変位センサ１０Ｃ（図１２Ａ参照）と比較して、コイル１２、１４近傍での各引き出し線５４、５８の引き回しが異なる。 As shown in FIG. 14, the displacement sensor 10 F according to the sixth embodiment differs from the displacement sensor 10 C (see FIG. 12A) in the routing of the lead wires 54 and 58 in the vicinity of the coils 12 and 14.

これらの変位センサ１０Ｂ〜１０Ｆにおいても、上述した変位センサ１０、１０Ａと同様の効果が得られる。また、変位センサ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｆでは、各端子４６、５０、５６、６０が絶縁層１８ａの左側にまとめて形成されているため、変位センサ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｆのサイズを小さくすることができる。 Also in these displacement sensors 10B to 10F, the same effects as those of the displacement sensors 10 and 10A described above can be obtained. In the displacement sensors 10B, 10C, 10D, and 10F, since the terminals 46, 50, 56, and 60 are collectively formed on the left side of the insulating layer 18a, the size of the displacement sensors 10B, 10C, 10D, and 10F is reduced. can do.

上述した各変位センサ１０Ｃ〜１０Ｆ（図１２Ａ〜図１４参照）では、各絶縁層１８ｂ〜１８ｆ上での配線パターン３８ｂ〜３８ｆ、４０ｂ〜４０ｆの配置位置が配線パターン３８ａ、４０ａの直下であると共に、各配線パターン３８ｂ〜３８ｆ、４０ｂ〜４０ｆの形状が、変位センサ１０Ｂの配線パターン３８ｂ〜３８ｆ、４０ｂ〜４０ｆ（図９Ａ〜図１１Ｂ参照）と略同一形状である。そのため、変位センサ１０Ｃ〜１０Ｆについては、各絶縁層１８ｂ〜１８ｆ及び各配線パターン３８ｂ〜３８ｆ、４０ｂ〜４０ｆの図示を省略する。 In each of the displacement sensors 10C to 10F described above (see FIGS. 12A to 14), the arrangement positions of the wiring patterns 38b to 38f and 40b to 40f on the insulating layers 18b to 18f are directly below the wiring patterns 38a and 40a. The shapes of the wiring patterns 38b to 38f and 40b to 40f are substantially the same as the wiring patterns 38b to 38f and 40b to 40f (see FIGS. 9A to 11B) of the displacement sensor 10B. Therefore, illustration of each insulating layer 18b-18f and each wiring pattern 38b-38f, 40b-40f is abbreviate | omitted about the displacement sensors 10C-10F.

第７実施例に係る変位センサ１０Ｇは、図１５Ａに示す平面状に構成された変位センサ１０について、ＦＰＣからなる基板１８を図１５Ｂのように円弧状に丸めて構成したものである。 The displacement sensor 10G according to the seventh embodiment is configured by rounding the substrate 18 made of FPC into an arc shape as shown in FIG. 15B with respect to the displacement sensor 10 having the planar shape shown in FIG. 15A.

第８実施例に係る変位センサ１０Ｈは、図１５Ａの変位センサ１０について、ＦＰＣからなる基板１８を図１６のように円筒状に丸めると共に、ＦＰＣからなり、所定の導体パターンの導電性部材１６が形成された基板６８を円筒状に丸めて構成したものである。 The displacement sensor 10H according to the eighth embodiment is similar to the displacement sensor 10 of FIG. 15A, in which the substrate 18 made of FPC is rolled into a cylindrical shape as shown in FIG. 16 and made of FPC, and the conductive member 16 having a predetermined conductor pattern is formed. The formed substrate 68 is rounded into a cylindrical shape.

この場合、円筒状の基板１８の内方にコイル１２、１４が形成され、円筒状の基板６８の外周に導電性部材１６が形成されている。また、基板１８により形成される円筒の内部空間７０の直径（円筒の内径）は、基板６８により形成される円筒の外径よりも大きい。そのため、内部空間７０に対して円筒状の基板６８をｘ方向に出し入れすることができる。 In this case, the coils 12 and 14 are formed inside the cylindrical substrate 18, and the conductive member 16 is formed on the outer periphery of the cylindrical substrate 68. In addition, the diameter of the inner space 70 of the cylinder formed by the substrate 18 (the inner diameter of the cylinder) is larger than the outer diameter of the cylinder formed by the substrate 68. Therefore, the cylindrical substrate 68 can be taken in and out of the internal space 70 in the x direction.

第７実施例のように基板１８を円弧状とし、又は、第８実施例のように基板１８、６８を円筒状とすることで、センサ感度を大きくすることができ、最大測長範囲ｈを拡大することができる。なお、図１５Ａに示す平面状の基板１８のｙ方向に沿った幅を広げ、幅広の基板１８を図１５Ｂの円弧状又は図１６の円筒状に丸めることで、センサ感度を一層大きくすることができる。 The sensor sensitivity can be increased by making the substrate 18 arcuate as in the seventh embodiment, or the substrates 18 and 68 cylindrical as in the eighth embodiment, and the maximum length measurement range h can be increased. Can be enlarged. Note that the sensor sensitivity can be further increased by increasing the width of the planar substrate 18 shown in FIG. 15A along the y direction and rounding the wide substrate 18 into the arc shape of FIG. 15B or the cylindrical shape of FIG. it can.

第９実施例に係る変位センサ１０Ｉでは、図１７に示すように、例えば、４つのコイル部１２ａ〜１２ｄからなる櫛歯状のコイル１２と、４つのコイル部１４ａ〜１４ｄからなる櫛歯状のコイル１４とが、ＦＰＣからなる基板１８に形成されている。この場合、互いに向かう合う櫛歯状の導体パターンを基板１８上に２つ形成することにより、コイル部１２ａ〜１２ｄを含むコイル１２と、コイル部１４ａ〜１４ｄを含むコイル１４とを構成することができる。従って、コイル部１２ａ〜１２ｄとコイル部１４ａ〜１４ｄとは、中心線７２ａ〜７２ｄに沿って、それぞれ、線対称に配置されている。 In the displacement sensor 10I according to the ninth embodiment, as shown in FIG. 17, for example, a comb-like coil 12 including four coil portions 12a to 12d and a comb-tooth shape including four coil portions 14a to 14d. The coil 14 is formed on a substrate 18 made of FPC. In this case, the coil 12 including the coil portions 12a to 12d and the coil 14 including the coil portions 14a to 14d can be configured by forming two comb-like conductor patterns facing each other on the substrate 18. it can. Accordingly, the coil portions 12a to 12d and the coil portions 14a to 14d are arranged in line symmetry along the center lines 72a to 72d, respectively.

そして、第９実施例では、基板１８をｙ方向に沿って４周分丸めて、円筒状とすることにより、丸めた基板１８を挟んで各コイル部１２ａ〜１２ｄ、１４ａ〜１４ｄが４層積層された多層構造の変位センサ１０Ｉを実現することができる。このように、第９実施例の変位センサ１０Ｉでも、基板１８を円筒状に丸めるので、第８実施例の変位センサ１０Ｈと同様の効果が得られる。 In the ninth embodiment, the substrate 18 is rounded by four rounds along the y direction to form a cylindrical shape, so that the coil portions 12a to 12d and 14a to 14d are stacked in four layers across the rounded substrate 18. It is possible to realize a displacement sensor 10I having a multilayer structure. Thus, also in the displacement sensor 10I of the ninth embodiment, since the substrate 18 is rounded into a cylindrical shape, the same effect as the displacement sensor 10H of the eighth embodiment can be obtained.

また、第９実施例において、コイル部１２ａ〜１２ｄ、１４ａ〜１４ｄの個数は、図１７に示す４つに限定されることはなく、２つ以上であればよい。従って、コイル１２、１４のコイル部がｎ個ある場合、基板１８をｎ周丸めることにより、基板１８を挟んでコイル部がｎ層積層された積層構造の変位センサ１０Ｉを実現することができる。 In the ninth embodiment, the number of coil portions 12a to 12d and 14a to 14d is not limited to four as shown in FIG. 17, and may be two or more. Therefore, when there are n coil portions of the coils 12 and 14, the displacement sensor 10 I having a laminated structure in which n layers of coil portions are stacked with the substrate 18 interposed therebetween can be realized by rounding the substrate 18 n times.

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

１０、１０Ａ〜１０Ｉ…変位センサ１２、１４…コイル
１２ａ〜１２ｄ、１４ａ〜１４ｄ…コイル部
１６…導電性部材１８、６８…基板
２０…検出回路２２…交流電源
２４…ブリッジ回路２６…差動アンプ
２８…位相検波回路３０、３２…コンデンサ
３４、３６…固定抵抗器３７ｌ、３７ｒ…中点
３８、３８ａ〜３８ｆ、４０、４０ａ〜４０ｆ…配線パターン
４２、４２ａ〜４２ｆ、５２、５２ａ〜５２ｆ…ビヤ
４４、４８、５４、５８…引き出し線４６、５０、５６、６０…端子
６４…中心点７０…内部空間
７２ａ〜７２ｄ…中心線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A-10I ... Displacement sensor 12, 14 ... Coil 12a-12d, 14a-14d ... Coil part 16 ... Conductive member 18, 68 ... Board | substrate 20 ... Detection circuit 22 ... AC power supply 24 ... Bridge circuit 26 ... Differential amplifier 28 ... Phase detection circuit 30, 32 ... Capacitors 34, 36 ... Fixed resistors 37l, 37r ... Midpoint 38, 38a-38f, 40, 40a-40f ... Wiring patterns 42, 42a-42f, 52, 52a-52f ... Beer 44, 48, 54, 58 ... Lead wire 46, 50, 56, 60 ... Terminal 64 ... Center point 70 ... Internal spaces 72a to 72d ... Center line

Claims

In the displacement sensor that measures the relative position between the coil and the conductive member,
The coil and the conductive member are disposed substantially parallel to a displacement direction of the coil or the conductive member,
Of the coil and the conductive member, the width along the crossing direction intersecting the displacement direction of one member changes along the displacement direction, and the width along the crossing direction of the other member. Is substantially constant along the displacement direction,
The conductive member is inclined relative to the coil and moves relative to the coil along the displacement direction.
The facing area between the coil and the conductive member changes with the relative movement of the conductive member with respect to the coil ,
The displacement sensor, displacement sensor, characterized by further have a bridge circuit composed of two of the coils and two fixed resistors.

The displacement sensor according to claim 1, wherein
The coil is a planar, arc-shaped, or cylindrical coil as the one member,
The conductive member is a planar, arc-shaped, or cylindrical conductive member as the other member, and is disposed obliquely with respect to the displacement direction and moves along the displacement direction. Displacement sensor.

The displacement sensor according to claim 1 or 2,
A displacement sensor characterized in that the two coils are arranged point-symmetrically.

The displacement sensor according to any one of claims 1 to 3,
A displacement sensor, wherein a capacitor is connected in parallel to the coil.

The displacement sensor according to claim 4.
A displacement sensor, wherein the coil is excited at a frequency 10% to 15% higher than a resonance frequency of the coil and the capacitor.

The displacement sensor according to claim 4 or 5,
The displacement sensor according to claim 1, wherein the capacitor has a negative temperature coefficient.

The displacement sensor according to any one of claims 1 to 6 ,
The bridge circuit is configured by connecting in parallel a series circuit of the two coils and a series circuit of the two fixed resistors, and the voltage at the midpoint of the series circuit of the two coils and the two fixed circuits. A displacement sensor that outputs an unbalanced voltage with a voltage at a midpoint of a series circuit of resistors.

The displacement sensor according to claim 7 , wherein
A displacement sensor further comprising: a voltage detection unit that outputs a detection voltage corresponding to a difference in voltage between each of the midpoints by differentially connecting to each of the midpoints.

In the displacement sensor according to any one of claims 1 to 8,
Displacement further comprising a phase detection circuit for obtaining an output voltage corresponding to the displacement of the conductive member based on a phase difference between an AC voltage for exciting the two coils and an unbalanced voltage of the bridge circuit. Sensor.