JP2889143B2 - 静電容量式変位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例に係る変位センサを示
す。

【図２】 同実施例の駆動回路及び測定回路構成を示
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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

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)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。