JPH06341805A - 静電容量式リニアスケール - Google Patents

静電容量式リニアスケール

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JPH06341805A
JPH06341805A JP15457593A JP15457593A JPH06341805A JP H06341805 A JPH06341805 A JP H06341805A JP 15457593 A JP15457593 A JP 15457593A JP 15457593 A JP15457593 A JP 15457593A JP H06341805 A JPH06341805 A JP H06341805A
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JP
Japan
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electrode
power supply
moving
detection
linear scale
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JP15457593A
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English (en)
Inventor
Joji Ota
譲二 太田
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S K S KK
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S K S KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 LVDTの約2分の1の長さにコンパクト化
でき、またプリント基板上のパターン形成などにより高
精度なリニアスケールを安価に提供することを目的とす
る。 【構成】 電源供給用電極S3、S4と移動電極10間の
静電容量により測定用電圧を印加することにより移動電
極10に電線等による接続を不要とする。具体的には、
位置検出用電極S1、S2に対し移動電極10を平行移動
し該電極間の静電容量の変化に基づき位置検出を行なう
構成において、移動電極10への測定用電圧を、電源供
給用電極S3、S4と移動電極10間の静電容量により得
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アブソリュート方式に
よるリニアスケールに関し、特には測定因子として静電
容量を利用したリニアスケールに関する。
【0002】
【従来の技術】直線上の物体の移動量または距離を測定
するリニアスケールとして、差動トランス方式(アブソ
リュート)、モアレ稿を利用する方式(インクリメンタ
ル)など種々実用に供されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これらスケールの内、
差動トランス方式を利用したスケール(LVDT)は、
その使用の簡便さから有用であるが、その一般的構成と
しては、装置自体が測定すべき範囲(距離)の2倍強の
長さを必要とするためにコンパクト化が図れないといっ
た問題を有している。また更にLVDTの場合、特に測
定範囲が50mmを越えるようなものの場合、精密な巻線
を要求されるために製造が簡易ではなく低コスト化への
障害となっている。
【0004】本発明は、これら問題点に鑑みてなされた
もので、同一の測定範囲に関して、LVDTの約2分の
1の長さにコンパクト化でき、またプリント基板上のパ
ターン形成などにより高精度なスケールを安価に提供す
ることを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によるリニアスケールは、基本的に、電源供
給用電極と移動電極間の静電容量により測定用電圧を印
加することにより移動電極に電線等による接続を不要と
する。
【0006】かかる基本に基づき、本発明によるリニア
スケールは、所定電圧を印加され且つ一様幅で延在する
電源供給用電極と、該電極の延在方向に向かって漸次面
積を小とする検出用電極とを並設して設け、これら電源
供給用電極ならびに検出用電極を横切るように移動電極
を前記延在方向に移動可能に設け、該移動電極の移動位
置により変化する前記検出用電極からの出力により前記
移動電極の所在位置または変位量を測定することを特徴
とする。
【0007】移動電極は、変位量を大きく取るために形
状を反比した1対の電極としても良く、この場合、リニ
アスケールは、所定電圧を印加され且つ一様幅で延在す
る電源供給用電極と、該電極の延在方向に向かって漸次
面積を小とする第1の検出用電極と、前記方向に向かっ
て漸次面積を大とする第2の検出用電極とをそれぞれ絶
縁を保って並設し、これら電源供給用電極ならびに第1
および第2の検出用電極を横切るように移動電極をこれ
らに対し所定距離を隔てて且つ前記延在方向に移動可能
に設け、該移動電極の移動位置により変化する前記第1
および第2の検出用電極からの出力を演算することによ
り前記移動電極の所在位置または変位量を測定すること
を特徴とする。
【0008】また特には、前記電源供給用電源および/
または前記第1および第2の検出用電極をプリント基板
上に形成してなる。
【0009】
【作用】このような手段によって、測定用電圧は電源供
給用電極と移動電極間の静電容量により与えられる。ま
た、後者の構成においては、移動電極第1および第2の
検出用電極に対面する移動電極の長手方向位置に従い、
移動電極が対向する第1および第2の検出用電極の部分
の面積割合が変化する。この面積割合の変化は第1およ
び第2の検出用電極と移動電極間のそれぞれの静電容量
の変化として現れるため、これに基づき変化する第1お
よび第2の検出用電極からの電流出力を演算することに
より移動電極の所在位置またはその変位量を測定する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照と
して説明する。以下の例においては第1および第2の一
対の検出用電極を用い、その出力変位量を増加させた構
成を示すが、これに限定されず、唯一の検出用電極を用
いることも可能である。
【0010】図1は、本発明による固定電極1の電極パ
ターンの一例を示す。図において、S1、S2は電源供給
用電極、S3、S4は第1および第2の検出用電極、
5、S6は第1および第2の検出用電極S3およびS4
の絶縁ガードリングをそれぞれ示す。電源供給用電極S
1およびS2、並びに第1および第2の検出用電極S3
よびS4は金属箔等の薄厚の適当な導電体よりなり、平
面または円周面等の同一面上に形成されている。これら
電極は、例えばプリント基板等の電気絶縁板2上に蒸
着、エッチングあるいは接着等により形成することがで
きる。
【0011】図示のように電源供給用電極S1およびS2
はそれぞれ一定幅w1、w2の帯状電極で、所定距離w0
を離てて同一面上で互いに平行に伸びるように形成され
ている。電源供給用電極S1と第2の電極S2との間に
は、第1の検出用電極S3と第2の検出用電極S4がそれ
ぞれ隣合う電極(S1乃至s4)とは電気的に絶縁されて
(または電気絶縁距離を隔てて)並設されている。第1
および第2の検出用電極S3およびS4は、電源供給用電
極S1およびS2の伸びる方向に向かって漸次面積を小と
し、または大とするように互いに反比する面積形状より
なる。図示例では検出用電極S3とS4は同一の略三角形
状よりなり、その配置向きを上下逆さにすることにより
反比した形状を構成する。上記したように、検出用電極
3とS4の周囲にはガードリングS5、S6が設けられて
おり、隣合う電極との浮遊容量による干渉を最小として
いる。
【0012】一方、図2乃至図4に示すように、電極S
1乃至S4をほぼ直角に横切るように移動電極10が設け
られる。移動電極10は、図3に示されるように、電気
絶縁体からなるベース11と、電極12(例えば、金属
箔などにより作られる)とを少なくとも有する積層体か
らなり、場合により(電極S1乃至S4との離間を確実と
するために)電極12側に電気絶縁体からなる保護層1
3を有しても良い。移動電極10は、その長手方向に亙
って一様な幅w10を有し、その電極12側(保護層13
がある場合には保護層13)が電源供給用電極S1、S2
ならびに第1および第2の検出用電極S3およびS4と所
定の距離dを隔てて平行して面するように配置されてい
る。図示していないが移動電極10は上記距離関係を保
った状態で電源供給用電極S1、S2の長手方向に平行移
動可能に構成されている。
【0013】このような構成において、本発明によるス
ケールの測定原理について説明する。図2において、移
動電極10とそれに対向する電極S1乃至S4との間の夫
々には、静電容量C1、C2、C3およびC4が構成され
る。知られる様に、対向する電極間の静電容量Cは、電
極間の距離dおよび対向する電極部の面積Aに関して次
式で示される。 C=ε・A/d …(1) ここで、電源供給用電極S1、S2と対向するC1、C2
に関しては、移動電極10の位置に無関係に面積Aは一
定であるため、dが一定距離に保たれるならば、一定の
値をもつ。一方、C3、C4に関する対向電極の面積
2、A3は、図2に従いそれぞれ次式で示される。 A3=tanθ・x・W10 …(2) A4=tanθ・(L−x)・W10 …(3) C3=ε・A3/d …(4) C4=ε・A4/d …(5) ここで、図4に示すように回路構成し、電源供給用電極
1、S2に印加する交流電圧の周波数をf、電圧値をe
0、C3、C4に加わる電圧をe1とし(図5参照)、第1
および第2の検出用電極S3,S4からの電流値i1,i2
につき、次の演算を行う。 (i1−i2)/(i1+i2) =[2πf・ε・e1・1/d・(A3−A4)]/ [2πf・ε・e1・1/d(A3+A4)] =(A3−A4)/(A3+A4) …(6) (6)式に(2)、(3)式を代入し整理すると、 eout=(i1−i2)/(i1+i2) =(A3−A4)/(A3+A4) =(2x−L)/L …(7)
【0014】上記の演算に従い、出力eoutは可動電極
の変位量Xのみの一次関数となり誘電率、電源の周波数
電圧などの影響を全てキャンセルでき、極めて安定度の
高いリニアスケールを実現できる。かかる出力eout
適当なディスプレイによって表示され、または次工程の
適当な処理回路へと送られる。なお、図4の回路におい
て符号20は演算回路を示し、その好適な一例を図6に
示す。
【0015】上記例においては、電源供給用電極および
検出用電極を平面上に形成したが、図7に示すように第
1乃至第4の電極のパターンを例えばフレキシブル基板
で作成し中空円筒60に納め、その円筒60内にその母
線70に従って移動可能に円筒状の移動電極50を形成
することにより円筒式のスケールを実現できる。
【0016】図8は、本発明によるスケールの別の実施
例を示し、図2の例と同じ作用をなす部分は同じ符号に
より示されている。この例では所定電圧を印加された短
冊状の電源供給用電極S1に対面して、第1および第2
の検出用電極S3およびS4を電気絶縁性シールド80を
介して設けられている。図2の例と同様に、第1および
第2の検出用電極S3およびS4は一方向に向かってその
面積が小となりまたは大となるように互いに反比した面
積形状を有し且つ互いに電気的に絶縁されている。かか
る電極S1、S3、S4の外周を横切るように、移動電極
10が検出用電極の長手方向、即ち図で見て上下方向に
移動可能に設けられている。移動電極10は図(b)に
示す用にコ字状の絶縁体112の内面に導電性電極12
を設けた構成よりなり、電極12が電極S1、S3、S4
と所定の距離dを保つように配置されている。このよう
な配置から電極S3、S4から出力される電流値は上記し
たような演算回路により測定値が演算される。
【0017】図9は更に別の実施例を示し、この例では
電源供給用電極S1と検出用電極S3、S4とは離間して
配置されており、これら電極S1とS3、S4との間に角
棒上の移動電極10が電極S1、S3、S4とはそれぞれ
所定距離dを保って且つ図で見て上下方向に移動可能に
設けられている。符号11は電極12を保持する絶縁体
である。かかる構成においても上記したような測定を行
なうことができる。
【発明の効果】以上、本発明によれば、電気的出力特性
など差動トランス方式(LVDT)と同様に使用でき、
コンパクトで且つ製造が容易である高精度のスケールが
提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるスケールの固定電極のパターン
例を示す図。
【図2】 図1の固定電極と移動電極との配置関係を示
す図。
【図3】 本発明によるスケールの移動電極の一例を示
す図。
【図4】 本発明によるスケールの電気回路構成の一例
を示す図。
【図5】 図4の構成の等価図。
【図6】 第1、第2の検出用電極の出力の演算回路の
一例を示す図。
【図7】 本発明によるスケールの円筒タイプを示す
図。
【図8】 本発明によるスケールの別の例を示す図。
【図9】 本発明によるスケールの更に別の例を示す
図。
【符号の説明】
1 固定電極 S1 電源供給用電極 S2 電源供給用電極 S3 第1の検出用電極 S4 第2の検出用電極 10 移動電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源供給用電極と移動電極間の静電容量
    により測定用電圧を印加することにより移動電極に電線
    等による接続を不要にしたことを特徴とする靜電容量式
    リニアスケール。
  2. 【請求項2】 位置検出用電極に対し移動電極を平行移
    動し該電極間の静電容量の変化に基づき位置検出を行な
    う靜電容量式リニアスケールにおいて、移動電極への測
    定用電圧を、電源供給用電極と移動電極間の静電容量に
    より得ることを特徴とする静電容量式リニアスケール。
  3. 【請求項3】 所定電圧を印加され且つ一様幅で延在す
    る電源供給用電極と、該電極の延在方向に向かって漸次
    面積を小とする検出用電極とを並設して設け、これら電
    源供給用電極ならびに検出用電極を横切るように移動電
    極を前記延在方向に移動可能に設け、該移動電極の移動
    位置により変化する前記検出用電極からの出力により前
    記移動電極の所在位置または変位量を測定することを特
    徴とする静電容量式リニアスケール。
  4. 【請求項4】 所定電圧を印加され且つ一様幅で延在す
    る電源供給用電極と、該電極の延在方向に向かって漸次
    面積を小とする第1の検出用電極と、前記方向に向かっ
    て漸次面積を大とする第2の検出用電極とをそれぞれ絶
    縁を保って並設し、これら電源供給用電極ならびに第1
    および第2の検出用電極を横切るように移動電極をこれ
    らに対し所定距離を隔てて且つ前記延在方向に移動可能
    に設け、該移動電極の移動位置により変化する前記第1
    および第2の検出用電極からの出力を演算することによ
    り前記移動電極の所在位置または変位量を測定すること
    を特徴とする静電容量式リニアスケール。
  5. 【請求項5】 前記電源供給用電源および/または前記
    検出用電極をプリント基板上に形成したことを特徴とす
    る請求項3または4記載の静電容量式リニアスケール。
JP15457593A 1993-06-02 1993-06-02 静電容量式リニアスケール Pending JPH06341805A (ja)

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Cited By (5)

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