JPH08159704A - 静電容量式変位測定装置 - Google Patents
静電容量式変位測定装置Info
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- JPH08159704A JPH08159704A JP33068994A JP33068994A JPH08159704A JP H08159704 A JPH08159704 A JP H08159704A JP 33068994 A JP33068994 A JP 33068994A JP 33068994 A JP33068994 A JP 33068994A JP H08159704 A JPH08159704 A JP H08159704A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 厳密な同心度を必要とせず、電極パターンの
簡略化が可能であり、また電極パターン形成や組立が簡
単にできる円筒型の静電容量式変位測定装置を提供す
る。 【構成】 第1の円筒体11の内部に第2の円筒体12
が同軸に第1の円筒体11に対して回転可能に所定ギャ
ップをもって配置される。第1の円筒体11の内壁に、
螺旋パターンの第1の送信電極群13と、これとは絶縁
されたリング帯状の第1の受信電極14とが形成され
る。第2の円筒体12の外表面に、第1の送信電極群1
3のうち4個と対向して容量結合する螺旋パターンの第
2の受信電極15と、これと電気的に接続された第2の
送信電極17とが形成される。第2の送信電極17は、
第1の円筒体11側の第1の受信電極14と対向して容
量結合するように、リング帯状に形成される。
簡略化が可能であり、また電極パターン形成や組立が簡
単にできる円筒型の静電容量式変位測定装置を提供す
る。 【構成】 第1の円筒体11の内部に第2の円筒体12
が同軸に第1の円筒体11に対して回転可能に所定ギャ
ップをもって配置される。第1の円筒体11の内壁に、
螺旋パターンの第1の送信電極群13と、これとは絶縁
されたリング帯状の第1の受信電極14とが形成され
る。第2の円筒体12の外表面に、第1の送信電極群1
3のうち4個と対向して容量結合する螺旋パターンの第
2の受信電極15と、これと電気的に接続された第2の
送信電極17とが形成される。第2の送信電極17は、
第1の円筒体11側の第1の受信電極14と対向して容
量結合するように、リング帯状に形成される。
Description
【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、ダイヤルゲージ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。
タ、ホールテスト、ダイヤルゲージ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つの部材(例
えばスケール)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。
えばスケール)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
ルには第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W
t1となる。
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
ルには第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W
t1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。
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。
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。
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。
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16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。
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16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、製品としては実用化さ
れていない。
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、製品としては実用化さ
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、厳密な同心度を必要とせず、電極パターンの簡
略化が可能であり、また電極パターン形成や組立が簡単
にできる円筒型の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。
もので、厳密な同心度を必要とせず、電極パターンの簡
略化が可能であり、また電極パターン形成や組立が簡単
にできる円筒型の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、近接配置さ
れて相対変位する第1部材と第2部材とを有し、前記第
1部材は、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第1の送信電極群と、これとは絶縁
され且つその電位が測定回路に印加される第1の受信電
極とを有し、前記第2部材は、前記第1の送信電極群の
複数電極と同時に容量結合するように対向配置された第
2の受信電極と、この第2の受信電極と電気的に接続さ
れ且つ前記第1の受信電極と容量結合するように対向配
置された第2の送信電極とを有する静電容量式変位測定
装置において、前記第1部材には円柱状の空孔を形成す
る円柱孔を有し、前記第1の送信電極群がこの円柱孔の
内壁面の所定領域にわたり円柱孔の軸方向に沿って螺旋
状に、また前記第1の受信電極が前記所定領域に隣接し
てリング帯状に配設され、前記第2部材は、前記円柱孔
の内部に所定ギャップを保って第1部材と相対移動する
ように配置される円筒体により構成されて、前記第2の
受信電極がこの円筒体の外側面に前記第1の送信電極群
と対向して前記第1の送信電極群と同じリード角で螺旋
状に配設されていることを特徴としている。
れて相対変位する第1部材と第2部材とを有し、前記第
1部材は、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第1の送信電極群と、これとは絶縁
され且つその電位が測定回路に印加される第1の受信電
極とを有し、前記第2部材は、前記第1の送信電極群の
複数電極と同時に容量結合するように対向配置された第
2の受信電極と、この第2の受信電極と電気的に接続さ
れ且つ前記第1の受信電極と容量結合するように対向配
置された第2の送信電極とを有する静電容量式変位測定
装置において、前記第1部材には円柱状の空孔を形成す
る円柱孔を有し、前記第1の送信電極群がこの円柱孔の
内壁面の所定領域にわたり円柱孔の軸方向に沿って螺旋
状に、また前記第1の受信電極が前記所定領域に隣接し
てリング帯状に配設され、前記第2部材は、前記円柱孔
の内部に所定ギャップを保って第1部材と相対移動する
ように配置される円筒体により構成されて、前記第2の
受信電極がこの円筒体の外側面に前記第1の送信電極群
と対向して前記第1の送信電極群と同じリード角で螺旋
状に配設されていることを特徴としている。
【0012】この発明はまた、前記第2部材が、前記第
1部材の円柱孔の軸方向への移動が阻止されると共に軸
の周りに回転可能に保持されて、前記測定回路において
検出される位相信号から前記回転量を測定することを特
徴としている。この発明はまた、前記第2の送信電極
が、前記第2部材の円筒体の外側面の前記第1の受信電
極と対向する領域にリング帯状に配設されていることを
特徴としている。この発明はまた、前記第2の送信電極
が、前記第2部材の円筒体の外側面の前記第1の受信電
極と対向する領域に前記第2の受信電極の延長部として
配設されていることを特徴としている。この発明はま
た、前記第1部材に配設される前記第1の送信電極群
が、互いに逆向きの螺旋状パターンをもって軸方向に2
組設けられ、これら第1の送信電極群に対向して前記第
2部材の第2の受信電極群は、互いに逆向きの螺旋状パ
ターンをもって軸方向に2組設けられていることを特徴
としている。この発明はまた、前記第1部材に配設され
る前記第1の送信電極群が、それぞれに360°/nの
等位相ズレの交流電圧が印加されるn個の電極を1組と
するユニット電極であって、各電極が前記円柱孔の内壁
面を少なくとも1周するように1ユニット設けられてい
ることを特徴としている。この発明はまた、前記第2部
材が、前記第1部材の円柱孔の軸の周りの回転が阻止さ
れると共に軸方向への移動可能に保持され、前記測定回
路において検出される位相信号から前記移動量を測定す
ることを特徴としている。
1部材の円柱孔の軸方向への移動が阻止されると共に軸
の周りに回転可能に保持されて、前記測定回路において
検出される位相信号から前記回転量を測定することを特
徴としている。この発明はまた、前記第2の送信電極
が、前記第2部材の円筒体の外側面の前記第1の受信電
極と対向する領域にリング帯状に配設されていることを
特徴としている。この発明はまた、前記第2の送信電極
が、前記第2部材の円筒体の外側面の前記第1の受信電
極と対向する領域に前記第2の受信電極の延長部として
配設されていることを特徴としている。この発明はま
た、前記第1部材に配設される前記第1の送信電極群
が、互いに逆向きの螺旋状パターンをもって軸方向に2
組設けられ、これら第1の送信電極群に対向して前記第
2部材の第2の受信電極群は、互いに逆向きの螺旋状パ
ターンをもって軸方向に2組設けられていることを特徴
としている。この発明はまた、前記第1部材に配設され
る前記第1の送信電極群が、それぞれに360°/nの
等位相ズレの交流電圧が印加されるn個の電極を1組と
するユニット電極であって、各電極が前記円柱孔の内壁
面を少なくとも1周するように1ユニット設けられてい
ることを特徴としている。この発明はまた、前記第2部
材が、前記第1部材の円柱孔の軸の周りの回転が阻止さ
れると共に軸方向への移動可能に保持され、前記測定回
路において検出される位相信号から前記移動量を測定す
ることを特徴としている。
【0013】この発明は更に、近接配置されて相対変位
する第1部材と第2部材とを有し、前記第1部材は、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
らなる第1の送信電極群と、これとは絶縁され且つその
電位が測定回路に印加される第1の受信電極とを有し、
前記第2部材は、前記第1の送信電極群の複数電極と同
時に容量結合するように対向配置された第2の受信電極
と、この第2の受信電極と電気的に接続され且つ前記第
1の受信電極と容量結合するように対向配置された第2
の送信電極とを有する静電容量式変位測定装置におい
て、前記第1部材は円筒体から構成され、前記第1の送
信電極群はこの円筒体の外側面の所定領域にわたり円筒
体の軸方向に沿って螺旋状に、また前記第1の受信電極
は前記所定領域に隣接してリング帯状に配設され、前記
第2部材には前記円筒体が所定ギャップを保って挿入さ
れる円柱孔を有し、この円柱孔の内壁面に前記第2の受
信電極が前記第1の送信電極群と対向して前記第1の送
信電極群と同じリード角で螺旋状に配設されていること
を特徴としている。
する第1部材と第2部材とを有し、前記第1部材は、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
らなる第1の送信電極群と、これとは絶縁され且つその
電位が測定回路に印加される第1の受信電極とを有し、
前記第2部材は、前記第1の送信電極群の複数電極と同
時に容量結合するように対向配置された第2の受信電極
と、この第2の受信電極と電気的に接続され且つ前記第
1の受信電極と容量結合するように対向配置された第2
の送信電極とを有する静電容量式変位測定装置におい
て、前記第1部材は円筒体から構成され、前記第1の送
信電極群はこの円筒体の外側面の所定領域にわたり円筒
体の軸方向に沿って螺旋状に、また前記第1の受信電極
は前記所定領域に隣接してリング帯状に配設され、前記
第2部材には前記円筒体が所定ギャップを保って挿入さ
れる円柱孔を有し、この円柱孔の内壁面に前記第2の受
信電極が前記第1の送信電極群と対向して前記第1の送
信電極群と同じリード角で螺旋状に配設されていること
を特徴としている。
【0014】
【作用】この発明によれば、第1,第2部材としてそれ
ぞれ同軸に配置された第1,第2の円筒体を用い、外側
の第1の円筒体の内壁及び内側の第2の円筒体の外側面
に螺旋状パターンの電極を形成して、円筒型変位センサ
を構成している。そして、第1の円筒体をステータ、第
2の円筒体をロータとして、回転変位量の測定装置とす
ることができる。また電極パターンを螺旋状としたこと
により、第1の円筒体状の送信電極とこれに対向する第
2の円筒体状の受信電極とは、これらの円筒体の軸の周
囲360°の範囲で対向させることができる。このこと
は、二つの円筒体の軸位置がずれても、360°の範囲
で平均するとギャップは一定になることを意味する。
ぞれ同軸に配置された第1,第2の円筒体を用い、外側
の第1の円筒体の内壁及び内側の第2の円筒体の外側面
に螺旋状パターンの電極を形成して、円筒型変位センサ
を構成している。そして、第1の円筒体をステータ、第
2の円筒体をロータとして、回転変位量の測定装置とす
ることができる。また電極パターンを螺旋状としたこと
により、第1の円筒体状の送信電極とこれに対向する第
2の円筒体状の受信電極とは、これらの円筒体の軸の周
囲360°の範囲で対向させることができる。このこと
は、二つの円筒体の軸位置がずれても、360°の範囲
で平均するとギャップは一定になることを意味する。
【0015】従って、この発明によれば、円筒型センサ
であっても軸基準の精度がラフにでき、同心度の精度が
悪くても測定精度に影響を与えることがない。また、n
個の電極を一組とする送信電極のユニットを2組設ける
ことなく、1ユニットのみで変位センサを構成して、優
れた測定精度が得られる。更に送信電極ユニットが一つ
でよいということは、電極パターンの製作の容易化、及
び配線数の低減を可能とし、特に小型の変位センサの製
造を容易にする。
であっても軸基準の精度がラフにでき、同心度の精度が
悪くても測定精度に影響を与えることがない。また、n
個の電極を一組とする送信電極のユニットを2組設ける
ことなく、1ユニットのみで変位センサを構成して、優
れた測定精度が得られる。更に送信電極ユニットが一つ
でよいということは、電極パターンの製作の容易化、及
び配線数の低減を可能とし、特に小型の変位センサの製
造を容易にする。
【0016】更に、回転変位量の測定装置として用いる
場合に、第1の円筒体の第1の送信電極群を、互いに逆
向きの螺旋状パターンで軸方向に2組設け、同様に第2
の円筒体の第2の受信電極を、互いに逆向きの螺旋状パ
ターンで軸方向に2組設けると、軸方向のズレの影響を
相殺することができ、高精度の測定が可能になる。更に
この発明によれば、第1部材として内側の円筒体を用い
て、その外側面に第1の送信電極群と第1の受信電極を
配設し、第2部材として外側の円筒体を用いてその内壁
に第2の送信電極と第2の受信電極を配設して、第1部
材としての内側の円筒体をステータ、第2部材としての
外側の円筒体をロータとして用いることによっても、同
様の小型変位測定装置が得られる。またこの発明におい
ては、第2の円筒体の受信電極を軸方向に繰り返し所定
ピッチで配設して、この第2の円筒体を第1の円筒体の
軸方向に変位させるようにすれば、従来に比べて小径の
直線変位量の測定装置が得られる。
場合に、第1の円筒体の第1の送信電極群を、互いに逆
向きの螺旋状パターンで軸方向に2組設け、同様に第2
の円筒体の第2の受信電極を、互いに逆向きの螺旋状パ
ターンで軸方向に2組設けると、軸方向のズレの影響を
相殺することができ、高精度の測定が可能になる。更に
この発明によれば、第1部材として内側の円筒体を用い
て、その外側面に第1の送信電極群と第1の受信電極を
配設し、第2部材として外側の円筒体を用いてその内壁
に第2の送信電極と第2の受信電極を配設して、第1部
材としての内側の円筒体をステータ、第2部材としての
外側の円筒体をロータとして用いることによっても、同
様の小型変位測定装置が得られる。またこの発明におい
ては、第2の円筒体の受信電極を軸方向に繰り返し所定
ピッチで配設して、この第2の円筒体を第1の円筒体の
軸方向に変位させるようにすれば、従来に比べて小径の
直線変位量の測定装置が得られる。
【0017】
【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、同軸に配置
される第1部材としての第1の円筒体11と第2部材と
しての第2の円筒体12の分解斜視図であり、同図
(b)(c)はそれぞれ、第2の円筒体12の外側面及
び第1の円筒体11内壁面の展開図である。第1の円筒
体11は固定されており、第2の円筒体12は第1の円
筒体11の内部に同軸に第1の円筒体11に対して所定
ギャップを保ちつつ軸の周りに回転できるように配置さ
れる。
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、同軸に配置
される第1部材としての第1の円筒体11と第2部材と
しての第2の円筒体12の分解斜視図であり、同図
(b)(c)はそれぞれ、第2の円筒体12の外側面及
び第1の円筒体11内壁面の展開図である。第1の円筒
体11は固定されており、第2の円筒体12は第1の円
筒体11の内部に同軸に第1の円筒体11に対して所定
ギャップを保ちつつ軸の周りに回転できるように配置さ
れる。
【0018】図1(c)に示される第1の円筒体11の
内壁には、第1の送信電極群13と、これとは絶縁され
た第1の受信電極14とが形成されている。第1の送信
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、円筒にしたときには第1の円筒体11の一端側か
ら所定のリード角をもって螺旋状に等間隔となるように
配設されている。これら第1の送信電極群13には、そ
れぞれ45°ずつ位相のずれた交流電圧が印加される。
図1(c)に示す展開図を丸めて上下端を接続した場合
には、各送信電極13が円筒内壁を一周する。第1の受
信電極14は、第1の円筒体11の他端側の内壁を一周
するようにリング帯状に配設されている。
内壁には、第1の送信電極群13と、これとは絶縁され
た第1の受信電極14とが形成されている。第1の送信
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、円筒にしたときには第1の円筒体11の一端側か
ら所定のリード角をもって螺旋状に等間隔となるように
配設されている。これら第1の送信電極群13には、そ
れぞれ45°ずつ位相のずれた交流電圧が印加される。
図1(c)に示す展開図を丸めて上下端を接続した場合
には、各送信電極13が円筒内壁を一周する。第1の受
信電極14は、第1の円筒体11の他端側の内壁を一周
するようにリング帯状に配設されている。
【0019】第2の円筒体12は、その外表面に、第2
の受信電極15とこれと電気的に接続された第2の送信
電極17とが形成されている。第2の受信電極15は、
第1の円筒体11側の第1の送信電極群13の半分の範
囲即ち4個と対向して容量結合するように、第1の送信
電極群13と同じリード角で螺旋状にパターン形成され
ている。第2の送信電極17は、第1の円筒体11側の
第1の受信電極14と対向して容量結合するように、一
周にわたってリング帯状に形成されている。
の受信電極15とこれと電気的に接続された第2の送信
電極17とが形成されている。第2の受信電極15は、
第1の円筒体11側の第1の送信電極群13の半分の範
囲即ち4個と対向して容量結合するように、第1の送信
電極群13と同じリード角で螺旋状にパターン形成され
ている。第2の送信電極17は、第1の円筒体11側の
第1の受信電極14と対向して容量結合するように、一
周にわたってリング帯状に形成されている。
【0020】この実施例では、第2の円筒体12の第2
の受信電極15の間には接地電極16が配設されてい
る。ただしこの接地電極16は省略することができる。
第1の円筒体11側の第1の送信電極群13及び第1の
受信電極14は、それぞれ図示しない配線により外部に
取り出され、駆動信号供給回路及び測定回路に接続され
る。
の受信電極15の間には接地電極16が配設されてい
る。ただしこの接地電極16は省略することができる。
第1の円筒体11側の第1の送信電極群13及び第1の
受信電極14は、それぞれ図示しない配線により外部に
取り出され、駆動信号供給回路及び測定回路に接続され
る。
【0021】この実施例の円筒型変位センサを回転変位
センサとして用いた場合、第1の円筒体11はステータ
となり、第2の円筒体12はロータとなって、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14に示す電極配置と等
価となり、ロータの一周2πrが図14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、ロータの一周2πr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。
センサとして用いた場合、第1の円筒体11はステータ
となり、第2の円筒体12はロータとなって、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14に示す電極配置と等
価となり、ロータの一周2πrが図14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、ロータの一周2πr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。
【0022】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の送信電極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。
信号を処理する測定回路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の送信電極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。
【0023】スケールの相対的な回転により変化する第
1の受信電極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は入力された信号に基づいて、発振
器21から出力されるクロックパルスをカウントし、表
示装置26上に前記相対的回転変位量を表示する。
1の受信電極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は入力された信号に基づいて、発振
器21から出力されるクロックパルスをカウントし、表
示装置26上に前記相対的回転変位量を表示する。
【0024】この実施例によれば、第1の円筒体11と
第2の円筒体12の間で同心精度が悪くても、測定誤差
が生じることはない。即ち送受信電極パターンを螺旋状
として1ユニットで一周させているため、軸ズレが生じ
ても、平均出力信号強度が一定に保たれるからである。
第2の円筒体12の間で同心精度が悪くても、測定誤差
が生じることはない。即ち送受信電極パターンを螺旋状
として1ユニットで一周させているため、軸ズレが生じ
ても、平均出力信号強度が一定に保たれるからである。
【0025】図3(a)(b)は、別の実施例における
図1(b)に示す第2の円筒体12の変形例の電極パタ
ーンである。図3(a)は、第2の送信電極17を、第
2の受信電極15の延長部として連続する螺旋状パター
ンとしたものである。図3(b)は、第2の送信電極1
7を図1(b)と同様のリング帯状パターンとしている
が、螺旋状の第2の受信電極15との間に格別のスペー
スを設けることなく連続させたものである。
図1(b)に示す第2の円筒体12の変形例の電極パタ
ーンである。図3(a)は、第2の送信電極17を、第
2の受信電極15の延長部として連続する螺旋状パター
ンとしたものである。図3(b)は、第2の送信電極1
7を図1(b)と同様のリング帯状パターンとしている
が、螺旋状の第2の受信電極15との間に格別のスペー
スを設けることなく連続させたものである。
【0026】図3(a)の電極パターンを用いると、図
1(b)の電極パターンと比較して、センサを組み立て
るときの軸方向の取り付けズレの許容範囲が広がる。図
1(b)の場合、第2の受信電極15は距離lの範囲に
限られているのに対して、図3(a)では、第2の円筒
体12の長さ方向が全て第2の受信電極15としても用
いられるからである。また、電極パターンが単純である
だけ、電極製造は容易になる。ただし、第2の送信電極
17の第1の受信電極14との対向面積が図1(b)に
対してほぼ1/2になる。
1(b)の電極パターンと比較して、センサを組み立て
るときの軸方向の取り付けズレの許容範囲が広がる。図
1(b)の場合、第2の受信電極15は距離lの範囲に
限られているのに対して、図3(a)では、第2の円筒
体12の長さ方向が全て第2の受信電極15としても用
いられるからである。また、電極パターンが単純である
だけ、電極製造は容易になる。ただし、第2の送信電極
17の第1の受信電極14との対向面積が図1(b)に
対してほぼ1/2になる。
【0027】図3(b)の電極パターンとすれば、軸方
向の取り付けズレの許容範囲が広がるだけでなく、第2
の送信電極17の第1の受信電極14との対向面積は、
図1(b)と同様に十分確保することができる。
向の取り付けズレの許容範囲が広がるだけでなく、第2
の送信電極17の第1の受信電極14との対向面積は、
図1(b)と同様に十分確保することができる。
【0028】図4は、更に別の実施例の第1の円筒体1
1と第2の円筒体12の展開図を図1に対応させて示
す。この実施例では、第1の円筒体11の長さl1に対
して、第2の円筒体12の長さl2が小さくなってい
る。第2の円筒体12の電極パターンは図3(a)と同
じである。このような長さ関係を満たすことにより、第
1の円筒体11からの配線引き出しが容易になり、また
軸方向の取り付けズレの許容範囲が広くなる。
1と第2の円筒体12の展開図を図1に対応させて示
す。この実施例では、第1の円筒体11の長さl1に対
して、第2の円筒体12の長さl2が小さくなってい
る。第2の円筒体12の電極パターンは図3(a)と同
じである。このような長さ関係を満たすことにより、第
1の円筒体11からの配線引き出しが容易になり、また
軸方向の取り付けズレの許容範囲が広くなる。
【0029】次に、上述のような螺旋状電極パターンを
もつ円筒型センサの電極パターンの具体的な形成法を説
明する。図5は、内側の第2の円筒体12の表面に螺旋
状の受信電極パターンを形成する方法である。第2の円
筒体12は例えば射出成形により作られた樹脂成形品で
あって、その表面にAu膜等の導電膜61をメッキす
る。一方、所定ピッチで送ることができる雄ネジ62と
雌ネジ63を用意して、雄ネジ62の頭の部分に第2の
円筒体12を固定してその表面に固定の刃64を当てた
状態で雄ネジ62とともに第2の円筒体12を回転駆動
する。これにより、導電膜61を螺旋状に削り落とし
て、螺旋の帯状電極パターンを形成する。
もつ円筒型センサの電極パターンの具体的な形成法を説
明する。図5は、内側の第2の円筒体12の表面に螺旋
状の受信電極パターンを形成する方法である。第2の円
筒体12は例えば射出成形により作られた樹脂成形品で
あって、その表面にAu膜等の導電膜61をメッキす
る。一方、所定ピッチで送ることができる雄ネジ62と
雌ネジ63を用意して、雄ネジ62の頭の部分に第2の
円筒体12を固定してその表面に固定の刃64を当てた
状態で雄ネジ62とともに第2の円筒体12を回転駆動
する。これにより、導電膜61を螺旋状に削り落とし
て、螺旋の帯状電極パターンを形成する。
【0030】図6は、外側の第1の円筒体11の内壁に
螺旋状の送信電極パターンを形成する方法である。第1
の円筒体11も例えば樹脂成形品であって、まず内壁全
面にAu等の導電膜65をメッキする。これに対して、
円筒体66の先端部周囲に8個の刃67を設けた切削治
具を用意して、第1の円筒体11あるいは円筒体66を
図5の第2の円筒体12のパターン形成と同じネジピッ
チで回転させながら直進させる。これにより、導電膜6
5を8個の刃67により螺旋状に削り落として、螺旋状
の送信電極パターンを形成する。
螺旋状の送信電極パターンを形成する方法である。第1
の円筒体11も例えば樹脂成形品であって、まず内壁全
面にAu等の導電膜65をメッキする。これに対して、
円筒体66の先端部周囲に8個の刃67を設けた切削治
具を用意して、第1の円筒体11あるいは円筒体66を
図5の第2の円筒体12のパターン形成と同じネジピッ
チで回転させながら直進させる。これにより、導電膜6
5を8個の刃67により螺旋状に削り落として、螺旋状
の送信電極パターンを形成する。
【0031】図7は、この発明の別の実施例に係る円筒
型変位センサの電極パターンを図1(b)(c)に対応
させて示す。第2の円筒体12側の第2の受信電極15
は、第1の送信電極群13の送信波長ピッチWt1を5
(一般には2以上の整数n)分割した等間隔ピッチWt
1/5で形成された形で、5つの電極が螺旋状に配設さ
れている。第1の円筒体11側の8個の送信電極群13
は、図1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1とは異なり、順次135°ずつずれた
駆動信号が供給される。
型変位センサの電極パターンを図1(b)(c)に対応
させて示す。第2の円筒体12側の第2の受信電極15
は、第1の送信電極群13の送信波長ピッチWt1を5
(一般には2以上の整数n)分割した等間隔ピッチWt
1/5で形成された形で、5つの電極が螺旋状に配設さ
れている。第1の円筒体11側の8個の送信電極群13
は、図1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1とは異なり、順次135°ずつずれた
駆動信号が供給される。
【0032】これによりこの実施例では、第1の送信電
極群の間隔を極端に狭めることなしに、5倍の分解能が
得られる。そのため、第2の円筒体12が1/5回転、
即ち72°回転すると、位相が360°変化する。言い
換えれば、1回転で位相が5周期変化する。なおこの原
理及び具体的な測定回路に関しては、特公平4−678
82号に詳説されている。
極群の間隔を極端に狭めることなしに、5倍の分解能が
得られる。そのため、第2の円筒体12が1/5回転、
即ち72°回転すると、位相が360°変化する。言い
換えれば、1回転で位相が5周期変化する。なおこの原
理及び具体的な測定回路に関しては、特公平4−678
82号に詳説されている。
【0033】図7の実施例において、第2の円筒体12
では、螺旋状の第2の受信電極15をそのまま第2の送
信電極として利用している。これに対して図9に示すよ
うに、全ての第2の受信電極15につながるリング帯状
の第2の送信電極17を設けてもよい。これにより第2
の送信電極17は、広い面積で第1の円筒体11側の第
1の受信電極14と対向させることができる。
では、螺旋状の第2の受信電極15をそのまま第2の送
信電極として利用している。これに対して図9に示すよ
うに、全ての第2の受信電極15につながるリング帯状
の第2の送信電極17を設けてもよい。これにより第2
の送信電極17は、広い面積で第1の円筒体11側の第
1の受信電極14と対向させることができる。
【0034】図8は、図7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9は図8におけ
る各部信号波形及び各信号間の関係を横軸を時間軸とし
て示している。図8において、図7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200kH
z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9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。
路の一例を図2より多少詳しく示し、図9は図8におけ
る各部信号波形及び各信号間の関係を横軸を時間軸とし
て示している。図8において、図7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200kH
z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9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。
【0035】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9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。
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9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。
【0036】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。
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。
【0037】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る、即ち図
9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。
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る、即ち図
9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。
【0038】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。
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。
【0039】図7の実施例において、第2の円筒体12
では、螺旋状の第2の受信電極15をそのまま第2の送
信電極として利用している。これに対して図10に示す
ように、全ての第2の受信電極15につながるリング帯
状の第2の送信電極17を設けてもよい。これにより第
2の送信電極17は、広い面積で第1の円筒体11側の
第1の受信電極14と対向させることができる。
では、螺旋状の第2の受信電極15をそのまま第2の送
信電極として利用している。これに対して図10に示す
ように、全ての第2の受信電極15につながるリング帯
状の第2の送信電極17を設けてもよい。これにより第
2の送信電極17は、広い面積で第1の円筒体11側の
第1の受信電極14と対向させることができる。
【0040】図11は、この発明の更に他の実施例に係
る円筒型変位センサの電極パターンを図1の実施例に対
応させて示す。この実施例では、第1の円筒体11の軸
方向に、A部,B部として、第1の送信電極群13と第
1の受信電極14とが、2組配設される。A部とB部と
では、第1の送信電極群13の螺旋状パターンは互いに
逆パターンとしている。両者の間には、第2の円筒体1
2との軸変動が所定の中央値に対して、±aだけ変動し
てもよいように、2aのスペースが設けられている。
る円筒型変位センサの電極パターンを図1の実施例に対
応させて示す。この実施例では、第1の円筒体11の軸
方向に、A部,B部として、第1の送信電極群13と第
1の受信電極14とが、2組配設される。A部とB部と
では、第1の送信電極群13の螺旋状パターンは互いに
逆パターンとしている。両者の間には、第2の円筒体1
2との軸変動が所定の中央値に対して、±aだけ変動し
てもよいように、2aのスペースが設けられている。
【0041】第1の円筒体11の電極パターンに対応さ
せて、第2の円筒体12側でも、2組(又は4以上の偶
数組)の第2の受信電極15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。2組(又は4以上の
偶数組)の第1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し、
また2組の第1の受信電極14も共通に測定回路に接続
されるようにする。
せて、第2の円筒体12側でも、2組(又は4以上の偶
数組)の第2の受信電極15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。2組(又は4以上の
偶数組)の第1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し、
また2組の第1の受信電極14も共通に測定回路に接続
されるようにする。
【0042】このような構成とすれば、第2の円筒体1
2の回転によるA部,B部の位相は同方向に変化する。
一方、第2の円筒体12の軸方向変動に対しては、それ
が±aの範囲であれば、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。
2の回転によるA部,B部の位相は同方向に変化する。
一方、第2の円筒体12の軸方向変動に対しては、それ
が±aの範囲であれば、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。
【0043】なお、A,B部の間の2aのスペースは、
第1の円筒体11側ではなく、第2の円筒体12側の第
2の受信電極15の間に設けてもよい。図11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。
第1の円筒体11側ではなく、第2の円筒体12側の第
2の受信電極15の間に設けてもよい。図11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。
【0044】図12は、その様な方式を採用した実施例
を、図11の実施例に対応させて示している。この実施
例では、第2の円筒体12側の第2の受信電極15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
が図11と異なる。更にこの第2の受信電極15の分離
に伴い、第1の円筒体11側のA部とB部の第1の受信
電極14の出力信号は別々に取り出して信号処理する。
を、図11の実施例に対応させて示している。この実施
例では、第2の円筒体12側の第2の受信電極15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
が図11と異なる。更にこの第2の受信電極15の分離
に伴い、第1の円筒体11側のA部とB部の第1の受信
電極14の出力信号は別々に取り出して信号処理する。
【0045】このとき測定回路は、図13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。
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。
【0046】図14は、この発明を直線変位測定に適用
した実施例の円筒型変位センサを示している。第1の円
筒体11とその内部に挿入される第2の円筒体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、第
2の円筒体12は、第1の円筒体11に比べて長く、こ
れが図14(a)に矢印で示したように軸方向にのみ変
位し、軸周りの回転を阻止する機構(図示せず)が設け
られる。
した実施例の円筒型変位センサを示している。第1の円
筒体11とその内部に挿入される第2の円筒体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、第
2の円筒体12は、第1の円筒体11に比べて長く、こ
れが図14(a)に矢印で示したように軸方向にのみ変
位し、軸周りの回転を阻止する機構(図示せず)が設け
られる。
【0047】第1の円筒体11は、図14(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、第
1の受信電極14とが内壁に形成されている。第1の送
信電極群13は螺旋状パターンをなして、周方向に所定
ギャップを残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。そしてこの第1の送信電極群13のギャップ
に、第1の受信電極14が軸方向に細長く配設されてい
る。
図を示したように、8個の第1の送信電極群13と、第
1の受信電極14とが内壁に形成されている。第1の送
信電極群13は螺旋状パターンをなして、周方向に所定
ギャップを残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。そしてこの第1の送信電極群13のギャップ
に、第1の受信電極14が軸方向に細長く配設されてい
る。
【0048】第2の円筒体12は、図14(b)に示す
ように、螺旋状パターンをなす第2の受信電極15とこ
れと連続する第2の送信電極17とが、軸方向にピッチ
Pr2=Wt1で繰り返し配設されている。第2の受信
電極15は、第1の円筒体11側の送信電極群13の内
4個と対向して容量結合し、第2の送信電極17は、同
じく第1の円筒体11側の第1の受信電極14と対向し
て容量結合する。
ように、螺旋状パターンをなす第2の受信電極15とこ
れと連続する第2の送信電極17とが、軸方向にピッチ
Pr2=Wt1で繰り返し配設されている。第2の受信
電極15は、第1の円筒体11側の送信電極群13の内
4個と対向して容量結合し、第2の送信電極17は、同
じく第1の円筒体11側の第1の受信電極14と対向し
て容量結合する。
【0049】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2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、第
2の円筒体12の第1の円筒体11に対する軸方向の直
線変位を測定することができる。
異なるのみで従来の図2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、第
2の円筒体12の第1の円筒体11に対する軸方向の直
線変位を測定することができる。
【0050】前述した実施例では、第1部材として外側
の円筒体を用い、その内壁に第1の送信電極群と第1の
受信電極を配設してステータとし、第2の受信電極と第
2の送信電極を配設した第2部材としての内側の円筒体
をロータとするものであるが、これらの関係を逆にする
ことも可能である。即ち、第1部材として内側の円筒体
を用いて、その外側面に第1の送信電極群と第1の受信
電極を配設し、第2部材として外側の円筒体を用いてそ
の内壁に第2の送信電極と第2の受信電極を配設して、
第1部材としての内側の円筒体をステータ、第2部材と
しての外側の円筒体をロータとして用いることができ
る。
の円筒体を用い、その内壁に第1の送信電極群と第1の
受信電極を配設してステータとし、第2の受信電極と第
2の送信電極を配設した第2部材としての内側の円筒体
をロータとするものであるが、これらの関係を逆にする
ことも可能である。即ち、第1部材として内側の円筒体
を用いて、その外側面に第1の送信電極群と第1の受信
電極を配設し、第2部材として外側の円筒体を用いてそ
の内壁に第2の送信電極と第2の受信電極を配設して、
第1部材としての内側の円筒体をステータ、第2部材と
しての外側の円筒体をロータとして用いることができ
る。
【0051】更に実施例では、内側の円筒体の外側面に
電極群を形成しているが、内側の円筒体は、空孔を持た
ない円柱部材であって、その外側面を直接加工処理して
電極群を形成することも可能である。また外側の円筒体
に関しても、薄板状の部材を丸めて形成するものに限ら
れず、円柱や直方体を含む任意形状の部材であって、こ
れに円柱状の空孔となる円柱孔が穿たれた形状を有する
ものであればよい。
電極群を形成しているが、内側の円筒体は、空孔を持た
ない円柱部材であって、その外側面を直接加工処理して
電極群を形成することも可能である。また外側の円筒体
に関しても、薄板状の部材を丸めて形成するものに限ら
れず、円柱や直方体を含む任意形状の部材であって、こ
れに円柱状の空孔となる円柱孔が穿たれた形状を有する
ものであればよい。
【0052】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、第
1,第2部材をそれぞれ同軸に配置された第1,第2の
円筒体として、第1の円筒体の内壁及び第2の円筒体の
外側面に螺旋状パターンの電極を形成して、円筒型変位
センサを構成している。第1,第2の円筒体の一方をス
テータ、他方をロータとして、回転変位量の測定装置と
して用いれば、電極パターンを螺旋状としたことによ
り、第1の円筒体の送信電極とこれに対向する第2の円
筒体状の受信電極との間の平均的ギャップは、軸ズレが
あってもほぼ一定になり、従って同心度の精度が悪くて
も優れた測定精度を得ることができる。しかも送信電極
群が1ユニットのみで、優れた測定精度が得られる。更
に送信電極群を1ユニットのみとすれば、電極パターン
の簡略化、及び配線数の低減により小型の変位センサの
製造が容易になる。更に、回転変位量の測定装置として
用いる場合に、第1の円筒体の第1の送信電極群を互い
に逆向きの螺旋状パターンで軸方向に2組設け、同様に
第2の円筒体の第2の受信電極を互いに逆向きの螺旋状
パターンで軸方向に2組設けると、軸方向のズレの影響
を相殺することができ、より高精度の測定が可能にな
る。またこの発明によると、第2の円筒体の受信電極を
軸方向に繰り返し所定ピッチで配設して、この第2の円
筒体を第1の円筒体の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。
1,第2部材をそれぞれ同軸に配置された第1,第2の
円筒体として、第1の円筒体の内壁及び第2の円筒体の
外側面に螺旋状パターンの電極を形成して、円筒型変位
センサを構成している。第1,第2の円筒体の一方をス
テータ、他方をロータとして、回転変位量の測定装置と
して用いれば、電極パターンを螺旋状としたことによ
り、第1の円筒体の送信電極とこれに対向する第2の円
筒体状の受信電極との間の平均的ギャップは、軸ズレが
あってもほぼ一定になり、従って同心度の精度が悪くて
も優れた測定精度を得ることができる。しかも送信電極
群が1ユニットのみで、優れた測定精度が得られる。更
に送信電極群を1ユニットのみとすれば、電極パターン
の簡略化、及び配線数の低減により小型の変位センサの
製造が容易になる。更に、回転変位量の測定装置として
用いる場合に、第1の円筒体の第1の送信電極群を互い
に逆向きの螺旋状パターンで軸方向に2組設け、同様に
第2の円筒体の第2の受信電極を互いに逆向きの螺旋状
パターンで軸方向に2組設けると、軸方向のズレの影響
を相殺することができ、より高精度の測定が可能にな
る。またこの発明によると、第2の円筒体の受信電極を
軸方向に繰り返し所定ピッチで配設して、この第2の円
筒体を第1の円筒体の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。
【図1】 この発明の一実施例に係る円筒型変位センサ
を示す。
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。
す。
【図3】 他の実施例による電極パターンを示す。
【図4】 他の実施例による電極パターンを示す。
【図5】 円筒体外表面の電極パターン形成法を示す。
【図6】 円筒体内壁の電極パターン形成法を示す。
【図7】 他の実施例に係る円筒型変位センサを示す。
【図8】 図7の実施例の測定回路を示す。
【図9】 図8の回路の各部信号波形を示す。
【図10】 他の実施例による電極パターンを示す。
【図11】 他の実施例に係る円筒型変位センサを示
す。
す。
【図12】 他の実施例に係る円筒型変位センサを示
す。
す。
【図13】 同実施例の測定回路を示す。
【図14】 他の実施例に係る円筒型変位センサを示
す。
す。
【図15】 従来の静電容量式変位センサの構成を示
す。
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。
成を示す。
11…第1の円筒体、12…第2の円筒体、13…第1
の送信電極群、14…第1の受信電極、15…第2の受
信電極、16…接地電極、17…第2の送信電極。
の送信電極群、14…第1の受信電極、15…第2の受
信電極、16…接地電極、17…第2の送信電極。
Claims (9)
- 【請求項1】 近接配置されて相対変位する第1部材と
第2部材とを有し、前記第1部材は、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第1の送
信電極群と、これとは絶縁され且つその電位が測定回路
に印加される第1の受信電極とを有し、前記第2部材
は、前記第1の送信電極群の複数電極と同時に容量結合
するように対向配置された第2の受信電極と、この第2
の受信電極と電気的に接続され且つ前記第1の受信電極
と容量結合するように対向配置された第2の送信電極と
を有する静電容量式変位測定装置において、 前記第1部材には円柱状の空孔を形成する円柱孔を有
し、前記第1の送信電極群がこの円柱孔の内壁面の所定
領域にわたり円柱孔の軸方向に沿って螺旋状に、また前
記第1の受信電極が前記所定領域に隣接してリング帯状
に配設され、 前記第2部材は、前記円柱孔の内部に所定ギャップを保
って第1部材と相対移動するように配置される円筒体に
より構成されて、前記第2の受信電極がこの円筒体の外
側面に前記第1の送信電極群と対向して前記第1の送信
電極群と同じリード角で螺旋状に配設されていることを
特徴とする静電容量式変位測定装置。 - 【請求項2】 前記第2部材は、前記第1部材の円柱孔
の軸方向への移動が阻止されると共に軸の周りに回転可
能に保持されて、前記測定回路において検出される位相
信号から前記回転量を測定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。 - 【請求項3】 前記第2の送信電極は、前記第2部材の
円筒体の外側面の前記第1の受信電極と対向する領域に
リング帯状に配設されていることを特徴とする請求項2
記載の静電容量式変位測定装置。 - 【請求項4】 前記第2の送信電極は、前記第2部材の
円筒体の外側面の前記第1の受信電極と対向する領域に
前記第2の受信電極の延長部として配設されていること
を特徴とする請求項2記載の静電容量式変位測定装置。 - 【請求項5】 前記第1部材に配設される前記第1の送
信電極群は、互いに逆向きの螺旋状パターンをもって軸
方向に2組設けられ、これら第1の送信電極群に対向し
て前記第2部材の第2の受信電極群は、互いに逆向きの
螺旋状パターンをもって軸方向に2組設けられているこ
とを特徴とする請求項2記載の静電容量式変位測定装
置。 - 【請求項6】 前記第1部材に配設される前記第1の送
信電極群は、それぞれに360°/nの等位相ズレの交
流電圧が印加されるn個の電極を1組とするユニット電
極であって、各電極が前記円柱孔の内壁面を少なくとも
1周するように1ユニット設けられていることを特徴と
する請求項1記載の静電容量式変位測定装置。 - 【請求項7】 前記第2部材は、前記第1部材の円柱孔
の軸の周りの回転が阻止されると共に軸方向への移動可
能に保持され、前記測定回路において検出される位相信
号から前記移動量を測定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。 - 【請求項8】 近接配置されて相対変位する第1部材と
第2部材とを有し、前記第1部材は、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第1の送
信電極群と、これとは絶縁され且つその電位が測定回路
に印加される第1の受信電極とを有し、前記第2部材
は、前記第1の送信電極群の複数電極と同時に容量結合
するように対向配置された第2の受信電極と、この第2
の受信電極と電気的に接続され且つ前記第1の受信電極
と容量結合するように対向配置された第2の送信電極と
を有する静電容量式変位測定装置において、 前記第1部材は円筒体から構成され、前記第1の送信電
極群はこの円筒体の外側面の所定領域にわたり円筒体の
軸方向に沿って螺旋状に、また前記第1の受信電極は前
記所定領域に隣接してリング帯状に配設され、 前記第2部材には前記円筒体が所定ギャップを保って挿
入される円柱孔を有し、この円柱孔の内壁面に前記第2
の受信電極が前記第1の送信電極群と対向して前記第1
の送信電極群と同じリード角で螺旋状に配設されている
ことを特徴とする静電容量式変位測定装置。 - 【請求項9】 前記第1部材は、前記第2部材の円筒体
の軸方向への移動が阻止されると共に軸周りに回転可能
に保持され、前記測定回路において検出される位相信号
から前記回転量を測定することを特徴とする請求項8記
載の静電容量式変位測定装置。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33068994A JP2837636B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 静電容量式変位測定装置 |
US08/559,559 US5691646A (en) | 1994-12-07 | 1995-11-16 | Capacitance-type displacement measuring device with electrodes having spiral patterns |
DE69525819T DE69525819T2 (de) | 1994-12-07 | 1995-11-28 | Kapazitives Verschiebungsmessgerät |
EP00121315A EP1070938B1 (en) | 1994-12-07 | 1995-11-28 | Capacitance-type displacement measuring device |
EP95308553A EP0716290B1 (en) | 1994-12-07 | 1995-11-28 | Capacitance-type displacement measuring device |
DE69535508T DE69535508T2 (de) | 1994-12-07 | 1995-11-28 | Kapazitive Wegmesseinrichtung |
CN95121425.XA CN1051152C (zh) | 1994-12-07 | 1995-12-07 | 电容式位移测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33068994A JP2837636B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 静電容量式変位測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08159704A true JPH08159704A (ja) | 1996-06-21 |
JP2837636B2 JP2837636B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=18235478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33068994A Expired - Fee Related JP2837636B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 静電容量式変位測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2837636B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005221472A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Olympus Corp | 静電型エンコーダ及び静電型変位測定方法 |
JP2009534147A (ja) * | 2006-04-26 | 2009-09-24 | ノボ・ノルデイスク・エー/エス | 薬剤送達装置における運動エレメントの非接触式の絶対位置測定 |
JP2014013862A (ja) * | 2012-07-05 | 2014-01-23 | Wacom Co Ltd | 容量可変型コンデンサ |
US8994382B2 (en) | 2006-04-12 | 2015-03-31 | Novo Nordisk A/S | Absolute position determination of movably mounted member in medication delivery device |
US9186465B2 (en) | 2008-11-06 | 2015-11-17 | Novo Nordisk A/S | Electronically assisted drug delivery device |
WO2016080184A1 (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-26 | 日本電産サンキョー株式会社 | 位置検出装置、駆動装置、および位置検出用スケール部材 |
-
1994
- 1994-12-07 JP JP33068994A patent/JP2837636B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005221472A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Olympus Corp | 静電型エンコーダ及び静電型変位測定方法 |
US8994382B2 (en) | 2006-04-12 | 2015-03-31 | Novo Nordisk A/S | Absolute position determination of movably mounted member in medication delivery device |
JP2009534147A (ja) * | 2006-04-26 | 2009-09-24 | ノボ・ノルデイスク・エー/エス | 薬剤送達装置における運動エレメントの非接触式の絶対位置測定 |
US9186465B2 (en) | 2008-11-06 | 2015-11-17 | Novo Nordisk A/S | Electronically assisted drug delivery device |
JP2014013862A (ja) * | 2012-07-05 | 2014-01-23 | Wacom Co Ltd | 容量可変型コンデンサ |
WO2016080184A1 (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-26 | 日本電産サンキョー株式会社 | 位置検出装置、駆動装置、および位置検出用スケール部材 |
JP2016099171A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 日本電産サンキョー株式会社 | 位置検出装置、駆動装置、および位置検出用スケール部材 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2837636B2 (ja) | 1998-12-16 |
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