JPH08210873A

JPH08210873A - 可変コンデンサ及びこれを用いた回転角度検出装置

Info

Publication number: JPH08210873A
Application number: JP4125295A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Imamura; 博男今村; Hiroyuki Hagiwara; 弘之萩原; Noboru Sakamoto; 昇坂本
Original assignee: TAISE KK
Current assignee: TAISE KK
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、可動電極のがたつきによる誤差の発
生を排除し得る可変コンデンサ及び広い温度範囲で動作
可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。【構成】本発明の可変コンデンサは、固定電極１０、及
び軸線を中心に回動可能な可動電極１１から成り、固定
電極は第１の円柱の側面の一部の上に配置された固定電
極面１０₁〜１０₄を有し、可動電極は第２の円柱の側面
の一部の上に配置された可動電極面１１₁及び１１₂を有
し、可動電極の回転角度に応じて、該固定電極面と該可
動電極面との対向面積が変化するように構成されてい
る。本発明の回転角度検出装置は、発振回路と、上記可
変コンデンサの静電容量変化に応じて発振回路からの交
流信号のレベルを変換する２系統のレベル変換手段と、
２系統のレベル変換手段からの各交流信号を直流信号に
変換する第１及び第２の交直変換手段と、第１及び第２
の交直変換手段からの各直流信号を差動増幅する差動増
幅手段、を備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばアクセルやロボ
ット等において角度を検出するための非接触式のポテン
ショメータ等に使用される可変コンデンサ、及びこの可
変コンデンサを用いた回転角度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ポテンショメータとして、接触式
の抵抗分圧型が広く知られている。このポテンショメー
タは、摺動子が物理的に抵抗体に接触する位置に応じて
電源電圧を分圧して出力するという構成である。そし
て、動作可能な温度範囲が広いという利点を有する一
方、抵抗体及び摺動子の機械的な接触のため磨耗が発生
するので短期間で信頼性が低下するという致命的な欠点
がある。そこで、かかる欠点を除去して信頼性を向上さ
せるために、非接触式のポテンショメータが開発されて
いる。かかる非接触式ポテンショメータとしては、磁気
抵抗素子を用いた磁気抵抗型ポテンショメータ、光検出
素子を用いた光検出型ポテンショメータ、或いは静電容
量を用いた静電容量型ポテンショメータ等が知られてい
る。

【０００３】磁気抵抗型ポテンショメータは、機械的な
接触部分がないので寿命が長く、また分解能も高いとい
う特徴を有する。しかし、磁界が印加される部分と印加
されない部分での温度特性の相違によって対温度変動が
著しいという欠点がある。光検出型ポテンショメータ
は、応答速度が速く、位置分解能が高い等の特徴を有す
るが、光検出素子として半導体を用いた場合には入射光
とは無関係な暗電流が発生し、この暗電流の温度依存性
によって使用可能温度範囲が制限されるという欠点があ
る。

【０００４】そこで、上述の欠点がないポテンショメー
タとして、静電容量型ポテンショメータが開発されてい
る。このタイプのポテンショメータは、構造が簡単であ
り安価に製造できるので各種センサとして用いられてい
る。かかる静電容量方式を採用したポテンショメータ
は、例えば特開昭６３−３０８５１４号公報に示されて
いる。このポテンショメータは、固定電極板と可動電極
板とを対向させて所謂平行平板コンデンサを形成し、検
出すべき変位量に連動して可動電極板を回動させること
により対向する平板電極の対向面積を変化させ、この対
向面積の変化に応じて変化する静電容量を電気信号に変
換して変位量を検出する。

【０００５】同様の平行平板を用いた可変コンデンサを
応用した検出器あるいはセンサとして、例えば特開昭５
９−５３４８５号公報の「傾斜センサー」、特公平２−
６２８０２号公報の「方位検出器」、特開平３−１１３
３１３号公報の「回転位置検出センサ」が知られてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の特許公開公報や特許公告公報に開示された可変コン
デンサを用いた検出器あるいはセンサは、何れも固定電
極板と可変電極板といった２個の平行平板の対向面積の
変化による静電容量変化に基づいている。ところで、可
変コンデンサにおいては、可動電極のスラスト方向及び
ラジアル方向のがたつきが発生することは避けられな
い。その結果、このがたつきによる静電容量の変化によ
って検出すべき変位量の誤差が発生するという問題があ
る。

【０００７】また、各種センサは、検出された変位量を
電気信号に変換する回路を備えている。かかる回路を構
成する各素子の温度係数は比較的大きく、温度特性は必
ずしも良好とは言えない。従って、かかる回路から出力
される電気信号の温度依存性が大きいという問題があ
る。静電容量型ポテンショメータにおいても同様であ
り、可変コンデンサの静電容量を電気信号に変換するた
めの回路の温度依存性が大きく、温度によって回転角度
の検出誤差が発生するという問題がある。

【０００８】従って、本発明の第１の目的は、簡単な構
造であるにも拘わらず可変コンデンサの可動電極のがた
つきによる誤差の発生を排除し得る信頼性の高い可変コ
ンデンサを提供することにある。

【０００９】また、本発明の第２の目的は、温度依存性
が小さく、広い温度範囲で正確な回転角度を検出できる
回転角度検出装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るための本発明の可変コンデンサは、固定電極、及び軸
線を中心に回動可能な可動電極から成り、該固定電極
は、第１の柱の側面の一部の上に配置された固定電極面
を有し、ここで、該第１の柱は、該軸線に直交する平面
で切断したときの形状が該軸線を中心とした半径ｒ_Fの
円から成る仮想の柱であり、該可動電極は、第２の柱の
側面の一部の上に配置された可動電極面を有し、ここ
で、該第２の柱は、前記平面で切断したときの形状が前
記軸線を中心とした半径ｒ_Mの円（但し、ｒ_M≠ｒ_F）か
ら成る仮想の柱であり、該可動電極の回転角度に応じ
て、該固定電極面と該可動電極面との対向面積が変化す
るように構成されている。

【００１１】上記第１の柱は、上記軸線に直交する平面
で切断する場合の切断位置に拘わらず半径ｒ_Fが一定と
なるように構成することができる。この場合、第１の柱
は円柱となり、固定電極面は円柱の側面の一部の上に配
置される。また、上記第１の柱は、上記切断位置に応じ
て半径ｒ_Fが変化するように構成することもできる。例
えば、切断位置に応じて半径ｒ_Fが直線的に増加又は減
少するように構成すれば、第１の柱は円錐又は円錐台と
なり、固定電極面は円錐又は円錐台の側面の一部の上に
配置される。また、上記第１の柱は、例えば、切断位置
に応じて半径ｒ_Fがサイン曲線、放物曲線、その他の任
意の曲線で変化する構成とすることができる。この場
合、第１の柱は側面に凹凸を有する柱となり、固定電極
面は凹凸を有する柱の側面の一部の上に配置される。上
記第２の柱についても、上記第１の柱と同様に、切断位
置に応じて半径ｒ_Mが一定、又は種々に変化するように
構成することができる。

【００１２】また、上記第１の柱の半径ｒ_Fと第２の柱
の半径ｒ_Mとの関係は、ｒ_M＜ｒ_Fとなるように構成する
ことができる。この場合、例えば図２の（Ａ）に示すよ
うに、第２の柱１１_Vの側面は、第１の柱１０_Vの側面の
内側（軸線寄り）になるように形成される。そして、第
１の柱１０_Vの側面の一部に固定電極面１０₁、１０₃が
配置され、第２の柱１１_Vの側面の一部に可動電極面１
１₁、１１₂が配置される。逆に、上記両半径がｒ_M＞ｒ_F
となるように構成すれば、例えば図２の（Ｂ）に示すよ
うに、第１の柱２０_Vの側面は、第２の柱２１_Vの側面の
内側（軸線寄り）になるように形成される。そして、第
１の柱２０_Vの側面の一部に固定電極面２０₁、２０₃が
配置され、第２の柱２１_Vの側面の一部に可動電極面２
１₁、２１₂が配置される。尚、図２の（Ａ）及び（Ｂ）
に示した可変コンデンサは、第１の柱１０_V及び２０_V並
びに第２の柱１１_V及び２１_Vが何れも円柱であるが、上
述した他の形状の場合も上記と同様に、半径ｒ_M＜ｒ_F又
は半径ｒ_M＞ｒ_Fとすることができる。尚、符号１３は軸
受である。

【００１３】また、上記半径ｒ_Mとｒ_Fとの差は、上記切
断位置に拘わらず略一定となるように構成することがで
きる。また、上記半径ｒ_Mとｒ_Fとの差が、上記切断位置
に応じて変化するように構成することもできる。

【００１４】更に、固定電極の形状は、固定電極面が第
１の柱の側面の一部に配置されるように形成されていれ
ばよく、他の部分の形状は任意に定めることができる。
同様に、可動電極の形状は、可動電極面が第２の柱の側
面の一部に配置されていればよく、他の部分の形状は任
意に定めることができる。

【００１５】また、本発明の可変コンデンサは、固定電
極面は、第１の柱の側面の周方向に配列されたＮ個（但
し、Ｎは正の整数）の固定電極面から成り、可動電極面
は、第２の柱の側面の周方向に配列されたＫ個（但し、
Ｋは正の整数）の可動電極面から成ることが好ましい。
Ｎ及びＫの値、及びＮ個の固定電極面の接続及びＫ個の
可動電極面の接続如何によって、例えば図３〜図６に示
すような、種々のタイプの可変コンデンサを形成するこ
とができる。

【００１６】また、本発明の可変コンデンサは、例えば
図３に示すように、Ｎ個の全ての固定電極面が接続され
た第１の端子Ｃ₁と、Ｋ個の全ての可動電極面が接続さ
れた第２の端子ＧＮＤを有するように構成することがで
きる。

【００１７】最も単純な構成例を図３の（Ａ）に示す。
図３の（Ａ）に示す可変コンデンサにおいては、固定電
極及び可動電極は、それぞれ１個の固定電極面と可動電
極面を有する。そして、固定電極面に第１の端子Ｃ
₁が、可動電極面に第２の端子ＧＮＤがそれぞれ接続さ
れている。図３の（Ｂ）に示す可変コンデンサにおいて
は、固定電極及び可動電極は、それぞれ２個の固定電極
面と２個の可動電極面を有する。そして、２個の固定電
極面が接続された第１の端子Ｃ₁と、２個の可動電極面
が接続された第２の端子ＧＮＤを有する。以下同様に、
図３の（Ｃ）〜（Ｅ）に示すように、固定電極面の数Ｎ
及び可動電極面の数Ｋを３、４、５、・・・とすること
も可能である。これにより、可動電極の回動に応じて固
定電極面と可動電極面の対向面積が変化し、第１の端子
Ｃ₁及び第２の端子ＧＮＤ間の静電容量が変化する可変
コンデンサが形成される。この場合、Ｎ及びＫをそれぞ
れ２以上（図３の（Ｂ）〜（Ｅ）参照）とすることが望
ましい。尚、図３にはＮ＝Ｋの場合のみを示している
が、Ｎ≠Ｋであってもよい。

【００１８】また、本発明の可変コンデンサは、例えば
図４の（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、Ｎを２の倍数と
し、Ｎ個の固定電極面が１個おきに接続された第１の端
子Ｃ₁と、残りの固定電極面が接続された第２の端子Ｃ₂
と、Ｋ個の全ての可動電極面が接続された第３の端子Ｇ
ＮＤを有するように構成することができる。これらの可
変コンデンサでは、第１の端子Ｃ₁と第３の端子ＧＮ
Ｄ、及び第２の端子Ｃ₂と第３の端子ＧＮＤとの間の静
電容量は、可動電極の回動に応じてそれぞれ同じ傾向で
増加又は減少する。

【００１９】図４の（Ａ）に示す可変コンデンサにおい
ては、固定電極及び可動電極のそれぞれは、２個の固定
電極面と２個の可動電極面を有し、各固定電極面には第
１の端子Ｃ₁及び第２の端子Ｃ₂が接続され、２個の可動
電極面には第３の端子ＧＮＤが接続されている。図４の
（Ｂ）に示す可変コンデンサにおいては、固定電極及び
可動電極のそれぞれは、４個の固定電極面と４個の可動
電極面を有し、４個の固定電極面が１個おきに接続され
た第１の端子Ｃ₁と、残りの固定電極面が接続された第
２の端子Ｃ₂と、４個の全ての可動電極面が接続された
第３の端子ＧＮＤを有する。以下同様に、図４の（Ｃ）
及び（Ｄ）に示すように、固定電極面の数Ｎ及び可動電
極面の数Ｋを６、８、・・・と増加することも可能であ
る。

【００２０】また、本発明の可変コンデンサは、図示は
省略するが、Ｋを２の倍数とし、Ｋ個の可動電極面が１
個おきに接続された第１の端子と、残りの可動電極面が
接続された第２の端子と、Ｎ個の全ての固定電極面が接
続された第３の端子を有するように構成することもでき
る。

【００２１】また、本発明の可変コンデンサは、例えば
図５の（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ＫをＮ／２を満足
する整数とし、可動電極の回動に応じて、各可動電極面
と第１の端子Ｃ₁に接続された固定電極面との対向面積
が増加又は減少するときに、各可動電極面と第２の端子
Ｃ₂に接続された固定電極面との対向面積が減少又は増
加するように構成することができる。これらの可変コン
デンサでは、第１の端子Ｃ₁と第３の端子ＧＮＤ、及び
第２の端子Ｃ₂と第３の端子ＧＮＤとの間の静電容量
は、可動電極の回動に応じてそれぞれ反対の傾向で増加
又は減少する。

【００２２】理解を容易にするために、図５の（Ｂ）に
示した固定電極面の数Ｎが４であり、可動電極面の数Ｋ
が２である可変コンデンサのより具体的な構成について
説明する。図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、図５の（Ｂ）に
示した可変コンデンサを詳細に示したものである。可動
電極１１が図１（Ａ）に示す位置から反時計回り方向に
回転されると、第１の端子Ｃ₁に接続されている固定電
極面１０₁と第３の端子ＧＮＤに接続されている可動電
極面１１₁との対向面積、及び第１の端子Ｃ₁に接続され
ている固定電極面１０₃と第３の端子ＧＮＤに接続され
ている可動電極面１１₂との対向面積が増加し、これに
よって第１の端子Ｃ₁と第３の端子ＧＮＤとの間の静電
容量は増加する。一方、第２の端子Ｃ₂に接続されてい
る固定電極面１０₂と第３の端子ＧＮＤに接続されてい
る可動電極面１１₂との対向面積、及び第２の端子Ｃ₂に
接続されている固定電極面１０₄と第３の端子ＧＮＤに
接続されている可動電極面１１₁との対向面積は減少
し、これによって第２の端子Ｃ₂と第３の端子ＧＮＤと
の間の静電容量は減少する。

【００２３】同様に、可動電極１１が図１の（Ｂ）に示
す位置から反時計回り方向に回転されると、第１の端子
Ｃ₁に接続されている固定電極面１０₁と第３の端子ＧＮ
Ｄに接続されている可動電極面１１₁との対向面積、及
び第１の端子Ｃ₁に接続されている固定電極面１０₃と第
３の端子ＧＮＤに接続されている可動電極面１１₂との
対向面積が減少し、これによって第１の端子Ｃ₁と第３
の端子ＧＮＤとの静電容量は減少する。一方、第２の端
子Ｃ₂に接続されている固定電極面１０₂と第３の端子Ｇ
ＮＤに接続されている可動電極面１１₁との対向面積、
及び第２の端子Ｃ₂に接続されている固定電極面１０₄と
第３の端子ＧＮＤに接続されている可動電極面１１₂と
の対向面積は増加し、これによって第２の端子Ｃ₂と第
３の端子ＧＮＤとの間の静電容量は増加する。

【００２４】可動電極１１が時計回り方向に回転された
場合も同様である。即ち、図１の（Ａ）においては、可
動電極１１が時計回り方向に回転されて可動電極面１１
₁が固定電極面１０₃に、可動電極面１１₂が固定電極面
１０₁にそれぞれ対向することとなる回転角度までは、
第１の端子Ｃ₁と第３の端子ＧＮＤとの静電容量及び第
２の端子Ｃ₂と第３の端子ＧＮＤとの間の静電容量は変
化しない。しかし、上記回転角度を越えると、上述した
と同様に固定電極面１０₁〜１０₄と可動電極面１１₁，
１１₂との対向面積が回転に応じて変化し、第１の端子
Ｃ₁と第３の端子ＧＮＤとの間の静電容量は増加する一
方、第２の端子Ｃ₂と第３の端子ＧＮＤとの間の静電容
量は減少する。

【００２５】同様に、図１の（Ｂ）においては、可動電
極１１が時計回り方向に回転されて可動電極面１１₁が
固定電極面１０₄に、可動電極面１１₂が固定電極面１０
₂にそれぞれ対向することとなる回転角度までは、第１
の端子Ｃ₁と第３の端子ＧＮＤとの間の静電容量及び第
２の端子Ｃ₂と第３の端子ＧＮＤとの間の静電容量は変
化しない。しかし、上記回転角度を越えると、上述した
と同様に固定電極面１０₁〜１０₄と可動電極面１１₁，
１１₂との対向面積が回転に応じて変化し、第１の端子
Ｃ₁と第３の端子ＧＮＤとの間の静電容量は減少する一
方、第２の端子Ｃ₂と第３の端子ＧＮＤとの間の静電容
量は増加する。

【００２６】図５の（Ａ）に示す可変コンデンサにおい
ては、固定電極及び可動電極のそれぞれは、２個の固定
電極面と１個の可動電極面を有し、各固定電極面には第
１の端子Ｃ₁及び第２の端子Ｃ₂が接続され、１個の可動
電極面には第３の端子ＧＮＤが接続されている。図５の
（Ｂ）に示す可変コンデンサにおいては、４個の固定電
極面が１個おきに接続された第１の端子Ｃ₁と、残りの
固定電極面が接続された第２の端子Ｃ₂と、２個の可動
電極面が接続された第３の端子ＧＮＤを有する。以下同
様に、図５の（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、固定電極
面の数Ｎを６、８、・・・と、及び可動電極面の数Ｋを
３、４、・・・とそれぞれ増加することも可能である。

【００２７】尚、各可動電極面と第１の端子Ｃ₁に接続
された固定電極面との対向面積が増加又は減少するに連
れて、各可動電極面と第２の端子Ｃ₂に接続された固定
電極面との対向面積が減少又は増加するという構成は、
可動電極の可動範囲の何れかの範囲で実現されていれば
よい。

【００２８】また、本発明の可変コンデンサは、図示は
省略するが、Ｋを２の倍とし、ＮをＫ／２を満足する整
数とし、Ｋ個の可動電極面が１個おきに接続された第１
の端子と、残りの可動電極面が接続された第２の端子
と、Ｎ個の全ての固定電極面が接続された第３の端子を
有するように構成し、可動電極の回動に応じて、各固定
電極面と第１の端子Ｃ₁に接続された可動電極面との対
向面積が増加又は減少するときに、各固定電極面と第２
の端子Ｃ₂に接続された可動電極面との対向面積が減少
又は増加するように構成することができる。

【００２９】更に、本発明の可変コンデンサは、例えば
図６に示すように、ＮをＬ（但し、Ｌは３以上の正の整
数）の倍数とし、Ｎ個の固定電極面が（Ｌ−１）個おき
に接続されたＬ個の第１の端子と、Ｋ個の全ての可動電
極面が接続された第２の端子を有するように構成するこ
とができる。

【００３０】図６に示す可変コンデンサは、第１の端子
として端子Ｃ₁〜Ｃ₃の３個の端子を有し、第２の端子と
して端子ＧＮＤを有する例を示す。この場合、固定電極
面の数Ｎは３の倍数となるように決定される。そして、
Ｎ個の固定電極面は２個おきに接続され、それぞれ端子
Ｃ₁、Ｃ₂及びＣ₃に接続される。これらの可変コンデン
サは、Ｎ＝Ｋであり、第１の端子中の端子Ｃ₁と第２の
端子ＧＮＤ、第１の端子中の端子Ｃ₂と第２の端子ＧＮ
Ｄ、及び第１の端子中の端子Ｃ₃と第２の端子ＧＮＤと
の間のそれぞれの静電容量は、可動電極の回動に応じて
それぞれ同じ傾向に増加又は減少する。

【００３１】図６の（Ａ）に示す可変コンデンサにおい
ては、固定電極及び可動電極のそれぞれは、３個の固定
電極面と３個の可動電極面を有し、各固定電極面には第
１の端子Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃が接続され、３個の可動電極面
に第２の端子ＧＮＤが接続されている。図６の（Ｂ）に
示す可変コンデンサにおいては、固定電極及び可動電極
のそれぞれは、６個の固定電極面と６個の可動電極面を
有し、各固定電極面は２個おきに接続された３個の第１
の端子Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃、６個の全ての可動電極面が接続
された第２の端子ＧＮＤを有する。以下同様に、図５の
（Ｃ）に示すように、固定電極面の数Ｎ及び可動電極面
の数Ｋを９、１２、・・・と増加することも可能であ
る。

【００３２】Ｌ＝４以上の場合も、図示は省略したが、
上記と同様に複数の固定電極面及び複数の可動電極面を
設けることにより種々のタイプの可変コンデンサを構成
することができる。

【００３３】また、本可変コンデンサは、図示は省略し
たが、Ｎ個の可動電極面が（Ｌ−１）個おきに接続され
たＬ個の第１の端子と、Ｋ個の全ての固定電極面が接続
された第２の端子を有するように構成することもでき
る。

【００３４】更に、上述した各可変コンデンサは、何れ
も可動電極の複数の可動電極面又は固定電極の複数の固
定電極面の何れか一方は共通に接続された１個の端子を
有する構成であるが、必ずしも複数の可動電極面又は複
数の固定電極面が共通に接続された構成である必要はな
い。即ち、可動電極の複数の可動電極面又は固定電極の
複数の固定電極面のそれぞれに端子が接続された構成で
あってもよいし、可動電極の複数の可動電極面の幾つか
又は固定電極の複数の固定電極面の幾つかが接続された
複数の端子を有する構成であってもよい。例えば、図６
（Ａ）に示す可動電極の３個の可動電極面は共通に１個
の端子ＧＮＤに接続される必要はなく、各可動電極面に
端子を接続して３個の端子を有する構成としてもよい。
同様に、図６（Ｂ）に示す可動電極の６個の可動電極面
は共通に１個の端子ＧＮＤに接続される必要はなく、軸
線に対称位置にある可動電極面同士に端子を接続して３
個の端子を有する構成としてもよい。これらの構成によ
れば、１個の可変コンデンサ内に３個の独立したコンデ
ンサが形成される。図３〜図６に示した他のタイプの可
変コンデンサにおいても、上記と同様に、複数の可動電
極面又は複数の固定電極面のそれぞれに端子が接続され
た構成とすることもできるし、可動電極の複数の可動電
極面の幾つか又は固定電極の複数の固定電極面の幾つか
が接続された複数の端子を有する構成とすることもでき
る。この場合、１個の可変コンデンサ内に形成された複
数のコンデンサが直列に接続された端子を有する構成と
することもできる。

【００３５】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の第１の態様に係る回転角度検出装置は、（Ａ）
交流信号を発生する発振回路と、（Ｂ）第１及び第２の
端子を備えた可変コンデンサを有し、静電容量変化に応
じて該発振回路からの交流信号のレベルを変換するレベ
ル変換手段と、（Ｃ）該第１の端子と第２の端子との間
から出力された交流信号を直流信号に変換する交直変換
手段、から成る回転角度検出装置であって、該可変コン
デンサは、固定電極、及び軸線を中心に回動可能な可動
電極から成り、（イ）該固定電極は、第１の柱の側面の
一部の上に配置されそして該第１の柱の側面の周方向に
配列されたＮ個（但し、Ｎは正の整数）の固定電極面を
有し、ここで、該第１の柱は、該軸線に直交する平面で
切断したときの形状が該軸線を中心とした半径ｒ_Fの円
から成る仮想の柱であり、（ロ）該可動電極は、第２の
柱の側面の一部の上に配置されそして該第２の柱の側面
の周方向に配列されたＫ個（但し、Ｋは正の整数）の可
動電極面を有し、ここで、該第２の柱は、前記平面で切
断したときの形状が前記軸線を中心とした半径ｒ_Mの円
（但し、ｒ_M≠ｒ_F）から成る仮想の柱であり、（ハ）前
記第１の端子には、Ｎ個の全ての固定電極面が接続さ
れ、（ニ）前記第２の端子には、Ｋ個の全ての可動電極
面が接続され、該可動電極の回転角度に応じて、該固定
電極面と該可動電極面との対向面積が変化し、以て、可
変コンデンサの静電容量が変化するように構成されてい
る。

【００３６】この場合の可変コンデンサとしては、図３
に示したような、Ｎ個の全ての固定電極面が接続された
第１の端子と、Ｋ個の全ての可動電極面が接続された第
２の端子を有する可変コンデンサを用いることができ
る。

【００３７】また、本発明の第２の態様に係る回転角度
検出装置は、（Ａ）交流信号を発生する発振回路と、
（Ｂ）第１、第２及び第３の端子を備えた可変コンデン
サを有し、静電容量変化に応じて該発振回路からの交流
信号のレベルを変換するレベル変換手段と、（Ｃ）該第
１の端子と第３の端子との間から出力された交流信号を
直流信号に変換する第１の交直変換手段、並びに、該第
２の端子と第３の端子との間から出力された交流信号を
直流信号に変換する第２の交直変換手段と、（Ｄ）該第
１の交直変換手段からの直流信号と第２の交直変換手段
からの直流信号とを差動増幅する差動増幅手段、から成
る回転角度検出装置であって、該可変コンデンサは、固
定電極、及び軸線を中心に回動可能な可動電極から成
り、（イ）該固定電極は、第１の柱の側面の一部の上に
配置されそして該第１の柱の側面の周方向に配列された
Ｎ個（但し、Ｎは２の倍数）の固定電極面を有し、ここ
で、該第１の柱は、該軸線に直交する平面で切断したと
きの形状が該軸線を中心とした半径ｒ_Fの円から成る仮
想の柱であり、（ロ）該可動電極は、第２の柱の側面の
一部の上に配置されそして該第２の柱の側面の周方向に
配列されたＫ個（但し、ＫはＮ／２を満足する整数）の
可動電極面を有し、ここで、該第２の柱は、前記平面で
切断したときの形状が前記軸線を中心とした半径ｒ_Mの
円（但し、ｒ_M≠ｒ_F）から成る仮想の柱であり、（ハ）
前記第１の端子には、前記Ｎ個の固定電極面が１個おき
に接続され、以て、第１の可変コンデンサ群が形成さ
れ、（ニ）前記第２の端子には、残りの固定電極面が接
続され、以て、第２の可変コンデンサ群が形成され、
（ホ）前記第３の端子には、Ｋ個の全ての可動電極面が
接続され、（ヘ）前記可動電極の回動に応じて、各可動
電極面と前記第１の端子に接続された固定電極面との対
向面積が増加又は減少するときに、該各可動電極面と第
２の端子に接続された固定電極面との対向面積が減少又
は増加し、以て、第１及び第２の可変コンデンサ群の静
電容量が変化するように構成される。

【００３８】この場合の可変コンデンサとしては、図５
の（Ａ）〜（Ｄ）に示したような、可動電極の回動に応
じてそれぞれが反対の傾向に増加又は減少する可変コン
デンサを使用することができる。

【００３９】上記第１及び第２の態様に係る回転角度検
出装置において、交直変換手段又は第１若しくは第２の
交直変換手段は、整流素子によって整流された直流信号
を出力するように構成することができる。交流信号を直
流信号に変換するためには、例えば整流素子を用いた半
波ピーク検波回路を用いることができる。この場合、整
流素子として例えばダイオードやアナログスイッチを用
いることができるが、アナログスイッチを用いることが
望ましい。アナログスイッチを用いる場合には、入力交
流信号の正の半サイクル間にオンにし、負の半サイクル
間にオフにするように制御することにより、上記ダイオ
ードと同一の整流作用を行わせることができる。

【００４０】

【作用】本発明の可変コンデンサにおいては、軸線を中
心に回動可能な可動電極の可動電極面が、固定電極の固
定電極面に対向しながら回動し、可動電極の回転角度に
応じて、固定電極面と該可動電極面との対向面積が変化
し、これによって固定電極面と可動電極面との間の静電
容量が変化する。本発明の可変コンデンサによれば、ス
ラスト方向のがたつき（図７参照）があっても、固定電
極面と可動電極面との対向面積の変化は小さいので静電
容量の変動は無視できる程度に小さい。

【００４１】また、固定電極面及び可動電極面を複数設
けることにより、ラジアル方向のがたつき（図７参照）
による静電容量の変動を抑止できる。例えば、図２の
（Ａ）に示すような２個の固定電極面１０₁及び１０₃と
２個の可動電極面１１₁及び１１₂を有する可変コンデン
サにおいて、図７に示すように可動電極１１がラジアル
方向（例えば図中右方向）へ傾いた場合に、固定電極面
１０₃と可動電極面１１₂とで形成されるコンデンサの静
電容量は増加するが、固定電極面１０₁と可動電極面１
１₁とで形成されるコンデンサの静電容量は減少する。
従って、固定電極面１０₁と１０₃とを接続し、可動電極
面１１₁と１１₂とを接続すれば、固定電極面１０₁と可
動電極面１１₁で形成されるコンデンサと、固定電極面
１０₃と可動電極面１１₂で形成されるコンデンサとが相
補的に作用し、ラジアル方向のがたつきに起因する静電
容量の変動は殆どなくなる。

【００４２】また、例えば図３に示すような、Ｎ個の全
ての固定電極面が接続された第１の端子Ｃ₁と、Ｋ個の
全ての可動電極面が接続された第２の端子ＧＮＤを有す
る可変コンデンサでは、Ｎ及びＫをそれぞれ２以上（図
３の（Ｂ）〜（Ｅ）参照）とすれば、上述したようにラ
ジアル方向のがたつきによる静電容量の変動を抑止する
ことができる。この場合、Ｎ及びＫの数が増加するに従
って、可動電極の回転角度に対する静電容量の変化率が
大きくなるので、用途に応じてＮ及びＫの値を適宜定め
ることができる。

【００４３】また、例えば図４の（Ａ）〜（Ｄ）に示す
可変コンデンサでは、第１の端子Ｃ₁と第３の端子ＧＮ
Ｄとの間、及び第２の端子Ｃ₂と第３の端子ＧＮＤとの
間にそれぞれコンデンサが形成され、各コンデンサは可
動電極の回転角度に応じて静電容量が変化する。従っ
て、１個の可変コンデンサで２個の可変コンデンサと同
じ機能を発揮させることができる。尚、Ｎ及びＫの数が
増加するに従って、可動電極の回転角度に対する静電容
量の変化率が大きくなるので、用途に応じてＮ及びＫの
値を適宜定めることができる。

【００４４】また、例えば図５の（Ａ）〜（Ｄ）に示す
可変コンデンサでは、上記図４の（Ａ）〜（Ｄ）に示す
可変コンデンサと同様に、１個の可変コンデンサで２個
の可変コンデンサと同じ機能を発揮させることができ
る。この場合、第１の端子Ｃ₁と第３の端子ＧＮＤとの
間に形成されたコンデンサの静電容量が増加又は減少す
る時に、第２の端子Ｃ₂と第３の端子ＧＮＤとの間に形
成されたコンデンサの静電容量が減少又は増加するとい
った具合に相反する傾向で静電容量が変化するので、差
動動作させるのに適している。尚、Ｎ及びＫの数が増加
するに従って、可動電極の回転角度に対する静電容量の
変化率が大きくなるので、用途に応じてＮ及びＫの値を
適宜定めることができる。

【００４５】また、例えば図６に示す可変コンデンサで
は、第１の端子（端子Ｃ₁）と第３の端子ＧＮＤとの
間、第１の端子（端子Ｃ₂）と第３の端子ＧＮＤとの
間、及び第１の端子（端子Ｃ₃）と第２の端子ＧＮＤと
の間にそれぞれコンデンサが形成され、各コンデンサは
可動電極の回転角度に応じて静電容量が変化する。従っ
て、１個の可変コンデンサで３個の可変コンデンサと同
じ機能を発揮させることができる。また、Ｌを４以上と
することも可能であり、この場合はＬ個の可変コンデン
サと同じ機能を発揮させることができる。尚、Ｎ及びＫ
の数が増加するに従って、可動電極の回転角度に対する
静電容量の変化率が大きくなるので、用途に応じてＮ及
びＫの値を適宜定めることができる。

【００４６】本発明の第１の態様の回転角度検出装置に
おいては、発振回路で発生された交流信号のレベルを可
変コンデンサの静電容量に応じて変換し、これを更に直
流信号に変換して出力する。この直流信号は可変コンデ
ンサの可動電極の回転角度に応じたレベルを有し、この
レベルを調べることにより可動電極の回転角度を知るこ
とができる。

【００４７】本発明の第２の態様の回転角度検出装置に
おいては、発振回路で発生された交流信号がレベル変換
手段に供給される。レベル変換手段では、可変コンデン
サの回転角度に応じた静電容量の変化に基づき交流信号
のレベル変換を行う。このレベル変換手段で変換された
交流信号は、第１の端子と第３の端子間、及び第２の端
子と第３の端子間から出力される。第１の端子と第３の
端子との間から出力された交流信号は第１の交直変換手
段で直流信号に変換され、第２の端子と第３の端子との
間から出力された交流信号は第２の交直変換手段で直流
信号に変換される。これにより、差動動作を行わせるこ
とが可能となる。そして、これら両信号は差動増幅手段
で差動増幅されて出力される。例えば、第１の可変コン
デンサ群が最大静電容量の場合に第２の可変コンデンサ
群が最小静電容量となって正の最大出力が得られ、第１
の可変コンデンサ群が最小静電容量の場合に第２の可変
コンデンサ群が最大静電容量となって負の最大出力が得
られ、これら正の最大出力と負の最大出力との間におい
ては直線的な出力が得られる。この差動増幅手段から出
力される直流信号は可変コンデンサの可動電極の回転角
度に応じたレベルを有し、このレベルを調べることによ
り可動電極の回転角度を知ることができる。

【００４８】上記第１及び第２の態様の回転角度検出装
置において、交流信号を直流信号に変換するために使用
する整流素子としてアナログスイッチを用いれば、アナ
ログスイッチの温度係数はダイオードに比して小さいの
で、温度依存性が小さく、広い温度範囲で正確な回転角
度を検出できる回転角度検出装置を実現できる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の可変コンデンサ及びこの可変
コンデンサを用いた回転角度検出装置の実施例を、図面
を参照して詳細に説明する。

【００５０】（実施例１）実施例１の可変コンデンサの
構成及び電気的接続を図１に示す。この図１は、図５の
（Ｂ）に示したタイプの可変コンデンサを再掲したもの
である。なお、図１の（Ａ）と（Ｂ）とは可動電極１１
の回動角度が異なる場合の例を示したものであり、可変
コンデンサ自体の構成は同じである。実施例１の可変コ
ンデンサにおける固定電極１０の固定電極面は４個の固
定電極面１０₁〜１０₄から成り、可動電極１１の可動電
極面は２個の可動電極面１１₁，１１₂から成る。そし
て、可動電極１１は回転軸１２に固着されており、回転
軸１２は、軸受１３（図２参照）に回動自在に支持され
ている。

【００５１】固定電極１０の各固定電極面１０₁〜１０₄
は、軸線に直交する平面で切断したときの形状が軸線Ｏ
を中心とした半径ｒ_Fの円から成る仮想の円柱（第１の
柱）の側面の一部の上に配置されている。４個の各固定
電極面１０₁〜１０₄の周方向の長さは、上記点Ｏを中心
とする円の円周を中心角６０°で切り取った円弧長であ
る。固定電極面１０₁と１０₃、及び固定電極面１０₂と
１０₄は、それぞれ点Ｏに対し対称な位置に配置されて
いる。更に、固定電極面１０₁及び１０₃の各円弧の中心
を結ぶ第１の直線、並びに固定電極面１０₂及び１０₄の
各円弧の中心を結ぶ第２の直線が軸線Ｏ上において直交
するように、固定電極面１０₁〜１０₄は配置されてい
る。尚、各固定電極面１０₁〜１０₄の円弧長は、例えば
上記中心角が６０°以上９０°未満となる範囲で任意に
定めることができる。また、各固定電極面１０₁〜１０₄
は、軸線Ｏと平行に延びている。

【００５２】この固定電極１０は、例えば図２に示すよ
うに、固定電極面１０₁と１０₃とを一体に形成すること
ができる。同様に、固定電極面１０₂と１０₄とを一体に
形成することができる。これにより、固定電極面１０₁
と１０₃とは電気的に接続され、固定電極面１０₂と１０
₄とは電気的に接続される。そして、これらを上記第１
及び第２の直線が軸線Ｏ上において直交するように２個
組み合わせて配置することにより、固定電極１０を構成
することができる。

【００５３】可動電極１１の各可動電極面１１₁及び１
１₂は、軸線に直交する平面で切断したときの形状が軸
線Ｏを中心とした半径ｒ_Mの円から成る仮想の円柱（第
２の柱）の側面の一部の上に配置されている。これら可
動電極面１１₁及び１１₂の周方向の長さは、上記軸線Ｏ
を中心とする円の円周を中心角９０°で切り取った円弧
長である。可動電極面１１₁と１１₂は、それぞれ軸線Ｏ
に対し対称な位置に配置されている。尚、各可動電極面
１１₁及び１１₂の円弧長は、例えば上記中心角が厳密に
９０°である必要はなく、９０°の近傍で任意に定める
ことができる。また、各可動電極面１１₁，１１₂は、軸
線Ｏと平行に延びている。

【００５４】可動電極１１は、例えば図２に示すよう
に、可動電極面１１₁と１１₂とを一体に形成することが
できる。これにより、可動電極面１１₁と１１₂とが電気
的に接続された可動電極１１を構成することができる。

【００５５】上記固定電極１０及び可動電極１１は、例
えば金属又は樹脂に金属をメッキして構成することがで
きる。また、金属又は樹脂に金属をメッキして構成され
た固定電極１０及び／又は可動電極１１に絶縁材を塗布
すれば、可動電極１１のがたつきにより固定電極１０と
接触する事態を回避することができる。

【００５６】この可変コンデンサは、２個の固定電極面
１０₁及び１０₃が接続された第１の端子Ｃ₁と、残りの
固定電極面１０₂及び１０₄が接続された第２の端子Ｃ₂
と、２個の可動電極面が接続された第３の端子ＧＮＤを
有している。第３の端子ＧＮＤは、可動電極１１が固着
された回転軸１２と例えば金属製の軸受１３との間を例
えばブラシにより機械的に接触させることにより取り出
すことができる。また、可動電極１１が固着された回転
軸１２と軸受１３との間の静電容量結合により取り出す
こともできる。

【００５７】上記固定電極面１０₁〜１０₄と可動電極面
１１₁，１１₂との間隙は、例えば０．４ミリメートル程
度とすることができる。また、固定電極面１０₁〜１０₄
と可動電極面１１₁，１１₂との間に誘電材料を介在させ
たり、或いは固定電極１０と可動電極１１とをケース
（図示しない）によって覆って誘電材料を封入すること
により、静電容量を大きくするように構成することもで
きる。

【００５８】ところで、上記軸１２を、その両端に軸受
を配置した両軸受により支持することができる。しか
し、両軸受を採用した場合は、可変コンデンサ自体の形
状が大きくなり、用途によっては不都合を生じる場合が
ある。また、両軸受にした場合は、部品点数が増加して
コスト上昇を避けられない。かかる観点からは、可動電
極１１を片軸受で支持するのが望ましい。

【００５９】しかし、片軸受で支持した場合は、図７に
示すように、スラスト方向のがたつきの他に、ラジアル
方向のがたつきが発生する。実施例１によれば、複数の
固定電極面１０₁〜１０₄から成る固定電極面を有する固
定電極１０と複数の可動電極面１１₁，１１₂から成る可
動電極面を有する可動電極１１とで可変コンデンサを構
成しているので、ラジアル方向のがたつきに基づく静電
容量の変動を小さくすることができる。

【００６０】図１１は、実施例１の可変コンデンサを用
いて測定した出力特性、つまり、各回転角度における理
想的な出力電圧に対する誤差（％）を示す図である。回
転角度＋３０°及び−３０°近傍でやや誤差が大きくな
る傾向が見られるが、全可動範囲内において理想的な出
力電圧の±１％程度におさめることができた。

【００６１】尚、図５の（Ｃ）及び（Ｄ）に示した構成
によっても、上述したと同様の作用効果を得ることがで
きる。この場合、固定電極面の数及び可動電極面の数が
増えるに従って、回転角度に対する静電容量の変化率が
大きくなり、少ない回転角度で静電容量を大きく変化さ
せることができる。

【００６２】（実施例２）実施例２は、本発明の第１の
態様に係る回転角度検出装置に関する。

【００６３】図８の（Ａ）に、本発明に係る可変コンデ
ンサを用いた回転角度検出装置の電気回路の構成を示
す。回転角度検出装置は、発振回路５０、回転角度−イ
ンピーダンス変換部５１及び交直変換回路５２により構
成されている。

【００６４】発振回路５０は、例えば５ＭＨｚ程度の交
流信号（矩形波信号）を発生する。この交流信号は、交
流入力電圧Ｖ_INとして回転角度−インピーダンス変換部
５１に供給される。

【００６５】回転角度−インピーダンス変換部５１は、
レベル変換手段に相当する。この回転角度−インピーダ
ンス変換部５１は、例えば抵抗Ｒ_A1と可変コンデンサＣ
_Xとで構成することができる。可変コンデンサＣ_Xとして
は、上述した各種可変コンデンサのうち、例えば図３に
示したタイプの可変コンデンサを用いることができる。
ラジアル方向のがたつきによる静電容量の変動を防止す
るという観点からは、複数の固定電極面及び複数の可動
電極面を有する可変コンデンサ、例えば図３の（Ｂ）〜
（Ｅ）に示した可変コンデンサを使用することが望まし
い。

【００６６】可変コンデンサの回転角度θは対応する静
電容量Ｃに変換され、角周波数ωにおいて、Ｚ_B＝１／
ｊωＣなるインピーダンスとなる。回転角度−インピー
ダンス変換部５１では、このインピーダンスＺ_Bと抵抗
器Ｒ_A1のインピーダンスＺ_Aとにより、図８の（Ｂ）に
示すように、分圧回路が構成され、インピーダンスＺ_B
の両端からは、Ｖ_OUT＝Ｖ_IN・｛Ｚ_B／（Ｚ_A＋Ｚ_B）｝・・・（１）なる交流出力電圧Ｖ_OUTが出力される。この交流出力電
圧Ｖ_OUTは交直変換回路５２に供給される。

【００６７】交直変換回路５２は交直変換手段に相当
し、入力された交流出力電圧Ｖ_OUTを直流電圧に変換す
る。交直変換回路５２は、図８の（Ｃ）に示すように、
例えば整流素子Ｓ、コンデンサＣ_A2及び抵抗Ｒ_A2を用い
た半波ピーク検波回路から構成することができる。整流
素子Ｓとしては、例えばダイオードを用いることができ
る。また、整流素子Ｓとしてアナログスイッチを用いる
こともできる。この場合、アナログスイッチを、入力交
流信号の正の半サイクル間にオンにし、負の半サイクル
間にオフにするように制御する。これによって、上記ダ
イオードと同様の整流作用を行わせることができる。

【００６８】この交直変換回路５２から出力される直流
電圧は、可変コンデンサにおける可動電極の回転角度θ
に対応している。従って、この直流電圧を所定の手段で
読み取ることによって、可変コンデンサにおける可動電
極の回転角度を知ることができる。

【００６９】（実施例３）実施例３は、本発明の第２の
態様に係る回転角度検出装置に関する。実施例３におい
ては、２個のコンデンサを使用して実質的に静電容量を
差動で検出することにより温度特性を向上させることが
できる。

【００７０】図９には、本発明に係る可変コンデンサを
用いた回転角度検出装置の電気回路の構成を示す。回転
角度検出装置は、発振回路５０、回転角度−インピーダ
ンス変換部６１並びに第１の交直変換回路６２Ａ及び第
２の交直変換回路６２Ｂにより構成されている。ここ
に、回転角度−インピーダンス変換部６１はレベル変換
手段に、第１の交直変換回路６２Ａは第１の交直変換手
段に、第２の交直変換回路６２Ｂは第２の交直変換手段
に相当する。

【００７１】発振回路５０は、上述した実施例２で使用
したものと同じである。この発振回路５０の安定度及び
発振周波数の電源電圧依存性、温度依存性は、後段の回
路（回転角度−インピーダンス変換部６１、第１の交直
変換回路６２Ａ及び第２の交直変換回路６２Ｂ）が差動
構成となっているために殆ど問題とならない。この発振
回路５０から出力される交流信号は、交流入力電圧Ｖ_IN
として回転角度−インピーダンス変換部６１に供給され
る。

【００７２】回転角度−インピーダンス変換部６１は２
系統の回路で構成されている。この回転角度−インピー
ダンス変換部６１は、抵抗Ｒ_A1、抵抗Ｒ_B1及び可変コン
デンサＣ_Xにより構成されている。可変コンデンサＣ_Xと
しては、上述した各種の可変コンデンサのうち、図５の
（Ａ）〜（Ｄ）に示すタイプの可変コンデンサを用いる
ことができる。これらの中で図５の（Ｂ）〜（Ｄ）に示
すタイプの可変コンデンサを用いれば、ラジアル方向の
がたつきがあっても軸線に対して対称位置に設けられた
固定電極面と可動電極面との対で構成されるコンデンサ
が相補的に作用して、静電容量の変動を少なくすること
ができる。

【００７３】この回転角度−インピーダンス変換部６１
の第１系統の回路は、抵抗Ｒ_A1、並びに固定電極面１０
₁及び１０₃と可動電極面とで形成される第１の可変コン
デンサ群Ｃ_A1から構成されている。第２系統の回路は、
抵抗Ｒ_B1、並びに固定電極面１０₂及び１０₄と可動電極
面とで形成される第２の可変コンデンサ群Ｃ_B1から構成
されている。各系統の動作は、実施例２で説明したもの
と同様である。この回転角度−インピーダンス変換部６
１の２系統の回路からの各交流電圧は、それぞれ第１の
交直変換回路６２Ａ及び第２の交直変換回路６２Ｂに供
給される。

【００７４】第１、第２の交直変換回路６２Ａ，６２Ｂ
は、それぞれ入力された交流電圧を直流に変換するもの
である。第１の交直変換回路６２Ａは、整流素子Ｓ_A、
コンデンサＣ_A2及び抵抗Ｒ_A2で構成されている。第２の
交直変換回路６２Ｂは、整流素子Ｓ_B、コンデンサＣ_B2
及び抵抗Ｒ_B2で構成されている。上記整流素子Ｓ_A及び
Ｓ_Bとしては、例えばダイオード又はアナログスイッチ
を用いることができる。第１、第２の交直変換回路６２
Ａ，６２Ｂは、上述した実施例２における交直変換回路
５２と同様の構成であり、その動作も同様である。

【００７５】これら第１の交直変換回路６２Ａ及び第２
の交直変換回路６２Ｂから出力された２つの直流信号は
差動増幅器６３に供給される。差動増幅器６３は、第１
の交直変換回路６２Ａから出力された直流電圧と第２の
交直変換回路６２Ｂから出力された直流電圧の差をとっ
て出力する。この差動増幅器６３の出力は増幅器６４に
供給される。増幅器６４は、差動増幅器６３からの供給
された信号を所定の増幅率で増幅して出力する。この増
幅器６４から出力される直流電圧は可変コンデンサＣ_X
の回転角度θに対応している。従って、この直流電圧を
所定の手段で読み取ることによって、可変コンデンサに
おける可動電極の回転角度を知ることができる。

【００７６】次に、図９に示した回路の温度特性につい
て説明する。図９における回転角度−インピーダンス変
換部６１、第１の交直変換回路６２Ａ及び第２の交直変
換回路６２Ｂのみを抽出した回路を図１０の（Ａ）に示
す。この回路は、整流素子Ｓ_A及びＳ_Bとしてそれぞれダ
イオードＤ_A及びＤ_Bを使用しているので、以下「ダイオ
ード方式」という。

【００７７】ダイオード方式の温度特性は、一般的に、
図１２の（Ａ）に示したようになる。図において、Ｖ_F1
及びＶ_F2はダイオードの順方向電圧降下を表し、例え
ば、導通角が３６０°（直流）の場合、温度係数は−
２．６ｍＶ／°Ｃである。

【００７８】図１３の（Ａ）には、ダイオード方式の第
１、第２の交直変換回路６２Ａ，６２Ｂの温度特性の測
定結果を示す。Ｖ₁は第１の交直変換回路６２Ａの直流
出力電圧であり、Ｖ₂は第２の交直変換回路６２Ｂの直
流出力電圧である。＋５０〜＋１００°Ｃの温度範囲で
は、Ｖ₁、Ｖ₂のそれぞれの変化は、略＋２．６ｍＶ／°
Ｃの温度係数を示している。正になっているのは、Ｖ₁
及びＶ₂が、Ｖ₁＝Ｖ_i1−Ｖ_F1・・・（２）Ｖ₂＝Ｖ_i2−Ｖ_F2・・・（３）として算出されるためである。ここに、Ｖ_i1は第１の交
直変換回路６２Ａの入力電圧、Ｖ_i2は第２の交直変換回
路６２Ｂの入力電圧を表す。

【００７９】（Ｖ_F1−Ｖ_F2）は、−２０〜＋１００°Ｃ
の温度範囲で−２１ｍＶの変動を示し、０．１７５ｍＶ
／°Ｃの温度係数（Ｖ₁＜Ｖ₂のとき）に相当する。この
ように、差動構成にすることにより、ダイオード方式の
第１の交直変換回路６２Ａ又は第２の交直変換回路６２
Ｂの温度特性の測定結果（図１３の（Ａ）のＶ₁又はＶ₂
参照）で得られた温度係数である略２．６ｍＶ／°Ｃか
ら０．１７５ｍＶ／°Ｃの温度係数に温度特性を改善す
ることができる。

【００８０】しかしながら、ダイオード方式を採用した
第１の交直変換回路６２Ａ及び／又は第２の交直変換回
路６２Ｂの上記のような温度特性は、要求される特性に
よっては十分とはいえない場合がある。そこで、整流素
子Ｓ_A及びＳ_Bとしてアナログスイッチを用いて回転角度
検出装置を構成した場合の回路を図１０の（Ｂ）に示
す。これを、以下「アナログスイッチ方式」という。

【００８１】周知のように、アナログスイッチ自体には
整流作用はない。しかしながら、アナログスイッチの制
御電圧Ｖ_Cを、入力交流信号の位相に同期して制御すれ
ば整流を行わせることができる。即ち、入力交流信号の
正の半サイクル間だけアナログスイッチをオンにすれ
ば、正の半サイクルだけが導通されてダイオードと全く
同様に作用し整流が行われる。入力が正弦波である場合
にピーク値を保持させる場合は、位相を９０°進めてア
ナログスイッチをオフにすればよい。入力が矩形波であ
れば、同位相駆動でピーク保持が可能となる。

【００８２】図１２の（Ｂ）はアナログスイッチの一般
的な温度特性を示すものであり、図１２の（Ａ）に示す
ダイオード方式と比較してみると、アナログスイッチの
入出力端子間のオン電圧Ｖ_TH1及びＶ_TH1、並びにＶ_TH1
−Ｖ_TH2のいずれも温度変化に対する変動が小さいこと
がわかる。

【００８３】図１３の（Ｂ）はアナログスイッチ方式の
第１、第２の交直変換回路６２Ａ、６２Ｂの温度特性の
測定結果を示す。−２０〜＋１００°Ｃにおける
Ｖ_TH1、Ｖ_T _H2の最大変化量をＶ₁、Ｖ₂から推定した値は
−１４ｍＶであった。これは、略−０．１１６ｍＶ／°
Ｃの温度係数に対応する。この値には入力交流信号のデ
ューティの変動による変化も含まれている。

【００８４】（Ｖ_TH1−Ｖ_TH2）は、−２０〜＋１００°
Ｃの温度範囲で−１．３ｍＶの変動を示し、０．０１０
８ｍＶ／°Ｃの温度係数（Ｖ₁＜Ｖ₂のとき）に相当す
る。このように、差動構成にすることにより、アナログ
スイッチ方式の第１の交直変換回路６２Ａ又は第２の交
直変換回路６２Ｂの温度特性の測定結果（図１３の
（Ｂ）のＶ₁又はＶ₂参照）で得られた温度係数である略
０．１１６ｍＶ／°Ｃから０．０１０８ｍＶ／°Ｃの温
度係数に温度特性を改善することができる。

【００８５】図１４にダイオード方式とアナログスイッ
チ方式の交直変換回路６２の出力（Ｖ₁−Ｖ₂）の温度特
性の比較を示す。図１４からも明らかなように、交直変
換回路の整流素子としてダイオードを用いた場合に比
べ、アナログスイッチを用いた場合の方が顕著に温度特
性が改善されることがわかる。

【００８６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
簡単な構造であるにも拘わらず可変コンデンサの可動電
極のがたつきによる誤差の発生を排除し得る信頼性の高
い可変コンデンサを提供できる。

【００８７】また、本発明によれば、温度依存性が小さ
く、広い温度範囲で正確な回転角度検出装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可変コンデンサの一実施例を示す
平面図である。

【図２】本発明に係る可変コンデンサの一実施例を示す
分解斜視図である。

【図３】本発明に係る可変コンデンサの構成（１個のコ
ンデンサが形成される場合）を示す図である。

【図４】本発明に係る可変コンデンサの構成（２個のコ
ンデンサが形成される場合）を示す図である。

【図５】本発明に係る可変コンデンサの構成（２個のコ
ンデンサが形成される場合）を示す図である。

【図６】本発明に係る可変コンデンサの構成（３個のコ
ンデンサが形成される場合）を示す図である。

【図７】本発明に係る可変コンデンサのがたつきを説明
するための図である。

【図８】本発明に係る回転角度検出装置の実施例の回路
構成を示す図である。

【図９】本発明に係る回転角度検出装置の他の実施例の
回路構成を示す図である。

【図１０】図９に示す回転角度検出装置の要部の回路構
成を示す図である。

【図１１】図１に示す可変コンデンサを使用した回転角
度検出装置の出力特性を示す図である。

【図１２】図９に示す回転角度検出装置の整流素子の温
度特性を示す図である。

【図１３】図９に示す回転角度検出装置の交直変換回路
の温度特性を示す図である。

【図１４】図９に示す回転角度検出装置の交直変換回路
の整流素子としてダイオードを用いた場合とアナログス
イッチを用いた場合の温度特性を比較して示す図であ
る。

【符号の説明】

１０固定電極１０₁〜１０₄ 固定電極面１１可動電極１１₁、１０₂ 可動電極面１２回転軸１３軸受５０発振回路５１、６１回転角度−インピーダンス変換部５２、６２交直変換回路６３差動増幅器６４増幅器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｇ 5/12 Ｈ０１Ｇ 5/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定電極、及び軸線を中心に回動可能な
可動電極から成り、該固定電極は、第１の柱の側面の一部の上に配置された
固定電極面を有し、ここで、該第１の柱は、該軸線に直
交する平面で切断したときの形状が該軸線を中心とした
半径ｒ_Fの円から成る仮想の柱であり、該可動電極は、第２の柱の側面の一部の上に配置された
可動電極面を有し、ここで、該第２の柱は、前記平面で
切断したときの形状が前記軸線を中心とした半径ｒ_Mの
円（但し、ｒ_M≠ｒ_F）から成る仮想の柱であり、該可動電極の回転角度に応じて、該固定電極面と該可動
電極面との対向面積が変化することを特徴とする可変コ
ンデンサ。
【請求項２】前記固定電極面は、前記第１の柱の側面
の周方向に配列されたＮ個（但し、Ｎは正の整数）の固
定電極面から成り、前記可動電極面は、前記第２の柱の側面の周方向に配列
されたＫ個（但し、Ｋは正の整数）の可動電極面から成
ることを特徴とする請求項１に記載の可変コンデンサ。
【請求項３】前記Ｎ個の全ての固定電極面が接続され
た第１の端子と、前記Ｋ個の全ての可動電極面が接続さ
れた第２の端子を有することを特徴とする請求項２に記
載の可変コンデンサ。
【請求項４】前記Ｎは２の倍数であり、前記Ｎ個の固
定電極面が１個おきに接続された第１の端子と、残りの
固定電極面が接続された第２の端子と、前記Ｋ個の全て
の可動電極面が接続された第３の端子を有することを特
徴とする請求項２に記載の可変コンデンサ。
【請求項５】前記ＫはＮ／２を満足する整数であり、
前記可動電極の回動に応じて、各可動電極面と前記第１
の端子に接続された固定電極面との対向面積が増加又は
減少するときに、該各可動電極面と前記第２の端子に接
続された固定電極面との対向面積が減少又は増加するこ
とを特徴とする請求項４に記載の可変コンデンサ。
【請求項６】前記ＮはＬ（但し、Ｌは３以上の正の整
数）の倍数であり、前記Ｎ個の固定電極面が（Ｌ−１）
個おきに接続されたＬ個の第１の端子と、前記Ｋ個の全
ての可動電極面が接続された第２の端子を有することを
特徴とする請求項２に記載の可変コンデンサ。
【請求項７】（Ａ）交流信号を発生する発振回路と、（Ｂ）第１及び第２の端子を備えた可変コンデンサを有
し、静電容量変化に応じて該発振回路からの交流信号の
レベルを変換するレベル変換手段と、（Ｃ）該第１の端子と第２の端子との間から出力された
交流信号を直流信号に変換する交直変換手段、から成る
回転角度検出装置であって、該可変コンデンサは、固定
電極、及び軸線を中心に回動可能な可動電極から成り、
（イ）該固定電極は、第１の柱の側面の一部の上に配置
されそして該第１の柱の側面の周方向に配列されたＮ個
（但し、Ｎは正の整数）の固定電極面を有し、ここで、
該第１の柱は、該軸線に直交する平面で切断したときの
形状が該軸線を中心とした半径ｒ_Fの円から成る仮想の
柱であり、（ロ）該可動電極は、第２の柱の側面の一部
の上に配置されそして該第２の柱の側面の周方向に配列
されたＫ個（但し、Ｋは正の整数）の可動電極面を有
し、ここで、該第２の柱は、前記平面で切断したときの
形状が前記軸線を中心とした半径ｒ_Mの円（但し、ｒ_M≠
ｒ_F）から成る仮想の柱であり、（ハ）前記第１の端子
には、Ｎ個の全ての固定電極面が接続され、（ニ）前記
第２の端子には、Ｋ個の全ての可動電極面が接続され、
該可動電極の回転角度に応じて、該固定電極面と該可動
電極面との対向面積が変化し、以て、可変コンデンサの
静電容量が変化することを特徴とする回転角度検出装
置。
【請求項８】（Ａ）交流信号を発生する発振回路と、（Ｂ）第１、第２及び第３の端子を備えた可変コンデン
サを有し、静電容量変化に応じて該発振回路からの交流
信号のレベルを変換するレベル変換手段と、（Ｃ）該第１の端子と第３の端子との間から出力された
交流信号を直流信号に変換する第１の交直変換手段、並
びに、該第２の端子と第３の端子との間から出力された
交流信号を直流信号に変換する第２の交直変換手段と、
（Ｄ）該第１の交直変換手段からの直流信号と第２の交
直変換手段からの直流信号とを差動増幅する差動増幅手
段、から成る回転角度検出装置であって、該可変コンデ
ンサは、固定電極、及び軸線を中心に回動可能な可動電
極から成り、（イ）該固定電極は、第１の柱の側面の一
部の上に配置されそして該第１の柱の側面の周方向に配
列されたＮ個（但し、Ｎは２の倍数）の固定電極面を有
し、ここで、該第１の柱は、該軸線に直交する平面で切
断したときの形状が該軸線を中心とした半径ｒ_Fの円か
ら成る仮想の柱であり、（ロ）該可動電極は、第２の柱
の側面の一部の上に配置されそして該第２の柱の側面の
周方向に配列されたＫ個（但し、ＫはＮ／２を満足する
整数）の可動電極面を有し、ここで、該第２の柱は、前
記平面で切断したときの形状が前記軸線を中心とした半
径ｒ_Mの円（但し、ｒ_M≠ｒ_F）から成る仮想の柱であ
り、（ハ）前記第１の端子には、前記Ｎ個の固定電極面
が１個おきに接続され、以て、第１の可変コンデンサ群
が形成され、（ニ）前記第２の端子には、残りの固定電
極面が接続され、以て、第２の可変コンデンサ群が形成
され、（ホ）前記第３の端子には、Ｋ個の全ての可動電
極面が接続され、（ヘ）前記可動電極の回動に応じて、
各可動電極面と前記第１の端子に接続された固定電極面
との対向面積が増加又は減少するときに、該各可動電極
面と第２の端子に接続された固定電極面との対向面積が
減少又は増加し、以て、第１及び第２の可変コンデンサ
群の静電容量が変化することを特徴とする回転角度検出
装置。
【請求項９】前記交直変換手段、又は第１若しくは第
２の交直変換手段は、整流素子によって整流された直流
信号を出力することを特徴とする請求項７又は請求項８
に記載の回転角度検出装置。
【請求項１０】前記整流素子はアナログスイッチであ
ることを特徴とする請求項９に記載の回転角度検出装
置。