JPS59212711A - 静電容量型変位検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は静電容量型変位検出器、特に装置移動体の移動
変位を該移動体に連動する移動電極と本体に固定された
固定電極との両電極間の静電容量変化に基づいて検出す
る静電容量型変位検出器に関するものである。

背景技術 従来より測定子の機械的変位或いは移動台の変位を電気
的に変換してその変位量を検出する変位検出器が周知で
あり、通常この種の装置は装置本体に移動可能に設けら
れた移動体と、該移動体の移動量を検出し、電気信号パ
ルスに変換出力するエンコーダと、を含み、エンコーダ
の出力する電気信号パルスを計数回路にて冊数し、その
計数値をデジタル表示器上にデジタル表示している。と
ころで、この種の装置に用いられるエンコーダとして従
来より光電型エンコーダ、接点型エンコーダ、静電型エ
ンコーダ等が周知である。

光電型エンコーダでは、スケール或いは回転円板の表面
に等間隔に設けられたスリットと、該スケール或いは回
転円板のスリットを介して光路を形成する発光器及び受
光機と、を含み、８動体の変位量に応じてスケール或い
は円板を移動或いは回転し発受光器間に形成される光路
をオンオフしミ移動体の変位量を検出している。

しかし、この光電型エンコータでは、発光器の消費電力
が大きく、使用する電池の交換回数が増加し、また容量
の大きな電池を使用した場合には装置全体が大型となる
件いう欠点があった。さらに、測定精度を上げるために
は、スケール或いは回転円板状に数ミラ。ロン間隔でス
リットを設けることが必要となり、その製造が冗しくし
かも運転中にクリアランス変化に起因するミスカウント
を生じやすいという問題があった。

また、接点型エンコーダでは、移動体の変位量検出にス
リット、ブラシなどを用いるため、これらスリット、ブ
ラシの消耗が激しく、また測定信号にノイズが混入しや
すいという問題があった。

これに対し、静電型エンコーダでは、光電型エンコーダ
のように消費電力が大きくなく、接点型エンコーダのよ
うにブラシ、スリット等の消耗及びノイズの混入という
問題がないため、近年、移動体の検出装置に幅広く用い
られている。

従来技術 従来、このような変位検出器に用いられる静電型エンコ
ーダでは、複数対の電極板を対向配置してコンデンサを
形成し、両電極板を移動体の変位量に対応して相対移動
させ、このときの機械的変位量をコンデンサの静電容量
変化として電気的に検出していた。

たとえば、メインスケール上に一方の電極板を等間隔に
複数個整列配置し、このメインスケールと一定間隔をお
いて対向配置されたインデックススケール上に他方の電
極板を配置し、メインスケール又はインデックススケー
ルを移動体のの変位に応じて板面と平行にスライド移動
させ、このとき両電極板により形成されるコンデンサの
容量変化により移動体の変位量を検出している。

しかし、従来の装置における静電型エンコーダでは、前
記移動電極板からなるコンデンサを用い分圧回路を崩成
し、コンデンサの静電容量に応じて変化する分圧比を検
出して移動体の変位量を検出していた。このため、従来
の装置では、コンデンサを形成する移動電極板の板面間
距離が何らかの原因で変化しコンデンサの静電容量が変
化した場合や、分圧回路に印加する電源電圧が変化した
ような場合には、その分圧出力が移動体の変位量に応じ
て正確に対応しなくなり、正確な測定ができないという
欠点があった。

本発明の成立過程 上記従来の欠点を解消するために、前記複数対からなる
電極対の一方の電極にそれぞれ異なる位相の交流電圧を
印加し、他方の電極に誘起される電圧信号を検出し、両
電極の相対移動に基づいて変化する出力信号の基準位相
に対する位相変化を−検出して前記相対移動量を求める
静電各間型変位検出器が提案されている。

第１図、第２図にはこの提案された静電容毎型変位検出
器の電極構造を示す説明図が示され、装置本体側に固定
されたステータあるいはスケール板からなる固定板１０
の表面側には、第２図に示すように、等間隔に複数の送
信電極１２が配設されており、またこの送信電極１２に
並列して帯状の受信電極１４が設けられいている。そし
て、前記各送信電極に位相の異なる交流電圧が印加され
る。

一方、前記固定板１０に対向させて移動体と連動するロ
ータあるいは可動スケール板からなる移動板１６が設け
られており、この移動板１６には送信電極１２と受信電
極１４にまたがって対向配置された結合電極１８と、前
記送信電極１２および受信電極１４まにだがつって対向
配置されたアース電極２０とが交互に移動板１６の移動
方向に沿って配置されている。

従って、一方、受信電極１４には結合電極１８を介して
前記各送信電極１２の電圧信号に対応した電圧信号が誘
起され、従って、前記各送信電極１２に位相の異なる交
流電圧を印加した状態で移動体を変位ずれば受信電極１
４がら移動体の変位量に応じた位相の出力信号を得るこ
とができ、この受信電極１４から出力される信号の位相
を積分器１５にて演算処理し、所定の基準位相と比較す
ることにより、移動体の変位Ｍを電源電圧の変動等に影
響されることなく正確に測定することが可能となる。

近年、装置の携帯性及び操作性を図るために、装置の小
型化が要請されており、前述した提案装置を小型化する
場合には、通常、複数の送信電極のうち、同一位相の交
流電圧が印加される送信電極相互を共通接続する結線パ
ターンが固定板１゜の表面に配設される。そして、この
結線パターンのパターン電路は各位相ごとに送信電極の
配列方向に沿って複数平行配設される。

しかしながら、装置の小形化に伴い各電極の電極面積が
小さくなり、極間距離が狭小となる。このため受信電極
１４の信号出力電圧が下がり、いわゆるノイズの混入に
よるＳＮ比の低下現象が生じる。

このようなノイズの混入をできるだけ防止するために、
結線パターンのパターン電路は互いに逆位相となる電路
が隣接されるように配置し、一方の電路のノイズを他方
の電路のノイズで緩和相殺するパターン構成とすること
ができる。

しかしながら、受信電極と各パターン電路との距離が各
位相ごとに異なる結果、各パターン電路から受信電極に
混入するノイズに強弱があり、このため前記のごとく逆
位相となる電路を隣接配置しても受信電極へのノイズ混
入を完全に阻止できず、これにより装置の検出精度が悪
化するという問題があった。

発明の目的 本発明は前述した従来の課題に鑑み為されたものであり
、その目的は、装置の小型化を図るとともに、移動体の
変位量を正確に検出することができる静電容量型変位検
出器を提供することにある。

発明の構成 上記目的を達成するために、本発明は、本体に固定され
た固定板と、固定板に対向され本体に拶動可能に設【プ
られた移動板とを有し、固定板の表面には等間隔に配列
された複数の送信電極と、送信電極に並列された帯状の
受信電極とが設（プられ、移動板には送信電極及び受信
電極にまたがって対向され両電極間を静電結合する結合
電極が設【プられ、前記各送信電極にそれぞれ位相が異
なる交流電圧を印加し、移動板の変位を受信電極の出力
信号に基づき検出する静電容量型変位検出器において、
固定板の裏面には対応する送信電極に導通ずる電圧入力
部が設置プられ、また前記受信電極と電圧入力部間の固
定板の内部にはアース層が設けられ、電圧入力部から受
信電極に混入するノイズをアース層にて阻止することを
特徴とする。

大１Ｕ」 第３図〜第５図には本発明にかかる静電容量型変位検出
器の固定板に形成された電極構造が示され、前述した提
案装置と同一部材には同一符号を付しその説明を省略す
る。

本実施例において、各送信電極１２に位相の異なる交流
電圧を印加する場合には、各送信電極１２に順次等位相
差の交流電圧を印加することも可能であるが、第５図に
示すように、隣接する一対の送信電極に互いに逆位相の
交流電圧を印加し、一方何からのノイズを他方側からの
ノイズで相殺する構成とすることもできる。

本実施例第５図において、各送信電極１２に対応する固
定板１０の裏面位置には前記各送信電極１２−１〜１２
−８の各共通位相電極に同一位相（位相差が２ｎπ（ｎ
は整数）を含む）の電圧を供給する結線パターン２２が
形成されており、この結線パターンと各送信型ｆｉ１２
−１〜１２−８はり一ド２４により導通接続されている
。そして第５図装置においては各送信電極１２−１〜１
２−８に順次０度、１８０度、９０度、２７０度、の位
相の異なる電圧が印加され、送信電極の４相駆動が実現
されている。

本発明において、特徴的なことは、固定板の表面に設【
ブられた受信電極と固定板の裏面に設（プられた電圧入
力部間の固定板内部にアース層が設けられ、例えば第６
図に示すように、電圧入力部２２から固定板１０の内部
を通って受信電極１４に混入するノイズＮを阻止するよ
うに構成したことである。

本実施例においては、第４図、第５図に示すように、固
定板１０を電極基板１０ａと入力基板１０ｂとで形成し
、電極基板１０ａの表面側には前述した送信電極１２と
受信電極１４が配設され、また入力基板１０１）の裏面
側には各送信電極１２に交流電圧を導く電圧入力部、す
なわち、結線パターン２２が形成されている。

そして、本実施例においては、電極基板１０ａの裏面側
１１ａあるいは入力基板１０’ｌｌの表面側１１ｂには
アース層２６が設けられ、前記電極基板１０ａ（７）裏
面側と入力基板１０ｂの表面側を密着固定することによ
り、受信電極１４と電圧入力部間の固定板１０の内部に
アース層２６が形成されることとなる。

従って本実施例においては、電圧入力部から固定板１０
の内部を通って受信型ｆｌｉ１４に混入するノイズがア
ース層２６により阻止される結果、移動体の変位を高精
度にて検出することができる。

本実施例において、受信電極１４に正規のルートを通ら
ないで混入するノイズ、すなわち送信電極１２から結合
電極１８を介して受信電極１４に誘起される電圧信号以
外のノイズＮａ、ずなわち送信電極１２から直接受信電
極１４に混入するノイズを効果的に除去するために、送
信電極１２と受信電極１４との間には第５図に示すよう
に、両者を電気的に隔絶する隔絶アース電極２８が設け
られている。

また、第４図〜第５図に示すように、固定板１０の裏面
には送信電ｔｆｉ１２の電圧入力部の周囲、すなわち、
結線パターン２２の周囲に補助アース電極３０が設けら
れ、各送信電極に電圧信号を供給する入力部から固定板
１０の面に沿って迂回して受信電極１４に混入するノイ
ズを阻止することができる。

このＪ、うに、隔絶アース電極２８、補助アース電極３
０を適宜設置プることにより、前記アース層２６の効果
とあい°まって更に一層の受信電極１４へのノイズの混
入阻止効果が発揮され、移動体の移動Ｒを極めて高粘度
にて検出することができる。

発明の効果 」ズ上説明したように、本発明によれば、固定板の内部
には、アース層が設けられる結果、送信電極に交流電圧
を印加する電圧入ツノ部から受信電極へのノイズの混入
を効果的に阻止でき、これにより装置の小型化を図るに
もかがわらず移動体の変位を極めて高精度にて検出する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される静電容量型変位検出器の電
極構造を示す説明図、 第２図は第１図の固定板と移動板に設けられた各電極の
説明図、 第３図は本発明に係る静電容量型変位検出器の固定板側
に設（プられた電極構造を示す説明図、第４図は第３図
のΔ−八面断面図 第５図は本発明装置の固定板に設けた電極構造を示す他
の実施例図、 第６図は電圧入力部から固定板の内部を通って受信電極
に混入するノイズを示す説明図である。 １０・・・固定板、 １２・・・送信電極、 １４・・・受信電極、 １６・・・移動板、 １８・・・結合電極、 ２２・・・電圧入力部（結線パターン）、２６・・・ア
ース層、 ３０・・・補助アース電極。 手　続　ネ市　正　書Ｉ（自発） 昭和５８年ら月２０占：＼ 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５８年　特許願　第８７２１９号 、発明の名称 静電容＠型変位検出器 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 任　所　　東京都港区芝５丁目３３番７号−名称　株式
会社　三層製作所 ４、代理人 明細書の発明の詳細な説明の欄、図面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体に固定された固定板と、固定板に対向され本
   体に移動可能に設けられた移動板とを有し、固定板の表
   面には等間隔に配列された複数の送信電極と、送信電極
   に並列された帯状の受信電極とが設けられ、移動板には
   送信電極及び受信電極にまたがって対向され両電極間を
   静電結合する結合電極が設けられ、前記各送信電極にそ
   れぞれ位イυが異なる交流電圧を印加し、移動板の変位
   を受信電極の出力信号に基づき検出する静電容量型変位
   検出器において、固定板の表面には対応する送信電極に
   導通する電圧入ツク部が設けられ、また該受信電極と電
   圧入力部間の固定板の内部にはアース層が設けられ、電
   圧入力部から受信電極に混入リ−るノイズをアース層に
   て阻止することを特徴とする静電容量型変位検出器。 （２、特許請求の範囲（１）記載の装置において、固定
   板の裏面には電圧入力部を囲んで補助アース電極が設け
   られていることを特徴とする静電容量型変位検出器。