JPS61235721A - 静電容量型エンコ−ダ - 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エンコーダ、特にその受信電極基板
の取付は構造の改良に関するものである。

［従来の技術］ 近年、ノギス、マイクロメータ、ハイドゲージ等の測定
器は従来の機械的読取方式に変り、測定値を電気的に読
取り、デジタル表示するデジタル表示型のものが酋及し
てきている。

通常、このようなデジタル表示型測定器は、装四本体に
移動可能に設けられた移動体と、該移動体の移ｖＪ１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
路で４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
容量型エンコーダ等が周知である。

光電型エンコーダでは、スケールあるいは回転円板の表
面に等間隔に設けられたスリットと、該スケールあるい
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
び受光器とを含み、移動体の変位量に応じてスケールあ
るいは円板を移動あるいは回転し、発受光器間に形成さ
れる光路をオン・オフし移動体の変位量を検出している
。

しかしながら、この光電型エンコーダでは、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の重量が増
大してしまうという欠点があった。

更に、測定精度を上げるためには、スケールあるいは回
転円板上に数ミクロン間隔でスリットを設けることが必
要となり、この製造が難しく、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易いという問題
点があった。

また、接点型エンコーダでは、移動体の変位面検出にス
リット、ブラシ等を用いるために、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易
いという問題があった。

これに対し、静電容量型エンコーダでは、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、このような測定器に用いられる静電容量型エンコ
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１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。

この秤の静電容命型エンコーダには、電圧比較型、位相
弁別型等があるが、特に位相弁別型が小型、軽量、高精
度かつ低消費電力等のメリットを有し、広く用いられて
る。

第８図は、このような位相弁別式静電容凹型エンコーダ
の基本原理を示す要部の斜視図である。

同図において、送信電極基板１０には、等間隔に配列さ
れた複数の送信電極１２と出力電極１４が設けられ、こ
れら電極１２．１４は基板１０を貝通する導電部１６及
び該基板１０の裏面に配設された配線１８を介して不図
示の電圧印加回路及び検出回路に接続されている。また
、この送信電極基板１０に対して移動自在に配置された
受信電極基板２０の送信電極１２対向面には、受信電極
２２とアース電極３０及び該受信電極２２に電気的に結
合された結合電極２４が設けられている。

そして、電圧印加回路から前記送信電極１２に順次所定
の位相、例えばπ／４位相をずらせた正弦波あるいは矩
形波の交流電圧を印加することにより８相電極を１単位
とするユニット電極群１００が複数形成される。ここで
、この各ユニット電極群１００に含まれる連続した所定
の送信電極１２に対向するように上記受信電極２２が配
列されている。つまり、図示例において、４個の連続し
た送信電極１２）すなわち基準電圧■１が印加される送
信電極と、基準電圧■１に対してπ／４，２π／４．３
π／４位相がずれたＶ２　。

Ｖ３．Ｖ４の各電圧が印加される送信電極にまたがって
、１個の受信電極２２が対向配置されることとなる。

以上の構成により、受信電極基板２０を送信電極基板１
０に対して相対移動させると、受信電極２２と送信電極
１２とが相対移動し、受信電極２２から受信電極基板２
０の移動変位量に応じた周期変化を有する静電容量信号
が検出される。この検出された静電容量信号は、結合電
極２４と出力電極１４との静電結合により取出されるも
ので、図示しない検出回路を介してデジタル表示器等に
供給することにより、両基板１０．２０の相対移動変位
量を簡単な構成で正確に測定することができる。

以上のような位相弁別式静電容量型エンコーダは、測定
器の装置本体及び該本体に移動可能に設けられた移動体
等の基板取付部材２６ａ、２６ｂにそれぞれ送信電極基
板及び受信電極基板が取付は固定され、前記装置本体に
対する移動体の移動量を検出することが可能となる。

［発明が解決しようとする問題点］ 支え玖五二二旦Ａ ところで、このような位相弁別式静電容固型エンコーダ
は、送信電極及び受信電極間のクリアランスが他の形式
のエンコーダと比較して大きくても許容されるため、製
造容易である等の利点は有するが反面送信電極と受信電
極との距離が静電容量に直接影響するため、両電極の平
行度は常に一定とすることが要求される。

従って、基板の平面度を良好に形成することが必須要件
となるが、基板は通常エポキシ樹脂等により形成されて
いるため、その可撓性等により基板自体の平面度維持は
困難であり、特に基板を厚く形成した場合、あるいは測
定範囲拡大を目的として基板を長大とした場合には反り
、曲り等を生じ、測定精度を低下させてしまうという問
題があった。

この点については、基板を薄く形成し、平面度の良好な
測定器本体等の基板取付部材に貼着固定することで改良
可能であるが、この場合には受信電極と測定器本体等が
容量結合してしまい、測定粘度を低下させてしまうとい
う問題があった。

すなわち、前述のように電極が配置される基板は通常エ
ポキシ樹脂等からなる非導電材質からなり、又該基板が
取付は固定される測定器は鋼鉄等の導電材から形成され
ている。

この結果、非導電材からなる基板を薄板に形成すれば受
信電極と測定器との間に容量結合が生じ、送信電極との
容量結合による誘起電圧に変動を生じてしまうことに起
因するものである。

実際の測定では、エポキシ樹脂よりなる受信電極基板の
厚さを０．３５ＣＩから０．１８Ｃ■とじたときにはＳ
／Ｎ比が約４０％低下してしまうという結果が示されて
おり、この点が解決し得ないかぎり基板の薄板化が極め
て困難であることが理解される。

１豆立亘刀 本発明は前記従来の問題点に鑑み為されたものであり、
その目的は、基板の薄板化により、測定精度の向上を図
ることができる静電容量型エンコーダを提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明にかかる静電容量型
エンコーダは、電極が配置される基板を非導電性薄板か
ら形成してる。

ここで、受信電極基板裏面と基板取付部材との間であっ
て受信電極との対向位置には、空気層が形成されている
ことを特徴とする。

［作用］ 前述した構成から明らかなように、本発明にかかる静電
容量型エンコーダは、電極基板は薄板から形成されしか
も該基板は平面度の良好な基板取付部材に貼着固定され
ているので、エンコーダの小型・軽量化を図ることが可
能となる。

ここで、電極基板を薄板から形成すれば、従来のエンコ
ーダにおいては該基板を保持する導電材からなる基板取
付部材と受信電極との間に静電容量結合を生じエンコー
ダの測定精度を低下させる原因となってしまう。

しかしながら、本発明にかかるエンコーダは、受信電極
基板裏面の受信電極対向位置には前記基板取付部材との
間に空気層が形成されている。

ここで、空気の誘電率は、他の誘電体と比べて著しく低
く、電極と基板保持部材との間の静電結合による電気８
山を極めて低く押えることが可能となり、事実上問題と
なるような測定精度の低下は生じ得ない。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には本発明の適用された位相弁別式静電容量型エ
ンコーダの受信電極基板の部分拡大図が示されており、
第２図は第１図ｎ−Ｉ線上での断面図である。

図において、受信電極基板１２０の送信電極（図示を省
略）対向面には受信電極１２２が複数整列配置されてお
り、また該受信電極１２２と電気的に結合した結合電極
１２４が受信電極下方に配置されている。

また、受信電極基板１２０の裏面には導電材からなる基
板取付部材１２６が取付は配置されている。

本実施例にがかる、エンコーダは測定器の検出部を構成
しており、基板取付部材１２６は測定器本体からなり、
また図示を省略した送信電極は測定器本体に摺動自在に
取付は配置された移動体に配置され、測定器本体に対す
る移動体の相対移動距離を該エンコーダで検出するもの
である。

本発明において特徴的なことは、基板が非導電性薄板か
ら形成され、また基板裏面の受信電極対向位置には基板
数イ」部材との間に空気層が形成されていることである
。

このために、本実施例においては、受信電極基板１２０
を従来の１７２の厚さに形成されたエポキシ樹脂＠ｌ薄
板から構成し、また基板取付部材１２６の受信電極１２
２対向位置には該受信電極と略同−の形状に切欠部１２
８を形成し、該切欠部１２８により空気層を構成してい
る。

本実施例にかかるエンコーダの受信電極基板は以上のよ
うに構成され、以下にその作用について説明する。

図より明らかなごとく受信電極１２２は導電材からなる
基板取付部材１２６と対面配置されており、両者の中間
にはエポキシ樹脂よりなる受信電極基板１２０及び空気
層が介在する。

ここで、一般にコンデンサの静電容ｆｆ１Ｃは、誘電体
の両電極間の距ｌｉｔ（ｃｍ）、誘電率ε、電極の有効
面積Ａ　（ｃａｆ）とすれば、次式で示されるごとくと
なる。

εＡ１ Ｃ＝　□　・　□ ４πｔ　　　　　　　９Ｘ１０Ｓ 従って、エポキシ樹脂のみで誘電体を形成するなら、エ
ポキシ樹脂の誘電率εｌは５前後であるから、次式で示
される静電容ｆｆｉ　Ｃ＋で受信電極１２２と基板取付
部材１２６が静電結合することになる。

ε＋Ａ　　　　Ｉ　　　　　　　　　　　　Ａ゛　Ｃ１
＝□・□＝　４．４２　Ｘ１０”・□４πｔ　　　９Ｘ
１０５　　　　　　　　　　ｔこれに対し、本発明のご
とくエポキシ樹［ｆ＜層厚ｊ＋　　）及び空気１！ｌ！
（層厚ｔ２．誘電率ε２＝１）を誘電体としてコンデン
サを構成した場合には、受信電極１２２と基板取付部材
１２６との距離を前記ｔと同様とするためｔ、　＝ｔ２
　＝１／２　ｔとすれば１、次式で示される静電容ｆｆ
ｉ　Ｃ２で受信電極１２２と基板取付部材１２６が静電
結合することになる。

１　　　　　２πｔ　　　　　　　　　　　　２πを−
−□　・　９Ｘ１０Ｓ＋　　□　・　９Ｘ１０ＳＣ２ε
Ｉ　Ａ　　　　　　　　　　　ε２　ＡＣ２＝　　１．
４７　　Ｘｌ０−’　　・　□すなわち、本実施例にお
いて、受信電極基板を従来の１７２の厚さに形成しても
、受信電極と基板取付部材との間に空気層を形成するこ
とで従来よりもむしろ静電結合による影響を低減するこ
とが可能であることが理解される。

以上のように、本発明にかかる静電容量型エンコーダに
よれば、電極基板を従来に比べて極めて薄く形成し平面
度の良好な基板取付部材に貼着固定した結果、基板平面
度の向上が図れ、しかも受信電極基板裏面の受信電極対
向位置には基板取付部材との間に空気層が形成されてい
るので、電極と基板取付部材との静電容量結合による精
度低下を生じることもない。

第３図には、受信電極１２２が受信電極基板１２０に埋
め込み形成された実施例が示されており、しかも受信電
極間には各受信電極その他の静電容量の干渉を排除する
アース電極１３０が介在している。

本実施例において、基板取付部材１２６への切欠部１２
８の形成は、受信電極対向位置のみで足り、アース電極
１３０は直接測定精度には影響を与えないので、該アー
ス電極対向位置に切欠部１２６すなわち空気層を設ける
必要はない。

第４図には、基板取付部材１２６の受信電極対向位置が
くり抜き形成された実施例が示されており、この場合に
は、受信電極１２２と基板取付部材１２６の開口側面と
の闇に静電結合が生じることも有効に防止し得る。

第５図には受信電極基板１２０と基板取付部材１２６と
の間に面保持部材１３２を介在させた実施例が示されて
いる。

本実施例において、面保持部材１３２は特に基板１２０
の長大化を要求される場合など測定器本体の平面度維持
が困難であるときに、受信電極１２２の平行度を維持す
るため用いられる金属あるいはセラミックス等からなる
板状部材であり、本実施例において、空気層は該面保持
部材１２８に設番ノられた開口１３４から形成されてい
る。

なお空気層の形状は、第６図において１点鎖線Ａ、Ｂ、
Ｃにも示されるように、受信電極１２２と全く同一形状
に形成される必要はなく、各受信電極間において同一形
状であるならばその大きさなどが受信電極と若干のずれ
を生じていたとしても、本発明の特有の効果には事実上
何らの影響も与えるものではない。

また、第７図にも示されるように、切欠部１２８は受信
電極１２０対向方向に向けて広口に形成され、受信電極
１２２と基板取付部材１２６との静電結合をより効果的
に防止することも好適である。

なお、本発明はロータリエンコーダにも適用可能である
ことはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明にかかる静電容量型エンコ
ーダは、基板を薄板から形成し、しかも該基板を平面度
良好な基板取付部材に貼着固定したので、基板平面度の
向上を図ることができる。

しかも、受信電極基板裏面の受信電極対向位置には導電
性基板取付部材との間に空気層が形成されているので、
受信電極と基板取付部材との間に静電結合を生じてしま
うことがなく、基板を薄板から形成したにもかからず極
めて良好な測定精度を維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用されたエンコーダの受信電極基板
の部分拡大図、 第２図は第１図にかかる受信電極基板の■−■線上での
断面図、 第３図〜第５図は本発明の他の実施例の説明図、第６図
は本発明にかかるエンコーダの受信電極基板における空
気層の形成状態説明図、第７図は本発明にかかる受信電
極基板の裏面に空気層を形成する切欠部を設けた状態を
示す説明図、 第８図は従来の静電容量型エンコーダの要部斜視図であ
る。 １０　・・・　送信電極基板 １２　・・・　送信電極 ２０．１２０　　・・・　受信電極基板２２．１２２　
　・・・　受信電極 １２６　・・・　基板取付部材 １２８　・・・　切欠部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信電極基板上に整列配置された複数の送信電極
   と、 前記送信電極基板に対して相対移動可能に配置された受
   信電極基板上に、所定の連続した送信電極にまたがって
   配置された１以上の受信電極と、を有し、前記受信電極
   基板は導電材からなり平面の有効な基板取付部材に取付
   固定され、 前記各送信電極に順次位相をづらせて印加される交流電
   圧と、前記受信電極に誘起される誘起電圧との位相ずれ
   から送信電極基板と受信電極基板の相対移動量を検出す
   る静電容量型エンコーダにおいて、 前記受信電極基板は非導電性薄板から形成され、受信電
   極基板裏面と基板取付部材との間であって受信電極との
   対向位置には空気層が形成されていることを特徴とする
   静電容量型エンコーダ。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載のエンコーダにおいて
   、空気層は基板取付部材をその対向する受信電極と略同
   一形状に切欠いて形成することを特徴とする静電容量型
   エンコーダ。
3. （３）特許請求の範囲（１）記載のエンコーダにおいて
   、基板と基板取付部材との間には面保持部材が介挿され
   、該面保持部材に設けられた開口により空気層が形成さ
   れていることを特徴とする静電容量型エンコーダ。