JPS62156519A - 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】 ３、発明のＸ線４Ｉ′説明 ［産業上の利用分野１ 本発明は静電容量型エンコーダ、特にリニア移ｆＪＪ変
位量を検出覆る静電容量をエンユ１−ダに関りるもので
ある。

［従来の技術］ 近年、ノギス、マイクロメータ、ハイ１〜ゲージ舌の測
定器は従来の機械的読取方式に代わり、測定値を電気的
に読取り、デジタル表示Ｊるデジタル表示型のものが？
Δ及し゛（“きている。

通常、このＪ、うなデジタル表示型測定器は、装置本体
に移動可能に設けられＩＪ移動体と、該移動体の移動ｊ
ｄを検出し、電気イを号パルスに変換出力づ−るエンコ
ーダど、を含み、エンコーダの出力する電気１５号パル
スを計数回路で、暦１数し、その旧教１＋ｒｉをデジタ
ル表示器上にデジタル表示器るものである。

どころで、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］リエンコーグ、１と血便エンコーダ、
静電容量型、１ンコーダ等が周知である。

光５１；　Ｉ’１ｌ−Ｊ−ンニ１−グ（よ、スケールの
表面に′；９間隔に設（〕られたススリブど、該スクー
ルのスリットを介して光路を形成する発光器及び受光蔦
とを含み、移動体の変位ωに応じてスクールを移動し、
発受光器間に形成される光路をオン・オフすることで電
気１５号パルスを１！′７、移動体の変位化を検出する
。

しかしながら、この光電型エンコーダでは、発光器のｉ
ｆｆ費電力が大きく、使用覆る電池の交換回教が増加し
、しかし容ｈ）の大さな電池を使用した場合には）装置
の重ｂ）が増大してしまうという欠点をイｊしていた。

更に、測定粘度をＬげるためにはスケール上に数ミク［
１ン間隔でスリットを設置）ることか必要となり、この
製造が付しく、しかも運転中にクリアランス変化に起因
するミスカランｉ−を生じ易いという問題点があった。

また、接点型］、ンコーダは、移動体の変位ｈ１検出に
スリット、ブラシ等を用いるために、これらスリブ１−
、ブラシの消耗が激しく、また測定１３号にノイズが混
入し易いという問題点があった。

これに対し、静電容量型エンコーグは光電型エンニ１−
グのＪ：うに消費電流が大さくなく、また接点型エンコ
ーダのようにブラシ、スリット等の消耗あるいはノイズ
の混入という問題がないため、近イ［移動体の検出装置
に幅広く用いられている。

このような測定器に用いられる静電容騎望エンコーダは
、複数対の電極板を対向配置してコンアン→）を形成し
、両電殉板を移動体の変位（ｉ）に対応して相対移動（
！け、この時の機械的変位量を］ンデンリの静電容量変
化として電気的に検出りるものである。

そして、この←Ｆの静電容置型エンコーダには、電圧比
較型、位相弁別！Ｓ′！等があるが、特に位相弁別型が
小型、軽７７１、高精度かつ低消費電力等のメリットを
右しており、広く用いられている。

第５図は、このような従来の位相弁別式静電容ｆｉｉ　
！ｆｆｉ　ｉンコーダの基本原理を承り要部の斜視図で
ある。

同図にＪ３いて、静電容量型エンコーダ１０は四角根状
の第一部材１２と、帯板状の第二部材１４とを右してい
る。

第一部材１２の第二部材１４対向而側には、等間隔に整
列配置された複数の送信電極１６、及び該送伝電極群下
方に配置された出力電極１８が設（）られている。

また、前記第二部材１４の第一部材１２対向面側には、
該第二部材１゛４艮丁方向に沿っで１）η記送信電極１
６対応位首には受信電極２０が、また受信電極２０Ｆ方
には結合電極２２が設けられている。イＫＪ３、図示例
にｄ３いて第二部材１４１−には受信電極２０が複数設
置」られており、各受信電極２Ｏの間にはアース電ＶＭ
２４が配置されている。

そして、不図示の電圧印加回路から前記送信電極１６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が印加され、８相電極を１単位
とするユニツ１−電極群１００が形成される。ここで、
この各コニット電極群１００に含まれる連続した所定の
送信？Ｕ極１６に対向するＪ、うに前記受信電極２０が
配列されている。つまり、図示例にａ３いて、４個の連
続した送信電極１６、すなわち基型電圧Ｖ１が印加され
る送信電極と、基型電圧ｖ１に対してπ／４．２π／４
，３π／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２０が
対向配置されることとなる。

以上の構成により、第二部材１４を第一部材１２に対し
て相対移動させると、受信電極２０ど送信型ＮＭ１６と
が相対移動し、受信電極２０から第二部４４１４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得られ
る。このようにして検出された静電容量信号は、受信電
極２０と電気的にに結合された結合電極２２を介して、
結合電極２２と静電結合された出力電極１８ににり取出
され、図示を省略した検出回路を介してデジタル表示３
笠に供給されることにより、第一部材１２及び第二部材
１４の相対移動変位量を簡単な構成で正確に測定りるこ
とができる。

以上説明したように、イ１′Ｉ相弁別式静電容！？！ハ
リエンコーダは、６秤の測定器の装置本体及び該本体に
移ｎＪ可能に設【ノられた移動体にそれぞれ第一部＋４
１２及び第二部材１４が取付は固定され、１）η記装置
本体に対する移動体の移動用を検出Ｊることが可能とな
る。

Ｌ発明が解決しようとする問題点１ 従来技術の問題点 ところで、このような位相弁別式静電容イ型エン］−ダ
は、送信電極及び受（ｆｆｉ電極間のクリアランスが伯
の形式のエンコーダと比較して大ぎくでも許容されるた
め、製造容易である等の利点は有りるが、反面送信電極
と受信電極との距離が静電容【６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。

しかしながら、各電極が配置された第一部材及び第二部
材は前述したようにそれぞれ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に取トＪけられており
、移動体と装置本体との若干の遊び、あるいは摺動に伴
う摩↓ｆによるガタ７１により第一部材及び第二部材間
の間隙すなわち、送信電極及び受イｚ電極間のクリアラ
ンスが変動してしまう。

この結果、出力電極からの静電容量信号に変動を生じ移
動変位量の測定に誤差を生じてしまうという問題点があ
った。

また、静電容量型エンコーダは、小型化が要求されてお
り、この結果、特に第一部材及び第二部材の幅が規制を
受け、これに伴い各電極面積ら秋くけざるを得ない。従
って、検出される静電容量信号値が小さくなり、Ｓ／Ｎ
が悪化してしまうという問題点もあった。

この問題点を第６図を用い更に詳述づる。

第６図は第５図に示した静電容量型エン：１−ダの第一
部材及び第一部材を拡大して示した図であり、同図（Δ
）は第一部材を送信電極設置面側から見た状態、同図（
Ｂ）は第二部材を受信電極設置面側から見た状態を示し
、前記第５図と同一部分には同−ｔＪ号を付する。

同図からも明らかなように、静電容量型エンコーダの長
さしは該エンコーダが測定の対象とする測長域に応じて
決定されるものであり、単純に小型化を図るということ
はできない。

従って、ここで問題となるエンコーダの小型化は第一部
材１２ないし第二部材１４の幅Ｗである。

この幅Ｗはエンコーダが取付けられる測定器等の（幾械
的条付あるいは取扱い性等の点から規制されるが、一般
的にはでざるだり小さくづることが要請される。

ここで、従来の静電容量型Ｊ、ンコーダにあって（ま、
第一部材１２には送信電極１６及び出力電極１８が、ま
た第二部材には受信電極２０及び結合電極２２が設置さ
れる必要があり、しかち各部材に設【〕られる各電極は
同一面上に設置されるため、必然的に各電極面積は小さ
くならざるを得ない。

無論、送信電極１６の幅Ａを大きくすれば、各電極面積
を拡大することが可能であるが、反面この送信電極幅Δ
を拡大することは分解能を低下させることとなってしま
う。

以上のように、従来の静電容量型エンコーダにあっては
各電極面積を小さく設定せざるを冑ず、この結果静電容
■信号の出力低Ｆ、測定精度の悪化に直結してしまうの
である。

更に、第６図に示したように、送信電極１６と出力電極
１８を同一面上に隣接させた結果、両者間にクロストー
クを生じ、やはり測定精疫を悪化さけるとともに、各電
極への配線が複刹となり製造が極めて困難であるという
問題点ら生じざＵていた。

発明の目的。

本発明は前述した従来技術の問題点に鑑み成されたもの
であり、その目的は小型で高精度の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、本発明に係る静７Ｔｉ容１
６型エン］−ダは、帯板状第二部材の一面側に受信電極
が、他面側に結合電極が配置され、また第一部材は、前
記第二部材の受信電極配置面に対面し送信電極が配置さ
れた送信電極基板部と、第二部材の結合電極配置面に対
面し出方電極が配置された出力電極基板部とを有したこ
とを特徴とづる。

［作用］ 前述した構成から明らかなように、本発明に係る静電８
吊型エンコーダによれば、第一部材の送信電極ム１板部
」−に設【ノられた複数の送信電極に位相の異なる交流
゛重圧が印加されることにより、該送信電極ど静電結合
された第二部材の受信電極には静電容量信号が検出され
る。

この静電容量信号は該第二部材の他面側に設けられた結
合電極を介して該結合電極と静電結合した出力電極から
取出される。

ここで、出力電極より取出される静電容７ｉ１信号１ま
、平行配置された送１Δ電極と出力電極、づなわら第一
部材の送信電極基板部と出力電極基板部どの距離からの
み影響を受【プ、送信電（〜と受信電（少量及び結合重
（ｉと出力電極間の距離には無関係である。

この結果、第一部材と第二部材の相対位置関係に４上の
変ｆｈが生じたどじてち、第一部材の送信電極基板部と
出力電極基板部の相対位置関係に変動が生じない限り出
力電極から取出される静電容量信号には何らの影響も与
えない。

従って、第一部材と第二部材の相対位置関係あるいは傾
き、ガタ等に起因する測定粘度の低下を確実に排除する
ことが可能となる。

また、受信電極及び結合電極はそれぞれ帯板状第二部材
の各面に分離Ｍｎされているため、各面上下いっばいに
それぞれのｔｆｉ　４１形成を行うことが可能となる。

しかも、これに伴い第一部材にあってもその送信電極基
板部及び出力電極基板部それぞれに各電極を上下いっば
いに形成することができる。

この結果、各電極面積は第一部材及び第二部材の幅を変
更することなく約２倍とすることができ、出力電極から
取出される静電容部信号の検出効率を向上させることか
でき、エンコーダの測定精度、特にＳ／Ｎを大幅に改善
することが可能となる。

また、送信電極と出力電極は互いに隣接しないため、両
電極間にり【」ストークを生じることがなく、この点か
らも測定精度の向上を図ることができるものである。

なお、第一部材の厚さは若干大きくなるが、出力電極基
板部厚及び結合電極と出力電極のクリアランスを考慮し
ても僅かに数ミリ程度厚くなるにすぎず、実際上問題と
なることはない、。

以上のようにして、本発明によれば、何ら大型化するこ
とな（高精度の静電容量型エンコーダを得ることが可能
となる。

［実施例１ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説
明する。

第１図から第３図には本発明に係る静電８吊型エンコー
ダの好適な一実施例が示されており、第１図は一部を破
断して示した外観斜視図、第２図は第１図において矢印
■方向から見た側面図、第３図は第１図において■−■
線上での横断面図である。

なＪ３、前記第５図と同一部分には符号１００を加えて
説明を省略する。

本発明において特徴的なことは、帯板状の第二部材の各
面にそれぞれ受信電極及び結合重（桓を分離Ｍｎし、ま
た第一部材は、前記第二部材の受信電（船配置面に対面
した送信電極基板部と、結合電極配置面に対面した出力
電極基板部とを右したことである。

このために、本実施例にａ３いては、第二部材１１４の
右側面には受信電極１２０を、左側面には結合電極１２
２を、それぞれ第二部＋４１１　／ｌの」二下いっばい
に形成している。また第一部材１１２は断面口字状の簡
ハ゛１に形成され前記第二部月１１４をその筒中に挿通
している。そして、該第一部材１１２の右側壁は送信電
極基板部１１２ａを、またノ１側壁は出力電極基板部１
１２ｂを構成する。

この両電極基板部１１２ａ、　１１２ｂＬＬ−Ｕいにｉ
Ｆ行に形成されてＪ３す、送信電極基板部１１２ａの内
側＋ｒｎ　ｒＪなわら受信電極１２０対向面には送信電
極１１６が、また出力電極基板部１１２ｂの内側面？ｌ
なわら結合電極１２２対向面には出力電極１１８が、そ
れぞれ前記受信電極１２０及び結合重＋４１１２２と対
応しＣＦ下いっばいに配置されている。

なお、本実施例において、受信電８１１２０は複数設け
られており、各受信電極１２０間には相互干渉を排除り
るためアース電極１２４が配置されている。

また、第二部材１１４は第３図からも明らかなＪ、うに
、中心部１１４ａをステンレス材から形成し、その両面
には電気絶縁ｈｉ　１１４　ｂを被覆形成している。

そして、この電気絶縁ＦｉｌｌＪｂ上に受信電極１２０
、結合電極１２２．アース電極１２４がそれぞれ配置さ
れるわけであるが、受信電極１２０と結合電極１２２は
第２部月１１４を０通する導電部１３０にて電気的に結
合されている。

本実施例に係る静電容量型エンローダは以上のように構
成され、以下にその作用について説明する。

本実施例に係る静電容１１型エンコーダは、前記第５図
に示した従来例と同じく第一部材１１２と第二部材１１
４の相対移動変位はを送信電帰１１６と受信電気１２０
の移動変位間に応じた周′＃１変化を右ザる静電容量信
号から検出するものである。

ここで、送信電極基板部１１２ａ及び出力ミル基板部１
１２ｂは平行に形成されており、この結果、送信電極１
１６と出力型１４１１８の距ｆｌｌＤら常に一定である
。そして、この送信電極基板部１１２ａ及び出力電極基
板部１１２ｂ間に介挿された第二部材１１４は、第一部
材１１２と相対移動するわけであるが、この際送信電極
１１６と受信電極１２０間の距１１１１　Ｄ　１及び結
合電極１２２と出力型（に１１８間の距１１１１Ｄ２が
第二部材１１４のガタあるいは（頃き等によりそれぞれ
変動することが考えられる。

従来にＪ３いては、この第一部材１１２と第二部材１１
４の相対位置関係の変化が直接静電容量信号に影響を与
えていたが、本実施例においては、送信電極基板部１１
２ａと出力電極基板部１１２ｂの平？ｊ度に変動が生じ
ない限りｌ）１　＋［）２は常に一定であり、この結果
送信ｔα極１１６と受信電極１２０間の静電容量及び結
合電極１２２と出力型？４１１１８間の静電容量の容６
１和は常に一定となる。

従って、第一部材及び第二部材間のガタあるいは傾き等
の相対位置変動ににつでは検出精度（よ回ら影響を受【
すず、高精度を維持することができる。

Ｊ、た、第４図からも明らかなように、各市（を面積を
人きくすることができるため、測定粘度を向上さ１！る
ことができる。

寸なわら、第４図（△）は送信電極基板部１１２ａを送
信電極１１６形成面から児た状態、同図（Ｂ）は第二部
！４’　１１４を結合電極１２２対向面から児た状態、
同図（Ｃ）は出力電極ＩＪ板部１１２ｂを出力電極１１
８形成面から見た状態をそれぞれ示す。

同図より明らかなごとく、前記第６図に示したような従
来の静電容量型エンコーダと同じ幅Ｗとしても、該部材
幅Ｗいっばいに各電極を形成することが可能どなり、静
電容重信号の検出が極めて効率的に行われる。

更に゛、送信電極１１６と出力電極１１８は距離りを挟
んで対向配置されており、従来のごとく同一板状に隣接
配置されているのではないので、クロストークによる影
響をも確実に排除される。

なお、本実施例においては、第一部材１１２は断面口字
状に形成されているので、外部からの押辻力等に対して
も変形をとｔじることはほとんどない。

また、出力電極基板部の外側面に遮蔽電極を設け、より
Ｓ／Ｎを向上させることも好適である。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明に係る静雷容吊型エンコー
ダによれば、帯板状第二部材の各面にそれぞれ受信電極
及び結合電極を分離配置し、また第一部材は、第二部材
の受信電極配置面に対而した送信電極基板部と、第二部
材の結合電極配置面に対而した出力電極基板部とを有す
るＪ、うに構成したので、小型でかつ高精度の測長作用
をｈうことか可能どなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例に係る静電容Ｒ型■ン
］−ダの一部を破断した外観斜視図、第２図は第１図に
係る静電容量型エンコーダの側面図、 第３図は第１図に係る静電容量型エンコーグの■−■線
上での横断面図、 第４図は第１図に係る静電容量型エンコーグの第一部材
及び第二部材の説明図、 第５図は従来の静電容ｆｌ　３Ｑ−１ンコーダの要部斜
ン多Ｚ図、 第６図は第５図に示した静電容吊型玉ン］−ダの第一部
材及び第二部材の説明図である。 １０．１１０　　・・・　静電″Ｂ量望エンコーグ１２
．１１２　　・・・　第一部材 １１２ａ　・・・　送信電極基板部 １１２ｂ　・・・　出力電（へ基板部 １／ｌ、１１／Ｉ　　・・・　第二部材１６．１１６　
　・・・　送信電Ｊ４ｊ１８．１１８　　・・・　出力
電極 ２０．１２０　　・・・　受信″次＋船２２．１２２　
　・・・　結合電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一部材に複数整列配置され、位相の異なる交流
   電圧が印加される送信電極と、 前記第一部材に対し相対移動可能に形成された帯板状第
   二部材の長手方向に沿って、前記送信電極に対応して配
   置された受信電極と、 前記第二部材に設けられ、送信電極と電気的に結合した
   結合電極と、 前記第一部材に設けられ、結合電極と静電結合した出力
   電極と、 を有し、第一部材と第二部材の相対移動により変化する
   出力電極からの静電容量信号に基づき両者の相対移動変
   位量を検出する静電容量型エンコーダにおいて、 前記帯板状第二部材の一面側に受信電極が、他面側に結
   合電極が配置され、 また、前記第一部材は、前記第二部材の受信電極配置面
   に対面し送信電極が配置された送信電極基板部と、第二
   部材の結合電極配置面に対面し出力電極が配置された出
   力電極基板部と、を有した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）記載の静電容量型エンコー
   ダにおいて、第二部材は帯板状導電材に電気的絶縁層を
   被覆形成してなることを特徴とする静電容量型エンコー
   ダ。