WO2019116716A1 - 回転型エンコーダ - Google Patents

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WO2019116716A1
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fixed electrode
fixed
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光志 西田
克博 大西
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a rotary encoder.
  • the rotary encoder has a fixed substrate, a shaft rotatably provided relative to the fixed substrate, and a rotary substrate rotatably provided along with the shaft and provided opposite to the fixed substrate.
  • an object of the present invention is to provide a rotary encoder that can be easily manufactured, can be miniaturized, and can be detected with high accuracy.
  • the rotary encoder of the present invention is Fixed substrate, A shaft rotatably provided relative to the fixed substrate; A rotatable substrate that is rotatable with the shaft and is provided opposite to the fixed substrate; A fixed electrode provided on the surface of the fixed substrate facing the rotary substrate; And a rotating electrode provided on the surface of the rotating substrate facing the fixed substrate and forming a capacitance with the fixed electrode.
  • the rotary electrode includes a first rotary electrode having an annular comb shape, and a second rotary electrode arranged radially inward of the first rotary electrode and having an annular comb shape.
  • the fixed electrode is disposed opposite to the first rotating electrode, has an arc-like comb shape, and has an input-side first fixed electrode to which a first signal is input, and a circle disposed opposite to the first rotating electrode
  • An output-side first fixed electrode having an arc-like comb shape and outputting a first signal
  • an input-side second having an arc-like comb shape disposed opposite to the second rotating electrode and having a second signal input thereto It includes a fixed electrode, and an output-side second fixed electrode which is disposed to face the second rotating electrode and has an arc-like comb shape and which outputs a second signal.
  • the rotary electrode includes the first rotary electrode and the second rotary electrode
  • the fixed electrode includes the input first fixed electrode, the output first fixed electrode, and the input second fixing. It includes an electrode and an output side second fixed electrode.
  • the rotation direction and the rotation angle of the shaft can be detected by two signals using two rotating electrodes and four fixed electrodes, the pitch angle of the electrodes is not finely formed. Even in this case, highly accurate detection is possible. Therefore, a rotary encoder that can be easily manufactured, can be miniaturized, and can be detected with high accuracy can be realized.
  • the first input fixed electrode and the first output fixed electrode face each other with the shaft at the center
  • the input second fixed electrode and the output second fixed electrode face each other with the shaft at the center
  • the input first fixed electrode and the output first fixed electrode, and the input second fixed electrode and the output second fixed electrode do not overlap in the radial direction but are shifted in the circumferential direction.
  • the input first fixed electrode and the output first fixed electrode can be separated in the circumferential direction, capacitive coupling between the input first fixed electrode and the output first fixed electrode can be realized. It is possible to suppress the resistance of stray capacitance.
  • the input second fixed electrode and the output second fixed electrode can be separated in the circumferential direction, the capacitive coupling between the input second fixed electrode and the output second fixed electrode is suppressed, and floating can be achieved. Capacity tolerance can be strengthened.
  • Each of the first rotating electrode and the second rotating electrode has a plurality of combs provided radially around the shaft, and an annular connecting portion connecting the plurality of combs,
  • the pitch angle of the comb portions adjacent in the circumferential direction of the first rotating electrode and the pitch angle of the comb portions adjacent in the circumferential direction of the second rotating electrode are the same.
  • the comb portion of the second rotating electrode is circumferentially offset from the comb portion of the first rotating electrode by 1 ⁇ 4 of a pitch angle of the comb portion of the first rotating electrode.
  • the embodiment it is possible to detect the rotation angle with a resolution four times finer than one pitch of the comb portion of the first rotating electrode.
  • Each of the first rotating electrode and the second rotating electrode has a plurality of combs provided radially around the shaft, and an annular connecting portion connecting the plurality of combs
  • the input-side first fixed electrode, the output-side first fixed electrode, the input-side second fixed electrode, and the output-side second fixed electrode are each provided with a plurality of combs provided radially about the shaft, And an arc-like connecting part connecting the plurality of comb parts, At least a part of the connection portion of the input first fixed electrode and the connection portion of the output first fixed electrode overlap the connection portion of the first rotating electrode when viewed from the axial direction of the shaft. At least a portion of the connection portion of the input-side second fixed electrode and the connection portion of the output-side second fixed electrode overlap the connection portion of the second rotating electrode as viewed from the axial direction of the shaft.
  • connection portion of the input-side first fixed electrode and the connection portion of the output-side first fixed electrode overlaps the connection portion of the first rotating electrode when viewed from the axial direction of the shaft.
  • connection portion of the side second fixed electrode and the connection portion of the output second fixed electrode overlaps the connection portion of the second rotating electrode as viewed from the axial direction of the shaft.
  • Each of the first rotating electrode and the second rotating electrode has a plurality of combs provided radially around the shaft, and an annular connecting portion connecting the plurality of combs
  • the input-side first fixed electrode, the output-side first fixed electrode, the input-side second fixed electrode, and the output-side second fixed electrode are each provided with a plurality of combs provided radially about the shaft, And an arc-like connecting part connecting the plurality of comb parts,
  • the connection portion of the input first fixed electrode and the connection portion of the output first fixed electrode are offset from each other without overlapping with the connection portion of the first rotating electrode as viewed from the axial direction of the shaft.
  • the connection portion of the input-side second fixed electrode and the connection portion of the output-side second fixed electrode are not overlapped with the connection portion of the second rotating electrode as viewed from the axial direction of the shaft.
  • connection portion of the input-side first fixed electrode and the connection portion of the output-side first fixed electrode are shifted so as not to overlap the connection portion of the first rotating electrode when viewed from the axial direction of the shaft.
  • the connection portion of the input-side second fixed electrode and the connection portion of the output-side second fixed electrode are not overlapped with the connection portion of the second rotating electrode as viewed from the axial direction of the shaft.
  • manufacture is easy, downsizing can be achieved, and highly accurate detection can be performed.
  • FIG. 1 It is a sectional view showing a 1st embodiment of a rotary encoder of the present invention. It is the top view seen from the axial direction of the shaft of a rotation board
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a rotary encoder according to the present invention.
  • the rotary encoder 1 includes a case 5, a fixed substrate 2 fixed to the case 5, a shaft 4 rotatably attached to the case 5 with respect to the fixed substrate 2, and the shaft 4.
  • a rotary electrode 30 On a surface of the rotary substrate 3 facing the stationary substrate 2, on the surface of the stationary substrate 2 facing the stationary substrate 2, on the surface of the stationary substrate 2 facing the rotary substrate 3 And a rotary electrode 30 provided.
  • the fixed electrode 20 and the rotating electrode 30 face each other, and a capacitance is formed between the fixed electrode 20 and the rotating electrode 30. That is, by rotating the shaft 4, the rotary substrate 30 is also rotated and the capacitance is changed. Then, by detecting the change in capacitance at this time, it is possible to detect the rotation direction and the rotation angle of the shaft 4 (rotational substrate 3).
  • the case 5 has a recess 51, and at the center of the bottom of the recess 51, a bearing 52 for supporting the shaft 4 is provided.
  • the shaft 4 is rotatably supported by the bearing 52.
  • the case 5 and the shaft 4 have insulating properties, and are formed of, for example, a resin.
  • the fixed substrate 2 is fixed to the bottom of the recess 51.
  • the fixed substrate 2 is inserted into the bearing portion 52 and is bonded to the bottom of the recess 51 with, for example, an adhesive.
  • the bearing portion 52 penetrates the center of the fixed substrate 2.
  • the rotating substrate 3 is inserted into the shaft 4 and attached to the shaft 4 so as to rotate integrally with the shaft 4.
  • the shaft 4 penetrates the center of the rotary substrate 3.
  • the center of the fixed substrate 2 and the center of the rotary substrate 3 are concentric when viewed from the axial direction of the shaft 4.
  • the fixed substrate 2 and the rotating substrate 3 have insulating properties, and are formed of, for example, a resin.
  • a dielectric 6 is provided between the fixed substrate 2 and the rotating substrate 3.
  • the dielectric 6 has a constant dielectric constant.
  • the dielectric 6 is, for example, a sheet having an insulating property.
  • the dielectric 6 may be fixed to the fixed substrate 2 or the rotating substrate 3, or may not be fixed to the fixed substrate 2 and the rotating substrate 3.
  • the dielectric 6 may be omitted.
  • FIG. 2 is a plan view of the rotary substrate 3 and the shaft 4 of the rotary electrode 30 as viewed in the axial direction.
  • the rotary electrode 30 is hatched for the sake of clarity.
  • the rotary electrode 30 includes a first rotary electrode 31 and a second rotary electrode 32.
  • the first rotating electrode 31 and the second rotating electrode 32 each have an annular comb shape.
  • the second rotating electrode 32 is disposed radially inward of the first rotating electrode 31.
  • FIG. 3 is a plan view of the fixed substrate 2 and the shaft 4 of the fixed electrode 20 as viewed in the axial direction.
  • the fixed electrode 20 is hatched in order to make it easy to understand.
  • the fixed electrode 20 includes an input first fixed electrode 21, an output first fixed electrode 22, an input second fixed electrode 23, and an output second fixed electrode 24.
  • the input first fixed electrode 21, the output first fixed electrode 22, the input second fixed electrode 23, and the output second fixed electrode 24 each have an arc-like comb shape.
  • the input first fixed electrode 21 is disposed to face the first rotating electrode 31, and a first signal is input.
  • the output-side first fixed electrode 22 is disposed to face the first rotating electrode 31, and a first signal is output.
  • the input-side second fixed electrode 23 is disposed to face the second rotating electrode 32 and receives a second signal.
  • the output-side second fixed electrode 24 is disposed to face the second rotating electrode 32, and a second signal is output.
  • the rotary encoder 1 when the first signal is input to the input first fixed electrode 21, a capacitance is formed between the input first fixed electrode 21 and the first rotating electrode 31, and A capacitance is formed between the one rotation electrode 31 and the output-side first fixed electrode 22, and a first signal based on the capacitance is output from the output-side first fixed electrode 22.
  • the first rotary electrode 31 facing the input first fixed electrode 21 depends on the opposing area. Charge is induced electrostatically. Furthermore, on the first rotary electrode 31 facing the output-side first fixed electrode 22, a charge whose sign is opposite to the charge induced on the input side is induced. Therefore, a voltage (first signal) whose phase is inverted from the input voltage is output to the output-side first fixed electrode 22.
  • the second rotary electrode 32 facing the input second fixed electrode 23 depends on the opposing area. Charge is induced electrostatically. Furthermore, on the second rotary electrode 32 facing the output-side second fixed electrode 24, a charge whose sign is opposite to the charge induced on the input side is induced. Therefore, a voltage (second signal) whose phase is inverted from the input voltage is output to the output-side second fixed electrode 24.
  • the shaft 4 (rotary substrate 3) based on the first signal output from the output first fixed electrode 22 and the second signal output from the output second fixed electrode 24. Detect the rotation direction and rotation angle of
  • the rotation direction and the rotation angle of the shaft 4 can be detected by two signals using the two rotation electrodes 31, 32 and the four fixed electrodes 21, 22, 23, 24. Therefore, even if the pitch angles of the electrodes 21 to 24, 31 and 32 are not finely formed, highly accurate detection is possible. Therefore, it is possible to realize the rotary encoder 1 which can be easily manufactured, can be miniaturized, and can be detected with high accuracy. Further, since signals are input / output on the fixed electrodes 21, 22, 23, 24, the terminal design is simplified as compared with the case where signals are input / output on the rotary electrodes 31, 32 side.
  • the input first fixed electrode 21 and the output first fixed electrode 22 face each other with the shaft 4 as a center.
  • the input second fixed electrode 23 and the output second fixed electrode 24 face each other with the shaft 4 as a center.
  • the input-side first fixed electrode 21 and the output-side first fixed electrode 22 and the input-side second fixed electrode 23 and the output-side second fixed electrode 24 do not overlap in the radial direction but are shifted in the circumferential direction.
  • the fixed substrate 2 is divided into four sections of 90 ° around the axis of the shaft 4 in plan view.
  • the input-side first fixed electrode 21 is disposed on one side of the first and second sections facing each other, and the output-side first fixed electrode 22 is disposed on the other side.
  • the input second fixed electrode 23 is disposed on one side of the third and fourth sections facing each other, and the output second fixed electrode 24 is disposed on the other side. That is, between the circumferential direction of the input first fixed electrode 21 and the output first fixed electrode 22, the input second fixed electrode 23 and the output second fixed electrode 24 are disposed.
  • the first rotary electrode 31 has a plurality of comb portions 311 provided radially around the shaft 4 and an annular connecting portion 312 connecting the plurality of comb portions 311.
  • the plurality of comb portions 311 extend radially inward from the inner periphery of the connecting portion 312.
  • the second rotating electrode 32 has a plurality of comb portions 321 provided radially around the shaft 4 and an annular connecting portion 322 connecting the plurality of comb portions 321.
  • the plurality of comb portions 321 extend radially outward from the outer periphery of the connecting portion 322.
  • the pitch angle ⁇ 31 of the comb portions 311 adjacent in the circumferential direction of the first rotating electrode 31 and the pitch angle ⁇ 32 of the comb portions 321 adjacent in the circumferential direction of the second rotating electrode 32 are the same.
  • the pitch angle theta 31 comb parts 311 of the first rotary electrode 31 is 7.2 °
  • the electrode width of the comb 311 is 3.6 °
  • gap adjacent comb 311 3 .6 ° The same applies to the comb portion 321 of the second rotation electrode 32.
  • the comb portion 321 of the second rotary electrode 32 is circumferentially offset from the comb portion 311 of the first rotary electrode 31 by 1 ⁇ 4 of the pitch angle ⁇ 31 of the comb portion 311 of the first rotary electrode 31.
  • the pitch angle theta 31 comb parts 311 of the first rotary electrode 31 is 7.2 °
  • the rotation angle can be detected with a resolution four times smaller than one pitch of the comb portion 311 of the first rotating electrode 31.
  • the input-side first fixed electrode 21 has a plurality of comb portions 211 provided radially around the shaft 4 and an arc-shaped connecting portion 212 connecting the plurality of comb portions 211.
  • the plurality of comb portions 211 extend radially inward from the inner periphery of the connecting portion 212.
  • the output-side first fixed electrode 22 includes a plurality of comb portions 221 and a connection portion 222.
  • Pitch angle theta 22 comb parts 221 of the pitch angle theta 21 and the output side the first fixed electrode 22 of the comb portion 211 of the input-side first fixing electrode 21 is the same as the pitch angle theta 31 comb parts 311 of the first rotary electrode 31 In this embodiment, it is 7.2 °.
  • the input-side second fixed electrode 23 has a plurality of comb portions 231 provided radially around the shaft 4 and an arc-shaped connecting portion 232 connecting the plurality of comb portions 231.
  • the plurality of comb portions 231 extend radially outward from the outer periphery of the connecting portion 232.
  • the output-side second fixed electrode 24 includes a plurality of comb portions 241 and a connection portion 242.
  • Pitch angle theta 24 comb parts 241 of the pitch angle theta 23 and the output-side second stationary electrode 24 of the comb portion 231 of the input-side second fixing electrode 23 is the same as the pitch angle theta 32 comb parts 321 of the second rotary electrode 32 In this embodiment, it is 7.2 °.
  • the arrangement phase of the comb parts 211 and 221 of the first fixed electrodes 21 and 22 and the arrangement phase of the comb parts 231 and 241 of the second fixed electrodes 23 and 24 are not offset. That is, when the first fixed electrodes 21 and 22 and the second fixed electrodes 23 and 24 are respectively continuous in the circumferential direction to form a completely annular pattern, the first fixed electrodes 21 and 22 and the second fixed electrodes 23 and 24 are formed. The positions (or gaps) of the combs appear at the same angle.
  • connection portion 212 of the input first fixed electrode 21 and the connection portion 222 of the output first fixed electrode 22 overlap the connection portion 312 of the first rotation electrode 31 when viewed from the axial direction of the shaft 4.
  • all of the coupling portions 212 and 222 of the first fixed electrodes 21 and 22 overlap all of the coupling portions 312 of the first rotary electrode 31.
  • the connecting portions 212 and 222 of the first fixed electrodes 21 and 22 overlap the connecting portion 312 of the first rotating electrode 31, and the connecting portions 232 and 242 of the second fixed electrodes 23 and 24 perform the second rotation. Since the first fixed electrodes 21 and 22 and the first rotating electrode 31 can have the same external dimensions because they overlap the connecting portion 322 of the electrode 32, the external dimensions of the second fixed electrodes 23 and 24 and the second rotating electrode 32 can be the same. it can. Therefore, there is no need to increase the outer dimensions of the fixed electrodes 21 to 24 or the rotary electrodes 31 and 32 in order to make the outer dimensions of the fixed electrodes 21 to 24 different from the outer dimensions of the rotary electrodes 31 and 32, and miniaturization can be achieved. .
  • the second rotating electrode 32 has a phase in the clockwise direction by 1 ⁇ 4 (1.8 °) of the pitch angle ⁇ 31 of the first rotating electrode 31 with respect to the first rotating electrode 31. proceeding.
  • the first fixed electrodes 21 and 22 and the second fixed electrodes 23 and 24 are hatched for the sake of clarity.
  • the facing areas of the fixed electrodes 21 to 24 and the rotary electrodes 31 and 32 periodically fluctuate in synchronization with the rotation of the rotary substrate 3.
  • the pitch angle is 3.6 °
  • the maximum value and the minimum value of the A-phase signal (first signal) are output from the output first fixed electrode 22 at intervals of 3.6 °
  • the output-side second fixed electrode 24 also outputs the maximum value and the minimum value of the B-phase signal (second signal) at intervals of 3.6 °.
  • the output waveform of the B phase is also offset by 1.8 ° from the A phase. Ru.
  • acquiring the output waveform of both A phase and B phase will output the maximum value and the minimum value at intervals of 1.8 °, which is 4 times finer than the electrodes formed at intervals of 7.2 °.
  • the rotation angle can be detected at an interval of 1.8 °.
  • FIG. 6A shows the case where the rotation angle of the rotary electrodes 31 and 32 is 0 °, which is the same as FIG. 4A, and as shown in FIG. , Half the maximum value.
  • FIG. 8 The graph when rotating the rotary electrodes 31 and 32 in the clockwise direction is shown in FIG. 8, and the graph when the rotary electrodes 31 and 32 are rotated in the counterclockwise direction is shown in FIG.
  • the detection of the rotation angle of the shaft 4 (rotational electrodes 31, 32) will be described.
  • the number of maximum value and minimum value of the output is counted up to convert it into the rotation angle. it can.
  • a threshold may be set to the voltage using an arithmetic circuit (not shown), the output waveform may be converted into a pulse wave, and “0” “1” of the pulse may be counted up.
  • the B phase also outputs the maximum value when the A phase returns 1.8 ° after the maximum value is output.
  • the B phase which is 1.8 ° back from the minimum value of the A phase, also outputs the minimum value. That is, the relationship between the maximum value and the minimum value is uniform in both the A phase and the B phase.
  • FIG. 10 is a simplified plan view showing a second embodiment of the rotary encoder of the present invention.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in the positional relationship between the fixed electrode and the rotating electrode. This different configuration is described below.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the same reference numeral as that of the first embodiment is given and the description thereof is omitted.
  • connection portion 212 of the input first fixed electrode 21 and the connection portion 222 of the output first fixed electrode 22 are viewed from the axial direction of the shaft 4.
  • the coupling portion 312 of the first rotation electrode 31 is not overlapped.
  • the connection portion 232 of the input-side second fixed electrode 23 and the connection portion 242 of the output-side second fixed electrode 24 are not overlapped with the connection portion 322 of the second rotation electrode 32 when viewed from the axial direction of the shaft 4.
  • the comb parts of the fixed electrodes 21 to 24 and the rotary electrodes 31 and 32 are omitted.
  • connection portion 212 of the input first fixed electrode 21 and the connection portion 222 of the output first fixed electrode 22 are located radially outside the connection portion 312 of the first rotating electrode 31.
  • the connecting portion 232 of the input-side second fixed electrode 23 and the connecting portion 242 of the output-side second fixed electrode 24 are located radially inward of the connecting portion 322 of the second rotating electrode 32.
  • connection portion 212 of the input first fixed electrode 21 and the connection portion 222 of the output first fixed electrode 22 and the connection portion 312 of the first rotating electrode 31 can be prevented. It is prevented that excess capacitance is formed between the connection portion 232 of the input second fixed electrode 23 and the connection portion 242 of the output second fixed electrode 24 and the connection portion 322 of the second rotary electrode 32. it can.
  • FIG. 11 is a simplified plan view showing a third embodiment of the rotary encoder of the present invention.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in the positional relationship of the fixed electrodes. This different configuration is described below.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the same reference numeral as that of the first embodiment is given and the description thereof is omitted.
  • the first input fixed electrode 21, the first output fixed first electrode 22, the second input fixed second electrode 23, and the second fixed output electrode 24 are provided.
  • each comprises a semi-circular comb shape.
  • the number of combs of each of the fixed electrodes 21 to 24 is depicted smaller than the actual number.
  • the input first fixed electrode 21 and the output first fixed electrode 22 face each other with the shaft 4 as a center.
  • the input second fixed electrode 23 and the output second fixed electrode 24 face each other with the shaft 4 as a center.
  • the input first fixed electrode 21 and the input second fixed electrode 23 overlap in the radial direction.
  • the output first fixed electrode 22 and the output second fixed electrode 24 overlap in the radial direction.
  • the shape of the fixed electrodes 21 to 24 can be enlarged, and the arrangement of the fixed electrodes 21 to 24 can be simplified, so that the manufacture of the fixed electrodes 21 to 24 becomes easy.
  • FIG. 12 is a simplified plan view showing a fourth embodiment of the rotary encoder according to the present invention.
  • the fourth embodiment is different from the first embodiment in the positional relationship of the fixed electrodes. This different configuration is described below.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the same reference numeral as that of the first embodiment is given and the description thereof is omitted.
  • the input first fixed electrode 21, the output first fixed electrode 22, the input second fixed electrode 23, and the output second fixed electrode 24 are provided. , And each comprises a semi-circular comb shape.
  • the number of combs of each of the fixed electrodes 21 to 24 is depicted smaller than the actual number.
  • the input first fixed electrode 21 and the output first fixed electrode 22 face each other with the shaft 4 as a center.
  • the input second fixed electrode 23 and the output second fixed electrode 24 face each other with the shaft 4 as a center.
  • the input second fixed electrode 23 radially overlaps the input first fixed electrode 21 and the output first fixed electrode 22.
  • the output-side second fixed electrode 24 radially overlaps the input-side first fixed electrode 21 and the output-side first fixed electrode 22.
  • the shape of the fixed electrodes 21 to 24 can be enlarged, and the arrangement of the fixed electrodes 21 to 24 can be simplified, so that the manufacture of the fixed electrodes 21 to 24 becomes easy.
  • this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A design change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
  • the feature points of the first to fourth embodiments may be combined variously.
  • phase of the first rotating electrode and the phase of the second rotating electrode are offset in the circumferential direction, but the phase of the first fixed electrode and the phase of the second fixed electrode are offset in the circumferential direction You may
  • all pitch angles of the rotating electrode and the fixed electrode may be equal, but at least one pitch angle may be different from other pitch angles.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

回転型エンコーダは、固定基板とシャフトと回転基板と固定電極と回転電極とを備える。回転電極は、円環状の櫛形状からなる第１回転電極と、第１回転電極の径方向内側に配置され円環状の櫛形状からなる第２回転電極とを含む。固定電極は、第１回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第１信号が入力される入力側第１固定電極と、第１回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第１信号が出力される出力側第１固定電極と、第２回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第２信号が入力される入力側第２固定電極と、第２回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第２信号が出力される出力側第２固定電極とを含む。

Description

回転型エンコーダ
　本発明は、回転型エンコーダに関する。
　従来、回転型エンコーダとしては、特開２０００－１２１３８４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この回転型エンコーダは、固定基板と、固定基板に対して回転可能に設けられたシャフトと、シャフトと共に回転可能で固定基板に対向して設けられた回転基板とを有する。
　固定基板の回転基板と対向する面には、シャフトを中心として径方向外側に延びる放射状の固定電極が設けられている。回転基板の固定基板と対向する面には、シャフトを中心として径方向外側に延びる放射状の回転電極が設けられている。
　そして、回転基板を回転させた状態で、固定電極に信号（電圧）を入力すると、固定電極と回転電極の間で静電容量が形成され、静電容量に基づいた信号（電圧）が回転電極から出力される。この出力信号に基づいて回転基板の回転角度などを検出することができる。
特開２０００－１２１３８４号公報
　ところで、回転型エンコーダの検出精度を高めようとする場合、固定電極と回転電極のピッチ角度を微細に形成する必要がある。固定電極と回転電極のピッチ角度を微細に形成するには、固定基板と回転基板の外形寸法を大きくすると容易に形成できるが、近年、小型の回転型エンコーダが望まれているため、固定基板および回転基板を大型化することはできない。一方、固定基板と回転基板の外形寸法を大きくしないで、固定電極と回転電極のピッチ角度を微細に形成しようとすると、製造が困難となる。
　そこで、本発明の課題は、製造が容易で、小型化を図ることができ、高精度な検出が可能となる回転型エンコーダを提供することにある。
　前記課題を解決するため、本発明の回転型エンコーダは、
　固定基板と、
　前記固定基板に対して回転可能に設けられたシャフトと、
　前記シャフトと共に回転可能で前記固定基板に対向して設けられた回転基板と、
　前記固定基板の前記回転基板と対向する面に設けられた固定電極と、
　前記回転基板の前記固定基板と対向する面に設けられ、前記固定電極との間で静電容量を形成する回転電極と
を備え、
　前記回転電極は、円環状の櫛形状からなる第１回転電極と、前記第１回転電極の径方向内側に配置され円環状の櫛形状からなる第２回転電極とを含み、
　前記固定電極は、前記第１回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第１信号が入力される入力側第１固定電極と、前記第１回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第１信号が出力される出力側第１固定電極と、前記第２回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第２信号が入力される入力側第２固定電極と、前記第２回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第２信号が出力される出力側第２固定電極とを含む。
　本発明の回転型エンコーダによれば、回転電極は、第１回転電極と第２回転電極とを含み、固定電極は、入力側第１固定電極と出力側第１固定電極と入力側第２固定電極と出力側第２固定電極とを含む。
　そして、入力側第１固定電極に第１信号を入力すると、入力側第１固定電極と第１回転電極の間で静電容量が形成されると共に、第１回転電極と出力側第１固定電極の間で静電容量が形成されて、静電容量に基づいた第１信号が出力側第１固定電極から出力される。同様に、入力側第２固定電極に第２信号を入力すると、入力側第２固定電極と第２回転電極の間で静電容量が形成されると共に、第２回転電極と出力側第２固定電極の間で静電容量が形成されて、静電容量に基づいた第２信号が出力側第２固定電極から出力される。
　このように、２つの回転電極と４つの固定電極を用い、２つの信号により、シャフト（回転基板）の回転方向と回転角度を検出することができるので、電極のピッチ角度を微細に形成しなくても、高精度な検出が可能となる。したがって、製造が容易で、小型化を図ることができ、高精度な検出が可能となる回転型エンコーダを実現できる。
　また、回転型エンコーダの一実施形態では、
　前記入力側第１固定電極と前記出力側第１固定電極は、前記シャフトを中心として対向し、
　前記入力側第２固定電極と前記出力側第２固定電極は、前記シャフトを中心として対向し、
　前記入力側第１固定電極および前記出力側第１固定電極と前記入力側第２固定電極および前記出力側第２固定電極は、径方向に重ならないで周方向にずれている。
　前記実施形態によれば、入力側第１固定電極と出力側第１固定電極を周方向に離隔することができるので、入力側第１固定電極と出力側第１固定電極の間の容量結合を抑制し、浮遊容量の耐性を強くできる。同様に、入力側第２固定電極と出力側第２固定電極を周方向に離隔することができるので、入力側第２固定電極と出力側第２固定電極の間の容量結合を抑制し、浮遊容量の耐性を強くできる。
　また、回転型エンコーダの一実施形態では、
　前記第１回転電極と前記第２回転電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円環状の連結部とを有し、
　前記第１回転電極の周方向に隣り合う前記櫛部のピッチ角度と前記第２回転電極の周方向に隣り合う前記櫛部のピッチ角度は、同じであり、
　前記第２回転電極の前記櫛部は、前記第１回転電極の前記櫛部に対して、前記第１回転電極の前記櫛部のピッチ角度の１／４だけ周方向にずれている。
　前記実施形態によれば、第１回転電極の櫛部の１ピッチより４倍細かい分解能で回転角を検知できる。
　また、回転型エンコーダの一実施形態では、
　前記第１回転電極と前記第２回転電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円環状の連結部とを有し、
　前記入力側第１固定電極と前記出力側第１固定電極と前記入力側第２固定電極と前記出力側第２固定電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円弧状の連結部とを有し、
　前記入力側第１固定電極の前記連結部と前記出力側第１固定電極の前記連結部の少なくとも一部は、前記シャフトの軸方向からみて、前記第１回転電極の前記連結部に重なり、
　前記入力側第２固定電極の前記連結部と前記出力側第２固定電極の前記連結部の少なくとも一部は、前記シャフトの軸方向からみて、前記第２回転電極の連結部に重なる。
　前記実施形態によれば、入力側第１固定電極の連結部と出力側第１固定電極の連結部の少なくとも一部は、シャフトの軸方向からみて、第１回転電極の連結部に重なり、入力側第２固定電極の連結部と出力側第２固定電極の連結部の少なくとも一部は、シャフトの軸方向からみて、第２回転電極の連結部に重なる。これにより、固定電極と回転電極の外形寸法を同じにでき、固定電極と回転電極の外形寸法を異ならせるために、固定電極または回転電極の外形寸法を大きくする必要がなく、小型化を図ることができる。
　また、回転型エンコーダの一実施形態では、
　前記第１回転電極と前記第２回転電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円環状の連結部とを有し、
　前記入力側第１固定電極と前記出力側第１固定電極と前記入力側第２固定電極と前記出力側第２固定電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円弧状の連結部とを有し、
　前記入力側第１固定電極の前記連結部と前記出力側第１固定電極の前記連結部は、前記シャフトの軸方向からみて、前記第１回転電極の前記連結部に重ならないでずれており、
　前記入力側第２固定電極の前記連結部と前記出力側第２固定電極の前記連結部は、前記シャフトの軸方向からみて、前記第２回転電極の前記連結部に重ならないでずれている。
　前記実施形態によれば、入力側第１固定電極の連結部と出力側第１固定電極の連結部は、シャフトの軸方向からみて、第１回転電極の連結部に重ならないでずれており、入力側第２固定電極の連結部と出力側第２固定電極の連結部は、シャフトの軸方向からみて、第２回転電極の連結部に重ならないでずれている。これにより、固定電極の連結部と回転電極の連結部の間で余分な静電容量が形成されることを防止できる。
　本発明の回転型エンコーダによれば、製造が容易で、小型化を図ることができ、高精度な検出が可能となる。
本発明の回転型エンコーダの第１実施形態を示す断面図である。 回転基板および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 固定基板および固定電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極の回転角度が０°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極の回転角度が１．８°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極の回転角度が３．６°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極の回転角度が５．４°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極の回転角度が７．２°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極を時計回り方向に回転させたときのＡ相とＢ相の出力を示すグラフである。 回転電極の回転角度が０°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極の回転角度が－１．８°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極の回転角度が－３．６°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極の回転角度が－５．４°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極の回転角度が－７．２°であるときの固定電極および回転電極のシャフトの軸方向からみた平面図である。 回転電極を反時計回り方向に回転させたときのＡ相とＢ相の出力を示すグラフである。 回転電極を時計回り方向に回転させたときのＡ相とＢ相の出力を示すグラフである。 回転電極を反時計回り方向に回転させたときのＡ相とＢ相の出力を示すグラフである。 本発明の回転型エンコーダの第２実施形態を示す簡略平面図である。 本発明の回転型エンコーダの第３実施形態を示す簡略平面図である。 本発明の回転型エンコーダの第４実施形態を示す簡略平面図である。
　以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の回転型エンコーダの第１実施形態を示す断面図である。図１に示すように、回転型エンコーダ１は、ケース５と、ケース５に固定された固定基板２と、固定基板２に対して回転可能にケース５に取り付けられたシャフト４と、シャフト４と共に回転可能で固定基板２に対向して設けられた回転基板３と、固定基板２の回転基板３と対向する面に設けられた固定電極２０と、回転基板３の固定基板２と対向する面に設けられた回転電極３０とを有する。
　固定電極２０と回転電極３０は、互いに対向し、固定電極２０と回転電極３０の間で静電容量が形成される。つまり、シャフト４を回転させることで、回転基板３０も回転して静電容量が変化する。そして、このときの静電容量の変化を検出することで、シャフト４（回転基板３）の回転方向と回転角度を検出することができる。
　ケース５は、凹部５１を有し、凹部５１の底の中央には、シャフト４を支持する軸受部５２が設けられている。シャフト４は、軸受部５２に回転可能に支持される。ケース５およびシャフト４は、絶縁性を有し、例えば、樹脂から形成される。
　固定基板２は、凹部５１の底に固定される。固定基板２は、軸受部５２に挿入され、例えば、接着剤で凹部５１の底に貼り合せられる。軸受部５２は、固定基板２の中心を貫通する。
　回転基板３は、シャフト４に挿入され、シャフト４と一体に回転するように、シャフト４に取り付けられる。シャフト４は、回転基板３の中心を貫通する。固定基板２の中心と回転基板３の中心は、シャフト４の軸方向からみて、同心となる。固定基板２および回転基板３は、絶縁性を有し、例えば、樹脂から形成される。
　固定基板２と回転基板３の間には、誘電体６が設けられている。誘電体６は、一定の誘電率を有する。誘電体６は、例えば、絶縁性を有するシートである。誘電体６は、固定基板２または回転基板３に固定してもよく、または、固定基板２および回転基板３に固定しなくてもよい。なお、誘電体６を省略してもよい。
　図２は、回転基板３および回転電極３０のシャフト４の軸方向からみた平面図である。図２では、分かりやすくするために、回転電極３０をハッチングで示す。図２に示すように、回転電極３０は、第１回転電極３１と第２回転電極３２を含む。第１回転電極３１と第２回転電極３２は、それぞれ、円環状の櫛形状からなる。第２回転電極３２は、第１回転電極３１の径方向内側に配置されている。
　図３は、固定基板２および固定電極２０のシャフト４の軸方向からみた平面図である。図３では、分かりやすくするために、固定電極２０をハッチングで示す。図３に示すように、固定電極２０は、入力側第１固定電極２１と出力側第１固定電極２２と入力側第２固定電極２３と出力側第２固定電極２４とを含む。入力側第１固定電極２１、出力側第１固定電極２２、入力側第２固定電極２３および出力側第２固定電極２４は、それぞれ、円弧状の櫛形状からなる。
　図１と図２と図３に示されるように、入力側第１固定電極２１は、第１回転電極３１に対向して配置され第１信号が入力される。出力側第１固定電極２２は、第１回転電極３１に対向して配置され第１信号が出力される。入力側第２固定電極２３は、第２回転電極３２に対向して配置され第２信号が入力される。出力側第２固定電極２４は、第２回転電極３２に対向して配置され第２信号が出力される。
　前記回転型エンコーダ１によれば、入力側第１固定電極２１に第１信号を入力すると、入力側第１固定電極２１と第１回転電極３１の間で静電容量が形成されると共に、第１回転電極３１と出力側第１固定電極２２の間で静電容量が形成されて、静電容量に基づいた第１信号が出力側第１固定電極２２から出力される。
　具体的に述べると、Ａ相の電圧（第１信号）を入力側第１固定電極２１に入力すると、入力側第１固定電極２１と対向する第１回転電極３１には、対向面積に依存した電荷が静電誘導される。さらに、出力側第１固定電極２２と対向する第１回転電極３１には、前記入力側で誘導された電荷と符号の反転した電荷が誘導される。したがって、出力側第１固定電極２２には、入力電圧と位相の反転した電圧（第１信号）が出力される。
　同様に、入力側第２固定電極２３に第２信号を入力すると、入力側第２固定電極２３と第２回転電極３２の間で静電容量が形成されると共に、第２回転電極３２と出力側第２固定電極２４の間で静電容量が形成されて、静電容量に基づいた第２信号が出力側第２固定電極２４から出力される。
　具体的に述べると、Ｂ相の電圧（第２信号）を入力側第２固定電極２３に入力すると、入力側第２固定電極２３と対向する第２回転電極３２には、対向面積に依存した電荷が静電誘導される。さらに、出力側第２固定電極２４と対向する第２回転電極３２には、前記入力側で誘導された電荷と符号の反転した電荷が誘導される。したがって、出力側第２固定電極２４には、入力電圧と位相の反転した電圧（第２信号）が出力される。
　そして、詳細は後述するが、出力側第１固定電極２２から出力される第１信号と、出力側第２固定電極２４から出力される第２信号とに基づいて、シャフト４（回転基板３）の回転方向と回転角度を検出する。
　このように、２つの回転電極３１，３２と４つの固定電極２１，２２，２３，２４を用い、２つの信号により、シャフト４（回転基板３）の回転方向と回転角度を検出することができるので、電極２１～２４，３１，３２のピッチ角度を微細に形成しなくても、高精度な検出が可能となる。したがって、製造が容易で、小型化を図ることができ、高精度な検出が可能となる回転型エンコーダ１を実現できる。また、固定電極２１，２２，２３，２４側で信号を入出力するので、回転電極３１，３２側で信号を入出力する場合に比べて、端子設計が簡便となる。
　図３に示すように、入力側第１固定電極２１と出力側第１固定電極２２は、シャフト４を中心として対向する。入力側第２固定電極２３と出力側第２固定電極２４は、シャフト４を中心として対向する。入力側第１固定電極２１および出力側第１固定電極２２と入力側第２固定電極２３および出力側第２固定電極２４は、径方向に重ならないで周方向にずれている。
　具体的に述べると、固定基板２を、平面からみて、シャフト４の軸を中心として９０°ずつの４つの区画に区分する。互いに対向する第１と第２区画のうち、一方側に入力側第１固定電極２１を配置し、他方側に出力側第１固定電極２２を配置する。互いに対向する第３と第４区画のうち、一方側に入力側第２固定電極２３を配置し、他方側に出力側第２固定電極２４を配置する。つまり、入力側第１固定電極２１と出力側第１固定電極２２の周方向の間には、入力側第２固定電極２３と出力側第２固定電極２４が配置される。
　したがって、入力側第１固定電極２１と出力側第１固定電極２２を周方向に離隔することができるので、入力側第１固定電極２１と出力側第１固定電極２２の間の容量結合を抑制し、浮遊容量の耐性を強くできる。同様に、入力側第２固定電極２３と出力側第２固定電極２４を周方向に離隔することができるので、入力側第２固定電極２３と出力側第２固定電極２４の間の容量結合を抑制し、浮遊容量の耐性を強くできる。
　図２に示すように、第１回転電極３１は、シャフト４を中心として放射状に設けられた複数の櫛部３１１と、複数の櫛部３１１を連結する円環状の連結部３１２とを有する。複数の櫛部３１１は、連結部３１２の内周から径方向内側に延在している。
　第２回転電極３２は、シャフト４を中心として放射状に設けられた複数の櫛部３２１と、複数の櫛部３２１を連結する円環状の連結部３２２とを有する。複数の櫛部３２１は、連結部３２２の外周から径方向外側に延在している。
　第１回転電極３１の周方向に隣り合う櫛部３１１のピッチ角度θ３１と第２回転電極３２の周方向に隣り合う櫛部３２１のピッチ角度θ３２は、同じである。この実施形態では、第１回転電極３１の櫛部３１１のピッチ角度θ３１は、７．２°であり、櫛部３１１の電極幅は、３．６°であり、隣り合う櫛部３１１の隙間は、３．６°である。第２回転電極３２の櫛部３２１についても同様である。
　第２回転電極３２の櫛部３２１は、第１回転電極３１の櫛部３１１に対して、第１回転電極３１の櫛部３１１のピッチ角度θ３１の１／４だけ周方向にずれている。この実施形態では、第１回転電極３１の櫛部３１１のピッチ角度θ３１が、７．２°であるため、第２回転電極３２の櫛部３２１は、第１回転電極３１の櫛部３１１に対して、１．８°だけ周方向にずれている。
　したがって、第１回転電極３１の櫛部３１１の１ピッチより４倍細かい分解能で回転角を検知できる。
　図３に示すように、入力側第１固定電極２１は、シャフト４を中心として放射状に設けられた複数の櫛部２１１と、複数の櫛部２１１を連結する円弧状の連結部２１２とを有する。複数の櫛部２１１は、連結部２１２の内周から径方向内側に延在している。同様に、出力側第１固定電極２２は、複数の櫛部２２１と連結部２２２とを有する。入力側第１固定電極２１の櫛部２１１のピッチ角度θ２１と出力側第１固定電極２２の櫛部２２１のピッチ角度θ２２は、第１回転電極３１の櫛部３１１のピッチ角度θ３１と同じであり、この実施形態では、７．２°である。
　入力側第２固定電極２３は、シャフト４を中心として放射状に設けられた複数の櫛部２３１と、複数の櫛部２３１を連結する円弧状の連結部２３２とを有する。複数の櫛部２３１は、連結部２３２の外周から径方向外側に延在している。同様に、出力側第２固定電極２４は、複数の櫛部２４１と連結部２４２とを有する。入力側第２固定電極２３の櫛部２３１のピッチ角度θ２３と出力側第２固定電極２４の櫛部２４１のピッチ角度θ２４は、第２回転電極３２の櫛部３２１のピッチ角度θ３２と同じであり、この実施形態では、７．２°である。
　また、第１固定電極２１，２２の櫛部２１１，２２１の配置の位相と第２固定電極２３，２４の櫛部２３１，２４１の配置の位相とは、オフセットしない。すなわち、第１固定電極２１，２２と第２固定電極２３，２４をそれぞれ周方向に連続させ、完全な円環状のパターンとした場合、第１固定電極２１，２２および第２固定電極２３，２４の櫛部の位置（あるいは隙間）は、同一角度で出現する。
　入力側第１固定電極２１の連結部２１２と出力側第１固定電極２２の連結部２２２の少なくとも一部は、シャフト４の軸方向からみて、第１回転電極３１の連結部３１２に重なる。この実施形態では、第１固定電極２１，２２の連結部２１２，２２２の全てが、第１回転電極３１の連結部３１２の全てに重なっている。
　入力側第２固定電極２３の連結部２３２と出力側第２固定電極２４の連結部２４２の少なくとも一部は、シャフト４の軸方向からみて、第２回転電極３２の連結部３２２に重なる。この実施形態では、第２固定電極２３，２４の連結部２３２，２４２の全てが、第２回転電極３２の連結部３２２の全てに重なっている。
　これによれば、第１固定電極２１，２２の連結部２１２，２２２が、第１回転電極３１の連結部３１２に重なり、第２固定電極２３，２４の連結部２３２，２４２が、第２回転電極３２の連結部３２２に重なるので、第１固定電極２１，２２と第１回転電極３１の外形寸法を同じにでき、第２固定電極２３，２４と第２回転電極３２の外形寸法を同じにできる。したがって、固定電極２１～２４と回転電極３１，３２の外形寸法を異ならせるために、固定電極２１～２４または回転電極３１，３２の外形寸法を大きくする必要がなく、小型化を図ることができる。
　次に、シャフト４（回転基板３）の回転方向と回転角度を検出する方法を説明する。
　図４Ａに示すように、第２回転電極３２は、第１回転電極３１に対して、第１回転電極３１のピッチ角度θ３１の１／４（１．８°）だけ時計回り方向に位相を進めている。図４Ａ以降の図面では、分かりやすくするために、第１固定電極２１，２２および第２固定電極２３，２４をハッチングで示す。
　回転基板３（回転電極３１，３２）を回転させると、回転基板３の回転と同期し、固定電極２１～２４と回転電極３１，３２の対向面積が周期的に変動する。本実施形態では、ピッチ角度は３．６°であるので、出力側第１固定電極２２から、３．６°間隔でＡ相の信号（第１信号）の最大値と最小値が出力され、出力側第２固定電極２４からも、３．６°間隔でＢ相の信号（第２信号）の最大値と最小値が出力される。さらに、Ｂ相側の第２回転電極３２は、Ａ相側の第１回転電極３１に対して１．８°オフセットさせているので、Ｂ相の出力波形もＡ相より１．８°オフセットされる。つまり、Ａ相とＢ相の両方の出力波形を取得すると、１．８°間隔で最大値と最小値を出力することになり、７．２°間隔で形成した電極に対して、４倍細かい１．８°間隔で回転角度を検知することができる。
　図４Ａに示すように、回転電極３１，３２の回転角度が０°であるとき、第１回転電極３１の櫛部３１１と、入力側第１固定電極２１の櫛部２１１および出力側第１固定電極２２の櫛部２２１とは、互いに全てが重なり、図５に示すように、Ａ相の出力（実線で示す）は、最大値となる。一方、第２回転電極３２の櫛部３２１と、入力側第２固定電極２３の櫛部２３１および出力側第２固定電極２４の櫛部２４１とは、互いに半分が重なり、図５に示すように、Ｂ相の出力（点線で示す）は、最大値の半分の値となる。
　図４Ｂに示すように、回転電極３１，３２を時計回り方向に回転させて回転電極３１，３２の回転角度が１．８°となるとき、第１回転電極３１の櫛部３１１と、入力側第１固定電極２１の櫛部２１１および出力側第１固定電極２２の櫛部２２１とは、互いに半分が重なり、図５に示すように、Ａ相の出力は、最大値の半分の値となる。一方、第２回転電極３２の櫛部３２１と、入力側第２固定電極２３の櫛部２３１および出力側第２固定電極２４の櫛部２４１とは、互いに重ならず、図５に示すように、Ｂ相の出力は、最小値となる。
　図４Ｃに示すように、回転電極３１，３２を時計回り方向に回転させて回転電極３１，３２の回転角度が３．６°となるとき、第１回転電極３１の櫛部３１１と、入力側第１固定電極２１の櫛部２１１および出力側第１固定電極２２の櫛部２２１とは、互いに重ならず、図５に示すように、Ａ相の出力は、最小値となる。一方、第２回転電極３２の櫛部３２１と、入力側第２固定電極２３の櫛部２３１および出力側第２固定電極２４の櫛部２４１とは、互いに半分が重なり、図５に示すように、Ｂ相の出力は、最大値の半分の値となる。
　図４Ｄに示すように、回転電極３１，３２を時計回り方向に回転させて回転電極３１，３２の回転角度が５．４°となるとき、第１回転電極３１の櫛部３１１と、入力側第１固定電極２１の櫛部２１１および出力側第１固定電極２２の櫛部２２１とは、互いに半分が重なり、図５に示すように、Ａ相の出力は、最大値の半分の値となる。一方、第２回転電極３２の櫛部３２１と、入力側第２固定電極２３の櫛部２３１および出力側第２固定電極２４の櫛部２４１とは、互いに全てが重なり、図５に示すように、Ｂ相の出力は、最大値となる。
　図４Ｅに示すように、回転電極３１，３２を時計回り方向に回転させて回転電極３１，３２の回転角度が７．２°となるとき、図４Ａと同様となって、図５に示すように、Ａ相の出力は、最大値となり、Ｂ相の出力は、最大値の半分の値となる。
　続いて、回転電極３１，３２を反時計回り方向に回転させる場合を説明する。図６Ａは、回転電極３１，３２の回転角度が０°であるときを示し、図４Ａと同様であり、図７に示すように、Ａ相の出力は、最大値となり、Ｂ相の出力は、最大値の半分の値となる。
　図６Ｂに示すように、回転電極３１，３２を反時計回り方向に回転させて回転電極３１，３２の回転角度が－１．８°となるとき、第１回転電極３１の櫛部３１１と、入力側第１固定電極２１の櫛部２１１および出力側第１固定電極２２の櫛部２２１とは、互いに半分が重なり、図７に示すように、Ａ相の出力は、最大値の半分の値となる。一方、第２回転電極３２の櫛部３２１と、入力側第２固定電極２３の櫛部２３１および出力側第２固定電極２４の櫛部２４１とは、互いに全てが重なり、図７に示すように、Ｂ相の出力は、最大値となる。
　図６Ｃに示すように、回転電極３１，３２を反時計回り方向に回転させて回転電極３１，３２の回転角度が－３．６°となるとき、第１回転電極３１の櫛部３１１と、入力側第１固定電極２１の櫛部２１１および出力側第１固定電極２２の櫛部２２１とは、互いに重ならず、図７に示すように、Ａ相の出力は、最小値となる。一方、第２回転電極３２の櫛部３２１と、入力側第２固定電極２３の櫛部２３１および出力側第２固定電極２４の櫛部２４１とは、互いに半分が重なり、図７に示すように、Ｂ相の出力は、最大値の半分の値となる。
　図６Ｄに示すように、回転電極３１，３２を反時計回り方向に回転させて回転電極３１，３２の回転角度が－５．４°となるとき、第１回転電極３１の櫛部３１１と、入力側第１固定電極２１の櫛部２１１および出力側第１固定電極２２の櫛部２２１とは、互いに半分が重なり、図７に示すように、Ａ相の出力は、最大値の半分の値となる。一方、第２回転電極３２の櫛部３２１と、入力側第２固定電極２３の櫛部２３１および出力側第２固定電極２４の櫛部２４１とは、互いに重ならず、図７に示すように、Ｂ相の出力は、最小値となる。
　図６Ｅに示すように、回転電極３１，３２を反時計回り方向に回転させて回転電極３１，３２の回転角度が－７．２°となるとき、図６Ａと同様となって、図７に示すように、Ａ相の出力は、最大値となり、Ｂ相の出力は、最大値の半分の値となる。
　以上、回転電極３１，３２を時計回り方向に回転させたときのグラフを図８に示し、回転電極３１，３２を反時計回り方向に回転させたときのグラフを図９に示す。
　そして、シャフト４（回転電極３１，３２）の回転角度の検出について説明すると、図８と図９に示すように、出力の最大値と最小値の数をカウントアップすることで、回転角度に換算できる。なお、図示しない演算回路を用いて、電圧に閾値を設定し、出力波形をパルス波に変換してパルスの「０」「１」をカウントアップしてもよい。
　シャフト４（回転電極３１，３２）の回転方向の検出について説明する。図８と図９に示すように、時計回り（Ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）の場合、Ａ相が最大値を出力したときから１．８°戻ったときのＢ相も最大値を出力している。また、Ａ相の最小値から１．８°戻ったＢ相も最小値を出力している。つまり、Ａ相、Ｂ相ともに最大値と最小値の関係が揃っている。
　一方、反時計回り（Ｃｏｕｎｔｅｒｃｌｃｋｗｉｓｅ）の場合、Ａ相の最大値から１．８°戻ったＢ相は最小値を出力し、Ａ相の最小値から１．８°戻ったＢ相は最大値を出力している。つまり、Ａ相、Ｂ相の最大値と最小値の関係が反転している。この最大値と最小値の出現関係により回転方向を検出することができる。
　（第２実施形態）
　図１０は、本発明の回転型エンコーダの第２実施形態を示す簡略平面図である。第２実施形態は、第１実施形態とは、固定電極と回転電極の位置関係が相違する。この相違する構成を以下に説明する。その他の構成は、第１実施形態と同じ構成であり、第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１０に示すように、第２実施形態の回転型エンコーダ１Ａでは、入力側第１固定電極２１の連結部２１２と出力側第１固定電極２２の連結部２２２は、シャフト４の軸方向からみて、第１回転電極３１の連結部３１２に重ならないでずれている。入力側第２固定電極２３の連結部２３２と出力側第２固定電極２４の連結部２４２は、シャフト４の軸方向からみて、第２回転電極３２の連結部３２２に重ならないでずれている。図１０では、固定電極２１～２４および回転電極３１，３２のそれぞれの櫛部を省略して描いている。
　具体的に述べると、入力側第１固定電極２１の連結部２１２と出力側第１固定電極２２の連結部２２２は、第１回転電極３１の連結部３１２の径方向外側に位置する。入力側第２固定電極２３の連結部２３２と出力側第２固定電極２４の連結部２４２は、第２回転電極３２の連結部３２２の径方向内側に位置する。
　したがって、入力側第１固定電極２１の連結部２１２および出力側第１固定電極２２の連結部２２２と、第１回転電極３１の連結部３１２との間で余分な静電容量が形成されることを防止できる。入力側第２固定電極２３の連結部２３２および出力側第２固定電極２４の連結部２４２と、第２回転電極３２の連結部３２２との間で余分な静電容量が形成されることを防止できる。
　（第３実施形態）
　図１１は、本発明の回転型エンコーダの第３実施形態を示す簡略平面図である。第３実施形態は、第１実施形態とは、固定電極の位置関係が相違する。この相違する構成を以下に説明する。その他の構成は、第１実施形態と同じ構成であり、第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１１に示すように、第３実施形態の回転型エンコーダ１Ｂでは、入力側第１固定電極２１、出力側第１固定電極２２、入力側第２固定電極２３および出力側第２固定電極２４は、それぞれ、半円弧状の櫛形状からなる。図１１では、固定電極２１～２４のそれぞれの櫛部の数量を実際よりも少なく描いている。
　入力側第１固定電極２１と出力側第１固定電極２２は、シャフト４を中心として対向する。入力側第２固定電極２３と出力側第２固定電極２４は、シャフト４を中心として対向する。入力側第１固定電極２１と入力側第２固定電極２３は、径方向に重なる。出力側第１固定電極２２と出力側第２固定電極２４は、径方向に重なる。
　したがって、固定電極２１～２４の形状を大きくでき、固定電極２１～２４の配置を簡単にできるので、固定電極２１～２４の製造が容易となる。
　（第４実施形態）
　図１２は、本発明の回転型エンコーダの第４実施形態を示す簡略平面図である。第４実施形態は、第１実施形態とは、固定電極の位置関係が相違する。この相違する構成を以下に説明する。その他の構成は、第１実施形態と同じ構成であり、第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１２に示すように、第４実施形態の回転型エンコーダ１Ｃでは、入力側第１固定電極２１、出力側第１固定電極２２、入力側第２固定電極２３および出力側第２固定電極２４は、それぞれ、半円弧状の櫛形状からなる。図１２では、固定電極２１～２４のそれぞれの櫛部の数量を実際よりも少なく描いている。
　入力側第１固定電極２１と出力側第１固定電極２２は、シャフト４を中心として対向する。入力側第２固定電極２３と出力側第２固定電極２４は、シャフト４を中心として対向する。入力側第２固定電極２３は、入力側第１固定電極２１および出力側第１固定電極２２と径方向に重なる。出力側第２固定電極２４は、入力側第１固定電極２１および出力側第１固定電極２２と径方向に重なる。
　したがって、固定電極２１～２４の形状を大きくでき、固定電極２１～２４の配置を簡単にできるので、固定電極２１～２４の製造が容易となる。
　なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、第１から第４実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。
　前記実施形態では、第１回転電極の位相と第２回転電極の位相とが、周方向にオフセットしているが、第１固定電極の位相と第２固定電極の位相とが、周方向にオフセットしてもよい。
　前記実施形態では、回転電極および固定電極の全てのピッチ角度は、等しいが、少なくとも１つのピッチ角度は、他のピッチ角度と異なっていてもよい。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　回転型エンコーダ
　２　固定基板
　３　回転基板
　４　シャフト
　５　ケース
　６　誘電体
　２０　固定電極
　２１　入力側第１固定電極
　２１１　櫛部
　２１２　連結部
　２２　出力側第１固定電極
　２２１　櫛部
　２２２　連結部
　２３　入力側第２固定電極
　２３１　櫛部
　２３２　連結部
　２４　出力側第２固定電極
　２４１　櫛部
　２４２　連結部
　３０　回転電極
　３１　第１回転電極
　３１１　櫛部
　３１２　連結部
　３２　第２回転電極
　３２１　櫛部
　３２２　連結部

Claims (5)

  1. 　固定基板と、
    　前記固定基板に対して回転可能に設けられたシャフトと、
    　前記シャフトと共に回転可能で前記固定基板に対向して設けられた回転基板と、
    　前記固定基板の前記回転基板と対向する面に設けられた固定電極と、
    　前記回転基板の前記固定基板と対向する面に設けられ、前記固定電極との間で静電容量を形成する回転電極と
    を備え、
    　前記回転電極は、円環状の櫛形状からなる第１回転電極と、前記第１回転電極の径方向内側に配置され円環状の櫛形状からなる第２回転電極とを含み、
    　前記固定電極は、前記第１回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第１信号が入力される入力側第１固定電極と、前記第１回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第１信号が出力される出力側第１固定電極と、前記第２回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第２信号が入力される入力側第２固定電極と、前記第２回転電極に対向して配置され円弧状の櫛形状からなり第２信号が出力される出力側第２固定電極とを含む、回転型エンコーダ。
  2. 　前記入力側第１固定電極と前記出力側第１固定電極は、前記シャフトを中心として対向し、
    　前記入力側第２固定電極と前記出力側第２固定電極は、前記シャフトを中心として対向し、
    　前記入力側第１固定電極および前記出力側第１固定電極と前記入力側第２固定電極および前記出力側第２固定電極は、径方向に重ならないで周方向にずれている、請求項１に記載の回転型エンコーダ。
  3. 　前記第１回転電極と前記第２回転電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円環状の連結部とを有し、
    　前記第１回転電極の周方向に隣り合う前記櫛部のピッチ角度と前記第２回転電極の周方向に隣り合う前記櫛部のピッチ角度は、同じであり、
    　前記第２回転電極の前記櫛部は、前記第１回転電極の前記櫛部に対して、前記第１回転電極の前記櫛部のピッチ角度の１／４だけ周方向にずれている、請求項１または２に記載の回転型エンコーダ。
  4. 　前記第１回転電極と前記第２回転電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円環状の連結部とを有し、
    　前記入力側第１固定電極と前記出力側第１固定電極と前記入力側第２固定電極と前記出力側第２固定電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円弧状の連結部とを有し、
    　前記入力側第１固定電極の前記連結部と前記出力側第１固定電極の前記連結部の少なくとも一部は、前記シャフトの軸方向からみて、前記第１回転電極の前記連結部に重なり、
    　前記入力側第２固定電極の前記連結部と前記出力側第２固定電極の前記連結部の少なくとも一部は、前記シャフトの軸方向からみて、前記第２回転電極の連結部に重なる、請求項１から３の何れか一つに記載の回転型エンコーダ。
  5. 　前記第１回転電極と前記第２回転電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円環状の連結部とを有し、
    　前記入力側第１固定電極と前記出力側第１固定電極と前記入力側第２固定電極と前記出力側第２固定電極は、それぞれ、前記シャフトを中心として放射状に設けられた複数の櫛部と、前記複数の櫛部を連結する円弧状の連結部とを有し、
    　前記入力側第１固定電極の前記連結部と前記出力側第１固定電極の前記連結部は、前記シャフトの軸方向からみて、前記第１回転電極の前記連結部に重ならないでずれており、
    　前記入力側第２固定電極の前記連結部と前記出力側第２固定電極の前記連結部は、前記シャフトの軸方向からみて、前記第２回転電極の前記連結部に重ならないでずれている、請求項１から３の何れか一つに記載の回転型エンコーダ。
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