JPH0361816A - 静電容量式リニアエンコーダ - 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］ 本発明は静電容量の変化から直線上の位置変化を検出す
る静電容量式リニアエンコーダに関するものである。

［従来の技術］ 従来の静電容量式リニアエンコーダの１例を第４図に示
し、その側面図を第５図に示す。第４図において、静電
容量式リニアエンコーダは、複数の幅１．で高さｈｌの
突出部６１が間隔ｇ４を持って歯形状に形成されている
固定導体５１色、該固定導体５１の上方に上記突出部６
１の上面とギャップｄ１をおいて固定導体の長さ方向に
相対移動可能に配置された可動導体５２とを有している
。

この固定導体５１に沿った可動導体５２の相対移動によ
り突出部６１と可動導体５２とのオーバーラツプ面積が
変化するので、この相対移動が固定導体と可動導体５２
間の静電容量の変化に変換される。

上記静電式リニアエンコーダの原理について以下に説明
する。

上記°突出部６１と可動導体５２とが完全に対向してい
る場合、この時の両導体間の静電容量は、誘電率をε、
対向面積を８色して対向面間隔をｄｌとすれば移動前の
静電容量Ｃ８は となり、また上記可動導体５２が移動し、対向面積がΔ
Ｓだけ減少した時静電容量Ｃは となる。ここで、ｄ２−ｄｉ　＋ｈ、である。

１６図（ａ）は移動距離と容量変化との関係を示してい
る。この図において、容量Ｃが最大容量Ｃｏに達した際
、第６図（ｂ）に示すようにパルスを発生させ移動開始
からのパルス数をカウントすることにより移動距離を検
出することができる。

ここでパルス間隔は、突出部６１の幅Ｉｔｓと突出部間
隔１４の和（１ｉ＋ｆ１４）に相当する。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ 従来の静電容量式リニアエンコーダは以下に示すような
欠点を有する。

■固定導体５１と可動導体５２とはギャップｄｌを有し
た空気を誘電体こしているため検出する静電容量の値が
小さく通常１ｐＦ以下となり、浮遊容量の影響を受けや
すい（面積Ｓ：５ｉｎ”、ギャップｄ！：　　０．５ｍ
ｍの場合容量Ｃ：　０．０８ｐＦ）　。

■空壁を用いた構造のためその空壁内に湿度、水滴、ご
みなどが侵入しやすくそのため静電容量を変化させる方
向に働き、誤動作の原因となる。

■固定導体１′は歯形状構造をしているため加工が困難
であり、部品コストがかかる。

そこで、本発明の技術的課題は、従来よりも構造が簡略
化されしかも検出容量の値を増加させ誤動作をなくした
薄型化された静電容量式リニアエンコーダを提供するこ
こにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、長尺板状の強誘電体と、前記強誘電体
の一面に長さ方向で等間隔に形成され、同一の出力端子
に接続された複数の同形の固定電極と、前記強誘電体の
一面に対向する他面に沿って長さ方向に移動する可動電
極とを備え、前記可動電極の移動を前記出力端子と前記
可動電極との間の静電容量の変化こして検出するこεを
特徴とする静電容量式リニアエンコーダが得られる。

［作　用］ 本発明の静電容量式リニアエンコーダにおいては、可動
電極の移動を固定電極の出力端子ε可動電極との間の静
電容量の変化こして検出する。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の静電容量式リニアエンコーダの構成を
模式的に示す斜視図、第２図は本発明の実施例に係る静
電容量式リニアエンコーダを示す図である。

第１図において、厚さｔの長尺状の強誘電体板１の一面
側には所定寸法幅ｆ！ｔの固定電極２，２・・・が間隔
Ｉ！ｚ（＝Ｎ工）をおいて長さ方向で等間隔に形成され
ていて、上記複数の固定電極２．２・・・は−面側長さ
方向−側寄りに、長さ方向に形成された出力端子４に接
続している。上記固定電極２．２・・・は所定形状のマ
スクを用いたエツチング又は蒸着により、上記出力端子
４との接続を行うことが可能である。また上記強誘電体
板１は、誘電体ガイドに実装されている。

強誘電体板１の他面側には、固定電極２ε幅の等しい可
動電極３が上記強誘電体板１と接触している。

第２図に示すように、上記可動電極３は、上記固定電極
２と２方向の平行を保ったまま移動させる際のずれをな
くすため、この誘電体板１に挿通されるヘッドガイド６
に固定される必要がある。

また上記可動電極３には出力端子５が設けられている。

すなわち上記可動電極３は、上記強誘電体板１の上記固
定電極２が形成された一面と対向する他面で接触しなが
ら長さ方向への移動が可能である。

そして上記固定電極２側の出力端子４と、上記可動電極
３側の出力端子５εは、それぞれ静電容量を検出する検
出器（図示せず）に接続され、測定子に連動して可動電
極３が強誘電体板１上を相対移動するここにより可動電
極３と固定電極２εの対向面積の変化から静電容量の変
化が検出される。

第３図ａはその移動距離と容量変化とのＭ係を示す図で
ある。

第３図ａにおいて移動距離が増加することにより固定電
極２と可動電極３の対向面積が増加し、完全に対向した
点で容量は最大乙なり、その後、対向面積が減少するに
従い容量が減少する。

第３図ａの００をしきい値こして後段処理回路において
出力パルスを発生させた例が、従来法である第３図すで
ある。

第３図すにおいて、固定電極２の幅ｆ！＋と電極間隔１
４の和の距離に相当する出力パルスが発生する。

次に、第３図すにおいて、しきい値をＣ６゜ＣＩ、Ｃ２
，Ｃ３，Ｃ４，ａｓと６分割して後段処理回路において
出力パルスを発生させるこεにより１／１０に分周した
ものが、第３図Ｃである。

本発明の実施例では第３図Ｃの方法により、出力パルス
を発生させる。

本発明の実施例のリニアエンコーダにおいては、■電極
間に強誘電体を用いているため、従来の場合と同一厚さ
（ギャップ長）同一面積の場合とに比較すると、強誘電
体の誘電率値の熱電容量を検出することができる。例え
ば、誘電率１５００のＰＺＴの場合、面積Ｓ：５ｍｌ１
ｌ”、厚さｔ　：　　０．５ｍｍを用いた場合容量Ｃ：
１３２ｐＦであり、従来は容量０．０８９Ｆである。

■また本発明の実施例のリニアエンコーダにおいて、可
動電極３が強誘電体板１ε密着して移動するため従来に
おいて、問題となっていた導電体（電極）間の空隙が存
在しないため、湿度、水滴。

ごみなどの影響を受けにくい。

■更に、本発明の実施例のリニアエンコーダにおいては
、本発明は強誘電体板１の一面に固定電極２を形威し、
他面に可動電極３を強誘電体板１に接触させて対向配置
させた簡単な構造をしているため従来のような歯形状の
複雑な加工が不要であり低コストである。

■また、従来は歯形状の固定電極を用いているため、薄
型化に対し限界があワたが、本発明の実施例では強誘電
体板１の厚みを選択する事により（例えば（１，５＋ｍ
以下）全体の薄型化が可能である。

［発明の効果］ 以上、説明したように本発明によれば、従来よりも構造
が簡略化され検出容量の値を増加させることにより誤動
作を少なくした高分解能の薄型化静電容量式リニアエン
コーダを提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の静電容量式リニアエンコーダを模式的
に示す斜視図、第２図は第１図のリニアエンコーダの一
実施例を示す斜視図、第３図（ａ）は移動距離ε容量変
化この関係を示す図、第３図（ｂ）は従来方法による移
動距離と出力信号との関係を示す図、第３図（ｃ）は本
発明による移動距離と出力信号との関係を表わす図、第
４図は従来の静電容量式リニアエンコーダの要部の一例
を示す斜視図、第５図は第４図の側面図、第６図（ａ）
は従来の静電容量式変位センサの移動距離と容量変化ε
の関係を示す図、第６図（ｂ）は移動距ｔｉｌｌε出力
信号εの関係を示す図である。 図中、】・・・強誘電体板、２・・・固定電極、３・・
・可動電極、４・・・固定電極側出力端子、５・・・可
動電極側出力端子、６・・・ヘッドガイド、ｆｌＩ・・
・固定電極幅、ｇ２・・・固定電極間隔、ｔ・・・強誘
電体厚き、５１・・・固定導体、５２・・・可動導体、
６１・・・突出部、２、・・・突出部幅、ｆ１４・・・
突出部間隔、ｄ、・・・突出部と可動導体とのギャップ
、ｄ２・・・固定導体と可動導体とのギャップ。 第２図 手続補正書（方式） 平成１年ノ２月／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長尺板状の強誘電体と、 前記強誘電体の一面に長さ方向で等間隔に形成され、同
   一の出力端子に接続された複数の同形の固定電極と、 前記強誘電体の一面に対向する他面に沿って長さ方向に
   移動する可動電極と を備え、 前記可動電極の移動を前記出力端子と前記可動電極との
   間の静電容量の変化として検出することを特徴とする静
   電容量式リニアエンコーダ。