(57)【要約】【課題】静電気作用で位置情報を検出でき、必要に応じて固定子を可能な限り長尺化できる静電型エンコーダを提供する。【解決手段】この静電型エンコーダは、誘導電極および電位検出電極を有する固定子３１、櫛歯状電極を有し、固定子の上で移動するように設けられた移動子３２と、固定子の電位検出電極から出力される信号に基づいて固定子に対する移動子の相対的変位に係る出力信号を生成する信号処理装置５０とを備え、固定子の電位検出電極は４相の電極３１ｃを含み、複数の固定子は、４相の電極（Ａ，Ｂ，Ｃ．Ｄ）が規則的な距離位置に配列するように配置され、複数の固定子の各々の間に、４相の電極同士を接続する接続回路部１１２を備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電極および電位検出電極を有する固定子と、
櫛歯状電極を有し、前記固定子の上で移動するように設けられた移動子と、
前記固定子の前記電位検出電極から出力される信号に基づいて前記固定子に対する前記移動子の相対的変位に係る出力信号を生成する信号処理手段と、を備える静電型エンコーダにおいて、
前記固定子の前記電位検出電極は４相の電極を含み、
複数の前記固定子は、４相の前記電極が規則的な距離位置に配列するように配置され、
複数の前記固定子の各々の間に、４相の前記電極同士を接続する接続回路部を備える、
ことを特徴とする静電型エンコーダ。
【請求項２】
４相の前記電極のそれぞれの配置位置は、電極ピッチをｐとし、ｎを１，２，３，…とするとき、第１電極では４ｎｐであり、第２電極では（４ｎ＋１）ｐであり、第３電極では（４ｎ＋２）ｐであり、第４電極では（４ｎ＋３）ｐであることを特徴とする請求項１記載の静電型エンコーダ。
【請求項３】
誘導電極および電位検出電極を有し、これらの電極の周囲が樹脂で形成された固定子と、
任意の温度係数を有する基台と、
前記固定子を前記基台に貼り付ける接着層と、
外部に接続されない２つの櫛歯状電極を有し、前記固定子の上で移動するように設けられた移動子と、
前記固定子の前記電位検出電極から出力される信号に基づいて前記固定子に対する前記移動子の相対的変位を測定する測定手段と、
を備える静電型エンコーダ。
【請求項４】
誘導電極および電位検出電極を有してこれらの電極の周囲が樹脂で形成された複数の固定子と、
任意の温度係数を有する基台と、
複数の前記固定子を前記基台に貼り付ける接着層と、
外部に接続されない２つの櫛歯状電極を有し、前記固定子の上で移動するように設けられた移動子と、
前記固定子の前記電位検出電極から出力される信号に基づいて前記固定子に対する前記移動子の相対的変位に係る出力信号を生成する信号処理手段と、
を備え、
前記固定子の前記電位検出電極は４相の電極を含み、
複数の前記固定子は、４相の前記電極が規則的な距離位置に配列するように配置され、
複数の前記固定子の各々の間に、４相の前記電極同士を接続する接続回路部を備える、
ことを特徴とする静電型エンコーダ。
【請求項５】
円筒状部材と、
誘導電極および４相の電位検出電極を有し、前記円筒状部材の円周面に円周方向の全部または一部に取り付けられた固定子と、
櫛歯状電極を有し、前記固定子の上で移動するように設けられた円弧状対向面を有する回転子と、
前記固定子の前記電位検出電極から出力される信号に基づいて前記固定子に対する前記回転子の相対的角度に係る出力信号を生成する信号処理手段と、
を備えることを特徴とする静電型エンコーダ。
【請求項６】
前記固定子は前記円筒状部材の円周面の全円周方向に取り付けられた環状の固定子であり、環状の前記固定子の一方の端部と他方の端部の間において、４相の電極が規則的な距離位置に配置するよう前記固定子が配置されることを特徴とする請求項５記載の静電型エンコーダ。
【請求項７】
円筒状部材と、
誘導電極および４相の電位検出電極を有し、前記円筒状部材の円周面に全円周方向に取り付けられた円弧状の２以上の固定子と、
櫛歯状電極を有し、２以上の前記固定子の上で移動するように設けられた円弧状対向面を有する回転子と、
前記固定子の前記電位検出電極から出力される信号に基づいて前記固定子に対する前記回転子の相対的角度に係る出力信号を生成する信号処理手段と、
を備え、
２以上の前記固定子の各々の前記電位検出電極は４相の電極を含み、
２以上の前記固定子は、４相の前記電極が規則的な距離位置に配列するように配置され、
２以上の複数の前記固定子の各々の間に、４相の前記電極同士を接続する接続回路部を備える、
ことを特徴とする静電型エンコーダ。
【請求項８】
前記固定子を前記円筒状部材の外周面に取り付けたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の静電型エンコーダ。
【請求項９】
前記固定子を前記円筒状部材の内周面に取り付けたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の静電型エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電型エンコーダに関し、特に、静電気作用で位置情報を検出する機能を有し、かつ連結型の構造を有してリニア形状あるいは円筒形状にて固定子の長尺化等に適した静電型エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電型エンコーダの一例は特許文献１に開示される。特許文献１に開示される静電型エンコーダでは、固定子に対して移動するように移動子を設けるように構成し、当該移動子の位置測定を可能にする。この静電型エンコーダによれば、固定子は誘導電極と電位検出電極を有するプレート体として形成され、移動子は電極を有するプレート体として形成される。プレート状固定子に対して、プレート状移動子はその上に配置され、移動するように設けられ、これにより静電型エンコーダのセンサ部が形成される。特許文献１の静電型エンコーダのセンサ部は薄型および小型化に作ることができる。
【０００３】
また関連する従来技術として、特許文献２では容量性変位エンコーダが開示される。この容量性変位エンコーダでは、静止体に対する移動体の位置を感知するための機構であり、静止体に結合された少なくとも１つの静止素子と、静止素子の近傍において移動体に結合された移動素子とから構成される。電界送信装置は静電界を発生させ、この静電界は、両素子の相対移動に伴って両素子間に現れるキャパシタンス変化によって変調される。処理回路が、変調された静電界を感知し、これに呼応して移動体の位置測定量を求める。
【０００４】
さらに関連する従来技術として光学式エンコーダを組み込んだリニアモータが特許文献３に開示されている。従来のリニアモータのエンコーダでは、一般的に光学式エンコーダが用いられている。光学式エンコーダは、大きく分けると、エンコーダヘッドとリニアスケールとからなる。エンコーダヘッドとリニアスケールの間は０．５〜１．０ｍｍ程度の空隙になるように設置される。この空隙は、エンコーダヘッドの存在場所に応じて変化することなく、一定に保たれる。
【特許文献１】特開２００５−２２１４７２号公報
【特許文献２】特表２００２−５４２４７６号公報
【特許文献３】特許第４０６８８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献３に開示されたリニアモータで使用される光学式エンコーダは、実用性の観点で以下の通りの問題がある。
【０００６】
（１）構造の上で、移動するエンコーダヘッドは、ガイドレールに取り付けられ、リニアスケールに対して完全に平行な移動が要求される。エンコーダヘッドとリニアスケールの平行度合いの要求は高く、取付け後の位置合わせ調整が容易ではない。また、エンコーダヘッドの取付け関係については、光学式エンコーダの回路出力を取り出し、オシロスコープ等でリサージュ波形を観測しながら、その取付け角度等を機械的に調整することが必要となる。このように、光学式エンコーダでは、高い強度の取付け機構が必要となり、さらに取付け後もヘッド部の調整を必要となるので、コストが全体に高くなるという問題があった。
（２）光学式エンコーダのヘッド部では、発光素子、受光素子、およびレンズ等の光学系部品が必要であり、小型化や軽量化には限界がある。また移動するヘッド部側に信号線を必要であり、大掛かりな信号伝達機構部が必要であった。例えば上記の特許文献３のリニアモータでは、可撓性信号ケーブルおよびキャタピラ状ケーブルベアを用いていた。
（３）また光学式のエンコーダでは、リニアスケールに対して移動するヘッド部ではポイントで位置情報を取り出すため、複数のリニアスケールを用意し、これらを結合して長尺化する場合、結合部が不連続点となって長尺化を実現することが難しいという問題が起きる。また従来の静電型エンコーダでも固定子を長尺化するという発想はなかった。
【０００７】
上記の（３）の問題点を一般化してさらに詳しく説明する。従来の光学式エンコーダによれば、測定長に合わせて、リニアスケールを１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、…、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、…、２０００ｍｍという具合に数十種類の多くのスケールを用意しておく必要があった。光学式エンコーダでは、ヘッドに設けられた発光素子からの光をレンズ等の光学素子で集光してガラス等で作られたスケールに当て、その透過光または反射光を用いて受光し、スケールの数値や位置を検出するようにしている。このため、例えば標準の長さ３００ｍｍのスケールを用意しておいて、それを繋ぎ合わせて使用するということはできなかった。何故ならば、スケールの繋ぎ合わせの箇所でレンズから投光された光が散乱し、測定に不連続点ができてしまうためである。このため、長さの異なる多くのスケールを用意しておき、ユーザの仕様に応じて選択するという必要性があった。
【０００８】
さらに上記のリニアスケールは、細かいスリットが例えば４０μｍの間隔で切られており、精度を高くする必要があることから、ガラス等で形成されている。このため、リニアスケールを曲げることが難しく、１０００ｍｍ以上の長尺のものになると、その保管や運送が容易でなく、手間がかかるという欠点を有していた。
【０００９】
エンコーダの測定精度は、リニアスケールの精度に直接に左右され、特に温度や湿度に対して伸び縮みの影響が大きいという特性を有している。このため、温度や湿度の影響を受けにくいガラス等で作られている。またこのスケールの伸び縮みは、当然のことながら、スケール長が大きくなるほど顕著になってくる。
【００１０】
他方、円筒部材の回転角度を高精度に測定するために、当該円筒部材の周囲にスケールを配置して角度を読み取る円周測定型のエンコーダが一部に使用されている。この円周測定型エンコーダは、円筒状のスケールの製作・加工が難しく、価格が高価になるという欠点があった。またユーザが使用する円筒部材の直径に対応するためには多種の円筒スケールを用意しておかなければならないという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、静電気作用で位置情報を検出でき、移動子の取付け、移動子および固定子の位置合わせが容易であり、測定信号レベルを安定化でき、測定信頼性を高めることできると共に、簡単な連結構造を有してリニア形状あるいは円筒形状にて必要に応じて固定子を可能な限り長尺化することができ、連結作業および分割作業が容易であり、保管・運送等の取り扱いを容易に行うことができる静電型エンコーダを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、リニア形状または円筒形状のスケール部材の種類を少なくしてユーザの希望する測定長に容易に対応させることができ、標準のスケールを用意するだけで足り、比較的に低コストで、温度や湿度の影響を受けない高精度のスケールを実現でき、工作機械に応用する場合には、被工作物の温度係数と、工作機械の温度係数を略同じにして誤差の少ない工作を行うことができる静電型エンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る静電型エンコーダは上記の目的を達成するため次のように構成される。
【００１４】
第１の静電型エンコーダ（請求項１に対応）は、誘導電極および電位検出電極を有する固定子と、櫛歯状電極を有し、固定子の上で移動するように設けられた移動子と、固定子の電位検出電極から出力される信号に基づいて固定子に対する移動子の相対的変位に係る出力信号を生成する信号処理手段とを備え、固定子の電位検出電極は４相の電極を含み、複数の固定子は、４相の電極が規則的な距離位置に配列するように配置され、複数の固定子の各々の間に、４相の電極同士を接続する接続回路部を備える、ように構成される。
【００１５】
上記の静電型エンコーダによれば、標準の固定子を、例えば、フレキシブル基板を利用することにより３０ｃｍ程度の長さで物差し状の形態で作り、さらに当該固定子を複数用意し、２つの固定子の間を接続回路部を介して接続し、縦列状に複数の固定子を連結することによリニアな長尺状の固定子を作ることが可能となる。この際に、各固定子に形成された４相の電位検出電極における移動子に対する配列状態は、固定子の間の境界部であっても同じ位置検出条件が満たされるように作られる。移動子は、固定子に対面する部分として或る程度の面積を有しており、移動子全体の面積で信号を検出するようにしているため、固定子が連結されている境界部を通過して移動する場合にも、測定誤差が生じにくい構造を有している。
【００１６】
第２の静電型エンコーダ（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、４相の電極のそれぞれの配置位置は、電極ピッチをｐとし、ｎを１，２，３，…とするとき、第１電極では４ｎｐであり、第２電極では（４ｎ＋１）ｐであり、第３電極では（４ｎ＋２）ｐであり、第４電極では（４ｎ＋３）ｐであることを特徴とする。この構成によって、固定子の電位検出電極で４相の電極が規則的な距離位置に配列されている。
【００１７】
第３の静電型エンコーダ（請求項３に対応）は、誘導電極および電位検出電極を有し、これらの電極の周囲が樹脂で形成された固定子と、任意の温度係数を有する基台と、固定子を基台に貼り付ける接着層と、外部に接続されない２つの櫛歯状電極を有し、固定子の上で移動するように設けられた移動子と、固定子の電位検出電極から出力される信号に基づいて固定子に対する移動子の相対的変位を測定する測定手段と、を備えるように構成される。
【００１８】
上記の静電型エンコーダによれば、固定子は、ガラスや大理石等等で作られた基台に接着剤で貼り付けられ、熱膨張が基本的に基台により規定され、熱膨張係数について優れた特性を有する。
【００１９】
第４の静電型エンコーダ（請求項４に対応）は、誘導電極および電位検出電極を有してこれらの電極の周囲が樹脂で形成された複数の固定子と、任意の温度係数を有する基台と、複数の固定子を基台に貼り付ける接着層と、外部に接続されない２つの櫛歯状電極を有し、固定子の上で移動するように設けられた移動子と、固定子の電位検出電極から出力される信号に基づいて固定子に対する移動子の相対的変位に係る出力信号を生成する信号処理手段とを備え、固定子の電位検出電極は４相の電極を含み、複数の固定子は、４相の電極が規則的な距離位置に配列するように配置され、複数の固定子の各々の間に、４相の電極同士を接続する接続回路部を備える、ように構成される。この構成によって、連結構造を有して長尺化を容易に達成しかつ熱膨張係数に優れた特性を有することが可能である。
【００２０】
第５の静電型エンコーダ（請求項５に対応）は、円筒状部材と、誘導電極および４相の電位検出電極を有し、円筒状部材の円周面にて円周方向の全部または一部に取り付けられた固定子と、櫛歯状電極を有し、固定子の上で移動するように設けられた円弧状対向面を有する回転子と、固定子の電位検出電極から出力される信号に基づいて固定子に対する回転子の相対的角度に係る出力信号を生成する信号処理手段と、を備えるように構成される。この構成では、円筒状部材に固定子をその円周方向に貼り付けて使用することにより、３６０度未満の回転検出を行うことができる円筒型の静電型エンコーダを実現することができる。
【００２１】
第６の静電型エンコーダ（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは、固定子は円筒状部材の円周面の全円周方向に取り付けられた環状の固定子であり、環状の固定子の一方の端部と他方の端部の間において、環状の固定子の一方の端部と他方の端部の間において、４相の電極が規則的な距離位置に配置するよう固定子が配置される４相の電極同士を接続する接続回路部を備えることを特徴とする。
【００２２】
第７の静電型エンコーダ（請求項７に対応）は、円筒状部材と、誘導電極および４相の電位検出電極を有し、円筒状部材の円周面に全円周方向に取り付けられた円弧状の２以上の固定子と、櫛歯状電極を有し、２以上の固定子の上で移動するように設けられた円弧状対向面を有する回転子と、固定子の電位検出電極から出力される信号に基づいて固定子に対する回転子の相対的角度に係る出力信号を生成する信号処理手段と、を備え、２以上の固定子の各々の電位検出電極は４相の電極を含み、２以上の固定子は、４相の電極が規則的な距離位置に配列するように配置され、２以上の固定子の各々の間に、４相の電極同士を接続する接続回路部を備える、ように構成される。
【００２３】
第８の静電型エンコーダ（請求項８に対応）は、上記の構成において、好ましくは、固定子を円筒状部材の外周面に取り付けたことを特徴とする。
【００２４】
第９の静電型エンコーダ（請求項９に対応）は、上記の構成において、好ましくは、固定子を円筒状部材の内周面に取り付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る静電型エンコーダによれば、次の効果を奏する。
第１に、標準の長さの固定子を複数製作しかつこれらの固定子の連結する接続回路部を用意するだけで、例えば３ｍ等の長尺な固定子を有する静電型エンコーダを実現することができる。標準の固定子を接続回路部で連結し接続するだけで長尺化でき、本来１つの長尺な静電型エンコーダを特別な方法で製作する必要がないという効果が発揮される。
第２に、固定子の接続はユーザ側で行われるので、長尺化の静電型エンコーダを作ることができるにも拘わらず、その梱包は小さくて済むという効果が発揮される。従って、運送コストを低減することができる。
第３に、また静電型エンコーダを製作し提供する側としては、ユーザの要求に応じて多数の長さの固定子を用意する必要がない。
第４に、簡単な連結構造を有してリニア形状あるいは円筒形状にて必要に応じて固定子を可能な限り長尺化するいことができ、連結作業および分割作業が容易であり、保管・運送等の取り扱いを容易に行うことができる。
第５に、固定子が長尺化されても、固定子上で移動する移動子は、弾性部材によって駆動装置の可動部に結合されかつ適切な押圧力で固定子に対して押圧接触させるようにしたため、移動子の取付け構造を簡単にし、面倒な位置合わせが不要となり、測定信号レベルの安定化を図ることができ、さらに測定の信頼性を高めることができる。
第６に、複数の固定子を連結して長尺化するとき、各固定子に設けた電位検出電極の４相の電極はそれぞれの配置位置を規則的な距離位置に配列するようにしたため、欠落目盛り部分を生じることなく滑らかにかつ高い精度で位置を検出し測定することができる。
第７に、基台の部分と固定子を接着剤で貼り付け、基台の材質にガラス等を用いるようにしたため、熱膨張係数に優れたスケールを作ることができる。
第８に、円筒型部材の円周面を利用してその全部または一部に少なくとも１つの固定子を貼り付け、この固定子に対して固定子上を移動する回転子を配置するようにしたため、高い精度を有する円筒方回転センサを実現することができる。
第９に、リニア形状または円筒形状のスケール部材において、比較的に低コストで、温度や湿度の影響を受けない高精度のスケールを実現でき、工作機械に応用する場合には、被工作物の温度係数と、工作機械の温度係数を略同じにして誤差の少ない工作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２７】
最初に、１つの標準の固定子を含んでなる静電型エンコーダを利用して構成されたリニアモータを説明し、併せて標準の静電型エンコーダの構成を説明する。
【００２８】
図１において、１０はリニアモータであり、３０は静電型エンコーダである。このリニアモータは例えばムービングマグネット式の装置である。リニアモータ１０は、静電型エンコーダ３０が搭載される基台１１と、ガイドレール１２が取り付けられた縦壁部１３とを備える。基台１１と縦壁部１３は図１中横方向に長形の形状を有し、基台１１の１つの長辺に沿って縦壁部１３が固定されている。ガイドレール１２は、縦壁部１３の内側面において長手方向に設けられている。ガイドレール１２は、基台１１に対して略平行な方向に配置されている。ガイドレール１２には、図２に示すように、例えば略直方体の形状を有するシャフトモータマグネット１４が、ガイドレール１２に案内されかつガイドレール１２に沿って摺動し得るように取り付けられている。ガイドレール１２に平行な位置であって、基台１１の上方位置にシャフトモータコイル１５が配置されている。シャフトモータコイル１５は略円柱棒状の形態を有している。シャフトモータコイル１５の両端部は、図１において図示しない端面壁部に固定されている。端面壁部は、基台１１および縦壁部１３の各々の端部に対して共通して固定されている。シャフトモータマグネット１４は、その中央部の孔１４ａにシャフトモータコイル１５が挿通されている。シャフトモータマグネット１４は、シャフトモータコイル１５での挿通取付けの状態において、その軸方向における図１中左右方向（前方または後方）に摺動しながら移動させられる。シャフトモータマグネット１４は、移動方向に配列された例えば３つのマグネットによって構成されている。シャフトモータコイル１５には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線が巻かれており、３つの巻線のそれぞれにはＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流が流される。この三相電流に基づいて移動磁界を生じさせる。シャフトモータマグネット１４は、シャフトモータコイル１５によって作られる移動磁界に応じてシャフトモータコイル１５の軸方向において前進または後退の移動動作を行う。図１中、シャフトモータコイル１５に三相電流を供給する三相電源の図示は省略されている。
【００２９】
図２に示すように、縦壁部１３の内側面に固定されたガイドレール１２には、シャフトモータマグネット１４の摺動係合部１６が係合している。ガイドレール１２と摺動係合部１６との係合関係に基づきシャフトモータマグネット１４はガイドレール１２に沿って滑らかに移動する。またシャフトモータマグネット１４は、例えば３つのマグネットＭ１，Ｍ２，Ｍ３を並列に並べ、それらの端部を固定板１７，１８によって結合することにより形成されている。マグネットＭ１，Ｍ２，Ｍ３のそれぞれの磁極（ＳまたはＮ）の並びは例えば図１において軸方向での左から右に向かって（Ｓ，Ｎ），（Ｎ，Ｓ），（Ｓ，Ｎ）である。
【００３０】
次に上記の静電型エンコーダ３０について詳述する。静電型エンコーダ３０は、固定子３１と移動子３２とからなる。固定子３１と移動子３２とから静電型エンコーダ３０のセンサ部が構成される。静電型エンコーダ３０は、大きく分けると、当該センサ部と、センサ部から出力される信号を処理する信号処理装置に分けられる。信号処理装置の構成は図５に示される。また固定子３１は、上記の基台１１の上に搭載され、かつ固定されている。固定子３１の平面形状は図５に示されている。固定子３１は、静電型エンコーダ３０のスケールに相当するものである。また移動子３２の平面形状は図６に示される。
【００３１】
特に図３と図４に示されるように、移動子３２は固定子３１の上に載置され、かつ矢印３３に示すように固定子３１の長手方向に移動し得るように配置されている。板状の移動子３２の平面形状は矩形（長方形または正方形）であり、適宜な面積を有する対向面で固定子３１に対向した状態にある。また図３で示された固定子３１は例えば略３０ｃｍ程度の長さを有する長方形の板形状を有している。固定子３１の幅と移動子３２の幅はほぼ等しい関係にある。固定子３１および移動子３２は、後述するごとくそれぞれ所定の電極構造を有し、移動子３２の移動の際における固定子３１と移動子３２との静電作用に基づき移動子３２の相対的変位の測定を行うことができる。
【００３２】
構造的な特徴として、移動子３２は、矩形の平面形状を有し、下側に所定の電極が形成されたフィルム３４と、当該フィルム３４を補強する例えばアクリル材で作られた上側の補強板３５とから構成されている。フィルム３４は補強板３５の下面に接着等で固定されている。フィルム３４と補強板３５とで一体的に形成された移動子３２は、その矩形下面において、例えば４角の箇所に摺動材３６が取り付けられている。摺動材３６は板状の形状を有し、その厚みは好ましくは２５〜５０μｍである。摺動材３６としては例えばテフロン（登録商標）フィルムが用いられる。摺動材３６は、固定子３１の表面に接触させられる。摺動材３６によって、移動子３２は固定子３１の上側表面を滑らかに移動することができる。このとき、移動子３２における所定電極が形成されたフィルム３４は、固定子３１の上側表面から所望の微小な一定距離に保持される。なお、板バネ部材３７による押圧力は適切に調節されており、移動子３２が固定子３１に接触した状態で移動しても固定子３１の表面にキズをつけることはない。
【００３３】
移動子３２の上側には、弾性特性を有した例えば板バネ部材３７が取り付けられている。板バネ部材３７は、弾性を有する金属等の板材を折り曲げてその弾性特性をさらに発揮させている。板バネ部材３７の下端は移動子３２の上面に接合され、その上端はシャフトモータマグネット１４の下面に接合されている。移動子３２は板バネ部材３７によってシャフトモータマグネット１４に結合されている。従って、移動子３２は、シャフトモータマグネット１４の移動に連動して移動することになる。板バネ部材３７は、移動子３２の移動方向には高い剛性を有している。
【００３４】
上記の構造によれば、板バネ部材３７は移動子３２を常に固定子３１に押圧し接触させる。従って、移動子３２と固定子３１との隙間の間隔は上記の摺動材３６の厚みによって決められる。固定子３１とシャフトモータマグネット１４と間の距離が変動したとしても、板バネ部材３７の弾性作用に基づいて移動子３２は固定子３１に押圧接触され、移動子３２と固定子３１の間隔を常に一定の距離に保持される。
【００３５】
一般的には、基台１１とガイドレール１２は平行な位置関係で組み付けられるのが好ましい。しかし、基台１１とガイドレール１２とを完全に厳密に平行とすることは不可能である。例えば長手方向の寸法が３０ｃｍで、平行度に関して０．５ｍｍ程度のずれは簡単に生じる。この観点で、ガイドレール１２は、基台１１に対して略平行な方向に配置されている。しかしながら、本実施形態の構成によれば、板バネ部材３７の弾性作用によって当該ずれを吸収することができる。その結果、移動子３２と固定子３１との間に隙間距離は常に一定に保たれ、エンコーダ信号の信頼性および安定性が非常に増すことになる。
【００３６】
上記の実施形態では、移動子３２をシャフトモータマグネット１４に結合する弾性部材として板バネ部材３７を用いるようにしたが、結合機能を有する弾性部材（弾性手段）は板バネ部材に限定されない。１つまたは複数の小型のスプリング部材を、あるいはゴムやスポンジ等の弾性プレート等を用いることもできる。
【００３７】
次に固定子３１と移動子３２の構造と作用関係について詳述する。図５に示すように、固定子３１は、第１の誘導電極３１ａと第２の誘導電極３１ｂと４相の電位検出電極３１ｃとから構成され、絶縁体の中に組み込まれている。搬送波を入力する端子Ｐは第１の誘導電極３１ａに接続され、もう一方の端子Ｑは第２の誘導電極３１ｂに接続されている。固定子３１は、一般的に電子機器に用いられているプリント基板や、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）で製作される。
【００３８】
固定子３１の上に移動子３２が位置する。移動子３２は、図６に示すように、絶縁体の中に櫛歯状電極３２ａ，３２ｂが互いに交差指状に相対配置され、櫛歯状電極３２ａ，３２ｂの基部は、固定子３１の誘導電極３１ａ，３１ｂの上に重なるように配置される。移動子３２は、外部とのケーブル等による電気的な接続がなくとも、静電誘導の原理によって、固定子３１の誘導電極３１ａ，３１ｂを径由して電気エネルギが供給される。移動子３２は、信号線引回し等の制約なしにシャフトモータマグネット１４に連動して自由に移動することができる。
【００３９】
次いで、図５および図７を参照して信号処理装置５０について説明する。
【００４０】
信号処理装置５０の内部には、レゾルバ／デジタル変換器５１、差動増幅器５２，５３、増幅器５４、位相調整回路５５が設けられる。レゾルバ／デジタル変換器５１にはレゾルバ／デジタル変換ＩＣが用いられる。レゾルバ／デジタル変換器５１の内部には交流発信器（図示せず）が内蔵されている。当該交流発信器の交流発信出力は、図７の（Ａ）に示すような交流信号ＴＸとして、増幅器５４を経由して適当な大きさに増幅して出力される。交流信号ＴＸは、固定子３１の上記の端子Ｐと端子Ｑの間に、搬送波の差動出力として印加される。そして、固定子３１の端子Ａと端子Ｃとに得られる信号（「ＳＩＮ」：図７の（Ｂ））を差動増幅器５２の２入力端子間ので受信し、また端子Ｂと端子Ｄとに得られる信号（「ＣＯＳ」：図７の（Ｃ））を差動増幅器５３の２入力端子間で受信する。作動増幅器５２，５３の出力信号は、それぞれ、受信信号「ＳＩＮ」と「ＣＯＳ」としてレゾルバ／デジタル変換器５１に入力される。これらの２つの受信信号「ＳＩＮ」と「ＣＯＳ」に対しては、レゾルバ／デジタル変換器５１の内部で、以下の処理が行われる。
【００４１】
まず「ＳＩＮ」と「ＣＯＳ」の各信号は、内部のフィードバック信号と共に演算器で差分演算された後に、同期検波回路で整流される。この整流された信号に基づいて、デジタルカウンタでカウントして、このカウント値を演算器へのパラメータとして入力させ、同期検波回路の整流の大きさがゼロになるように自動フィードバックをかける。このときのデジタルカウントの値が「ＳＩＮ」と「ＣＯＳ」の２つの信号の位相関係を示すことになる。このデジタルカウントの値より、図７（Ｅ）に示すようなＡ相パルスとＢ相パルスを出力する。上記のＡ相パルスとＢ相パルスに係る信号はアップダウンカウンタ５６に供給される。アップダウンカウンタ５６に表示される数値によって、移動子３２の相対的な変位量を表示される。
【００４２】
図７の（Ｂ）と（Ｃ）で示すように、信号処理装置５０からの送信信号である交流信号ＴＸに対して、受信信号ＳＩＮと受信信号ＣＯＳは、固定子３１と移動子３２の各電極で構成されるコンデンサ成分の信号であるため、位相のずれθｅが生じる。かかる位相のずれが生じると、変位測定の結果の誤差が大きくなる。特に、固定子３１の長さが長くなると、コンデンサ成分が変化するので、位相のずれθｅの影響が顕著になる。そこで図５に示すように位相調整回路５５を設けることにより、交流信号ＴＸの位相を遅らせ、参照信号ＲＥＦとして（図７の（Ｄ））レゾルバ／デジタル変換器５１に供給する。参照信号ＲＥＦにおいて、送信信号ＴＸにより位相θｔだけ位相をずらし、これにより上記の位相のずれθｅをなくすようにする。θｅ＝θｔとすることが最も望ましい状態である。
【００４３】
位相調整回路５５による位相調整の動作には２つの態様が設けられている。第１の動作態様は、調整操作子５５ａによる位相調整である。この位相調整は、装置の動作開始前に実施され、オペレータが、オシロスコープ等の計測器が提示する位相のずれを視認してそれが０になるように調整操作子５５ａを操作する。第２の動作態様は、装置作動中における自動調整動作に基づく位相調整である。これは、装置の作動中に生じる可能性のある上記の位相のずれに対して、入力される受信信号「ＳＩＮ」，「ＣＯＳ」と送信信号ＴＸとを比較し、それらの位相のずれを求め、当該位相のずれが０になるように送信信号ＴＸの位相を調整するための信号（参照信号ＲＥＦ）を出力する。この構成のため、位相調整回路５５内には、位相のずれを求める比較手段と、求められた位相のずれの量に応じた調整用の参照信号ＲＥＦを出力するための例えば変換テーブルとが設けられている。
【００４４】
図１および図２を参照して説明したリニアモータ１０は、シャフトモータマグネットマグネット１４が移動するムービング・マグネット式のリニアモータであるが、マグネット（永久磁石）の側を基台１１に取り付けて固定し、コイルの側を移動させるムービング・コイル式のリニアモータでもよい。このときには、静電型エンコーダ３０の移動子３２は移動するコイル部分に板バネ部材（弾性部材）３７を介して結合されかつ固定されることになる。
【００４５】
図５に示した固定子３１で、４相の電位検出電極３１ｃにおいて電極ピッチを０．２ｍｍとすると、電位分布の１周期が０．８ｍｍとなる。レゾルバ／デジタル変換器５１では、電位分布の１周期０．８ｍｍを基準にして内挿処理を行うことによって静電エンコーダの分解能が決定する。１０ビットの出力であれば、１０２４倍の内挿処理が可能になり、その結果、分解能は０．８（ｍｍ）／１０２４＝０．７８μｍとなる。
【００４６】
次に、図８〜図１１を参照して、上記の固定子３１の長尺化を可能にする構造について説明する。静電型エンコーダ３０についてのその他の構成には変更はない。
【００４７】
図８は、長尺化された固定子１０１と信号処理装置５０とアップダウンカウンタ５６からなる静電型エンコーダ３０を示している。固定子１０１は、説明の便宜上、例えば３つの固定子３１が縦続的に連結されている。３つの固定子３１の境界部は接続回路部１０２で接続されている。２つの固定子３１の各々の構造は前述した通りである。端部が接続されてなる長尺の固定子１０１の上を移動子３２が移動する。移動子３２は固定子３１の間の接続部分を滑らかに移動する。１０３は接続ケーブルである。接続ケーブル１０３の中には６本の信号線が束ねられている。信号処理装置５０はボックス形状を有し、電源ライン１０４が接続されている。固定子３１は、標準の固定子であり、例えば最大長がおよそ３０ｃｍ程度の長さを有する。長尺の固定子１０１の長さは必要に応じて任意に設定され、当該長さに必要な数の標準の固定子３１が用意され、接続される。
【００４８】
図９は、隣り合う２つの固定子３１の接続部分を拡大して示している。図９中の左右の固定子３１の各々の表面に形成された電極等の構造は図５で説明した通りである。すなわち、２つの誘導電極３１ａ，３１ｂと４相の電位検出電極３１ｃとが各固定子３１の表面に形成されている。電位検出電極３１ｃでは、４相（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の電位検出電極は順番に繰り返し等間隔（一定の電極ピッチ）で形成されている。電極ピッチをｐとし、ｎを１，２，３，…とするとき、Ａの電位検出電極の位置（ＤＡ）はＤＡ＝４ｎｐで与えられ、Ｂの電位検出電極の位置（ＤＢ）はＤＢ＝（４ｎ＋１）ｐで与えられ、Ｃの電位検出電極の位置（ＤＣ）はＤＣ＝（４ｎ＋２）ｐで与えられ、Ｄの電位検出電極の位置（ＤＤ）はＤＤ＝（４ｎ＋３）ｐで与えられる。
【００４９】
２つの固定子３１の対向する端部の箇所には、同じ側に端子Ａ，Ｃ，Ｑ（図９中下側）と端子Ｂ，Ｄ，Ｐ（図９中上側）が形成されている。同じ側の同じ端子同士が、対応する各接続線１１１で接続された状態にある。複数本の接続線１１１が上記の接続回路部１０２を構成している。また各固定子３１の対向端部の表面箇所には、破線１１２に示されるように、例えば２つの分の電位検出電極が除去され、ブランクの領域部分が形成されている。ブランクの領域には破線１１２で示されるように全部で４つの電位検出電極が形成されるべき領域である。この４つの電位検出電極は上記のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応するものである。従って隣接する２つの固定子３１は境界部分を経由しても、４相の電位検出電極の位置関係に関して順番がずれないように設定されている。
【００５０】
隣接する２つの固定子３１の間であって、固定子端部の電位検出電極３１ｃが部分的に欠ける箇所、すなわち上記のブランクの領域の長さを図示のごとくＥとする。他方、移動子３２の全体の電極長を図６に示すようにＨＬとする。このとき、信号の低下は単純に「信号低下率＝Ｅ／ＨＬ」で計算される。
【００５１】
例えばＨＬが３０ｍｍで、Ｅが１周期分０．８ｍｍとすると、信号低下率は２．６７％となる。従ってほとんど支障がない。さらにリニアスケールとして利用されるとき、測定対象である距離は信号の「位相」で演算するので、ほとんど測定誤差にならない。換言すると、移動子３２は、矩形で或る程度の面積を有し、かつ全体の電極長が或る程度の大きな寸法を有するので、２つの固定子３１の接続部分の隙間の問題を測定誤差の観点では解消できるという特性を有している。
【００５２】
図１０は、長尺化されるときの複数の固定子３１の取付け構造を示す斜視図である。複数の固定子３１は、所要の厚みを有する基台１２１の上に例えば接着剤あるいは両面テープ１２２で固定される。固定子３１を、前述のごとくフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）で製作すると、その材料はポリイミド樹脂であるため、温度や湿度により伸縮する。そこで、ガラスまたは大理石等で作られた温度や湿度で伸縮しない基台１２１に複数の固定子３１を接着剤等１２２で貼りつけ、長尺の固定子１０１を作る。固定子１０１に接着剤等１２２で固定された固定子３１の縦断面図を図１１に示している。これによって固定子３１の伸縮を可能な限り抑制することができ、さらに長尺化された固定子１０１の全体の伸縮を低減することができ、測定精度を向上する。
【００５３】
基台１２１に鉄等の金属を使用し、かつ工作機械に応用すれば、静電型エンコーダを利用したリニアスケールと被工作物とが同じ温度係数になり、両者の膨張の違いに起因して生じる測定誤差をなくすことができる。
【００５４】
次に図１２を参照して、固定子が環状（リング状）の形状を有する円筒型の静電型エンコーダの実施形態を説明する。
【００５５】
静電型エンコーダ２０１では、前述の実施形態で説明した基台（１１あるいは１２１）に相当する部分が円筒形状を有する円筒状部材２０２として形成されている。円筒状部材２０２は、長形の基台（１１あるいは１２１）を湾曲させて環状の形状に形成した構造を有している。円筒状部材２０２の下側には、円筒状部材２０２を支える支持部２０３が設けられている。
【００５６】
円筒状部材２０２の外側円周面（外周面）２０２ａの全周には、１つの固定子２０４が接着剤等により取り付けられている。図１２に示された例では、例えば長形の１つの固定子２０４を湾曲させ、円筒状部材２０２の外周面２０２ａの全周に固定した例である。固定子２０４の表面に形成される各種の電極の構造等については、前述した固定子３１等と同じであり、２つの誘導電極と４相電位検出電極が設けられている。長形の固定子２０４の一端と他端は対向した位置に配置され、その間の隙間は、一端側と他端側の各４相長形の固定子２０４の一端と他端は対向した位置に配置され、その間の隙間は、一端側と他端側の各４相電位検出電極が位置ずれしないように位置合わせし、連続的になるように形成される。４相の電位検出電極は規則的な距離位置に配置され、この関係は隙間の箇所でも同じである。なおこの場合、固定子２０４の一端と他端の間に接続回路部を設ける必要がない。位置調整のために、固定子２０４を伸ばして引張するようにすることもできる。また円筒状部材２０２と固定子２０４との間に、テープ状薄材を挿入して固定子２０４の直径を調整することもできる。固定子２０４の表面は、円筒状部材２０２の表面の湾曲度に対応して湾曲している。固定子２０４の４相電位検出電極が形成された表面には回転子２０５が配置されている。回転子２０５は、前述した移動子３２に対応する部材であり、固定子２０４の電極との間の静電誘導作用に基づき同じ機能を有する。移動子３２は直線状の固定子の上を直線的に移動する移動子であったが、これに対して回転子２０５は環状の固定子２０４の上を移動し、一方の端から他方の端まで移動すると、結果として円筒状部材２０２の周りを回転することになる。この場合、回転子２０５の少なくとも対向面は、固定子２０４の湾曲表面に平行となるように湾曲している。図１２では、回転子２０５の回転動作を可能にする回転子２０５を支持する構造部分の図示は省略している。なお、固定子２０５は全体形状として環状に形成されており、回転子２０５は、矢印２０６，２０７のいずれの方向にも、隙間部分を跨いで、自由に何回転も回転させることが可能である。固定子２０５の端部からは各電極に係る端子からの信号線２０８が引き出され、複数の信号線２０８は束ねられて接続ケーブル２０９に収容されている。接続ケーブル２０９は信号処理回路へ導かれる。
【００５７】
上記のような円筒型の静電型エンコーダ２０１によれば、回転センサとして、円筒状対象物の円周方向の長さ（回転角度）を測定することができる。完全に３６０度（または３６０度未満）の回転角度を連続して検出することができる。
環状の固定子２０４の直径（２Ｒ）を１００ｍｍ、固定子の電極ピッチ（ｐ）を０．２ｍｍとし、
さらに内挿係数（ｋ）を１０２４とすると、分解能（η）は次式から約０．０００９度（３．２秒）となる。
η＝３６０（度）／［（２πＲ／４ｐ）・ｋ］
【００５８】
上記の円筒型の静電型エンコーダ２０１では次のように変更することができる。上記の実施形態では１つの環状の固定子２０４を用いていたが、２つ以上の固定子を接続して全体として長尺化し、円筒状部材２０２の外側円周面（外周面）２０２ａの全周に設け、より大きな直径の環状の固定子を形成することもできる。この構成の場合には、２つ以上の固定子の隣り合う固定子間には４相の電極同士を接続する接続回路部が設けられる。
さらに、円筒状部材２０２の外側円周面（外周面）２０２ａの一部の弧状領域に少なくとも１つの固定子を弧状に湾曲させて貼り付けることもできる。この場合には３６０度よりも小さい角度範囲で回転子２０５の位置を測定することができる。
また円筒状部材２０２の内周面に少なくとも１つの固定子２０４を外周面の場合と同様に貼り付け、かつ回転子２０５を配置するように構成することもできる。
【００５９】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る静電型エンコーダは、リニアモータ等の駆動装置のエンコーダとして利用され、特に長尺化された固定子を有するエンコーダとしての利用に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る静電型エンコーダの基本的な構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る静電型エンコーダの端面図である。
【図３】静電型エンコーダおける固定子と移動子に関する構造部分のみを取り出して示した要部斜視図である。
【図４】固定子と移動子の配置関係に関する構造部分の側面図である。
【図５】固定子の構成と信号処理装置の構成を示す平面図および回路ブロック図である。
【図６】移動子の構成を示す平面図である。
【図７】位相調整を説明するための回路各部の波形についてのタイミングチャートである。
【図８】長尺化された固定子と信号処理装置とアップダウンカウンタからなる静電型エンコーダのシステム構成を示す構成図である。
【図９】長尺化した固定子で隣り合う２つの固定子の接続部分を拡大して示す平面図である。
【図１０】長尺化されるときの複数の固定子の取付け構造を示す斜視図である。
【図１１】接着剤で固定子が貼り付けられた基台の縦断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る円筒型の静電型エンコーダの基本的な構成を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０          リニアモータ
１１          基台
１２          ガイドレール
１３          縦壁部
１４          シャフトモータマグネット
１５          シャフトモータコイル
１６          摺動係合部
３０          静電型エンコーダ
３１          固定子
３２          移動子
３４          フィルム
３５          補強板
３６          摺動材
３７          板バネ部材
５０          信号処理装置
５１          レゾルバ／デジタル変換器
５５          位相調整回路
５６          アップダウンカウンタ
１０１        長尺化された固定子
１０２        接続回路部
１１１        接続線
１２１        基台
１２２        接着剤
２０１        静電型エンコーダ
２０２        円筒状部材
２０４        固定子
２０５        回転子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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