(57)【要約】【課題】移動体が面ぶれしても、移動体電極から固定体電極に静電誘導される信号のレベルを一定化する。【解決手段】本静電型エンコーダは、共に相対向する面に電極を備えた固定基板１と移動基板１との相対位置変化に伴い、上記移動基板２に設けた複数の電極（移動電極）から上記固定基板１に設けた電極（固定電極）へ機械的な相対位置変位量を示す電気信号を静電により誘導するエンコーダであり、上記固定基板１には、上記移動基板２上の移動電極に対向する位置でかつ上記移動基板の所定中心に対して互いに対して対称な位置にそれぞれ少なくとも１つの固定電極を配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共に相対向する面に電極を備えた固定基板と移動基板との相対位置変化に伴い、上記移動基板に設けた複数の電極（移動電極）から上記固定基板に設けた電極（固定電極）へ機械的な相対位置変位量を示す電気信号を静電誘導する静電型エンコーダにおいて、
上記固定基板には、上記移動基板上の移動電極に相対向する位置でかつ上記移動基板の所定中心に対して対称な位置それぞれに少なくとも１つの固定電極を配置した、ことを特徴とする静電型エンコーダ。
【請求項２】
固定基板に対して移動基板を軸周りに回転可能な回転基板としたロータリエンコーダ構成とし、上記回転基板上の移動電極を所定半径の円周方向等間隔に複数で配置すると共に、
上記固定基板上の上記少なくとも両固定電極を、上記回転基板の回転中心から上記と同一半径の円周上において回転対称位置にそれぞれ配置した、ことを特徴とする請求項１に記載の静電型エンコーダ。
【請求項３】
固定基板に対して移動基板をリニアに移動可能としたリニアエンコーダ構成とし、移動基板上の上記移動電極を所定中心線に対して線対称位置にリニア方向にそれぞれ複数配置すると共に、固定基板上の上記少なくとも両固定電極を上記移動基板の所定中心線に対して線対称位置にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１に記載の静電型エンコーダ。
【請求項４】
共に相対向する面に電極を備えた固定基板と移動基板との相対位置変化に伴い、上記移動基板に設けた複数の電極（移動電極）から上記固定基板に設けた電極（固定電極）へ機械的な相対位置変位量を示す電気信号を静電により誘導する静電型エンコーダにおいて、
上記移動基板の両側にそれぞれ固定基板を配置すると共に、上記両固定基板には、上記移動基板の移動電極と対向する位置それぞれに少なくとも１つずつ固定電極を配置した、ことを特徴とする静電型エンコーダ。
【請求項５】
上記移動電極は、上記移動基板に対して側面視で所定中心から等距離となる対称位置に設けた、ことを特徴とする請求項４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、相対向面に電極を備えた固定基板と移動基板とを備え、これらの相対移動に伴う対向電極間の静電誘導作用により、移動量や移動速度等を検出する静電型エンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電型エンコーダのうち、例えば静電型ロータリエンコーダは、固定基板と回転基板との相対回転によりこれら両基板対向面の電極間における静電誘導作用の変化により回転の機械的変位量を示す電気信号を得ると共に、この電気信号を処理して回転軸の回転量や回転速度等を検出することができるようになっている。
【０００３】
この静電型ロータリエンコーダの従来例を図１４ないし図１７を参照して説明する。図１４（ａ）は固定基板と回転基板との配置構成を示し、図１４（ｂ）は固定基板と回転基板とを側面から見た構成を示す。図１５（ａ）は回転基板の平面構成を示し、図１５（ｂ）は固定基板の平面構成を示す。図１６は固定基板に対して回転基板が面ぶれした状態を示し、図１７は固定基板に対して回転基板が上記と反対方向に面ぶれした状態を示す。
【０００４】
まず、図１４（ａ）（ｂ）および図１５（ａ）（ｂ）を参照して、１は平面視円形の固定基板、２は平面視円形の回転基板である。これら両基板１，２は一定距離を隔てて互いの基板面が相対向している。固定基板１は回転軸３を中心として一定半径の円周上の一部に固定電極４を有する。回転基板２は同じく回転軸３を中心とする同一半径の円周上全周にわたり複数の回転電極５を等間隔に配置している。この固定電極４は回転電極５と容量結合する。これにより、固定基板１に対して回転基板２が回転軸３周りに回転した場合、固定基板１の固定電極４では、回転基板２の回転電極５との間での上記容量結合により起きる静電誘導作用に応じて、回転電極５に印加された電気信号例えばキャリア信号を変調して受信することができる。この変調信号は固定電極４から図示略の回路に入力され、その回路で復調されることで回転基板２の回転検出に用いることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２１４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記静電型ロータリエンコーダにおいては、図１６で示すように固定基板１に対して回転基板２が回転軸３に対して面ぶれが発生すると、回転基板２の回転電極５が固定基板１の固定電極４に接近する結果、固定基板１の固定電極４と、回転基板２の回転電極５との間の静電誘導作用が大きくなることにより、固定電極４で受信する電気信号のレベルが増大する。これとは反対に図１７では回転基板２の回転電極５が固定基板１の固定電極４から離間する結果、固定基板１の固定電極４と、回転基板２の回転電極５との間の静電誘導作用が小さくなることにより、固定電極４に印加された電気信号のレベルが減少する。
【０００７】
以上により従来の静電型ロータリエンコーダでは、回転基板２が回転軸３に対して面ぶれすると、固定電極４側での電気信号が大小にレベル変化することにより、検出精度が大きく低下してしまう、という課題がある。しかしながら、回転基板２の面ぶれを簡単には防止することは困難である一方で、面ぶれ防止構造を採用することはコストもかかる、という課題がある。
【０００８】
上記課題は、静電型ロータリエンコーダだけでなく、固定基板と対向する基板がリニアに移動する移動基板になっている静電型リニアエンコーダにおいても派生する課題である。
【０００９】
そこで、本発明により解決すべき課題は、静電型エンコーダにおいて、固定基板に対して回転基板等の移動基板が移動の際に面ぶれしても、固定基板の固定電極において静電誘導により生成される電気信号のレベルを一定化可能とし、これによりコストがかかる面ぶれ防止構造を採ることなく高精度な検出動作を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明第１による静電型エンコーダは、共に相対向する面に電極を備えた固定基板と移動基板との相対位置変化に伴い、上記移動基板に設けた複数の電極（移動電極）から上記固定基板に設けた電極（固定電極）へ機械的な相対位置変位量を示す電気信号を静電により誘導する静電型エンコーダにおいて、上記固定基板には、上記移動基板上の移動電極に対向する位置でかつ上記移動基板の所定中心に対して互いに対して対称な位置にそれぞれ少なくとも１つの固定電極を配置した、ことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明第１によれば、移動基板が上記所定中心において面ぶれしても、固定基板上の両固定電極に静電誘導される信号の平均レベルを一定化することができるので、この平均レベルの信号から移動量や移動速度等を検出することができる。これにより、本発明第１ではコストがかかる面ぶれ防止構造を採る必要がなくなるから、そのコストダウンを図れる。
【００１２】
本発明第１において、好ましい態様は、固定基板に対して移動基板を軸周りに回転可能な回転基板としたロータリエンコーダ構成とし、上記回転基板上の移動電極を所定半径の円周方向等間隔に複数で配置すると共に、上記固定基板上の上記少なくとも両固定電極を上記回転基板の回転中心から所定半径の円周上において回転対称位置にそれぞれ配置することである。
【００１３】
本発明第１において、好ましい態様は、固定基板に対して移動基板をリニアに移動可能としたリニアエンコーダ構成とし、移動基板上の上記移動電極を所定中心線に対して線対称位置にリニア方向にそれぞれ複数配置すると共に、固定基板上の上記少なくとも両固定電極を上記移動基板の所定中心線に対して線対称位置にそれぞれ配置することである。
【００１４】
本発明第２によるエンコーダは、共に相対向する面に電極を備えた固定基板と移動基板との相対位置変化に伴い、上記移動基板に設けた複数の電極（移動電極）から上記固定基板に設けた電極（固定電極）へ機械的な相対位置変位量を示す電気信号を静電により誘導する静電型エンコーダにおいて、上記移動基板の両側にそれぞれ固定基板を配置すると共に、上記両固定基板には、上記移動基板の移動電極と対向する位置それぞれに少なくとも１つずつ固定電極を配置した、ことを特徴とするものである。
【００１５】
上記移動基板上の移動電極には、移動基板表裏両面それぞれに設けた移動電極に限定されず、移動基板の表面のみ、あるいは裏面のみ、あるいは移動基板の内層に少なくとも１つ配置した移動電極も含むことができる。
【００１６】
上記移動電極は、移動基板に対して側面視で所定中心から等距離となる対称位置それぞれに設けることが好ましい。
【００１７】
本発明第２によれば、移動基板が上記所定中心において面ぶれしても、移動基板をその両側から挟む固定基板上の固定電極に静電誘導される信号の加算レベルを同一化することができるので、この加算レベルの信号から移動量や移動速度等を検出することができる。これにより、本発明第２ではコストがかかる面ぶれ防止構造を採る必要がなくなるから、そのコストダウンを図れる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、移動基板が面ぶれしても、コストがかかる面ぶれ防止構造を採る必要がなくなるから、そのコストダウンを図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明の実施の形態にかかる静電型ロータリエンコーダの概念的構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）は回転基板の平面構成を示す図、図２（ｂ）は固定基板の平面構成を示す図である。
【図３】図３は回転基板が面ぶれしている状態を示す図である。
【図４】図４は回転基板が図３の面ぶれ方向とは逆の方向に面ぶれしている状態を示す図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態２にかかる静電型リニアエンコーダの平面構成を示す図である。
【図６】図６は図５で示す静電型リニアエンコーダの側面構成を示す図である。
【図７】図７は図５で示す静電型リニアエンコーダにおいてリニア移動体が面ぶれしている状態を示す図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態３にかかる静電型ロータリエンコーダの概念的構成を示す図である。
【図９】図９（ａ）は図８の静電型ロータリエンコーダが備える上側固定基板の平面構成を示す図、図９（ｂ）は図８の静電型ロータリエンコーダが備える回転基板の平面構成を示す図、図９（ｃ）は図８の静電型ロータリエンコーダが備える下側固定基板の平面構成を示す図である。
【図１０】図１０は実施の形態３の回転基板が面ぶれしている状態を示す図である。
【図１１】図１１は実施の形態３の変形例を示す図である。
【図１２】図１２は本発明の実施の形態４にかかる静電型リニアエンコーダの平面構成を示す図である。
【図１３】図１３は図１２で示す静電型リニアエンコーダの側面構成を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）は従来の静電型ロータリエンコーダにおいて、固定基板と回転基板との外観の構成を示す図、図１４（ｂ）は固定基板と回転基板とを側面から見た構成を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）は回転基板の平面構成を示す図、図１５（ｂ）は固定基板の平面構成を示す図である。
【図１６】図１６は固定基板に対して回転基板が面ぶれした状態を示す図である。
【図１７】図１７は固定基板に対して回転基板が上記と反対方向に面ぶれした状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る静電型エンコーダを説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
実施の形態１を図１ないし図４を参照して説明する。実施の形態１の静電型エンコーダはロータリエンコーダであって、平面視円形で非回転固定状態の固定基板１と、平面視円形で回転可能な回転基板２とを備える。固定基板１は基板中心Ｏ１が回転軸３と一致しその回転中心Ｏ１から一定半径の円周上において、１８０度で対向する位置すなわち回転中心Ｏ１に対して回転対称の位置に電極（固定電極）４ａ，４ｂを少なくとも１つずつ配置している。回転基板２は同じく回転中心Ｏ２が回転軸３と一致しその回転中心Ｏ２から上記半径と同一半径の円周上全周にわたり複数の電極（回転電極）５を等間隔配置している。そして回転基板２は回転軸３と共に回転中心Ｏ２回りに回転する。静電型ロータリエンコーダはさらに、両固定電極４ａ，４ｂそれぞれの出力信号を平均処理する平均化回路を備える。
【００２２】
以上の構成において、図３、図４それぞれで示すように固定基板１に対して回転基板２が回転軸３に対して面ぶれが発生すると、図３では回転基板２の回転電極５が固定基板１の固定電極４ｂに接近し、固定電極４ａからは離間するが、図４では回転基板２の回転電極５が固定基板１の固定電極４ｂから離間し、固定電極４ａに接近する。
【００２３】
その結果、図３では回転電極５と固定電極４ｂとの間の静電容量はＣ１、回転電極５と固定電極４ａとの間の静電容量はＣ２（＜Ｃ１）、図４では回転電極５と固定電極４ｂとの間の静電容量はＣ３、回転電極５と固定電極４ａとの間の静電容量はＣ４（＞Ｃ３）である。これら容量変化に対して、図１のように回転基板２が面ぶれしていないときの固定基板１の固定電極４ａ，４ｂと回転基板２の回転電極５との対向する静電容量は共にＣ０である。
【００２４】
そして、図１での回転電極５と固定電極４ａとの距離はｄ０、回転電極５と固定電極４ｂとの距離はｄ０であり、合計距離は２ｄ０である。また、図３での回転電極５と固定電極４ａとの距離はｄ２、回転電極５と固定電極４ｂとの距離はｄ１であり、接近と離間する距離が相殺される結果、合計距離は面ぶれしていない距離と同じく、（ｄ１＋ｄ２）＝２ｄ０である。図４での回転電極５と固定電極４ａとの距離はｄ４、回転電極５と固定電極４ｂとの距離はｄ３であり、接近と離間する距離が相殺される結果、合計距離は面ぶれしていない距離と同じく、（ｄ３＋ｄ４）＝２ｄ０である。
【００２５】
したがって、図１のように面ぶれしていない場合や、図３や図４のように面ぶれしている場合も、合計距離は同じであり、したがって、図３での静電容量の平均は（Ｃ１＋Ｃ２）／２＝Ｃ０、図４での静電容量の平均は（Ｃ３＋Ｃ４）／２＝Ｃ０となる。すなわち、実施の形態では回転基板２が面ぶれしても、２つの固定電極４ａ，４ｂと、これと対向する２つの回転電極５との静電容量は平均すると、同じである。
【００２６】
これにより、固定基板１の固定電極４ａ，４ｂそれぞれと、回転基板２の回転電極５との間の静電誘導作用により、両固定電極４ａ，４ｂが受信する電気信号のレベルは平均化回路により平均化すると、図１の場合、図３の場合、図４の場合、いずれも同一のレベルとなる。したがって、この実施の形態では、回転基板２が面ぶれしても、固定基板１の固定電極４ａ，４ｂが受信する電気信号のレベルを平均処理して一定化することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図５ないし図７を参照して本発明の実施の形態２にかかる静電型エンコーダを説明する。図１ないし図４と対応するないし類似する部分には同一の符号を付している。この実施の形態２のエンコーダは静電型リニアエンコーダである。この静電型リニアエンコーダは、固定基板１と、図上、矢印Ｐ，Ｑ方向にリニア移動する移動基板２と、を備える。固定基板１には移動基板２の左右方向中央線３に対して左右対称の位置に固定電極４ａ，４ｂを備える。移動基板２は、矢印Ｐ，Ｑ方向に帯状構成の基板であり、中央線３に対して左右対称の位置すなわち中央線３から線対称位置であってかつ固定電極４ａ，４ｂにそれぞれ対向する位置に、移動電極５ａ，５ｂを備える。
【００２８】
以上の構成において、移動基板２が面ぶれしていない場合、固定電極４ａとリニア移動電極５ａとの間の静電容量と、固定電極４ｂと移動電極５ｂとの間の静電容量は共にＣ０である。その合計容量の平均はＣ０である。
【００２９】
そして、移動基板２が図７で示すように面ぶれした場合、固定電極４ａと移動電極５ａとの間の静電容量はＣ２、固定電極４ｂと移動電極５ｂとの間の静電容量は共にＣ１となる。そして、この場合、固定電極４ａと移動電極５ａとの第１距離と、固定電極４ｂと移動電極５ｂとの第２距離との合計が、面ぶれしていない場合での第１、第２距離の合計と同等であるから、その合計容量の平均（Ｃ１＋Ｃ２）／２はＣ０となり、移動基板２が面ぶれしていない場合の合計容量の平均と同じである。
【００３０】
したがって、この実施の形態２においても、移動基板２が面ぶれしても、固定基板１の固定電極４ａ，４ｂに静電誘導される電気信号のレベルは平均処理すると一定化することができる。
【００３１】
（実施の形態３）
図８ないし図１０を参照して本発明の実施の形態３にかかる静電型エンコーダを説明する。この実施の形態３のエンコーダはロータリエンコーダである。図８で示すように、回転基板２を間にして固定基板１ａ，１ｂがその両側で配置されている。固定基板１ａ，１ｂは回転軸３に対してその基板面が垂直直交し、互いに平行になっていて、非回転状態に固定されている。固定基板１ａ，１ｂそれぞれの回転中心Ｏ１、Ｏ２と回転基板２の回転中心Ｏ３は回転軸３上で一致する。回転基板２は回転中心Ｏ３周りに回転可能に取り付けられている。
【００３２】
図８および図９（ａ）で示すように、固定基板１ａには、回転中心Ｏ１中心に所定半径における円周方向１８０度で対向して固定電極４ａ，４ｂが、図８および図９（ｃ）で示すように、固定基板１ｂには、回転中心Ｏ２中心に上記半径と同一半径における円周方向１８０度で対向して固定電極４ｃ，４ｄが配置されている。また、図８および図９（ｂ）で示すように、回転基板２には固定基板１ａに対向する面に回転中心Ｏ３から上記半径と同一半径における円周方向に複数の回転電極５ａが、固定基板１ｂに対向する面には回転中心Ｏ３から上記半径と同一半径における円周方向に複数の回転電極５ｂが配置されている。
【００３３】
まず、図８で示すように、回転基板２が面ぶれしていない場合、固定基板１ａの固定電極４ｂと回転基板２の回転電極５ａとの対向距離はｄ０でそれに対応する静電容量はＣ０であり、固定基板１ｂの固定電極４ｄと回転基板２の回転電極５ｂとの対向距離はｄ０でそれに対応する静電容量はＣ０である。そしてこれら静電容量の合計容量は２Ｃ０である。また、固定基板１ａの固定電極４ａと回転基板２の回転電極５ａとの対向距離はｄ０でそれに対応する静電容量Ｃ０であり、固定基板１ｂの固定電極４ｃと回転基板２の回転電極５ｂとの対向距離はｄ０でそれに対応する静電容量はＣ０であり、これら静電容量の合計容量は２Ｃ０である。
【００３４】
なお、上記説明では、固定基板１ｂの固定電極４ｄと回転基板２の回転電極５ｂとの対向距離および固定基板１ａの固定電極４ａと回転基板２の回転電極５ａとの対向距離は、共に、ｄ０として、静電容量は共にＣ０としたが、これに限らず、上記両対向距離が異なり、これにより静電容量が異なってもよい。
【００３５】
そして、図１０で示すように、回転基板２が面ぶれした場合、固定基板１ａの固定電極４ｂと回転基板２の回転電極５ａとの対向距離が接近し、それら電極４ｂ，５ａ間の静電容量はＣ４（＞Ｃ０）であり、固定基板１ｂの固定電極４ｄと回転基板２の回転電極５ｂとの対向距離が離間し、それら電極４ｄ，５ｂ間の静電容量はＣ２（＜Ｃ０）であり、それら静電容量の合計容量は、各対向距離は接近と離間で全体的に相殺される結果、２Ｃ０である。固定基板１ａの固定電極４ａと回転基板２の回転電極５ａとの対向静電容量Ｃ３と、固定基板１ｂの固定電極４ｃと回転基板２の回転電極５ｂとの対向静電容量Ｃ１との合計容量も同様に２Ｃ０である。
【００３６】
以上のように、静電容量は対向電極の投影面積が同一であれば、対向電極間距離に逆比例して変化するが、固定基板１ａ，１ｂの対向距離が一定である。したがって、回転基板２は固定基板１ａ，１ｂ間に介在するので、該回転基板２がどのように面ぶれして、回転基板２に対して固定基板１ａ，１ｂの対向距離が変化しても、回転基板２に上下で対向する固定基板１ａ，１ｂとの間の静電容量の合計は一定となるからである。
【００３７】
以上から、実施の形態３では回転基板２が面ぶれしても固定基板１ａ，１ｂの固定電極に静電誘導する信号を加算回路７で加算した合計値は一定となるから、この合計値の信号から移動量や移動速度等を検出することができる。これにより、本実施の形態ではコストがかかる面ぶれ防止構造を採る必要がなくなるから、そのコストダウンを図れる。
【００３８】
なお、実施の形態３において、回転基板２にはその表裏両面それぞれ回転電極５ａ，５ｂを配置したが、図１１で示すように、点線で示す位置に、回転基板２の表面にのみ回転電極５ａ１、あるいは、回転基板２の裏面にのみ回転電極５ａ２、あるいは回転基板２の内層にのみ回転電極５ａ３を配置した場合も含むことができる。
【００３９】
（実施の形態４）
図１２および図１３を参照して本発明の実施の形態４にかかる静電型エンコーダを説明する。図１ないし図４と対応するないし類似する部分には同一の符号を付している。この実施の形態４のエンコーダは静電型リニアエンコーダである。この静電型リニアエンコーダは、上下一対の固定基板１ａ，１ｂ間に、図上、矢印Ｐ，Ｑ方向にリニア移動する移動基板２を介装した構成となっている。固定基板１ａ，１ｂには移動基板２の左右方向中央線３に対して左右対称の位置に固定電極４ａ，４ｂ；４ｃ，４ｄを備える。移動基板２には、中央線３に対して左右対称の位置であって、固定電極４ａ，４ｂにそれぞれ対向する位置に、移動電極５ａ，５ｂを備える。また、固定電極４ｃ，４ｄにそれぞれ対向する位置に、移動電極５ｃ，５ｄを備える。
【００４０】
以上の構成を有する実施の形態４においても、実施の形態３と同様に、移動基板２が面ぶれしても固定基板１ａ，１ｂの固定電極に静電誘導する信号を加算した合計値は一定となる。
【符号の説明】
【００４１】
１  固定基板
２  回転基板（移動基板）
３  回転軸
４  固定電極
５  回転電極
【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】
2011095021.tif 000012
【図１１】
2011095021.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2011095021.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2011095021.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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