(57)【要約】【課題】検出信号配線同士の間に存在する浮遊容量による検出信号の干渉を防止する。【解決手段】一対のスケールの一方に配置される送信電極２３に、４５°ずつ位相の異なる駆動信号を入力し、一対のスケールの他方に配置されこの送信電極２３と容量結合する受信電極と、この送信電極２３との間の容量結合の大きさを検出電極２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂにより検出する。検出電極２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂと信号処理・制御回路１３との間の複数の検出信号配線の間には、電気的に接地されたグランドパターンＧＢ１、ＧＣ１、ＧＢＣが配置される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定軸方向に相対移動可能に配置された第１の部材及び第２の部材と、
前記第１の部材に配置された複数の送信電極と、
前記第２の部材に配置され前記複数の送信電極と容量結合する受信電極と、
前記送信電極と前記受信電極の容量結合の大きさを検出する検出電極と、
前記検出電極からの検出信号を複数の検出信号配線を介して受信する信号処理部とを備えた静電容量式変位検出装置において、
基準電位を与えられた基準電位配線を前記複数の検出信号配線の間に配置したことを特徴とする静電容量式変位検出装置。
【請求項２】
前記検出電極は、互いに空間周波数の異なる第１の検出電極と第２の検出電極とを備え、前記基準電位配線は、前記第１の検出電極に接続された検出信号配線と前記第２の検出電極に接続された検出信号配線との間に配置された請求項１に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の検出電極は、それぞれ複数の検出信号を前記検出信号配線を介して出力するように構成され、前記基準電位配線は、前記複数の検出信号配線の間ごとに配置された請求項２に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の検出電極は、前記第１の部材上に前記送信電極と隣接させて設けられ、前記第１の部材上には、前記送信電極を囲うように設けられた遮蔽パターンが形成され、この遮蔽パターンより、前記基準電位配線が伸設されている請求項２に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項５】
測定軸方向に相対移動可能に配置された第１の部材及び第２の部材と、
前記第１の部材に配置された複数の送信電極と、
前記第２の部材に配置され前記複数の送信電極と容量結合する受信電極と、
前記送信電極と前記受信電極の容量結合の大きさを検出する検出電極と、
前記検出電極からの検出信号を複数の検出信号配線を介して受信する信号処理部とを備えた静電容量式変位検出装置において、
前記検出電極は、互いに周波数成分の異なる検出信号を検出する第１の検出電極と第２の検出電極とを備え、
前記第１及び第２の検出電極は、それぞれ複数の検出信号を前記信号配線を介して出力するように構成され、
前記第１の検出電極に接続された検出信号配線と前記第２の検出電極に接続された検出信号配線とのうち隣接するもの同士の間の配線間距離は、前記第１の検出電極に接続された検出信号配線同士の配線間距離又は前記第２の検出電極に接続された検出信号配線同士の配線間距離よりも大きくされていることを特徴とする静電容量式変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電容量式変位検出装置、特にその検出部と信号処理部との間を電気的に接続する信号配線の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量式変位検出装置（以下、静電容量式センサという）は、相対移動可能に設けられた２つのスケールにそれぞれ送信電極と受信電極が形成され、スケールの移動に伴って送信電極と受信電極間の容量結合の大きさが変化することを検出電極で検出するものである。
【０００３】
このような静電容量式センサを開示するものとしては、例えば特許文献１がある。図６は、この特許文献１に開示された静電容量式センサの電極部の構成を示している。スケール２１に送信電極２３及び検出電極２６、２７が形成され、メインスケール２２に受信電極２４が形成される。スケール２１とメインスケール２２とはいずれか一方が固定要素であり、他方が可動要素であり、ここでは、スケール２１に対し、メインスケール２２が、図中矢印で示す測定軸Ｘ方向に相対的に移動するものとする。送信電極２３は複数の電極を配列して構成され、これらは所定本数おきに共通接続されて所定位相角度ずつ位相の異なる少なくとも３種類、好ましくは８種類以上の交流信号が供給されている。
【０００４】
メインスケール２２がスケール２１に対し変位すると、受信電極２４には変位に応じた合成信号が生じ、これを検出電極２６、２７で検出する。
検出電極２６は、メインスケール２２の変位量に基づく周波数成分が同一であり１８０°位相の異なる検出信号Ｂ１、Ｂ２をそれぞれ出力する一対の検出電極２６ａ、２６ｂを備えている。同様に、検出電極２７は、メインスケール２２の変位量に基づく周波数成分が同一であり１８０°位相の異なる検出信号Ｃ１、Ｃ２をそれぞれ出力する一対の検出電極２７ａ、２７ｂを備えている。検出信号Ｂ１及びＢ２の周波数成分は、Ｃ１、Ｃ２のそれと異っており、例えば前者は後者の数十倍とされる。また、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２には、スケール原点位置からの距離ｘに比例した受信電極２４の偏位量に基づく小周期の信号が重畳されている。これらの検出信号Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２の和又は差の信号（Ｂ１＋Ｂ２（密スケール信号）、Ｂ１−Ｂ２（中スケール信号）、Ｃ１−Ｃ２（粗スケール信号））を処理することで、メインスケール２１に対するメインスケール２２の変位量及び変位の方向が検出される。
【０００５】
図７は、上述した静電容量式センサのスケール２１の周辺回路を示すものである。上述したスケール２１はセンサ部１０内に設けられる。センサ部１０は、ガラスやセラミックス基板上にパターニングにより形成される。センサ部１０は、周辺回路基板１２と、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）１４により接続される。このＦＰＣ１４は、周辺回路基板１２側からセンサ部１０側へ交流信号を送信するための送信信号配線１４ａと、検出電極２６、２７で発生した検出信号Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２をセンサ部１０側から周辺回路基板１２側へ送信するための検出信号配線１４ｂとを備えている。すなわち、送信信号配線１４ａは、センサ部１０側の送信信号配線１０ａと周辺回路基板１２側の送信信号配線１２ａとを接続するものであり、検出信号配線１４ｂは、センサ部１０側の検出信号配線１０ｂと周辺回路基板１２側の検出信号配線１２ｂとを接続するものである。ＦＰＣ１４は、ＦＰＣ電極貼り付け部１６を介してセンサ部１０に接続され、ＦＰＣコネクタ１７を介して周辺回路基板１２と接続される。
【０００６】
周辺回路基板１２は、信号処理・制御回路１３を備えている。この信号処理・制御回路１３は、送信信号配線１２ａ、送信信号配線１４ａ及び送信信号配線１０ａを介して送信電極２３に例えば４５度ずつ位相の異なる８種類の交流信号を供給する。また、信号処理・制御回路１３は、検出電極２６、２７からの検出信号Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２を、検出信号配線１０ｂ、検出信号配線１４ｂ及び検出信号配線１２ｂを介して受信し、メインスケール２２の移動量を演算するための所定の信号処理を実行する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２０１３０８号公報（第２頁右欄、図５等）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の静電容量式センサは、ＦＰＣ１４等により、センサ部１０と周辺回路基板１２との間を複数の信号配線（例えば送信信号配線８本、検出信号配線４本）により接続し、この信号配線により信号の送受を行っている。このため、信号配線間において容量結合が生じ、これが検出信号に対するノイズとなる。配線が長かったり、センサ部１０の小型化に伴って信号強度が低くなったりすることにより、このノイズの影響も大きくなる。
特許文献１では、前述の８種類の交流信号が、送信信号配線１２ａや１０ａから直接検出信号配線１２ｂや１０ｂに入ってしまうことを防止するため、図７に示すように、グランドパターン１０ｃ、１０ｃ´をそれぞれ送信信号配線１０ａと検出信号配線１０ｂとの間、送信信号配線１２ａと検出信号配線１２ｂとの間に配置している。しかし、この構成によっても検出信号に未だノイズが残ってしまい、精度的に無視ができないことが分かった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、この点について研究を重ねた結果、検出信号配線同士の間に存在する浮遊容量が上記ノイズの原因であり、このノイズを防止することが課題であると結論付けた。
この課題達成のため、本発明に係る静電容量式変位検出装置は、測定軸方向に相対移動可能に配置された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に配置された複数の送信電極と、前記第２の部材に配置され前記複数の送信電極と容量結合する受信電極と、前記送信電極と前記受信電極の容量結合の大きさを検出する検出電極と、前記検出電極からの検出信号を複数の検出信号配線を介して受信する信号処理部とを備えた静電容量式変位検出装置において、基準電位を与えられた基準電位配線を前記複数の検出信号配線の間に配置したことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、前記複数の検出信号配線の間に配置された基準電位配線が、検出信号配線間の浮遊容量による検出信号間の影響を除去するので、検出信号のノイズを減少させ、正確な変位量の検出が可能となる。
【００１１】
本発明において、前記検出電極は、互いに空間周波数の異なる第１の検出電極と第２の検出電極とを備え、前記基準電位配線は、前記第１の検出電極に接続された検出信号配線と前記第２の検出電極に接続された検出信号配線との間に配置することができる。また、前記第１及び第２の検出電極は、それぞれ複数の検出信号を前記検出信号配線を介して出力するように構成され、前記基準電位配線は、前記複数の検出信号配線の間ごとに配置することもできる。
また、本発明において、前記第１及び第２の検出電極は、前記第１の部材上に前記送信電極と隣接させて設けられ、前記第１の部材上には、前記送信電極を囲うように設けられた遮蔽パターンが形成され、この遮蔽パターンより、前記基準電位配線が伸設されているように構成することができる。
【００１２】
この課題達成のため、本発明の別の態様に係る静電容量式変位検出装置は、測定軸方向に相対移動可能に配置された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材に配置された複数の送信電極と、前記第２の部材に配置され前記複数の送信電極と容量結合する受信電極と、前記送信電極と前記受信電極の容量結合の大きさを検出する検出電極と、前記検出電極からの検出信号を複数の検出信号配線を介して受信する信号処理部とを備えた静電容量式変位検出装置において、前記検出電極は、互いに周波数成分の異なる検出信号を検出する第１の検出電極と第２の検出電極とを備え、前記第１及び第２の検出電極は、それぞれ複数の検出信号を前記信号配線を介して出力するように構成され、前記第１の検出電極に接続された検出信号配線と前記第２の検出電極に接続された検出信号配線とのうち隣接するもの同士の間の配線間距離は、前記第１の検出電極に接続された検出信号配線同士の配線間距離又は前記第２の検出電極に接続された検出信号配線同士の配線間距離よりも大きくされていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態を図１〜図２を用いて説明する。図１及び図２において、図７に示す従来技術と同一の部分については、同一の符号を付しており、以下では詳細な説明は省略する。図１は、本実施の形態に係る静電容量式センサの全体構成を示しており、図２は、本実施の形態の特徴に係る部分の拡大図を示している。
【００１５】
図２に示すように、この実施の形態に係る静電容量式センサでは、図７に示す従来技術と同様に、検出電極２６、２７で発生する検出信号を、それぞれ周辺回路基板１２に搭載された信号処理・制御回路１３に送信するための複数の検出信号配線１０ｂを設けている。この実施の形態では、検出信号配線１０ｂとして、４本の検出信号配線１０ｂ１、１０ｂ２、１０ｂ３、１０ｂ４が設けられているものとする。
【００１６】
この実施の形態でも、図７に示す従来技術と同様に、送信信号配線１０ａと検出信号配線１０ｂとの間、送信信号配線１２ａと検出信号配線１２ｂとの間に、それぞれグランドパターン１０ｃ、１０ｃ´を配置している。本実施の形態では、これだけでなく、図１に示すように、複数の検出信号配線１０ｂ１、１０ｂ２、１０ｂ３、１０ｂ４の間にもグランドパターンＧＢ１、ＧＣ１、ＧＢＣを形成している。
グランドパターンＧＢ１は、検出電極２６ａの検出信号Ｂ１を伝送するための検出信号配線１０ｂ１と、検出電極２６ｂの検出信号Ｂ２を伝送するための検出信号配線１０ｂ２との間に配置され、これにより、検出信号配線１０ｂ１及び１０ｂ２の間の干渉を防止する役割を果たすものである。グランドパターンＧＣ１は、検出電極２７ａの検出信号Ｃ１を伝送するための検出信号配線１０ｂ３と、検出電極２７ｂの検出信号Ｃ２を伝送するための検出信号配線１０ｂ４との間に配置されている。これにより、検出信号配線１０ｂ３及び１０ｂ４の間の干渉を防止する役割を果たすものである。遮蔽パターン２３ｃは、送信電極２３を囲うようにして設けられ、これにより、グランドパターン１０ｃ及び１０ｃ´と共に、送信電極２３に送信される交流信号が検出信号配線１０ｂに重畳されることを防止している。
【００１７】
グランドパターンＧＢＣは、検出信号配線１０ｂ２と１０ｂ３との間に配置されていて、その一端は、遮蔽パターン２３ｃに接続されている。これにより、検出信号配線１０ｂ１又は１０ｂ２及び検出信号配線１０ｂ３又は１０ｂ４の間の干渉を防止する役割を果たすものである。
【００１８】
これらのグランドパターンＧＢ１、ＧＣ１、ＧＢＣは、ＦＰＣ１４を介して、周辺回路基板１２において接地電極に接続されている。すなわち、ＦＰＣ１４には、このグランドパターンＧＢ１、ＧＣ１、ＧＢＣ用に配線が用意されている。
以上の構成によると、グランドパターンＧＢ１により、検出信号Ｂ１と検出信号Ｂ２とが互いに影響し合うことが防止される。同様に、グランドパターンＧＣ１により、検出信号Ｃ１、Ｃ２が互いに影響し合うことが防止される。また、グランドパターンＧＢＣにより、検出信号Ｂ１又はＢ２及び検出信号Ｃ１又はＣ２（特に、隣接する検出信号線を通る信号Ｂ２と信号Ｃ１）が互いに影響し合うことが防止される。これにより、本来信号中に含まれるべき周波数以外の周波数の混入が防止されるので、スケール２２の移動量の検出誤差を少なくすることができる。
【００１９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図３を用いて説明する。この第２の実施の形態は、図３に示すようにグランドパターンＧＢ１、ＧＢ２を省略し、グランドパターンＧＢＣのみを形成している点において第１の実施の形態と異なっている。検出信号Ｂ１とＢ２の間の影響、検出信号Ｃ１とＣ２の間の影響が無視することができる場合には、このような形態にすることにより、検出信号配線の幅を狭くすることができ、ＦＰＣ１４も配線数の少ない幅の小さなものが採用できるので、センサ全体の大きさの小型化を図ることができる。
【００２０】
前述したように、検出信号Ｂ１とＢ２は、同一の周波数成分を有しているので、検出信号Ｂ１とＢ２との間で干渉が起こったとしても、差分信号（Ｂ１−Ｂ２）の信号強度が低下する影響に止まる。検出信号Ｃ１とＣ２の間の干渉についても同様のことが言える。このため、この信号強度の低下の度合が小さければ、グランドパターンＧＢ１とＧＣ１を省略したとしても問題は生じない。
【００２１】
しかし、検出信号Ｂ１又はＢ２と、検出信号Ｃ１又はＣ２とは、その周波数成分が異なっている。このため、検出信号Ｂ１又はＢ２と検出信号Ｃ１又はＣ２との間で干渉が生じると、本来含まれているべきでない周波数成分が各信号中に混入し、これにより誤検出が生じることが起こり得る。特に、粗スケール信号（Ｃ１−Ｃ２）に検出信号Ｂ１、Ｂ２が混入すると、検出信号Ｂ１、Ｂ２にはより高い周波数の成分が含まれているので、粗スケール信号の位相検出値の精度を著しく阻害してしまい、この出力値により規定される絶対測定が不可能となってしまう。このため、グランドパターンＧＢＣのみを形成するだけでも、十分な効果を得ることができる。
【００２２】
［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態を示している。この第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、グランドパターンＧＢＣのみを設け、このグランドパターンＧＢＣがＦＰＣ１４の配線に接続されている。
しかし、このグランドパターンＧＢＣが接続されたＦＰＣ１４の配線は、ＦＰＣの途中の部分で切断されており、ＦＰＣコネクタ１７までは到達していない。グランドパターンＧＢＣは、遮蔽パターン２３ｃが電気的に接地されることにより、接地電位に設定されている。なるべくＦＰＣ１４の幅を小さくしたいという要請からＦＰＣ１４での配線間距離が小さくされている一方、周辺回路基板１２では配線間距離を十分に取られている場合に、この第３の実施の形態は有効となる。この実施の形態では、ＦＰＣコネクタ１７側でのＦＰＣ１４の配線本数が少なく、これによりＦＰＣコネクタ１７側でのＦＰＣ１４の幅を小さくできるので、ハンドツールなど小型の装置には有効である。
【００２３】
〔変形例〕
以上、実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては、少なくとも検出信号配線１０ｂ２と１０ｂ３の間にグランドパターンＧＢＣを形成するようにしていたが、図５に示すように、グランドパターンＧＢＣとそれにつながるＦＰＣ１４上のパターンを省略し、代わりに、検出信号配線１０ｂ２と１０ｂ３の間の離間距離を、他の検出信号配線との間の離間距離（例えば、検出信号配線１０ｂ１と１０ｂ２との間の離間距離、検出信号配線１０ｂ３と１０ｂ４との間の離間距離）よりも十分に大きくするようにしてもよい。これにより、検出信号配線１０ｂ２と１０ｂ３との間の浮遊容量が小さくなるので、検出信号Ｂ１又はＢ２と検出信号Ｃ１又はＣ２の間の干渉（特に、信号Ｂ２とＣ１の間の干渉）が小さくなり、グランドパターンＧＢＣを設けるのと同様の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る静電容量式変位検出装置によれば、前記複数の検出信号配線の間に配置された基準電位配線が、検出信号配線間の浮遊容量による検出信号間の影響を除去するので、検出信号のノイズを減少させ、正確な変位量の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る静電容量式センサの全体構成を示す。
【図２】図１に示す周辺回路基板１２とセンサ部１０とを接続する配線を示している。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る静電容量式センサの周辺回路基板１２とセンサ部１０とを接続する配線を示している。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る静電容量式センサの周辺回路基板１２とセンサ部１０とを接続する配線を示している。
【図５】本発明の変形例を示す。
【図６】従来技術に係る静電容量式センサの電極部の構成を示している。
【図７】従来技術に係る静電容量式センサの周辺回路の構成を示す。
【符号の説明】
１０…センサ部、  １２…周辺回路基板、  １３…信号処理・制御回路、  １４…ＦＰＣ、  １６…ＦＰＣ電極貼り付け部、  １７…ＦＰＣコネクタ、  ２１…スケール、２２…メインスケール、  ２３…送信電極、  ２４…受信電極、  ２６、２７…検出電極。
【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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