(57)【要約】【課題】位置決め誤差とコストが低減された位置決め装置を提供すること【解決手段】可動機構を備える位置決め装置において、前記可動機構は、導電体である固定部および可動部を具備する可動機構であって、前記固定部は、前記可動部をともなってコンデンサを構成する電極を有し、前記電極は、前記固定部から絶縁されたガード電極により囲まれるように構成される。【選択図】図１２
2005156492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と可動部とを備える可動機構であって、
前記可動部は、コンデンサを構成する第一の電極を具備し、
前記固定部は、前記コンデンサを構成する第二の電極を具備し、
前記第二の電極は、第一の絶縁体を介してガード電極に囲まれ、
前記コンデンサの静電容量の変化により前記可動部の移動量を検出できるようにしたことを特徴とする可動機構。
【請求項２】
さらに、前記可動部を駆動するための駆動源を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の可動機構。
【請求項３】
中心導体である第一の導体と該第一の導体を被覆する第二の導体と該第二の導体を被覆する第三の導体とを具備するトライアキシャル・ケーブルの一端に接続される請求項１または請求項２に記載の可動機構であって、
前記第一の電極は、前記第三の導体に接続可能なように構成され、
前記第二の電極は、前記第一の導体に接続可能なように構成され、
前記ガード電極は、前記第二の導体に接続可能なように構成される、
ことを特徴とする可動機構。
【請求項４】
前記固定部は、第四の導電体を具備し、
該第四の導電体は、前記ガード電極から絶縁され、かつ、前記第一の電極と電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可動機構。
【請求項５】
中心導体である第一の導体と該第一の導体を被覆する第二の導体と該第二の導体を被覆する第三の導体とを具備するトライアキシャル・ケーブルの一端に接続される請求項４に記載の可動機構であって、
前記第一の電極は、前記第三の導体に接続可能なように構成され、
前記第二の電極は、前記第一の導体に接続可能なように構成され、
前記ガード電極は、前記第二の導体に接続可能なように構成され、
前記第四の導体は、前記第三の導体に接続可能なように構成される、
ことを特徴とする可動機構。
【請求項６】
前記固定部は、前記第四の導電体と前記第一の電極とに電気的に接続された導電性の支持手段により前記可動部を支持する、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の可動機構。
【請求項７】
前記第四の導電体は、第二の絶縁体を介して前記ガード電極を囲むことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の可動機構。
【請求項８】
前記第二の電極と前記ガード電極と前記第四の導体は、トライアキシャル構造を形成するように構成される、
ことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の可動機構。
【請求項９】
前記第一の電極は、少なくとも一部が導電体で形成された前記可動部である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の可動機構。
【請求項１０】
中心導体である第一の導体と該第一の導体を被覆する第二の導体と該第二の導体を被覆する第三の導体とを具備するトライアキシャル・ケーブルの一端に接続され、該トライアキシャル・ケーブルの他端の第一の導体と第三の導体との間に被測定物を接続する測定装置であって、
前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第一の導体と第二の導体との間に基準インピーダンス素子が具備され、
前記基準インピーダンス素子と前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体との間に信号発生手段が具備され、
前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体と第三の導体との間に、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第一の導体と第二の導体との電位差をゼロにするように出力電圧が制御される電圧発生手段が具備され、
前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体と第三の導体との間に、第一の電圧測定手段が具備される、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
前記トライアキシャル・ケーブルの第三の導体を接地する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記信号発生手段の出力電圧を測定する第二の電圧測定手段が具備される、
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１３】
中心導体である第一の導体と該第一の導体を被覆する第二の導体と該第二の導体を被覆する第三の導体とを具備するトライアキシャル・ケーブルの一端に接続され、該トライアキシャル・ケーブルの他端の第一の導体と第三の導体との間にコンデンサを接続する静電容量式距離測定装置であって、
前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第一の導体と第二の導体との間に基準インピーダンス素子が具備され、
前記基準インピーダンス素子と前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体との間に信号発生手段が具備され、
前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体と第三の導体との間に、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第一の導体と第二の導体との電位差をゼロにするように出力電圧が制御される電圧発生手段が具備され、
前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体と第三の導体との間に、第一の電圧測定手段が具備され、
前記コンデンサを構成する電極間の距離に応じた電圧を検出できるようにしたことを特徴とする静電容量式距離測定装置。
【請求項１４】
前記トライアキシャル・ケーブルの第三の導体を接地する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の静電容量式距離測定装置。
【請求項１５】
前記信号発生手段の出力電圧を測定する第二の電圧測定手段が具備され、
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の静電容量式距離測定装置。
【請求項１６】
前記基準インピーダンスは、基準コンデンサである、
ことを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれかに記載の静電容量式距離測定装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の可動機構を備える、
ことを特徴とする位置決め装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の可動機構と、
請求項１３乃至請求項１６のいずれかに記載の静電容量式距離測定装置と、
を備えることを特徴とする位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化を測定することにより物体を高精度に位置決めする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量式距離測定装置を用いた位置決め装置は、位置決め対象物を高精度に位置決めすることができる装置である。ここで、該位置決め装置の概略構成を図１に示す。以下、図１を参照する。従来、静電容量式距離測定装置を用いた位置決め装置１００は、固定部（不図示）と可動部（不図示）とを具備する可動機構２００と、前記可動部の移動距離を測定する静電容量式距離測定装置３００と、位置決め対象物を移動させるために前記可動部を駆動する駆動装置４００と、静電容量式距離測定装置３００が測定した前記可動部の実際の移動距離に基づき駆動装置４００を制御する制御装置５００とを備える。可動機構２００は、物体の移動距離を測定するために、コンデンサを構成する２つの電極を具備する。前記可動部は、位置決め対象物が連結される。また、前記可動部の移動は、前記２つの電極間の距離を変化させ、前記コンデンサの静電容量を変化させる。該静電容量の変化は、静電容量式距離測定装置３００によって測定される。
【０００３】
静電容量は、容量電圧変換回路を用いて、電圧に変換することができる。容量電圧変換回路は、電圧変換方法の違いにより、２つのタイプがある。ここで、それぞれのタイプの容量電圧変換回路を、図２および図３に示す。
【０００４】
図２に示す容量電圧変換回路３１０は、コンデンサの静電容量に比例し電極間距離ｄ１に反比例する電圧を測定する。図２において、信号源３１１は、同軸ケーブル２５０を介して、コンデンサ２４０の一端に接続される。信号源３１１の出力電圧は、未知である場合、電圧計３１５により測定される。コンデンサ２４０は、他端が同軸ケーブル２６０を介して増幅装置３１２の反転入力端子に接続されている。増幅装置３１２は、反転入力端子に対する非反転入力端子の電位をＡ倍して出力する装置であり、非反転入力端子と反転入力端子との間の電位差がゼロになるように電圧を出力する。増幅装置３１２の非反転入力端子は基準電位に接続されている。増幅装置３１２は、反転入力端子と出力端子との間に基準コンデンサ３１３が接続され、コンデンサ２４０に流れる電流を電圧に変換する。また、増幅装置３１２の出力電圧は、電圧計３１４により測定される。電圧計３１４により測定される電圧Ｖ１は、次式の通りである。Ｖ１＝−（Ｃｓ１／Ｃｒ１）・Ｅ１。ここで、Ｃｓ１はコンデンサ２４０の容量である。Ｃｒ１は基準コンデンサ３１３の容量である。Ｅ１は、信号源３１１の出力電圧である。Ｃｓ１は電極間距離ｄ１に反比例するので、Ｖ１も電極間距離ｄ１に反比例する。なお、増幅装置３１２内に記された文字Ａは、増幅装置３１２の増幅率を示したものであり、該増幅率は測定周波数点または測定周波数帯において非常に大きな値を有する。また、図中の逆算角形の記号は、回路の基準電位を示している。
【０００５】
図３に示す容量電圧変換回路３２０は、前記コンデンサの静電容量に反比例し電極間距離ｄ１に比例する電圧を測定する。図３において、信号源３２１は、基準コンデンサ３２３を介して、増幅装置３２２の反転入力端子に接続される。信号源３２１の出力電圧は、未知である場合、電圧計３２５により測定される。増幅装置３２２は、反転入力端子に対する非反転入力端子の電位をＡ倍して出力する装置であり、非反転入力端子と反転入力端子との間の電位差がゼロになるように電圧を出力する。増幅装置３２２の非反転入力端子は基準電位に接続されている。増幅装置３２２の出力電圧は、電圧計３２４により測定される。コンデンサ２４０は、一端が同軸ケーブル２５０を介して増幅装置３２２の反転入力端子に接続され、他端が同軸ケーブル２６０を介して増幅装置３２２の出力端子に接続される。電圧計３２４により測定される電圧Ｖ２は、次式の通りである。Ｖ２＝−（Ｃｒ２／Ｃｓ１）・Ｅ２。ここで、Ｃｓ１はコンデンサ２４０の容量である。Ｃｒ２は基準コンデンサ３２３の容量である。Ｅ２は、信号源３２１の出力電圧である。Ｃｓ１は電極間距離ｄ１に反比例するので、Ｖ２は電極間距離ｄ１に比例する。なお、増幅装置３２２内に記された文字Ａは、増幅装置３２２の増幅率を示したものであり、該増幅率は測定周波数点または測定周波数帯において非常に大きな値を有する。また、図中の逆算角形の記号は、回路の基準電位を示している。
【０００６】
静電容量式距離測定装置３００は、容量電圧変換回路３１０または容量電圧変換回路３２０のいずれかを具備することにより、前記可動部の実際の移動距離を測定することができる。なお、容量電圧変換回路３２０は、逆数演算が不要であるので、静電容量式距離測定装置として用いるには都合が良い。
【０００７】
さて、容量電圧変換回路３１０および容量電圧変換回路３２０は、いずれも基準電位から絶縁されたコンデンサ２４０を必要とする。コンデンサ２４０を構成する２つの電極は、可動機構２００に具備されるものである。従って、可動機構２００は、基準電位から絶縁された２つの電極を具備する。ここで、可動機構２００について、図４〜図７を参照しながら説明する。図４は、可動機構２００の斜視図である。図４において、可動機構２００は、固定部２１０と、可動部２２０とを備える。可動部２２０は、矢印Ｄ１方向に移動することができる。固定部２１０と可動部２２０とは、バネ２３０により連結されている。また、固定部２１０の面２１１と可動部２２０の面２２１との間には、コンデンサ２４０が形成される。コンデンサ２４０は、同軸ケーブル２５０および同軸ケーブル２６０が接続されている。
【０００８】
次に、固定部２１０の面２１１を正面から見た図を図５に示す、また、可動部２２０の面２２１を正面から見た図を図６に示す。図５において、面２１１は、絶縁体２４２を介して電極２４１を具備する。また、図６において、面２２１は、絶縁体２４４を介して電極２４３を具備する。
【０００９】
次に、図４におけるＡ−Ａ’断面図を図７に示す。なお、図７において、図４または図５または図６と重複する構成要素については、同一の参照番号を付し、詳細な説明を省略する。さて、図７において、可動機構２００は、駆動装置４００を具備する。可動部２２０は、駆動装置４００に駆動されて矢印Ｄ１の方向に移動することができる。図５〜図７により明らかなように、コンデンサ２４０を構成する電極２４１および電極２４３は、基準電位から絶縁されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、可動機構２００の可動部の微小変位を高精度で測定するためには、コンデンサ２４０を構成する電極２４１と電極２４３とを互いにできるだけ近接させる必要がある。コンデンサ２４０の容量Ｃｓ１が小さくなるにつれて、静電容量式距離測定装置３００のＳ／Ｎ比が低下するからである。Ｓ／Ｎ比の観点から言えば、容量Ｃｓ１は、数ｐＦ以上であることが好ましい。また、電極２４１と電極２４３とを近づければ、容量Ｃｓ１の変化が観測し易くなるという利点もある。例えば、可動部２２０の可動範囲を２０マイクロメートルとし、電極２４１および電極２４３を直径５ミリの円形電極板とすると、電極２４１と電極２４３は数マイクロメートルから１０マイクロメートル程度の電極間距離で対向させることが望まれる。絶縁体で支持された電極２４１および電極２４３を、そのような微小間隔で平行に配置することは容易ではない。また、同軸ケーブル２６０は、可撓性を有するとしても、可動部２２０の動きを力学的に阻害する要因となる。さらに、同軸ケーブル２６０が撓められる時に同軸ケーブル２６０が可動部２２０に加える力は再現性がない。そのため、従来の位置決め装置では、位置決め誤差が大きいという問題があった。
【００１１】
本発明は、従来に比べて、位置決め誤差を少なくした位置決め装置を提供することを目的とする。本発明は、上記の目的を達成するために、２つの電極のうち一方を接地可能にし電極を支持する絶縁体を排除することにより、寸法の不確定さを減少させた可動機構を提供することも目的とする。また、本発明は、そのような可動機構に適した距離測定装置を提供することも目的とする。さらに、位置決め装置のコストを低減することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものである。すなわち、本第一の発明は、固定部と可動部とを備える可動機構であって、前記可動部は、コンデンサを構成する第一の電極を具備し、前記固定部は、前記コンデンサを構成する第二の電極を具備し、前記第二の電極は、第一の絶縁体を介してガード電極に囲まれ、前記コンデンサの静電容量の変化により前記可動部の移動量を検出できるようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
本第二の発明は、本第一の発明の可動機構において、さらに、前記可動部を駆動するための駆動源を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
本第三の発明は、中心導体である第一の導体と該第一の導体を被覆する第二の導体と該第二の導体を被覆する第三の導体とを具備するトライアキシャル・ケーブルの一端に接続される本第一の発明の可動機構または本第二の発明の可動機構であって、前記第一の電極は、前記第三の導体に接続可能なように構成され、前記第二の電極は、前記第一の導体に接続可能なように構成され、前記ガード電極は、前記第二の導体に接続可能なように構成されることを特徴とするものである。
【００１５】
本第四の発明は、本第一の発明または本第二の発明の可動機構において、前記固定部は、第四の導電体を具備し、該第四の導電体は、前記ガード電極から絶縁され、かつ、前記第一の電極と電気的に接続されることを特徴とするものである。
【００１６】
本第五の発明は、中心導体である第一の導体と該第一の導体を被覆する第二の導体と該第二の導体を被覆する第三の導体とを具備するトライアキシャル・ケーブルの一端に接続される本第四の発明の可動機構であって、前記第一の電極は、前記第三の導体に接続可能なように構成され、前記第二の電極は、前記第一の導体に接続可能なように構成され、前記ガード電極は、前記第二の導体に接続可能なように構成され、前記第四の導体は、前記第三の導体に接続可能なように構成されることを特徴とするものである。
【００１７】
本第六の発明は、本第四の発明または本第五の発明の可動機構において、前記前記固定部は、前記第四の導電体と前記第一の電極とに電気的に接続された導電性の支持手段により前記可動部を支持することを特徴とするものである。
【００１８】
本第七の発明は、本第四乃至本第六のいずれかの発明の可動機構において、前記第四の導電体は、第二の絶縁体を介して前記ガード電極を囲むことを特徴とするものである。
【００１９】
本第八の発明は、本第四乃至本第七のいずれかの発明の可動機構において、前記第二の電極と前記ガード電極と前記第四の導体は、トライアキシャル構造を形成するように構成されることを特徴とするものである。
【００２０】
本第九の発明は、本第一乃至本第八のいずれかの発明の可動機構において、前記第一の電極は、少なくとも一部が導電体で形成された前記可動部であることを特徴とするものである。
【００２１】
本第十の発明は、中心導体である第一の導体と該第一の導体を被覆する第二の導体と該第二の導体を被覆する第三の導体とを具備するトライアキシャル・ケーブルの一端に接続され、該トライアキシャル・ケーブルの他端の第一の導体と第三の導体との間に被測定物を接続する測定装置であって、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第一の導体と第二の導体との間に基準インピーダンス素子が具備され、前記基準インピーダンス素子と前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体との間に信号発生手段が具備され、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体と第三の導体との間に、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第一の導体と第二の導体との電位差をゼロにするように出力電圧が制御される電圧発生手段が具備され、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体と第三の導体との間に、第一の電圧測定手段が具備されることを特徴とするものである。
【００２２】
本第十一の発明は、本第十の発明の測定装置において、前記トライアキシャル・ケーブルの第三の導体を接地することを特徴とするものである。
【００２３】
本第十二の発明は、本第十の発明または本第十一の発明の測定装置において、前記信号発生手段の出力電圧を測定する第二の電圧測定手段が具備されることを特徴とするものである。
【００２４】
本第十三の発明は、中心導体である第一の導体と該第一の導体を被覆する第二の導体と該第二の導体を被覆する第三の導体とを具備するトライアキシャル・ケーブルの一端に接続され、該トライアキシャル・ケーブルの他端の第一の導体と第三の導体との間にコンデンサを接続する静電容量式距離測定装置であって、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第一の導体と第二の導体との間に基準インピーダンス素子が具備され、前記基準インピーダンス素子と前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体との間に信号発生手段が具備され、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体と第三の導体との間に、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第一の導体と第二の導体との電位差をゼロにするように出力電圧が制御される電圧発生手段が具備され、前記トライアキシャル・ケーブルの一端の第二の導体と第三の導体との間に、第一の電圧測定手段が具備され、前記コンデンサを構成する電極間の距離に応じた電圧を検出できるようにしたことを特徴とするものである。
【００２５】
本第十四の発明は、本第十三の発明の静電容量式距離測定装置において、前記トライアキシャル・ケーブルの第三の導体を接地することを特徴とするものである。
【００２６】
本第十五の発明は、本第十三の発明または本第十四の発明の静電容量式距離測定装置において、前記信号発生手段の出力電圧を測定する第二の電圧測定手段が具備されことを特徴とするものである。
【００２７】
本第十六の発明は、本第十三乃至本第十五の発明の静電容量式距離測定装置において、前記基準インピーダンスは、基準コンデンサであることを特徴とするものである。
【００２８】
本第十七の発明は、本第一乃至本第九のいずれかの可動機構を備えることを特徴とする位置決め装置である。
【００２９】
本第十八の発明は、本第一乃至本第九のいずれかの可動機構と、本第十三乃至本第十六のいずれかの静電容量式距離測定装置と、を備えることを特徴とする位置決め装置である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、絶縁体で支持された電極が２つから１つに減るので、可動機構の寸法の不確定さを減少させることができる。これにより、電極を適正な平行に保つように可働機構を組み立てることが容易になる。また、本発明によれば、電極を２つから１つに減らすことができるので、可動機構のコストを低減することができる。さらに、本発明によれば、可動機構の可動部に同軸ケーブルを接続する必要がなくなるので、可動機構の可動部の動きが従来に比べて滑らかになる。またさらに、本発明によれば、上記の本発明の可動機構に適した静電容量式距離測定装置が提供される。本発明の静電容量式距離測定装置の１つは、逆数演算が不要であるので、簡単な回路構成により実現することができる。また、上記の効果により、本発明の位置決め装置は、従来に比べて、位置決め誤差とコストが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明を、添付の図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。本発明の第一の実施形態は、静電容量式距離測定装置を用いた位置決め装置であって、そのブロック図を図８に示す。図８において、位置決め装置６００は、固定部７１０（不図示）と可動部７２０（不図示）とを具備する可動機構７００と、可動部７２０の移動距離を測定する静電容量式距離測定装置８００と、位置決め対象物を移動させるために可動部７２０を駆動する駆動装置４００と、静電容量式距離測定装置が測定した可動部７２０の実際の移動距離に基づき駆動装置４００を制御する制御装置５００とを備える。駆動装置４００および制御装置５００は、図１に示したものと同じ装置である。
【００３２】
次に、可動機構７００について、図９〜図１２を参照しながら説明する。図９は、可動機構７００の斜視図である。図９において、可動機構７００は、固定部７１０と、可動部７２０とを備える。固定部７１０および可動部７２０は、導電体である。可動部７２０は、矢印Ｄ２方向に移動することができる。固定部７１０は、導電性の支持手段７３０により可動部７２０を支持する。支持手段７３０は、例えば、ベアリングやスプリングや板バネなどである。支持手段７３０により、固定部７１０と可動部７２０は電気的に接続されている。また、固定部７１０の面７１１と可動部７２０の面７２１との間には、コンデンサ７４０が形成される。コンデンサ７４０は、トライアキシャル・ケーブル７５０が接続されている。なお、トライアキシャル・ケーブルとは、中心導体を構成する第一の導体と、該第一の導体を被覆する第二の導体と、該第二の導体を被覆する第三の導体とを備える同軸ケーブルである。本明細書では、トライアキシャル・ケーブルの第一の導体を中心導体と、トライアキシャル・ケーブルの第二の導体を内部導体と、トライアキシャル・ケーブルの第三の導体を外部導体と、それぞれ称する。
【００３３】
次に、固定部７１０の面７１１を正面から見た図を図１０に示す、また、可動部７２０の面７２１を正面から見た図を図１１に示す。図１０において、面７１１は、面７２１とともにコンデンサ７４０を構成する電極７４１を具備する。電極７４１は、絶縁体７４２を介してガード電極７４３に囲まれている。また、ガード電極７４３は、絶縁体７４４を介して固定部７１０に囲まれている。電極７４１、絶縁体７４２、ガード電極７４３、および、絶縁体７４４は、図に示すように同心円形であることが望ましいが、これに限定されない。例えば、絶縁体７４４が長方形であっても良い。また、図１１において、面７２１は、全面が導電体であり、コンデンサの電極として機能する。面７２１は、電極７４１に対向する部分のみが導電体で構成され、該導電体部分が電極として機能するようにしても良い。その場合、該導電体部分が固定部２１０と電気的に接続されていなければならない。
【００３４】
次に、図９におけるＢ−Ｂ’断面図を図１２に示す。なお、図１２において、図９または図１０または図１１と重複する構成要素については、同一の参照番号を付し、詳細な説明を省略する。さて、図１２において、可動機構７００は、駆動装置４００を具備する。駆動装置４００は、例えば、ピエゾアクチュエータなどである。可動部７２０は、駆動装置４００に駆動されて矢印Ｄ２の方向に移動することができる。図９〜図１２により明らかなように、電極７４１は絶縁体７４２を介してガード電極７４３に被覆されている。また、ガード電極７４３は絶縁体７４４を介して固定部７１０に被覆されている。すなわち、固定部７１０の電極７４１付近において、トライアキシャル構造が形成されているともいえる。なお、このトライアキシャル構造は望ましいものであるが、必須ではない。本質的には、導電体である可動部７２０とトライアキシャル・ケーブルの外部導体とを結ぶ電気経路（本実施形態においては、固定部７１０および板バネ７３０）と電極７４１との間に生じる静電容量をできるだけ小さくするように、ガード電極７４３が電極７４１を囲っていれば良い。
【００３５】
次に、静電容量式距離測定装置８００について説明する。静電容量式距離測定装置８００は、コンデンサ７４０の静電容量の変化を電圧の変化に変換する回路を備える。上記のように構成された可動機構に接続可能な容量電圧変換回路は、容量を電圧に変換する方法の違いにより、２つのタイプがある。ここで、それぞれのタイプの容量電圧変換回路、すなわち、容量電圧変換回路８２０および容量電圧変換回路８３０について、以下に説明する。
【００３６】
まず、容量電圧変換回路８２０を説明する前に、インピーダンス測定装置について簡単に説明する。容量測定は、インピーダンス測定の一種である。一端が基準電位に接続された被測定物のインピーダンスは、特許第３１０１０２４号公報の図２の（Ｂ）に記載の測定装置により測定することができる。ここで、該測定装置の構成を図１３に示す。図１３において、測定装置８１０は、トライアキシャル・ケーブル７５０と信号源８２１と電圧計８２６と電流計８１１とを備える。トライアキシャル・ケーブル７５０の一端の中心導体と外部導体との間には、被測定物Ｚｘが接続されている。また、トライアキシャル・ケーブル７５０の他端の外部導体と内部導体との間には、信号源８２１および電圧計８２６が並列に接続されている。さらに、トライアキシャル・ケーブル７５０の他端の中心導体と内部導体との間には、電流計８１１が接続されている。なお、図中の逆三角形の記号は、回路の基準電位を示している。図１３において、電流計８１１は基準電位から浮上している。信号源８１１が出力する測定信号の周波数を数１０ｋＨｚ以上に選び、さらにバランを用いることにより、電流計８１１を基準電位に接続することができる。
【００３７】
ここで、図１４を参照する。図１４に示す回路は、図１３に示す測定装置８１０を容量電圧変換回路として具体化した一例であり、容量電圧変換回路８２０である。図１４に示す容量電圧変換回路８２０は、コンデンサ７４０の静電容量Ｃｓ２に比例し電極間距離ｄ２に反比例する電圧を測定する。図１４において、容量電圧変換回路８２０は、トライアキシャル・ケーブル７５０と信号源８２１とバラン８２２と増幅装置８２３と基準コンデンサ８２４と電圧計８２５とを備える。図中の逆三角形の記号は、回路の基準電位を示している。なお、本実施形態において、基準電位は接地電位とするが、必ずしも接地されていなくとも良い。バラン８２２は、例えば、高透磁率のトロイダル・コアに同軸ケーブルを数ターンないし数十ターン巻き付けた構造をなし（図１５を参照。）、１００オーム程度またはそれ以上の励磁インピーダンスを有する。さて、トライアキシャル・ケーブル７５０の一端の中心導体と外部導体との間には、コンデンサ７４０が接続されている。また、トライアキシャル・ケーブル７５０の他端の外部導体と内部導体との間には、信号源８２１が接続されている。信号源８２１の出力電圧は、未知である場合、電圧計８２６により測定される。トライアキシャル・ケーブル７５０の他端の中心導体は、バラン８２２の一端の中心導体に接続されている。トライアキシャル・ケーブル７５０の他端の内部導体は、バラン８２２の一端の外部導体に接続されている。トライアキシャル・ケーブル７５０の両端の外部導体は、基準電位に接続されている。バラン８２２の他端の中心導体は、増幅装置８２３の反転入力端子に接続されている。また、バラン８２２の他端の外部導体は、基準電位に接続されている。増幅装置８２３は、反転入力端子に対する非反転入力端子の電位をＡ倍して出力する装置であり、非反転入力端子と反転入力端子との間の電位差がゼロになるように電圧を出力する。増幅装置８２３の非反転入力端子は基準電位に接続されている。増幅装置８２３は、反転入力端子と出力端子との間に基準コンデンサ８２４が接続され、コンデンサ７４０に流れる電流を電圧に変換する。また、増幅装置８２３の出力電圧は、電圧計８２５により測定される。電圧計８２５により測定される電圧Ｖ３は、次式の通りである。Ｖ３＝（Ｃｓ２／Ｃｒ３）・Ｅ３。ここで、Ｃｓ２はコンデンサ７４０の容量である。Ｃｒ３は基準コンデンサ８２４の容量である。Ｅ３は、信号源８２１の出力電圧である。Ｃｓ２は、電極間距離ｄ２に反比例するので、Ｖ３も電極間距離ｄ２に反比例する。なお、増幅装置８２３内に記された文字Ａは増幅装置８２３の増幅率を示したものであり、該増幅率は測定周波数点または測定周波数帯において非常に大きな値を有する。
【００３８】
次に、容量電圧変換回路８３０について説明する。図１６に示す容量電圧変換回路８３０は、コンデンサ７４０の静電容量Ｃｓ２に反比例し電極間距離ｄ２に比例する電圧を測定する。図１６において、容量電圧変換回路８３０は、トライアキシャル・ケーブル７５０とバラン８３１と増幅装置８３２と電圧計８３３と基準コンデンサ８３４と信号源８３５と電圧計８３６とを備える。図中の逆三角形の記号は、回路の基準電位を示している。なお、本実施形態において、基準電位は接地電位とするが、必ずしも接地されていなくとも良い。バラン８３１は、例えば、高透磁率のトロイダル・コアに同軸ケーブルを数ターンないし数十ターン巻き付けた構造をなし（図１５を参照。）、１００オーム程度またはそれ以上の励磁インピーダンスを有する。さて、トライアキシャル・ケーブル７５０の一端の中心導体と外部導体との間には、コンデンサ７４０が接続されている。また、トライアキシャル・ケーブル７５０の他端の中心導体は、バラン８３１の一端の中心導体に接続されている。トライアキシャル・ケーブル７５０の他端の内部導体は、バラン８３１の一端の外部導体に接続されている。トライアキシャル・ケーブル７５０の両端の外部導体は、基準電位に接続されている。バラン８３１の他端の中心導体は、増幅装置８３２の非反転入力端子に接続されている。また、バラン８２２の他端の外部導体は、基準電位に接続されている。増幅装置８３２は、反転入力端子に対する非反転入力端子の電位をＡ倍して出力する装置であり、非反転入力端子と反転入力端子との間の電位差がゼロになるように電圧を出力する。増幅装置３２２の反転入力端子は基準電位に接続されている。増幅装置８３２の非反転入力端子と基準電位との間には、基準コンデンサ８３４が備えらている。基準コンデンサ８３４と基準電位との間には、信号源８３５が備えられている。また、増幅装置８３２の出力端子は、トライアキシャル・ケーブル７５０の他端の内部導体に接続されている。信号源８３５の出力電圧は、未知である場合、電圧計８３６により測定される。また、増幅装置８２３の出力電圧は、電圧計８３３より測定される。電圧計８３３により測定される電圧Ｖ４は、次式の通りである。Ｖ４＝（Ｃｒ４／Ｃｓ２）・Ｅ４。ここで、Ｃｓ２はコンデンサ７４０の容量である。Ｃｒ４は基準コンデンサ８３４の容量である。Ｅ４は、信号源８３５の出力電圧である。Ｃｓ２は、電極間距離ｄ２に反比例するので、Ｖ４は電極間距離ｄ２に比例する。なお、増幅装置８３２内に記された文字Ａは増幅装置８３２の増幅率を示したものであり、該増幅率は測定周波数点または測定周波数帯において非常に大きな値を有する。
【００３９】
静電容量式距離測定装置８００は、容量電圧変換回路８２０または容量電圧変換回路８３０のいずれかを具備することにより、可動部７２０の実際の移動距離を測定することができる。なお、容量電圧変換回路８３０は、逆数演算が不要であるので、コンピュータを用いずに実現することができ、静電容量式距離測定装置として用いるには都合が良い。
【００４０】
ところで、容量電圧変換回路８３０を一般化すると、図１７に示す測定装置８４０が得られる。図１６に示すコンデンサ７４０および基準コンデンサ８３４は、図１７に示す被測定物８４１および基準インピーダンス素子８４２に置き換えられている。また、図１６に示す増幅装置８３２は、図１７に示す電流計８４３と可変電圧源８４４とに置き換えられている。図１７において、可変電圧源８４４は、電流計８４３の測定値がゼロになるように出力電圧が制御される。電流計８４３の測定値がゼロになるということは、電流計８４３の両端の電位差がゼロになるということであるので、電流計８４３を電圧計８４５（不図示）に置き換えることもできる。その場合、可変電圧源８４４は、電圧計８４５の測定値がゼロになるように出力電圧が制御される。測定装置８４０は、被測定物に流れる電流に比例した電圧Ｖ４が得られる。Ｖ４は、上述のとおり電圧計８３３により測定される電圧である。電圧Ｖ４は、次式の通りに得られる。Ｖ４＝（Ｚｘ／Ｚｒ）・Ｅ３。ここで、Ｚｘは被測定物８４１のインピーダンスである。Ｚｒは基準インピーダンス素子８４２のインピーダンスである。Ｅ３は、信号源８３５の出力電圧である。上式のとおり、電圧Ｖ４は、被測定物８４１のインピーダンスＺｘに比例した電圧が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の位置決め装置１００を示すブロック図である。
【図２】従来の容量電圧変換回路３１０を示す図である。
【図３】従来の容量電圧変換回路３２０を示す図である。
【図４】従来の可動機構２００を示す斜視図である。
【図５】従来の可動機構２００の一部を示す図である。
【図６】従来の可動機構２００の一部を示す図である。
【図７】図４におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図８】本発明の位置決め装置６００を示すブロック図である。
【図９】本発明の可動機構７００を示す斜視図である。
【図１０】本発明の可動機構７００の一部を示す図である。
【図１１】本発明の可動機構７００の一部を示す図である。
【図１２】図９におけるＢ−Ｂ’断面図である。
【図１３】インピーダンス測定装置８１０を示す図である。
【図１４】本発明の容量電圧変換回路８２０を示す図である。
【図１５】バランの一例を示す図である。
【図１６】本発明の容量電圧変換回路８３０を示す図である。
【図１７】容量電圧変換回路８３０を一般化した測定装置８４０を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００，６００  位置決め装置
２００，７００  可動機構
２１０，７１０  固定部
２１１，２２１，７１１，７２１  面
２２０，７２０  可動部
２３０  バネ
２４０，７４０  コンデンサ
２４１，２４３，７４１  電極
２４２，２４４，７４２，７４４  絶縁体
２５０，２６０  同軸ケーブル
３００，８００  静電容量式距離測定装置
３１０，３２０，８１０，８２０  容量電圧変換回路
３１１，３２１，８１１，８２１，８３５  信号源
３１２，３２２，８２３，８３２  増幅装置
３１３，３２３基準コンデンサ
３１４，３１５，３２４，３２５  電圧計
８２５，８２６，８３３，８３６，８４５  電圧計
４００  駆動装置
５００  制御装置
７３０  支持手段
７５０  トライアキシャル・ケーブル
８１０  インピーダンス測定装置
８１０，８４０  測定装置
８１１，８４３  電流計
８２２，８３２  バラン
８２４，８３４  基準コンデンサ
８４１  被測定物
８４２  基準インピーダンス素子
８４４  可変電圧源
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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