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CAPACITANCE TYPE ANGLE DETECTING DEVICE

Patent code P180014928
Posted date May 1, 2018
Application number P2014-154642
Publication number P2016-031332A
Patent number P6507347
Date of filing Jul 30, 2014
Date of publication of application Mar 7, 2016
Date of registration Apr 12, 2019
Inventor
  • (In Japanese)清水 暁
  • (In Japanese)植竹 大輔
  • (In Japanese)八木澤 秀人
  • (In Japanese)高橋 邦彦
  • (In Japanese)高橋 隆一
Applicant
  • (In Japanese)栃木県
  • (In Japanese)丸井計器株式会社
Title CAPACITANCE TYPE ANGLE DETECTING DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized capacitance type angle detecting device with high measurement accuracy that suppresses interference caused between two sensors of absolute and increment types.
SOLUTION: A capacitance type angle detecting device includes a stator, a rotor 101 and a circuit board. The stator includes: stator electrodes that are formed at a central part, on a peripheral line and between these; multiple first reception electrodes that extend radially at a pitch angle of 90 degrees; and multiple second reception electrodes that extend radially at a pitch angle of 8 degrees. The rotor 101 includes rotor electrodes 21 to 23 that are provided on a surface facing the stator in a parallel and rotatable manner to the stator. The rotor electrode 21, the rotor electrode 23 and the rotor electrode 22 are formed into such shapes that an area of the surface facing the first reception electrodes, an area of the surface facing the second reception electrodes and an area of the surface facing the first and second reception electrodes change according to rotation of the rotor, respectively.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

角度センサ(角度検出装置)は、回転による角度変化を電気信号に変換し、この信号を処理することで移動物の位置や移動速度、これらの変化の様子などを検出する検出装置である。また、角度検出装置は、検出出力の形態の違いからインクリメント型とアブソリュート型に分けることができる。

インクリメント型センサでは、変位量がパルス等に変換され出力され、このパルスをカウントすることにより回転角度を測る、というものである。しかしながら、センサの電源が切れてしまうとこれまでの角度情報が失われるため、角度測定時の原点は任意となってしまう。また、回転速度の上昇に伴い、カウントもれ等による検出誤差が発生することもある。

一方、アブソリュート型センサでは、原点は常に固定されており、原点からの回転量を測定することができる。そのため、センサの電源が切れた場合であっても角度情報が失われないという利点がある。また、回転速度が上昇しても検出誤差が発生しないという利点がある。そのため、産業用ロボットのサーボモータなどに広く利用されている。

また、角度検出装置は、検出方式により光学式、磁気式、静電容量式等に分類することができる。この中で、静電容量式は、消費電力が少なく、且つ、製造コストが安価であるという特徴があり、角度計等の携帯測定器のセンサに広く用いられている。
さらに、角度計やロータリーエンコーダを利用する技術分野では、絶対角度を高精度に測定でき、且つ、小型で安価な製品に対する要求がある。高精度に角度を測定するためには、測定精度の高いインクリメント型センサと、測定精度は低いが絶対角度を検出することができるアブソリュート型センサとの2種類のセンサを備えた角度検出装置が必要になる。

例えば、特許文献1に開示された変位測定装置は、絶対位置を検出可能なリニアエンコーダに関するものであり、アブソリュート型センサとインクリメント型センサを併用し、それぞれの検出結果を加算して正しい測定値を得る、というものである。
また、特許文献2に開示された容量性移動量エンコーダは、センサ間で生じる干渉を抑えるために入力信号の周波数をセンサ毎に変えて測定精度を高める、というものである。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、絶対角度を検出可能なデジタル角度計、ロータリーエンコーダ等の角度計測器に利用される静電容量式角度検出装置の技術に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
中心部に形成された第1の駆動電極と、外周縁に形成された第2の駆動電極と、当該第1の駆動電極と第2の駆動電極との間に形成された第3の駆動電極と、当該第1の駆動電極と第3の駆動電極との間に形成され、第1のピッチ角度で放射状に延びる複数の第1の受信電極と、当該第2の駆動電極と第3の駆動電極との間に形成され、当該第1のピッチ角度よりも狭い第2のピッチ角度で放射状に延びる複数の第2の受信電極とを有する円板状の固定基板と、
前記固定基板に対して平行で且つ回転自在に設けられるとともに、当該固定基板と対向する面上に形成された、前記第1の駆動電極に入力された駆動信号を前記第1の受信電極へ伝達する第1の送信電極と、前記第2の駆動電極に入力された駆動信号を前記第2の受信電極へ伝達する第2の送信電極と、前記第3の駆動電極に入力された駆動信号を前記第1及び第2の受信電極へ伝達する第3の送信電極とを有する円板状の回転基板と、
前記第1及び第2の受信電極それぞれから出力される信号に基づいて前記回転基板の絶対的な回転変位量を算出する処理手段と、を有し、
前記第1の送信電極は、前記第1の受信電極と対向する面の面積が当該回転基板の回転に応じて変化し、前記第2の送信電極は、前記第2の受信電極と対向する面の面積が当該回転基板の回転に応じて変化し、前記第3の送信電極は、前記第1及び第2の受信電極と対向する面の面積がそれぞれ当該回転基板の回転に応じて変化する形状にそれぞれが形成されることを特徴とする、
静電容量式角度検出装置。

【請求項2】
 
前記第2の受信電極は、前記第2のピッチ角度より狭いピッチ角度で放射状に延びる複数の電極から構成されており、それぞれの電極は所定の間隔で他の第2の受信電極を構成する電極と電気的に接続されることを特徴とする、
請求項1に記載の静電容量式角度検出装置。

【請求項3】
 
前記第1の送信電極は、前記第1の駆動電極と対向する面の面積が前記回転基板の回転に依らず一定となる形状に形成され、
前記第2の送信電極は、前記第2の駆動電極と対向する面の面積が前記回転基板の回転に依らず一定となる形状に形成され、
前記第3の送信電極は、前記第3の駆動電極と対向する面の面積が前記回転基板の回転に依らず一定となる形状に形成されることを特徴とする、
請求項1又は2に記載の静電容量式角度検出装置。

【請求項4】
 
前記第1の送信電極は、偏心円形状に形成された電極であり、
前記第3の送信電極は、前記第1の送信電極の外周を囲む部位と、当該部位から前記回転基板の外周縁に向けて所定のピッチ角度で延出した複数の部位とを含んで形成された電極であり、
前記第2の送信電極は、前記第3の送信電極の外周を囲む部位と、当該部位から前記回転基板の中心に向けて所定のピッチ角度で延出した複数の部位とを含んで形成された電極であることを特徴とする、
請求項1、2又は3に記載の静電容量式角度検出装置。

【請求項5】
 
前記処理手段は、前記第1及び第2の受信電極それぞれから出力された信号を同じタイミングで抽出し、抽出結果に基づき前記回転基板の絶対的な回転変位量を算出することを特徴とする、
請求項1乃至4いずれか一項に記載の静電容量式角度検出装置。

【請求項6】
 
前記処理手段が構成された回路を有する回路基板をさらに有し、
前記固定基板と前記回路基板の間に導電層を形成することを特徴とする、
請求項1乃至5いずれか一項に記載の静電容量式角度検出装置。

【請求項7】
 
中心部に形成された第1の駆動電極と、外周縁に形成された第2の駆動電極と、当該第1の駆動電極と第2の駆動電極との間に形成された第3の駆動電極と、当該第1の駆動電極と第3の駆動電極との間に形成され、第1のピッチ角度で放射状に延びる複数の第1の受信電極と、当該第2の駆動電極と第3の駆動電極との間に形成され、第2のピッチ角度で放射状に延びる複数の第2の受信電極とを有する円板状の固定基板と、
前記固定基板に対して平行で且つ回転自在に設けられるとともに、当該固定基板と対向する面上に形成された、前記第1の駆動電極に入力された駆動信号を前記第1の受信電極へ伝達する第1の送信電極と、前記第2の駆動電極に入力された駆動信号を前記第2の受信電極へ伝達する第2の送信電極と、前記第3の駆動電極に入力された駆動信号を前記第1及び第2の受信電極へ伝達する第3の送信電極とを有する円板状の回転基板と、
前記第1及び第2の受信電極それぞれから出力される信号に基づいて前記回転基板の絶対的な回転変位量を算出する処理手段と、を有し、
前記第1の送信電極は、円形状に形成された部位と、当該部位から前記回転基板の外周縁に向けて所定のピッチ角度で延出した複数の部位とを含んで形成され、
前記第2の送信電極は、前記回転基板の外周縁に形成された部位と、当該部位から当該回転基板の中心に向けてそれぞれ所定のピッチ角度で延出した複数の部位とを含んで形成され、
前記第3の送信電極は、前記第1の送信電極の外周を囲む部位と、当該部位から前記回転基板の外周縁及び中心に向けてそれぞれ所定のピッチ角度で延出した複数の部位とを含んで形成されることを特徴とする、
静電容量式角度検出装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014154642thum.jpg
State of application right Registered


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