專利名稱：可動磁鐵式檢流計的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于激光掃描裝置的檢流計，這種激光掃描裝置可用于激光打印，鉆小孔等等。
以往，曾經提出過各種檢流計的電容位置檢測器，例如，在美國專利No.5,537,109中。
圖5A和圖B分別是說明以上提到的現有技術中的電極部分結構的立體圖和側視圖。
在固定的共用電極30與分成四份的固定電極32之間的氣隙d(airgap)中，插入用陶瓷之類的高絕緣材料制成的，厚度為t的蝶狀中介構件31。這個高絕緣中介構件31固定在一根能轉動的軸33上，在中介構件31與共用電極30和四分電極32之間分別設有氣隙δ1和δ2。當軸33轉動時，由于中介構件31也轉動，就能檢測出兩個電極之間的電容的變化。
一般說來，這種結構的電容位置檢測器中的高絕緣中介構件31所用的陶瓷，其厚度為1.0mm，相對絕緣率為6～7，氣隙δ1和δ2為0.1mm。由于電極30和32之間的氣隙d比較大，所以就有兩電極之間以及中介構件31與兩個電極之間的平行度要求不高，對各氣隙δ1和δ2和d的精度要求也不高的優點。另一個優點是，因為兩個電極之間的氣隙d大，因溫度的變化而引起的氣隙d的尺寸變化就小，所以檢測出來的電容的變化也小。
可是，即使蝶狀中介構件使用絕緣性能很高的材料，但是因為兩個電極30與32之間的氣隙d很大，所以電容很小，只有2～3pF。這樣為了向隨著位置變化而產生電容變化的檢測，就必須向電路結構中供應500kHz高頻和500V高壓的電信號。因此，必須采取防止噪音和承受高壓的額外措施。
此外，陶瓷很適用于這種高絕緣的中介構件31，而且正在實際中使用。但是，由于陶瓷是多孔性的，當濕度大時，濕氣會進入這些小孔內，會降低它的絕緣性能，所以就有因濕度而產生電容檢測誤差的缺點。
因此，現有電容位置檢測器的構造雖然有不要求加工精度，受溫度變化的影響小的優點，但反過來，卻有電容小，容易受到濕度的影響的缺點。
因此，本發明的目的是提供一種可動磁鐵式檢流計，它具有以上優點并且電容量大，但卻不會受到濕度的影響。
為達到上述目的，本發明的可動磁鐵式檢流計包括一個殼體；一個夾持在上述殼體內并具有鐵磁體外磁軛的定子以及一個固定在上述外磁軛內部的線圈；一個帶有圓筒形永久磁鐵和支承著該永久磁鐵的前軸和后軸的轉子；一個蝶狀共用電極，它是通過將導電薄膜繪制在圓盤狀玻璃的表面上所制成的，并通過一個輪轂安裝在上述后軸的一端；一個安裝在一個隔墊上的四分電極，其與上述共用電極相對，中間留有非常小的氣隙。上述隔墊安裝在上述殼體上，以使其間具有預定尺寸的氣隙。
在本發明的該方面中，上述輪轂上有一條收集粘結劑的凹槽，在上述共用電極上沒有導電薄膜的部位設有許多注入粘結劑的孔；其中，在那些要注入粘結劑的孔內注入了粘結劑，以便把共用電極固定在輪轂上。
此外，在本發明的該方面中，在中央有通孔的玻璃板上涂敷了或真空噴鍍了導電薄膜之后，可以用刻蝕法在共用電極上形成一個圖形。用釬焊或導電粘結劑把與上述圖形連接的導線引出端固定在上述通孔中。
為達到上述目的，按照本發明的另一種可動磁鐵式檢流計包括一個殼體；一個夾持在上述殼體內并具有鐵磁體外磁軛的定子，和一個固定在上述外磁軛內部的線圈；一個帶有圓筒形永久磁鐵和支承著該永久磁鐵的前軸和后軸的轉子；一個后軸承的內座圈和外座圈，上述線圈內的轉子插入上述支承著后軸的后軸承中，這兩個座圈分別固定在上述后軸和殼體的圓周上，以及一個支承著前軸的前軸承的內座圈和外座圈，該內座圈固定在上述前軸的外圓周上，當用彈簧向著后軸的方向施加力時，上述外座圈能沿著軸向移動；一個借助于在玻璃盤表面上繪制導電薄膜而制成的蝶狀共用電極，它通過一個輪轂安裝在后軸的一端；以及一個安裝在隔墊上四分電極，其對著上述共用電極，在兩者之間有一個很小的氣隙。上述隔墊安裝在上述殼體上，以便形成預定尺寸的氣隙。上述后軸、輪轂和隔墊都用同樣的材料制成。
在本發明的該方面中，上述后軸、輪轂和隔墊都用鋼或不銹鋼材料制成。
在本發明的該方面中，電容增大了，濕度對于檢流計沒有什么影響。除了這些優點之外，它還不要求很高的加工精度，而且這種裝置幾乎不受溫度變化的影響。
本發明與現有技術不同，它沒有檢測由高絕緣性能的蝶狀中介構件的角度所引起的兩個電極之間電容變化的結構。上述中介構件固定在一根在共用電極與四分電極之間的氣隙d中的軸上。
本發明的結構是借助于把一塊在玻璃盤表面上涂敷了蝶狀圖形導電薄膜的共用電極固定在軸的輪轂上，并使其與四分電極相對，以便與該共用電極保持平行， 并在其間保持非常小的氣隙δ(0.04～0.05mm)，從而檢測出上述共用電極與四分電極之間的電容。
因此，電容可增加到10pF左右，于是在電路上可以使用70kHz和30V的信號電源，這對于減小噪音和提高能承受電壓是非常有利的。
此外，不使用會受到濕度的不利影響的陶瓷之類的材料了，這就更加有利了。
可是，由于氣隙δ非常的小，只有0.04～0.05mm，如后面所述，由于熱膨脹會使得氣隙δ產生變化，所以檢測到的電容很容易產生誤差。此外，還必須將氣隙δ精確地保持在0.04～0.05mm的范圍內。
本申請人提出的差動旋轉容量型角度變換器(日本專利公開號No.11-304411)中設計了一種電路，這種電路消除了由于熱膨脹而發生的δ的變化，因而這種電路對于防止溫度變化的影響特別有效。不過，本發明的設計是要將氣隙δ本身的溫度變化減小到最小。
前軸承的外座圈受到彈簧的適當壓力，所以能沿著軸向滑動，而后軸承的外座圈和內座圈則分別用加壓或連接的方式固定在殼體和后軸上。由于溫度的變化而在殼體與軸之間產生的軸向尺寸的差，在設計條件的20℃時，大約是0.02mm，但卻被0.02mm的彈簧的位移所抵消了，因此在后軸上既沒有熱膨脹的影響，也沒有應力。
當本發明按以上的方式設計時，并且下面提到的后軸、輪轂和隔墊也是用熱膨脹系數相同的材料制成的，就不會由于熱膨脹而產生尺寸的變化，而且即使溫度產生變化，兩種電極之間的氣隙δ也不會改變。
如果上述差動旋轉容量型角度變換器與本發明一起使用，就能夠提供溫度特性極為優秀的檢流計。
雖然涂敷了圖形的共用電極的玻璃盤還存在著熱膨脹的問題，但，例如藍版玻璃與不銹鋼的熱膨脹系數分別是87×10-7和100×10-7，它們之間的差別很小。考慮到玻璃的厚度大約為0.55mm，所以可以忽略這種差別。
此外，隔墊可用來使兩個電極之間的0.04-0.05mm的氣隙δ的精度提高。
近來，數控機床之類的加工精度已經大大提高了，然而，即使有加工精度很高的零件也難以形成很精密的氣隙δ，因為裝配的結果是各個零件加工誤差的積累。
因此，如果能在裝配的過程中對每一件產品測定其從殼體的X端部(見

圖1)到共用電極表面的距離L，然后根據測量結果研磨隔墊的兩個端面，將是非常有利的。
下面參照附圖詳細描述本發明的實施例。附圖中圖1是按照本發明一個實施例的可動磁鐵式檢流計的正視斷面圖；圖2表示圖1中檢流計的電容位置檢測器的共用電極、輪轂和導線引出端子的裝配，其中圖2A、2B和2C分別是示意的斷面圖、側視圖和其他實施例的側視圖；圖3A和3B分別是示意斷面圖和側視圖，表示圖1中檢流計的電容位置檢測器的共用電極與四分電極之間的位置關系；圖4是圖1中檢流計的電容位置檢測器的接線圖；以及圖5A和5B是示意圖，表示一種現有的電容位置檢測器。
圖1是按照本發明一個實施例的可動磁鐵式檢流計的正視斷面圖。
定子2有一個固定在鐵磁體圓筒形外磁軛10內部的線圈11，該外磁軛安裝在殼體9內部。
為減少重量，殼體9用比重很小的鋁制成，而前軸7和后軸8則用不銹鋼的材料制成，以加強其剛度。
轉子1上有分別固定在圓筒形永久磁鐵6兩端的前軸7和后軸8。前軸承4和后軸承5分別固定在前軸7和后軸8上。前軸承4的內座圈18和后軸承5分別被壓在或固定在前軸7和后軸8上。
將彈簧3插入臺階狀部分9a之后，再把固定著前軸承4和后軸承5的轉子1插入外磁軛10內部，并將前軸承4的外座圈19以可滑動的方式插入臺階狀部分9a中，將后軸承5的外座圈19壓在或固定安裝在臺階狀部分9b內。
因此，上述轉子1以能旋轉的狀態裝在外磁軛10內部。由于熱膨脹的原因，轉子1與定子2在軸向會產生尺寸誤差，而這些誤差可由彈簧3來消除。
圖2A和圖2B是示意圖，表示圖1中檢流計的電容位置檢測器14(見圖1)的共用電極15、輪轂13和和導線引出端子12。圖3A和3B分別是示意圖，表示圖1中檢流計的電容位置檢測器14的共用電極15與四分電極16之間的位置關系。
電容位置檢測器14是由相對于前軸7和后軸8同軸固定的四分電極16，以及固定在后軸8上，與四分電極16相對并同軸線的共用電極15組成的，在共用電極與四分電極之間有氣隙δ。
共用電極15具有蝶狀圖形15a，該圖形只覆蓋一對電極，這一對電極是由四分電極16的兩個互相相對的圖形組成的。
當四分電極16和共用電極15的兩對電容器Ca和Cb中的一對電容器隨著共用電極15的旋轉角度成比例地增大電容量時，另一個電容器的電容量便減少，并且兩者之差Ca-Cb被轉換成作為角度信息的電壓。
上述四分電極16是用在印刷電路板上進行刻蝕制成的，并且在兩對相對的電極上連接著電容器Ca的導線22和電容器Cb的導線23。
上述共用電極15是用真空鍍膜法，陰極真空噴鍍法之類的工藝，在一塊中央有通孔15b的玻璃盤表面上，把一層導電的薄膜勾畫成蝶狀。用于與導線24連接的端子12用釬焊焊接在通孔15b上，并且圖15a與端子12電連接。
共用電極15固定在輪轂13上，而輪轂13固定在后軸8上，并與其同軸線。輪轂13上有一個粘結劑收集凹槽20，而在沒有導電薄膜圖形的共用電極15的一部分上有若干粘結劑噴射孔21。因此，借助于把粘結劑噴射到這些孔21里，就能把共用電極15牢固地固定住，防止了各表面的錯開。
同樣，上述角度信息與電容量的誤差是隨著四分電極的偏心度，共用電極的形狀誤差，共用電極的偏心度，以及未對齊的表面等等因素而產生的。但是，在本發明中，共用電極的形成是由刻蝕導電薄膜來完成的。因此，引起角度信息誤差的共用電極的形狀誤差大大地減小了。如上所述，共用電極的偏心度以及共用電極的傾斜度被防止了；因此，本發明可獲得很精確的角度信息。
四分電極和共用電極的偏心度的誤差問題還沒有解決。這個問題可以由本發明的第二實施例來解決。請參閱圖2C，共用電極15有一對外部扇形電極15c、15c，一個環形的內電極15d，和四根連接外扇形電極15c、15c與內環形電極15d的連接導線15e…15e。
請參閱圖3B，在四分電極16中，相對的兩個圖形16a和16a各自連接在一根導線Ca上，而另一對相對的兩個圖形16b、16b則各自連接在另一根導線Cb上。任何一個電極圖形，例如外扇形電極15c，都位于任何一個四分電極16a上；電極15c完全被四分電極16a所蓋住。外扇形電極的角度要比四分電極的角度更窄一些，而外扇形電極在直徑方向的寬度要比任何一個四分電極的寬度小。
這樣的話，即使四分電極與共用電極的中心軸線有偏離，也不會使重疊的面積有顯著的變化。四分電極與共用電極之間的偏心度引起四分電極與共用電極的狹窄連接部分15e的重疊區域的很小波動，這種波動是可以忽略的。因此，該實施例完全解決了上述偏心問題，能獲得很精確的角度信息。
由于檢流計使用環境溫度的變化和檢流計本身所產生的熱量，檢流計的溫度會發生變化，使得熱膨脹系數不相同的轉子1和定子2在軸線方向的尺寸也發生變化。由于這種尺寸的變化被位于前軸承4插入殼體9的臺階部分9a位置處的彈簧3所吸收，所以由于熱膨脹造成的靜電容量位置檢測器14的兩個電極之間的氣隙δ中的溫度變化，可以只由圖1中以X表示的殼體9的檢測器一側來彌補。
本發明用螺釘25把具有一定厚度，能形成預定尺寸的氣隙δ的隔墊17固定在殼體9上，而用螺釘26把四分電極16安裝在隔墊17上。
當把用鋁制成的隔墊17和殼體9做成一個整體，并且把四分電極16固定在殼體9的一端，以使其與共用電極15保持極微小的氣隙δ時，由于鋁殼體9與用不銹鋼制成的后軸8之間的熱膨脹系數相差很大，結果因溫度差而引起的δ的變化將很大，會使檢測到的電容量產生嚴重的誤差。
如上所述，在本發明中，由于熱膨脹而發生的在端面X前面的軸向尺寸的變化都被彈簧3所吸收了；而在端面X后面，由于在氣隙δ中溫度的變化所引起的電容量的檢測誤差，也由于設置了隔墊17和各種零件都采用熱膨脹系數相同的材料而減小到最小。
此外，氣隙δ的尺寸的設置必須有極高的精度，在0.04～0.05mm范圍內。但是，即使把每一個零件，輪轂13、前軸7、后軸8、殼體9和磁鐵6的機械加工后的尺寸精度都做得很高，要想在上述精度下確定由這些零件裝配形成的氣隙δ的尺寸仍然是極端困難的，因為它的誤差是每一個零件加工誤差的積累誤差。
如上所述，由于設置了隔墊17，本發明不僅解決了因溫度變化而產生的氣隙δ的尺寸變化問題，也解決了上面提到的積累誤差問題。
在測量了端部X與共用電極15之間的尺寸L(見圖1)，并將隔墊17作為與殼體9分離的單獨一個零件之后，就可以把隔墊17的兩個端面研磨到厚度為L+(0.04～0.05mm)，從而能比較容易地來確定尺寸，而不必大大提高每一個零件的精度了。
如以上所詳細說明的，本發明提供了一種可動磁鐵式檢流計，它具有很大的電容量，并且不受濕度的影響。同時還有使用常規技術的優點，即，加工精度的要求比較低，而且溫度變化幾乎對它沒有影響。
權利要求
1．一種可動磁鐵式檢流計，它包括一個殼體；一個夾持在上述殼體內并具有鐵磁體外磁軛的定子，和一個固定在上述外磁軛內部的線圈；一個帶有圓筒形永久磁鐵和支承著該永久磁鐵的前軸和后軸的轉子；一個蝶狀共用電極，它是通過將導電薄膜繪制在玻璃盤的表面上所制成的，并通過一個輪轂安裝在上述后軸的一端；一個安裝在一個隔墊上的四分電極，它與上述共用電極相對，之間有非常小的氣隙，上述隔墊安裝在上述殼體上，以提供具有預定尺寸的氣隙。
2．如權利要求1所述的可動磁鐵式檢流計，其特征在于，上述輪轂上有一條收集粘結劑的凹槽，在上述共用電極上設有許多注入粘結劑的孔；并且在那些要注入粘結劑的孔內注入了粘結劑，以便把共用電極固定在輪轂上。
3．如權利要求1或2所述的可動磁鐵式檢流計，其特征在于，在中央有通孔的玻璃板上涂敷了或真空噴鍍了導電薄膜之后，可以用刻蝕法在上述共用電極上形成一個圖形；并且用釬焊或導電粘結劑把與上述圖形連接的導線引出端固定在上述通孔中。
4．一種可動磁鐵式檢流計，它包括一個殼體；一個夾持在上述殼體內并具有鐵磁體外磁軛的定子，和一個固定在上述外磁軛內部的線圈；一個帶有圓筒形永久磁鐵和支承著該永久磁鐵的前軸和后軸的轉子；一個后軸承的內座圈和外座圈，上述線圈內的轉子插入上述支承著后軸的后軸承中，上述后軸承的內座圈和外座圈分別固定在上述后軸和殼體的圓周上，以及一個支承著前軸的前軸承的內座圈和外座圈，上述前軸承的內座圈固定在上述前軸的外圓周上，當用彈簧向著后軸的方向施加力時，上述前軸承的外座圈能沿著軸向移動；一個借助于在玻璃盤表面上繪制導電薄膜而制成的蝶狀共用電極，它通過一個輪轂安裝在后軸的一端；以及一個安裝在隔墊上的四分電極，它對著上述共用電極，之間有一個很小的氣隙，上述隔墊安裝在上述殼體上，以便形成預定尺寸的氣隙，上述后軸、輪轂和隔墊都用同樣的材料制成。
5．如權利要求4所述的可動磁鐵式檢流計，其特征在于，上述后軸、輪轂和隔墊由鋼和不銹鋼材料之一制成。
6．如權利要求1或2所述的可動磁鐵式檢流計，其特征在于，上述具有若干外扇形電極的蝶狀共用電極中的任何一個外扇形電極完全被上述四分電極的任何一個電極所完全覆蓋。
全文摘要
一種可動磁鐵式檢流計,它具有電容量大的優點,但卻不會受到濕度的影響。這種可動磁鐵式檢流計包括分別固定在轉子前軸和后軸上的前軸承和后軸承。只有裝在殼體上前軸承的外座圈是可移動的,并由一彈簧向其施加向后軸方向的壓力。一個具有蝶狀導電薄膜的共用電極通過輪轂安裝在后軸上。在與其相對的四分電極與蝶狀共用電極之間有一個極小的氣隙。上述四分電極安裝在隔墊上,以使氣隙達到要求的尺寸。
文檔編號G01B7/30GK1301953SQ00132130
公開日2001年7月4日 申請日期2000年12月14日 優先權日1999年12月28日
發明者追杉豐, 小黑敬 申請人:株式會社千葉精密