专利名称：可动磁铁式检流计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于激光扫描装置的检流计，这种激光扫描装置可用于激光打印，钻小孔等等。
以往，曾经提出过各种检流计的电容位置检测器，例如，在美国专利No.5,537,109中。
图5A和图B分别是说明以上提到的现有技术中的电极部分结构的立体图和侧视图。
在固定的共用电极30与分成四份的固定电极32之间的气隙d(airgap)中，插入用陶瓷之类的高绝缘材料制成的，厚度为t的蝶状中介构件31。这个高绝缘中介构件31固定在一根能转动的轴33上，在中介构件31与共用电极30和四分电极32之间分别设有气隙δ1和δ2。当轴33转动时，由于中介构件31也转动，就能检测出两个电极之间的电容的变化。
一般说来，这种结构的电容位置检测器中的高绝缘中介构件31所用的陶瓷，其厚度为1.0mm，相对绝缘率为6～7，气隙δ1和δ2为0.1mm。由于电极30和32之间的气隙d比较大，所以就有两电极之间以及中介构件31与两个电极之间的平行度要求不高，对各气隙δ1和δ2和d的精度要求也不高的优点。另一个优点是，因为两个电极之间的气隙d大，因温度的变化而引起的气隙d的尺寸变化就小，所以检测出来的电容的变化也小。
可是，即使蝶状中介构件使用绝缘性能很高的材料，但是因为两个电极30与32之间的气隙d很大，所以电容很小，只有2～3pF。这样为了向随着位置变化而产生电容变化的检测，就必须向电路结构中供应500kHz高频和500V高压的电信号。因此，必须采取防止噪音和承受高压的额外措施。
此外，陶瓷很适用于这种高绝缘的中介构件31，而且正在实际中使用。但是，由于陶瓷是多孔性的，当湿度大时，湿气会进入这些小孔内，会降低它的绝缘性能，所以就有因湿度而产生电容检测误差的缺点。
因此，现有电容位置检测器的构造虽然有不要求加工精度，受温度变化的影响小的优点，但反过来，却有电容小，容易受到湿度的影响的缺点。
因此，本发明的目的是提供一种可动磁铁式检流计，它具有以上优点并且电容量大，但却不会受到湿度的影响。
为达到上述目的，本发明的可动磁铁式检流计包括一个壳体；一个夹持在上述壳体内并具有铁磁体外磁轭的定子以及一个固定在上述外磁轭内部的线圈；一个带有圆筒形永久磁铁和支承着该永久磁铁的前轴和后轴的转子；一个蝶状共用电极，它是通过将导电薄膜绘制在圆盘状玻璃的表面上所制成的，并通过一个轮毂安装在上述后轴的一端；一个安装在一个隔垫上的四分电极，其与上述共用电极相对，中间留有非常小的气隙。上述隔垫安装在上述壳体上，以使其间具有预定尺寸的气隙。
在本发明的该方面中，上述轮毂上有一条收集粘结剂的凹槽，在上述共用电极上没有导电薄膜的部位设有许多注入粘结剂的孔；其中，在那些要注入粘结剂的孔内注入了粘结剂，以便把共用电极固定在轮毂上。
此外，在本发明的该方面中，在中央有通孔的玻璃板上涂敷了或真空喷镀了导电薄膜之后，可以用刻蚀法在共用电极上形成一个图形。用钎焊或导电粘结剂把与上述图形连接的导线引出端固定在上述通孔中。
为达到上述目的，按照本发明的另一种可动磁铁式检流计包括一个壳体；一个夹持在上述壳体内并具有铁磁体外磁轭的定子，和一个固定在上述外磁轭内部的线圈；一个带有圆筒形永久磁铁和支承着该永久磁铁的前轴和后轴的转子；一个后轴承的内座圈和外座圈，上述线圈内的转子插入上述支承着后轴的后轴承中，这两个座圈分别固定在上述后轴和壳体的圆周上，以及一个支承着前轴的前轴承的内座圈和外座圈，该内座圈固定在上述前轴的外圆周上，当用弹簧向着后轴的方向施加力时，上述外座圈能沿着轴向移动；一个借助于在玻璃盘表面上绘制导电薄膜而制成的蝶状共用电极，它通过一个轮毂安装在后轴的一端；以及一个安装在隔垫上四分电极，其对着上述共用电极，在两者之间有一个很小的气隙。上述隔垫安装在上述壳体上，以便形成预定尺寸的气隙。上述后轴、轮毂和隔垫都用同样的材料制成。
在本发明的该方面中，上述后轴、轮毂和隔垫都用钢或不锈钢材料制成。
在本发明的该方面中，电容增大了，湿度对于检流计没有什么影响。除了这些优点之外，它还不要求很高的加工精度，而且这种装置几乎不受温度变化的影响。
本发明与现有技术不同，它没有检测由高绝缘性能的蝶状中介构件的角度所引起的两个电极之间电容变化的结构。上述中介构件固定在一根在共用电极与四分电极之间的气隙d中的轴上。
本发明的结构是借助于把一块在玻璃盘表面上涂敷了蝶状图形导电薄膜的共用电极固定在轴的轮毂上，并使其与四分电极相对，以便与该共用电极保持平行， 并在其间保持非常小的气隙δ(0.04～0.05mm)，从而检测出上述共用电极与四分电极之间的电容。
因此，电容可增加到10pF左右，于是在电路上可以使用70kHz和30V的信号电源，这对于减小噪音和提高能承受电压是非常有利的。
此外，不使用会受到湿度的不利影响的陶瓷之类的材料了，这就更加有利了。
可是，由于气隙δ非常的小，只有0.04～0.05mm，如后面所述，由于热膨胀会使得气隙δ产生变化，所以检测到的电容很容易产生误差。此外，还必须将气隙δ精确地保持在0.04～0.05mm的范围内。
本申请人提出的差动旋转容量型角度变换器(日本专利公开号No.11-304411)中设计了一种电路，这种电路消除了由于热膨胀而发生的δ的变化，因而这种电路对于防止温度变化的影响特别有效。不过，本发明的设计是要将气隙δ本身的温度变化减小到最小。
前轴承的外座圈受到弹簧的适当压力，所以能沿着轴向滑动，而后轴承的外座圈和内座圈则分别用加压或连接的方式固定在壳体和后轴上。由于温度的变化而在壳体与轴之间产生的轴向尺寸的差，在设计条件的20℃时，大约是0.02mm，但却被0.02mm的弹簧的位移所抵消了，因此在后轴上既没有热膨胀的影响，也没有应力。
当本发明按以上的方式设计时，并且下面提到的后轴、轮毂和隔垫也是用热膨胀系数相同的材料制成的，就不会由于热膨胀而产生尺寸的变化，而且即使温度产生变化，两种电极之间的气隙δ也不会改变。
如果上述差动旋转容量型角度变换器与本发明一起使用，就能够提供温度特性极为优秀的检流计。
虽然涂敷了图形的共用电极的玻璃盘还存在着热膨胀的问题，但，例如蓝版玻璃与不锈钢的热膨胀系数分别是87×10-7和100×10-7，它们之间的差别很小。考虑到玻璃的厚度大约为0.55mm，所以可以忽略这种差别。
此外，隔垫可用来使两个电极之间的0.04-0.05mm的气隙δ的精度提高。
近来，数控机床之类的加工精度已经大大提高了，然而，即使有加工精度很高的零件也难以形成很精密的气隙δ，因为装配的结果是各个零件加工误差的积累。
因此，如果能在装配的过程中对每一件产品测定其从壳体的X端部(见
图1)到共用电极表面的距离L，然后根据测量结果研磨隔垫的两个端面，将是非常有利的。
下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图中图1是按照本发明一个实施例的可动磁铁式检流计的正视断面图；图2表示图1中检流计的电容位置检测器的共用电极、轮毂和导线引出端子的装配，其中图2A、2B和2C分别是示意的断面图、侧视图和其他实施例的侧视图；图3A和3B分别是示意断面图和侧视图，表示图1中检流计的电容位置检测器的共用电极与四分电极之间的位置关系；图4是图1中检流计的电容位置检测器的接线图；以及图5A和5B是示意图，表示一种现有的电容位置检测器。
图1是按照本发明一个实施例的可动磁铁式检流计的正视断面图。
定子2有一个固定在铁磁体圆筒形外磁轭10内部的线圈11，该外磁轭安装在壳体9内部。
为减少重量，壳体9用比重很小的铝制成，而前轴7和后轴8则用不锈钢的材料制成，以加强其刚度。
转子1上有分别固定在圆筒形永久磁铁6两端的前轴7和后轴8。前轴承4和后轴承5分别固定在前轴7和后轴8上。前轴承4的内座圈18和后轴承5分别被压在或固定在前轴7和后轴8上。
将弹簧3插入台阶状部分9a之后，再把固定着前轴承4和后轴承5的转子1插入外磁轭10内部，并将前轴承4的外座圈19以可滑动的方式插入台阶状部分9a中，将后轴承5的外座圈19压在或固定安装在台阶状部分9b内。
因此，上述转子1以能旋转的状态装在外磁轭10内部。由于热膨胀的原因，转子1与定子2在轴向会产生尺寸误差，而这些误差可由弹簧3来消除。
图2A和图2B是示意图，表示图1中检流计的电容位置检测器14(见图1)的共用电极15、轮毂13和和导线引出端子12。图3A和3B分别是示意图，表示图1中检流计的电容位置检测器14的共用电极15与四分电极16之间的位置关系。
电容位置检测器14是由相对于前轴7和后轴8同轴固定的四分电极16，以及固定在后轴8上，与四分电极16相对并同轴线的共用电极15组成的，在共用电极与四分电极之间有气隙δ。
共用电极15具有蝶状图形15a，该图形只覆盖一对电极，这一对电极是由四分电极16的两个互相相对的图形组成的。
当四分电极16和共用电极15的两对电容器Ca和Cb中的一对电容器随着共用电极15的旋转角度成比例地增大电容量时，另一个电容器的电容量便减少，并且两者之差Ca-Cb被转换成作为角度信息的电压。
上述四分电极16是用在印刷电路板上进行刻蚀制成的，并且在两对相对的电极上连接着电容器Ca的导线22和电容器Cb的导线23。
上述共用电极15是用真空镀膜法，阴极真空喷镀法之类的工艺，在一块中央有通孔15b的玻璃盘表面上，把一层导电的薄膜勾画成蝶状。用于与导线24连接的端子12用钎焊焊接在通孔15b上，并且图15a与端子12电连接。
共用电极15固定在轮毂13上，而轮毂13固定在后轴8上，并与其同轴线。轮毂13上有一个粘结剂收集凹槽20，而在没有导电薄膜图形的共用电极15的一部分上有若干粘结剂喷射孔21。因此，借助于把粘结剂喷射到这些孔21里，就能把共用电极15牢固地固定住，防止了各表面的错开。
同样，上述角度信息与电容量的误差是随着四分电极的偏心度，共用电极的形状误差，共用电极的偏心度，以及未对齐的表面等等因素而产生的。但是，在本发明中，共用电极的形成是由刻蚀导电薄膜来完成的。因此，引起角度信息误差的共用电极的形状误差大大地减小了。如上所述，共用电极的偏心度以及共用电极的倾斜度被防止了；因此，本发明可获得很精确的角度信息。
四分电极和共用电极的偏心度的误差问题还没有解决。这个问题可以由本发明的第二实施例来解决。请参阅图2C，共用电极15有一对外部扇形电极15c、15c，一个环形的内电极15d，和四根连接外扇形电极15c、15c与内环形电极15d的连接导线15e…15e。
请参阅图3B，在四分电极16中，相对的两个图形16a和16a各自连接在一根导线Ca上，而另一对相对的两个图形16b、16b则各自连接在另一根导线Cb上。任何一个电极图形，例如外扇形电极15c，都位于任何一个四分电极16a上；电极15c完全被四分电极16a所盖住。外扇形电极的角度要比四分电极的角度更窄一些，而外扇形电极在直径方向的宽度要比任何一个四分电极的宽度小。
这样的话，即使四分电极与共用电极的中心轴线有偏离，也不会使重叠的面积有显著的变化。四分电极与共用电极之间的偏心度引起四分电极与共用电极的狭窄连接部分15e的重叠区域的很小波动，这种波动是可以忽略的。因此，该实施例完全解决了上述偏心问题，能获得很精确的角度信息。
由于检流计使用环境温度的变化和检流计本身所产生的热量，检流计的温度会发生变化，使得热膨胀系数不相同的转子1和定子2在轴线方向的尺寸也发生变化。由于这种尺寸的变化被位于前轴承4插入壳体9的台阶部分9a位置处的弹簧3所吸收，所以由于热膨胀造成的静电容量位置检测器14的两个电极之间的气隙δ中的温度变化，可以只由图1中以X表示的壳体9的检测器一侧来弥补。
本发明用螺钉25把具有一定厚度，能形成预定尺寸的气隙δ的隔垫17固定在壳体9上，而用螺钉26把四分电极16安装在隔垫17上。
当把用铝制成的隔垫17和壳体9做成一个整体，并且把四分电极16固定在壳体9的一端，以使其与共用电极15保持极微小的气隙δ时，由于铝壳体9与用不锈钢制成的后轴8之间的热膨胀系数相差很大，结果因温度差而引起的δ的变化将很大，会使检测到的电容量产生严重的误差。
如上所述，在本发明中，由于热膨胀而发生的在端面X前面的轴向尺寸的变化都被弹簧3所吸收了；而在端面X后面，由于在气隙δ中温度的变化所引起的电容量的检测误差，也由于设置了隔垫17和各种零件都采用热膨胀系数相同的材料而减小到最小。
此外，气隙δ的尺寸的设置必须有极高的精度，在0.04～0.05mm范围内。但是，即使把每一个零件，轮毂13、前轴7、后轴8、壳体9和磁铁6的机械加工后的尺寸精度都做得很高，要想在上述精度下确定由这些零件装配形成的气隙δ的尺寸仍然是极端困难的，因为它的误差是每一个零件加工误差的积累误差。
如上所述，由于设置了隔垫17，本发明不仅解决了因温度变化而产生的气隙δ的尺寸变化问题，也解决了上面提到的积累误差问题。
在测量了端部X与共用电极15之间的尺寸L(见图1)，并将隔垫17作为与壳体9分离的单独一个零件之后，就可以把隔垫17的两个端面研磨到厚度为L+(0.04～0.05mm)，从而能比较容易地来确定尺寸，而不必大大提高每一个零件的精度了。
如以上所详细说明的，本发明提供了一种可动磁铁式检流计，它具有很大的电容量，并且不受湿度的影响。同时还有使用常规技术的优点，即，加工精度的要求比较低，而且温度变化几乎对它没有影响。
权利要求
1．一种可动磁铁式检流计，它包括一个壳体；一个夹持在上述壳体内并具有铁磁体外磁轭的定子，和一个固定在上述外磁轭内部的线圈；一个带有圆筒形永久磁铁和支承着该永久磁铁的前轴和后轴的转子；一个蝶状共用电极，它是通过将导电薄膜绘制在玻璃盘的表面上所制成的，并通过一个轮毂安装在上述后轴的一端；一个安装在一个隔垫上的四分电极，它与上述共用电极相对，之间有非常小的气隙，上述隔垫安装在上述壳体上，以提供具有预定尺寸的气隙。
2．如权利要求1所述的可动磁铁式检流计，其特征在于，上述轮毂上有一条收集粘结剂的凹槽，在上述共用电极上设有许多注入粘结剂的孔；并且在那些要注入粘结剂的孔内注入了粘结剂，以便把共用电极固定在轮毂上。
3．如权利要求1或2所述的可动磁铁式检流计，其特征在于，在中央有通孔的玻璃板上涂敷了或真空喷镀了导电薄膜之后，可以用刻蚀法在上述共用电极上形成一个图形；并且用钎焊或导电粘结剂把与上述图形连接的导线引出端固定在上述通孔中。
4．一种可动磁铁式检流计，它包括一个壳体；一个夹持在上述壳体内并具有铁磁体外磁轭的定子，和一个固定在上述外磁轭内部的线圈；一个带有圆筒形永久磁铁和支承着该永久磁铁的前轴和后轴的转子；一个后轴承的内座圈和外座圈，上述线圈内的转子插入上述支承着后轴的后轴承中，上述后轴承的内座圈和外座圈分别固定在上述后轴和壳体的圆周上，以及一个支承着前轴的前轴承的内座圈和外座圈，上述前轴承的内座圈固定在上述前轴的外圆周上，当用弹簧向着后轴的方向施加力时，上述前轴承的外座圈能沿着轴向移动；一个借助于在玻璃盘表面上绘制导电薄膜而制成的蝶状共用电极，它通过一个轮毂安装在后轴的一端；以及一个安装在隔垫上的四分电极，它对着上述共用电极，之间有一个很小的气隙，上述隔垫安装在上述壳体上，以便形成预定尺寸的气隙，上述后轴、轮毂和隔垫都用同样的材料制成。
5．如权利要求4所述的可动磁铁式检流计，其特征在于，上述后轴、轮毂和隔垫由钢和不锈钢材料之一制成。
6．如权利要求1或2所述的可动磁铁式检流计，其特征在于，上述具有若干外扇形电极的蝶状共用电极中的任何一个外扇形电极完全被上述四分电极的任何一个电极所完全覆盖。
全文摘要
一种可动磁铁式检流计,它具有电容量大的优点,但却不会受到湿度的影响。这种可动磁铁式检流计包括分别固定在转子前轴和后轴上的前轴承和后轴承。只有装在壳体上前轴承的外座圈是可移动的,并由一弹簧向其施加向后轴方向的压力。一个具有蝶状导电薄膜的共用电极通过轮毂安装在后轴上。在与其相对的四分电极与蝶状共用电极之间有一个极小的气隙。上述四分电极安装在隔垫上,以使气隙达到要求的尺寸。
文档编号G01B7/30GK1301953SQ00132130
公开日2001年7月4日 申请日期2000年12月14日 优先权日1999年12月28日
发明者追杉丰, 小黑敬 申请人:株式会社千叶精密