JP3127707B2 - 無接触静電容量式センサ - Google Patents
無接触静電容量式センサInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、静電容量の変化量に
より、回転角度などを検出する静電容量式センサに関す
る。
より、回転角度などを検出する静電容量式センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】回転角
度を検出するための静電容量型角度センサとしては、例
えば、実開昭５５−８８１０９号公報に開示された容量
型回転角検出器（接触式の静電容量型角度センサ）が知
られている。
度を検出するための静電容量型角度センサとしては、例
えば、実開昭５５−８８１０９号公報に開示された容量
型回転角検出器（接触式の静電容量型角度センサ）が知
られている。
【０００３】この容量型回転角検出器は、図６に示すよ
うに、シャフト５７に取り付けられた回転電極５１と、
固定電極５２を備えて構成されており、回転電極５１に
対して電気的接続を行うコンタクト部５３を有してい
る。そして、この回転電極５１はコンタクト部５３を介
して外部端子５４と導通しており、固定電極５２は金属
製のハウジング５６を介して外部端子５５と導通してい
る。
うに、シャフト５７に取り付けられた回転電極５１と、
固定電極５２を備えて構成されており、回転電極５１に
対して電気的接続を行うコンタクト部５３を有してい
る。そして、この回転電極５１はコンタクト部５３を介
して外部端子５４と導通しており、固定電極５２は金属
製のハウジング５６を介して外部端子５５と導通してい
る。
【０００４】そして、この容量型回転角検出器において
は、検出対象の回転に応じて変化する、回転電極５１と
固定電極５２の重なり面積に対応する静電容量の変化を
取り出すことにより、検出対象の回転角度が検出され
る。
は、検出対象の回転に応じて変化する、回転電極５１と
固定電極５２の重なり面積に対応する静電容量の変化を
取り出すことにより、検出対象の回転角度が検出され
る。
【０００５】しかし、上記従来の接触式の容量型回転角
検出器においては、回転電極５１に対して接続を行うコ
ンタクト部５３を有しているため、電気的特性と寿命
が、コンタクト部５３の接触状態及びコンタクト部５３
の寿命に依存することになり、信頼性及び耐久性が不十
分であるという問題点がある。
検出器においては、回転電極５１に対して接続を行うコ
ンタクト部５３を有しているため、電気的特性と寿命
が、コンタクト部５３の接触状態及びコンタクト部５３
の寿命に依存することになり、信頼性及び耐久性が不十
分であるという問題点がある。
【０００６】また、上記従来の接触式の容量型回転角検
出器の問題点を解消するものとして、特開平４−１７２
２１８号公報に開示された回転角センサがある。この回
転角センサは、回転電極を他に接触させる必要をなくし
た無接触式の回転角センサであり、図７（ａ），（ｂ）
に示すように、対向する第１の固定電極６１（円板状の
電極）及び第２の固定電極６２（半円板状の２つの分割
電極６２ａ及び６２ｂから構成されている）と、第１及
び第２の固定電極６１及び６２の間に挿入された強誘電
体からなる回転半円板６３とを備え、回転半円板６３の
移動（回転）により、第１の固定電極６１と第２の固定
電極６２を構成する分割電極６２ａ及び６２ｂの間に形
成される静電容量を差動的に検出するように構成されて
おり、上記従来の接触式の静電容量型角度センサにおい
ては必要であったコンタクト部が不要になっている。し
たがって、この回転角センサにおいては、上記従来の接
触式の静電容量型角度センサのように、電気的特性と寿
命がコンタクト部の接触状態及び寿命に依存するという
問題点が解決されている。
出器の問題点を解消するものとして、特開平４−１７２
２１８号公報に開示された回転角センサがある。この回
転角センサは、回転電極を他に接触させる必要をなくし
た無接触式の回転角センサであり、図７（ａ），（ｂ）
に示すように、対向する第１の固定電極６１（円板状の
電極）及び第２の固定電極６２（半円板状の２つの分割
電極６２ａ及び６２ｂから構成されている）と、第１及
び第２の固定電極６１及び６２の間に挿入された強誘電
体からなる回転半円板６３とを備え、回転半円板６３の
移動（回転）により、第１の固定電極６１と第２の固定
電極６２を構成する分割電極６２ａ及び６２ｂの間に形
成される静電容量を差動的に検出するように構成されて
おり、上記従来の接触式の静電容量型角度センサにおい
ては必要であったコンタクト部が不要になっている。し
たがって、この回転角センサにおいては、上記従来の接
触式の静電容量型角度センサのように、電気的特性と寿
命がコンタクト部の接触状態及び寿命に依存するという
問題点が解決されている。
【０００７】しかし、この回転角センサには、次に述べ
るような問題点がある。すなわち、第１の固定電極６１
と、第２の固定電極６２を構成する分割電極６２ａ及び
６２ｂの間に形成される静電容量の最大値ＣMAXは、回
転半円板６３が第２の固定電極６２を構成する分割電極
６２ａまたは６２ｂに完全に重なるときに形成される。
そして、その大きさＣMAXは、第１の固定電極６１と第
２の固定電極６２を構成する分割電極６２ａ（６２ｂ）
の間隔をＤ、回転半円板６３の厚みをＴとし、回転半円
板６３と固定電極を構成する分割電極６２ａ（６２ｂ）
の間隔を（Ｄ−Ｔ）／２、対向面積をＳ、真空の誘電率
をε0、強誘電体の比誘電率をεSとすると、 ＣMAX＝ε0εSＳ／｛（Ｄ−Ｔ）εS＋Ｔ｝ (1) となる。
るような問題点がある。すなわち、第１の固定電極６１
と、第２の固定電極６２を構成する分割電極６２ａ及び
６２ｂの間に形成される静電容量の最大値ＣMAXは、回
転半円板６３が第２の固定電極６２を構成する分割電極
６２ａまたは６２ｂに完全に重なるときに形成される。
そして、その大きさＣMAXは、第１の固定電極６１と第
２の固定電極６２を構成する分割電極６２ａ（６２ｂ）
の間隔をＤ、回転半円板６３の厚みをＴとし、回転半円
板６３と固定電極を構成する分割電極６２ａ（６２ｂ）
の間隔を（Ｄ−Ｔ）／２、対向面積をＳ、真空の誘電率
をε0、強誘電体の比誘電率をεSとすると、 ＣMAX＝ε0εSＳ／｛（Ｄ−Ｔ）εS＋Ｔ｝ (1) となる。
【０００８】一方、固定電極６１と分割電極６２ａ、及
び固定電極６１と分割電極６２ｂの間に形成される静電
容量の最小値ＣMINは、固定電極６１と分割電極６２ａ
（６２ｂ）の間に回転半円板６３がないときであり、 ＣMIN＝ε0Ｓ／Ｄ (2) となる。
び固定電極６１と分割電極６２ｂの間に形成される静電
容量の最小値ＣMINは、固定電極６１と分割電極６２ａ
（６２ｂ）の間に回転半円板６３がないときであり、 ＣMIN＝ε0Ｓ／Ｄ (2) となる。
【０００９】したがって、最大値ＣMAXと、最小値ＣMIN
の間の静電容量の差ΔＣは、 ΔＣ＝ＣMAX−ＣMIN ＝ε0（εS−１）ＳＴ／［Ｄ｛ＤεS−Ｔ（εS−１）｝］ (3) となる。
の間の静電容量の差ΔＣは、 ΔＣ＝ＣMAX−ＣMIN ＝ε0（εS−１）ＳＴ／［Ｄ｛ＤεS−Ｔ（εS−１）｝］ (3) となる。
【００１０】式(3)より、回転半円板６３の固定電極６
１と分割電極６２ａ（６２ｂ）との間隔（Ｄ−Ｔ）／２
が小さいほど、ΔＣを大きくすることができる。
１と分割電極６２ａ（６２ｂ）との間隔（Ｄ−Ｔ）／２
が小さいほど、ΔＣを大きくすることができる。
【００１１】そして、回転半円板６３は固定電極６１と
分割電極６２ａ（６２ｂ）の中央に設定することが必要
である。しかし、当該先行技術には、この中央に設定す
るための工夫は開示されていない。したがって、当該先
行技術においては、回転半円板６３が強誘電体であるた
めに、固定電極６１と分割電極６２ａ（６２ｂ）と接触
する不具合が生じた場合にも致命故障にならない旨の特
徴が述べられているが、このような状態になるのが好ま
しくないことは明らかである。
分割電極６２ａ（６２ｂ）の中央に設定することが必要
である。しかし、当該先行技術には、この中央に設定す
るための工夫は開示されていない。したがって、当該先
行技術においては、回転半円板６３が強誘電体であるた
めに、固定電極６１と分割電極６２ａ（６２ｂ）と接触
する不具合が生じた場合にも致命故障にならない旨の特
徴が述べられているが、このような状態になるのが好ま
しくないことは明らかである。
【００１２】また、ＣMAX及びＣMINのどちらにも対向面
積Ｓが関係しているため、製品サイズを小さくすること
によりＣMINのみを小さくしてΔＣを大きくすることは
できない。このように、上記従来の無接触式の回転角セ
ンサにおいて、最大静電容量と最小静電容量の差（可変
容量範囲）は、固定電極と回転半円板との間隔及び対向
面積に影響されるのであるが、いずれの要因を調整する
にも限界があり、可変容量範囲を大きくとることができ
ないという問題点がある。
積Ｓが関係しているため、製品サイズを小さくすること
によりＣMINのみを小さくしてΔＣを大きくすることは
できない。このように、上記従来の無接触式の回転角セ
ンサにおいて、最大静電容量と最小静電容量の差（可変
容量範囲）は、固定電極と回転半円板との間隔及び対向
面積に影響されるのであるが、いずれの要因を調整する
にも限界があり、可変容量範囲を大きくとることができ
ないという問題点がある。
【００１３】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、無接触式で摩耗部がなく、耐久性及び特性の安定
性に優れ、かつ、最大静電容量と最小静電容量の差（可
変容量範囲）を大きくとることが可能な無接触静電容量
式センサを提供することを目的とする。
あり、無接触式で摩耗部がなく、耐久性及び特性の安定
性に優れ、かつ、最大静電容量と最小静電容量の差（可
変容量範囲）を大きくとることが可能な無接触静電容量
式センサを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の無接触静電容量式センサは、互に対向す
るように配設された固定電極と、前記固定電極の間に挿
入され、シャフトにより回転可能に絶縁支持された可動
電極とを具備し、前記固定電極と、前記可動電極との間
に形成される静電容量を検出する静電容量式センサにお
いて、前記固定電極及び可動電極を、それぞれ、互に導
通しない第１及び第２の２つの分割電極から構成し、各
固定電極を構成する第１の分割電極、及び各固定電極を
構成する第２の分割電極をそれぞれ電気的に接続すると
ともに、該第１及び第２の分割電極を出力端子に接続し
たことを特徴とする。
に、この発明の無接触静電容量式センサは、互に対向す
るように配設された固定電極と、前記固定電極の間に挿
入され、シャフトにより回転可能に絶縁支持された可動
電極とを具備し、前記固定電極と、前記可動電極との間
に形成される静電容量を検出する静電容量式センサにお
いて、前記固定電極及び可動電極を、それぞれ、互に導
通しない第１及び第２の２つの分割電極から構成し、各
固定電極を構成する第１の分割電極、及び各固定電極を
構成する第２の分割電極をそれぞれ電気的に接続すると
ともに、該第１及び第２の分割電極を出力端子に接続し
たことを特徴とする。
【００１５】また、上記無接触静電容量式センサに、さ
らに、前記固定電極と前記可動電極の間隔を調整するた
めの固定電極位置調整機構を備えたことを特徴とする。
らに、前記固定電極と前記可動電極の間隔を調整するた
めの固定電極位置調整機構を備えたことを特徴とする。
【００１６】また、上記無接触静電容量式センサに、さ
らに、固定電極及び可動電極を複数組積み重ねるための
積重ね機構を有していることを特徴としている。
らに、固定電極及び可動電極を複数組積み重ねるための
積重ね機構を有していることを特徴としている。
【００１７】
【作用】無接触式であり、摩耗部（コンタクト部）がな
いため、電気的特性と寿命がコンタクト部の接触状態及
びコンタクト部の寿命に依存することがなくなる。
いため、電気的特性と寿命がコンタクト部の接触状態及
びコンタクト部の寿命に依存することがなくなる。
【００１８】また、固定電極及び可動電極が、それぞ
れ、互に導通しない第１及び第２の２つの分割電極から
構成されているため、固定電極間距離や固定電極と可動
電極の間隔などに依存する程度を特に大きくすることな
く、最大静電容量と最小静電容量との静電容量の差（Δ
Ｃ）を大きくすることができるようになる。
れ、互に導通しない第１及び第２の２つの分割電極から
構成されているため、固定電極間距離や固定電極と可動
電極の間隔などに依存する程度を特に大きくすることな
く、最大静電容量と最小静電容量との静電容量の差（Δ
Ｃ）を大きくすることができるようになる。
【００１９】また、固定電極と可動電極の間隔を調整す
るための固定電極位置調整機構を設けることにより、容
易に固定電極と可動電極の間隔を微調整することが可能
になり、形成される静電容量の精度を高めることができ
るとともに、耐圧異常などの問題の発生を防止すること
が可能になる。
るための固定電極位置調整機構を設けることにより、容
易に固定電極と可動電極の間隔を微調整することが可能
になり、形成される静電容量の精度を高めることができ
るとともに、耐圧異常などの問題の発生を防止すること
が可能になる。
【００２０】さらに、固定電極及び可動電極を複数組積
み重ねる積重ね機構を設けることにより、必要に応じて
固定電極及び可動電極を増やすことが可能になり、所望
の静電容量を得ることが可能になる。
み重ねる積重ね機構を設けることにより、必要に応じて
固定電極及び可動電極を増やすことが可能になり、所望
の静電容量を得ることが可能になる。
【００２１】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて説明
する。図１は、この発明の一実施例にかかる無接触静電
容量式センサを示す分解斜視図、図２は、組立られた無
接触静電容量式センサの正面断面図である。
する。図１は、この発明の一実施例にかかる無接触静電
容量式センサを示す分解斜視図、図２は、組立られた無
接触静電容量式センサの正面断面図である。
【００２２】この実施例の無接触静電容量式センサにお
いては、図１，図２に示すように、互に対向するように
配設された第１の固定電極１及び第２の固定電極２の間
に、絶縁シャフト６により回転可能に支持された可動電
極３が挿入、配置されている。
いては、図１，図２に示すように、互に対向するように
配設された第１の固定電極１及び第２の固定電極２の間
に、絶縁シャフト６により回転可能に支持された可動電
極３が挿入、配置されている。
【００２３】第１の固定電極１は、互に絶縁された第１
及び第２の分割電極１ａ，１ｂから構成された一対の電
極構造を有しており、第２の固定電極２も同様に、第１
及び第２の分割電極２ａ，２ｂから構成されている。ま
た、可動電極３も、互に絶縁された第１及び第２の分割
電極３ａ，３ｂから構成されている。第１及び第２の固
定電極１，２と可動電極３は導電性を有する材料から形
成されている。なお、これらの電極は、金属などの導電
材料からなる一体品としてもよく、また、樹脂などの絶
縁材料の表面に金属メッキを施して導電性を付与したも
のであってもよい。
及び第２の分割電極１ａ，１ｂから構成された一対の電
極構造を有しており、第２の固定電極２も同様に、第１
及び第２の分割電極２ａ，２ｂから構成されている。ま
た、可動電極３も、互に絶縁された第１及び第２の分割
電極３ａ，３ｂから構成されている。第１及び第２の固
定電極１，２と可動電極３は導電性を有する材料から形
成されている。なお、これらの電極は、金属などの導電
材料からなる一体品としてもよく、また、樹脂などの絶
縁材料の表面に金属メッキを施して導電性を付与したも
のであってもよい。
【００２４】そして、このように構成された第１及び第
２の固定電極１，２は、絶縁材料からなるベース４に取
り付けられており、ベース４はさらに導電材料からなる
フランジ５に取り付けられている。
２の固定電極１，２は、絶縁材料からなるベース４に取
り付けられており、ベース４はさらに導電材料からなる
フランジ５に取り付けられている。
【００２５】また、この無接触静電容量式センサにおい
ては、ベース４を貫通し、可動電極３を回転可能に支持
する絶縁シャフト（樹脂などの絶縁材料からなるシャフ
ト）６が配設されており、さらに、フランジ５を貫通し
て、上端部が絶縁シャフト６の下端部に接続された金属
シャフト７が配設されている。
ては、ベース４を貫通し、可動電極３を回転可能に支持
する絶縁シャフト（樹脂などの絶縁材料からなるシャフ
ト）６が配設されており、さらに、フランジ５を貫通し
て、上端部が絶縁シャフト６の下端部に接続された金属
シャフト７が配設されている。
【００２６】そして、上記可動電極３は、その切欠き部
９を絶縁シャフト６に形成された溝６ａにはめ込むこと
などにより保持されており、絶縁シャフト６を回転させ
ることにより任意の方向に回転させることができるよう
に構成されている。
９を絶縁シャフト６に形成された溝６ａにはめ込むこと
などにより保持されており、絶縁シャフト６を回転させ
ることにより任意の方向に回転させることができるよう
に構成されている。
【００２７】また、第１及び第２の固定電極１，２は、
その穴１１を通して、固定電極１，２と同じ導電性を有
する材料からなる取付ねじ８をベース４のねじ穴１０に
螺合させることによりベース４に取り付けられており、
その中央部には、絶縁シャフト６を通すための切欠き部
１４が形成されている。そして、第１及び第２の固定電
極１，２の間には、両者の間に所定の間隔を確保するた
めのワッシャ状のスペーサ１２が配設されており、ま
た、ベース４と第２の固定電極（下側の固定電極）２の
間には、可動電極３と第２の固定電極２の位置関係を設
定するための円筒状のベーススペーサ１３が配設されて
いる。なお、スペーサ１２及びベーススペーサ１３も導
電性を有している。また、上記取付ねじ８は、スペーサ
１２及びベーススペーサ１３を貫通してベース４のねじ
穴１０に螺合されている。
その穴１１を通して、固定電極１，２と同じ導電性を有
する材料からなる取付ねじ８をベース４のねじ穴１０に
螺合させることによりベース４に取り付けられており、
その中央部には、絶縁シャフト６を通すための切欠き部
１４が形成されている。そして、第１及び第２の固定電
極１，２の間には、両者の間に所定の間隔を確保するた
めのワッシャ状のスペーサ１２が配設されており、ま
た、ベース４と第２の固定電極（下側の固定電極）２の
間には、可動電極３と第２の固定電極２の位置関係を設
定するための円筒状のベーススペーサ１３が配設されて
いる。なお、スペーサ１２及びベーススペーサ１３も導
電性を有している。また、上記取付ねじ８は、スペーサ
１２及びベーススペーサ１３を貫通してベース４のねじ
穴１０に螺合されている。
【００２８】そして、上記取付ねじ８、スペーサ１２に
より、第１及び第２の固定電極１，２を構成する第１の
分割電極１ａと２ａ、及び第２の分割電極１ｂと２ｂが
電気的に接続されている。また、第２の固定電極２を構
成する第１及び第２の分割電極２ａ，２ｂは出力端子２
２ａ，２２ｂに接続されている（図３及び図４）。
より、第１及び第２の固定電極１，２を構成する第１の
分割電極１ａと２ａ、及び第２の分割電極１ｂと２ｂが
電気的に接続されている。また、第２の固定電極２を構
成する第１及び第２の分割電極２ａ，２ｂは出力端子２
２ａ，２２ｂに接続されている（図３及び図４）。
【００２９】さらに、ベース４の下面側及びフランジ５
の下面側には、金属シャフト７及び絶縁シャフト６を円
滑に回転させることができるように、ベアリング１５及
び１６が配設されており、ベアリング１６はブッシュ１
７により金属シャフト７に取り付けられている。
の下面側には、金属シャフト７及び絶縁シャフト６を円
滑に回転させることができるように、ベアリング１５及
び１６が配設されており、ベアリング１６はブッシュ１
７により金属シャフト７に取り付けられている。
【００３０】また、ベース４の下部には、ベース固定ね
じ１８によりベース４をフランジ５に固定するための円
筒状のベース固定部１９が設けられており、ベース固定
部１９には、ベース固定ねじ１８を挿通させるための切
欠き部２０が形成されている。
じ１８によりベース４をフランジ５に固定するための円
筒状のベース固定部１９が設けられており、ベース固定
部１９には、ベース固定ねじ１８を挿通させるための切
欠き部２０が形成されている。
【００３１】そして、この切欠き部２０の形状を上下に
所定の長さを有するような形状とすることによって、切
欠き部２０の長さの範囲内においてベース４を上下にス
ライドさせてその上下位置を調整することが可能であ
り、第１及び第２の固定電極１，２から可動電極３まで
の距離（間隔）がそれぞれ等しくなるように調整できる
ように構成されている。このように、固定電極１及び２
から可動電極３までの距離がそれぞれ等しくなるよう
に、固定電極の位置を調整する機構（固定電極位置調整
機構）を設けることにより、静電容量の精度を高めるこ
とができるとともに、耐圧異常などの問題の発生を防止
することが可能になる。なお、上記切欠き部２０の代り
に長穴（図示せず）を形成しても同様の効果を得ること
ができる。
所定の長さを有するような形状とすることによって、切
欠き部２０の長さの範囲内においてベース４を上下にス
ライドさせてその上下位置を調整することが可能であ
り、第１及び第２の固定電極１，２から可動電極３まで
の距離（間隔）がそれぞれ等しくなるように調整できる
ように構成されている。このように、固定電極１及び２
から可動電極３までの距離がそれぞれ等しくなるよう
に、固定電極の位置を調整する機構（固定電極位置調整
機構）を設けることにより、静電容量の精度を高めるこ
とができるとともに、耐圧異常などの問題の発生を防止
することが可能になる。なお、上記切欠き部２０の代り
に長穴（図示せず）を形成しても同様の効果を得ること
ができる。
【００３２】そして、上記の各構成部材を、浮遊容量の
影響を受けないようにアースされた導電材料からなるケ
ース２１（図２）に収納することによりこの実施例の無
接触静電容量式センサが形成されている。なお、この実
施例のセンサにおいては、フランジ５及びケース２１の
材質として導電材料を用いることが好ましいが、これら
を絶縁材料を用いて構成した場合にもセンサーとして機
能するので、フランジ５及びケース２１を絶縁材料から
構成することも可能である。
影響を受けないようにアースされた導電材料からなるケ
ース２１（図２）に収納することによりこの実施例の無
接触静電容量式センサが形成されている。なお、この実
施例のセンサにおいては、フランジ５及びケース２１の
材質として導電材料を用いることが好ましいが、これら
を絶縁材料を用いて構成した場合にもセンサーとして機
能するので、フランジ５及びケース２１を絶縁材料から
構成することも可能である。
【００３３】次に、上記のように構成された無接触静電
容量式センサにおける、静電容量の可変範囲について説
明する。
容量式センサにおける、静電容量の可変範囲について説
明する。
【００３４】上記実施例の無接触静電容量式センサにお
いて、最大の静電容量ＣMAXが形成されるときの可動電
極の回転位置を図３（ａ）に、その等価回路を図３
（ｂ）に示し、最小の静電容量ＣMINが形成されるとき
の可動電極の回転位置を図４（ａ）に、その等価回路を
図４（ｂ）に示す。
いて、最大の静電容量ＣMAXが形成されるときの可動電
極の回転位置を図３（ａ）に、その等価回路を図３
（ｂ）に示し、最小の静電容量ＣMINが形成されるとき
の可動電極の回転位置を図４（ａ）に、その等価回路を
図４（ｂ）に示す。
【００３５】図３（ａ）に示すように、可動電極３を構
成する第１及び第２の分割電極３ａ，３ｂの間のギャッ
プ３ｃが、固定電極１，２を構成する第１及び第２の分
割電極１ａ，１ｂ、及び２ａ，２ｂの間のギャップ１
ｃ，２ｃと直交する位置関係にある場合に最大の静電容
量ＣMAXが形成される。
成する第１及び第２の分割電極３ａ，３ｂの間のギャッ
プ３ｃが、固定電極１，２を構成する第１及び第２の分
割電極１ａ，１ｂ、及び２ａ，２ｂの間のギャップ１
ｃ，２ｃと直交する位置関係にある場合に最大の静電容
量ＣMAXが形成される。
【００３６】このときの等価回路は図３（ｂ）に示すよ
うになる。図３（ｂ）において、Ｃ 1，Ｃ2はそれぞれ、
第１及び第２の固定電極１，２を構成する左右の分割電
極１ａと１ｂ、及び２ａと２ｂの間に形成される静電容
量であり、Ｃ3〜Ｃ6，Ｃ3'〜Ｃ6'は固定電極１，２を構
成する第１及び第２の分割電極１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂ
と、可動電極３を構成する第１及び第２の分割電極３
ａ，３ｂの対向面間に、対向する面積分だけ形成される
静電容量である。そして、このときの静電容量Ｃ M
AXは、 ＣMAX＝Ｃ1＋Ｃ2＋(Ｃ3＋Ｃ4)(Ｃ5＋Ｃ6)／{(Ｃ3＋Ｃ4)＋(Ｃ5＋Ｃ6)} ＋(Ｃ3'＋Ｃ4')(Ｃ5'＋Ｃ6')／{(Ｃ3'＋Ｃ4')＋(Ｃ5'＋Ｃ6')} (4) となる。
うになる。図３（ｂ）において、Ｃ 1，Ｃ2はそれぞれ、
第１及び第２の固定電極１，２を構成する左右の分割電
極１ａと１ｂ、及び２ａと２ｂの間に形成される静電容
量であり、Ｃ3〜Ｃ6，Ｃ3'〜Ｃ6'は固定電極１，２を構
成する第１及び第２の分割電極１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂ
と、可動電極３を構成する第１及び第２の分割電極３
ａ，３ｂの対向面間に、対向する面積分だけ形成される
静電容量である。そして、このときの静電容量Ｃ M
AXは、 ＣMAX＝Ｃ1＋Ｃ2＋(Ｃ3＋Ｃ4)(Ｃ5＋Ｃ6)／{(Ｃ3＋Ｃ4)＋(Ｃ5＋Ｃ6)} ＋(Ｃ3'＋Ｃ4')(Ｃ5'＋Ｃ6')／{(Ｃ3'＋Ｃ4')＋(Ｃ5'＋Ｃ6')} (4) となる。
【００３７】一方、図４（ａ）に示すように、可動電極
３を構成する第１及び第２の分割電極３ａ，３ｂの間の
ギャップ３ｃが、固定電極１，２を構成する第１及び第
２の分割電極１ａ，１ｂ、及び２ａ，２ｂの間のギャッ
プ１ｃ，２ｃと平行になる位置関係にある場合に最小の
静電容量ＣMINが形成される。
３を構成する第１及び第２の分割電極３ａ，３ｂの間の
ギャップ３ｃが、固定電極１，２を構成する第１及び第
２の分割電極１ａ，１ｂ、及び２ａ，２ｂの間のギャッ
プ１ｃ，２ｃと平行になる位置関係にある場合に最小の
静電容量ＣMINが形成される。
【００３８】このときの等価回路は図４（ｂ）に示すよ
うになる。なお、図４（ｂ）において、Ｃ7は、可動電
極３を構成する第１及び第２の分割電極３ａ，３ｂ間に
形成される静電容量である。ＣMINの場合、固定電極
１，２の分割電極１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂと、可動電極
３を構成する第１及び第２の分割電極３ａ，３ｂの、同
じ側の分割電極はほぼ同じ電位となり、対向面間には静
電容量が発生しなくなる。したがって、このときの静電
容量ＣMINは、 ＣMIN＝Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ7 (5) となる。
うになる。なお、図４（ｂ）において、Ｃ7は、可動電
極３を構成する第１及び第２の分割電極３ａ，３ｂ間に
形成される静電容量である。ＣMINの場合、固定電極
１，２の分割電極１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂと、可動電極
３を構成する第１及び第２の分割電極３ａ，３ｂの、同
じ側の分割電極はほぼ同じ電位となり、対向面間には静
電容量が発生しなくなる。したがって、このときの静電
容量ＣMINは、 ＣMIN＝Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ7 (5) となる。
【００３９】Ｃ7は、固定電極１，２と可動電極３の対
向面積に支配されることなく形成されるものであり、そ
の値は極めて小さい。同様に、Ｃ1及びＣ2も対向面積に
支配されないので、ＣMAXを大きくするために対向面積
を大きくしても、ＣMINへの影響を小さく抑えることが
できる。したがって、ＣMAXとＣMINの間の静電容量の差
ΔＣを従来のコンデンサに比べて容易に大きくすること
が可能になる。
向面積に支配されることなく形成されるものであり、そ
の値は極めて小さい。同様に、Ｃ1及びＣ2も対向面積に
支配されないので、ＣMAXを大きくするために対向面積
を大きくしても、ＣMINへの影響を小さく抑えることが
できる。したがって、ＣMAXとＣMINの間の静電容量の差
ΔＣを従来のコンデンサに比べて容易に大きくすること
が可能になる。
【００４０】なお、可動電極３の回転角と形成される静
電容量の大きさの関係を図５に示す。
電容量の大きさの関係を図５に示す。
【００４１】上記実施例では、２つの固定電極と、該固
定電極間に挿入された可動電極からなる組合せ（機構）
が一つだけ形成された無接触静電容量式センサについて
説明したが、この発明の無接触静電容量式センサにおい
ては、上記固定電極と可動電極の組合せが複数組形成さ
れるように、固定電極及び可動電極を積み重ねるための
積重ね機構を設け、固定電極及び可動電極を複数組積み
重ねることが可能である。その場合、ＣMAX時には、組
数が増加するとＣMAXもそれにともなって増大するが、
ＣMIN時には、可動電極を構成する第１の分割電極と第
２の分割電極間に形成される静電容量が、固定電極と可
動電極の対向面間に形成されるような静電容量に比べて
極めて小さいため、ＣMAXとＣMINとの間の静電容量の差
ΔＣをさらに大きくすることができる。なお、積み重ね
機構としては、複数の可動電極を挿入固定することがで
きるように、絶縁シャフトに複数の溝を形成するととも
に、複数の固定電極を配設することができるように、絶
縁シャフトや固定電極の取付ねじを長く形成し、スペー
サを複数個配設するなど、種々の構成とすることが可能
であり、その具体的な構成に特別の制約はない。
定電極間に挿入された可動電極からなる組合せ（機構）
が一つだけ形成された無接触静電容量式センサについて
説明したが、この発明の無接触静電容量式センサにおい
ては、上記固定電極と可動電極の組合せが複数組形成さ
れるように、固定電極及び可動電極を積み重ねるための
積重ね機構を設け、固定電極及び可動電極を複数組積み
重ねることが可能である。その場合、ＣMAX時には、組
数が増加するとＣMAXもそれにともなって増大するが、
ＣMIN時には、可動電極を構成する第１の分割電極と第
２の分割電極間に形成される静電容量が、固定電極と可
動電極の対向面間に形成されるような静電容量に比べて
極めて小さいため、ＣMAXとＣMINとの間の静電容量の差
ΔＣをさらに大きくすることができる。なお、積み重ね
機構としては、複数の可動電極を挿入固定することがで
きるように、絶縁シャフトに複数の溝を形成するととも
に、複数の固定電極を配設することができるように、絶
縁シャフトや固定電極の取付ねじを長く形成し、スペー
サを複数個配設するなど、種々の構成とすることが可能
であり、その具体的な構成に特別の制約はない。
【００４２】また、上記実施例では、可動電極を保持す
るシャフトとして、絶縁材料からなる絶縁シャフトを用
いた場合について説明したが、金属製で、可動電極を保
持する部分を絶縁材で被覆したシャフトなどを用いるこ
とも可能である。さらに、上記実施例では、絶縁シャフ
トの下端部に絶縁シャフトとは別部材である金属シャフ
トを接続して配設したが、これらのシャフトを絶縁材料
からなる一体品とすることも可能である。
るシャフトとして、絶縁材料からなる絶縁シャフトを用
いた場合について説明したが、金属製で、可動電極を保
持する部分を絶縁材で被覆したシャフトなどを用いるこ
とも可能である。さらに、上記実施例では、絶縁シャフ
トの下端部に絶縁シャフトとは別部材である金属シャフ
トを接続して配設したが、これらのシャフトを絶縁材料
からなる一体品とすることも可能である。
【００４３】この発明は、その他の点においても、上記
実施例に限定されるものではなく、固定電極及び可動電
極の具体的形状、両者の位置関係、固定電極と可動電極
の間隔を調整するための固定電極位置調整機構の構成な
どに関し、この発明の要旨の範囲内において、種々の応
用、変形を加えることができる。
実施例に限定されるものではなく、固定電極及び可動電
極の具体的形状、両者の位置関係、固定電極と可動電極
の間隔を調整するための固定電極位置調整機構の構成な
どに関し、この発明の要旨の範囲内において、種々の応
用、変形を加えることができる。
【００４４】
【発明の効果】上述のように、この発明の無接触静電容
量式センサは、固定電極及び可動電極を、それぞれ、互
に導通しない第１及び第２の２つの分割電極から構成
し、各固定電極を構成する第１の分割電極、及び各固定
電極を構成する第２の分割電極をそれぞれ電気的に接続
するとともに、第１及び第２の分割電極を出力端子に接
続するようにしているため、無接触式で、コンタクト部
（摩耗部）を必要としないため、電気的特性と寿命がコ
ンタクト部の接触状態及び寿命に依存することがなくな
り、信頼性及び耐久性を飛躍的に向上させることができ
る。
量式センサは、固定電極及び可動電極を、それぞれ、互
に導通しない第１及び第２の２つの分割電極から構成
し、各固定電極を構成する第１の分割電極、及び各固定
電極を構成する第２の分割電極をそれぞれ電気的に接続
するとともに、第１及び第２の分割電極を出力端子に接
続するようにしているため、無接触式で、コンタクト部
（摩耗部）を必要としないため、電気的特性と寿命がコ
ンタクト部の接触状態及び寿命に依存することがなくな
り、信頼性及び耐久性を飛躍的に向上させることができ
る。
【００４５】また、固定電極及び可動電極が、それぞ
れ、互に導通しない第１及び第２の２つの分割電極から
構成されているため、固定電極間距離や固定電極と可動
電極の間隔などに依存する度合いを特に大きくすること
なく、最大静電容量と最小静電容量との静電容量差（Δ
Ｃ）を大きくすることが可能になる。
れ、互に導通しない第１及び第２の２つの分割電極から
構成されているため、固定電極間距離や固定電極と可動
電極の間隔などに依存する度合いを特に大きくすること
なく、最大静電容量と最小静電容量との静電容量差（Δ
Ｃ）を大きくすることが可能になる。
【００４６】また、固定電極と可動電極の間隔を調整す
る固定電極位置調整機構を設けることにより、固定電極
と可動電極の間隔を微調整することが可能になり、形成
される静電容量の精度を容易に高めることができるとと
もに、耐圧異常などの問題の発生を防止することが可能
になる。
る固定電極位置調整機構を設けることにより、固定電極
と可動電極の間隔を微調整することが可能になり、形成
される静電容量の精度を容易に高めることができるとと
もに、耐圧異常などの問題の発生を防止することが可能
になる。
【００４７】さらに、固定電極及び可動電極を複数組積
み重ねるための積重ね機構を設けることにより、必要に
応じて固定電極及び可動電極を増やすことが可能にな
り、所望の静電容量を得ることができるようになる。し
たがって、設計の自由度を向上させることができる。ま
た、固定電極及び可動電極を縦に複数組積み重ねること
により、わずかに厚み方向の寸法を増加させるだけで静
電容量を増やすことが可能になり、無接触静電容量式セ
ンサ全体としての小型化を図ることができる。
み重ねるための積重ね機構を設けることにより、必要に
応じて固定電極及び可動電極を増やすことが可能にな
り、所望の静電容量を得ることができるようになる。し
たがって、設計の自由度を向上させることができる。ま
た、固定電極及び可動電極を縦に複数組積み重ねること
により、わずかに厚み方向の寸法を増加させるだけで静
電容量を増やすことが可能になり、無接触静電容量式セ
ンサ全体としての小型化を図ることができる。
【図１】この発明の一実施例にかかる無接触静電容量式
センサを示す分解斜視図である。
センサを示す分解斜視図である。
【図２】この発明の一実施例にかかる無接触静電容量式
センサの正面断面図である。
センサの正面断面図である。
【図３】この発明の一実施例にかかる無接触静電容量式
センサの可動電極の回転位置と等価回路の関係を示す図
であり、（ａ）は最大の静電容量ＣMAXが形成されると
きの可動電極の回転位置を示す図、（ｂ）はそのときの
等価回路を示す図である。
センサの可動電極の回転位置と等価回路の関係を示す図
であり、（ａ）は最大の静電容量ＣMAXが形成されると
きの可動電極の回転位置を示す図、（ｂ）はそのときの
等価回路を示す図である。
【図４】この発明の一実施例にかかる無接触静電容量式
センサの可動電極の回転位置と等価回路の関係を示す図
であり、（ａ）は最小の静電容量ＣMINが形成されると
きの可動電極の回転位置を示す図、（ｂ）はそのときの
等価回路を示す図である。
センサの可動電極の回転位置と等価回路の関係を示す図
であり、（ａ）は最小の静電容量ＣMINが形成されると
きの可動電極の回転位置を示す図、（ｂ）はそのときの
等価回路を示す図である。
【図５】この発明の一実施例にかかる無接触静電容量式
センサにおける可動電極の回転角と形成される静電容量
の大きさの関係を示す図である。
センサにおける可動電極の回転角と形成される静電容量
の大きさの関係を示す図である。
【図６】従来の容量型回転角検出器を示す断面図であ
る。
る。
【図７】従来の無接触式の回転角センサの固定電極と回
転半円板の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は正面図である。
転半円板の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は正面図である。
１，２ 第１及び第２の固定電極 １ａ，２ａ 固定電極を構成する第１の分割電極 １ｂ，２ｂ 固定電極を構成する第２の分割電極 １ｃ，２ｃ 固定電極のギャップ ３ 可動電極 ３ａ 可動電極を構成する第１の分割電極 ３ｂ 可動電極を構成する第２の分割電極 ３ｃ 可動電極のギャップ ４ ベース ５ フランジ ６ 絶縁シャフト ６ａ 可動電極をはめ込む溝 ７ 金属シャフト ８ 取付ねじ ９ 切欠き部 １０ ねじ穴 １１ 穴 １２ スペーサ １３ ベーススペーサ １４ 切欠き部 １５，１６ ベアリング １７ ブッシュ １８ ベース固定ねじ １９ ベース固定部 ２０ ベース固定部の切欠き部 ２１ ケース ２２ａ，２２ｂ 出力端子
フロントページの続き (72)発明者 奥西 弘武 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社 村田製作所内 (72)発明者 山内 公則 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社 村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭59−95422（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−172218（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−64613（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 102 G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62
Claims (3)
- 【請求項１】 互に対向するように配設された固定電極
と、前記固定電極の間に挿入され、シャフトにより回転
可能に絶縁支持された可動電極とを具備し、前記固定電
極と、前記可動電極との間に形成される静電容量を検出
する静電容量式センサにおいて、 前記固定電極及び可動電極を、それぞれ、互に導通しな
い第１及び第２の２つの分割電極から構成し、 各固定電極を構成する第１の分割電極、及び各固定電極
を構成する第２の分割電極をそれぞれ電気的に接続する
とともに、該第１及び第２の分割電極を出力端子に接続
したことを特徴とする無接触静電容量式センサ。 - 【請求項２】 前記固定電極と前記可動電極の間隔を調
整するための固定電極位置調整機構を備えたことを特徴
とする請求項１記載の無接触静電容量式センサ。 - 【請求項３】 前記固定電極及び可動電極を複数組積み
重ねるための積重ね機構を有していることを特徴とする
請求項１または２記載の無接触静電容量式センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06053143A JP3127707B2 (ja) | 1993-04-26 | 1994-02-24 | 無接触静電容量式センサ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-123302 | 1993-04-26 | ||
| JP12330293 | 1993-04-26 | ||
| JP06053143A JP3127707B2 (ja) | 1993-04-26 | 1994-02-24 | 無接触静電容量式センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0791907A JPH0791907A (ja) | 1995-04-07 |
| JP3127707B2 true JP3127707B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=26393848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06053143A Expired - Fee Related JP3127707B2 (ja) | 1993-04-26 | 1994-02-24 | 無接触静電容量式センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3127707B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100452977C (zh) * | 2001-12-11 | 2009-01-21 | 第一制网株式会社 | 杀藻杀菌剂 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7304637B2 (en) * | 2004-08-30 | 2007-12-04 | Avago Technologies Ecbuip (Singapore) Pte Ltd | Puck-based input device with rotation detection |
| JP4770646B2 (ja) * | 2006-08-28 | 2011-09-14 | 日本電気株式会社 | 入力装置及び情報処理装置 |
-
1994
- 1994-02-24 JP JP06053143A patent/JP3127707B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100452977C (zh) * | 2001-12-11 | 2009-01-21 | 第一制网株式会社 | 杀藻杀菌剂 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0791907A (ja) | 1995-04-07 |
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| JPH0412416Y2 (ja) |
Legal Events
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001010 |
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