JPH02259403A - 静電容量式のストロークセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、相対変位される一対の電極の一方を接地し、
且つ、他方に出力線を接続して、前記一対の電極間の静
電容量値を検出するように構成してある静電容量式のス
トロークセンサに関する。

〔従来の技術］ この種の静電容量式のストロークセンサは、例えば油圧
シリンダや空圧シリンダなどのシリンダストロークを検
出する手段として以前から広く利用されている。具体的
に説明すると、相対変位するシリンダケース側とピスト
ン側のそれぞれに電極を形成し、それら一対の電極間に
形成されるコンデンサの静電容量値が、シリンダケース
に対するピストンロッドのストローク変化に応じて変化
するようにする。そしてこの時の静電容量値を変化量を
検出することで、ピストンロッドが伸縮作動した際のス
トロークを求めるのである。

ところで、静電容量式のストロークセンサにはそれ特有
の欠点がある。即ち、電荷を帯びた物体や導電性の物体
が電極の近くに存在すると、それらの物体との間にコン
デンサが形成されてその静電容量値の影響を受けるため
、検出される静電容量値が変化してストロークを正確に
測定できなくなるのである。

そこで近年では、このような電極の近傍にある物体の影
響を除去することが可能な静電容量式のストロークセン
サが開発されている（特開昭６１−８２１０４号公報）
。この静電容量式のストロークセンサでは、電極の周囲
にシールド体を設けるとともに、このシールド体に高入
力インピーダンスの増幅回路の出力部を接続し、シール
ド体を電極と同電位に維持するように構成してあり、そ
のことによって電極と近傍にある物体との間にコンデン
サが形成されないようにしている。

〔考案が解決しようとする課題］ このように静電容量式のストロークセンサの特有の欠点
は、電極と近傍の物体に関する限りでは一応解決済では
ある。しかしながら、電圧が加わるのは電極だけではな
い。電極と検出回路とを接続している出力線も電極と同
電位になっている。そのため検出された静電界−ｌ値に
は、出力線とアースとの間に生ずる静電容量いわゆる布
線容量が誤差として含まれることになる。

そしてこれらの誤差成分は出力線の長さに比例して増大
するのである。したがって、検出回路がセンサ本体に組
込んであるように、出力線が極めて短いければ無視して
も差支えない場合もあるが、検出回路をセンサ本体から
遠く離れた場所に設けてあると出力線が長くなるので、
布線容量が大きなって無視できなくなる。

従来の静電容量式のストロークセンサでは、このような
出力線の布線容量に対する対策が十分に行われておらず
、測定誤差を生じる一因になっていた。

本考案では、出力線の布線容■に起因した誤差を取り除
き、スＩ・ローフを正確に検出できるようにすることを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、 第１の発明では、出力線をシールド線で覆い、このシー
ルド線を前記出力線が接続されている一方の電極と同電
位に維持する電位維持手段を設けてある点に特徴がある
。

第２の発明は、静電容量式のストロークセンサをシリン
ダに内蔵する場合に関するものである。ここでは、ピス
トンロッドの内側の端部より長手方向に沿った凹入部を
形成し、一端がシリンダケースの内側に絶縁ブツシュを
介して支持固定されているセンサーロッドを前記凹入部
に移動自在に嵌入するとともに、前記凹入部の内面とセ
ンサーロッドの外面のどちらか一方に誘電体材料の絶縁
１層を設け、前記凹入部の内面を接地し、かつ、前記セ
ンサーロッドの外面側に出力線を接続して、前記凹入部
の内面と前記センサーロッドの外面とを前記一対の電極
に構成し、前記絶縁ブツシュが、導電性のブツシュ本体
の表面を絶縁物で覆ったものであり、このブツシュ本体
に前記シールド線を接続してある点に特徴がある。

（第１の発明の作用） シールド線は出力線と同電位に維持されているため、両
者間に形成されるコンデンサの静電容量値は出力線がど
んなに長くても理論上はＯである。また、出力線はシー
ルド線でシールドされているため、他の物体が近傍にあ
ってもコンデンサは形成されず、布線容量は理論上はＯ
である。

〔第１発明の効果］ 出力線を通して検出される静電容量値に布線容量が含ま
れなくなるので、より真の値に近い静電容量イ直を検出
できるようになり、ストロークをより精密に測定できる
ようなった。

（第２の発明の作用） ピストンロッドがシリンダケースに対して摺動すると、
それに伴ってピストンロッドの凹入部で嵌入されたセン
サ口・シトが移動する。この移動によって凹入部の内面
とセンサロッドの外面との間に存在する誘電体材料の絶
縁層の有効面積が変化し、この変化がコンデンサの静電
容量値に対応して現れる。したがって、静電容量値を検
出することでストロークを測定できるのである。以上が
従来のストロークセンサ内蔵型シリンダ装置の原理であ
る。

第２の発明は構造的には、凹入部の内面を接地して電位
を０にするとともに、センサーロッドの一端を絶縁ブツ
シュを介してシリンダケースの内側に支持固定してあり
、このセンサーロッドに出力線を接続して電圧を加える
ようにしてある。したがって、センサーロッドとシリン
ダケースが絶縁ブツシュを介して絶縁状態であり、両者
間に小さいながらもコンデンサが形成されてしまう。そ
こで、導電性のブツシュ本体の表面を絶縁物で覆うこと
で絶縁ブツシュ構成するとともに、このブツシュ本体に
前記シールド線を接続することで、ブツシュ本体とシー
ルド線とセンサロッドを同電位にし、センサロッドとシ
リンダケースとにコンデンサが形成されないようにする
のである。つまり、ブツシュ本体をガード電極とし、セ
ンサロッドとシリンダケースとの間の静電容量値はほぼ
０になるのである。

〔第２発明の効果〕 静電容量式のストロークセンサをシリンダに内蔵した場
合でも、センサロッドとシリンダケースとの間の静電容
量値がほぼＯになるので、真の静電容量値に近い値を検
出できるようになり、ストロークをより精密に測定でき
るようになった。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２回に例示されているのは、複動型油圧シ
リンダの内部にストロークセンサを内蔵し、伸縮時のス
トロークを直接検出できるように構成したストロークセ
ンサ内蔵型シリンダ装置である。

このシリンダ装置では、シリンダケース（１）の一端に
エンド（２）を固着するとともに他端にはシール部材（
３）を嵌合して外側ケース部分を構成してあり、シール
部材（３）を貫通する状態でピストンロッド（４）を出
退自在に挿入してある。このピストンロッド（４）の外
端にはヨーク形状の連結部（５）を、反対側の内端には
ピストン（６）を設けてあり、ピストンがエンド（２）
に接当する状態で最小ストロークになり、シール部材（
３）に接当する状態で最大ストロークとなるようにして
ある。そしてエンド（２）とピストン（６）との間は第
１油圧室（Ｓｌ）に、ピストン（６）とシール部材（３
）との間は第２油圧室（Ｓ２）になっており、第１油圧
室（Ｓｌ）に圧油を供給することによって油圧シリンダ
が伸長作動し、第２油圧室（Ｓ２）に圧油を供給するこ
とによって油圧シリンダが収縮作動するようになってい
る。

前記ピストン（６）の中央には円孔（６ａ）を穿設して
あり、二〇円孔（６ａ）に続く深い凹入部（４ａ）をピ
ストンロッド（４）内に長手方向に沿って形成してある
。この円孔（６ａ）と凹入部（４ａ）には、エンド（２
）に支持固定されたセンサロッド（７）を相対移動自在
に挿入してあり、油圧シリンダの伸縮作動に伴ってピス
トンロッド（４）がシリンダケース（１）から出退する
と、センサロッド（７）の凹入部（４ａ）に対する挿入
■が変化するようになっている。

前記センサロッド（７）は、絶縁ブツシュ（８）（絶縁
体の一例）に形成されたセンサロッド圧入用凹部（８ａ
）に網パイプから成る支柱（９）を圧入し、エンド（２
）の内側に形成された絶縁体圧入用凹部（２ａ）にこの
絶縁ブツシュ（８）を圧入して支持固定してある。この
絶縁ブツシュ（８）は、金属製のブツシュ本体（８Ａ）
の全表面を絶縁物質（８Ｂ）でコーティングしたもので
、センサロッド（７）のガード電極としての役割も有し
ている。

前記支柱（９）のエンド側には、油孔（１０）を形成し
てあり、第１油圧室（Ｓ＋）に供給された圧油が内部油
路（７ｒ）を通して凹入部（４ａ）の奥にも入り込める
ようになっている。支柱（９）の外周面には絶縁層（１
１）を形成してある。この絶縁層（１１）は、支柱（９
）にＦＥＰ収縮チューブを被せ、それを熱収縮により密
着させたもので、全体にわたって均等な密度と厚さを有
している。尚、図中（１２）は、圧入の際に使用した空
気の抜き出し孔であり、（１３）は、絶縁ブツシュ（８
）を固定し、密封するためのエポキシ充填剤である。

前記ピストンロッド（４）は、ピストン（６）に装着さ
れた金属製のリング（１４）を介してシリンダケース（
１）に電気的に導通している。このリング（１４）は一
部が切り欠いてあり、装着状態で外側に拡大してシリン
ダケース（１）の内面に確実に接するようになっている
。一方、センサロッド（７）は、出力線（１６）を介し
て外部の検出回路（１５）に接続してある。

前記出力線（１６）のセンサロッド（７）への接続はコ
ネクタ（１７）を介して行うようになっている。

コネクタ（１７）は、第３図に示すように芯線（１８）
、絶縁層（１９）、シールド部（２０）、外皮（２１）
とから成る。芯線（１８）には出力線（１６）を、シー
ルド部（２０）には出力線（１６）を覆うシールド線（
２２）を接続してあり、外皮（２１）から剥き出しにな
ったシールド部（２０）の先端には雄ネジ（２０ａ）を
形成してある。このコネクタ（１７）は、ブツシュ本体
（８八）に形成された雌ネジ（２３）にシールド部（２
２）の雄ネジ（２２ａ）を螺合し、芯線（１８）の先端
をセンサロッド（７）の支柱（９）に接当することで接
続する方法をとっており、接続状態においてセンサロッ
ド（７）と芯線（１日）が、且つブツシュ本体（８Ａ）
とシールド部（２０）とが通電するようになっている。

前記ピストンロッド（４）とセンサロッド（７）は電極
を代用しており、絶縁層（１１）を挟んでコンデンサー
を構成している。つまり、外部の検出回路（１５）から
出力線（１６）を介してセンサロッド（７）へ直流電圧
が周期的に加わり、ピストンロッド（４）とセンサロッ
ド（７）とに挟まれた絶縁層（１１）に電荷が蓄えられ
るようになっている。

但し、このシリンダケース（１）は接地してあるため、
ピストンロッド（４）の方も常に基準となる０電位に維
持されている。

静電容量は、周知のように、電極間の面積と誘電体の誘
電率に正比例して距離に反比例する特性がある。当該シ
リンダ装置においては絶縁！　（１１）の厚さを均等に
してあるため、ピストンロッド（４）とセンサロッド（
７）との間の静電容量は、凹入部（４ａ）の内面とセン
サロッド（７）とが重なる部分の面積に、換言するとセ
ンサロッド（７）の凹入部（４ａ）に対する挿入量に正
比例することになる。つまり、センサロッド（７）の挿
入量が大きくなると重なる部分の面積が拡大して静電容
量も増大し、挿入量が小さくなると重なる部分の面積が
縮小して静電容量も減少する。

したがって、この静電容量を検出することによってシリ
ンダ装置が伸縮作動した際のストロークを求めることが
できるのである。

前記静電容量の検出回路（１５）は、具体的にはＣ−■
変換回路からなる。出力線（１６）を介してパルス電圧
を周期的に加え、その際の充放電を利用して静電容量値
を検出し、その検出値を直流電圧に変換する機能を有し
ている。要するに、当該シリンダ装置の伸縮時のストロ
ークを、直流電圧値として出力するのである。但し、出
力する段階においては、伸縮時のストロークが短いほど
低い電圧値を、ストロークが長いほど高い電圧値を出力
し、最小ストロークとなる最収縮時にはほぼＯ■の電圧
を出力する。

前記出力線り１６）はボルテージホロワ（２４）の入力
部にも接続してある。そしてこのボルテージホロワ（２
４）の出力部を前記シールド線（２２）に接続してある
。それによって前記検出回路（１５）からパルス電圧が
出力線（１６）に加わると同時に、ボルテージホロワ（
２４）の出力部からそれと等しいパルス電圧がシールド
線（２２）やブツシュ本体（８＾）に加わり、出力線（
１６）とシールド線（２２）とブツシュ本体（８＾）が
同電位に維持されるようになっている。

したがって、出力線（１６）とシールド線（２２）間、
或いは出力線（１６）とブツシュ本体（８Ａ）間には電
位差がなく、その間の静電容量値を０とみなせるように
なる。また、センサロッド（７）とエンド（２）間でも
、ブツシュ本体（８Ａ）がガードＲｈとなり、その間の
静電容量を０とみなせるようになる。

以上説明してきたように、このストロークセンサ内蔵型
のシリンダ装置では、出力線（１６）による布線容量や
センサロッド（７）とエンド（２）間の静電容量の影響
を受けないようにできるから、正確な静電容量値を検出
することができるのである。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対象を便利にするた
めに符号を記すが、この記入より本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案に係わる静電容量式のストロークセンサの
実施例を示し、第１は収縮状態における断面と検出装置
を示す図、第２図は伸張状態における断面図、第３図は
コネクタの先端部を示す斜視図である。 （１）・・・・・・シリンダケース、　（４）・・・・
・・ピンストロッド、（４ａ）・・・・・・凹入部（電
極）、（７）・・・・・・センサロッド（電極）、　（
８）・・・・・・絶縁ブツシュ、（８＾）・・・・・・
ブツシュ本体、（８Ｂ）・・・・・・絶縁物、（１１）
・・・・・・絶縁層、（１６）・・・・・・出力線、（
２２）・・・・・・シールド線、（２４）・・・・・・
電位維持手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相対変位される一対の電極（４ａ）、（７）の一方
   を接地し、且つ、他方に出力線（４ａ）を接続して、前
   記一対の電極（４ａ）、（７）間の静電容量値を検出す
   るように構成してある静電容量値式のストロークセンサ
   であって、前記出力線 （１６）をシールド線（２２）で覆い、このシールド線
   （２２）を前記出力線（１６）が接続されている一方の
   電極（７）と同電位に維持する電位維持手段（２４）を
   設けてある静電容量式のストロークセンサ。 ２、ピストンロッド（４）の内側の端部より長手方向に
   沿った凹入部（４ａ）を形成し、一端がシリンダケース
   （１）の内側に絶縁ブッシュ（８）を介して支持固定さ
   れているセンサーロッド（７）を前記凹入部（４ａ）に
   移動自在に嵌入するとともに、前記凹入部（４ａ）の内
   面とセンサーロッド（７）の外面のどちらか一方に誘電
   体材料の絶縁層（１１）を設け、前記凹入部（４ａ）の
   内面を接地し、かつ、前記センサーロッド（７）の外面
   側に出力線（１６）を接続して、前記凹入部（４ａ）の
   内面と前記センサーロッド（７）の外面とを前記一対の
   電極（４ａ）、（７）に構成し、前記絶縁ブッシュ（８
   ）が、導電性のブッシュ本体（８Ａ）の表面を絶縁物（
   ８Ｂ）で覆ったものであり、このブッシュ本体（８Ａ）
   に前記シールド線（２２）を接続してある請求項１記載
   の静電容量式のストロークセンサ。