JPH02259417A - 静電容量式のストローク検出装置 - 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間に形成される
コンデンサの静電容量値に応じた直流電圧を出力するＣ
／Ｖ変換手段が設けられている静電容量式のストローク
検出装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の静電容量式のストローク検出装置を、例え
ば、油圧シリンダや空圧シリンダ等のシリンダストロー
クを検出する手段として利用する場合を例に説明すれば
、相対変位するシリンダケース側とピストンロッド側の
夫々に電極を形成すると、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こ
とになる。そして、それらシリンダケース側とピストン
ウッド例の夫々に形成された一対の電極間に形成される
コンデンサのｉ９電容量値を、Ｃ／Ｖ変換手段にて直流
電圧に変換すると、シリンダストロークに応じた直流電
圧を得られることになる。

ところで、一対の電極夫々の寸法や−それら電極同士を
ｉｆ！！録するために設けられる絶縁層の誘電率等は、
温度によって変動することから、−対の電極間に形成さ
れるコンデンサの静電容量値は温度特性を有する状態と
なる。従って、ストロークを正確に検出するためには、
静電容量値に対する温度補償を的確に行う必要がある。

そこで、従来では、上記シリンダストロークに応じて容
量値が変化するコンデンサの他に、シリンダストローク
の変化に拘わらず一定の容’ＦＪｋ　（ｉｆｆとなる参
照用のコンデンサを、上記シリンダストロークに応じて
容−匿値が変化するコンデンサと一体的に形成して、そ
の参照用コンデンサの容量値を検出して、参照用の容量
値の変化に基づいてストロークに応じて変化するコンデ
ンサの検出容量値を温度補償するようにしていた（例え
ば、特開詔６３−６７５０２号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来構成では、温度補償用の参照用コンデンサを設
ける必要があるばかりか、その参照用コンデンサの容量
値を検出する回路が別途必要となるために、装置構成が
複雑高価になる不利があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、装置構成の簡素化を図りながら、静電容量式
のストローク検出装置における温度補償を的確に行える
ようにすることにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明による静電容量式のストローク検出装置は、相対
変位される一対の電極の間に形成されるコンデンサの静
電容量値に応じた直流電圧を出力するＣ／Ｖ変換手段が
設けられているものであって、その特徴構成は以下の通
りである。

すなわち、前記Ｃ／Ｖ変換手段は、前記コンデンサを設
定周期で繰り返し充放電する充放電手段と、前記コンデ
ンサの充放電電荷量に基づいて前記直流電圧を生成する
抵抗とを備え、且つ、その抵抗は、前記コンデンサの温
度による容量値の変化特性とは逆特性となる温度特性を
備えている点にある。

〔作　用〕

コンデンサを設定周期で繰り返し充放電すると、その充
放電電荷量は、コンデンサの容量値に比例した値となる
。従って、その充放電電荷量に応じた直流電圧を抵抗に
よって生成させると、その抵抗によって生成された直流
電圧は、コンデンサの容量値、つまり、シリンダストロ
ークに比例したものとなる。

ところで、同じ容量値における充放電電荷量は同じであ
ることから、上記直流電圧は抵抗値に逆比例することに
なる。

そこで、上記抵抗の温度特性をコンデンサの温度特性と
逆特性にすることにより、コンデンサの温度補償を的確
に且つ簡単に行うことができるのである。

（発明の効果〕 もって、装置構成の簡素化を図りながらも、温度補償を
的確に行うことができるに至った。

（実施例］ 以下、本発明を油圧シリンダのストローク検出装置に適
用した場合における実施例を図面に基づいて説明する。

第２図に示すように、金属製のピストンロッド（１）が
、金属製のシリンダケース（２）の長手方向に沿って伸
縮自在に嵌入され、前記ピストンロッド（１）の内面に
は、凹入部（３）がその長手方向に沿って形成されてい
る。

そして、前記シリンダケース（２）のエンド（２Ａ）の
内側に圧入された樹脂製の絶縁体（５）が設けられ、円
筒状の金属製のセンサーロッド（４）が前記凹入部（３
）に移動自在な状態で嵌入され、そのセンサーロッド（
４）の一端が、前記絶縁体（５）に圧入固定されている
。尚、図中、（６）は前記センサーロッド（４）の外面
を覆うように設けられた誘電体材料の絶縁層であって、
いわゆる熱収縮チューブ等を利用して形成しである。

つまり、前記ピストンロッド（１）の内面に形成された
凹入部（３）と前記センサーロッド（４）とが、相対変
位される一対の電極として作用して、前記ピストンロッ
ド（１）が前記シリンダケース（２）の長手方向に沿っ
て伸縮するに伴って、前記凹入部（３）の内面と前記セ
ンサーロッド（４）の外開きの間に形成されるコンデン
サ（Ｃ）の静電容量値が、シリンダストロークに逆比例
して増減するように構成されているのである。

但し、前記ピストンロッド（１）は前記シリンダケース
（２）に接触した状態で伸縮することから、前記シリン
ダケース（２）を接地した状態で、前記センサーロッド
（１）と前記コンデンサ（Ｃ）の静電容量値を直流電圧
（Ｖｌ）に変換するＣ／Ｖ変換手段としてのＣ／Ｖ変換
回路（７）とを出力線（８）で接続して、前記コンデン
サ（Ｃ）の容量値を接地に対する値として検出するよう
にしである。

尚、前記Ｃ／Ｖ変換回路（７）は、樹脂等によってボッ
ティングされた状態で、前記シリンダケース（２）のエ
ンド（２Ａ）に一体的に組み込まれている。

第１図に示すように、前記Ｃ／Ｖ変換手段（７）は、一
定周波数（ｆ）の信号を出力する発振器（９）と、その
発振器（９）の出力信号を受けるシュミットトリガ回路
（１０）と、そのシュミットトリガ回路（１０）の出力
信号に同期して前記コンデンサ＜Ｃ＞を設定周期で繰り
返し充放電する充放電手段としてのチャージポンプ回路
（１１）と、そのチャージポンプ回路（１１）に接続さ
れて前記コンデンサ（Ｃ）の容を値に応じた直流電圧（
Ｖ１）を生成する抵抗（Ｒ）と、その抵抗（Ｒ）に生じ
る直流電圧（ｖｌ）のオフセットを調節すると共に設定
増幅度で増幅する差動増幅器（１２）とから構成されて
いる。但し、前記抵抗（Ｒ）は、前記コンデンサ（Ｃ）
の温度特性とは逆特性となる温度特性を備えさせてあり
、温度変動による前記コンデンサ（Ｃ）の容量値の変動
を打ち消すようになっている。

説明を加えれば、前記Ｃ／Ｖ変換回路（７）から出力さ
れる直流電圧（Ｖ１）は、下記（ｉ）式に示すように、
前記シュミットトリガ回路（１０）への入力周波数（ｆ
）と前記コンデンサ（Ｃ）の容量値と前記抵抗（Ｒ）と
の積に比例する値となるように構成されている。

Ｖ、＝に−ｆ−Ｃ−Ｒ・・・・・（ｉ）但し、上記式に
おいてＫは比例定数である。

つまり、前記抵抗（Ｒ）の温度特性を前記コンデンサ（
Ｃ）の温度特性と逆特性にすれば、前記コンデンサ（Ｃ
）の温度による容量値変動を的確に打ち消すことができ
るようになっているのである。

ところで、前記コンデンサ（Ｃ）の容量値は、前記ピス
トンロッド（１）が最も縮んだ状態で最大となり、且つ
、その容量値が最大となる状態がシリンダストロークの
基準位置となる。従って、前記直流電圧（Ｖ１）は、シ
リンダストロークに対して逆比例する状態となる。又、
最もシリンダストロークが最大となった状態においても
容量値が零にはならないことから、前記直流電圧（Ｖｌ
）が零にならない。又、容量値は製作誤差等によっても
同じストロークに対して同じ値とはならないことから、
前記シリンダストークが零となる基準位置では前記直流
電圧（Ｖｌ）が零となり、且つ、シリンダストロークが
最大となる位置では同じ電圧となるように、前記Ｃ／Ｖ
変換回路（７）が出力する直流電圧（Ｖ１）を調節する
必要が生じるのである。そして、その調節を前記差動増
幅器（１２）を利用して行うようにしているのである。

説明を加えれば、前記差動増幅器（１２）の出力電圧（
Ｖｏ）は、下記（ｉｉ）式に示すように非反転側入力端
子（ｉ＋）の電圧（ε）と反転入力端子（ｉ−）の電圧
（Ｖｉ）との差を負帰還量を調節する可変抵抗（Ｒｆ）
の値に基づいて設定される増幅度で増幅するようになっ
ている。

尚、上記式（ｉｉ）における各抵抗は第１図中に示す各
抵抗に付した記号に対応するものであって、説明は省略
する。

従って、前記出力電圧（Ｖｏ）は、前記非反転側入力端
子（ｉ＋）の電圧（ε）と反転入力端子（ｉ−）の電圧
（Ｖｉ）とが同じ値のときには、前記可変抵抗（Ｒｆ）
の値すなわち増幅度に拘わらず、前記非反転側入力端子
（ｉ＋）の電圧（ε）によって一義的に決定できる状態
となる。

そこで、前記反転入力端子（ｉ−）への入力電圧（Ｖｉ
）を前記Ｃ／Ｖ変換回路（７）から出力される直流電圧
（ｖｌ）となり、前記非反転側入力端子（ｉｆ）の電圧
（ε）をオフセット調節用の電圧となるように接続して
、前記両入力端子（ｉｆ）　＋　（ｉ−）への入力電圧
（ε）、（Ｖｉ）が等しくなるように前記非反転側入力
端子（ｉｆ）の電圧（ε）を調節すると、前記差動増幅
器（１２）の増幅度の変化に影響されることなくオフセ
ットつまりシリンダストロークが零となる状態における
出力電圧（Ｖｏ）の値を単独に１１節できるのである（
第３図参照）。

尚、第１図中、（Ｃｓ）は前記直流電圧（Ｖ＋）の平滑
用コンデンサ、（Ｒｘ）　、　（Ｒｙ）は前記非反転側
入力端子（ｉｆ）への入力電圧（ε）の調節用の抵抗で
あって、電源電圧を分圧するようになっている。

〔別実施例〕

上記実施例では、誘電体材料の絶縁層（６）をセンサー
ロッド（４）の外面に設けた場合を例示したが、前記ピ
ストンロッド（１）の内側に形成した凹入部（３）の内
面に設けるようにしてもよい。

又、上記実施例では、本発明をシリンダストロークの検
出装置に適用した場合を例示したが、本発明は各種のス
トローク検出装置に適用できるものであって、相対変位
する一対の電極（３）。

（４）の具体構成並びにその取り付は構造等、本発明を
実施する上で必要となる各部の具体構成は各種変更でき
る。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入に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】

図面は本発明に係る静電容量式のストローク検出装置の
実施例を示し、第１図はＣ／Ｖ変換手段の構成を示す回
路図、第２図はシリンダの縦断面図、第３図はコンデン
サの容量値に対するＣ／Ｖ変換回路の出力電圧の特性図
である。 （３）　、　（４）・・・・・・一対の電極、（７）・
・・・・・Ｃ／Ｖ変換手段、（１１）・・・・・・充放
電手段、（Ｃ）・・・・・・コンデンサ、（Ｒ）・・・
・・・抵抗、（Ｖｌ）・・・・・・直流電圧。 第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相対変位される一対の電極（３）、（４）の間に形成さ
   れるコンデンサ（Ｃ）の静電容量値に応じた直流電圧（
   Ｖ＿１）を出力するＣ／Ｖ変換手段（７）が設けられて
   いる静電容量式のストローク検出装置であって、前記Ｃ
   ／Ｖ変換手段（７）は、前記コンデンサ（Ｃ）を設定周
   期で繰り返し充放電する充放電手段（１１）と、前記コ
   ンデンサ（Ｃ）の充放電電荷量に基づいて前記直流電圧
   （Ｖ＿１）を生成する抵抗（Ｒ）とを備え、且つ、その
   抵抗（Ｒ）は、前記コンデンサ（Ｃ）の温度による容量
   値の変化特性とは逆特性となる温度特性を備えている静
   電容量式のストローク検出装置。