JPH042915A - 静電容量型変位検出器 - 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〉 この発明は、機械的な変位量を静電客足の変化量として
電気信号に変換するようにした静電容量型変位検出器の
構造に関するものであり、特に、同一中心線上に互いに
近接して設けられた複数のリング状の円筒電極と、これ
ら円筒電極とそれぞれ一定の隙間をもって同軸的に配置
された共通電極と、上記円筒電極のうちのひとつである
可変電極と共通電極との隙間内を軸方向に移動可能に支
持されたスピン１−ルと一体の円筒状のスクリーンとを
含み、このスクリーンの機械的な変位量を、円筒電極と
共通電極からなる容量の変化量として電気的に検出する
ようにした静電容量型変位検出器の構造の改良に関する
。

〈従来の技術〉 従来のこの種の静電容量型変位検出器としては、例えば
英国特許第１３４７２３５号公報に開示されているもの
がある。

第３図はこの従来の静電容量型変位検出器の構造を示す
断面図である。

図に示すように、円筒状ケース５１の内筒５１ａ内面に
は絶縁部材５４によって互いに絶縁された円筒状の第１
電極５２と円筒状の第２電極５３が同軸的に設けられて
いる。

この電極５３の電極５２と反対側の図中右側には、絶縁
部材５６により電極５３から絶縁されたガードリンク５
５が設けられている。

又、共通電極５７は円柱状のロッドからなり、その図中
右端かケース５１の小径段部内筒５　］、　ｂに絶縁部
材５８を介して電極５２．５３に対して同軸となるよう
に取り付けられている。

この共通電極５７の軸心にはネジ穴５９が穴あけされて
おり、そこにセットネジ６０がネジ込まれている。又、
この共通電極５７の側面には、ネジ穴５つと出合うよう
に複数の穴６１が穴あけされており、セットネジ６０の
位置の調整によって、電極５３と対向する共通電極５７
の面積を調整して、目的に応じて電極５３．５７間の容
量の調整を可能としている。

スクリーン６２は、電極５２．５７間の隙間内を軸方向
に動くことが可能なように、ケース５１の端部にある軸
受６３により摺動自在に支持されている。この軸受６３
は絶縁部材６４によって電極５２と絶縁されており、ケ
ース５１の図中左開口端に取り付けられている。

又、電極５２．５３からのリード線６５．６６は、ケー
ス５１の内筒５　］、　ａと各電極及び絶縁部材の外周
との隙間を通ってスクリーン６２の収納側とは反対側の
ケース５１の図中右端部にある壁の穴５１ｃを通って電
気測定装置のケーブル７０に連結できるように引き出さ
れている。

更に、ガードリンク５５からのリード線６７は、アース
電位に接続されるため、他のリード線と同じくケース５
１の図中右端部の穴５１ｃを通って引き出されている。

又、共通電極５７からのリード線６８も同じくケース５
１の図中右端部でケーブル７１に連結されている。

ケース５１の図中右端部にはこれを覆うカバー６９が取
り付けられており、このカバー６９によりリード線６５
．６６．６７及び６８は保護されている。

この検出器における絶縁部材６４、第１電極５２、絶縁
部材５４、第２電極５３、絶縁部材５６及びガードリン
ク５５は、この順序で順次圧入などの手段により連続結
合されており、その図中最も左端に位置する絶縁部材６
４が軸受６３に連結されることにより、この絶縁部材６
４からガードリング５５までの一連の部材は軸受６３に
よって、片持状態で支持される。

上記構造からなる検出器においては、２つの電極５２．
５３に同一周波数で同電位の逆相の交流電圧をリード線
６５．６６を介して印加することによって共通電極５７
と第１電極５２との間に容量Ｃ１が形成され、共通電極
５７と第２電極５３との間に一定の容量Ｃ２が形成され
る。

この容量Ｃ１は、スクリーン６２か電極５７．５２の隙
間内を軸方向に移動すると可変される。

一方、容量Ｃ２は、スクリーン６２が電極５７．５３と
の間に入り込まないので、変化せず一定に保たれる。

このため、共通電極５７から検出される容量Ｃ１、Ｃ２
の差分（Ｃ２Ｃ１）かスクリーン６２の変位に比例して
変化し、これによりスクリーン６２の変位を検出するも
のである。

〈発明が解決しようとする課題〉 この種の変位検出器においては、直線性即ちスピンドル
に取り付けられたスクリーンが単位長さ変位したときに
得られる容量の変化量が測定範囲中どこても一定の値で
あることが検出器を評価する上で極めて重要な項目とな
っている。このことは、サブミクロンオーダーの高分解
能、高精度の検出器であればあるほと一層厳しく要求さ
れる。

この直線性に誤差を生じさせる原因のひとつとしてリー
ド線間における交流電流の流れ込みがある。

即ち、上記従来の検出器においては、第１電極５２と第
２電極５３へ互いに逆相の交流電圧を印加するためのそ
れぞれのリード線６５．６６か、互いにシールドされる
ことなく近接して設けられている。従って、リード線内
を流れる交流電流は互いのリード線間に生ずる漂遊容量
くストレイキャパシタンス）を通って流れ込みやすく、
結果として、直線性に誤差を生しさせることになった。

又、これらリード線６５．６６は、ケース５１の内筒５
１ａと各電極５２．５３、絶縁部材５４．５６及びガー
ドリンク５５の外周面との隙間内を通るように配置され
ているため、検出器の外径が大きくなり、小径化の要求
に対処することができないという欠点を有していた。

更に、電極と近接配置されたガードリンク５５も、リー
ド線と同様に漂遊容量の影響を受けるので、これを防止
するためリード線６７を配設してアース電位にわざわざ
落とさなければならないといつな欠点も有していた。

本発明の目的とするところは、上述した従来例の欠点を
解消し、各円筒状電極に接続されるリード線をシールド
すると共に円周上て互いにできるたけ離れた位置に通路
を設けることによって、リード線間の漂遊容量の影響を
防止して検出器の直線性に与える誤差要因を無くすと共
に、リード線の通路のための隙間をケース内にわざわざ
設けることなく、ケース内に収められている部材内を貫
通する通路を形成することによって検出器全体の小径化
を可能にした静電容量型変位検出器を提供することにあ
る。

〈課題を解決するための手段〉 本発明の静電容量型変位検出器は、内筒面とその一端部
に設けられた段部とを有する円筒形状のケースと、その
中に収納され且つ同軸的に配置される円筒状の可変電極
及び基準電極と、これらの電極の内周面に対して一定の
隙間をもって配置される円柱形状の共通電極と、これら
の電極を支持する支持部材と、円筒面の他端部に取り付
けられるリングネジと、可変電極と共通電極との間の隙
間内を軸方向に移動可能に支持されたスクリーンと、可
変電極、基準電極及び共通電極にそれぞれ接続されるリ
ード線とを有し、その可変電極、基準電極及び支持部材
を段部とリングネジにより軸方向に位置規制し、又内筒
面を基準として径方向に位置規制し、リード線をその通
路に位置する部材内を貫通させることにより各電極まで
引き込んで接続したものである。

又、本発明における各リード線は、軸方向に引き込まれ
、この軸を中心とする円の円周上にほぼ等間隔に離れて
配置されている。

〈作用〉 本発明の検出器におけるリード線は、支持部材や電極等
その通路に位置する部材を貫通するように引き込まれて
各電極に接続されている。

このため、ケースと電極等との間にリード線を引き込む
ための隙間を設ける必要がなくなる。

又、各リード線は、ケースの軸を中心とする円の円周上
にほぼ等間隔に離れて配置されている。

このため、リード線間における漂遊容量の影響を受ける
ことがなくなり、直線性を向上させることが可能となる
。

〈実施例〉 以下本発明の好適な実施例について図面に基づいて説明
する。

第１図（Ａ）及び第１図（Ｂ）は本発明の一実施例に係
る静電容量型変位検出器の断面図を中央にて分断した断
面半裁図であり、第２図は第１図（Ｂ）に示されている
絶縁部材１０近傍の拡大図である。

１は円筒状のケースであり、図中左右に開口しており、
その左右開口端内面にはそれぞれネジ部１ａ、１ｃが設
けられている。

２は円筒状の可変電極であり、３は同じく円筒状の基準
電極で、これら二つの電極２．３は、ケース１の内筒面
１ｄによりガイドされた三つの略リング状をなす絶縁部
材４．１０．５により互いに絶縁されると共に同軸的に
支持されている。

この絶縁部材４．５には、可変電極２と基準電極３の各
一端部が挿入されており、絶縁部材１０にはその図中左
右から可変電極２と基準電極３の各地の端部が挿入され
ている。この絶縁部材１０の図中左右端面からはリング
状の突部１０ｄ、］Ｏｅが突出しており、この突部１０
ｄ、１０ｅ内に電極２．３の端部を抱え込むことにより
各電極の端部を支持している。

ケース１の内筒面１ｄは、ケース内に収納される部材の
径方向の同一基準ガイド面となるものであり、この内筒
面１ｄとガイドされる絶縁部材４．１０．５等の外周面
とは、互いに損傷することなく分解、組立てかできる程
度の僅かな締め代を許容して予め部品加工されている。

６は金属材よりなるシールドリングであり、絶縁部材５
の図中右端に嵌着され、その外周が内筒面１ｄに当接し
てガイドされている。尚、このシールドリング６の図中
左端面は、基準電極３の図中右端面に接触しないように
僅かな隙間ｍをもっている。

７は絶縁部材よりなる支持リングで、その外周はケース
１の内筒面１ｄに当接してガイドされ、その図中左端面
はシールドリンク６の図中右端面に接触している。

８は金属材よりなるシールド板で、その外周もケース１
の内筒面１ｄに当接してガイドされており、図中左端面
は支持リング７の図中右端面に接している。

９は金属材よりなるリングネジで、その外周にネジ部か
形成されており、ケース１のネジ部ｌａ内にネジ込まれ
ている。このリングネジ９は、シールド板８に当接して
これを図中左方向に押圧するようにケース１に取り付け
られており、内筒面１ｄの図中左端に設けられている内
方に突出するリング状の段部１ｂとこのリングネジ９と
の間に介装される絶縁部材４からシールド板８までの部
材を挟持し、軸方向に部材が変位しないように軸方向の
位置を規制している。

又、この段部１ｂとリングネジ９間に介装されている部
材の径方向の位置は、内筒面１ｄにより規制されている
。

２０は円柱状の共通電極であり、その図中右端には小径
段部２０ａが設けられている。この共通電極２０の小径
段部２０ａは、支持リング７の中心に部品同志を損傷し
ないで分解・組立てできる程度の僅かな締め代をもって
挿入されており、その先端部の外周に設けられたネジ部
にナツト２１が取り付けられて支持リング７に固定され
ている。

いる。尚、この共通電極２０と絶縁部材１０の中心穴１
０ａとの嵌合状態も、部品同志を損傷しないで分解　組
立てできる程度の嵌め合いに設定されている。

この結果、共通電極２０は支持リング７と絶縁部材１０
により三箇所で支持されることになり、しかも二つの支
持部材である支持リング７と絶縁部材１０の外周面が電
極２．３と同一の基準ガイド面である内筒面１ｄにより
ガイドされることになる。

１１は絶縁部材１０の外周より中心穴１０ａにかけて設
けられているネジ穴１０ｂにネジ込まれた固定ネジであ
り、共通電極２０の軸方向への移動を規制するために設
けられたものである。但し、この固定ネジ１１は、中心
穴１０ａの内面による共通電極２０の緊締力が弱い場合
に使用するものであり、必ずしも必要なものではない。

２２は断面がコ字状の絶縁キャップで、シールド板８の
中心穴に嵌着されていて、ナツト２１をシールド板８か
ら絶縁している。

２３はバネ受けで、絶縁材よりなり、共通電極２０の図
中左端面にネジ結合されている。

２４．２５．２６は絶縁被覆されたリード線であり、リ
ード線２４はその一端側がシールド板８の中心を貫通し
、共通電極２０の図中右端面中心より内方軸方向に設け
られた穴内を通って共通電極２０内に入り、止めネジ２
７によって電極２０内でこれと電気的に接続されている
。

又、リード線２５の一端側は、シールド板８、支持リン
グ７、シールドリンク６、基準電極３、絶縁部材１０を
それぞれ貫通して可変電極２の図中右端に達し、そこで
ネジ２８によって可変電極２に電気的に接続される。

更に、リード線２６の一端側は、ケース１の軸を中心と
する円の円周上のリード線２５に対して１８０°回転し
た等間隔位置に配置されており、シールド板８、支持リ
ング７、シールドリンク６をそれぞれ貫通して基準電極
３内に達し、そこでネジ２つによって基準電極３に電気
的に接続されている。

又、各リード線２４．２５．２６の他端側は、シールド
板８より図中右方に引き出されており、ケース１の図中
左開口端側のネジ部１ａにネジ結合したコネクターキャ
ップ３０側のリード線３１に、それぞれ電気的にシール
ドされてキャップ３０内のコネクタ（図示せず）によっ
て着脱自在に接続されている。

３２は円筒状のスクリーンで、スピンドル部３３と一体
に形成されており、ケース１の図中左開口端の内面に設
けられたネジ部ＩＣにネジ結合されたステム３４内の二
つの軸受３５．３６によって摺動自在に支持されている
。

３７はガイドピンで、ステム３４に圧入固定されており
、その先端は軸受３６を貫通してスクリーン３２に設け
られたガイド溝り２ａ内に入り込むように設定されてい
る。このスクリーン３２のガイド溝３２ａは、スクリー
ン３２の移動方向に形成されており、このガイド溝り２
ａ内にガイドピン３７が入り込むことにより、スクリー
ン３２は軸方向移動時にこのガイドピン３７により案内
されると共にその回転も防止される。

３８は圧縮コイルスプリングであり、スクリーン３２の
内底面３２ｂと、共通電極２０の端面にネジ込まれたバ
ネ受け２３との間に介装されており、スクリーン３２及
びスピンドル部３３を常時ステム３４の外方に押圧する
ものである。

３９は測定子で、スピンドル部３３の先端にネジ結合さ
れている。

第２図において、符号１２は金属材よりなるリンク板状
のシールドプレートであり、金属よりなるパイプ１３が
その端面に対して垂直に植設されている。このシールド
プレート１２は絶縁部材１０の図中右側凹所内に嵌め込
まれており、又パイ１１３は絶縁部材１０の図中上方に
設けられている小穴］、　Ｏｃに挿入されている。この
パイプ１３内には、可変電極２に接続させるリード線２
５が挿通されており、このリード線２５のパイプ１３内
に位置する部分はこのパイプ１３によりシールドされて
いる。

１４はプラスチックシートよりなるリング状の絶縁シー
トで、シールドプレート１２と基準電極３の図中左端と
の間に設けられていて、これら二つの部材を互いに絶縁
している。

３ａは金属材よりなるシールドパイプで、基準電極３内
を貫通するリード線２５をこの基準電極３内で外被して
おり、その図中左端面がシールドプレート１２に接する
ことにより電気的に導通している。

３ｂは絶縁材よりなる絶縁パイプで、シールドパイプ３
ａを被覆し、基準電極３とシールドパイプ３ａとを互い
に絶縁するものである。

］５はケース１のネジ穴に結合されてケース内に達する
導通ネジであり、その先端がパイプ１３と接触して、パ
イプ１３、シールドグレート１２及びシールドパイプ３
ａをケース１と同電位（アース電位）にするためのもの
である。

第１図（Ｂ）に示す符号７ａは金属材よりなる段付パイ
プで、支持リング７内を通過するリード線２５．２６を
それぞれ外被し、その図中左端がシールドリング６の図
中右端面に接している。このため、段付パイプ７ａはシ
ールドリンク６を介してケース１と同電位に保たれ、支
持リング７内を貫通するリード線２５．２６をシールド
することになる。

又、シールド板８もその外周面が内筒面１ｄと接触する
と共にリングネジ９を介してケース１と同電位に保たれ
ているので、これを貫通するリード線２４．２５．２６
をシールドすることになる。

特に、リード線２４は、共通電極２０の小径段部２０ａ
及びシールド板８によって他のリード線２５．２６とは
完全にシールドされている。

次に本実施例に係る検出器の作用と特徴を説明する。

上記検出器における可変電極２と基準電１ｉｆＡ３にそ
れぞれ同一周波数で同電位の逆相の交流電圧を印加する
と、可変電極２と共通電極２０との間及び基準電極３と
共通電極２０との間にはそれぞれ容量Ｃ１及びＣ２が形
成され、共通電極２０がら（ま容量差（Ｃ２Ｃ１）に係
る電流が検出される。

今、第１図（Ａ）、（Ｂ）に図示するように、スクリー
ン３２が図中最左端に位置する状態のときに、基準電極
３に設けられた調整ネジ（図示せず）などによって、容
量Ｃ１とＣ２が等しくなるように調整し、共通電極２０
から得られる電流がゼロとなるように設定する。

そこで、スピンドル３３をステム３４内に押し込むと、
スクリーン３２の先端３２ａは可変電極２と共通電極２
０との隙間内を図中右方向に移動する。

このようにスクリーン３２が移動すると、可変電極２と
共通電極２０との対向面積は減少するため、容量Ｃ１が
減少する。このときに、容量Ｃ２は基準電極３と共通電
極２０との対向面積が変化しないので変化せず、一定に
保たれている。

従って、容量差（Ｃ２Ｃ１）はスピンドル３３の移動量
に依存して生しることになり、この容量差に比例して変
化する共通電極２０がらの電流によりスピンドル３３の
移動量を検出することができる。

一方、電極２．３に互いに逆相の交流電圧をそれぞれ印
加するためのリード線２５．２６は、ケース１の内筒面
］ｄによりその外周面かガイドされた部材内を、ケース
１の軸を中心とする円の円周上で互いにほぼ等間隔に離
れた位置関係で貫通し、それぞれの電極内に達し、そこ
で止めネジ２８．２９によって電極に電気的に接続され
る。又、これらリード線２５．２６はシールド板８から
電極２．３に達するまでの通路間では、僅かな部分を除
いて、互いに漂遊容量の影響を受けないように電気的に
シールドされている。

即ち、リード線２５は電極３とシールドリンク６の対向
面間の隙間ｍと、絶縁部材１０のパイプ１３と電極２間
の幅ｎの区間の他は全て完全にシールドされている。又
、リード線２６は、電極３とシールドリンク６の対向面
間の隙間ｍを除いて完全にシールドされている。

又、これらリード線２５．２６は従来のようにケース内
面と部材外周面との間の隙間内に通されていないので、
ケース１の内筒面１ｄとシールドリング６等の部材の外
周面とを直接接触させて、金属材よりなる部材をそのま
まケース１と同電位に保つことが可能となる。

従って、リード線２５．２６を内筒面１ｄに接触してガ
イドされる金属材よりなる部材、即ちシールドリング６
とシールド板８内に離して別々に通すことによって、そ
の区間はこれら金属部材によって互いに完全にシールド
されることになる。

尚、これまでの説明においては、円筒状の電極として可
変電極と基準電極の二つの電極を設けた場合について図
示説明してきたが、可変電極、基準電極同様、その外周
面をケースの内筒面によってガイドされた絶縁部材を介
して、第３、第４といった更に複数の円筒状電極をその
目的に応じて段部とリングネジ間に設けることもでき、
この場合にはリード線の数も円筒状電極の数に合わせて
３本、４本と増やし、これらリード線の円周上配置関係
もほぼ等間隔に１２０度、９０度といった間隔て各部材
を通過するように設定すれば良い。

〈発明の効果〉 本発明における円筒状電極に接続される各リード線は、
段部１ｂとリングネジ９によって軸方向に、又内筒面１
ｄによって径方向にそれぞれガイド、位置決めされた電
極を含む部材を貫通させることにより各電極に達し、そ
こで電極に電気的に接続されているのて、ケースの内筒
面と部材外周面との間にリード線を通すための径方向へ
の隙間を設ける必要かなく、その分検出器の太さを小さ
くすることができ、これにより全体として小径化するこ
とができ、更に検出器の使用範囲を拡大することができ
る。

又、このリード線は、電極までの通路中径かな区間を除
いてほぼ全体的にシールドが施されているので、従来例
における漂遊容量による影響を完全に防止することがで
き、検出器の精度の向上を図ることかできる。

更に、リード線の通路が設けられる電極を除く金属材よ
りなる部材は、内筒面によりガイド、位置決めされるの
でケース内に組み込むだけで容易にケースと同電位（ア
ース電位）に保つことかでき、従来のようにアース電位
に落とすためのリード線を設ける必要がなく、その配線
作業及びスペースの確保も不要となり、組立て作業性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ＞及び第１図（Ｂ）は本発明の一実施例に係
る静電容量型変位検出器の断面図を中央にて分断した断
面半裁図、 第２図は、第１図（Ｂ）に示されている絶縁部材１０近
傍の拡大図、 第３図は従来の静電容量型変位検出器の構造を示す断面
図である。 １・・・ケース、　　　　　１ｂ・・・段部、１ｄ・・
内筒面、　　　２・・・可変電極、３・・・基準電極、 ３ａ・・・シールドパイプ、 ３ｂ・・・絶縁パイプ、 ４．５．１０・・・絶縁部材、 ６　シールドリング、 ７・・・支持リング、　　７ａ・・・段付パイプ、８・
・・シールド板、　　９・・リングネジ、１２・・・シ
ールドプレート、 １３・・・パイプ、　　　２０・・・共通電極、２４．
２５．２６・・・リード線、 ３２・・・スクリーン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内筒面と、該内筒面の一端部に設けられた段部と
   を有する円筒形状のケースと、該ケース内に収納され且
   つ同軸的に配置される円筒状の可変電極及び基準電極と
   、該可変電極及び基準電極の内周面に対して一定の隙間
   をもって配置される円柱形状の共通電極と、前記可変電
   極、基準電極及び共通電極を支持する支持部材と前記内
   筒面の他端部に取り付けられるリングネジと、前記可変
   電極と共通電極との隙間内を軸方向に移動可能に支持さ
   れたスクリーンと、前記可変電極、基準電極及び共通電
   極にそれぞれ接続されるリード線とを有し、前記可変電
   極、基準電極及び支持部材を、前記段部とリングネジに
   より軸方向に位置規制すると共に前記内筒面を基準とし
   て径方向に位置規制し、前記リード線をその通路に位置
   する金属材よりなる部材内を貫通させることにより各電
   極まで引き込んで接続することを特徴とする静電容量型
   変位検出器。
2. （２）前記各リード線は軸方向に引き込まれ、該軸を中
   心とする円の円周上にほぼ等間隔に離れて配置されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の静電容量型変位検出
   器。
3. （３）前記段部とリングネジとの間にある金属材よりな
   る部材は、電極を除いて、前記内筒面に当接することに
   よって前記ケースと同電位に保たれていることを特徴と
   する請求項１又は２記載の静電容量型変位検出器。