JPH0637702U - 静電容量式変位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 グリッドとスケールとを支障なく相対移動さ
せると共に、測長範囲を長くする。 【構成】 円板状のベース部材１１の中央部には、長方
形のスケール１２が固着されている。スケール１２は、
ベース部材１１の直径一杯の長さを有している。このス
ケール１２には、グリッド１３が対向配置されている。
グリッド１３は、グリッドホルダ１４の下面に固定され
ている。グリッドホルダ１４は、更にスケール１２に添
って配置されたスピンドル２に固定され、スピンドル２
の軸方向への進退動作に伴って、スケール１２上をその
長手方向に移動する。フレキシブル基板４１の主要部
は、ベース部材１１の一方の側に配置され、スケール１
２は、フレキシブル基板４１との接続部を折り返すこと
によりベース部材１１の他方の側に固定される。グリッ
ド１３は、スケール１２の長手方向に延びる中心線と平
行に延びるフレキシブル基板４１のたわみ部４６の先端
に接続され、たわみ部４６が緩やかに折り返されること
によりスケール１２に対して移動可能になる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、グリッドからの送信信号をこれと対向するメインスケールで受信し て、受信信号の位相情報からグリッドとスケールとの相対的な位置を検出する静 電容量式変位測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

静電容量式センサを使用した変位測定装置は、小型で且つ低消費電力という特 徴を有しているため、ディジタル式のマイクロメータ、ノギス、ハイトゲージ及 びダイヤルゲージのような小型の変位測定装置に使用されている。 一般的な静電容量式センサでは、スケールとこのスケールに対向配置されてス ケール上を移動するグリッドとに、それぞれ所定ピッチで送信電極と検出電極と を形成する。送信電極は検出電極の数倍のピッチで形成される。送信電極には、 パルス信号が所定角度ずつ位相をずらして供給される。そして、これらの送信電 極と検出電極との間の容量が両者の相対位置によって変化することを利用して、 受信信号の位相情報を検出電極側で取り出すことにより、スケールとグリッドと の相対変位を求めるようにしている。

【０００３】 また、別の形態の静電容量式センサでは、グリッド上に送信電極とは絶縁され た状態で検出電極を設け、スケール上の受信電極で受信された信号を、これと容 量結合された検出電極から取り出すことにより、送信電極及び検出電極の他、送 信信号生成のための回路、受信信号から変位情報を得るための回路等を全てグリ ッド側に設けるようにしたものも知られている。この場合、スケールに対しては 、電気的配線を全く施す必要がないため、スケールとグリッドとの相対移動が楽 になるという利点がある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述した従来の静電容量式変位測定装置のうち、前者は、スケ ールとグリッドのいずれにも電気的配線が必要になるので、グリッドとスケール とを相対移動させるのが難しいという欠点がある。また、後者は、例えばダイヤ ルゲージ形のディジタルゲージのように、グリッドとスケールとが共に直径５， ６cmの円板状のケースの中に収容されるような場合、電気的配線のないスケール 側を移動させなくてはならないため、測長範囲が短くなるという欠点がある。

【０００５】 本考案はこのような問題点を解決するためになされたもので、グリッドとスケ ールとを支障なく相対移動させることができ、測長範囲も長くとれる静電容量式 変位測定装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る変位測定装置は、ベース部材と、このベース部材に固定され検出 電極が形成されたスケールと、このスケールに対向して設けられ可動部に取り付 けられて前記スケールに対して相対的に移動すると共に、前記スケールに所定の 信号を送信するための送信電極が形成されたグリッドと、このグリッドに送信信 号を供給すると共に、前記グリッドの送信電極から送信され前記スケールの検出 電極で受信された信号の位相情報から前記グリッドと前記スケールとの相対的な 位置を検出する信号処理回路と、この信号処理回路で検出した位置を変位情報と して表示する表示手段と、前記スケール、グリッド、信号処理回路及び表示手段 を電気的に接続する単一のフレキシブル基板とを具備した静電容量式変位測定装 置であって、前記フレキシブル基板の主要部は、前記ベース部材の一方の側に配 置され、前記スケールは、前記フレキシブル基板との接続部が前記ベース部材の 他方の側に折り返されることにより前記ベース部材の他方の側に固定され、前記 グリッドは、前記スケールの長手方向に延びる中心線上から僅かにずれ且つ前記 中心線と平行に延びるフレキシブル基板のたわみ部のほぼ先端に接続され、前記 たわみ部が緩やかに折り返されることにより前記スケールに対して移動可能に配 置されるものであることを特徴とする。

【０００７】

【作用】 本考案によれば、スケールとフレキシブル基板との接続部を折り返すことによ り、スケールをベース部材のフレキシブル基板が配置される側とは反対側に固定 することができるので、スケールの長さをベース部材の大きさ一杯まで確保する ことができる。また、グリッドに接続されるフレキシブル基板のたわみ部は、ス ケールと平行に且つスケールに隣接する位置に緩やかに折り返された状態で配置 され、この先端にグリッドが接続されるので、グリッドの移動に伴い、たわみ部 がスケールと平行な方向に移動して、グリッドをスケールに対して無理なく移動 させることが可能になる。そして、グリッドの移動によって影響を受けるのは、 たわみ部のみであり、フレキシブル基板の他の部分は、ベース部材に固定するこ とができる。 したがって、本考案によれば、スケールよりも小さなグリッド側を移動させる ことができるので、スケールとグリッドとがケースに収納された場合でも、測長 範囲を十分に長くとることができる。

【０００８】

【実施例】

以下、添付の図面を参照してこの考案をダイヤルゲージ形のディジタルゲージ に適用した実施例について説明する。 図１はこの実施例の外観を示す平面図である。 このディジタルゲージは、平円筒状のケース１を貫通するように進退自在に設 けられたスピンドル２の変位量を測定するもので、測定された変位量がケース１ の表に設けられた液晶ディスプレイ３に表示されるようになっている。ケース１ には、液晶ディスプレイ３の他に、電源スイッチ、測定モード切換えスイッチ、 公差設定スイッチ、ゼロセットスイッチ等のスイッチ４が設けられている。

【０００９】 図２は、このディジタルゲージの内部の要部構成を示す斜視図である。 円板状のベース部材１１の中央部には、長方形のスケール１２が固着されてい る。スケール１２は、ベース部材１１の直径一杯の長さを有している。このスケ ール１２には、グリッド１３が対向配置されている。グリッド１３は、グリッド ホルダ１４の下面に固定されている。グリッドホルダ１４は、スケール１２と平 行に配置されたスピンドル２に固定され、スピンドル２の軸方向への進退動作に 伴って、スケール１２上をその長手方向に移動するようになっている。

【００１０】 図３は、スケール１２とグリッド１３の電極構造を説明するための模式図であ る。スケール１２は、長方形のガラス基板２１の上面に所定ピッチで配列された 櫛歯状の検出電極２２と、この検出電極２２に対して空間位相が１８０°異なる 櫛歯状の接地電極２３とを形成してなるものである。また、グリッド１３は、ス ケール１２よりも十分に長さが短いガラス基板２５の下面に、例えば検出電極２ ２の１／３のピッチで送信電極２６を形成したものである。送信電極２６は、例 えば２つおきに共通接続されて３つの電極群を構成している。これらの電極群に は、例えば１２０°ずつ位相が異なる３相の送信信号が供給されている。したが って、スケール１２の検出電極２２で検出される信号の位相は、グリッド１３と スケール１２の相対位置によって変化する。この位相情報は、グリッド１３の連 続的な移動に伴って所定の周期で変化するので、この変化をカウントすると共に 、現在の受信信号の位相を検出することにより、スケール１２に対するグリッド １３、即ちスピンドル２の変位量を検出することができる。

【００１１】 図４は、このディジタルゲージの電気的な概略構成を示すブロック図である。 送信信号発生回路３１からは、前述した３相の送信信号が生成されてグリッド １３に供給される。スケール１２からの検出信号は、高周波により変調された信 号である場合には、受信復調回路３２で正弦波に復調され、位相検出回路３３で 位相検出される。位相変化はカウンタ３４で計数され、その計数値に基づいて演 算回路３５でスピンドル２の変位量が算出され、その変位量が液晶ディスプレイ ３に表示される。

【００１２】 図５は、上記の各回路が搭載された電気部品の構成を示す図である。 図中４１はフレキシブル基板で、このフレキシブル基板４１には、上述した回 路を例えば１チップに内蔵したＩＣ４２や他の部品４３が搭載されている。回路 搭載部４４の一方の側にはスケール１２が第１の折返部４５を介して接続されて いる。回路搭載部４４の他方の側には、スケール１２の長手方向に延びる中心線 上から僅かにずれ、且つ上記中心線と平行に延びるたわみ部４６と、このたわみ 部４６の先端から上記中心線とは反対側に９０°折れて延びる第２の折返部４７ とが形成され、この折返部４７の先端にグリッド１３が接続されている。

【００１３】 回路搭載部４４から、グリッド１３側に延びる第３の折返部４８を介してベー ス部材１１よりも僅かに小径の円弧状部４９が形成され、この円弧状部４９の先 端に、液晶ディスプレイ３及びスイッチ４等への接続用の電極部５０が形成され ている。また、円弧状部４９の基端から、グリッド１３方向に延びる第４の折返 部５１の先端には、外部機器との接続用のコネクタを接続するコネクト部５２が 形成されている。

【００１４】 次に、この電気部品の組立工程について説明する。 図６に示すように、先ず回路搭載部４４の上にベース部材１１を配置し、第１ の折返部４５を１８０°折り返してスケール１２をベース部材１１の上面に接着 剤等で固定する。フレキシブル基板４１のたわみ部４６を、ベース部材１１のス リット１５に差し込んでベース部材１１の上面側に取り出す。グリッド１３にグ リッドホルダ１４を接着剤等で固定する。

【００１５】 次に、図７に示すように、第２の折返部４７をほぼ１８０°折り返して、グリ ッド１３をグリッドホルダ１４ごとたわみ部４６の上に裏返す。また、第３の折 返部４８をほぼ１８０°折り返して、円弧状部４９、電極部５０、コネクト部５ ２をベース部材１１の下側に収める。 更に、図８に示すように、たわみ部４６をほぼ１８０°緩やかに折り返すこと により、グリッド１３をスケール１２と対向する位置に配置させることができる 。 以上のような組立工程の後、グリッドホルダ１４とスピンドル２とを結合する と、図２に示したような構造体が形成される。

【００１６】 この構成によれば、組立がきわめて簡単であるうえ、スケール１２をベース部 材１１の直径一杯の長さにすることができ、しかもグリッド１３側を移動させる ので、測長範囲を長くとることができる。また、グリッド１３がたわみ部４６の 先端に結合されているので、グリッド１３の移動に支障をきたすことがない。

【００１７】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によれば、スケールが固定側となるため、スケール をベース部材一杯まで確保することができ、グリッド側を小型にすることで、測 定可能な変位量を長くすることができる。また、グリッドに接続されるフレキシ ブル基板のたわみ部は、スケールと平行に且つスケールに隣接する位置に緩やか に折り返された状態で配置されるので、グリッドをスケールに対して無理なく移 動させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案をディジタル式のダイヤルゲージに適
用した実施例の外観を示す平面図である。

【図２】 同ゲージの内部の要部構成を示す斜視図であ
る。

【図３】 同ゲージのスケール及びグリッドの電極構造
を示す斜視図である。

【図４】 同ゲージの電気的な概略構成を示すブロック
図である。

【図５】 同ゲージにおけるフレキシブル基板とそれに
搭載された部品からなる電気部品を示す平面図である。

【図６】 同電気部品の組立工程を説明するための図で
ある。

【図７】 同電気部品の組立工程を説明するための図で
ある。

【図８】 同電気部品の組立工程を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１…ケース、２…スピンドル、３…液晶ディスプレイ、
４…スイッチ、１１…ベース部材、１２…スケール、１
３…グリッド、１４…グリッドホルダ、１５…スリッ
ト、２１，２５…ガラス基板、２２…検出電極、２３…
接地電極、２６…送信電極、３１…送信信号発生回路、
３２…受信復調回路、３３…位相検出回路、３４…カウ
ンタ、３５…演算回路、４１…フレキシブル基板、４２
…ＩＣ、４３…部品、４４…回路搭載部、４５…第１の
折返部、４６…たわみ部、４７…第２の折返部、４８…
第３の折返部、４９…円弧状部、５０…電極部、５１…
第４の折返部、５２…コネクト部５２。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース部材と、 このベース部材に固定され検出電極が形成されたスケー
   ルと、 このスケールに対向して設けられ可動部に取り付けられ
   て前記スケールに対して相対的に移動すると共に、前記
   スケールに所定の信号を送信するための送信電極が形成
   されたグリッドと、 このグリッドに送信信号を供給すると共に、前記グリッ
   ドの送信電極から送信され前記スケールの検出電極で受
   信された信号の位相情報から前記グリッドと前記スケー
   ルとの相対的な位置を検出する信号処理回路と、 この信号処理回路で検出した位置を変位情報として表示
   する表示手段と、 前記スケール、グリッド、信号処理回路及び表示手段を
   電気的に接続する単一のフレキシブル基板とを具備した
   静電容量式変位測定装置であって、 前記フレキシブル基板の主要部は、前記ベース部材の一
   方の側に配置され、 前記スケールは、前記フレキシブル基板との接続部が前
   記ベース部材の他方の側に折り返されることにより前記
   ベース部材の他方の側に固定され、 前記グリッドは、前記スケールの長手方向に延びる中心
   線上から僅かにずれ且つ前記中心線と平行に延びるフレ
   キシブル基板のたわみ部のほぼ先端に接続され、前記た
   わみ部が緩やかに折り返されることにより前記スケール
   に対して移動可能に配置されるものであることを特徴と
   する静電容量式変位測定装置。