JPH085372A - 静電容量式傾斜測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 対向する電極間の静電容量の変化量を利用し
て装置本体の傾斜角度を測定する装置であって、移動電
極に配線の必要がなく、正確で信頼性の高い静電容量式
傾斜測定装置を提供する。 【構成】 同一基板上に長方形の一対の送信電極６ａ、
６ｂと送信電極６ａ、６ｂとの間に位置し、且つ互いに
反比した向きの略三角形状の同形の受信電極７ａ、７ｂ
を設け、この基板を円弧状に形成し、これら面に対して
一定の電極間距離を維持しながら移動電極８が移動し、
受信電極７ａ、７ｂと移動電極８とによって覆われる面
積が変化し、この変化を静電容量として検出し、装置本
体の傾斜角度を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電極間の静電容量の変
化を利用した静電容量式傾斜測定装置に関し、特には、
装置本体の傾斜に対応して対向する電極間の面積の増減
を静電容量の変化量として検出して装置本体の傾斜角度
を求める静電容量式傾斜測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示す従来の静電容量を利用した傾
斜測定装置は、略半円形状の傾斜方向に回転自在とする
移動電極１と、この移動電極１に一定距離を隔てて対向
配置された平面状の固定電極２、３とから構成される。
移動電極１は装置本体の傾斜に伴って支点４を中心とし
て矢印Ａで示す双方向に回転移動する。移動電極１には
外部から入力信号が送られており、移動電極１の移動に
伴って覆われる面積Ｂ、Ｃが変化する。この移動電極１
の面積に応じた静電容量の変化を固定電極２、３からの
出力信号として検出し、信号処理部５によって装置本体
に対する移動電極１の傾斜角度θを測定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の傾斜測定装置では、例えば、移動電極１に送信信
号（または受信信号）を送り固定電極２、３間との静電
容量を検出するため移動電極１に配線を行う必要があ
る。直接移動電極１に配線する場合、移動電極１の動き
が配線によってスムーズに移動しにくくなる。また、移
動電極１の支点４を通じて配線する場合、移動電極１の
移動により支点４と移動電極１との電気的な接触がきわ
めて難しくなる。このように、いずれの場合においても
移動電極１への入力信号の配線が繁雑もしくは複雑とな
り、装置本体が大型化してしまう。

【０００４】一方、本出願人は特願平５−１５４５７５
号において図５に示す新規な静電容量式１次元リニアス
ケールを提案した。これは同一基板上に、長方形の送信
電極６ａ、６ｂ、送信電極６ａ、６ｂ間に位置し且つ互
いに反比した向きの略三角形状の同形の受信電極７ａ、
７ｂ、これらの面に対して所定の距離を維持して且つ送
信電極６ａ、６ｂの延在する方向に平行移動する移動電
極８と、を設け、移動電極８と受信電極７ａ、７ｂとの
電極間によって覆われる面積Ｄ、Ｅの増減によって変化
する静電容量の変化値を捕らえ、位置または移動距離を
測定する静電容量式リニアスケールである。送信電極６
ａ、６ｂに入力された信号は、移動電極８を介して受信
電極７ａ、７ｂとの覆われた面積に対応する静電容量と
して信号を出力する。このように移動電極８は外部から
の信号を配線する必要がない。

【０００５】本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ
たものであり、上記提案技術の改良に関する。即ち、簡
単な構成により移動電極に配線を設ける必要がなく、高
精度で部品点数が少なく小型化の可能な静電容量式傾斜
測定装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、移動電極と固定電極との電極間に生じる静電容量の
変化を利用して傾斜角度を求める静電容量式傾斜測定装
置において、前記固定電極は、一様幅で延在する一対の
送信電極と前記送信電極の間に互いに反比した向きの略
三角形状の同形の受信電極とを有し、且つ前記固定電極
は、前記送信電極の延在する方向に円弧状に形成されて
おり、装置本体の傾きに対応して前記固定電極の送信電
極および受信電極と一定の距離を維持しながら横切るよ
うに前記延在する方向に移動する移動電極を有すること
を特徴とする。

【０００７】また、前記移動電極を前記固定電極上に一
定の距離を隔てて移動させる揺動部材を設けたことを特
徴とし、前記固定電極と前記移動電極との電極間距離を
一定に維持させる絶縁部材を設けたことを特徴とする。

【０００８】更に、前記移動電極が円柱形状の導電体で
あり、前記固定電極上を前記絶縁部材を挟んで固定電極
の送信電極および受信電極とを横切るように前記延在す
る方向に移動可能であること特徴とし、前記移動電極が
傾斜に伴って前記固定電極面上を絶縁部材を介して滑り
ながら移動することを特徴とし、前記固定電極もしくは
前記移動電極の電極パターンをフレキシブル基板上に設
けたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】このような構成において、静電容量式傾斜測定
装置が傾斜すると、揺動部材の一端に設けた支点を中心
に移動電極が円弧状の固定電極と電極間距離を一定に維
持しながら移動する。もしくは、円柱形状の移動電極が
円弧状の固定電極との間に設けた一定の厚みを有する絶
縁部材上を転がりながら移動する。この傾斜測定装置の
傾斜に伴って移動する移動電極の位置を移動電極と受信
電極との電極間によって覆われる面積に対応する静電容
量の変化量を測定する。この信号は、固定電極上の送信
電極からの信号によって移動電極を介して固定電極上の
受信電極に送り込まれる。出力された信号は、外部の信
号処理部によって演算され、静電容量式傾斜測定装置の
傾斜した角度が測定される。

【００１０】

【実施例】この発明の好適な実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明による静電容量式傾斜測定装置の
固定電極９上を揺動部材１０によって移動電極８が移動
する状態の一例を示す。図において、固定電極は、送信
電極６ａ、６ｂと受信電極７ａ、７ｂとを含み、揺動部
材１０の一端に移動電極８を固定して有する。固定電極
９は図５と同様の一様幅で延在する送信電極６ａ、６ｂ
と、送信電極６ａ、６ｂ間に位置し且つ互いに反比した
向きの略三角形状の同形の受信電極７ａ、７ｂとから構
成されている。また、固定電極９は、図示のように移動
電極８側に向かって湾曲した円弧状に形成されている。

【００１１】揺動部材１０の一端に設けられた移動電極
８は、固定電極９面に対して所定の距離を維持して且つ
送信電極６ａ、６ｂの延在する方向に平行移動する。即
ち、揺動部材１０の他端は、支点４によって装置本体に
軸支され、支点４を中心に移動電極８を円弧状に形成さ
れた固定電極９と電極間距離を一定に維持しながら装置
本体の傾斜に伴って矢印Ｆで示す双方向に移動可能とし
ている。よって、どの傾斜位置においても、固定電極９
の受信電極７ａ、７ｂおよび送信電極６ａ、６ｂと移動
電極８との電極間距離は、実質上、常に一定に保たれ
る。

【００１２】図１の移動電極８は固定電極９と対向する
面が、固定電極９とほぼ同一の円弧を有する曲面のもの
が好適に使用されるが、平面状の移動電極８であっても
良い。

【００１３】図２に別の実施例を示す。図において、円
弧状の固定電極９面上を円柱形状の移動電極８が装置本
体の傾斜に伴って移動する状態を示す。固定電極９は上
記した図１の電極パターンと同様であって送信電極６
ａ、６ｂおよび受信電極７ａ、７ｂとから構成される。
固定電極９と移動電極８のいずれか一方または両方の面
上に一定の厚みを有する絶縁部材１１が設けられてお
り、固定電極９の送信電極６ａ、６ｂおよび受信電極７
ａ、７ｂと、移動電極８との電極間距離を一定に維持し
ている。

【００１４】図３に、図２の円柱形状の移動電極に代え
て固定電極９と対向する面が固定電極９の円弧とほぼ同
様の円弧を有する移動電極８を使用した更に別の実施例
を示す。両電極間に絶縁部材１１を設けて、装置本体の
傾斜に伴って移動電極８が滑り、装置本体の傾斜角度に
対応する移動電極８と受信電極７ａ、７ｂとによって覆
われる面積に応じた静電容量の変化量を検出する。

【００１５】上記した図１、図２または図３の移動電極
８を、固定電極９に対して常に一定の（直交する）方向
に位置させるガイド部材を装置本体に設けても良い。

【００１６】信号の制御回路として、出力信号を送信電
極に送り込む発信器（ＯＳＣ）１２と受信電極７ａ、７
ｂからの受信信号を測定する電流電圧変換器１３とが設
けられている。

【００１７】使用される電極は、金属箔等の薄厚の適当
な電気導伝体よりなり、電気的に絶縁されて同一平面上
に形成されている。これら電極は、例えばフレキシブル
なプリント基板等の電気絶縁板上に蒸着、エッチングあ
るいは接着等により形成することができる。

【００１８】絶縁部材１１は、フッ素樹脂やポリエチレ
ン樹脂等のフィルム状のものが好適に使用され、接着剤
等によって固着されるか固定電極９上に配置される。
尚、絶縁部材１１は移動電極８を移動させるため摩擦係
数の比較的小さい部材が好適に使用され、本実施例にお
いてはテフロンテープが絶縁部材１１として好適に使用
することができ、固定電極９または移動電極８の両方ま
たはいずれか一方に張り付けて移動電極板８を移動可能
とする。また、絶縁部材１１の代わりに電極パターンに
接触しない位置にガイドレール等のガイド部材を設けて
も良い。

【００１９】このような構成において、本発明による静
電容量式傾斜測定装置の測定原理を説明する。対面する
電極間の静電容量Ｃは、電極間の距離ｄおよび対向する
電極部の面積Ｓに関して次式で示される。 Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ……（１） 誘電率εは同一条件下において一定であるため、静電容
量Ｃは、対向する電極間の距離ｄに反比例し、対向する
電極部の面積Ｓに比例する。ここで、電極間の距離を一
定とすることにより、静電容量Ｃは対向して覆われる電
極部の面積Ｓに対してのみ比例関係を有することとな
る。即ち、移動する移動電極と固定配置された固定電極
とは一定の距離を隔てて配置される。この電極間によっ
て覆われる面積Ｓに対する静電容量Ｃの変化量を測定す
ることにより傾斜角度および方向を特定することができ
る。このように電極間の面積Ｓを一定とすることにより
移動電極の変位量のみの一次関数となり誘電率ε、電源
の周波数電圧、電極間の距離または面積をすべてキャン
セルでき、極めて安定度の高い静電容量式傾斜測定装置
を実現できる。かかる受信信号は不図示の演算回路によ
って演算され、適当なディスプレイ等により表示され
る。

【００２０】次に静電容量式傾斜測定装置の測定方法に
ついて説明する。装置本体は、傾きを求めたい別の不図
示の機械器具等に設置する。この機械器具が傾斜する
と、静電容量式傾斜測定装置内の固定電極９の送信電極
６ａ、６ｂおよび受信電極７ａ、７ｂが傾斜する。この
傾斜に伴って移動電極８は常に重力方向に位置するよう
に作用して上述した揺動部材１０や移動電極８の回転移
動もしくは移動電極８の滑りによって固定電極９上を一
定の電極間距離を維持しながら移動する。移動電極８の
移動後、送信電極６ａ、６ｂから移動電極８に常に一定
の信号が送られ、移動電極８と受信電極７ａ、７ｂとに
よって覆われた面積に対応する静電容量の変化量を検出
し、傾斜０度のときの静電容量の値を基準として、電流
電圧変換器１３を介して外部の演算処理部によって上記
した機械器具の傾斜角度を測定される。

【００２１】

【発明の効果】本発明の静電容量式傾斜測定装置は、移
動電極に配線を行わずに傾斜角度を測定することがで
き、コンパクトで且つ製造が容易である高精度の静電容
量式傾斜測定装置を提供することができる。また、移動
電極と固定電極との電極間に絶縁部材を設けることによ
り、電極間の距離を一定に維持することができ正確な測
定を行うことができる。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による静電容量式傾斜測定装置を示す
図。

【図２】 本発明による静電容量式傾斜測定装置の別の
実施例を示す図。

【図３】 本発明による静電容量式傾斜測定装置の更に
別の実施例を示す図。

【図４】 従来例による静電容量式傾斜測定装置を示す
図。

【図５】 本出願人が提案した静電容量式リニアスケー
ルを示す図。

【符号の説明】

１ 移動電極 ２、３ 固定電極 ４ 支点 ６ａ、ｂ 送信電極 ７ａ、ｂ 受信電極 ８ 移動電極 ９ 固定電極 １０ 揺動部材 １１ 絶縁部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動電極と固定電極との電極間に生じる
   静電容量の変化を利用して傾斜角度を求める静電容量式
   傾斜測定装置において、前記固定電極は、一様幅で延在
   する一対の送信電極と前記送信電極の間に互いに反比し
   た向きの略三角形状の同形の受信電極とを有し、且つ前
   記固定電極は、前記送信電極の延在する方向に円弧状に
   形成されており、装置本体の傾きに対応して前記固定電
   極の送信電極および受信電極と一定の距離を維持しなが
   ら横切るように前記延在する方向に移動する移動電極を
   有することを特徴とする静電容量式傾斜測定装置。
2. 【請求項２】 前記移動電極を前記固定電極上に一定の
   距離を隔てて移動させる揺動部材を設けたことを特徴と
   する請求項１記載の静電容量式傾斜測定装置。
3. 【請求項３】 前記固定電極と前記移動電極との電極間
   距離を一定に維持させる絶縁部材を設けたことを特徴と
   する請求項１または２記載の静電容量式傾斜測定装置。
4. 【請求項４】 前記移動電極が円柱形状の導電体であ
   り、前記固定電極上を前記絶縁部材を挟んで固定電極の
   送信電極および受信電極とを横切るように前記延在する
   方向に移動可能であること特徴とする請求項１または３
   記載の静電容量式傾斜測定装置。
5. 【請求項５】 前記移動電極が傾斜に伴って前記固定電
   極面上を絶縁部材を介して滑りながら移動することを特
   徴とする請求項１、３、４いずれか記載の静電容量式傾
   斜測定装置。
6. 【請求項６】 前記固定電極もしくは前記移動電極の電
   極パターンをフレキシブル基板上に設けたことを特徴と
   する請求項１乃至５いずれか記載の静電容量式傾斜測定
   装置。