KR20150066518A - 정전용량식 변위센서 - Google Patents

Abstract

절연재료에 의해 형성된 기둥형상 부재(31)와, 기둥형상 부재(31)의 소정 범위를 내부에 삽입시키고, 스풀(22)의 변위에 따라서 이동하는 금속제의 통형상 부재(33)와, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 박막형상으로 형성된 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)과, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 박막형상으로 형성된 보상전극(41, 42)과, 고정전극(40A, 40B), 통형상 부재(33), 및 보상전극(41, 42)으로부터 절연된 상태로 그들 전극을 덮고, 접지되어 있는 정전실드(37)와, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 박막형상으로 형성되고, 전극(40A, 40B, 41, 42)에 각각 접속되어 정전실드(37)의 외부까지, 정전실드(37)로부터 절연된 상태로 길이 방향으로 연장되는 고정전극 단자 및 보상전극 단자를 구비한다.

Description

정전용량식 변위센서 {CAPACITIVE DISPLACEMENT SENSOR}

본 발명은, 한 쌍의 고정전극과, 한 쌍의 고정전극에 대향하는 가동전극을 갖춘 정전용량식 변위센서에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 변위센서에 있어서, 원기둥 형상(圓柱狀)의 가동전극(可動電極)의 외측에, 한 쌍의 반원통형상의 고정전극을 대향시켜 배치하고, 가동전극에 연결된 밸브체의 변위를 계측하는 것이 있다(예를 들어, 특허문헌1 참조). 특허문헌1에 기재된 것에서는, 가동전극이 축선 방향으로 이동하는 것에 의해, 한 쌍의 고정전극의 사이에서의 정전용량이 변화하고, 이 정전용량의 변화로부터 밸브체의 변위를 계측하고 있다.

또한, 특허문헌1에 기재된 것에서는, 가동전극과 고정전극과의 사이에 유전체 유체(流體)를 도입하는 것과 함께, 유전체 유체가 유통하는 부분에 한 쌍의 보상전극을 대향시켜 배치하고 있다. 그리고, 한 쌍의 보상전극의 사이에서의 정전용량을 측정하고, 유전체 유체의 유전율의 변화에 기인하는 변위의 측정 오차를 보상하고 있다.

더욱이, 특허문헌1에 기재된 것에서는, 전기적으로 절연된 상태로 가동전극 및 고정전극을 금속제의 정전실드로 덮고, 정전실드를 전기적으로 접지하고 있다. 이 때문에, 센서의 본체(센서를 포함하는 밸브장치 본체)를 사용자가 만졌어도, 한 쌍의 고정전극의 사이에서의 정전용량이 불안정하게 되는 것을 억제하는 것이 가능하다.

특허문헌1: WO2012/090583A1

그러나, 특허문헌1에 기재된 것에서는, 원기둥 형상의 가동전극의 외측에, 한 쌍의 반원통형상의 고정전극을 대향시켜 배치할 필요가 있다. 그렇지만, 한 쌍의 반원통상의 고정전극을, 소정의 간격으로 대향시켜 정확하게 배치하는 것이 용이하지 않다.

더욱이, 특허문헌1에 기재된 것에서는, 전기적으로 절연된 상태로 가동전극 및 고정전극을 정전실드로 덮고 있다. 이 때문에, 고정전극이나 보상전극을 배선이나 핀 등에 의해, 정전실드의 외측까지 끌어낼 필요가 있다. 따라서, 고정전극이나 보상전극을 끌어내는 구조가 복잡하게 되는 것을 피할 수 없다.

본 발명은, 이러한 실정을 감안한 것으로, 그 주된 목적은, 정전실드를 갖춘 정전용량식 변위센서에 있어서, 한 쌍의 고정전극을 소정의 간격으로 정확하게 배치하는 것과 함께, 정전실드의 외측으로 전극 끌어내기를 용이하게 하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 이하의 수단을 채용했다.

제1의 수단은, 정전용량식 변위센서로서, 절연재료에 의해 형성된 외표면부를 갖는 봉형상(棒狀) 부재와, 상기 봉형상 부재에 있어서 길이 방향의 일단으로부터 소정 범위를 내부에 삽입시키고, 계측 대상의 변위에 따라 상기 길이 방향으로 이동하는 통형상(筒狀) 부재와, 상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 형성되고, 상기 봉형상 부재를 사이에 끼고 서로 대향하는 한 쌍의 고정전극과, 상기 고정전극 및 상기 계측 대상으로부터 절연된 상태로 상기 통형상 부재에 형성되고, 상기 한 쌍의 고정전극에 대향하는 하나로 연결된 가동전극과, 상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 형성되고, 상기 가동전극과 대향하지 않은 보상전극과, 상기 고정전극, 상기 가동전극, 및 상기 보상전극으로부터 절연된 상태로 그 전극을 덮고, 접지되어 있는 정전실드와, 상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 형성되고, 상기 고정전극의 각각에 접속되어 상기 정전실드의 외부까지, 상기 정전실드로부터 절연된 상태로 상기 길이 방향으로 연장되는 고정전극 단자와, 상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 형성되고, 상기 보상전극에 접속되어 상기 정전실드의 외부까지, 상기 정전실드로부터 절연된 상태로 상기 길이 방향으로 연장되는 보상전극 단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 고정전극 및 계측 대상으로부터 절연된 상태로, 한 쌍의 고정 전극에 대향하는 하나로 연결된 가동전극이 통형상 부재에 형성되어 있다. 이 때문에, 각 고정전극과, 대향하는 가동전극과의 사이에 각각 콘덴서가 형성되고, 그들 콘덴서가 하나로 연결된 가동전극에 의해 직렬로 접속된 합성콘덴서가 형성된다. 그리고, 계측 대상의 변위에 따라서 봉형상 부재의 길이 방향에 통형상 부재가 이동하면, 고정전극과 가동전극이 대향하는 부분의 면적이 변화하기 때문에, 합성콘덴서의 정전용량이 변화한다. 따라서, 합성콘덴서의 정전용량의 변화, 즉 한 쌍의 고정전극의 사이에서의 정전용량의 변화에 기초해서, 계측 대상의 변위를 계측하는 것이 가능하다.

더욱이, 한 쌍의 고정전극에 더하여, 가동전극과 대향하지 않는 보상전극이, 봉형상 부재의 외표면부 상에 박막형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 보상전극을 한 쪽의 전극으로서 형성되는 보상 콘덴서의 정전용량을 측정하는 것으로, 고정전극과 가동전극과의 사이의 유전율의 변화에 기인하는 변위의 계측 오차를 보상하는 것이 가능하다.

여기서, 봉형상 부재를 사이에 끼고 서로 대향하는 한 쌍의 고정전극은, 절연부재에 의해 형성된 봉형상 부재의 외표면부 상에, 박막형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 서로 별도 부재로서 형성된 한 쌍의 고정전극을 배치할 필요가 없고, 1개의 봉형상 부재의 외표면부 상에 박막형상의 패턴으로서, 한 쌍의 고정전극을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 한 쌍의 고정전극의 간격이 봉형상 부재의 치수에 의해 규정되는 것이 되고, 한 쌍의 고정전극을 소정의 간격으로 정확하게 배치하는 것이 가능하다.

또한, 고정전극, 가동전극, 및 보상전극이, 그들 전극으로부터 절연된 상태의 정전실드에 의해 덮여져 있다. 정전실드는 접지되어 있기 때문에, 센서의 본체(센서를 포함하는 장치 본체)를 사용자가 만지더라도, 한 쌍의 고정전극의 사이에서의 정전용량이 불안정하게 되는 것을 억제하는 것이 가능하다.

여기서, 각 고정전극 및 보상전극에 접속되어 정전실드의 외부까지, 정전실드로부터 절연된 상태로 봉형상 부재의 길이 방향으로 연장되는 고정전극 단자 및 보상전극 단자가, 봉형상 부재의 외표면부 상에 각각 박막형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 고정전극 및 보상전극과 맞춰서, 고정전극 단자 및 보상전극 단자를 박막형상의 패턴으로서 형성하는 것만으로, 정전실드의 외측에 고정전극 및 보상전극을 각각 끌어내는 것이 가능하다. 따라서, 정전실드의 외측으로의 전극 끌어내기를 용이하게 하는 것이 가능하다.

제2의 수단에서는, 상기 정전실드는, 상기 보상전극에 향해서 근접하는 위치까지 튀어나오는 돌출부를 갖고 있다.

상기 구성에 의하면, 정전실드의 돌출부와 보상전극이 근접해 있기 때문에, 보상전극과 돌출부에서, 비교적 정전용량이 큰 보상 콘덴서를 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 정전실드를 보상 콘덴서의 한 쪽의 전극으로써 이용하는 것이 가능함과 함께, 보상 콘덴서의 정밀도를 향상 시키는 것이 가능하다. 더욱이, 좁은 스페이스에서 보상 콘덴서를 형성하는 것이 가능하게 된다.

제3의 수단에서는, 상기 고정전극, 상기 가동전극, 상기 보상전극, 및 상기 돌출부에 접하는 유전체 유체를 저장하는 유체실이, 내부에 형성된 센서 본체를 갖추고, 상기 정전실드에는, 상기 보상전극과 상기 돌출부와의 사이의 공간을, 상기 길이 방향에 있어서 상기 보상전극의 양측에, 상기 유체실에 있어서 상기 정전실드의 외측의 공간과 연통시키는 연통공(連通孔)이 형성되어 있다.

상기 구성에 의하면, 센서 본체의 내부에 유전체 유체를 저장하는 유체실이 형성되어 있고, 고정전극, 가동전극, 보상전극, 및 정전실드의 돌출부에 유전체 유체가 접한다. 이 때문에, 고정전극과 가동전극으로 형성되는 콘덴서, 및 보상전극과 돌출부로 형성되는 보상 콘덴서의 정전용량을 증대시키는 것이 가능하다.

여기서, 정전실드에 형성된 연통공에 의해, 보상전극과 돌출부와의 사이의 공간이, 봉형상 부재의 길이 방향에 있어서 보상전극의 양측에, 유체실에 있어서 정전실드의 외측의 공간과 연통시켜져 있다. 이 때문에, 서로 근접하는 보상전극과 돌출부와의 사이의 공간에 있어서 유전체 유체의 유통을 촉진시키는 것이 가능하고, 보상전극과 돌출부와의 사이의 공간에 있어서 유전체 유체의 상태를, 유체실 이외 부분에 있어서 유전체 유체의 상태에 가깝게 하는 것이 가능하다. 따라서, 유전체 유체의 상태의 변화, 예를 들어 온도 변화나 액질 변화 등에 의한 유전율의 변화를, 보상 콘덴서의 정전용량의 변화에 민감하게 반영시키는 것이 가능하고, 변위의 계측 오차를 보상하는 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.

제4의 수단에서는, 상기 길이 방향에 있어서 상기 봉형상 부재의 상기 소정 범위와 반대측의 단부가, 상기 외표면부의 외주를 따라서 절연재료에 의해 고리형상(環狀)로 실링(seal)되어 있다.

고정전극 및 보상전극에 유전체 유체가 접하고 있는 경우에는, 유전체 유체가 외부에 새지 않도록 실링하면서, 고정전극 및 보상전극을 정전실드의 외측으로 끌어낼 필요가 있다.

이 점, 상기 구성에 의하면, 봉형상 부재의 길이 방향에 있어서 봉형상 부재의 소정 범위와 반대측의 단부가, 외표면부의 외주를 따라서 절연재료에 의해 고리형상으로 실링되어 있다. 그리고, 상술한 것처럼, 고정전극 및 보상전극에 각각 접속된 고정전극 단자 및 보상전극 단자는, 봉형상 부재의 외표면부 상에 박막형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 고정전극 단자 및 보상전극 단자의 두께를 거의 무시하는 것이 가능하고, 봉형상 부재의 외표면부를 외주에 따라서 용이하게 실링하는 것이 가능하다.

제5의 수단에서는, 상기 정전실드는, 상기 길이 방향을 따라서 연장되고 상기 센서 본체의 개구부에 노출되어 있고, 상기 길이 방향에 있어서 상기 봉형상 부재의 상기 소정 범위와 반대측의 단부와, 상기 정전실드와의 사이가 상기 절연재료에 의해 실링되어 있다.

상기 구성에 의하면, 정전실드는, 봉형상 부재의 길이 방향을 따라 연장되고 센서 본체의 개구부에 노출되어 있기 때문에, 보상 콘덴서의 한 쪽의 전극을 형성하는 정전실드의 돌출부를, 외부의 전기회로에 용이하게 접속하는 것이 가능하다. 여기서, 봉형상 부재의 길이 방향에 있어서 봉형상 부재의 소정 범위와 반대측의 단부와, 정전실드와의 사이가 절연재료에 의해 실링되어 있다. 따라서, 고정전극 단자 및 보상전극 단자와 정전실드와의 절연을 확보하면서, 유전체 유체가 외부에 새지 않도록 실링하는 것이 가능하다.

제6의 수단에서는, 상기 봉형상 부재의 전체가 절연재료에 의해 형성되어 있다.

상기 구성에 의하면, 봉형상 부재의 전체가 절연재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 봉형상 부재의 외표면부를 용이하게 절연재료로 하는 것이 가능하고, 봉형상 부재의 제조를 용이하게 하는 것이 가능하다.

제7의 수단에서는, 상기 통형상 부재의 전체가 도전재료에 의해 형성되어 있다.

상기 구성에 의하면, 통형상 부재의 전체가 도전재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 통형상 부재 자체가 가동전극으로서 기능하고, 가동전극을 용이하게 연결하는 것이 가능하다. 그 결과, 가동전극의 제조를 용이하게 하는 것이 가능하다.

제8의 수단에서는, 상기 고정전극 단자 및 상기 보상전극 단자는, 상기 길이 방향에 연장되는 것과 함께 서로 근접하여 배치되어 있고, 상기 고정전극 및 상기 보상전극은, 상기 외표면부의 둘레 방향으로 연장되어 있다.

상기 구성에 의하면, 고정전극 단자 및 보상전극 단자는, 봉형상 부재의 길이 방향으로 길어지는 것과 함께 서로 근접하여 배치되어 있다. 이 때문에, 전극 단자를 집중시키는 것이 가능하고, 외부의 전기회로에 각 전극 단자를 용이하게 접속하는 것이 가능하다.

더욱이, 고정전극 및 보상전극은, 봉형상 부재의 외표면부의 둘레 방향으로 연장되어 있다. 이 때문에, 전극 단자를 집중시키면서, 전극을 효율적으로 배치하는 것이 가능하고, 전극의 면적을 확보하는 것이 가능하다. 따라서, 계측 대상의 변위를 계측하는 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.

제9의 수단에서는, 상기 길이 방향에 있어서 상기 봉형상 부재의 상기 소정 범위 측의 단부에는, 상기 외표면부가 노출된 노출부가 형성되어져 있다.

계측 대상의 변위를 따라서 봉형상 부재의 길이 방향에 통형상 부재가 이동하는 때에, 봉형상 부재에 대해서 통형상 부재가 기울면, 서로 대향하는 고정전극과 가동전극이 접촉할 우려가 있다. 이 경우, 특히 봉형상 부재의 단부 및 통형상 부재의 단부에 있어서, 고정전극과 가동전극이 최초로 접촉하기 쉽다.

이 점, 상기 구성에 의하면, 봉형상 부재의 길이 방향에 있어서 봉형상 부재의 소정 범위 측의 단부에는, 절연재료에 의해 형성된 외표면부가 노출된 노출부가 만들어져 있다. 이 때문에, 봉형상 부재의 단부가 통형상 부재에 접촉한다 하여도, 고정전극과 가동전극이 접촉하는 것을 억제하는 것이 가능하다.

더욱이, 고정전극은 봉형상 부재의 외표면부 상에 박막형상으로 형성되어 있기 때문에, 봉형상 부재의 단부에 고정전극을 형성하지 않는 패턴이 되거나, 봉형상 부재의 단부까지 고정전극의 패턴을 형성한 후에 단부의 패턴을 없애거나 하는 것으로, 노출부를 용이하게 형성하는 것이 가능하다.

제10의 수단에서는, 상기 보상전극은 제1 보상전극이고, 상기 보상전극 단자는 제1 보상전극 단자이고, 상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 상기 제1 보상전극보다도 크게 형성되며, 상기 가동전극과 대향하지 않는 제2 보상전극과, 상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 형성되며, 상기 제2 보상전극에 접속되어 상기 정전실드의 외부까지, 상기 정전실드로부터 절연된 상태로 상기 길이 방향으로 연장되는 제2 보상전극 단자와, 2개의 전극의 사이에서의 정전용량을 측정하는 측정회로와, 상기 제1 보상전극 단자 및 상기 정전실드를 상기 측정회로에 접속하는 제1 상태와, 상기 제2 보상전극 단자 및 상기 정전실드를 상기 측정회로에 접속하는 제2 상태와, 상기 고정전극의 각각에 접속되어진 상기 고정전극 단자를 상기 측정회로에 접속하는 제3 상태를 바꿔주는 전환회로와, 상기 제1 상태, 상기 제2 상태, 및 상기 제3 상태에 있어서, 상기 측정회로에 의해 각각 제1 정전용량, 제2 정전용량, 및 제3 정전용량을 측정시켜, 상기 제1 정전용량과 상기 제2 정전용량과의 차이(差分), 및 상기 제1 정전용량과 상기 제3 정전용량과의 차이에 기초하여, 상기 계측 대상의 변위를 산출하는 산출부를 구비한다.

상기 구성에 의하면, 봉형상 부재의 외표면부 상에 제1 보상전극보다도 크게 제2 보상전극이 형성되어 있다. 그리고, 제2 보상전극은, 제2 보상전극 단자에 의해 정전실드의 외측에 끌어내져 있다.

전환회로에 의해, 제1 보상전극 단자 및 정전실드를 측정회로에 접속하는 제1 상태와, 제2 보상전극 단자 및 정전실드를 측정회로에 접속하는 제2 상태와, 고정전극의 각각에 접속된 고정전극 단자를 상기 측정회로에 접속하는 제3 상태가 바뀌어 진다. 여기서, 측정회로에 의해, 제1 상태, 제2 상태, 및 제3 상태에 있어서, 측정회로에 의해 각각 제1 정전용량, 제2 정전용량, 및 제3 정전용량이 측정된다.

여기서, 제2 보상전극은 제1 보상전극보다도 크게 형성되어 있기 때문에, 제2 보상전극과 정전실드와의 대향면적은 제1 보상전극과 정전실드와의 대향면적보다도 크다. 즉, 제1 보상전극과 정전실드로 형성되는 제1 보상 콘덴서는, 한 쌍의 고정전극과 가동전극과의 대향면적이 작은 상태(계측 대상의 변위가 작은 상태)에 상당한다. 또한, 제2 보상전극과 정전실드로 형성되는 제2 보상콘덴서는, 한 쌍의 고정전극과 가동전극과의 대향면적이 큰 상태(계측 대상의 변위가 큰 상태)에 상당한다. 따라서, 한 쌍의 고정전극 및 가동전극으로 형성되는 합성콘덴서가, 제1 보상콘덴서에 상당하는 경우의 계측 대상의 변위, 및 합성콘덴서가 제2 보상 콘덴서에 상당하는 경우의 계측 대상의 변위를 미리 실험 등에 의해 구해 놓는 것으로, 제1 정전용량과 제2 정전용량과의 차이, 및 제1 정전용량과 제3 정전용량과의 차이에 기초하여, 계측 대상의 변위를 산출하는 것이 가능하다.

더욱이, 한 쌍의 고정전극과 가동전극과의 사이의 유전율이 변화했어도, 제1 보상콘덴서 및 제2 보상콘덴서에 있어서도 마찬가지로 유전율이 변화한다. 이 때문에, 합성콘덴서가 제1 보상콘덴서에 상당하는 경우의 계측 대상의 변위, 및 합성콘덴서가 제2 보상콘덴서에 상당하는 경우의 계측 대상의 변위는 변화하지 않는다. 또한, 정전용량의 측정에 이용되는 조정용 콘덴서 등의 정전용량이 변화한 것에 의해, 제1 보상콘덴서 및 제2 보상콘덴서의 정전용량이 변화했어도, 제1 보상콘덴서 및 제2 보상콘덴서의 정전용량의 변화는 마찬가지의 경향이 된다. 이 때문에, 제1 정전용량과 제2 정전용량과의 차이, 및 제1 정전용량과 제3 정전용량과의 차이에 기초하여, 계측 대상의 변위를 산출하는 것에 의해, 조정용 콘덴서 등의 정전용량이 변화한 것에 의한 영향을 무시하는 것이 가능하다. 따라서, 한 쌍의 고정전극과 가동전극과의 사이의 유전율의 변화나, 조정용 콘덴서 등의 정전용량이 변화한 것에 의한 제1 보상콘덴서 및 제2 보상콘덴서의 정전용량의 변화에 상관없이, 계측 대상의 변위를 정확히 산출하는 것이 가능하다.

제11의 수단에서는, 상기 제1 보상전극 및 상기 제2 보상전극은, 각각 상기 외표면부의 둘레 방향으로 연장되는 복수의 분기부(分岐部)를 갖고 있고, 상기 제1 보상전극의 상기 분기부와 상기 제2 보상전극의 상기 분기부는, 상기 길이 방향에 있어서 서로 다르게 배치되어 있다.

제1 보상전극과 제2 보상전극에서 온도차가 생기면, 제1 보상전극에 의해 형성되는 콘덴서와 제2 보상전극에 의해 형성되는 콘덴서에서, 유전율에 차가 생기는 우려가 있다. 그 결과, 제1 정전용량과 제2 정전용량과의 차이, 및 제1 정전용량과 제3 정전용량과의 차이에 기초해서, 계측 대상의 변위를 산출하는 때에, 변위의 산출 정밀도가 저하하는 우려가 있다.

이 점, 상기 구성에 의하면, 제1 보상전극 및 상기 제2 보상전극은, 각각 봉형상 부재의 외표면부의 둘레 방향으로 연장되는 복수의 분기부를 갖고 있다. 그리고, 제1 보상전극의 분기부와 제2 보상전극의 분기부는, 봉형상 부재의 길이 방향에 있어서 서로 다르게 배치되어 있기 때문에, 제1 보상전극과 제2 보상전극에서 온도차가 생기는 것을 억제하는 것이 가능하다. 따라서, 계측 대상의 변위를 산출하는 정밀도가 저하하는 것을 억제하는 것이 가능하다.

[도 1] 정전용량식 변위센서, 및 스풀밸브의 일부를 나타내는 부분 단면도.
[도 2] 도 1의 변위센서의 측면도.
[도 3] 기둥형상(柱狀) 부재 및 전극을 나타내는 정면도.
[도 4] 도 3의 전극을 전개해서 나타내는 전개도.
[도 5] 도 1의 변위센서의 각부에 형성되는 콘덴서를 모식적으로 나타내는 모식도.
[도 6] 도 5의 등가회로를 나타내는 전기 회로도.
[도 7] 도 1의 변위센서의 전기적 구성을 나타내는 블록도.
[도 8] 스풀의 변위와 정전용량과의 관계를 나타내는 그래프.
[도 9] 통형상 부재 및 가동전극의 변경예를 타나내는 부분 단면도.
[도 10] 정전실드의 변경예를 나타내는 부분 단면도.
[도 11] 정전실드의 다른 변경예를 나타내는 부분 단면도.
[도 12] 보상전극의 변경예를 나타내는 정면도.
[도 13] 통형상 부재의 변경예를 나타내는 부분 단면도.
[도 14] 고정전극의 변경예를 나타내는 정면도.
[도 15] 도 14의 전극을 전개하여 나타내는 전개도.
[도 16] 고정전극의 변경예를 나타내는 정면도.
[도 17] 도 16의 전극을 전개하여 나타내는 전개도.
[도 18] 도 16에 나타낸 고정전극을 이용한 변위센서의 구성을 나타내는 부분단면도.

이하, 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태는, 반도체 제조장치 등에 있어서, 약액 등의 유체의 유통을 제어하는 밸브장치로서 구체화하고 있다.

도 1은, 정전용량식 변위센서(30), 및 스풀밸브(20)의 일부를 나타내는 부분 단면도이다. 같은 도면에 나타내듯이, 밸브장치(10)는, 제1 본체(11), 제2 본체(12), 스풀밸브(20), 및 정전용량식 변위센서(30) 등을 갖추고 있다. 제1 본체(11) 및 제2 본체(12)는, 스테인리스강 등의 금속에 의해, 내부에 원기둥 형상의 공간을 갖는 사각통형상(통형상)으로 형성되어 있다. 제1 본체(11)의 단부에 제2 본체(12)가 서로의 중심 축선을 일치시켜서 부착되어 있고, 제1 본체(11)와 제2 본체(12)와의 사이가 실링 부재에 의해 실링되어 있다. 제1 본체(11) 및 제2 본체(12)의 내부에, 스풀밸브(20) 및 변위센서(30)가 수납되어 있다. 스풀밸브(20)와 변위센서(30)는, 제1 본체(11)의 중심 축선 방향(길이 방향)으로 나란히 배치되어 있다. 제1 본체(11)에는, 유체의 유입구(11a) 및 유출구(11b)가 형성되어 있다.

스풀밸브(20)는, 슬리브(21), 스풀(22), 및 액추에이터(도시하지 않음) 등을 갖추고 있다. 슬리브(21) 및 스풀(22)은, 스테인리스강 등의 금속에 의해 형성되어 있다. 슬리브(21)는 원통형상(통형상)으로 성형되어 있고, 스풀(22)은 원기둥 형상(기둥 형상)으로 성형되어 있다. 슬리브(21)와 스풀(22)은, 대응하는 단면형상으로 형성되어 있고, 슬리브(21)의 내부에 스풀(22)이 접동(摺動) 가능하게 삽입되어 있다. 스풀(22)의 내부에는, 중심 축선 방향(길이 방향)에 연장된 관통공(22b)이 형성되어 있다.

슬리브(21)에 있어서, 상기 제1 본체(11)의 유입구(11a) 및 유출구(11b)에 대응하는 위치에는, 각각 연통공(21a, 21b)이 형성되어 있다. 연통공(21a, 21b)은, 슬리브(21)의 둘레 방향에 연장되어 있고, 슬리브(21)의 내부와 외부를 연통시키고 있다. 스풀(22)에는, 슬리브(21)의 연통공(21a, 21b)의 간격에 대응한 폭으로, 둘레 방향으로 연장된 고리형상의 홈(22a)이 형성되어 있다. 스풀(22)(계측 대상)은, 전자액추에이터 등의 액추에이터에 연결되어 있고, 액추에이터에 의해 중심 축선 방향(길이 방향)으로 왕복 이동시켜진다. 이것에 의해, 스풀(22)의 외주면에 의해 슬리브(21)의 연통공(21a)과 연통공(21b)과의 연통이 차단된 상태와, 스풀(22)의 홈(22a)에 의해 연통공(21a)과 연통공(21b)이 연통된 상태로 제어된다.

제1 본체(11) 및 제2 본체(12)의 내부에는, 변위센서(30)가 수납되어 있다. 변위센서(30)는, 기둥형상 부재(31), 통형상 부재(33), 연결 부재(35), 정전실드(37) 등을 갖추고 있다.

통형상 부재(33)(가동전극)는, 스테인리스강 등의 금속(도전재료)에 의해, 저부(33a)를 갖는 원통형상(하나로 연결된 형상)으로 형성되어 있다. 연통부재(35)는, 세라믹스나 수지 등의 절연재료에 의해, 원통형상으로 형성되어 있다. 상기 스풀(22)의 단부(22c)에는, 연결 부재(35)를 통해 통형상 부재(33)의 저부(33a)가 연결되어 있다. 즉, 스풀(22)과 통형상 부재(33)는, 연결 부재(35)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.

통형상 부재(33)의 저부(33a)에는, 통형상 부재(33)의 중심 축선 방향(길이 방향)으로 연장되는 관통공(33b)이 형성되어 있다. 스풀(22)의 관통공(22b)과 저부(33a)의 관통공(33b)은, 원통형상의 연결 부재(35)를 통해 연통하고 있다. 즉, 스풀(22)의 내부와 통형상 부재(33)의 내부가 연통하고 있다.

기둥형상 부재(31)(봉형상 부재)는, 알루미나 등의 절연재료에 의해, 원기둥 형상으로 형성되어 있다. 즉, 기둥형상 부재(31)의 외표면부는 절연재료에 의해 형성되어 있다. 기둥형상 부재(31)의 외표면 상에는, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B), 보상전극(41)(제1 보상전극), 및 보상전극(42)(제2 보상전극)이 박막형상으로 형성되어 있다. 기둥형상 부재(31)에 있어서 중심 축선 방향(길이 방향)의 일단으로부터 소정 범위, 자세하게는 고정전극(40A, 40B)에 대응하는 부분이, 통형상 부재(33)의 내부에 삽입되어 있다. 기둥형상 부재(31)와 통형상 부재(33)는, 서로의 중심 축선이 일치하고 있다. 고정전극(40A, 40B)(기둥형상 부재(31))과 통형상 부재(33)의 사이에는, 소정의 클리어런스(틈새)가 형성되어 있다. 즉, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)는, 전기적으로 절연된 상태에서 서로 대향하고 있다.

기둥형상 부재(31) 및 통형상 부재(33)의 외주에는, 고정전극(40A, 40B), 보상전극(41, 42), 및 통형상 부재(33)를 덮는 정전실드(37)가 형성되어져 있다. 정전실드(37)는, 스테인리스강 등의 금속(도전재료)에 의해, 원통형상(통형상)으로 형성되어 있다. 정전실드(37)는, 고정전극(40A, 40B), 보상전극(41, 42), 및 통형상 부재(33)로부터, 전기적으로 절연되어져 있다.

정전실드(37)의 단부(37a)의 외주면과, 제2 본체(12)의 내주면과의 사이는, 저융점 유리(51)(절연재료)에 의해 둘레 방향을 따라 고리형상으로 실링(봉지)되어 있다(도 2 참조). 이것에 의해, 정전실드(37)는, 제2 본체(12)와 전기적으로 절연된 상태로, 제2 본체(12)에 부착되어 있다. 기둥형상 부재(31)의 단부(31a)는, 정전실드(37)의 외부, 즉 제2 본체(12)의 개구부(12a)에 노출되어 있다. 정전실드(37)의 단부(37a)의 내주면과, 기둥형상 부재(31)의 단부(31a)의 외주면과의 사이는, 저융점 유리(52)(절연재료)에 의해 둘레 방향을 따라 고리형상으로 실링되어 있다(도 2 참조). 이것에 의해, 기둥형상 부재(31)는 정전실드(37)에 부착되어 있다.

정전실드(37)의 중심 축선은, 기둥형상 부재(31)의 중심 축선과 일치하고 있다. 정전실드(37)는, 중심 축선 방향(길이 방향)으로 연장되어 있고, 그 단부(37a)가 제2 본체(12)의 개구부(12a)에 노출되어 있다. 정전실드(37)의 단부(37a)에는, 배선(도시하지 않음)이 접속되어 있고, 그 배선에 의해 정전실드(37)가 접지되어 있다.

제1 본체(11) 및 제2 본체(12)의 내부에는, 유체를 저장하는 유체실(13)이 형성되어 있다. 유체실(13)은, 제1 본체(11), 제2 본체(12), 슬리브(21), 스풀(22), 정전실드(37), 및 기둥형상 부재(31)에 의해 구획되어 있다. 상기 스풀밸브(20)에 의해 유통이 제어되는 유체는, 슬리브(21)의 내주면과 스풀(22)의 외주면과의 클리어런스(틈새)로부터, 유체실(13)에 유입한다. 그리고, 유체실(13)의 내부는 유체에 의해 채워진다. 이 때문에, 전극(40A, 40B, 41, 42), 통형상 부재(33), 및 정전실드(37)는, 유체에 접하는 것이 된다. 약액으로부터 된 유체는, 유전체이고, 유전체 유체로서 기능한다. 더욱이, 제1 본체(11) 및 제2 본체(12)는, 변위센서(30)의 센서 본체를 구성하고 있다.

정전실드(37)에 있어서 보상전극(41, 42)에 대향하는 부분에는, 보상전극(41, 42)에 향하여 돌출되는 돌출부(37b)가 형성되어 있다. 돌출부(37b)는, 보상전극(41, 42)에 근접하는 위치까지 고리형상으로 돌출하고 있다. 보상전극(41, 42)은, 통형상 부재(33)와는 대향하고 있지 않다.

정전실드(37)에는, 유체실(13)에 있어서 정전실드(37)의 내측과 외측을 연통시키는 연통공(37c, 37d)이 형성되어 있다. 연통공(37c, 37d)은, 기둥형상 부재(31)의 중심 축선 방향(길이 방향)에 있어서, 보상전극(41, 42)의 양측에 형성되어 있다. 자세하게는, 연통공(37c, 37d)은, 기둥형상 부재(31)의 중심 축선 방향에 있어서, 고정전극(40A, 40B), 보상전극(41, 42)을 포함하는 범위의 양단(兩端)에 각각 형성되어 있다.

다음으로, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B), 및 보상전극(41, 42)의 구성에 있어서, 상세하게 설명한다. 도 3은, 기둥형상 부재(31), 고정전극(40A, 40B), 보상전극(41, 42)을 나타내는 정면도이고, 도 4는, 도 3의 전극(40A, 40B, 41, 42)을 전개하여 나타내는 전개도이다.

동일한 도면에 나타내듯이, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)은, 기둥형상 부재(31)의 중심 축선 방향(길이 방향)에 있어서, 일단으로부터 소정 범위로 형성되어 있다. 고정전극(40A, 40B)은, 기둥형상 부재(31)의 외표면부의 둘레 방향으로 연장되어져 있다. 고정전극(40A, 40B)은, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 반원통형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)은, 기둥형상 부재(31)를 사이에 끼우고 서로 대향하고 있다. 기둥형상 부재(31)에 있어서, 길이 방향의 고정전극(40A, 40B)이 형성된 쪽의 단부에는, 외표면부가 노출된 노출부(31b)가 형성되어 있다. 즉, 노출부(31b)에는, 고정전극(40A, 40B)이 형성되어 있지 않다.

고정전극(40A)과 고정전극(40B)이 인접하는 부분에는, 각각 고정전극 단자(Ta, Tb)가 접속되어 있다. 고정전극 단자(Ta, Tb)는, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향으로 단부(31a)까지 연장되어져 있다. 더욱이, 고정전극 단자(Ta, Tb)는, 단부(31a)의 단면까지 연장되어져 있다(도 2 참조). 이 때문에, 고정전극 단자(Ta, Tb)는, 정전실드(37)의 외부, 즉 제2 본체(12)의 개구부(12a)에 노출되어 있다(도 1 참조). 고정전극 단자(Ta, Tb)는, 서로 근접하여 평행(병렬)하게 배치되어 있다.

보상전극(42)은, 기둥형상 부재(31)의 중심 축선 방향(길이 방향)에 있어서, 고정전극(40A, 40B)이 형성된 범위의 이웃(隣)의 범위에 형성되어 있다. 보상전극(42)은, 기둥형상 부재(31)의 외표면부의 둘레 방향으로 연장되어져 있다. 보상전극(42)은, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 원통형상으로 형성되어 있다.

보상전극(42)에 있어서 고정전극 단자(Ta)와 근접하는 부분에는, 보상전극 단자(T2)가 접속되어 있다. 보상전극 단자(T2)(제2 보상전극 단자)는, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향으로 단부(31a)까지 연장되어져 있다. 더욱이, 보상전극 단자(T2)는, 단부(31a)의 단면까지 연장되어져 있다(도 2 참조). 이 때문에, 보상전극 단자(T2)는, 정전실드(37)의 외부, 즉 제2 본체(12)의 개구부(12a)에 노출되어 있다(도 1 참조). 보상전극 단자(T2)는, 고정전극 단자(Ta)와 근접하고 평행(병렬)으로 배치되어 있다.

보상전극(41)은, 기둥형상 부재(31)의 중심 축선 방향(길이 방향)에 있어서, 보상전극(42)이 형성된 범위의 이웃의 범위에 형성되어 있다. 보상전극(41)은, 기둥형상 부재(31)의 외표면부의 둘레 방향으로 연장되어져 있다. 보상전극(41)은, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 원통형상으로 형성되어 있다. 여기서, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향에 있어서, 보상전극(42)의 길이는 보상전극(41)의 길이보다도 길게 설정되어 있다. 즉, 보상전극(42)의 면적은, 보상전극(41)의 면적보다도 크게 설정되어 있다.

보상전극(41)에 있어서 고정전극 단자(Tb)와 근접하는 부분에는, 보상전극 단자(T1)가 접속되어 있다. 보상전극 단자(T1)(제1 보상전극 단자)는, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향으로 단부(31a)까지 연장되어져 있다. 더욱이, 보상전극 단자(T1)는, 단부(31a)의 단면까지 연장되어져 있다(도 2 참조). 이 때문에, 보상전극 단자(T1)는, 정전실드(37)의 외부, 즉 제2 본체(12)의 개구부(12a)에 노출되어 있다.(도 1 참조). 보상전극 단자(T1)는, 고정전극 단자(Tb)와 근접하고 평행(병렬)으로 배치되어 있다.

전극(40A, 40B, 41, 42), 및 단자(Ta, Tb, T1, T2)는, 은 등의 도전재료를 포함하는 페이스트를, 스크린 인쇄하여 소성하는 것에 의해, 박막형상으로 형성되어 있다. 즉, 전극(40A, 40B, 41, 42), 및 단자(Ta, Tb, T1, T2)는, 전극 패턴이 형성된 스크린마스크를 이용하여, 도전재료를 인쇄하는 것에 의해 형성되어 있다.

단자(Ta, Tb, T1, T2)는, 기둥형상 부재(31)의 외표면부의 둘레 방향에 있어서 1개소에 집중하여 배치되어 있다. 정전실드(37)에 있어서, 이들 단자(Ta, Tb, T1, T2)에 대향하는 부분에는, 오목부(37e)가 형성되어 있다(도 2 참조). 오목부(37e)는, 단자(Ta, Tb, T1, T2)를 따라서 기둥형상 부재(31)의 중심 축선 방향(길이 방향)으로 연장되어져 있다. 오목부(37e)의 깊이는, 박막형상의 단자(Ta, Tb, T1, T2)의 두께 보다도 깊게 설정되어 있다. 이것에 의해, 단자(Ta, Tb, T1, T2)와 정전실드(37)의 거리가 확보되고, 단자(Ta, Tb, T1, T2)와 정전실드(37)가 절연되어 있다. 오목부(37e)의 내부에도 저융점 유리(52)가 도입되어 있고, 기둥형상 부재(31)와 정전실드(37)의 사이가 실링되어 있다. 즉, 유체실(13)로부터 유체가 새지 않도록 실링하면서, 전극(40A, 40B, 41, 42)이 정전실드(37)의 외측으로 끌어내져 있다.

다음으로, 정전용량식 변위센서(30)에 있어서, 정전용량을 측정하는 콘덴서와 그 이외의 부분에 형성된 콘덴서에 대해서 설명한다. 도 5는, 도 1의 변위센서(30)에 있어서, 각부에 형성되는 콘덴서를 모식적으로 나타내는 모식도이다. 도 6은, 도 5의 등가회로를 나타내는 전기회로도이다.

동일한 도면에 나타내듯이, 고정전극(40A)과 통형상 부재(33)에서 콘덴서(Ca)가 형성되고, 고정전극(40B)과 통형상 부재(33)에서 콘덴서(Cb)가 형성되어 있다. 통형상 부재(33)는, 하나로 연결된 형상으로 되어 있기 때문에, 콘덴서(Ca)와 콘덴서(Cb)는, 통형상 부재(33)에 의해 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 콘덴서(Ca, Cb)에 의해, 합성콘덴서(Cab)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 스풀밸브(20)에 있어서, 스풀(22)이 액추에이터의 구동에 의해 이동되어지면, 스풀밸브(20)에 연결된 통형상 부재(33)가 중심 축선 방향(길이 방향)으로 이동되어진다. 이것에 의해, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)가 대향하는 부분의 면적이 변화하고, 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(C)이 변화한다. 즉, C = ε×S/d의 관계가 성립한다. C는 콘덴서 정전용량, ε은 유전율, S는 전극면적, d는 전극간 거리이다. 그리고, 전극간 거리 d는 이미 알고 있는 일정 값이고, 전극면적 S는 스풀(22)의 변위에 대응하여 변화한다. 따라서, 고정전극 단자(Ta)와 고정전극 단자(Tb)와의 사이에 정전용량을 계측하는 것에 의해, 정전용량의 변화에 기초하여 스풀(22)의 변위를 측정하는 것이 가능하다.

스풀(22)의 변위에 따라서 기둥형상 부재(31)의 중심 축선 방향(길이 방향)에 통형상 부재(33)가 이동할 때에, 기둥형상 부재(31)에 대하여 통형상 부재(33)가 기울면, 서로 대향하는 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)가 접촉하는 우려가 있다. 이 경우, 특히 기둥형상 부재(31)의 단부 및 통형상 부재(33)의 단부에 있어서, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)가 가장 먼저 접촉하기 쉽다.

이 점, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향에 있어서 기둥형상 부재(31)의 단부에는, 고정전극(40A, 40B)이 형성되어 있지 않은 노출부(31b)가 형성되어져 있다. 이 때문에, 노출부(31b)가 통형상 부재(33)에 접촉했어도, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)가 접촉하는 것을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 보상전극(41)과 정전실드(37)의 돌출부(37b)로 보상 콘덴서(C1)(제1 보상 콘덴서)가 형성되고, 보상전극(42)과 돌출부(37b)로 보상 콘덴서(C2)(제2 보상 콘덴서)가 형성되어 있다. 상술한 것처럼, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)의 사이, 및 보상전극(41, 42)과 정전실드(37)의 돌출부(37b)의 사이는, 유전체로부터 된 유체로 채워져 있다.

여기서, 유체의 상태(온도나 액질)가 변화하면, 유체의 유전율 ε이 변화하고, 합성콘덴서(Cab)의 정전용량이 변화하는 것이 된다. 이 때, 유체의 유전율 ε 의 변화에 기인하여, 보상 콘덴서(C1, C2)의 정전용량도 변화한다. 보상 콘덴서(C1, C2)의 전극간 거리 d 및 전극면적 S는, 설계 값 또는 실측에 의해 미리 얻는 것이 가능하다. 이 때문에, 보상전극 단자(T1)(T2)와 정전실드 단자(Ts)의 사이에 정전용량(C)을 계측하는 것에 의해, C = ε×S/d 의 관계로부터 유체의 유전율 ε을 산출하는 것이 가능하다. 그리고, 산출된 유전율 ε을 이용해서, 합성콘덴서(Cab)의 정전용량을 측정하는 것에 의해, 유체의 유전율의 변화에 기인하는 스풀(22)의 변위의 계측 오차를 보상하는 것이 가능하다.

더욱이, 정전실드(37)에는, 연통공(37c, 37d)이 형성되어 있다. 이 때문에, 보상전극(41, 42)과 정전실드(37)의 돌출부(37b)의 사이의 공간이, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향에 있어서 보상전극(41, 42)의 양측에서, 정전실드(37)의 외부와 연통하고 있다. 자세하게는, 연통공(37c, 37d)과, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향에 있어서, 고정전극(40A, 40B), 보상전극(41, 42)을 포함하는 범위의 양단에 각각 형성되어 있다. 따라서, 보상전극(41, 42)과 돌출부(37b)가 근접하는 구성이라도, 보상전극(41, 42)과 돌출부(37b)와의 사이에 유체를 유통시키는 것이 가능하다. 그 결과, 보상전극(41, 42)과 돌출부(37b)의 사이의 유체의 상태를, 유체실(13) 이외의 부분에 있어서 유체의 상태에 가깝게 하는 것이 가능하고, 스풀(22)의 변위의 계측 오차를 보상하는 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.

전극(40A, 40B, 41, 42)은 정전실드(37)에 의해 덮여져 있고, 정전실드(37)가 접지되어 있다. 이 때문에, 본체(11, 12)에 사용자가 만지는 것 등에 의해, 본체(11, 12)의 전하상태나 정전용량(Cn)이 변화했어도, 그 영향이 전극(40A, 40B, 41, 42)에 미치는 것을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 고정전극(40A)과 정전실드(37)에서 콘덴서(Cas)가 형성되어 있다. 다른 것에서도, 고정전극(40A)과 고정전극(40B)이 근접하는 부분에 콘덴서(Cc)가 형성되고, 통형상 부재(33)와 정전실드(37)에서 콘덴서(Cms)가 형성되어 있다. 이들 콘덴서(Cas, Cc, Cms)의 정전용량은, 콘덴서(Ca, Cb, Cab, C1, C2)의 정전용량과 비교해서 매우 작다.

다음으로, 도 7을 참조하여, 도 1의 변위센서(30)의 전기적 구성을 설명한다. 변위센서(30)는, 용량측정회로(61) 및 스위치회로(62)를 갖추고 있다.

용량측정회로(61)는, 입력단자(Cin+, Cin-)에 접속된 2점 사이에서의 정전용량을 측정하는 공지의 회로이다.

스위치회로(62)(전환회로)는, 마이크로컴퓨터(64)(이하, “MC64”로 칭한다), 및 스위치(SW1, SW2, SW3)를 구비하고 있다. 스위치(SW1, SW2, SW3)는, CMOS 등의 아날로그 스위치이고, MC64에 의해 고속으로 ON 및 OFF 로 전환하는 것이 가능하다. 더욱이, 용량측정회로(61)는, 정전용량의 측정에서의 조정에 이용하는 조정용 콘덴서(Ct)를 갖추고 있다. 조정용 콘덴서(Ct)의 정전용량은, 유체의 유전율과는 관계없이, 환경 온도의 변화 등, 그 외의 요인에 의해 변화한다.

그리고, 스위치(SW1)를 ON, 스위치(SW2, SW3)를 OFF로 전환하는 것에 의해, 보상전극 단자(T1) 및 정전실드 단자(Ts)를 용량측정회로(61)에 접속한 제1 상태가 된다. 스위치(SW2)를 ON, 스위치(SW1, SW3)를 OFF로 전환하는 것에 의해, 보상전극 단자(T2) 및 정전실드 단자(Ts)를 용량측정회로(61)에 접속한 제2 상태가 된다. 스위치(SW3)를 ON, 스위치(SW1, SW2)를 OFF로 전환하는 것에 의해, 고정전극 단자(Ta, Tb)를 용량측정회로(61)에 접속한 제3 상태가 된다.

제1 상태에서는, 보상콘덴서(C1)의 정전용량(C1)(ε)인 제1 정전용량이, 용량측정회로(61)에 의해 측정된다. 제2 상태에서는, 보상콘덴서(C2)의 정전용량(C2)(ε)인 제2 정전용량이, 용량측정회로(61)에 의해 측정된다. 제3 상태에서는, 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(Cab)(ε)인 제3 정전용량이, 용량측정회로(61)에 의해 측정된다. 측정된 정전용량(C1(ε), C2(ε), Cab(ε))은, 용량측정회로(61)로부터 스위치회로(62)인 MC64에 송신된다.

도 8에, 스풀(22)의 변위와 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(Cab)(ε)과의 관계를 나타낸다. 동일한 도면에 나타내듯이, 정전용량(Cab)(ε)은 스풀(22)의 변위에 비례한다. 바꿔 말하면, 정전용량(Cab)(ε)은, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)의 대향하는 부분의 면적에 비례한다. 더욱이, 도 1은, 스풀(22)의 변위가 가장 큰 상태, 즉 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)의 대향하는 부분의 면적이 가장 큰 상태를 나타내고 있다.

여기서, 유체의 유전율이 εa의 경우, 실선으로 나타내듯이, 스풀(22)의 변위 x1에 있어서, 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(Cab)(εa)은, 보상 콘덴서(C1)의 정전용량(C1)(εa)과 동등하게 되어 있다. 또한, 스풀(22)의 변위 x2에 있어서, 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(Cab)(εa)은, 보상콘덴서(C2)의 정전용량(C2)(εa)과 동등하게 되어 있다.

즉, 보상콘덴서(C1)가 합성콘덴서(Cab)의 변위 x1의 경우에 상당하고, 보상 콘덴서(C2)가 합성콘덴서(Cab)의 변위 x2의 경우에 상당하듯이, 보상콘덴서(C1, C2)가 설정되어 있다. 이들 변위 x1, x2는, 미리 실험 등에 의해 구해 놓는 것이 가능하다. 그리고, 정전용량(C1(εa), C2(εa), Cab(εa))을 측정하고, 정전용량(C1)(εa)과 정전용량(C2)(εa)을 통하는 직선에 정전용량(Cab)(εa)을 적용하여, 스풀(22)의 변위 x를 측정하는 것이 가능하다.

유체의 유전율이 εb로 변화한 경우에는, 점선으로 나타내듯이, 스풀(22)의 변위 x1에 있어서, 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(Cab)(εb)은 보상콘덴서(C1)의 정전용량(C1)(εb)과 동등해진다. 또한, 스풀(22)의 변위 x2에 있어서, 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(Cab)(εb)은 보상 콘덴서(C2)의 정전용량C2(εb)와 동등해진다. 이 경우에는, 합성콘덴서(Cab)와 보상콘덴서(C1, C2)에 있어서, 유체의 유전율이 마찬가지로 εb 변화하기 때문에, 합성콘덴서(Cab)가 보상콘덴서(C1)에 상당하는 경우의 스풀(22)의 변위 x1, 및 합성콘덴서(Cab)가 보상콘덴서(C2)에 상당하는 경우의 스풀(22)의 변위 x2는 변화하지 않는다.

또한, 상술한 것처럼, 용량측정회로(61)의 조정용 콘덴서(Ct)의 정전용량은, 유체의 유전율과는 관계없이, 환경 온도의 변화 등, 그 이외의 요인에 의해 변화한다. 이 때문에, 유체의 유전율이 εa 의 경우에, 예를 들어 조정용 콘덴서(Ct)의 정전용량이 증가하면, 보상 콘덴서(C1, C2)의 정전용량(C1(εa), C2(εa))은, 각각 정전용량(C1m(εa), C2m(εa))로 증가한다. 그 결과, 일점쇄선으로 나타내듯이, 스풀(22)의 변위와 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(Cab)(εa)의 관계가, 실선으로 나타내는 관계로부터 어긋나는 것이 된다. 따라서, 조정용 콘덴서(Ct)의 정전용량의 변화에 의해, 스풀(22)의 변위를 측정하는 정밀도가 저하하는 우려가 있다.

이 점, 본 실시 형태에서는, MC64(산출부)는, 보상콘덴서(C1)의 정전용량(C1)(ε)과 보상콘덴서(C2)의 정전용량(C2)(ε)과의 차이, 및 정전용량(C1)(ε)과 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(Cab)(ε)과의 차이에 기초하여, 스풀(22)의 변위를 산출한다. 즉, 정전용량(C1)(ε)과 정전용량(C2)(ε)과의 차이를, 변위 x1로부터 변위 x2로의 변화에 대응시켜서, 정전용량(C1)(ε)과 정전용량(Cab)(ε)과의 차이에 대응하는 변위 x를 산출한다.

여기서, 조정용 콘덴서(Ct)의 정전용량이 변화한 것에 의해, 보상콘덴서(C1, C2)의 정전용량(C1(ε), C2(ε))이 변화했다고 해도, 정전용량(C1(ε), C2(ε))의 변화는 마찬가지의 경향이 된다. 예를 들어, 정전용량(C1m(εa), C2m(εa))을 통하는 일점쇄선의 직선은, 정전용량(C1(εa), C2(εa))을 통하는 실선의 직선을 평행 이동시킨 직선이 된다. 이 때문에, 정전용량(C1)(ε)과 정전용량(C2)(ε)과의 차이, 및 정전용량(C1)(ε)과 정전용량(Cab)(ε)과의 차이에 기초해, 스풀(22)의 변위 x를 산출하는 것에 의해, 조정용 콘덴서(Ct)의 정전용량이 변화한 것에 의한 정전용량(C1(ε), C2(ε))로의 영향을 무시하는 것이 가능하다.

이상 상술한 본 실시형태는, 이하의 이점을 갖는다.

·한 쌍의 고정전극(40A, 40B)에 더하여, 통형상 부재(33)와 대향하지 않는 보상전극(41, 42)이, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 박막형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 보상전극(41, 42)을 한 쪽의 전극으로서 형성되는 보상콘덴서(C1, C2)의 정전용량을 측정하는 것으로, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)의 사이의 유전율 ε의 변화에 기인하는 변위 x의 계측 오차를 보상하는 것이 가능하다.

·기둥형상 부재(31)를 사이에 끼고 서로 대향하는 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)은, 절연재료에 의해 형성된 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에, 박막형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 서로 별도 부재로서 형성된 한 쌍의 고정전극을 배치할 필요가 없고, 1개의 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 박막형상의 패턴으로서, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)의 간격이 기둥형상 부재(31)의 치수에 의해 규정되는 것이 되고, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)을 소정의 간격으로 정확하게 배치하는 것이 가능하다.

·고정전극(40A, 40B), 통형상 부재(33), 및 보상전극(41, 42)이, 그들 전극으로부터 절연된 형태의 정전실드(37)에 의해 덮여져 있다. 정전실드(37)는 접지되어 있기 때문에, 센서의 본체(11, 12)나 스풀밸브(20)의 본체를 사용자가 만져도, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)의 사이에서의 정전용량이 불안정하게 되는 것을 억제하는 것이 가능하다.

·고정전극 단자(Ta, Tb) 및 보상전극 단자(T1, T2)가, 고정전극(40A, 40B) 및 보상전극(41, 42)에 각각 접속되어 있다. 고정전극 단자(Ta, Tb) 및 보상전극 단자(T1, T2)는, 정전실드(37)의 외부까지, 정전실드(37)로부터 절연된 상태로 기둥형상 부재(31)의 길이 방향으로 연장되어져 있다. 고정전극 단자(Ta, Tb) 및 보상전극 단자(T1, T2)는, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 각각 박막형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 고정전극(40A, 40B) 및 보상전극(41, 42)과 합쳐져, 고정전극 단자(Ta, Tb) 및 보상전극 단자(T1, T2)를 박막형상의 패턴으로서 형성하는 것만으로, 정전실드(37)의 외측으로 고정전극(40A, 40B) 및 보상전극(41, 42)을 각각 끌어내는 것이 가능하다. 따라서, 정전실드(37)의 외측으로의 전극(40A, 40B, 41, 42)의 끌어내기를 용이하게 하는 것이 가능하다.

·정전실드(37)의 돌출부(37b)와 보상전극(41, 42)이 근접하고 있기 때문에, 보상전극(41, 42)과 돌출부(37b)에서, 비교적 정전용량이 큰 보상 콘덴서(C1, C2)를 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 정전실드(37)를 보상콘덴서(C1, C2)의 한 쪽의 전극으로써 이용하는 것이 가능한 것과 함께, 보상콘덴서(C1, C2)의 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다. 더욱이, 좁은 스페이스에서 보상콘덴서(C1, C2)를 형성 하는 것이 가능하게 된다.

·본체(11, 12)의 내부에 유전체 유체를 저장하는 유체실(13)이 형성되어 있고, 고정전극(40A, 40B), 통형상 부재(33), 보상전극(41, 42), 및 정전실드(37)의 돌출부(37b)에 유전체 유체가 접한다. 이 때문에, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)에서 형성되는 합성콘덴서(Cab), 및 보상전극(41, 42)과 돌출부(37b)에서 형성되는 보상콘덴서(C1, C2)의 정전용량을 증대시키는 것이 가능하다. 더욱이, 스풀밸브(20)에 의해 유통을 제어하는 유체를, 유전체로서 이용하는 것이 가능하다.

·정전실드(37)에 형성된 연통공(37c, 37d)에 의해, 보상전극(41, 42)과 돌출부(37b)의 사이의 공간이, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향에 있어서 보상전극(41, 42)의 양측에서, 유체실(13)에 있어서 정전실드(37)의 외측의 공간과 연통되어 있다. 이 때문에, 서로 근접하는 보상전극(41, 42)과 돌출부(37b)의 사이의 공간에 있어서 유전체 유체의 유통을 촉진시키는 것이 가능하고, 보상전극(41, 42)과 돌출부(37b)의 사이의 공간에 있어서 유전체 유체의 상태(온도나 액질)를, 유체실(13)의 이외의 부분에 있어서 유전체 유체의 상태에 가깝게 하는 것이 가능하다. 따라서, 유전체 유체의 상태의 변화에 의한 유전율 ε의 변화를, 보상콘덴서(C1, C2)의 정전용량(C1(ε), C2(ε))의 변화에 민감하게 반영시키는 것이 가능하고, 변위 x의 계측 오차를 보상하는 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.

·연통공(37c, 37d)은, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향에 있어서, 고정전극(40A, 40B), 보상전극(41, 42)을 포함하는 범위의 양단에 각각 형성되어 있다. 이 때문에, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)의 사이의 유전체 유체의 상태와, 보상전극(41, 42)과 돌출부(37b)의 사이의 유전체 유체의 상태를 가깝게 하는 것이 가능하다. 따라서, 유전체 유체의 상태(유전율)의 변화에 기인하는 스풀(22)의 변위 x의 계측 오차를, 더욱 고정밀도로 보상하는 것이 가능하다.

·기둥형상 부재(31)의 단부(31a)가, 외표면부의 외주를 따라서 절연재료에 의해 고리형상으로 실링되어 있다. 그리고, 상술한 것처럼, 고정전극(40A, 40B) 및 보상전극(41, 42)에 각각 접속된 고정전극 단자(Ta, Tb) 및 보상전극 단자(T1, T2)는, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 박막형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 고정전극 단자(Ta, Tb) 및 보상전극 단자(T1, T2)의 두께를 거의 무시하는 것이 가능하고, 기둥형상 부재(31)의 외표면부를 외주에 따라서 용이하게 실링하는 것이 가능하다.

·정전실드(37)는, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향을 따라서 연장되어져 제2 본체(12)의 개구부(12a)에 노출하고 있기 때문에, 보상콘덴서(C1, C2)의 한 쪽의 전극을 형성하는 정전실드(37)의 돌출부(37b)를, 외부의 전기회로에 용이하게 접속하는 것이 가능하다. 그리고, 기둥형상 부재(31)의 단부(31a)와, 정전실드(37)의 사이가 절연재료에 의해 실링되어 있다. 따라서, 고정전극 단자(Ta, Tb) 및 보상전극 단자(T1, T2)와 정전실드(37)의 절연을 확보하면서, 유전체 유체가 외부에 새지 않도록 실링하는 것이 가능하다.

·정전실드(37)에 있어서, 단자(Ta, Tb, T1, T2)에 대향하는 부분에는, 오목부(37e)가 형성되어 있다. 오목부(37e)는, 단자(Ta, Tb, T1, T2)에 따라 기둥형상 부재(31)의 길이 방향으로 연장되어져 있다. 이것에 의해, 단자(Ta, Tb, T1, T2)와 정전실드(37)의 거리를 확보하는 것이 가능하고, 단자(Ta, Tb, T1, T2)와 정전실드(37)를 더욱 확실하게 절연하는 것이 가능하다.

·기둥형상 부재(31)의 전체가 절연재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 기둥형상 부재(31)의 외표면부를 용이하게 절연 재료로 하는 것이 가능하고, 기둥형상 부재(31)의 제조를 용이하게 하는 것이 가능하다.

·통형상 부재(33)의 전체가 도전재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 통형상 부재(33) 자체가 가동전극으로서 기능하고, 가동전극을 용이하게 하나로 연결되도록 하는 것이 가능하다. 그 결과, 가동전극의 제조를 용이화하는 것이 가능하다.

·고정전극 단자(Ta, Tb) 및 보상전극 단자(T1, T2)는, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향으로 연장되는 것과 함께 서로 근접하여 배치되어 있다. 이 때문에, 전극 단자를 집중시키는 것이 가능하고, 외부의 전기회로에 각 전극 단자를 용이하게 접속하는 것이 가능하다.

·고정전극(40A, 40B) 및 보상전극(41, 42)은, 기둥형상 부재(31)의 외표면부의 둘레 방향으로 연장되어져 있다. 이 때문에, 전극 단자(Ta, Tb, T1, T2)를 집중시키면서도, 전극(40A, 40B, 41, 42)을 효과적으로 배치하는 것이 가능하고, 전극(40A, 40B, 41, 42)의 면적을 확보하는 것이 가능하다. 따라서, 스풀(22)의 변위 x를 계측하는 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.

·기둥형상 부재(31)의 길이 방향에 있어서 기둥형상 부재(31)의 고정전극(40A, 40B)측의 단부에는, 절연재료에 의해 형성된 외표면부가 노출된 노출부(31b)가 형성되어 있다. 이 때문에, 기둥형상 부재(31)의 단부가 통형상 부재(33)에 접촉했어도, 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)가 접촉하는 것을 억제하는 것이 가능하다.

·고정전극(40A, 40B)은 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 박막형상으로 형성되어 있기 때문에, 기둥형상 부재(31)의 단부에 고정전극(40A, 40B)을 형성하지 않는 패턴으로 하거나, 기둥형상 부재(31)의 단부까지 고정전극(40A, 40B)의 패턴을 형성한 후에 단부의 패턴을 없애거나 하는 것으로, 노출부(31b)를 용이하게 형성하는 것이 가능하다.

·보상전극(42)은, 보상전극(41)보다도 크게 형성되어 있기 때문에, 보상전극(42)과 정전실드(37)의 대향면적은 보상전극(41)과 정전실드(37)의 대향면적보다도 크다. 즉, 보상전극(41)과 정전실드(37)로 형성되는 보상 콘덴서(C1)는, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)의 대향면적이 작은 상태(스풀(22)의 변위 x1)에 상당한다. 또한, 보상전극(42)과 정전실드(37)로 형성되는 보상 콘덴서(C2)는, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)의 대향면적이 큰 상태(스풀(22)의 변위 x2)에 상당한다. 따라서, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B) 및 통형상 부재(33)로 형성되는 합성콘덴서(Cab)가, 보상콘덴서(C1)에 상당하는 경우의 스풀(22)의 변위 x1, 및 합성콘덴서(Cab)가 보상콘덴서(C2)에 상당하는 경우의 스풀(22)의 변위 x2를 미리 실험 등에 의해 구해 놓는 것으로, 보상콘덴서(C1)의 정전용량과 보상콘덴서(C2)의 정전용량과의 차이, 및 보상콘덴서(C1)의 정전용량과 합성콘덴서(Cab)의 정전용량과의 차이에 기초하여, 스풀(22)의 변위 x를 산출하는 것이 가능하다.

·한 쌍의 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)의 사이의 유전율 ε이 변화했다고 해도, 보상 콘덴서(C1, C2)에 있어서도 마찬가지로 유전율 ε이 변화한다. 이 때문에, 합성콘덴서(Cab)가 보상콘덴서(C1)에 상당하는 경우의 스풀(22)의 변위 x1, 및 합성콘덴서(Cab)가 보상콘덴서(C2)에 상당하는 경우의 스풀(22)의 변위 x2는 변화하지 않는다. 또한, 조정용 콘덴서(Ct)의 정전용량이 변화한 것에 의해, 보상콘덴서(C1, C2)의 정전용량이 변화했다고 해도, 보상 콘덴서(C1, C2)의 정전용량의 변화는 마찬가지의 경향이 된다. 이 때문에, 보상콘덴서(C1)의 정전용량과 보상콘덴서(C2)의 정전용량의 차이, 및 보상콘덴서(C1)의 정전용량과 합성콘덴서(Cab)의 정전용량의 차이에 기초해서, 스풀(22)의 변위 x를 산출하는 것에 의해, 조정용 콘덴서(Ct)의 정전용량이 변화한 것에 의한 영향을 없애는 것이 가능하다. 따라서, 한 쌍의 고정전극(40A, 40B)과 통형상 부재(33)의 사이의 유전율 ε의 변화나, 조정용 콘덴서(Ct)의 정전용량이 변화한 것에 의한 보상콘덴서(C1, C2)의 정전용량의 변화에 관계없이, 스풀(22)의 변위 x를 정확하게 산출하는 것이 가능하다.

상기 실시형태를, 이하와 같이 변경하여 실시하는 것도 가능하다. 더욱이, 상기 실시 형태와 동일한 부재에 대해서는, 동일의 부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략한다.

·도 9에 나타내듯이, 세라믹스나 수지 등의 절연재료에 의해 형성된 통형상 부재(133)의 내표면에, 은 등의 도전재료에 의해 박막형상의 전극(133a)을 형성하여도 좋다. 이렇게 한 구성에 의해서도, 전극(133a)을, 고정전극(40A, 40B)에 대향하는 가동전극으로서 기능시키는 것이 가능하다. 더욱이, 스풀(22)과 전극(133a)은, 전기적으로 절연되어 있다.

·도 10에 나타내듯이, 제2 본체(112)의 개구부(112a)에 정전실드(137)가 노출되어 있지 않고, 정전실드(137)의 단부(137a)가, 접속전극(43) 및 접속전극 단자(T3)에 의해, 제2 본체(112)의 개구부(112a)까지 끌어내어진 구성을 채용하는 것도 가능하다. 접속전극(43) 및 접속전극 단자(T3)는, 기둥형상 부재(31)의 외표면부 상에 박막형상으로 형성되어 있다. 정전실드(137)의 단부(137a)가 접속전극(43)에 접속되어 있고, 접속전극(43)에 접속전극 단자(T3)가 접속되어 있다. 접속전극 단자(T3)는, 보상전극 단자(T2)에 근접하여 평행(병렬)으로 배치되어 있다.

·도 11에 나타내듯이, 상술한 돌출부(37b) 및 연통공(37c, 37d)이 형성되어 있지 않은 정전실드(237)를 이용하는 것도 가능하다. 이 경우는, 보상전극(41)에 의해 형성되는 보상콘덴서(C1), 및 보상전극(42)에 의해 형성되는 보상콘덴서(C2)의 정전용량이 작아지기 때문에, 고정전극(40A, 40B)과 비교해서 보상전극(41, 42)의 면적을 크게 하는 것이 바람직하다. 이렇게 한 구성에 의하면, 보상전극(41, 42)과 정전실드(237)가 근접하고 있지 않기 때문에, 정전실드(237)에 연통공(37c, 37d)이 형성되어 있지 않아도, 보상전극(41, 42)과 정전실드(237)의 사이에 유전체 유체가 유통하기 쉽다. 더욱이, 세라믹스나 수지 등의 절연재료에 의해 형성된 보호유지 부재(14)를 통해서, 정전실드(237)의 내측에 기둥형상 부재(31)가 부착되어 있다.

·도 12에 나타내듯이, 보상전극(141, 142)이, 각각 기둥형상 부재(31)의 둘레 방향으로 연장되는 복수의 분기부(141a, 142a)를 갖고 있어도 좋다. 분기부(141a, 142a)는, 기둥형상 부재(31)의 길이 방향에 있어서 서로 다르게 배치되어 있다. 이렇게 한 구성에 의하면, 보상전극(141)과 보상전극(142)에서 유전율의 차가 생기는 것을 억제하는 것이 가능하다. 따라서, 보상콘덴서(C1)의 정전용량(C1)(ε)과 보상콘덴서(C2) 정전용량(C2)(ε)의 차이, 및 정전용량(C1)(ε)과 합성콘덴서(Cab)의 정전용량(Cab)(ε)의 차이에 기초하여, 스풀(22)의 변위 x를 산출하는 때에 정밀도가 저하하는 것을 억제하는 것이 가능하다.

·기둥형상 부재(31)와 통형상 부재(33)는, 서로 대응한 단면형상을 갖고 있으면 좋고, 원형단면 이외에, 사각단면이나 육각단면 등을 채용하는 것도 가능하다. 더욱이, 그 경우에는, 전극 간격을 일정하게 유지하기 위해서 통형상 부재가 돌아가는 것을 방지할 할 필요가 있다. 또한, 정전실드(37)에 대해서도, 단면 형상을 임의로 변경하는 것이 가능하다.

·상기 실시형태에서는, 기둥형상 부재(31) 전체를 절연재료에 의해 형성하였으나, 기둥형상 부재를 도전재료에 의해 형성하여, 외표면부를 절연재료로 피복하는 것도 가능하다. 또한, 기둥형상 부재(31)를 대신해서, 통형상으로 형성된 부재를 이용하는 것도 가능하다.

·고정전극(40A, 40B), 보상전극(41, 42), 고정전극 단자(Ta, Tb), 및 보상전극 단자(T1, T2)를, 스크린 인쇄 이외의 패턴 형성 방법, 예를 들어, 증착막의 에칭에 의한 패턴 형성 방법 등에 의해, 박막형상으로 형성하는 것이 가능하다.

·상기 실시 형태에서는, 유체실(13)을 약액 등의 유전체 유체로 채웠지만, 유체실(13)을 공기 등의 기체로 채우거나, 유체실(13)을 진공으로 하거나 하는 것도 가능하다.

·상기 실시 형태에서는, 스풀밸브(20)를 갖는 밸브장치(10)에 변위센서(30)를 적용했지만, 포펫 밸브 등, 그 외의 형식의 밸브를 갖는 밸브장치에 변위센서(30)를 적용하는 것도 가능하다. 또한, 밸브에 한정하지 않고, 그 외의 계측 대상의 변위를, 변위센서(30)에 의해 계측하는 것도 가능하다.

·도 13에 나타내듯이, 통형상 부재(33)에는, 연통공(33c)이 형성되어 있어도 좋다. 이 연통공(33c)은, 통형상 부재(33)의 내측의 공간(즉 기둥형상 부재(31)와 통형상 부재(33)의 사이에 형성된 공간: 이하 동일)과, 통형상 부재(33)의 외측의 공간(즉 통형상 부재(33)와 정전실드(37)의 사이에 형성되는 공간: 이하 동일)을 연통시키도록 형성되어져 있다. 관련된 구성에 있어서는, 통형상 부재(33) 내측의 공간과, 통형상 부재(33)의 외측의 공간과의 사이에서의, 유체 등의 주고 받음이, 양호하게 행해진다. 따라서, 관련된 구성에 의하면, 통형상 부재(33)의 내측의 공간에 있어서 유전율의 변화에 기인하는, 스풀(22)의 변위의 측정 오차의 발생이, 더욱 한층 더 양호하게 억제된다.

여기서, 연통공(33c)은, 통형상 부재(33)의 내측의 공간에 있어 상단부에 대응하는 위치에 형성되어져 있는 것이 바람직하다. 특히, 통형상 부재(33)의 개구부(길이 방향에 있어서 관통공(33b)과는 반대측의 단부, 즉 도 13에 있어서 좌측의 단부에 형성된 개구부)보다도 저부(33a) 쪽이 높아지도록, 통형상 부재(33)의 중심 축선이 수평면에 대하여 경사하는 경우가 있다. 이 경우, 연통공(33c)은, 통형상 부재(33)의 내측의 공간의, 길이 방향에 있어서 관통공(33b)측의 단부(상술한 개구부와는 반대측의 단부)에 대응하는 위치에 형성되어 진다. 이것에 의해, 통형상 부재(33)의 내측의 공간에 기체(기포)가 체류하는 것에 의한 계측 오차의 발생이, 양호하게 억제된다.

·도 14 및 도 15에 나타내듯이, 고정전극(40A, 40B)은, 빗살형상으로 형성되어 있어도 좋다. 관련된 구성에 있어서는, 스풀(22)의 변위에 동반하는 정전용량의 변화가 스탭형상으로 된다. 따라서, 스탭형상 혹은 펄스형상의 출력신호에 기초하여, 스풀(22)의 변위 측정이 행해진다. 따라서, 관련된 구성에 의하면, 스풀(22)의 변위 측정을, 더욱 간략히 행하는 것이 가능하게 된다. 더욱이, 이 경우, 고정전극(40A, 40B)에 있어서 빗살형상 전극을 구성하는, 세선(細線)형태의 각 전극 패턴은, 서로 동일의 폭이어도 좋다. 혹은, 복수의 세선형태의 전극패턴 중의 일부에 있어서, 폭이 다른 것과 달라져 있어도 좋다(관련된 구성에 의하면, 스풀(22)의 변위 계측에 있어서 원점 검출 혹은 캘리브레이션이, 양호하게 행해질 수 있다.).

·도 16 ~ 도 18에 나타내듯이, 고정전극(40A, 40B)은, 기둥형상 부재(31)의 중심 축선 방향(길이 방향)에 대해 서로 겹치지 않도록 형성되어져 있어도 좋다. 이 경우, 도 18에 나타내듯이, 세라믹스나 수지 등의 절연재료에 의해 형성된 통형상 부재(133)(도 9 참조)가 사용된다. 관련된 구성에 있어서는, 통형상 부재(133)의 내표면에 형성된 전극(133a)과 고정전극(40A)의 사이의 정전용량과, 전극(133a)과 고정전극(40B)의 사이의 정전용량의 차이에 의해, 스풀(22)의 변위가 계측된다. 이 때문에, 관련된 구성에 대해서는, 보상전극(41, 42)(도 1 등 참조)을 생략하는 것이 가능하게 된다.

10…밸브장치, 11…제1 본체, 12…제2 본체, 12a…개구부, 13…유체실, 20…스풀밸브, 22…스풀(계측 대상), 30…정전용량식 변위센서, 31…기둥형상 부재(봉형상 부재), 31a…단부(端部), 31b…노출부, 33…통형상 부재(가동전극), 37…정전실드, 37a…단부, 37b…돌출부, 37c…연통공, 37d…연통공, 40A…고정전극, 40B…고정전극, 41…보상전극(제1 보상전극), 42…보상전극(제2 보상전극), 51…저융점 유리(절연재료), 52…저융점 유리(절연재료), 61…용량측정회로(측정회로), 62…스위치회로(전환회로), 64…마이크로컴퓨터(산출부), 112…제2 본체, 112a…개구부, 133…통형상 부재, 133a…전극(가동전극), 137…정전실드, 137a…단부, 141…보상전극(제1 보상전극), 141a…분기부, 142…보상전극(제2 보상전극), 142a…분기부, 237…정전실드, T1…보상전극 단자(제1 보상전극 단자), T2…보상전극 단자(제2 보상전극 단자), Ta…고정전극 단자, Tb…고정전극 단자.

Claims (11)

1. 절연재료에 의해 형성된 외표면부를 갖는 봉형상 부재와,
   상기 봉형상 부재에 있어서 길이 방향의 일단으로부터 소정 범위를 내부에 삽입시키고, 계측 대상의 변위에 동반해 상기 길이 방향으로 이동하는 통형상 부재와,
   상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 만들어지고, 상기 봉형상 부재를 사이에 끼고 서로 대향하는 한 쌍의 고정전극과,
   상기 고정전극 및 상기 측정 대상으로부터 절연된 상태로 상기 통형상 부재에 형성되고, 상기 한 쌍의 고정전극에 대향하는 하나로 연결된 가동전극과,
   상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 형성되고, 상기 가동전극과 대향하지 않는 보상전극과,
   상기 고정전극, 상기 가동전극, 및 상기 보상전극으로부터 절연된 상태로 그들 전극을 덮고, 접지되어 있는 정전실드와,
   상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 형성되고, 상기 고정전극의 각각에 접속되어 상기 정전실드의 외부까지, 상기 정전실드로부터 절연된 형태로 상기 길이 방향으로 연장되는 고정전극 단자와,
   상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 형성되고, 상기 보상전극에 접속되어 상기 정전실드의 외부까지, 상기 정전실드로부터 절연된 상태로 상기 길이 방향으로 연장되는 보상전극 단자
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 변위센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 정전실드는, 상기 보상전극에 향해서 근접하는 위치까지 돌출하는 돌출부를 갖고 있는 정전용량식 변위센서.
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정전극, 상기 가동전극, 상기 보상전극, 및 상기 돌출부에 접하는 유전체 유체를 저장하는 유체실이, 내부에 형성된 센서 본체를 구비하고,
   상기 정전실드에는, 상기 보상전극과 상기 돌출부의 사이의 공간을, 상기 길이 방향에 있어서 상기 보상전극의 양측에서, 상기 유체실에 있어서 상기 정전실드의 외측의 공간과 연통시키는 연통공이 형성되어 있는 정전용량식 변위센서.
4. 제3항에 있어서,
   상기 길이 방향에 있어서 상기 봉형상 부재의 상기 소정 범위와 반대 측의 단부가, 상기 외표면부의 외주에 따라서 절연재료에 의해 고리형상으로 실링되어 있는 정전용량식 변위센서.
5. 제4항에 있어서,
   상기 정전실드는, 상기 길이 방향을 따라 연장되어져 상기 센서 본체의 개구부에 노출하고 있고,
   상기 길이 방향에 있어서 상기 봉형상 부재의 상기 소정 범위와 반대 측의 단부와, 상기 정전실드의 사이가 상기 절연재료에 의해 실링되어 있는 정전용량식 변위센서.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 봉형상 부재의 전체가 절연재료에 의해 형성되어 있는 정전용량식 변위센서.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 통형상 부재의 전체가 도전재료에 의해 형성되어 있는 정전용량식 변위센서.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고정전극 단자 및 상기 보상전극 단자는, 상기 길이 방향에 연장되는 것과 함께 서로 근접하여 배치되어 있고,
   상기 고정전극 및 상기 보상전극은, 상기 외표면부의 둘레 방향으로 연장되어 있는 정전용량식 변위센서.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 길이 방향에 있어서 상기 봉형상 부재의 상기 소정 범위 측의 단부에는, 상기 외표면부가 노출된 노출부가 형성되어 있는 정전용량식 변위센서.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보상전극은 제1 보상전극이고,
    상기 보상전극 단자는 제1 보상전극 단자이고,
    상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 상기 제1 보상전극보다도 크게 형성되고, 상기 가동전극과 대향하지 않는 제2 보상전극과,
    상기 봉형상 부재의 상기 외표면부 상에 박막형상으로 형성되고, 상기 제2 보상전극에 접속되어 상기 정전실드의 외부까지, 상기 정전실드로부터 절연된 상태로 상기 길이 방향으로 연장되는 제2 보상전극 단자와,
    2개의 전극의 사이에서의 정전용량을 측정하는 측정회로와,
    상기 제1 보상전극 단자 및 상기 정전실드를 상기 측정회로에 접속하는 제1 상태와, 상기 제2 보상전극 단자 및 상기 정전실드를 상기 측정회로에 접속하는 제2 상태와, 상기 고정전극의 각각에 접속된 상기 고정전극 단자를 상기 측정회로에 접속하는 제3 상태를, 전환하는 전환회로와,
    상기 제1 상태, 상기 제2 상태, 및 상기 제3 상태에 있어서, 상기 측정회로에 의해 각각 제1 정전용량, 제2 정전용량, 및 제3 정전용량을 측정시키고, 상기 제1 정전용량과 상기 제2의 정전용량의 차이, 및 상기 제1 정전용량과 상기 제3 정전용량과의 차이에 기초하여, 상기 계측 대상의 변위를 산출하는 산출부,
    를 구비하는 정전용량식 변위센서.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 보상전극 및 상기 제2 보상전극은, 각각 상기 외표면부의 둘레 방향으로 연장되는 복수의 분기부를 갖고 있고,
    상기 제1 보상전극의 상기 분기부와 상기 제2의 보상전극의 상기 분기부는, 상기 길이 방향에 있어서 서로 다르게 배치되어 있는 정전용량식 변위센서.

Images