JPH02228581A - 静電容量型検出器 - 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〉 本発明は、第１及び第２の固定電極に対して一定の隙間
をもって共通電極を配置し、この第１及び第２の固定電
極と共通電極との間に移動可能なスクリーンを設け、該
スクリーンの位置によって第１の固定電極と共通電極と
の容量と、第２の固定電極と共通電極との容量の比を差
動的に検出するようにした静電容量型の検出器に関する
ものであり、特にその構造の改良に関するものである。

〈従来の技術〉 従来のこの種の静電容量型検出器としては、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１０図はこの静電容量型検出器の構成を示す断面図で
ある。

共通電極１は円筒状電極であり、この外側には円筒状の
第１の固定型８ｉ！２と第２の固定電極３が一定の隙間
をもって配置されている。これら電極間の容量、即ち第
１の固定ｔｆｆｉ！２と共通電極１との間の容量及び第
２の固定電極３と共通電極１との間の容量は、２つのロ
ッド４，５によって円筒の軸に沿って移動する円筒状の
スクリーン６の位置により変化する。このスクリーン６
は、第１及び第２の固定電極２．３とその内側にある共
通電極１との間の隙間内を移動する。このスクリーン６
を支持するロッド４，５は、−様な直径であり、スクリ
ーン６の移動による容量変化に影響を与えることかない
ように構成されている。又、共通型ｆ！１は、絶縁され
て支持軸７に支持されている。

この支持軸７は、ハウジング８に強固に固定されており
、更にこのハウジング８には絶縁された第１及び第２の
固定型ｉ２，３が固定されている。

ハウジング８は、電気的遮蔽物として、又検出部分の、
支持手段として、更にはロッド４，５の軸受けとして作
用し、スクリーン６が電極に触れないように各部を支持
している。又、共通電極１及び第１．第２の固定型ｉ２
．３は、それぞれ端子９゜１０．１１に連結されており
、これら端子からの出力変化により移動量の検出を行う
。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記構成からなる従来の静電容量型検出器においては、
第１及び第２の固定電極２．３にまたがったスクリーン
６によって遮蔽された部分以外の第１の固定電極２と共
通電極１との容量と、第２の固定電極３と共通電極１と
の容量との差を差動出力として検出している。このため
、スクリーン６が無い状態での第１の固定電極２と共通
電極１の容量と、第２の固定電極３と共通電極１の容量
とがほぼ完全に一致していないと、スクリーン６を介装
したときに得られる差動出力に常にスクリーン６が無い
状態での容量差が付加されてしまい精度に悪影響を及ぼ
すことになる。

即ち、スクリーン６が無い状態での第１の固定電、極２
と共通電極１との容量を０１、第２の固定電極３と共通
電極１との容量を０２と設定し、更にスクリーン６を挿
入して、ある位置での容量変化分をΔＣとすると、差動
容量変化は、（Ｃ１＋ΔＣ）　　　＋Ｃ２−ΔＣ）＝（
ＣＩ　　Ｃ２）＋２ΔＣとなり、ここでＣ，−０２＞２
ΔＣの間は差動変化分２ΔＣよりもともとの差分Ｃ，−
Ｃ２の方が大きいなめ変化分の検出が難しくなる。

従って、この構造においては、スクリーン６が無い状態
で、各容量が正確に一致するように部品精度及び取り付
け位置精度を向上させることが必要であった。しかしな
がら、実際には非常に難しく、コストアップの要因とも
なっていた。

ス、スクリーン６を２本のロッド４，５でその左右から
吊っているため、このスクリーン６とロッド４，５との
取り付け作業性が悪く、更にこれら左右からのロッド４
，５を通り違いなくハウジング８に取り付けるための加
工も相当精度良く加工しなければ、スクリーン６の作動
に支障をきたすことにもなった。

更に、ロッド４，５はスクリーン６と共に移動するので
、スクリーン６の左右の移動量だけハウジング８の支持
部分より左右に突出させなければならず、その分検出器
全体が大型になってしまうという課題もあった。

本発明は、電極等の形状、位置に高い精度を要求するこ
となく、安価で高精度な検出器を提供することを目的と
する。

く課題を解決するための手段〉 本発明の静電容量型検出器は、円筒状のケースと、この
ケース内に取り付けられ近接配置された円筒形状の第１
及び第２の固定電極と、第１及び第２の固定電極の内周
面と一定の隙間をもって配置された円柱形状の共通電極
と、第１及び第２の固定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かつ所定位置にスリットを有
する円筒形状のスクリーンとからなり、このスクリーン
の位置によりそのスリットを介して対向する第１の固定
電極と共通電極との容量と、同じくスリットを介して対
向する第２の固定電極と共通電極との容量との比を差動
的に検出することを特徴とする。

く作用〉 本発明におけるスクリーンはスリットを有し、このスリ
ットを介して第１及び第２の固定電極と共通電極とがそ
れぞれ対向し、容量を形成する。

そして、スクリーンが移動するとこれに伴ってスリット
の位置も移動し、第１及び第２の固定電極と共通電極と
がそれぞれ対向する部分の面積の割合が変わり、これに
より各容量が変化してその比を差動的に出力する。

尚、この静電容量型検出器の原理は、以下のようなもの
である。

第１及び第２の固定電極にそれぞれ１８０度位相差のあ
る正弦電圧を発振回路から印加する。

このとき、スクリーンを変位させると、前述したように
第１の固定電極と共通電極との間に形成される容量と、
第２の固定電極と共通電極との間に形成される容量との
差がスクリーンの変位に比例して変化する。

この変化を共通電極からその出力として得ることにより
、スクリーンの変位量を電気信号に変換し、検出するも
のである。

〈実施例〉 以下、本発明の好適な実施例について図面に基づき説明
する。

第１図（Ａ）と第１図（Ｂ）は一体となって本発明の一
実施例に係る静電容量型検出器の断面図を表し、第２図
は第１図（Ａ＞のＡ−Ａ’線矢視断面図、第３図は第１
図（Ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。

又、第４図は第１図（Ａ）及び第１図（Ｂ）のスクリー
ンを示す断面図、第５図は第４図のＣ−Ｃ′線矢視断面
図、第６図は第４図のＩ矢視断面図である。

１２は円筒状のケースであり、第１図（Ａ）及び第１図
（Ｂ）中左右に開口している。

１４．１６は円筒状をなす第１及び第２の固定電極であ
り、その外周面が絶縁シート１８を介してケース１２の
内周面に当接し、更に各対向端面もリング状の絶縁シー
ト２０を介して当接するように配置されている。

この第１及び第２の固定電極１４．１６は、ケース１２
内に嵌め込まれている円板状の取り付け板２２．２４間
にスペーサ２６．２８を介して挾み込まれることにより
固定されている。尚、この第１及び第２の固定電極１４
．１６とスペーサ２６．２８との間にもリング状の絶縁
シート３０゜３２が挾み込まれている。

３４は円柱状をなす共通電極である。この共通電極３４
は、その軸方向の端面にそれぞれ軸部３４ａ、３４ｂを
有し、この軸部３４ａ、３４ｂをブツシュ３６．３８に
嵌入することによりケース１２の軸中心上に位置付けさ
れ、固定されている。

このブツシュ３６．３８は、セラミック、プラスチック
等の絶縁部材からなり、それぞれ取り付け板２２．２４
の中央に設けられている穴に嵌入されて固定されている
。

３９ａ、３９ｂは金属よりなるシールドリングで、ブツ
シュ３６．３８の外周に嵌入されて、共通電極３４の軸
部３４ａ、３４ｂを電気的にシールドしている。

３５ａ、３５ｂはプラスチックよりなるリング状の絶縁
シートで、共通電極３４の両端面とシールドリング３９
ａ、３９ｂとを電気的に絶縁するために、共通電極３４
の端面とシールドリング３９ａ、３９ｂ間に介装され、
挟持されている。

ナツト３７は共通電極３４の軸部３４ｂの先端ネジ部に
ネジ結合することによって、共通電極３４全体を取り付
け板２４側にしっかりと固定する。

共通電極３４の他方の軸部３４ａに設けられたネジ穴３
９は、第１図（Ｂ）ウニ点鎖線で図示された収り付けネ
ジ８０がネジ止めされるためのネジ穴であり、組み立て
に際して、２つの取り付け板２２．２４間に取り付け板
２２．２４間に組み込まれる部材を組み込んだ後、この
取り付けネジ８０とナツト３７とによって取り付け板２
２．２４間を挟持し、そのままケース内に挿入でき組み
立てが容易となる。ケース１２内に挿入後は取り付けネ
ジ８０は不要となるので、後述のスクリーン４６とスク
リーン固定ブロック５０を組み立てる前にケース１２の
開口端１２ａ側より取り出せば良い。

４０．４２及び４４は、それぞれ上記第１及び第２の固
定電極１４．１６及び共通電極３４のリード線である。

リード線４０は、途中取り付け板２４、スペーサ２８、
第２の固定電極１６を通って第１の固定電極１４内に達
し、ネジ１４ａによって第１の固定電極１４にその一端
側が固定されている。リード線４２は、途中取り付け板
２４、スペーサ２８を通って第２の固定電極１６内に達
し、そこでネジ１６ａによって第２の固定電極１６にそ
の一端側が固定されている。リード線４４は、途中共通
電極３４の一方の軸部３４ｂの先端ネジを通って軸部３
４ｂの中程に達し、そこで軸部３４ｂを径方向に貫通さ
れた横穴３４ｃ内でその一端側が半田付けされている。

この第１及び第２の固定電極１４．１６の内周面と共通
電極３４の外周面との間には−様な隙間が形成されるよ
うに、第１及び第２の固定電極１４．１６の内径、共通
電極３４の外径及びそれらの取り付け位置は決められて
いる。

４６は円筒状のスクリーンであり、第１及び第２の固定
電極１４．１６と共通電極３４との間に形成された隙間
内に配置され、その中を軸方向に移動できるように支持
されている。即ち、このスクリーン４６は、第２図及び
第３図あるいは第４図及び第６図にも示すように、その
一端面から軸方向に一体的に延びる３つの爪部４６ａ、
４６ｂ。

４６ｃを有しており、この爪部４６ａ、４６ｂ４６ｃを
取り付け板２２に設けられている穴２２ａ、２２ｂ、２
２ｃにそれぞれ貫入し、多穴を通って突出した爪部の先
端をスピンドル４８に固定している。本実施例において
は、この爪部４６ａ４６ｂ、４６ｃを直接スピンドル４
８には固定せずに、このスピンドル４８にネジ止めある
いは接着等により固定されているスクリーン固定ブロッ
ク５０に３本のスクリーン固定ネジ５２によりネジ止め
されて固定されている。

尚、ケース１２のスクリーン固定ネジ位置近傍に開けら
れた開孔１２ｂは、スクリーン４６の爪部をスクリーン
固定ブロック５０にネジ止めするときに、ドライバー等
の工具を挿入するなめに設けられたものである。

このようにしてスピンドル４８と一体的に移動するスク
リーン４６には、第５図等に示すような３つのスリット
４６ｄ、４６ｅ、４６ｆが設けられている。このスリッ
ト４６ｄ、４６ｅ、４６ｆは、第１及び第２の固定電極
１４．１６と共通電極３４とが対向する位置に設けられ
ており、スクリーン４６を移動してスリット４６ｄ、４
６ｅ。

４６ｆの位置を移動させると、このスリットを介して対
向する第１の固定電極１４と共通電極３４及び第２の固
定電極１６と共通電極３４の対向する面頂の比率が変化
することになる。

上記各部は、本発明の検出器を構成する主な部分である
が、実際の検出器には更に以下に示す構造も付加されて
いる。

ケース１２の一方の端部１２ａ側には筒状のステム５４
が取り付けられており、このステム５４の中にはスピン
ドルガイド５６及びリテーナ５７が設けられている。ス
テム内に固定されているスピンドルガイド５６は、スピ
ンドル４８の移動方向にガイド溝５６ａを有するもので
あり、スピンドル４８に取りｆ寸けられているガイドピ
ン５８をガイド溝５６ａに沿ってガイドしている。リテ
ーナ５７は、スピンドル４８を軸方向に揺動自在に保持
するものである。

又、ケースの１２の他方の端部側の内部には、３本のリ
ード線４０，４２．４４の他端側をそれぞれ固定するた
めの絶縁ブツシュ６２を備えたシールド板６０が嵌め込
まれている。更にこのシールド板６０くは３枚の端子板
６４，６６．６８が隣接配置されている。リード線４０
．４２及び４４は、これら端子板６４．６６．６８を介
して、ケース１２の他方の端部に取り付けられるキャッ
プ７０内に引き出されたケーブル７２に接続されている
。

７５は絶縁シートで、取り付け板２４とナツト３７間に
組み込まれてナツト３７と取り付け板２４とを電気的に
絶縁しており、又、７６はナツト３７とシールド板６０
とを電気的に絶縁するために配設されたプラスチックな
どよりなる絶縁ブツシュである。

本実施例における検出器は、第１図（Ａ）及び第１図（
Ｂ）におけるケース１２の右端から順次部品をケース１
２内に収めて、リングネジ７４やキャップ７０をケース
１２に取り付けることによりケース内で挟持される。

次に本実施例における静電容量型検出器の特徴部分の動
作を説明する。

上記構成からなる検出器のスピンドル４８の先端にある
測定子４つに軸方向の変位を与えると、その与えられた
変位量だけスクリーン４６は軸方向に変位する。

このときにスクリーン４６のスリット４６ｄ。

４６ｅ、４６ｆも軸方向に変位する。例えば、令弟１図
（Ａ）及び第１図（Ｂ）に示す状態にあるスクリーン４
６が図中右方向に移動すると、このスリット４６ｄ、４
６ｅ、４６ｆを介して直接対向する第１の固定電極１４
と共通電極３４との間に形成される容量は、徐々にスク
リーン４６に遮蔽されて減少し、又同じくスリット４６
ｄ、４６ｅ、４６ｆを介して直接対向する第２の固定電
極１６と共通電極３４との間に形成される容量は、徐々
にスリット４６ｄ、４６ｅ、４６ｆの開口面積が広がっ
て増加する。

このような各電極間の容量の差をリード線４４から取り
出してスピンドル４８の変位量を検出する。

尚、第１図（Ａ＞及び第１図（Ｂ）の実施例から分かる
ようにスクリーン４６の移動工程中、第１及び第２の固
定Ｅｆ！１４．１６と共通電極３４とがそれぞれ対向し
て容量結合を形成できるのはスクリーン４６のスリット
４６ｄ、４６ｅ、４６ｆを介してのみであり、それ以外
の部分はスクリーン４６によって完全に遮蔽されている
ため、容量結合を形成することがない。

第７図は第１図（Ａ）及び第１図（Ｂ）に示すスクリー
ン４６の他の例を示す断面図、第８図は第７図のＤ−Ｄ
”線矢視断面図、第９図は第７図の■矢視断面図である
。

第１図（Ａ＞及び第１図（Ｂ）あるいは第４図等に示し
たスクリーン４６には、３つの爪部４６ａ、４６ｂ、４
６ｃと３つのスリット４６ｄ、４５ｅ、４６ｆが設けら
れていたが、第７図等に示すスクリーン１４６にはそれ
ぞれ２つづつ爪部１４６ａ　　１４６ｂとスリット１４
６ｄ、１４６ｅが設けられている。

このように、スクリーン４６．１４６に設けられる爪部
やスリットの数は、必要に応じて任意に決定することが
できるものである。

又、第７図に示すスクリーン１４６の一方の爪部１４６
ｂにはガイド溝１４６ｇが形成されている。このガイド
溝１４６ｇは、ケース１２の内方に突出するようにケー
ス１２に取り付けられたガイドビン（図示せず）をガイ
ドするように設けられており、スクリーン１４６の回転
を規制するものである。

このガイド溝１４６ｇは、第１図（Ａ）に示すスピンド
ルガイド５６のガイド溝５６ａに相当するものであり、
可動側のスクリーン１４６又は４６にガイド溝を設ける
こともできる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、スクリーンに穿設されたスリットによ
ってのみ第１の固定電極と共通電極との容量及び第２の
固定電極と共通電極との容量が決定される。換言すると
、スリットに対向する部分以外はスクリーンによって遮
蔽されることになるため、容量変ｆヒへの影響は全くな
い。

従って、本来例のようにスクリーンが無い状態で、第１
の固定電極と共通電極との容量と第２の固定電極と共通
電極との容量とが完全に一致するように、各電極の寸法
形状精度及び組み立て位置関係を確保する必要が無いた
め、安価で高精度の検出器を得ることができる。

又、本発明よりなる構造のスクリーンは従来例に示され
たスクリーンと違って、スクリーンの両端をロッド棒な
どにより軸支していないため、検出器全体の長さが短く
なり、その分車型化され、更にスクリーン自体は全く無
摩擦の状態で電極間の隙間を移動できるようになってい
るため、安定した精度を長期間にわたって確保すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び第１図（３３）は一体となって本発明
の一実施例に係る静電容量型検出器の断面図、 第２図は第１図（Ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図、第３図
は第１図（Ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、第４図は第１
図（Ａ＞及び第１図（Ｂ）に示すスクリーンを示す断面
図、 第５図は第４図のｃ−ｃ’線矢視断面図、第６図は第４
図のＩ矢視図、 第７図は第１図に示すスクリーンの他の例を示す断面図
、 第８図は第７図のＤ−Ｄ’線矢視断面図、第９図は第７
図の■矢視図、 第１０図は従来の静電容量型検出器の構成を示す断面図
である。 １２・・・ケース、 １４・・・第１の固定電極、 １６・・・第２の固定電極、 ３４・・・共通電極、 ４６．１４６・・・スクリーン、 ４８・・・スピンドル。 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒状のケースと、該ケース内に取り付けられた
   互いに近接して配置された円筒形状をなす第１及び第２
   の固定電極と、該第１及び第２の固定電極の内周面と一
   定の隙間をもって配置された円柱形状の共通電極と、前
   記第１及び第２の固定電極と前記共通電極との隙間内を
   軸方向に移動可能に支持されかつ所定位置にスリットを
   有する円筒形状をなすスクリーンとからなり、前記スク
   リーンの位置により、前記スリットを介して対向する前
   記第１の固定電極と共通電極との間に形成される容量と
   、前記スリットを介して対向する前記第２の固定電極と
   共通電極との間に形成される容量との比を差動的に検出
   することを特徴とする静電容量型検出器。
2. （２）前記共通電極は、前記ケース内に固定されている
   取り付け板により支持されており、前記スクリーンは前
   記取り付け板に設けられた穴を挿通してスピンドルに固
   定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の静電容量型検出器。
3. （３）前記スクリーンは前記スピンドルにネジにより固
   定されており、前記ケースの該ネジに対応する位置にネ
   ジを螺合するための工具を挿入する開孔を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の静電容量型検出
   器。
4. （４）前記スクリーンは、前記ケースに設けられた内方
   に突出するガイドピンに適合するガイド溝を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静電容量型検
   出器。