JPH0249112A - 変位検出装置 - 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、位相弁別型静電容皿センサを含み形成された
変位検出装置に関し、特に、同センサを形成する一方電
極板と他方電極板との平行度調整を迅速かつ容易とする
平行度合検出手段を備えたものである。

電子式ダイヤルゲージ、ノギスや直線型測長器等に利用
される。

［従来の技術］ 位相弁別型静電容量センサを含む変位検出装置は、光電
型等信のセンサを含む装置に比較して、高精度、低消費
電力という長所を有する。また、相対移動対向電極等の
対向面間寸法を大きくとれるので各種測長器等に広く利
用されている。

かかる位相弁別型静電容量センサの従来構造を第２図に
示す。

第２図において、２０は複数の送信電極要素２１ａ〜２
１ｈからなる送信電極２１と受信な極２３とが整列配設
された一方電極板である。３０は結合電極３１とアース
電極３３とが交互に整列配設された他方電極板である。

結合電極３１とア−スミ［！３３とは、送信電極２１お
よび受信電ｆｉ２３に対面するに十分な極面積を有する
。また、４０は受信電極２３に接続された位相弁別方式
の検出回路である。

したがって、ユニットを形成する複数（第２図の例では
８個）の送信電極要素２１ａ〜２１ｈにそれぞれ位相の
異なる電圧を印加し、両電極板２０．３０を矢印Ｙ方向
に相対移動させれば、２段式静電容量結合により検出回
路４０で、両者２０゜３０の相対移動変位量を検出でき
る。

ところで、所期の検出精度を保障するには、両電極板２
０．３０の相対位置関係が正確でなければならない、す
なわち、送信電極２１．受信電極２３と結合型＆３１と
が平行に対面し、幅方向に位置づれなくかつ第２図に角
度θをもって示したヨーイング方向の傾きが許容範囲内
になければならない。

これがなめ、従来の変位検出装置は、例えば電子式ダイ
ヤルゲージ型の場合、第４図、第５図に示す如く構成と
されているのが一般的である。

図において、変位検出装置は、大別して、ダイヤルゲー
ジ型本体と、位相弁別型静電容量センサと、位置合せ機
＃Ｉ７０と平行調整機構６０とから構成されている。

ダイヤルゲージ型本体は、円環上のケース本体１にスピ
ンドル１１を摺動自在に装着した構成とされている。５
はステム、１２は測定子である。

スピンドル１１には支持体１３が設けられている。この
スピンドル１１は、バネ掛け１５に一端が係止され他端
がケース本体１に係止された図示しないバネで下方側に
付勢されている。４はショックアブソーバである。一方
、ケース本体１には複数の取付穴３が設けられている。

位相弁別型静電容量センサは、前記−力量極板２０と他
方電極板３０と検出回路４０とから形成されている。配
線処理便宜等の理由から、他方電極板３０を可動体たる
スピンドル１１（支持体１３）に取付け、−力量極板２
０を調整板７１、固定枠９を介して静止体たるケース本
体１に取付けている。

調整板７１は、ケース本体１の内周縁２に嵌込まれる固
定枠９に位置合せ機構７０で位置調整した後に止ネジ７
５で固定される構成とされている。

ここに、位置合せ機構７０は、−力量極板２０を他方電
極板３０に対してヨーイング方向の傾きが無い（前記角
度θ＝０）ようにして固定枠９（ケース本体１）に取付
けるための手段である。

具体的には、調整板７１に設けられた４個の穴７２とこ
れに対応する４本の偏心ピン７３とから形成されている
。３本の偏心ピン７３は、対応する取付穴３に緩挿され
、他の１本の偏心ピン７３は嵌挿されている。

したがって、固定枠９を基準とした場合、３本の偏心ピ
ン７３を回動調整することにより、−力量極板２０の傾
きを調整することができる。とともに、両電極板２０．
３０の幅方向相対位置も同時に調整される。調整後は止
ネジ７５を締付けて偏心ピン７３の自由回動を阻止しつ
つ固定枠９に固定する。必要に応じて偏心ピン７３をケ
ース本体１に接着する。

このために、−力量極板２０と固定枠９１１１に設けら
れた電源（図示省略）、検出回路４０等の電気的接続は
、フレキシブルプリント配線２２．２４によって行なう
構成とされている。

なお、固定枠９の円弧状フレキシブルプリント配線１９
は、第５図に示す如く、ケース本体１に被嵌される外枠
６をケース本＃：１に回動可能とするためのものである
。

したがって、外枠６に取付けられた表示手段７を目視便
宜な方向に向き変更可能である０表示手段７には、フレ
キシブルプリント配線１９を介して検出回路４０より測
定値が入力される。測定値は、アナログまたはデジタル
表示される。

次に、平行調整機１１１６０は、−力量極板２０に対す
る他方電極板３０の姿勢を調整して両電極板２０．３０
の対面平行度を調整確立するための手段である。４ｔな
、スピンドル１１の廻止機能を兼ねる。

この平行調整機構６０は、スピンドル１１の軸線Ｃと平
行に延るガイド溝６２を有するガイド部材６１とケース
本体１に対するガイド部材６１の姿勢調整を行うための
複数の調整ビス６３と、基端部が支持体１３に固着され
かつ先端部がガイド溝６２に嵌挿される係合部材６４と
から形成されている。なお、係合部材６４は、ガイド溝
６２内をその長手方向に円滑摺動可能に形成されている
。

したがって、調整ビス６３を適宜回動してガイド部材６
１の姿勢を変化させると、他方電極板３０がスピンドル
１１の軸線Ｃを中心としてローリング運動される。その
結果、他方電極板３０を一方電極板２０に対して平行と
することができる。

このような構成の従来変位検出装置では、支持体１３に
他方電極板３０を取付ける。ａ力量極板３０は、スピン
ドル１１の軸線Ｃを含む平面に平行に取付けられる。次
いで、本体ケース１に嵌込んだ固定枠９に対し、位置調
整機構７０を操作して一方電極板２０を微調整させ、他
方電極板３０に対する姿勢調整を行う、前記角度θを零
となるように調整する。

続いて、平行側ｍ機構６０を操作して、−左型極板２０
に対する他方電極板３０の姿勢調整を行ない両電極板２
０．３０の平行度を許容範囲内に調整する。ここに、両
電極板２０．３０の相対位置関係が所定のものに確立さ
れる。

したがって、スピンドル１１の上下移動変位量は、位相
弁別型ｒ１？電容量センサにより高精度検出され、その
値は表示手段７により目読できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の変位検出装置には、次のよう
な問題点がある。

■　平行調整機＃Ｉ６０は、設計的には、両電極板２０
．３０の平行度をほぼ完璧に調整できる６しかし、その
調整確認手段は第６図に示す如く、少なくとも２個の接
触式測定器６９．６９を他方電極板３０に当接させてメ
ータ７９で読取るものである。したがって、両側定器６
９．６９の整合性や接触圧等の関係から平行度を完璧調
整することは甚だ困難である。

しかも、両側定器６９．６９は、ケース本体１から外枠
６を取外してセットしなければならず、その分解・組立
に手数を要し作業複雑で多くの時間・労力を必要とする
。

■　一方、位置合せ機構７０の調整についても、上記■
と同様に両電極板２０．３０の相対的な傾きを零（θ＝
０）とすることは至難である。

このように、いかに構成要素を高精度加工しなとしても
、組立・調整の実務上の困難性がら、両電極板２０．３
０の平行度と傾きとを完璧調整することができない、そ
こで、これら調整は最終的検出精度に影響を与えない程
度で妥協されているのが実情である。

■　ところで、かかる妥協は、両電極板２０．３０の傾
きと検出精度、平行度と検出精度と区々して考察された
ものである。特に、平行度は、対向極面比が一定ならば
検出精度に及ぼす影響が極めて小さいとするのが一般的
であった。

しかしながら、本出願人の多数の試験・研究によると、
平行度と傾きとは微妙に相互関与し、小さな傾きでも平
行度の度合・方向によって検出精度に及ぼす影響が過大
であることが判明した。換言すれば、平行度を調整容易
かつ完璧調整することが可能であれば、傾き調整を一層
簡単化・迅速化できるということである。

この理由は、次のように考察される。

第３図（Ａ）に示す如く、傾きが無い（θ＝０）ならば
、平行度はある程度悪くとも送信電極２１と結合電極３
１および結合電極３１と受信電極２３との結合容量が一
定であるから影響はほとんど無い。

一方、多少の傾きがあっても、平行度が完全に近ければ
検出精度に及ぼす影響は軽微である。

これに対して、同（Ｂ）に示す如く、多少の傾きがあり
かつ平行度が不完全〔同（Ｂ）は結合電極３１が送信電
極２１側に接近し受信型′Ｉｆ１２３側に隔離するよう
に他方電極板３０がローリング方向に傾いた場合を示す
、〕であると、送信電極要素２１ａは結合電極３１と最
も接近する部分が欠けたことになり、送信電＠２１　（
２１ａ　〜２１　ｄ）と結合型［ｉ３１との結合容量が
減少する。

ここに、位相弁別静電容量センサでは、ユニットを形成
し、それぞれに位相ベクトルの異なる電源を印加し、複
数（８個）送信電極２１ａ〜２１ｈの合成ベクトル電気
信号の位相を弁別して送信１極２１と結合電極３１との
相対移動変位を検出するものである。

したがって、多少の傾きがあり、平行度が不完全である
と検出精度に大きな影響を与えることになる。つまり、
第３図に示すユニットＵ２（２１ａ〜２１ｈ）と結合電
ｇ！３１どの関係と、ユニットＵ１（２１ａ〜２１ｈ）
と結合電極３１との関係は変らない、しかし、ユニット
０１　（Ｕ２＞内と結合電極３１とがＹ方向に相対移動
した場合、すなわち、最小分解能を得る場合に、前記ロ
ーリング方向の傾きが生じると、送信電極２１と結合電
極３１との間に相対移動によって生ずる以外の容量変化
が生じ検出精度を不安定かつ低下させることが判った。

ここに、本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、そ
の目的は、迅速かつ容易に平行調整できるとともに的確
な平行度を確立することができる平行度合検出手段を備
えた変位検出装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、結合電極と送信電極・受信＠極との対向面積
比が変らなければ静電容量結合状態が一定であること、
すなわち検出回路での検出精度を維持できること、及び
一方電極板と他方電極板とが平行度不完全状態であると
きは、必然的に幅方向の一端側とｆｌ！１端側とでは両
電極板間の距離に差異が生じるとともに、結合電極と送
信電極・受信電極との結合容量が変ってしまうことに着
目し、受信電極を送信電極を挟む一対の受信電極要素か
ら形成し、各受信電極要素に誘起された静電容量変化に
基づく電気信号のアンバランスから平行度合を検出でき
るように形成したものである。

すなわち、送信電極および受信電極を有する一方電極板
と結合電極を有する他方電極板と受信電極に接続された
検出回路とを含み形成された位相弁別型静電容量センサ
と、一方電極板および他方電極板のいずれかに関与して
両電極板の対面平行度を調整するための平行調整機構と
を備えた変位検出装置において、 前記受信型・極を送信電極を挟み一方電極板の幅方向に
対向配設された一対の受信電極要素から形成するととも
に、前記結合電極を送信を極および両受信電極要素に対
面可能な大きさに形成し、かつ各受信電極要素に生成さ
れる電気信号を比較して両電極板の対面平行度合を検出
する平行度合検出手段を設けたことを特徴とするもので
ある。

［作用］ 上記構成による本発明では、一方電極板と他方電極板と
の対面平行度が完全でない場合、一方受信電極要素と結
合電極との空間を挟む距離と他方受信電極要素と結合電
極との空間を挟む距離とは相異する。また、一方電極板
と他方電極板とがヨーイング方向に相対的に傾くと、送
信電極と結合電極および結合電極と受信電極との結合容
量が変動する。

したがって、一方受信電極要素に誘起される電気信号と
他方受信電極要素に誘起される電気信号に差異が生じる
ので、これら信号を比較すれば、両電極板の平行度合を
検出できる。

よって、平行度合検出ｍ構で検出した平行度合が零まな
はその近傍となるように平行調整機構を操作すれば、迅
速かつ正確に平行度を調整することができる。もって、
安定かつ高精度の変位検出を保障することができる。

［実施例］ 以下、本発明に係る変位検出装置の一実施例を図面を参
照して詳細に説明する。

本変位検出装置は、ダイヤルゲージ型本体と位相弁別型
静電センサと平行調整Ｒ構６０と位置合せ機構７０とを
含み、特徴とするところは位相弁別型静電容量センサを
新規な構造とするとともに平行度合検出手段５０を設け
た構成とされている。

なお、ダイヤルゲージ型本体（ケース本体１、スピンド
ル１１等）、平行調整機′ｊｒ４６０および位置合せ機
構７０については、前出第４図、第５図に示した従来構
造と同一であるから、それらの構造説明については簡略
または省略するものとする。

さて、位相弁別型静電容量センサは、大別して一方電極
板２０、他方電極板３０および検出回路４０から構成さ
れている。

一方電極板２０は静止体たる調整板７１、固定枠９（本
体ケース１）に固定され、他方電極板３０は可動体たる
支持体１３（スピンドル１１）に固定される。また、検
出回路４０はケース本体１内に収納されている。

したがって、スピンドル１１の移動変位量は検出回路４
０で検出され、外枠６に取付けられた表示手段７で読取
ることができる。

ここに、−弁型極板２０は、中央部分に整列配設された
ユニット（８個）を形成する送信電極要素２１ａ〜２１
ｈの複数組からなる送信電極２１と、この送信電極２１
を挟み幅方向に対向配設された一対の受信電極要素２３
ａ、２３ｂからなる受信な極２３とを有する。

受信な極２３の極面積は、再受信電極要素２３ａ、２３
ｂの極面積の和であり、第２図に示した従来受信電極（
２３）の極面積と同じである。各ユニットの各送信電極
要素２１ａ〜２１ｈには、接続パターン２７からそれぞ
れ異なる位相の電源が供給される。この実施例では、接
続パターン２７は、−弁型極板２０の端末に設けた段部
２９を介して、各１２１ａ　〜２１ｈおよび２３ａ、２
３ｂの表面と面一に固着されたフレキシブルプリント配
線２２に接続されている。両側に受信電極要素２３ａ、
２３ｂを設けるためである。同様に各受信電極要素２３
ａ　（２３ｂ）は、−弁型極板２０の両端側に離設され
た接続パターン２６ａ（２６ｂ）を介してフレキシブル
プリント配線２４ａ（２４ｂ）で検出口ｒ！＠４０に接
続されている。

また、他方電極板３０には、その長手方向に結合電極３
１とアース電極３３とが交互に所定ピッチで配設されて
いる。各アース電極３３は短絡パターン３２で直列接続
されているに こに、各結合電極３１は、ユニットをなす８個の送信電
極要素２１ａ〜２１ｄを跨ぐ長さく第１図で上下方向寸
法）と同一である。また、その幅寸法は再受信電極要素
２３ａ、２３ｂに対面可能な十分な大きさである。各ア
ース電ｊｆ１３３はＳ／Ｎ比改善用で、その対向面積は
各結合電極３１のそれとほぼ同じである。各アース電極
３３は、前記短絡パターン３２を介し他方電極板３０の
周面に塗布された導電層（図示省略）と導電性接着剤３
６（第４図参照）を介してスピンドル１１にアースされ
ている。

なお、他方電極板３０は、その中心線りがスピンドル１
１の軸線Ｃと合致するようにして支持体１３に固着され
る。したがって、−弁型極板２０は、送信電極２１が中
心線りと一致するようにして調整板７１（固定枠９）に
固着されている。

次に、検出回路４０は、加算器４１、積分器４２、弁別
回路４３とから形成されている。基本的構成および作用
は、前記従来検出回路４０と変らないが、本実施例では
受信電ｆ！２３を振分は配設した一対の受信電極要素２
３ａ、２３ｂから構成しているので、加算器４１により
各受信電極要素２３ａ、２３ｂに誘起される全体電気信
号を収束統合するように形成している。したがって、受
信電極２３を２分割としても高い検出精度を保障できる
。

ここに、本発明の特徴的技術事項の一つである平行度合
検出手段５０は、−弁型極板２０と他方電極板３０との
平行度合を電気的に検出するもので、受信電極要素２４
ａ、２４ｂ間の電気信号のアンバランスから平行度合を
知る構成とされている。

すなわち、各受信電極要素２３ａ、２３ｂに接続された
一対のチャージャー５１ａ、５１ｂとこれらチャージャ
ー５１ａ、５１ｂの出力電圧を比較して両電極板２０．
３０の平行度合を求める比較回路５２と完全平行（零）
を中心として方向付けした平行度合を示す表示器５５と
から平行度合検出手段５０が形成されている０両チャー
ジャー５１ａ、５１ｂは積分回路から形成され、電気信
号を増幅して比較便宜と分解能を向上するためのもので
ある。

また、チャージャー５１ａはフレキシブルプリント配＠
２４ａを介して受信電極要素２３ａに接枕され、チャー
ジャー５１ｂはフレキシブルプリント配線２４ｂを介し
て受信電極要素２３ｂに接続さる。

この実施例では、変位検出装置自体の小型化と取扱便宜
を企図して、平行度合検出手段５０を端子５７ａ、５７
ｂを介して検出回路４０（本体ケース１）に接続分離可
能に形成している。つまり、平行度合検出手段５０は、
使用時にのみ検出回路４０を介して再受信電極要素２３
ａ、２３ｂに接続できる。もとより、本発明において平
行度合検出手段５０の設置場所は限定されるものでない
から、受信電極要素２３ａ、２３ｂに接続したままケー
ス本体１内に収納する構成としてもよい。

次に作用を説明する。

一方電極板２０は位置合せ８［７０の操作により、調整
板７１、固定枠９を介してケース本体１の所定位置に固
着されているものとする。

ここで、送信電極２１の各送信電極要素２１ａ〜２１ｈ
にそれぞれ位相のことなる電源を印加すれば、結合電極
３１を介して各受信電極要素２３ａ、２３ｂに一方電極
板２０と他方電極板３０との長手方向（Ｙ方向）相対位
置関係に基づく電気信号が誘起される。

ここに、−力量極板２０と他方電極板３０との平行度が
不完全だと、受信電極要素２３ａと２３ｂとに生成され
る電気信号の大きさがそれぞれ異なる。したがって、比
較回路５２は電気信号間の差分に応じた平行度合を求め
る。この実施例では、受信電極要素２３ａと結合電極３
１との間隔が、受信電極要素２３ｂと結合電極３１との
間隔よりも小さくなる方向（第１図で軸線りを中心とし
て他方電極板３０が時計回転方向）に他方電極板３０が
傾いた場合、表示器５５の指針５６は左回転方向に傾斜
するものと形成されている。

今、表示器５５の指針５６が左傾斜した平行度不完全状
態にとあったとする。

この場合には、平行調整機構６０を形成する各調整ビス
６３を回動操作して調整する。すなわち、第４図の状態
において、調整ビス６３を本体ケース１内に突出させる
方向に回動すると、スピンドル１１はガイド部材６１．
係合部材６４を介し反時計方向に回転される。その回転
とともに指針５６は時計方向に回動する。したがって、
指針５６が零目盛を指したところで調整ビス操作終了す
る。

ここに、両電極板２０．３０の平行度が調整し得る最良
のものとなる。指針５６が右回転方向に傾斜していた場
合には、上記と逆操作すればよい。

調整完了後、端子４７．４７を引抜く。

しかして、この実施例によれば、受信電極２３を送信電
極２１を挟み対向配設された一対の受信電極要素２３ａ
、２３ｂから形成し、各受信電極要素２３ａ、２３ｂに
誘起される電気信号を比較して両電極板２０．３０の対
面平行度合を検出する平行度合検出手段５０を設けた構
成であるから、平行調整機構６０を定量的に操作するこ
とができ、両電極板２０．３０の平行度を迅速かつ容易
に調整することができる。

また、平行度合検出手段５０は、両受信電極要素２３ａ
、２３ｂ間の電気的差異から平行度合を自動検出する構
成であるから、高精度検出ができ、また、表示器５５に
よって平行度合が目読できるので取扱が容易である。平
行度合検出手段５０は、端子５７．５７を引抜くことに
より本体から取外せるので、装置全体の小型化を維持で
きる。

さらに、平行度合検出手段５０は、−力量極板２０と検
出回路４０とを結ぐ電路に接続して電気的に検出するも
のであるから、従来の如く、外枠６、固定枠９、調整板
７１等を分解・組立したり、接触式測定器６９．６９を
位置決めセットする等の煩雑作業を一掃できる。この点
からも迅速かつ正確な平行調整を達成できる。

さらに、両電極板２０．３０の平行度を完全とすること
ができるので、両電極板２０．３０とに僅かのヨーイン
グ方向の傾き〔第３図（Ｂ）参照〕があったとしても検
出精度に悪影響を及ぼすことがない、したがって、位置
合せ機構７０の加工組立精度を過分に高級化する必要が
なく、また過分な位置合せ作業を強いられることがない
、そして、装置全体の組立が容易となりコストを低減で
きる。

さらにまた、平行度合の完璧調整が可能となるので、両
電極板２０．３０の対面距離を一段と小さくでき、検出
効率・検出精度を一層向上することが可能となる。

なお、以上の実施例では、ダイヤルゲージ型本体に位相
弁別型静電容量センサを組込んで本装置を構成したが、
その形態はそれに限定されない。

例えば、本体をノギス、直線型測定機等としてもよい、
したがって、平行調整Ｒ１Ｒ６０もガイド溝６２付のガ
イド部材６１、係合部材６４等から構成されたものに限
定されず任意に選択できる。要は、−万雷極板２０と他
方電極板３０との対面平行度を調整できるようにその一
方または他方の姿勢を変化させることができればよいか
らである。

例えば、直線型測定機の場合には、平板状静止体に取付
けられた一方電極板に対してこれと同様な平板状可動体
に取付られな他方！極板を、テーパー棒の差抜加減で調
整するような構成でもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかの通り、本発明は、受信電極を一
対の受信電極要素から形成するとともに受信電極要素間
に生ずる電気信号の相異から一方電極板と他方電極板と
の平行度合を検出する平行度合検出手段を設けた構成で
あるから、取扱容易で迅速かつ正確に両電極板の平行度
を確立することができる。これにより装置コストの低減
が図れかつ高精度で安定した変位検出を保障できる優れ
た効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の要部を示す回路図、第２
図〜第６図は従来の変位検出装置を示し、第２図は要部
の回路図、第３図は両電極板間の相対傾きの有無と極面
積変化を説明するための図で（Ａ）は傾き無しの場合、
（Ｂ）は傾き有の場合を示す、第４図は装置全体の分解
斜視図、第５図は同じく正面図、および第６図は平行度
確認作業を説明するための図である。 １・・・ケース本体、 ６・・・外枠、 １１・・・スピンドル、 ２０・・・−万雷極板、 １・・・送信電極、 １ａ〜２１ｈ・・・送信電極要素、 ３・・・受信電極、 ３ａ、２３ｂ・・・受信電極要素、 ０・・・他方電極板、 １・・・結合電極、 Ｏ・・・検出回路、 ０・・・平行度合検出手段、 ０・・・平行調整機構、 ０・・・位置合せｍ構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信電極および受信電極を有する一方電極板と結
   合電極を有する他方電極板と受信電極に接続された検出
   回路とを含み形成された位相弁別型静電容量センサと、
   一方電極板および他方電極板のいずれかに直接または間
   接的に関与して両電極板の対面平行度を調整するための
   平行調整機構とを備えた変位検出装置において、 前記受信電極を送信電極を挟み一方電極板の幅方向に対
   向配設された一対の受信電極要素から形成するとともに
   、前記結合電極を送信電極および両受信電極要素に対面
   可能な大きさに形成し、かつ各受信電極要素に誘起され
   る電気信号を比較して両電極板の対面平行度合を検出す
   る平行度合検出手段を設けたことを特徴とする変位検出
   装置。