JPH05107009A - 静電容量型測長器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スピンドルの変位と測定方形波電圧の比例定
数を正とする静電容量型測長器を得る。 【構成】 スピンドル１２が押し込まれ測長キャパシタ
Ｃ_A が変化すると、各コア電極に誘導される帰還電圧が
零となるように測定方形波電圧が変わり所定の値になる
と補正キャパシタＣ_F0〜Ｃ_F5のキャパシタンスと補正方
形波電圧の絶対値の和が１単位量減少するように補正方
形波電圧が選択される位置である切り替え点を設け、こ
の位置にスピンドル１２が達するとカウンタは１カウン
トアップし表示器は測定方形波電圧とカウンタ値を変位
量に換算した値を表示する静電容量型測長器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、変位量を静電容量の
変化量として、電気信号に変換する静電容量型測長器に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の静電容量型測長器を示す
断面図である。図において、１は円筒状の測定リング電
極、２はキャパシタンス調整用の調整ねじを設けた円筒
状の基準リング電極、３は測定キャパシタＣ_m 及び基準
キャパシタＣ_r の共通のコア電極であり、４は円筒状を
したスクリーンであり、この中心軸は前記スクリーンの
中心軸と一致していて、この中心軸に沿って移動し、押
しこまれるとこの測定キャパシタＣ_m に差し込まれるよ
うに移動し、測定キャパシタＣ_m のキャパシタンスを可
変させ、電気的に接地されている。また、測定キャパシ
タＣ_m 、基準キャパシタＣ_r は、同じ誘電体で構成され
ていて、測定キャパシタＣ_m には、基準方形波電圧Ｖ_r
が、基準キャパシタＣ_r には測定方形波電圧Ｖ_m が印加
される。この基準方形波電圧Ｖ_r と測定方形波電圧Ｖ_m
は同一周波数で、逆相の方形波電圧であり基準方形波電
圧Ｖ_r は一定の変化しない電圧で、測定方形波電圧Ｖ_m
は可変の電圧である。これは、スクリーン４が移動し、
測定キャパシタＣ_m のキャパシタンスｃ_m が変化する
と、電子装置（図示省略）により、コア電極３に誘導さ
れるＡＣ電圧が零となるように、測定方形波電圧Ｖ_m が
変化させられる。又、ｘはスクリーン４の変位を示して
いる。

【０００３】次に動作について説明する。スクリーン４
が押しこまれ、測定キャパシタＣ_mに差し込まれるよう
に移動すると、測定キャパシタＣ_m のキャパシタンスｃ
_m が変化し、電子装置（図示省略）により、コア電極３
に誘導されるＡＣ電圧が零となるように、測定方形波電
圧Ｖ_m が変化させられる。これは、「測定キャパシタＣ
_m に基準方形波電圧Ｖ_r を印加した時に、測定キャパシ
タＣ_m に発生する電流ｉ_r と、基準キャパシタＣ_r に測
定方形波電圧Ｖ_m を印加した時に基準キャパシタＣ_r に
発生する電流ｉ_m との和が零となるように、測定方形波
電圧Ｖ_m が変化させられる。」ことと同等である。

【０００４】このことにより、次の式が成り立つ。 ｃ_m Ｖ_r ＋ｃ_r Ｖ_m ＝０ Ｖ_m ＝−Ｖ_r ｃ_m ／ｃ_r ・・・・・・（１） ここで、ｃ_r は基準キャパシタＣ_r のキャパシタンスで
あり、ｃ_m は測定キャパシタＣ_m のキャパシタンスであ
る。

【０００５】（１）式において、Ｖ_m とＶ_r は位相差が
１８０度あるため、異符号となり、Ｖ_r ＝−Ｖ_r ’と表
すと、 Ｖ_m ＝Ｖ_r ’ｃ_m ／ｃ_r ・・・・・・（２） となる。Ｖ_r ’／ｃ_r は正の比例定数である。

【０００６】（２）式は、ｃ_m が増加すると、Ｖ_m が増
加し、ｃ_m が減少すると、Ｖ_m が減少することを意味し
ており、ｃ_m が減少すると、Ｖ_m が増加したり、ｃ_m が
増加すると、Ｖ_m が減少したりすることは、決してない
ことを意味している。

【０００７】スクリーン４が電極内に差し込まれる、す
なわち、図では、右に移動する時、変位ｘを正と取れ
ば、ｃ_m は次の式で表せる。 ｃ_m ＝ｃ_m0（１−ｂｘ）＝−ｂｃ_m0ｘ＋ｃ_m0 ・・・・・・（３） ここで、ｃ_m0はスクリーン４の基準位置の（ｘ＝０の時
の）ｃ_m のキャパシタンスであり、ｂは正の比例定数で
ある。

【０００８】（２）式と（３）式より、Ｖ_m は次のよう
なｘの一次式として表せる。 Ｖ_m ＝−（Ｖ_r ’ｂｃ_m0ｘ／ｃ_r ）＋Ｖ_r ’ｃ_m0／ｃ_r ）・・・・・・（４） 比例定数−Ｖ_r ’ｂｃ_m0／ｃ_r は、必ず負の値であり、
ｘが増加すると、Ｖ_mは減少し、ｘが減少すると、Ｖ_mは
増加することになる。これは図１３に示している。従っ
て、スクリーン４の変位を電極内に差し込まれる方向を
正と取ると、ｘとＶ_m の増加、減少の関係は逆となり、
ｘとＶ_m は線形の関係にはあるが、比例関係にはないた
め、Ｖ_m をｘと比例関係を保ち、かつ、比例定数が正と
なるＶ_m ’に、さらに変換する必要があり、この変換に
は精度の良い演算回路などの電子回路を必要とする。

【０００９】電子回路の付加は、コストアップにつなが
ると共に、回路の安定性、及び、温度特性を低下させる
要因となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量型測定
器は以上のように構成されているので、スクリーン４が
差し込まれる方向を正にとると、スクリーン４の変位ｘ
と測定電圧Ｖ_m は、線形の関係にはあるが、正比例の関
係にはなく、比例定数は負の値である。従って、Ｖ_m を
ｘと比例関係を保ち、かつ、比例定数が正となるＶ_m ’
に変換する精度の良い演算回路などの電子回路を必要と
する問題点があった。

【００１１】又、感度を向上させるためには電子装置に
測定感度を向上させるための処置を施さなければならな
い問題点があった。

【００１２】さらに、測定範囲中に補正できる点がない
ため、精度を向上させるためには、測定電極の円筒度、
真円度等の精度を向上させなければならないなどの問題
点があった。

【００１３】基準キャパシタを検出器内に配置しても測
定の起点の調整は、電子装置のみでしかおこなえず、測
定の起点まで一致させた互換性ある検出器となっていな
い問題点があった。

【００１４】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、スクリーンの変位ｘと測定方形
波電圧Ｖ_m は正比例し、比例定数は正とすることがで
き、電子回路が不要である静電容量型測定器を得ること
を目的とする。

【００１５】また、電子装置に測長感度を向上させるこ
となく、静電容量型測長器の感度を高く向上させること
ができることを目的とする。

【００１６】さらに、測定リング電極、測定コア電極の
円筒度、真円度等の精度の向上なしに静電容量型測長器
の測定精度のある程度の向上がはかれることを目的とす
る。

【００１７】測定の基点の調整を検出器内で行うことが
でき、測定の基点までをも一致させた互換性ある静電容
量型測長器の検出器を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この請求項１の発明に係
る静電容量型測長器は、キャパシタンス調整用の調整ね
じを設けた円筒状の補正リング電極と、補正リング電極
と中心軸が一致して固定されている円柱状の補正コア電
極と、誘電体とを有する２個以上ｎ個以下の補正キャパ
シタと、円筒状の測定リング電極と、測定リング電極及
びスピンドルと中心軸を一致して、スピンドルに絶縁部
材を介して固定され、スピンドルが押しこまれるとスピ
ンドルとともに前記中心軸に沿って、測定リング電極か
ら抜け出るように移動し、各補正コア電極と導電ばねを
介して、電気的に導通している円柱状の測定コア電極
と、補正キャパシタと同じ誘電体とを有する１個の測定
キャパシタと、キャパシタンス調整用の調整ねじを設け
た円筒状の基準リング電極と、基準リング電極と中心軸
が一致して固定され、測定コア電極、及び補正コア電極
と電気的に導通している円柱状の基準コア電極と、補正
キャパシタ、測定キャパシタと同じ誘電体とを有する１
個以上ｎ個以下の基準キャパシタと、測定リング電極に
測定範囲全体にわたり、印加される一定値の基準方形波
電圧と、補正リング電極に印加される基準方形波電圧と
同一周波数で逆相である２個以上ｎ個以下の補正方形波
電圧と、測定キャパシタのキャパシタンスを変化すると
測定コア電極、各補正コア電極、及び各基準コア電極に
誘導される帰還電圧が零となるように変化させられる基
準リング電極に印加される、基準方形波電圧と同一周波
数で同相である測定方形波電圧のすべての電圧を供給す
る電子回路と、測定コア電極が抜け出る正の方向に変位
する時は、測定方形波電圧が所定の電圧になる位置に達
すると、補正キャパシタのキャパシタンスと補正キャパ
シタに印加される補正方形波電圧の絶対値との積の和が
１単位量減少するように補正方形波電圧が選択的に補正
キャパシタに印加され、測定コア電極が入り込む負の方
向に変位する時は、測定方形波電圧が零となる位置に測
定コア電極が達すると、補正キャパシタのキャパシタン
スと補正キャパシタに印加される補正方形波電圧の絶対
値との積の和が１単位量増加するように補正方形波電圧
が選択的に各補正キャパシタに印加させるように測定範
囲をｎ個の分割区間に分割するｎ−１個の切り替え点
と、測定コア電極が抜け出る正の方向に変位する時は、
切り替え点に測定コア電極が達すると、１カウントアッ
プされ、測定コア電極が測定コア電極が入り込む負の方
向に変位する時は、各切り替え点に測定コア電極が達す
ると、１カウントダウンされるカウンタと、前記電子回
路と前記カウンタと測定方形波電圧とカウンタ値を変位
量に換算しプラスした測長値を表示する表示器を内蔵
し、上記の全動作を制御する電子装置と、前記補正キャ
パシタと前記基準キャパシタと前記測定キャパシタと前
記軸受けとを内蔵した検出器とを備えている。

【００１９】請求項２の発明に係る静電容量型測定器
は、電子装置内に、帰還電圧の過渡状態を取り除く過渡
抑制器と、前記過渡抑制器からの復調された信号が零で
ないときに前記信号が零になるまで前記信号の振幅及び
極性の関数として変化する測定ＤＣ電圧を出力する差動
積分器とを備えている。

【００２０】請求項３の発明に係る静電容量型測定器
は、測定コア電極と基準コア電極と補正コア電極のう
ち、いずれか２つ、又は全てを一体化したことを特徴と
する請求項１、２記載の静電容量型測長器である。

【００２１】請求項４の発明に係る静電容量型測長器
は、請求項１、２、３記載の静電容量型測長器におい
て、電子装置内にあった補正キャパシタ、基準キャパシ
タを検出器内に配設したことを特徴とする。

【００２２】請求項５の発明に係る静電容量型測長器
は、検出器内に、測定コア電極又は補正コア電極又は基
準コア電極に入力側を、電子装置に出力側を接続したイ
ンピーダンス変成器と、前記測定コア電極又は前記補正
コア電極又は前記基準コア電極に一方側を接続し、他方
側を接地した放電用抵抗を備えた請求項４記載の静電容
量型測長器である。

【００２３】請求項６の発明に係る静電容量型測長器は
測定リング電極、測定コア電極、補正リング電極、補正
コア電極、基準リング電極、基準コア電極の材質を同一
としたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５記載
の静電容量型測長器である。

【００２４】請求項７の発明に係わる静電容量型測長器
はスピンドルの軸受けにボールリテーナを用いたことを
特徴とする請求項１、２、３、４、５、６記載の静電容
量型測長器である。

【００２５】

【作用】この請求項１〜請求項７の発明における静電容
量型測長器は、各分割区間では、基準方形波電圧の印加
されている測定リング電極と基準方形波電圧と逆相の補
正方形波電圧の印加されている補正リング電極と基準方
形波電圧と同相の測定方形波電圧の印加されている基準
リング電極により、各キャパシタのコア電極（各キャパ
シタのコア電極は電気的に導通している。）に誘導され
る帰還電圧が零となるように測定方形波電圧が変化させ
られ、更に、測定始点、又は各切り替え点で測定方形波
電圧が零となるように補正キャパシタのキャパシタン
ス、又は補正方形波電圧が調整されていることにより、
各分割区間で、測定始点、又は各切り替え点からの測定
コア電極の端末部の変位と測定方形波電圧が正比例の関
係をたもち、かつ、電極間の誘電体の誘電率の変動の影
響は受けない。また、基準キャパシタのキャパシタンス
を調整にすることにより比例定数を変化できる。

【００２６】各分割区間では所定の補正キャパシタに所
定の補正方形波電圧が、所定の基準キャパシタに測定方
形波電圧が選択的に印加される。補正キャパシタのキャ
パシタンス、又は補正方形波電圧は所定の切り替え点で
測定コア電極の端末部の変位寸法と正確に対応するよう
に調整されていて測定始点及び切り替え点では測定方形
波電圧は零となる。

【００２７】測定コア電極の端末部の正の方向に変位す
るときは、測定方形波電圧が所定の電圧となると、（各
切り替え点に測定コア電極の端末部が達すると）、補正
キャパシタのキャパシタンスと補正方形波電圧の絶対値
との積の和が１単位量η減少するように補正キャパシタ
及び補正方形波電圧が選択され、補正キャパシタに補正
方形波電圧が選択的に印加される。負の方向荷変位する
ときは、測定方形波電圧が零となると（各切り替え点に
測定コア電極の端末部が達すると）、補正キャパシタの
キャパシタンスと補正方形波電圧の絶対値との積の和が
１単位量η増加するように補正キャパシタ及び補正方形
波電圧が選択され、補正キャパシタに補正方形波電圧が
選択的に印加される。なお、この１単位量ηは切り替え
点から次の切り替え点までの測定コア電極の端末部正の
変位に対応する測定キャパシタのキャパシタンスの変化
量と、基準方形波電圧の絶対値との積に等しい値であ
り、一定値である。

【００２８】測定コア電極の端末部が正の方向に変位す
るときは、測定方形波電圧が所定の電圧となると、（各
切り替え点に測定コア電極の端末部が達すると）、カウ
ンタが１カウント、カウントアップされ、今までのカウ
ント値に１カウント加算され、測定方形波電圧は零とな
る。そしてこの切り替え点から次の切り替え点まで測定
器はカウント値と測定方形波電圧値を変位量に変換し、
プラスした値を表示器に表示する。全測定範囲にわたり
測定始点からの変位量と表示器の表示値は比例関係を保
つ。

【００２９】測定コア電極の端末部が負の方向に変位す
るときは、測定方形波電圧が零となると、（各切り替え
点に測定コア電極の端末部が達すると）、カウンタが１
カウンタ、カウントダウンされ、今までのカウント値に
１カウント減算され、測定方形波電圧は正の方向に変位
したときと同一の所定の電圧となる。そしてこの切り替
え点から次の切り替え点まで測長器はカウント値と測定
方形波電圧値を変位量に変換し、プラスした値を表示器
に表示し、測定コア電極の端末部の同一位置では、測定
コア電極の端末部が正の方向に変位したときと同じ表示
値を表示する。なお、カウント値は測定始点では零であ
る。

【００３０】請求項２の発明における静電容量型測定器
は、帰還電圧の過渡状態のない信号が復調器に入力さ
れ、差動積分器に入力される。復調された信号が零と異
なると、差動積分器の出力ＤＣ電圧は、復調された電圧
の振幅及び極性の関数として差動積分器への入力が零に
達するまで変化する。

【００３１】請求項３の発明における静電容量型測長器
は、各コア電極間の接続手段を不要としている。

【００３２】請求項４の発明における静電容量型測長器
は、検出器全体を移動することなく、検出側で零点調整
ができる。

【００３３】請求項５の発明における静電容量型測長器
は、インピーダンスを小さくすることができ、シールド
を簡略化できる。

【００３４】請求項６の発明における静電容量型測長器
は、各キャパシタの熱膨張が同一となり、温度変化によ
るキャパシタンスのアンバランスをなくす。

【００３５】請求項７の発明における静電容量型測長器
は、スピンドルと軸受けとのがたがなく、その悪影響を
除去している。

【００３６】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図に付いて説明
する。図１において、Ｆ₀ 〜Ｆ₅はキャパシタンス調整
用の調整ねじを設けた円筒状の補正リング電極であり、
Ｇ₀ 〜Ｇ₃ は補正リング電極と中心軸が一致して固定さ
れている円柱状の補正コア電極であり、Ｃ_F0〜Ｃ_F5は補
正リング電極Ｆ₀ 〜Ｆ₅ と補正コア電極Ｇ₀ 〜Ｇ₃と誘
導体Ｊとから構成されている補正キャパシタであり、補
正キャパシタ、Ｃ_F0、Ｃ_F1、Ｃ_F2、Ｃ_F3、Ｃ_F4、Ｃ_F5の
キャパシタンスはそれぞれ、ｃ_F0、ｃ_F1、ｃ_F2、ｃ_F3、
ｃ_F4、ｃ_F5であり、ｃ_F1、ｃ_F3、ｃ_F5は、ほぼ等しい。

【００３７】Ａは円筒状の測定リング電極であり、Ｂは
測定リング電極Ａ及びスピンドル１２と中心軸が一致し
て、スピンドル１２に絶縁部材１４を介して固定され、
スピンドル１２が押しこまれるとスピンドル１２ととも
に前記中心軸に沿って、測定リング電極Ａから抜け出す
ように移動し、各補正コア電極Ｇ₁〜Ｇ₃ と導電ばね１
５を介して、電気的に導通している円柱状の測定コア電
極であり、Ｃ_A は測定リング電極Ａと測定コア電極Ｂと
補正キャパシタＣ_F0〜Ｃ_F5と同じ誘電体（空気）Ｊとか
ら構成されている測定キャパシタであり、測定キャパシ
タＣ_A のキャパシタンスｃ_A は可変である。

【００３８】Ｈ₁ 〜Ｈ₂ はキャパシタンス調整用の調整
ねじを設けた円筒状の基準リング電極であり、Ｉは基準
リング電極Ｈ₁ 〜Ｈ₂ と中心軸が一致して固定され、補
正コア電極Ｇ₀ 〜Ｇ₃ と電気的に導通している円柱状の
基準コア電極であり、Ｃ_H1〜Ｃ_H2は基準リング電極Ｈ₁
〜Ｈ₂ と基準コア電極Ｉと補正キャパシタＣ_F0〜Ｃ_F5、
測定キャパシタＣ_A と同じ誘電体（空気）Ｊとから構成
されている基準キャパシタであり、可変である。

【００３９】Ｄはカウンタであり、測定コア電極Ｂの先
端が正の方向に変位する時は、測定方形波電圧Ｅ₃ が所
定電圧になると（切り替え点に測定コア電極Ｂの先端が
達すると）、１カウントアップされ、測定コア電極Ｂの
先端が負方向に変位する時は、測定方形波電圧Ｅ₃ が零
になると（各切り替え点に測定コア電極Ｂの先端が達す
ると）、１カウントダウンされる。又、Ｍは測定方形波
電圧とカウンタ値を変位量に換算しプラスした測長値を
表示する表示器である。

【００４０】Ｅ₁ は測定リング電極に測定範囲全体にわ
たり、印加される一定値の基準方形波電圧であり、Ｅ₂₀
〜Ｅ₂₃は補正リング電極Ｆ₀ 〜Ｆ₅ に印加され、基準方
形波電圧Ｅ₁ と同一周波数、逆相である補正方形波電圧
であり、補正方形波電圧Ｅ₂₀はＦ₀ に、補正方形波電圧
Ｅ₂₁はＦ₁ 、Ｆ₂ に、補正方形波電圧Ｅ₂₂はＦ₃ 、Ｆ₄
に、補正方形波電圧Ｅ₂₃はＦ₅ に印加される。又、Ｅ₃
は基準リング電極Ｈ₁〜Ｈ₂ に印加されている測定方形
波電圧であり、基準方形波電圧Ｅ₁ と補正方形波電圧Ｅ
₂₀〜Ｅ₂₃とにより各キャパシタのコア電極に誘導される
帰還電圧Ｅ_m が零となるように変化させられ、基準方形
波電圧Ｅ₁ と同一周波数で同相の方形波電圧である。こ
れらの全電圧は電子装置Ｌ内の電子回路Ｋにより供給さ
れる。

【００４１】なお、１６ｃ_F1Ｅ₂₁＝４ｃ_F3Ｅ₂₂＝ｃ_F5Ｅ
₂₃となるように補正キャパシタ、又は補正方形波電圧の
いずれか一方、又は補正キャパシタとの両方が正確に調
整されていて、さらに、２ｃ_F1＝ｃ_F2、２ｃ_F3＝ｃ_F4と
なるように正確に調整されている。また、Ｅ₂₀＝νＥ₂₁
であり、νは正の定数である。

【００４２】これらの測定範囲中には３１個の切り替え
点が設けられ、３２個の分割区間に分割される。測定コ
ア電極Ｂの先端が正の方向に変位する時は、測定方形波
電圧Ｅ₃ が所定の電圧になると補正キャパシタＣ_F0〜Ｃ
_F5のキャパシタンスｃ_F0〜ｃ_F5と補正キャパシタＣ_F0〜
Ｃ_F5に印加される補正方形波電圧Ｅ₂₀〜Ｅ₂₃の絶対値と
の積の和が１単位量減少するように補正方形波電圧Ｅ₂₀
〜Ｅ₂₃が選択的に補正キャパシタＣ_F0〜Ｃ_F5に印加さ
れ、測定コア電極Ｂの先端が入り込む負の方向に変位す
る時は、測定方形波電圧Ｅ₃ が零となる位置に測定コア
電極Ｂの先端が達すると、補正キャパシタＣ_F0〜Ｃ_F5の
キャパシタンスｃ_F0〜ｃ_F5と補正キャパシタＣ_F0〜Ｃ_F5
に印加される補正方形波電圧Ｅ₂₀〜Ｅ₂₃の絶対値との積
の和が１単位量増加するように補正方形波電圧Ｅ₂₀〜Ｅ
₂₃が選択的に各補正キャパシタＣ_F0〜Ｃ_F5に印加され
る。前記補正キャパシタと前記基準キャパシタと前記電
子回路Ｋと前記カウンタＤと前記表示器は全動作を制御
する電子装置Ｌに内蔵され、前記測定キャパシタと前記
軸受けとは検出器Ｎに内蔵されている。

【００４３】次に動作について説明する。測定コア電極
Ｂの先端の先端が測定始点ｑ₀ より第一の切り替え点ｑ
₁ まで変位するときの測定は測定リング電極Ａに基準方
形波電圧Ｅ₁ が印加され、補正リング電圧Ｆ₀ に補正方
形波電圧Ｅ₂₀が、補正リング電極Ｆ₁ 、Ｆ₂ に補正方形
波電圧Ｅ₂₁が印加され、補正リング電極Ｆ₃ 、Ｆ₄ に補
正方形波電圧Ｅ₂₂が印加され、さらに、基準リング電極
Ｈ₁ には基準方形波電圧Ｅ₁ と同一周波数で同相の測定
方形波電圧Ｅ₃ が印加される。測定方形波電圧Ｅ₃ の印
加されていない基準リング電極は電気的に接地される。

【００４４】スピンドル１２が移動し、スピンドル１２
と一体的に取り付けられた測定コア電極Ｂの先端の先端
が測定始点ｑ₀ より移動すると、測定キャパシタＣ_A の
キャパシタンスｃ_A が変化する。このとき電子装置Ｌ
が、コア電極（測定コア電極Ｂ、補正コア電極Ｇ₁ 〜Ｇ
₃ 、基準コア電極Ｉ）に誘導されるＡＣ電圧が零となる
ように、測定方形波電圧Ｅ₃ が変化させられる。即ち、
測定キャパシタＣ_Aに流れる電流をｉ_A とし、補正キャ
パシタＣ_F0、Ｃ_F1、Ｃ_F2、Ｃ_F3、Ｃ_F4、Ｃ_F5に流れる電
流をｉ_F0、ｉ_F1、ｉ_F2、ｉ_F3、ｉ_F4、ｉ_F5とし、基準キ
ャパシタＣ_H1に流れる電流をｉ_H1とすれば、次式が満足
させられるように、測定方形波電圧Ｅ₃ は変化させられ
る。

【００４５】

【数１】

【００４６】（５）式は次のように表せる。 ｃ_A Ｅ₁ ＋ｃ_F0Ｅ₂₀＋３ｃ_F1Ｅ₂₁＋３ｃ_F3Ｅ₂₂＋ｃ_F5Ｅ₂₃＋ｃ_H1Ｅ₃ ＝０ すなわち ｃ_A Ｅ₁ ＋（νｃ_F0＋３１ｃ_F1）Ｅ₂₁＋ｃ_H1Ｅ₃ ＝０ 従って、測定方形波電圧Ｅ₃ は、次のようになる。 Ｅ₃ ＝−｛ｃ_A Ｅ₁ ＋（νｃ_F0＋３１ｃ_F1）Ｅ₂₁｝／ｃ_H1・・・・・・（６） Ｅ₃ とＥ₁ は同相の方形波電圧で、Ｅ₃ とＥ₂₁は逆相の
方形波電圧であるのでＥ₂₁’＝−Ｅ₂₁とを置き換えて、
（６）式を書き換えると、Ｅ₃ は次のようになる。 Ｅ₃ ＝｛（νｃ_F0＋３１ｃ_F1）Ｅ₂₁’−ｃ_A Ｅ₁ ｝／ｃ_H1・・・・・・（７）

【００４７】スピンドル１２が、検出器Ｍ内に押し込ま
れる方向（測定コア電極Ｂの先端が測定リング電極Ｃ_A
から抜け出る方向）を、正として変位ｘ₁ を表し、ｘ₁
＝０のＣ_A のキャパシタンスをｃ₀ とすると、ｃ_A は、
次式で表すことができる。 ｃ_A ＝ｃ₀ −εａ₁ ｘ₁ ・・・・・・（８） ここで、ａ₁ は測定始点ｑ₀ と切り替え点ｑ₁ の間でキ
ャパシタを形成する測定リング電極Ａと測定コア電極Ｂ
の幾何学的寸法に寄って定まる正の一定値であり、εは
測定リング電極Ｃ_A と測定コア電極Ｂの間の誘電体の誘
電率である。

【００４８】（７）式に（８）式を代入すると、 Ｅ₃ ＝（Ｅ₁ εａ₁ ｘ₁ ／ｃ_H1）＋ ｛（νｃ_F0＋３１ｃ_F1）Ｅ₂₁’−ｃ₀ Ｅ₁ ｝／ｃ_H1・・・・・・（９） とあらわせ、 α₁ ＝Ｅ₁ εａ₁ ／ｃ_H1、 β₁ ＝｛（νｃ_F0＋３１ｃ_F1）Ｅ₂₁’−ｃ₀ Ｅ₁ ｝／ｃ_H1 ・・・・・・（１０） とおくと、（９）式は次のように変形される。 Ｅ₃ ＝α₁ ｘ₁ ＋β₁ ・・・・・・（１１） （νｃ_F0＋３１ｃ_F1）｜Ｅ₂₁｜＝ｃ₀ ｜Ｅ₁ ｜即ち（ν
ｃ_F0＋３１ｃ_F1）Ｅ₂₁’＝ｃ₀ Ｅ₁となるようにあらか
じめ調整されているのでβ₁ ＝０となり、α₁ は基準値
α₀と等しくなるように基準キャパシタＣ_H1のキャパシ
タンスｃ_H1の調整により、あらかじめ調整されているの
でＥ₃ は次式で表すことができる。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₁ ＝Ｅ₁ εａ₁ ｘ₁ ／ｃ_H1 ・・・・・・（１２） 比例定数α₀ は正の値であるので、Ｅ₃ とｘ₁ の関係
は、次のようにいい表すことができる。ｘ₁ が増加する
と、Ｅ₃ はｘ₁ に正比例して増加し、ｘ₁ が減少する
と、Ｅ₃ はｘ₁ に正比例して減少する。またｘ₁ ＝０の
とき、Ｅ₃ ＝０となる。

【００４９】Ｅ₃ は電子装置Ｌ（図示省略）によりγ倍
（１／α₀ 倍）され測長値に換算される。そして測長器
は表示値γＥ₃ 即ち、「ｘ₁ 」を表示する。

【００５０】（９）式において、Ｅ₃ はε／ｃ_H1、ｃ₀
／ｃ_H1、ｃ_F0／ｃ_H1、ｃ_F1／ｃ_H1、と言う比で構成され
ているので、Ｃ_A 、Ｃ_F0、Ｃ_F1、Ｃ_F2、・・・・・・Ｃ_F5、Ｃ
_H1が同一誘電率で構成されていれば、誘電率の影響は全
く受けない。

【００５１】（νｃ_F0＋３１ｃ_F1）｜Ｅ₂₁｜≠ｃ₀ ｜Ｅ
₁ ｜のときは、β₁ は零でない定数となり、Ｅ₃ は、β
₁ 増加し、長さ表示値は見かけ上、ｘ₁ ＝０の点がγβ
₁ 、即ちβ₁ ／α₀ だけマイナス側に移動する。

【００５２】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₁ に
達すると（Ｅ₃ があらかじめ電子装置Ｌ（図示省略）に
記憶保持された所定の電圧に達すると）、電子装置Ｌに
内蔵されたカウンタＤ（図示省略）が１カウント、カウ
ントアップされる。カウンタＤのカウント値は電子装置
Ｌ（図示省略）によりδ倍され、測長値に換算されて、
測長器は表示値「δ」を表示する。

【００５３】これと同時に、一単位量η減少するよう
に、補正方形波電圧Ｅ₂₁の印加が、第一の補正リング電
極Ｆ₁ から解除され、補正方形波電圧Ｅ₂₀は補正リング
電極Ｆ₀ に、補正方形波電圧Ｅ₂₁は補正リング電極Ｆ₂
に、補正方形波電圧Ｅ₂₂は補正リング電極Ｆ₃ 、Ｆ₄
に、補正方形波電圧Ｅ₂₂は補正リング電極Ｆ₅ に印加さ
れた状態となる。測定方形波電圧Ｅ₃ は、第一の基準リ
ング電極Ｈ₁ に、基準方形波電圧Ｅ₁ は、測定方形波電
圧Ａに印加されたまま保たれる。補正方形波電圧Ｅ₂ ま
たは測定方形波電圧Ｅ₃ の印加されていない補正リング
電極及び基準リング電極は電気的に接地される。

【００５４】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₁ よ
り切り替え点ｑ₂ に向かって移動すると、測定始点ｑ₀
〜切り替え点ｑ₁ のときと同様に、測定キャパシタＣ_A
のキャパシタンスｃ_A が変化する。このとき、電子装置
Ｌが働き、コア電極（測定コア電極、補正コア電極、及
び基準コア電極）に誘導されるＡＣ電圧が零となるよう
に、Ｅ₃ が変化させられる。即ち、次式が満足させられ
るようにＥ₃ が変化させられる。

【００５５】

【数２】

【００５６】そして（１３）式は、次のように表せる。 ｃ_A Ｅ₁ ＋ｃ_F0Ｅ₂₀＋２ｃ_F1Ｅ₂₁＋３ｃ_F3Ｅ₂₂＋ｃ_F5Ｅ₂₃＋ｃ_H1Ｅ₃ ＝０ 従ってＥ₃ は、次式のようになる。 Ｅ₃ ＝−｛ｃ_A Ｅ₁ ＋（νｃ_F0＋３０ｃ_F1）Ｅ₂₁｝／ｃ_H1・・・・・・（１４） 測定始点ｑ₀ 〜切り替え点ｑ₁ ときと同様に、Ｅ₂₁’＝
−Ｅ₂₁と置き換えて、（１４）式を書き換えると、Ｅ₃
は次のようになる。 Ｅ₃ ＝｛（νｃ_F0＋３０ｃ_F1）Ｅ₂₁’−ｃ_A Ｅ₁ ｝／ｃ_H1・・・・・・（１５）

【００５７】切り替え点ｑ₁ からの測定コア電極Ｂの先
端の変位をｘ₂ とし、変位ｘ₂ の正の方向を、測定始点
ｑ₀ 〜切り替え点ｑ₁ と同じ方向（測定コア電極Ｂの先
端が測定リング電極から抜け出る方向）とし、切り替え
点ｑ₁ （ｘ₂ ＝０の点）の測定キャパシタＣ_A のキャパ
シタンスｃ₁ とすると、測定始点ｑ₀ 〜切り替え点ｑ₁
と同様、ｃ_A は次式であらわす事ができる。 ｃ_A ＝ｃ₁ −εａ₂ ｘ₂ ・・・・・・（１６） ここで、ａ₂ は切り替え点ｑ₁ とｑ₂ の間で、キャパシ
タを形成する測定リング電極Ａと測定コア電極Ｂの幾何
学的寸法によってさだまる正の値であるが、測定リング
電極、測定コア電極のキャパシタを形成する部分の幾何
学的寸法は測定始点ｑ₀ 〜切り替え点ｑ₁ と同一となる
ように作られているのでａ₂ ＝ａ₁ となり（１６）式は ｃ_A ＝ｃ₁ −εａ₁ ｘ₂ ・・・・・・（１７） と表せる。

【００５８】（１５）式に、（１７）式を代入し、測定
始点ｑ₀ 〜切り替え点ｑ₁ と同様に α₀ ＝Ｅ₁ εａ₁ ／ｃ_H1、 β₂ ＝｛（νｃ_F0＋３０ｃ_F1）Ｅ₂₁’−ｃ₁ Ｅ₁ ｝／ｃ_H1・・・・・・（１８） とおくと（１５）式は次のようになる。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₂ ＋β₂ ・・・・・・（１９） （νｃ_F0＋３０ｃ_F1）｜Ｅ₂₁｜＝ｃ₁ ｜Ｅ₁ ｜、即ち
（νｃ_F0＋３０ｃ_F1）Ｅ₂₁’＝ｃ₁ Ｅ₁ となるようにあ
らかじめ調整されているので、β₂ ＝０となり、Ｅ₃ は
測定始点ｑ₀ 〜切り替え点ｑ₁ と同様な次式で表すこと
ができる。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₂ ＝Ｅ₁ εａ₁ ｘ₂ ／ｃ_H1 ・・・・・・（２０） そして、測長器は、表示値γＥ₃ ＋δ、即ち「ｘ₂ ＋
δ」と表示する。

【００５９】測定始点ｑ₀ 〜切り替え点ｑ₁ と同様、Ｅ
₃ はε／ｃ_H1、ｃ₁ ／ｃ_H1、ｃ_F0／ｃ_H1、ｃ_F1／ｃ_H1と
いう比で構成されているので、Ｃ_A 、Ｃ_F0、Ｃ_F2、
Ｃ_F3、Ｃ_F4、Ｃ_F5、Ｃ_H1が同一誘電体で構成されていれ
ば、誘電率の影響は全く受けない。

【００６０】測定コア電極Ｂの先端の先端が切り替え点
ｑ₂ に達すると（Ｅ₃ があらかじめ電子装置Ｌ（図示省
略）に記憶保持された所定の電圧に達すると）、電子装
置Ｌに内蔵されたカウンタＤ（図示省略）がさらに１カ
ウント、カウントアップされ、測長器は表示値「２δ」
を表示する。

【００６１】これと同時に、一単位量η減少するよう
に、補正方形波電圧Ｅ₂₁は補正リング電極Ｆ₂ からＦ₁
に切り替えて印加される。補正方形波電圧Ｅ₂₀は補正リ
ング電極Ｆ₀ に、補正方形波電圧Ｅ₂₁は補正リング電極
Ｆ₁ に、補正方形波電圧Ｅ₂₂は補正リング電極Ｆ₃ 、Ｆ
₄ に、補正方形波電圧Ｅ₂₃は補正リング電極Ｆ₅ に印加
された状態となる。測定方形波電圧Ｅ₃ は、基準リング
電極Ｈ₁ に、基準方形波電圧Ｅ₁ は測定リング電極Ａに
印加されたまま保たれる。補正方形波電圧Ｅ₂ または測
定方形波電圧Ｅ₃ の印加されていない補正リング電極、
及び基準リング電極は電気的に接地される。

【００６２】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₂ よ
り切り替え点ｑ₃ に向かって移動すると、切り替え点ｑ
₁ 〜切り替え点ｑ₂ のときと同様に、測定キャパシタＣ
_A のキャパシタンスｃ_A が変化する。このとき、電子装
置Ｌが働き、コア電極（測定コア電極、補正コア電極、
及び基準コア電極）に誘導されるＡＣ電圧が零となるよ
うに、Ｅ₃ が変化させられる。そして、切り替え点ｑ₂
からの変位をｘ₃ と表し、変位ｘ₃ の方向を切り替え点
ｑ₀ 〜ｑ₁ と同じ方向とすると、切り替え点ｑ₁ 〜ｑ₂
と同様にして測定方形波電圧Ｅ₃ は次式で表される。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₃ ＝Ｅ₁ εａ₁ｘ₃ ／ｃ_H1 そして、測長器は表示値γＥ₃ ＋２δ即ち「ｘ₂ ＋２
δ」を表示する。

【００６３】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₃ に
達すると（Ｅ₃ があらかじめ電子装置Ｌ（図示省略）に
記憶保持された所定の電圧に達すると）、電子装置Ｌに
内蔵されたカウンタＤ（図示省略）がさらに１カウン
ト、カウントアップされ、測長器は表示値「３δ」を表
示する。

【００６４】これと同時に、一単位量η減少するよう
に、補正方形波電圧Ｅ₂₁は補正リング電極Ｆ₁ から解除
される。そして、補正方形波電圧Ｅ₂₀は補正リング電極
Ｆ₀ に、補正方形波電圧Ｅ₂₂は補正リング電極Ｆ₃ 、Ｆ
₄ に、補正方形波電圧Ｅ₂₃は補正リング電極Ｆ₅ に印加
された状態となる。測定方形波電圧Ｅ₃ は、基準リング
電極Ｈ₁ に、基準方形波電圧Ｅ₁ は測定リング電極Ａに
印加されたまま保たれる。補正方形波電圧Ｅ₂ または測
定方形波電圧Ｅ₃ の印加されていない補正リング電極、
及び基準リング電極は電気的に接地される。

【００６５】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₃ よ
り切り替え点ｑ₄ に向かって移動すると、切り替え点ｑ
₁ 〜切り替え点ｑ₂ のときと同様に、測定キャパシタＣ
_A のキャパシタンスｃ_A が変化する。このとき、電子装
置Ｌが働き、コア電極（測定コア電極、補正コア電極、
及び基準コア電極）に誘導されるＡＣ電圧が零となるよ
うに、Ｅ₃ が変化させられる。そして、切り替え点ｑ₃
からの変位をｘ₄ と表し、変位ｘ₄ の方向を切り替え点
ｑ₀ 〜ｑ₁ と同じ方向とすると、切り替え点ｑ₁ 〜ｑ₂
と同様にして測定方形波電圧Ｅ₃ は次式で表される。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₄ ＝Ｅ₁ εａ₁ｘ₄ ／ｃ_H1 そして、測長器は表示値γＥ₃ ＋３δ即ち「ｘ₄ ＋３
δ」を表示する。

【００６６】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₄ に
達すると（Ｅ₃ があらかじめ電子装置Ｌ（図示省略）に
記憶保持された所定の電圧に達すると）、電子装置Ｌに
内蔵されたカウンタ（図示省略）がさらに１カウント、
カウントアップされ、測長器は表示値「４δ」を表示す
る。

【００６７】これと同時に、１単位量η減少するよう
に、補正方形波電圧Ｅ₂₁が補正リング電極Ｆ₁ 、Ｆ₂ に
印加され、補正方形波電圧Ｅ₂₂の印加が補正リング電極
Ｆ₃ から解除される。そして、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補
正リング電極Ｆ₀ に、補正方形波電圧Ｅ₂₁が補正リング
電極Ｆ₁ 、Ｆ₂ に、補正方形波電圧Ｅ₂₂が補正リング電
極Ｆ₄ に、補正方形波電圧Ｅ₂₃が補正リング電極Ｆ₅ に
印加された状態となる。測定方形波電圧Ｅ₃ は、基準リ
ング電極Ｈ₁ に、基準方形波電圧Ｅ₁ は測定リング電極
Ａに印加されたまま保たれる。補正方形波電圧Ｅ₂ また
は測定方形波電圧Ｅ₃ の印加されていない補正リング電
極、及び基準リング電極は電気的に接地される。

【００６８】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₄ よ
り切り替え点ｑ₅ に向かって移動すると、切り替え点ｑ
₁ 〜切り替え点ｑ₂ のときと同様に、測定キャパシタＣ
_A のキャパシタンスｃ_A が変化する。このとき、電子装
置Ｌが働き、コア電極（測定コア電極、補正コア電極、
及び基準コア電極）に誘導されるＡＣ電圧が零となるよ
うに、Ｅ₃ が変化させられる。そして、切り替え点ｑ₄
からの変位をｘ₅ と表し、変位ｘ₅ の方向を切り替え点
ｑ₀ 〜ｑ₁ と同じ方向とすると、切り替え点ｑ₁ 〜ｑ₂
と同様にして測定方形波電圧Ｅ₃ は次式で表される。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₅ ＝Ｅ₁ εａ₁ｘ₅ ／ｃ_H1 そして、測長器は表示値γＥ₃ ＋４δ即ち「ｘ₅ ＋４
δ」を表示する。

【００６９】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₅ に
達すると（Ｅ₃ があらかじめ電子装置Ｌ（図示省略）に
記憶保持された所定の電圧に達すると）、電子装置Ｌに
内蔵されたカウンタＤ（図示省略）がさらに１カウン
ト、カウントアップされ、測長器は表示値「５δ」を表
示する。

【００７０】これと同時に、１単位量η減少するよう
に、補正方形波電圧Ｅ₂₁の印加が補正リング電極Ｆ₁ か
ら解除される。そして、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正リン
グ電極Ｆ₀ に、補正方形波電圧Ｅ₂₁が補正リング電極Ｆ
₂ に、補正方形波電圧Ｅ₂₂が補正リング電極Ｆ₄ に、補
正方形波電圧Ｅ₂₃が補正リング電極Ｆ₅ に印加された状
態となる。測定方形波電圧Ｅ₃は、基準リング電極Ｈ₁
に、基準方形波電圧Ｅ₁は測定リング電極Ａに印加され
たまま保たれる。補正方形波電圧Ｅ₂ または測定方形波
電圧Ｅ₃ の印加されていない補正リング電極、及び基準
リング電極は電気的に接地される。

【００７１】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₅ よ
り切り替え点ｑ₆ に向かって移動すると、切り替え点ｑ
₁ 〜切り替え点ｑ₂ のときと同様に、測定キャパシタＣ
_A のキャパシタンスｃ_A が変化する。このとき、電子装
置Ｌが働き、コア電極（測定コア電極、補正コア電極、
及び基準コア電極）に誘導されるＡＣ電圧が零となるよ
うに、Ｅ₃ が変化させられる。そして、切り替え点ｑ₅
からの変位をｘ₆ と表し、変位ｘ₆ の方向を切り替え点
ｑ₀ 〜ｑ₁ と同じ方向とすると、切り替え点ｑ₁ 〜ｑ₂
と同様にして測定方形波電圧Ｅ₃ は次式で表される。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₆ ＝Ｅ₁ εａ₁ｘ₆ ／ｃ_H1 そして、測長器は表示値γＥ₃ ＋５δ即ち「ｘ₆ ＋５
δ」を表示する。

【００７２】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₆ に
達すると（Ｅ₃ があらかじめ電子装置Ｌ（図示省略）に
記憶保持された所定の電圧に達すると）、電子装置Ｌに
内蔵されたカウンタ（図示省略）がさらに１カウント、
カウントアップされ、測定器は表示値「６δ」を表示す
る。

【００７３】これと同時に、１単位量η減少するよう
に、補正方形波電圧Ｅ₂₁が補正リング電極Ｆ₂ からＦ₁
に切り替わって、印加される。そして、補正方形波電圧
Ｅ₂₀が補正リング電極Ｆ₀ に、補正方形波電圧Ｅ₂₁が補
正リング電極Ｆ₁ に、補正方形波電圧Ｅ₂₂が補正リング
電極Ｆ₄ に、補正方形波電圧Ｅ₂₃が補正リング電極Ｆ₅
に印加された状態となる。測定方形波電圧Ｅ₃ は、基準
リング電極Ｈ₁ に、基準方形波電圧Ｅ₁ は測定リング電
極Ａに印加されたまま保たれる。補正方形波電圧Ｅ₂ ま
たは測定方形波電圧Ｅ₃ の印加されていない補正リング
電極、及び基準リング電極Ｈ₁ は電気的に接地される。

【００７４】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₆ よ
り切り替え点ｑ₇ に向かって移動すると、切り替え点ｑ
₁ 〜切り替え点ｑ₂ のときと同様に、測定キャパシタＣ
_A のキャパシタンスｃ_A が変化する。このとき、電子装
置Ｌが働き、コア電極（測定コア電極、補正コア電極、
及び基準コア電極）に誘導されるＡＣ電圧が零となるよ
うに、Ｅ₃ が変化させられる。そして、切り替え点ｑ₆
からの変位をｘ₇ と表し、変位ｘ₇ の方向を切り替え点
ｑ₀ 〜ｑ₁ と同じ方向とすると、切り替え点ｑ₁ 〜ｑ₂
と同様にして測定方形波電圧Ｅ₃ は次式で表される。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₇ ＝Ｅ₁ εａ₁ｘ₇ ／ｃ_H1 そして、測長器は表示値γＥ₃ ＋６δ即ち「ｘ₇ ＋６
δ」を表示する。

【００７５】以後切り替え点ｑ₇ 〜ｑ₁₆直前までは、切
り替え点に達するたびに１単位量η減少するように、補
正方形波電圧と補正キャパシタが選択され、補正方形波
電圧が補正キャパシタに選択的に印加され、ｑ₆ 〜ｑ₇
と同様にして、変位に比例した（比例定数α₀の）測定
方形波電圧Ｅ₃ が得られる。

【００７６】切り替え点ｑ₇ 以後、測長器は、ｑ₇ 、ｑ
₈ 、ｑ₉ 、ｑ₁₀、ｑ₁₁、ｑ₁₂、ｑ₁₃、ｑ₁₄、ｑ₁₅では、
表示値「７δ」、「８δ」、「９δ」、「１０δ」、
「１１δ」、「１２δ」、「１３δ」、「１４δ」、
「１５δ」を表示し、ｑ₇ 〜ｑ₈直前、ｑ₈ 〜ｑ₉ 直
前、ｑ₉ 〜ｑ₁₀直前、ｑ₁₀〜ｑ₁₁直前、ｑ₁₁〜ｑ₁₂直
前、ｑ₁₂〜ｑ₁₃直前、ｑ₁₃〜ｑ₁₄直前、ｑ₁₄〜ｑ₁₅直
前、ｑ₁₅〜ｑ₁₆直前では表示値「ｘ₈ ＋７δ」、「ｘ₉
＋８δ」、「ｘ₁₀＋９δ」、「ｘ₁₁＋１０δ」、「ｘ₁₂
＋１１δ」、「ｘ₁₃＋１２δ」、「ｘ₁₄＋１３δ」、
「ｘ₁₅＋１４δ」、「ｘ₁₆＋１５δ」を表示する。

【００７７】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₁₆に
達すると（Ｅ₃ があらかじめ電子装置Ｌ（図示省略）に
記憶保持された所定の電圧に達すると）、電子装置Ｌに
内蔵されたカウンタ（図示省略）がさらに１カウント、
カウントアップされ、測長器は表示値「１６δ」を表示
する。

【００７８】これと同時に、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正
リング電極Ｆ₀ に、補正方形波電圧Ｅ₂₁が補正リング電
極Ｆ₁ 、Ｆ₂ に、補正方形波電圧Ｅ₂₂が補正リング電極
Ｆ₃、Ｆ₄ に印加された状態となり、測定方形波電圧Ｅ₃
は、基準リング電極Ｈ₁ からＨ₂ に切り替えて印加さ
れる。基準方形波電圧Ｅ₁ は測定リング電極Ａに印加さ
れたまま保たれる。補正方形波電圧または測定方形波電
圧の印加されていない補正リング電極、及び基準リング
電極は電気的に接地される。

【００７９】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₁₆よ
り切り替え点ｑ₁₇に向かって移動すると、測定キャパシ
タＣ_A のキャパシタンスｃ_A が変化する。このとき、電
子装置Ｌが働き、コア電極（測定コア電極、補正コア電
極、及び基準コア電極）に誘導されるＡＣ電圧が零とな
るように、Ｅ₃ が変化させられる。即ち、Ｃ_H2に流れる
電流をｉ_H2とすれば次式が満足させられるようにＥ₃ は
変化させられる。

【００８０】

【数３】

【００８１】そして（２１）式は、次のように表せる。 ｃ_A Ｅ₁ ＋ｃ_F0Ｅ₂₀＋３ｃ_F1Ｅ₂₁＋３ｃ_F3Ｅ₂₂＋ｃ_H2Ｅ₃ ＝０ すなわち、 ｃ_A Ｅ₁ ＋（νｃ_F0＋１５ｃ_F1）Ｅ₂₁＋ｃ_H2Ｅ₃ ＝０ したがってＥは、次式のようになる。 Ｅ₃ ＝−｛ｃ_A Ｅ₁ ＋（νｃ_F0＋１５ｃ_F1）Ｅ₂₁｝／ｃ_H2 ・・・・・・（２２） ｑ₀ 〜ｑ₁ のときと同様に、Ｅ₂₁’＝−Ｅ₂₁と置き換え
て、（２３）式をかきかえると、Ｅ₃ は次のようにな
る。 Ｅ₃ ＝{(νｃ_F0＋１５ｃ_F1）Ｅ₂₁’−ｃ_A Ｅ₁ ｝／ｃ_H2 ・・・・・・（２３）

【００８２】切り替え点ｑ₁₆からの測定コア電極Ｂの変
位をｘ₁₇とし、変位ｘ₁₇の正の方向を、ｑ₀ 〜ｑ₁ と同
じ方向（測定コア電極Ｂが測定リング電極から抜け出る
方向）とし切り替え点ｑ₁₆（ｘ₁₇＝０）の測定キャパシ
タＣ_A のキャパシタンスをｃ₁₆とすると、ｃ_A は次式で
表せる。 ｃ_A ＝ｃ₁₆−εａ₁₁ｘ₁₇ ・・・・・・（２４） ここで、ａ₂ は切り替え点ａ₁₆とａ₁₇の間でキャパシタ
を形成する測定リング電極Ａと測定コア電極Ｂの幾何学
的寸法によって定まる正の値である。なお、切り替え点
ｑ₁₆からｑ₃₂直前までの各切り替え点間では測定リング
電極、測定コア電極のキャパシタを形成する部分の幾何
学的寸法は同一となるように作られているのでこれらの
すべての切り替え点間ではａ₂ は等しい一定値となる。

【００８３】（２３）式に、（２４）式を代入し、 Ｅ₃ ＝（Ｅ₁ εａ₂ ｘ₁₇／ｃ_H2） ＋｛（νｃ_F0＋１５ｃ_F1）Ｅ₂₁’−ｃ₁₆Ｅ₁ ｝／ｃ_H2・・・・・・（２５） と表せ、 ａ₁₇＝Ｅ₁ εａ₂ ／ｃ_H2 β₁₇＝｛（νｃ_F0＋１５ｃ_F1）Ｅ₂₁’−ｃ₁₆Ｅ₁ ｝／ｃ_H2・・・・・・（２６） とおくと、（２５）式は次のようになる。 Ｅ₃ ＝α₁₇ｘ₁₇＋β₁₇ ・・・・・・（２７） （νｃ_F0＋１５ｃ_F1）｜Ｅ₂₁｜−ｃ₁₆｜Ｅ₁ ｜、即ち
（νｃ_F0＋１５ｃ_F1）Ｅ₂₁’＝ｃ₁₆Ｅ₁ となるようにあ
らかじめ調整されているので、β₁₇＝０となり、α₁₇は
基準値α₀ と等しくなるように基準キャパシタンスｃ_H2
の調整により、あらかじめ調整されているので、Ｅ₃ は
次式で表すことができる。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₁₇＝Ｅ₁ εａ₂ ｘ₁₇／ｃ_H2 ・・・・・・（２８） そして、測長器は表示値γＥ₃ ＋１６δ即ち「ｘ₁₇＋１
６δ」を表示する。

【００８４】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₁₇に
達すると（Ｅ₃ があらかじめ電子装置Ｌ（図示省略）に
記憶保持された所定の電圧に達すると）、電子装置Ｌに
内蔵されたカウンタ（図示省略）がさらに１カウント、
カウントアップされ、測長器は表示値「１７δ」を表示
する。

【００８５】これと同時に、１単位量η減少するよう
に、補正方形波電圧Ｅ₂₁の印加が補正リング電極Ｆ₁ か
ら解除される。そして、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正リン
グ電極Ｆ₀ に、補正方形波電圧Ｅ₂₁が補正リング電極Ｆ
₂ に、補正方形波電圧Ｅ₂₂が補正リング電極Ｆ₃ 、Ｆ₄
に印加された状態となる。測定方形波電圧Ｅ₃ は、基準
リング電極Ｈ₂ に、基準方形波電圧Ｅ₁ は測定リング電
極Ａに印加されたまま保たれる。補正方形波電圧Ｅ₂ ま
たは測定方形波電圧Ｅ₃ の印加されていない補正リング
電極、及び基準リング電極は電気的に接地される。

【００８６】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₁₇よ
り切り替え点ｑ₁₈に向かって移動すると、切り替え点ｑ
₁₆〜切り替え点ｑ₁₇のときと同様に、測定キャパシタＣ
_A のキャパシタンスｃ_A が変化する。このとき、電子装
置Ｌが働き、コア電極（測定コア電極、補正コア電極、
及び基準コア電極）に誘導されるＡＣ電圧が零となるよ
うに、Ｅ₃ が変化させられる。そして、切り替え点ｑ₁₇
からの変位をｘ₁₈と表し、変位ｘ₁₈の方向を切り替え点
ｑ₀ 〜ｑ₁ と同じ方向とすると、切り替え点ｑ₁₆〜ｑ₁₇
と同様にして測定方形波電圧Ｅ₃ は次式で表される。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₁₈＝Ｅ₁ εａ₂ｘ₁₈／ｃ_H2 そして、測長器は表示値γＥ₃ ＋１７δ即ち「ｘ₁₈＋１
７δ」を表示する。

【００８７】以後切り替え点ｑ₁₈〜切り替え点ｑ₃₁直前
までは切り替え点ｑ₂ 〜切り替え点ｑ₁₅と同様にして、
測長器は、切り替え点ｑ₁₈、ｑ₁₉、ｑ₂₀、ｑ₂₁、ｑ₂₂、
ｑ₂₃、ｑ₂₄、ｑ₂₅、ｑ₂₆、ｑ₂₇、ｑ₂₈、ｑ₂₉、ｑ₃₀で
は、それぞれ表示値「１８δ」、「１９δ」、「２０
δ」、「２１δ」、「２２δ」、「２３δ」、「２４
δ」、「２５δ」、「２６δ」、「２７δ」、「２８
δ」、「２９δ」、「３０δ」を表示し、ｑ₁₈〜ｑ₁₉直
前、ｑ₁₉〜ｑ₂₀直前、ｑ₂₀〜ｑ₂₁直前、ｑ₂₁〜ｑ₂₂直
前、ｑ₂₂〜ｑ₂₃直前、ｑ₂₃〜ｑ₂₄直前、ｑ₂₄〜ｑ₂₅直
前、ｑ₂₅〜ｑ₂₆直前、ｑ₂₆〜ｑ₂₇直前、ｑ₂₇〜ｑ₂₈直
前、ｑ₂₈〜ｑ₂₉直前、ｑ₂₉〜ｑ₃₀直前、ｑ₃₀〜ｑ₃₁直前
では、それぞれ表示値「ｘ₁₉＋１８δ」、「ｘ₂₀＋１９
δ」、「ｘ₂₁＋２０δ」、「ｘ₂₂＋２１δ」、「ｘ₂₃＋
２２δ」、「ｘ₂₄＋２３δ」、「ｘ₂₅＋２４δ」、「ｘ
₂₆＋２５δ」、「ｘ₂₇＋２６δ」、「ｘ₂₈＋２７δ」、
「ｘ₂₉＋２８δ」、「ｘ₃₀＋２９δ」、「ｘ₃₁＋３０
δ」を表示する。

【００８８】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₃₁に
達すると（Ｅ₃ があらかじめ電子装置Ｌ（図示省略）に
記憶保持された所定の電圧に達すると）、電子装置Ｌに
内蔵されたカウンタＤ（図示省略）がさらに１カウン
ト、カウントアップされ、測長器は表示値「３１δ」を
表示する。

【００８９】これと同時に、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正
リング電極Ｆ₀ に印加された状態となる。測定方形波電
圧Ｅ₃ は、基準リング電極Ｈ₂ に、基準方形波電圧Ｅ₁
は測定リング電極Ａに印加されたまま保たれる。補正方
形波電圧Ｅ₂₁、Ｅ₂₂、Ｅ₂₃はどの補正リング電極にも印
加されない。補正方形波電圧または測定方形波電圧の印
加されていない補正リング電極、及び基準リング電極は
電気的に接地される。

【００９０】測定コア電極Ｂの先端が切り替え点ｑ₃₁よ
り切り替え点ｑ₃₂（測定終点）に向かって移動すると、
同様に、測定キャパシタＣ_A のキャパシタンスｃ_A が変
化する。このとき、電子装置Ｌが働き、コア電極（測定
コア電極、補正コア電極、及び基準コア電極）に誘導さ
れるＡＣ電圧が零となるように、Ｅ₃ が変化させられ
る。そして、切り替え点ｑ₃₁からの変位をｘ₃₂と表し、
変位ｘ₃₂の方向を切り替え点ｑ₀ 〜ｑ₁ と同じ方向とす
ると、切り替え点ｑ₁₆〜ｑ₁₇と同様にして測定方形波電
圧Ｅ₃ は次式で表される。 Ｅ₃ ＝α₀ ｘ₃₂＝Ｅ₁ εａ₂ｘ₃₂／ｃ_H2 そして、測長器はγＥ₃ ＋３１δ即ち「ｘ₃₂＋３１δ」
を表示する。

【００９１】スピンドル１２が検出器Ｎから抜け出る方
向、即ち測定コア電極Ｂが測定キャパシタに差し込まれ
る方向に移動するとき、各切り替え点ではカウンタＤが
１カウント、カウントダウンされ、それと同時に補正方
形波電圧Ｅ₂₀、Ｅ₂₁、Ｅ₂₂、Ｅ₂₃、測定方形波電圧Ｅ₃
は測定コア電極Ｂが差し込まれる方向のとき各切り替え
点間で印加されたのと同じ補正リング電極、基準リング
電極に印加される。そして測定コア電極Ｂが同一位置に
あれば測定コア電極Ｂが差し込まれる場合と同じ表示位
置を示す。

【００９２】このようにして、測定始点ｑ₀ から測定終
点ｑ₃₂まで、測定コア電極Ｂの測定終点ｑ₀ からの変位
をｘとすると測長器は ｙ＝α₀ ｘ を表す。

【００９３】測定コア電極Ｂ先端の変位と、補正方形波
電圧の補正キャパシタへの印加、補正方形波電圧の印加
されている補正キャパシタの容量（キャパシタンス）と
印加補正方形波電圧との積の和を補正方形波電圧Ｅ₂₁で
除した値、及び基準キャパシタの測定方形波電圧Ｅ₃ の
印加の関係は表１のようになっている。

【００９４】

【表１】

【００９５】測定始点ｑ₀ 、切り替え点ｑ₁ 、ｑ₂、ｑ₃
、・・・・・・ｑ₃₁の位置は補正キャパシタのキャパシタン
スを調整することによって決まり、ｑ₁ 、ｑ₂、ｑ₃ ・・・
・・・ｑ₃₁の間隔は正確に等間隔ピッチＰとなる。

【００９６】次に補正方形波電圧、補正キャパシタ、基
準キャパシタの調整の手順について説明する。まず測定
コア電極Ｂの先端部を測定始点ｑ₀ より正確に３１Ｐ変
位させ（切り替え点ｑ₃₁に変位させ）、補正方形波電圧
Ｅ₂₀が補正リング電極Ｆ₀ に、測定方形波電圧Ｅ₃ が基
準リング電極Ｈ₂ に印加されるようにして、このほかの
補正リング電極及び基準リング電極が電気的に接地され
るようにして、この位置で測長器の表示値が「３１δ」
となるように、即ち測定方形波電圧Ｅ₃ が零となるよう
に、Ｅ₂₀を調節するか、補正キャパシタＣ_F0を調整ねじ
５０により調整する。Ｅ₂₀とＣ_F0の両方を調整してもよ
い。

【００９７】次に測定コア電極Ｂの先端部を測定始点ｑ
₀ より正確に３０Ｐ変位させ（切り替え点ｑ₃₀に変位さ
せ）、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正リング電極Ｆ₀ に印加
され、補正方形波電圧Ｅ₂₁が補正リング電極Ｆ₁ に印加
され、測定方形波電圧Ｅ₃ が基準リング電極Ｈ₂ に印加
され、このほか補正リング電極及び基準リング電極が電
気的に接地されるようにして、この位置で測長器の表示
値が「３０δ」となるように、即ち測定方形波電圧Ｅ₃
が零となるように、Ｅ₂₁を調節するか、補正キャパシタ
Ｃ_F1を調整ねじ５１により調整する。Ｅ₂₁とＣ_F1の両方
を調整してもよい。

【００９８】次に測定コア電極Ｂの先端部を測定始点ｑ
₀ より正確に２９Ｐ変位させ（切り替え点ｑ₂₉に変位さ
せ）、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正リング電極Ｆ₀ に印加
され、補正方形波電圧Ｅ₂₁が補正リング電極Ｆ₂ に印加
され、測定方形波電圧Ｅ₃ が基準リング電極Ｈ₂ に印加
され、このほかの補正リング電極及び基準リング電極が
電気的に接地されるようにして、この位置で測長器の表
示値が「２９δ」となるように、即ち測長方形波電圧Ｅ
₃ が零となるように、補正キャパシタＣ_F2を調整ねじ５
２により調整する。

【００９９】次に測定コア電極Ｂの先端部を測定始点ｑ
₀ より正確に２７Ｐ変位させ（切り替え点ｑ₂₇に変位さ
せ）、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正リング電極Ｆ₀ に印加
され、補正方形波電圧Ｅ₂₂が補正リング電極Ｆ₃ に印加
され、測定方形波電圧Ｅ₃ が基準リング電極Ｈ₂ に印加
され、このほかの補正リング電極及び基準リング電極が
電気的に接地されるようにして、この位置で測長器の表
示値が「２７δ」となるように、即ち測定方形波電圧Ｅ
₃ が零となるように、Ｅ₂₂を調節するか、補正キャパシ
タＣ_F3を調整ねじ５３により調整する。Ｅ₂₂とＣ_F3の両
方を調整してもよい。

【０１００】次に測定コア電極Ｂの先端部を測定始点ｑ
₀ より正確に２３Ｐ変位させ（切り替え点ｑ₂₃に変位さ
せ）、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正リング電極Ｆ₀ に印加
され、補正方形波電圧Ｅ₂₂が補正リング電極Ｆ₄ に印加
され、測定方形波電圧Ｅ₃ が基準リング電極Ｈ₂ に印加
され、このほかの補正リング電極及び基準リング電極が
電気的に接地されるようにして、この位置で測長器の表
示値が「２３δ」となるように、即ち測長方形波電圧Ｅ
₃ が零となるように、補正キャパシタＣ_F4を調整ねじ５
４により調整する。

【０１０１】次に測定コア電極Ｂの先端部を測定始点ｑ
₀ より正確に１５Ｐ変位させ（切り替え点ｑ₁₅に変位さ
せ）、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正リング電極Ｆ₀ に印加
され、補正方形波電圧Ｅ₂₃が補正リング電極Ｆ₅ に印加
され、測定方形波電圧Ｅ₃ が基準リング電極Ｈ₁ に印加
され、このほかの補正リング電極及び基準リング電極が
電気的に接地されるようにして、この位置で測長器の表
示値が「１５δ」となるように、即ち測長方形波電圧Ｅ
₃ が零となるように、Ｅ₂₃を調節するか、補正キャパシ
タＣ_F5を調整ねじ５５により調整する。Ｅ₂₃とＣ_F5の両
方を調整してもよい。

【０１０２】次に測定コア電極Ｂの先端部を測定始点ｑ
₀ よりｑ₁₆の方向に１６Ｐよりわずかに少ない寸法Ｐ₁
変位させ、補正方形波電圧Ｅ₂₀が補正リング電極Ｆ₀
に、補正方形波電圧Ｅ₂₃が補正リング電極Ｆ₅ に、測定
方形波電圧Ｅ₃が基準リング電極Ｈ₁ に印加され、この
ほかの補正リング電極及び基準リング電極が電気的に接
地されるようにして、この位置で測長器の表示値が「Ｐ
₁ 」となるように、基準キャパシタＣ_H1を調整ねじ７１
により調整する。

【０１０３】最後に測定コア電極Ｂの先端部を測定始点
ｑ₀ よりｑ₃₂の方向に３２Ｐよりわずかい少ない寸法Ｐ
₂ 変位させ（測定終点手前まで変位させ）、補正方形波
電圧Ｅ₂₀が補正リング電極Ｆ₀ に、測定方形波電圧Ｅ₃
が基準リング電極Ｈ₂ に印加され、このほかの補正リン
グ電極及び基準リング電極が電気的に接地されるように
して、この位置で測長器の表示値が「Ｐ₂ 」となるよう
に、基準キャパシタＣ_H1を調整ねじ７２により調整す
る。

【０１０４】次に電子装置Ｌの要部の電子回路Ｋについ
て説明する。図７において、発振器３０は、水晶式でも
ＣＲ式でもよく、水晶式の場合、一般に高周波となるた
め、分周器（図示省略）を用いて希望の周波数とする。
基準方形波電圧Ｅ₁ はＤＣ電圧Ｅ_r と接地レベルとの間
を発振器の出力電圧Ｅ_OSC で制御される電子スイッチ３
１で切り替えることによって得ていて、補正方形波電圧
Ｅ₂ はＤＣ電圧−Ｅ_rと接地レベルとの間をＥ_OSC で制
御される電子スイッチ３２で切り替えることによって得
ている。（Ｅ₁ 、Ｅ₂ の位相関係は図８で示してい
る。）ＤＣ電圧−Ｅ_r は、これと異なるＤＣ電圧でもよ
い。

【０１０５】Ｅ₄ は、帰還電圧Ｅ_m 又はＥ_m ’を入力増
幅器により増幅したＡＣ電圧である。図８で示すよう
に、Ｅ₄ は、Ｅ_OSC の半周期ごと（ｔ₁₁、ｔ₁₂、ｔ₁₃、
及びｔ₂₁、ｔ₂₂、ｔ₂₃、・・・・・・ごと）に復調され、差動
積分器に入力される。復調された電圧信号が零と異なる
と、差動積分器の出力ＤＣ電圧Ｅ₀ は、復調された電圧
の振幅及び極性の関数として差動積分器への入力が零に
達するまで変化する。

【０１０６】測定方形波電圧Ｅ₃ は、Ｅ₀ と一定電圧
（図７の実施例では接地レベル）との間をＥ_OSC で電子
スイッチ３６を切り替えることにより得られる。従っ
て、Ｅ₀と同様にＥ₃ も差動積分器への入力が零に達す
るまで変化する。このようにして得られたＥ₃ は、前出
したように各切り替え点の間で測定コア電極Ｂの変位に
比例する。

【０１０７】Ｅ₄ には望ましくない結合及び時間遅延に
より、過渡状態が現れ、この過渡状態は、方形波の切り
替え点（測面）で発生し、ある時間の後、減衰する。こ
の過渡状態は出力ＤＣ電圧Ｅ₀ の安定性を低下させて測
定方形波電圧Ｅ₃ の安定性を低下させ、そして測長器の
指示の安定度を低下させる。このため安定度を非常に必
要とする測長器では過渡状態の影響を無くす配慮が必要
である。この過渡状態は入力増幅器と復調器の間に過渡
抑制器を設けることにより、取り除くことができ安定度
の良いＥ₃ を得ることができる。

【０１０８】図９は過渡抑制器を設けた場合の実施例
で、図１０はこの実施例のＥ_OSC 、Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ 、
Ｅ₄ のタイミングを表す図である。図９の実施例におい
て、発振器３０は水晶式でもＣＲ式でもよく、一般に水
晶式の場合、高周波となるため、分周器（図示省略）を
用いて希望の周波数とする。Ｅ₁ はＤＣ電圧Ｅ_rと接地
レベルとの間をＥ_OSC 、時間遅延回路３７、及び周波数
を１／２にする周波数分周回路３８で制御される電子ス
イッチ３１により切り替えることによって得ている。Ｅ
₂ はＤＣ電圧−Ｅ_r と接地レベルとの間をＥ_OSC 、時間
遅延回路３７及び周波数を１／２にする周波数分周回路
３８で制御される電子スイッチ３２により得ている。
（Ｅ₁ 、Ｅ₂ の位相関係は図１０で示している。）ＤＣ
電圧−Ｅ_r はこれと異なるＤＣ電圧でもよい。

【０１０９】過渡抑制器は、最も簡単な場合、電子スイ
ッチで、発振器のクロック信号Ｅ_{OS C} の１周期ごとに、
過渡状態でない部分（ｔ₀₁〜ｔ₀₂、ｔ₁₁〜ｔ₁₂、ｔ₂₁〜
ｔ₂₂、・・・・・・）のみを通過させる。この過渡状態のない
信号が復調器に入力され、Ｅ_OSC の１周期ごと（ｔ₀ 、
ｔ₂ 、ｔ₄ ・・・・・・及びｔ₁ 、ｔ₃ 、ｔ₅ ・・・・・・ごと）に
復調され、差動積分器に入力される。復調された信号が
零と異なると、差動積分器の出力ＤＣ電圧Ｅ₀ は、復調
された電圧の振幅及び極性の関数として差動積分器への
入力が零に達するまで変化する。

【０１１０】Ｅ₃ は、Ｅ₀ と一定電圧（図９の実施例で
は接地レベル）との間をＥ_OSC 、時間遅延回路３７、及
び周波数を１／２にする周波数分周回路３８で制御され
る電子スイッチ３６によりえられる。従って、Ｅ₀ と同
様にＥ₃ も差動積分器への入力が零に達するまで変化す
る。このようにして得られたＥ₃ は、各切り替え点の間
で測定コア電極Ｂの変位に比例し、かつ、Ｅ₄ の過渡状
態の影響は全く受けない。

【０１１１】基本的には、コア電極に誘導される帰還電
圧Ｅ_m は、励起用方形波電圧Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ の影響を
受けないようにする必要があり、また、Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ
₃ も互いに影響を受けないようにする必要がある。その
ため、検出器Ｎと電子装置Ｌを結ぶ線は、実施例ではシ
ールドされている。

【０１１２】従って、測定範囲の分割数をｎをすると、
測定範囲を分割しない場合に比較し、単位測定長さ当た
りの基準方形波電圧Ｅ₁ がｎ倍となり、測定方形波電圧
Ｅも単位測定長さ当たりｎ倍となるため、ｎ倍の測定感
度の向上がはかれる。

【０１１３】また、キャパシタを構成するリング電極と
コア電極の中心軸は一致している。このため衝撃などに
より、リング電極、コア電極の中心軸が僅かに動き、中
心軸同志の距離が僅かに変化しても、測定方形波電圧Ｅ
₃ にはほとんど影響をあたえない。（中心軸同志が一致
している場合は、中心軸同志がずれている場合よりも、
中心軸同志のずれ量の影響は小さい。）

【０１１４】さらに、測定コア電極は円柱状で、スピン
ドルの中心軸に一致してスピンドルに固定されており、
この中心軸は測定リング電極、測定コア電極の中心軸と
も一致している。さらにスピンドルの変位方向はこの中
心軸と一致しているためスピンドルとスピンドルの軸受
けに生じるラジアル方向のがたの影響をほとんどなくす
ことができる。

【０１１５】また、測定リング電極、及び測定コア電極
の幾何学的寸法精度を向上させた場合は図２のように基
準キャパシタを上記実施例よりも減らすことが可能であ
り、１個とすることもでき、コストダウンがはかれる。
測定リング電極、及び測定コア電極の幾何学的寸法精度
をあまり、向上させることができない場合は基準キャパ
シタの数を増やすことにより測長器の測定精度を向上さ
せることができる。

【０１１６】実施例２．また、上記実施例では測定コア
電極、基準コア電極、補正コア電極の各コア電極を分離
して別に設けたが図２、図３に示すように各コア電極を
一体化することにより、コア電極の数を減らすことがで
き、コストダウンもはかれる。

【０１１７】実施例３．測定キャパシタ、基準キャパシ
タ、補正キャパシタのリング電極及びコア電極の材質を
同一とすることにより、前記部品の熱膨張も同一とな
り、温度変化によるキャパシタンスのアンバランスを防
止でき、測長器の温度性能の向上がはかれる。

【０１１８】実施例４．さらに、スピンドルの軸受け
に、ボールリテーナを用い、予圧状態としておけば、ス
ピンドルのがたを零とすることができ、スピンドルのが
たの影響をなくすことができる。

【０１１９】実施例５．上記実施例では電子装置Ｌ内に
補正キャパシタと基準キャパシタを配置したが図３に示
すように、検出器Ｎ内に補正キャパシタ、基準キャパシ
タを設けた場合は、各基準キャパシタのキャパシタンス
の調整の調整ねじにより検出器Ｎ内で可能となり、各検
出器のα₀ を一致させることができ、さらに、補正キャ
パシタＣ_F0のキャパシタンスｃ_F0の調整が調整ねじによ
り検出器Ｎ内で可能となるため、検出器全体を移動する
ことなく、検出器Ｎ側でｘ₁ ＝０の点の調整が可能とな
り、どの検出器も測定原点までをも一致させて互換性を
もたせることができる。

【０１２０】実施例６．検出器Ｎ内に補正キャパシタ、
基準キャパシタを配置した場合、帰還電圧Ｅ_mの導かれ
る線のシールドの簡略化は、次に述べる方法で可能とな
る。検出器Ｎ内において、コア電極（測定コア電極又は
補正コア電極又は基準コア電極）にインピーダンス変成
器の入力側と放電用抵抗の一方側を接続し、放電用抵抗
のもう一方側は接地し、インピーダンス変成器の出力側
は、電子装置Ｌの入力増幅器に接続する。（入力増幅器
は、電流電圧変換回路のような入力インピーダンスの小
さな回路構成とすることが当然必要である。）これによ
り、インピーダンス変成器と入力増幅器の間のインピー
ダンスを小さくすることができ、高感度、高精度を要求
されない場合は、Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ 、Ｅ_m ’の導かれる
線を１本づつでなくまとめてシールドすることで置き換
えることも可能となる。しかし、高感度、高精度を要求
される場合には、Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ 、Ｅ_m ’の導かれる
線の一本づつのシールドを併用することにより、より安
定したものとすることができる。

【０１２１】実施例７．図６は図１〜図３の実施例とは
異なる補正キャパシタ、基準キャパシタの実施例を示し
ている。リング電極８１ 、コア電極８２、絶縁部材８
３より構成されていて、リング電極８１には、絶縁部材
８３が固着されていて、絶縁部材８３には雌ねじがもう
けられており、この雌ねじにはコア電極の雄ねじ部が嵌
合され、キャパシタンスの調整はコア電極を回転させる
ことによりおこなわれる。リング電極とコア電極の中心
軸は一致している。

【０１２２】実施例８．実施例１では、６個の補正キャ
パシタ、４個の補正方形波電圧を備えているが、必ずし
もこの構成に限定される必要はなく、各切替点で１単位
量ηづつ変化するように補正キャパシタと補正方形波電
圧が選択されて補正キャパシタに補正方形波電圧が印加
されるように出来れば、補正キャパシタ、補正方形波電
圧の数を増すことも減らすことも可能であり、分割数ｎ
を変えることも可能である。また、基準キャパシタの数
は１以上ｎ以下の任意の数とすることも可能である。

【０１２３】

【発明の効果】以上のようにこの請求項１の発明によれ
ば、スピンドル（測定コア電極Ｂ）の変位量は、スピン
ドルが検出器Ｎ内に押し込まれる方向（測定コア電極Ｂ
が測定キャパシタから抜け出る方向）を正と取ると、測
定方形波電圧に正比例し、比例定数は、正の値となる構
成としたので、負の比例定数を正に直すための演算回路
等の電子回路が不要となることにより、この回路の安定
性能の影響、及び、温度特性の影響が排除でき、測定器
の安定度、および、温度性能が向上し、また、コストダ
ウンともなる効果がある。

【０１２４】この請求項１の発明によれば、測定方形波
電圧は、キャパシタンスの比で構成され、総てのキャパ
シタの誘電体を同一としたので、誘電率の影響は全くう
けず、誘電率の変化に起因する校正または、補正を不要
とする効果がある。

【０１２５】また、この請求項１の発明によれば、測定
範囲中に切り替え点を設けたことにより測定範囲が分割
され所定の切り替え点での精度の補正が可能となり測定
リング電極、測定コア電極の円筒度、真円度等の寸法精
度の向上なしに測定精度の向上がはかれ、さらにこの分
割数をｎすると、切り替え点を設けなかった場合に比較
してｎ倍の感度の向上がはかれる効果がある。

【０１２６】さらに、この請求項１の発明によれば、測
定リング電極、測定コア電極、スピンドルの中心軸を一
致させ、さらに各補正キャパシタ、各基準キャパシタの
リング電極とコア電極の中心軸を一致させた構成とした
ので、リング電極とコア電極の中心軸同志の距離が僅か
に変化しても、測定方形波電圧への影響を非常に小さく
できる効果がある。

【０１２７】そして、この請求項２の発明によれば、過
渡抑制器を設けたことにより、過渡状態のない信号が復
調器に入力でき、測定方形波電圧の安定度が向上し、測
長器の安定度が向上する効果がある。

【０１２８】この請求項３の発明によれば、各コア電極
を一体化する構成にしたので、コア電極の数が減り、コ
ア電極間の接続をなくすことができ、コストダウンがは
がれる効果がある。

【０１２９】この請求項４の発明によれば、検出器Ｎ内
に補正キャパシタ、基準キャパシタを設け、基準キャパ
シタと補正キャパシタに、キャパシタンス調整用の調整
ねじを、それぞれ設ける構成としたので、異なる検出器
Ｎを共通の電子装置Ｌに、測定原点までをも一致させ
て、校正し直すことなく接続することが可能となった。
即ち、検出器Ｎ全体を移動することなく、検出器Ｎ側零
点調整ができるため、機械類に取り付けて使用する場合
の機械に設けられる微動の零点調整装置を不要とするこ
とを可能とする効果がある。

【０１３０】この請求項５の発明によれば、検出器Ｎ内
に基準キャパシタ、補正キャパシタを設けた場合検出器
Ｎ内にインピーダンス変成器と放電用抵抗を設けること
により高感度、高精度を要求されない場合は基準方形波
電圧、補正方形波電圧、測定方形波電圧、帰還電圧の導
かれる線を一本づつでなくまとめてシールドすることで
置き換えることができる。高精度、高感度を要求される
場合は一本づつのシールドも併用することにより、より
安定したものとすることができる効果がある。

【０１３１】この請求項６の発明によれば、測定キャパ
シタ、補正キャパシタ、基準キャパシタのリング電極及
びコア電極の材質を同一とすることにより、前記部品の
熱膨張も同一となり、温度変化によるキャパシタンスの
アンバランスを防止でき、検出器の温度性能の向上がは
かれる効果がある。

【０１３２】この請求項７の発明によれば、スピンドル
の軸受けに、ボールリテーナを用い予圧状態としたの
で、スピンドルのがたを零とすることができ、スピンド
ルのがたの影響を無くすことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の請求項１の一実施例による静電容量
型測長器を示す断面図である。

【図２】この発明の請求項３の一実施例による静電容量
型測長器を示す断面図である。

【図３】この発明の請求項４の一実施例による静電容量
型測長器を示す断面図である。

【図４】この発明の実施例による切り替え点と測定コア
電極先端の変位との関係を示した断面図である。

【図５】この発明の実施例による測定コア電極の変位と
測長器の表示値との関係を示した図である。

【図６】この発明の実施例７による補正キャパシタ、基
準キャパシタの構造を示す断面図である。

【図７】この発明の実施例による電子装置の要部の電子
回路図である。

【図８】図７のＥ_OSC 、Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ 、Ｅ₄ のタイ
ミングチャート図である。

【図９】この発明の実施例による過渡抑制器を設けた電
子装置の要部の電子回路図である。

【図１０】図９のＥ_OSC 、Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ 、Ｅ₄ のタ
イミングチャート図である。

【図１１】この発明の実施例によるインピーダンス変成
器と放電用抵抗を設けた回路図である。

【図１２】従来の静電容量型測長器を示す断面図であ
る。

【図１３】従来例の測定方形波電圧とスピンドルの変位
との関係を示した図である。

【符号の説明】

Ａ 測定リング電極 Ｂ 測定コア電極 Ｃ_A 測定キャパシタ Ｃ_F0〜Ｃ_F3 補正キャパシタ Ｃ_H0〜Ｃ_H2 基準キャパシタ Ｄ カウンタ Ｅ₁ 基準方形波電圧 Ｅ₂₀〜Ｅ₂₃ 補正方形波電圧 Ｅ₃ 測定方形波電圧 Ｅ_m 、Ｅ_m ’ 帰還電圧 Ｆ₀ 〜Ｆ₅ 補正リング電極 Ｇ₀ 〜Ｇ₃ 補正コア電極 Ｈ₀ 〜Ｈ₂ 基準リング電極 Ｉ 基準コア電極 Ｊ 誘電体 Ｋ 電子回路 Ｌ 電子装置 Ｍ 表示器 Ｎ 検出器 ｑ₁ 〜ｑ₃₁ 切り替え点 １２ スピンドル １３ 軸受け １４ 絶縁部材 １５ 導電ばね ２６ インピーダンス変成器 ２７ 放電用抵抗 ３５ 差動積分器 ３９ 過渡抑制器 ５０〜５５、７１〜７２ 調整ねじ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャパシタンス調整用の調整ねじを設け
   た円筒状の補正リング電極と、前記補正リング電極と中
   心軸が一致して固定されている円柱状の補正コア電極
   と、誘電体とを有する２個以上ｎ個以下の補正キャパシ
   タと、円筒状の測定リング電極と、前記測定リング電極
   及びスピンドルと中心軸を一致して、前記スピンドルに
   絶縁部材を介して固定され、前記スピンドルが押しこま
   れると前記スピンドルとともに前記中心軸に沿って、前
   記測定リング電極から抜け出るように移動し、各前記補
   正コア電極と導電ばねを介して、電気的に導通している
   円柱状の測定コア電極と、前記補正キャパシタと同じ誘
   電体とを有する１個の測定キャパシタと、キャパシタン
   ス調整用の調整ねじを設けた円筒状の基準リング電極
   と、前記基準リング電極と中心軸が一致して固定され、
   前記測定コア電極、及び前記補正コア電極と電気的に導
   通している円柱状の基準コア電極と、前記補正キャパシ
   タ、前記測定キャパシタと同じ誘電体とを有する１個以
   上ｎ個以下の基準キャパシタと、前記スピンドルを支持
   する軸受けと、前記測定リング電極に測定範囲全体にわ
   たり、印加される一定値の基準方形波電圧と、前記補正
   リング電極に印加される前記基準方形波電圧と同一周波
   数で逆相である２個以上ｎ個以下の補正方形波電圧と、
   前記測定キャパシタのキャパシタンスが変化すると前記
   測定コア電極、各前記補正コア電極、及び各前記基準コ
   ア電極に誘導される帰還電圧が零となるように変化させ
   られ、前記基準リング電極に印加される、前記基準方形
   波電圧と同一周波数で同相である測定方形波電圧のすべ
   ての前記電圧を供給する電子回路と、前記測定コア電極
   が抜け出る正の方向に変位する時は、前記測定方形波電
   圧が所定の電圧になる位置に達すると、前記補正キャパ
   シタのキャパシタンスと前記補正キャパシタに印加され
   る前記補正方形波電圧の絶対値との積の和が１単位量減
   少するように前記補正方形波電圧が選択的に前記補正キ
   ャパシタに印加され、前記測定コア電極が入り込む負の
   方向に変位する時は、前記測定方形波電圧が零となる位
   置に前記測定コア電極が達すると、前記補正キャパシタ
   のキャパシタンスと前記補正キャパシタに印加される前
   記補正方向波電圧の絶対値との積の和が１単位量増加す
   るように前記補正方形波電圧が選択的に補正キャパシタ
   に印加される前記位置であり、測定範囲をｎ個の分割区
   間に分割するｎ−１個の切り替え点と、前記測定コア電
   極が前記正の方向に変位する時は、前記切り替え点に前
   記測定コア電極が達すると、１カウントアップされ、前
   記測定コア電極が前記負の方向に変位する時は、前記各
   切り替え点に前記測定コア電極が達すると、１カウント
   ダウンされるカウンタと、前記測定方形波電圧と前記カ
   ウンタ値を変位量に換算しプラスした測長値を表示する
   表示器と、前記補正キャパシタと前記基準キャパシタと
   前記電子回路と前記カウンタと前記表示器を内蔵し、上
   記全動作を制御する電子装置と、前記測定キャパシタと
   前記軸受けとを内蔵した検出器とを備えた静電容量型測
   長器。
2. 【請求項２】 電子装置内に、帰還電圧の過渡状態を取
   り除く過渡抑制器と、前記過渡抑制器からの復調された
   信号が零でないときに前記信号が零になるまで前記信号
   の振幅及び極性の関数として変化する測定ＤＣ電圧を出
   力する差動積分器とを備えた請求項１記載の静電容量型
   測長器。
3. 【請求項３】 測定コア電極と基準コア電極と補正コア
   電極のうち、いずれか２つ、又は全てを一体化したこと
   を特徴とする請求項１、２記載の静電容量型測長器。
4. 【請求項４】 キャパシタンス調整用の調整ねじを設け
   た円筒状の補正リング電極と、前記補正リング電極と中
   心軸が一致して固定されている円柱状の補正コア電極
   と、誘電体とを有する２個以上ｎ個以下の補正キャパシ
   タと、円筒状の測定リング電極と、前記測定リング電極
   及びスピンドルと中心軸を一致して、前記スピンドルに
   絶縁部材を介して固定され、前記スピンドルが押しこま
   れると前記スピンドルとともに前記中心軸に沿って、前
   記測定リング電極から抜け出るように移動し、各前記補
   正コア電極と導電ばねを介して、電気的に導通している
   円柱状の測定コア電極と、前記補正キャパシタと同じ誘
   電体とを有する１個の測定キャパシタと、前記スピンド
   ルを支持する軸受けと、前記測定リング電極に測定範囲
   全体にわたり、印加される一定値の基準方形波電圧と、
   前記補正リング電極に印加される前記基準方形波電圧と
   同一周波数で逆相である２個以上ｎ個以下の補正方形波
   電圧と、前記測定キャパシタのキャパシタンスが変化す
   ると前記測定コア電極、各前記補正コア電極、及び各前
   記基準コア電極に誘導される帰還電圧が零となるように
   変化させられ、前記基準リング電極に印加される、前記
   基準方形波電圧と同一周波数で同相である測定方形波電
   圧のすべての前記電圧を供給する電子回路と、前記測定
   コア電極が抜け出る正の方向に変位する時は、前記測定
   方形波電圧が所定の電圧になる位置に達すると、前記補
   正キャパシタのキャパシタンスと前記補正キャパシタに
   印加される前記補正方形波電圧の絶対値との積の和が１
   単位量減少するように前記補正方形波電圧が選択的に前
   記補正キャパシタに印加され、前記測定コア電極が入り
   込む負の方向に変位する時は、前記各切り替え点に前記
   測定コア電極が達すると、前記補正キャパシタのキャパ
   シタンスと前記補正キャパシタに印加される前記補正方
   形波電圧の絶対値との積の和が１単位量増加するように
   前記補正方形波電圧が選択的に補正キャパシタに印加さ
   れる前記位置であり、測定範囲をｎ個の分割区間に分割
   するｎ−１個の切り替え点と、前記測定コア電極が前記
   正の方向に変位する時は、前記切り替え点に前記測定コ
   ア電極が達すると、１カウントアップされ、前記測定コ
   ア電極が前記負の方向に変位する時は、前記各切り替え
   点に前記測定コア電極が達すると、１カウントダウンさ
   れるカウンタと、前記測定方形波電圧と前記カウンタ値
   を変位量に換算しプラスした測定値を表示する表示器
   と、前記電子回路と前記カウンタと前記表示器を内蔵
   し、上記の全動作を制御する電子装置と、前記補正キャ
   パシタと前記基準キャパシタと前記測定キャパシタと前
   記軸受けとを内蔵した検出器とを備えた静電容量型測長
   器。
5. 【請求項５】 測定コア電極又は補正コア電極又は基準
   コア電極に入力側を、電子装置に出力側を接続したイン
   ピーダンス変成器と、前記測定コア電極又は前記補正コ
   ア電極又は前記基準コア電極に一方側を接続し、他方側
   を接地した放電用抵抗を検出器内に備えた請求項４記載
   の静電容量型測長器。
6. 【請求項６】 測定リング電極、測定コア電極、補正リ
   ング電極、補正コア電極、基準リング電極、基準コア電
   極の材質を同一としたことを特徴とする請求項１、２、
   ３、４、５記載の静電容量型測長器。
7. 【請求項７】 スピンドルの軸受けにボールリテーナを
   用いたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６
   記載の静電容量型測長器。