JPH0617799B2

JPH0617799B2 - 位相弁別式静電容量検出器

Info

Publication number: JPH0617799B2
Application number: JP31331588A
Authority: JP
Inventors: 幹男鈴木
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1988-12-12
Filing date: 1988-12-12
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH02159511A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、位相弁別式静電容量検出器に関する。

詳しくは、送信電極と受信電極とを有する一方電極板と
結合電極を有する他方電極板とを対面かつ相対移動可能
に配設し、各送信電極要素に互いに位相の異なる電源を
印加し、受信電極に誘起された電気信号の位相弁別によ
り静電容量結合の変化を検出する検出器の小型化に関す
る。

変位検出器、測長器等に利用される。

［従来の技術］第５図〜第８図に従来位相弁別式静電容量検出器の一般
的構成を示す。

第５図において、一方電極板１０と他方電極板２０と電
源３０と検出回路４０とから位相弁別式静電容量検出器
が構成されている。

一方電極板１０には、第７図に示す如く複数の送信電極
要素ユニット（送信電極要素１１ａ〜１１ｈ）からなる
送信電極１１と受信電極１７とが設けられ、位相同一の
各送信電極要素（例えば、１１ａ，１１ａ，…）は、各
引出リード５を介して各連結リード１３に接続されかつ
フレキシブル配線１６を通して電源３０に接続されてい
る。

また、受信電極１７は、出力リード１８を介して検出回
路４０に接続されている。

一方、他方電極板２０には、第８図に示す如く、複数の
結合電極２と短絡パターン２３で短絡された複数のアー
ス電極２２とが交互に整列配設されており、各結合電極
２１の大きさは、４つの送信電極要素（例えば１１ａ〜
１１ｄ）に及ぶ長さと、送信電極１１と受信電極１７と
に渡る幅をもつ。

両電極板１０，２０は、第６図に見られるように対面配
設されかつ長手方向（紙面手前一奥行）に相対移動可能
である。

ここに、図中ＡＲは、静電容量結合エリアであり、各リ
ード５，１３はこの静電容量結合エリアＡＲ外の接続エ
リアに設けられ、フレキシブル配線１６に接続されてい
る。

電源３０は、第５図に示す如く、発振器３１と複数
（８）の相互に位相の異なる信号を生成する信号発生器
３２とから構成され、また、検出回路４０は、受信電極
１７に接続された積分器４１，コンパレータ４２，エッ
ジ検出器４３、位相弁別を行なう位相差検出器４４，カ
ウンタ４５および表示器４７とから構成されている。

したがって、一方電極板１０、電源３０、検出回路４０
を例えばダイヤルゲージ型測長器の本体に取付け、この
本体に摺動自在に装着されたスピンドルに他方電極板２
０を取付ければ、スピンドルの変位量を表示器４７で読
取ることができる。

かかる位相弁別式静電容量検出器は、例えば光電方式等
他の検出器に比較して電力消費が少なく、外乱に強く、
高分野解能等の長所を有する。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記記従来構造では、第７図に示す如く位相を
同じくする送信電極要素（例えば１１ａ，１１ａ，…）
は各引出リード５を介して同一の連結リード１３に接続
されている。すなわち、第１０図に示す如く、引出リー
ド５は、当該送信電極要素と同一レベルとして一方電極
板１０を形成する基材１９上に配設され、各連結リード
１３は電気絶縁層１を介してその上方に配設されてい
る。したがって、各引出リード５は電気的絶縁層１のス
ルーホール３を貫通させた接続端子６を介して連結リー
ド１３に接続されることになる。

ここに、第９図に示す如く、連結リード１３の幅をＷ，
接続端子６の幅をＤとすると、幅Ｗが電気的特性上０．
０３mmで十分としてもスルーホール３の加工上の制約等
から幅Ｄが０．１〜０．３mmとなる。８組の場合には全
連結リード１３を形成するために必要な寸法Ｌは、０．
９〜１．９mmとなってしまう。つまり連結リード１３の
幅Ｗ（０．０３mm）に比べ寸法Ｌが過大となって検出器
全体の小型化を妨げていた。

このため、例えば携帯用小型測長器等に組込めないとい
う問題が生じる。また、スルーホール３を一層小さくす
ることは加工の困難性から歩留が悪くコスト高を招く。
もとより、スルーホール３を多数設けること自体がコス
ト高となるばかりか断線等の不具合を誘発する欠点があ
った。さらに、連結リード１３と引出しリード５との接
続エリアは送信電極１１の側方となるので一方電極板１
０の幅寸法が一段と大きくなり、この点からも小型化を
妨げていた。

ここに、本発明は、コスト低減、性能安定を図りつつ一
段の小型化を達成することのできる位相弁別型静電容量
検出器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、送信電極１１の幅内に複数連結リードを納め
かつスルーホールの激減が図れるよう形成したものであ
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
とこれに対面かつ相対移動可能な結合電極を有する他方
電極と送信電極に接続された電源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式静電容量検出
器において、前記一方電極板の基材上を電気絶縁層で１階層と２階層
とに区画し、前記送信電極を形成する複数の送信電極要素を該２階層
に配設するとともに各送信電極要素の両端を該電気絶縁
層を貫通させて１階層に延在させ、該１階層において位相を同じくする送信電極要素同志を
連結リードで直列接続し、各連結リードを介して位相同一の各送信電極要素に前記
電源から当該位相電気信号を印加するように構成したこ
とを特徴とする。

［作用］上記構成の本発明では、一方電極板（基板）上を電気絶
縁層で区画した２階層に送信電極を配設し、１階層にお
いて各送信電極要素をその下方において直列接続するも
のであるから小型化できる。これにより携帯小型測長器
等にも組込容易となり高精度検出を達成できる。ととも
にスルーホール加工数を極減できるので電気的、機械的
強度と安定性が高まり信頼性ある運転が保障される。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

（第１実施例）本実施例の位相弁別式静電容量検出器は、一方電極板１
０と他方電極板２０と電源３０と検出回路４０から構成
されている。

但し、電源３０、検出回路４０は、前出第５図に示す従
来公知のものとかわりはないのでその図示および説明は
省略するものとする。

さて、一方電極板１０は、第１図、第２図に示す如く、
ガラス板からなる基材１９と、複数（８）の送信電極要
素１１ａ〜１１ｈからなる複数の送信電極要素ユニット
を整列配設した送信電極１１と、この送信電極板１１と
平行に配設された受信電極１７とから形成されている。
これに対して、他方電極板２０は、前出第８図に示した
従来構造と同様にガラス板からなる基材２９と、４つの
送信電極要素（１１ａ〜１１ｄ、１１ｅ〜１１ｈ）に渡
る長さ寸法で、送信電極１１と受信電極１７に渡る幅寸
法の結合電極２１と、この結合電極２１と同形の交互に
配設されたアース電極２２とからなり、各アース電極２
２は短絡パターン２３で短絡されている。

ここに、本発明の技術的特長事項は、第１図、第２図に
示す如く、送信電極１１を２階層に配設し、位相を同じ
くする各送信電極要素を１階層において連結リード１３
で直列接続し、この連結リード１３を介して位相同一の
各送信電極要素に電源３０から当該位相電気信号を印加
するように構成したものである。

すなわち、一方電極板１０の基材１９上を、第１図に示
す如く、第１電気絶縁層１で１階層と２階層とに区画
し、２階層つまり第１電気絶縁層１上に各送信電極要素
ユニット（１１ａ〜１１ｈ）を整列配設する。そして、
各送信電極要素の両端を二酸化ケイ素ＳｉＯ_２膜からな
る第１電気絶縁層１を貫通させて１階層に延在させる。
具体的には、第１電気絶縁層１に、第２図に示す如く、
基材１９の長手方向に延びる一対の細長スリット状のス
ルーホール３，３を設け、このスルーホール３，３を通
る立下げリード１２，１２で１階層に導き結線端子１
４，１４をもって基材１９に固定する。なお、ＡＲは静
電容量結合エリアである。

ここにおいて、位相を同じくする各送信電極要素１１
ａ，１１ａ，…、１１ｂ，１１ｂ，…、１１ｃ，１１
ｃ，…、…同志は、傾きパターンの連結リード１３で直
列接続されている。

したがって、各連結リード１３のいずれかにおいて、電
源３０を接続すれば当該連結リード１３に直列接続され
た全ての送信電極要素（１１ａ，１１ａ，…）に同位相
の電気信号を同時印加できる。この実施例では端子リー
ド１５、フレキシブル配線１６を介して電源３０（位相
発生器３２）に接続されている。

なお、送信電極１１は、二酸化ケイ素ＳｉＯ_２膜からな
る第２電気絶縁層２で被覆されている。

また、受信電極１７は、連結リード１３、結線端子１
４、端子リード１５と同様に１階層つまり基材１９上に
配設されている。しかし、送信電極１１と同様に２階層
つまり第１電気絶縁層１上に設けてもよい。

かかる構成の位相弁別式静電容量検出器では、一方電極
板１０を、例えばダイヤルゲージ型測長器の静止体とし
ての本体に電源３０、検出回路４０とともに取付け、か
つ他方電極板２０を可動体としてのスピンドルに取付け
る。そして、各送信電極要素（１１ａ，１１ｂ，…）と
電源３０との接続は、１階層に設けられた連結リード１
３を介して当該端子リード１５にフレキシブル配線１６
を結合させれよい。

ここに、電源３０をＯＮして、フレキシブル配線１６、
各端子リード１５、各連結リード１３を介して位相同一
の各送信電極要素にそれぞれ信号印加すれば、本体に対
するスピンドルの移動変位量を検出しつつ検出回路４０
を形成する表示器４７にデジタル表示することができ
る。

しかして、この実施例によれば、一方電極板１０の電気
絶縁層１で円画された２階層に送信電極１１を配設する
とともにその下方の１階層において位相同一の各送信電
極要素を連結リード１３で直列接続した構成であるか
ら、静電容量結合エリアＡＲ外に接続エリアを設けて接
続していた第７図に示した従来構造に比較して大幅に小
型化できる。

また、各送信電極要素の両端を１階層に延在させるには
一対のスリット状スルーホール３，３を設ければよいの
で、コスト低減が図れかつスルーホール３，３を比較的
大きなものとしても小型化に支障を来すこともなく、全
体として信頼性を一段と高めることができる。

また、各連結リード１４は、傾め並列配設され位相同一
の送信電極要素間を直列接続する構成であるから、線幅
を余裕あるものと選択できるので、電気的、機械的信頼
性を高め、また、加工コストを大幅に引下げられる。因
に、連結リード１３の線幅Ｗを第９図に示す従来構造と
同じく０．０３mmとした場合、本実施例では、寸法Ｌを
１／３以下とすることができる。

また、各送信電極要素（１１ａ，１１ｂ，…）は、結線
端子１４，１４と略同一の線幅とされるとともに、立下
げリード１２，１２を介して、対応する一対の結線端子
１４，１４に接続されているので、送信電極１１の形成
に際して、各送信電極間ピッチを微細化でき、高い分解
能の測定が可能となる。

さらに、従来構造の如く相数に等しい多数の微小スルー
ホールを設けなくともよいので、加工歩留が飛躍的に向
上しコスト低減と電気的特性の安定と信頼性を保障でき
る。

（第２実施例）この実施例は第３図、第４図に示される。

第１実施例とは、平行度検出手段５０を設け、かつこの
手段５０を設けるために一方電極板１０の構造を変えた
ところが異なる。他の電源３０、検出回路４０は、加算
器４６を設けたほかは第１実施例の場合と同様としたの
で、同一部分には同一の符号を付しその説明は省略す
る。

ここに、一方電極板１０は、第４図に示す如くガラス板
からなる基材１９と、複数（８）の送信電極要素１１ａ
〜１１ｈからなる送信電極要素ユニットを整列配設した
送信電極１１と、この送信電極板１１を幅方向に挾む一
対の受信電極要素１７Ａ，１７Ｂからなる受信電極１７
とから形成されている。なお、他方電極板２０は、基本
的構成が前出第８図に示す従来構造と同一であるが、結
合電極２１の幅寸法は、両受信電極要素１７Ａ，１７Ｂ
に渡る大きさとされている。

そして、２階層に配設された各送信電極要素１１ａ，１
１ｂ，…は、第１実施例の場合と同様に１階層において
連結リード１３で直列接続されている。各連結リード１
３の端末は、基材１９の起立面９Ｖと留面９Ｂに連なる
端子リード１５に接続されている。

したがって、裏面９Ｂ側において、各端子リード１５に
電源３０とを連ぶフレキシブル配線１６が接続される。

また、平行度検出手段５０は、他方電極板２０を、例え
ばダイヤルゲージ型測長器のスピンドルに固定した場合
のように具体的機構に組込んだ際、両電極板１０，２０
の平行度調整や運転中の変化等を検出する手段であっ
て、第３図に示す如く各積分器５１Ａ，５１Ｂにチャー
ジされた信号レベルをコンパレータ５２で比較しつつ、
その差分の大きさと方向とから両電極板１０と２０との
相対傾きをメータ５３で目視可能に形成されている。各
積分器５１Ａ，５１Ｂには、出力リード１８，１８を介
して対応する受信電極要素１７Ａ，１７Ｂに誘起された
信号が出力される。

かかる構成の位相弁別式静電容量検出器では、一方電極
板１０を、例えばダイヤルゲージ型測長器の静止体とし
ての本体に電源３０、検出回路４０とともに取付け、か
つ他方電極板２０を可動体としてのスピンドルに取付け
る際に、平行度検出手段５０によって容易かつ正確に平
行度を確立できる。しかも、各送信電極要素（１１ａ，
１１ｂ，…）と電源３０との接続は、一方電極板１０の
裏面９Ｂに密接された端子リード１５にフレキシブル配
線１６を結合させればよいので、迅速かつ容易となる。

ここに、電源３０をＯＮして、フレキシブル配線１６、
各端子リード１５、各連結リード１３、を介して位相同
一の各送信電極要素にそれぞれ印加すれ、本体に対する
スピンドルの移動変位量を検出しつつ検出回路４０を形
成する表示器４７にデジタル表示することができる。

しかして、この第２実施例によれば、２階層に配設され
た各送信電極要素は１階層において連結リード１３を介
して直列接続される構成であるから、小型化、コスト低
減等々第１実施例の場合と同様な作用・効果を奏する。

さらに、一方電極板１０の受信電極１７を一対に受信電
極要素１７Ａ，１７Ｂから形成し、各受信電極要素１７
Ａ，１７Ｂからの出力信号を比較して一方電極板１０と
他方電極板２０との平行度検出を行なう平行度検出手段
５０が設けられているので、携帯小型測長器等への組込
・調整が容易となりかつ高精度検出ができる。この場
合、送信電極１１と電源３０との連結のために、前出第
９図に示す如く静電容量結合エリアＡＲに大きなスペー
ス（接続エリア）を設ける必要がないので、この点から
も小型化を達成しつつ多機能化を一段と助長することが
できる。

また、フレキシブル配線１６は、一方電極板１０の裏面
９Ｂ側で端子リード１５に接続される構成ゆえ、接続作
業が容易かつ迅速に行なえかつその信頼性を高めること
ができる。また、フレキシブル配線１６の寸法特に厚さ
が問題とならないので、電気容量的、機械強度的選択基
準が大幅に拡大され性能的にもコスト的にも非常に有利
となる。

なお、以上の各実施例では、第１電気絶縁層１は基材１
９の表面を全面的に覆うものと構成されていたが、要
は、送信電極要素１１ａ，１１ｂ，…を２階層に連結リ
ード１３をそれら下方に形成される１階層において位相
同一の送信電極要素を直列接続可能に送信電極１１と各
連結リード１３との短絡を阻止できればよいので、電気
絶縁層は各送信電極要素と連結リード１３との間に部分
的に設けても実施できる。

［発明の効果］本発明は、送信電極を電気絶縁層で円画された２階層に
配設するとともに１階層において位相を同一とする各送
信電極要素を直列接続した構成であるから、多数のスル
ーホール加工が必要なくなりコスト低減と電気的、機械
的信頼性を大幅に向上できかつ一段と小型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１実施例を示す一方電極板の縦
断面図、第２図は同じく第１図に矢視線II−IIに基づく
一部を省略した平面図、第３図、第４図は第２実施例を
示し第３図は全体構成を示すブロック図、第４図は一方
電極板の一部を省略した平面図、第５図〜第１０図は従
来の位相弁別式静電容量検出器を示し、第５図は全体構
成を示すブロック図、第６図は一方電極板と他方電極板
との配設状況を示す図、第７図は第６図矢視線VII−VII
に基づく一方電極板の一部を省略した平面図、第８図は
第６図の矢視線VIII−VIIIに基づく他方電極板の一部を
省略した平面図、第９図は各送信電極要素と連結リード
との接続状態を示す図および第１０図は第７図の矢視線
Ｘ−Ｘに基づく一方電極板の一部を省略した縦断面図で
ある。１……第１電気絶縁層（電気絶縁層）１０……一方電極板、１１……送信電極、１１ａ〜１１ｈ……送信電極要素（送信電極要素ユニッ
ト）、１３……連結リード、１７……受信電極、１９……基材、２０……他方電極板、２１……結合電極、３０……電源、４０……検出回路、５０……平行度検出手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信電極および受信電極を有する一方電極
板とこれに対面かつ相対移動可能な結合電極を有する他
方電極と送信電極に接続された電源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式静電容量検
出器において、前記一方電極板の基材上を電気絶縁層で１階層と２階層
とに区画し、前記送信電極を形成する複数の送信電極要素を該２階層
に配設するとともに各送信電極要素の両端を該電気絶縁
層を貫通させて１階層に延在させ、該１階層において位相を同じくする送信電極要素同志を
連結リードで直列接続し、各連結リードを介して位相同一の各送信電極要素に前記
電源から当該位相電気信号を印加するように構成したこ
とを特徴とする位相弁別式静電容量検出器。