JPH095015A - 静電容量式センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型かつ精度が高い電気信号を出力することが
できる静電容量式センサを提供することにある。 【構成】静電容量式センサは、固定電極と、この固定電
極と接触しないように固定電極から所定の間隔をおいて
配設されるとともに、第１のシャフトにより回転可能に
絶縁支持される可動電極と、固定電極と可動電極との間
に生じる静電容量を信号変換する変換手段とから構成さ
れ、固定電極の少なくとも一つが絶縁体の一面に形成さ
れており、変換手段が絶縁体の他面に配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電容量の変化量によ
り、回転角度等を検出する無接触の静電容量式センサに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の無接触の静電容量式セン
サについて、図４に基づいて詳細に説明する。図４にお
いて、静電容量式センサは固定電極１，２と可動電極３
とから構成される可変コンデンサ部６と、静電容量を周
波数又は電圧等に変換する変換手段７とから構成され
る。

【０００３】可変コンデンサ部６は、略扇形状の電極構
造を有する第１の固定電極１及び第２の固定電極２が互
いに対向するように配設されており、その間に、絶縁シ
ャフト４により回転可能に支持された略扇形状の電極構
造を有する可動電極３が挿入、配置されて構成されてい
る。

【０００４】第１の固定電極１は、互いに絶縁された第
１及び第２の分割電極１ａ，１ｂからなる一対の電極構
造を有し、可動電極３の対向面に形成される。また、第
２の固定電極２も、互いに絶縁された第１及び第２の分
割電極２ａ，２ｂからなる一対の電極構造を有し、可動
電極３の対向面に形成される。そして、固定電極１，２
は、所定の間隔をおいて静電容量式センサの本体（図示
せず）に絶縁されて固定される。なお、固定電極１，２
はセンサ本体に導通するように接続し、センサ本体をア
ース側に接続する場合もある。

【０００５】可動電極３は、互いに導通された第１及び
第２の分割電極３ａ，３ｂからなる一対の電極構造を有
し、互いに接触しないように固定電極１，２から所定の
間隔をおいて絶縁シャフト４に固定され、この可動電極
３は絶縁シャフト４によって回動可能に本体に支軸され
る。

【０００６】出力端子５，５の一端は、固定電極１，２
の第１の分割電極１ａ，２ａ及び第２の分割電極１ｂ，
２ｂにそれぞれ接続され、出力端子５，５の他端は変換
手段７に接続される。

【０００７】かかる構成の可変コンデンサ部６は、可動
電極３を介して第１の分割電極１ａ，２ａ及び第２の分
割電極１ｂ，２ｂとの間に生じる静電容量が、可動電極
３の回動により変化するものである。変換手段７は、可
変コンデンサ部６の静電容量を周波数変化又は電圧変化
等に変換可能な回路構成からなるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
構成の静電容量式センサにおいて、可変コンデンサ部と
変換手段とが別体になっており、静電容量式センサの小
型化が難しい、組み立て使用時に可変コンデンサ部と変
換手段とを導通させるという作業が必要、また導通のた
めにケーブルが使われ、ケーブルによるノイズの影響、
インピーダンスの増大による感度の低下、応答速度の遅
延化、異常値等が発生するという問題点を有していた。

【０００９】本発明の目的は、上述の問題点を解消すべ
くなされたもので、小型かつ精度が高い電気信号を出力
することができる静電容量式センサを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の静電容量式センサにおいては、固定電極
と、この固定電極と接触しないようにこの固定電極から
所定の間隔をおいて配設されるとともに、シャフトによ
り回転可能に絶縁支持される可動電極と、前記固定電極
と可動電極との間に生じる静電容量を信号変換する変換
手段と、から構成され、前記固定電極の少なくとも一つ
が絶縁基板の一面に形成されており、前記変換手段が前
記絶縁体の他面に配設されていることを特徴とする。

【００１１】また、前記固定電極と変換手段とが配線路
によって電気的に導通していることを特徴とする。さら
にまた、前記変換手段は前記静電容量を電圧又は周波数
に変換するものからなることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明では、上述のように構成することによ
り、固定電極が形成される絶縁基板と、変換手段の電子
回路を構成する回路基板とが共通化され、また、それら
絶縁基板と回路基板とが共通化されるため、可変コンデ
ンサ部と変換手段とを導通させる配線路としてのケーブ
ルが不要になる。

【００１３】

【実施例】本発明による一実施例について、図１乃至図
３にもとづいて詳細に説明する。図１において、静電容
量式センサは概略固定電極１１，１２と可動電極１３と
から構成される可変コンデンサ部１６と、静電容量を電
圧に変換する変換手段１７とから構成される。

【００１４】可変コンデンサ部１６は、略扇形状の電極
構造を有する固定電極１１，１２が互いに対向するよう
に配設された第１の固定電極１１及び第２の固定電極１
２の間に、絶縁体からなる第１のシャフト１４により回
転可能に支持された略扇形状の電極構造を有する可動電
極１３が挿入、配置されて構成されている。

【００１５】第１の固定電極１１は、図２（ｂ）に示す
ように、互いに絶縁された第１及び第２の分割電極１１
ａ，１１ｂからなる一対の電極構造を有し、第１の絶縁
基板１１１の下面に形成される。第２の固定電極１２
は、互いに絶縁された第１及び第２の分割電極１２ａ，
１２ｂからなる一対の電極構造を有し、第２の絶縁基板
１２１の上面に形成される。そして、固定電極１１，１
２は、絶縁材料からなる静電容量式センサのベース２１
に所定の間隔をおいて固定される。

【００１６】可動電極１３は、互いに導通された第１及
び第２の分割電極１３ａ，１３ｂからなる一対の電極構
造を有し、且つ、第３の絶縁基板１３１の上下両面に第
１及び第２の分割電極１３ａ，１３ｂが形成される。そ
して、可動電極１３は互いに接触しないように固定電極
１１，１２から所定の間隔をおいて第１のシャフト１４
に固定され、この可動電極１３が固定電極１１，１２と
絶縁されるとともに、第１のシャフト１４によって回動
可能にベース２１に支軸される。

【００１７】なお、これらの固定電極１１，１２及び可
動電極１３は、絶縁基板１１１，１２１，１３１の表面
に金属などの箔体を設けて形成される。かかる構成の可
変コンデンサ部１６は、可動電極１３を介して第１の分
割電極１１ａ，１２ａ及び第２の分割電極１１ｂ，１２
ｂとの間に生じる静電容量が、可動電極１３の回動によ
り変化し、その静電容量が変換手段１７に入力される。

【００１８】次に、変換手段１７について説明する。変
換手段１７は、図２（ａ）に示すように、第１の絶縁基
板１１１の上面に、金属箔からなる配線路１７１ととも
に以下の電子回路が構成される。

【００１９】変換手段１７のより具体的な構成は、図３
に示すように、発振部１７２，変調部１７３，復調部１
７４及び増幅回路部１７５からなる。発振部１７２で基
準となる一定の周波数を発振させ、この周波数を変調部
１７３によって可変コンデンサ部１６の容量変化に対応
して変調つまり周波数を変化させる。さらに、変調部１
７３による周波数変化を積分回路からなる復調部１７４
によって電圧に変換し、この電圧を増幅回路部１７５に
よって所定の大きさに増幅して電圧の変化として出力す
る。

【００２０】したがって、第１の絶縁基板１１１は、そ
の上面に変換手段１７が構成され、その下面には第１の
固定電極１１が形成される。次に、静電容量式センサの
回動支持部について説明する。図１に示すように、回動
支持部はベース２１，フランジ２２，第２のシャフト２
３，ベアリング２４及び金属ケース２５からなる。

【００２１】ベース２１は第１のボルト２６によってフ
ランジ２２に固定される。ベース２１はその中央部近傍
に貫通孔２１１を有し、貫通孔２１１内にベアリング２
４，２４が配設される。更に、ベアリング２４の内方に
第２のシャフト２３が配設され、その結果、第２のシャ
フト２３はベース２１に対して回動自在に支軸される。
第２のシャフト２３の回転軸方向への抜け止めは、第２
のシャフト２３の一方にＥーリング２７を装着し、第２
のシャフト２３の他方にナット２８を螺合させることに
よって、ベアリング２４，２４を挟みつけるようにして
成される。

【００２２】第１のシャフト１４は絶縁スペーサ２９を
介して可動電極１３を保持するとともに、第１のシャフ
ト１４の一端を第２のシャフト２３の端部に圧入等して
固定する。したがって、可動電極１３は第１のシャフト
１４及び第２のシャフト２３からなるシャフトを介して
ベース２１に対して回動自在に支軸される。

【００２３】固定電極１１，１２が形成された絶縁基板
１１１，１２１は、金属スペーサ３０を介して第２のボ
ルト３１によって、ベース２１に固定される（図１では
金属スペーサ３０及び第２のボルト３１を各１個図示
し、他は図示せず）。金属スペーサ３０によって、第１
の固定電極１１と第２の固定電極１２との間に所定の間
隔を設けるとともに、第１の分割電極１１ａ，１２ａ及
び第２の分割電極１１ｂ，１２ｂをそれぞれ導通させ
る。更には、第２のボルト３１によって第１の分割電極
１１ａ及び第２の分割電極１２ａ並びに変化手段１７と
導通させる。

【００２４】金属ケース２５は、開口部を有する略円筒
状をなし、固定電極１１，１２と、可動電極１３と、変
換手段１７とベース２１とを収納してフランジ２２に固
定される。出力端子（図示せず）は変換手段１７の増幅
部１７５からケーブル保持材３２を介してケース２５外
部に延出される。

【００２５】なお、絶縁基板１１１，１２１，１３１に
は、ガラスエポキシ樹脂基板や耐熱性合成樹脂等を用
い、固定電極１１，１２，可動電極１３及び配線路１７
１はプリント基板をエッチングして形成してもよい。

【００２６】また、固定電極１１，１２及び可動電極１
３は、導電ペーストを印刷、又は、スパッタ蒸着などに
よって形成することも可能である。この場合、第１の絶
縁基板１１１の配線路１７１と第１の固定電極１１と
は、貫通孔１７６に導通電極を形成して導通させること
ができる。

【００２７】さらに、変換手段１７は静電容量を電圧に
変化する例を用いて説明したが、復調部１７４及び増幅
部１７５を削除して、変調部１７３から周波数変化とし
て信号を出力するものでもよい。

【００２８】さらにまた、可変コンデンサ部１６におい
て、固定電極が２段あり、その間に可動電極が配設され
た例を用いて説明したが、これに限定されるものでな
く、可変容量の所定量に応じて固定電極の段数及び可動
電極を増減できることはいうまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による静電容
量式センサでは、可変コンデンサ部と変換手段とを一体
化するとともに、固定電極の絶縁基板と変換手段の回路
基板とを共有化したために、構成部材点数の削減ができ
るとともに、静電容量式センサの小型薄型化が達成でき
る。さらに、静電容量式センサを使用する際に、組み立
てが容易になる。

【００３０】また、固定電極と変換手段の導通にケーブ
ルを用いずに、ボルト又は貫通孔を介して導通させるこ
とができるため、接続加工ミスや接触不良等の問題がな
く、信頼性が高い回路を構成できるとともに、固定電極
と変換手段との導通が短距離になるため、雑音及び浮遊
容量等の影響を受けにくく感度及び精度に優れた静電容
量式センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電容量式センサの一実施例の分
解斜視図である。

【図２】第１の絶縁基板１１１の、（ａ）変換手段を示
す正面図、（ｂ）固定電極を示す下面図である。

【図３】変換手段のブロック図である。

【図４】従来の要部斜視図である。

【符号の説明】

１１ 第１の固定電極 １２ 第２の固定電極 １３ 可動電極 １４ 第１のシャフト １７ 変換手段 ２３ 第２のシャフト １１１ 第１の絶縁基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定電極と、この固定電極と接触しない
   ようにこの固定電極から所定の間隔をおいて配設される
   とともに、シャフトにより回転可能に絶縁支持される可
   動電極と、前記固定電極と可動電極との間に生じる静電
   容量を信号変換する変換手段と、から構成され、 前記固定電極の少なくとも一つが絶縁基板の一面に形成
   されており、前記変換手段が前記絶縁体の他面に配設さ
   れていることを特徴とする静電容量式センサ。
2. 【請求項２】 前記固定電極と変換手段とが配線路によ
   って電気的に導通していることを特徴とする請求項１に
   記載の静電容量式センサ。
3. 【請求項３】 前記変換手段は前記静電容量を電圧又は
   周波数に変換するものであることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の静電容量式センサ。