JPS6131804B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測長信号検出器、特に静電容量の変化
を利用して測定子の移動量を電気的に検出する測
長信号検出器に関するものである。

マイクロメータ、ノギス、３次元測定器等の測
長器あるいは座標位置測定器等において、被測定
物の長さに対応して測定子を移動させ、この移動
量を電気的に検出してデジタル表示を行う測定装
置が周知であり、読取誤差のない正確な測定作用
が得られるという利点を有する。

前述した電気的測長信号検出器として、従来は
光電型検出器あるいは電磁型検出器が用いられて
いたが、これらの従来装置はそれぞれ幾つかの欠
点を有し、その利用範囲が限定されるという問題
があつた。すなわち、光電型検出器は発受光器の
間をスリツト板が移動し、この時の光透過及び光
遮蔽を電気的に検出する構成から成るが、測定時
には常時ランプあるいは発光ダイオード等の発光
器に電流を供給して発光作用を行わなければなら
ず、このために検出器の消費電流が著しく大き
く、特に電池を駆動源とする小型測定器において
は、電池寿命が測定器の使用時間を制約するとい
う問題を生じていた。特に、近年の測定器用電子
回路は消費電流の少ないＣ−MOS集積回路を用
い、電子回路自体の消費電流が著しく減少してい
るので、前述した光電型検出器における消費電流
が大きな問題となつていた。また、電磁型検出器
は磁束変化を電気的に検出する構成から成るが、
検出器の周辺にある外部磁界によるノイズ混入に
よりその検出精度が著しく低下するという欠点が
あり、外部磁界の遮蔽が困難であることから高精
度の検出器を得ることができないという問題があ
つた。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、消費電流の少ないかつ高精度
の測長信号検出器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、表面に
複数のスリツト電極が整列配置された固定電極板
と、前記スリツト電極と対向する表面に複数のス
リツト電極が整列配置され測定子の移動とともに
移動する可動電極板と、を含み、前記両スリツト
電極によつて可変容量コンデンサを形成し、両ス
リツト電極間には誘電体層が設けられていること
を特徴とする。

本発明によれば、可変容量コンデンサの一方の
電極を測定子の移動とともに移動させ、この時の
静電容量変化にて正確な測長信号を検出すること
ができ、特に、可変容量コンデンサの両電極間に
誘電体層が設けられていることから、静電容量値
を電極間が空気である場合に比して著しく大きく
することができ、その検出感度を著しく改善でき
るという利点を有する。

以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。

第１図には本発明に係る測長信号検出器を回転
型測定器例えばマイクロメータに適用した実施例
が示され、マイクロメータ基板に固定足１０にて
固定された固定電極板１２と該固定電極板１２に
摺動接触する可動電極板１４とを含み、可動電極
板１４の軸１６は図示していないマイクロメータ
スピンドルに直接あるいは間接的に連結されてい
る。従つて、測定器の測定子であるマイクロメー
タスピンドルの移動とともに可動電極板１４は固
定電極板１２と相対的に回転移動することができ
る。

第２図は前記電極板１２，１４の電極構造が示
され、固定電極板１２の一方の表面には複数のス
リツト電極１２ａが整列配置され、同様に、可動
電極板１４の固定電極板１２と対向する表面には
複数のスリツト電極１４ａが整列配置されてい
る。実施例における検出器は測定子の移動量を位
相の異なる２種類の信号として検出し、このため
に、固定電極板１２に設けられたスリツト電極１
２ａは第２図の上半部及び下半部に分離され、両
スリツト電極群１２ａがそれぞれ90度位相の異な
るピツチで配列され、両スリツト電極群１２ａか
ら端子１８，２０に位相差の異なる例えば正弦波
信号及び余弦波信号が出力される。スリツト電極
群１２ａは第２図から明らかなようにほぼくし歯
形状から成り、固定電極板１２の側周外方に設け
られた半月リング状の共通電極部１２ｂによつて
電気的に共通接続されている。実施例における固
定電極板１２はプラスチツク基板から成り、スリ
ツト電極１２ａ及び共通電極部１２ｂは周知のプ
リント基板手法によつて形成されている。

同様に、可動電極板１４の表面にもくし歯状の
スリツト電極１４ａがプリント基板手法によつて
形成され、このスリツト電極１４ａは電極板１４
の円周方向に等ピツチで整列配置されている。ス
リツト電極１４ａは共通電極部１４ｂにて電気的
に接続され、共通電極部１４ｂは第１図に示され
るように、可動電極板１４の裏面まで伸延配置さ
れ、該共通電極部１４ｂが可動電極板１４の近傍
に設けられたスリツプリング２２と電気的に摺動
接触し、端子２４からの電気信号がスリツプリン
グ２２を介して可動電極板１４のスリツト電極１
４ａに供給されている。

第２図から明らかなように、可動電極板１４の
スリツト電極１４ａが固定電極板１２のスリツト
電極１２ａと重ね合せられた時に両電極間の静電
容量値は最大となり、この重ね合せ量は可動電極
板１４の回動移動とともに変化し、この移動時に
生じる静電容量変化を電気的に検出することによ
つて、可動電極板１４すなわち測定子の移動量を
電気的に検出することが可能となる。

第３図には第１，２図の電極構造が示され、両
電極１２ａ，１４ａの間に誘電体層を設けること
によつて、電極間の静電容量値を増大し、また静
電容量値の外部条件変化例えば温度あるいは湿度
等による変動誤差を除去している。第３図におい
て、電極間誘電体層は両電極１２ａ，１４ａが設
けられた電極板１２，１４の表面に被覆された誘
電体層２６及び２８から成り、実施例における誘
電体層２６，２８はテフロンコーテイングから形
成されている。周知のように、テフロンは空気と
比較して著しく高い誘電率を有し、また外部条件
に対して極めて安定な特性を有するとともにその
摩擦係数が小さいという特徴がある。従つて、第
３図に示されるように、両電極板１２，１４を互
いに摺動接触させた場合においても、その摺動抵
抗が小さく、また摩擦による損耗が小さく、安定
した特性のかつ耐久性のある可変容量コンデンサ
を形成することができる。

第４図には本発明に好適な電極配置が示され、
第２図の実施例においては、電極板１２，１４の
上半部と下半部とに位相差の異なる２種類の検出
信号を得るための位相の異なる電極１２ａ，１４
ａが設けられているが、第４図の実施例において
は、電極板１２をその円周に沿つて６等分し、１
個おきの領域１０１，１０２及び１０３に正弦波
信号を検出するためのスリツト電極を設け、残り
の１個おきの領域２０１，２０２及び２０３に位
相の異なる余弦波信号を検出するためのスリツト
電極が設けられている。第４図の実施例によれ
ば、電極板及びシヤツタ板の加工あるいは組立時
において軸の通り違いあるいは真円度誤差が生じ
た場合においても、正弦波信号及び余弦波信号を
検出する各スリツト電極が電極板の円周に沿つて
分散配置されているので、全体的な平均化出力は
前記誤差に拘らず常に一定の出力値となり、検出
精度を向上させることが可能となる。

第５図には本発明に好適な電子回路が示され、
電極板１４に設けられた正弦波信号検出用及び余
弦波信号検出用のスリツト電極１４ａには発振器
３０から交流電気信号が供給され、この交流波は
実施例において1MHZの発振周波数を有する。本
発明に係る検出器はそれ自体可変容量コンデンサ
を形成し、この結果、スリツト電極１２ａ側から
は可動電極板１４の移動に対応した変調信号が出
力され、この変調信号が検波回路３２，３４によ
り包絡線検波され、その出力が更にレベル変換器
３６，３８によつてレベル変換される。以上の結
果、レベル変換器３６からは余弦波信号がそして
レベル変換器３８からは正弦波信号が出力され、
両出力信号を周知の分割回路４０へ供給すること
によつて可動電極板１４の移動量に対応したデジ
タル測長信号を得ることができ、この測長信号を
計数することによつて、可動電極板１４すなわち
測定子の移動量がデジタル値として求められる。

第６図には、本発明に係る検出器を円筒形状の
測定器として構成した実施例を示し、前述した実
施例と対応する部材に同一符号を付してその説明
を省略する。第６図の実施例においても、電極板
１２，１４間に誘電体層２６，２８が設けられる
ので、高精度の静電容量変化を検出可能である。

更に、第７図には長板状の固定電極板１２に沿
つて平板状の可動電極板１４が往復移動する本発
明の実施例を示し、可動電極板１４に固定された
測定子の直線移動量を確実に電気的に検出するこ
とができる。

第８図には本発明の更に他の実施例が示され、
前述した各実施例においては、可動電極板１４へ
電気信号を供給するためにスリツプリング２２が
設けられているが、第８図の実施例において、ス
リツプリングを用いることなく、可動電極板１４
のスリツト電極１４ａへ無接触で電気信号を供給
できることを特徴とする。すなわち、可動電極板
１４のスリツト電極と反対側面には補助電極４２
が設けられ、該補助電極４２と対向する信号供給
電極４４を有する信号供給電極板４６が基板に固
定されている。補助電極４２及び信号供給電極４
４はほぼリング形状から成り、両電極４２，４４
により信号供給用コンデンサが形成されている。

第８図の等価回路が第９図に示され、スリツト
電極１２ａ，１４ａから成る可変容量コンデンサ
へは補助電極４２及び信号供給電極４４から成る
信号供給コンデンサが直列に接続され、信号供給
電極４４に接続された端子２４から電気信号が供
給される。信号供給コンデンサの静電容量は可動
電極板１４の回転によつても変化することなく、
このために、第９図の等価回路から得られる合成
静電容量は単に可動電極板１４の移動時の両スリ
ツト電極１２ａ，１４ａの相対移動からのみ得ら
れることになる。すなわち、信号供給コンデンサ
は単に静電的に電気信号を供給するためのみに設
けられ、この結果、可動電極板１４へは電気的な
接続を必要とすることがなく、摺動接触部におけ
る抵抗変化等の誤差要因を除去することが可能と
なる。信号供給コンデンサの静電容量はできるだ
け大きいものがよく、実施例において、両電極４
２，４４の面積を大きくしまたその間隙を小さく
することが好適であり、更に両電極４２，４４間
に誘電体層を設けることも好適である。

第１０図には実施例に好適な電極構造の更に他
の実施例が示され、両電極板１２，１４の表面に
形成されるスリツト電極１２ａ，１４ａはアルミ
ニウム電極から成る。そして、両アルミニウム電
極１２ａ，１４ａはその表面が化学的に酸化処理
され、その表面にアルミニウム酸化被膜４８，５
０が形成される。周知のように、アルミニウム酸
化被膜は高い誘電率を有し、良好な誘電体層とし
て利用することができる。そして、実施例におい
ては、アルミニウム酸化被膜４８，５０の表面に
更にプラスチツク薄膜５２，５４が被膜され、ア
ルミニウム酸化得膜４８，５０とプラスチツク薄
膜５２，５４とから本発明の誘電体層が形成され
ている。第１１図には、前記アルミニウム酸化被
膜５０の拡大図が示され、化学処理の結果その表
面には底部が広がつた多数のくぼみ５０ａが形成
され、この結果、プラスチツク薄膜５４を被覆す
る際にアルミニウム酸化被膜５０とプラスチツク
薄膜５４とが強固に密着結合され、プラスチツク
薄膜５４の強固な被膜を得ることが可能となる。

以上のように、第１０，１１図の実施例によれ
ば、酸化被膜とプラスチツク薄膜とから良好な誘
電率を有する誘電体層が得られ、また電極表面が
摩擦抵抗の少ないプラスチツク薄膜例えばテフロ
ン等で被覆されているために、両電極板１２，１
４の摺動接触を低抵抗で行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、可変容
量コンデンサを形成する両電極間が誘電体層にて
充填され、空気等の介在による測定誤差を除去す
ることができるので、安定な検出感度のよい測長
信号検出器を提供することが可能となる。

そして、本発明に係る検出器は静電容量型であ
るために、その消費電流は極めて僅かであり、特
に電池駆動型測定器において電池寿命を著しく延
長することが可能となり、携帯用小型測定器とし
て極めて好適である。また、本発明の検出器は外
部電界の遮蔽を行うために、単なる金属ケース内
に挿入すればよく、従来の電磁型と比して外部ノ
イズの混入が少ない高精度の測定器を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る測長信号検出器の好適な
実施例を示す概略斜視図、第２図は第１図の電極
配置を示す分解平面図、第３図は第１，２図の電
極構造を詳細に示す拡大断面図、第４図は本発明
に係る検出器の電極配置の他の構成を示す説明
図、第５図は本発明に好適な検出回路及びその波
形図を示す説明図、第６，７，８図はそれぞれ本
発明に係る検出器の他の実施例を示す要部斜視
図、第９図は第８図の等価回路図、第１０図は本
発明に好適な電極構造の他の実施例を示す要部断
面図、第１１図は第１０図の要部拡大断面図であ
る。 １０……固定足、１２……固定電極板、１４…
…可動電極板、１２ａ，１４ａ……スリツト電
極、２６，２８……誘電体層、４８，５０……ア
ルミニウム酸化被膜、５２，５４……プラスチツ
ク薄膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面に複数のスリツト電極が整列配置された
   固定電極板と、 前記スリツト電極と対向する表面に複数のスリ
   ツト電極が整列配置され測定子の移動とともに移
   動する可動電極板と、 を含み、前記両スリツト電極によつて可変容量
   コンデンサを形成し、前記両スリツト電極の表面
   はそれぞれ誘電体層によつて被覆され、可動電極
   板の移動時に対向する両誘電体層が摺動接触し、
   前記スリツト電極がアルミニウム電極からなり、
   また、前記各誘電体層はそれぞれ対応するアルミ
   ニウム電極に施された酸化被膜及び該酸化被膜に
   被覆されたプラスチツク薄膜から形成され、両誘
   電体層の摺動接触は前記プラスチツク薄膜によつ
   て行われることを特徴とする測長信号検出器。