(57)【要約】【課題】  静電容量式変位計用プローブを用いる測定に際して、被測定物を上方から固定でき、また他の測定器具も使用できるようにすること。【解決手段】  静電容量式変位計用プローブ１は、環状の測定電極１２と、測定電極１２の内側に設けた内側保護電極１１と、測定電極１２の外側に設けた外側保護電極１３とを備え、さらに内側保護電極１１の内側に設けた貫孔１５を備える。測定電極１２を被測定物の上方に配置して変位を測定する場合、貫通孔１５から金属製冶具を挿入して上方から被測定物を固定できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の測定電極と
前記測定電極の外側に設けた外側保護電極と、
前記測定電極の内側に設けた内側保護電極と、
前記内側保護電極の内側に設けた貫通孔と
を備える静電容量式変位計用プローブ。
【請求項２】
さらに、外側保護電極の外側に外側シールド電極を備える請求項１に記載の静電容量式変位計用プローブ。
【請求項３】
さらに、内側保護電極の内側に内側シールド電極を備える請求項１又は２に記載の静電容量式変位計用プローブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の静電容量式変位計用プローブを用いた静電容量式変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電容量式変位計用プローブ及びそれを用いた静電容量式変位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量式変位計は、静電容量式変位計本体と静電容量式変位計用プローブとからなり、プローブと被測定物との間に高周波電圧を印加し、そこに形成される静電容量を検出して、検出した静電容量の変化から、プローブと被測定物間の距離の変化又は変位を測定するものである。
【０００３】
すなわち、非測定物とプローブ（電極面積Ｓ）との距離をＤとし、その間の空間の誘電率をεとすると、形成される静電容量Ｃは、Ｃ＝ε・Ｓ／Ｄで表せる。ここで、誘電率εと電極面積Ｓが一定であれば、距離Ｄは、静電容量Ｃに反比例することになる。このように、距離Ｄの変位は、静電容量Ｃの変化として現れるので、静電容量Ｃを、例えば静電容量−電圧変換回路で電圧に変換して取り出すことにより、変位を測定できる。
【０００４】
このような静電容量式変位計は、高感度、高分解能でかつ非接触で変位を測定できるので、精密測定に用いられている。使用例としては、例えばハードディスク用精密モータの回転面の上下方向変位（面振れ）の測定がある。ハードディスク用モータは、流体動圧軸受けを使用しており、固定シャフトを中心にして設けられたハブあるいはディスクが回転して回転面が浮上するもので、その浮上量の変位を検査する必要がある。このような精密モータの変位を測定するには、測定すべきモータの側面を固定して、回転するモータ軸の上方に、プローブを配置するようにしていた。通常、図５に示すように、多数の測定箇所を覆うように、モータ６０の回転軸６１を中心に、円板状電極を有するプローブ７０を配置して測定していた。
【０００５】
近年、ハードディスクの回転数は、かつての３６００ｒｐｍから次第に高速になり、１００００ｒｐｍを超えるようになっている。このような高速回転になるとモータの側面を固定しているだけでは、正確な測定が困難になってきている。モータをビス等で完全に固定するようにすれば、正確な測定は可能であるが、製造ラインで大量に製造されるすべてのモータを測定しようとする場合には現実的ではない。したがって、簡単に効果的に被検査物を固定して、変位の測定を行なうことが望まれていた。
【０００６】
なお、中心部に穴を設けた測定プローブが提案されている（特許文献１参照）が、中心部に設けられた穴は、何らかの部材を挿入することを意図するものではない。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３３２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、上記問題点を解決でき、さらに新たな測定手法に使用できる静電容量式変位計用プローブ及びこのプローブを用いる静電容量式変位計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の静電容量式変位計用プローブは、環状の測定電極と、前記測定電極の内側に設けた内側保護電極と、前記測定電極の外側に設けた外側保護電極と、前記内側保護電極の内側に設けた貫通穴とを備える。
【００１０】
また、外側保護電極の外側に外側シールド電極を備えることもでき、内側保護電極の内側に内側シールド電極を備えることもできる。
【００１１】
本発明の第２の態様の静電容量式変位計は、これらの静電容量式変位計用プローブを用いるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の静電容量式変位計用プローブあるいは静電容量式変位計は、上記の構成を採用したので、貫通孔に誘電体あるいは導体の部材を挿入しても、測定すべき静電容量に悪影響を与えることなく、正確に変位を測定できる。したがって、金属製冶具を挿入して被測定対象を上部から固定することができ、精密な測定ができる。また、貫通孔に他の測定部材を挿入することができるので、静電容量の検出による変位の測定に加えてさまざまな測定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に、本発明の静電容量式変位計用プローブの一実施形態を示す。プローブ１０は、ケーブルでプラグ５０に接続され、プラグ５０を介して変位計本体に接続される。プローブ１０は、平板形状をしており、その一面に静電容量測定のための電極部が配置されている。本実施形態の電極部は、環状電極を３重に配置し、中央に測定電極１２を、内側と外側にそれぞれ内側保護電極１１と外側保護電極１３とを設け、さらに中央に貫通孔１５を設ける。保護電極１１、１３は、測定電極１２が、被測定物以外の導体（例えば手）と静電容量を形成させないようにするためのもので、接地するか、あるいは測定電極に印加される高周波電圧と同じ電圧を印加する。内側保護電極１１は、貫通孔１５から絶縁部分（基板本体）を介して設けられているが、貫通孔１５に接して設けてもよい。
【００１５】
図２に、本実施形態のプローブ１０の電極構造を示す。図２（ａ）〜（ｄ）は、電極部を構成する第１〜第４の基板を示すもので、プローブ１０は、第１〜第４の基板をはり合わせてなる。（ｄ）に示す第４の基板が、測定電極１２と保護電極１２、１３が露出している測定面となり、（ａ）に示す第１の基板が、測定面とは反対の裏面となり、（ｂ）（ｃ）の第２及び第３の基板が第１の基板と第４の基板との間に介在する。各基板には必要部分にスルーホールが設けられ、各基板に配置された電極あるいは導電部は、スルーホールにより導通する。電極間を接続するスルーホールの一例を、図に破線で示す。
【００１６】
内側保護電極１１と外側保護電極１３の間に設けられた測定電極１２は、第３の基板の測定電極用導電部３２に接続し、その端部３２ａにより、各基板と導通し、外部電源と接続される。保護電極１２、１３はともに、第３の基板の保護電極３１と第２の基板の保護電極２１とに接続し、外部には、保護電極２１の一端２１ａを介して接続される。さらに貫通孔１５は、各基板を貫通して設ける。
【００１７】
図３に、本実施形態により、ハードディスクモータの上面の変位を測定する場合を示す。静電容量式変位計本体１００に接続されたプローブ１０の電極面をモータ上面に近接して配置する。モータ６０が回転すると、ハブ６２は回転して浮上する。しかし、回転中心となるシャフトは回転せず浮上もしないので、金属冶具８０を貫通孔１５に通して、モータ６０の回転中心を上から押さえる。なお、図示は省略するが、モータ６０の側面は、従来のとおり冶具により保持固定されている。モータ６０の上面に配置された測定電極１２には、変位計本体１００の電源部から高周波電圧を印加して、モータ回転中のハブ６２の変位を静電容量の変化として測定する。このようにモータ上面の中心点を冶具８０により固定することにより、側面のみの固定では振動を抑えることができず正確な測定が困難であった回転数のモータに対しても、正確な測定ができる。
【００１８】
本実施形態では、内側保護電極１１のさらに内側に貫通孔１５を設けているので、固定のために金属製の冶具を貫通孔１５に挿入しても、保護電極１１により測定すべき静電容量に悪影響を与えない。
【００１９】
貫通孔１５には、金属製の冶具を挿入する例を示したが、誘電体を挿入することもできる。内側保護電極１１により、誘電体を挿入しても静電容量を測定すべき空間の誘電率に変化を与えることがない。
【００２０】
なお、従来提案されているもの（特許文献１参照）も、プローブ中央に貫通孔を設けているが、貫通孔の外側に保護電極を備えていない。この貫通孔はレーザを通過させるためのものであって、なんらかの部材を貫通孔に挿入することを意図していない。簡単な実験を行なったところ、測定電極と貫通孔の間に保護電極を備えている場合、貫通孔に金属棒を挿入しても、１００ｍＶレベルではまったく変動が認められなかったのに対して、保護電極を備えていない場合には、貫通孔に金属棒を挿入すると、５Ｖレベルで２単位すなわち１０Ｖもの変動があった。また、内側保護電極がなければ、誘電体を挿入した場合でも、挿入した誘電体により誘電率が変化して正確な測定ができない。
【００２１】
図４に、本実施形態のプローブの変形例を示す。図４のプローブ１０は、中央部に貫通孔１５を配置し、その周囲に絶縁部（基板本体）を介さずに内側保護電極１１を設ける。これは、内側保護電極１１を測定電極１２の内側に円板状に形成した後、内側保護電極１１の中心部を貫通孔として製造することができる。
【００２２】
測定電極１２と外側保護電極１３のさらに外側にシールド電極１７を設ける。内側保護電極１１と外側保護電極１３は、測定電極１２と同電位に保たれ、シールド電極１７は接地される。このようにシールド電極１７を設けることにより、外側保護電極１１が他の導体と静電容量を形成するのを防止でき、外部からの悪影響を遮断することができる。
【００２３】
なお、内側保護電極１１を、貫通孔１５から絶縁部分を介して配置する場合（図２参照）には、内側保護電極１１のさらに内側にシールド電極を設けることもできる。このようにすれば、さらに精密な測定が可能になる。シールド電極を、外側と内側の一方あるいは両方に設けるか否かは、測定方法及び測定対象等に応じて決めることができる。
【００２４】
内側保護電極１１の内側に設けられた貫通孔１５は、被測定物の固定のための冶具のみならず、誘電体あるいは導体の各種の部材を挿入することができる。したがって、他の測定器具を挿入して、静電容量による変位の測定に加えて他の測定も同時に行うこともできる。例えば、貫通孔の大きさより小さな径のプローブを有する従来の静電容量式変位計プローブを、本発明による静電容量式変位計プローブの貫通孔に挿入することにより、静電容量変位計を二つ使用した測定が可能となる。また、接触式の変位計の測定子を貫通孔を利用して、被測定対象に接触させ、非接触式変位計と接触式変位計とによる変位測定を同時に実行することができる。この場合、いずれかで大きな変位を測定し、他方で細かな変位を測定するようにすれば、測定対象である部材の位置決めを行なうような場合に有効に使用できる。さらに、熱電対を貫通孔に通して、被測定物の変位の測定と同時にその温度を測定することもできる。このように、本発明による周囲に保護電極を設けた貫通孔を利用して、各種の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による実施形態である静電容量式変位計用プローブを示す図である。
【図２】本実施形態であるプローブの電極構造を示す図である。
【図３】本実施形態のプローブを使用した測定例を示す図である。
【図４】本実施形態であるプローブの他の電極構造を示す図である。
【図５】従来の静電容量式変位計を用いた測定を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０    静電容量式変位計用プローブ
１１    内側保護電極
１２    測定電極
１３    外側保護電極
１５    貫通孔
１７    シールド電極
６０    精密モータ（被測定物）
８０    金属製冶具
１００    静電容量式変位計本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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