CN1147084A - 静电电容式游标卡尺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能阻止液体和尘埃侵入，即使在恶劣环境下也能保证装置可靠性的静电电容式游标卡尺，该卡尺包括：主尺702，配置在该主尺上并沿主尺的长度方向形成空间部分742的空间形成部件740、734，配置在空间部分内的第一组电极710和第二组电极776，游标790，连接游标和第二组电极的连接杆756，使该连接杆贯通空间部分的贯通孔748与外部密封的密封部件750，根据电极组间的静电电容检测与主尺相对移动的游标位移量的电路724。

Description

静电电容式游标卡尺

本发明涉及静电电容式游标卡尺，特别是涉及在恶劣条件下，也能使用的具有防尘、防水功能的静电电容式游标卡尺。

电子游标卡尺在制造业中广泛使用。电子游标卡尺在大多数情况下作为测定厚度或其它物理量的电容量位置变换器使用。电容量位置变换器有沿测定轴相对移动的一对基板。在一对基板上配置电极。每个基板上的电极与一般的电路相连接以便用电极电容量函数表示两个基板的相对位移。该电路是增量型的，即可以是表示离开已知位置的位移增量的电路，也可以是绝对型的，即不管开始的相对位置是否已经知道，只是表示两个基板间的相对位置的电路，在USP4420754号和USP4879508号专利中公开了增量型和绝对型位置变换器。

下面参照图1-图3说明使用电容位置变换器的一般静电电容式游标卡尺的构造。如图1所示，游标卡尺10包括有主尺12，沿着主尺12的长度方向可滑动配置的游标40。在主尺12上，沿其表面长度方向配置测定刻度尺16，在主尺12的一端配置有测定量爪26，28，测定刻度尺16如图2所示，包括装在主尺12的凹部14内的长尺基板20，在基板20上形成有第一组电级22，第一组电极22被绝缘保护罩覆盖。

如图2所示，上述游标装置40包括沿主尺12的长度方向可自由滑动地配置在主尺12内侧上的游标49和从主尺12的表面侧安装在上述游标49上的固定装置70。上述游标49借助于由调整螺纹44调整位置的压力条43可自由滑动地支持在上述主尺12上，把与上述主尺12的测定量爪26、28一起和被测定物相接触的测定量爪46、48安装在游标的一端上，而将深度杆50安装在表面上。

上述固定装置70包括：由印刷电路组成的基板76，覆盖该基板76表面的罩90，插在该覆盖罩90与基板之间的弹性密封体96。覆盖罩90装备有开关65、67和显示器63。基板76的里面配置第二组电极80，在基板76的表面上配置测定显示电路82。测定显示电路82与第二组电极80相连接，把信号发送给该第二组电极80。该信号从第一组电极22返回到第二组电极80，接着被测定显示电路82接收，第一组电极22和第二组电极8以电容的形式相连接。因此，当第一组和第二组电极22、80相对移动时，通过第一组电极22与第二组电极80之间静电电容的变化检测出相对移动量，然后由显示器63进行数字显示。

上述游标卡尺的构造如图3所示，在覆盖第一组电极22的绝缘保护罩24和覆盖第二组电极80的绝缘层84之间形成一个空气隙98。当游标卡尺在机械工厂或其它污染比较严重的环境下使用时，这个空气隙98存在易使冷却水或切削油等液体和含在它们中的尘埃侵入该空气隙的重大问题。

由于这种尘埃的介质常数比空气的介电常数大，所以在空气隙98中有尘埃的情况下，与在第一组电极22和第二组电极80上没有尘埃的状态下正确进行相对位移的情况相比，对电极的图形有不良影响。在这样的环境下，不可能期望游标卡尺的精密测量。另外，当尘埃变成电阻的情况下，从第一组电极22和第二组电极80中的任何一组发出的方波信号被挟着空气隙98对置的另一组电极接收，所接收信号的振幅急剧减少。方波信号的衰减率变成电极组22、80之间静电电容的时间常数和在空气隙98内的尘埃电阻的函数。比较小的尘埃电阻在例如传导流体或金属尘埃存在下的时间常数变得非常小，因此，被测定显示电路82检测出的方波急剧地衰减。

在确认了第一和第二组电极22、80之间的空气隙98内的尘埃问题之后，迄今为止一直努力除去在基板76与测定刻度尺16之间的空气隙98内的尘埃。此外，也在努力通过减小空气隙98的尺寸来解决这个问题，从理论上讲是减少存在于空气隙98内的尘埃量，另外，还通过在第二组电极80上涂敷薄膜介电层，使第一组电极22在该薄膜介电层上滑动，以便努力减少尘埃问题，这是努力完全消除空气隙98的尝试。

对于一般的游标卡尺形状，由于尘埃往存在于空气隙98中，所以这些解决方案没有获得期望的可靠性。由于空气隙98的开口尺寸和滑动性能以及滑动密封等方面的原因，而不可能使尘埃保持在空气隙的外面。也就是说，尘埃不可能不进入空气隙98内。微小尘埃在间隙98中形成力，使空气隙98的间隙变大，从而使在比较厚的尘埃层下进行测定受到影响。另外，在外壳上，微小尘埃在空气隙98内起到楔子的作用，从而引起第二组电极80与刻度尺16之间的阻力达到不容许的程度或引起磨损。

另外，作为防止装置不受液体和微小尘埃损害的一个尝试，可以考虑在组装装置时提高其与外部环境的密封的精度。可是，由于包含一组电极的刻度尺必须沿着包含另一组电极的刻度表面相对运动，所以对于使用静电电容式的游标卡尺，实际上不能考虑密封空气隙。因此，由两组电极构成的空气隙实际上与外部环境接触，所以引起液体或尘埃等侵入该空气隙的后果。

本发明的目的在于提供一种能阻止液体和尘埃侵入而即使在恶劣环境下也能保证装置可靠工作的静电电容式的游标卡尺。

本发明的另一目的在于提供一种既具有可保护不受外部环境中尘埃等损害的必要特征、又在实际上仍具有一般游标卡尺的形状、作用并能够维持检测的静电电容式游标卡尺。

本发明的又一目的在于提供一种即使在尘埃等存在的情况下也不受其影响、成本低、在普通使用状态下测量精度并不降低的静电电容式游标卡尺。

本发明的静电电容式游标卡尺是测定被测定物体的内侧尺寸或外侧尺寸的静电电容式的游标卡尺，其特征在于，该游标卡尺包括：一端具有测定量爪的长主尺；配置在该主尺上并形成有沿该主尺长度方向的空间部分的空间部分形成部件；配置在上述空间部分内并沿主尺长度方向形成图形的第一组电极；在上述空间部分内并沿着上述第一组电极的长度方向可移动配置的第二组电极；具有与上述主尺的测定量爪一起与被测定物体适当接触的测量定量爪，在上述主尺的长度方向上可移地配置的游标；连接该游标和上述第二组电极并且伴随游标的移动使第二组电极沿第一组电极的长度方向移动的连接装置；通过该连接装置在上述游标和上述第二组电极相连接的状态下使上述空间内部与外部密封的密封装置；与上述电极组中的一组相连接并以电极组之间的静电电容为基础检测游标相对主尺移动的位移量的电路。

按照上述结构，第一组电极和第二组电极容纳在由空间形成部件形成的空间部分内，第二组电极在通过连接装置与游标连接的同时，还通过密封装置使空间内部对空间外部密封，从而可以防止液体和尘埃从外部侵入空间内部。因此，即使在恶劣的环境中，也能保证装置的可靠性。

在上述构成的静电电容式游标卡尺中，上述连接装置包括：贯通上述主尺空间部分内外部并与主尺长度方向平行设置的连接杆，该连接杆可以按下述方式构成：即其位于上述空间内部的一个端部与上述第二组电极相连；位于上述空间外部的那个端部与上述游标相连接。按照这样的构成，连接第二组电极和游标的连接装置包括与主尺的长度方向平行的连接杆结构，因此能够基本上保持游标卡尺的一般形状、作用并且维持检测。

这时，把上述连接杆当作可以从上述主尺的端部伸出的深度杆，在上述的游标上配置一对远离上述深度杆突出端部的联动杆，如果形成这种结构，便可以把测孔深度用的深度杆用作连接杆，从而使结构简单，成本降低。

另外，含有使上述连接装置贯穿上述主尺的空间部分内部，其两端突出到空间部分之外并与主尺长度方向平行配置的连接杆，这个杆也可以采用下述的构成：使位于在上述空间部分内部的中间部分与上述第二组电极相连接，和使凸出到上述空间部分外面的那端与上述游标相连接。按照上述的构成，通过把突出到空间部分之外的连接杆的另一端插入到工件的孔中，便可以测定孔的深度；因此，还可以把连接杆作为测定孔深用的深度杆，从而又进一步提高了实用性。

在上述的结构中，最好使上述连接杆和上述第二组电极只在第二组电极的移动方向上具有刚性，而对于其它方向通过弯曲自由的弯曲部件互相连接。而且使上述连接杆和上述游标在第二组电极的移动方向上具有刚性而在其它方向通过弯曲自由的弯曲部件互相连接。按照这样的结构，由于利用弹性部件和弯曲部件可以吸收连接杆的弯曲，所以可以使第二组电极沿第一组电极的长度方向高精度地移动。

上述空间部分形成部件也可以包括：具有配置在上述主尺的表面侧上并带有沿着主尺长度方向伸展的凹状空间部分的围绕部件；为了堵住该围绕部件的空间部分而覆盖在该围绕部件上的盖件。在采用这种构成的情况下，如果用加入玻璃纤维的合成树脂形成这些围绕部件和盖，则可以提高对切削油和润滑油等的耐久性。

也可以采用如下的结构：在上述围绕部件空间部分内的约一半空间部分中，形成比该空间部分还深的内部凹槽。把使上述第二组电极沿着第一组电极长度方向移动的连接块可自由滑动地容纳在该内部凹槽内。在这种情况下，上述连接装置包括平行于主尺长度方向设置在上述主尺与上述围绕部件之间的连接杆，这个连接杆的一端插入上述空间部分的内部凹槽内并且与上述连接块相连，其另一端与上述游标相连接，如果使该连接杆具有上述结构，则由于连接第二组电极和游标的连接杆与主尺长度方向平行地设置在主尺和围绕部件之间，所以该游标卡尺基本上具有游标卡尺的一般形状、作用，并且可以保持检测性能。并且，当游标移动时，通过连接杆使连接块在内部凹槽内滑动，因为第二组电极沿着第一组电极的长度方向移动，所以可以使第二组电极沿第一组电极长度方向平滑地移动。

这时，也可以通过片簧把上述连接杆和上述游标相连接。如果片簧以平面字型的薄片状方式构成，即，包括与上述连接杆的另一端连接的中间部分片，从该中间部分片两端略成直角并且互相平行地设置固定在上述游标上的一对两个侧部片，这样，便可以只在主尺与围绕部件之问的间隙内使连接杆与游标相连接。并且由于可以通过片簧吸收连接杆的弯曲等，从而可以使第二组电极高精度地沿着第一组电极的长度方向移动。

最好是在上述空间部分中形成与外部连通的孔，并最好是在该连通孔中设置阻止液体流通但允许空气流通的部件。按照这种结构，当因为游标移动而使第二组电极在空间部分内沿第一电极的长度方向移动时，由于连接杆在空间部分内出入，所以使空间部分内的空气压力上升或降低。这时，空间部分内的空气通过通孔流到外部，或者空气从外部流入，因此，可以使空间部分内的空气压力保持一定。从而可以防止由于空间部分内的压力变动而引起测量精度降低。并且，由于在连通孔中设置阻止液体流通但容许空气流通的部件，所以，可以在保持上述功能的同时，能确实防止冷却液和切削液等液体侵入空间部分内。

在上述的游标卡尺结构中，上述密封装置最好是包括在由上述连接杆贯通的空间部分的贯通孔上固装密封部件的结构。借此，由于在确保连接杆滑动的同时还能使空间部分内部更可靠地同外部密封，所以可以更可靠地防止液体和尘埃从外部侵入空间部分内，从而即使在恶劣的环境中也能提高装置的可靠性。

图1是表示利用电容式位置变换器的一般静电电容式游标卡尺的斜视图。

图2是图1中所示的静电电容式游标卡尺的分解斜视图。

图3是沿图1中的III-III线的剖视图。

图4是表示涉及本发明第一实施例的静电电容式游标卡尺的斜视图。

图5是涉及上述实施例的静电电容式游标卡尺的分解斜视图。

图6是从形成涉及上述实施例的静电电容式游标卡尺的围绕空间部分的围绕空间部件的上方看的斜视图(A)和从下方看的斜视图(B)。

图7是从下方看涉及上述实施例的静电电容式游标卡尺的组装状态的斜视图。

图8是涉及上述实施例的静电电容式游标卡尺的连动杆和深度杆的剖视图。

图9是表示涉及本发明第二实施例的静电电容式游标卡尺的斜视图。

图10是上述实施例的静电电容式游标卡尺的分解斜视图。

图11是沿图9中XI-XI线的剖视图。

图12是表示涉及本发明第三实施例的静电电容式游标卡尺的斜视图。

图13是与上述实施例相同的静电电容式游标卡尺的分解斜视图。

图14是在与上述实施例相同的静电电容式游标卡尺中将主尺断开后的侧面图。

图15是表示在与上述实施例相同的静电电容式游标卡尺中的主尺；游标和片簧的组装状态斜视图。

图16是沿图12中XV1-XV1线的剖视图。

下面参照附图详细说明本发明的实施例。

在图4至图8中示出了第一实施例。本实施例的静电电容式游标卡尺100的主要构成部件如图4所示，包括主尺102，电气装置124，空间围绕部件140和游标装置188。

上述主尺102的一端上一体地形成测定量爪220、226，同时将上述电气装置124固定在主尺的上面。电气装置124包括：密封的显示窗126，开关128，印刷电路基板和显示电极(图中未示出)等，这些部件收装在外盖134内。外盖134的内部具有电池或太阳能电池电源(图中未示出)，另外，外盖134通过粘接等一般的固定手段固定在主尺102上。

上述空间围绕部件140收装配置在上述主尺12的内侧(因此，在图4中只示出围绕部件140的端部)，并且在内部具有空间部分(图中未示)。

上述游标装置188包括沿主尺102滑动的游标190。在游标190上除了设置上述测定量爪220、226一起与被测定物体正确接触的测定量爪222、228之外，还设置了一对连动杆200、202。在连动杆200、202的前端上形成夹持固定测量孔深用的深度杆156的调整部分212的安装部分210。

在图4中所示的游标卡尺100的内部结构示在图5中。在上述主尺102的里面沿主尺102的长度方向形成凹部104，在该凹部104中固定有测定刻度尺106。测定刻度尺106装备有基板108。在基板108内形成沿主尺102长度方向的第一组电极110的图形。电路端子111与弹性连接器120相连接。如电气装置124配置在主尺102的表面上，而弹性连接器120则在主尺102的一端并且嵌合在与从电气装置124下方突出的电路弹性垫(图中未示出)相对应位置上的孔部分122上。

在上述空间围绕部件140中形成凹状的空间部分142，由于空间部分142被主尺102内侧的凹部104密封，因此，形成了沿主尺102的长度方向密封的围绕空间部分142。围绕部件140最好是粘接固定在主尺102的里面，并对空间部分142进行防水加工，从而使空间部分142完全与外部隔离。另外，也可以借助小型固定器(图中未示出)和垫圈153或密封剂(图中未示出)把围绕部件140固定在主尺102上。

围绕部件140(见图6)上配置有长尺的内部凹槽146和通孔148，通孔148在围绕部件140的内侧与凹槽146的端部相连通。在通孔148内部装有一般的低摩擦小型接触密封部件150。该小型接触密封部件150为圆筒形，它的内径与深度杆156的外径相同，因此密封部件150与深度杆156之间构成低摩擦的防水、防尘的结构。

深度杆156插通在密封部件150中，并且可滑动地配置在内部凹槽146内。在空间部分142内的深度杆156通过只在一个方向(轴向)具有刚性的弹性部件172与连接块182相连接。连接块182安装在基板170上，通过螺纹173螺合或粘接固定。在由印刷电路板形成的基板170上配置有沿基板170长度方向以一个图形方式延长配置在基板170表面上的第二组电极176。基板170上的第二组电极176与基板108上的第一组电极110产生的相互作用是表示基板170沿基板108长度方向上的位置的一般检测方法的基础。

上述基板170也可以借助通过接触密封部件150产生轴向位移的深度杆156从空间部分142的外侧运动。电极组110、176的其中之一或两者也涂敷一层构成电绝缘体，低摩擦耐滑动磨损表面的金属膜(图中未示出)。

弹性部件172形成为短的直线形状。该弹性部件172具有两个功能。第一，弹性部件172能保持在轴向(第二组电极176的移动方向)的刚性，而对另一方向是可自由弯曲的，因此可以使基板170沿测定刻度尺106的长度方向操作的精度提高。第二，由于弹性部件172可以吸收深度杆156的弯曲，所以不会使高的压力加在空间部分142和基板170上。预加载弹簧184与基板170相接触，接着在空间部分142的表面上进行加压组装。另外，该预加载弹簧184靠弹性对沿着测定刻度尺106滑动的基板170加压。

基板170的端部在空间部分142的侧表面上接触滑动。基板170的上表面由测定刻度尺106的下表面导向；基板170的下面由空间部分142导向。这样，基板170作为两组电极110、176沿测定刻度尺106位移的基板170，通过两个保持平直度的轴保证了对它的支承。弹性部件172也可以嵌插在深度杆156一端的轴孔中或粘接在其中。同样，弹性部件172也可以嵌插在连接块182的孔中或粘接在其中。连接块182也是滑动轴承，该连接块182在弹性部件172，预加载弹簧184的弹力作用下或在由深度杆156的弯曲传递作用力下压在与内部凹槽146的表面相反的一侧上。

上述游标装置188包括游标190。为了获得游标100的高精度测定，游标190的导向边缘192在适当地与主尺102一端侧接触的同时沿着主尺102滑动。在导向边缘和主尺102的另一端之间插入压力杆243，该压力杆243的位置通过调整螺纹241调整。在游标190上除了形成嵌盖围绕部件140的间隙外，还沿围绕部件140设置了连动杆200、202。连动杆200、202不与围绕部件140的外壁相接触，但在游标卡尺移动中最好是尽量接近围绕部件140的外壁。

在使用深度杆156时，一对连动杆200、202最好能尽量靠近。由于连动杆200、202处在最小内径的位置上，所以可进行比从深度杆156的端部214至调整部分212之间的长度还深的狭槽测定，由此可以提高游标卡尺100的实用性。

如图8所示，深度杆156的中心轴线最好位于与连动杆200、202复合交叉部分的中心轴线相一致的位置上。在本实施例中，连动杆200、202的复合交叉部分在两个主要中心轴线左右对称，而深度杆156的交叉部分是圆形的，因此，深度杆156的中心位于与作为连动杆200、202之间真正中心的平面251和各连动杆200、202的中心一致的平面252的交点相一致的位置上。

不论连动杆200、202的中心和深度杆156显示哪个方向，这个形状都能保证在测定中使游标卡尺的准确度与上述显示的方向完全无关系，如果深度杆156与连动杆202、200的复合中心轴线不一致，那么连动杆200、202的中心和深度杆156与游标190的位移基本上无关而深度杆156的一个轴线误差将成为出现测定误差的原因。在这些技术方案中，深度杆156与连动杆200、202的中心轴线不一致时引起的测定误差是显著的，轴线误差的影响例如上述的影响作为″阿贝误差″可以比较容易检测。

为了防止因不注意使游标190在其移动中从主尺102的端部脱落，而将边缘部件230固定在主尺102的端部216附近。另外该边缘部件230使深度杆156和连动杆200、202间的平直度提高，还通过相对该主尺102限定空间围绕部件140而保护这些部件不受意外的损伤。

按照第一实施例，第一组电极110和第二组电极176收装在空间部分142内，使第二组电极176通过贯通空间部分142内外的深度杆156与游标190相连接。在该深度杆156贯通的空间部分142的通孔148中设置密封部件150，使空间部分142内部相对外部被密封，从而可以阻止液体和尘埃从外部侵入到空间部分142内。由此，即使在恶劣环境中也能保障装置的可靠性。而且即使游标190移动时，密封部件150也能在维持游标156滑动的同时保证空间部分142的密封，从而即使在进行游标190的移动操作时，也能阻止液体和尘埃侵入空间部分142的内部。

在利用测定孔深度的深度杆的同时，由于在游标190上设置远离深度杆156突出端部固定的调整部分212的一对连动杆200、202，所以使第二组电极176和游标190相连，其构造简单，并且使成本降低。按照上述的构成，可以基本上保持游标卡尺的一般形状作用，并且可以保持检测性能。

第二实施例

图9至图11示出了第二实施例。本实施例的游标卡尺600包括一般形状的主尺602，沿主尺602的长度方向约有一半长度形成长形凹槽605，剩余部分上形成沿长度方向的长形凹槽698。在凹槽605端部和凹槽698端部之间的壁上形成通孔609。通孔609的内径应能使连接杆656充分插入。上述凹槽698的宽度应构成能容纳连接销696的充足间隙。设定槽698的长度和位置，以便使各个测定量爪622、620、627、626分别在游标卡尺600的零位置适当接触，并且可以使连接销696能在与游标卡尺600的测定范围相一致的范围内作直线运动。

测定刻度尺606形成在绝缘基板608上，沿着绝缘基板608的里面以一个图形的方式配置第一组电极610，电路端子611形成在基板上面的一端上。电路端子611与弹性连接器621相连接。弹性连接器621在电路端子611与从作为电气装置624一部分的两面电路基板630向下突出的电路连接器(未示出)之间加压定位，把测定刻度尺606压在外壳634的内侧上，这时就全部完成了电气连接。

由印刷电路基板形成的基板670包括沿该表面长度方向由一个图形延伸配置的第二组电极。通过使基板670上的第二组电极676和基板608上的第一组电极610相对移动，便可通过一般的方法显示基板670沿基板608的位置。基板670通过连接杆656的移动从空间部分642的外侧移动。

可将电极组610、676中之一或两者涂敷构成电绝缘体、低摩擦、耐滑动摩损表面的金属薄膜层(图中未示)。

电气装置624是包括下述部件的一般电气显示装置：装在外盖634内的密封LCD显示窗629，密封开关628、形成能输出一般变换器信号的显示电路的电路基板630。这些部件由安装在外盖634内的电池或太阳能电池(图中未示出)驱动。

如图所示，在长形的空间围绕部件640上形成大致在长度方向上呈凹状的空间部分642。空间部分642的宽度和长度可以容纳基板670，并且可以选择基板670在长度方向上移动的长度。空间部分642的深度设定在可以容纳基板670和安装在该基板670上并使该基板670靠在测定刻度尺606上的预加载弹簧684的长度。

在空间部分642内大约一半的位置上形成比该空间部分642还深的长形内部凹槽646，在凹槽内部的两端配置有通孔648、649。在通孔648、649中内装有低摩擦的小型接触密封部件650、651。接触密封部件650、651成圆筒形，密封部件650、651的内径与连接杆656的外径相同，借此，使接触密封部件650、651与连接杆656之间形成低摩擦的防水、防尘构造。

在内部凹槽646中可移动地安装连接块682。在连接块682中通过仅在轴向具有刚性而在其它方向可弯曲的单向刚性耦合器安装预加载弹簧684。耦合器683具有两个可取的功能。第一，由于耦合器683只在轴向(第二组电极676的移动方向)具有刚性而在其它方向可弯曲，所以可以使基板670(被固定在预加载弹簧上)沿测定刻度尺606的长度方向高精度地移动。第二，由于耦合器683不会提供高的压力，因此可以吸收连接杆656，空间部分642、内部凹槽646、基板670的挠曲。利用一般的手段(通过电阻焊接等)使耦合器683与预加载弹簧684和连接块682两者连接。预加载弹簧684上与连接块682相反侧的端部连接在上方的基板670上。然后，在空间部分642的表面647上加压进行组装。该预加载弹簧684将基板670弹性地支持在基板608的内面上。

在组装作业中，按照图10和图11所述那样配置连接块682(及其调整部件、耦合器683、预加载弹簧684、基板670)，并把耦合器通孔685定位在内部凹槽646的中心。连接杆656通过密封部件650、连接块682的通孔685和密封部件651穿过外部。因此，连接杆656可以沿内部凹槽646的长度方向滑动。这时，在内部凹槽646中，连接杆656的连接位置617通过一般的接合方式接合固定在连接块682的通孔685中。

在该空间围绕部件640的里面形成除通孔648、649之外、容纳在凹部605内并完全覆盖内部凹槽646的凹形外壁644。凹形外壁644的厚度最好是在满足实用的条件下尽可能的薄。这个厚度由一般的成型塑料构成的空间围绕部件640的强度和制作方法确定。凹形外壁644的长度与长形凹部605两端间的长度一致，不能延长到空间围绕部件640的部分645。因此，连接杆656，弯曲部件672、连接销696可以在空间围绕部件640的部分645内面的下方并且能在凹槽698内不相互干扰地自由移动。弯曲部件672借助轴向具有刚性的单方向刚性部件插入接合到连接杆656的端部轴孔中，再插入接合到连接销696的孔中。当然，除了用这种接合方式外，还可以用螺纹固定。

弯曲部件672形成普通的直线形。弯曲部件672具有两种功能。第一，弯曲部件672只在轴向(第二组电极676的移动方向)具有刚性而在其它方向可弯曲，所以可以使基板670(被固定在预加载弹簧684上)沿测定刻度尺长度方向高精度地移动；第二，由于弯曲部件672不会提供高的压力，所以可以吸收连接杆656，空间部分642，内部凹槽646，基板670的挠曲。游标装置688包括游标690，游标690位于主尺602的一端侧，并沿着与导槽边缘692适当接触的主尺602滑动。压力杆643插入导槽边缘692与主尺602另一端侧的间隙内，该压力杆643的位置可以通过螺纹641调整。在游标690上设有固定销孔695，固定销696嵌装在固定销孔695中。因此，游标装置688安装在主尺602上，通过把固定销696装入固定销孔695中完成机械的连接固定。

通过把外盖634的下面密封在空间围绕部件640的上面形成密封的围绕空间部分642。空间围绕部件640被外盖634保护。例如围绕空间部分642通过垫圈653或密封剂(图中未示出)等在其周围形成完全独立的密封结构，从而保护了围绕空间部分642的密封。空间围绕部件640除了可以利用配置成一列的若干个孔607a、607b、607c和配置在外盖634下面的螺纹孔(图中未示出)外，还可以利用一般的小型固定器(图中未示)安装在外盖634上。空间围绕部件640也可以通过粘接剂粘接在主尺102上。

在上述结构中，当测定量爪620、622或测定量爪626、627张开时，连接杆656的部位658从密封部件651中突出来。另外，当测定量爪620、622或测定量爪626、627正好接触，而连接杆656的端部614收装在主尺602的端部616中时，这时卡尺被调整为零点。通过使主尺602的端部616与工件正好接触，再将连接杆656插入工件的孔中，便可通过游标卡尺600测量这个孔的深度。这样，在与本实施例有关的游标卡尺600中含有与一般游标卡尺的深度杆(デプスバ)完全相同的功能的部位658。

按照第二实施例，除了具有在第一实施例中所描述的效果外，由于通过弯曲部件602可以使连接杆656的端部和游标690相连接，所以可以通过弯曲部件672吸收连接杆658的弯曲，从而可以使第二组电极676沿着第一组电极610的长度方向高精度地移动。而且，由于固定销696可以嵌入配置在游标690上的固定销孔695中，所以这些连接和组装很容易进行。

另外，通过把突出到空间部分642外面的连接杆656的端部614插入到工件的孔中，便可以测定孔的深度，因此可以把连接杆656作为测定孔深度的深度杆使用。借此，进一步提高了实用性。

第三实施例

图12至图16示出第三实施例。与本实施例有关的游标卡尺700，包括有一般形状的主尺702，在主尺702上测定量爪720、726一体形成在主尺的一端，凹部704在遍及表面侧长度方向的全长上形成。

测定刻度尺702形成在绝缘基板708上。第一组电极710沿着绝缘基板708的内侧以一个到图形的方式配置，在表面的一端上形成电路端子711。弹性连接器721与电路端子711相连。弹性连接器721在从电路端子711与电气装置724的一部分即双面电路基板730下方突出的电路连接器凸缘(图中未示出)之间通过加压力定位。当把测定刻度尺706压接在外盖734的内侧时，就完成了全部电气连接。

由印刷电路基板构成的基板770含有沿其表面长度方向按一个图形配置的第二组电极776。借助于基板770上的第二组电极776和基板708上的第一组电极710间的相对位移，可以用一般的方法表示沿基板708的基板770的位置。

电气装置724是包括下述部件的一般电气显示装置：容纳在外盖734内的密封LCD显示窗729，开关728，形成输出一般变换器信号的显示电路的印刷电路基板730。这些部件由配置在外盖734内的电池或太阳能电池(图中未示出)驱动。

如图所示，在固定于上述主尺702表面侧的长的空间围绕部件740上沿长度方向形成凹状空间部分742。空间部分742的宽度为能容纳基板770的宽度，其长度可以选择能使基板770在长度方向上移动的长度。另外，空间部分742的深度应设定成能容纳基板770和安装在该基板770上并使基板770靠在基板708上的预加载弹簧784的深度。

在空间部分742内约一半长度内形成比该空间742还深的长形内部凹槽746，而在该内部凹槽746的一端(内端)设置通孔748。在通孔748中内装低摩擦的小型接触密封部件750。接触密封部件750形成圆筒状，由于它的内径与连接杆756的外径相同，所以接触密封部件750和连接杆756之间形成低摩擦防水、防尘的结构。

如图14所示，在空间围绕部件740的下面在其长度方向上约一半的长度部分内形成除去通孔748之外、容纳在上述凹部704内并完全覆盖住内部凹槽746的槽外壁744。而在与之相反的一端上形成突起部761。借此，使空间围绕部件740的槽外壁744容纳在主尺702的凹部704内，同时使突起部761同主尺702的表面侧接触，并且当从该突起部分761开始用限位螺钉762(参照图13)与主体702进行螺纹配合时，就在主尺702的表面与空间围绕部件740的下面之间形成遍及长度D范围的间隔763。间隔763的长度要设定得比游标卡尺有效测定范围大。

另外，该空间围绕部件740和外盖734是由对切削油和润滑油等具有耐久性的掺入玻璃纤维合成树脂制成的。

连接块782在空间围绕部件740内部的凹槽746内以可自由移动的形式配置。在连接块782上安装有预加载弹簧784和基板770，在上述主尺702和围绕部件740之间固定有沿主尺702的凹部704设置的连接杆756的端部。即连接杆756从空间围绕部件740的里侧通过密封部件750插入内部凹槽746内后，固定到连接块782上。连接杆756另一侧的端部通过片簧772安装在游标790上。

如图14和15所示，在上述主尺702的表面与空间围绕部件740下面之间的间隔763中，跨过上述主尺702的表面把片簧772固定在游标790上，并且随着游标790的移动，可以使片簧772在间隔763内移动。片簧772的形状加工成平面字形，该平面字形由与上述连接杆756的端部相连接的中间部分片772A和从该中间部分772A两端开始略成直角、平行设置并且固定在上述游标790表面上的一对两则部分片772B构成的。因此，片簧772只沿第二组电极776的移动方向具有刚性而在板厚方向可以弯曲，因此可以使基板770能沿测定刻度尺706的长度方向高精度的移动。

在中间部分片772A中的中央位置上，保持上述连接杆756端部的保持部分772C向下方(凹部704内)弯曲形成。因此，使连接杆756容纳保持在主尺702的凹部704内。在中间部分片772A与两侧部分片772的拐角部分形成朝向字形内侧弯曲的圆弧部772D。借此，在游标790向图15中的左方移动时，由于空间围绕部件740的突起部761不能与板簧772的拐角部(圆弧部772D)接触，所以仍可以使游标790移动到端部。

游标790具有与上述主尺702的测定量爪720，726同时与被测定物正确接触的测定量爪722、727，并且在与导槽边缘792正确接触的同时沿着主尺702滑动。压力杆743插入在导槽边缘792与主尺702的另一端侧之间。压力杆743的位置可以借助调整螺钉741调整。因此通过游标装置788安装在主尺702上，而将片簧772安装在游标790上，便完成了机械连接固定。

如上所述，进行组装时，通过使外盖734的里面被空间围绕部件740的上面密封而形成密封的围绕空间部分742。围绕空间部分742如上述各实施例那样，借助气密垫圈或密封剂(图中未示出)等与其周围完全密封，并形成独立的结构，从而可以保持围绕空间部分742的密封。

如图16所示，在围绕空间部分742中，除了形成与外部连通的通孔797之外，还在其连通孔797上设置阻止液体流通但允许空气流通的通气部件798。

按照第三实施例，在主尺702表面与空间围绕部件740的下面之间形成间隙763，在该间隙763内，将片簧772跨过主尺702的表面固定在游标790上，使连接杆756的端部与片簧772相连接，在把连接杆756的另一侧端部通过主尺702的凹部704插入到空间围绕部件740内的内部凹槽746中之后，再与具有第二组电极776的连接块782相连，即利用主尺702的表面与空间围绕部件740下面之间的间隙763，使游标790和第二组电极776相连，借此实现装置的小型化。而且，由于在主尺702上只形成凹部704，所以与第二实施例相比，还不会降低主尺702的刚性，从而防止了精度降低。

而在第二实施例的情况下，由于是使设置在连接杆656端部上的固定销696通过形成在主尺602上的凹槽698内嵌入在游标690的固定销孔695中使游标690与第二组电极676相连，又由于在主尺602上必须在固定销696移动的整个范围内使凹槽698贯通形成在主尺602的里面，所以会引起主尺602的刚性下降，并且在加工凹槽时存在容易引起变形的问题。与此相反，在本实施例中，由于可以只在主尺702上形成凹部704，所以与第二实施例相比，不会使主尺702的刚性降低，从而防止了精度降低。

因为连接杆756的端部是通过片簧772与游标790相连接的，所以可以通过片簧772吸收连接杆756的弯曲等，从而可以使第二组电极776沿第一组电极的长度方向高精度地移动。

因为片簧772成平面字形薄板状，该字形由与上述连接杆756的端部相连接的中间部分片772A和由从该中间部分片772A两端开始略成直角、平行设置并且固定在上述游标790表面上的一对两侧部分片772B构成的。所以可以把片簧772只在主尺702的表面与围绕部件740下面之间的间隙763内与游标790固定连接，并且随着游标790的移动使片簧772在间隙763内移动。

形成容纳第一和第二组电极710、776的空间部分的部件包括：配置在上述主尺702表面侧上并且在上面具有凹状空间部分742的围绕部件740和为了堵住围绕部件740的空间部分742而盖在围绕部件740上的外盖734，由于围绕部件740和外盖734是由掺入玻璃纤维的合成树脂制成，而可以提高对切削油和润滑油等油的耐久性。

在上述围绕部件740的空间部分742的大至一半长度中形成比该空间部分742还深的内部凹槽746，在该内部凹槽746中可自由滑动地容纳使上述第二组电极776沿第一组电极长度方向移动的连接块782，由于连接杆756的前端与连接块782相连，所以当使游标790移动时，便通过连接杆756使连接块782在内部凹槽746内滑动，并使第二组电极776沿第一组电极710的长度方向移动，因此，第二组电极776可沿第一组电极710的长度方向平滑地移动。

因为在围绕空间部分742中形成与外部连通的连通孔797，并在该连通孔797上设置阻止液体流通但允许空气流通的透气部件798，所以可以防止测定精度降低。即，随着游标790的移动，使具有第二组电极776的基板770在空间部分742内沿着具有第一组电极710的测定到度尺706的长度方向移动，这时由于可以使连接杆756在空间部分742内出入，所以可以使空间部分742内的空气压力上升或降低。这时，由于空间部分742内的空气可以通过连通孔797流到外部或使空气从外部流入内部，所以可以使空间部分742内的空气压力保持一定。因此可以防止由于空间部分742内的压力变动而引起的测定精度的降低。而且，因为在连通孔797中设置能阻止液体流通但却能允许空气流通的通气部件798，所以可以在维持上述功能的同时，还可以有效地防止冷却液和切削液等液体侵入空间部分742内。

虽然在上面以本发明的优选实施例作为举例进行了说明，但是本发明不限于以上的各个实施例，在不违背本发明宗旨的范围内可能进行各种变更。

例如在上述各实施例中，电气装置124、624、724虽然是配置在主尺102、602、702那侧，但是也可以配置在游标190、690、790那侧。

此外，用于检测游标190、690、790移动位移量的电路，也可以采用根据两组电极间的静电容量检测两组电极间相对位移量的电路。

在与第一实施例有关的游标卡尺(图4至图8)中，也可以使深度杆与游标相连接，使该深度杆沿刻度尺的外侧配置，然后再把与深度杆突出端接触的连接杆配置在空间部分内的基板上。这样，便可以把深度杆作为连接杆，并且把连接杆作为深度杆。

在与第二实施例有关的游标卡尺(图9至图11)中，也可以采用使连接杆656的端部不从空间部分642向外部突出的长形结构，而是把连接块683的连接块通孔设置在连接杆的端部上。这样，虽然没能把连接杆656作为测定孔深度的深度杆使用，但是不再需要配置在内部凹槽646内的通孔648，因此，可以使这部分的密封性提高。

另外，在与第三实施例有关的游标卡尺(图12-图14)中，如果使连接杆756的端部从空间部分742内向外突出，便可以把连接杆756作为测定孔深的深度杆使用。

按照本发明的静电电容式游标卡尺，由于可阻止液体和尘埃的侵入，所以即使在恶劣的环境中也能保证装置的可靠性，不仅具有防止外部环境中的尘埃等必要的各个特征，而且还能够保持一般的游标卡尺基本形状，作用和检测性能。所以即使在尘埃存在的情况下，也不会影响上述的功能，并且具有成本低和在普通使用状态下不会降低测量精度的效果。

Claims (19)

1.一种测定被测定物的内侧尺寸或外侧尺寸的静电电容式游标卡尺，其特征在于，包括：

在一端具有测定量爪的长形主尺；

设置在主尺上并形成沿着该主尺长度方向的空间部分的空间形成部件；

设置在上述空间部分内并沿着该主尺的长度方向按一定图形形成的第一组电极；

在上述空间部分内沿着上述第一组电极的长度方向可移动地配置的第二组电极；

具有与上述主尺的测定量爪同时与被测定物接触的测定量爪并且以能够沿着上述主尺长度方向可移动配置的游标；

连接该游标和上述第二组电极并随着游标的移动使第二组电极沿着第一组电极的长度方向移动的连接装置；

在利用该连接装置使上述游标与上述第二组电极连接的状态下使上述空间部分内部与外部密封的密封装置；

与上述两组电极中之一相连接并检测与电极组间的静电电容基本上相对应的游标位移量的电路。

2.如权利要求1所述的静电电容式游标卡尺，其特片在于：上述连接装置包括贯通上述主尺空间部分内外并沿平行于主尺长度方向配置的连接杆，该连接杆使位于上述空间部分内的端部与上述第二组电极相连并使位于上述空间部分外部的端部与上述游标相连接。

3.如权利要求2所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述密封装置包括固定在上述连接杆所贯通的空间部分的通孔中的空间密封部件。

4.如权利要求3所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述连接杆上位于上述空间部分内的端部和上述第二组电极只在第二组电极的移动方向具有刚性，而在其它方向上通过可自由弯曲的弹性部件互相连接。

5.如权利要求2所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述连接杆可以从上述主尺的端部突出形成深度杆，在上述游标上设置远离上述深度杆的突出部固定的一对连接杆。

6.如权利要求1所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述连接装置包括贯通上述主尺的空间部分内部而两端向空间部分外突出并且与主尺的长度方向平行配置的连接杆，该连接杆上位于上述空间部分内的中间部分与第二组电极相连，而其向上述空间部分外突出的一个端部与上述游标相连接。

7.如权利要求6所述的静电电容式游标卡尺，其特片在于：上述密封装置包括安装在由上述连接杆贯通的空间部分的通孔中的密封部件。

8.如权利要求7所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述连接杆上位于上述空间部分内的中间部分和上述第二组电极通过只在第二组电极的移动方向上具有刚性，而在其它方向弯曲自由的耦合器相连接。

9.如权利要求8所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述连接杆上从上述空间部分向外突出的端部和上述游标通过只在第二组电极的移动方向具有刚性而在其它方向能自由弯曲的弯曲部件互相连接。

10.如权利要求1所述的静电电容式的游标卡尺，其特征在于：上棕空间形成部件的构成包括：配置在上述主尺的表面侧上并且上面具有沿着主尺长度方向的凹槽状空间部分的围绕部件，和为了堵住该围绕部件的空间部分而设置的盖在该围绕部件上的外盖。

11.如权利要求10所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：在上述围绕部件的空间部分内的大至一半长度中形成比该空间部分更深的内部凹槽，在该内部凹槽中可自由滑动地容纳使上述第二组电极沿着第一组电极的长度方向移动的连接块。

12.如权利要求11所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述连接装置包括容纳在沿着上述主尺表面长度方向形成的凹部内并且能够在该长度方向上移动的连接杆，该连接杆的一端插入在上述空间部分的内部凹槽内并与上述连接块相连接，而其另一端与上述游标相连接。

13.如权利要求12所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述连接杆的另一端和上述游标通过片簧相连接。

14.如权利要求13所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：在上述的主尺与上述围绕部件之间形成在比上述游标的有效测量范围大的长度上使片簧可能移动的间隙。

15.如权利要求14所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述片簧为平面字形薄片状，该片簧包括：与上述连接杆的另一端相连的中间部分片和从该中间部分片的两端开始略成直角和互相平行配置并固定在上述游标上的一对两侧部分片。

16.如权利要求15所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：上述密封装置包括安装在上述连接杆所贯通的空间部分的通孔中的密封部件。

17.如权利要求10所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：在上述的空间部分内形成与外部相连通的连通孔，在该连通孔内配置能阻止液体流通但允许空气流通的通气部件。

18.如权利要求10所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：构成上述空间部分形成部件的围绕部件和外盖是由掺入玻璃纤维的合成树脂制成的。

19.如权利要求10所述的静电电容式游标卡尺，其特征在于：在上述外盖中配置有上述电路。

Images