JP2010117307A5 - 変位センサ装置及び転がり軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属製の検出対象物の変位を非接触で検出する変位センサ装置であって、全体として所定の立体形状を成すフレキシブルプリント基板と、前記フレキシブルプリント基板を支持し、かつ、前記立体形状を維持する支持部と、前記フレキシブルプリント基板上の複数箇所において導電部を渦巻状に形成して成り、渦巻面が前記検出対象物と対向するコイルと、前記コイルのインダクタンス及び前記コイルと前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスによって構成されるＬＣ回路を交流信号で駆動したときの出力信号を抽出する信号処理回路とを備えたものである。

本発明によれば、機能を集約した、軽量・コンパクトで簡素な構造の基板形センサを含む変位センサ装置を提供することができる。また、このような基板形センサを搭載した転がり軸受装置を提供することができる。

図１は、本発明の変位センサ装置に用いられる基板形センサの基本的要素となる平面コイルの原理を説明する図である。この平面コイル１は、（ａ）に示すように、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２上に、導電部を渦巻状に形成して成るコイル３を設けたものである。このような平面コイル１は、例えば、銅やアルミニウム等の金属箔が貼着されたフレキシブルプリント基板からエッチングを行って、渦巻のパターンを残すことにより製作することができる。なお、コイル３の渦巻中心の端部は、例えばスルーホールで裏面へ導出することができる。コイル３は、渦巻のターン数（渦を巻いている回数）、コイルの断面積、コイルの長さ等に依存するインダクタンスＬを有するが、ターン数は２乗で関与するため、最も支配的な要素である。従って、ターン数を確保することによって、所望のインダクタンスを得ることが可能である。

以上のように、第１実施形態に係る変位センサ装置２０によれば、コイル３のインダクタンスを、フレキシブルプリント基板２上に形成された渦巻のターン数によって確保することができるので、コイルの厚さ寸法の増大を抑制することができる。
また、フレキシブルプリント基板２は変形容易であり、回転体１２の表面に自在に近接させることができる。近接によって、コイル３の導電部と回転体１２との間にキャパシタンスが現れるので、別途、回路部品としてのコンデンサを用意することなく、ＬＣ回路を構成することができる。
また、１つの基板に必要数のコイル３を設けることができ、それによって、僅か１枚のフレキシブルプリント基板２に必要な機能を集約することができる。

上記のような第２実施形態の変位センサ装置における基板形センサ１０は、第１実施形態と同様に、円筒状の支持部１１（図５参照。）に取り付けることができる。支持部１１の内周面に固定された基板形センサ１０の内側には、径方向の微小な隙間を確保して、検出対象物としての回転体が挿入される。

以上のように、第２実施形態に係る変位センサ装置２０によれば、第１実施形態と同様の作用効果の他、Ｙ方向の変位検出を行うことができる。また、そのためのコイル７は、丸められたフレキシブルプリント基板２上の周方向への巻回によってターン数を確保することができる。
また、１つの基板に必要数の径方向変位検出用のコイル３及び軸方向の変位検出用のコイル７を設けることができ、それによって、僅か１枚のフレキシブルプリント基板２に必要な機能を集約することができる。

なお、上記各実施形態の変位センサ装置おける基板形センサ１０は、円筒状の支持部１１に取り付けられるものとしたが、円筒に限らず、多角形状の角筒（例えばボックス状の４角筒）である支持部に取り付けることも可能である。
また、上記各実施形態の変位センサ装置おける基板形センサ１０は、円筒状の支持部１１の内周面に取り付けられるものとしたが、内周面に限らず、回転体が外周側にある場合には、支持部の外周面に取り付けることも可能である。

上記各実施形態の変位センサ装置おける基板形センサ１０又は変位センサ装置２０は、例えば、自動車の車輪を回転自在に支持する転がり軸受装置に搭載することができる。
図１１は、転がり軸受装置の一種であるハブユニットの断面図である。このハブユニット１００は車両に取り付けられるものであり、取り付けた状態では、図１１における右側が車両のアウター側（車両の外側）であり、左側が車両のインナー側（車両の内側）である。図１１において、ハブユニット１００の中心軸Ｃに沿った方向をＹ方向とし、これに直交する紙面に垂直な方向をＸ方向とし、Ｙ方向及びＸ方向の双方に直交する鉛直方向をＺ方向とする。従って、このハブユニット１００が自動車に取り付けられた状態においてＸ方向は車輪の前後水平方向となり、Ｙ方向は車輪の左右水平方向（軸方向）となり、Ｚ方向は上下方向となる。

なお、本発明の変位センサ装置は、転がり軸受装置に限らず種々の装置の変位検出に用いることができる。また、ターゲットを周期的に検出すれば、変位検出に基づいて速度検出や回転数検出も行うことができる。
また、本発明の変位センサ装置における検出対象物は回転体に限られるものではなく、軸動型の機器や、往復動の機器等、種々の機器における変位検出を行うことができる。

本発明の変位センサ装置に用いられる基板形センサの基本的要素となる平面コイルの原理を説明する図である。 ＬＣ回路の周波数特性の一例を示すグラフである。 コイルの巻き方の他の例（実用的な例）を示す斜視図である。 第１実施形態に係る変位センサ装置に用いられる基板形センサの展開図及び円筒状に丸めた状態の斜視図である。 丸めた状態のフレキシブルプリント基板を、円筒状の支持部の内周面上に取り付ける状態を示す斜視図である。 （ａ）は、支持部の図示を省略して、フレキシブルプリント基板の内側に回転体が挿通されている状態を示し、（ｂ）は、これを回転体の軸方向から見た図である。 第１実施形態に係る変位センサ装置の回路構成の一例を示す回路図である。 第２実施形態に係る変位センサ装置に用いられる基板形センサの展開図及び円筒状に丸めた状態の斜視図である。 図８の基板形センサを用いてＹ方向の変位検出を行う構成を示す斜視図である。 第２実施形態に係る変位センサ装置の回路構成の一例を示す回路図である。 転がり軸受装置の一種であるハブユニットの断面図である。

Claims (7)

1. 金属製の検出対象物の変位を非接触で検出する変位センサ装置であって、
   全体として所定の立体形状を成すフレキシブルプリント基板と、
   前記フレキシブルプリント基板を支持し、かつ、前記立体形状を維持する支持部と、
   前記フレキシブルプリント基板上の複数箇所において導電部を渦巻状に形成して成り、渦巻面が前記検出対象物と対向するコイルと、
   前記コイルのインダクタンス及び前記コイルと前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスによって構成されるＬＣ回路を交流信号で駆動したときの出力信号を抽出する信号処理回路と
   を備えたことを特徴とする変位センサ装置。
2. 前記検出対象物は回転体であり、
   前記コイルは、前記回転体の軸方向に直交する方向に２個１組で設けられている請求項１記載の変位センサ装置。
3. 前記支持部は円筒状であり、その円筒面の片面に、展開された状態では平面状である前記フレキシブルプリント基板が、円筒状に丸められた状態で密着している請求項１又は２記載の変位センサ装置。
4. 前記支持部は金属製である請求項１〜３のいずれか１項に記載の変位センサ装置。
5. 金属製の回転体の径方向及び軸方向への変位を非接触で検出する変位センサ装置であって、
   円筒状の支持部と、
   前記支持部の円筒面の片面に密着している円筒状のフレキシブルプリント基板と、
   前記フレキシブルプリント基板上で、前記回転体の軸方向に直交する方向に２個１組で設けられ、その各々は、導電部を渦巻状に形成して成り、渦巻面が前記検出対象物と対向する径方向変位検出用のコイルと、
   前記フレキシブルプリント基板上で、螺旋を描くように周方向に巻回される一対の軸方向変位検出用のコイルと、
   前記各コイルのインダクタンス及び前記各コイルと前記回転体との間に現れるキャパシタンスによって構成されるＬＣ回路を交流信号で駆動したときの出力信号を抽出する信号処理回路と
   を備えたことを特徴とする変位センサ装置。
6. 前記フレキシブルプリント基板は、展開された状態では平面状であり、円筒状に丸められた状態で、前記支持部の円筒面の片面に密着しているものであり、かつ、
   展開された状態での前記フレキシブルプリント基板上の２箇所にはそれぞれ、一端から他端へ複数条の導電ラインが形成されており、丸められた状態では、一端における複数条の導電ラインと他端における複数条の導電ラインとが互いに１条ずれて接続されることによって、前記軸方向変位検出用のコイルが形成されている請求項５記載の変位センサ装置。
7. 回転体を回転自在に支持し、当該回転体の変位を非接触で検出するための基板形センサを搭載した転がり軸受装置であって、当該基板形センサは、
   全体として所定の立体形状を成すフレキシブルプリント基板と、
   前記フレキシブルプリント基板を支持し、かつ、前記立体形状を維持する支持部と、
   前記フレキシブルプリント基板上の複数箇所において導電部を渦巻状に形成して成り、渦巻面が前記回転体と対向するコイルと
   を備えたことを特徴とする転がり軸受装置。