JP4450369B2 - 変位センサ - Google Patents

Description

本発明は誘導子を用いた変位センサに関し、特に、誘導子の摺動による励磁線輪のリアクタンスの変化に応じて変位を検出する変位センサに関する。

従来、変位センサとして、所謂滑り誘導子を形成する管状の他端を非可動体に結合し、励磁線輪の捲き始め位置より可動体の変位に対応して誘導子を摺動させ、誘導子の摺動に起因する電磁誘導によって、励磁線輪に対してリアクタンス変化に基づく励磁電流の変化を惹起させて、可動体の変位を励磁電流の変化として出力させるようにしたものがある。

このような変位センサにおいては、管状誘導子の有効変位長と変位センサ全体の長さとの比率（以下有効長比率と呼ぶ）を５０％以上とすることは、設計上の制約等に起因して極めて難しく、有効長比率が低いと、例えば、変位センサの全体長を短くして変位センサを小型化した際、誘導子の有効変位長が不可避的に短くなってしまい、計測可能な変位が短くなってしまうことになる。

このような不具合を改善するため、つまり、有効長比率を高くするため、円柱状磁芯に密接捲きされた可聴周波励磁線輪と、励磁線輪の全長にわたり外周部位に嵌合された非磁性保護管と、保護管上を摺動する折畳み型伸縮誘導子と、被変位可動体とを備えて、折畳み型伸縮誘導子の一端を保護管の励磁線輪の捲き始め端に固定し、その他端を被変位可動体の可動端に取り付けるようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開２００３−３４４００６公報（段落（００１７）〜段落（００２３）、第１図〜第３図）

ところで、折畳み型伸縮誘導子を用いた変位センサにおいては、その有効長比率はおおよそ９０％に達するものの、その構造が複雑である関係上、耐震性及び耐環境性等の耐久力は管状の滑り誘導子を用いた変位センサに比べて劣ってしまうという課題がある。

従って、本発明は上記の課題を解決するため、有効長比率が高く、しかも耐久力に優れた変位センサを得ることを目的とする。

本発明は、磁芯に巻装された励磁線輪上を摺動する誘導子により被変位可動体の変位を検出する変位センサにおいて、前記磁芯及び前記励磁線輪が収納された非磁性保護管と、該保護管面上を摺動可能に配置された誘導子とを有し、該誘導子の一端が前記励磁線輪の捲き始め位置に固定され、前記誘導子の他端が前記被変位可動体に結合されており、前記誘導子は複数の導電性部材と、前記保護管の軸方向に沿って該導電性部材を互いに平行状態に保持するとともに前記導電性部材間の間隔を等間隔に保持する保持手段とを備え、前記被変位可動体の変位に応じて前記導電性部材が前記保護管上を摺動して前記励磁線輪のリアクタンス変化によって前記被変位可動体の変位を検出するようにしたことを特徴とするものである。

本発明では、前記導電性部材は、例えば、リング状の導電性座金であって、該導電性座金は前記保護管に挿通され、前記保持手段は、前記導電性座金の径方向端部にその径方向端部が固定されて前記保護管の軸方向に配列されたバネ部材であり、該バネ部材の配列が複数存在し、前記バネ部材の配列は前記保護管の中心軸に対して等角度間隔である。

本発明では、前記保持手段を、前記導電性座金を磁極の反発力によって互いに平行にしかも等間隔に保持する磁石部材とするようにしてもよい。この際には、例えば、前記磁石部材は前記導電性座金の各々の軸方向端面に装着された磁石体であって、該磁石体は前記軸方向にＮ極及びＳ極が着磁されて、しかも互いに対向する磁極が同極となるように前記導電性座金に装着される。また、前記磁石部材を前記導電性座金の外径とその内径が略等しいリング状磁石体として、前記導電性座金を前記磁石体に嵌合して、前記磁石体が前記軸方向にＮ極及びＳ極が着磁され、しかも互いに対向する磁極が同極となるように前記導電性座金に装着される。

また、本発明では、前記保持手段が、前記リング状の磁石体を複数有して、各磁石体の表面を前記導電性部材で覆って、前記磁石体には前記保護管の軸方向にＮ極及びＳ極が着磁され、しかも対向する磁極が同極となるように磁石体を前記保護管に挿通するようにしてもよい。

以上のように、本発明の変位センサは、誘導子が複数の導電性部材と導電性部材を互いに平行状態に保持するとともに導電性部材間の間隔を等間隔に保持する保持手段とを備えるようにしたので、有効長比率を高くして、しかも耐久力を向上させることができるという効果がある。

本発明では、導電性部材を、リング状の導電性座金として、導電性座金を保護管に挿通し、保持手段として、導電性座金の径方向端部にその径方向端部が固定されて保護管の軸方向に延びるバネ部材を用いて、バネ部材を保護管の中心軸に対して等角度間隔で複数設けるようにしたので、簡単な構成で、導電性座金を互いに平行状態としつつその間隔を等間隔として、誘導子の変位を行うことができるという効果がある。

本発明では、保持手段として、導電性座金を磁極の反発力によって互いに平行にしかも等間隔に保持する磁石部材を用いるようにしたから、簡単な構成で有効長比率を高くすることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１を参照して、図１（ａ）は本発明による変位センサの一例を一部破断して示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）において、図示の変位センサ１０は、棒状磁芯１１を有しており、この磁芯１１には励磁線輪１２が密に巻装されて、励磁線輪１２には、可聴周波数電源（図示せず）から端子１２ａ及び１２ｂを介して電流が印加されて励磁される。この励磁線輪１２の全長（図１（ａ）において左右奉公）に亘って、励磁線輪１２の外周部位に嵌合して、励磁線輪１２を保護する非磁性の保護管１３が配設されている。そして、保護管１３の周面上を摺動可能に誘導子１４が配置されている。

誘導子１４は、複数の導電性リング状座金１５を有し、これらリング状座金１５は保護管１３の軸方向に沿ってその内周面が保護管１３の外周面に当接するようにして所定の間隔で配列されており、各リング状座金１５の径方向端（外周面）には、Ｕ字状の短冊形バネ部材１６の端部が溶接によって取り付けられ、これらバネ部材１６によって各リング状座金１５が連結されている。つまり、バネ部材１６はその端部をリング状座金１５の外周面に溶接されて保護管１３の軸方向に沿って配列され、図１（ｂ）に示すように、バネ部材１６は保護管１３の中心軸に対して１８０度の角度間隔をおいて配列されている。この結果、リング状座金１５はバネ部材１６によって連結されることになって、あたかも積層状態となる。

この誘導子１４の一端１４ａは、保護管１３の左端の励磁線輪１２の捲き始め端に固定され、誘導子１４の他端１４ｂは被変位可動体（図示せず）の可動端に取り付けられる。そして、被変位可動体の変位につれ、誘導子１４は保護管１３上を伸縮しつつ摺動することになる。被変位可動体が実線矢印Ａで示す方向に変位すると、誘導子１４は伸長しつつ保護管１３上を摺動することになる。このようにして、誘導子１４が伸縮しつつ保護管１３上を摺動すると、誘導子１４の移動につれて、励磁線輪１２のリアクタンスを変化して、この変化に応じて被変位可動体の変位の計測をする。

上述のようにして、複数のバネ配列体を保護管１３の中心軸に対して等角度間隔に配置して、バネ部材１６によって互いにリング状座金１５を連結すると、誘導子１４が伸縮する際、各リング状座金１５を平行状態として、しかも各リング状座金１５間の間隔を等間隔として、誘導子１４が伸縮する。

図２は図１に示す変位センサの変形例であり、図２（ａ）及び（ｂ）において、図１（ａ）及び（ｂ）に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。図示の例においては、新たにＵ字状の短冊形バネ部材１７が用いられる。一対のリング状座金１５がその外周面でバネ部材１６によって連結され、一方、バネ部材１７によって、バネ部材１６で連結されたリング状座金１５の一方が隣接するバネ部材１６で連結されたリング状座金１５の一方と連結される。この際、バネ部材１７の径方向端部は、リング状座金１５の外周面に溶接によって取り付けられる。

この結果、リング状座金１５はバネ部材１６及び１７によって相互に連結されていることになる。そして、図２（ｂ）に示すように、バネ部材１６は、保護管１３の中心軸に対して１８０度の角度間隔をおいて、保護管１３に沿って配列される。バネ部材１７も保護管１３の中心軸に対して１８０度の角度間隔をおいて、保護管１３に沿って配列される。その結果、バネ部材１６及び１７は互いに９０度の角度間隔をおいて配列されていることになる。

このようにして、バネ部材１６及び１７を用いてリング状座金１５を連結すれば、各リング状座金１５を一体的に連結できることになる。つまり、バネ部材の数を２分して９０度の角度とすることによって、リング状座金１５をより一体的に連結できることになる。なお、バネ部材の配列本数は２以上の整数であり、このバネ配列は保護管１３の中心軸に対して等角度間隔とされる。

図３は本発明による変位センサの他の例を示す図であり、図３（ａ）及び（ｂ）において、図１（ａ）及び（ｂ）と同一の構成要素についは同一の参照番号を付す。図示の変位センサにおいては、誘導子１４はリング状座金１５と磁石体２１とを有しており、磁石体２１はリング状座金１５と同形のリング状であり、リング状磁性素材の厚み（保護管１３の軸方向）にＮ極及びＳ極が着磁されている。そして、磁石体２１はそれぞれリング状座金１５の一面側に接着性樹脂によって固定される（図示の例では左面側に接着されている）。

磁石体２１をリング状座金１５に接着する際には、各磁石体２１間において（つまり、各リング状座金１５間において）、互いに対向する磁極が同極となるように、磁石体２１がリング状座金１５に接着される。このようにすれば、各リング状座金１５間には反発力が作用することになって、誘導子１４は伸長することになる（広がることになる）。

前述のように、誘導子１４の一端１４ａは、保護管１３の左端の励磁線輪１２の捲き始め端に固定され、誘導子１４の他端１４ｂは被変位可動体の可動端に取り付けられる結果、被可変可動体の変位に応じて誘導子１４は伸縮することになり、つまり、被変位可動体の変位に応じて各リング状座金１５間の間隔は伸縮することになり、あたかも、磁石体２１の反発力がバネとして作用することになる。

言い換えると、磁石体２１の反発力によってリング状座金１５間の間隔は等間隔を保ちつつ、しかも平行状態を保って、保護管１３上を誘導子１４が摺動することになる。

図４は本発明による変位センサのさらに他の例を示す図であり、図４（ａ）及び（ｂ）において、図１（ａ）及び（ｂ）と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。図示の変位センサにおいては、誘導子１４はリング状座金１５と磁石体２２とを有しており、磁石体２２はリング状座金１５よりも大きいリング状であり、リング状座金１５の外径と磁石体２２の内径とは略等しい。

磁石体２２を成形する際には、硬磁性素材の厚み（保護管１３の軸方向）にＮ極及びＳ極が着磁する。そして、磁石体２２にはそれぞれリング状座金１５がはめ込まれる（つまり、リング状座金１５の外周面が磁石体２２の内周面に嵌合した状態とする）。

磁石体２２にリング状座金１５を嵌合する際には、各磁石体２１間において（つまり、各リング状座金１５間において）、互いに対向する磁極が同極となるように、磁石体２２にリング状座金１５を嵌合する。このようにすれば、各リング状座金１５間には反発力が作用することになって、誘導子１４は伸長することになる。なお、動作については、図３（ａ）及び（ｂ）の変位センサと同様であるので説明を省略する。

上述のようにして、各リング状座金１５間の間隔を等間隔に保つとともに平行状態を保って、誘導子１４が保護管１３上を軸方向に沿って移動する結果、有効長比率を高くできるばかりでなく、耐久力を向上させることができることになる。つまり、誘導子１４は励磁線輪１２に対する誘導機能とリング状座金１５相互間の配列機能とがあたかも分離されている結果、有効長比率を高くできるばかりでなく、耐久力を向上させることができることになって、良好にアナログ出力を得ることができる。

図５は本発明による変位センサのさらに他の例を示す図であって、図５（ａ）及び（ｂ）において、図４（ａ）及び（ｂ）と同一の構成要素については、同一の参照番号を付す。図示の変位センサにおいては、誘導子１４はリング状の磁石体２３を複数備えて、これら磁石体２３の各々の表面は、十分な厚みを有する導電性の金属２４（この金属２４が導電性部材である）で覆われる。導電性金属２４は、例えば、銅又はアルミニウムであり、磁石体２３を導電性金属２４で覆う際には、導電性金属板を用いて磁石体２３を覆うか又は鍍金等の手法を用いることになる。なお、磁石体２３と導電性金属２４とによって一つの誘導素子が構成され、誘導子１４はこの誘導素子を複数備えて、各誘導素子が保護管１３（図５には示さず）に挿通されることになる。

この際には、磁石体２３の互いに対向する（保護管の軸方向）磁極がそれぞれ同極となるように、各誘導素子が保護管１３に挿通されて、前述したようにして、誘導子１４が保護管１３に沿って摺動する。このようにして、誘導子１４を構成しても、磁石体２３間には常に反発力が作用する結果、誘導子１４は等間隔状態を保って伸縮することになる。

誘導子が複数の導電性部材と導電性部材を互いに平行状態に保持するとともに導電性部材間の間隔を等間隔に保持する保持手段とを備えるようにしたから、有効長比率を高くして、しかも耐久力を向上させることができる結果、各種被変位可動体の変位を検出する変位センサに適用できる。

本発明による変位センサの一例を示す図であり、（ａ）は一部破断して側方からみた図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明による変位センサの変形例を示す図であり、（ａ）は一部破断して側方からみた図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明による変位センサの他の例を示す図であり、（ａ）は一部破断して側方からみた図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明による変位センサのさらに他の例を示す図であり、（ａ）は一部破断して側方からみた図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明による変位センサのさらに他の例を説明するための図であり、（ａ）は誘導子を構成する一つの誘導素子を一部破断して側方からみた図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

符号の説明

１０ 変位センサ
１１ 棒状磁芯
１２ 励磁線輪
１３ 保護管
１４ 誘導子
１５ 導電性リング状座金
１６，１７ バネ部材
２１，２２，２３ 磁石体
２４ 導電性金属

Claims (6)

1. 磁芯に巻装された励磁線輪上を摺動する誘導子により被変位可動体の変位を検出する変位センサにおいて、
   前記磁芯及び前記励磁線輪が収納された非磁性保護管と、
   該保護管面上を摺動可能に配置された誘導子とを有し、
   該誘導子の一端が前記励磁線輪の捲き始め位置に固定され、前記誘導子の他端が前記被変位可動体に結合されており、
   前記誘導子は複数の導電性部材と、前記保護管の軸方向に沿って該導電性部材を互いに平行状態に保持するとともに前記導電性部材間の間隔を等間隔に保持する保持手段とを有し、
   前記被変位可動体の変位に応じて、前記導電性部材が前記保護管上を摺動して前記励磁線輪のリアクタンス変化によって前記被変位可動体の変位を検出するようにしたことを特徴とする変位センサ。
2. 前記導電性部材はリング状の座金であって、該座金は前記保護管に挿通され、
   前記保持手段は、前記座金の径方向端部にその径方向端部が固定されて前記保護管の軸方向に配列されたバネ部材であり、
   該バネ部材の配列は複数存在し、前記バネ部材の配列は前記保護管の中心軸に対して等角度間隔であることを特徴とする請求項１記載の変位センサ。
3. 前記導電性部材はリング状の座金であって、該座金は前記保護管に挿通され、
   前記保持手段は、前記座金を磁極の反発力によって互いに平行にしかも等間隔に保持する磁石部材であることを特徴とする請求項１記載の変位センサ。
4. 前記磁石部材は前記座金の各々の軸方向端面に装着された磁石体であって、
   該磁石体は前記軸方向にＮ極及びＳ極が着磁されて、しかも互いに対向する磁極が同極となるように前記座金に装着されていることを特徴とする請求項３記載の変位センサ。
5. 前記磁石部材は前記座金の外径とその内径が略等しいリング状磁石体であって、前記座金が前記磁石体に嵌合されて、
   前記磁石体は前記軸方向にＮ極及びＳ極が着磁されて、しかも互いに対向する磁極が同極となるように前記座金に装着されていることを特徴とする請求項３記載の変位センサ。
6. 前記保持手段は、前記リング状の磁石体を複数有し、各磁石体の表面が前記導電性部材で覆われて、前記磁石体は前記保護管の軸方向にＮ極及びＳ極が着磁されて、しかも対向する磁極が同極となるように前記保護管に挿通されていることを特徴とする請求項１記載の変位センサ。

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