JP5195336B2 - 変位センサ装置及び転がり軸受装置 - Google Patents
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Description
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、軽量・コンパクトで簡素な構造のセンサ及びこれを備えた変位センサ装置を提供することを目的とする。
また、フレキシブルプリント基板は変形容易であり、検出対象物の表面に自在に近接させることができる。近接によって、コイルの導電部と検出対象物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回路を構成して交流信号で駆動することができる。検出対象物の変位は、インダクタンス及びキャパシタンスの等価的な変化に基づくLC回路の自己共振特性に基づいて検出可能である。
また、1つの基板に必要数のコイル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に必要な機能を集約することができる。
また、支持部が金属製であることにより、機械的強度を容易に確保することができるので、例えば樹脂製に比べて薄肉の支持部とすることができる。このことは、コンパクト化に寄与する。なお、支持部が金属製であっても、高周波信号でLC回路を駆動することにより、変位検出に影響がないことが確認された。
この場合、回転体の径方向への変位を正確に検出することができる。
この場合、支持部によって、フレキシブルプリント基板を円筒状に保持することができる。
また、フレキシブルプリント基板は変形容易であり、回転体の表面に自在に近接させることができる。近接によって、当該コイルの導電部と回転体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回路を構成して交流信号で駆動することができる。回転体の径方向の変位は、インダクタンス及びキャパシタンスの等価的な変化に基づくLC回路の自己共振特性に基づいて検出可能である。さらに、一対の軸方向変位検出用のコイルをそれぞれ、回転体に設けられたターゲットに対向させれば、軸方向への変位も同様にして検出することができる。
また、1つの基板に必要数のコイル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に必要な機能を集約することができる。
この場合、展開された状態で単純な形状の導電ラインを容易に形成することができ、フレキシブルプリント基板を丸めることで軸方向変位検出用のコイルを形成することができる。
この場合、コンパクトな転がり軸受装置を提供することができる。特に、従来は搭載不可能であった転がり軸受装置の内外輪間のような狭い場所にも、変位センサ装置のセンサ部分である基板形センサを搭載することができる。
図2は、LC回路の周波数特性の一例を示すグラフである。周波数特性は、例えば自己共振周波数f1でピークとなる実線の曲線であるが、自己共振周波数が低下してf2になると、周波数特性は破線の曲線となる。この結果、LC回路に一定の発振周波数f0を供給している場合において、LC回路の出力(振幅)は、V1からV2に変化する。このようにして、ギャップの変化を出力の変化として検出することができる。
図4の(a)は、変位センサ装置に用いられる基板形センサ10の展開図である。この基板形センサ10においては、フレキシブルプリント基板2上に、4個のコイル3(総称符号)が2段に、合計8個設けられている。なお、図ではコイル3を簡略化して同心円のように描いているが、実際は、図1や図3に示したような渦巻である(以下、同様。)。
X方向変位:(X1+,X1−)、(X2+,X2−)
Z方向変位:(Z1+,Z1−)、(Z2+,Z2−)
各コイル3における2つの巻端(図示せず。)は、フレキシブルプリント基板2の表裏両面の導電路6を経て、端子電極部2aに導出されている。
なお、信号処理回路17は、基板形センサ10とは別に設けられるが、フレキシブルプリント基板2の空きスペースに実装することも可能である。
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。
図8の(a)は、当該変位センサ装置に用いられる基板形センサ10の展開図である。図4との違いは、Y方向(軸方向)の変位検出用のコイルが追加された点である。すなわち、展開された状態を示す(a)において、第1実施形態と同様の径方向変位検出用となる8個のコイル3に対して上下方向(Y方向)の外側の2箇所にはそれぞれ、左右の一端から他端へ複数条(この図では4条)の導電ラインY+,Y−(総称符号7)が形成されている。これらの導電ラインY+,Y−はフレキシブルプリント基板2の長手方向に完全に平行ではなく、左端と右端とで1条分ずれるように斜めになっている。従って、(b)に示すように丸めると、拡大図部分に示すように、1条ずれて突き合わせた形となる。この状態で各導電ラインY+,Y−の端部同士を互いに接続すると、螺旋を描くように周方向に巻回される上下一対の軸方向変位検出用のコイル7が出来上がる。
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。
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。
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。
このハブユニット100において、外輪101は、車体側の固定部材に固定される固定軌道輪である。また、内軸102と内輪部材103とは、外輪101に転動体105を介して回転自在に支持された回転軌道輪である。外輪101、内軸102及び内輪部材103は、互いに同軸(中心軸C)に配置されている。
この場合、基板形センサ10等を搭載しつつも、コンパクトなハブユニット100を提供することができる。すなわち、従来は搭載不可能であった転がり軸受装置の内外輪間のような狭い場所にも、基板形センサを搭載することができるようになる。
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。
3 コイル
7 コイル
10 基板形センサ
11 支持部
12 回転体(検出対象物)
17 信号処理回路
20 変位センサ装置
100 ハブユニット(転がり軸受装置)
Claims (6)
- 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、
前記支持部は金属製であることを特徴とする変位センサ装置。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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4記載の変位センサ装置。 - 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、請求項1又は4の変位センサ装置を備えた転がり軸受装置。
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