JP2010127744A - 変位センサ装置及び転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量・コンパクトで簡素な構造の変位センサ装置及びこれを備えた転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】本発明は、検出対象物の変位を非接触で検出する変位センサ装置２０であって、検出対象物に対向する複数の平面部２３ａ他が、曲げ部分２３ｅを介して連続したベルト状の立体形状を成すフレキシブルプリント基板２３と、フレキシブルプリント基板２３を支持し、かつ、その立体形状を維持する支持部２１と、平面部２３ａにおいて導電部を渦巻状に形成して成り、渦巻面が検出対象物と対向するコイルと、変位を検出するために平面部２３ｂ等に実装された電子部品とを備えたものである。また、このような変位センサ装置を備えた転がり軸受装置である。
【選択図】図１１

Description

本発明は、検出対象物の変位を検出する変位センサ装置及びこれを搭載した転がり軸受装置に関する。

近年、自動車の分野において、走行の際の運転制御を行うために、車輪に作用する荷重の情報が必要とされている。かかる情報を得るため、車輪用の転がり軸受装置（ハブユニット）に変位センサ装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

このような転がり軸受装置においては、車体側の固定軌道輪に転動体を介して、可動軌道輪である内軸が回転自在に支持され、この内軸に車輪が取り付けられる。複数個（一対二組で軸方向へ二列に設けられる。）の変位センサ装置は、内軸の端部の外周に対向して設けられており、車輪に荷重が作用した際に発生する内軸の径方向・軸方向の変位を、インダクタンスの変化として出力する。そして、これらの変位センサ装置に接続された信号処理回路は、インダクタンスの変化に基づいて、変位を示す信号を生成し、当該信号をＥＣＵ（電子制御ユニット）に提供する。これによってＥＣＵは、車輪に作用する荷重を求めることができる。

特開２００７−１２７２５３号公報

上記のような従来の変位センサ装置におけるセンサ（検知部）としては、積層鋼板にコイルを巻回したものが使用される。具体的には、リング状に形成された積層鋼板の周方向９０度ごとに合計４個のコイルを巻回したものを１セットとして、これが、軸方向に２セット設けられる。すなわち、全体で、積層鋼板２リングと、コイル８個が必要であった。しかしながら、このようなセンサの構造は、体積・重量が大きく、構成部品数も多いので、材料コストが高く、組立工数も多くなる。また、このようなセンサの構造は、転がり軸受装置の軸方向又は径方向に、相応の取付スペースを必要とするが、車種によっては、取付スペースの確保が困難な場合がある。
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変位センサ装置及びこれを備えた転がり軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、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、
前記検出対象物に対向する複数の平面部が、曲げ部分を介して連続したベルト状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、前記平面部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、前記変位を検出するために前記平面部上に実装された電子部品とを備えたものである。

上記のように構成された変位センサ装置においては、フレキシブルプリント基板に渦巻状のコイルや電子部品を設けることにより、センサ部分の柔軟性と薄さとを実現する。また、平面部を設けて、そこにコイルや電子部品を設けることで、曲げによる電子部品の脱落やスルーホールの破損を防止する。組立構造上は、当該基板を支持部によって支持するだけであるので、簡素な構造となる。

また、上記変位センサ装置において、平面部と背中合わせに補強部材が取り付けられ、当該補強部材が支持部の対応箇所に係合するよう構成されていてもよい。
この場合、予め、フレキシブルプリント基板に補強部材を取り付けることができ、例えば、両者をプレスしながら接着固定することが容易になる。すなわち、フレキシブルプリント基板を支持部に直接取り付けるよりも組立が容易である。また、補強部材により平面部の平面性が確保され、かつ、支持部との係合も実現されるので、構成の信頼性も高い。

また、上記変位センサ装置は、平面部と背中合わせに取り付けられた平板状の補強部材と、補強部材及びフレキシブルプリント基板と係合してこれらを支持する部材であって、支持部の対応箇所に係合するクリップとを備えたものであってもよい。
この場合、補強部材の形状が単純なため、接着固定が容易で、接着固定作業も容易である。また、クリップは、補強部材のみではなく、フレキシブルプリント基板にも係合するので、接着固定にのみ依存せず、機械的な拘束により、フレキシブルプリント基板を支持部に確実に、かつ、正確に取り付けることができる。

また、上記変位センサ装置において、フレキシブルプリント基板は２層の導体面を有し、コイルは第１層に、コイル及び電子部品への接続用電路が第２層に、それぞれ形成されるものであってもよい。
この場合、複層化により、小さい面積でも多くの回路等を構成することができ、コンパクトな基板を構成することができる。

また、上記変位センサ装置において、フレキシブルプリント基板のスルーホールは、平面部にのみ設けられていることが好ましい。
この場合、スルーホールのある部分で曲げることは無くなるので、曲げによるスルーホールの破損を防止することができる。

また、上記変位センサ装置において、曲げ部分には、導電体のパターンで形成された接続用電路のみが設けられていることが好ましい。
この場合、接続用電路のみであれば曲げによる破損は生じにくい。

また、上記変位センサ装置において、支持部は全体としてリング状であって、軸方向から見た形状は、外周側が円形、内周側が多角形であり、フレキシブルプリント基板は当該内周側に取り付けられるものであってもよい。
この場合、支持部の内周側に、平面を形成することができる。また、支持部の外周側はそのまま、例えば転がり軸受装置における外輪の内周面に嵌合させることができる。

また、上記変位センサ装置において、支持部の中心軸から多角形の各辺までの距離は少なくとも２種類あり、コイルが設けられる平面部の辺までの距離よりも、電子部品が実装される平面部の辺までの距離の方が長いことが好ましい。
この場合、コイルは検出対象物にできるだけ接近させ、かつ、電子部品に関してはコイルの場合より長めの距離を確保して検出対象物との接触を防止することができる。

また、上記変位センサ装置において、支持部に取り付けられたフレキシブルプリント基板は、支持部の中心軸方向に見たとき、３／４周以上であるが１周には至らない開いたリング状であってもよい。
この場合、コイルを９０度ごとに配置して、互いに直交する２方向のセンサを構成しつつ、無駄のない最も短いフレキシブルプリント基板とすることができる。

また、上記のいずれかの変位センサ装置を固定輪に取り付けて、回転輪の径方向への変位を検出する転がり軸受装置を提供することができる。
この場合、固定輪と可動輪との間の狭い径方向隙間に、変位センサ装置を設けることができる。

本発明の変位センサ装置によれば、軽量・コンパクトで簡素な構造であって、しかも、実装上の不具合が生じにくい信頼性の高い構造の変位センサ装置を提供することができる。また、このような変位センサ装置を備え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使用す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。

（ｂ）は、平面コイル１を、変位の検出対象物４と近接対向させた状態を示す斜視図である。検出対象物４は金属製（例えば鉄系金属）であり、導電性を有する。コイル３のインダクタンスは、この検出対象物４によって影響を受ける。また、交流信号に対して、コイル３のパターンと検出対象物４との間に、パターン面積や相互間の距離に依存したキャパシタンスが現れる。従って、このような平面コイル１は、等価的に、（ｃ）に示すような並列のＬＣ回路となる。ここで、インダクタンスＬやキャパシタンスＣの値は、検出対象物４と平面コイル１とのギャップによって変化する。

上記ギャップが増大すると、交流信号に対するインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣが共に低下し、逆に、ギャップが減少すると、インダクタンスＬ及びキャパシタンスＣが共に上昇する。従って、ギャップの変化により、ＬＣ回路の自己共振周波数ｆ（＝１／（２π（Ｌ・Ｃ）^1/2））が変化する。
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３は、コイル３の巻き方の他の例（実用的な例）を示す斜視図である。この例では、フレキシブルプリント基板２の表裏両面に、コイル３が設けられ、スルーホールの導電路５を介して互いに接続されている。なお、図を見易くするために２つのコイル３を互いに上下に引き離して表しているが、実際には、薄いフレキシブルプリント基板２を挟んで背中合わせになっている。なお、フレキシブルプリント基板２を複数枚重ねて、導電体のパターンを設ける層を複層化することも可能である。

２つのコイル３は、同じ方向（例えば上方）から見ると互いに逆の渦巻であるが、電流という視点から見ると、同じ方向に巻いている。すなわち、仮に、上のコイル３の外側の巻端から電流が流れ込むとすると、電流は右巻きに渦の中心へ向かい、下のコイル３に抜けると、今度は、右巻きに渦の外側へ向かい、下のコイル３の外側の巻端に達する。従って、電流は常に右巻きに流れており、右巻きのターン数が累積される。電流が逆に流れるときは、電流は常に左巻きに流れ、左巻きのターン数が累積される。このようにして、厚さ方向には極めて薄い平面コイル１でありながら、コイル３は全体として多くのターン数を確保することができる。従って、所望のインダクタンスを容易に得ることができる。

次に、上記のような平面コイル１を複数個使用した基板形センサの原理的構成について説明する。
図４の（ａ）は、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。）。

ここで、各コイル個別の符号は、後述の回転体の軸方向をＹ方向とした場合に、Ｙ方向に直交し、かつ、互いに直交するＸ方向・Ｚ方向に対応し、数字はＹ軸上の組番号、＋、−はＸ，Ｚ方向の組を表している。すなわち、変位を検出するためのコイルの組み合わせは、以下のようになる。
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。

このような基板形センサ１０を円筒状に丸めると、（ｂ）に示すようになり、コイルＸ１＋及びＸ１−、並びに、Ｘ２＋及びＸ２−は、それぞれ、Ｘ方向に２個１組の存在となる。また、コイルＺ１＋及びＺ１−、並びに、Ｚ２＋及びＺ２−は、それぞれ、Ｚ方向に２個１組の存在となる。また、上段側及び下段側の各４個のコイルは、周方向の位相９０度ごとに配置されている。

図５は、丸めた状態のフレキシブルプリント基板２を支持し、かつ、その円筒形状を維持すべく、円筒状の支持部１１の内周面上に取り付ける状態を示す斜視図である。内周面にフレキシブルプリント基板２を固定するには、例えば、耐熱樹脂接着剤を使用することができる。支持部１１は、樹脂製であってもよいが、ここでは金属製とする。金属製の場合、機械的強度を容易に確保することができるので、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（１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）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。

支持部１１の内周面に固定されたフレキシブルプリント基板２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１２が挿入される。この回転体１２とは例えば自動車の車軸である。その場合、支持部１１は転がり軸受装置の固定輪に取り付けられ、可動輪に回転体（車軸）１２が取り付けられている。そして、上記の隙間は、転がり軸受装置によって維持される。

図６の（ａ）は、支持部１１の図示を省略して、フレキシブルプリント基板２の内側に回転体１２が挿通されている状態の基板形センサ１０を示す斜視図である。（ｂ）は、これを回転体１２の軸方向から見た図である。フレキシブルプリント基板２と回転体１２の表面との間には径方向へのギャップがあり、このギャップの変化によって、前述のインダクタンスＬ，キャパシタンスＣが変化する。従って、車輪に荷重が作用した際に発生する車軸の径方向の変位を、前述の出力の変化として検出することができる。

図７は、基板形センサ１０のコイル３に信号処理回路１７を接続した変位センサ装置２０の回路構成の一例を示す回路図である。このような信号処理回路１７（但し、発振回路１３を除く。）は、フレキシブルプリント基板２に実装することが可能である。
各コイルは前述のように等価的にはＬＣ回路であり、発振回路１３から抵抗１４を介して所定の発振周波数ｆ０の交流信号が供給される。ＬＣ回路の出力はインピーダンス変換を行うバッファ回路（電圧フォロワ回路）１５を経て、差動増幅回路１６に入力される。

差動増幅回路１６は、対を成す２つのＬＣ回路からの信号電圧の差をとることで信号の線形化を行い、かつ、増幅を行う。線形化によって、回転体１２の径方向への変位を正確に検出することができる。すなわち、軸方向に直交する方向にコイルを２個１組で設け、出力の差をとることで、回転体１２の径方向への変位を正確に検出することができる。差動増幅後の信号は、Ｘ方向の２出力（Ｘ１，Ｘ２）と、Ｚ方向の２出力（Ｚ１，Ｚ２）として出力される。これらの４出力に基づいて、ＥＣＵ（図示せず。）は車輪に作用する荷重を求める。また、同じ方向の２出力に基づいて、モーメント荷重を求めることができる。

以上の変位センサ装置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、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。

次に、転がり軸受装置の固定輪と可動輪との間に取り付けられる第１実施形態に係る変位センサ装置について説明する。
図８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８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８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は、主たる構造部分として、外輪１０１、内軸１０２、内輪部材１０３、ナット１０４、及び、転動体１０５を備えている。外輪１０１は、筒状部１０１ａと、この筒状部１０１ａの一部の外周面から径方向外方へ伸びたフランジ部１０１ｂとを有している。このフランジ部１０１ｂは、車体側の固定部材（図示せず。）に固定され、これによってハブユニット１００が車体に固定される。内軸１０２は、外輪１０１内に挿通される主軸部１０２ａと、車両アウター側にあって径方向外方へ延びるフランジ部１０２ｂとを有している。このフランジ部１０２ｂが、車輪のホイールやブレーキディスクの取付部となる。なお、主軸部１０２ａは、前述の回転体１２（図５，図６）に相当する部分である。

内軸１０２の車両インナー側には、筒状の内輪部材１０３が外嵌され、さらに、内軸１０２の端部に形成された雄ねじ部１０２ｄにナット１０４が螺着されることにより、内輪部材１０３が内軸１０２に固定されている。転動体１０５は、周方向に複数個配置された玉からなる複列の構成となっている。各列の玉は保持器（図示せず。）によって周方向に所定間隔で保持されている。
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。

このように構成されたハブユニット１００においては、外輪１０１の内周面上に取り付けられた変位センサ装置２０により、検出対象物である内軸１０２（主軸部１０２ａ）の変位を非接触で検出することができる。この場合、固定輪たる外輪１０１と、可動輪たる主軸部１０２ａとの間の狭い径方向隙間に、変位センサ装置２０を設けることができる。

図９は、変位センサ装置２０の正面図である。当該変位センサ装置２０は、外輪１０１の内周面に嵌め込まれることで固定され、主軸部１０２ａを非接触で取り囲んでいる。
図１０は、変位センサ装置２０の斜視図である。また、図１１の（ａ）は、変位センサ装置２０の分解斜視図である。図１１の（ａ）において、変位センサ装置２０は、支持部２１と、基板部２２とによって構成されている。支持部２１は、全体としてリング状であり、その軸方向から見た形状は、外周側は外輪１０１（図８，図９）の内周面に嵌合させるための円形（円筒面）、内周側は、基板部２２を支持するための多角形となっている。すなわち、支持部２１の内周面は平面の集合体で構成されている。このようにして、支持部２１の内周側に、平面を形成することができる。また、支持部２１の外周側はそのまま、例えば転がり軸受装置における外輪の内周面に嵌合させることができる。

また、支持部２１の軸方向端面には基板部２２を係合させ、かつ、位置決めするための凹凸が形成されており、凹部に着目すると、周方向の９０度ごとにそれぞれ、凹部２１ａと、凹部２１ｂとが形成されている。これらの凹部２１ａ，２１ｂは、軸方向反対側の端面にも形成されているが、ここでは、図示を省略している。なお、凹部２１ａが形成されている所の内周面は、１つの平面部２１ｃであり、凹部２１ｂが形成されている所の内周面は、２つの平面部２１ｄ又は３つの平面部２１ｅとなっている。

一方、基板部２２は、１枚の細長いフレキシブルプリント基板２３（ポリイミド製）と、その背面（外周側）に、接着剤によって貼り付けられた複数の補強部材２４〜２７とによって構成されている。補強部材２４〜２７は金属板を「コ」の字状に形成したもので、材質としては、例えば、ＳＵＳ３０４Ｌ等のばね材が使用される。ＳＵＳ３０４Ｌは、加工後も非磁性であり、線膨張係数がポリイミドに近い点において好ましい。背面に補強部材２４〜２７が貼り付けられた箇所は平面部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとなり、これら複数の平面部は、曲げ部分２３ｅを介して１本の連続したベルト状の立体形状を成している。平面部２３ａは、コイルが設けられる部分であり（詳細後述）、検出対象物たる主軸部１０２ａ（図８，図９）に対して径方向に対向する。
基板部２２の全長は支持部２１の内周より短く、当該内周の３／４周以上であるが、１周には満たない。この場合、コイルを９０度ごとに配置して、互いに直交する２方向のセンサを構成しつつ、無駄のない最も短いフレキシブルプリント基板とすることができる。

上記補強部材２４は、支持部２１の平面部２１ｃ及び凹部２１ａに密着して取り付けられる。補強部材２５は、支持部２１の平面部２１ｄ及び凹部２１ｂに密着して取り付けられる。また、補強部材２６，２７はそれぞれ、支持部２１の平面部２１ｅ及び凹部２１ｂに密着して取り付けられる。このようにして基板部２２が支持部２１に取り付けられる（図９，図１０）。

図９において、支持部２１の中心軸から多角形の各辺までの距離は少なくとも２種類あり、この例では、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の３種類である。コイルが設けられる平面部２３ａを支持する平面部２１ｃまでの距離Ｌ１よりも、電子部品が実装される平面部２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを支持する平面部２１ｄ，２１ｅの辺までの距離Ｌ２，Ｌ３の方が長い。これにより、コイルは検出対象物にできるだけ接近させ、かつ、電子部品に関してはコイルの場合より長めの距離を確保して検出対象物との接触を防止することができる。

図１１の（ｂ）は、例えば（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面における、補強部材２４等と支持部２１との係合状態を示す断面図である。（ｂ）に示すように、凹部２１ａが形成される箇所での支持部２１の上下寸法が、内周側から外周側に向かって小さくなるようにし、補強部材２４もそれに合わせた形状とすれば、支持部２１に取り付けた後、補強部材２４は、支持部２１によって安定的に支持され、自然には外れないようにすることができる。他の補強部材２５，２６，２７についても同様である。

図１２は、平面に展開した状態での基板部２２と、これに搭載されるコイルその他電子部品の回路図との対応関係を示す図である。図において、フレキシブルプリント基板２３の中央には、外部との接続のための端子電極部２３ｔが設けられている（図９〜１１では省略している。）。フレキシブルプリント基板２３は複層化されており、少なくとも表裏の２層に所望の回路パターンを構成することができる。
図１２において、フレキシブルプリント基板２３の４箇所の平面部２３ａには、図４の要領で、８個のコイル３（Ｘ１＋，Ｚ１＋，Ｘ１−，Ｚ１−，Ｘ２＋，Ｚ２＋，Ｘ２−，Ｚ２−）が設けられている。コイル３は、例えば、図の表面側（紙面側）の第１層に設けられている。

抵抗１４及びバッファ回路１５（オペアンプ）は、４箇所の平面部２３ｂ，２３ｄに設けられている。また、４つの差動増幅回路１６（オペアンプ）は、平面部２３ｃに集約して設けられている。これらの電子部品は、絶縁物としてのフレキシブルプリント基板２３上に実装されている。実装された電子部品同士や、これらをコイル３と繋ぐ接続用電路は、主として裏面側の第２層に設けられる。コイル３の２つの巻端は、スルーホール（図示せず。）を通って第２層に導出されている。また、その他のスルーホールも含めて、全てのスルーホールは平面部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのいずれかに設けられている。曲げ部分２３ｅには電子部品やスルーホールは一切設けられず、接続用電路のみが設けられている。なお、第１層、第２層の表面には絶縁コーティングが施される。

このような複層化により、小さい面積でも多くの回路等を構成することができ、コンパクトな基板を構成することができる。また、スルーホールのある部分で曲げることは無くなることにより、曲げによるスルーホールの破損を防止することができる。一方、曲げ部分２３ｅにあるのは接続用電路のみであり、これらのみであれば曲げによる破損は生じにくい。

上記のように構成された変位センサ装置２０においては、フレキシブルプリント基板２３に渦巻状のコイル３や電子部品を設けることにより、センサ部分の柔軟性と薄さとを実現する。また、平面部２３ａ〜２３ｄを設けて、そこにコイル３や電子部品を設けることで、曲げによる電子部品の脱落やスルーホールの破損を防止する。基本的な組立構造は、補強部材付きのフレキシブルプリント基板２を支持部１１によって支持するだけであるので、簡素な構造となる。こうして、軽量・コンパクトで簡素な構造であって、しかも、実装上の不具合が生じにくい信頼性の高い構造の変位センサ装置２０を提供することができる。

また、平面部２３ａ〜２３ｅと背中合わせに補強部材２４〜２７が取り付けられ、当該補強部材が支持部２１の対応箇所に係合する構成により、予め、フレキシブルプリント基板２３に補強部材２４〜２７を取り付けることができ、例えば、両者をプレスしながら接着固定することが容易になる。すなわち、フレキシブルプリント基板２３を支持部２１に直接取り付けるよりも組立が容易である。また、補強部材２４〜２７により平面部２３ａ〜２３ｅの平面性が確保され、かつ、支持部２１との係合も実現されるので、構成の信頼性も高い。

次に、第２実施形態に係る変位センサ装置について説明する。図１３の（ａ）は、第２実施形態に係る変位センサ装置２０の支持部２１の正面図であり、（ｂ）は支持部２１に基板部２２を装着した状態の変位センサ装置２０の正面図である。第１実施形態の変位センサ装置２０（図１１）との違いは、支持部２１の４つの平面部２１ｄがそれぞれ、２（又は３）面構成でなく、１面構成となっている点である。また、基板部２２には、フレキシブルプリント基板２３に補強部材２４及びクリップ２８が設けられている。なお、図１３の（ｂ）における真上（１２時の位置）を０度として右回りに角度をとるとすると、０度、９０度、１８０度、２７０度では、フレキシブルプリント基板２３と主軸部１０２ａとの隙間が相対的に小さく、逆に、１３５度、２２５度、３１５度では隙間が相対的に大きい。

図１４の（ｂ）は、図１３の（ｂ）におけるＢ部の部分拡大図であり、図１４の（ａ）は（ｂ）の平面図（径方向内方から見た図）である。図１４において、フレキシブルプリント基板２３の、例えばコイル３が設けられている平面部２３ａの裏側には背中合わせに補強部材２４が貼り付けられている。この補強部材２４は、平板状であり、幅（（ａ）における図の上下寸法）が、フレキシブルプリント基板２３の幅より若干広いことにより、フレキシブルプリント基板２３より少しはみ出ている。クリップ２８は、補強部材２４とは別部材であり、支持部２１の凹部２１ａに係合する一対（（ｂ）における手前及び奥）の係合部２８ａ、補強部材２４を係合させる一対の凹部２８ｂ及び、フレキシブルプリント基板２３を押さえる一対の押さえ部２８ｃを有している。

図１５は、上記のような構成の基板部２２を、支持部２１に取り付ける状態を示す斜視図である。フレキシブルプリント基板２３と貼り合わせられた補強部材２４は、クリップ２８に係合して固定され、また、フレキシブルプリント基板２３は、クリップ２８の押さえ部２８ａによっても、保持される。そして、この状態でのクリップ２８が、支持部２１の平面部２１ｃ及び凹部２１ａに密着するよう嵌め込まれ、基板部２２は支持部２１に係合して支持される。

図１６は、平面に展開した状態での基板部２２と、これに搭載されるコイルその他電子部品の回路図との対応関係を示す図である。回路図に関しては、第１実施形態（図１２）と同様である。コイル以外の電子部品が設けられる平面部２３ｂ，２３ｃには、補強部材２４及びクリップ２８が同様に設けられている。このような基板部２２は、クリップ２８や補強部材２４の無い曲げ部２３ｅのみで曲がり、コイル３、スルーホール（図示せず。）、電子部品が設けられるのは全て平面部２３ａ、２３ｂである。

第２実施形態の変位センサ装置２０の構成によれば、第１実施形態と同様な作用効果の他、補強部材２４の形状（平板状）が単純なため、フレキシブルプリント基板２３との接着固定が容易で、接着固定作業も容易であるという利点がある。また、クリップ２８は、補強部材２４のみではなく、フレキシブルプリント基板２３にも係合するので、接着固定にのみ依存せず、機械的な拘束により、フレキシブルプリント基板２３を支持部２１に確実に、かつ、正確に取り付けることができる。

なお、上記各実施形態に係る変位センサ装置２０は、外輪１０１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。

本発明の変位センサ装置に使用す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。 基板形センサの展開図及び、これを円筒状に丸めた図である。 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の基板形センサを示す斜視図であり、（ｂ）は、これを回転体の軸方向から見た図である。 基板形センサのコイルに信号処理回路を接続した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。 第１実施形態に係る変位センサ装置の正面図である。 変位センサ装置の斜視図である。 （ａ）は、変位センサ装置の分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 平面に展開した状態での基板部と、これに搭載されるコイルその他電子部品の回路図との対応関係を示す図である。 （ａ）は、第２実施形態に係る変位センサの支持部の正面図であり、（ｂ）は支持部に基板部を装着した状態の変位センサの正面図である。 （ｂ）は、図１３の（ｂ）におけるＢ部の部分拡大図であり、（ａ）は（ｂ）の平面図（径方向内方から見た図）である。 基板部を、支持部に取り付ける状態を示す斜視図である。 平面に展開した状態での基板部と、これに搭載されるコイルその他電子部品の回路図との対応関係を示す図である。

符号の説明

２ フレキシブルプリント基板
３ コイル
１１ 支持部
１２ 回転体（検出対象物）
１４ 抵抗
１５ バッファ回路
１６ 差動増幅回路
１７ 信号処理回路
２０ 変位センサ装置
２１ 支持部
２３ フレキシブルプリント基板
２４〜２７ 補強部材
２８ クリップ
１００ ハブユニット（転がり軸受装置）
１０２ａ 主軸部（検出対象物）

Claims (10)

1. 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、
   前記検出対象物に対向する複数の平面部が、曲げ部分を介して連続したベルト状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、
   前記平面部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、
   前記変位を検出するために前記平面部上に実装された電子部品と
   を備えたことを特徴とする変位センサ装置。
2. 前記平面部と背中合わせに補強部材が取り付けられ、当該補強部材が前記支持部の対応箇所に係合する請求項１記載の変位センサ装置。
3. 前記平面部と背中合わせに取り付けられた平板状の補強部材と、
   前記補強部材及び前記フレキシブルプリント基板と係合してこれらを支持する部材であって、前記支持部の対応箇所に係合するクリップと
   を備えた請求項１記載の変位センサ装置。
4. 前記フレキシブルプリント基板は２層の導体面を有し、前記コイルは第１層に、前記コイル及び電子部品への接続用電路が第２層に、それぞれ形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の変位センサ装置。
5. 前記フレキシブルプリント基板のスルーホールは、前記平面部にのみ設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の変位センサ装置。
6. 前記曲げ部分には、導電体のパターンで形成された接続用電路のみが設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の変位センサ装置。
7. 前記支持部は全体としてリング状であって、軸方向から見た形状は、外周側が円形、内周側が多角形であり、前記フレキシブルプリント基板は当該内周側に取り付けられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の変位センサ装置。
8. 前記支持部の中心軸から前記多角形の各辺までの距離は少なくとも２種類あり、前記コイルが設けられる平面部の辺までの距離よりも、前記電子部品が実装される平面部の辺までの距離の方が長い請求項７記載の変位センサ装置。
9. 前記支持部に取り付けられたフレキシブルプリント基板は、前記支持部の中心軸方向に見たとき、３／４周以上であるが１周には至らない開いたリング状である請求項１〜７のいずれか１項に記載の変位センサ装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の変位センサ装置を固定輪に取り付けて、回転輪の径方向への変位を検出する転がり軸受装置。

Images