JP2011137748A - 変位センサ装置及び転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルプリント基板を用いる変位センサ装置において、基板の幅を大きくすることなく、コイルのインダクタンスを一挙に増大させる。
【解決手段】渦巻状に形成された導電部の渦巻面を検出対象物と対向させるコイル３をフレキシブルプリント基板に設け、当該コイルを有する基板部位を、複数枚互いに重ね合わせて複合コイル基板部２２ｗとする。そして、信号処理回路１７は、重ね合わせられた複数のコイル３を、電流の巻き方向が同一になるように直列接続した２つのコイルのインダクタンス、及び、検出対象物との間に現れるキャパシタンスに基づく出力信号を抽出する。
【選択図】図１５

Description

本発明は、回転体等を検出対象物として、その変位を検出する変位センサ装置及びこれを用いた転がり軸受装置に関する。

金属製対象物の変位を検出する変位センサ装置においては、積層鋼板の鉄心にコイルを巻いたセンサが使用されてきた。このような変位センサ装置では、対象物の変位を、インダクタンスの変化として捉えることができる。しかし、このようなセンサの構成は、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、組立工数も多い。
一方、フレキシブルプリント基板と呼ばれる柔軟で薄い基板の平面上に、渦巻状のコイルを構成し、インダクタとしたものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。このような平面コイルの構造は、積層鋼板にコイルを巻く構造に比べて、軽量・コンパクト化に大きく寄与するものと期待される。

一方、近年、自動車の分野においては、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る（例えば、特許文献３参照。）。この変位センサ装置として、上述の平面コイルを使用したものを採用する場合、その薄さを生かして内外輪間の隙間に配置することが可能である。すなわち、このような変位センサ装置は、例えば固定輪である外輪に取り付けられ、車輪と共に回転する内軸の変位を検出する。

フレキシブルプリント基板は薄くて柔らかいので、これを所定形状に保持するための骨格となる支持部（ハウジング）が必要である。この支持部は例えばリング状であり、その内周面にフレキシブルプリント基板が装着される。コイルは、周方向へ９０度間隔で４組配置され、それぞれが内軸に近接して対向する。

特表２００６−５０９１８９号公報（図１） 特開２００５−３０３１０６号公報（段落［０００５］） 特開２００７−１２７２５３号公報

上記のような、フレキシブルプリント基板を使用した変位センサ装置において、コイルのインダクタンスは主としてターン数に支配される。センサ感度を向上させるべくインダクタンスを大きくしたい場合、ターン数を増やす必要があるが、渦巻の径を大きくするとフレキシブルプリント基板の幅や、支持部の幅（軸方向への長さ）が大きくなるので好ましくない。基板を複層化して立体的にコイルを構成することも可能ではあるが、限界がある。

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、フレキシブルプリント基板を用いる変位センサ装置において、基板の幅を大きくすることなく、コイルのインダクタンスを一挙に増大させることを目的とする。

（１）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、折り曲げが可能なフレキシブルプリント基板に、渦巻状に形成された導電部の渦巻面を前記検出対象物と対向させるコイルを有し、当該コイルを有する基板部位を、複数枚互いに重ね合わせて成る複合コイル基板部と、前記フレキシブルプリント基板を沿わせて支持する支持部と、重ね合わせられた複数のコイルを、電流の巻き方向が同一になるように直列接続した全コイルのインダクタンス、及び、前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスに基づく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。

上記のように構成された変位センサ装置においては、複合コイル基板部で複数のコイルが互いに重ね合わせられ、信号処理回路が、これらのコイルについて電流の巻き方向が同一になるように直列接続することにより、個々のコイルの渦巻は大きくすることなく、全コイル直列の大きなインダクタンスを得ることができる。

（２）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若しくは枠状の形状であり、フレキシブルプリント基板は、支持部の外周側に装着されるベルト状の回路基板部と、当該回路基板部の長手方向と直交する両方向に両袖状に突出して形成され、コイルが設けられた一対のコイル基板部とを有し、各コイル基板部を支持部の内周側に折り返して互いに重ねることにより複合コイル基板部を形成するものであってもよい。
この場合、一対のコイル基板部は支持部の内周面上で重ね合わせられるので、コイルの位置が安定し、検出の精度を安定させることができる。また、コイル基板部を支持部の軸方向両側から重ね合わせることになるので、重ね合わせた状態で接着等により固定すれば、フレキシブルプリント基板全体を支持部に確実に装着することができる。なお、回路基板部は支持部の外周側に配置されるので、回路の他、電子部品の実装が可能である。

（３）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若しくは枠状の形状であり、フレキシブルプリント基板は、支持部の外周側に装着されるベルト状の回路基板部と、当該回路基板部の長手方向と直交する一方向に片袖状に突出して形成され、コイルが２組設けられたコイル基板部とを有し、コイル基板部を支持部の内周側で折り返して２組を互いに重ねることにより複合コイル基板部を形成するものであってもよい。
この場合、コイル基板部は支持部の内周面上で折り返して（２つ折りにして）重ね合わせられるので、コイルの位置が安定し、検出の精度を安定させることができる。また、片袖状のコイル基板部を折って重ねることで容易に、渦巻の位置を合わせて重ね合わせることができる。なお、回路基板部は支持部の外周側に配置されるので、回路の他、電子部品の実装が可能である。

（４）一方、本発明の転がり軸受装置は、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の変位センサ装置を固定輪側に取り付けて、検出対象物としての回転体の変位を検出するものである。
このような転がり軸受装置は、基板の幅を大きくすることなくコイルのインダクタンスを一挙に増大させた変位センサ装置によって、回転体の変位を検出することができる。

本発明の変位センサ装置によれば、基板の幅を大きくすることなく、コイルのインダクタンスを一挙に増大させることができる。また、このような変位センサ装置は、回転体を検出対象物としてその変位を検出する転がり軸受装置の一部とすることができる。

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。 （ａ）は基板形センサの展開図、（ｂ）は基板形センサを円筒状に丸めた状態を示す斜視図である。 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におけるフレキシブルプリント基板の展開図である。 フレキシブルプリント基板に搭載されるコイルその他のセンサ回路要素の回路図である。 支持部の斜視図、及び、支持部に装着される際のフレキシブルプリント基板の形態を示す斜視図である。 フレキシブルプリント基板を支持部に装着することにより完成した状態の変位センサ装置を示す斜視図である。 図１２におけるXIII-XIII線断面図である。 ２枚のコイル基板部の重ね合わせの要領を示す斜視図である。 ２つのコイルの直列接続を示す接続図である。 第２実施形態に係る変位センサ装置における、フレキシブルプリント基板の展開図である。 第２実施形態の変形例としての、フレキシブルプリント基板の展開図である。 その他の実施形態としての、支持部の内周側に装着されるフレキシブルプリント基板の２つの例を示す展開図である。 図１８に示すフレキシブルプリント基板が支持部の内周側に装着される状態を示す斜視図である。

《原理》
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、例えばポリイミド製の基板に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を複層化して、最上面、層間、及び、最下面にそれぞれ、コイル３を設け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。

《原理的構成》
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、例えば、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。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、回転輪に回転体（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のインダクタンスは、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、ほぼ決まる。但し、上記の原理的構成のみでは現実的にはターン数の確保に限界があるので、以下の述べる実施形態の構成によって一挙にインダクタンスを増大させる。
なお、コイル３の導電部と回転体１２との間には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。

《転がり軸受装置》
次に、転がり軸受装置の固定輪と回転輪との間に取り付けられ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、円柱状の主軸部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、回転輪たる内軸１０２の主軸部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。

《変位センサ装置：第１実施形態》
図９〜１４は、第１実施形態に係る変位センサ装置２０を示す図であり、このうち、図９はフレキシブルプリント基板２２の展開図であり、図１０はフレキシブルプリント基板２２に搭載されるコイルその他のセンサ回路要素の回路図である。
まず、図９において、フレキシブルプリント基板２２は、コイル３以外のセンサ回路要素を含む横長のベルト状の回路基板部２２ｅと、この回路基板部２２ｅの上下辺の各４箇所から紙面の上方及び下方へ、いわば両袖状に延伸して形成された合計８片のコイル基板部２２ｄと、長手方向の一端部（図の右端）から少し幅を狭くして延伸するように形成された引出し部２２ｃとを一体に有するものである。各コイル基板部２２ｄには、一対のコイル３が設けられている。なお、前述のように、コイル３は、基板の表裏や、多層基板の場合には層間にも設けることができるが、ここでは簡素な例として、図９の紙面の表面側にのみ設けられているものとする。

図１０の回路図は、図９の展開図と外形的に概ね対応する回路配置を示している。この回路図の内容は、図７から、基板の外部に設けられる発振回路１３を省いたものに相当し、コイル３と、その他の信号処理回路１７とによって構成されている。すなわち、図１０において、フレキシブルプリント基板２２には、１６個のコイル３と、電子部品（抵抗１４，バッファ回路１５，差動増幅器１６）と、導電路のパターンによる回路とが搭載されている。信号処理回路１７内の短絡路Ｓによって互いに接続された各一対のコイル３は、２個直列で１つのコイルとしての機能を構成しており（詳細後述）、従って、機能的には８個のコイル（Ｘ１＋，Ｚ１＋，Ｘ１−，Ｚ１−，Ｘ２＋，Ｚ２＋，Ｘ２−，Ｚ２−）に相当する。

図９に戻り、回路基板部２２ｅには複数の領域があり、電子部品は領域ａ１（４箇所）及び／又は領域ａ２（３箇所）に実装される。回路基板部２２ｅは、電子部品が外側になるように、リング状に丸められる。また、残りの領域ａ３（６箇所）及びａ１（１箇所）は、電子部品が実装されず、導電路のパターンのみが設けられる。電子部品が実装される領域ａ１，ａ２は、半田の剥がれを防止するため、平面を保つことが好ましい。その他の領域ａ３，ａ４は、折っても、湾曲させてもよい。なお、導電路や、電子部品の導電部には絶縁のためのコーティングが、適宜施される。

図１１は、支持部２１の斜視図、及び、支持部２１に装着される際のフレキシブルプリント基板２２の形態を示す斜視図である。また、図１２は、フレキシブルプリント基板２２を支持部２１に装着することにより完成した状態の変位センサ装置２０を示す斜視図である。なお、支持部２１は、前述の支持部１１と同様に金属製で、具体的には、温度特性を合わせる観点から、外輪１０１（図８）と同じ鉄系材料が好ましい。

まず、図１１において、支持部２１は、全体としては概ねリング状の物体（リング体）であるが、詳細には、内周が略円筒である筒体部２１ｔの外周は、多角形と円弧とを組み合わせたような断面形状となっている。すなわち当該筒体部２１ｔは、周方向に９０度ごとに設けられる４箇所の平面部２１ｅと、平面部２１ｅに対して４５度ずれて、かつ、同様に９０度ごとに設けられる平面部２１ｆと、これらの平面部２１ｅ，２１ｆの残りの部分としての８箇所の円筒面部２１ｇとによって構成されている。また、筒体部２１ｔの軸方向両端には、鍔状部２１ｈが形成されている。各鍔状部２１ｈには、平面部２１ｅに対応する周方向に９０度ごとの位置で切り欠くスリット２１ｊが形成されている。また、各スリット２１ｊに対応する周方向位置の内周側に、浅い溝２１ｋが形成されている。

フレキシブルプリント基板２２は、領域ａ１が平面部２１ｅの真上に、かつ、領域ａ２が平面部２１ｆの真上にそれぞれくるように、支持部２１の筒体部２１ｔに巻き付けられ、引出し部２２ｃを除いて、支持部２１に接着される。このとき、８箇所のコイル基板部２２ｄをスリット２１ｊに通すことで周方向へのフレキシブルプリント基板２２の位置決めとなり、また、一対の鍔状部２１ｈの存在は、軸方向への位置決めに寄与する。従って、装着が容易である。また、８箇所の円筒面部２１ｇの存在によって、フレキシブルプリント基板２２の折り曲げが容易となり、曲げ易くするための工夫（例えば折り曲げ部分を薄くして曲げ易くする。）は特に不要である。

スリット２１ｊに通されたコイル基板部２２ｄは内周側に折り返され、溝２１ｋ上で、軸方向の両側から折り返されてきた２枚のコイル基板部２２ｄが互いに重ね合わせられ、かつ、支持部２１に接着される。こうして、図１４に示すようにフレキシブルプリント基板２２が支持部２１に装着される。なお、スリット２１ｊから側面に露出しているフレキシブルプリント基板２２や、コイル基板部２２ｄの内周面には、最終的な仕上げとして、樹脂モールドを施してもよい。これにより、コイル基板部２２ｄやフレキシブルプリント基板２２全体を、グリース・金属摩耗粉等から保護することができる。

図１３は、図１２におけるXIII-XIII線断面図である。図示のように、２枚のコイル基板部２２ｄは互いに重ね合わせられ、密着している。これにより、複合コイル基板部２２ｗが構成されている。なお、この図では軸方向右側からのコイル基板部２２ｄが上になっているが、重ね方は、左右のコイル基板部２２ｄのどちらが上になってもよい。

図１４は、２枚のコイル基板部２２ｄの重ね合わせの要領を示す斜視図である。重ね合わせは、上のコイル３と、下のコイル３との渦巻の中心を合わせるように行われる。重ね合わせても２つのコイル３は互いに短絡することはなく、独立した２個のコイルである。なお、仮に、コイル基板部２２ｄの両面にコイル３が設けられている場合（図３参照。）であっても、絶縁コーティングにより、絶縁を維持する。

図１５は、２つのコイル３の直列接続を示す接続図である。重ねた状態で一対のコイル基板部２２ｄにおけるコイル３の渦巻の形が互いに逆巻きであれば、（ａ）に示すように短絡路Ｓを用いて接続する。これにより、例えば上のコイル３の外側巻端へ電流が流入する方向に流れた場合、電流は左巻きに流れて渦巻の内側巻端から下のコイル３の内側巻端に流れ込む。そして、やはり左巻きに電流が流れて外側巻端から接地部に流れる。従って、２つのコイル３は共に電流が左巻きに流れ、２つのコイル３によるインダクタンスは基本的に、１個のコイル３の２倍となる。電流が逆向きに流れた場合も同様である。

一方、重ねた状態で一対のコイル基板部２２ｄにおけるコイル３の渦巻の形が互いに逆巻きであれば、（ｂ）に示すように短絡路Ｓを用いて接続する。これにより、例えば上のコイル３の外側巻端へ電流が流入する方向に流れた場合、電流は左巻きに流れて渦巻の内側巻端から下のコイル３の外側巻端に流れ込む。そして、やはり左巻きに電流が流れて内側巻端から接地部に流れる。従って、２つのコイル３は共に電流が左巻きに流れ、２つのコイル３によるインダクタンスは基本的に、１個のコイル３の２倍となる。電流が逆向きに流れた場合も同様である。

以上のように、上記の変位センサ装置２０においては、重ね合わせられた２枚のコイル基板部２２ｄからなる複合コイル基板部２２ｗで、２つのコイル３が互いに重ね合わせられ、信号処理回路１７が、これらのコイル３について電流の巻き方向が同一になるように直列接続することにより、個々のコイルの渦巻は大きくすることなく、２コイル直列の大きなインダクタンスを得ることができる。従って、基板の幅を大きくすることなく、コイルのインダクタンスを一挙に増大させることができる。

また、図４と比較すれば明らかなように、図９のコイル３を回路基板部２２ｅから放出して、折り込まれるコイル基板部２２ｄに設けたことにより、図１２の軸方向に並んでいる２個のコイル３は、フレキシブルプリント基板２２の回路基板部２２ｅの幅（軸方向寸法）内に収めずとも変位センサ装置２０としての全体幅内に収めることができればよい。従って、結果的に、フレキシブルプリント基板２２の幅及び変位センサ装置２０全体の幅を、より小さくすることができる。

また、一対のコイル基板部２２ｄは支持部２１の内周面（の溝２１ｋ）上で重ね合わせられるので、コイル３の位置が安定し、検出の精度を安定させることができる。さらに、コイル基板部２２ｄを支持部２１の軸方向両側から重ね合わせることになるので、重ね合わせた状態で接着等により固定すれば、フレキシブルプリント基板２２全体を支持部２１に確実に装着することができ、剥がれや脱落を防止することができる。なお、前述のように、回路基板部２２ｅは支持部２１の外周側に配置されるので、回路の他、電子部品の実装が可能である。

《変位センサ装置：第２実施形態》
図１６は、第２実施形態に係る変位センサ装置２０における、フレキシブルプリント基板２２の展開図である。
図１６において、フレキシブルプリント基板２２は、コイル３以外のセンサ回路要素を含む横長のベルト状の回路基板部２２ｅと、この回路基板部２２ｅの上辺の各４箇所から紙面の上方へ、いわば片袖状に延伸して形成された合計４片のコイル基板部２２ｄと、長手方向の一端部（図の右端）から少し幅を狭くして延伸するように形成された引出し部２２ｃとを一体に有するものである。各コイル基板部２２ｄには、一対２組（４個）のコイル３が設けられている。回路基板部２２ｅの領域ａ１〜ａ４は、第１実施形態（図９）と同様である。すなわち、図９との違いは、コイル基板部２２ｄを両袖状ではなく、片袖状にして一対２組のコイル３を並べた点であり、その他の構成は、第１実施形態の変位センサ装置２０と同様である。

図１６に示すフレキシブルプリント基板２２の場合、図中の点線Ｌでコイル基板部２２ｄを折り（例えば山折り）、さらにこれを、リング状に丸めた回路基板部２２ｅの内周側に折り返すことにより、第１実施形態と同様に（図１２参照。）、支持部２１にフレキシブルプリント基板２２を装着することができる。
この場合も、第１実施形態と同様に、コイル基板部２２ｄは支持部２１の内周面（の溝２１ｋ）上で折り返して（２つ折りにして）重ね合わせられるので、コイル３の位置が安定し、検出の精度を安定させることができる。また、片袖状のコイル基板部２２ｄを折って重ねることで容易に、渦巻の位置を合わせて重ね合わせることができる。回路基板部２２ｅは支持部２１の外周側に配置されるので、回路の他、電子部品の実装が可能である。
なお、図１６に示すフレキシブルプリント基板２２の場合、支持部２１のスリット２１ｊは、片方の鍔状部２１ｈにのみ形成すれば足りるが、製造上は、装着の向きを問わない点で両方の鍔状部２１ｈにスリット２１ｊを形成しておく方が便利である。

図１７は、第２実施形態の変形例としての、フレキシブルプリント基板２２の展開図である。コイル基板部２２ｄが片袖状である点は図１６と同じであるが、２組のコイルが横に（回路基板部２２ｅの長手方向に）並んでおり、点線Ｌで折ることによりコイル３を重ね合わせれば、後は同様に、支持部２１へ装着することができる。

《変位センサ装置：その他の実施形態》
なお、上記各実施形態では、支持部２１の外周側に回路基板部２２ｅが装着される構成を示したが、図５に示したように、支持部の内周側にフレキシブルプリント基板全体を装着することも可能である。以下、その場合のフレキシブルプリント基板及び支持部の構成について簡単に説明する。

図１８は、支持部の内周側に装着されるフレキシブルプリント基板２２の２つの例を示す展開図である。（ａ）に示すフレキシブルプリント基板２２は、コイル３以外のセンサ回路要素を含む横長のベルト状の回路基板部２２ｅと、この回路基板部２２ｅの上下２辺の各４箇所から紙面の上方及び下方へ、両袖状に延伸して形成された合計８片のコイル基板部２２ｄとを一体に有するものである。各コイル基板部２２ｄには、一対のコイル３が設けられている。このようなフレキシブルプリント基板２２では、図中の点線でコイル基板部２２ｄを折って、回路基板部２２ｅ上で互いに重ね合わせる。また、回路基板部２２ｅをリング状に丸めて両端部を合わせる。このようなフレキシブルプリント基板２２は、図１９に示すように、円筒状の支持部２１の内周側に装着することができる。

また、図１８の（ｂ）に示すフレキシブルプリント基板２２は、一部（半数）のコイル３及びセンサ回路要素を含む横長のベルト状の回路基板部２２ｅと、この回路基板部２２ｅの上辺の４箇所から紙面の上方へ、片袖状に延伸して形成された合計４片のコイル基板部２２ｄとを一体に有するものである。各コイル基板部２２ｄには、一対のコイル３が設けられている。このようなフレキシブルプリント基板２２においては、図中の点線でコイル基板部２２ｄを折って、回路基板部２２ｅ上でコイル３同士を互いに重ね合わせる。また、回路基板部２２ｅをリング状に丸めて両端部を合わせる。このようなフレキシブルプリント基板２２は、図１９に示すように、円筒状の支持部２１の内周側に装着することができる。回路基板部２２ｅにコイル３を設けると、回路基板部２２ｅの幅（図１８の紙面の上下方向）が、（ａ）の回路基板部２２ｅよりも広くなる。但し、展開状態での全体の幅寸法は、むしろ（ｂ）の方が小さい。

《その他》
なお、上記各実施形態における変位センサ装置２０は、転がり軸受装置のみならず、スピンドル装置にも適用でき、その他、検出対象となる物体（特に回転体）の変位を検出する装置として広く使用可能である。
また、このような変位センサ装置は、回転体以外の検出対象物にも適用可能である。例えば、軸方向へ移動する直動軸部材の径方向への微小な変位を検出する場合に、適用可能である。このような場合の支持部は、必ずしもリング状でなくてもよく、直動軸部材の外形状に合わせた枠状であってもよい。

また、上記各実施形態において、装着完了時のフレキシブルプリント基板２２のコイル基板部２２ｄは２個を１組とする複列のコイル３を備え、フレキシブルプリント基板２２全体としては周方向へ４等配にコイル３を備えているが、これは出力の必要性に対応したもので、コイルの数や配置は、図示したものに限定されない。すなわち、インダクタンスを増大させるために、コイルを有する基板部位を、複数枚互いに重ね合わせて複合コイル基板部を構成することは、コイルの数や配置に関係なく適用が可能である。
また、上記各実施形態におけるコイル基板部２２ｄの重ね枚数は２であるが、必要により、３枚以上を重ねることも可能である。

なお、上記各実施形態では、信号処理回路１７（図１０）をフレキシブルプリント基板２２に搭載するものとしたが、基板外に信号処理回路１７を設けることも可能である。例えば、図４に示した原理的構成のフレキシブルプリント基板２は、信号処理回路を基板外に設けることを前提として説明したものである。

２：フレキシブルプリント基板、３：コイル、４：検出対象物、１１：支持部、１２：回転体、１７：信号処理回路、２０：変位センサ装置、２１：支持部、２２：フレキシブルプリント基板、２２ｄ：コイル基板部、２２ｅ：回路基板部、１００：ハブユニット（転がり軸受装置）、１０１：外輪（固定輪）、１０２ａ：主軸部（回転体）

Claims (4)

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、
   折り曲げが可能なフレキシブルプリント基板に、渦巻状に形成された導電部の渦巻面を前記検出対象物と対向させるコイルを有し、当該コイルを有する基板部位を、複数枚互いに重ね合わせて成る複合コイル基板部と、
   前記フレキシブルプリント基板を沿わせて支持する支持部と、
   重ね合わせられた複数のコイルを、電流の巻き方向が同一になるように直列接続した全コイルのインダクタンス、及び、前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスに基づく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. 前記支持部は、全体としてリング状若しくは枠状の形状であり、
   前記フレキシブルプリント基板は、前記支持部の外周側に装着されるベルト状の回路基板部と、当該回路基板部の長手方向と直交する両方向に両袖状に突出して形成され、前記コイルが設けられた一対のコイル基板部とを有し、
   各コイル基板部を前記支持部の内周側に折り返して互いに重ねることにより前記複合コイル基板部を形成する請求項１記載の変位センサ装置。
3. 前記支持部は、全体としてリング状若しくは枠状の形状であり、
   前記フレキシブルプリント基板は、前記支持部の外周側に装着されるベルト状の回路基板部と、当該回路基板部の長手方向と直交する一方向に片袖状に突出して形成され、前記コイルが２組設けられたコイル基板部とを有し、
   前記コイル基板部を前記支持部の内周側で折り返して２組を互いに重ねることにより前記複合コイル基板部を形成する請求項１記載の変位センサ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の変位センサ装置を固定輪側に取り付けて、前記検出対象物としての回転体の変位を検出する転がり軸受装置。

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