JP2013104708A - 角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】軸受と回転軸との間の固着が生じ難くする。ケースの挿通孔の加工を容易とする。カジリの問題を生じさせることなく防爆すきの隙間を小さくする。
【解決手段】挿通孔６’をその一端の開口部から他端の開口部へ同径でつながるストレートの貫通孔とする。挿通孔６’の一端の開口部および他端の開口部に第１の軸受１６および第２の軸受１７を圧入固定する。挿通孔６’内に形成される第１の軸受１６と第２の軸受１７との軸受間の空間１８にスリーブ１９を遊挿し、スリーブ１９の内周面１９ａと回転軸５の外周面５ａとの間に第１の防爆すきｈ１を形成し、スリーブ１９の外周面１９ｂとケース３の内周面３ａとの間に第２の防爆すきｈ２を形成し、フレームアレスタとして機能させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、回転軸の回転角度を検出する角度センサに関するものである。

従来より、化学プラント等においては、その流量プロセスに用いられる調節弁に対してポジショナを設け、このポジショナによって調節弁の開度を制御するようにしている。このポジショナは、上位装置から送られてくる設定開度と調節弁からフィードバックされてくる実開度との偏差を求め、この偏差に応じた電気信号を制御信号として生成する制御演算部と、この制御演算部が生成した制御信号を空気圧信号に変換する電空変換部と、この電空変換部からの空気圧信号を増幅し出力空気圧として調節弁の操作器に供給する空気圧信号増幅部（パイロットリレー）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

このポジショナでは、調節弁の実開度を弁軸の変位量として検出する変位検出部として角度センサが用いられており、この角度センサはフィードバックレバーを介して弁軸の変位量に応じて回転する回転軸を有している。この角度センサの回転軸の回転角度に応じた電気信号が実開度を示す信号として制御演算部にフィードバックされる。

図２に特許文献２に示された角度センサの構成を示す。図２（ａ）は正面から見た断面図、図２（ｂ）は側面から見た断面図である。この角度センサ１は、円筒状の軸受用シリンダ２を収納固定したケース３内に、ヨーク４を固定した回転軸５をその下側から収納して、回転軸５の上端をケース３上面の挿通孔６から突出させ、さらに磁気センサ７を取り付けた蓋８によってケース３下面の開口９を塞いで構成されている。

回転軸５に固定されたヨーク４内には磁石保持部材１０および２つの永久磁石１１，１２が収納されており、磁気センサ７は支持台１３の上面に固定されている。なお、１４はケース３の上面に突出した回転軸５のリング溝に取り付けられた係止リングであり、１５はヨーク４と軸受用シリンダ２との間に挿入されたリングである。

この角度センサ１において、回転軸５は、軸受用シリンダ２の内周面２ａを軸受面として、ヨーク４と一体となって回転する。これにより、磁気センサ７の表面における磁石１１，１２が作る磁力線の方向が変化し、磁気センサ７の出力抵抗値が変化して、回転軸５の回転角度に応じた電気信号が生成される。

このような角度センサを有するポジショナは爆発の虞がある雰囲気中で使用される場合がある。この場合、ポジショナは防爆構造を有していなければならない。

例えば、図２に示した角度センサ１を単体で防爆構造とする場合、軸受用シリンダ２の内周面２ａと回転軸５の外周面５ａとの隙間ｈ１をＴＩＩＳ（産業安全技術協会）で規定されたｄ（隙間）×Ｉ（奥行）の防爆すきとする。例えば、ｄ＝０．１５ｍｍ以下、Ｉ＝１２．５ｍｍ以上とした場合、回転軸５の両側に位置する隙間ｈ１の合計（軸受用シリンダ２の内径と回転軸５の外径との差）を０．１５ｍｍ以下とする。

実開昭６２−２８１１８号公報 特開平１１−８３４２２号公報 実開平０２−５５３０３号公報

しかしながら、図２に示された軸受構造では、軸受用シリンダ２の内周面２ａと回転軸５の外周面５ａとの隙間ｈ１を防爆すきとするために、回転軸５を軸受用シリンダ２の内周面２ａにオイルレスで軸支させると共に、軸受用シリンダ２および回転軸５として耐摩耗性の高い材料（剛性の高い材料）を使う必要がある。また、防爆すきは金属で構成しなければならないという規定があるため、軸受用シリンダ２の材料として含油焼結金属などを用いてオイルレスとする（外からの注油を不要とする）が、この軸受用シリンダ２に含まれる油にゴミなどが吸着されて、回転軸５と軸受用シリンダ２とが固着し、回転軸５が回転不能となり易いという欠点がある。

このために、特許文献３の第２図に示されたような軸受構造を採用して、図３に示されるような軸受構造とすることが考えられる。この軸受構造では、ケース３の挿通孔６の一端および他端に間隔をおいて第１の軸受１６および第２の軸受１７を設け、この第１の軸受１６および第２の軸受１７の内周面１６ａ，１７ａで回転軸５を軸支するようにしている。

なお、第１の軸受１６および第２の軸受１７はリング状とされ、挿通孔６の一端および他端の開口部に圧入固定されている。また、第１の軸受１６の内周面１６ａと回転軸５の外周面５ａとの隙間ｈａ、第２の軸受１７の内周面１７ａと回転軸５の外周面５ａとの隙間ｈｂは、防爆すきとはせずに、代わりに回転軸５の外周面５ａとケース３の内周面３ａとの隙間ｈｃを防爆すきとしている。

このような軸受構造とすると、軸受１６，１７ではその隙間ｈａ，ｈｂを防爆すきとしないので、軸受１６，１７として耐摩耗性の低い材料を使用することができ、かつ隙間ｈａ，ｈｂも広くとることが可能であり、軸受１６，１７と回転軸５との間の固着が生じ難いものとすることが可能である。

しかし、回転軸５の外周面５ａとケース３の内周面３ａとの隙間ｈｃを防爆すきとするので、ケース３の挿通孔６を一端の開口部から他端の開口部へ同径でつながるストレートの貫通孔とすることができず、挿通孔６の形状が複雑となり、加工性が悪いという問題がある。

また、隙間ｈｃを小さくし過ぎると、すなわち防爆すきのｄ寸法（隙間）を０．１５ｍｍよりさらに小さくしたいという要望に応えようとすると、ケース３の内周面３ａと回転軸５の内周面５ａとの間でのカジリの問題が発生する。また、ケース３の挿通孔６の加工精度も厳しくなる。逆に、隙間ｈｃをかじりの発生しない寸法にしようとすると、すきの奥行き寸法を大きくして防爆性能を満足させなければならなくなり、全長が長くなってしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、軸受と回転軸との間の固着が生じ難く、ケースの挿通孔の加工が容易で、かつカジリの問題を生じさせることなく、防爆すきの隙間を小さくすることが可能な角度センサを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、回転軸の回転角度を検出する角度センサにおいて、回転軸が挿通される挿通孔を有するケースと、ケースの挿通孔の一端および他端に間隔をおいて設けられ回転軸を軸支する第１の軸受および第２の軸受と、挿通孔内に形成される第１の軸受と第２の軸受との軸受間の空間に遊挿され、その内周面が第１の防爆すきを介して回転軸の外周面に対向し、その外周面が第２の防爆すきを介してケースの内周面に対向するスリーブとを備えることを特徴とする。

この発明によれば、ケースの挿通孔の一端および他端に第１の軸受および第２の軸受が設けられ、この第１の軸受および第２の軸受によって回転軸が軸支される。また、挿通孔内に形成される第１の軸受と第２の軸受との軸受間の空間にスリーブが遊挿され、スリーブの内周面と回転軸の外周面との間に第１の防爆すきが、スリーブの外周面とケースの内周面との間に第２の防爆すきが形成される。

この場合、第１および第２の軸受ではその回転軸との間の隙間を防爆すきとしなくてもよいので、第１および第２の軸受として耐摩耗性の低い材料を使用することができ、かつその隙間も広くとることが可能であり、第１および第２の軸受と回転軸との間の固着が生じ難いものとすることが可能となる。

また、挿通孔内に形成される第１の軸受と第２の軸受との軸受間の空間にスリーブを遊挿するという構成をとることによって、ケースの挿通孔をその一端の開口部から他端の開口部へ同径でつながるストレートの貫通孔とすることが可能となり、挿通孔の形状を単純として、加工を容易とすることが可能となる。

また、回転軸の外周面とケースの内周面との間の防爆すきがスリーブを挟んで第１の防爆すきと第２の防爆すきとに分けられるものとなり、第１の防爆すきと第２の防爆すきとで例えば０．１５ｍｍの防爆すきの隙間が２分されるものとなり、カジリの問題を発生させることなく、また加工精度を厳しくすることなく、防爆すきの隙間を小さくすることが可能となる。

本発明によれば、ケースの挿通孔の一端および他端に第１の軸受および第２の軸受を設け、この第１の軸受と第２の軸受との軸受間の空間にスリーブを遊挿し、このスリーブの内周面と回転軸の外周面との間に第１の防爆すきを形成し、このスリーブの外周面とケースの内周面との間に第２の防爆すきを形成するようにしたので、軸受と回転軸との間の固着が生じ難いものとし、またケースに形成する挿通孔の加工を容易とし、かつカジリの問題を生じさせることなく、防爆すきの隙間を小さくすることが可能となる。

本発明に係る角度センサの一実施の形態の構成を示す図である。 特許文献１に示された角度センサの構成を示す図である。 特許文献１に示された角度センサにおいて特許文献２に示された軸受構造を採用するようにした場合の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１にこの発明に係る角度センサの一実施の形態の構成を示す。図１（ａ）は正面から見た断面図、図１（ｂ）は側面から見た断面図である。同図において、図３と同一符号は図３を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この角度センサ１００において、回転軸５が挿通されるケース３の挿通孔６’は、その一端の開口部から他端の開口部へ同径でつながるストレートの貫通孔とされており、この挿通孔６’の一端の開口部および他端の開口部に第１の軸受１６および第２の軸受１７が圧入固定されている。

また、挿通孔６’内に形成される第１の軸受１６と第２の軸受１７との軸受間の空間１８に、円筒状のステンレス製の部材をスリーブ１９として遊挿している。このスリーブ１９は、その内周面１９ａと回転軸５の外周面５ａとの間に第１の防爆すきｈ１を形成し、その外周面１９ｂとケース３の内周面３ａとの間に第２の防爆すきｈ２を形成し、フレームアレスタとして機能する。

この軸受構造では、スリーブ１９がフレームアレスタとして機能するので、第１の軸受１６および第２の軸受１７ではその回転軸５との間の隙間ｈａ，ｈｂを防爆すきとしなくてもよい。これにより、第１の軸受１６および第２の軸受１７として耐摩耗性の低い材料を使用し、また隙間ｈａ，ｈｂも広くし、第１の軸受１６および第２の軸受１７と回転軸５との間の固着が生じ難いものとされている。

また、この軸受構造では、第１の軸受１６と第２の軸受１７との軸受間の空間１８にスリーブ１９を遊挿するという構成をとることによって、ケース３の挿通孔６’をその一端の開口部から他端の開口部へ同径でつながるストレートの貫通孔とすることができている。これにより、貫通孔６’の形状を単純として、ケース３の加工を容易としている。

また、この軸受構造では、回転軸５の外周面５ａとケース３の内周面３ａとの間の防爆すきがスリーブ１９を挟んだ第１の防爆すきｈ１と第２の防爆すきｈ２とに分けられ、第１の防爆すきｈ１と第２の防爆すきｈ２とで防爆すきの隙間を２分させている。すなわち、回転軸５の外周面５ａとケース３の内周面３ａとの間の防爆すきの隙間を０．１５ｍｍとした場合、回転軸５の両側に位置する第１の防爆すきｈ１の合計を０．０７５ｍｍ（片側では０．０７５ｍｍ／２）、スリーブ１９の両側に位置する第２の防爆すきｈ２の合計を０．０７５ｍｍ（片側では０．０７５ｍｍ／２）としている。これにより、防爆すきの隙間が小さくなる。

また、この軸受構造において、スリーブ１９は第１の軸受１６と第２の軸受１７との軸受間の空間１８内で遊びを持つので、回転軸５の内周面５ａやケース３の内周面との間でのカジリの問題も発生しない。また、スリーブ１９の挿入によって防爆すきｈ１，ｈ２が形成されるので、ケース３の挿通孔６’の加工精度を厳しくする必要もない。

なお、図１に示した軸受構造において、スリーブ１９を除去すれば、非防爆品として角度センサ１００を使用することが可能となる。また、スリーブ１９を多重なものとし、防爆すきをさらに小さくすることも可能となる。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術的範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

３…ケース、３ａ…内周面、４…ヨーク、５…回転軸、５ａ…外周面、６’…挿通孔、７…磁気センサ、８…蓋、９…開口、１０…磁石保持部材、１１，１２…永久磁石、１３…支持台、１４…係止リング、１５…リング、１６…第１の軸受、１７…第２の軸受、１８…軸受間の空間、１９…スリーブ、１９ａ…内周面、１９ｂ…外周面、ｈ１…第１の防爆すき，ｈ２…第２の防爆すき、ｈａ，ｈｂ…隙間、１００…角度センサ。

Claims (1)

1. 回転軸の回転角度を検出する角度センサにおいて、
   前記回転軸が挿通される挿通孔を有するケースと、
   前記ケースの挿通孔の一端および他端に間隔をおいて設けられ前記回転軸を軸支する第１の軸受および第２の軸受と、
   前記挿通孔内に形成される前記第１の軸受と前記第２の軸受との軸受間の空間に遊挿され、その内周面が第１の防爆すきを介して前記回転軸の外周面に対向し、その外周面が第２の防爆すきを介して前記ケースの内周面に対向するスリーブと
   を備えることを特徴とする角度センサ。

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