JP2018112477A - 振動検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度が良い振動検出装置を提供する。【解決手段】本発明の振動検出装置１は、振動を検出する振動検出素子１０と、振動検出素子１０が実装される回路基板２０と、回路基板２０が固定される収納部３３を備えたハウジング３０と、ハウジング３０の外部に固定される磁性材料のヨーク４０と、ヨーク４０に装着される磁石５０と、を備え、回路基板２０に取り付けられ、振動検出素子１０を覆う蓋部材１１を備え、収納部３３が封止部材７０によって覆われてなる。【選択図】図２

Description

本発明は、振動検出装置に関するものである。

大規模な生産設備の運転状態を常時観測し解析するために、振動を検出する振動検出センサとして、例えば、特許文献１に開示されるものがある。

特許文献１に示される振動検出センサは、センサの封止部材及び緩衝材として、シリコンゴム系充填剤などのような弾性体が充填されているものである。

特開平１０−２２７７００号公報

しかしながら、このような振動検出センサは、封止部材によって一方の面側から応力が加わることで振動検出素子が変形し、出力特性に誤差が生じる虞があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、検出精度が良い振動検出装置を提供することを目的とする。

本発明の振動検出装置１は、
振動を検出する振動検出素子１０と、
振動検出素子１０が実装される回路基板２０と、
回路基板２０が固定される収納部３３を備えたハウジング３０と、
ハウジング３０の外部に固定される磁性材料のヨーク４０と、
ヨーク４０に装着される磁石５０と、を備え、
回路基板２０に取り付けられ、振動検出素子１０を覆う蓋部材１１を備え、
収納部３３が封止部材７０によって覆われてなること
を特徴とする。

蓋部材１１は鍔部１１ａを有し、鍔部１１ａと回路基板２０との間に隙間１１ｂを設けてなることを特徴とする。

ヨーク４０は、磁石取付面４１と、磁石取付面４１と連続して形成され、磁石取付面４１から垂直方向に屈曲して延びる一対の脚部４２と、を備え、
脚部４２の高さＨ１を、
磁石５０の前記磁石取付面４１と垂直方向の高さＨ２よりも突出させてなること
を特徴とする。

本発明によれば、検出精度が良い振動検出装置を提供できる。

本発明の一実施形態を示す振動検出装置を示す図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 図１のＢ−Ｂ線断面図。 同実施形態の蓋部材の三面図。 同実施形態の取付補助部材の図。 同実施形態の取付補助部材に振動検出装置を取り付けた図。 （ａ）蓋部材の別の実施形態を示す三面図。（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。 図３の別の実施形態を示す図。

以下に、本発明の一実施形態に係る振動検出装置を添付図面に基づいて説明する。

本発明による振動検出装置１は、図１から図３に示すように、振動を検出する振動検出素子１０と、振動検出素子１０が実装される回路基板２０と、回路基板２０が内部に固定されるハウジング３０と、ハウジング３０の外部に固定される磁性材料のヨーク４０と、ヨーク４０に装着され被検出体に磁力で取り付ける磁石５０と、を備えて構成される。

本実施の形態の振動検出素子１０は、例えば、加速度センサで構成され、直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向の振動を検出するものである。例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型加速度センサが用いられる。ＭＥＭＳ型加速度センサは、加速度を検出する検出素子部と、検出素子からの信号を増幅、調整して出力する信号処理回路で構成される。検出素子部は、静電容量式のものやピエゾ抵抗式のものなどの検出素子で構成される。振動検出素子１０は、上記のもののほか、振動を把握するためのセンサとして用いられているものであれば良い。

蓋部材１１は、例えばＰＢＴ（Polybutylene terephthalate）からなる合成樹脂材料から構成され、外周部に鍔部１１ａを備えている。蓋部材１１は、回路基板２０に設置され、その鍔部１１ａは、図４に示すように、蓋部材１１の設置面１１ｃに対し、隙間１１ｂの間隔を有している。

回路基板２０は、例えばガラス繊維入り樹脂を基材とし、基材の表面に所定の配線パターンが形成されているものである。回路基板２０は、振動検出素子１０が被検出体側（裏側）に実装され、半田によって電気的に接続されている。設置面１１ｃに図示しない接着剤が薄く塗布された蓋部材１１が、振動検出素子１０を覆うように蓋部材１１が被せられることにより、蓋部材１１は回路基板２０に仮止めされる。このとき、余剰な接着剤は隙間１１ｂ方向（鍔部１１ａ方向）に漏れ出る。なお、漏れ出た接着剤によって、鍔部１１ａと回路基板２０との接着作用が期待できる。また、回路基板２０は、振動検出素子１０への電力供給と振動検出素子１０で検出した振動に基づく電気信号を出力するための配線コード２１が電気的に接続されている。

ハウジング３０は、振動検出素子１０および回路基板２０を収納するためのものであり、例えばアルミニウムなどの金属材料で形成される。ハウジング３０は、底面部３１側（反被検出体側）が塞がれ，被検出体側が開口部３２とされた矩形の箱状に形成され、箱状の内側部分（凹状部分）が振動検出素子１０および回路基板２０の収納部３３とされる。ハウジング３０は、図２，３に示すように、収納部３３に、底面部３１から開口部３２側の中間部まで突き出し、先端が平面とされた回路基板２０用の支持部３４と、回路基板２０を固定するためのねじ止め用のボス部３５とが一体に形成されている。また、底面部３１には、この場合、図１，３の左右の２箇所に平面視Ｕ字状に切り欠かれて切り欠き部３６が形成されている。切り欠き部３６では、底面部３１側がハウジング３０の中間部の平面の支持部３４の外側面が露出するように形成され、切り欠き部３６は、外側の周囲がＵ字状の壁面３７で囲まれている。すなわち、ハウジング３０の底面部３１は、切り欠き部３６の部分が中間部までの高さとされた支持部３４と、他の部分が全高の底面部３１となっており、内側が収納部３３とされる。また、収納部３３には、支持部３４の切り欠き部３６が位置する部分に開口部３２まで突き出す締め付け用のボス部３８が形成されており、ボス部３８から支持部３４を貫通して切り欠き部３６までねじ孔３９が形成してある。

このハウジング３０には、回路基板２０が収納部３３に収納され、図３に示すように、ボス部３８に連続して形成された支持部３４に当てられて表裏方向（図中の紙面上下方向）に位置決めされ、この状態で、図２に示すように、ボス部３５の支持部３４に当てられた回路基板２０が固定部材を構成するねじ６１によってハウジング３０のボス部３５に固定される。
また、ハウジング３０は、開口部３２を塞ぐように、後述するヨーク４０が当てられ、ヨーク４０を貫通してボス部３８のねじ孔３９に挿通された締め付け部材を構成する皿ねじ６２に、切り欠き部３６の支持部３４の外側から締め付け部材を構成するナット６３が締め付けられる。これにより、ナット６３が切り欠き部３６の壁面３７の内側に位置し、切り欠き部３６によって底面部３１の外側面にナット６３が突き出さないようにしている。

ハウジング３０の収納部３３には、振動検出素子１０および回路基板２０を気密的に封止する封止部材７０が充填される。封止部材７０は、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂などが用いられ、収納部３３内を満たすように充填される。
封止部材７０を充填して収納部３３内の振動検出素子１０や回路基板２０を気密状態とすることで、簡単に気密性や防水性を確保することができ、製造工程も簡素化することができる。また、振動検出素子１０は蓋部材１１で覆われているため、封止部材７０が充填される際に生じる応力から保護される。この場合、封止部材７０は、電気絶縁性の部材からなり、配線コード２１と回路基板２０との接続箇所も露出しないように覆い気密にしている。

ヨーク４０は、磁性材料からなり、例えば機械構造用炭素鋼ＳＰＣ（Stell Plate Cold）で、横断面形状がコの字に形成されている。ヨーク４０は、平面部（磁石取付面）４１と、両端部に突き出した脚部４２とを備えて構成されている。ヨーク４０は、ハウジング３０の開口部３２を塞ぐように平面部４１が当てられ、両端の脚部４２が被検出体側に突き出すように配置される。ヨーク４０は、平面部４１に貫通してねじ孔３９が形成され、被検出体側のねじ孔３９の周囲に座ぐり部４３が形成してある。ヨーク４０の座ぐり部４３側から締め付け部材を構成する皿ねじ６２を挿通し、ハウジング３０のねじ孔３９を介して切り欠き部３６の外側の支持部３４から突き出した皿ねじ６２に締め付け部材を構成するナット６３を締め付けてヨーク４０をハウジング３０に固定する。
これにより、ヨーク４０とハウジング３０とが強固に固定されて一体となり、ハウジング３０のボス部３５にねじ６１で取り付けられた振動検出素子１０に振動が直接伝達されることになる。
また、ヨーク４０とハウジング３０とを固定するナット６３は、支持部３４の外側で、切り欠き部３６の壁面３７の内側に位置し、ハウジング３０の外側にナット６３が飛び出さないようになる。また、ナット６３の外径寸法を考慮して切り欠き部３６の形状を設計することで、壁面３７がナット６３の回り止めとして作用させることもできる。
また、ヨーク４０の平面部４１は、内側の座ぐり部４３によって締め付け部材となる皿ねじ６２の頭部が外側に突き出すことがなく、平面部４１の内側は、平坦面のまま保持されている。

磁石５０は、例えばフェライトからなる磁性材料で四角柱形状に形成されて構成される。磁石５０は、磁石厚み方向に２極が着磁されている。
磁石５０は、ヨーク４０の平面部４１と両端部の脚部４２との間に装着され、磁石５０は、脚部４２の先端より内側に配置されている。
磁石５０は、ヨーク４０の皿ねじ６２の頭部が座ぐり部４３で平坦とされた平面部４１に装着され、磁石５０の磁力によりヨーク４０と密着性を高めて取り付けられている。
このとき、磁石５０の厚み（平面部４１からの高さ）Ｈ２よりも、ヨーク４０の脚部４２の（平面部４１からの）高さＨ１を高くすることにより、被検出体の形状が曲面であったとしても磁石５０によって強固に保持することができる。
なお、磁石５０は、皿ねじ６２の頭部とともに図示しない接着剤を用いて平面部４１に固定することができ、この場合、接着剤により、皿ねじ６２の回り止めも期待できる。

このような構成した振動検出装置１は、磁石５０が装着されたヨーク４０の脚部４２を被検出体に当てるように設置し、磁石５０の磁力によって被検出体に取り付ける。
被検出体で振動が発生すると、ヨーク４０を介して皿ねじ６２で一体とされたハウジング３０に振動が伝達され、ハウジング３０のボス部３５にねじ６１で取り付けられた回路基板２０の振動検出素子１０が振動を検出し、検出された振動に基づく電気信号が配線コード２１を介して振動検出装置１から出力される。
また、被検出体への取り付け位置、例えばスチームトラップ、モータやポンプなどの振動を検出しやすい位置に振動検出装置１を変える場合には、磁石５０で吸着していた振動検出装置１を被検出体から取り外した後、再び吸着させることで簡単に検出位置の変更ができる。特に、接着剤やねじによる取り付け作業に比べ、被検出体の平坦性や清浄性の確保、ねじ加工の必要性がなく、簡単かつ短時間に対応することができる。また、接着剤が介在することによる弾性の影響を排除することができる。また、接着剤を用いる場合には、経年変化で接着強度が変化する場合があるが、磁石５０を用いることで、経年変化の影響を抑えることができる。
この振動検出装置１によれば、ハウジング３０の収納部３３内に封止部材７０を充填して気密状態としたので、簡単に製造することができるとともに、防水性を確保することができる。蓋を設けてハウジング３０の開口部３２を密封する場合に比べ、金型やシール用のパッキンの必要もなく、部品点数を減らすこともできる。

本発明の振動検出装置１によれば、ヨーク４０およびハウジング３０を貫通してヨーク４０とハウジング３０とを固定しヨーク４０からの振動をハウジング３０に伝達する締め付け部材６２を備えることで、締め付け部材６２で一体とされたヨーク４０およびハウジング３０を介して振動検出素子１０に振動を一層確実に伝達することができる。

取付補助部材８０は、例えばアルミニウムなどの金属材料からなり、図５に示すように、板状であり、ヨーク４０の外形に倣った切欠き部８１を備えている。被検出体の振動が極めて大きく、振動検出装置１の位置ずれが発生する場合には、被検出体の形状に合わせて、取付補助部材８０を変形させ、図示しない両面テープや螺子などによって被検出体に取り付け、振動検出装置１を固定することにより、振動検出装置１の位置ずれを防止することも可能である。この場合、振動検出装置１が被検出体に接した状態で固定できるため、検出精度が良好な振動検出装置となる。

振動検出素子１０を蓋部材１１で覆うことによって、封止部材７０を充填しても振動検出素子１０が変形することがないため、検出精度が良い振動検出装置を提供することができる。

蓋部材１１の鍔部１１ａと回路基板２０の間に隙間１１ｂを設けたことによって、余剰な接着剤が振動検出素子１０を圧迫することがないため、検出精度に影響を及ぼさない。

ヨーク４０の脚部４２の高さＨ１を、磁石５０の高さＨ２よりも高くすることによって、被検出体の形状が曲面であったとしても強固に保持することができる。

本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述実施形態では、鍔部の外周側を開放した場合を例示したが、図７に示すように、外周側を回路基板に設置させる形状としても同様の効果が期待できる。すなわち、蓋部材１１１は、外周部に鍔部１１１ａを備えている。鍔部１１１ａは、蓋部材１１１の設置面１１１ｃに対し、隙間１１１ｂの間隔を有している。また、蓋部材１１１の内側には、溝部１１１ｄを備えている。余剰な接着剤は溝部１１１ｄに漏れ出る。

上述実施形態では、切り欠き部３６に直接ナット６３を載置する場合を例示したが、図８に示すように、切り欠き部３６とナット６３の間にスプリングワッシャー（ばね座金）６４を設けることで、ナット６３の緩みや脱落を防止する効果を高めることが期待できる。

本発明の振動検出装置は、プラントに設置されるスチームトラップ、モータやポンプ等の設備の監視用振動検出センサに好適である。

１ 振動検出装置
１０ 振動検出素子
１１ 蓋部材
１１ａ 鍔部
１１ｂ 隙間
１１ｃ 設置面
２０ 回路基板
２１ 配線コード
３０ ハウジング
３１ 底面部
３２ 開口部
３３ 収納部
３４ 支持部
３５ ボス部
３６ 切り欠き部
３７ 壁面
３８ ボス部
３９ ねじ孔
４０ ヨーク
４１ 平面部（磁石取付面）
４２ 脚部
４３ 座ぐり部
５０ 磁石
６１ ねじ（固定部材）
６２ 皿ねじ（締め付け部材）
６３ ナット（締め付け部材）
６４ スプリングワッシャー（締め付け部材）
７０ 封止部材
８０ 取付補助部材
８１ 切欠き部
１１１ 蓋部材
１１１ａ 鍔部
１１１ｂ 隙間
１１１ｃ 設置面
１１１ｄ 溝部

Claims (3)

1. 振動を検出する振動検出素子と、
   前記振動検出素子が実装される回路基板と、
   前記回路基板が固定される収納部を備えたハウジングと、
   前記ハウジングの外部に固定される磁性材料のヨークと、
   前記ヨークに装着される磁石と、
   を備える振動検出装置において、
   前記回路基板に取り付けられ、前記振動検出素子を覆う蓋部材を備え、
   前記収納部が封止部材によって覆われてなること
   を特徴とする振動検出装置。
2. 前記蓋部材は鍔部を有し、
   前記鍔部と前記回路基板との間に隙間を設けてなること
   を特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
3. 前記ヨークは、
   磁石取付面と、
   前記磁石取付面と連続して形成され、前記磁石取付面から垂直方向に屈曲して延びる一対の脚部と、を備え、
   前記脚部の高さを、
   前記磁石の前記磁石取付面と垂直方向の高さよりも突出させてなること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動検出装置。
   
   

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