JP2020139752A - 振動センサ - Google Patents

Abstract

【課題】振動に伴う位置ずれを抑制できる振動センサを提供すること。【解決手段】振動センサ１０は、振動体１の設置面１Ａに取り付けられるケース本体２０及び蓋体と、ケース本体２０内に収容されて振動体１が発する振動を測定する振動測定部と、ケース本体２０の底面２０Ｂに固定され、磁力によってケース本体２０を振動体１の設置面１Ａに吸着させる３つ以上の永久磁石からなる脚部２４とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、振動体に取り付けられて振動体の振動を測定する振動センサに関する。

一般に、モータやエンジンなどの振動体に取り付けられて振動体の振動を測定する振動センサが知られている。この種の振動センサは、例えば振動体の動作時に生じる振動周波数を測定し、測定された振動周波数に基づいて振動体の動作が正常であるか否かが判定される。従来、振動を検出する振動検出素子と該振動検出素子が実装される回路基板とを有するハウジング（筐体）と、ハウジングの底面に固定される永久磁石とを備え、永久磁石の磁力によって振動体（被検出体）に取り付けられる振動検出センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−１１６２６８号公報

ところで、ハウジングの底面に単一の大きな永久磁石を固定する場合、この永久磁石に１本のねじを貫通させてハウジングの底面にねじ止めする構成が想定される。しかし、この構成では、振動体の振動によって振動センサの位置ずれや回転が生じるおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、振動に伴う位置ずれを抑制できる振動センサを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、振動体に取り付けられる筐体と、筐体内に収容されて振動体が発する振動を測定する振動測定部と、筐体の底面に固定され、磁力によって該筐体を振動体に吸着させる３つ以上の磁石と、を備えることを特徴とする。

この構成において、３つ以上の磁石は、筐体の底面の所定の点を中心とした同心円上に配置されてもよい。さらに、所定の点は、底面の中心点であってもよい。また、磁石の吸着面の少なくとも一部に、該磁石よりも摩擦係数の高い摩擦材を設けてもよい。

本発明にかかる振動センサは、振動に伴う位置ずれを抑制できる。

図１は、第１実施形態に係る振動センサを備えた振動検知システムの概略構成図である。 図２は、振動センサの機能ブロック図である。 図３は、振動センサの内部構成を示す分解斜視図である。 図４は、振動センサの内部構成を示す側断面図である。 図５は、振動センサの脚部の配置例を示す底面図である。 図６は、第２実施形態に係る振動センサの内部構成を示す側断面図である。 図７は、変形例に係る摩擦材を設けた脚部を示す側断面図である。 図８は、変形例に係る摩擦材を設けた脚部を示す側断面図である。 図９は、変形例に係る摩擦材を設けた脚部を示す側断面図である。 図１０は、変形例に係る摩擦材を設けた脚部を示す側断面図である。 図１１は、変形例に係る摩擦材を設けた脚部を示す側断面図である。 図１２は、変形例に係る摩擦材を設けた脚部を示す側断面図である。 図１３は、変形例に係る摩擦材を設けた脚部を示す側断面図である。 図１４は、変形例に係る摩擦材を設けた脚部を示す側断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る振動センサを備えた振動検知システムの概略構成図である。図２は、振動センサの機能ブロック図である。振動検知システム１００は、例えば、モータやエンジンなどの振動体１の振動の状態を監視して振動体１の動作が正常であるか否かを判定するものである。振動検知システム１００は、図１に示すように、振動体１に取り付けられる複数の振動センサ１０と、各振動センサ１０が測定した測定データを、無線通信などを介して受信する受信部２と、受信した測定データから振動体１の動作状態を監視する遠隔監視装置（サーバ装置）３とを備える。受信部２及び遠隔監視装置３は、振動体１から物理的に離れた場所に設置される。受信部２は、受信した測定データを遠隔監視装置３に送信する。送信する手段は無線通信でも有線通信であってもよい。遠隔監視装置３は、受信した測定データをデータベース化して記憶すると共に該測定データを分析し、測定データに基づいて振動体１の動作が正常であるか否かを判定する。また、遠隔監視装置３は、振動体１の動作が異常であると判定した場合には、ユーザに対して異常が発生した旨を報知する。

振動センサ１０は、図２に示すように、通信部１１と振動測定部１２とフィルタ処理部１３と制御部１４と電池（電源部）１５とを備える。通信部１１は、受信部２と無線通信する機能を有し、アンテナを含む。無線通信は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の無線通信方式を用いることができる。この他にも、赤外線やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信方式を用いてもよい。なお、振動センサ１０と受信部２との間の通信は、無線に限るものではなく、有線、もしくは無線および有線の組み合わせにより行われるものとしてもよい。

振動測定部１２は、多軸（３軸；Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸）の加速度測定部であり、各軸方向の振動（加速度）が生じた周波数と振動の大きさを測定する。フィルタ処理部１３は、振動測定部１２が測定した測定データに含まれるノイズ成分を除去する。制御部１４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを搭載したコントローラーであり、メモリに格納されたプログラムを実行することにより、各構成要素（通信部１１、振動測定部１２、フィルタ処理部１３）の動作を制御する。制御部１４は、フィルタ処理された測定データを、通信部１１を介して受信部２に送信する。本実施形態では、通信部１１、振動測定部１２、フィルタ処理部１３及び制御部１４は基板１６に実装されている。

電池１５は、振動センサ１０の基板１６に接続されて基板１６上の各構成要素に電力を供給する。電池１５は、例えばコイン電池やボタン電池等と呼ばれる円板状（コイン型）の一次電池である。なお、電池１５は、円板状（コイン型）以外の形状の一次電池でもよい。このため、振動センサ１０は、電池１５の電力消費を抑える観点から所定周期（例えば１日）に１回、所定時間（例えば１分）だけ定期的に動作し、振動体１の振動を間欠的に測定して測定データを受信部２に送信する。この周期、動作時間、測定回数は適宜に変更が可能である。なお、振動センサ１０は、振動体１の振動を連続的に測定して測定データを受信部２に送信する構成としてもよい。

次に、振動センサ１０の内部構成を説明する。図３は、振動センサの内部構成を示す分解斜視図である。図４は、振動センサの内部構成を示す側断面図である。図５は、振動センサの脚部の配置例を示す底面図である。振動センサ１０は、図３に示すように、ケース本体２０と、このケース本体２０内に収容される電池１５、基板１６及びスペーサ１７と、蓋体２１とを備える。ケース本体２０は、プラスチック等の合成樹脂材料を用いて、角部に丸みを帯びた略正方形状の有底箱型に形成される。ケース本体２０の内部には、円板状の電池１５が収容される円形空間２０Ａを形成する壁部２２が設けられる。この壁部２２はケース本体２０よりも低く形成され、この壁部２２の上面には、略正方形状の基板１６が固定される固定部２２Ａが形成される。

基板１６の４隅には貫通孔１６Ａが形成されており、固定部２２Ａの対応箇所には、ねじ孔２２Ｂが形成される。これにより、基板１６は固定部２２Ａにねじ２３によってねじ止めされる。電池１５は、図３に示すように、円板状に形成されており、正極に接着される一対の正極端子（端子）１５Ａと、負極に接着される負極端子（端子）１５Ｂとを備える。これら正極端子１５Ａ及び負極端子１５Ｂは、例えば、半田付けなどによって電池に接着されており、電池１５の軸心方向（図３及び図４中上方）に延びている。正極端子１５Ａ及び負極端子１５Ｂは、基板１６に形成された孔（例えばスルーホール）１６Ｂに挿し込まれた後、半田付けなどによって固定される。このため、電池１５は、正極端子１５Ａ及び負極端子１５Ｂによって基板１６に実装される。

スペーサ１７は、図３及び図４に示すように、電池１５と基板１６との隙間に介挿されて該隙間を埋める。スペーサ１７は、絶縁性素材（例えば発泡ウレタン等）で形成された発泡弾性部材（例えば、株式会社ロジャースイノアック製のＰＯＲＯＮ（登録商標））であり、このスペーサ１７が厚み方向に圧縮されて電池１５と基板１６との隙間に配置される。この構成では、スペーサ１７は、電池１５と基板１６との隙間の変動に追従して弾性変形するため、電池１５と基板１６との隙間を確実に埋めることができる。

また、スペーサ１７には、図３に示すように、正極端子１５Ａ及び負極端子１５Ｂにそれぞれ接触しないように切欠き部１７Ａ、１７Ｂが形成されている。この切欠き部１７Ａ、１７Ｂは、正極端子１５Ａ及び負極端子１５Ｂを避ける位置に設けられており、万一、スペーサ１７に水が付着したような場合であっても、スペーサ１７を通じた正極端子１５Ａと負極端子１５Ｂとの短絡を防止する。また、スペーサ１７は、電池１５の基板１６と対向する負極（対向面）に接着されている。これによれば、電池１５を基板１６に押し付けることにより、スペーサ１７が圧縮されるため、この圧縮された状態で正極端子１５Ａ及び負極端子１５Ｂを基板１６に半田付けができ、電池１５と基板１６との隙間にスペーサ１７を容易に挟み込むことができる。

蓋体２１は、ケース本体２０と同一の素材で形成されており、ケース本体２０の開口部を塞ぐ。本実施形態では、蓋体２１とケース本体２０とは、例えば、熱溶着や接着剤を用いて水密に固着されて筐体として機能する。蓋体２１とケース本体２０とは異なる素材でもよい。

本実施形態では、振動センサ１０は、ケース本体２０の底面２０Ｂに複数（４つ）の脚部２４を備える。この脚部２４は、厚み方向に２極が着磁された永久磁石で形成されている。このため、脚部２４（永久磁石）の磁力により、磁性体材料で形成されている振動体１の設置面に容易に取り付ける（吸着させる）ことができる。脚部２４は、円板状に形成され、図４に示すように中央部を貫通して突出する雄ねじ２５を備える。一方、ケース本体２０の底面２０Ｂの４隅には、それぞれ雄ねじ２５と対応する雌ねじ２０Ｃが形成されており、４つの脚部２４はそれぞれケース本体２０にねじ止めされる。脚部２４は、円板状以外にも、三角柱、四角柱、その他の任意の多角柱、断面が楕円の筒状体、もしくはこれらの任意の組み合わせの形状であってよい。複数の脚部２４の少なくとも一つが、他の脚部２４と異なる形状であってもよい。複数の脚部２４の少なくとも一つが、他の脚部２４と異なる大きさであってもよい。なお、脚部２４の少なくとも一部の磁石が、永久磁石の規格に合わない磁石や、一時磁石などのその他の永久磁石以外の磁石からなる構成としてもよい。

また、４つの脚部２４は、図５に示すように、ケース本体２０の底面２０Ｂの中心点（所定の点）Ｏを中心とした同心円Ｃ上にほぼ等間隔に配置されている。この構成によれば、複数（４つ）の脚部２４がそれぞれ独立して振動体１に吸着するため、ケース本体２０を複数点で吸着支持することができる。なお、脚部２４は、同心円Ｃ上以外の位置に配置されている構成としてもよい。

本実施形態の構成に対して、例えば、上記した４つの脚部２４と同等の面積を有する単一の永久磁石からなる脚部を形成し、この脚部に１本のねじを貫通させて該脚部をケース本体の底面に固定することも可能である。この構成では、永久磁石の吸着力は同等であるものの、振動体の振動によって脚部もしくはケース本体がねじ周りに揺動（回転）して位置ずれを生じるおそれがある。また、脚部もしくはケース本体が揺動することでケース本体内に不要共振が発生するおそれもある。

これに対して、本実施形態では、複数（４つ）の脚部２４を備え、これら脚部２４がそれぞれ独立して振動体１に吸着するため、振動体の振動によって脚部２４もしくはケース本体２０がねじ周りに揺動（回転）することを防止することができ、振動センサ１０の位置ずれ及びケース本体２０内の不要共振の発生を抑制できる。このため、従って、振動体１が発する振動を精度良く測定できるため、振動体１の動作が正常であるか否かをより正確に判別することができる。また、振動センサ１０は、複数の脚部２４を同心円Ｃ上にほぼ等間隔に配置したため、各脚部２４をバランス良く配置することができ、ケース本体２０を強固に吸着支持することができる。さらに、振動センサ１０は、ケース本体２０に複数の脚部２４を備えるため、例えば、ケース本体２０と脚部２４との間にシム（不図示）を挟むことで各脚部２４の高さを調整することができる。このため、振動体１の設置面１Ａの凹凸に合わせて振動センサ１０を設置することができ、振動体１における振動センサ１０の設置箇所の自由度を高めることができる。すなわち、本開示では、筐体の底面に固定され、磁力によって該筐体を振動体に吸着させる３つ以上の永久磁石を備えるため、各永久磁石がそれぞれ振動体に吸着することで振動に伴う振動センサの位置ずれを抑制できる。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る振動センサの内部構成を示す側断面図である。上記実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。この第２実施形態の振動センサ１０Ａは、図６に示すように、複数の脚部２４の底面２４Ａ（吸着面）に円板状に形成された摩擦材３０を備える。この摩擦材３０は、脚部２４を形成する永久磁石よりも摩擦係数（静摩擦係数及び動摩擦係数を含む）の高い材質で形成されており、本実施形態ではシリコンゴムが用いられている。摩擦材３０は、脚部２４と同等の大きさ及び形状のシート上に形成されて、脚部２４の底面２４Ａに貼着されている。このため、複数（４つ）の脚部２４で振動体１に吸着された振動センサ１０の位置ずれをより強固に防止することができる。

また、本実施形態ではシリコンゴムを用いているため、振動体１の設置面１Ａに細かな凹凸が存在する場合であっても、この凹凸をシリコンゴムの弾性が吸収することにより、振動センサ１０と振動体１の設置面１Ａとの密着性を高めることができる。本実施形態では、摩擦材３０は、脚部２４と同等の大きさの円板状に形成したが、少なくとも脚部２４の底面（吸着面）２４の一部に設けられていれば、形状及び大きさは適宜変更することができる。

［変形例］
次に、摩擦材の変形例について説明する。図７〜図１４は、変形例に係る摩擦材を設けた脚部を示す側断面図である。これら各図に記載の摩擦材はいずれもシリコンゴムで形成されており、一の脚部２４に設けた状態を示している。図７に示すように、摩擦材３１は、脚部２４の底面２４Ａの外縁を保持する外縁保持部３１Ａと、この底面２４Ａの中央を保持する中央保持部３１Ｂとを備えた構成としてもよい。摩擦材３１は脚部２４の底面２４Ａに貼着されている。外縁保持部３１Ａは、脚部２４と同等の外径と中央保持部３１Ｂよりも大きな内径を備え、例えば円環状（環状）に形成されているが、一体でなくてもよく、分割されていたり切り込みを設けていてもよい。中央保持部３１Ｂは、例えば、円板状に形成されている。外縁保持部３１Ａと中央保持部３１Ｂとは別体としてもよいが、部分的に連結して一体的に形成すると、脚部２４の底面２４Ａへの貼着が容易となる。また、図８に示すように、摩擦材３１−１を、脚部２４の底面２４Ａの外縁を保持する外縁保持部３１Ａのみで形成してもよい。さらに、外縁保持部３１Ａの内側に形成される開口部３１Ｃの大きさは適宜変更することができる。

また、図９に示すように、摩擦材３２は、脚部２４の底面２４Ａの外縁を保持する外縁保持部３２Ａと、この外縁保持部３２Ａの外周縁３２Ａ１に立設されて脚部２４の側面２４Ｂを保持する側面保持部３２Ｂとを備えた構成としてもよい。摩擦材３２は、外縁保持部３２Ａと側面保持部３２Ｂとが一体に形成されて、いわゆる有底円筒状（有底筒状）を呈し、摩擦材３１は脚部２４の底面２４Ａ及び側面２４Ｂに貼着されている。これにより、脚部２４に強固に密着させることができ、その分、振動センサ１０の位置ずれをより強固に防止することができる。また、外縁保持部３２Ａの内側に形成される開口部３２Ｃの大きさは適宜変更することができ、図１０に示すように、摩擦材３２−１では、外縁保持部３２Ａの内側に形成される開口部３２Ｃの大きさを図９の構成よりも大きくしている。この構成では、摩擦材３２−１をコンパクトに形成することができる。さらに、図１１に示すように、摩擦材３２−２として、外縁保持部３２Ａの内側に形成される開口部３２Ｃに、脚部２４の底面２４Ａの中央を保持する中央保持部３２Ｄを備えた構成としてもよい。中央保持部３２Ｄは、外縁保持部３２Ａと別体としてもよいが、部分的に連結して一体的に形成してもよい。

また、図１２に示すように、摩擦材３３は、脚部２４の側面２４Ｂを保持する側面保持部３３Ａと、この側面保持部３３Ａの下縁３３Ａ１に連結されて脚部２４の外周側に延びるスカート部３３Ｂとを備えた構成としてもよい。スカート部３３Ｂは、例えば、円環状（環状）に形成されて脚部２４の外周に向けて放射状に延在する。側面保持部３３Ａの下縁３３Ａ１は、脚部２４の底面２４Ａよりも僅かに下方に突出しており、この下縁３３Ａ１及びスカート部３３Ｂが振動体１の設置面１Ａ（図６）に接触する。また、図１３に示すように、摩擦材３３−１は、側面保持部３３Ａに加えて、脚部２４の底面２４Ａの中央を保持する中央保持部３３Ｃを備えた構成としてもよい。中央保持部３３Ｃは、側面保持部３３Ａと別体としてもよいが、部分的に連結して一体的に形成してもよい。また、図１４に示すように、摩擦材３３−２は、脚部２４の側面２４Ｂを保持する側面保持部３３Ａと、この側面保持部３３Ａの下縁３３Ａ１に連結されて脚部２４の外周側に延びるスカート部３３Ｂと、下縁３３Ａ１に連結されて脚部２４の内周側に延びて脚部２４の底面２４Ａの外縁を保持する外縁保持部３３Ｄとを備えた構成としてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施形態では、振動センサ１０、１０Ａは、ケース本体２０内に基板１６に駆動用の電力を供給する電池１５を備えた構成としたが、例えば、振動体１等の外部機器から電力を供給される構成としてもよい。また、上記実施形態では、振動センサ１０、１０Ａは、４つの脚部２４を備える構成としたが、３つ以上の脚部２４を備えていれば適宜変更可能である。また、上記実施形態では、脚部２４の形状を円板状として説明したが、これに限るものではなく、相互に干渉しなければ多角形状としてもよい。

本開示の内容は、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことができる。したがって、これらの変形および修正は本開示の範囲に含まれる。例えば、各実施形態において、各機能部、各手段、各ステップなどは論理的に矛盾しないように他の実施形態に追加し、若しくは、他の実施形態の各機能部、各手段、各ステップなどと置き換えることが可能である。また、各実施形態において、複数の各機能部、各手段、各ステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本開示の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。

１ 振動体
１Ａ 設置面
２ 受信部
３ 遠隔監視装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 振動センサ
１１ 通信部
１２ 振動測定部
１３ フィルタ処理部
１４ 制御部
１６ 基板
２０ ケース本体（筐体）
２０Ｂ 底面
２１ 蓋体（筐体）
２４ 脚部（永久磁石）
２４Ａ 底面（吸着面）
２４Ｂ 側面
３０、３１、３１−１、３２、３２−１、３２−２、３３、３３−１、３３−２ 摩擦材
１００ 振動検知システム

Claims (4)

1. 振動体に取り付けられる筐体と、
   前記筐体内に収容されて前記振動体が発する振動を測定する振動測定部と、
   前記筐体の底面に固定され、磁力によって該筐体を前記振動体に吸着させる３つ以上の磁石と、を備えることを特徴とする振動センサ。
2. ３つ以上の前記磁石は、前記筐体の底面の所定の点を中心とした同心円上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の振動センサ。
3. 前記所定の点は、前記底面の中心点であることを特徴とする請求項２に記載の振動センサ。
4. 前記磁石の吸着面の少なくとも一部に、該磁石よりも摩擦係数の高い摩擦材を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の振動センサ。

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