JP5185164B2

JP5185164B2 - 接触子

Info

Publication number: JP5185164B2
Application number: JP2009058043A
Authority: JP
Inventors: 雅人影山; 幸夫庄司; 光正明石
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: JP2010210494A

Description

本発明は、接触式のセンサ等、被接触体の表面に接触する接触子に関するもので、特に、シャフトの先端部に配設した接触球を介して被接触体の表面に接触する接触子に関するものである。

従来より、移動する物体を被接触体とする接触子には、摩耗の発生を抑えるため、シャフトの先端部に接触用の球体を配設したものが提供されている。球体（以下、「接触球」という）は、シャフトに設けた収容孔に転動可能に収容されており、移動する被接触体の表面に接触した場合に転動することが可能である。

この種の接触子では、収容孔の内底面と接触球の球面との間に支持用の球体（以下、「支持球」という）を介在させることにより、接触球が収容孔の内底面や内周面と直接接触することに起因して損傷するのを防止するようにしている。具体的には、収容孔の内底面を凹状の球面に構成するとともに、この凹状の球面に構成した内底面と接触球との間に小径となる複数の支持球を介在させるようにしている。

この接触子によれば、移動する被接触体の表面に対して接触球を接触させると、支持球が適宜転動することによって接触球が転動されることになり、長期に亘って使用した場合にも接触球に早期に摩耗や損傷を来す恐れがなくなる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２３０３３６号公報

ところで、上記のような接触子を備えたセンサにあっては、シャフトに対して接触球を如何に正確な位置に配置できるかが、所望の検出精度を確保する上できわめて重要となる。しかしながら、上記のように収容孔の内底面を凹状の球面に成形する加工は必ずしも容易であるとはいえず、シャフトに対する接触球の配置位置にもばらつきが発生する恐れがある。

本発明は、上記実情に鑑みて、シャフトの加工が容易で、しかも接触球に早期に摩耗や損傷を来す恐れのない接触子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る接触子は、シャフトの先端部に形成した収容孔に球面の一部を外部に露出させた状態で接触用の接触球を転動可能に収容させるとともに、前記収容孔の内底面と前記接触球との間に支持用の支持球を複数個介在させて成る接触子であって、前記収容孔の奥側端部に手前側端部よりも内径の大きな収容部を形成するとともに、前記収容孔の内底面において少なくとも外周側に位置する部位にシャフトの軸心に直交する連続した平坦面を形成し、前記複数の支持球を前記収容部の内周面及び前記平坦面に当接させた状態で前記収容孔に前記接触球を収容させたことを特徴とする。

また、本発明に係る接触子は、上述した請求項１において、前記収容孔の内底面において中心部に位置する部位に前記複数の支持球を外周側に案内する台状部を形成したことを特徴とする。

また、本発明に係る接触子は、上述した請求項１において、前記シャフトの先端面を先端に向けて漸次外径が小さくなるようにテーパ面を構成したことを特徴とする。

本発明によれば、収容部にシャフトの軸心に直交する平坦面を形成し、この平坦面と収容部の内周面とに複数の支持球を当接させるようにしている。これら収容部の平坦面及び内周面は、旋盤等の切削機械を用いてシャフトの収容孔に中ぐり加工を施せば容易に、かつ精度良く成形することが可能である。従って、シャフトに対する接触球の配置位置にばらつきが発生する恐れがない。しかも、接触球は、支持球が点接触することによって支持されることになるため、収容孔の内底面や内周面と直接接触することに起因した損傷を来す恐れもない。加えて、収容部の内径を収容孔よりも大きく形成しているため、シャフトの軸心に対して接触球の中心と支持球の中心とを結ぶ線の傾斜角度を大きく取ることが可能となり、接触球において被接触体との接触範囲をより大きく確保することができるようになる。

図１は、本発明の実施の形態である接触子を適用した接触式ストロークセンサの断面側面図である。図２は、図１における II−II 線断面図である。図３は、図１における矢視 III 図である。図４は、図１に示した接触式ストロークセンサにおいて接触子の先端部を拡大して示す要部断面図である。図５は、図４における V−V 線断面図である。図６は、図１に示した接触式ストロークセンサの動作を順に示す断面側面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る接触子の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の実施の形態である接触子を適用した接触型のストロークセンサを示したものである。ここで例示するストロークセンサは、可変容量型油圧ポンプＰの斜板を動作させるピストンＡを計測対象とし、その移動量を検出することにより斜板角センサとして用いられるものである。図には明示していないが、油圧ポンプＰは、建設機械のエンジンによって駆動されるもので、エンジンとともにエンジンルームに配設されている。ピストンＡは、ケーシングＣの内部において往復移動することにより図示せぬ斜板の角度を変更するものである。ケーシングＣの内部は、常時油によって満たされた状態にある。

図１及び図２に示すように、ストロークセンサは、耐圧容器１０とシャフト２０とを備えている。耐圧容器１０は、２つのケース１１，１２を互いに装着することによって構成したものである。本実施の形態では、油圧ポンプＰのケーシングＣ内に発生する油圧に耐えるだけの剛性を有した耐圧容器１０を適用している。第１のケース１１及び第２のケース１２は、それぞれ基端部が開口した筒状を成し、かつ先端部が細径の円筒状を成すもので、オイルシール１３を介在させた状態で第２のケース１２の基端部を第１のケース１１の基端部に嵌合させることにより互いの間に油室１４を構成している。第１のケース１１において細径の円筒状に形成した部分は、その先端面が開口して摺動孔１１ａを構成している。これに対して第２のケース１２では、細径の円筒状に形成した部分の先端面が閉塞してある。図中の符号１５は、第１のケース１１の基端部外周に装着したオイルシールである。

この耐圧容器１０には、連通通路１６が形成してある。連通通路１６は、第１のケース１１と第２のケース１２との間に構成した油室１４を外部に連通させるための細径の孔であり、第１のケース１１の基端部において摺動孔１１ａの周囲となる部位に該摺動孔１１ａの軸心に沿って形成してある。

シャフト２０は、中間部にフランジ２１を有し、かつ一端部が円柱状を成すもので、フランジ２１を含む部分を油とともに油室１４に収容し、かつ円柱状に形成した一端部を第１のケース１１の摺動孔１１ａに軸心方向に沿って進退可能に嵌合した状態で耐圧容器１０に配設してある。このシャフト２０には、円柱状に形成した部分の先端部に二面幅２２が設けてあるとともに、先端部に接触球３０が配設してある。

二面幅２２は、シャフト２０の軸心を挟んで互いに平行となるように形成した平面であり、シャフト２０が第１のケース１１に対して摺動した場合に常に摺動孔１１ａの開口端部に対応するように形成してある。

接触球３０は、図４及び図５に示すように、シャフト２０の先端面に形成した収容孔２３に複数の支持球４０を介して収容させた後、収容孔２３の開口端部全周を軸心側に向けてかしめることにより、球面の一部を外部に露出させた状態でシャフト２０の先端部に転動可能に支持させてある。図からも明らかなように、シャフト２０の先端部には、被接触体であるピストンＡとの接触範囲をより大きく確保すべく、先端に向けて漸次外径が小さくなるようにテーパ面２４が構成してある。

シャフト２０の収容孔２３には、中ぐり加工を施すことにより、奥側端部に手前側端部よりも内径の大きな収容部２５が構成してある。収容部２５は、内周面２５ａが接触球３０の外径よりも大きな内径を有するように形成してある。収容孔２３の内底面には、外周部に平坦面２３ａが形成してあるとともに、中心部に台状部２３ｂが形成してある。平坦面２３ａは、シャフト２０の軸心に直交するように形成した環状を成す一連の平面である。台状部２３ｂは、外周部よりも先端側に向けて突出した突部であり、シャフト２０の軸心を中心とした円錐台状に構成してある。

接触球３０とともに収容孔２３に収容させた複数の支持球４０は、接触球３０に対して十分に小さい外径を有した球体である。本実施の形態では、接触球３０としてΦ５ｍｍのものを適用し、かつ支持球４０としてΦ１．５ｍｍのものを９個適用している。これらの支持球４０は、収容孔２３の内底面に形成した平坦面２３ａ及び収容部２５の内周面２５ａに当接するとともに、接触球３０に対してそれぞれが球面を介して点接触することにより、接触球３０が平坦面２３ａ、収容部２５の内周面２５ａ及び台状部２３ｂと接触するのを阻止した状態で転動可能に支持するように機能する。

これらシャフト２０と耐圧容器１０との間には、図１及び図２に示すように、押圧バネ５０及び回転規制リング６０が介在させてある。押圧バネ５０は、耐圧容器１０の油室１４に配設したコイルバネである。押圧バネ５０の一端部は、シャフト２０のフランジ２１に当接し、押圧バネ５０の他端部は、第２のケース１２の基端部と先端部との間に構成した段部１２ａに当接している。この押圧バネ５０は、圧縮した状態でフランジ２１と段部１２ａとの間に配設してあり、シャフト２０の先端部が常時第１のケース１１の先端部から突出するように押圧している。回転規制リング６０は、図３に示すように、シャフト２０において二面幅２２を形成した部分に嵌合する中心孔を有した円板状部材である。この回転規制リング６０は、図１及び図２に示すように、第１のケース１１の先端部にかしめることにより第１のケース１１に対して相対回転しないように固定してある。

また、シャフト２０には、その基端部に永久磁石８０が配設してある一方、耐圧容器１０の外側面にホール素子８５が配設してある。永久磁石８０は、シャフト２０の基端部よりも細径の円柱状を成すもので、シャフト２０の基端部に設けた装着孔２０ｂに挿入した後、装着孔２０ｂの開口端部全周を軸心側に向けてかしめることによりシャフト２０に保持させてある。ホール素子８５は、第２のケース１２を介して永久磁石８０の磁界を検出し、該検出した磁界に応じた電気信号を出力するもので、第２のケース１２において細径の円筒状に構成した先端部に配設してある。ホール素子８５を配設した第２のケース１２の外周部は、モールド樹脂８６によって封止され、さらにカバー部材８７及びキャップ部材８８によって覆うようにしている。カバー部材８７は、ホール素子８５を封止したモールド樹脂８６の外周部及び第１のケース１１と第２のケース１２との接続部を覆う態様で耐圧容器１０に配設してある。キャップ部材８８は、ホール素子８５に接続したリード線８５ａを外部に延出させた状態でカバー部材８７の基端部に装着してある。

上記のように構成したストロークセンサは、第１のケース１１の基端部を介して油圧ポンプＰのケーシングＣに形成した取付孔ＣＨに取り付け、図２に示すように、シャフト２０の先端部に保持させた接触球３０をピストンＡに形成した斜面ＡＡに当接させ、カバー部材８７を介してボルトＢを締結することによってケーシングＣに保持させるようにしている。

この状態から油圧ポンプＰの斜板角を変化させるべくピストンＡが動作して図中の左右方向に移動すると、図６に示すように、斜面ＡＡの作用によってシャフト２０が図中の上下方向にストロークし、このシャフト２０のストロークに伴う永久磁石８０の磁界変化がホール素子８５によって検出されることになる。この結果、ホール素子８５から出力される電気信号に基づいて油圧ポンプＰの斜板角を検出することができるようになる。

ここで、上述したストロークセンサでは、ピストンＡの移動に伴って斜面ＡＡに当接した接触球３０が転動することになる。しかも、転動する接触球３０は、複数の支持球４０に点接触した状態にあり、シャフト２０に形成した収容孔２３の平坦面２３ａや内周面と直接接触することがない。従って、ストロークセンサを長期に亘って使用した場合にも接触球３０に早期に摩耗や損傷を来す恐れがなく、適用する油圧ポンプＰのメンテナンスを容易化することができるようになる。尚、接触球３０を支持する支持球４０は、収容孔２３の平坦面２３ａ及び収容部２５の内周面２５ａに接触した状態にあるが、接触球３０が転動する際に転動することがなく、また転動する必要もない。従って、支持球４０についても早期に摩耗や損傷を来す恐れはない。

さらに、上述したストロークセンサでは、図４に示すように、支持球４０が配設される収容部２５の内径を収容孔２３よりも大きく形成しているため、シャフト２０の軸心に対して接触球３０の中心と支持球４０の中心とを結ぶ線の傾斜角度αを大きく取ることが可能となる。これにより、接触球３０において被接触体との接触範囲をより大きく確保することができるようになる。この場合、シャフト２０に対しては、旋盤等の切削機械を用いてシャフト２０の収容孔２３に中ぐり加工を施せば、収容孔２３の平坦面２３ａ及び収容部２５の内周面２５ａを容易に、かつ精度良く成形することが可能である。従って、シャフト２０に対する接触球３０の配置位置にばらつきが発生する恐れがなく、検出精度の向上に寄与することができる。

また、上述したストロークセンサでは、収容孔２３の内底面中央部に台状部２３ｂを形成しているため、収容孔２３に複数の支持球４０を挿入した場合、これら支持球４０が収容孔２３の外周側に案内された状態に維持される。従って、接触球３０を収容させる際に支持球４０がこれを阻害することがなく、組立作業を容易に行うことが可能になる。

一方、ピストンＡの移動に伴ってシャフト２０がストロークする間においては、耐圧容器１０に構成した油室１４の容積がシャフト２０のストロークに伴って変化するため、油室１４の油とケーシングＣに満たされた油とが連通通路１６を通じて互いに流通するようになる。

ここで、上記ストロークセンサによれば、連通通路１６がシャフト２０の軸心に沿って直線状に延在し、かつ直接ケーシングＣの内部に開口している。このため、連通通路１６の加工性を向上させることができるばかりでなく、油が流通する際の圧力損失を可及的に低減することができる。これにより、油室１４とケーシングＣとの間で流通される油がシャフト２０のストローク動作に影響を与える恐れがなく、ピストンＡの移動を検出する際の応答性を向上させることが可能になる。しかも、耐圧容器１０の油室１４から連通通路１６を通じて吐出された油は、ケーシングＣの内部を満たす大量の油と拡散されて十分に放熱されることになるため、その後、連通通路１６を通じて耐圧容器１０の油室１４に吸い込まれた際にホール素子８５の冷却を図ることが可能になる。この結果、例えば油圧ポンプＰを配設したエンジンルームが高温に曝された状況下にあっても、斜板角の検出精度に影響を与える恐れがなくなる。

尚、上述した実施の形態では、可変容量型油圧ポンプＰの斜板角センサとして用いられるストロークセンサの接触子を例示しているが、必ずしもこれに限定されず、シャフトの先端部に配設した接触球を介して被接触体の表面に接触するものであれば、その他のものにも適用することが可能である。

２０シャフト
２０ｂ装着孔
２１フランジ
２２二面幅
２３収容孔
２３ａ平坦面
２３ｂ台状部
２４テーパ面
２５収容部
２５ａ内周面
３０接触球
４０支持球
Ａピストン
ＡＡ斜面

Claims

シャフトの先端部に形成した収容孔に球面の一部を外部に露出させた状態で接触用の接触球を転動可能に収容させるとともに、前記収容孔の内底面と前記接触球との間に支持用の支持球を複数個介在させて成る接触子であって、
前記収容孔の奥側端部に手前側端部よりも内径の大きな収容部を形成するとともに、前記収容孔の内底面において少なくとも外周側に位置する部位にシャフトの軸心に直交する連続した平坦面を形成し、前記複数の支持球を前記収容部の内周面及び前記平坦面に当接させた状態で前記収容孔に前記接触球を収容させたことを特徴とする接触子。
前記収容孔の内底面において中心部に位置する部位に前記複数の支持球を外周側に案内する台状部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の接触子。
前記シャフトの先端面を先端に向けて漸次外径が小さくなるようにテーパ面を構成したことを特徴とする請求項１に記載の接触子。