JP5434577B2 - 変位センサ装置及び転がり軸受装置 - Google Patents

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。通常、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。コイルの位置は検出の精度に影響するため、コイルのある基板部分を沿わせるための４箇所の平面と、それらの間の平面とを含む、多角形の内周形状となっているリング状の支持部が使用される。
また、フレキシブルプリント基板には、コイルと電気的に接続される電子部品も実装可能である。このような電子部品は、コイルの設けられていない箇所の、フレキシブルプリント基板の内面上に実装される。こうして、コイル及び必要な電子部品による電子回路を搭載したフレシキブルプリント基板を支持部によって保持した、薄く、コンパクトな変位センサ装置を作製することができる。

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

上記のような変位センサ装置において、電子部品は、コイルの設けられていない箇所の、フレキシブルプリント基板の内面上に実装される。しかしながら、電子部品と検出対象物としての回転体との間に十分な径方向隙間がないので、回転体との接触によって電子部品が損傷を受ける場合がある。一方、フレキシブルプリント基板と回転体との径方向隙間を一様に大きくすると、コイルと回転体との距離も大きくなるので、感度が悪くなり、変位検出の機能が損なわれる。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、検出対象物の変位を検出する機能を確保しつつ、検出対象物と電子部品との接触を防止する変位センサ装置及びこれを用いた転がり軸受装置を提供す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、前記検出対象物のまわりを取り囲むフレキシブルプリント基板と、前記フレキシブルプリント基板に設けられ、導電部を渦巻状に形成して成り、渦巻面が前記検出対象物と対向するコイルと、前記フレキシブルプリント基板上に実装され、前記コイルと電気的に接続された電子部品と、前記コイルを内方に向けて露出させ、かつ、前記電子部品を外方に向けた状態で、前記フレキシブルプリント基板を沿わせて支持する全体としてリング状若しくは枠状の支持部とを備え、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を有し、当該回路基板部が前記支持部の外周側に装着された状態で前記コイルが前記支持部を介して前記内方に向けて露出する状態となるものである。

上記のように構成された変位センサ装置では、支持部に沿って支持されたフレキシブルプリント基板において、コイルは、内方に向けて露出させた状態にあるので、検出対象物に近接して対向させることが容易である。電子部品は逆に、外方に向けられた状態にあるので、検出対象物との接触を避けるには好適な配置である。
一方、フレキシブルプリント基板の回路基板部は、支持部の内周側ではなく外周側にあるので装着が容易である。また、装着のために支持部の外周面に加工を施すことは、内周面に加工を施すことよりも容易である。さらに、回路基板部と検出対象物との間に支持部があるので、回路基板部に検出対象物が接触することを防止し、また、グリース・金属摩耗粉等による回路基板部の汚損を防止することができる。

（２）また、上記（１）の変位センサ装置において、フレキシブルプリント基板は、回路基板部の長手方向と直交する方向に細片状に突出して形成され、コイルが設けられた複数のコイル基板部を有し、各コイル基板部を支持部の内周側に折り返すことによりコイルを内方に向けて露出させる構成であってもよい。
この場合、回路基板部は外周側にあっても、コイル基板部は内周側への折り返しによって検出対象物に近接して対向させることができる。

（３）また、上記（１）の変位センサ装置において、コイルが配置される箇所の支持部には内外貫通の窓が形成されていることにより、当該窓を通じて、コイルを内方へ向けて露出させている構成であってもよい。
この場合、フレキシブルプリント基板を単に支持部の外周側の所定位置に装着すれば、窓を通じてコイルを内方へ向けて露出させることができる。

（４）また、上記（３）の変位センサ装置において、窓にコイルを臨ませる箇所でのフレキシブルプリント基板の外側に沿わせるように平板が取り付けられていてもよい。
この場合、コイルが設けられた基板部分を平板の平面に沿わせることで、検出の精度を安定させることができる。

（５）また、上記（２）又は（３）の変位センサ装置において、支持部の外周側の複数箇所に平面部が形成され、当該平面部に電子部品が配置されるようにしてもよい。
この場合、電子部品は、平面部上で、曲げずに支持されるので、半田のはがれを防止することができる。

（６）また、上記（２）〜（５）のいずれかの変位センサ装置において、支持部はリング状であり、その軸方向両端に鍔状部が設けられていてもよい。
この場合、フレキシブルプリント基板を鍔状部で位置決めすることができ、基板の装着が容易である。

（７）また、上記（１）の変位センサ装置において、フレキシブルプリント基板は展開するとベルト状であり、その一端から長手方向へ電子回路の引出し部が形成されている、という構成であってもよい。
この場合、引出し部も含めて基板全体が一方向に長い単純な形状となるので、基板材料から効率よく作製することができる。すなわち、歩留まりが良い。

（８）一方、本発明の転がり軸受装置は、上記（１）〜（７）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とすることができる。
このような転がり軸受装置における変位センサ装置は、検出対象物である回転体の変位を検出する機能を確保しつつ、回転体と電子部品との接触を防止することができる。

本発明の変位センサ装置によれば、検出対象物の変位を検出する機能を確保しつつ、検出対象物と電子部品との接触を防止することができる。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及び、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との対応関係を示す図である。 第１実施形態に係る変位センサ装置における支持部の斜視図、及び、支持部に装着されたフレキシブルプリント基板が、どのような形態となっているか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第１実施形態に係る変位センサ装置を示す斜視図である。 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実施形態に係る変位センサ装置における、支持部及びフレキシブルプリント基板の斜視図である。 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第２実施形態に係る変位センサ装置を示す斜視図である。 第３実施形態に係る変位センサ装置における支持部を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 第３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両面図である。 第３実施形態に係る変位センサ装置において、フレキシブルプリント基板を支持部に装着した状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は内周側からコイルの周辺を見た図である。 第４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両面図である。 第４実施形態に係る変位センサ装置において、支持部にフレキシブルプリント基板を装着した状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＤ−Ｄ線断面図である。 フレキシブルプリント基板を、基板材料から切り取る（打ち抜く）要領を示す図である。 第４実施形態の変位センサ装置における支持部を、スピンドル装置の先端に取り付ける部材と共用化した例であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）が（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。

《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を複数枚重ねて、導電体のパターンを設ける層を複層化す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。従って、所望のインダクタンスを容易に得ることができる。

《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、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のインダクタンスを、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確保することができるので、コイルの厚さ寸法の増大を抑制することができる。
また、コイル３の導電部と回転体１２との間に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。
また、１つの基板に必要数のコイル３を設けることができ、それによって、僅か１枚のフレキシブルプリント基板２に必要な機能を集約し、検出対象物の変位を非接触で検出することができる。

《第１実施形態》
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第１実施形態に係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。

図９〜１１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、図９はフレキシブルプリント基板２２の展開図及び、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との対応関係を示す図である。図１０は、支持部２１の斜視図、及び、支持部２１に装着されたフレキシブルプリント基板２２が、どのような形態となっているかを示す斜視図、図１１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。

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等のセンサ回路要素を含む横長・長方形の基板本体２２ａと、この基板本体２２ａから上下にそれぞれ延伸して形成された合計１３片の止め代部２２ｂと、中央上部から上方へ延伸して形成された引出し部２２ｃとを一体に有するものである。

基板本体２２ａは、複数種類の領域ａ１〜ａ４を有している。４つの領域ａ１にはそれぞれ図４の要領で一対のコイル３が設けられ、全体で８個のコイル３（Ｘ１＋，Ｚ１＋，Ｘ１−，Ｚ１−，Ｘ２＋，Ｚ２＋，Ｘ２−，Ｚ２−）が設けられている。これらのコイル３は、図の表面側（紙面側）に設けられている。一方、斜線を付した裏面側の３つの領域ａ２には、対応する回路図に示す電子部品（抵抗１４，バッファ回路１５，差動増幅器１６）が実装され、回路接続用の導電路が形成されている。また、斜線を付した裏面側の６つの領域ａ３にも、補助的に、電子部品の実装が可能である。

残る６つの領域ａ４は、電子部品が実装されず、導電路のみが形成される。従って、領域ａ４での折り曲げが可能である。コイル３の２つの巻端は、スルーホール（図示せず。）を通って裏面側に導出されている。引出し部２２ｃには外部回路との接続のための導電路が集約されている。なお、裏面側の表面の、少なくとも導電路の部分には、絶縁コーティングが施される。
一方、止め代部２２ｂは、フレキシブルプリント基板２２を支持部２１（図１０）に固定するにあたっての、ねじやリベット等の止め具２３（図１０）による固定の用に供する部位である。各止め代部２２ｂには、丸孔ｈが形成されている。

次に、図１０において、支持部２１は、内周は多角形（本例では８角形）で、外周は円筒となる全体としてはリング状の物体（リング体）である。この支持部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。支持部２１には、周方向へ規則的にポケットが形成されている。本例では、内外貫通の大きいポケット２１ａが周方向に９０度ごとに、８角形の１辺の範囲内で形成されている。また、内外貫通の一対の小さなポケット２１ｂが、周方向に９０度ごとに、８角形の１辺の範囲内で形成されている。一対の小さなポケット２１ｂの間に残る平面部２１ｃは、コイル３の取り付け面となる。支持部２１の軸方向の両端面には、止め具２３の取り付け孔２１ｄが形成されている。

フレキシブルプリント基板２２の基板本体２２ａは、前述の領域ａ４（図９）を折り曲げ箇所として、開いた多角形状に折り曲げられ、支持部２１の内周側に装着される。また、止め代部２２ｂ及び引出し部２２ｃは、外側へ折り曲げられる。折り曲げられた止め代部２２ｂの孔ｈ（図９）には止め具２３が通され、取り付け孔２１ｄに固定される。こうして、図１１に示すように、フレキシブルプリント基板２２が支持部２１に固定される。電子部品Ｅ１，Ｅ２は、フレキシブルプリント基板２２の外側にあって、外方へ少し突出しているが、それぞれ、ポケット２１ａ，２１ｂへ収容されることにより、フレキシブルプリント基板２２を内方へ膨らませることなく装着することができる。

上記のように構成された変位センサ装置２０では、支持部２１に沿って支持されたフレキシブルプリント基板２２において、コイル３は、内方に向けて露出させた状態にある。従って、コイル３を、検出対象物（図８の主軸部１０２ａ）に近接して対向させることが容易である。電子部品Ｅ１，Ｅ２は逆に、外方に向けられた状態にあるので、検出対象物との接触を避けるには好適な配置である。従って、検出対象物の変位を検出する機能を確保しつつ、検出対象物と電子部品との接触を防止することができる。また、コイル３が設けられた基板部分は平面部２１ｃに張り付くように取り付けられる。これにより、コイル３による検出の精度を安定させることができる。

また、電子部品Ｅ１，Ｅ２による外方への突出部位はポケット２１ａ，２１ｂに収容されるので、フレキシブルプリント基板２２を、内方へ膨らませることなく装着することができる。しかも、ポケット２１ａ，２１ｂを多数形成することにより支持部２１の体積が大幅に減少し（例えば約半減）、支持部２１の軽量化に寄与する。また、ポケット２１ａ，２１ｂに収容されることで電子部品Ｅ１，Ｅ２を保護することができるので、支持部２１が保護機能も発揮する。すなわち、保護用の部材を別途設けなくても、支持部２１によって電子部品を保護することができる。
なお、ポケット２１ａ，２１ｂの配置は、電子部品を収容するか否かにかかわらず、回点対称な配置を基本形とする。これにより、支持部２１の熱膨張及び、コイル３の磁場を、径方向の対向部間で均一にすることができる。

なお、上記実施形態ではポケット２１ａ，２１ｂは貫通孔であるが、これらのポケット２１ａ，２１ｂは、必ずしも内外貫通していなくてもよく、外方に底のある内方からの凹みであってもよい。但し、内外貫通して抜けている方が、支持部２１の軽量化には、より好適である。

《第２実施形態》
次に、第２実施形態に係る変位センサ装置について説明する。なお、例えば転がり軸受装置に取り付けられる変位センサ装置である点は、第１実施形態と同様である。
図１２〜１４は、第２実施形態に係る変位センサ装置２０を示す図であり、図１２はフレキシブルプリント基板２２の展開図、図１３は、支持部２１及びフレキシブルプリント基板２２の斜視図、図１４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、図１２において、フレキシブルプリント基板２２に搭載する電子回路は第１実施形態と同様であるので、回路図は省略している。

第１実施形態との主な違いは、フレキシブルプリント基板２２を支持部２１の外周側に装着する点と、フレキシブルプリント基板２２の一部を外周側から内周側へ折り返す点である。まず、図１２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ベルト状の回路基板部２２ｅと、この回路基板部２２ｅの４箇所から紙面の下方へそれぞれ細片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の表面側（紙面側）には、コイル３が設けられている。コイル３と同じ表面側における、斜線を付した４つの領域ａ２には、電子部品が実装される。すなわち、第１実施形態とは異なり、フレキシブルプリント基板２２の展開状態では、コイル３と電子部品とは、互いに同一の面に設けられる。

次に、図１３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，２１ｉが形成されている。一方の鍔状部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ａ２が平面部２１ｅの真上にくるように、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、４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，２２ｉ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。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、樹脂モールドが施される。これにより、コイル基板部２２ｄをグリース・金属摩耗粉等から保護することができる。

上記第２実施形態の変位センサ装置２０では、フレキシブルプリント基板２２の回路基板部２２ｅが支持部２１の内周側ではなく外周側にあるので装着が容易である。また、装着のために支持部２１の外周面に加工を施すことは、内周面に加工を施すことよりも容易である。かかる容易さによって、製造が容易となり、コスト低減にも寄与する。
一方、電子部品Ｅは逆に、外方に向けられた状態にあるので、検出対象物（図８の主軸部１０２ａ）との接触を避けるには好適な配置である。従って、検出対象物の変位を検出する機能を確保しつつ、検出対象物と電子部品との接触を防止することができる。

また、回路基板部２２ｅと検出対象物との間に支持部２１があるので、回路基板部２２ｅに検出対象物が接触することを確実に防止し、グリース・金属摩耗粉等による回路基板部２２ｅの汚損を防止することができる。さらに、鍔状部２１ｈ，２１ｉは同様に汚損防止に寄与する他、電子部品の保護にも寄与する。
一方、回路基板部２２ｅは外周側にあっても、コイル基板部２２ｄは内周側への折り返しによって検出対象物に近接して対向させることができる。折り返されたコイル基板部２２ｄは、樹脂モールドによってグリース・金属摩耗粉等による直接の汚損を防止することができる。
また、電子部品Ｅが、平面部２１ｅ（図１３）上で、曲げずに支持されることによって、半田のはがれを防止することができる。

《第３実施形態》
次に、第３実施形態に係る変位センサ装置について説明する。なお、例えば転がり軸受装置に取り付けられる変位センサ装置である点は、第１実施形態と同様である。
図１５〜１７は、第３実施形態に係る変位センサ装置２０を示す図である。まず、図１５は支持部２１を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。

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、（ｂ）に示すように多角形（ここでは８角形）の断面形状となる。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箇所のコイル装着部２１ｍと、このコイル装着部２１ｍとは４５度ずれて、かつ、同様に９０度ごとに設けられる平面部２１ｎとによって構成されている。各コイル装着部２１ｍの中央には内外貫通の窓２１ｐが形成され、この窓２１ｐの周方向両側には平面部２１ｑがあり、取り付け孔２１ｒが形成されている。また、筒体部２１ｔの軸方向両端には、鍔状部２１ｓが形成されている。

次に、図１６の（ａ）、（ｂ）は、フレキシブルプリント基板２２の両面図である。なお、フレキシブルプリント基板２２に搭載される電子回路は第１実施形態と同様であるので、回路図は省略している。
図において、フレキシブルプリント基板２２は、コイル３及びセンサ回路要素を含むベルト状の回路基板部２２ｆと、長手方向の一端部（図の左端）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。また、コイル３が設けられている面を表面側とすると、コイル３の裏面側には平板２４（例えば薄い金属板）が接着されている。平板２４の２箇所に設けられた貫通孔２４ａは、フレキシブルプリント基板２２の孔２２ｇと同じ位置にある。裏面側における、斜線を付した３つの領域ａ２には、電子部品（図示せず。）が実装される。

図１７は、フレキシブルプリント基板２２を支持部２１に装着した状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図（但し、フレキシブルプリント基板２２の断面のハッチングは省略している。）、（ｃ）は内周側からコイル３の周辺を見た図である。
図において、フレキシブルプリント基板２２は、コイル３が窓２１ｐに来るように、また、領域ａ２が平面部２１ｎ（図１５）の真上にくるように、支持部２１の筒体部２１ｔに巻き付けられる（但し、引出し部２２ｃを除く。）。このとき、一対の鍔状部２１ｓの存在は、フレキシブルプリント基板２２の、軸方向への位置決めに寄与するので、装着が容易である。そして、ねじやリベット等の止め具２５を平板２１の貫通孔２４ａ（図１６）から挿入して支持部２１の取り付け孔２１ｒに固定する。

こうして、図１７に示すように支持部２１の筒体部２１ｔの外周に沿ってフレキシブルプリント基板２２を、取り付けることができる。フレキシブルプリント基板２２の外周側にある領域ａ２（３箇所）は外方へ露出しており、電子部品が実装される領域となっている。電子部品は、変位センサ装置２０の軸方向には鍔状部２１ｓで保護される。また、電子部品の表面は必要により樹脂モールド又はコンフォーマルコーティングが施され、保護される。
図１７の（ｃ）に示すように、コイル３は窓２１ｐから内方へ露出している。また、支持部２１の径方向に互いに対向するコイル３同士の距離は、支持部２１の内径（直径）と同じである。

上記第３実施形態の変位センサ装置２０では、フレキシブルプリント基板２２の回路基板部２２ｅが支持部２１の内周側ではなく外周側にあるので装着が容易である。また、装着のために支持部２１の外周面に加工を施すことは、内周面に加工を施すことよりも容易である。一方、領域ａ２に実装される電子部品は逆に、外方に向けられた状態にあるので、検出対象物（図８の主軸部１０２ａ）との接触を避けるには好適な配置である。従って、検出対象物の変位を検出する機能を確保しつつ、検出対象物と電子部品との接触を防止することができる。

また、回路基板部２２ｅと検出対象物との間に支持部２１があるので、回路基板部２２ｆに検出対象物が接触することを確実に防止し、グリース・金属摩耗粉等による回路基板部２２ｆの汚損を防止することができる。一方、回路基板部２２ｆは外周側にあっても、コイル３は、窓２１ｐを通じて内方へ露出しているので、検出対象物に近接して対向させることができる。また、コイル３が設けられた基板部分を平板２４に沿わせることで、コイル３の支持剛性を確保し、検出の精度を安定させることができる。
また、電子部品が、支持部２１の平面部２１ｎ（図１５）上で、曲げずに支持されることによって、半田のはがれを防止することができる。

また、上記第３実施形態に係る変位センサ装置は、第２実施形態と比較すると、コイルの部分を折り返す、という作業が不要であり、単に装着すればコイルは内方に露出するので、さらに製造容易となり、コスト低減にも寄与する。
また、窓を設けるコイル装着部２１ｍは径方向の厚さが平面部２１ｑにのみ必要で中央には必要が無いので、薄くすることができる。しかも、このような支持部２１は、第１実施形態のような（図１０）軸方向端面から止め具２３を固定する孔２１ｄを必要としない。従って、第３実施形態の構成は、支持部２１全体の薄肉化にも寄与する。

《第４実施形態》
次に、第４実施形態に係る変位センサ装置について説明する。この変位センサ装置は、例えばスピンドル装置に取り付けられる点で、既述の各実施形態とは異なる。
図１８〜２０は、第４実施形態に係る変位センサ装置２０を示す図である。まず、図１８の（ａ）、（ｂ）は、フレキシブルプリント基板２２の両面図である。なお、フレキシブルプリント基板２２に搭載される電子回路は第１実施形態と同様であるので、回路図は省略している。

図において、フレキシブルプリント基板２２は、コイル３及びセンサ回路要素を含むベルト状の回路基板部２２ｆと、長手方向の一端部（図の左端）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。また、コイル３が設けられている面を表面側とすると、電子部品（図示せず。）は（ｂ）に示す裏面側の斜線の領域ａ２に実装される。（ａ）に示す点線の箇所で折り曲げる（谷折りする。）ことにより、コイル３を内方に向けて、四角形の回路基板部２２ｆを構成することができる。なお、折り曲げる部分を他の部分より薄くすることにより、剛性差を設けると、容易に折り曲げることができる。薄くするには、例えば、他の部分が４層であれば、折り曲げ部分を２層にすることにより層数を減らすか、又は、他の部分が２５μｍであれば折り曲げ部分をその半分の１２．５μｍに薄くすればよい。

図１９は、支持部２１にフレキシブルプリント基板２２を装着した状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＤ−Ｄ線断面図である。
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、一対の端面部２１ｕと、これらを軸方向に繋ぐ４本の支柱部２１ｖとによって構成されている。端面部２１ｕは、外周が円形で、内周が四角形の四隅を丸めたような形状となっている。支柱部２１ｖは、端面部２１ｕの周方向に９０度間隔で配置されている。支柱部２１ｖの内面（内方へ向いている面）は平面である。周方向における支柱部２１ｖの間の空間は、フレキシブルプリント基板２２やそこに実装された電子部品を受け入れるポケット空間でもある。

フレキシブルプリント基板２２は、（ｄ）に示すように、回路基板部２２ｆ（図１８）を四角形に折り曲げた状態で支柱部２１ｖの表面に接着される（接着層２６）。引出し部２２ｃは、四角形の隅から外方へ延び出ている。コイル３は、周方向において支柱部２１ｖと同じ意位置にあり、径方向に互いに対向している。フレキシブルプリント基板２２の外周側にある領域ａ２は外方へ露出しており、（ａ）に示すように、電子部品Ｅが実装される領域となっている。一対の端面部２１ｕは、フレシキブルプリント基板２２の装着溝を構成するとともに、電子部品Ｅを保護する機能も有している。

図２０は、図１８に示すようなフレキシブルプリント基板２２を、基板材料（フィルム）３０から切り取る（打ち抜く）要領を示す図である。フレキシブルプリント基板２２は図１８に示すように、回路基板部２２ｆから引出し部２２ｃへ横長の単純な形状である。従って、例えば図９，図１２に示すように引出し部２２ｃが全体の長手方向と直交する方向へ延びている形状に比べて、基板材料３０から効率よく作製することができる。すなわち、歩留まりが良い。なお、この点に関しては、第３実施形態のフレキシブルプリント基板（図１６）も同様に歩留まりが良い。

図２１は、上記第４実施形態の変位センサ装置２０における支持部２１を、スピンドル装置の先端に取り付ける部材と共用化した例であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）が（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。この支持部２１は、スピンドル装置の先端で高速回転する主軸２７のまわりに装着される部材であり、円筒部２１ｗと、フランジ部２１ｙとを備えている。フランジ部２１ｙは、ボルトによって、スピンドル装置本体に取り付けられる（図示せず。）。
円筒部２１ｗの１箇所には孔２１ｘが形成されており、引出し部２２ｃは、この孔２１ｘから周方向へ引き出される。（ｃ）に示すように、円筒部２１ｗにフレキシブルプリント基板２２の四隅が当接した状態が取付の定位置であるようにすれば、装着時の位置決めが容易である。

上記のような第４実施形態の変位センサ装置２０（図１９，２１）は、第１〜３実施形態と同様に、コイル３を内方に向けて露出させ、電子部品Ｅを外方に向けられた状態にあるので、検出対象物の変位を検出する機能を確保しつつ、検出対象物と電子部品との接触を防止することができる。
また、フレキシブルプリント基板２２を四角形にして装着することで、八角形よりも簡素な形となる。さらに、電子部品を実装する平面を容易に確保することができる。

《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、転がり軸受装置やスピンドル装置のみならず、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、フレキシブルプリント基板２２のコイル３は、２個１組で周方向へ４等配に設けられているが、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。

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、２０：変位センサ装置、２１：支持部、２１ａ、２１ｂ：ポケット、２１ｃ：平面部、２１ｈ、２１ｉ：鍔状部、２１ｐ：窓、２１ｓ：鍔状部、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、２２ｆ：回路基板部、２４：平板、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）、Ｅ，Ｅ１，Ｅ２：電子部品

Claims (8)

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、
   前記検出対象物のまわりを取り囲むフレキシブルプリント基板と、
   前記フレキシブルプリント基板に設けられ、導電部を渦巻状に形成して成り、渦巻面が前記検出対象物と対向するコイルと、
   前記フレキシブルプリント基板上に実装され、前記コイルと電気的に接続された電子部品と、
   前記コイルを内方に向けて露出させ、かつ、前記電子部品を外方に向けた状態で、前記フレキシブルプリント基板を沿わせて支持する全体としてリング状若しくは枠状の支持部とを備え、
   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を有し、当該回路基板部が前記支持部の外周側に装着された状態で前記コイルが前記支持部を介して前記内方に向けて露出する状態となることを特徴とする変位センサ装置。
2. 前記フレキシブルプリント基板は、前記回路基板部の長手方向と直交する方向に細片状に突出して形成され、前記コイルが設けられた複数のコイル基板部を有し、
   各コイル基板部を前記支持部の内周側に折り返すことにより前記コイルを内方に向けて露出させている請求項１記載の変位センサ装置。
3. 前記コイルが配置される箇所の前記支持部には内外貫通の窓が形成されていることにより、当該窓を通じて、前記コイルを内方へ向けて露出させている請求項１記載の変位センサ装置。
4. 前記窓に前記コイルを臨ませる箇所での前記フレキシブルプリント基板の外側に沿わせるように平板が取り付けられている請求項３記載の変位センサ装置。
5. 前記支持部の外周側の複数箇所に平面部が形成され、当該平面部に前記電子部品が配置される請求項２又は３に記載の変位センサ装置。
6. 前記支持部はリング状であり、その軸方向両端に鍔状部が設けられている請求項２〜５のいずれか１項に記載の変位センサ装置。
7. 前記フレキシブルプリント基板は展開するとベルト状であり、その一端から長手方向へ電子回路の引出し部が形成されている請求項１記載の変位センサ装置。
8. 請求項１〜７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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