JP6582963B2

JP6582963B2 - 振動検出センサ

Info

Publication number: JP6582963B2
Application number: JP2015248459A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　貴宏; 貴宏佐藤; 西山　一男; 一男西山
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: JP2017116268A

Description

本発明は振動検出センサに関する。

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機器や設備の監視のため、振動を検出することが行われる。発生する振動は、振動検出センサで検出し、電気信号に変換して出力される。
例えば特許文献１に開示された監視装置は、電力機器を収納したタンク内の導体に異常過熱状態で振動を発生する検出体を埋設しておき、異常過熱によって発生した振動をタンクの外壁面に取り付けた振動検出センサで検出するものである。

特開平５−２２３６３５号公報

特許文献１記載の監視装置は、タンクの外壁面に振動検出センサを取り付ける必要があるが、一般的には、機器や設備に振動検出センサを取り付ける場合、接着剤が用いられたり、ねじで固定されることが多い。
ところが、接着剤の場合は、取り付け面を平坦にしたり、洗浄する必要があり、取り付けや取り付け位置の変更が煩雑で、時間がかかるという問題がある。また、接着剤が振動検出センサと機器との間に介在するため、接着剤の弾性によって振動の伝達が緩和される恐れもある。
ねじで取り付ける場合は、機器や設備にねじ加工が必要となり、接着剤の場合と同様に、取り付けや取り付け位置の変更が煩雑で時間がかかるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、振動を直接伝達でき、取り付けや取り付け位置の変更が短時間にできる振動検出センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る振動検出センサは、
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、
前記回路基板が内部に固定されるハウジングと、
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被検出体に磁力で取り付ける永久磁石と、
前記ヨークおよび前記ハウジングを貫通して前記ヨークと前記ハウジングとを固定し前記ヨークからの振動を前記ハウジングに伝達する締め付け部材と、を備える、
ことを特徴とする。

本発明によれば、振動を直接伝達でき、取り付けや取り付け位置の変更が簡単にできる。

本発明の振動検出センサの一実施の形態を示す正面図である。本発明の一実施の形態の図１中のＡ−Ａ断面図である。本発明の一実施の形態の図１中のＢ−Ｂ断面図である。本発明の他の一実施の形態の正面図である。本発明の他の一実施の形態の図４中のＣ−Ｃ断面図である。本発明の他の一実施の形態の図４中のＤ−Ｄ断面図である。

以下に、本発明の一実施の形態に係る振動検出センサを添付図面に基づいて説明する。
本発明の振動検出センサ１は、図１〜３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永久磁石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。

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。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電気コード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１，３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、先端が水平とされた回路基板２０用の支持部３４と、回路基板２０を固定するためのねじ用のボス部３５とが一体に形成されている。また、ハウジング３０は、支持部３４とボス部３５とを結ぶ方向（図１の紙面左右方向）と直交する方向（図１の紙面上下方向）の底面部３１の対向する２箇所、すなわち、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の中間部の水平の支持部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、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、図２に示すように、ボス部３５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。

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、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。

永久磁石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。永久磁石５０は、磁石厚み方向に２極が着磁されている。
永久磁石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、永久磁石５０は、脚部４２の先端より内側に配置されている。
永久磁石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、永久磁石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。

このような構成した振動検出センサ１は、永久磁石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、永久磁石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電気コード２１を介して振動検出センサ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センサ１を変える場合には、永久磁石５０で吸着していた振動検出センサ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、永久磁石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。
この振動検出センサ１によれば、ハウジング３０の収納部３３内を封止部材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。

次に、本発明の振動検出センサの他の実施の形態について、図４〜図６により説明する。なお、既に説明した上記の実施の形態と同一部分には、同一符号を記し、重複する説明は省略する。
振動検出センサ１Ａは、ハウジング３０の開口部３２を蓋体８０で塞ぎ、収納部３３を気密状態で密封するようにしたものである。
蓋体８０は、例えばアルミニウムなどの金属からなり、ハウジング３０の開口部３２を塞ぐことができる矩形に形成される。蓋体８０は、周囲の内側に突出部８１が形成されて収納部３３の内側面に位置決めされる。蓋体８０は、突出部８１の外側の平坦面がパッキン取り付け面とされ、パッキン７１が取り付けられて開口部３２の先端面との間をシールする。
蓋体８０の内側には、収納部３３内に取り付けられた回路基板２０を支持するための凸部を構成する固定部８２が突き出すように形成され、先端部が回路基板２０に接触するようにしてある。
蓋体８０は、ハウジング３０の開口部３２を塞ぐようにした状態で、ヨーク４０が当てられ、ヨーク４０をハウジング３０に固定する締め付け部材を構成する２本の皿ねじ６２とナット６３でヨーク４０と共締めされる。これにより、ハウジング３０が蓋体８０で気密状態に密封できると共に、固定部８２で回路基板２０を支持することで、一層確実にヨーク４０を介して回路基板２０の振動検出素子１０に振動が伝達される。
なお、振動検出センサ１Ａの他の構成は、既に説明した振動検出センサ１と同一である。

このような振動検出センサ１Ａでは、永久磁石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、永久磁石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および蓋体８０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電気コード２１を介して振動検出センサ１Ａ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センサ１Ａを変える場合には、永久磁石５０で吸着していた振動検出センサ１Ａ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、永久磁石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。また、蓋体８０に形成した凸部を構成する固定部８２で回路基板２０を抑えることで、一層確実に振動を振動検出素子１０に伝達することができる。
この振動検出センサ１Ａによれば、ハウジング３０の収納部３３内を蓋体８０およびパッキン７１によって気密状態で密封したので、封止部材７０を用いる場合に比べ、封止部材７０の硬化時間を待つことなく一層短時間に製造することができる。また、蓋体８０を設けているので、蓋体８０を取り外して内部を点検することができる。

本発明の振動検出センサ１によれば、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永久磁石５０と、を備えて構成されているので、振動を永久磁石５０、ヨーク４０およびハウジング３０を介して振動検出素子１０に直接伝達でき、永久磁石５０により取り付けや取り付け位置の変更が短時間にできる。

本発明の振動検出センサ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。

本発明の振動検出センサ１によれば、ヨーク４０は、締め付け部材６２の頭部が平坦に取り付けられる座ぐり部４３を備えることで、ヨーク４０に永久磁石５０を密着させることができ、被検出体への磁力による吸着を確実に行うことができる。

本発明の振動検出センサ１によれば、ハウジング３０は、開口部３２を有し、内部に回路基板２０が固定される収納部３３と、収納部３３内に充填される封止部材７０と、を備えることで、収納部３３内を気密状態にすることができ、簡単に気密性や防水性を確保することができる。また、製造工程も封止部材７０を充填するだけであり、簡素化することもできる。

本発明の振動検出センサ１Ａによれば、ハウジング３０は、開口部３２を有し、内部に回路基板２０が固定される収納部３３と、収納部３３の開口部３２を塞ぐ蓋体８０と、を備え、蓋体８０は、ヨーク４０とハウジング３０との間に配置され、締め付け部材６２でハウジング３０に固定されることで、収納部３３内を蓋体８０で気密状態にすることができ、簡単に気密性や防水性を確保することができた、蓋体８０を取り外して内部を点検することもできる。製造工程も封止部材７０の硬化時間を待つことなく短時間に製造することができる。

本発明の振動検出センサ１Ａによれば、回路基板２０を収納部３３の底面に固定する固定部材６１と、蓋体８０に形成され、締め付け部材６２、６３による締め付け力により回路基板２０をハウジング３０の底面に向かって押さえ込む凸部８２と、を備えることで、回路基板２０を確実にハウジングに固定することができ、振動を振動検出素子１０に確実に伝達して検出することができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に何ら限定するものではない。

１振動検出センサ
１Ａ振動検出センサ
１０振動検出素子
２０回路基板
２１電気コード
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
４２脚部
４３座ぐり部
５０永久磁石
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）
７０封止部材
７１パッキン
８０蓋体
８１突出部
８２固定部（凸部）

Claims

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、
前記回路基板が内部に固定されるハウジングと、
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被検出体に磁力で取り付ける永久磁石と、
前記ヨークおよび前記ハウジングを貫通して前記ヨークと前記ハウジングとを固定し前記ヨークからの振動を前記ハウジングに伝達する締め付け部材と、を備える、
ことを特徴とする振動検出センサ。
前記ヨークは、
前記締め付け部材の頭部が平坦に取り付けられる座ぐり部を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出センサ。
前記ハウジングは、
開口部を有し、内部に前記回路基板が固定される収納部と、
前記収納部内に充填される封止部材と、を備える、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の振動検出センサ。
前記ハウジングは、
開口部を有し、内部に前記回路基板が固定される収納部と、
前記開口部を塞ぐ蓋体と、を備え、
前記蓋体は、前記ヨークと前記ハウジングとの間に配置され、締め付け部材で前記ハウジングに固定される、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の振動検出センサ。
前記回路基板を前記収納部の底面に固定する固定部材と、
前記蓋体に形成され、前記締め付け部材による締め付け力により前記回路基板を前記ハウジングの底面に向かって押さえ込む凸部と、を備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の振動検出センサ。