JPH10300410A - 高温用位置センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高温でも継続的に使用することができ、容易に
製造可能な高温用位置センサを提供する。 【解決手段】セラミック製のボビン１にコイル２を巻回
し、コイル２に無機ワニス２０を含浸させることによ
り、コイル２の各巻き線間、およびコイル２とボビン１
との間を固着した。コイル２をなす導線の外周には、セ
ラミック絶縁体を被覆してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性を向上させ
ることが可能な高温用位置センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】コイルに高周波電流を流し、高周波の磁
界を発生させ、このコイルを測定対象である導体に近づ
けると、導体内に渦電流が発生し、この渦電流の磁界に
よりコイルのインピーダンスが変化する。この現象を利
用した位置センサは、近接スイッチなどに広く用いられ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の位置セ
ンサのコイルは、合成樹脂内に埋設されているか、ある
いは合成樹脂製のボビンに巻回されているため、例えば
２００〜６００℃の高温環境下での使用は困難である。
また、コイルを構成する導線は、エナメルなどで被覆さ
れているが、この被覆も高温環境下では、溶出したり腐
食したりし、各巻き線間で短絡するおそれがある。

【０００４】そこで、登録実用新案公報第３０１５１４
６号に開示された技術では、ボビンの外周に螺旋溝を形
成し、この螺旋溝にコイルを構成する導線を収容し、各
巻き線間の短絡を防止している。ところが、このように
ボビンの外周に螺旋溝を形成していたのでは、センサの
製造に手間がかかり、その製造費用も上昇する。また、
この技術で導線には絶縁被覆を設けないため、導線を何
重にも巻回することは不可能であり、コイルで発生する
磁界も小さい。

【０００５】本発明は上記の事情を考慮してなされたも
のであり、高温でも継続的に使用することができ、容易
に製造可能な高温用位置センサを提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る高温用位置センサは、セラミック製の
ボビンと、セラミック絶縁体を外周に被覆した導線を上
記ボビンに巻回してなるコイルと、上記コイルの各巻き
線間、および上記コイルと上記ボビンとの間を固着する
無機絶縁ワニスとを備えることを特徴とする。

【０００７】また、本発明に係る高温用位置センサは、
外周に周溝が形成されたセラミック製のボビンと、セラ
ミック絶縁体を外周に被覆した導線を上記周溝に収まる
ように上記ボビンに巻回してなるコイルと、上記周溝の
内部に充填され、上記コイルの各巻き線間、および上記
コイルと上記ボビンとの間を固着するセラミックパテと
を備えることを特徴とするものでもよい。

【０００８】上記の高温用位置センサにおいては、構成
要素が、いずれもかなりの耐熱性を有する。このため、
長時間、高温雰囲気での使用が可能である。さらに、ボ
ビンに螺旋溝を形成するような手間をかける必要がない
ため、高温用位置センサを容易に製造することが可能で
ある。しかも、コイルを構成する導線は、セラミック絶
縁体で被覆されているため、コイルの巻き線同士で短絡
することがない。さらに、コイルとボビンの熱膨張差に
より熱応力が発生したとしても、無機絶縁ワニスまたは
セラミックパテによりコイルはボビンにより固着されて
いるから、コイルの緩みや巻き線の移動を抑制すること
ができ、高温用位置センサの検出特性が不安定になるの
も抑制される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。 １．第１実施形態 図１は本発明の第１実施形態に係る高温用位置センサを
示す。この高温用位置センサは、セラミック製のほぼ円
筒状のボビン１と、ボビン１の外周面に巻回されたコイ
ル２とを備える。ボビン１の図中の左端には、円環状の
フランジ３が形成されており、コイル２はこのフランジ
３の右側に配置されている。ボビン１の右端面には、ボ
ビン１の中心軸線を通るネジ穴５が形成されており、こ
のネジ穴５には中空ボルト６が螺合されており、これに
よってボビン１と中空ボルト６とが同軸上に連ねられて
いる。ネジ穴５には、無機接着剤７が塗布され、これに
よりボビン１と中空ボルト６は接着されている。

【００１０】ボビン１には、ネジ穴５と同心上に小径の
穴８が形成されている。穴８は、ネジ穴５に螺合された
中空ボルト６の内部空間と同軸に連通する。また、ボビ
ン１の外周面から穴８の下端に連通する二本の穴９，１
０が形成されている。

【００１１】ボビン１は、耐熱性、絶縁性、加工性、非
磁性を要するため、ジルコニア、アルミナ、シリカ、マ
イカ系などのセラミック成型品である。試作例では、マ
イカ分散型の結晶化ガラス（通称「マシナブルセラミッ
クス」）を用いた。

【００１２】中空ボルト６は、その外周のネジ部を図示
しない取り付け部に螺合することによって、この高温用
位置センサを固定するためのものであり、そのネジ部を
利用して、コイル２と被検出物とのギャップ調整を行う
ことが可能となっている。この中空ボルト６は、６００
℃以上の耐熱性を有する材料からなる。例えば、鉄、ス
テンレス鋼、ニッケル、チタンなどの金属材料や、ジル
コニア、アルミナ、シリカ系などのセラミック材料が用
いられる。金属材料を用いる場合には、中空ボルト６と
コイル２との間隔を１５ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ
あける。これは導電性物質がコイル２の近くにあると、
コイル２の検出に外乱を与えるからである。試作例で
は、取り扱いの容易性と強度面からステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ３０４）を用いた。

【００１３】ここでコイル２は、無機絶縁電線を所定の
巻き数、ボビン１の外周面に整列巻きすることによって
設けられている。コイル２を構成する無機絶縁電線の両
端部２ａ，２ｂは、それぞれ穴９，１０を通じて穴８を
経て中空ボルト６の内部まで通されている。また、図中
の右側から中空ボルト６には、同軸ケーブル１１が挿入
されており、図２に示すように、この同軸ケーブル１１
の外部導体１２と内部導体１３が、コイル２を構成する
無機絶縁電線の両端部２ａ，２ｂに接続されている。す
なわち、同軸ケーブル１１の外部導体１２と内部導体１
３は、コイル３２のリード線となっている。

【００１４】コイル２を構成する無機絶縁電線は、導体
の周囲に絶縁体を被覆したものである。導体としては、
耐熱性を有するものが好ましく、例えばニッケル、金、
白金、白金ロジウムなどが用いられる。ニッケルの耐熱
温度は約６００℃であり、その他は約７００℃である。
なお、導体として、銅やアルミニウムも使用することが
できるが、銅には耐酸化性が弱いという問題があり、ア
ルミニウムには強度が弱いという問題があるので、上記
のニッケルなどが好ましい。試作例では導体にニッケル
を使用した。

【００１５】また、無機絶縁電線の外周の絶縁体として
は、ポリボロシロキサン、ポリカルボシラン、ポリシラ
スチレン、ポリシラザン、ポリチタノカルボロシラン
系、およびオルガノシロキサンから選ばれた１種以上か
らなる樹脂と、無機充填剤とを溶剤に溶解または分散さ
せたセラミック系絶縁体が好ましい。

【００１６】ボビン１のフランジ３の右側において、コ
イル２には絶縁性を有する無機ワニス２０が含浸されて
いる。この無機ワニス２０により、コイル２の各巻き線
間、およびコイル２とボビン１との間が固着されてい
る。

【００１７】無機ワニス２０および無機接着剤７として
は、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化ジルコニウム、
酸化カルシウム、酸化硼素、シリカ、マイカ、タルクな
どの酸化物系セラミックの一つまたは複数が混合された
ものが用いられる。ここで、無機ワニス２０は、かかる
酸化物系セラミックを水および有機溶剤などで希釈して
粘度を下げたものであり、無機接着剤７は、かかる酸化
物系セラミックに水および水ガラスを混合して、濡れ性
および流れ性を調整したものである。

【００１８】図２は、同軸ケーブル１１の外部導体１２
と内部導体１３、およびコイル２を構成する無機絶縁電
線の両端部２ａ，２ｂの接続構造を示す。図２に示すよ
うに、同軸ケーブル１１は、内部導体１３と、その周囲
に被覆した無機絶縁層１４と、無機絶縁層１４の周囲に
被覆した外部導体１２と、外部導体１２の周囲に被覆し
た保護被覆層１５とからなる。

【００１９】内部導体１３は、コイル２に使用される導
体と同様に、耐熱性を有するものが好ましく、例えばニ
ッケル、金、白金、白金ロジウムなどが用いられる。試
作例では、内部導体１３にニッケルを用いた。無機絶縁
層１４としては、コイル２の絶縁体と同様のセラミック
系絶縁体とシリカ繊維を用い、外部導体１２には、ステ
ンレス鋼の網組を用いた。また、保護被覆層１５は、シ
リカ繊維またはアルミナ長繊維などの無機絶縁材料から
形成され、試作例ではシリカ繊維を用いた。

【００２０】さて、上記のコイル２を構成する無機絶縁
電線と、同軸ケーブル１１の外部導体１２および内部導
体１３の接続構は、次のように構成されている。まず、
コイル２を構成する無機絶縁電線の両端部２ａ，２ｂに
おいては、無機絶縁層を剥離して除去し、導体部２ｃを
露出しておく。また、同軸ケーブル１１においては、外
部導体１２を露出させ、さらに無機絶縁層１４から内部
導体１３の先端部を露出しておく。そして、図２に示す
ように、無機絶縁電線の導体部２ｃを二つの金属管２４
の内部にそれぞれ挿入し、金属管２４の他方端側から外
部導体１２および内部導体１３をそれぞれ挿入する。

【００２１】次に、金属管２４を側方から押圧すること
により、無機絶縁電線の導体部２ｃおよび導体１２，１
３を金属管２４に圧着し、導体部２ｃまたは導体１２，
１３と金属管２４との隙間がほぼ完全になくなるように
する。これによりコイル２を構成する無機絶縁電線と、
導体１２，１３が接続される。金属管２４の素材として
は、銅系金属のように、導電性が高く、変形加工しやす
く、かつ耐熱性を有するものが好ましい。金属管２４
は、導体部２ｃおよび導体１２，１３に圧着する前は、
円筒状であるが、圧着後は、図２に示すように平坦な形
状を有する。

【００２２】そして、耐酸化性の向上のため、金属体２
５で金属管２４および導体部２ｃ、導体１２，１３を鍍
金する。鍍金は、導体部２ｃ、導体１２，１３と金属管
２４の全面に対して行う。鍍金に用いる金属体２５は、
チタン、ニオブ、モリブデン、ニッケルなどの耐酸化性
の優れた素材が好ましい。なお、具体的な鍍金の手法
は、筆鍍金などであり、容易に行うことが可能である。

【００２３】次に、金属管２４の周囲に鍍金した金属体
２５を無機絶縁スリーブ２６で被覆する。無機絶縁スリ
ーブ２６としては、ガラス繊維、アルミナ繊維、シリカ
繊維などの無機絶縁繊維を筒状に織ったものが使用され
る。試作例では、アルミナ繊維を用いた。なお、筒状の
スリーブ２６でなくても、上記の無機絶縁繊維からなる
クロスを巻き付けたものであればよい。

【００２４】そして、この無機絶縁スリーブ２６に絶縁
性を有する無機ワニス２７で固着する。無機ワニス２７
としては、上記の無機ワニス２０と同様のものが使用さ
れる。このように無機絶縁スリーブ２６および無機ワニ
ス２７に封入されることより、二つの接続部同士の短絡
が防止されるとともに、高温雰囲気中の酸素と金属部分
（金属体２５および導体部２ｃ、導体１２，１３）が接
触するのが抑制され、金属部分の酸化が低減される。

【００２５】上記構成において、ボビン１の左側端面を
被検出物である導体に対向させた状態で被検出物に近接
させ、コイル２に高周波電流を流し、高周波の磁界を発
生させると、被検出物内に渦電流が発生する。ここで、
被検出物とコイル２との距離が変動すると、この渦電流
の磁界によりコイル２のインピーダンスが変化する。こ
の現象を利用して、コイル２と被検出物の間の距離変化
を測定することが可能である。

【００２６】上記の高温用位置センサにおいては、構成
要素が、いずれも６００℃以上の耐熱性を有する。この
ため、６００℃以上の高温環境下でも長時間の使用が可
能である。さらに、ボビン１に螺旋溝を形成するような
手間をかける必要がないため、容易に製造することが可
能である。しかも、コイル２を構成する無機絶縁電線
は、セラミック絶縁体で被覆されているため、コイル２
の巻き線同士で短絡することがない。さらに、コイル２
とボビン１の熱膨張差により熱応力が発生したとして
も、無機ワニス２０によりコイル２はボビンにより固着
されているから、コイル２の緩みや巻き線の移動を抑制
することができ、高温用位置センサの検出特性が不安定
になるのも抑制される。

【００２７】また、図２に示す接続構造でも、構成要素
が６００℃以上の耐熱性を有するため、高温環境下でも
接続が確保される。さらに、導電性が良好であるが耐酸
化性に劣る銅系金属からなる金属管２４を優れた耐酸化
性を有する金属体２５により鍍金することにより金属管
２４の酸化が抑制される。上記の金属管２４の押圧およ
び金属体２５の鍍金などにあたっては、ロウ付けのよう
な高度の知識、技術を必要としないため、この実施形態
に係る接続構造は簡便に得ることが可能である。さら
に、金属体２５を無機絶縁スリーブ２６および無機ワニ
ス２７に封入することより、二つの接続部同士の短絡が
防止されるとともに、高温雰囲気中の酸素と金属部分が
接触するのが抑制され、金属部分の酸化が低減される。

【００２８】２．第２実施形態 図３は本発明の第２実施形態に係る高温用位置センサを
示す。図３において、第１実施形態と共通の構成要素に
は、同一の符号を付けて、その説明を省略する。なお、
コイル２のリード線としては同軸ケーブル１１が用いら
れ、その接続構造は第１実施形態と同様である。

【００２９】この高温用位置センサにおいては、ボビン
１の外周に周溝３０が形成されており、この周溝３０に
収まるように、コイル２が巻回されている。コイル２に
は、無機ワニス２０が含浸されており、この無機ワニス
２０により、コイル２の各巻き線間、およびコイル２と
ボビン１との間が固着されている。

【００３０】また、周溝３０の内部かつ無機ワニス２０
が含浸されたコイル２の外側には、セラミックパテ３１
が充填されている。セラミックパテ３１の外周面は平滑
にされ、かつ周溝３０に隣接するボビン１の外周面と面
一になされている。セラミックパテ３１は、上記の無機
接着剤７と同成分であるが、酸化物系セラミックの割合
が多くされたものである。

【００３１】この高温用位置センサにおいても、第１の
実施形態と同様の効果が達成される。さらに、コイル２
の周囲にセラミックパテ３１を配置したことにより、機
械的強度が向上し、コイル２の緩みや巻き線の移動をさ
らに抑制することができる。また、セラミックパテ３１
の外周面は平滑にされ、かつ周溝３０に隣接するボビン
１の外周面と面一になされているため、ボビン１の表面
の凹凸がなくされ、ボビン１に異物が引っかかってボビ
ン１を破損してしまうおそれをなくすことができる。

【００３２】なお、この実施形態のように、周溝３０に
セラミックパテ３１を充填する場合には、無機ワニス２
０を使用しなくても、コイル２にセラミックパテ３１が
含浸され、セラミックパテ３１により、コイル２の各巻
き線間、およびコイル２とボビン１との間が固着され
る。従って、無機ワニス２０の使用を省略してもよい。

【００３３】３．第３実施形態 図４は本発明の第３実施形態に係る高温用位置センサを
示す。図４において、第２実施形態と共通の構成要素に
は、同一の符号を付けて、その説明を省略する。なお、
コイル２のリード線としては同軸ケーブル１１が用いら
れ、その接続構造は第１実施形態と同様である。

【００３４】この高温用位置センサにおいて、周溝３０
の内部かつ無機ワニス２０が含浸されたコイル２の外側
には、セラミック製の円形のリング３２が配置されてい
る。リング３２は、リング３２をその軸線を含む一平面
で切断した形状の二つの半リング体３２ａ，３２ｂとか
ら構成されている。このリング３２をなす半リング体３
２ａ，３２ｂは、ボビン１と同様に、ジルコニア、アル
ミナ、シリカ、マイカ系などのセラミック成型品であ
り、これらの半リング体３２ａ，３２ｂは無機接着剤３
３により互いに接着されている。なお、半リング体３２
ａ，３２ｂは、加圧成型により製作し、機械的強度を高
めておくのが好ましい。

【００３５】また、リング３２は、上記の無機接着剤３
３により周溝３０に固着されている。リング３２の外周
面は平滑にされ、かつ周溝３０に隣接するボビン１の外
周面と面一になされている。

【００３６】この高温用位置センサにおいても、第１の
実施形態と同様の効果が達成される。さらに、コイル２
の周囲にリング３２を配置したことにより、機械的強度
が向上し、コイル２の緩みや巻き線の移動をさらに抑制
することができる。また、リング３２の外周面は平滑に
され、かつ周溝３０に隣接するボビン１の外周面と面一
になされているため、ボビン１の表面の凹凸がなくさ
れ、ボビン１に異物が引っかかってボビン１を破損して
しまうおそれをなくすことができる。しかも、セラミッ
ク製のリング３２は機械的強度が高いため、万一、リン
グ３２を何かに衝突させたりしても、破損するおそれが
少ない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高温環境下でも長時間の使用が可能である。さらに、ボ
ビンに螺旋溝を形成するような手間をかける必要がない
ため、高温用位置センサを容易に製造することが可能で
ある。しかも、コイルを構成する導線は、セラミック絶
縁体で被覆されているため、コイルの巻き線同士で短絡
することがない。さらに、コイルとボビンの熱膨張差に
より熱応力が発生したとしても、無機絶縁ワニスまたは
セラミックパテによりコイルはボビンにより固着されて
いるから、コイルの緩みや巻き線の移動を抑制すること
ができ、高温用位置センサの検出特性が不安定になるの
も抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る高温用位置セン
サを示す断面図である。

【図２】 第１実施形態に係る高温用位置センサに用い
られる電線の接続構造を示す断面図である。

【図３】 本発明の第２実施形態に係る高温用位置セン
サを示す側面図である。

【図４】 本発明の第３実施形態に係る高温用位置セン
サを示す側面図である。

【符号の説明】

１…ボビン、２…コイル、２ｃ…導体部、１１…同軸ケ
ーブル、１２…外部導体（リード線）、１３…内部導体
（リード線）、２０…無機ワニス、２４…金属管、２５
…金属体、２６…無機絶縁スリーブ、２７…無機ワニ
ス、３０…周溝、３１…セラミックパテ、３２…リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村岸 恭次 三重県伊勢市竹ケ鼻町100 神鋼電機株式 会社伊勢製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック製のボビンと、 セラミック絶縁体を外周に被覆した導線を上記ボビンに
   巻回してなるコイルと、 上記コイルの各巻き線間、および上記コイルと上記ボビ
   ンとの間を固着する無機絶縁ワニスとを備えることを特
   徴とする高温用位置センサ。
2. 【請求項２】 上記ボビンの外周には周溝が形成されて
   おり、上記周溝に収まるように上記コイルが巻回されて
   おり、上記周溝の内部かつ上記コイルの外側には、セラ
   ミックパテが充填されていることを特徴とする請求項１
   に記載の高温用位置センサ。
3. 【請求項３】 外周に周溝が形成されたセラミック製の
   ボビンと、 セラミック絶縁体を外周に被覆した導線を上記周溝に収
   まるように上記ボビンに巻回してなるコイルと、 上記周溝の内部に充填され、上記コイルの各巻き線間、
   および上記コイルと上記ボビンとの間を固着するセラミ
   ックパテとを備えることを特徴とする高温用位置セン
   サ。
4. 【請求項４】 上記ボビンの外周には周溝が形成されて
   おり、上記周溝に収まるように上記コイルが巻回されて
   おり、上記周溝の内部かつ上記コイルの外側には、セラ
   ミック製のリングが配置されていることを特徴とする請
   求項１に記載の高温用位置センサ。
5. 【請求項５】 上記コイルをなす導線は、金属管の一端
   内に挿入され、上記金属管の他端内にはリード線が挿入
   され、上記金属管は側方から押圧されて上記導線および
   上記リード線と圧着されており、上記金属管および上記
   導線および上記リード線の外側は金属体により鍍金さ
   れ、上記金属体の周囲は無機絶縁材料により被覆されて
   いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
   載の高温用位置センサ。