基板形複層コイル及び変位センサ装置
【課題】軽量・コンパクトで、かつ、所望のインダクタンスを確保することができる基板形複層コイル及びこれを含む変位センサ装置を提供する。
【解決手段】本発明の基板形複層コイル１は、導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイル３を渦巻の中心線方向へ複層に設けた複層コイル３Ｍと、隣接するコイル間に介在する例えばフレキシブルプリント基板２からなる絶縁層と、この絶縁層に設けられ、全てのコイル３を、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路５１〜５３とを備えたものである。
【解決手段】本発明の基板形複層コイル１は、導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイル３を渦巻の中心線方向へ複層に設けた複層コイル３Ｍと、隣接するコイル間に介在する例えばフレキシブルプリント基板２からなる絶縁層と、この絶縁層に設けられ、全てのコイル３を、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路５１〜５３とを備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象物の変位を検出する変位センサ装置に関し、特に、そのセンサのコイルの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の分野において、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ている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような転がり軸受装置においては、車体側の固定軌道輪に転動体を介して、可動軌道輪である内軸が回転自在に支持され、この内軸に車輪が取り付けられる。変位センサ装置は、内軸の端部の外周に対向して設けられており、車輪に荷重が作用した際に発生する内軸の変位を、インダクタンスの変化として出力する。そして、これらの変位センサ装置に接続された信号処理回路は、インダクタンスの変化に基づいて、変位を示す信号を生成し、当該信号をＥＣＵ（電子制御ユニット）に提供する。これによってＥＣＵは、車輪に作用する荷重を求めることができる。
【０００４】
インダクタンスの変化を捉えるセンサ（検知部）としては、積層鋼板にコイルを巻回したものが使用される。具体的には、リング状に形成された積層鋼板の周方向９０度ごとに合計４個のコイルを巻回したものを１セットとして、これが、軸方向に２セット設けられる。すなわち、全体で、積層鋼板２リングと、コイル８個が必要である。このようなセンサの構造は、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、組立工数も多くなる。
【０００５】
一方、プリント基板のような平面上に、渦巻状のコイルを構成し、インダクタとしたものもある（例えば、特許文献２，３参照。）。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。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２７２５３号公報
【特許文献２】特表２００６−５０９１８９号公報（図１他）
【特許文献３】特開２００５−３０３１０６号公報（段落［０００５］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、平面コイルのインダクタは、ターン数が大きくなるほど渦巻の最大径が大きくなる。従って、最外径を抑制すると大きなターン数を確保することができず、センサ感度が上がらない。逆に、センサ感度を上げるためにターン数確保を優先すれば、渦巻が大きくなって基板の面積が増大することになる。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、軽量・コンパクトで、かつ、所望のインダクタンスを確保することができる基板形複層コイル及びこれを含む変位センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の基板形複層コイルは、導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けた複層コイルと、隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路とを備えたものである。
上記のように構成された基板形複層コイルでは、渦巻状のコイルを複層に構成することにより、ターン数を多く確保し、かつ、コイルが設けられる面領域の増大を抑制することができる。
【０００９】
また、上記基板形複層コイルにおいて、複層コイルは、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であり、導電路は、絶縁層に設けられたスルーホールに沿って形成され、コイルの内・外いずれか一方の巻端を、隣接する他のコイルの当該一方の巻端と接続することにより全てのコイルを直列接続するようにしてもよい。
この場合、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であることにより、電流を、その巻き方向を変えずに隣接する２つのコイルに流すことができる。例えば一のコイルの外側の巻端から電流が流れ込むとすると、電流は例えば右巻きに渦の中心へ向かい、隣接する他のコイルに達すると、今度は、右巻きに渦の外側へ向かい、当該コイルの外側の巻端に達する。従って、電流は常に右巻きに流れ、右巻きのターン数が累積されることになる。これは、逆方向でも同様である。
また、この場合、隣接するコイル間を実質的に最短距離の導電路で繋ぐことができる。
【００１０】
また、上記基板形複層コイルにおいて、絶縁層はフレキシブルプリント基板により構成されていてもよい。
この場合、基板形複層コイル全体を、容易に、曲面状（典型的には円筒状）とすることができる。従って、例えば円柱状又は円筒状の物体の表面に沿わせるセンサを構成するには好適である。
【００１１】
また、上記基板形複層コイルにおいて、スルーホールは全ての絶縁層を貫くものであり、当該スルーホールは上記中心線方向と直交する一方向に並んでいることが好ましい。
この場合、複層の数が増えると当該一方向に並ぶスルーホールが増えて複層コイルが占有する面積がその方向に徐々に拡がるが、当該一方向及び中心線方向に共に直交する他方向には拡がらない。従って、当該他方向に関しては、複層の数に関係なく一定のコンパクトな寸法とすることができる。
【００１２】
一方、本発明は、金属製の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、
導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けたものであり、渦巻面が前記検出対象物と対向する複層コイルと、隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路と、前記複層コイルのインダクタンス及び前記複層コイルと前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスによって構成されるＬＣ回路を交流信号で駆動したときの出力信号を抽出する信号処理回路とを備えたものである。
上記のように構成された変位センサ装置では、渦巻状のコイルを複層に構成することにより、ターン数を多く確保し、かつ、コイルが設けられる面領域の増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、軽量・コンパクトで、かつ、所望のインダクタンスを確保する基板形複層コイルを提供することができる。また、所望のセンサ感度を得るためにセンサのコイルに必要となるインダクタンスを確保しつつ、軽量・コンパクトな変位センサ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の基板形複層コイルの前提的要素とな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１ｐは、（ａ）に示すように、基板上、好ましくは、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１ｐは、例えば、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。
【００１５】
（ｂ）は、平面コイル１ｐ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１ｐ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１ｐとのギャップによって変化する。
【００１６】
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。
【００１７】
次に、本発明の一実施形態に係る基板形複層コイル１について説明する。図３は、当該基板形複層コイル１を示す斜視図である。ここで、図示のＸ，Ｙ，Ｚは、互いに直交する３方向である。
図において、Ｘ−Ｚ平面上で、導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイル３は、渦巻の中心線方向（Ｙ方向）へ複層（２層）に設けられ、全体として複層コイル３Ｍを構成している。隣接するコイル３間には、絶縁層としてのフレキシブルプリント基板２が介在している。フレキシブルプリント基板２には、図示しないスルーホールに沿って導電路５が形成されている。この導電路５を介して、上下のコイル３が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、２つのコイル３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。
【００１８】
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んだ場合、電流は右巻きに渦の中心へ向かい、下のコイル３に達すると、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。
【００１９】
このようにして、厚さ方向（渦巻の中心線方向）には極めて薄い基板形複層コイル１でありながら、１個のコイル３の２倍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。また、複層化により、コイルが設けられる面領域の増大を抑制することができる。
さらに、スルーホールの導電路５によって層間の接続を行うので、導電路５の長さは実質的に最短距離であり、無駄がない。また、２つのコイル３の渦巻中心がずれないので、磁束の相殺が生じにくく、無駄なくインダクタンスを獲得することができる。
【００２０】
一方、２つのコイル３は互いに逆の渦巻きであり、同一形態ではないため、Ｘ−Ｚ平面で通し見た２つのコイル３は、重なっている部分と、重ならない部分とがあり、この重ならない部分があることで、全体として、１個のコイルよりもパターン面積が増大することになる。このため、Ｙ方向に金属製の物体が存在するとして、複層コイル３Ｍに交流信号を与えたとき、当該物体との間に現れるキャパシタンスは、単層コイルの場合より大きくなる。すなわち、コイルの複層化により、対物キャパシタンスを増大させることができる。
【００２１】
次に、本発明の他の実施形態に係る基板形複層コイル１について説明する。図４は、当該基板形複層コイル１を示す斜視図である。この構成は、図３よりもさらに基板形複層コイル１の複層化を発展させたものである。
図において、Ｘ−Ｚ平面上で導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイル３は、渦巻の中心線方向（Ｙ方向）へ複層（４層）に設けられ、全体として複層コイル３Ｍを構成している。隣接するコイル３間には、絶縁層としてのフレキシブルプリント基板２が介在している。フレキシブルプリント基板２には、スルーホールｈ１，ｈ２，ｈ３に沿ってそれぞれ導電路５１，５２，５３が形成されている。スルーホールｈ１，ｈ２は、一方向（この例ではＺ方向）にピッチＰで並んでいる。図３と比較すると、ピッチＰの分だけ、複層コイル３Ｍの全体としてのＺ方向寸法は大きくなるが、Ｘ方向の寸法は同じである。
【００２２】
コイル３について上から順に第１〜４層とすると、第１層のコイル３の内側の巻端と第２層のコイル３の内側の巻端とは、導電路５１を介して互いに接続されている。第２層のコイル３の外側の巻端と第３層のコイル３の外側の巻端とは、導電路５３を介して互いに接続されている。そして、第３層のコイル３の内側の巻端と第４層のコイル３の内側の巻端とは、導電路５２を介して互いに接続されている。こうして、合計４層のコイル３が互いに直列接続されている。
【００２３】
また、合計４層のコイル３のうち、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が逆になっている。すなわち、第１層のコイル３と第２層のコイル３とでは渦巻の巻き方が互いに逆であり、第２層のコイル３と第３層のコイル３とでは渦巻の巻き方が互いに逆であり、さらに、第３層のコイル３と第４層のコイル３とでは渦巻の巻き方が互いに逆である。
なお、図を見易くするために４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、隣接する２つのコイル間に、フレキシブルプリント基板２を挟んで、全体として厚さの薄い基板形複層コイル１が構成されている。
【００２４】
４つのコイル３は、同じ方向（例えば上方）から見ると交互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、第１層のコイル３の外側の巻端から電流が流れ込んだ場合、電流は右巻きに渦の中心へ向かい、導電路５１を通って第２層のコイル３に達すると、今度は、右巻きに渦の外側へ向かい、第２層のコイル３の外側の巻端に達する。続いて、導電路５３を通って第３層のコイル３の外側の巻端に達した電流は、右巻きに渦の中心へ向かい、導電路５２を通って第４層のコイル３に達すると、今度は、右巻きに渦の外側へ向かい、第４層のコイル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。
【００２５】
このようにして、厚さ方向（渦巻の中心線方向）には極めて薄い基板形複層コイル１でありながら、１個のコイル３の４倍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。また、複層化により、コイルが設けられる面領域の増大を抑制することができる。
さらに、スルーホールの導電路５によって層間の接続を行うので、導電路５の長さは実質的に最短距離であり、無駄がない。また、４つのコイル３の渦巻中心がほとんどずれないので、磁束の相殺が生じにくく、無駄なく大きなインダクタンスを獲得することができる。
【００２６】
一方、４つのコイル３は交互に逆の渦巻きであり、かつ、１つおきに同じ巻き方の渦巻であっても２つの巻端の位置が同じではない。すなわち、４つのコイル３は、相互に同一形態ではない。従って、Ｘ−Ｚ平面で通し見た４つのコイル３は、重なっている部分と、重ならない部分とがあり、この重ならない部分があることで、全体として、１個のコイルよりもパターン面積が増大することになる。このため、図３の構成の場合と同様に、コイルの複層化により、対物キャパシタンスを増大させることができる。
【００２７】
なお、図４でコイル３を４層としたのは一例に過ぎず、必要に応じてさらに多層としてもよいし、奇数層の構成であってもよい。基本的には２層以上であればよい。複層コイル全体としての両方の巻端を共に渦巻の外側とするためには、図４の構成を基本とした偶数層にすればよい。
この場合、複層の数が増えるとＺ方向に並ぶスルーホールの数が増えて複層コイル３Ｍが占有する面積がその方向に徐々に拡がるが、Ｘ方向には拡がらない。従って、Ｘ方向に関しては、複層の数に関係なく一定のコンパクトな寸法とすることができる。
【００２８】
なお、スルーホールには貫通タイプと、非貫通タイプとがあり、図４は、スルーホールｈ１，ｈ２，ｈ３が非貫通であるように描いている。しかしながら、実際には貫通スルーホールが一般的である。図５は、貫通スルーホールの存在を前提とした、図４と同様の基板形複層コイルを示す斜視図である。この場合、各スルーホールは４層全てにわたって存在している。
【００２９】
なお、図４，図５では渦巻の巻き方が順に逆になるような構成に基づいてスルーホールを利用したが、原理的には電流の巻き方向が同一になるように全てのコイルを直列接続することができればよい。
例えば図１１は、同じ巻き方の渦巻であるコイル３を４層に構成した基板形複層コイル１を示す斜視図である。この場合の導電路５は、一のコイル３の内側の巻端と、隣接する他のコイル３の外側の巻端とを繋ぐ必要があるので、図４，図５のように簡単な構成ではない。しかし、例えば、導電路５を含む層（この例では全部で３層）を余分に用意すれば、全体の層数は増えるが（４＋３層）、実現可能な構成ではある。
【００３０】
なお、上述のような基板形複層コイル１は、フレキシブルプリント基板２の使用により、容易に、曲面状（典型的には円筒状）とすることができる。従って、例えば円柱状又は円筒状の物体の表面に沿わせるセンサを構成するには好適である。
【００３１】
次に、上記のような基板形複層コイル１を用いた本願発明の一実施形態に係る変位センサ装置について説明する。
図６の（ａ）は、変位センサ装置に用いられる基板形センサ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個の複層コイル３Ｍ（各個共通の符号）が２段に、合計８個設けられている。なお、図では複層コイル３Ｍを簡略化して同心円のように描いているが、実際は、図３や図４に示したような渦巻である（以下、同様。）。
【００３２】
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−）
各複層コイル３Ｍ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。
【００３３】
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。
【００３４】
図７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。内周面にフレキシブルプリント基板２を固定するには、例えば、耐熱樹脂接着剤を使用することができる。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。
【００３５】
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、可動輪に回転体（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。
【００３６】
図８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を示している。（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（例えば３ｍｍ程度）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。
【００３７】
図９は、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。変位センサ装置２０は、基板形センサ１０に搭載された複層コイル３Ｍの他、信号処理回路１７を備えている。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。
【００３８】
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。
なお、信号処理回路１７は、基板形センサ１０とは別に設けられるが、フレキシブルプリント基板２の空きスペースに実装することも可能である。
【００３９】
以上のように、上記実施形態に係る変位センサ装置２０によれば、基板形複層コイル３Ｍを変位検出のセンサとすることで、所望のセンサ感度を得るためにセンサのコイルに必要となるインダクタンスを確保しつつ、軽量・コンパクトな変位センサ装置を提供することができる。
また、フレキシブルプリント基板２は変形容易であり、回転体１２の表面に自在に近接させることができる。近接によって、複層コイル３Ｍ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複層コイル３Ｍ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することができる。
【００４０】
上記各実施形態に係る変位センサ装置２０は、例えば、自動車の車輪を回転自在に支持する転がり軸受装置に搭載することができる。
図１０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１０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１０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。
【００４１】
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、主軸部１０２ａは、前述の回転体１２（図７）に相当する部分である。
【００４２】
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軌道輪である。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軌道輪である。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。
【００４３】
このように構成されたハブユニット１００において、図７の基板形センサ１０を、支持部１１と共に、外輪１０１の内周面上に取り付けることにより、内軸１０２の変位を検出することができる。
この場合、基板形センサ１０等を搭載しつつも、コンパクトなハブユニット１００を提供することができる。すなわち、従来は搭載不可能であった転がり軸受装置の内外輪間のような狭い場所にも、基板形センサを搭載することができるようになる。
【００４４】
なお、上記各実施形態の基板形複層コイル１は、変位センサ以外にも、各種用途のインダクタとして使用可能である。
また、上記実施形態の変位センサ装置２０は、転がり軸受装置に限らず種々の装置の変位検出に用いることができる。また、ターゲットを周期的に検出すれば、変位検出に基づいて速度検出や回転数検出も行うことができる。
また、変位センサ装置における検出対象物は回転体に限られるものではなく、軸動型の機器や、往復動の機器等、種々の機器において変位を生じる物体を検出対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の基板形複層コイルの基本的要素となる平面コイルの原理を説明する図である。
【図２】ＬＣ回路の周波数特性の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板形複層コイルを示す斜視図である。
【図４】他の実施形態に係る基板形複層コイルを示す斜視図である。
【図５】貫通スルーホールの存在を前提とした、図４と同様の基板形複層コイルを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る変位センサ装置に用いられる基板形センサの展開図及び円筒状に丸めた状態の斜視図である。
【図７】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。
【図８】（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を示し、（ｂ）は、これを回転体の軸方向から見た図である。
【図９】変位センサ装置の回路構成の一例を示す回路図である。
【図１０】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。
【図１１】基板形複層コイルのさらに他の実施形態として、同じ巻き方の渦巻であるコイルを４層に構成した基板形複層コイルを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 基板形複層コイル
２ フレキシブルプリント基板（絶縁層）
３ コイル
３Ｍ 複層コイル
５ 導電路
１２ 回転体（検出対象物）
１７ 信号処理回路
２０ 変位センサ装置
５１〜５３ 導電路
ｈ１，ｈ２，ｈ３ スルーホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象物の変位を検出する変位センサ装置に関し、特に、そのセンサのコイルの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の分野において、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ている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような転がり軸受装置においては、車体側の固定軌道輪に転動体を介して、可動軌道輪である内軸が回転自在に支持され、この内軸に車輪が取り付けられる。変位センサ装置は、内軸の端部の外周に対向して設けられており、車輪に荷重が作用した際に発生する内軸の変位を、インダクタンスの変化として出力する。そして、これらの変位センサ装置に接続された信号処理回路は、インダクタンスの変化に基づいて、変位を示す信号を生成し、当該信号をＥＣＵ（電子制御ユニット）に提供する。これによってＥＣＵは、車輪に作用する荷重を求めることができる。
【０００４】
インダクタンスの変化を捉えるセンサ（検知部）としては、積層鋼板にコイルを巻回したものが使用される。具体的には、リング状に形成された積層鋼板の周方向９０度ごとに合計４個のコイルを巻回したものを１セットとして、これが、軸方向に２セット設けられる。すなわち、全体で、積層鋼板２リングと、コイル８個が必要である。このようなセンサの構造は、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、組立工数も多くなる。
【０００５】
一方、プリント基板のような平面上に、渦巻状のコイルを構成し、インダクタとしたものもある（例えば、特許文献２，３参照。）。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。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２７２５３号公報
【特許文献２】特表２００６−５０９１８９号公報（図１他）
【特許文献３】特開２００５−３０３１０６号公報（段落［０００５］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、平面コイルのインダクタは、ターン数が大きくなるほど渦巻の最大径が大きくなる。従って、最外径を抑制すると大きなターン数を確保することができず、センサ感度が上がらない。逆に、センサ感度を上げるためにターン数確保を優先すれば、渦巻が大きくなって基板の面積が増大することになる。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、軽量・コンパクトで、かつ、所望のインダクタンスを確保することができる基板形複層コイル及びこれを含む変位センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の基板形複層コイルは、導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けた複層コイルと、隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路とを備えたものである。
上記のように構成された基板形複層コイルでは、渦巻状のコイルを複層に構成することにより、ターン数を多く確保し、かつ、コイルが設けられる面領域の増大を抑制することができる。
【０００９】
また、上記基板形複層コイルにおいて、複層コイルは、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であり、導電路は、絶縁層に設けられたスルーホールに沿って形成され、コイルの内・外いずれか一方の巻端を、隣接する他のコイルの当該一方の巻端と接続することにより全てのコイルを直列接続するようにしてもよい。
この場合、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であることにより、電流を、その巻き方向を変えずに隣接する２つのコイルに流すことができる。例えば一のコイルの外側の巻端から電流が流れ込むとすると、電流は例えば右巻きに渦の中心へ向かい、隣接する他のコイルに達すると、今度は、右巻きに渦の外側へ向かい、当該コイルの外側の巻端に達する。従って、電流は常に右巻きに流れ、右巻きのターン数が累積されることになる。これは、逆方向でも同様である。
また、この場合、隣接するコイル間を実質的に最短距離の導電路で繋ぐことができる。
【００１０】
また、上記基板形複層コイルにおいて、絶縁層はフレキシブルプリント基板により構成されていてもよい。
この場合、基板形複層コイル全体を、容易に、曲面状（典型的には円筒状）とすることができる。従って、例えば円柱状又は円筒状の物体の表面に沿わせるセンサを構成するには好適である。
【００１１】
また、上記基板形複層コイルにおいて、スルーホールは全ての絶縁層を貫くものであり、当該スルーホールは上記中心線方向と直交する一方向に並んでいることが好ましい。
この場合、複層の数が増えると当該一方向に並ぶスルーホールが増えて複層コイルが占有する面積がその方向に徐々に拡がるが、当該一方向及び中心線方向に共に直交する他方向には拡がらない。従って、当該他方向に関しては、複層の数に関係なく一定のコンパクトな寸法とすることができる。
【００１２】
一方、本発明は、金属製の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、
導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けたものであり、渦巻面が前記検出対象物と対向する複層コイルと、隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路と、前記複層コイルのインダクタンス及び前記複層コイルと前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスによって構成されるＬＣ回路を交流信号で駆動したときの出力信号を抽出する信号処理回路とを備えたものである。
上記のように構成された変位センサ装置では、渦巻状のコイルを複層に構成することにより、ターン数を多く確保し、かつ、コイルが設けられる面領域の増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、軽量・コンパクトで、かつ、所望のインダクタンスを確保する基板形複層コイルを提供することができる。また、所望のセンサ感度を得るためにセンサのコイルに必要となるインダクタンスを確保しつつ、軽量・コンパクトな変位センサ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の基板形複層コイルの前提的要素とな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１ｐは、（ａ）に示すように、基板上、好ましくは、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１ｐは、例えば、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。
【００１５】
（ｂ）は、平面コイル１ｐ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１ｐ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１ｐとのギャップによって変化する。
【００１６】
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。
【００１７】
次に、本発明の一実施形態に係る基板形複層コイル１について説明する。図３は、当該基板形複層コイル１を示す斜視図である。ここで、図示のＸ，Ｙ，Ｚは、互いに直交する３方向である。
図において、Ｘ−Ｚ平面上で、導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイル３は、渦巻の中心線方向（Ｙ方向）へ複層（２層）に設けられ、全体として複層コイル３Ｍを構成している。隣接するコイル３間には、絶縁層としてのフレキシブルプリント基板２が介在している。フレキシブルプリント基板２には、図示しないスルーホールに沿って導電路５が形成されている。この導電路５を介して、上下のコイル３が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、２つのコイル３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。
【００１８】
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んだ場合、電流は右巻きに渦の中心へ向かい、下のコイル３に達すると、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。
【００１９】
このようにして、厚さ方向（渦巻の中心線方向）には極めて薄い基板形複層コイル１でありながら、１個のコイル３の２倍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。また、複層化により、コイルが設けられる面領域の増大を抑制することができる。
さらに、スルーホールの導電路５によって層間の接続を行うので、導電路５の長さは実質的に最短距離であり、無駄がない。また、２つのコイル３の渦巻中心がずれないので、磁束の相殺が生じにくく、無駄なくインダクタンスを獲得することができる。
【００２０】
一方、２つのコイル３は互いに逆の渦巻きであり、同一形態ではないため、Ｘ−Ｚ平面で通し見た２つのコイル３は、重なっている部分と、重ならない部分とがあり、この重ならない部分があることで、全体として、１個のコイルよりもパターン面積が増大することになる。このため、Ｙ方向に金属製の物体が存在するとして、複層コイル３Ｍに交流信号を与えたとき、当該物体との間に現れるキャパシタンスは、単層コイルの場合より大きくなる。すなわち、コイルの複層化により、対物キャパシタンスを増大させることができる。
【００２１】
次に、本発明の他の実施形態に係る基板形複層コイル１について説明する。図４は、当該基板形複層コイル１を示す斜視図である。この構成は、図３よりもさらに基板形複層コイル１の複層化を発展させたものである。
図において、Ｘ−Ｚ平面上で導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイル３は、渦巻の中心線方向（Ｙ方向）へ複層（４層）に設けられ、全体として複層コイル３Ｍを構成している。隣接するコイル３間には、絶縁層としてのフレキシブルプリント基板２が介在している。フレキシブルプリント基板２には、スルーホールｈ１，ｈ２，ｈ３に沿ってそれぞれ導電路５１，５２，５３が形成されている。スルーホールｈ１，ｈ２は、一方向（この例ではＺ方向）にピッチＰで並んでいる。図３と比較すると、ピッチＰの分だけ、複層コイル３Ｍの全体としてのＺ方向寸法は大きくなるが、Ｘ方向の寸法は同じである。
【００２２】
コイル３について上から順に第１〜４層とすると、第１層のコイル３の内側の巻端と第２層のコイル３の内側の巻端とは、導電路５１を介して互いに接続されている。第２層のコイル３の外側の巻端と第３層のコイル３の外側の巻端とは、導電路５３を介して互いに接続されている。そして、第３層のコイル３の内側の巻端と第４層のコイル３の内側の巻端とは、導電路５２を介して互いに接続されている。こうして、合計４層のコイル３が互いに直列接続されている。
【００２３】
また、合計４層のコイル３のうち、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が逆になっている。すなわち、第１層のコイル３と第２層のコイル３とでは渦巻の巻き方が互いに逆であり、第２層のコイル３と第３層のコイル３とでは渦巻の巻き方が互いに逆であり、さらに、第３層のコイル３と第４層のコイル３とでは渦巻の巻き方が互いに逆である。
なお、図を見易くするために４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、隣接する２つのコイル間に、フレキシブルプリント基板２を挟んで、全体として厚さの薄い基板形複層コイル１が構成されている。
【００２４】
４つのコイル３は、同じ方向（例えば上方）から見ると交互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、第１層のコイル３の外側の巻端から電流が流れ込んだ場合、電流は右巻きに渦の中心へ向かい、導電路５１を通って第２層のコイル３に達すると、今度は、右巻きに渦の外側へ向かい、第２層のコイル３の外側の巻端に達する。続いて、導電路５３を通って第３層のコイル３の外側の巻端に達した電流は、右巻きに渦の中心へ向かい、導電路５２を通って第４層のコイル３に達すると、今度は、右巻きに渦の外側へ向かい、第４層のコイル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。
【００２５】
このようにして、厚さ方向（渦巻の中心線方向）には極めて薄い基板形複層コイル１でありながら、１個のコイル３の４倍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。また、複層化により、コイルが設けられる面領域の増大を抑制することができる。
さらに、スルーホールの導電路５によって層間の接続を行うので、導電路５の長さは実質的に最短距離であり、無駄がない。また、４つのコイル３の渦巻中心がほとんどずれないので、磁束の相殺が生じにくく、無駄なく大きなインダクタンスを獲得することができる。
【００２６】
一方、４つのコイル３は交互に逆の渦巻きであり、かつ、１つおきに同じ巻き方の渦巻であっても２つの巻端の位置が同じではない。すなわち、４つのコイル３は、相互に同一形態ではない。従って、Ｘ−Ｚ平面で通し見た４つのコイル３は、重なっている部分と、重ならない部分とがあり、この重ならない部分があることで、全体として、１個のコイルよりもパターン面積が増大することになる。このため、図３の構成の場合と同様に、コイルの複層化により、対物キャパシタンスを増大させることができる。
【００２７】
なお、図４でコイル３を４層としたのは一例に過ぎず、必要に応じてさらに多層としてもよいし、奇数層の構成であってもよい。基本的には２層以上であればよい。複層コイル全体としての両方の巻端を共に渦巻の外側とするためには、図４の構成を基本とした偶数層にすればよい。
この場合、複層の数が増えるとＺ方向に並ぶスルーホールの数が増えて複層コイル３Ｍが占有する面積がその方向に徐々に拡がるが、Ｘ方向には拡がらない。従って、Ｘ方向に関しては、複層の数に関係なく一定のコンパクトな寸法とすることができる。
【００２８】
なお、スルーホールには貫通タイプと、非貫通タイプとがあり、図４は、スルーホールｈ１，ｈ２，ｈ３が非貫通であるように描いている。しかしながら、実際には貫通スルーホールが一般的である。図５は、貫通スルーホールの存在を前提とした、図４と同様の基板形複層コイルを示す斜視図である。この場合、各スルーホールは４層全てにわたって存在している。
【００２９】
なお、図４，図５では渦巻の巻き方が順に逆になるような構成に基づいてスルーホールを利用したが、原理的には電流の巻き方向が同一になるように全てのコイルを直列接続することができればよい。
例えば図１１は、同じ巻き方の渦巻であるコイル３を４層に構成した基板形複層コイル１を示す斜視図である。この場合の導電路５は、一のコイル３の内側の巻端と、隣接する他のコイル３の外側の巻端とを繋ぐ必要があるので、図４，図５のように簡単な構成ではない。しかし、例えば、導電路５を含む層（この例では全部で３層）を余分に用意すれば、全体の層数は増えるが（４＋３層）、実現可能な構成ではある。
【００３０】
なお、上述のような基板形複層コイル１は、フレキシブルプリント基板２の使用により、容易に、曲面状（典型的には円筒状）とすることができる。従って、例えば円柱状又は円筒状の物体の表面に沿わせるセンサを構成するには好適である。
【００３１】
次に、上記のような基板形複層コイル１を用いた本願発明の一実施形態に係る変位センサ装置について説明する。
図６の（ａ）は、変位センサ装置に用いられる基板形センサ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個の複層コイル３Ｍ（各個共通の符号）が２段に、合計８個設けられている。なお、図では複層コイル３Ｍを簡略化して同心円のように描いているが、実際は、図３や図４に示したような渦巻である（以下、同様。）。
【００３２】
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−）
各複層コイル３Ｍ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。
【００３３】
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。
【００３４】
図７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。内周面にフレキシブルプリント基板２を固定するには、例えば、耐熱樹脂接着剤を使用することができる。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。
【００３５】
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、可動輪に回転体（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。
【００３６】
図８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を示している。（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（例えば３ｍｍ程度）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。
【００３７】
図９は、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。変位センサ装置２０は、基板形センサ１０に搭載された複層コイル３Ｍの他、信号処理回路１７を備えている。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。
【００３８】
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。
なお、信号処理回路１７は、基板形センサ１０とは別に設けられるが、フレキシブルプリント基板２の空きスペースに実装することも可能である。
【００３９】
以上のように、上記実施形態に係る変位センサ装置２０によれば、基板形複層コイル３Ｍを変位検出のセンサとすることで、所望のセンサ感度を得るためにセンサのコイルに必要となるインダクタンスを確保しつつ、軽量・コンパクトな変位センサ装置を提供することができる。
また、フレキシブルプリント基板２は変形容易であり、回転体１２の表面に自在に近接させることができる。近接によって、複層コイル３Ｍ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複層コイル３Ｍ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することができる。
【００４０】
上記各実施形態に係る変位センサ装置２０は、例えば、自動車の車輪を回転自在に支持する転がり軸受装置に搭載することができる。
図１０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１０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１０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。
【００４１】
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、主軸部１０２ａは、前述の回転体１２（図７）に相当する部分である。
【００４２】
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軌道輪である。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軌道輪である。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。
【００４３】
このように構成されたハブユニット１００において、図７の基板形センサ１０を、支持部１１と共に、外輪１０１の内周面上に取り付けることにより、内軸１０２の変位を検出することができる。
この場合、基板形センサ１０等を搭載しつつも、コンパクトなハブユニット１００を提供することができる。すなわち、従来は搭載不可能であった転がり軸受装置の内外輪間のような狭い場所にも、基板形センサを搭載することができるようになる。
【００４４】
なお、上記各実施形態の基板形複層コイル１は、変位センサ以外にも、各種用途のインダクタとして使用可能である。
また、上記実施形態の変位センサ装置２０は、転がり軸受装置に限らず種々の装置の変位検出に用いることができる。また、ターゲットを周期的に検出すれば、変位検出に基づいて速度検出や回転数検出も行うことができる。
また、変位センサ装置における検出対象物は回転体に限られるものではなく、軸動型の機器や、往復動の機器等、種々の機器において変位を生じる物体を検出対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の基板形複層コイルの基本的要素となる平面コイルの原理を説明する図である。
【図２】ＬＣ回路の周波数特性の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板形複層コイルを示す斜視図である。
【図４】他の実施形態に係る基板形複層コイルを示す斜視図である。
【図５】貫通スルーホールの存在を前提とした、図４と同様の基板形複層コイルを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る変位センサ装置に用いられる基板形センサの展開図及び円筒状に丸めた状態の斜視図である。
【図７】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。
【図８】（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を示し、（ｂ）は、これを回転体の軸方向から見た図である。
【図９】変位センサ装置の回路構成の一例を示す回路図である。
【図１０】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。
【図１１】基板形複層コイルのさらに他の実施形態として、同じ巻き方の渦巻であるコイルを４層に構成した基板形複層コイルを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 基板形複層コイル
２ フレキシブルプリント基板（絶縁層）
３ コイル
３Ｍ 複層コイル
５ 導電路
１２ 回転体（検出対象物）
１７ 信号処理回路
２０ 変位センサ装置
５１〜５３ 導電路
ｈ１，ｈ２，ｈ３ スルーホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けた複層コイルと、
隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、
前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路と
を備えたことを特徴とする基板形複層コイル。
【請求項２】
前記複層コイルは、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であり、
前記導電路は、前記絶縁層に設けられたスルーホールに沿って形成され、前記コイルの内・外いずれか一方の巻端を、隣接する他のコイルの当該一方の巻端と接続することにより全ての前記コイルを直列接続する請求項１記載の基板形複層コイル。
【請求項３】
前記絶縁層はフレキシブルプリント基板により構成されている請求項１又は２に記載の基板形複層コイル。
【請求項４】
前記スルーホールは全ての前記絶縁層を貫くものであり、当該スルーホールは前記中心線方向と直交する一方向に並んでいる請求項２又は３に記載の基板形複層コイル。
【請求項５】
金属製の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、
導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けたものであり、渦巻面が前記検出対象物と対向する複層コイルと、
隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、
前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路と、
前記複層コイルのインダクタンス及び前記複層コイルと前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスによって構成されるＬＣ回路を交流信号で駆動したときの出力信号を抽出する信号処理回路と
を備えたことを特徴とする変位センサ装置。
【請求項１】
導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けた複層コイルと、
隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、
前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路と
を備えたことを特徴とする基板形複層コイル。
【請求項２】
前記複層コイルは、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であり、
前記導電路は、前記絶縁層に設けられたスルーホールに沿って形成され、前記コイルの内・外いずれか一方の巻端を、隣接する他のコイルの当該一方の巻端と接続することにより全ての前記コイルを直列接続する請求項１記載の基板形複層コイル。
【請求項３】
前記絶縁層はフレキシブルプリント基板により構成されている請求項１又は２に記載の基板形複層コイル。
【請求項４】
前記スルーホールは全ての前記絶縁層を貫くものであり、当該スルーホールは前記中心線方向と直交する一方向に並んでいる請求項２又は３に記載の基板形複層コイル。
【請求項５】
金属製の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、
導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けたものであり、渦巻面が前記検出対象物と対向する複層コイルと、
隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、
前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路と、
前記複層コイルのインダクタンス及び前記複層コイルと前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスによって構成されるＬＣ回路を交流信号で駆動したときの出力信号を抽出する信号処理回路と
を備えたことを特徴とする変位センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１２２０１２（Ｐ２０１０−１２２０１２Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９４７２２（Ｐ２００８−２９４７２２）
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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