変位検出用差動トランス及び角度検出器

【目的】検出しようとする変位に対し、直角方向の偏荷重の影響をなくす。
【構成】円筒状本体２１内に一体の突条で差動トランスコイル２２が位置決めされて取付けられ、本体２１のほぼ軸心位置に可動軸２９が隔壁３１，３２で軸方向に移動自在に保持され、コイル２２内で可動軸２９上に磁心２８が挿通固定される。可動軸２９の一端面に鋼球３７が固定され、その鋼球３７に一端面が対接されて伝達軸３８が軸心方向に移動自在に配される。ゴム製ジャバラ４３内に伝達軸３８が配され、その他端がジャバラ４３の一端に固定され、ジャバラ４３の他端は本体２１に固定される。ジャバラ４３の突出端面に、Ｌ字金具４６を介してローラ４７が回転自在に伝達軸３８に固定される。ローラ４７の軸心は伝達軸３８の延長線と直角とされる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は変位に応じて差動トランスの磁心を移動させてその変位を検出する変位検出用差動トランス、及びその差動トランスを用いて、バルブの開度のような角度を検出する角度検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５に従来の変位検出用差動トランスを示す。円筒体１１内に差動トランスコイル１２が同軸心的に嵌合収容され、差動トランスコイル１２の両端に一対の固定部材１３，１４が円筒体１１内に嵌合され、差動トランスコイル１２が固定保持される。差動トランスコイル１２内の軸心位置に柱状磁心１５が配され、磁心１５の一端より突出した可動軸１６が、一端が閉塞された円筒状固定部材１３を通じて外部に突出すると共に、その固定部材１３に、軸心に沿って移動自在に保持されている。可動軸１６の中間部に固定したつば１７と差動トランスコイル１２の端面との間にコイルばね１８が介在されて、可動軸１６が外側へ偏倚されている。
【０００３】可動軸１６の突出端、つまり検出端１９が被変位検出体に対接され、その被変位検出体の変位に応じて可動軸１６がその軸心に沿って移動し、つまり磁心１５が軸心に沿って移動し、被変位検出体の変位に応じた信号を差動トランスコイル１２から得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図５に示した従来の変位検出用差動トランスは、可動軸１６が固定部材１３に片持支持され、かつ被変位検出体と接する検出端１９が可動軸１６と一体に構成されているため、検出端１９が偏心荷重や偏心振動を受け、図５に点線で示すように可動軸１６と直角方向の力を受けると、磁心１５がその軸心に対し、直角方向に拡大偏位し、変位を正しく検出することができない。このため振動を受け易い現場での変位検出を高い精度で行うことは困難であった。
【０００５】差動トランスコイル１２を、固定部材１３，１４で挟み、かつこれらを円筒体１１で相対的に保持するため、４つの部品で相互に固定することになり、差動トランスコイル１２と磁心１５とを所定の位置関係にするためには、各部品の加工精度、及び組立て精度を高くする必要があった。検出端１９は先端がとがったものであるため、被変位検出体が可動軸１６と直角な平面で検出端１９と接触すればよいが、斜めに当ったり、被変位検出体の検出端１９との接触点が可動軸１６と直角方向又は斜め方向にずれると、検出端１９が滑らかでなく、がたついて移動する、いわゆるスティックスリップ現象が発生し、動作不良が生ずる場合があり、実用面での制限、使用する上での信頼性に問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の変位検出用差動トランスによれば、差動トランスコイルが本体に取付けられ、差動トランスコイル内の磁心の両端より突出した可動軸の両端部が本体に軸心方向に移動自在に保持され、その可動軸の一端面は半球状面とされ、可動軸の延長線上においてこれに沿って移動自在に伝達軸が本体に保持され、その伝達軸の一端面にコイルばねで可動軸の半球状面が圧接され、伝達軸は抜け止め手段により本体より抜け落ちないようにされている。
【０００７】請求項２の発明の角度検出器によればケースに請求項１の発明の変位検出用差動トランスが取付けられ、その伝達軸の他端に、その軸心とほぼ垂直な軸心をもつローラが回転自在に取付けられ、伝達軸の延長線上で、ローラの軸心と平行した軸心をもって入力軸が回転自在にケースに取付けられ、その入力軸にカムが取付けられ、カムの周面は入力軸からの距離が連続的に変化しており、この周面がローラと転接される。カム周面の短い径の部分がローラと接するようにカムが回動偏倚される。
【０００８】
【実施例】図１及び図２に請求項１の発明の実施例を示す。本体２１は円筒状をしており、この例では二つの半円筒状の半体２１ａと２１ｂとにより構成され、これらは合成樹脂材のモールド品として作られる。本体２１内に、その軸心方向におけるほぼ一半部内に差動トランスコイル２２がその軸心を本体２１の軸心とほぼ一致させて収容される。差動トランスコイル２２は例えばセラミック製のボビン２３上に巻かれている。ボビン２３を位置決め保持するために、本体２１の内周面に一対のリング状突条２４，２５が一体に形成され、突条２４，２５の互いの内側の面にボビン２３の両端面の周縁部がほぼ対接されて、軸心方向の位置決めがなされ、リング状突条２４，２５の互いの内側において突条２４，２５よりも低いリング状受け面２６，２７が形成され、受け面２６，２７にボビン２３の両端のつばの周面がほぼ嵌合されて、軸心と直角方向の位置決めがなされる。
【０００９】差動トランスコイル２２内の軸心位置に柱状磁心２８がほぼ同一軸心で、軸心に沿って移動自在に配される。磁心２８の両端から突出して可動軸２９が固定される。この例では可動軸２９が磁心２８に挿通されて固定されている。可動軸２９の両端部が本体２１に、軸心に沿って移動自在に保持される。このため本体２１内に、リング状突条２４，２５の互いの外側に隔壁３１，３２がそれぞれ一体に形成され、隔壁３１，３２の中心孔３３，３４に可動軸２９が挿通され、軸方向に移動自在に保持される。
【００１０】可動軸２９の一端面は半球状面３５とされる。この例では可動軸２９の一端上にねじが形成され、保持筒体３６の一端に可動軸２９がねじ込まれて固定され、保持筒体３６の他端面凹部に鋼球３７が保持され、鋼球３７により半球状面３５が構成される。可動軸２９の延長線上に、同一方向の伝達軸３８が配される。伝達軸３８の一端面は半球状面３５と対接される。コイルばね３９により可動軸２９の半球状面３５が伝達軸３８に圧接される。つまりコイルばね３９は可動軸２９の端部のつば、この例では保持筒体３６のつば４１と、隔壁３１との間に介在され、可動軸２９の外側に同軸心的に配される。
【００１１】伝達軸３８が抜け止め手段により、本体２１から抜け落ちないようにされる。この例では本体２１の端部の径が小とされ、その小径部の外周に周方向の溝４２が形成され、溝４２にゴム製の防じんジャバラ４３の一端が固定され、ジャバラ４３の他端の中心部に、その軸心に位置している伝達軸３８の他端面が固定される。伝達軸３８の本体２１側端部外周につば４４が形成され、つば４４が本体２１の端板４５に形成された孔を通過しないようにされる。
【００１２】この例ではジャバラ４３の外端面にＬ字状取付け具４６の一半部が対接されて伝達軸３８の一端にねじ止め固定され、取付け具４６の他半部にローラ４７が回転自在に取付けられる。ローラ４７の軸心は、伝達軸３８の延長線に対しほぼ直角である。ローラ４７はローラベアリングが好ましい。ローラ４７の本体２１に対する姿勢はジャバラ４３により常に一定に保持されている。
【００１３】本体２１の半体２１ａ，２１ｂとはその対接面の適当個所に形成した穴４８とピン（図示せず）とにより互いに位置決めされる。本体２１の一端部の両側に取付け部４９が一体に形成されている。また本体２１の他端部に導線引出し孔５１が形成され、その導線引出し孔５１が形成されている側に、配線基板取付け用のボス５２が本体２１の外周に４個所形成されている。
【００１４】上述の構成においてローラ４７が検出端として作用し、ローラ４７が本体２１側に押されると伝達軸３８が可動軸２９を押して磁心２８が差動トランスコイル２２内に深く入り、ローラ４７を押した被変位検出体が本体２１から離れる方向に移動すると、コイルばね３９の作用により、可動軸２９を介して伝達軸３８が被変位検出体に追従して突出し、磁心２８の差動トランスコイル２２に対する挿入が浅くなる。このようにして可動軸２９の延長線に沿う被変位検出体の変位を検出することができる。
【００１５】上述において、検出端はローラ４７でなくてもよく、例えば従来と同様に先細のものでもよく、この場合は伝達軸３８自体を先細としてもよく、またジャバラ４３を省略して本体２１の端板４５に形成した孔に伝達軸３８を軸受け保持させてもよい。半球状面３５は可動軸２９の端面を直接半球状面としてもよい。ジャバラ４３はベローズでもよい。
【００１６】次に図３及び図４を参照して請求項２の発明による角度検出器の実施例を説明する。ケース６１内に図１及び図２に示した変位検出用差動トランス６２が収容固定される。つまりケース６１内面に突出した固体部６３の側面に本体２１の取付け部４９が対接され、ねじ６４が取付け部４９にねじ込まれて固定される。ケース６１の端部内にローラ４７の移動方向とほぼ直角に入力軸６５がケース６１に回動自在に保持される。
【００１７】入力軸６５の一端部は外部に突出し、必要に応じてレバー６６が固定され、レバー６６を介して被検出角度が入力軸６５に与えられる。入力軸６５にカム６７が取付けられる。カム６７はその周面の入力軸６５に対する距離が連続的に変化する形状とされ、その周面、つまりカム面６８がローラ４７に転接される。入力軸６５のまわりにコイルばね６９が配され、コイルばね６９の一端はケース６１に立てたピン７１と係合し、他端はカム６７に立てたピン７２と係合してカム６７はその短かい径の部分がローラ４７と対向するように回動偏倚される。図４ではカム６７は右回りの回動偏倚力を受けている。入力軸６５に取付けたストッパ７３により、図に示していないがケース６１の外面凹部７４の形状によりカム６７の回動が初期回動位置で停止され、この位置でローラ４７が最も突出してカム面６８と接している。
【００１８】ボス５２に配線基板７５が取付けられる。この例はケース６１を本体２１が収容されるケース本体６１ａと、そのケース本体６１ａの配線基板７５側を蓋するカバー６１ｂと、ケース本体６１ａから突出したジャバラ４３を収容し、入力軸６５を保持するヘッド部６１ｃとにより構成し、これらを互いに取外し自在としている。またこれら各部の対接面にオーリング７６を介在させ、入力軸６５とその軸受７７との間にもオーリング７８を介在させ、ケース６１内を気密構造としている。ケース６１内には端子台７９が設けられている。ヘッド部６１ｃは図３においてケース本体６１ａに対し、上下を逆にして取付けることもできる。
【００１９】この構成において、被検出角度がレバー６６を介し、又は直接入力軸６５に与えられ、入力軸６５が左回りに回動すると、カム６７も回動し、ローラ４７と接する部分が入力軸６５からの距離が徐々に大となり、ローラ４７が本体２１側に押され、つまり被検出角度による回転が直線運動に変換されて、変位検出用差動トランス６２で被検出角度が変位として検出される。被検出角度が初期状態にもどると、ばね６９によりカム６７も初期状態にもどり、ローラ４７が最初の位置に突出する。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように請求項１の発明によれば検出端の変位が伝達軸を介し、かつその端面と半球状面３５との接点を介して可動軸２９に伝達されるため、検出端に伝達軸３８と直角方向の偏荷重や偏振動が加わっても、これは可動軸２９に伝達されないため、機械的なダメージを受けないばかりか、変位の可動軸２９に沿う成分のみしか伝達されないため、変位検出精度も高い状態に維持でき、振動、衝撃など過酷な使用条件でも耐久性が高く、かつ高精度が維持できる。
【００２１】また本体に差動トランスコイルを位置決め保持し、かつ可動軸も本体に保持されるため、簡単な組込みで高い位置精度を得ることができ、量産に適する。請求項２の発明によれば伝達軸の一端に回転自在に保持したローラに、入力軸に取付けたカムを転接させているから、スティックスリップ現象が生じることなく、回転角度が円滑に変位に変換されて、高い精度で角度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の実施例を示す断面図。
【図２】図１の一半部を断面としかつジャバラを外した状態の平面図。
【図３】請求項２の発明の実施例を示す垂直断面図。
【図４】図３の水平断面図。
【図５】従来の変位検出用差動トランスを示す断面図。

【特許請求の範囲】
【請求項１】本体と、その本体に取付けられた差動トランスコイルと、その差動トランスコイル内にその軸心に沿って移動自在に配された磁心と、その磁心の両端より突出し、その磁心が固定され、両端部が上記本体に軸心に沿って移動自在に保持され、一端面が半球状面とされた可動軸と、その可動軸の延長線上において、上記半球状面と一端面が対接され、上記本体に上記延長線に沿って移動自在に保持された伝達軸と、その伝達軸の端面に上記半球状面を圧接するコイルばねと、上記伝達軸が上記本体より抜け落ちるのを防止する抜け止め手段と、を具備する変位検出用差動トランス。
【請求項２】ケースと、そのケースに取付けられた請求項１に記載した変位検出用差動トランスと、その差動トランスの上記伝達軸の他端に、その軸心とほぼ垂直な軸心まわりで回転自在に取付けられたローラと、上記伝達軸の延長線上で上記ローラの軸心と平行な軸心まわりで回転自在に上記ケースに取付けられた入力軸と、その入力軸に取付けられ、その入力軸からの距離が連続的に変化する周面が上記ローラと転接するカムと、そのカムを上記入力軸から短かい部分が上記ローラに接する方向に回動偏倚するコイルばねと、を具備する角度検出器。

【図１】