(57)【要約】【課題】  大きな労力を必要とせず、小型化できるセンサ用電磁コイルを提供する。【解決手段】  導通路が螺旋状に形成されるコイル要素と、コイル要素を支持する、偏平な絶縁体からなる支持体と、支持体に保持されるコア３５と、を備え、コイル要素は、支持体の第１支持面に形成される複数の導通路１４と、第１支持面に対向する支持体の第２支持面に形成される複数の導通路２４と、支持体の第１支持面と第２支持面を貫通して、対応する導通路１４と導通路２４とを電気的に接続する接続導体４０と、を備えることを特徴とするセンサ用電磁コイル２。【選択図】図１
2015075471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導通路が螺旋状に形成されるコイル要素と、
前記コイル要素を支持する、偏平な絶縁体からなる支持体と、
前記支持体に保持されるコアと、を備え、
前記コイル要素は、
前記支持体の第１支持面に形成される複数の第１導通路と、
前記第１支持面に対向する前記支持体の第２支持面に形成される複数の第２導通路と、
前記支持体の前記第１支持面と前記第２支持面を貫通して、対応する前記第１導通路と前記第２導通路とを電気的に接続する接続導体と、を備える、
ことを特徴とするセンサ用電磁コイル。
【請求項２】
前記支持体は、
前記第１支持面を備える第１基板と、
前記コアを支持する中間基板と、
前記第２支持面を備える第２基板と、がこの順に積層されたものである、
請求項１に記載のセンサ用電磁コイル。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のセンサ用電磁コイルと、
前記コイル要素に誘起電圧を発生させ、かつ、前記コイル要素近傍を移動する磁気発生手段と、を備える、
ことを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ用電磁コイルに関し、特に位置センサ用電磁コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
直線状の変位を測定するセンサとして、ＰＬＣＤ（Permanent magnetic Linear Contactless Displacement）センサが知られている（例えば、特許文献１）。
ＰＬＣＤセンサは、電磁コイルと、その両側に設けられるピックアップコイルと、電磁コイルに沿って往復移動が可能に配置される永久磁石（移動体）と、を備えている。
永久磁石が電磁コイルに沿って移動することで電磁コイルに生じる磁界により、ピックアップコイルにも磁界が形成され、誘導電圧が生じる。その誘導電圧を測定することで永久磁石の位置、つまり変位を特定できる。
【０００３】
ＰＬＣＤセンサは、例えば自動車において変位する部品の位置を計測する。ＰＬＣＤセンサは狭隘な場所に設けられることもあり、現状のＰＬＣＤセンサの小型化が望まれている。
一般的に、ＰＬＣＤセンサに使用されている電磁コイルは、樹脂製のボビンの周囲に電線が巻き回された構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５０７７８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ボビンは、電線が抜け落ちないように軸方向の両端に鍔が形成され、その分だけ厚さが必要なため、コイルを小型化するには限界がある。さらに、小型のボビンの周囲に電線を巻き回す際、電線が切断しないように配慮する必要があるため、大きな労力が必要とされる。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、大きな労力を必要とせず、小型化できるセンサ用コイル、及び小型化されたセンサ用コイルを適用したセンサ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】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明のセンサ用電磁コイルは、導電路が螺旋状に形成されるコイル要素と、コイル要素を支持する、偏平な絶縁体からなる支持体と、支持体に保持されるコアと、を備え、コイル要素は、支持体の第１支持面に形成される複数の第１導通路と、第１支持面に対向する支持体の第２支持面に形成される複数の第２導通路と、支持体の第１支持面と第２支持面を貫通して、対応する第１導通路と第２導通路とを電気的に接続する接続導体と、を備えることを特徴とする。
このような構成とすることで、大きな労力をかけずに、センサ用コイルを小型化できる。
【０００７】
また、本発明のセンサ用電磁コイルにおいて、支持体は第１支持面を備える第１基板と、コアを支持する中間基板と、第２支持面を備える第２基板と、がこの順に積層されたものであることが好ましい。
第１基板及び第２基板で中間基板を挟むことができるため、センサ用電磁コイルを容易に作製することができる。
【０００８】
また、本発明では、上記センサ用電磁コイルと、コイル要素に誘起電圧を発生させ、かつ、コイル要素近傍を移動する磁気発生手段と、を備えることを特徴とするセンサをも提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、絶縁体からなる支持体の第１支持面および第２支持面に、それぞれ複数の導通路を形成し、接続導体により電気的に接続することにより、大きな労力をかけずに、センサに適用されるコイルを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態における、電磁コイルの分解斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る電磁コイルを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、及び（ｄ）はＩＩｄ−ＩＩｄ断面図である。
【図３】ＰＬＣＤセンサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態のコイル２は、位置センサとして知られるＰＬＣＤ（Permanent magnetic Linear Contact-less Displacement：永久磁石式リニア非接触変位）センサ１に使用される。
ＰＬＣＤセンサ１は、図３に示すように、電磁コイル（以下、単にコイル）２と、コイル２の長手方向Ｘの両側に配置されるピックアップコイル３，４と、永久磁石５と、制御部７とを備えている。永久磁石５は、位置が固定されているコイル２に対して平行な経路に沿って往復移動が可能に配置されている。ＰＬＣＤセンサ１は、位置を計測したい部材に永久磁石５を追従して移動させることにより、当該部材の位置を計測する。
【００１２】
ＰＬＣＤセンサ１は、以下のようにして位置を計測する。
永久磁石５が矢印方向Ｃに移動すると、移動した位置に対応してコイル２に誘導起電力が生じ、コイル２の周囲に形成される磁界が変化する。そして、その磁界の変化によってピックアップコイル３，４に磁束変化が生じ、誘導電圧が生じる。
ピックアップコイル３，４は、それぞれの両端が電圧計３ａ，４ａに接続されている。そして、永久磁石５の移動によって生じたピックアップコイル３，４の誘導電圧Ｖ３，Ｖ４は、電圧計３ａ及び４ａによって検出され、制御部７で電圧差ΔＶ（｜Ｖ３−Ｖ４｜）が求められる。そして、その電圧差ΔＶから永久磁石５の位置を判断することができる。
永久磁石５は、位置を計測したい部材、例えば、自動車のステアリングギアに取り付けられ、ステアリングギアに追従して移動する。この場合、運転手のステアリング操作によってステアリングギアの位置が移動されると、永久磁石５の位置も追従して移動する。
【００１３】
次に、図１を参照してコイル２の構成について説明する。
コイル２は、第１基板１０と、第２基板２０と、第１基板１０と第２基板の間に配置される中間基板３０と、を備え、第１基板１０、中間基板３０及び第２基板２０の順で積層して構成される。はじめに、これら三つの要素について説明した後に、積層の構造について説明する。
［第１基板１０］
第１基板１０は、電流が流れるコイル２の一部を形成する。
第１基板１０は偏平な矩形の絶縁板からなり、第１基板本体１９のおもて面１１に複数の導通路１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・・）が設けられている。
導通路１４は、それぞれ、同じ幅Ｗ１０、同じ長さＬ１０で形成され、また、複数の導通路１４は、同じ間隔Ｐ１０で配列されている。また、各導通路１４は、第１基板１０の長手方向Ｘに沿う一辺に対して、同じ角度θ１０だけ傾斜している（図２（ａ））。そして、複数の導通路１４は、全体でパターンＡを形成する。
また、各導通路１４の両端には、第１基板本体１９のおもて面１１とうら面１２を貫通する直径Ｄ１０の貫通孔１３が形成されている。
第１基板１０は、絶縁体からなり、典型的には樹脂から構成される。また、導通路１４は、導電性が高い材料であれば、限定されないが、典型的には銅により形成される。
【００１４】
［第２基板２０］
第２基板２０は、電流が流れるコイル２の一部を形成し、第１基板１０と合わせてコイル２を形成する。第２基板２０は、導通路２４が形成されている角度θ２０（傾斜角度）を除いて、第１基板１０と同様な構成をとる。
第２基板２０は偏平な矩形の絶縁板からなり、第２基板本体２９のうら面２２に複数の導通路２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ・・・・）が形成されている。導通路２４は、それぞれ、同じ幅Ｗ２０、同じ長さＬ２０で形成され、また、複数の導通路２４は、同じ間隔Ｐ２０で配置されている。導通路２４の幅Ｗ２０、間隔Ｐ２０は、それぞれ、導通路１４の幅Ｗ１０、間隔Ｐ１０と等しく設定されている。また、各導通路２４は、第２基板２０の長手方向Ｘに沿う一辺に対し、垂直に形成されている（角度θ２０：９０度）（図２（ｃ））。そして、複数の導通路２４は、全体でパターンＢを形成する。
また、各導通路２４の両端には、第２基板本体２９のおもて面２１とうら面２２を貫通する直径Ｄ２０の貫通孔２３が形成されている。
【００１５】
パターンＢは、仮にパターンＡと同一平面上に描いたとすると、図１（ｂ）に示すように、導通路１４と導通路２４が貫通孔１３，２３の位置で繋がり、一本の線となるように形成されている。つまり、導通路２４ａの一端は導通路１４ａの一端と重なる位置に、導通路２４ａの他端は導通路１４ａに隣接する導通路１４ｂの一端と重なる位置に形成される。そして、導通路２４ｂ，２４ｃ・・・も、同様に導通路１４ｂ、１４ｃに対応する位置に形成されている。
このようにパターンＡとパターンＢが繋がるには、以下の式（１）を満足する必要がある。
Ｌ１０×ｓｉｎθ１０＝Ｌ２０×ｓｉｎθ２０・・・（１）
Ｌ１０：導通路１４の長さ            Ｌ２０：導通路２４の長さ
Ｐ１０：隣接する導通路１４の間隔    Ｐ２０：隣接する導通路２４の間隔
θ１０：第１基板１０の長手方向Ｘの一辺と導通路１４とがなす角度（鋭角）
θ２０：第２基板２０の長手方向Ｘの一辺と導通路２４とがなす角度（鋭角）
【００１６】
［中間基板３０］
中間基板３０は、コイル２に対する鉄心（コア）としての機能を有する。
中間基板３０は、長手方向Ｘに沿って複数のコア３５が等間隔に配置される。コア３５は、その表裏を貫通するように、中間基板本体３９に埋め込まれている。
コア３５は、透磁率の高い金属材料を用いるのが好ましい。透磁率の高い元素としてＦｅ、Ｎｉ及びＣｏが知られているが、パーマロイと称されるＦｅ−Ｎｉ合金、特に高い透磁率を有するＰＣパーマロイ（ＪｌＳ Ｃ ２５３１）を用いるのが好ましい。
中間基板本体３９には、貫通孔１３（及び貫通孔２３）と対応する位置に、表裏を貫通する貫通孔３３が形成されている。
また、中間基板３０は、第１基板１０及び第２基板２０より厚さが厚いことを除き、第１基板１０及び第２基板２０と同じ寸法を有する。
【００１７】
以上、説明した複数の基板を積層して構成されるコイル２は、図２（ｄ）に示すように、第１基板１０、中間基板３０及び第２基板２０を貫通し、対応する導通路１４と導通路２４をその両端で電気的に接続する接続導体４０を有する。接続導体４０は、同軸上に並び、対応する貫通孔１３、貫通孔３３及び貫通孔２３の内部に設けられる。以下、同軸上に並ぶ３つの貫通孔１３，３３，２３を、導体保持孔２５という。導体保持孔２５の内部に保持される接続導体４０は、軸方向の一端部の周囲が導通路１４と接し、軸方向の他端部の周囲が導通路２４と接する。
対応する導通路１４と導通路２４の全てが接続導体４０で繋がれることにより、螺旋状をなす単一の電磁コイルが形成される。
なお、接続導体４０と導通路１４，２４との導通が取れていれば、接続導体４０の直径Ｄ４０と導通路１４，２４の幅Ｗ１０，Ｗ２０との関係は不問である。しかし、直径Ｄ４０を幅Ｗ１０より若干小さく形成すれば、接続導体４０の軸方向の両端部において、その全周囲が導通路１４，２４と接することができるので、導通を確保するうえで有利である。
【００１８】
［コイル２の作製法］
次に、コイル２の作製方法の一例について説明する。
おもて面１２に導通路１４を形成した第１基板本体１９と、中間基板本体３９と、うら面２１に導通路２４を形成した第２基板本体２９が用意される。導通路１４、導通路２４の形成方法は任意であるが、フォトエッチング加工やスクリーン印刷が好ましい。
第１基板本体１９のうら面１２中間基板本体３９に対向させるとともに、第２基板本体２９のおもて面２１を中間基板本体３９に対向させて、３つの基板を積層し、かつ、接合する。積層の際には、対応する導通路１４と導通路２４の端部同士が積層方向の位置が一致するように位置決めされる。
次に、パターンＡを構成する全ての導通路１４の両端から積層方向に向けて穿孔し、接合体の表裏を貫通する。この穿孔により、第１基板本体１９の貫通孔１３、中間基板本体３９の貫通孔３３及び第２基板本体２９の貫通孔２３が連通する導体保持孔２５が形成される。
次に、全ての導体保持孔２５に接続導体４０を挿入し、保持させる。接続導体４０の形成方法は、任意であるが、めっきを利用することができる。具体的には、３つの基板からなる積層体を、めっき槽に浸漬させ、貫通孔にめっき液を進入させる。めっき液が凝固すると導体保持孔２５に接続導体４０が保持されるとともに、対応する導通路１４と導通路２４の全ての組が電気的に接続される。接続導体４０の材質は、導体である限り問われないが、導電性に優れた銅又は銅合金が好ましい。なお、導体保持孔２５を除く部分にめっき浴が触れないように、予めレジスト膜を形成しておく。
以上の工程を経ることによって、複数の導通路１４、複数の接続導体４０及び複数の導通路２４が一体として繋がった螺旋状の導通路を備えるコイル２が作製される。
【００１９】
［作用・効果］
上記のように作成したコイル２は、ボビンに電線を巻き回した従来のコイルと比べて、厚さを薄くすることができる。つまり、従来のコイルは、電線が抜け落ちないように軸方向の両端に鍔が形成されているため、その分だけ、ボビンの厚さが大きくなる。
一方、本実施形態におけるコイル２は、その表面に銅箔からなる導通路１４，２４を形成するものであるから、鍔を設ける必要がない。加えて、銅箔の厚さは電線と比べて薄くすることができるので、従来のコイルが５〜６ｍｍ程度の厚さを有していたのに対し、コイル２は厚さを約１ｍｍに抑えることができる。
このように、コイル２の厚さを薄くできるため、センサ１を狭隘な部位にも無理なく配置することができるとともに、センサ１の軽量化に資する。
また、コイル２を構成する第１基板１０と第２基板２０は、導通路の形成パターン以外は同様な構成をとるため、同じ基板を使用できる。したがって、どちらかを違う部材で作成したり、加工したりする必要がないため、コストを削減できる。
【００２０】
さらに、コイル２は、導通路１４，２４がパターンにより形成されるため、巻き回しを正確に作製できる。
また、従来のコイルは、電線を巻き回す際に電線に過大な張力が生ずることがあり、電線が切断されるおそれがある。しかし、本実施形態のコイル２は、導通路１４，２４を形成する際に張力は生じないので、導通路１４，２４に切断は生じない。
さらに、従来のコイルでは、巻線のからげ部をはんだ付けや溶接により固定しているために、熱損傷により巻線が断線するおそれがある。本実施形態におけるコイル２は、はんだ付けや溶接を行わないため、熱損傷を受けることはない。
【００２１】
以上、本発明の好ましい形態としてＰＬＣＤセンサ１に使用するコイル２について説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、複数のコア３５の間隔は等間隔に限るものでなく、また、複数に分割することなく一体のコアを用いることもできる。
なお、本実施形態ではコイル２をＰＬＣＤセンサに適用した例を説明したが、他のセンサ、例えば、誘導形検出センサに適用できることは言うまでもない。
【００２２】
また、コイル２を構成する第１基板１０又は第２基板２０は、寸法を変更することができるため、例えば、第１基板本体１９を長手方向Ｘに延長させ空きスペースを形成し、当該スペースに回路パターンを形成することができる。このように、コイルと回路パターンを一体的に作製すると、センサ１の部品点数を低減でき、コストを削減できる。
また、コイル２を構成するコア３５を取り除き、ピックアップコイル３，４に適用できる場合がある。
【符号の説明】
【００２３】
１      ＰＬＣＤセンサ（センサ）
２      電磁コイル（コイル）
３，４  ピックアップコイル
３ａ，４ａ  電圧計
５      永久磁石
７      制御部
１０    第１基板
１１，２１  おもて面
１２，２２  うら面
１３，２３，３３  貫通孔
１４    導通路
１４ａ〜１４ｃ  導通路
２０    第２基板
２４  導通路
２４ａ〜２４ｃ  導通路
２５    導体保持孔
２９    基板本体
３０    中間基板
３５    コア
３９    中間基板本体
４０    接続導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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