(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端を尖らせて検出部を形成する検出部材と、該検出部材の基部に装着するマイクロホンと、該マイクロホンとともに前記検出部材を収納する弾性体のカバー体とを備えてなり、前記検出部を対象物に押し付けると、前記検出部の周囲に垂下する前記カバー体の一部が弾性変形して前記検出部を外部のノイズから遮蔽することを特徴とする振動センサ。
【請求項２】
前記カバー体を収納するケーシングを付設し、前記カバー体の下端部を前記ケーシングの下端から突出させることを特徴とする請求項１記載の振動センサ。
【請求項３】
前記ケーシングは、対象物に固定可能に構成することを特徴とする請求項２記載の振動センサ。
【請求項４】
前記ケーシングを下向きにして上下に摺動可能に保持する基礎ケースと、該基礎ケースの上方に連結する本体ケースと、前記ケーシングを下向きに付勢する付勢部材とを付加し、前記カバー体の下端部は、前記基礎ケースの下面に突出させることを特徴とする請求項２記載の振動センサ。
【請求項５】
前記本体ケースには、回路基板を保持させることを特徴とする請求項４記載の振動センサ。
【請求項６】
前記本体ケースの上方には、１以上の補助ケースを連結し、該補助ケースには、それぞれ回路基板を保持させることを特徴とする請求項５記載の振動センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば軸受の異常検出などの用途に特に好適に使用することができる振動センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトレットコンデンサマイクロホンを用いる血圧計用の振動センサが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
従来の振動センサは、底部に開口部を有するケース内にエレクトレットコンデンサマイクロホンを組み込み、緩衝材を介してケースの底部外面に振動伝達部材を装着し、ケースの開口部を介して振動伝達部材の中央部の突出部をエレクトレットコンデンサマイクロホンの振動板に接触させて構成されている。なお、振動センサは、血圧計のカフ（加圧用の腕帯）に組み込むことにより、血管からの低周波の心拍音（コロトコフ音）を効率よく検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１０９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる従来技術によるときは、振動伝達部材は、心拍音によりカフの内部に生じる低周波の空気振動を感知するものであるため、受圧面積を大きくするとともに軟質の緩衝材を介してエレクトレットコンデンサマイクロホンのケースに装着する必要があり、たとえば軸受などの機械部品の内部異常を検出する用途に使用するには、ピンポイントの測定がし難く、測定周波数領域が狭くて高周波域の検出ができない、などの問題があった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、先端部に検出部を形成する検出部材の基部にマイクロホンを装着することによって、軸受の異常検出などの用途に好適に適用可能な振動センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、先端を尖らせて検出部を形成する検出部材と、検出部材の基部に装着するマイクロホンと、マイクロホンとともに検出部材を収納する弾性体のカバー体とを備えてなり、検出部を対象物に押し付けると、検出部の周囲に垂下するカバー体の一部が弾性変形して検出部を外部のノイズから遮蔽することをその要旨とする。
【０００８】
なお、カバー体を収納するケーシングを付設し、カバー体の下端部をケーシングの下端から突出させることができる。
【０００９】
また、ケーシングは、対象物に固定可能に構成してもよい。
【００１０】
さらに、ケーシングを下向きにして上下に摺動可能に保持する基礎ケースと、基礎ケースの上方に連結する本体ケースと、ケーシングを下向きに付勢する付勢部材とを付加し、カバー体の下端部は、基礎ケースの下面に突出させてもよく、本体ケースには、回路基板を保持させてもよく、本体ケースの上方には、１以上の補助ケースを連結し、補助ケースには、それぞれ回路基板を保持させてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
かかる発明の構成によるときは、検出部材は、検出部を対象物に押し付けることにより、対象物の内部を発生源とする振動音を基部のマイクロホンに伝達することができる。一方、弾性体のカバー体は、マイクロホンと一体の検出部材を収納し、検出部を対象物に押し付けることにより、検出部の周囲に垂下する部分が弾性変形して検出部を外部のノイズから遮蔽し、検出部材、マイクロホンの全体を効果的に遮蔽して外部からの有害なノイズを最少に抑えることができる。なお、検出部材は、高周波域を含む所定の帯域の振動音を効率よくマイクロホンに伝達し、検出部材の先端を尖らせて形成する検出部は、対象物との接触面積が小さく、ピンポイントの測定が可能であり、軸受などの機械部品の内部異常検出の用途に好適である。また、マイクロホンは、エレクトレットコンデンサマイクロホンとすることにより、周波数特性が良好で高周波域の検出感度が高い上、バイアス電源が不要であり、小形軽量化も容易である。
【００１２】
カバー体を収納するケーシングは、カバー体の弾性変形範囲を外部に突出する下端部に限定するとともにカバー体を機械的に保護する。ただし、ケーシングは、全体を対象物に固定するための固定部材として利用するときは、たとえば外面に固定用の雄ねじを形成してもよく、固定用の脚を付設してもよい。
【００１３】
基礎ケース、本体ケース、付勢部材を付加するときは、基礎ケースを利用して全体を対象物の表面に設置し、基礎ケースの下面に突出するカバー体の下端部を弾性変形させて検出部を対象物に押し付けるとともに、付勢部材を介して検出部に加える押圧力を所定の適切な大きさに規制することができる。付勢部材は、ケーシングを下向きに付勢し、ケーシング内のカバー体を介して検出部材を下向きに付勢することにより、基礎ケースの下面に突出するカバー体の一部を弾性変形させながら、検出部を対象物に押し付けることができるからである。なお、付勢部材は、基礎ケース内のケーシングと、基礎ケースの上方に連結する本体ケースとの間に介装することにより、ケーシングと、ケーシング内のカバー体、検出部材とを下向きに付勢することができる。
【００１４】
本体ケースに保持する回路基板は、たとえばマイクロホンからのリード線を接続処理するための接続基板として構成することができる。ただし、マイクロホンからのリード線は、回路基板を利用することなく、本体ケースの上方から直接外部に引き出すことも可能である。
【００１５】
本体ケースの上方に連結する１以上の補助ケースにそれぞれ保持させる回路基板は、マイクロホンからの出力信号を適切に処理するために必要な電子回路部品を搭載することができる。これらの電子回路部品としては、たとえば、アナログ信号処理用の増幅器やＡ／Ｄ変換器素子、周波数分析機能や通信制御機能を備えるマイクロコンピュータ素子、外部通信用の通信モジュール素子などの他、電源用のバッテリなどが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】全体模式斜視図
【図２】全体模式縦断面図
【図３】使用状態説明図
【図４】他の実施の形態を示す模式斜視図
【図５】他の実施の形態を示す模式説明図
【図６】他の実施の形態を示す斜視説明図
【図７】図６の中央縦断面図
【図８】図６の模式分解斜視図
【図９】他の実施の形態を示す要部分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
振動センサは、検出部材１１、マイクロホン１２、カバー体１３、ケーシング１４を一体に組み立ててなる（図１、図２）。
【００１９】
検出部材１１は、金属材、硬質プラスチック材、セラミック材などの剛体材料の他、たとえば硬度５０〜９０Ｈｓ（ＪＩＳ  Ａ）程度のゴム、シリコーンゴムなどの樹脂素材等から形成されている。検出部材１１は、先端を斜めに尖らせて小径の頂面を有する円錐台形の下向きの検出部１１ａを形成するとともに、基部には、マイクロホン１２を埋め込むようにして装着する凹部１１ｂが形成されている。なお、検出部１１ａ、凹部１１ｂは、それぞれ円柱状の検出部材１１の下端部、上端部に同軸状に形成されている。
【００２０】
マイクロホン１２は、検出部材１１を伝達する振動音を感知するように、検出部材１１の凹部１１ｂに装着されている。マイクロホン１２は、エレクトレットコンデンサマイクロホンが好適であるが、他のコンデンサマイクロホン、ダイナミックマイクロホン、ベロシティマイクロホンなどであってもよい。マイクロホン１２の出力は、リード線１２ａ、１２ａを介して端子箱１２ｂに引き出されている。
【００２１】
カバー体１３は、検出部材１１の外径に適合する内径の下部開放の有蓋円筒状に形成され、マイクロホン１２と一体の検出部材１１を収納することができる。カバー体１３は、検出部１１ａを除く検出部材１１、マイクロホン１２の外表面を覆い、カバー体１３の下端部は、検出部材１１の検出部１１ａより長く、検出部１１ａの周囲にスカート状に垂下している。なお、マイクロホン１２のリード線１２ａ、１２ａは、カバー体１３の上端の蓋部を貫通して外部に引き出されている。カバー体１３は、たとえばシリコーン樹脂などの弾性体により一体成形されている。
【００２２】
ケーシング１４は、検出部材１１、マイクロホン１２を収納するカバー体１３を軸方向に収納可能な両端開放の円筒状に形成されている。ケーシング１４の外面上端部には、マイクロホン１２用の端子箱１２ｂが固定されている。なお、カバー体１３の下端部は、検出部材１１の検出部１１ａにほぼ対応する範囲以下の部分がケーシング１４の下端から突出して外部に露出している。
【００２３】
かかる振動センサは、たとえば機械部品の軸受のような対象物Ｄの表面に検出部材１１の検出部１１ａを押し付けると（図３）、検出部１１ａの周囲に垂下するカバー体１３の一部が弾性変形し、検出部１１ａを外部のノイズから有効に遮蔽する。そこで、検出部材１１は、対象物Ｄの内部を発生源とする振動音をマイクロホン１２に伝達し、マイクロホン１２は、対象物Ｄからの振動音を感知することにより対象物Ｄの内部異常を検出することができる。なお、マイクロホン１２の出力信号は、図示しない適切な増幅器、バンドパスフィルタ等を介して分析用のコンピュータに入力し、対象物Ｄの監視システムを構築することができる。ただし、図３は、対象物Ｄの外ケースの一部のみを模式的に図示している。
【他の実施の形態】
【００２４】
振動センサは、ケーシング１４の外面に取付用の雄ねじ１４ａを形成することができる（図４）。一方、対象物Ｄには、雄ねじ１４ａに適合する雌ねじＤ1a付きの有底の取付穴Ｄ1 を形成し、ケーシング１４を取付穴Ｄ1 にねじ込んで振動センサを対象物Ｄに固定することができる。ただし、取付穴Ｄ1 は、検出部材１１の検出部１１ａが取付穴Ｄ1 の底部に到達して接触するとともに、ケーシング１４の下端から突出するカバー体１３が取付穴Ｄ1 の内部で弾性変形して収納されるように、適切なサイズに設定するものとする。
【００２５】
また、振動センサは、固定用の脚１４ｂ、１４ｂをケーシング１４の下部外面に付設してもよい（図５）。ただし、図５（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ全体模式斜視図、模式縦断面図である。
【００２６】
各脚１４ｂには、取付用の丸孔１４ｂ1 が形成されている。そこで、各脚１４ｂを図示しない対象物Ｄの表面にねじ止めすることにより、検出部材１１の検出部１１ａを対象物Ｄに押し付けるとともに、カバー体１３の下端部を弾性変形させ、図３の動作形態を容易に実現することができる。ただし、各脚１４ｂは、高さ、取付位置などを適切に設定するものとする。
【００２７】
振動センサは、下から上に積み重ねるように連結する基礎ケース２１、本体ケース２２、補助ケース２３、２３…と組み合わせることができる（図６、図７）。ただし、図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ上面側、下面側の模式斜視図である。
【００２８】
図７において、振動センサの検出部材１１は、マイクロホン１２の厚さにほぼ相当する短い円柱材に対し、頂角が鈍角の下向きの検出部１１ａが形成されている。また、弾性体のカバー体１３は、検出部材１１の外径より大きい内径の下向きの凹部１３ａを形成することにより、検出部１１ａの周囲に垂下するスカート部１３ｂが形成されている。なお、凹部１３ａの上縁には、検出部１１ａの上方を斜めに開拡する環状の切欠き１３ｃが形成されている。
【００２９】
ケーシング１４は、上端に天板１４ｃを有する有蓋円筒状に形成されている（図７、図８）。天板１４ｃには、透孔１４ｄ、１４ｄ…が形成されており、天板１４ｃの中央部には、ガイド筒１４ｅが天板１４ｃを貫通して立設されている。カバー体１３は、検出部材１１、マイクロホン１２とともに、天板１４ｃの下面に到達するようにしてケーシング１４に収納されている。ただし、ケーシング１４の下端から突出するカバー体１３の下端部（図８のカバー体１３上の二点鎖線１３ｄより下の部分）は、外径が下向きに漸減しており、凹部１３ａの内径は、下向きに漸増している。そこで、検出部１１ａのまわりのスカート部１３ｂは、下向きに直線的に薄肉化されている。
【００３０】
基礎ケース２１は、正方形の取付フランジ２１ａ上に段付きの筒部２１ｂを立設して形成されている。筒部２１ｂの外径は、上半、下半がそれぞれ小径、大径に形成され、内径は、ケーシング１４の外径に適合している。また、筒部２１ｂの下端には、ケーシング１４の内径相当の丸孔２１ｃが取付フランジ２１ａを貫通して形成されている。そこで、基礎ケース２１は、筒部２１ｂ内にケーシング１４を下向きにして上下に摺動可能に保持することができる。また、ケーシング１４の下端から突出するカバー体１３の下端部は、丸孔２１ｃを介して基礎ケース２１の下面に突出し、カバー体１３のスカート部１３ｂ内の検出部１１ａの頂部は、基礎ケース２１の下面より下に位置している。
【００３１】
本体ケース２２は、円筒体２２ａの内部上方寄りに仕切板２２ｂを有する。円筒体２２ａの内径は、基礎ケース２１の筒部２１ｂの上半の小径部分の外径に適合しており、外径は、筒部２１ｂの下半の大径部分の外径に一致している。仕切板２２ｂの中央部には、小径、大径のガイド筒２２ｃ、２２ｄがそれぞれ上向き、下向きに同心円状に形成されており、ケーシング１４のガイド筒１４ｅは、仕切板２２ｂを貫通する小径のガイド筒２２ｃに摺動自在に挿入されている。また、ガイド筒１４ｅには、ケーシング１４を下向きに付勢する付勢部材としてのコイルばね２４が装着され、コイルばね２４は、天板１４ｃ、仕切板２２ｂの間に介装されている。
【００３２】
基礎ケース２１の筒部２１ｂの上半の小径部分の外面には、一対の連結用の係合溝２１ｄ、２１ｄが形成されている。各係合溝２１ｄは、上向きに開口し、下端が水平に屈曲している。一方、本体ケース２２の円筒体２２ａの内面下端部には、基礎ケース２１の係合溝２１ｄ、２１ｄに対応する一対の内向きの係合突部２２ｅ、２２ｅが形成されている。ただし、図７には、一方の係合突部２２ｅのみが図示されている。
【００３３】
本体ケース２２は、係合突部２２ｅ、２２ｅを係合溝２１ｄ、２１ｄに合わせるようにして、基礎ケース２１の筒部２１ｂの上半の小径部分を円筒体２２ａの下端から差し込み、係合溝２１ｄ、２１ｄの屈曲方向に水平に所定角度だけ回転させることにより、基礎ケース２１の上方に連結することができる。なお、基礎ケース２１の筒部２１ｂの大径部分の外面には、各係合溝２１ｄの位置、本体ケース２２の連結完了の位置を示す合いマーク２１ｅ、２１ｅ1 が表示され（図６（Ａ）、図８）、本体ケース２２の外面下端部には、各係合突部２２ｅの位置を示す合いマーク２２ｆが表示されている。
【００３４】
本体ケース２２の仕切板２２ｂ上には、ドーナツ板状の回路基板３１が収納されている（図７、図８）。回路基板３１の中心部には、ガイド筒２２ｃが下から上に貫通しており、回路基板３１上には、所定の電子回路部品３２、３２の他、上向きのコネクタ３３が搭載されている。
【００３５】
本体ケース２２の内面上端部には、補助ケース２３の連結用の一対の係合溝２２ｇ、２２ｇが形成されている。各係合溝２２ｇは、基礎ケース２１の係合溝２１ｄと同様に、上方に開口し、下端が水平に屈曲している。また、本体ケース２２の外面上端部には、各係合溝２２ｇの位置、補助ケース２３の連結完了の位置を示す合いマーク２２ｈ、２２ｈ1 が表示されている（図６、図８）。
【００３６】
各補助ケース２３は、短い円筒部材の内面上端部、外面下端部をそれぞれ帯状に切り欠いてリング状の薄肉部２３ａ、２３ｂが形成されている（図７、図８）。上の薄肉部２３ａの内面には、本体ケース２２の係合溝２２ｇ、２２ｇと同様の他の補助ケース２３の連結用の一対の係合溝２３ｃ、２３ｃが形成され、下の薄肉部２３ｂの外面には、本体ケース２２の係合突部２２ｅ、２２ｅと同様の一対の外向きの係合突部２３ｄ、２３ｄが形成されている。ただし、図７、図８には、各補助ケース２３について、一方の係合突部２３ｄのみが図示されている。なお、補助ケース２３の外径は、本体ケース２２の外径と同一であり、下の薄肉部２３ｂの外径は、本体ケース２２の内径、他の補助ケース２３の上の薄肉部２３ａの内径に適合する。また、補助ケース２３の外面上端部には、各係合溝２３ｃの位置、他の補助ケース２３の連結完了の位置を示す合いマーク２３ｅ、２３ｅ1 が表示されており（図６、図８）、外面下端部には、各係合突部２３ｄの位置を示す合いマーク２３ｆが表示されている。
【００３７】
そこで、本体ケース２２の係合溝２２ｇ、２２ｇに補助ケース２３の係合突部２３ｄ、２３ｄを係合させ、本体ケース２２の上方に補助ケース２３を連結することができる（図７、図８）。ただし、両者の連結の態様は、基礎ケース２１に対する本体ケース２２の連結の態様に準ずる。なお、補助ケース２３を本体ケース２２に連結すると、本体ケース２２内の回路基板３１は、補助ケース２３の下端によって全周が押圧され、本体ケース２２内に安定に保持される。
【００３８】
一方、補助ケース２３の係合溝２３ｃ、２３ｃに他の補助ケース２３の係合突部２３ｄ、２３ｄを係合させると、同様にして、補助ケース２３、２３…を下から上に順に連結することができる。また、各補助ケース２３内には、円形の回路基板４１を収納することができる。回路基板４１には、所定の電子回路部品４２、４２…の他、下向き、上向きのコネクタ４３、４４が対称位置に搭載されている。そこで、各回路基板４１は、下向きのコネクタ４３を下の回路基板３１上の上向きのコネクタ３３、または下の他の回路基板４１上の上向きのコネクタ４３に接続するとともに、補助ケース２３の上方に連結する他の補助ケース２３を介し、補助ケース２３内に安定に保持されている。ただし、最上段の補助ケース２３内の回路基板４１は、たとえば図示しない蓋部材を介して固定するものとする。なお、本体ケース２２内の回路基板３１は、たとえばマイクロホン１２からの図示しないリード線の接続処理用とし、各補助ケース２３内の回路基板４１、４１…は、下から上にかけて順に、たとえばマイクロホン１２の出力信号の増幅処理用、同信号の周波数分析などのコンピュータ処理用、外部通信モジュール用、全体の電源用のバッテリ用とすることができる。
【００３９】
図６〜図８において、振動センサは、基礎ケース２１の取付フランジ２１ａを介して図示しない対象物Ｄの表面に押し付けて設置すると、基礎ケース２１の下面に突出するカバー体１３のスカート部１３ｂが弾性変形しながら取付フランジ２１ａの丸孔２１ｃ内に後退し、コイルばね２４を圧縮しながらカバー体１３、検出部材１１、ケーシング１４が上方に押し上げられ、最終的に、コイルばね２４に基づく一定の押圧力により検出部材１１の検出部１１ａが対象物Ｄに押し付けられるとともに、スカート部１３ｂを介して検出部１１ａを遮蔽することができる。一方、マイクロホン１２からの出力信号は、回路基板３１、４１、４１…を介して適切に分析処理された上、無線信号データとして外部に送信することができる。なお、スカート部１３ｂは、外径が下向きに漸減するとともに下向きに薄肉化されているため、内向きの縮径方向に弾性変形する傾向となり、取付フランジ２１ａの丸孔２１ｃ内に円滑に後退することができる。
【００４０】
図６〜図８において、本体ケース２２内の回路基板３１は、必要に応じて設ければよく、補助ケース２３、２３…、回路基板４１、４１…は、それぞれ必要に応じて必要個数を設ければよい。たとえば、ケーシング１４のガイド筒１４ｅを通してマイクロホン１２の図示しないリード線を直接外部に引き出せば、回路基板３１、各補助ケース２３、回路基板４１の全部を省略することができる。また、回路基板３１、４１、４１…の用途を適切に変更し、配分することにより、回路基板４１を収納する補助ケース２３を１以上の任意の数に変更することができる。さらに、最上段の回路基板４１上の上向きのコネクタ４４は、これを省略してもよく、外部からの充電ケーブルの接続用としてもよい。また、付勢部材としてのコイルばね２４は、他の形式のばね材としてもよく、たとえばエアバッグ、エアクッションなどの弾性部材としてもよい。
【００４１】
図６〜図８の基礎ケース２１は、取付フランジ２１ａと、筒部２１ｂとに分離して構成してもよい（図９）。取付フランジ２１ａの中央部には、筒部２１ｂの下半の大径部分の外径に適合する丸孔２１ｆが形成され、取付フランジ２１ａの各辺には、丸孔２１ｆの中心に向けて水平のねじ孔２１ｇが形成されている。そこで、取付フランジ２１ａは、丸孔２１ｆに筒部２１ｂの大径部分を挿入して各ねじ孔２１ｇにセットねじ２１ｈをねじ込むことにより、図示しない対象物Ｄ上において、筒部２１ｂの固定高さを任意に調節して設置し、コイルばね２４による検出部１１ａの押圧力を調節設定することができる。なお、図９の取付フランジ２１ａの厚さは、筒部２１ｂの下半の大径部分の高さより大きく図示されているが、前者は、後者より小さくてもよく、両者を同一に揃えてもよい。
【００４２】
以上の説明において、検出部材１１の検出部１１ａは、対象物Ｄに押し付けて接触させる小径の平坦な頂面を形成し得る限り、斜めに直線的に尖らせるのみならず、外向きに膨出し、または内向きに陥入する曲面を介して斜めに尖らせてもよい。また、検出部１１ａは、頂角を鋭角または鈍角のいずれに尖らせてもよく、検出部１１ａを除く検出部材１１の全体外形は、外径より長くてもよく、短くてもよい。さらに、検出部材１１の断面形状は、円形に限らず、たとえば多角形などであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明は、軸受などの機械部品の内部異常検出用の他、たとえば水道管内の流水検出、ガス管内のガス流検出などの用途にも広く好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
Ｄ…対象物
１１…検出部材
１１ａ…検出部
１２…マイクロホン
１３…カバー体
１４…ケーシング
２１…基礎ケース
２２…本体ケース
２３…補助ケース
３１、４１…回路基板
特許出願人      株式会社  リニア・サーキット
【図１】
0006770744.tif 000002
【図２】
0006770744.tif 000003
【図３】
0006770744.tif 000004
【図４】
0006770744.tif 000005
【図５】
0006770744.tif 000006
【図６】
0006770744.tif 000007
【図７】
0006770744.tif 000008
【図８】
0006770744.tif 000009
【図９】
0006770744.tif 000010