JPH04184114A - センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野］ この発明は、加速度や傾斜度を検出するためのセンサに関するものである。 【従来の技術】

加速度センサ及び傾斜度センサには、特開昭６３−１０
９３７４号公報や実開昭６３−９７８６２号公報等に開
示されているように、筒状をなすケーシングと、このケ
ーシング内に収容されケーシングの軸線方向へ移動可能
にされた鋼球（磁性球）と、ケーシングの外周に装着さ
れた差動トランス（検出手段）と、ケーシングの外側に
配されて上記鋼球を基準位置に引き付ける永久磁石とか
ら構成されるものがある。 一方、本出願人は先に、この種のセンサの周波数特性及
び再現性の向上を図るべく、次のような構成からなる加
速度センサを開発し、特願平１−２２８３３３号及び特
願平２−１２１１６３号として出願している。 このセンサは、鋼球を基準位置に引き付けるための永久
磁石を二つ具備しており、この二つめ永久磁石がケー／
ングを挟んで互いに対向するように配置されている。こ
の二つの磁石は同一形状、同一寸法をなしている。そし
て、鋼球が移動可能な全範囲において、一方の永久磁石
による鋼球に対する磁力の強さが、他方の永久磁石によ
る鋼球に対する磁力の強さよりも大きくなるように位置
決めされている。これによって、鋼球に対する上記一方
の永久磁石の引き付は力が上記他方の永久磁石の引き付
は力よりも常に大きくなり、その結果、鋼球は常に上記
一方の永久磁石に近い部位のケーシングの内壁面に接触
して直線的に移動するようになって、ケーシングの径方
向や周方向へ移動することがなくなる。又、上記二つの
永久磁石を所定の方法で位置決めすることにより、鋼球
がケーシングの内壁面から受ける抗力を小さ（して、鋼
球とケーシング内壁面との間の摩擦抵抗を小さくするよ
うにしている。これらによって、センサの再現性及び周
波数特性の同上を図っている。 尚、上記改良型センサに関する技術は未公知技術である
。

【発明か解決しようとする課題］ 上述のように、この種のセンサに関しては、種々の改良を加えて性能の向上を図ってきている。 しかしながら、それでもまだ十分満足できる再現性を得ることはできず、改良の余地が残されていた。 この発明は上述従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁性球がケーシングの内壁面から受ける抗力をより小さくすることにより、再現性に優れたセンサを提供しようとするところにある。 【課題を解決するための手段】

この発明は上記目的を達成するためになされたもので、
その要旨は、筒状をなすケーシングと、このケーシング
内に径方向に隙間を有して収容され軸線方向へ移動可能
にされた磁性球と、上記ケーシングを間に挟んで対向し
て配置され上記磁性球をケーシング内の基準位置に引き
付ける一対の磁石と、上記ケーシングの外側に配されて
上記磁性球の基準位置からの変位を検出する検出手段と
を備え、上記磁性球が移動可能な全範囲に亙って、上記
一対の磁石のうちの一方の磁石による磁性球に対する磁
力の強さが、他方の磁石による磁性球に対する磁力の強
さよりも大きくされているセンサにおいて、上記一対の
磁石の互いに対向する磁極面におけるケーシング軸線方
向に沿う長さ寸法について、上記一方の磁石の方が上記
他方の磁石よりも小さくされていることを特徴とするセ
ンサにある。

【作用】

一対の磁石の互いに対向する磁極面におけるケーシング
軸線方向に沿う長さ寸法について、磁性球に対する磁力
が強い方の磁石を、弱い方の磁石よりも小さくしたこと
により、両方の磁石の上記寸法を同一にしていた従来の
センサの場合よりも、磁性球がケーシングの内壁面から
受ける抗力が小さくなる。この抗力が小さ（なると、磁
性球が基準位置近傍にある時の検出出力のばらつきが小
さ（なり、その結果、センサの再現性が向上する。

【実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図から第５図までの図
面に基ついて説明する。尚、この実施例では水平方向の
加速度を検出するための加速度センサにおける態様を示
している。 第１図は加速度センサの縦断面図である。加速度センサ
は樹脂等の非磁性材からなる円筒状のケーシング１０を
備えている。このケーシング１０は、軸線を水平方向に
向けて設置される筒部１１と、この筒部１１の一端を閉
じる端壁１２と、この端壁１２から径方向外側に延びる
フランジ部１３とを備えている。筒部１１の外周面には
、２つの環状凹部１４，１４と、この凹部１４，１４を
仕切る環状突起１５が形成されている。 上記ケーシング１０の筒部■１の他端開口１１ａは、樹
脂等からなる非磁性の閉塞子１６により閉じられている
。ケーシング１０と閉塞子１６により形成された内部空
間には、鋼球（磁性球）２０がケーシング１０の軸線方
向へ移動可能に収容されている。この鋼球２０の外径は
ケーシング１０の内径より若干小径にされており、ケー
シング１０の内壁面と鋼球２０との間に径方向の隙間か
できるようになっている。したがって、鋼球２０はケー
シング１０の内壁面に点接触している。 上記ケーシング１０の外周面には差動トランス（検出部
材）２５が装着されている。この差動トランス２５は、
一対の１次コイル２６．２６と、−対の２次コイル２７
．２７とを備えている。そして、ケーシング１０の各環
状凹部１４に、その外側から内側に向かって順に、上記
１次コイル２６゜２６と２次コイル２７．２７が収容さ
れている。 ケーシング１０の軸線方向における差動トランス２５の
磁気的中心は、ケーシング１０の環状突起１５の中心と
ほぼ一致している。 上記ケーシング１０は、磁性材料により形成された断面
矩形の筒状をなすヨーク３０に収容され支持されている
。 ヨーク３０において上記ケーシング１ｏを間に挟んで下
側と上側に位置する側壁には、円盤状をなす第１永久磁
石（一方の磁石）３１と第２永久磁石（他方の磁石）３
２がそれぞれ取り付けられている。第１永久磁石３１は
ヨーク３０の下側の側壁に対して固定状態に取り付けら
れている。これに対して、第２永久磁石３２はヨーク３
０の上側の側壁に上下方向へ移動可能に取り付けられて
いる。 詳述すると、ヨーク３０の上側の側壁にはねし孔３０ａ
が形成されており、このねじ孔３０ａにねじ込まれる調
整部材３４の先端面に第２永久磁石３２が固定されてい
る。この調整部材３２のねじ込み量を調整することによ
り第２永久磁石３２を上下に移動させて、第２永久磁石
３２をケーシング１０に対して接近させたり離間させた
りして位置調整することが可能になっている。 上記永久磁石３１．３２は大きさを異にしており、第１
永久磁石３１の方が第２永久磁石３２よりも外径が小さ
くされている。又、永久磁石３１゜３２はそれぞれ上下
方向に磁化されており、互いに対向する磁極が異なる極
性になっている。これら永久磁石３１．３２により、鋼
球２０はケーシング１０の軸線方向及び径方向の力を受
ける。この永久磁石３１．３２の磁力は、ケーシング１
０の軸線方向では加算され、径方向では打ち消し合う。 ところで、このセンサにおいては、第１永久磁石３１に
よる鋼球２０に対する磁力の強さか、第２永久磁石３２
による鋼球２０に対する磁力の強さよりも若干大きくな
るように、上記調整部材３４を用い所定の方法によって
第２永久磁石３２の最適位置が設定されている。したが
って、鋼球２０はケーシング１０内での移動可能な全範
囲において、常に第１永久磁石３１に最も近い部位のケ
ーシング１０内壁面に沿って直線的に、移動するように
なり、その時に鋼球２０がケーシング１０内壁面から受
ける抗力は極めて小さなものとなる。 上記鋼球２０は、加速度ゼロの時に、永久磁石３１．３
２によるケーシング１０軸線方向の引き付は力によって
、一定の位置に維持される。この位置が基準位置となる
。 上記永久磁石３１．３２の中心は環状突起１５の中心と
一致している。したがって、上記基準位置は差動トラン
ス２５の磁気的中心と一致することになる。 上記構成の加速度センサにおいて、加速度ゼロの時には
鋼球２０は基準位置にあり、したかって、差動トランス
２５からの差動出力はセロになる。 一方、加速度センサが加速度運動をしている時には、鋼
球２０は加速方向と反対方向の慣性力を受け、ケーシン
グ１０の軸線方向に移動して基準位置から離れる。そし
て、鋼球２０は、この慣性力と、永久磁石３１．３２に
よる基準位置への引き戻し力がバランスした位置まで移
動する。その結果、差動トランス２５は加速度の大きさ
に応じた差動出力を出力する。 このセンサにおいては、前述したように、鋼球２０が常
に第１永久磁石３１に最も近い部位のケーシング１０内
壁面に沿って直線的に移動し、しかも、その時に鋼球２
０がケーシング１０内壁面から受ける抗力が非常に小さ
いので、周波数特性及び再現性が非常に優れたものとな
る。 特に、このセンサでは、永久磁石３１．３２において互
いに対向する磁極面（即ち、この実施例では第１永久磁
石３１のＮ極面と第２永久磁石のＳ極面）のケーシング
１０軸線方向に沿う長さ寸法（即ち、この実施例では上
記各磁極面の直径）について、第１永久磁石３１のそれ
を第２永久磁石３２のそれよりも小さくしであるので、
これら両磁極面の上記長さ寸法が同一寸法になっていた
従来のセンサに比べると、鋼球２０がケーシング１０の
内壁面から受ける抗力を更に小さくすることができ、そ
の結果、センサの再現性が一段と向上する。この点につ
いて、第２図から第５図の図面に基づいて説明する。 第２図はこの発明に基づくセンサＡの概略構成図であり
、第３図は従来のセンサＢの概略構成図である。第２図
において各構成を示す符号は第１図のそれに対応してい
る。又、第３図においては、第１永久磁石４１を除く他
の構成について、第２図と同一態様部分に同一符号を付
している。 発明のセンサＡと従来のセンサＢとの一番の相違点は、
改めて言うまでもないが、従来のセンサＢでは、両永久
磁石４１．３２の直径が同一寸法（例えば、ｌＧｍｍ）
になっているのに対して、この発明のセンサＡでは、第
１永久磁石３Ｌの直径が第２永久磁石３２の直径よりも
小さくなっているところにある（例えば、第２永久磁石
３２が１０ｍｍに対して第１永久磁石３１は８士）。 どちらのセンサＡ、Ｂも、ケーシング１０の内外径、鋼
球２０の直径、第２永久磁石３２の直径については同一
寸法になっている。 又、従来のセンサＢではケーシング１０の中心から各永
久磁石４１．３２までの離間寸法がｒａＪにされている
のに対して、発明のセンサＡでは、ケーシング１０の中
心から第２永久磁石３２までの離間寸法は上記と同寸法
のｒａＪになっているが、第１永久磁石３１までの離間
寸法は「ａ」よりも小さくされている。これについては
後で詳述する。 又、どちらのセンサＡ、Ｂも、鋼球２０が第１永久磁石
３１．４１に最も接近したケーシング１０内壁面に接触
しており、そのため鋼球２０の中心はケーシング１０の
中心から５寸法だけ第１永久磁石側に接近している。 上記両センサＡ、　　Ｂ・を比較するにあたり、共振周
波数を同等にする。そのために、発明のセンサＡの第１
永久磁石３１を従来のセンサＢの第１永久磁石４１より
も「α」だけケーシング１０に接近した位置に配置して
、両センサＡ、Ｂにおける基準位置近傍の鋼球２０に作
用するケーシング１０軸線方向の引き戻し力ＦＡＺＩＦ
ＢＺを同等の大きさにする。したがって、ケーシング１
０の中心から第１永久磁石３１までの離間寸法は「ａ−
α」となる。このようにすれば、センサＡ、Ｂの磁気的
ばね定数を同等にすることができ、その結果、共振周波
数が同等になる。 又、Ｘ方向に関する鋼球２０の磁化の強さＭＡｘについ
ては、発明のセンサＡの第１永久磁石３１はその磁極面
の径が小径であるが、その分、鋼球２０に接近して位置
しているので、センサＢにおける鋼球２０の磁化の強さ
ＭＢｘと同等になるものとする。 又、第４図は発明のセンサＡにおけるＸ方向についての
磁場の強さの分布図であり、第５図は従来のセンサＢの
同分布図である。第４図及び第５図において横軸はＸ方
向の位置をとっている。この横軸の図中右端が第１永久
磁石３１．４１の磁極面の位置に対応し、図中左端が第
２永久磁石３２の磁極面の位置に対応している。又、第
４図及び第５図において縦軸はＸ方向についての磁場の
強さＨＡ、Ｈａをとっている。 第４図において実線で示すＨＡｌはセンサＡの第１永久
磁石３１による磁場の強さを表し、実線で示すＨＡｔは
第２永久磁石３２による磁場の強さを表し、二点鎖線で
示すＨＡＸはこれらを合成した磁場の強さを表している
。一方、第５図において実線で示す）Ｅａ＋はセンサＢ
の第１永久磁石４１による磁場の強さを表し、実線で示
すＨＢｔは第２永久磁石３２による磁場の強さを表し、
二点鎖線で示す）（ｓｘはこれらを合成した磁場の強さ
を表している。 上記センサＡの第２永久磁石３２による磁場の強さＨＡ
ｔの分布と、センサＢの第２永久磁石３２による磁場の
強さＨ□の分布は同一である。一方、センサＢの第１永
久磁石４１による磁場の強さＨ８、の分布は、第２永久
磁石３２による磁場の強さＨａｔの分布とほぼ左右対称
をなしているのに対し、センサＡの第１永久磁石３１に
よる磁場の強さＨｌの分布は、ケーシング１０の中心付
近かセロで、これより第１永久磁石３１に接近するにし
たかって徐々に強さを増すようになっている。 そして、合成した磁場の強さを示すＨＡ、、　　ＨＢｘ
について、それぞれ鋼球２０の中心における磁場勾配ａ
　ＨＡＸ／　ａ　ｘ　、　　δＨ，，／δＸを求め、こ
れらを比較すると、第４図及び第５図から明らかなよう
に、 ａ　ＨＡＸ／　ａ　Ｘ　＜δＨＢＸ／δ’ｘとなる。 ところで、センサＡ、Ｂにおいて、鋼球２０がケーシン
グ１０の内壁面を押す力ＦＡｘ、Ｆ□は、Ｆ　ＡＸ＝Ｍ
ＡＸＸ　Ｃａ　ＨＡＸ／　ａ　Ｘ　）Ｆ　ＢＸ＝　Ｍ　
ａｘＸ　（ａ　Ｈａｘ／　ａ　Ｘ　）である。 前述したように、センサＡ、Ｂにおける鋼球２０の磁化
の強さＭ　ＡＸ＋　Ｍ　ＢＸは、ＭＡＸ＝　Ｍａｘ テするから、Ｆ　ＡＸ＋　　Ｆ　ＢＩの間には次の不等
式が成り立つ。 ＦＡｘ＜Ｆｅ工 ところで、上記ＦＡｘ、Ｆａｘに対する反力が、鋼球２
０がケーシング１０の内壁面から受ける抗力になる。し
たがって、センサＡにおいて鋼球２０がケーシング１０
の内壁面から受ける抗力の方が、センサＢにおいて鋼球
２０がケーシング１０の内壁面から受ける抗力よりも小
さくなる。その結果、この発明のセンサＡは、共振周波
数は従来ノセンサＢと同等ながら、加速度ゼロ近傍にお
ける再現性については従来のセンサＢよりも優れたもの
となる。尚、この再現性の優劣については、実験により
確認されている。 この発明は上述実施例に制約されず種々の態様が採用可
能である。 例えば、センサの磁極面の形状は円形に限るものではな
く、正方形等の他の形状であってもよい。 又、センサは加速度センサとして使用するものに限らず
、傾斜度センサとして使用するものであってもよい。 更に、検出手段は差動トランスに限るものではなく、例
えば、実開昭６３−１２９８６８号公報に記載されてい
るような差動コンデンサ等の他の手段を用いてもよいこ
とは勿論である。 又、永久磁石の替わりに電磁石を用いても構わない。 【発明の効果】 以上説明したように、この発明によれば、従来のセンサ
の場合よりも、磁性球がケーシング内壁面から受ける抗
力を小さくすることができ、その結果、再現性が向上す
るという優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すセンサの縦断面図で
ある。第２図から第５図はこの発明によるセンサと従来
のセンサとを比較した図面であって、第２図はこの発明
によるセンサの主要構成図、第３図は従来のセンサの主
要構成図、第４図はこの発明によるセンサのＸ方向につ
いての磁場勾配を示すグラフ、第５図は従来のセンサの
Ｘ方向についての磁場勾配を示すグラフである。 Ａ・・・センサ、　　１０・・・ケーシング、２０・・
・鋼球（磁性球）、 ３１・・・第１永久磁石（一方の磁石）、３２・・・第
２永久磁石（他方の磁石）、２５・・・差動トランス（
検出手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　筒状をなすケーシングと、このケーシング内に径方向
   に隙間を有して収容され軸線方向へ移動可能にされた磁
   性球と、上記ケーシングを間に挟んで対向して配置され
   上記磁性球をケーシング内の基準位置に引き付ける一対
   の磁石と、上記ケーシングの外側に配されて上記磁性球
   の基準位置からの変位を検出する検出手段とを備え、上
   記磁性球が移動可能な全範囲に亙って、上記一対の磁石
   のうちの一方の磁石による磁性球に対する磁力の強さが
   、他方の磁石による磁性球に対する磁力の強さよりも大
   きくされているセンサにおいて、上記一対の磁石の互い
   に対向する磁極面におけるケーシング軸線方向に沿う長
   さ寸法について、上記一方の磁石の方が上記他方の磁石
   よりも小さくされていることを特徴とするセンサ。