JPS62229076A - 加速度検出装置 - 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】 ［発明の目的］ ［発明の分野］ 本発明は磁気を利用した加速度検出装置に関し。

例えば、自動車用として利用される。

［従来の技術］ 一般に、加速度センサ、振動センサ等々においては、外
部から受ける加速度の大きさに応じてケーシングとの相
対位置が変化する錘を設け、この錘の位置を検出して必
要な情報を得る構造になっている。

錘の位置を検出する技術としては、例えば実開昭６０−
７４０２４号公報に示されるものがある。即ち、磁石と
磁気センサとを用い、磁気センサの位置の磁束密度が該
センサと磁石との距離に応じて変化することを利用して
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら従来の検出方法では、広い範囲に渡って位
置を検出することができない。即ち、第６ｃ図にΔとし
て示すように、距離に応じた磁束密度の変化が急便であ
るため、距離が大きくなると磁束密度が非常に小さくな
り、検出不能になる。

高感度の磁気センサを用いると、近距離で検出レベルが
飽和して検出不能になる。また、距離−検出レベル（磁
束密度）特性の直線性が悪いので、この種の方法では実
質上広い範囲に渡る検出ができない。従って、振動セン
サのように位置変化の有無だけを検出する場合には問題
がないが、加速度センサにおいては、加速度の検出可能
範囲が特定の狭い範囲に限られるという不都合がある。

本発明は、広い範囲に渡る加速度検出を可能にすること
を目的とする。

［発明の構成］ Ｅ問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために１本発明においては、永久磁
石のような磁気発生手段の磁極のＮ極及びＳ極に、磁性
体でなる磁気案内手段を結合して、前記磁気発生手段か
ら出る磁束が前記磁気案内手段を通るようにする、そし
て、前記磁気発生手段と前記磁気案内手段とでなる磁気
閉回路の内側に、例えば磁気抵抗素子、ホール素子等々
のような磁気検出手段を配置し、スプリングを含む所定
の支持手段で、前記磁気発生手段と前記磁気検出手段と
を相対移動可能に支持する。

し作用］ 上記のような構成にする場合、磁気発生手段のＮ極から
出る磁束の大部分（即ち主磁束）は、透磁率の高い前記
磁気案内手段の全体を通って、磁気発生手段のＳ極に達
する。ところが磁束の一部は漏れ磁束になり、主磁束と
は異なる経路を通る。

即ち、磁気案内手段の途中から、透磁率の比較的低い空
気中を通って、磁気案内手段の別の位置に向かう。従っ
て、この漏れ磁束は前記磁気発生手段と前記磁気案内手
段とでなる磁気閉回路の内側の位置を通る。つまり、前
記磁気検出手段は、漏れ磁束のレベルを検出することに
なる。

第６ａ図に示すように永久磁石ＭＧからｒの距離にある
点ＰＬの位置での磁束密度は、第６ｃ図にＡとして示す
ように、距離のパラメータに対して急便な変化を示す。

一方、第６ｂ図に示すように永久磁石ＭＧのＮ極とＳ極
との間に磁性体のヨークＹ　Ｋを結合した場合、その磁
気回路の内側の、永久磁石ＭＧから「の距離にある点Ｐ
２の位置での磁束密度は、第６ｃ図にＢとして示すよう
に５゜Ａと比べると、距＄１ｒに対して比較的なだらか
な変化を示す。なお、第６ｂ図において、ＦＬｍが主磁
束を示し、ＦＬｓが漏れ磁束を示す。

従って１本発明の構成によれば、短距離から長距離（磁
気発生手段と磁気検出手段との距ＩＩＩ）まで広い範囲
に渡って位置検出ができる。特別に高感度な磁気検出手
段を用いなくとも距離が大きい時に大きな検出レベルが
得られるし、距離が小さい時に検出レベルが飽和しにく
い。また、広い範囲に渡り、距離−磁束密度（検出レベ
ル）特性の直線性が良い。永久磁石と点ＰＬとの相対位
置変化は、スプリングによって規制されるから、それら
の位置関係は加速度に応じて定まり、従って加速度に応
じた検出レベルが得られる。

ところで、加速度センサのための位置検出においては、
加速度が０の時の基準位置の近傍で高い検出精度が必要
になる。ところが、第６ｂ図のような構成の場合、検出
点（Ｐ２）と磁石との距離が０に近づくと、位置検出誤
差は非常に大きくなる。

そこで１本発明の好ましい実施例においては、互いに所
定間隔だけ離して配置した第１及び第２の磁気発生手段
を設け、第１の磁気発生手段から出る磁束と第２の磁気
発生手段から出る磁束との差を検出する。このようにす
れば１位置検出の基準位ニ（９点）が第１の磁気発生手
段と第２の磁気発生手段との中間になるので、特性の誤
差の小さい傾城を利用できる。

本発明の他の目的及び特徴は１図面を参照した以下の実
施例説明によって明らかになろう。

［実施例］ 以下１図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図、第２図及び第３図に、本発明を実施する加速度
センサを示す。第１図は縦断面図、第２図は第１図のＩ
Ｉ　−ＩＩ線断面図、第３図は縦断面の斜視図である。

各回を参照して説明する。ケーシングは、筒形状のケー
シング部材１とカップ形状のケーシング部材２との組み
合せでなっている。即ち１部材１の一端１ａの内周と部
材２の一端２ａの外周にそれぞれ形成したねじによって
両者が結合されている。

このケーシングの内部に、支持部材３が装着されている
。

支持部４」３は一端に形成した蓋部３ａと支持軸部３ｂ
でなっている。蓋部３ａは、その外周に形成したねじに
よってケーシング部材ｌの一端１ｂの内側に固着されて
いる、支持軸部３ｂの一端３ｄは、ケーシング部材２の
内壁に当１妾しそれによって支持さ九でいる。支持軸部
３ｂの略中央部に突起３ｃが形成され、その内部に磁気
抵抗素子４が配にされている。

磁気抵抗素子４の端子から引き出された２本のリード線
５は、支持軸部３ｂの内空間を通って、ケーシングの外
部に引き出されている。６は保護用のブツシュである。

なお、ケーシング部材１．２及び支持部月３は、非磁性
体である。

ケーシングの内空間には、可動ユニット７が備わってい
る。この可動ユニット７は、互いに離して配置した２つ
の磁気発生［８及び９を備えている。

磁気発生板８は１円盤形状であり、永久磁石８ａと非磁
性体の錘８ｂでな）ている。また、磁気発生板８の中央
部には、支持部材３を通すための貫通孔が形成されてい
る一ａｔｆｉ発生板９は磁気発生板８と同−構Ｊ戊にな
っている。

これらの磁気発生板８及び９は１円筒形状の支持ηｉ１
２の名端部の内側に固定されている。支持筒１２は本体
は非磁性体であり、その内側に固着さＪした。磁性体゛
Ｃなる２つの帯状の磁気案内板【０及び１１を備えてい
る。、磁気案内板１０は一方の永久磁石８ａの外周に形
成さオｔたＮ極と他方の磁気磁石９ａの外周に形成され
たＳ極とに固着されており、磁気案内板１１は一方の永
久磁石８ａの外周に形成されたＳ極と他方の永久磁石９
ａの外周に形成されたＮ極とに固着されている。

従って、永久磁石８ａの外周のＮ極から出る磁束の大部
分（主磁束）は、透磁率の大きい磁気案内板１０を通っ
て永久磁石９ａの外側のＳ極に達し。

永久磁石９８の外周のＮ極から出る磁束の大部分は、磁
気案内板■１を通って永久磁石８ａの外周のＳ極に達す
る。

支持筒１２外周の両端部に、環状の押え部材１３及び１
４が備わっている。これらの押え部材１３及び１４は、
支持筒１２と固刀されている。

ケーシング部材１と２の結合部近傍の内周に凹部２０が
形成されており、その部分に凹部２０よりも少し程の小
さい圧縮コイルスプリング１５が配置されている。圧縮
コイルスプリング１５の両端部には、環状の座金１６及
び１７が配置されている。座金１６及び１７は、その外
径がケーシング内周（凹部２０以外）の径よりも大きく
、内径は。

ケーシング内径よりも小さく支持筒１２の外径よりも（
芋かに大きい。

従って、座金１６及び１７は、ケーシングに形成された
四部２０の中でのみ移動可能であり１通常、即ち加速度
が印加されない状態では、圧縮コイルスプリング］５に
よって、凹部２０の両端に押圧される。この状態では、
座金１６の凹部２０から突出する部分が押え部材１３に
当接し、座金１７の凹部２０から突出する部分が押え部
材１４に当接する。またその状態では、磁気抵抗素子４
と永久磁石８ａとの距離及び磁気抵抗素子４と永久磁石
９ａとの距離が等しい。

可動ユニソ１〜７は、永久磁石８ａ及び９ａの中央部に
形成された貫通孔の部分で支持部材３の支持＄＋！＋部
３ｂに支持され、押え部材１３及び１４の外周面でケー
シング（１，２）の内周壁に支持され、支持軸部３ｂの
軸方向に対して移動可能になっている。

従って、この加速度センサに加速度が印加されると、そ
の力に応じて、ケーシングと可動ユニット７との相対位
置が変化する。つまり、可動ユニット７はケーシングの
内部で支持軸部３ｂの軸方向に移動する。可動ユニット
７が第１図の右方向に移動する場合、それによって座金
１６がスプリング１５を縮める方向に動くので、可動ユ
ニット７は、スプリング１５が座金１６を押し返す力と
、加速度及び可動ユニット７の質量で定まる力とが平衡
する位置に位置決めされる。

同様に、可動ユニット７が第１図の左方向に移動する場
合、それによって座金１７がスプリング１５を縮める方
向に動くので、可動ユニッ１−７は、スプリング１５が
座金１７を押し返す力と、加速度及び可動ユニツ１−７
のりＦ、ｔで定まる力とが平衡する位置に位置決めされ
る。可動ユニット７が移動すれば、その移動量に応じて
、磁気抵抗素子４−永久磁石８８間の距ｍと磁気抵抗索
子４−永久磁石９ａ間の距離の比率が変化する。

なお、永久磁石８ａと永久磁石９８との距離は常に一定
である。また、永久磁石８ａの磁荷と永久磁石９ａの磁
荷とは同一になっている。

加速度センサに印加される加速度が零になれば。

スプリング１５の力によって、可動ユニット７は元の位
置に戻る。

次に可動ユニッ１−７の位置検出動作について説明する
。

第１図に示す加速度センサの磁気回路は、実質上。

第４ａ図に示すものと等価である。即ち、この磁気回路
は、永久磁石８ａ、９ａ、磁性体１０及び１１でなって
いる。永久磁石８ａのＮ極から出る磁束の大部分、即ち
主磁束ＦＬｍは磁性体１０を通って永久磁石９ａのＳ極
に達し、永久磁石９ａのＮ極から出る主磁束は磁性体１
１を通って永久磁石８ａのＳ極に達する。

また、永久磁石８ａのＮ極から出る磁束の一部、即ち漏
れ磁束ＦＬｓは、磁性体ｌＯの途中から、磁気回路内部
の空気中を通って、他方の磁性体１１に達し、永久磁石
８ａのＳ極に達する。同様に。

永久磁石９ａのＮ極から出る磁束の一部は、磁性体１１
の途中から空気中を通って、他方の磁性体ＩＯに達し、
永久磁石９ａのＳ極に達する。従って、この磁気回路の
内側（空気中）の磁束密度は。

永久磁石８ａから出る漏れ磁束と永久磁石９ａから出る
漏れ磁束とを合成した結果になる。

第４ａ図から分かるように、両者の磁束は向きが逆であ
るから、永久磁石８ａと永久磁石９ａの中間点ＰＯにお
ける磁束密度は零であり、その位置からの距＄１Ｅｘ及
び方向に応じて任意の点３における磁束密度が定まる。

実際には第４ｂ図に実線で示すような特性が得られる。

なお、第４ｂ図に点線で示す特性は、磁性体１０及び１
１が存在しない場合、つまり主磁束を直接検出する場合
の特性である。

可動ユニツ１−７とケーシングとの相対位置は、前記の
ように加速度センサに加わる加速度に応じて変化するの
で、第４ｂ図に示す距離Ｘは、加速度に読み換えてもよ
い。また、第１図に示す磁気抵抗素子４はそれを通る磁
束の密度に応じて電気抵抗が変化するので、磁気抵抗索
子４の出力端子には、加速度センサに印加される加速度
に応じた電気信号が得られる。

第４ｂ図に示すように、この実施例の加速度センサでは
、基準位置ＰＯからの距１１１１　Ｘが小さい領域でも
比較的大きな磁束密度が得られるので、磁気抵抗素子４
の感度が比較的低くても、可動ユニット７の微小位に変
化、即ち小レベルの加速度が検出できる。また、距離Ｘ
−磁束密度特性の直線性が良好であるから、小レベルの
加速度から大レベルの加速度まで広い範囲に渡って加速
度を検出できる。

このような好ましい特性が得られるのは、可動ユニット
７の位置を検出するために漏オし磁束を検出対象にして
いるため、及び互いに向きの異なる２系ネｌ＋！の漏れ
磁束を合成した磁束のレベルを検出しているためである
。

なお、上記実施例においては、支持筒［２の内壁に２つ
の磁性体ＩＯ及び１１をＩｉ！ｉ？着したが、第５ａ図
及び第５ｂ図の変形例に示すように、支持筒３０の外周
面に沿って磁性体３１及び３２を配置し、磁性体３１及
び３２の各両端部（３１ａ。

３２ａ）をそれぞれ支持筒３０の内壁に合わせるように
折り曲げて永久磁石３３と磁性体３１，３２とを結合し
てもよい。また、第５ｃ図に示すように、支持筒３５の
長さを短くし、磁性体３６及び３７の端部を肉厚部３６
ａ及び３７ａとしてそれらを支持筒から突出させ、それ
ら肉厚部を永久磁石３８に結合してもよい。

なお、上記実施例で使用した磁気抵抗素子に替えて、例
えばホール素子のような他の磁気検出手段を利用しても
よい。

［効果コ 以上のとおり本発明によれば、小さい加速度から大きな
加速度まで広い範囲に渡って高精度で加速度検出ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施する加速度センサの縦断面図で
ある。 第２図は、第１図のＩＩ−ＩＩＡｉＸＩＦｒ面図である
。 第３図は、第１図の加速度センサの縦断面を示す斜視図
である。 第４ａ図は第１図の磁気回路の概略を示す正面図、第４
ｂ図は第４ａ図の点Ｐ３における磁束密度を示すグラフ
である。 第５ａ図及び第５ｂ図は、第１図の加速度センサの一部
の構成要素についての変形例を示す斜視図及び縦断面図
である。 第５ｃ図は、もう１つの変形例を示す縦断面図である。 第６ａ図及び第６ｂ図は、各々、距離検出方法の一例を
示す正面図である。 第６Ｃ図は、第６Ｑ図及び第６ｂ図における永久磁石と
の距離ｒと磁束密度との関係を示すグラフである。 １．２：ケーシング部材 ３：支持部材（支持手段） ３ａ：蓋部　　　　　　３ｂ：支持軸部４：磁気４１Ｌ
抗素子（磁気検出手段）５：リード線　　　　　７：可
動ユニット８．９：磁気発生板 ８ａ、９ａ：永久磁石（磁気発生手段）８ｂ、９ｂ：８
Ｉ ｔｏ、１１，３１，３２，３６，３７　：磁気案内板（
磁気案内手段）１２１３　ｏ　ｒ　３５：支持筒 １３．１４：押え部材 １５：圧縮コイルスプリング １６．１７：座金　　　２０：凹部 ＦＬｍ：主磁束　　　　ＦＬｓ　：漏れ磁束声３ｚ 声５８図 第４ａ図 ＋＝ｎ 声４ｂ図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つの磁気発生手段； 該磁気発生手段の磁極のＮ極及びＳ極に結合された磁性
   体でなる磁気案内手段； 前記磁気発生手段と前記磁気案内手段とでなる磁気閉回
   路の内側に配置され、磁界の強さに応じた電気信号を出
   力する、磁気検出手段； 前記磁気発生手段と前記磁気検出手段とを相対移動可能
   に支持する支持手段；及び 前記磁気発生手段と前記磁気検出手段とを それらに印加される加速度に応じた相対位置関係に設定
   するスプリング； を備える加速度検出装置。
2. （２）前記磁気発生手段は互いに分離して配置された第
   １及び第２の磁気発生手段を含み、前記磁気案内手段は
   第１の磁気発生手段のＮ極と第２の磁気発生手段のＳ極
   に接続された第１の磁気案内手段及び第１の磁気発生手
   段のＳ極と第２の磁気発生手段のＮ極に接続された第２
   の磁気案内手段を含む、前記特許請求の範囲第（１）項
   記載の加速度検出装置。
3. （３）前記磁気案内手段は、前記第１の磁気発生手段と
   第２の磁気発生手段との間隔を一定に保持する間隔保持
   手段を備える、前記特許請求の範囲第（２）項記載の加
   速度検出装置。
4. （４）前記磁気発生手段は、所定の間隔で互いに分離し
   て配置された第１及び第２の磁気発生手段を含み；前記
   磁気案内手段は第１の磁気発生手段のＮ極と第２の磁気
   発生手段のＳ極に接続された第１の磁気案内手段及び第
   １の磁気発生手段のＳ極と第２の磁気発生手段のＮ極に
   接続された第２の磁気案内手段を含み；前記支持手段は
   、筒形状のケーシング，該ケーシング内部の実質上中央
   部に固定支持され前記磁気発生手段の実質上中央部をそ
   れに対して摺動自在な状態で貫通する支持軸，及び該支
   持軸の軸方向に対する前記磁気発生手段の移動を規制す
   るスプリングを備え；前記磁気検出手段は前記支持軸上
   に固定支持された；前記磁気検出手段が、前記特許請求
   の範囲第（１）項，第（２）項又は第（３）項記載の加
   速度検出装置。（５）前記磁気検出手段は、第１の磁気
   案内手段及び第２の磁気案内手段のいずれか一方に近接
   した位置に配置された、前記特許請求の範囲第（４）項
   記載の加速度検出装置。