JP2000002715A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】センサ自体の設計の自由度を大きくとることが
でき、高感度で、零加速度から広範囲の測定が可能な加
速度センサを提供する。 【課題手段】固定部２の内側に固定された鉛直方向に可
動する可動部３と、可動部３の中央の上下面に接合され
た一対の第１の永久磁石５、５１と、各々の第１の永久
磁石５、５１に対向して固定部側に配置されると共に、
可動部３の変位による第１の永久磁石５、５１からの発
生磁界の変化を検出する一対の磁気インピーダンス効果
を有する磁気センサ６、６１とを備え、磁気センサ６、
６１の出力変化から加速度を検出する加速度センサ１に
おいて、各々の第１の永久磁石５、５１と対向する固定
部２の背面側に、磁気センサ６、６１に印加される磁界
の向きが第１の永久磁石５、５１から漏洩する磁界の向
きに対して逆向きになるようにバイアス用の第２の永久
磁石７、７１を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用機器類の制
御、衝撃値の把握、または振動解析などに使用され、電
磁気的に加速度を検出する加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械やロボットその他産業用
機器類の制御や衝撃値の把握等の分野で、電磁気的に加
速度を検出する加速度センサが用いられている。このよ
うな加速度センサは図３のようになっている。図におい
て、２０は加速度センサ、２１は固定部、２２は固定部
２１の一端に鉛直方向に支持され、印加された加速度に
よって撓むことができる梁状の可動部、２３はＮ極とＳ
極の極性を有する永久磁石、２４、２５は磁気抵抗素
子、２６、２７は信号線、２８は磁気抵抗素子２４、２
５の出力を逆極性で加算する加算部、２９は加算部の出
力信号である。このような加速度センサ２０に、外部か
ら加速度が加わると、可動部２２が加速度の大きさに応
じて、測定する加速度の方向に変位する。このとき、可
動部２２に支持された永久磁石２３が発する漏れ磁界に
より、磁気抵抗素子２４、２５に印加される磁界の強さ
（出力）が変化し、この磁気抵抗素子２４、２５の差動
出力が加算部に入力されて加速度が演算される。また、
磁気抵抗素子の他に、ホール素子や磁気インピーダンス
効果を有する素子を磁気センサとして用いた加速度セン
サが提案されている。磁気インピーダンス効果を有する
磁気センサは、磁気抵抗素子やホール素子に比べて、測
定感度が５桁程度良く、磁界に対して出力変化を生じる
磁界範囲が広いという特徴を生かしたものである。磁気
インピーダンス効果とは、周方向に磁区が形成されたア
モルファス線の線長さ方向に磁界をかけると透磁率の変
化に基づいて線の両端に印加している電圧が変わるとい
う現象である（例えば、精密工学会誌６２巻第３号、１
９９６年３４１ページ）。このような加速度センサは図
４のようになっている。図において、１は加速度セン
サ、２は角枠状をした固定部、３は固定部２の内側にそ
の両端が固定された板ばねからなる可動部、４は可動部
３の中央部分に設けられた重錘体、５、５１は重錘体４
の鉛直方向の上下面に接着剤で固定された厚さ１ｍｍ程
度のフェライト磁石からなる永久磁石、６、６１は永久
磁石５、５１の両面に所定のギャップを介して固定部２
に設けられると共に、磁気インピーダンス効果を有する
ＦｅＣｏＳｉＢ系のアモルファス線、７、７１はアモル
ファス線６、６１のリ−ド線である。ここで、二つのア
モルファス線を配置したのは差動出力をとるためであ
る。このような加速度センサ１において、永久磁石５、
５１に加速度が印加された際、板ばねの厚さ方向の変位
によって永久磁石５、５１からアモルファス線６、６１
に印加される磁界が変化して、最終的に出力が得られ
る、アモルファス線付近の板ばね厚さ方向の磁界勾配が
大きいほど加速度センサの感度は大きくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、以下の問題があった。 （１）磁気センサとして磁気抵抗素子を使用した加速度
センサは磁界に対する感度は優れているが、直線域が狭
いために加速度測定範囲を小さくしか取れず、広範囲の
加速度の検出を行おうとした場合、複数の構造を変えた
センサを作製する必要があった。 （２）その他j磁気センサとしてホール素子を使用した
場合は感度が低いために測定できる加速度範囲が狭くな
り、機器の加速度を測定するときに測定範囲の異なる複
数の加速度センサを準備しなければならない等の問題が
あった。 （３）磁気インピーダンス効果を有する磁気センサを用
いた場合は、アモルファス線の磁界に対する出力特性を
図５で示すように、磁界に対する出力変化量の大きな△
Ｈの部分を動作点に用いようとすると、板バネに設けた
磁石の漏れ磁界を１０エルステッド付近に調整する必要
があるため、永久磁石の選定等に制約が生じ、しいては
加速度センサの設計の自由度が小さくなるという問題が
あった。すなわち、上記の理由から、永久磁石とアモル
ファス線の初期ギャップが同じであれば、永久磁石の種
類と寸法は限定されるので、アモルファス線付近の磁界
勾配も限定されることになり、これ以上の高感度化は期
待できない。そこで、本発明はセンサ自体の設計の自由
度を大きくとることができ、高感度で、しかも零加速度
から広範囲の測定が可能な加速度センサを提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の本発明は、固定部の内側に少なくと
もその一端が固定されると共に鉛直方向に可動する可動
部と、前記可動部の中央の上下面に接合された一対の第
１の永久磁石と、前記各々の第１の永久磁石に対向して
前記固定部側に配置されると共に、前記可動部の変位に
よる前記第１の永久磁石からの発生磁界の変化を検出す
る一対の磁気インピーダンス効果を有する磁気センサと
を備え、前記磁気センサの出力変化から前記第１の永久
磁石に印加される加速度を検出する加速度センサにおい
て、前記各々の第１の永久磁石と対向する前記固定部の
背面側に、前記磁気センサに印加される磁界の向きが前
記第１の永久磁石から漏洩する磁界の向きに対して逆向
きになるようにバイアス用の第２の永久磁石を設けたも
のである。また、請求項２記載の本発明は、請求項１記
載の加速度センサにおいて、前記磁気センサは、アモル
ファス線で構成されており、この線の長さ方向に磁界が
かかるように配置されたものである。また、請求項３記
載の本発明は、請求項１または２記載の加速度センサに
おいて、前記可動部が板バネまたはコイルバネからな
り、少なくともその一部が磁化された永久磁石材で形成
されたものである。上記手段により、各々の第１の永久
磁石と対向する固定部の背面側に、アモルファス線に印
加される磁界の向きが第１の永久磁石から漏洩する磁界
の向きに対して逆向きになるようにバイアス用の第２の
永久磁石を設けたため、センサ自体の設計の自由度の幅
が広がり、零加速度から広範囲の加速度を感度よく測定
することができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について詳
細に説明する。図１は本発明の実施例を示す加速度セン
サの構成図である。図において、従来と同じ構成要素に
ついては同じ符号を付してその説明を省略し、異なる点
のみ説明する。本発明が従来と異なる構成は、以下のと
おりである。すなわち、可動部３の中央の上下面に接合
された一対の永久磁石５、５１を第１の永久磁石とし、
また、磁気センサをアモルファス線６、６１で構成して
いる。このアモルファス線６、６１を間に介して、第１
の永久磁石５、５１と対向する固定部２の背面側にバイ
アス用の第２の永久磁石７、７１を設けたものである。
この第２の永久磁石７、７１は、アモルファス線６、６
１に印加される磁界の向きが、第１の永久磁石５、５１
から漏洩する磁界の向きとは逆向きになるように配置さ
れており、図示中、第２の永久磁石７、７１の磁極は、
第１の永久磁石５、５１の磁極と対向して逆となってい
る。次に、動作を説明する。図１に示す加速度センサ１
に加速度が加わっていないときには、重錘体４は静止し
ているが、加速度センサ１に加速度が加わると、加速度
の大きさに応じて可動部３が加速度の方向（上下方向）
に撓んで変位し、可動部３に設けた重錘体４が変位す
る。重錘体４が変位すると、重錘体４の上面、下面にそ
れぞれ接合された第１の永久磁石５、５１も変位する。
このとき、第１の永久磁石５、５１からの漏れ磁界とバ
イアス用の第２の永久磁石７、７１からの漏れ磁界の合
成磁界によってアモルファス線６、６１のそれぞれ両端
に現れる出力が変化する。このアモルファス線６、６１
の出力変化は図示しない加速度検出用回路で検出され、
アモルファス線６、６１の差動出力に基づいて、図示し
ない演算器に入力され加速度が演算される。ここで、図
２は、本実施例および従来例の加速度センサに用いたア
モルファス線と永久磁石の距離に対するアモルファス線
に印加される磁界の変化との関係を表している。図にお
いて１１は本実施例を示す加速度センサの磁界の変化、
１２は本実施例で用いた加速度センサの一部を構成する
第２の永久磁石の磁界の変化、１３は従来例の加速度セ
ンサの磁界の変化、△Ｈは本実施例および従来例の加速
度センサにおける動作磁界範囲を示している。図におい
て、本実施例を示す加速度センサの磁界の変化１１は、
従来例の加速度センサの磁界の変化１３と第２の永久磁
石の磁界の変化１２の合成磁界に等しい。このとき同じ
動作磁界△Ｈに対する距離の変化分は、本実施例１１は
距離ａｂに対応し、従来例１３は距離ｃｄに対応する。
すなわち、距離ｃｄに比べて距離ａｂは短いことから、
距離の単位変化分に対する磁界の変化分は本実施例の方
が大きいので、本実施例の加速度センサを用いることに
より、加速度が感度よく検出される。次に、本実施例と
従来例の加速度センサを加振器に取り付けて種々加速度
で測定可能加速度範囲を調べた。その結果、本実施例の
加速度センサの感度は従来例に比べて約４倍大きいこと
を確認した。したがって、各々の第１の永久磁石と対向
する固定部の背面側に、アモルファス線に印加される磁
界の向きが第１の永久磁石から漏洩する磁界の向きに対
して逆向きになるようにバイアス用の第２の永久磁石を
設けたので、センサ自体の設計の自由度を大きくとるこ
とができ、高感度で、しかも零加速度から広範囲の加速
度を測定することができる。なお、本実施例では、磁気
センサ材料であるアモルファス線は、直径３０μｍ、長
さ１ｍｍのものを用いた。磁気インピーダンス効果を有
するものであれば、このようなアモルファス線に限ら
ず、アモルファス磁性リボン、スパッタ磁性薄膜、導体
層をサンドイッチした磁性多層膜、導体ワイヤに磁性層
をメッキした複合ワイヤなどで作製しても構わす、形状
や材料に限定されるものではない。また、可動部は、板
ばねを用いたが、コイルばねでも構わない。さらに、可
動部は、少なくともその一部が磁化された永久磁石材で
形成されたものとしてもよい。これにより、第１の永久
磁石を取り付ける必要がなくなり、永久磁石分の小型化
と、磁石取り付けによる工程の省略により、製造コスト
が削減できる。また、さらに、固定部の形状は、角枠状
または円筒状のものが好ましいが、その他、可動部であ
る永久磁石、磁気センサを支持するものであれば形状は
限定されない。

【０００６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バイアス用の第２の永久磁石を有する加速度センサを用
いることにより、バイアス用の第２の永久磁石を用いな
い場合に比べて可動部の変化に対する磁気インピーダン
ス効果を有する材料の磁界変化を大きくできるので、高
感度の加速度センサを得られる効果がある。また、使用
する永久磁石の磁界強さや寸法に関係なく磁気インピー
ダンス効果を有する材料に印加される磁界を最適の条件
に設定できるので、加速度センサの設計の自由度を大き
くとれる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す加速度センサの構成図で
ある。

【図２】本発明の加速度センサに用いたアモルファス線
と永久磁石の距離に対する アモルファス線に印加さ
れる磁界の変化との関係を示した図である。

【図３】従来例を示す加速度センサの構成図である。

【図４】その他の従来例を示す加速度センサの構成図で
ある。

【図５】磁気インピーダンス効果を有するアモルファス
線の磁界に対する出力電圧 の特性を示した図であ
る。

【符号の説明】

１：加速度センサ ２：固定部 ３：可動部 ４：重錘体 ５、５１：第１の永久磁石 ６、６１：磁気センサ（アモルファス線） ７、７１：第２の永久磁石（バイアス用） ８、８１：リ−ド線 １１：本実施例の加速度センサの磁界変化 １２：バイアス磁石の磁界変化 １３：従来例の加速度センサの磁界変化

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定部の内側に少なくともその一端が固定
   されると共に鉛直方向に可動する可動部と、前記可動部
   の中央の上下面に接合された一対の第１の永久磁石と、
   前記各々の第１の永久磁石に対向して前記固定部側に配
   置されると共に、前記可動部の変位による前記第１の永
   久磁石からの発生磁界の変化を検出する一対の磁気イン
   ピーダンス効果を有する磁気センサとを備え、前記磁気
   センサの出力変化から前記第１の永久磁石に印加される
   加速度を検出する加速度センサにおいて、 前記各々の第１の永久磁石と対向する前記固定部の背面
   側に、前記磁気センサに印加される磁界の向きが前記第
   １の永久磁石から漏洩する磁界の向きに対して逆向きに
   なるようにバイアス用の第２の永久磁石を設けたことを
   特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】前記磁気センサは、アモルファス線で構成
   されており、この線の長さ方向に磁界がかかるように配
   置された請求項１に記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】前記可動部は、板バネまたはコイルバネか
   らなり、少なくともその一部が磁化された永久磁石材で
   形成されたものである請求項１または２に記載の加速度
   センサ。