JP2002277243A

JP2002277243A - 傾斜センサ

Info

Publication number: JP2002277243A
Application number: JP2001072783A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Takatsuka; 俊徳高塚
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】部品点数が減少し、さらに組立性が向上し、
かつ小型化の可能な傾斜センサを提供すること。【解決手段】磁気センサ１１は、Ｘ軸及びＹ軸に沿っ
て２個ずつ対称に配置されていて、球状磁性体１３は、
マグネット１２の磁力に起因する吸引力のみでマグネッ
ト１２の最も磁束密度の高い部分である中心部付近に隣
接している。その吸引力により、平坦な場所では常に、
球状磁性体１３はマグネット１２の中心下に位置してい
る。傾斜がかかると、球状磁性体１３は容易に移動し、
それに伴って、周囲の磁界変化が生じ磁気センサ１１の
出力が変化する。これにより、従来傾斜センサに必要で
あったケース体などの部品点数を減らすことができるう
え、製造工程中にケース体の接着（接続）工程がいらな
くなるので組立性も向上し、かつ小型化の可能になった
傾斜センサを構築できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、傾斜状況を示す電
気信号を出力する傾斜センサに関し、より詳細には、マ
グネットと隣接状態を維持している磁性体の移動にとも
なう周囲の磁束密度変化を、ホール素子等の磁気センサ
で検出することで、傾斜角を計測する又は傾斜の有無を
認識するようにした傾斜センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、支持体に形成された凹状球面に沿
って変位自在なマグネットと、このマグネットの磁気を
検出する磁気センサと、この磁気センサからの入力信号
に基づいて支持体の傾斜状況を示す信号を出力する制御
回路とを有する傾斜センサが知られている。このような
傾斜センサとして、例えば、特開平８−２６１７５８号
公報が開示されている。この公報のものは、外部振動に
対して安定した出力信号を得るために、支持体に形成さ
れた上向きの凹状球面２ａに沿って変位自在な永久磁石
４と、この永久磁石４の磁気を検出する磁気検出素子５
と、この磁気検出素子５からの入力信号に基づいて支持
体の傾斜状況を示す信号を出力する制御回路を備えたも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成では、凹状球面内にマグネットを載置するため、
ケース体が少なくとも２体必要になり、部品点数が増加
するという問題がある。また、製造工程中にケース体の
接着（接続）工程が必須のものになり、組立性にも問題
があった。また、凹状球面の反対側には、磁気センサを
内包する別の空間が必要になり、小型化を進める上で問
題になっている。

【０００４】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、部品点数が減少す
るとともに組立性が向上し、かつ小型化の可能な傾斜セ
ンサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、磁力を発生するマグネッ
トと、該マグネットの磁力に起因する吸引力により隣接
状態を維持しつつ移動自在な磁性体と、該磁性体の移動
によって生じる周囲の磁束密度変化を検出する磁気セン
サとを備え、傾斜状況を電気信号として出力することを
特徴とするものである。

【０００６】ここで、本発明でいう隣接状態とは、マグ
ネットと磁性体が接触している状態と、接触していない
が近傍にある状態の２状態を意味する。前者は、特にマ
グネットの磁気が強い場合であり、マグネットと磁性体
は常に接触している。また、マグネットの磁気が弱い場
合は重力や加速度などの影響を受け、マグネットと磁性
体がいつも接触しているとは限らない。つまり、後者
は、磁性体の紛失防止の目的で、磁性体カバーを磁性体
の近傍に設け、マグネットと磁性体を隣接状態に保つよ
うになされている。つまり、マグネットの強さと磁性体
の組み合わせ次第では、常に接触していない状態も生じ
うる。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記マグネットの形状が、少なくとも
一面の球面もしくは楕円面を有することを特徴とするも
のである。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の発明において、前記磁性体の形状が、少なくと
も一面の球面もしくは楕円面を有することを特徴とする
ものである。

【０００９】なお、ここで磁気センサとしては、ホール
素子、ホールＩＣ、磁気抵抗効果素子（ＭＲ）、磁気抵
抗効果ＩＣ（ＭＲＩＣ）、リードスイッチなど様々な磁
気センサが適用可能であり、３６０゜の全方向を検知可
能にする場合は、アナログ出力型の磁気センサが望まし
い。それとは別に、傾斜しているかどうかだけを検知し
たい場合は、デジタル出力型の磁気センサが望ましい。

【００１０】また、マグネットについても、特に種類の
限定はないが、通常、量産されているフェライト系、サ
マリウム−コバルト系、ネオジ系など様々なマグネット
が適用可能である。ただし、マグネットの磁力があまり
に強すぎると、傾いている状態でも、磁性体が移動しな
いことがあるので、フェライト系のマグネットを使う
か、もしくは、サイズの小さいサマリウム−コバルト
系、あるいはネオジ系等のマグネットを用いるのが望ま
しい。

【００１１】また、磁性体についても、マグネット同様
に、特に種類の限定はないが、透磁率が高く、安価に入
手でき、加工性の良い磁性体が好ましい。鉄や鉄系の合
金（一例としては、炭素綱やシリコン−鉄系、ニッケル
−鉄系、コバルト−鉄系、クロム−鉄系など）など様々
な磁性体が適用可能である。

【００１２】上述した構成をとることにより、部品点数
が減少し、かつ組立性が向上し、さらに小型化も可能で
あるので、多様なアプリケーションに対して好都合に対
応することが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態を
示す回路ブロック図で、図中符号１は検出部、２は差動
アンプ、３は検出制御部、４は出力制御部である。検出
部１は、４個の磁気センサ（例えば、ホール素子）１１
からなり、このホール素子１１は、Ｘ軸及びＹ軸に沿っ
て２個ずつ対称に配置されている。Ｘ軸及びＹ軸上に対
称に配設された４個のホール素子１１の中央付近にマグ
ネットが配置されており、マグネットの磁力により隣接
する移動自在な磁性体（例えば、球状磁性体）とを備え
ている。

【００１４】この球状磁性体の移動による磁界の変化に
より、ホール素子１１の出力電圧が変化する。差動アン
プ２は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の各ホール素子１１の出力
をそれぞれ差動的に増幅する。Ｚ軸方向の磁界が原点Ｏ
について対称、すなわち球状磁性体が原点Ｏ上の位置に
あるとき、出力が０になるようにしてあり、球状磁性体
が原点Ｏを離れて移動すると、これに応じて差動アンプ
２に出力が発生するように構成されている。検出制御部
３が、差動アンプ２の出力をＸ座標値及びＹ座標値に変
換して傾斜具合を検知し、出力制御部４が電気信号とし
て出力する。

【００１５】図１では、磁気センサ１１を４個使用した
が、３６０゜全方向検知するには、１２０゜の間隔をお
いて、３個の磁気センサ１１を使用することで可能であ
る。

【００１６】図２（ａ），（ｂ）は、マグネットと磁性
体（この実施形態では球状磁性体）の機構の一例を示す
図で、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は下面図であ
る。図中符号１１は磁気センサ、１２はマグネット、１
３は球状磁性体である。磁気センサ１１は、前述したよ
うにＸ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に配置されてい
る。マグネット１２は鉛直方向にＮＳの着磁がされてい
る。ＮＳの方向については特に制限されない。

【００１７】球状磁性体１３は、マグネット１２の磁力
に起因する吸引力のみで、マグネット１２の最も磁束密
度の高い部分である中心部付近に隣接している。その吸
引力により、球状磁性体１３に外力が加わらない状態で
は常に、球状磁性体１３は座標原点上に位置している。
外力が加わると球状磁性体１３は容易に移動するが、そ
の外力が除かれると直ちに座標原点上に復帰する。

【００１８】また、マグネットの形状としては、上述し
た例では円柱状マグネットを用いたが、図３に示すよう
な、楕円面を有するマグネット１４なども可能である。
楕円面もしくは球面をマグネットに設けることにより、
隣接状態にある磁性体が、傾斜に対して移動しやすくな
り、わずかな傾斜に対しても有効に出力を出すことがで
きるようになる。

【００１９】図３に示した実施例では凸状のマグネット
を用いたが、同様に凹状のマグネットを用いても、磁性
体は傾斜に対して移動しやすくなり、わずかな傾斜に対
しても有効に出力を出すことができるようになる。

【００２０】しかし、市販のマグネットに楕円面や球面
を設けてあるものは非常に少ない。上述したマグネット
を作るには、金型の製作は必須となり、コスト面で問題
がある。図４に示すように、円柱状磁石に楕円面を有す
る強磁性体１６を付着（接着）させてもよい。

【００２１】また、磁性体についても、マグネットと同
様に、球面もしくは楕円面を有する形状を有することに
より、わずかな傾斜に対して有効に出力を出すことがで
きるようになる。図５に示すような、円柱の平面部分に
楕円面を有する磁性体などでも傾斜センサの機能を満足
することができる。マグネット及び磁性体については、
その他にも様々な形状を有することで、傾斜センサの機
能を満足することができる。

【００２２】磁気センサの配置場所については、これま
でマグネット側に配置する例しか述べていないが、図７
に示すように、磁性体側に配置することも可能である。

【００２３】また、上述した実施例については、すべて
磁性体がマグネットの下方にある構造を示したが、図６
に示すように、磁性体がマグネットの上方にある構造に
して同様な機能を有することができる。

【００２４】また、上述した構造は外付けのＩＣを変化
させることにより、傾斜センサのみならず加速度センサ
への応用も可能である。

【００２５】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ることなく、更に種々変形して実施することができる。

【００２６】［実施例］本発明の試作例を以下に説明す
る。磁気センサとしては、旭化成電子（株）製のホール
素子、ＨＷ−１０１Ａ（商品名）を４つ用いた。対角に
配設されたホール素子１１の中心間の距離は約７．４ｍ
ｍである。また、中央のマグネット１２は、図３に示し
たような円柱の下に楕円半面を設けた形状をしており、
直径は５．２ｍｍ、総厚み２．７ｍｍ、楕円半面分の厚
みは０．７ｍｍのフェライト系材質のものを用いた。マ
グネット１２の表面磁束密度は約８０ｍＴであり、着磁
は鉛直上向きにＮ極、下向きにＳ極の２極構成になって
いる。その上部に隣接する磁性体（この試作例では球状
磁性体）は直径４．７５ｍｍの球であり、材質は鉄であ
る。

【００２７】つまり、全体の大きさとしては約９ｍｍ角
で、厚さ約７．５ｍｍの大きさの傾斜センサが実現でき
たことになる。マグネット及び磁性体のサイズ、磁気セ
ンサの配置距離など変更すれば、約５ｍｍ角で厚さが数
ｍｍ程度の傾斜センサでも製作可能と思われる。実際に
傾斜をかけて、球状磁性体１３を移動させたときの、そ
れぞれのホール素子の出力電圧を測定した。原点位置で
の各ホール素子１１の出力は、それぞれ約４５ｍＶであ
り、球状磁性体１３をホール素子１１の方向に移動させ
ると７５ｍＶ程度まで出力電圧が変化する。

【００２８】つまり、出力電圧の変化量は約３０ｍＶで
ある。差動アンプなどを用いて磁気センサ１１の出力を
信号処理するので、外付けでＩＣなどを用いることを前
提に考えれば、傾斜センサとして必要な出力電圧を、こ
の構成で充分に満足していることがわかる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
力を発生するマグネットと、マグネットの磁力に起因す
る吸引力により隣接状態を維持しつつ移動自在な磁性体
と、磁性体の移動によって生じる周囲の磁束密度変化を
検出する磁気センサとを備えたので、磁気検出式傾斜セ
ンサにおいて、従来傾斜センサに必要であったケース体
などの部品点数を減らすことができるうえ、製造工程中
にケース体の接着（接続）工程がいらなくなるので組立
性も向上し、かつ小型化の可能になった、多様なアプリ
ケーションに対して好都合に対応することが可能な傾斜
センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における傾斜センサの一実施例を示す回
路ブロック図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明における傾斜センサ
の一例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は下面図で
ある。

【図３】本発明における傾斜センサで用いられるマグネ
ット形状の一例を示す図である。

【図４】本発明における傾斜センサで用いられる他の例
を示す図である。

【図５】本発明における傾斜センサで用いられる他の例
を示す図である。

【図６】本発明における傾斜センサで用いられる他の例
を示す図である。

【図７】本発明における傾斜センサで用いられる他の例
を示す図である。

【符号の説明】

１検出部２差動アンプ３検出制御部４出力制御部１１磁気センサ１２マグネット１３球状磁性体１４楕円面を有するマグネット１６強磁性体１７楕円面を有する磁性体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁力を発生するマグネットと、該マグネ
ットの磁力に起因する吸引力により隣接状態を維持しつ
つ移動自在な磁性体と、該磁性体の移動によって生じる
周囲の磁束密度変化を検出する磁気センサとを備え、傾
斜状況を電気信号として出力することを特徴とする傾斜
センサ。
【請求項２】前記マグネットの形状が、少なくとも一
面の球面もしくは楕円面を有することを特徴とする請求
項１に記載の傾斜センサ。
【請求項３】前記磁性体の形状が、少なくとも一面の
球面もしくは楕円面を有することを特徴とする請求項１
又は２に記載の傾斜センサ。