JP2006317184A - 磁気式加速度センサとそれを用いた小型の加速度地磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３軸の磁気式加速度センサと小型の加速度地磁気検出装置を提供することにある。
【解決手段】３軸の磁気式加速度センサの各軸の加速度センサは、板バネと、検出方向の加速度と逆方向に変位するように該板バネに支持され、軟磁性材のヨークとギャップからなる磁気回路を構成した検出用磁石と、該ギャップの長さの方向に垂直な方向の磁界を検出する磁界検出素子からなり、各加速度センサの各板バネは同一のブロックに固定され、Ｚ軸の加速度センサはＸ軸の加速度センサの角度位置からＹ軸の加速度センサの角度位置までの９０度の角度範囲内に配置され、小型の加速度地磁気検出装置は、お互いの磁界検出素子が最も離れるように四角形のパッケージの同一の対角線上に配置された、前記３軸の磁気式加速度センサと地磁気センサと、それぞれの検出回路部からなっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気式加速度センサと、該磁気式加速度センサと地磁気センサと、それぞれの検出回路部を同一のパッケージに実装した小型の加速度地磁気検出装置に関する。

図５に示す従来の磁気式加速度センサの原理を示すための斜視図を使って、特許文献１に開示されている、従来の磁気式加速度センサを詳しく説明する。最近、加速度センサを搭載した携帯端末機器の発売あるいは発表が始まった。この加速度センサは該携帯端末機器の筐体を前後左右に動かしたときの加速度を検出して、該携帯端末機器の操作に使われる。加速度センサにはピエゾ抵抗の変化を利用したもの、静電容量の変化を利用したもの、磁界の変化を利用したものがあるが、本発明に関わる磁界変化を利用した従来の磁気式加速度センサ５０について説明する。図５に示す従来の磁気式加速度センサ５０はバネ板５４の先端付近に固定された検出用磁石５３と、磁化Ｍに垂直に配置された磁気インピーダンス素子５１と、該磁気インピーダンス素子５１にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁界用コイルから構成されている。加速度がないときは、磁気インピーダンス素子５１の検出する検出用磁石５３からの磁界はゼロになるように設定されている。例えば、外部から加速度が磁化Ｍ方向にかかった場合には、バネ板５４は磁化Ｍと反対方向にたわみ、前記磁気インピーダンス素子５１の検出する磁界はゼロから変化し、その変化を磁気インピーダンス素子５１のインピーダンスの変化として捉え、加速度を検出する。

一方、携帯端末機器には、人工衛星を利用したＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）機能が搭載されるようになってきている。このＧＰＳによって測位して、現在位置を確認することができ、それをナビゲーション機能に使おうとしている。そのナビゲーション機能には現在位置の情報だけでなく方位の情報が不可欠であるが、そのために、方位の情報を得る地磁気センサも搭載されてきている。

ナビゲーションシステムのためにＧＰＳと地磁気センサが必要であり、携帯端末機器の操作に加速度センサによって検出された加速度の情報を使おうとすると、磁気式加速度センサと地磁気センサを個別の部品でなく、同一のパッケージに実装した加速度地磁気検出装置があれば、携帯端末機器の小型化には役立つ。

特開２０００−２５８４４９

しかしながら、従来の磁気式加速度センサ５０を４０ｎＴほどの地磁気を検出する地磁気センサと同一パッケージに実装するときに、該磁気式加速度センサ５０の前記検出用磁石５３は閉磁気回路を構成していないために、広範囲に広がってしまい、さらに、その磁界は地磁気の影響を受けないために地磁気の１０倍ほど大きく地磁気センサの検出する地磁気に影響するので、該磁気式加速度センサ５０を地磁気センサの地磁気の検出に影響のないように地磁気センサからできるだけ離す必要があるが、そうすると、パッケージが大きくなってしまうという問題があった。

一方、従来の磁気式加速度センサ５０を４０ｎＴほどの地磁気を検出する地磁気センサと同一パッケージに実装するときに、従来の磁気式加速度センサ５０の検出磁界が地磁気の大きさ４０ｎＴに近い場合は、外部磁界あるいは地磁気を遮断するために、磁気シールド部材で該磁気式加速度センサ５０を覆わなければならないが（図示せず）、該磁気シールド部材が外部磁界で強く帯磁した場合、その発生する磁界が地磁気センサの検出する地磁気を乱してしまう問題があった。

板バネと、検出方向の加速度と逆方向に変位するように、該板バネに支持された検出用磁石と、該検出用磁石が発生する磁界を検出する磁界検出素子からなる磁気式加速度センサにおいて、該検出用磁石は軟磁性材のヨークとギャップからなる磁気回路を構成し、該磁界検出素子は該ギャップの長さの方向に垂直な方向の磁界を検出するように配置されている。

前記磁気式加速度センサはＸ軸とＹ軸とＺ軸の３個の加速度センサから構成された３軸の磁気式加速度センサであって、各加速度センサの各板バネは同一のブロックに固定され、Ｚ軸の加速度センサはＸ軸の加速度センサの角度位置からＹ軸の加速度センサの角度位置までの９０度の角度範囲内に配置されている。

加速度地磁気検出装置は、お互いの磁界検出素子が最も離れるように同一の四角形のパッケージの同一の対角線上に配置された、前記３軸の磁気式加速度センサと地磁気センサと、それぞれの検出回路部からなる。

磁気式加速度センサと地磁気センサと、それぞれの検出回路を同一のパッケージに実装した小型の加速度地磁気検出装置を提供できる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。

図１は本発明の３軸の磁気式加速度センサの斜視図であって、該３軸の磁気式加速度センサ１はブロック５の各面に固定されたＸ軸の加速度センサ２と、Ｙ軸の加速度センサ３と、Ｚ軸の加速度センサ４からなっており、Ｚ軸の加速度センサ４は、Ｘ軸の加速度センサ２とＹ軸の加速度センサ３の間でＸ軸の加速度センサ２から４５度の角度位置に配置されている。なお、Ｘ軸の加速度センサ２と、Ｙ軸の加速度センサ３と、Ｙ軸の加速度センサ４には同一品種を使うことが可能であって、それぞれ固定する前記ブロック５の面が異なるだけである。

さらに詳しく加速度センサを説明するために図３に示すＸ軸の加速度センサ２について説明する。該Ｘ軸の加速度センサ２はブロック５に固定された板バネ２１と、該板バネ２１の先端２１ａに固定された基板２３と、該基板２３に固定された検出用磁石２２ａと、該検出用磁石２２ａと、図２に示すギャップの長さｇのギャップ２２ｄを介して磁気回路２２を形成する軟磁性材のヨーク２２ｂと、軟磁性材のヨーク２２ｃと、前記ブロック５が固定される基板（図示せず）上で、加速度がゼロのときに検出する磁界がゼロとなる位置に配置された磁気検出素子２４から構成されている。なお、磁気検出素子２４としては、ホール素子、ＭＲ素子、磁気インピーダンス素子を使うことができるが、ＭＲ素子、磁気インピーダンス素子ではバイアス磁界を発生するコイル等が必要になる。Ｙ軸の加速度センサ３とＺ軸の加速度センサ４についても同様であり、説明を省略する。

図２に示す、本発明のＸ軸の加速度センサの、磁界発生の検出用磁石からなる磁気回路の斜視図と、図６に示す、磁気検出素子の位置Ｘとその磁界の関係を示すグラフを使って、本発明のＸ軸の加速度センサの動作を説明する。加速度がないときは、磁気回路２２のギャップ２２ｄに漏洩する、ギャップの長さｇの方向ＧＰに垂直なＧＶ方向の磁界を検出する磁気検出素子２４はギャップ２２ｄの中心の、図６に示すＸがゼロのとなる位置にあり、磁気検出素子２４の検出する磁界の総和はゼロとなるので、該磁気検出素子２４に接続する、図４に示す検出回路部１ａは加速度検出信号を出力しない。次に、Ｘ軸方向の加速度が加わると、磁気回路２２がベース２３によって固定された板バネ２１がＧＰに沿って−Ｘ軸方向に変位して、磁気検出素子２４は図６に示す、ギャップ２２ｄの中心からＸの位置にくると、該磁気検出素子２４は磁界Ｈを検出して、検出回路部１ａは該加速度に対応する加速度検出信号を出力する。検出する加速度範囲に対応して板バネのバネ力は、Ｘの可変範囲が図６に示すように変位Ｘに対する磁界Ｈの変化がほぼリニアとなるＸの範囲、ＸＬとなるように、設定される。なお、任意の方向に加速度が加わったときは、その加速度の各軸の成分のみを各軸の磁気式加速度センサは検出するので、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度センサについても、同様であり、説明を省略する。

図４は本発明の加速度地磁気検出装置のパッケージの平面透視図であって、該加速度地磁気検出装置１０は磁気式加速度センサ１とその検出回路部１ａからなり、加速度検出信号を出力する加速度検出部１１と、地磁気センサ８とその検出回路部８ａとからなり、地磁気検出信号を出力する地磁気検出部１２から構成され、該加速度センサ１と地磁気センサ８はパッケージ１３の対角線Ｃ−Ｃ上に配置されて、磁気式加速度センサ１のＸ軸の加速度センサ２の磁気回路２２はパッケージ１３の１３ａ面に近接させて、Ｙ軸の加速度センサ３の磁気回路３２はパッケージ１３の１３ｂ面に近接させて、Ｚ軸の加速度センサ４の磁気回路４４はパッケージ１３の稜線１３ｃに近接させて配置できるので、Ｘ軸の加速度センサ２と、Ｙ軸の加速度センサ３と、Ｚ軸の加速度センサ４のそれぞれの各磁気回路２２、３２、４２は地磁気センサ８から見てもっとも離れた位置になる。なお、Ｚ軸の加速度センサの板バネ４１は紙面に垂直な方向に変位するので基板１４には該Ｚ軸の加速度センサ４を逃げる穴が開けられている（図示せず）。

前記加速度地磁気検出装置１０の有する検出用磁石２２ａ、３２ａ、４２ａはそれぞれヨーク２２ｂと２２ｃ、３２ｂと３２ｃ、４２ｂと４２ｃによる磁気回路を構成しているので、該検出用磁石２２ａ、３２ａ、４２ａが発生し、漏洩する、地磁気の１０倍ほど大きい磁界は検出用磁石が単体である場合に比べ広がらず、それぞれの磁気回路２２、３２、４２のそれぞれのギャップ２２ｄ、３２ｄ、４２ｄ付近に限定されるので、磁気検出素子２４、３４、４４の位置から離れた地磁気センサの磁気検出素子の位置に届くことはない。さらに、磁気検出素子２４、３４、４４としては、ホール素子、ＭＲ素子、磁気インピーダンス素子を使うことができるが、バイアス磁界が必要なＭＲ素子、磁気インピーダンス素子でもその磁束は該ギャップ２２ｄ、３２ｄ、４２ｄから前記磁気回路２２、３２、４２のヨーク２２ｂと２２ｃ、３２ｂと３２ｃ、４２ｂと４２ｃを経由して戻り、地磁気センサの磁気検出素子の位置に届くことはなく、そのバイアス磁界は地磁気センサの地磁気の検出性能に影響しないので、本発明の磁気式加速度センサ１を地磁気センサ８と同一のパッケージに実装した加速度地磁気検出装置１０のパッケージは、同一パッケージの、従来の磁気式加速度センサと地磁気センサの加速度地磁気検出装置のパッケージ、または、別パッケージの、ピエゾ抵抗の変化あるいは静電容量の変化を利用した加速度センサと、地磁気センサからなる加速度地磁気検出装置のパッケージと比べて小型にできる。

以上の詳細な説明により示されたように、同一品種の加速度センサを各軸の加速度センサに使った３軸の磁気式加速度センサと、該磁気式加速度センサで使う磁界検出素子と同一品種の磁界検出素子を使った３軸の地磁気センサを同一のパッケージに実装できるので、筐体を前後左右上下に動かすことによって操作する機能とナビゲーション機能等のそれぞれの機能に用いるために、低コストで小型の加速度地磁気検出装置を携帯端末機器に提供できる。

本発明の３軸の磁気式加速度センサの斜視図である。 本発明のＸ軸の加速度センサの、磁界発生の検出用磁石からなる磁気回路の斜視図である。 本発明のＸ軸の加速度センサの斜視図である。 本発明の加速度地磁気検出装置のパッケージの平面透視図である。 従来の磁気式加速度センサの原理を示すための斜視図である。 磁気検出素子の位置Ｘとその磁界の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ３軸の磁気式加速度センサ
１０ 加速度地磁気検出装置
２ Ｘ軸の加速度センサ
３ Ｙ軸の加速度センサ
４ Ｚ軸の加速度センサ
２１、３１、４１ 板バネ
２２、３２、４２ 検出用磁石からなる磁気回路
２２ａ、３２ａ、４２ａ 検出用磁石
２２ｂ、２２ｃ、３２ｂ、３２ｃ、４２ｂ、４２ｃ ヨーク
２２ｄ、３２ｄ、４２ｄ ギャップ
２４、３４、４４ 磁界検出素子

Claims (3)

1. 板バネと、検出方向の加速度と逆方向に変位するように、該板バネに支持された検出用磁石と、該検出用磁石が発生する磁界を検出する磁界検出素子からなる磁気式加速度センサにおいて、該検出用磁石は軟磁性材のヨークとギャップからなる磁気回路を構成し、該磁界検出素子は該ギャップの長さの方向に垂直な方向の磁界を検出するように配置されていることを特徴とする磁気式加速度センサ。
2. 前記磁気式加速度センサはＸ軸とＹ軸とＺ軸の３個の加速度センサから構成された３軸の磁気式加速度センサであって、各加速度センサの各板バネは同一のブロックに固定され、Ｚ軸の加速度センサはＸ軸の加速度センサの角度位置からＹ軸の加速度センサの角度位置までの９０度の角度範囲内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁気式加速度センサ。
3. 請求項１乃至２に記載の磁気式加速度センサであって、小型の加速度地磁気検出装置は、お互いの磁界検出素子が最も離れるように四角形のパッケージの同一の対角線上に配置された、前記３軸の磁気式加速度センサと地磁気センサと、それぞれの検出回路部からなることを特徴とする小型の加速度地磁気検出装置。