JP2008209235A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石がセンシング範囲を越えて移動することがなく、即座に測定を開始することができ、又測定中に最大Ｇを越えた加速度がかかった場合でも、継続して測定をすることができる加速度センサを得る。
【解決手段】非磁性ケース２内における磁性流体５を吸着した永久磁石５’の移動可能範囲Ｌを駆動コイル１０ａ、１０ｂの電磁力が永久磁石５’を元の位置に移動させる方向に作用する範囲内に規制する移動範囲規制手段１４ａ、１４ｂを非磁性ケース２の両端２ａ、２ｂ側にそれぞれ設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、加速度を測定する加速度センサに関する。

例えば、特公平８−３４２０号公報には、磁性流体を吸引保持した磁石を、傾斜により移動自在に平底の容器内に内蔵し、この容器の磁石に基準位置からの変位を検出するための検出コイルと磁石を基準位置へ引き戻すための駆動コイルとを巻回すると共に、駆動回路を設け、この駆動回路は容器の傾斜により磁石の移動に伴う検出コイルからの出力を入力して磁石の上記変位をゼロにするような駆動コイル付勢用の制御電流を出力するように構成し、この制御電流の大きさと符号を測定することによって平底容器の傾斜角を検出するように構成した傾斜角センサが開示されている（特許文献１参照）。この傾斜角検出センサは測定対象物の傾斜角を検出するものであるが、その技術は測定対象物の加速度を検出する加速度センサとして応用することが可能である。
特公平８−３４２０号公報

従来の前記の様な傾斜角度センサにおいては、永久磁石が容器内を検出コイルにより基準位置に戻すことができる範囲（以下センシング範囲）を越えた移動が可能である。このため、電源が投入されていないと、即ち永久磁石にコイルによる電磁力が作用していないと、永久磁石がセンシング範囲から外れた位置にあることがあり、測定開始時には、電源を投入する前に、永久磁石をセンシング範囲内に移動させる作業、例えば、容器の外側から別の磁石によって容器内の永久磁石をセンシング範囲内に移動させる等の作業をしなければならなかった。又、測定中でも、最大Ｇを超える加速度がかかった場合は、永久磁石がセンシング範囲を越えた位置まで移動してしまうので、測定を中断して、測定開始時と同様の作業をしなければならなかった。

この発明は、前記事情に鑑み、永久磁石がセンシング範囲を越えて移動することがなく、電源投入してから、即座に測定を開始することができ、又測定中に最大Ｇを越えた加速度がかかった場合でも、継続して測定をすることができる加速度センサを得ることを目的とする。

前記目的を達成するこの発明について述べれば、それは、略円筒状の非磁性ケースと、磁性流体と、該磁性流体を吸着して該非磁性ケース内を移動する永久磁石と、該永久磁石の位置を検出する検出素子と、該検出素子の出力に基づき、該永久磁石を元の位置に保持するための電磁力を発生させる駆動コイルと、該駆動コイルの印加電流を制御するサーボ回路とで構成される検出部とを備える加速度センサにおいて、該非磁性ケース内における該永久磁石の移動可能範囲を該駆動コイルの電磁力が該永久磁石を元の位置に移動させる方向に作用する範囲内に規制する移動範囲規制手段を該非磁性ケースの両端側にそれぞれ設けたことを特徴とする加速度センサ、である。

又、前記加速度センサにおいて、該移動範囲規制手段が該非磁性ケース内にその両端側より先端を互いに対向させて設けた棒状又は錐体状（例えば円錐状や三角錐状等）の部材であることを特徴とする加速度センサ、である。

又、前記加速度センサにおいて、該移動範囲規制手段が該非磁性ケース内側に設けた小径部であることを特徴とする加速度センサである。

この発明の加速度センサにおいては、移動範囲規制手段によって、非磁性ケース内の永久磁石の移動可能範囲がセンシング範囲内に規制される。従って、永久磁石がセンシング範囲を越えて移動することがなく、電源投入してから、即座に測定を開始することができ、又測定中に最大Ｇを越えた加速度がかかった場合でも、継続して測定をすることができる加速度センサを得ることができる。

この発明の加速度センサの実施の形態を図１及び２に基づき説明する。尚、図１はこの発明の加速度センサの縦断面図、図２は同上の横断面図である。

図１及び図２に示す様に、加速度センサ１は、その検出部１ａに、磁性流体５を吸着した永久磁石５’を収容し、両端２ａ、２ｂに開口を有する略円筒状の非磁性ケース２と、永久磁石５’の位置を検出する検出素子であるホール素子１１と、ホール素子１１の出力に基づき、永久磁石を元の位置に保持するための電磁力を発生させる一対の駆動コイル１０ａ、１０ｂ等を備え、そして、非磁性ケース２内における永久磁石５’の測定方向移動範囲Ｌを駆動コイル１０ａ、１０ｂの電磁力が永久磁石５’を元の位置に移動させる方向に作用する範囲内に規制する移動範囲規制手段として、非磁性ケース２の両端２ａ、２ｂ側から互いに対向して設けられ、永久磁石５’の測定方向移動範囲Ｌを規制する先端ストッパ部１４ｃ、１４ｄを有する一対の棒状の位置規制部材１４ａ、１４ｂを備えている。

位置規制部材１４ａ、１４ｂの先端ストッパ部１４ｃ、１４ｄの位置は、それぞれ、それらを非磁性ケース２を介して包囲する駆動コイル１０ａ、１０ｂの巻回幅の略中間線Ｘａ、Ｘｂ上に配されている。これにより、永久磁石５’の測定方向移動範囲Ｌを、駆動コイル１０ａ、１０ｂの電磁力がそれぞれ永久磁石５’の両磁極のそれぞれに同じ極性で作用する範囲内、即ち永久磁石５’を元の位置に移動させる方向に作用する範囲内に確実に規制する様にすることができる。尚、この場合に、先端ストッパ部１４ｃ、１４ｄの位置は、前記中間線Ｘａ、Ｘｂよりも永久磁石５’側にオフセットさせてもよい。

この発明の加速度センサ１においては、移動範囲規制手段、例えば棒状の位置制御部材１４ａ、１４ｂによって、非磁性ケース２内の永久磁石５’の測定方向移動範囲Lは、駆動コイル１０ａ、１０ｂの電磁力が永久磁石５’を元の位置に移動させる方向に作用する範囲内、即ちセンシング範囲内に規制される。

従って、この発明の加速度センサ１においては、永久磁石５’がセンシング範囲を越えて移動することがなく、永久磁石５’をセンシング範囲内に移動する作業の必要がないので、電源投入してから、即座に測定を開始することができ、又測定中に最大Ｇを越えた加速度がかかった場合でも、継続して測定をすることができる。

尚、図示は省略するが、移動範囲規制手段としては、前記棒状の位置制御部材１４ａ、１４ｂに代えて、同様に先端を対向して設けた円錐や三角錐等の錐体状の位置規制部材としてもよく、又、非磁性ケース２の内側に設けた小径部としてもよい。

この発明の加速度センサ１について、前記において説明した構成も含めて更に詳細に説明する。図１及び図２に示す様に、加速度センサ１は、検出部１ａに、両端２ａ、２ｂが開口する略円筒状の非磁性ケース２と、全体が覆われる様に磁性流体５を吸着した状態で非磁性ケース２内に収容され、非磁性ケース２内をその長さ方向に移動可能な永久磁石５’と、非磁性ケース２を収容する非磁性ケース保持体８と、非磁性ケース２と非磁性ケース保持体８との間に設けられ、非磁性ケース２の両端２ａ、２ｂをその外側を通って接続する空気通路９ａ、９ｂと、上下２パーツ（３ａ、３ｂ）からなり、非磁性ケース保持体８の外側に装着され、外周部にボビン状のコイル巻回部３ｃを有する非磁性ケース外装体３と、非磁性ケース外装体３のコイル巻回部３ｃに巻回され、永久磁石５’を元の位置に保持する様な電磁力を発生し、非磁性ケース２内に収容される永久磁石５’の両磁極端側をそれぞれ包囲する様に間隔をおいて配される一対の駆動コイル１０ａ、１０ｂと、非磁性ケース外装体３の外側で、且つ駆動コイル１０ａ、１０ｂ間に配され、永久磁石５’の位置を検出する検出素子であるホール素子１１と、非磁性ケース外装体３の上側パーツ３ａの脚部３ｄに取りつけられ、駆動コイル１０の端子１０ｃが接続され、駆動コイル１０ａ、１０ｂの印加電流を制御するサーボ回路等を有するメイン基板１２と、非磁性ケース外装体３の下側パーツ３ｂの脚部３ｅに取り付けられ、ホール素子１１が実装される検出素子基板１３等を備えている。

非磁性ケース保持体８は、非磁性ケース２が挿入され、非磁性ケース２の挿入側の端２ｂの開口を塞ぐ底部６ｂを有する有底略円筒状のチャンバー部６と、非磁性ケース挿入部６の開口側６ａに挿入される筒状のガイド部７ａを有し、その筒状のガイド部７ａに、チャンバー部６の内側面と非磁性ケース２の外側面との間に嵌入される嵌入部７ｂを有すると共に、非磁性ケース２の抜き側の端２ａの開口を塞ぐ蓋体７ｃを有し、チャンバー部６の開口側を塞ぐ蓋体部７によって構成されている。チャンバー部６の底部６ｂと、蓋体部７の蓋体７ｃは、空気通路９ａ、９ｂの両端９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆとの間で空気が流動可能となる様に、一部を薄肉としている。尚、チャンバー部６の内側面には底部６ｂに向けて軽度のテーパが付されており、非磁性ケース保持体８内において、非磁性ケース２の外側面は、その挿入側の端２ｂ側はチャンバー部６の底部６ｂ側内側面に内接し、その抜き側の端２ｂは蓋体部７の嵌入部７ｂの内側面に内接している。これにより、非磁性ケース２を非磁性ケース保持体８のチャンバー部６内への挿入が容易であると共に、蓋体部７を閉じれば、非磁性ケース２を非磁性ケース保持体８内に位置固定で収容することができる。

空気通路９ａ、９ｂは、具体的には、チャンバー部６の内側面、蓋体部７の嵌入部７ｂの内側面及び蓋体部７ｃの内面に形成されて設けられており、非磁性ケース２の周壁に一対平行に設けられている。この空気通路９ａ、９ｂがあることで、非磁性ケース２内を非磁性ケース保持体８によって外部から封じつつも、非磁性ケース２の両端２ａ、２ｂと空気通路９ａ、９ｂの両端９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆとの間で空気が流動可能となるので、図示の様に非磁性ケース２内でその内径と永久磁石５’に吸着した状態の磁性流体５の外径との間に隙間をなくして、クロストークによる精度低下を抑制しつつも、永久磁石５’は非磁性ケース２内をその長さ方向、即ち測定方向Ａ１に円滑に移動可能にすることができる。

非磁性ケース保持体８には、一方はチャンバー部６の底部６ｂより非磁性ケース２の挿入側の端２ｂを介して非磁性ケース２内に延在する如く設けられ、他方は蓋体部７の蓋体７ｃより非磁性ケース２の抜き側の端２ａを介して非磁性ケース２内に延在する如く設けられ、互いに対向する先端ストッパ部１４ｃ、１４ｄを有し、非磁性ケース２内の永久磁石５’の測定方向移動範囲Ｌを規制する一対の棒状の位置規制部材１４ａ、１４ｂが設けられている。この位置規制部材１４ａ、１４ｂの先端ストッパ部１４ｃ、１４ｄの位置は、それぞれ、それらを非磁性ケース２を介して包囲する駆動コイル１０ａ、１０ｂの巻回幅の略中間線Ｘａ、Ｘｂ上に配されている。この棒状の位置規制部材１４ａ、１４ｂがあることによって、非磁性ケース２内の永久磁石５’の測定方向移動範囲Lを、駆動コイル１０ａ、１０ｂの電磁力が永久磁石５’を元の位置に移動させる方向に作用する範囲内、即ちセンシング範囲内に規制することができる。

非磁性ケース２の抜き側の端２ｂの端面と蓋体部７の蓋体７ｃの内面との間には、非磁性ケース２と蓋体部７の間に配されると共に、非磁性ケース２の長さの寸法誤差を吸収し、又非磁性ケース２にかかる外力も吸収する第１のＯリング１５が設けられており、更に、蓋体部７のガイド部７ａの外側面とチャンバー部６の内側面との間には、蓋体部７とチャンバー部６の間をシールする第２のＯリング１６が設けられている。

尚、ホール素子１１は、感磁面を貫く垂直方向の磁界を検出するいわゆる横型のものであるが、その感磁面１１ａは永久磁石５’の測定方向に対して平行となる向きで設けられている。これにより、ホール素子１１は、感磁面１１ａが永久磁石５’の磁界方向に対して接線方向に向くこととなり、印加される磁束密度は感磁面１１ａが永久磁石５’の測定方向に対して垂直方向に向く場合に比して小さくはなるが、ホール素子１１の出力において生じる電位差は大きくすることができるので、その大きな電位差によって、磁束密度の微小な変化に対してであっても、その変化を量として捉えるのを容易にすることができ、即ち、微小な加速度に対しても高感度且つ高精度にそれを測定することができる。

この発明の実施の形態の加速度センサの縦断面図である。 同上の横断面図である。

符号の説明

１ 加速度センサ
２ 非磁性ケース
３ 非磁性ケース外装体
５ 磁性流体
５’ 永久磁石
６ チャンバー部
７ 蓋体部
８ 非磁性ケース保持体
９ａ 空気通路
９ｂ 空気通路
１０ａ 駆動コイル
１０ｂ 駆動コイル
１１ ホール素子
１２ メイン基板
１３ 検出素子基板
１４ａ 位置制御部材
１４ｂ 位置制御部材
１５ 第１のＯリング
１６ 第２のＯリング

Claims (3)

1. 略円筒状の非磁性ケースと、磁性流体と、該磁性流体を吸着して該非磁性ケース内を移動する永久磁石と、該永久磁石の位置を検出する検出素子と、該検出素子の出力に基づき、該永久磁石を元の位置に保持するための電磁力を発生させる駆動コイルと、該駆動コイルの印加電流を制御するサーボ回路とで構成される検出部とを備える加速度センサであって、
   該非磁性ケース内における該永久磁石の移動可能範囲を該駆動コイルの電磁力が該永久磁石を元の位置に移動させる方向に作用する範囲内に規制する移動範囲規制手段を該非磁性ケースの両端側にそれぞれ設けたことを特徴とする加速度センサ。
2. 該移動範囲規制手段が該非磁性ケース内にその両端側より先端を互いに対向させて設けた棒状又は錐体状の部材であることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
3. 該移動範囲規制手段が該非磁性ケース内側に設けた小径部であることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。

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