JP2649549B2 - 傾斜センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ある物体が傾斜したとき、あるいは横方向
に振動して加速度を生じたとき、それら傾斜や加速度の
有無を検出する傾斜センサに関するものである。

（従来の技術） 本発明者らは、先に、ある物体が傾斜したとき、その
傾斜した状態を検出する傾斜センサを提案した（実開昭
63−70017号公報参照）。まず、その従来例について説
明する。

第10図において、１は非磁性体の、例えばアルミニウ
ムのケースであり、その中空部は、第11図に示したよう
に、中心部の第１の円形の平面2a,その周囲が前記平面2
aとは予め定められた角度θを有する第２の底面である
環状の倒立截頭円錐面2bからなる底部２を有する。な
お、第11図（ａ）は第11図（ｂ）のＡ−Ａ断面を示して
いる。３は略円板状の永久磁石であり、その表面に磁性
流体４が被着している。磁性流体４が被着している。磁
性流体４は、50〜150Åの金属磁性粉（コバルト，鉄，
ニッケル等）を比較的粘性の低い液体（例えばケロシ
ン，水）に分散したものであり、一般には海面活性剤を
添加する。５は永久磁石３の天地が入れ替わらないよう
に底部２から所定の高さの位置に配置されたカバー、６
は取付台、７はケース１の底部の外側に配置された非直
線性磁気感応素子としてのリードスイッチで、一方のリ
ード7aの端部が底部２の中央部に近く位置し、他方のリ
ード7bの端部が底部から遠くに位置するようになってい
る。

次に、この従来例の動作を説明する。第11図の状態は
ケース１が傾いていないときの状態であり、底部中央部
の平面2aが水平になっている。このとき、永久磁石３は
平面2a上にあるため、リードスイッチ７の一方のリード
7aの端部が永久磁石３に接近した状態となり、このため
リード7aの端部が永久磁石の磁気に影響され、図ではＮ
極に帯磁し、他端（リードスイッチの中央部）がＳ極と
なる。さらに、そのＳ極に接近している他方のリード7b
の端がＮ極に帯磁するため、両リードは互いに吸引し合
って接続することになる。つまり、リード7a及び7bに接
続された回路があれば、その回路は閉成されることにな
る。

次に、第12図のようにケースが一方へ傾いたとする。
しかし、その傾きが小さいときは、円錐面2bはまだ水平
面Ｘに対してある角度で上り面となっているので、永久
磁石３は中央平面部付近にあり、従って、リードスイッ
チ７のリード7aは永久磁石の磁気の影響を受け、両リー
ドは接続状態を保持している。

第13図（ａ），（ｂ）に示したように、ケース１がさ
らに傾いて、略中央部の平面2aと円錐面2bとのなす角度
θ｛実際には磁性流体の粘性があるために、第13図
（ｃ）のようにθより少し大きい角度｝傾いて円錐面2b
が下り面となると、永久磁石３はその自重により中央部
平面2aから円錐面2bに急速に完全に移る。即ち、中央部
の平面2aに対して永久磁石３の位置が非直線的動作で変
わる。この永久磁石の移動時には、磁性流体４が潤滑油
の作用をするので、移動に対する抵抗は非常に小さく、
底部の最も低い部位への容易に移動することができる。
このとき、リードスイッチ７の一方のリード7aの端部
は、永久磁石３の磁気の実質的影響範囲から急速に、即
ち非直線的動作で外部へ出ることになり、帯磁は実質的
になくなり、その結果、リード7aと7bとは磁気的吸引力
が実質的に消滅し、スイッチが開くことになる。

以上の説明から明らかなように、この従来例において
は、ケースがある所定の角度以上傾いたとき、リードス
イッチは急速に、即ち非直線的動作で開となりこれによ
って、ケースがある所定の角度以上に傾いたことを明確
に検出することができる。また、ケースの傾きが元に戻
れば、永久磁石も中央平面部に急速に戻り、リードスイ
ッチが急速に、即ち非直線的動作で閉じる。

しかし、上記構成の従来例の場合、永久磁石３がリー
ドスイッチ７のリードに吸引されてケースが傾斜したと
きの永久磁石の動きが若干にぶくなるなどの問題があ
り、これを改良するために、リードスイッチと同軸的に
環状の第２の永久磁石を配置し、かつ磁性がケース内の
永久磁石と互いに逆方向になるようにした傾斜センサも
提案されている（特願昭62−153337号）。

（発明が解決しようとする課題） ところで、ケース内に収容されている永久磁石は、あ
る程度の重量を有することが、傾斜に対してより速く応
答するために必要である。何故ならば、重量Ｗが大きい
ということは、ケースがαだけ傾斜したとき永久磁石が
傾斜した底面に沿って、移動しようとする分力Wsinαも
大きくなり、従って、移動を阻止しようとする種々の
力、即ち、前記のリードスイッチのリードとの吸引力、
磁性流体の粘性や表面張力などに容易に打ち勝つことが
できるからである。

また、磁性流体４は、永久磁石３の移動に対して潤滑
油の作用するが、具体的には、永久磁石が磁性流体を吸
引することにより磁性流体が永久磁石とケース底面との
間に入り込んで被着し、その被着力が永久磁石を浮上さ
せる力となる。そして永久磁石がケース底面から浮上さ
れた状態のまま、ケースの傾斜や振動に応じて移動する
ことになるが、その移動するときの摩擦抵抗は、磁性流
体とケース底面との間だけに生じるので、極めて小さ
い。そこで、磁性流体が必要な箇所は永久磁石とケース
底面との間のみでよいが、実際は永久磁石全体を覆うよ
うに付着するので、上面や側面部に付着した磁性流体は
無駄である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、永久磁
石に所要の重量を与えて傾斜に対する応答を速くし、か
つ無駄な磁性流体の付着をなくするようにした傾斜セン
サを提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、ケース内に収
容する永久磁石に所要の重さを有するキャップを被せる
ものである。また、このキャップを磁性体で構成し、か
つそのキャップを、永久磁石の上面と側面の底面近傍に
至るまでの大部分を覆うような形状にするものである。

（作 用） 永久磁石に所要の重量を与えることにより、傾斜に対
する応答速度が速くなり、また、永久磁石の不必要な箇
所への磁性流体の付着をなくしてコストを低減し、さら
に、キャップを磁性体で構成することにより、そのキャ
ップがヨークとして作用し、従って、永久磁石の底面部
に磁束が集中し、漏洩磁束が大幅に減少するので、磁気
感応素子への磁気的影響力が強くなり、結果的に小型化
を可能にする。

（実施例） 以下、図面を参照して実施例を詳細に説明する。第１
図は、本発明の一実施例の断面を、第２図は、その上
面、側面及び底面を、第３図は、各構成部材をそれぞれ
示したものである。第１図ないし第３図において、11は
非磁性体の、例えばアルミニウムのケースで、ケース本
体11aと蓋11bとはフランジ部がいわゆる金属間冷間圧接
法により気密状に結合されている（この詳細については
特願昭62−328279号に開示）。12はケース底部である。
13はケース11の内部に収容された円板状の永久磁石であ
り、キャップ15を被せてある。このキャップ15は、磁性
体から構成されており、その頂部には円錐形の突起15a
を有する。また内部には、必要に応じて円板状の錘15b
ろ入れてもよい。14は永久磁石13の底面に付着した磁性
流体である。16は取付台であり、樹脂成形品からなる。

17はケース底部12の外側に配置、固定され、永久磁石
13の磁気を感知する磁気感応素子としてのリードスイッ
チであり、スイッチホルダ18に保持されている。スイッ
チホルダ18は、樹脂成形品からなり、リードスイッチ17
の他に、リードスイッチ17と同軸的に配置されその極性
がケース内の永久磁石13の磁性方向と逆になるように着
磁された環状の永久磁石19も保持している（この第２の
永久磁石の作用効果については、特願昭62−153337号に
開示されている）。スイッチホルダ18におけるリードス
イッチ17及び環状の永久磁石19の組み込みは、まず、ス
イッチホルダ18の上部から上端子20を挿入し、下部から
リードスイッチ17、環状の永久磁石19、下ホルダ21を挿
入した後、上端子20の脚部先端を折り曲げて固定する。
リードスイッチ17のリードの接続は、一方が上端子20の
上部孔20a部分で半田付けされ、他方が下ホルダ21下面
中央部に配置された下端子22と半田付けされる。なお、
外部引出リード線23a,23bは上端子20の脚折曲部と下端
子22とそれぞれ半田付けされる。

24はケース11部分の全体を覆うように取付台16の上部
から嵌着されたシールドケース、25はリードスイッチ17
の下部を覆うように取付台16の底部に配置されたシール
ド板である。

ここで、永久磁石13に被せたキャップ15は、第４図に
示したように、永久磁石13の上面、及び側面の底面近傍
に至るまでの大部分を覆う形状を有している。またその
下端部の永久磁石に対向する部分に若干のギャップ15c
に設けるのが好ましい。

次に、キャップ15の作用・効果について述べる。

まず第１は、錘として作用する。永久磁石13に錘を付
加して所望の重さＷにすると、ケースがαだけ傾斜した
とき永久磁石が傾斜した底面に沿って移動しようとする
分力Wsinαも大きくなる。この分力が大きくなれば、移
動を阻止しようとする種々の力、即ち、リードスイッチ
のリードとの吸引力、磁性流体の粘性や表面張力などに
容易に打ち勝つことができるから、ケースの傾斜に対し
て直ちに応答することができ、つまり、感度がよくな
る。

第２は、磁性流体14の節約になる。永久磁石13は、そ
の上面及び側面の大部分をキャップ15により覆われ、露
出している部分は底面及びその近傍の側面のみである。
従って、磁性流体14は、永久磁石13の露出面のみに付着
し、そして、本発明の傾斜センサにおいてはそれぞれ必
要かつ十分に機能を発揮するので、磁性流体の所要量が
少なくて済む。

第３は、キャップ15が磁性体で構成されていると、ヨ
ークとして作用し、磁束の磁路となる。そして、キャッ
プ15の下端部と永久磁石13の下側極（ここではＳ極）と
の間で集中的な磁界が形成されることになる。つまり、
漏洩磁束が非常に少なくなり、リードスイッチ17に対す
る磁気的影響力が増大する。ここで、キャップの下端部
にギャップ15cを設けると、キャップ15から永久磁石13
に直に入る磁束が少なくなり、一旦空間に出てからＳ極
に入る磁束が増えるので、磁束が有効に利用されること
になる。

第５図及び第６図は、キャップ15の有無における永久
磁石13の上方（第５図）及び側方（第６図）の磁界の強
さを測定した結果である。これによれば、キャップを被
せることにより漏洩磁束が非常に減少していることがわ
かる。

なお、キャップ15の頂部に設けた円錐状の突起15a
は、その先端がケースの蓋11bの内面に当って永久磁石1
3及びキャップ15が転倒または転覆しないようにすると
ともに、キャップ15が蓋11bの内面に密着するのを防止
するためのものである。

第４図において、ケースの底面とリードスイッチ17の
リード17aとの距離Ｈは、傾斜センサの感度やリードス
イッチが応動する傾斜角度に敏感に影響する。従って、
距離Ｈを調整することにより感度や応動角度を調整する
ことができる。従来、この調整は、リードスイッチを保
持する保持部材の外周とこれに当接する取付台の内周を
互いに噛合するネジを設け、保持部材を回動させること
により上下動させて調整していた。本実施例において
は、スイッチホルダ18の外周と取付台16の内周とをはめ
あいの寸法にし、かつスイッチホルダ18に円周方向の溝
18aを設けるとともに取付台16の胴部に、第２図（ｂ）
に示したように調整窓16aを設け、この窓16aにピン等を
通して溝18aに引っ掛け、スイッチホルダ18を上下動さ
せて距離Ｈを調整した後、同じく取付第16の胴部に設け
た孔16bを通して取付台とスイッチホルダ18とを溶着し
て固定する。

本発明に係る傾斜センサは、外部磁界にある影響を極
力防止することが必要である。また同時に、外部に対し
て漏洩磁束による磁気的影響を与えないようにすること
が好ましい。そこで、本実施例では、ケース11部分の全
体を覆うように取付台16の上部からシールドケース24を
嵌着し、また、リードスイッチ17の下部を覆うように取
付台16の底部にシールド板25を配置している。シールド
ケース24は、磁気的シールドの他に、アルミニウムケー
ス11を取付台16に固定する作用もしており、最終的に孔
24a部が取付台16に溶着により固定される。シールド板2
5もその孔25aを介して取付台16に固定される。

第７図は、シールドケース24の有（樹脂製ケースにFe
＋Niメッキ）と無（Alケース）の場合の磁界強度測定し
たもので、が無、が有である。また、第８図は、シ
ールド板25の有（樹脂板にFe＋Niメッキ）と無（Al板）
の場合の磁界強度を測定したもので、が無、が有で
ある。これにより、シールドケース24及びシールド板25
を設けたものは、漏洩磁束が非常に少なくなっているこ
とがわかる。

なお、磁気シールドをより完全にするために、スイッ
チホルダ18部分の取付台側面部に、第９図に示したよう
なシールドバンド27を嵌着することもできる。

実施例では、磁気感染素子してリードスイッチを使用
した例を示したが、他の素子、例えばホール素子を用い
てもよいことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上、実施例より明らかなように、ケース内に収容し
た永久磁石にキャップを被せることにより、 （１）所要の重さを付加し、これによりケースが傾いた
とき永久磁石が傾斜した底面に沿って移動しようとする
分力が大きくなるので、ケースの傾きや振動に対して直
ちに応答するようになり、感度が向上する。

（２）永久磁石の露出している部分のみに磁性流体が付
着し、従来のように不必要な部分には付着しないので、
磁性流体の所要量が少なくて済み、コストの低減につな
がる。

（３）さらにキャップが磁性体で構成されていると、ヨ
ークとして作用し、キャップの下端部と永久磁石の底部
に磁界が集中するので、漏洩磁束が非常に少なくなり、
リードスイッチに対する磁気的影響力が増大する。その
結果、傾斜センサの小型化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の断面図、第２図は、同実
施例の外観を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）及び
（ｃ）はそれぞれ側面図、（ｄ）は底面図、第３図は、
同実施例の分解斜視図、第４図は、キャップの作用を示
す図、第５図及び第６図は、それぞれキャップの有無に
よる外部磁界の強さを示す図、第７図は、シールドケー
スの有無による外部磁界の強さを示す図、第８図は、シ
ールド板の有無による外部磁界の強さを示す図、第９図
は、シールドバンドの斜視図、第10図ないし第13図は、
従来の傾斜センサの構造及び動作の説明図である。 11……アルミニウムケース、12……ケース底部、13……
永久磁石、14……磁性流体、15……キャップ、16……取
付台、17……リードスイッチ、18……スイッチホルダ、
19……環状の永久磁石、24……シールドケース、25……
シールド板。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−26520（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−218814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−128221（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−236015（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−163696（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−121707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−317712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−5210（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−70017（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−46017（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−101810（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−173014（ＪＰ，Ｕ) 実公 平５−33923（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平５−24167（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平５−24168（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平６−2089（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非磁性体ケースと、前記ケース内に移動自
   在に収容された永久磁石と、前記永久磁石の少なくとも
   前記ケースの底面との間に被着された磁性流体と、前記
   ケースの底部の外側に配置、固定され、前記永久磁石の
   磁気を感知する磁気感応素子とを備えた傾斜センサにお
   いて、前記永久磁石に、所要の重さを有するキャップを
   被せたことを特徴とする傾斜センサ。
2. 【請求項２】キャップは、磁性体からなり、かつ永久磁
   石の上面と、側面の底面近傍に至るまでの大部分を覆う
   形状を有することを特徴とする請求項（１）記載の傾斜
   センサ。