JP2882934B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動等に伴う加速度を
検出する加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の加速度センサに類似した従来技
術としては、特開昭６３ー２１８８４号公報、特開昭６
３ー３１７７１２号公報、特開昭６３ー２６５２０号公
報、実開昭６３ー１４１４１５号公報、実開昭６３ー７
００１７号公報等で知られた傾斜センサがある。図１９
はその基本的な構成を示す平面図、図２０は部分断面図
である。図において、１は非磁性材料で構成されたケー
ス、２はマグネット、３は磁気応動スイッチである。ケ
ース１は、底部１０１と、その全周に連続して起立する
側壁面１０２とを有する。マグネット２はケース１の内
部に配置され、磁性流体４によって支持されて底部１０
１の内面上に浮上している。磁気応動スイッチ３は、底
部１０１の下方外部に配置されていて、マグネット２の
位置に応動する。

【０００３】図２０に示すように、ケース１が水平方向
ａまたはｂの加速度を受けた場合、マグネット２が、自
己の慣性により、磁性流体４によって支持されながら、
ケース１の底部内面上を移動し、磁気応動スイッチ３と
の相対位置が変化する。磁気応動スイッチ３は、マグネ
ット２の位置に関して、有感領域Ｓ１と不感領域Ｓ２と
を有する。磁気応動スイッチ３は、有感領域Ｓ１でオン
となれば、不感領域Ｓ２ではオフになる。これにより、
磁気応動スイッチ３がマグネット２の漏洩磁界に応動し
てオンまたはオフの動作し、加速度が検出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、マグネット
２から生じる漏洩磁界は、マグネット２の全周において
均一な強度を有している。このため、図２１に示すよう
に、加速度センサを取付けてある対象物が地盤沈下等、
何等かの原因によって傾斜し、または対象物に対する加
速度センサの取付け状態が変化したために、加速度セン
サが傾斜したような場合、マグネット２が傾斜方向に移
動し、小さい加速度で磁気応動スイッチ３の不感領域Ｓ
２に入ってしまい、傾斜方向に対する加速度応答特性が
敏感になる。これに対して、傾斜方向とは反対方向で
は、不感領域Ｓ２までの距離が大きくなり、マグネット
２が不感領域Ｓ２に入るのに大きな加速度を必要とし、
鈍感になる。このため、誤動作を生じる。

【０００５】そこで、本発明の課題は、上述した従来の
問題点を解決し、傾斜配置された場合でも全方向におい
てほぼ同一の加速度検出特性を維持し得る加速度センサ
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、本発明は、非磁性ケースと、可動体と、磁気応動ス
イッチとを有する加速度センサであって、前記可動体
は、マグネットを含み、前記マグネットが前記ケース内
に配置され磁性流体によって支持されて前記底部の内面
上に浮上し、前記マグネットから生じる漏洩磁界が前記
底部の下方外部において一方側で弱く他方側で強くなる
空間分布特性を有し、重心が前記漏洩磁界の弱くなる方
向に偏心しており、前記磁気応動スイッチは、前記ケー
スの底部の下方外部に配置され前記漏洩磁界に応動す
る。

【０００７】

【作用】可動体は、マグネットがケース内に配置され磁
性流体によって支持されて底部の内面上に浮上してお
り、磁気応動スイッチはケースの底部の下方外部に配置
され漏洩磁界に応動するから、振動等に伴う加速度を受
けた場合、可動体が、磁性流体によって支持されなが
ら、自己の慣性により、ケースの底部内面上を移動し、
磁気応動スイッチに対する相対位置が変化する。これに
より、磁気応動スイッチがマグネットの漏洩磁界に応動
してオンまたはオフの動作し、加速度が検出される。

【０００８】ケースが傾斜をしていない状態で配置され
ている場合、可動体はマグネット及び磁気応動スイッチ
の間に働く磁気的吸引力の作用を受けてケースの中心部
等の所定位置に静止している。可動体は、マグネットか
ら生じる漏洩磁界が、ケースの底部の下方外部において
一方側で弱く他方側で強くなる空間分布特性を有してい
るから、可動体が加速度を受けて漏洩磁界の強い方向に
移動した場合は、短い移動距離で不感領域に入り、磁気
応動スイッチが応動する。これとは反対に、漏洩磁界の
弱い方向に移動した場合には、長い移動距離で不感領域
に入り、磁気応動スイッチが応動する。上記の２方向動
作のうち、磁気応動スイッチが早く応動する方向、即
ち、可動体が漏洩磁界の強い方向に移動して不感領域に
入った時に、磁気応動スイッチから出力される信号を加
速度検出信号として利用することにより、加速度を検出
することができる。

【０００９】次に、加速度センサを取付けてある対象物
が地盤沈下等、何等かの原因によって傾斜し、または対
象物に対する加速度センサの取付け状態が変化したため
に、加速度センサが傾斜配置された場合について述べ
る。この場合、可動体は、重心が漏洩磁界の弱くなる方
向に偏心しているから、漏洩磁界の弱くなる重心偏心方
向を下側にして、マグネット及び磁気応動スイッチの間
に働く磁気的吸引力と、重力による落下力とが釣り合う
位置まで変位し、そして静止する。従って、不感領域に
入るのに必要な移動距離が、重心偏心方向で短縮され、
反対側では増大する。このため、重心偏心方向とその反
対方向とで、可動体が不感領域に入るのに必要な移動距
離がバランスするようになり、両方向においてほぼ同一
の加速度で磁気応動スイッチを動作させることができる
ようになる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明に係る加速度センサの平面図、
図２は同じくその部分断面図である。図において、１は
非磁性ケース、３は磁気応動スイッチ、４は磁性流体、
５は可動体である。

【００１１】ケース１は、底部１０１と、その全周に連
続して起立する側壁面１０２とを有しており、底部１０
１の平面形状が実質的に円形となっている。図示では、
底部１０１の内面は凹面状となっているが、平面状であ
ってもよい。ケース１は従来と同様に、アルミニュウム
またはプラスチック等の非磁性材料を用いて構成する。
磁性流体４は、コバルト、鉄、ニッケル等の微粒子磁性
粉を比較的粘性の低い液体、例えばケロシン、水等に分
散させたものであって、一般には界面活性剤を微粒子に
吸着させ、安定分散させてある。

【００１２】可動体５は、マグネット５１を含み、マグ
ネット５１がケース１の内部に配置され磁性流体４によ
って支持されて底部１０１の内面上に浮上している。マ
グネット５１は上下方向または径方向に着磁されてい
る。可動体５は、図２に示すように、マグネット５１か
ら生じる漏洩磁界Ｈ０が、ケース１の底部１０１の下方
外部において左側（図において）で弱く、右側で強くな
る空間分布特性を有している。図２において、横軸方向
に空間位置をとり、縦軸方向に磁界強度をとってある。

【００１３】上述の空間分布特性を得る手段として、図
示の可動体５はヨーク５２を含んでいる。図３は可動体
５の斜視図、図４は図３のＡ４ーＡ４線上における断面
図である。ヨーク５２はマグネット５１を上から覆うよ
うに取り付けられ、Ａ４ーＡ４線上の一方側において端
部５２１を長く伸ばしてマグネット５１の大部分を覆
い、他方側では端部５２２を短くしてマグネット５１が
多く露出するように覆っている。従って、端部５２１の
ある側では、マグネット５１から生じる漏洩磁界がヨー
ク５２による収束作用を受け、端部５２２の側では漏洩
磁界が広く発散するようになる。これにより、図２に示
した空間分布特性が得られる。

【００１４】可動体５は、更に、重心が漏洩磁界の弱く
なる方向に偏心している。その手段として、可動体５は
ヨーク５２を有し、ヨーク５２がＡ４ーＡ４線上の一方
側においてマグネット５１の大部分を覆い、他方側では
マグネット５１が多く露出するように覆っている。この
ため、可動体５は重心が中心Ｏ１から位置Ｏ２まで偏心
量△ｄだけ偏心する（図１参照）。図示の可動体５は、
ヨーク５２の外周面５２３、５２４がケース１の側壁面
１０２の内周面と重なり得る曲率を有する円弧状となっ
ている。ヨーク５２は短軸方向に円弧状の外周面５２
３、５２４を有し、長軸方向の両端で外周面５２３、５
２４を突き合わせたような平面形状を有する。図示は省
略するが、長軸方向の両端を切断したような平面形状で
あってもよい。

【００１５】再び、図１及び図２を参照して説明する。
磁気応動スイッチ３は、ケース１に対して固定した関係
となるように配置されている。図示では縦方向に設置さ
れているが、横方向に設置する場合もある。磁気応動ス
イッチ３は、マグネット５１から生じる漏洩磁界Ｈ０に
関して、有感領域Ｓ１１、Ｓ１２と不感領域Ｓ２１、Ｓ
２２とを有する。図において、有感領域Ｓ１１は、可動
体５の中心Ｏ１がケース１の中心Ｏと一致している静止
位置において、可動体５がケース１の中心線ＣＴから矢
印ａの方向に移動した場合に有感状態を維持し得る領域
を示し、有感領域Ｓ１２は可動体５が中心線ＣＴから矢
印ｂの方向に移動した場合に有感状態を維持し得る領域
を示している。可動体５は、マグネット５１から生じる
漏洩磁界Ｈ０がケース１の底部１０１の下方外部におい
て左側で弱く、右側で強くなる空間分布特性を有してい
る（図２参照）から、有感領域Ｓ１２の距離Ｌｂ０が有
感領域Ｓ１１の距離Ｌａ０よりも大きくなる。磁気応動
スイッチ３は、有感領域Ｓ１１、Ｓ１２でオンとなれ
ば、不感領域Ｓ２１、Ｓ２２ではオフになる。

【００１６】図１及び図２はケース１が傾斜していない
状態で配置されている場合を示し、可動体５はマグネッ
ト５１及び磁気応動スイッチ３の間に働く磁気的吸引力
の作用を受けてケース１の中心Ｏに静止している。この
静止位置において、矢印ａまたはｂの方向に振動等に伴
う加速度が加わった場合、可動体５はマグネット５１が
ケース１の内部に配置され磁性流体４によって支持され
て底部１０１の内面上に浮上しているから、図５及び図
６に示すように、可動体５が、磁性流体４によって支持
されながら、自己の慣性により、ケース１の底部１０１
の内面上を移動し、磁気応動スイッチ３との相対位置が
変化し、磁気応動スイッチ３に対する漏洩磁界Ｈ０の強
度がその空間分布特性に基づいて変化する。磁気応動ス
イッチ３はケース１の底部１０１の下方外部に配置され
漏洩磁界Ｈ０に応動するから、可動体５の位置変化が磁
気応動スイッチ３のオン、オフ動作として検出され、こ
れにより加速度が検出される。

【００１７】可動体５は、図２に図示したように、マグ
ネット５１から生じる漏洩磁界Ｈ０が、ケース１の底部
１０１の下方外部において一方側で弱く他方側で強くな
る空間分布特性を有しているから、可動体５が漏洩磁界
Ｈ０の強い矢印ａの方向に移動した場合、漏洩磁界の空
間分布がＨａのようになる。磁気応動スイッチ３は漏洩
磁界強度低下率の大きい空間分布特性Ｈａの影響を受
け、可動体５が少し移動しただけで、有感領域Ｓ１１か
ら不感領域Ｓ２１に入る。このため、短い移動距離Ｌａ
０で磁気応動スイッチ３が応動する。反対に可動体５が
漏洩磁界の弱い矢印ｂの方向に移動した場合、漏洩磁界
の空間分布がＨｂのようになる。磁気応動スイッチ３は
漏洩磁界強度低下率の小さい空間分布特性Ｈｂの影響を
受け、長い移動距離Ｌｂ０で応動する。上記の２方向動
作のうち、磁気応動スイッチ３が早く応動する方向、即
ち、可動体３が漏洩磁界の強い矢印ａの方向に移動して
不感領域Ｓ２１に入った時に、磁気応動スイッチ３から
出力される信号を加速度検出信号として利用することに
より、加速度を検出することができる。

【００１８】可動体５が中心Ｏ１及び重心Ｏ２を通る線
分Ｐ１に対して斜め方向ａまたはｂの加速度を受けたと
きは、図７に示すような動作となる。図７において、斜
め方向ｂの加速度を受けた場合、可動体５は中心Ｏ１及
び重心Ｏ２が加速度方向ｂと平行な線分Ｐ２上に乗るよ
うに変位しながらケース１の底部１０１の内面上を移動
する。方向ｂとは逆方向の方向ａの加速度を受けた場合
も、可動体５はその中心Ｏ１及び重心Ｏ２が加速度の方
向ａと平行な線分Ｐ２上に乗るように変位しながらケー
ス１の底部１０１の内面上を移動する。この後の可動体
５及び磁気応動スイッチ３の動作は図５及び図６で説明
したとおりである。

【００１９】図８及び図９は加速度センサが傾斜配置さ
れた場合の動作を示す図である。このような傾斜配置
は、加速度センサを取付けてある対象物が地盤沈下等、
何等かの原因によって傾斜し、または対象物に対する加
速度センサの取付け状態が変化した場合などに発生す
る。加速度センサが傾斜配置された場合、可動体５は、
重心が漏洩磁界の弱くなる方向に偏心しているから、漏
洩磁界Ｈ０の弱くなる重心偏心方向を下側にして、可動
体５及び磁気応動スイッチ３の間に働く磁気的吸引力
と、重力による落下力とが釣り合う位置でまで変位し、
そして静止する。静止位置は図８及び図９において実線
によって表示されている。上記の静止状態において、不
感領域に入るのに必要な移動距離が、重心偏心方向では
距離Ｌｂ０から距離Ｌｂ１に短縮される。重心偏心方向
とは反対側では、距離Ｌａ０から距離Ｌａ１に増大す
る。このため、重心偏心方向とその反対方向とで、可動
体５が不感領域Ｓ２２またはＳ２１に入るのに必要な移
動距離Ｌｂ１及びＬａ１がバランスするようになり、両
方向においてほぼ同一の加速度で磁気応動スイッチ３を
動作させることができるようになる。

【００２０】上記実施例では、可動体５は、ヨーク５２
の外周面５２３、５２４がケース１の側壁面１０２の内
周面と重なり得る曲率を有する円弧状となっているか
ら、可動体５の外周面５２３、５２４がケース１の側壁
面１０２に面接触するようになり、可動体５の動作が安
定する。

【００２１】図示では、２方向の傾斜についてのみ説明
したが、ケース１は底部１０１及び側壁面１０２で構成
される内部空間が円筒状であるから、全方位において同
様の作用が得られる。

【００２２】図１０は本発明に係る加速度センサに用い
られる可動体の別の実施例における平面図、図１１は同
じくその断面図である。可動体５は円筒状のヨーク５２
を有し、一方側において端部５２１を長く伸ばしてマグ
ネット５１の大部分を覆い、他方側では端部５２２を短
くして、マグネット５１を多く露出させてある。従っ
て、端部５２１のある側では、マグネット５１から生じ
る漏洩磁界がヨーク５２による収束作用を受け、端部５
２２の側では漏洩磁界が広く発散するようになるととも
に、重心が漏洩磁界の弱くなる方向に偏心するようにな
る。

【００２３】図１２は本発明に係る加速度センサに用い
られる可動体５の別の実施例における平面図、図１３は
同じくその断面図である。可動体５は付加部材５２の内
部に２つの半割り状マグネット５１１、５１２を有し、
マグネット５１１、５２２が付加部材５２の直径方向の
一方側に偏心して配置されている。マグネット５１１は
漏洩磁界がマグネット５１２よりも弱く、付加部材５２
の偏心側に配置されている。付加部材５２はヨークを構
成する必要はなく、被磁性材料によって構成できる。こ
れにより、可動体５はマグネット５１１、５１２から生
じる漏洩磁界が一方側で弱く他方側で強くなる空間分布
特性を有し、重心Ｏ２が中心Ｏ１から漏洩磁界の弱くな
る方向に偏心するようになる。

【００２４】図１４はマグネット５１１、５１２として
漏洩磁界がほぼ等しいものを用いた場合を示し、偏心方
向に位置するマグネット５１１の端面を、マグネット５
１２の端面から△ｈだけ後退させてある。可動体５はマ
グネット５１１から生じる漏洩磁界が弱く、マグネット
５１２から生じる漏洩磁界が強くなる空間分布特性を有
し、重心Ｏ２がマグネット５１１の方向に偏心するよう
になる。

【００２５】図１５は本発明に係る加速度センサに用い
られる可動体の別の実施例における平面図、図１６は同
じくその断面図である。可動体５は付加部材５２の内部
にマグネット５１を有し、マグネット５１が付加部材５
２の直径方向の一方側に偏心して配置されている。マグ
ネット５１は先端面が偏心方向に向かうほど段差が大き
くなる傾斜面５１０となっている。付加部材５２はヨー
クを構成する必要はなく、非磁性材料によって構成でき
る。これにより、可動体５はマグネット５１から生じる
漏洩磁界が傾斜面５１０に沿って次第に弱くなる空間分
布特性を有し、重心Ｏ２が中心Ｏ１から漏洩磁界の弱く
なる方向に偏心するようになる。

【００２６】図１７は図１５に示すような平面配置にお
いて、マグネット５１の先端面が偏心方向において段差
△ｈを有する段面５１０となっている例を示している。

【００２７】図１８は本発明に係る加速度センサの更に
具体的な実施例を示す断面図である。７はプラスチック
等の非磁性電気絶縁物によって構成されたホルダ、８、
９はリード端子、１０はバイアス用マグネット、１０３
はケース蓋、１０４は高さ調整用のワッシャ、１０５は
バネ、１０６はキャップである。ケース１はホルダ７の
上部に形成された受部７１の内部に、ワッシャ１０４に
よってたかさ調整をした上で配置され、ケース蓋１０３
の上に配置されたバネ１０５及びキャップ１０６によっ
て、ホルダ７に固定されている。ケース蓋１０３はケー
ス１の上面側を閉塞し、磁性流体４の蒸発を防止してい
る。キャップ１０６は全体を覆っている。キャップ１０
６はシールド作用を持つように鉄等の磁性材料によって
構成するのが望ましい。

【００２８】磁気応動スイッチ３はホルダ７の下部に形
成された受部７２に挿入して配置する。磁気応動スイッ
チのリード導体３１、３２はリード端子８、９に接続す
る。リード端子８はホルダ７の内部を通って外部に導い
てある。リード端子９は一端を磁気応動スイッチ３の下
方に配置すると共に、ホルダ７に沿って折曲げて導く。
マグネット１０はリング状であって、磁気応動スイッチ
３を収納する受部７２の周りに設けられたリング状の受
部７３内に挿入配置されている。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果が得られる。 （ａ）可動体は、マグネットがケース内に配置され磁性
流体によって支持されて底部の内面上に浮上しており、
磁気応動スイッチはケースの底部の下方外部に配置され
漏洩磁界に応動するから、振動等に伴う加速度を受けた
場合、可動体が、磁性流体によって支持されながら、自
己の慣性により、ケースの底部内面上を移動し、磁気応
動スイッチがマグネットの漏洩磁界に応動してオン、オ
フ動作して加速度を検出する加速度センサを提供でき
る。 （ｂ）可動体は、マグネットから生じる漏洩磁界がケー
スの底部の下方外部において一方側で弱く他方側で強く
なる空間分布特性を有し、重心が漏洩磁界の弱くなる方
向に偏心しているから、加速度センサを取付けてある対
象物が地盤沈下等、何等かの原因によって傾斜し、また
は対象物に対する加速度センサの取付け状態が変化した
ために、加速度センサが傾斜配置されたような場合で
も、傾斜による影響を受けることなく、加速度を確実に
検出し得る加速度センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加速度センサの平面図である。

【図２】図１のＡ２ーＡ２線上における部分断面図であ
る。

【図３】図１に示した加速度センサに用いられている可
動体の斜視図である。

【図４】図３のＡ４ーＡ４線上における断面図である。

【図５】図１に示した加速度センサの動作を説明する平
面図である。

【図６】図６のＡ６ーＡ６線上における部分断面図であ
る。

【図７】図１に示した加速度センサの動作を説明する平
面図である。

【図８】図１に示した加速度センサの傾斜配置時動作を
説明する部分断面図である。

【図９】図１に示した加速度センサの傾斜配置時動作を
説明する部分断面図である。

【図１０】本発明にかかる加速度センサに用いられてい
る可動体の別の実施例を示す平面図である。

【図１１】図１０に示した可動体の断面図である。

【図１２】本発明にかかる加速度センサに用いられてい
る可動体の別の実施例を示す平面図である。

【図１３】図１２に示した可動体の断面図である。

【図１４】図１２に示した可動体の別の実施例を示す断
面図である。

【図１５】本発明にかかる加速度センサに用いられてい
る可動体の別の実施例を示す平面図である。

【図１６】図１５に示した可動体の断面図である。

【図１７】図１５に示した可動体の別の実施例を示す断
面図である。

【図１８】本発明に係る加速度センサの具体的な実施例
における断面図である。

【図１９】従来の加速度センサの平面図である。

【図２０】従来の加速度センサの部分断面図である。

【図２１】従来の加速度センサの動作を説明する平面図
である。

【符号の説明】

１ ケース １０１ 底部 ３ 磁気応動スイッチ ４ 磁性流体 ５ 可動体 ５１ マグネット ５２ ヨークまたは付加部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01P 15/135 G01C 9/06 - 9/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非磁性ケースと、可動体と、磁気応動ス
   イッチとを有する加速度センサであって、 前記可動体は、マグネットを含み、前記マグネットが前
   記ケース内に配置され磁性流体によって支持されて前記
   底部の内面上に浮上し、前記マグネットから生じる漏洩
   磁界が前記底部の下方外部において一方側で弱く他方側
   で強くなる空間分布特性を有し、重心が前記漏洩磁界の
   弱くなる方向に偏心しており、 前記磁気応動スイッチは、前記ケースの底部の下方外部
   に配置され前記漏洩磁界に応動する加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記可動体は、ヨークを含み、前記ヨー
   クが前記マグネットに取り付けられて前記偏心を生じさ
   せると共に、前記偏心側において前記漏洩磁界を収束さ
   せる請求項１に記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 前記可動体は、外周面が前記側壁面の内
   周面と重なり得る曲率を有する請求項１または２に記載
   の加速度センサ。