JPH02151770A - 磁気式加速度センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車の車体の推進方向の加速度（減速度）や
上下方向の振動や横揺れ等を検出するのに好適な磁気式
加速度センサに関する。

〔従来の技術〕

自動車の操縦の安定性や乗り心地を改善するためのサス
ペンション、アンチロックブレーキ及びトラクション等
の制御システムは、加速度センサからの電気信号に基づ
いた制御を実行している。

実公１１ｉ５２−１０９４６号公報等で知られる従来の
加速度センサは、複数個の永久磁石と磁気抵抗効果素子
で構成されているために、個々の部品のばらつきが検出
誤差を大きくする要因となり、また、加速度が作用して
変位する永久磁石の変位を支えるために静止永久磁石を
使用して両者の反発力を利用していることから両永久磁
石が減磁して特性が変化してしまい、高検出精度の加速
度センサを得ることが困難であった。そして、永久磁石
の減磁を軽減しようとすると大きな永久磁石を必要とし
、高価になると共にセンサの全体形状が大型化する問題
がある。

一方、特開昭６３−１９７５号公報に記載された磁気式
加速度センサは、板ばねに支持された永久磁石内蔵の重
錘が慣性力で変位するときの磁束密度の変化をホールＩ
Ｃで電気信号に変換して加速度を検出するものであるが
、板ばねの共振を防止するために可動部を油中に浸漬し
ている６しかしながら、この加速度センサを前記したよ
うな自動車の制御システムに使用しようとすると、環境
温度が一４０℃から１１０℃程度の範囲で変化するため
に、一般の油では粘度が２００　（３ｓから２０ｃｓの
範囲で変化してしまい、従って、このような環境で使用
すると検出特性が変化して８１す定誤差が大きくなるの
で温度変化に安定な高価な浦を使用しなければならない
問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように従来の磁気式加速度センサは、構成が複雑
であったり、大型化したり、高価になったりする問題が
あり、小型で高精度の磁気式加速度センサを容易に得る
ことが困難であった。

従って本発明の目的は、構造が簡単で小型であり、安価
に高精度の加速度検出特性が得られる磁気式加速度セン
サを得ることができるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、この目的を達成するために、ばねに取付けた
重錘に発生する慣性力で該ばねが撓み、前記重錘の変位
量に応じて磁石から感磁素子に作用する磁界の強さが変
化するのを該感磁素子によって電気信号に変換する磁気
式加速度センサにおいて、第１の発明は、前記重錘の慣
性力による変位方向に該重錘の変位量を共振時の振輻以
下に制限する側壁を設け、該側壁またはばねに前記感磁
素子を支持させたことを特徴とし、第２の発明は、前記
重錘の慣性力による変位方向に該重錘の変位量を共振時
の振輻以下に制限する２つの側壁を設けると共に、前記
重錘を複数のコイルばねで前記２つの側壁間の空間内に
挾持し、前記側壁に１１η記感磁素子を取付けたことを
特徴とし、第３の発明は、前記重錘の慣性力による変位
方向に該重錘の変位量を共振時の振輻以下に制限する側
壁を設け、該側壁またはばねで前記感磁素子を支持し、
更に前記感磁素子から発生する電気信号を処理するロー
パスフィルタを設けたことを特徴とし、第４の発明は、
前記重錘の慣性力による変位方向に該重錘の変位量を共
振時の振輻以下に制限する側壁が設けられ、該側壁また
はばねに前記感磁素子が取付けられ、自動車の車体に取
付けられたことを特徴とし、第５の発明は、前記ばねが
垂直になるように該磁気式加速度センサを姿勢制御した
状態で前記前記電気信号の大きさが０ｍ／ｓｅｃ２に相
当し、前記ばねが水平になるように該磁気式加速度セン
サを姿勢制御した状態で前記電気信号の大きさが９．８
　ｍ／５ｅｅ２に相当する値となるように調整すること
を特徴とする。

〔作用〕 ばねが共振状態になると振幅が大きくなるが、本発明に
なるセンサの重錘の変位量は側壁によって共振時の振輻
以下に制限されるので共振することがなく、従って共振
対策のために構造を複雑にしたりする必要がなくなる。

また、ローパスフィルタは、検出しようとする加速度に
よる電気信号の周波数より高い周波数の電気信号（ノイ
ズ）を濾過する。

更にまた。検出特性の調整は、該磁気式加速度センサを
所定の角度に姿勢制御したときに出力されるの電気信号
の大きさを所定の大きさに７Ａ整するだけであるので、
調整作業が簡単になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、板ばね１の自由先端部には円柱形状に
形成された希土類永久磁石２ａを含んだ重錘２が取付け
られ、鎖板ばね１の基端部は、第１図において、左右方
向に撓む向きに止めねじ３によってベース４に固定され
る。側４ｉ＆５ａ、５ｂは、前記重錘２が慣性力によっ
て前記板ばね１を撓ませて変位する量を共振時の変位量
以下に制限するようにベース４にねじ等で固定され、前
記重錘２に対向している。重錘２の表面や側壁５　ａ　
ｒ５ｂの表面は、必要に応じて、ゴム等の弾性皮１摸や
テフロン等の耐摩耗性皮膜が形成される。

側壁５ｂの前記永久磁石２ａに対向する裏面には、可撓
性配線板６に接続されたホール素子集積回路装置７が配
置され、弾性材料で形成された支持板８によって押え付
けて固定されている。

ホール素子集積回路装置７は、第２図に詳述するように
、ホール素子と該ホール素子を電気的に駆動するための
電気回路を含んだ集積回路７ａを、８ミリ映画用のポリ
イミドフィルム基材に銅箔配線７ｂを形成した配線板７
ｃ上に支持し、半１１１等により電気的に接続して構成
したものであり、銅箔で補強した固定部６ａを形成した
前記可撓性配線板６の配線導体６ｂに前記配線板７ｃを
介して接才売される。

前記側壁５ｂには、更に、前記可撓性配線板６と接続さ
れた前記プリント回路板１０が取付けられ、該プリント
回路板１０に構成した電気回路によって前記ホール素子
集積回路装置７への電源供給回路や電気信号取出し回路
を形成する。電気信号取出し回路は、第３図に詳述する
ように、演算増’ｌ’ｉＴ器１０ａやノイズを濾過して
検出目的の加速度に相当する電気信号Ｖｏを取出すロー
パスフィルタ１０ｂを備える。

そしてこれらは、ベース４に固定した外乱磁気保護カバ
ー１１に覆われて保護される。

このように構成された磁気式加速度センサは、第４図に
示すように、該センサが受ける加速度によって重錘２が
その慣性力で板ばね１を撓ませて変位する。この重錘２
の変位によって永久磁石２ａから発生する磁力線も変位
し、ホール素子集積回路装置７に作用する磁束密度が変
化する。これによりホール素子集積回路装置７のホール
素子に作用する磁束密度も変化し、この磁束密度の変化
（加速度の大きさ）に応じた大きさの信号が出力される
。

該磁気式加速度センサは、該センサが受ける加速度に応
じて、第５図に示すような電気信号出力特性をもつが、
これを自動車の車体に取付けると第６図に示すように変
化する加速度を検出することができる。一般に、車体の
振動（揺れ）は０〜１ＫＩｈの広い周波数帯域に広がっ
ており、特に、０〜１００七の周波数帯域は、大きい加
速度で高頻度に発生する。しかしながら、実際の車体の
ばね上の加速度検出範囲は、前後方向や横方向について
は０〜５Ｈｚａ度であり、ＥＴ：方向には０〜２０１１
ｚ程度である。

ところで、このような加速度検出において、該磁気式加
速度センサに広い周波数範囲の暗振動が作用して板ばね
１と重錘２がこれに共振すると、振幅が大きくなって検
出誤差が発生すると共に。

破壊につながる。しかしながら本発明になる磁気式加速
度センサでは、第７図に示すように、重錘２の変位量は
共振時の振輻以下となるように側壁５ａ、５ｂによって
制限され、また、共振時のような大きくて高い周波数の
電気信号成分はローパスフィルタ１０ｂによって濾過さ
れて除去される。

側ｉ５ａ、５ｂの壁面形状を、第８図に示すように、変
位した重錘２の側面に合わせて傾斜させることによって
共振時の重錘２の変位量を安定に制限することができる
。

以上に説明したような磁気式加速度センサは、板ばね１
の自由先端に重錘２を取付け、該重錘２が慣性力で仮ば
ね１の弾性力に逆らって変位するのを利用して、その変
位量を永久磁石２ａとホール素子集積回路装置７で電気
信号に変換して加速度の大きさを検出する簡単な原理構
成であるので。

比較的長い板ばね１を用いても全体を比較的小型に纏め
ることができ、再現性のよい検出特性が容易に得られる
。また、板ばね１は、その面に平行方向に作用する力に
対しては大きな剛性をもつので、指向性の強い検出特性
となる。しかも、重錘２の最大変位量は共振時の振幅よ
りも少ない値となるように側壁５ａ、５ｂによって制限
されるので、板ばね１に過大な荷重が作用するのが防止
され、耐久性を向上させることができる。

また、共振時のような大きくて高い周波数の電気信号成
分はローパスフィルタｔａｂによって濾過されて除去さ
れるので、ノイズの少ない検出信号が得られる。

第９図及び第１０図は、上記実施例に対して重錘２を支
持する板ばね１の形状を変更した実施例を示している。

この実施例において、板ばね１は、側壁５ａ、５ｂによ
って挾持された環状部１ａからその中心に向かって放射
状に伸びる４本の弾性支持部１ｂ〜１ｅを備え、該４本
の弾性支持部１ｂ〜１ｅの先端で重錘２を支持する構成
である。

この実施例は、重錘２の変位方向を検出したい加速度が
発生する方向に強い指向性をもつように設定したいとき
に有利である。

第１１図は１重錘２を支持するばねの形状を更に変形し
た実施例を示している。この実施例において、重錘２は
２つのコイルばね１ｆ、１ｇによって挾込んで側壁５ａ
、５ｂの間に支持されている。

第１２図は、永久磁石２ａとホール素子集積回路装置７
の配置関係を変形した実施例である。これまでに説明し
た実施例は、永久磁石２ａが加速度の大きさに応じて変
位する構成であったが、この実施例は、永久磁石２ａを
側壁５ｂに取付け。

ホール素子集積回路装置７を重錘２に取付けた構成であ
る。ホール素子集積回路装置７とプリント回路板１０の
間を接続する可撓性配線板６は、板ばね１の弾性力（反
力）の大きさ（慣性力と反力のバランス）に悪影響しな
いように、板ばね１に沿って撓ませて配置しである。

第１３図は、ホール素子集積回路袋４７を大量生産する
ための工夫を示している。該ホール素子集積回路装置７
は、ホール素子７ｅを含ん集積回路７ａを、８ミリ映画
フィルム用の長尺のポリイミドフィルム基材７ｆに銅箔
配線７ｂを形成した配線板上に支持し、半田等により電
気的に接続する構成であり、フィルム基材７ｆのパーフ
ォレーション７ｇを利用した自動送りによって精度良く
並へて多数形成し、その後、切断分離することで大量生
産できるようにしである。

このように構成された磁気式加速度センサは、以下に述
べるような調整治具と調整作業によって均一で高精度な
検出特性をもつように調整される。

調整治具としては、該磁気式加速度センサを着脱自在な
回転軸に該回転軸の回転角度を確認できる目印を付け、
更に、該回転軸を任意の角度に回転あるいは静止させる
駆動手段を設ける。そして。

該磁気式加速度センサを該回転軸に取付けた状態でベー
ス４が水平（第１図、第９図及び第１２図の図示状態の
ように板ばね１が垂直となり、また。

第１１図の図示状態ようにコイルばねｉｆ、１．ｇの中
心軸心が水平）となるように該回転軸を回転して該磁気
式加速度センサを姿勢制御し、該水平支持状態で静止す
る。この静１Ｆ状態は、該磁気式加速度センサに加速度
が作用していない状態に等しい。そこで、この状態で該
磁気式加速度センサから出力される電気信号が「加速度
Ｏｎ＋／ｓｅｅ”　４に相当する値となるように回路定
数を調整する。

その後、回転軸を９０度だけ回転北動してベース４が垂
直（板ばね［が水平となり、コイルばねｉｆ、Ｉｇの中
心軸線が垂直）となるように該磁気式加速度センサを姿
勢制御して静止する。この静止状態は、該磁気式加速度
センサが９．８ｖａ／ｓｅｃ”の加速度を受けている状
態に等しい。そこで、この状態で該磁気式加速度センサ
から出力される電気信号が「加速度９　、８　ｍ／５ｅ
ｅ２Ｊに相当する値となるように回路定数を調整する。

このような調整操作を交互に数回繰返すことによって高
精度の検出特性をもった磁気式加速度センサを得ること
ができ、大量生産に便利である。

以上のような磁気式加速度センサは、自動車の車体の推
進方向の加速度（減速度）や上下方向の振動や横揺れ等
を検出するのに便利である。例えば、推進方向の加速度
や減速度を検出するためには、板ばね１が垂直でその面
が推進方向を向く（第１図、第９図及び第１２図の図示
状態で推進方向が紙面上で左または右方向となる）よう
に、またはコイルばねｉｆ、１ｇの中心軸線が水平で推
進方向を向く（第１１図の図示状態で推進方向が紙面上
で左または右方向となる）ように、該磁気式加速度セン
サを車体に取付ける。

また、横揺れを検出するのに使用する場合には、板ばね
１が垂直でその面が推進方向に対して横方向を向く（第
１図、第９図及び第１２図の図示状態で推進方向が紙面
に対して垂直方向となる）ように、またはコイルばねｉ
ｆ、Ｉｇの中心軸心が水平で推進方向を向く（第１１図
の図示状態で推進方向が紙面に対して垂直方向となる）
ように、該磁気式加速度センサを車体に取付ける。

そして、上下振動を検出するために使用する場合には、
板ばね１が水平でその面が上下方向を向く（第１図、第
９図及び第１２図の図示状態で車体の上下振動方向が紙
面−ヒで左または右方向となる）ように、またはコイル
ばねｉｆ、ｔｇの中心軸心が垂直で上下振動方向を向く
（第１１図の図示状態で車体の上下振動方向が紙面上で
左または右方向となる）ように、該磁気式加速度センサ
を車体に取付ける。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、センサの重錘の変位量は
側壁によって共振時の振輻以下に制限されるので共振す
ることがなく、従って共振対策のために構造を複雑にし
たりする必要がなくなり。

また、ローパスフィルタは、検出しようとする加速度に
よる電気信号の周波数より高い周波数の電気信号（ノイ
ズ）を濾過してしまうので高い検出精度が得られ、更に
また、検出特性の調整は、該磁気式加速度センサを所定
の角度に姿勢制御したときに出力されるの電気信号の大
きさを所定の大きさに調整するだけであるので、調整作
業が簡単であり、結局５構造が簡単で小型であり、安価
に高精度の加速度検出特性が得られる磁気式加速度セン
サを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図、第９図、
第１１図及び第１２図は磁気式加速度センサ全体の一部
縦断側面図、第２図はホール素子集積回路装置の側面図
、第３図は電気回路図、第４図は検出原理説明図、第５
図及び第６図は検出特性図、第７図及び第８図は重錘の
変位量制限説明図、第１０図は板ばねの変形例を示す側
面図、第１３図はホール素子集積回路装置の生産工程説
明図である。 １・・・・・・板ばね、２・・・・・・重錘、２ａ・・
・・・永久磁石、４・・・・・・ベース、５ａ、５ｂ・
・・・・・側壁、６　・・可撓性配線板、 ７・・・・・・ホール素子集積回路装置。 第１図 １：籾μｓ゛°動 ２：！ｔ！ ２ａ：に久后りら ４：Ａ：−ス ５ａ、５ｂ：４Ｉｊ’！ ６　：　　；ＴｔＬａＬ織Ｒ ７：、ｔ、−ル素＋＄櫓回瀦ｌ −４２８＋＋＋ｙ 第２図 第５図 Ｇ Ｏ＋Ｇ 力Ｉ７連１１ 第６図 第３図 第４ 図 第７図 第９ 図 ｂ ！ 第１０図 第１１図 ｂ 第１２図

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．　板ばねで支持した重錘に発生する慣性力で該板ば
   ねが撓み、該板ばねまたは固定部材の一方に支持した磁
   石から他方に支持した感磁素子に作用する磁界の強さが
   変化するのを該感磁素子によつて電気信号に変換する磁
   気式加速度センサにおいて、前記重錘の慣性力による変
   位方向に該重錘の変位量を共振時の振輻以下に制限する
   側壁を設け、該側壁または板ばねに前記感磁素子を支持
   させたことを特徴とする磁気式加速度センサ。
2. ２．　特許請求の範囲第１項において、前記側壁は前記
   重錘の変位方向の両方向に設けられ、前記感磁素子はそ
   の一方の側壁に取付けられ、前記磁石は前記重錘に取付
   けられたことを特徴とする磁気式加速度センサ。
3. ３．　特許請求の範囲第１項において、前記側壁は前記
   重錘の変位方向の両方向に設けられ、前記感磁素子は前
   記重錘に取付けられ、前記磁石は前記側壁の一方に取付
   けられたことを特徴とする磁気式加速度センサ。
4. ４．　特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   において、前記板ばねは重錘から放射状に伸びて設けら
   れたことを特徴とする磁気式加速度センサ。
5. ５．　特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   または第４項において、前記感磁素子はホール素子であ
   ることを特徴とする磁気式加速度センサ。
6. ６．　特許請求の範囲第５項において、前記ホール素子
   は該ホール素子を電気的に駆動するための電気回路を含
   んだ集積回路装置に一体的に設けられたことを特徴とす
   る磁気式加速度センサ。
7. ７．　特許請求の範囲第６項において、前記集積回路装
   置は樹脂製の映画用８ミリフイルム基材に固定されたも
   のであることを特徴とする磁気式加速度センサ。
8. ８．　特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   において、前記磁石は円柱形状に形成された希土類永久
   磁石であることを特徴とする磁気式加速度センサ。
9. ９．　ばねに取付けた重錘に発生する慣性力で該ばねが
   撓み、前記重錘に取付けた磁石から固定部材に取付けた
   感磁素子に作用する磁界の強さが変化するのを該感磁素
   子によつて電気信号に変換する磁気式加速度センサにお
   いて、前記重錘の慣性力による変位方向に該重錘の変位
   量を共振時の振幅以下に制限する２つの側壁を設けると
   共に前記重錘を複数のコイルばねで前記２つの側壁間の
   空間内に挾持し、該側壁に前記感磁素子を取付けたこと
   を特徴とする磁気式加速度センサ。
10. １０．　ばねで支持した重錘に発生する慣性力で該ばね
    が撓み、該ばねまたは固定部材の一方に支持した磁石か
    ら他方に支持した感磁素子に作用する磁界の強さが変化
    するのを該感磁素子によって電気信号に変換する磁気式
    加速度センサにおいて、前記重錘の慣性力による変位方
    向に該重錘の変位量を共振時の振幅以下に制限する側壁
    を設け、該側壁またはばねで前記感磁素子を支持し、更
    に前記感磁素子から発生する電気信号を処理するローパ
    スフイルタを設けたことを特徴とする磁気式加速度セン
    サ。
11. １１．　板ばねで支持した重錘に発生する慣性力で該板
    ばねが撓み、該板ばねまたは固定部材の一方に支持した
    磁石から他方に支持した感磁素子に作用する磁界の強さ
    が変化するのを該感磁素子によつて電気信号に変換する
    磁気式加速度センサにおいて、前記重錘の慣性力による
    変位方向に該重錘の変位量を共振時の振幅以下に制限す
    る側壁が設けられ、該側壁または板ばねに前記感磁素子
    が支持され、自動車の車体に取付けられたことを特徴と
    する磁気式加速度センサ。
12. １２．　特許請求の範囲第１１項において、前記自動車
    の車体への取付け方向は前記板ばねが垂直方向であるこ
    とを特徴とする磁気式加速度センサ。
13. １３．　特許請求の範囲第１１項において、前記自動車
    の車体への取付け方向は前記板ばねが水平方向であるこ
    とを特徴とする磁気式加速度センサ。
14. １４．　重錘の変位量を制限する側壁間に板ばねで支持
    した該重錘に発生する慣性力で該板ばねが撓み、該板ば
    ねまたは前記側壁の一方に支持した磁石から他方に支持
    した感磁素子に作用する磁界の強さが変化するのを該感
    磁素子によつて電気信号に変換する磁気式加速度センサ
    において、前記板ばねが垂直になるように該磁気式加速
    度センサを姿勢制御した状態で前記前記電気信号の大き
    さが０ｍ／ｓｅｃ＾２に相当し、前記板ばねが水平にな
    るように該磁気式加速度センサを姿勢制御した状態で前
    記電気信号の大きさが９．８ｍ／ｓｅｃ＾２に相当する
    値となるように調整することを特徴とする磁気式加速度
    センサの製造方法。