JPH02205775A

JPH02205775A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH02205775A
Application number: JP1025994A
Authority: JP
Inventors: Koji Idogaki; 井戸垣　孝治; Ikuo Hayashi; 育生林; Toshihisa Ishihara; 稔久石原; Tatsuo Sugitani; 達夫杉谷; Hideo Inoue; 秀雄井上
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1989-02-03
Publication date: 1990-08-15
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JP2510275B2

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、２次元平面での加速度を検出する永久磁石と
、磁性流体を使用した加速度センサに関し、例えば車両
の前後、左右の２軸方向の加速度を検出するセンサ、あ
るいは車両旋回時の角加速度を検出するセンサとして用
いて有効である。

〔従来の技術〕従来の加速度センサとしては、加速方向へ移動自在に磁
性流体をケースに封入し、該磁性流体に一定の磁気を与
える固定永久磁石と前記磁性流体の位置を検出するコイ
ルを有し、該磁性流体の変位によって差動トランスを構
成する前記コイルに発生される起電力を測定し、その大
きさから加速度を検出するものなどが知られている（例
えば、特開昭６０−１３３３７０号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来技術における加速度センサにおいては
、磁性流体が空気等の他媒質中を移動するため気泡、液
泡等を生じ易く、また磁性流体の移動を容易にするため
に複雑な構造を必要とするなどの問題点があった。又、
磁性流体の形状変化を検出する原理であるため、温度変
化による粘性変化、体積膨張等の影響を大きく受けると
いう問題もあった。

このため、出願人は先願として、特願昭６３３００６８
号を先に提案した。これは、空間内に磁性流体を充満さ
せ、空間の内容積形状を変え、空間内の磁性流体中に置
かれた永久磁石の発生磁束の磁路を限定することにより
、永久磁石の位置および特定方向への動き易さを調整し
たものである。また、この考え方を利用して特願昭６３
−２４３１３６号も先に提案されている。

しかしながら、上記の先願は、いずれも永久磁石の周方
向に凹部凸部を設けることにより、永久磁石の回転を阻
止し、水平面内で、かつ前記凹部方向への直線運動のみ
を許容した加速度センサであるが、周方向に凹部凸部が
あるため、永久磁石の中心から見て多数軸方向へ永久磁
石が移動した場合に、永久磁石が受ける磁性流体の磁気
的弾力に差を生じ、多数軸方向への直線加速度を同一ゲ
インで測定することは困難であった。また、永久磁石の
水平方向直線移動を阻止し、永久磁石の回転のみを許容
することができないため、角加速度センサとしては構成
できなかった。

よって、本発明は、永久磁石の中心からみて多数軸方向
の平面上に作用する加速度を同一ゲインで測定可能であ
り、また、寸法の設定と磁気検出素子の個数および位置
を変えることによって、角加速度センサにもなり得る磁
性流体を利用した加速度センサを得ることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

このため、本発明は、片端面が開放された略円筒状の空
間を内側に形成した非磁性体製のメインハウジング、前記メインハウジングの前記片端面を閉鎖すべく前記メ
インハウジングに固定された非磁性体製のサブハウジン
グ、前記メインハウジングの前記空間の底面に放射状に形成
された底面突起、前記底面突起と対向して前記サブハウジングの前記空間
側側面に放射状に形成された上面突起、前記空間内に充
満して封入された磁性流体、前記空間内に前記磁性流体
と共に封入され、周面において径方向に着磁され、平面
部が前記底面突起と前記上面突起に対面するディスク状
の永久磁石、前記底面突起の各々と前記上面突起の各々とで形成され
た突起対相互間に設けられ、前記永久磁石の位置を検出
して検出出力を発生する磁気検出素子を備えたものであ
る。

〔作用〕

上記構成によれば、磁性流体が空間内に充満しているの
で気泡が発生することがなく、また、永久磁石は自身の
磁力により、磁性流体中に浮遊する。

また、底面突起と上面突起とに永久磁石の平面部が対面
するように設けられ、この底面突起と上面突起とによっ
て前記永久磁石の回転方向への阻止力、または回転方向
移動に対する弾性的復元力の設定が寸法と形状の設計的
調整によって自在に得られる。また、底面突起と上面突
起とは永久磁石の周面とは対面する必要がないため、永
久磁石の周囲いずれの方向に対しても、永久磁石の直線
移動を阻止することが可能であり、また、この直線移動
の方向には関係しないところの全周にわたって均一な直
線移動に対する弾性的復元力の設定も可能なため、永久
磁石の変位を検出することにより、多数軸方向の２次元
平面に作用する直線加速度を検出するセンサとしても、
また、永久磁石を中心とした角加速度を検出するセンサ
としても構成することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、磁性流体の揺動による気泡発生がなく
、精度の高いセンサを構成できる。また、２次元平面上
の直進加速度を検出するセンサとしてはあらゆる角度の
加速度を検出できる。

これによって、単に物体の前後方向のみでなく任意の横
方向の加速度を検出できるので、物体の挙動をより正確
に検出できる。また、物体旋回時の角加速度を検出する
ようにも構成でき、かつ、磁性流体と永久磁石の応用に
よって、角加速度を直接的に、かつ非接触で高精度に検
出することができ、例えば車両の走行位置を検出する案
内装置に使用できる。

Ｃ実施例〕以下、本発明の第１実施例を図面に基づいて説明する。

この第１実施例は永久磁石を回転させないで、直線加速
度を検出するものである。第１図（ａ）は第２図のＩ−
Ｉ線に沿う横断面図、第２図は第１実施例の縦断面図で
ある。

ｌは非磁性体となるアルミニウム製のメインハウジング
であり、片端面が開放された略円筒状の空間２を内側に
形成している。３はアルミニウム製のサブハウジングで
あり、前記空間２の片端面を閉鎖すべく前記メインハウ
ジングｌにスクリューｌｌａ、Ｉｌｂ及び図示されてい
ないスクリューｌｌｃ、ｌｉｄにより固定されている。

スクリュ　ｌｌａ、ｌｌｂ、ｌｌｃ、ｌｉｄは非磁性体
でできている。

第３図にメインハウジング１の斜視断面図を、第４図に
サブハウジング３の斜視図を示す。５０ａ〜５０ｄはメ
インハウジング１の円筒空間２の底面に放射状に同−深
さで形成された底面突起であり、５１ａ〜５１ｄはサブ
ハウジング３の前記円筒空間２の閉鎖面、つまり空間側
上面に放射状に同−深さで形成された上面突起である。

前記底面突起５０ａ〜５０ｄは、前記上面突起５１’ａ
〜５１ｄとそれぞれ対応して対向しており、前記円筒空
間２内に４組の突起対を形成している。

サブハウジング３には前記円筒空間２と外部空間とを連
通させるべく小穴７が前記円筒空間２の円筒軸と同心に
形成されている。第１図（ａ）の４は磁性流体であり、
例えばイソパラフィン中にマンガン亜鉛フェライト等の
超微粒子を分散させたもので、永久磁石５と共に前記円
筒空間２に封入されている。

５は周面において径方向に着磁されたディスク状の永久
磁石で、その磁極数は前記円筒空間２の突起対（５０ａ
と５１ａ、５０ｂと５１ｂ、５０Ｃと５１　ｃ、そして
５０ｄと５１ｄ）の数と等しく、この永久磁石５の厚み
は前記空間２の深さから前記突起対の深さ（底面突起５
０ａの深さと上面突起５１ａの深さの和）を引いたもの
よりわずかに短い。また、永久磁石５は磁性流体４と共
に空間２内に共に封入されており、自身の平面部が底面
突起５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄと上面突起５１ａ
、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄに対面している。そして、空
間２の内壁と永久磁石５周面との間には磁性流体４が充
満した実質真円のリング状空間が存在し、かつ、前記メ
インハウジングｌの底面と永久磁石５の一方の平面との
間、およびサブハウジング３と永久磁石５の他方の平面
との間には、磁性流体が充満した薄板状空間が互いに相
対向して存在する。

前記空間２のリング状空間（内側壁）は永久磁石５の平
面方向に沿った多数の直線方向運動を許容する広い目の
寸法に設定され、復帰力発生部として機能する。つまり
、永久磁石５の磁極付近では、磁性流体４のみかけ密度
が大きいため、復帰力発生部である内側壁と永久磁石の
各磁極との間に磁気的な粘り又は弾性力（以下、磁気的
弾性力という）が働く。この磁気的弾性力と永久磁石５
が受ける加速度が釣り合う位置まで、永久磁石５は各磁
極の多数軸方向に移動し、静止する。また、前記空間２
の上面部及び底面部の前述の薄板状空間には、永久磁石
５の各磁極（Ｎ、Ｓ）中間部の法線方向に対向し、前記
復帰力発生部と永久磁石５の磁極との距離よりも、小さ
い距離を隔てて設けられる回転防止部材（前記突起対）
がある。これは、後述する様に、永久磁石５の回転運動
を実質的に阻止する作用を行う。磁性流体４は前記サブ
ハウジング３の小穴７より注入され、ゴム製プラグ８で
シールされたのち、キャップ９で封印固定されている。

１０は０リングで、メインハウジング１とサブハウジン
グ３の間に設けられている。

１２ａ〜１２ｄは磁気検出素子をなすホール素子で、前
記メインハウジング１の各突起対に対してその中間角度
位置で前記円筒空間２の内側壁と所定間隔を保って対向
するように、前記メインハウジング１の外側に接着され
て固定されている。

１４はガラスエポキシ類のプリントプレートであり、非
磁性スクリュー１５によりメインハウジングｌに固定さ
れ、前記ホール素子１２ａ〜１２ｄの各端子がハンダ付
けされている。１６は処理回路部であり、プリントプレ
ート１４上に形成されている。

１７は鉄製シールドカバーで、図示されていないスクリ
ューによりメインハウジング１に固定されている。１８
はシールドプレートで、スクリュー１９　ａ〜１９ｃに
よりシールドカバー１７に固定されている。シールドカ
バー１７とシールドプレート１８とにより本センサの外
形が構成されている。

２０はゴム製グロメットで、前記シールドカバー１７の
側面に設けた穴２３に固定され、前記処理回路１６から
のリード線束２１が、このグロメット２０を介して外側
へ導出されている。

第５図に回路系のブロック図を示す。

処理回路１６より外部へ取り出される第２図のリード線
束２１は、処理回路１６の端子３７．３８．３９．４０
と接続されている。３９は電源に、４０はアースに接続
されている。ホール素子１２ａ〜１２ｄは各々電源３９
、アース４０に接続されている。

３１〜３６は各々差動増幅器である。

ホール素子１２ａの検出出力を取出す２つの出力端子は
差動増幅器３１の入力端子に接続されている。ホール素
子１２ｃの２つの出力端子は差動増幅器３２の入力端子
に接続されている。差動増幅器３１．３２の出力端子は
増幅器３５の入力端子と接続され、増幅器３５の出力端
子は処理回路１６の出力端子３７に接続されている。

同様に、ホール素子１２ｂの２つの出力端子は差動増幅
器３３の入力端子に接続され、ホール素子１２ｄの２つ
の出力端子は差動増幅器３４の入力端子に接続され、差
動増幅器３３．３４の出力端子は差動増幅器３６の入力
端子に接続され、差動増幅器３６の出力端子は処理回路
１６の端子３８に接続されている。

１００は外部演算回路で、２乗平均回路１０３と除算回
路１０４とから構成される。外部演算回路１００は公知
で、例えばバー・ブラウン社のマルチファンクション・
コンバータ（モデル４３０２）のベクトル関数、除算機
能を用いればよい。

外部演算回路１００の入力端子１０１，１０２は処理回
路１６の出力端子３７．３８とリード線束２１（第２図
）を介して接続される。入力端子１０１と１０２は２乗
平均回路１０３と除算回路１０４に共に接続されている
。２乗平均回路１０３の出力端子は、外部演算回路１０
０の出力端子１０５に、割算回路１０４の出力端子は外
部演算回路１００の出力端子１０６に接続されている。

次に、上記構成に基づいて、その作動を説明する。

本装置は、磁性流体４中に置かれた永久磁石５が磁性流
体４をひきつけ、磁性流体４のみかけ密度が磁場勾配に
比例することに起因する磁気的弾性力により、永久磁石
５と磁性流体４を収納するハウジング１．３との間に働
く位置調整現象を利用して、加速度に応じた永久磁石５
の変位を実現し、その変位を検出することにより、安定
した二次元加速度検出を行うものである。

径方向に多極着磁された永久磁石５は、磁性流体４中で
浮揚する。これは磁場勾配が大きい所、即ち磁極に近い
程、磁性流体４のみかけ密度が大きくなるためである。

この時、ディスク状永久磁石５の平面方向に加速度ａが
加わると、第１図（ｂ）のように永久磁石５には慣性力
が働き、メインハウジング１内で移動しようとする。永
久磁石５の移動に伴いメインハウジング１の円筒空間２
の内周壁近傍における磁性流体４のみかけ密度は、永久
磁石５の磁極に近い位置で大きく、遠い位置で小さくな
り、永久磁石５には磁気的弾性力に起因する復元力が働
く。この復元力と前記慣性力との平衡点で永久磁石５は
静止する。従って、永久磁石５の、円筒空間２内におけ
る位置を検出すれば、加速度ａに対応した信号が得られ
る。磁石５の位置検出にはホール素子１２ａ〜１２ｄを
用いる。

しかしながら、磁石５が回転するとその影響を受けてし
まい、加速度信号と分離できない。この永久磁石５の回
転を防ぐために、円筒空間２の上底面に突起対５０ａ　
〜５０ｄ、５１ａ〜５１ｄが設けである。これは前記磁
気的弾性力を回転方向でも利用するためである。永久磁
石５に対して磁性流体４が吸着した状態の斜視図を第６
図に、また第６図め縦断面図を第７図に示す。永久磁石
５に対して磁性流体４は各磁極付近を中心とする連結し
た略球状分布をする。そこで、円筒空間２の上底面に各
磁極間に放射状の突起対（５０ａと５１ａ、５０ｂと５
１ｂ、５０ｃと５１ｃおよび５０ｄと５１ｄ）を設ける
ことによって、磁石５が回転しようとしたとき、磁極付
近の磁性流体４の高いみかけ密度部分と前記突起部の側
面部との間に働く磁気的弾性力が、永久磁石５への復帰
トルクとなって働くのである。このため、永久磁石５は
空間２内で回転運動を阻止され、水平面内で空間２の内
周面方向への直線運動のみ許容される。

又、永久磁石５は空間２内における円柱軸方向に対して
動きに＜＜シである。これは、水平方向の加速度のみに
感度を持たせるためである。この実現には、永久磁石５
の両底面と空間２の両底面とのなす距離を、永久磁石５
の外周面と空間２の内側面とのなす距離に比して、充分
小さく設定することによりなされる。これは、前述の如
く磁極付近の磁界分布が、永久磁石側面のみならず底面
方向にも空間分布していることを利用している。

つまり、永久磁石５の両底面と空間２の両底面に設けら
れた突起対とのなす距離を充分小さくし、突起対の底面
積を適度に設定することによって、磁極付近の磁性流体
４の高いみかけ密度部が永久磁石５とハウジング１．３
間の軸方向ギャップ部に充満し、円柱軸方向加速度に対
する永久磁石５の移動を抑制せしめるのである。

以上の様に、空間２内に封入された永久磁石５と磁性流
体４という構成において、磁石磁極と同数の突起対を該
空間２の両底面に前記磁極中間に対向させて放射状に設
け、かつ、永久磁石５の軸方向の円筒空間長さを永久磁
石５の長さよりわずかに長い程度に設定することにより
、下記の３つの作用が得られる。

（１）永久磁石５は空間２内で磁性流体４中に安定浮揚
する。

（２）永久磁石５は、磁気的弾性力による大きな復帰ト
ルクを受ける。

（３）永久磁石５は水平面内で移動可能で、軸方向へは
並進運動しない。

従って、水平面内加速度に対して永久磁石の位置、さら
に言えば各磁極の位置は一義的に定まる。

そこで、ホール素子の様な磁界検出素子を用いて磁極位
置を検出すれば加わっている加速度がわかる。

具体的な例を第１図及び第５図を用いて説明する。第１
図（ｂ）において、χ軸をホール素子１２ａ−１２０方
向に、ｙ軸をホール素子１２ｂ−１２ｄ方向にとる。χ
軸方向の永久磁石５の磁極は共にｓｐｉ、ｙ軸方向はＮ
極となる４極磁石の場合が図示しである。本装置に、第
１図（ｂ）の如く加速度Ａが加わるとメインハウジング
１に対して永久磁石５には相対的に加速度ａが加わる。

加速度ａは加速度Ａと大きさが同じで反対方向に向かう
ベクトルである。永久磁石５の重量をｍとすると、永久
磁石５に働く慣性力Ｆ１はＦ１＝に＋−ｍ−ａと表すこ
とができる。なお、Ｆ、とａはベクトル−値である。こ
こで、ｋｌは種々その条件によって決まる定数である。

又、磁気的弾性力Ｆｚ（ベクトル値）は慣性力Ｆ。

と逆向きで同じ大きさとなる。

ここで、円筒空間２の水平断面において、その中心を原
点にとり、磁気的弾性力Ｆ２と慣性力Ｆとが平衡してい
る時の永久磁石５の中心位置をＰ（χ、ｙ）とすると、
永久磁石５の移動量が小さイ場合、ｌ　Ｆ　ｚ　ｌ　＝
　ｋ　ｔ　・ａ　（！：　イウ関係カ成立する。ここで
、ｋ、は定数である。従って、Ｆ＋１＝ｌＦｚｌとおく
ことで、ｋ、・ｍ ’　ｃｏｓθ、　　ｋ−ｌａ　ｌ　・ｓｉｎθ）となり
、永久磁石の位置（χ、ｙ）を知れば加わっている加速
度が判る。

そこで、第１図（ａ）に示す様にホール素子１２ａ〜１
２ｄを磁極に対向させて配置する。ホール素子１２ａ、
１２ｃは磁石５のＳ極と対向し、各々、Ｎ極が近づく時
に正の出力が大きくなるように配置されている。又、ホ
ール素子１２ｂ、１２ｄは磁石５のＮ極と対向し、各々
、Ｎ極が近づく時に正の出力が大きくなるように配置さ
れている。従って、例えば第１図（ａ）、　（ｂ）で永
久磁石５がχ方向へ水平に動くとホール素子１２ａと磁
極Ｎが近づき、ホール素子１２ａの出力は大となる。同
時に、ホール素子１２ｃの出力は小となる。ホール素子
出力電圧は、ホール素子・磁極間距離の２乗に略反比例
した出力となる。

よって、ホール素子１２ａと１２ｃとの差動出力をとれ
ば、永久磁石の移動量が小さい場合には、磁石位置のχ
方向成分に略比例した出力電圧を得ることができる。又
、同様にしてホール素子１２ｂ、１２ｄの差動出力をと
れば、磁石位置のｙ方向成分に略比例した出力電圧を得
ることができる。

この様にして得られたホール素子１２ａ、１２ｃの差動
出力電圧■χとホール素子１２ｂ、１２ｄの差動出力ｖ
ｙとは、各々永久磁石５の中心位置（χ、ｙ）に対応し
た値となる。又、差動出力をとることにより、高ゲイン
と良好な直線性および温度補償が行える。

そこで、第５図の様に外部処理回路１００により、上記
差動電圧■χ、■ｙをもとに、Ｖ／Ｖχ２＋ｖ　ｙ”と
Ｖｙ／■χとを演算すれば、前者が加速度ａの大きさｌ
ａｌを、後者が加速度ａの方向ｔａｎθを表すことにな
る。

なお、第５図の処理回路１６について簡単に触れておく
。ホール素子１２ａ〜１２ｄは、端子３９を介して安定
化電源に結合されている。ホール素子１２ａの出力は差
動増幅器３１を介して得られ、同様に、ホール素子！２
ｂ−１２ｄの出力は差動増幅器３２〜３４を介して得ら
れる。そして、差動増幅器３１と３２の出力の差動出力
が差動増幅器３５を介して得られ、端子３７に接続され
る。

又、差動増幅器３３．３４の出力の差動出力が差度増幅
器３６を介して得られ、端子３８に接続される、従って
、端子３７より前記出力電圧■χが端子３８より前記出
力電圧ｖｙが得られるという構成になっている。

空間２内に封入される磁性流体４の量、即ち、空間２の
容積より永久磁石５の容積をさし引いた残容積は、自由
状態で永久磁石５が保持しうる磁性流体の総量と等しく
なることが好ましい。ここで、自由状態で永久磁石５が
保持しうる磁性流体総量とは、常温常圧下で磁性流体４
中に永久磁石５を挿入し、引き上げた時に永久磁石５に
付着している磁性流体の総量をいう。この状態は第６図
に示しである。この量よりも大きくなるように残容積を
決定すれば、加速度に対する永久磁石移動量に不感帯を
生ずる。一方、小さく設定すれば加速度に対する移動量
が減り、感度が低下する。

第８図に、印加加速度ａの大きさｌａｌに対するホール
素子１２ａ、１２Ｃの差動出力Ｖｚ　（Ｖ）を、第９図
に同じくホール素子１２ｂ、１２の差動出力ｖｙを示す
、パラメータのθは第１図Φ）に示す加速度の角度であ
る。Ｖχは加速度ａに対して１ａｌ−ｃｏｓθ、ｖｙは
ｌａｌ・ｓｉｎθとほぼ等しい値を示している。

上述の実施例において、永久磁石５の磁極数及び円筒空
間の突起数は４個（対向する２組）として示したが、前
者は２組、後者は１組以上であれば何組でもかまわない
。

又、磁気検出素子としてホール素子を例にあげたが、磁
気抵抗素子やピックアップコイルのような他の部品でも
よい。

次に、本発明の第２実施例を図面に基づいて説明する。

この第２実施例は永久磁石を回動させて角加速度を検出
するものである。第１０図（ａ）は第２実施例の横断面
図で、第１１図の５ＩＯ−３１０線に沿う断面図、第１
１図は第２実施例の縦断面図である。

１はメインハウジングであり、空間２を内側に形成して
いる。３はサブハウジングであり、前記空間２の開放端
面を閉鎖すべく前記メインハウジング１にスクリュー１
１ａ、１１ｂ及び図示されていないスクリュー１１ｃ、
ｌｉｄにより固定されている。スクリｓ　　１１　ａ、
　　１　ｌ　ｂ、　　１１　ｃ。

１１ｄ・は非磁性体でできている。

第１２図にメインハウジング１の斜視断面図を、第１３
図にサブハウジング３の斜視図を示す。５０ａ〜５０ｄ
は底面突起であり、５１ａ〜５１ｄは上面突起である。

前記底面突起５０ａ〜５０ｄは、前記上面突起５１ａ〜
５１ｄとそれぞれ対応して対向しており、前記円筒空間
２内に４ｍの突起対を形成している。

ディスク状の永久磁石５の磁極数は前記空間２の突起対
（５０ａと５１ａ、５０ｂと５１ｂ）の数と等しく、そ
の厚みは前記空間２の深さから前記突起対の深さ（底面
突起５０ａの深さと上面突起５１ａの深さの和）を引い
たものよりわずかに短い。又、前記永久磁石５の直径は
前記空間２の内径よりわずかに短く、その差は前記深さ
方向の差と同程度である。

前記空間２の内側壁のリング状空間は並進運動防止部と
して機能するように狭く寸法設定されている。つまり、
永久磁石５の磁極付近では、磁性流体４のみかけ密度が
大きいため、並進運動防止部である内側壁と永久磁石の
各磁極との間に強い磁気粘弾性力が働き、永久磁石５の
並進運動を抑制するようにしている。また、前記空間２
の上面部及び底面部の薄板状空間は、広い目の寸法で構
成されており、ここには永久磁石５の各磁極（Ｎ。

Ｓ）中間部分の法線方向に対向し、前記並進運動防止部
と永久磁石の磁極との距離とほぼ等しい距離を隔てて設
けられる復帰トルク発生部（前記突起対）がある。これ
は後述する様に、永久磁石５の回転運動に対して復帰ト
ルクを発生する作用を行う。磁性流体４は前記サブハウ
ジング３の小穴７より注入され、ゴム製プラグ８でシー
ルされたのち、キャップ９で封印固定されている。１０
は０リングで、メインハウジング１とサブハウジング３
の間に設けられている。１２ａ、１２ｂは磁気検出素子
をなすホール素子で、前記メインハウジング１の各突起
対の中間角度位置で前記空間２の内側壁と一定間隔を保
って対向するように、前記メインハウジング１の外側に
接着固定されている。

第１４図に回路系のブロック図を示す。

処理回路１６より外部へ取り出されるリード線束２１は
、処理回路１６の端子２３４，２３５と接続されている
。２３５は電源に、２３６はアースに接続されている。

ホール素子１２ａ、１２ｂは各々電源端子２３５、アー
スに接続されている。

３１〜３３は各々差動増幅器である。

ホール素子１２ａの２つの出力端子は差動増幅器３１の
入力端子に接続されている。ホール素子１２ｂの２つの
出力端子は差動増幅器３２の入力端子に接続されている
。差動増幅器３１．３２の出力端子は増幅器３３の入力
端子と接続され、増幅器３３の出力端子は処理回路１６
の端子２３４に接続されている。なお、その他の構成は
第１実施例と同様である。

次に、上記構成に基づいて、その作動を説明する。

ディスク状の永久磁石５に角加速度ａが加わると、永久
磁石５には慣性トルクが働き、メインハウジングｌ内で
回転しようとする。永久磁石５の回転に伴いメインハウ
ジング１の円筒空間２の両底面に形成された復帰トルク
発生部である突起部５０ａ　〜５０ｄ、５１ａ　〜５１
ｄ近傍における磁性流体４のみかけ密度は、永久磁石５
の磁極に近い位置で大きく、遠い位置で小さくなり、永
久磁石５には磁気粘弾性的復元トルクが働（。この復元
トルクと前記慣性トルクとの平衡角度位置で永久磁石５
は静止する。

従って、永久磁石５の空間２内における角度位置を検出
すれば、角加速度ａに対応した信号が得られる。磁石５
の位置検出にはホール素子１２ａ。

１２ｂを用いる。

しかしながら、永久磁石５が自身の平面と平行に移動（
並進移動）するとその影響を受けてしまい、角加速度信
号と分離できない。この永久磁石５の並進運動を防ぐた
めに、空間２の内側面と永久磁石５の外周面との間隔を
小さくしている。

また、空間２の上底面の各磁極間に放射状の突起対を設
けることによって永久磁石５が回転しょうとしたとき、
磁極付近の磁性流体４の高いみがけ密度部分と突起部の
側面部との間に働く磁気粘弾性力が永久磁石５への復帰
トルクとなって働き、復帰トルク発生手段として機能す
る。ここで、この機能を並進方向にも持たせるために並
進運動防止部として空間２の内側壁を、永久磁石５付近
の磁性流体４の高密度部に配置している。このため、永
久磁石５は空間２内で並進運動を阻止され、空間２内の
同一空間内における回転運動のみ許容される。

又、永久磁石５は空間２内における円柱軸方向に対して
も同様に動きに＜クシである。これは、水平方向の並進
運動のみならず垂直方向の並進運動も抑制するためであ
る。この実現には、永久磁石５の両底面と空間２の両底
面とのなす距離を、永久磁石５の外周面と空間２の内側
面とのなす距離とほぼ等しく、かつ充分小さく設定する
ことによりなされる。これは、前述の如く磁極付近、の
磁界分布が磁石側面のみならず、底面方向にも空間分布
していることを利用している。つまり、永久磁石５の両
底面と円筒空間２の両底面に設けられた突起対とのなす
距離を充分小さくし、突起対の底面積を適度に設定する
ことによって、磁極付近の磁性流体４の高いみかけ密度
部が磁石とハウジング間の軸方向ギャップ部に充満し、
軸方向加速度に対する永久磁石５の移動を抑制せしめる
のである。

以上の様に、空間２内に封入された永久磁石５と磁性流
体４という構成において、磁石磁極と同数の突起対を空
間２の両底面に前記磁極中間に対向させて放射状に設け
、かつ、永久磁石５の直径を空間２の内径よりもわずか
に小さ（、同時に永久磁石５の軸方向の空間２の長さを
永久磁石５の長さよりわずかに長い程度に設定すること
により、下記の３つの効果が得られる。

（２）永久磁石５は、磁気粘弾性による復帰トルクを受
ける。

（３）永久磁石５は並進運動しない。

従って、角加速度に対して永久磁石５の角度位置、さら
に言えば各磁極の位置は一義的に定まる。

そこで、ホール素子の様な磁気検出素子を用いて磁極位
置を検出すれば加わっている角加速度がわかる。

具体的な例を第１０図ら）及び第１４図を用いて説明す
る。第１０図（ｂ）において、χ軸をホール素子１２ａ
−１２ｂ方向に、ｙ軸をχ軸と直交する方向にとる。４
極永久磁石の場合が図示してあり、永久磁石５のＳ極−
３極軸はｙ軸と４５度をなし、Ｎ極−Ｎ極軸はＹ軸と４
５度をなす位置で安定している。本装置に第１０図（ｂ
）の如く如く角加速度Ａが加わるとメインハウジング１
に対して永久磁石５には相対的に角加速度ａが加わる。

角加速度ａは角加速度Ａと大きさが同じで反対方向に向
かうベクトルである。磁石５の重量をｍとすると、磁石
５に働く慣性トルクＴ＋はＴ＋＝　ｋｔ　’　ｍ　’　
ａと表すことができる。ここで、ｋ、は種々その条件に
よって決まる定数である。

又、磁気弾性トルクＴ、は慣性トルクＴ、と逆向きで同
じ大きさとなる。

ここで、空間２の水平断面において、その中心を回転中
心とし、永久磁石５のＳ極とＳ極とを結ぶ線がホール素
子１２ａと１２ｂを結ぶ線と一致する角度位置を回転の
原点にとり、磁気弾性トルクＴ！と慣性トルクＴ＋とが
平衡している時の永久磁石５の任意の磁極位置をＰ　（
Ｒ，θ）とすると、Ｔｚｌ＝ｋｚ・５ｉｎ（４θ）とい
う関係が成立する。

ここで、ｋｔは定数である。

従って、ｌ　Ｔ、　ｌ　＝　ｌ　’ｒｚ　ｌとおくこと
で、θが小さい領域においては次式のように近似できる
。

＝　（Ｒ，ｌ　ａ　ｌ／ｋ）となり、磁極位置（Ｒ，θ
）を知れば加わっている角加速度が判る。

そこで、第１０図（ａ）に示す様にホール素子１２ａ、
１２ｂを磁極中間位置に対向させて配置する。

ホール素子１２ａ、１２ｂは永久磁石５のＮ極が近づく
時に正の出力が大きくなるように配置されている。従っ
て、例えば第１０図（ａ）、　（ｂ）で永久磁石５がθ
方向へ回転すると、ホール素子１２ａと磁極Ｎが近づき
、ホール素子１２ａの出力は大となる。同時に、ホール
素子１２ｂの出力も大となる。ホール素子出力電圧は、
ホール素子・磁極間距離の２乗に略比例した出力となる
。

よって、ホール素子１２ａと１２ｂとの和出力をとれば
、磁石回転量が小さい場合には、磁極位置に略比例した
出力電圧を得ることができる。又、和出力をとることに
より、高ゲインを得ることができる。又、仮に永久磁石
５が並進運動をしたとしても、ホール素子１２ａの出力
が増し、ホール素子１２ｂの出力が減るため、その和の
変化は少ない。従って、処理回路１６の出力端子３４か
ら角加速度に応じた出力電圧を得ることができる。

なお、第１４図の処理回路１６について簡単に触れてお
く。ホール素子１２ａ、１２ｂは、端子２３５を介して
安定化電源に結合されている。ホール素子１２ａの出力
は、差動増幅器３１を介して得られ、同様にホール素子
１２ｂの出力は差動増幅器３２を介して得られる。そし
て、差動増幅器３１と３２の出力の和出力が演算増幅器
３３を介して得られ、端子２３４に接続される。

空間２内に封入される磁性流体４の量、即ち、空間２の
容積より永久磁石５の容積をさし引いた容積は、自由状
態で永久磁石５が保持しうる磁性流体４の総量と等しく
なることが好ましい、ここで、自由状態で永久磁石５が
保持しうる磁性流体４の総量とは、常温常圧下で磁性流
体４中に永久磁石５を挿入し、引き上げた時に永久磁石
５に付着している磁性流体４の総量をいう。この状態は
第６図と同じである。この量よりも大きくなるように容
積決定すれば、加速度に対する永久磁石５の並進移動を
生ずる。小さく設定すれば角加速度に対する回転量が減
り、感度が低下するからである。

第１５図に、印加角加速度の大きさに対する端子２３４
の出力Ｖｏを示す、パラメータのθはＳ極−３極軸とｙ
軸とのなす角度である。

上述の第２実施例において、永久磁石５の磁橿数及び空
間２の突起対は対向する２組として示したが、前者は２
組、後者は１組以上であれば、何組でもかまわない。

又、磁気検出素子としてホール素子を２個用いて磁極中
間に配置したが、ホール素子は１個以上幾つでもよく、
又、その位置も任意に設定できることは言うまでもない
。

また、永久磁石として円盤状の磁石を示したが、第１６
図のようなリング状の永久磁石でもよい。

この場合、磁気検出素子１２をリング内部に配置するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例を示す第２図のＩ−
１線に沿う横断面図、第１図（ｂ）は加速度が作用する
向きを説明するベクトル図、第２図は第１実施例の縦断
面図、第３図は上記第１実施例で使用したメインハウジ
ングの斜視断面図、第４図は上記第１実施例で使用した
サブハウジングの斜視図、第５図は上記第１実施例の電
気回路を示す回路図、第６図は上記第１実施例で使用し
た永久磁石への磁性流体の付着状態を示す斜視図、第７
図は第６図の縦断面図、第８図及び第９図は上記第１実
施例の加速度センサの出力電圧の特性を夫々示す特性図
である。第１０図（ａ）は本発明の第２実施例を示す第
１１図の５ＩＯ−３１０線に沿う横断面図、第１０図（
ｂ）は角加速度が作用する向きを説明するベクトル図、
第１１図は第２実施例の縦断面図、第１２図は第２実施
例のメインハウジングの斜視断面図、第１３図は第２実
施例のサブハウジングの斜視図、第１４図は第２実施例
の電気回路を示す回路図、第１５図は角加速度センサの
出力特性を示す特性図、第１６図は第２実施例の変形例
としてのリング状の永久磁石と磁気検出素子との位置関
係を示す一部構成図である。１・・・メインハウジング、２・・・空間、３・・・サ
ブハウジング、４・・・磁性流体、５・・・永久磁石、
１２ａ〜１２　ｄ　・・・磁気検出素子、５０ａ　〜５
０ｄ、５１ａ〜５１ｄ・・・突起対。第３図第４図ｂ第５図第２図＋６）第図第図第第図図！第図第図第１６図鮎幡４（Ｇ〕

Claims

【特許請求の範囲】

１．片端面が開放された略円筒状の空間を内側に形成し
た非磁性体製のメインハウジング、前記メインハウジングの前記片端面を閉鎖すベく前記メ
インハウジングに固定された非磁性体製のサブハウジン
グ、前記メインハウジングの前記空間の底面に放射状に形成
された底面突起、前記底面突起と対向して前記サブハウジングの前記空間
側側面に放射状に形成された上面突起、前記空間内に充
満して封入された磁性流体、前記空間内に前記磁性流体
と共に封入され、周面において径方向に着磁され、平面
部が前記底面突起と前記上面突起に対面するディスク状
の永久磁石、前記底面突起の各々と前記上面突起の各々とで形成され
た突起対相互間に設けられ、前記永久磁石の位置を検出
して検出出力を発生する磁気検出素子を備えた加速度セ
ンサ。
２．前記メインハウジングの円筒状空間の内壁と前記永
久磁石周面との間には前記磁性流体が充満した実質真円
のリング状空間が存在し、かつ、前記メインハウジング
の底面と前記永久磁石の一方の平面との間および前記サ
ブハウジングと前記永久磁石の他方の平面との間には、
前記磁性流体が充満した薄板状空間が互いに相対向して
存在することを特徴とする請求項１記載の加速度センサ
。
３．前記リング状空間は、前記永久磁石の前記平面方向
に沿った多数の直線方向運動を許容する広い目の寸法に
設定され、かつ前記薄板状空間は、前記永久磁石の回転
運動を実質的に阻止するように狭めの寸法に設定され、
前記磁気検出素子は前記永久磁石の前記直線方向運動に
応じた検出出力を発生するように前記永久磁石の周囲に
所定間隔で少なくとも４ヵ所に分散して設けられている
請求項２記載の加速度センサ。
４．前記リング状空間は、前記永久磁石の前記平面方向
に沿った直線方向運動を実質的に阻止するように狭く寸
法設定され、一方、前記薄板状空間は前記永久磁石の回
転連動を許容するように広い目の寸法設定がなされ、前
記磁気検出素子は前記永久磁石の前記回転運動に応じた
検出出力を発生するように前記永久磁石に相対向して少
なくとも１個設けられていることを特徴とする請求項２
記載の加速度センサ。