JPH02238367A

JPH02238367A - 一側でクランプされる撓みビームを有する加速度センサ

Info

Publication number: JPH02238367A
Application number: JP1320401A
Authority: JP
Inventors: Deitrich Juckenack; デイートリヒ・ユッケナック; Matthias Schildwaechter; マテイアス・シルトベヒター; Klaus-Peter Buege; クラウス　―　ペーター・ビューゲ; Michael Raab; ミヒアエル・ラープ; Gerhard Blumenstein; ゲルハルト・ブルーメンシュタイン
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1990-09-20
Also published as: DE3929082A1; EP0377804A1; ES2032646T3; EP0377804B1; US5027657A; DE58901699D1

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、ハウジング内に配置され、自由端に慣性質量
及び信号発生器あるいは信号形成部材として作用する少
なくとも１の永久磁石が設けられ、一側でクランプされ
る撓みビームを備え、この撓みビームがセンサハウジン
グに対して測定すべき加速度の平面内で可撓性を有し、
更に撓みを決定する測定システムを備え、この測定シス
テムは永久磁石と、ハウジングに結合された１又は複数
の磁界感応位置センサ（いわゆる素センサ（ｅｌｅｍｅ
ｎｔａｒｙ　ｓｅｎｓｏｒｓ）　）とを有し、このセン
サにより永久磁石の位置あるいは変化を測定可能である
加速度センサに関する。

［従来の技術及びその課題］ドイツ特許明細書（　ＤＩＥ）第２８　２９　４２５Ｃ
２　＋．：　ハ上記形式の加速度センサが記載されてい
る。密閉ハウジング内では、ハウジング内に一側をクラ
ンプされた板ばねに感振質量が懸垂されている。この感
振質量はクランプされた板ばねの自由端に配置されてお
り、撓んだときに、この自由端のレベルでハウジングに
固定された永久磁石の磁界を切る可動鉄部を備える。こ
の質量が撓むと、２つの磁界感応型電気抵抗により電気
信号が形成される。

この電気抵抗は特に磁気抵抗で形成され、感振質量の零
位置に対称的、かつ、永久磁石あるいは永久磁石の極板
と感振質量との間の間隙内の磁界の磁束及び感振質量の
移動方向に垂直に配置される。

更に、可動鉄部材の代りに永久磁石を感振質量として使
用することが可能であり、この場合には可動鉄部材はハ
ウジングに固定される。

小さな加速度の場合にこのような装置で使用可能な測定
信号を得るためには、大きな製造努力を必要とする。板
ばねを撓ませるのに必要な力は比較的大きく、この力が
必要なサイズの感振質量で感応させる。ＩＴｌ定方向に
おける撓みを選択できることが非常に望まれている。し
たがって、このようなセンサは全体として同様な多数の
センサを必要としかつ製造価格で左右される例えば自動
車の制御装置用として大量生産するのに適さない。

ドイツ特許明細書（　ＤＩ？）第３１　３３　０５０Ｃ
２には同様な曲げビームセンサが記栽されている。密閉
ハウジング内には、エポキシ樹脂、ビニルクロライドあ
るいはベリリウム銅製の一側でクランプされた弾性腕の
形態の曲げビームがこのハウジングにねじ止めされて配
置されている。この弾性腕の自由端は荷重で負荷されて
いる。下側部分すなわちハウジングに固定された点の近
部では、弾性腕はコイルで囲まれている。コイル内に配
置される弾性腕の部分は低残磁性のアモルファス金属の
平坦部材を有する。弾性腕は加速度あるいは振動により
撓み、この撓みにより低残磁性部材に引張りあるいは圧
縮応力が形成され、この応力に対応した電気信号がコイ
ルに形成される。この信号は加速度あるいは減速度の値
に電子的に変換される。このようなセンサも、特に高い
測定制度及び＆ｌｌＩ定感度が要求される場合には価格
が非常に高い。

更に、公開されたドイツ特許出願（　ＤＥ）第３０１ｅ
　ＯＯＩＡＩに記載の自動車減速度測定装置は一側でク
ランプされた板ばねを有し、その自由端には慣性質量が
配置され、この慣性質量に棒磁石が配置されている。棒
磁石の位置の変化はホール素子により決定される。曲げ
ビームが撓んだときにホール素子の電圧を検出するため
に第２永久磁石がハウジングに固定されており、この電
圧は撓みともに直線的に増加する。

本発明は、特に簡単な構造で製造コストが低く、静的及
び動的強度（繰り返し疲れ強さ及び疲れ強さ）が高く、
過負荷に耐え、測定精度及び測定方向における測定感度
が高い加速度センサを提供することを目的とする。横方
向における剛性は高く、したがって横方向の歪みに対す
る感度すなわち７１ｐｊ定而に対して横方向の感度は低
くあるべきである。

［課題を解決するための手段、作用及び効果］上記目的
を達成する本発明の加速度センサは、ハウジング内に配
置され、自由端に慣性質量及び信号発生器あるいは信号
形成部材として作用する少なくとも１の永久磁石が設け
られ、一側でクランプされる撓みビームを備え、この撓
みビームがセンサハウジングに対して測定すべき加速度
の平面内で可撓性を有し、更に撓みを決定するｉｌｌｌ
＋定システムを備え、この測定システムは永久磁石と、
ハウジングに結合された１又は複数の磁界感応位置セン
サとを有し、このセンサにより永久磁石の位置あるいは
変化を決定可能である加速度センザであって、前記撓み
ビームは厚さに対して幅広の薄いテープ形状を有するア
モルファス金属で形成されることを特徴とする。

本発明によると、１層或いは多層構造の撓みビームによ
り高度の要求に合致しかつ低コストで製造できる加速度
センサが得られ、この撓みビームは１方向で極めて高い
感度及び精度を有して加速度に対して直線状に反応し、
横方向に対しては非常に高い曲げ抵抗を有する。作動面
における曲げ抵抗に対する横方向軸線における曲げ抵抗
の比を１：４０００とすることは簡単に達成できる。こ
の特性はアモルファス金属の薄いテープによって得られ
るもので、この金属の磁気特性は本発明の実施例のほと
んどの場合に影響を与えない。極めて薄いアモルファス
金属の感度により、慣性質量及び撓みビームの自由端の
信号形成部材として小さな永久磁石を配置することで十
分である。撓みビームが撓んだときに、この永久磁石は
加速度に対応した信号を、センサハウジング内あるいは
この上の好適な箇所に配置された位置センサに形成する
。

本発明の有益な実施例によれば、テープ状撓みビームの
厚さは１０乃至８０μｍの範囲で２０乃至３０μｍの範
囲が好ましく、その幅は１乃至１０ｍｍの範囲で２乃至
４ｍｍの範囲が好ましい。

この点に関して、撓みビームの厚さ一幅比は１：５０乃
至１　：　１０００の範囲で１：５０乃至１：２００の
範囲であるのが好ましい。

本発明の他の好適な実施例によると、撓みビームは２又
はそれ以上の平行に配置されたアモルファス金属製テー
プを有する多層｛ｔ造を備え、ハウジング内のクランプ
側に一体的に強固に保持され、このテープの自由端の表
面上には永久磁石が配置され、この磁力によりテープが
互いに押圧されて一体的に保持される。各多層撓みビー
ムの表面上に１の永久磁石を配置するか、あるいは、一
方に永久磁石を配置し、他方に強磁性鉄部材を配置して
もよい。

永久磁石及び強磁性部材は撓みビーム上に接着するのが
好ましい。

アモルファス金属の一側すなわち一面は他方よりも荒く
形成され、多層撓みビームの各テープが相対移動すると
きに可能な限り高い緩衝作用を得るためにこれらの側を
重ねるのが好ましい。

本発明の他の実施例では、撓みビームはアモルファス金
属の２つのテープを備え、これらのテープはクランプさ
れて一体的に強固に保持され、この撓みビームの自由端
の間には、これらのテープの一方に永久磁石が接若され
、他方のテープはこの永久磁石の磁力により付着される
。撓みビームが撓むと、永久磁石に対して磁気で付着さ
れるテープの移動により振動が緩衝される。

多層撓みビームの各テープの面間、あるいは、撓みビー
ムと一方のテープに接菅された永久磁石との間の摩擦に
よる緩衝に加え、本発明では空気による緩衝を行うこと
ができる。これは、撓みビ一ムとハウジング壁との間に
非常に狭い間隙が形成されるように撓みビームが密閉ハ
ウジング内に配置され、この間隙が撓みビームの撓み時
に空気交換を阻害し、これにより撓みビームの振動を空
気で緩衝するためである。

更に、このような空気緩衝のみを、多層撓みビームに用
いるようにしてもよい。

一方、センサハウジングにシリコン油等の通常の緩衝流
体を充填し、撓みビームの振動を緩衝することも可能で
ある。

本発明の加速度センサの撓みビームの永久磁石は、プレ
ート状あるいはブロック状等の構造を有し、撓むビーム
の自由端に配置される。ホール素子、磁気抵抗、磁気抵
抗センサあるいは他の磁界感応センサが磁界感応位置セ
ンサとしてセンサハウジング内に、撓みビームに平行で
、撓みビームの下あるいは上側に配置される。他の実施
例では、位置センサはセンサハウジングの前方あるいは
その側方で撓みビームの前部自由０１゜りのレベルに固
定される。更に、位置センサは外壁あるいはセンサハウ
ジングの外側に、撓みビームにしたがって振動する永久
磁石の磁束の領域に設けることができる。

本発明の他の特徴、利点及び用途は添付図面を参照する
下記実施例に関する説明から明らかとなる。

［実施例］第１図に示すように、本発明の加速度センサはハウジン
グ１と、撓みビーム２と測定システム３，４とを備え、
この測定システムは信号発生器あるいは信号形成部材３
すなわち永久磁石と、いわゆる索センサ４と称する位置
センサとを備える。電気信号を評価するための関連する
電子装置については明瞭にするために図示してない。

センサハウジング１は、一側を一体的にクランプされた
撓みビーム２を保持する樹脂製のボディ部５と、密閉ケ
ーシング６とを備え、このケーシングはシリコン油内に
撓みビーム２を浸漬させ、振動を緩衝するために全中空
スペース７にシリコン油を充填することができる。

撓みビーム２はアモルファス金属の薄いテープから形成
され、このテープは一の方向で非常に小さな加速にも反
応する。図示の加速度センサの場合は、この方向は突起
の平面に沿っている。一方、横方向すなわち突起の平面
に垂直な方向には極めて高い曲げ抵抗を備える。テープ
の厚さｄは約３０μｍであり、幅ｂ（突起の平面に垂直
な方向）は３ｍｍであり、剛性方向の軸の回りの曲げ抵
抗に対する撓み方向の輔（横方向軸線）の回りの曲げ抵
抗の比を例えば１：４０００とすることができる。更に
、剛性方向の輔（垂直軸）の方向に振動する場合、いわ
ゆる曲げビームの傾斜の恐れ（不安定問題）を数学的に
推定することで、動揺による横方向の励起に対する十分
な距離を設けることができる。

曲げビーム２は一側を樹脂ボディ５に埋設され、他端は
自由に振動することができる。永久磁石３は慣性質量と
して、かつ、この自由端上の信号発生器として例えば接
着剤により固定される。ビーム２がアモルファス金属で
形成される場合は、この金属は磁性を有し、永久磁石３
はその磁気引張り力で曲げビーム２に付着することがで
きる。

曲げビーム２の撓み特に曲げビームの自由端に配置され
た永久磁石３の撓みは、ホール効果を示すセンサ素子あ
るいは磁気抵抗性抵抗器を有する位置センサ４によって
測定され、対応する電気信号に変換される。

第２図は永久磁石３を自由端に配置した曲げビーム２′
が２つの位置センサ４，４′間で振動する本発明の実施
例を示す。したがって、双方の位置センサ４．４′では
、曲げビーム２′が撓んだ時に信号が反対方向に変化す
る。これにより信号の評価、あるいは、干渉信号と使用
可能な信号とに区別することが容易どなり、加速度セン
サの作動信頼性（冗長性）が増加する。他の点について
は第１図の加速度センサと基本的な差異はない。

第３図に示すように、本発明の実施例では曲げビーム８
の自由端の前側に位置センサ９が設けられている。加速
度により、曲げビーム８の自由端に配置された永久磁石
１０の位置が変化すると、前側に配置された位置センサ
９に評価信号が形成される。

前側に配置した位置センサ９に加え、更に位置センサ１
１，１２を設けることが可能であり、これらの位置セン
サ１１，１２は形成される信号をより明確にするため、
振動方向上下の一方あるいは双方に設けられる。これら
のセンサ１１．１２は第３図に鎖線で示されており、用
途によっては不要な場合がある。

更に、多くの場合、永久磁石３，１０の位置が変化した
ときに、磁界の変化がセンサハウジングの外側で測定で
きる場合には、位置センサをセンサハウジング１の外側
あるいはそのケーシング６の外側に配置することが有益
である。

第４．１図に示すように、本発明の実施例では、互いに
平行に配置されたアモルファス金属製の２又は多数のテ
ープ１３．１４を備える多層曲げビームが設けられる。

第４，２図はこの曲げビーム１３及び１４の自由端が分
離された状態を拡大して示す。

この配置により、振動の「摩擦による緩衝」（　１’ｒ
ｌｃｔｌｏｎ　ｄａｍｐｉｎｇ）が可能となる。平行に
配置されたテープ１３．１４はクランプ側１５を樹脂ボ
ディ５に一体的に埋設されかつ強固に保持される。曲げ
ビーム１３及び１４の自由端では２つのテープ１３．１
４は磁力により互いに押圧されて一体的に保持される。

このため、永久磁石１６が一方の表面に接着される。こ
の永久磁石は、対向部材すなわち、曲げビーム１３及び
１４の自由端の表面に対向して接告された強磁性ボディ
部１７を磁力で引き付ける。したがって曲げビーム１３
及び１４が撓むと、上下に配置された２つの層あるいは
テープ１３．１４が互いに移動し、これにより所要の摩
擦による緩衝作用が生じる。

２つの各テープ１３．１４は荒さの異なる面を有し、荒
い方の面を互いに対向させて緩衝作用をより効果的に行
わせることができ、この荒い方の面は他方の面が光沢を
呈するのに対し、マット状の外観を呈することがある。

好適なコストである限り、互いに上下に配置されるテー
プ１３．１４の面は荒く形成することが望ましい。

本実施例では、素センサ１８は曲げビームの一側に配置
される。なお、第３図に示す実施例のように用いること
も可能である。

第５図は強磁性ボディ部材１７の代りに反作用部材とし
て第２の永久磁石１９を設けた点でのみ第４図の実施例
と相違する。これらの２つの永久磁石１６．１９は互い
に引き合うように配置される。

第６図の実施例では、曲げビームは樹脂ボディ部５に一
体的に埋設された２つのアモルファス金属製テープ２０
．２１を備える。この場合、永久磁石２２は２つのテー
プ２０．２１間の曲げビーム２０及び２１の自由端に配
置される。永久磁石２２は２つのテープの一方に強固に
接岩され、他方のテープには磁力で付着される。この場
合、振動緩衝作用は摩擦力で行われ、この摩擦力は永久
磁石２２と、曲げビーム２０及び２１が撓んだときに永
久磁石２２上を移動する磁力で付着されるテープとの間
に生じる。

摩擦による緩衝を生じるためには、更に変形しあるいは
形状を変えることも可能である。

第７．１図及び第７．２図は加速度センサの２つの変形
例を示し、振動を「空気によるｔｔｉ衝」（ａｌｒ　ｄ
ａａ＋ｐｉｎｇ　）単独であるいは付加することにより
減衰する。第７．１図の断面図に示すように、このセン
サは上記第１図のものと同様である。しかし第７．２図
に示すように、この場合には曲げビーム２３が配置され
るハウジング２４は、特に内側の幅Ｂを曲げビーム２３
の幅ｂに合わせ、静止状態及び加速度により曲げビーム
２３が撓んだときに壁すなわち側壁２５．２６及び前壁
２７との間に非常に狭い空隙Ｌを形成する。一方、空隙
Ｌは非常に小さく、この密閉ハウジング２４内で曲げビ
ームが撓むと、この空隙を介する空気流が絞られ、これ
により振動が緩衝される。この空隙を調整することによ
り、緩衝作用を所用の値に調製することができる。

必要な場合には、上記摩擦による緩衝と空気による緩衝
とを組合わせ、加速度センサの所要の緩衝特性を簡単に
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による加速度センサを簡略化し
た断面図、第２図は位置センサを対向して配置した他の
実施例による加速度センサの簡略化した断面図、第３図
は位置センサを前方に配置した加速度センサのＭ１図と
同様な断面図、第４．１図は多層曲げビームを有する加
速度センサの第１図と同様な図、第４．２図は永久磁石
と対向部材とを有する第４．１図の曲げビームの自由端
を示す拡大図、第５図は２つの永久磁石を自由端に有す
る第４図と同様なセンサの断面図、第６図は２つの層間
に永久磁石を配置した２層曲げビームの断面図、第７，
１図は空気による緩衝を行うセンサの振動面に平行な断
面図、第７．２図は第７６１図のＡ−Ａ線に沿う振動面
に垂直な面の断面図である。１・・・ハウジング、２．２’　，８．１３及び１４，
２０及び２１．２３・・・曲げビーム＜　３．１０，１
６，１９．２２・・・永久磁石、４．４’　　９・・・
位置センサ、５・・・樹脂ボディ部、６・・・密閉ケー
シング、７・・・中空スペース、１３，１４，２０．２
１・・・テープ、１８・・・素センサ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦ＦＩＧ．７．１八ーｌ４ＦＩＧ．　７．　２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ハウジング内に配置され、自由端に慣性質量及び
信号発生器あるいは信号形成部材として作用する少なく
とも１の永久磁石が設けられ、一側でクランプされる撓
みビームを備え、この撓みビームがセンサハウジングに
対して測定すべき加速度の平面内で可撓性を有し、更に
撓みを決定する測定システムを備え、この測定システム
は永久磁石と、ハウジングに結合された１又は複数の磁
界感応位置センサとを有し、このセンサにより永久磁石
の位置あるいは変化を測定可能である加速度センサであ
って、前記撓みビーム（２、２′、８、１３及び１４、
２０及び２１、２３）は厚さ（ｄ）に対して幅広の薄い
テープ形状を有するアモルファス金属（金属ガラス）で
形成されることを特徴とする加速度センサ。
（２）前記テープ形状の撓みビーム（２、２′、８、１
３及び１４、２０及び２１、２３）の厚さ（ｄ）は１０
乃至８０μｍの範囲で、好ましくは２０乃至３０μｍの
範囲にあり、その幅（ｂ）は１乃至１０ｍｍの範囲で、
好ましくは２乃至４ｍｍの範囲である請求項１記載の加
速度センサ。
（３）撓みビームの幅（ｂ）に対する厚さ（ｄ）の比は
１：５０乃至１：１０００の範囲、好ましくは１：５０
乃至１：２００の範囲にある請求項１又は２記載の加速
度センサ。
（４）前記撓みビーム（１３及び１４、２０及び２１）
は、ハウジング（１）内のクランプ側（１５）で強固に
一体的に保持される平行かつアモルファス金属製の２以
上のテープ（１３、１４、２０、２１）を有する多層構
造を有し、永久磁石（１６、１９）は撓みビームの自由
端におけるこのテープの表面上に配置され、前記各テー
プは磁力により一体的に互いに押圧されて保持される請
求項１乃至３いずれか１記載の加速度センサ。
（５）多層撓みビームの自由外表面の一側に永久磁石（
１６）が配置され、これと反対側の他側に強磁性体（１
７）が配置される請求項４記載の加速度センサ。
（６）多層撓みビームの自由外表面上に、それぞれ反対
側に永久磁石（１６、１９）が配置されている請求項４
記載の加速度センサ。
（７）永久磁石（１６、１７）と強磁性体（１７）との
一方あるいは双方が接着されている請求項４乃至６いず
れか１記載の加速度センサ。
（８）前記テープ（１３、１４、２０、２１）は比較的
光沢のないマット状の面あるいは荒い面が互いに重ね合
わせて配置される請求項４乃至７いずれか１記載の加速
度センサ。
（９）互いに上側に配置されるテープの面は荒い面に形
成されている請求項４乃至７いずれか１記載の加速度セ
ンサ。
（１０）互いに平行に配置されるアモルファス金属の２
つのテープで形成される撓みビーム（２０、２１）は一
体的に強固にクランプ（１５）に保持され、撓みビーム
の自由端でこれらの間に永久磁石が保持される請求項１
乃至３いずれか１記載の加速度センサ。
（１１）永久磁石はテープの一方に接着され、他方に磁
気的に付着される請求項１０記載の加速度センサ。
（１２）撓みビーム（２３）は、この撓みビームとハウ
ジング壁（２５、２６、２７）との境界間に極めて狭い
エアーギャップ（Ｌ）が確実に形成されるように密閉ハ
ウジング（２４）内に配置され、このエアーギャップは
撓みビーム（２３）が撓んだときに空気流を絞り、した
がって撓みビーム（２３）の振動を減衰させる請求項１
乃至１１いずれか１記載の加速度センサ。
（１３）センサハウジング（１）内には、撓みビーム（
２、２′、８）の振動を減衰するため、例えばシリコン
オイルである減衰流体が充填されている請求項１乃至１
１いずれか１記載の加速度センサ。
（１４）永久磁石（３、１０、１６、１９、２２）は板
状あるいはブロック状形状を有し、撓みビーム（２、２
′、８、１３及び１４、２０及び２１、２３）の自由端
に配置される請求項１乃至１３いずれか１記載の加速度
センサ。
（１５）磁界感応位置センサ（４、４′、９、１１、１
２、１８）として、ホール素子、磁気抵抗センサあるい
は他の磁界感応センサが設けられ、センサハウジング内
で撓みビームの下側あるいは上側に撓みビーム（２、２
′、８、１３及び１４、２０及び２１、２３）に平行に
配置される請求項１乃至１４いずれか１記載の加速度セ
ンサ。
（１６）位置センサ（９）はセンサハウジング（６）内
で、撓みビーム（８）の自由端の面のレベルで前方ある
いは側方に配置される請求項１乃至１５いずれか１記載
の加速度センサ。
（１７）位置センサは外壁あるいはセンサハウジング（
１、２４）の外側で、永久磁石（３、１０、１６、１９
、２２）の磁束の領域内に配置される請求項１乃至１６
いずれか１記載の加速度センサ。