JPH0499963A - 加速度センサ - 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】 〔概要〕 本発明は電磁気的に加速度を検出するセンサに関し、 磁気抵抗素子と永久磁石とを組み合わせた加速度センサ
の高性能化を目的とし、 印加された加速度によって撓む長方形断面板の一端を固
定した梁、該梁の先端に固着した永久磁石、該永久磁石
を挟む両側の対称位置に設けられた少なくとも一対の磁
気抵抗素子を具え、該梁がその長さ方向の中央部でほほ
９０度にねじり加工されてなることを特徴とする、 または、前記梁がその長さ方向に長さを有する透孔を、
幅方向の中央部に形成してなることを特徴とし構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電磁気的に加速度を検出するセンサ、特に２軸
方向の加速度を検出可能とする構成に関する。

印加された加速度による重りの変位を検出したり、重り
を支持する片持梁のひずみを検出する従来の加速度セン
サは、感度が低いという欠点かあった。そこで、印加さ
れた加速度によって撓む梁の先端に永久磁石を取り付け
、該永久磁石の両側の対称位置に少なくとも２個の磁気
抵抗素子を設け、該磁気抵抗素子の出力を互いに逆磁性
で加算する加算部を具えた加速度センサが出現した。

〔従来の技術〕

第４図は本出願人が昭和６３年５月７日付けて出願した
加速度センサ（特願昭６３−１１０８８２号）の基本構
成図（イ）とその加速度検出部の構成例を示す斜視図（
ロ）である。

第４図（イ）において、■は印加された加速度によって
撓む梁、２はＮ極とＳ極を有する永久磁石、３−＋、３
−２は２個のバーバーポール型磁気抵抗素子、４−、と
４−２は磁気抵抗素子３−＋、３−２の出力信号線、５
は加算部、５−１は加算部５の出力信号端子、６は検出
部である。

検出部６の主要部を示す第４図（ロ）において、７はシ
リコン基板、８はシリコン基板７に設けた孔、９−１〜
９−４はシリコン基板７の上面に形成された磁気抵抗素
子３−＋、３−２と加算部５との接続用パッドである。

非磁性である燐青銅等の板を利用しその厚さ方向に撓む
梁１は断面長方形であり、一端をシリコン基板７に固定
し、他端に永久磁石２が固着される。

このように構成した検出部６において、磁石２の質量を
ｍ１磁石２に加えられた加速度をＧ、当初の停止位置か
ら磁石２が例えば磁気抵抗素子３２に対し変位した量を
ｘ、ｋを梁１のばね常数としたとき加速度Ｇは、 Ｇ　＝　ｋ　ｘ　／　ｍ で表される。

磁石２に加速度Ｇが加えられない停止位置から、加えら
れた加速度Ｇのため梁１が第４図（イ）の矢印方向に撓
み、磁石２が磁気抵抗素子３−２に近づくと磁気抵抗素
子３−２の出力電圧が変化し、そのことから磁石２の位
置変位量を読み取ることででき、その位置変位量から加
速度の値を知ることができる。そして、加速度の印加方
向が逆になって磁石２が磁気抵抗素子３−１に接近する
方向に変位しても、同様にそのときの加速度の値を知る
ことができる。

第５図は第４図に示す加速度センサを利用する振動測定
の一例の説明図である。

第５図において、振動台１ｏに一対の検出部６と６−２
を搭載する。検出部６−３内に垂下する梁１の厚さ方向
を振動台１０のＸ軸方向としたとき、検出部６−２内に
垂下する梁１−２の厚さ方向は振動台１０のＹ軸方向で
あり、そのことによって一対の検出部６−１と６−２は
、振動台１０の水平面内に発生する任意方向の加速度が
検出可能になる。

即ち、振動台１０に印加された加速度がＸ軸方向である
とき、その加速度は下端に永久磁石２−１を固着した梁
１−１を内蔵する検出部６−１が検出し、印加された加
速度がＹ軸方向であるとき、その加速度は下端に永久磁
石２−２を固着した梁１−２を内蔵する検出部６−２が
検出する。

そして、振動台ＩＯに付加された加速度Ａの方向かＹ軸
およびＹ軸の双方に対し成る角度（例えば４５度）をな
すとき、検出部６−１からの出力をａ。

検出部６−２からの出力をｂとすれば、印加された加速
度は出力ａ、　　ｂを検出し、検出部６−３の加算部５
−１と検出部６−２の加算部５−２を接続した演算回路
３０が（ａ　２　＋　ｂ２）　Ｉ　７２を算出し、知る
ことができる。

なお、検出部６は梁１の幅方向についても加速度を検出
可能であるが、その感度（精度）は梁１の厚さ方向に対
し著しく　（３０ｄＢ程度）低減し、実用的でない。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上説明したように、磁気抵抗素子と永久磁石とを組み
合わせた従来の加速度センサは、それ以前のものより高
精度と小型化を実現した。

しかしながら、地震や機械振動等の如く加速度の印加方
向が予測されないとき、従来の加速度センサは複数の検
出部と、それら検出部の出力信号から加速度を算出する
演算回路が必要であり、装置構成が大型かつ高価になる
という問題点があった。

本発明の目的は、従来の性能を損なうことなく２軸方向
に同等の精度を有する加速度センサを提供し、演算回路
を必要とすることなく、加速度の方向が特定されない地
震や機械振動等を高精度に検出することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は本発明の実施例になる加速度センサの加速度
検出部を示す第１図によれば、印加された加速度によっ
て撓む長方形断面板の一端を固定した梁２０、梁２０の
先端に固着した永久磁石２、永久磁石２を挟む両側の対
称位置に設けられた少なくとも一対の磁気抵抗素子３−
１＋３−２を具え、梁２０かその長さ方向の中央部でほ
ぼ９０度にねじり加工されてなることを特徴とする。

〔作用〕

上記手段によれば、印加された加速度によって動作する
永久磁石をねじり梁に固着せしめたことによって、永久
磁石の動作は加速度の印加方向と同一方向になる。

従って、平面内で印加方向が不定である加速度の検出に
際し、従来の加速度センサは２個必要としそれらを演算
回路に接続するようになるが、本発明による加速度セン
サは１個で済み、かつ、演算回路を不要にする。

〔実施例〕

以下に、図面を用いて本発明の実施例による加速度セン
サを説明する。

第１図（（）、　（０）は本発明の一実施例による加速
度センサの検出部を示す斜視図、第２図に第１図に示す
梁を拡大した斜視図、第３図は本発明の他の実施例によ
る検出部の梁を拡大した斜視図である。

第１図（イ）において、検出部１１は印加された加速度
によって撓む梁および磁気抵抗素子等を搭載した基板１
２にキャップ１３を気密封着してなる。基板１２の下面
から各種端子１４．１５が導出し、キャップ１３に設け
たオイル注入口は半田１６によって封止される。

キャップ１３を外した第１図（ロ）において、基板１２
の上面には梁支持部材１７．一対のプリント板１８と１
９を搭載する。非磁性材料例えば燐青銅にてなり梁２０
を収容する溝部１７−２を有する部材１７は、端より突
片１７−１が突出し、突片１７−１に梁２０の一端が例
えばスポット溶接によって固着され、プリント板１８と
１９に搭載したバーバーポール型の磁気抵抗素子３−１
．３−２は、梁２０の先端に固着した永久磁石２を挟む
対称位置に設けられ、例えば４つの抵抗素子をフルブリ
ッジに接続した構成である。

密封ケースを構成する基板１２とキャップ１３は珪素鋼
等の磁性材料からなり、それらの表面にはニッケルめっ
き等の表面処理が施されている。周縁部が基板１２に気
密接合されるキャップ１３には、ケース内に防振オイル
（シリコンオイル）を注入し封止される注入口１３．．
１が、基板１２にはガラス封止された信号線端子１４と
梁支持部材固定用端子１５が設けられ、防振オイル注入
口１３−８は半田１６によって封止される。

なお、端子１５の上端部は梁支持部材１７の透孔に貫通
せしめたのち曲げまたはかしめ加工し、梁支持部材１７
を固定する。

非磁性であるアクリルや燐青銅等の板より切り出した梁
２０は、第２図に拡大して示す如く、長さ方向の中央部
をほぼ９０度にねじり、突片１７−３に固着される固着
部２０−＋、厚さが左右方向であり左右方向に撓み易い
第１の撓み部２０−２　　厚さが上下方向であり上下方
向に撓み易い第２の撓み部２０−３にて構成し、第２の
撓み部２０−３の先端に永久磁石２を固着する。

このように構成した検出部１１に加速度が印加されたと
き、梁２０は第１の撓み部２０−２の厚さ方向と第２の
撓み部２０−３の厚さ方向の２方向（２軸）に撓むよう
になり、印加された加速度の大きさにより撓み量が異な
る梁２０に固着した磁石２は加速度の印加方向に動作し
、その動作は磁気抵抗素子３−Ｉ＋　　３−２および磁
気抵抗素子３−、．３−２に接続した加算部によって検
出される。

検出部１１の製造例において、第１の撓み部２０−２の
厚さ方向に加速度を印加したときの出力と、第２の撓み
部２０−３の厚さ方向に加速度を印加したときの出力差
は１ｄＢ以下であり、それら厚さ方向の双方に対し任意
方向に印加された加速度を、１個の検出部１１によって
従来の検出部６を２個使用したときと同等の精度で検出
できることか確認された。

第３図において、梁２１は非磁性であるアクリルや燐青
銅等の板より切り出して形成し、その長さ方向に長さを
有するスリット状の透孔２２を幅方向の中央部に設け、
長さ方向の中央部をほぼ９０度にねじり、梁支持部材１
７を突片１７−１に固着される固着部２１．．．．厚さ
が左右方向であり左右方向に撓み易い第１の撓み部２Ｌ
２．厚さが上下方向であり上下方向に撓み易い第２の撓
み部２１−３にて構成し、第２の撓み部２１−３の先端
に永久磁石２を固□着する。

梁２１は梁２０に替えて加速度検出部に組み込んで利用
する。そのような検出部は、梁２１の断面積が梁２０よ
り小さいため印加加速度に対する撓みが大きくなり高出
力になると共に、梁２１の長さ方向中央のねじり加工が
容易となり出力のばらつきが小さくなるという効果が得
られる。

なお、前記実施例においてバーバーポール形磁気抵抗素
子に替え、コイルによる誘導磁界を検出するセンサ、半
導体のホール効果を利用したセンサ、半導体の磁気抵抗
を利用したセンサ、強磁性金属の磁気抵抗を利用した通
常の磁気抵抗素子か使用可能である。しかし、パーマロ
イ等の強磁性金属の磁気抵抗を利用した磁気抵抗素子は
、温度変化に対し他のセンサより安定であり微小磁界の
検出能力に優れ、特に強磁性金属の磁気抵抗層の上にバ
ーバーポール状の導体を形成したバーバーポール形磁気
抵抗素子は、高出力が安定に得られという特徴がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による加速度センサは、１個
で加速度の大きさをその印加方向に検出可能とし、従来
の加速度センサを使用したとき必要とした演算回路か不
要になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による加速度センサの検出部
、 第２図は第１図に示す梁の拡大斜視図、第３図は本発明
の他の実施例による梁の拡大斜視図、 第４図は従来の加速度センサの説明図、第５図は従来の
加速度センサを利用する振動の測定例、 である。 図中において、 ２は永久磁石、 ３−Ｉ＋　３−２は磁気抵抗素子、 １１は加速度検出部、 ２０、２１は梁、 ２２は透孔、 を示す。 ］ ｕつ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）印加された加速度によって撓む長方形断面板の一
   端を固定した梁（２０，２１）、該梁（２０，２１）の
   先端に固着した永久磁石（２）、該永久磁石（２）を挟
   む両側の対称位置に設けられた少なくとも一対の磁気抵
   抗素子（３＿−＿１，３＿−＿２）を具え、該梁（２０
   ，２１）がその長さ方向の中央部でほぼ９０度にねじり
   加工されてなることを特徴とする加速度センサ。
2. （２）前記梁（２１）がその長さ方向に長さを有する透
   孔（２２）を、幅方向の中央部に形成してなることを特
   徴とする前記請求項１記載の加速度センサ。