JPWO2005088318A1 - 加速度センサ及び加速度センサ付きタイヤ情報送信装置 - Google Patents

Abstract

車に取り付けられているタイヤが盗難にあう程度の微小な力がタイヤに加わったときでも、タイヤに発生する加速度の検出を可能とする。加速度センサ１は、外ケース４の下部に取り付けられた面状ばね５と、この面状ばね５の保持部に保持された磁石６及び重り７と、外ケース４の上部に取り付けられた磁電変換手段８とからなっていて、面状ばね５の磁石６を保持する保持部を開放端の腕部とし、磁石６と重り７とで面状ばね５の腕部の開放端を挟持することにより、磁石６と重り７によって面状ばね５を保持する。

Description

本発明は、加速度センサ及び加速度センサ付きタイヤ情報送信装置に関し、車に取り付けられているタイヤが盗難にあう程度の力がタイヤに加わったときでも、その加えられた力によりタイヤに発生する加速度の測定が可能な加速度センサ及び加速度センサ付きタイヤ情報送信装置に関する。

一般的に、電子部品は、小型化・軽量化されることにより、新たな用途に使用可能となることがあり、また、既存の電子部品に補足的な新機能を付加することにより、新たな用途に使用可能となることがある。
このことは、磁電変換手段を用いた加速度センサにもあてはまり、たとえば、自動車のタイヤホイールに取り付けられ、走行中のタイヤ内の物理量（たとえば、空気圧）を検出するタイヤ状態監視装置に、加速度センサを使用するといった新たな用途がある。

このタイヤ状態監視装置は、特開２０００−２０３２１８号公報及び特開２０００−２０３２１９号公報において開示された技術であり、たとえば、圧力検出センサ，発信機，電池，制御装置及び加速度センサ（遠心スイッチ）等を備えた構成としてある。この場合の加速度センサは、電池の寿命を延ばす目的で、走行中のタイヤに作用する遠心力を検出し、走行しているときだけタイヤ状態監視装置を作動させるための遠心スイッチとして使用される。
このため、上記遠心スイッチは、タイヤホイールに取り付けることができるように、小型化・軽量化される必要がある。

ところで、磁電変換手段を使用した様々なセンサ、たとえば、特許文献１に記載されたセンサが提案されている。この変位検出センサは、外部応力により変位するばね部を蛇行腕片状に形成して、このばね部を可動部の中心軸に対して軸対称もしくは線対称に配置してある。そして、上記可動部の中央部に磁石を装着し、その磁石の変位方向の対向する箇所に磁電変換素子を配置して、磁石の変位にともなう電圧の変化を変位として検出する構成としてある。
特開平６−２３００２３号公報

しかしながら、上記特許文献１の変位検出センサは、加速度センサとして使用したとしても、構造上、小型化が難しいので、たとえば、上記タイヤ状態監視装置に使用可能な大きさまで小型化できないといった問題があった。
また、小型化可能な加速度センサとして良く知られているものにＭＥＭＳ加速度センサがある。しかし、このＭＥＭＳ加速度センサでは、タイヤ内に装着して使用した場合、走行中の振動、衝撃に耐えることが出来ないという問題があった。
更に、コイルバネを使用した加速度センサも存在するが、このコイルバネを使用したセンサは、バネとケースが摺動によって削れるという問題があり、これらは寿命に大きく左右されるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべく、車に取り付けられているタイヤが盗難にあう程度の力がタイヤに加わったときでも、その加えられた力によりタイヤに発生する加速度を検出でき、かつ、タイヤ内部に取り付け可能な程度に小型化でき、また、数万キロにおよぶ車の走行に伴う振動・衝撃にも耐えることが可能な加速度センサ及び加速度センサ付きタイヤ情報送信装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の加速度センサは、ケースの内側に少なくともその基部が固定された面状ばねと、該面状ばねの中央の保持部に保持された磁石と、該磁石と空隙を介して前記ケースに対向配置されると共に、前記磁石が移動したときの磁気変化を検出する磁電変換手段とを備えた加速度センサにおいて、前記面状ばねは、一端が前記基部に接続され他端が開放端である複数本の腕部を有し、前記保持部は前記複数本の腕部のうち少なくとも２本の腕部の開放端に設けられた構成としてある。
このようにすると、小型でありながら小さいバネ定数の面状ばねを得ることができ、ケース内に配設が可能となり、０．３〜５Ｇの範囲の加速度を検出することができる。

また、本発明の加速度センサは、前記面状ばねの腕部は、その一端が開放端となっている半径方向に伸長する第１の腕と、該第１の腕の他端から円周方向に伸長し、前記基部に接続された第２の腕で構成されている。
このようにすると、加速度方向と直交する方向の振動や衝撃の影響を減らすことができ、磁石、重り、バネがケースとぶつかることによる削りかすを発生させない。ひいては、センサの寿命向上に大きく貢献する。

また、本発明の加速度センサは、前記面状ばねのバネ定数を０．１５〜１．２５ｍＮ／ｍｍとした。

また、本発明の加速度センサは、前記磁石に重りを取り付けた構成としてある。
このようにすると、加速度センサを遠心スイッチとして使用するとき、重りの重量を調整することにより、閾値となる遠心力を容易に設定することができる。

また、本発明の加速度センサは、前記磁石と前記磁石に取り付けた前記重りで前記面状ばねの開放端を挟持することにより、前記面状ばねに前記磁石を保持させた構成としてある。
このようにすると、ばねの中心部（被挟持部）を、磁石と重りの間に挟むことができ、小型化された磁石をばねに取り付けることができる。また、ばねの被挟持部を、磁石の下面と重りの上面（挟持部）との間に自由端の状態で挟むと、ばねが弾性変形しやすくなり、バネ定数を小さくすることができ、小型化が可能となる。

また、本発明の加速度センサは、前記重りが移動しても、該重りの挟持部だけが前記ばねと接触するように、前記重りの外周部を面取りした構成としてある。
このようにすると、磁石及び重りが上方に移動し、ばねが斜め上方に弾性変形しても、ばねが重りの上部と接触するといった不具合を防止することができる。

また、本発明の加速度センサは、前記面状ばねを、磁電変換手段の本体とほぼ同一径とした構成としてある。
このようにすると、面状ばねの取り付けられる外ケースが小型化されるので、加速度センサを小型化することができる。

また、本発明の加速度センサは、前記ケースの内側に凹部を形成し、前記面状ばねの基部を該凹部に嵌入した構成としてある。
このようにすると、面状ばねの位置決めを容易に行なうことができるとともに、磁石の位置精度を向上させることができる。

また、本発明の加速度センサは、加速度検出方向と直交する方向への前記磁石の移動を制限するガイドを前記ケースの内側に設けた構成としてある。
このようにすると、加速度検出方向と直交する方向への衝撃・振動が作用した場合であっても、この方向への磁石の移動距離が制限されるので、ばねがダメージを受けるといった不具合を防止することができる。

また、本発明の加速度センサは、前記磁石に作用する加速度が所定の加速度より小さい間は、前記磁石の磁気吸引力によって前記磁石の移動を規制する位置に磁性部材を配置した構成としてある。
このようにすると、磁石の磁気吸引力を利用して、所定の加速度以上の加速度が作用したとき、はじめてその加速度を検出することができる。
なお、磁石を一方向に付勢する方法としては、磁気吸引力を利用する他に、ばね力などを利用することも考えられるが、小型化された加速度センサにおいては、磁気吸引力を利用することによって、測定精度及び信頼性を高めることができる。

また、本発明の加速度センサ付きタイヤ情報送信装置は、タイヤの内周面及びホイール壁面によって囲まれたタイヤ空洞領域に取り付けられ、このタイヤ空洞領域内の雰囲気情報を検知して、タイヤ空洞領域外へ無線で送信する加速度センサ付きタイヤ情報送信装置であって、前記加速度センサが前記タイヤの回転状態を検出し、この回転状態検出信号により、送信情報を変更する構成としてある。
このようにすると、加速度センサがタイヤの回転状態を精度よく検出することができるので、タイヤ情報送信装置の誤動作を防止し信頼性を高めることができる。また、加速度センサが小型化されるので、タイヤ情報送信装置を小型化することができる。

本発明の加速度センサおよび加速度センサ付きタイヤ情報送信装置は、面状ばねの中央に磁石を接合した加速度センサを用いているので、（例えば、面状ばねのバネ定数０．１５〜１．２５ｍＮ／ｍｍ）、車に取り付けられているタイヤが盗難にあう程度の微小な力がタイヤに加わったときでも、その加えられた力によりタイヤに発生する加速度（例えば、０．３Ｇ〜５Ｇ）を検出することができる。また、面状ばねの形状を、円周方向等間隔に配置された少なくとも２本の半径方向に伸長する第１の腕と、該１の腕の先端から円周方向に伸長する第２の腕で構成したので、第１の腕により板ばねに取り付けられた磁石の移動を極力面状ばねの中心軸上とすることができ、中心軸から外れるような動きによって加速度センサのケース内部や面状ばね自身を磨耗することを極力避けることができる。これにより、数万キロにおよぶ車の走行に伴う振動・衝撃に耐えることが可能となる。

本発明の実施形態にかかる加速度センサの概略拡大図であり、（ａ）は上面図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面図を示している。 本発明の実施形態にかかる加速度センサの面状ばねの概略拡大平面図を示している。 本発明の実施形態にかかる加速度センサの動作状態を説明するための概略拡大断面図を示している。 本発明の他の実施形態にかかる加速度センサの概略断面図を示している。 本発明の他の実施形態にかかる加速度センサの動作状態を説明するための概略拡大断面図を示している。 本発明の他の実施形態にかかる加速度センサの出力電圧曲線を説明するためのグラフを示している。 本発明の実施形態にかかる加速度センサ付きタイヤ情報送信装置の取付け状態を説明するための概略図を示している。 本発明の実施形態にかかる加速度センサ付きタイヤ情報送信装置の構造を説明するための概略図であり、（ａ）は断面図を、（ｂ）はブロック図を示している。 タイヤ情報送信装置とホイールとの位置関係を示す概念図であり、ホイール中心に対して角度０°の位置にタイヤ情報送信装置が位置している状態を示す図である。 タイヤ情報送信装置とホイールとの位置関係を示す概念図であり、ホイール中心に対して角度９０°の位置にタイヤ情報送信装置が位置している状態を示す図である。 タイヤ情報送信装置とホイールとの位置関係を示す概念図であり、ホイール中心に対して角度１８０°の位置にタイヤ情報送信装置が位置している状態を示す図である。 タイヤ情報送信装置とホイールとの位置関係を示す概念図であり、ホイール中心に対して角度２７０°の位置にタイヤ情報送信装置が位置している状態を示す図である。 タイヤ情報送信装置のホイール中心に対する各位置におけるタイヤ回転時の加速度センサからの出力レベルを示す図である。 タイヤ情報監視装置内の処理をあらわすフローチャートである。

符号の説明

１ 加速度センサ
２ 磁性部材
３ ベース
４ 外ケース
５ 面状ばね
６ 磁石
７ 重り
８ 磁電変換手段
１０ タイヤ情報送信装置
１１ 基板
１２ 電池
１３ センサ部
１４ アナログ・デジタル変換器
１５ マルチプロセッサ
１６ 記憶部
１７ 送信部
１８ 送信用アンテナ
１７ａ 受信部
１８ａ 受信用アンテナ
１９ モールド
１９ａ 測定孔
３１ 磁性部材取付け穴
３２ 貫通孔
３３ 段付き部
４１ ノッチ
４２ 凹部
４３ 磁石収納室
４４ スペーサ
５１ 板ばね
５２ 環状部
６１ 圧入孔
７１ ピン部
７２ 基部
７３ 面取り部
７４ 挟持部
８１ 外部接続端子
８２ 磁電変換手段本体
９０ タイヤ
９１ 内周面
９２ ホイール壁面
９３ タイヤ空洞領域

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態にかかる加速度センサの概略拡大図であり、（ａ）は上面図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面図を示している。
同図において、加速度センサ１は、ベース３上に設けられた外ケース４と、外ケース４の下部に取り付けられた面状ばね５と、この面状ばね５の中央部に取り付けられた磁石６及び重り７と、外ケース４の上部に取り付けられた磁電変換手段８とからなっている。

ベース３は、非透磁性のプラスチックやセラミックあるいは非透磁性の金属などからなる、一辺の長さが約４ｍｍかつ板厚が約１ｍｍの正方形状の板である。
ベース３の四隅には、下面側から見て段付き部３３を有する貫通孔３２が形成されており、この貫通孔３２に外ケース４のノッチ４１が挿入される。そして、このノッチ４１の先端部に対して、加熱による塑性加工を施し段付き部３３に係止することにより、外ケース４をベース３に固定する。
なお、外ケース４の固定方法は、ノッチ４１を用いた方法に限定されるものではない。

外ケース４は、非透磁性のプラスチックなどからなり、正方形状の上面における一辺の長さが約４ｍｍかつ高さが約３ｍｍのほぼ立方体状である。
また、外ケース４は、上面にほぼ矩形状の凹部４２が形成されており、この凹部４２に磁電変換手段本体８２が収納され、さらに、凹部４２と磁電変換手段本体８２の間に接着剤（図示せず）を充填することによって、磁電変換手段本体８２が凹部４２に埋設される。

ここで、凹部４２の底面に、磁電変換手段本体８２の底部が嵌入されるくぼみ４２１を形成するとよい。このようにすると、磁電変換手段本体８２を精度よく位置決めすることができる。
さらに、凹部４２を形成することによって生じた壁の一部に、磁電変換手段８の外部接続端子８１を通すための切欠４２２を形成してある。このようにすることによって、磁電変換手段８の外部接続端子８１を複雑な形状に加工しなくてもすみ、また、外ケース４の上面より低くなる位置に磁電変換手段８を埋設することができ、磁電変換手段８のダメージを防止することができる。

また、外ケース４には、下面に直径が上方に向かって階段状に小さくなる三段円筒状の磁石収納室４３が形成してある。
磁石収納室４３の下段に位置する最も直径の大きな第一円筒凹部４３１には、面状ばね５の環状部５２（図２参照）を固定する円環状のスペーサ４４が圧入してあり、スペーサ４４の上面が第一段付き部４３１ａに面状ばね５の環状部５２を押さえつけることによって、面状ばね５を外ケース４に固定している。

また、磁石収納室４３の中段に位置する第二円筒凹部４３２は、磁石６が移動した際、面状ばね５が自由に移動するためのスペースである。
さらに、磁石収納室４３の上段に位置する最も直径の小さな第三円筒凹部４３３は、上方向（加速度検出方向）への加速度を受けた磁石６が上方に移動するためのスペースである。この第三円筒凹部４３３は、約０．６ｍｍの深さを有し、磁石６が、約０．３ｍｍ挿入された状態から、上方に約０．３ｍｍ移動する。

ここで、好ましくは、第三円筒凹部４３３の直径を、磁石６の直径より約０．０５ｍｍ大きくするとよい。このようにすると、第三円筒凹部４３３の側面が、加速度検出方向と直交する方向への磁石６の移動を制限するガイドとなるので、加速度検出方向と直交する方向への加速度が作用した場合であっても、この方向への磁石６の移動距離が制限され、面状ばね５がダメージを受けるといった不具合を防止することができる。
なお、加速度検出方向と直交する方向へ加速度が作用する場合としては、たとえば、タイヤホイールに取り付けられた加速度センサ１（遠心スイッチ）が、横向きとなる場合であり、磁石６及び重り７は、図１（ｂ）において、左右方向に重力加速度が作用する。また、急ブレーキによって、回転中のタイヤが急停止する場合にも、角加速度が作用する。

図２は、本発明の実施形態にかかる加速度センサの面状ばねの概略拡大平面図を示している。
同図において、面状ばね５は、所定形状の三つの板ばね５１と、各板ばね５１の外周方向の端部を連結する環状部５２とからなっている。
板ばね５１は、周方向に形成された周方向板ばね部５１１と、半径方向に形成された半径方向板ばね部５１２とからなっており、これら周方向板ばね部５１１と半径方向板ばね部５１２を連結させ、各板幅や長さ、さらに、折り曲り形状を選択することにより、必要とするばね特性のばねを製造することができる。
板ばね５１は、加速度検出方向（厚み方向）のバネ定数を小さく設定し、剛性を弱くしている。バネ定数を小さくする理由は、小型で感度の良い加速度センサとするためである。本実施形態の板ばね５１は、周方向板ばね５１１を円弧状にしてばね部を長くし、バネ定数を小さくしている。
一方、板ばね５１の被挟持部５１３から半径方向のバネ定数は大きく設定し剛性を強くしている。バネ定数を大きくする理由は、外部からの衝撃・振動による加速度検出方向と直交する方向への磁石６、重り７の移動を防ぎ、ケース４の内周部に対する磁石６、重り７の衝突によるケース４の磨耗を防止するためである。本実施形態の板ばね５１は、周方向板ばね５１１のばね幅をばね厚と比較して１５〜２５倍以上大きくし、厚み方向のバネ定数より２２５〜６２５倍の剛性を持たせている。
板ばね５１のバネ定数は０．１５〜１．２５ｍＮ／ｍｍに設定してあり、検出加速度は０．３〜５Ｇを検出している。バネ定数が小さい領域では、車輌関係のタイヤ内部に配設し、タイヤの盗難検出用途にも応用される。

また、面状ばね５は、各板ばね５１の外周方向の端部を連結する円環状の環状部５２によって、複数の板ばね５１を一体化してあるので、板ばね５１を小型化しても、複数の板ばね５１をまとめて効率よく組み立てることができる。さらに、面状ばね５は、環状部５２が外ケース４の第一円筒凹部４３１に嵌入されるので、容易に取り付けることができるとともに、磁石６を精度よく位置決めすることができる。
また、面状ばね５は、各板ばね５１の中心方向の端部（被挟持部５１３）どうしを連結しない構造としてある。このようにすることにより、たとえば、図示してないが、面状ばね５の中心部側に連結部や環状部を設けるスペースが不要となり、このスペースの分だけ面状ばね５を小型化することができる。

また、面状ばね５は、磁電変換手段本体８２とほぼ同一径とするとよい。このようにすると、面状ばね５の取り付けられる外ケース４が小型化できるので、加速度センサ１を小型化することができる。なお、「面状ばね５を、磁電変換手段本体８２とほぼ同一径とする」とは、面状ばね５の直径の０．７倍から１．３倍の範囲に、磁電変換手段本体８２の四隅が位置することを意味している。
また、面状ばね５は、上記形状に限定されるものではなく、様々な形状とすることができ、たとえば、上記連結部や環状部を設けてもよい。

磁石６は、ネオジム（Ｎｄ）・鉄（Ｆｅ）・ボロン（Ｂ）を主成分としたボンド磁石であり、中央部に、重り７のピン部７１が圧入される圧入孔６１が形成された円筒状の形状としてあり、上面がＮ極であり、下面がＳ極としてある。また、外径が約１．３ｍｍかつ高さが約０．６ｍｍとしてある。
本実施形態では、磁石６に重り７が圧入され、磁石６に重り７が直接結合される。このため、磁石を設置するための磁石配置用ケース部材が必要ない。従って、部品点数が少なくて済み、コストを削減することができ、また、加速度センサを小型化することができる。他方、磁石と重りを接着剤等により固着する方法に比べ、磁石６を重り７に圧入する方法は、同軸度が出やすくなり、組立て精度が高くなる。
本実施形態の磁石６は、上記ボンド磁石としてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、フェライト磁石、希土類磁石等の永久磁石を用いることができる。

また、好ましくは、磁石６を、磁電変換手段本体８２より小型化するとよい。このように、加速度検出を行なうための磁石６が小型化されると、この磁石６が取り付けられる面状ばね５や、この面状ばね５を固定する外ケース４などを小型化することができる。たとえば、磁電変換手段８によって規定される大きさまで、加速度センサ１を小型化することも可能となる。

重り７は、非透磁性の金属、たとえば、黄銅などの銅系金属からなり、ほぼ円柱状の基部７２と、基部７２の上面中央部から突き出たピン部７１と、該ピン部７１と前記基部７２を接続する面取り部７３とからなっている。ピン部７１は、面状ばね５の中心部を通してから磁石６の圧入孔６１に圧入される。
このように、磁石６に重り７を取り付けることにより、加速度センサ１を遠心スイッチとして使用する場合は、重り７の重量を調整することにより、閾値となる遠心力を自由に設定することができる。

また、上記圧入により、磁石６の下面と重り７の挟持部７４との間に、面状ばね５の半径方向板ばね部５１２の被挟持部５１３が、上下方向に隙間を有する状態で挟持される。このようにすると、面状ばね５の被挟持部５１３は、磁石６の下面と重り７の挟持部７４との間に、自由端の状態で挟持されるので、上下方向に隙間を有しない状態（固定端の状態）で支持されるより、面状ばね部５のばね定数を小さくすることができる。

なお、本実施形態では、面状ばね５の被挟持部５１３を上下方向に隙間を有する状態で挟持してあるが、上下方向に隙間を有しない状態で支持してもよい。このようにすると、たとえば、タイヤホイールに取り付けられた加速度センサ１（遠心スイッチ）は、遠心力とともに作用方向が回転する重力を受けることによって、磁石６及び重り７が被挟持部５１３を支点として傾くといった動きを抑制できるので、磁石６及び重り７の姿勢を加速度センサ１の中心軸に沿って保つことができる。

また、好ましくは、スペーサ４４の内径を、重り７の基部７２の外径より約０．２ｍｍ大きくし、スペーサ４４の内側側面をガイドとして使用するとよい。このようにすると、加速度検出方向と直交する方向への加速度が作用した場合であっても、この方向への重り７の移動距離が制限されるので、面状ばね５がダメージを受けるといった不具合を防止することができる。また、磁石６及び重り７の姿勢が不安定となり、加速度を精度よく検出できなくなるといった不具合を防止することができる。

また、重り７が上方に移動した際、重り７の挟持部７４を除いた表面が、面状ばね５と接触しないように、重り７の上方の外周部を面取りした構成としてある。
このようにすると、磁石６及び重り７が上方に移動し、面状ばね５の板ばね５１が斜め上方に弾性変形しても、板ばね５１が重り７の面取り部７３と接触するといった不具合を防止することができる。

磁電変換手段８は、磁電変換手段本体８２の内部に下面方向の磁気を検出する磁電変換素子（図示せず）を内蔵しており、磁電変換手段本体８２から四本の外部接続端子８１が突出している。
この外部接続端子８１は、磁電変換手段本体８２の側面から水平方向に延び、外ケース４から出たところで下方に折れ曲がり、ベース３の下面とほぼ同じ高さ位置で、再び水平方向に折れ曲がった表面実装タイプのリードとしてある。このようにすると、横×縦×高さ寸法が約５ｍｍ×４ｍｍ×３ｍｍの小型化された加速度センサ１を実装基板（図示せず）上に表面実装技術を用いて効率よく実装することができる。

図３は、本発明の実施形態にかかる加速度センサの動作状態を説明するための概略拡大断面図を示している。
図３において、加速度センサ１は、地球上で使用されるとき、常に重力加速度を受けている。したがって、加速度センサ１は、磁電変換手段８が上に位置する場合（図１（ｂ）の状態）には、磁石６及び重り７が重力加速度を受け、重り７の下面がベース３の上面と当接する。一方、磁電変換手段８が磁石６の下に位置する場合（図３が１８０度回転した状態）には、磁石６の上面が第三円筒凹部４３３の底面と当接する。

［実施形態２］
図４は、本発明の他の実施形態にかかる加速度センサの断面図を示している。 同図において、図１の実施形態との違いは、ベース３に磁性部材２を埋設したことである。ベース３は、下面中央部に深さ約０．５ｍｍの磁性部材取付け穴３１が形成されており、この磁性部材取付け穴３１には磁性部材２が圧入される。

上記磁性部材取付け穴３１に圧入される磁性部材２は、直径約１ｍｍかつ板厚が約０．２ｍｍの円形状の板である。
また、磁性部材２には、透磁性を有する鉄などの材料が用いられ、通常、透磁性に優れた鉄ニッケル合金（パーマロイ）及びフェライトが使用される。このように、強磁性材であるパーマロイを用いることにより、磁性部材２を小型化することができる。
この磁性部材２は、磁石６との距離や面積などを調整することによって、磁石６との間に発生する磁気吸引力の大きさを設定することができる。この磁気吸引力が作用することによって、磁石６を磁性部材２の方向に引き付けることができる。
また、上記磁気吸引力＋重力以上の大きさの外力が磁石６及び重り７に作用すると、磁石６が磁電変換手段８の方向に移動する。この磁石６の移動による磁気変化を磁電変換手段８が検出することにより、加速度センサ１は、所定の加速度以上の加速度を検出することができる。

磁性部材２は、磁石６の下側に設けられ、磁石６の上側に、磁電変換手段８が設けてある。すなわち、磁性部材２は、磁石６を挟んで磁電変換手段８の反対側に設けた構成としてある。このようにすると、磁石６のＳ極から発生する磁束が、ほぼ直線状に磁性部材２に入り、磁電変換手段８側（Ｎ極側）から発生する磁束が乱れることなく磁電変換素子（図示せず）に入るので、磁束が乱れるといった悪影響を受けることなく、安定した検出を行なうことができる。また、磁石６のＳ極から発生する磁束が、ほぼ直線状に磁性部材２に入るので、磁気吸引力が安定し、測定精度をより高めることができる。

次に、上記構成の加速度センサ１の動作について、図面を参照して説明する。
図５は、本発明の実施形態にかかる加速度センサの動作状態を説明するための概略拡大断面図を示している。
また、図６は、本発明の実施形態にかかる加速度センサの出力電圧曲線を説明するためのグラフを示している。
図５において、加速度センサ１は、地球上で使用されるとき、常に重力加速度（−１Ｇ：下方向の加速度を−とし、上方向の加速度を＋とする。）を受けている。したがって、加速度センサ１は、磁電変換手段８が上で磁性部材２が下に位置する状態の場合には、磁石６及び重り７が重力加速度を受けるが、重り７の下面がベース３の上面と当接するので（図４参照）、面状ばね５の板ばね５１が下方にたわむことはない。このようにすると、板ばね５１が片側だけに（水平方向と斜め上方向の間を）変形し、加速度センサ１は、さらに下方向の加速度を受けても、磁石６が下方向に移動しないので、この加速度を検出することはない。

加速度センサ１は、上方向（加速度検出方向）の加速度を受け、この加速度が０から徐々に増加し＋１Ｇとなると、重力加速度（−１Ｇ）を相殺するが、磁性部材２と磁石６の間には磁気吸引力−αＧが作用している。
そして、加速度が＋１Ｇからさらに増加し＋（１＋α）Ｇとなると、上記磁気吸引力を相殺し、磁石６及び重り７は無重力状態で静止する（図４参照）。

続いて、加速度センサ１は、加速度が＋（１＋α）Ｇからさらに増加すると、面状ばね５のばね力と釣り合う状態で、磁石６及び重り７が徐々に上昇し、磁電変換手段８が磁石６の移動を加速度として検出し、出力電圧が増加する。
加速度センサ１は、図５に示すように、磁石６の上面が第三円筒凹部４３３の底面と当接すると、このときの面状ばね５のばね力は−βＧであり、磁石６及び重り７には、＋（１＋α＋β）Ｇの加速度が作用している。
加速度センサ１は、これ以上加速度が増加しても磁石６が上昇できないので、出力電圧は一定となる。

このように、本実施形態にかかる加速度センサ１は、＋（１＋α）Ｇから＋（１＋α＋β）Ｇまでの加速度を検出することができる。したがって、加速度センサ１は、上記状態から逆さまに反転して磁電変換手段８が下で磁性部材２が上に位置する状態とした場合には、磁石６及び重り７が重力加速度として＋１Ｇの加速度を受けるが、この加速度を検出することはない。
すなわち、加速度センサ１は、上記タイヤ状態監視装置に使用した場合、磁電変換手段８が下で磁性部材２が上に位置する状態でタイヤが停止しても、この重力加速度をタイヤが回転する遠心力として検出しないので、誤作動を防止することができる。
さらに、加速度センサ１は、磁石６の磁気吸引力を利用することによって、測定精度及び信頼性を高めることができるとともに、小型化することもできる。

［加速度センサ付きタイヤ情報送信装置］
図７は、本発明の実施形態にかかる加速度センサ付きタイヤ情報送信装置の取付け状態を説明するための概略図を示している。
同図において、加速度センサ付きタイヤ情報送信装置１０（適宜、タイヤ情報送信装置１０と略称する。）は、タイヤ９０の内周面９１及びホイール壁面９２によって囲まれたタイヤ空洞領域９３に取り付けられる。

また、図８は、本発明の実施形態にかかる加速度センサ付きタイヤ情報送信装置の構造を説明するための概略図であり、（ａ）は断面図を、（ｂ）はブロック図を示している。
同図において、タイヤ情報送信装置１０は、基板１１と、この基板１１の下面に設けられた電池１２と、基板１１に実装されたセンサ部１３，アナログ・デジタル変換器１４，マルチプロセッサ１５，記憶部１６，送信部１７，送信用アンテナ１８，受信部１７ａ，受信用アンテナ１８ａ及び遠心スイッチとして使用される上記加速度センサ１と、前記各部品１１，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１７ａ，１８ａ，１をモールドするモールド部１９とからなっている。このモールド部１９は、センサ部１３と対応する位置に測定孔１９ａを有している。

マルチプロセッサ１５は、センサ部１３，アナログ・デジタル変換器１４，記憶部１６，送信部１７，受信部１７ａ及び加速度センサ１と接続されており、これらを制御し、タイヤ空洞領域内９３の雰囲気情報（一般的に、圧力及び／又は温度など）を検知して、タイヤ空洞領域外へ無線で送信する。

以下、実施形態１及び２で示した加速度センサをタイヤ情報送信装置１０に装着した場合の使用例を、それぞれについて説明する。

［実施形態１の加速度センサを用いた例］
図９は、タイヤ情報送信装置とホイールとの位置関係を示す概念図であり、図９（Ａ）は、ホイール中心に対して角度０°の位置にタイヤ情報送信装置が位置している状態を示す図、図９（Ｂ）は、ホイール中心に対して角度９０°の位置にタイヤ情報送信装置が位置している状態を示す図、図９（Ｃ）は、ホイール中心に対して角度１８０°の位置にタイヤ情報送信装置が位置している状態を示す図、図９（D）は、ホイール中心に対して角度２７０°の位置にタイヤ情報送信装置が位置している状態を示す図である。

図９（Ａ）において、タイヤ情報送信装置１０がホイール９２の中心に対して角度０°に位置する場所、つまり、タイヤ情報送信装置１０がホイール９２の上部に位置する場合である。ここで、タイヤが静止状態、すなわちタイヤ情報送信装置１０にタイヤ９０の回転に伴う遠心力が働いていない場合は、タイヤ情報送信装置１０内に設置された加速度センサ１は、図１に示すように、加速度センサ１の重り７がベース３に接している状態となっている。

反対に、図９（Ｃ）に示すように、タイヤ情報送信装置１０がホイール９２の中心に対して角度１８０°に位置する場合は、タイヤ９０が静止状態にあるなしにかかわらず、図３に示すように、加速度センサ１の磁石６の上面が第三円筒凹部４３３の底面と当接するようになる。
図９（Ｂ）および図９（Ｄ）に示すような場合であって、タイヤが静止状態にある場合は、タイヤ情報送信装置１０内に設置された加速度センサ１は、加速度センサ１の重り７がベース３に接している状態となっている

図１０は、タイヤ情報送信装置のホイール中心に対する各位置におけるタイヤ回転時の加速度センサの出力レベル変化を示す図である。

タイヤの回転が極めて低速である場合は、タイヤ情報送信装置１０がホイール９２に対して角度１８０°の手前のところで、加速度センサ１の磁石６の上面が第三円筒凹部４３３の底面と当接するような状態となり、この時点で加速度センサ１の出力レベルが“Ｌ”から“Ｈ”に変化する。

タイヤが更に回転して１８０°を過ぎると、加速度センサ１は、図１に示すような状態、すなわち、加速度センサ１の重り７がベース３に接している状態となり、この時点で加速度センサ１の出力レベルが“Ｈ”から“Ｌ”に変化する。

タイヤの回転が高速になり、重力より遠心力が大きくなる回転数以上では、加速度センサ１の出力レベルは“Ｈ”の状態で安定する。

このように、タイヤが低速で回転する場合は、加速度センサ１の出力レベルが１回転で１回、“Ｌ”→“Ｈ”→“Ｌ”と変化する。

本発明のタイヤ情報送信装置１０は、加速度センサの出力に基づいてタイヤが低速回転状態である信号を送信する。一方、タイヤを装着している車内部には、図示しないタイヤ情報監視装置が装備してあり、タイヤ情報送信装置１０からの信号を受信し、ドライバ等に通知する。車のイグニッションスイッチが入ってない状態で、タイヤが低速回転状態になった場合は盗難であると判断し、警報を出す。図１１は、タイヤ情報監視装置内の処理をあらわすフローチャートである。

Ｓｔｅｐ１：車のイグニッションスイッチが入っている状態（ＯＮ）であれば、Ｓｔｅｐ６へ進み、イグニッショスイッチが入っていない状態（ＯＦＦ）であれば、Ｓｔｅｐ２に進む。

Ｓｔｅｐ２：イグニッションスイッチが入っていない状態（ＯＦＦ）であれば、タイヤ情報監視装置は、タイヤ情報送信装置１０からの信号を、図示しない受信装置で受信できる状態にし、Ｓｔｅｐ３に進む。

Ｓｔｅｐ３：タイヤ情報送信装置１０から受信した信号が、タイヤが低速回転状態である信号かどうかを判断し、タイヤが低速回転状態（ＹＥＳ）であればＳｔｅｐ４に進み、そうでなければ、Ｓｔｅｐ１に戻る。

Ｓｔｅｐ４：イグニッションスイッチが入ってない状態（ＯＦＦ）で、タイヤが低速回転状態が検出された場合は、盗難であると判断し、図示しない警報装置により警報を鳴らし、Ｓｔｅｐ５に進む。

Ｓｔｅｐ５：タイヤ情報監視装置等からのリセット信号を受け取った場合（ＹＥＳ）は、図示しない警報装置の警報を解除した後、Ｓｔｅｐ１に戻り、リセット信号を受け取る迄、Ｓｔｅｐ５に戻り、リセット信号待ち状態にする。

Ｓｔｅｐ６：Ｓｔｅｐ１でイグニッションスイッチが入っている状態（ＯＮ）であると判断されれば、タイヤ情報監視装置は、タイヤ情報送信装置１０から受信するタイヤ状態、すなわち、タイヤ空洞域内９３空気圧やタイヤ空洞域内９３温度等を、図示しない表示装置に表示する。また、前述した空気圧、温度が正常値の範囲外であれば、図示しない警報装置により警報を鳴らす等の処理をする。なお、Ｓｔｅｐ６の処理は一例であり、色々なアプリケーションが考えられる。

［実施形態２の加速度センサを用いた例］
実施形態２に示す加速度センサを、タイヤ情報送信装置１０の電池１２の寿命を延ばすためのスイッチとして活用した例について説明する。

マルチプロセッサ１５は、加速度センサ１がタイヤ９０の回転状態（静止状態をも含む。）を検出すると、この回転状態検出信号により、送信情報を変更する。マルチプロセッサ１５は、たとえば、回転状態検出信号によりタイヤ９０が停止していると判断すると、電池１２の電力を消費しないように、雰囲気情報の検出及び検出結果の送信を停止する。また、回転状態検出信号により一時間ごとに、タイヤ空洞領域内９３の雰囲気情報として圧力を検知して、タイヤ空洞領域外へ無線で送信する。さらに、マルチプロセッサ１５は、回転状態検出信号によりタイヤ９０が高速で回転していると判断すると、１０分間ごとに、タイヤ空洞領域内９３の雰囲気情報として圧力及び温度を検知して、タイヤ空洞領域外へ無線で送信する。

本実施形態のタイヤ情報送信装置１０によれば、タイヤ９０が一回転するごとに作用する±１Ｇの重力加速度にかかわらず、加速度センサ１がタイヤ９０の回転状態を精度よく検出することができるので、タイヤ情報送信装置の誤動作を防止し信頼性を高めることができる。また、加速度センサ１が小型化されるので、タイヤ情報送信装置９０を小型化することができる。

さらに、加速度センサ１からの回転状態検出信号により、送信情報を変更することができるので、電池１２の電力を有効に利用しながら、運転状況に応じたタイヤ９０の雰囲気情報をタイヤ空洞領域外へ無線で送信できる。

以上、本発明の加速度センサ及び加速度センサ付きタイヤ情報送信装置について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る加速度センサ及び加速度センサ付きタイヤ情報送信装置は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
たとえば、加速度センサ１は、磁気吸引力を発生させる手段として、磁石６と磁性部材２を使用したが、より大きな磁気吸引力を必要とする場合には、磁性部材２の代わりに磁石を使用してもよい。

また、加速度センサ１は、磁石６に作用する磁気吸引力を大きくすると、磁電変換手段８が下で磁性部材２が上に位置する状態のとき、面状ばね５のばね力を利用しなくても、磁石６及び重り７を上方に（ベース３側に）吸い付けることができる。このような場合には、面状ばね５は、磁石６及び重り７の姿勢を整える手段として使用される。

さらに、タイヤ情報送信装置１０は、検出領域の異なる複数の加速度センサ１を設けた構成としてもよく、このようにすると、タイヤ９０の広範囲の回転数に応じた雰囲気情報を、より細分化した状態できめ細かく送信することができる。

本発明の加速度センサは、たとえば、磁電変換手段を使用した変位センサや加速度スイッチなどの測定装置としても適用することが可能である。

Claims (11)

1. ケースの内側に少なくともその基部が固定された面状ばねと、該面状ばねの中央の保持部に保持された磁石と、該磁石と空隙を介して前記ケースに対向配置されると共に、前記磁石が移動したときの磁気変化を検出する磁電変換手段とを備えた加速度センサにおいて、
   前記面状ばねは、一端が前記基部に接続され他端が開放端である複数本の腕部を有し、前記保持部は前記複数本の腕部のうち少なくとも２本の腕部の開放端に設けられていることを特徴とする加速度センサ。
2. 前記面状ばねの腕部は、その一端が開放端となっている半径方向に伸長する第１の腕と、該第１の腕の他端から円周方向に伸長し、前記基部に接続された第２の腕で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
3. 前記面状ばねは、バネ定数が０．１５〜１．２５ｍＮ／ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
4. 前記磁石に重りを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
5. 前記磁石と前記磁石に取り付けた前記重りによって前記面状ばねの開放端を挟持することにより、前記面状ばねに前記磁石を保持させることを特徴とする請求項４に記載の加速度センサ。
6. 前記重りの外周部を面取りしたことを特徴とする請求項５に記載の加速度センサ。
7. 前記面状ばねを、前記磁電変換手段の本体とほぼ同一径としたことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
8. 前記ケースの内側に凹部を形成し、前記面状ばねの基部を該凹部に嵌入したことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
9. 加速度検出方向と直交する方向への前記磁石の移動を制限するガイドを、前記ケースの内側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
10. 前記磁石に作用する加速度が所定の加速度より小さい間は、前記磁石の磁気吸引力によって前記磁石の移動を規制する位置に磁性部材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
11. 上記請求項１〜１０のいずれかに記載の加速度センサを有し、タイヤの内周面及びホイール壁面によって囲まれたタイヤ空洞領域に取り付けられ、このタイヤ空洞領域内の雰囲気情報を検知して、タイヤ空洞領域外へ無線で送信する加速度センサ付きタイヤ情報送信装置であって、
    前記加速度センサが前記タイヤの回転状態を検出し、この回転状態検出信号により、送信情報を変更することを特徴とする加速度センサ付きタイヤ情報送信装置。

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