JP2002040043A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外乱磁界や地磁気等の影響を無くし、加速度
検出の精度を上げると共に、小形・軽量化を図った加速
度センサを提供する。 【解決手段】 可動部102 と、この可動部に一定のギャ
ップを介して対向させた磁気−インピーダンス効果を持
つ磁気センサ104,105 を有し、加速度によって生じる可
動部102 と磁気センサ104,105 のギャップの相互変位を
磁気センサ104,105 で検出し、この検出された相互変位
を可動部102 の加速度に変換する加速度センサにおい
て、可動部102 を板厚方向に着磁した磁性を持つ板バネ
もしくは残留磁化を持つ板バネで構成し、板バネの上下
に対し所定の間隔を持って平行に、板バネからの磁界方
向が同じに２つの磁気センサ104,105 を配置し、それら
の出力の差動をとり、２つの磁気センサ104,105 の周り
にそれぞれ周回方向に巻いたバイアスコイル109a,109b
を設け、磁気センサ104,105 に同じ方向でかつ同じ大き
さのバイアス磁界がかかるようにバイアスコイルに直流
電流を流す手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機、産業用ロボッ
トその他機器類の振動解析や、自動車の衝撃値を把握す
るため等に使用される電磁気的に加速度を検出する加速
度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の加速度センサは圧電型やサーボ型
など、構造が複雑であり価格も高かった。これに対し永
久磁石と磁気抵抗素子、または永久磁石とホール素子を
組み合わせた簡単な構造で磁界の変化を利用して加速度
を検出する加速度センサが提案されている（例えば、特
公平7-7012号公報、特開平3-710601号公報）。さらに、
永久磁石と磁気インピーダンス効果を有する素子［以
下、「磁気インピーダンス素子」という］を組み合わせ
た加速度センサも提案されている（例えば、特願平9-85
816 号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術における永久磁石と磁気センサを組み合わせたセン
サは構造上、加速度センサの寸法が大きくなるといった
問題があった。そして、従来の磁気センサとして磁気抵
抗素子を使用する場合は、磁界に対する感度は優れてい
るが、検出値の直線域が狭いために加速度測定範囲を小
さくしかとれず、広範囲の加速の測定を行おうとした場
合、複数の構造を換えた加速度センサを作る必要があっ
た。また、ホール素子を使用した加速度センサは感度が
低いために想定できる加速度範囲が狭くなり、機械等の
加速度を測定するときには測定範囲の異なる複数の加速
度センサを準備しなければならない等の問題があった。
さらに、磁気インピーダンス素子を使用した加速度セン
サでは磁気抵抗素子、ホール素子に比べて５桁程度感度
が高い。このため微小な加速度から大きな加速度まで広
範囲に測定することができる反面、外乱磁界や地磁気等
も検出してしまい、加速度検出の精度を上げることが困
難であった。さらにまた、この外乱磁界の影響を小さく
するために、磁気シールドを施すと加速度センサの寸
法、重量ともに大きくなってしまうといった問題があっ
た。そこで本発明は、外乱磁界や地磁気等の影響を無く
し、加速度検出の精度を上げると共に、小形・軽量化を
図った加速度センサを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の請求項１の発明は、可動部と、この可動部に一
定のギャップを介して対向させた磁気ーインピーダンス
効果を有する磁気センサを持ち、加速度によって生じる
前記可動部と前記磁気センサのギャップの相互変位を前
記磁気センサで検出し、この検出された相互変位を前記
可動部の加速度に変換する加速度センサにおいて、前記
可動部を、板厚方向に着磁した磁性を持つ板バネもしく
は残留磁化を持つ板バネで構成し、前記板バネの上下に
対し所定の間隔を持って平行に、かつ前記板バネからの
磁界方向が同じになるように２つの前記磁気センサを配
置し、それらの出力の差動をとることを特徴とする加速
度センサである。かくして本発明の請求項１の発明によ
れば、板厚方向に着磁した板バネ、若しくは残留磁化を
持つ板バネの上下に一定の間隔を持って磁気インピーダ
ンス素子を平行に配置し、それぞれの信号の差動をとる
ことにより、外乱磁界に影響されない精度の高い検出信
号を得ることができるという特段の効果を奏する。

【０００５】本発明の請求項２の発明は、２つの前記磁
気センサの周りにそれぞれ周回方向に巻いたバイアスコ
イルを設け、前記磁気センサに同じ方向でかつ同じ大き
さのバイアス磁界がかかるように前記バイアスコイルに
直流電流を流すことを特徴とする請求項１に記載の加速
度センサである。このようにして本発明の請求項２の発
明によれば、磁気インピーダンス素子の周りに周回方向
に巻いたバイアスコイルに直流電流を流し、検出特性の
直線性が良く、ヒステリシスの小さい動作点にバイアス
磁界を設定することにより、さらに高精度の検出信号が
得られるという顕著な効果を持つ。

【０００６】本発明の請求項３の発明は、前記可動部
を、前記磁気センサの励磁、信号処理回路上に設けたこ
とを特徴とする請求項２に記載の加速度センサである。
従って本発明の請求項３の発明によれば、本加速度セン
サにおいては、磁石や、磁気シールドを用いなくても良
く、しかも可動部も回路基板上に構成したため、小形・
軽量化が図れるという特色をも兼ね備える。

【０００７】本発明の請求項４の発明は、前記板バネの
長さ方向の中心線において、前記２つの磁気センサのそ
れぞれの端部が、前記中心線に沿って空隙を経て上下に
配置されたことを特徴とする請求項２に記載の加速度セ
ンサである。本発明の請求項４の発明により、２つの磁
気センサのそれぞれの端部がオーバーラップしないよう
に配置されて、相互の反対方向の磁束に基づく磁界の減
少削減がなく、鎖交磁束の変化がより有効に加速度検出
に対応できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。すべての図面において同一符号は
同一若しくは相当部材とする。図１は本発明の実施の形
態における加速度センサの構造を示す図で、図１(a)は
側面図、図１(b) は上面図である。図１において、回路
基板101 の表面上に僅かの空隙を経て、板バネ102 の長
さ方向の一端部を板バネ押さえ103 を介して固定し、板
バネ102 の長さ方向の他端部には板バネ102 を挟んで板
バネ102 の表面・裏面から等間隔に磁気インピーダンス
素子104,105 をそれぞれ板バネ102 の表面・裏面に対向
して静置されている。つまり、磁気インピーダンス素子
104 は磁気インピーダンス素子固定接続用基板106 と接
続基板固定用支柱107 に支持され、磁気インピーダンス
素子105 は回路基板101 の表面上支持されている。そし
て、回路基板101 の表面・裏面上に回路部品108a,108b,
108cが適宜に固着・添付されている。また、磁気インピ
ーダンス素子104,105 の板バネ102 の長さ方向の中心線
の上側・磁気インピーダンス素子104 と中心線の下側・
磁気インピーダンス素子105の端部は、相互にオーバー
ラップしないようにして配置される。

【０００９】図２は、本発明の実施の形態での板バネと
磁気インピーダンス素子の配置を示す正面図である。図
３は、本発明の実施の形態の一例における、磁気インピ
ーダンス素子の出力特性図[ 横軸に磁界の強さ・縦軸に
検出出力] である。図１に示すように、固定基板101 上
に、板厚方向に着磁した板バネ、若しくは残留磁化を持
つ板バネ102 を、バネ押さえ103 で固定するこの板バネ
102 の上下に平行に一定の間隔を持って磁気インピーダ
ンス素子104,105 が配置されている。この配置状態を図
１の矢印方向から見た配置図（板バネ102 と磁気インピ
ーダンス素子104,105 のみ）は図２のようになってい
る。磁気インピーダンス素子104,105 は長手方向の磁界
成分を検出する。今、加速度センサが静止している状態
においては、それぞれの磁気インピーダンス素子104,10
5 には矢印のように同方向の磁界がかかっている。これ
を図３上で示せば各々の磁気インピーダンス素子104,10
5 に初期磁界Ｈ1 がかかっている。

【００１０】ここで、加速度センサに加速度が加わり板
バネ102 が上方向に撓むと、磁気インピーダンス素子10
4 にかかる矢印方向の磁界は大きくなり（ΔＨa)、検出
出力電圧が大きくなる（ΔＥa)。このとき磁気インピー
ダンス素子105 にかかる矢印方向の磁界は小さくなり
（ΔＨb)、出力電圧が小さくなる（ΔＥb)。２つの磁気
インピーダンス素子104,105 の出力電圧の差をとり、加
速度演算(増幅) することにより、加速度に比例した出
力を得ることができる。また、これら２つの磁気インピ
ーダンス素子104,105 は空間配置的に非常に近い位置に
あるので、外乱磁界はそれらの差動演算をとることでキ
ャンセルされ、磁気シールドなどをほどこさなくても、
精度の高い加速度検出信号を得ることができる。

【００１１】また、図４はそれぞれの磁気インピーダン
ス素子の周りに周回方向に巻いたバイアスコイルに直流
電流を流す手段を示す正面図である。図４は図２に対応
してさらなる検出感度の向上を図る手段であり、それぞ
れの磁気インピーダンス素子104,105 の周りに周回方向
に巻いたバイアスコイル109a,109b 直流電流を流すよう
にしている。このようにすることにより、図３の磁界−
検出出力特性図において、直線性がよく、ヒステレシス
が小さい領域にバイアス磁界をかけることになり、さら
に精度を上げることができる（例えば、Ｈ2)。このとき
も２つの磁気インピーダンス素子104,105 にかかるバイ
アス磁界が同方向でかつ同じ大きさになるように電流を
設定する。

【００１２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では板厚方向
に着磁した板バネ、若しくは残留磁化を持つ板バネの上
下に一定の間隔を持って磁気インピーダンス素子を平行
に配置し、それぞれの信号の差動をとることにより、外
乱磁界に影響されない精度の高い検出信号を得ることが
できるという特段の効果を奏する。また、磁気インピー
ダンス素子の周りに周回方向に巻いたバイアスコイルに
直流電流を流し、検出特性の直線性が良く、ヒステレシ
スの小さい動作点にバイアス磁界を設定することによ
り、さらに高精度の検出信号が得られるという顕著な効
果を持つ。さらに、本加速度センサにおいては、磁石
や、磁気シールドを用いなくても良く、しかも可動部も
回路基板上に構成したため、小形・軽量化が図れるとい
う特色をも兼ね備える。さらにまた、２つの磁気センサ
のそれぞれの端部がオーバーラップしないように配置さ
れて、相互の反対方向の磁束に基づく磁界の減少削減が
なく、鎖交磁束の変化がより有効に加速度検出に対応で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における加速度センサの構
造を示す図で、(a) は側面図、(b) は上面図

【図２】本発明の実施の形態での板バネと磁気インピー
ダンス素子の配置を示す正面図

【図３】本発明の実施の形態の一例における、磁気イン
ピーダンス素子の出力特性図[横軸に磁界の強さ・縦軸
に検出出力]

【図４】図４はそれぞれの磁気インピーダンス素子の周
りに周回方向に巻いたバイアスコイルに直流電流を流す
手段を示す正面図

【符号の説明】 101 回路基板 102 可動部 (板バネ) 103 バネ押さえ 104,105 磁気インピーダンス素子 106 固定接続基板 107 支柱 108a,108b,108c 回路部品 109a.109b バイアスコイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動部と、この可動部に一定のギャップ
   を介して対向させた磁気−インピーダンス効果を有する
   磁気センサを持ち、 加速度によって生じる前記可動部と前記磁気センサのギ
   ャップの相互変位を前記磁気センサで検出し、この検出
   された相互変位を前記可動部の加速度に変換する加速度
   センサにおいて、 前記可動部を、板厚方向に着磁した磁性を持つ板バネも
   しくは残留磁化を持つ板バネで構成し、 前記板バネの上下に対し所定の間隔を持って平行に、か
   つ前記板バネからの磁界方向が同じになるように２つの
   前記磁気センサを配置し、それらの出力の差動をとるこ
   とを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 ２つの前記磁気センサの周りにそれぞれ
   周回方向に巻いたバイアスコイルを設け、 前記磁気センサに同じ方向でかつ同じ大きさのバイアス
   磁界がかかるように前記バイアスコイルに直流電流を流
   す手段を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。
3. 【請求項３】 前記可動部を、前記磁気センサの励磁、
   信号処理回路上に設けたことを特徴とする請求項２に記
   載の加速度センサ。
4. 【請求項４】 前記板バネの長さ方向の中心線におい
   て、前記２つの磁気センサのそれぞれの端部が、前記中
   心線に沿って空隙を経て上下に配置されたことを特徴と
   する請求項２に記載の加速度センサ。