(57)【要約】【課題】小型化、軽量化、耐久性の向上等を実現しつつ、同時に、微少な加速度変化を高精度で検出することができる加速度センサを提供する。【解決手段】加速度センサ１０は、ハウジング１２と、このハウジング１２内で一方の壁面に接して、且つ、Ｎ極又はＳ極の一方が前記壁面側となるように配置された第１バイアス磁石１４と、この第１バイアス磁石１４に対して、隙間を持って、且つ、磁極の向きが対向するような状態で前記ハウジング１２内に収容された第２バイアス磁石１６と、この第２バイアス磁石１６と前記ハウジング１２における前記壁面と対向する他方の壁面との間に配置され、前記第２バイアス磁石１６の前記第１バイアス磁石１４に対する磁気反発力によって前記他方の壁面に押し付けられた磁歪部材１８と、この磁歪部材１８の透磁率又は残留磁化量の変化を検出する検出手段２０とを有する。そして、前記磁気反発力の作用線方向の加速度変化を、前記磁気反発力の変化に基づく前記磁歪部材１８の透磁率又は残留磁化量の変化として検出するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、このハウジング内で一方の壁面に接して、且つ、Ｎ極又はＳ極の一方が前記壁面側となるように配置された第１のバイアス磁石と、この第１のバイアス磁石に対して、隙間を持って、且つ、磁極の向きが対向するような状態で前記ハウジング内に収容された第２のバイアス磁石と、この第２のバイアス磁石と前記ハウジングにおける前記壁面と対向する他方の壁面との間に配置され、前記第２のバイアス磁石の前記第１のバイアス磁石に対する磁気反発力によって前記他方の壁面に押し付けられた磁歪部材と、この磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を検出する検出手段とを有してなり、前記磁気反発力の作用線方向の加速度変化を、前記磁気反発力の変化に基づく前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化として検出することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１及び第２のバイアス磁石の一方を、その前記磁歪部材側の面が該磁歪部材におけるバイアス磁石側の面よりも小さい面積とされ、且つ、前記磁歪部材のバイアス磁石側の面と略平行方向に移動可能な可動バイアス磁石とすると共に、前記磁気反発力の作用線に対する垂直方向の加速度変化を、前記可動バイアス磁石の移動による前記磁気反発力の変化に基づく前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化として検出することを特徴とする加速度センサ。
【請求項３】
請求項２において、
前記可動バイアス磁石を前記磁歪部材の前記バイアス磁石側の面の中心位置近傍に保持する保持手段を備えたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】
請求項３において、
前記保持手段は、前記可動バイアス磁石の移動方向に配置され、該可動バイアス磁石の移動を規制する弾性体を含んでなることを特徴とする加速度センサ。
【請求項５】
請求項４において、
前記弾性体は、ばねを含んでなり、前記可動バイアス磁石と前記ハウジングとの間に少なくとも３つの前記ばねを縮設したことを特徴とする加速度センサ。
【請求項６】
請求項３において、
前記保持手段は、前記可動バイアス磁石を前記ハウジングの外部から吸着する磁石を含んでなることを特徴とする加速度センサ。
【請求項７】
請求項３において、
前記ハウジングにおける、前記磁歪部材の前記バイアス磁石側の面の中心位置近傍に、前記ハウジングの外周側に突出する湾曲部を形成し、前記磁気反発力によって前記可動バイアス磁石が前記湾曲部に保持されるようにしたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記検出手段は、前記磁歪部材を囲むピックアップコイルを含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記ピックアップコイルのインダクタンス変化として検出するようにされたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記検出手段は、磁気抵抗効果素子を含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記磁気抵抗効果素子の起電力変化として検出するようにされたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかにおいて、
前記磁歪部材を、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材によって構成したことを特徴とする加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁歪部材を用いて加速度変化を検出するようにした加速度センサに関し、特に、小型化、軽量化、耐久性の向上等を実現しつつ、同時に、微少な加速度変化を高精度で検出することができる加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加速度センサとして、圧電素子にかかる応力ひずみをピエゾ電圧として検出するものや、ばね等で支持した物体の加速度による変位を静電容量の変化として検出するものが広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図８に示される従来公知の加速度センサ１は、ヒンジ２を介して支持部３に上下動可能に支持された可動電極４と、この可動電極４の上下方向に配置された固定電極５Ａ、５Ｂによって構成されている。
【０００４】
この加速度センサ１は、可動電極４に加わる加速度の変化を、この可動電極４と、前記固定電極５Ａ、５Ｂとの間の静電容量の変化として検出するようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１８０１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来公知の加速度センサ１では、ヒンジ２に可動電極４の上下動に伴う力が集中的に加わるため、その構造上、特にヒンジ２の耐久性が低くなってしまうといった問題点があった。又、耐久性を向上するためにはヒンジ２の強度をある程度確保する必要があり、微少な加速度変化を検出することが困難であるといった問題点もあった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、小型化、軽量化、耐久性の向上等を実現しつつ、同時に、微少な加速度変化を高精度で検出することができる加速度センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、研究の結果、微少な加速度変化を高精度で検出することができる加速度センサを見出した。
【０００９】
即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。
【００１０】
（１）ハウジングと、このハウジング内で一方の壁面に接して、且つ、Ｎ極又はＳ極の一方が前記壁面側となるように配置された第１のバイアス磁石と、この第１のバイアス磁石に対して、隙間を持って、且つ、磁極の向きが対向するような状態で前記ハウジング内に収容された第２のバイアス磁石と、この第２のバイアス磁石と前記ハウジングにおける前記壁面と対向する他方の壁面との間に配置され、前記第２のバイアス磁石の前記第１のバイアス磁石に対する磁気反発力によって前記他方の壁面に押し付けられた磁歪部材と、この磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を検出する検出手段とを有してなり、前記磁気反発力の作用線方向の加速度変化を、前記磁気反発力の変化に基づく前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化として検出することを特徴とする加速度センサ。
【００１１】
（２）前記第１及び第２のバイアス磁石の一方を、その前記磁歪部材側の面が該磁歪部材におけるバイアス磁石側の面よりも小さい面積とされ、且つ、前記磁歪部材のバイアス磁石側の面と略平行方向に移動可能な可動バイアス磁石とすると共に、前記磁気反発力の作用線に対する垂直方向の加速度変化を、前記可動バイアス磁石の移動による前記磁気反発力の変化に基づく前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化として検出することを特徴とする前記（１）記載の加速度センサ。
【００１２】
（３）前記可動バイアス磁石を前記磁歪部材の前記バイアス磁石側の面の中心位置近傍に保持する保持手段を備えたことを特徴とする前記（２）記載の加速度センサ。
【００１３】
（４）前記保持手段は、前記可動バイアス磁石の移動方向に配置され、該可動バイアス磁石の移動を規制する弾性体を含んでなることを特徴とする前記（３）記載の加速度センサ。
【００１４】
（５）前記弾性体は、ばねを含んでなり、前記可動バイアス磁石と前記ハウジングとの間に少なくとも３つの前記ばねを縮設したことを特徴とする前記（４）記載の加速度センサ。
【００１５】
（６）前記保持手段は、前記可動バイアス磁石を前記ハウジングの外部から吸着する磁石を含んでなることを特徴とする前記（３）記載の加速度センサ。
【００１６】
（７）前記ハウジングにおける、前記磁歪部材の前記バイアス磁石側の面の中心位置近傍に、前記ハウジングの外周側に突出する湾曲部を形成し、前記磁気反発力によって前記可動バイアス磁石が前記湾曲部に保持されるようにしたことを特徴とする前記（３）記載の加速度センサ。
【００１７】
（８）前記検出手段は、前記磁歪部材を囲むピックアップコイルを含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記ピックアップコイルのインダクタンス変化として検出するようにされたことを特徴とする前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の加速度センサ。
【００１８】
（９）前記検出手段は、磁気抵抗効果素子を含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記磁気抵抗効果素子の起電力変化として検出するようにされたことを特徴とする前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の加速度センサ。
【００１９】
（１０）前記磁歪部材を、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材によって構成したことを特徴とする前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の加速度センサ。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の例を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１及び図２を用いて、本発明の実施形態の例に係る加速度センサ１０について説明する。
【００２２】
図に示されるように、本発明の実施形態の例に係る加速度センサ１０は、略箱状のハウジング１２を備えており、このハウジング１２内には、下側壁面１２Ａに接して配置された第１バイアス磁石１４と、この第１バイアス磁石１４の上側に、これと磁極の向きが対向するように配置された第２バイアス磁石１６と、この第２バイアス磁石１６と上側壁面１２Ｂとの間に配置された超磁歪部材１８がそれぞれ収容されている。又、このハウジング１２の上側外周部には、超磁歪部材１８をハウジング１２の外側から囲むようにしてピックアップコイル２０が配設されている。
【００２３】
下側壁面１２Ａに接して配置された第１バイアス磁石１４は、下側壁面１２Ａ側をＮ極とする略直方体形状の磁性部材からなり、その超磁歪部材１８側の面１４Ａは、超磁歪部材１８におけるバイアス磁石側の面１８Ａよりも小さい面積とされている。又、この第１バイアス磁石１４は、図２（Ｂ）の断面図に示されるように、ハウジング１２との間に縮設された４つのばね２２Ａ〜２２Ｄによって、超磁歪部材１８のバイアス磁石側の面１８Ａの略中央位置近傍に保持されており、このバイアス磁石側の面１８Ａと略平行な面に沿うように移動が可能な構造となっている。
【００２４】
この第１バイアス磁石１４の上側に配置された第２バイアス磁石１６は、ハウジング１２内に略隙間無く収容された略直方体形状の磁性部材からなり、そのＳ極が第１バイアス磁石１４側になるように配置されている。
【００２５】
このように、第１、第２バイアス磁石１４、１６は、互いの磁極の向きが対向するように配置されており、その磁気反発力によって、第１バイアス磁石１４は下側壁面１２Ａ側（図中下側）に、又、第２バイアス磁石１６は超磁歪部材１８側（図中上側）にそれぞれ押し付けられた構造となっている。
【００２６】
第２バイアス磁石１６の上側に配置された超磁歪部材１８は、第２バイアス磁石１６と略同形状の部材からなり、ハウジング１２内に略隙間なく収容されていると共に、第１、第２バイアス磁石１４、１６の磁気反発力によって上側壁面１２Ｂ側に押し付けられている。又、この超磁歪部材１８は、超磁歪素子を材料として用いている。なお、「超磁歪素子」とは、希土類元素および／または特定の遷移金属などを主成分（例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など）とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、この超磁歪素子は、外部応力を受けて変形すると大きな磁化率の変化を生じる特性を有している。ピックアップコイル２０は、このような超磁歪部材１８の変形（伸縮）によって生じる透磁率又は残留磁化量の変化を、ピックアップコイル２０のインダクタンスの変化として検出可能である。
【００２７】
次に、図３及び図４を用いて、加速度センサ１０の作用について説明する。
【００２８】
図３に示されるように、超磁歪材料１８には、第２バイアス磁石１６によって磁気反発力Ｆ１が加えられており、この磁気反発力Ｆ１によって超磁歪部材１８には所定の初期変位が生じている。
【００２９】
この状態で、加速度センサ１０の磁気反発力Ｆ１の作用線方向Ｚ１（図３中の上下方向）に加速度が加えられると、超磁歪材料１８に加えられる磁気反発力Ｆ１の大きさが変化し、これによって超磁歪部材１８の変位量が変化する。その結果、ピックアップコイル２０の内側空間に占める超磁歪部材１８の容積が変化すると共に、この超磁歪部材１８の透磁率又は残留磁化量が変化する。従って、この透磁率または残留磁化率の変化をピックアップコイル２０のインダクタンス値の変化として検出することで、磁気反発力Ｆ１の作用線方向Ｚ１の加速度変化を検出することができる。
【００３０】
又、図４に示されるように、磁気反発力Ｆ１の作用線に対する垂直方向Ｘ１（図４中の左右方向）に加速度が加えられると、超磁歪材料１８に加えられる磁気反発力Ｆ１の作用位置が変化し、これによって超磁歪部材１８の変位量が変化する。従って、上記と同様に、この時の透磁率または残留磁化率の変化をピックアップコイル２０のインダクタンス値の変化として検出すれば、磁気反発力Ｆ１の作用線に対する垂直方向Ｘ１の加速度変化を検出することができる。なお、紙面に垂直なＹ１方向（図示略）に加速度が加えられた場合も、前述のＸ１方向と同様の方法によって加速度変化を検出することができる。
【００３１】
本発明の実施形態の例に係る加速度センサ１０によれば、加速度の変化を超磁歪部材１８の透磁率又は残留磁化量の変化として検出することができるため、装置の小型化、軽量化を実現しながら、同時に、微少な加速度変化を高精度で検出できる。しかも、第１、第２バイアス磁石１４、１６の磁気反発力によって超磁歪部材１８をハウジング１２の上側壁面１２Ａに押し付ける構造としているため、ハウジング１２内の超磁歪部材１８、及び第１、第２バイアス磁石１４、１６を他の部材によって支持する必要がなく、大きな加速度が加えられた場合でも破損し難く、耐久性の向上を図ることができる。
【００３２】
又、第１バイアス磁石１４を、その超磁歪部材１８側の面１４Ａが超磁歪部材１８のバイアス磁石側の面１８Ａよりも小さい面積とされ、且つ、このバイアス磁石側の面１８Ａと略平行な面に沿うように移動可能な可動バイアス磁石としているため、磁気反発力の作用線に対する垂直方向の加速度変化を検出することができ、３次元方向（ＸＹＺ方向）の加速度変化を検出することができる。
【００３３】
更に、加速度センサ１０は、ピックアップコイル２０を備え、超磁歪部材１８の透磁率又は残留磁化量の変化をこのピックアップコイル２０のインダクタンス変化として検出しているため、簡易な構造でありながら、加速度変化の検出が容易である。
【００３４】
なお、本発明に係る加速度センサは、上記実施形態の例に係る加速度センサ１０における構造や形状等に限定されるものではなく、ハウジングと、このハウジング内で一方の壁面に接して、且つ、Ｎ極又はＳ極の一方が前記壁面側となるように配置された第１のバイアス磁石と、この第１のバイアス磁石に対して、隙間を持って、且つ、磁極の向きが対向するような状態で前記ハウジング内に収容された第２のバイアス磁石と、この第２のバイアス磁石と前記ハウジングにおける前記壁面と対向する他方の壁面との間に配置され、前記第２のバイアス磁石の前記第１のバイアス磁石に対する磁気反発力によって前記他方の壁に押し付けられた磁歪部材と、この磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な検出手段とを有したものであればよい。
【００３５】
又、上記実施形態の例においては、第１バイアス磁石１４を、４つのばね２２Ａ〜２２Ｄによって超磁歪部材１８のバイアス磁石側の面１８Ａの中心位置近傍に保持したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１バイアス磁石１４を、他の保持手段によって超磁歪部材１８のバイアス磁石側の面１８Ａの中心位置近傍に保持してもよい。
【００３６】
従って、例えば、図５（Ａ）に示されるように、第１バイアス磁石１４を、ハウジング１２との間に縮設された３つのばね２４Ａ〜２４Ｃによって保持してもよく、又、図５（Ｂ）に示されるように、第１バイアス磁石１４の移動方向に配置され、第１バイアス磁石１４の移動を規制する分離発泡体２６等の弾性体によって第１バイアス磁石１４を保持してもよい。更には、図６（Ａ）に示されるように、第１バイアス磁石１４をハウジング１２の外部から吸着する磁石２８を備えてもよく、又、図６（Ｂ）に示されるように、ハウジング３０における、超磁歪部材１８のバイアス磁石側の面１８Ａの中心位置近傍に、ハウジング３０の外周側に突出する湾曲部３０Ａを形成すると共に、第２バイアス磁石１６からの磁気反発力によって第１バイアス磁石１４が湾曲部３０Ａに保持されるような構造としてもよい。
【００３７】
又、上記実施形態の例においては、超磁歪部材１８の透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な検出手段としてピックアップコイル２０を備えたが、本発明はこれに限定されるものではなく、超磁歪部材１８の透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な、他の検出手段を適用してもよい。従って、例えば、図７に示すように、ＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ等の磁気抵抗効果素子３２を検出手段とし、超磁歪部材１８の透磁率又は残留磁化量の変化（漏れ磁界の変化）を、この磁気抵抗効果素子３２の起電力変化として検出してもよい。
【００３８】
なお、上記実施形態の例においては、加速度センサ１０を超磁歪部材１８によって構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁歪素子からなる磁歪部材を用いてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の加速度センサは、小型化、軽量化、耐久性の向上等を実現しつつ、同時に、微少な加速度変化を高精度で検出することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の例に係る加速度センサの斜視図
【図２】図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う断面図（Ａ）及びＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図（Ｂ）
【図３】図１における加速度センサの磁気反発力の作用線方向に加速度が加えられた様子を模式的に示した図
【図４】図１における加速度センサの磁気反発力の作用線に対する垂直方向に加速度が加えられた様子を模式的に示した図
【図５】保持手段として３つのばねを適用した例を示した図（Ａ）、及び分離発泡体を適用した例を示した図（Ｂ）
【図６】保持手段として磁石を適用した例を示した図（Ａ）、及びハウジングに第１バイアス磁石を保持する湾曲部を形成した例を示した図（Ｂ）
【図７】検出手段として磁気抵抗効果素子を適用した例を示した図
【図８】従来の加速度センサの側断面を模式的に示した図
【符号の説明】
１０…加速度センサ
１２、３０…ハウジング
１４…第１バイアス磁石
１６…第２バイアス磁石
１８…超磁歪部材
２０…ピックアップコイル
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ…ばね
２６…分離発泡体
２８…磁石
３０Ａ…湾曲部
３２…磁気抵抗効果素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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