(57)【要約】【課題】磁石とコイルとの相対移動を最適な範囲に規制することにより、出力およびＳ／Ｎ比を大きくすることができ、振動計測装置の精度と信頼性を向上させる。【解決手段】磁石２６の静止状態でコイル１３の軸線方向中心と磁石２６の軸線方向中心とをほぼ一致させることにより、磁石２６の周波数の２倍の周波数の出力を得る。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石と該磁石の周囲に配置されたコイルと、前記磁石またはコイルを軸線方向へ相対的に移動自在に支持する支持手段とを備え、前記磁石またはコイルが軸線方向に相対的に移動することで前記コイルに起電力を発生させる振動計測装置において、前記支持手段は、前記磁石またはコイルの静止状態で、前記コイルの軸線方向中心と前記磁石の軸線方向中心とをほぼ一致させることを特徴とする振動計測装置。
【請求項２】
前記磁石およびコイルの相対的移動の範囲を規制する規制部材を備え、この規制部材は、前記磁石が前記コイルの端面から突出しないように前記磁石またはコイルの相対的な移動を規制することを特徴とする請求項１に記載の振動計測装置。
【請求項３】
前記磁石は装置本体に固定され、前記コイルは前記支持手段によって軸線方向に移動自在に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサや振動センサに適用される振動計測装置に係り、特に、加速度が負荷されたときに自己発電して出力とＳ／Ｎ比の高い信号を発生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような振動計測装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、磁石からなる振動子とコイルを備え、振動する振動子の磁力線がコイルを横切って生じる起電力により加速度ないし振動を検出する装置が知られている。このような振動計測装置では、電源を常時供給している必要が無いため、極めて広範な用途に適用することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３５１７９３号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、磁石の他の極による逆方向の起電力が発生して出力が小さくなったり、また、出力の波形が乱れてＳ／Ｎ比が低下するという問題があった。したがって、本発明は、磁石とコイルとの相対移動を最適な範囲に規制することにより、出力およびＳ／Ｎ比を大きくすることができ、振動計測装置の精度と信頼性を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の振動計測装置は、磁石と該磁石の周囲に配置されたコイルと、磁石またはコイルを軸線方向へ相対的に移動自在に支持する支持手段とを備え、磁石またはコイルが軸線方向に相対的に移動することでコイルに起電力を発生させる振動計測装置において、支持手段は、磁石またはコイルの静止状態で、コイルの軸線方向中心と磁石の軸線方向中心とをほぼ一致させることを特徴としている。
【０００６】
図１および図２を参照して本発明の作用を説明する。図１（Ａ）は、静止状態でコイルの軸線方向中心と磁石の軸線方向中心とが一致している状態を示している。この状態で磁石が（Ｂ）に示す下方の移動端まで移動し、次いで（Ａ）の位置に戻ったとすると、その間に磁石のＳ極とＮ極がコイルに与える影響の大きさが反転し、出力は１周期となる。同様に、磁石の位置が（Ａ）→（Ｃ）→（Ａ）と変化しても出力は１周期となる。このように、磁石が１周期振動すると、２周期の出力が得られる。つまり、本発明では、入力周波数に対して２倍の周波数を出力することができるので、出力およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【０００７】
ここで、磁石の一部または全部がコイルの内部から出た状態では磁束密度が小さく、大きな出力を得ることができない。そこで、支持手段を適宜選定することにより、磁石がコイルの端面から突出しないようにすると好適である。このような態様では、磁石の磁束のコイルに与える影響が強く、さらに大きな出力を得ることができる。また、そのような作用を確実に得るために、磁石およびコイルの相対的移動の範囲を規制する規制部材を備えると好適である。
【０００８】
本発明は、図３（Ａ）に示すように、コイルに対して磁石が振動する構成に限定されるものではなく、図３（Ｂ）に示すように、磁石に対してコイルが振動する構成を含む。前者の場合には、例えば振動計測装置の近傍に磁石などの磁力を発するものが配置されると、磁石の振動に影響を受けたり磁石が動かなくなってしまうことが考えられるが、コイルが振動する構成ではそのような不都合は生じない。
【０００９】
磁石またはコイルを支持する支持手段としては板バネやコイルバネ、空気バネなどを用いることができる。磁石を振動させる構成では、振動する磁石と反発する極を向けた磁石を配置することもできる。コイルが振動する構成では、コイルをバネによって装置本体に支持し、コイルの端子をバネに接続してコイルが発生する起電力を出力として取り出すことができる。あるいは、柔軟性のある樹脂に導電性金属を設けたフレキシブル配線や導電性樹脂からなる配線をコイルに接続することもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、入力周波数に対して２倍の周波数を出力することができるので、出力およびＳ／Ｎ比を大きくすることができ、振動計測装置の精度と信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
１．第１実施形態
（１）振動計測装置の構成
図４〜図６を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図５において符号１０は振動計測装置の外郭の下部を構成するベースである。ベース１０の底部には、円板状をなす磁気シールド１１が接着され、磁気シールド１１の上面中央にはガイドリング１２が接着されている。ガイドリング１２の外周には、ボビン（図示略）に巻回されたコイル１３が接着されている。
【００１２】
図において符号１５は支持リングであり、その上端部には、内側へ向けて突出する鍔部１５ａが形成されている。また、符号２０はケーシングであり、ケーシング２０とベース１０により、振動計測装置の内部を完全に覆っている。ケーシング２０の頂部内面には、磁気シールド２１が接着され、磁気シールド２１の中央部には、ストッパ２２が接着されている。磁気シールド２１の下面周縁部にはリング状をなすブッシュ２３が配置され、このブッシュ２３と支持リング１５の鍔部１５ａによりダイヤフラム（支持手段）２４が挟持されている。
【００１３】
図４は図５に示す振動計測装置からケーシング２０およびブッシュ２３を取り外した状態を示す平面図である。ダイヤフラム２４は金属製の薄板からなり、複数（この実施形態では３つ）の溝２５が形成されてバネとしての機能を奏する。溝２５は、ダイヤフラム２４の外周寄りの部分から円周方向へ内周側へ屈曲しながら延在し、円周を一周する手前で止まっている。このような溝２５により、ダイヤフラム２４の中央部は、図５において上下方向に撓むことができる。そして、ダイヤフラム２４の中央部には、スペーサ２７が接着され、スペーサ２７の下面には磁石２６が接着されている。
【００１４】
図５に示すように、磁石２６の軸線方向の中心は、コイル１３の軸線方向中心と一致させられている。磁石２６の振動の振幅はストッパ２２と磁気シールド１１により規制され、この実施形態では、磁石２６の上下端面がコイル１３の上下端面から突出しないように規制されている。なお、ガイドリング１２は、磁石２６をガイドして円滑に振動させる。
【００１５】
（２）振動計測装置の動作
次に、上記構成の振動計測装置の動作について説明する。
振動計測装置は、各種装置の振動や加速度の検出に用いられる。振動計測装置に振動が加えられると、磁石２６が図５において上下に振動する。これにより、磁石２６が発生する磁束がコイル１３を横切り、コイル１３に起電力が発生する。この起電力は、磁石２６の周波数の２倍の周波数を有し、コイル１３の端子から外部に取り出されて出力に応じた適宜な処理が行われる。
【００１６】
上記振動計測装置では、使用可能な加速度の範囲が設定され、それは磁石２６がコイル１３の上下端面から突出しないように振動が生じる範囲である。そのような振動が生じる加速度であれば、コイル１３からは入力の２倍の周波数の正確な余弦波が常に出力される。したがって、出力とＳ／Ｎ比を大きくして振動計測装置の精度と信頼性を向上させることができる。しかしながら、振動計測装置が組み込まれた装置を落下させるなど、意図せず大きな加速度を加わえてしまうことがある。この点、上記実施形態では、磁石２６の振動の振幅がストッパ２２と磁気シールド１１により規制されているため、磁石２６がコイル１３の上下端面から突出することがない。この場合において、磁石２６がストッパ２２および磁気シールド１１に衝突した際に出力の波形に歪みが生じるが、磁石２６がコイル１３の上下端面から突出したときような出力の低下は生じない。したがって、コイル１３からは余弦波に近似した起電力が出力される。
【００１７】
ストッパ２２としては、非磁性で樹脂製の緩衝材を用いることが好ましい。ストッパ２２を緩衝材とすることで、ダイヤフラム２４やスペーサ２７がストッパ２２に衝突した際に破損するのを防止することができる。また、磁気シールド１１としても樹脂製の緩衝材を用いることができる。この磁気シールドについても、ストッパ２２と同様に緩衝材とすることで、磁石２６が磁気シールド１１に衝突した際に破損するのを防止することができる。
【００１８】
２．第２実施形態
（１）振動計測装置の構成
次に、図７〜図９を参照して本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、コイルを振動させるように構成した点で前記第１実施形態と異なっている。図８において符号３０は振動計測装置の外郭の下部を構成するベースである。ベース３０の底部には、円板状をなす磁気シールド３１が接着され、磁気シールド３１の上面中央にはスペーサ３７ａが接着されている。スペーサ３７ａの上面には磁石３６が接着され、磁石３６の上面にはスペーサ３７ｂが接着されている。また、磁気シールド３１の上面外周部には、ストッパ３４が接着されている。
【００１９】
スペーサ３７ｂの上端面にはダイヤフラム３８が接着されている。ダイヤフラム３８は金属製のリング状をなす薄板からなり、複数（この実施形態では３つ）の溝３９が形成されてバネとしての機能を奏する。溝３９は、ダイヤフラム３８の半径方向中間部から円周方向へ内周側へ屈曲しながら延在し、円周を一周する手前で止まっている。このような溝３９により、ダイヤフラム３８の外周部は、図８において上下方向に撓むことができる。
【００２０】
ダイヤフラム３８の下面には、軸線を磁石３６の軸線と一致させたガイドリング３２が接着され、ガイドリング３２の外周には、ボビン（図示略）に巻回されたコイル３３が接着されている。図において符号４０はケーシングであり、ケーシング４０とベース３０により、振動計測装置の内部を完全に覆っている。ケーシング４０の頂部内面には、磁気シールド４１が接着され、磁気シールド４１の下面周縁部には、ストッパ４２が接着されている。
【００２１】
図８に示すように、磁石３６の軸線方向の中心は、コイル３３の軸線方向中心と一致させられている。磁石３６の振動の振幅はストッパ４２と磁気シールド３１により規制され、この実施形態では、磁石３６の上下端面がコイル３３の上下端面から突出しないように規制されている。これらストッパ３４およびストッパ４２としては、非磁性で樹脂製の緩衝材を用いることが好ましい。ストッパ３４およびストッパ４２を緩衝材とすることで、コイル３３がストッパ３４およびストッパ４２に衝突した際に破損するのを防止することができる。
【００２２】
（２）振動計測装置の動作
次に、上記構成の振動計測装置の動作について説明する。
振動計測装置に振動が加えられると、コイル３３が図８において上下に振動する。これにより、磁石３６が発生する磁束をコイル３３が横切り、コイル３３に起電力が発生する。この起電力は、コイル３３の端子から外部に取り出され、出力に応じた適宜な処理が行われる。
【００２３】
上記振動計測装置においては、前記第１実施形態と同等の作用、効果を奏することは勿論のこと、コイル３３を振動させる構成であるから、振動計測装置の近傍に磁石などが配置されてもコイル３３の振動には影響を受けず、円滑に振動を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、洗濯機などの振動を発生する装置の振動検出や、カーナビゲーションシステムやエアバッグ装置における加速度検出などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の作用を説明するための図であって、コイルと磁石を示す断面図である。
【図２】本発明の作用を説明するための図であって、本装置への入力加速度とコイルからの出力感度を示すグラフである。
【図３】（Ａ）は磁石を振動させる本発明の形態を示す断面図、（Ｂ）はコイルを振動させる本発明の形態を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の振動計測装置を示す平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の振動計測装置を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の振動計測装置を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態の振動計測装置を示す平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の振動計測装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の振動計測装置を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１…磁気シールド（規制部材）、１３…コイル、２２…ストッパ（規制部材）、
２４…ダイヤフラム（支持手段）、２６…磁石。
【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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【図９】
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