(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】ストッパ１４，２２により磁石２６の振動の振幅が規制され、磁石２６の下端面がコイル１３の中心と上端面とを超えることがない。このため、磁石２６は、常にその下端面がコイル１３の中心と上端面との間を往復するように振動し、コイル１３からは正確な余弦波が常に出力される。【選択図】  図５
2007205795.tif 000002
【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、前記磁石の一端部が前記コイルの内部に挿入されるように前記磁石またはコイルを支持するとともに、前記磁石またはコイルの静止状態で、前記コイルの前記磁石側の端面と前記コイルの軸線方向中心との中間部に前記磁石の端面を位置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、記磁石の一端面が前記コイルの軸線方向中心を超え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】
前記規制部材は、前記磁石の前記一端面が前記コイルの内部から出ないように規制することを特徴とする請求項２に記載の振動計測装置。
【請求項４】
前記磁石は前記コイルの軸線方向長さの半分よりも長く、これにより前記磁石の軸線方向中心が前記磁石の静止状態で前記コイルの内部に挿入されないことを特徴とする請求項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、磁石の一端部がコイルの内部に挿入されるように磁石またはコイルを支持するとともに、磁石またはコイルの静止状態で、コイルの磁石側の端面とコイルの軸線方向中心との中間部に磁石の端面を位置させることを特徴としている。
【０００６】
本発明では、磁石またはコイルの静止状態で、コイルの磁石側の端面とコイルの軸線方向中心との中間部に磁石の端面を位置させているから、支持手段を適宜選定することにより、磁石の端面がコイルの軸線方向中心を通過しないように磁石またはコイルを振動させることができる。これが本発明の目的を達成する上で重要なポイントである。
【０００７】
すなわち、本発明者等の検討によれば、磁石の端面がコイルの中央部を横切ると、出力の波形が乱れることが判明している。その理由は次のようなものと推察される。すなわち、図１および図２は本発明の作用を説明するための図であり、図１（Ａ）は、磁石が静止している状態、（Ｂ）は磁石が振動してその端面がコイルの軸線方向中心に位置した状態、（Ｃ）は磁石の端面がコイルの端面に位置した状態を示す。この図に示すように、（Ｂ）の状態のときにコイルに対する磁束の影響が最も強く、（Ｃ）の状態のときにコイルに対する磁束の影響が最も弱い。
【０００８】
ここで、仮に磁石の端面がコイルの中心を通過すると仮定した場合、横軸をコイルの長さ、縦軸をコイルを横切る磁束の密度としたときに、磁束密度はコイルの中心で最大値となる山型状をなす。したがって、起電力は磁束密度を時間で微分したものであるから、起電力はコイルの中心で０となる。このように、磁石の端面がコイルの中心を通過する場合には、起電力が０になる部分が増えて出力が低下するとともに、出力波形が乱れてＳ／Ｎ比も低下する。したがって、本発明のように、磁石の端面がコイルの軸線方向中心を通過しない構成を採用することにより、図２に示すように、出力を正確な余弦波とすることができ、出力およびＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
【０００９】
ただし、本発明では、磁石の端面がコイルの軸線方向中心を通過しない構成を必須とするものではない。たとえば、設定された使用条件を超える大きな加速度が働いて磁石の端面がコイルの軸線方向中心を超えることも考えられる。そのような場合に対処するために、コンピュータなどの制御手段により出力信号を解析し、出力信号を無効と判断して適切な処理を行うようにすればよい。
【００１０】
あるいは、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こともできる。この規制部材は、磁石の一端面がコイルの軸線方向中心を超えないように磁石またはコイルの相対的な移動を規制する。また、規制部材は、磁石の一端面がコイルの内部から出ないように規制することが望ましい。磁石の一端面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。
【００１１】
前述のように、磁石の他の極による逆方向の起電力が発生すると出力が小さくなって好ましくない。そこで、磁石が振動した際に他の極がコイルの内部に挿入されない構成が望ましい。そのためには、磁石の端面がコイルの中心に達したときに、磁石の軸線方向中心がコイルの上端面を超えない位置に存在していればよいから、磁石の端面がコイルの軸線方向中心とコイルの上端面との中間に位置するとともし、磁石の中心がコイルの上端面を超えないように規制部材を設ければよい。規制部材としては、移動する磁石またはコイルあるいはそれらの支持手段に当接するストッパを用いることができる。
【００１２】
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。
【００１３】
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】
【００１４】
本発明によれば、磁石の端面がコイルの軸線方向中心を通過しないように磁石またはコイルを振動させ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】
【００１５】
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、ガイドリング１２の内側には、磁気シールド１１に接着されたストッパ（規制部材）１４が配置されている。これらストッパ１４およびストッパ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１４およびストッパ２２を緩衝材とすることで、磁石２６がストッパ１４およびストッパ２２に衝突した際に破損するのを防止することができる。
【００１６】
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（規制部材）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。
【００１７】
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、磁石２６が接着されている。
【００１８】
磁石２６の軸線方向の長さは、コイル１３の長さの半分よりもやや長く設定されている。また、図５に示すように、磁石２６の下端面は、静止状態においてコイル１３の軸線方向中心とコイル１３の上端面の中心に位置している。磁石２６の振動の振幅はストッパ１４，２２により規制され、この実施形態では、磁石２６の下端面がコイル１３の軸線方向中心からコイル１３の上端面までの間で振動する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。
【００１９】
より具体的には、磁石２６の軸線方向長さをＭｌ、コイル１３の軸線方向の長さをＣｌ、磁石２６とストッパ１４とのギャップをＧ１とすると、磁石の長さＭｌとコイル１３の長さＣｌの関係は下記数１で表され、コイル１３の長さＣｌとギャップＧ１との関係は下記数２で表すことができる。
【００２０】
（数１）
Ｍｌ≧１／２Ｃｌ
（数２）
Ｇｌ≦１／４Ｃｌ
【００２１】
上記式を展開し、磁石２６の長さＭｌとコイル１３の長さＣｌとギャップＧ１との関係を求める。まず、数１の両辺に１／２を掛けた（１／２Ｍｌ≧１／４Ｃｌ）を数２に代入すると下記数３の関係が成り立つ。
（数３）
Ｇ１≦１／４Ｃｌ≦１／２Ｍｌ
なお、磁石２６とストッパ２２とのギャップＧ２は、Ｇ１と同じ長さであることが望ましい。
【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、コイル１３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】
上記振動計測装置では、使用可能な加速度の範囲が設定され、それは磁石２６の下端面がコイル１３の中心とコイル１３の上端面との間を往復する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１４，２２により規制されているため、磁石２６の下端面がコイル１３の中心と上端面とを超えることがない。また、磁石２６の中心がコイル１３内に挿入されることもない。この場合において、磁石２６がストッパ１４，２２に衝突した際に出力の波形に歪みが生じるが、磁石２６の下端面がコイル１３の中心を超えたときのような大きな歪みは生じない。また、磁石２６の中心がコイル１３内に挿入されたときの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。
【００２４】
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の上面中央には磁石３６が接着されている。磁石３６の外周側には、磁気シールド３１に接着されたストッパ３４が配置されている。
【００２５】
磁石３６の上端面にはスペーサ３７が接着され、スペーサ３７の上端面にはダイヤフラム３８が接着されている。図７は図８に示す振動計測装置からケーシング４０を取り外した状態を示す平面図である。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。
【００２６】
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。
【００２７】
磁石３６の軸線方向の長さは、コイル３３の長さの半分よりもやや長く設定されている。また、図８に示すように、磁石３６の上端面は、コイル３３の軸線方向中心とコイル１３の下端面の中間に位置している。コイル３３の振動の振幅はストッパ３４，４２により規制され、この実施形態では、コイル３３が振動すると、コイル３３の軸線方向中心とコイル３３の下端面までの間の部分が磁石３６の上端面の前を通過するように規制されている。
【００２８】
（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。
【００２９】
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】
【００３０】
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】
【００３１】
【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】
【００３２】
１３…コイル１３、１４…ストッパ（規制部材）、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】
2007205795.tif 000003
【図２】
2007205795.tif 000004
【図３】
2007205795.tif 000005
【図４】
2007205795.tif 000006
【図５】
2007205795.tif 000007
【図６】
2007205795.tif 000008
【図７】
2007205795.tif 000009
【図８】
2007205795.tif 000010
【図９】
2007205795.tif 000011