Rapid response accelerometer to extend the contact maintenance time

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車のような物体に加えられる加速度を感知する加速度センサまたは加速度計に関する。

従来技術は、内部の円筒形通路内に、通路の第１端部に向かって磁気的に偏倚される慣性または感知質量を有するハウジングを備えた磁気的に偏倚される加速度計を教示している。 そのような従来技術の加速度計は、感知質量が通路の第１端部に隣接する“不作動”位置にあるとき感知質量に最大の磁気的偏倚力を加える。 ハウジングが、この最大のまたは“しきい値”的磁気的偏倚力を超える加速力をうけるとき、感知質量は通路内でその不作動位置から通路他端の第２位置に向かって変位する。
感知質量のそのような変位は、プリード（Breed）の米国特許第4,329,549号およびベーア（Behr）の米国特許第4,873,401号にそれぞれ教示されたように、ガスまたは電磁的緩衝のいずれかを使用することによって減速される。 もし加速度入力が十分な大きさおよび継続時間を有するものであれば、感知質量は通路の第２端部まで変位し、その際感知質量は、その第２端部において通路内に突出する一対の電気接点を橋絡することによって、センサ内の適当なスイッチ装置を作動する。

残念なことに、そのような従来技術の磁気的に偏倚される加速度計、すなわち感知質量のその不作動位置にあるときその感知質量上の磁気的偏倚力は約2Gと8Gとの間の加速度に等しい。 しかして、約50km/時（毎時30マイル）の正面衝突のような比較的短い継続時間の自動車加速度（減速度）の場合、感知質量の大きいしきい値はその運動をかなり遅らせ、感知質量は加速度計のスイッチを作動するため通路を移動するのに最終的に約20ミリ秒を要する。

発明の要約 本発明の目的は、公知の加速度計によって利用しうるよりも短い継続時間の加速度入力に対する迅速な応動を特徴とする、磁気的に偏倚される加速度計を得ることにある。

本発明の別の目的は長い接触維持時間を有することを特徴とする加速度計を得ることにある。

本発明の進歩した加速度計は、内部に円筒計通路を形成されたハウジング、通路と同心にその長手方向部分を囲むようにハウジングに固定された、鉄または鋼製ワッシャのような環状の透磁性要素、および通路内に設置され通路内の第１位置に向かって磁気的に偏倚されるようにワッシャと磁気的相互作用する円筒形の磁気感知質量を有し、第１または“不作動位置”は感知質量の長手方向部分がワッシャによって囲まれた通路の部分内に位置することを特徴とし、感知質量は通路内にその通路内の第１位置からその上の磁気的偏倚力を超える加速力に応動して第２位置に変位する。

本発明の加速度計は、さらに、ハウジング上に感知質量が通路内の第２位置に移動するとき感知質量に応動するスイッチ装置を備えている。 たとえば、本発明加速度計の好ましい実施例において、スイッチ装置は一対の電気接点を有し、接点は、感知質量が通路内の第２位置に変位する際感知質量の導電面に接触するため通路内に突出している。

本発明の加速度計は通路内における感知質量の変位を減速する緩衝装置を備えるのが好ましい。 好ましい実施例において、緩衝装置は通路を囲みかつその変位の際感知質量と磁気的に相互作用して電磁的に緩衝する導電性、非磁性リングまたは管を備えている。 この点に関して、緩衝リングは通路を画定するハウジングの部分を包囲するか、または好ましい実施例におけるように、緩衝リングの内面はそれ自体通路の一部を構成する。 通路内における感知質量の変位は緩衝リングに電流を誘起し、
その電流はほぼ円周方向に流れかつそれに対する感知質量の速度およびそこから感知質量までの距離に比例して変化する。 また、緩衝リングの各影響部分に誘起された電流は磁場を発生し、その磁場は感知質量と相互作用してその後の感知質量の変位を減速する。

本発明によれば、感知質量の磁力、ワッシャの直径および材料の一方または双方、およびワッシャの環状部分内の感知質量の第１または不作動位置の相対的位置、すなわち感知質量が通路内の第１位置にあるとき感知質量の長手方向部分がワッシャの環状部分内に位置する長さ、よりなるグループの少なくとも一つは、通路内の第１位置にあるとき感知質量に磁気的戻り偏倚力の第１の値を約1G以下にし、もっとも好ましくは約0.1Gから0.5G
までにするように調節される。 感知質量の相対的磁力、
ワッシャの直径および材料の一方または双方、通路内における感知質量の第１および第２位置間の相対的距離（そうでなければ、通路のストロークと表現することもできる）、およびワッシャからスイッチ接点までの距離、よりなるグループの少なくとも一つは、感知質量が通路内のその第１位置から変位するとき、その第１の値から第１位置と第２位置との中間の通路内の中間位置に達するとき最大の第２の値に達し、その後感知質量が通路内のその第２位置に達するとき、第２の値より小さいが第１の値よりなお大きい、第３の値まで減少するように調節される。

作用において、感知質量と本発明加速度計のワッシャの間の磁気的相互作用は、感知質量に磁気的偏倚力を発生し、その偏倚力は感知質量がその第１または“不作動”位置からスイッチ接点に向かうその第２位置に変位するとき変化する。 重要なことは、本発明において、感知質量上の“しきい値”的磁気的偏倚力すなわち感知質量が通路内の第１位置にあるとき感知質量上の磁気偏倚力の第１の値は、1Gの数分の一に過ぎないことが好ましいということである。 しかして、ハウジングが、上記毎時約50km（30マイル／時）の正面衝突のような比較的短い継続時間の加速度入力をうけるとき、感知質量上の比較的小さい磁気的偏倚力は迅速に克服され、感知質量は迅速にスイッチに向かって変位を開始する。 感知質量がワッシャの環状部分内にその不作動位置からいちじるしく変位するとき、感知質量上の磁気的偏倚力は感知質量が通路内の中間位置に達するとき最終的に最大値まで増加し、その後感知質量の磁気的偏倚力は感知質量がその第２位置に向かってさらに変位するとき減少し始め、磁気的偏倚力は感知質量がスイッチ接点に接触するまで減少し続ける。

図面の簡単な説明 第１図は、通路内のその第１または不作動位置における磁気的感知質量を示す、本発明によって構成された加速度計の断面図であり、また 第２図は磁気的感知質量がその不作動位置からその第２位置に通路を通って移動するとき第１の加速度計の感知質量上の磁気的偏倚力の変化を示す線図である。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明によって構成された自動車加速度計10は第１図に示されている。 鉄または鋼製ハウジング12は、包囲スリーブ16によるようにして、ハウジングに対して支持された銅のような導電性の、非磁性材料から作られた管14
を内蔵している。 好ましくはプラスチックのような電気絶縁材料から作られ、かつ管14の周りに具合よく型作りされたスリーブ16は、管14の長手方向部分を囲む、鉄または鋼製ワッシャ18のような環状の透磁性要素を支持している。 好ましい実施例において、ワッシャ18は銅管14
に隣接して、しかし電食を防止するため銅管14から電気的に絶縁して設置されている。

真円の円筒形通路20が管14の内面22によってハウジング12内に画定されている。 通路20の第１端部20は固定ストッパによって画定され、ストッパは型作りされたプラスチックスリーブ16の一部を構成するのが便利である。
重要なことは、通路20の第１端部24が、ワッシャ18によって囲まれた通路20の長手方向部分を形成するように、
ワッシャ18に対して位置決めされることである。

一対の電気接点28が、管24の開放端を横切って突出するように、キャップ26に取付けられている。 ハウジング
12は、湿気および他の汚染物質が侵入するのを防止するため、それぞれ、互いにロックする周辺フランジによって、最終的組立ての間キャップの取付けの際シールされるのが好ましい。

管14内の磁気感知質量30は、サマリウム−コバルトのような、比較的大きい磁束密度を発生しうる材料から作られたほぼ円筒形の永久磁石32を有し、その磁束密度は本発明加速度計10の所用の作動範囲に亘って温度変化によって比較的に影響されない。 多くのそのような高強度磁石の脆い性質に対応するため、磁石32は収納構造内に収容され、その収納構造は、たとえば、銅または黄銅のような非磁性材料から作られた押出しキャップ34を有し、その厚さは説明を容易にするため第１図では誇張して示されている。 最も便利なのは、薄肉キャップ34の開放端が最初にプラスチックキャップによって栓をされ、
ついで磁石32を固定して収容するため円周方向に収縮されることである。 キャップ34の底面36は伝導性を改善しかつ耐蝕性を強化するため金メッキするのが好ましい。

管14はまた感知質量30の変位速度に比例して変化する感知質量の電磁的緩衝装置を形成する。 とくに、管14内における感知質量30の運動は管14に円周方向の電流を誘起し、その電流は感知質量30のそれ以上の変位に対抗する磁場を発生する。

作用において、感知質量30は、第１図に示すように、
その第１端24に対して、通路20内の第１位置に向かって磁気的に偏倚されるように、ワッシャ18と磁気的に相互作用する。 重要なことは、感知質量30がその通路20内の最初のまたは“不作動”位置を占めるとき、感知質量30
の長手方向部分はワッシャ18によって囲まれた通路の長手方向部分内に位置し、すなわち、感知装置30の長手方向部分は少なくとも部分的にワッシャ18によって囲まれるようにワッシャ18の面40によって画定された平面内を通過することである。

磁気的偏倚力しきい値を超える加速力をうける際、感知質量30は通路20内のその不作動位置から管14の開放端に隣接する第２位置に向かって移動し始める。 とくに、
通路20内の感知質量30の第２位置は、接点28に対して金メッキ面36が接触するようになり、それにより接点28が感知質量30によって橋絡される位置である。 第２ストッパ42は感知質量30が管14から抜け出すことを防止し、センサが極度の加速をうけるとき、または下記に記載するようにセンサのテスト中、有害な接点28の過度のわん曲を防止する。

第２図は、感知質量30が、第２図に点Ａで示されたその不作動位置から第２図に点Ｄで示された通路20内のその第２位置に移動するときの、感知質量30上の磁気的戻し偏倚力を示す。 とくに、感知質量30上の磁気的偏倚力は最初、感知質量30が点Ａの不作動位置から第２図に点Ｂで示された通路20内の第１中間位置に変位するとき、
ほぼ直線的に増加する。 磁気的偏倚力はその後第２図に点で示された通路20内の第２の中間位置において最大に達し、その後磁気的偏倚力は感知質量30が第２図に点Ｄ
で示された通路20内のその第２位置に達するまで減少する。 しかして、感知質量30上の最初の（点Ａ）磁気偏倚力は感知質量30がハウジング12へのいかなる加速度入力にもほとんど瞬間的に対応しうるように比較的小さい。
磁気的偏倚力の大きさは最初に感知質量の変異とともに発生し、最終的に第２中間位置（点Ｃ）において頂点に達し、その後磁気的偏倚力は感知質量30がスイッチ接点
28（点Ｄ）に向かうとき減少し始める。 感知質量30に加えられる減少した磁気的偏倚力は、それが通路20の第２
位置に達してスイッチ接点28に達するとき接触維持時間を増加し、そこで、もしそうでなければとくに接点の閉鎖が短くなる、自動車安全のための拘束を適当に確保する。 好ましくは、管14の内面22または感知質量30の半径方向外面44はそれらの間の摺動摩擦を減少するためテフロン（商品名）を被覆され、それにより、加速力が除去された際または下記に記載する試験パルスが停止された際、感知質量30が通路20内のいかなる位置からもその不作動位置に戻ることを容易にする。

本発明の好ましい実施例において、感知質量30がその最初のまたは不作動位置（第２図の点Ａ）にあるときの磁気戻り偏倚力の最初の値は、多分約1Gより小さく、もっとも好ましいのは約0.1から0.5Gの範囲内にあり、感知質量30が管20内のその第２位置（第２図の点Ｄ）に達したときの磁気的戻り偏倚力の最終の値は、約0.8Gに等しいかそれより大きく、もっとも好ましいのは約0.8Gから2.0Gの範囲にある。 磁気的戻り偏倚力の最大値（第２
図の点Ｃ）は、本発明によれば最大値は最終値よりかなり大きいけれども、最終値より僅かに大きいことだけが必要である。

型作りされたプラスチックスリーブ16の周溝46は周りに導電線48が巻かれるコイルの型を形成している。 一対の導線50がハウジング12を通って延び、第１図に略示したように、スイッチ56を経て電池54にコイルを接続するのを容易にしている。 加速度計10の作動性はコイル52を通して一方向の電流パルスを流すことによって試験される。 発生する磁場はワッシャ18を磁化し、そのワッシャ
18は感知質量30を通路20内の第２位置に向かって反発する。 第２位置に達した際、感知質量30の導電面36は接点
28を橋絡し、それによりセンサの全機能が完遂される。

センサハウジング12およびキャップ26は、感知質量30
を外部の電磁場および材料から絶縁するため、鉄または鋼から作られる。 そして、ハウジングは感知質量を管14
の内面22と接触させるように感知質量と磁気的に相互作用するが、そのような接触はそのような外部の電磁場および材料によるセンサの応答に予想しえない効果をもたらすので決して好ましくはない。 さらに、ハウジング12
を管14の周りに非対称的に設置して、ハウジング12と感知質量30の磁気的相互作用を重力に対抗させ、それにより重力による感知質量30と管内面22との接触を最少にすることができる。

以上、本発明の好ましい実施例が開示されたが、本発明には、本発明の精神および添付の請求の範囲記載の保護範囲から離れることのない、変形の余地があることを認識すべきである。