JP2001099646A

JP2001099646A - 傾き検出装置

Info

Publication number: JP2001099646A
Application number: JP28216199A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hikasa; 浩一日笠
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】複数方向における傾斜角を高精度に計測する
ことができ、しかも取り扱い性のよい、小型の傾き検出
装置を提供する。【解決手段】傾き検出方向と厚み方向が平行でない２
つの傾斜センサ２６、２８を２枚の回路基板２３、２４
にそれぞれ搭載する。これらの回路基板２３、２４が互
いに鋭角をなすようにしてケース２２内に垂直に納め、
各傾斜センサ２６、２８の傾き検出方向が互いに直交す
るように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物の傾斜
角を計測するための傾き検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１（ａ）〜（ｃ）に従来の傾き検出装
置１を示す。図１（ａ）は傾き検出装置１の正面図、図
１（ｂ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ１線断面図、図１
（ｃ）は図１（ａ）のＡ２−Ａ２線断面図である。この
傾き検出装置１は、加速度センサとしても用いられるも
のであって、以下のような構造を有している。この傾き
検出装置１にあっては、周枠部４の内周面から延出され
たビーム５の先端に重り部６を設けたセンサ本体２の両
面を、固定基板３によって挟み込んだ構造となってい
る。センサ本体２はＳｉ基板などの半導体基板にフォト
リソグラフィ等の半導体加工技術を適用することによっ
て作製されたものであり、細く延びたビーム５は重り部
６と周枠部４とを弾性結合している。このビーム５は、
傾き検出装置１の厚み方向にのみ弾性変形するようにな
っており、主軸方向（図１にＭで表したような重り部の
変位方向を主軸方向ということにする。この従来例で
は、主軸方向は傾き検出装置１の厚み方向となってい
る。）と直交する方向での弾性変形はほぼゼロか、極め
て小さくなっている。

【０００３】両固定基板３の内面には、それぞれガラス
被膜７が形成されており、ガラス被膜７の上には重り部
６と対向させるようにして静電電極８ａ、８ｂが設けら
れている。重り部６は導電性を有しているので、重り部
６の表面（可動電極）と各静電電極８ａ、８ｂとの間に
はそれぞれ静電容量が形成されており、この静電容量は
重り部６と静電電極８ａ、８ｂとの距離によって変化す
る。

【０００４】図１（ｃ）は、傾き検出装置１を水平な測
定面９の上に設置した状態を表しているが、この状態で
は、重り部６に加わる重力Ｇの主軸方向成分は０であ
る。これに対し、図２に示すように、測定面９が水平面
に対してθだけ傾斜した場合には、重り部６に加わる重
力Ｇの主軸方向成分はＧsinθとなる。この重力Ｇの主
軸方向成分Ｇsinθによりビーム５が撓んで屈曲するの
で、重量Ｇの主軸方向成分の変化、すなわち測定面９の
傾斜角θの変化が重り部６の変位量の変化として表れ
る。

【０００５】しかして、測定面９が傾いていていると、
その傾斜角θに応じてビーム５が撓んで重り部６が変位
するので、静電容量がそれぞれ変化する。例えば、重り
部６が静電電極８ａに接近し、静電電極８ｂから遠くな
ると、静電電極８ａと重り部６の間の静電容量が大きく
なり、静電電極８ｂと重り部６の間の静電容量が小さく
なる。

【０００６】測定面９の傾斜角θは、図３に示すような
信号処理回路１０により傾き検出装置１から取り出され
る。すなわち、このときの静電容量の変化は、差動増幅
回路等を含む集積回路素子１１により電圧信号に変換さ
れ、当該信号に基づいて傾き検出装置１が取り付けられ
ている測定面９の傾斜角θが計測される。なお、図２に
示すローパスフィルター（ＬＰＦ）１２は、差動増幅回
路からの出力の高周波成分を遮断するために設けられて
おり、外部衝撃などの高周波振動成分による測定誤差を
除去する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記説明では、従来の
傾き検出装置を用いて１方向における測定面の傾斜角を
計測する場合について説明したが、実際の使用態様で
は、任意かつ不特定な方向において傾いている測定面の
傾斜角を計測しなければならない場合も多い。

【０００８】任意かつ不特定な方向において２次元的に
傾いている測定面の傾斜角を測定しようとすれば、その
測定面の上にｘ軸とｙ軸（直交２軸）を設定し、この測
定面のｘ軸とｙ軸に主軸を一致させるようにして２つの
傾き検出装置を設置し（従って、２つの傾き検出装置の
主軸は互いに直交することになる）、各傾き検出装置に
よってｘ軸回りの傾斜角θｘとｙ軸回りの傾斜角θｙと
をそれぞれ別々に計測する必要がある。

【０００９】しかしながら、このようにして測定面上に
２つの傾き検出装置を設置する際、測定面上に設定され
たｘ軸、ｙ軸と各傾き検出装置の主軸との間に不一致が
あったり、２つの傾き検出装置の主軸が正確に直交して
いないと、正確に傾斜角を計測できなくなる。そのた
め、測定面に傾き検出装置を設置するにあたっては、精
密な作業を要求され、取り扱いが難しかった。

【００１０】本発明は上記従来例の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、複数方向に
おける傾斜角を高精度に計測することができ、しかも取
り扱い性のよい、小型の傾き検出装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の傾き検
出装置は、支持部から延出された弾性変形部に支持され
た重り部、および当該重り部の変位量もしくは弾性変形
部の撓み量を計測する手段を有する複数の傾斜センサ
と、該傾斜センサからの出力信号に基づいて傾斜センサ
の傾斜角を演算する処理回路とをケース内に納めた傾き
検出装置であって、前記傾斜センサは、それぞれの重り
部変位方向が互いに直交するようにしてケースの内部に
固定されていることを特徴としている。ここで、傾斜セ
ンサの重り部変位方向とは、弾性変形部の支点と重り部
の重心とを結ぶ方向及び弾性変形部の長さ方向を含む面
内において、弾性変形部の支点と重り部の重心とを結ぶ
方向に垂直な方向をいう。

【００１２】請求項２に記載の傾き検出装置は、請求項
１に記載した傾き検出装置における前記傾斜センサの、
前記弾性変形部の支点と前記重り部の重心を結ぶ直線と
該傾斜センサの厚み方向とが直交しないものであって、
複数の傾斜センサは、それぞれの弾性変形部の支点と重
り部の重心を結ぶ直線どうしが互いに直交するように配
置されていることを特徴としている。

【００１３】請求項３に記載の傾き検出装置は、請求項
２に記載の傾き検出装置において、前記各傾斜センサは
それぞれ別な回路基板上に実装され、かつ両回路基板は
互いに鋭角をなすようにして前記ケース内に配置されて
いることを特徴としている。

【００１４】請求項４に記載の傾き検出装置は、請求項
１に記載した傾き検出装置において、前記ケースの内面
に設けた間隙部に、前記傾斜センサを実装した回路基板
の少なくとも２カ所を差し込み、該間隙部の片面から突
出させた凸部を該回路基板の同一表面に当接させている
ことを特徴としている。

【００１５】請求項５に記載の傾き検出装置は、支持部
から延出された弾性変形部に支持された重り部、および
当該重り部の変位量もしくは弾性変形部の撓み量を計測
する手段を有する複数の傾斜センサと、該傾斜センサか
らの出力信号に基づいて傾斜センサの傾斜角を演算する
処理回路とをそれぞれ実装した複数の回路基板をケース
内に納め、前記回路基板を、各傾斜センサの重り部変位
方向が互いに直交するようにしてケースの内部に固定
し、少なくとも複数の回路基板に電力を供給するための
電源回路部品をいずれかの回路基板に設けたことを特徴
としている。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の傾き検出装置にあっては、各
傾斜センサの重り部変位方向を互いに直交させてケース
内に固定しているので、傾斜センサの重り部変位方向の
１つを測定面の基準方向に合わせるだけで他方の重り部
変位方向も自動的に測定面の他方の基準方向に合わせる
ことができ、傾き検出装置の設置作業を容易に行える。
しかも、各傾斜センサの重り部変位方向は傾き検出装置
の製造工程で直交させて組み込むことにより、精度良く
直交させることができ、高精度で傾斜角を計測すること
ができる。更に、複数の傾斜センサをケース内に一体に
組み込んでいるので、２軸ないしそれ以上の方向で傾斜
角を検出することができる傾き検出装置を小型化するこ
とができる。

【００１７】さらに請求項２に記載の傾き検出装置にあ
っては、弾性変形部の支点と重り部の重心を結ぶ直線と
傾斜センサの厚み方向とが直交しないものを用いている
ので、複数の傾斜センサの弾性変形部の支点と重り部の
重心を結ぶ直線どうしを互いに直交するように配置しな
がら、傾斜センサどうしが直交しないように配置するこ
とができ、傾斜センサの配置の自由度が高くなる。

【００１８】請求項３に記載の傾き検出装置は、各傾斜
センサを実装した別な回路基板どうしを互いに鋭角をな
すように配置しているので、傾き検出装置を小型化する
ことができる。

【００１９】請求項４に記載の傾き検出装置は、ケース
の内面に設けた間隙部に回路基板の少なくとも２カ所を
差し込むことにより、回路基板もしくは傾斜センサを所
定の角度で容易に組み立てることができる。又、間隙部
の片面から突出させた凸部を回路基板の同一表面に当接
させているので、温度変化によって凸部の高さが変化し
ても回路基板の角度が変化することがなく、傾き検出装
置の温度特性を安定させることができる。

【００２０】請求項５に記載の傾き検出装置にあって
も、各傾斜センサの重り部変位方向を互いに直交させて
ケース内に固定しているので、傾斜センサの重り部変位
方向の１つを測定面の基準方向に合わせるだけで他方の
重り部変位方向も自動的に測定面の他方の基準方向に合
わせることができ、傾き検出装置の設置作業を容易に行
える。しかも、各傾斜センサの重り部変位方向は傾き検
出装置の製造工程で直交させて組み込むことにより、精
度良く直交させることができ、高精度で傾斜角を計測す
ることができる。さらに、少なくとも複数の回路基板に
電力を供給するための電源回路部品をいずれかの回路基
板に設けているので、電源回路部品の設けられていない
回路基板や傾斜センサを省いても差し支えなく、検出軸
数の異なる傾き検出装置を共用化することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図４（ａ）
（ｂ）は本発明の一実施形態による傾き検出装置２１の
平面図及び正面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＢ２−Ｂ
２線断面図、図４（ｄ）は図４（ａ）のＢ１−Ｂ１線断
面図である。この実施形態では、ケース２２は、下面開
口したケース本体２５ａとケースカバー２５ｂとによっ
て構成されている。ケース本体２５ａ内には、２枚の回
路基板２３、２４を縦にして納め、ケース本体２５ａの
下面をケースカバー２５ｂによって覆っている。回路基
板２３の表裏には、傾斜センサ２６と集積回路素子２７
が実装されており、回路基板２４の表裏にも、傾斜セン
サ２８と集積回路素子２９が実装されている。このよう
に集積回路素子２７、２９を、それぞれ回路基板２３、
２４の傾斜センサ２６、２８と反対側の面に取り付けて
いるのは、傾き検出装置２１のパッケージをできるだけ
小型化するためである。

【００２２】回路基板２３は回路基板連絡用ケーブル３
０ａによってもう一方の回路基板２４に接続されてお
り、回路基板２４には外部のケーブル３０ｂが接続され
ている。また、ケース本体２５ａの左右両側面に張り出
した部分には、ネジ等の留め具によって傾き検出装置２
１を測定面３３に固定するためのボス３１があけられて
いる。

【００２３】まず、回路基板２３、２４に取り付けられ
ている傾斜センサ２６、２８内に納められているセンサ
チップ３２の構造を説明する。図５はセンサチップ３２
の平面図、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図５のＤ
１−Ｄ１線断面図、Ｄ２−Ｄ２線断面図及びＤ３−Ｄ３
線断面図、図７はその分解斜視図である。このセンサチ
ップ３２は、導電性を有する単結晶シリコン基板に半導
体加工技術を利用して作製されたセンサ本体３４の両面
に、それぞれガラス等の絶縁体からなる固定基板３５
ａ、３５ｂを接合したものである。センサ本体３４は周
枠部３６の内周面からビーム３７を延出し、その先端に
バルク状の重り部３８を設けたものである。ビーム３７
は厚み方向で弾性的に屈曲可能なように周枠部３６や重
り部３８に比べて厚みが薄くなっているが、捻れや横方
向への撓みが生じないように複数本設けるか、幅広にし
ている。

【００２４】固定基板３５ａ、３５ｂの内面には、重り
部３８に対向させて、蒸着膜等の金属膜からなる静電電
極３９ａ、３９ｂがそれぞれ設けられており、可動電極
である重り部３８と静電電極３９ａ、３９ｂの間には可
変静電容量Ｃ１、Ｃ２が形成されている。重り部３８
は、上面及び下面をエッチング加工により削られて周枠
部３６よりも厚みが薄くなっている。重り部３８に重力
が加わると、それによってビーム３７が弾性的に撓み、
重り部３８が変位するが、重り部３８は周枠部３６より
も薄くなっており、ビーム３７も適当な弾性となるよう
にしているので、重り部３８は静電電極３９ａ、３９ｂ
と接触することなく、固定基板３５ａ、３５ｂ間で変位
できる。

【００２５】センサ本体３４には、一方の面に固定基板
３５ａ又は３５ｂを接合した後にエッチング加工等を施
すことにより、その一部を周枠部３６やビーム３７、重
り部３８から切り離して電気的に分離し、２つの導電ポ
スト４０ａ、４０ｂを形成している。また、上面側の固
定基板３５ａの表面には互いに絶縁された３つの外部電
極４１ａ、４１ｃ、４１ｂが形成されている。この固定
基板３５ａには、導電ポスト４０ａ、４０ｂに対向させ
てスルーホール４３ａ、４３ｂが形成されており、各ス
ルーホール４３ａ、４３ｂの内面及び導電ポスト４０
ａ、４０ｂの上面にはそれぞれＡｌ蒸着膜等の導電膜４
４ａ、４４ｂが形成されており、導電膜４４ａ、４４ｂ
はそれぞれ外部電極４１ａ、４１ｂと導通している。よ
って、外部電極４１ａはスルーホール４３ａ内の導電膜
４４ａを介して導電ポスト４０ａと導通しており、外部
電極４１ｂはスルーホール４３ｂ内の導電膜４４ｂを介
して導電ポスト４０ｂと導通している。なお、上記外部
電極４１ａ、４１ｃ、４１ｂは、固定電極３５ａの上面
全体にアルミ膜を形成した後、ハーフダイス工程におい
て２本の分割ライン４２をアルミ膜に切り込んで３つに
分割することにより形成されている。

【００２６】一方、上面側の固定基板３５ａの下面に形
成された静電電極３９ａからは電極引出部４５ａが延出
されており、電極引出部４５ａの先端は導電ポスト４０
ａと接触して電気的に導通している。この結果、静電電
極３９ａの電位は外部電極４１ａへ取り出される。同様
に、下面側の固定基板３５ｂの上面に形成された静電電
極３９ｂからは電極引出部４５ｂが延出されており、電
極引出部４５ｂの先端は導電ポスト４０ｂと接触して電
気的に導通している。この結果、静電電極３９ｂの電位
は外部電極４１ｂへ取り出される。なお、ビーム３７や
重り部３８及びその周囲等は、電極引出部４５ａ、４５
ｂと接触しないように適宜上面及び下面を削り取られて
いる。

【００２７】また、両スルーホール４３ａ、４３ｂの略
中間において、上面側の固定基板３５ａの縁には切欠部
４６が設けられており、切欠部４６内においてその内周
面及び周枠部３６上面にはＡｌ蒸着膜等の導電膜４７が
形成されており、導電膜４７は外部電極４１ｃと導通し
ている。従って、外部電極４１ｃは切欠部４６内の導電
膜４７を経て、重り部３８と同電位の周枠部３６及びビ
ーム３７を介して重り部３８と導通しており、重り部３
８（可動電極）の電位は外部電極４１ｃへ取り出され
る。

【００２８】前記傾斜センサ２６は、図８に示すよう
に、上記のようなセンサチップ３２をステム５１内に納
められてカバー５２で密閉されている。センサチップ３
２はステム５１内部の底面に固定されており、各外部電
極４１ａ、４１ｃ、４１ｂはボンディングワイヤ５３に
よってステム５１内の電極パッドに５４に接続されてお
り、さらに電極パッド５４から回路基板２３の導体配線
に接続されている。同様に、傾斜センサ２８は、図９に
示すように、ステム５１内の底面に固定されカバー５２
で密閉されており、各外部電極４１ａ、４１ｃ、４１ｂ
はボンディングワイヤ５３によってステム５１の電極パ
ッド５４に接続され、電極パッド５４から回路基板２４
の導体配線に接続されている。

【００２９】傾斜センサ２６、２８から出力された静電
容量Ｃ１、Ｃ２の値は回路基板回路基板２３、２４を介
して集積回路素子２７、２９に入力される。図１０は、
集積回路素子２７、２９内に構成されている信号処理回
路５５ａ、５５ｂを示す概略図である。傾斜センサ２６
の静電電極３９ａと傾斜センサ２８の間に発生した静電
容量Ｃ１は容量電圧変換回路５６ａによって電圧信号Ｖ
１に変換され、静電電極３９ｂと傾斜センサ２８の間に
発生した静電容量Ｃ２は容量電圧変換回路５６ｂによっ
て電圧信号Ｖ２に変換され、差動増幅回路５７からは差
信号（Ｖ１−Ｖ２）が増幅されて出力され、この信号に
基づいて例えば測定面３３のｘ軸回りの傾斜角θｘが出
力される。同様に、傾斜センサ２８の静電電極３９ａと
傾斜センサ２８の間に発生した静電容量Ｃ１は容量電圧
変換回路６０ａによって電圧信号Ｖ１´に変換され、静
電電極３９ｂと傾斜センサ２８の間に発生した静電容量
Ｃ２は容量電圧変換回路６０ｂによって電圧信号Ｖ２´
に変換され、差動増幅回路６１からは差信号（Ｖ１´−
Ｖ２´）が増幅されて出力され、この信号に基づいて例
えば測定面３３のｙ軸回りの傾斜角θｙが出力される。
こうして求められた傾斜角θｘ、θｙを示す信号は、回
路基板連絡用ケーブル３０ａや外部のケーブル３０ｂを
通じて外部へ出力される。また、集積回路素子２７、２
９等への電力供給も回路基板連絡用ケーブル３０ａや外
部のケーブル３０ｂを通じて行われる。なお、図１０に
示すローパスフィルター（ＬＰＦ）５８、６２も、差動
増幅回路５７、６１からの出力の高周波成分を遮断する
ために設けられ、外部衝撃などの高周波振動成分による
測定誤差を除去している。

【００３０】上記のような構造の傾斜センサ２６、２８
では、ビーム２７は重り部２６の表面側の端に設けられ
ており、表面側と裏面側とで対称な構造になっていない
ので、重り部の変位方向すなわち主軸はセンサチップ３
２の厚み方向と平行になっていない。ビーム３７の支点
（基端）と重り部３８の重心を結ぶ方向及びビーム３７
の長さ方向を含む面内において、ビーム支点と重り部３
８の重心を結ぶ方向に垂直な方向（主軸方向）に力が働
くときにビーム３７が撓んで重り部３８が変位する。一
方の傾斜センサ２６は、その主軸方向が、ケース本体２
５ａの底面と平行で、かつケース本体２５ａの一方方向
の辺（Ｘ方向と垂直な辺）と垂直（すなわち、Ｘ方向と
平行）となるようにして本体ケース２２内に納められて
おり、他方の傾斜センサ２８は、その主軸方向が、ケー
ス本体２５ａの底面と平行で、かつケース本体２５ａの
他方方向の辺（Ｙ方向と垂直な辺）と垂直（すなわち、
Ｙ方向と平行）となるようにして本体ケース２２内に納
められている。

【００３１】したがって、両傾斜センサ２６、２８は互
いに主軸方向Ｘ、Ｙ（以下、主軸方向をＸ、Ｙで表
す。）が直交し、ビーム３７の方向も互いに直交するよ
うにしてケース２２内に納められているが、いずれの傾
斜センサ２６、２８も、主軸Ｘ、Ｙはその厚み方向と平
行となっていないから、傾斜センサ２６、２８はケース
２２内に（平面視で）斜めにして納められており、両回
路基板２３、２４は（平面視で）互いに鋭角をなすよう
にしてケース２２内に斜めに納められている。

【００３２】このように両傾斜センサ２６、２８の主軸
Ｘ、Ｙを直交させた状態で１パッケージ化しているの
で、傾き検出装置２１を測定面に設置する場合には、測
定面で基準方向ｘ、ｙを決めた後、一方の主軸を基準方
向の一方に一致させるだけで、自動的に他方の主軸と他
方の基準軸も一致させることができ、傾き検出装置２１
の設置作業を容易に行うことができる。しかも、傾き検
出装置２１の両主軸方向Ｘ、Ｙは、傾き検出装置２１の
生産工程において傾斜センサ２６、２８を取り付ける際
に設定することができるの、２つの傾斜センサを測定面
３３に個別に設置する場合に比べて主軸どうしを精密に
直交させることができる。したがて、測定面３３のｘ軸
回りの傾斜角θｘとｙ軸回りの傾斜角θｙを精密に計測
することができる。

【００３３】また、この実施形態では、両傾斜センサ２
６、２８の主軸Ｘ、Ｙをケース２２の辺（側面）と平行
もしくは垂直にしているので、測定面３３の基準方向に
ケース２２の辺を合わせて設置することにより、容易に
傾斜センサ２６、２８の主軸Ｘ、Ｙと測定面３３の基準
方向ｘ、ｙとを一致させることができる。

【００３４】例えば傾斜センサ２６の主軸が測定面３３
の基準方向ｘと一致するように配置され、傾斜センサ２
８の主軸が測定面３３の基準方向ｙと一致するように配
置されている場合を考える。この場合には、主軸をｘ方
向に合わせた傾斜センサ２６はビーム３７の長さ方向が
ｙ方向と平行となり、主軸をｙ方向に合わせた傾斜セン
サ２８はビーム３７の長さ方向がｘ方向と平行となる。
よって、測定面３３がｘ軸の回りに角度θｘだけ回転し
たとすると、傾斜センサ２６では、図１１（ａ）に示す
ようにその主軸方向の力が重り部３８に加わらないの
で、重り部３８は変位しないが、傾斜センサ２８では、
図１１（ｂ）に示すように重り部３８の重量Ｇの主軸方
向成分Ｇsinθｘが主軸方向に加わるために重り部３８
が変位し、傾斜センサ２８の出力からｘ軸回りの傾斜角
θｘが計測される。同様に、測定面３３がｙ軸の回りに
回転したときには、傾斜センサ２８の重り部３８は変位
しないが、傾斜センサ２６の重り部３８が変位し、傾斜
センサ２６の出力からｙ軸回りの傾斜角θｙが計測され
る。また、ｘ軸回りとｙ軸回りに測定面３３が傾いた場
合には、両傾斜センサ２６、２８によってｘ軸回りの傾
斜角θｘとｙ軸回りの傾斜角θｙをそれぞれ計測するこ
とができる。

【００３５】また、測定面３３の最大傾斜角を求めたい
場合には、この傾き検出装置２１を測定面３３内の任意
の方向に取りつけ、２つの傾斜センサ２６、２８の２乗
平均から求めることができる。したがって、この場合に
は、傾き検出装置２１の取付方向の不一致による計測誤
差が生じず、精密な傾斜角測定を行える。

【００３６】また、本発明の傾き検出装置２１は、傾斜
センサ２６、２８や集積回路素子２７、２９等を実装し
た回路基板２３、２４を納めているので、センサチップ
３２の微小化と相まって小型化を測ることができる。し
かも、センサチップ３２として、ビーム支点と重り部３
８の重心を結ぶ直線とセンサチップ３２の厚み方向とが
直交しない非対称な構造のものを使用することにより、
傾斜センサ２６、２８の主軸を互いに直交させ、かつ、
これらの傾斜センサ２６、２８が搭載された回路基板２
３、２４が鋭角をなすようにケース２２内に納めている
ので、両回路基板２３、２４を互いに直交させてケース
２２内に納めるよりもケース２２が小さくて済み、傾き
検出装置２１を小型化することができる。

【００３７】さらに、回路基板２６、２８をケース２２
内に斜めに納めると、回路基板２６、２８とケース本体
２５ａの内面との間にほぼ三角形状をした空所が生じる
ので、傾斜センサ２６、２８からの信号を傾斜角に応じ
た所望の信号に変換するための集積回路素子２７、２９
をそれぞれ回路基板２３、２４の裏面側（傾斜センサ２
６、２８と反対側の面）に搭載することにより、集積回
路素子２７、２９をこの空所に納めることができ、傾き
検出装置２１をより一層小型化できる。

【００３８】上記のように傾斜センサの計測精度を高く
するためには、傾斜センサの主軸方向が直交するよう製
造工程において精度よく傾き検出装置を組み立てる必要
がある。図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、そのために傾斜
センサ２６、２８を実装された回路基板２３、２４を所
定の角度でケース本体２５ａ内に精度よく組み込むため
の方法を示している。図１２（ａ）は図４（ｃ）のＥ１
部拡大図、図１２（ｂ）は図４（ｃ）のＥ２部拡大図、
図１２（ｃ）は図４（ｃ）のＥ３部拡大図であって、図
１３（ａ）は図１２（ａ）と同一部分で回路基板２３を
除いた状態を示す拡大図、図１３（ｂ）は図１２（ｂ）
と同一部分で回路基板２３、２４を除いた状態を示す拡
大図、図１３（ｃ）は図１２（ｃ）と同一部分で回路基
板２４を除いた状態を示す拡大図である。また、図１４
（ａ）は図１３（ａ）及び図１３（ｂ）のＦ１矢視図、
図１４（ｂ）は図１３（ｃ）のＦ２矢視図、図１４
（ｃ）は図１３（ｂ）のＦ３矢視図である。これらの図
から分かるように、ケース本体２５ａの内面には、回路
基板２４の両端部に対応して溝７１、７３を設けてあ
り、溝７１、７３の下側の縁にはテーパー７９、８０を
施してケース本体２５ａの下面から溝７１、７３内に回
路基板２４を挿入し易くしている。また、溝７１、７３
の縁には上下にわたってリブ７２、７４を設けてあり、
リブ７２、７４を回路基板２４の表面に当接させること
によって回路基板２４の両端をがたつきなく挟み込んで
いる。溝７１、７３と回路基板２４の端面との間には隙
間を設けてあり、回路基板２４が温度変化によって伸縮
しても溝７１、７３で吸収することによって回路基板２
４が撓まないようになっている。また、両リブ７２、７
４は回路基板２４の同一面側に設けてあり、温度変化に
よってリブ７２、７４の高さ（突出長）が変化しても回
路基板２４の角度が変化しないようにしている。また、
回路基板２３の両端部に対応して溝７５とスリット７７
を設けてあり、溝７５及びスリット７７の下側の縁には
それぞれテーパー７９、８１を施してケース本体２５ａ
の下面から溝７５及びスリット７７内に回路基板２３を
挿入し易くしている。また、溝７５及びスリット７７の
縁には上下にわたってリブ７６、７８を設けてあり、リ
ブ７６、７８を回路基板２３の表面に当接させることに
よって回路基板２３の両端をがたつきなく挟み込んでい
る。回路基板２３が温度変化によって伸縮してもスリッ
ト７７で吸収することによって回路基板２３が撓まない
ようになっている。また、両リブ７６、７８は回路基板
２３の同一面側に設けてあり、温度変化によってリブ７
６、７８の高さ（突出長）が変化しても回路基板２３の
角度が変化しないようにしている。このように温度変化
による回路基板２３、２４の変形が生じないようになっ
ているので、回路基板２３、２４の熱応力変化による出
力変動をなくすことができ、傾き検出装置２１の温度特
性を良好にできる。また、溝７１、７３、７５はケース
本体２５ａの壁厚部分に設けているので、傾き検出装置
２１を小型化することができる。

【００３９】また、この実施形態では、電源回路部品４
８をケーブル３０ｂに直接つながった回路基板２４上に
設けている。電源回路部品４８をケーブル３０ｂ側の回
路基板２４上に設けているので、回路基板２３もしくは
回路基板２３上の傾斜センサ２６及び集積回路素子２７
をを省いても回路基板２４上の傾斜センサ２８及び集中
回路素子２９は動作でき、１軸型の傾き検出装置として
も使用できる。よって、１軸型の傾き検出装置と２軸型
の傾き検出装置とを共用でき、互いに別々に設計及び製
造するよりもコストを安価にできる。

【００４０】（第２の実施形態）図１５は本発明の別な
実施形態による傾き検出装置９１の構造を示す断面図で
ある。この実施形態では、回路基板２３、２４にそれぞ
れ集積回路素子２７、２９を内蔵した傾斜センサ９２、
９３を搭載している。これらの傾斜センサ９２、９３の
構造を図１６及び図１７に示す。いずれの傾斜センサ９
２、９３も、ステム５１内にセンサチップ３２と集積回
路素子２７、２９を納めてあり、センサチップ３２と集
積回路素子２７、２９をボンディングワイヤ９４でつな
ぎ、集積回路素子２７、２９と電極パッド９６とをボン
ディングワイヤ９５でつないでいる。

【００４１】この実施形態にあっては、集積回路素子２
７、２９もセンサチップ３２と共にステム５１内に納め
ているので、より一層傾き検出装置９１の小型化を図る
ことができる。また集積回路素子２７、２８とセンサチ
ップ３２の間の配線を短くできるので、ノイズなども拾
いにくくなる。

【００４２】（第３の実施形態）図１８は本発明のさら
に別な実施形態による傾き検出装置に用いられる傾斜セ
ンサ１０１、１０２の内部構造を示す平面図、図１９
（ａ）（ｂ）各傾斜センサ１０１、１０２の断面図であ
る。この実施形態でも、傾斜センサ１０１、１０２内に
集積回路素子２７、２９を納めている点は第２の実施形
態と共通している。一方、この実施形態で用いられてい
るセンサチップ３２は、ピエゾ抵抗型となっている。す
なわち、この実施形態で用いられている傾斜センサ１０
１、１０２のセンサチップ３２では、ビーム３７の基部
にピエゾ抵抗１０３が貼り付けられている（あるいは、
イオン注入によって半導体ビーム内にピエゾ抵抗領域を
形成してもよい。）。そして、重り部３８の変位によっ
てビーム３７が撓むと、その撓みによってピエゾ抵抗１
０３の抵抗値が変化するので、ピエゾ抵抗１０３の抵抗
値変化から重り部３８の主軸方向に働く力を計測でき、
集積回路素子２７、２９から傾斜センサ１０１、１０２
の傾斜角θｘ、θｙを求めることができる。

【００４３】図２０は集積回路素子２７、２９内の信号
処理回路１０４ａ、１０４ｂを示しており、各傾斜セン
サ１０１、１０２内のピエゾ抵抗１０３の抵抗値変化
は、抵抗電圧変換回路１０５ａ、１０５ｂによって電圧
信号に変換され、ローパスフィルタ１０６ａ、１０６ｂ
を通してｘ軸回りの傾斜角θｘ及びｙ軸回りの傾斜角θ
ｙが集積回路素子２７、２９から外部へ出力される。

【００４４】

【発明の効果】請求項１に記載の傾き検出装置によれ
ば、傾斜センサの重り部変位方向の１つを測定面の基準
方向に合わせるだけで他方の重り部変位方向も自動的に
測定面の他方の基準方向に合わせることができ、傾き検
出装置の設置作業を容易に行える。しかも、傾斜角の計
測精度が高く、小型の傾き検出装置を小型化することが
できる。

【００４５】さらに請求項２に記載の傾き検出装置にあ
っては、複数の傾斜センサの弾性変形部の支点と重り部
の重心を結ぶ直線どうしを互いに直交するように配置し
ながら、傾斜センサどうしが直交しないように配置する
ことができ、傾斜センサの配置の自由度が高くなる。

【００４６】請求項３に記載の傾き検出装置は、各傾斜
センサを実装した別な回路基板どうしを互いに鋭角をな
すように配置しているので、傾き検出装置を小型化する
ことができる。

【００４７】請求項４に記載の傾き検出装置は、ケース
の内面に設けた間隙部に回路基板の少なくとも２カ所を
差し込むことにより、回路基板もしくは傾斜センサを所
定の角度で容易に組み立てることができる。又、間隙部
の片面から突出させた凸部を回路基板の同一表面に当接
させているので、温度変化によって凸部の高さが変化し
ても回路基板の角度が変化することがなく、傾き検出装
置の温度特性を安定させることができる。

【００４８】請求項５に記載の傾き検出装置にあって
も、傾き検出装置の設置作業を簡単に行え、計測精度が
高くて、小型の傾き検出装置を得ることができる。又、
電源回路部品をいずれかの回路基板に設けているので、
電源回路部品の設けられていない回路基板や傾斜センサ
を省いても差し支えなく、検出軸数の異なる傾き検出装
置を共用化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来の傾き検出装置を示す正面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１線断面図、（ｃ）は（ａ）
のＡ２−Ａ２線断面図である。

【図２】同上の傾き検出装置を傾斜した測定面の上に設
置した状態を示す断面図である。

【図３】同上の傾き検出装置から測定面の傾斜角を出力
するための信号処理回路を示す概略図である。

【図４】（ａ）は本発明の一実施形態による傾き検出装
置の平面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ
２−Ｂ２線断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ１−Ｂ１線断面
図である。

【図５】傾斜センサ内のセンサチップの構造を示す平面
図である。

【図６】（ａ）は図５のＤ１−Ｄ１線断面図、（ｂ）は
図５のＤ２−Ｄ２線断面図、（ｃ）は図５のＤ３−Ｄ３
線断面図である。

【図７】同上のセンサチップの分解斜視図である。

【図８】同上のセンサチップをステム内に納めた一方の
傾斜センサの断面図である。

【図９】同上のセンサチップをステム内に納めた他方の
傾斜センサの断面図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）はいずれも集中回路素子内の信
号処理回路の構成を示す図である。

【図１１】（ａ）は主軸をｘ方向に合わせて設置した傾
きセンサを示す図、（ｂ）は主軸をｙ方向に合わせて設
置した傾きセンサを示す図である。

【図１２】（ａ）は図４（ｃ）のＥ１部拡大図、（ｂ）
は図４（ｃ）のＥ２部拡大図、（ｃ）は図４（ｃ）のＥ
３部拡大図である。

【図１３】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図１２（ａ）
（ｂ）（ｃ）から回路基板を除いた状態を示す図であ
る。

【図１４】（ａ）は図１３（ａ）（ｂ）のＦ１矢視図、
（ｂ）は図１２（ｃ）のＦ２矢視図、（ｃ）は図１３
（ｂ）のＦ３矢視図である。

【図１５】本発明の別な実施形態による傾き検出装置の
水平断面図である。

【図１６】同上の傾き検出装置に用いられている一方の
傾斜センサの断面図である。

【図１７】同上の傾き検出装置に用いられている他方の
傾斜センサの断面図である。

【図１８】本発明のさらに別な実施形態による傾斜セン
サであって、ステムカバーを開いて内部構造を示す図で
ある。

【図１９】（ａ）（ｂ）は同上の傾斜センサの断面図で
ある。

【図２０】同上の傾斜センサからの出力を処理する信号
処理回路を示す図である。

【符号の説明】

２２ケース２３、２４回路基板２６、２８傾斜センサ２７、２９集積回路素子３２センサチップ３４センサ本体３６周枠部３７ビーム３８重り部３９ａ、３９ｂ静電電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部から延出された弾性変形部に支持
された重り部、および当該重り部の変位量もしくは弾性
変形部の撓み量を計測する手段を有する複数の傾斜セン
サと、該傾斜センサからの出力信号に基づいて傾斜センサの傾
斜角を演算する処理回路とをケース内に納めた傾き検出
装置であって、前記傾斜センサは、それぞれの重り部変位方向が互いに
直交するようにしてケースの内部に固定されていること
を特徴とする傾き検出装置。
【請求項２】前記傾斜センサは、前記弾性変形部の支
点と前記重り部の重心を結ぶ直線が該傾斜センサの厚み
方向と直交しないものであって、複数の傾斜センサは、
それぞれの弾性変形部の支点と重り部の重心を結ぶ直線
どうしが互いに直交するように配置されていることを特
徴とする、請求項１に記載の傾き検出装置。
【請求項３】前記各傾斜センサはそれぞれ別な回路基
板上に実装され、かつ両回路基板は互いに鋭角をなすよ
うにして前記ケース内に配置されていることを特徴とす
る、請求項２に記載の傾き検出装置。
【請求項４】前記ケースの内面に設けた間隙部に、前
記傾斜センサを実装した回路基板の少なくとも２カ所を
差し込み、該間隙部の片面から突出させた凸部を該回路
基板の同一表面に当接させていることを特徴とする、請
求項１に記載の傾き検出装置。
【請求項５】支持部から延出された弾性変形部に支持
された重り部、および当該重り部の変位量もしくは弾性
変形部の撓み量を計測する手段を有する複数の傾斜セン
サと、該傾斜センサからの出力信号に基づいて傾斜セン
サの傾斜角を演算する処理回路とをそれぞれ実装した複
数の回路基板をケース内に納め、前記回路基板を、各傾
斜センサの重り部変位方向が互いに直交するようにして
ケースの内部に固定し、少なくとも複数の回路基板に電
力を供給するための電源回路部品をいずれかの回路基板
に設けたことを特徴とする傾き検出装置。