JP2003065756A - 傾斜角センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部からの振動に対して誤動作しにくい傾斜
角センサを提供すること。 【解決手段】 略Ｕ字状の中空管１１と、この中空管１
１の上下の略中部の高さまで液面がくるように注入され
た磁性流体１３と、前記中空管１１の左右略対称な位置
にて前記磁性流体１３の液面の外周を囲うように前記中
空管１１に巻回されたそれぞれのコイル１２ａ，１２ｂ
と、前記中空管１１の両方の開放端を連結するカバー１
４と、前記コイル１２ａ，１２ｂに接続され前記中空管
１１の傾斜に応じて前記磁性流体１３の変位量を前記コ
イル１２ａ，１２ｂのインダクタンス変化として検出し
傾斜角度を検出する手段とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車、建設機械等
の各種機器に使用され、機器自体の地面に対するわずか
な傾きを高精度に検知する傾斜角センサに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁性流体の流動性を利用して機器
の傾斜を検出する方式として、例えば磁性流体入門（著
者：神山新一、産業図書株式会社、１９８９年）に掲載
された図１０のような構造が知られている。

【０００３】図１０において、１は直径Ｄ、長さＬの円
筒型の非磁性材料でできた容器であり、その内部には磁
性流体２が高さｈまで注入されている。３は容器１の略
中央部に巻かれた励磁用コイル、４は容器１の左右略対
称位置に巻かれた検出用コイルである。容器１がこの図
１０の紙面に垂直な軸のまわりに少し回転し傾斜すると
磁性流体２も傾斜角度に応じて右もしくは左に移動す
る。励磁用のコイル３に交流電圧Ｕ₁を印加し、左右の
検出用コイル４に発生する交流電圧の差Ｕ_Dを検出すれ
ば傾斜角度を知ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
傾斜角センサにおいては、例えば外部から左右方向に振
動が加わった場合、機器が水平状態であっても磁性流体
２が左右に移動しあたかも機器が傾斜しているかのよう
な信号を出力するという課題があった。

【０００５】そこで本発明は外部からの振動の影響を受
けにくい傾斜角センサを提供することを目的とするもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そしてこの目的を達成す
るために本発明は、略Ｕ字状の中空管と、この中空管の
上下の略中部の高さまで液面がくるように注入された磁
性流体と、前記中空管の左右略対称な位置にて前記磁性
流体の液面の外周を囲うように前記中空管に巻回された
第１、第２のコイルと、前記中空管の両方の開放端を連
結するカバーと、前記第１、第２のコイルに接続された
傾斜角度検出手段とを設けたものである。

【０００７】この構成により外部からの振動の影響を受
けにくい傾斜角センサを得ることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、略Ｕ字状の中空管と、この中空管の上下の略中部の
高さまで液面がくるように注入された磁性流体と、前記
中空管の左右略対称な位置にて前記磁性流体の液面の外
周を囲うように前記中空管に巻回された第１、第２のコ
イルと、前記中空管の両方の開放端を連結するカバー
と、前記第１、第２のコイルに接続された傾斜角度検出
手段とを備えているので、外部から振動が加わっても中
空管がＵ字状になっているので磁性流体が前記中空管内
部で移動しにくく、振動の影響を受けにくいという作用
を有する。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、ボビンをカバーに固定できるので、接
着等により第１、第２のコイルを中空管に固定すると工
程を省くことができ、センサの生産を簡素化できるとい
う作用を有する。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、カバーに一体化された弾性爪に銅線の
巻回されたボビンを嵌合させるので、接着剤等により第
１、第２のコイル部分を中空管に固定するという複雑な
工程が不要となり、組み立て作業の簡素化をはかること
ができるという作用を有する。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、傾斜角センサが高温環境で使用された
場合中空管の内部に閉じ込められた気体の圧力増加を連
結部あるいはカバーが膨張して緩和するので中空管の厚
さを薄くでき、センサを小型軽量化するという作用を有
する。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、中空管の内部に臨界表面張力の大きな
材料すなわち濡れやすい材料をコーティングすることに
より磁性流体の表面張力による液面上昇を抑えることが
でき、細い中空管の使用が可能になり、センサを小型化
できるという作用を有する。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、磁性流体より比重が大きくかつ相互に
反応しない液体を中空管に注入し、その上に磁性流体を
注入しているので、高価な磁性流体の必要量を削減で
き、センサを安価に提供することができるという作用を
有する。

【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、中空管内の狭隘部を通過する磁性流体
の通過量を制限するので、外部より振動が加わっても磁
性流体自身の振動を抑制し、センサが振動の影響を受け
にくくするという作用を有する。

【００１５】（実施の形態１）図１（ａ）、図１（ｂ）
は本発明の傾斜角センサの実施の形態１の構造を示す断
面図で、１１はＵ字状のガラスでできた中空管、１３は
この中空管１１に注入された磁性流体、１２ａ，１２ｂ
は磁性流体１３の液面を囲う位置で略左右対称な位置に
設けられたコイルで、磁性流体１３の液面がコイル１２
ａ，１２ｂの高さ方向の略中央にくるようになってお
り、その検出回路は図２に示すようになっている。中空
管１１の両開放端は磁性流体１３が漏れないように連結
部１５を有するポリアセタールコポリマー樹脂製のカバ
ー１４により覆われている。

【００１６】検出回路は図２のごとく発振回路１２ｃか
らコイル１２ａ，１２ｂに交流電圧を印加する。コイル
１２ａ，１２ｂのそれぞれのインダクタンスが磁性流体
の位置により変化するのでコイル１２ａ，１２ｂ間の電
圧が変化する。この変化電圧を増幅回路１２ｄで増幅
し、波形整形回路１２ｅで波形整形を行ない、フィルタ
ー回路１２ｆで直流信号に変換し、傾斜角度に比例した
直流信号を得ることができる。

【００１７】以上のように構成された傾斜角センサにお
いてその動作を説明する。図１（ａ）は本発明のセンサ
が垂直に保持されている状態を示し、この状態では左右
のそれぞれのコイル１２ａ，１２ｂのインダクタンスは
等しい。次に図１（ｂ）に示すように傾斜角センサが点
Ａを中心に時計方向にＳ°傾いた場合磁性流体１３の位
置が変化し左側のコイル１２ｂと右側のコイル１２ａの
インダクタンス差が生じる。このインダクタンスの変化
を図２における検出回路にて電圧変化として検出し、増
幅、波形整形しフィルター回路１２ｆにて直流電圧に変
化することにより傾斜角度を検出することができる。

【００１８】以上により傾斜角度を検出中に図１（ｂ）
に示すように左右方向に振動や加速度が加わった場合で
も磁性流体１３はＵ字状の中空管１１に保持されている
ので、従来例のように磁性流体全量が振動の影響を受け
ず、精度良く傾斜角度を検出する傾斜角センサが得られ
る。

【００１９】（実施の形態２）図３は本発明による実施
の形態２のカバーとボビンを示す斜視図である。実施の
形態１で述べた傾斜角センサと検出原理は同じであるの
で検出の動作についての詳細な説明は省略する。

【００２０】図３において１６はポリアセタールコポリ
マー樹脂で形成されたカバーであり、その下方にはコイ
ル１２ａまたは１２ｂを巻きつけるための二つのボビン
部１６ａ、中空管１１を保持する溝１６ｂを有するアー
ム部１６ｃが一体に形成されている。ボビン部１６ａに
銅線を巻きつけてコイル１２ａ，１２ｂを形成した後こ
のカバー１６を磁性流体１３の注入された中空管１１の
両開放端に嵌合、固定させることによりコイル１２ａ，
１２ｂを中空管１１に固定することができ傾斜角センサ
の検出部が完成する。

【００２１】以上の構成により左右のコイル１２ａ，１
２ｂを中空管１１に対し容易に正しく位置決めすること
ができる。

【００２２】（実施の形態３）図４は本発明による本実
施の形態３のカバーの部分を示す斜視図である。

【００２３】図４において、１７はポリアセタールコポ
リマー樹脂のカバーで、その下方には弾性爪１８がカバ
ー１７と一体に形成されており、弾性爪１８の外径はボ
ビン１９の内径と略同じかあるいは若干大き目である。
ボビン１９には別途銅線が巻かれてコイル２０が形成さ
れており、このボビン１９を弾性爪１８に弾性的に嵌合
させることによりカバー１７にコイル２０を固定するこ
とができる。

【００２４】このカバー１７に磁性流体１３に注入され
た中空管１１を挿入することにより傾斜角センサの検出
部が完成する。

【００２５】以上のような構成によりコイル２０を別工
程にて生産、検査、調整することが可能となりかつ容易
にカバー１７にコイル２０を正確な位置に固定すること
ができ組立の簡素化を図ることができる。

【００２６】（実施の形態４）図５は本発明による実施
の形態４を示す傾斜角センサの断面図、図６は実施の形
態４のカバーの部分を示す斜視図である。本実施の形態
４は実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３と同一
機能の部分については同じ番号を付与して説明を省略
し、異なる部分についてのみ説明する。また検出原理は
実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３と同じであ
るので説明は省略する。

【００２７】図５、図６において、２１はポリアセター
ルコポリマー樹脂のカバーで、結合栓２２が一体に設け
られている。図５に示すように結合栓２２にはゴム製の
チューブ２３が圧入されており、左右の結合栓２２をつ
ないでいる。

【００２８】この構成により傾斜角センサが高温にさら
された場合、センサ内部すなわち連結部１５の内部に密
閉されている気体が膨張するがゴム製のチューブ２３を
薄く柔らかいものにすることで密閉された気体の熱膨張
による連結部１５の内部の圧力増加を緩和することがで
きる。従って中空管１１の肉厚を薄くすることができ、
傾斜角センサを小型化、軽量化できる。

【００２９】なお本実施の形態４ではチューブ２３をゴ
ムとしたが、カバー２１を可撓性の材料で構成しても同
じ効果を得ることができる。

【００３０】また実施の形態１から実施の形態４までカ
バーの材料はアセタールコポリマーを用いて説明してき
たがアクリルニトリル・ブタジエン・スチレン系の樹脂
（ＡＢＳ樹脂）やポリ・ブチレン・テレフタレート樹脂
（ＰＢＴ樹脂）を用いてもよい。

【００３１】（実施の形態５）図７は本発明による実施
の形態５の中空管を示す斜視図である。本実施の形態５
においては中空管以外のセンサの構成および検出原理は
実施の形態１と同じであるのでこれらの説明は省略す
る。図７において、ガラスの中空管２４の内側には塩化
ビニール樹脂のコーティング部２５を設けている。そし
てこの様に中空管２４の内部を臨界表面張力の大きな塩
化ビニールでコーティングすることにより磁性流体１３
の表面張力の影響すなわち毛細管現象による磁性流体１
３の上昇を抑えることができる。従って中空管２４を小
さくし傾斜角センサを小型化しても毛細管現象の影響を
受けず、高い検出精度を得ることが可能となる。

【００３２】（実施の形態６）図８は本発明による実施
の形態６を示す傾斜角センサの断面図である。本実施の
形態６においては中空管内部に注入されている流体以外
のセンサの構成は実施の形態３と同一機能の部品につい
ては同じ番号を付与し説明を省略する。また動作原理も
実施の形態１と同じであるので説明を省略する。図８に
おいて中空管１１の内には磁性流体１３とその下にグリ
セリン２６が注入されている。このグリセリン２６は磁
性流体１３と反応せず、また比重も磁性流体１３より大
きいので磁性流体１３と混ざり合うことはなく、常に磁
性流体１３の下に位置する。こうすることによりセンサ
を形成するのに必要な磁性流体が少なくて済み、高価な
磁性流体の使用量を減らせるので低価格にすることがで
きる。

【００３３】なお本実施の形態１から実施の形態６まで
すべて中空管１１はすべてガラスパイプを用いた例を説
明してきたが、パイプの材料としてはガラスに限定され
るものではなく、プラスチックのパイプを用いても同様
の効果を得られる。

【００３４】（実施の形態７）図９は本発明による実施
の形態７を示す傾斜角センサの断面図である。本実施の
形態７においては中空管以外のセンサの構成および検出
原理は実施の形態３と同じであるのでこれらの説明は省
略する。図９において、プラスチック製の中空管２７は
Ｕ字状の底部近傍に断面積が小さくなった狭隘部２８を
備えている。中空管２７が傾斜して磁性流体１３が狭隘
部２８を通過する際、磁性流体１３は抵抗を受ける。中
空管２７が振動や衝撃等を受けた場合、この狭隘部２８
での抵抗により磁性流体１３の動きが制限されるので傾
斜角センサとしての出力が安定し、外部からの振動や衝
撃の影響を受けにくいセンサを実現できる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明は、略Ｕ字状の中空
管と、この中空管の上下の略中部の高さまで液面がくる
ように注入された磁性流体と、前記中空管の左右略対称
な位置にて前記磁性流体の液面の外周を囲うように前記
中空管に巻回された第１、第２のコイルと、前記中空管
の両方の開放端を連結するカバーと、前記第１、第２の
コイルに接続された傾斜角度検出手段とを備えているた
め、外部から振動が加わっても振動の影響を受けにく
く、小型で精度の高い傾斜角センサを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１における傾斜角
センサの構成を示す断面図 （ｂ）は本発明の実施の形態１における傾斜角センサが
傾いた状態を示す断面図

【図２】本発明における傾斜角センサの信号処理回路の
ブロック図

【図３】本発明の実施の形態２における傾斜角センサの
カバーとボビンの斜視図

【図４】本発明の実施の形態３における傾斜角センサの
カバーとボビンの斜視図

【図５】本発明の実施の形態４における傾斜角センサの
断面図

【図６】本発明の実施の形態４における傾斜角センサの
カバーの斜視図

【図７】本発明の実施の形態５における傾斜角センサの
中空管の斜視図

【図８】本発明の実施の形態６における傾斜角センサの
断面図

【図９】本発明の実施の形態７における傾斜角センサの
断面図

【図１０】従来の傾斜角センサの構成を示す模式図

【符号の説明】

１ 容器 ２ 磁性流体 ３ 励磁用コイル ４ 検出用コイル １１ 中空管 １２ａ，１２ｂ コイル １２ｃ 発振回路 １２ｄ 増幅回路 １２ｅ 波形整形回路 １２ｆ フィルター回路 １３ 磁性流体 １４ カバー １５ 連結部 １６ カバー １６ａ ボビン部 １６ｂ 保持用溝 １６ｃ アーム部 １７ カバー １８ 弾性爪 １９ ボビン ２０ コイル ２１ カバー ２２ 結合栓 ２３ チューブ ２４ 中空管 ２５ コーティング部 ２６ グリセリン ２７ 中空管 ２８ 狭隘部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略Ｕ字状の中空管と、この中空管の上下
   の略中部の高さまで液面がくるように注入された磁性流
   体と、前記中空管の左右略対称な位置にて前記磁性流体
   の液面の外周を囲うように前記中空管に巻回された第
   １、第２のコイルと、前記中空管の両方の開放端を連結
   するカバーと、前記第１、第２のコイルに続された傾斜
   角度検出手段とを備えた傾斜角センサ。
2. 【請求項２】 第１、第２のコイルの少なくとも一方を
   巻回するボビンは、カバーと一体化した請求項１に記載
   の傾斜角センサ。
3. 【請求項３】 カバーには、第１、第２のコイルの少な
   くとも一方を巻回するボビンを弾性的に保持する弾性爪
   を設けた請求項１に記載の傾斜角センサ。
4. 【請求項４】 カバーを可撓性材料により形成した請求
   項１に記載の傾斜角センサ。
5. 【請求項５】 中空管は、その内部にコーティングがほ
   どこされている請求項１に記載の傾斜角センサ。
6. 【請求項６】 中空管内には、磁性流体と、この磁性流
   体より比重が大きくかつこの磁性流体と相互に反応性の
   ない液体とを注入した請求項１に記載の傾斜角センサ。
7. 【請求項７】 中空管は、その内部に流体の流動を規制
   する狭隘部を設けた請求項１に記載の傾斜角センサ。