JP2008300196A - 傾斜センサ - Google Patents

Abstract

【課題】振り子に貫通路を形成するという構造的な対策によって、振り子の振動に対して液体の粘性抵抗による減衰力を低下・調整することができる傾斜センサを提供する。
【解決手段】液体が収容されている筐体４が振動するなどの場合に、筐体１内において内壁に形成されている転動面５をボール３が転動し、それによって振り子２が回転軸９の回りに回動する。振り子２にはその回動方向に貫通する貫通路１４ａ，１４ｂが形成されているので、振り子２が回動する際には液体の粘性に起因した減衰力が振り子２に働く。貫通路１４ａ，１４ｂの形態、例えば、貫通路の数、通路断面積、傾斜等の仕様を変更することによって、減衰の程度を簡単に調整することができ、センサとして振動応答周波数範囲及び応答時間の調整が可能になる。
【選択図】図１

Description

この発明は、二輪車等の取付け体に適用されて当該取付け体の傾斜を検出する傾斜センサに関する。

従来から、車両等の移動体の傾斜を検出する傾斜センサとしては、傾斜によって移動する振り子や球の位置を磁気的に検出するＭＲ素子（磁気抵抗素子）を用いたり、傾斜によって移動する振り子や球を光学的に検出する発光ダイオードやフォトセンサを用いていたが、これらのＭＲ素子やフォトセンサは高価であり、小型化が困難であった。そこで、傾斜によって移動する振り子に設置した磁石の位置を、ホールＩＣ（半導体に対し磁場が影響を及ぼすホール効果を利用して磁気を電圧に変換するホール素子、電圧増幅器および比較器を内蔵し、磁気量と基準値を比較して出力端子電圧を変化させるＩＣ）にて検出することで、安価で簡素な構造の傾斜センサが提案された（例えば下記特許文献１及び２参照）。

本出願人は、２輪車に適用される転倒センサとして振り子構造を提案している（特願２００６−３４８８７）。振り子は、センサケースである筐体に対して両持ち型に支持された回転軸によって液中に回動可能に支持されている。振り子は、傾斜センサの取付け体が力や振動を受けるときに筐体内で振動するが、こうした振動は傾斜の検出にとって好ましくないので、筐体内に封入した液体の粘性によって、振り子の回転軸回りの振動を減衰させている。
特開２００１−３２４３２４号公報（特許請求の範囲参照） 特開２０００−１４９７３６ 号公報（特許請求の範囲参照）

振り子の振動の減衰については、液体の粘性を変更することにより調整可能である。しかしながら、必要な粘性を得るためには、液体の種類の選別或いは合成や内部部品への化学的な耐久性を考慮すると、精度の高い調整は現実的ではない。そこで、センサの構造として振動応答周波数範囲及び応答時間の調整を可能にする点で解決すべき課題がある。
この発明の目的は、振り子に貫通路を形成するという構造的な対策によって、振り子の振動に対して液体の粘性抵抗による減衰力を調整することができる傾斜センサを提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による傾斜センサは、内壁に転動面が形成されており且つ内部に液体が収容されている筐体、前記筐体内に収容されており前記転動面上を転動可能なボール、前記筐体に回転軸を介して支持されており前記ボールの転動に応じて前記回転軸の回りに回動可能な振り子、及び前記筐体に取り付けられ且つ前記振り子の所定以上の回動量を検出するセンサ部を備え、前記振り子にはその回動方向に貫通する貫通路が形成されていることを特徴としている。

この傾斜センサによれば、液体が収容されている筐体が振動するなどの場合に、当該筐体内において当該筐体の内壁に形成されている転動面をボールが転動するとき、当該ボールの転動によって振り子が回転軸の回りに回動する。振り子にはその回動方向に貫通する貫通路が形成されているので、振り子が回動する際には液体が貫通路を通過し、貫通路なしに対して減衰力が低下する方へ作用する。また、貫通路は、振り子の貫通路とその外側との間で液体の出入りがあるときには流路が絞られると同等に、一種のオリフィスの作用があり、粘性に起因した抵抗力が振り子に働く。振り子は、貫通路を通過する液体の粘性によって、その運動を減衰させる作用を受けるので、貫通路の形態、例えば、貫通路の数、通路断面積、傾斜等の仕様を変更することによって、減衰の程度を簡単に調整することができる。

この傾斜センサにおいて、前記貫通路はスリットとすることができる。また、前記貫通部は貫通孔とすることができる。スリットや貫通孔は、機械加工等によってたやすく且つ安価に形成することができる。

この傾斜センサにおいて、前記貫通部は前記振り子の回動動作方向と平行に形成することができる。また、前記貫通部は前記振り子の回動動作方向に対して角度を付けて形成することもできる。振り子の回動動作方向と平行とは、例えば、スリットの場合にはスリットの中心面が、貫通孔の場合にはその貫通孔の中心線が、回動面（回転軸に直交する面）内に納まる状態を言う。また、振り子の回動動作方向に対して角度を付けるとは、上記スリットの中心面又は貫通孔の中心線が回動面と交差している状態を言う。回動動作方向と平行である場合の方が、角度を付ける場合よりも液体の粘性に基づく抵抗を小さく設定することができる。

この傾斜センサにおいて、前記振り子は前記回転軸が配置される本体部と前記本体部から延びて前記ボールをその転動方向に挟む二つのアームを備えており、前記貫通路を前記各アームに形成することができる。ボールの転動を振り子の回動に変換するには、ボールを転動方向の前後に挟む二つのアームが用いられる。このアームを利用して、貫通路を形成することができる。

アームに貫通路を形成する傾斜センサにおいて、前記貫通路は前記各アームに形成されており、一方の前記アームに形成される前記貫通路と他方の前記アームに形成される前記貫通路とは、前記回転軸の軸線方向に互いにオフセットして形成することができる。アームに形成される貫通路を回転軸の軸線方向に互いにオフセットして形成することで、貫通路が食い違い状態となり、液体の粘性抵抗を増大させることができる。

この発明による傾斜センサは、上記のように構成されているので、振り子に貫通路を形成するという構造的な対策を講じることにより、振り子の振動に対して液体が貫通路を通過することで振り子の振動に対する液体の粘性抵抗による減衰力を調整することができる。貫通路の数、長さ、形成位置、通過面積の大きさ等を変更することで、振動応答性を調整することができる。本傾斜センサを２輪車用の転倒センサとして適用するときには、筐体内に入り込んだエアーの抜け性の向上も期待できる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による傾斜センサの実施例を説明する。図１はこの発明による傾斜センサの一実施例を示す斜視図である。図１は（ａ）が蓋部材を取り外した状態で示す筐体とその内部構造を示す斜視図であり、（ｂ）が蓋部材を取り付けた状態で示す縮小図である。

図１に示すように、傾斜センサ１は、所定厚みの適宜形状（図示の例では四角形）の筐体４に内部をくり抜いてキャビティ６が形成されている。キャビティ６内には、振り子２と転動体としてのボール３とが収容されている。傾斜センサ１は、筐体４の前部正面を、例えばホールＩＣから成るセンサ部２２を備えた蓋部材２１によって、図１（ｂ）に示すように閉鎖される。蓋部材２１と組み立てた状態では、キャビティ６内には減衰を与えるため、後述するように粘性を持つ液体が封入される。筐体４の裏面側は、別の裏蓋部材で封鎖することができるが、キャビティ６を筐体４に有底状にくり抜くことで、裏蓋部材を省略してもよい。

キャビティ６を定める内壁には、ボール３が転動する転動面５が形成されている。転動面５は、非傾斜状態の時にボール３が占める中立位置Ｏを中心として両傾斜方向に対称に形成されている。中立位置Ｏの前後の所定範囲は中立範囲７として、円弧面又は複数の平面から成りそれに近似した面に形成されている。中立範囲７内にボール３が転動しても、筐体４は傾斜したとは検出されない。中立範囲７を超えてボール３が転動する転動面は傾斜範囲８として傾斜面に形成されている。ボール３が中立限界点Ｐを超えて傾斜面に転動するとき、センサ部２２は、ボール３が中立範囲７から傾斜範囲８に転動移行したことを検出する。

キャビティ６内に収容された振り子２は、やや上部の位置を回転軸９によって、回転軸９の軸線回りに回転自在に収容されている。回転軸９は、筐体４に支持されるが、蓋部材２１の組み付け時に蓋部材２１及び裏蓋部材に、両端持ちの状態に支持されることが好ましい。振り子２において、回転軸９の近傍には回転軸９を挟む位置に、磁石１０とバランスウェイト１１とが埋設等の手段によって設けられている。バランスウェイト１１は、振り子２の慣性力を抑制する機能を備えており、ボール３の適切な転動遅延を可能にして、ボール３が設定角度よりも先行して転動することによる誤検出を防止する働きをする。蓋部材２１に設けられるセンサ部２２は、振り子２とともに移動する磁石１０を検出することにより、ボール３が中立限界点Ｐを超えて傾斜面に転動するのを検出する。

振り子２の自由端部には一対のアーム１２，１２が形成されており、アーム１２、１２間に凹部１３が形成されている。ボール３は、この凹部１３内に収容されている。ボール３は、振り子２の回転軸９に向かう径方向には所定の隙間の範囲内で凹部１３内を移動可能であるが、凹部１３内で傾斜の前後方向（即ち、回転軸９回りの回動方向）には殆ど隙間が形成されていない。

キャビティ６内には、例えば、エチレングリコールのような、適度の粘性を備えた耐蝕性に優れた液体が密閉して封入される。この液体は、二輪車等が屋外で曝される外気温度範囲である−２０℃〜１００℃においても特性に変化を生じないものが好適である。液体は、二輪車の傾斜センサのように振動が多い条件下で使用されるときに、振り子２に対して効果的なダンピング機能を付与して、チャタリングによる誤検出を防止するために用いられる。

回動方向に貫通する貫通路として、アーム１２，１２に貫通孔１４ａ，１４ｂが形成されている。貫通孔１４ａ，１４ｂは、この例では、アーム１２，１２の回転軸９に直交する同じ回動面内に含まれるように形成されており、更に、幅方向及び高さ方向でも同じ位置に形成されているが、これらは必ずそうする必要はない。例えば、アーム１２，１２を連続したとすれば１本の斜めに貫通する孔で形成してもよい。

上記の傾斜センサ１については、以下のように作用する。即ち、筐体４が傾斜するとき、ボール３はその慣性によって元の位置を保とうとするので、筐体４に対して相対的に移動し、転動面５に沿って転がる。ボール３は振り子２において一対のアーム１２，１２に挟まれているので、筐体４内におけるボール３の位置により振り子２の回転軸９回りの回転角が規制される。筐体４に対する振り子２の揺動に伴って、磁石１０を検出する位置が設定値を超えると、センサ部２２であるホールＩＣがその検出値によって振り子２の所定以上の振れを検出する。ボール３は、傾斜センサ１が取り付けられる対象（２輪車）の振動によって上下に激しく振動をしようとする。そのときのボール３の動きは振り子２によって規制され、また位置検知に関わる磁石１０は回転軸９に規制されて殆ど上下振動の影響を受けない。左右振動については、振り子２は影響を受けるが、振動抑制のために液体７を封入しており、液体の粘性抵抗によって、検知に影響しないようにすることができる。粘性抵抗による減衰の程度は、液体が通る貫通孔１４ａ，１４ｂによって調整することができる。バランスウェイト１１を設けることで、振り子２の回転力によってボール３が設定角度よりも速く動くことが抑止され、ボール３の動きが支配的になる。粘性抵抗による減衰の調整により、センサとして振動応答周波数範囲及び応答時間の調整が可能になる。

図２は、この発明による傾斜センサの別の実施例の要部を示す部分図であり、貫通路としてスリット（溝）の形態に形成した例を示す。図２（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。図１に示した実施例に用いられる部材又は部位と同等のものには図１の場合と同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。この例では、振り子３０には、貫通路として、アーム１２，１２にスリット３１ａ，３１ｂが形成されている。スリット３１ａ，３１ｂは、振り子３０の回動面（回転軸９と直交する面）に沿う態様に形成されている。図示の例では、一方のアーム１２に形成されているスリット３１ａと、他方のアーム１２に形成されているスリット３１ｂとは、回転軸９の軸線方向に互いにオフセットした位置関係にある。振り子３０が回転軸９の回りに回動するときに、キャビティ６（図１）内の液体の粘性抵抗によって振り子３０に減衰力が作用するが、この粘性抵抗による減衰は、液体が通過するスリット３１ａ，３１ｂの溝幅Ｗ１、溝の長さＬ１、溝の数、及びこれらの組合せで調整することができる。なお、スリット３１ａ，３１ｂは、この例のように互い違いではなく、同じ回動面に沿って配置することもできる。

図３は、この発明による傾斜センサの更に別の実施例であり、貫通路として孔の形態に形成した例を示す。図３（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。図１に示した実施例に用いられる部材又は部位と同等のものには図１の場合と同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。この例では、振り子４０には、貫通路として、アーム１２，１２に振り子４０の回動方向（回転軸９と直交する面）に沿う向きに貫通孔４１ａ，４１ｂが互い違いに形成されている。一方のアーム１２に形成されている貫通孔４１ａと、他方のアーム１２に形成されている貫通孔４１ｂとは、回転軸９の軸線方向に互いにオフセットした位置関係にある。貫通孔４１ａ，４１ｂの振り子４０に対する減衰力の調整作用は先の例と同様である。液体による減衰は、貫通孔４１ａ，４１ｂの孔径Ｄ、孔の位置、孔の数、及びこれらの組合せで調整することができる。

図４は、この発明による傾斜センサの更に別の実施例であり、横方向に延びるスリットとして形成した例を示す。図４（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。図１に示した実施例に用いられる部材又は部位と同等のものには図１の場合と同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。この例では、振り子５０には、横方向のスリットとして、アーム１２，１２に振り子５０の揺動面（回転軸９と同軸の筒面）に沿う態様にスリット５１ａ，５１ｂが形成されている。５１ａ，５１ｂは、この例では、回転軸９の軸方向に互い違いに形成されているが、必ずしもそうする必要はなく、部分的又は全部に渡って重なっていてもよい。スリット５１ａ，５１ｂの振り子５０に対する減衰力の調整作用は先の例と同様である。液体による減衰は、スリット５１ａ，５１ｂの幅Ｗ２及び長さＬ２、スリットが形成される位置、スリットの数及びこれらの組合せで調整することができる。

振り子の筐体に対する回動量の検知手段としては、上記の例では磁石１０とホールＩＣ２２の組合せを説明したが、必ずしもその組合せである必要はない。例えば、磁石とリードスイッチ、遮蔽物と光センサ、鉄（誘電率の違い）と電気容量センサ、などの組合せであってよいことは明らかである。

この発明による傾斜センサの一実施例を示す斜視図である。 この発明による傾斜センサの別の実施例の要部を示す部分図である。 この発明による傾斜センサの更に別の実施例の要部を示す部分図である。 この発明による傾斜センサの更に別の実施例の要部を示す部分図である。

符号の説明

１ 傾斜センサ ２ 振り子
３ ボール ４ 筐体
５ 転動面 ６ キャビティ
７ 中立範囲 ８ 傾斜範囲
９ 回転軸 １０ 磁石
１１ バランスウェイト １２ アーム
１４ａ，１４ｂ 貫通孔
２１ 蓋部材 ２２ センサ部
３０ 振り子 ３１ａ，３１ｂ スリット
４０ 振り子 ４１ａ，４１ｂ 貫通孔
５０ 振り子 ５１ａ，５１ｂ スリット
Ｏ 中立位置 Ｐ 中立限界点

Claims (7)

1. 内壁に転動面が形成されており且つ内部に液体が収容されている筐体、前記筐体内に収容されており前記転動面上を転動可能なボール、前記筐体に回転軸を介して支持されており前記ボールの転動に応じて前記回転軸の回りに回動可能な振り子、及び前記筐体に取り付けられ且つ前記振り子の所定以上の回動量を検出するセンサ部を備え、
   前記振り子にはその回動方向に貫通する貫通路が形成されていることを特徴とする傾斜センサ。
2. 前記貫通路はスリットであることを特徴とする請求項１に記載の傾斜センサ。
3. 前記貫通路は貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の傾斜センサ。
4. 前記貫通路は前記振り子の回動動作方向と平行に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の傾斜センサ。
5. 前記貫通路は前記振り子の回動動作方向に対して角度を付けて形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の傾斜センサ。
6. 前記振り子は前記回転軸が配置される本体部と前記本体部から延びて前記ボールをその転動方向に挟む二つのアームを備えており、前記貫通路は前記各アームに形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
7. 前記貫通路は前記各アームに形成されており、一方の前記アームに形成される前記貫通路と他方の前記アームに形成される前記貫通路とは、前記回転軸の軸線方向に互いにオフセットして形成されていることを特徴とする請求項６に記載の傾斜センサ。

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