JP2009016212A - 傾斜センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 振動による誤検出が抑制される傾斜センサを提供する。
【解決手段】 導電材料を含む球形状の移動体１と、内部を移動体１が変位可能な案内路２０が設けられ対象物に対して固定される案内体２と、案内路２０の両端にそれぞれ配置されたコイル４とを備える。案内路２０の下向きの内面において対象物が傾いていないときの移動体１の位置の上側には、対象方向には傾斜していない非誘導部２０ｆが設けられている。また、案内路２０の上向きの内面において対象物が傾いていないときの移動体１の位置の下側には、対象物が傾いていないときには水平とされる平坦な平坦部２０ａが設けられている。平坦部２０ａに対して対象方向の両側には、それぞれ平坦部２０ａに対してそれぞれ上向きに傾斜した第１の傾斜部２０ｂが連続している。平坦部２０ａの寸法であって対象方向での寸法は移動体１の直径よりも小さくされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、傾斜センサに関するものである。

従来から、対象物に対して固定され所定の対象方向の両側について対象物の傾斜角度が所定の対象角度よりも大きいことを検出する傾斜センサとして、図１０に示すように、金属などの導電材料を含む移動体１と、内部を移動体１が変位可能な案内路２０が設けられ対象物（図示せず）に対して固定される案内体２とを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。

上下左右は図１０を基準として詳しく説明すると、上記従来例において、案内路２０の上向きの内面は、対象物が傾いていないときに水平とされる平坦部２０ａと、平坦部２０ａの左右両側に設けられてそれぞれ左右方向の外側に向かってそれぞれ上向きに傾斜した傾斜部２０ｇとを有する。また、案内体２の左右両端部にはそれぞれコイル４が巻回されている。すなわち、検出方向である左右方向への対象物の傾斜が、平坦部２０ａに対する傾斜部２０ｇの傾斜角度を上回ったときに、移動体１が傾斜方向のコイル４に入り込むことにより、移動体１に生じる渦電流の影響で該コイル４のインピーダンスが変化し、これに基いて対象物の傾斜が検出されるのである。

また、対象物の傾斜角度が対象角度を上回って傾斜が検出された後、対象物の傾斜角度が所定の角度を下回るまでは傾斜が検出され続ける、いわゆるヒステリシス動作を可能とするために、図１１に示すような傾斜センサも提供されている（例えば、特許文献２参照）。この傾斜センサでは、平坦部２０ａと、対象方向に向かって上向きに傾斜した傾斜部２０ｈとの間に、傾斜部２０ｈに対して平坦部２０ａを凹部とする段２０ｉが設けられている。すなわち、平坦部２０ａ上の移動体１が段２０ｉを乗り越えて傾斜部２０ｈに至る程度の傾斜角度が対象角度となるのである。また、対象物の傾斜角度が対象角度を下回った後でも、該傾斜角度が平坦部２０ａに対する傾斜部２０ｈの傾斜角度を下回るまでは、移動体１は平坦部２０ａ上へは戻らず、傾斜は検出され続ける。
特開２００６−１０５７６３号公報 特開２０００−１６１９５４号公報

しかし、図１１の従来例のように、段２０ｉによって対象角度が決定される構成とすると、移動体１との衝突によって段２０ｉと傾斜部２０ｈとの間の角が磨耗した場合に、対象角度が小さくなってしまう。

また、図１０の従来例では、移動体１の直径に対して平坦部２０ａの左右の寸法が大きいために、対象物が左右に振動した際に移動体１が傾斜部２０ｇに至ったときに十分な勢いがついて傾斜部２０ｇを上ってしまい、傾斜が検出されてしまう可能性があった。また、案内路２０の下向きの内面が、左右方向の外側へ向かってそれぞれ上向きに傾斜していたので、対象物が上下に震動した際に移動体１が上記傾斜に沿ってコイル４側へ変位し、やはり傾斜が検出されてしまう可能性があった。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、振動による誤検出が抑制される傾斜センサを提供することにある。

請求項１の発明は、対象物に対して固定され所定の対象方向の両側について対象物の傾斜角度が所定の対象角度よりも大きいことを検出する傾斜センサにおいて、導電材料を含む球形状の移動体と、内部を移動体が変位可能な案内路が設けられ対象物に対して固定される案内体と、それぞれ案内路に近接配置された少なくとも１個のコイルとを備え、案内路の上向きの内面は対象物が傾いていないときの移動体の位置から対象方向の両側に向かってそれぞれ上向きに傾斜しており、案内路の下向きの内面において対象物が傾いていないときの移動体の位置の上側には、対象方向には傾斜していない非誘導部が設けられ、案内路の上向きの内面において対象物が傾いていないときの移動体の位置の下側には、対象物が傾いていないときには水平とされる平坦な平坦部が設けられ、平坦部の寸法であって対象方向での寸法は移動体の直径よりも小さく、平坦部に対して対象方向には、平坦部に対する傾斜角度が対象角度となっている傾斜面が連続していることを特徴とする。

この発明によれば、対象方向での平坦部の寸法を移動体の直径よりも大きくする場合に比べ、対象方向の振動による誤検出が抑制される。また、非誘導部を設けない場合に比べ、対象物が上下に振動した際に案内路の下向きの内面に移動体が当たっても、移動体が案内路の傾斜を上りにくくなるから、上下方向の振動による誤検出が抑制される。さらに、平坦部には傾斜角度が対象角度となっている傾斜面が連続しているので、傾斜角度が対象角度となっている傾斜面と平坦部との間に段差が設けられる場合に比べ、磨耗による特性変化が発生しにくい。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、案内路の下面は、平坦部に対し対象方向に連続して平坦部に対する傾斜角度が対象角度である第１の傾斜部と、第１の傾斜部から対象方向に延長され平坦部に対する傾斜角度が第１の傾斜部よりも小さい第２の傾斜部と、第２の傾斜部から対象方向に延長され平坦部に対する傾斜角度が対象角度である第３の傾斜部とを有し、第１の傾斜部と第２の傾斜部とは断面円弧形状の凸曲面を介して互いに連結されていて、平坦部に対して直交する方向への第１の傾斜部の突出寸法ｈは、移動体の半径をｒとおき、対象角度をθとおいて、ｈ＞ｒ（１−ｃｏｓθ）であることを特徴とする。

この発明によれば、対象方向への対象物の傾斜角度が対象角度を超えて傾斜が検出された後、該傾斜角度が対象角度を下回っても、該傾斜角度が平坦部に対する第２の傾斜部の傾斜角度を下回るまでは傾斜が検出され続けるようにすることができる。また、平坦部に対して直交する方向への第１の傾斜部の突出寸法が上記のように設定されることで移動体が第１の傾斜部の端以外に接触可能とされていることや、第１の傾斜部と第２の傾斜部とが断面円弧形状の凸曲面を介して互いに連結されていることにより、第１の傾斜部と第２の傾斜部との間で磨耗粉が発生しにくい。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、各コイルは、それぞれ共通のプリント配線板に装着されてコイルブロックを構成し、案内体は、コイルブロックが収納される収納凹部と案内路となる案内溝とがそれぞれ設けられたボディと、ボディに機械的に結合して収納凹部と案内溝とをそれぞれ閉塞するカバーとで構成され、コイルブロックは、収納凹部の内面に当接することにより案内体に対して位置決めされていることを特徴とする。

この発明によれば、コイルを案内体に巻回する場合に比べ、案内体に対するコイルの位置決めが容易となる。また、案内体とコイルブロックとを収納するハウジングを別途に設ける場合に比べ、部品点数が減少するから製造コストを低減することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、移動体は、金属からなる球形状の本体部と、本体部よりも柔軟な材料からなり本体部を覆う被覆部とを有することを特徴とする。

この発明によれば、被覆部を設けない場合に比べ、動作時の騒音が低減される。また、移動体の衝突による案内体の損傷も低減される。

請求項１の発明によれば、対象物が傾いていないときには水平とされる平坦な平坦部が設けられ、平坦部の寸法であって対象方向での寸法は移動体の直径よりも小さくされていることにより、対象方向での平坦部の寸法を移動体の直径よりも大きくする場合に比べ、平坦部の端に到達したときの移動体の運動量が低く抑えられるから、対象方向の振動による誤検出が抑制される。また、案内路の下向きの内面において対象物が傾いていないときの移動体の位置の上側には、対象方向には傾斜していない非誘導部が設けられているから、非誘導部を設けない場合に比べ、対象物が上下に振動した際に案内路の下向きの内面に移動体が当たっても、移動体が案内路の傾斜を上りにくくなるから、上下方向の振動による誤検出が抑制される。さらに、平坦部には傾斜角度が対象角度となっている傾斜面が連続しているので、傾斜角度が対象角度となっている傾斜面と平坦部との間に段差が設けられる場合に比べ、磨耗による特性変化が発生しにくい。

請求項２の発明によれば、傾斜角度が対象角度よりも小さい第２の傾斜部が設けられていることにより、対象方向への対象物の傾斜角度が対象角度を超えて傾斜が検出された後、該傾斜角度が対象角度を下回っても、該傾斜角度が平坦部に対する第２の傾斜部の傾斜角度を下回るまでは傾斜が検出され続けるようにすることができる。また、平坦部に対して直交する方向への第１の傾斜部の突出寸法ｈが、移動体の半径をｒとおき、対象角度をθとおいて、ｈ＞ｒ（１−ｃｏｓθ）とされることで移動体が第１の傾斜部の端以外に接触可能とされていることや、第１の傾斜部と第２の傾斜部とが断面円弧形状の凸曲面を介して互いに連結されていることにより、第１の傾斜部と第２の傾斜部との間で磨耗粉が発生しにくい。

請求項３の発明によれば、各コイルは、それぞれ共通のプリント配線板に装着されてコイルブロックを構成し、案内体は、コイルブロックが収納される収納凹部と案内路となる案内溝とがそれぞれ設けられたボディと、ボディに機械的に結合して収納凹部と案内溝とをそれぞれ閉塞するカバーとで構成され、コイルブロックは、収納凹部の内面に当接することにより案内体に対して位置決めされているので、コイルを案内体に巻回する場合に比べ、案内体に対するコイルの位置決めが容易となる。また、案内体とコイルブロックとを収納するハウジングを別途に設ける場合に比べ、部品点数が減少するから製造コストを低減することができる。

請求項４の発明によれば、移動体は、金属からなる球形状の本体部と、本体部よりも柔軟な材料からなり本体部を覆う被覆部とを有するので、被覆部を設けない場合に比べ、動作時の騒音が低減される。また、移動体の衝突による案内体の損傷も低減される。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態は、図１〜４に示すように、球形状の移動体１と、内部を移動体１が変位可能な案内路２０が設けられ対象物に対して固定される案内体２と、それぞれ案内路２０の一方ずつの端部を構成する筒形状のボビン４０に巻回された２個のコイル４とを備える。以下、上下左右は図１を基準とし、図２の上下方向（図３の左右方向）を前後方向と呼ぶ。

案内体２は、案内路２０となる案内溝５０ａが前面に設けられたボディ５と、ボディ５に機械的に結合するカバー６とからなる。カバー６には、案内溝５０ａを閉塞して案内路２０の前面を構成する凸部６１が後方へ突設されている。

また、各ボビン４０は、それぞれ、例えば合成樹脂成型品からなり、図５に示すように、コイル４が巻回された状態でプリント配線板３０に例えば嵌合によって装着されてコイルブロック３を構成している。また、プリント配線板３０には、各コイル４にそれぞれ電気的に接続されてコイル４のインピーダンス変化に基いて傾斜を検出する検出回路を構成する回路部品３１が実装されている。このような検出回路は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明は省略する。

さらに、ボディ５の前面において案内溝５０ａの上側には、プリント配線板３０が収納され案内溝５０ａとともにカバー６によって閉塞される収納凹部５０ｂが設けられている。そして、プリント配線板３０が収納凹部５０ｂの内面に当接することにより、案内体２に対するコイルブロック３の位置決めがなされている。これにより、コイル４を案内体２に巻回する場合に比べ、案内体２に対するコイル４の位置決めが容易となっている。また、コイルブロック２が案内体２に収納される構造としていることにより、案内体２とコイルブロック３とを収納するハウジングを別途に設ける場合に比べ、部品点数が減少するから製造コストを低減することができる。

また、ボディ５は、案内溝５０ａと収納凹部５０ｂとが内側に設けられた凹部５０が前面に開口した直方体形状の本体部５１と、本体部５１の下端部から左右にそれぞれ突設された取付部５２と、本体部５１の上面から上方に突設された筒形状であってプラグ（図示せず）が電気的且つ機械的に接続されるレセプタクル５３とを有する。凹部５０には前後方向に直交する断面積を後側よりも前側において大きくする段５０ｃが全周にわたって設けられている。カバー６は前方から見た周縁部が段５０ｃの前側に位置することによりボディ５に対して後方への変位を禁止されるとともに、ボディ５に対する上下左右への変位を凹部５０の内周面によって制限されている。各取付部５２にはそれぞれ取付穴５２ａが前後に貫設されており、案内体２は例えば取付穴５２ａに挿通されたボルトによって対象物に固定される。また、ボディ５には、金属のような導電材料からなるコンタクト５４が、一端がレセプタクル５３内に突出し、他端が収納凹部５０ｂ内に突出する形で、例えばインサート成型によって保持されている。コンタクト５４の前記一端はレセプタクル５３に接続されたプラグのコンタクト（図示せず）に接触導通し、コンタクト５４の前記他端はプリント配線板３０に差込接続される。つまり、前記プラグと検出回路とはコンタクト５４を介して電気的に接続される。

さらに、移動体１は、図６に示すように、金属からなる球形状の本体部１１と、本体部１１よりも柔軟な材料からなり本体部１１を覆う被覆部１２とを有する。本体部１１の材料としては、例えば鉄、銅、真鍮、ステンレス等を用いることができ、被覆部１２の材料としては、例えばゴム等を用いることができる。このように移動体１に被覆部１２を設けたことにより、移動体１に被覆部１２を設けない場合に比べ、動作時の案内路２０の内面と移動体１との衝突による騒音や磨耗粉の発生が抑制されている。

次に、案内路２０の構造について説明する。図７に示すように、案内溝５０ａの上向きの内面（すなわち案内路２０の上向きの内面）において、対象物が傾いていないときの移動体１の位置となる左右方向の中央部には、対象物が傾いていないときには水平とされる平坦部２０ａが設けられている。平坦部２０ａの左右両側には、それぞれ左右方向の外側へ向かって上向きに傾斜した平面形状の第１の傾斜部２０ｂが連続している。さらに、第１の傾斜部２０ｂの左右方向の外側には、平坦部２０ａに対する傾斜角度が第１の傾斜部２０ｂよりも緩やかな平面形状の第２の傾斜部２０ｃが延長されている。また、第２の傾斜部２０ｃの左右方向の外側には、平坦部２０ａに対する傾斜角度が第１の傾斜部２０ｂと同じ平面形状の第３の傾斜部２０ｄが延長されており、第２の傾斜部２０ｄの左右方向の外側の端部はボビン４０の内面によって構成されている。すなわち、案内体２が固定された対象物が、平坦部２０ａが水平となる基準位置から、平坦部２０ａに対する第１の傾斜部２０ｂの傾斜角度よりも大きい傾斜角度で、左右のいずれかに傾斜したとき、移動体が案内路２０内を転がってボビン４０の内側へ変位することにより、コイル４のインピーダンスが変化する。そして、検出回路は、このコイル４のインピーダンスの変化に基いて、対象物の傾斜を検出する。つまり、左右方向が請求項における対象方向であり、平坦部２０ａに対する第１の傾斜部２０ｂ及び第３の傾斜部２０ｄの傾斜角度がそれぞれ請求項における対象角度である。また、第１の傾斜部２０ｂと第２の傾斜部２０ｃとは、断面円弧形状の凸曲面２０ｅを介して滑らかに連結されており、これによって、第１の傾斜部２０ｂと第２の傾斜部２０ｃとの間における移動体１との衝突による磨耗粉の発生が抑制されている。

また、図８に示すように、平坦部２０ａから上方への第１の傾斜部２０ｂの突出寸法ｈは、移動体１の半径をｒとおき、対象角度をθとおいて、ｈ＞ｒ（１−ｃｏｓθ）とされている。ここで、移動体１が平坦部２０ａと第１の傾斜部２０ｂとにそれぞれ接している状態を、前方から見た面内で考え、移動体１の中心をＯとおき、平坦部２０ａと移動体１との接点をＡとおき、第１の傾斜部２０ｂと移動体１との接点をＢとおく。また、対象角度をθとおき、移動体１の半径をｒとおく。すると、∠ＡＯＢ＝θとなる。そして、点Ａから直線ＯＢに下ろした垂線と直線ＯＢとの交点をＣとおくと、線分ＯＣの長さがｒｃｏｓθと表されることにより、線分ＣＡの長さ、すなわち平坦部２０ａに対する接点Ａの突出寸法ｈ０は、ｈ０＝ｒ（１−ｃｏｓθ）と表される。つまり、本実施形態では、平坦部２０ａに対する第１の傾斜部２０ｂの突出寸法ｈがｈ＞ｈ０＝ｒ（１−ｃｏｓθ）とされていることにより、第１の傾斜部２０ｂの端以外が移動体１に接触するようになっている。

また、それぞれ平坦部２０ａに対する傾斜角度が対象角度である第１の傾斜部２０ｂと第３の傾斜部２０ｄとの間に、平坦部２０ａに対する傾斜角度がより小さい第２の傾斜部２０ｃが設けられていることにより、対象方向への対象物の傾斜角度が対象角度を超えて傾斜が検出された後、該傾斜角度が対象角度を下回っても、該傾斜角度が平坦部２０ａに対する第２の傾斜部２０ｃの傾斜角度を下回るまでは傾斜が検出され続けるようにすること（いわゆるヒステリシス動作）が可能となっている。ここで、上記のようなヒステリシス動作をさせるためには、例えば図１１の従来例のように、平坦部２０ａと傾斜部２０ｈとの間に段２０ｉを設けることも考えられる。しかし、上記従来の構造では段２０ｉと傾斜部２０ｈとの間の角が移動体１との衝突によって磨耗して対象角度が変化してしまう可能性があるのに対し、本実施形態の構成では、磨耗による特性の変化が発生しにくいという利点がある。

ところで、平坦部２０ａの左右の幅寸法は、移動体１の直径よりも小さく、且つ、移動体１や案内体２の温度による体積変化に関わらず移動体１が平坦部２０ａと一方の第１の傾斜部２０ｂとに同時に接しうる程度に大きくされている。また、平坦部２０ａの上側において、案内溝５０ａの下向きの内面（すなわち、案内路２０の下向きの内面）には、少なくとも対象物が傾いていないときの移動体１を上方から見て覆う範囲において、対象物が傾いていないときに水平とされる非誘導部２０ｆが設けられている。

上記構成によれば、対象方向での平坦部２０ａの寸法を移動体１の直径よりも大きくする場合に比べ、対象方向の振動による誤検出が抑制される。また、非誘導部２０ｆを設けない場合に比べ、対象物が上下に振動した際に案内路２０の下向きの内面に移動体１が当たっても、移動体１が案内路２０の傾斜を上りにくくなるから、上下方向の振動による誤検出が抑制される。さらに、平坦部２０ａには傾斜角度が対象角度となっている傾斜面である第１の傾斜部２０ｂが連続しているので、傾斜角度が対象角度となっている傾斜面と平坦部２０ａとの間に段差が設けられる場合に比べ、磨耗による特性変化が発生しにくい。

なお、案内路２０の端部が全周にわたってボビン４０の内面によって構成される構造とする代わりに、図９に示すように、コイル４の軸方向を前後方向（図９における上下方向）とするとともに、案内路２０の左右両端部の前面のみがボビン４０によって構成される構造としてもよい。

本発明の実施形態を示す、カバーとプリント配線板とを透視した正面図である。 同上を示す分解斜視図である。 同上を示す断面図である。 同上を示す斜視図である。 同上のコイルブロックを示す平面図である。 同上の移動体を示す断面図である。 同上の要部を示す正面図である。 同上の寸法の設定の根拠を示す説明図である。 同上の別の形態におけるコイルブロックを示す平面図である。 従来例の構造を示す説明図である。 別の従来例の要部を示す断面図である。

符号の説明

１ 移動体
２ 案内体
３ コイルブロック
４ コイル
５ ボディ
６ カバー
２０ 案内路
２０ａ 平坦部
２０ｂ 第１の傾斜部
２０ｃ 第２の傾斜部
２０ｄ 第３の傾斜部
２０ｅ 凸曲面
２０ｆ 非誘導部
５０ａ 案内溝
５０ｂ 収納凹部

Claims (4)

1. 対象物に対して固定され所定の対象方向の両側について対象物の傾斜角度が所定の対象角度よりも大きいことを検出する傾斜センサにおいて、
   導電材料を含む球形状の移動体と、内部を移動体が変位可能な案内路が設けられ対象物に対して固定される案内体と、それぞれ案内路に近接配置された少なくとも１個のコイルとを備え、
   案内路の上向きの内面は対象物が傾いていないときの移動体の位置から対象方向の両側に向かってそれぞれ上向きに傾斜しており、
   案内路の下向きの内面において対象物が傾いていないときの移動体の位置の上側には、対象方向には傾斜していない非誘導部が設けられ、
   案内路の上向きの内面において対象物が傾いていないときの移動体の位置の下側には、対象物が傾いていないときには水平とされる平坦な平坦部が設けられ、
   平坦部の寸法であって対象方向での寸法は移動体の直径よりも小さく、
   平坦部に対して対象方向には、平坦部に対する傾斜角度が対象角度となっている傾斜面が連続していることを特徴とする傾斜センサ。
2. 案内路の下面は、平坦部に対し対象方向に連続して平坦部に対する傾斜角度が対象角度である第１の傾斜部と、第１の傾斜部から対象方向に延長され平坦部に対する傾斜角度が第１の傾斜部よりも小さい第２の傾斜部と、第２の傾斜部から対象方向に延長され平坦部に対する傾斜角度が対象角度である第３の傾斜部とを有し、
   第１の傾斜部と第２の傾斜部とは断面円弧形状の凸曲面を介して互いに連結されていて、
   平坦部に対して直交する方向への第１の傾斜部の突出寸法ｈは、移動体の半径をｒとおき、対象角度をθとおいて、ｈ＞ｒ（１−ｃｏｓθ）であることを特徴とする請求項１記載の傾斜センサ。
3. 各コイルは、それぞれ共通のプリント配線板に装着されてコイルブロックを構成し、
   案内体は、コイルブロックが収納される収納凹部と案内路となる案内溝とがそれぞれ設けられたボディと、ボディに機械的に結合して収納凹部と案内溝とをそれぞれ閉塞するカバーとで構成され、
   コイルブロックは、収納凹部の内面に当接することにより案内体に対して位置決めされていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の傾斜センサ。
4. 移動体は、金属からなる球形状の本体部と、本体部よりも柔軟な材料からなり本体部を覆う被覆部とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の傾斜センサ。

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