JP2009117177A

JP2009117177A - 傾斜センサ

Info

Publication number: JP2009117177A
Application number: JP2007288851A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Ito; 良治伊藤; Tokuhiro Ida; 徳浩位田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: JP4867895B2

Abstract

【課題】寿命の延長が可能な傾斜センサを提供する。
【解決手段】対象物の傾斜に伴う球形状の移動体の変位を、コイル４のインピーダンスの変化によって検出する。また、それぞれコイル４が巻回されるとともに移動体１が変位する案内路の一部を構成する２個のボビン４０と、各ボビン４０がそれぞれ固定され各コイル４がそれぞれ電気的に接続されたプリント配線板３０とを備える。各ボビン４０をそれぞれ合成ゴムやエラストマーのような弾性材料で構成した。これにより、ボビン４０への移動体１の衝突時の衝撃がボビン４０によって吸収されるから、ボビン４０を非弾性材料で構成する場合に比べ、プリント配線板３０とコイル４との接続点にかかる機械的ストレスが低減されるので、上記接続点に不良が発生するまでの寿命が延長される。
【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が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の傾斜センサとして、本発明者は特願２００７−１７７６５９において図６〜図９に示すようなものを提案している。以下、この傾斜センサについて、図面を参照しながら説明する。

この傾斜センサは、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ハウジング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６を基準とし、図７の上下方向を前後方向と呼ぶ。

移動体１は、図１０に示すように、導電材料からなる球形状の本体部１１と、本体部１の材料よりも柔軟な材料からなり本体部１１を覆う被覆部１２とからなる。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。上記のように被覆部１２を設ければ、被覆部１２を設けず導電材料の球体のみで移動体１を構成する場合に比べ、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る。

ハウジング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。ボディ５とカバー６とはそれぞれ合成樹脂成型品からなる。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、合成樹脂成型品からなり、図９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。詳しく説明すると、各ボビン４０は、それぞれ、コイル４が巻回される筒形状の本体部４０ａと、本体部４０ａの軸方向の両端部においてそれぞれ本体部４０ａの全周にわたって本体部４０ａの径方向の外向きに突設されコイル４を挟む２個の鍔部４０ｂと、各鍔部４０ｂの上面にそれぞれ突設されプリント配線板３０に設けられた嵌合穴（図示せず）に嵌合する嵌合凸部４０ｃとを有し、各嵌合凸部４０ｃがそれぞれプリント配線板３０の嵌合穴に嵌合することによってプリント配線板３０に機械的に結合している。また、各嵌合凸部４０ｃはそれぞれ嵌合穴を貫通した先端が溶融されて潰されることにより嵌合穴からの抜け止めがなされている。各ボビン４０は、それぞれ案内溝５０ａの左右の一方側ずつに位置して、案内路２０の左右方向の一端部ずつを構成する。つまり、ハウジング２が請求項における案内本体を構成しており、ハウジング２と２個のボビン４０とが請求項における案内体を構成している。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の前面には、案内溝５０ａが内側に設けられるとともにコイルブロック３が収納される収納凹部５０が設けられており、プリント配線板３０は収納凹部５０内において案内溝５０ａの上側に収納される。そして、収納凹部５０の内底面において案内溝５０ａの上側には、収納凹部５０の下向きの内面との間にプリント配線板３０を挟む位置決め凸部５０ｂが設けられている。また、位置決め凸部５０ｂは、プリント配線板３０の下端部を左右両側から挟む上向きコ字形状となっている。つまり、収納凹部５０の下向きの内面と位置決め凸部５０ｂとにより、ハウジング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。

また、ボディ５は、収納凹部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。収納凹部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収納凹部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、ハウジング２は例えば取付穴５２ａに挿通されたボルト（図示せず）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、他端が位置決め凸部５０ｂの上側で収納凹部５０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。

次に、案内路２０の構造について説明する。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、ハウジング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１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、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）とされており、これによって第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。

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やハウジング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。これにより、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、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２０ｅが設けられている。これにより、非誘導部２０ｅ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。
特開２００６−１０５７６３号公報

従来、ボビン４０の材料としては、例えば液晶ポリマ（liquid crystal polymer, LCP）やポリブチレンテレフタレート（polybutylene terephthalate, PBT）が用いられていた。

しかし、ボビン４０の内面に移動体１が衝突することによる衝撃がプリント配線板３０とコイル４との接続部のはんだなどに伝わることにより、コイル４とプリント配線板３０との間での電気的接続に不良が発生するまでの寿命が短くなっていた。

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、寿命の延長が可能な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それぞれ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であって、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、案内体は、それぞれ内周面が案内路の一部を構成するとともにコイルが巻回された少なくとも１個のボビンと、案内路の残りの部分を構成する案内本体とを有し、案内本体に対して固定されるとともに各ボビンがそれぞれ固定され各コイルがそれぞれ電気的に接続されたプリント配線板を備え、各ボビンがそれぞれ弾性材料からなることを特徴とする。

この発明によれば、ボビンへの移動体の衝突時の衝撃がボビンによって吸収され、また、ボビンとプリント配線板との熱膨張係数の差による歪みがボビンの弾性変形によって吸収されるから、ボビンを非弾性材料で構成する場合に比べ、各ボビンがそれぞれ固定され各コイルがそれぞれ電気的に接続されたプリント配線板とコイルとの接続点にかかる機械的ストレスが低減されるので、上記接続点に不良が発生するまでの寿命が延長される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、各ボビンにはそれぞれ嵌合凸部が突設され、プリント配線板にはボビンの嵌合凸部が嵌合する嵌合穴が設けられ、各ボビンはそれぞれ嵌合凸部が嵌合穴に嵌合することによってプリント配線板に対して固定されていることを特徴とする。

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、各ボビンにはそれぞれ案内本体の一部を上下から挟む挟み部が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、案内本体に対するボビンの位置ずれを抑制することができる。

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、弾性材料からなる球体が金属の層により覆われてなることを特徴とする。

この発明によれば、移動体の全体を金属で構成する場合に比べ、動作時の案内路の内面と移動体との衝突による騒音や磨耗粉の発生が抑制される。また、金属製の球体を弾性材料で覆って移動体を構成する場合に比べ、導電部分の外径を同じとした場合には移動体全体の外径をより小さくすることができるから、小型化が可能となる。

請求項５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、金属粉が添加された合成樹脂からなることを特徴とする。

この発明によれば、移動体の全体を金属で構成する場合に比べ、動作時の案内路の内面と移動体との衝突による騒音や磨耗粉の発生が抑制される。また、金属製の球体を弾性材料で覆って移動体を構成する場合に比べ、導電部分の外径を同じとした場合には移動体全体の外径をより小さくすることができるから、小型化が可能となる。さらに、請求項４の発明に比べ、金属の層が剥離するおそれがないから、寿命を延長することができる。

請求項１の発明によれば、移動体が移動する案内路の一部を構成してコイルが巻回される各ボビンがそれぞれ弾性材料からなることにより、ボビンへの移動体の衝突時の衝撃がボビンによって吸収され、また、ボビンとプリント配線板との熱膨張係数の差による歪みがボビンの弾性変形によって吸収されるから、ボビンを非弾性材料で構成する場合に比べ、各ボビンがそれぞれ固定され各コイルがそれぞれ電気的に接続されたプリント配線板とコイルとの接続点にかかる機械的ストレスが低減されるので、上記接続点に不良が発生するまでの寿命が延長される。

請求項３の発明によれば、各ボビンにはそれぞれ案内本体の一部を上下から挟む挟み部が設けられているので、案内本体に対するボビンの位置ずれを抑制することができる。

請求項４の発明によれば、移動体は、弾性材料からなる球体が金属の層により覆われてなるので、移動体の全体を金属で構成する場合に比べ、動作時の案内路の内面と移動体との衝突による騒音や磨耗粉の発生が抑制される。また、金属製の球体を弾性材料で覆って移動体を構成する場合に比べ、導電部分の外径を同じとした場合には移動体全体の外径をより小さくすることができるから、小型化が可能となる。

請求項５の発明によれば、移動体は、金属粉が添加された合成樹脂からなるので、移動体の全体を金属で構成する場合に比べ、動作時の案内路の内面と移動体との衝突による騒音や磨耗粉の発生が抑制される。また、金属製の球体を弾性材料で覆って移動体を構成する場合に比べ、導電部分の外径を同じとした場合には移動体全体の外径をより小さくすることができるから、小型化が可能となる。さらに、請求項４の発明に比べ、金属の層が剥離するおそれがないから、寿命を延長することができる。

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。

本実施形態の基本構成は従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して図示並びに説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。また、以下の説明での上下左右前後といった方向の表現は、従来例の説明での表現に準じる。

本実施形態では、図２に示すように、ボディ５の収納凹部５０の底面に、それぞれボビン４０の後端部（図２での下端部）が収納される保持凹部５０ｄが設けられている。

また、本実施形態は、各ボビン４０がそれぞれ弾性材料からなることを特徴としている。各ボビンの材料としては、例えば合成ゴムやエラストマーを用いることができる。

さらに、各嵌合凸部４０ｃの先端部は、図１及び図３に示すように、それぞれ、先端へ向かって外径を小さくするように外周面が傾斜した円錐形状となっている。つまり、各嵌合凸部４０ｃをそれぞれ弾性変形させながらプリント配線板３０の嵌合穴３０ａに導入することができるのであり、各ボビン４０をそれぞれプリント配線板３０に固定する作業が従来例よりも容易となっている。本実施形態では、温度の変動に伴うひずみが生じた場合にも、弾性材料からなるボビン４０にひずみが吸収されることにより、プリント配線板３０に生じるひずみは小さくなっている。

また、図４に示す移動体１においては、従来例とは逆に、球形状の本体部１１が弾性材料で構成され、本体部１１を覆う層である被覆部１２が導電材料で構成されている。本体部１１の材料としては例えば合成ゴムやエラストマー等の弾性材料である合成樹脂を用いることができる。また、被覆部１２の材料としては各種の金属を用いることができ、本体部１１上に被覆部１２を形成する方法としてはめっきを用いることができる。これにより、移動体１全体を金属で構成する場合に比べ、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る。また、従来例では、移動体１の導体部分の外径に対して移動体１全体の外径が大きくなってしまい、これが傾斜センサ全体の大型化を招いてしまうという問題があったが、本実施形態では、移動体１を上記のように構成したことにより、移動体１の導電部分の外径を同じとすれば、従来例のように導電材料からなる本体部１１を弾性材料からなる被覆部１２で覆う構成とするよりも、移動体１の全体としての外径を小さくすることができるから、傾斜センサ全体の小型化が可能となる。なお、被覆部１２を設ける代わりに、移動体１の全体を、金属粉が添加された合成ゴムやエラストマー等の弾性材料である合成樹脂で構成してもよく、この場合には、上記と同様の効果に加えて、図４の例に比べて被覆部１２が剥がれるおそれがないために寿命が延長されるという利点がある。

上記構成によれば、ボビン４０が弾性材料からなることにより、ボビン４０への移動体１の衝突時の衝撃がボビン４０によって吸収され、また、ボビン４０とプリント配線板３０との熱膨張係数の差による歪みがボビン４０の弾性変形によって吸収されるから、ボビン４０を非弾性材料で構成する場合に比べ、プリント配線板３０とコイル４との接続点にかかる機械的ストレスが低減されるので、上記接続点に不良が発生するまでの寿命が延長される。

さらに、各ボビン４０において、それぞれボディ５における案内溝５０ａを構成する部位（つまり案内本体の一部）を上下から挟む挟み部４０ｄを設けてもよい。この構成を採用すれば、ボディ５に対するボビン４０の位置ずれが防止される。

本発明の実施形態のコイルブロックを示す下面図である。同上の要部の構造を示す説明図である。同上のコイルブロックの要部を示す断面図である。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。傾斜センサの一例を示す、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。同上を示す斜視図である。同上のコイルブロックを示す下面図である。同上の移動体を示す断面図である。

符号の説明

１移動体
２ハウジング
４コイル
５ボディ
６カバー
２０案内路
３０プリント配線板
４０ボビン
４０ｃ嵌合凸部
４０ｄ挟み部

Claims

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それぞれ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であって、
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、
案内体は、それぞれ内周面が案内路の一部を構成するとともにコイルが巻回された少なくとも１個のボビンと、案内路の残りの部分を構成する案内本体とを有し、
案内本体に対して固定されるとともに各ボビンがそれぞれ固定され各コイルがそれぞれ電気的に接続されたプリント配線板を備え、
各ボビンがそれぞれ弾性材料からなることを特徴とする傾斜センサ。
各ボビンにはそれぞれ嵌合凸部が突設され、プリント配線板にはボビンの嵌合凸部が嵌合する嵌合穴が設けられ、各ボビンはそれぞれ嵌合凸部が嵌合穴に嵌合することによってプリント配線板に対して固定されていることを特徴とする請求項１記載の傾斜センサ。
各ボビンにはそれぞれ案内本体の一部を上下から挟む挟み部が設けら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。
移動体は、弾性材料からなる球体が金属の層により覆われてな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。
移動体は、金属粉が添加された合成樹脂からな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。