JP3508076B2 - フロート振り子型の傾斜角センサー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、傾斜角に基づく磁束の
変化を磁電変換素子により非接触で検知して電気信号に
変換する非接触型の傾斜角センサーに関し、特に、安価
な構成に拘らず容易にプリント配線基板に搭載できる非
接触型の傾斜角センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】ランドクルーザーやＲＶ車両等の走行制
御、及び建設土木機械等の姿勢制御の分野で回転、又は
揺動する車体等の傾斜角を制御する回路において、傾斜
角を磁気的に非接触で検知して電気信号に変換しようと
する際には、傾斜角に基づく磁束の変化を発生させて精
確な電気信号に変換することが重要であり、そのための
非接触型の傾斜角センサーが種々提案されている。

【０００３】例えば、従来の非接触型の傾斜角センサー
の一例としては、実開平３−４０５２２号公報による無
接触形センサユニット及びその応用製品があり、これは
ダンピングオイル中において重りの揺動により傾斜角を
検知する重り振り子型のものであるが、その検知手段に
は磁電変換素子として磁気抵抗素子を使用すると検知性
能は向上するが、必然的に全体が高価な製品とならざる
を得ない。従って、検知手段に安価なホール素子を使用
し、製品コストの低減化を図ることが求められている。
そこで、従来の重り振り子型の傾斜角センサーについ
て、ホール素子を検出手段とするものの一例を述べる。

【０００４】図３は、従来の回転軸直交式の傾斜角セン
サーを概略的に説明する説明図であり、図３（ａ）はそ
の正面から視た断面を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）に
おける矢印ii−iiの方向の側面から視た断面を示すもの
である。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、この傾斜
角センサーは、玉軸受けによる回転軸１，１に支持さ
れ、重り２の揺動に従って同軸上に回転するマグネット
３と、マグネット３に対向する磁電変換素子４と、磁電
変換素子４に配線された外部リード端子５・・５からな
っている。

【０００５】また、傾斜する角度である傾斜角θに従っ
てマグネットの磁束を変化させ、変化する磁束の磁界強
度を磁電変換素子４で検知して電気信号に変換し、外部
リード端子５・・５に送出することにより、その傾斜角
θを非接触で検出する。磁電変換素子４はホール素子が
使用される。使用状態では重り２をマグネット３とホー
ル素子４との鉛直下方に配置し、外部リード端子５・・
５をホール素子４の鉛直上方に配置しており、傾斜角θ
に従って重力により重り２を揺動する様になっている。
傾斜角θは鉛直線を中心として左右４５°に振り分けら
れる範囲を変化し、例えば土木機械等が地上を移動中に
転倒を開始する限界を事前に察知できる様にしている。

【０００６】外部リード端子５・・５は、ホール素子４
の４本のリード線６・・６を配線板７を介してそれぞれ
接続しており、最短経路による接続と配線板７の小型化
を実現するために、検知機能の主要部であるマグネット
３とホール素子４の鉛直上方に配置することとなる。ホ
ール素子４は、磁束を受ける検知面が回転軸１に直交し
て配置される回転軸直交式であり、一方、マグネット３
は回転軸１と平行な磁束を生ずる方向に配置され、傾斜
角θに従って検知面と対向する面積を変化している。使
用状態では、例えばプリント配線基板９を水平に保ち、
これに傾斜角センサーを鉛直下方から取付けるので、一
般的にはプリント配線基板９の半田面に搭載することと
なる。この他にも、ホール素子を回転軸と平行に配置す
る回転軸平行式のものがあり、実際の用途に応じていず
れの配置とするか使い分けている。

【０００７】図４は、従来の回転軸平行式の傾斜角セン
サーを概略的に説明する説明図であり、図４（ａ）はそ
の正面から視た断面を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）に
おける矢印iii-iii の方向の側面から視た断面を示すも
のである。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、この傾
斜角センサーは、ホール素子４の検知面とマグネット３
の回転軸を互いに平行に配置し、ホール素子４を４本の
リード線６・・６を折り曲げて配線板７に搭載し、マグ
ネット３を回転軸１と直角に磁束を生ずる方向に配置し
ている。

【０００８】この磁束が検知面を貫く角度と磁界の強度
を傾斜角θに従って変化する様になっている他は、図３
における回転軸直交式の従来例と同様である。実際の用
途としては図４におけるものの他、例えば４本のリード
線６・・６を真っ直ぐにしたまま、図面上で水平方向に
並べて設けた外部リード端子５・・５に配線し、垂直に
立てたプリント配線基板９に水平方向から取り付けるも
のもあり、この場合には逆に水平にしたプリント配線基
板９には搭載できない。これらの方式は、いずれも重り
２に加わる重力を利用するものであり、重り２が重くな
るほど検知精度は向上する。

【０００９】一方で、重り２等の重力により回転軸１，
１には直角方向の大きな荷重が加わるので、玉軸受けに
は高い強度の高価なものを必要とするが、これには機械
的な限界がある。そこで、これら検知精度と荷重の適度
なバランスを取る妥協が必要となるのである。一方、玉
軸受けに加わる荷重の低減化を図るものとして実公昭５
７−３４４０３号公報による傾斜計や、特開平７−４９
６３号公報による角度センサー及び傾斜検出装置等があ
り、これらにはフロートの浮力による軽量化の技術が開
示されている。以上、取付け方法を含めて実際の使用状
態について述べたが、これらの他にも、プリント配線基
板９の鉛直上方から取り付けられる異なるケーシングを
使用したものがある。

【００１０】図５は、従来の異なるケーシングの傾斜角
センサーを概略的に説明する説明図であり、図５（ａ）
は正面から視た断面を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）に
おける平面図である。図５（ａ）において、この傾斜角
センサーは、ホール素子４の各リード線６・・６を配線
した大きめの配線板１１の４隅に、長めの４つの外部リ
ード端子１２・・１２をそれぞれ鉛直方向に設けた新た
なケース１３に収納される他は、図３における回転軸直
交式の従来例、又は図４における回転軸平行式の従来例
と同様である。長めの４つの外部リード端子１２・・１
２は、この配線板１１上において各リード線６・・６と
配線されており、使用状態では一般的にプリント配線基
板９の部品面に搭載することができる。しかし、このケ
ーシングによると全体が構造的に大型化すると共にその
配線経路が長く複雑になるのが特徴である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
傾斜角センサーを安価な構造で使用し、正確な傾斜角を
検出しようとする際、次に述べる様な問題点があった。 （１）重り振り子型の傾斜角センサーは、高価な部品で
ある玉軸受けや磁気抵抗素子を必要とするので、全体の
製品コストを上昇させる。 （２）目的が異なる大型の傾斜角センサーには大きなフ
ロートを使用するものもあるが、全体を小型化する必要
のある用途には適していない。 （３）また、いずれも検知手段を重りの鉛直上方に配置
する必要があるので、傾斜角センサー自体をプリント配
線基板の鉛直下方に、又はプリント配線基板自体を垂直
に立てて搭載しなければならなかった。本発明では、前
述の問題点に鑑み、プリント配線基板の搭載に適した安
価な構造のフロート振り子型の傾斜角センサーを提供す
ることを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明では次の手段を構成した。 （１） 液体に浮動する中空状のフロートと、フロート
の揺動に従って回転する回転軸により支持されたマグネ
ットと、マグネットに対向する磁電変換素子と、磁電変
換素子に配線された外部リード端子とを備え、傾斜する
角度である傾斜角に従ってマグネットの磁束を変化さ
せ、変化する磁束の磁界強度を磁電変換素子で検知して
電気信号に変換し、外部リード端子に送出することによ
り、その傾斜角を非接触で検出するフロート振り子型の
傾斜角センサーにおいて、フロートは１つであってマグ
ネットと磁電変換素子との鉛直上方に配置し、外部リー
ド端子を磁電変換素子の鉛直下方に配置して、マグネッ
トの回転軸はスラスト荷重を受ける軸受けであることを
特徴とするフロート振り子型の傾斜角センサー。

【００１３】（２） 前記フロートは、液体の中に全体
を浸していることを特徴とする前項（１）記載のフロー
ト振り子型の傾斜角センサー。 （３） 前記フロートは、回転軸を延長した空間を含む
大きさであることを特徴とする前項（２）記載のフロー
ト振り子型の傾斜角センサー。 （４） 前記マグネットは、１つであって回転軸上にお
けるほぼ中央に配置することを特徴とする前項（２）記
載のフロート振り子型の傾斜角センサー。 （５） 前記磁電変換素子は、ホール素子であることを
特徴とする前項（２）記載のフロート振り子型の傾斜角
センサー。

【００１４】

【作用】フロートがマグネットと磁電変換素子との鉛直
上方に１つ配置され、外部リード端子が磁電変換素子の
鉛直下方に配置されて、マグネットの回転軸がスラスト
荷重を受ける軸受けにより支持される。また、前記フロ
ート全体が液体の中に浸され、回転軸を延長した空間が
フロートに含まれる。更に、前記マグネットが回転軸上
におけるほぼ中央に１つ配置され、前記磁電変換素子に
はホール素子が使用される。

【００１５】

【実施例】以下、非接触型の傾斜角センサーにおける本
発明の実施例を、図面を参照して詳しく説明する。尚、
前記した従来例における同じ部分については各図面に同
一の符号を付して示し詳しい説明は省略する。図１は、
本発明による第１の実施例を説明する説明図であり、図
１（ａ）は正面の断面を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）
における矢印ｖ−ｖの方向から視た側面の断面を示すも
のである。図１（ａ）、及び図１（ｂ）において、第１
の実施例の主要部は、液体８に浮動する第１のフロート
２１と、このフロート２１の揺動により回転する新たな
回転軸２２，２２であり、その他は図５における第１の
従来例と同様である。

【００１６】但し、マグネット３と磁電変換素子４は、
１組を回転軸２２，２２の片側に偏って配置すれば必要
な機能を発揮できるが、検出出力を高めるために２組を
回転軸２２，２２の両側に設けるものでもよい。第１の
フロート２１は、例えば軽合金や合成樹脂等の若干弾性
を有する素材を使用し、中空状や発泡状のもので機械的
な構造を維持できるものであっても、その他、全体とし
て液体８より若干小さな比重を有するものであればいず
れでもよい。このフロート２１は、傾斜角θに基づく回
転トルクを回転軸２２，２２に与え、フロート２１によ
る振り子の向きを鉛直方向に維持することができる。

【００１７】実験によればフロート２１の排液量は、マ
グネット３等を含み振り子状に作動する部分の重量の
１．５倍程が好ましく、それ以上では余り効果がない。
液体８は、ダンピングオイル等の粘性を有するものが好
ましいが、液体であれば良く水やアルコール等でもよ
い。この液体８中に第１のフロート２１全体が浸されて
いるので、微細な振動を伝え難いばかりか、その粘性に
よる制動効果を最大限に発揮してフロート２１の揺動に
よる振動を収斂させることができる。しかも、液体８の
振動や膨張をこのフロート２１の弾性により吸収するこ
ともできる。

【００１８】検出すべき傾斜角に対するマグネット３の
回転角度のヒステリシスは、従来の平均１．５°から本
発明によれば平均０．５°に改善する効果がある。磁電
変換素子４としては、全体の小型化を実現するためにホ
ール素子の使用が好ましいが、特に検出精度を高めるた
めには磁気抵抗素子も使用できる。新たな回転軸２２，
２２は、第１のフロート２１の浮力が重力に若干勝るの
で、回転軸２２方向に生ずるスラスト荷重（矢印）２３
以外の軸受けに懸かる荷重を充分に低減することがで
き、このスラスト荷重（矢印）２３を受ける公知の軸受
けにより支持するもので充分である。また、使用状態に
おいて、第１のフロート２１は振り子の支点の上側で浮
力によって揺動し、その支点上にマグネット３と磁電変
換素子４からなる検知手段を設ける必要があるので、こ
のフロート２１は検知手段の鉛直上方に配置されてい
る。

【００１９】更に、磁電変換素子４の複数のリード線６
・・６は下向きに出ているので、これらリード線６・・
６が配線された外部リード端子５・・５を検知手段の鉛
直下方に配置することができる。従って、本発明による
実施例の傾斜角センサーを図１に示す第１のフロート２
１側を鉛直上方に向け、結局、外部リード端子５・・５
を鉛直下方に向けてプリント配線基板９の部品面上に搭
載できると共に、その中央からリード線６・・６を取り
出して外部リード端子５・・５に配線することから、製
造し易く無理のない自然な構造の傾斜角センサーを実現
できる様になる。

【００２０】図２は、本発明による第２の実施例を説明
する説明図であり、図２（ａ）は正面の断面を示し、図
２（ｂ）は図２（ａ）における矢印vi−viの方向から視
た側面の断面を示すものである。図２（ａ）、及び図２
（ｂ）において、第２の実施例の主要部は、第２のフロ
ート２４と、マグネット３と磁電変換素子４の新たな配
置であり、その他は図５における第２の従来例と同様で
ある。第２のフロート２４は、回転軸２２，２２を延長
した空間を含む大きさのものである。

【００２１】従って、第１に、回転軸２２，２２を延長
した空間に相当する部分が、回転軸２２，２２の玉軸受
けに加わる荷重を取り去って摩擦を軽減している。第２
に、この摩擦の軽減により、前記した回転トルクを回転
軸２２，２２に感度よく与えて、例え小さな浮力であっ
てもフロート２４による振り子の向きを完全に鉛直方向
に維持することができる。また、マグネット３と磁電変
換素子４の新たな配置は、前記した新たな回転軸２２の
ほぼ中央に設けるものであり、回転軸２２に対するマグ
ネット３等による重力と回転モーメントを均等に配分す
る様になっている。尚、本発明は前述の実施例にのみ限
定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々の変更を加えうることは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明には次の効果が
ある。 （１）高価な部品である玉軸受けや磁気抵抗素子を必要
としないので、全体の製品コストを低減できる。 （２）従来の重りを削除して代わりに小さなフロートを
使用するので、全体を小型化する必要のある用途にも適
用できる。 （３）また、検出手段をフロートの鉛直下方に配置する
ので、傾斜角センサー自体を水平のプリント配線基板の
部品面において鉛直上方に搭載できる。以上の（１）、
乃至（３）により、プリント配線基板の搭載に適した安
価な構造のフロート振り子型の傾斜角センサーを提供す
ることができる様になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例を説明する説明図で
ある。

【図２】本発明による第２の実施例を説明する説明図で
ある。

【図３】従来の回転軸直交式の傾斜角センサーを概略的
に説明する説明図である。

【図４】従来の回転軸平行式の傾斜角センサーを概略的
に説明する説明図である。

【図５】従来の異なるケーシングの傾斜角センサーを概
略的に説明する説明図である。

【符号の説明】

３・・・マグネット ４・・・磁電変換
素子 ５・・・外部リード端子 ６・・・リード線 ７・・・配線板 ８・・・液体 ９・・・プリント配線基板 ２１・・・第１のフ
ロート ２２・・・新たな回転軸 ２３・・・スラス
ト荷重 ２４・・・第２のフロート θ・・・傾斜角

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体に浮動する中空状のフロートと、フ
   ロートの揺動に従って回転する回転軸により支持された
   マグネットと、マグネットに対向する磁電変換素子と、
   磁電変換素子に配線された外部リード端子とを備え、傾
   斜する角度である傾斜角に従ってマグネットの磁束を変
   化させ、変化する磁束の磁界強度を磁電変換素子で検知
   して電気信号に変換し、外部リード端子に送出すること
   により、その傾斜角を非接触で検出するフロート振り子
   型の傾斜角センサーにおいて、 フロートは１つであってマグネットと磁電変換素子との
   鉛直上方に配置し、外部リード端子を磁電変換素子の鉛
   直下方に配置して、 マグネットの回転軸はスラスト荷重を受ける軸受けであ
   ることを特徴とするフロート振り子型の傾斜角センサ
   ー。
2. 【請求項２】 前記フロートは、液体の中に全体を浸し
   ていることを特徴とする請求項１に記載のフロート振り
   子型の傾斜角センサー。
3. 【請求項３】 前記フロートは、回転軸を延長した空間
   を含む大きさであることを特徴とする請求項２に記載の
   フロート振り子型の傾斜角センサー。
4. 【請求項４】 前記マグネットは、１つであって回転軸
   上のほぼ中央に配置することを特徴とする請求項２に記
   載のフロート振り子型の傾斜角センサー。
5. 【請求項５】 前記磁電変換素子は、ホール素子である
   ことを特徴とする請求項２に記載のフロート振り子型の
   傾斜角センサー。