JP3622413B2

JP3622413B2 - 傾斜センサ

Info

Publication number: JP3622413B2
Application number: JP07571497A
Authority: JP
Inventors: 聡蔵本; 慶二高野; 孝吉飛田
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JPH10267653A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、トラクタやコンバイン等の農機具や建設機械などに搭載されてその傾斜を検出するのに好適な傾斜センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば農機具などには、姿勢の傾きを検出して一定角度以上傾いたときには、それを報知するようにした傾斜センサを搭載したものがあるが、かかる傾斜センサは、上下方向を逆にして取り付けるといったことはできず、天面を上にして設置している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来例の傾斜センサは、上下方向を逆にして取り付けることができず、したがって、例えば、農機具等の操縦席の天井に天面を下にして取り付けるといったことができず、取り付け箇所に制約を受けるといった難点があった。
【０００４】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、取り付け方向の自由度を高めた傾斜センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００６】
すなわち、本発明の傾斜センサは、対向する対電極を少なくとも二組備え、容器内に、前記対電極の各組を、容器内の傾斜を検出すべき方向の両側にそれぞれ配設するとともに、前記容器の傾斜に応じて前記対電極間の静電容量を変化させる液体を封入し、前記対電極間の静電容量に基づいて傾斜を検出する傾斜センサであって、前記対電極を構成する各電極は、前記容器の上下を逆転させて配置しても傾斜を検出可能な形状であるとともに、前記液体の流路となるスリットを有し、前記各電極は、前記傾斜を検出すべき方向に直交するように配設されるものである。
【０００７】
前記各電極は、前記容器の内部における形状を上下対称とするのが好ましい。
【０００９】
また、前記容器は、開口部を有するケースと、前記開口部を覆うカバーとを備え、前記対電極を構成する各電極は、中央に前記スリットが形成された大略矩形の電極部と、前記カバーに形成された挿通孔を介して回路基板に接続される端子部とを有し、前記容器および前記回路基板は、その周囲がシールド部材で覆われてハウジング内に収納されて樹脂充填される構成とするのが好ましい。
【００１０】
さらに、前記ケースの前記開口部の周縁および前記開口部を覆うカバーの周縁の一方には、突部が形成されるとともに、他方には、前記突部に嵌合する凹部が形成され、前記ケース内壁の対向面には、前記対電極を構成する各電極の両端部が嵌め込まれて各電極が保持される保持凹部がそれぞれ形成され、前記各電極の一方の面の前記両端部には、前記保持凹部に嵌め込まれて該保持凹部の保持面に押圧される突起が形成され、各電極の他方の面が、互いに対向する対向面とされるのが好ましい。
【００１１】
また、前記傾斜を検出すべき方向の両側にそれぞれ配設された各組の対電極間の静電容量に基づく差動出力によって傾斜を検出するとともに、検出した傾斜角度に応じて少なくとも二段階の報知出力を与える構成とするのが好ましい。
【００１２】
本発明の傾斜センサによれば、容器内に、対電極を配設するとともに、傾斜に応じて対電極間の静電容量を変化させる液体を封入して対電極間の静電容量に基づいて傾斜を検出し、しかも、対電極を構成する各電極は、前記容器の上下を逆転させて配置しても傾斜を検出可能な形状、例えば容器内部における形状が上下対称であるので、容器の上下を逆にして取り付けても傾斜を検出できることになり、当該傾斜センサの取り付けの自由度が向上する。しかも、対電極を構成する各電極は、傾斜を検出すべき方向に直交するように配設され、液体の流路となるスリットを有する構成としているので、傾斜したときには、液体が前記スリットを介して流動する一方、当該傾斜センサが搭載された農機具等のエンジン駆動中の小刻みな振動などによる液体の不所望な流動が、前記スリットよって抑制されて誤動作を防止できることになる。
【００１４】
さらに、容器および電極が接続された回路基板は、その周囲がシールド部材で覆われてハウジング内に収納されるので、ノイズによる誤動作を防止することができる。
【００１５】
また、容器を構成するケースと、このケースの開口部を覆うカバーとは、突部と凹部とが嵌合する構造であるので、容器内に封入される液体の密封性が高まることになり、また、各電極の両端部は、ケースの内壁に形成された保持凹部に嵌め込まれて保持されるのであるが、各電極の一方の面の前記両端部には、突起が形成されているので、各電極の前記両端部を保持凹部にキッチリと嵌め込むことができ、各電極の他方の面である対向面間の距離を精度よく設定できることになる。
【００１６】
さらに、傾斜を検出すべき方向の両側にそれぞれ配設された各組の対電極間の静電容量に基づく差動出力によって傾斜を検出するので、個別に検出する場合に比べて構成が簡素化されるとともに、検出した傾斜角度に応じて少なくとも二段階の報知出力を与えるので、傾斜角度に応じて、例えば注意、警告といった適切な報知を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
先ず、傾斜センサの具体的な実施の形態の説明に先立って、この実施の形態の傾斜センサの検出原理を、図１に基づいて説明する。
【００１９】
同図において、１は容器であり、この容器１内には、対向する対電極２_１，２_２；３_１，３_２の二組が、傾斜を検出すべき方向（図１の左右方向）の両側に間隔をあけて配設されており、さらに、この容器１内には、該容器１の傾斜に応じて各組の対電極２_１，２_２；３_１，３_２間の静電容量を変化させるシリコンオイルなどの誘電性液体４が封入されている。
【００２０】
対電極２_１，２_２；３_１，３_２を構成する各電極２_１，２_２，３_１，３_２は、容器１の上下を逆転させて配置しても傾斜を検出可能な形状、例えば容器１内部における形状が、矩形のような上下対称な形状となっており、さらに、誘電性液体４の流路となるスリットあるいは容器１の内壁との間で流路を形成するための凹部などが形成されており、容器１が傾斜すると、前記流路を介して誘電性液体４が流動して各組の対電極２_１，２_２；３_１，３_２間の誘電性液体４の量が変化して各組の対電極２_１，２_２；３_１，３_２間の静電容量が変化することになり、この各組の対電極２_１，２_２；３_１，３_２間の静電容量の変化を差動で検出するものである。
【００２１】
図２は、本発明の一つの実施の形態に係る傾斜センサ５の斜視図であり、図３は、その縦断正面図であり、図４は、その縦断側面図であり、図５は、その分解斜視図である。
【００２２】
この実施の形態の傾斜センサ５は、上述の容器１を構成する樹脂製のケース６およびカバー７と、前記容器１内に配設される二組の対電極２_１，２_２；３_１，３_２と、これら対電極２_１，２_２；３_１，３_２が半田付けされる回路基板８と、ノイズによる誤動作を防止するために、前記容器１および回路基板８の周囲を覆うシールドケース９およびシールドカバー１０と、これらを収納する樹脂製のハウジング１１とを備えている。
【００２３】
図６は、ケース６の平面図であり、図７は、図６の切断面線Ａ−Ａから見た断面図であり、図８は、図６の切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図である。
【００２４】
開口部１２を有する箱状のケース６の内壁には、二組の対電極２_１，２_２；３_１，３_２を構成する各電極２_１，２_２，３_１，３_２をそれぞれ保持するための四つ保持部１３が深さ方向に延びて突設されており、これら保持部１３の間および保持部１３とケース６の内壁との間の保持凹部１４に、各電極２_１，２_２，３_１，３_２の両端部が嵌め込まれて保持される。また、ケース６の底面には、誘電性液体、例えばシリコンオイルを注入するための注入口１５が形成されており、この注入口１５は、後述のようにシリコンオイルを注入した後に、キャップシールによって密封される。
【００２５】
また、カバー７が装着されるケース６の内壁上端部には、開口部１２の周縁に沿って突部１６が形成されており、装着されるカバー６の凹部に嵌合して密封性を高めてシリコンオイルがケース６とカバー７との間から漏れ出るのを防止している。さらに、ケース６の長手方向の両側面の中央には、一対の支持腕１７が突設されており、各支持腕１７の先端部１７ａが、ハウジング１１の後述の取付孔３４に嵌まり込んで位置決めされて取り付けられるようになっている。
【００２６】
図９および図１０は、対電極２_１，２_２；３_１，３_２を構成する各電極２_１，２_２，３_１，３_２の両面をそれぞれ示す図であり、図１１は、その側面図であり、各電極２_１，２_２，３_１，３_２は、同一形状であるので、これらの図においては、電極２_１を代表的に示している。
【００２７】
電極２_１は、容器１内部のおける形状が上下対称となるものであり、大略矩形の電極部２_１ａと、回路基板８に半田付けされる端子部２_１ｂとを有しており、電極部２_１ａの中央には、シリコンオイルの流路となるスリット２_１ｃがケース６における深さ方向に沿って形成されており、また、ケース６の保持凹部１４に嵌め込まれる両端部には、一方の面側に突出した突起２_１ｄが上下二か所にそれぞれ形成されており、この突起２_１ｄが形成された面とは反対側の面が、対向面となるようにケース６の保持凹部１４に嵌め込んで取り付けられるものであり、これによって、電極の対向面の両端部が保持凹部１４の保持面にキッチリと押圧されることになり、図１２の部分拡大図に示されるように、対電極２_１，２_２の互いに対向する対向面間の距離、すなわち、電極間の距離Ｄを精度よく設定できることになる。また、電極２_１の上下には、容器１の上下の内壁との間で流路を形成するための凹部２_１ｅが上下対称に形成されている。ケース６に配設された電極２_１，２_２，３_１，３_２は、その端子部２_１ｂ，２ｂ_２，３_１ｂ，３_２ｂがカバー７の後述の挿通孔１８を介して回路基板８に半田付けされる。
【００２８】
図１３は、カバー７の平面図であり、図１４は、図１３の切断面線Ｃ−Ｃから見た断面図であり、図１５は、図１３の切断面線Ｄ−Ｄら見た断面図である。
【００２９】
樹脂製のカバー７は、ケース６内に配設された二組の対電極２_１，２_２；３_１，３_２の各電極２_１，２_２，３_１，３_２の端子部２_１ｂ，２_２ｂ，３_１ｂ，３_２ｂを引き出すための挿通孔１８を有しており、ケース６に装着される側の周縁部には、ケース６の上述の突部１６に嵌合する凹部１９が形成されている。このカバー７の前記凹部１９が形成されている面とは反対側の面は、傾斜面２０となっており、ケース６に電極２_１，２_２，３_１，３_２を配設してカバー７を装着した後の樹脂封止の際に、図３あるいは図４に示されるエポキシ樹脂等の封止樹脂４５が円滑に外側に流れてケース６とカバー７との外周の境界部分を確実に封止するように構成している。
【００３０】
電極２_１，２_２，３_１，３_２の各端子部２_１ｂ，２_２ｂ，３_１ｂ，３_２ｂが半田付けされるとともに、シールドケース９の後述の引き出し部２６，２７が半田付けされる回路基板８は、上述の図５に示されるように前記端子部２_１ｂ，２_２ｂ，３_１ｂ，３_２ｂおよびシールドケース９の引き出し部２６，２７が挿通する挿通孔２１を有している。
【００３１】
図１６および図１７は、シールドケース９の斜視図である。ケース６およびカバー７からなる容器１および回路基板８が収納されるシールドケース９は、ケース６の支持腕１７に対応する切欠部２２を有するとともに、図３あるいは図４に示されるウレタン樹脂等の充填樹脂４６が外側に円滑に流れるように開口２３を側面に有している。さらに、底面側には、ケース６のシリコンオイル注入用の注入口１５に対応する開口２４が、二つ設けられており、ケース６の収納方向が逆の場合であっても、ケース６の注入口１５がシールドケース９外に臨むように構成されており、さらに、四カ所の隅部には、ハウジング１１の後述の突起３３が挿通する挿通孔２５が形成されている。このシールドケース９には、回路基板８のみに半田付けされる引き出し部２６と、回路基板８およびシールドカバー１０に半田付けされる引き出し部２７が形成されている。
【００３２】
シールドカバー１０には、図５に示されるように、シールドケース９の二つの引き出し部２７が挿通固定されて半田付けされる挿通孔２８が形成されている。
【００３３】
図１８は、ハウジング１１の平面図であり、図１９は、図１８の切断面線Ｅ−Ｅから見た断面図であり、図２０は、図１８の切断面線Ｆ−Ｆから見た断面図である。
【００３４】
ハウジング１１は、その左右方向（図１９の左右方向）の両側に、当該傾斜センサ５を、農機具等の適宜箇所に設置するための取付部２９を有するとともに、一方の取付部２９には、リード線３０を引き出すための切欠部３１が形成されており、図５に示されるように、この切欠部３１にクランプ３２によってリード線３０が固定されるようになっている。また、ハウジング１１の収納部の底面の四カ所の隅部には、シールドケース９の挿通孔２５を介してケース６の底面を保持する突起３３が形成されており、この突起３３の端面は平行となっており、収納されたケース６を平行に保持するようになっている。さらに、ハウジング１１の側面には、ケース６の支持腕１７の先端１７ａが嵌め込んで位置決めされる取付孔３４が形成されている。
【００３５】
次に、以上の構成を有する傾斜センサ５の組み立て手順を上述の図５に基づいて説明する。
【００３６】
先ず、ケース６に電極２_１，２_２，３_１，３_２を取り付けて二組の対電極２_１，２_２；３_１，３_２を構成し、カバー７を装着してエポキシ樹脂等で封止し、ケース６の注入口１５からシリコンオイルを、図３あるいは図４の仮想線で示されるように、容器の容積のほぼ１／２注入し、キャップシールで注入口１５を密封し、電極２_１，２_２，３_１，３_２の端子部２_１ｂ，２_２ｂ，３_１ｂ，３ｂ_２を回路基板８に半田付けし、さらに、リード線３０を回路基板８に半田付けした後に、シールドケース９内に収納してシールドケース９の引き出し部２６，２７を回路基板８に半田付けする。
【００３７】
次に、ハウジング１１内に収納し、ウレタン樹脂等を充填し、シールドカバー１０をシールドケース９に取り付けて引き出し部２７を半田付けして再びウレタン樹脂等を充填することにより、傾斜センサ５を得ることができる。
【００３８】
この実施の形態の傾斜センサ５は、例えば、トラクタなどの農機具に搭載されて左右方向の傾斜を検出するものであり、ハウジング１１の二つの取付部２９が、前記左右方向に沿うように設置されるものである。
【００３９】
図２１は、この実施の形態の傾斜センサ５の回路構成を示すブロック図であり、図２２は、動作説明に供する信号波形図であり、同図（Ａ）は、発振回路出力、同図（Ｂ），（Ｃ）は、対電極２_１，２_２；３_１，３_２の各組にそれぞれ対応する微分回路出力、同図（Ｄ）は、差動増幅回路出力、同図（Ｅ）は、半波整流回路出力、同図（Ｆ）は、平滑回路出力である。
【００４０】
この実施の形態の傾斜センサ５は、電源回路３５と、図２２（Ａ）に示される発振出力を与える発振回路３６と、上述の二組の対電極２_１，２_２；３_１，３_２と、各対電極の出力をそれぞれ微分する微分回路３７と、例えば図２２（Ｂ），（Ｃ）に示される微分回路３７の出力を差動増幅する差動増幅回路３８と、図２２（Ｄ）に示される差動増幅回路３８の出力を半波整流する半波整流回路３９と、図２２（Ｅ）に示される半波整流回路３９の出力を平滑化する平滑回路４０と、図２２（Ｆ）に示される平滑回路４０の出力に基づいて、傾斜角度が１５度以上あるいは１７度以上であるか否かを判定するとともに、前記１５度以上あるいは１７度以上であるときに、負荷開閉回路４１を制御してパルス発生回路４２のパルスをブザ等の負荷に与える判定回路４３とを備えており、この実施の形態では、傾斜角度が１５度以上になると、例えば、断続した警報音を発生して注意を促し、傾斜角度が１７度以上になると、例えば、連続した警報音を発生してユーザに警告を発するものである。
【００４１】
図２３は、この傾斜センサ５における傾斜角度と平滑回路４０の出力との関係を示す特性図であり、左右方向の傾斜角度に応じてリニアな検出出力が得られ、傾斜角度１５度が判定回路４３における第１の判定レベルＶ１とされ、傾斜角度１７度が第２の判定レベルＶ２とされる。
【００４２】
容器１内部における上下対称な矩形の電極２_１，２_２，３_１，３_２を有し、以上のように構成された傾斜センサ５は、図２４に示されるように天面４４を上にした状態で農機具に設置しても、あるいは、図２５に示されるように、その上下方向を逆にして天面４４を下にした状態で農機具に設置しても傾斜角度を検出することが可能となり、取付方向の自由度が向上することになる。
【００４３】
上述の実施の形態では、各電極２_１，２_２，３_１，３_２の電極部は、矩形状に形成されたけれども、矩形に限らず、上下対称な他の形状を用いてもよい。
【００４４】
上述の実施の形態では、農機具の傾斜の検出に適用して説明したけれども、本発明は農機具に限るものではなく、他の建設機械等の傾斜センサとして用いてもよいのは勿論である。
上述の実施の形態では、二組の対電極の差動をとって傾斜を検出したけれども、本発明の他の実施の形態として、差動をとることなく個別に傾斜を検出してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、対電極間の静電容量に基づいて傾斜を検出するに際して、対電極を構成する各電極を、容器の上下を逆転させて配置しても傾斜を検出できる形状、例えば容器内部における形状を上下対称な形状としているので、容器の上下を反転させて取り付けても傾斜を検出できることになり、傾斜センサの取り付けの自由度が向上する。
【００４７】
また、対電極を構成する各電極は、傾斜を検出すべき方向に直交するように配設され、液体の流路となるスリットを有する構成としているので、傾斜したときには、液体が前記スリットを介して流動する一方、当該傾斜センサが搭載された農機具等における振動などによる液体の不所望な流動が、前記スリットよって抑制されて誤動作を防止できることになる。
【００４８】
さらに、容器および電極が接続された回路基板は、その周囲がシールド部材で覆われてハウジング内に収納されるので、ノイズによる誤動作を防止することができる。
【００４９】
また、容器を構成するケースと、このケースの開口部を覆うカバーとは、突部と凹部とが嵌合する構造であるので、容器内に封入される液体の密封性が高まることになり、また、ケースの内壁に形成された保持凹部に嵌め込まれて保持される各電極の一方の面には、突起が形成されているので、各電極を保持凹部にキッチリと嵌め込むことができ、各電極の他方の面である対向面間の距離を精度よく設定できることになる。
【００５０】
さらに、各組の対電極間の静電容量に基づく差動出力によって傾斜を検出するので、個別に検出する場合に比べて構成が簡素化されるとともに、検出した傾斜角度に応じて少なくとも二段階の報知出力を与えるので、傾斜角度に応じて、例えば注意、警告といった適切な報知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の傾斜センサの検出原理を説明するための構成図である。
【図２】本発明の一つの実施の形態に係る傾斜センサの斜視図である。
【図３】図２の縦断正面図である。
【図４】図２の縦断側面図である。
【図５】図２の分解斜視図である。
【図６】図５のケースの平面図である。
【図７】図６の断面図である。
【図８】図６の断面図である。
【図９】図５の電極の表面図である。
【図１０】図５の電極の裏面図である。
【図１１】図９の側面図である。
【図１２】電極の取付状態を示す部分拡大図である。
【図１３】図５のカバーの平面図である。
【図１４】図１３の断面図である。
【図１５】図１３の断面図である。
【図１６】図５のシールドケースの斜視図である。
【図１７】図５のシールドケースの斜視図である。
【図１８】図５のハウジングの平面図である。
【図１９】図１８の断面図である。
【図２０】図１８の断面図である。
【図２１】回路構成を示すブロック図である。
【図２２】動作説明に供する波形図である。
【図２３】傾斜角度と検出出力との関係を示す特性図である。
【図２４】傾斜センサの取付状態を示す図である。
【図２５】傾斜センサの他の取付状態を示す図である。
【図２６】他の実施の形態の電極の表面図である。
【図２７】図２６の電極の裏面図である。
【符号の説明】
１容器
２_１，２_２；３_１，３_２対電極
６ケース
７カバー
８回路基板
９シールドケース
１０シールドカバー
１１ハウジング
１４保持凹部
１６突部
１９凹部

Claims

対向する対電極を少なくとも二組備え、容器内に、
前記対電極の各組を、容器内の傾斜を検出すべき方向の両側にそれぞれ配設するとともに、前記容器の傾斜に応じて前記対電極間の静電容量を変化させる液体を封入し、前記対電極間の静電容量に基づいて傾斜を検出する傾斜センサであって、
前記対電極を構成する各電極は、前記容器の上下を逆転させて配置しても傾斜を検出可能な形状であるとともに、前記液体の流路となるスリットを有し、前記各電極は、前記傾斜を検出すべき方向に直交するように配設されることを特徴とする傾斜センサ。
前記各電極は、前記容器の内部における形状が上下対称である請求項１記載の傾斜センサ。
前記容器は、開口部を有するケースと、前記開口部を覆うカバーとを備え、
前記対電極を構成する各電極は、中央に前記スリットが形成された大略矩形の電極部と、前記カバーに形成された挿通孔を介して回路基板に接続される端子部とを有し、
前記容器および前記回路基板は、その周囲がシールド部材で覆われてハウジング内に収納されて樹脂充填される請求項１または２記載の傾斜センサ。
前記ケースの前記開口部の周縁および前記開口部を覆うカバーの周縁の一方には、突部が形成されるとともに、他方には、前記突部に嵌合する凹部が形成され、
前記ケース内壁の対向面には、前記対電極を構成する各電極の両端部が嵌め込まれて各電極が保持される保持凹部がそれぞれ形成され、前記各電極の一方の面の前記両端部には、前記保持凹部に嵌め込まれて該保持凹部の保持面に押圧される突起が形成され、各電極の他方の面が、互いに対向する対向面とされる請求項３記載の傾斜センサ。
前記傾斜を検出すべき方向の両側にそれぞれ配設された各組の対電極間の静電容量に基づく差動出力によって傾斜を検出するとともに、検出した傾斜角度に応じて少なくとも二段階の報知出力を与える請求項１ないし４のいずれかに記載の傾斜センサ。