JP3641302B2 - 傾斜センサ - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、内部に気泡とともに液体を密閉した円筒状の密閉容器をホルダ内に固定した傾斜センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、測量機,航空機,自動車等の傾斜を検知するための傾斜センサとして、気泡管内に密封された液体中の気泡の位置に基づいて傾斜角を示す傾斜センサが用いられている。このような従来の傾斜センサを、図8に示す。
【0003】
図8において、傾斜センサのホルダ50の上面には、側方から見て凹形状の保持台51,51が一体に形成されている。そして、この保持台51,51上には、気泡管52が載置されている。この気泡管52は、その中央部において最も高くなるように曲げられたガラス管からなり、気泡Bを形成する液体Lが封入されている。この気泡管52は、ホルダ50が水平状態にあるときにその気泡Bが中央に位置するように位置決めされ、スペーサー53を介して留め金54によってホルダ50に固定されている。このホルダ50は、その下面に形成された固定部55の固定孔55a,55aに挿入された図示せぬ止めネジによって、図示せぬ測量機等の傾斜検知対象に固定される。そして、気泡管52の図示せぬ内面又は外面に形成された電極によって気泡の位置が電気的に検出されて、傾斜検知対象の傾斜角を示す電気信号として用いられるのである。
【0004】
ところで、出願人は、先に、気泡管の作成を容易にするために、気泡管として用いられる密閉容器を複数の部品から構成する発明を出願した(特願平5−315863号)。この密閉容器の構造を図9に示す。
【0005】
図9において、天板60は平凹レンズからなり、その球状凹面上には、中心軸に対して対称な形状の上部電極63,63が白金薄膜コーティングによって形成されている。また、底板62は円盤状の平行平面ガラスからなり、その上面の全面に亘って下部電極64が白金薄膜コーティングによって形成されている。なお、円筒部材61は、天板60及び底板62の外形よりも若干細い外径を有するガラス管である。
【0006】
そして、円筒部材61の上端面には、その電極63,63を円筒部材61の内部に露出させるようにして、天板60がガラスペースト状の接着剤によって貼り付けられる。また、円筒部材61の下端面には、その電極64を円筒部材61の内部に露出させるようにして、底板62が同様にして貼り付けられている。このようにして作成された密閉容器内には、気泡Bを形成する量だけの空気を残して電解液Lが封入されている。
【0007】
このように構成された密閉容器において各上部電極63,63と下部電極64との間に電圧を印加すると、気泡Bの位置によって電解液Lの各上部電極63,63に対する接触面積が変化するので、これら各上部電極63,63と下部電極64との間における抵抗値が変化する。この抵抗値の変化が、密閉容器の傾斜角を示す信号として、図示せぬ検出回路によって検出されるのである。従って、このような構成の密閉容器の場合には、各上部電極63,63と下部電極64との間が等距離になるように、円筒部材61の両端面が中心軸に対して直交する面をなすように形成されていることが必要である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記出願においては、傾斜検知対象に取り付けられたホルダに対して、図9のように構成される密閉容器をどのようにして固定するかについて記載がなかった。
【0009】
そのため、例えば、図8に示したような従来の気泡管に対する固定法を図9の密閉容器に適用することも考えられる。しかし、その場合の位置決めは底板62の下面を基準として行われることになるので、ホルダが水平状態のときに気泡Bを両上部電極63,63の間に位置させるようにするには(即ち、天板60の球状凹面の中心位置が最も高くなるようにするには)、底板62の下面と上面とが精度良く平行になるように加工されていなければならず、製造コストが高くついてしまうことになる。この場合、この底板62の下面は、本来、気泡Bの位置を正確に検出することに関して何ら寄与をしていないのにも拘わらず、加工精度を高くして製造コストを高くしてしまうのは不合理である。
【0010】
そこで、本発明は、以上の問題に鑑み、凹部を有する容器本体及びこの凹部を閉じる周囲から中央に向かって漸次深くなる曲面を有する天板から構成されるとともに気泡を形成する液体をその内部に封入してなる密閉容器を気泡管として用いる場合であっても、その容器本体の下面や天板の上面の加工精度如何に拘わらず、天板の曲面をホルダに対して所定の位置に位置決めすることができる傾斜センサを提供することを、課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
各請求項記載の発明は、上記課題を解決するためになされたものである。請求項1による傾斜センサは、凹部を有する容器本体と、前記凹部を閉じる周囲から中央に向かって漸次深くなる曲面を有し且つ前記容器本体の前記凹部が開口している端部の外径よりも大径の外径を有する天板とからなるとともに、気泡を形成する液体をその内部に封入した密閉容器と、前記天板の前記曲面が形成されている面に当接して前記天板を安定に保持する位置決め部を有するホルダと、前記天板を前記位置決め部に圧接させる圧接手段とを備えたことを特徴とする。このようにすれば、傾斜センサが振動しても密閉容器が安定に保持される。
【0012】
「前記天板の前記曲面が形成されている面に当接して前記天板を安定に保持する位置決め部」とは、天板の容器本体側の面と当接し、この天板を傾かせることなく保持することができる部位(面,突起,等)のことである。
【0013】
請求項2記載の発明は、請求項1における前記天板が円形の平面を有しているとともに、前記位置決め部は周方向における少なくとも3箇所で前記天板の前記曲面が形成されている面に当接することを、特徴とする。即ち、周方向の少なくとも3箇所において位置決め手段が天板の平面と当接すれば、両者間がガタなく位置決めされる。
【0014】
請求項3記載の発明は、請求項2における前記位置決め部は中心点を共通にする複数の円弧状の突起から構成されることを、特徴とする。即ち、円弧状にすれば、接触面積が広くなるので、それだけ安定した保持ができる。
【0015】
請求項4記載の発明は、請求項1における前記天板は円形の平面を有しているとともに、前記位置決め部はその全周において前記天板の前記曲面が形成されている面に当接する環状の突起から構成されることを、特徴とする。即ち、環状突起とすれば、最も安定に保持することができる。
【0016】
請求項5記載の発明は、請求項3又は4における前記位置決め部は、前記密閉容器をその内部に保持するために前記ホルダに形成された凹部の内周面に形成されたフランジであることを、特徴とする。
【0017】
請求項6記載の発明は、請求項1乃至5の何れかに記載の前記容器本体は、前記天板の曲面が形成されている面にその一端面で接触する筒状部材と、この筒状部材の他端面を閉じる底板とからなることを、特徴とする。
【0018】
請求項7記載の発明は、請求項1乃至6の何れかに記載の前記液体は電解液であることを、特徴とする。請求項8記載の発明は、請求項1乃至7の何れかに記載の前記天板及び前記容器本体はガラスから構成されることを、特徴とする。これらがガラスから構成されれば、目視によって気泡の位置を検知することができる。
【0019】
請求項9記載の発明は、請求項1乃至8の何れかに記載の前記容器本体は前記ホルダから離間していることを、特徴とする。完全にこれらが離間していれば、天板の曲面が形成されている面を安定保持する際の妨げにならない。
【0021】
請求項10記載の発明は、請求項1乃至9の何れかに記載の前記天板は円形の面を有しているとともに、前記曲面はこの面の全域に亘って形成されていてる球状凹面であることを、特徴とする。この場合、ホルダ(又は、その位置決め部)は、この曲面の縁を保持すれば良い。
【0022】
請求項11記載の発明は、請求項1乃至9の何れかに記載の前記天板は円形の平面を有しているとともに、前記曲面はこの平面のうち前記容器本体の前記凹部に面する部分のみに形成されている球状凹面であることを、特徴とする。
【0023】
請求項12による傾斜センサは、凹部を有する容器本体と、前記凹部を閉じる周囲から中央に向かって漸次深くなる曲面を有し且つ前記容器本体の外径よりも大径の外径を有する天板とからなるとともに、気泡を形成する液体をその内部に封入した密閉容器と、前記密閉容器を収納する凹部が形成されたホルダと、前記天板の外径よりも小径であって前記容器本体の内径よりも大径な内径を有するとともに、前記容器本体における前記曲面が形成された前記天板の面から前記容器本体の端部まで距離よりも前記ホルダの底からの距離が長くなる位置での前記ホルダの内周面に形成されたフランジと、前記天板の前記曲面が形成されている面を前記フランジに圧接させる圧接手段とを備えたことを特徴とする。
【0024】
請求項13による傾斜センサは、前記気泡の位置を前記電解質の電気抵抗として検出するための電極が前記曲面と前記凹部の底面とに形成されていることを特徴とする。
【0025】
なお、容器本体は一体成形されたものでも良い。また、密閉容器内の気泡の位置を電気的に検出する場合、液体の静電容量の変化によって検出する方式を採っても良い。この場合、密閉容器内に封入される液体としては誘電率の大きな液体を用い、電極を天板の外面及び容器本体の底の外面に形成する。このように気泡の位置を静電容量の変化によって検出する方式,又は請求項8のように抵抗値の変化によって検出方式の何れであっても、天板に形成される上部電極は、傾斜を測定する方向に沿って天板の中心位置に対して対称に並べられるとともに相互に絶縁された2つの電極として形成される。また、傾斜を測定する方向が互いに直交する2方向である場合には、相互に回転対称位置に形成された4つの電極を上部電極とする。また、周囲から中央に向かって漸次深くなる曲面とは、天板の傾きに従って気泡位置が移動する形状であれば良いので、アーチであっても良いし、二次曲面,特に回転面であっても良い。回転面とする場合、球面であっても良いし、回転楕円面,回転双曲面,回転放物面でも良い。
【0026】
【本発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【0027】
【実施形態1】
<傾斜センサの機械構成>
図3は、第1実施形態による傾斜センサの上面図であり、図1は、図3におけるI−I線に沿った縦断面を示す断面図であり、図2は、同様にII−II線に沿った縦断面を示す断面図である。
【0028】
各図において傾斜センサは、密閉容器A,この密閉容器Aをその内部に保持するホルダ7,このホルダ7を閉じるとともに密閉容器Aをホルダ7に圧接させる蓋8,並びに、これらホルダ7及び蓋8を覆うカバー9から、構成されている。これら各構成部品の詳細を、以下に説明する。
(密閉容器)
密閉容器Aは、円筒部材2と、この円筒部材2の上下両端に接着された天板3及び底板1とから、構成されている。これら円筒部材2,天板3,及び底板1は、いずれも鉛ガラス等の絶縁性の高い材料により形成され、ガラスペースト等の接着剤によって相互に液密に接着されている。
【0029】
天板3は、平凹レンズ形状を有する透明板である。即ち、この天板3の上面は、円形の平面となっている。また、その下面は、曲率半径R=300[mm]の球面状に凹んだ球状凹面3aとなっており、密閉容器Aの内面をなしている。即ち、この下面が、天板3の球状凹面3aがその全面に亘って形成されている面に相当する。また、その周面は、球状凹面3aの最深点に立てた垂線を中心にした円柱状に加工されており、その外径は21[mm]となっている。
【0030】
天板3の球状凹面(周囲から中央に向かって漸次深くなる曲面)3aは、例えば#1000の研磨剤により適度な粗度を有する粗面に仕上げられている。この球状凹面3a上には、白金薄膜からなる第1上部電極4及び第2上部電極5が形成されている。これら上部電極4,5は、図1において球状凹面3aの最深点(中心点)を通るように紙面に立てた線(図4のy方向を向いた線)を中心に線対称に形成されているとともに、一定幅のスペースを挟んで相互に離間している。また、これら各上部電極4,5の外周縁は、天板3の周面と同軸,且つ円筒部材2の内径と同径の円弧型となっている。なお、各上部電極4,5の外周縁の一部は、円筒部材2の外径より大径,且つ球状凹面3aの外径より小径の扇状の突出部4a、5aとして形成されている。この各上部電極4,5は、球状凹面3aにおける電極形成部分以外の部分にマスキングを施し、高周波スパッタによって白金薄膜をデポジションすることにより形成される。この後、各上部電極4,5をなす白金薄膜は、白金黒処理される。また、組立時において円筒部材2の外側にはみ出した各上部電極4,5の突出部4a,5aの周辺部分には、リード線Cが半田付けによって付着されている。
【0031】
底板1は、円盤状の透明板である。即ち、この底板1の上面1a及び下面1bは、互いに平行な平面となっている。また、その周面は、天板3と同軸の円柱状に加工されており、その外径は19[mm]となっている。
【0032】
底板1の上面1aは、密閉容器Aの底面をなし、例えば#1000の研磨剤により適度な粗度を有する粗面に仕上げられている。この上面1aには、白金薄膜からなる下部電極6が形成されている。この下部電極6は、底板1と同軸,且つ円筒部材2の外径よりも大径であって上面1aの外径よりも若干小径の円形に、形成されている。この下部電極6は、上部電極4,5の場合と同じく、上面1aにおける電極形成部以外の部分にマスキングを施し、高周波スパッタによって白金薄膜をデポジションすることにより形成される。この後、下部電極6をなす白金薄膜は、白金黒処理される。また、組立時において円筒部材2の外側にはみ出した下部電極6の周辺部分には、リード線Cが半田付けによって付着されている。
【0033】
円筒部材2は、均一肉厚のガラス管から構成されており、その外径は15[mm]となっている。そして、その上下両端は、その中心軸に直交する面に沿って切断されており、夫々、天板3の球状凹面3a又は底板1の上面1aと同軸に接合している。なお、円筒部材2の上端面は、天板3の球状凹面3aに密着させるために、その中心軸の延長線上に存在する点を中心として、球状凹面3aと同じ曲率の球面として形成されている。また、円筒部材2の下端面は、底板1の上面1aと密着させるために、平面として形成されている。なお、この円筒部材2は、底板1とともに、凹部(円筒部材2の内周面と底板1の上面1aとからなる空間)を有する容器本体を、構成している。そのため、容器本体の凹部が開口している端部(円筒部材2の上端)は、天板3の外径よりも小径となると言えるのである。
【0034】
このようにして構成される密閉容器A内には、気泡Bを形成する量の空気を残して、電解液Lが封入されている。この電解液Lは、例えば、ヨウ化カリウムをメチルアルコールに溶解した液である。この気泡Bは、天板3の球状凹面3aの最深部が重力方向に最も高い位置に位置する限り(即ち、天板3の球状凹面3aの縁部が水平に保たれている限り)、他の部分(例えば、天板3の上面の向き,円筒部材2の端面の軸に対する角度,底板1の下面1bの向き)の加工精度が不十分であっても、球状凹面3aの中心に位置するようになる。
(ホルダ)
ホルダ7は、アルミニウムの削り出しによって形成されている。そして、図3に示すように、上面側から見て、隣り合う2つの角が大きく面取りされているとともに他の2つの角が小さく面取りされた略正方形の板状に、形成されている。このホルダ7の上面には、その中心位置に立てた軸lを中心に、天板3の外径とほぼ同内径を有する円筒形状の凹部7dが穿たれている。また、この凹部7dの周囲には、扇形の支持柱部7aが等角度間隔で3個突出形成されている。この3個の支持柱部7aの内面は、凹部7dの内周面の延長面をなしている。これら各支持柱部7aの内面には、軸lに直交する同一面上にフランジ面を有する円弧状の突起である内方フランジ7cが形成されている。この内方フランジ7cの内径は、天板3の外径よりも小径,且つ底板1の外径よりも大径となっている。また、この内方フランジ7cのフランジ面(図1,図2における上側面)と凹部7dの底との間隔は、密閉容器Aにおける球状凹面3aの周縁と底板1の下面1bとの間隔よりも大きくなっている。従って、この内方フランジ7cは、天板3の球状凹面3aに当接してこの天板3を安定に保持する位置決め部となっている。また、この内方フランジ7cを有するホルダ7は、密閉容器Aの容器本体を通過させるとともに容器本体を通過させた状態で天板3の球状凹面3aが形成されている面の通過を阻止することによりこの球状凹面3aが形成されている面を安定に保持する機能を、有することになるのである。
【0035】
また、各支持柱部7aの端面は、軸lに直交する同一の面上に形成されている。この各支持柱部の端面には、軸lと平行な方向に向けて、雌ねじ孔7bが形成されている。
【0036】
なお、ホルダ7の上面における周縁部は、軸lを中心として各支持柱部7aの外周面と同径の環状帯を残し、一段低く削られている。
図3に示すように、小さく面取りされた角に挟まれたホルダ7の縁部からは、矩形の取着部10が一体に突出形成され、図2に示すように、途中から90度下方(重力方向)に折れ曲がっている。この取着部10の先端には、図1に示すように、測定対象にこの傾斜センサを固定するための固定ネジ11,11を挿通するための固定孔10aが2個並べて穿たれている。なお、この固定孔10aは、固定ネジ11の軸の外径よりも大径の内径を有している。従って、測定対象にこの傾斜センサを固定する際に、傾斜センサを図1の面内において若干回転させて、傾きの調整を行うことができる。
(蓋)
蓋8も、また、アルミニウムの削り出しによって、ホルダ7の各支持柱部7aの外周面と同径の円盤状に形成されている。蓋8には、各支持柱7aの上に載置されたときに各支持柱7aの雌ねじ孔7b位置と一致する3カ所の位置に、この雌ねじ孔7bにねじ込まれる皿ネジ13のネジ頭が入り込む座ぐり8cが形成されている。また、蓋8の内面には、軸lを中心として、天板3の外径よりも若干小径の円形溝8aが形成されている。この円形溝8aには、天板3を圧接するためのOリング12が填め込まれている。従って、これら蓋8及びOリング12が、天板3を位置決め部(内方フランジ7c)に圧接させる圧接手段に該当するのである。また、この蓋8の中心には、外部から密閉容器A内の気泡を観察するための覗き孔8bが形成されている。
(カバー)
カバー9も、また、アルミニウムの削り出しによって、各支持柱7aの外径と同径の内径を有する有底円筒形に形成されている。このカバー9は、密閉容器Aが外部からの進入物によって破損されるのを防止するためや、埃等のゴミが傾斜センサ内に侵入するのを防止している。なお、カバー9の縁部の2カ所には、各電極4,5,6に導通するリード線Cを外部に通して図示せぬ傾き検出回路に接続させるための切り欠き9a,9aが、形成されている。
<傾斜センサの組立手順>
傾斜センサを組み立てるには、先ず、鉛ガラスの円盤を研磨して上記した形状の天板3,及び底板1を作成するとともに、鉛ガラス管を研磨して上記した形状の円筒部材2を作成する。また、アルミブロックから上述した形状のホルダ7,蓋8,及びカバー9を削り出す。
【0037】
次に、上述した手法によって、天板3の球状凹面3aに上部電極4,5を形成するとともに、底板1の上面1aに下部電極6を形成する。
次に、底板1の上面1aと円筒部材2の下端面とを同軸に合わせて、ガラスペーストからなる接着剤によって液密に接着する。そして、このようにして構成された容器本体の凹部内に、その縁より液面が若干低くなるようにして、電解液Lを注入する。そして、天板3の球状凹面3aと円筒部材2の上端面とを、天板3の外周面と円筒部材2の外周面とが同軸になるようにして、ガラスペーストからなる接着剤によって液密に接着する。そして、各電極4,5,6に、夫々リード線Cの一端を半田付けによって固着する。このようにして、密閉容器Aが完成する。
【0038】
この密閉容器A内では、球状凹面3aと電解液Lとの間の表面張力により、容器本体内に残された空気が気泡Bを形成する。このとき、球状凹面3aの最深部(球状凹面3aの中心)は円筒部材2の中心軸の延長線上に位置し、円筒部材2を鉛直方向に沿って立てた場合には、球状凹面3aの最深部の位置が密閉容器Aの内部において最も高い位置となる。
【0039】
次に、この密閉容器Aをホルダ7の上面に形成された支持柱部7aの間に落とし込む。すると、密閉容器Aの天板3は、この支持柱部7aの内面によってその径方向への移動が規制されるとともに、内方フランジ7cのフランジ面によってその軸方向の位置決めがなされて、安定保持される。即ち、密閉容器A全体の位置決めは、内方フランジ7cのフランジ面と球状凹面3aの周縁部との接触のみによってなされる。即ち、この状態において、円筒部材2及び底板1は、ホルダ7内の空間内に宙づりとなっており、ホルダ7の凹部7dから離間している。よって、球状凹面3aの周縁部の各点と最深部とが等距離にあることから、ホルダ7の軸lを鉛直方向に沿って立てると、内方フランジ7cと球状凹面3aとの接触によって位置決めされる密閉容器Aの軸も鉛直方向に向き、球状凹面3aの最深部(中心点)が密閉容器A内面で最も高い位置になる。従って、気泡Bがこの球状凹面3aの最深部(中心点)に移動するのである。
【0040】
次に、密閉容器Aを回転させて、各上部電極4,5が並ぶ方向を、傾斜を検出したいとする方向に調節する。即ち、図1の面内で、各上部電極4,5が紙面の左右方向に並ぶように、密閉容器Aの回転位置を調節する。
【0041】
次に、蓋8の円形溝8aにOリング12を填め、この蓋8をホルダ7に被せる。そして、蓋8の各座ぐり8cを各雌ネジ穴7bに合致させ、座ぐり8cを介して3本の皿ネジ13を各雌ネジ穴7bにねじ込む。そして、皿ネジ13を可能な限りねじ込むと、天板3の上面の傾きがどのようであっても、Oリング12が変形しつつその全周において天板3の上面に接触し、天板3の全周においてこの天板3をホルダ7の内方フランジ7cに押しつける。従って、上述した位置に位置決めされた状態で、密閉容器Aがホルダ7に固定される。
【0042】
以上のような手順により、傾斜センサが組み立てられる。
<傾斜センサの動作>
次に、このようにして組み立てられた傾斜センサによって傾斜測定対象の傾斜角を測定する際における傾斜センサの動作を説明する。
【0043】
先ず、測定の準備として、傾斜センサを傾斜測定対象に固定する。上述した例では、この傾斜センサは、取着部10の面に沿った方向の傾斜を測定するようにその密封容器Aの回転位置が調整されている。従って、傾斜測定対象が箱状物である場合には、傾斜が測定される方向に沿った面上に、この傾斜センサの取着部10を固定ネジ11によって固定する。この固定ネジ11が挿通される取着部10の固定孔10a,10aの内径は、固定ネジ11の軸部の外経よりも大径なので、この取着部10の面内においてこの傾斜センサを若干回転させて、測定対象の水平面と傾斜センサの水平面(軸lに直交する面)とを合致させることができる。この作業は、蓋8の覗き孔8bから密閉容器A内の気泡Bを見ながら、気泡Bが密閉容器Aの中央に移動するようにして行う。このような調整を行った後に、蓋8の上部から、カバー9をホルダ7に被せる。この時、カバー9に設けた切り欠き9aから、各リード線Cを夫々引き出し、その他端を図示せぬ傾斜検出回路に接続する。
【0044】
このように傾斜センサの固定が完了すると、図示せぬ傾斜検出回路によって、各上部電極4,5と下部電極6との間に電圧をかける。すると、各上部電極4,5と電解液Lとの接触面積に応じて、各上部電極4,5と下部電極6との間の抵抗値が変化する。この抵抗値は、図示せぬ傾斜検出回路によって検出され、傾斜角を示す値に変換される。
【0045】
そして、測定対象が水平状態に保たれ、気泡Bが密閉容器A内の中央に位置すると、各上部電極4,5と下部電極6との間に生じる抵抗値は同じ値となるので、図示せぬ傾斜検出回路では傾斜角=0と検出される。これに対して、測定対象が何れかの向きに傾くと、それに応じて気泡Bの位置も上部電極4又は5の何れかの側に変移する。すると、各上部電極4,5と下部電極6との間に生じる抵抗値に差が生じ、図示せぬ傾斜角検出装置において測定対象の傾斜角を示す値が出力されるのである。
【0046】
【実施形態2】
本発明の第2の実施形態による傾斜センサは、上述の第1実施形態と比較して、密閉容器Bの天板23の下面23aの中央部にのみ球状凹面23bが形成されていることを特徴とする。
【0047】
図5は、この第2実施例による傾斜センサの構成を示す縦断面図である。本実施形態の傾斜センサは、第1実施形態のものと異なり、密閉容器D,この密閉容器Dをその内部に保持するホルダ27,及び、このホルダ27を閉じるとともに密閉容器Dをホルダ27に圧接させる蓋28から構成されている。これら各構成部品の詳細を、以下に説明する。
(密閉容器)
本実施形態の密閉容器Dは、第1実施形態の密閉容器Aと同様に、円筒部材22と、この円筒部材22の上下両端に接着された天板23及び底板21とから、構成されている。これら円筒部材22,天板23,及び底板21は、いずれも鉛ガラス等の絶縁性の材料により形成され、ガラスペースト等の接着剤によって相互に液密に接着されている。
【0048】
天板23は、円盤状の平行平面ガラスから構成されており、その外径は21[mm]となっている。この天板23の下面23aの中央部には、この下面23aと同軸に、密閉容器Bの内面をなす球状凹面(周囲から中央に向かって漸次深くなる面)23bが形成されている。従って、この球状凹面23bの最深部は、天板23の下面23aの中心と一致するようになる。なお、この球状凹面23bの縁部の径は、筒状部材22の内径と同径で、13[mm]となっている。
【0049】
天板23の球状凹面23aは、例えば#1000の研磨剤により適度な粗度を有する粗面に仕上げられている。この球状凹面23a上には、図6に示すように、白金薄膜からなる第1上部電極24及び第2上部電極25が形成されている。これら上部電極24,25の形状は、第1実施例の各上部電極4,5とほぼ同形状であるが、その外周縁の外径は、球状凹面23aの縁の径よりも若干小径となっている。また、これら各上部電極24,25の外縁の一部に設けられた突出部24a,25aは、球状凹面23b内から周縁の平面部分に向かって延びている。即ち、傾斜センサの組立状態において円筒部材22の外部には露出するがホルダ27には接触しない位置まで突出部24a,25aが延びるように、形成されているのである。即ち、各突出部24a,25aの外径は、円筒部材22の外径よりも大径であるがホルダ27の内径よりは小径となっている。これら上部電極24,25の形成の手法は、第1実施形態のものと同じである。
【0050】
底板21は、円盤状の平行平面ガラスであり、その外径は19[mm]となっている。この底板21の構成は、第1実施形態のものと全く同じである。
円筒部材22は、均一肉厚のガラス管から構成されており、その外径は15[mm]であり、その内径は13[mm]となっている。そして、その上下両端は、その中心軸に直交する面に沿って切断されており、夫々、天板23の下面23a又は底板21の上面21aと同軸に接合している。なお、本第2実施形態では、円筒部材22の上端面は天板23の下面23aの平面部分に密着するので、その下端面と同様に、円筒部材22の軸に直交する面として形成されている。なお、この円筒部材22は、底板21とともに、凹部(円筒部材22の内周面と底板21の上面21aとからなる空間)を有する容器本体を、構成している。
【0051】
このようにして構成される密閉容器D内には、第1実施形態の場合と同様に、気泡Bを形成する量の空気を残して、電解液Lが密封されている。この気泡Bは、天板23の球状凹面23cの最深部が重力方向に最も高い位置に位置する限り、他の部分の加工精度が不十分であっても、球状凹面23cの中心に位置するようになる。
(ホルダ)
ホルダ27は、アルミニウムの削り出しによって、有底円筒形状に形成されている。ホルダ27の中心に形成された凹部27dの内径は、2段となっている。即ち、その最奥部は、天板23よりも小径であるが底板21よりも大径である内径を有する小径部となっており、その開口端部近傍部分は、天板23よりも若干大径の内径を有する大径部となっている。この小径部と大径部との間に形成された段差が、天板23の位置決めを行うフランジ部27cとなっているのである。このフランジ部27cと凹部27dの底面との間の距離は、密閉容器Dにおける天板23の下面23aと底板21の下面21bとの間の長さよりも長くなっている。従って、このフランジ部27cは、天板23の下面23aに当接してこの天板23を安定に保持する位置決め部となっている。また、このフランジ部27cを有するホルダ27は、密閉容器Dの容器本体を通過させるとともに容器本体を通過させた状態で天板23の通過を阻止して球状凹面23bが形成されている天板23の面を安定に保持する機能を、有することになるのである。
【0052】
なお、ホルダ27の開口端面における複数箇所には、雌ねじ穴が形成されている。
(蓋)
蓋28も、また、アルミニウムの削り出しによって、ホルダ27の外径と同径の円盤状に形成されている。蓋28には、ホルダ27の開口端面上に載置されたときに各雌ねじ孔と一致する箇所に、この雌ねじ孔にねじ込まれる皿ネジ33のネジ頭が入り込む座ぐりが形成されている。また、蓋28の内面(ホルダ27に接する面)には、この蓋28と同軸に、天板23の外径よりも若干小径の円柱状の突出部28aが形成されている。この突出部28aの外周には、天板23を圧接するためのOリング32が填め込まれている。
<傾斜センサの組立手順>
傾斜センサを組み立てるには、先ず、鉛ガラスの円盤を研磨して上記した形状の天板23,及び底板21を作成するとともに、鉛ガラス管を研磨して上記した形状の円筒部材22を作成する。また、アルミブロックから上述した形状のホルダ27,及び蓋28を削り出す。
【0053】
次に、第1実施形態の場合と同手順に従って、密閉容器Dを組み立てる。そして、組み立てた密閉容器Dをホルダ27の凹部27dに挿入する。すると、密閉容器Dの天板23は、この凹部27dの大径部内面によってその経方向への移動が規制されるとともに、フランジ部27cによってその軸方向の位置決めがなされる。即ち、密閉容器D全体の位置決めは、フランジ部27cと天板23の下面23aの平面部分との接触のみによってなされる。即ち、この状態において、円筒部材22及び底板21は、凹部27a内に宙づりとなっており、凹部27aの内面から離間している。よって、ホルダ27の軸を鉛直方向に沿って立てると、フランジ部27cと天板23の下面23aとの接触によって位置決めされる密閉容器Dの軸も鉛直方向に向き、球状凹面23bの最深部(中心点)が密閉容器D内面で最も高い位置になる。従って、気泡Bがこの球状凹面23bの最深部(中心点)に移動するのである。
【0054】
次に、密閉容器Dを回転させて、各上部電極24,25が並ぶ方向を、傾斜を検出したいとする方向に調節する。
次に、蓋28の突出部28aにOリング32を填め、この蓋28をホルダ27に被せる。そして、蓋28の各座ぐりをホルダ27の各雌ネジ穴に合致させ、皿ネジ33をねじ込む。そして、皿ネジ33を可能な限りねじ込むと、天板23の上面の傾きがどのようであっても、Oリング32が変形しつつその全周において天板23の上面に接触し、天板23の全周においてこの天板23をホルダ27のフランジ部27cに押しつける。従って、上述した位置に位置決めされた状態で、密閉容器Dがホルダ27に固定される。
【0055】
以上のような手順により、傾斜センサが組み立てられる。
<傾斜センサの動作>
次に、このようにして組み立てられた傾斜センサによって傾斜測定対象の傾斜角を測定する際における傾斜センサの動作は第1実施形態の場合と全く同様なので、その説明を省略する。
【0056】
【実施形態3】
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本第3実施形態は、第1実施形態と比較し、天板3の球状凹面3a上に形成される上部電極の形状のみを異にしている。即ち、第1実施形態の傾斜センサは、図1の紙面方向における傾斜のみを検出するものであり、図2の紙面方向における傾斜を検出することはできなかった。従って、その上部電極4,5の形状は、図4に示すように、x方向(図1の紙面方向)に2つの上部電極4,5を並べただけの形状となっていた。
【0057】
これに対して、本第3実施形態は、図1の紙面方向のみならず図2の紙面方向においても傾斜を検出することができるようにしたものである。
図7は、本第3実施例による傾斜センサを構成している天板3をその球状凹面3a側から見た図である。図7において球状凹面3a上に形成された上部電極41〜44は、球状凹面3aと同軸の略円形に形成され、x軸方向(図1の紙面方向)及びy軸方向(図2の紙面方向)に延びた十字線上のギャップによって4個の独立した上部電極41〜44をなしている。従って、第1上部電極41についての抵抗及び第2上部電極42についての抵抗の合成抵抗と第3上部電極43についての抵抗及び第4上部電極44についての抵抗の合成抵抗との差がx軸方向の傾きを示し、第1上部電極41についての抵抗及び第3上部電極43についての抵抗の合成抵抗と第2上部電極42についての抵抗及び第4上部電極44についての抵抗の合成抵抗との差がy軸方向の傾きを示すことになる。
【0058】
なお、本第3実施形態におけるその他の構成及び作用は、第1実施形態のものと同様なので、その説明を省略する。
【0059】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明の傾斜センサによれば、凹部を有する容器本体及びこの凹部を閉じる周囲から中央に向かって漸次深くなる曲面を有する天板から構成されるとともに気泡を形成する液体をその内部に封入してなる密閉容器を気泡管として用いる場合であっても、その容器本体の下面や天板の上面の加工精度如何に拘わらず、天板の球状凹面をホルダに対して所定の位置に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態による傾斜センサの図3におけるI−I線に沿った縦断面図
【図2】 本発明の第1の実施形態による傾斜センサの図3におけるII−II線に沿った縦断面図
【図3】 図1の傾斜センサの上面図
【図4】 図1の天板の球状凹面を示す平面図
【図5】 本発明の第2の実施形態による傾斜センサの縦断面図
【図6】 図5の天板の下面を示す平面図
【図7】 本発明の第3の実施形態による傾斜センサに用いられる天板の球状凹面を示す平面図
【図8】 従来の気泡管固定機構を示す図
【図9】 密閉容器の構造を示す縦断面図
【符号の説明】
1 底板
2 円筒部材
3 天板
3a 球状凹面
7 ホルダ
7c 内方フランジ
8 蓋
21 底板
22 円筒部材
23 天板
23a 下面
23b 球状凹面
27 ホルダ
27c フランジ部
28 蓋
Claims (13)
- 凹部を有する容器本体と、前記凹部を閉じる周囲から中央に向かって漸次深くなる曲面を有し且つ前記容器本体の前記凹部が開口している端部の外径よりも大径の外径を有する天板とからなるとともに、気泡を形成する液体をその内部に封入した密閉容器と、
前記天板の前記曲面が形成されている面に当接して前記天板を安定に保持する位置決め部を有するホルダと、
前記天板を前記位置決め部に圧接させる圧接手段と
を備えたことを特徴とする傾斜センサ。 - 前記天板は円形の平面を有しているとともに、
前記位置決め部は周方向における少なくとも3箇所で前記天板の前記曲面が形成されている面に当接する
ことを特徴とする請求項1記載の傾斜センサ。 - 前記位置決め部は、中心点を共通にする複数の円弧状の突起から構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の傾斜センサ。 - 前記天板は円形の平面を有しているとともに、
前記位置決め部はその全周において前記天板の前記曲面が形成されている面に当接する環状の突起から構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の傾斜センサ。 - 前記位置決め部は、前記密閉容器をその内部に保持するために前記ホルダに形成された凹部の内周面に形成されたフランジである
ことを特徴とする請求項3又は4記載の傾斜センサ。 - 前記容器本体は、前記天板の曲面が形成されている面にその一端面で接触する筒状部材と、この筒状部材の他端面を閉じる底板とからなる
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の傾斜センサ。 - 前記液体は電解液である
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の傾斜センサ。 - 前記天板及び前記容器本体はガラスから構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の傾斜センサ。 - 前記容器本体は前記ホルダから離間している
ことを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の傾斜センサ。 - 前記天板は円形の面を有しているとともに、前記曲面はこの面の全域に亘って形成されている球状凹面である
ことを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の傾斜センサ。 - 前記天板は円形の面を有しているとともに、
前記曲面はこの平面のうち前記容器本体の前記凹部に面する部分のみに形成されている球状凹面である
ことを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の傾斜センサ。 - 凹部を有する容器本体と、前記凹部を閉じる周囲から中央に向かって漸次深くなる曲面を有し且つ前記容器本体の外径よりも大径の外径を有する天板とからなるとともに、気泡を形成する液体をその内部に封入した密閉容器と、
前記密閉容器を収納する凹部が形成されたホルダと、
前記天板の外径よりも小径であって前記容器本体の内径よりも大径な内径を有するとともに、前記容器本体における前記曲面が形成された前記天板の面から前記容器本体の端部まで距離よりも前記ホルダの底からの距離が長くなる位置での前記ホルダの内周面に形成されたフランジと、
前記天板の前記曲面が形成されている面を前記フランジに圧接させる圧接手段と
を備えたことを特徴とする傾斜センサ。 - 前記気泡の位置を前記電解質の電気抵抗として検出するための電極が前記曲面と前記凹部の底面とに形成されている
ことを特徴とする請求項7記載の傾斜センサ
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