JP4386519B2

JP4386519B2 - 傾斜検出ユニット

Info

Publication number: JP4386519B2
Application number: JP2000006092A
Authority: JP
Inventors: 宏川本
Original assignee: 株式会社タイコーデバイス
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: JP2001194144A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばトラクタや田植え機等の農業機械や建設機械などに搭載して、これらの姿勢制御や転倒警報などの所定制御を行わせるために用いて好適な傾斜検出ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラクタや田植え機等の農業機械は、車体が傾斜しても常に水平あるいは一定の傾斜角度で作業を行なわせるようにする姿勢制御機能が設けられている。この姿勢制御のために、上述の農業機械には、傾斜センサが取り付けられている。そして、この傾斜センサの出力を用いた姿勢制御システムは、図９のブロック図に示すように構成されている。
【０００３】
すなわち、傾斜センサ１は、被制御物４に、検出したい方向の傾斜を検出できるように取り付けられて、その被制御物４の、水平位置を基準とした傾斜角に応じた傾斜検出出力信号を、コントローラ２に供給する。コントローラ２は、傾斜センサ１の出力信号から、被制御物４の検出対象の傾斜方向の傾斜角を検出し、被制御物４を水平に保つようにする制御信号を、被制御物４の傾斜を補正する制御機構３に供給する。これにより、被制御物４が前記検出対象の傾斜方向の傾斜が補正されて水平に保たれるように制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、傾斜センサでは、当該傾斜センサが取り付けられている被制御物の図１０（Ａ）に示すような急激な傾斜変化に対しては、作用、反作用の法則により、オーバーシュート、アンダーシュートが発生し、その傾斜検出出力信号は、図１０（Ｂ）に示すような波形となる。
【０００５】
すなわち、図１０（Ａ），（Ｂ）に示したように、傾斜検出出力信号の波形は、被制御物の急激な傾斜変化の開始時点および終了時点に対して遅れを生じるため、スムースな制御ができないという問題があった。
【０００６】
そこで、傾斜センサに加えて角速度センサを用いることが考えられた。図１１は、その場合の姿勢制御システムの構成例を示すブロック図である。すなわち、この図１１の場合には、角速度センサが、傾斜センサで検出する傾斜方向の被制御物の角速度を検出するように、被制御物に取り付けられる。そして、コントローラ２には、傾斜センサからの傾斜検出出力信号だけでなく、角速度センサ５からの角速度検出出力信号も供給される。この角速度検出出力信号は、図１２（Ｃ）に示すように、被制御物の前記検出対象の傾斜方向の傾斜変化に即応した信号である。
【０００７】
したがって、コントローラ２は、この角速度検出出力信号を用いて、姿勢制御の開始タイミングおよび終了タイミングを検知し、傾斜センサの傾斜検出出力信号に基づいた姿勢することができるようになり、スムースな姿勢制御を行なえるようになる。
【０００８】
この場合に、傾斜センサ１と、角速度センサ５とは、それぞれ単品の部品が用いられているが、被制御物に対して、これら傾斜センサ１と、角速度センサ５とを、適切な位置で、かつそれぞれについて適切な検出方向に取り付けなければならない。
【０００９】
しかし、被制御物への取り付け位置は、一般に限られた設置スペースであり、適切な位置かつ適切な検出方向を考慮しての取り付けが厄介であるとともに、２つのセンサは別部品であるため、それらの電気的接続も厄介であった。さらには、それぞれ単品の部品である傾斜センサ１と、角速度センサ５とを用いるため、コスト高となるとい欠点もあった。
【００１０】
この発明は、以上の問題点を解決した傾斜検出ユニットを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明による傾斜検出ユニットは、
第１のプリント基板と、
前記第１のプリント基板上に設けられて、この第１のプリント基板面に沿う方向の傾斜を検出する傾斜検出素子と、
前記第１のプリント基板上に設けられ、前記傾斜検出素子で検出される傾斜に応じた出力信号を生成する第１の信号処理回路部と、
第２のプリント基板と、
前記第２のプリント基板上に設けられて、この第２のプリント基板面に交差する方向の角速度を検出する角速度検出素子と、
前記第２のプリント基板上に設けられ、前記角速度検出素子で検出される角速度に応じた出力信号を生成する第２の信号処理回路部と、
前記第１のプリント基板面と前記第２のプリント基板面とが互いに直交する状態で、前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板とを収納するユニット筐体と、
からなることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明による傾斜検出ユニットは、
第１のプリント基板と、
前記第１のプリント基板上に設けられて、この第１のプリント基板面に沿う方向の傾斜を検出する傾斜検出素子と、
第２のプリント基板と、
前記第２のプリント基板上に設けられて、この第２のプリント基板面に交差する方向の角速度を検出する角速度検出素子と、
第３のプリント基板と、
前記第３のプリント基板上に設けられ、前記傾斜検出素子で検出される傾斜に応じた出力信号を生成する第１の信号処理回路部と、
前記第３のプリント基板上に設けられ、前記角速度検出素子で検出される角速度に応じた出力信号を生成する第２の信号処理回路部と、
前記第１のプリント基板面と前記第２のプリント基板面と前記第３のプリント基板面とが互いに直交する状態で、前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板と前記第３のプリント基板を収納するユニット筐体と、
からなることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の傾斜検出ユニットにおいて、
前記傾斜検出素子は、
前記第１のプリント基板上において、互いに電気的に独立に設けられる１対の差動電極と、
前記１対の差動電極に対して所定の空隙を隔てて対向する共通電極板を備え、この共通電極板から導出される端子により、前記第１のプリント基板に取り付けられる共通電極と、
前記１対の差動電極と前記共通電極板とを、前記第１のプリント基板との間で形成する密閉空間内に収納するようにするケース部材と、
前記密閉空間内に、液面が前記基準面の傾斜に応じて変化するような状態で封入された誘電性液体と、
を備え、
前記共通電極と、前記１対の差動電極のそれぞれとで構成される２個のコンデンサの容量値の差分に応じたレベルの出力信号を傾斜検出出力として得るものであることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
上記の構成の請求項１の発明による傾斜検出ユニットは、例えば被制御物などの傾斜検出対象物に対して、傾斜検出素子が設けられている第１のプリント基板の板面方向が、当該傾斜検出対称物について検出したい傾斜方向になるように取り付けられる。すると、傾斜検出素子は、傾斜検出対象物の前記検出対称傾斜方向の傾斜角に応じた傾斜検出出力信号を出力する。
【００１５】
また、角速度検出素子は、第１のプリント基板面に直交する面方向の第２のプリント基板に設けられているので、傾斜検出対象物が前記検出対称傾斜方向に傾斜変動をすると、その変動に即応した角速度検出出力信号を出力する。
【００１６】
すなわち、この発明による傾斜検出ユニットは、傾斜検出素子の傾斜検出方向を、傾斜検出対象物の前記検出対称傾斜方向に合わせて、傾斜検出対称物に取り付けるだけで、検出したい傾斜方向の傾斜角に対応した傾斜検出出力が得られるだけでなく、検出したい傾斜方向の急激な変化に即応した角速度検出出力を得ることができる。
【００１７】
したがって、この傾斜検出ユニットを、上述したような姿勢制御に使用すれば、スムースな姿勢制御が可能になると共に、被制御物に簡単に装着でき、また、それぞれ単品の傾斜センサおよび角速度センサを用いる場合に比べて、安価になるという効果がある。
【００１８】
また、請求項１の発明によれば、上述のような傾斜検出素子と、角速度検出素子とを用いることにより、第１のプリント基板と第２のプリント基板とを直交する状態で、ユニット筐体内に収納するようにするので、１枚の基板上に傾斜検出素子と、角速度検出素子と、それらの検出出力信号をそれぞれ生成する信号処理回路部とを構成する場合に比べて、長手方向の大きさをコンパクトにすることができる。
【００１９】
また、請求項２の発明によれば、第１および第２のプリント基板には、傾斜検出素子および角速度検出素子の検出出力信号をそれぞれ生成する信号処理回路部は設けられず、第３のプリント基板に集約して設けられる。そして、この第３のプリント基板は、第１のプリント基板と第２のプリント基板と直交する状態で設けられる。
【００２０】
したがって、この請求項２の発明の場合には、第１および第２のプリント基板は、信号処理回路部が設けられない分だけ小さくなると共に、第３のプリント基板は、第１のプリント基板と第２のプリント基板と直交する状態で設けられるので、これら第１〜第３のプリント基板は、スペースが有効に利用されて、ユニット筐体内に収納される。したがって、請求項２の発明の傾斜検出ユニットは、全体としてコンパクトになる。
【００２１】
また、請求項３の発明においては、傾斜検出素子は、平行電極板間に誘電性液体が封入されて構成された静電容量式のものであって、傾斜変化に対応したリニアな特性の傾斜検出出力信号を得ることができるものである。したがって、請求項３の発明によれば、上記のリニアな傾斜検出出力信号に加えて、角速度検出素子の角速度検出出力信号を出力するので、姿勢制御などの制御に非常に有効な傾斜検出ユニットを提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、この発明による傾斜検出ユニットの実施の形態を説明する。
【００２３】
この実施の形態の傾斜検出ユニット全体の構成を説明する前に、この実施の形態で用いられる静電容量式の傾斜検出素子について、図３〜図６を参照して説明する。
【００２４】
図３は、この例の傾斜センサの傾斜検出素子の分解斜視図である。また、図４は、この傾斜検出素子を、その正面に垂直な面で切断した場合の断面図を示すものである。
【００２５】
これらの図において、１０１はプリント基板で、例えばガラス布基材エポキシ樹脂積層板等の耐熱性部材からなる。このプリント基板１０１は、傾斜センサが傾斜検出対象物に取り付けられる時に、傾斜測定の基準面に対して垂直に配置される。図３では、この基準面は、二点鎖線で示す仮想線Ｌ０を含む面として示した。この基準面が、被測定面となる。この場合、傾斜角が０度とは、基準面が重力方向に垂直な線を含む状態である。
【００２６】
このプリント基板１０１には、１対の差動電極１０２ａ，１０２ｂが、銅泊パターンによって、基準面およびプリント基板１０１面の両方に垂直な面と、プリント基板１０１との交差線（図３で二点鎖線で示す仮想線Ｌ１）により左右に分割される領域に、互いに電気的に独立に形成される。
【００２７】
プリント基板１０１の差動電極１０２ａ，１０２ｂが形成される面とは反対側の面には、後述する傾斜センサの信号処理回路部が、プリント配線パターンと必要な電子部品とによって構成されて設けられる。差動電極１０２ａ，１０２ｂのそれぞれは、図３の電極点１０２ｃ，１０２ｄからスルーホールを介してプリント基板１０１の信号処理回路部が形成される面の銅泊パターンに接続されるようにされている。
【００２８】
そして、１対の差動電極１０２ａ，１０２ｂは、前記仮想線Ｌ１を対称軸として互いに線対称となる形状の電極パターンとして設けられる。また、この１対の差動電極１０２ａ，１０２ｂのそれぞれは、仮想線Ｌ１に垂直な仮想線Ｌ２を対称軸とした線対称な電極パターン形状ともされる。図３の例の場合には、差動電極１０２ａ，１０２ｂの形状は横向きの扇形に構成されている。
【００２９】
図３の例の場合、差動電極１０２ａおよび１０２ｂの円弧状周縁は、仮想線Ｌ１と仮想線Ｌ２との交点を中心とした円の一部の円弧とされている。この例の場合、その円の直径は、３０ｍｍとされている。
【００３０】
１０３は共通電極板で、適当な剛性を持つ導電性部材で形成されている。この共通電極板１０３は、この板１０３と一体で、この板１０３から直角に曲げられた複数個の端子１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄが、プリント基板１０１に設けられている端子孔１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄに挿入され、プリント基板１０１の信号処理回路部が形成される面において半田付け固定されることにより、図４に示すように、差動電極１０２ａ，１０２ｂに対して一定の間隔を持って平行に保持される状態で、プリント基板１０１に取り付けられる。
【００３１】
１０５はオイルケースで、適当な柔軟性を有するプラスチックからなる。このケース１０５は、図４に示すように、断面がコ字状を有し、その端面がプリント基板１０１に、例えば両面テープ１０５Ｂなどの接着手段により接着されることにより、プリント基板１０１と共に密閉空間を形成する。
【００３２】
この場合、差動電極１０２ａ，１０２ｂの周端縁と、共通電極板１０３の周端縁と、ケース１０５の端面の内周縁は同心円状に形成され、また、差動電極１０２ａ，１０２ｂと共通電極板１０３とケース１０５の対向面はそれぞれ平行に形成されている。
【００３３】
ケース１０５とプリント基板１０１とで形成される密閉空間内には、プリント基板１０１に設けられた貫通孔１０６からシリコン・オイル等の誘電性液体１０７が、密閉空間内の有効容積のほぼ１／２のレベル、すなわち図３の仮想線Ｌ２のレベルまで充填される。
【００３４】
プリント基板１０１の貫通孔１０６は、誘電性液体１０７が封入された後、封止される。
【００３５】
なお、１０８および１０９は、外部の影響を遮断するための静電シールド板で、静電シールド板１０８は、ケース１０５およびその周辺を覆うようにプリント基板１０１に取り付けられ、静電シールド板１０９は、後述する信号処理回路部分を覆うようにプリント基板１０１に取り付けられる。
【００３６】
図５は、この例の傾斜センサの信号処理回路部分の構成を示すものである。
【００３７】
図５において、１１１は発振器であり、その発振信号の出力端子が、前述した図３および図４で説明した構成の傾斜検出素子１００の共通電極板１０３に接続される。また、傾斜検出素子１００の１対の差動電極１０２ａ，１０２ｂのそれぞれは、容量−電圧変換回路１１２ａ，１１２ｂの入力端子に接続される。
【００３８】
これら容量−電圧変換回路１１２ａおよび１１２ｂの出力端子は、それぞれ差動増幅回路１１３の一方および他方の入力端子に接続される。この差動増幅回路１１３からは傾斜センサの出力端子１１４が導出される。なお、信号処理回路部には電源安定化回路１１５が含まれており、この電源安定化回路１１５を通じた安定化電圧が発振器１１１や差動増幅回路１１３に、その電源電圧として供給される。
【００３９】
信号処理回路部は、上述のように構成されているので、発振器１１１からの一定周波数の発振出力信号は、差動電極１０２ａと共通電極板１０３とで構成される第１のコンデンサを通じて容量−電圧変換回路１１２ａに供給されると共に、差動電極１０２ｂと共通電極板１０３とで構成される第２のコンデンサを通じて容量−電圧変換回路１１２ｂに供給される。このとき、容量−電圧変換回路１１２ａおよび１１２ｂのそれぞれには、第１のコンデンサの容量値および第２のコンデンサの容量値のそれぞれに応じた波高値の信号が、それぞれ入力される。
【００４０】
容量−電圧変換回路１１２ａおよび１１２ｂは、それぞれの入力信号を整流し、平滑した電圧を出力する。したがって、容量−電圧変換回路１１２ａおよび１１２ｂの出力電圧は、それぞれの入力信号の波高値、すなわち、第１のコンデンサの容量値および第２のコンデンサの容量値のそれぞれに応じた大きさとなる。
【００４１】
したがって、差動増幅回路１１３からは、容量−電圧変換回路１１２ａの出力電圧と、容量−電圧変換回路１１２ｂの出力電圧との差の電圧が得られ、それが傾斜センサの出力として、出力端子１１４に導出される。すなわち、差動増幅回路１１３からは、第１のコンデンサと第２のコンデンサの容量値の差に応じた出力電圧が得られる。
【００４２】
以上のような構成の傾斜検出素子１００および信号処理回路部を備える傾斜センサを、前述したように被測定物の傾斜測定の基準面となる面（以下、この面を被測定面という）上に設置する。このとき、傾斜検出素子１００のプリント基板１０１面が、被測定面の被測定傾斜方向を含む面となるように設置する。
【００４３】
なお、この明細書において、被測定面の被測定傾斜方向とは、測定しようとする傾斜の方向に被測定面が傾斜するときの被測定面の法線の移動方向であり、被測定面が測定しようとする傾斜の方向に順次傾斜するときに、各傾斜位置にある被測定面の法線の全てを含む面に沿う方向をいう。
【００４４】
被測定面が、前記被測定傾斜方向に傾斜していなければ（すなわち、重力方向に垂直な線を含む面となっているとき）、誘電性液体１０７は、差動電極１０２ａと１０２ｂとのそれぞれほぼ半分を等しく浸漬する状態となる。したがって、差動電極１０２ａと共通電極板１０３とで構成される第１のコンデンサの容量値と、差動電極１０２ｂと共通電極板１０３とで構成される第２のコンデンサの容量値とは等しくなり、容量−電圧変換回路１１２ａ，１１２ｂの出力電圧の差は零となる。このとき、差動増幅回路１１３の出力電圧は、それに応じた電圧Ｖｏとなる。
【００４５】
そして、被測定面が、前記被測定傾斜方向に傾斜したとき、誘電性液体１０７の液面位置は、差動電極１０２ａ，１０２ｂの一方は、その傾斜角だけ誘電性液体１０７内に余分に浸漬し、他方は、その傾斜角だけ電極が液面から露呈するようになる状態になり、その傾斜角に応じた容量差が第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間に生じる。
【００４６】
このとき、図３において、傾斜角が０度の位置から被測定面が＋θ方向（例えば反時計方向）に傾斜した場合には、第１のコンデンサの容量値が小さくなり、第２のコンデンサの容量値が大きくなるため、容量−電圧変換回路１１２ａの出力電圧が、容量−電圧変換回路１１２ｂの出力電圧よりも大きくなる。したがって、差動増幅回路１１３の出力電圧は、電圧Ｖｏよりも＋θ方向の傾斜角に応じた分だけ、大きくなるように変化する。
【００４７】
一方、図３において、傾斜角が０度の位置から被測定面が−θ方向（例えば時計方向）に傾斜した場合には、第２のコンデンサの容量値が小さくなり、第１のコンデンサの容量値が大きくなるため、容量−電圧変換回路１１２ａの出力電圧が、容量−電圧変換回路１１２ｂの出力電圧よりも小さくなる。したがって、差動増幅回路１１３の出力電圧は、電圧Ｖｏよりも−θ方向の傾斜角に応じた分だけ、小さくなるように変化する。
【００４８】
したがって、差動増幅回路１１３からは、容量−電圧変換回路１１２ａ，１１２ｂの出力電圧の差分、つまり、２個のコンデンサの容量値の差分、に応じた電圧が出力電圧として得られる。この差動増幅回路１１３の出力電圧は、図６のように、傾斜角＝０の面位置からの傾斜方向も含めて、傾斜角＝０の面位置からの被測定面の傾斜角に比例して直線状に変化する直流電圧となる。
【００４９】
なお、この場合、差動電極１０２ａ，１０２ｂ及び共通電極板１０３の前記扇形形状は、この差動増幅回路１１３の出力電圧の変化が、図６に示すように、傾斜角の変化にリニアに対応するように定めたものである。
【００５０】
次に、この実施の形態の傾斜検出ユニットの構成について説明する。図１は、実施の形態の傾斜検出ユニットの全体の構成を説明するための図であり、１０は第１のプリント基板、２０は第２のプリント基板、３０は第３のプリント基板である。また、４０は、これら第１、第２、第３のプリント基板１０、２０、３０を収納するユニット筐体である。
【００５１】
図２（Ａ）はユニット筐体４０の側面図、また、図２（Ｂ）はユニット筐体４０の上面図である。ユニット筐体４０は、図１および図２に示すように、長手方向の中央部に第１、第２、第３のプリント基板１０、２０、３０を収納する収納空間を形成する小部屋部４１と、この筐体４０の底面４０ａ側において小部屋部４１から長手方向に延長するように設けられるユニット取付用段部４２ａ，４２ｂとを備える。
【００５２】
小部屋部４１の天井部側は開口とされており、第１、第２、第３のプリント基板１０、２０、３０がこの天井部側の開口から小部屋部４１内に収納される。第１、第２、第３のプリント基板１０、２０、３０が小部屋部４１に収納された後、この天井部側には、図示しない天板が取り付けられて、小部屋部４１内への塵芥の侵入が防止される。
【００５３】
ユニット取付用段部４２ａ，４２ｂには、ユニット筐体４０の底面４０ａに垂直方向のネジ孔４３、４３が設けられて、このネジ孔４３、４３を通じて取付ネジにより、傾斜検出ユニットが、傾斜を検出する対象物の傾斜測定の基準面となる面（以下、この面を被測定面という）上に取り付けられる。
【００５４】
第１のプリント基板１０は、前述した傾斜検出素子１００のプリント基板１０１のうちの、信号処理回路部を除いた部分に相当するもので、この第１のプリント基板１０の面に沿う方向を被測定傾斜方向とするように、図３、図４に示した構成の傾斜検出素子１１（傾斜検出素子１００と同じ）が設けられている。
【００５５】
したがって、この例の場合には、第１のプリント基板１０の面が、被測定面の被測定傾斜方向を含む面となるようにされるもので、第１のプリント基板１０は、底面４０ａに垂直の状態で、ユニット筐体４０の小部屋部４１に、収納される。
【００５６】
第２のプリント基板２０には、この第２のプリント基板２０と交差する方向の運動変化を検出するように角速度検出素子２１が設けられている。第２のプリント基板２０は、角速度検出素子２１が、第１のプリント基板１０の傾斜検出素子１１の被測定傾斜方向の角速度変化を検出するようにするため、図１に示すように、第１のプリント基板１０に直交し、かつ、ユニット筐体４０の底面４０ａに垂直になる状態で、ユニット筐体４０の小部屋部４１に、収納される。
【００５７】
第３のプリント基板３０には、前述の図５に示した傾斜センサの信号処理回路部のうち、傾斜検出素子１００を除く部分に等しい、傾斜検出素子１１についての信号処理回路部が設けられると共に、角速度検出素子２１についての同様の信号処理回路部が設けられる。
【００５８】
そして、第３のプリント基板３０は、ユニット筐体４０の底面４０ａと平行に、したがって、第１および第２のプリント基板１０および２０に直交する状態で組み合わされる。
【００５９】
この場合、第１のプリント基板１０と第３のプリント基板３０とは、プリント基板結合機能と信号ライン接続機能とを合わせ持つコネクタ部材１２により互いに直交する状態で結合される。同様に、第２のプリント基板２０と第３のプリント基板３０とは、プリント基板結合機能と信号ライン接続機能とを合わせ持つコネクタ部材１３により互いに直交する状態で結合される。
【００６０】
コネクタ部材１２、１３は、それぞれ、樹脂からなる保持部１２ａ、１３ａにより比較的高硬度の複数本のＬ字型の接続ピン１２ｐ，１３ｐを保持する構造であり、保持部１２ａ，１３ａから一方側に伸びる複数本の接続ピン１２ｐ、１３ｐの部分は、それぞれ第１のプリント基板１０、第２のプリント基板２０に半田付けされて固定される。また、保持部１２ａ，１３ａから他方側にＬ字型に伸びる複数本の接続ピン１２ｐ，１３ｐの先端部分は、第３のプリント基板３０に対応して設けられている複数個のピン孔３１および３２に挿入され、半田付けされて固定される。
【００６１】
この場合、コネクタ部材１２の複数本の接続ピン１２ｐの一部および全部は、第１のプリント基板１０と第３のプリント基板３０との信号ラインを接続するための接続ピンの役割をする。同様に、コネクタ部材１３の複数本の接続ピン１３ｐの一部および全部は、第２のプリント基板２０と第３のプリント基板３０との信号ラインを接続するための接続ピンの役割をする。
【００６２】
以上のようにして、コネクタ部材１２および１３によって、第１および第３のプリント基板１０および３０間、第２および第３のプリント基板２０および３０間を接続することによって、これら３枚のプリント基板１０、２０、３０が結合される。
【００６３】
そして、このように結合された３個のプリント基板が、上述したように、第１および第２のプリント基板１０および２０が、共に底面４０ａに垂直になり、第３のプリント基板３０が小部屋部４１の天井側となるような状態で、ユニット筐体４０の小部屋部４１内に収納される。
【００６４】
このとき、ユニット筐体４０の小部屋部４１内の側壁には、第１のプリント基板１０の底面４０ａと垂直な一辺側が嵌合する嵌合溝４４ａと、第２のプリント基板２０の底面４０ａと垂直な互いに対向する２辺側がそれぞれ嵌合する嵌合溝４４ｂ，４４ｃが形成されている。これらの嵌合溝４４ａ，４４ｂ，４４ｃに、第１および第２のプリント基板１０および２０が嵌合することにより、結合された３枚のプリント基板１０、２０、３０が、底面４０ａに平行な方向に、動かないようにされる。
【００６５】
また、小部屋部４１の内部の第１および第２のプリント基板１０および２０が収納されるスペースを除く領域には、台状部４５が形成される。そして、この台状部４５上の小部屋部４１のほぼ中央となる位置には、ネジ孔が穿かれている柱状突部４６が設けられている。この柱状突部４６は、収納された第３のプリント基板３０に衝合するようにされていると共に、第３のプリント基板３０の対応する位置には、透孔３４が設けられている。そして、第３のプリント基板３０が、透孔３４を介して柱状突部４６にネジ止めされることにより、小部屋部４１内に、３枚のプリント基板１０、２０、３０が固定される。
【００６６】
また、この実施の形態の場合、ユニット筐体４０の台状部４５の一部に底面側に貫通する孔４７が設けられると共に、ユニット取付用段部４２ａの底面側に孔４７と連結する凹溝４８が設けられている。
【００６７】
そして、この傾斜検出ユニットの出力信号の複数本のリード線３３は、図１に示すように、第３のプリント基板３０から導出されるが、これらのリード線３３は、図２にも示すように、台状部４５の一部に設けられた孔４７を通じ、また、ユニット取付用段部４２ａの凹溝４８を通じて、ユニット筐体４０から外部に導かれるようにされている。なお、複数本のリード線３３は、被覆部材３３ａにより、一纏めにされて、ユニット筐体４０外に導出される。
【００６８】
以上のようにして、第１、第２、第３のプリント基板１０、２０、３０がユニット筐体４０の小部屋部４１に収納され、リード線３３が外部に導出された後、小部屋部４１の開口側は、前述したように、図示しない天板により閉塞されるようにされる。
【００６９】
以上のように構成された傾斜検出ユニットは、前述したように、ユニット筐体４０の取付用段部４２ａ，４２ｂの部分において、例えば姿勢制御の対象物の被測定面に、その傾斜測定方向に合わせて取り付けることにより、簡単に取り付けられる。そして、ユニット筐体４０から導出されたリード線３３を姿勢制御を行なう制御部を構成するコントローラに接続することにより、前述の姿勢制御システムを構成することができる。
【００７０】
図７は、この場合の姿勢制御システムの構成例のブロック図を示すものである。この実施の形態の場合には、傾斜検出素子と、角速度検出素子とを備える前述した構成の傾斜検出ユニット６を被制御物４に取り付け、この傾斜検出ユニット６の出力線（リード線３３）をコントローラ２に接続するものである。
【００７１】
以上のように、この実施の形態の傾斜検出ユニットを用いて、図７のような姿勢制御システムを構成することにより、傾斜検出素子と角速度検出素子を用いたスムースな姿勢制御が可能になると共に、傾斜検出素子と角速度検出素子とを別々に被制御物に取り付ける場合に比べて、被制御物への取り付けが簡単であり、また、コントローラへの接続もユニット筐体４０から導出される一組のリード線のみでよく、非常に構成が容易になる。また、傾斜検出素子と角速度検出素子とをひとつのユニットに構成したので、安価に製造することができるというメリットもある。
【００７２】
しかも、この実施の形態においては、傾斜検出素子と角速度検出素子とについての信号処理回路部は、第３のプリント基板にまとめて構成するようにしたので、非常にコンパクトにユニットを構成することができる。
【００７３】
この発明の傾斜検出ユニットは、上述の実施の形態に限られるものではない。図８は、この発明の他の実施の形態を示すもので、傾斜検出素子１１およびその信号処理部１２を設けた第１のプリント基板２００と、角速度検出素子２１とその信号処理回路部２２を設けた第２のプリント基板３００とを、前述の第１のプリント基板１０と第２のプリント基板２０と同様に互いに直交する状態で、底面４０ａに垂直に立てて、ユニット筐体４０内に収納するようにして、第３のプリント基板３０を省略した構成である。
【００７４】
この実施の形態においても、前述の実施の形態と同様に、傾斜検出素子と角速度検出素子を用いたスムースな姿勢制御が可能になると共に、傾斜検出素子と角速度検出素子とを別々に被制御物に取り付ける場合に比べて、被制御物への取り付けが簡単であり、また、コントローラへの接続もユニット筐体４０から導出される一組のリード線のみでよく、非常に構成が容易であり、安価に製造することができるというメリットが得られる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による傾斜検出ユニットは、傾斜検出素子の傾斜検出方向を、傾斜検出対象物の前記検出対称傾斜方向に合わせて、傾斜検出対称物に取り付けるだけで、検出したい傾斜方向の傾斜角に対応した傾斜検出出力が得られるだけでなく、検出したい傾斜方向の急激な変化に即応した角速度検出出力を得ることができる。
【００７６】
したがって、この傾斜検出ユニットを、上述したような姿勢制御に使用すれば、スムースな姿勢制御が可能になると共に、被制御物に簡単に装着をでき、また、それぞれ単品の傾斜センサおよび角速度センサを用いる場合に比べて、安価になるという効果がある。
【００７７】
また、請求項２の発明のように、３枚のプリント基板を互いに直交する状態で組み合わせて筐体に収納する構成とすることにより、スペースが有効に利用されて、全体としてコンパクトな傾斜検出ユニットを提供することができる。
【００７８】
また、請求項３の発明のような静電容量式のものであって、傾斜変化に対応したリニアな特性の傾斜検出出力信号を得ることができる傾斜検出素子を用いた場合には、リニアな傾斜検出出力信号に加えて、角速度検出素子の角速度検出出力信号を出力するので、姿勢制御に非常に有効な傾斜検出ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による傾斜検出ユニットの一実施の形態の構成を説明するための図である。
【図２】図１の実施の形態におけるユニット筐体を説明するための図である。
【図３】この発明による傾斜検出ユニットに用いる傾斜検出素子の一例を説明するための分解図である。
【図４】図３の傾斜検出素子の断面図である。
【図５】図３の傾斜検出素子で検出した傾斜の検出出力信号を生成する信号処理回路部を示すブロック図である。
【図６】図３の傾斜検出素子の傾斜検出出力信号の特性を示す図である。
【図７】この発明による傾斜検出ユニットの実施の形態を用いた姿勢制御システムの構成を示すブロック図である。
【図８】この発明による傾斜検出ユニットの他の実施の形態の構成を説明するための図である。
【図９】傾斜センサを用いる従来の姿勢制御システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】被制御物の急激な傾斜変化と、傾斜センサの出力との関係を示す図である。
【図１１】傾斜センサと角速度センサとを用いる従来の姿勢制御システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】被制御物の急激な傾斜変化と、傾斜センサおよび角速度センサの出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０第１のプリント基板
１１傾斜検出素子
２０第２のプリント基板
２１角速度検出素子
３０第３のプリント基板
４０ユニット筐体

Claims

第１のプリント基板と、
前記第１のプリント基板上に設けられて、この第１のプリント基板面に沿う方向に変化する傾斜を検出する傾斜検出素子と、
前記第１のプリント基板上に設けられ、前記傾斜検出素子で検出される傾斜に応じた出力信号を生成する第１の信号処理回路部と、
第２のプリント基板と、
前記第２のプリント基板上に設けられて、この第２のプリント基板面に交差する方向の角速度を検出する角速度検出素子と、
前記第２のプリント基板上に設けられ、前記角速度検出素子で検出される角速度に応じた出力信号を生成する第２の信号処理回路部と、
前記第１のプリント基板面と前記第２のプリント基板面とが互いに直交する状態で、前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板とを収納するユニット筐体と、
からなる傾斜検出ユニット。
第１のプリント基板と、
前記第１のプリント基板上に設けられて、この第１のプリント基板面に沿う方向に変化する傾斜を検出する傾斜検出素子と、
第２のプリント基板と、
前記第２のプリント基板上に設けられて、この第２のプリント基板面に交差する方向の角速度を検出する角速度検出素子と、
第３のプリント基板と、
前記第３のプリント基板上に設けられ、前記傾斜検出素子で検出される傾斜に応じた出力信号を生成する第１の信号処理回路部と、
前記第３のプリント基板上に設けられ、前記角速度検出素子で検出される角速度に応じた出力信号を生成する第２の信号処理回路部と、
前記第１のプリント基板面と前記第２のプリント基板面と前記第３のプリント基板面とが互いに直交する状態で、前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板と前記第３のプリント基板を収納するユニット筐体と、
からなる傾斜検出ユニット。
請求項１または請求項２に記載の傾斜検出ユニットにおいて、
前記傾斜検出素子は、
前記第１のプリント基板上において、互いに電気的に独立に設けられる１対の差動電極と、
前記１対の差動電極に対して所定の空隙を隔てて対向する共通電極板を備え、この共通電極板から導出される端子により、前記第１のプリント基板に取り付けられる共通電極と、
前記１対の差動電極と前記共通電極板とを、前記第１のプリント基板との間で形成する密閉空間内に収納するようにするケース部材と、
前記密閉空間内に、液面が前記基準面の傾斜に応じて変化するような状態で封入された誘電性液体と、
を備え、
前記共通電極と、前記１対の差動電極のそれぞれとで構成される２個のコンデンサの容量値の差分に応じたレベルの出力信号を傾斜検出出力として得るものであることを特徴とする傾斜検出ユニット。