JP4966323B2 - 傾斜センサ - Google Patents

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Description

本発明は、対象物が傾斜しているか否かを検出する傾斜センサに関する。
従来から、対象物に固定され対象物が所定の角度以上傾斜しているか否かを判定することで対象物の転倒状態及び非転倒状態を検出する傾斜センサが提供されており、例えば特許文献1や特願2007−177659(パナソニック電工株式会社出願)に記載されている。特願2007−177659に記載された傾斜センサは、図8(a),(b)に示すように、金属等の導電材料を有する移動体100と、内部を移動体100が変位可能な案内路200aが設けられて対象物(図示せず)に固定される案内体200とを備える。案内路200aは略V字状に形成され、その頂部は対象物が傾いていない状態において略水平となる平坦部となっている。このため、対象物が傾いていない状態ではこの平坦部に移動体100が位置する。平坦部の対象物の傾斜方向における両側は何れも傾斜部となっており、対象物が傾いてその傾斜角度が平坦部に対する傾斜部の傾斜角度を上回ると、移動体100が傾斜面に沿って案内路200aの何れかの端部に向かって変位する。また、案内路200aの両端部にはそれぞれコイル202が巻設された筒状のボビン201が配設されている。而して、対象物が前記傾斜角度以上に傾斜して移動体100が傾斜面に沿って変位し、コイル202の内側に入り込むことにより、移動体100に生じる渦電流の影響でコイル202のインピーダンスが変化する。このコイル202のインピーダンスの変化に基づいて対象物の転倒状態を検出する。
特開2006−105763号公報
ところで、上記従来例では、ボビン201の内周面が軸方向と平行な曲面で形成されており、ボビン201内に移動体100の変位を妨げるものがない。このため、例えば対象物が前記傾斜角度付近で傾いているが転倒していない状態(非転倒状態)において、案内体200に振動(例えば、振動周波数が50Hz、加速度が20Gの振幅が大きい振動)が加わると、移動体100が案内路200aの内周面で跳ね返りながらボビン201内に変位し、コイル202の内側に入り込んで転倒状態であると誤検出する虞があった(図8(a)参照)。同様に、対象物が傾斜角度付近で傾いている転倒状態においても、上述のような振動が案内体200に加わると、移動体100がボビン201の内周面で跳ね返りながら変位し、ボビン201から飛び出して非転倒状態であると誤検出し、転倒状態の検出を維持できない虞があった(図8(b)参照)。
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、案内体に加わる振動による誤検出を防止することのできる傾斜センサを提供することを目的とする。
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、導電材料を含む球状の移動体と、対象物に固定されて内部を移動体が変位可能な案内路が設けられた案内体と、案内路において対象物が所定の角度以上傾いた時に移動体が到達する両端部にそれぞれ巻設されたコイルとを備え、移動体がコイルの内側に入り込むことによるコイルのインピーダンス変化に基づいて対象物が所定の角度以上傾いた転倒状態を検出する傾斜センサであって、案内路の内面には、対象物の傾斜方向における両側であって移動体がコイルの内側に入り込む手前の部位において、コイルが巻設された側と反対側に向かって拡開するように傾斜するテーパが設けられ、案内路におけるテーパが設けられた部位には、他の部位よりも通路面積を狭めた狭路部が設けられ、案内路の両端部は、それぞれコイルが巻設されたボビンで構成され、狭路部は、ボビンにおいて移動体がコイルの内側に入り込む手前の部位に設けられ、ボビンの内周面には、狭路部からコイルが巻設された側に向かって拡開するように傾斜するテーパが設けられたことを特徴とする。
請求項の発明は、請求項の発明において、狭路部は、その幅寸法が移動体が通過可能であって且つ移動体の径寸法と略同一な寸法となるように形成されたことを特徴とする。
請求項の発明は、請求項1又は2の発明において、案内体には、案内路の各端部と対向するとともに対象物の転倒状態において移動体が当接する当接部が設けられ、当接部には、案内路の内周面と対向するように傾斜した傾斜面が設けられたことを特徴とする。
請求項の発明は、請求項の発明において、当接部には、弾性を有する材料から成る部材が配設されたことを特徴とする。
請求項の発明は、請求項1乃至の何れか1項の発明において、案内路には、対象物が傾いていない状態において移動体が当接する面と反対側の内面に移動体の曲面に沿った曲面を有する凹部が設けられたことを特徴とする。
請求項1の発明によれば、対象物が所定の角度付近で傾いているが転倒していない状態において案内体に振動が加わり、移動体が案内路の内周面で跳ね返りながら変位してコイルの内側に入り込もうとしても、テーパによって移動体の跳ね返りの向きをコイル側と反対側に向かせることができるので、移動体がコイルの内側へ入り込むのを防ぐことができる。したがって、非転倒状態であるにも関わらず案内体に加わる振動によって転倒状態であると誤検出するのを防止することができる。また、対象物が所定の角度付近で傾いているが転倒していない状態において案内体に振動が加わり、移動体が案内路の内周面で跳ね返りながら変位する場合において、移動体が狭路部を通過し難いために移動体がコイルの内側へ入り込むのを防ぐことができる。したがって、非転倒状態であるにも関わらず案内体に加わる振動によって転倒状態であると誤検出するのを防止することができる。同様に、対象物が所定の角度付近で傾いている転倒状態において案内体に振動が加わり、移動体が案内路の内周面で跳ね返りながら変位する場合でも、移動体が狭路部を通過し難いために移動体がコイルの内側から飛び出すのを防ぐことができる。したがって、転倒状態であるにも関わらず案内体に加わる振動によって非転倒状態であると誤検出するのを防止することができる
請求項の発明によれば、移動体が跳ね返りながらコイルの内側へ入り込む、若しくはコイルの内側から飛び出すのを防ぐことができるので、案内体に加わる振動による誤検出をより好適に防止することができる。
請求項の発明によれば、対象物が所定の角度付近で傾いている転倒状態において案内体に振動が加わった場合に、当接部の傾斜面によって移動体の跳ね返りの向きを案内路の内周面に向かせることができるので、移動体がコイルの内側から飛び出すのを防ぐことができ、したがって案内体に加わる振動による誤検出をより好適に防止することができる。
請求項の発明によれば、対象物が所定の角度付近で傾いている転倒状態において案内体に振動が加わった場合に、弾性部材によって移動体の跳ね返りの衝突エネルギーを吸収することができるので、移動体がコイルの内側から飛び出すのをより好適に防ぐことができる。
請求項の発明によれば、対象物が傾いていない状態、若しくは対象物が所定の角度以下で傾いている状態において、案内体に振動が加わり移動体が飛び跳ねても、凹部によって移動体が元の位置に向かって跳ね返るので、移動体が案内路の内周面で跳ね返りながら変位してコイルの内側に入り込むのを防ぐことができ、したがって案内体に加わる振動による誤検出をより好適に防止することができる。
本発明に係る傾斜センサの実施形態1を示す図で、(a)は要部拡大図で、(b)はボビンを軸方向から見た図で、(c)は非転倒状態における要部拡大図で、(d)は転倒状態における要部拡大図である。 (a)は同上の分解斜視図で、(b)は同上の全体斜視図である。 同上の一部切り欠いた前面図である。 同上のボビンを屈曲させた場合を示す要部拡大図である。 本発明に係る傾斜センサの実施形態2を示す図で、(a)は要部拡大図で、(b)はボビンを軸方向から見た図である。 本発明に係る傾斜センサの実施形態3を示す要部拡大図である。 本発明に係る傾斜センサの実施形態4を示す図で、(a)は要部拡大図で、(b)は当接部に弾性部材を配設した場合の要部拡大図である。 従来の傾斜センサを示す図で、(a)は非転倒状態における要部拡大図で、(b)は転倒状態における要部拡大図である。
(実施形態1)
以下、本発明に係る傾斜センサの実施形態1について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図3における上下左右を上下左右方向、紙面手前側を前方向、紙面奥側を後方向と定めるものとする。本実施形態は、図1,2に示すように、球状の移動体1と、対象物(図示せず)に固定されて内部を移動体1が変位可能な略V字状の案内路20が設けられた案内体2と、コイル4が巻設されるとともにそれぞれ案内路20の両端部を構成する略円筒状のボビン40とを備える。
移動体1は、例えば鉄、銅、真鍮、ステンレス等の金属から成る球状の本体部と、例えばゴム等の弾性材料から成り本体部を覆う被覆部とから構成される。このように本体部を被覆部で覆うことにより、被覆部を設けない場合と比較して案内路20の内面と移動体1との衝突による騒音や摩耗粉の発生を抑制している。尚、移動体1を本体部のみで構成しても構わない。
案内体2は、図2(a),(b)に示すように、前面が開口するとともに案内路20の後壁及び側壁を構成する案内溝50aが内部に設けられたボディ5と、ボディ5の開口を塞ぐ形でボディ5に結合されるカバー6とから成る。ボディ5は、前面を開口した略直方体状の主部50と、主部50の左右両側からそれぞれ突設された取付部51と、主部50の上面から上方に突設されてプラグ(図示せず)が接続される筒状のレセプタクル52とから構成される。主部50の内周面には、主部50の壁部よりも前後方向における厚み寸法が小さい段部50bが全周に亘って一体に設けられており、当該段部50bの前面にカバー6が載置されるようになっている。段部50bで囲まれる空間における右上及び左上の端部には、それぞれ対象物の転倒状態において移動体1が当接する略三角柱状の当接部50cが設けられている。この当接部50cと案内溝50aの端部との間にボビン40が配設され、ボビン40は、その一端部が案内溝50aの端部と対向するとともに、他端部が当接部50cと対向する。各取付部51には、それぞれ断面略円形状の取付孔51aが前後方向に貫設されている。このため、案内体2は例えば取付孔51a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、図2(a)に示すように、導電材料から成るコンタクト53が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53は、その一端部がレセプタクル52に突出し、他端部が主部50内部に突出する形で保持されており、前記一端部はレセプタクル52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、前記他端部は後述するプリント配線板30に差込接続される。而して、プラグと後述するプリント配線板30に実装された検出回路とはコンタクト53を介して電気的に接続される。
カバー6は、図2(a)に示すように略矩形状の平板から成り、その後面には後端部が案内溝50aの側壁の前端部と当接する凸部60が後方に向かって突設されている。而して、カバー6をボディ5に結合することで凸部60が案内溝50aを閉塞し、凸部60及び案内溝50aから案内路20が構成される。
各ボビン40は、例えば合成樹脂成形品から成り、コイル4が巻設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、コイルブロック3を構成している。コイル4は、図1(a)に示すように、ボビン40の軸方向における当接部50c側(同図における右側)に巻設されている。ボビン40の軸方向における案内溝50a側(同図における左側)の部位、即ち、移動体1がコイル4の内側に入り込む手前の部位には、通路面積を狭めた狭路部Aが設けられている。狭路部Aは、その幅寸法が移動体1が通過可能であって且つ移動体1の径寸法と略同一な寸法となるように形成されている。
また、ボビン40の内周面には、図1(a),(b)に示すように、狭路部Aからボビン40の軸方向における両端部に向かってそれぞれ拡開するように傾斜するテーパ40a,40bが設けられている(即ち、コイル4が巻設された側と反対側に向かって拡開するように傾斜するテーパ40aと、狭路部Aからコイル4が巻設された側に向かって拡開するように傾斜するテーパ40bとが設けられている)。
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のインピーダンスの変化に基づいて対象物の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。尚、このような検出回路は従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略するものとする。
次に、案内路20の構造について説明する。図3に示すように、案内路20のV字における頂部(左右方向における略中央部)には、対象物が傾いていない状態において略水平となる平坦部20aが設けられている。平坦部20aの左右両側には、それぞれ平坦部20aに対して上向きに傾斜した第1の傾斜部20bが連続して設けられている。更に、第1の傾斜部20bの左右方向の外側には、それぞれ平坦部20aに対する傾斜角度が第1の傾斜部20bよりも緩やかな第2の傾斜部20cが連続して設けられている。また、第2の傾斜部20cの左右方向の外側には、それぞれ平坦部20aに対する傾斜角度が第1の傾斜部20bと同じである第3の傾斜部20dが連続して設けられており、この第3の傾斜部20dと連通するようにボビン40が配設されている。
即ち、対象物が第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何れかに傾斜した時、移動体1が案内路20に沿ってコイル4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づいて対象物の転倒状態を検出する。尚、本実施形態では、上述のように傾斜角度が第1の傾斜部20b及び第3の傾斜部20dよりも緩やかな第2の傾斜部20cを設けている。このため、対象物の転倒状態が検出された後に対象物の傾斜角度が第1の傾斜部20b及び第3の傾斜部20dの傾斜角度を下回っても、対象物の傾斜角度が第2の傾斜部20cの傾斜角度を下回るまでは転倒状態の検出を維持する、所謂ヒステリシス動作が可能となっている。
ここで、例えば図1(c)に示すように、転倒状態ではないが対象物が傾いて移動体1がボビン40近傍にまで変位しているとする。この状態において案内体2に上下方向の振動(例えば、振動周波数が50Hz、加速度が20Gの振幅が大きい振動)が加わると、移動体1が案内路20の内周面で跳ね返りながら変位し、コイル4の内側に入り込もうとする。しかしながら、本実施形態では上述のようにボビン40の内周面にテーパ40aを設けているので、テーパ40aによって移動体1の跳ね返りの向きをコイル4側と反対側に向かせることができるので(同図における矢印参照)、移動体1がコイル4の内側へ入り込むのを防ぐことができる。したがって、非転倒状態であるにも関わらず案内体2に加わる振動によって転倒状態であると誤検出するのを防止することができる。尚、ボビン40に狭路部Aを設けているので、移動体1が狭路部Aを通過し難いために移動体1がコイル4の内側へ入り込むのをより好適に防ぐことができる。
また、例えば図1(d)に示すように、転倒状態において移動体1が案内路20の端部近傍まで変位しているとする。この状態において案内体2に上下方向の振動が加わると、移動体1がボビン40の内周面で跳ね返りながら変位し、コイル4の内側から飛び出そうとする。しかしながら、本実施形態では上述のようにボビン40の内周面にテーパ40bを設けているので、テーパ40bによって移動体1の跳ね返りの向きをコイル4側に向かせることができるので(同図における矢印参照)、移動体1がコイル4の内側から飛び出すのを防ぐことができる。したがって、転倒状態であるにも関わらず案内体2に加わる振動によって非転倒状態であると誤検出するのを防止することができる。尚、ボビン40に狭路部Aを設けているので、移動体1が狭路部Aを通過し難いために移動体1がコイル4の内側から飛び出すのをより好適に防ぐことができる。
ところで、図3に示すように、対象物が傾いていない状態、若しくは対象物が所定の角度以下で傾いている状態(即ち、移動体1が平坦部20aに位置する状態)において案内体2に上下方向の振動が加わった場合、移動体1が飛び跳ねて平坦部20aから飛び出し、案内路20に沿って変位してコイル4の内側に入り込む虞がある。そこで、本実施形態では、対象物が傾いていない状態において移動体1が当接する面と反対側の内面に移動体1の曲面に沿った曲面を有する凹部20fを設けている。このため、案内体2に上下方向の振動が加わり移動体1が飛び跳ねても、凹部20fによって移動体1が元の位置(即ち、平坦部20a)に向かって跳ね返るので、移動体1が案内路20の内周面で跳ね返りながら変位してコイル4の内側に入り込むのを防ぐことができる。したがって、案内体2に加わる振動による誤検出をより好適に防止することができる。
また、上述のように、本実施形態の狭路部Aは、その幅寸法が移動体1が通過可能であって且つ移動体1の径寸法と略同一な寸法となるように形成されているので、移動体1が跳ね返りながらコイル4の内側へ入り込む、若しくはコイル4の内側から飛び出すのを防ぐことができ、案内体2に加わる振動による誤検出をより好適に防止することができる。
また、本実施形態では図1(b)に示すように、テーパ40a,40bを前後方向(同図における左右方向)における中心線に対して線対称となるように設けている。このため、2つのボビン40の構造が同一となるために案内路20の何れの端部にも共通で使用することができる。而して、案内路20の端部毎に互いに異なる構造を有するボビン40を使用する場合と比較してコストを低減することができる。
尚、本実施形態のようにボビン40に狭路部A及びテーパ40a,40bを設ける代わりに、ボビン40をその軸方向に対して対象物の傾斜する向き(下向き)に屈曲して構成しても構わない(図4参照)。この場合、ボビン40の内周面における屈曲部位がテーパ40a,40bの役割を果たすので、上記と同様に案内体2に加わる振動による誤検出を防止する効果を奏することができる。
(実施形態2)
以下、本発明に係る傾斜センサの実施形態2について図面を用いて説明する。尚、本実施形態の基本的な構成は実施形態1と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略するものとする。本実施形態は、図5(a)に示すように、ボビン40の内周面において移動体1がコイル4の内側に入り込む手前の部位に内方に突出するリブ40cを突設することで狭路部Aを構成している。また、狭路部Aのコイル4側と反対側(同図における左側)のみにテーパ40aを設けている。
ここで、転倒状態ではないが対象物が傾いて移動体1がボビン40近傍にまで変位している状態において案内体2に上下方向の振動が加わった場合には、実施形態1と同様に、狭路部Aによって移動体1をコイル4側へ通過し難くするとともにテーパ40aによって移動体1の跳ね返りの向きをコイル4側と反対側に向かせることができるので、移動体1がコイル4の内側へ入り込むのを防ぐことができる。一方、転倒状態であって移動体1が案内路20の端部近傍まで変位している状態において案内体2に上下方向の振動が加わった場合には、狭路部Aによって移動体1をコイル4側と反対側へ通過し難くするとともにリブ40cの段差によって移動体1がコイル4の内側から飛び出すのを防ぐことができる。したがって、本実施形態においても実施形態1と同様に案内体2に加わる振動による誤検出を防止することができる。
尚、図5(b)に示すように、本実施形態でも実施形態1のテーパ40a,40bと同様にリブ40cを前後方向(同図における左右方向)における中心線に対して線対称となるように設けている。このため、2つのボビン40の構造が同一となるために案内路20の何れの端部にも共通で使用することができる。而して、案内路20の端部毎に互いに異なる構造を有するボビン40を使用する場合と比較してコストを低減することができる。
(実施形態3)
以下、本発明に係る傾斜センサの実施形態3について図面を用いて説明する。尚、本実施形態の基本的な構成は実施形態1と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略するものとする。本実施形態は、図6に示すように、案内路20におけるボビン40の手前の部位に、コイル4が巻設された側と反対側に向かって拡開するように傾斜するテーパ20eを設けている。
このため、転倒状態ではないが対象物が傾いて移動体1がボビン40近傍にまで変位している状態において、案内体2に上下方向の振動が加わり移動体1が案内路20の内周面で跳ね返りながら変位してコイル4の内側に入り込もうとしても、テーパ20eによって移動体1の跳ね返りの向きをコイル4側と反対側に向かせることができるので(同図における矢印参照)、移動体1がコイル4の内側へ入り込むのを防ぐことができる。したがって、転倒状態であるにも関わらず案内体2に加わる振動によって非転倒状態であると誤検出するのを防止することができる。
尚、本実施形態のように、テーパ20eの形状を調整して、案内路20におけるボビン40の手前の部位が狭路部Aとなるように構成しても構わない。また、本実施形態では、ボビン40の内周面にテーパ40a,40b又はリブ40cが設けられていないが、実施形態1,2と同様にテーパ40a,40b又はリブ40cを設けても構わない。この場合、より好適に案内体2に加わる振動による誤検出を防止することができる。
(実施形態4)
以下、本発明に係る傾斜センサの実施形態4について図面を用いて説明する。尚、本実施形態の基本的な構成は実施形態1と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略するものとする。本実施形態は、図7(a)に示すように、当接部50cにボビン40の内周面(即ち、案内路20の内周面)と対向するように傾斜した傾斜面50dを設けている。即ち、当接部50cの移動体1が当接する面の向きを案内路20の軸方向と垂直な方向に一致させるのではなく、当該方向に対して傾斜させて傾斜面50dとしている。
このため、転倒状態において案内体2に上下方向の振動が加わった場合に、傾斜面50dによって移動体1の跳ね返りの向きをボビン40の内周面(ここでは、テーパ40b)に向かせることができるので、移動体1がコイル4の内側から飛び出すのを防ぐことができる。したがって、転倒状態であるにも関わらず案内体2に加わる振動によって非転倒状態であると誤検出するのをより好適に防止することができる。
また、図7(b)に示すように、当接部50cの移動体1が当接する面に、例えばゴムや熱可塑性エラストマー等の弾性部材50eを配設してもよい。この場合、弾性部材50eによって移動体1の跳ね返りの衝突エネルギーを吸収することができるので、移動体1がコイル4の内側から飛び出すのをより好適に防ぐことができる。尚、同図で示すように、弾性部材50eを凹凸のついたヒダ状にすることで、衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。また、同図では、当接部50cに傾斜面50dを設けていないが、傾斜面50dを設けるとともに当該傾斜面50dに弾性部材50eを配設しても構わない。
1 移動体
2 案内体
20 案内路
4 コイル
40 ボビン
40a テーパ

Claims (5)

  1. 導電材料を含む球状の移動体と、対象物に固定されて内部を移動体が変位可能な案内路が設けられた案内体と、案内路において対象物が所定の角度以上傾いた時に移動体が到達する両端部にそれぞれ巻設されたコイルとを備え、移動体がコイルの内側に入り込むことによるコイルのインピーダンス変化に基づいて対象物が所定の角度以上傾いた転倒状態を検出する傾斜センサであって、案内路の内面には、対象物の傾斜方向における両側であって移動体がコイルの内側に入り込む手前の部位において、コイルが巻設された側と反対側に向かって拡開するように傾斜するテーパが設けられ、案内路におけるテーパが設けられた部位には、他の部位よりも通路面積を狭めた狭路部が設けられ、案内路の両端部は、それぞれコイルが巻設されたボビンで構成され、狭路部は、ボビンにおいて移動体がコイルの内側に入り込む手前の部位に設けられ、ボビンの内周面には、狭路部からコイルが巻設された側に向かって拡開するように傾斜するテーパが設けられたことを特徴とする傾斜センサ。
  2. 前記狭路部は、その幅寸法が移動体が通過可能であって且つ移動体の径寸法と略同一な寸法となるように形成されたことを特徴とする請求項1記載の傾斜センサ。
  3. 前記案内体には、案内路の各端部と対向するとともに対象物の転倒状態において移動体が当接する当接部が設けられ、当接部には、案内路の内周面と対向するように傾斜した傾斜面が設けられたことを特徴とする請求項1又は2に記載の傾斜センサ。
  4. 前記当接部には、弾性を有する材料から成る部材が配設されたことを特徴とする請求項記載の傾斜センサ。
  5. 前記案内路には、対象物が傾いていない状態において移動体が当接する面と反対側の内面に移動体の曲面に沿った曲面を有する凹部が設けられたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の傾斜センサ
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