JP5471489B2 - 傾斜センサー - Google Patents

Description

本発明は、傾斜センサーに関するものである。

従来、物体の傾きを検出する傾斜センサーとして用いられるものとして、構造が簡単で他の形式のセンサーよりも消費電力が小さいボールセンサーと呼ばれるセンサーがある。ボールセンサーは、所定の距離をおいて対向配置された一対の電極の内側に球状の空間を形成し、球状の空間内に可動する球状の導電体を配置したものである。球状の導電体が一対の電極の双方に接すると一対の電極は導通の状態になる。これに対して、球状の導電体が一対の電極のいずれか一方にのみ接するときは、一対の電極は非導通の状態となる。ボールセンサーが静止した状態において、球状の導電体は球状の空間内において常に重力の方向に居続けようとすることから、一対の電極間にできる間隙の部分の向きが重力方向に対して所定の角度以内の角度にあるときは球状の導電体が一対の電極の双方に接することとなり、一対の電極が導電の状態になる。これを利用して、ボールセンサーを傾斜センサーとして用いることができる。

例えば、特許文献１には、内側にほぼ半球状の凹面を形成すると共に、少なくとも該凹面を金メッキ処理してなる左右一対の容器状電極を左右方向に所定の間隔を置き、かつその凹面を互いに対向させた態様で不導体ケースに装着し、左右一対の容器状電極の間に表面を金メッキ処理してなる導電球を転動自在に収納した、傾斜・振動センサーが提案されている。

特開２００２−３６５０５０号公報

しかしながら、上記の傾斜・振動センサーは、導電の状態にあるときは左右一対の容器状電極の間に導電球の一部が落ち込む形となることから、導電の状態から非導電の状態に変化するときの所定の角度と、非導電の状態から導電の状態に変化するときの所定の角度とが異なるという問題がある。従って、特定の傾斜角度を検出しようとするときには、導通の状態から非導通の状態へ変化する角度を検出する第１の傾斜・振動センサーと、非道通の状態から導通の状態に変化するときの角度を検出する第２の傾斜・振動センサーとが必要となる。この場合、第１の傾斜・振動センサーと第２の傾斜・振動センサーとでは、左右一対の容器状電極の間の距離又は導電球の直径の長さの少なくともひとつが異なることになる。

本発明は、上記の課題の少なくともひとつを解決するためになされたものであり、以下の適用例又は実施形態として実施することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係るひとつの傾斜センサーは、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間を導通の状態又は非導通の状態にする導電球と、を含み、前記第１の電極と前記第２の電極とが導通の状態にあるときにおいて、前記第１の電極における前記導電球との接点を第１の接点とし、前記第２の電極における前記導電球との接点を第２の接点としたときに、前記第１の接点における第１の曲率半径が前記導電球の中心を通過し、前記第２の接点における第２の曲率半径が前記導電球の中心を通過することを特徴とする。

この構成によれば、導電球が静止し、第１の電極と第２の電極とが導電の状態にあるときに、第１の電極又は第２の電極の少なくとも一方の導電球との接点における曲率半径が導電球の中心を通過するようにすることによって、第１の電極と第２の電極との間隙に導電球が入り込むときの傾斜角度と導電球が該間隙から出るときの傾斜角度とを同じ角度とすることができる。振動などにより導電球が第１の電極及び第２の電極の両方から同時に離れることがない場合、導電球は傾斜センサーの傾きに応じて常に第１の電極又は第２の電極の少なくとも一方に接しながら重力方向に位置しようとする。この場合に、本適用例に係る傾斜センサーは、第１の電極と第２の電極とが導電の状態から非導電の状態に変化するときの傾斜角と、第１の電極と第２の電極とが非導電の状態から導電の状態に変化するときの傾斜角とが同じとなる部分を有することができる。

［適用例２］
上記の適用例に係る傾斜センサーにおいて、前記第１の電極は球状の空間を形成する第１の球体の一部であり、前記第２の電極は球状の空間を形成する第２の球体の一部であることが好ましい。

この構成によれば、第１の電極の形状が第１の球体の一部であり、第２の電極の形状が第２の球体の一部であることから、本適用例に係る傾斜センサーの形状の少なくとも一部をボールセンサーと類似の形状とすることができる。これにより、本適用例に係る傾斜センサーを、従来のボールセンサーの代わりに基板等に実装することが容易となる。

［適用例３］
上記の適用例に係る傾斜センサーにおいて、前記第１の電極と前記第２の電極とが導通の状態にあるときにおいて、前記導電球は、前記第１の電極と前記第１の電極における第１の曲線で接していることが好ましい。

この構成によれば、本適用例に係る傾斜センサーを取り付けた対象が、少なくとも第１の曲線の任意の点における法線方向において、導通の状態から非導通の状態になるときの傾斜角度と、非導通の状態から導通の状態になるときの傾斜角度とを同じとすることができる。

［適用例４］
上記の適用例に係る傾斜センサーにおいて、前記第１の電極と前記第２の電極とが導通の状態にあるときにおいて、前記導電球は、前記第２の電極と前記第２の電極における第２の曲線で接していることが好ましい。

この構成によれば、本適用例に係る傾斜センサーを取り付けた対象が、少なくとも第２の曲線の任意の点における法線方向において、導通の状態から非導通の状態になるときの傾斜角度と、非導通の状態から導通の状態になるときの傾斜角度とを同じとすることができる。

第１実施形態の傾斜センサーの概略断面図。 第１実施形態において変形例とした示した傾斜センサーの概略断面図。 図２で示した傾斜センサーのｆ−ｆ’面における断面図。 従来の傾斜センサーの概略断面図。 従来の傾斜センサーの概略概観図。

以下、本発明に係る傾斜センサーの実施形態について、図を用いて説明する。

まず、従来技術における傾斜センサーについて説明する。図５に従来技術における傾斜センサー９０の概略概観図を、図４に傾斜センサー９０の概略断面図を示す。傾斜センサー９０は、第１の電極９１及び第２の電極９２で形成される球状の空間を有し、導電球９３が球状の空間内を可動できるようにしたものである。図４の概略断面図は、球状の空間の中心を含む平面における断面図であり、第１の電極９１と第２の電極９２との間隙に導電球９３が位置している。ここで、球状の空間の中心点を中心点ｂ１とし、導電球９３の中心点を中心点ｅ１とし、中心点ｂ１及び中心点ｅ１を通る直線を直線ａ１とすると、第１の電極９１と第２の電極９２との間隙の中間点、中心点ｂ１及び中心点ｅ１が直線ａ１上に並ぶ。

導電球９３の半径の長さｒ１は、第１の電極９１における導電球９３との接点ｃ１においての半径９４の長さＲ１及び第２の電極９２における導電球９３との接点ｄ１においての半径９５の長さＲ１よりも短い。従って、直線ａ１と半径９４又は半径９５とが作る角度φ１は、直線ａ１と接点ｃ１又は接点ｄ１における導電球９３の半径とが作る角度θ１よりも小さい角度となる。この場合、角度φ１が第１の電極９１側又は第２の電極９２側から第１の電極９１と第２の電極９２との間隙に導電球９３が入り込むときの傾斜角度であり、角度θ１が第１の電極９１と第２の電極９２との間隙から第１の電極９１側又は第２の電極９２側に導電球９３が出てくるときの傾斜角度となる。半径９４及び半径９５は、共に導電球９３の中心点ｅ１を通過していない。

（第１実施形態）
本実施形態における傾斜センサー１０の概略断面図を図１に示す。傾斜センサー１０は、第１の電極１１、第２の電極１２及び導電球１３を有する。また、第１の電極１１における導電球１３との接点を接点ｃ２としたときの接点ｃ２における曲率半径１４を半径とする円の中心点を中心点ｂ２１とし、第２の電極１２における導電球１３との接点を接点ｄ２としたときの接点ｄ２における曲率半径１５を半径とする円の中心点を中心点ｂ２２とし、導電球１３の中心点をｅ２とする。図１に示したのは、中心点ｂ２１、中心点ｂ２２及び中心点ｅ２を含む平面における断面図である。また、接点ｃ１と接点ｄ１との中間点及び中心点ｅ１を通過する直線を直線ａ２とする。このとき、中心点ｂ２１及び中心点ｂ２２は、直線ａ２から外れたところに存在する。

曲率半径１４及び曲率半径１５は共に中心点ｅ２を通過している。曲率半径１４又は曲率半径１５と直線ａ２とが作る角度の大きさは、接点ｃ２又は接点ｄ２と中心点ｅ２とを結ぶ直線（導電球１３の半径になる）と直線ａ２とが作る角度の大きさと同じθ２である。よって、第１の電極１１と第２の電極１２との間隙に導電球１３が入り込むときの傾斜角度と、第１の電極１１と第２の電極１２との間隙から導電球１３が出てくるときの傾斜角度とが同じとなり、このときの傾斜角度はθ２となる。

接点ｃ２又は接点ｄ２と直線ａ２との距離をδ２とし、接点ｃ２における曲率半径１４及び接点ｄ２における曲率半径１５の長さをＲ２とし、導電球１３の半径の長さをｒ２とし、直線ａ２と中心点ｂ２１又は中心点ｂ２２との距離をε２としたときに、傾斜センサー１０は下式（１）を充たす。

上式（１）を満たすようにすることで、導通の状態から非導通になるときの傾斜角度と、非導通の状態から導通の状態になるときの傾斜角度とが同じとなる部分を有する傾斜センサーを形成することができる。

図２に示した傾斜センサー１００は、本実施形態における変形例である。傾斜センサー１０における第１の電極１１は中心点ｂ２１を中心とする第１の球体の一部の形状を有する。同様に、第２の電極１２は中心点ｂ２２を中心とする第２の球体の一部の形状を有する。これに対し、傾斜センサー１００は、第１の電極１１１及び第２の電極１１２の形状を断面が底辺部分を開放した略台形に見える形状としたものである。

傾斜センサー１００において、第１の電極１１１における導電球１１３との接点を接点ｃ３とし、第２の電極１１２における導電球１１３との接点を接点ｄ３とし、接点ｃ３における曲率半径１１４を半径とする円の中心点を中心点ｂ３１とし、接点ｄ３における曲率半径１１５を半径とする円の中心点を中心点ｂ３２とする。また、接点ｃ３と接点ｄ３との間隙の中間点と導電球１１３の中心点である中心点ｅ３とを通る直線を直線ａ３とする。図２に示すように、曲率半径１１４及び曲率半径１１５は共に中心点ｅ３を通過している。曲率半径１１４の長さ及び曲率半径１１５の長さをＲ３とし、導電球の半径の長さをｒ３とし、接点ｃ３又は接点ｄ３と中心点ｅ３を結ぶ直線と直線ａ３とが作る角度をθ３とし、接点ｃ３又は接点ｄ３と直線ａ３との距離をδ３とし、中心点ｂ３１又は中心点ｂ３２と直線ａ３との距離をε３としたときに、傾斜センサー１００は下式（２）を充たす。

本発明において、第１の電極及び第２の電極は導電球が可動できる空間を形成できるものであればよく、形状自体はどのようなものでも構わない。第１の電極と第２の電極とが導通の状態となったときに上記した式（２）が成立していれば、傾斜センサーの第１の電極と第２の電極とが導通の状態から非導通の状態になるときの傾斜角度と、非導通の状態から導通の状態になるときの傾斜角度とが同じとなる。

（第２実施形態）
本実施形態は、第１の電極と第２の電極とが導通の状態にあるときに、第１の電極と導電球とが第１の電極における第１の曲線で接する場合、又は、第２の電極と導電球とが第２の電極における第２の曲線で接する場合について説明するものである。本実施形態の説明には、図２で示した傾斜センサー１００を用いる。図３は、図２に示した傾斜センサー１００のｆ−ｆ’の面における断面を矢印の方向から見た図である。図３には、第１の電極１１１と第２の電極１１２との間隙１１７、第１の曲線１１８及び第２の曲線１１９を示している。また、第１の曲線１１８を弧とする扇形の中心角の大きさをωとする。第１の曲線１１８の任意の点の法線方向において第１実施形態で示した式（２）が成立する。従って、中心角ωの範囲内の任意の点の保線方向に対して導通の状態から非導通の状態になるときの傾斜角度と、非導通の状態から導通の状態になるときの傾斜角度とが同じとなる。

第２の曲線１１９についても、上述した第１の曲線１１８とも言うことができる。第２の曲線１１９の任意の点においても第１実施形態で示した式（２）が成立する。従って、第２の曲線１１９上の任意の点の法線方向に対して導通の状態から非導通の状態になるときの傾斜角度と、非導通の状態から導通の状態になるときの傾斜角度とが同じとなる。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態で示した傾斜センサーの形状に限定されるものではない。例えば、第１の電極及び第２の電極は、導電球が第１の電極及び第２の電極の双方に接しているときに、導電球が接する部分に導電性を有しておればよく、図１、図２及び図３で示した電極の形状全体が導電性を有しなくてもよい。また、中心角ωの角度も特に図示した角度に限定されるものではない。

１０…傾斜センサー、１１…第１の電極、１２…第２の電極、１３…導電球、１４…曲率半径、１５…曲率半径、９０…傾斜センサー、９１…第１の電極、９２…第２の電極、９３…導電球、９４…半径、９５…半径、１００…傾斜センサー、１１１…第１の電極、１１２…第２の電極、１１３…導電球、１１４…曲率半径、１１５…曲率半径、１１７…間隙、１１８…第１の曲線、１１９…第２の曲線。

Claims (4)

1. 第１の電極と、
   第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間を導通の状態又は非導通の状態にする導電球と、を含み、
   前記第１の電極と前記第２の電極とが導通の状態にあるときにおいて、
   前記第１の電極における前記導電球との接点を第１の接点とし、前記第２の電極における前記導電球との接点を第２の接点としたときに、
   前記第１の接点における第１の曲率半径が前記導電球の中心を通過し、
   前記第２の接点における第２の曲率半径が前記導電球の中心を通過することを特徴とする傾斜センサー。
2. 前記第１の電極は球状の空間を形成する第１の球体の一部であり、
   前記第２の電極は球状の空間を形成する第２の球体の一部であることを特徴とする請求項１に記載の傾斜センサー。
3. 前記第１の電極と前記第２の電極とが導通の状態にあるときにおいて、
   前記導電球は、前記第１の電極と前記第１の電極における第１の曲線で接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜センサー。
4. 前記第１の電極と前記第２の電極とが導通の状態にあるときにおいて、
   前記導電球は、前記第２の電極と前記第２の電極における第２の曲線で接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜センサー。

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