JP5553281B2 - 傾斜センサー - Google Patents

Description

本発明は、土木、建築、機械装置の設置時に使用する水準器、あるいは傾斜センサーに関するものである。 一般にガラス容器に封入した液体の中にある気泡の位置で水平状態を目視表示する水準器か、または該気泡の位置を検知し電気信号に変換して出力する傾斜センサーである。

現在、広く使用されている目視表示による水準器は、ガラス管に液体を封入し、その中の気泡の位置により基準平面の水平度を表示するものであるが、水平時に気泡がガラス管の長手方向の中央に位置するごとくするために大きな曲率半径で曲げられていること乃至は中央部がわずかに膨らんだ形状による湾曲面が必要である。 この湾曲面の曲率半径の大きさによって水平度の精度が決まるものであり、製造時には高度の加工技術が必要となり、結果的にコスト上昇の原因となっている。

一方、気泡の位置を電気的に検出して出力する傾斜センサーでは容器の上面と下面がガラス製であり、基準面の傾斜によって上面のガラスの下面を移動する気泡の位置を電気的又は光学的に検出して電気信号に変換して出力する方式のものである。 この方式のものでは水平時に気泡が上面ガラス下面の中央に位置するごとくするために大きな曲率半径で凹面状に形成されていることが必要である。 この形状のガラス面を正確に形成する為には高度な特殊技術が必要であり、結果的に大きなコスト上昇の原因となっている。
特開平１１−１８３１６７

現状で対策技術は見当たらず、実際に泡を入れて組み立ててみないと良否の判定がしにくい。 大幅なコストダウンの為にはこのガラス管の正確な湾曲技術あるいは正確な凹面ガラスの製作技術が求められている。

本発明は上記背景の下に成立するものでありその課題は、ガラス管の湾曲加工及び凹面ガラスの加工を必要としない水準器または傾斜センサーを実現するものであり、大幅なコスト削減を可能として応用範囲も広げることが出来るものである。 尚、以後の説明においては電気信号に変換して出力する方式ものだけでなく目視表示する所謂水準器も含めて傾斜センサーと呼ぶものとする。

本発明の課題を解決するための第１の手段は、密閉容器内に気泡と液体を封入し、該気泡は酸素を含む気体であり、該気泡を磁力で吸引することで該密閉容器の基準面が水平のとき、該気泡を一定位置に保持しうるごとく構成した傾斜センサーを提供するものである。 密閉容器の上部中央に永久磁石を配置すると基準平面が水平に近づくと酸素を含む気泡に働く磁気吸引力によって気泡は密閉容器の中央に引き寄せられ水平状態になったことを検出することが出来る。 これは酸素自体がわずかではあるが磁性を有するものであり、磁石によって吸引できる特性を利用したものである。 永久磁石の磁力の強さによって気泡に働く吸引力は任意に設定することが出来る。 又、永久磁石の替わりに電磁石を用いてコイルに流す電流によって吸引力を変化させることも可能である。

本発明の課題を解決するための第２の手段は、第１の手段で述べた構造の傾斜センサーであり、密閉容器の上面及び下面を平行な平面ガラスで構成したごとく構成した傾斜センサーを提供するものである。

本発明の課題を解決するための第３の手段は、第１の手段で述べた構造の傾斜センサーであり、密閉容器の主要部を曲がりのないガラス管で構成したごとく構成した傾斜センサーを提供するものである。

本発明の課題を解決するための第４の手段は、第１の手段で述べた構造の傾斜センサーであり、気泡の位置を複数の電極間に生ずる電位差によって検出するごとく構成した傾斜センサーを提供するものである。

本発明の課題を解決するための第５の手段は、第１の手段で述べた構造の傾斜センサーであり、気泡の位置を光学的に検出するごとく構成した傾斜センサーを提供するものである。

本発明の効果は、これまでの傾斜センサーがガラス管又はガラス面の湾曲によって気泡を中心部に引き寄せていたのに対して、酸素を含む気泡に働く磁気吸引力によって気泡を中央部に引き寄せるのでガラス管の湾曲加工及びガラス面の３次元の湾曲加工の必要がなくこれに伴う高度な特殊技術を必要としないので大幅なコストダウンが可能となる上、磁力の強さによって任意に上記気泡に働く吸引力を制御できるので傾斜センサーとしての精度の変更が可能となるものであり、これまでに無い大きな特徴を備えるものとなるので、新たな用途も広がる。 従って本発明の技術的な効果は極めて著しい。

本発明を実施するための最良の形態は、密閉容器内に気泡と液体を封入し、該気泡は通常の空気のごとく酸素を含む気体であり、密閉容器の上面中央には鉛直方向に磁力線が通るごとく着磁された永久磁石を配置してある。 密閉容器の上部中央に永久磁石を配置すると基準平面が水平に近づき、気泡は浮力によってガラス面を上方に移動しようとする力より気泡に含まれる酸素に働く磁気吸引力が大きくなると該吸引力によって密閉容器の中央に引き寄せられ水平状態になったことを検出することが出来る。 永久磁石の磁力の強さによって気泡に働く吸引力は任意に設定することが出来る。 又、永久磁石の替わりに電磁石を用いてコイルに流す電流によって吸引力を変化させることも可能である。 密閉容器への磁石の取付方法は接着を含む公知の技術によって任意に選択することが出来る。

以下図について本発明の１実施例について説明する。
図１は、本発明の傾斜センサーの第１の実施例の構造を示す側断面図、図２はＡ−Ａ線に沿った上断面図である。
図１、図２において、密閉容器１内に気泡２と液体３を封入し、該気泡２は通常の空気のごとく酸素を含む気体であり、密閉容器１の上面中央には鉛直方向に磁力線が通るごとく着磁された永久磁石４を配置してある。 取り付け方法は接着を含め任意である。 ５
は傾斜センサーとしての基準平面である。
密閉容器１の上部中央に永久磁石４を配置すると基準平面５が水平に近づき、気泡２は浮力によって上面ガラス板６に沿って上方に移動しようとする力より気泡２に含まれる酸素に働く磁気吸引力が大きくなると該吸引力によって密閉容器１の中央に引き寄せられ水平状態になったことを検出することが出来る。 密閉容器１の上面ガラス板６は単純な平板状のものであり、湾曲した凹面を形成するものではない。 ７は上面ガラス板６の下面に蒸着された電極であり、下面ガラス板８の上面には分割された電極９及び９’が蒸着されている。 気泡２によって上記電極８と９及び９’との間の静電容量が変化するので該電極間に交流電荷を加えることによって生じる電流を測定することで気泡２の位置を検出することが出来る。 また、永久磁石４の磁力の強さによって気泡に働く吸引力は任意に設定することが出来る。 下面の電極９及び９’は図２においては２つに分割されているがこれを４分割とすれば２方向の水平度を同時に測定することも可能である。

図３は本発明の他の実施形態の側面斜視図であり、一部の断面を示すものである。
図３において密閉容器２１は円筒状の管であり、湾曲しているものではない。内部には気泡２２と液体２３が封入されている。該気泡２２は通常の空気のごとく酸素を含む気体であり、密閉容器２１の上部中央には鉛直方向に磁力線が通るごとく着磁された電磁石２４を配置してある。 ２５は傾斜センサーとしての基準平面である。 密閉容器１の上部中央に永久磁石４を配置すると基準平面５が水平に近づき、気泡２２は浮力によって管状の密閉容器２１の内面を上方に移動しようとする力より気泡２に含まれる酸素に働く磁気吸引力が大きくなると該吸引力によって密閉容器２１の中央に引き寄せられ水平状態になったことを検出することが出来る。 電磁石２４のコイルに流す電流によって気泡２２に働く吸引力を変化させることが出来るので、必要に応じて傾斜センサーとしての精度を変更することが出来る。 すなわち、比較的精度の緩い傾斜センサーとしては電磁石２４の電流値を大きくしておけば、多少の傾きがあっても気泡２２は密閉容器２１の中央に吸引されるので水平度が得られたとして調整を終了することが出来る。 逆に精度が厳しい用途の場合は電磁石２４の電流値を小さくしておけば、わずかな傾きで気泡２２は密閉容器２１の中央から外れてしまうので、更に厳密な水平度の調整が必要となる。 このことは一個の傾斜センサーで用途に応じて精度を変更して幅広く使用することが出来ることを意味する。 実施例１のごとき形状の傾斜センサーに実施例２に示す電磁石を使用することが可能であると同時に、実施例２に示す形状の傾斜センサーに永久磁石を使用することが可能であることは言うまでも無い。

図４は本発明の他の実施例の側断面図である。
図４において 図４において、密閉容器３１内に気泡３２と液体３３を封入し、該気泡３２は通常の空気のごとく酸素を含む気体であり、密閉容器３１の上面中央には鉛直方向に磁力線が通るごとく着磁された永久磁石３４を配置してある。 ３５は傾斜センサーとしての基準平面である。 密閉容器３１の上面ガラス板３６は単純な平板状のものであり、湾曲した凹面を形成するものではない。 ３７、３７’は上面ガラス板６の上面に固着された受光素子であり、下面ガラス板３８の下面には上記受光素子３７、３７’と対向して発光素子３９、３９’が固着されている。 気泡３２の位置によって上記発光素子３９、３９’からの光が遮られ受光素子３７、３７’に届く光量が変化するのでその光量を測定することで気泡３２の位置を検出することが出来る。 本実施例の構成を実施例２に示す構造の密閉容器に適用することが可能であることは云うまでも無い。

上記実施例においては、気泡の位置の検出を電気的に行うものとして説明したが、単純に目視観察によって水平度を知ることによって所謂水平儀として使用することも本発明の主旨を外れるものではない。

以上の説明で明らかなごとく、本発明の傾斜センサーは従来のもののように湾曲した管あるいは凹面によって傾斜による気泡の位置を変化させるものではないので、上記湾曲管あるいは凹面加工のための高度な特殊技術を必要としない為大幅なコストダウンを可能にするものであり、更に磁力の強さを変える事で測定精度を任意に変化させることを可能にするものであり、傾斜センサーの新たな用途を広げるものであり、その工学的効果は極めて著しい。

本発明の傾斜センサーの一実施例の構造を示す側断面図である。 そのＡ−Ａ線における上断面図である。 本発明の他の実施例の側面斜視図であり、一部の断面を示すものである。 本発明の他の実施例の側断面図である。

１、２１、３１：密閉容器
２、２２、３２：気泡
３、２３、３３：液体
４、３４：永久磁石
２４：電磁石
５、２５、３５：基準平面
６、３６：上面ガラス板
７：電極
８、３８：下面ガラス板
９、９’：電極
３７、３７’：受光素子
３９、３９’：発光素子

Claims (5)

1. 密閉容器内に気泡と液体を封入し、該気泡は酸素を含む気体であり、該気泡を磁力で吸引することで、該密閉容器の基準面が水平のとき該気泡を一定位置に保持しうるごとく構成した傾斜センサー。
2. 密閉容器の上面及び下面を平行な平面ガラスで構成したことを特徴とする請求項１記載の傾斜センサー。
3. 密閉容器の主要部を長手方向の湾曲のないガラス管で構成したことを特徴とする請求項１記載の傾斜センサー。
4. 気泡の位置を複数の電極間に生ずる電位差によって検出するごとく構成したことを特徴とする請求項１記載の傾斜センサー。
5. 気泡の位置を複数対の発光、受光素子による光学センサーによって検出するごとく構成したことを特徴とする請求項１記載の傾斜センサー。

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