JP6977163B2 - 角度検知センサ - Google Patents

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Description

本発明は、自動二輪車等の転倒検知センサに用いることができる角度検知センサに関する。
従来より、この種の角度検知センサとしては、特許文献1に開示された自動二輪車の車体傾斜センサが知られている。当該車体傾斜センサは、車体と共に揺動するウエイトの位置を検出して車体の角度を検出するセンサであって、車体が所定角度傾いた際に、車両が転倒したと判定するセンサである。
この特許文献1に記載の車体傾斜センサでは、自動二輪車がカーブを走行中に車体のローリングなどによってウエイトが傾斜した際に転倒と誤判定しないように、傾斜角検出手段が所定時間内のウエイトの傾斜であれば、傾斜状態発信手段から傾斜状態信号を発しないようにして、走行中の車体の傾斜を転倒として誤検出しないような構成としている。
また、特許文献2には、振り子とホール素子を用いた車両用転倒センサが開示されている。しかしながら、このような振り子式の転倒センサの場合、自動二輪車のエンジン等の振動によって振り子が共振し、振り子が振れた状態になるいわゆる駆け上がり現象が生じるおそれがある。
特開2002−68062号公報 特開2011−121529号公報 特開平11−304478号公報
特許文献1に開示されたセンサは、車体のローリングなどによる慣性力が生じている際の誤作動を防止することができるが、自動二輪車ではローリング状態が左右交互に連続するスラロームを行う場合がある。このような場合、振り子が振れる方向に、振り子の共振周波数と同様の周期でスラロームが行われた際に振り子が共振し、想定している所定時間以上に振り子が振れるおそれがあり、このような振り子の共振による誤作動については回避することができない。
また、特許文献2に記載のセンサでは、自動二輪車のエンジン等によるウエイトの共振によって生じる数百〜数kHzの高周波領域での駆け上がり現象を回避することができない。このため、特許文献3のように、ウエイトに対して液体による粘性抵抗を付加してこのような共振を防止することが考えられる。
しかしながら、このような液体を用いた構成においては、液体中の泡の発生や液漏れなどを防ぐ必要があるため液体の取り扱いが難しく、コスト的にも高コストになるという不都合がある。
本発明は、上記課題を解決するために、揺動体の揺動を検知して検知対象物の角度を検知する角度検知センサであって、自動二輪車でスラロームを走行する場合のような低周波領域での揺動体の共振を防止することができる角度検知センサを提供することを目的とする。また、本発明の角度検知センサは、エンジン等の振動が加わった場合でも液体を用いることなくウエイトの駆け上がり現象を防止することができる角度検知センサを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の角度検知センサは、基準姿勢に対する検知対象物の角度を検知する角度検知センサであって、ケースと、前記ケースに保持される支軸と、前記支軸を支点として揺動する揺動体と、前記揺動体の揺動を検知する揺動検知手段と、前記揺動体の揺動によって回転される第一ギアと、前記第一ギアと噛み合う第二ギアを備え、前記第一ギアに、回転の際に回転抵抗が生じる抵抗体が設けられていることを特徴とする。
本発明の角度検知センサによれば、揺動体の揺動を検知して検知対象物の角度を検知するものであり、揺動体の揺動に伴って抵抗体が設けられている第一ギアが第二ギアとの噛み合いにより回転する。当該構成によれば、スラローム等によって揺動体の揺動方向に傾斜が繰り返された場合であっても、第一ギアの回転の際の回転抵抗により揺動体の揺動の共振による増幅を抑制することができる。従って、スラローム等の1Hz近傍の低周波領域の共振による誤作動を防止することができる。
また、当該構成によれば、エンジン等から数百〜数kHzの高周波領域の振動が加わった場合であっても、第一ギアと第二ギアとの噛み合い及び第一ギアの抵抗体の作用により、揺動体を一方に持ち上げるような力は発生しないので、いわゆる駆け上がり現象が生じるおそれがない。
また、本発明の角度検知センサにおいては、前記第一ギアが、前記揺動体に回転自在に保持され、前記揺動体の揺動に伴って前記第二ギアの周囲を公転しながら自転する遊星ギアであり、前記第二ギアが前記支軸と同軸に設けられ、前記ケースに固定されたサンギアであることが好ましい。
当該構成によれば、揺動体に遊星ギアである第一ギアが回転自在に保持されているため、揺動体の揺動に振動が加わった場合であっても、第二ギアと第一ギアとの噛み合いと、第一ギアに設けられた抵抗体により揺動体の共振を防止することができる。
また、本発明の角度検知センサにおいては、前記第一ギアが、前記ケースに保持された第一軸に回転自在に保持され、前記第二ギアが前記支軸と同軸に設けられ、前記揺動体と一体となって回転するようにしてもよい。当該構成によれば、揺動体の揺動に伴って第二ギアが回転し、当該第二ギアの回転によって第一ギアを回転させ、抵抗体による抵抗を生じさせることができる。
また、本発明の角度検知センサにおいて、前記抵抗体は、前記第一ギアと共に回転する慣性ホイールであってもよい。当該構成によれば、揺動体に振動が加わった場合であっても、慣性ホイールによる慣性によって振動が減衰されるので、振動体の共振を防止することができる。また、慣性ホイールによれば、オイル等の液体を用いることなく振動を減衰させることができるので、構成を簡素化することができ、オイル漏れ等の不具合も生じない。
また、本発明の角度検知センサにおいて、前記抵抗体は、前記第一ギアと共に回転し、回転の際に空気抵抗を受ける抵抗面を有する羽根車であってもよい。当該構成によれば、揺動体に振動が加わった場合であっても、羽根車による空気抵抗によって振動が減衰されるので、振動体の共振を防止することができる。また、抵抗体を羽根車とすることにより、オイル等の液体が不要となる。
また、本発明の角度検知センサにおいて、前記揺動体は、先端部が揺動軌跡の形状に合わせて円弧状に形成され、円弧の長さを検知角度の閾値とすることが好ましい。当該構成によれば、円弧の端部を検知することにより検知角度の閾値を検知することができるので、例えば車両が転倒しているか否かの閾値とすることにより、角度検知の閾値の把握が容易となる。
また、本発明の角度検知センサは、基準姿勢に対する検知対象物の角度を検知する角度検知センサであって、ケースと、前記ケースに保持される支軸と、前記支軸を支点として揺動する揺動体と、前記揺動体の揺動を検知する揺動検知手段と、前記揺動体の揺動によって回転される駆動プーリと、前記ケースに収納されて前記駆動プーリによって変形した状態で保持される弾性を有する無限軌道体とを備え、前記揺動体が揺動することにより、前記無限軌道体が前記駆動プーリによって変形されながら回転し、前記揺動体の揺動に抵抗を生じさせることを特徴とする。
本発明の角度検知センサによれば、揺動体の揺動によって駆動プーリが回転され、この駆動プーリの回転によって、無限軌道体が変形されながら回転する。無限軌道体の変形を伴う回転は、無限軌道の変更を生じさせるための抵抗が生じるため、揺動体の揺動の際に抵抗が生じる。このため、1Hz近傍の低周波領域のみならず、数100〜数kHzの高周波領域においても揺動体の共振を防止することができる。
当該角度検知センサにおいて、前記支軸の外周面と前記無限軌道体の外周面に滑り防止構造を備えていることが好ましい。当該構成によれば、滑り防止構造により、揺動体の揺動の際に確実に無限軌道体を回転させることができるので、揺動体の揺動に対する抵抗を確実に生じさせることができる。
本発明によれば、自動二輪車でスラローム走行を行った場合のような低周波領域での揺動体の共振を防止することができると共に、エンジン等の振動が加わった場合でも揺動体の駆け上がり現象を防止することができる角度検知センサを提供することができる。
第一の実施形態の角度検知センサの形状を示す説明図。 第二の実施形態の角度検知センサの形状を示す説明図。 第三の実施形態の角度検知センサの形状を示す説明図。 第四の実施形態の角度検知センサの形状を示す説明図。
次に、本発明の実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。図1に示す第一の実施形態の角度検知センサ1は、揺動体4が揺動するいわゆる振り子式のセンサであり、且つ、後述する慣性ホイール6を有する慣性ホイール式の角度検知センサである。
角度検知センサ1は、合成樹脂製のケース2と、ケース2に固定されている支軸3と、支軸3を中心に揺動する一対の長円状の揺動体4と、揺動体4の先端部に回転自在に支持された第一ギア5と、第一ギア5と一体に回転される抵抗体である慣性ホイール6と、支軸3と一体に形成された第二ギア7とを備えている。
ケース2は、合成樹脂により形成されており、支軸3等を収納する収納部2aが設けられ、収納部2aの下方には慣性ホイール6を磁気的に検知するホール素子8が設けられている。この第一の実施形態では、揺動体4に設けられた慣性ホイール6の位置を検知することにより、揺動体4の揺動を検知している。
ケース2の上方には、自動二輪車等の検知対象物(図示省略)に固定するための固定部2bが設けられている。また、ケース2の下方には、ホール素子8からの信号を外部に出力する出力端子8aの周囲を囲むコネクタ部2cが設けられている。なお、ケース2は、収納部2aの前面を覆う蓋部材(図示省略)を備えている。
支軸3及び第二ギア7は一体に形成され、第二ギア7は支軸3と同軸に形成されており、ケース2に固定されている。本実施形態では、第二ギア7は、第一ギア5を遊星ギアとするサンギアの役割となっている。なお、角度検知センサ1では、第一ギア5(遊星ギア)の歯数と、第二ギア7(サンギア)の歯数と、の歯数比は1:2程度としているが、その限りではない。
揺動体4は、一対の長円形の板状の部材から構成されており、支軸3が貫通する支軸穴4aと、第一ギア5の第一軸5aが貫通する第一軸穴4bとを備えている。この揺動体4は、支軸穴4aによって支軸3に回転自在に支持されており、支軸3を中心として揺動自在となっている。
図1においては、手前側に位置する揺動体4を、支軸3及び第一軸5aから取り外した状態を図示しているが、組み付けられた状態では、支軸穴4aが支軸3に装着され、第一軸穴4bが第一軸5aに装着される。また、図1において、第二ギア7及び慣性ホイール6の裏面に位置する揺動体4も同様の構成を備えている。
第一ギア5は、第一軸5aによって揺動体4の第一軸穴4bに対して回転自在に保持されている。また、第一ギア5は、第二ギア7と噛み合っており、揺動体4が揺動すると、第二ギア7との噛み合いにより、第二ギア7の周囲を公転しながら自転する。第一ギア5が自転すると、第一ギア5と一体となっている慣性ホイール6も回転する。
慣性ホイール6は、スチール等の磁性体で形成されており、慣性ホイール6が揺動体4の揺動によって移動すると、その移動量がホール素子8によって検知される。慣性ホイール6は、第一ギア5に比べて重量が重くなるように形成されており、第一ギア5が回転すると自身の重量と慣性によって回転抵抗が生じる抵抗体となる。ホール素子8は、一般に広く用いられている汎用的なものを用いることができる。
次に、第一の実施形態の角度検知センサ1の作動について説明する。図1に示すように、揺動体4が重力方向Gを向いている状態が基準姿勢であり、角度検知センサ1は、基準姿勢から検知対象物がどれだけ傾斜したかの検知を行う。具体的には、揺動体4の支軸穴4aの中心と第一軸穴4bの中心を結ぶ方向が重力方向Gを向いている姿勢が基準姿勢となる。なお、角度検知センサ1は、検知対象物の傾斜角度が0度の状態において基準姿勢となるように検知対象物に取り付けられている。
検知対象物が傾くと、検知対象物に固定されているケース2が同じ角度だけ傾く。すると、揺動体4、第一ギア5及び慣性ホイール6が重力方向Gに追従するように傾く。このとき、第一ギア5が第二ギア7に噛み合っているため、第一ギア5の移動によって第一ギア5が第二ギア7の周囲を公転しながら自転し、最終的に、揺動体4がケース2と同じ角度だけ傾いた状態となる。
このとき、ホール素子8によって慣性ホイール6の位置が検知され、揺動体4がどれだけ傾いているか検出することができる。従って、このホール素子8の出力を用いることにより、検知対象物の転倒等についても検知することが可能となる。
ここで、角度検知センサ1に対して、自動二輪車が連続してスラロームをするような低周波の振動が加わった場合、第一ギア5、第二ギア7、慣性ホイール6、及び揺動体4に当該低周波の振動が加えられるが、慣性ホイール6が回転することにより、揺動体4の揺動に対して粘性抵抗が生じるため、揺動体4の共振が抑えられる。
また、角度検知センサ1に、エンジン振動等の比較的高周波の振動が加わった場合、揺動体4に対して細かく揺動する力が加わるが、揺動体4の揺動に伴う第一ギア5と第二ギア7との噛み合い、及び慣性ホイール6の回転の慣性によって当該振動が吸収される。このため、揺動体4の共振が抑えられるので、いわゆる駆け上がり現象等による誤作動を防止することができる。
このように、第一の実施形態の角度検知センサ1によれば、低周波振動が加わった場合でも揺動体4の共振を抑えることができ、高周波振動が加わった場合でも揺動体4の共振を抑えることができるため、誤作動が生じにくい。
なお、第一の実施形態の角度検知センサ1においては、第一ギア5を遊星ギアとして、サンギアである第二ギア7の外周を回転する形態にしているが、これに限らず、第二ギア7の半径を支軸3の中心から第一ギア5の外周までの長さとする内歯タイプのギアとしてもよい。
次に、第二の実施形態の角度検知センサ11について、図2を参照して説明する。角度検知センサ11は、第一の実施形態の角度検知センサ1とは、揺動体14の形状と、第一ギア15と一体に回転する抵抗体の構成が異なっている。
なお、図2においては、ケース2の図示が省略されている。また、第二の実施形態において、第一の実施形態と同様の構成を有する部材については、同一の符号を付すことにより詳細な説明は省略する。なお、以下に説明する第三の実施形態、及び第四の実施形態も同様の取り扱いとする。
第二の実施形態の角度検知センサ11は、図2の前方(手前側)に位置する揺動体14の下端部に、揺動体14の揺動軌跡の形状に合わせた円弧状の錘部14cが設けられている。一方で、第二ギア17及び第一ギア15の裏面に位置する揺動体4は、第一の実施形態と同様の構成となっている。
揺動体14及び揺動体4は、支軸穴14a及び4aが支軸13に回転自在に保持されている。また、第二の実施形態においては、揺動体14の支軸穴14aの中心と第一軸穴14bの中心を結ぶ方向が重力方向Gを向いている姿勢が基準姿勢となる。
また、第二の実施形態の角度検知センサ11においては、第一ギア15と一体となって回転する抵抗体として、羽根車16が設けられている。この羽根車16は、第一軸15aと一体となって回転する板状の円盤部16aと、円盤部16aの裏面側に、回転の際に空気抵抗を受ける抵抗面16bを有する複数の羽根16cが放射状に形成されている。
すなわち、円盤部16aは第一軸15aを中心とした円形の板状に形成され、第一軸15aは円盤部16aに直交している。なお、角度検知センサ11においては、円盤部16aの一方の面側に羽根16cが形成され、他方の面側に第一ギア15が設けられている構成としたが、円盤部16aのいずれか一方の面側に第一ギア15と羽根16cとを配置しても良い。また、羽根車16は、第一軸15a及び第一ギア15と一体に形成してもよく、別々に形成して組み合わせてもよい。
ホール素子8及び出力端子8aは、第一の実施形態と同様であり、ホール素子8は揺動体14の錘部14cの近傍に配置されている。ここで、第二の実施形態における錘部14cは、第一の実施形態の慣性ホイール6と異なり、揺動体14の揺動軌跡の形状に合わせて円弧状に形成されている。また、ホール素子8は錘部14cの近傍に配置されているため、錘部14cの端部がホール素子8の近傍を通過すると、周囲の磁界が変化しホール素子8の出力が大きく変化する。このため、錘部14cの円弧軌道上の長さは、角度検知センサ11の検知可能な検知角度の閾値を定めるものとなる。また、この錘部14cによれば、第一の実施形態よりも広い範囲の角度を検知することができる。
第二の実施形態の角度検知センサ11に対して、自動二輪車に取り付けて連続してスラロームをするような低周波の振動が加わった場合、第一ギア15、錘部14cを有する揺動体14、及び羽根車16に当該低周波の振動が加えられるが、羽根車16が回転することにより、空気抵抗による回転抵抗が発生し、揺動体14及び錘部14cの揺動に対して粘性抵抗が生じるため、揺動体14の共振が抑えられる。
また、角度検知センサ11に、エンジン振動等の比較的高周波の振動が加わった場合、錘部14cを有する揺動体14に対して細かく揺動する力が加わるが、揺動体14の揺動に伴って第一ギア15及び羽根車16によって当該振動が吸収される。このため、揺動体14の共振が抑えられるので、いわゆる駆け上がり現象等による誤作動を防止することができる。
このように、第二の実施形態の角度検知センサ11によれば、低周波振動が加わった場合でも揺動体14の共振を抑えることができ、高周波振動が加わった場合でも揺動体14の共振を抑えることができるため、誤作動が生じにくい。
次に、第三の実施形態の角度検知センサ21について、図3を参照して説明する。第三の実施形態の角度検知センサ21においては、揺動体24が第二ギア27に固定されており、図示しないケースに、第二ギア27と共に揺動可能に取り付けられている。第二ギア27は支軸23に回転自在に保持されている。
揺動体24は、正面視で略扇形に形成され、材質はスチール等の磁性体である。また、揺動体24の軌道の近傍にホール素子8が設けられている。
第一ギア25は、本実施形態では第二ギア27の両横に2箇所設けられている。この第一ギア25は、図示しないケースに保持されている第一軸25aに回転自在に保持されている。第一軸25aには、抵抗体として、放射状に複数の羽根車26が設けられている。この羽根車26は、回転の際に空気抵抗を受ける抵抗面26aを有している。
第三の実施形態の角度検知センサ21は、上記構成となっているため、図示しないケースが基準姿勢から傾くと、揺動体24はその中心が重力方向Gに向くように揺動する。このとき、第二ギア27も揺動体24と共に回転するが、第二ギア27は第一ギア25と噛み合っているため、第一ギア25も回転する。
第一ギア25が回転すると、第一ギア25と一体に形成されている羽根車26も回転し、抵抗面26aによって空気抵抗が発生する。この羽根車26に対する空気抵抗が、揺動体24の揺動の際の粘性抵抗になり、揺動体24の共振を防止している。
次に、第四の実施形態の角度検知センサ31について、図4を参照して説明する。第四の実施形態の角度検知センサ31においては、支軸33を支点として揺動する揺動体34と、揺動体34と一体となって回転する駆動プーリ35と、駆動プーリ35により回転する無限軌道体としての弾性ベルト36(抵抗体)とを備えている。弾性ベルト36は、駆動プーリ35によって、ケース32の収納部32aの円弧状となった内面に押しつけられている。
支軸33は、ケース32に固定されており、揺動体34は支軸穴34aが支軸33に回転自在に保持されている。揺動体34は、磁性体により形成されており、支軸穴34aと、支軸穴34aから下方に延びる本体34bと、本体34bの下端部から円弧軌道に延びる錘部34cとを備えている。本実施形態においても、揺動体34は磁性体で形成されている。また、ケース32の収納部32aの下方にはホール素子8が設けられている。
駆動プーリ35は、その外周面に、軸方向に向けて延びる複数の凹凸35aが形成されている。弾性ベルト36の外周面も同様に、駆動プーリ35の凹凸35aと同一方向に凹凸36aが形成されている。このように、駆動プーリ35と弾性ベルト36の外周面には、この凹凸35a及び36aによって滑り防止構造が施されており、駆動プーリ35と弾性ベルト36とは凹凸35aと凹凸36aとが係合した状態で配置されている。
第四の実施形態の角度検知センサ31は、上記構成となっているため、ケース32が基準姿勢から傾くと、揺動体34はその中心(本体34bの方向)が重力方向Gに向くように揺動する。このとき、駆動プーリ35も揺動体34と共に回転する。駆動プーリ35が回転すると、この駆動プーリ35と表面が接している弾性ベルト36が回転される。
このとき、駆動プーリ35の表面に設けられた凹凸35aと、弾性ベルト36の表面に設けられた凹凸36aによって滑り止めがなされているので、駆動プーリ35と弾性ベルト36は、滑りを生じさせることなく連動する。弾性ベルト36は、駆動プーリ35によって変形されながら回転するため、駆動プーリ35の回転には抵抗力が生じる。この駆動プーリ35の抵抗力が、揺動体34の揺動の際の粘性抵抗になり、揺動体34の共振を防止している。
この第四の実施形態の角度検知センサ31においては、駆動プーリ35及び弾性ベルト36の表面に凹凸35a、36aが設けられているが、駆動プーリ35の動きに対して弾性ベルト36が滑らないようにすれば、凹凸35a、36aを設けなくてもよい。
なお、上記各実施形態においては、揺動検知手段として、磁性体とホール素子8を用いているが、これに限らず、バイアス磁石を用いる方式でもよいし、光センサ等により揺動体4の形状を検知することにより揺動を検知してもよい。また、磁性体としては、スチール等の素材のみならず、磁性体を混合した合成樹脂等の素材を用いてもよい。
1…角度検知センサ
2…ケース
2a…収納部
2b…固定部
2c…コネクタ部
3…支軸
4…揺動体
4a…支軸穴
4b…第一軸穴
5…第一ギア
5a…第一軸
6…慣性ホイール
7…第二ギア
8…ホール素子
8a…出力端子
11…角度検知センサ
14…揺動体
14a…支軸穴
14b…第一軸穴
14c…錘部
15…第一ギア
15a…第一軸
16…羽根車
16a…円盤部
16b…抵抗面
16c…羽根
17…第二ギア
21…角度検知センサ
24…揺動体
25…第一ギア
25a…第一軸
26…羽根車
26a…抵抗面
27…第二ギア
31…角度検知センサ
32…ケース
32a…収納部
33…支軸
34…揺動体
34a…支軸穴
34b…本体
34c…錘部
35…駆動プーリ
35a…凹凸(滑り防止構造)
36…弾性ベルト(無限軌道体)
36a…凹凸(滑り防止構造)

Claims (8)

  1. 基準姿勢に対する検知対象物の角度を検知する角度検知センサであって、
    ケースと、
    前記ケースに保持される支軸と、
    前記支軸を支点として揺動する揺動体と、
    前記揺動体の揺動を検知する揺動検知手段と、
    前記揺動体の揺動によって回転される第一ギアと、
    前記第一ギアと噛み合う第二ギアを備え、
    前記第一ギアに、回転の際に回転抵抗が生じる抵抗体が設けられていることを特徴とする角度検知センサ。
  2. 前記第一ギアが、前記揺動体に回転自在に保持され、前記揺動体の揺動に伴って前記第二ギアの周囲を公転しながら自転する遊星ギアであり、
    前記第二ギアが前記支軸と同軸に設けられ、前記ケースに固定されたサンギアであることを特徴とする請求項1に記載の角度検知センサ。
  3. 前記第一ギアが、前記ケースに保持された第一軸に回転自在に保持され、
    前記第二ギアが前記支軸と同軸に設けられ、前記揺動体と一体となって回転することを特徴とする請求項1に記載の角度検知センサ。
  4. 前記抵抗体は、前記第一ギアと共に回転する慣性ホイールであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の角度検知センサ。
  5. 前記抵抗体は、前記第一ギアと共に回転し、回転の際に空気抵抗を受ける抵抗面を有する羽根車であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の角度検知センサ。
  6. 前記揺動体は、先端部が揺動軌跡の形状に合わせて円弧状に形成され、円弧の長さを検知角度の閾値としたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の角度検知センサ。
  7. 基準姿勢に対する検知対象物の角度を検知する角度検知センサであって、
    ケースと、
    前記ケースに保持される支軸と、
    前記支軸を支点として揺動する揺動体と、
    前記揺動体の揺動を検知する揺動検知手段と、
    前記揺動体の揺動によって回転される駆動プーリと、
    前記ケースに収納されて前記駆動プーリによって変形した状態で保持される弾性を有する無限軌道体とを備え、
    前記揺動体が揺動することにより、前記無限軌道体が前記駆動プーリによって変形されながら回転し、前記揺動体の揺動に抵抗を生じさせることを特徴とする角度検知センサ。
  8. 前記駆動プーリの外周面と前記無限軌道体の外周面に滑り防止構造を備えていることを特徴とする請求項7に記載の角度検知センサ。
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