JPH0814895A

JPH0814895A - 傾斜計

Info

Publication number: JPH0814895A
Application number: JP17048894A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Soeda; 章裕添田; Koji Sakata; 光児坂田
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】単一体で鉛直線から全方位の傾斜角に対応し
た電気信号を得ることを可能にすると共に、小型、堅牢
で、しかも外乱の影響を受け難い傾斜計を提供する。【構成】この傾斜計本体１０の内部にはダンピング液
体２１が充填され、その中に上部板１３に螺合された調
整ねじ１５の下端部に吊り材１６を介して振子体１７が
吊下されている。振子体１７の下端部には、永久磁石１
８が埋設されている。この永久磁石１８に対し、所定の
間隔を存して、ホール素子１４が下部板１２の中央部に
固設されている。傾斜計本体１０が傾斜すると、振子体
１７は吊り材１６の上端を中心として直ちに鉛直姿勢を
とるように応動するため、ホール素子１４に対する磁石
１８の相対的位置が傾斜角度に応じて変位する。この変
位に応じてホール素子１４から発生するホール電圧を検
出することで傾斜角に対応した電気信号を得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉛直軸からの傾斜角を
測定する傾斜計に関し、より詳しくは、鉛直軸からいず
れの方位に傾斜しても、鉛直軸からの傾斜角に対応した
出力信号を得ることができる傾斜計に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】地盤の変動や建築物の傾きを測定する傾
斜計としては、例えば実公平４−２２２５５号公報に開
示されているように、被測定対象と一体に傾斜する固定
部に振子部の上端部を揺動可能に支持し、両面に歪ゲー
ジを添着した起歪板の上端を前記固定部に固定し、この
起歪板の下端部を前記振子部の上端に係合し、被測定対
象の物理的変位により固定部が傾斜したときに、振子部
が鉛直方向を維持しようとする力によって起歪板を固定
部の傾斜角に応じて撓ませ、この撓みに応じて発生する
ひずみゲージの電圧値をホイートストンブリッジなどに
より検出し、この電圧値から被測定対象の傾斜角を算出
する構成になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の傾斜計は、起歪板を固定部の傾斜に応じて撓ませる
振子部の揺動方向が一方向に限定されているため、鉛直
平面内の傾斜角だけしか測定できない。そこで、被測定
対象の全方位の傾斜を測定しようとする場合は、上記構
成の傾斜計を２台組合わせ、この各傾斜計で測定された
測定結果を演算処理することにより、鉛直軸からの傾斜
角を求めるようにしていた。

【０００４】しかし、このような傾斜角測定方式では、
２台の傾斜計を組み合わさなければ全方位の傾斜を測定
することができないため、各傾斜計を被測定対象に配置
するに際しては、各傾斜計の振子部の揺動方向が互いに
直角となる状態に配置しなければならず、その配置作業
が煩雑になるほか傾斜計が大型化する問題がある。ま
た、各傾斜計で測定した傾斜データを演算して、真の傾
斜角を算出するための演算装置が必要になり、この演算
装置の演算誤差になどによって傾斜角測定の信頼性を低
下させる可能性が高くなるという問題があった。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、単一体で鉛直線から全
方位の傾斜角に対応した電気信号を得ることを可能にす
るとともに、小型で且つ堅牢で、しかも外乱の影響を受
けにくく、信頼性の高い傾斜計を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、密閉ケースと、この密閉ケース
内にあって常に鉛直姿勢を維持するように支持体により
あらゆる方向に揺動可能に支持された揺動体と、前記揺
動体の上端または下端のいずれか一方に取付けられた磁
石と、前記密閉ケースの中心軸線上であって前記磁石か
ら所定間隔離して対向するように前記密閉ケースに一体
的に設置されたホール素子とを備え、前記密閉ケースが
どの方位に傾斜しても、鉛直軸と前記密閉ケースの中心
軸とのなす角度に対応した出力信号を前記ホール素子よ
り得るように構成したことを特徴とするものである。

【０００７】また、請求項２の発明は、前記揺動体の支
持体が、線状可撓材から構成されていることを特徴とす
るものである。また、請求項３の発明は、前記線状可撓
材を介して前記揺動体に連結された状態で前記密閉ケー
スに設けられ、前記揺動体の前記密閉ケースの中心軸線
方向に移動することにより前記磁石と前記ホール素子間
の間隔を調整する調整手段を更に設けたことを特徴とす
るものである。

【０００８】また、請求項４の発明は、前記揺動体を、
前記調整手段から前記線状可撓材を介して吊下される振
子体から構成したことを特徴とするものである。また、
請求項５の発明は、前記揺動体を液体中に浮遊するフロ
ートをもって構成したことを特徴とするものである。ま
た、請求項６の発明は、前記揺動体の支持体が、前記密
閉ケース内の中心軸線上に設けた枢支ピンと、この枢支
ピンの先端に全方位に揺動可能に枢支したリング部材と
により構成されていることを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項７の発明は、前記揺動体の支
持体が、前記密閉ケース内の中心軸線上に設けた自在継
手により構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、前記密閉ケース内にダンピン
グ液体を所定の空気溜め空間をあけて充填したことを特
徴とするものである。

【００１０】また、請求項９の発明は、所定量のダンピ
ング液体が充填された密閉ケースと、前記密閉ケースの
中心軸線上に所定間隔離して配置した磁石およびホール
素子と、前記密閉ケース内に配設された下方に膨出する
回転凹面状の皿と、前記皿上に前記密閉ケースの傾斜に
伴い転動して前記磁石から前記ホール素子への磁界を変
化させる磁性体からなる球体とを備え、前記密閉ケース
がどの方位に傾斜しても、鉛直軸と前記密閉ケースの中
心軸とのなす角度に対応した出力信号を前記ホール素子
より得るようにしたことを特徴とするものである。

【００１１】また、請求項１０の発明は、前記磁石と一
体化されて前記密閉ケースに螺合され、回動操作するこ
とにより前記磁石を前記密閉ケースの中心軸線方向に移
動させ前記ホール素子との間隔を調整する調整手段を設
けたことを特徴とするものである。また、請求項１１の
発明は、前記ホール素子の前記磁石と対向する側と反対
のホール素子近傍に前記磁石からの磁束を有効に誘導す
る磁性部材を更に設けたことを特徴とするものである。

【００１２】また、請求項１２の発明は、定電圧発生回
路により定電圧化された電圧を前記ホール素子に印加
し、前記ホール素子から発生するホール電圧を差動増幅
回路により差動増幅することにより、温度変化による出
力変動を抑制するように構成したことを特徴とするもの
である。

【００１３】

【作用】上記のように構成された傾斜計は、密閉ケース
が被測定対象の傾斜につれて鉛直軸線からいずれかの方
位に傾斜すると、支持体により全方位に揺動可能に支持
された揺動体が鉛直姿勢へ速かに良好に応動し、ホール
素子に対する磁石の相対的位置が傾斜角度に応じて変位
するから、ホール素子から発生するホール電圧を検出す
ることにより、単一の傾斜計で鉛直軸線いずれの方位に
傾斜しても鉛直軸と傾斜計の中心軸間の角度に対応した
電気信号を得ることが可能になる。

【００１４】また、調整手段で磁石とホール素子間の間
隔を調整することにより、ホール素子からの出力電圧を
適宜調整できる。また、密閉ケース内に所定の空気溜め
空間をあけてダンピング液体を充填することにより、傾
斜計に加わる振動や衝撃などの外乱の影響を低減でき、
また温度上昇によるダンピング液体の膨張に伴う密閉ケ
ース内の圧力上昇を吸収することができる。

【００１５】また、ホール素子の近傍に磁性部材を配置
することにより、磁石からホール素子への有効磁束密度
の変化率が大きくなり、より高精度な傾斜角の測定が可
能になる。また、ホール素子から発生するホール電圧
（ホール起電力）を差動増幅回路で増幅することによ
り、温度変化に伴うドリフト成分を除去でき、信頼性の
高い傾斜角の測定が可能になる。

【００１６】また、本発明においては、密閉ケースに設
けた磁石とホール素子間に回転凹面を有する皿上で磁性
球体を傾斜に応じ転動させてホール素子に加わる磁界を
変化させることにより、ホール素子から傾斜に対応した
電気信号を得ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。（第１の実施例）図１は、本発明に係る傾斜計の第１の
実施例の全体構成を示す縦断面図である。この図１にお
いて、全体符号１０で示す傾斜計本体は、アクリル等の
樹脂材から成形された筒状の密閉ケースとしてのケース
１１と、このケース１１の下端開口を密封するアクリル
等の樹脂材から成形された下部板１２およびケース１１
の上端開口を密封するアクリル等の樹脂材から成形され
た上部板１３とにより密閉空間を形成する。

【００１８】下部板１２の下面中央に形成した凹部１２
ａ内には、ケース１１の中心軸線上に位置してホール素
子１４が固定配置されている。上部板１３の中央には、
ケース１１の中心軸線Ｌに一致させて水密に螺合した調
整手段としての調整ねじ１５が設けられており、この調
整ねじ１５のケース１１内に突出した下端部中心には、
可撓性を有する細線状の支持体としての吊り材１６が固
着され、この吊り材１６の垂下端には、上端中央を固着
することにより３〜５ｇ程度の揺動体としての振子体１
７が鉛直に吊下されている。この振子体１７の下端部中
央には、永久磁石１８が埋設されている。

【００１９】下部板１２の下面には、永久磁石１８の磁
束Ｂ（図２参照）をホール素子１４に対し直角に有効に
誘導させるための磁性部材１９が添着されている。上記
ケース１０内には、所定の空気溜め空間２０を存してシ
リコンオイル等のダンピング液体２１が充填されてい
る。

【００２０】前記調整ねじ１５は、ホール素子１４と永
久磁石１８間の間隔を調節するものであり、これによ
り、ホール素子１４のホール電圧を調整できる。また、
前記ダンピング液体２１は、揺動体としての振子体１７
に作用する振動を抑制して微小振動、衝撃等の外乱に対
する応答を低減させるためのものであり、さらに、空気
溜め空間２０は、ダンピング液体２１の温度の上昇に伴
う熱膨張を吸収してケース１１内の圧力上昇を抑制する
ものである。

【００２１】図１において、２２は前記傾斜計本体１０
の下端に一体的に結合した回路収容部であり、この回路
収容部２２は、傾斜計本体１０のケース１１より長い合
成樹脂製の円筒状のケース２３と、このケース２３の上
端開口を閉塞し、傾斜計本体１０の下部板１２の下面に
結合される合成樹脂製の円板状の結合材２４と、ケース
２３の下端開口を閉塞する合成樹脂製の蓋部材２５と、
ケース２３内に収容され、前記結合部材２４と蓋部材２
５間に差し渡し状態に支持された回路基板２６とから構
成されている。

【００２２】前記回路基板２６には、後述するホール素
子１４に一定電圧の電力を供給する定電圧発生回路、ホ
ール素子１４から発生するホール電圧を増幅する差動増
幅回路、差動増幅回路の出力を増幅する増幅回路、バッ
ファ回路及びこれらの各回路に電力を供給する電源回路
をそれぞれ構成する回路部品２６ａが実装されている。

【００２３】また、蓋部材２５には、ケーブル取付部材
２７によって信号及び電源用ケーブル２８の端部が結合
されている。このケーブル２８の信号用及び電源用の各
芯線２８ａは、回路基板２６に設けた信号出力端子及び
電源端子（いずれも図示省略）に接続され、さらに回路
基板２６とホール素子１４間は、リード線２９により接
続されている。

【００２４】次に、回路基板２６に実装された各種回路
の具体的構成を図２に基づいて説明する。図２におい
て、３０はＤＣ２４Ｖの電圧をＤＣ１２Ｖの電圧に変換
する電源回路であり、この電源回路３０の出力端には、
ホール素子１４に供給される所定の定電圧を発生する定
電圧レギュレータ（定電圧発生回路）３１が接続されて
いる。

【００２５】定電圧レギュレータ３１は、スイッチング
トランジスタ３１ａと、抵抗Ｒ１とＲ２により検出した
出力電圧とツェナーダイオード３１ｂで設定される基準
電圧とを比較して出力電圧が一定となるようにトランジ
スタ３１ａのゲートを制御するオペアンプ３１ｃとから
構成され、この定電圧レギュレータ３１の出力端には、
ホール素子１４が接続されている。

【００２６】３２はホール素子１４に永久磁石１８の磁
界をかけることにより、ホール素子１４から発生する電
圧（ホール起電力）の差分を増幅する差動増幅回路であ
り、この差動増幅回路３２は、オペアンプ３２ａから構
成され、ホール素子１４に発生する温度および外乱によ
るドリフト成分を相殺して傾斜角に相当する電圧成分の
みを取り出すようになっている。

【００２７】また、差動増幅回路３２の出力側には、こ
れらの出力電圧を増幅する反転増幅回路３３が接続され
ており、この反転増幅回路３３は、差動増幅回路３２か
らの出力電圧を反転増幅するオペアンプ３３ａと、振子
体１７の鉛直方向がケース１１の中心軸線に一致して永
久磁石１８がホール素子１４に正対しているときに増幅
回路３３の出力が零となるようにオペアンプ３３ａの出
力を調整する零調用可変抵抗３３ｂとゲインを決定する
入力抵抗３３ｃと、帰還抵抗３３ｄとから構成されてい
る。また、増幅回路３３の出力側には、オペアンプ３４
ａからなるバッファ回路３４が接続されており、このバ
ッファ回路３４の出力信号は、ケーブル２８を通して不
図示の傾斜角測定計等へ送出される。

【００２８】次に、上記のように構成された第１の実施
例の動作について説明する。この傾斜計は、被測定部位
に設置されて、傾斜角度を検出する状態にあるものとし
てその動作について説明する。図１において、被測定対
象に傾斜が発生しない場合は、ケース１１、回路収容部
２２を含めた傾斜計本体１０全体の中心軸線Ｌは、鉛直
軸と一致している。その結果、常に鉛直姿勢を保つ振子
体１７の軸線はケース１１の中心軸Ｌと一致する状態に
おかれ、且つ永久磁石１８は、ホール素子１４に正対し
ているため、定電圧レギュレータ３１から定電圧を印加
することによりホール素子１４に流れる電流Ｉの方向に
対し永久磁石１８の磁束Ｂが直角に加えられると、ホー
ル素子１４から発生するホール電圧Ｖは最大となる。

【００２９】図３は、横軸に傾斜角度、縦軸に出力電圧
（Ｖ）を取って表わしたホール素子１４の出力特性を示
すもので、ホール素子１４の出力電圧Ｖは、傾斜角度が
０度のときに最大となり、傾斜角度が０度を中心にして
（＋）方向および（−）方向へ増加するにつれて図示の
ように減少する。このホール電圧は、差動増幅回路３２
において増幅され、温度その他のドリフト成分を相殺し
た後、反転増幅回路３３に入力される。この反転増幅回
路３３では、差動増幅回路３２からの出力電圧をオペア
ンプ３３ａで反転することにより、傾斜角がゼロのとき
のホール素子１４の出力を零にする。

【００３０】一方、図１において、回路収容部２２を含
めた傾斜計本体１０全体が矢印Ａで示す左方向へ傾いた
とすると、吊り材１６により吊下され、且つダンピング
液体２１内に浸漬されている振子体１７は、鉛直姿勢を
保ったまま、その下端側がホール素子１４に対し傾斜角
度に応じて中心軸線Ｌから左方向へ相対的に変位する。
これに伴い永久磁石１８からホール素子１４に直角に加
えられる有効磁束数Ｂが永久磁石１８の相対変位量に応
じて減少し、ホール素子１４から発生するホール電圧Ｖ
も減少する。

【００３１】このホール電圧Ｖが差動増幅回路３２に入
力されると、温度および外乱によるドリフト成分が除去
され、傾斜角度に応じた成分のみが反転増幅回路３３に
出力される。反転増幅回路３３では、差動増幅回路３２
からの出力電圧をオペアンプ３３ａにより反転すること
により、図３に示す出力特性と正反対の出力電圧Ｖ′に
変換する。即ち、傾斜角度がゼロのときの出力電圧Ｖを
０に傾斜角度が大きくなるにつれ、その角度に応じて増
加する出力電圧に変換することになる。

【００３２】反転された出力電圧Ｖ′は、バッファ回路
３４及びケーブル２８を通して傾斜計本体１０外の傾斜
角演算部（不図示）に送出され、傾斜角が演算される。
このときの傾斜角θの演算は、次に示す３次の多項式に
より求められる。 θ＝αＶ′³＋βＶ′²＋γＶ′＋δ ただし、α，β，γ，δは多項式の３次、２次、１次お
よび０次の係数である。

【００３３】以上のように、この第１実施例において
は、ケース１１内の中心軸線Ｌ上に、上部板１３の中央
部に螺合した調整ねじ１５に細線状の可撓性を有する吊
り材１６により振子体（揺動体）１７を常に鉛直姿勢を
保つように揺動可能に吊持し、この振子体１７の下端部
に埋設した永久磁石１８の磁束と直交するホール素子１
４を下部板１２の下面に設置してある。

【００３４】ケース１１が被測定対象の傾きに応じて鉛
直軸から任意の方位に傾斜したときに、永久磁石１８と
ホール素子１４との相対的位置を変化させることによ
り、ホール素子１４と直交する永久磁石１８からの有効
磁束数を変化させ、このときのホール素子１４に発生す
るホール電圧値から傾斜角を検出できるようにしている
から、被測定対象に設置された傾斜計が鉛直軸からいず
れの方位に傾斜しても、その傾斜角度を測定することが
できるとともに、振子体１７は、吊り糸あるいはピアノ
線のような細線状の可撓性を有する吊り材１６により吊
持されているから、傾斜に対する振子体１７の機械的応
答性が良好となり、摩擦摺動部分が存在しないから、ヒ
ステリシス特性が頗る良好であり、高精度の傾斜角測定
が実現可能になる。

【００３５】また、この第１の実施例においては、振子
体１７は、調整ねじ１５によりケース１１の上部板１３
に支持されているから、この調整ねじ１５を回動操作し
てホール素子１４と永久磁石１８との間の間隔を調整す
ることにより、ホール素子１４から発生するホール電圧
を最適値に調節することができる。さらに、この第１の
実施例においては、振子体１７をケース１１内に充填し
たダンピングオイル２１に浸漬することにより、傾斜計
本体２２等に加えられる衝撃やその他の外乱に対する影
響を低減でき、耐振動性能が良好な傾斜計を提供するこ
とができる。

【００３６】また、この第１の実施例においては、ホー
ル素子１４に加えられる電圧を定電流発生回路に比べて
構成が簡略で、小型軽量な定電圧レギュレータ３１によ
り定電圧化し、且つホール素子１４から出力されるホー
ル電圧を差動増幅回路３２により増幅するように構成し
てあるから、温度変化に伴うドリフトが極めて少なく全
体の回路構成を頗る簡略且つ小形にすることができる。
またさらに、振子体１７の吊り材１６をピアノ線、釣り
糸などの高張力な材質で構成することにより、十分な強
度をもたせることができる。

【００３７】さらに、ケース１１、下部板１２、上部板
１３および振子体１７に線膨張係数の近い材質を用いる
ことにより、温度変化に伴う部材間の膨張・収縮による
変形等の影響を低減できる。また、ケース１１内に空気
溜め空間２０を設けることにより、ケース１１内の圧力
上昇を抑えることができる。また、永久磁石１８と対向
するホール素子１４の反対側に近接して磁性部材１９を
設けることにより、ホール素子１４に対し永久磁石１８
の磁束を有効に作用させることができる。また、この実
施例における傾斜計本体１０は、構成部品数を少なくで
き、その製作が容易になるとともに、低コスト化でき
る。

【００３８】（第２の実施例）図４は、本発明に係る傾
斜計の第２の実施例の要部構成を示す縦断面図である。
図４において、４０は傾斜計本体であり、この傾斜計本
体４０には、アクリル等の合成樹脂材から成形された円
筒状の第１ケース４１と、この第１ケース４１の下端開
口を閉塞する下部板４２と、第１ケース４１の上端開口
を閉塞する上部板４３とにより密閉室が形成されてい
る。

【００３９】上部板４３の上面中央に形成した凹部４３
ａ内には、第１ケース４１の中心軸Ｌ上に位置してホー
ル素子４４が固着され、下部板４２の中央には、第１ケ
ース４１の中心軸線Ｌに一致させて水密に調整ねじ４５
が螺合されている。この調整ねじ４５のケース内の突出
端には、可撓性と所要の剛性を有する細線状の支持体と
しての連結材４６を介して、アクリル等の合成樹脂材か
ら成形されたフロートからなる振子体４７がその下端に
連結されている。

【００４０】この振子体４７の上端に永久磁石４８が取
付けられている。上部板４３の上面には、永久磁石４８
の磁束をホール素子４４に対し直角に有効に誘導させる
ようにするための磁性部材４９が介挿されている。第２
ケース５１は、上部板４３上に固着された蓋部材５０に
より下部開口が閉塞され、上面は閉鎖されている。第１
ケース４１及び第２ケース５１内には、シリコンオイル
等のダンピング液体５２が、第２ケース５１内の上部に
空気溜め空間５３を設けて充填されている。

【００４１】前記第１ケース４１と第２ケース５１間
は、上部板４３、磁性部材４９および蓋部材５０を貫通
して形成した通路５４によって連通されている。また、
第１ケース４１内の振子体４７は、ダンピングオイルよ
りなるダンピング液体５２により与えられる浮力によっ
て常に鉛直姿勢を保持できるようになっている。

【００４２】次に、上記のように構成された第２の実施
例の動作について説明する。図４において、傾斜計本体
４０が被測定対象の傾斜により矢印Ｂ方向に傾いたとす
ると、振子体４７は鉛直姿勢を保ったまま、その上部側
がホール素子４４に対し傾斜角度に応じて中心軸線Ｌか
ら右方向へ相対的に変位する。これに伴い永久磁石４８
からホール素子４４に直角に加えられる有効磁束数が永
久磁石４８の相対変位量に応じて減少し、ホール素子４
４から発生するホール電圧も減少する。

【００４３】従って、このホール電圧を図２に示す差動
増幅回路３２、反転増幅回路３３およびバッファ回路３
４を通過させることにより、被測定対象の傾斜角度に応
じた出力信号を得ることができる。このような第２の実
施例によれば、上記第１の実施例と同様な作用効果が得
られるほか、第１の実施例の振子体１７に比べてフロー
ト式の振子体４７を軽量化でき、強度上あるいは運搬上
優位となる。

【００４４】（第３の実施例）図５は、本発明に係る傾
斜計の第３の実施例の要部構成を示す概略縦断面図であ
る。図５において、６０は傾斜計本体であり、この傾斜
計本体６０は、底部が閉鎖されたアクリル等の合成樹脂
材からなる有底円筒状のケース６１と、このケース６１
の上端開口を閉塞する蓋部材６２とを有している。

【００４５】また、傾斜計本体６０は、蓋部材６２の上
面中央に形成した凹部６２ａ内にケース６１の中心軸線
Ｌ上に固定したホール素子６３と、ケース６１内の略中
間部に中心軸線Ｌと直角に配設した支持体の一部である
ステー６４と、このステー６４の中央部においてケース
６１の中心軸線Ｌと軸線を一致させて突設した支持体の
一部である枢支ピン６５と、この枢支ピン６５の先端に
中心軸線Ｌからいずれの方位にも揺動できるように枢支
したリング部材６６と、このリング部材６６の上下部に
中心軸線Ｌと軸線を一致させて固設した棒状の揺動体と
しての上部揺動部材６７と下部揺動部材６８を有してい
る。

【００４６】この上部揺動部材６７の上端には、永久磁
石６９が固着され、下部揺動部材６８の下端には、両揺
動部材６７，６８が常に鉛直姿勢を保つように作用する
おもり７０が固着されている。ケース６１内には、シリ
コンオイル等のダンピング液体７１がケース６１内の上
部空気溜め空間７２が形成される量だけ充填されてい
る。蓋部材６２の上面には、永久磁石６９の磁束をホー
ル素子６３に対し直角に有効に誘導させるための磁性部
材７３が固着されている。

【００４７】このように構成された第３の実施例の動作
について説明する。図５において、傾斜計本体６０が被
測定対象の傾斜により矢印Ｃ方向に傾いたとすると、リ
ング部材６６を含む両揺動部材６７，６８は、支持体と
しての枢支ピン６５により鉛直姿勢を保ったままにおか
れるが、永久磁石６９に対しホール素子６３が相対的に
左方向へ変位する。これに伴い永久磁石６９からホール
素子に直角に加えられる有効磁束数が減少し、ホール素
子４４から発生するホール電圧も減少する。

【００４８】従って、このホール電圧を図２に示す回路
により第１の実施例と同様に処理することで、被測定対
象の傾斜角度に応じた出力信号を得ることができる。こ
のような第３の実施例においても第１実施例とほぼ同様
な作用効果が得られる。なお、第３の実施例では、ホー
ル素子６３の永久磁石６９に対する上下方向間隔を調整
できるように、上述したように調整ねじを用いることが
望ましい。

【００４９】（第４の実施例）図６及び図７は、本発明
に係る傾斜計の第４の実施例の要部構成を示す概略縦断
面図である。図６および図７において、８０は傾斜計本
体であり、底部が閉鎖されたアクリル等の合成樹脂材か
らなる有底円筒状のケース８１と、このケース８１の上
端開口を閉塞する蓋部材８２とで密閉ケースが形成され
る。

【００５０】この蓋部材８２の上面中央に形成した凹部
８２ａ内のケース８１の中心軸線Ｌ上には、ホール素子
８３が固着されており、ケース８１内の略中間部には、
中心軸線Ｌと直角にステー８４が橋架され、このステー
８４上の中央部には、中心軸線Ｌと軸線を一致させた状
態で設置した外側リング８５ａと該外側リング８５ａの
内側に径方向に突出するピン８５ｂにより支持された内
側リング８５ｃからなる支持体としての自在継手８５が
設けられている。

【００５１】この自在継手８５の内側リング８５ｃの中
心軸線Ｌ上には、前記ピン８５ｂと直角な方向に突出す
るピン８５ｄにより揺動可能に揺動部材８６が支持され
ている。この揺動部材８６の上端にホール素子８３と対
向するように永久磁石８７が取付けられ、また揺動部材
８６の下端には、揺動部材８６が常に鉛直姿勢を保つよ
うに作用するおもり８８が固着されている。そして、ケ
ース８１内には、シリコンオイル等のダンピング液体８
９がケース８１内の上部に空気溜め空間８９ａが形成さ
れる程度まで充填されている。

【００５２】蓋部材８２の上面には、永久磁石８７の磁
束をホール素子８３に対し直角に有効に誘導させるため
の磁性部材１１０が添着されている。このように構成さ
れた第４の実施例の動作について説明する。図６におい
て、傾斜計本体８０が被測定対象の傾斜により矢印Ｄ方
向に傾いたとすると、揺動部材８６は、自在継手８５に
より鉛直姿勢を保ったままにおかれるが、永久磁石８７
に対しホール素子８３が左方向へ変位する。

【００５３】これに伴い永久磁石８７からホール素子８
３に直角に加えられる有効磁束数が減少し、ホール素子
８３から発生するホール電圧も減少する。従って、この
ホール電圧を図２に示す回路により第１の実施例と同様
に処理することで、被測定対象の傾斜角度に対応した出
力信号を得ることができる。このような第４の実施例に
おいても第１の実施例とほぼ同様な作用効果が得られ
る。

【００５４】（第５の実施例）図８は、本発明に係る傾
斜計の第５の実施例の要部構成を示す概略縦断面図であ
る。図８においては、９０は傾斜計本体であり、アクリ
ル等の合成樹脂材からなる円筒状のケース９１と、この
ケース９１の下端開口を閉塞するアクリル等の合成樹脂
材からなる下部板９２とにより密閉空間が形成されてい
る。

【００５５】ケース９１の上端開口を閉塞するアクリル
等の合成樹脂材からなる上部板９３とにより密閉空間が
形成されている。下部板９２の下面に形成した凹部９２
ａ内の中心軸線Ｌ上に位置してホール素子９４が設置さ
れている。上部板９３の中央部には、中心軸線Ｌと軸線
を一致して調整ねじ９５が螺合されており、この調整ね
じ９５のねじの先端には、永久磁石９６が固着されてい
る。

【００５６】ケース９１内には、下部板９２に近接して
配置され、下方に突出（膨出）する所定径の回転弧面を
有する回転凹面状の皿９７と、この回転凹面状の皿９７
上に転動可能に載置され、常に中心軸線Ｌ上に復帰する
磁性体からなる球体９８と、ケース９１内に空気溜め空
間１００を存するように充填したシリコンオイル等のダ
ンピング液体９９とが設けられている。下部板９２の下
面には、永久磁石９６の磁束をホール素子９４に対し直
角に有効に誘導させるための磁性部材１０１が添着され
ている。

【００５７】このように構成された第５の実施例の動作
について説明する。図８において、傾斜計本体９０が被
測定対象の傾斜により矢印Ｅ方向に傾いたとすると、球
体９８が回転凹面状の皿９７上を傾きＥ方向に傾斜角度
に応じて転動する。これに伴い永久磁石９６とホール素
子９４間の磁路が変化し、ホール素子９４に直角に加え
られる磁束も変化するため、ホール素子９４から発生す
るホール電圧が傾斜角度に応じて変化する。

【００５８】このホール電圧を図２に示す回路により第
１の実施例と同様に処理することで、被測定対象の傾斜
角度に応じた出力信号を得ることができる。このような
第５の実施例においても第１の実施例とほぼ同様な効果
が得られるほか、上記第１〜第４の実施例に示す場合よ
りも、傾斜計の特に上下寸法の寸法を小型化できる効果
がある。

【００５９】なお、上記各実施例では、ホール素子に傾
斜角度に応じたホール電圧を発生させるために永久磁石
を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限ら
ず、電磁石を利用することもできる。また、上記各実施
例では密閉ケースとしてアクリル等の合成樹脂材を用い
た場合について説明したが、本発明はこれに限らず、非
磁性体の金属材を用いることもできる。

【００６０】また、上記図３に示すホール素子１４の出
力特性は、ホール素子１４に対し永久磁石１８のＮ極を
対峙させた場合のものを示したが、永久磁石１８のＳ極
をホール素子１４に対峙させてもよい。この場合のホー
ル素子１４の出力特性は、図２と逆にホール素子１４と
永久磁石１８とが中心軸線Ｌ上で一致しているときにホ
ール電圧がゼロとなり、傾斜角が（＋）方向、（−）方
向に行くにしたがい増加する特性となる。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、密閉ケースが被測定対象の傾斜につれて
鉛直線からいずれかの方位に傾くと、揺動体（振子体、
フロート、揺動部材）が鉛直姿勢へ速やかに応動し、ホ
ール素子に対する磁石の相対的位置が変位するから、ホ
ール素子から発生するホール電圧を検出することによ
り、単一の傾斜計で鉛直線からいずれの方位に傾斜して
も鉛直線と傾斜計の中心軸線とがなす角度あるいは任意
の角度の変化に対応した電気信号を得ることができる。

【００６２】また、請求項２，５または７あるいは８に
記載の発明によれば、揺動体を常に鉛直姿勢に向ける支
持体として、線状可撓材またはリング部材と枢支ピン、
あるいは自在継手など具体的構成は異なるが、いずれの
構成によっても全方位の傾斜角度を測定することができ
る。

【００６３】また、請求項６の発明によれば、密閉ケー
ス内に空気溜め空間をあけてダンピング液体を充填する
ことにより、傾斜計に加わる外乱の影響を低減すること
ができるとともに、密閉ケース内の圧力上昇による傾斜
角の検知への悪影響を抑制することができる。

【００６４】請求項９の発明によれば、密閉ケースに設
けた磁石とホール素子間に回転凹面を有する皿上で磁性
球体を傾斜に応じ転動させてホール素子に加わる磁界を
変化させる構成とすることにより、より小型の傾斜計を
提供することができる。請求項１２の発明によれば、ホ
ール素子の近傍に磁性部材を配置することにより、磁石
からホール素子に達する有効磁束数を向上させることが
でき、高精度の傾斜角測定が可能になる。

【００６５】さらに請求項１３の発明によれば、ホール
素子への電圧印加を定電圧発生回路により行っているか
ら、定電流発生回路方式に比べ、回路構成が簡素化され
小形化を実現することができると共に、定電圧駆動方式
の難点とされる温度変化に伴って生ずるドリフト成分
も、ホール素子から発生するホール電圧を差動増幅回路
で増幅することにより、除去することができ、信頼性の
高い傾斜角の測定を行うことができる。

【００６６】また、いずれの発明においても、従来のひ
ずみゲージ式傾斜計のように、起歪板を変形させる方式
と違って、永久磁石をホール素子に対し相対的に変化さ
せる方式であるため、振子体は小形軽量で済み、しかも
ダンピング液体中に収納してあるから、耐衝撃性、耐振
性に極めて優れた傾斜計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る傾斜計の第１の実施例の全体構成
を示す縦断面図である。

【図２】本発明に係る傾斜計のホール素子へ電圧を供給
する定電圧発生回路及びホール素子から出力される電圧
の処理回路一具体例を示す回路構成図である。

【図３】本実施例に使用されるホール素子の傾斜角に対
する出力特性図である。

【図４】本発明に係る傾斜計の第２の実施例の要部を示
す縦断面図である。

【図５】本発明に係る傾斜計の第３の実施例の要部を示
す縦断面図である。

【図６】本発明に係る傾斜計の第４の実施例の要部構成
を示す概略縦断面図である。

【図７】第４の実施例に適用される自在継手の概略平面
図である。

【図８】本発明に係る傾斜計の第５の実施例の要部構成
を示す概略縦断面図である。

【符号の説明】

１０，４０，６０，８０，９０傾斜計本体１１，４１，５１，６１，８１，９１ケース１２，４２，９２下部板１３，４３，９３上部板１４，４４，６３，８３，９４ホール素子１５，４５，９５調整ねじ１６吊り材１７振子材１８，４８，６９，８７，９６永久磁石２０，５３，７２，８９ａ，１００空気溜め空間２１，５２，７１，８９，９９ダンピング液体１９，４９，７３，１０１，１１０磁性部材３０電源回路３１定電圧レギュレータ３２差動増幅回路３３反転増幅回路３４バッファ回路４６連結材４７振子体５０，６２，８２蓋部材６８，６９，８６揺動部材６４，８４ステー６５ピン６６リング部材７０，８８おもり８５自在継手９７回転凹面状の皿９８球体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉ケースと、この密閉ケース内にあっ
て常に鉛直姿勢を維持するように支持体によりあらゆる
方向に揺動可能に支持された揺動体と、前記揺動体の上
端または下端のいずれか一方に取付けられた磁石と、前
記密閉ケースの中心軸線上であって前記磁石から所定間
隔離して対向するように前記密閉ケースに一体的に設置
されたホール素子とを備え、前記密閉ケースがどの方位
に傾斜しても、鉛直軸と前記密閉ケースの中心軸とのな
す角度に対応した出力信号を前記ホール素子より得るよ
うに構成したことを特徴とする傾斜計。
【請求項２】前記揺動体の支持体が、線状可撓材から
構成されていることを特徴とする請求項１に記載の傾斜
計。
【請求項３】前記線状可撓材を介して前記揺動体に連
結された状態で前記密閉ケースに設けられ、前記揺動体
の前記密閉ケースの中心軸線方向に移動することにより
前記磁石と前記ホール素子間の間隔を調整する調整手段
を更に設けたことを特徴とする請求項２に記載の傾斜
計。
【請求項４】前記揺動体を、前記調整手段から前記線
状可撓材を介して吊下される振子体から構成したことを
特徴とする請求項１，２または３に記載の傾斜計。
【請求項５】前記揺動体を液体中に浮遊するフロート
をもって構成したことを特徴とする請求項１，２または
３に記載の傾斜計。
【請求項６】前記揺動体の支持体が、前記密閉ケース
内の中心軸線上に設けた枢支ピンと、この枢支ピンの先
端に全方位に揺動可能に枢支したリング部材とにより構
成されていることを特徴とする請求項１に記載の傾斜
計。
【請求項７】前記揺動体の支持体が、前記密閉ケース
内の中心軸線上に設けた自在継手により構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の傾斜計。
【請求項８】前記密閉ケース内にダンピング液体を所
定の空気溜め空間をあけて充填したことを特徴とする請
求項１，２，３，４，５，６または７に記載の傾斜計。
【請求項９】所定量のダンピング液体が充填された密
閉ケースと、前記密閉ケースの中心軸線上に所定間隔離
して配置した磁石およびホール素子と、前記密閉ケース
内に配設された下方に膨出する回転凹面状の皿と、前記
皿上に前記密閉ケースの傾斜に伴い転動して前記磁石か
ら前記ホール素子への磁界を変化させる磁性体からなる
球体とを備え、前記密閉ケースがどの方位に傾斜して
も、鉛直軸と前記密閉ケースの中心軸とのなす角度に対
応した出力信号を前記ホール素子より得るようにしたこ
とを特徴とする傾斜計。
【請求項１０】前記磁石と一体化されて前記密閉ケー
スに螺合され、回動操作することにより前記磁石を前記
密閉ケースの中心軸線方向に移動させ前記ホール素子と
の間隔を調整する調整手段を設けたことを特徴とする請
求項９に記載の傾斜計。
【請求項１１】前記ホール素子の前記磁石と対向する
側と反対のホール素子近傍に前記磁石からの磁束を有効
に誘導する磁性部材を更に設けたことを特徴とする請求
項１または９に記載の傾斜計。
【請求項１２】定電圧発生回路により定電圧化された
電圧を前記ホール素子に印加し、前記ホール素子から発
生するホール電圧を差動増幅回路により差動増幅するこ
とにより、温度変化による出力変動を抑制するように構
成したことを特徴とする請求項１または９に記載の傾斜
計。