JPH1123266A - 傾斜センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】傾斜センサに関し、構造が簡単で、かつ、要求
精度等に応じて製造コストも低減させることができるよ
うにすることを目的とする。 【解決手段】所定電位に維持される基準電極１に非導通
状態で隣接し、上記基準電極１の電位と異なる電位に維
持される複数の検出用電極２、２・・を内壁面に備えた
湾曲凹部３と、湾曲凹部３内で移動自在で、基準電極１
といずれかの検出用電極２間を短絡可能な可動導体４と
を有し、可動導体４を介して基準電極１に短絡した検出
用電極２の設置位置情報から湾曲凹部３の傾き動作を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は傾斜センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】種々の装置等の傾斜を測定するための傾
斜センサとしては、例えば特開昭６２−２２２１０４号
に記載されたものが知られている。この傾斜センサは、
抵抗導線を配設した小型容器内に水銀を収納して形成さ
れ、小型容器の傾斜による抵抗導線の有効長の変化を抵
抗計測器によって検知し、当該抵抗計測器での測定値か
ら傾斜角等を検出するように構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
例において、傾斜角等は抵抗導線から出力されるアナロ
グ値により判定されるものであるために、周辺回路が複
雑になる上に、比抵抗が正確に管理された抵抗導線を使
用する必要があるために、コストの上昇を招きやすいと
いう欠点を有する。

【０００４】また、抵抗導線の抵抗値は温度の変化によ
り変化するために、その補償が必要となり、装置が大掛
りになるという欠点を有する。さらに、傾斜センサに
は、管理された抵抗導線、および抵抗計測器は最低限必
要となりシステムのミニマムコストが高いために、測定
対象によって高い測定精度が要求されない場合であって
も装置のコストが高くなってしまうという欠点を有す
る。

【０００５】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たもので、構造が簡単で、かつ、要求精度等に応じて製
造コストも低減させることのできる傾斜センサの提供を
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、所定電位に維持される基準電極１に非導通状態で隣
接し、上記基準電極１の電位と異なる電位に維持される
複数の検出用電極２、２・・を内壁面に備えた湾曲凹部
３と、湾曲凹部３内で移動自在で、基準電極１といずれ
かの検出用電極２間を短絡可能な可動導体４とを有し、
可動導体４を介して基準電極１に短絡した検出用電極２
の設置位置情報から湾曲凹部３の傾き動作を検出する傾
斜センサを提供することにより達成される。

【０００７】湾曲凹部３の内壁面は絶縁されており、基
準電極１と検出用電極２が配置される。検出用電極２の
電位は所定電位に維持される基準電極１の電位と異なっ
ており、例えば、基準電極１をグランド電位に保持し、
検出用電極２に適宜電圧が印可される。検出用電極２は
所望の測定精度に応じて少なくとも２個以上が基準電極
１に対して非導通状態で配置される。

【０００８】一方、上記湾曲凹部３内には少なくとも表
層が導電性を有する可動導体４が収納されており、湾曲
凹部３が傾けられた際には、自重により傾斜姿勢におけ
る最下位置に移動する。可動導体４としては、金属球、
表面に金属被膜等の導電性被膜を形成した合成樹脂製の
球体（以下、これらを総称して「球形導体」という）、
あるいは図２に示すような、湾曲凹部３の曲率と同一の
曲率の滑り面（導電性接触部４０）を備えた円板体、さ
らには水銀等の液状金属が使用できる。また、可動導体
４として球形導体を使用する場合には、基準電極１と検
出用電極２の双方に接触させるために、湾曲凹部３の内
壁面には凹凸が形成される。

【０００９】したがって本発明によれば、湾曲凹部３が
傾くと湾曲凹部３内を可動導体４が移動し、いずれかの
検出用電極２が可動導体４を介して基準電極１に短絡す
る。各々の基準電極１の湾曲凹部３内での位置は予め知
られているために、短絡カ所の検出用電極２が変化した
ことで湾曲凹部３が傾いたことを知ることができ、設置
位置情報から直ちに傾斜角度、あるいは傾斜方向を知る
ことができる。

【００１０】本発明による傾斜センサは、各検出用電極
２の短絡の有無を検出することにより傾斜動作を検出す
るものであるから、検出用電極２の配置方法により傾斜
角度、あるいは傾斜方向のいずれか一方のみを検出する
ことができ、さらに、検出用電極２の設置数量により所
望の測定精度を得ることができるもので、かかる自由度
の高さは、傾斜測定対象が要求する精度、あるいは測定
諸元に最低限合致した傾斜センサを安価に製造すること
を可能とする。

【００１１】請求項２記載の発明において、湾曲凹部３
が傾いた際の傾き角度を検出可能な傾斜センサが提供さ
れる。すなわち、この発明において、基準電極１と検出
用電極２は湾曲凹部３の最下部を中心に同心円状に交互
に配置される。なお、本明細書において、特に断りのな
い限り、最下部とは、湾曲凹部３が傾かない状態での最
下部を示すものとする。

【００１２】したがって本発明において、湾曲凹部３が
傾くと、傾斜状態における湾曲凹部３の最下部位置は傾
かない状態での最下部位置から上方に移動するために、
図１において鎖線で示すように、可動導体４は傾斜状態
での最下部に移動し、いずれかの検出用電極２を基準電
極１に短絡させる。検出用電極２は湾曲凹部３の最下部
から上方に向けて複数段配置されているために、短絡し
た検出用電極２の位置は湾曲凹部３の傾斜時の最下部の
位置に合致しており、この検出用電極２の位置情報から
直ちに傾斜角度が求められる。

【００１３】本発明において得られる傾斜角度の精度は
検出用電極２、２間のピッチにより決定され、図示の例
においては、θ〜θ’の範囲をもった値として出力され
るが、同一ピッチでも湾曲凹部３の曲率を大きくするこ
とで容易に精度の向上が図られる。

【００１４】可動導体４としては、上述した円板体、あ
るいは液状金属が使用可能であるが、図５に示すよう
に、湾曲凹部３の内壁面に、湾曲凹部３の最下部を中心
として同心円状に複数のリング状溝５を形成し、各リン
グ状溝５に基準電極１と検出用電極２とを対向して配置
することにより、球状導体を可動導体４として使用する
ことができる。

【００１５】請求項３記載の発明において、傾斜方向と
傾斜角度の双方の検出が可能な傾斜センサが提供され
る。すなわち、請求項６記載の発明において、基準電極
１と検出用電極２は対にされて電極対６が構成される。
電極対６は湾曲凹部３の内壁面に散点状に分布されてお
り、可動導体４により短絡された電極対６を検出するこ
とにより傾斜角、および傾斜角度が検出される。

【００１６】可動導体４としては、上述した円板体、あ
るいは液状金属が使用可能であるが、図７に記載される
ように、電極対６の間に中高部６０を形成して可動導体
４をいずれかの電極対６に導くようにすることにより、
球状導体を可動導体４として使用することができる。

【００１７】請求項４記載の発明において、傾斜センサ
は湾曲凹部３の内壁面に形成されるガイド溝７を備え
る。ガイド溝７は湾曲凹部３の最下部から放射状に配置
され、ガイド溝７内に基準電極１と検出用電極２が配置
される。可動導体４はいずれかのガイド溝７にガイドさ
れてガイド溝７内の基準電極１と検出用電極２を短絡
し、短絡した検出用電極２を特定することにより傾斜角
度と傾斜方向が検出される。

【００１８】この発明において、ガイド溝７のピッチが
傾斜方向の検出精度を決定し、ガイド溝７内での検出用
電極２の数により傾斜角度の検出精度が決定されるが、
ガイド溝７を設けることにより、可動導体４の移動範囲
は限定されることとなり、検出用電極２の使用数が減少
し、装置の簡略化が図られる。

【００１９】さらに、請求項５に記載されるように、基
準電極１、あるいは検出用電極２の一方、または双方を
湾曲凹部３の内壁面にパターン形成することにより製造
コストを低減させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態を示
す。この実施の形態は、例えば玩具ロボットの姿勢検出
に使用可能なように構成されたものであり、傾斜センサ
は合成樹脂材等の絶縁材料により形成される半球状のシ
ェル８を有する。シェル８には球面からなる湾曲凹部３
が形成されており、該湾曲凹部３に可動導体４が移動自
在に収容される。

【００２１】上記湾曲凹部３の内壁面には最下部から同
心円状に基準電極１と検出用電極２が交互にパターン形
成される。上記基準電極１はグランドに接続されるとと
もに、各検出用電極２には抵抗Ｒを介して所定電圧が印
可され、各抵抗Ｒには個別に抵抗Ｒによる電圧降下を検
出するための端子２０が引き出される。

【００２２】一方、可動導体４は水銀であり、自重で変
形して湾曲凹部３に沿う形状となった際に、湾曲凹部３
への接触面（導電性接触部４０）が少なくともいずれか
の基準電極１と検出用電極２を跨架する程度の大きさと
なる程度の量が使用される。

【００２３】したがってこの実施の形態において、シェ
ル８が傾くと可動導体４は、シェル８の傾斜角度に応じ
て湾曲凹部３の最下部から例えば図１において鎖線で示
す位置に移動する。可動導体４の移動により該可動導体
４の移動先の基準電極１と検出用電極２は可動導体４を
介して短絡されることから、検出用電極２と基準電極１
との間に電流ｉが流れて抵抗Ｒに端子間電圧Ｅが発生す
る。上記端子間電圧Ｅの発生は端子２０の電位を検出部
９において観察することにより監視されており、基準電
極１と短絡した検出用電極２が特定される。

【００２４】一方、検出部９には各検出用電極２の設置
位置情報が格納されており、上記特定された検出用電極
２に対応する設置位置情報からシェル８の傾斜角度が導
かれる。傾斜角度の精度は検出用電極２のピッチにより
決定されるが、図３に示すように、湾曲凹部３の背面壁
に形成される短絡用パターン２１により上下に隣接する
複数段（図３においては２段）毎を短絡させることによ
り、精度を任意に低下させることが可能であり、この場
合には、端子２０の数が減少するために、検出部９を始
めとする全体構造が簡単になる。

【００２５】なお、図示の説明においては、いずれか一
対の基準電極１と検出用電極２、２間を短絡する程度の
大きさの可動導体４が使用されているが、複数対の基準
電極１と検出用電極２間を短絡するものであってもよ
く、この場合には、短絡した最上段と最下段の検出用電
極２の設置位置情報からシェル８の傾き動作角度が検出
される。

【００２６】また、可動導体４としては、水銀のほかに
図２に示すように、湾曲凹部３の曲率に合致する曲率を
有する滑り面（導電性接触部４０）を備えた円板体の使
用が可能であるが、水銀を使用する場合には、検出部９
において短絡する検出用電極２の数を同時に検出するこ
とにより、シェル８の傾き動作の角加速度の存在を知る
ことができる。

【００２７】すなわち、シェル８が等速角運動、あるい
は静止状態から加速、あるいは減速した場合には、水銀
は図４において鎖線で示すように、粘性、および慣性に
より見掛け上加速度発生方向と逆方向に延び、短絡する
検出用電極２の数が増加するために、検出部９において
短絡する検出用電極２の数の増減を検出することにより
加速度の存在が検知される。さらに、図５に示すよう
に、基準電極１と検出用電極２をリング状溝５の壁面に
対向して形成した場合には、可動導体４として球体を使
用することができる。

【００２８】図６に図１の変形例を示す。なお、以下の
変形例、および他の実施の形態の説明において、上述し
た実施の形態と同一の構成要素は図中に同一符号を付し
て説明を省略する。

【００２９】この変形例において、各段の検出用電極２
は周方向に分離される。各検出用電極２は個別に周方向
の位置と、高さ方向の位置に関する設置位置情報を有し
ており、可動導体４により短絡された検出用端子２０を
特定することによりシェル８の傾く方向、および傾き角
度の双方が検出できる。

【００３０】図７に本発明の第２の実施の形態を示す。
この実施の形態において、湾曲凹部３の内壁面には電極
対６が全面に渡って散点状に配置される。電極対６は内
壁面にパターン形成される基準電極１と、基準電極１の
周囲を包囲するリング状の検出用電極２とからなり、隣
接する電極対６の間に絶縁体からなる中高部６０が形成
されて可動導体４をいずれかの電極対６に導く。

【００３１】したがってこの実施の形態において、シェ
ル８が傾くと球状の可動導体４がいずれかの電極対６に
導かれて当該電極対６の基準電極１と検出用電極２が短
絡する。なお、図７においては可動導体４として球状も
のを使用した場合が示されているが、水銀等の液状金属
を使用することも可能である。また、電極対６は、図７
に示す以外にも、例えば図８に示すように、基準電極１
と検出用電極２を対向させるように配置することも可能
である。

【００３２】図９に本発明の第３の実施の形態を示す。
この実施の形態において、湾曲凹部３の内壁面にはＶ字
状のガイド溝７が最下部から放射状に形成され、対向壁
面に基準電極１と検出用電極２が形成される。ガイド溝
７は湾曲凹部３の最下部において互いに鋭角に突き合わ
せられており、シェル８が傾いた際には可動導体４をい
ずれかのガイド溝７に導く。各ガイド溝７に形成される
検出用電極２は所定の長さを有しており、隣接する他の
検出用電極２との間に絶縁部２２が形成される。

【００３３】したがってこの実施の形態において、シェ
ル８が傾くと可動導体４はいずれかのガイド溝７内を移
動して対向する検出用電極２と基準電極１間を短絡させ
る。なお、可動導体４を球状に形成する場合には、図９
（ｃ）に示すように、絶縁部２２を突起形状に形成する
ことによって可動導体４をいずれかの検出用電極２に導
くようにするのが望ましい。

【００３４】図１０に本発明の第４の実施の形態を示
す。この実施の形態はシェル８の傾き方向のみが検出可
能なもので、湾曲凹部３の内壁面には最下部から放射状
に基準電極１と検出用電極２が交互にパターン形成さ
れ、水銀、あるいは図２に示す円板体からなる可動導体
４の移動により隣接する基準電極１と検出用電極２間を
短絡する。

【００３５】なお、この実施の形態において、基準電極
１と検出用電極２との間隔は湾曲凹部３の上辺に行くに
従って広くなるために、可動導体４は、上辺近傍におい
て基準電極１と検出用電極２間を短絡させることができ
るに十分な湾曲凹部３の内壁面との接触面積を有するよ
うに形成される。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、構造が簡単で、かつ、要求精度等に応じて製
造コストも低減させることができる。

【００３７】また、基準電極と検出用電極を湾曲凹部の
最下部を中心に同心円状に交互に配置した場合には傾き
角度だけの検出を可能にして全体構成をより簡単にする
ことができ、湾曲凹部の最下部からの高さの異なる隣接
する検出用電極の複数を導通させることにより、可動導
体を大きくすることなく、容易に検出精度を調整するこ
とができる。

【００３８】さらに、湾曲凹部の内壁面に基準電極と検
出用電極からなる電極対を散点状に分布した場合には、
傾斜角度、方向の検出が可能であり、電極対の間に中高
部を形成した場合には、傾斜角度、方向の検出精度を容
易に調整することができる。

【００３９】また、湾曲凹部の内壁面に、湾曲凹部の最
下部から放射状に配置されて可動導体をガイドするガイ
ド溝を形成した場合には、必要に応じて測定精度を調整
することができ、しかも、可動導体に球体を使用するこ
とが可能になる。

【００４０】さらに、基準電極と検出用電極を湾曲凹部
の最下部から放射状に交互に配置した場合には、傾き方
向のみを検出することができ、装置を簡単な構造とする
ことができる。また、基準電極、あるいは検出用電極の
うち少なくとも一方を湾曲凹部の壁面にパターン形成す
ることにより、製造コストを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は
湾曲凹部の上方から見た図である。

【図２】可動導体の変形例を示す図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図である。

【図３】図１の変形例を示す図である。

【図４】水銀により加速度の検出を示す図で、（ａ）は
湾曲凹部の上方から見た図、（ｂ）は水銀の初期状態と
加速度が加わって変形した状態を示す図である。

【図５】図１の他の変形例を示す図である。

【図６】図１のさらに他の変形例を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）
は湾曲凹部の上方から見た図、（ｂ）は（ａ）の７Ｂ部
拡大図、（ｃ）は（ｂ）の断面図である。

【図８】図７の変形例を示す図で、（ａ）は図７（ｂ）
に対応する図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態を示す図で、（ａ）
は湾曲凹部の上方から見た図、（ｂ）は（ａ）の９Ｂ−
９Ｂ線断面図、（ｃ）は絶縁部をガイド溝に沿って切断
した断面図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態を示す図である。

【符号の説明】

１ 基準電極 ２ 検出用電極 ３ 湾曲凹部 ４ 可動導体 ４０ 導電性接触部 ５ リング状溝 ５１ 稜線 ６ 電極対 ６０ 中高部 ７ ガイド溝

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定電位に維持される基準電極に非導通状
   態で隣接し、上記基準電極の電位と異なる電位に維持さ
   れる複数の検出用電極を内壁面に備えた湾曲凹部と、 湾曲凹部内で移動自在で、基準電極といずれかの検出用
   電極間を短絡可能な可動導体とを有し、 可動導体を介して基準電極に短絡した検出用電極の設置
   位置情報から湾曲凹部の傾き動作を検出する傾斜セン
   サ。
2. 【請求項２】前記基準電極と検出用電極は湾曲凹部の最
   下部を中心に同心円状に交互に配置される請求項１記載
   の傾斜センサ。
3. 【請求項３】前記湾曲凹部の内壁面には基準電極と検出
   用電極からなる電極対が散点状に分布される請求項１記
   載の傾斜センサ。
4. 【請求項４】前記湾曲凹部の内壁面には、湾曲凹部の最
   下部から放射状に配置されて可動導体をガイドするガイ
   ド溝が形成され、 該ガイド溝内に基準電極と検出用電極を配置した請求項
   １記載の傾斜センサ。
5. 【請求項５】前記基準電極、あるいは検出用電極のうち
   少なくとも一方は湾曲凹部の壁面にパターン形成される
   請求項１ないし４のいずれかに記載の傾斜センサ。