JP3644799B2 - 傾斜センサ - Google Patents

Description

【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であって、
前記湾曲凹部３の内壁面には、湾曲凹部３の最下部から放射状に配置されて可動導体４をガイドするガイド溝７が形成され、
該ガイド溝７内に基準電極１と検出用電極２を配置した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。
【００１７】
また、上記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】
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。
【００２０】
図１に本発明の参考例を示す。この参考例は、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】
したがってこの参考例において、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、参考例、および実施の形態の説明において、上述した参考例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の参考例を示す。この参考例において、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】
したがってこの参考例において、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として球状の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３の参考例を示す。この参考例はシェル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、この参考例において、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。
【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することにより、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は湾曲凹部の上方から見た図である。
【図２】 可動導体の変形性を示す図で、（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】 水銀による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の参考例を示す図で、（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３の参考例を示す図である。
【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 (1)

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であって、
   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傾斜センサ。

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