JPH10160460A - 傾斜検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触かつ簡易な構成の１軸又は２次元的な
傾斜検出装置の提供。 【解決手段】 下側にわん曲した通路を含む収納体１
と、該通路内にて重力に従って移動自在に収納された磁
気応答部材３と、該収納体において該通路の外周に設け
られたコイル部２とを具えてなる傾斜計１０と、この傾
斜計を前記通路に直角な第１の方向に揺動自在に枢支し
てなる取付けベース部２０とを具備する。通路に沿う第
２の方向に関する傾斜に応じて該通路に沿って磁気応答
部材３が変位し、これに応じた誘導出力信号をコイル部
２より得ることにより該第２の方向に関する傾斜を検知
する。第１の方向に関する傾斜に対しては傾斜計１０全
体が重力方向を指向して取付けベース部２０に対して振
れることにより応答しない。２つの前記傾斜計１０Ｘ，
１０Ｙを直交させてそれ揺動自在に枢支することによ
り、２次元的傾斜検出装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定方向について
の傾斜又は振動又は加速度を検知する傾斜検出装置に関
すると共に、２軸方向についての傾斜又は振動又は加速
度を検知する傾斜検出装置に関し、建設機械、自動車、
工作機械、その他あらゆる分野で応用可能なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の傾斜検出装置にはポテンショメー
タを用いたものがある。しかし、ポテンショメータにお
いて摺動接触子があるために耐久性の点で難があった。
また、従来知られた誘導型位置検出装置には、直線位置
検出装置としては差動トランスがあり、回転位置検出装
置としてはレゾルバがある。差動トランスは、１つの１
次巻線を１相で励磁し、差動接続された２つの２次巻線
の各配置位置において検出対象位置に連動する鉄心コア
の直線位置に応じて差動的に変化するリラクタンスを生
ぜしめ、その結果として得られる１相の誘導出力交流信
号の電圧振幅レベルが鉄心コアの直線位置を示すように
したものである。レゾルバは、複数の１次巻線を１相で
励磁し、サイン相取り出し用の２次巻線からサイン相の
振幅関数特性を示す出力交流信号を取り出し、コサイン
相取り出し用の２次巻線からコサイン相の振幅関数特性
を示す出力交流信号を取り出すようにしたものである。
この２相のレゾルバ出力は公知のＲ／Ｄコンバータとい
われる変換回路を用いて処理し、検出した回転位置に対
応する位相値をディジタル的に測定することができる。
また、サイン相とコサイン相のような複数相の交流信号
によって複数の１次巻線を夫々励磁し、検出対象直線位
置又は回転位置に応じて該交流信号を電気的に位相シフ
トした出力交流信号を出力し、この出力交流信号の電気
的位相シフト量を測定することにより、検出対象直線位
置又は回転位置をディジタル的に測定する技術も知られ
ている（例えば、特開昭４９−１０７７５８号、特開昭
５３−１０６０６５号、特開昭５５−１３８９１号、実
公平１−２５２８６号など）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、傾斜検出装置
として従来知られたポテンショメータは、前述の通り、
摺動接触子があるために耐久性の点で難があった。ま
た、劣悪な環境で使用するには適していないものであっ
た。また、従来知られた誘導型位置検出装置は、回転位
置または直線位置を検出するものであり、傾斜を検出す
ることのできるような構造を持っていなかった。一般
に、誘導型位置検出装置は、構造的に非接触であり、ま
た、コイルと磁性体（鉄片等）の簡単な構成により、簡
便かつ安価に製造することができ、かつ劣悪な環境下で
の使用にも耐えうるので、これを傾斜検出装置に適用で
きれば、広い応用・用途が見込まれる。

【０００４】また、２軸方向（２次元）の傾斜を検出す
る装置として、２次元的ジャイロスコープ構造における
各軸の回動角度を測定する構造を採用することも考えら
れるが、そうすると構造が極めて複雑となり、コスト高
にもなってししまう。本発明は上述の点に鑑みてなされ
たもので、従来なかった新規な誘導型の傾斜検出装置を
提供しようとするものである。また、簡易な構成であり
ながら、ジャイロスコープ構造の２次元傾斜検出装置に
匹敵する各軸傾斜成分の抽出性能を有する、２次元的な
傾斜検出装置を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る傾斜検出装
置は、下側にわん曲した通路を含む収納体と、前記通路
内にて重力に従って移動自在に収納された磁気応答部材
と、前記収納体において前記通路の外周に設けられたコ
イル部とを具えてなる傾斜計と、この傾斜計を前記通路
に直角な第１の方向に揺動自在に枢支してなる取付けベ
ース部とを具備し、前記通路に沿う第２の方向に関する
傾斜に応じて該通路に沿って前記磁気応答部材が変位
し、該通路における前記磁気応答部材の位置を検出する
誘導出力信号を前記コイル部より得ることにより該第２
の方向に関する傾斜を検知し、前記第１の方向に関する
傾斜に対しては前記傾斜計全体が重力方向を指向して前
記取付けベース部に対して振れることにより応答しない
ようにしたことを特徴とするものである。収納体の通路
は、下側にわん曲しているため、該収納体が水平位置に
おかれているとき、該通路内の磁気応答部材は自重によ
り必ず所定の位置（傾斜０に対応する一番低い位置）に
位置する。前記第２の方向に沿って収納体が傾くと、そ
れに応じて通路に沿って磁気応答部材が変位し、該通路
における前記磁気応答部材の位置を検出する誘導出力信
号が前記コイル部から得られる。このコイル部の出力信
号が第２の方向に沿う収納体の傾きに応答している。一
方、前記第１の方向に関する傾斜に対しては前記傾斜計
全体が重力方向を指向して前記取付けベース部に対して
振れることにより応答しないようになっている。従っ
て、所定の第２の方向に沿う１軸の傾斜成分のみを正確
に抽出して、その傾斜を検出することができる。

【０００６】本発明の傾斜検出装置は、収納体内を磁気
応答部材が重力方向を指向して自由に動くので、単純な
傾斜のみならず、検出対象物体の振動又は加速度にも応
答した検出を行うことができる。すなわち、検出対象物
体が水平方向に振動したとき加速度を生じたとき、該物
体が実際には傾斜していなくても、収納体内の磁気応答
部材が該振動又は加速度に応答して動くので、これを検
出することができる。従って、特許請求の範囲を含む本
明細書の記載において、便宜上単に「傾斜」という言葉
のみを使用していたとしても、その「傾斜」という言葉
の意味の中には上記のように「振動」又は「加速度」を
も含んでいるものと理解されたい。なお、振り子の動き
を光学的に検出するタイプの加速度検出装置が従来知ら
れているが、そのようなタイプの加速度検出装置は、加
速度がよほど大きくないと検出が不可能であった。これ
に対して、本発明に係る傾斜検出装置を、加速度検出の
ために使用した場合は、下向きにわん曲した通路での可
動体つまり磁気応答部材の位置を検出する構成であるた
め、わずかな加速度にも応答して通路内で可動体つまり
磁気応答部材が変位するため、低速時の加速度検出に関
しても極めて優れた効果を発揮する。

【０００７】本発明に係る２次元の傾斜検出装置は、第
１及び第２の前記傾斜計を第１及び第２の軸に対応して
それぞれ設け、該第１の傾斜計は第１の軸に直角な方向
に揺動自在に枢支し、該第２の傾斜計は第２の軸に直角
な方向に揺動自在に枢支してなることを特徴とするもの
である。これにより、第１の傾斜計における前記通路は
第１の軸（例えばＸ軸）の方向に延びるものとなり、該
第１の傾斜計は第１の軸（例えばＸ軸）方向に関する傾
斜成分を検出し、かつ、第１の軸に直角な方向（例えば
Ｙ軸）に関する傾斜に対しては取付けベース部に対して
振れることにより応答しないようになっている。また、
第２の傾斜計における前記通路は第２の軸（例えばＹ
軸）の方向に延びるものとなり、該第２の傾斜計は第２
の軸（例えばＹ軸）方向に関する傾斜成分を検出し、か
つ、第２の軸に直角な方向（例えばＸ軸）に関する傾斜
に対しては取付けベース部に対して振れることにより応
答しないようになっている。このように、各軸傾斜成分
のみを効率的に抽出することができ、２次元的な傾斜検
出の精度を向上させることができる。しかも、複雑なジ
ャイロスコープ構造を必要としないので、極めて簡易な
構成で済む。なお、前記第１及び第２の軸は、例えば、
直交するＸ軸及びＹ軸であるとするのが好適な実施の形
態である。しかしこれに限らず、必ずしも直交軸である
必要はない。すなわち、変形例又は迂回的な応用例とし
ては、傾斜計の数は２個に限らず、３個以上であっても
よい。その場合、３以上の各軸が同一面（例えば水平
面）状で交差することになる。このように、第１及び第
２の傾斜計に加えて、第３、第４、……の傾斜計を追加
する実施の形態は、第１及び第２の傾斜計を含むことを
クレームしている本件特許請求の範囲に記載された発明
をそっくり利用しているものであり、その技術的範囲に
包含されることを理解されたい。

【０００８】一実施形態として、コイル部は通路に沿っ
て複数のコイルを設けてなるようにしてよい。また、コ
イル部は、１相の交流信号によって励磁され、前記磁気
応答部材の相対的位置に応じて、サイン相の振幅関数特
性を示す出力交流信号と、コサイン相の振幅関数特性を
示す出力交流信号との２相の出力交流信号を出力するよ
うに、レゾルバ型位置検出原理によって構成するように
したものであってよい。その場合、更に、サイン相の振
幅関数特性を示す出力交流信号とコサイン相の振幅関数
特性を示す出力交流信号とに基づき、該サイン相の振幅
関数及びコサイン相の振幅関数の位相値を検出し、前記
磁気応答部材の相対的位置に応じた位相値検出データを
得る位相検出回路を更に備えるようにすれば、周辺環境
の温度変化等の影響を受けにくい、精度のよい装置を提
供することができる。一実施形態によれば、磁気応答部
材は、球形状又は円柱状等の形状の固体からなるもので
あってよい。別の例として、磁気応答部材は固体に限ら
ず、非固定形状の物体からなるものであってもよい。例
えば、磁性流体や磁性粉体などを使用することができ
る。本発明によれば、更に様々な実施の形態をとること
ができ、その詳細は、例示的に以下において示される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態をいくつかの代表例について説明する。図
示された各例は、相互に組み合わせることも可能であ
り、それらの組合せも本発明の実施に含まれる。図１
（ａ）は本発明に係る傾斜検出装置の全体構成を略示す
る斜視図であり、（ｂ）はそこにおける傾斜計１０の部
分の軸方向断面図、（ｃ）は該傾斜計１０の側面略図で
ある。傾斜検出装置は、図１（ａ）に示されるように、
取付けベース部２０に対して傾斜計１０をブランコ状に
揺動自在に枢支してなる構成からなっている。すなわ
ち、傾斜計１０の両端にクランク状の取付けアーム１０
ａ，１０ｂがそれぞれ取り付けられており、各アーム１
０ａ，１０ｂの上部分１０ａｕ，１０ｂｕが横に延び
て、所定の軸Ｘに一致する配置となっており、該アーム
上部分１０ａｕ，１０ｂｕがベアリング２０ａ，２０ｂ
を介して取付けベース部２０に枢支され、該Ｘ軸と直角
な方向（Ｙで図示）に揺動自在となっている。

【００１０】傾斜計１０は、図１（ｂ），（ｃ）に示さ
れるように、プラスチックあるいはステンレス等の非磁
性体からなるチューブ状の収納体１を含んでおり、該チ
ューブ状の収納体１の内部は、図示のように、下側にわ
ん曲した通路１ａとなっている。この通路１ａ内には、
適宜のサイズ又は量の磁気応答部材３が重力に従って移
動自在に収納されている。磁気応答部材３は、図１の例
では、球形状をした例えば鉄のような磁性体からなって
いる。収納体１の通路１ａの周囲つまり巻軸の周囲に
は、１又は複数のコイル１１〜１５，２１〜２４が順次
配置されて巻かれている。これらのコイル１１〜１５，
２１〜２４によりコイル部２が構成されている。なお、
通路１ａの両端は閉じられていて、内部の磁気応答部材
３が飛び出ないようになっている。

【００１１】上記の構成によって、通路１ａ内における
磁気応答部材３の直線的な位置つまり、コイル部２に対
する磁気応答部材３の相対的位置に応じて、コイル部２
における誘導結合が変化し、これに応じた出力信号を該
コイル部２より得ることができる。従って、通路１ａ内
における磁気応答部材３のリニア位置に応じた検出出力
信号をコイル部２から得るようにすることができる。収
納体１の通路１ａは、下側にわん曲しているため、該収
納体１が水平位置におかれているとき、該通路１ａ内の
磁気応答部材３は自重により必ず所定の位置（傾斜０に
対応する一番低い位置）に位置する。収納体１が傾く
と、それに応じて通路１ａに沿って磁気応答部材３がリ
ニアに変位し、該通路１ａにおける前記磁気応答部材３
のリニア位置に応じた検出出力信号が前記コイル部２か
ら得られる。従って、コイル部２の出力信号は収納体１
の傾きに応答するものであり、該傾きの検知信号として
適宜利用できる。

【００１２】ここで、通路１ａは傾斜計１０の揺動軸Ｘ
の方向に沿って延びているので、コイル部２の出力信号
は軸Ｘに関する傾きに対応している。すなわち、取付け
ベース部２０の水平に対するＸ軸方向に関しての傾きθ
(x)に対応している。Ｘ軸に直角な方向（Ｙ方向）に関
して取付けベース部２０が傾くと、ブランコの作用によ
って傾斜計１０は該Ｘ軸に直角な方向（Ｙ方向）に傾く
ことなく、水平を維持する。こうして、この傾斜計１０
によれば、Ｘ軸に直角な方向（Ｙ方向）に関する傾斜成
分を自動的にキャンセルして、Ｘ軸の方向に関する１軸
の傾斜成分のみに正確に応答する傾斜検出信号を得るこ
とができる。

【００１３】コイル部２による検出原理としては、任意
のものを用いることができる。単純な例としては、ピッ
クアップコイル方式があり得る。すなわち通路１ａに沿
って配置した複数のコイルの出力信号レベルに基づき、
磁気応答部材３が最も近接したコイルを特定することに
より、通路１ａにおける磁気応答部材３のリニア位置を
検出することができ、従って、収納体１の傾斜の度合い
を検知／検出することができる。より細かく磁気応答部
材３のリニア位置を検出するための一例として、リニア
差動トランス原理に従ってコイル部２を構成することが
できる。すなわち、コイル部２として１個又は複数のリ
ニア差動トランスを構成し、該リニア差動トランスの出
力電圧値とどのリニア差動トランスから出力が得られた
かを示すデータとの組み合わせによって、前記ピックア
ップコイル方式よりは細かい精度で磁気応答部材３のリ
ニア位置を検出することができる。

【００１４】更に細かい精度で、かつ正確に、磁気応答
部材３のリニア位置を検出し得るようにするには、レゾ
ルバ原理に従ってコイル部２を構成するとよい。レゾル
バ原理に従ってコイル部２を構成する場合、１相の交流
信号によって励磁される１次コイル１１〜１５と、複数
の２次コイル２１〜２４とを含む。各２次コイル２１〜
２４は、通路１ａに沿って所定の間隔でずらして配置さ
れる。一方、１相の交流信号によって共通に励磁される
が故に、１次コイル１１〜１５の数は、１又は適宜の複
数であってよく、その配置も適宜であってよい。しか
し、複数の１次コイル１１〜１５を適宜に分離して、例
えば図１に示されるように各２次コイル２１〜２４をそ
れぞれの間に挟むように、配置することは、１次コイル
によって発生する磁界を個別の２次コイル２１〜２４に
対して有効に及ぼし、かつ磁気応答部材３による磁場へ
の影響を有効に及ぼすことができるので、好ましい。

【００１５】通路１ａにおける磁気応答部材３のリニア
位置に応じて、磁気応答部材３のコイル部２に対する対
応位置が変化することにより、１次コイル１１〜１５と
各２次コイル２１〜２４間の磁気結合が該リニア位置に
応じて変化され、これにより、該リニア位置に応じて振
幅変調された誘導出力交流信号が、各２次コイル２１〜
２４の配置のずれに応じて異なる振幅関数特性で、各２
次コイル２１〜２４に誘起される。各２次コイル２１〜
２４に誘起される各誘導出力交流信号は、１次コイル１
１〜１５が１相の交流信号によって共通に励磁されるが
故に、その電気的位相が同相であり、その振幅関数が各
２次コイル２１〜２４の配置のずれに応じてずれた位相
を有する。すなわち、４つの２次コイル２１〜２４に生
じる誘導出力交流信号の振幅関数が、所望の特性を示す
ように設定することが可能であり、レゾルバタイプの位
置検出装置として構成する場合は、各２次コイル２１〜
２４に生じる誘導出力交流信号の振幅関数が、サイン関
数、コサイン関数、マイナス・サイン関数、マイナス・
コサイン関数、にそれぞれ相当するように設定すること
が可能である。種々の条件によって、各コイルの配置は
微妙に変わり得るので、希望の関数特性が得られるよう
に各コイルの配置や巻数を適宜調整したり、あるいは２
次出力レベルを電気的増幅によって調整して、希望の振
幅関数特性が最終的に得られるようにする。

【００１６】例えば、２次コイル２１の出力がサイン関
数（図でｓを付記する）に対応するとすると、これに対
して所定距離（例えばｐ／２とする）だけずれて配置さ
れた２次コイル２３の出力はマイナス・サイン関数（図
で／ｓ（ｓバー）を付記する）に相当するように設定
し、この両者の出力を差動的に合成することによりサイ
ン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号を得るよう
にすることができる。また、サイン関数出力に対応する
２次コイル２１から前記所定距離の半分（例えばｐ／４
とする）だけずれて配置された２次コイル２２の出力は
コサイン関数（図でｃを付記する）に対応し、これに対
してｐ／２だけずれて配置された２次コイル２４の出力
はマイナス・コサイン関数（図で／ｃ（ｃバー）を付記
する）に相当するように設定し、この両者の出力を差動
的に合成することによりコサイン関数の振幅関数を持つ
第２の出力交流信号を得るようにすることができる。な
お、明細書中では、表記の都合上、反転を示すバー記号
は「／（スラッシュ）」で記載するが、これは、図中の
バー記号に対応している。

【００１７】図２は、コイル部２の１次及び２次コイル
の回路図であり、１次コイル１１〜１５には共通の励磁
交流信号（説明の便宜上、sinωｔで示す）が印加され
る。この１次コイルの励磁に応じて、収納体１の傾斜角
αに対応して変化する磁気応答部材３のリニア位置に応
じた振幅値を持つ交流信号が各２次コイル２１〜２４に
誘導される。夫々の誘導電圧レベルは該傾斜角αに相関
する位相角θを持つ２相の関数特性sinθ，cosθ及びそ
の逆相の関数特性−sinθ，−cosθを示す。すなわち、
各２次コイル２１〜２４の誘導出力信号は、該傾斜角α
に相関する位相角θに対応して２相の関数特性sinθ，c
osθ及びその逆相の関数特性−sinθ，−cosθで振幅変
調された状態で夫々出力されるように設定することがで
きる。説明の便宜上、コイルの巻数等、その他の条件に
従う係数は省略し、２次コイル２１をサイン相として、
その出力信号を「sinθ・sinωｔ」で示し、２次コイル
２２をコサイン相として、その出力信号を「cosθ・sin
ωｔ」で示す。また、２次コイル２３をマイナス・サイ
ン相として、その出力信号を「−sinθ・sinωｔ」で示
し、２次コイル２４をマイナス・コサイン相として、そ
の出力信号を「−cosθ・sinωｔ」で示す。サイン相と
マイナス・サイン相の誘導出力を差動的に合成すること
によりサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号
Ａ（＝２sinθ・sinωｔ）が得られる。また、コサイン
相とマイナス・コサイン相の誘導出力を差動的に合成す
ることによりコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力
交流信号Ｂ（＝２cosθ・sinωｔ）が得られる。なお、
表現の簡略化のために、係数「２」を省略して、以下で
は、第１の出力交流信号Ａを「sinθ・sinωｔ」で表わ
し、第２の出力交流信号Ｂを「cosθ・sinωｔ」で表わ
す。

【００１８】こうして、傾斜角αに相関する位相角θを
持つ第１の関数値sinθを振幅値として持つ第１の出力
交流信号Ａ＝sinθ・sinωｔと、同じ位相角θに対応す
る第２の関数値cosθを振幅値として持つ第２の出力交
流信号Ｂ＝cosθ・sinωｔとが出力される。このような
コイル構成によれば、回転型位置検出装置として従来知
られたレゾルバにおいて得られるのと同様の、同相交流
であって２相の振幅関数を持つ２つの出力交流信号Ａ，
Ｂ（サイン出力とコサイン出力）をコイル部２から得る
ことができることが理解できる。このコイル部２から出
力される２相の出力交流信号（Ａ＝sinθ・sinωｔとＢ
＝cosθ・sinωｔ）は、従来知られたレゾルバの出力と
同様の使い方をすることができる。例えば、図２に示す
ように、コイル部２の出力交流信号Ａ，Ｂを適切なディ
ジタル位相検出回路４０に入力し、前記サイン関数sin
θとコサイン関数cosθの位相値θをディジタル位相検
出方式によって検出し、位相角θのディジタルデータＤ
θを得るようにすることができる。従って、ディジタル
データＤθを傾斜角αの検知データとして利用すること
ができる。このディジタル位相検出回路４０で採用する
ディジタル位相検出方式としては、公知のＲ−Ｄ（レゾ
ルバ−ディジタル）コンバータを適用してもよいし、本
発明者らによって開発済の新方式を採用してもよい。

【００１９】磁気応答部材３の形状は球に限らず、円筒
形その他の適宜の形状であってもよい。また、磁気応答
部材３は固形のものに限らず、例えば磁性流体や磁性粉
体のような非固定形状の物体からなるものであってもよ
い。また、磁気応答部材３の材質は磁性体に限らず、銅
のような良導電体であってもよい。図３は磁気応答部材
３のいくつかの変更例を示すもので、（ａ）は円筒形状
の固形の磁気応答部材３ａを示す。（ｂ）は適量の磁性
流体３ｂを磁気応答部材３として使用する例を示す。
（ｃ）は適量の磁性粉体３ｃを磁気応答部材３として使
用する例を示す。なお、磁性粉体３ｃは、微粉体に限ら
ず、砂鉄のような粒体であってもよい。また、特に図示
しないが、利用目的によっては、図１のような固形の磁
気応答部材３を使用する場合に、通路１ａ内に非磁性の
粘性流体を封入し、傾斜に応じた磁気応答部材３の動き
に対して適量のダンプ作用を及ぼすようにしてもよい。

【００２０】また、本来の傾斜動又は振動から派生する
磁気応答部材３の不所望の慣性動を抑制するために、永
久磁石と導電体とを適切に配置するようにしてもよい。
例えば、収納体１を、銅又はアルミニウムのような非磁
性・良導電体のチューブにより構成し、磁気応答部材３
を、球状の永久磁石と磁性体の複合体によって構成すれ
ばよい。球状の永久磁石と磁性体の複合体としては、例
えば、球の内部が磁性体であり、その外周に球状の永久
磁石を形成してなるものを使用することができる。球状
の永久磁石は公知であるためこれを利用し、その内部に
磁性体を設ければよい。あるいは、鉄等の磁性体からな
る小球の周囲に、サッカーボール表皮のようなパッチ状
に複数の永久磁石を貼り付ることによっても、永久磁石
と磁性体の複合体からなる磁気応答部材３を形成するこ
とができる。これにより、「ラルゴの円板」として知ら
れている原理に従って動作することになり、磁気応答部
材３が変位したとき、該部材３に設けられた永久磁石の
作用によって、収納体１のチューブを構成している導電
体に渦電流が流れ、該磁気応答部材３の動きを抑制する
ように作用する。従って、不所望の慣性動を抑制するこ
とができる。また、その変更例として、１又は複数個の
永久磁石を収納体１の側に固定し、磁気応答部材３を非
磁性の良導電体によって構成し、収納体１はプラスチッ
ク等の非磁性・非導電体で構成するようにしてもよい。

【００２１】図１では、チューブ状の収納体１の周囲に
円筒状のボビン若しくは巻き軸を設定してそこにコイル
部２を設けた構成であるが、これに限らず、図４のよう
に、曲げられたチューブ（収納体１）の周りに直接的に
コイル部２を嵌め込んだ構成であってもよい。収納体１
内の通路１ａのわん曲は図示のような形態に限らず、も
っと大きくとってもよい。通路１ａのわん曲を大きくす
るほど、実際の傾斜角αに対する磁気応答部材３の変位
量が相対的に小さくなる（通路１ａ内を動きにくくな
る）。従って、収納体１内の通路１ａのわん曲を調整す
ることにより、検知しようとする傾斜角αの感度調整若
しくは検知可能角範囲の調整を行うことができる。容易
に理解できるように、このように通路１ａのわん曲の調
整によって検知感度又は範囲調整機能を持つことは、本
発明によれば、所定以上若しくは所定範囲の傾斜に応答
して傾斜の有無の検知を行うことができる傾斜計を提供
することもできることを意味する。また、上記各実施例
において、コイル部２における１次及び２次コイルの数
及び配置も様々な変形や設計変更が可能である。また、
２次コイル出力信号の相数もサイン，コサインの２相に
限らず、他の形態、例えば１２０度ずれた３相タイプ、
であってもよい。

【００２２】以上のような傾斜計１０は通路１ａの方向
に沿う一方向（１軸）のみについての傾斜を検出するこ
とができるものである。例えば、建設機械の作業アーム
の傾斜検出のように、目的の傾斜方向が所定の一方向に
決まっている場合は、この傾斜計１０を１つ設ければよ
い。しかし、車体の前後の傾斜と左右横方向の傾斜を検
出するような場合あるいはその他の場合のように、少な
くとも２方向についての傾斜を検出したい場合は、この
傾斜計１０を少なくとも２個互いに異なる所定の方向に
配置し、２次元的な傾斜検出装置を構成することができ
る。図５は、その一例を略示するものであり、互いに９
０度の角度で交差するように２つの傾斜計１０Ｘ，１０
Ｙを組み合わせて取付けベース部２０に設け、２次元的
な傾斜検出装置を構成したものである。各傾斜計１０
Ｘ，１０Ｙは、上述した傾斜計１０と同一構成である。
すなわち、第１の傾斜計１０Ｘは第１の軸（例えばＸ軸
とする）に対応して設けられ、該第１の軸（Ｘ軸）に直
角な方向（Ｙ方向）に揺動自在に枢支されている。ま
た、第２の傾斜計１０Ｙは第２の軸（例えばＹ軸とす
る）に対応して設けられ、該第２の軸（Ｙ軸）に直角な
方向（Ｘ方向）に揺動自在に枢支されている。例えば、
第１の傾斜計１０Ｘが図１の傾斜計１０と同じ配置であ
るとすると、これに直交する関係で同様の構成の第２の
傾斜計１０Ｙが設けられることになる。よって、第２の
傾斜計１０Ｙは、Ｙ軸を揺動軸として、ブランコ状に揺
動自在に枢支されている。

【００２３】これにより、第１の傾斜計１０Ｘにおける
前記収納体１の通路１ａはＸ軸の方向に延びるものとな
り、該第１の傾斜計１０ＸはＸ軸方向に関する傾斜成分
を検出し、かつ、第１の軸に直角な方向（Ｙ軸）に関す
る傾斜に対しては取付けベース部２０に対して自在に振
れることにより応答しないようになっている。また、第
２の傾斜計１０Ｙにおける収納体１の通路１ａはＹ軸の
方向に延びるものとなり、該第２の傾斜計１０ＹはＹ軸
方向に関する傾斜成分を検出し、かつ、第２の軸に直角
な方向（Ｘ軸）に関する傾斜に対しては取付けベース部
２０に対して自在に振れることにより応答しないように
なっている。このように、各軸傾斜成分のみを効率的に
抽出することができ、２次元的な傾斜検出の精度を向上
させることができる。しかも、複雑なジャイロスコープ
構造を必要としないので、極めて簡易な構成で済んでい
る。各軸傾斜計１０Ｘ，１０Ｙのコイル部２は、それぞ
れ図２と同様のコイル構成及び接続とすることができ
る。その場合、Ｘ軸方向の傾斜成分についての傾斜量
（θ）に応じた２相出力信号Ａ，ＢがＸ軸傾斜計１０Ｘ
のコイル部２から出力され、Ｙ軸方向の傾斜成分につい
ての傾斜量（θ）に応じた２相出力信号Ａ，ＢがＹ軸傾
斜計１０Ｙのコイル部２から出力される。

【００２４】次に、上記各実施例におけるコイル部２か
ら出力される２相の出力交流信号Ａ，Ｂ（図２）に基づ
き傾斜量θを検出する処理回路の一例について説明す
る。図６は、ディジタル位相検出回路４０として、公知
のＲ−Ｄ（レゾルバ−ディジタル）コンバータを適用し
た例を示す。コイル部２の２次コイル２１〜２４から出
力されるレゾルバタイプの２相の出力交流信号Ａ＝sin
θ・sinωｔとＢ＝cosθ・sinωｔが、それぞれアナログ
乗算器３０，３１に入力される。順次位相発生回路３２
では位相角φのディジタルデータを発生し、サイン・コ
サイン発生回路３３から該位相角φに対応するサイン値
sinφとコサイン値cosφのアナログ信号を発生する。乗
算器３０では、サイン相の出力交流信号Ａ＝sinθ・sin
ωｔに対してサイン・コサイン発生回路３３からのコサ
イン値cosφを乗算し、「cosφ・sinθ・sinωｔ」を得
る。もう一方の乗算器３１では、コサイン相の出力交流
信号Ｂ＝cosθ・sinωｔに対してサイン・コサイン発生
回路３３からのサイン値sinφを乗算し、「sinφ・cosθ
・sinωｔ」を得る。引算器３４で、両乗算器３０，３１
の出力信号の差を求め、この引算器３４の出力によって
順次位相発生回路３２の位相発生動作を次のように制御
する。すなわち、順次位相発生回路３２の発生位相角φ
を最初は０にリセットし、以後順次増加していき、引算
器３４の出力が０になったとき増加を停止する。引算器
３４の出力が０になるのは、「cosφ・sinθ・sinωｔ」
＝「sinφ・cosθ・sinωｔ」が成立したときであり、す
なわち、φ＝θが成立し、順次位相発生回路３２から位
相角φのディジタルデータが出力交流信号Ａ，Ｂの振幅
関数の位相角θのディジタル値に一致している。従っ
て、任意のタイミングで周期的にリセットトリガを与え
て順次位相発生回路３２の発生位相角φを０にリセット
して、該位相角φのインクリメントを開始し、引算器３
４の出力が０になったとき、該インクリメントを停止
し、位相角θのディジタルデータを得る。なお、順次位
相発生回路３２をアップダウンカウンタ及びＶＣＯを含
んで構成し、引算器３４の出力によってＶＣＯを駆動し
てアップダウンカウンタのアップ／ダウンカウント動作
を制御するようにすることが知られており、その場合
は、周期的なリセットトリガは不要である。

【００２５】温度変化等によってコイル部２の１次及び
２次コイルのインピーダンスが変化することにより２次
出力交流信号における電気的交流位相ωｔに誤差が生じ
るが、上記のような位相検出回路においては、sinωｔ
の位相誤差は自動的に相殺されるので、好都合である。
これに対して、従来知られた２相交流信号（例えばsin
ωｔとcosωｔ）で励磁することにより１相の出力交流
信号に電気的位相シフトが生じるようにした方式では、
そのような温度変化等に基づく出力位相誤差を除去する
ことができない。ところで、上記のような従来のＲ−Ｄ
コンバータからなる位相検出回路は、追従比較方式であ
るため、φを追従カウントするときのクロック遅れが生
じ、応答性が悪い、という問題がある。そこで、本発明
者等は、以下に述べるような新規な位相検出回路を開発
したので、これを使用すると好都合である。

【００２６】図７は、本発明に係る傾斜検出装置に適用
される新規なディジタル位相検出回路４０の一実施形態
を示している。図７において、検出回路部４１では、カ
ウンタ４２で所定の高速クロックパルスＣＫをカウント
し、そのカウント値に基づき励磁信号発生回路４３から
励磁用の交流信号（例えばｓｉｎωｔ）を発生し、コイ
ル部２の１次コイル１１〜１５に与える。カウンタ４２
のモジュロ数は、励磁用の交流信号の１周期に対応して
おり、説明の便宜上、そのカウント値の０は、基準のサ
イン信号sinωｔの０位相に対応しているものとする。
コイル部２の２次コイル２１〜２４から出力される２相
の出力交流信号Ａ＝sinθ・sinωｔとＢ＝cosθ・sinωｔ
は、検出回路部４１に入力される。

【００２７】検出回路部４１において、第１の交流出力
信号Ａ＝sinθ・sinωｔが位相シフト回路４４に入力さ
れ、その電気的位相が所定量位相シフトされ、例えば９
０度進められて、位相シフトされた交流信号Ａ’＝sin
θ・cosωｔが得られる。また、検出回路部４１において
は加算回路４５と減算回路４６とが設けられており、加
算回路４５では、位相シフト回路４４から出力される上
記位相シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・cosωｔとコ
イル部２の２次コイルから出力され第２の交流出力信号
Ｂ＝cosθ・sinωｔとが加算され、その加算出力とし
て、Ｂ＋Ａ’＝cosθ・sinωｔ＋sinθ・cosωｔ＝sin
（ωｔ＋θ）なる略式で表わせる第１の電気的交流信号
Ｙ１が得られる。減算回路４６では、上記位相シフトさ
れた交流信号Ａ’＝sinθ・cosωｔと上記第２の交流出
力信号Ｂ＝cosθ・sinωｔとが減算され、その減算出力
として、Ｂ−Ａ’＝cosθ・sinωｔ−sinθ・cosωｔ＝si
n（ωｔ−θ）なる略式で表わせる第２の電気的交流信
号Ｙ２が得られる。このようにして、検出対象傾斜角θ
に対応して正方向にシフトされた電気的位相角（＋θ）
を持つ第１の電気的交流信号Ｙ１＝sin（ωｔ＋θ）
と、同じ前記検出対象位置（ｘ）に対応して負方向にシ
フトされた電気的位相角（−θ）を持つ第２の電気的交
流信号Ｙ２＝sin（ωｔ−θ）とが、電気的処理によっ
て夫々得られる。

【００２８】加算回路４５及び減算回路４６の出力信号
Ｙ１，Ｙ２は、夫々ゼロクロス検出回路４７，４８に入
力され、それぞれのゼロクロスが検出される。ゼロクロ
スの検出の仕方としては、例えば、各信号Ｙ１，Ｙ２の
振幅値が負から正に変化するゼロクロスつまり０位相を
検出する。各回路４７，４８で検出したゼロクロス検出
パルスつまり０位相検出パルスは、ラッチパルスＬＰ
１，ＬＰ２として、ラッチ回路４９，５０に入力され
る。ラッチ回路４９，５０では、カウンタ４２のカウン
ト値を夫々のラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２のタイミング
でラッチする。前述のように、カウンタ４２のモジュロ
数は励磁用の交流信号の１周期に対応しており、そのカ
ウント値の０は基準のサイン信号sinωｔの０位相に対
応しているものとしたので、各ラッチ回路４９，５０に
ラッチしたデータＤ１，Ｄ２は、それぞれ、基準のサイ
ン信号sinωｔに対する各出力信号Ｙ１，Ｙ２の位相ず
れに対応している。各ラッチ回路４９，５０の出力は誤
差計算回路５１に入力されて、「（Ｄ１＋Ｄ２）／２」
の計算が行なわれる。なお、この計算は、実際は、「Ｄ
１＋Ｄ２」のバイナリデータの加算結果を１ビット下位
にシフトすることで行われるようになっていてよい。

【００２９】ここで、コイル部２と検出回路部４１間の
配線ケーブル長の長短による影響や、コイル部２の各１
次及び２次コイルにおいて温度変化等によるインピーダ
ンス変化が生じていることを考慮して、その出力信号の
位相変動誤差を「±ｄ」で示すと、検出回路部４１にお
ける上記各信号は次のように表わされる。 Ａ＝sinθ・sin（ωｔ±ｄ） Ａ’＝sinθ・cos（ωｔ±ｄ） Ｂ＝cosθ・sin（ωｔ±ｄ） Ｙ１＝sin（ωｔ±ｄ＋θ） Ｙ２＝sin（ωｔ±ｄ−θ） Ｄ１＝±ｄ＋θ Ｄ２＝±ｄ−θ

【００３０】すなわち、各位相ずれ測定データＤ１，Ｄ
２は、基準のサイン信号sinωｔを基準位相に使用して
位相ずれカウントを行なうので、上記のように位相変動
誤差「±ｄ」を含む値が得られてしまう。そこで、誤差
計算回路５１において、「（Ｄ１＋Ｄ２）／２」の計算
を行なうことにより、 により、位相変動誤差「±ｄ」を算出することができ
る。

【００３１】誤差計算回路５１で求められた位相変動誤
差「±ｄ」のデータは、減算回路５２に与えられ、一方
の位相ずれ測定データＤ１から減算される。すなわち、
減算回路５２では、「Ｄ１−（±ｄ）」の減算が行なわ
れるので、 Ｄ１−（±ｄ）＝±ｄ＋θ−（±ｄ）＝θ となり、位相変動誤差「±ｄ」を除去した正しい検出位
相差θを示すディジタルデータが得られる。このよう
に、本発明によれば、位相変動誤差「±ｄ」が相殺され
て、検出対象傾斜量θに対応する正しい位相差θのみが
抽出されることが理解できる。

【００３２】この点を図８を用いて更に説明する。図８
においては、位相測定の基準となるサイン信号sinωｔ
と前記第１及び第２の交流信号Ｙ１，Ｙ２の０位相付近
の波形を示しており、同図（ａ）は位相変動誤差がプラ
ス（＋ｄ）の場合、（ｂ）はマイナスの場合（−ｄ）を
示す。同図（ａ）の場合、基準のサイン信号sinωｔの
０位相に対して第１の信号Ｙ１の０位相は「θ＋ｄ」だ
け進んでおり、これに対応する位相差検出データＤ１は
「θ＋ｄ」に相当する位相差を示す。また、基準のサイ
ン信号sinωｔの０位相に対して第２の信号Ｙ２の０位
相は「−θ＋ｄ」だけ遅れており、これに対応する位相
差検出データＤ２は「−θ＋ｄ」に相当する位相差を示
す。この場合、誤差計算回路５１では、 により、位相変動誤差「＋ｄ」を算出する。そして、減
算回路５２により、 Ｄ１−（＋ｄ）＝＋ｄ＋θ−（＋ｄ）＝θ が計算され、正しい位相差θが抽出される。

【００３３】図８（ｂ）の場合、基準のサイン信号sin
ωｔの０位相に対して第１の信号Ｙ１の０位相は「θ−
ｄ」だけ進んでおり、これに対応する位相差検出データ
Ｄ１は「θ−ｄ」に相当する位相差を示す。また、基準
のサイン信号sinωｔの０位相に対して第２の信号Ｙ２
の０位相は「−θ−ｄ」だけ遅れており、これに対応す
る位相差検出データＤ２は「−θ−ｄ」に相当する位相
差を示す。この場合、誤差計算回路５１では、 により、位相変動誤差「−ｄ」を算出する。そして、減
算回路５２により、 Ｄ１−（−ｄ）＝−ｄ＋θ−（−ｄ）＝θ が計算され、正しい位相差θが抽出される。なお、減算
回路５２では。「Ｄ２−（±ｄ）」の減算を行なうよう
にしてもよく、原理的には上記と同様に正しい位相差θ
を反映するデータ（−θ）が得られることが理解できる
であろう。

【００３４】また、図８からも理解できるように、第１
の信号Ｙ１と第２の信号Ｙ２との間の電気的位相差は２
θであり、常に、両者における位相変動誤差「±ｄ」を
相殺した正確な位相差θの２倍値を示していることにな
る。従って、図７におけるラッチ回路４９，５０及び誤
差計算回路５１及び減算回路５２等を含む回路部分の構
成を、信号Ｙ１，Ｙ２の電気的位相差２θをダイレクト
に求めるための構成に適宜変更するようにしてもよい。
例えば、ゼロクロス検出回路４７から出力される第１の
信号Ｙ１の０位相に対応するパルスＬＰ１の発生時点か
ら、ゼロクロス検出回路４８から出力される第２の信号
Ｙ２の０位相に対応するパルスＬＰ２の発生時点までの
間を適宜の手段でゲートし、このゲート期間をカウント
することにより、位相変動誤差「±ｄ」を相殺した、電
気的位相差（２θ）に対応するディジタルデータを得る
ことができ、これを１ビット下位にシフトすれば、θに
対応するデータが得られる。

【００３５】ところで、上記実施例では、＋θをラッチ
するためのラッチ回路４９と、−θをラッチするための
ラッチ回路５０とでは、同じカウンタ４２の出力をラッ
チするようにしており、ラッチしたデータの正負符号に
ついては特に言及していない。しかし、データの正負符
号については、本発明の趣旨に沿うように、適宜の設計
的処理を施せばよい。例えば、カウンタ４２のモジュロ
数が４０９６（１０進数表示）であるとすると、そのデ
ィジタルカウント０〜４０９５を０度〜３６０度の位相
角度に対応させて適宜に演算処理を行なうようにすれば
よい。最も単純な設計例は、カウンタ４２のカウント出
力の最上位ビットを符号ビットとし、ディジタルカウン
ト０〜２０４７を＋０度〜＋１８０度に対応させ、ディ
ジタルカウント２０４８〜４０９５を−１８０度〜−０
度に対応させて、演算処理を行なうようにしてもよい。
あるいは、別の例として、ラッチ回路５０の入力データ
又は出力データを２の補数に変換することにより、ディ
ジタルカウント４０９５〜０を−３６０度〜−０度の負
の角度データ表現に対応させるようにしてもよい。

【００３６】ところで、傾斜が静止状態のときは特に問
題ないのであるが、検出対象傾斜量θが時間的に変化す
るときは、それに対応する位相角θも時間的に変動する
ことになる。その場合、加算回路４５及び減算回路４６
の各出力信号Ｙ１，Ｙ２の位相ずれ量θが一定値ではな
く、移動速度に対応して時間的に変化する動特性を示す
ものとなり、これをθ(t)で示すと、各出力信号Ｙ１，
Ｙ２は、 Ｙ１＝sin｛ωｔ±ｄ＋θ(t)｝ Ｙ２＝sin｛ωｔ±ｄ−θ(t)｝ となる。すなわち、基準信号sinωｔの周波数に対し
て、進相の出力信号Ｙ１は＋θ(t)に応じて周波数が高
くなる方向に周波数遷移し、遅相の出力信号Ｙ２は−θ
(t)に応じて周波数が低くなる方向に周波数遷移する。
このような動特性の下においては、基準信号sinωｔの
１周期毎に各信号Ｙ１，Ｙ２の周期が互いに逆方向に次
々に遷移していくので、各ラッチ回路４９，５０におけ
る各ラッチデータＤ１，Ｄ２の計測時間基準が異なって
くることになり、両データＤ１，Ｄ２を単純に回路５
１，５２で演算するだけでは、正確な位相変動誤差「±
ｄ」を得ることができない。

【００３７】このような問題を回避するための最も簡単
な方法は、図７の構成において、傾斜量θが時間的に動
いているときの出力を無視し、静止状態のときの出力の
みを用いて、静止状態が得られた時の傾斜量θを測定す
るように装置の機能を限定することである。すなわち、
そのような限定された目的のために本発明を実施するよ
うにしてもよいものである。また、振動の最大振幅のと
きの傾斜量θを検出することのみで足りる場合も、最大
振幅時の傾斜検出値をピークホールドするような処理の
仕方で対処できる。一方、検出対象傾斜量θが時間的に
変化している最中であっても時々刻々の該検出対象傾斜
量θに対応する位相差θを正確に検出できるようにした
い、という要求もアプリケーションの場面によってはあ
り得る。そこで、検出対象傾斜が時間的に変化している
最中であっても時々刻々の該検出対象傾斜量θに対応す
る位相差θを検出できるようにした改善策について図９
を参照して説明する。

【００３８】図９は、図７の検出回路部４１における誤
差計算回路５１と減算回路５２の部分の変更例を抽出し
て示しており、他の図示していない部分の構成は図７と
同様であってよい。検出対象傾斜量θが時間的に変化し
ている場合における該傾斜量θに対応する位相差θを、
＋θ（ｔ）および−θ（ｔ）で表わすと、各出力信号Ｙ
１，Ｙ２は前記のように表わせる。そして、夫々に対応
してラッチ回路４９，５０で得られる位相ずれ測定値デ
ータＤ１，Ｄ２は、 Ｄ１＝±ｄ＋θ(t) Ｄ２＝±ｄ−θ(t) となる。この場合、±ｄ＋θ(t) は、θの時間的変化に
応じて、プラス方向に０度から３６０度の範囲で繰り返
し時間的に変化してゆく。また、±ｄ−θ(t) は、θの
時間的変化に応じて、マイナス方向に３６０度から０度
の範囲で繰り返し時間的に変化してゆく。従って、±ｄ
＋θ(t) ≠ ±ｄ−θ(t) のときもあるが、両者の変化
が交差するときもあり、そのときは±ｄ＋θ(t) ＝ ±
ｄ−θ(t) が成立する。このように、±ｄ＋θ(t) ＝
±ｄ−θ(t) が成立するときは、各出力信号Ｙ１，Ｙ２
の電気的位相が一致しており、かつ、夫々のゼロクロス
検出タイミングに対応するラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２
の発生タイミングが一致していることになる。

【００３９】図９において、一致検出回路５３は、各出
力信号Ｙ１，Ｙ２ののゼロクロス検出タイミングに対応
するラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２の発生タイミングが、
一致したことを検出し、この検出に応答して一致検出パ
ルスＥＱＰを発生する。一方、時変動判定回路５４で
は、適宜の手段により（例えば一方の位相差測定データ
Ｄ１の値の時間的変化の有無を検出する等の手段によ
り）、検出対象傾斜角θが時間的に変化するモードであ
ることを判定し、この判定に応じて時変動モード信号Ｔ
Ｍを出力する。誤差計算回路５１と減算回路５２との間
にセレクタ５５が設けられており、上記時変動モード信
号ＴＭが発生されていないとき、つまりＴＭ＝“０”す
なわち検出対象傾斜角θが時間的に変化していないと
き、セレクタ入力Ｂに加わる誤差計算回路５１の出力を
選択して減算回路５２に入力する。このようにセレクタ
５５の入力Ｂが選択されているときの図９の回路は、図
７の回路と等価的に動作する。すなわち、検出対象傾斜
角θが静止しているときは、誤差計算回路５１の出力デ
ータがセレクタ５５の入力Ｂを介して減算回路５２に直
接的に与えられ、図７の回路と同様に動作する。

【００４０】一方、上記時変動モード信号ＴＭが発生さ
れているとき、つまりＴＭ＝“１”すなわち検出対象傾
斜角θが時間的に変化しているときは、セレクタ５５の
入力Ａに加わるラッチ回路５６の出力を選択して減算回
路５２に入力する。上記時変動モード信号ＴＭが“１”
で、かつ前記一致検出パルスＥＱＰが発生されたとき、
アンドゲート５７の条件が成立して、該一致検出パルス
ＥＱＰに応答するパルスがアンドゲート５７から出力さ
れ、ラッチ回路５６に対してラッチ命令を与える。ラッ
チ回路５６は、このラッチ命令に応じてカウンタ４２の
出力カウントデータをラッチする。ここで、一致検出パ
ルスＥＱＰが生じるときは、カウンタ４２の出力をラッ
チ回路４９，５０に同時にラッチすることになるので、
Ｄ１＝Ｄ２であり、ラッチ回路５６にラッチするデータ
は、Ｄ１又はＤ２（ただしＤ１＝Ｄ２）に相当してい
る。

【００４１】また、一致検出パルスＥＱＰは、各出力信
号Ｙ１，Ｙ２のゼロクロス検出タイミングが一致したと
き、すなわち「±ｄ＋θ(t) ＝ ±ｄ−θ(t)」が成立し
たとき、発生されるので、これに応答してラッチ回路５
６にラッチされるデータは、Ｄ１又はＤ２（ただしＤ１
＝Ｄ２）に相当しているが故に、 （Ｄ１＋Ｄ２）／２ と等価である。このことは、 （Ｄ１＋Ｄ２）／２＝[{±ｄ＋θ(t)}＋{±ｄ−θ(t)}]／２ ＝２（±ｄ）／２＝±ｄ であることを意味し、ラッチ回路５６にラッチされたデ
ータは、位相変動誤差「±ｄ」を正確に示しているもの
であることを意味する。

【００４２】こうして、検出対象傾斜量θが時間的に変
動しているときは、位相変動誤差「±ｄ」を正確に示す
データが一致検出パルスＥＱＰに応じてラッチ回路５６
にラッチされ、このラッチ回路５６の出力データがセレ
クタ５５の入力Ａを介して減算回路５２に与えられる。
従って、減算回路５２では、位相変動誤差「±ｄ」を除
去した検出対象傾斜量θのみに正確に応答するデータθ
（時間的に変動する場合はθ(t) ）を得ることができ
る。なお、図９において、アンドゲート５７を省略し
て、一致検出パルスＥＱＰを直接的にラッチ回路５６の
ラッチ制御入力に与えるようにしてもよい。また、ラッ
チ回路５６には、カウンタ４２の出力カウントデータに
限らず、図９で破線で示すように誤差計算回路５１の出
力データ「±ｄ」をラッチするようにしてもよい。その
場合は、一致検出パルスＥＱＰの発生タイミングに対し
て、それに対応する誤差計算回路５１の出力データの出
力タイミングが、ラッチ回路４９，５０及び誤差計算回
路５１の回路動作遅れの故に、幾分遅れるので、適宜の
時間遅れ調整を行なった上で、誤差計算回路５１の出力
をラッチ回路５６にラッチするようにするとよい。ま
た、動特性のみを考慮して検出回路部４１を構成する場
合は、図９の回路５１及びセレクタ５５と図７の一方の
ラッチ回路４９又は５０を省略してもよいことが、理解
できるであろう。

【００４３】図１０は、位相変動誤差「±ｄ」を相殺す
ることができる位相差検出演算法についての別の実施例
を示す。コイル部２の２次コイル２１〜２４から出力さ
れるレゾルバタイプの前記第１及び第２の交流出力信号
Ａ，Ｂは、検出回路部６０に入力され、図７の例と同様
に、第１の交流出力信号Ａ＝sinθ・sinωｔが位相シフ
ト回路４４に入力され、その電気的位相が所定量位相シ
フトされて、位相シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・co
sωｔが得られる。また、減算回路４６では、上記位相
シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・cosωｔと上記第２
の交流出力信号Ｂ＝cosθ・sinωｔとが減算され、その
減算出力として、Ｂ−Ａ’＝cosθ・sinωｔ−sinθ・cos
ωｔ＝sin（ωｔ−θ）なる略式で表わせる電気的交流
信号Ｙ２が得られる。減算回路４６の出力信号Ｙ２はゼ
ロクロス検出回路４８に入力され、ゼロクロス検出に応
じてラッチパルスＬＰ２が出力され、ラッチ回路５０に
入力される。

【００４４】図１０の実施例が図７の実施例と異なる点
は、検出対象傾斜に対応する電気的位相ずれを含む交流
信号Ｙ２＝sin（ωｔ−θ）から、その位相ずれ量θを
測定する際の基準位相が相違している点である。図７の
例では、位相ずれ量θを測定する際の基準位相は、基準
のサイン信号sinωｔの０位相であり、これは、検出装
置１０のコイル部２に入力されるものではないので、温
度変化等によるコイルインピーダンス変化やその他の各
種要因に基づく位相変動誤差「±ｄ」を含んでいないも
のである。そのために、図７の例では、２つの交流信号
Ｙ１＝sin（ωｔ＋θ）及びＹ２＝sin（ωｔ−θ）を形
成し、その電気的位相差を求めることにより、位相変動
誤差「±ｄ」を相殺するようにしている。これに対し
て、図１０の実施例では、コイル部２から出力される第
１及び第２の交流出力信号Ａ，Ｂを基にして、位相ずれ
量θを測定する際の基準位相を形成し、該基準位相その
ものが上記位相変動誤差「±ｄ」を含むようにすること
により、上記位相変動誤差「±ｄ」を排除するようにし
ている。

【００４５】すなわち、検出回路部６０において、コイ
ル部２から出力された前記第１及び第２の交流出力信号
Ａ，Ｂがゼロクロス検出回路６１，６２に夫々入力さ
れ、それぞれのゼロクロスが検出される。なお、ゼロク
ロス検出回路６１，６２は、入力信号Ａ，Ｂの振幅値が
負から正に変化するゼロクロス（いわば０位相）と正か
ら負に変化するゼロクロス（いわば１８０度位相）のど
ちらにでも応答してゼロクロス検出パルスを出力するも
のとする。これは信号Ａ，Ｂの振幅の正負極性を決定す
るsinθとcosθがθの値に応じて任意に正又は負となる
ため、両者の合成に基づき３６０度毎のゼロクロスを検
出するためには、まず１８０度毎のゼロクロスを検出す
る必要があるためである。両ゼロクロス検出回路６１，
６２から出力されるゼロクロス検出パルスがオア回路６
３でオア合成され、該オア回路６３の出力が適宜の１／
２分周パルス回路６４（例えばＴ−フリップフロップの
ような１／２分周回路とパルス出力用アンドゲートを含
む）に入力されて、１つおきに該ゼロクロス検出パルス
が取り出され、３６０度毎のゼロクロスすなわち０位相
のみに対応するゼロクロス検出パルスが基準位相信号パ
ルスＲＰとして出力される。この基準位相信号パルスＲ
Ｐは、カウンタ６５のリセット入力に与えられる。カウ
ンタ６５は所定のクロックパルスＣＫを絶えずカウント
するものであるが、そのカウント値が、前記基準位相信
号パルスＲＰに応じて繰返し０にリセットされる。この
カウンタ６５の出力がラッチ回路５０に入力され、前記
ラッチパルスＬＰ２の発生タイミングで、該カウント値
が該ラッチ回路５０にラッチされる。ラッチ回路５０に
ラッチしたデータＤが、検出対象傾斜量θに対応した位
相差θの測定データとして出力される。

【００４６】コイル部２から出力される第１及び第２の
交流出力信号Ａ，Ｂは、それぞれ、Ａ＝sinθ・sinω
ｔ、Ｂ＝cosθ・sinωｔ、であり、電気的位相は同相で
ある。従って、同じタイミングでゼロクロスが検出され
るはずであるが、振幅係数がサイン関数sinθ及びコサ
イン関数cosθで変動するので、どちらかの振幅レベル
が０か又は０に近くなる場合があり、そのような場合
は、一方については、事実上、ゼロクロスを検出するこ
とができない。そこで、この実施例では、２つの交流出
力信号Ａ＝sinθ・sinωｔ、Ｂ＝cosθ・sinωｔのそれぞ
れについてゼロクロス検出処理を行ない、両者のゼロク
ロス検出出力をオア合成することにより、どちらか一方
が振幅レベル小によってゼロクロス検出不能であって
も、他方の振幅レベル大の方のゼロクロス検出出力信号
を利用できるようにしたことを特徴としている。

【００４７】図１０の例の場合、コイル部２のコイルイ
ンピーダンス変化等による位相変動誤差が、例えば「−
ｄ」であるとすると、減算回路４６から出力される交流
信号Ｙ２は、図１１の（ａ）に示すように、Ｙ２＝sin
（ωｔ−ｄ−θ）となる。この場合、コイル部２の出力
信号Ａ，Ｂは、角度θに応じた振幅値sinθ及びcosθを
夫々持ち、図１１の（ｂ）に例示するように、Ａ＝sin
θ・sin（ωｔ−ｄ）、Ｂ＝cosθ・sin（ωｔ−ｄ）、と
いうように位相変動誤差分を含んでいる。従って、この
ゼロクロス検出に基づいて図１１の（ｃ）のようなタイ
ミングで得られる基準位相信号パルスＲＰは、本来の基
準のサイン信号sinωｔの０位相から位相変動誤差−ｄ
だけずれたものである。従って、この基準位相信号パル
スＲＰを基準として、減算回路４６の出力交流信号Ｙ２
＝sin（ωｔ−ｄ−θ）の位相ずれ量を測定すれば、位
相変動誤差−ｄを除去した正確な値θが得られることに
なる。

【００４８】なお、コイル部２の配線長等の装置条件が
定まると、そのインピーダンス変化は主に温度に依存す
ることになる。そうすると、上記位相変動誤差±ｄは、
この傾斜検出装置が配備された周辺環境の温度を示すデ
ータに相当する。従って、図７の実施例のような位相変
動誤差±ｄを演算する回路５１を有するものにおいて
は、そこで求めた位相変動誤差±ｄのデータを温度検出
データとして適宜出力することができる。従って、その
ような本発明の構成によれば、１つの傾斜検出装置によ
って検出対象の傾斜を検出することができるのみなら
ず、該傾斜検出装置の周辺環境の温度を示すデータをも
得ることができる。勿論、温度変化等によるセンサ側の
インピーダンス変化や配線ケーブル長の長短の影響を受
けることなく、検出対象の傾斜に応答した高精度の検出
が可能となる。また、図７や図１０の例は、交流信号に
おける位相差を測定する方式であるため、図６のような
検出法に比べて、高速応答性にも優れた検出を行なうこ
とができる、という優れた効果を奏する。

【００４９】上記例では、各出力信号Ｙ１，Ｙ２の位相
データＤ１，Ｄ２をディジタル演算し、傾斜検出データ
θをディジタル値で出力するようにしているが、これに
限らず、傾斜検出データθをアナログ値で出力するよう
にしてもよい。そのためには、求めた傾斜検出データθ
をＤ／Ａ変換すればよい。別の例としては、各出力信号
Ｙ１，Ｙ２のゼロクロス検出パルス（ラッチパルス）Ｌ
Ｐ１，ＬＰ２の発生タイミングと所定の励磁交流信号ｓ
ｉｎωｔのゼロクロス（０度位相）タイミングとの時間
差をアナログ積分回路で積分し、それぞれの積分電圧＋
Ｖθ，−Ｖθ（つまり位相量＋θ±ｄ，−θ±ｄにそれ
ぞれ相当するアナログ電圧）に対して図７の演算器５
１，５２と同様のアナログ演算を施すことによって結果
として、アナログの傾斜検出データθを得るようにする
ことができる。

【００５０】なお、上記各実施例において、コイル部２
と磁気応答部材３（導電体又は磁性体）による検出原理
を、公知の位相シフトタイプ位置検出原理によって構成
してもよい。例えば、図２に示されたコイル部２におい
て、１次コイル１１〜１４と２次コイル２１〜２４の励
磁と出力の関係を逆にして、サイン相のコイル（ｓ）と
マイナス・サイン相（／ｓ）のコイルを互いに逆相のサ
イン信号ｓｉｎωｔ，−ｓｉｎωｔによって励磁し、コ
サイン相のコイル（ｃ）とマイナス・コサイン相のコイ
ル（／ｃ）を互いに逆相のコサイン信号ｃｏｓωｔ，−
ｃｏｓωｔによって励磁し、コイル２ａから検出対象傾
斜量θに応じた電気的位相シフトθを含む出力信号ｓｉ
ｎ（ωｔ−θ）を得るようにしてもよい。この場合は、
温度特性の補償は行えないが、それほどの精度が要求さ
れない場合に応用できる。あるいは、コイル部２と磁気
応答部材３（導電体又は磁性体）による検出原理を、公
知の差動トランス型の位置検出原理に基づいてアナログ
検出出力を得るように構成してもよい。

【００５１】あるいは、上記各実施例において、コイル
部２の構成として、１次コイルと２次コイルの対を含む
ように構成せずに、１つのコイルのみによって構成し、
該１つのコイルを所定の交流信号によって定電圧駆動
し、該コイルへの磁性体（磁気応答部材３）の侵入量に
応じて生じるインダクタンス変化に基づく電流変化を計
測することにより、傾斜量θの検出データを得るように
してもよい。その場合、該電流変化に応答する出力信号
の振幅変化を測定する方法、あるいは該電流変化に応答
するコイル各端部での出力信号間の位相変化を測定する
方法などによって所要の測定を行うことができる。ま
た、上記各実施例において、検出データの出力形式は、
ディジタルアブソリュートデータまたはアナログ電圧デ
ータ等に限らず、インクリメンタルパルスデータあるい
はアブソリュート値を周波数変換した繰り返しパルス信
号など、利用目的に応じて適宜の形式としてよい。その
他、コイル部２と磁気応答部材３（磁性体又は導電体）
による誘導検出手段の具体的構成は任意の変形が可能で
ある。そのほか、上記実施例で示した新規かつ有意義な
構成の一部を選択的に採用して傾斜又は振動又は加速度
の検出装置を構成してもよい。なお、本発明に係る傾斜
検出装置を加速度検出装置として使用する場合は、傾斜
量θの検出データに基づき振動のピーク値を加速度対応
データとして処理するようにしてもよいし、あるいは時
変動する傾斜量θの検出データに対して微分処理等を施
すようにしてもよい。本発明の検出装置は、最終的な加
速度値を求めるものではなく、加速度検出に応用し得る
傾斜又は振動のセンサを提供するものであってよい。

【００５２】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、下側にわ
ん曲した通路を含む収納体と、前記通路内にて重力に従
って移動自在に収納された磁気応答部材と、前記収納体
において前記通路の外周に設けられたコイル部とを具え
てなる傾斜計と、この傾斜計を前記通路に直角な第１の
方向に揺動自在に枢支してなる取付けベース部とを具備
し、前記通路に沿う第２の方向に関する傾斜に応じて該
通路に沿って前記磁気応答部材が変位し、該通路におけ
る前記磁気応答部材の位置を検出する誘導出力信号を前
記コイル部より得ることにより該第２の方向に関する傾
斜を検知し、前記第１の方向に関する傾斜に対しては前
記傾斜計全体が重力方向を指向して前記取付けベース部
に対して振れることにより応答しないようにしたことを
特徴としているので、収納体が水平位置におかれている
とき、該通路内の磁気応答部材は自重により必ず所定の
位置（傾斜０に対応する一番低い位置）に位置し、第２
の方向に沿って収納体が傾くと、それに応じて通路に沿
って磁気応答部材が変位し、該通路における前記磁気応
答部材の位置を検出する誘導出力信号が前記コイル部か
ら得られるものであり、非接触で傾斜検出を行なうこと
ができ、耐久性や耐環境性にも優れており、従来にない
有用な傾斜計を提供することができる。また、第１の方
向に関する傾斜に対しては傾斜計全体が重力方向を指向
して取付けベース部に対して振れることにより応答しな
いようになっているので、所定の第２の方向に沿う１軸
の傾斜成分のみを正確に抽出して、その傾斜を検出する
ことができる。

【００５３】また、本発明に係る傾斜検出装置を、加速
度検出のために使用した場合は、下向きにわん曲した通
路での可動体つまり磁気応答部材の位置を検出する構成
であるため、わずかな加速度にも応答して通路内で可動
体つまり磁気応答部材が変位するため、低速時の加速度
検出も適切に行うことができる、という極めて優れた効
果を発揮する。更に、本発明に係る２次元の傾斜検出装
置は、第１及び第２の傾斜計を第１及び第２の軸に対応
してそれぞれ設け、該第１の傾斜計は第１の軸に直角な
方向に揺動自在に枢支し、該第２の傾斜計は第２の軸に
直角な方向に揺動自在に枢支してなることを特徴とする
ものであるから、第１の傾斜計は第１の軸（例えばＸ
軸）方向に関する傾斜成分を検出し、かつ、第１の軸に
直角な方向（例えばＹ軸）に関する傾斜に対しては取付
けベース部に対して振れることにより応答せず、また、
第２の傾斜計は第２の軸（例えばＹ軸）方向に関する傾
斜成分を検出し、かつ、第２の軸に直角な方向（例えば
Ｘ軸）に関する傾斜に対しては取付けベース部に対して
振れることにより応答しないようになっているものであ
り、各軸傾斜成分のみを効率的に抽出することができ、
２次元的な傾斜検出の精度を向上させることができる。
しかも、複雑なジャイロスコープ構造を必要としないの
で、極めて簡易な構成で済む、等の優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る傾斜検出装置の一実施例を示す
図。

【図２】 図１におけるコイル部の構成例を示す回路
図。

【図３】 図１における磁気応答部材の変更例を示す
図。

【図４】 図１における傾斜計の別の実施例を示す外観
略図。

【図５】 本発明に係る２次元的な傾斜検出装置の一実
施例を示す図。

【図６】 本発明に係る傾斜検出装置に適用可能な位相
検出タイプの測定回路の一例を示すブロック図。

【図７】 本発明に係る傾斜検出装置に適用可能な位相
検出タイプの測定回路の別の例を示すブロック図。

【図８】 図７の動作説明図。

【図９】 図７の回路に付加される変更例を示すブロッ
ク図。

【図１０】 本発明に係る傾斜検出装置に適用可能な位
相検出タイプの測定回路の更に別の例を示すブロック
図。

【図１１】 図１０の動作説明図。

【符号の説明】

１０，１０Ｘ，１０Ｙ 傾斜計 １０ａ，１０ｂ ブランコ状の揺動アーム ２０ 取付けベース部 １ 収納体 １ａ 通路 ２ コイル部 １１〜１５ １次コイル ２１〜２４ ２次コイル ３ 磁気応答部材 ４０ ディジタル位相検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤津 伸行 東京都東大和市新堀２−1453−43 (72)発明者 坂元 和也 東京都羽村市川崎１丁目１番５号、ＭＡＣ 羽村コートＩＩ−405 (72)発明者 坂本 宏 埼玉県川越市山田896−８ (72)発明者 山本 明男 東京都国立市西１−13−29 ＫＭハイツ 101

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下側にわん曲した通路を含む収納体と、
   前記通路内にて重力に従って移動自在に収納された磁気
   応答部材と、前記収納体において前記通路の外周に設け
   られたコイル部とを具えてなる傾斜計と、 この傾斜計を前記通路に直角な第１の方向に揺動自在に
   枢支してなる取付けベース部とを具備し、前記通路に沿
   う第２の方向に関する傾斜に応じて該通路に沿って前記
   磁気応答部材が変位し、該通路における前記磁気応答部
   材の位置を検出する誘導出力信号を前記コイル部より得
   ることにより該第２の方向に関する傾斜を検知し、前記
   第１の方向に関する傾斜に対しては前記傾斜計全体が重
   力方向を指向して前記取付けベース部に対して振れるこ
   とにより応答しないようにしたことを特徴とする傾斜検
   出装置。
2. 【請求項２】 第１及び第２の前記傾斜計を第１及び第
   ２の軸に対応してそれぞれ設け、該第１の傾斜計は第１
   の軸に直角な方向に揺動自在に枢支し、該第２の傾斜計
   は第２の軸に直角な方向に揺動自在に枢支してなること
   を特徴とする請求項１に記載の傾斜検出装置。
3. 【請求項３】 前記コイル部は前記通路に沿って複数の
   コイルを設けてなるものである請求項１又は２に記載の
   傾斜検出装置。
4. 【請求項４】 前記コイル部は、１相の交流信号によっ
   て励磁され、前記磁気応答部材の相対的位置に応じて、
   サイン相の振幅関数特性を示す出力交流信号と、コサイ
   ン相の振幅関数特性を示す出力交流信号との２相の出力
   交流信号を出力するものである請求項１乃至３のいずれ
   かに記載の傾斜検出装置。