JPH0337511A - 傾斜角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、物体が傾斜したとき、その傾斜角度を検出す
る傾斜角度検出装置に関するものである。

（従来の技術） 本発明者らは、先に、中空ケース内に、表面に磁性流体
が被着した永久磁石を収容し、ケース外部に磁気感応素
子を配置して、ケースが傾いたとき、内部の永久磁石が
その自重でケース内の最も低い位置へ移動するために磁
気感応素子の感知する磁気が変化することから、ケース
が傾いたことを検出する傾斜センサを提案した（特開昭
６３−２６５２０号参照）。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、その技術を応用発展させるとともに、さらに
新規な現象を有効に利用して、物体が傾斜したときの傾
斜角度を正確に検出することのできる傾斜角度検出装置
を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、ａ、密閉された
筒状中空部を有し軸が略水平になるように配置された非
磁性体ケース、ｂ、柱状若しくは環状で、軸に直角な一
方向の両端がＮ極、Ｓ極になるように着磁された２つの
永久磁石が互いに極性を逆にして同軸的に重ねられ、前
記筒状中空部に軸が互いに同一方向に向くようにして収
容された一対の永久磁石、又は、柱状若しくは環状で、
軸に直角な一方向の両端がＮ極、Ｓ極になるように着磁
され、かつそのＮ極、Ｓ極を結ぶ線と直角な方向のいず
れか一方の側に錘を有し、前記筒状中空部に軸が互いに
同一方向に向くようにして収容された１個の永久磁石、
Ｃ６前記一対又は１個の永久磁石に被着し、その被着力
により永久磁石を中空部の底面から浮上させ、非磁性体
ケースに対して相対的に回動自在とした磁性流体、 ｄ、非磁性体ケースの外側で、前記永久磁石の周面に対
向する位置に配設された磁気感応素子、 から構成される。

（作　用） 上記構成によれば、非磁性体ケースがその軸の周りに回
動しても、中空部内では永久磁石のＮ極とＳ極が水平の
位置を維持し、従って、非磁性体ケースとともに回動し
た磁気感応素子が感知する磁気が変化し、傾斜角度が検
出される。

（実施例） 以下、図面を参照して実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を示したもので、第■
図（ａ）は軸に沿って水平に切断し、それを上から見た
図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＸ−Ｘにおける縦
断面図である。

１は円筒状の胴部１ａの両端開口部を蓋１ｂで密封し、
中空部２を有する、例えばアルミニウム等からなる非磁
性体ケースで、その軸が略水平になるようにして配置さ
れる。３ａ、３ｂは、円柱状で、軸に直角な一方向の両
端がＮ極、Ｓ極になるように着磁された一対の永久磁石
であり、互いに極性を逆にして同軸的に重ねられ、その
軸が中空部２の軸と同一方向に向くようにして中空部２
内に収容されている。４は一対の永久磁石３ａ、３ｂに
被着し、その被着力により永久磁石を中空部の底面から
浮上させ、非磁性体ケース１に対して相対的に回動自在
とした磁性流体、５は、非磁性体ケース１の外側で、一
対の永久磁石のうち一方の永久磁石３ａのＮ極に対向す
る位置に配設された磁気感応素子で、本実施例では差動
型磁気抵抗素子が使用されている。

ここで、本発明の傾斜角度検出装置の動作原即を第４図
を用いて説明する。第４図で、第１図と同一名称の部分
には同一の符号を付しである。まず永久磁石３ａは、磁
性流体４の永久磁石に対する被着力により中空部の底面
から浮上せしめられ、非磁性体ケース１に対して相対的
に、軸の周りに自由に回動できるようになっている。こ
こで特筆すべきことは、非磁性体ケースｌを矢印Ｄ□又
はＤ２方向に回動しても、永久磁石３ａは、そのＮ極、
Ｓ極が大地に対して常に水平の位置を維持し、そ− のとき、磁性流体４の作用により、永久磁石３ａと非磁
性体ケースｌとはほとんど抵抗なく相対的に回動するこ
とである。

永久磁石３ａのＮ極、Ｓ極が大地に対して常に水平の位
置を維持する理由は、第５図によって説明される。磁性
流体４は永久磁石３ａのＮ極、Ｓ極部分により多く被着
する。被着した磁性流体も質量を有するから、全体の重
力バランス上安定した状態をとろうとする。そこで、第
５図（ａ）のような重心の高い不安定な姿勢はとり得ｂ
、第５図（ｂ）のように、永久磁石のＮ極とＳ極が水平
の位置を維持する姿勢をとることになる。本発明は、こ
のような現象を有効に利用しているところに最大の特徴
がある。

しかしながら、永久磁石１個を無拘束の状態で置いたと
き、次のような不都合か生じる。即ち、第６図（ａ）に
示したように、永久磁石は、Ｎ極は北へ、Ｓ極は南へ向
くように回動する。つまり、地磁気の影響がある。そこ
で、その地磁気の影響をなくするために、本発明では２
つの手段が採ら８ れる。まず第１は、２つの永久磁石を互いに極性が逆に
なるようにして同軸的に重ねる。このようにすれば、第
６図（ｂ）に示したように、各永久磁石に及ぼす地磁気
の影響が相殺され、全体として、地磁気の影響はなくな
ることになる。第２は、第６図（Ｃ）に示したように、
Ｎ極、Ｓ極を結ぶ線と直角な方向の一方の側に錘を付け
る。その錘の重力が地磁気の影響を無視できる程度のも
のであれば、永久磁石は１個でよい。

このように、地磁気の影響をなくするための前記第１の
手段により、互いに極性が逆になるようにして重ねられ
た一対の永久磁石３ａ、３ｂは、中空部２内で磁性流体
４の被着力により底面から浮上せしめられているが、そ
の自重により、どうしても磁性流体中に沈み勝ちになる
。つまり永久磁石３ａ、３ｂの軸位置が中空部２の軸位
置より下がる傾向にある。より正確な傾斜角度検出を行
なうためには、第４図に示したように、非磁性体ケース
１が矢印Ｄ□、Ｄ２のように回動したとき、磁気感応素
子５と永久磁石との距離が略等しいことが好ましい。そ
こで本実施例では、非磁性体ケース■の内壁から立ち上
がり、永久磁石３ａ、３ｂの各周面近傍までそれぞれ突
出した２つのリング状突起１ｃを設けである。このよう
な構成にすると、永久磁石３ａ、３ｂの周面とリンク状
突起ＩＣとの間隙部における磁性流体の被着力が、永久
磁石の浮上に大きく貢献することになり、軸位置が下が
るのを防止することができる。

なお、非磁性体ケース１の胴部１ａの内径を小さくし、
永久磁石の周面との間隙を全体的に小さくした場合は、
永久磁石に被着する磁性流体がその間隙部全体に充填さ
れる状態となり、その被着力が永久磁石と非磁性体ケー
スの相対的回動を妨げる抵抗となるので好ましくない。

また、相対的回動が何の抵抗もなく自由にできるように
するために、中空部２に少なくとも空間ができるように
磁性流体の量を決めるべきである。空間があり、なおか
つ永久磁石への被着力が及ばない磁性流体があっても、
その磁性流体は単なる流体として存在し、相対的回動を
妨げる抵抗とはならない。

本実施例では、磁気感応素子として、第２図に示したよ
うな差動型磁気抵抗素子６が使用されている。差動型磁
気抵抗素子は一般に周知であり、２つの抵抗パターン６
ａ、６ｂが互いに直交するように配置され、その中点す
で直列に接続され、端子ａ、ｃ間に電圧Ｖｃを印加して
電流を流す。ここで、抵抗パターン６ａ、６ｂに飽和磁
界を印加した際、抵抗パターンに流れる電流の方向と印
加磁界の方向が平行になったとき抵抗値が最大となり、
直交したとき最小となり、そして両パターンの抵抗値の
和は、磁界の印加角度に依存せずに一定となることは、
一般によく知られている。従って、１つのパターン６ａ
の出力Ｖｍに着目すれば、磁気抵抗素子６が永久磁石３
ａのＮ極（又はＳ極）正面に対向したときの中点電位を
基準にして、第４図のり、又はＤ２方向に回動すれば、
第３図に示したように出力が増減することになる。

即ち、永久磁石３ａは、中空部内でそのＮ極とＳ極が水
平の位置を維持するから、磁気抵抗素子６の出力から非
磁性体ケースエが何度傾いたかを１１− 検出することができる。

なお、磁気抵抗素子６には永久磁石３ａから飽和磁界が
印加されるので、両者の間隙ｇが、例えば、少なくとも
３ｍｍ以内で変化しても出力に大きな変動は生しない（
ただし、永久磁石の材質はＴＤＫ　　ＲＥｃ、８、直径
８ｍｍのものを使用）。また、周囲温度に対する中点電
位のドリフトも、第７図に示したように非常に小さく、
従って、検出角度の精度は非常に高い。

第８図は、本発明の第２の実施例を示したもので、地磁
気の影響をなくするための第２の手段、つまり、↓個の
永久磁石３のＮ極、Ｓ極を結ぶ線と直角な方向の一方の
側に錘７を付けたものである。この錘７は、例えば、永
久磁石３のノｑみ方向に開けた孔に抑着された鉛柱から
かり、この錘７の重力によって地磁気の影響をほとんど
無視することができる。そして、非磁性体ケースがその
軸の周りに回動しても、中空部内の永久磁石３はそのＮ
極とＳ極を水平の位置に維持するので、非磁性体ケース
とともに回動する磁気感応素子５が感】２ 知する磁気が変化し、従って、傾斜角度を検出すること
ができる。

第■の実施例では、磁気感応素子として差動型磁気抵抗
素子を用いたが、他の素子を用いてもよいことは言うま
でもない。

第９図は、本発明の第３の実施例を示したもので、磁気
感応素子として、リニアタイプのホールＩＣ８が使用さ
れている。第９図（ａ）のように、ホールＩＣ８が永久
磁石のＮ極正面に対向したとき、第９図（ｂ）のように
出力最大となり、非磁性体ケースの傾斜に伴ってホール
ＩＣが矢印方向に移動すると、永久磁石のＮ極の影響下
から次第に外れていくので、出力は減少する。

第１０図は、本発明の第４の実施例を示したもので、磁
気感応素子として、スイッチタイプのホールＩＣ９が使
用されている。この神のホールＩＣは、例えばＮ極のあ
る値以上の影響下に入ったときオンとなり、その影響下
を脱してもオンを継続し、次に、Ｓ極のある値以上の影
響下に入ったときオフとなるという特性を有する。従っ
て、まず第１０図（ｂ）の状態ではホールＩＣ９がＮ極
、Ｓ極の影響下外にあるためオフであり、非磁性体ケー
スが傾斜して第１０図（ｃ）の状態になったときオンと
なる。つぎに、その状態から第１０図（ｂ）の状態に戻
ってもオンを継続し、第１０図（ｄ）の状態になったと
きオフとなる。つまり、ホールＩＣ９のスイッチングが
切り換わる傾斜角度が明確に規定される。

第１１図は、本発明の第５の実施例を示したもので、磁
気感応素子として、リートスイッチ１０が使用されてい
る。第１１図（ａ）では、永久磁石のＮ極から出た磁束
の一部がリードスイッチ１０の一方のリードに入り、さ
らに他方のリードを経てＳ極へ入るので、リートスイッ
チ１０はオンとなる。非磁性体ケースが傾いてリードス
イッチ１０が第１１図（ｂ）又は第１１図（ｃ）の特定
の位置に移動したとき、リードスイッチ１０の両リード
の接点部は共にＳ又はＮに帯電して互いに反発するので
リードスイッチ１０はオフとなる。

なお、前記第３以降の実施例において、地磁気の影響を
なくする前記第１又は第２の手段が施されていることは
言うまでもない。

以上の各実施例は、軸に直角な一方向の両端がＮ極、Ｓ
極になるように着磁されたもの、即ち、２極の永久磁石
を使用したものであった。このように、２極の場合は、
非磁性体ケースが回動しても、永久磁石のＮ極、Ｓ極が
常に安定して水平を維持するという特徴がある。しかし
ながら、非磁性体ケースが回動しても、永久磁石が静止
を維持するという条件を満たせば、多極の永久磁石であ
ってもよい。

第１２図は、本発明の第６の実施例を示したもので、永
久磁石１１が多極（ここでは６極）の例である。

第５図（、）のように、永久磁石の真上及び真下に磁性
流体が被着する状態では不安定になるので、必ず第１２
図の状態になって安定する。磁気感応素子として磁気抵
抗素子やリニアタイプのホールＩＣを使用する場合は、
極数に応じて連続したアナログ信号が得られ、また、ス
イッチタイプのＩＣやリードスイッチの場合は、極数に
応じたパルス５ 信号が得られ、例えば回転数計などに応用できる。

しかしながら、極数が多くなると、非磁性体ケースが回
動したとき、永久磁石が静止を維持しようとする力が弱
くなるので、極数に限度がある。

実施例では、永久磁石に円柱状（又は円盤状）のものを
使用したが、軸部分に貫通孔を有する環状（又はドーナ
ツ状）であってもよい。さらに、第１３図に示したよう
に、四角柱（又は多角柱）あるいは角筒状のものでもよ
い。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、非磁性体ケース
が回動しても、中空部において磁性流体により浮上せし
められた永久磁石は静止の状態を維持するという新規な
現象を巧みに利用して傾斜角度を正確に検出することが
でき、神々の分野に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第工の実施例の断面図で、（ａ）は
軸に沿って水平に切断し、それを上から見た図、（ｂ）
は第↓図（ａ）のＸ−Ｘにおける縦断面図、６ 第２図は、同傾斜角度検出回路図、第３図は、同出力特
性図、第４図は、動作原理を説明する図、第５図は、永
久磁石のＮ極、Ｓ極が大地に対して常に水平の位置を維
持する理由の説明図、第６図は、地磁気の影響排除につ
いての説明図、第７図は、同実施例における温度ドリフ
ト特性図、第８図は、本発明の第２の実施例の構成図、
第９図は、本発明の第３の実施例の構成並びに特性図、
第１０図は、本発明の第４の実施例の構成並びに特性図
、第１１図は、本発明の第５の実施例の構成並びに動作
説明図、第１２図は、本発明の第６の実施例の構成図、
第１３図は、永久磁石に四角柱状のものを使用した例を
示す図である。 ｌ　・・・非磁性体ケース、　ｌｃ・・・リング状突起
、　２・・・中空部、　３，３ａ、３ｂ・・・永久磁石
、　４　・・・磁性流体、　５　・・・磁気感応素子、
６　・・・差動型磁気抵抗素子、　７・・・錘、　８・
・・　リニアタイプホールＩｃ、９・・・スイッチタイ
プホールＩｃ、１０・・・　リードスイッチ、１１・・
・多極永久磁石。 第 ４ 図 第 図 （ａ） （ｂ） 木＋囲 第 図 （ａ） ユし 菌 （ｂ） ル 南 （ｃ） 第 図 温度 （°Ｃ） 第 図 第 ９ 図 （ａ） （ｂ） 第 ０ 図 （ａ） ホ ルＩＣ 第 １ 図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第 ２ 図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ａ、密閉された筒状中空部を有し軸が略水平にな
   るように配置された非磁性体ケース、ｂ、柱状若しくは
   環状で、軸に直角な一方 向の両端がＮ極、Ｓ極になるように着磁された２つの永
   久磁石が互いに極性を逆にして同軸的に重ねられ、前記
   筒状中空部に軸が互いに同一方向に向くようにして収容
   された一対の永久磁石、ｃ、前記一対の永久磁石に被着
   し、その被 着力により前記永久磁石を前記中空部の底面から浮上さ
   せ、前記非磁性体ケースに対して相対的に回動自在とし
   た磁性流体、 ｄ、前記非磁性体ケースの外側で、前記一 対の永久磁石のうち一方の永久磁石の周面に対向する位
   置に配設された磁気感応素子、 からなり、前記非磁性体ケースがその軸の周りに回動し
   ても、中空部内の永久磁石はそのＮ極とＳ極を水平の位
   置に維持することから、前記非磁性体ケースとともに回
   動する前記磁気感応素子が感知する磁気が変化して傾斜
   角度を検出することを特徴とする傾斜角度検出装置。
2. （２）ａ、密閉された筒状中空部を有し軸が略水平にな
   るように配置された非磁性体ケース、ｂ、柱状若しくは
   環状で、軸に直角な一方 向の両端がＮ極、Ｓ極になるように着磁され、かつその
   Ｎ極、Ｓ極を結ぶ線と直角な方向のいずれか一方の側に
   錘を有し、前記筒状中空部に軸が互いに同一方向に向く
   ようにして収容された１個の永久磁石、 ｃ、前記永久磁石に被着し、その被着力に より前記永久磁石を前記中空部の底面から浮上させ、前
   記非磁性体ケースに対して相対的に回動自在とした磁性
   流体、 ｄ、前記非磁性体ケースの外側で、前記永 久磁石の周面に対向する位置に配設された磁気感応素子
   、 からなり、前記非磁性体ケースがその軸の周りに回動し
   ても、中空部内の永久磁石はそのＮ極とＳ極を水平の位
   置に維持することから、前記非磁性体ケースとともに回
   動する前記磁気感応素子が感知する磁気が変化して傾斜
   角度を検出することを特徴とする傾斜角度検出装置。
3. （３）磁気感応素子が差動型磁気抵抗素子である請求項
   （１）又は（２）記載の傾斜角度検出装置。
4. （４）磁気感応素子がリニアタイプのホールＩＣである
   請求項（１）又は（２）記載の傾斜角度検出装置。
5. （５）磁気感応素子がスイッチタイプのホールＩＣであ
   る請求項（１）又は（２）記載の傾斜角度検出装置。
6. （６）磁気感応素子がリードスイッチである請求項（１
   ）又は（２）記載の傾斜角度検出装置。
7. （７）非磁性体ケースは、その内壁から立ち上がり、永
   久磁石の周面近傍まで突出した複数のリング状突起を有
   することを特徴とする請求項（１）又は（２）記載の傾
   斜角度検出装置。
8. （８）請求項（１）又は（２）のｂ、における柱状若し
   くは環状の永久磁石を多極の永久磁石に置き換えてなる
   傾斜角度検出装置。