JPH0534150A - 傾斜角センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で量産性に優れ、製造コストが安
価で、しかも傾斜角の大きさにかかわらず常に精度良
く、敏速に傾斜角が測定できる傾斜角センサを得る。 【構成】 環状のガイド筒１の中に磁性体球２が移動自
在の状態で封入されている。コイル３はガイド筒１の外
部に付設されている。環状のガイド筒１が軸５を中心に
して外周方向に傾斜すると磁性体球２とコイル３の位置
関係が変化する。その結果、コイル３の磁気抵抗が変化
するので、この磁気抵抗の変化を検出することにより、
ガイド筒１の傾斜角が測定される。これにより、この傾
斜角センサを組み込んだ機械や車輌等の傾きがわかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の機械や車輌等が
傾斜したときの傾斜角を測定するために使用する傾斜角
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術と課題】従来、この種のセンサとして、サ
ーボ振子方式傾斜角センサが知られている。このセンサ
は、傾斜角に応じて変位する振子の変位量を差動変圧器
等の変位検出器により検出し、検出した信号をサーボ増
幅器により増幅して振子をサーボ機構によって元の位置
に戻し、この時に必要な電力量から傾斜角を測定するも
のである。このセンサは傾斜角の測定精度が高いという
長所を有するが、サーボ機構が複雑になり、センサ装置
が高価でかつ大型になると共に量産性に劣るという欠点
があった。また、このセンサは地球の重力加速度Ｇの分
力、即ち、Ｇｓｉｎθを測定することで傾斜角θを検出
しているが、傾斜角θが大きくなるにつれて測定結果か
ら得られる傾斜角と実際の傾斜角との誤差が三角関数の
性質上大きくなるという問題点があった。

【０００３】これとは別のセンサとして、磁性流体方式
傾斜角センサが知られている。このセンサはケース中に
封入した磁性流体が傾斜角と共に変形することを利用
し、その変形の程度をコイルにて磁気抵抗の変化として
とらえ、傾斜角を測定するものである。このセンサは構
造が簡単で安価に生産できるという長所を有するが、傾
斜角の測定精度が低いという欠点があった。また、この
センサは傾斜角が変わると磁性流体が流動して変形する
のであるが、磁性流体に粘性があるため傾斜角の変化に
対する測定の出力応答が遅いという問題点があった。

【０００４】そこで、本発明の課題は、構造が簡単で量
産性に優れ、製造コストが安価で、しかも傾斜角の大き
さにかかわらず常に精度良く、敏速に傾斜角が測定でき
る傾斜角センサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る傾斜角センサは、（ａ）略環状又は略
円弧状のガイド筒と、（ｂ）前記ガイド筒の内部に収納
され、ガイド筒が外周方向に傾斜するにつれてガイド筒
の内部を移動する磁性体球と、（ｃ）前記ガイド筒と一
体的に傾斜可能に配置され、ガイド筒の傾斜に伴う前記
磁性体球の移動により磁気抵抗が変化する少なくとも１
個のコイルと、を備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】以上の構成において、略環状又は略円弧状のガ
イド筒とこのガイド筒と一体的に傾斜可能に配置された
コイルが、各種の機器あるいは車輌等が傾くことによっ
て外周方向に傾斜すると、ガイド筒に収納された磁性体
球は重力により常に略環状又は略円弧状のガイド筒の下
部に留まるようにガイド筒内部を移動する。そのため、
磁性体球とコイルの位置関係が変化し、コイルの磁気抵
抗が変化する。この磁気抵抗の変化を測定することによ
り傾斜角が測定される。従って、傾斜角の大きさにかか
わらず誤差の小さい正確な傾斜角が敏速に測定される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明に係る傾斜角センサの一実施例
を添付図面を参照して説明する。図１に示すように、傾
斜角センサは環状のガイド筒１と磁性体球２とコイル３
とで構成されている。環状のガイド筒１は樹脂製で、外
径が３５ｍｍ、内径が２３ｍｍ、横断面において内径の
１辺が６ｍｍの矩形を有するものである。本実施例で
は、ガイド筒１として環状のものを採用したが、円弧状
のものであってもよい。

【０００８】磁性体球２は初透磁率が４０００のＭｎ−
Ｚｎフェライト材からなり、直径５ｍｍを有するもので
ある。磁性体球２はガイド筒１の中に移動自在の状態で
収納されている。さらに、ガイド筒１の中には磁性体球
２と共に、磁性体球２の動きを若干制動するために適当
な粘度の液体が注入されている。この制動流体はガイド
筒１内一杯に注入されていてもよいし、あるいは半分程
度注入されていてもよい。

【０００９】コイル３はガイド筒１の直径方向に軸方向
を揃えた状態でガイド筒１の外部に付設されている。本
実施例では、コイル３の両端部をガイド筒１の外壁に直
接固定することによってコイル３をガイド筒１に取り付
けている。なお、必ずしもこのような取付け方法に限る
ものではなく、コイル３がガイド筒１の傾斜に合わせて
変位するのであれば、別に設けた保持具にコイル３を固
定してもよい。

【００１０】以上の構成の傾斜角センサは、通常、定常
状態のコイル３の軸方向が鉛直方向になるように各種の
機械や車輌等に組み込まれる。機械や車輌等が徐々に傾
斜すると、ガイド筒１は例えば図２（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示すように、軸５を中心にして反時計回りに外
周方向に徐々に傾斜する。ガイド筒１が外周方向に傾斜
すると、コイル３の軸方向が鉛直方向に対して傾斜す
る。一方、磁性体球２は重力により常にガイド筒１の下
部に留まるようにガイド筒１の内部を移動するので、磁
性体球２とコイル３の位置関係が変化する。この結果、
コイル３の両終端部３ａ，３ｂ間の磁気抵抗が変化する
ことになる。

【００１１】この磁気抵抗の変化は、例えば、図３に示
す４端子ブリッジ回路を構成することによって測定され
る。４端子ブリッジ回路は、傾斜角センサとコイル６と
抵抗器７，８と交流電源９とで構成されている。機械や
車輌等が傾斜するにつれて、コイル３と磁性体球２の位
置関係が変化するため、ブリッジ回路の平衡状態がくず
れ、測定端子１０ａ，１０ｂ間に電位差が生じる。この
電位差を電圧計１１により測定して機械や車輌等の傾斜
角を得ることができる。

【００１２】なお、本発明に係る傾斜角センサは前記実
施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々
に変形することができる。特に、ガイド筒の外部に付設
されるコイルは１個に限定されるものではなく、図４に
示すように、複数個付設してもよい。コイル３の両側に
は補助コイル１５，１６が軸方向をコイル３の軸方向に
揃えてガイド筒１の外部に付設されている。これによ
り、図の左右いずれの方向に機器あるいは車輌等が傾斜
したかを判定することができる。

【００１３】また、図５に示すように、コイル３の両側
に補助コイル１７，１８を軸方向がコイル３の軸方向に
対して垂直に、かつ、ガイド筒１と平行になるようにガ
イド筒１の外部に付設してもよい。この場合も、図の左
右いずれの方向に機器あるいは車輌等が傾斜したかを判
定することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、略環状又は略円弧状のガイド筒に収納された磁
性体球と、ガイド筒に付設されたコイルとの位置関係が
変化することによって、コイルの磁気抵抗が変化するの
で、磁気抵抗の変化を測定することにより、傾斜角の大
きさにかかわらず、誤差の小さい正確な傾斜角が敏速に
測定できる。しかも、ガイド筒と磁性体球とコイルから
なる簡単な構造であり、従来の傾斜角センサと比較して
量産し易く、かつ、製造コストを安価にできる。

【００１５】この結果、各種精密機械やロボット等の姿
勢制御、あるいは車輌等の傾斜角測定等の適用範囲の広
い傾斜角センサを安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る傾斜角センサの一実施例を示す斜
視図。

【図２】図１に示した傾斜角センサの動作状態を示す説
明図で、（ａ）は定常状態、（ｂ），（ｃ）は傾斜状態
を示すものである。

【図３】図１に示した傾斜角センサを使用した４端子ブ
リッジの傾斜角測定回路図。

【図４】本発明に係る傾斜角センサの変形例を示す正面
図。

【図５】本発明に係る傾斜角センサの別の変形例を示す
正面図。

【符号の説明】

１…ガイド筒 ２…磁性体球 ３…コイル １５，１６，１７，１８…コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 略環状又は略円弧状のガイド筒と、 前記ガイド筒の内部に収納され、ガイド筒が外周方向に
   傾斜するにつれてガイド筒の内部を移動する磁性体球
   と、 前記ガイド筒と一体的に傾斜可能に配置され、ガイド筒
   の傾斜に伴う前記磁性体球の移動により磁気抵抗が変化
   する少なくとも１個のコイルと、 を備えたことを特徴とする傾斜角センサ。