JPH074963A

JPH074963A - 角度センサー及び傾斜検出装置

Info

Publication number: JPH074963A
Application number: JP28041992A
Authority: JP
Inventors: Itsuo Fujiwara; 逸夫藤原
Original assignee: JIKI KEISOKU KK
Current assignee: JIKI KEISOKU KK
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】角度センサーの可動部を簡単な構成で実現で
き、軸受けのロスも少なく、小型で安価に構成でき、ま
た、容易にかつ簡単に検出角度の設定ができる傾斜検出
装置を提供する。【構成】液体３を注入し密封可能に構成されたケース
２と、このケース２内に配置された半導体磁気抵抗素子
４と、この半導体磁気抵抗素子４に対向して回動するマ
グネット５と、前記ケース２内の液体３の液面変動に応
じて回動可能に構成されたフロート７とを備え、前記マ
グネット５はフロート７の回動中心部に設けてケース２
の傾斜に対応した回動を付与し、このマグネット５の回
動による前記半導体磁気抵抗素子４の抵抗変化をもって
ケース２の傾斜変化を検出するように構成したものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の機械や設備等一
定の角度以上に傾斜してはならないような対象物に取り
付けられてその傾斜を検出するようにした角度センサー
及び傾斜検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばクレーンやブルドーザー等建設土
木機械のように、大型で一定の角度以上に傾斜して転倒
すると非常に危険である機械設備に対し、その傾斜を検
出してー定の傾斜角以上になれば警報を発するようにす
るため、角度センサーが備えられている。

【０００３】この種角度センサーは、最近、半導体磁気
抵抗素子（以下ＭＲ素子という）と、これに対向して回
動しそのＭＲ素子の抵抗値を対向面積で変化させるマグ
ネットと、該マグネットに傾斜に応じた回動を付与する
ための振子状のヨーク部とを備え、前記ＭＲ素子の抵抗
変化をもって傾斜変化を検出するようにした角度センサ
ーが使用されるようになった。これは、ヨーク部による
マグネットの機械的な角度の変化をＭＲ素子の抵抗値と
いう電気的な変化として取り出すことができる点で、そ
の検出と信号処理に非常に便利であり採用されるに至っ
ている。

【０００４】ところが、振子状のヨーク部は、その軸受
けにはベアリングを設けると共に先端にウエイトを設け
て、被検査対象物の傾斜角変化時にこれに対応してでき
るかぎり感度良く変化するようにしているため、角度変
化発生時にその慣性モーメントによって、振子状に振動
することとなる。そのため、従来は、この角度センサー
ごとオイルに浸し、オイルの粘性によってヨーク部の振
動を押さえ、角度変化時に、ヨーク部を早く所定の位置
に安定させるようにし、その角度センサーの出力抵抗値
で被検査対象物の傾斜を検出するようにしているのであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うな従来の角度センサーは、所定のトルクを得るための
長さの振子状のヨーク部とウエイトが必要で、かつその
軸受け部にはベアリングが必要になる等、構造が複雑で
かつ高価であるというものであった。また、傾斜検出装
置は、角度センサー全体をオイルに浸すという構造を採
用しているため、その密閉構造が大掛かりになり、また
オイルの粘性管理をも行わなければならない等、非常に
高価なものであり、限られた機械設備にしか用いられて
いないのが現状である。

【０００６】本発明は、前記従来の問題点に鑑み、被検
査対象物の傾斜に対応して可動する角度センサーの可動
部を簡単な構成で実現でき、軸受けのロスも少なく、小
型で安価に構成できる角度センサーであり、また、容易
にかつ簡単に検出角度の設定ができる傾斜検出装置を提
供することを目的としてなされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の角度センサーは、液体を注入し密封可能に構
成されたケースと、このケース内に配置された半導体磁
気抵抗素子と、この半導体磁気抵抗素子に対向して回動
するマグネットと、前記ケース内の液体の液面変動に応
じて回動可能に構成されたフロートとを備え、前記マグ
ネットはフロートの回動中心部に設けてケースの傾斜に
対応した回動を付与し、このマグネットの回動による前
記半導体磁気抵抗素子の抵抗変化をもってケースの傾斜
変化を検出するように構成したものである。

【０００８】また、傾斜検出装置は、前記角度センサー
を収納し被検査対象物に取り付け可能なハウジングと、
前記被検査対象物の許容の所定の傾斜角を設定する検出
角設定手段と、前記角度センサーによる検出値と前記検
出角設定手段の設定値との比較により一致したとき出力
する検出手段とを備え、前記検出手段の出力により被検
査対象物の傾斜を検出するように構成したものである。

【０００９】また、角度センサーの検出値を検出角設定
手段により設定する角度設定時の設定確認用表示手段を
設け、設定確認可能に構成したものである。

【００１０】

【作用】本発明は前記した構成によって、角度センサー
は、被検査対象物の機械的な変化に応じて液面の変動が
生じ、その液面の変動に対応して回動するフロートによ
り同軸上に設けられたマグネットの回動によって、半導
体磁気抵抗素子の抵抗変化として出力することとなる。

【００１１】また、角度センサーによる傾斜の検出値が
検出角設定手段による設定値になったとき検出手段が出
力を発することとなる。

【００１２】また、検出角の設定を設定手段により行う
際に、設定確認用表示手段の確認により容易に行うこと
となる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の傾斜検出装置の実施例につい
て、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。

【００１４】図において、１は角度センサーであり、こ
の角度センサー１は、本体２ａとカバー２ｂとよりなる
ケース２によって構成されており、該ケース２内にはオ
イル等の液体３を適当な量だけ注入している。前記ケー
ス２には、角度センサー１の検出部となるＭＲ素子４
と、その抵抗値を変化させる回動自在なマグネット５
と、該マグネット５を取り付けて回動力を付与するべく
ピボット軸６を中心に回動自在なフロート７とを備え、
前記ＭＲ素子４の端子Ｔ１，Ｔ２に電源電圧を供給し、
端子Ｔ３にマグネット５の傾斜に対応する抵抗値の変化
（すなわち電圧の変化）出力を得るものである。

【００１５】前記ケース２は、正面形状をほぼ円形とし
て、そのほぼ中央部にＭＲ素子４，マグネット５，ピボ
ット軸６が対応するように配置しており、前記ピボット
軸６はケース本体２ａとそのケース本体２ａに設けられ
たアーム部８とに形成された軸受け部に支持されてい
る。また、マグネット５を取り付けたフロート７は、前
記ピボット軸６の軸心を中心として回動可能なように両
側７ａ，７ｂに均等に設け、液体３の浮力により安定す
るようになっており、このフロート７に対してマグネッ
ト５は磁気回路構成用の磁性体金属枠９を介して取り付
けられている。ここで、金属枠９はフロート７の成型時
にインサート成型等により一体に構成し、その金属枠９
にマグネット５を接着等により取り付けるものであり、
金属枠９の外周には突起９ａを設けて抜け止めとしてい
る。

【００１６】前記液体３は、両フロート７ａ，７ｂが軸
６を中心として１８０度開いている場合はケース２の約
半分注入するようにする。その液体３の注入は、ケース
カバー２ｂに設けた注入口２ｃより行い、注入後は栓２
ｄにて密封するようになっている。もちろん、ケース本
体２ａとケースカバー２ｂの嵌合部は液漏れの無いよう
に、密閉構造となっているのは当然のことである。

【００１７】また、前記ＭＲ素子４は、基板４ａ上に形
成されており、半円筒形状の前記マグネット５の対向す
る面積の変化により、その抵抗値が変化するものであ
り、等価回路は図２に示すようになる。同図において、
端子Ｔ１，Ｔ２に電源電圧が印加され、端子Ｔ３より抵
抗変化を取り出すものであり、２つのＭＲ素子ＭＲ１，
ＭＲ２を有し、その両者は水平時はマグネット５が均等
に対向し、端子Ｔ１−Ｔ３間抵抗値と端子Ｔ２−Ｔ３間
抵抗値が等しいが、その抵抗値はマグネット５の回動に
より変化することとなり、この抵抗値の変化を端子Ｔ３
にて電圧変化として取り出すものである。前記端子Ｔ
１，Ｔ２，Ｔ３は、図１に示すように、ケース本体２ａ
の後面より突出させ、他の回路装置と接続可能になって
いる。なお、ケース本体２ａの後面には、この角度セン
サー１を取り付ける際の位置決め用の突起２ｅを設けて
いる。

【００１８】以上のような構成の角度センサー１におい
て、その使用に際しては、ケース２を水平状態（すなわ
ちＭＲ素子４の両抵抗値が均等になるようなマグネット
５及びフロート７の状態）となるように、被検査対象物
に間接的あるいは直接的に取り付けるものである。そし
て、傾斜角の変動に対応して、液体３の液面が変動する
ことにより、これに応じてフロート７がピボット軸６を
中心に回動し、同時にマグネット５も回動することとな
る。このマグネット５の回動によるＭＲ素子４の抵抗値
の変化を端子Ｔ３に電圧変化として取り出すことによ
り、被検査対象物傾斜角の検出を行うものである。

【００１９】以上のような構成の角度センサー１の具体
的な使用態様について、以下図３，４に基づき説明す
る。

【００２０】まず、図３において、前記角度センサー１
は、ハウジング１０内に収納され、プリント配線基板１
１に取り付けられるが、その取り付けは端子Ｔ１，Ｔ
２，Ｔ３の半田付け及び突起２ｅの位置決めによって行
う。また、このプリント配線基板１１には、角度センサ
ー１の他、検出角設定手段である角度設定用可変抵抗器
１２と、傾斜検出時の確認用表示手段を兼ねた角度設定
時の設定確認用ＬＥＤ１３と、後述する検出回路を構成
する回路構成部品１４とを設けている。そして、前記ハ
ウジング１０はそのベース１０ａを、被検査対象物１５
の所定位置に取り付け可能としている。

【００２１】次に、図４に示す回路図に基づいて説明す
る。１６は安定化電源回路であり、この回路１６へはバ
ッテリー又は商用電源の所定の電圧が適宜印加されてい
るものであるが、電源電圧が不安定であると検出精度に
悪影響を及ぼすので、一定電圧に保つためのものであ
る。この安定化電源回路１６の出力電圧が、前記ＭＲ素
子４の入力端子Ｔ１，Ｔ２に供給され、かつ前記角度設
定用可変抵抗器１２にも供給される。１７はコンパレー
タ回路であり、前記ＭＲ素子４の出力端子Ｔ３の電圧Ｖ
１と前記角度設定用可変抵抗器１２の出力電圧Ｖ２とを
比較し、ＭＲ素子４の出力電圧Ｖ１が大きくなると、す
なわち被検査対象物１５の傾斜が設定値より大きくなる
と出力する検出手段となるものである。前記コンパレー
タ回路１７の出力があると、出力回路１８を介して出力
端子１９より出力信号が発せられ、操作者への警報や機
械設備の停止信号として利用される。前記出力回路１８
はまた、出力端子１９への出力と同時に前記ＬＥＤ１３
の点灯も行って、傾斜検出時の確認表示を行うことがで
きる。

【００２２】ここで、ＬＥＤ１３は、前述のように、傾
斜検出時の確認用表示手段として利用することができる
が、角度設定用可変抵抗器１２による検出角度設定時の
設定確認用表示手段としての働きもしている。すなわ
ち、ハウジング１０を被検査対象物１５の許容傾斜角に
合わせて傾斜させた状態で、角度設定用可変抵抗器１２
のつまみ１２ａを調整し、このＬＥＤ１３の点灯開始位
置にセットすることにより、角度設定用可変抵抗器１２
を設定するものである。また、角度設定用可変抵抗器１
２の設定は、被検査対象物１５の機械設備によっては、
ハウジング１０を被検査対象物１５に取り付けた後に、
当該被検査対象物１５自体を傾斜させて、上述と同様な
作用によりＬＥＤ１３を点灯させ設定することもでき
る。

【００２３】以上のように構成された傾斜検出装置につ
いて、以下その動作について説明する。

【００２４】まず、被検査対象物１５がハウジング１０
を取り付けてから角度設定用可変抵抗器１２の調整がで
きないようなものであれば、ハウジング１０の取り付け
以前に、当該被検査対象物１５の許容傾斜角度に対応さ
せてハウジング１０を傾斜させた状態で、角度設定用可
変抵抗器１２を調整し、ＬＥＤ１３が点灯し始める位置
を設定する。この、設定状態は、ＭＲ素子４の出力端子
Ｔ３に出力される電圧Ｖ１が許容傾斜角度に対応する電
圧を出力し、この電圧が、角度設定用可変抵抗器１２に
より設定される設定電圧Ｖ２と一致した状態であり、こ
のときの角度設定用可変抵抗器１２の調整値を当該被検
査対象物１５の傾斜角検出の基準値とするのである。そ
のように設定した後、ハウジング１０を被検査対象物１
５に取り付ける。そして、被検査対象物１５の使用中に
おいて、当該被検査対象物１５が傾斜することにより、
角度センサー１の液体３はその傾斜に対応して液面が変
動することになるが、フロート７は常に液体３面上でバ
ランスするように作用し、そのフロート７に取り付けた
マグネット５のＭＲ素子４に対する傾斜角が被検査対象
物１５の傾斜に対応する。その傾斜が前記設定した傾斜
角以上になったとき、ＭＲ素子４の検出電圧Ｖ１が角度
設定用可変抵抗器１２の設定電圧Ｖ２より大きくなり、
コンパレータ回路１７は出力し、出力回路１８はＬＥＤ
１３を点灯すると共に出力端子１９より制御出力を発す
る。

【００２５】なお、前記コンパレータ回路１７は、被検
査対象物１５が一方へ傾斜することを前提として構成し
たが、反対方向への傾斜を検出するには、コンパレータ
回路１７をもう１回路設けて、設定値よりＭＲ素子４の
検出出力が小さくなったとき出力を発するように構成す
れば良い。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明は、液体を注入し密
封可能に構成されたケースと、このケース内に配置され
た半導体磁気抵抗素子と、この半導体磁気抵抗素子に対
向して回動するマグネットと、前記ケース内の液体の液
面変動に応じて回動可能に構成されたフロートとを備
え、前記マグネットはフロートの回動中心部に設けてケ
ースの傾斜に対応した回動を付与し、このマグネットの
回動による前記半導体磁気抵抗素子の抵抗変化をもって
ケースの傾斜変化を検出するように構成したものであ
り、従来のようにヨーク部のウエイトが軸受けにかかる
ことがなく、軸受けの構造が簡単で、小型化でき、かつ
安価に構成できるものである。しかも、角度変化の検出
を液体の液面変化に対するフロートの角度変化で検出す
るので、軸受けのロスが少なく追従しやすく、かつ従来
のヨーク部の振子状の振動のような無用な振動が押さえ
られて傾斜角を安定に検出することができるものであ
る。

【００２７】また、検出装置として、容易にかつ簡単に
検出角度の設定を行うことができるものであり、検出角
の設定を設定手段により行う際に、設定確認用表示手段
を確認しながら容易に行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例における角度セ
ンサーの縦断面図である。（ｂ）は同横断面図である。
（ｃ）は同側断面図である。

【図２】同ＭＲ素子の等価回路とマグネットの関係を示
す説明図である。

【図３】本発明の角度センサーを使用した傾斜検出装置
の断面図である。

【図４】同装置の電気回路のブロック図である。

【符号の説明】

１角度センサー２ケース３液体４ＭＲ素子５マグネット６ピボット軸７フロート１０ハウジング１２角度設定用可変抵抗器（検出角設定手段）１３ＬＥＤ（設定確認用表示手段）１５被検査対象物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を注入し密封可能に構成されたケー
スと、このケース内に配置された半導体磁気抵抗素子
と、この半導体磁気抵抗素子に対向して回動するマグネ
ットと、前記ケース内の液体の液面変動に応じて軸を中
心に回動可能に構成されたフロートとを備え、前記マグ
ネットはフロートの回動中心部に設けてケースの傾斜に
対応した回動を付与し、このマグネットの回動による前
記半導体磁気抵抗素子の抵抗変化をもってケースの傾斜
変化を検出するように構成したことを特徴とする角度セ
ンサー。
【請求項２】請求項１記載の角度センサーを利用した
傾斜検出装置であって、請求項１記載の角度センサーを
収納し被検査対象物に取り付け可能なハウジングと、前
記被検査対象物の許容の所定の傾斜角を設定する検出角
設定手段と、前記角度センサーによる検出値と前記検出
角設定手段の設定値との比較により一致したとき出力す
る検出手段とを備え、前記検出手段の出力により被検査
対象物の傾斜を検出するように構成したことを特徴とす
る傾斜検出装置。
【請求項３】角度センサーの検出値を検出角設定手段
により設定する角度設定時の設定確認用表示手段を設
け、設定確認可能に構成したことを特徴とする請求項２
記載の傾斜検出装置。