(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に検出用電極を配設するとともに、前記検出用電極の外方に電圧印加用の複数の駆動用電極を配設し、前記容器内に、該容器の傾斜に応じて、前記検出用電極と前記駆動用電極との間の電気的インピーダンスを変化させる液体を封入し、前記検出用電極の出力に基づいて、傾斜を検出するものであって、
各駆動用電極に個別的に対応するフィードバック用電極を、各駆動用電極の近傍にそれぞれ配設し、前記フィードバック用電極の出力に基づいて、駆動用電極に印加する電圧を補正することを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２】
前記液体は、前記電気的インピーダンスとして電気抵抗を呈する導電性液体である請求項１記載の傾斜センサ。
【請求項３】
前記検出用電極は、前記容器の中央側に配設され、前記複数の駆動用電極は、前記容器の端部側に配設されるとともに、傾斜を検出すべき方向に沿って対電極が構成される請求項１または２記載の傾斜センサ。
【請求項４】
前記容器は、前記検出用電極および前記駆動用電極が配設されるとともに、前記液体が収納される収納凹部を有するとともに、該収納凹部が、傾斜を検出すべき方向に沿って延びて形成される請求項１ないし３のいずれかに記載の傾斜センサ。
【請求項５】
前記収納凹部は、傾斜を検出すべき互いに直交する二方向に沿って十字状に形成され、前記十字状に形成された中央の交差部分に前記検出用電極が配設されるとともに、十字状の四周部に二対の前記駆動用電極の各電極が、対向位置で対電極を構成するようにそれぞれ配設される請求項４記載の傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、農機具などに搭載されてその傾斜を検出するのに好適な傾斜センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、姿勢の傾きを検出するために、水銀を利用した傾斜センサが知られている。この傾斜センサは、管体内に一対の電極を間隔をあけて対向配置し、この管体内に所要量の水銀を封入したもので、管体の姿勢がほぼ水平のときに水銀が一対の電極間に位置して導通する状態となり、管体の姿勢が、一定角度以上傾いたときに、一対の電極間から水銀が離れて移動し、電極間を非導通状態とするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような傾斜センサは、一定角度以上の傾斜を検出して出力を与えるものであり、傾斜角度に応じたリニアな出力を得ることはできず、したがって、傾斜角度に応じた警報を発したり、傾斜角度に応じた姿勢制御を行うといった用途には不向きであった。
【０００４】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、傾斜角度に応じたリニアな出力を得ることできるとともに、精度の高い傾斜の検出が可能な傾斜センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００６】
すなわち、本発明の傾斜センサは、容器内に検出用電極を配設するとともに、前記検出用電極の外方に電圧印加用の複数の駆動用電極を配設し、前記容器内に、該容器の傾斜に応じて、前記検出用電極と前記駆動用電極との間の電気的インピーダンスを変化させる液体を封入し、前記検出用電極の出力に基づいて、傾斜を検出するものであって、各駆動用電極に個別的に対応するフィードバック用電極を、各駆動用電極の近傍にそれぞれ配設し、前記フィードバック用電極の出力に基づいて、駆動用電極に印加する電圧を補正するものである。
【０００７】
前記検出用電極は、前記容器の中央側に配設され、前記複数の駆動用電極は、前記容器の端部側に配設されるとともに、傾斜を検出すべき方向に沿って対電極が構成されるのが好ましい。
【０００９】
さらに、前記容器は、前記検出用電極および前記駆動用電極が配設されるとともに、前記液体が収納される収納凹部を有するとともに、該収納凹部が、傾斜を検出すべき方向に沿って延びて形成されるのが好ましい。
【００１０】
前記収納凹部は、傾斜を検出すべき互いに直交する二方向に沿って十字状に形成され、前記十字状に形成された中央の交差部分に前記検出用電極が配設されるとともに、十字状の四周部に二対の前記駆動用電極の各電極が、対向位置で対電極を構成するようにそれぞれ配設されるようにしてもよい。
【００１１】
本発明の傾斜センサによれば、検出用電極とその外方の駆動用電極との間の電気的インピーダンス、例えば、電気抵抗の変化に対応した検出用電極の出力に基づいて、傾斜を検出するので、傾斜に応じたリニアな出力を得ることができる。しかも、各駆動用電極の近傍に配設したフィードバック用電極の出力に基づいて、駆動用電極に印加する電圧を補正するので、駆動用電極の表面が酸化されたり、油分が付着して液体との接触面積が小さくなったような場合にも、その影響を受けることなく、正確な検出が可能となる。
【００１２】
また、本発明の傾斜センサによれば、前記検出用電極は、前記容器の中央側に配設され、前記複数の駆動用電極は、前記容器の端部側に配設されるとともに、傾斜を検出すべき方向に沿って対電極が構成されるので、容器の傾斜に応じて、中央の検出用電極では、該検出用電極と各駆動用電極との間の電気抵抗の比に応じた出力が得られることになり、温度変化によって液体の抵抗値が変化しても、その影響は、少なくなり、温度変化に拘わらず、精度の高い検出が可能となる。
【００１４】
さらに、液体が収納される容器の収納凹部は、傾斜を検出すべき方向に沿って延びて形成されるので、前記検出すべき方向の傾斜によって液体が、収納凹部の形状に沿って円滑に流動することになり、精度の高い検出が可能となる。
【００１５】
特に、収納凹部を、互いに直交する二方向に沿って十字状に形成し、十字状に形成された中央の交差部分に検出用電極を配設するとともに、十字状の四周部に二対の駆動用電極の各電極を対向するように配設することにより、直交する２方向の傾斜の検出を精度よく行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
先ず、傾斜センサの具体的な実施の形態の説明に先立って、この実施の形態の傾斜センサの検出原理を、図１に基づいて説明する。
【００１８】
同図において、１は容器であり、この容器１には、その中央に検出用電極２が配設されるとともに、この検出用電極２の両側に等距離で電圧印加用の一対の駆動用電極３が配設される。さらに、容器内１には、該容器１の傾斜に応じて、検出用電極２と駆動用電極３との間の電気的インピーダンス、例えば電気抵抗を変化させる導電性液体４が収納される。
【００１９】
容器１が傾斜すると、仮想線で示されるように、検出用電極２と各駆動用電極３との間の導電性液体４の量が変化することになり、したがって、検出用電極２と各駆動用電極３との間の電気抵抗が変化することになる。
【００２０】
この実施の形態では、一対の駆動用電極３，３間に、電圧を印加し、検出用電極２に現れる電圧に基づいて、容器１の傾斜を検出するものである。
【００２１】
この傾斜センサでは、両側の駆動用電極３，３間に電圧を印加し、中央の検出用電極２によって出力を得るようにしているので、容器１の傾斜に応じて、中央の検出用電極２では、該検出用電極２と各駆動用電極３，３との間の電気抵抗の比に応じて分圧された出力電圧が得られることになり、温度変化によって導電性液体４の抵抗値が変化しても、その影響は、少なくなり、温度変化に拘わらず、精度の高い検出が可能となる。
【００２２】
図２は、本発明の一つの実施の形態に係る傾斜センサの断面図であり、図３は、その分解斜視図であり、図４は、カバー９を外した状態の平面図である。
【００２３】
この実施の形態の傾斜センサ５は、例えば、トラクタなどの農機具に搭載されて直交する２方向（２軸）、すなわち、前後方向および左右方向の傾斜を検出するものである。
【００２４】
この傾斜センサ５は、上部が開口とされた箱状のハウジング６と、後述の電極ピンおよび導電性液体４が収納される容器としての水槽７と、該水槽７の上面を、リング状のシールゴム８を介して封止するカバー９と、導電性液体４の蒸発や拡散を防止するための矩形のプレート１０とを備えている。なお、プレート１０には、封止用の樹脂との密着性を高めるとともに、温度変化による熱応力の影響を軽減するための円形の開口１１が４箇所の隅部に形成されている。
【００２５】
ハウジング６の下部の両側には、農機具の所要の箇所に、当該傾斜センサ５を取り付けるための取付孔１２を有する鍔部６ａがそれぞれ形成されている。
【００２６】
水槽７には、電極ピンおよび導電性液体４を収納する収納凹部１３が、互いに直交する方向に延びて十字状に形成されており、この互いに直交する２方向が、傾斜を検出すべき前後方向および左右方向に対応する。また、水槽７の４箇所の隅部には、この水槽７に前記カバー９を、シール用のブッシュ１４を介してネジ１５によって取り付けるためのネジ孔１６が形成されている。前記収納凹部１３の底部には、電極ピンを立設するための複数の貫通孔１７が、後述の所定の位置にそれぞれ形成されている。
【００２７】
この傾斜センサ５では、十字状に形成された収納凹部１３の中央の交差部分に、検出用電極として１本の検出用電極ピン１８が配設され、十字状の４つの各周部に、電圧印加用の駆動用電極１９としての５本の駆動用電極ピン１９1〜１９5と、１本のフィードバック用電極ピン２０とがそれぞれ配設されている。各周部に互いに平行に立設される５本の駆動用電極ピン１９1〜１９5は、その５本が電気的に接続されて１本の駆動用電極１９としてそれぞれ機能するものであり、検出用電極ピン１８を挟んで互いに対向する位置に等距離で配設される駆動用電極１９が、傾斜を検出すべき方向に対応した対電極を構成している。
【００２８】
各電極ピン１８，１９1〜１９5，２０は、カーボンや白金などの任意の導電性材料によって針状に形成されている。なお、これら電極は、ピンに限らず、棒状、板状あるいは網目状などの各種形状のものを用いてもよい。
【００２９】
導電性液体４は、傾斜センサ５の傾斜に応じて、検出用電極ピン１８と駆動用電極１９との間の電気抵抗を変化させるものであり、任意の電界質溶液や界面活性溶液を用いることができ、例えば、アルコール水溶液、塩化ナトリウム水溶液を用いることができるが、水道水を用いてもよい。
【００３０】
この傾斜センサ５では、後述のように、対向配置された駆動用電極１９，１９の間に、電圧を印加し、その時の検出用電極ピン１８に現れる電圧に基づいて、傾斜を検出するものである。
【００３１】
この実施の形態では、５本の駆動用電極ピン１９1〜１９5を電気的に接続して１本の駆動用電極１９とすることにより、水槽７を大形化することなく、駆動用電極１９の表面積を十分に確保することができる。
【００３２】
また、駆動用電極ピン１９1〜１９5の表面が酸化されたり、あるいは、油分などが付着すると、導電性液体４との接触面積が小さくなって電圧が正確に印加されないことになるので、５本の駆動用電極ピン１９1〜１９5で構成される１本の駆動用電極１９に個別的に対応するように、フィードバック用電極ピン２０を上述のように配設しており、このフィードバック用電極ピン２０の出力電圧に基づいて、対応する駆動用電極１９に印加する電圧を後述のように補正している。
【００３３】
この傾斜センサ５は、水槽７内に、上述のように検出用電極ピン１８および駆動用電極ピン１９1〜１９5が立設されるとともに、導電性液体４が収納され、水槽７の上部に、シールゴム８を介してカバー９が、ネジ１５およびナット２１によって取り付けられ、さらにプレート１０が装着されてハウジング６内に、図２に示されるように合成樹脂２２で封止される。なお、各電極ピン１８，１９1〜１９5，２０の配線は、水槽７の下面とハウジング６の底面の間の空間を利用して行われ、水槽７の隅部とハウジング６との隙間からリード線２３が引き出されて後述の回路に接続されている。
【００３４】
また、この傾斜センサ５は、ハウジング６を介して農機具の所要箇所に、水槽７の十字状の収納凹部１３が、農機具の前後左右方向に対応するように取り付けられる。
【００３５】
次に、この実施の形態の傾斜センサの回路構成について説明する。
【００３６】
図５は、傾斜センサ５の駆動のための回路構成図であり、上述の各部に対応する部分には、同一の参照符号を付す。なお、この図５においては、説明の便宜上、前後左右に対応する構成部品に、ｆ（front），ｂ（back），ｌ（left），ｒ（right）の添え字を付している。
【００３７】
この傾斜センサ５は、発振回路２４と、この発振回路２４からのクロックに基づいて、駆動用電極１９ｆ，１９ｂ，１９ｌ，１９ｒに印加する駆動電圧を発生するとともに、同期信号SYNC１，２を発生する駆動回路２５と、各フィードバック用電極ピン２０ｆ，２０ｂ，２０ｌ，２０ｒの出力電圧に基づいて、各駆動用電極１９ｆ，１９ｂ，１９ｌ，１９ｒに印加する駆動電圧を補正する補正回路としてのオペアンプ２６ｆ，２６ｂ，２６ｌ，２６ｒとを備えている。
【００３８】
クロックを発振する発振回路２４は、オペアンプ５０、抵抗５１，５２およびコンデンサ５３を備えており、この発振回路２４からのクロックに基づいて駆動電圧を発生する駆動回路２５は、その出力を抵抗を介して合成して対応するオペアンプ２６ｆ，２６ｂ，２６ｌ，２６ｒに与える。
【００３９】
補正回路としてのオペアンプ２６ｆ，２６ｂ，２６ｌ，２６ｒの非反転入力部には、駆動回路２５からの駆動電圧が入力され、反転入力部には、フィードバック用電極ピン２０ｆ，２０ｂ，２０ｌ，２０ｒの出力が入力され、出力部は、駆動用電極１９ｆ，１９ｂ，１９ｌ，１９ｒに接続されている。また、各駆動用電極１９ｆ，１９ｂ，１９ｌ，１９ｒと各フィードバック用電極ピン２０ｆ，２０ｂ，２０ｌ，２０ｒとの間には、各オペアンプ２６ｆ，２６ｂ，２６ｌ，２６ｒを安定に動作させるための抵抗５４およびコンデンサ５５が並列にそれぞれ接続されている。
【００４０】
このオペアンプ２６ｆ，２６ｂ，２６ｌ，２６ｒは、導電性液体４に実際にかかっている電圧をフィードバック用電極ピン２０ｆ，２０ｂ，２０ｌ，２０ｒで検出し、検出された電圧と駆動用電極１９ｆ，１９ｂ，１９ｌ，１９ｒに印加する電圧とが一致するように補正するものであり、これによって、入力に比例した電圧が導電性液体４に印加されることになる。
【００４１】
なお、この実施の形態は、農機具に搭載するものであって、前後方向は、左右方向の比べて検出感度を低くするために、前後方向に対応するオペアンプ２６ｆ，２６ｂの非反転入力部間には、印加される駆動電圧の振幅を落とすための抵抗２７が接続されている。
【００４２】
図６は、各駆動用電極１９ｆ，１９ｂ，１９ｌ，１９ｒ，に対応するオペアンプ２６ｆ，２６ｂ，２６ｌ，２６ｒの反転入力部に与えられる駆動回路２５からの駆動電圧の波形図であり、同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）が、それぞれ左右および前後の各駆動用電極１９ｌ，１９ｒ，１９ｆ，１９ｂに対応している。
【００４３】
この実施の形態では、前後、左右の傾斜をそれぞれ検出するための各一対の駆動用電極１９ｆ，１９ｂ；１９ｌ，１９ｒを、時分割に駆動しており、さらに、対電極を構成する駆動用電極同士１９ｆ，１９ｂ；１９ｌ，１９ｒを異なる電圧極性となるように駆動している。この実施の形態では、駆動用電極１９ｆ，１９ｂ；１９ｌ，１９ｒ間には、例えば、＋２.５Ｖと−２.５Ｖが、時分割で交互に印加される。
【００４４】
図７は、傾斜センサ５の検出用電極ピン１８の出力によって傾斜を検出するための回路構成図であり、上述の各部に対応する部分には、同一の参照符号を付す。この図７においても、説明の便宜上、前後左右に対応する構成部品に、ｆ，ｂ，ｌ，ｒの添え字を付している。
【００４５】
この実施の形態の傾斜センサ５は、前記駆動回路２５の時分割駆動のタイミングに同期して、各駆動用電極１９ｆ，１９ｂ，１９ｌ，１９ｒと検出用電極ピン１８との間の電気抵抗の変化を検出出力する検出回路２８と、この検出回路２８の出力電圧を合成して最大の出力を取り出す電圧合成回路２９と、最大の出力と第１，第２の基準値とをそれぞれ比較する第１，第２の比較回路３０，３１と、比較回路３０，３１の出力に基づいて、予め定めた傾斜角度以上の傾斜であるときに、それを報知する報知手段３２とを備えている。
【００４６】
検出回路２８は、各駆動用電極１９ｆ，１９ｂ，１９ｌ，１９ｒに個別的に対応する４つのアナログスイッチ回路３３ｆ，３３ｂ，３３ｌ，３３ｒと、上述の発振回路２４からのクロックおよび駆動回路２５からの同期信号SYNC１，２に基づいて、駆動回路２５の時分割駆動のタイミングに同期して前記アナログスイッチ回路３３ｆ，３３ｂ，３３ｌ，３３ｒのオンオフを制御するスイッチ制御回路３４と、各アナログスイッチ回路３３ｆ，３３ｂ，３３ｌ，３３ｒを介して与えられる検出用電極ピン１８の出力電圧によって充電されるコンデンサ３５ｆ，３５ｂ，３５ｌ，３５ｒと、各コンデンサ３５ｆ，３５ｂ，３５ｌ，３５ｒの電圧を増幅するオペアンプ３６ｆ，３６ｂ，３６ｌ，３６ｒとを備えている。
【００４７】
スイッチ制御回路３４は、図８に示されるように、駆動回路２５の時分割駆動のタイミングに同期したオンオフ制御信号を出力し、インバータ３７ｆ，３７ｂ，３７ｌ．３７ｒを介して各アナログスイッチ回路３３ｆ，３３ｂ，３３ｌ，３３ｒに与えられる。したがって、アナログスイッチ回路３３ｆ，３３ｂ，３３ｌ，３３ｒは、駆動回路２５の時分割駆動のタイミングに同期して順次的にいずれか一つのアナログスイッチ回路がオンされることになり、検出用電極ピン１８の出力が、コンデンサ５６で直流分が除去されるとともに、オペアンプ３８で反転増幅されて前記いずれかのアナログスイッチ回路を介して対応するコンデンサに充電されることになる。この実施の形態では、オペアンプ３８からは、傾斜がない場合に相当する２.５Ｖを中心として０〜５Ｖの電圧が出力される。
【００４８】
前後左右に対応する４つのオペアンプ３６ｆ，３６ｂ，３６ｌ，３６ｒの出力電圧は、抵抗３９およびダイオード４０からなる電圧合成回路２９によって、最大の出力電圧が取り出され、この最大の出力電圧と、可変抵抗器５７，５８およびダイオード５９，６０をそれぞれ備える第１，第２の基準電圧設定回路４１，４２からの第１，第２の基準電圧とが、第１，第２の比較回路３０，３１でそれぞれ比較される。
【００４９】
この実施の形態では、第１，第２の基準電圧設定回路４１，４２からの第１，第２の基準電圧は、傾斜角度が１５度および１７度であるときに、電圧合成回路２９から与えられる最大の出力電圧に対応している。
【００５０】
したがって、第１，第２の比較回路３０，３１は、傾斜角度が１５度以上あるいは１７度以上になったときには、比較出力を報知手段３２に与える。
【００５１】
報知手段３２は、ブザを内蔵しており、傾斜角度が１５度以上になって第１の比較回路３０から比較出力が与えられたときには、例えば、断続した警報音を発生し、傾斜角度が１７度以上になって第２の比較回路３１から比較出力が与えられたときには、連続した警報音を発生してユーザに報知するものである。なお、４３は、定電流を流すための回路である。
【００５２】
上述の実施の形態では、直交する２方向の傾斜を検出したけども、１方向のみでもよく、あるいは、３方向以上の多方向であってもよいのは勿論であり、傾斜を検出すべき方向に応じて、収納凹部１３を形成するとともに、駆動用電極１９を配設すればよい。なお、収納凹部１８は、円形状、すなわち、水槽７は円筒状であってもよい。
【００５４】
上述の実施の形態では、電圧合成回路２９によって最大の出力電圧を取り出して警報を発するように構成したけれども、本発明の他の実施の形態として、オペアンプ３６ｆ，３６ｂ，３６ｌ，３６ｒの出力に基づいて、例えば、姿勢制御を行い、電圧合成回路２９以降の構成を省略してもよい。
【００５５】
上述の実施の形態では、農機具の傾斜の検出に適用して説明したけれども、本発明は農機具に限るものではなく、他の機械等の傾斜センサとして用いてもよいのは勿論である。
【００５６】
上述の実施の形態では、電気的インピーダンスとして、電気抵抗を用いたけれども、本発明の他の実施の形態として、静電容量やインダクタンス等を用いてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、検出用電極とその外方の駆動用電極との間の電気的インピーダンスの変化に対応した検出用電極の出力に基づいて、傾斜を検出するので、傾斜に応じたリニアに出力を得ることができ、また、検出用電極を中央側に、駆動用電極を端部側に配設しているので、傾斜に応じて、中央の検出用電極では、該検出用電極と各駆動用電極との間の電気抵抗の比に応じた出力が得られることになり、温度変化によって導電性液体の抵抗値が変化しても、その影響は、少なくなり、精度の高い検出が可能となる。
【００５８】
さらに、各駆動用電極の近傍に配設したフィードバック用電極の出力に基づいて、駆動用電極に印加する電圧を補正するので、駆動用電極の表面が酸化されたり、油分が付着して液体との接触面積が小さくなったような場合にも、その影響を受けることなく、正確な検出が可能となる。
【００５９】
また、液体が収納される容器の収納凹部は、傾斜を検出すべき方向に沿って延びて形成されるので、前記検出すべき方向の傾斜によって液体が、円滑に流動して精度の高い検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の傾斜センサの検出原理を説明するための構成図である。
【図２】本発明の一つの実施の形態に係る傾斜センサの断面図である。
【図３】図２の傾斜センサの分解斜視図である。
【図４】図２の傾斜センサのカバーを外した状態の平面図である。
【図５】傾斜センサの駆動用回路の構成図である。
【図６】駆動電圧の波形図である。
【図７】傾斜センサの検出用回路の構成図である。
【図８】スイッチ制御回路の出力波形図である。
【符号の説明】
１                  容器
２                  検出用電極
３                  駆動用電極
４                  導電性液体
７                  水槽
１３                収納凹部
１８                検出用電極ピン
１９1〜１９5        駆動用電極ピン
２０                フィードバック用電極ピン
２５                駆動回路
２６                オペアンプ
２８                検出回路
３３                アナログスイッチ回路
【図１】
0003635347.tif 000002
【図２】
0003635347.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003635347.tif 000008
【図８】
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