(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイマ回路部と、傾斜検出回路部とを有し、
前記タイマ回路部は、スレッシュホールド端子、該スレッシュホールド端子に接続されたディスチャージ端子、出力端子およびトリガ端子をそれぞれ有する第１，第２タイマ回路を備えており、
前記傾斜検出回路部は、傾斜方向に応じて互いの容量が異なって変化する第１コンデンサと第２コンデンサとを有し、第１コンデンサは、前記第１タイマ回路のスレッシュホールド端子とディスチャージ端子との共通接続部に接続され、前記第２コンデンサは前記第２タイマ回路のスレッシュホールド端子とディスチャージ端子との共通接続部にそれぞれ接続され、
前記第１，第２タイマ回路は、スレッシュホールド端子にそれぞれ印加される前記第１，第２コンデンサからの電圧が所定電圧になると出力端子の電圧を所定電圧にそれぞれ反転出力し、トリガ端子へのトリガ電圧の印加でディスチャージ端子をオフして前記第１，第２コンデンサの放電を禁止するとともに、所定電圧に反転出力した前記出力端子の電圧を元の電圧に復帰させるものであり、かつ、前記第１タイマ回路の出力端子とトリガ端子それぞれが前記第２タイマ回路のトリガ端子と出力端子それぞれに個別に対応して接続されることで、第１タイマ回路の出力端子からの電圧変化が第２タイマ回路のトリガ端子にトリガ電圧として、また、第２タイマ回路の出力端子からの電圧変化が第１タイマ回路のトリガ端子にトリガ電圧としてそれぞれ印加されることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２】
前記第１タイマ回路または第２タイマ回路の一方の出力端子に接続され、その出力端子からの電圧を処理して出力する出力回路部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項３】
前記傾斜検出回路部が、第１コンデンサと直列の抵抗とからなる第１回路部と、第２コンデンサと直列の抵抗とからなる第２回路部とからなり、第１回路部における第１コンデンサと抵抗との接続部が第１タイマ回路のディスチャージ端子とスレッシュホールド端子との共通接続部に、また第２回路部における第２コンデンサと抵抗との接続部が第２タイマ回路のディスチャージ端子とスレッシュホールド端子との共通接続部にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の傾斜センサ。
【請求項４】
前記出力回路部が、平滑回路と、差動増幅器とを有し、前記平滑回路は、前記第１タイマ回路または第２タイマ回路の一方の出力端子からの出力を平滑化し、前記差動増幅器はこの平滑化出力を差動増幅することを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の傾斜センサ。
【請求項５】
前記差動増幅器の増幅度決定用抵抗に前記一方の出力端子からの出力を補正する補正抵抗を含むことを特徴とする請求項４に記載の傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾斜センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば農業用トラクタとか建設用機械などでは一般に傾斜センサからの出力を用いてその姿勢を一定に制御できるようにしている。傾斜センサとしては容器内に誘電率の高い液体例えばシリコンオイルを介在して傾斜方向一方側と他方側それぞれに一対の電極板をそれぞれ対向配置することで一方側と他方側にそれぞれ傾斜検出用コンデンサを構成し機械装置がいずれか側に傾斜すれば例えば一方側コンデンサの静電容量が増大すれば他方側傾斜検出用コンデンサの静電容量が減少するというようにそれぞれのコンデンサの静電容量が異なるようにして、そのその静電容量の増大減少と互いの静電容量差とが機械装置の傾斜方向と傾斜角度とに対応していることを利用したものがある。こうした傾斜センサにおいては機械装置がいずれの側にどの程度の傾斜角度で傾斜しているのかの検出出力を与えるために、その静電容量差を例えば電圧に変換出力するとともに、傾斜角度がゼロのときの出力電圧を基準電圧としこの基準電圧よりも大きな出力電圧の場合はその一方側にその出力電圧の大きさに対応した傾斜角度で傾斜したとする検出出力を出力し、基準電圧よりも小さな出力電圧の場合は他方側にその出力電圧の大きさに対応した傾斜角度で傾斜したとする検出出力を出力するような回路構成としたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の傾斜センサのように前記両コンデンサの静電容量の増大減少およびその静電容量差から高精度での傾斜検出出力を得るためにはオペアンプを用いた発振回路とか、出力波形整形回路とか、差動増幅回路といった複雑な回路を必要していたために回路の必要部品点数が必然的に増大してしまい、それにより部品コスト、その部品の組み付けコスト、メンテナンス回数の増大、などいずれも傾斜センサとしてはコスト高を来すものとなるという課題がある。
【０００４】
そこで、本発明においては、高精度で傾斜角度および傾斜方向の検出を可能としつつ、同時に部品点数の大幅な削減を可能としてそのコスト高であるという課題を解決しようしたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の傾斜センサにおいては、タイマ回路部と、傾斜検出回路部とを有し、前記タイマ回路部は、スレッシュホールド端子、該スレッシュホールド端子に接続されたディスチャージ端子、出力端子およびトリガ端子をそれぞれ有する第１，第２タイマ回路を備えており、前記傾斜検出回路部は、傾斜方向に応じて互いの容量が異なって変化する第１コンデンサと第２コンデンサとを有し、第１コンデンサは、前記第１タイマ回路のスレッシュホールド端子とディスチャージ端子との共通接続部に接続され、前記第２コンデンサは前記第２タイマ回路のスレッシュホールド端子とディスチャージ端子との共通接続部にそれぞれ接続され、前記第１，第２タイマ回路は、スレッシュホールド端子にそれぞれ印加される前記第１，第２コンデンサからの電圧が所定電圧になると出力端子の電圧を所定電圧にそれぞれ反転出力し、トリガ端子へのトリガ電圧の印加でディスチャージ端子をオフして前記第１，第２コンデンサの放電を禁止するとともに、所定電圧に反転出力した前記出力端子の電圧を元の電圧に復帰させるものであり、かつ、前記第１タイマ回路の出力端子とトリガ端子それぞれが前記第２タイマ回路のトリガ端子と出力端子それぞれに個別に対応して接続されることで、第１タイマ回路の出力端子からの電圧変化が第２タイマ回路のトリガ端子にトリガ電圧として、また、第２タイマ回路の出力端子からの電圧変化が第１タイマ回路のトリガ端子にトリガ電圧としてそれぞれ印加されるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００７】
図１は本発明の実施の形態に係る傾斜センサの内部回路図であり、同図を参照して本発明の傾斜センサは、タイマ回路部Ａと、傾斜検出回路部Ｂと、出力回路部Ｃとを有している。
【０００８】
タイマ回路部Ａは、第１タイマ回路ＩＣ１と、第２タイマ回路ＩＣ２と、結合コンデンサＣ１，Ｃ２と、接地コンデンサＣ３，Ｃ４と、過入力防止ダイオードＤ１，Ｄ２、抵抗Ｒ１，Ｒ２とから構成されている。第１タイマ回路ＩＣ１と第２タイマ回路ＩＣ２はいずれも、ＮＥＣ社製の型番μＰＤ５５５５のＣＭＯＳ高性能タイマ回路である。なお、本発明においてはこのような型番のタイマ回路のみに限定されるものではなく、同社製の同種の他の型番のタイマ回路であってもよいし、他社製の同種のタイマ回路であってもよいことは勿論である。第１タイマ回路ＩＣ１と第２タイマ回路ＩＣ２それぞれは端子１〜８をそれぞれ有している。これら各端子１〜８のうち、端子１は接地端子であり、端子２はトリガ端子であり、端子３は出力端子であり、端子４はリセット端子であり、端子５はコントロール端子であり、端子６はスレッシュホールド端子であり、端子７はディスチャージ端子であり、端子８は電源端子である。第１タイマ回路ＩＣ１の接地端子１は第２タイマ回路ＩＣ２の接地端子１と共に接地されている。第１タイマ回路ＩＣ１のトリガ端子２には第２タイマ回路ＩＣ２の出力端子３からの電圧が結合コンデンサＣ１を介してトリガ電圧として与えられるようになっている。第１タイマ回路ＩＣ１の出力端子３からの電圧が第２タイマ回路ＩＣ２のトリガ端子２にコンデンサＣ２を介してトリガ電圧として与えられるようになっている。第１タイマ回路ＩＣ１のリセット端子４は第２タイマ回路ＩＣ２のリセット端子４と共に電源電圧Ｖｃｃが印加されている。第１タイマ回路ＩＣ１のコントロール端子５は第２タイマ回路ＩＣ２のコントロール端子５と共にコンデンサＣ３，Ｃ４を介して接地されている。第１タイマ回路ＩＣ１のスレッシュホールド端子６とディスチャージ端子７は互いに電気的に短絡接続されている。第２タイマ回路ＩＣ２のスレッシュホールド端子６とディスチャージ端子７は互いに電気的に短絡接続されている。第１タイマ回路ＩＣ１の電源端子８は第２タイマ回路ＩＣ２の電源端子８と共に電源＋Ｖｃｃに接続されている。こうした第１タイマ回路ＩＣ１と第２タイマ回路ＩＣ２はそれぞれのスレッシュホールド端子６への電圧が電源電圧Ｖｃｃの２／３に上昇すると該スレッシュホールド端子６がオンし出力端子３電圧を所定のローレベル電圧例えばゼロ電圧に反転させ、トリガ端子２へのトリガ電圧が電源電圧Ｖｃｃの１／３になるとトリガされて動作を開始するようになっている。
【０００９】
傾斜検出回路部Ｂは上述したように例えばトラクタなどの機械装置に装備されたシリコンオイル内蔵の容器内に一方側と他方側にそれぞれ配備された各一対の電極板からなる傾斜検出用コンデンサＣ５，Ｃ６と、それぞれの傾斜検出用コンデンサＣ５，Ｃ６に直列に接続されて時定数回路を構成するための時定数設定用抵抗Ｒ３，Ｒ４とから構成されている。傾斜検出用コンデンサＣ５および時定数設定用抵抗Ｒ３と、傾斜検出用コンデンサＣ６および時定数設定用抵抗Ｒ４はそれぞれ電源と接地との間に直列に接続され、傾斜検出用コンデンサＣ５と時定数設定用抵抗Ｒ３との直列回路で第１の傾斜検出回路Ｂ１を構成し、傾斜検出用コンデンサＣ６と時定数設定用抵抗Ｒ４との直列回路で第２の傾斜検出回路Ｂ２を構成している。そして、機械装置が一方側に傾斜するとその傾斜に応じて第１の傾斜検出回路Ｂ１における傾斜検出用コンデンサＣ５の容量値が増大して傾斜検出用コンデンサＣ５と時定数設定用抵抗Ｒ３との接続部ＣＶ１電圧がその時定数に応じた速度で上昇し、他方側に傾斜するとその傾斜に応じて第２の傾斜検出回路Ｂ２における傾斜検出用コンデンサＣ６の容量値が増大して傾斜検出用コンデンサＣ６と時定数設定用抵抗Ｒ４との接続部ＣＶ２電圧がその時定数に応じた速度で上昇するようになっている。接続部ＣＶ１は第１タイマ回路ＩＣ１のスレッシュホールド端子６とディスチャージ端子７とに共通に接続され、接続部ＣＶ２は第２タイマ回路ＩＣ２のスレッシュホールド端子６とディスチャージ端子７とに共通に接続されている。
【００１０】
出力回路部Ｃは、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ７からなる平滑回路と、差動増幅器ＡＭＰと、この差動増幅器ＡＭＰの増幅度決定用の抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８と、この増幅度決定と共にかつ傾斜検出回路部Ｂにおける特性のバラツキ補正のための可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２と、出力端子ＯＵＴを介して入力されてくる外来ノイズによる誤動作防止用コンデンサＣ８およびサージ電圧吸収用ツェナーダイオードＤ３と、ノイズ入力防止のための抵抗Ｒ９とから構成されており、タイマ回路部Ａからの出力電圧をコンデンサＣ７で平滑して平均化したうえで、差動増幅器ＡＭＰで増幅して出力端子ＯＵＴから傾斜角度および傾斜方向に対応した電圧を出力するようになっている。
【００１１】
動作を図２のタイミングチャートを参照して説明する。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ第１タイマ回路ＩＣ１のスレッシュホールド端子６と出力端子３とトリガ端子２それぞれの電圧変化の波形を示しており、図２（ｄ）（ｅ）（ｆ）はそれぞれ第２タイマ回路ＩＣ２のスレッシュホールド端子６と出力端子３とトリガ端子２それぞれの電圧変化の波形を示している。上記（ａ）〜（ｆ）の文字はそれぞれ図２中の記載の（ａ）〜（ｆ）に対応している。
【００１２】
まず、例えば農業用トラクタとか建設用などの機械装置が一方側に傾斜した結果、第１の傾斜検出回路Ｂ１における傾斜検出用コンデンサＣ５の静電容量が増大し、第２の傾斜検出回路Ｂ２における傾斜検出用コンデンサＣ６の静電容量が減少する。そうすると、第１の傾斜検出回路Ｂ１における接続部ＣＶ１の電圧つまり第１タイマ回路ＩＣ１のスレッシュホールド端子６の電圧（ａ）が傾斜検出用コンデンサＣ５と設定用抵抗Ｒ３との時定数で決まる速度でもって図２（ａ）の時刻ｔ０からｔ１で示すように上昇してくるが、その電圧（ａ）が電源電圧Ｖｃｃの２／３に時刻ｔ１で達すると該スレッシュホールド端子６がオンして第１タイマ回路ＩＣ１の出力端子３の電圧（ｂ）は同時刻ｔ１で図２（ｂ）で示すようにゼロに反転するとともに、ディスチャージ端子７はディスチャージ許可（オン）状態となり傾斜検出用コンデンサＣ５の充電電圧はディスチャージ端子７を介して急速放電させられてゼロになるとともに、これに伴いスレッシュホールド端子６の電圧（ａ）もゼロに低下する。これにより出力端子３の電圧（ｂ）のハイレベル期間は時刻ｔ０〜ｔ１の間となるが、この期間の長さは設定用抵抗Ｒ３の抵抗値が一定であるから傾斜検出用コンデンサＣ５の静電容量の大きさつまりは機械装置の傾斜角度の大きさと傾斜方向に対応したものとなる。
【００１３】
こうして第１タイマ回路ＩＣ１の出力端子３の電圧（ｂ）の変化が図２（ｂ）で示すように反転したことが結合コンデンサＣ２を介して第２タイマ回路ＩＣ２のトリガ端子２に与えられ、これによりそのトリガ端子２のトリガ電圧（ｆ）が図２（ｆ）で示すように変化する。これによって第２タイマ回路ＩＣ２のトリガ端子２のトリガ電圧（ｆ）が図２（ｆ）の時刻ｔ１で示すように一瞬ゼロに立ち下げられる。この場合、第２タイマ回路ＩＣ２のトリガ端子２の電圧（ｆ）はダイオードＤ２と抵抗Ｒ２との働きによって同じく図２（ｆ）の時刻ｔ１以降で示す速度で元に上昇してくるが、第２タイマ回路ＩＣ２はそのトリガ端子２のトリガ電圧（ｆ）が同時刻ｔ１で電源電圧Ｖｃｃの１／３以下へ低下することによって動作を開始する。そうすると、第２タイマ回路ＩＣ２におけるディスチャージ端子７は時刻ｔ１でディスチャージ不許可（オフ）状態となり、これによって第２の傾斜検出回路Ｂ２側の傾斜検出用コンデンサＣ６には機械装置の傾斜角度の大きさと傾斜方向とに応じたそれの静電容量での充電が設定用抵抗Ｒ４を介して開始されることになり、第２タイマ回路ＩＣ２のスレッシュホールド端子６の電圧（ｄ）は図２（ｄ）で示すように同時刻ｔ１で傾斜検出用コンデンサＣ６と設定用抵抗Ｒ４との時定数で決まる速度で上昇し始める。そして、このスレッシュホールド端子６の電圧（ｄ）が図２（ｄ）の時刻ｔ２で電源電圧Ｖｃｃの２／３にまで上昇すると、第２タイマ回路ＩＣ２の出力端子３の電圧（ｅ）が図２（ｅ）の時刻ｔ２で示すように反転低下する。こうした第２タイマ回路ＩＣ２の出力端子３の電圧（ｅ）の変化は第１タイマ回路ＩＣ１のトリガ端子２に与えられ、これによって第１タイマ回路ＩＣ１のトリガ端子２のトリガ電圧（ｃ）は図２（ｃ）の時刻ｔ２で示すように一瞬ゼロに低下する。この場合、第１タイマ回路ＩＣ１のトリガ端子２の電圧（ｃ）は図２（ｃ）で示すように元に上昇してくるが、第１タイマ回路ＩＣ１はそのトリガ端子２のトリガ電圧（ｃ）が同時刻ｔ２で電源電圧Ｖｃｃの１／３以下に低下すると、動作を開始する。そうすると、第１タイマ回路ＩＣ１のディスチャージ端子７はディスチャージ不許可状態となり、これによって第１の傾斜検出回路Ｂ１側の傾斜検出用コンデンサＣ５には充電が設定用抵抗Ｒ３を介して開始されることになり、第１タイマ回路ＩＣ１のスレッシュホールド端子６の電圧（ａ）が図２（ａ）の時刻ｔ２以降で示すように傾斜検出用コンデンサＣ５と設定用抵抗Ｒ３との時定数で決まる速度で上昇し始める。
【００１４】
このようにして第１タイマ回路ＩＣ１と第２タイマ回路ＩＣ２とは上述の動作を時刻ｔ２以降、時刻ｔ３、…繰り返すことになる結果、それぞれの出力端子３からは図２（ｂ）（ｅ）で示すようにハイレベルとローレベルとに変化する出力電圧（ｂ）（ｅ）が出力されることになる。ここで、機械装置が一方側に傾斜しているために第１の傾斜検出回路Ｂ１の傾斜検出用コンデンサＣ５を構成している一対の電極板間に介在するシリコンオイルの方が第２の傾斜検出回路Ｂ２の傾斜検出用コンデンサＣ６を構成している一対の電極板間に介在しているシリコンオイルよりも多いために傾斜検出用コンデンサＣ５の静電容量が傾斜検出用コンデンサＣ６の静電容量よりも大きくなっており、第１タイマ回路ＩＣ１のスレッシュホールド端子６における電圧（ａ）の立ち上がり速度は第２タイマ回路ＩＣ２のスレッシュホールド端子６における電圧（ｄ）の立ち上がり速度より遅くなっている。そのために、第１タイマ回路ＩＣ１の出力端子３の電圧（ｂ）がハイレベルである期間と第２タイマ回路ＩＣ２の出力端子３の電圧（ｅ）がハイレベルである期間との関係は機械装置の傾斜角度および傾斜方向に応じたものとなる。ここで、機械装置の傾斜角度がゼロの場合のときの第２タイマ回路ＩＣ２の出力端子３の電圧（ｅ）を基準とした場合のその出力端子３の電圧（ｅ）のハイレベル期間の長さと比較した場合では、機械装置が一方側に傾斜しているときの第２タイマ回路ＩＣ２の出力端子３の電圧（ｅ）のハイレベル期間は短くなる。そして、出力回路部Ｃにおいては抵抗Ｒ５とコンデンサＣ７とからなる平滑回路で第２タイマ回路ＩＣ２の出力端子３の電圧（ｅ）を平均化するために、機械装置が一方側に傾斜している場合の出力回路部Ｃでの第２タイマ回路ＩＣ２の出力端子３の電圧（ｅ）の平均化電圧は機械装置の傾斜角度がゼロである場合に比較して小さくなる。そして、この平均化電圧は出力端子ＯＵＴから出力されるが、この平均化電圧は基準の平均化電圧より小さいから、機械装置の傾斜方向が一方側であり、かつその平均化電圧の大きさからその傾斜角度を検出できることになる。また、機械装置が他方側に傾斜している場合での第２タイマ回路ＩＣ２の出力端子３電圧のハイレベル期間は長くなるために、出力回路部Ｃでの平均化電圧は基準平均化電圧より大きくなるから、機械装置は他方側に傾斜しており、また、その平均化電圧の大きさからその傾斜角度も検出できることになる。
【００１５】
こうして、本実施の形態における傾斜センサにおいては、タイマ回路部Ａにおける第１タイマ回路ＩＣ１と第２タイマ回路ＩＣ２と複数のコンデンサと抵抗とダイオード、傾斜検出回路部Ｂにおける抵抗、出力回路部Ｃにおける差動増幅器と複数の抵抗などの部品で構成されるので、その使用部品点数が少なくて済むとともに、使用部品点数が少なくても機械装置の傾斜角度とその傾斜方向の検出を高精度で行うことができる。
【００１６】
上述した本発明の実施の形態においては、タイマ回路部Ａにおける過入力防止ダイオードＤ１，Ｄ２、出力回路部Ｃにおける可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２、ツェナーダイオードＤ３、コンデンサＣ８、あるいは差動増幅器ＡＭＰも場合によっては省略可能であるから、使用部品点数としては極めて少なくて済む。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明の傾斜センサにおいては、タイマ回路部として第１タイマ回路と第２タイマ回路とを用いたことから、高精度での検出出力を得るための従来のようなオペアンプを用いた発振回路とか、波形整形回路とか、差動増幅回路などの複雑な回路が不要となる結果、回路の必要部品点数が大幅に減少し部品コスト、その部品の組み付けコスト、メンテナンス費のいずれも減少可能となり、傾斜センサとしては高精度でありながら製造コストの低減が可能となる。
【００１９】
また、本発明の傾斜センサにおいて、傾斜検出回路部が、第１コンデンサと直列の抵抗とからなる第１回路部と、第２コンデンサと直列の抵抗とからなる第２回路部とからなり、第１回路部における第１コンデンサと抵抗との接続部が第１タイマ回路のディスチャージ端子とスレッシュホールド端子との共通接続部に、また第２回路部における第２コンデンサと抵抗との接続部が第２タイマ回路のディスチャージ端子とスレッシュホールド端子との共通接続部にそれぞれ接続されている場合では、前記両コンデンサを即座にディスチャージ端子を介して放電させることができ、応答性に優れたものとなる。
【００２０】
また、本発明の傾斜センサにおいて、出力回路部が、平滑回路と、差動増幅器とを有し、前記平滑回路は、前記第１タイマ回路または第２タイマ回路の一方の出力端子からの出力を平滑化し、前記差動増幅器はこの平滑化出力を差動増幅する場合では、タイマ回路からの出力を平均化処理するための回路としては簡易なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る傾斜センサの内部回路図である。
【図２】図１の傾斜センサの動作説明に供するタイミングチャートである。
【符号の説明】
Ａ  タイマ回路部
Ｂ  傾斜検出回路部
Ｃ  出力回路部
ＩＣ１  第１タイマ回路
ＩＣ２  第２タイマ回路
Ｃ５，Ｃ６  傾斜検出用コンデンサ
【図１】
0003629874.tif 000002
【図２】
0003629874.tif 000003