(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、液体を貯留する凹部を有するケースとを固着して前記基板と前記凹部との間に前記液体を封止してなり、
前記基板の同一面には、検出用電極および該検出用電極の外方に電圧印加用の複数の駆動用電極が形成され、
前記液体は、前記基板の傾斜によって前記検出用電極と各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ものであって、前記基板の前記同一面を底面として前記凹部との間で封止されるものであり、
前記検出用電極は、前記基板の前記凹部に対向する領域の中央側に形成され、前記複数の駆動用電極は、前記領域の端部側に形成されるとともに、傾斜を検出すべき方向に沿って対電極が構成され、
前記凹部は、前記傾斜を検出すべき方向に沿って延びて形成され、
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り、
前記検出用電極の出力に基づいて、傾斜を検出することを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２】
前記凹部は、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、前記基板には、前記十字状の凹部に対向する領域の前記十字状の中央の交差部分に、前記検出用電極が形成されるとともに、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形成される請求項１記載の傾斜センサ。
【請求項３】
前記基板には、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が、各駆動用電極の近傍にそれぞれ形成され、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請求項１または２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、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ができるとともに、部品点数が少なく組み立てが容易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、基板と、液体を貯留する凹部を有するケースとを固着して前記基板と前記凹部との間に前記液体を封止してなり、前記基板の同一面には、検出用電極および該検出用電極の外方に電圧印加用の複数の駆動用電極が形成され、前記液体は、前記基板の傾斜によって前記検出用電極と各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ものであって、前記基板の前記同一面を底面として前記凹部との間で封止されるものであり、前記検出用電極は、前記基板の前記凹部に対向する領域の中央側に形成され、前記複数の駆動用電極は、前記領域の端部側に形成されるとともに、傾斜を検出すべき方向に沿って対電極が構成され、前記凹部は、前記傾斜を検出すべき方向に沿って延びて形成され、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り、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る。
【０００８】
前記凹部は、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、前記基板には、前記十字状の凹部に対向する領域の前記十字状の中央の交差部分に、前記検出用電極が形成されるとともに、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形成されるようにしてもよい。
【０００９】
さらに、前記基板には、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が、各駆動用電極の近傍にそれぞれ形成され、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のが好ましい。
【００１０】
本発明の傾斜センサによれば、基板の同一面に形成された検出用電極と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、しかも、各電極を基板上に形成しているので、電極棒などを用いる構成に比べて、部品点数が少なくなるとともに、組み立てが容易となる。また、前記検出用電極は、前記基板の前記凹部に対向する領域の中央側に形成され、前記複数の駆動用電極は、前記領域の端部側に形成されるとともに、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、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。さらに、前記凹部は、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、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。
【００１３】
特に、前記凹部を、互いに直交する二方向に沿って十字状に形成し、基板には、十字状の凹部の対向する領域の前記十字状の中央の交差部分に検出用電極を形成するとともに、十字状の四周部に二対の駆動用電極の各電極を対向位置に形成することにより、互いに直交する２方向の傾斜の検出を精度よく行うことができる。
【００１４】
また、各駆動用電極の近傍に形成され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。
【００１５】
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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る。
【００２２】
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。
【００２３】
この傾斜センサ５は、後述のように同一面上に電極が形成されるとともに、電子部品が実装された基板６と、導電性液体４を収納する凹部７を有するケース８とを、ネジ９によって固着し、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂などの合成樹脂１０で封止して構成される。
【００２４】
ケース８は、図３の斜視図にも示されるように、開口部を有する箱状であって、開口部の両側には、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１１を有する鍔部８ａがそれぞれ形成されている。
【００２５】
このケース８の内部の中央には、収納部１３が突設されており、この収納部１３には、導電性液体４を収納する凹部７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、傾斜を検出すべき左右方向および前後方向に対応する。
【００２６】
また、十字状の凹部７の縁に沿ってシール用のパッキン１４が２色成形（ダブルインジェクションモールド）で形成されており、さらに、収納部１３の４箇所の隅部には、基板６をネジ９によって当該収納部１３の端面に取り付けるためのネジ孔１５が形成されている。
【００２７】
図４は、ケース８の収納部１３に取り付けられる基板６の斜視図であり、導電性液体４が収納される十字状の凹部７に対応する領域の境界を仮想線で示している。
【００２８】
この基板６には、ケース８に取り付けた状態で、該ケース８の十字状の凹部７に対向する領域の十字状の中央に、円形の検出用電極１８が形成されるとともに、十字状の４つの各周部に、電圧印加用の矩形の駆動用電極１９がそれぞれ形成され、検出用電極１８を挟んで互いに対向する等距離の位置に形成される駆動用電極１９，１９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。さらに、各駆動用電極１９の近傍に、駆動用電極１９よりも細いフィードバック用電極２０が形成されている。
【００２９】
各電極１８〜２０は、導電性材料によって形成されている。なお、これら電極の形状は、円形あるいは矩形に限らず、多角形やその他の形状としてもよい。
【００３０】
また、基板６には、所要の回路パターンが形成されるとともに、電子部品２１が実装されており、前記各電極１８〜２０の引き出し部分は、導電性液体４に接触しないように、レジストによってコーティングが施されている。
【００３１】
この基板６には、十字状の凹部７に対向する領域の周囲の４箇所には、当該基板６を、ケース８の収納部１３にネジ９によって取り付けるための取付孔２２が形成されている。
【００３２】
この実施の形態では、図３に示される状態で、ケース８の収納部１３の凹部７に導電性液体４を収納し、基板６を、その電極１８〜２０が形成された領域が、ケース８の凹部７に対向するようにネジ９によって取り付けることにより、ケース８の凹部７と基板６とによって導電性液体４を封止し、さらに、合成樹脂１０を充填し、図２に示されるように、基板６を下方側にしてケース８を介して農機具の所要の取付面２３に、十字状の凹部７が、農機具の前後左右に対応するように取り付けられる。
【００３３】
ケース８の凹部７と基板６との間に封止される導電性液体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、水道水を用いてもよい。
【００３４】
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１８に現れる電圧に基づいて、傾斜を検出するものである。
【００３５】
駆動用電極１９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、各駆動用電極１９に個別的に対応するように、フィードバック用電極２０を上述のように形成しており、このフィードバック用電極２０の出力電圧に基づいて、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。
【００３６】
このように、各電極１８〜２０を基板６の同一面上に形成するとともに、前記基板６を底面として導電性液体４を封入するので、例えば、電極棒を用いる構成に比べて、部品点数が少なくて済むとともに、組み立てが容易であり、コストの低減を図ることができる。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
図７は、傾斜センサ５の検出用電極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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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１８の出力が、コンデンサ５６でその直流分を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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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れども、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、凹部７を形成するとともに、駆動用電極１９を配設すればよい。
【００５５】
上述の実施の形態では、フィードバック用電極２０を設けたけれども、本発明の他の実施の形態として、フィードバック用電極２０は、省略してもよい。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板の同一面に形成された検出用電極と駆動用電極との間の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、しかも、各電極を基板上に形成しているので、例えば電極棒などを用いる構成に比べて、部品点数が少なくなるとともに、組み立てが容易となる。
【００６０】
また、前記検出用電極は、前記基板の中央側に形成されるとともに、前記駆動用電極は、端部側に形成されるので、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。
【００６１】
さらに、ケースの凹部は、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、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。
【００６２】
また、各駆動用電極の近傍に形成され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。
【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の傾斜センサのケースの斜視図である。
【図４】図２の傾斜センサの基板の斜視図である。
【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
６                  基板
７                  凹部
８                  ケース
１８                検出用電極
１９                駆動用電極
２０                フィードバック用電極
【図１】
0003629832.tif 000002
【図２】
0003629832.tif 000003
【図３】
0003629832.tif 000004
【図４】
0003629832.tif 000005
【図５】
0003629832.tif 000006
【図６】
0003629832.tif 000007
【図７】
0003629832.tif 000008
【図８】
0003629832.tif 000009