(57)【要約】【課題】感度に優れ、製造コストの削減を図ることのできる水平センサを提供する。【解決手段】絶縁性材料からなり内部に気体Ｇ及び当該気体Ｇと誘電率の異なる液体Ｌを封入した密閉容器２と、前記容器２内の気体Ｇ及び・又は液体Ｌを介在させて対向配置される電極面３ａ，１４ａを有した一組の電圧印加電極３及び接地電極４と、を備え、前記容器２内の気体Ｇ及び液体Ｌの流動に伴い変化する前記電圧印加電極３と前記接地電極４との間の静電容量に基づいて傾斜角を測定する水平センサ１は、前記電圧印加電極３を前記接地電極４で囲われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性材料からなり内部に気体及び当該気体と誘電率の異なる液体を封入した密閉容器と、前記容器内の気体及び・又は液体を介在させて対向配置される電極面を有した一組の電圧印加電極及び接地電極と、を備え、
前記容器内の気体及び液体の流動に伴い変化する前記電圧印加電極と前記接地電極との間の静電容量に基づいて傾斜角を測定する水平センサであって、
前記電圧印加電極を前記接地電極で囲ったことを特徴とする水平センサ。
【請求項２】
前記電圧印加電極の電極面と前記接地電極の電極面とが水平方向に対向しており、
水平な状態では両電極面間に液体が介在せず、傾斜した状態で両電極面間に液体が介在することを特徴とする請求項１に記載の水平センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平センサに関し、特に、一組の電極間の静電容量に基づいて傾斜角を測定する水平センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水平センサとして、図６に示すものが知られている（特許文献１参照）。
図６に示す水平センサ１０１は、密閉容器１０２と、その内部に封入された液体１０３と、密閉容器１０２の一方の端面から密閉容器に電気絶縁的に貫通固定された一対のリード端子１０４と、各リード端子１０４に取り付けられ密閉容器が静止状態では一部が液体の液面上に位置する電極１０５と、を備えている。センサ１０１が傾くと、電極１０５と液体１０３との接触面積が変化して電極間の静電容量に変化が生ずる。この静電容量の変化が傾斜角に換算される。
【０００３】
また、従来の水平センサとして、図７に示すものも知られている（特許文献２参照）。
図７に示す水平サンサ２０１は、上部電極２０２と、下部電極２０３と、上部電極２０２と下部電極２０３との間に封入され傾斜に応じて変位する流動体２０４と、を備えている。センサ２０１が傾くと、流動体２０４が一方に移動し、上部電極２０２と下部電極２０３との間に介在する流動体２０４と空気２０５との分布が変化して、電極２０２，２０３間の静電容量に変化が生ずる。この静電容量の変化が傾斜角に換算される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０５１８号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のセンサ１０１によると、密閉容器１０２を貫通して電極１０５を内部に配置するため、電極と容器との気密構造が必要であり、製造コストや長期の気密性確保の点で好ましくない。この点につき、従来のセンサ２０１によれば、上部電極２０２及び下部電極２０３は容器の外表面に添着されており、よって気密構造は不要である。しかしながら、従来のセンサ２０１では、上部電極２０２及び下部電極２０３が露出しているため、外乱に弱く、感度に悪影響を与える虞がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、感度に優れ、製造コストの削減を図ることのできる水平センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、本発明に係る下記（１）〜（２）の水平センサにより達成される。
【０００８】
（１）絶縁性材料からなり内部に気体及び当該気体と誘電率の異なる液体を封入した密閉容器と、前記容器内の気体及び・又は液体を介在させて対向配置される電極面を有した一組の電圧印加電極及び接地電極と、を備え、前記容器内の気体及び液体の流動に伴い変化する前記電圧印加電極と前記接地電極との間の静電容量に基づいて傾斜角を測定する水平センサであって、前記電圧印加電極を前記接地電極で囲ったことを特徴とする水平センサ。
（２）前記電圧印加電極の電極面と前記接地電極の電極面とが水平方向に対向しており、水平な状態では両電極面間に液体が介在せず、傾斜した状態で両電極面間に液体が介在することを特徴とする上記（１）に記載の水平センサ。
【０００９】
上記（１）の構成の水平センサでは、電圧が印加される電圧印加電極を、接地電位とされる接地電極によって囲っており、外乱による影響を低減してセンサ感度の向上を図ることができ、また、電磁波の遮蔽ケース等を別途必要とするものでもないので、製造コストに優れる。
上記（２）の構成の水平センサでは、電束密度の高い領域に液体が占める割合が増え、感度のさらなる向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、感度に優れ、製造コストの削減を図ることのできる水平センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る水平センサの一実施形態の縦断面図、図２は図１の水平センサの横断面図、図３は図１の水平センサの電圧印加電極と接地電極との間の電気力線の分布を模式的に示す要部拡大断面図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本実施形態の水平センサ１は、内部に気体Ｇ及び当該気体Ｇと誘電率の異なる液体Ｌを封入した絶縁性材料からなる密閉容器２と、容器２内の気体Ｇ及び・又は液体Ｌを介在させて対向配置される電極面を有した一組の電圧印加電極３及び接地電極４と、を備え、容器２内の気体及び液体の流動に伴い変化する電圧印加電極３と接地電極４との間の静電容量に基づいて傾斜角を測定する水平センサである。
【００１３】
密閉容器２は、有底の円筒状に成形されて軸方向を鉛直に配された容器本体１１と、容器本体１１の上部開口を封止する蓋体１２とを有している。蓋体１２には、容器本体１１の上部開口を封止した状態で、容器本体１１の内部に進入する円柱状の突出部１３が設けられている。突出部１３の端面と容器本体１１の底面との間、及び、突出部１３の外周面と容器本体１１の内周面との間にはそれぞれ隙間がおかれており、容器２の内部空間が形成される。
【００１４】
容器２の内部空間には、気体Ｇと、気体Ｇと誘電率の異なる液体Ｌとが封入される。液体Ｌは、センサ１が水平な状態にあって蓋体１２の突出部１３の端部が僅かに浸る程度に封入される。気体Ｇとしては不活性ガスなどを用いることができる。また、液体Ｌとしては、無極性液体であってもよいが、有極性液体としたほうがセンサ１の感度の向上を図ることができ、好ましい。尚、液体Ｌに接触する容器本体１１及び蓋体１２は、耐薬品性に優れる絶縁性の樹脂材料（例えば、ポリアセタールなどのエンプラ）で形成されている。
【００１５】
電圧印加電極３は、蓋体１２の円柱状の突出部１３よりも小径の円筒状に成形され、例えばインサート成形によって突出部１３と同軸に当該突出部１３に埋設されている。したがって、電圧印加電極３は、容器２の内部空間に露出せず、封入された液体Ｌに接触することがない。よって、電圧印加電極３の腐食が防止される。
【００１６】
接地電極４は、容器本体１１の外周面を覆う周壁部１４と、蓋体１２の上面を覆う上壁部１５とを有し、容器２に被さるように装着されている。電圧印加電極３は、接地電極４によって囲まれ、外乱からほぼ隔絶される。また、接地電極４は、容器２の内部空間に露出せず、封入された液体Ｌに接触することがない。よって、接地電極４の腐食が防止される。
【００１７】
電圧印加電極３の外周面（電極面）３ａと、接地電極４の周壁部１４の内周面（電極面）１４ａとは、互いに容器２内の気体Ｇ及び・又は液体Ｌを介在させて水平方向に対向している。ここで、接地電極４の周壁部１４は、容器本体１１の底まで延びているのに対し、電圧印加電極３は、容器本体１１の上部開口から中央部分にかけて延在しているもので、容器本体１１の底には達していない。したがって、接地電極４の電極面１４ａは、その上端部から中央部分にかけて電圧印加電極３の電極面３ａと対向しており、その下端部においては電圧印加電極３の電極面３ａと対向していない。このような構成のもと、電圧印加電極３の電極面３ａから接地電極４の電極面１４ａに向かう電気力線の分布は図３に示すようになる。
【００１８】
図３に示すように、電圧印加電極３の電極面３ａの下端部から出た電気力線は接地電極４の電極面１４ａの下端部へ次第に広がりながら向かい、電束密度は低下することとなる。したがって、両電極面３ａ，１４ａ間の電束密度に比べ、電圧印加電極３の下端より下の領域の電束密度は低くなっている。
【００１９】
液体Ｌは、上述の通りセンサ１が水平な状態にあって蓋体１２の突出部１３の端部が僅かに浸る程度に封入されており、よって、センサ１が水平な状態では、液面は電圧印加電極３の下端に達しておらず、つまり、電圧印加電極３の電極面３ａと接地電極４の電極面１４ａとの間に液体Ｌが介在していない。そして、センサ１が傾斜した状態で初めて両電極面３ａ，１４ａ間に液体Ｌが介在することとなる。一般に、気体より液体の誘電率は高く、液体Ｌが電束密度の高い両電極面３ａ，１４ａ間に介在することで、電圧印加電極３と接地電極４との間の静電容量が増加する。
【００２０】
電圧印加電極３と接地電極４との間の静電容量の検出は、両電極３，４に電気的に接続されている静電容量検出回路５で検出される。検出方法としては、周波数変換、インピーダンス変化、位相変化検出、スイッチドキャパシタ、等の種々の方法をとることができる。そして、例えば、センサ１の傾斜角を種々に変化させた場合についての静電容量の実測値に基づくテーブルを予め作成しておき、このテーブルを参照して、検出された静電容量から傾斜角を求める。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態の水平センサ１は、電圧が印加される電圧印加電極３を接地電位とされる接地電極４によって囲っており、外乱による影響を低減してセンサ感度の向上を図ることができ、また、電磁波の遮蔽ケース等を別途必要とするものでもないので、製造コストに優れる。
【００２２】
また、本実施形態の水平センサ１は、センサ１が水平な状態では電圧印加電極３の電極面３ａと接地電極４の電極面１４ａとの間に液体Ｌが介在せず、センサ１が傾斜した状態で両電極面３ａ，１４ａ間に液体Ｌが介在する構成であり、電束密度の高い両電極面３ａ，１４ａ間に液体Ｌが占める割合が増え、感度のさらなる向上を図ることができる。
【００２３】
また、本実施形態の水平センサ１は、電圧印加電極３及び接地電極４が円筒状であるので、センサ１の傾斜方向によらず両電極３、４間の静電容量を検出することができる。
【００２４】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００２５】
例えば、上述の円筒状に成形された電圧印加電極３に代えて、図４に示すように、円柱状の電圧印加電極３´としてもよい。
【００２６】
また、図５に示す水平センサ２１は、絶縁性材料からなり内部に気体Ｇ及び液体Ｌを封入した密閉容器２２と、一組の電圧印加電極２３及び接地電極２４と、を備え、上述の水平センサ１と同様、容器２２内の気体Ｇ及び液体Ｌの流動に伴い変化する電圧印加電極２３と接地電極２４との間の静電容量に基づいて傾斜角を測定する水平センサである。
【００２７】
密閉容器２２は、有底の円筒状に成形されて軸方向を鉛直に配された容器本体３１と、容器本体３１の上部開口を封止する円板状の蓋体３２とを有している。容器２２の内部空間には、気体Ｇと、気体Ｇと誘電率の異なる液体Ｌとが封入される。液体Ｌは、センサ２１が水平な状態にあって容器本体３１の底から当該容器本体３１の深さの略１／２の高さまで封入される。
【００２８】
電圧印加電極２３は、円板状に成形され、蓋体３２に埋設されている。接地電極２４は、容器本体３１の底を覆う底壁部３３と、容器本体３１の外周面を覆う周壁部３４と、蓋体３２の上面を覆う天壁部３５とを有し、容器２２に被さるように装着されている。電圧印加電極２３は、接地電極２４によって囲まれ、外乱からほぼ隔絶される。電圧印加電極２３の内面（電極面）２３ａと、接地電極２４の底壁部３４の内面（電極面）３３ａとは、互いに容器２２内の気体Ｇ及び液体Ｌを介在させて鉛直方向に対向している。
【００２９】
センサ２１が傾斜すると、気体Ｇ及び液体Ｌが流動し、電圧印加電極２３と接地電極２４との間の静電容量が変化する。センサ２１の傾斜角を種々に変化させた場合についての静電容量の実測値に基づくテーブルを予め作成しておき、このテーブルを参照して、検出された静電容量から傾斜角を求める。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る水平センサの一実施形態の縦断面図である。
【図２】図１の水平センサの横断面図である。
【図３】図１の水平センサの電圧印加電極と接地電極との間の電束線の分布を模式的に示す要部拡大断面図である。
【図４】図１の水平センサの変形例の縦断面図である。
【図５】図１の水平センサの他の変形例の縦断面図である。
【図６】従来の水平センサの縦断面図である。
【図７】従来の他の水平センサの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      水平センサ
２      密閉容器
３      電圧印加電極
３ａ    電極面
４      接地電極
１４    周壁部
１４ａ  電極面
Ｇ      気体
Ｌ      液体
【図１】
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【図２】
2008032476.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008032476.tif 000006
【図５】
2008032476.tif 000007
【図６】
2008032476.tif 000008
【図７】
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