(57)【要約】【課題】耐衝撃性に優れ、不感帯も小さく、小型化が可能な振り子型のセンサを提供する。【解決手段】筐体と、この筐体に回転自在に取り付けられた振り子と、この振り子の回転又は回転角を検出する検出手段とを有する振り子型センサにおいて、回転軸１１の両端を支持し、少なくとも、回転軸１１とともに回転軸１１の径方向に移動可能な支持手段６と、この支持手段６を前記径方向に付勢するラジアル付勢手段７とを有し、回転軸１１に衝撃が加えられて回転軸１１が支持手段６とともに前記径方向に移動したときに、支持手段６及び回転軸１１を押し戻す方向にラジアル付勢手段７が支持手段６及び回転軸１１を付勢するようにした。【選択図】      図１
2004333420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、回転軸によって前記筐体に回転自在に取り付けられた振り子と、この振り子の回転又は回転角を検出する検出手段とを有する振り子型センサにおいて、
前記回転軸の両端を支持し、少なくとも、前記回転軸とともに前記回転軸の径方向に移動可能な支持手段と、
この支持手段を前記径方向に付勢するラジアル付勢手段とを有し、
前記回転軸に衝撃が加えられて前記回転軸が前記支持手段とともに前記径方向に移動したときに、前記支持手段を押し戻す方向に前記ラジアル付勢手段が前記支持手段を付勢すること、
を特徴とする振り子型センサ。
【請求項２】
前記回転軸の両端を支持する前記支持手段が、前記回転軸の軸線と同方向にも移動可能で、
前記支持手段を前記軸線と同方向に付勢するスラスト付勢手段を設け、
前記回転軸に衝撃が加えられて前記回転軸が前記支持手段とともに前記軸線と同方向に移動したときに、前記支持手段を前記軸線と同方向に押し戻すように前記スラスト付勢手段が前記支持手段を付勢すること、
を特徴とする請求項１に記載の振り子型センサ。
【請求項３】
前記支持手段が、前記回転軸の両端に当接して前記回転軸の軸線方向の位置決めを行うスラスト軸受と、前記回転軸の端部を回転自在かつ軸線方向に移動自在に支持するラジアル軸受とを有し、
前記スラスト付勢手段が前記スラスト軸受を前記軸線と同方向に付勢し、前記ラジアル付勢手段が前記ラジアル軸受を前記径方向に付勢すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の振り子型センサ。
【請求項４】
前記スラスト付勢手段が、前記軸線と同方向に弾性変形するばねからなることを特徴とする請求項２又は３に記載の振り子型センサ。
【請求項５】
前記ラジアル付勢手段が、中央部分で前記支持手段と係合する渦巻きばねであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の振り子型センサ。
【請求項６】
前記回転軸の両端を先細形状にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の振り子型センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両，船舶，航空機等の移動体やロボット，工作機械等の産業機械等に設けられ、これらの傾斜やこれらに作用する力（加速度）、振動等を検出するセンサに関し、特に、前記した傾斜や力（加速度），振動等を振り子の振れによって検出する振り子型センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両，船舶，航空機等の移動体やロボット，工作機械等の産業機械等（以下、車両等と記載する）の傾斜やこれらに作用する力（加速度）、振動等を検出するセンサとして、振り子型のものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３３７３３２号公報（明細書の［００１２］の欄及び図面の図２（ｂ）参照）
【特許文献２】
特開２００３−３５５３７号公報（明細書の［００１３］の欄及び図面の図２参照）
【０００４】
このような振り子型のセンサは、センサの筐体に設けられた回転軸に軸支され、前記回転軸を軸として回転する振り子と、前記筐体に固定された回転角センサあるいは回転検出センサとを備えている。そして、車両等とともに筐体が傾くことにより、前記振り子が前記筐体に対して相対的に回転し、この振り子の回転を前記センサが検出することで、車両等が傾斜したこと、又は、車両等の傾斜角度を検出すること等ができるようになっている。
【０００５】
しかし、上記した従来の振り子型センサには以下のような問題点がある。
すなわち、耐衝撃性が低く、落下等によりセンサに衝撃が加わると、回転軸のピボット部が容易に折損するおそれがある。そのため、一定上の耐衝撃性を得るために、回転軸やピボット部の径を一定以上の太さとする必要があるが、このようにすると、センサの小型化が困難になる。
また、回転軸やピボット部の径が大きくなると、軸受とピボット部との間の摩擦抵抗が大きくなり、微小振動等に対してセンサが感知しなくなり、不感帯を拡げるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点にかんがみてなされたもので、その目的は、回転軸やピボット部の径を小さくしても優れた耐衝撃性を確保することができ、回転軸やピボット部の径を小さくすることで不感帯を小さくし、かつ、小型化も可能な振り子型のセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発明者は、振り子を回転自在に支持する回転軸の両端に、衝撃を吸収・緩和する手段を設けることで、本発明の目的を達成できることに想到した。
具体的には、本発明は、筐体と、回転軸によって前記筐体に回転自在に取り付けられた振り子と、この振り子の回転又は回転角を検出する検出手段とを有する振り子型センサにおいて、前記回転軸の両端を支持し、少なくとも、前記回転軸とともに前記回転軸の径方向に移動可能な支持手段と、この支持手段を前記径方向に付勢するラジアル付勢手段とを有し、前記回転軸に衝撃が加えられて前記回転軸が前記支持手段とともに前記径方向に移動したときに、前記支持手段を押し戻す方向に前記ラジアル付勢手段が前記支持手段を付勢するように構成してある。
【０００８】
この構成によれば、振り子を回転自在に取り付ける回転軸は、支持手段によって支持される。支持手段は、少なくとも回転軸の径方向に移動自在で、かつ、前記径方向から付勢手段によって付勢されているので、筐体に衝撃が加わると、回転軸が支持手段とともに径方向に移動するとともに、回転軸に加えられた衝撃がラジアル付勢手段によって吸収・緩和される。
これにより、回転軸の折損等の不都合を防止することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記回転軸の両端を支持する前記支持手段が、前記回転軸の軸線と同方向に移動可能で、前記支持手段を前記軸線と同方向に付勢するスラスト付勢手段を設け、前記回転軸に衝撃が加えられて前記回転軸が前記支持手段とともに前記軸線と同方向に移動したときに、前記支持手段を前記軸線と同方向に押し戻すように前記スラスト付勢手段が前記支持手段を付勢するように構成してある。
このように、軸線と同方向、つまり、スラスト方向にも支持手段を移動可能とすることで、回転軸の軸線方向に作用する衝撃を吸収させることができ、回転軸の座屈折損を防止することも可能になる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記支持手段が、前記回転軸の両端に当接して前記回転軸の軸線方向の位置決めを行うスラスト軸受と、前記回転軸の端部を回転自在かつ軸線方向に移動自在に支持するラジアル軸受とを有し、前記スラスト付勢手段が前記スラスト軸受を前記軸線と同方向に付勢し、前記ラジアル付勢手段が前記ラジアル軸受を前記径方向に付勢するように構成してある。
このように構成すれば、回転軸の軸線方向の支持と径方向の支持とをスラスト軸受とラジアル軸受とで分担して行い、衝撃の吸収・緩和も、スラスト軸受とラジアル軸受とで分担して行うことができる。
【００１１】
前記スラスト付勢手段としては、請求項４に記載するように、前記軸線と同方向に弾性変形するばねを用いるとよい。また、ラジアル付勢手段としては、請求項５に記載するように、中央部分で前記支持手段と係合する渦巻きばねを用いるとよい。
本発明によれば、回転軸に作用する衝撃を吸収・緩和することができるので、回転軸の全体を小径にすることができる。また、振り子を支持するためにある程度の剛性が必要とされる回転軸の中央部分を大径にして、請求項６に記載するように回転軸の両端を部分的に小径にすることも可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の一実施形態にかかる振り子型センサの構成を説明する。
なお、以下の説明では、車両等が傾いたことを検出するとともに、傾斜角度に応じた検出信号を出力する傾斜センサに本発明の振り子型センサを適用する場合を例に挙げて説明するが、本発明の振り子型センサは、傾斜センサに限らず、車両等に力が作用したことを検出する加速度センサや、車両等に振動が加えられたことを検出する振動センサ等にも適用が可能である。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態にかかる振り子型センサの側面断面図、図２は、図１の振り子型センサの正面図、図３は、図１の振り子型センサにおける緩衝手段の分解斜視図である。
振り子型センサ１（以下、センサ１と記載する）は、二つに分割が可能なケース３及びケース４と、このケース３及びケース４に取り付けられる軸受保持部材２，２と、この軸受保持部材２，２の間の空間に形成された振り子収納部２０に設けられた振り子１２と、この振り子１２を振り子収納部２０内で回転自在に支持する回転軸１１と、この回転軸１１の両側に設けられ、回転軸１１を回転自在に支持するとともに、回転軸１１に衝撃が作用したときに、この衝撃を吸収する緩衝手段５とから概略構成されている。
ケース３とケース４とは、それぞれの嵌装孔３ａ，４ａに軸受保持部材２，２が圧入された状態で、ボルト３１，３１によって一体的に連結されて、センサ１の筐体を構成する。
【００１４】
［振り子］
振り子１２は、回転軸１１に一体に取り付けられたアーム１２２と、このアーム１２２の下端に一体に取り付けられた錘１２１とから構成されている。
アーム１２２の上端には、アーム１２２の中心をとおる軸線Ｃと直交する方向に軸孔１２３が貫通形成され、この軸孔１２３を回転軸１１が挿通している。この実施形態では、別体に形成されたアーム１２２と回転軸１１とを接着剤１２４等により接着しているが、アーム１２２の軸孔１２３にアーム１２２を圧入してもよいし、アーム１２２と回転軸１１とを粉末射出成形等で一体的に形成してもよい。
【００１５】
また、この実施形態において錘１２１は、ネオジム磁石、フェライト磁石、ＳｍＣｏ磁石等の永久磁石で形成され、別体に形成されたアーム１２２と接着剤１２５によって一体的に接着されている。そして、センサ１を車両等に取り付ける際には、錘１２１の磁界内に磁気検出素子を主体とした磁気センサ１３を配置し、錘１２１が回転軸１１を軸として回転したときに、この回転角に応じた出力信号をコントローラ等の制御装置に出力するようにする。前記制御装置は、この出力信号によって、車両等が傾斜したことを判断するとともに、車両等がどの程度傾斜しているのかを判断することができる。
【００１６】
［回転軸］
振り子１２を振り子収納部２０内で回転自在にする回転軸１１は、振り子１２のアーム１２２が一体的に取り付けられる軸部１１１と、この軸部１１１の両端に形成された小径のピボット部１１２とから構成されている。
ピボット部１１２が形成された軸部１１１の両端は、振り子収納部２０から軸受保持部材２，２の底部に形成された貫通孔２３，２３を挿通して、軸受保持部材２，２の内部まで延びている。
また、ピボット部１１２と軸部１１１との間の形状変化部分は、センサ１に衝撃が加わったときの応力集中を緩和し、前記形状変化部分でピボット部１１２が容易に折損しないようにするために、なだらかなテーパ面として形成されている。
【００１７】
［緩衝手段］
次に、回転軸１１に衝撃が作用したときに、この衝撃を吸収して回転軸１１の折損を防止する緩衝手段５について、図１及び図３を参照しながら説明する。
なお、緩衝手段５は、回転軸１１の両端に設けられるが、これらの構成は同じであるので、一方のみについて説明し、他方についての説明は省略する。
緩衝手段５は、回転軸１１の径方向に作用する力を吸収するラジアル緩衝部５Ａと、回転軸１１の軸線方向に作用する力を吸収するスラスト緩衝部５Ｂと、から構成される。
【００１８】
ラジアル緩衝部５Ａは、回転軸１１のピボット部１１２を回転自在かつ軸線方向に進退移動自在に支持する支持手段としてのラジアル軸受６と、このラジアル軸受６の外周に設けられ、ラジアル軸受６を軸受保持部材２の内部で支持するラジアル付勢手段としての渦巻きばね７とを有している。
ラジアル軸受６の中心には、回転軸１１のピボット部１１２が挿通する軸孔６１が形成されているが、この軸孔６１の内径は、回転軸１１に衝撃が加わったときに、ピボット部１１２が軸線方向に自由に進退移動できるように、ピボット部１１２の外径よりも僅かに大きく形成するとよい。
渦巻きばね７は、ラジアル軸受６が嵌装される嵌装孔７１が形成された内輪部７２と、軸受保持部材２の底部に形成されたばね受け部２２に受け止められる外輪部７３と、内輪部７２と外輪部７３とを連結する螺旋状の連結部７４とから構成されている。回転軸１１に径方向の衝撃が加わると、この衝撃はラジアル軸受６を介して内輪部７２に伝達され、連結部７４が弾性変形することで吸収される。
【００１９】
前記スラスト緩衝部は、回転軸１１のピボット部１１２の先端が当接するスラスト軸受８と、このスラスト軸受８が取り付けられる軸受座体９と、この軸受座体９の外周に設けられ、スラスト軸受８及び軸受座体９を軸受保持部材２の内部で支持するスラスト付勢手段としてのばね１０とを有している。
回転軸１１のピボット部１１２が当接するスラスト軸受８の当接面８ａは、平坦かつ平滑状に仕上げられ、ピボット部１１２の先端が当接した状態で、回転軸１１が容易に移動できるようになっている。スラスト軸受８は、ピボット部１１２の先端が当接しても容易に傷が付かない硬質の材料、例えばセラミックから形成するのが好ましい。
【００２０】
もちろん、ピボット部１１２を回転自在に支持することができるのであれば、スラスト軸受８の形態は上記のものに限られず、他の形態のスラスト軸受を用いることが可能である。
軸受座体９は、筒状の円錐台形状に形成されている。貫通孔９０の内部には、スラスト軸受８が一体的に取り付けられ、底部９２は、軸受保持部材２の内部で渦巻きばね７の外輪部７３と対峙して位置するように形成されている。また、軸受座体９の途中部位の外周面には、ばね１０が嵌装される嵌装溝９１が全周に亘って形成されている。
【００２１】
ばね１０は、嵌装溝９１に嵌装される環状部分１０１と、この環状部分１０１の外周に均等間隔で複数（この実施形態には二個）設けられ、環状部分１０１の径方向外側に張り出す耳部１０２，１０２とを有している。
この耳部１０２，１０２は、軸受保持部材２の開口周縁に張り出し形成された張出し部２１と係合して、軸受座体９及びスラスト軸受８を軸線Ｃ方向に付勢する。すなわち、回転軸１１に衝撃が作用してピボット部１１２がスラスト軸受８及び軸受座体９を軸線Ｃ方向に押すと、耳部１０２，１０２が軸受座体９及びスラスト軸受８を介してピボット部１１２を押し戻す方向に付勢し、回転軸１１に作用する衝撃を緩和させる。
【００２２】
次に、上記構成の緩衝手段５の作用を、図４を参照しながら説明する。
図４（ａ）は、センサ１に衝撃が作用していないときの初期状態を示している。
この状態では、回転軸１１はラジアル軸受６及び渦巻きばね７によって軸線Ｃと同軸上に支持され、ピボット部１１２の先端が、軽くスラスト軸受８に当接している。
図４（ｂ）は、センサ１に回転軸１１の径方向の衝撃が作用した場合（衝撃の作用方向を図中矢印Ｉで示す）を示している。
回転軸１１に径方向の衝撃が作用すると、回転軸１１及びラジアル軸受６が径方向に移動し、渦巻きばね７の連結部７４を弾性変形させる。これにより、回転軸１１に作用する衝撃が緩和される。連結部７４は、回転軸１１及びラジアル軸受６を押し戻す方向に付勢するので、この後、回転軸１１は軸線Ｃと同軸上に速やかに復帰する。
【００２３】
図４（ｃ）は、センサ１に回転軸１１の軸線方向の衝撃が作用した場合（衝撃の作用方向を図中矢印ＩＩで示す）を示している。
回転軸１１に軸線方向の衝撃が作用すると、回転軸１１がラジアル軸受６によって支持された状態で軸線方向に移動し、スラスト軸受８及び軸受座体９を押す。これにより、ばね１０の耳部１０２が弾性変形して、回転軸１１に作用する軸線方向の衝撃が緩和される。ばね１０は、回転軸１１及びスラスト軸受８を押し戻す方向に付勢するので、この後、回転軸１１は元の位置に速やかに復帰する。なお、実際には、衝撃によって回転軸１１には軸線方向の力と径方向の力が複合的に作用するので、図４（ｂ）の動きと（ｃ）の動きとが複合的に生じることになる。
【００２４】
本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態により何ら限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、永久磁石の錘１２１と磁気センサ１３とで傾斜及び傾斜角を検出するようにしているが、本発明は磁気センサに限らず、ホール素子を主体とした電流センサ、光学素子を主体とした光センサ等を用いてもよい。
また、回転軸１１に対して振り子１２を一体的に固着しているが、回転軸１１に対して振り子１２を回転自在に設けてもよい。この場合は、振り子１２が回転軸１１の軸線方向に移動しないように規制する軸受等を用いて、振り子１２を回転軸１１に取り付けるようにするとよい。
【００２５】
さらに、上記の説明では、回転軸１１を回転自在、かつ、軸線と同方向に移動自在に支持する支持手段としてスラスト軸受８を設け、回転軸１１を回転自在、かつ、径方向に移動自在に支持する支持手段としてラジアル軸受６を設けているが、スラスト軸受とラジアル軸受の両者の機能を併せ持つ単一の軸受で回転軸１１を支持させるようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、衝撃がセンサに加わったときに支持手段とともに回転軸が移動し、かつ、前記支持手段及び前記回転軸を押し戻す方向にばね等の付勢手段が付勢するので、前記衝撃が前記付勢手段によって吸収・緩和される。そのため、耐衝撃性に優れる振り子型センサを得ることができる。
また、回転軸を小径にすることができるので、支持手段と回転軸のピボット部との摩擦抵抗を最小にすることができ、不感帯を小さくすることができるとともに、振り子型センサの小型化を図ることも可能になる。本発明では、従来、３００μｍ程度が限界であったピボット部の外径を、５０μｍ〜２００μｍにまで細くすることができる。そのため、振り子型センサの大きさを四ミリ角程度まで小型化することができ、プリント基板等の基板に搭載することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる振り子型センサの側面断面図である。
【図２】図１の振り子型センサの正面図である。
【図３】図１の振り子型センサにおける緩衝手段の分解斜視図である。
【図４】緩衝手段の作用を説明する図で、（ａ）はセンサに衝撃が作用する前の初期状態を、（ｂ）はセンサに径方向の衝撃が作用したときの状態を、（ｃ）はセンサに軸線方向の衝撃が作用したときの状態を示している。
【符号の説明】
１  センサ
２  軸受保持部材
２０  振り子収納部
２１  張出し部
２２  ばね受け部
２３  貫通孔
３  ケース
４  ケース
５  緩衝手段
５Ａ  ラジアル緩衝部
５Ｂ  スラスト緩衝部
６  ラジアル軸受
７  渦巻きばね（ラジアル付勢手段）
８  スラスト軸受
９  軸受座体
１０  ばね（スラスト付勢手段）
１１  回転軸
１１１  軸部
１１２  ピボット部
１２  振り子
１２１  錘
１２２  アーム
１２３  軸孔
１２４，１２５  接着剤
１３  磁気センサ
【図１】
2004333420.tif 000003
【図２】
2004333420.tif 000004
【図３】
2004333420.tif 000005
【図４】
2004333420.tif 000006