(57)【要約】【課題】小型で安価でありながら、高い信頼性を有する姿勢検出技術を提供すること。【解決手段】重力を受けて移動する球体１３と、球体１３の有無を検出する検出手段１４と、球体１３に対して異なる３点で当接することにより球体の移動を規制しつつ案内し、検出手段１４による検出結果が変化するような球体の移動軌跡を形成するレール部１１ａ〜１１ｃを有するガイド部材１１とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重力を受けて移動する球体と、
前記球体の有無を検出する検出手段と、
前記球体に対して少なくとも３点で当接することにより前記球体の移動を規制しつつ案内し、前記検出手段による検出結果が変化するような前記球体の移動軌跡を形成するレール部を有するガイド部材とを具備することを特徴とする姿勢検出装置。
【請求項２】
前記レール部により形成される球体の移動軌跡は、少なくとも２つの異なる方向に傾斜する勾配部を有することを特徴とする請求項１に記載の姿勢検出装置。
【請求項３】
前記レール部により形成される球体の移動軌跡は、前記姿勢検出装置の姿勢に応じて球体がその移動方向の中央部で静止する谷部を有することを特徴とする請求項１に記載の姿勢検出装置。
【請求項４】
前記レール部における球体との当接部は突起した曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の姿勢検出装置。
【請求項５】
前記ガイド部材を覆うカバー部材を有し、前記カバー部材に形成された突起部によって前記球体の移動軌跡の両端部を規定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の姿勢検出装置。
【請求項６】
前記ガイド部材は導電性を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の姿勢検出装置。
【請求項７】
前記カバー部材は導電性を有していることを特徴とする請求項５に記載の姿勢検出装置。
【請求項８】
前記球体は金属製であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の姿勢検出装置。
【請求項９】
前記検出手段はその検出範囲における球体の有無に応じて光学的出力が変化し、その光学的出力に応じた電気的出力を発生する光学的検出手段であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の姿勢検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置や機器類の傾きや天地等の姿勢検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、いくつもの姿勢検出手段が考案、実用化されてきている。例えば、管内を移動する水銀と管内に配置された電極によるもの（特許文献１参照）、ある空間内を重力に応じて移動する磁石とホールセンサのような磁気センサとで検出するもの（特許文献２参照）などがあるが、前者は環境的な、後者はコスト的な問題をそれぞれ抱えている。これらの問題を解消する手段として、ある空間内を移動するボールと、そのボールを検出する光学センサを用いたものも考案されている。しかし、ボールの移動は、小型化を突き詰めて行った場合に、その機器が静電気を帯電したり、結露を発生した時に、空間内でボールが固着し、重力に反してボールが移動しないことがある。そのような問題に対して、ボールの移動時の規制を面で行うのではなく、線で行うようにすることで、静電気や水滴からの影響を受けにくくした構造も提案されている。
【特許文献１】特開平６−３０７８０５号公報
【特許文献２】特開平１０−１７０２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例においては、ボールのガイドが２部品で構成された構造となっており、ガイド同士の間に製造誤差を生じてしまう。ガイド同士がずれてしまうと、ボールに安定した運動を行わせることができない。ガイド同士が近付き過ぎるとボールの移動を妨げることになるし、ガイド同士が離れ過ぎるとボールの軌跡が暴れて安定したセンサ出力を得ることができないばかりか、程度が大きい時にはボールが外れてしまい、どちらの場合にもセンサとしての役割を果たさなくなってしまう。
【０００４】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、その目的は、小型で安価でありながら、高い信頼性を有する姿勢検出技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の姿勢検出装置は、重力を受けて移動する球体と、前記球体の有無を検出する検出手段と、前記球体に対して少なくとも３点で当接することにより前記球体の移動を規制しつつ案内し、前記検出手段による検出結果が変化するような前記球体の移動軌跡を形成するレール部を有するガイド部材とを具備する。
【０００６】
また、上記装置において、前記レール部により形成される球体の移動軌跡は、少なくとも２つの異なる方向に傾斜する勾配部を有する。
【０００７】
また、上記装置において、前記レール部により形成される球体の移動軌跡は、前記姿勢検出装置の姿勢に応じて球体がその移動方向の中央部で静止する谷部を有する。
【０００８】
また、上記装置において、前記レール部における球体との当接部は突起した曲面状に形成されている。
【０００９】
また、上記装置において、前記ガイド部材を覆うカバー部材を有し、前記カバー部材に形成された突起部によって前記球体の移動軌跡の両端部を規定する。
【００１０】
また、上記装置において、前記ガイド部材は導電性を有している。
【００１１】
また、上記装置において、前記カバー部材は導電性を有している。
【００１２】
また、上記装置において、前記球体は金属製である。
【００１３】
また、上記装置において、前記検出手段はその検出範囲における球体の有無に応じて光学出力が変化し、その光学出力に応じた電気出力を発生する光学的検出手段である。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、小型で安価でありながら、高い信頼性を有する姿勢検出技術を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００１７】
なお、図１は本発明に係る実施形態の姿勢検出装置の分解斜視図である。図２は本発明に係る実施形態の姿勢検出装置の組み立てた状態を示す斜視図である。図３は図２のように組み立てた状態の姿勢検出装置をボールの運動方向に平行な方向にカットしたＩ−Ｉ断面図である。図４は図２のように組み立てた状態の姿勢検出装置をボールの運動方向に垂直な方向にカットしたＩＩ−ＩＩ断面図である。図５は図２のように組み立てた状態の姿勢検出装置からカバーを取り外して下方から見た底面図である。図６は図２のように組み立てた状態の姿勢検出装置からフォトリフレクタを取り外して上方から見た上面図である。
【００１８】
先ず、本実施形態の姿勢検出装置を構成する各部品について説明する。
【００１９】
図１乃至図６において、１１はガイドであり、球体状のボール１３の運動を規制するための部材である。ガイド１１には、３本のレール部１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成されており、この３つのレールに両側上部と低部の少なくとも異なる３点でガイドされてボール１３は重力に従って略Ｖ字状の軌跡を描いた運動を行う。１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇはカバー係止部であり、それぞれ対応したカバー１２の係止部に係合する。カバー１２はガイド１１の周囲を覆うようにガイド１１に係合する。
【００２０】
レール部により形成されるボール１３の移動軌跡は、少なくとも２つの異なる方向に傾斜する勾配部と、装置の姿勢に応じてボール１３がその移動方向の中央部で静止する谷部とを有する。
【００２１】
以下、便宜上、図中右側が下を向いた時を右下の時、左側が下を向いた時を左下の時、図の通りの天地の時を正位置の時と表現する。
【００２２】
１２ａは右下になった時にボールが突き当たり停止するストッパーであり、１２ｂは左下になった時に突き当たるストッパーである。突起するストッパー１２ａ，１２ｂによってボール１３の移動軌跡の両端部を規定している。
【００２３】
１２ｄ〜１２ｇは係止部であり、それぞれのアルファベット符号がガイド１１の係止部１１ｄ〜１１ｇに対応して引っ掛かることでカバー１２とガイド１１が係合して固定される。１２ｈおよび１２ｉはガイド接地部であり、ハンダ付けによってフォトリフレクタ１４ａ、１４ｂが取り付けられた不図示のプリント基板に対して固定される。
【００２４】
１３はボールであり、図面ではボール１３の移動を示すため４つ描かれているが、実際には１つだけ組み込まれている。１３ａは右下の時に位置するボールを、１３ｂは左下の時に位置するボールを、１３ｃは正位置の時に位置するボールを表現している。１４ａおよび１４ｂはフォトリフレクタ（以下、ＰＲという）であり、１４ａは右下の時に、１４ｂは左下の時に、それぞれの投光がボール１３に反射して受光出力が増大するので、不図示のＡＤ（アナログ−デジタル）変換回路からはＨｉｇｈの信号、ボール１３が無いときにはＬｏｗの信号がそれぞれ出力されるように設定されており、この結果ボール１３の有無を判定することができるようになっている。
【００２５】
次に、ボール１３の運動とそれを利用した姿勢検出方法について説明する。
【００２６】
前述の通り、ボール１３の運動方向はガイド１１のレール部１１ａ〜１１ｃによって微視的には二方向に規制されている。その運動方向を巨視的に眺めると（図３参照）略Ｖ字状になめらかな軌跡でガイドされており、その両端においてはカバー１２に形成されたストッパー１２ａ若しくは１２ｂによって規制される。ストッパー１２ａ，１２ｂは突起状に形成されており、ボールとの接触は点接触、球面と円筒の接触であるので、平面と球面の接触に対して近接する面積が小さい。従って、表面張力によって水滴が溜まってボール１３が固着したり、空気間を伝搬する静電気によって反発や吸着の影響を受けることによってボール１３の運動を妨げる可能性が著しく少ない。
【００２７】
この姿勢検出装置段が右下を向いた時にはボール１３は１３ａの位置で３本のガイド１１ａ〜１１ｃとストッパー１２ａで囲まれてＰＲ１４ａの前で停止する。このときには、ＰＲ１４ａからの出力はＨｉｇｈ、ＰＲ１４ｂからの出力はＬｏｗに切り換わり、これらの出力結果から姿勢検出装置は右下であると判定できる。
【００２８】
反対に、左下の時には、ボール１３は１３ｂの位置でガイド１１ａ〜１１ｃとストッパー１２ｂによって囲まれて停止、ＰＲ１４ａの出力によるＡＤ変換の結果はＬｏｗ、ＰＲ１４ｂの出力のＡＤ変換の結果はＨｉｇｈとなって姿勢検出装置が左下を向いていると判定することができる。
【００２９】
つまり、上記姿勢検出装置が組み込まれた機器類が正位置にあるときにはボール１３は１３ｃの位置で静止する。このときにはＰＲ１４ａ，１４ｂの出力はいずれも低く、ＡＤ変換の結果はＬｏであり、機器は正位置を向いていると判定できる。
【００３０】
ボール１３とレール部１１ａ〜１１ｃの位置関係を図４に示す。３本のレール部はそれぞれ約１２０°間隔でボールに接するように構成されている。これはボールを支持するための最小のレール数であり、これよりも少ないと支持できないし、これよりも多いと接点が多くなり前述の原因によってボール１３がレール部のどこかに固着する可能性が高まる。
【００３１】
また、ボール１３に対するレール部１１ａ〜１１ｃにおけるボール１３との当接部は突起したＲ曲面状に形成されている。これは、レールの接点部の強度を増すためであり、角で形成した場合には磨耗によってボールとの間隔が広がりレールとしての耐久性が低くなってしまう。また、Ｒが大きくなると前述の通り結露や静電気によるボール１３の固着の可能性が高まってしまう。
【００３２】
次に、ガイド１１の構造について説明する。
【００３３】
図５，６はガイド１１をそれぞれ上下方向から見た図であり、それぞれの投影視において、３本のレール１１ａ〜１１ｃはお互いに隠れることがない。つまり、モールド成形にて２本のレール部１１ａ、１１ｂともう１つのレール部１１ｃを相反する方向に型抜きすることができ、レール部１１ａ〜１１ｃを簡単な金型構造にて一体に成形してガイド１１を形作ることが可能となっている。
【００３４】
レール１１ａ〜１１ｃの相対位置関係を正確に形作ることはボール１３をスムーズに、かつ安定的に運動させるために重要であることは説明するまでもない。
【００３５】
本実施形態のように、軌跡が曲線のガイドを２体の構成で組み立てるためには、各方向の公差を低く抑える必要があり、現実には実現が難しい反面、正確な相対位置関係を持った３本のレールを形成できるということは、ボール１３の径を小さくしても脱線や詰まりの可能性を低くすることが可能であることを意味する。また、当然ながら、部品点数も少なくて済むので、姿勢検出装置を安価に形成できるため、姿勢検出装置を搭載する電子機器等は、姿勢検出装置がもたらす様々な仕様を安価に享受することが可能となる。
【００３６】
最後に、更なる静電気対策について説明しておく。
【００３７】
前述のようにカバー１２ｈ及び１２ｉのいずれか一方が接地されていることで、ボール１３の運動による摩擦で静電気が発生しても、カバー１２にボール１３が当たるたびに、ボール１３に蓄積された静電気はアースされる。従って、ボール１３には静電気が帯電することがなく、静電気によってボール１３の動きが妨げられることもなくなる。また、ガイド１１が導電性物質、例えばカーボン入りのポリカーボネイトで製作されていれば、ボール１３は常に接地していることとなり、静電気の影響は全く受けなくなる。ボール１３が金属製であれば、さらに静電気が帯電しにくくなる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、ＰＲにて金属球の表面の反射を利用して移動体としてのボールの有無を検出しているが、移動体である球体を遮光部材として構成することもできるし、移動体を磁化し、ホールセンサにてその有無を検出する構造であっても構わない。つまり、本発明をＰＲと金属球によるものに限定するものではなく、移動体と検出手段を用いれば一般的に構成できるものである。
【００３９】
上記実施形態によれば、３本のレールによってボールが移動軌跡から逸脱せずにガイドできる最小接点数でガイドを構成でき、更に一体化して形成することを可能としている。その結果、部品点数が少ないので安価に、精密に作ることができるので小型に、そして接点数が少なく、結露や静電気の影響を受けにくいので信頼性の高い姿勢検出技術を実現できる。
【００４０】
また、部品を接地させることにより、静電気の帯電がなく、静電気の影響を全く受けない姿勢検出技術を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る実施形態の姿勢検出装置の分解斜視図である。
【図２】本発明に係る実施形態の姿勢検出装置の組み立てた状態を示す斜視図である。
【図３】図２のように組み立てた状態の姿勢検出装置をボールの運動方向に平行な方向にカットしたＩ−Ｉ断面図である。
【図４】図２のように組み立てた状態の姿勢検出装置をボールの運動方向に垂直な方向にカットしたＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図５】図２のように組み立てた状態の姿勢検出装置からカバーを取り外して下方から見た底面図である。
【図６】図２のように組み立てた状態の姿勢検出装置からフォトリフレクタを取り外して上方から見た上面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１  ガイド
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  レール部
１２  カバー
１２ａ、１２ｂ  ストッパー
１３  ボール
１４ａ、１４ｂ  フォトリフレクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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