(57)【要約】【課題】被検出物の傾斜を簡単な演算により高精度に求めることを可能にし、また、高さ寸法を小さくして傾斜センサ装置の小型化を図る。【解決手段】傾斜センサ装置のセンサユニット１０の電極収容室１４内に誘電性液体１５と共に電極板２１、２２、…を収容し、各電極板２１、２２、…を、略楕円形の外形を有し、中央部に略楕円形の穴を有する板体を中間部で曲げることにより形成する。これにより、誘電性液体１５の液面１５Ａの傾斜角を「液面傾斜角」とし、各電極板２１、２２、…の各電極部において誘電性液体１５に浸漬した部分の面積を「浸漬部分面積」とすると、被検出物の傾斜角の予定された検出範囲内において、液面傾斜角の単位量変化当たりの浸漬部分面積の変化量を一定にすることができる。これにより、被検出物の傾斜角と電極間のインピーダンスとの関係をリニアにすることができる。【選択図】図３
2012088213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物に取り付けられ、前記被検出物の傾斜を検出する傾斜センサ装置であって、
電極収容室を有する筐体と、
前記電極収容室内に封入され、前記電極収容室の容積の全部を満たさない量の誘電性液体と、
前記電極収容室内に設けられ、第１の検出部、第２の検出部、第３の検出部および第４の検出部を形成する検出構造体とを備え、
前記検出構造体は、導電材料からなり略楕円形の外形を有すると共に中心部に穴を有する板体の中間部を曲げることにより形成され、前記板体の中間部よりも一側が一側電極部となり、前記板体の中間部よりも他側が他側電極部となった４枚の電極板、すなわち、第１の電極板、第２の電極板、第３の電極板および第４の電極板を備え、
前記４枚の電極板は、前記各電極板の一側電極部の一部および他側電極部の一部が前記誘電性液体に浸漬し、前記第１の電極板の他側電極部が前記第２の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第２の電極板の他側電極部が前記第３の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第３の電極板の他側電極部が前記第４の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第４の電極板の他側電極部が前記第１の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向するように配置され、
前記第１の電極板の他側電極部、前記第２の電極板の一側電極部、および前記第１の電極板の他側電極部と前記第２の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第１の検出部が形成され、前記第２の電極板の他側電極部、前記第３の電極板の一側電極部、および前記第２の電極板の他側電極部と前記第３の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第２の検出部が形成され、前記第３の電極板の他側電極部、前記第４の電極板の一側電極部、および前記第３の電極板の他側電極部と前記第４の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第３の検出部が形成され、前記第４の電極板の他側電極部、前記第１の電極板の一側電極部、および前記第４の電極板の他側電極部と前記第１の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第４の検出部が形成され、
前記誘電性液体の液面の傾斜に応じた前記第１ないし第４の検出部におけるインピーダンスの変化により前記被検出物の傾斜を検出することを特徴とする傾斜センサ装置。
【請求項２】
被検出物に取り付けられ、前記被検出物の傾斜を検出する傾斜センサ装置であって、
電極収容室を有する筐体と、
前記電極収容室内に封入され、前記電極収容室の容積の全部を満たさない量の誘電性液体と、
前記電極収容室内に設けられ、第１の検出部、第２の検出部、第３の検出部および第４の検出部を形成する検出構造体とを備え、
前記検出構造体は、導電材料からなる板体の中間部を曲げることにより形成され、前記板体の中間部よりも一側が一側電極部となり、前記板体の中間部よりも他側が他側電極部となった４枚の電極板、すなわち、第１の電極板、第２の電極板、第３の電極板および第４の電極板を備え、
前記４枚の電極板は、前記各電極板の一側電極部の一部および他側電極部の一部が前記誘電性液体に浸漬し、前記第１の電極板の他側電極部が前記第２の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第２の電極板の他側電極部が前記第３の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第３の電極板の他側電極部が前記第４の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第４の電極板の他側電極部が前記第１の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向するように配置され、
前記第１の電極板の他側電極部、前記第２の電極板の一側電極部、および前記第１の電極板の他側電極部と前記第２の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第１の検出部が形成され、前記第２の電極板の他側電極部、前記第３の電極板の一側電極部、および前記第２の電極板の他側電極部と前記第３の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第２の検出部が形成され、前記第３の電極板の他側電極部、前記第４の電極板の一側電極部、および前記第３の電極板の他側電極部と前記第４の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第３の検出部が形成され、前記第４の電極板の他側電極部、前記第１の電極板の一側電極部、および前記第４の電極板の他側電極部と前記第１の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第４の検出部が形成され、
前記誘電性液体の液面の傾斜に応じた前記第１ないし第４の検出部におけるインピーダンスの変化により前記被検出物の傾斜を検出し、
前記誘電性液体の液面の傾斜角を「液面傾斜角」とし、前記各電極板の一側電極部および他側電極部のそれぞれにおいて前記誘電性液体に浸漬している部分の面積を「浸漬部分面積」とすると、前記被検出物の傾斜角の予定された検出範囲内において、液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量が一定となるように前記各電極板の一側電極部の形状および他側電極部の形状がそれぞれ定められていること特徴とする傾斜センサ装置。
【請求項３】
前記各電極板は、略楕円形の外形を有すると共に中心部に穴を有する板体の中間部を曲げることにより形成されていることを特徴とする請求項２に記載の傾斜センサ装置。
【請求項４】
前記各電極板において、前記板体に形成された前記穴は略楕円形であり、前記板体の外形を形取る楕円の中心と前記穴を形取る楕円の中心とが一致し、前記板体の外形を形取る楕円の短軸の２分の１の長さと前記穴を形取る楕円の短軸の２分の１の長さとの差が、前記板体の外形を形取る楕円の長軸の２分の１の長さと前記穴を形取る楕円の長軸の２分の１の長さとの差よりも大きいことを特徴とする請求項１または３に記載の傾斜センサ装置。
【請求項５】
前記各電極板は、略真円形の外形を有する板体の中間部を曲げることにより形成されていることを特徴とする請求項２に記載の傾斜センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出物の傾斜、加速度等を検出することができる傾斜センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、被検出物の加速度を検出することができる加速度センサが記載されている。この加速度センサは、原理的にみて、被検出物の傾斜、加速度等を検出することができる傾斜センサ装置に相当する。
【０００３】
特許文献１に記載された傾斜センサ装置は、金属製の密閉容器と、密閉容器内に封入された導電性を有する液体と、四角形の外形を有する短冊状の４枚の電極とを備え、液体が傾斜したとき、各電極と液体との接触面積が変化し、これに伴い、各電極と密閉容器との間の抵抗値が変化し、この抵抗値に基づいて被検出物の傾斜、加速度等を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２４５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された傾斜センサ装置の各電極は外形が四角形の短冊状である。このため、液体の液面の傾斜角を「液面傾斜角」とし、各電極において液体に浸漬している部分の面積を「浸漬部分面積」とすると、当該傾斜センサ装置により検出可能な傾斜角の範囲内において、液面傾斜角の単位変化量当たりの各電極の浸漬部分面積の変化量が一定でない。例えば、図１３に示すように、四角形の外形を有する短冊状の電極１００において、液面傾斜角が水平面に対しておよそ０度に近い当たりで単位量変化したときの浸漬部分面積の変化量Ｒ１１と、液面傾斜角が水平面に対しておよそ４５度に近い当たりで単位量変化したときの浸漬部分面積の変化量Ｒ１２とが異なる。
【０００６】
このため、液面の傾斜角と各電極の浸漬部分面積との関係がリニア（線形）とならない。この結果、液面の傾斜角と被検出物の傾斜角とが等しく、また、各電極の浸漬部分面積と各電極−密閉容器間の抵抗値との関係がリニアであったとしても、被検出物の傾斜角と各電極−密閉容器間の抵抗値との関係がリニアとならない。このため、各電極−密閉容器間の抵抗値に基づいて被検出物の傾斜角を高精度に求めることが困難であり、あるいは、各電極−密閉容器間の抵抗値に基づいて被検出物の傾斜角を求めるに当たり複雑な演算を行わなければならないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１に記載された傾斜センサ装置は、検出可能な傾斜角の範囲が狭く、また検出可能な傾斜角を拡げると傾斜センサ装置が大型化してしまうという問題がある。すなわち、特許文献１に記載された傾斜センサ装置により検出可能な傾斜角の範囲は、特許文献１の図７を見ると、−６０度〜＋６０度程度であると推測される。つまり、当該傾斜センサ装置における液体の液面の傾斜角が−６０度〜＋６０度の範囲内であると、各電極が部分的に液体に浸漬した状態であるが、液体の液面の傾斜角が−６０度〜＋６０度の範囲を超えると、４本の電極のうち、少なくとも１本の電極が液体に全く浸漬しない状態となってしまう。このように電極が液体に全く浸漬しない状態となると、各電極ー密閉容器間の抵抗値に基づいて被検出物の傾斜角を求めることがより一層困難になる。それゆえ、当該傾斜センサ装置により検出可能な傾斜角の範囲は−６０度〜＋６０度程度であると推測することができ、検出可能な傾斜角の範囲が狭いことがわかる。
【０００８】
また、特許文献１に記載された傾斜センサ装置において、各電極の上下方向の長さを伸ばせば、検出可能な傾斜角の範囲を拡げることが可能である。しかし、その場合、傾斜センサ装置の高さ寸法が大きくなり、傾斜センサ装置が大型化してしまう。この結果、当該傾斜センサ装置を被検出物に取り付ける場所に制約が生じる等の問題が生じ得る。
【０００９】
本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の第１の課題は、被検出物の傾斜を簡単な演算により高精度に求めることを可能にする傾斜センサ装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の第２の課題は、被検出物の傾斜の検出精度を低下させることなく、高さ寸法を小さくして小型化を図ることができる傾斜センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第１の傾斜センサ装置は、被検出物に取り付けられ、前記被検出物の傾斜を検出する傾斜センサ装置であって、電極収容室を有する筐体と、前記電極収容室内に封入され、前記電極収容室の容積の全部を満たさない量の誘電性液体と、前記電極収容室内に設けられ、第１の検出部、第２の検出部、第３の検出部および第４の検出部を形成する検出構造体とを備え、前記検出構造体は、導電材料からなり略楕円形の外形を有すると共に中心部に穴を有する板体の中間部を曲げることにより形成され、前記板体の中間部よりも一側が一側電極部となり、前記板体の中間部よりも他側が他側電極部となった４枚の電極板、すなわち、第１の電極板、第２の電極板、第３の電極板および第４の電極板を備え、前記４枚の電極板は、前記各電極板の一側電極部の一部および他側電極部の一部が前記誘電性液体に浸漬し、前記第１の電極板の他側電極部が前記第２の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第２の電極板の他側電極部が前記第３の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第３の電極板の他側電極部が前記第４の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第４の電極板の他側電極部が前記第１の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向するように配置され、前記第１の電極板の他側電極部、前記第２の電極板の一側電極部、および前記第１の電極板の他側電極部と前記第２の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第１の検出部が形成され、前記第２の電極板の他側電極部、前記第３の電極板の一側電極部、および前記第２の電極板の他側電極部と前記第３の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第２の検出部が形成され、前記第３の電極板の他側電極部、前記第４の電極板の一側電極部、および前記第３の電極板の他側電極部と前記第４の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第３の検出部が形成され、前記第４の電極板の他側電極部、前記第１の電極板の一側電極部、および前記第４の電極板の他側電極部と前記第１の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第４の検出部が形成され、
前記誘電性液体の液面の傾斜に応じた前記第１ないし第４の検出部におけるインピーダンスの変化により前記被検出物の傾斜を検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第１の傾斜センサ装置によれば、各電極板を、略楕円形の外形を有すると共に中心部に穴を有する板体の中間部を曲げることにより形成する構成としたから、誘電性液体の液面の傾斜角を「液面傾斜角」とし、各電極板の一側電極部および他側電極のそれぞれにおいて誘電性液体に浸漬している部分の面積を「浸漬部分面積」とすると、各電極板の一側電極部および他側電極部のそれぞれにつき、被検出物の傾斜角の予定された検出範囲内において、液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量を一定にすることができる。これにより、各電極板の一側電極部および他側電極部のそれぞれにつき、液面傾斜角と浸漬部分面積との関係がリニアとなる。したがって、誘電性液体の液面の傾斜に応じた第１ないし第４の検出部におけるインピーダンスの変化に基づいて、被検出物の傾斜を容易かつ高精度に検出することが可能になる。
【００１３】
また、各電極板を、略楕円形の外形を有すると共に中心部に穴を有する板体の中間部を曲げることにより形成する構成としたから、被検出物の傾斜角の検出範囲を大きく設定しても（例えばこの検出範囲を−９０度〜＋９０度に設定しても）、各電極板の高さ寸法を小さくすることができ、傾斜センサ装置の小型化を図ることができる。
【００１４】
また、各電極板の板体の中心部に穴を設けることにより、被検出物が傾斜したときの電極収容室内における誘電性液体の動きを良くすることができる。これにより、被検出物の傾斜に応じて誘電性液体の液面を迅速に傾斜させることができ、被検出物の傾斜の検出精度および検出の応答性を向上させることができる。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の第２の傾斜センサ装置は、被検出物に取り付けられ、前記被検出物の傾斜を検出する傾斜センサ装置であって、電極収容室を有する筐体と、前記電極収容室内に封入され、前記電極収容室の容積の全部を満たさない量の誘電性液体と、前記電極収容室内に設けられ、第１の検出部、第２の検出部、第３の検出部および第４の検出部を形成する検出構造体とを備え、前記検出構造体は、導電材料からなる板体の中間部を曲げることにより形成され、前記板体の中間部よりも一側が一側電極部となり、前記板体の中間部よりも他側が他側電極部となった４枚の電極板、すなわち、第１の電極板、第２の電極板、第３の電極板および第４の電極板を備え、前記４枚の電極板は、前記各電極板の一側電極部の一部および他側電極部の一部が前記誘電性液体に浸漬し、前記第１の電極板の他側電極部が前記第２の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第２の電極板の他側電極部が前記第３の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第３の電極板の他側電極部が前記第４の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向し、前記第４の電極板の他側電極部が前記第１の電極板の一側電極部と所定の隙間を介して対向するように配置され、前記第１の電極板の他側電極部、前記第２の電極板の一側電極部、および前記第１の電極板の他側電極部と前記第２の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第１の検出部が形成され、前記第２の電極板の他側電極部、前記第３の電極板の一側電極部、および前記第２の電極板の他側電極部と前記第３の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第２の検出部が形成され、前記第３の電極板の他側電極部、前記第４の電極板の一側電極部、および前記第３の電極板の他側電極部と前記第４の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第３の検出部が形成され、前記第４の電極板の他側電極部、前記第１の電極板の一側電極部、および前記第４の電極板の他側電極部と前記第１の電極板の一側電極部との間に介在する前記誘電性液体により前記第４の検出部が形成され、前記誘電性液体の液面の傾斜に応じた前記第１ないし第４の検出部におけるインピーダンスの変化により前記被検出物の傾斜を検出し、前記誘電性液体の液面の傾斜角を「液面傾斜角」とし、前記各電極板の一側電極部および他側電極部のそれぞれにおいて前記誘電性液体に浸漬している部分の面積を「浸漬部分面積」とすると、前記被検出物の傾斜角の予定された検出範囲内において、液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量が一定となるように前記各電極板の一側電極部の形状および他側電極部の形状がそれぞれ定められていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２の傾斜センサ装置によれば、各電極板の一側電極部および他側電極部のそれぞれにつき、被検出物の傾斜角の予定された検出範囲内において、液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量を一定にすることができる。これにより、各電極板の一側電極部および他側電極部のそれぞれにつき、液面傾斜角と浸漬部分面積との関係がリニアとなる。したがって、誘電性液体の液面の傾斜に応じた第１ないし第４の検出部におけるインピーダンスの変化に基づいて、被検出物の傾斜を容易かつ高精度に検出することが可能になる。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の第３の傾斜センサ装置は、上述した本発明の第２の傾斜センサ装置において、前記各電極板は、略楕円形の外形を有すると共に中心部に穴を有する板体の中間部を曲げることにより形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第３の傾斜センサ装置によれば、各電極板を、略楕円形の外形を有すると共に中心部に穴を有する板体の中間部を曲げることにより形成する構成としたから、被検出物の傾斜角の検出範囲を大きく設定しても（例えばこの検出範囲を−９０度〜＋９０度に設定しても）、各電極板の高さ寸法を小さくすることができ、傾斜センサ装置の小型化を図ることができる。
【００１９】
また、各電極板の板体の中心部に穴を設けることにより、被検出物が傾斜したときの電極収容室内における誘電性液体の動きを良くすることができる。これにより、被検出物の傾斜に応じて誘電性液体の液面を迅速に傾斜させることができ、被検出物の傾斜の検出精度および検出の応答性を向上させることができる。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第４の傾斜センサ装置は、上述した本発明の第１または第３の傾斜センサ装置において、前記各電極板において、前記板体に形成された前記穴は略楕円形であり、前記板体の外形を形取る楕円の中心と前記穴を形取る楕円の中心とが一致し、前記板体の外形を形取る楕円の短軸の２分の１の長さと前記穴を形取る楕円の短軸の２分の１の長さとの差が、前記板体の外形を形取る楕円の長軸の２分の１の長さと前記穴を形取る楕円の長軸の２分の１の長さとの差よりも大きいことを特徴とする。
【００２１】
本発明の第４の傾斜センサ装置によれば、各電極板の一側電極部および他側電極部のそれぞれにつき、液面傾斜角と浸漬部分面積との関係をリニアにすることができ、誘電性液体の液面の傾斜に応じた第１ないし第４の検出部におけるインピーダンスの変化に基づいて被検出物の傾斜を容易かつ高精度に検出することが可能になる。また、各電極板の高さ寸法を小さくして傾斜センサ装置の小型化を図ることができる。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の第５の傾斜センサ装置は、上述した本発明の第２の傾斜センサ装置において、前記各電極板は、略真円形の外形を有する板体の中間部を曲げることにより形成されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第５の傾斜センサ装置によれば、被検出物の傾斜を容易かつ高精度に検出することが可能になる。また、四角形の外形を有する短冊状の電極を備えた従来の傾斜センサ装置と比較して、各電極板の高さ寸法を小さくして傾斜センサ装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、被検出物の傾斜を簡単な演算により高精度に求めることができる。また、被検出物の傾斜の検出精度を低下させることなく、高さ寸法を小さくして小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態による傾斜センサ装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による傾斜センサ装置におけるセンサユニットを示す平面図である。
【図３】図２中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見たセンサユニットを示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態による傾斜センサ装置のセンサユニットにおける検出構造体を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態による傾斜センサ装置の検出構造体における電極板（曲げる前の状態）を示す外観図である。
【図６】本発明の実施形態による傾斜センサ装置の検出構造体における電極板（曲げた後の状態）を示す外観図である。
【図７】本発明の実施形態による傾斜センサ装置の検出構造体において、４枚の電極板の配置を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態による傾斜センサ装置において、液面の傾斜角の変化と電極板の浸漬部分の面積の変化との関係を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態による傾斜センサ装置の電気的構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の実施形態による傾斜センサ装置における駆動制御ユニットの電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態による傾斜センサ装置における測定処理ユニットの電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態による傾斜センサ装置における検出構造体の電極板の形状として採用することが可能なものを示す説明図である。
【図１３】従来技術による傾斜センサ装置において、液面の傾斜角の変化と電極板の浸漬部分の面積の変化との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態による傾斜センサ装置を示している。図１において、本発明の実施形態による傾斜センサ装置１は、水平面に対する被検出物の傾斜を検出、測定する装置である。傾斜センサ装置１は、水平面に対して平行に伸びる軸Ｘ（図２参照）を基準とする傾斜、および水平面に対して平行に伸び、軸Ｘと直交する軸Ｙ（図２参照）を基準とする傾斜を検出、測定することができる。
【００２７】
傾斜センサ装置１は、被検出物に取り付けられ、被検出物の傾斜を検出し、被検出物の傾斜に対応する検出信号を出力するセンサユニット１０と、センサユニット１０と電気的に接続され、センサユニット１０に駆動電圧を供給する駆動制御ユニット５０と、センサユニット１０と電気的に接続され、センサユニット１０から出力される検出信号に基づいて被検出物の傾斜角を測定する測定処理ユニット６０とを備えている。
【００２８】
図２および図３はセンサユニット１０を示している。図２に示すように、センサユニット１０は筐体としてのハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、ハウジング本体１２および基台部１３から構成されている。ハウジング本体１２は、その上部が閉塞された円筒状に形成され、基台部１３は円盤状に形成されている。ハウジング本体１２および基台部１３は、いずれも金属等の導電材料により形成してもよいし、樹脂等の絶縁材料により形成してもよい。図３に示すように、基台部１３はハウジング本体１２の下部に取り付けられ、ハウジング本体１２の下部を閉塞している。ハウジング本体１２の下端面と基台部１３の上面とは相互に密着されており、これにより、ハウジング本体１２内には密閉空間である電極収容室１４が形成されている。
【００２９】
電極収容室１４内には、図３に示すように、誘電性液体１５およびガス１６が封入されている。誘電性液体１５とガス１６とは誘電率が相互に異なる。誘電性液体１５としては、例えばフッ素不活性液体、アルコール等を用いることができる。ガス１６には、例えばアルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガスを用いることが好ましい。誘電性液体１５の量は、電極収容室１４の容積の全部を満たさない量に設定されている。センサユニット１０の姿勢が水平であるときには、誘電性液体１５の液面１５Ａは図３に示すように水平面と一致する。さらに、電極収容室１４内には検出構造体１７が設けられている。
【００３０】
図４は電極収容室１４内に設けられた検出構造体１７を示している。図４に示すように、検出構造体１７は、基板１８と、４枚の電極板２１〜２４とを備えている。基板１８は、絶縁材料により形成され、電極収容室１４の底側に配置され、センサユニット１０の姿勢が水平であるときには誘電性液体１５に完全に浸漬している。各電極板２１〜２４は基板１８の上面に設けられている。また、基板１８の周縁部には、合計１２本のリード電極４１Ａ〜４１Ｄ、４２Ａ〜４２Ｄ、４３Ａ〜４３Ｄおよび４４Ａ〜４４Ｄが設けられており、基板１８の裏面には、プリアンプ回路部４５〜４８が設けられている。
【００３１】
図５および図６は電極板２１を示している。電極板２１は後述するように板体の中間部を曲げることにより形成されるが、図５に示す電極板２１は曲げる前の状態であり、図６に示す電極板２１は曲げた後の状態である。図７は４枚の電極板２１〜２４の配置を示し、図８は液面の傾斜角の変化と電極板２１の浸漬部分の面積の変化との関係を模式的に示している。
【００３２】
図５において、電極板２１は、金属等の導電材料からなる板体２５から構成されている。板体２５は外形が略楕円形であり、中心部に略楕円形の穴２６が形成されている。また、板体２５の一側端部（図５中右側の端部）および他側端部（図５中左側の端部）には、板体２５と同一の導電材料からなる一対の支持部２７が板体２５と一体的に設けられている。
【００３３】
また、電極板２１は、各支持部２７の先端部を図５中の基準線ｒ−ｒに沿うように９０度に曲げ、各支持部２７と板体２５との間を基準線ｓ−ｓに沿うように９０度に曲げ、板体２５の中間部を基準線ｕ−ｕに沿うように９０度に曲げることにより形成される。これらの曲げ加工を行うと、電極板２１の形状は図６に示す形状となる。また、上述した一対の支持部２７は、板体２５の一側端部および他側端部から基板１８に向けて下向きの伸び、曲げられた先端部２７Ａが基板１８の上面に取り付けられる。これにより、電極板２１が基板１８の上面に固定される（図３参照）。
【００３４】
また、板体２５のうち、中間部（基準線ｕ−ｕ）よりも一側（図５中右側）が一側電極部２１Ａとして機能し、中間部よりも他側（図５中左側）が他側電極部２１Ｂとして機能する。
【００３５】
また、電極板２２、２３、２４もそれぞれ電極板２１と同様に構成されている。すなわち、図７に示すように、電極板２２において、板体２５のうち、中間部よりも一側が一側電極部２２Ａとして機能し、中間部よりも他側が他側電極部２２Ｂとして機能する。また、電極板２３において、板体２５のうち、中間部よりも一側が一側電極部２３Ａとして機能し、中間部よりも他側が他側電極部２３Ｂとして機能する。また、電極板２４において、板体２５のうち、中間部よりも一側が一側電極部２４Ａとして機能し、中間部よりも他側が他側電極部２４Ｂとして機能する。
【００３６】
電極板２１〜２４は、図３に示すように、基板１８の上面から上方に向けて垂直に立ち上がるように配置されている。また、一側電極部２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａの一部および他側電極部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂの一部が誘電性液体１５に浸漬している。具体的には、センサユニット１０の姿勢が水平であるときには、一側電極部２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａおよび他側電極部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂのそれぞれにおいて、下半分が誘電性液体１５に浸漬し、上半分が誘電性液体１５の液面１５Ａから出ている。
【００３７】
また、電極板２１〜２４は、基板１８上においてそれぞれ相互に離間し、図７に示すように、電極板２１の他側電極部２１Ｂが電極板２２の一側電極部２２Ａと所定の隙間３５を介して対向し、電極板２２の他側電極部２２Ｂが電極板２３の一側電極部２３Ａと所定の隙間３６を介して対向し、電極板２３の他側電極部２３Ｂが電極板２４の一側電極部２４Ａと所定の隙間３７を介して対向し、電極板２４の他側電極部２４Ｂが電極板２１の一側電極部２１Ａと所定の隙間３８を介して対向するように配置されている。
【００３８】
そして、図７に示すように、電極板２１の他側電極部２１Ｂ、電極板２２の一側電極部２２Ａ、および電極板２１の他側電極部２１Ｂと電極板２２の一側電極部２２Ａとの間に介在する誘電性液体１５により検出部３１が形成され、電極板２２の他側電極部２２Ｂ、電極板２３の一側電極部２３Ａ、および電極板２２の他側電極部２２Ｂと電極板２３の一側電極部２３Ａとの間に介在する誘電性液体１５により検出部３２が形成されている。また、電極板２３の他側電極部２３Ｂ、電極板２４の一側電極部２４Ａ、および電極板２３の他側電極部２３Ｂと電極板２４の一側電極部２４Ａとの間に介在する誘電性液体１５により検出部３３が形成され、電極板２４の他側電極部２４Ｂ、電極板２１の一側電極部２１Ａ、および電極板２４の他側電極部２４Ｂと電極板２１の一側電極部２１Ａとの間に介在する誘電性液体１５により検出部３４が形成されている。
【００３９】
被検出物の傾斜に応じて誘電性液体１５の液面が傾斜すると、液面の傾斜角の変化に対応して一側電極部２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａおよび他側電極部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂのそれぞれにおいて誘電性液体１５に浸漬した部分の面積が変化し、この結果、検出部３１〜３４のそれぞれにおいてインピーダンス（静電容量）が変化する。これらインピーダンスの値に基づいて被検出物の傾斜角が測定処理ユニット６０により測定される。
【００４０】
ここで、センサユニット１０は、被検出物の傾斜角と各検出部３１〜３４のインピーダンスとの関係をリニア（線形）にする構成を有している。すなわち、誘電性液体１５の液面１５Ａの傾斜角を「液面傾斜角」とし、各電極板２１〜２４の一側電極部２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａおよび他側電極部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂのそれぞれにおいて誘電性液体１５に浸漬している部分の面積を「浸漬部分面積」とすると、一側電極部２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａおよび他側電極部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂのそれぞれ形状は、被検出物の傾斜角の予定された検出範囲（例えば−９０度〜＋９０度）内において、液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量が一定となるという条件を充足するように定められている。
【００４１】
本実施形態では、各一側電極部２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａの形状および各他側電極部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂの形状がこれらの条件を充足するように定めるために、各電極板２１〜２４の板体２５の形状を具体的に次のように定めている。すなわち、図５に示すように、板体２５は、その外形が略楕円形であり、中心部に略楕円形の穴２６が形成され、板体２５の外形を形取る楕円の中心Ｐと穴２６を形取る楕円の中心Ｑとが一致し、板体２５の外形を形取る楕円の短軸の２分の１の長さと穴２６を形取る楕円の短軸の２分の１の長さとの差Ｄ１が、板体２５の外形を形取る楕円の長軸の２分の１の長さと穴２６を形取る楕円の長軸の２分の１の長さとの差Ｄ２よりも大きい。
【００４２】
また、板体２５の一側端部（図５中右側の端部）においては、支持部２７と板体２５との接続部分が一側方向に突出した形状となっているため、これに対応して穴２６の一側端部も一側方向に伸びるように拡がっている。これにより、図６に示すように曲げ加工が施された後において、板体２５の当該一側端部における液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量が、板体２５の他の部分における液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量と等しい。板体２５の他側端部（図５中左側の端部）についても同様である。
【００４３】
また、被検出物の傾斜角の予定された前記検出範囲内において、液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量が一定となるという条件を充足させるために、図３に示すように、センサユニット１０の姿勢が水平であるときに、誘電性液体１５の液面１５Ａが、各電極板２１〜２４の板体２５の長軸と一致するように、電極収容室１４内における各電極板２１〜２４の上下方向における位置および誘電性液体１５の量が定められ、かつ、図７に示すように電極板２１〜２４に囲まれた領域の中心Ｏが図２に示すように電極収容室１４の中心（軸Ｘと軸Ｙとの交点）と一致するように電極収容室１４内における電極板２１〜２４の前後左右方向の位置が定められている。
【００４４】
各電極板２１〜２４の板体２５の形状、各電極板２１〜２４の位置、および誘電性液体１５の量をこのように定めることにより、一側電極部２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａおよび他側電極部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂのそれぞれにおいて、液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量が一定となる。例えば、図８に示すように、液面傾斜角が水平面に対しておよそ０度に近い当たりで単位量変化したときの浸漬部分面積の変化量Ｒ１と、液面傾斜角が水平面に対しておよそ４５度に近い当たりで単位量変化したときの浸漬部分面積の変化量Ｒ２とが等しくなる。この結果、被検出物の傾斜角と各検出部３１〜３４のインピーダンスとの関係がリニアになる。
【００４５】
図９はセンサユニット１０の電気的構成を示している。図１０は駆動制御ユニット５０の電気的構成を示し、図１１は測定処理ユニット６０の電気的構成を示している。図９において、プリアンプ回路部４５〜４８は、電極板２１〜２４にそれぞれ電気的に接続され、電極板２１〜２４から得られる検出信号をそれぞれ増幅し、増幅した検出信号をリード電極４１Ｃ、４２Ｃ、４３Ｃ、４４Ｃにそれぞれ出力する。
【００４６】
また、図１０において、駆動制御ユニット５０は駆動電圧発生回路５１および電圧印加切換スイッチ５２を備えている。駆動電圧発生回路５１は駆動電圧を発生させる回路である。駆動電圧は、例えば交流電圧に、当該交流電圧の振幅の最高値以上の電圧を有する直流のバイアス電圧を加えたものである。電圧印加切換スイッチ５２は、リード電極４１Ｂ、４３Ｂのそれぞれと駆動電圧発生回路５１との間を接続する状態と、リード電極４２Ｂ、４４Ｂのそれぞれと駆動電圧発生回路５１との間を接続する状態とを切り換えるスイッチである。軸Ｙを基準とした傾斜を測定するときには、電圧印加切換スイッチ５２を切り換え、リード電極４１Ｂ、４３Ｂのそれぞれと駆動電圧発生回路５１との間を接続し、駆動電圧発生回路５１からの駆動電圧をリード電極４１Ｂ、４３Ｂにそれぞれ印加する。一方、軸Ｘを基準とした傾斜を測定するときには、電圧印加切換スイッチ５２を切り換え、リード電極４２Ｂ、４４Ｂのそれぞれと駆動電圧発生回路５１との間を接続し、駆動電圧発生回路５１からの駆動電圧をリード電極４２Ｂ、４４Ｂにそれぞれ印加する。
【００４７】
また、図１１において、測定処理ユニット６０は、測定処理回路６１および検出信号出力切換スイッチ６２を備えている。測定処理回路６１は、検出信号に基づいて被検出物の傾斜を測定するための処理を行う回路である。検出信号出力切換スイッチ６２は、リード電極４１Ｃ、４３Ｃのそれぞれと測定処理回路６１との間を接続する状態と、リード電極４２Ｃ、４４Ｃのそれぞれと測定処理回路６１との間を接続する状態とを切り換えるスイッチである。軸Ｙを基準とした傾斜を測定するときには、検出信号出力切換スイッチ６２を切り換え、リード電極４２Ｃ、４４Ｃのそれぞれと測定処理回路６１との間を接続し、測定処理回路６１により、リード電極４２Ｃから出力される検出信号と、リード電極４４Ｃから出力される検出信号との差を取り、この差を、軸Ｙを基準とした傾斜角を示す値として出力端子６３から出力する。軸Ｘを基準とした傾斜を測定するときには、検出信号出力切換スイッチ６２を切り換え、リード電極４１Ｃ、４３Ｃのそれぞれと測定処理回路６１との間を接続し、測定処理回路６１により、リード電極４１Ｃから出力される検出信号と、リード電極４３Ｃから出力される検出信号との差を取り、この差を、軸Ｘを基準とした傾斜角を示す値として出力端子６３から出力する。
【００４８】
また、図４中のリード電極４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ、４４Ａは図示しない電源回路にそれぞれ接続され、これにより、電源回路からの電源電圧がプリアンプ回路部４５〜４８に印加される。また、リード電極４１Ｄ、４２Ｄ、４３Ｄ、４４Ｄは接地されている。
【００４９】
このような構成を有する傾斜センサ装置１は、次のようにして被検出物の傾斜を検出、測定する。まず、傾斜センサ装置１により被検出物の傾斜を測定するために、図３に示すように、ハウジング本体１２が上になり、基台部１３が下になるようにセンサユニット１０を被検出物に取り付ける。さらに、例えば、被検出物の左右方向における傾斜と前後方向における傾斜とを選択的に測定する場合には、軸Ｙが被検出物の左右方向における傾斜の軸と一致し、かつ軸Ｘが被検出物の前後方向における傾斜の軸と一致するように、センサユニット１０を被検出物に取り付ける。
【００５０】
続いて、被検出物の左右方向における傾斜を測定するときには、図示しない操作部または制御部から電圧印加切換スイッチ５２に切換制御信号を送り、電圧印加切換スイッチ５２を切り換え、リード電極４１Ｂ、４３Ｂのそれぞれと駆動電圧発生回路５１との間を接続する。さらに、上記操作部または制御部から検出信号出力切換スイッチ６２に切換制御信号を送り、検出信号出力切換スイッチ６２を切り換え、リード電極４２Ｃ、４４Ｃのそれぞれと測定処理回路６１との間を接続する。続いて、駆動電圧発生回路５１により駆動電圧を発生させ、この駆動電圧をリード電極４１Ｂ、４３Ｂにそれぞれ印加する。この駆動電圧は、リード電極４１Ｂ、４３Ｂを介して電極板２１、２３にそれぞれ印加される。これにより、電極板２２、２４からそれぞれ出力された検出信号がプリアンプ４６、４８によりそれぞれ増幅され、増幅された検出信号がリード電極４２Ｃ、４４Ｃを介して測定処理回路６１に出力される。そして、測定処理回路６１により、２つの検出信号の電圧の差が取られ、この差が、被検出物の左右方向における傾斜角を示す値として出力端子６３から出力される。
【００５１】
一方、被検出物の前後方向の傾斜を測定するときには、上記操作部または制御部から電圧印加切換スイッチ５２に切換制御信号を送り、電圧印加切換スイッチ５２を切り換え、リード電極４２Ｂ、４４Ｂのそれぞれと駆動電圧発生回路５１との間を接続する。さらに、上記操作部または制御部から検出信号出力切換スイッチ６２に切換制御信号を送り、検出信号出力切換スイッチ６２を切り換え、リード電極４１Ｃ、４３Ｃのそれぞれと測定処理回路６１との間を接続する。続いて、駆動電圧発生回路５１により駆動電圧を発生させ、この駆動電圧をリード電極４２Ｂ、４４Ｂにそれぞれ印加する。この駆動電圧は、リード電極４２Ｂ、４４Ｂを介して電極板２２、２４にそれぞれ印加される。これにより、電極板２１、２３からそれぞれ出力された検出信号がプリアンプ４５、４７によりそれぞれ増幅され、増幅された検出信号がリード電極４１Ｃ、４３Ｃを介して測定処理回路６１に出力される。そして、測定処理回路６１により、２つの検出信号の電圧の差が取られ、この差が、被検出物の前後方向における傾斜角を示す値として出力端子６３から出力される。
【００５２】
以上説明したとおり、本発明の実施形態による傾斜センサ装置１によれば、センサユニット１０が、被検出物の傾斜角と各検出部３１〜３４のインピーダンスとの関係をリニアにする構成を有しているので、被検出物の傾斜を容易かつ高精度に検出することが可能になる。
【００５３】
また、各電極板２１〜２４を、略楕円形の外形を有すると共に中心部に穴２６を有する板体２５の中間部を曲げることにより形成する構成としたから、被検出物の傾斜角の検出範囲を大きく設定しても（例えば本実施形態のように、この検出範囲を−９０度〜＋９０度に設定しても）、各電極板２１〜２４の高さ寸法を小さくすることができ、傾斜センサ装置１の小型化を図ることができる。
【００５４】
また、各電極板２１〜２４の板体２５の中心部に穴２６を設けることにより、被検出物が傾斜したときの電極収容室１４内における誘電性液体１５の動きを良くすることができる。これにより、被検出物の傾斜に応じて誘電性液体１５の液面１５Ａを迅速に傾斜させることができ、被検出物の傾斜の検出精度および検出の応答性を向上させることができる。
【００５５】
なお、上述した実施形態では、図６に示すように、各電極板２１〜２４を、略楕円形の外形を有すると共に中心部に略楕円形の穴を有する板体２５の中間部を曲げることにより形成する例をあげたが、本発明はこれに限らない。例えば、図１２（１）に示すように、各電極板を、略真円形の外形を有する板体７１の中間部を曲げることにより形成してもよい。これにより、液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量を一定にすることができ、被検出物の傾斜を容易かつ高精度に検出することが可能になる、また、四角形の外形を有する短冊状の電極（図１３参照）を備えた従来の傾斜センサ装置と比較して、各電極板の高さ寸法を小さくして傾斜センサ装置の小型化を図ることができる。
【００５６】
また、図１２（２）に示すように、各電極板を、略真円形の外形を有すると共に中央部に穴を有する板体７２の中間部を曲げることにより形成してもよい。穴を設けることにより、誘電性液体の動きを良くすることができる。
【００５７】
また、図１２（３）、（４）または（５）に示すように、各電極板を、略菱形の外形を有すると共に中央部に穴を有する板体７３、７４または７５の中間部を曲げることにより形成してもよい。また、図１２（６）に示すように、各電極板を、略四角形の外形を有すると共に中央部に穴を有する板体７６の中間部を曲げることにより形成してもよい。各電極板を図１２（３）〜（６）に示すように形成することによっても、液面傾斜角の単位変化量当たりの浸漬部分面積の変化量を一定にすることができる。
【００５８】
また、上述した実施形態による傾斜センサ装置１は、被検出物の傾斜の測定だけでなく、被検出物の加速度、被検出物の振動、被検出物の揺動等の測定にも適用することができる。
【００５９】
また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う傾斜センサ装置もまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１  傾斜センサ装置
１０  センサユニット
１１  ハウジング（筐体）
１４  電極収容室
１５  誘電性液体
１５Ａ  液面
１７  検出構造体
２１、２２、２３、２４  電極板
２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ  一側電極部
２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂ  他側電極部
２５、７１、７２、７３、７４、７５、７６  板体
２６  穴
３１、３２、３３、３４  検出部
３５、３６、３７、３８  間隙
【図１】
2012088213.tif 000003
【図２】
2012088213.tif 000004
【図３】
2012088213.tif 000005
【図４】
2012088213.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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