(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、
前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、
前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、
前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、
前記発光手段を、発光素子と、この発光素子からの光を拡散して均一光として前記転動体収容ケースの一方端面に照射する光拡散手段とから構成したことを特徴とする傾斜角検出センサ。
【請求項２】
円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、
前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、
前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、
前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、
前記発光手段を、発光素子と、この発光素子からの光を拡散して均一光として照射する光拡散手段と、この光拡散手段からの光を散乱防止して前記転動体収容ケースの一方端面に照射する散乱防止手段とから構成したことを特徴とする傾斜角検出センサ。
【請求項３】
円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、
前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、
前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、
前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、
前記受光手段を、受けた光を電気信号に変換する受光素子と、前記転動体収容ケースの他方端面から照射される光を散乱防止して前記受光素子に照射する散乱防止手段とから構成したことを特徴とする傾斜角検出センサ。
【請求項４】
円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、
前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、
前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、
前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、
前記受光手段は、受光素子の受光面を１個有し、光照射方向から見てこの受光面の中心を前記空間の中心から偏心した位置に配置したことを特徴とする傾斜角検出センサ。
【請求項５】
円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、
前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、
前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、
前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、
前記受光手段は、受光素子の受光面を複数個有し、光照射方向から見てこれらの受光面全体の中心を前記空間の中心から偏心した位置に配置したことを特徴とする傾斜角検出センサ。
【請求項６】
円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、
前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、
前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、
前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、
前記受光手段に備えられる受光素子の受光面のサイズと前記転動体の投影サイズとが、同じもしくは略同じであり、前記転動体収容ケースの内周面の半径が、前記転動体の半径の２倍であることを特徴とする傾斜角検出センサ。
【請求項７】
円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、
前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、
前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、
前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、
前記受光手段は２個の受光素子を備え、前記受光素子に備えられる各受光素子の受光面のサイズと前記転動体の投影サイズとが、同じもしくは略同じであり、
前記転動体収容ケースの内周面の半径が、前記転動体の半径の２倍であり、
傾斜角度が０度のとき、各受光素子の遮光面積が等しくなると共に、正負最大検出角で、各受光素子の遮光面積がそれぞれ最大になるように、各受光素子を配置することを特徴とすることを特徴とする傾斜角検出センサ。
【請求項８】
前記円弧状の内周面を有する空間とは、円形状、または楕円形状、または数種類の形状が複合された複合形状の内周面を有する空間であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の傾斜角検出センサ。
【請求項９】
前記円弧状の内周面を有する空間とは、内周面に沿って該内周面の曲率が変化する空間であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の傾斜角検出センサ。
【請求項１０】
前記受光手段に備えられる受光素子が２個以上ある場合に、傾斜角度が０度のとき、各受光素子の遮光面積が等しくなると共に、正負最大検出角で、各受光素子の遮光面積がそれぞれ最大になるように、各受光素子を配置することを特徴とする請求項１〜３又は５〜６のいずれか１項に記載の傾斜角検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾斜角検出対象の重力方向に対する傾斜角を検出するために用いられる傾斜角検出センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の傾斜角検出センサとして、例えば、特公平６−１９２７３号公報に示されるものが知られている。このような従来の傾斜角検出センサでは、平面鏡と液体水平面とで通常はおおむね直交するように構成された二枚鏡によって平行光線を２つの光路に分けて反射させ、集光系でそれぞれの光路の反射光によって結像されたスリットの２つの像の間の間隔を受光素子により測定することによって傾斜角を検出できるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の傾斜角検出センサは、投光から受光までの光路と参照物体の回転とに大きなスペースが必要となり、小型化が困難となる。また、このような従来の傾斜角検出センサにおいて、検出範囲を大きくするには、受光素子の長さを大きくしたり、または受光素子を追加したり、または入射光の分解能を落として受光素子内に反射光を入射させたりする必要があり、検出範囲が例えば３０度以上は困難となる。さらに、このような従来の傾斜角検出センサにおいては、受光素子への反射光の入射位置は傾斜角度に対し線形性が殆どなく、検出範囲が広くなるほど線形性が得られず、±９０度以上の検出は不可能となる。一般的に反射屈折を検出して傾斜角を検出する方法では、傾斜角度が大きくなるほど線形性は悪くなり、線形性と分解能は相反する関係にある。
【０００４】
【発明の開示】
本発明は上記の従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、傾斜角の線形性検出を可能とし、検出範囲が±９０度以上に達成することができ、また、小型化も図れる傾斜角検出センサを提供することにある。
【０００５】
本発明に係る第１の傾斜角検出センサは、円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、前記発光手段を、発光素子と、この発光素子からの光を拡散して均一光として前記転動体収容ケースの一方端面に照射する光拡散手段とから構成したことを特徴としている。
【０００６】
本発明に係る第１の傾斜角検出センサによれば、前記発光手段からの光は前記転動体収容ケースの一方端面に照射され、この照射された光は前記転動体で一部が遮光され、この遮光された以外の光は前記受光手段に照射される。これにより、前記受光手段に照射された光は電気信号に変換され、この電気信号を用いて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜検出対象の傾斜角が検出される。しかも、この第１の傾斜角検出センサによれば、前記発光手段は、発光素子からの光を拡散して均一光として前記転動体収容ケースの一方端面に照射する光拡散手段を有しているので、転動体収容ケースの一方端面に発光素子からの均一光が照射され、これにより転動体による発光手段への遮光部分（投影部分）が正確に現れ、線形的に傾斜角を検出するのに役立つ。
【０００７】
本発明に係る第２の傾斜角センサは、円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、前記発光手段を、発光素子と、この発光素子からの光を拡散して均一光として照射する光拡散手段と、この光拡散手段からの光を散乱防止して前記転動体収容ケースの一方端面に照射する散乱防止手段とから構成したことを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る第２の傾斜角検出センサによれば、前記発光手段からの光は前記転動体収容ケースの一方端面に照射され、この照射された光は前記転動体で一部が遮光され、この遮光された以外の光は前記受光手段に照射される。これにより、前記受光手段に照射された光は電気信号に変換され、この電気信号を用いて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜検出対象の傾斜角が検出される。しかも、この第２の傾斜角検出センサによれば、発光手段を、発光素子と、この発光素子からの光を拡散して均一光として照射する光拡散手段と、この光拡散手段からの光を散乱防止して転動体収容ケースの一方端面に照射する散乱防止手段とから構成したので、発光素子からの光は、光拡散手段により均一光となり、さらに散乱防止手段により散乱防止され、転動体収容ケースの一方端面に照射される。これにより、移動体による発光手段への遮光部分が正確に現れ、線形的に傾斜角を検出するのに役立つ。
【０００９】
本発明に係る第３の傾斜角検出センサは、円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、前記受光手段を、受けた光を電気信号に変換する受光素子と、前記転動体収容ケースの他方端面から照射される光を散乱防止して前記受光素子に照射する散乱防止手段とから構成したことを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る第３の傾斜角検出センサによれば、前記発光手段からの光は前記転動体収容ケースの一方端面に照射され、この照射された光は前記転動体で一部が遮光され、この遮光された以外の光は前記受光手段に照射される。これにより、前記受光手段に照射された光は電気信号に変換され、この電気信号を用いて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜検出対象の傾斜角が検出される。しかも、この第３の傾斜角検出センサによれば、前記受光手段は、受けた光を電気信号に変換する受光素子と、転動体収容ケースの他方端面から照射される光を散乱防止して前記受光素子に照射する散乱防止手段とから構成されているので、前記受光素子には散乱防止された光が照射され、これにより傾斜角の検出精度の向上を図れる。
【００１１】
本発明に係る第４の傾斜角検出センサは、円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、前記受光手段は、受光素子の受光面を１個有し、光照射方向から見てこの受光面の中心を前記空間の中心から偏心した位置に配置したことを特徴としている。
【００１２】
本発明に係る第４の傾斜角検出センサによれば、前記発光手段からの光は前記転動体収容ケースの一方端面に照射され、この照射された光は前記転動体で一部が遮光され、この遮光された以外の光は前記受光手段に照射される。これにより、前記受光手段に照射された光は電気信号に変換され、この電気信号を用いて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜検出対象の傾斜角が検出される。しかも、この第４の傾斜角検出センサによれば、受光手段が、受光素子の受光面を１個有し、この受光面の中心を前記空間の中心から偏心した位置に配置しているので、傾斜角に応じて受光面に照射される光量が変化し、これにより複数個の受光面を用いなくても、傾斜角の検出が可能となる。
【００１３】
本発明に係る第５の傾斜角検出センサは、円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、前記受光手段は、受光素子の受光面を複数個有し、光照射方向から見てこれらの受光面全体の中心を前記空間の中心から偏心した位置に配置したことを特徴としている。
【００１４】
本発明に係る第５の傾斜角検出センサによれば、前記発光手段からの光は前記転動体収容ケースの一方端面に照射され、この照射された光は前記転動体で一部が遮光され、この遮光された以外の光は前記受光手段に照射される。これにより、前記受光手段に照射された光は電気信号に変換され、この電気信号を用いて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜検出対象の傾斜角が検出される。しかも、この第５の傾斜角検出センサによれば、前記受光手段が、複数個の受光面を有し、これらの受光面全体の中心を前記空間の中心から偏心した位置に配置しているので、傾斜角に応じて各受光面に照射される光量が変化し、傾斜角の検出が可能となり、検出精度も向上する。
【００１５】
本発明に係る第６の傾斜角検出センサは、円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、前記受光手段に備えられる受光素子の受光面のサイズと前記転動体の投影サイズとが、同じもしくは略同じであり、前記転動体収容ケースの内周面の半径が、前記転動体の半径の２倍であることを特徴としている。
【００１６】
本発明に係る第６の傾斜角検出センサによれば、前記発光手段からの光は前記転動体収容ケースの一方端面に照射され、この照射された光は前記転動体で一部が遮光され、この遮光された以外の光は前記受光手段に照射される。これにより、前記受光手段に照射された光は電気信号に変換され、この電気信号を用いて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜検出対象の傾斜角が検出される。しかも、この第６の傾斜角検出センサによれば、受光手段に備えられる受光素子の受光面のサイズと前記転動体の投影サイズとが同じもしくは略同じであるので、検出可能な範囲で受光面のサイズを小さくすることができ、これによりセンサ自体の小型化を図れる。また、転動体収容ケースの内周面の半径が転動体の半径の２倍であるので、検出範囲が広くなる。
【００１９】
本発明に係る第７の傾斜角検出センサは、円弧状の内周面を有し且つ両端面が開口した空間を備え、傾きに応じて前記円弧状の内周面を転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前記転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した傾斜角検出センサにおいて、前記受光手段は２個の受光素子を備え、前記受光素子に備えられる各受光素子の受光面のサイズと前記転動体の投影サイズとが、同じもしくは略同じであり、前記転動体収容ケースの内周面の半径が、前記転動体の半径の２倍であり、傾斜角度が０度のとき、各受光素子の遮光面積が等しくなると共に、正負最大検出角で、各受光素子の遮光面積がそれぞれ最大になるように、各受光素子を配置することを特徴としている。
【００２０】
本発明に係る第７の傾斜角検出センサによれば、前記発光手段からの光は前記転動体収容ケースの一方端面に照射され、この照射された光は前記転動体で一部が遮光され、この遮光された以外の光は前記受光手段に照射される。これにより、前記受光手段に照射された光は電気信号に変換され、この電気信号を用いて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜検出対象の傾斜角が検出される。しかも、この第７の傾斜角検出センサによれば、受光手段に備えられる２個の受光素子の各受光面のサイズと前記転動体の投影サイズとが同じもしくは略同じであるので、検出可能な範囲で受光面のサイズを小さくすることができ、これによりセンサ自体の小型化を図れる。また、転動体収容ケースの内周面の半径が転動体の半径の２倍であるので、検出範囲が広くなる。さらに、第７の傾斜角検出センサによれば、傾斜角度が０度のとき、各受光素子の遮光面積が等しくなると共に、正負最大検出角で、各受光素子の遮光面積がそれぞれ最大になるように、各受光素子を配置しているので、傾斜があれば、各受光素子の出力に差ができ、これにより傾斜角を検出することができる。しかも、検出範囲内での遮光面積の変化と傾斜角の変化との線形性が大変良くなる。また、遮光面積と受光素子の感度とが直接入射光の分解能になるので、検出範囲内で高い分解能を得ることができる。
【００２１】
本発明に係る第１〜第７の傾斜角検出センサのある実施態様は、前記円弧状の内周面を有する空間とは、円形状、または楕円形状、または数種類の形状が複合された複合形状の内周面を有する空間であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、前記転動体は常に水平位置に来るように移動できる。
【００２２】
本発明に係る第１〜第７の傾斜角検出センサの別な実施態様においては、前記円弧状の内周面を有する空間とは、内周面に沿って該内周面の曲率が変化する空間であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、前記曲率の違いにより、傾斜角に対する前記転動体の移動距離が異なり、検出精度を決定する一つの要因とすることができる。
【００２３】
本発明に係る第１〜第３又は第５〜第６の傾斜角検出センサは、前記受光手段に備えられる受光素子が２個以上ある場合に、傾斜角度が０度のとき、各受光素子の遮光面積が等しくなると共に、正負最大検出角で、各受光素子の遮光面積がそれぞれ最大になるように、各受光素子を配置することを特徴としている。かかる実施態様によれば、傾斜があれば、各受光素子の出力に差ができ、これにより傾斜角を検出することができる。しかも、検出範囲内での遮光面積の変化と傾斜角の変化との線形性が大変良くなる。また、遮光面積と受光素子の感度とが直接入射光の分解能になるので、検出範囲内で高い分解能を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る傾斜角検出センサの構成を示す分解斜視図である。図２は、図１に示す傾斜角検出センサを軸方向で切断した断面図を示す。図１および図２において、傾斜角検出センサ１は、軸方向の両端面が少なくとも円弧状に開口し、前記円弧状の内周面を有する空間４を備え、前記円弧状の内周面を傾きに応じて転動する転動体としての球体３を収容した転動体収容ケース２と、この転動体収容ケース２の一方端面に対向して配置され、転動体収容ケース２の一方端面に光を照射する発光手段５と、転動体収容ケース２の他方端面に対向して配置され、転動体収容ケース２内の球体３で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段６とを備えており、受光手段６からの電気信号に基づいて、転動体収容ケース２が置かれた被傾斜角検出対象（図示せず）の傾斜角を検出するように構成されている。
【００２５】
前記発光手段５は、発光素子９と、この発光素子９からの光を拡散して均一光として転動体収容ケース２の一方端面に照射する光拡散手段としての光拡散板１８と、この光拡散板１８からの光を散乱防止する散乱防止手段としての散乱防止マスク１１とから構成されている。発光素子９には被傾斜角検出対象に載置するための２本の脚７，８が設けられている。光拡散板１８は軸方向に開口した発光側ケース１０に収納されており、また、発光素子９と散乱防止マスク１１は光拡散板１８を夾んで発光側ケース１０に収納される。また、転動体収容ケース２は一方端面を散乱防止マスク１１に面して発光側ケース１０に収納される。なお、発光素子は、ＬＥＤ、ＬＤ、ＥＬ、レーザ光、蛍光灯、電球などで実現される。
【００２６】
前記受光手段６は、受けた光を電気信号に変換する受光素子１３と、前記転動体収容ケース２の他方端面から照射される光を散乱防止して受光素子１３に照射する散乱防止マスク１５とから構成されている。受光素子１３には被傾斜角検出対象に載置するための脚１２が設けられている。受光素子１３は受光側ケース１４に収納される。散乱防止マスク１５は、転動体収容ケース２の他方端面に面して転動体収容ケース２に収納される。なお、受光素子１３は後述する複数個または１個の受光素子から構成されている。受光素子は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトカプラ、ＰＳＤ、光導電セルなどで実現される。
【００２７】
以上のような構成要素から構成される傾斜角検出センサ１は、組立てる場合、受光側ケース１４が発光側ケース１０に嵌合され、一体化されて完成する。被傾斜角検出対象の傾斜角を検出する際は、傾斜角検出センサ１の脚７，８，１２を被傾斜角検出対象に載置することにより、被傾斜角検出対象の傾斜角を検出することができる。このように傾斜角検出センサ１は、図１に示す発光手段５の構成要素がパッケージ化され、また、受光手段６の構成要素がパッケージ化される。
【００２８】
本実施形態の傾斜角検出センサ１では、光拡散板１８や球体３の特性、センサの形状精度などに基づいて検出特性が測定できるので、組立調整をする必要がなく、安定動作を図れる。また、球体３は傾斜との応答性が良く、したがって、センサの組立も容易にできる。
【００２９】
図３は前記傾斜角検出センサ１の光学系の原理を説明するためのブロック図である。図３において、発光素子９からの光は光拡散板１８により均一な光となり受光素子１６，１７に均一面照射される。受光素子１６，１７の前面に球体３を配置すると、球体３の投影面積に相当する受光素子１６，１７の受光面が遮光される。そこで、受光素子１６の出力と受光素子１７の出力を比較することで球体３の位置や移動が検出でき、これにより被傾斜角検出対象の傾斜角を検出することができる。
【００３０】
図４は球体３と受光素子１６，１７との位置関係を示す図である。図４において４ｂは空間４の内周面を示し、３ａは傾斜角が０度のときの球体３の位置、３ｂは傾斜角が−９０度のときの球体３の位置、３ｃは傾斜角が９０度のときの球体３の位置を示す。１６ｂは受光素子１６の受光面、１７ｂは受光素子１７の受光面を示す。
【００３１】
図５、図６、図７は発光素子側から受光素子側を見た球体に対する受光素子の受光面の位置関係を示す図である。図５は傾斜角が０度のときの位置関係を示し受光面１６ｂと受光面１７ｂの球体３による各遮光面積は同じになっている。これにより、受光面１６ｂを有する受光素子１６の出力と、受光面１７ｂを有する受光素子１７の出力とが同じになり、両出力を比較することにより傾斜角が０度であることが検出できる。
【００３２】
図６は傾斜角が４５度のときの位置関係を示し、球体３による遮光面積は受光面１７ｂの方が受光面１６ｂの遮光面積よりも大きくなっている。これにより、受光素子１６の出力の方が受光素子１７の出力よりも大きくなり、受光素子１６の出力と受光素子１７の出力とを比較することで、傾斜角が４５度であることが検出できる。なお、該比較結果の値の大きさにより、傾斜角が４５度であることが分かる。
【００３３】
図７は傾斜角が９０度のときの位置関係を示し、球体３による遮光面積は受光面１７ｂの方が受光面１６ｂの遮光面積よりも大きくなる。これにより、受光素子１６の出力の方が受光素子１７の出力よりも大きくなり、受光素子１６の出力と受光素子１７の出力とを比較することで、傾斜角が９０度であることが検出できる。なお、該比較結果の値の大きさにより、傾斜角が９０度であることが分かる。
【００３４】
図８は、前記傾斜角検出センサ１において、例えば、受光素子の受光面サイズが０．８ｍｍ×１．０ｍｍであり、球体の直径が１ｍｍである場合の傾斜角と遮光面積（平方μｍ）の関係をグラフで示した図である。図８において、ライン８１は受光素子１６における傾斜角に対する遮光面積の変化、ライン８２は受光素子１７における傾斜角に対する遮光面積の変化、ライン８３は受光素子１６の出力から受光素子１７の出力を引いた値に基づく傾斜角に対する遮光面積の変化、ライン８４は受光素子１６の出力と受光素子１７の出力を加えた値に基づく傾斜角に対する遮光面積の変化を示す。
【００３５】
これらから分かるように、ライン８３で示すように、傾斜角と遮光面積の変化の関係がリニアになっており、受光素子１６の出力と受光素子１７の出力の差をとることにより、傾斜角の検出の線形性が良い検出結果を得られることが理解できる。
【００３６】
次に受光素子の受光面の位置や受光面の個数を変えた場合や、転動体収容ケースの内周面の形状を変えた場合の動作について説明する。
【００３７】
図９は図５で説明した受光素子の受光面の位置と同じ受光面の位置を示す図であり、転動体収容ケース２の空間４の内周面４ｂは円形になっており、その空間４には受光面２１，２２が内周面４ｂに対して中央に配置されている。この場合は、傾斜角が１８０度になったとき、受光面２１と受光面２２の球体３による遮光面積が同じになり、これにより受光面２１による出力と受光面２２による出力が同じになる。これは、傾斜角が０度のときと同じになる。したがって、図９に示す受光面の配置例では、傾斜角が１８０度以外は全角検出することができる。
【００３８】
図１０は１８０度の傾斜角でも検出できるように、受光面２３，２４が内周面４ｂに対して中心位置がずれた位置（偏心させた位置）に配置されている受光面の位置を示す図である。このように受光面２３，２４を配置することにより、１８０度の傾斜角でも検出可能になる。この事を図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は傾斜角が０度のときの受光面２３，２４の位置を示し、図１１（ｂ）は傾斜角が１８０度のときの受光面２３，２４の位置を示す。これらによれば、傾斜角１８０度のときの受光面２３，２４の球体３による遮光面積が傾斜角０度のときの遮光面積よりも小さくなり、受光面２３による出力と受光面２４による出力とを比較することにより、傾斜角が０度の場合と１８０度の場合とを判別できる。
【００３９】
また、図１１（ｃ）は傾斜角が９０度のときの受光面２３，２４の位置を示す図であり、受光面２３による出力と受光面２４による出力の差を取ることにより傾斜角が９０度であることが検出できる。また、図示しないが、傾斜角が−９０度を検出するときは、受光面２３による出力と受光面２４による出力の差は傾斜角が９０度のときの出力の差と異なるので、−９０度の傾斜角と９０度の傾斜角を判別することができる。
【００４０】
なお、図９に示すように、受光面２１，２２を空間４の内周面４ｂに対して中央に配置しても、−９０度の傾斜角と９０度の傾斜角を判別することができる。なぜならば、傾斜角が−９０度を検出するときは、受光面２３による出力と受光面２４による出力の差は傾斜角が９０度のときの出力の差（絶対値は同じであるが、±の符号が異なる値）と異なるので、−９０度の傾斜角と９０度の傾斜角を判別することができる。
【００４１】
図１２は、４個の受光面２５，２６．２７，２８が空間４の内周面４ｂに対して中央に配置された受光面の位置を示す図である。このように４個の受光面２５，２６．２７，２８を設け、各出力を比較することにより、傾斜角を検出するようにすれば、前述した２個の受光面を用いる場合に比べ、検出精度が更に向上するのは言うまでもない。
【００４２】
図１３は、１個の受光面２９が空間４の内周面４ｂに対して中央に配置された受光面の位置を示す図である。このように、１個の受光面２９を設けた場合は、傾斜角に応じて球体３による受光面２９に対する遮光面積が変化し、この受光面２９による出力を検出することにより、傾斜角を検出することができる。例えば受光素子出力の大きさと傾斜角との関係を示すデータを予めメモリに記憶させておき、このデータを用いて受光面２９による出力の大きさを判定することにより傾斜角を検出することが可能になる。
【００４３】
図１４は、１個の受光面３０が空間４の内周面４ｂに対して中央よりずれた位置に配置された受光面の位置を示す図である。このように、１個の受光面３０を設けた場合は、傾斜角に応じて球体３による受光面３０に対する遮光面積が変化し、この受光面３０による出力を検出することにより、傾斜角を検出することができる。この場合は、受光面３０が空間４の内周面４ｂに対して中央よりずれた位置に配置されているので、傾斜角が０度と１８０度との判別、および傾斜角が−９０度と９０度との判別も可能となる。この理由は、図１１で説明したのと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４４】
図１５は、転動体収容ケース２における空間４の内周面４ｂが楕円形状を有し２個の受光面３１，３２が空間４の内周面４ｂに対して中央に配置された受光面の位置を示す図である。この構成によれば、傾斜角が例えば−１５度＜傾斜角＜１５度の範囲では球体３は傾きに対して移動距離が長くなるので、この移動する球体３による遮光変化を捕らえる受光面３１，３２の遮光面積の変化も大きくなり、傾斜角の検出精度が向上する。なお、精度良く検出したい傾斜角の範囲は内周面４ｂの曲率半径が大きい内周面４ｂの部分を用いれば良い。即ち、図１５に示すように、曲率半径の大きい内周面４ｂの部分に球体３を配置すれば、少しの傾きでも球体３は多くの距離を移動するので、その範囲での傾斜角の検出精度を高くすることができる。
【００４５】
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る傾斜角検出センサの構成を示す断面図である。図１６において、図２に示す構成要素に対応するものには同一の符号を付す。
【００４６】
図１６において、傾斜角検出センサ５１は、軸方向の両端面が少なくとも円弧状に開口し、前記円弧状の内周面を有する空間４を備え、前記円弧状の内周面を傾きに応じて転動する転動体としての球体３を収容した転動体収容ケース２と、この転動体収容ケース２の一方端面に対向して配置され、転動体収容ケース２の一方端面に光を照射する発光手段（後述する）と、転動体収容ケース２の他方端面に対向して配置され、転動体収容ケース２内の球体３で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段（後述する）とを備えており、受光手段からの電気信号に基づいて、転動体収容ケース２が置かれた被傾斜角検出対象（図示せず）の傾斜角を検出するように構成されている。
【００４７】
前記発光手段は、発光素子９と、この発光素子９からの光をコリメートして転動体収容ケース２の一方端面に照射するコリメート手段としてのレンズ５２と、このレンズ５２からの光を散乱防止する散乱防止マスク１１とから構成されている。発光素子９には被傾斜角検出対象に載置するための２本の脚８（一本は図示せず）が設けられている。レンズ５２は発光側ケース１０に収納されており、また、発光素子９と散乱防止マスク１１はレンズ５２を夾んで発光側ケース１０に収納される。また、転動体収容ケース２は一方端面を散乱防止マスク１１に面して発光側ケース１０に収納される。
【００４８】
前記受光手段は、受けた光を電気信号に変換する受光素子１３と、転動体収容ケース２の他方端面から照射される光を散乱防止して受光素子１３に照射する散乱防止マスク１５とから構成されている。受光素子１３には被傾斜角検出対象に載置するための脚１２が設けられている。受光素子１３は受光側ケース１４に収納される。散乱防止マスク１５は、転動体収容ケース２の他方端面に面して転動体収容ケース２に収納される。なお、受光素子１３は前述した個数の受光素子から構成されている。
【００４９】
そして、組立時は、受光側ケース１４が発光側ケース１０に嵌合されて、本実施形態の傾斜角検出センサ５１が完成する。被傾斜角検出対象の傾斜角を検出する際は、傾斜角検出センサ５１の脚８，１２などを被傾斜角検出対象に載置することにより、被傾斜角検出対象の傾斜角を検出することができる。
【００５０】
このような構成を有する傾斜角検出センサ５１では、光拡散板の代わりにレンズ５２を用いているので、発光素子からの光が弱まることなく、コリメートされ、受光素子に照射され、これにより、傾斜角の検出精度が向上する。なお、本実施形態では、コリメート手段としてのレンズは発光手段側に設けたが、受光手段側に設けても良い。また、転動体は、球体に限らず、円柱体または円筒体であっても良い。
【００５１】
なお、球体などの転動体と受光手段との距離を一定に保つためには、転動体収容ケース内の空間の内周面にテーパーを施して傾斜させておき、転動体が常に受光素子側へ引きつけられるようにしておけばよい。あるいは、傾斜角度検出センサを対象物に取付ける際、傾斜角度検出センサの検出範囲内で転動体が受光手段側へ転がるように傾斜角度検出センサを傾けて取付けるようにしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の傾斜角検出センサによれば、軸方向の両端面が少なくとも円弧状に開口し、前記円弧状の内周面を有する空間を備え、前記円弧状の内周面を傾きに応じて転動する転動体を収容した転動体収容ケースと、前記転動体収容ケースの一方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケースの一方端面に光を照射する発光手段と、前記転動体収容ケースの他方端面に対向して配置され、前記転動体収容ケース内の前転動体で遮光された以外の光を受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、前記受光手段からの電気信号に基づいて、前記転動体収容ケースが置かれた被傾斜角検出対象の傾斜角を検出するように構成した。
【００５３】
このような構成により、前記転動体の回転移動を検出することができるので、傾斜角に対し線形的な変化を検出できる。即ち、傾斜角の大きさに応じて転動体が回転移動し、この転動体による前記受光手段への遮光面積が線形的に変化し、これに伴って前記受光手段からの電気信号（検出信号）も線形的に変化する。また、前記受光手段と前記転動体の配置により、前記転動体の遮光面積の変化の割合が一定になるので、例えば、±９０〜１００度における傾斜角と前記受光手段の出力は線形性がよい。また、前記転動体収容ケースの空間も最小限になり、小型化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る傾斜角検出センサの構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す傾斜角検出センサを軸方向で切断した断面図を示す。
【図３】前記傾斜角検出センサの光学系の原理を説明するためのブロック図である。
【図４】前記傾斜角検出センサにおいて球体と受光素子との位置関係を示す図である。
【図５】前記傾斜角検出センサにおいて発光素子側から受光素子側を見た球体に対する受光素子の受光面の位置関係を示す図である。
【図６】前記傾斜角検出センサにおいて発光素子側から受光素子側を見た球体に対する受光素子の受光面の位置関係を示す図である。
【図７】前記傾斜角検出センサにおいて発光素子側から受光素子側を見た球体に対する受光素子の受光面の位置関係を示す図である。
【図８】前記傾斜角検出センサにおいて、例えば、受光素子の受光面サイズが０．８ｍｍ×１．０ｍｍであり、球体の直径が１ｍｍである場合の傾斜角と遮光面積（平方μｍ）の関係をグラフで示した図である。
【図９】前記傾斜角検出センサにおいて受光面が空間の内周面に対して中央に配置されている場合の受光面の位置を示す図である。
【図１０】前記傾斜角検出センサにおいて受光面が空間の内周面に対して中心位置がずれた位置（偏心させた位置）に配置された受光面の位置を示す図である。
【図１１】前記傾斜角検出センサにおいて受光面が空間の内周面に対して中心位置がずれた位置（偏心させた位置）に配置され受光面の位置の変化を示す図である。
【図１２】前記傾斜角検出センサにおいて４個の受光面が空間の内周面に対して中央に配置された受光面の位置を示す図である。
【図１３】前記傾斜角検出センサにおいて１個の受光面が空間の内周面に対して中央に配置された受光面の位置を示す図である。
【図１４】前記傾斜角検出センサにおいて１個の受光面が空間の内周面に対して中央よりずれた位置（偏心させた位置）に配置された受光面の位置を示す図である。
【図１５】前記傾斜角検出センサにおいて転動体収容ケースにおける空間の内周面が楕円形状を有し２個の受光面が空間の内周面に対して中央に配置された受光面の位置を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る傾斜角検出センサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１，５１      傾斜角検出センサ
２      転動体収容ケース
３      球体（転動体）
４      空間
４ｂ      内周面
５      発光手段
６      受光手段
９      発光素子
１１，１５      散乱防止マスク（散乱防止手段）
１３，１６，１７      受光素子
１６ｂ，１７ｂ，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９  ，３０，３１，３２      受光面
１８      光拡散板（光拡散手段）
５２      レンズ（コリメート手段）
【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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【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】
0003882561.tif 000014
【図１４】
0003882561.tif 000015
【図１５】
0003882561.tif 000016
【図１６】
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