(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接配置された一対の差動電極と共通電極とを密閉容器内で対向配置し、密閉容器内に封入した誘電性液体の液面レベルの変化を傾斜角度に対応する静電容量の変化として検出する静電容量式傾斜センサにおいて、前記一対の差動電極と共通電極とで構成される一対の可変コンデンサを電源間に直列接続して構成された可変容量手段と、一対の基準コンデンサを電源間に直列接続して構成された基準容量手段と、前記可変容量手段における可変コンデンサ同士の接続点を一方の差動入力とし、前記基準容量手段における基準コンデンサ同士の接続点を他方の差動入力とする差動増幅手段とを具備したことを特徴とする静電容量式傾斜センサ。
【請求項２】
前記一対の差動電極が、水平時の前記液面レベルに対して水平方向に隣接配置されたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式傾斜センサ。
【請求項３】
前記一対の差動電極が、水平時の前記液面レベルに対して垂直方向に隣接配置されたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の差動電極と共通電極とを密閉容器内で対向配置し、密閉容器内に封入した誘電性液体の液面レベルの変化を傾斜角度に対応する静電容量の変化として検出する静電容量式傾斜センサに係り、特に、温度補償やゼロ点調整が不要な静電容量式傾斜センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、傾斜センサを二輪車等の車両に搭載し、車体の傾きを検出して各部を制御する技術が知られている。図１５は、傾斜センサを搭載した従来の二輪車の後方からの斜視図であり、メインフレーム（図示せず）の先端部では、たとえばハンドルステムから前方へ延びたステー等に傾斜センサ９０が取り付けられている。傾斜センサ９０は、ハンドル９２の舵角とは無関係にメインフレームすなわち車両と一体的に傾斜し、その角度を検知する。検知された角度信号は、車両後方の、たとえばシート９１の下方に固定されたＥＣＭ（エンジン制御モジュール）９３へ伝送されて各種の制御に利用される。
【０００３】
従来の静電容量式傾斜センサは、例えば特開平４−５３５２８号公報あるいは特開平５−１４１６８号公報に記載されている。図７は従来の静電容量式傾斜センサの縦断面図、図８は横断面図、図９は可変容量部の斜視図である。
【０００４】
可変容量部では、一対の差動電極１１ａ，１１ｂが水平方向に隣接配置され、各差動電極１１ａ，１１ｂと平行に、一定の間隙を設けて共通電極板１２が配置されている。各差動電極１１ａ，１１ｂおよび共通電極板１２は密封容器１４内に収容され、密封容器１４内にはシリコンオイル等の誘電性液体１３が有効容積の半分ほど満たされている。各差動電極１１ａ，１１ｂと共通電極板１２とは可変コンデンサＣａ，Ｃｂを形成する。
【０００５】
図１０は、上記した従来の静電容量式傾斜センサにおいて、各可変コンデンサＣａ，Ｃｂの容量変化を直流電圧の変化に変換する回路の一例であり、前記共通電極板１２には発振器ＯＳＣが接続される。各差動電極１１ａ，１１ｂは、容量変化を直流電圧の変化に変換する容量／電圧変換回路ＣＶ１，ＣＶ２に接続される。容量／電圧変換回路ＣＶ１，ＣＶ２の出力信号は差動増幅器ＤＡに入力され、差動増幅器ＤＡの出力に、センサの傾斜角度に対応した直流信号が表れる。
【０００６】
ゼロ点調整回路８１は、センサが水平状態のときに差動増幅器ＤＡの出力電圧が０Ｖとなるように容量／電圧変換回路ＣＶ２を制御する。温度補償回路８２は、温度にかかわらずセンサの傾斜角度に応答した出力が得られるように、雰囲気温度に応じて差動増幅器ＤＡの増幅率を制御する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は、各可変コンデンサＣａ，Ｃｂの静電容量Ｃａ，Ｃｂ（以下同様に、各可変コンデンサの静電容量は、当該可変コンデンサに付した符号で代表する）とセンサの傾斜角度との関係を示した図であり、両者の関係は温度や個体差により破線で示した範囲内で変化する。
【０００８】
一方、上記した従来技術では、センサの傾斜角度を代表する差動増幅器ＤＡの出力が各可変コンデンサＣａ，Ｃｂの静電容量の差分の関数であり、各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量が温度や個体差に応じて変化すると、両者の差分（Ｃａ−Ｃｂ）も、図１２に示したように破線の範囲内で変化する。
【０００９】
したがって、上記した従来技術では、差分が“０”のときに差動増幅器ＤＡの出力が“０”となるように、各センサごとに容量／電圧変換回路ＣＶ１，ＣＶ２の少なくとも一方をゼロ点調整回路８１によりゼロ点調整すると共に、温度補償回路８２を追加して、各センサごとに温度補償を行う必要がある。しかしながら、特に二輪車等の車両にセンサを搭載する場合、その走行毎にゼロ点調整や温度補償を正確に行うことは容易でないのみならず、コストの上昇や重量増加を招いてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、ゼロ点調整や温度補償等の調整が不要で安価な静電容量式傾斜センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【００１２】
(1) 一対の差動電極と共通電極とを密閉容器内で対向配置し、密閉容器内に封入した誘電性液体の液面レベルの変化を傾斜角度に対応する静電容量の変化として検出する静電容量式傾斜センサにおいて、前記一対の差動電極を、水平時の前記液面レベルに対して垂直方向に隣接配置した。
【００１３】
(2) 隣接配置された一対の差動電極と共通電極とを密閉容器内で対向配置し、密閉容器内に封入した誘電性液体の液面レベルの変化を傾斜角度に対応する静電容量の変化として検出する静電容量式傾斜センサにおいて、前記一対の差動電極と共通電極とで構成される一対の可変コンデンサを電源間に直列接続して構成された可変容量手段と、一対の基準コンデンサを電源間に直列接続して構成された基準容量手段と、前記可変容量手段における可変コンデンサ同士の接続点を一方の差動入力とし、前記基準容量手段における基準コンデンサ同士の接続点を他方の差動入力とする差動増幅手段とを設けた。
【００１４】
上記した特徴(1) によれば、各差動電極と共通電極との間に形成される各可変コンデンサの静電容量はいずれも、個体差にかかわらず傾斜していない水平状態で極値を示す。したがって、各コンデンサが極値を示す角度を水平位置と定義することでゼロ点調整が不要になる。
【００１５】
上記した構成(2) によれば、差動増幅手段の出力信号は、静電容量部の一対の差動電極と共通電極との間にそれぞれ形成される一対の可変コンデンサの静電容量変化分ΔＣに比例する。また、温度係数が相殺されて温度変化に依存しないので、温度補償が不要になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である静電容量式傾斜センサの静電容量部５３の斜視図であり、半円状の一対の差動電極２１ａ，２１ｂが垂直方向に隣接配置され、これと対向するように、共通電極２２が一定の間隙を設けて平行配置されている。
【００１７】
前記一対の差動電極２１ａ，２１ｂおよび共通電極２２は、従来と同様に密閉容器（図示省略）内に収容され、密閉容器内には誘電性液体（図示省略）が封入される。上側の差動電極２１ａおよび共通電極２２は上側可変コンデンサＣ１を構成し、下側の差動電極２１ｂおよび共通電極２２は下側可変コンデンサＣ２を構成する。
【００１８】
図２は、上記した電極構造の静電容量部５３を用いて誘電性液体の液面レベルの変化を傾斜角度として検出する静電容量式傾斜センサのブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００１９】
静電容量部５３では、図１に示したように、可変コンデンサＣ１，Ｃ２の差動電極２１ａ，２１ｂが水平時の液面レベルに対して垂直方向に隣接配置され、これと対向するように、共通電極２２が一定の間隙を設けて配置されている。各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の共通電極２２は、所定周波数の交流信号を発生する発振回路ＯＳＣ５１に接続されている。可変コンデンサＣ１の差動電極２１ａは第１容量／電圧変換回路ＣＶ１の入力端子に接続され、可変コンデンサＣ２の差動電極２１ｂは、第２容量／電圧変換回路ＣＶ２の入力端子に接続されている。
【００２０】
前記第１および第２容量／電圧変換回路ＣＶ１，ＣＶ２の出力は、差動増幅器ＤＡの各差動入力端子に接続されている。差動増幅器ＤＡの出力端と一方の差動入力端子との間には、雰囲気温度に応じて差動増幅器ＤＡの増幅率を適宜に制御する温度補償用のサーミスタＲthが接続されている。差動増幅器ＤＡの出力端には、図示しない制御回路が接続され、当該センサの傾斜角度θに対応した直流信号が、各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の各静電容量の差（Ｃ１−Ｃ２）の関数として出力される。
【００２１】
図３は、前記静電容量部５３における誘電性液体２４の液面レベルと傾斜角度θとの関係を模式的に示した図であり、誘電性液体２４は、同図(a) に示したように、水平状態での液面レベルが前記各差動電極２１ａ，２１ｂの隣接領域に達するまで満たされている。
【００２２】
図４は、本実施形態における各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量Ｃ１，Ｃ２と傾斜角度θとの関係を示した図であり、図３(b) 、(c) に示したように、センサが右側あるいは左側に傾斜すると、下側可変コンデンサＣ２では、傾斜が進むほど静電容量が減少するのに対して、上側可変コンデンサＣ１では、傾斜が進むほど静電容量が上昇する。
【００２３】
このように、本実施形態によれば、上側および下側の各可変コンデンサＣ１，Ｃ２は、個体差にかかわらず水平状態で常に極値を示すことになり、両者の差分すなわち差動増幅器ＤＡの出力信号も、図５に示したように、各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の個体差にかかわらず水平状態で常に極値を示す。したがって、ゼロ点を調整することなく当該静電容量式傾斜センサを組み立てても、その後、差動増幅器ＤＡの後段に接続させる制御装置において差動増幅器ＤＡの出力信号を監視し、極値を示す値Ｖ0 を水平状態と見なして傾斜角度を算出させるようにすればゼロ点調整が不要となる。
【００２４】
図１６は、前記静電容量式傾斜センサの二輪車の適用方法の一例を示した図であり、本実施形態では、燃料噴射制御や点火制御を行うＥＣＭ１００内に、上記した構成の静電容量式傾斜センサ２００を設けている。
【００２５】
ＥＣＭ１００では、燃料噴射制御や点火制御を実行する制御ユニット１０１、各種のディスクリート部品１０２およびコネクタ１０３と共に、上記した本実施形態の静電容量式傾斜センサ２００が基板１０４上に取り付けられている。ＥＣＭ１００は、車両と一体的に傾斜する箇所であれば、従来技術と同様に、シート下部において車体フレームに固定しても良い。
【００２６】
このように、静電容量式傾斜センサをＥＣＭ内に設ければ、傾斜センサとＥＣＭとをそれぞれ別々に車両へ取り付ける場合に比べて取り付け工数を削減できる。のみならず、両者を接続するための配線を短くすることができるので、ノイズや寄生容量の影響を最小限に抑えることができ、電気的に安定した接続が可能になる。
【００２７】
次いで、本発明の他の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態である静電容量式傾斜センサのブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２８】
本実施形態の静電容量部５３Ｂは、図９に示した従来技術と同様に、一対の差動電極が水平方向に隣接配置されている。基準容量部５２は、２つの基準コンデンサＣ0 を直列接続して構成され、その一端は前記ＯＳＣ５１に接続され、他端は接地されている。前記静電容量部５３Ｂでは、一方の可変コンデンサＣ３を構成する差動電極１１ａが前記ＯＳＣ５１に接続され、他方の可変コンデンサＣ４を構成する差動電極１１ｂは接地されている。
【００２９】
前記静電容量部５３Ｂの共通電極は、第１容量／電圧変換回路ＣＶ１の入力端子に接続され、第２容量／電圧変換回路ＣＶ２の入力端子は、前記基準容量部５２における各基準コンデンサＣ0 の接続部に接続されている。前記第１および第２容量／電圧変換回路ＣＶ１，ＣＶ２の出力信号は差動増幅器ＤＡの各差動入力端子に入力され、差動増幅器ＤＡの出力端には、以下に詳述するように、センサの傾斜角度θに対応した直流信号が、各可変コンデンサＣ３，Ｃ４の容量変化分ΔＣの関数として表れる。
【００３０】
図６において、各可変コンデンサＣ３，Ｃ４の端子間電圧Ｖc1、Ｖc2とＯＳＣ５１の出力電圧Ｖとは次式(1) の関係にある。
Ｖ＝Ｖc1＋Ｖc2    …(1)
直列接続された各可変コンデンサＣ３，Ｃ４に蓄積される電荷量Ｑは等しいので、次式(2) が成立する。
Ｑ＝Ｃ３・Ｖc1＝Ｃ４・Ｖc2    …(2)
上記(1) 、(2) 式より、
0004014326.tif 000002
上記(3) 式を整理して、
Ｖc2＝（Ｃ３／（Ｃ３＋Ｃ４））・Ｖ    …(4)
ここで、当該センサが傾斜して可変コンデンサＣ３の静電容量がＣ＋ΔＣに変化し、コンデンサＣ４の容量がＣ−ΔＣに変化すると、上式(4) は以下のようになる。
0004014326.tif 000003
一方、基準容量部５２での接続点の差動入力電圧Ｖref は次式で表される。
Ｖref ＝Ｖ／２    …(6)
上式(5) 、(6) から、差動増幅器ＤＡの差動出力Ｖout は次式(7) となり、容量変化量ΔＣに比例する。
0004014326.tif 000004
ここで、基準容量部５２の各基準コンデンサＣ0 および静電容量部５３Ｂの各可変コンデンサＣ３，Ｃ４の温度係数をｋとすれば、基準容量部５２の差動入力電圧Ｖref は次式(8) で表される。
0004014326.tif 000005
これに対して、静電容量部５３Ｂでの接続点の差動入力電圧Ｖc2は次式(9) で表される。
0004014326.tif 000006
したがって、差動増幅器ＤＡの差動出力Ｖout は次式(10)となる。
0004014326.tif 000007
以上のように、本実施形態では、基準容量部５２の差動入力電圧Ｖref および可変容量部５３Ｂの差動入力電圧Ｖc2のいずれにおいても温度係数ｋが相殺されている。したがって、差動増幅器ＤＡの出力Ｖout は温度に依存せず、温度補償回路を別途に設けることなく温度補償が可能になる。
【００３１】
なお、上記した第２実施形態では、可変容量部５３Ｂの電極構造が、一対の差動電極を水平方向に隣接配置した従来構造であるものとして説明したが、図１に関して説明した第１実施形態のように、一対の差動電極を垂直方向に隣接配置した構造とすれば、温度補償回路のみならず、ゼロ点調整回路も不要とすることができる。
【００３２】
また、垂直方向に隣接配置する各差動電極２１ａ，２１ｂの形状を、図１３に示したように、その端部を切り落とした形状とすれば、差動増幅器ＤＡの出力Ｖout と傾斜角度θとの関係が、図１４に示したように、実質上の検出範囲（±θ２以内）において二次関数的となるので、傾斜角度の大きい範囲では、傾斜角度θに対する出力Ｖout の変化率を他の範囲よりも大きくすることができる。
【００３３】
一般的に、傾斜角度が±θ１の範囲内は、二輪車であれば通常走行時の傾斜範囲であり、傾斜角度の微妙な差異が問題となる場合は少ない。これに対して、前記±θ１を越える比較的大きな傾斜範囲は、明らかに通常とは異なる走行状態であり、傾斜角度θに基づく厳密な制御が要求される場合が多いので、傾斜角度の微妙な差異が重要となり得る。
【００３４】
ここで、本実施形態では、上記したように傾斜角度に基づく制御が要求される比較的大きな傾斜範囲（±θ１〜）では、傾斜角度θに対する出力Ｖout の変化率が大きくなるので、傾斜角度の微妙な差異を正確に検知できるようになる。
【００３５】
なお、上記したいずれの実施形態においても、傾斜センサを制御モジュールに内蔵させれば、傾斜センサと制御モジュールとをそれぞれ別々に取り付ける場合に比べて取り付け工数を削減できると共に、両者の電気的な接続も安定化させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1) 請求項１の発明によれば、各差動電極と共通電極との間に形成される可変コンデンサの各静電容量はいずれも、個体差にかかわらず傾斜していない水平状態で極値を示す。したがって、各可変コンデンサが極値を示す角度を水平位置と定義することでゼロ点調整が不要になる。
(2) 請求項２の発明によれば、差動増幅手段の出力信号は、静電容量部の一対の各差動電極と共通電極との間に形成される一対の可変コンデンサの静電容量変化分ΔＣに比例する。また、温度係数が相殺されて温度変化に依存しないので温度補償が不要になる。
(3) ゼロ点調整や温度補償が不要であり、かつ安価、軽量なため、特に、二輪車等の車両への搭載に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である静電容量式傾斜センサの静電容量部の斜視図である。
【図２】第１実施形態での静電容量式傾斜センサのブロック図である。
【図３】第１実施形態での各差動電極と液面レベルとの関係を示した図である。
【図４】本発明における各コンデンサの静電容量Ｑ１，Ｑ２と傾斜角度との関係を示した図である。
【図５】本発明におけるセンサ出力とと傾斜角度との関係を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態のブロック図である。
【図７】従来の静電容量式傾斜センサの縦断面図である。
【図８】従来の静電容量式傾斜センサの横断面図である。
【図９】従来の静電容量式傾斜センサの静電容量部の斜視図である。
【図１０】従来の静電容量式傾斜センサのブロック図である。
【図１１】従来の静電容量式傾斜センサの各可変コンデンサＣａ，Ｃｂの静電容量と傾斜角度との関係を示した図である。
【図１２】従来の静電容量式傾斜センサの出力と傾斜角度との関係を示した図である。
【図１３】本発明の静電容量部における差動電極の変形例を示した平面図である。
【図１４】図１３の変形例による差動出力と傾斜角度との関係を示した図である。
【図１５】傾斜センサを搭載した従来の二輪車の後方斜視図である。
【図１６】傾斜センサを内蔵したコントロールモジュールの構成図である。
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ…差動電極，１２，２２…共通電極，２４…誘電性液体，５１…発振回路ＯＳＣ，５２…基準容量部，５３，５３Ｂ…静電容量部
【図１】
0004014326.tif 000008
【図２】
0004014326.tif 000009
【図３】
0004014326.tif 000010
【図４】
0004014326.tif 000011
【図５】
0004014326.tif 000012
【図６】
0004014326.tif 000013
【図７】
0004014326.tif 000014
【図８】
0004014326.tif 000015
【図９】
0004014326.tif 000016
【図１０】
0004014326.tif 000017
【図１１】
0004014326.tif 000018
【図１２】
0004014326.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004014326.tif 000023