(57)【要約】【課題】傾斜センサの異常状態を検出する。【解決手段】電源投入時、センサ感度を上げることにより対象物が傾いていない状態で平坦部に位置する移動体を検出し、移動体が検出されない場合、センサが異常状態にあると判定する自己診断回路７５を有する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して固定され、所定の対象方向の両側について対象物の傾斜角度が所定の対象角度よりも大きいことを検出する傾斜センサであって、
導体材料を含む球形状の移動体と、
内部を移動体が変位可能な案内路が設けられ、対象物に対して固定された案内体と、
案内路に近接配置されたコイルとを備え、
案内路の上向きの内面は対象物が傾いていない時の移動体の位置から対象方向の両側に向かってそれぞれ上向きに傾斜し、
案内路の下向きの内面において対象物が傾いていない時の移動体の位置の上側には、対象方向に傾斜していない非誘導部が設けられ、
案内路の上向きの内面において対象物が傾いていない時の移動体の位置の下側には、対象物が傾いていない時には水平とされる平坦部が設けられ、
平坦部の寸法であって対象方向での寸法は移動体の直径よりも小さく、
平坦部に対して接触方向には、平坦部に対する傾斜角度が対象角度となっている傾斜面が連続し、
電源投入時、センサ感度を上げることにより対象物が傾いていない状態で前記平坦部に位置する移動体を検出し、当該移動体が検出されない場合、センサが異常状態にあると判定する自己診断回路を有する
ことを特徴とする傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属等の導電材料を含む移動体と、内部を移動体が変位可能な平坦部と傾斜部からなる案内路が設けられ、対象物に対して固定される案内体とを備え、対象物の傾斜角度が平坦部に対する傾斜部の傾斜角度を上回った時に移動体が傾斜方向に配置されたコイルに入り込むことによって、移動体に生じる渦電流の影響でコイルのインピーダンスが変化することにより、対象物の傾斜を検出する傾斜センサが知られている。
【特許文献１】特開２００６−１０５７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の傾斜センサでは、コイルの断線や検出回路の不良等の原因によってセンサに異常が発生した場合であっても、その異常を検出することができなかった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、センサの異常状態を検出可能な傾斜センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る傾斜センサは、対象物に対して固定され、所定の対象方向の両側について対象物の傾斜角度が所定の対象角度よりも大きいことを検出する傾斜センサであって、導体材料を含む球形状の移動体と、内部を移動体が変位可能な案内路が設けられ、対象物に対して固定された案内体と、案内路に近接配置されたコイルとを備え、案内路の上向きの内面は対象物が傾いていない時の移動体の位置から対象方向の両側に向かってそれぞれ上向きに傾斜し、案内路の下向きの内面において対象物が傾いていない時の移動体の位置の上側には、対象方向に傾斜していない非誘導部が設けられ、案内路の上向きの内面において対象物が傾いていない時の移動体の位置の下側には、対象物が傾いていない時には水平とされる平坦部が設けられ、平坦部の寸法であって対象方向での寸法は移動体の直径よりも小さく、平坦部に対して接触方向には、平坦部に対する傾斜角度が対象角度となっている傾斜面が連続し、電源投入時、センサ感度を上げることにより対象物が傾いていない状態で平坦部に位置する移動体を検出し、移動体が検出されない場合、センサが異常状態にあると判定する自己診断回路を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る傾斜センサによれば、電源投入時、センサ感度を上げることにより対象物が傾いていない状態で平坦部に位置する移動体を検出し、移動体が検出されない場合、センサが異常状態にあると判定する自己診断回路を有するので、センサの異常状態を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる傾斜センサの構成について説明する。
【０００８】
〔傾斜センサの構造〕
本発明の実施形態となる傾斜センサは、図１に示すように、球形状の移動体１と、内部を移動体１が変位可能な案内路２０が設けられ対象物に対して固定される案内体２と、それぞれ案内路２０の一方ずつの端部を構成する筒形状のボビン４０に巻回された２個のコイル４とを備える。なお本明細書中では、上下左右方向は図１に示す状態を基準とし、図２に示す上下方向（図３に示す左右方向）を前後方向と定義する。
【０００９】
案内体２は、案内路２０となる案内溝５０ａが前面に設けられたボディ５と、ボディ５に機械的に結合するカバー６とからなる。カバー６には、案内溝５０ａを閉塞して案内路２０の前面を構成する凸部６１が後方へ突設されている。各ボビン４０は、例えば合成樹脂成形品からなり、図５に示すように、コイル４が巻回された状態にプリント基板３０に例えば嵌合によって装着されてコイルブロック３を構成している。プリント基板３０には、各コイル４にそれぞれ電気的に接続されてコイル４のインピーダンス変化に基づいて傾斜を検出する検出回路７０を構成する回路部品３１が実装されている。検出回路７０の構成については後述する。
【００１０】
ボディ５の前面において案内溝５０ａの上側には、プリント基板３０が収納され案内溝５０ａと共にカバー６によって閉塞される収納凹部５０ｂが設けられている。そしてプリント基板３０が収納凹部５０ｂの内面に当接することにより、案内体２に対するコイルブロック３の位置決めがなされる。これにより、コイル４を案内体２に巻回する場合に比べ、案内体２に対するコイル４の位置決めが容易となっている。またコイルブロック２が案内体２に収納される構造としていることにより、案内体２とコイルブロック３とを収納するハウジングを別途設ける場合に比べ、部品点数が減少するので、製造コストを低減することができる。
【００１１】
ボディ５は、案内溝５０ａと収納凹部５０ｂとが内側に設けられた凹部５０が前面に開口した直方体形状の本体部５１と、本体部５１の下端部から左右にそれぞれ突設された取付部５２と、本体部５１の上面から上方に突設された筒形状であってプラグ（図示せず）が電気的、且つ、機械的に接続されるレセプタクル５３とを有する。凹部５０には前後方向に直交する断面積を後側よりも前側において大きくする段５０ｃが全周に渡って設けられている。カバー６は、前方から見た周縁部が段５０ｃの前側に位置することによりボディ５に対し後方への変位を禁止されると共に、ボディ５に対する上下左右への変位を凹部５０の内周面によって制限されている。
【００１２】
各取付部５２にはそれぞれ取付穴５２ａが前後に貫設されており、案内体２は例えば取付穴５２ａに挿通されたボルトによって対象物に固定される。またボディ５には、金属のような導電材料からなるコンタクト５４が、一端がレセプタクル５３内に突出し、他端が収納凹部５０ｂ内に突出する形で、例えばインサート成型によって保持されている。コンタクト５４の一端はレセプタクル５３に接続されたプラグのコンタクト（図示せず）に接触導通し、コンタクト５４の他端はプリント配線基板３０に差込接続されている。つまり、プラグと検出回路７０とはコンタクト５４を介して電気的に接続されている。
【００１３】
移動体１は、図６に示すように、金属からなる球形状の本体部１１と、本体部１１よりも柔軟な材料からなり本体部１１を覆う被覆部１２とを有する。本体部１１の材料としては、例えば鉄，銅，真鍮，ステンレス等を用いることができ、被覆部１２の材料としては、例えばゴム等を用いることができる。このように移動体１に被覆部１２を設けたことにより、移動体１に被覆部１２を設けない場合に比べ、動作時の案内路２０の内面と移動体１との衝突による騒音や摩耗粉の発生を抑制することができる。
【００１４】
案内溝５０ａの上向きの内面（すなわち案内路２０の上向きの内面）において、対象物が傾いていない時の移動体１の位置となる左右方向の中央部には、図７に示すように、対象物が傾いていない時には水平とされる平坦部２０ａが設けられている。平坦部２０ａの左右両側には、それぞれ左右方向の外側へ向かって上向きに傾斜した平面形状の第１の傾斜部２０ｂが連続している。さらに第１の傾斜部２０ｂの左右方向外側には、平坦部２０ａに対する傾斜角度が第１の傾斜部２０ｂよりも緩やかな平面形状の第２傾斜部２０ｃが延長されている。また第２の傾斜部２０ｃの左右方向の外側には、平坦部２０ａに対する傾斜角度が第１の傾斜部２０ｂと同じ平面形状の第３の傾斜部２０ｄが延長されており、第２の傾斜部２０ｄの左右方向の外側の端部はボビン４０の内面によって構成されている。
【００１５】
すなわち案内体２が固定された対象物が、平坦部２０ａが水平となる基準位置から、平坦部２０ａに対する第１の傾斜部２０ｂの傾斜角度よりも大きい傾斜角度で、左右のいずれかに傾斜した時、移動体が案内路２０内を転がってボビン４０の内側へ変位することにより、コイル４のインピーダンスが変化する。そして検出回路７０は、このコイル４のインピーダンスの変化に基づいて、対象物の傾斜を検出する。つまり、左右方向が請求項における対象方向であり、平坦部２０ａに対する第１の傾斜部２０ｂ及び第３の傾斜部２０ｄの傾斜角度がそれぞれ請求項における対象角度である。また第１の傾斜部２０ｂと第２の傾斜部２０ｃとは、断面円弧形状の凸曲面２０ｅを介して滑らかに連結されており、これによって、第１の傾斜部２０ｂと第２の傾斜部２０ｃとの間における移動体１との衝突による摩耗粉の発生が抑制されている。
【００１６】
平坦部２０ａから上方への第１の傾斜部２０ｂの突出寸法ｈは、図８に示すように、移動体１の半径をｒとおき、対象角度をθとおいて、ｈ＞ｒ（１−ｃｏｓθ）とされている。ここで、移動体１が平坦部２０ａと第１の傾斜部２０ｂとにそれぞれ接している状態を、前方から見た面内で考え、移動体１の中心をＯとおき、平坦部２０ｂと移動体１との接点をＡとおき、第１の傾斜部２０ｂと移動体１との接点をＢとおく。また対象角度をθとおき、移動体１の半径をｒとおく。すると、∠ＡＯＢ＝θとなる。そして点Ａから直線ＯＢに下ろした垂線と直線ＯＢとの交点をＣとおくと、線分ＯＣの長さがｒｃｏｓθと表されることにより、線分ＣＡの長さ、すなわち平坦部２０ａに対する接点Ａの突出寸法ｈ０は、ｈ０＝ｒ（１−ｃｏｓθ）と表される。つまり本実施形態では、平坦部２０ａに対する第１の傾斜部２０ｂの突出寸法ｈがｈ＞ｈ０＝ｒ（１−ｃｏｓθ）とされていることにより、第１の傾斜部２０ｂの端以外が移動体１に接触するようになっている。
【００１７】
それぞれの平坦部２０ａに対する傾斜角度が対象角度である第１の傾斜部２０ｂと第３の傾斜部２０ｄとの間に、平坦部２０ａに対する傾斜角度がより小さい第２の傾斜部２０ｃが設けられていることにより、対象方向への対象物の傾斜角度が対象角度を超えて傾斜が検出された後、傾斜角度が対象角度を下回っても、傾斜角度が平坦部２０ａに対する第２の傾斜部２０ｃの傾斜角度を下回るまでは傾斜が検出され続けるようにすること（いわゆるヒステリシス動作）が可能になっている。ここで、このようなヒステリシス動作をさせるためには、平坦部と傾斜部との間に段を設けることも考えられる。しかしながら、段を設けた場合には、段と傾斜部との間の角が移動体１との衝突によって摩耗して対象角度が変化してしまう可能性がある。従って、本構成によれば、摩耗による特性の変化が発生しにくいという利点がある。
【００１８】
平坦部２０ａの左右の幅寸法は、移動体１の直径よりも小さく、且つ、移動体１や案内体２の温度による体積変化に係わらず移動体１が平坦部２０ａと一方の第１の傾斜部２０ｂとに同時に接しうる程度に大きくされている。また平坦部２０ａの上側において、案内溝５０ａの下向きの内面（すなわち、案内路２０の下向きの内面）には、少なくとも対象物が傾いていないときの移動体１を上方からみて覆う範囲において、対象物が傾いていない時に水平とされる非誘導部２０ｆが設けられている。このような構成によれば、対象方向での平坦部２０ａの寸法を移動体１の直径よりも大きくする場合に比べ、対象方向の振動による誤検出が抑制される。また非誘導部２０ｆを設けない場合に比べ、対象物が上下に振動した際に案内路２０の下向きの内面に移動体１が当たっても、移動体１が案内路２０の傾斜を上りにくくなることから、上下方向の振動による誤検出が抑制される。
【００１９】
さらに平坦部２０ａには傾斜角度が対象角度となっている傾斜面である第１の傾斜部２０ｂが連続しているので、傾斜角度が対象角度となっている傾斜面と平坦部２０ａとの間に段差が設けられている場合に比べ、摩耗による特性変化が発生しにくい。なお案内路２０の端部が全周に渡ってボビン４０の内面によって構成される構造とする代わりに、図９に示すように、コイル４の軸方向を前後方向（図９における上下方向）とすると共に、案内路２０の左右両端部の前面のみがボビン４０によって構成される構造としてもよい。
【００２０】
〔検出回路の構成〕
検出回路７０は、図１０に示すように、発振回路７１と、検波回路７２と、弁別回路７３と、出力回路７４と、自己診断回路７５と、パワーアップタイマー（タイマー回路）７６とを備える。発振回路７１は、所定の振幅の直流電圧に所定の周波数及び振幅の交流電圧を重畳した電圧を生成し、生成された電圧を電流に変換することにより、コイル４に所定の周波数及び振幅の電流（つまりコイル４のインピーダンスに依存しない定電流）を出力する。本実施形態では、発振回路７１は、図１１に示すように、コイル４（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）により構成されるＬＣ回路と、定電圧源７７と、定電圧源７７とＬＣ回路の間に接続されたＮＰＮトランジスタＴ１と、ＮＰＮトランジスタＴ１とカレントミラー回路を形成するＮＰＮトランジスタＴ２と、ＮＰＮトランジスタＴ２のコレクタ端子にコレクタ端子が接続されたＰＮＰトランジスタＴ４と、一端及び他端がそれぞれＮＰＮトランジスタＴ２のエミッタ端子及び接地準位に接続された抵抗素子Ｒｓと、ＰＮＰトランジスタＴ４とカレントミラー回路を構成するＰＮＰトランジスタＴ５，Ｔ６と、コレクタ端子がＮＰＮトランジスタＴ６のコレクタ端子、エミッタ端子が接地準位、ベース端子がパワーアップタイマー７６に接続されたＮＰＮトランジスタＴ７とを備え、ＬＣ回路には電流Ｉｆｂが供給される。
【００２１】
検波回路７２は、コイル４に流れる電流を検波し、検波された電流の振幅に対応した大きさの直流検波出力を出力する。弁別回路７３は、検波回路７２から出力された直流検波出力と所定の閾値との差分値を増幅出力する。出力回路７４は、自己診断回路７５から異常信号が出力されていない場合、弁別回路７３から出力された差分値をデジタル信号に変換した後、必要に応じてレベルシフト，温度補償，増幅等のデジタル信号演算を行った後、デジタル信号の出力信号を出力する。一方、自己診断回路７５から異常信号が出力されている場合には、出力回路７４は傾斜センサが異常状態にあることを報知する。自己診断回路７５は、パワーアップタイマー７６を制御することによって、検出回路７０の電源がオフ状態からオン状態に切り替わってから所定時間Ｔ１の間、発振回路７１のインダクタンスを対象物が傾いていない時（通常時）のコイル４のインダクタンスよりも下げることによりセンサ感度を上げ、対象物が傾いていない状態で平坦部２０ａに位置する移動体１を検出可能にし、移動体１が検出されない場合、傾斜センサが異常状態にあると判定し出力回路７４に異常信号を出力する。
【００２２】
パワーアップタイマー７６は、発振回路７１を構成するＮＰＮトランジスタＴ７のベース端子に接続されている。パワーアップタイマー７６は、自己診断回路７５の制御に従って、検出回路７０の電源がオフ状態からオン状態に切り替わってから所定時間Ｔ１の間、オン信号を出力することにより、ＰＮＰトランジスタＴ６の出力電流を接地準位に流す。図１１に示す発振回路７１の構成によれば、ＰＮＰトランジスタＴ４の出力電流Ｉｆ，ＰＮＰトランジスタＴ５の出力電流，及びＰＮＰトランジスタＴ６の出力電流Ｉｆ２との間には以下の数式１に示す関係が成り立つ。
【数１】
2009129774.tif 000003
【００２３】
このため、通常動作時及びＮＰＮトランジスタＴ７がオン状態にある時においてＬＣ回路に流れる電流Ｉｆｂはそれぞれ以下の数式２に示すようになる。
【数２】
2009129774.tif 000004
【００２４】
また発振回路７１のコンダクタンスＧｏｓｃは一般的に以下の数式３のように表される。
【数３】
2009129774.tif 000005
【００２５】
これにより、発振回路７１のコンダクタンスＧｏｓｃの絶対値は通常動作時及びＮＰＮトランジスタＴ７がオン状態にある時とでそれぞれ以下の数式４のように変化し、通常動作時よりもＮＰＮトランジスタＴ７がオン状態にある時の方が小さくなる。
【数４】
2009129774.tif 000006
【００２６】
従って、抵抗素子Ｒｓの抵抗値を適当な値にすることにより、ＮＰＮトランジスタＴ７がオン状態にある時に発振回路７１のコンダクタンスＧｏｓｃを対象物が傾いていない時（通常時）のコイル４のコンダクタンスＧｃｏｉｌよりも小さくしてセンサ感度を上げ、ＮＰＮトランジスタＴ７がオフ状態にある時、すなわち通常動作時には、センサ感度が高いと誤検出の恐れがあるので、発振回路７１のコンダクタンスＧｏｓｃを対象物が傾いていない時（通常時）のコイル４のコンダクタンスＧｃｏｉｌよりも大きくして（但し、対象物が傾いている時のコイル４のコンダクタンスＧｃｏｉｌ以下）センサ感度を下げることができる。
【００２７】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態となる傾斜センサの構成を示すカバーとプリント基板とを透視した正面図である。
【図２】図１の傾斜センサの分解斜視図である。
【図３】図１の傾斜センサの断面図である。
【図４】図１の傾斜センサの斜視図である。
【図５】図１の傾斜センサのコイルブロックの構成を示す平面図である。
【図６】図１の傾斜センサの移動体の構成を示す断面図である。
【図７】図１の傾斜センサの要部を示す正面図である。
【図８】図１の傾斜センサの寸法の根拠を説明するための図である。
【図９】図５のコイルブロックの応用例の構成を示す平面図である。
【図１０】図１の傾斜センサの検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す発振回路の構成を示す回路図である。
【図１２】自己診断回路動作時の発振回路のコンダクタンス変化を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２９】
１：移動体
２：案内体
３：コイルブロック
４：コイル
５：ボディ
６：カバー
２０：案内路
２０ａ：平坦部
２０ｂ：第１の傾斜部
２０ｃ：第２の傾斜部
２０ｄ：第３の傾斜部
２０ｅ：凸曲面
２０ｆ：非誘導部
５０ａ：案内溝
５０ｂ：収納凹部
７０：検出回路
７１：発振回路
７２：検波回路
７３：弁別回路
７４：出力回路
７５：自己診断回路
７６：パワーアップタイマー
【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】
2009129774.tif 000016
【図１１】
2009129774.tif 000017
【図１２】
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