(57)【要約】【課題】ボールの移動方向に起因した摩擦抵抗を生じさせることなく、傾斜や、センサを取り付けた車体等の転倒を確実に検知することができる傾斜センサを提供する。【解決手段】傾斜センサ１において、ボール７は、凸曲面４と凹曲面５との間に形成されたスペース６内を転動可能である。両曲面４，５には、傾斜センサ１が検出しようとする方向の部位８，８；９，９において，それぞれが対向するように設けられたＡ電極とＢ電極が配設されている。Ａ電極とＢ電極間へのボール７の出入りに起因して生じる電極間の静電容量の変化を検知することで、傾斜センサ１の傾斜を知ることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹曲面上をボールが転動可能とし、前記凹曲面に関連して設けた電極について前記ボールの転動量に応じた静電容量の変化を検知することから成る傾斜センサ。
【請求項２】
凹曲面と、当該凹曲面内に入り込み前記凹曲面と対向する凸曲面との間に形成されたスペース内を転動可能なボールと、前記凹曲面と前記凸曲面に関連してそれぞれが対向するように設けられた電極とを備え、
前記ボールが前記電極間の領域への出入りすることに起因した静電容量の変化を検知することから成る傾斜センサ。
【請求項３】
前記凹曲面と前記凸曲面とは、同じ中心点を持つ球面であり、当該球面間の前記スペースの幅は均一であることから成る請求項２に記載の傾斜センサ。
【請求項４】
前記凹曲面と前記凸曲面とは、前記凸曲面の中心点が前記凹曲面の中心点よりも内側に位置する球面であり、当該球面間の前記スペースの幅は前記凹曲面の最底点からいずれの方向に遠ざかるときも次第に増加していることから成る請求項２に記載の傾斜センサ。
【請求項５】
前記電極は、前記凹曲面と前記凸曲面とに、傾斜を検知する方向の部位において対向して設けられていることから成る請求項２〜４のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項６】
前記電極は、前記凹曲面と前記凸曲面のうち傾斜を検知する方向の部位において対向し且つ前記凸曲面の中心点からの同一投影範囲を有して配置されていることから成る請求項５に記載の傾斜センサ。
【請求項７】
前記スペース内には、ダンピング用の流体が封入されていることから成る請求項２〜６のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲面を転動するボールの位置を検出することのより当該曲面を備えるセンサ本体の傾斜を検出する傾斜センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両等の移動体の傾斜を検出する傾斜センサとしては、傾斜によって移動する振り子や球の位置を磁気的に検出するＭＲ素子（磁気抵抗素子）を用いたり、傾斜によって移動する振り子や球を光学的に検出する発光ダイオードやフォトセンサを用いていたが、これらのＭＲ素子やフォトセンサは高価であり、小型化が困難であった。そこで、傾斜によって移動する振り子に設置した磁石の位置を、ホールＩＣ（半導体に対し磁場が影響を及ぼすホール効果を利用して磁気を電圧に変換するホール素子、電圧増幅器および比較器を内蔵し、磁気量と基準値を比較して出力端子電圧を変化させるＩＣ）にて検出することで、安価で簡素な構造の傾斜センサが提案された（例えば下記特許文献１および２参照）。
【０００３】
また、本出願人は、既に、特に二輪車用として用いられる転倒検知センサとして、ボールと振り子を用いた構造を有するものを提案している（特許文献３参照）。この転倒検知センサは、筐体部材内に軸支された振り子部材の傾動を検出して筐体部材の傾斜を検出する傾斜センサであり、振り子部材の自由端部にボール部材を遊嵌したことにより、傾動が検出される振り子部材の動きが転動面に対して摩擦抵抗の少ないボール部材に支配されるように構成している。そのため、応答性の高いボール部材の動きがそのまま振り子部材の動きに反映されるので、検出角度が容易で、振動の影響を受けにくく安定し、精度が確保でき、且つ簡素な構造で小型化も可能で安価に製造できることを図っている。
【０００４】
しかしながら、ボールと振り子とを用いた構造を有する転倒検知センサは、車両が坂道等の走行状態で前後方向に傾斜した場合には、ボールが振り子に乗っかかることで、振り子軸部分の摩擦抵抗が増大するという現象の発生が危惧される。即ち、登り下り勾配、急発進急減速の場合には、ボールに作用する慣性力によってボールが振り子を押し、振り子軸に偏荷重が作用して、本来検出すべき転倒方向に回転し辛くなる。
【０００５】
このような場合には、振り子が正常に動作しない可能性があり、その結果、車両が転倒しても検知センサは転倒を検知できなくなる。エンジンは、検知センサが正常に転倒を検知すればその検知信号に基づいて自動的にストップするように制御されるが、検知センサが車両の転倒を検知できないときには、実際に転倒しても、エンジンが停止しないおそれがある。
【特許文献１】特開２００１−３２４３２４号公報
【特許文献２】特開２０００−１４９７３６号公報
【特許文献３】特開２００７−２１２３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の解決すべき課題は、振り子を用いる構造にとらわれず、ボールの移動方向を転倒方向に限ることなく任意の方向に移動可能としてボールの移動に対して抵抗となる現象を無くしながら、転倒の検知を確保することである。
【０００７】
この発明の目的は、ボールの移動方向に起因した摩擦抵抗を生じさせることなく、傾斜や、センサ本体を取り付けた車体等の転倒を確実に検知することができる傾斜センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による傾斜センサは、凹曲面上をボールが転動可能とし、前記凹曲面に関連して設けた電極について前記ボールの転動量に応じた静電容量の変化を検知することから成っている。
【０００９】
この傾斜センサは、凹曲面上をボールが転動可能であるので、振り子のように振れる方向が限定されるとともにボールが振り子への乗っかかり現象が生じるというようなこともなく、ボールは摩擦抵抗の少ない状態で転動した転動量に応じて、電極の静電容量の変化を検知することができる。
【００１０】
また、本発明による傾斜センサは、凹曲面と、当該凹曲面内に入り込み前記凹曲面と対向する凸曲面との間に形成されたスペース内を転動可能なボールと、前記凹曲面と前記凸曲面に関連してそれぞれが対向するように設けられた電極とを備え、前記ボールが前記電極間の領域への出入りすることに起因した静電容量の変化を検知することから成る。
【００１１】
この傾斜センサによれば、ボールは、凹曲面と対向する凸曲面との間に形成されたスペース内を転動可能であり、両曲面にそれぞれが対向するように設けられた電極間へのボールの出入りに起因して生じる電極間の静電容量の変化を検知することで、傾斜センサの傾斜を知ることができる。
【００１２】
この傾斜センサにおいて、凹曲面と凸曲面とは、同じ中心点を持つ球面であり、当該壁面間のスペースの幅は均一であるとすることができる。この傾斜センサによれば、二つの対向する内外両球面間に形成されるスペースは、その幅が均一となり、ボールはどの位置においてもいずれの方向への移動も同じ条件となる傾斜センサが提供される。また、傾斜の検知の精度が向上する。
【００１３】
また、この傾斜センサにおいて、凹曲面と凸曲面とは凸曲面の中心点が凹曲面の中心点よりも内側に位置する球面であり、当該球面間のスペースの幅は凹曲面の最底点からいずれの方向に遠ざかるときも次第に増加させることができる。凹曲面の最底点とその近傍を走行するボールに対しては、壁面間のスペースを狭くしたので、振動抑制に寄与するダンピング性能が向上する。
【００１４】
また、この傾斜センサにおいて、前記電極は、凹曲面と前記凸曲面とに、傾斜を検知する方向の部位において対向して設けることができる。こうした電極の配置によって、設定されている検知方向に傾斜センサが傾斜（転倒）すると、ボールは電極が対向配置されている部位に向かって転動し、ボールは電極間の静電容量を変化させることになり、傾斜センサの傾斜が検知される。
【００１５】
また、この傾斜センサにおいて、前記電極は、前記凹曲面と前記凸曲面のうち傾斜を検知する方向の部位において対向し且つ前記凸曲面の中心点からの同一投影範囲を有して配置することができる。こうした電極の配置によって、電極の広さは、ボールが出入りすることで電極間の静電容量を変化させるのに無駄のない好ましい範囲となる。
【００１６】
更に、この傾斜センサにおいて、前記スペース内には、ダンピング用の流体を封入することができる。両曲面間のスペースをボールが移動するときには、曲面との間に形成されるオリフィスによりボールにダンピング効果が生じ、誤動作を防止するのに好ましい。また、このオリフィスの隙間を自由に設定できるため、ダンピング効果を最大限活用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明による傾斜センサによれば、凹曲面上をボールが転動する構造となっているため、本センサを取り付けた車両が前後方向に傾斜しても、ボールの移動は曲面上の転動である。また、曲面を球面にするとともに、傾斜を検知する方向の部位において電極を曲面上に対向配置することにより、どの方向からボールが転動してきても、結果として検知される傾斜（転倒）検知角度は一定で変わらなくすることができる。また、傾斜センサの車両への取付けに際して前後方向に取付け誤差があったとしても、取付け誤差に起因した転倒検知角度のズレを生じないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る傾斜センサの好適な実施形態を説明する。図１〜図５は、本発明による傾斜センサの一実施例を示す図であって、非傾斜状態を示している。図１は本発明による傾斜センサの一実施例を示す斜視図、図２は図１に示す傾斜センサが取り付けられる車両の前後方向に直交する側向から見た側面図、図３は図１に示す傾斜センサの車両の前後方向から見た正面図、図４は図１に示す傾斜センサの平面図、そして図５は図２に示す平面Ｄ−Ｄで切断した断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明による傾斜センサ１は、内側のボウル２と、当該ボウル２の外側に置かれた外側のボウル３とを備えている。この例では、内外のボウル２，３は相似形であって且つ同心状に配置されているので、内側のボウル２の凸曲面４と、凸曲面４が入り込む外側のボウル３の凹曲面５との間には、スペース６が形成されている。傾斜センサ１は、スペース６内に配置されてスペース６内を転動可能な金属製のボール７を更に備えている。ボール７の直径は幅Ｗよりも小さいものであるが、後述するように、有意に静電容量を変化させることができるものであればよく、必ずしも幅Ｗと殆ど等しい大きさにする必要はない。
【００２０】
凸曲面４と凹曲面５とを備えるセンサ本体は、二輪車のような車両に取り付けられる。内側の凸曲面４には、センサ本体の傾斜（転倒）を検出したい方向である左右方向となる両側の部位８，８にＡ電極が配設されている。また、Ａ電極に対応して、外側の凹曲面５には、車両に取り付けたときに左右方向となる両側の部位９，９にＢ電極が配設されている。
【００２１】
傾斜センサ１は、車両に対して、Ａ電極及びＢ電極が車両の左右方向に揃うように取り付けられる。車両が横方向に傾斜することにより、ボール７が凸曲面４と凹曲面５との間に形成されるスペース６内を移動する。車両が転倒するというような傾斜の度合いが大きい場合には、ボール７がＡ電極及びＢ電極間の領域に到達し出入りすることになる。
【００２２】
この実施例では、凸曲面４と凹曲面５とは、同じ中心点Ｏを持つ半球面とされ、スペース６については幅Ｗ（各球面の内径と外径の差）が一定となる球環状のスペースとされている。Ａ電極及びＢ電極は、内外曲面４，５のうち、傾斜を検知する左右方向の部位において対向して設けられている。また、Ａ電極及びＢ電極は、それぞれ広さは異なるが、球面の中心点Ｏから放射状に広がる同一投影範囲となるような広さと位置に配置されている。更に、Ａ電極及びＢ電極は、図１や図２に示されているように、曲面４，５上において、中心点Ｏを通り左右方向に延びる軸線Ｅ−Ｅとの交点である中心の回りの円形を持つ広がりとするのが好ましい。こうした電極の構造・配置によって、Ａ電極及びＢ電極の配置は、ボール７が当該検知領域にどの方向から到達することになるとしても、電極間の静電容量を同じ条件で変化させるという無駄の少ない最適な位置及び範囲となる。
【００２３】
内外の曲面４，５間に形成されるスペース６は、適宜の蓋材（図示しない）によって密閉されており、スペース６内には、空気等の気体、或いは液体等の流体が封入されている。封入されている流体は、傾斜センサ１の傾斜に伴ってボール７がスペース６内を移動するときに、その動きに対して減衰を与えるダンピング効果を奏する。したがって、ボール７は、傾斜センサ１が傾斜するときの動きが仮に急激なものであるときには、傾斜センサ１に対しての相対的な動きが抑制された挙動になり、センサとして検知動作の安定化が期待でき、誤動作を防止することができる。
【００２４】
スペース６内を移動するボール７に対しては、ボール７と特に内側の凸曲面４との間に形成されるオリフィスにより、ダンピング効果が生じる。また、このオリフィスの隙間は、幅Ｗとボール径とによって自由に設定できるため、ボール７へのダンピング効果を最大限活用することができる。
【００２５】
図７には、傾斜（転倒）検出の原理が模式的に描かれている。Ａ電極とＢ電極との間にボール７が存在しない場合には、媒体（封入される流体）に応じた静電容量Ｃ１が生じている。Ａ電極とＢ電極との間にボール７が存在する場合には、通常、金属製とされるボール７の誘電率は媒体の誘電率とは異なっているので、静電容量Ｃ１よりも大きな静電容量Ｃ２が生じる（Ｃ２＞Ｃ１）。この静電容量の変化を検知することにより、傾斜センサ１を装着した車両が転倒したことを検知することができる。
【００２６】
車両が坂道等を走行するときのように実際に車体が前後方向に傾いている場合、或いは車両が急発進や急減速をして車体が前後方向に大きく傾いたのと同じ状況が生じた場合でも、ボール７は内外の曲面４，５間のスペース６内にあって、前後方向に移動する。
【００２７】
そうした状況から、車体が転倒する等のように左右方向に大きく傾斜した場合には、図５に示すように、ボール７は、前後方向に移動した位置から左右方向に移動し、Ａ電極とＢ電極との間に到達する。この場合、スペース６は特に、外側の凹曲面５が球面状であるので、移動するボール７の軌跡の形態は大円軌跡となり、前後方向への移動に関わらず変化しない。したがって、転倒検知角度も変化せず、同じ角度で検知可能である。
【００２８】
図６には、別の実施形態が示されている。図６に示す例では、凹曲面５と凸曲面４とは、凸曲面４の中心点Ｏ４が凹曲面５の中心点Ｏ５よりも内側に位置する球面である。それゆえ、両曲面４，５間のスペース６ａの幅は凹曲面４，５の最底点１０からいずれの方向に遠ざかるときも次第に増加している。凹曲面４，５の最底点１０とその近傍を走行するボール７に対しては、両曲面４，５間のスペース６ａが狭くなっているので、封入流体によるダンピング性能が向上し、不要な振動を抑制するのに寄与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
この発明による傾斜センサについては、特に、振動の影響を受け易い二輪車の転倒等を検出するバイク傾斜センサに有用であり、その用途に用いるとして説明したが、本発明による傾斜センサは、これに限らず、一般に移動体の傾斜センサあるいは傾斜スイッチとしても採用が可能であることは明らかである。なお、内側のボウル２は、ボール７が直接転動する面を持たないので、これに代えて、ボール７の過大な浮き上がりを防止する、例えばネット状のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による傾斜センサの一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す傾斜センサをその側方から見た側面図である。
【図３】図１に示す傾斜センサをその前後方向から見た正面図である。
【図４】図１に示す傾斜センサの平面図である。
【図５】図２に示す平面Ｄ−Ｄで切断した断面図である。
【図６】本発明による傾斜センサの別の実施例を示す断面概略図である。
【図７】傾斜センサにおける傾斜検知原理の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  傾斜センサ
２  内側のボウル                    ３  外側のボウル
４  凸曲面                          ５  凹曲面
６，６ａ  スペース                  ７  ボール
８  外壁面上の部位                  ９  内壁面上の部位
１０  最底点
Ａ，Ｂ  電極
Ｃ１，Ｃ２  静電容量                Ｏ，Ｏ４，Ｏ５  球面の中心点
【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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