JPH03274410A - 傾斜角センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は振子磁石とホール素子１ｃとを用いサに関す
るものである。

〔従来の技術〕

この種の傾斜角センサとしては、下方に磁石体を固定し
た振子片を密閉容器の内部に設け、磁石体の動量をホー
ル素子ＩＣによって検出することにより、鉛直方向に対
する傾斜量を計測する構成のものが、「センサ技術ｊ誌
：１９８８年１２月号（ＶＯＬ、　８．　Ｎｏ、　１３
）などにより開示されている。

上記により開示された構成を、第１６図〜第１８図によ
り説明する。

第１６図において、傾斜角センサ１００は固体振子１０
５による振子磁石部分とホール素子Ｉｃ、０６による磁
界変化検出部分とにより構成されている。

固体振子１０５は、密閉容器１１０の内部上方にある支
点１０４により支持され、第１８図のように、下方側を
２又に分けて公文１０３ａ・１０３ｂを設けてあり、さ
らに、公文１０３ａ・１０３ｂの各内側に磁石体１０１
ａ・１０１ｂを対向与て設け、固体振子１０５の下方に
磁界間隙１０７を形成したものによって、振子磁石部分
を形成している。

また、ホール効果により電気的な検出出力を得る電子素
子のＩＣ（この発明において、ホール素子ＩＣという）
１０６を、上記の磁界間隙１０７内に配置づけて、密閉
容器１１０の内部下方に固定して設けることにより、磁
界変化検出部分を形成している。

そして、第１７図のように、傾斜角センサ１００が鉛直
方向１０２に対してθ０傾斜すると、ホール素子Ｉｃ、
０６に対する磁石体１０１ａ１０１ｂの位置が００に対
応する量だけずれるので、そのずれによって生ずる磁界
変化分がホール素子Ｉｃ、０５から検出出力が得られる
ようｌこ仕組まれている。

また、この種の傾斜角センサの用途としては、魚群探知
用ソナーにおいて船体動揺による探査ビーム方向のずれ
を修正するための傾斜角計測、あるいは、建設用掘削工
法装置において地中コンクリート柱用掘削穴の垂直方向
の曲がりを修正するための傾斜角計測などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の構成のものでは、長年の使用により支点１０４部
分が摩耗して検出誤差が生じ、あるいは、支点部分の摩
擦抵抗の変化によっても検出誤差かが生ずるほか、磁界
間隙１０７とホール素子Ｉｃ、０６との位置関係が検出
精度を左右するため、製造時には、密閉容器１１０の狭
い内部でこの位置関係の調整を行わなければならず、ま
た、保守時には、ホール素子Ｉｃ１０６が不良の場合に
交換する作業も困難であるなどの不都合があった。

このため、簡便な構成により、こうした不都合を解消し
たものの提供が望まれているという課題がある。

〔課題を解決するための手段〕

この兇明け、上記のようなｚ’ｔ’ｍ、％ｇｇユ２下方
に磁石体を固定した振子片を密閉容器の内部に設け、磁
石体の動量をホール素子１ｃによって検出することによ
り鉛直方向に対する傾斜量を計測する傾斜角センサにお
いて、 密閉容器を少なくとも底部分を非磁性材にして形成する
容器形成手段と、 振子片を上方が密閉容器に固定された薄いバネ板を主体
にしたバネ状振子片によって形成するとともに、密閉容
器の底部分の外側に磁界を作るための磁石体をバネ状振
子片の下方に固定して設ける振子形成手段と、 密閉容器の内部にバネ状振子片の動きを制動するための
液体を充填する液体制動手段と、磁石体の動きに対応す
る位置の密閉容器の底部分の外側にホール素子ＩＣによ
る検出部分を設ける底外側検出素子手段と を設けることにより上記の課問題を解決し得るようにし
たものである。

〔実施例〕 以下、実施例を図面により説明する。

第１図はホール素子ＩＣをプリント配線板に設けた構成
の場合の実施例である。

図において、密閉容器ｌは非磁性材で作られ、底部分ａ
の外側に解放状の空洞部分すが設けである。

密閉容器１の内部に設けたバネ状振子片２は、薄いバネ
板を主体にして形成され、その上方が密閉容器ｌに固定
されている。

バネ状振子片２の下方には磁石体３を固定して設け、そ
の磁界が底部分ａを通して外側の空洞部分すに形成させ
るため、空洞部分すの天井に相当する底部分ａは、でき
るかぎり薄い肉厚にして形成しである。

プリント配線板７にはホール素子ＩＣ４が回路素子とし
て配線されており、ホール素子ＩＣ４が空洞部分ａの内
部に配置されるようにして、プリント配線板７を密閉容
器１の下端部分に形成した取付７ランジＩＡの要所にあ
る取付穴ｄを用いてネジ止めなどにより固定しである。

ホールｌｃ４の配置位置は、検出すべき傾斜角の範囲を
密閉容器１が傾斜することにより生ずる磁石体３の動き
に対応する位置に選定し、例えば、バネ状振子片２を密
閉容器ｌの中央に配置したときは、ホール素子ＩＣ４も
密閉容器１の中央に位置するように固定する。

つまり、第２図のようＩこ、傾斜角センサ２００が鉛直
方向に対して傾斜角θ０だけ傾斜すると、磁石体３の重
みによって、バネ状振子片２がバネ板の厚み方向に振さ
れて曲がるので、磁石体３の位置が移動する。

したがって、ホール素子ＩＣ４を通る磁石体３からの磁
界が変化１５、この変化量がホール素子ＩＣ４によって
検出され、傾斜角θ０に対応した検出出力が得られるこ
とになる。

密閉容器ｌの内部には、制動用の液体５を充填すること
により、バネ状振子片２の自由振動などを液体５の抵抗
によって抑制してあり、傾斜角センサ２００を装備した
被検出体の振動、例えば、船舶に装備するものではエン
ジン振動などによって、バネ状振子片２が不必要に揺り
動かされ、あるいは傾斜角の急激な変化によってバネ状
振子片２が過振されるなどにより、傾斜角を誤検出しな
いようにしである。

また、プリント配線板７は、傾斜角検出部分専用のもの
であっても、他の回路部分、例えば、傾斜角による探知
ビームの変動修正を行うための修正制御回路などと一体
に組み込んだ兼用型のプリント配線板であってもよい。

第３図はホール素子ＩＣを密閉容器の底部分に設けた空
洞部分の蓋体の内面側に固定する構成の場合の実ｉｆ１
である。

図において、第１図と同一の番号符号で示す部分は第１
図と同一の構成要素をであり、この実施例では、空洞部
分すの内径に嵌め込まれる突縁Ｃを設けた蓋体６を設け
て、ホール素子ＩＣ４を蓋体６の内面側に固定して設け
るとともに、蓋体６の外側にホール素子ＩＣ用の端子４
Ａを設けてあり、ホール素子ＩＣ４の磁性体３に対する
位置は第１図の場合と同様の配置条件になるよう番こし
である。

密閉容器１の下端部分のフラノンＩＡと蓋体６との要所
に設けｌ−取付穴ｅを鳩目鋲６Ａで固定することにより
、密閉容器１ど蓋体６とを組み付１づるとともに、鳩目
鋲６Ａの中心穴ｅを用いて被検出体に取り付けるように
しである。

また、この構成における蓋体６はプリント配線板によっ
て構成してもよい。

第４図は、ホール素子ＩＣを密閉容器１の底部分ａの空
洞部分子に固定する構成の場合の実施例である。

この場合、ホール素子ＩＣ４を底部分ａの下側面に、直
接、接着固定し、または、固定用ハンド８を用いて押付
固定する。

空洞部分子の外側にある厚い肉厚の底部分ｇにメネジ穴
ｈｌ設けて、傾斜角センサ２００を被検出体に取り付け
る。

次に、第１図の構成における具体的構造例を説明する。

第５図（Ａ）・（Ｂ）・（Ｃ）および第６図１こおいて
、ケース１１と密閉蓋１２とが１１図の密閉容器１を構
成するものである。

ケース１１はアルミニウム合金材で作らね、た円筒状体
でおり、第７図のように、上方が開口しｌ−大きい円筒
部分１１Ｂと、０．５ｍｍ程度以下の薄い肉厚の底部分
ａの下に小さい空洞部分すと、下端部分に取付７ランジ
ＩＩＡとを形成し、取付フランジＩＩＡにはネジ穴によ
る取付穴ｄが設けである。

密閉蓋１２はアルミニウム合金材で作られた短円柱状体
であり、第８図のように、上方がつば状の張り出した部
分１２Ａと、ケース１１の円筒部分１２Ｂの内径には嵌
合する円筒面部分１２Ｂと、円筒面部分１２Ｂの中間に
位置した０リングパツキン１９のパツキン溝１２ｃと、
円柱を中央からカットした半円柱部分１２Ｄとを形成し
、半円柱部分１２Ｄのカットした垂直側面ｙにはバネ状
振子片取付用のネジ穴１２Ｅを、また、半円柱部分１２
Ｄの無い上方部分にはネジ穴による空気抜き用の貫通穴
１２Ｆを設けである。

バネ板１３・磁石ホルダー１４・スペーサ１５は第１図
のバネ状振子片２を構成するものであり、上方部分に厚
さ２ｍｍ程度の横長四角形の黄銅材で作られＩ；押え板
１６を当てがって密閉蓋１２の半円柱部分１２Ｄの垂直
側面ｙにネジ１７により組み付は固定しである。

この組み付は状態は、バネ板１３は厚み方向の中心が傾
斜角センサ２００の中心にくるように、垂直側面ｙは密
閉蓋１２の中央位置からバネ板１３の厚みの１／２だけ
ずらせた位置にしである。

バネ板１３は厚さ０．０８ｍｍ程度のバネ用燐青銅材の
板で作られ、中央部分を抜き取った縦長の口字形をして
おり、第９図のように、短冊状の両側をバネ振子部分１
３Ａとして形成し、下方に後記の磁石ホルダー１４を掛
は止めするための方形切欠部分１３Ｂを、また、上方に
上託の組み付は用のネジ１７に対応する組付穴１３ｃを
設けである・磁石ホルダー１４は黄銅材で作られた磁石
体の保持座であり、第１０図のように、厚さ４ｍｍ程度
の横長四角形体で形成し、厚さ方向の中央位置の両側と
下側とにバネ板１３の方形状切欠部分１３Ｂを差し込む
ための０．５ｍｍ程度の幅のスリット満１４Ａを、また
、下方の厚み方向の中央両側に後記の磁石１８Ａ−１８
Ｂを固定するための切欠１４Ｂ・１４Ｃを設けである。

スペーサ１５は黄銅材で作られた磁石ホルダー１４の挾
介体であり、笥１１図のように、上向き口字状体で形成
し、外側をバネ板１３と同程度の寸法にするとともに、
内側の切欠部分１４Ａが磁石ホルダー１４のスリットｉ
ｌ！１４Ａに差し込まれる形状にしである。

スペーサ１５の厚みは、スリッ）ｉ１！１４Ａの幅から
バネ板１３の厚みを差し引いた寸法の１／２程度、つま
り、０．２ｍｍ程度にして、バネ板１３の厚み方向を両
側から押えるようにして、バネ板１３と磁石ホルダー１
４との間に差し込んで、接着固定する。

磁石１８Ａ−１８Ｂは第１図の磁石体３を構成するもの
であり、円柱状のフェライト磁石で作られ、第１２図の
ように、直径３ｍｍ・高さ３ｍｍ程度のものを磁極性を
逆向きに配置して、磁石ホルダー１４の両側にある切欠
１４Ｂ−１４ｃに接着固定することにより、バネ板Ｊ３
・振子１４・スペーサ１５で構成されたバネ状振子片の
最下端に磁石体が配置されているように構成している。

そして、密閉蓋１２からＯリングパツキン１９までを一
体に組み付けたものをケース１の上方の開口部から差し
込んだ後、ケース１の上端部分でネジ２０により組み付
は固定し、密閉Ｍ１２の貫通穴１２Ｆから、第１図の制
動用の液体５に相当するシリコン油２１を注入した後、
ノ７ツキン座付きのネジ２２で閉塞しである。

また、磁石１８Ａ−１８Ｂの下端とケースｌの底部分ａ
の上面との間隙Ｇｌは１ｍｍ程度以下の狭い間隙で、か
つ、所要の傾斜角検出に対して磁石１８Ａ−１８Ｂが振
り動かされたときでも、その下端が底部分ａに接触しな
い程度の間隙にしである。

回路配線板３１は第１図のプリント配線板７を構成する
部分であり、主として傾斜角修正制御用回路部分の回路
素子を配置接続したものである。

ホール素子ＩＣ３２は第１図のホール素子ＩＣ４を構成
するものであり、市販のＤＮ８３５型ホールＩＣ（リニ
アタイプ）を用いている。

そして、回路配線板３１に設けた取付穴３１Ａにケース
１の下端側にある取付穴ｄと一致させ、スプリング座金
付きのネジ３１Ｂにより一体に組み付は固定している。

取付穴３１Ａは、バネ板１３の厚み方向の中心、つまり
、ケース１の中心とホール素子ＩＣ３２の検出中心とが
一致するようにした位置に設けられ、かつ、ネジ３１Ｂ
の直径に対して余裕のある大きさの穴にしてあり、傾斜
角検出試験を行いながらホール素子ＩＣ３２の検出出力
をみて、ホール素子ＩＣ３２とケースｌとの相対位置を
調整し得るように仕組んである。

また、ホール素子ＩＣ３２の上面とケースｌの底部分ａ
の下面との間隙Ｇ２は、０．５ｍｍ程度のなるべく狭い
間隔にしである。

〔変形実施〕

この発明は次ぎのように変形して実施することができる
。

（１）密閉容器１を少なくとも底部分ａのみが非磁性材
で形成し、他の部分を適宜の材質で形成して、磁石体３
による磁界が底部分ａの外側に形成されるようにする。

（２）第１図のものにおいて、空洞部分すを設けずに、
底部分ａの外側面ににホール素子■Ｃ４を固定しただけ
のものとする。

（３）第３図のものに８いて、ホール素子ＩＣ４を、第
１図のものと同様に、底部分ａの外側面に固定する。

（４）第１２図における磁石体の配置を、第１３図のよ
うに２つの磁石が同一磁極性で対抗するように配置し、
または第１４図のように磁極性が横方向に並ぶようにし
て、所要の検出傾斜角の変化に対するホール素子ＩＣか
らの検出出力が適切にとれるようにする。

（５）磁石体を四角柱、矩形柱などの適宜の形にし、ま
たはＩｌｌの磁石によって形成する。

また、磁石体の保持を、磁石ホルダーを用いずに磁石体
をバネ状振子片に直接取り付けるなどに変える。

（６）空洞部分すの周囲の要所を切り欠いて外部からホ
ール素子ＩＣと底部分ａとの関係などが見えるようにし
、または、第１５図のように、密閉容器の下側の周囲に
支柱３５を設けて支持することにより、空洞部分に相当
する空間を形成する。

（７）液体５をヘマシ油などの粘性の高い液体に変える
。

（８）バネ板１３の中央のくり抜きを適宜の形状に変え
、または、材質をブルー舊′ングしｔこステン１／ス鋼
などの適宜のものに変える。

〔発明の効果〕

この発明によれば、上記のように、振子磁石の振子部分
が薄い板バネによるバネ状振子片で形成され、かつ、そ
の上方が固定されＩ；構造になっているため、経年的に
摩耗する箇所がなく、磁石体の振れと傾斜角の変化とが
常に一定に保たれるため、経年的な検出誤差が生ずるこ
とがなく、また、検出対象どならない振動や急激な傾斜
角の変化に対する振れ過ぎを、密閉容器内に充填した液
体によって振子のバネ板状の面が制動されるため、検出
対象とならない振動や急激な傾斜角の変化に対する振れ
過ぎを防止できる。

さらに、検出素子となるホール素子ＩＣの取り付けが、
振子磁石部分の密閉容器の外側または別体の構成要素に
取り付けているため、ホール素子ＩＣの製造時における
磁石対応位置の調整や保守時の不良交換などが振子磁石
の構成部分に無関係に容易に行えるなどの特長がある。

【図面の簡単な説明】

図面は実施例を示し、第１図・第２図は基本構成の機能
構成図、第３図・第４図は変形構成の機能構成図、第５
図（Ａ、）・第５図（Ｂ）・第５図（Ｃ）は具体構成図
で第５区（Ａ、）は正面部分縦断面図、第５図（Ｂ）は
側面部分縦断面図、第５図（Ｃ）は底面要部透視図、第
６図は具体構成斜視部分断面図、第７図〜第１１図は具
体構成の各部品図で、第７図は正面縦断面図、第８図は
正面図、第９図〜第１１図は斜視図、第１３図〜第１４
図は磁石体の配置図、第１５図は変形具体構成正面部分
断面図、第１６図・第１７図は従来の基本構成の機能構
成図、第１９図は従来の具体構成要部斜視図である。 ■・・・密閉容器 ２・・・バネ状振子片 ３・・・磁石体 ４・・・ホール素子ＩＣ ５・・・液体 ６・・・蓋体 ７・・・プリント配線板 ８・・・固定用バンド １１・・・ケース １２・・・密閉蓋 １３・・・バネ板 １４・・・磁石ホルダー １５・・・スペーサー １６・・・押え板 １７・・・ネジ １８Ａ−Ｂ・・・磁石 １９・・・０リングバツキ ２０・・・ネジ ２１・・・シリコン油 ３１・・・プリント配線板 ン 矛ｊの 仲３の ヤ２ｒｇＪ −！Ｊ４畠 ３２・・・ホール素子！ ａ・・・底部分 ｂ・・・空洞部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）下方に磁石体を固定した振子片を密閉容器の内部
   に設け、前記磁石体の動量をホール素子ＩＣによって検
   出することにより鉛直方向に対する傾斜量を計測する傾
   斜角センサであって、 ａ、前記密閉容器の少なくとも底部分を非磁性材にして
   形成する容器形成手段と、 ｂ、前記振子片を上方が前記密閉容器に固定された薄い
   バネ板を主体にしたバネ状振子片によって形成するとと
   もに、前記底部分の外側に磁界を作るための磁石体を前
   記バネ状振子片の下方に固定して設ける振子手段と、 ｃ、前記密閉容器の内部に前記バネ状振子片の動きを制
   動するための液体を充填する液体制動手段と、 ｄ、前記磁石体の動きと対応する位置の前記底部分の外
   側に前記ホール素子ＩＣによる検出部分を設ける底外側
   検出素子手段と を具備することを特徴とするセンサ。
2. （２）請求項第１項記載のセンサであって、ａ、前記ホ
   ール素子ＩＣを回路素子の一部として形成したプリント
   配線板を前記底部分に固定した前記検出部分 を具備するもの。
3. （３）請求項第１項記載のセンサであって、ａ、前記密
   閉容器を、上方部分が開口し底部分が閉じた筒状体と、
   前記上方部分を閉じるための蓋体とにより形成する容器
   形成手段と、 ｂ、前記蓋体の下方部分に前記バネ状振子片の上方部分
   を固定して支持する振子支持手段と、ｃ、前記筒状体の
   底部分の外側に、下方が解放した空洞部分を設け、前記
   空洞部分に前記ホール素子ＩＣを配置する検出部配置手
   段と を具備するもの。