JPH04258713A - 絶対傾斜角センサ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶対傾斜角センサに関
する。具体的にいうと、本発明は、自動車の車体等の地
面（もしくは、重力方向）に対する傾きを計測するため
の絶対傾斜角センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４（ａ）（ｂ）に従来の機械式絶対傾
斜角センサＰを示す。これは図４（ａ）に示すように、
本体５１の空洞５２内に振り子５３を納め、軸５４によ
って振り子５３を偏心位置で回動自在に軸支させたもの
である。振り子５３の例えば重心側には指示マーク５５
が描かれており、空洞５２の周囲にはスケール５６が刻
まれている。

【０００３】しかして、図４（ａ）のように本体５１が
水平となっている場合には、振り子５３の指示マーク５
５はスケール５６の中央を示しているが、図４（ｂ）の
ように本体５１が傾いても、振り子５３は静止したまま
であるので、指示マーク５５はスケール５６の異なる目
盛りを示し、指示マーク５５が示すスケール５６の目盛
りを読むことにより本体５１の絶対傾斜角を知ることが
できる。

【０００４】しかしながら、機械式の絶対傾斜角センサ
は目視用のものであって、傾斜角の検出信号を出力する
手段を持たない。また、このような構造の絶対傾斜角セ
ンサにあっては、前後または左右などの１方向の傾斜角
しか検出できず、前後左右の２方向における傾斜角を知
るためには向きを変えて２個のセンサを設置する必要が
あり、構造が大型化になるという問題がある。

【０００５】図５（ａ）（ｂ）に静電容量式の絶対傾斜
角センサＱを示す。図５（ａ）に示すように、ケース６
１内に納められた容器６４には液体６５を溜めてある。 また、容器６４の前後及び左右にはそれぞれ電極６２，
６３，…を対向させてあり、左右の電極６２，６３間の
静電容量及び前後の電極間静電容量は、静電容量検知回
路６６によって検出される。

【０００６】しかして、図５（ａ）に示すように絶対傾
斜角センサＱが水平となっている場合と、図５（ｂ）に
示すように絶対傾斜角センサＱが傾いている場合とでは
、電極間において液体の分布が変化するので、電極間静
電容量が変化する。したがって、この電極間静電容量の
変化を静電容量検知回路６６で検出することにより、絶
対傾斜角センサＱの傾斜角を知ることができる。

【０００７】しかしながら、このような構造の絶対傾斜
角センサにあっても、検出感度を向上させるためには電
極面積を大きくしなければならず、感度を得ようとすれ
ば大型になりやすく、小型化が困難であった。

【０００８】図６に光学式の絶対傾斜角センサＲを示す
。この絶対傾斜角センサＲでは、回転板７１と円盤７２
を互いに回転自在に枢着させ、円盤７２の偏心位置に重
り７４を設けてある。したがって、回転板７１が回転し
ても円盤７２は重り７４の重力によって静止している。 円盤７２の縁部全周には、透光領域と不透明領域が一定
ピッチで交互に配置されたスケール部７３が設けられて
おり、回転板の縁にはフォトインタラプタ等の光学式ス
ケール読み取り器７５が設けられている。

【０００９】しかして、回転板７１が傾いてスケール読
み取り器７５がスケール部７３に沿って移動すると、ス
ケール読み取り器７５によって移動ピッチが検出される
ので、傾斜角を知ることができる。

【００１０】この光学式の絶対傾斜角センサは、機械的
構成については図４の機械式の絶対傾斜角センサと実質
的に同一で、出力部分について光学的手段が用いられて
いるものである。このため、機械式の絶対傾斜角センサ
と同様、１方向の傾斜角しか検出できず、前後左右の２
方向の傾斜角を検出しようとすると、２つのセンサを向
きを変えて配置しなければならず、大型化になるという
欠点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、叙上の従来
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、単体で前後左右の２方向における傾斜角を検
出することができる小型の絶対傾斜角センサを提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の絶対傾斜角セン
サは、ダイヤフラムを介してベースにウエイト部を保持
させ、前記ダイヤフラムにその複数箇所の歪みを検出さ
せるための歪み検出素子を取り付けたことを特徴として
いる。

【００１３】この場合、前記ベース、ダイヤフラム及び
ウエイト部をシリコン等の微細加工材料によって一体に
形成することができる。

【００１４】また、ウエイト部は、容器状に形成し、そ
の中に高密度の液体を入れてもよい。

【００１５】さらに、歪み検出素子としては、ピエゾ抵
抗素子が好ましい。

【００１６】

【作用】ウエイト部は重力によって重力方向に引かれて
いるので、絶対傾斜角センサが傾斜するとベースとウエ
イト部の間のダイヤフラムがウエイト部の周囲で不均一
に歪む。この歪みを歪み検出素子によって検出すれば、
ベースの重力の方向に対する絶対傾斜角を求めることが
できる。

【００１７】しかも、ウエイト部はダイヤフラムを介し
てベースに吊られたような構造になっているので、絶対
傾斜角センサが傾斜するとウエイト部の重量によってダ
イヤフラムが前後左右に歪む。したがって、ダイヤフラ
ムに２方向の歪みを検出するのに必要な数の歪み検出素
子を取り付ければ、歪み検出素子からの出力信号により
前後左右の傾斜角を検出することができ、単体のセンサ
によって前後左右２方向の傾斜角を知ることができる。 さらに、単体のセンサで前後左右２方向の傾斜角を検出
できるため、小型化が可能である。

【００１８】特に、ベース、ダイヤフラム及びウエイト
部をシリコン等の微細加工材料によって一体に形成すれ
ば、半導体製造等に用いられている微細加工技術を用い
て製作することができるので、極めて微小な絶対傾斜角
センサを製造することができる。

【００１９】また、容器状をしたウエイト部に高密度の
液体を入れた構成とすれば、液体の重量によってダイヤ
フラムの歪みを大きくできるのはもちろん、絶対傾斜角
センサが傾いた時にウエイト部内で液体が下方へ片寄る
ことによってダイヤフラムの歪みが増幅されるので、信
号感度を大きく向上させることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳
述する。図１に本発明の一実施例の絶対傾斜角センサＡ
の断面図を示し、図２にその平面図を示す。１はシリコ
ン基板等からなるベース１であって、ベース１の中央部
にはウエットエッチングやドライエッチング等の微細加
工技術を用いてダイヤフラム２と容器状をしたウエイト
部３が形成されている。すなわち、ウエイト部３は、微
小変形可能な薄肉のダイヤフラム２によって微小変位可
能に支持されている。この実施例では、図２に示すよう
に、ウエイト部３の変位を大きくするためウエイト部３
とベース１との間で４箇所に開口７をあけ、開口７の中
間でベース１とウエイト部３の間にダイヤフラム２を掛
け渡してある。ウエイト部３の内部には、ダイヤフラム
２の歪みを大きくするため、水銀等の高密度の液体４を
溜めている。また、各ダイヤフラム２の上面には歪み検
出素子としてピエゾ抵抗素子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを
貼り付け、もしくは埋め込んである。さらに、ダイヤフ
ラム２及びウエイト部３の上方は、キャップ６より覆っ
ている。

【００２１】しかして、この絶対傾斜角センサＡが、図
３（ａ）に示すように水平な状態にある場合には、水銀
等の液体４に加わる重力によって各ダイヤフラム２には
下向きの力が加わる。この時、各ダイヤフラム２にかか
る力は同じであるから、各ピエゾ抵抗素子５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄが検出する各ダイヤフラム２の歪みないし変
形量には差がなく、各ピエゾ抵抗素子５ａ，５ｂ，５ｃ
，５ｄからは同じ電気的信号が出力される。これに対し
、絶対傾斜角センサＡが傾斜すると、液体４にかかる重
力によって各ダイヤフラム２が不均一に歪み、しかも図
３（ｂ）に示すようにウエイト部３内の液体４が下側に
片寄り、液体４の片寄りによって各ダイヤフラム２の歪
みが増幅される。この各ダイヤフラム２の歪みを目的と
する方向のピエゾ抵抗素子５ａ，５ｂ（または、５ｃ，
５ｄ）の電気信号の変化として取り出せば（例えば、対
向するピエゾ抵抗素子の電気信号の差分を得る。）、絶
対傾斜角センサＡの重力方向に対する傾斜角を高精度に
計測できる。

【００２２】なお、好適な実施例について説明したが、
本発明の実施例としては、これ以外の具体的構成も可能
である。例えば、上記実施例では、ダイヤフラム間に開
口を設けているが、開口がなくてもダイヤフラムの厚み
を薄くすることによってダイヤフラムの歪みを大きくす
ることができる。また、上記実施例では、ウエイト部３
に水銀等の高密度の液体を入れたが、ウエイト部の内外
面に金属厚膜を形成することにより、あるいは金属等の
固体の重りをウエイト部に納めることによりウエイト部
の重量を増してもよい。また、ウエイト部自体の厚み等
を大きくして重量を大きくしてもよい。さらに、ピエゾ
抵抗素子を対向する２箇所のダイヤフラム部のみに設け
ておけば、前後もしくは左右等の１方向における傾斜角
だけを検出できるようにすることができる。

【００２３】この絶対傾斜角センサの用途としては、例
えば以下のような用途が考えられる。■自動車に搭載し
、自動車の傾きを絶対傾斜角センサで検知することによ
り、最適なサスペンション動作の制御等を行なわせる。 ■農耕大型機器に搭載し、作業中における農耕大型機器
の傾きを絶対傾斜角センサで検知し、安全性及び作業性
を向上させる。■さらには、通信衛星との交信を用いる
ナビゲーションシステムにおいて、絶対傾斜角センサに
より地上や海面に対する自動車や船舶の傾きを知り、ア
ンテナが正確に通信衛星の方向を向くようアンテナの傾
きを制御する。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、１つのセンサによって
前後左右２方向の傾斜角を検出することができ、絶対傾
斜角センサを小型化することができる。さらに、シリコ
ン等の微細加工材料を用いる製作すれば、極めて微小な
絶対傾斜角センサを得ることができる。また、ウエイト
部内に高密度の液体を入れておけば、敏感な絶対傾斜角
センサを製作できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】同上の実施例の平面図である。

【図３】（ａ）は同上の実施例の水平な状態における作
用説明図、（ｂ）は傾斜した状態における作用説明図で
ある。

【図４】従来例の作用説明図であって、（ａ）は水平な
状態における断面図、（ｂ）は傾斜した状態における断
面図である。

【図５】異なる従来例の作用説明図であって、（ａ）は
水平な状態における断面図、（ｂ）は傾斜した状態にお
ける断面図である。

【図６】さらに別な従来例の構成を示す正面図である。

【符号の説明】

１　　ベース ２　　ダイヤフラム ３　　ウエイト部 ４　　液体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ダイヤフラムを介してベースにウエイ
   ト部を保持させ、前記ダイヤフラムにその複数箇所の歪
   みを検出させるための歪み検出素子を取り付けたことを
   特徴とする絶対傾斜角センサ。
2. 【請求項２】　　前記ベース、ダイヤフラム及びウエイ
   ト部をシリコン等の微細加工材料によって一体に形成し
   たことを特徴とする請求項１の絶対傾斜角センサ。
3. 【請求項３】　　前記ウエイト部を容器状に形成し、ウ
   エイト部内に高密度の液体を入れたことを特徴とする請
   求項２又は３に記載の絶対傾斜角センサ。
4. 【請求項４】　　前記歪み検出素子がピエゾ抵抗素子で
   あることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の絶対
   傾斜角センサ。