傾斜センサ
【課題】電極の面積を同じにして検知した容量の差の反転で傾斜を判定することで誤判定を回避しつつ、傾斜判定角度を１８０度に限ることなく任意の角度に設定可能とする傾斜センサを提供する。
【解決手段】傾斜センサ２０においては、電極３１，３２は、同一の大きさの面積を持ち傾斜検知用のボール６が入れられた円弧状移動路９に沿う同心円状に配置されており、判定角度部において接続部３１ｃ，３２ｃで内外周が逆転配置されている。ボール６の球状の表面と電極３１，３２との距離が異なり且つ内外周が反転しているので、ボール６が判定角度部を通過して移動するとき、内外周の電極について検出される静電容量の大きさが同じで符号が反転する変化を捉えることで、温度変化に影響されずに傾斜センサ２０の傾斜を正確に検出することができる。また、判定角度部は任意の角度に設定可能である。
【解決手段】傾斜センサ２０においては、電極３１，３２は、同一の大きさの面積を持ち傾斜検知用のボール６が入れられた円弧状移動路９に沿う同心円状に配置されており、判定角度部において接続部３１ｃ，３２ｃで内外周が逆転配置されている。ボール６の球状の表面と電極３１，３２との距離が異なり且つ内外周が反転しているので、ボール６が判定角度部を通過して移動するとき、内外周の電極について検出される静電容量の大きさが同じで符号が反転する変化を捉えることで、温度変化に影響されずに傾斜センサ２０の傾斜を正確に検出することができる。また、判定角度部は任意の角度に設定可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電極について検出される静電容量に基づいて傾斜を判定する傾斜センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対向電極間に傾斜検知用の移動体入れ、その電極についての静電容量又はその変化を検出し、検出した静電容量の値に基づいて移動体の動きを判定し、当該センサが取り付けられた被検出体の傾斜を検知する傾斜センサが提案されている。移動体としては導電性の有るボールが用いられる。
【０００３】
対向電極間に傾斜検知用のボールを入れ、ボールの移動によって生じる静電容量の変化に基づいてボールの動きを判定する傾斜センサの一例として、ゼロ点調整や温度補償等の調整が不要な静電容量式傾斜センサが提案されている（特許文献１参照）。この静電容量式傾斜センサによれば、半円状の一対の差動電極が垂直方向に隣接配置され、これと対向するように、共通電極が一定の間隙を設けて配置されている。一対の差動電極及び共通電極は、密閉容器内に収容され、密閉容器内には誘電性液体が封入される。上側の差動電極及び共通電極は上側可変コンデンサを構成し、下側の差動電極及び共通電極は下側可変コンデンサを構成している。
【０００４】
図８は従来の傾斜センサの一例を示す断面図であり、（ａ）は移動体の移動路に沿う方向に切断した断面図、（ｂ）は移動体の移動路と直交する方向（（ａ）のＡ−Ａ線）で切断した断面図である。図９は図８に示す傾斜センサの出力例を示す図であり、（ａ）はある温度状態での二つの電極が検出する容量の変化を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）から温度が変化したときの両電極が検出する容量の変化を示すグラフ図である。
【０００５】
図８に示す傾斜センサ１は、ガラスなどの導電性のない側板３，４と、側板３，４間に挟まれたシリコン等の中間板５とを三層構造に構成された容器状の本体２の形態に構成されている。容器２の内部には移動体としてのステンレス等の導電性のある材料から形成されている移動体としてのボール（ボール径Ｚ）６が収容されている。ボール６を収容するため、中間板５には貫通孔７が形成されている。側板３，４には、貫通孔７に対応して且つ貫通孔７の開口の内側に納まる態様で窪み８，８が形成されている。窪み８，８は、周辺部が斜面となった板３，４の厚さの約半分の深さにまで浅い皿状に形成されている。
【０００６】
窪み８，８の周りの側板３，４間には、本体２が傾斜するときに、ボール６が相対的な加速度を受けて移動可能な弧状の移動路９が形成されている。本実施例では、移動路９は、ボール６の径Ｚよりも僅かに広い幅Ｘを有する円環状の通路に形成されており、円環状の移動路９は、図８（ａ）の左右の感度軸方向を含む面内に延びて形成されている。中間板５に形成される貫通孔７の内周面には、加工上の観点も含めて、両側から等距離の中間位置に稜線７ａが形成されており、それに応じて、ボール６は稜線７ａ上を転がるように移動する。傾斜センサ１によれば、本体２との間に相対的な加速度を受けて移動可能なボール６等の移動体を入れた本体２の側板３，４間の静電容量が測定され、ボール６が移動路９に沿って動くことによる静電容量の変化が検出される。
【０００７】
本体２を構成する非導電性の板３，４と、中間板５とは、略同等の厚さを有し、正面で見て正方形の板材である。貫通孔７及び窪み８，８以外の部分は、平坦に形成されており、板３，４と中間板５との接合面は液密に接合される。図８（ａ）に示すように、表側には本体２の貫通孔７と窪み８，８から成るキャビティ内に連通し液体を注入する注入部１０が設けられている。図８は、ボール６に大きな加速度が作用しないときの、ボール６の安定位置を定めている。
【０００８】
移動路９に沿って、側板３，５には、移動路９に臨む側に金属電極（以下、単に「電極」という）が付着されている。電極は、互いに対向する第１電極１１，１１と互いに対向する第２電極１２，１２とから成っている。本実施例では、第１電極１１，１１と第２電極１２，１２とは、周方向に区分した弧状に形成されており、第１電極１１，１１が図８（ａ）の安定状態を中心とする比較的狭い検出角度範囲（定常状態の判定角度範囲）θ１に広がっており、第２電極１２，１２が残りの比較的広い角度範囲（傾斜状態判定角度範囲）θ２に渡って広がっている。第１電極１１，１１の検出角度範囲θ１と第２金属電極１２，１２の検出角度範囲θ２は、互いに相補的に配置されており、トータルで３６０度の範囲をカバーしている。
【０００９】
検出角度範囲θ１でボール６が検知されるときには、傾斜センサ１は定常状態にあると判定される。また、検出角度範囲θ２でボール６が検知されるときには、傾斜センサ１は傾斜状態にあると判定される。第１電極１１，１１及び第２電極１２，１２について、外部との電気的接続を確保する接続端子１３，１４が設けられている。
【００１０】
図９は、図８に示す傾斜センサ１の出力例である。この例では、電極間の容量（静電容量）の時間変化がグラフとして示されている。太実線で示すグラフが第１電極１１，１１間での容量の変遷であり、破線で示すグラフが第２電極１２，１２間での容量の変遷を示すグラフである。移動路９でボール６が存在する電極については、移動路９の電極間距離Ｘからボール径Ｚを除いた間隔（Ｘ−Ｚ）が小さいため、静電容量が大きい。また、静電容量は、対向する電極の面積に比例する。したがって、図８（ａ）に示すように、ボール６が第１電極１１，１１間の定常位置に有るときには、第１電極１１，１１間の静電容量は、存在していない（ボール６は第２電極１２，１２間に存在している）ときよりも大きい。また、第２電極１２，１２間の静電容量は、ボール６が第２電極１２，１２間に位置する状態の方が、存在していない（第１電極１１，１１間に存在している）ときよりも大きい。更に、第２電極１２，１２の面積が第１電極１１，１１の面積よりも広いため、定常状態では、第２電極間の容量が第１電極間の容量よりも大きい。
【００１１】
細実線で示す線は傾斜判定を行う閾値を示す線であり、この閾値を境に傾斜の判定がなされる。移動路９を移動するボール６が、電極間に存在する又は存在していない場合の静電容量の違いで、傾斜センサ１の定常状態は傾斜状態かが検知可能である。図９（ａ）に示すように、第１電極１１，１１間での容量がこの閾値を超えて低下し、第２電極１２，１２間での容量がこの閾値を超えて変化するとき、傾斜センサ１は傾斜状態にあることがわかる。しかしながら、温度変化など外的要因にて容量そのものが変化することがある。その容量変化の様子が図９（ｂ）に示されている。閾値は当初設定のとおりであるので、容量特性が変化してしまうと、例えば、第２電極１２，１２間での容量は、傾斜していなくても既に閾値を超えており、傾斜していると誤判定される。図示の状態では、第１電極１１，１１間の静電容量が閾値を下回ることが検出されれば、傾斜状態を判定可能であるが、この閾値を下回らないと、傾斜したにもかかわらず、傾斜していないと誤判定されるおそれがある。
【００１２】
上記の対向電極とそのギャップ内に移動可能に配置された移動体とを備えた傾斜センサについては、図１０に示すように、第１電極１５，１５及び第２電極１６，１６の面積（設けられる角度を１８０度にする）を同一にし、第１電極１５，１５間及び第２電極１６，１６間の静電容量差を測定し、その差が反転することにより傾斜判定を行うことが考えられる。この構造によれば、第１電極１５，１５及び第２電極１６，１６は共に１８０度の検出角度範囲θ３，θ４を持つ。ボール６が移動する移動量、即ち、第２電極１６，１６間まで移動すれば、第１電極１５，１５及び第２電極１６，１６間で検出される静電容量の大きさが反転するので、本体２が第１電極１５，１５でカバーする角度範囲を超えて傾斜したことを判定することができる。両電極の出力である静電容量は、図１１（ａ）に示すように、ボール６が定常状態と傾斜状態との境界を通過するときに互いにクロスして静電容量差の値が正（ΔＱ）から負（−ΔＱ）、或いはその逆に反転する。図１１（ｂ）に示すように、温度変化に起因して容量特性に変化が生じた場合、容量の差の大きさが変化する（ΔＱ’，−ΔＱ’）ことはあっても、定常状態又は傾斜状態のいずれかの状態ではその容量の差（｜ΔＱ’｜）は常に同じであり、定常状態と傾斜状態との間でボール６が動くときには容量の差の符号の逆転が必ず生じる。したがって、上記の傾斜していなくても傾斜（或いはその逆）しているという誤判定がなされる問題点を回避できる。しかしながら、両電極の面積を同じにすることに起因して、傾斜判定角度が１８０度に固定されてしまうという別の問題が生じる。
【特許文献１】特開２０００−２４１１６２号公報（段落［００１６］〜［００２３］、［００３１］、図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、移動体が移動路に沿って動くときに複数の並列に並んだ電極のそれぞれについての静電容量を計測し、各電極の静電容量に基づいて、移動体が判定角度範囲を越えて移動するのを判定可能にする点で解決すべき課題がある。
【００１４】
この発明の目的は、電極の面積を同じにして検知した容量の差の反転で傾斜を判定することで誤判定を回避しつつ、傾斜判定角度を１８０度に限ることない任意の角度に設定可能とす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】
【００１５】
上記の課題を解決するため、この発明による傾斜センサは、電極間に傾斜検知用の移動体を入れ、当該電極についての静電容量に基づいて移動体の動きを判定する傾斜センサであり、移動体の動きは円弧状移動路で定められる動きであり、電極は同一の大きさの面積を持ち円弧状移動路に沿う同心円状に配置された２つ以上の電極であり、電極は移動体の動きについて傾斜判定の範囲を定める判定角度部で内外周が逆転配置されていることから成っている。
【００１６】
この傾斜センサによれば、電極間に入れられた傾斜検知用の導電性を有する移動体は、円弧状移動路で定められる動き、即ち、円弧状の経路を辿る動きをする。円弧状移動路に関して、同一の大きさの面積を持つ２つ以上の電極が移動路に沿う同心円状に配置されており、しかも、複数の電極は、移動体の動きについて傾斜判定の範囲を定める判定角度部で内外周が逆転配置されている。移動体が判定角度部を通過して移動するとき、内外周の電極について検出される静電容量の変化を捉えることで、傾斜センサの傾き（又は、移動体の動き）が傾斜判定の範囲を超えるものであるか否かの判定をすることができる。
【００１７】
上記の傾斜センサにおいて、電極を二つの電極から構成し、一方の電極については、定常状態判定範囲と傾斜状態判定範囲とで逆転配置されている内外周側の各電極部を、両判定範囲を区分する二つの判定角度部の一方に対応する接続部によって接続させ、他方の電極については、判定範囲とで逆転配置されている内外周側の各電極部を、判定角度部の他方に対応する接続部によって接続させることができる。この傾斜センサによれば、内外周が逆転配置される電極部は、定常状態判定範囲と傾斜状態判定範囲とを区分する二つの判定角度部のそれぞれに設けられる接続部で接続され、接続部による両判定範囲への影響を可及的に少なくすることができる。
【００１８】
接続部で接続された二つの電極を備える上記の傾斜センサにおいて、定常状態判定範囲及び傾斜状態判定範囲とのそれぞれにおいて、内周側の電極部の幅を外周側の電極部の幅よりも広くすることにより、内周側の電極部と外周側の電極部の面積を同一大きさに設定することができる。定常状態判定範囲及び傾斜状態判定範囲とのそれぞれにおいて内周側の電極部と外周側の電極部の面積を同一大きさに設定することで、移動体が判定角度部を越えて移動するときの各電極についての静電容量の差を把握し易くなる。また、内周側の電極部と外周側の電極部の面積を同一大きさにすることは、電極幅の調整によって容易に設定することができる。
【００１９】
接続部で接続された二つの電極を備える上記の傾斜センサにおいて、各電極部と移動体との間の距離を、両電極部を接続する接続部を境に定常状態判定範囲と傾斜状態判定範囲とで逆転させることが好ましい。移動体の表面形状に工夫を施して定常状態判定範囲又は傾斜状態判定範囲において各電極部と移動体との間の距離を異ならせることで、各電極部と移動体との間の距離が接続部を境に逆転させることができる。電極部は角度判定部において内外周で逆転配置されているので、移動体が角度判定部を越えて円弧状移動路を移動するとき、移動体と各電極部との間の距離は接続部を境に逆転され、検出される静電容量に変化を生じさせることができる。
【００２０】
上記各傾斜センサにおいて、電極を円弧状移動路の各側でそれぞれ同心円状に配置された２つ以上の電極とし、各電極を円弧状移動路を挟んで対向配置させることができる。この場合、各電極は対称配置となり、部品数の低減にも寄与することができる。
【００２１】
上記各傾斜センサにおいて、移動体が判定角度部を越えて移動するときに２つの電極についての静電容量の差が反転することで、傾斜判定がなされることから成る。各電極についての静電容量の差を取る場合には、移動体が存在しない電極部が寄与する容量を互いに相殺することができるとともに、移動体が存在する電極部の静電容量の差を正味の差とすることができ、静電容量の差の符号が反転することで移動体が判定角度部を越えて移動することを判定することができる。
【００２２】
上記各傾斜センサにおいて、移動体はボールとすることができる。ボールを移動体として用いる場合、ボールは円弧状移動路を転がることで移動し易く、更に、同心状の電極から球表面への距離は、通常、異なるものとなる。
【００２３】
また、上記各傾斜センサにおいて、移動体は、大円柱体の端面に小円柱体を重ねた積み重ね円柱体とすることができる。積み重ね円柱体を移動体として用いる場合、積み重ね円柱体は円弧状移動路を転がることで移動し易い。更に、同心状の電極から円柱体の端面への距離は、大小の円柱体の端面の差だけ異なるものとなる。
【００２４】
更に、上記各傾斜センサにおいて、移動体は、当該移動体が浸漬する高粘性液体とともに、センサ内部に封入することができる。高粘性液体は移動体の動きに対する粘性抵抗を与え、移動体の盲動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明による傾斜センサは、上記のように構成されているので、電極間に入れられた傾斜検知用の導電性を有する移動体は、円弧状移動路で定められる円弧状の経路を辿る動きをし、移動体が判定角度部を通過して移動するとき、内外周の電極について検出される静電容量（又は両静電容量の差）が変化する。この静電容量の変化を捉えることで、傾斜センサの傾き（又は、移動体の動き）が傾斜判定の範囲を超えるものであるか否かの判定をすることができる。更に、複数の電極の面積を同じにして検知した容量の差の反転で傾斜を判定可能とすることで、温度変化に伴って生じる容量特性変化起因した誤判定を回避することができ、しかも、判定角度部は任意角度の位置に設定可能であるので、傾斜判定角度を１８０度に限ることがなく傾斜判定の角度を任意角度に設定可能な傾斜センサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による傾斜センサの実施例を説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、この発明による傾斜センサの一実施例であり、（ａ）は感度軸方向に平行な平面で切断した正面断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は傾斜状態にある傾斜センサの（ａ）と同様の断面図である。図２は図１（ｂ）電極部Ｄの拡大図、図３は傾斜判定角度を変更した例を示す図１（ａ）と同様の断面図である。傾斜センサの基本的な構成は、図８に示した従来のものと同様であるので、同じ機能を奏する部材や部位には同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。
【００２８】
図１に示す実施例において、傾斜センサ２０は、転倒・傾斜などに起因して、加速度を受け移動する移動体としてのボール６を入れた容器状の本体２２の電極間の静電容量を測定し、ボール６が動くことによる静電容量の変化を検出するセンサである基本的な点で従来のものと変わりはない。傾斜センサ２０の本体２２の構造は、ガラス板などの導電性の無い側板２３と、シリコンなどの導電性の有る側板２４と、中間板２５とからなる三層積層構造である。また、中間板２５は、更に、ガラス板などの導電性の無い板２５ａと、シリコンなどの板２５ｂとの積層構造である。
【００２９】
本実施例の特徴となる点は、電極の構造であり、二つの面積同一の電極３１，３２が同心円状に配置されており、且つ判定角度部で内外周を逆転配置されている。即ち、電極３１については、定常状態判定角度θ１の範囲では外周側電極部３１ａとなっており、残る傾斜状態判定角度θ２の範囲では内周側電極部３１ｂとなっている。内外両電極部３１ａ，３１ｂは、両判定角度の一方の境界上で接続部３１ｃによって互いに接続されている。また、電極３２については、定常状態判定角度θ１の範囲では内周側電極部３２ａとなっており、残る傾斜状態判定角度θ２の範囲では外周側電極部３２ｂとなっている。内外両電極部３２ａ，３２ｂは、両判定角度の境界の他方で接続部３２ｃによって互いに接続されている。なお、電極３１，３２は、非導電性の側板２３にのみ付着して設けられている。
【００３０】
定常状態判定角度θ１と傾斜状態判定角度θ２の範囲内（ただし、接続部３１ｃ，３２ｃを除く）で、両電極部３１ａと３１ｂとの面積和は、両電極部３２ａと３２ｂとの面積和と同一になるように調整されている。具体的には、角度θ１の範囲内で内周側電極部３２ａの幅Ｗ２は外周側電極部３１ａの幅Ｗ１よりも広く設定されている。また、角度θ２の範囲内で内周側電極部３１ｂの幅は外周側電極部３２ｂの幅よりも広く設定されている。また、接続部３１ｃ及び接続部３２ｃの面積についても、同一になるように調整されている。その結果、電極３１と電極３２との面積は全体としても同一に調整されていることになり、仮にボール６が封入されていなければ、電極３１及び電極３２が検出する静電容量は等しくなる。
【００３１】
図１（ａ）に示すようにボール６が定常状態の位置を占めている場合には、ボール６と各電極部３１ａ，３２ａとの配置は、詳細には図１（ｂ）のＤの部分を拡大した図２に示されている関係にある。即ち、ボール６の表面６ａは球表面であるので、表面６ａとの間の距離については、内周側電極部３２ａの距離（平均的な距離Ｌ１）が外周側電極部３１ａの距離（平均的な距離Ｌ２）よりも短い。外周側電極部３１ａと内周側電極部３２ａとの面積が同一に調整されているので、電極３１ａ，３２ａについての静電容量の大きさは電極部３１ａ，３２ａとボール６の表面６ａとの間の距離の長短に依存し、内周側電極部３２ａと３２ｂについての静電容量の方が外周側電極部３１ａと３１ｂについての静電容量よりも大きくなっている。また、接続部３１ｃ及び３２ｃが寄与する静電容量は同じである。その結果、ボール６が定常状態の位置を占めている場合、電極３２についての静電容量は、電極３１についての静電容量よりも大きい。
【００３２】
図１（ｄ）に示す傾斜センサ２０の傾斜状態においては、ボール６は、傾斜状態判定角度θ２の範囲に移動している。このとき、ボール６の表面６ａとの間の距離については、内周側電極部３１ｂの方が外周側電極部３２ｂよりも短い。ボール６が傾斜状態の位置を占めている場合には、電極３１が検出する静電容量は、電極３２が検出する静電容量よりも大きい。これにより、電極３１及び電極３２が検出する静電容量差の正負符号の逆転をすることで、センサ２０が傾斜判定部（接続部３２ｃ）を超えて傾斜したか否かを判定することができる。また、温度変化などの外的要因によって、各電極が検出する静電容量がたとえ変動する場合であっても、その静電容量差を取ることにより、そうした変動が相殺され、温度変化に影響されにくい傾斜センサ２０となる。
【００３３】
また、各電極を同心円状に電極を配置したことにより、電極形状を換えれば、傾斜判定角度を簡単に変更することができる。即ち、図３は、定常及び傾斜の判定角度の範囲を変更した例を示す図である。図３に示す実施例では、電極３１及び電極３２と比較して、接続部で区切る円弧状の長さを異ならせた電極３１’及び電極３２’を用いた変形例である。この変形例では、定常状態判定角度の範囲θ１’は、図１に示す範囲θ１よりも広く取られるが（傾斜状態判定角度の範囲θ２は、逆に狭い範囲θ２’とされる）、このことは設計の段階で容易に変更することができる。
【００３４】
次に、傾斜検出回路の一例について説明する。一般に、平行平板の静電容量は、以下の式で表される。
［静電容量］＝［誘電体の誘電率］＊［平板の面積］／［平板間の距離］ 式（１）
式（１）を実施例１（図１）に当てはめて考えると、ボール６が動くことにより、
［定常時の電極３１〜ボール６の隙間］＝［傾斜時の電極３２〜ボール６の隙間］
＞［定常時の電極３２〜ボール６の隙間］＝［傾斜時の電極３１〜ボール６の隙間］であり、また、定常時と傾斜時での変数は、電極３１，３２〜ボール６の隙間（上記式（１）において言えば、［平板間の距離］に相当）のみであるから、
［定常時の電極３２の静電容量］＝［傾斜時の電極３１の静電容量］
＞［定常時の電極３１の静電容量］＝［傾斜時の電極３２の静電容量］
となる。
【００３５】
図４は、本発明による傾斜センサと組み合わせて適用される傾斜・転倒の検出回路の例を示す図である。図４（ａ）は作動アンプ部を有するアナログ回路の一例の概略図、図４（ｂ）はマイクロコンピュータを用いる場合の概略図である。上記各電極３１，３２の出力（静電容量や電気抵抗など）を差動アンプ４１、マイコン４２のＡ／Ｄポート又はＩ／Ｏポートに入力し演算して、電極３１及び電極３２の静電容量の差を判定し、転倒・傾斜を検知する。
【００３６】
この時の定常状態と傾斜状態とでの出力は、図５に示すようになる。即ち、図５（ｂ）は電極３１の静電容量の出力を示すグラフであり、定常状態にある当初の段階ではボール６が図１（ａ）〜（ｃ）に示す位置にあり、ボール表面６ａとの間の距離が長いために、静電容量が小さい。その後、傾斜状態に移行すると、図１（ｄ）に示す状態となり、ボール表面６ａとの間の距離が短くなるために、静電容量が大きくなる。いずれの状態でも、その状態が持続される間は、容量の値は一定である。閾値を超えた場合に傾斜の判定が行われる。電極３２との容量差を判定したグラフが図５（ａ）に示されている。容量差を判断の対象としているので、容量差の符号が反転する位置で定常（通常）状態から傾斜（転倒）状態に変化したことが判る。また、温度変化などで誘電率が変化し、容量が変化する場合でも、本発明の電極形状により、容量差ＥとＦは常に同じになるため、温度補償の必要がなく安価な回路にできる。
【実施例２】
【００３７】
本発明による傾斜センサの別の実施例を図６を参照して説明する。図６に示す実施例は図１に示す実施例１の構造違いであり、図１（ｂ）と同様な断面図で示されている。図６に示す傾斜センサ５０においては、図１に示す傾斜センサ２０と同等の部材及び位置については、傾斜センサ２０で用いられている符号と同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する。センサの本体５２は、導電性の無いガラス板から成る側板５３，５４と、側板５３，５４間に挟まれたシリコン板のような中間板５５とから形成されている。キャビティ５２ａに臨む側板５３の位置には、同心円状で各判定角度で内外周の配置を逆転させた電極５６（外周側電極部５６ａ，内周側電極部５６ｂ），５７（内周側電極部５６ａ，外周側電極部５６ｂ）が付着されている。また、側板５４のキャビティ５２ａに臨む位置には、電極５６，５７に互いに対向する状態で電極５８（外周側電極部５８ａ，内周側電極部５８ｂ），５９（内周側電極部５９ａ，外周側電極部５９ｂ）が設けられている。同心状電極５６〜５９を両側の側板５３，５４に設定しても、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、ボール６の入っている部分の形状については、実施例１において側板２３，２４に形成されている窪み８，８と同様の窪みを形成することなく平らであってよい。
【実施例３】
【００３８】
本発明による傾斜センサの更に別の実施例として、キャビティ内にエチレングリコールのような粘性の高い液体を入れて、ボール６の動きを抑えてもよい。高粘性の液体は、傾斜・転倒以外の振動・衝撃などに起因してボール６が動こうとするときに、その動きに対する粘性抵抗として作用し、ボール６の動きを抑制するので、センサの誤動作を防止することができる。
【実施例４】
【００３９】
本発明による傾斜センサの更に他の実施例が、図７に示されている。図７は、図１（ｄ）の電極部の拡大図と同様の図であるが中間板６５のみならず、両側板６３，６４までの広い範囲に描かれている。また、構成要素及び部位について、実施例１と同じものについては、実施例１に付されたのと同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する。図６に示す傾斜センサ６０においては、移動体６６がボールのような球状ではなく、円板を重ね合わせた円柱体とされている。即ち、移動体６６は、大円柱体６７とその端面６８，６８に小円柱体６９，６９を同じ軸線６６ａを共通させて重ねた段付きの円柱体である。一方の電極７１は小円柱体６９の端面７０に対向し、他方の電極７２は大円柱体６７の端面６８であって小円柱体６９の外側に広がる環状端面に対向している。これによって、電極７１，７２は、移動体６６との間の距離に差異を生じている。移動体６６は、円柱体形状であっても、ボールの場合と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明による傾斜センサの一実施例を示す図である。
【図２】図１に示す一部を拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示す実施例に対して、定常及び傾斜の判定角度の範囲を変更した例を示す図である。
【図４】本発明による傾斜センサと組み合わせて適用される傾斜・転倒の検出回路の例を示す図である。
【図５】図１に示す傾斜センサの定常状態と傾斜状態とでの出力の一例を示すグラフである。
【図６】本発明による傾斜センサの別の実施例を示す図である。
【図７】本発明による傾斜センサの更に他の実施例を示す図である。
【図８】従来の傾斜センサの一例を示す図である。
【図９】図８に示す傾斜センサの出力例を示すグラフである。
【図１０】従来の傾斜センサの別例を示す図である。
【図１１】図１０に示す傾斜センサの出力例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１ 傾斜センサ ２ 本体
３，４ 側板 ５ 中間板
６ 移動体（ボール） ６ａ 表面
７ 貫通孔 ７ａ 稜線
８，８ 窪み
９ 移動路 １０ 注入部
１１，１１ 第１電極 １２，１２ 第２電極
１３，１４ 接続端子
２０ 傾斜センサ ２２ 本体
２３ 側板（導電性無し） ２４ 側板（導電性有り）
２５ 中間板
２５ａ 板（導電性無し） ２５ｂ 板
３１，３２，３１’３２’ 電極
３１ａ 外周側電極部 ３１ｂ 内周側電極部
３１ｃ 接続部
３２ａ 内周側電極部 ３２ｂ 外周側電極部
３２ｃ 接続部
４１ 差動アンプ ４２ マイコン
５０ 傾斜センサ
５２ 本体 ５２ａ キャビティ
５３，５４ 側板 ５５ 中間板
５６，５７ 電極 ５８，５９ 電極
６０ 傾斜センサ
６３，６４ 側板 ６５中間板
６６ 移動体 ６６ａ 軸線
６７ 大円柱体 ６８ 端面
６９ 小円柱体 ７０ 端面
７１，７２ 電極
θ１，θ１’ 定常状態判定角度の範囲
θ２，θ２’ 傾斜状態判定角度の範囲
Ｌ１，Ｌ２ 表面６ａと電極との間の距離
Ｗ１ 幅（外周側） Ｗ２ 幅（内周側）
Ｚ ボール径
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電極について検出される静電容量に基づいて傾斜を判定する傾斜センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対向電極間に傾斜検知用の移動体入れ、その電極についての静電容量又はその変化を検出し、検出した静電容量の値に基づいて移動体の動きを判定し、当該センサが取り付けられた被検出体の傾斜を検知する傾斜センサが提案されている。移動体としては導電性の有るボールが用いられる。
【０００３】
対向電極間に傾斜検知用のボールを入れ、ボールの移動によって生じる静電容量の変化に基づいてボールの動きを判定する傾斜センサの一例として、ゼロ点調整や温度補償等の調整が不要な静電容量式傾斜センサが提案されている（特許文献１参照）。この静電容量式傾斜センサによれば、半円状の一対の差動電極が垂直方向に隣接配置され、これと対向するように、共通電極が一定の間隙を設けて配置されている。一対の差動電極及び共通電極は、密閉容器内に収容され、密閉容器内には誘電性液体が封入される。上側の差動電極及び共通電極は上側可変コンデンサを構成し、下側の差動電極及び共通電極は下側可変コンデンサを構成している。
【０００４】
図８は従来の傾斜センサの一例を示す断面図であり、（ａ）は移動体の移動路に沿う方向に切断した断面図、（ｂ）は移動体の移動路と直交する方向（（ａ）のＡ−Ａ線）で切断した断面図である。図９は図８に示す傾斜センサの出力例を示す図であり、（ａ）はある温度状態での二つの電極が検出する容量の変化を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）から温度が変化したときの両電極が検出する容量の変化を示すグラフ図である。
【０００５】
図８に示す傾斜センサ１は、ガラスなどの導電性のない側板３，４と、側板３，４間に挟まれたシリコン等の中間板５とを三層構造に構成された容器状の本体２の形態に構成されている。容器２の内部には移動体としてのステンレス等の導電性のある材料から形成されている移動体としてのボール（ボール径Ｚ）６が収容されている。ボール６を収容するため、中間板５には貫通孔７が形成されている。側板３，４には、貫通孔７に対応して且つ貫通孔７の開口の内側に納まる態様で窪み８，８が形成されている。窪み８，８は、周辺部が斜面となった板３，４の厚さの約半分の深さにまで浅い皿状に形成されている。
【０００６】
窪み８，８の周りの側板３，４間には、本体２が傾斜するときに、ボール６が相対的な加速度を受けて移動可能な弧状の移動路９が形成されている。本実施例では、移動路９は、ボール６の径Ｚよりも僅かに広い幅Ｘを有する円環状の通路に形成されており、円環状の移動路９は、図８（ａ）の左右の感度軸方向を含む面内に延びて形成されている。中間板５に形成される貫通孔７の内周面には、加工上の観点も含めて、両側から等距離の中間位置に稜線７ａが形成されており、それに応じて、ボール６は稜線７ａ上を転がるように移動する。傾斜センサ１によれば、本体２との間に相対的な加速度を受けて移動可能なボール６等の移動体を入れた本体２の側板３，４間の静電容量が測定され、ボール６が移動路９に沿って動くことによる静電容量の変化が検出される。
【０００７】
本体２を構成する非導電性の板３，４と、中間板５とは、略同等の厚さを有し、正面で見て正方形の板材である。貫通孔７及び窪み８，８以外の部分は、平坦に形成されており、板３，４と中間板５との接合面は液密に接合される。図８（ａ）に示すように、表側には本体２の貫通孔７と窪み８，８から成るキャビティ内に連通し液体を注入する注入部１０が設けられている。図８は、ボール６に大きな加速度が作用しないときの、ボール６の安定位置を定めている。
【０００８】
移動路９に沿って、側板３，５には、移動路９に臨む側に金属電極（以下、単に「電極」という）が付着されている。電極は、互いに対向する第１電極１１，１１と互いに対向する第２電極１２，１２とから成っている。本実施例では、第１電極１１，１１と第２電極１２，１２とは、周方向に区分した弧状に形成されており、第１電極１１，１１が図８（ａ）の安定状態を中心とする比較的狭い検出角度範囲（定常状態の判定角度範囲）θ１に広がっており、第２電極１２，１２が残りの比較的広い角度範囲（傾斜状態判定角度範囲）θ２に渡って広がっている。第１電極１１，１１の検出角度範囲θ１と第２金属電極１２，１２の検出角度範囲θ２は、互いに相補的に配置されており、トータルで３６０度の範囲をカバーしている。
【０００９】
検出角度範囲θ１でボール６が検知されるときには、傾斜センサ１は定常状態にあると判定される。また、検出角度範囲θ２でボール６が検知されるときには、傾斜センサ１は傾斜状態にあると判定される。第１電極１１，１１及び第２電極１２，１２について、外部との電気的接続を確保する接続端子１３，１４が設けられている。
【００１０】
図９は、図８に示す傾斜センサ１の出力例である。この例では、電極間の容量（静電容量）の時間変化がグラフとして示されている。太実線で示すグラフが第１電極１１，１１間での容量の変遷であり、破線で示すグラフが第２電極１２，１２間での容量の変遷を示すグラフである。移動路９でボール６が存在する電極については、移動路９の電極間距離Ｘからボール径Ｚを除いた間隔（Ｘ−Ｚ）が小さいため、静電容量が大きい。また、静電容量は、対向する電極の面積に比例する。したがって、図８（ａ）に示すように、ボール６が第１電極１１，１１間の定常位置に有るときには、第１電極１１，１１間の静電容量は、存在していない（ボール６は第２電極１２，１２間に存在している）ときよりも大きい。また、第２電極１２，１２間の静電容量は、ボール６が第２電極１２，１２間に位置する状態の方が、存在していない（第１電極１１，１１間に存在している）ときよりも大きい。更に、第２電極１２，１２の面積が第１電極１１，１１の面積よりも広いため、定常状態では、第２電極間の容量が第１電極間の容量よりも大きい。
【００１１】
細実線で示す線は傾斜判定を行う閾値を示す線であり、この閾値を境に傾斜の判定がなされる。移動路９を移動するボール６が、電極間に存在する又は存在していない場合の静電容量の違いで、傾斜センサ１の定常状態は傾斜状態かが検知可能である。図９（ａ）に示すように、第１電極１１，１１間での容量がこの閾値を超えて低下し、第２電極１２，１２間での容量がこの閾値を超えて変化するとき、傾斜センサ１は傾斜状態にあることがわかる。しかしながら、温度変化など外的要因にて容量そのものが変化することがある。その容量変化の様子が図９（ｂ）に示されている。閾値は当初設定のとおりであるので、容量特性が変化してしまうと、例えば、第２電極１２，１２間での容量は、傾斜していなくても既に閾値を超えており、傾斜していると誤判定される。図示の状態では、第１電極１１，１１間の静電容量が閾値を下回ることが検出されれば、傾斜状態を判定可能であるが、この閾値を下回らないと、傾斜したにもかかわらず、傾斜していないと誤判定されるおそれがある。
【００１２】
上記の対向電極とそのギャップ内に移動可能に配置された移動体とを備えた傾斜センサについては、図１０に示すように、第１電極１５，１５及び第２電極１６，１６の面積（設けられる角度を１８０度にする）を同一にし、第１電極１５，１５間及び第２電極１６，１６間の静電容量差を測定し、その差が反転することにより傾斜判定を行うことが考えられる。この構造によれば、第１電極１５，１５及び第２電極１６，１６は共に１８０度の検出角度範囲θ３，θ４を持つ。ボール６が移動する移動量、即ち、第２電極１６，１６間まで移動すれば、第１電極１５，１５及び第２電極１６，１６間で検出される静電容量の大きさが反転するので、本体２が第１電極１５，１５でカバーする角度範囲を超えて傾斜したことを判定することができる。両電極の出力である静電容量は、図１１（ａ）に示すように、ボール６が定常状態と傾斜状態との境界を通過するときに互いにクロスして静電容量差の値が正（ΔＱ）から負（−ΔＱ）、或いはその逆に反転する。図１１（ｂ）に示すように、温度変化に起因して容量特性に変化が生じた場合、容量の差の大きさが変化する（ΔＱ’，−ΔＱ’）ことはあっても、定常状態又は傾斜状態のいずれかの状態ではその容量の差（｜ΔＱ’｜）は常に同じであり、定常状態と傾斜状態との間でボール６が動くときには容量の差の符号の逆転が必ず生じる。したがって、上記の傾斜していなくても傾斜（或いはその逆）しているという誤判定がなされる問題点を回避できる。しかしながら、両電極の面積を同じにすることに起因して、傾斜判定角度が１８０度に固定されてしまうという別の問題が生じる。
【特許文献１】特開２０００−２４１１６２号公報（段落［００１６］〜［００２３］、［００３１］、図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、移動体が移動路に沿って動くときに複数の並列に並んだ電極のそれぞれについての静電容量を計測し、各電極の静電容量に基づいて、移動体が判定角度範囲を越えて移動するのを判定可能にする点で解決すべき課題がある。
【００１４】
この発明の目的は、電極の面積を同じにして検知した容量の差の反転で傾斜を判定することで誤判定を回避しつつ、傾斜判定角度を１８０度に限ることない任意の角度に設定可能とす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】
【００１５】
上記の課題を解決するため、この発明による傾斜センサは、電極間に傾斜検知用の移動体を入れ、当該電極についての静電容量に基づいて移動体の動きを判定する傾斜センサであり、移動体の動きは円弧状移動路で定められる動きであり、電極は同一の大きさの面積を持ち円弧状移動路に沿う同心円状に配置された２つ以上の電極であり、電極は移動体の動きについて傾斜判定の範囲を定める判定角度部で内外周が逆転配置されていることから成っている。
【００１６】
この傾斜センサによれば、電極間に入れられた傾斜検知用の導電性を有する移動体は、円弧状移動路で定められる動き、即ち、円弧状の経路を辿る動きをする。円弧状移動路に関して、同一の大きさの面積を持つ２つ以上の電極が移動路に沿う同心円状に配置されており、しかも、複数の電極は、移動体の動きについて傾斜判定の範囲を定める判定角度部で内外周が逆転配置されている。移動体が判定角度部を通過して移動するとき、内外周の電極について検出される静電容量の変化を捉えることで、傾斜センサの傾き（又は、移動体の動き）が傾斜判定の範囲を超えるものであるか否かの判定をすることができる。
【００１７】
上記の傾斜センサにおいて、電極を二つの電極から構成し、一方の電極については、定常状態判定範囲と傾斜状態判定範囲とで逆転配置されている内外周側の各電極部を、両判定範囲を区分する二つの判定角度部の一方に対応する接続部によって接続させ、他方の電極については、判定範囲とで逆転配置されている内外周側の各電極部を、判定角度部の他方に対応する接続部によって接続させることができる。この傾斜センサによれば、内外周が逆転配置される電極部は、定常状態判定範囲と傾斜状態判定範囲とを区分する二つの判定角度部のそれぞれに設けられる接続部で接続され、接続部による両判定範囲への影響を可及的に少なくすることができる。
【００１８】
接続部で接続された二つの電極を備える上記の傾斜センサにおいて、定常状態判定範囲及び傾斜状態判定範囲とのそれぞれにおいて、内周側の電極部の幅を外周側の電極部の幅よりも広くすることにより、内周側の電極部と外周側の電極部の面積を同一大きさに設定することができる。定常状態判定範囲及び傾斜状態判定範囲とのそれぞれにおいて内周側の電極部と外周側の電極部の面積を同一大きさに設定することで、移動体が判定角度部を越えて移動するときの各電極についての静電容量の差を把握し易くなる。また、内周側の電極部と外周側の電極部の面積を同一大きさにすることは、電極幅の調整によって容易に設定することができる。
【００１９】
接続部で接続された二つの電極を備える上記の傾斜センサにおいて、各電極部と移動体との間の距離を、両電極部を接続する接続部を境に定常状態判定範囲と傾斜状態判定範囲とで逆転させることが好ましい。移動体の表面形状に工夫を施して定常状態判定範囲又は傾斜状態判定範囲において各電極部と移動体との間の距離を異ならせることで、各電極部と移動体との間の距離が接続部を境に逆転させることができる。電極部は角度判定部において内外周で逆転配置されているので、移動体が角度判定部を越えて円弧状移動路を移動するとき、移動体と各電極部との間の距離は接続部を境に逆転され、検出される静電容量に変化を生じさせることができる。
【００２０】
上記各傾斜センサにおいて、電極を円弧状移動路の各側でそれぞれ同心円状に配置された２つ以上の電極とし、各電極を円弧状移動路を挟んで対向配置させることができる。この場合、各電極は対称配置となり、部品数の低減にも寄与することができる。
【００２１】
上記各傾斜センサにおいて、移動体が判定角度部を越えて移動するときに２つの電極についての静電容量の差が反転することで、傾斜判定がなされることから成る。各電極についての静電容量の差を取る場合には、移動体が存在しない電極部が寄与する容量を互いに相殺することができるとともに、移動体が存在する電極部の静電容量の差を正味の差とすることができ、静電容量の差の符号が反転することで移動体が判定角度部を越えて移動することを判定することができる。
【００２２】
上記各傾斜センサにおいて、移動体はボールとすることができる。ボールを移動体として用いる場合、ボールは円弧状移動路を転がることで移動し易く、更に、同心状の電極から球表面への距離は、通常、異なるものとなる。
【００２３】
また、上記各傾斜センサにおいて、移動体は、大円柱体の端面に小円柱体を重ねた積み重ね円柱体とすることができる。積み重ね円柱体を移動体として用いる場合、積み重ね円柱体は円弧状移動路を転がることで移動し易い。更に、同心状の電極から円柱体の端面への距離は、大小の円柱体の端面の差だけ異なるものとなる。
【００２４】
更に、上記各傾斜センサにおいて、移動体は、当該移動体が浸漬する高粘性液体とともに、センサ内部に封入することができる。高粘性液体は移動体の動きに対する粘性抵抗を与え、移動体の盲動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明による傾斜センサは、上記のように構成されているので、電極間に入れられた傾斜検知用の導電性を有する移動体は、円弧状移動路で定められる円弧状の経路を辿る動きをし、移動体が判定角度部を通過して移動するとき、内外周の電極について検出される静電容量（又は両静電容量の差）が変化する。この静電容量の変化を捉えることで、傾斜センサの傾き（又は、移動体の動き）が傾斜判定の範囲を超えるものであるか否かの判定をすることができる。更に、複数の電極の面積を同じにして検知した容量の差の反転で傾斜を判定可能とすることで、温度変化に伴って生じる容量特性変化起因した誤判定を回避することができ、しかも、判定角度部は任意角度の位置に設定可能であるので、傾斜判定角度を１８０度に限ることがなく傾斜判定の角度を任意角度に設定可能な傾斜センサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による傾斜センサの実施例を説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、この発明による傾斜センサの一実施例であり、（ａ）は感度軸方向に平行な平面で切断した正面断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は傾斜状態にある傾斜センサの（ａ）と同様の断面図である。図２は図１（ｂ）電極部Ｄの拡大図、図３は傾斜判定角度を変更した例を示す図１（ａ）と同様の断面図である。傾斜センサの基本的な構成は、図８に示した従来のものと同様であるので、同じ機能を奏する部材や部位には同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。
【００２８】
図１に示す実施例において、傾斜センサ２０は、転倒・傾斜などに起因して、加速度を受け移動する移動体としてのボール６を入れた容器状の本体２２の電極間の静電容量を測定し、ボール６が動くことによる静電容量の変化を検出するセンサである基本的な点で従来のものと変わりはない。傾斜センサ２０の本体２２の構造は、ガラス板などの導電性の無い側板２３と、シリコンなどの導電性の有る側板２４と、中間板２５とからなる三層積層構造である。また、中間板２５は、更に、ガラス板などの導電性の無い板２５ａと、シリコンなどの板２５ｂとの積層構造である。
【００２９】
本実施例の特徴となる点は、電極の構造であり、二つの面積同一の電極３１，３２が同心円状に配置されており、且つ判定角度部で内外周を逆転配置されている。即ち、電極３１については、定常状態判定角度θ１の範囲では外周側電極部３１ａとなっており、残る傾斜状態判定角度θ２の範囲では内周側電極部３１ｂとなっている。内外両電極部３１ａ，３１ｂは、両判定角度の一方の境界上で接続部３１ｃによって互いに接続されている。また、電極３２については、定常状態判定角度θ１の範囲では内周側電極部３２ａとなっており、残る傾斜状態判定角度θ２の範囲では外周側電極部３２ｂとなっている。内外両電極部３２ａ，３２ｂは、両判定角度の境界の他方で接続部３２ｃによって互いに接続されている。なお、電極３１，３２は、非導電性の側板２３にのみ付着して設けられている。
【００３０】
定常状態判定角度θ１と傾斜状態判定角度θ２の範囲内（ただし、接続部３１ｃ，３２ｃを除く）で、両電極部３１ａと３１ｂとの面積和は、両電極部３２ａと３２ｂとの面積和と同一になるように調整されている。具体的には、角度θ１の範囲内で内周側電極部３２ａの幅Ｗ２は外周側電極部３１ａの幅Ｗ１よりも広く設定されている。また、角度θ２の範囲内で内周側電極部３１ｂの幅は外周側電極部３２ｂの幅よりも広く設定されている。また、接続部３１ｃ及び接続部３２ｃの面積についても、同一になるように調整されている。その結果、電極３１と電極３２との面積は全体としても同一に調整されていることになり、仮にボール６が封入されていなければ、電極３１及び電極３２が検出する静電容量は等しくなる。
【００３１】
図１（ａ）に示すようにボール６が定常状態の位置を占めている場合には、ボール６と各電極部３１ａ，３２ａとの配置は、詳細には図１（ｂ）のＤの部分を拡大した図２に示されている関係にある。即ち、ボール６の表面６ａは球表面であるので、表面６ａとの間の距離については、内周側電極部３２ａの距離（平均的な距離Ｌ１）が外周側電極部３１ａの距離（平均的な距離Ｌ２）よりも短い。外周側電極部３１ａと内周側電極部３２ａとの面積が同一に調整されているので、電極３１ａ，３２ａについての静電容量の大きさは電極部３１ａ，３２ａとボール６の表面６ａとの間の距離の長短に依存し、内周側電極部３２ａと３２ｂについての静電容量の方が外周側電極部３１ａと３１ｂについての静電容量よりも大きくなっている。また、接続部３１ｃ及び３２ｃが寄与する静電容量は同じである。その結果、ボール６が定常状態の位置を占めている場合、電極３２についての静電容量は、電極３１についての静電容量よりも大きい。
【００３２】
図１（ｄ）に示す傾斜センサ２０の傾斜状態においては、ボール６は、傾斜状態判定角度θ２の範囲に移動している。このとき、ボール６の表面６ａとの間の距離については、内周側電極部３１ｂの方が外周側電極部３２ｂよりも短い。ボール６が傾斜状態の位置を占めている場合には、電極３１が検出する静電容量は、電極３２が検出する静電容量よりも大きい。これにより、電極３１及び電極３２が検出する静電容量差の正負符号の逆転をすることで、センサ２０が傾斜判定部（接続部３２ｃ）を超えて傾斜したか否かを判定することができる。また、温度変化などの外的要因によって、各電極が検出する静電容量がたとえ変動する場合であっても、その静電容量差を取ることにより、そうした変動が相殺され、温度変化に影響されにくい傾斜センサ２０となる。
【００３３】
また、各電極を同心円状に電極を配置したことにより、電極形状を換えれば、傾斜判定角度を簡単に変更することができる。即ち、図３は、定常及び傾斜の判定角度の範囲を変更した例を示す図である。図３に示す実施例では、電極３１及び電極３２と比較して、接続部で区切る円弧状の長さを異ならせた電極３１’及び電極３２’を用いた変形例である。この変形例では、定常状態判定角度の範囲θ１’は、図１に示す範囲θ１よりも広く取られるが（傾斜状態判定角度の範囲θ２は、逆に狭い範囲θ２’とされる）、このことは設計の段階で容易に変更することができる。
【００３４】
次に、傾斜検出回路の一例について説明する。一般に、平行平板の静電容量は、以下の式で表される。
［静電容量］＝［誘電体の誘電率］＊［平板の面積］／［平板間の距離］ 式（１）
式（１）を実施例１（図１）に当てはめて考えると、ボール６が動くことにより、
［定常時の電極３１〜ボール６の隙間］＝［傾斜時の電極３２〜ボール６の隙間］
＞［定常時の電極３２〜ボール６の隙間］＝［傾斜時の電極３１〜ボール６の隙間］であり、また、定常時と傾斜時での変数は、電極３１，３２〜ボール６の隙間（上記式（１）において言えば、［平板間の距離］に相当）のみであるから、
［定常時の電極３２の静電容量］＝［傾斜時の電極３１の静電容量］
＞［定常時の電極３１の静電容量］＝［傾斜時の電極３２の静電容量］
となる。
【００３５】
図４は、本発明による傾斜センサと組み合わせて適用される傾斜・転倒の検出回路の例を示す図である。図４（ａ）は作動アンプ部を有するアナログ回路の一例の概略図、図４（ｂ）はマイクロコンピュータを用いる場合の概略図である。上記各電極３１，３２の出力（静電容量や電気抵抗など）を差動アンプ４１、マイコン４２のＡ／Ｄポート又はＩ／Ｏポートに入力し演算して、電極３１及び電極３２の静電容量の差を判定し、転倒・傾斜を検知する。
【００３６】
この時の定常状態と傾斜状態とでの出力は、図５に示すようになる。即ち、図５（ｂ）は電極３１の静電容量の出力を示すグラフであり、定常状態にある当初の段階ではボール６が図１（ａ）〜（ｃ）に示す位置にあり、ボール表面６ａとの間の距離が長いために、静電容量が小さい。その後、傾斜状態に移行すると、図１（ｄ）に示す状態となり、ボール表面６ａとの間の距離が短くなるために、静電容量が大きくなる。いずれの状態でも、その状態が持続される間は、容量の値は一定である。閾値を超えた場合に傾斜の判定が行われる。電極３２との容量差を判定したグラフが図５（ａ）に示されている。容量差を判断の対象としているので、容量差の符号が反転する位置で定常（通常）状態から傾斜（転倒）状態に変化したことが判る。また、温度変化などで誘電率が変化し、容量が変化する場合でも、本発明の電極形状により、容量差ＥとＦは常に同じになるため、温度補償の必要がなく安価な回路にできる。
【実施例２】
【００３７】
本発明による傾斜センサの別の実施例を図６を参照して説明する。図６に示す実施例は図１に示す実施例１の構造違いであり、図１（ｂ）と同様な断面図で示されている。図６に示す傾斜センサ５０においては、図１に示す傾斜センサ２０と同等の部材及び位置については、傾斜センサ２０で用いられている符号と同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する。センサの本体５２は、導電性の無いガラス板から成る側板５３，５４と、側板５３，５４間に挟まれたシリコン板のような中間板５５とから形成されている。キャビティ５２ａに臨む側板５３の位置には、同心円状で各判定角度で内外周の配置を逆転させた電極５６（外周側電極部５６ａ，内周側電極部５６ｂ），５７（内周側電極部５６ａ，外周側電極部５６ｂ）が付着されている。また、側板５４のキャビティ５２ａに臨む位置には、電極５６，５７に互いに対向する状態で電極５８（外周側電極部５８ａ，内周側電極部５８ｂ），５９（内周側電極部５９ａ，外周側電極部５９ｂ）が設けられている。同心状電極５６〜５９を両側の側板５３，５４に設定しても、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、ボール６の入っている部分の形状については、実施例１において側板２３，２４に形成されている窪み８，８と同様の窪みを形成することなく平らであってよい。
【実施例３】
【００３８】
本発明による傾斜センサの更に別の実施例として、キャビティ内にエチレングリコールのような粘性の高い液体を入れて、ボール６の動きを抑えてもよい。高粘性の液体は、傾斜・転倒以外の振動・衝撃などに起因してボール６が動こうとするときに、その動きに対する粘性抵抗として作用し、ボール６の動きを抑制するので、センサの誤動作を防止することができる。
【実施例４】
【００３９】
本発明による傾斜センサの更に他の実施例が、図７に示されている。図７は、図１（ｄ）の電極部の拡大図と同様の図であるが中間板６５のみならず、両側板６３，６４までの広い範囲に描かれている。また、構成要素及び部位について、実施例１と同じものについては、実施例１に付されたのと同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する。図６に示す傾斜センサ６０においては、移動体６６がボールのような球状ではなく、円板を重ね合わせた円柱体とされている。即ち、移動体６６は、大円柱体６７とその端面６８，６８に小円柱体６９，６９を同じ軸線６６ａを共通させて重ねた段付きの円柱体である。一方の電極７１は小円柱体６９の端面７０に対向し、他方の電極７２は大円柱体６７の端面６８であって小円柱体６９の外側に広がる環状端面に対向している。これによって、電極７１，７２は、移動体６６との間の距離に差異を生じている。移動体６６は、円柱体形状であっても、ボールの場合と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明による傾斜センサの一実施例を示す図である。
【図２】図１に示す一部を拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示す実施例に対して、定常及び傾斜の判定角度の範囲を変更した例を示す図である。
【図４】本発明による傾斜センサと組み合わせて適用される傾斜・転倒の検出回路の例を示す図である。
【図５】図１に示す傾斜センサの定常状態と傾斜状態とでの出力の一例を示すグラフである。
【図６】本発明による傾斜センサの別の実施例を示す図である。
【図７】本発明による傾斜センサの更に他の実施例を示す図である。
【図８】従来の傾斜センサの一例を示す図である。
【図９】図８に示す傾斜センサの出力例を示すグラフである。
【図１０】従来の傾斜センサの別例を示す図である。
【図１１】図１０に示す傾斜センサの出力例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１ 傾斜センサ ２ 本体
３，４ 側板 ５ 中間板
６ 移動体（ボール） ６ａ 表面
７ 貫通孔 ７ａ 稜線
８，８ 窪み
９ 移動路 １０ 注入部
１１，１１ 第１電極 １２，１２ 第２電極
１３，１４ 接続端子
２０ 傾斜センサ ２２ 本体
２３ 側板（導電性無し） ２４ 側板（導電性有り）
２５ 中間板
２５ａ 板（導電性無し） ２５ｂ 板
３１，３２，３１’３２’ 電極
３１ａ 外周側電極部 ３１ｂ 内周側電極部
３１ｃ 接続部
３２ａ 内周側電極部 ３２ｂ 外周側電極部
３２ｃ 接続部
４１ 差動アンプ ４２ マイコン
５０ 傾斜センサ
５２ 本体 ５２ａ キャビティ
５３，５４ 側板 ５５ 中間板
５６，５７ 電極 ５８，５９ 電極
６０ 傾斜センサ
６３，６４ 側板 ６５中間板
６６ 移動体 ６６ａ 軸線
６７ 大円柱体 ６８ 端面
６９ 小円柱体 ７０ 端面
７１，７２ 電極
θ１，θ１’ 定常状態判定角度の範囲
θ２，θ２’ 傾斜状態判定角度の範囲
Ｌ１，Ｌ２ 表面６ａと電極との間の距離
Ｗ１ 幅（外周側） Ｗ２ 幅（内周側）
Ｚ ボール径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間に傾斜検知用の移動体を入れ、当該電極についての静電容量に基づいて前記移動体の動きを判定する傾斜センサにおいて、前記移動体の動きは円弧状移動路で定められる動きであり、前記電極は同一の大きさの面積を持ち前記円弧状移動路に沿う同心円状に配置された２つ以上の電極であり、前記電極は前記移動体の動きについて傾斜判定の範囲を定める判定角度部で内外周が逆転配置されていることから成る傾斜センサ。
【請求項２】
前記電極は二つの電極から成り、一方の前記電極は、定常状態判定範囲と傾斜状態判定範囲とで逆転配置されている内外周側の各電極部が、前記両判定範囲を区分する二つの判定角度部の一方に対応する接続部によって接続されており、他方の前記電極は、前記判定範囲とで逆転配置されている内外周側の各電極部が、前記判定角度部の他方に対応する接続部によって接続されていることから成る請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項３】
前記定常状態判定範囲及び前記傾斜状態判定範囲とのそれぞれにおいて、前記内周側の電極部の幅を前記外周側の電極部の幅よりも広くすることにより、前記内周側の電極部と前記外周側の電極部の面積が同一大きさに設定され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４】
前記各電極と前記移動体との間の距離が、前記両電極部を接続する前記接続部を境に前記定常状態判定範囲と前記傾斜状態判定範囲とで逆転していることから成る請求項２又は３に記載の傾斜センサ。
【請求項５】
前記電極は前記円弧状移動路の各側でそれぞれ同心円状に配置された２つ以上の電極であり、前記各電極は前記円弧状移動路を挟んで対向配置されていることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項６】
前記移動体が前記判定角度部を越えて移動するときに前記２つの電極についての静電容量の差が反転することで、前記傾斜判定がなされることから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項７】
前記移動体はボールであることから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項８】
前記移動体は、大円柱体の端面に小円柱体を重ねた積み重ね円柱体であることから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項９】
前記移動体は、当該移動体が浸漬する高粘性液体とともに、センサ内部に封入されていることから成る請求項１〜８のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項１】
電極間に傾斜検知用の移動体を入れ、当該電極についての静電容量に基づいて前記移動体の動きを判定する傾斜センサにおいて、前記移動体の動きは円弧状移動路で定められる動きであり、前記電極は同一の大きさの面積を持ち前記円弧状移動路に沿う同心円状に配置された２つ以上の電極であり、前記電極は前記移動体の動きについて傾斜判定の範囲を定める判定角度部で内外周が逆転配置されていることから成る傾斜センサ。
【請求項２】
前記電極は二つの電極から成り、一方の前記電極は、定常状態判定範囲と傾斜状態判定範囲とで逆転配置されている内外周側の各電極部が、前記両判定範囲を区分する二つの判定角度部の一方に対応する接続部によって接続されており、他方の前記電極は、前記判定範囲とで逆転配置されている内外周側の各電極部が、前記判定角度部の他方に対応する接続部によって接続されていることから成る請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項３】
前記定常状態判定範囲及び前記傾斜状態判定範囲とのそれぞれにおいて、前記内周側の電極部の幅を前記外周側の電極部の幅よりも広くすることにより、前記内周側の電極部と前記外周側の電極部の面積が同一大きさに設定され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４】
前記各電極と前記移動体との間の距離が、前記両電極部を接続する前記接続部を境に前記定常状態判定範囲と前記傾斜状態判定範囲とで逆転していることから成る請求項２又は３に記載の傾斜センサ。
【請求項５】
前記電極は前記円弧状移動路の各側でそれぞれ同心円状に配置された２つ以上の電極であり、前記各電極は前記円弧状移動路を挟んで対向配置されていることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項６】
前記移動体が前記判定角度部を越えて移動するときに前記２つの電極についての静電容量の差が反転することで、前記傾斜判定がなされることから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項７】
前記移動体はボールであることから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項８】
前記移動体は、大円柱体の端面に小円柱体を重ねた積み重ね円柱体であることから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【請求項９】
前記移動体は、当該移動体が浸漬する高粘性液体とともに、センサ内部に封入されていることから成る請求項１〜８のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１６３１８４（Ｐ２００７−１６３１８４Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５６８１５（Ｐ２００５−３５６８１５）
【出願日】平成１７年１２月９日（２００５．１２．９）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月９日（２００５．１２．９）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【Ｆターム（参考）】
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