傾斜検出器及びモーションセンサー
【課題】検出信号を任意の方向に絞り込むことができる傾斜検出器及びモーションセンサーを提供する。
【解決手段】傾斜検出器は、互いの凹部Ｓ１，Ｓ２を向き合わせつつ、凹部Ｓ１，Ｓ２間に間隙を設ける絶縁体８を配置した一対の電極３Ａ，３Ｂと、凹部Ｓ１，Ｓ２内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体７Ａと、を有する検出器であって、可導体７Ａが電極３Ａ，３Ｂの凹部Ｓ１，Ｓ２内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて検出器の傾斜状態を検出する。
【解決手段】傾斜検出器は、互いの凹部Ｓ１，Ｓ２を向き合わせつつ、凹部Ｓ１，Ｓ２間に間隙を設ける絶縁体８を配置した一対の電極３Ａ，３Ｂと、凹部Ｓ１，Ｓ２内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体７Ａと、を有する検出器であって、可導体７Ａが電極３Ａ，３Ｂの凹部Ｓ１，Ｓ２内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて検出器の傾斜状態を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜状態を検出する傾斜検出器及びそれを用いたモーションセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人、動物、及び物体の動きを検出して制御に用いる機器には様々なものが存在する。このような機器に用いられ、人、動物、及び物体の動きを検出するセンサーは広くモーションセンサーと呼ばれることがある。このようなモーションセンサーには、加速度センサー、角速度センサーなどが用いられ、用途によって複数のセンサーを組み合わせて使用されるものがある。
【０００３】
例えば特許文献１では、球状の電極内に球状の導電性可動体が挿入された傾斜・振動センサーで、導電性可動体と一対の電極とが接触状態であるか非接触状態であるかを検出することによって、振動や傾斜角度を検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６５０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の傾斜・振動センサーをＸ軸とＹ軸とに設置し、モーションセンサーを構成した場合、Ｘ軸方向の振動が発生した際に、Ｘ軸、Ｙ軸に設置したセンサーは電極及び導電性可動体がともに球状のため、Ｘ軸のセンサーだけでなく、Ｙ軸のセンサーも反応し、両方のセンサーで信号を検出してしまう。また振動が大きい場合、可動体が電極内部で円運動を行うことでＯＮ−ＯＦＦを繰り返してしまう。これらの現象のため、一定方向の振動に対する信号の信頼性は低くなると言う課題がある。また、上記の現象に対する補正を行う場合、傾斜情報を処理する際の処理データ量が多くなってしまうという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
〔適用例１〕互いの凹部を向き合わせつつ、該凹部間に間隙を設ける絶縁体を配置した一対の電極と、該凹部内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体と、を有する検出器であって、前記可導体が前記電極の前記凹部内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて前記検出器の傾斜状態を検出することを特徴とする傾斜検出器。
【０００８】
適用例１の傾斜検出器では、電極を円筒状に構成し、底面を絶縁体で構成しているため、可動体の回転は側面側に限定される。これにより、可動体の動きを限定できるため、検出信号は任意の方向に絞り込むことができる。
【０００９】
〔適用例２〕上記傾斜検出器であって、前記電極の前記凹部は、半円筒形であることを特徴とする傾斜検出器。
【００１０】
適用例２の傾斜検出器では、電極が対称な半円筒形状であるため、導通の位置が対称となる。そのため検出情報から設定した軸方向を正確に判定することができる。また導通の位置が非対称の場合に比べ、情報処理量も減らすことができる。
【００１１】
〔適用例３〕上記傾斜検出器であって、前記可動体は、円柱状であり、かつ導電性を有する表面部を備えることを特徴とする傾斜検出器。
【００１２】
適用例３の傾斜検出器では、可動体を円柱形状（円柱状）にすることで、電極の円筒内で側面方向のみに回転が可能であるため、検出したい信号を電極の側面側に限定できる。これにより検出信号を任意の方向に絞り込むことができるため、検出信号の信頼性が向上する。
【００１３】
〔適用例４〕上記傾斜検出器であって、前記可動体は、球状であり、かつ導電性を有する表面部を備えることを特徴とする傾斜検出器。
【００１４】
適用例４の傾斜検出器では、可動体を球形状とするため、導通接触部が円柱状のような線接触でなく、点接触になるため、激しい回転等の際に円柱形状で生じる可能性のあるネジレ、ズレのために二点接触してしまうような誤作動を防止できる。
【００１５】
〔適用例５〕上記傾斜検出器であって、向き合った一対の前記電極のなす前記円筒形の直径及び高さは、前記円柱状の可動体の直径の１０１％以上かつ１３５％以下であることを特徴とする傾斜検出器。
【００１６】
適用例５の傾斜検出器では、電極の形成する円筒の、内部の円柱の直径及び高さと、可動体の円柱の直径を上記の関係にすることで、激しい回転の際にもネジレ、ズレを生じずに動きを一定方向に制御でき、検出信号の信頼性を向上できる。
【００１７】
〔適用例６〕上記傾斜検出器であって、向き合った一対の前記電極のなす前記円筒形の直径及び高さは、前記球状の可動体の直径の１０１％以上かつ１３５％以下であることを特徴とする傾斜検出器。
【００１８】
適用例６の傾斜検出器では、電極の形成する円筒の、内部の円柱の直径及び高さと、可動体の球の直径を上記の関係にすることで、激しい回転の際にも動きを一定方向に制御でき、検出信号の信頼性を向上できる。
【００１９】
〔適用例７〕上記傾斜検出器であって、向き合った一対の前記電極間の前記間隙２δは、前記可動体の半径をｒ、前記電極と前記可動体との接点と該可動体の円中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角をθとした際、δ＝ｒ・ｓｉｎθの関係を満たすとともに、２θが２０度以上かつ９０度以下であることを特徴とする傾斜検出器。
【００２０】
適用例７の傾斜検出器では、電極間距離を上記の関係にすることで、可動体が電極間をまたぐ際、接触せずに通過することを防げるため、信号を確実に検出できる。また十分に狭い角度であるため、高感度の検出を行うことができる。
【００２１】
〔適用例８〕上記傾斜検出器であって、向き合った一対の前記電極間の前記間隙２δは、前記可動体の半径をｒ、前記電極と前記可動体との接点と該可動体の球中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角をθとした際、δ＝ｒ・ｓｉｎθの関係を満たすとともに、２θが２０度以上かつ９０度以下であることを特徴とする傾斜検出器。
【００２２】
適用例８の傾斜検出器では、電極間距離を上記の関係にすることで、可動体が電極間をまたぐ際、接触せずに通過することを防げるため、信号を確実に検出できる。また十分に狭い角度であるため、高感度の検出を行うことができる。
【００２３】
〔適用例９〕互いの凹部を向き合わせつつ、該凹部間に間隙を設ける絶縁体を配置した一対の電極と、該凹部内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体と、を有する検出器であって、前記可導体が前記電極の前記凹部内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて前記検出器の傾斜状態を検出する傾斜検出器を複数用いることで、互いに交差する２軸の傾斜状態を検出することを特徴とするモーションセンサー。
【００２４】
適用例９のモーションセンサーでは、各検出器が電極を円筒状に構成し、底面を絶縁体で構成しているため、可動体の回転は側面側に限定される。これにより、可動体の動きを限定できるため、検出信号は任意の方向に絞り込むことができる。それにより、規定された配置でＸ方向の検出信号、Ｙ方向の検出信号を正確に検出できるため、精度の高いモーションセンサーを実現できる。
【００２５】
なお、以上述べた各構成は、本発明の趣向を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施例における傾斜検出器の一例である傾斜センサーの外観斜視図。
【図２】本実施例における支持体の外観図。
【図３】図１のＡ面に相当する位置で傾斜センサーを切断したときの断面図。
【図４】本実施例として導電性可動体と空間とのサイズバランスが崩れている状態を示す縦断正面図。
【図５】本実施例として導電性可動体と空間とのサイズバランスが崩れて不具合状態を示す縦断正面図。
【図６】図１の傾斜センサーの縦断横面図。
【図７】図１の傾斜センサーの外部電極側底面図。
【図８】本実施例として対向する内部電極間の隙間を広くして感度を下げる縦断正面図。
【図９】本実施例の使用用途を示すＸ軸、Ｙ軸の傾斜センサーの設置図。
【図１０】図９をＸ軸方向に回転させたときの信号発生角度図。
【図１１】（Ａ）は、傾斜センサーが水平位置にあって内部電極が導電性可動体を介して導電している状態を示す縦断正面図。（Ｂ）は、内部電極の開口部が、重力方向に垂直にある導通時の回路図。
【図１２】（Ａ）は、傾斜センサーが傾き内部電極が導電性可動体から離れ非導電の状態を示す縦断正面図。（Ｂ）は、内部電極の開口部が、重力方向に垂直から傾き非導通にあるときの回路図。
【図１３】本実施例として傾斜センサーをＸ、Ｙ、Ｚの３軸に並べた斜視図。
【図１４】本実施例として傾斜センサーを組み込んだモーションセンサーを対象物に取り付けた一例の図。
【図１５】本実施例としてモーションセンサーを人体に取付け行動した発生信号を示す図。（Ａ）は、本実施例におけるモーションセンサーのＸ方向移動時の信号、（Ｂ）は、本実施例におけるモーションセンサーのＹ方向移動時の信号、（Ｃ）は、本実施例におけるモーションセンサーのＸＹ方向移動時の信号、（Ｄ）は、３軸とも球状センサーのＸ方向移動時の信号、（Ｅ）は、３軸とも球状センサーのＸ方向移動時の信号。
【図１６】変形例１としての傾斜センサーが水平位置にあって内部電極が球状導電性可動体を介して導電している状態を示す縦断横面図。
【図１７】変形例２としての内部電極を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
Ａ．実施例の構成：
以下、実施例について、図面に従って説明する。
図１は、本実施例における傾斜検出器の一例である傾斜センサーの外観傾斜図である。傾斜センサー１は、支持体２Ａ，２Ｂ、支持体２Ａに設けられた空間領域（凹部）Ｓ１、支持体２Ｂに設けられた空間領域（凹部）Ｓ２、空間領域Ｓ１，Ｓ２で構成される空間領域Ｓが基枠をなす。その曲面部に非接触状態で設けられた、内部電極３Ａ，３Ｂ（本発明の電極に該当）、外部電極４Ａ，４Ｂ、基枠の底面部を構成する絶縁部５Ａ，６Ｂ，６Ａ，５Ｂ、基枠に内包された円柱形状（円柱状）の導電性可動体７Ａ、及び支持体２Ａと支持体２Ｂとの間に隙間を持たせる絶縁体８、とを備えて傾斜センサー１を構成している。
【００２８】
傾斜センサー１は、略円筒状の空間領域Ｓの側面に内部電極３Ａ，３Ｂを配し、導電性可動体７Ａを空間領域Ｓ内に納めることで、導電性可動体７Ａが内部電極３Ａ，３Ｂ両方に接触する場合には通電し、どちらか一方のみに接触する場合には非通電になる。導電性可動体７Ａは傾斜センサー１の姿勢により移動するため、通電／非通電に応じて傾斜センサー１の位置情報が得られる。
【００２９】
また傾斜センサー１は、略円筒状の空間領域Ｓの底面に絶縁部５Ａ，６Ｂ、反対面に絶縁部６Ａ，５Ｂを有する。絶縁部５Ａ，６Ｂ，６Ａ，５Ｂにより、導電性可動体７Ａを介しての底面での導通防止の役割を果たす。そのため、側面でのみ導通が起きるのでＳＮ比が高くなる。
【００３０】
空間領域Ｓと、内包されている導電性可動体７Ａは互いに円柱形状であり、お互いの側面は側面に向かい合うように、底面は底面に向かい合うように配置されているため、一方向にのみ可動する。そのため、導電性可動体７Ａが様々な方向から力を受けても、任意の方向の力に反応して動くため、様々な傾斜による信号検出が起きづらくなる。結果として検出信号が測定したい方向の情報であるという信頼性が向上する。
【００３１】
導電性可動体７Ａは、円柱形状であり、空間領域Ｓ内に配置されている。導電性可動体７Ａは切削や金型などの方法で加工されたものである。このほかに表面を金メッキするなどの方法で作成する。材質の比重により選択することで対象に適した感度にすることができる。特に真鍮などが好適である。また導電性可動体７Ａは略同様の位置で回転を繰り返し、回転する際に内部電極３Ａ，３Ｂを傷つける虞があるため、面取りをすることが望ましい。
【００３２】
図２は、本実施例における支持体２Ａの外観図である。支持体２Ａは、絶縁部５Ａ，６Ａと内部電極３Ａと外部電極４Ａとを備えている。支持体２Ａは、直方体の材料に対し、切削や金型、プレスなど材質に適用した方法で半円筒状に加工され空間領域Ｓ１を形成することで形成される。支持体２Ａは耐久性という観点から、ＳＵＳや真鍮のような材料を用いるのが好ましい。
【００３３】
内部電極３Ａは、空間領域Ｓ１の側面に対し、金メッキ処理を施すことで形成される。金メッキが良い理由として導電性が良い。外部電極４Ａは、内部電極３Ａと接合されており、接着等の加工方法にて、導電性物質で形成されている。図２では円筒の側面方向から内部電極３Ａと接続するように記載されているが、例えば円筒の底面方向から接続させても構わない。絶縁部５Ａ，６Ａは、支持体２Ａに対し未処理若しくは樹脂系の塗料や絶縁シート等で絶縁処理されて形成される。支持体２Ｂも上述した支持体２Ａと同様に加工・形成されている。
【００３４】
図３は、図１のＡ面に相当する位置で傾斜センサー１を切断したときの断面図である。換言すれば、傾斜センサー１が水平位置にあって内部電極３Ａ，３Ｂが導電性可動体７Ａを介して導電している状態を示す縦断正面図である。支持体２Ａの導電性処理が施された内部電極３Ａから外部に導通性物質で繋がった外部電極４Ａが備えられる。対向する支持体２Ｂも同様に導電性処理が施された内部電極３Ｂから外部に導通性物質で繋がった外部電極４Ｂを備える。
【００３５】
図３の支持体２Ａの内部電極３Ａと対向する支持体２Ｂの内部電極３Ｂが向き合うように絶縁体８を支持体２Ａ、支持体２Ｂに接続して空間領域Ｓ１と空間領域Ｓ２とから略円筒状の空間領域Ｓが形成され、内部に導電性可動体７Ａを内包しているため、空間領域Ｓから飛び出すことが防止される。
【００３６】
図３の支持体２Ａの内部電極３Ａ、支持体２Ｂの内部電極３Ｂへの導電性処理の範囲は重力方向に導通処理された外部電極４Ａ，４Ｂ側であれば処理範囲を支持体２Ａ，３Ｂの縁だけにできる。
【００３７】
図３の略円柱状の空間領域Ｓの直径Ｘは、導電性可動体７Ａの直径の１０１％≦Ｘ≦１３５％にする。１０１％より小さい場合だと導電性可動体７Ａの直径が空間領域Ｓに接触して可動しないため、傾斜センサー１にかかる傾きなどの動きに対応した信号が検出できないため、センサーとして動作できない。１３５％より大きい場合だと導電性可動体７Ａが空間領域Ｓ内でネジレ等の現象を起こすため、異常な信号が検出される。
【００３８】
図４は、本実施例として導電性可動体７Ａと空間とのサイズバランスが崩れている状態を示す縦断正面図である。換言すれば、導電性可動体７Ａの直径に対し空間領域Ｓを１３５％以上にした縦断正面図である。導電性可動体７Ａの直径に対し空間領域Ｓの直径が大きくなると支持体２Ａと支持体２Ｂ間の絶縁体８で決められた隙間との比率が変化し、ＯＮ／ＯＦＦ信号発生角度が大きくなる。このような状態の場合、導電性可動体７Ａが空間領域Ｓ内で回転以外の運動を行うことがある。
【００３９】
図５は、本実施例として導電性可動体７Ａと空間とのサイズバランスが崩れて不具合状態を示す縦断正面図である。換言すれば、図４における、導電性可動体７Ａがネジレた場合の図である。図のように、導電性可動体７Ａの両端が支持体２Ａと支持体２Ｂとに引っかかり、信号がＯＮのみの状態となる（二点接触状態）。また導電性可動体７Ａが引っかかる状態になると、内部電極３Ａ，３Ｂに傷が付くことで、内部電極３Ａ，３Ｂの劣化が生じてしまう。また引っかからない場合でも、通常の支持体２Ａ，２Ｂの絶縁体８を挟んだ領域と導電性可動体７Ａとでの接触である、線状接触以外に、上述の二点接触状態が起きるため、検出の際のノイズが増えてしまう。
【００４０】
図６は、図１の傾斜センサー１の縦断横面図である。換言すれば、傾斜センサー１が水平位置にあって内部電極３Ａ，３Ｂが円柱形状の導電性可動体７Ａを介して導電している状態を示す縦断横面図である。略円筒状の空間領域Ｓに内包されている導電性可動体７Ａは円柱形状であり支持体２Ａの内部電極３Ａに対して絶縁部５Ａと絶縁部６Ａとへの動きを制限できる構造となっている。絶縁体８は、支持体２Ａの支持体２Ｂと接合する面全体に厚みを持つように備えられている。このように絶縁体８を配することで、支持体２Ａと支持体２Ｂとの間に一定の距離を設けることができる。これにより、内部電極３Ａと内部電極３Ｂとが導通することを防止している。また支持体２Ａと支持体２Ｂとの間に生じる隙間を埋めているため、内部の密閉を行うことができる。これにより湿度や結露、防水等による検出信号変化を低減することができる。
【００４１】
図６の空間領域Ｓ１（Ｓ）の高さＹは、導電性可動体７Ａの高さの１０１％≦Ｙ≦１３５％にする。１０１％より下であれば導電性可動体７Ａの直径が空間領域Ｓに接触して可動せず信号がでないため、センサーとして動作できない。１３５％より上であると図５で示したように、導電性可動体７Ａが空間領域Ｓ内でネジレ等の運動が起きるため、異常な信号が検出される。そのため検出感度が低下する。
【００４２】
図７は、図１の傾斜センサー１の外部電極４Ａ，４Ｂ側底面図である。換言すれば、内部底面絶縁部と外部電極４Ａ，４Ｂとの取り出しを示す裏面図である。外部電極４Ａは、内部電極３Ａから外部に取り出した電極であり、底面では支持体２Ａにスリットを作り保持する。外部電極４Ｂは、内部電極３Ｂから外部に取り出した電極であり、底面では支持体２Ｂにスリットを作り保持する。なお、図７のように外部電極４Ａ，４Ｂの取り出し場所を互い違いにすることにより、支持体２Ａ，２Ｂ間でのショートを防止することができる。
【００４３】
図７の支持体２Ａの半円筒の空間領域Ｓ１の底面には絶縁部５Ａ，６Ａ、支持体２Ｂの半円筒の空間領域Ｓ２の底面には絶縁部５Ｂ，６Ｂがあり、導電性可動体７Ａを介しての底面での導通を防止の役割を果たす。
【００４４】
また、外部電極４Ａ，４Ｂは絶縁体８により接触しないよう構成されている。このように構成することで外部電極４Ａ，４Ｂがショートするのを防ぐ。
【００４５】
図７より、空間領域Ｓの直径は、半円柱の外部電極４Ａ，４Ｂのそれぞれの底面における半径の和に、絶縁体８の厚さを加味する必要があることがわかる。
【００４６】
図８は、本実施例として対向する内部電極３Ａ，３Ｂ間の隙間を広くして感度を下げる縦断正面図である。図８（Ａ）は、支持体２Ａ，２Ｂ間にある絶縁体８を厚くした図である。支持体２Ａ，２Ｂのギャップ（絶縁体）８が増加する、感度は低下するが導電性可動体７Ａが転がりでる角度を４５度を最大として検出角度を大きくできる。θが４５度より大きい場合、導電性可動体７Ａがギャップ８部分に挟まり易くなり、スムーズな移動が妨げられてしまう。
【００４７】
逆に支持体２Ａ，２Ｂ間にある絶縁体８を薄くすれば支持体２Ａ，２Ｂのギャップ８が減少する、感度は向上するが導電性可動体７Ａが転がりでる角度を１０度を最小限に検出角度を小さくできる。θが１０度より小さい場合、導電性可動体７Ａがギャップ８部分で止まらず、接触不良となり、ギャップ８部分に導電性可動体７Ａがあっても信号が検出されない現象が発生する。
【００４８】
図８（Ｂ）は、ギャップ８と内部電極３Ａ，３Ｂ、導電性可動体７Ａの図である。
（記号説明）
Ｒ：内部電極３Ａ，３Ｂの半径
ｒ：導電性可動体７Ａの半径
δ：ギャップ８の半値幅
Φ：内部電極３Ａ，３Ｂの端部と内部電極３Ａ，３Ｂの中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角（内部電極３Ａ（３Ｂ）に居た導電球（導電性可動体）７Ａが傾いたときにギャップ８に転がり込み始める角度）
θ：内部電極３Ａ，３Ｂの端部と導電球７Ａの中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角（ギャップ８に居た導電球７Ａが傾いたときにギャップ８から転がり出始める角度）
【００４９】
（実施した一例）
ｒ＝１（ｍｍ）、Ｒ＝１．３５（ｍｍ）、θ＝２０（度）のとき、δ＝ｒ・ｓｉｎθ＝０．３４２、Φ＝ｓｉｎ―1（δ／Ｒ）＝ｓｉｎ―1（０．３４２／１．３５）＝１４．６７６（度）になり、導電球７Ａが内部電極３Ａ（３Ｂ）に居るときから傾いてギャップ８に転がり込み始める角度：Φと、導電球７Ａがギャップ８に居るときから傾くことで導電球７Ａがギャップ８から転がり出始める角度：θの関係を求めることができる。また上記関係が成り立つギャップ８＝２δであることもわかる。この関係式を用いることでθよりギャップ８＝２δを計算することができる。
【００５０】
Ｂ．センサーの動作
Ｂ−１．傾斜センサーの動作
次に対象物に設置したときの動作について説明する。
図９は、本実施例の使用用途を示すＸ軸、Ｙ軸の傾斜センサー１の設置図である。図９のように傾斜センサー１を側面方向にＸ軸、Ｙ軸方向に設置する。設置には支持体２Ａと支持体２Ｂとの開口部が重力方向に垂直になるように設置する。設置には各軸方向が９０度であれば間隔、位置は基板の配線次第の場所に実装できる。（Ａ）がＸ方向、（Ｂ）がＹ方向の動きを感知する。なるべく近くに実装したほうがＸ、Ｙ方向互いのデータが正確になりやすい。
【００５１】
図１０は、図９をＸ軸方向に回転させたときの信号発生角度図である。換言すれば、図８で内部電極３Ａ，３Ｂ間の隙間変更を行ったときの感度差信号（ＯＦＦ／ＯＮがθ＝１０度、θ＝４５度）を示す図である。図８のように支持体２Ａと支持体２Ｂとの間隔を絶縁体８の厚さに調整することにより信号発生角度が変化する。この図では、上段に傾斜センサー１のθ＝１０度を使い横軸の回転角度に対する導通の状態（ＯＮ表示）及び非導通の状態のイメージを示す。また、下段に傾斜センサー１のθ＝４５度を使い横軸の回転角度に対する導通の状態（ＯＮ表示）及び非導通の状態のイメージを示す。
【００５２】
図１１（Ａ）は、傾斜センサー１が水平位置にあって内部電極３Ａ，３Ｂが導電性可動体７Ａを介して導電している状態を示す縦断正面図である。換言すれば、導電性可動体７Ａが内部電極３Ａと内部電極３Ｂとに接触して導通状態の縦断正面図である。内部電極３Ａは外部電極４Ａに繋がり、内部電極３Ｂは外部電極４Ｂに繋がり傾斜センサー１の外部へ接続されている。
【００５３】
図１１（Ｂ）は、内部電極３Ａ，３Ｂの開口部が、重力方向に垂直にある導通時の回路図である。換言すれば、傾斜センサー１が図１１（Ａ）の状態の回路図である。回路２１には、直流電源２３と、回路２１に流れる電流を検出する検出部２４と、外部電極４Ａ、外部電極４Ｂが接続されたスイッチング部として機能するセンサー２０とが備えられる。この時スイッチ２２は閉じた状態にあるので回路２１には電流が流れる。
【００５４】
図１２（Ａ）は、傾斜センサー１が傾き内部電極３Ａ，３Ｂが導電性可動体７Ａから離れ非導電の状態を示す縦断正面図である。換言すれば、導電性可動体７Ａが支持体２Ｂの方向に傾き内部電極３Ｂのみに接触した非導通状態の縦断正面図である。導電性可動体７Ａは内部電極３Ａと内部電極３Ｂとに接触して導通していたが、傾斜センサー１が支持体２Ｂの方向に傾くことにより、導電性可動体７Ａが転がり内部電極３Ｂとのみ接触し、内部電極３Ａとは非接触となり非導通状態となる。
【００５５】
図１２（Ｂ）は、内部電極３Ａ，３Ｂの開口部が、重力方向に垂直から傾き非導通にあるときの回路図である。換言すれば、傾斜センサー１が図１２（Ａ）の状態の回路図である。回路２１には、直流電源２３と、回路２１に流れる電流を検出する検出部２４と、外部電極４Ａ、外部電極４Ｂが接続されたスイッチング部として機能するセンサー２０とが備えられる。この時スイッチ２２は開いた状態にあるので回路２１には電流が流れない。電流が流れない非導通状態になった場合は非導通信号が発生した傾斜センサー１の軸方向に異常が発生したことがわかる。
【００５６】
Ｂ−２．モーションセンサーの動作
次に、上述の傾斜センサーを適用する一例としてモーションセンサー５２の動作について説明する。
図１３は、本実施例として傾斜センサーをＸ、Ｙ、Ｚの３軸に並べた斜視図である。本実施例の傾斜センサー１をＸ軸、Ｙ軸対応として設置し、従来の球状傾斜センサー５０を３６０度対応させるためＺ軸対応として設置する。傾斜センサー１の設置にはＸ軸、Ｙ軸の開口部が重力方向に垂直になるように設置し、従来の球状傾斜センサー５０は開口部が重力方向に水平になるように設置する。このように設置することで、ＸＹ軸に球状Ｚ軸を追加することにより全方向感知センサーを実現できる。
【００５７】
図１４は、本実施例として傾斜センサー１を組み込んだモーションセンサー５２を対象物に取り付けた一例の図である。傾斜センサー１にＣＰＵや電源を含む信号検出回路１０を搭載してモーションセンサー５２として人の腰付近にＸ軸、Ｙ軸の方向を合わせて取り付けしＯＦＦ／ＯＮ信号を解析して行動を把握する。
【００５８】
図１５は、本実施例としてモーションセンサー５２を人体に取付け行動した発生信号を示す図である。換言すれば、実際に人に取り付けて行動した際の検出データである。参考に、球状傾斜センサー５０をＸ，Ｙ，Ｚの３軸に並べて人体に取付け行動した発生信号も示す。（Ａ）は、本実施例におけるモーションセンサー５２のＸ方向移動時の信号であり、（Ｂ）は、本実施例におけるモーションセンサー５２のＹ方向移動時の信号であり、（Ｃ）は、本実施例におけるモーションセンサー５２のＸＹ方向移動時の信号である。また、（Ｄ）は、３軸とも球状傾斜センサー５０のＸ方向移動時の信号であり、（Ｅ）は、３軸とも球状傾斜センサー５０のＹ方向移動時の信号である。
【００５９】
まず、従来の３軸とも球状傾斜センサー５０のデータを示す。（Ｄ）は、Ｘ方向（前後方向）に静止からゆっくり歩行から走るまでを５段階に分けて信号を検出したものである。また（Ｅ）は、Ｙ方向（前後方向）に３段階に分けて信号を検出したものである。（Ｄ）及び（Ｅ）より、移動方向とそれに直交する方向の信号が略同じだけでており、結果としてＸ軸又はＹ軸方向に移動していてもどちらの方向に移動しているのか判断することが難しかった。
【００６０】
これに対し、（Ａ）は、本実施例のモーションセンサー５２におけるＸ方向（前後方向）に静止からゆっくり歩行から走るまでを５段階に分けて信号を検出したものである。（Ｂ）は、同様に本実施例のモーションセンサー５２におけるＹ方向（左右方向）に３段階に分けて信号を検出したものである。（Ａ）及び（Ｂ）より、Ｘ、Ｙ方向どちらに動いた場合でも直交する成分に比べ明らかに移動方向の検出信号が大きく検出されることがわかる。
【００６１】
これにより、従来の球状傾斜センサー５０に比べ、移動方向に対する正確な信号検出ができることがわかる。また、ゆっくり移動している場合に関しても、移動方向と、その直交方向に関する検出信号に差があるため、移動状態についても検出が可能となる。
【００６２】
次に（Ｃ）は、本実施例のモーションセンサー５２におけるＸ軸−Ｙ軸それぞれに対し４５度の方向に移動した場合の検出データである。両軸に対し丁度４５度の方向に動いた際にはＸ軸由来の信号とＹ軸由来の信号とが同程度検出できることがわかる。このことより、Ｘ軸−Ｙ軸の中間方向に移動した場合であってもＸ、Ｙ軸の信号量から移動方向を検出することが可能となる。
【００６３】
生態以外の移動物体に同様に取り付けることにより移動の振動発生時に導通信号、非導通信号が検出でき、それを解析することにより動作検出も可能である。
【００６４】
Ｃ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例に限られたものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００６５】
Ｃ−１．変形例１
図１６は、本変形例としての傾斜センサーが水平位置にあって内部電極３Ａ，３Ｂが球状導電性可動体を介して導電している状態を示す縦断横面図である。
上述した実施例において略円筒状の空間領域Ｓに内包される導電性可動体７Ａを、図１６のように内包される導電性可動体７Ｂを球状にすることにより線接触でなく点接触になるため、接触抵抗が少なくなる。モーションセンサー５２を人など移動物体に使用の場合、信号検出の場合信号量が増えるため動作検出のための情報が多くなる。
【００６６】
Ｃ−２．変形例２
図１７は、本変形例としての内部電極３Ａを示す斜視図である。
上述した実施例において、内部電極３Ａを図１７のように線状に設けることができる。このように内部電極３Ａを設けることで、金メッキを空間領域Ｓ１の側面部全体に行うことが必要ないため、コストを抑えることができる。また上述した二点接触が起きないため、検出のノイズが低減される。また内部電極３Ａを設けた側の導通を基に傾斜状態を検出できるため、導通時間が長い場合、内部電極３Ａを設けた側が重力方向であることがわかるため、検出された傾斜状態の信頼性が高い。
【符号の説明】
【００６７】
１…傾斜センサー（傾斜検出器）、２Ａ，２Ｂ…支持体、３Ａ，３Ｂ…内部電極（電極）、４Ａ，４Ｂ…外部電極、５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ…絶縁部、７Ａ，７Ｂ…導電性可動体（導電球）（可動体）、８…絶縁体（ギャップ）、１０…信号検出回路、２０…センサー、２１…回路、２２…スイッチ、２３…直流電源、２４…検出部、５０…球状傾斜センサー、５２…モーションセンサー、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…空間領域（凹部）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜状態を検出する傾斜検出器及びそれを用いたモーションセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人、動物、及び物体の動きを検出して制御に用いる機器には様々なものが存在する。このような機器に用いられ、人、動物、及び物体の動きを検出するセンサーは広くモーションセンサーと呼ばれることがある。このようなモーションセンサーには、加速度センサー、角速度センサーなどが用いられ、用途によって複数のセンサーを組み合わせて使用されるものがある。
【０００３】
例えば特許文献１では、球状の電極内に球状の導電性可動体が挿入された傾斜・振動センサーで、導電性可動体と一対の電極とが接触状態であるか非接触状態であるかを検出することによって、振動や傾斜角度を検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６５０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の傾斜・振動センサーをＸ軸とＹ軸とに設置し、モーションセンサーを構成した場合、Ｘ軸方向の振動が発生した際に、Ｘ軸、Ｙ軸に設置したセンサーは電極及び導電性可動体がともに球状のため、Ｘ軸のセンサーだけでなく、Ｙ軸のセンサーも反応し、両方のセンサーで信号を検出してしまう。また振動が大きい場合、可動体が電極内部で円運動を行うことでＯＮ−ＯＦＦを繰り返してしまう。これらの現象のため、一定方向の振動に対する信号の信頼性は低くなると言う課題がある。また、上記の現象に対する補正を行う場合、傾斜情報を処理する際の処理データ量が多くなってしまうという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
〔適用例１〕互いの凹部を向き合わせつつ、該凹部間に間隙を設ける絶縁体を配置した一対の電極と、該凹部内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体と、を有する検出器であって、前記可導体が前記電極の前記凹部内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて前記検出器の傾斜状態を検出することを特徴とする傾斜検出器。
【０００８】
適用例１の傾斜検出器では、電極を円筒状に構成し、底面を絶縁体で構成しているため、可動体の回転は側面側に限定される。これにより、可動体の動きを限定できるため、検出信号は任意の方向に絞り込むことができる。
【０００９】
〔適用例２〕上記傾斜検出器であって、前記電極の前記凹部は、半円筒形であることを特徴とする傾斜検出器。
【００１０】
適用例２の傾斜検出器では、電極が対称な半円筒形状であるため、導通の位置が対称となる。そのため検出情報から設定した軸方向を正確に判定することができる。また導通の位置が非対称の場合に比べ、情報処理量も減らすことができる。
【００１１】
〔適用例３〕上記傾斜検出器であって、前記可動体は、円柱状であり、かつ導電性を有する表面部を備えることを特徴とする傾斜検出器。
【００１２】
適用例３の傾斜検出器では、可動体を円柱形状（円柱状）にすることで、電極の円筒内で側面方向のみに回転が可能であるため、検出したい信号を電極の側面側に限定できる。これにより検出信号を任意の方向に絞り込むことができるため、検出信号の信頼性が向上する。
【００１３】
〔適用例４〕上記傾斜検出器であって、前記可動体は、球状であり、かつ導電性を有する表面部を備えることを特徴とする傾斜検出器。
【００１４】
適用例４の傾斜検出器では、可動体を球形状とするため、導通接触部が円柱状のような線接触でなく、点接触になるため、激しい回転等の際に円柱形状で生じる可能性のあるネジレ、ズレのために二点接触してしまうような誤作動を防止できる。
【００１５】
〔適用例５〕上記傾斜検出器であって、向き合った一対の前記電極のなす前記円筒形の直径及び高さは、前記円柱状の可動体の直径の１０１％以上かつ１３５％以下であることを特徴とする傾斜検出器。
【００１６】
適用例５の傾斜検出器では、電極の形成する円筒の、内部の円柱の直径及び高さと、可動体の円柱の直径を上記の関係にすることで、激しい回転の際にもネジレ、ズレを生じずに動きを一定方向に制御でき、検出信号の信頼性を向上できる。
【００１７】
〔適用例６〕上記傾斜検出器であって、向き合った一対の前記電極のなす前記円筒形の直径及び高さは、前記球状の可動体の直径の１０１％以上かつ１３５％以下であることを特徴とする傾斜検出器。
【００１８】
適用例６の傾斜検出器では、電極の形成する円筒の、内部の円柱の直径及び高さと、可動体の球の直径を上記の関係にすることで、激しい回転の際にも動きを一定方向に制御でき、検出信号の信頼性を向上できる。
【００１９】
〔適用例７〕上記傾斜検出器であって、向き合った一対の前記電極間の前記間隙２δは、前記可動体の半径をｒ、前記電極と前記可動体との接点と該可動体の円中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角をθとした際、δ＝ｒ・ｓｉｎθの関係を満たすとともに、２θが２０度以上かつ９０度以下であることを特徴とする傾斜検出器。
【００２０】
適用例７の傾斜検出器では、電極間距離を上記の関係にすることで、可動体が電極間をまたぐ際、接触せずに通過することを防げるため、信号を確実に検出できる。また十分に狭い角度であるため、高感度の検出を行うことができる。
【００２１】
〔適用例８〕上記傾斜検出器であって、向き合った一対の前記電極間の前記間隙２δは、前記可動体の半径をｒ、前記電極と前記可動体との接点と該可動体の球中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角をθとした際、δ＝ｒ・ｓｉｎθの関係を満たすとともに、２θが２０度以上かつ９０度以下であることを特徴とする傾斜検出器。
【００２２】
適用例８の傾斜検出器では、電極間距離を上記の関係にすることで、可動体が電極間をまたぐ際、接触せずに通過することを防げるため、信号を確実に検出できる。また十分に狭い角度であるため、高感度の検出を行うことができる。
【００２３】
〔適用例９〕互いの凹部を向き合わせつつ、該凹部間に間隙を設ける絶縁体を配置した一対の電極と、該凹部内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体と、を有する検出器であって、前記可導体が前記電極の前記凹部内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて前記検出器の傾斜状態を検出する傾斜検出器を複数用いることで、互いに交差する２軸の傾斜状態を検出することを特徴とするモーションセンサー。
【００２４】
適用例９のモーションセンサーでは、各検出器が電極を円筒状に構成し、底面を絶縁体で構成しているため、可動体の回転は側面側に限定される。これにより、可動体の動きを限定できるため、検出信号は任意の方向に絞り込むことができる。それにより、規定された配置でＸ方向の検出信号、Ｙ方向の検出信号を正確に検出できるため、精度の高いモーションセンサーを実現できる。
【００２５】
なお、以上述べた各構成は、本発明の趣向を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施例における傾斜検出器の一例である傾斜センサーの外観斜視図。
【図２】本実施例における支持体の外観図。
【図３】図１のＡ面に相当する位置で傾斜センサーを切断したときの断面図。
【図４】本実施例として導電性可動体と空間とのサイズバランスが崩れている状態を示す縦断正面図。
【図５】本実施例として導電性可動体と空間とのサイズバランスが崩れて不具合状態を示す縦断正面図。
【図６】図１の傾斜センサーの縦断横面図。
【図７】図１の傾斜センサーの外部電極側底面図。
【図８】本実施例として対向する内部電極間の隙間を広くして感度を下げる縦断正面図。
【図９】本実施例の使用用途を示すＸ軸、Ｙ軸の傾斜センサーの設置図。
【図１０】図９をＸ軸方向に回転させたときの信号発生角度図。
【図１１】（Ａ）は、傾斜センサーが水平位置にあって内部電極が導電性可動体を介して導電している状態を示す縦断正面図。（Ｂ）は、内部電極の開口部が、重力方向に垂直にある導通時の回路図。
【図１２】（Ａ）は、傾斜センサーが傾き内部電極が導電性可動体から離れ非導電の状態を示す縦断正面図。（Ｂ）は、内部電極の開口部が、重力方向に垂直から傾き非導通にあるときの回路図。
【図１３】本実施例として傾斜センサーをＸ、Ｙ、Ｚの３軸に並べた斜視図。
【図１４】本実施例として傾斜センサーを組み込んだモーションセンサーを対象物に取り付けた一例の図。
【図１５】本実施例としてモーションセンサーを人体に取付け行動した発生信号を示す図。（Ａ）は、本実施例におけるモーションセンサーのＸ方向移動時の信号、（Ｂ）は、本実施例におけるモーションセンサーのＹ方向移動時の信号、（Ｃ）は、本実施例におけるモーションセンサーのＸＹ方向移動時の信号、（Ｄ）は、３軸とも球状センサーのＸ方向移動時の信号、（Ｅ）は、３軸とも球状センサーのＸ方向移動時の信号。
【図１６】変形例１としての傾斜センサーが水平位置にあって内部電極が球状導電性可動体を介して導電している状態を示す縦断横面図。
【図１７】変形例２としての内部電極を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
Ａ．実施例の構成：
以下、実施例について、図面に従って説明する。
図１は、本実施例における傾斜検出器の一例である傾斜センサーの外観傾斜図である。傾斜センサー１は、支持体２Ａ，２Ｂ、支持体２Ａに設けられた空間領域（凹部）Ｓ１、支持体２Ｂに設けられた空間領域（凹部）Ｓ２、空間領域Ｓ１，Ｓ２で構成される空間領域Ｓが基枠をなす。その曲面部に非接触状態で設けられた、内部電極３Ａ，３Ｂ（本発明の電極に該当）、外部電極４Ａ，４Ｂ、基枠の底面部を構成する絶縁部５Ａ，６Ｂ，６Ａ，５Ｂ、基枠に内包された円柱形状（円柱状）の導電性可動体７Ａ、及び支持体２Ａと支持体２Ｂとの間に隙間を持たせる絶縁体８、とを備えて傾斜センサー１を構成している。
【００２８】
傾斜センサー１は、略円筒状の空間領域Ｓの側面に内部電極３Ａ，３Ｂを配し、導電性可動体７Ａを空間領域Ｓ内に納めることで、導電性可動体７Ａが内部電極３Ａ，３Ｂ両方に接触する場合には通電し、どちらか一方のみに接触する場合には非通電になる。導電性可動体７Ａは傾斜センサー１の姿勢により移動するため、通電／非通電に応じて傾斜センサー１の位置情報が得られる。
【００２９】
また傾斜センサー１は、略円筒状の空間領域Ｓの底面に絶縁部５Ａ，６Ｂ、反対面に絶縁部６Ａ，５Ｂを有する。絶縁部５Ａ，６Ｂ，６Ａ，５Ｂにより、導電性可動体７Ａを介しての底面での導通防止の役割を果たす。そのため、側面でのみ導通が起きるのでＳＮ比が高くなる。
【００３０】
空間領域Ｓと、内包されている導電性可動体７Ａは互いに円柱形状であり、お互いの側面は側面に向かい合うように、底面は底面に向かい合うように配置されているため、一方向にのみ可動する。そのため、導電性可動体７Ａが様々な方向から力を受けても、任意の方向の力に反応して動くため、様々な傾斜による信号検出が起きづらくなる。結果として検出信号が測定したい方向の情報であるという信頼性が向上する。
【００３１】
導電性可動体７Ａは、円柱形状であり、空間領域Ｓ内に配置されている。導電性可動体７Ａは切削や金型などの方法で加工されたものである。このほかに表面を金メッキするなどの方法で作成する。材質の比重により選択することで対象に適した感度にすることができる。特に真鍮などが好適である。また導電性可動体７Ａは略同様の位置で回転を繰り返し、回転する際に内部電極３Ａ，３Ｂを傷つける虞があるため、面取りをすることが望ましい。
【００３２】
図２は、本実施例における支持体２Ａの外観図である。支持体２Ａは、絶縁部５Ａ，６Ａと内部電極３Ａと外部電極４Ａとを備えている。支持体２Ａは、直方体の材料に対し、切削や金型、プレスなど材質に適用した方法で半円筒状に加工され空間領域Ｓ１を形成することで形成される。支持体２Ａは耐久性という観点から、ＳＵＳや真鍮のような材料を用いるのが好ましい。
【００３３】
内部電極３Ａは、空間領域Ｓ１の側面に対し、金メッキ処理を施すことで形成される。金メッキが良い理由として導電性が良い。外部電極４Ａは、内部電極３Ａと接合されており、接着等の加工方法にて、導電性物質で形成されている。図２では円筒の側面方向から内部電極３Ａと接続するように記載されているが、例えば円筒の底面方向から接続させても構わない。絶縁部５Ａ，６Ａは、支持体２Ａに対し未処理若しくは樹脂系の塗料や絶縁シート等で絶縁処理されて形成される。支持体２Ｂも上述した支持体２Ａと同様に加工・形成されている。
【００３４】
図３は、図１のＡ面に相当する位置で傾斜センサー１を切断したときの断面図である。換言すれば、傾斜センサー１が水平位置にあって内部電極３Ａ，３Ｂが導電性可動体７Ａを介して導電している状態を示す縦断正面図である。支持体２Ａの導電性処理が施された内部電極３Ａから外部に導通性物質で繋がった外部電極４Ａが備えられる。対向する支持体２Ｂも同様に導電性処理が施された内部電極３Ｂから外部に導通性物質で繋がった外部電極４Ｂを備える。
【００３５】
図３の支持体２Ａの内部電極３Ａと対向する支持体２Ｂの内部電極３Ｂが向き合うように絶縁体８を支持体２Ａ、支持体２Ｂに接続して空間領域Ｓ１と空間領域Ｓ２とから略円筒状の空間領域Ｓが形成され、内部に導電性可動体７Ａを内包しているため、空間領域Ｓから飛び出すことが防止される。
【００３６】
図３の支持体２Ａの内部電極３Ａ、支持体２Ｂの内部電極３Ｂへの導電性処理の範囲は重力方向に導通処理された外部電極４Ａ，４Ｂ側であれば処理範囲を支持体２Ａ，３Ｂの縁だけにできる。
【００３７】
図３の略円柱状の空間領域Ｓの直径Ｘは、導電性可動体７Ａの直径の１０１％≦Ｘ≦１３５％にする。１０１％より小さい場合だと導電性可動体７Ａの直径が空間領域Ｓに接触して可動しないため、傾斜センサー１にかかる傾きなどの動きに対応した信号が検出できないため、センサーとして動作できない。１３５％より大きい場合だと導電性可動体７Ａが空間領域Ｓ内でネジレ等の現象を起こすため、異常な信号が検出される。
【００３８】
図４は、本実施例として導電性可動体７Ａと空間とのサイズバランスが崩れている状態を示す縦断正面図である。換言すれば、導電性可動体７Ａの直径に対し空間領域Ｓを１３５％以上にした縦断正面図である。導電性可動体７Ａの直径に対し空間領域Ｓの直径が大きくなると支持体２Ａと支持体２Ｂ間の絶縁体８で決められた隙間との比率が変化し、ＯＮ／ＯＦＦ信号発生角度が大きくなる。このような状態の場合、導電性可動体７Ａが空間領域Ｓ内で回転以外の運動を行うことがある。
【００３９】
図５は、本実施例として導電性可動体７Ａと空間とのサイズバランスが崩れて不具合状態を示す縦断正面図である。換言すれば、図４における、導電性可動体７Ａがネジレた場合の図である。図のように、導電性可動体７Ａの両端が支持体２Ａと支持体２Ｂとに引っかかり、信号がＯＮのみの状態となる（二点接触状態）。また導電性可動体７Ａが引っかかる状態になると、内部電極３Ａ，３Ｂに傷が付くことで、内部電極３Ａ，３Ｂの劣化が生じてしまう。また引っかからない場合でも、通常の支持体２Ａ，２Ｂの絶縁体８を挟んだ領域と導電性可動体７Ａとでの接触である、線状接触以外に、上述の二点接触状態が起きるため、検出の際のノイズが増えてしまう。
【００４０】
図６は、図１の傾斜センサー１の縦断横面図である。換言すれば、傾斜センサー１が水平位置にあって内部電極３Ａ，３Ｂが円柱形状の導電性可動体７Ａを介して導電している状態を示す縦断横面図である。略円筒状の空間領域Ｓに内包されている導電性可動体７Ａは円柱形状であり支持体２Ａの内部電極３Ａに対して絶縁部５Ａと絶縁部６Ａとへの動きを制限できる構造となっている。絶縁体８は、支持体２Ａの支持体２Ｂと接合する面全体に厚みを持つように備えられている。このように絶縁体８を配することで、支持体２Ａと支持体２Ｂとの間に一定の距離を設けることができる。これにより、内部電極３Ａと内部電極３Ｂとが導通することを防止している。また支持体２Ａと支持体２Ｂとの間に生じる隙間を埋めているため、内部の密閉を行うことができる。これにより湿度や結露、防水等による検出信号変化を低減することができる。
【００４１】
図６の空間領域Ｓ１（Ｓ）の高さＹは、導電性可動体７Ａの高さの１０１％≦Ｙ≦１３５％にする。１０１％より下であれば導電性可動体７Ａの直径が空間領域Ｓに接触して可動せず信号がでないため、センサーとして動作できない。１３５％より上であると図５で示したように、導電性可動体７Ａが空間領域Ｓ内でネジレ等の運動が起きるため、異常な信号が検出される。そのため検出感度が低下する。
【００４２】
図７は、図１の傾斜センサー１の外部電極４Ａ，４Ｂ側底面図である。換言すれば、内部底面絶縁部と外部電極４Ａ，４Ｂとの取り出しを示す裏面図である。外部電極４Ａは、内部電極３Ａから外部に取り出した電極であり、底面では支持体２Ａにスリットを作り保持する。外部電極４Ｂは、内部電極３Ｂから外部に取り出した電極であり、底面では支持体２Ｂにスリットを作り保持する。なお、図７のように外部電極４Ａ，４Ｂの取り出し場所を互い違いにすることにより、支持体２Ａ，２Ｂ間でのショートを防止することができる。
【００４３】
図７の支持体２Ａの半円筒の空間領域Ｓ１の底面には絶縁部５Ａ，６Ａ、支持体２Ｂの半円筒の空間領域Ｓ２の底面には絶縁部５Ｂ，６Ｂがあり、導電性可動体７Ａを介しての底面での導通を防止の役割を果たす。
【００４４】
また、外部電極４Ａ，４Ｂは絶縁体８により接触しないよう構成されている。このように構成することで外部電極４Ａ，４Ｂがショートするのを防ぐ。
【００４５】
図７より、空間領域Ｓの直径は、半円柱の外部電極４Ａ，４Ｂのそれぞれの底面における半径の和に、絶縁体８の厚さを加味する必要があることがわかる。
【００４６】
図８は、本実施例として対向する内部電極３Ａ，３Ｂ間の隙間を広くして感度を下げる縦断正面図である。図８（Ａ）は、支持体２Ａ，２Ｂ間にある絶縁体８を厚くした図である。支持体２Ａ，２Ｂのギャップ（絶縁体）８が増加する、感度は低下するが導電性可動体７Ａが転がりでる角度を４５度を最大として検出角度を大きくできる。θが４５度より大きい場合、導電性可動体７Ａがギャップ８部分に挟まり易くなり、スムーズな移動が妨げられてしまう。
【００４７】
逆に支持体２Ａ，２Ｂ間にある絶縁体８を薄くすれば支持体２Ａ，２Ｂのギャップ８が減少する、感度は向上するが導電性可動体７Ａが転がりでる角度を１０度を最小限に検出角度を小さくできる。θが１０度より小さい場合、導電性可動体７Ａがギャップ８部分で止まらず、接触不良となり、ギャップ８部分に導電性可動体７Ａがあっても信号が検出されない現象が発生する。
【００４８】
図８（Ｂ）は、ギャップ８と内部電極３Ａ，３Ｂ、導電性可動体７Ａの図である。
（記号説明）
Ｒ：内部電極３Ａ，３Ｂの半径
ｒ：導電性可動体７Ａの半径
δ：ギャップ８の半値幅
Φ：内部電極３Ａ，３Ｂの端部と内部電極３Ａ，３Ｂの中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角（内部電極３Ａ（３Ｂ）に居た導電球（導電性可動体）７Ａが傾いたときにギャップ８に転がり込み始める角度）
θ：内部電極３Ａ，３Ｂの端部と導電球７Ａの中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角（ギャップ８に居た導電球７Ａが傾いたときにギャップ８から転がり出始める角度）
【００４９】
（実施した一例）
ｒ＝１（ｍｍ）、Ｒ＝１．３５（ｍｍ）、θ＝２０（度）のとき、δ＝ｒ・ｓｉｎθ＝０．３４２、Φ＝ｓｉｎ―1（δ／Ｒ）＝ｓｉｎ―1（０．３４２／１．３５）＝１４．６７６（度）になり、導電球７Ａが内部電極３Ａ（３Ｂ）に居るときから傾いてギャップ８に転がり込み始める角度：Φと、導電球７Ａがギャップ８に居るときから傾くことで導電球７Ａがギャップ８から転がり出始める角度：θの関係を求めることができる。また上記関係が成り立つギャップ８＝２δであることもわかる。この関係式を用いることでθよりギャップ８＝２δを計算することができる。
【００５０】
Ｂ．センサーの動作
Ｂ−１．傾斜センサーの動作
次に対象物に設置したときの動作について説明する。
図９は、本実施例の使用用途を示すＸ軸、Ｙ軸の傾斜センサー１の設置図である。図９のように傾斜センサー１を側面方向にＸ軸、Ｙ軸方向に設置する。設置には支持体２Ａと支持体２Ｂとの開口部が重力方向に垂直になるように設置する。設置には各軸方向が９０度であれば間隔、位置は基板の配線次第の場所に実装できる。（Ａ）がＸ方向、（Ｂ）がＹ方向の動きを感知する。なるべく近くに実装したほうがＸ、Ｙ方向互いのデータが正確になりやすい。
【００５１】
図１０は、図９をＸ軸方向に回転させたときの信号発生角度図である。換言すれば、図８で内部電極３Ａ，３Ｂ間の隙間変更を行ったときの感度差信号（ＯＦＦ／ＯＮがθ＝１０度、θ＝４５度）を示す図である。図８のように支持体２Ａと支持体２Ｂとの間隔を絶縁体８の厚さに調整することにより信号発生角度が変化する。この図では、上段に傾斜センサー１のθ＝１０度を使い横軸の回転角度に対する導通の状態（ＯＮ表示）及び非導通の状態のイメージを示す。また、下段に傾斜センサー１のθ＝４５度を使い横軸の回転角度に対する導通の状態（ＯＮ表示）及び非導通の状態のイメージを示す。
【００５２】
図１１（Ａ）は、傾斜センサー１が水平位置にあって内部電極３Ａ，３Ｂが導電性可動体７Ａを介して導電している状態を示す縦断正面図である。換言すれば、導電性可動体７Ａが内部電極３Ａと内部電極３Ｂとに接触して導通状態の縦断正面図である。内部電極３Ａは外部電極４Ａに繋がり、内部電極３Ｂは外部電極４Ｂに繋がり傾斜センサー１の外部へ接続されている。
【００５３】
図１１（Ｂ）は、内部電極３Ａ，３Ｂの開口部が、重力方向に垂直にある導通時の回路図である。換言すれば、傾斜センサー１が図１１（Ａ）の状態の回路図である。回路２１には、直流電源２３と、回路２１に流れる電流を検出する検出部２４と、外部電極４Ａ、外部電極４Ｂが接続されたスイッチング部として機能するセンサー２０とが備えられる。この時スイッチ２２は閉じた状態にあるので回路２１には電流が流れる。
【００５４】
図１２（Ａ）は、傾斜センサー１が傾き内部電極３Ａ，３Ｂが導電性可動体７Ａから離れ非導電の状態を示す縦断正面図である。換言すれば、導電性可動体７Ａが支持体２Ｂの方向に傾き内部電極３Ｂのみに接触した非導通状態の縦断正面図である。導電性可動体７Ａは内部電極３Ａと内部電極３Ｂとに接触して導通していたが、傾斜センサー１が支持体２Ｂの方向に傾くことにより、導電性可動体７Ａが転がり内部電極３Ｂとのみ接触し、内部電極３Ａとは非接触となり非導通状態となる。
【００５５】
図１２（Ｂ）は、内部電極３Ａ，３Ｂの開口部が、重力方向に垂直から傾き非導通にあるときの回路図である。換言すれば、傾斜センサー１が図１２（Ａ）の状態の回路図である。回路２１には、直流電源２３と、回路２１に流れる電流を検出する検出部２４と、外部電極４Ａ、外部電極４Ｂが接続されたスイッチング部として機能するセンサー２０とが備えられる。この時スイッチ２２は開いた状態にあるので回路２１には電流が流れない。電流が流れない非導通状態になった場合は非導通信号が発生した傾斜センサー１の軸方向に異常が発生したことがわかる。
【００５６】
Ｂ−２．モーションセンサーの動作
次に、上述の傾斜センサーを適用する一例としてモーションセンサー５２の動作について説明する。
図１３は、本実施例として傾斜センサーをＸ、Ｙ、Ｚの３軸に並べた斜視図である。本実施例の傾斜センサー１をＸ軸、Ｙ軸対応として設置し、従来の球状傾斜センサー５０を３６０度対応させるためＺ軸対応として設置する。傾斜センサー１の設置にはＸ軸、Ｙ軸の開口部が重力方向に垂直になるように設置し、従来の球状傾斜センサー５０は開口部が重力方向に水平になるように設置する。このように設置することで、ＸＹ軸に球状Ｚ軸を追加することにより全方向感知センサーを実現できる。
【００５７】
図１４は、本実施例として傾斜センサー１を組み込んだモーションセンサー５２を対象物に取り付けた一例の図である。傾斜センサー１にＣＰＵや電源を含む信号検出回路１０を搭載してモーションセンサー５２として人の腰付近にＸ軸、Ｙ軸の方向を合わせて取り付けしＯＦＦ／ＯＮ信号を解析して行動を把握する。
【００５８】
図１５は、本実施例としてモーションセンサー５２を人体に取付け行動した発生信号を示す図である。換言すれば、実際に人に取り付けて行動した際の検出データである。参考に、球状傾斜センサー５０をＸ，Ｙ，Ｚの３軸に並べて人体に取付け行動した発生信号も示す。（Ａ）は、本実施例におけるモーションセンサー５２のＸ方向移動時の信号であり、（Ｂ）は、本実施例におけるモーションセンサー５２のＹ方向移動時の信号であり、（Ｃ）は、本実施例におけるモーションセンサー５２のＸＹ方向移動時の信号である。また、（Ｄ）は、３軸とも球状傾斜センサー５０のＸ方向移動時の信号であり、（Ｅ）は、３軸とも球状傾斜センサー５０のＹ方向移動時の信号である。
【００５９】
まず、従来の３軸とも球状傾斜センサー５０のデータを示す。（Ｄ）は、Ｘ方向（前後方向）に静止からゆっくり歩行から走るまでを５段階に分けて信号を検出したものである。また（Ｅ）は、Ｙ方向（前後方向）に３段階に分けて信号を検出したものである。（Ｄ）及び（Ｅ）より、移動方向とそれに直交する方向の信号が略同じだけでており、結果としてＸ軸又はＹ軸方向に移動していてもどちらの方向に移動しているのか判断することが難しかった。
【００６０】
これに対し、（Ａ）は、本実施例のモーションセンサー５２におけるＸ方向（前後方向）に静止からゆっくり歩行から走るまでを５段階に分けて信号を検出したものである。（Ｂ）は、同様に本実施例のモーションセンサー５２におけるＹ方向（左右方向）に３段階に分けて信号を検出したものである。（Ａ）及び（Ｂ）より、Ｘ、Ｙ方向どちらに動いた場合でも直交する成分に比べ明らかに移動方向の検出信号が大きく検出されることがわかる。
【００６１】
これにより、従来の球状傾斜センサー５０に比べ、移動方向に対する正確な信号検出ができることがわかる。また、ゆっくり移動している場合に関しても、移動方向と、その直交方向に関する検出信号に差があるため、移動状態についても検出が可能となる。
【００６２】
次に（Ｃ）は、本実施例のモーションセンサー５２におけるＸ軸−Ｙ軸それぞれに対し４５度の方向に移動した場合の検出データである。両軸に対し丁度４５度の方向に動いた際にはＸ軸由来の信号とＹ軸由来の信号とが同程度検出できることがわかる。このことより、Ｘ軸−Ｙ軸の中間方向に移動した場合であってもＸ、Ｙ軸の信号量から移動方向を検出することが可能となる。
【００６３】
生態以外の移動物体に同様に取り付けることにより移動の振動発生時に導通信号、非導通信号が検出でき、それを解析することにより動作検出も可能である。
【００６４】
Ｃ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例に限られたものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００６５】
Ｃ−１．変形例１
図１６は、本変形例としての傾斜センサーが水平位置にあって内部電極３Ａ，３Ｂが球状導電性可動体を介して導電している状態を示す縦断横面図である。
上述した実施例において略円筒状の空間領域Ｓに内包される導電性可動体７Ａを、図１６のように内包される導電性可動体７Ｂを球状にすることにより線接触でなく点接触になるため、接触抵抗が少なくなる。モーションセンサー５２を人など移動物体に使用の場合、信号検出の場合信号量が増えるため動作検出のための情報が多くなる。
【００６６】
Ｃ−２．変形例２
図１７は、本変形例としての内部電極３Ａを示す斜視図である。
上述した実施例において、内部電極３Ａを図１７のように線状に設けることができる。このように内部電極３Ａを設けることで、金メッキを空間領域Ｓ１の側面部全体に行うことが必要ないため、コストを抑えることができる。また上述した二点接触が起きないため、検出のノイズが低減される。また内部電極３Ａを設けた側の導通を基に傾斜状態を検出できるため、導通時間が長い場合、内部電極３Ａを設けた側が重力方向であることがわかるため、検出された傾斜状態の信頼性が高い。
【符号の説明】
【００６７】
１…傾斜センサー（傾斜検出器）、２Ａ，２Ｂ…支持体、３Ａ，３Ｂ…内部電極（電極）、４Ａ，４Ｂ…外部電極、５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ…絶縁部、７Ａ，７Ｂ…導電性可動体（導電球）（可動体）、８…絶縁体（ギャップ）、１０…信号検出回路、２０…センサー、２１…回路、２２…スイッチ、２３…直流電源、２４…検出部、５０…球状傾斜センサー、５２…モーションセンサー、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…空間領域（凹部）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの凹部を向き合わせつつ、該凹部間に間隙を設ける絶縁体を配置した一対の電極と、該凹部内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体と、を有する検出器であって、
前記可導体が前記電極の前記凹部内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて前記検出器の傾斜状態を検出することを特徴とする傾斜検出器。
【請求項２】
前記電極の前記凹部は、半円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の傾斜検出器。
【請求項３】
前記可動体は、円柱状であり、かつ導電性を有する表面部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜検出器。
【請求項４】
前記可動体は、球状であり、かつ導電性を有する表面部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜検出器。
【請求項５】
向き合った一対の前記電極のなす前記円筒形の直径及び高さは、前記円柱状の可動体の直径の１０１％以上かつ１３５％以下であることを特徴とする請求項３に記載の傾斜検出器。
【請求項６】
向き合った一対の前記電極のなす前記円筒形の直径及び高さは、前記球状の可動体の直径の１０１％以上かつ１３５％以下であることを特徴とする請求項４に記載の傾斜検出器。
【請求項７】
向き合った一対の前記電極間の前記間隙２δは、前記可動体の半径をｒ、前記電極と前記可動体との接点と該可動体の円中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角をθとした際、
δ＝ｒ・ｓｉｎθの関係を満たすとともに、２θが２０度以上かつ９０度以下であることを特徴とする請求項３に記載の傾斜検出器。
【請求項８】
向き合った一対の前記電極間の前記間隙２δは、前記可動体の半径をｒ、前記電極と前記可動体との接点と該可動体の球中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角をθとした際、
δ＝ｒ・ｓｉｎθの関係を満たすとともに、２θが２０度以上かつ９０度以下であることを特徴とする請求項４に記載の傾斜検出器。
【請求項９】
互いの凹部を向き合わせつつ、該凹部間に間隙を設ける絶縁体を配置した一対の電極と、該凹部内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体と、を有する検出器であって、
前記可導体が前記電極の前記凹部内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて前記検出器の傾斜状態を検出する傾斜検出器を複数用いることで、互いに交差する２軸の傾斜状態を検出することを特徴とするモーションセンサー。
【請求項１】
互いの凹部を向き合わせつつ、該凹部間に間隙を設ける絶縁体を配置した一対の電極と、該凹部内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体と、を有する検出器であって、
前記可導体が前記電極の前記凹部内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて前記検出器の傾斜状態を検出することを特徴とする傾斜検出器。
【請求項２】
前記電極の前記凹部は、半円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の傾斜検出器。
【請求項３】
前記可動体は、円柱状であり、かつ導電性を有する表面部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜検出器。
【請求項４】
前記可動体は、球状であり、かつ導電性を有する表面部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜検出器。
【請求項５】
向き合った一対の前記電極のなす前記円筒形の直径及び高さは、前記円柱状の可動体の直径の１０１％以上かつ１３５％以下であることを特徴とする請求項３に記載の傾斜検出器。
【請求項６】
向き合った一対の前記電極のなす前記円筒形の直径及び高さは、前記球状の可動体の直径の１０１％以上かつ１３５％以下であることを特徴とする請求項４に記載の傾斜検出器。
【請求項７】
向き合った一対の前記電極間の前記間隙２δは、前記可動体の半径をｒ、前記電極と前記可動体との接点と該可動体の円中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角をθとした際、
δ＝ｒ・ｓｉｎθの関係を満たすとともに、２θが２０度以上かつ９０度以下であることを特徴とする請求項３に記載の傾斜検出器。
【請求項８】
向き合った一対の前記電極間の前記間隙２δは、前記可動体の半径をｒ、前記電極と前記可動体との接点と該可動体の球中心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角をθとした際、
δ＝ｒ・ｓｉｎθの関係を満たすとともに、２θが２０度以上かつ９０度以下であることを特徴とする請求項４に記載の傾斜検出器。
【請求項９】
互いの凹部を向き合わせつつ、該凹部間に間隙を設ける絶縁体を配置した一対の電極と、該凹部内に変位自在に位置し、かつ少なくとも表面部は導電性を有する可動体と、を有する検出器であって、
前記可導体が前記電極の前記凹部内を変位することによって生じる導通状態と非導通状態とに基づいて前記検出器の傾斜状態を検出する傾斜検出器を複数用いることで、互いに交差する２軸の傾斜状態を検出することを特徴とするモーションセンサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２４８２９８（Ｐ２０１２−２４８２９８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６６４４（Ｐ２０１１−１１６６４４）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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