【2021年版】傾きセンサーメーカー4社一覧

傾きセンサーのメーカー4社を一覧でご紹介します。まずは使用用途や原理についてご説明します。

傾きセンサーとは？
傾きセンサーのメーカー4社一覧

傾きセンサとは

傾きセンサとは、対象物の傾き（傾斜角や勾配）を測定するために最適なセンサです。

重力を基準としており、水平に設置して傾きを測定します。角度センサー、スロープセンサー、チルトセンサー、インクリノメーターとも呼ばれます。正確には傾斜の検出部分のみを指します。これに入出力を調整する電子機器を追加した傾斜計といったものがあります。ダンピング効果により、過酷な振動環境においても、高い信頼性と計測結果を得ることができるものもあります。また高耐衝撃性のあるものは、移動機械、車両、航空機、建設機械内での加速度計測が可能となっています。

傾きセンサの使用用途

傾きの調節が必要となる様々な用途で使用されています。

自動車ヘッドライト
ヘッドライトの照射角を自動で調整します。
建築構造物
建築構造物の傾きなどの老朽化を検出します。
作業車
リフトやクレーンなどの傾きを検出します。
輸送機器
自動車や鉄道車両の輸送機器の傾きを検出して転倒を防止します。
作業台
林業機械や建設機械の荷台の水平を維持するために使用します。
産業機械や光学装置、検査装置の補正
航空機、建設機械の内部や、電子天びん等の傾きを補正します。
スマートフォン
画面を自動回転させます。

傾きセンサの原理

傾斜センサーの原理について説明します。

傾斜センサーは、計測する方向に水平となるように設置して使用します。測定したい傾斜に合わせて、1軸、2軸、3軸の傾斜センサーが使用されます。なかには4方向対応の製品もあります。傾斜センサーには電解液式、MEMS式、などの方式があります。精度や応答時間の観点から主に「MEMS式」が使用されています。

電解液式(静電容量方式)
液体の表面が水平になることを利用します。液体の傾きから静電容量の変化量として検出します。
対になる電極を機器底面に設置し、導電性の液体を機器内部の空洞に封入します。電圧を極板間に印加し、電場が形成されます。液体が流れて電場が変化し、回路の内部抵抗が変化することにより傾きを計測します。この変化量を計測することで、角度を測定します。ただし、応答時間が比較的遅く、液面が振動によって影響を受けやすいです。
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)式
微小電気機械システム技術を利用しています。重力によって部位がたわむことで傾斜を測定します。固定、可動する電極2対が配置されています。傾斜による電極位置関係の変化から、静電容量の変化量を計測し、角度を測定します。MEMS式の傾斜センサーは、ローパスフィルタによって衝撃などを減衰させ、誤差を抑える仕組みがあります。

傾きを検知するセンサーについて

傾きセンサーは対象物の傾き（傾斜角や勾配）を検出するセンサーですが、傾きを測定できるセンサーは、傾斜センサーや加速度センサーがあります。

傾斜センサーとは、センサー出力自体が傾斜角の情報をもって出力されるものです。周波数変動が低いため、ゆっくりした動きや静止状態の傾斜角測定には有効です。加速度センサーは、物体に加わる加速度を検出するセンサーです。そのため重力方向だけではなく前後左右方向の動きも検出可能です。傾斜センサーと比較すると、周波数帯域が広く早い動きの測定も可能です。傾斜センサーは傾いた状態の検出を行う特徴から、例として建機などのクレーン車や建設車両の転倒防止などに使われたりします。加速度センサーと例えばスマートフォンの縦横表示を使用環境に合わせて変更するアプリケーションなどに用いられたりします。

傾斜センサーと加速度センサーの違いについて

傾斜センサーは対象物の傾きを検出するもので、原理としては振り子式やフロート式などがあります。振り子式はつるした重りに対してケースの傾きを回転角センサーを用いて検出する方式です。フロート式は液体を用いて液面の傾きを静電容量の変化などで検出する方式です。

加速度センサーは、速度の時間変化率である加速度を検出するセンサです。ニュートンの運動法則である物体に働く加速度は外力に比例するという法則を用いて、加速度そのものの値を測定したり、外力が加わったことを検出することに用いられます。加速度そのものを検出する場合の用途としては、重力の計測や地震計測などで利用され、外力が加わったことを検出する場合の用途としては、傾き、振動、動き、衝撃、落下などの検出に用いられます。目的により検出すべき加速度の大きさや周波数帯域が異なります。

傾斜センサーと加速度センサーの基本的な違いは、傾斜角がそのまま出力される傾斜センサーに対して、加速度センサーは傾斜角の出力ではなく加速度情報の出力から一部傾斜角の検出にも利用可能という点になります。また周波数の特性に関しても検出原理から違いが出てきます。

参考文献
https://jp.misumi-ec.com/vona2/el_control/E2700000000/E2704000000/E2704030000/
https://pac-tech.com/files/libs/1718/202007021532529007.pdf
https://metoree.com/categories/2070/#:~:text=%E5%82%BE%E6%96%9C%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%81%A8%E3%81%AF,%E5%82%BE%E6%96%9C%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%81%AF%E3%80%81%E5%AF%BE%E8%B1%A1%E7%89%A9%E3%81%AE%E5%82%BE%E3%81%8D%E3%82%92%E6%A4%9C%E5%87%BA%E3%81%99%E3%82%8B%E6%A9%9F%E5%99%A8%E3%81%A7%E3%81%99%E3%80%82%E9%87%8D%E5%8A%9B%E3%82%92%E5%9F%BA%E6%BA%96%E3%81%A8%E3%81%97%E3%81%A6%E6%B0%B4%E5%B9%B3%E4%BD%8D%E7%BD%AE%E3%81%8B%E3%82%89%E3%81%AE%E5%82%BE%E3%81%8D%E3%82%92%E6%B8%AC%E5%AE%9A%E3%81%97%E3%80%81%E7%89%A9%E4%BD%93%E3%81%AE%E5%82%BE%E6%96%9C%E3%82%84%E8%A7%92%E5%BA%A6%E3%80%81%E5%8B%BE%E9%85%8D%E3%82%92%E8%A1%A8%E7%A4%BA%E3%81%97%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82%E5%82%BE%E6%96%9C%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%81%AF%E3%83%81%E3%83%AB%E3%83%88%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%80%81%E8%A7%92%E5%BA%A6%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%81%A8%E3%82%82%E5%91%BC%E3%81%B0%E3%82%8C%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82%E5%82%BE%E6%96%9C%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%81%AF
https://www.jcmanet.or.jp/wp-content/uploads/2017/03/1fe60fa1769b5144036195f2b900813b-1.pdf http://www.tokugikon.jp/gikonshi/261/261techno.pdf