JP2001124620A - 感震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単かつ確実に震動の大きさや方向を検出す
ることができ、しかも経済的な感震装置の提供を目的と
する。 【解決手段】 ケーシング３内の収納された感震球１
は、常時は該ケーシングの内底面中央部に位置するとと
もに、各小球７に近接離間状態となされている。この状
態において地震等によりケーシング３が震動すると、感
震球１がケーシング３内で転動し、その転動に伴って感
震球１が対応位置の小球７に接触して押し上げる。この
小球の上昇作動によって下側電極片８の可動接片８ｂが
押し上げられ、該接片８ｂが上側電極片９に接触するこ
とによって開閉スイッチ１０が閉の状態となり、演算回
路２０がオン状態となる。また、前記小球７の上昇作動
に伴って、圧電膜２１は小球７の押上圧力に応じて電圧
を発生し、該電圧に基づいて演算回路２０が震度の大き
さと方向を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地震動を検出し
て各種災害を未然に防止する目的で、例えばガスメー
タ、石油ストーブ、エレベータ、化学プラント、鉄道等
の各種機器、装置等に取り付けられる感震装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
感震装置としては、特公平６−５８２５７号の公報に示
すように、ケーシング内に感震球が転動自在に収納され
ると共に、該感震球の上部に転動に伴って開閉作動され
るスイッチ部が設けられてなる感震装置において、上記
スイッチ部が、互いに等角度をなすように放射状に延び
た偶数本の可動接片を有する下側電極片とその上部に近
接離間状態に配置された上側電極片とよりなる開閉スイ
ッチと、前記各可動接片と前記感震球との間にそれぞれ
上下移動自在に配設され、感震球の転動時に前記可動片
を上側電極片に接触させるように押上作動せしめる接片
作動用小球とで構成されてなるものが知られている。

【０００３】これによれば、ケーシング内に収納された
感震球は、常時は該ケーシングの内底面中央部に位置す
ると共に、各接片作動用小球に近接離間状態となされて
いる。そして、この状態において地震等によりケーシン
グが震動すると、感震球がケーシング内で転動し、その
転動に伴って感震球が対応位置の接片作動用小球に接触
して押し上げる。この小球の上昇作動によって下側電極
片の可動接片が押し上げられ、該接片が上側電 極片に
接触することによって開閉スイッチが閉状態とな って
震動が検出される。

【０００４】しかしながら、上述の感震装置では、震動
自体を検出することができるが、その震動の大きさや方
向を検出することはできないという問題があった。この
ため、感震装置が組み込まれた機器において、震動が小
さい場合には当該機器に警告段階であることを知らせ、
震動が大きい場合には当該機器の作動を停止するといっ
た動作をさせることができなかった。

【０００５】そこで、震動の大きさによって検出レベル
が異なる複数の感震装置を用いることが考えられるが、
それだと震動の大きさを段階的に検出できても、震動の
大きさの検出は非連続的であるし、コスト高や機器の大
型化、配線の複雑化を招くという難点がある。また、感
震装置とは別に、震動の大きさをアナログ的に検出する
センサーを用いることも考えられるが、これだと待機電
力を常時必要とし経済的でないという難点がある。

【０００６】この発明は、上述の問題に鑑みてなされた
ものであって、簡単かつ確実に震動の大きさや方向を検
出することができ、しかも経済的な感震装置の提供を目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、ケーシング内に感震球が転動自在に収
納されると共に、該感震球の上部に転動に伴って開閉作
動されるスイッチ部が設けられてなる感震装置におい
て、前記スイッチ部が、互いに等角度をなすように放射
状に延びた可動接片を有する下側電極片とその上部に近
接離間状態に配置された上側電極片とよりなる開閉スイ
ッチと、前記各可動接片と前記感震球との間にそれぞれ
上下移動自在に配設され、感震球の転動時に前記可動片
を上側電極片に接触させるように押上作動せしめる接片
作動用小球と、前記下側電極片の可動接片の表面であっ
て前記小球と接触可能な位置に設けられ、該小球の押上
圧力に応じて電圧を発生する圧電材料とで構成されてな
る一方、前記圧電材料で発生した電圧に基づいて震度の
大きさや方向を求める演算回路が設けられていることを
特徴とする。

【０００８】これによれば、ケーシング内の収納された
感震球は、常時は該ケーシングの内底面中央部に位置す
るとともに、各接片作動用小球に近接離間状態となされ
ている。そして、この状態において地震等によりケーシ
ングが震動すると、感震球がケーシング内で転動し、そ
の転動に伴って感震球が対応位置の接片作動用小球に接
触して押し上げる。この小球の上昇作動によって下側電
極片の可動接片が押し上げられ、該接片が上側電極片に
接触することによって開閉スイッチが閉の状態となり、
演算回路がオン状態となる。また、前記小球の上昇作動
に伴って、圧電材料は前記小球の押し上げる圧力に応じ
て電圧を発生し、該電圧に基づいて演算回路を震度の大
きさと方向を求めることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】［実施形態１］以下、この発明に
かかる感震装置を図示実施例に基づいて説明する。

【００１０】図１及び図２に示す実施形態の感震装置
は、内部に感震球（１）が収納されると共に、上部にス
イッチ部（２）が設けられた内側ケーシング（３）が、
外側ケーシング（４）内に常時水平に維持され、かつ揺
動が制限された状態で吊持されたものである。

【００１１】前記内側ケーシング（３）は、内底面中央
部に凹陥部（５）が形成されたもので、直径約１１．１
１ｍｍの鋼製等の感震球（１）が常時は前記凹陥部
（５）上に保持された状態で収納されている。前記凹陥
部（５）は、図６に示すように、中央部に凹部（５ａ）
が形成されると共に、該凹部（５ａ）から隣接するもの
同士が約３０度の角度をなすように頂角が約１４０度に
設定された断面三角形の凸条（５ｂ）が合計１２本放射
状に形成されている。前記凹部（５ａ）は最初に検知す
べき震動に応じてその直径を適宜設定すればよく、例え
ば１６５ｇａｌの震動を最初に検知するためには直径を
１．８７ｍｍ程度に設定すればよい。また、各凸条（５
ｂ）はそれぞれ外側に向かって３〜４度程度以下の緩や
かな上り傾斜状に設定されている。このような放射状の
凸条（５ｂ）を形成することによって、感震球（１）が
該凸状に沿って正確に往復作動することとなり、より一
層正確な震動の検出が可能となる。また、各凸条（５
ｂ）が断面三角形に形成されることによって、感震球
（１）が各凸条（５ｂ）に対して点接触状態となされる
ので、感震球（１）として従来品よりも小さいものを採
用することが可能である。

【００１２】この内側ケーシング（３）の内側上部に
は、下面側が感震球（１）に対応する凹球面に形成され
た小球受盤（６）が、感震球（１）から近接離間状態と
なる位置に係止された状態で嵌め込まれるている。前記
受盤（６）は、特に図３及び図４に示すように、その中
心から等距離の位置に円周方向沿って等間隔ごとに合計
６個の直径約２．６ｍｍの孔部（６ａ）が上下貫通状態
に穿設されており、図１に示すように、これら各孔部
（６ａ）にそれぞれ直径２．５ｍｍの鋼製等の接片作動
用小球（７）が嵌め込まれている。この嵌め込み状態に
おいて、各小球（７）は各孔部（６ａ）の下側開口部よ
り下方に若干突出した状態で下端縮径部（６ｂ）に係止
保持され、かつ上下移動自在となされている。前記受盤
（６）の上面中央部には開閉スイッチ取付用突起（６
ｃ）が突設されており、該突起（６ｃ）に上下一対の電
極片（８）（９）からなる開閉スイッチ（１０）が固着
されている。

【００１３】この開閉スイッチ（１０）は、図５（イ）
（ロ）に示すように、隣接するもの同士が互いに６０度
の角度をなすように中央部（８ａ）から放射状に６本の
可動片（８ｂ）が延設されると共に、それらの間から１
本の細幅状引出片（８ｃ）が延設された下側電極片
（８）と、これに略対応する形状の接片（９ｂ）および
引出片（９ｃ）を有する上側電極片（９）とで構成され
ている。前記可動接片（８ｂ）は、前記受盤（６）の対
応孔部（６ａ）の上部を覆い得る長さを有し、かつ互い
に隣接するもの同士が孔部（６ａ）と同位相のとなるも
のであることが必要である。前記両電極片（８）（９）
としては、電気的特性（低接触抵抗）、強度（耐久
性）、柔軟性（撓極性または感度）等の観点より、厚さ
０．０３ｍｍ程度のＣｕ−Ｂｅ合金製超薄板材を前記形
状に打ち抜いて金メッキを施した後、熱処理を施したも
のが好適に用いられる。而して、図１に示すように、前
記小受盤（６）の各孔部（６ａ）上に各可動接片（８
ｂ）が位置するように下側電極片（８）がその中央部
（８ａ）を受盤（６）のスイッチ取付用突起（６ｃ）に
嵌合固定されると共に、その上部に絶縁座金（１１）を
介して近接離間状態となるように上側電極片（９）が、
各接片を下側電極片（８）の可動接片（８ｂ）と同位相
にし、かつ引出片を互いに反対方向に引き出した状態で
嵌合固定されている。図中（９ｄ）は可動接片（９ｂ）
に形成された接点である。

【００１４】ここに感震球（１）と各接片作動用小球
（７）とは間隔が０．２ｍｍ程度の極めて近接した離間
状態となされており、感震球（１）がケーシング内を転
動した際に該感震球（１）が対応位置の小球（７）に接
触し、該小球（７）が押し上げられる。そして、この押
し上げられた小球（７）は、下側電極片（８）の対応す
る可動接片（８ｂ）を押し上げ、該接片が上側電極片
（９）の対応する接片（９ｂ）に接触し、開閉スイッチ
（１０）が閉の状態となって、引出片（８ｃ）（９ｃ）
を介して後述の演算回路（２０）がオン状態となったあ
と、一定時間経過後にオフ状態となって次の震動の検出
に備えるものとなる。このように、ある一定の大きさ以
上の震動が生じて開閉スイッチ（１０）が閉状態となっ
た場合に演算回路（２０）がオン状態となり、一定時間
経過後にオフ状態となるので震動を検出するのに消費電
力を低くおささえることができ経済的である。

【００１５】また、図５（ロ）に示すように、下側電極
片（８）の各可動接片（８ｂ）の下面であって前記各小
球（７）に対応する位置には、小球（７）の押上圧力に
応じて電圧を発生するＰＶＤＦ等の圧電膜（２１）が設
けられている。そして、これら各圧電膜（２１）は、下
側電極片（８）の各可動接片（８ｂ）および引出片（８
ｃ）に沿って設けられた各リード線（２２）を介して、
演算回路（２０）に接続されている。

【００１６】この演算回路（２０）は、各圧電膜（２
１）で発生した電圧に基づいて、震動の大きさと方向を
求める回路である。具体的に説明すると、図８に示すよ
うに、感震球（１）が小球（７）のＩ方向を基準にθの
方向に震動した場合、６個の各小球（７）には下式に示
すような加速度がそれぞれ加わる。

【００１７】 ：Ｓ１＝Ａｃｏｓθ ：Ｓ２＝Ａｃｏｓ（６０＋θ） ：Ｓ３＝Ａｃｏｓ（６０−θ） ：Ｓ１’＝０ ：Ｓ２’＝０ ：Ｓ３’＝０ 電極間電圧Ｖは、各小球（７）に加わった力の和に比例
するから、 Ｖ＝Ｋ（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３） ＝ＫＡ｛ｃｏｓθ＋ｃｏｓ（６０＋θ）＋ｃｏｓ（６０−θ）｝ ＝ＫＡ（ｃｏｓθ＋２ｃｏｓ６０・ｃｏｓθ） ＝２ＫＡｃｏｓθ θ＝０のとき、Ｖ＝Ｖ０とすると Ｖ＝Ｖ０ｃｏｓθ −３０°＜θ＜３０°だから０．８６６＜Ｖ／Ｖ０＜１
となり、約１３％の変動幅で震動が検出される。従っ
て、震動による各小球（７）の圧力の和に比例して電荷
が変化することによって電圧値が変化するので、あらか
じめ震動の大きさと電圧値の相対関係を調べておけば、
前記電圧値Ｖに基づいて約１３％の変動幅で震動の大き
さを求めることができる。また、震動の方向は、感震球
（１）に最も加速度が加わった方向、すなわち電圧値が
最も大きいＩ方向の±３０°の範囲内と求めることがで
きる。なお、この実施形態では、小球（７）および圧電
膜を６個に設定しているが、それ以上の個数に設定して
もよい。

【００１８】前記内側ケーシング（３）の上端開口部に
は、蓋体（１２）が嵌合固定されている。この蓋体（１
２）の上面中央部には、上端が半球状に形成された吊下
用軸部材（１３）が上方突出状に固植されており、その
上端半球状部（１３ａ）が内側ケーシング吊持用の帯板
材（１４）の中央部に穿設された孔部（１４ａ）の周縁
に係止され、内側ケーシング（３）が帯板材（１４）に
対して揺動自在となされている。前記帯板材（１４）に
代えて円盤状その他適宜形状の吊持部材を用いても良
い。

【００１９】一方、外側ケーシング（４）は、図１およ
び図２に示すように、内部に前記内側ケーシング（３）
を揺動自在に収納し得る大きさに形成されたもので、そ
の上端開口部が蓋体（１５）により閉塞されている。前
記外側ケーシング（４）の上端内側縁部には段部（４
ａ）が形成されており、該段部（４ａ）に内側ケーシン
グ（３）を吊持する帯板材（１４）の両端部が係止され
ることにより、内側ケーシング（３）が外側ケーシング
（４）の傾斜設定時においても常時水平状態を維持しつ
つ揺動自在な態様で吊持されるようになっている。この
吊持状態において、外側ケーシング（４）の震動を内側
ケーシング（３）に伝達させると共に、内側ケーシング
（３）が慣性力により揺動することを防止する目的で外
側ケーシング（４）の凹球状底部と内側ケーシング
（３）底部との間に若干量の高粘度流体（１６）が充填
されている。この高粘度流体（１６）としては、内側ケ
ーシング（３）を常時水平状態に保持しうること、震動
を効率よく伝達しうること、長期間に亘って性能が劣化
しないこと、油洩出の虞がないこと等の諸条件を満たす
ことが必要であり、例えば粘度が１万（ｃＰ）程度のシ
リコン・オイルが好適に用いられる。なお、前記高粘度
流体（１６）に代えて、あるいはそれらと共に前記帯板
材（１４）と蓋体（１２）との間に円錐バネ等の調心作
用を阻害しない揺動規制部材を介在配置させるようにし
てもよい。

【００２０】また、外側ケーシング（４）には、その外
周面の４箇所に９０度の位相差をもって、軸線方向に沿
う膨隆部（４ｂ）が一体的に設けられている。対向する
一対の膨隆部（４ｂ）（４ｂ）の下端部には、取付側の
プリント基板に対する差し込み固定用脚部（４ｃ）が一
体的に延設されている。他の一対の膨隆部（４ｂ）（４
ｂ）には、それぞれ導電性の端子棒（１７）（１７）が
埋設状態に圧入嵌合され、この各端子棒（１７）（１
７）の上端に内側ケーシング（３）より引き出された開
閉スイッチ（１０）の引出片（８ｃ）（９ｃ）がそれぞ
れリベット止めにより接続され、かつ下端に逆Ｌ字状の
端子板（１８）（１８）が下方突出状に固着されてい
る。また、各圧電膜（２１）に一端を接続された各リー
ド線（２２）は、前記端子棒（１７）に沿う態様で同じ
く膨張部（４ｂ）（４ｂ）に埋設され、さらに前記端子
板（１８）（１８）に沿いつつ、他端が前記演算回路
（２０）に接続されている。

【００２１】しかして、ケーシング内の収納された感震
球（１）は、常時は該ケーシングの内底面中央部に位置
するとともに、各接片作動用小球（７）に近接離間状態
となされている。そして、この状態において地震等によ
りケーシングが震動すると、感震球（１）がケーシング
内で転動し、その転動に伴って感震球（１）が対応位置
の接片作動用小球（７）に接触して押し上げる。この小
球（７）の上昇作動によって下側電極片（８）の可動接
片（８ｂ）が押し上げられ、該接片（８ｂ）が上側電極
片（９）の接片（９ｂ）に接触することによって開閉ス
イッチ（１０）が閉の状態となり、引出片（８ｃ）（９
ｃ）を介して演算回路がオン状態となる。また、前記小
球（７）の上昇作動に伴って、各圧電膜（２１）は前記
小球（７）の押し上げる圧力に応じて電圧を発生し、そ
れら電圧値がリード線（２２）を通じて演算回路（２
０）に送信され、演算回路（２０）により送信されてき
た各電圧に基づいて震度の大きさと方向を求めることが
できる。

【００２２】［実施形態２］図９〜図１１は、この発明
の他の実施形態を示すものである。

【００２３】この実施形態では、接片作動用小球（７）
が４個に設定されている。そして、開閉スイッチが、隣
接するもの同士が互いに９０度の角度をなすように中央
部（２８ａ）から放射状に４本の可動片（２８ｂ）が延
設されると共に、それらの間から１本の細幅状引出片
（２８ｃ）が延設された下側電極片（２８）と、これに
略対応する形状の接片（２９ｂ）および引出片（２９
ｃ）を有する上側電極片（２９）とで構成されている。
前記可動接片（２８ｂ）は、前記受盤（６）の対応孔部
（６ａ）の上部を覆い得る長さを有し、かつ互いに隣接
するもの同士が孔部（６ａ）と同位相のとなるものであ
る。

【００２４】また、下側電極片（２８）の各可動接片
（２８ｂ）の下面であって、前記各小球（７）に対応す
る位置には圧電膜（２１）が設けられている。そして、
互いに対向する一対の圧電膜（２１）（２１）は、図１
０に示すように、可動接片（２８ｂ）の下面においてリ
ード線（３１）により接続されるとともに、各圧電膜
（２１）は別のリード線（２２）を介して演算回路（３
０）に接続されている。

【００２５】前記演算回路（３０）は、各圧電膜（２
１）で発生した電圧に基づいて震動の大きさおよび方向
を求める回路である。具体的に説明すると、図１１に示
すように、感震球（１）が小球（７）のＩ方向を基準に
θの方向に震動した場合、対向する一対の小球（７）は
リード線（３１）により接続されているから、小球
（７）のＩ−Ｉ方向の押上圧力とＩＩ−ＩＩ方向の小球
（７）の押上圧力により出力される電圧値はそれぞれ、 Ｖ _{1 1}＝ＫＡ ₀ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ＝ＫＡｃｏｓθ Ｖ _{2 2}＝ＫＡ ₀ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ＝ＫＡｓｉｎθ となる。従って、Ｖ _{1 1} ² ＋Ｖ _{2 2} ² ＝（ＫＡ）² となり、電圧値と震動の大きさの相対関係をあらかじめ
調べておけば、震動の大きさを求めることができる。ま
た、 Ｖ _{2 2}／Ｖ _{1 1}＝ｔａｎθ となるから、振動の方向も併せて求めることができる。

【００２６】なお、以上いずれの実施形態についても、
水平方向の震動成分について説明したが、これに限られ
ず、垂直方向の震動成分が加わるものであってもよい。
要は、震動の大きさにより変化する小球（７）の加速度
を、圧電膜によって電圧に変換し、それら電圧値に基づ
いて震動の大きさと方向を求めるものであればよい。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、前記小球の上昇作動
に伴って、圧電膜は前記小球の押し上げる圧力に応じて
電圧を発生し、該電圧に基づいて演算回路により簡単か
つ確実に震度の大きさと方向を求めるので、高精度で連
続的な震動の検出が可能となる。また、地震等によりケ
ーシングが震動すると、感震球および小球の上昇運動に
よって開閉スイッチが閉の状態となって演算回路がオン
状態となる一方、震動が終了すると、開閉スイッチがオ
フ状態となって演算回路がオフ状態となって、震動の検
出時にのみ演算回路に電力が供給されるので、消費電力
を低く抑えることができ経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態である感震装置を示す断
面図である。

【図２】感震装置の分解斜視図である。

【図３】感震装置を外蓋を取り外した状態で示す平面図
である。

【図４】小球用受盤の断面図である。

【図５】上側電極片および下側電極片の平面図である。

【図６】内側ケーシングの平面図である。

【図７】内側ケーシングの断面図である。

【図８】６個の小球と震動方向の関係を示す概念図であ
る。

【図９】他の実施形態である感震装置の上側電極片およ
び下側電極片の平面図である。

【図１０】図９の上側電極片および下側電極片の断面図
である。

【図１１】４個の小球と振動方向の関係を示す概念図で
ある。

【符号の説明】

１・・・感震球 ３・・・内側ケーシング ４・・・外側ケーシング ４ｃ・・・脚部 ７・・・接片作動用小球 ８・・・下側電極片 ８ｂ・・・可動接片 ９・・・上側電極片 １０・・・開閉スイッチ １８・・・接続端子 ２０・・・演算回路 ２１・・・圧電膜 ２２・・・リード線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内に感震球が転動自在に収納
   されると共に、該感震球の上部にその転動に伴って開閉
   作動されるスイッチ部が設けられてなる感震装置におい
   て、 前記スイッチ部が、互いに等角度をなすように放射状に
   延びた可動接片を有する下側電極片とその上部に近接離
   間状態に配置された上側電極片とよりなる開閉スイッチ
   と、前記各可動接片と前記感震球との間にそれぞれ上下
   移動自在に配設され、感震球の転動時に前記可動片を上
   側電極片に接触させるように押上作動せしめる接片作動
   用小球と、前記下側電極片の可動接片の表面であって前
   記小球と接触可能な位置に設けられ、該小球の押上圧力
   に応じて電圧を発生する圧電材料とで構成される一方、
   前記圧電材料で発生した電圧に基づいて震度の大きさや
   方向を求める演算回路が設けられていることを特徴とす
   る感震装置。