JP2009244132A - 衝撃検出デバイスおよび衝撃強度判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃に対する感応の指向性をもつ電源不要の衝撃検出デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】衝撃検出デバイスは、柱状の錘移動空間１０を内部に形成するハウジングと、錘移動空間の端面を塞ぐ蓋と、錘移動空間内に収められた錘１５と、錘よりも外径が小さい錘支持部と、錘移動空間に充填された流動体１９とを備える。錘は錘移動空間内で軸方向に摺動可能な外形をもつ。錘には軸方向の一端から他端まで通じる流通路が形成される。錘支持部の軸方向の両端部はそれぞれ蓋と錘１５とに繋がるように設けられる。錘支持部によって錘は錘移動空間の両端と離れた位置に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、設定値以上の衝撃の発生の有無を示す衝撃検出デバイスおよびそれを用いた衝撃強度判定方法に関する。

携帯電話、ノート型コンピュータ、オーディオプレーヤ、デジタルカメラなどの各種の可搬型機器の付加機能として、落下に因る衝撃の発生を加速度センサにより検知してメモリに記録する衝撃記録機能がある。記録された情報は、主として機器が故障したときにユーザから修理を依頼されたサービス担当者によって読み出され、故障診断に利用される。

一方、電源の必要な電気回路によらずに衝撃の発生の有無を示す手段として、所定値以上の衝撃を受けたときに破損または変形する部分を有した衝撃検知用の部材が知られている。衝撃を色で示す部材は、所定の衝撃で破れる殻で発色材を内封したインクボールとインクボールを自由移動が可能に囲むケースとを有する（特許文献１）。衝撃の度合いを破損箇所の数で示す部材は、耐衝撃強度の異なる複数の片持ち支持部を有した所定パターンの平板状の部材であって、衝撃が大きいほど抜け落ちる片持ち支持部が多くなるように構成される（特許文献２）。
特開２００１−９９８５４号公報 特公平７−８９１２４号公報

故障の原因が衝撃を受けたことにあるのか否かをより正確に判断する上で、機器に加わった衝撃の方向が判ることは望ましい。例えば、小型化が進んだことから可搬型機器に搭載されるようになったハードディスクドライブ（ＨＤＤ）ではディスク面と直交する方向の耐衝撃強度と比べてディスク面と平行な方向の耐衝撃強度は大きいので、ある強度の衝撃が加わったことが判ってもその方向が判らなければ、その衝撃がＨＤＤの故障の原因か否かを断定することができない。本発明はこのような事情に鑑み、衝撃に対する感応の指向性をもつ電源不要の衝撃検出デバイスを提供することを目的としている。他の目的は設定した方向の衝撃の度合いの判定を容易にすることである。

上記目的を達成する衝撃検出デバイスは、第１の端面が塞がれた柱状の錘移動空間を形成するハウジングと、前記錘移動空間の第２の端面を塞ぐ蓋と、前記錘移動空間内に収められ、前記錘移動空間内で軸方向に摺動可能な外形をもち、かつ前記軸方向の一端から他端まで通じる流通路が形成された錘と、前記蓋と前記錘との間に位置し、前記錘よりも外径が小さく、両端部がそれぞれ前記蓋と前記錘とに繋がるように設けられ、かつ前記錘を前記錘移動空間の前記第１の端面から離れた位置に支持する錘支持部と、前記錘移動空間に充填された流動体とを備える。

錘の移動は錘移動空間の軸方向の移動に制限される。錘支持部を引っ張りまたは圧縮する軸方向の衝撃が加わりその強度が錘支持部の機械的強度と流動体の粘度とが関係する所定値を超えるとき、錘支持部が千切れて錘が移動可能になる。千切れた錘支持部は元戻らないので、任意の時点で錘の状態を調べれば所定値を超える軸方向の衝撃の発生の有無を判別することができる。錘支持部および錘の状態は、例えばハウジングが透明であれば一目瞭然であり、ハウジングに透光性があれば強い光を透かすなどして目視することができる。また、ハウジングをゆるく振って錘が移動するか否かを手の感触や聴覚で判別することができる。その他にも静電容量や透磁率の測定によって錘の位置を調べる方法もある。衝撃検出デバイスを分解してもよい。

本発明によれば、錘移動空間の軸方向が所望の方向に一致するよう配置するだけで当該方向の所定値以上の衝撃が加わったか否かを判別することができる。

図１および図２に示される本発明の実施形態に係る衝撃検出デバイス１は、第１の端面が塞がれた円柱状の錘移動空間１０を内部に形成する長さが１０ｍｍ程度で直径が４〜５ｍｍ程度の円筒状のハウジング１１と、錘移動空間１０の第２の端面を塞ぐ円板状の蓋１３と、錘移動空間１０内に収められた錘１５と、錘１５よりも外径が小さい錘支持部１７と、錘移動空間１０に充填された流動体１９とを備える。錘１５の外形は外径が錘移動空間１０の内径より若干小さい円柱状であり、錘移動空間１０内で軸方向に摺動可能である。錘１５には軸方向の一端から他端まで通じる流通路として２つの貫通孔５１，５１が形成されている。錘支持部１７の軸方向の両端部はそれぞれ蓋１３と錘１５とに繋がるように一体的に設けられている。錘支持部１７によって錘１５は錘移動空間１０の第１および第２の端面の両方と離れた位置に配置される。

例示の衝撃検出デバイス１では、蓋１３と錘１５と錘支持部１７とが一体成型されており、蓋１３とハウジング１１とが接着材２１によって接合されている。蓋１３には、ハウジング１１と蓋１３とを接合した後に錘移動空間１０に流動体１９を封入するための孔３１が設けられている。孔３１は流動体１９を封入した後に封止材によって塞がれる。

衝撃検出デバイス１は、衝撃検出デバイス１に加わる種々の方向の衝撃のうち、錘移動空間１０の軸方向の衝撃に対して選択的に感応する。図２（Ａ）の軸方向の衝撃Ｆが加わると、錘１５が軸方向に移動しようとし、それによって錘支持部１７が引っ張られまたは押される。衝撃の大きさが所定値以上であるとき、図２（Ｂ）のように錘支持部１７が破断する。図示では蓋１３と錘１５とにそれぞれ破断片１７ａ，１７ｂが残っている。錘支持部１７が破断した後、錘１５はその後の衝撃や重力に従って移動する。移動に際して流動体１９は流通路５１を通って流動する。

破断した錘支持部１７は元の状態には戻らないので、錘支持部１７の状態を調べれば所定値を超える軸方向の衝撃の発生の有無を判別することができる。錘支持部１７の状態が一目瞭然となるよう衝撃検出デバイス１のハウジング１１は透明な強化プラスチックで形成されている。錘１５の位置は錘支持部１７の状態を端的に表わすので、錘１５の位置から錘支持部１７が破断しているか否かを知ることができる。

錘支持部１７が破断する衝撃の大きさには、錘支持部１７の材質および断面積、流動体１９の粘度、および流通路５１の断面積が関係する。これらの事項を選定することにより所望の大きさの衝撃に感応するデバイスが得られる。例えば、流動体１９の粘度が十分に小さい場合において、錘支持部１７の材質を引張強度が６０Ｎ／ｍｍ²のアルミニウムとし、錘支持部１７の断面積を０．１ｍｍ²とし、錘１５の重さを６．４６５５×１０^-4ｋｇとすると、錘１５に１０００Ｇの加速度が加わったときに錘支持部１７は破断する。錘支持部１７の断面積を増減すれば、感応する加速度は相応の値となる。

使用環境雰囲気（特に湿気）の影響を無くすために密閉される錘移動空間１０に流動体１９が充填されることにより、衝撃検出デバイスの使用環境の気圧変化の影響が軽減される。仮に錘移動空間１０内が気体で満たされていると、例えば標高の高い場所のような低圧環境であるために錘移動空間１０が膨らむおそれがある。錘移動空間１０が膨らむと、錘１５とハウジング１１との隙間が拡がって錘１５が振動し易くなり、錘支持部１７が疲労する。錘移動空間１０の膨張を防ぐには、ハウジング１１の肉厚を大きくしなければならない。流動体１９を充填しておけば、外気圧が変化しても実質的に錘移動空間１０は膨らんだり縮んだりしないので、ハウジング１１の肉厚を小さくして軽量小型化を図ることができる。

このような衝撃検出デバイス１には以下の変形例がある。変形例の図示において衝撃検出デバイス１に対応する要素には図１および図２と同じ符号を付してある。

図３（Ａ）に要部の断面構造が示される衝撃検出デバイス２は、錘支持部１７に支持された錘１５ｂを有する。錘１５ｂの外形は図３（Ｂ）のように円を部分的に径方向に窪ませた断面形状をもつ柱状である。錘１５ｂは錘支持部１７が破断したときに錘移動空間１０内を摺動する。錘１５ｂの周面（柱の側面）が部分的に窪んでいることによって生じる錘１５ｂとハウジング１１との隙間５２，５２が錘移動空間１０に充填される図示しない流動体が通る流通路となっている。

図４（Ａ）に要部の断面構造が示される衝撃検出デバイス３は、複数の回転止め突起３２を有した蓋１３ｂ、回転止め突起３２の先端に係合する窪み５３を有した円柱状の錘１５ｃ、および材質が錘１５ｃと異なる錘支持部１７ｂを備える。錘１５ｃにおいて、窪み５３は蓋と対向する面に図４（Ｂ）のように外周に沿って等間隔に配列されている。これら窪み５３のそれぞれと回転止め突起３２との係合により、錘支持部１７ｂで支持された状態の錘１５ｃの軸周りの回転が防止され、錘支持部１７ｂはねじれない。錘１５ｃの回転防止の上では回転止め突起３２および窪み５３が１個ずつあればよいが、本例ではスペーサとして利用するために複数の回転止め突起３２が設けられている。

錘支持部１７ｂの材質および錘１５ｃの材質は別個に選定される。例えば錘支持部１７ｂはアルミニウムで形成され、錘１５ｃはタングステン、オスミウム、イリジウムといった比重の大きい材料で形成される。

錘支持部１７ｂの両端の錘１５ｃおよび蓋１３ｂへの固定は、圧入、溶接、接着といった公知の手法によって行うことができる。

図５（Ａ）に要部の断面構造が示される衝撃検出デバイス４は、四角柱状の錘移動空間１０ｂを内部に形成するハウジング１１ｂと、錘移動空間１０ｂの一端面を塞ぐと蓋１３ｃと、錘支持部１７ｂに支持された錘１５ｄとを備える。蓋１３ｃは先端面が錘１５ｄと当接または接近する高さのスペーサ３３と一体に構成されている。スペーサ３３の平面形状は図５（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図である図５（Ｂ）のとおり四角形である。錘１５ｄの外形は図５（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である図５（Ｃ）のように四角形の断面をもつ柱状である。錘１５ｄは錘支持部１７ｂが破断したときに錘移動空間１０ｂ内を摺動する。

錘移動空間１０ｂおよび錘１５ｄが四角柱状であので、衝撃検出デバイス４においては錘１５ｄの回転を防止する回転止め部材は不要である。

図６に断面構造が示される衝撃検出デバイス５は、それぞれの第１の端面が塞がれかつ軸方向が平行な３個の柱状の錘移動空間１０を内部に形成するハウジング１２と、３個の錘移動空間１０の残りの第２の端面を一括に塞ぐ蓋１４と、錘移動空間１０内に１個ずつ収められた３個の錘１５と、錘１５よりも外径が小さい３個の錘支持部１７と、錘移動空間１０にそれぞれ充填され粘度が互いに異なる３種の流動体１９ａ,１９ｂ,１９ｃとを備える。錘１５の外形は外径が錘移動空間１０の内径より若干小さい柱状であり、錘移動空間１０内で軸方向に摺動可能である。錘１５には軸方向の一端から他端まで通じる流通路として２つの貫通孔５１，５１が形成されている。錘支持部１７の軸方向の両端部はそれぞれ蓋１３と錘１５とに繋がるように設けられている。錘支持部１７によって錘１５は錘移動空間１０の第１および第２の端面の両方と離れた位置に配置される。

例示では３個の錘移動空間１０の構成が同一であるが、流動体１９ａ,１９ｂ,１９ｃの粘度が異なるので、３個の錘移動空間１０の間で錘支持部１７が破断する衝撃の大きさが異なる。３個の錘支持部１７のいずれも破断していないか、１個のみが破断しているか、２個のみが破断しているか、３個のいずれもが破断しているかを調べることにより、衝撃検出デバイス５に加わった衝撃の強度範囲を検知することができる。

流動体１９ａ,１９ｂ,１９ｃの粘度のみが異なる例示の構成に限らず、例えば錘支持部１７の材質および断面積を３個の錘移動空間１０の間で異ならせて感応する衝撃の大きさを設定することもできる。また、２個または４個以上の錘移動空間１０を設けてより細かに衝撃の強度範囲を検知できるようにしてもよい。

図７は以上の衝撃検出デバイスの使用形態の一例を示す。図７では支持体としての携帯電話１００に３個の衝撃検出デバイス１ａ，１ｂ，１ｃが錘移動空間を平行にするように配列して固定されている。携帯電話１００からそのバッテリーパック１１０を取り外すと、衝撃検出デバイス１ａ，１ｂ，１ｃを目視することができる。例えば、携帯電話１００が故障したときにユーザから修理を依頼されたサービス担当者は、各衝撃検出デバイス１ａ，１ｂ，１ｃにおける錘支持部の破断の有無を判別し、その結果に基づいて携帯電話１００に加わった衝撃の強度を判定する。

以上の実施形態において、ハウジング１１，１１ｂ、１２が透明であるのが好ましいが、必ずしも透明である必要はない。ハウジング１１，１１ｂ、１２に透光性があれば強い光を透かすなどして目視することができる。また、ハウジング１１，１１ｂ、１２をゆるく振って錘が移動するか否かを手の感触や聴覚で判別することができる。衝撃検出デバイス１〜５を分解してもよい。

錘移動空間１０，１０ｂに充填する流動体１９,１９ａ,１９ｂ,１９ｃとしては、電気機器への組み込みを考慮すれば、絶縁体であるのが望ましい。各種オイルに代表される絶縁性の液体や高粘度流体を用いることができる。ハウジング１１，１１ｂ、１２および蓋１，１３ｂ,１３ｃ,１４の材質として樹脂および金属が挙げられる。錘１５，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの材質としては、小型化の観点では比重の大きい金属が望ましいが、樹脂であってもよい。錘支持部１７，１７ｂの材質としては強度設定の精度の観点で金属が望ましい。

錘移動空間１０，１０ｂの形状は、比較的に精度良く作り易い円柱状に限らず、図５のような四角柱、三角柱、多角柱など任意の形状とすることができる。流動体を充填するための孔３１をハウジングに１１，１１ｂ、１２も受けても良いし、回転止め突起３２やスペーサ３３を錘１５，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに形成してもよい。ハウジングに１１，１２に回転止め突起を形成することもできる。その他、衝撃検出デバイス１〜５の構成および寸法は本発明の主旨に範囲内で用途に応じて適宜変更することができる。

を本発明の実施形態に係る衝撃検出デバイスの構成示す図である。 衝撃検出デバイスの内部構造とその変化を示す図である。 衝撃検出デバイスの構成の他の例を示す図である。 衝撃検出デバイスの構成の他の例を示す図である。 衝撃検出デバイスの構成の他の例を示す図である。 衝撃検出デバイスの構成の他の例を示す図である。 衝撃検出デバイスの使用例を示す図である。

符号の説明

１，２，３，４，５ 衝撃検出デバイス
１０，１０ｂ 錘移動空間
１１，１１ｂ、１２ ハウジング
１３，１３ｂ、１４ 蓋
１５，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 錘
１７，１７ｂ 錘支持部
１９,１９ａ,１９ｂ,１９ｃ 流動体
３２ 回転止め突起
３３ スペーサ
５１，５２ 流通路
５３ 窪み
１００ 携帯電話（支持体）

Claims (6)

1. 設定値以上の衝撃の発生の有無を示す衝撃検出デバイスであって、
   第１の端面が塞がれた柱状の錘移動空間を形成するハウジングと、
   前記錘移動空間の第２の端面を塞ぐ蓋と、
   前記錘移動空間内に収められ、前記錘移動空間内で軸方向に摺動可能な外形をもち、かつ前記軸方向の一端から他端まで通じる流通路が形成された錘と、
   前記蓋と前記錘との間に位置し、前記錘よりも外径が小さく、両端部がそれぞれ前記蓋と前記錘とに繋がるように設けられ、かつ前記錘を前記錘移動空間の前記第１の端面から離れた位置に支持する錘支持部と、
   前記錘移動空間に充填された流動体とを備える
   ことを特徴とする衝撃検出デバイス。
2. 前記錘と前記蓋との間にスペーサが配置された
   請求項１に記載の衝撃検出デバイス。
3. 前記錘移動空間は円柱状であり、
   前記錘の前記蓋と対向する面に窪みが形成されており、
   前記蓋は、前記窪みに先端が係合する回転止め突起を有する
   請求項１に記載の衝撃検出デバイス。
4. 前記ハウジングは透光性を有する
   請求項１に記載の衝撃検出デバイス。
5. 設定値以上の衝撃の発生の有無を示す衝撃検出デバイスであって、
   それぞれの第１の端面が塞がれかつ軸方向が平行な複数の柱状の錘移動空間を形成するハウジングと、
   前記複数の錘移動空間の残りの第２の端を塞ぐ蓋と、
   前記複数の錘移動空間内に１個ずつ収められ、各錘移動空間内で軸方向に摺動可能な外形をもち、かつ前記軸方向の両端に開口する貫通孔を有した複数の錘と、
   前記蓋と前記複数の錘のそれぞれとの間に位置し、各錘よりも外径が小さく、両端部がそれぞれ前記蓋と該当する錘とに繋がるように設けられ、かつ該当する前記錘を前記錘移動空間の前記第１の端面から離れた位置に支持する複数の錘支持部と、
   前記複数の錘移動空間にそれぞれ充填され粘度が互いに異なる複数の流動体とを備える
   ことを特徴とする衝撃検出デバイス。
6. 流動体の粘性が異なることを除いて請求項１に記載の衝撃検出デバイスと同じ構成をもつ複数の衝撃検出デバイスを用意し、
   前記複数の衝撃検出デバイスを錘移動空間が平行になるように配列して共通の支持体に固定しておき、その後に各衝撃検出デバイスにおける錘支持部の破断の有無を判別し、その結果に基づいて前記支持体に加わった衝撃の強度を判定する
   ことを特徴とする衝撃強度判定方法。
   
   

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