JP2738415B2 - 地震感知警報装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、任意方向から伝播・到来する所定振幅以上
の地震揺動に対して選択的に作動開始し復帰操作を行う
まで不可逆的に連続警報する好適な地震感知警報装置に
関する。

（従来の技術） 地震感知器として第４図及び第５図の特公昭63−5125
5号記載のものが知られている。この従来例は、従前よ
りもある感振球方式の地震感知器の持っている課題、す
なわち、水平設置の精度的困難さ、リセットの煩雑さ、
それに水平方向のみの感度がある感度の方向依存性等の
欠点を解決するため、重錘15と、ポリ沸化ビニリデン系
樹脂等からなる圧電材16bを線状電極16a上に同軸上に形
成してなる線状感圧素子16とを組み合わせ、これを枠体
17に懸架して方向依存性を無くするよう意図したもので
あって、従前のものと比較してより高感度なかつ設置容
易な実用的地震感知器を提供するものであるとしてい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来例の地震感知器において、線
状感圧素子の電気信号出力を検出するのに、第５図の増
幅器18,20とバンドパスフィルタ19と防災作動回路21等
とを常時通電状態に維持して待機作動させ続けなければ
ならず、電力消費の経済的損失のみならずこの地震感知
器の検知・警報回路に用いられている電気部品の信頼性
を損なう恐れがあった。これは圧倒的に長時間の待機作
動という無駄な通電を行うことにより電気部品の寿命を
縮める結果、肝心の地震感知すべき瞬間において、信頼
性の高い確実な地震検知・警報作動の保証を困難にす
る。また複雑な電気回路検出を必要とすることから、地
震感知器全体の価格が下がらず一般利用への普及が図れ
ないうらみがあった。

しかも、振動感知の方向依存性は、第４図の線状圧電
素子16と球状の重錘15との懸架組合せ構造からでは完全
に解決されておらず、例えば、重垂15を懸架する線状圧
電素子16と並行な方向から伝播する振動の検出は、重垂
15を懸架する張力によりたわみが全くしないことから物
理学上不可能であり、従って、線状圧電素子16の懸架方
向と直交する平面をその成分にもつ振動の検出に限定さ
れる。その上、主に線状圧電素子16のたわみ歪に基づく
電極16a,16bに現れる圧電反作用起電力によって振動検
出が行われるのであるから、出来る限り大きなたわみ歪
を発生するようにしなければならないにも拘らず、重錘
15が振動加速度により力を線状圧電素子16に及ぼす場合
において、力の作用点が線状圧電素子16上の特定部位に
限定されてしまい、効率よく線状圧電素子16全体にたわ
み歪を発生させることが本質的に困難である。重錘15の
懸架張力もこのたわみ歪発生を抑制するように作用して
いて、いづれにしても高感度の振動検出とはなり得ない
欠点があった。

さらに、地震揺動以外の、例えば、重量運搬車の近接
通過等により生ずる疑似振動伝播に対して、それがたと
え小振幅振動であっても同様に検出するから、その結果
誤まって警報する恐れがあり、これを防止するため振動
検出後において、電気信号の振幅制限あるいは判別を行
う特殊回路等を追加する必要があり、ますます複雑な回
路構成とならざるを得なかった。

本発明は、これらの欠点を一掃解決すべく、信頼性の
非常に高い簡明な原理を応用して、電気動作待機方式に
よらず、もっぱら物理動作待機方式による低価格な普及
型の地震感知警報装置を提供することを目的とするもの
である。

（課題を解決するための手段） 即ち、地震感知すべき瞬間において、３次元任意方向
から伝播してくる所定の振幅以上の振動に感応して帯磁
重錘が磁性体の半球状天殻内で揺動すると、水平・垂直
方向に固有振動数の小さな自由振動サイズモ系を成して
いるから、重錘と天殻とが接近あるいは衝突すると相互
に吸引磁着して接触通電し、その結果、これらに接続し
てある警報回路を作動開始させるものである。磁着は不
可逆的状態であるから、復帰操作を行うまで警報回路が
作動し続けることができるものである。

（作用） 第２図に従って、本発明の原理概要とその作用を説明
する。框体頭頂部9aから可撓性導電線条体３により重錘
１が懸垂され、更に重錘１の下部よりリセット用の線条
体４が下垂され、その下方末端にはリセットボタン５が
付属している。この重錘１には、垂直軸の回りに関して
方向性のない（即ち等方な）磁極が表れるように帯磁さ
れていて、さらに重錘１の表面に導電表層1aが設けられ
ている。この導電表層1aは可撓性導電線条体３を経由し
て警報回路６の一方の端子に接続されている。

一方、重錘１をその球心近くに位置させるように磁性
材からなる半球状天殻２が框体９内に固定されていて、
静時において、重錘１と天殻２との間に所定の水平距離
ｈを保つようになっている。天殻２の内面には導電表層
2aが設けられており、これは、電源８の一方の端子に接
続されている。電源８の他方の端子は警報回路６の他方
の端子に接続されている。スピーカ７が警報回路６に接
続されて合成音声警報あるいは警報信号等の可聴周波数
出力をするようになっている。

ここで、框体９の頭頂部9aと重錘１の重心までの距離
をＬとすると、この系を単振動振子とみて固有角振動数 が計算される。例えば、Ｌ＝0.10mとすると、ｇ＝9.8m/
secであるから1.6ヘルツとなる。

地震振動数は１ヘルツから10ヘルツであると言われて
おり、特に３ヘルツから７ヘルツが多い。

上記の重錘において、固有振動数を地震振動数以下に
してあるから、地震波に共鳴することなく一種のサイズ
モ振動系とすることができ、地震波の初期振動時等の水
平揺動振幅を正確に重錘１の揺動振幅と見なすことがで
きる。従って、感知すべき地震波の振幅を、本発明の重
錘１と天殻２との間の距離ｈにほぼ等しく取ることによ
り、選択的にこの所定の振幅（距離）ｈ以上の地震振動
を的確に検出して警報することができる。自明なことで
あるが、この所定の振幅（距離）ｈに満たない振幅は感
知せず、従って、振動振幅に不感帯領域を設けることが
でき、非地震波等の雑音対策を行う上で実利的である。
ただし、実際の揺動は複雑な周波数成分を持つこと及び
重錘１と天殻２との間に磁気吸引があることの理由によ
って、正確に水平距離ｈを感知すべき地震揺動振幅に等
しくなし得ないが、実験の結果ではかなり強い相関関係
にあることが確認されている。

地震の垂直振動に対しては、重力の影響を考慮しなけ
ればならないが、可撓性導電線条体３に弾性がない場合
でも、垂直振動の少なくとも半周期において重錘１は天
殻２に向かって相対移動することがあることを利用すれ
ば、重錘１の重量Ｍと、重錘１と天殻２との間の垂直距
離ｐを調整して、地震波の垂直方向の成分の感知・警報
を可能にすることができる。

しかし、さらに優れた方法として、可撓性導電線条体
３を、例えば、第３図に他の実施例として示すように、
可撓性導電スプリング12に変更することにより、単振子
の水平振動数の場合と同様に、スプリングと重力との相
互作用に依って垂直方向の振動成分感知に最適な固有振
動数を設定することが出来る。

すなわち、可撓性導電スプリング12のスプリング常数
Ｃから、このサイズモ振動系の固有角振動数 が得られる。例えば、Ｃ＝9.8kg/m、Ｍ＝0.10kgにとれ
ば、上記の単振子の場合と等しい固有振動数1.6ヘルツ
に設定することができる。この場合、天殻２を球体状に
することができ、製造上都合がよい。明らかに重錘１の
重心は天殻２の球心に位置することになる。

復帰操作並びに警報装置のチェックはリセットボタン
５を下方に引くことにより行うことが出来る。すなわ
ち、重錘１と天殻２とが磁着してある間、警報回路６が
継続して作動しているが、このときリセットボタン５を
下方に強く引くことにより初期の待機状態に復帰させる
ことが出来る。

同様に、警報回路６のチェックはリセットボタン５を
更に下方に引いて、可撓性導電フプリング12を伸張させ
て行う。このとき、框体下部のリセット電極10に、導電
線条体13の途中にあるリセット電極14が接触するから、
一時的に警報回路６が作動するかどうかにより確認でき
る。

また、リセット電極10と導電線条体13とリセットボタ
ン５とにより、本発明の地震感知警報装置を建物等に取
り付ける場合、正しい垂直懸垂に設定されているかどう
か確認できる。さらに、リセットボタン５は復帰操作時
における過大伸張を防止するストッパの役目も成してい
る。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例である。框体９の頭頂部中
央9aから導電線条体３により、帯磁された重錘１と、さ
らに重錘１の下端には線条体４とリセットボタン５とが
取付けられている。静時において、框体９の中程に重錘
１がその球心近く隔置され所定の距離を保持すべく、磁
性材からなる半球状の天殻２が框体９に固定されてい
る。

第２図（ａ）は第１図実施例の構成概念図である。こ
れにより本発明の動作原理を説明する。天殻２と重錘１
と警報回路６と電源８とが、導電線条対３を経由して、
直列に接続されており、地震波により重錘１が天殻２内
で相対揺動運動すると、この揺動が重錘１と天殻２との
距離ｈに達するほど大きくなると、予め帯磁が施された
重錘１の磁極が、磁性材の天殻２に吸引し磁着する。そ
して、重錘１の表面にある導電表層1aと天殻２の内側の
表面の導電表層2aとが接触導通する結果、警報回路６か
らの警報信号あるいは警報音声がスピーカ７より発せら
れる。

このときスピーカ７を取り付けてある框体９が共鳴函
の役目をするので、充分な音量に拡声して警報伝達する
ことができる。

ここで、前述した通り重錘１の単振子として固有振動
数が、地震波の周波数よりも低くなるように設計されて
いるから、初期の振動伝播において共振することなく、
サイズモ振動系としてこの重錘と天殻２との相対揺動運
動から、地震波揺動の振幅を正確に感知することができ
る。

共鳴現象により実際の振幅以上に重錘１が揺動するの
を防止するためには、地震波の振動数最多範囲が３から
５ヘルツであることから、重錘１の振動系を前記のよう
に、例えば、２ヘルツ以下に設計することが有効であり
動作も安定している。

しかし、小型な地震感知警報装置とするためには、固
有振動数を高めの、例えば、15ヘルツ以上にすることが
しばしば行われる。単に地震そのものの感知を目的の場
合は、振幅選択機能はかなり劣るが、高感度化を目的
に、敢えて共振振動数範囲に固有振動数を得ることも採
用される。

天殻２と重錘１との水平距離ｈは、この距離ｈに概略
相当しない小振幅振動を選択的に排除する特性を有する
から、例えば、重量車の近接通過によって発生する雑音
等に対して誤って反応することもなく、実用上極めて有
用な特徴が付与される。

天殻２と重錘１の垂直距離ｐは、地震の垂直方向振幅
の感知警報を行うために実験的に設定されたもので、重
錘１の重量Ｍと振動数とによって変化するが、もとより
重力の場の中では正確には設定できない。しかし、垂直
方向の振動の少なくとも半周期は垂直下降方向であるか
ら、これを利用して重錘１と天殻２とを接触・磁着させ
るようとして実験的に設定されたものである。

リセットボタン５は、警報作動中の警報回路を初期の
待機状態に復帰させるため、下に引いて操作されるが、
本発明の地震感知警報装置を建物等に設定するとき、リ
セット電極10の孔の中の線条体４の位置により正しく垂
直懸垂しているかどうかで確認することができる。この
垂直調整は、取り付け金具11a,11bの位置合わせにより
簡単に行うことが出来る。

第３図は、第１図の実施例の欠点を解決するために改
良された、本発明の他の実施例である。

すなわち、導電線条体３に替えて導電スプリング12と
してあるのは、垂直方向の振幅に対しても水平方向同様
の感知機能を与える目的からであり、重錘１の重量Ｍと
スプリング常数Ｃとにより決定される固有振動数を、水
平単振子の固有振動数とほぼ同じになるように設計する
と、水平・垂直の振動揺動に対して同等の感知能力を持
たせることが可能となり、この結果、重錘１と天殻２と
の距離を全て等しくでき、重錘１を天殻２の球心に位置
させることができる。これにより任意の方向に感応する
方向依存性の全く無い地震感知警報装置とすることが始
めて可能となった。

なお、この実施例において、警報装置の動作確認を随
時行うことができ大変便利である。すなわち、第３図に
示すとおり、復帰操作のためにリセットボタン５を下方
にひくと、リセット電極14と同10が接触するから、一時
的に警報回路６に電源８が投入されて警報が行われ動作
確認ができるからである。

以上詳述した実施例において、重錘１にのみ帯磁して
あるが、天殻２に帯磁を行っても全く同様な機能である
ことは云うまでもない。但し、均等な磁極を天殻２とし
て配置することは一般に困難であること、重錘１にその
重量に比べて強力な磁極を帯磁させることは比較的簡単
であることの２つの理由から、実施例に挙げた方法が、
実用上優れているようである。

また、本発明の装置を多機能化させ、火災報知器、煙
探知機、侵入者検知装置等の装置と組み合わせることも
可能である。この場合、本発明の地震感知警報装置は物
理的な待機状態を利用するものであって、電気的な待機
状態を利用していないから、共通電源の有効利用に優れ
た多機能化を実現できる。

（発明の効果） 本発明として下記に示す多くの効果がある。

地震揺動が加わって、重錘１と天殻２とが磁着するこ
とにより警報回路が始めて作動する構成であるところの
物理的待機方式を採用しているので、絶えず通電状態で
あるところの電気的待機と比較して、電源の消耗が全く
なく、従って、部品を動作損傷する恐れもなく高い信頼
性を保証する。

振動の方向依存性が原理上全くなく、任意の地震揺動
に等しく感応し検知警報することができる。

しかも、不感帯振動振幅域を予め設定できるから、不
要振動雑音を排除することができ、実用上都合がよい。

本発明の地震感知警報装置を建物に取り付ける場合、
装置の復帰操作用機能を転用して垂直懸垂を確認及び調
整できるようになっているから、正しい設置が非常に簡
単に遂行できるようになった。

復帰操作および警報回路の確認もワンタッチで行うこ
とができ、複雑な操作を全く必要としない。

簡単な構成であるために、低価格に提供することが可
能となった。

これ等を本発明の特有な効果として列挙することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図である。第２図
（ａ）は第１図の機能構成図、同図（ｂ）は重錘１の断
面図、そして同図（ｃ）は天殻２の断面図である。 第３図は本発明の他の実施例の機能構成的断面図であ
る。 第４図は従来の実施例で、振動感知部分の斜視図であ
る。第５図は、第４図の従来例の拡大斜視図及び電気部
品のブロック線図である。 １……重錘 ２……天殻 1a,2a……導電表層 3,13……導電線条体 ４……線条体 ５……リセットボタン ６……警報回路 ７……スピーカ ８……電源 ９……框体 10,14……リセット電極 11a,11b……取り付け金具 12……導電スプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−106473（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−79679（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−263424（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−42631（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭44−20173（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】框体（９）と、この框体（９）の頭頂部中
   央（9a）から可撓性導電スプリング（12）により懸垂さ
   れた帯磁ある重錘（１）とリセットボタン（５）とから
   なる振動系においてスプリング定数Ｃと懸垂距離Ｌと重
   垂質量Ｍと重力定数ｇの間にg/L＝C/Mの関係が成立する
   よう設定することにより水平及び垂直方向の各固有振動
   数をほぼ等しくするよう構成した複合サイズモ振動系
   と、この重錘（１）を静時において球心に隔置させ所定
   の距離を保持するよう框体（９）内に固定された磁性材
   からなる半球状天殻（２）と、この天殻（２）と重錘
   （１）との磁着導通により警報すべく天殻（２）と重錘
   （１）とに電気的に接続された警報回路（６）とからな
   る地震感知警報装置。