JP3823292B2 - 常閉式小型振動センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動センサに係り、殊に家電製品、精密機械器具その他の各種の産業機械器具に組み込んでそれら製品、機器等の振動を電気的に検出するための振動センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の振動センサとしては、従来、１個または複数個の可動電極としての導電性球体と、複数個の電極部材と、それらの電極部材を取り付けて固定するための取付手段としての非導電性ケースないしはこ筐体等からなっていて、内蔵する転動自在な前記導電性球体を介して回路を開閉させるようにした常開式（ノーマルオープン・タイプ）のものと、常閉式（ノーマルクローズ・タイプ）のものとが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の振動センサとしては、従前は特定方向の振動しか検出できないものが少なくなかったが、近時においては全方向の振動に対する検知が可能ないわゆる無指向性振動センサが出現するに至っている。しかし乍ら、このような無指向性振動センサにあっては、例えば、特開平１０−２１８０４号公報、特開平１０−１５４４５１号公報に記載されているように、一般に、その構成に必要な部品の点数が多く、各種の組立工程を必要とするため、その組立加工に要する労力や時間が嵩み、製造コストを安く抑えることが困難であるばかりでなく、構造が複雑となり、そのため、近時における使用対象機器としての各種電子機器等の小型化に対応して小型化を推進するすることが困難であり、しかも、例えば歩行やゴルフその他の運動等に伴って振動が頻繁に発生する電子腕時計等の小型携帯機器や振動の多い機器に組み込んで使用する場合、その振動に伴って移動変位を繰り返す導電性球体の構造部品との衝突によって加えられる衝撃等により、該球体の球面の損傷、電極部材の接点部分の変形や位置ずれ等検出感度不良ないし動作不良や早期摩耗を引き起こしやすいといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、従来技術の有する上記の如き問題点に鑑みてなされたものであり、その構成に必要不可欠な部品である可動電極としての導電性球体、電極部材及びその取付手段のうち、電極部材としてはシンプルな同一構成の電極部材を２個、その取付手段としては単体としての成形絶縁物ないし非導電性筒状体を１個、合計３個の部品をセンサ本体の構成部品として必要とするのみであって、組立作業の大部分を占める電極部材の取り付けが極めて容易であるばかりでなく、構造も極めて簡単かつ強固で、全体を大幅に小型化することができるとともに、量産性を高めて廉価で提供することができ、しかも耐久性ないし耐摩耗性に富むと同時に信頼性の高い無指向性の常閉式小型振動センサを提供することをその主たる目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決しようとする手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る常閉式小型振動センサは、断面円形の頸部とその一端に突出し、先端面に開口するほぼ半楕円面状の凹部を形成した円柱状拡大頭部とを具備する一対の電極部材の該円柱状拡大頭部を非導電性筒状体の円形筒孔内に形成した左右一対の嵌合チャンバー内にそれぞれ圧入して嵌合係止し、これにより互いに所定幅の隙間を保って対向する該円柱状拡大頭部の凹部によりほぼ楕円面状の内壁面を有する空室を形成し、その内部に２個の導電性球体を転動自在に収納してなり、静止状態ではその姿勢の如何に拘らず、常に該２個の導電性球体が互いに接触した状態で前記一対の電極部材に接触して該電極部材相互を導通させるとともに、振動するとその振動方向の如何に拘らず、該導電性球体が移動する際に導通、非導通を繰り返すように構成したことを特徴とするものである。
【０００６】
さらに、本発明に係る常閉式小型振動センサは、上記のものにおいて、筒状体が耐熱性合成樹脂で全一体的に成型されたものであること、及び、左右一対の嵌合チャンバーが該筒状体の円形筒孔の内壁面の両端部及び中央部からそれぞれ半径方向内方に突出すると共に該円形筒孔の直径より若干径小な開口をそれぞれ有する３個の環状突起と該円形筒孔の内壁面とにより前記中央部の環状突起を挟んだ両側に画成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明に係る常閉式小型振動センサは、上記のいずれかのものにおいて、各導電性球体が同一の直径を有し、かつその直径が前記空室の楕円形断面の短軸の長さより小で、該短軸を２分した線分の長さより大であることを特徴とするものである。
【０００８】
さらにまた、本発明に係る常閉式小型振動センサは、上記のいずれかのものにおいて、筒状体の外形が円筒形、角形又は直方形であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係る常閉式小型振動センサは、上記のいずれかのものにおいて、前記円形筒孔両端部の各環状突起の開口の内周面と外側面とが交わる角に斜面又は丸みがつけられていることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明に係る常閉式小型振動センサは、上記のいずれかのものにおいて、各電極部材の円柱状拡大頭部の先端面と外周面とが交わる角に斜面又は丸みがつけられていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る常閉式小型振動センサは、上記のいずれかのものにおいて、各電極部材の全表面及び導電性球体の全表面が金メッキ処理されていることを特徴とするものである。
【００１２】
さらにまた、本発明に係る常閉式小型振動センサは、上記のいずれかのものにおいて、各電極部材の頸部の他端に接続端子が固定させていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る常閉式小型振動センサにおいては、単一の非導電性筒状体の円形筒孔内において互いに所定幅の間隙を保って対向する一対の電極部材の凹部によりほぼ楕円面状の内壁面を有する空室が形成され、その内部に２個の導電性球体が転動自在に収納されており、静止状態ではその姿勢の如何に拘わらず、常に該２個の球体が互いに接触した状態で前記一対の電極部材に接触して該電極部材相互を導通させ、振動するとその振動方向の如何に拘わらず、該球体が移動する際に導通、非導通を繰り返し、これにより、使用対象機器の動作検知を連続的かつ全方位的に行うことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につき、その一実施形態を具体的に示した添付図面を参照して詳細に説明する。図面において、Ａ１、Ａ２は、断面円形の頸部１とその一端に突出し、先端面に開口するほぼ半楕円面状の凹部２Ａ、２Ａを穿設した円柱状拡大頭部３とからなる同一の形状及び寸法を有する一対の電極部材、Ｂは該一対の電極部材Ａ１、Ａ２を左右方向に幅の狭い環状の間隙４を保って対向させた態様で取り付けるための成形絶縁物としての非導電性合成樹脂製の円筒形筒状体であり、該筒状体Ｂは内側に円形筒孔５を有し、かつ該円形筒孔５の内壁面６の両端部及び中央部からそれぞれ半径方向内方に突出すると共に該円形筒孔５の直径より若干径小な開口７Ａ、８Ａ、９Ａをそれぞれ有する３個の環状突起７、８、９と該円形筒孔の内壁面６とにより前記中央部の環状突起８を挟んだ左右両側に電極部材Ａ１、Ａ２の円柱状拡大頭部３、３をそれぞれ密に嵌合係止し得るように画成した左右一対の嵌合チャンバー１０Ａ、１０Ｂを備えている。
【００１５】
筒状体Ｂの円形筒孔５の両端部の各環状突起７、９の開口７Ａ、９Ａの直径は、各電極部材Ａ１、Ａ２の断面円形の頸部１の直径より若干大きくしてあるが、後者と同一であってもよい。そして、各環状突起７、９の開口７Ａ、９Ａの内周面と該突起の外側面とが交わる角には斜面７Ｂ、９Ｂがそれぞれつけられているが、これらの斜面の代わりに丸みをつけるようにしてもよい。また、各電極部材Ａ１、Ａ２の円柱状拡大頭部３の先端面３Ａと外周面３Ｂとが交わる角には丸み３Ｃがつけられている一方、該円柱状拡大頭部３の環状の後端面は、環状係止面３Ｄとして構成され、環状段部７Ｃ、９Ｃを構成する前記円形筒孔両端部の各環状突起７、９の内側環状面と係合するようになっている。前記丸み３Ｃはこれに代えて斜面としてもよい。また、前記した中央部の環状突起８の左右両面には各円柱状拡大頭部３の丸み３Ｃと同一の曲率を有する凹曲面８Ｂ、８Ｂがそれぞれ形成されている。前記丸みの代わりに斜面がつけられている場合には、該凹曲面もそれに対応して斜面とする。
【００１６】
各電極部材Ａ１、Ａ２は、図示の例にあっては、黄銅製ブロックをプレス加工によつてそれぞれ同一の形状、寸法に成型したものであって、その円柱状拡大頭部３の凹部２Ａは前述したように、ほぼ半楕円面状の凹面からなっており、また、その全表面には金メッキ（図示してない）が施されている。金属球体である後述の導電性球体Ｃの全表面にも金メッキが施されている。これにより導通性を良好ならしめるとともに、腐食を防止するようにしてある。また、図示の例にあっては、上記筒状体Ｂは、熱変形温度が高くて耐熱寸法安定性の点で優れていると共に、量産性に富むＰＰＳ樹脂その他のエンジニアリングプラスチックから射出成型機等で全一体的に成型されている。そして、前記した環状突起７、８、９は環状の補強リブとしての機能を併有するため、筒壁の肉厚を薄くして（例えば０．５ｍｍ程度に）、超小型、例えば２．０ｍｍ×２．４ｍｍ程度の大きさにしても耐熱性が極めて高く、しかも高強度の筒状体を得ることができる。従って、センサをプリント基板等に半田付けする際の加熱や使用時における周囲温度の上昇等により筒状体Ｂが変形するようなおそれは無い。なお、筒状体はその外形を円筒形のほか、角形又は直方形としてもよい。
【００１７】
次に、本発明の要部を構成する一対の電極部材Ａ１、Ａ２及び筒状体Ｂを使用してする振動センサの組立の方法について説明する。
前述したように、一対の電極部材Ａ１、Ａ２は同一の形状、寸法を有するので、そのいずれを先に筒状体Ｂに取り付けるか、筒状体Ｂの両端部のいずれの側から先に取り付けるかは全く任意であるが、便宜上、一方の電極部材Ａ１を先に取り付ける場合の組立順序を図解した図３を参照して説明することとする。
【００１８】
一対の電極部材Ａ１、Ａ２のうち、一方の電極部材Ａ１を先に筒状体Ｂに取り付ける場合には、先ず最初に、筒状体Ｂをその一方の開口７Ａが上を向くように所定のホルダーに垂直に保持させる。次いで、図３の（Ａ）に示すように、該部材電極の円柱状拡大頭部３をその丸み３Ｃの部分が筒状体Ｂの一方の端部の環状の斜面７Ｂに当接するように着座させる。この状態において、電極部材Ａ１をプレスにより上方から押圧してやると、その円柱状拡大頭部３は、その丸み３Ｃの部分が該斜面７Ｂ上を滑りながら環状突起７の弾性に抗してその開口７Ａを半径方向外方へ強制拡開するため、その全体が容易に該開口７Ａを通過して左側の嵌合チャンバー１０Ａに弾圧入せしめられる。このようにして電極部材Ａ１の円柱状拡大頭部３が該嵌合チャンバー１０Ａに嵌合せしめられると、前記環状突起７の開口７Ａはその復元力により原形に復し、環状係止面としての円柱状拡大頭部３の環状後端面３Ｄが環状段部としての環状突起７の内側環状面７Ｃと係合するので、電極部材Ａ１は、図３の（Ｂ）に示すように、嵌合チャンバー１０Ａ内に接着剤や締結部材等を要することなく弾性的に密嵌合した状態で確実かつ強固に係止される。
【００１９】
次に、上記のようにして電極部材Ａ１を取り付けた筒状体Ｂを反転させて、図３の（Ｃ）に示すように、内部に可動電極としての導電性球体Ｃを２個収容する。そして、最後に、他方の電極部材Ａの円柱状拡大頭部３を筒状体Ｂの他端部の環状突起９の開口９Ａから他方の嵌合チャンバー１０Ｂに弾圧入して嵌合係止させることにより、図４に示すように、一対の電極部材Ａ１、Ａ２を左右方向に所定の間隙４を残し、かつ２個の導電性球体Ｃの自由な転動を許すほぼ楕円面状の内壁面を有する空室２を形成する前記凹所２Ａ、２Ａを互いに対向させた態様で筒状体Ｂに取り付けて強固に固定することができ、これによって振動センサの組立が完成する。
なお、電極部材Ａ２の筒状体Ｂへの取付方法ないし取付構造は、前記した電極Ａ部材２のそれと同一であるので、説明の反復を避けるため、それについての説明は省略する。
各導電性球体Ｃは、図示の例にあっては、同一の直径を有し、かつその直径が前記空室２の楕円形断面の短軸の長さより小で、該短軸を２分した線分の長さより大で、その直径が該楕円形断面の長軸を３分した線分の長さより若干大なる大きさを有する。
【００２０】
上記のようにして組立てられた図４の振動センサは、ノーマルクローズ型、すなわち常閉式の振動センサとして構成されており、該センサが水平位置にある場合には、２個の導電性球体Ｃが、同図及び図５の（Ａ）に示すように、互いに接触した状態で両電極Ａ１、Ａ２の半楕円面状凹部２Ａ、２Ａの底部に接触して該電極相互を導通させる。のみならず、当該振動センサにあっては、上記の如き構成を有するので、図５の（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、静止状態ではその姿勢の如何に拘らず、常に該２個の導電性球体Ｃが互いに接触した状態で前記凹部２Ａ、２Ａの内壁面に接触して両電極Ａ１、Ａ２相互を導通させるようになっている。他方、該振動センサが、図５の（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ示す位置に静止して導通状態となっている場合において、図６の（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ示す矢印の方向に振動が加えられると、同図の（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ図解されているように、その瞬間に２個の導電性球体Ｃは転動したり飛び上がったりして相互の接触を断ち分離するため、その接触を断った時点で非導通状態となる。そして、上記の如き振動が継続中は該球体は接触、非接触を繰り返すので、導通・非導通の状態が繰り返され、振動が無くなると、該球体は元の位置に戻る。この導通・非導通を公知の方法で検知することにより、該センサを組み込んだ対象物が動いていることを判断することができる。
【００２１】
次に、可動電極として金属球としての導電性球体を使用するこの種の振動センサを振動が頻繁に発生する機器に組み込んで使用する場合においては、その振動に伴って該導電性球体が該センサの空室内において飛び跳ねたり、激しく転動したりする等の運動を繰り返し、各電極に頻繁に衝突する現象が発生する。このように、導電性球体の各固定電極に対する衝突が反復的に起きると、その衝突により各電極の接点部分や該導電性球体の表面に凹凸変形や傷を生じさせ易い。この傾向は、固定電極がピンや薄い電極板で作られているものや鋭いエッジを有するものに多く見られる。また、固定電極の位置ずれや緩みも生じ易い。これに対し、本発明に係る振動センサにあっては、上記の如き強固な構造を有するので、固定電極部材Ａ１、Ａ２に強い衝撃が加えられたとしても接触不良ないし動作不良や早期摩耗を惹起する固定電極間の間隙４の幅の変動をもたらす固定電極の位置ずれを生じるおそれが全くなく、固定電極の緩みや変形、したがってまた、接触不良ないし動作不良や摩擦を早期に惹起することをも有効に防止することが可能となる。
【００２２】
また、図示の例にあっては、各電極部材Ａ１、Ａ２の凹面２Ａ、２Ａがほぼ半楕円面状を呈し、角張っていないので、センサが傾斜した場合の球体Ｃの転動が円滑となるばかりでなく、球体Ｃが振動を受けて飛び跳ねたり跳ね返ったりして凹部２Ａ、２Ａの内周面に衝突しても、衝突の際の両者の接触が球面と半楕円面との接触となるためその接触面積が広くなり、しかも衝突と同時に直ちに曲面に沿って移動するため、衝突の際の局部的衝撃が弱められる。従って、電極側及び球体側のいずれの金メッキ層にも傷がつきにくくなると共に、各電極部材の半楕円面状内壁面の凹凸変形の発生をも有効に防止することができ、その変形ないし傷に起因して発生する接触不良の早期発生を防止することが可能となる。
【００２３】
前述したように、筒状体Ｂはその外形が円筒形であると角形又は直方形であるとを問わないが、センサを作業テーブル上等に載置した場合に転動ないし滑動して落下したり紛失したりすることが起こらないようにするためと、対象物への取付けの際の位置確認等の便宜上、図２に示すように、筒状体Ｂの外周面下部にその軸線に沿って平行に延在する一対の支持脚片１１Ａ、１１Ｂを突設することが望ましい。このようにすれば、直径が２ｍｍ程度の円筒体であっても転動による落下や紛失を確実に防止することができるとともに取付け作業を正確に行うことができる。
【００２４】
上記実施形態の振動センサは、例えばプリント基板等に取付溝ないし孔を設けることによりそのまま半田付けすることができるが、各電極の円形頸部１の外端側に適宜加工を施してその加工個所に接続端子をそれぞれ取り付け、該端子を介して回路に接続するようにするとよい。図７〜１０は、上記実施形態の一変形例を示したものであるが、後者が前者と相違する点は接続端子を備えている点に絞られるので、以下、この点について説明するにとどめる。
【００２５】
図７〜１０において、１２はリング状の頭部１２Ａと細長状の脚部１２Ｂとからなる接続端子で、黄銅等の導電性薄板からプレス加工によって作られた一体成形品であり、その全表面には前記した一対の電極部材Ａ１、Ａ２と同様に金メッキが施されている。他方、各電極部材Ａ１、Ａ２の円形頸部１の他端、すなわち外端面の中央部には、接続端子１２のリング状頭部１２Ａの円形透孔１２Ａ′の直径とほぼ同一の直径を有する断面円形の取付突起１３が突設されており、この取付突起１３に前記リング状頭部１２Ａの円形透孔１２Ａ′を嵌合させた後、該取付突起１３にコーキングを施すことによって、半田付けを要することなく、図１０に示すように、接続端子１２は電極部材の頸部１に固着される。このようにして、接続端子１２を取付けた各電極部材Ａ１、Ａ２は上記実施形態について説明した方法・順序と同一の方法・順序により筒状体Ｂに嵌合係止させて図７に示すように組み立てる。このようにすれば、基板等への取付が極めて容易になる。
【００２６】
なお、上記実施形態及び変形例においては、各電極部材Ａ１、Ａ２の凹部２Ａは若干拡開して開口し、互いに対称な約１５°の傾斜角を有するものとして図示されているが、この傾斜角はセンサの用途に応じて任意に設定することができるものであって、微振動の場合にも敏感に動作できるようにするためには、その傾
【００２７】
本発明は上述の如く構成されているので、それによれば、組立に必要不可欠な部品である可動電極としての導電性球体、電極部材及びその取付手段のうち、電極部材としてはシンプルな同一構成の電極部材を２個、その取付手段としては単体としての非導電性筒状体を１個、合計３個の部品をセンサ本体の構成部品として必要とするのみであって、組立作業の大部分を占める電極部材の取り付けが極めて容易であるばかりでなく、構造も極めて簡単かつ強固で、全体を大幅に小型化することができるとともに、量産性を高めて廉価で提供することができ、しかも耐久性ないし耐摩耗性に富むと同時に信頼性の高い無指向性の常閉式小型振動センサを得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態としての常閉式小型振動センサの要部を構成する一対の電極とその取付手段としての筒状体とを互いに分離し、かつ該筒状体を縦断して示した分解正面図。
【図２】 図１に示した筒状体の右側面図。
【図３】 上記センサの組立順序の一例を図解した説明図。
【図４】 図３に示した組立順序に従って組み立てられたセンサの縦断正面図。
【図５】 センサが静止状態ではその姿勢の如何に拘わらず導通状態になることを示す説明図。
【図６】 センサが振動を受けて導通・非導通を繰り返す状態を示す説明図。
【図７】 上記実施形態の一変形例としてのセンサの縦断正面図。
【図８】 接続端子の正面図。
【図９】 上記変形例における接続端子と電極部材の分解図。
【図１０】 上記変形例の組立の態様を図解した説明図。
【符号の説明】
Ａ１、Ａ２ 電極部材
Ｂ 筒状体
Ｃ 導電性球体
１ 電極部材の頸部
２ 空室
２Ａ 凹部
３ 電極部材の円柱状拡大頭部
３Ｃ 円柱状拡大頭部の丸み
４ 間隙
５ 円形筒孔
６ 円形筒孔の内壁面
７、８、９ 環状突起
７Ａ、９Ａ 開口
７Ｂ、９Ｂ 斜面
１０Ａ、１０Ｂ 嵌合チャンバー
１２ 接続端子

Claims (9)

1. 断面円形の頸部とその一端に突出し、先端面に開口するほぼ半楕円面状の凹部を形成した円柱状拡大頭部とを具備する一対の電極部材の該円柱状拡大頭部を非導電性筒状体の円形筒孔内に形成した左右一対の嵌合チャンバー内にそれぞれ圧入して嵌合係止し、これにより互いに所定幅の隙間を保って対向する該円柱状拡大頭部の凹部によりほぼ楕円面状の内壁面を有する空室を形成し、その内部に２個の導電性球体を転動自在に収納してなり、静止状態ではその姿勢の如何に拘らず、常に該２個の導電性球体が互いに接触した状態で前記一対の電極部材に接触して該電極部材相互を導通させるとともに、振動するとその振動方向の如何に拘らず、該導電性球体が移動する際に導通、非導通を繰り返すように構成したことを特徴とする常閉式小型振動センサ。
2. 筒状体が耐熱性合成樹脂で全一体的に成型されたものであること、及び、左右一対の嵌合チャンバーが該筒状体の円形筒孔の内壁面の両端部及び中央部からそれぞれ半径方向内方に突出すると共に該円形筒孔の直径より若干径小な開口をそれぞれ有する３個の環状突起と該円形筒孔の内壁面とにより前記中央部の環状突起を挟んだ両側に画成されていることを特徴とする請求項１に記載の常閉式小型振動センサ。
3. 各導電性球体が同一の直径を有し、かつその直径が前記空室の楕円形断面の短軸の長さより小で、該短軸を２分した線分の長さより大であることを特徴とする請求項１又は２に記載の常閉式小型振動センサ。
4. 筒状体の外形が円筒形、角形又は直方形であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の常閉式小型振動センサ。
5. 前記円形筒孔両端部の各環状突起の開口の内周面と外側面とが交わる角に斜面又は丸みがつけられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の常閉式小型振動センサ。
6. 各電極部材の円柱状拡大頭部の先端面と外周面とが交わる角に斜面又は丸みがつけられていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の常閉式小型振動センサ。
7. 各電極部材の全表面及び導電性球体の全表面が金メッキ処理されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の常閉式小型振動センサ。
8. 各電極部材の頸部の他端に接続端子が固定されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の常閉式小型振動センサ。
9. 筒状体の外周面下部にその軸線に沿って平行に延在する一対の支持脚片を突設したことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の常閉式小型振動センサ。

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