JP4153213B2

JP4153213B2 - 常閉式小型振動センサ

Info

Publication number: JP4153213B2
Application number: JP2002028848A
Authority: JP
Inventors: 清嗣新井
Original assignee: G-DEVICE CO., LTD.
Current assignee: G-DEVICE CO., LTD.
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP2003227747A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動センサに係り、殊に盗難防止装置等の家電製品、精密機械器具その他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のケースないし筺体、金具等からなっていて、内蔵する移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多かったが、近時においては例えば、特開平１０−１５４４５１号公報等に開示されているような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し、多用されるに至っている。しかし乍ら、従来公知のこの種の無指向性振動センサにあっては、一般に、その構成に必要な部品の種類や点数が多く、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如き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と他のセンサ構成部品、特に電極部材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、それらに起因する検出感度不良ないし動作不良や早期摩耗等を惹起しやすいといった問題点があった。また、この種のセンサにあっては、構造に起因して速度の遅い振動や僅かな傾斜ないし微振動に対しては敏感に動作し得ないものが少なくなかった。
【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、電極部材及びその取付手段を構成する部品の種類や点数を必要最小限度に止めると共に、それら部品の形状の単純化、共通化、部品寸法の小型化等を推進し、これにより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となるばかりでなく、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検出感度が良好で高い信頼性を有する無指向性の常閉式小型振動センサを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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、同一の肉厚と同径の円形孔とをそれぞれ有する前後一対の成形絶縁物間に前記絶縁物の円形孔より径小な円形孔を有する第１の電極板を、それら円形孔の各中心線を互いに一致させた態様で挿着してなる前後両端が開口したケースと、該ケースの前後両端をそれぞれ覆う第２及び第３の電極板と、前記第１の電極板の円形孔の直径よりも小さく、かつ前記第１の電極板と、前記第２及び第３の各電極板との距離よりも大なる直径を有する導電性球体とを備えており、前記ケースにはその前後両端面にそれぞれ複数の突起を各成形絶縁物と一体に形成するとともに、前記第２及び第３の各電極版に該突起を挿通する透孔をぞれぞれ設け、該突起を該透孔にそれぞれ挿通し、該透孔を通して外方へ突出する各突起の突出部分を金型で鋲頭状に加熱形成することにより、前記第２及び第３の電極板を前記ケースの前後両端面にそれぞれ圧着してあり、静止状態ではその姿勢の如何に拘らず、常に前記導電性球体が前記第１の電極板と前記第２の電極板又は前記第３の電極板とに接触して当該両電極板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、請求項１に記載のものにおいて、前記ケースが射出成型機を用いたインサート成型方式により一体成型してなるものであ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、請求項１に記載のものにおいて、前記ケースは前記一対の成形絶縁物を前記第１の電極板の両面に接着剤で接着して成形し、その際、該電極板に設けた透孔を通して該接着剤が該両成形絶縁物間を橋絡するバインダーとして作用するようにした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、請求項１から３までのいずれか１項に記載のものにおいて、第１、第２及び第３の各電極板の輪郭と成形絶縁物の輪郭とが同一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、請求項１から３までのいずれか１項に記載のものにおいて、第１、第２及び第３の各電極板の輪郭と成形絶縁物の輪郭の形状が角形、四角形又は円形であ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、請求項１から３までのいずれか１項に記載のものにおいて、第１の電極板の円形孔の内周面両端部に面取りないしＲが施さ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、請求項１から６までのいずれか１項に記載のものにおいて、各電極板の全表面及び導電性球体の全表面がそれぞれ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】
また、本発明に係る常閉式小型振動センサは、請求項１から６までのいずれか１項に記載のものにおいて、各電極板の一側下部にプリント基板に接続するための接続端子部が突出形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
さらにまた、本発明に係る常閉式小型振動センサは、請求項８記載のもににおいて、第１の電極板の接続端子部と第２の電極板及び第３の電極板の接続端子部とが互いに逆方向を向くように各電極板が配置されていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につき、その好ましい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及びＡ２は同一の肉厚と同径の円形孔１Ａ、２Ａとをそれぞれ有する前後一対の成形絶縁物、Ｂは前記円形孔１Ａ、２Ａより径小な円形孔１Ｂを有する第１の電極板、Ｃは該電極板Ｂを前記成形絶縁物Ａ１、Ａ２間に前記各円形孔１Ａ、２Ａがそれらの各中心線を互いに一致させた態様で挿着してなるケースである。該ケースＣは前後両端に開口１Ｃ、２Ｃを有しており、第２の電極板Ｄ１及び第３の電極板Ｄ２により該ケースＣの前後両端をそれぞれ覆い、前記開口１Ｃ及び２Ｃを閉塞している。Ｅは前記第１の電極板Ｂの円形孔１Ｂの直径よりも小さく、かつ前記第１の電極板Ｂと前記第２及び第３の各電極板Ｄ１、Ｄ２との距離よりも大なる直径を有する導電性球体である。
【００１５】
前記成形絶縁物Ａ１、Ａ２は、耐熱性を有する非導電性の合成樹脂で形成されるが、センサの熱による変形を防止するため、それらは特に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形成されるのが望ましい。図示の例では、成形絶縁物Ａ１、Ａ２は、その輪郭が直方形に形成されているが、輪郭の形状はこれに限定されず円筒形又は角形であってもよい。また、成形絶縁物Ａ１、Ａ２の各隅角部には、前記第２及び第３の電極板Ｄ１、Ｄ２を固定するための外方に突出する複数の突起３Ａがそれぞれ突設されている。
【００１６】
次に、第１の電極板Ｂ、第２の電極板Ｄ１、第３の電極板Ｄ２は、黄銅等の導電性の良好な金属板をプレス加工によってそれぞれ同一の輪郭形状、寸法に成型したものであって、図示の例にあっては、それらの各隅角部に透孔２Ｂ、１Ｄがそれぞれ設けらているとともに、一側下部にプリント基板等の回路に接続するための接続端子部３Ｂ、２Ｄ、２Ｄ′が突出形成されている。また、その中央部に穿設されている前記第１の電極板Ｂの円形孔１Ｂの内周面両端部には、図７に示すように、導電性球体Ｅがその移動の際にそこに衝突することによって蒙る損傷を防止するため、面取り４ＢないしＲが施されている。
また、図示の例にあっては、第１の電極板Ｂ、第２の電極板Ｄ１、第３の電極板Ｄ２の輪郭は、前記接続端子部３Ｂ、２Ｄ、２Ｄ′を除き、前記成形絶縁物Ａ１、Ａ２の輪郭と一致するように形成されている。従って、例えば成形絶縁物Ａ１、Ａ２の輪郭が円筒形のときは、各電極板Ｂ、Ｄ１、Ｄ２の輪郭は同径の円形となる。
そして、各電極板Ｂ、Ｄ１、Ｄ２の全表面には金メッキ（図示してない）が施されている。また、金属球体である導電性球体Ｅの全表面にも金メッキが施されている。これにより該球体と各電極板間の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。
【００１７】
前記ケースＣは、前述したように、前記第１の電極板Ｂを前記成形絶縁物Ａ１とＡ２の間に挿着してなるものであるが、このケースＣの好ましい製造方法の一例としては、射出成型機を用いたインサート成型方式により一体成型する方法が挙げられる。また、ケースＣの好ましい製造方法の他の一例としては、一対の成形絶縁物Ａ１、Ａ２をそれぞれ別体に成型するとともに、該成形絶縁物Ａ１、Ａ２を前記第１の電極板Ｂの両面に接着剤で接着する方法が挙げられる。上記いずれの方法による場合でも、樹脂ないし接着剤が該電極板の両面に被着するばかりでなく、前記した第１の電極板Ｂの各透孔２Ｂを通して成形絶縁物Ａ１、Ａ２間を橋絡するバインダーとして作用するので、該電極板と該成形絶縁物とが一体に結合してなる単体としてのケースＣが形成される。したがって、ビス等の締結用金具は一切不要となる。
【００１８】
本発明に係る振動センサは、図示の例にあっては、ケースＣの前後両側部を構成する前記成形絶縁物の各突起２Ａを第２の電極板Ｄ１、第３の電極板Ｄ２の各透孔１Ｄにそれぞれ挿通した後、該透孔１Ｄを通して外方へ突出する各突起３Ａの突出部分を金型で鋲頭状に加熱成型し、これにより成型された鋲頭状膨出部３Ａ′によって第２及び第３の電極板Ｄ１、Ｄ２をケースＣの前後両端面にそれぞれ圧着してやることによってセンサの組立は完了する。これによってケースＣの開口１Ｃ及び２Ｃは前記第２及び第３の電極板により閉塞されるが、導電性球体Ｅは遅くとも該両電極板のいずれか一方を取付けた段階でケースＣ内に入れてやらなければならないことは勿論である。この組立作業の場合にも前記と同様にビス等の締結用金具は不要となる。
また、第２及び第３の電極板Ｄ１、Ｄ２は、図４、５等によく示されているように、それらの各接続端子部２Ｄ、２Ｄ′が第１の電極板Ｂの接続端子部３Ｂと互いに逆方向を向くようにケースＣに取付けられ、中央に位置する第１の電極板Ｂはプラスの電極として、また、その前後に成形絶縁物Ａ１、Ａ２を介して隔置された第２及び第３の電極板Ｄ１、Ｄ２はいずれもマイナスの電極として設定されている。
【００１９】
図８Ａは組立の完成した振動センサをその対象機器に使用されるプリント基板Ｐの上面側に半田付けした状態を示す正面図である。図中、Ｐ１は第１の電極板Ｂの接続端子部３Ｂを半田付けしたランド、Ｐ２は第２及び第３の電極板Ｄ１、Ｄ２の各接続端子部２Ｄ、２Ｄ′をそれぞれ半田付けした一対のランドであり、Ｓはリフローによって形成された半田のフィレットである。図８Ｂは組立の完成した振動センサをプリント基板Ｐの下面側に半田付けした状態を示す正面図であるが、該センサの構成、その半田付けの態様等については、図８Ａに示したものと特に異なるところはないので、説明を省略する。因みに、プラス電極としての第１の電極板Ｂとマイナス電極としての第２及び第３電極板Ｄ１、Ｄ２とは、前者の接続端子部３Ｂと後者の接続端子部２Ｄ、２Ｄ′とが互いに反対方向を向くように配置されているため、プラス極とマイナス極の識別が容易であるので、プリント基板Ｐの表面実装作業を効率的に行うことが可能となる。
【００２０】
上記のようにして組立られた振動センサは、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、該センサが図２に示すように水平位置にある場合のみならず、静止状態ではその姿勢の如何に拘わらず、常に前記導電性球体Ｅがその環状の転動面としての前記第１電極板Ｂの円形孔１Ｂ内周面の一側端部と前記第２の電極板Ｄ１又は前記第３の電極板Ｄ２の内側面とに接触した状態で両電極板ＢとＤ１又はＤ２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２に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、例えば、図９の（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示す矢印の方向に振動が加えられると、図９の（Ａ）に図解されているように、その瞬間に導電性球体Ｅはその方向に移動変位し、電極板Ｄ１またはＤ２との接触を断ち分離するため、その瞬間に非導通状態となるが、次の瞬間には、図９の（Ｂ）に図解されているように、反対側の電極板Ｄ２又はＤ１の内側面と前記円形孔１Ｂ内周面の他側端部とに接触し、当該電極板及び第１の電極板Ｂ相互を導通させる。そして、振動・反動（その方向が水平方向であると、垂直方向であると、その他の方向であるとを問わない）継続中は該球体は上記の如き接触、非接触を繰り返すので、導通・非導通の状態が繰り返され、振動がなくなると、静止して導通状態に戻る。この導通・非導通を外部に接続した公知の検出手段で検出することにより、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Ｅ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Ｅが該センサの空室内において飛び跳ねたり、激しく移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Ｅ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Ｅの表面に凹凸変形や傷を生じさせ易い。この傾向は、固定電極がピンや細長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、これらのものにあっては、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、上記の如きシンプルで堅固な構造を有するので、固定電極板Ａ１、Ａ２に衝撃が加えられたとしても、固定電極の位置ずれや緩みや変形等の発生、したがってまた、接触不良ないし動作不良や摩耗等を早期に惹起することを有効に防止することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る振動センサにおいては、導電性球体Ｅは第１の電極板Ｂの円形孔１Ｂの直径よりも小さく、かつ該電極板Ｂと第２及び第３の各電極板Ｄ１、Ｄ２との距離よりも大なる直径を有するため、図２に示す位置、すなわち、前記円形孔１Ｂの内周面下部と第２の電極板Ｄ１の内側面とで支持されて導通状態にある場合、第３の電極板Ｄ２の内側面と該球体Ｅの該内側面側の球面との間に残されている隙間ＣＬは僅かであり、図示の例にあっては、該球体Ｅの直径の約７分の１となっている。したがって、球体Ｅの直径を約２ｍｍとすると、該隙間ＣＬは約０．３ｍｍとなる。それゆえ、球体Ｅが図２に示す位置から図９（Ｂ）に２点鎖線で示す位置をへて９（Ｂ）に２点鎖線で示す位置、すなわち第３の電極板Ｄ２の内側面と接触するに至るまでの移動距離は前記隙間ＣＬの距離と同一で僅少であり、該電極板Ｄ２の内側面とに衝突してもその衝突の際の衝撃は極めて少ない。そして、球体Ｅが振動を受けて飛び跳ねたり跳ね返ったりして前記第１電極板の円形孔１Ｂの内周面に衝突しても、該球体の遊動範囲は該円形孔とその両側の対向電極板Ａ１、Ａ２の内側面によって限定されており、しかも該内周面には、図７によく示してあるように、その両端部に面取り４ＢないしＲがつけられているため、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、各電極板における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。しかも、本発明の振動センサは、上記の如き構造を有するので、速度の遅い振動や僅かな傾斜ないし微振動に対しても急速かつ敏感に動作することが可能となり、信頼性の高い小型振動センサとして上記の如き各種の機器に広く使用することができる。
【００２３】
以上述べたように、本発明においては、センサの構成に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、電極部材及びその取り付手段を構成する部品の種類や点数を必要最小限度に止めると共に、それら部品の形状の単純化や共通化を図り、これにより組立作業の大部分を占める電極部材の取付作業を容易かつ効率的ならしめることができるようにしたので、量産性を高め、製造コストを低く抑えることができることは勿論のこと、構造が極めて簡単で全体を大幅に小型化することができると共に、上記の如く構成されているので、耐久性ないし耐摩耗性に富むと同時に検出感度が良好で高い信頼性を有する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正面図。
【図２】図１に示した振動センサを同図のＡ−Ａ線に沿って切断して示した縦断面図。
【図３】同上センサの左側面図。
【図４】同上センサの平面図。
【図５】同上センサの分解斜視図。
【図６】同上センサの組立を完了した状態を示す斜視図。
【図７】ケースの拡大縦断面図。
【図８】組立の完成した振動センサをプリント基板に半田付けした状態を示す正面図。
【図９】振動が加えられた場合の導電性球体の移動変位の様子を例示した説明図。
【符号の説明】
Ａ１、Ａ２成形絶縁物
Ｂ第１の電極板
Ｃケース
Ｄ１、Ｄ２第２、第３の電極板
Ｅ導電性球体
１Ａ、２Ａ、１Ｂ円形孔
１Ｃ、２Ｃ開口
３Ａ突起
３Ａ′ 鋲頭状膨出部
２Ｂ、１Ｄ透孔
３Ｂ、２Ｄ、２Ｄ′ 接続端子部
４Ｂ面取り

Claims

同一の肉厚と同径の円形孔とをそれぞれ有する前後一対の成形絶縁物間に前記絶縁物の円形孔より径小な円形孔を有する第１の電極板を、それら円形孔の各中心線を互いに一致させた態様で挿着してなる前後両端が開口したケースと、該ケースの前後両端をそれぞれ覆う第２及び第３の電極板と、前記第１の電極板の円形孔の直径よりも小さく、かつ前記第１の電極板と、前記第２及び第３の各電極板との距離よりも大なる直径を有する導電性球体とを備えており、前記ケースにはその前後両端面にそれぞれ複数の突起を各成形絶縁物と一体に形成するとともに、前記第２及び第３の各電極版に該突起を挿通する透孔をぞれぞれ設け、該突起を該透孔にそれぞれ挿通し、該透孔を通して外方へ突出する各突起の突出部分を金型で鋲頭状に加熱形成することにより、前記第２及び第３の電極板を前記ケースの前後両端面にそれぞれ圧着してあり、静止状態ではその姿勢の如何に拘らず、常に前記導電性球体が前記第１の電極板と前記第２の電極板又は前記第３の電極板とに接触して当該両電極板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。
前記ケースが射出成型機を用いたインサート成型方式により一体成型してなるものであ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。
前記ケースは前記一対の成形絶縁物を前記第１の電極板の両面に接着剤で接着して形成し、その際、該電極板に設けた透孔を通して該接着剤が該両成形絶縁物間を橋絡するバインダーとして作用するようにした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。
第１、第２及び第３の各電極板の輪郭と成形絶縁物の輪郭とが同一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。
第１、第２及び第３の各電極板の輪郭と成形絶縁物の輪郭の形状が角形、四角形又は円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。
第１の電極板の円形孔の内周面両端部に面取りないしＲが施されてい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。
各電極板の全表面及び導電性球体の全表面がそれぞれ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。
各電極板の一側下部にプリント基板に接続するための接続端子部が突出形成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。
第１の電極板の接続端子部と第２の電極板及び第３の電極板の接続端子部とが互いに逆方向を向くように各電極板が配置されていることを特徴とする請求項８に記載の常閉式小型振動センサ。