JP4315254B2 - ティルトスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、電子機器、制御装置、計測機器など各種機器に取付けてその傾斜や振動を検知するティルトスイッチに関するものである。

従来、ケース内に金属製導電体であるボールと、端子とを設け、ケースの傾きによってボールを端子と接触ないし非接触の位置間で遊動させてスイッチをオン／オフ動作させて、機器の傾斜や振動を検知するティルトスイッチ装置は、例えば、特許文献１に示すボール式振動スイッチが知られている。

このスイッチは、図９〜図１１に示す如く、開口部側が大径部に、かつ底部側が漏斗部に形成された空室１０１を有する絶縁ケース１０と、絶縁ケース１０の空室１０１の内部に遊動自在収納された導電体のボール１０２と、ケース１０の底部に突設した２対の対極をなす端子ｔ１，ｔ２と、ケース１０の開口部を覆うキャップ１０４とから構成される。
また、スイッチは、図９に示すように、通常横向きにした水平状態で対象機器に取付けられて使用する。この状態において、ボール１０２は空室１０１の大径部にあって、端子と接触しないので、スイッチはオフの状態である。この状態から図１０に示すようにケースのキャップ１０４端を上方へ浮き上がるようにスイッチを傾斜させると、この傾斜に伴ってボール１０２は自重により徐々に左側の漏斗部に転がり、スイッチの傾斜角度が４５度を越える場合は、ボール１０２は漏斗部に落ちて該漏斗部に突出した４個の端子と接触してスイッチオンの状態になる。このようにしてボールの遊動とスイッチの傾きによってスイッチのオン／オフを行うことができる。

また、特許文献２には、絶縁基板と、この絶縁基板に設けた端子孔に挿入結合した複数個の端子と、絶縁基板を覆うように結合したケースと、このケースの内部に可動自在に収納された導電体のボールとからなり、端子の上端接点部をナイフ状のエッジに形成し、このナイフ状エッジにボールを跨らせ、エッジ接点により接触面積を小さくし、単位面積当たりの圧力を高めた傾斜検知スイッチが提案されている。

また、特許文献３には、ベースの上面を略漏斗状に形成し、この漏斗部の中央部にベース上方に向けて発光する発光素子を少なくとも１個以上配置し、発光素子の周囲に複数の受光体を設け、ベース上に遮光ボールを遊動自在に載置させ、この遮光ボールを収納しかつベースを覆う内部が反射面に形成されたキャップを配置してなる方向検知型傾斜スイッチが提案されている。
このように構成した傾斜スイッチは、遮光ボールが傾斜した方向へ遊動して遊動方向にある受光体を遮蔽して傾斜方向を検出することができる。
台湾特許公告第４６８８６５号公報 特開平９−７４７５号公報 特開平１１−２３２９７３号公報

しかしながら、特許文献１のスイッチでは、円錐面がほぼ４５度の漏斗部を設ける必要があり、かつ、スイッチのオンまたはオフの動作は、スイッチの傾斜角度が４５度を超すか超さないかによって決まるものであり、つまり、傾斜角度４５度がスイッチ作動時の臨界角度であるので、この４５度の臨界角度においてはボールの垂直分力と水平分力とが等しくなり、ボールが不安定な状態にあって、スイッチが切れたり接続されたりして不安定な状態になるおそれがある。また、ボールは同じ平面にある２対の端子の先端で支持されるので、わずかな振動または傾きでも生じると、不安定になりがちとなり、スイッチの動作を安定に保つことが難しい。さらに、スイッチの動作角度が４５度に設定され、この角度を変更または調整することができない。

また、特許文献２のスイッチは、端子の接触端をナイフ状のエッジに形成する必要があるので、端子の構造が複雑であると共に、スイッチの動作角度を任意に変更することができない構成になっている。
また、特許文献３のスイッチは、発光素子および複数の受光体を含むとともに、キャップの内面を反射面に形成し、スイッチ傾斜時にボールが遊動して遊動方向にある受光体を遮蔽して傾斜方向を検出する構成になっているので、構造が複雑かつコストが高いという問題がある。また、この種のスイッチは、本発明および前記特許文献１，２に開示された、ボールと端子との接触によってスイッチを開閉させる傾斜スイッチと構成を異にするものである。

本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、導電体ボールを段差がある３個の端子によって力学上バランスの取れ易い安定な３点支持状態で支持すると共に、臨界角度にあるスイッチ作動時の電気的断続現象を低減し、さらに、スイッチの動作角度（傾斜角度）を容易に変更または調整可能とし、かつ、操作性が良好で、構造が簡単、組み立ても容易に行えるティルトスイッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、一端に開口部を有し他端に閉鎖された底部を有する箱型の絶縁ケースと、前記ケースの開口部を覆うカバーと、前記ケースの底部に設けられた複数の端子孔に一端部が前記ケース内に突出するようにそれぞれ挿着され他端部が前記ケースの底部外へ突出された複数個の端子と、前記ケースの内部に移動可能に収納され可動接点となる導電体ボールとを備え、前記複数の端子は３個有し、前記３個の端子は前記ケースの底部に三角形の各頂点に位置するように配置され、当該３個の端子のうちの１個の端子の前記ケース内部への先端と他の二個の端子の前記ケース内への先端とが互いに対向する対極をなすように構成され、前記ケースを傾斜して前記導電体ボールを移動することにより前記端子の前記ケース内への突出端に離接してスイッチングするティルトスイッチであって、
前記１個の端子の前記ケース内への突出長さを前記他の端子の前記ケース内への突出長さよりも長く形成して前記１個の端子と２個の端子との間に段差を設け、前記ケースが傾斜して前記導電体ボールが前記１個の端子の端部を乗り越えて当該端子と前記２個の端子に接触した時、当該導電体ボールが前記３個の端子にバランスよく安定に接触し保持されるように構成したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のティルトスイッチにおいて、前記ケース内への突出長さが他の２個の端子よりも長い前記1個の端子が臨む前記内周壁の中央部に、前記1個の端子の突出方向の軸線と平行し、前記導電体ボールを軸方向に転動可能にガイドするガイド部材が設けられ、前記ガイド部材の厚さを変更することによって、スイッチがオン／オフされる前記ケースの傾斜角度を調整可能に構成したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載のティルトスイッチにおいて、前記ケースに設けたガイド部材は前記ケースと一体に成形したことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２記載のティルトスイッチにおいて、前記ケースに設けたガイド部材は前記ケースに対し着脱可能に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、導電体ボールが、三角形に配置された段差のある３個の端子によって力学上バランスがとれ易い安定な３点支持状態で支持されると共に、該ボールが突出端の長い端子に阻止されて常に傾斜方向の前方にある端子側に傾く傾向があるので、臨界角度にあるスイッチ作動時の電気的断続現象を低減し、スイッチの操作性を向上させることができる。また、構造が簡単で、部品点数が少ないために、組み立て作業も容易に行える。

また、ボールがボールの直径よりも小さい正三角形ないし２等辺三角形に配置した端子によって３点支持されるので、スイッチオン時の傾斜状態において、ボールをより安定に支持することができる。

更に、突出端がやや長い端子が、一対の他の端子の下方に設けられるので、ボールが一旦長い端子の先端を乗り越えると、上方位置にある一対の端子側に偏る傾向を生じるので、ボールは常に該端子と確実に接触することができ、スイッチの断続現象の発生を減少することができる。

更に又、端子がケースに対し突出長さを調整自在に取付けられるので、端子の突出長さを調整することによって、簡単にスイッチの動作角度（傾斜）を変更または調整することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、やや長い端子側のケースの内周壁にボールのガイド部材を設けているので、このガイド部材がボールを該端子側にガイドし、さらに端子の先端を乗り越え易いように遊動させることができる。また、ガイド部材の高さ（厚さ）を変更することによって、スイッチの動作角度を調整、変更することができる。

請求項３記載の発明によれば、ガイド部材をケース本体と一体成形することによって、部品点数を増やすことなく製造することができる。
また、請求項４記載の発明によれば、ガイド部材が着脱可能にケースに取り付けられるので、厚さの異なるガイド部材を使用することによって、スイッチの作用角度を簡単に変更することができる。

以下、図１ないし図３に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明のティルトスイッチの第１実施の形態を示す分解斜視図である。
図において、ティルトスイッチＳは一端に開口部１１を有する箱型の絶縁ケース１と、このケース１の開口部１１を覆うカバー２と、ケース１の底部１２に挿着される３個の端子Ｔと、ケース１の内部に回転遊動自在に収納される導電体ボール３とから構成されている。

図２は組み立て状態の前記スイッチＳを横にした一部断面を示し、図３は図２のスイッチＳのカバー２を取り外した後ボール３を仮想線で示したスイッチＳの端面図である。
この図２及び図３から明らかな通り、３個の端子Ｔは、これらを直線で連結した場合、三角形をなす各頂点に位置するように互いに平行して配置されている。
この実施の形態において、ケース１の下方位置にある端子Ｔ１は、逆さにした前記三角形の頂点位置にあるべきケースの底部１２に設けた端子孔１ａに装着され、かつ、上方位置にある他の２個の端子Ｔ２は、対になって前記端子Ｔ１と対向する逆三角形の底辺両端にあるべき前記底部１２に設けた端子孔に装着されている。端子Ｔ１と対をなす端子Ｔ２との関係は、端子Ｔ１のケース１内への挿入先端は、端子Ｔ２のケース１内への挿入先端と反対極になるように接続することが好適である。例えば、端子Ｔ１を「＋」極にした場合は、他の２個の端子Ｔ２を「−」極にする。また、その逆、つまり端子Ｔ１を「−」極、かつ端子Ｔ２を「＋」極にすることもできる。しかし、これに限定するものでなく、例えば、端子Ｔ１を「＋」または「−」極にし、１対の端子Ｔ２を互いに異なる極、即ち、一個を「＋」、他の一個を「−」にすることも可能である。

前記ケース１の内径は、その内部に収納され可動接点とする導電体ボール３の直径よりも大きく形成されている。これにより、ボール３はケース１内で回転、遊動自在である。また、固定端子である３個の端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２が形成する三角形の外接円の直径は、導電体ボール３の直径よりも小さく形成され、これにより、スイッチＯＮ時に端子がボール３の最大直径以下の下半部の球面を３点接触で支持するようになっている。また、ケース１の内壁であって、下方の端子Ｔ１と近接する壁面１３の中央部には、開口部１１から端子Ｔ１側に向かって、すなわち軸方向に沿って底部１２またはその付近まで延びる突起状のガイド部材１４がケース１と一体に形成されている。このガイド部材１４によってボール３を速やかに端子Ｔ１の先端に案内することができる。ガイド部材１４は、例えば上面が平面または円弧面に形成された断面矩形の板状または細長いリブ状に形成されている。

また、ケース１の開口部１１を塞ぐカバー２は、開口部１１を密に塞げるものであれば特に限定ない。この実施形態においては、カバー２はケース１の開口端と両側壁の一部を覆うようにコ字型に形成され、カバー２の両側片２１を、ケース１の両側壁に設けた長手方向に延びる溝部１５内に嵌合し、両側片２１の係止孔２２を溝部１５内に設けた楔状の係止突起１６に係合させることによって、カバー２をケース１に結合するように構成されている。また、図面に示されてないが、例えば、カバー２とケース１とを、嵌合部に設けた突条と環状溝などの凹凸手段、または接着剤による接着手段によって結合することもできることは、言うまでもない。

次に、上記のように構成されるティルトスイッチの組立て手順について、説明する。
先ず、３個の端子Ｔを、ケース１の底部１２に設けた端子孔１ａに挿入して取付けるか、または、金型にインサートしてケース１成形時にケース１と一体に構成することもできる。それから、ボール３をケース１内に入れた後、ケース１の開口部にカバー２を被せることで、スイッチＳの組立てが完成する。

さらに、このように組立てられたティルトスイッチの使用状態及び作用について説明する。
スイッチＳは通常図４に示すように横たわった水平状態で機器装置Ｍなどに取付けて使用される。この状態ではスイッチオフ状態であり、ボール３は、ケース１内において端子Ｔ１の先端のみと接触（実線で示す）、または接触しない(点線で示す)自由状態にある。ところが、スイッチが機器装置Ｍの左回り方向の傾動に伴ってカバー２の一端を持ち上がるように同じ方向に傾くと、ボール３が斜面に沿って転がり、図５に示すように、スイッチが所定の動作角度、すなわち傾斜角度θを超すと、ボール３は重力で下方の端子Ｔ１の先端を乗り越えて上方の端子Ｔ２の先端と接触する。ところが、ボール３の直径は端子Ｔ１，Ｔ２が構成する三角形の外接円の直径よりも大きく、かつ、ボールの動きがケース１の内壁によって規制されているので、ボール３は端子Ｔ１，Ｔ２と接触してスイッチオン状態となる。ボール３の移動状態を図５において実線と点線で示す。
また、スイッチが逆に傾斜状態から同じ経路を経て元の水平状態に戻ると、ボール３は重力で端子Ｔ２から離れ、それから、端子Ｔ１を乗り越えてガイド部材１４の上面に落ちて、スイッチと共に図４の水平状態に戻り、スイッチオフ状態になる。

前記スイッチ動作の臨界角度である傾斜角度θは、所定範囲内での端子Ｔ１と端子Ｔ２との段差αの大小によって決まるのである。すなわち、所定範囲内において、段差αが大きくなるほど、傾斜角度θが小さくなり、段差αが小さくなるほど、傾斜角度θが大きくなる。従って、段差αを適宜調整することによって、傾斜角度θを所定の角度に設定することができる。
この目的を達成するため、端子Ｔ１をケース１の底部１２に対し端子先端の突出長さが調整可能に取付けられる構成にすると良い。この場合、端子Ｔ２は底部１２に固着した固定型とする。また、逆に端子Ｔ２を調整可能に、かつ、端子Ｔ１を固定型としてケース１の底部１２に取付けることもできる。何れにおいても、端子Ｔ２の突出長さは端子Ｔ１のそれよりも長くならないようにする。
端子Ｔ１または端子Ｔ２を調整可能に取付ける手段としては、例えば、端子の一端にねじを切り、ケース１に取付けた調整ナットに螺合させたねじ手段（図示してない）など従来の技術を利用すればよい。また、突出長さが異なる各種端子を用意し、ユーザーの需要に応じて、適当なものを選んでケース１に取付け、あるいは、金型にインサートしてケース１と一体に成形することもできる。

（第２実施の形態）
図６〜図７は本発明のティルトスイッチの第２実施の形態を示す図面である。この実施の形態１において、第１実施の形態と同様または対応する部材は同一符号を用いてその構成の説明を省略する。
この第２実施形態の基本構成は第１実施形態と同じであって、ケース１、カバー２、ボール３および３個の端子Ｔより構成される。異なる点は、前記第１実施形態ではスイッチのオン／オフ動作の傾斜角度θは端子間の段差αによって決まるのであるが、第２実施形態においては、上記段差αに加えて、さらに、ケース１の端子Ｔ１側の内壁１３に設けたガイド部材１４の上面とボール３が接触する端子Ｔ１の先端との径方向のギャップβの大きさによって決まるように構成した点である。ギャップβが大きくなるほど、ボール３が端子Ｔ１の先端を乗り越える傾斜角度θが大きくなり、ギャップβが小さくなるほど、ボール３が端子先端を乗り越え易くなり、傾斜角度θが小さくなる。従って、ギャップβを適宜選択することによって、傾斜角度θを所要の角度に設定することもできる。

図６はギャップβ１が特に大きいスイッチの使用状態を示し、この場合、スイッチの動作角度である傾斜角度θ１も特に大きい。図５におけるギャップβは前記β１よりも小さくしてあるので、傾斜角度θも小さくなる。図７はギャップβ２を最小にしたスイッチを構成しているので、傾斜角度θ２は前記２例の傾斜角度よりも小さい。図７から明らかな通り、ギャップβ２を極端に減少するために、ガイド部材１４の先端部の上面が一部削られて段部を形成し、端子Ｔ１の下面がこの段部に当接している。

上記目的を達成するために、取付け位置不変である端子Ｔ１に対し、ガイド部材１４の径方向の高さ（厚さ）ｈを増減することによって、ギャップβの大きさを変更し、傾斜角度θを変更することができる。ガイド部材１４は、ユーザーが希望する傾斜角度に応じて、その高さｈを算出し、金型に取り入れてケース１と一体成形すればガイド部材１４の組立ての手数が省けるので、簡単である。もし、ガイド部材１４の高さｈを変更する場合は、金型のコアを換えればよい。別の実施形態ではガイド部材１４を別個に成形し、これをケース１の内壁１３に結合させるように構成することもできる。前記両部材１,１４を結合させる手段としては、例えば、図８(Ａ)に示すように、ガイド部材１４の基部１４ａを内壁１３に対応して設けた軸方向の溝１３ａに圧入して固定させる、または、図８（Ｂ）に示すように、ガイド部材１４の凸状基部１４ｂを同じ形状の溝１３ｂに着脱可能に嵌合させる構成するとよい。しかし、結合手段はこれに限定するものでない、従来使用されている結合装置または取付装置を適用することができる。ガイド部材１４が着脱可能に溝に取り付けられた構成の場合は、金型を変更しないで、厚さの異なるガイド部材１４のみを取り替えるだけで傾斜角度θを容易に変更することができる利点がある。

本発明は上記のように構成されるので、端子の段差α及びガイド部材の高さｈ、すなわちギャップβの何れかを変更あるいは調整することによって、スイッチの作用角度すなわち傾斜角度を所定の角度に変更または調整することができる。また、両方を同時に変更、調整することもできることは、言うに及ばない。

本発明の第１実施の形態に係るティルトスイッチの分解斜視図である。 図１のスイッチの組立て状態の一部断面図である。 図１のスイッチのカバーを取り外した端面図である。 第１実施形態のスイッチのOFF状態における使用状態を示す断面図である。 図４のスイッチのＯＮ状態における使用状態を示す断面図である。 本発明の第２実施の形態に係るスイッチの使用状態を示す断面図である。 図６のスイッチのもう一つの使用状態を示す断面図である。 ガイド部材とケースとの結合状態の２例を示す要部の拡大図である。 従来のティルトスイッチの一例を示す断面図である。 図９に示すティルトスイッチのキャップを外した状態の側面図である。 同スイッチの作動状態を示す断面図である。

Ｓ ティルトスイッチ
１ ケース
２ カバー
３ ボール
Ｔ，Ｔ１，Ｔ２ 端子
１１ 開口部
１２ 底部
１３ 壁面
１４ ガイド部材
１５ 溝部
１６ 係止突起
２１ 側片
２２ 係止孔
Ｍ 機器装置
α 段差
θ，θ１，θ２ 傾斜角度（動作角度）
β，β１，β２ ギャップ
ｈ ガイド部材の高さ（厚さ）

Claims (4)

1. 一端に開口部を有し他端に閉鎖された底部を有する箱型の絶縁ケースと、前記ケースの開口部を覆うカバーと、前記ケースの底部に設けられた複数の端子孔に一端部が前記ケース内に突出するようにそれぞれ挿着され他端部が前記ケースの底部外へ突出された複数個の端子と、前記ケースの内部に移動可能に収納され可動接点となる導電体ボールとを備え、前記複数の端子は３個有し、前記３個の端子は前記ケースの底部に三角形の各頂点に位置するように配置され、当該３個の端子のうちの１個の端子の前記ケース内部への先端と他の二個の端子の前記ケース内への先端とが互いに対向する対極をなすように構成され、前記ケースを傾斜して前記導電体ボールを移動することにより前記端子の前記ケース内への突出端に離接してスイッチングするティルトスイッチであって、
   前記１個の端子の前記ケース内への突出長さを前記他の端子の前記ケース内への突出長さよりも長く形成して前記１個の端子と２個の端子との間に段差を設け、前記ケースが傾斜して前記導電体ボールが前記１個の端子の端部を乗り越えて当該端子と前記２個の端子に接触した時、当該導電体ボールが前記３個の端子にバランスよく安定に接触し保持されるように構成したことを特徴とするティルトスイッチ。
2. 前記ケース内への突出長さが他の２個の端子よりも長い前記1個の端子が臨む前記内周壁の中央部に、前記1個の端子の突出方向の軸線と平行し、前記導電体ボールを軸方向に転動可能にガイドするガイド部材が設けられ、前記ガイド部材の厚さを変更することによって、スイッチがオン／オフされる前記ケースの傾斜角度を調整可能に構成したことを特徴とする請求項１記載のティルトスイッチ。
3. 前記ケースに設けたガイド部材は前記ケースと一体に成形したことを特徴とする請求項２記載のティルトスイッチ。
4. 前記ケースに設けたガイド部材は前記ケースに対し着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項２記載のティルトスイッチ。