JPH1164087A - 振動検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精密機械等に組み込んで機器の振動や傾斜を
検出するセンサに関し、どの方向の振動や傾斜をも検出
する。 【解決手段】 長方形平板の所要位置に、円錐台形状の
凹部1a及び凸部1bを設けてなる第１の金属板電極１と、
同一形状の凹部2a及び凸部2bが該凹部1a、凸部1bと対角
方向に設けてなる第２の金属板電極２と、これら金属板
電極と接し、且つ、凹部1a、2aの開口部と少なくとも同
じ大きさの第１の貫通孔及び第２の貫通孔を設けてなる
絶縁性スペーサ３と、第１の空間６の内部に収納され、
転動自在にした第１の導電性球体４と、第２の空間７の
内部に収納され、転動自在にした第１の導電性球体と同
一径の第２の導電性球体５とで構成し、振動又は傾斜に
応じ、前記第１の金属板電極と第２の金属板電極とを前
記第１の導電性球体又は第２の導電性球体を介し導通状
態又は非導通状態にすることで振動等を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動検出センサに係
り、より詳細には、精密機械、家電機器又は産業機器等
に組み込んで機器の振動や傾斜を検出するセンサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動検出センサの一例として万歩
計に使用されているものがある。これは、例えば、絶縁
性のベース（基盤）上面の略中央にスプリングの一端側
を固定し、該スプリングが該ベース上面に対し垂直にな
るように取り付け、該スプリングの他端（先端）側には
円柱状であって中空の形状の導体を固定する。上記導体
とスプリングとで一つの電極が形成される。従って、本
センサに振動が加わった場合、スプリングが水平面方向
等に揺れ、該スプリング先端の前記導体も揺れる。この
ことから、この電極は可動電極といえる。一方、前記ベ
ース上面から垂直方向であって、前記可動電極を形成す
るスプリングの内部及び中空形状の導体の中空部分を貫
通するように棒状の電極を設ける。この電極は振動に対
し揺れることのない固定電極である。このように、本セ
ンサは棒状の固定電極と、該固定電極を囲むように設け
てなる可動電極とで形成される。

【０００３】本センサに振動が加わらない静止状態にあ
っては、前記可動電極と固定電極とは接触することなく
オープン（非導通）状態である。なお、この状態を一般
にはノーマルオープンと称している。これに対し、本セ
ンサに振動が加わった場合、上述のように可動電極が揺
れ、固定電極と接触したり、又は非接触の状態になる。
接触状態は可動電極と固定電極とがクローズ（導通）状
態になることを意味する。従って、可動電極と固定電極
との間の上記導通状態及び非導通状態を電気信号として
取り出すようにすれば本センサに加わる振動を検出でき
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
振動検出センサはその構造から、水平方向（対地）、換
言すれば東西南北の方向の振動に対しては敏感に応動す
る（揺れる）が垂直方向の振動に対しては応動が鈍いと
いう欠点がある。従って、水平方向並びに垂直方向のあ
らゆる方向の振動に対し応動するセンサが実現できれば
好都合である。本発明はこのような観点からなされたも
のであり、水平方向並びに垂直方向のあらゆる方向の振
動に対し応動する振動検出センサを提供することを目的
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、本発明の振動検出センサにおいては、長方形平板の
中心点より一方の短辺側へ寄った所要位置に、該平板の
一方の面に対し突出させた所要形状の凹部を設けてなる
第１の金属板電極と、前記第１の金属板電極と同一形状
の長方形平板であって、且つ、同一形状の凹部が該平板
の一方の面に対し突出させて設けられ、該凹部の位置及
び突出方向それぞれを該第１の金属板電極の凹部と対角
方向に設けてなる第２の金属板電極と、一方の面が前記
第１の金属板電極の他方の面と接し、他方の面が前記第
２の金属板電極の他方の面と接し、且つ、該第１の金属
板電極及び第２の金属板電極それぞれの凹部開口部と少
なくとも同じ大きさの第１の貫通孔及び第２の貫通孔と
を設けてなる所要厚さの絶縁性スペーサと、前記第１の
金属板電極の凹部内部と前記スペーサの第１の貫通孔を
介した前記第２の金属板電極の平面部分とで形成される
第１の空間の内部に収納され、転動自在にした所要径の
第１の導電性球体と、前記第２の金属板電極の凹部内部
と前記スペーサの第２の貫通孔を介した前記第１の金属
板電極の平面部分とで形成される第２の空間の内部に収
納され、転動自在にした前記第１の導電性球体と同一径
の第２の導電性球体とで構成し、振動又は傾斜に応じ、
前記第１の金属板電極と第２の金属板電極とを前記第１
の導電性球体又は第２の導電性球体を介し導通状態又は
非導通状態にする。

【０００６】また、前記凹部の形状を、該凹部の開口部
が円形であって、該凹部の底部が前記開口部の円より小
さくした円形底にする。

【０００７】または、前記凹部の形状を、該凹部の開口
部が円形の略半球状の形状にする。

【０００８】また、前記第１の空間を形成する第２の金
属板電極の平面部分、及び前記第２の空間を形成する第
１の金属板電極の平面部分それぞれを、該平面に代え、
該空間内へ突出させた、断面が円形の山状の凸形状にす
ることが好ましい。

【０００９】また、前記第１の導電性球体及び第２の導
電性球体それぞれを、ステンレス球、タングステン球又
は鋼球であって、それぞれ表面を金メッキ処理したもの
とすることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を実施例
にもとづき図面を参照して説明する。図１は本発明によ
る振動検出センサの一実施例を示す要部分解斜視図、図
２は金属板電極の要部上面図（Ａ）及び要部側面図
（Ｂ）、図３は図１の完成状態を示す要部側断面図
（Ａ）及び要部上面図（Ｂ）である。最初に、本発明に
よる振動検出センサの基本構成について図１及び図２を
基に説明する。図１において、１は第１の金属板電極で
あり、その面上には図示のように突出させた凹部1aと凸
部1bとを設ける。図２に上記第１の金属板電極１の上面
図（Ａ）及び側面図（Ｂ）を示す。両図に示すように、
凹部1aは開口部が円形、底部が開口部の円より小さくし
た円形底（円錐台）の形状である。また、凸部1bは断面
が円形の山状の形状であって、その突出方向が凹部1aと
反対方向である。凸部1bの高さh1は凹部1aの深さd1より
ずっと低い。

【００１１】図１に戻り、２は第２の金属板電極であ
り、その全体の形状としては前記第１の金属板電極と同
じであり（凹部2a、凸部2b）、用い方が第１の金属板電
極１を裏返して使用する点において異なる。なお、各金
属板電極１、２の凹部1a、2aの形状については図２に示
す形状（円錐台）に代え、略半球状の形状（図示せず）
としてもよい。略半球状であっても円錐台と同等の効果
が得られるからである。但し、以下の説明においては図
１及び図２に示す形状とする。３は所要板厚の絶縁性ス
ペーサであり、図示のように第１の貫通孔3a及び第２の
貫通孔3bが設けられている。これら貫通孔3a、3bの直径
D1、D2は凹部1a、2aの開口部直径と少なくとも同じか、
またはやや大きめにする。４は転動自在の第１の導電性
球体、５は同様の第２の導電性球体である。これら導電
性球体の大きさについては双方同じである。

【００１２】上記絶縁性スペーサ３を間にし、その一方
の面に第１の金属板電極１を、他方の面に第２の金属板
電極２をそれぞれ接着剤等で接着する。この接着した状
態で、第１の金属板電極１の凹部1a、第１の貫通孔3a及
び第２の金属板電極２の凸部2bの各中心が一致するよう
にする。同様に第１の金属板電極１の凸部1b、第２の貫
通孔3b及び第２の金属板電極２の凹部2aの各中心が一致
するようにする。つまり、各金属板電極１、２の各凹部
1a、2a、各凸部1b、2b及び絶縁性スペーサ３の各貫通孔
3a、3bそれぞれはこの位置関係になるように設ける。上
記接着により、第１の金属板電極１の凹部1aの内部と前
記スペーサ３の第１の貫通孔3aを介した第２の金属板電
極２の凸部2bとで空間（以下、第１の空間）が形成され
る。同様に、第２の金属板電極２の凹部2aの内部と前記
スペーサ３の第２の貫通孔3bを介した第１の金属板電極
１の凸部1bとで空間（以下、第２の空間）が形成され
る。この第１の空間に第１の導電性球体４を、第２の空
間に第２の導電性球体５をそれぞれ収納する。

【００１３】前記導電性球体４、５については、金属板
電極１、２との接触性を良くするために比重の大きい材
質のものを使用することが好ましい。この観点から、本
センサにおいてはステンレス球、タングステン球又は鋼
球としている。また、その表面はいずれのものについて
も金メッキ処理する。図３は完成状態の振動検出センサ
であり、同図（Ａ）は図１のＡ−Ａ’を断面とした側面
図であり、同図（Ｂ）は図１のＢ方向から見た上面図で
ある。なお、両図の各符号は図１の符号と一致させてあ
る。図示のように、前述の第１の空間６には第１の導電
性球体４が収納され、第２の空間７には第２の導電性球
体５が収納される。そして、第１の導電性球体４及び第
２の導電性球体５はそれぞれ別個独立のため互いに無関
係に転動する。従って、各空間内の導電性球体の位置関
係も互いに無関係となる。そこで、本実施例においては
動作説明の便宜から各導電性球体の位置を図示のように
した。即ち、第１の空間６の第１の導電性球体４は第１
の金属板電極１とは接触状態にあるが第２の金属板電極
２と非接触状態であり、従って、両電極間は非導通状態
であることを示す。

【００１４】これに対し、第２の空間７の第２の導電性
球体５は第１の金属板電極１と第２の金属板電極２の双
方と接触状態にあり、従って、両電極間は導通状態であ
ることを示す。また、図３（Ａ）が水平位置（対地）の
状態とし、且つ、振動等のない静止状態にあるとした場
合、第２の導電性球体５は、その転動性及び第１の金属
板電極１の凸部1bの傾斜により該凸部1bの中心位置にと
どまることはなく、必ず第２の金属板電極２の凹部2aの
内面のいずれかの箇所と接触し、第１の金属板電極１と
第２の金属板電極２とを導通状態にする。このように、
凸部1bは導電性球体５が中心付近にとどまることを防止
する役割を果たすものであり、凸部1bを設けた理由であ
る。このことは凸部2bについても同様である。なお、上
記凸部1b、2bについては本センサの必須要件としなくて
もよく、平面としてもよい。この場合、導電性球体の転
動性が低下することは否定出来ず、このために本センサ
が完全水平位置にある状態下にあっては原理的には導電
性球体５が第２の金属板電極２と非接触になる状態があ
りえる。しかし、本センサは後述するように振動や傾斜
が加わるようなところに使用するものであり、完全な水
平位置で長時間静止する確率は極めて低く、実用上問題
ないと考えられるからである。

【００１５】一方、上記条件下での第１の導電性球体４
については凹部1aの底面に位置することとなって第２の
金属板電極２と接触することはなく、従って、第１の金
属板電極１と第２の金属板電極２とは非導通状態とな
る。但し、図３（Ａ）において、上下関係を逆（１８０
度回転）にした場合には上述の導通状態、非導通状態は
入れ替わる。この場合、凸部2bが導通状態を確実なもの
とする役割を果たすことになる。なお、一方が非導通状
態であっても他方が導通状態であれば第１の金属板電極
１と第２の金属板電極２とは導通状態になることは説明
するまでもない。また、本センサがある角度傾斜した状
態（但し、振動は考慮せず）においては、凹部2aが上側
にある場合には第２の導電性球体５がその傾斜に応じて
転動し、第１の金属板電極１と第２の金属板電極２とが
必ず導通状態になり、凹部1aが上側にある場合には第１
の導電性球体４が同様にして転動し、第１の金属板電極
１と第２の金属板電極２とが必ず導通状態になる。

【００１６】また、本センサが図３（Ａ）の状態から右
又は左に９０度回転した垂直方向の位置にある場合に
は、第１の導電性球体４及び第２の導電性球体５はその
重力により下に下がる。また、各凹部1a、2aには傾斜1
c、1d、2c、2dを設けている。この傾斜により各導電性
球体４、５は転動し、凸部1b、2bと必ず接する状態にな
る。これにより第１の導電性球体４及び第２の導電性球
体５の双方により第１の金属板電極１と第２の金属板電
極２とを必ず導通状態にする。以上説明のように、本セ
ンサが振動のない静止状態にある場合、その置かれた状
態が水平位置、傾斜状態又は垂直状態のいずれにおいて
も第１の導電性球体４又は第２の導電性球体５のいずれ
かにより、又はその双方により第１の金属板電極１と第
２の金属板電極２とを導通状態にする。なお、このよう
な状態を一般にはノーマルクローズと称している。ま
た、このノーマルクローズがどのような位置におかれて
も維持されることから本センサは無指向性といえる。

【００１７】以上は振動のない静止状態であるが、次
に、本センサに振動が加わった場合につき説明する。本
センサはその構成から極めて小型化が可能であり、各導
電性球体４、５の大きさも小さく、例えばその直径を約
２mm程度にすることができる。従って、その重量も軽
い。各導電性球体４、５がこのように小さくまた軽いこ
とから本センサに振動が加わった場合、各導電性球体
４、５は転動や跳ねたりの状態になり、上述の常に導通
状態（第１の金属板電極１と第２の金属板電極２）にあ
ったものが振動に応じて瞬時的に導通状態又は非導通状
態になる。つまり、スイッチにおけるチャタリング現象
を起こす。このチャタリング現象は本センサがどのよう
な位置（水平、傾斜又垂直等）に置かれても発生する。
何故なら、前述のように第１の金属板電極１と第２の金
属板電極２とは静止状態時にはいずれの位置においても
導通状態にある。このことは、振動が加わった場合には
どの位置でもチャタリング現象を起こす前提条件が満た
されていることを意味するからである。

【００１８】以上から本発明に係る振動検出センサを換
言すればチャタリング発生器といえ、チャタリングが発
生するのは本センサに振動が加わったことを意味し、逆
に、チャタリングが発生しないのは本センサが静止状態
にあることを意味する。また、本センサがある静止位置
からある角度動いた場合（傾斜等）、再び静止状態にな
るまでの過程においても各導電性球体４、５の転動性に
より一時的（又は瞬時的）に第１の金属板電極１と第２
の金属板電極２とが非導通になる状態が発生する。従っ
て、この一時的な非導通状態から本センサが動いたこと
判る。上述の振動にしろ、又は傾斜にしろ、物理的には
本センサが動いたことを意味する。つまり、チャタリン
グ現象の発生、又は一時的（又は瞬時的）な非導通状態
の発生は本センサが静止状態から動いたことを意味す
る。または、逆にいって、チャタリング現象が発生する
ことなく、第１の金属板電極１と第２の金属板電極２と
が導通状態を継続している間は本センサが静止状態にあ
ることを意味する。

【００１９】従って、本発明に係る振動検出センサを一
つの電気回路素子とし、第１の金属板電極１と第２の金
属板電極２との導通状態を検出する装置を形成すれば本
装置（即ち、本センサ）が動いたか又は静止状態にある
かを検出できる。このように、本振動検出センサは一つ
の電気回路素子として使用する。そのため、図示してな
いが、第１の金属板電極１及び第２の金属板電極２それ
ぞれには所要の位置に回路接続用の引き出し端子又は引
き出しリードを設ける。

【００２０】次に、本発明に係る振動検出センサの応用
例につき説明する。近年、わが国においては高齢化社会
による老人問題が重要な課題になっている。そこで、応
用例の一つに老人ホームにおける老人の監視に使用する
ことが考えられる。即ち、本振動検出センサを一つの電
気回路素子とした無線監視装置（発信装置）を構成す
る。本振動検出センサは、前記のように小型化が可能で
ある。例えば、図１において、Laを約１１mm、Lbを約６
mm、導電性球体の直径を約２mm程度で作ることができ
る。従って、本振動検出センサを使用して微弱電波を発
する超小型の無線発信装置を作り、これを老人の腕、又
は脚等のような頻繁に動かす箇所に携帯させる。一方、
この発信装置に対する受信装置を老人ホームの中央監視
室等に設置しておく。この場合、老人は多人数のため、
各発信装置は老人を特定出来るようようにする。即ち、
発信周波数をその発信装置ごとに変える、又は多重通信
技術を利用する等が考えられる。

【００２１】老人の健康に異常がない場合には、必ず発
信装置（即ち、振動検出センサ）は手足等の動きに従い
動く。但し、一時的に静止している期間はある。そし
て、この静止期間は日中と睡眠をとる夜間とでは異な
る。そこで、タイマ機能を本発信装置に持たせておき、
一定時間以上動きがない場合を異常事態発生として誤検
出を防止するようにする。この結果、ある時間以上本発
信装置が静止状態、つまり、振動検出センサにおける第
１の金属板電極１及び第２の金属板電極２とが導通状態
が続いた場合にはその老人の動きが停止したことを意味
し、同老人に異変が生じたことを発見できる。前記中央
監視室等では多人数の老人の集中監視が可能であり、異
変発生を即刻発見できる。上記の例は多人数を扱う老人
ホームとしたが、家庭に居住する老人にも利用できるこ
とは説明するまでもない。

【００２２】以上が一つの応用例であるが、以下の応用
例もある。例えば、近年、わが国は海外旅行ブームであ
る。しかし、国によっては旅行カバン等の置き引きや盗
難事故が多い。そこで、本振動検出センサを利用した超
小型の無線発信装置をタグとともに旅行カバンに取り付
けておき、同無線発信装置が発する無線信号を受信する
受信装置（警告音を発する等）を旅行者が携帯するよう
にする。これにより、窓口で手続中に旅行カバンが置き
引き等されそうになっても警告音等で直ちに異変を察知
でき、盗難を未然に防止できる。このように、本振動検
出センサはある物体が静止状態にあるか、又は動いたか
の検出に有用なものである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動又は傾斜が加わったかにつき検出することができる。
即ち、本発明に係る振動検出センサが静止状態にある場
合には、同センサが水平、垂直又は傾斜等のいかなる位
置状態にあっても第１の金属板電極と第２の金属板電極
とを導通状態にする。つまり、無指向性で導通状態を維
持する。そして、この静止状態に対し振動が加わった場
合にはチャタリング現象が発生し、傾斜が加わった場合
には一時的又は瞬時的に導通状態が非導通状態になる。
従って、本振動検出センサを一電気回路素子として使用
することで振動や傾斜が加わったことを電気的に検出す
ることができる。本振動検出センサの応用例は多岐にわ
たるが、広義に捉えれば、ある物体が動いたことを検出
すセンサ装置に適するものである。その具体的応用例と
しては実施例において説明したように、老人ホームにお
ける老人の監視装置、又は旅行カバンにタグとともに取
り付けて盗難を防止する装置等がある。このように、本
発明にかかる振動検出センサは、ある物体が静止状態に
あるか、又は動いたかにつき監視する装置やシステム等
に有効なものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振動検出センサの一実施例を示す
要部分解斜視図である。

【図２】第１の金属板電極１の要部上面図（Ａ）及び要
部側面図（Ｂ）である。

【図３】図１の完成状態を示す要部側断面図（Ａ）及び
要部上面図（Ｂ）である。

【符号の説明】

１ 第１の金属板電極 ２ 第２の金属板電極 1a、2a 凹部 1b、2b 凸部 1c、1d、2c、2d 傾斜 ３ 絶縁性スペーサ 3a、3b 貫通孔 ４ 第１の導電性球体 ５ 第１の導電性球体 ６ 第１の空間 ７ 第２の空間

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長方形平板の中心点より一方の短辺側へ
   寄った所要位置に、該平板の一方の面に対し突出させた
   所要形状の凹部を設けてなる第１の金属板電極と、前記
   第１の金属板電極と同一形状の長方形平板であって、且
   つ、同一形状の凹部が該平板の一方の面に対し突出させ
   て設けられ、該凹部の位置及び突出方向それぞれを該第
   １の金属板電極の凹部と対角方向に設けてなる第２の金
   属板電極と、一方の面が前記第１の金属板電極の他方の
   面と接し、他方の面が前記第２の金属板電極の他方の面
   と接し、且つ、該第１の金属板電極及び第２の金属板電
   極それぞれの凹部開口部と少なくとも同じ大きさの第１
   の貫通孔及び第２の貫通孔とを設けてなる所要厚さの絶
   縁性スペーサと、前記第１の金属板電極の凹部内部と前
   記スペーサの第１の貫通孔を介した前記第２の金属板電
   極の平面部分とで形成される第１の空間の内部に収納さ
   れ、転動自在にした所要径の第１の導電性球体と、前記
   第２の金属板電極の凹部内部と前記スペーサの第２の貫
   通孔を介した前記第１の金属板電極の平面部分とで形成
   される第２の空間の内部に収納され、転動自在にした前
   記第１の導電性球体と同一径の第２の導電性球体とで構
   成し、静止状態時には前記第１の金属板電極と前記第２
   の金属板電極とを前記第１の導電性球体若しくは前記第
   ２の導電性球体のいずれか一方を介し、又はこれらの双
   方を介し導通状態にし、振動又は傾斜が加わったときに
   はこれらに応じ、前記第１の金属板電極と第２の金属板
   電極とを前記第１の導電性球体又は第２の導電性球体を
   介し導通状態又は非導通状態にするようにしたことを特
   徴とする振動検出センサ。
2. 【請求項２】 前記凹部の形状を、該凹部の開口部が円
   形であって、該凹部の底部が前記開口部の円より小さく
   した円形底としたことを特徴とする請求項１記載の振動
   検出センサ。
3. 【請求項３】 前記凹部の形状を、該凹部の開口部が円
   形の略半球状の形状としたことを特徴とする請求項１記
   載の振動検出センサ。
4. 【請求項４】 前記第１の空間を形成する第２の金属板
   電極の平面部分、及び前記第２の空間を形成する第１の
   金属板電極の平面部分それぞれを、該平面に代え、該空
   間内へ突出させた、断面が円形の山状の凸形状にしたこ
   とを特徴とする請求項１記載の振動検出センサ。
5. 【請求項５】 前記第１の導電性球体及び第２の導電性
   球体それぞれが、ステンレス球、タングステン球又は鋼
   球であって、それぞれ表面を金メッキ処理したものから
   なることを特徴とする請求項１記載の振動検出センサ。