JPS59228123A - 感震器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 近年、感震器の使用が盛んになりガス暖房器など種４の
機器に組込まれて使用されているが、この場合感震器と
しては出来るだけ小形軽量でしかも信頼性の高い事を要
求される。本発明は、これらの要求を満足させる感震器
を提唱するものであって、小量の水銀粒を慣性質量体と
して利用し非常に小形であるとともに地震の周期と同じ
ような振動には一様な感度を有する事、地震とは異なる
振動（例えば近くの道路上を走る車輌の振動や感震器が
取付けである暖房機器を操作する時に与える振動あるい
は暖房機器の置かれである室の中で子供などが走り廻る
事によって生ずるいわゆるノイズ振動）と地震とを区別
して誤動作のない秀れた特性を有する事、さらに地震に
応動して感震器の接点が開いた場合その接点開放状態を
保持する時間が充分に得られるものである事、また接点
の接触抵抗が低い値であってしかも長年月安定している
という秀れた特性及び信頼性が高いなどの特徴を有する
ものである。

慣性質量体として水銀を用いた場合には、慣性体の移動
による摩擦損失が極めて少なくかつそれ自体が可動接点
として働くから、他の慣性体例えば固体の球とか振子等
を利用してマイクロ、スイッチのようなスナップ式接点
駆動機構を動作させるようなものに比べて小形化の可能
性が大きいがそれを実現する為には封入された水銀粒が
地震などの振動により移動する場合の受は皿部分の形状
など後述する種々の要因を考慮１７てそれらを配設及び
選定しなければならない。振動によって水銀粒は横方向
に移動して接点を開くのであるから、感震器を小形化す
るためには水銀粒は小さくなければならない。従って水
銀の量を順次減らして行くと１グラム以下の水銀の粒は
強い表面張力により球状を呈し必ずしも容器の形に従わ
ないが、その特性を巧みに利用する事が必要である。

以下本発明の実施例を図面について詳述する。

第１図に於て水銀粒１０は正規姿勢における静止状態を
示す。ポット２０は例えば鉄板をプレスにより絞シ加工
して作られ、その底部の中央に底面２１とほぼ垂直な壁
面２２からなる中央凹部を持ち、壁面２２の外周にはほ
とんど水平に近い低勾配の底部２３が同心的に隣接しさ
らにその外周には高い勾配をもった底部２４が同心的に
配設されており、その高勾配底部２４の外側はほぼ垂直
な側壁部２５となっている。側壁部２５の上端の開口端
部２６は外側に向けて広げられている。蓋板３０は例え
ば鉄板を打抜いて作られ、その中央には透孔３１が穿た
れその透孔３１を貫通して電極５０が例えばＩラヌなど
の電気絶縁材４０により気密に封着固定しである。蓋板
：３０の外周近傍は前記ポット２０の開口端部２６の頂
部にリングプロゼクション溶接などの方法により接合さ
れて両者により気密容器が構成されている。この気密容
器は合成樹脂などの■：気絶縁物で作られたハウジング
７０に適当な方法で固着せられ、との／＼ウジング７０
の下面７１を水平な基準面として気密容器は正規の姿勢
に取付けられる、尚７２及び７３は／＼ウジング７０を
ネジ等で固定する為の取付孔を示す。

電極５０及び蓋板３０に溶接などの方法で固着された接
続片（３０を外部回路に接続する事によって感震器の電
気信号を取り出す事が出来る。

表面張力を利用して図示の如く球に近い形に水銀を保つ
為には、ポット２０の内壁即ち水銀］０と接する面は平
滑でなく粗面になされている。仮りに平滑な鉄板の面に
水銀粒】０が接する場合には、水銀粒１０がポンドの所
定位置に置かれて接触した時点から時間の経過により水
銀と鉄板との間の接触角が変化して水銀粒】０の形は徐
々に扁平になる。

また水銀粒１０を電極の先端部５１と離れさせるに必要
な横方向の加速度の値即ち閾値が大きい方へ変化するな
どの不都合を生ずるが、これらは付着力による影響であ
る。従ってポンド２０の内面は例えばサンドブラストと
か液体ホーニングとか呼ばれている研磨剤の微粉を吹付
けるなどの機械的方法や化学的にエツチングするなどの
方法により細かい凹凸面とされている。このような粗面
は高倍率に拡大して見ると１ミクロン稈度の凹凸が数１
０ミクロンの大きな凹凸面上に複合形成されたよりな粗
面であり、この凹凸が急峻でありかつ複雑であるほど目
的に叶うものである。このような粗面と水銀との接触角
は９０度を超える鈍角であり時間の経過による付着力の
変化は認められず長年月静止状襲に放置されても水銀粒
］０の横移動に必要な加速度間１直は変化が認められな
いようにする事ができる。ポット２０の内面を上述の如
く粗面にして水銀粒１０のポット内面への接触角を鈍角
とする事によって水銀粒１０は図示の如くポット２υの
底部の中央凹部にその下方の一部分を没入しているのみ
で、大部分はポット２０内の空間に表面張力によって球
に近い形をとらせる事が出来るがその水銀量の上限はお
よそ１グラム程度である。

地震と同じような振動として例えば振動の周期を０．３
秒から０７秒迄として、この範囲内での周期をもった振
動を印加して加速度間１直を規定するという製品に対す
る規格の設定がなされているが、感震器の特性としては
この範囲内の周期の振動に対しては一様な感度である事
が望ましい事は云う迄もない。ポット２０の中央凹部に
隣接して外側に広がる底部の勾配が、仮りに高力１記底
部２４のみで構成されている場合には、０．３秒の周期
の振動を印加した時と０７秒の周期の振動を印加した時
とでは感震器の感度即ち加速度閾睡に相違が生ずる。即
ち振動加速度を受けた水銀粒１０が、はぼ垂直な壁面２
２を乗り越えて外方へ移動した時にその一移動した部分
の乗っている場所が傾斜していると重力加速度の分力の
影響を受は再び水銀粒１ｏがボッ）２０の中央凹部へ引
戻される事になり電［５０の先端５１から離れる状態に
移行する迄の水銀粒１０の移動状態がスムーズでなく振
動周期の相違により電極から水銀粒が離れてしまう時点
の加速度閾値に変動を生ずるものと考えられる。従って
０．３秒の周期では比較的低い加速度１ｉｔ（例えば１
７０力ｉし）で接点が開となるのに対して０５秒或いは
０．７秒の周期の振動では比較的高い加速度（例えば２
３０力゛７１／）を印加しないと接点が開とならないと
いう状態が生ずる。

しかしながらボッ）　２０の中央凹部に隣接する底部が
、図示の如く低勾配であると加速度閾値でようやく壁面
を乗り越えた水銀粒ＪＯが重力の分力による引き戻し力
を受ける事がないのでこの部分の移動がスムーズに連続
して行なわれｗ＋ｉの先端５１との接触が断たれるに至
るのに必要な加速度閾値の振動周期の相異による有意差
がほとんどなくなるためと考えられる。振動が印加され
なくなった時、水銀粒を重力によシ自己復帰させる為に
低勾配の底部とその外側に連接されている高勾配の底部
の各々の半径方向の長さの割合が選定されている。前述
した範囲内の振動周期の相違による感度をフラットにす
る為の他の要因としては、ポット２０の中央凹部に没入
する水銀粒ｉｏの下方部分と表面張力によってポット内
部空間に自由に盛り上がっている水銀粒１０の上方部分
との割合を選定する点がある。例えば−実験例について
述べると０．３５グラムの水銀粒の直径は３．８ミリメ
ートルで高さは２Ｂミリメートル程度であるがこの水銀
粒の中央凹部に没入している下方部分即ち壁面２２の高
さけ０．５ミリメートルの場合がフラットな特性であり
、この深さを増加したシ減少するとフラットな特性が得
られない。またこの要因は感震器としての加速度閾値を
決めるものでもあるので両者を考１．嚇した上で全水銀
量を設定する必要がある。

次に耐ノイズ撤動特性について述べる。感震器の設置さ
れた暖房機器の近くを物体が通る事により或いは暖房機
器に人が触れたりした時に発生する外乱振動は、加速度
値としては可成り大きく例えば３００ガル乃至５００ガ
ｌし程度の随が観測される事がある。しかしながらその
周期は長いものでも０１秒位であり大部分はそれ以下の
短い周期であるからこのノイズ振動によって加速度量ｌ
ｉｔ　２００ガル程度の感震器を作動させないようにす
る必要がある。種々の実験から得られた知見によれば、
先に述べた水銀粒の高さに対して１／／３程度の深さに
電極を挿入すればよい事が判った。１グラム以下の少量
の水銀粒の中に電極を挿入する場合、水銀の表面張力に
妨害をされて水銀粒の中央に電極を挿入する事は容易で
はないが、水銀粒が重力にょってボン）２０の中央凹部
の中心にきっちりと位置するためには電極の太さが問題
となる。例えば０．３５グラムの水銀粒の場合電極の水
銀粒に挿入される部分の太さが０．４３　ミリメートル
では水銀粒の中心が中央凹部にきっちりと位置する確率
が９０％位であり残り１０％位は扁む［７た位置になる
。電極の太さがこれより太く例えば０５ミリメー）／し
の直径では９０％位扁むした位置にしか水銀粒は重力で
自己復帰しなくなる。挿入される部分の電極の太さを０
、詔ミリメートルに細くするとほとんど１００％中心に
きつちυと位置するという結果が得られた。１グラム以
下の少量の水銀粒について云えばその水銀粒の横方向の
直径のイ０以下に挿入する部分の太さを選定した電極を
用いればよい事が判った。

さらに重要な事として、感震器が地震に応答して動作し
接点が開放状態となった場合その開放状態を保持する時
間が例えば数ミリセコンドといういわば誤作動している
ような短かいものでなく数１０ミリセコンド乃至１００
ミリセコンドという充分な保持時間が得られるかどうか
という点である。

これは前述のノイズ振動に対する誤動作を防止する性能
とは逆の関係にあり、電極の先端５１が静止状態で水銀
粒１０中に挿入されている部分が少ない方が望ましいの
であるが、耐ノイズ誤動作特性を満足するに必要な挿入
量を確保した上で接点開放の保持時間を充分に得る為に
は、水銀粒】０のポット２０の中央凹部を満たしている
下方部分と空間に表面張力で球状に盛り上がっている上
方部分との割合及び中央凹部の外側に隣接する低勾配底
部と高勾配底部との割合を選定する事によって、横力向
の加速度が開鎖を上廻って水銀粒ｌＯが移動し一旦電極
と離れた後、逆方向の加速度を水銀粒が受けて電極と再
び接触する迄の接点開放時間を充分長くする事が出来る
。ここで注意すべき点は水銀粒１０のポット２０の中央
凹部を満たしている下方部分と空間に表面張力で盛シが
っている上方部分との割合は前述したように地震周期の
範囲内での一様な感反特性を得る事と密接な関係にあり
、さらに応動加速度量１直とも密接に関係しているので
それらの特性を考慮して決める必要がある。また低勾配
底部と高勾配底部との割合において低勾配底部の割合を
大きくすれば保持時間を長くする事が出来るが、その反
面、横方向加速度によって移動した水銀粒１０が重力の
分力によってポットの中央凹部に復帰する場合の能力が
犠牲になシ例えば感震器の取付姿勢が理想的な正規位置
から少し傾いて取付けられた場合には水銀粒１０が復帰
出来なくなる恐れがあり、この取付角度の許容誤差をど
の程度小さく出来るかという実用面での問題を考慮して
設計する必要がある。

第２図は他の実施例を示す部分断面図である。

これは水銀粒１０と電極５０及び水銀粒ＪＯとポンド２
０との間の電気的な接触抵抗値を改良したものである。

即ち電［５０の細くされた先端部分５］の下端面５２の
表面にメッキなどの方法でニンケル層を設け、この二り
ケ／Ｌ−′層を水銀と濡れる状態としさらにポットの中
央凹部のほぼ中１ｕに小さなくぼみ２７を作シ、このく
ほみ２７の中−＼ニッケル板を打抜いて作った小片２８
を圧入しこの小片２８を水銀と個れる状態としたもので
ある。ニッケルはその表面が酸化されていない状態で水
銀と接触させると容易に濡らす事が出来る。密閉容器の
内部空間は水銀の酸化を防止する為に不活性ガス又は還
元性ガスによって満たされており、長年月に亘って初期
の状態を保ち性能の劣化を防ぐ事が出来る。電極の細く
された部分の微少な端面５２とボンドの中央凹部の中心
の微少なくぼみ２７との二個所が水銀粒１０との接触角
が小さい儒れた状態とされ、容器内面の他のほとんど大
部分は水銀とは接触角が極めて大きい濡れない粗面とさ
れているからこの第２図示実施例の感震器の動作は前に
述べた第１図のものと変らない様に設計する事が出来る
。

以上述べた如く、本発明は冒頭に記載した高い信頼性を
有し小形軽量でしかも長年月に亘シ性能が維持されると
いう秀れた感震器を提唱するものであシ、その工業的価
値は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る感震器の一実施例を縦断面図にて
示すものであり、第２図は他の実施例に係る感震器の第
１図に示したものと異なる部分のみを拡大して縦断面図
忙て示したものである。 １０・・・・・・水銀粒、　　　　　　２ｏ・・・・・
・ポット、２１・・・・・・底　面、　　　　　２２・
・・・・・壁　面、２３・・・・・・低勾配底部、　　
　２４・・・・・・高勾配底部、２６・・・・・・開口
端部、　　　　３ｏ・・・・・・蓋　板、４０・・・・
・・電気絶縁封着材、　５０・・・・・・電　極、５１
・・・・・・電極下端。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中央四部、低勾配の底部及び高勾配の底部が同心的に配
   設されたポット及びその開口端部に電極を絶縁固着した
   蓋板全接合して構成した金属製密閉容器中に水銀粒を封
   入して成シ、その水銀粒は静止状態で正規姿勢にある時
   に前記中央凹部を下方の一部分で満たし上方の大部分は
   その自由表面で密閉容器内空間に高く盛シ上がる如く設
   定されるとともに前記蓋板に絶縁固着された電極の下端
   は水銀粒の盛り上がった部分に挿入されておシ、その挿
   入部分の直径は水銀粒の直径の名以下に選定された事を
   特徴とする感震器。