WO2021020184A1

WO2021020184A1 - 転倒検知センサ

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Publication number: WO2021020184A1
Application number: PCT/JP2020/027924
Authority: WO
Inventors: 弘一矢島; 栄一小菅; 昌哉萩山
Original assignee: 株式会社日本アレフ
Priority date: 2019-07-27
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2021-02-04
Also published as: EP3998450A4; CN114175202A; JP7258348B2; US11972916B2; US20220285113A1; JP2021022489A; EP3998450A1

Abstract

小型で全方位の傾斜方向に関して傾斜・転倒を検出する転倒検知センサ１０であって、上方に開放した凹状の湾曲面１２ａ及びその上端を液密的に閉鎖する蓋部材１２ｂを備えた中空の非磁性体のケース１２と、ケースの湾曲面及び蓋部材により画成した中空部１２ｃ内に収容し、長手方向に磁化した直方体や径方向に磁化した円板状の偏平な磁石１３と、中空部内で磁石の径方向両端の磁極部１３ａ，１３ｂに磁気吸着する磁性流体１４と、ケースの下方で一対のリード１５ａ，１５ｂをケースの中心軸付近に一体的に配置したリードスイッチ１５と、から成り、正立時には中心軸が鉛直方向に延び、磁石が重力に従ってケースの湾曲面の中心軸付近で、磁化方向がリードスイッチの長さ方向に延びるように位置し、磁石の各磁極部がその直下に位置するリードスイッチの対応するリードを帯磁させて、一方のリード１５ａがＮ極に他方がＳ極に帯磁してオンとなり、正立状態から傾斜すると、磁石がケースの湾曲面に沿って摺動して中心軸から外れ、磁石の一方の磁極部のみが中心軸付近に位置して、磁極部が各リードを同極に帯磁させてリードスイッチがオフとなるように構成する。

Description

転倒検知センサ

　本発明は、例えばファンヒーター，湯沸かしポット等の各種機器や自動二輪車などの転倒を検知するための転倒検知センサに関する。

　従来、例えばファンヒーター，湯沸かしポット等の各種機器において、使用中の転倒を検出するために転倒検知センサが備えられる。自動二輪車では転倒時にガソリンの流出を防止するために転倒検知センサが備えられる。このような転倒検知センサとして、構成が簡単で、給電の必要のないリードスイッチを利用した転倒検知センサが数多く知られている。

　例えば特許文献１には、永久磁石と磁性流体とを底面に傾斜面を有する中空非磁性体ケースに収容し、その底部の下方に永久磁石の磁気に感応する磁気感応素子（リードスイッチ）を配置した傾斜センサが開示されている。この傾斜センサでは、傾斜を検出すべき物体が正立状態にあるときには、永久磁石がケース底面の中央に配置されることでリードスイッチの一方のリードが磁化され、リードスイッチの接点が閉じる。

　正立状態から物体が傾斜すると、永久磁石がケース底面の中央からずれることでリードスイッチの双方のリードが磁化されず、リードスイッチの接点が開放する。従って、リードスイッチの接点が閉鎖状態から開放状態に変化することにより、物体の傾斜を検出することができる。このようなスイッチは、常閉型又はｂ接点と呼ばれている。

　リードスイッチの下方に補助磁石を配置すると、物体の正立状態では、リードスイッチの双方のリードがそれぞれ永久磁石及び補助磁石により互いに同極に磁化され、双方のリードの間に反発力が発生することで、リードスイッチの接点はオフに維持されるが、物体の傾斜により永久磁石がケース底面の中央から外れると、補助磁石のみがリードスイッチの一方のリードを磁化するので、リードスイッチの接点が閉鎖される。このようなスイッチは、常開型又はａ接点と呼ばれている。

　特許文献２にはリードスイッチを使用した傾斜センサが示されている。この傾斜センサは図７に示すように構成されている。非磁性体のアルミニウムから成るケース１０１は、カップ状のケース１０１ａと蓋１０１ｂとが互いに重なる部分で接着剤により接着され、密封された中空部１０２を有する。中空部１０２には、表面に磁性流体１０３ａが被着した略円板状の永久磁石１０３が収容されている。プラスチック成形品から成る台座１０４の上部に、ケース１０１が挿入され、樹脂１０４ａで固定される。磁気感応素子としてのリードスイッチ１０５がプリント基板１０６上に配置され、そのリード端子がハンダ付けされると共に、プリント基板１０６からリード線１０６ａが引き出されている。裏カバー１０７が、その対向する一対の辺部から立ち上がった爪１０７ａを台座１０４の内部に形設した凹部に係合させることにより、固定される。台座１０４の頂部に貼着されたアモルファス磁性片１０８が、その貼着位置に基づいて傾斜センサの応答角度が調整される。

　このような傾斜センサによれば、水平状態（正立状態）では永久磁石１０３の磁力により、リードスイッチ１０５を構成する二本のリードは同極に帯磁しているので、互いに反発してオフの状態である。傾斜に伴って、非磁性体ケース１０１の中空部１０２内で永久磁石１０３が傾斜方向に移動することで、リードスイッチ１０５の一方のリードが反対の極に変わるので、二本のリードが互いに吸着してオンとなる。この場合、リードスイッチ１０５は、オフ状態でもオン状態でも永久磁石１０３の磁力が作用している。従って、傾斜センサの傾きによって、リードスイッチがオン、オフどちらの状態でも、常にリードスイッチ１０５は永久磁石の磁力の磁気的影響を受けている。

実開昭６３－７００１７号公報特開平１－１７０８０８号公報

　特許文献１による傾斜センサでは、リードスイッチが正立状態で垂直に配置されているので、傾斜センサ全体が上下方向に関して大きくなってしまう。また、永久磁石がケース底面の中央に配置された状態で、リードスイッチの一方のリードが磁化されることでリードスイッチの接点がオンとなり、傾斜に伴って永久磁石が離反することで永久磁石の磁気的影響を受けなくなってリードスイッチの接点がオフとなる。従って、オン状態では、他方のリードは永久磁石により磁化されておらず、オン状態が安定的に保持されないおそれがあると共に、オフ状態では、リードが磁気を失うことでオフ状態になるため、オン状態でもオフ状態でも、例えば外部からの磁界や振動の影響によってオン状態又はオフ状態が保持されないおそれがある。さらに、補助磁石を備えている場合は、オフ状態では、両リードが互いに同極に磁化されて互いに反発してオフ状態が安定的に保持されるものの、オン状態では、一方のリードのみが磁気的影響を受けてオン状態になるため、外部からの磁界や振動の影響によってオン状態が保持されなくなることがある。

　特許文献２の傾斜センサは、リードスイッチ１０５が正立状態で水平にプリント基板１０６上に配置されることから、傾斜センサ全体が上下方向に関して小型に構成される。また、リードスイッチ１０５の各リードは、オン状態でもオフ状態でも永久磁石１０３の磁力の磁気的影響を受けることで、オン状態及びオフ状態がそれぞれ安定的に保持される。

　しかしながら、本発明者等により従来例の傾斜センサを試作し、リードスイッチ１０５の長手方向に対する角度を変えて、種々の傾斜方向におけるリードスイッチ１０５のオン角度及びオフ角度を測定したところ、図８に示す測定結果を得た。

　図８において、リードスイッチ１０５の長手方向、つまり上方を０度として、時計回りに傾斜方向の角度を取り、傾斜方向におけるオン角度を結んだ線を実線で表し、オフ角度を結んだ線を破線で示す。図８によれば、リードスイッチ１０５の長手方向に関しては傾斜を検出することが可能であるが、リードスイッチ１０５の長手方向と直交する方向の傾斜に関しては、図８に符号Ａで示す角度範囲において、実質的に検出することができない不感領域が存在していることが分かる。即ち、従来の傾斜センサでは、全方位での傾斜や転倒を検出することができないという課題がある。

　本発明は以上の点に鑑み、小型に構成され、全方位の傾斜方向に関して傾斜や転倒を検出することができる転倒検知センサを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明の転倒検知センサは、転倒を検出すべき物体に取り付けられ、中心軸の周りに上方に向かって拡径する凹状の湾曲面及び当該湾曲面の上面が液密的に閉鎖された中空の非磁性体から成るケースと、ケースの湾曲面及び閉鎖された上面により画成される中空部内に収容され、長手方向に磁極を有する磁石又は径方向に磁化された偏平な円板状の磁石と、中空部内に封入され、磁石の少なくとも両端の磁極部に磁気吸着される磁性流体と、ケースの底の中心又は中心付近に接点が来るように配置されたリードスイッチと、から構成され、物体の正立時にはケースの中心軸が鉛直方向に延びており、磁極部が磁性流体により覆われた磁石が重力に従ってケースの湾曲面の最下位置である中心軸付近でその磁化方向がリードスイッチの長さ方向にほぼ平行に延びるように位置して、磁石の各磁極部が該磁石の直下に位置するリードスイッチの対応するリードをそれぞれ帯磁させることにより、一方のリードがＮ極に他方のリードがＳ極に帯磁して互いに吸着してリードスイッチがオンとなり、物体が正立状態から傾斜すると、磁石がケースの湾曲面に沿って摺動してその中心軸から外れ、磁石の一方の磁極部のみがケースの中心軸付近に位置することにより、当該磁極部がリードスイッチの各リードを同極に帯磁させてリードスイッチがオフとなるように構成される。

　上記構成によれば、転倒を検出すべき物体が正立状態では、ケースはその中心軸が鉛直方向に延びており、磁石は重力に従ってケースの湾曲面の最下位置である中心軸付近に位置する。このとき、磁石はその両磁極部がそれぞれリードスイッチの各リード部に対向するように磁気的影響によって引き寄せられて、磁極方向がリードスイッチの長手方向にほぼ平行に延びるように位置する。従って、磁石の両磁極部が、それぞれ対向するリードスイッチのリードを帯磁させ、リードスイッチの一方のリードをＮ極に他方のリードをＳ極に帯磁させる。これにより、リードスイッチの両リードは互いに吸着し、リードスイッチがオンとなる。このとき、リードスイッチの両リードはそれぞれ磁石の磁気的影響を受けて帯磁して互いに吸着するので、オン状態が安定的に保持されて例えば外部からの磁界や振動等の影響を受けにくい。

　これに対して、転倒を検出すべき物体が傾斜すると、それに伴ってケース及びリードスイッチも傾斜し、ケースの中心軸が傾斜する。従って、ケースが傾斜するにつれて、ケースの中空部内では磁石がケースの湾曲面に沿って中心軸からずれる。このとき、磁石はケースの傾斜方向に追従して、その磁極方向が中心軸に対して回転する。その結果、一方の磁極部がケースの底面に中心軸付近に位置し、且つ他方の磁極部が中心軸から離反する。従って、磁石の一方の磁極部が、ケースの底面の中心軸付近で、リードスイッチの両リードが互いに対向する中心付近に位置し、一方の磁極部がリードスイッチの両リードを同極に帯磁させる。これにより、リードスイッチの両リードは互いに反発し、リードスイッチがオフとなる。このときリードスイッチの両リードはそれぞれ磁石の磁気的影響を受けて帯磁し互いに反発するので、オフ状態が安定的に保持される。

　ここで、ケースの中空部底面が上方に向かって凹状の湾曲面に画成されているので、傾斜に伴って、重力に基づいて磁石が湾曲面に沿って移動する際に、その磁極部を覆う磁性流体が潤滑機能を備えることもあって、円滑に湾曲面に沿って移動することから、より正確な傾斜の検出が可能である。リードスイッチは、正立状態では水平に配置されるので、転倒検知センサ全体の高さが低く全体として小型に構成される。

　本発明では転倒検知センサのケースの湾曲面が、好ましくは半球面に形成されるので、傾斜角度によらずに常に一定の傾斜追従が可能で、より正確な傾斜の検知を行なうことができる。磁石はその最大面積を有する面に二つの磁極を有する磁石を用いてもよい。

　本発明による転倒検知センサは、好ましくは、ケースの中空部内で磁石の各磁極部にそれぞれ磁気吸着された磁性流体が、磁石の側面又は上下面で互いに接触しないよう、磁性流体の量が選定される。これにより、磁石の一方の磁極部から出て磁石の外側を廻って他方の磁極部に入る磁力線が磁性流体の内部を通過しないので、下方に位置するリードスイッチの各リードを通過する磁力線が多くなり、より効率よくリードスイッチの各リードが帯磁して傾斜に対する感度が高められる。

　本発明による転倒検知センサは、好ましくは、リードスイッチの全長が磁石の長さより長い。よって傾斜角度が大きくなったとき、磁石が重力に基づいてケースの湾曲面に沿って大きく移動して他方の磁極部が湾曲面の縁部付近に位置するとき、一方の磁極部がほぼ湾曲面の中心軸付近に位置することになり、一方の磁極部がリードスイッチの中心付近に対向してその両リードを帯磁することになる。

　本発明によれば、小型に構成され、全方位の傾斜方向に関して傾斜や転倒を検出することができる、極めて優れた転倒検知センサを提供することができる。

本発明の転倒検知センサの一実施形態を示す断面図である。図１の転倒検知センサの要部を示す概略断面図である。図１の転倒検知センサに用いることができる磁石形状と磁化方向を示す図である。図１の転倒検知センサにおいて、り―ドスイッチの長手方向に対して０度及び４５度の傾斜方向で物体を０度，１０度，２０度，３０度の各傾斜角度に傾けたときの、ケースの湾曲面と磁石との関係を示す断面図及び平面図である。図１の転倒検知センサにおいて、り―ドスイッチの長手方向に対して０度，４５度，９０度の各傾斜方向で物体を傾けたときの傾斜角度０度及び３０度の動作を概略的に示す断面図及び平面図である。図１の転倒検知センサの種々の傾斜方向におけるオン角度及びオフ角度を示すグラフである。従来の転倒検知センサの一例の構成を示す概略断面図である。図７の転倒検知センサの種々の傾斜方向に関するオン角度及びオフ角度を示すグラフである。

　以下、図１～図３に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
　図１及び図２は、本発明による転倒検知センサの一実施形態を示し、図３は図１の転倒検知センサに用いることができる磁石の形状と磁化方向を示す図である。図に示すように、本実施形態による転倒検知センサ１０は、台座１１と、ケース１２と、磁石１３と、磁性流体１４と、リードスイッチ１５と、プリント基板１６と、から構成されている。

　台座１１は、例えば樹脂材料、好ましくは非磁性材料から構成され、転倒を検出すべき物体１７に対して、図示しないネジ等により固定される。転倒を検出すべき物体１７は、以下単に物体１７と呼ぶ。台座１１は、上面に上方に開放したケース受容部１１ａを備えると共に、ケース受容部１１ａの中央付近に段部１１ｂを介して凹陥部１１ｃを備える。

　ケース１２は例えば樹脂材料，アルミニウム等の非磁性材料から構成され、中心軸Ｏの周りに上方に向かって開径した凹状の湾曲面１２ａを有し、この湾曲面１２ａは上面が液密的に閉鎖されて中空部１２ｃを画成している。本実施形態では、上面を閉鎖するために蓋部材１２ｂが被蓋されて湾曲面１２ａと蓋部材１２ｂとの間に中空部１２ｃが画成されている。湾曲面１２ａは、中心軸Ｏの周りに回転対称に、そして断面にてなだらかな曲線を描くように、例えば曲率半径ｒの半球面（図２参照）として形成されている。

　ケース１２は全体が同材質で一体に形成されていてもよい。本実施形態では、蓋部材１２ｂを非磁性材料の板状部材に構成し、超音波溶着又は接着剤等によりケース１２の湾曲面１２ａの上端に対して液密的に接合している。この蓋部材１２ｂは、ケース１２の中空部１２ｃ内に、磁石１３及び磁性流体１４が収容された後、ケース１２の湾曲面１２ａの上端に対して接合される。磁石１３及び磁性流体１４は、このケース１２の中空部１２ｃ内に封入される。

　ケース１２はその下面中央付近に凹陥部１２ｄを備える。凹陥部１２ｄは、ケース１２が台座１１のケース受容部１１ａに嵌合した状態にて、台座１１の凹陥部１１ｃと対応する位置に形成され、その周囲にはプリント基板１６が嵌合して、ケース１２に対して位置決めされる第二の凹陥部１２ｅを備えている。

　磁石１３は、例えばフェライト，ネオジム等の永久磁石であって、図３に示す形状である。図３（Ａ）に示す磁石１３は直方体の棒形状で長手方向の両端に磁極を有する。図３（Ｂ）に示す磁石１３は、磁石の厚み方向に磁化された長方形であり、この面に二つの磁極が形成されている。図３（Ｃ）は、径方向に磁化された偏平な円板状の磁石１３であり、外周面に二つの磁極面が形成されている。一方、図３（Ｄ）は厚み方向に磁化された円板状の磁石１３であり、平面に二つの磁極を有する。例えば、図１に示す磁石１３は偏平な円板状に形成され、直径方向両端の磁極部１３ａ及び１３ｂがそれぞれＮ極，Ｓ極となるように着磁されている。ここで、磁石１３は、図２に示すように、その外径Ｄが湾曲面１２ａの曲率半径ｒより小さく選定されている。

　磁性流体１４は公知の構成であって、磁石１３と共にケース１２の中空部１２ｃ内に収容されたとき磁石１３に磁気吸着される。磁性流体１４が磁石１３とケース１２の湾曲面１２ａとの間に介在することによって、後述するように物体１７の傾斜に伴って磁石１３がケース１２の湾曲面１２ａの表面に沿って移動する際に潤滑材として作用する。この磁性流体は、酸化鉄系の常磁性超微粒子をイソパラフィン、アルキルナフタリン、ポリαオレフィン、パーフロポリエーテル等の材料に分散された流体である。磁性流体は、真空シールや軸受、スピーカー等に用いられている磁性流体を用いることができる。

　ここで、磁性流体１４は、ケース１２の中空部１２ｃ内で磁石１３と共に収容されたとき、磁石１３の両端の磁極部１３ａ，１３ｂ付近にそれぞれ磁気吸着された部分が、磁石１３の双方の磁極部１３ａ，１３ｂの間で磁石１３の側面及び上下面にて互いに接触することで磁石１３の磁気シールドとして作用しないよう、その量や磁性流体１４の粘性が適宜に選定される。磁性流体１４の粘度は３０ｍＰａ・ｓから１００００ｍＰａ・ｓを超えるものまであるが、本発明に用いる磁性流体は磁石の体積とのバランスにもよるが、３０ｍＰａ・ｓから５００ｍＰａ・ｓの粘度が好ましい。転倒検知時間を早くしたい場合には３０ｍＰａ・ｓから１００ｍＰａ・ｓが好ましい。自動二輪車等の振動のある環境で用いる転倒検知センサ１０としては、１００ｍＰａ・ｓから５００ｍＰａ・ｓが好ましい。磁性流体１４の粘度は、転倒検知センサ１０の設置個所やその動作環境に応じて適宜に選定すればよい。これにより、磁極部１３ａと１３ｂとを磁石１３の外側で結ぶ磁力線が、磁気流体１４内を通過することが阻止されるので、磁石１３の外側で後述するリードスイッチ１５に磁気的影響を与える磁力線が多くなる。

　リードスイッチ１５は公知の構成で、その長手方向がケース１２の中心軸Ｏに対して垂直に、且つその一対のリード１５ａ，１５ｂが中心軸Ｏ付近に位置するように配置され、プリント基板１６上に実装されている。リードスイッチ１５は、図１に示すようにケース１２の底の中心又は中心付近、つまり中心領域に、リードスイッチ１５の接点が位置するように配置される。リードスイッチ１５は、その全長が磁石１３の直径Ｄより長く、またケース１２の中空部１２ａの最大内径つまり、図２に示すように上端における内径＝２ｒ以下に選定される。

　プリント基板１６には、リードスイッチ１５の両端から延びる一対のリード線１５ｃ，１５ｄがそれぞれ接点部１６ａ，１６ｂにハンダ付けされると共に、各接点部１６ａ，１６ｂに対してそれぞれ引き出しリード線１６ｃ，１６ｄが接続されている。引き出しリード線１６ｃ，１６ｄは、図示しないが台座１１を介して外部に引き出されている。プリント基板１６は、ケース１２の第二の凹陥部１２ｅ内に嵌合すると共に、ケース１２の下端が台座１１のケース受容部１１ａ内に嵌合することにより、ケース１２に対して位置決めされて固定される。こうして、リードスイッチ１５の各リード１５ａ，１５ｂは、ケース１２の中心軸Ｏ付近に配置される。

　本実施形態による転倒検知センサ１０は、台座１１が転倒を検出すべき物体１７に対してネジ等により固定される。物体１７が転倒せず正立している状態（正立状態）では、中心軸Ｏが鉛直方向に延びており、磁石１３は、重力に従ってケース１２の湾曲面１２ａの最下位置、即ち中心軸Ｏ付近に位置する。この状態では、磁石１３の各磁極部１３ａ，１３ｂは、それぞれ磁気吸着によって、リードスイッチ１５の各リード１５ａ，１５ｂに対してより接近しようとするため、図１及び図２に示すように、磁石１３の磁極方向がリードスイッチ１５の長手方向にほぼ平行に延びるように位置する。

　リードスイッチ１５の各リード１５ａ，１５ｂは、それぞれ磁石１３の対応する磁極部１３ａ，１３ｂにより帯磁されることで、リード１５ａ，１５ｂは互いに異なる極に帯磁されて互いに吸着し、リードスイッチ１５がオンとなる。このとき、各リード１５ａ及び１５ｂは、磁石１３の磁極部１３ａ，１３ｂによりそれぞれ帯磁されていることで、リードスイッチ１５のオン状態は安定して保持され、例えば外部からの磁界や振動等の影響を受けにくく誤動作のおそれが排除される。

　上記正立状態から物体１７が転倒すると、物体１７が傾斜するにつれて転倒検知センサ１０も物体１７と同じ傾斜角度で傾斜する。従って、ケース１２及びリードスイッチ１５は同じ傾斜角度で傾斜するが、ケース１２の中空部１２ｃ内の磁石１３及び磁性流体１４は重力に従って、ケース１２の湾曲面１２ａの表面に沿って中心軸Ｏからずれて、常に湾曲面１２ａの鉛直方向最下位置に留まろうとする。

　ここで、種々の傾斜方向における磁石１３の挙動について図４を及び図５を参照して説明する。図４は、図１の転倒検知センサにおいて、リードスイッチ１５の長手方向に対して０度及び４５度の傾斜方向で湾曲面１２ａが傾斜する場合について、それぞれ物体の傾斜角度を０度，１０度，２０度及び３０度に傾けたときの、ケース１２の湾曲面１２ａと磁石１３との関係を示すもので、各傾斜方向における断面図及び平面図である。

　一番上の（I）は傾斜角度０度の正立状態の場合を示し、図１及び図２と同じ状態である。二番目の（II）は傾斜方向４５度，傾斜角度１０度の場合を示し、平面図にて矢印方向（傾斜方向４５度）に湾曲面１２ａが１０度だけ傾斜すると、磁石１３が０度から傾斜方向に向かって僅かに水平方向に回転し、湾曲面１２ａに沿って傾斜方向と反対方向にずれる。これにより、磁石１３のＳ極である磁極部１３ｂがリードスイッチ１５に接近してその磁気吸着力が増大する一方、Ｎ極である磁極部１３ａはリードスイッチ１５から離反してその磁気吸着力が低減する。従って、断面図に示すように、リードスイッチ１５のリード１５ａ，１５ｂは、磁石１３の磁極部１３ｂが近接して同極に帯磁される。

　同様にして、三番目の（III）及び四番目の（IV）は傾斜角度２０度及び３０度の場合を示し、いずれも磁石１３が湾曲面１２ａの表面に沿ってずれる。これにより、磁石１３の磁極部１３ｂがリードスイッチ１５の中心付近のリード１５ａ，１５ｂ付近に接近した状態を保持する一方、磁極部１３ａはリードスイッチ１５からさらに離反してその磁気吸着力がより一層低減する。従って、断面図に示すように、リードスイッチ１５のリード１５ａ，１５ｂは、磁石１３の磁極部１３ｂが近接していることで同極に帯磁され、磁石１３は磁気吸着力の一層の低減により傾斜方向と反対方向に向かって水平方向に回転し４５度の方向で安定する。

　図５は、リードスイッチ１５の長手方向に対して０度，４５度及び９０度の各傾斜方向で湾曲面１２ａが傾斜する場合について、物体の傾斜角度０度と傾斜角度３０度におけるケース１２の湾曲面１２ａと磁石１３との関係を示し、それぞれ傾斜方向における断面図及び平面図である。

　一番上の（I）は傾斜角度０度の正立状態の場合を示し、図１，図２及び図４（I）と同じ状態である。二番目の（II）は傾斜方向０度，傾斜角度３０度の場合を示し、平面図にて矢印方向（傾斜方向０度）に湾曲面１２ａが３０度だけ傾斜すると、磁石１３が水平方向に回転することなく、湾曲面１２ａに沿って傾斜方向にずれる。これにより、同様に、磁石１３のＳ極である磁極部１３ｂがリードスイッチ１５に接近して磁気吸着力が増大する一方、Ｎ極である磁極部１３ａはリードスイッチ１５から離反して磁気吸着力が低減する。従って、断面図に示すように、リードスイッチ１５のリード１５ａ，１５ｂは、磁石１３の磁極部１３ｂが近接していることで同極に帯磁される。

　同様にして、三番目の（III）及び四番目の（IV）は、傾斜方向４５度（図４の場合と同様）及び９０度の場合を示し、いずれも、磁石１３が湾曲面１２ａの表面に沿ってずれると共に、傾斜方向と反対側に向かって水平方向に関して回転する。これにより、磁石１３の磁極部１３ｂがリードスイッチ１５の中心付近のリード１５ａ，１５ｂ付近に接近した状態を保持すると共に、磁極部１３ａがリードスイッチ１５から離反した状態となり、その磁気吸着力がより一層低減する。従って、断面図に示すように、リードスイッチ１５のリード１５ａ，１５ｂは、磁石１３の磁極部１３ｂが近接していることで同極に帯磁され、磁石１３は磁気吸着力の一層の低減により傾斜方向と反対方向まで水平方向に回転し４５度の方向で安定する。

　このようにして、上記転倒検知センサ１０は、物体１７の全方位の傾斜方向に関して、磁石１３が傾斜方向及び傾斜角度に追従してケース１２の湾曲面１２ａの表面に沿って移動する。従って、一方の磁極部１３ａ又は１３ｂをリードスイッチ１５の中心付近のリード１５ａ，１５ｂに対向して同極に帯磁させることで、リード１５ａ，１５ｂが互いに反発してリードスイッチ１５がオフとなる。このとき、双方のリード１５ａ，１５ｂに、磁石１３の磁極部１３ａ又は１３ｂが磁気的影響を与えて帯磁されるので、リードスイッチ１５のオフ状態は安定して保持され、外部からの磁界や振動等の影響を受けにくい。

　本発明の転倒検知センサ１０によれば、従来の転倒検知センサではできなかった、リードスイッチ１５の全方位の傾斜方向に関して傾斜や転倒を検出することができる。リードスイッチ１５が傾斜や転倒を検出したときには、リードスイッチ１５がオフするので、傾斜や転倒を検出したときに物体１７の動作をリードスイッチ１５が自動的に停止することができる。例えば、物体１７がファンヒーター，湯沸かしポット等の各種機器である場合には、これらの機器の動作をリードスイッチ１５により自動的に停止することができる。リードスイッチ１５がガラス等の容器に気密に封入されているので、例えば周囲の腐食性の雰囲気等に影響され難く、いわゆる耐環境性に優れた転倒検知センサ１０を提供することができる。

　磁石１３の材質や寸法は、リードスイッチ１５の大きさに合わせて適宜に選定される。ケース１２の湾曲面１２ａの正立状態における最下位置とリードスイッチ１５との間隔は、永久磁石１３の磁気特性及び寸法、リードスイッチ１５の感動値に基づいて適宜に選定される。

　次に、上述した転倒検知センサ１０の試作品に関して、種々の傾斜方向におけるオン角度及びオフ角度を測定した結果を示す。ケース１２の湾曲面１２ａの半径を６φとし、磁石１３として直径方向に磁化された直径Ｄが５ｍｍ，厚さ１ｍｍのネオジム磁石を使用して、湾曲面１２ａの中心軸Ｏにおける底部から５ｍｍ離れた位置に、日本アレフ（本出願人）製のリードスイッチＲＤ－１８Ｂを配置して、転倒検知センサ１０の試作品を作製した。

　この試作品を使用して、リードスイッチ１５の長手方向を０度として、４５度，９０度，１３５度，１８０度，２２５度，２７０度，３１５度の傾斜方向に転倒検知センサを傾斜させて、リードスイッチ１５がオフになる傾斜角度（オフ角度）と、傾斜を戻してリードスイッチ１５が再びオンになる傾斜角度（オン角度）を測定したところ、図６に示す測定結果が得られた。図６において、各測定値のうちオン角度を実線で結び、オフ角度を破線で結んだ。この測定結果によれば、転倒検知センサ１０の全方位において、それぞれリードスイッチ１５のオフ及びオンが測定され、本発明による転倒検知センサ１０は全方位において転倒を検出することが確認された。

　本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。例えば、上述した実施形態においては、磁石１３は、専ら偏平な円板状に形成されているが、直方体の形状であってもよい。この場合、磁石１３の中央が上下に開放されることによって、磁性流体１４が被着された磁石１３が、ケース１２の湾曲面１２ａの表面に沿ってより円滑に移動することが可能である。

　上述した実施形態では、ケース１２の湾曲面１２ａは、例として半球面として形成されているが、これに限らず、その曲率半径が連続的に変化する滑らかな凹状の湾曲面であってもよい。これにより、ケース１２の湾曲面１２ａの表面に沿った磁石１３の円滑な移動が確保される。

　１０…転倒検知センサ；　１１…台座；
　１１ａ…ケース受容部；　１１ｂ…段部；　１１ｃ…凹陥部；
　１２…ケース；　１２ａ…湾曲面；　１２ｂ…蓋部材；　１２ｃ…中空部；　１２ｄ…凹陥部；　１２ｅ…第二の凹陥部；
　１３…　磁石；
　１３ａ，１３ｂ…磁極部；　１４…磁性流体；
　１５…リードスイッチ；　１５ａ，１５ｂ…リード；　１６…プリント基板；
　１６ａ，１６ｂ…接点部；　１６ｃ，１６ｄ…引き出しリード線；
　１７…転倒を検知すべき物体（物体）

Claims

　転倒を検出すべき物体に取り付けられ、中心軸の周りに上方に向かって拡径する凹状の湾曲面及び当該湾曲面の上面が液密的に閉鎖された中空の非磁性体から成るケースと、
　前記ケースの湾曲面及び閉鎖された上面により画成される中空部内に収容され、長手方向に磁極を有する磁石又は径方向に磁化された偏平な円板状の磁石と、
　前記中空部内に封入され、前記磁石の少なくとも両端の磁極部に磁気吸着される磁性流体と、
　前記ケースの底の中心又は中心付近に接点が来るように配置されたリードスイッチと、から構成されており、
　前記物体の正立時には、前記ケースの中心軸が鉛直方向に延びており、前記磁極部が磁性流体により覆われた磁石が、重力に従って前記ケースの湾曲面の最下位置である中心軸付近で、その磁化方向が前記リードスイッチの長さ方向にほぼ平行に延びるように位置して、前記磁石の各磁極部が、該磁石の直下に位置する前記リードスイッチの対応するリードをそれぞれ帯磁させることにより、リードスイッチの一方のリードがＮ極に他方のリードがＳ極に帯磁して互いに吸着してリードスイッチがオンとなり、
　前記物体が正立状態から傾斜すると、前記磁石が前記ケースの湾曲面に沿って摺動して前記ケースの中心軸から外れ、前記磁石の一方の磁極部のみが前記中心軸付近に位置することにより、当該磁極部が前記リードスイッチの各リードを同極に帯磁させて前記リードスイッチがオフとなる、
転倒検知センサ。
　前記ケースの湾曲面が半球面として形成されている、請求項１記載の転倒検知センサ。
　前記湾曲面の上面が蓋部材で液密的に閉鎖される、請求項１又は２記載の転倒検知センサ。
　前記磁石の最大面積を有する面に二つの磁極を有する磁石を用いた、請求項１記載の転倒検知センサ。
　前記ケースの中空部内で前記磁石の各磁極部にそれぞれ磁気吸着された磁性流体が、前記磁石の側面又は上下面で互いに接触しないように前記磁性流体の量が選定されている、請求項１又は４記載の転倒検知センサ。
　前記リードスイッチの全長が前記磁石の長さより長い、請求項１記載の転倒検知センサ。