(57)【要約】【課題】  従来の導通ボールを用いた傾斜振動センサーにおいて、導通ボールを導通端子に重力的に接触させる構造のため導通ボールや導通端子に腐食により接触不良が起こしやすく、さらに、導通ボールは球体であるため少しの傾きで中立位置からはずれてしまい傾斜振動センサーとしての中立位置に設置しにくいという欠点を有する。【解決手段】  ボール方式の傾斜振動センサーであって、磁性体ボールを定位置に引き込むため、磁性体ボールを介在させたベース基板の下側にマグネットを配置し、磁性体ボールの上側の蓋の面内に一つ又は複数個の磁気感応素子を設け、傾斜振動により磁性体ボールが動いたことを磁気感応素子の出力変化で検出する事により、傾斜振動センサーの中立位置が見つけやすく電気接点を持たない耐久性のある傾斜振動センサーを提供する。【選択図】図１
2006208342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボール方式の傾斜振動センサーにおいて、磁性体ボールを定位置に引き込むため、磁性体ボールを介在させたベース基板の下側にマグネットを配置し、磁性体ボールの上側の蓋の面内に一つ又は複数の磁気感応素子を設けたことを特徴とする傾斜振動センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は傾斜振動センサーの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、防犯機器の動き検出用、カメラの撮影時の姿勢検知用、暖房装置の転倒検知用、玩具の運動検知用等に構造が簡単な機械式傾斜スイッチが使用されている。
（例えば、非特許文献１参照）【０００３】
【非特許文献１】  アルプス電気株式会社（傾斜振動センサー製品番号ＳＰＳＦ１００１００）
【０００４】  図３，４は従来の傾斜振動センサーの構造を表したもので、図３は傾斜振動センサーの平面図で、図４は図３のＨ−Ｈ線方向から見た正面図である。【０００５】  図３及び図４において、１０はガラスエポキシ樹脂等よりなり、平面が略正方形状をしたベース基板１１と、ベース基板１１と同形状をした蓋体１２を接着又は溶着などで接合した筐体である。前記ベース基板１１には、端子１３−１、１３−２、１３−３、１３−４の４本のリードフレーム１３がインサート成形されていて、リードフレーム１３は、ベース基板１１の外壁に外部接続用端子１３ａと、導通ボール１４を介在させる略正方形に形成されたボール収納凹部１５の内壁に内部導通端子１３ｂが露出した状態で配設されている。前記導通ボール１４はボール収納部１５内を重力移動によって自由に動き回る事ができる。【０００６】  以上述べた構成の傾斜振動センサーにおいて、その作用を説明する。図３に示すように、傾斜振動センサーでＡ方向が重力方向になって下の時、導通ボール１４がリードフレーム１３の内部導通端子１３ｂに接触し、端子番号１３−１と１３−２が電気的に接続されることによって、重力方向の傾斜が検出される。同様に傾斜振動センサーでＢ方向が下の時、導通ボール１４がリードフレーム１３の内部導通端子１３ｂに接触し、端子番号１３−２と１３−４に、傾斜振動センサーでＣ方向が下のとき、導通ボール１４がリードフレーム１３の内部導通端子１３ｂに接触し、端子番号１３−３と１３−４に、傾斜振動センサーでＤ方向が下のとき、導通ボール１４がリードフレーム１３の内部導通端子１３ｂに接触し、端子番号１３−１と１３−３が電気的に接続されることによって、それぞれの重力方向の傾斜が検出される。前記ボール収納凹部１５内の導通ボール１４の２次元的な動きにより、４方向の傾斜検出が可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
【０００８】  しかしながら上記のような構成では、導通ボールを導通端子に重力的に接触させる構造のため、導通ボールや導通端子に腐食が起こると接触不良が起こる可能性が高く、これを防ぐため金メッキにするとコストがかかることになる。さらに、従来の方式では傾斜センサーとしての中立点位置が判別しにくいという欠点を有する。実用時、水平面にセンサーを置かれた場合、どの導通端子にも接触していない時を中立点位置とし、接触した端子の位置により傾いた方向判別するわけであるが、元々導通ボールは球体であるため少しの傾きで導通端子に接触する事になり、接触した状態を中立位置とすると、その方向への傾斜検出が出来ない事になる。すなわち、接触する端子の位置により傾いた方向判別するわけであるが、元々Ａ方向へ傾いていたとしてこれを基準にすると、さらにＡ方向へ傾いた時は検出できない。従って、傾斜センサーとして４方向の傾斜を知るためには、微妙な水平状態にセンサーを固定する必要があり、いわゆる中立位置が微妙すぎる事になり、これは実用時非常に不便である。【０００９】  本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が簡単で接触不良の原因となる電気接点をもたない、中立位置が設定しやすい電気磁気的な傾斜振動センサーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記問題点を解決するために本発明の振動傾斜センサーは、ベース基板の下側にマグネットを配置し、ベース基板の上側に磁性体ボールを介在し、磁性体ボールを囲む蓋体の上面に少なくとも一つ以上の磁気感応素子を配置したことを特徴とする。【００１１】  ベース基板の下側にマグネットを配置し、ベース基板の上側に磁性体ボールを介在するとマグネットの中心部が一番磁束密度が高いため、磁性体ボールはマグネットの中心部、例えば、円形のマグネットであれば円の中心部に、角型のマグネットであれば角型の対角線上の交点部に磁性体ボールが引き付けられ、これにより安定な中立点位置を得る事が可能となる。【００１２】  また、ベース基板の上側に磁性体ボールを介在させることにより、磁力線は磁性体ボールの外側、すなわち磁性体ボールの上面にも生じることになる。磁性体ボールの囲む蓋体は磁性体ボールが外へ転がり出るのを防ぎ蓋体内部に位置するように覆う目的のためと同時に蓋体上に配置された磁気感応素子を配置する目的をもつ。【００１３】  磁気感応素子としては、ホールＩＣ（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製ＡＮ４８８００Ａ等）やリードリレーが利用でき、基本的に両者の動作は既定磁界強度の時、半導体スイッチ又はリレーがＯＮ／ＯＦＦする同一機能を有するため、以下の実施例ではホールＩＣとして説明する。【００１４】  傾斜や振動がない場合、磁性体ボールはマグネットの中心部に位置し、その上側にホールＩＣを配置してあるため、磁性体ボールが中心部にある限り先記ホールＩＣの場合、出力は論理ローレベルとなる。傾斜や振動が加わると磁性体ボールは中心位置からはずれ、ホールＩＣを通過する磁束が減りホールＩＣの出力は論理ハイレベルに変化する。【００１５】  また、蓋体上に複数のホールＩＣを放射状に配置する事により、中心部のホールＩＣの出力が論理ローレベルからハイレベルになり、ある方向のホールＩＣの出力が論理ハイレベルからローレベルになることにより、磁性体ボールはその方向へ移動した、すなわちその方向に傾斜があった、又は振動又は衝撃が加わったと検知できる。
【発明の効果】
【００１６】  本発明の傾斜振動センサーは、上記の構成によって、安定な中立位置をもち電気的接点を持たないため耐久性に優れ、構成が簡単で安価な傾斜振動センサーを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  以下本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
【実施例】  図１は本発明の実施例の傾斜振動センサーの断面図であり、図２は平面図であり図１は図２のＡ−Ａ線断面図である。ベース基板２はプリント基板又は樹脂材料等の非磁性材料であって、ベース基板２の下側にはマグネット１を配置し、ベース基板２上側に磁性体ボール３を介在させ、磁性体ボール３の周囲に磁性体ボール３が転がり出ないようにワク４を設け、ワク４の上方向にはプリント基板又は樹脂材料等の非磁性材料で作られた上面蓋５を電気的接続及び上面蓋５の固定のための複数の導通ピン７をもつ。【００１８】  図２に示すように、上面蓋５には、マグネット１の中心部に第一のホールＩＣ６−１をもち、対角線上に離れた方向に第２のホールＩＣ６−２と第３のホールＩＣ６−３と第４のホールＩＣ６−４と第５のホールＩＣ６−５を備える。【００１９】  本発明の場合、ワク４及び上面蓋５及び複数の導通ピン７は磁性体ボールが飛び出さないように蓋の役目をしている他、傾斜振動センサーのホールＩＣの電気的な出力を取り出しベース基板に電気的に伝える役目をしているが、その他蓋構造としてはいろんな形態で実施可能である。【００２０】  通常、傾斜や振動が無い場合、磁性体ボール３はマグネット１の中心部に存在し、傾斜ができると磁性体ボール３は重力と磁性体ボール３のマグネットによる中心位置への引き戻す力の相対的な差により中心位置から、ずれた釣り合う位置に動く、磁性体ボール３の重さとマグネットの磁界強度により同じ傾斜であっても位置がずれる距離は変わる。【００２１】マグネット１を磁性体ボール３の下部に配置する事による磁性体ボール３がマグネット１の中心に引き付けられる機能により、傾斜振動センサー本体をほぼ水平位置にするだけで容易に中立点位置を得る事ができる。【００２２】又、振動が起こった場合、磁性体ボール３がベース基板２上で動く事により位置ずれを発生するので傾斜の場合と同様の状態になる。【００２３】  上面蓋５にはホールＩＣを配置してあり、初めに磁性体ボール３が傾斜振動のない場合、中立位置に存在しているので、中立位置の真上にホールＩＣ６−１を配置する。傾斜振動の発生により本実施例のホールＩＣ６−１では磁性体ボール３の下方をＮ極にすることによりホールＩＣ６−１の出力は論理ローレベルとなる。磁性体ボール３が動いてホールＩＣ６−１を通過する磁束密度が既定値以下になるとホールＩＣ６−１の出力は論理ハイレベルに変わることにより傾斜振動があったことを検出できる。【００２４】次に、ホールＩＣ６−２、６−３、６−４、６−５を上面蓋５の面内に放射状に配置すると、磁性体ボール３が中立位置にあるときは、これらのホールＩＣ出力は通過磁束密度が少ないので論理ハイレベルであり、振動が起こって磁性体ボール３がこれらのホールＩＣの近くを通過すると磁性体ボール３によって誘導された強い磁束がホールＩＣを通過することにより論理ローレベルに変化するため、どのホールＩＣの出力が変化したかを検出すれば傾斜や振動方向が認識できる。【００２５】  ホールＩＣは先記の例では、中立位置に一つと放射状位置に４つを配置した例を示したが、個数及び位置は限定された物ではなく、自由に選択可能である。特にホールＩＣは磁束を受けていない時には、極低消費電力にできるので、中立位置に配置せず放射状位置のみ配置して磁性体ボール３が動いて放射状に配置されたホールＩＣの感知領域を通過した事だけを検出する方法が有効である。【００２６】磁性体ボール３とマグネット１の関係において、マグネット１の磁気の強さを選択する事によりセンサー感度を選択でき、あまり強く引き付けられる様にマグネット１の磁界強度を選ぶと磁性体ボールの傾斜や振動による動きが阻害され感度が低くなるため、磁性体ボール３の自重とマグネット１の磁界強度の関係で感度調整する。【００２７】  また、マグネット１の磁性体ボール３に対する磁界強度は、マグネット１と磁性体ボール３の相対距離に関係するため、相対距離を変えて磁界強度を選択してもよく、本実施例ではベース基板の下側にマグネット１を密着させた構成にしているが、ベース基板から下方向に離れた部材の上にマグネット１を配置した構造にする事も可能である。【００２８】  ワク４はベース基板２の上方に設けられ、磁性体ボール３が転がり出るのを防止する目的と通常プリント基板で作られる上面蓋５を保持する。上面蓋５も磁性体ボール３が上方へ転がり出るのを防止する目的とホールＩＣを面実装して取り付けるために設けられる。【００２９】  導通ピン７はホールＩＣの出力信号をベース基板２に伝える目的と共に上面蓋５を保持するために設けられているが、同様の目的を達するためには各種の変形例が利用できる。例えば、ワク４と上面蓋５を一体構造として上面蓋５の部分にＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）の製法により樹脂成形品に回路や電極を形成することができる。【００３０】  本実施例では、単独の傾斜振動センサーとして構成しているが、電子機器のプリント基板上の余スペースに同様の構成で設置する事が可能である。すなわち、ベース基板２は電子機器のメインボードであり、メインボードの一部にワク４を取り付け上面蓋５に相当するサブプリント基板を導通ピン７により結合させた構造とすると、単独の構成の傾斜振動センサーをメインボードの一部に組み込む事も可能である。【００３１】  通常、磁性体ボール３は鉄製のボールであってもよいが、長期間使用すると磁化され感度変化の原因となるため、残留磁束密度の少ない磁性材料を用いることが望ましい。又、磁性体ボール３は電気的に導通する必要がないため、磁性体ボール３に樹脂コーティングして傾斜振動センサーとして実用した場合、さび止め効果や磁性体ボール３が転がる時の動作音を軽減させることが可能である。【００３２】  なお、本実施例では、ホールＩＣを使用した場合について説明したが、ホールＩＣはホール素子と増幅回路と比較回路を集積して、既定磁界強度の時に半導体スイッチにより出力の論理レベルをハイ又はローに変化させるものであるが、ホールＩＣを使用せずホール素子のみに置き換えホール素子をホールＩＣ６−１の位置に配置しておくと、ホール素子の出力には磁界強度の変化に応じて出力電圧の変化として現れるので、磁性体ボール３が振動により動いた場合、ホール素子から出力電圧変化として取り出すことができる。【００３３】  この出力電圧をマイクロプロセッサー（以降ＣＰＵと称す）が検出できる電圧まで増幅し、ＣＰＵのアナログ入力ポートに入力して、ＣＰＵで規定出力電圧変化幅以上あった時、規定の振動の有無を判定する事ができる。この場合、ＣＰＵの規定出力電圧変化幅を設定する事により振動に対するセンサー感度を調整する事ができる。【００３４】  また、本実施例では、マグネットを永久磁石である場合について説明したが、電磁石を使う事も出来る。この場合、電磁石は流す電流により磁束密度の強弱を調整できるので、中立位置に戻すモードの時は電流を強くし、磁性体ボール３を中立点に素早く戻し、検出モード時には電流を弱くして高い感度と応答性を得るように制御する事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の傾斜振動センサーの断面図（図２の平面図のＡ−Ａ線断面図）。
【図２】本発明の傾斜振動センサーの平面図。
【図３】従来の傾斜振動センサーの平面図。
【図４】図３の従来の傾斜振動センサーのＨ−Ｈ線方向から見た正面図。
【符号の説明】
【００３６】１…‥  マグネット
２…‥  ベース基板
３…‥  磁性体ボール
４…‥  ワク
５…‥  上面蓋
７…‥  導通ピン
６−１及至６−５…ホールＩＣ
【図１】
2006208342.tif 000003
【図２】
2006208342.tif 000004
【図３】
2006208342.tif 000005
【図４】
2006208342.tif 000006