(57)【要約】【課題】小型であるとともに製造、取扱いともに容易な落下スイッチを得る。【解決手段】落下スイッチ１は円筒状の電気絶縁性ハウジング２の両端に電極４及び５を配置して容器を構成し、容器内には導電体の慣性子３が前記電極と常に遊嵌状態となるように配置される。慣性子３の長手方向の全長は前記電極４及び５間の最短距離よりも長くされ、またその移動可能距離を電極との遊嵌部のどちらの重複距離よりも短くなるように制限することで、慣性子３はどのような姿勢になっても電極間から脱落しないようにされている。通常時には慣性子が自重により両電極に接触することで慣性子を通して電極間に電路が構成されて電流が流れ、落下時には見かけ上の重量が低下することで慣性子と接点との接触圧力が低下し、事実上接触状態が解除されて電流は遮断される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に二つの電極を配置し、
この二つの電極を通る直線を対称軸として回転方向に対称な接点構造を持ったスイッチであって、
電極間にはこれらの電極を電気的に接続可能な慣性子がそれぞれの電極の接触部分に対して遊嵌状態で配置され、
この慣性子の全長を前記電極間の最短距離よりも長くまたその移動距離を遊嵌部のどちらの重複距離よりも短くすることで慣性子が電極間から脱落しないようにされていることを特徴とする落下スイッチ。
【請求項２】
容器が金属性ハウジングを有し、
この金属性ハウジングが一方の電極を構成していることを特徴とする請求項１に記載の落下スイッチ。
【請求項３】
有底円筒形の金属製ハウジングと、
金属製の円筒形枠体の中心に導電端子ピンを電気絶縁材で固定した気密端子を有し、
前記ハウジングの開口端に気密端子を封着固定することで気密容器を構成するとともに導電端子ピンの中心軸と円筒ハウジング内面の中心軸を同一とし、
この気密容器内にはハウジングの内径よりも細く且つハウジング底面と導電端子ピン端面の距離よりも全長が長い概ね円柱形の慣性子が配置され、
この慣性子は電極の接触部分であるハウジング内面と導電端子ピンとの間を電気的に接続可能にされており、
慣性子の一方の端部には導電端子ピンの外径よりも内径の大きい嵌合孔が穿たれこの嵌合孔に導電端子ピンが遊嵌状態で挿入され、
嵌合孔の深さを慣性子が導電端子ピンとハウジング内面との間で拘束されない深さとするとともに、
慣性子の容器長手方向に対する移動可能距離を遊嵌部の深さよりも小さくすることで慣性子が導電端子ピンとハウジングとの間で常に遊嵌状態となり脱落しないようにされていることを特徴とする落下スイッチ。
【請求項４】
容器内に汚損防止ガスが封入されていることを特徴とする請求項２または３に記載の落下スイッチ。
【請求項５】
慣性子の重心位置を一方の接触部分側に偏在させることによって、使用時の定常姿勢において一方の電極における接触部に掛かる重量が他方より低くなるように設定されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の落下スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落下などによるいわゆる無重量状態を検出するスイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速度や傾斜を検出することによって接点を開閉するスイッチは数多く提案されているが、重力加速度の変化により落下を検出するスイッチ類の提案は少ない。しかし半導体センサーと比べて取扱いが容易で且つ比較的簡単な回路で落下検出が行えることから、落下スイッチの要求が増えている。
【０００３】
従来提案されている落下スイッチの一例を図６に示す。この落下スイッチ１０１は導電性の円筒型容器１０２内に電気絶縁性のハウジング１０３から円柱型で導電性の可撓性梁１０４が延び、この可撓性梁１０４の先端に可動接点を兼ねた重り１０５を配置している。通常は可動接点である重り１０５はその自重で可撓性梁１０４を撓ませて固定接点である容器１０２内面に接触することで接点間を導通している。落下スイッチ１０１が落下状態となり見かけ上の重力加速度が減少すると、重り１０５の自重による可撓性梁１０４のたわみがなくなり、重り１０５が容器１０２から離れ電路は遮断される。（例えば特許文献１）
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９５２０６（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この落下スイッチ１０１は円筒型容器の軸を中心としてどの方向に傾斜しても同等の性能となる構成とされているが、そのためには可撓性梁が自由状態において容器の中心に位置するようにしなければならない。しかしそのための調整作業は難しく製造時における作業性が悪い。また従来はノート型パソコンのように比較的使用姿勢が限られるものへの使用が想定されていたが、特に近年、ハードディスクなどを内蔵したオーディオプレーヤーなど通常の使用姿勢が必ずしも決まっていない携帯機器への使用要求がある。このような場合、方向性のあるスイッチでは複数使用する必要があるが、携帯機器などにおいては機器内のスペースが限られていることから落下スイッチを小型化することが求められており、長手方向でも１０mm以下、幅や高さは数mm程度までの範囲に納めることが求められている。そのようにスイッチを小型化する場合には重りの質量も数十mg程度と小さくなるので可撓性梁は非常に細くしなやかなものにしなければならず、また重りと容器との隙間も非常に小さくなるので組み付け作業には高度な技術が要求される。さらに僅かな部品の変形が動作特性に大きな影響を及ぼすために可撓性梁などの部品は特に慎重な取扱いを要し、また非常に高い精度での加工や加工後の調整作業が必要となる。しかし部品が小型で且つ繊細であることから調整作業も著しく難しくなり、製造コストを低減できず製品自体も高価になると言う問題がある。
【０００６】
そのため、より小型であるとともに製造、取扱いともに容易な落下スイッチが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明の落下スイッチにおいては、容器に二つの電極を配置し、導電体の慣性子とこれらの電極とが常に遊嵌状態となるように配置される。この落下スイッチは両電極を通る直線を対称軸として回転方向に対称な接点構造を構成し、使用時においてはこの対象軸が水平面に平行になるように配置され、落下スイッチをこの対象軸を中心軸としてどの方向に傾けた場合であっても落下に対して同一の特性を得るように構成される。慣性子の長手方向の全長は前記電極間の最短距離よりも長くされ、またその移動可能距離が遊嵌部のどちらの重複距離よりも短くなるように制限することで、慣性子はどのような姿勢になっても電極間から脱落しないようにされている。通常時には慣性子が自重により両電極に接触することで慣性子を通して電極間に電路が構成されて電流が流れ、落下時には見かけ上の重量が低下することで慣性子と接点との接触が事実上解除され、電流を遮断することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば可撓部材をなくすことによって従来必要とされた組み付け加工後の調整作業を不要にし、また部品数を減らすことによって従来のものよりも製造作業を容易にするとともに小型化が可能になる。また二つの電極に対して慣性子を常に遊嵌状態になるように配置したことにより、どのような姿勢でも電極から慣性子が脱落することはなく、定常時には確実に電極間を接続することができるとともに落下時には電路を遮断することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１の落下スイッチ１は筒型の電気絶縁性ハウジング２の内部に円柱形の慣性子３が収納されている。ハウジング２はその両端に配置された電極４及び５とともにスイッチの容器を構成している。慣性子３は導電性金属で作られており、使用姿勢で且つ定常状態においては電極４及び５に接触して電極間を電気的に接続している。電極４及び５は容器内側の面を円筒形状にくりぬかれ慣性子３がそれぞれの内面４Ａ及び５Ａに遊嵌状態で配置されており、定常時には慣性子３が自重によって電極内面４Ａ及び５Ａに接触するようにされている。この落下スイッチ１は両電極を結ぶ直線を対称軸として回転方向に対称な接点構造とすることにより、対称軸を中心軸としてどの方向に傾けた場合であっても落下に対して同一の特性を持つようにされている。慣性子３の長さは電極間で拘束されないと共に、両電極の端面４Ｂと５Ｂの距離よりも長くされ、その移動距離はそれぞれの電極との遊嵌部の重複距離よりも短くすることによって、落下センサーが使用時はもちろん、組付け時や輸送時においてどのような姿勢に置かれた場合にも嵌合状態を保ち慣性子は電極間から脱落しない。電極内面４Ａ及び５Ａ及び慣性子３の表面は汚損防止や接触抵抗の調整のため、必要に応じて銀やニッケルなどでメッキ処理される。
【００１０】
この落下スイッチ１はその中心軸を水平面に平行に配置することにより、定常時には重力加速度によって慣性子３の重量が電極４及び５に均等に分散されその重量によってかかる押圧力で接触している。落下スイッチ１を取り付けた対象機器が落下状態に入ると落下スイッチに掛かる見かけ上の重力加速度が減少し、自由落下状態になると電極から見た慣性子の重量はゼロになる。こうして接点間にかかる押圧力が低下することで接点間の接触抵抗が急激に増加することに加え、さらに実際には落下直前の挙動などにより僅かな振動加速度などが加わるために無重量状態となった慣性子は電極から離れて電路を開放し導通を遮断する。特に慣性子の質量を100mg以下とすることで慣性子は無重量状態での微小振動の影響を受けやすくなり電極から離れやすくなる。従来のものは弾性体によって可動接点を固定接点から大きく引き離していたが、通電電流が小さい場合には必ずしも大きく離す必要はなく微振動によりごく僅かの隙間が発生すれば確実に電路を遮断することができる。
【００１１】
そのためこの落下センサー１の導通状態を監視することによって、監視対象機器が落下状態に陥ったことを検出することができ、例えば携帯機器などにおいてハードディスクの書き込み一時中断や磁気ヘッド退避処理など適切な対応処理を行うことができる。
【００１２】
本発明の落下スイッチは可撓性の梁やバネなどの変形を伴う部品を使用しないため、小型になっても製造時の寸法精度管理を行うことで調整作業を不要にすることができる。そのため製造がより容易になり、取扱いの容易な落下スイッチとすることができる。
【実施例１】
【００１３】
図２に落下スイッチの他の構成例を示す。前述の落下スイッチ１においては容器３に電気絶縁性材料を使っているが、強度を得るために充分な厚みが必要になり、結果としてスイッチの小型化が困難になると言う問題があった。
【００１４】
そこでこの落下スイッチ１１においては、ハウジング１２を一端を塞いだ有底円筒型の導電性金属容器とすることによってハウジング自体を電極とするとともにその内面を慣性子１３との接触部分とした。ハウジング１２の開口端には、円筒形の金属枠１４にガラスなどの電気絶縁性充填材１５で導電端子ピン１６を固定したヘッダ１７が封止固定されて気密容器を構成している。この気密容器において導電端子ピンとハウジング内面の中心軸は一致している。一方の電極である導電端子ピン１６の気密容器内側端部には慣性子との接触部分となる凹形の嵌合部を有する接触子１８が前記中心軸を共有するように一体に固着されている。本実施例ではヘッダ１７の金属枠１４とハウジング１２との封止はその端面をレーザー溶接で行われ、この気密容器内には窒素などの汚損防止ガスを封入することができる。このように本実施例ではハウジングを金属製としたことで比較的容易に容器を気密構造とすることができ、この気密容器内に汚損防止ガスを封入し接触子や慣性子などの表面に前述したメッキ処理をすることによって、落下スイッチの電気的接触面を長期に亘り良好な状態に保つことができる。またハウジングを金属製とすることでその板厚を薄くすることができるので、落下スイッチの厚さ方向の寸法（外径）を小さくすることができる。
【００１５】
本実施例では慣性子１３はその全体をハウジングの内径よりも細くすることで第一の端部１３Ａ近傍が一方の電極であるハウジング１２との間で遊嵌状態とされるとともに、第二の端部１３Ｂの外形は前記接触子１８の嵌合部１８Ａに遊嵌状態で配置される寸法とされている。また慣性子１３の全長は電極間の最短距離より長いことはもちろん、慣性子の両端面がハウジングと接触子との間で拘束されない長さとされ、且つ第二の端部１３Ｂが接触子の嵌合部１８Ａから脱落しないように慣性子の移動距離を接触子との遊嵌部の重複距離、つまり嵌合部の深さよりも短く設定されている。
【００１６】
この実施例も前述したものと同様に容器の中心軸が水平面と平行になるように配置され、通常時には慣性子１３がハウジング１２の内面と接触子１８の嵌合部１８Ａ内面とに接触することで一方の電極であるハウジングと他方の電極である導電端子ピン１６とを電気的に接続する。そして落下時には慣性子１３が少なくともハウジング１２か接触子１８のどちらか一方と離れることで電路が遮断される。
【００１７】
この実施例ではハウジングを金属製としたことでハウジングの板厚を薄くしても強度を保つことができ、その結果、スイッチを小型化することができる。また小型化したことで制御回路などを有する基板上への実装が容易になる。さらに金属ハウジングとしたことで容器を気密構造としやすくなり、容器内部への封入ガスを選定することで接触部などの汚損防止を図ることができる。
【実施例２】
【００１８】
図３に他の構成例である落下スイッチ２１の断面図を示す。なお、以下の実施例において実施例１で述べた落下スイッチ１１と同様の部品には同一の番号を付して詳しい説明は省略する。本実施例では前述の例と同様に慣性子２３をハウジング１２の内面に対して遊嵌状態にしていることに加えて、その一端に導電端子ピン１６の端部を受け入れるように穿った嵌合孔２３Ａを設けている。この嵌合孔２３Ａの内径は導電端子ピン１６の直径よりも広く、電極である導電端子ピンが遊嵌状態となるようにされ両者が電気的に接触・開離可能にされている。また慣性子２３の全長も容器内に拘束されないようにされ、慣性子の移動可能距離も遊嵌部分の重複距離、つまり嵌合孔２３Ａの深さよりも短く設定されている。そのため落下スイッチがどのような姿勢になった場合にも慣性子２３は導電端子ピン１６から脱落することはなく、慣性子２３と電極であるハウジング１２及び導電端子ピン１６とが常に遊嵌状態となる。
【００１９】
本実施例においては慣性子に導電端子ピンを受ける接触部を設けたことによって、前述の例で設けられていた接触子を省略し、部品点数の低減を図ることができる。
【実施例３】
【００２０】
図４に落下スイッチのさらに他の構成例を示す。この落下スイッチ３１は慣性子３３の嵌合孔３３Ａ側の形状は実施例２と同じだが、慣性子３３の形状を途中から先端側に対して絞り込みその中間部付近の円周上に設けられた接触点Ｐ１でハウジング１２の内面に接触するようにされている。
【００２１】
前述した各実施例に示したように慣性子がほぼ両端で電極に接触していた場合には、それぞれの接触部での接触圧力は概ね均等にされていた。それに対して本実施例においては慣性子の重心位置を一方の接触位置側に偏在させることにより、慣性子による重量配分を変えている。実施例では慣性子３３の重心Ｗに近い部分接触点Ｐ１を設けたことにより、接触点Ｐ１−Ｐ２間における重心位置を偏在させることになり、接触点Ｐ１側にかかる重量よりも接触点Ｐ２側にかかる重量を小さくして接触点Ｐ２にかかる押圧力を小さくすることができる。
【００２２】
落下スイッチ３１が落下モードに入ったときには、押圧力の小さいほうが振動などの影響を受けやすくなる。本実施例においては接触点Ｐ１に比べ接触部の押圧力が小さい接触点Ｐ２の方がより早く振動等の影響で慣性子が電極から離れやすくなる。このように２箇所ある接触部の一方における押圧力を他方よりも低くしておくことで、慣性子の重量が同じ場合であってもその重量を均等に分散したものと比較して落下の初期、つまり見かけの重力加速度が減少し始めた早い段階で接点を開離することができるようになる。
【００２３】
この実施例においては慣性子の重心位置を一方の接触部分側に偏在させるために接触点の位置を変えたが、例えば慣性子を部分的に肉抜きしたり長手方向に比重の違う材料を配置することで重心位置自体を偏在させてもよいことはもちろんである。
【実施例４】
【００２４】
図５に他の構成例である落下スイッチ４１の断面図を示す。本実施例では慣性子４３の質量を減らすために嵌合孔４３Ａを貫通させた円筒状にしている。そのため、慣性子４３とハウジング１２及び導電端子ピン１６との接触圧力をより小さくすることができるので、前述の円柱状の電極と比較して落下時の早い段階で接点圧力が所定値以下になることで接触部が離れやすくなり、より確実に電路を遮断することができる。
【００２５】
なお、上述の各実施例においては慣性子として導電性の金属で構成したものを示したが、これ以外の構成でも電極間の電路を接続することができるものであればよく、例えば電気絶縁性材料の表面に導電性被膜を施したものや、電極との接触部を金属としてその間を導線で接続したものを使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば従来のものと比較して製造における作業性を向上し且つ構成部品を減少させたことで、より小型の落下スイッチを得ることができる。そのため携帯機器そのものだけでなくその構成部品などへの組み込みも容易になり応用分野を広げることができる。また小型にできることで限られたスペースでもスイッチを配置することが容易になり、携帯型のオーディオプレーヤーなど使用姿勢が定まらないものに対しても複数使用することによる応用が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の落下スイッチの一実施例
【図２】本発明の落下スイッチの他の実施例
【図３】本発明の落下スイッチの他の実施例
【図４】本発明の落下スイッチの他の実施例
【図５】本発明の落下スイッチの他の実施例
【図６】従来の落下スイッチの一実施例
【符号の説明】
【００２８】
１、１１、２１，３１，４１：落下スイッチ
２：容器
３、１３，２３，３３，４３：慣性子
４、５：電極
１２：金属製ハウジング（電極）
１６：導電端子ピン（電極）
１８：接続子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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