(57)【要約】      （修正有）【課題】超小型で生産コストが安く、消費電力不要の傾斜スイッチを提供する。【解決手段】導電性の表面を有するボール１と、ボール１を収容する升状乃至円筒状で非導電性材質の容器２と、この容器２の開口端に適合した方形乃至円盤状の形状をした非導電性材質の底板３と、この底板３に配設され検出傾斜角に対応した高さに設定された一対の電極４及び５を有しており、前記容器２の中にボール１を挿入して底板３で蓋をした如く構成し、底板３の傾斜が水平から前記検出傾斜角の範囲にある場合はボール１が一対の電極４及び５に同時に接触し短絡してスイッチＯＮとなるがそれ以外の傾斜角ではボール１が移動して短絡が解消されスイッチＯＦＦとなるようにした傾斜スイッチ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の表面を有するボール１と、ボール１を収容する升状乃至円筒状で非導電性材質の容器２と、この容器２の開口端に適合した方形乃至円盤状の形状をした非導電性材質の底板３と、この底板３に配設され検出傾斜角に対応した高さに設定された一対の電極４及び５を有しており、前記容器２の中にボール１を挿入して底板３で蓋をした如く構成し、底板３の傾斜が水平から前記検出傾斜角の範囲にある場合はボール１が一対の電極４及び５に同時に接触し短絡してスイッチＯＮとなるがそれ以外の傾斜角ではボール１が移動して短絡が解消されスイッチＯＦＦとなるようにしたことを特徴とする傾斜スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の傾斜スイッチにおいて、電極４乃至電極５の一方の高さを他方とは変えることにより左右異なった検出傾斜角を選定出来るようにしたことを特徴とする傾斜スイッチ。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２に記載の傾斜スイッチにおいて、電極４乃至５の一方乃至双方と容器２の間に傾斜台を設けスイッチＯＮ−ＯＦＦ間のヒステリシスを除去したことを特徴とする傾斜スイッチ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の傾斜スイッチにおいて、電極４と電極５の間に第３の電極６を設け傾斜角の左右を識別可能としたことを特徴とする傾斜スイッチ。
【請求項５】
請求項１に記載の傾斜スイッチにおいて、電極４及び５のそれぞれより容器２の壁に向って高さが段階的に増加する複数個の電極を配設し左右の傾斜角を複数個順次検出するようにしたことを特徴とする傾斜スイッチ。
【請求項６】
請求項１に記載の傾斜スイッチにおいて電極４０の左側あるいは５の右側の一方の電極を容器２の壁とボール１とが接する点に取り付けて、左右どちらか一方の傾斜角のみを検出するようにしたことを特徴とする傾斜スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明はボールの移動により傾斜角を検出するスイッチに係わり傾斜角が所定の範囲内にあるかどうかを検知するためのセンサーである。また、振動によってもボールが跳ね上がりスイッチがＯＮ−ＯＦＦする性質を利用して振動検出のセンサーとしても利用する。
【背景技術】
【０００２】傾斜スイッチは従来様々な種類のものが広く使われてきている。例えば、水銀粒を利用したものや、マイクロリードスイッチと磁石を利用したものや、光センサーを利用したものや、半導体構成したものや、導電球と椀状電極を利用したもの（特許第４０６７７００）などが挙げられる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】要介護状態にある高齢者や重篤な症状の病人の介護にあたり、介護者が限られた人数で質の高い介護サービスを提供するためには、介護者がベッドサイドから離れた間の被介護者の動きを正確に把握することが不可欠である。例えば、被介護者がベッドから離れ転倒や徘徊したとか、ベッド内の寝姿が特に偏っていて褥そうの発生を警戒する必要があるとかなどを判断するため被介護者に超小型のセンサーを取り付け無線により観測データを被介護者に届ける要望が介護の現場で高まっている。そうした用途に従来技術を利用した場合形状が大型であるとか高価であるとかとりわけ消費電力が大きすぎるなどこうした用途には適さない問題があった。また、被介護者の動きをより詳細に把握するためより多くの傾斜角を検出可能な傾斜スイッチの実現が望まれている。
【発明の概要】
【０００４】本発明は、こうした問題を解決するため超小型で生産コストが安く、消費電力不要の傾斜スイッチを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】前記課題を解決するため本発明の第１の手段は、導電性の表面を有するボール１と、ボール１を収容する升状乃至円筒状で非導電性材質の容器２と、この容器２の開口端に適合した方形乃至円盤状の形状をした非導電性材質の底板３と、この底板３に配設され検出傾斜角に対応した高さに設定された一対の電極４及び５を有しており、前記容器２の中にボール１を挿入して底板３で蓋をした如く構成し、底板３の傾斜が水平から前記検出傾斜角の範囲にある場合はボール１が一対の電極４及び５に同時に接触し短絡してスイッチＯＮとなるがそれ以外の傾斜角ではボール１が移動して短絡が解消されスイッチＯＦＦとなるようにした傾斜スイッチ。【０００６】第２の手段は、前記第１の手段に記載した傾斜スイッチにおいて、電極４乃至電極５の一方の高さを他方とは変えることにより左右異なった検出傾斜角を選定出来るようにした傾斜スイッチ。【０００７】第３の手段は、前記第１及び第２の手段に記載した傾斜スイッチにおいて、電極４乃至５の一方乃至双方と容器２の間に傾斜台を設けスイッチＯＮ−ＯＦＦ間のヒステリシスを除去した傾斜スイッチ。【０００８】第４の手段は、前記第１乃至第３の手段に記載した傾斜スイッチにおいて、電極４と電極５の中間に第３の電極を設け傾斜角の左右を識別可能とした傾斜スイッチ。【０００９】第５の手段は、請求項１に記載の傾斜スイッチにおいて、電極４及び５のそれぞれより容器２の壁に向って高さが段階的に増加する複数個の電極を配設し左右の傾斜角を複数個順次検出するようにした傾斜スイッチ。【００１０】第６の手段は、請求項１に記載の傾斜スイッチにおいて電極４０の左側あるいは５の右側の一方の電極を容器２の壁とボール１とが接する点に取り付けて、左右どちらか一方の傾斜角のみを検出するようにしたことを特徴とする傾斜スイッチ。
【発明実施の形態】
【００１１】図１は本発明の第１の実施形態例を図示したものである。１はボールで、表面が空気と接触しても絶縁皮膜を生成し難いよう例えば金メッキするなどの対策をほどこした直径数ミリメートルの小球である。２はボール１を収容する容器で、升形或いは円筒形の非導電性の例えばプラスチックで構成している。３は底板で、容器２の開口端の形状に合わせた方形或いは円形の形状をしていて非導電性の例えばプラスチックで構成されている。底板３には一対の電極４及び５が配設されていてそれぞれの出力は導線を通じて底板３の外に導出されている。これらの電極も絶縁被膜対策を実施することが望ましい。ここでボール１の半径をｒとし、本傾斜角スイッチが検出する傾斜角をθ１として底板３上に配設する電極４及び５の位置を示すと、前後位置は底板３の左右中央線上にあり、左右位置は底板３の前後中央線から左右にｒＳｉｎθ１の距離にある。また、電極４及び５の底板３からの高さを示すとＧ１＋ｒ（１−Ｃｏｓθ１）である。ボール１の下部と底板３の間は接触しないよう例えば０．３ミリメートルの狭隙Ｇ１を設ける。また、ボール１の上部と容器２の天井の間も接触しないよう例えば０．３ミリメートルの狭隙Ｇ２を設ける。なお、簡略化のため図示してないがボール１の前後と容器２の前後の壁との間にも前記Ｇ１或いはＧ２と同様の狭隙を設ける。ボール１の左右端と容器２の左右の壁との距離はこの距離が長くなるにつれてスイッチＯＦＦからＯＮに戻るときのヒステリシスが大きくなるが用途に応じて適宜決定すればよい。電極４及び５は棒状のもので差し支えないがボール１との接触をより確実にするため接触点を複数点にしたフォーク型や箒型或いはボール１の外周に合わせたＵ刃型が一層好適である。
【００１２】次に本発明の第１の実施形態についてその動作を図１を用いて説明する。本傾斜スイッチの傾斜が左右θ１の範囲内にある場合はボール１は電極４或いは５のいずれも上部を乗り越えることができないのでボール１は図１のＰ１に止まっており導電性のボール１が電極４と電極５を短絡することにより本傾斜スイッチはＯＮ状態となる。また、前記傾斜が左右どちらかにθ１以上に傾いたときはボール１は電極４或いは５の一方を乗り越えて図１のｐ２或いはｐ３の位置に移動する。その結果ボール１は電極４或いは５の一方にのみ接触することになり電極間の短絡が解消されるので本傾斜スイッチはＯＦＦ状態となる。また、本傾斜スイッチがＯＦＦ状態からＯＮ状態に復帰するときはボール１の底部が電極４乃至５の頂点より沈み込むので、本傾斜スイッチのＯＦＦからＯＮへの復帰角度は検出角度θ１よりも小さくなる。即ちヒステリシスを発生する。
【００１３】本発明の第２の実施形態について図２を用いて説明する。図２は左傾斜の検出角度を前記第１の実施形態のθ１からθ２に変更したものである。それに対応して電極４の高さ及び配設位置が図１の場合と異なっており、この場合の電極４の高さ及び配設位置は第１の実施形態で説明した算式のθ１をθ２に置き換えることにより容易に算出されるのでここで繰り返して詳細に説明することは省略する。また、第２の実施形態の動作にについては当該分野の技術者であれば前記第１の実施形態の説明を参考に容易に理解できることなのでここで改めて説明することは省略する。
【００１４】本発明の第３の実施形態について図３を用いて説明する。図３は前記第１の実施形態においてスイッチＯＮ−ＯＦＦ間に生じるヒステリシスを除去するため電極４及び電極５と容器２の壁との間に傾斜台を取り付けたものでそれ以外の部分は第１の実施形態と同一である。この傾斜台の傾斜は前記第１の実施形態の説明で示した傾斜角スイッチが検出する傾斜角と同じ角度即ちθ１であり電極４及び５の上端より容器２の左右の壁に向かって立ち上がるものである。また、前記傾斜台を第２の実施形態に適用する場合は左右の電極の上端から容器２の左右の壁に向かってそれぞれの電極で決定される検出傾斜角と同じ角度で立ち上がる傾斜台を配設すればよい。
【００１５】次に本発明の第３の実施形態についてその動作を図３を用いて説明する。図３において傾斜スイッチが右に検出傾斜角θ１だけ傾くと傾斜台８の上面は水平となる。それ以上傾くとボール１は傾斜台８の上面を転がり容器２の右側面に当たり停止する。しかし、傾斜スイッチの傾斜が再びシータ１より小さくなればボール１は傾斜台８の上面を左に向かって転がり電極４及び５の間に収まり傾斜スイッチはＯＮとなる。従って第１の実施形態で生じたスイッチＯＮ−ＯＦＦ間のヒステリシスは完全に除去されたわけである。逆に傾斜スイッチが左に傾いた場合は傾斜台７の働きでヒステリシスが除去される。これらの傾斜台を第２の実施例に適用した場合も同様な動作になることは容易に理解できると思われるので重ねての説明は省略する。
【００１６】本発明の第４の実施形態について図４を用いて説明する。図４において第３の電極６を除けばその他の部分は図１と同じである。電極６はボール１の最下点に配設され出力は導線を通じて底板３の外に導出されている。電極６の高さはボール１と底板３との間の狭隙Ｇ１より適宜量長くする。
【００１７】次に本発明の第４の実施形態についてその動作を図４を用いて説明する。本傾斜スイッチの傾斜が左右θ１の範囲内で左に傾いている場合はボール１は電極４と６を短絡しているので電極４と６の短絡は傾斜スイッチが角度θ１の範囲内で左に傾いたことを示す。逆に電極５と６の短絡は傾斜スイッチが角度θ１の範囲内で右に傾いたことを示す。従って電極４と６が短絡した後電極５と６の短絡を経ずしてＯＦＦとなったときには傾斜スイッチがθ１以上左に傾いたことを示す。逆に電極５と６が短絡した後電極４と６の短絡を経ずしてＯＦＦとなったときには傾斜スイッチがθ１以上右に傾いたことを示す。
電極６の配設を前記第２及び第３の実施形態に実施しても同様な性能が得られることはいうまでもない。
【００１８】本発明の第５の実施形態についてその動作を図５を用いて説明する。図５は左右それぞれ３段階の傾斜検出能力を持った実施形態の説明図である。左側電極は４‐１２‐１１と高さが順次増加している。左側電極も５‐１３‐１４と高さが順次増加している。左右の電極の高さは同じものに限る必要はなく所望の検出傾斜角に合わせてそれぞれ決めればよい。
ここで、この傾斜スイッチが水平状態から左に徐々に傾いていくとボール１はやがて電極４を乗り越えて電極４と電極１２を短絡する位置に収まる。傾斜スイッチが更に左に傾いていくとボール１は電極１２を乗り越えて電極１２と電極１１を短絡する位置に収まる。このようにしてボール１は相隣る電極間を順次短絡して移動し終にはどの電極間も短絡しない状態に至る。傾斜スイッチが右傾斜した場合については簡略化のため説明を省略するがその動作はボール１が左側の各電極間を順次短絡しながら移動することと同じである。各電極の出力を調べれば今どの電極間が短絡状態に有るか容易に識別することが出来、そのときの傾斜スイッチの傾斜角を特定することが出来る。しかし超小型の機器では多数の配線を引き回すことは小型化の妨げになるので第５の実施形態では各電極の出力の配線を引き回すことを止め図５に示す如く２個の出力端子Ｔ１とＴ２で済ますようにした。次にその動作について説明する。図５において２１乃至２５は相互に異なった抵抗値を有する抵抗器でありそれぞれが前記各電極間に１つずつ接続されている。その結果それぞれの抵抗器は直列接続され、その両端が出力端子Ｔ１とＴ２に接続されている。
従って、端子Ｔ１とＴ２間の抵抗値はボール１がいずれの電極間も短絡していなければ全抵抗器の抵抗値を加算したものになっている。しかし、ボール１がいずれか１つの電極間を短絡していればその電極間に接続されている抵抗器の抵抗値はゼロと等価になるので端子Ｔ１とＴ２間の抵抗値が最大値からどの抵抗器の分だけ減少したかを観測すればどの電極間が短絡しているかが分かり傾斜スイッチの傾斜角が検出できる。
【００１９】本発明の第６の実施携帯についてその動作を図６を用いて説明する。図６において、傾斜スイッチが右傾斜θ１以上傾斜すればボール１は電極５を乗り越えて右に移動し電極４０から離れるのでスイッチＯＦＦとなる。一方左傾斜が９０度以以内ならばボール２は電極４０に移動が阻まれてスイッチＯＮの状態が持続する。
【発明の効果】
【００２０】本発明によれば、使用する部品がボールと容器と底板と２つの電極だけであり４種類６点という極少数であり、しかも何れの部品も簡単な構造のものばかりで構成されているので部品の調達は短期間に行え部品費及び加工費も従来知られている傾斜スイッチより大きなコストダウンが可能である。また、一辺が７ミリメートルの立方体以下に小型化が可能であり如何なる装置での用途でも小型化に寄与できる。更に、小型化が要請される時は、ＭＥＭＳ技術を利用すればよい。
更に、スイッチのＯＮ−ＯＦＦの動力に重力を利用し電力を必要としないので特に人体に装着し電力を電池で供給しなければならないような装置での用途は電池の小型化や長寿命化に効果を発揮する。更に、本発明傾斜スイッチは、左傾斜及び右傾斜の何れにも対応しており、かつ、右傾斜の検出角度と左傾斜の検出角度とを別々のものにすることができ、加えて検出角度を多段にすることができるので従来公知のものに比べ応用の用途が広がる。
使い方によっては従来２個使用して所定の機能を実現していたものが本発明傾斜スイッチを使用すれば１個で済むことがありコストダウンと小型化に大いに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の説明図
【図２】第２の実施形態の説明図
【図３】第３の実施形態の説明図
【図４】第４の実施形態の説明図
【図５】第５の実施形態の説明図
【図６】第６の実施形態の説明図
【符号の説明】１・・・導電性ボール
２・・・容器
３・・・底板
４，１１，１２，４０・・・左側電極
５，１３，１４      ・・・右側電極
６・・・第３の電極
７・・・左傾斜台
８・・・右傾斜台
２１，２２，２３，２４，２５，２６・・・抵抗器
Ｇ１・・・下部狭隙
Ｇ２・・・上部狭隙
Ｐ１・・・スイッチＯＮ時のボール位置
Ｐ２・・・右傾斜でスイッチＯＦＦ時のボール位置
Ｐ３・・・左傾斜でスイッチＯＦＦ時のボール位置
Ｔ１，Ｔ２・・・出力端子
θ１，θ２・・・傾斜スイッチの検出角
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月29日(2013.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】図１は本発明の第１の実施形態例を図示したものである。１はボールで、表面が空気と接触しても絶縁皮膜を生成し難いよう例えば金メッキするなどの対策をほどこした直径数ミリメートルの小球である。２はボール１を収容する容器で、升形或いは円筒形の非導電性の例えばプラスチックで構成している。３は底板で、容器２の開口端の形状に合わせた方形或いは円形の形状をしていて非導電性の例えばプラスチックで構成されている。底板３には一対の電極４及び５が配設されていてそれぞれの出力は導線を通じて底板３の外に導出されている。これらの電極も絶縁被膜対策を実施することが望ましい。ここでボール１の半径をｒとし、本傾斜角スイッチが検出する傾斜角をθ１として底板３上に配設する電極４及び５の位置を示すと、前後位置は底板３の左右中央線上にあり、左右位置は底板３の前後中央線から左右にｒＳｉｎθ１の距離にある。また、電極４及び５の底板３からの高さを示すとＧ１＋ｒ（１−Ｃｏｓθ１）である。ボール１の下部と底板３の間は接触しないよう例えば０．３ミリメートルの狭隙Ｇ１を設ける。また、ボール１の上部と容器２の天井の間も接触しないよう例えば０．３ミリメートルの狭隙Ｇ２を設ける。なお、簡略化のため図示してないがボール１の前後と容器２の前後の壁との間にも前記Ｇ１或いはＧ２と同様の狭隙を設ける。ボール１の左右端と容器２の左右の壁との距離はこの距離が長くなるにつれてスイッチＯＦＦからＯＮに戻るときのヒステリシスが大きくなるが用途に応じて適宜決定すればよい。電極４及び５は棒状のもので差し支えないがボール１との接触をより確実にするため接触点を複数点にしたフォーク型や箒型或いはボール１の外周に合わせたＵ刃型や内側に電極エッジを有した円形のリングが決められた距離を隔てて左右に隣り合い、そのリングの内径が中央から両端に向かって内部を移動するボール球の通過出来る内径にまで徐々に減少するトンネル状構造としてもよい。