(57)【要約】【課題】地震などの外部振動に反応して自動的にスイッチが入り、光などを発した後に自動的にスイッチが切れる振動反応型スイッチを提供する。【解決手段】外部振動で金属線１８で吊るされた強磁性体の振り子１７が揺れて、永久磁石２２の中心から離れた振り子２４の位置で永久磁石２２で吸引された状態で導電性の面２３と接触してスイッチが入る。直列に接続した電池からの電流による発熱による変態点での形状記憶合金の金属線１８の収縮を金属線と連結した板状ばね１９の弾性エネルギーで蓄え、大きい弾性力で振り子２４が跳ね上がることで導電性の面２３との接触が解放されてスイッチが切れ、弾性材２５に当たることで減衰して振り子２５がもとの振り子１７の位置に戻る。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属線で吊された揺動可能な磁性体素片と、鉛直方向に吊した該金属線の部分と一致した中心軸に回転対称の固定した磁性体の面を該磁性体素片の揺動範囲に対向して配置し、該金属線の少なくとも一部に形状記憶合金を用いる第１の構成に、該磁性体素片と一体の導電性の面と該固定した磁性体と一体の導電性の面の接触時に該金属線を含み連続して電気的導通になる第２の構成に、該磁性体素片が該中心軸と平行に吊された状態で該磁性体素片と一体の導電性の面が該固定した磁性体と一体の導電性の面と離れ、該磁性体素片が該中心軸から一定以上離れて吊された状態で該磁性体素片と一体の導電性の面が該固定した磁性体と一体の導電性の面に接触する第３の構成に、該金属線から該磁性体素片と一体の導電性の面を介し該固定した磁性体と一体の導電性の面までの通電経路に直列に電池を接続する第４の構成に、該中心軸を鉛直方向にした状態で外部の振動で励起されて揺動する該磁性体素片と一体の導電性の面と該固定した磁性体と一体の導電性の面との吸引接触時に、該形状記憶合金に流れる電流発熱による該形状記憶合金の変形で、該磁性体素片と一体の導電性の面と該固定した磁性体と一体の導電性の面の接触が解除される第５の構成に、該形状記憶合金の金属線に導電性のばねが接続される第６の構成にし、第１から第６までの構成により振動に反応して電気的な導通と非導通のいずれかが選択されることを特徴とする振動反応型スイッチ。
【請求項２】
板材で形成された前記ばねが中心軸に直交して配置され、前記ばねの一方の端部に前記金属線が固定され、他方の端部が非導電性の筐体に固定される構成にすることを特徴とする請求項１記載の振動反応型スイッチ。
【請求項３】
前記ばねの前記金属線が吊るされる側の反対側に弾性材が前記ばねに近接して配置される構成にすることを特徴とする請求項２記載の振動反応型スイッチ。
【請求項４】
前記磁性体素片が円弧形状の磁性体板リングの前記ばねで形成され、該円弧形状の磁性体板リングに前記金属線の下端部が固定される構成にすることを特徴とする請求項１記載の振動反応型スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震などの揺れに反応して非常用の懐中電灯などに自動的に通電するスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より地震の揺れに反応して懐中電灯を自動的に点灯するスイッチとして、実開昭５７−１４３５３６や特開平８−３１５７００があった。実開昭５７−１４３５３６で示された従来例の図５では、地震の揺れによって強磁性体の振り子１が振れて永久磁石２に近接することによる吸引力で導電性部３に接触した状態になる。振り子１は導電性を有し、振り子１を吊るす鎖紐４から振り子１、導電性部３、および連結板５を介して導線６と導線７の間が導通してスイッチがオンの状態になる。一度振り子１が導電性部３と永久磁石２の吸引力で接触した状態になるとその状態を保ち、導線６と導線７に接続された白熱電球が点灯したままになる。振り子１と導電性部３の接触を解除してスイッチをオフにするには、人の手でケース体８か支柱９を上下方向に移動させて制御筒１０で振り子１を押さえ込んで鉛直方向に戻して吊る必要があった。
【０００３】
特開平８−３１５７００で示された従来例の図６は、永久磁石１１と導電性の金属１２を表面に設けて一体として作られた振り子１３をスプリング１４で吊り下げることで地震の揺れによって振れるようにした。振り子１３の振れがある程度以上大きくなると、永久磁石１１と円筒状の導電性の磁性体金属１５との吸引力で振り子１３の導電性の金属１２と導電性の磁性体金属１５が接触した導通状態になり、リード線１６を介してスイッチがオンする。人の手で強制的に接触を開放してスイッチをオフにしない限り通電状態を保ち、白熱電球を点灯し続けることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
地震などの外部振動により磁性体の振り子が揺れて磁石の吸引力で振り子の導電性の表面と固定した導電性部分とが接触した状態になり、自動的にスイッチがオンして非常用の白熱電球が点灯されるが、一度互いに接触した状態になると磁石の吸引力から逃れられずスイッチがオンの状態を続ける。スイッチをオフにするためには、人の手で振り子を強制的に離す必要があった。また、地震以外の衝撃で振り子が大きく振れてスイッチがオンして気付かない場合には、電池は消耗して非常時に使用できなくなる可能性があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の振動反応型スイッチは以下の構成をとる。請求項１で示したように、磁性体素片からなる振り子を揺動可能に金属線で吊るす。金属線の少なくとも一部に形状記憶合金を用いて振り子の吊るされる長さを定まったものにしない構成にする。磁性体素片の振り子に対向して固定した磁性体を配置して、互いに磁力による吸引力で引き合うようにする。振り子がどの方向に振れても吸引力を同じ条件にするため、磁性体素片の振り子の揺動範囲内で鉛直方向に吊るした金属線の部分と一致した中心軸に回転対称な形状に固定した磁性体を形成し、配置する第１の構成にする。
【０００６】
また、連続した通電経路を形成するため、金属線と磁性体素片の振り子と一体の導電性の面とは電気的に接続し、少なくとも振り子が揺動して接触する範囲で固定した磁性体と一体の導電性の面と電気的に接触する第２の構成にする。一体の導電性の面とは、それぞれの磁性体自身が導電性の面のもの、表面に導電性の別のものを設けたもの、あるいは直接磁性体に設けずに、ある程度の間隔で導電性の金属面で形成して一体化したものである。
【０００７】
また、スイッチをオフからオン状態にするため、鉛直方向の中心軸と平行に吊るされた状態で、磁性体素片と一体の導電性の面と固定した磁性体と一体の導電性の面が非振動時に接触せず、一定以上振れた時に接触する相互の距離に成るような第３の構成にする。
【０００８】
電流を流すために、金属線から磁性体素片と一体の導電性の面を介し、固定した磁性体と一体の導電性の面までの通電経路に直列に電池を接続する第４の構成にする。また、スイッチをオンからオフ状態にするため、全体の構成の中心軸を鉛直方向にした状態で外部の振動で励起されて振動する磁性体素片と一体の導電性の面と固定した磁性体と一体の導電性の面が磁石の吸引力で接触して電流が流れ、この電流による発熱で金属線の形状記憶合金が変形することで互いの導電性の面の接触が解除される第５の構成にする。
【０００９】
形状記憶合金の金属線が変形し始めてから最大変位量近く変位するまで、金属線に連結し接続した導電性のばねを変形させて金属線の縮み変位を弾性エネルギーにため込み、磁性体素片が固定した磁性体である着磁された永久磁石の吸引力から解放され離れる時に跳ね上がりスイッチを確実にオフさせるため、金属線をばねに連結する第６の構成にする。
【００１０】
請求項２で示すように、板材のばねを中心軸と直交する方向に配置して、ばねの他方の端部を筐体に固定する構成にする。剛性を有する板材で板状ばねにして変位方向の弾性係数を比較的小さくする。
【００１１】
請求項３で示すように、板状のばねの金属線が吊される側と反対側に、ばねに近接して弾性材を対向して配置し、ばねが反ってから跳ねかえった時にばねに蓄えられた弾性エネルギーを減衰させて磁性体素片の振り子の鉛直方向の振動振幅を減衰させ、磁性体素片の振り子と固定した磁性体の互いの導電性の面が直後に接触する確率を小さくする。
【００１２】
請求項４で示すように、磁性体素片の振り子を円弧形状の磁性体板リングで形成し、この磁性体板リングにばねの役割を持たせる。この磁性体板リングを形状記憶合金の金属線の下端部に固定する。この構成の場合、磁性体板リングの質量に見合った金属線の径の細線にする。磁性体の板にしてばねを変形しやすくする。
【００１３】
【作　用】
上記のように構成された振動反応型スイッチに地震などの大きい外部振動が加わり、金属線に吊された振り子である磁性体素片が一定以上に振れた場合に、磁性体素片と一体の導電性の面が固定した磁性体と一体の導電性の面と接触して自動的にスイッチがオンになり、片方の磁性体を永久磁石に他方の磁性体を強磁性体にすることで接触状態を保つ。電池からの電流で金属線を形成する形状記憶合金の部分の発熱により温度が上がり形状が変化して吊された長さを短くする。この時に相互の導電性の面の接触が解除されて自動的にスイッチがオフになり、振り子はもとの非接触に吊された状態に戻る。白熱電球などの光源が接続されていて大きな振動が加わると自動的に点灯し、適当な時間の後に自動的に消灯する。
【００１４】
形状記憶合金の金属線の収縮を金属線に連結したばねの弾性エネルギーに蓄え、ばねの跳ね返りで磁性体素片を固定した磁性体の導電性の面から確実に離し、また弾性材に板状ばねを当てることで振動を減衰させ、磁性体素片が固定した磁性体の導電性の面に跳ね上がりの直後に接触する確率を小さくしてスイッチのオン、オフ動作をより確実にする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１において、本発明の振動反応型スイッチの実施例を断面図で示す。磁性体素片である強磁性体の振り子１７は金属線１８で吊され、金属線１８は形状記憶合金の細線で構成される。金属線１８は導電性の板状ばね１９の端部に吊され、板状ばね１９の他端は筐体２０に固定される。板状ばね１９は全体の構成の中心軸と直交する方向に配置される。中心軸と平行な鉛直方向に静止して吊された振り子１７は、固定ケース２１に固着された固定した磁性体である永久磁石２２と一体の導電性の面２３と非接触の状態に保持される。
【００１６】
永久磁石２２の面には導電性の面２３が一体として形成され、全体の中心軸に対して回転対称な面にされる。永久磁石２２である固定した磁性体と一体の導電性の面２３は、中心軸から離れた位置において、振り子１７である磁性体素片と一体の導電性の面と接触する部分を有するように形成される。振り子１７は中心軸から一定以上離れて振れた振り子２４の位置で導電性の面２３に接触し、永久磁石２２に吸引されて接触した状態を保つ。本発明の振動反応型スイッチは、導電性の板状ばね１９、形状記憶合金の金属線１８、振り子２５、導電性の面２３までの通電経路を形成する。
【００１７】
この通電経路に電池が直列に接続されていると、金属線１８に電流が流れる。電流によるジュール熱で温度が上昇し、金属線１８を形成する形状記憶合金の変態点ほどの温度になると形状記憶合金の金属線１８が収縮する。金属線１８と連結した板ばね１９が金属線１８の収縮を弾性エネルギーとして蓄え、弾性力の発生が大きくなることにより振り子２４が固定した磁性体である永久磁石２２との吸引力で接触していた導電性の面２３から解放されて跳ね上がり、通電経路の電気的な導通が遮断される。
【００１８】
全体の構成の中心軸に回転対称に形成された固定した磁性体である永久磁石２２は、中央部が円状に欠いた形状のものを用いている。中央部は非導通性の固定ケース２１の一部を凸にして、磁性体素片である振り子１７が振れたときに接触しない程度に近接した面で形成される。板状ばね１９が外部からの衝撃で大きく変形して疲労するのを防ぐ。
【００１９】
振り子１７の重さは直径の３乗に比例して大きくなる。固定した磁性体である永久磁石２２の磁界により強磁性体の振り子１７に働く吸引力は直径の３乗より低い乗数に比例する。したがって、振り子１７が吸引力で固定され、熱により形状記憶合金の金属線１８の収縮で固定がはずれて自重でもとの静止位置に揺れなが戻るためには適当な大きさの振り子１７にする必要がある。また、吸引力を瞬間的に小さくするため、板状ばね１９の弾性で振り子を跳ね上げて間隔を大きくする必要がある。当然ながら、永久磁石２２のエネルギー積や着磁間隔を考慮する必要があることは言うまでもない。柔軟な形状が適す理由から、ゴム磁石などの複合磁石が利用できる。
【００２０】
振り子１７を吊る金属線１８は、長さが大きく変化する形状記憶合金が望ましい。通常の形状記憶合金は、変態点前後での長さ変化の比率は１パーセント程度である。本発明の振動反応型スイッチで用いるには長さ変化がある程度大きいことが必要である。最低でも１ミリメートル以上の長さの変化は必要である。また、ヒステリシスが小さく、変態点も適当な温度の範囲であることも重要である。
【００２１】
通常の形状記憶合金用いられるＴｉ−Ｎｉ系やＴｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系を用い、引っ張り方向に特性を向上した異方性材料で動作ひずみを引っ張り縮み方向に特化した形状記憶合金にすると、５パーセントほどの変化を得ることができる。また、ヒステリシスを小さく、変態点も摂氏６５度程度の扱いやすい温度領域にすることもできる。
【００２２】
磁性体素片である振り子１７が揺れて振り子２５４位置で固定した磁性体である永久磁石２２と一体の導電性の面２３に接触した状態になると、直列に接続した電池から電流が形状記憶合金の金属線１８に流れる。金属線１８の温度が次第にジュール熱で上昇して変態点前後の温度になると金属線１８が収縮し、この収縮する力を板状ばね１９で弾性エネルギーとして蓄え、ある程度変形すると振り子２４は導電性の面２３との接触から解放されて跳ね上がり、板状ばね１９が対向する弾性材２５に当たりながら振動して減衰し、静止位置に戻る。振り子１７と導電性の面２３との接触時にスイッチが入り（オン）、接触した状態でスイッチが入り続け（オン状態）、接触が解放された時にスイッチが切れる（オフ）。
【００２３】
スイッチが入ったオンの状態の時間を決めるパラメーターは複数になる。形状記憶合金の金属線１８、強磁性体の振り子１７、および永久磁石２２の材料、形状が決められている場合、電池の電圧、負荷の抵抗で決まる。本発明の振動反応型スイッチに用いる形状記憶合金はニクロム線と同程度の比抵抗の値を有する。白熱電球が負荷として電池および本発明の振動反応型スイッチの通電経路と直列に接続された場合、１．５ボルト電池が２個ほどで、金属線１８の長さと太さを選択することにより、自動的にオン、オフするスイッチ動作とスイッチオンの持続時間の幅を設定できる。
【００２４】
永久磁石２２は固定ケース２１に固着され、固定ケース２１をねじ部２６でケース２７に６角孔２８で回転させながら組み込み固定する。ケース２７はねじ部２９で電池や、各種の負荷を収納した本体ケースに固定される。
【００２５】
図２は、図１で示した本発明の振動反応型スイッチを一体として組み込んだ非常用の懐中電灯での適用例を、一部を断面構成にして示したものである。当然ながら電池３０の一方の極に接続した板状ばね１９から形状記憶合金の金属線１８、振り子１７が振れた振り子２４、導電性の面２３から反射用金属３２に至る。反射用金属３２に白熱電球３３に接続されて電池３０の他方の極３４に接続される。外部振動により自動的にスイッチが入り、白熱電球３３が点灯し一定時間点灯が持続し、後スイッチがオフになり点灯が途絶える。
【００２６】
手動スイッチ３５は、本発明の振動反応型スイッチの通電経路と並列に接続されることで白熱電球３３を点灯させ、また切ることができる。白熱電球３３以外のＬＥＤなどの光源、あるいは、ブザーなどの音を発する装置を負荷として接続する応用にも展開できる。
【００２７】
振動反応型スイッチのケース２７は非常用の懐中電灯の本体ケース３６に固定され、固定ケース２１の６角孔２８の部分を支えにして、壁などに固定する支持台３７で取り外し可能に全体を鉛直方向に支持するとよい。
【００２８】
図３は本発明の振動反応型スイッチの他の実施例を示す。図１の実施例と異なるのは、形状記憶合金の金属線１８と連結するばねとして、磁性体素片の振り子とばねを兼ねる円弧形状の磁性体板リングのばね３９を用いる。形状記憶合金の金属線３８に吊るされた導電性で円弧形状の磁性体板リングのばね３９が外部振動により一定以上揺れると、中心軸から離れた位置で永久磁石４０と一体の導電性の面４１と接触し、ある時間接触した状態を続ける。スイッチとしての動作は図１で示した実施例とばねの効果を含め同様である。磁性体板リングのばね３９の振動周期は、金属線３８を含む全体の振動周期に較べて短く、跳ね上がった直後に永久磁石４０に吸引されて固定する確率は小さい。
【００２９】
図４は、図１で示した本発明の振動反応型スイッチの固定した磁性体である永久磁石の着磁状態を中心軸と平行な方向から観た平面図を示すものである。図４（ａ）で示すように、中心軸４２を中心とする円環状の形状に固定した磁性体の永久磁石４３を形成する。着磁領域は円環形状の永久磁石４３の全面に形成され、着磁領域には平行な異なる極性の磁極パターン４４が繰り返して形成される。平行な磁極パターンが形成された大きいシート状の複合磁石などの永久磁石から円環状の形状に打ち抜いて用いる。
【００３０】
あるいは、図４（ｂ）で示すように、一様な厚さの円環状あるいは円状の永久磁石４５などに中心軸４６を中心とする円環状の着磁領域を設ける。着磁領域には異なる極性の円環状の磁極パターン４７が形成される。円環状の着磁領域の内側は未着磁の領域にする。
【００３１】
図４のいずれの磁極パターン４４、４７の場合でも、異なる磁極の中間で最大の吸引力を受け、磁極パターン４４、４７の間隔により中心軸方向の位置での磁性体素片に働く吸引力が決まる。磁性体素片を吊す形状記憶合金の金属線の収縮する長さに余裕がない場合には、吸引力を小さくしても磁極パターン４４、４７の間隔を小さくする必要がある。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の振動反応型スイッチは、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３３】
地震などで生じる振動に反応して自動的に非常用の懐中電灯を点灯し、あるいは他の警報装置を動作させると同時に、ある時間の後、自動的に点灯や動作が切れるスイッチを提供できる。このことは他の原因でスイッチが入っても、自動的に切れることで電池の消耗を小さくでき、非常時に対応する能力を維持する。
【００３４】
さらに、自動的に切れることで電池の消耗に不安がなく、例えば地震に対する非常用の懐中電灯のように、比較的高感度にして大きい地震に対しては必ず反応し点灯させるようにすることが容易になる。
【００３５】
スイッチを自動的に入れて、自動的に切る動作を電気回路的でなく、ばねを含む構造で構成することで信頼性の優れたスイッチにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動反応型スイッチの実施例の断面図を示す。
【図２】図１の実施例を非常用の懐中電灯に適用した例を示す。
【図３】本発明の他の実施例の断面図を示す。
【図４】本発明に用いる永久磁石の磁化パターンを示す。
【図５】振動に反応する自動スイッチの従来例を示す。
【図６】振動に反応する自動スイッチの他の従来例を示す。
【符号の説明】
１７　強磁性体の振り子
１８、３８　形状記憶合金の金属線
１９　板状ばね
２２、４０、４３、４５　永久磁石
２３、４１　導電性の面
２５　弾性材
３０　電池
３３　白熱電球
３９　磁性体板リングのばね
４４　平行な磁極パターン
４７　円環状の磁極パターン
【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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