(57)【要約】【課題】球体で衝撃力を検知する機械的な衝撃センサにおいて、作動前の球体の確実な保持、設定された設定値での確実な作動、作動後の球体の保持を確実にする。【解決手段】球体２が地上のある高さのところから重力の加速度ｇで落下したとき、衝撃力Ｆが発生する。球体２が円錐窪み１４を脱すると、コイルスプリング５の力で、収納ケース４が移動して、その先端面２７が球体２に接して、球体２を先端面２７と底面１３との間で挟んで固定することになる。この状態になると、表示窓１５から収納ケース４を覗くことができ、球体２がある衝撃以上を受けたことを目視でも確認できる。【選択図】図３
2012168020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体（１）と、
前記筐体（１）内の支承部（１４）に位置して支承される金属製の球体（２）と、
前記支承部（１４）と対向して前記球体（２）を押圧し、後記弾性部材（５）を収納するための支持部材（３，４）と、
前記球体（２）を押圧し付勢するための弾性部材（５）と、
前記筐体（１）に係止され、前記支持部材（３，４）との間で前記弾性部材（５）を保持するための蓋部材（６）と
からなる衝撃センサであって、
前記筐体（１）は、前記支持部材（３，４）を一方向の直線上にのみ案内する案内ガイド（１９）を有することを特徴とする衝撃センサ。
【請求項２】
請求項１において、
前記筐体（１）は、前記球体（２）が所定位置から移動したとき、前記支持部材（３，４）が移動したことを視認できる表示窓（１５）を有している
ことを特徴とする衝撃センサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記支持部材（３，４）は、
前記球体（２）に接触して前記支承部（１４）に押圧するための球体支持部材（３）と、
前記弾性部材（５）及び前記球体支持部材（３）を保持して、かつ前記案内ガイド（１９）により案内される収納ケース（４）と
からなることを特徴とする衝撃センサ。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記支承部（１４）は、前記筐体（１）の内面、又は前記支持部材（３，４）に形成された円錐状の円錐窪みである
ことを特徴とする衝撃センサ。
【請求項５】
請求項２において、
前記支持部材（３，４）と前記筐体（１）を構成する素材の色彩が異なるものである
ことを特徴とする衝撃センサ。
【請求項６】
請求項３において、
前記収納ケース（４）は、設定された衝撃力が付加されたとき、移動した前記球体（２）を前記筐体（１）の底面（１３）との間で挟んで固定するための先端面（２７）を有している
ことを特徴とする衝撃センサ。
【請求項７】
請求項３において、
前記球体支持部材（３）、又は前記収納ケース（４）には、設定された衝撃力が加えられたとき、一部がせん断破壊されるせん断破壊部（４２，５１）を有している
ことを特徴とする衝撃センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突、落下時等に発生する衝撃力を検知する衝撃センサに関する。更に詳しくは、携帯電話等のように壊れやすい携帯用電子機器、豆腐のような形がくずれやすい食品等を落下、衝突させたときの衝撃力を機械的手段で検知する衝撃センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器、食品等の精密機器、食品等のトラック輸送等の運搬、荷役等の過程で、外部からの所定以上の衝撃が加わったことを検知する各種のショックセンサが提案されている。又、携帯電話、デジタルカメラ等の電子機器を落下させたときの履歴を記録する、走行中の自動車が事故等で衝突したときこれを検知し、エアーバッグを作動させる等、電気的に検出する各種衝撃センサが提案されている。電気的な衝撃センサではなく、機械的手段で検知するものも数多く提案されている。この中で、スプリング圧で金属製の球体を押圧して保持し、設定以上の衝撃が加わったとき、設定された位置から球体が移動して衝撃を検知するものが提案されている（特許文献１及び２）。
【０００３】
しかしながら、提案されているこれらの衝撃センサは、組立時に特殊な治具が必要だったり、衝撃時に球体の自由な動きを保証する関係から、非作動時における球体の保持機構が不安定である等の問題もある。また、一平面方向に球体を移動させる関係から、設定以上の衝撃力が加わり球体が移動したとき、この移動後の球体の保持が不安定である。即ち、従来提案されている機構は、球体を保持するための機構の運動の自由度が高く不安定である。
【０００４】
球体の保持機構は、理想的には設定値以下では球体を確実に保持し、設定した衝撃値以上では確実に作動し、作動後はその位置で動かないように確実に保持しておくのが好ましい。この球体の保持は、球体の転動による音の発生、加速度の方向が確定できない等の理由からである。また、衝撃センサを小型にした場合、検知後の確認において、球体が移動したことを確認しなくてはならず、検知を判定することを識別するには困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平７−１４３８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、球体で衝撃力を検知する機械的な衝撃センサにおいて、作動前の球体の確実な保持、設定された設定値での確実な作動、作動後の球体の保持を確実にする衝撃センサを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、球体で衝撃力を検知する機械的な衝撃センサにおいて、いかなる方向の衝撃力を感知できる衝撃センサを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、球体で衝撃力を検知する機械的な衝撃センサにおいて、作動する衝撃力の設定変更が容易にできる衝撃センサを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、球体で衝撃力を検知する機械的な衝撃センサにおいて、衝撃力を検知した場合、目視にて表示窓を確認することで、正確に設定された衝撃の有無を識別できる衝撃センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明１の衝撃センサは、
筐体（１）と、
前記筐体（１）内の支承部（１４）に位置して支承される金属製の球体（２）と、
前記支承部（１４）と対向して前記球体（２）を押圧し、後記弾性部材（５）を収納するための支持部材（３，４）と、
前記球体（２）を押圧し付勢するための弾性部材（５）と、
前記筐体（１）に係止され、前記支持部材（３，４）との間で前記弾性部材（５）を保持するための蓋部材（６）と
からなる衝撃センサであって、
前記筐体（１）は、前記支持部材（３，４）を一方向の直線上にのみ案内する案内ガイド（１９）を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明２の衝撃センサは、本発明１において、
前記筐体（１）は、前記球体（２）が所定位置から移動したとき、前記支持部材（３，４）が移動したことを視認できる表示窓（１５）を有していることを特徴とする。
【００１０】
本発明３の衝撃センサは、本発明１又は２において、
前記支持部材（３，４）は、
前記球体（２）に接触して前記支承部（１４）に押圧するための球体支持部材（３）と、
前記弾性部材（５）及び前記球体支持部材（３）を保持して、かつ前記案内ガイド（１９）により案内される収納ケース（４）とからなることを特徴とする。
【００１１】
本発明４の衝撃センサは、本発明１又は２において、
前記支承部（１４）は、前記筐体（１）の内面、又は前記支持部材（３，４）に形成された円錐状の円錐窪みであることを特徴とする。
【００１２】
本発明５の衝撃センサは、本発明２において、
前記支持部材（３，４）と前記筐体（１）を構成する素材の色彩が異なるものである
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明６の衝撃センサは、本発明３において、
前記収納ケース（４）は、設定された衝撃力が付加されたとき、移動した前記球体（２）を前記筐体（１）の底面（１３）との間で挟んで固定するための先端面（２７）を有していることを特徴とする。
【００１４】
本発明７の衝撃センサは、本発明３において、
前記球体支持部材（３）、又は前記収納ケース（４）には、設定された衝撃力が加えられたとき、一部がせん断破壊されるせん断破壊部（４２，５１）を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の衝撃センサは、球体で衝撃力を検知する機械的な衝撃センサにおいて、一方向にのみ移動する支持部材で球体を保持するので、作動前の球体の保持が安定している。如何なる方向の衝撃力も表示窓だけで確認できる。また、球体を円錐の窪みに保持したので、傾斜角、摩擦角により誤作動が発生しにくい等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の衝撃センサ１０の実施の形態１の外観を示す外観図である。
【図２】図２は、衝撃センサ１０の立体分解図である。
【図３】図３（ａ）は、図１のＡ−Ａ線で切断したときの断面図であり、図３（ｂ）は球体が移動して、衝撃センサ１０が動作した後の状態を示す断面図である。
【図４】図４は、衝撃センサの原理を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）は、衝撃センサ４０の実施の形態２を示す部分断面図であり、図５（ｂ）は、球体が移動して、衝撃センサ４０が動作した後の状態を示す断面図である。
【図６】図６は、衝撃センサ５０の実施の形態３を示す部分断面図である。
【図７】図７（ａ）は、衝撃センサ６０の実施の形態４を示す部分断面図であり、図７（ｂ）は、衝撃センサ６０が動作し球体が移動した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施の形態１］
次に、本発明の実施の形態１を説明する。図１は、本発明の衝撃センサ１０の実施の形態１の外観を示す外観図である。図２は、衝撃センサ１０の立体分解図である。衝撃センサ１０は、概略すると本体を構成する筐体１、鋼性の球体２、球体２を押圧する球体支持棒３、球体支持棒３を押すコイルスプリング５、このコイルスプリング5を支持し収納し、球体支持棒３をす案内する収納ケース４、及びコイルスプリング５に係合し、かつ蓋の機能からなる板金製の蓋部材６からなる。筐体１は、衝撃センサ１０の本体を成すものであり、球体２、球体支持棒３、収納ケース４、コイルスプリング５、及び蓋部材６を内部の空間に収納するためのものである。
【００１８】
図３（ａ）は、図１のＡ−Ａ線で切断したときの断面図であり、図３（ｂ）は、球体が移動して、衝撃センサが動作した後の状態を示す断面図である。筐体１は、内部に長方体状の空洞が形成され、底１１を有し、底１１と対向する一辺が開いている開口１２を有し、概略すると箱状のものである。この筐体１は、ＡＢＳ樹脂、ＰＰＳ、ＰＢＴ等のエンジニアリングプラスチック（以下、エンプラという。）からなる合成樹脂製のものであり、一体のものである。底１１の内部の正方形の底面１３の中心には、円錐状の円錐窪み１４が形成されている。
【００１９】
円錐窪み１４は、鋼鉄製の球体２を配置して支承するためのものであり、その中心へ球体２を案内して、正確に位置決めする機能も有する。なお、本例の球体２は、寸法精度が高く、容易に入手可能で、かつ安価であることから、ボールベアリングで使用されているものを用いた。筐体１の一側面には、矩形の表示窓１５を有している。表示窓１５は、透明の樹脂製で作られたものであり、内部が透けて見えるように形成したものである。表示窓１５は、後述するように球体２が移動したとき、この表示窓１５から筐体１の内部を覗き目視できるようにするためのものである。図２に示すように、筐体１には、この長さ方向でいうと、先端の約１／３の位置には段差１６を有しており、この段差１６を境に筐体１の外形が小さくなるように小径部１７が形成されている。
【００２０】
小径部１７は、蓋の機能を果たす蓋部材６を嵌め込むために形成されている。小径部１７を形成する各４面には、長方形状の係止突起部１８が形成されている。係止突起部１８は、板金製の蓋部材６を固定するための突起物である。蓋部材６は、ステンレス鋼板等の板金製の素材で作られているので、係止突起部１８によりこの先端が弾性変形して、挿入されて固定される。球体支持棒３は、球体２を固定するための部品である。球体支持棒３は、先端の円錐部２０、及びこの後端に繋がる円筒部２１からなる一体のエンプラ製である。
【００２１】
球体２の球面は、円錐窪み１４に支承され、その対向する側の球面は球体支持棒３の先端２２で押さえられている。先端２２の先端は、球体２の固定を安定にするために平面に形成されている。従って、理論的には、球体支持棒３と球体２との接触は、点接触である。球体支持棒３の円筒部２１は、収納ケース４に挿入されている。収納ケース４は、外観がサイコロ状の正方体状の形を成している。収納ケース４は、筐体１の長方体状の空洞である内壁面１９に案内されて一方向のみ摺動する。収納ケース４の一端に底を有した挿入穴２５が形成され、この挿入穴２５に球体支持棒３の円筒部２１が挿入されている。
【００２２】
収納ケース４は、球体支持棒３と一体の部品となる。なお、球体支持棒３と収納ケース４は、本例では別々の部品であるが、一体の部品として構成しても良い。この両者が一体のものは、本発明では支持部材と称する。収納ケース４の他端側には環状で底を有する環状溝２６が形成されている。環状溝２６は、コイルスプリング５を収納するための円筒状の空間である。環状溝２６の底でコイルスプリング５の一端を支承し、コイルスプリング５の他端は後述する蓋部材６の底板３０で支承される。蓋部材６は、弾性のある板金製で作られたものであり、筐体１の蓋の役割をする部品である。
【００２３】
結局、収納ケース４は、筐体１内の長方体状の空洞である内壁面１９に安定的にガイドし、球体支持棒３を一軸線方向にのみ案内するための部材である。蓋部材６は、矩形の底板３０とこの四方から直角に曲げられた４個の爪部３１からなる。各爪部３１には、長方形状の貫通孔である係止孔３２が形成されている。係止孔３２は、衝撃センサ１０を組立てたとき、筐体１の係止突起部１８に係止されている。この係止により、コイルスプリング５は圧縮された状態で、環状溝２６内に収納される。
【００２４】
結局のところ、コイルスプリング５のスプリング力は、収納ケース４を押圧し、収納ケース４は保持している球体支持棒３を押圧し、この先端２２で球体２を円錐窪み１４に常時押圧していることになる。そして、コイルスプリング５のこの押圧の反力は、蓋部材６を押して、蓋部材６は筐体１の係止突起部１８を引っ張ることになる。言い換えると、球体２への押圧力の反力が、筐体１への引張力応力として常時加えられていることになる。
【００２５】
［衝撃センサ１０の原理｝
図４は、衝撃センサ１０の原理を示す説明図である。上記のような構造を有する衝撃センサ１０において、球体２の質量をｍとすると、この球体２が地上のある高さのところから重力の加速度ｇで落下したとき、落下地点から時間Δｔの間に運動量がゼロとなる。この運動量がゼロとなる間に加速度−αの等加速運動により、速度がゼロになったとすると、衝撃力Ｆは、Ｆ＝ｍαで表される。一方、球体２が円錐窪み１４から脱するには、角度θの斜面を押し上げる力が必要となる。ただし、この衝撃力Ｆは、筐体１の底面１３と平行な平面方向の加速度である。それ以外の方向の加速度の場合は、この平面方向の分力となる。
【００２６】
このとき、球体２と円錐窪み１４の間には摩擦があるので、この摩擦角λも作用する。従って、球体２が円錐窪み１４から脱するには、Ｆ＞Ｐtan(θ＋λ)が条件となる。ただし、Ｐは、コイルスプリング５による球体支持棒３の押圧力である。この原理から理解されるように、例えば、押圧力Ｐ、球体２の質量ｍ、摩擦角λが一定の場合、円錐窪み１４の角度θを変えるだけで衝撃力の検知レベルを変更できる。又、球体２の大きさを変更して質量ｍを変える、コイルスプリング５のバネ定数を変更して、押圧力Ｐを変更すること等でも衝撃力の検知レベルを容易に変更できる。なお、摩擦角λを安定させるために、球体２と円錐窪み１４の表面にワックス等の潤滑剤を塗って、摩擦角λを一定にすると良い。
【００２７】
（実施の形態１の動作）
次に、前記実施の形態１の動作を説明する。図３（ａ）は、衝撃センサ１０が作動する前の状態を示す断面図であり、図３（ｂ）は、衝撃センサ１０が動作し球体が移動した後の状態を示す断面図である。電子機器の筐体等に固定されている衝撃センサ１０が地上のある高さのところから重力の加速度ｇで落下し、床等の硬いものに衝突したとき、電子機器の筐体に大きな衝撃力が発生する。このとき、筐体に固定されている衝撃センサ１０内の球体２に重力とは逆方向の加速度がかかる。この加速度の大きさが設定値を越えると、前述した原理で球体２は円錐窪み１４を脱する。
【００２８】
球体２は円錐窪み１４を脱すると同時に、コイルスプリング５の力で、収納ケース４が筐体１の内壁面１９を摺動して移動し、収納ケース４の先端面２７が球体２に接して、球体２を先端面２７と底面１３との間で挟んで固定することになる（図３（ｂ）に示す状態）。この状態になると、表示窓１５から収納ケース４を覗くことができ、球体２がある衝撃以上を受けたことを目視でも確認できる。収納ケース４の移動を見やすく容易に視認できるように、着色により筐体１と収納ケース４の色彩を変えるとよい。
【００２９】
［実施の形態２］
図５（ａ）は、衝撃センサ４０の実施の形態２を示す部分断面図であり、図５（ｂ）は、衝撃センサ４０が動作し球体が移動した状態を示す断面図である。前述した実施の形態１の衝撃センサ１０は、球体支持棒３の中心線方向のみの加速度の場合、原理的には球体２は円錐窪み１４から移動することはない。又は、球体支持棒３の中心線Ｃ方向の加速度の分力成分が大きい場合、設定した衝撃が発生しても作動しないことになる。この実施の形態２の衝撃センサ４０は、球体支持棒３の中心線方向Ｃの加速度も感度良く検知できるものである。
【００３０】
この実施の形態２の衝撃センサ４０は、収納ケース４の挿入穴２５の内周面に突起４１を形成したものである。この球体支持棒３の円筒部２１は、突起４１で支えられている。球体２の中心線Ｃ方向の加速度成分が、設定以上の大きさの衝撃力が負荷されると、球体支持棒３が中心線Ｃ方向に移動し、突起４１をせん断破壊することになる。図４に示すように、突起４１がせん断される面積がＡとした場合、このせん断破壊力Ｗは、Ｗ＝τ・Ａとなる。
【００３１】
ただし、τは、突起４１が破壊されるときのせん断応力である。せん断応力の大きさは、突起４１の素材のせん断強度によって決定される。球体２の加速度による衝撃力Ｆ＞Ｗでないと、球体支持棒３は収納ケース４の挿入穴２５内を移動しない。図５（ｂ）は、衝撃センサ４０が動作したときの時の状態を示す断面図である。この衝撃センサ４０は、突起４１が円筒状のせん断面（図面Ａ）４２がリング状にせん断されて、球体支持棒３は収納ケース４の挿入穴２５内を移動後の状態を示すものである。この状態になると、表示窓１５から収納ケース４を覗くことができ、球体２がある衝撃以上を受けたことを目視でも確認できる。
【００３２】
［実施の形態３］
図６は、衝撃センサ５０の実施の形態３を示す部分断面図である。前述した実施の形態２の衝撃センサ４０は、収納ケース４の突起４１をせん断破壊するものであった。衝撃センサ５０は、球体支持棒３の円筒部２１に鍔５１を形成したものである。鍔５１は、中心線Ｃ方向に球体２の加速度により所定以上の大きさの衝撃力が負荷されると、球体支持棒３が中心線Ｃ方向に移動し、円筒状のせん断面（図面Ａ）５２から鍔５１をせん断破壊することになる。衝撃センサ５０のせん断破壊の原理は、実施の形態２の衝撃センサ４０と実質的に同一である。
【００３３】
［実施の形態４］
前述した実施の形態１ない３は、筐体１の底面１３に形成された円錐窪み１４に球体２を配置するものであった。しかしながら、前述した本発明の原理から理解されるように、この円錐窪み１４は必ずしも筐体１の底面１３に形成する必要はない。図７（ａ）は、衝撃センサ６０の実施の形態４を示す部分断面図であり、図７（ｂ）は、衝撃センサ６０が動作し球体が移動した状態を示す断面図である。この衝撃センサ６０は、球体支持棒３の先端面に円錐窪み６１を形成し、筐体１の底面１３に突起６２を形成した例である。この突起６２の先端は平坦面である。衝撃センサ６０の動作原理は、前述したものと実質的に同一であり、その説明は省略する。
【００３４】
［その他の実施の形態］
前述した実施の形態は、機構的な方法で衝撃力を検知し、かつ視認により設定以上の衝撃力の発生を確認するものであった。しかしながら、この視認に換えて電気的な信号に変えて検知する方法でも良い。この場合、コイルスプリング５、収納ケース４、球体支持棒３を導電性材料で構成し、かつ円錐窪み１４の部分を導電性の金属素材、又は、円錐窪み１４以外の底面１３の部分を導電性とすることで、導通、又は非導通とすることにより、電気的に検知できる。
【００３５】
前述した実施の形態１ないし４では、収納ケース４と球体支持棒３とが別体であったが、これを一体構造にし、本発明でいう支持部材とする構造であっても良い。また、前述した実施の形態１ないし４では、コイルスプリング５を用いたが、コイルスプリング５は安定しバネ圧を作ることができるが、ストロークが大きくなる傾向がある。また、蓋部材６をバネ鋼とし、この底板３０にせん断加工により、渦巻き状の切り込みを入れて、これをプレス加工により円錐状に塑性変形させて、円錐スプリングとするものである。この方法は、コイルスプリング５と蓋部材６を兼用するので、部品点数を減らせる利点がある。
【符号の説明】
【００３６】
１…筐体
２…球体
３…球体支持棒
４…収納ケース
５…コイルスプリング
６…蓋部材
１４，６１…円錐窪み
１０，４０，５０，６０…衝撃センサ
【図１】
2012168020.tif 000003
【図２】
2012168020.tif 000004
【図３】
2012168020.tif 000005
【図４】
2012168020.tif 000006
【図５】
2012168020.tif 000007
【図６】
2012168020.tif 000008
【図７】
2012168020.tif 000009