JP6779537B2 - 揺れ検知駆動装置および揺れ検知駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、揺れを検知して駆動する装置に関するものであり、特にその省電力化に関するものである。

地震などの揺れを検知し、報知などの処理を行う装置が提案され用いられている。

たとえば、全国各地で頻繁に発生している川の氾濫、土石流、土砂崩れなどによる被害を減らすには、揺れを検知して報知するシステム（災害ネットワーク）が必要である。これらの災害は、電源インフラのない場所での発生も多く、災害ネットワークの構築には電池駆動の揺れ検知センサの使用が前提となる。

特許文献１には、地震を検知して警報を出力する電池駆動の装置が開示されている。

また、特許文献２には、揺れを検知して発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と表記する）を発光させる装置が開示されている。特許文献２の装置は、容器が所定の姿勢にある、揺れを検知した等の条件が整った場合にのみ、電池からＬＥＤに電力を供給するものである。これにより、省電力を実現しようとするものである。

特開平１０−３３４３６７ 特開２０１４−１１０２０８

しかしながら、特許文献１の装置では、力平衡式加速度計を用いて揺れを検出しているため、当該加速度計を動作させるための電流を常時流しておかなければならず、電池の消耗が早いという問題があった。

また、特許文献２の装置では、揺れを検出した場合にのみＬＥＤを発光させることで、電力消費の低減を図っている。しかし、揺れを検出するためのセンサに常時電流を流しておかなければならず、やはり電池の消耗が早いという問題があった。

このように揺れを検知するための電力消費が問題となるのは、地震などの災害検知だけでなく、盗難防止装置など、揺れを検出して何らかの処理を行う装置全般についてである。

本発明は、上記のような問題点を解決して、より省電力化を図った揺れ検知駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の独立して適用可能ないくつかの特徴を以下に示す。

(1)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、揺れを受けて移動する移動体と、前記移動体を揺動可能に保持する保持部材と、前記移動体が停止位置にあるときには互いに導通しておらず、前記移動体の前記移動によって互いに導通する第１の導体および第２の導体と、前記第１の導体に接続された電池電源と、前記第２の導体の電位が所定電位を超えると、所定の処理を行う処理回路に対して前記電池電源から電源電圧を供給するメインスイッチ回路と、前記電源電圧を受けて駆動する前記処理回路とを備えている。

したがって、揺れを検知するための電気的センサ等に検出のための電流を流しておく必要がなく、待機状態における消費電力を低減することができる。

(2)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記保持部材が、前記移動体を前記揺動可能に保持するための凹部を有することを特徴としている。

したがって、簡易な構造でありながら、揺れ検知の感度を高くすることができる。

(3)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記移動体が、球状であって、少なくとも表面が導体であり、前記第１の導体および前記第２の導体は、前記凹部の表面に、交互に間隔を置いて、複数組設けられていることを特徴としている。

したがって、移動体の移動により、移動体を介して第１の導体と第２の導体が導通し、揺れを検知することができる。

(4)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記第１の導体および前記第２の導体のうちの一部が、第１の方向に延長して配置され、前記第１の導体および前記第２の導体のうちの残部は、前記第１の方向と異なる方向に延長して、前記第１の導体および前記第２の導体の前記一部と交差するように配置されていることを特徴としている。

したがって、一方向の揺れだけでなく、異なる方向の揺れも検知することができる。

(5)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記第１の導体および前記第２の導体が、ジグザグ状、波状または同芯円状に形成されていることを特徴としている。

したがって、一方向の揺れだけでなく、異なる方向の揺れも検知することができる。

(6)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記移動体が、円柱状であって、少なくとも表面が導体であることを特徴としている。

したがって、一方向の揺れを重点的に検知することができる。

(7)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記移動体が前記凹部の停止位置にあるときに、前記移動体によって前記第１の導体および前記第２の導体が互いに導通しない場所に、前記第１の導体および前記第２の導体が設けられていることを特徴としている。

したがって、移動体の移動により、移動体を介して第１の導体と第２の導体が導通し、揺れを検知することができる。

(8)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記保持部材が、前記移動体が前記揺れによって移動した後に、前記停止位置に戻るように、前記凹部の底部中央に前記移動体の外形の一部に対応する形状の中央凹部を有することを特徴としている。

したがって、揺れが収まった後、移動体が同じ停止位置に戻るようにすることができる。

(9)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記電池電源、前記第１の導体、前記第２の導体、前記メインスイッチ回路が直列接続され、前記電池電源から前記メインスイッチ回路までのいずれかの箇所に選択スイッチが設けられ、前記処理回路は、前記移動体の前記移動によって駆動し、前記所定の処理を終了した後、前記第１の導体と前記第２の導体の組が導通しているか否かを各組ごとに判断する導通判断回路を駆動させ、導通している前記第１の導体と前記第２の導体の前記組の前記選択スイッチをオフにすることを特徴としている。

したがって、揺れが収まった後、移動体が異なる位置に停止したとしても、適切に待機状態とすることができる
(10)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記メインスイッチ回路が、前記処理回路と前記電池電源との間にドレイン、ソースが接続された電界効果トランジスタと、入力に前記第２の導体が接続され、出力に前記電界効果トランジスタの前記ゲートが接続されたフリップフロップとを備えていることを特徴としている。

したがって、待機時に流れるのは漏れ電流のみであり、さらに消費電力を低減することができる。

(11)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記処理回路が、振動センサを備えており、検出した振動に基づく処理結果を送信する送信回路を備えていることを特徴としている。

したがって、地震などの振動に基づく処理を行い、処理結果を外部に送信することができる。

(12)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、前記移動体と、前記保持部材と、前記第１の導体および前記第２の導体と、前記電池電源と、前記処理回路を収納した筐体を備え、前記筐体には、前記保持部材の前記凹部に前記移動体が保持されるように、重量部材が設けられていることを特徴としている。

したがって、設置場所に傾斜があったとしても、移動体が凹部に適切に保持されるように姿勢を保つことができる。

(13)本発明に係る揺れ検知駆動装置は、揺れを受けて移動する移動体と、前記移動体を揺動可能に保持するための凹部を有する保持部材と、前記凹部の表面に、交互に間隔を置いて複数組設けられた第１の導体および第２の導体と、第１の選択スイッチを介して前記第１の導体に正電位側が接続された第１の電池電源と、第１の逆流防止素子を介して前記第１の導体に正電位側が接続された第２の電池電源と、第２の逆流防止素子を介して前記第２の導体に接続された第１の制御線と、第２の選択スイッチを介して前記第２の導体に接続された第２の制御線と、前記第１の制御線に入力が接続され、アースが前記第１の電池電源のアース側に接続された第１のアイソレーションアンプと、前記第２の制御線に入力が接続され、アースが前記第２の電池電源のアース側に接続された第２のアイソレーションアンプと、前記第１のアイソレーションアンプの出力と前記第２のアイソレーションアップの出力の少なくとも一方の電位が所定電位を超えると、所定の処理を行う処理回路に対して電源電圧を供給するメインスイッチ回路と、前記電源電圧を受けて駆動する前記処理回路とを備えている。

したがって、揺れを検知するための電気的センサ等に検出のための電流を流しておく必要がなく、待機状態における消費電力を低減することができる。さらに、電池電源を２つ設けることによって、移動体の移動が小さくても、その移動を検出することができる。

(14)本発明に係る揺れ検知駆動方法は、移動体を凹部に揺動可能に保持し、揺れを受けて移動した移動体により、所定の処理を行うための回路に対する電源供給を開始するようにしている。

したがって、揺れのない待機状態における消費電力を抑えることができる。

「移動体」とは、揺れによって揺動するよう保持されたものをいい、導電体だけでなく絶縁体も含む概念である。凹部を有する保持部材を用いる場合には、球状、円柱状だけでなく、半円状、半円柱状、円錐状、多角形状、多角錐状、楕円注状などを用いることができる。実施形態においては、球体３０、円柱体３１がこれに該当する。弾性体や磁力などによって保持する場合には、その形状に制約はない。

「保持部材」とは、移動体を揺動可能に保持するものをいい、凹部や弾性部材によって物理的に保持するものだけでなく、磁力などによって保持するためのものも含む概念である。実施形態においては、ベース部材２８がこれに該当する。

「処理回路」とは、所定の処理を行うための回路をいい、振動の解析や報知などの処理を行うための回路だけでなく、データ送信の処理のみを行う回路も含む概念である。また、中央処理装置（以下「ＣＰＵ」と表記する）を備えたものだけでなく、論理回路などを備えた回路も含む概念である。実施形態では、処理回路２４がこれに該当する。

「互いに導通しない第１の導体および第２の導体」は、移動体の移動によって導通するように構成された少なくとも一組の導体をいう。複数組の第１の導体および第２の導体が設けられる場合、互いに導通した状態にある第１の導体および第２の導体の組を設けることを妨げるものではないが、少なくとも一組は互いに導通していない状態にあることが必要である。

「プログラム」とは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソース形式のプログラム、圧縮処理がされたプログラム、暗号化されたプログラム等を含む概念である。

本発明の一実施形態による揺れ検知駆動装置の全体構成を示す図である。 揺れ検知機構１０の詳細を示す図である。 振動報知装置の断面図である。 振動報知装置の回路構成図である。 列選択回路５の回路図である。 処理回路２４のハードウエア構成である。 制御プログラム７４のフローチャートである。 制御プログラム７４のフローチャートである。 電流検出のための他の回路例である。 演算増幅器（以下「オペアンプ」と表記する）５７ｄの入出力特性を示す図である。 第１の導体８、第２の導体１４の配置例を示す図である。 列選択回路５を複数設ける場合を説明するための図である。 列選択回路５、電池電源２を複数設ける場合を説明するための図である。 列選択回路５ａの回路図である。 列選択回路５ｂの回路図である。 第１の導体８、第２の導体１４を格子状に配置した例を示す図である。 移動体として円柱体３１を用いた場合の例を示す図である。 第二の実施形態による揺れ検知駆動装置の全体構成を示す図である。 ベース部材２８の他の例を示す断面図である。 振動報知装置の回路構成図である。 第１の導体８、第２の導体１４の配置例を示す図である。

１．第一の実施形態
1.1装置の概要
図１に、本発明の一実施形態による揺れ検知駆動装置の回路構成を示す。処理回路２４は、電源ラインＶＤＤに電源が供給されると起動する。平常時には、メインスイッチ回路２２がオフとなっているため、電池電源２からの電力が供給されず、処理回路２４は駆動していない。

揺れ検知機構１０が揺れを検出すると、これにより処理回路２４が駆動して処理を行う。揺れ検知機構１０の物理的構成を、図２Ａに示す。絶縁体によって構成されたベース部材２８の中央部には、凹部３２が設けられている。ベース部材２８の上面には、第１の導体８と第２の導体１４が複数組、交互に列状に設けられている。図１に示すように、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組の３つの組が設けられている。図２Ａに示すように、第１の導体８と第２の導体１４は、間隔を空けて配置されており、球体３０がなければ互いに導通しないように構成されている。また、図２Ｂに示すように、球体３０が位置する第１の導体８と第２の導体１４は、球体３０によって導通することになる。

凹部３２には、導体によって構成された球体３０が保持されている。すなわち、移動体である球体３０は、揺動可能なように、凹部３２に保持されている。

図１においては、揺れ検知機構１０を破線によって示している。接触部１２は、図２Ａの球体３０が凹部３２の表面と接している領域を表している。図１では、揺れのない状態（停止位置）における接触部１２を示している。停止位置においては、Ｂ組の第１の導体８と第２の導体１４が、図２Ａの球体３０を介して互いに導通している。

図１に示すように、各組の第１の導体８は、列選択回路５を介して電池電源２に接続されている。列選択回路５は、各組ごとにスイッチ（図示せず）を有している。図２Ａの球体３０によって導通しているＢ組のスイッチはオフにされている。したがって、電池電源２の電圧は、Ｂ組の第２の導体１４に供給されない。

また、Ａ組、Ｃ組のスイッチはオンにされているが、球体３０が位置しないため、第１の導体８と第２の導体１４が導通していない。したがって、電池電源２の電圧は、Ａ組、Ｃ組の第２の導体１４に供給されない。

このように、初期状態（待機状態）においては、電池電源２の電圧は、いずれの組の第２の導体１４にも供給されない。

この状態にて、地震などにより振動が発生すると、図２Ａの球体３０が凹部３２の中で揺動する。これにより、たとえば、図１の破線で示す接触部１３にて図２Ａの球体３０が接触したとする。このため、Ｃ組の第１の導体８と第２の導体１４が導通し、第２の導体１４に電池電源２の電圧が供給される。メインスイッチ回路２２は、第２の導体１４の電位が所定電位を超えると、オンとなるように設定されている。第２の導体１４の電位が電池電源２の電圧によって所定電位を超え、メインスイッチ回路２２がオンになる。したがって、電源ラインＶＤＤによって、処理回路２４の電源入力に電池電源２の電圧が供給される。したがって、処理回路２４が駆動し、所定の処理（地震発生の報知など）を実行する。

処理回路２４は、所定の処理を終了すると、図２Ａの球体３０の新たな停止位置を検出して、列選択回路５における対応する組のスイッチをオフにし、第２の導体１４に対する電源供給を停止する。新たな停止位置によって、接触部１３が形成されている場合、Ｃ組に対応するスイッチをオフにすることになる。Ａ組、Ｂ組のスイッチはオンにする。

第２の導体１４に対する電池電源２からの電力供給が停止されると、メインスイッチ回路２２がこれを受けてオフになる。このため、処理回路２４への電池電源２からの電圧供給も停止し、処理回路２４が停止する。

このようにして、揺れ検知駆動装置は待機状態に戻る。なお、本実施形態では、振動によって球体３０の停止位置が変わったとしても、確実に待機状態に戻すことができる。

待機状態においては、処理回路２４が停止しており、これによる電力の消費はない。また、揺れによる物理的な動作によって電池電源２の電圧を供給するようにしているので、検知するためのセンサによる電流消費がなく、待機中の消費電力を小さく抑えることができる。

上記のように、本実施形態による揺れ検知駆動装置は、待機中の電力消費がほとんどないため、小容量の電池にて、長期間使用することができる。

1.2振動報知装置
揺れ検知駆動装置を、振動報知装置として用いた場合の例を、以下に説明する。図３に、振動報知装置の断面図を示す。筐体４０の内部には、処理回路２４、電池電源２（ボタン電池）、メインスイッチ回路２２、列選択回路５、ベース部材２８、球体３０、アンテナ３４、重量部材であるウエイト３６が収納されている。筐体４０は、上部筐体と下部筐体（図示せず）から構成されており、下部筐体に上記の収納物を収納した後に、下部筐体に上部筐体を接着などによって固着して完成させる。

ウエイト３６が収納されていることで、本装置の置かれている場所が傾斜していても、正しい姿勢（凹部３２内に球体３０を保持できる姿勢）を保つことができる。

図４に回路構成を示す。ラインＶＢＢは、電池電源２に接続されている。本実施形態では、メインスイッチ回路２２は、フリップフロップ１８とＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下「ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ」と表記する）２０によって構成されている。

本実施形態では、第１の導体８ａと第２の導体１４ａによってＡ組が構成されている。以下、同様に、Ｂ組〜Ｇ組まで構成されている（図においては一部のみ符号を付している）。

第２の導体１４ａ〜１４ｇは、メインスイッチ制御ラインＣＬに接続されている。メインスイッチ制御ラインＣＬは、メインスイッチ回路２２のフリップフロップ１８の入力として与えられている。また、メインスイッチ制御ラインＣＬには、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下「ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ」と表記する）による自己停止スイッチ５２、Ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴによる電流計測のためのスイッチ５０が接続されている。さらに、メインスイッチ制御ラインＣＬに重畳する高周波ノイズを除去するため、コンデンサ５４も接続されている。

列選択回路５の詳細を図５に示す。図５では、Ｄ組に接続された回路部分を示す。第１の導体８ｄと、図４の電池電源２に接続されたラインＶＢＢとの間に、スイッチ５１ｄ（ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ）が設けられている。スイッチ５１ｄのゲートには、フリップフロップ４ｄの出力が与えられている。待機状態においては、図３の球体３０によって第１の導体８ｄと第２の導体１４ｄが接触しているＤ組のスイッチ５１ｄは、オフにされている。Ａ組〜Ｃ組、Ｅ組〜Ｇ組のスイッチ５１ａ〜５１ｃ、５１ｅ〜５１ｇは、オンにされている。

第１の導体８ｄには、電流検出回路５８ｄが設けられ、その検出出力は選択スイッチ７ｄを介して、フリップフロップ４ｄの入力に与えられている。電流検出回路５８ｄは、図３の球体３０の停止位置を検出するために用いられる（その処理は後述する）。

図６に、図４の処理回路２４のハードウエア構成を示す。ＣＰＵ６０には、メモリ６２、通信回路６４、フラッシュメモリ６６、加速度センサ６８、入出力インターフェイス７０が接続されている。

通信回路６４は、処理結果を無線通信にて送信するための回路であり、ブルーツースやＷｉＦｉ等の規格による通信を用いることができる。加速度センサ６８は、本装置に加えられた振動を加速度にて計測するセンサである。入出力インターフェイス７０には、図４の列選択回路５における列選択のための選択ラインＭＳａ、ＭＳｂ・・・ＭＳｇ、図４に示す電流検出のためのスイッチ５０を制御する制御ラインＣＭＭ、図４の自己停止スイッチ５２を制御する制御ラインＳＬＰが接続されている。

フラッシュメモリ６６には、ＴＲＯＮ（商標）などのオペレーティングシステム７２、制御プログラム７４が記録されている。制御プログラム７４は、オペレーティングシステム７２と協働してその機能を発揮するものである。

以下、本装置の動作を説明する。前述のように、待機状態においては、第２の導体１４ａ〜１４ｇのいずれにも電圧は供給されておらず、メインスイッチ制御ラインＣＬは「Ｌ」である（図４参照）。このため、フリップフロップ１８の入力が「Ｌ」であり、出力が「Ｈ」となっている。フリップフロップ１８の出力「Ｈ」は、スイッチ２０（ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ）のゲートに与えられており、スイッチ２０をオフに保持している。したがって、電源ラインＶＤＤに電圧は供給されず、処理回路２４は動作しない。このように、待機状態においては、処理回路２４は動作せず、電力を消費しない。

なお、フリップフロップ１８には、電池電源２から動作電圧が供給されて動作している。しかし、その出力「Ｈ」は、スイッチ２０（ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ）のゲートに与えられていて、スイッチ２０をオフにしているので、電流を消費していない。わずかに、漏れ電流が流れるのみである。このように、待機状態においては、消費電力が、ごくわずかに抑えられている。

待機状態において、図３の球体３０は、Ｄ組の第１の導体８ｄと第２の導体１４ｄの上に止まっている。地震などにより揺れがあると、球体３０が他の組の上に移動する。たとえば、Ｅ組の上に移動したものとする。列選択回路５において、Ｅ組のスイッチ５１ｅ（ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ）はオンであるから（図５参照）、Ｅ組の第２の導体１４ｅに、電池電源２の電圧が供給される。したがって、メインスイッチ制御ラインＣＬが「Ｈ」となる。

この時、スイッチ５０（ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ）、スイッチ５２（ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ）のゲートには、処理回路２４が停止しているため電圧が供給されておらず、オフとなっている。したがって、メインスイッチ制御ラインＣＬの「Ｈ」が、フリップフロップ１８の入力に与えられることになる。これによって、フリップフロップ１８の出力が「Ｌ」となる。

フリップフロップ１８の出力「Ｌ」が、スイッチ２０（ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ）のゲートに与えられ、スイッチ２０をオンにする。したがって、電池電源２の電圧が電源ラインＶＤＤに供給され、処理回路２４に電源が供給される。図６のＣＰＵ６０は、電源供給を受けてシステムの初期化を行う。

その後、制御プログラム７４を実行する。制御プログラム７４のフローチャートを図７、図８に示す。図７、図８に示すように、図６のＣＰＵ６０は、まず、加速度センサ６８からの振動データを取得し、フラッシュメモリ６６に記録する（ステップＳ１）。所定時間分（たとえば、１０秒分）のデータが蓄積されると、ＣＰＵ６０は、振動データを解析し、地震による振動か否かを判断する（ステップＳ２）。

地震（土砂崩れを含む）による振動の場合には、揺れの周期が所定周波数（たとえば0.1KHz〜2.5KHz）の範囲にあり、揺れが所定時間（たとえば１秒）以上継続する。これに対し、動物などに蹴飛ばされた場合の揺れは、１秒以内に収まる。したがって、ＣＰＵ６０は、振動データをＦＦＴ解析（離散的フーリエ変換解析）し、上記所定周波数成分の比率が所定割合以上（たとえば７０％以上）であり、所定のしきい値を超える振動が所定時間以上継続したかどうかによって、地震であるかどうかを判断することができる。

次に、ＣＰＵ６０は、上記の解析結果（地震による振動であるか否か、時刻および本装置のＩＤ）を、図６の通信回路６４によって送信する（ステップＳ３）。解析結果は、基地局によって受信される。したがって、各計測地点に本振動報知装置を設置しておけば、地震の発生状況を収集することができる。

次に、ＣＰＵ６０は、図６の加速度センサ６８からの振動データを取得し、まだ振動が継続しているかどうかを判断する（ステップＳ４）。振動が検出されていれば、振動が収まるまで待機する。

振動が検出されなくなると（振動のレベルが所定値以下となった時間が所定時間継続すれば）、ＣＰＵ６０は、待機状態に戻るための処理を実行する。

まず、列選択回路５のＡ〜Ｇ組のそれぞれに対応するスイッチ５１ａ〜５１ｇ（図５参照）を、すべてオンにする（ステップＳ５）。ＣＰＵ６０は、Ａ〜Ｇ組のぞれぞれの選択ラインＭＳａ〜ＭＳｇを「Ｈ」にすることによってこれを行う。図５に示すように、選択ラインＭＳａ〜ＭＳｇが「Ｈ」になると、スイッチ７ａ〜７ｇ（ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ）がオンとなる。このとき、全ての電流検出回路５８ａ〜５８ｇは、電流を検出せず出力を「Ｈ」とする（電流を検出した場合に「Ｌ」を出力するよう設定されている）。なお、電流検出回路５８ａ〜５８ｇは、電源ラインＶＤＤからの電圧供給を受けて動作する。また、選択ラインＭＳａ〜ＭＳｇは、電流検出回路５８ａ〜５８ｇのイネーブル端子に接続されているので、これが「Ｈ」であると検出処理を行う。

図４に示すように、メインスイッチ制御ラインＣＬに接続された電流検出のためのスイッチ５０がオフであるため、図５のスイッチ５１ａ〜５１ｇや図３の球体３０の位置にかかわらず、全ての電流検出回路５８ａ〜５８ｇ（図５）において、電流は検出されない。したがって、上述のように、全ての電流検出回路５８ａ〜５８ｇの出力は「Ｈ」となる。

電流検出回路５８ａ〜５８ｇの出力「Ｈ」は、図５のフリップフロップ４ａ〜４ｇの入力に与えられ、その出力を「Ｌ」にする。このようにして、図６のＣＰＵ６０は、選択ラインＭＳａ〜ＭＳｇを「Ｈ」にすることで、図５に示す各組のスイッチ５１ａ〜５１ｇを全てオンにする。

次に、ＣＰＵ６０は、電流を検出できるようにするために、図４の制御ラインＣＭＭを「Ｈ」にして、スイッチ５０（ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ）をオンにする。スイッチ５０のソース側は接地されているので、図３の球体３０が停止しているＥ組においては、電流が流れることになる。ＣＰＵ６０は、これを以下のようにして検出する。

まず、図４のＡ組に対応する選択ラインＭＳａを、所定時間の間「Ｈ」にする（ステップＳ８）。これにより、図５の電流検出回路５８ａが、コイル５６ａを介して、第１の導体８ａに電流が流れているかどうかを検出する。ここでは、電流が流れていないので、電流検出回路５８ａの出力は「Ｈ」であり、フリップフロップ４ａの出力を「Ｌ」にする。したがって、スイッチ５１ａはオンに維持される。

このようにしてＡ組に対する処理を終了すると、次に、ＣＰＵ６０は、Ｂ組に対応する選択ラインＭＳｂを、所定時間の間「Ｈ」にする（ステップＳ８）。ここでは、Ｂ組にも電流は流れていないので、図５のスイッチ５１ｂもオンに維持される。

同様に、Ｃ組、Ｄ組について、図５のスイッチ５１ｃ、５１ｄがオンに維持される。Ｅ組については、図３の球体３０によって導通しており、電流が検出される。したがって、図５の電流検出回路５８ｅの出力が「Ｌ」となり、フリップフロップ４ｅの出力が「Ｈ」となる。これにより、スイッチ５１ｅ（ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ）のゲートに「Ｈ」が与えられ、オフとなる。

Ｆ組、Ｇ組については、図５のスイッチ５１ｆ、５１ｇがオンに維持される。全ての組についての処理を終えると、図６のＣＰＵ６０は、図４の制御ラインＣＭＭを「Ｌ」にして、電流計測のためのスイッチ５０をオフにする（ステップＳ１０）。

上記のようにして、図３の球体３０によって導通しているＥ組について、図５のスイッチ５１ｅがオフとなり、その他のＡ組〜Ｄ組、Ｆ組、Ｇ組はオンとなる。つまり、待機状態に戻る。この状態では、図４のメインスイッチ制御ラインＣＬに電圧が供給されず、フリップフロップ１８の出力が「Ｈ」となり、スイッチ２０がオフになる。したがって、処理回路２４が動作を停止することになる。

ただし、コンデンサ５４があることから、メインスイッチ制御ラインＣＬの電位が少しの間維持される可能性がある。そこで、本実施形態では、ＣＰＵ６０が制御ラインＳＬＰを「Ｈ」にし、スイッチ５２をオンにして、メインスイッチ制御ラインＣＬの電位を強制的に「Ｌ」にしている（ステップＳ１１）。

以上のようにして、再び、待機状態に入る。待機状態において、スイッチ２０には、常時、電池電源２の電圧が供給されているが、オフ状態であるので、わずかな漏れ電流が流れるにすぎない。さらに、フリップフロップ１８にも、常時、電池電源２の電圧が供給されているが、その出力電圧は、スイッチ２０のゲートに供給されており、これも、わずかな漏れ電流が流れるにすぎない。したがって、待機中の電力消費がほとんどないため、小容量の電池にて、長期間使用することができる。

1.3その他
(1)上記実施形態では、図５に示すようにコイル５６を用いて電流検出を行っている。しかし、図９に示すように、抵抗５３ｄとオペアンプ５７ｄを用いて、電流検出を行うようにしてもよい。この場合、オペアンプ５７ｄの入力電圧と出力電圧の関係は、図１０に示すように、若干のオフセットを設けておくことが好ましい。なお、フリップフロップ５９ｄは、図５に示すフリップフロップ４ｄと同様のものを用いることができる。

(2)上記実施形態では、図１１Ａに示すように、第１の導体８と第２の導体１４を直線的に配置している。このため、揺れがあって接触部１２ａが１２ｂに示すように移動したとしても、メインスイッチ制御ラインＣＬは「Ｌ」のままであり、図１の処理回路２４は駆動しない。つまり、用途によっては、第１の導体８、第２の導体１４の延長方向に沿った揺れの検知感度が十分でない場合もあった。

そこで、図１１Ｂに示すように、第１の導体８と第２の導体１４を、ジグザグ状（波状でもよい）に配置するようにしてもよい。図３の球体３０が接触部１２ａにて接しているときには、第１の導体８ｄと第２の導体１４ｄが導通している。揺れがあって、図３の球体３０が、接触部１２ｂにて接するようになると、第１の導体８ｅと第２の導体１４ｄが導通する。これにより、メインスイッチ制御ラインＣＬが「Ｈ」となって、図１の処理回路４２が駆動する。このようにして、第１の導体８、第２の導体１４の延長方向に沿った揺れの検知感度を向上することができる。

さらに、図１１Ｃに示すように、第１の導体８と第２の導体１４を、交互に同心円状に配置し、中心近傍に接触部１２ａを設けるようにしてもよい。図１１Ｃにおいては、第２の導体１４ａ、第１の導体８ａ、第２の導体１４ｂ、第１の導体８ｂ・・・の順に、外部に向かって同心円状に配置されている。第１の導体８ａ、８ｂ・・・のそれぞれは、配線９によって列選択回路５に導かれている。第２の導体１４ａ、１４ｂ・・・のそれぞれは、配線９によってメインスイッチ制御ラインＣＬに接続されている。なお、配線９は、第２の導体１４ａ、第１の導体８ａ、第２の導体１４ｂ、第１の導体８ｂ・・・の下面に、絶縁層を介して設けられている。

(3)上記実施形態では、図１２Ａに示すように、第１の導体８の側に列選択回路５を設け、第２の導体１４はメインスイッチ制御ラインＣＬに共通接続している。このため、接触部１２ａが１２ｂに移動したとしても、メインスイッチ制御ラインＣＬは「Ｌ」のままであり、図１の処理回路２４は駆動しなかった。つまり、揺れによって接触部が１２ａから１２ｂに移動しても、検知できなかった。

そこで、図１２Ｂに示すように、第２の導体１４の側にも列選択回路５ｂを設けるようにしてもよい。

ただし、図１２Ｂの例では、列選択回路５ａ、５ｂともに、図３の球体３０によって導通している組について、図５のスイッチ５１がオンになるようにしている。また、導通していない組については、図５のスイッチ５１をオフになるようにしている。このような動作は、図５の電流検出回路５８の出力を反転させることによって実現できる。

図１２Ｂに示すように、図３の球体３０による接触部が１２ａに示す位置にあるときは、列選択回路５ａによって第１の導体８ｄに接続された図５のスイッチ５１ｄがオンとなり、列選択回路５ｂによって第２の導体１４ｄに接続された図５のスイッチ５１ｄがオンとなる。これにより、メインスイッチ制御ラインＣＬが「Ｈ」となる。

図１２Ｂの例では、メインスイッチ制御ラインＣＬの電位は、ＦＥＴによる反転回路９０を経て、図４のメインスイッチ回路２２に与えられている。したがって、待機状態においては、メインスイッチ回路２２には「Ｌ」が与えられてオフであり、図４の処理回路２４は駆動しない。

図１２Ｂに示すように、揺れが生じて図３の球体３０による接触部が１２ｂに移動したとする。この時、第１の導体８ｄと第２の導体１４ｃが導通する。しかし、第２の導体１４ｃに接続された図５のスイッチ５１ｃは、列選択回路５ｂによってオフとなっている。したがって、メインスイッチ制御ラインＣＬは「Ｌ」となり、図４のメインスイッチ回路２２に「Ｈ」が与えられてオンとなり、図４の処理回路２４が駆動する。

上記のようにして、揺れに対する感度を向上することができる。

なお、図１２Ｂの構成では、図３の球体３０が正電位となる点が、必ずしも好ましいものではない。そこで、図１３に示すように、２系統の電池電源２ａ、２ｂを設けるようにしてもよい。電池電源２ａには電源ラインＶＢＢ１、接地ラインＶＳＳ１が接続され、電池電源２ｂには電源ラインＶＢＢ２、接地ラインＶＳＳ２が接続されている。

この実施形態においても、列選択回路５ａと列選択回路５ｂが設けられている。 列選択回路５ａは、図１４に示すように、基本的には図５と同様の構成である。ただし、第１の導体８ｄには、スイッチ５１ｄを経て電源ラインＶＢＢ１が接続されるだけでなく、電源ラインＶＢＢ２も接続されている。第１の導体８ｄと電源ラインＶＢＢ１との間には、逆流防止ダイオード６３ｄが設けられている。さらに、第１の導体８ｄと電源ラインＶＢＢ２との間には、逆流防止ダイオード６１ｄが設けられている。

また、列選択回路５ｂは、図１５に示すような構成となっている。第２の導体１４ｃには、スイッチ１５１ｃを経て制御ラインＣＬ２が接続されるだけでなく、制御ラインＣＬ１も接続されている。第２の導体１４ｃと制御ラインＣＬ２との間には、逆流防止ダイオード１６３ｃが設けられている。さらに、第２の導体１４ｃと制御ラインＣＬ１との間には、逆流防止ダイオード１６１ｃが設けられている。

このような回路構成とすることにより、図１３のように、揺れが生じた時に図３の球体３０による接触部が１２ｂに移動したにすぎない場合にも、図４の処理回路２４を駆動させることができる。すなわち、接触部１２ｂの位置に図３の球体３０が移動すると、図１４の電源ラインＶＢＢ２、逆流防止ダイオード６１ｄ、第１の導体８ｄ、第２の導体１４ｃ、逆流防止ダイオード１６１ｃ、図１５のスイッチ１５１ｃ、逆流防止ダイオード１６３ｃの経路にて、制御ラインＣＬ２に電池電源２ｂの電圧が供給される。制御ラインＣＬ２の電圧は、アイソレーションアンプ４７を介して、オア回路４９に供給される。これにより、オア回路４９の出力に接続されたメインスイッチ制御ラインＣＬが「Ｈ」となり、図４の処理回路２４を駆動させる。

なお、図１３の回路においては、メインスイッチ制御ラインＣＬに接続されたオア回路４９と、各制御ラインＣＬ１、ＣＬ２との間にアイソレーションアンプ４５、４７を設けている。これにより、電池電源２ａによる電源ラインＶＢＢ１、接地ラインＶＳＳ１の電源系統と、電池電源２ｂによる電源ラインＶＢＢ２、接地ラインＶＳＳ２の電源系統が、それぞれ独立した電源系統となるようにしている。なお、図４の処理回路に対しては、メインスイッチ回路２２を介して、電池電源２ａまたは電池電源２ｂのいずれかを接続するようにすればよい。あるいは、電池電源２ａ、２ｂとは異なる他の電池電源を接続するようにしてもよい。

図１５の電流検出回路１５８ｃの動作は、図５の電流検出回路５８ｄと同様である。

図１３に示す回路においては、図８のフローチャートを実行する際に、ステップＳ５において、列選択回路５ａにおける各組のスイッチ５１ａ〜５１ｇ（図１４参照）だけでなく、列選択回路５ｂにおける各組のスイッチ１５１ａ〜１５１ｇ（図１５参照）もオンにする。また、ステップＳ８を実行する際には、列選択回路５ａ、５ｂの双方における、対象とする組の選択ラインＭＳを所定時間「Ｈ」にする。これにより、図３の球体３０が接触する組において、電流を検出することができる。

(4)上記実施形態では、図１に示すように、第１の導体８と第２の導体１４を列状に配置している。しかし、第１の導体８を縦に、第２の導体１４を横に設け、格子状に配置してもよい。この場合、重なった部分は、絶縁層を挟んで導通しないようにするとよい。このように格子状に配置することで、どの方向の揺れに対しても精度よく検知を行うことができる。

また、第１の導体８および第２の導体１４の一部を縦に配置し、残部を横に配置するようにしてもよい。たとえば、図１６に示すように、第１の導体８ａ、８ｂ、８ｃを縦に配置し、その間に第２の導体１４ａ、１４ｂを配置して、第１の導体８ｐ、８ｑ、８ｒを横に配置し、その間に第２の導体１４ｐ、１４ｑを配置する。図１６の例では、縦に配置した第１の導体８ａ、８ｂ、８ｃのうち、図３の球体３０と接触部１２にて接触している導体８ｂに接続された図５のスイッチ５１ｂをオフにしている。その他の縦に配置された第１の導体８ａ、８ｃに接続された図５のスイッチ５１ａ、５１ｃはオンにしている。

また、横に配置した第１の導体８ｐ、８ｑ、８ｒのうち、図３の球体３０と接触部１２にて接触している導体８ｑに接続された図５のスイッチ５１ｑをオフにしている。その他の横に配置された第１の導体８ｐ、８ｒに接続された図５のスイッチ５１ｐ、５１ｒはオンにしている。

図１６に示すような配置にすれば、横方向だけでなく縦方向の揺れに対しても、感度良く検出を行うことができる。

なお、図１６に示すように、第１の導体８ａ、８ｂ、８ｃ、第２の導体１４ａ、１４ｂと第１の導体８ｐ、８ｑ、８ｒ、第２の導体１４ｐ、１４ｑが交差するところでは、導体の幅を狭くしている。また、公差するところで互いに導通しないように、絶縁層を挟んで交差させるようにしている。

図１６の例では、第１の導体８および第２の導体１４の一部と、残部とを、９０度の角度で縦方向と横方向に配置している。しかし、第１の導体８および第２の導体１４の一部の延長方向と、残部の延長方向とを異なるように（たとえば、４５度などに）すればよい。

(5)上記実施形態では、鉄や銅などの固体金属によって図２Ａに示す球体３０を構成している。しかし、プラスチック等の表面に金などのメッキを施して球体３０を構成してもよい。また、水銀などの液体金属を用いるようにしてもよい。

(6)上記実施形態では、球体３０を用いている。しかし、一方向の揺れを重点的に検出したい場合などには、図１７に示すように、円柱体３１を用いるようにしてもよい。この場合、第１の導体８、第２の導体１４を、図１と同じように交互に配置してもよいが、図１７に示すように、第２の導体１４を円柱体３１の回転方向に連続して設け、第１の導体８を円柱体３１の回転方向に断続的に設けるようにしてもよい。

(7)上記実施形態では、図２Ｂに示すように、導体である球体３０によって第１の導体８と第２の導体１４が導通するようにしている。しかし、球体３０の重量によってその下部にある第１の導体８と第２の導体１４（交差するように配置する）が接触して導通するような構造としてもよい。この場合には、球体３０は導体である必要はない。

(8)上記実施形態では、図７に示すように、図４の処理回路２４が、振動波形を解析してその解析結果を送信するようにしている。しかし、振動波形データ自体を送信するようにしてもよい。

また、図６に示す加速度センサ６８を設けず、揺れによって起動した処理回路２４が、自らのＩＤを送信するようにしてもよい。これを受けた基地局が、当該ＩＤに紐付けられた携帯電話などに通報を行うようにしてもよい。あるいは、処理回路２４から音声や光によって告知を行うようにしてもよい。これにより、自転車、美術品、屋外の資材、機密書類などに本装置を付けておけば、盗難などを報知することができる。

さらに、ハードディスクなどに本装置を設け、机から落下したときの加速度を検知する等して、床に落ちる前に、ヘッドをディスクから遠ざける処理を処理回路４２が制御して行い、ディスクの記録内容の破壊を防止するようにしてもよい。

(9)上記実施形態では、図２Ｂに示すように、ベース部材２８の凹部３２によって移動体である球体３０を揺動可能に保持している。しかし、移動体をバネなどの弾性部材によって保持するようにしてもよい。あるいは、磁力などによって保持するようにしてもよい。これらの場合、移動体の形状は球面を有するものである必要はない。

(10)上記変形例は、その本質に反しない限り互いに組み合わせて適用可能である。また、上記変形例は、第二の実施形態およびその変形例と組み合わせて適用可能である。

２．第二の実施形態
２.1装置の概要
図１８に、第２の実施形態による揺れ検知駆動装置の全体構成を示す。本実施形態では、球体３０の停止位置に第１の導体８、第２の導体１４を設けていない。本実施形態では、図１９に示すように、ベース部材２８の凹部３２の中央部に、球体３０の外形に沿った形状の中央凹部３３を設けている。したがって、揺れによって球体３０が移動した後、球体３０はこの中央凹部３３に戻ってくることが保証される。このため、本実施形態では、列選択回路５を設ける必要がない。なお、図１９Ａは平面図、図１９Ｂは断面図である。

2.2振動報知装置
揺れ検知駆動装置を、振動報知装置として用いた場合の断面図は、図３と同様である。ただし、上述のようにベース部材２８の凹部３２の形状が異なるのと、列選択回路５が設けられていない点が異なっている。

図２０に回路図を示す。列選択回路５が設けられていない。また、これに対応して、電流計測のためのスイッチ５０、制御ラインＣＭＭも設けられていない。

図６に示す制御プログラム７４は、図７のステップＳ４を実行した後、ステップＳ６〜Ｓ１０は実行せず、ステップＳ１１を実行して終了する。

2.3その他
(1)上記実施形態では、図２１Ａに示すように、球体３０の接触部１２の列には、第１の導体８と第２の導体１４を設けないようにしている。しかし、図２１Ｂに示すように、球体３０の接触部１２の近傍では、接触部１２を避けるように配置して、球体３０の接触部１２の列にも、第１の導体８と第２の導体１４を設けるようにしてもよい。これにより、図の上下方向に球体３０が移動した場合であっても、確実にこれを検出することができる。

(2)上記変形例は、その本質に反しない限り、第一の実施形態およびその変形例と組み合わせて適用可能である。

Claims (12)

1. 揺れを受けて移動する移動体と、
   前記移動体を揺動可能に保持する保持部材と、
   前記保持部材の少なくとも表面に、交互に間隔を置いて設けられた複数組の第１の導体および第２の導体と、
   前記第１の導体に接続された電源ラインと、
   前記第２の導体に接続されたメインスイッチ制御ラインと、
   前記電源ラインに接続された電池電源と、
   前記メインスイッチ制御ラインの電位が所定電位を超えると、所定の処理を行う処理回路に対して前記電池電源から電源電圧を供給するメインスイッチ回路と、
   前記電源電圧を受けて駆動する前記処理回路と、
   を備えた揺れ検知駆動装置であって、
   停止位置にある前記移動体と接する前記第１の導体は電源ラインと接続されず、あるいは、停止位置にある前記移動体と接する前記第２の導体はメインスイッチ制御ラインと接続されないように構成されていることを特徴とする揺れ検知駆動装置。
2. 前記電池電源、前記電源ライン、前記第１の導体と前記第２の導体の組、前記メインスイッチ制御ライン、前記メインスイッチ回路が直列接続され、前記電池電源から前記メインスイッチ回路までのいずれかの箇所に選択スイッチが設けられ、
   前記移動体が停止位置にあるときに前記第１の導体と前記第２の導体が、当該移動体によって導通させられている組についての前記選択スイッチがオフ、他の選択スイッチがオンとなるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の揺れ検知駆動装置。
3. 前記処理回路は、前記移動体の移動によって駆動し、前記所定の処理を終了した後、前記第１の導体と前記第２の導体の組が導通しているか否かを各組ごとに判断する導通判断回路を駆動させ、導通している前記第１の導体と前記第２の導体の組の前記選択スイッチをオフにすることを特徴とする請求項２に記載の揺れ検知駆動装置。
4. 前記保持部材は、前記移動体を揺動可能に保持するための凹部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の揺れ検知駆動装置。
5. 前記移動体は、球状であって、少なくとも表面が導体であり、
   前記第１の導体および前記第２の導体は、前記凹部の表面に、交互に間隔を置いて、複数組設けられていることを特徴とする請求項４記載の揺れ検知駆動装置。
6. 前記第１の導体および前記第２の導体のうちの一部は、第１の方向に延長して配置され、
   前記第１の導体および前記第２の導体のうちの残部は、前記第１の方向と異なる方向に延長して、前記第１の導体および前記第２の導体の前記一部と交差するように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の揺れ検知駆動装置。
7. 前記第１の導体および前記第２の導体は、ジグザグ状、波状または同芯円状に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の揺れ検知駆動装置。
8. 前記移動体は、円柱状であって、少なくとも表面が導体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の揺れ検知駆動装置。
9. 前記保持部材は、前記移動体が前記揺れによって移動した後に、前記停止位置に戻るように、前記凹部の底部中央に前記移動体の外形の一部に対応する形状の中央凹部を有することを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の揺れ検知駆動装置。
10. 前記メインスイッチ回路は、
    前記処理回路と前記電池電源との間にドレイン、ソースが接続された電界効果トランジスタと、
    入力に前記第２の導体が接続され、出力に前記電界効果トランジスタのゲートが接続されたフリップフロップと、
    を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の揺れ検知駆動装置。
11. 前記処理回路は、振動センサを備えており、検出した振動に基づく処理結果を送信する送信回路を備えていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の揺れ検知駆動装置。
12. 前記移動体と、前記保持部材と、前記第１の導体および前記第２の導体と、前記電池電源と、前記処理回路を収納した筐体を備え、
    前記筐体には、前記保持部材の前記凹部に前記移動体が保持されるように、重量部材が設けられていることを特徴とする請求項４、５または９のいずれかに記載の揺れ検知駆動装置。