專(zhuān)利名稱(chēng)：加速度傳感器以及計(jì)步器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加速度傳感器以及計(jì)步器，特別是關(guān)于能夠檢測(cè)出各個(gè)方向的加速度的加速度傳感器以及具有該加速度傳感器的計(jì)步器。
兩個(gè)加速度傳感器210的端部，都被固定在基板120上。當(dāng)基板120和計(jì)步器200一起向規(guī)定的方向移動(dòng)時(shí)，加速度傳感器210可檢測(cè)出加速度。根據(jù)這個(gè)加速度就能檢測(cè)出人已步行的步數(shù)。
圖14是把圖13所示的以往的加速度傳感器擴(kuò)大了的立體圖。從圖14中可以看出，以往的加速度傳感器210，具有基體部件201，和設(shè)在基體部件201的一端部201a上的錘部件203，和設(shè)在基體部件201上面的壓電元件202，和設(shè)在基體部件201的另一端部201b上的支撐部件207。
引線205通過(guò)焊錫206電連接在壓電元件202上。而且，引線205是由位于中心部的導(dǎo)線205b和包裹在導(dǎo)線205b上的絕緣層205a構(gòu)成，導(dǎo)線205b被電連接在壓電元件202上。支撐部件207被電連接在圖13所示的基板120上。
當(dāng)Z軸方向的加速度加到加速度傳感器210上時(shí)，錘部件203就會(huì)向Z軸方向振動(dòng)，導(dǎo)致基體部件201及壓電元件202變形。由于這種變形致使在壓電元件的兩個(gè)面上產(chǎn)生電位差。利用引線205檢測(cè)出該電位差能夠檢測(cè)出加速度。
圖14中所示的加速度傳感器210，雖然能夠檢測(cè)出Z軸方向的加速度，但不能檢測(cè)出X方向及Y方向的加速度。因此，如圖13所示，把兩個(gè)加速度傳感器210配置在一維的獨(dú)立方向上，這樣就能檢測(cè)出來(lái)自?xún)蓚€(gè)方向的加速度。
但是，問(wèn)題在于所述的以往計(jì)步器，由于使用了兩個(gè)加速度傳感器210，所以該計(jì)步器體積較大，而且也提高了制作成本。
對(duì)此，在特開(kāi)平5-273227號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了為了用一個(gè)加速度傳感器檢測(cè)出來(lái)自?xún)蓚€(gè)方向的加速度，錯(cuò)開(kāi)錘的重心而配置的加速度傳感器。
但是，這種加速度傳感器有很難可靠地檢測(cè)出來(lái)自多個(gè)方向的加速度的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的目的在于解決上述所存在的問(wèn)題，其目的在于提供一種能夠利用一個(gè)傳感器能夠檢測(cè)來(lái)自多個(gè)方向的加速度的加速度傳感器以及使用這種加速度傳感器的計(jì)步器。
在這樣構(gòu)成的本發(fā)明的加速度傳感件中，基體部件沿著一個(gè)曲面彎曲。由于設(shè)有與該基體部件一起彎曲的壓電元件，因此裝配在基體部件端部上的錘部件、即使向各個(gè)方向移動(dòng)，錘部件也能使基體部件和壓電元件變形。根據(jù)該變形，壓電元件能檢測(cè)出加速度。因此，利用一個(gè)加速度傳感器就能夠可靠地檢測(cè)出各個(gè)方向的加速度。
另外理想的是，壓電元件位于彎曲的內(nèi)側(cè)，在這種情況下，由于壓電元件的外側(cè)能加工成精度良好的表面，所以就能把基體部件貼在壓電元件的外側(cè)。其結(jié)果，既能把精度良好的壓電元件固定在基體部件上，又能提供可靠性較高的加速度傳感器。
另外理想的是，把壓電元件和基體部件彎曲成圓弧狀。這種情況下，由于能夠容易地形成壓電元件，因此能降低制作成本。在形成彎曲成圓弧狀的壓電元件時(shí)，首先要形成一個(gè)圓筒狀的壓電元件，之后將其切斷成圓弧狀，這樣就能形成彎曲成圓弧狀的壓電元件。其結(jié)果，即提高了尺寸精度，又降低了制作成本。
另外理想的是，加速度傳感器，具有設(shè)在與錘部件所設(shè)置的端部相反一側(cè)的端部上、且固定在基板上的支撐部件。
本發(fā)明的其他加速度傳感器，具有沿著一個(gè)平面彎曲的基體部件，和為與基體部件一起彎曲而被設(shè)在基體部件上的壓電元件。
在這樣構(gòu)成的本發(fā)明的加速度傳感器中，基體部件沿著一個(gè)曲面彎曲。由于設(shè)有與該基體部件一起彎曲的壓電元件，因此，當(dāng)基體部件的端部向各個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，基體部件及壓電元件會(huì)產(chǎn)生變形。根據(jù)該變形，壓電元件能檢測(cè)出加速度。因此，利用一個(gè)加速度傳感器就能夠可靠地檢測(cè)出各個(gè)方向的加速度。
本發(fā)明所涉及的計(jì)步器具有上述的任何一個(gè)加速度傳感器。
圖2是將圖1表示的加速度傳感器擴(kuò)大了的立體圖。
圖3是從圖2中的Z軸方向看的加速度傳感器的側(cè)面圖。
圖4是從圖2中的Y軸方向看的加速度傳感器的側(cè)面圖。
圖5是表示用本發(fā)明的計(jì)步器所得到的電位差曲線圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的加速度傳感器的立體圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例3的加速度傳感器的立體圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例4的加速度傳感器的立體圖。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例5的加速度傳感器的立體圖。
圖10是本發(fā)明實(shí)施例6的加速度傳感器的立體圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例7的加速度傳感器的立體圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施例8的加速度傳感器的立體圖。
圖13是以往的計(jì)步器的分解立體圖。
圖14是把圖13所示的加速度傳感器擴(kuò)大了的立體圖。
圖中1—基體部件，2—壓電元件，3—錘部件，7—支撐部件，10—加速度傳感器，100—計(jì)步器。
(實(shí)施例1)圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的加速度傳感器以及具有該加速度傳感器的計(jì)步器分解立體圖。參照?qǐng)D1，計(jì)步器100，具有后殼體110，和收納于后殼體110內(nèi)的基板120，和設(shè)置在基板120上的加速度傳感器10，和設(shè)置在底部120上的液晶顯示器130，和與后殼體110相配合的前殼體150，和設(shè)置在前殼體150表面的標(biāo)牌170，和插在前殼體150孔內(nèi)的開(kāi)關(guān)140。加速度傳感件10具有支撐部件7，該支撐部件7被固定在基板120上。
圖2是圖1中所示的加速度傳感器擴(kuò)大后的立體圖。參照?qǐng)D2，加速度傳感器10，具有沿著作為一個(gè)平面的XY平面彎曲的基體部件1，和與基體部件1一同彎曲并設(shè)置在基體部件1上的壓電元件2，和設(shè)置在作為基體部件1端部的一端部1a上的錘部件3。壓電元件2以及基體部件1被彎曲成圓弧狀。加速度傳感器件10，進(jìn)而具有被設(shè)置在與錘部件3所設(shè)置的一端部1a相反的另一個(gè)端部1b上、且被固定在圖1中基板120上的支撐部件7。
基體部件1具有內(nèi)周面1s和外周面1t。由薄板狀的金屬材料構(gòu)成的基體部件1被形成為半圓狀，具有一定的曲率。
壓電元件2被貼在基體部件1的外周面1t上。壓電元件2是由鈦酸鋯酸鉛(PZT)等陶瓷類(lèi)壓電元件構(gòu)成的。而且，也可以用聚合物類(lèi)的壓電元件構(gòu)成壓電元件2。壓電元件2是和基體部件1一起彎曲的。
作為這樣彎曲成的壓電元件2的制作方法，也可以用一個(gè)單件形成，但是首先要形成一個(gè)圓筒狀的壓電元件，只切斷該壓電元件的所需部分使用。
壓電元件2，具有內(nèi)周面2s和外周面2t。內(nèi)周面2s被貼在基體部件1的外周面1t上。由于基體部件1通過(guò)基體部件7電連接在基板120上，所以?xún)?nèi)周面2s也是電連接在基板120上。外周面2t是通過(guò)焊錫6被電連接在引線5上。引線5由位于中心部的導(dǎo)線5b和包裹住導(dǎo)線5b的絕緣層5a構(gòu)成。外周面2t被電連接在導(dǎo)線5b上。
壓電元件一旦變形，則在內(nèi)周面2s與外周面2t之間就會(huì)產(chǎn)生電位差。由于該電位差成為基板120和導(dǎo)線5b的電位差，因此根據(jù)檢測(cè)出的該電位差，能夠檢測(cè)出施加在加速度傳感器10上的加速度。
圖3是從圖2中的Z軸方向看的加速度傳感器側(cè)面圖。從圖3中可以看出，加速度傳感器10，具有圓弧狀的基體部件1和在基體部件1的外周面1t上貼有內(nèi)周面2s的壓電元件2。在位于基體部件1前端部的一個(gè)端部1a上裝有錘部件3，在另一個(gè)端部1b上裝有支撐部件7?；w部件1和壓電元件2被彎曲成具有同一個(gè)曲率中心的形狀。壓電元件2的內(nèi)周面2s，通過(guò)導(dǎo)電性支撐部件7被連接在基板120上，并且外周面2t通過(guò)焊錫6被連接在引線5上。
當(dāng)加速度傳感器10向Y軸方向加速時(shí)，錘部件3就向Y軸方向振動(dòng)。這樣，由于壓電元件2的變形而導(dǎo)致產(chǎn)生電位差。以檢測(cè)出該電位差能夠檢測(cè)出加速度傳感器10的加速度。
當(dāng)加速度傳感器10向X軸方向加速時(shí)，錘部件3就向X軸方向振動(dòng)。這樣，由于壓電元件2的變形而導(dǎo)致產(chǎn)生電位差。以檢測(cè)出該電位差能檢測(cè)出加速度傳感器10的加速度。
當(dāng)加速度傳感器10向Z軸方向加速度時(shí)，錘部件3就向Z軸方向振動(dòng)。這樣，由于壓電元件2的變形而導(dǎo)致產(chǎn)生電位差。以檢測(cè)出該電位差能檢測(cè)出加速度傳感器10的加速度。
基體部件1以及壓電元件2是在作為一個(gè)平面的XY平面上被彎曲的。
圖4是從圖2中的Y軸方向看到的加速度傳感器的側(cè)面圖。從圖4中可以看出，加速度傳感器10，具有以從附圖紙面的前側(cè)向內(nèi)側(cè)延伸的方式彎曲延伸而形成的基體部件1，和貼在基體部件1上的壓電元件2，和被裝在基體部件1上、且位于附圖紙面前側(cè)的支撐部件7，和被裝在基體部件1且位于附圖紙面內(nèi)側(cè)的錘部件3。如圖4所示，基體部件1和壓電元件2在XZ平面上未被彎曲。同樣，基體部件1和壓電元件2在YZ平面上也未被彎曲。
圖5是表示利用本發(fā)明的計(jì)步器所得到的電位差曲線圖。如圖1所示，使用本發(fā)明的加速度傳感器10構(gòu)成了計(jì)步器100。對(duì)于該計(jì)步器施與頻率f＝2.3Hz、加速度a＝0.28G(G是重力加速度)、全振幅＝15mm的振動(dòng)。其結(jié)果，得到了如圖5所示的電位差波形圖。只要能得到這樣的波形，就能作為計(jì)步器使用。
在這樣構(gòu)成的實(shí)施例1的加速度傳感器10及計(jì)步器100中，加速度傳感器10，具有沿著一個(gè)曲面彎曲的基體部件1和壓電元件2。因此，無(wú)論從X、Y、Z軸方向中任何一個(gè)方向提供加速度，都能夠檢測(cè)出這個(gè)加速度。所以，使用一個(gè)加速度傳感器10就能可靠地得到來(lái)自各個(gè)方向的加速度。
另外，由于基體部件1及壓電元件2是沿著一個(gè)曲面彎曲的，所以基體部件1和壓電元件2與像螺旋彈簧那樣三維彎曲的情況相比，能縮小體積。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)加速度傳感器10和具有該加速度傳感器的計(jì)步器100的小型化。
而且，不會(huì)發(fā)生即使錘部件3進(jìn)行振動(dòng)，但由于該振動(dòng)會(huì)立刻衰減而出現(xiàn)錯(cuò)誤地檢測(cè)出加速度的情況。
(實(shí)施例2)圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的加速度傳感器的立體圖。從圖6中可以看出，本發(fā)明2的實(shí)施例2的加速度傳感器10，具有沿著作為一個(gè)曲面的XY平面彎曲的基體部件1，和為與基體部件1一起彎曲而設(shè)在基體部件1上的壓電元件2，和設(shè)在基體部件1端部的一端部1a及另一端部1b上的錘部件3。在該加速度傳感器10中，錘部件3被設(shè)在基體部件1的兩端部，支撐部件7被設(shè)在中央部位上。
壓電元件2具有內(nèi)周面2s和外周面2t，外周面2t被貼在基體部件1的內(nèi)周面1s上。即，壓電元件2位于彎曲的內(nèi)側(cè)。通過(guò)焊錫引線5被連接在基體部件1上。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明實(shí)施例2的加速度傳感器10，具有和實(shí)施例1的加速度傳感器10同樣的效果。
而且，由于壓電元件2是位于彎曲的內(nèi)側(cè)，所以壓電元件2的外周面2t與基體部件1的內(nèi)周面1s接觸。由于壓電元件2的外周面2t容易提高精度，所以能把基體部件1貼在精度高的外周面2t上，這樣就能夠提供可靠性高的加速度傳感器10。
即，壓電元件2的外周面2t被粘接在基體部件1上。當(dāng)與基體部件1接觸的部分為粗糙或凸凹不平時(shí)，就會(huì)造成粘貼困難，因此需要將其表面進(jìn)行研磨。當(dāng)在壓電元件2上實(shí)施其研磨時(shí)，與研磨彎曲的壓電元件2的內(nèi)周面2s相比，研磨外周面2t的研磨方法更為簡(jiǎn)單穩(wěn)定，而且制作成本也低，質(zhì)量也穩(wěn)定。在以圓筒狀的狀態(tài)下進(jìn)行研磨時(shí)，研磨外周面2t比較容易。因此，根據(jù)實(shí)施例2能提供低成本高質(zhì)量的加速度傳感器10。
(實(shí)施例3)圖7是本發(fā)明實(shí)施例3的加速度傳感器的立體圖。從圖7中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例3的加速度傳感器10，具有沿著作為一個(gè)平面的XY平面彎曲成螺旋狀的基體部件1，和與基體部件1一起彎曲成螺旋狀的壓電元件2，和由基體部件1的其中一端部1a構(gòu)成的錘部件3。在基體部件1中，隨著靠近一端部1a而曲率也逐步變大。另外，在基體部件1的一端部1a處未形成壓電元件2，一端部1a的表面未被壓電元件2遮蓋。壓電元件2的內(nèi)周面2s直接與基體部件1的外周面1t接觸。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明實(shí)施例3的加速度傳感器10和實(shí)施例1的加速度傳感器具有同樣的效果。
(實(shí)施例4)圖8是本發(fā)明實(shí)施例4的加速度傳感器的立體圖。從圖8中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例4的加速度傳感器10，具有沿著作為一個(gè)平面的XY平面彎成同心圓狀的基體部件1，和與基體部件1一起彎成同心圓狀而設(shè)在基體部件1上的壓電元件2，和把基體部件1的一端部1a形成圓而構(gòu)成的錘部件3。基體部件1和壓電元件2被彎曲成環(huán)狀，壓電元件2的內(nèi)周面2s與基體部件1的外周面1t直接接觸。錘部件3是把基體部件1的一端部1a形成圓而構(gòu)成。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明實(shí)施例4的加速度傳感器10和實(shí)施例1的加速度傳感器具有同樣的效果(實(shí)施例5)圖9是本發(fā)明實(shí)施例5的加速度傳感器的立體圖。從圖9中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例5的加速度傳感器10，具有沿著作為一個(gè)平面的XY平面彎曲的基體部件1，和設(shè)置在與基體部件1一起彎曲的基體部件1的內(nèi)周面1s上的壓電元件2。由于壓電元件2的外周面2t與基體部件1的內(nèi)周面1s相接觸，所以壓電元件2位于彎曲的內(nèi)側(cè)。圖2中所示的加速度傳感器與圖9所示的加速度傳感器的不同處在于，在圖9所示的加速度傳感器10中壓電元件2被配置在彎曲的內(nèi)側(cè)。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明實(shí)施例5的加速度傳感器10和實(shí)施例1的加速度傳感器具有同樣的效果。
而且，由于壓電元件2的外周面2t與基體部件1相接觸，所以和實(shí)施例2具有同樣的效果。
(實(shí)施例6)圖10是本發(fā)明實(shí)施例6的加速度傳感器的立體圖。從圖10中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例6的加速度傳感器10，具有沿著作為一個(gè)曲面的XY平面彎曲的基體部件1，和與基體部件一起彎曲的壓電元件2，和設(shè)在作為基體部件1端部的一端部1a上的錘部件3。在實(shí)施例6的加速度傳感器10中，在向基體部件1的外周面1t一側(cè)凸出地設(shè)有支撐部件7這點(diǎn)上與實(shí)施例1的加速度傳感器10不同。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明實(shí)施例6的加速度傳感器10和實(shí)施例1的加速度傳感器具有同樣的效果。
(實(shí)施例7)圖11是本發(fā)明實(shí)施例7的加速度傳感器的立體圖。從圖11中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例7的加速度傳感器10，具有沿著作為一個(gè)平面的XY平面彎曲成螺旋狀的基體部件1，和與基體部件1一起彎曲成螺旋狀的壓電元件2。在基體部件1中，隨著靠近一端部1a而曲率也逐漸變大。另外，在基體部件1的一端部1a上未形成壓電元件2，一端部1a的表面也未被壓電元件2遮蓋住。壓電元件2的內(nèi)周面2s與基體部件1的外周面1t直接接觸。圖11所示的加速度傳感器10，是從圖7所示的加速度傳感器10中去掉了錘部件3的結(jié)構(gòu)。即使沒(méi)有錘部件3，但利用調(diào)整基體部件1及壓電元件2的材質(zhì)、厚度及寬度等也能檢測(cè)出加速度。
在這樣構(gòu)成的本發(fā)明實(shí)施例7的加速度傳感器10及具有該加速度傳感器的計(jì)步器中，加速度傳感器10，具有沿著一個(gè)曲面彎曲的基體部件1和壓電元件2。因此，無(wú)論從X、Y、Z軸方向的任何一個(gè)方向所施與的加速度都能被檢測(cè)出。所以，使用一個(gè)加速度傳感器10就能可靠地得到來(lái)自各個(gè)方向的加速度。
另外，由于基體部件1及壓電元件2沿著一個(gè)曲面彎曲，所以基體部件1及壓電元件2與像螺旋彈簧那樣三維彎曲的情況相比能縮小體積。所以，能實(shí)現(xiàn)加速度傳感器10及具有該加速度傳感器的計(jì)步器100的小型化。
而且，不會(huì)出現(xiàn)即使基體部件1的一端部1a產(chǎn)生振動(dòng)，但由于該振動(dòng)會(huì)立刻衰減而導(dǎo)致錯(cuò)誤檢測(cè)加速度的現(xiàn)象。
另外，由于不需要錘部件，所以沒(méi)必要另外做一個(gè)錘部件固定在基體部件1上，另外也沒(méi)必要設(shè)置相當(dāng)于錘部件的部分。這樣與裝有錘部件的加速度傳感器相比能降低制作成本。
(實(shí)施例8)圖12是本發(fā)明實(shí)施例8的加速度傳感器的立體圖。從圖12中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例8的加速度傳感器10，具有沿著作為一個(gè)平面的XY平面彎曲成同心圓狀的基體部件1，和與基體部件1一起彎曲成同心圓狀而設(shè)在基體部件1上的壓電元件2?；w部件1及壓電元件2被彎曲成環(huán)狀，并且壓電元件2的內(nèi)周面2s與基體部件1的外周面1t直接接觸。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明實(shí)施例8的加速度傳感器10和實(shí)施例7的加速度傳感器具有同樣的效果。
本次公開(kāi)的實(shí)施例應(yīng)看作是全面所示的例子，而并不受限于此。本發(fā)明涉及的范圍其意圖在于，不是根據(jù)上述的說(shuō)明而是根據(jù)本發(fā)明要求保護(hù)的范圍來(lái)表示，并包括與本發(fā)明要求保護(hù)的范圍均等的意思及范圍內(nèi)的所有變更。
根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠檢測(cè)出來(lái)自各個(gè)方向的加速度的加速度傳感器及具有該加速度感器的計(jì)步器。
權(quán)利要求
1.一種加速度傳感件，其特征在于具有沿著一個(gè)平面彎曲的基體部件，和為與所述基體部件一起彎曲而設(shè)在所述基體部件上的壓電元件，和設(shè)在所述基體部件端部上的錘部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于所述壓電元件位于所述彎曲的內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速度傳感器，其特征在于所述壓電元件和所述基體部件被彎成圓弧狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的加速度傳感器，其特征在于具有設(shè)置在與所述錘部件所設(shè)端部相反一側(cè)端部上、且被固定在基板上的支撐部件。
5.一種加速度傳感器，其特征在于具有沿著一個(gè)平面彎曲的基體部件，和為與所述基體部件一起彎曲而設(shè)在所述基體部件上的壓電元件。
6.一種計(jì)步器，其特征在于具有權(quán)利要求1～5中任意一項(xiàng)所述的加速度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠檢測(cè)出各個(gè)方向的加速度的加速度傳感器以及使用這種加速度傳感器的計(jì)步器。加速度傳感器(10)，具有沿著一個(gè)平面彎曲的基體部件(1)，和為與基體部件(1)一起彎曲而設(shè)置在基體部件(1)上的壓電元件(2)，和設(shè)置在基體部件(1)的一端部(1a)上的錘部件(3)。壓電元件(2)及基體部件(1)被彎成圓弧狀。加速度傳感器(10)，進(jìn)而具有設(shè)置在與錘部件(3)所設(shè)的一端部(1a)相反一側(cè)的另一端部(1b)上、且被固定在基板上的支撐部件(7)。
文檔編號(hào)G01P15/18GK1419127SQ0215051
公開(kāi)日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2002年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月14日
發(fā)明者福井了一, 曾根直樹(shù) 申請(qǐng)人:歐姆龍株式會(huì)社