(57)【要約】【課題】  外界からの振動や落下時の衝撃がセンサーに伝搬されることを安定して抑制するセンサーモジュール並びにそれを用いた傾斜計、及び構造物監視装置を提供すること。【解決手段】センサーモジュール２００Ａは、センサー１００と、センサーが実装される第１の基板２１０Ａと、外部のコネクターに接続される第２の基板２２０Ａと、第１の基板と第２の基板とを接続する導通部材２５０，２６０，２７１と、第１の基板、第２の基板及び導通部材が収容される収容部２３０Ａと、収容部の開口部を塞ぐ蓋体２４０Ａと、第１の基板の第１の主面２１０Ａ１と収容部とに接触する第１の弾性部材２８０Ａと、第１の基板の第２主面２１０Ａ２と蓋体とに接触する第２の弾性部材２９０Ａと、を含む。センサーの共振周波数ｆ１、導通部材の共振周波数ｆ２、第１の弾性部材の共振周波数ｆ３、第２の弾性部材の共振周波数ｆ４は、ｆ２＜ｆ３＜ｆ１かつｆ２＜ｆ４＜ｆ１を満たす。【選択図】      図３
2019158863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサーと、
前記センサーが実装されている第１の基板と、
外部のコネクターに接続される第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続している導通部材と、
開口部が設けられ、前記第１の基板、前記第２の基板及び前記導通部材が収容されている収容部と、
前記開口部を塞いでいる蓋体と、
前記第１の基板の第１の主面と前記収容部とに接触している第１の弾性部材と、
前記第１の基板の前記第１の主面とは反対側の第２の主面と前記蓋体とに接触している第２の弾性部材と、
を含み、
前記センサーの共振周波数をｆ１、
前記導通部材の共振周波数をｆ２、
前記第１の弾性部材の共振周波数をｆ３、
前記第２の弾性部材の共振周波数をｆ４としたとき、
ｆ２＜ｆ３＜ｆ１かつｆ２＜ｆ４＜ｆ１
を満たすことを特徴とするセンサーモジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材と、を連結する連結部を含むことを特徴とするセンサーモジュール。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材は加圧され、前記共振周波数ｆ３は加圧された前記第１の弾性部材の共振周波数であり、前記共振周波数ｆ４は加圧された前記第２の弾性部材の共振周波数であることを特徴とするセンサーモジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記第１の弾性部材のショアＡ硬度、及び前記第２の弾性部材のショアＡ硬度のそれぞれをＡとしたとき、５＜Ａ≦３０を満たすことを特徴とするセンサーモジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材は、ゴムであることを特徴とするセンサーモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記センサーは加速度を検出する、ことを特徴とするセンサーモジュール。
【請求項７】
請求項６に記載のセンサーモジュールと、
構造体に取り付けられている前記センサーモジュールからの出力信号に基づいて、前記構造体の傾斜角度を算出する算出部と、
を含むことを特徴とする傾斜計。
【請求項８】
請求項６に記載のセンサーモジュールと、
構造物に取り付けられている前記センサーモジュールからの検出信号を受信する受信部と、
前記受信部から出力された信号に基づいて、前記構造物の傾斜角度を算出する算出部と、
を含むことを特徴とする構造物監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーモジュール、傾斜計、及び構造物監視装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、センサーユニット（Ｅ）の表面に柔らかくへこむ減衰要素（Ｄ１／Ｄ２）としての粘性体を接触させ、減衰要素（Ｄ１／Ｄ２）は、当該センサーユニット（Ｅ）に作用する衝撃の際に発生するセンサーユニット（Ｅ）の機械的震動を減衰するようにすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１６０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、粘性体は状態が変化し易いため、センサーユニットに作用する衝撃により発生するセンサユニット（Ｅ）の機械的震動を減衰させて安定を維持することは困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様、または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一態様は、
センサーと、
前記センサーが実装されている第１の基板と、
外部のコネクターに接続される第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続している導通部材と、
開口部が設けられ、前記第１の基板、前記第２の基板及び前記導通部材が収容されている収容部と、
前記開口部を塞いでいる蓋体と、
前記第１の基板の第１の主面と前記収容部とに接触している第１の弾性部材と、
前記第１の基板の前記第１主面とは反対側の第２主面と前記蓋体とに接触している第２の弾性部材と、
を含み、
前記センサーの共振周波数をｆ１、
前記導通部材の共振周波数をｆ２、
前記第１の弾性部材の共振周波数をｆ３、
前記第２の弾性部材の共振周波数をｆ４としたとき、
ｆ２＜ｆ３＜ｆ１かつｆ２＜ｆ４＜ｆ１
を満たすセンサーモジュールに関する。
【０００７】
（２）本発明の一態様（１）では、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材と、を連結している連結部を含むことができる。
【０００８】
（３）本発明の一態様（１）または（２）では、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材は加圧され、前記共振周波数ｆ３は加圧された前記第１の弾性部材の共振周波数であり、前記共振周波数ｆ４は加圧された前記第２の弾性部材の共振周波数とすることができる。
【０００９】
（４）本発明の一態様（１）〜（３）では、前記第１の弾性部材のショアＡ硬度、及び前記第２の弾性部材のショアＡ硬度のそれぞれをＡとしたとき、５＜Ａ≦３０を満たすことができる。
【００１０】
（５）本発明の一態様（１）〜（４）では、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材は、ゴムとすることができる。
【００１１】
（６）本発明の一態様（１）〜（５）では、前記センサーは加速度を検出する。
【００１２】
（７）本発明の他の態様は、
上述した（６）に記載の加速度を検出するセンサーモジュールと、
構造体に取り付けられている前記センサーモジュールからの出力信号に基ついて、前記構造体の傾斜角度を算出する算出部と、
を含む傾斜計に関する。
【００１３】
（８）本発明のさらに他の態様は、
上述した（６）に記載の加速度を検出するセンサーモジュールと、
構造物に取り付けられている前記センサーモジュールからの検出信号を受信する受信部と、
前記受信部から出力された信号に基づいて、前記構造物の傾斜角度を算出する算出部と、
を含む構造物監視装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサーモジュールに内蔵されるセンサー本体の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るセンサーモジュールに内蔵されるセンサーデバイスの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る減衰機構を有するセンサーモジュールの分解組立斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る減衰機構を有するセンサーモジュールの他の一例を示す分解組立斜視図である。
【図５】導通部材の一例であるリード線を示す図である。
【図６】導通部材の他の一例であるフラットケーブルを示す図である。
【図７】導通部材のさらに他の一例であるフレキシブル配線基板を示す図である。
【図８】回路基板を第１の弾性部材と第２の弾性部材との間に挟んで保持する減衰構造を示す断面図である。
【図９】共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３及びｆ４の関係を示す特性図である。
【図１０】弾性部材の変形例を示す図である。
【図１１】弾性部材の他の変形例を示す図である。
【図１２】弾性部材のさらに他の変形例を示す図である。
【図１３】センサーモジュールを有する傾斜計を示す図である。
【図１４】センサーモジュールを有する傾斜計のブロック図である。
【図１５】傾斜角の算出例を説明する図である。
【図１６】センサーモジュールを有する慣性計測装置を示す図である。
【図１７】慣性計測装置のブロック図である。
【図１８】センサーモジュールを有する構造物監視装置を示す図である。
【図１９】構造物監視装置のブロック図である。
【図２０】センサーモジュールを有する移動体を示す図である。
【図２１】移動体のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００１６】
１．センサーモジュールの概要
図１は物理量センサー本体１０を示す。物理量センサー本体１０は、基部２０と、少なくとも２本例えば３本の第１の腕部３１、第２の腕部３２、第３の腕部３３、第４の腕部３４と、可動部４０と、括れ部５０と、物理量検出素子６０とを含む。
【００１７】
第１の腕部３１、第２の腕部３２、第３の腕部３３、第４の腕部３４は、基端部が図１に示す破線の位置で基部２０に連結され、好ましくは自由端部側に固定領域３１Ａ，固定領域３２Ａ，固定領域３３Ａ，固定領域３４Ａがそれぞれ設けられている。括れ部５０は、基部２０と可動部４０との間に配置され、基部２０と可動部３０とを接続している。物理量検出素子６０は例えば双音叉型の水晶振動子で構成され、物理量として例えば加速度や圧力を検出する。物理量検出素子６０は、基部２０の厚さ方向から見た平面視で、括れ部５０を跨いで配置され、接着剤等の接合部６１（図２参照）を介して、基部２０と可動部４０とに取り付けられている。また、括れ部５０を支点としたカンチレバーである可動部４０の自由端部側には、例えば金属（ＳＵＳや銅等）で形成される錘（質量部）７０を配置することができる。錘７０は、図１に示すように可動部４０の表面側に設けるものに限らず、可動部４０の裏面側にも設けることができる（図２参照）。図１及び図２に示すように、錘７０は接着剤等の接合部７１により可動部４０と取り付けられている。なお、図１に示す錘７０は可動部４０と共に上下動するが、錘７０の両端部７０Ａ，端部７０Ｂは、図１に示す腕部３１，腕部３２と接触することで過度な振幅を防止するストッパーとして機能する。
【００１８】
ここで、括れ部５０を支点として可動部１４が例えば加速度や圧力等の物理量に応じて変位することで、基部２０と可動部４０とに取り付けられている物理量検出素子６０に応力が生じる。物理量検出素子６０に加わる応力に応じて、物理量検出素子６０の振動周波数（共振周波数）が変化する。この振動周波数の変化に基づいて、物理量を検出することができる。
【００１９】
図２は、図１の物理量センサー本体１０が内蔵されているセンサー１００を示す断面図である。センサー１００は、物理量センサー本体１０が搭載される収容部１１０を有する。本実施形態では、収容部１１０は、底壁１１０Ａと側壁１１０Ｂとを含むパッケージベースとして構成されている。収容部１１０は蓋体１２０と共に、物理量センサー本体１０を収容するパッケージを形成する。蓋体１２０は、収容部１１０の開口端に接着剤１２１を介して接合される。
【００２０】
収容部１１０の底壁１１０Ａには、４つの側壁１１０Ｂのうちの例えば３つの側壁１１０Ｂに沿って、底壁１１０Ａの内面１１０Ａ１よりも一段高い段部１１２が設けられている。段部１１２は、側壁１１０Ｂの内面から突起するものでも良く、収容部１１０と一体でも別体でも良いが、収容部１１０を構成する一部である。図２に示すように、物理量センサー本体１０は、段部１１２に対して接着剤１１３で固定される。ここで、接着剤１１３は、弾性率の高い樹脂系（例えばエポキシ樹脂）接着剤を用いることが好ましい。低融点ガラス等の接着剤は固いので、接合時に発生する応力歪みを吸収できず、物理量検出素子６０に悪影響を与えるからである。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、物理量検出素子６０はワイヤーボンディング６２，６２により、段部１１２に形成された電極（例えば金電極）と接続することができる。この場合、基部２０に電極パターンを形成する必要はない。ただし、ワイヤーボンディング６２，６２を採用せずに、基部２０にも設けられる電極パターンを、収容部１１０の段部１１２に形成される電極と導電性接着剤を介して接続しても良い。
【００２２】
収容部１１０の底壁１１０Ａは、その外面（内面１１０Ａ１と反対側の面）１１０Ａ２には、図３に示す電子回路基板２１０Ａに実装される際に用いられる外部端子１１４が設けられている。外部端子１１４は、図示しない配線や電極等を介して物理量検出素子６０と電気的に接続されている。
【００２３】
例えば底壁１１０Ａには、収容部１１０と蓋体１２０とで形成されるパッケージの内部（キャビティー）１３０を封止する封止部１１５が設けられている。封止部１１５は、収容部１１０に形成された貫通孔１１６内に設けられている。封止部１１５は、貫通孔１１６に封止材を配置し、封止材を加熱溶融した後、固化させることで設けられる。封止部１１５は、パッケージの内部を気密に封止するために設けられる。
【００２４】
図３は、３つの一軸センサー１００を含む三軸センサーモジュール２００Ａの組み立て分解斜視図である。図３では、第１主面２１０Ａ１及び第２主面２１０Ａ２を有する電子回路基板（第１の基板）２１０Ａの例えば第２主面２１０Ａ２に３つのセンサー１００が実装されている。３つの一軸センサー１００は、検出軸が直交３軸に沿って設けられ、３軸の物理量を検出する。回路基板２１０Ａは、センサーモジュール２００Ａの外部のコネクターと接続されるコネクター基板（第２の基板）２２０Ａと電気的に接続される。これら回路基板２１０Ａ及びコネクター基板２２０Ａは、パッケージベース２３０Ａと蓋体２４０Ａで形成されるパッケージに収容保持される。
【００２５】
図４は、図３とは異なる三軸センサーモジュール２００Ｂを示している。図３では回路基板２１０Ａ及びコネクター基板２２０Ａが同一平面上に並設されていたが、図４では回路基板（第１の基板）２１０Ｂとコネクター基板（第２の基板）２２０Ｂとは上下方向で並設されている。図４でも、回路基板２１０Ｂ及びコネクター基板２２０Ｂは、パッケージベース２３０Ｂと蓋体２４０Ｂで形成されるパッケージに収容保持される。なお図４では、図３とは異なり、収容部２３０Ａ内の回路基板２１０Ｂの下方に確保される空間を利用するため、センサー１００が回路基板２１０Ｂの下面である第１主面２１０Ｂ１に実装されている。
【００２６】
図３に示す回路基板２１０Ａとコネクター基板２２０Ａとは、導通部材により電気的に接続される。この導通部材の例を、図５〜図７に示す。なお、これらの導通部材は、図４に示す回路基板２１０Ｂとコネクター基板２２０Ｂとの接続にも用いられる。
【００２７】
図５に示す導通部材２５０は、回路基板２１０Ａの図示しない雌コネクターに接続される雄コネクター２５１と、コネクター基板２２０Ａの図示しない雌コネクターに接続される雄コネクター２５２と、それらを接続するリード線２５３とを有する。リード線２５３は、導線が被覆されていてもされていなくても良い。
【００２８】
図６に示す導通部材２６０は、回路基板２１０Ａの図示しない雌コネクターに接続される雄コネクター２６１と、コネクター基板２２０Ａの図示しない雌コネクターに接続される雄コネクター２６２と、それらを接続するフラットケーブル２６３とを有する。
【００２９】
図７は、リジット基板とフレキシブル基板とが一体化されたリジッドフレキシブル基板２７０を示す。リジッドフレキシブル基板２７０は、回路基板２１０Ａ及びコネクター基板２２０Ａと一体化されたフレキシブル配線基板（導通部材）２７１を有する。リジッドフレキシブル基板２７０を構成する回路基板２１０Ａ及びコネクター基板２２０Ａは多層構造であり、その多層のうちの一層がフレキシブル配線基板２７１となる。リジッドフレキシブル基板を用いると、コネクターは不要である。
【００３０】
２．減衰構造
図３には、回路基板２１０Ａの上下に配置される例えばリング状の第１の弾性部材２８０Ａ及び第２の弾性部材２９０Ａが示されている。同様に図４には、回路基板２１０Ｂの上下に配置される例えばリング状の第１の弾性部材３００Ｂ及び第２の弾性体３１０Ｂが示されている。
【００３１】
図８は、図３または図４に示す回路基板２１０Ａ，２１０Ｂの締結構造を示している。なお、図８は図４に示す回路基板２１０Ｂの例について説明するが、以下の説明において、図３及び図４の一方の例について説明した時は、その説明は図３及び図４の他方にも同様に適用される。図８において、第１の弾性部材２８０Ｂは、第１の基板２１０Ｂの第１主面２１０Ｂ１と収容部２３０Ｂとに接触し、保形性を有している。第２の弾性部材２９０Ｂは、第１の基板２１０Ｂの第１主面２１０Ｂ１とは反対側の第２主面２１０Ｂ２と、蓋体２４０Ｂとに接触し、保形性を有している。
【００３２】
第１の弾性部材２８０Ａを収容部２３０Ａと接触させるために、収容部２３０Ａには底面より立ち上がる段部２３１Ａが形成される。この段部２３１Ａは、第１の弾性部材２８０Ａのリング形状に合わせて、図３に示すように、三方の内壁に沿った領域と、対向する側壁を結ぶ領域とに形成されている。この場合、リング状の第１の弾性部材２８０Ａの下面は、段部２３１Ａの上面と接触する。なお図４では、段部２３１Ｂが、第１の弾性部材３００Ｂのリング形状に合わせて、四方の内壁に沿って配置されている。
【００３３】
図８において、収容部２３０Ａと蓋体２０Ａとは例えばボルトまたはネジ等により締結される。その際、第１の弾性部材２８０Ａは、段部２３１Ａと回路基板２１０Ａとの間で圧縮される。同様に、第２の弾性部材２９０Ａは、回路基板２１０Ａと蓋体２４０Ａとの間で圧縮される。こうして、第１の回路基板２１０Ａは上下の第１の弾性部材２８０Ａ及び第２の弾性部材２９０Ａに挟まれて固定される。
【００３４】
第１の弾性部材２８０Ａ及び第２の弾性部材２９０Ａは、収容部２３０Ａと蓋体２０Ａとの締結により弾性変形してつぶれる軟材料、例えばゲルまたはゴム等で形成されることが好ましい。保形性を有する第１の弾性部材２８０Ａ及び第２の弾性部材２９０Ａは、粘性体のように状態が変化することはない。
【００３５】
本実施形態では、センサー１００が実装される回路基板２１０Ａは、第１の弾性部材２８０Ａと、第２の弾性部材２９０Ａと、図５〜図７に示す導通部材２５０、導通部材２６０または導通部材２７１と接触する。ここで、センサー１００の共振周波数をｆ１、導通部材２５０（２６０，２７１）の共振周波数をｆ２、第１の弾性部材２８０Ａの共振周波数をｆ３、第２の弾性部材２９０Ａの共振周波数をｆ４とする。本実施形態での各共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４が図９に示されている。回路基板２１０Ａの共振周波数をｆ１は図９の範囲Ａに設定され、導通部材２５０（２６０，２７１）の共振周波数をｆ２は図９の範囲Ｂに設定され、第１の弾性部材２８０Ａの共振周波数をｆ３及び第２の弾性部材２９０Ａの共振周波数をｆ４は図９の範囲Ｃに設定される。
【００３６】
つまり、本実施形態では、
ｆ２＜ｆ３＜ｆ１…（１）かつ
ｆ２＜ｆ４＜ｆ１…（２）
の不等式（１）（２）が成立している。
【００３７】
２．減衰構造による効果
図９は、励振周波数を図９の横軸の通りに変化させて本実施形態のセンサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）を動作させ、励振周波数が１００Ｈｚ付近の出力を１００％としたときの出力増減（％）を示したものである。これにより、センサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）が共振する周波数が分かる。なお、センサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）の実使用状態では、回路基板２１０Ａの共振周波数に等しいセンサー１００のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各検出軸での共振周波数ｆ１は、例えば９００〜１０００Ｈｚ程度の高い周波数範囲（図９の範囲Ａ）から選ばれる。
【００３８】
センサーモジュール２００Ａ内のセンサー１００が外界から影響を受ける要因は、回路基板２１０Ａと接触している導通部材２５０（２６０，２７１）、第１の弾性部材２８０Ａ及び第２の弾性部材２９０Ａである。
【００３９】
先ず、センサー１００が実装された回路基板２１０Ａと接触している導通部材２５０（２６０，２７１）は、図５に示すリード線２５３、図６に示すフラットケーブル２６３及び図７に示すフレキシブル配線基板２７１は、その機能上柔軟性を有する。そのため、導通部材２５０（２６０，２７１）の共振周波数ｆ２は、センサー１００のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各検出軸での共振周波数ｆ１よりも十分に低い。従って、導通部材２５０（２６０，２７１）の振動は、センサー１００の共振周波数に悪影響を及ぼさない。これとは異なり、共振周波数が高くなるコネクター同士の結合やワイヤーボンディング等は、本実施形態の導通部材として適さない。
【００４０】
次に、センサー１００が実装された回路基板２１０Ａと接触している第１の弾性部材２８０Ａ及び第２の弾性部材２９０Ａは、導通部材２５０（２６０，２７１）ほど柔軟ではないにしても、弾性を有する。このことから、第１の弾性部材２８０Ａの共振周波数をｆ３及び第２の弾性部材２９０Ａの共振周波数をｆ４は、導通部材２５０（２６０，２７１）の共振周波数ｆ２よりも高いが、センサー１００のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各検出軸での共振周波数ｆ１よりも低くすることができる。以上のことから、本実施形態の減衰構造によれば上述した式（１）及び式（２）をともに満足する。
【００４１】
図９は、回路基板２１０Ａの共振周波数に等しいセンサー１００のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各検出軸での共振周波数ｆ１は、導通部材２５０（２６０，２７１）の共振周波数ｆ２、第１の弾性部材２８０Ａの共振周波数をｆ３及び第２の弾性部材２９０Ａの共振周波数をｆ４の悪影響を受けないことを示している。よって、導通部材２５０（２６０，２７１）、第１の弾性部材２８０Ａ及び第２の弾性部材２９０Ａと接触するセンサー１００は、外界からの振動の悪影響を受けずに安定して物理量を検出することができる。加えて、第１の弾性部材２８０Ａ及び第２の弾性部材２９０Ａにより支持されたセンサー１００は、落下などの衝撃にも耐える耐衝撃性を確保することができる。
【００４２】
図９には、本実施形態の第１の弾性部材２８０Ａ及び第２の弾性部材２９０Ａを用いない比較例のセンサーモジュールの応答特性も記載されている。比較例では、９００Ｈｚ付近のセンサーの共振周波数を含む帯域において、センサー検出軸の共振周波数に外界からの振動が重畳されており、センサー出力として過大な出力値を示している。本実施形態によれば、比較例の出力値から外界の振動に起因した出力値を除くことで、図９の異常レベルＬ１から正常レベルＬ２に修正された適正な値を得られることが分かる。
【００４３】
ここで、第１の弾性部材２８０Ａと第２の弾性部材２９０Ａとは、蓋体２４０Ａを収容部２３０Ａに例えばねじ止めで締結することで加圧されていても、あるいは加圧されていても加圧されていなくてもよい。図９は、第１の弾性部材２８０Ａと第２の弾性部材２９０Ｂとがそれぞれ２５０μｍだけ圧縮された状態での特性である。この場合、共振周波数ｆ３は加圧された第１の弾性部材２８０Ａの共振周波数であり、共振周波数ｆ４は加圧された第２の弾性部材２９０Ａの共振周波数である。第１の弾性部材２８０Ａの共振周波数と第２の弾性部材２９０Ｂの共振周波数とは、蓋体２４０Ａと収容部２３０Ａとの締結力に応じて変化するので、締結力を調整することで共振周波数ｆ３と共振周波数ｆ４とを調整することもできる。
【００４４】
第１の弾性部材２８０ＡのショアＡ硬度、及び第２の弾性部材２９０ＡのショアＡ硬度をそれぞれＡとしたとき、５＜Ａ≦３０を満たすことができる。このショアＡ硬度の範囲は、共振周波数の調整を行う上で好ましい。ショアＡ硬度が３０を超えると、硬すぎて調整自体が困難となるからである。そして、ショアＡ硬度が５以下であると、柔らかすぎて調整幅が狭くなってしまうからである。
【００４５】
ここで、センサーモジュールが不等式（１）（２）を充足するか否かは、以下のようにして判明する。先ず、共振周波数ｆ１はセンサー１００の仕様で決まっている。次に、導通部材２５０（２６０，２７１）の共振周波数ｆ２、第１の弾性部材２８０Ａの共振周波数をｆ３及び第２の弾性部材２９０Ａの共振周波数ｆ４を、それぞれ単品の状態で図９のようにして周波数をスイープさせれば判明する。次に、図３に示すセンサーモジュール２００Ａを組み立てた後に、図９と同様に周波数をスイープさせて出力増減−周波数特性を得る。得られた特性のうち、センサー１００の共振周波数ｆ１以外に、単品状態で測定された導通部材２５０（２６０，２７１）の共振周波数ｆ２、第１の弾性部材２８０Ａの共振周波数をｆ３及び第２の弾性部材２９０Ａの共振周波数ｆ４の付近の共振周波数を見出すことで、不等式（１）（２）を充足するかを判別できる。また、第１の弾性部材２８０Ａの共振周波数をｆ３及び第２の弾性部材２９０Ａの共振周波数ｆ４を、単品状態と組立後とで対比することで、どれだけ締め付ければ単品状態の値から組立後の値に変位するかも分かる。
【００４６】
３．第１の弾性部材及び第２の弾性部材の変形例
図３及び図４とは異なり、弾性部材をリング状にして回路基板２１０Ａの周縁に沿って形成せずに、例えば図４に示す回路基板２１０Ｂの輪郭のうちの少なくとも二辺、例えば平行な二辺２１１，２１２に沿った第１主面２１０Ｂ１及び第２主面２１０Ｂ２と接触するようにしても良い。図１０に示す弾性部材２８１は、第１主面２１０Ｂ１に接触する第１の弾性部材である第１主面接触部２８２と、第２主面２１０Ｂ２に接触する第２の弾性部材である第２主面接触部２９２と、回路基板２１０Ｂの厚さに相当する間隔を離して第１主面接触部２８２及び第２主面接触部２９２を連結する連結部である側面接触部２８３とを含んで一体的に形成されている。２つの弾性部材２８１が一組として用いられ、一方の弾性部材２８１は回路基板２１０Ｂの一辺２１１に装着され、他方の弾性部材２８１は回路基板２１０Ｂの他の一辺２１２に装着される。一体化された弾性部材２８１が回路基板２１０Ｂと弾性的に装着されることで、組み立て作業性が向上する。
【００４７】
図１１は、図１０に示す弾性部材２８１を、側面接触部２８３の高さ方向で２分割した弾性部材２８４及び弾性部材２９４を示している。弾性部材２８４と弾性部材２９４とは同じ形状とすることができる。弾性部材２８４（２９４）は、図１０に示す第１主面接触部２８２（第２接触部２９２）と同じ形状の主面接触部２８２（２９２）と、図１０に示す側面接触部２８３の半分以下の高さを有する側面接触部２８５（２９５）とを有する。各２つの弾性部材２８４（２９４）が一組として用いられ、一つの弾性部材２８４は回路基板２１０Ｂの一辺２１１の第１主面２１０Ｂ１に接触され、一つの弾性部材２９４は回路基板２１０Ｂの一辺２１１の第２主面２１０Ｂ２に接触され、他の一つ弾性部材２８４は回路基板２１０Ｂの他の一辺２１２の第１主面２１０Ｂ１に接触され、他の一つ弾性部材２９４は回路基板２１０Ｂの他の一辺２１２の第２主面２１０Ｂ２に接触される。
【００４８】
図１２は、図１０に示す弾性部材２８１のうちの第１主面接触部２８２（第２主面接触部２９２）と同じ形状の主面接触部２８２（２９２）のみを有する弾性部材２８６（２９６）を示している。弾性部材２８６と弾性部材２９６とは同じ形状とすることができる。図１１に示す弾性部材２８４（２９４）と同様に、図１２に示す各２つの弾性部材２８６（２９６）が一組で用いられる。
【００４９】
４．センサーモジュールを用いた機器
以下、上述した構成を有するセンサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）を用いた機器について、図１３〜図２１を参照して説明する。
【００５０】
４．１．傾斜計
図１３は、傾斜計の構成例を示す図であって、一部断面表示された側面図である。傾斜計３００は、設置された位置の傾斜角度に応じた信号を出力する装置である。具体的には、傾斜計３００は、アンダーケース３０１と、アッパーケース３０２とで画成された内部空間に、第１実施形態のセンサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）の構造を備えたセンサーモジュール３１０と、センサーモジュール３１０の出力信号に基づいて傾斜角度を算出する算出部３３０と、算出部３３０で算出された傾斜角度に応じた信号を外部出力する外部出力端子３３２と、を有する。傾斜計３００は、これら以外の要素を適宜含めることができる。例えば、内蔵バッテリーや、電源回路、無線装置、などを含めることができる。
【００５１】
傾斜算出部３３０は、センサーモジュール３１０の出力信号から傾斜角度を演算して、傾斜角度に応じた信号を出力する回路であって、例えば汎用ＩＣ（Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などにより実現することができる。
【００５２】
センサーモジュール３１０からは、例えば直交三軸であるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度が出力される。傾斜計３００は、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度から、ｘ，ｙ，ｚ軸の傾斜角（ｘ，ｙ，ｚ軸の水平面となす角）を計測する。例えば、傾斜計３００は、船舶の重心近傍の床面において、ｘ軸が船舶の船首方向を向き、ｙ軸が船舶の左舷方向を向き、ｚ軸が床面垂直方向を向くように取り付けられる場合がある。
【００５３】
図１４に示すように、センサーモジュール３１０と傾斜算出部３３０との間に補正部３２０を含むことができる。補正部３２０は、センサーモジュール３１０から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度を補正する。例えば、補正部３２０は、センサーモジュール３１０から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度のアライメント補正や、オフセット補正、温度ドリフト補正等を行う。なお、補正部３２０は、センサーモジュール３１０から出力される加速度のアライメントや、オフセット、温度ドリフト等が小さい場合、省略してもよい。
【００５４】
傾斜算出部３３０は、補正部３２０によって補正されたｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度に基づいて、各軸の水平面に対する傾きを算出する。
【００５５】
図１５は、傾斜角の算出例を説明する図である。図１５に示す「ｘ’」は水平方向に平行な軸を、「ｚ’」は重力方向に平行な軸を、それぞれ示している。「ｘ」は、センサーモジュール３１０のｘ軸を示している。「ｚ」は、センサーモジュール３１０のｚ軸を示している。なお、センサーモジュール３１０の「ｙ」軸は、紙面の裏面方向を向いているものとする。また、重力加速度の向きは、図１５中で上向きとする。
【００５６】
センサーモジュール３１０のｘ軸は、図１５に示すように、ｙ軸を回転軸として角度「θｘ」傾いたとする。このとき、加速度センサー１１から出力されるｘ軸方向の加速度（重力加速度成分）を「ａｘ」とすると、次の式（１）が成り立つ。
【数１】
2019158863.tif 000003
【００５７】
式（１）に示す「１Ｇ」は、重力加速度であり、「１Ｇ＝９．８０６６５ｍ／ｓ２」である。
【００５８】
式（１）より、ｘ軸の水平方向に対する傾き「θｘ」は、次の式（２）で示される。
【数２】
2019158863.tif 000004
【００５９】
同様にして、ｙ，ｚ軸の水平方向に対する傾き「θｙ」および「θｚ」は、次の式（３）および式（４）で示される。
【数３】
2019158863.tif 000005
【数４】
2019158863.tif 000006
【００６０】
式（３）の「ａｙ」は、ｙ軸方向の加速度であり、式（４）の「ａｚ」は、ｚ軸方向の加速度である。
【００６１】
すなわち、傾斜算出部３３０は、補正部３２０から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度「ａｘ」、「ａｙ」、および「ａｚ」と、重力加速度「１Ｇ」とに基づいて、式（２）〜式（４）に示す演算を行うことにより、ｘ，ｙ，ｚ軸の水平方向に対する傾斜角を算出する。
【００６２】
なお、傾斜算出部３３０は、傾斜計３００に予め設定（記憶）された重力加速度（１Ｇ）を用いて、各軸の傾斜角を算出してもよい。この場合、傾斜計３００に設定される重力加速度の値は、傾斜計３００が用いられる緯度が考慮されていてもよい。
【００６３】
また、傾斜算出部３３０は、補正部３２０から出力される加速度から、重力加速度を算出してもよい。例えば、傾斜算出部３３０は、「（ａｘ２＋ａｙ２＋ａｚ２）１／２」によって、重力加速度を算出することができる。
【００６４】
４．２．慣性計測装置
図１６は、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）の構成例を示す図であって、一部断面表示された側面図である。図１７は慣性計測装置のブロック図である。慣性計測装置４００は、移動体に取り付けられる慣性計測装置であって、アンダーケース４０１と、アッパーケース４０２とで画成された内部空間に、実施形態のセンサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）と同じ構造を有するセンサーモジュール４１０と、角速度センサー４２０と、センサーモジュール４１０の加速度信号および角速度センサー４２０の角速度信号に基づいて移動体の姿勢を算出する回路部４３０と、回路部４３０で算出された姿勢に応じた信号を外部出力する外部出力端子４３１と、を有する。勿論、これら以外の要素を適宜含めることができる。例えば、内蔵バッテリーや、電源回路、無線装置、などを含めることができる。
【００６５】
回路部４３０は、例えば、汎用ＩＣ（Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により実現され、センサーモジュール４１０の加速度信号および角速度センサー４２０の角速度信号とから慣性計測装置４００が取り付けられている移動体の姿勢を算出し、姿勢に応じた信号を出力する。
【００６６】
本実施形態の慣性計測装置４００によれば、センサーモジュール４１０が本実施形態のセンサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）の構造を利用しているため、センサーモジュール４１０の出力である加速度信号の精度が高いため、移動体の姿勢の計測精度を従来の慣性計測装置よりも向上させることができる。
【００６７】
４．３．構造物監視装置
図１８に、構造物監視装置（ＳＨＭ：Structural Health Monitoring）５００を示す。構造物監視装置５００は、実施形態のセンサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）と同じ構造を有し、監視対象とされる構造物５９０に取り付けられるセンサーモジュール５１０を有する。センサーモジュール５１０は、センサー１００の検出信号を送信する送信部５１１を含む。送信部５１１は、センサーモジュール５１０とは別体の通信モジュール及びアンテナとして実現するとしてもよい。
【００６８】
センサーモジュール５１０は、無線又は優先の通信網５８０を介して例えば監視コンピューター５７０と接続される。監視コンピューター５７０は、通信網５８０を介してセンサーモジュール５１０と接続される受信部５２０と、受信部５２０の受信信号に基づいて構造物５９０の傾斜角度を算出する傾斜算出部５３０と、を有する（図１９も参照）。
【００６９】
算出部５３０は、本実施形態では監視コンピューター４６０に搭載されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で実現することとする。ただし、算出部５３０をＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーとして、当該プロセッサーがＩＣメモリー５３１に記憶されたプログラムを演算処理することによりソフトウェア的に実現する構成としてもよい。監視コンピューター５７０は、キーボード５４０によりオペレーターの各種操作入力を受け付け、演算処理の結果をタッチパネル５５０に表示することができる。
【００７０】
本実施形態の構造物監視装置５００によれば、本実施形態のセンサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）を利用して構造物５９０の傾斜を監視している。そのため、センサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）の作用効果である高精度な加速度の検出を利用することができ、監視対象である構造物５９０の傾斜を精度良く検出することが可能となって、構造物５９０の監視品質を向上させることができる。
【００７１】
４．４．移動体
図２０は、移動体の構成例を示す図である。本実施形態では移動体６００を、乗用車として例示するが車種は適宜変更可能である。また、移動体６００は、小型船舶や自動運搬装置、構内用の運搬車、フォークリフトなどでもよい。
【００７２】
移動体６００は、実施形態のセンサーモジュール２００Ａ（２００Ｂ）と同じ構造を有するセンサーモジュール６１０と、センサーモジュール６１０の加速度信号に基づいて、加速、制動及び操舵のうちの少なくとも１つを制御する自動運転制御部（制御部）６２０と、を有し、自動運転の実施或いは不実施を、センサーモジュール６１０の検出信号に基づいて切り替えることができる。
【００７３】
制御部６２０は、車載用のコンピューターにより実現される。制御部６２０は車内ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信網によって、センサーモジュール６１０、スロットルコントローラー５０３、ブレーキコントローラー５０５、ステアリングコントローラー５０７、などの各種のセンサーおよびコントローラーと信号送受可能に接続されている。ここで、スロットルコントローラー６０２はエンジン６０１の出力を制御する装置である。ブレーキコントローラー６０４はブレーキ６０３の作動を制御する装置である。ステアリングコントローラー６０６はパワーステアリング６０５の作動を制御する装置である。なお、制御部６２０に接続されるセンサーやコントローラーの種類はこれらに限らず適宜設定できる。
【００７４】
そして、制御部６２０は、内蔵する演算装置で、センサーモジュール６１０の例えば加速度検出信号に基づいて演算処理を行って、自動運転の実施或いは不実施を判定し、自動運転を実施する場合には、スロットルコントローラー６０２、ブレーキコントローラー６０４、ステアリングコントローラー６０６の少なくとも何れか１つに制御命令信号を送信して、加速、制動及び操舵のうちの少なくとも１つを制御する。
【００７５】
自動制御の内容は、適宜設定可能である。例えば、コーナリング中に、センサーモジュール６１０で検出される加速度が、スピンやコーナーアウトを生じる恐れが高いとされる閾値に達した場合に、スピンやコーナーアウトを防止するような制御を行うとしてもよい。また、停止中に、センサーモジュール６１０で検出される加速度が、操作を誤って急激な前進又は後進が生じた可能性が高いとされる閾値に達した場合に、スロットルを強制全閉させて急ブレーキを強制発動させるような制御を行うとしてもよい。
【００７６】
図２０に示す自動運転される移動体６００に用いられるＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance Systems）ロケーターは、センサーモジュール６１０を含む慣性センサーの他に、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）受信機、地図データを格納した地図データベースを有する。ＡＤＡＳロケーターは、ＧＮＳＳ受信機で受信する測位信号と、慣性センサーの計測結果とを組み合わせることにより、移動体の走行位置をリアルタイムで測定する。ＡＤＡＳロケーターは、地図データベースから地図データを読み出す。センサーモジュール６１０を含むＡＤＡＳロケーターからの出力は自動運転制御部６２０に入力される。自動運転制御部６２０は、ＡＤＡＳロケーターからの出力（センサーモジュール６１０からの検出信号を含む）に基づいて、移動体６００の加速、制動、及び操舵の少なくともいずれかを制御する。
【００７７】
図２１は、移動体６００に係るシステムを示すブロック図である。切替部６３０は、ＡＤＡＳロケーターからの出力の変化（センサーモジュール６１０からの検出信号の変化を含む）に基づいて、自動運転制御部６２０での自動運転の実施或いは不実施を切り替える。切替部６３０は、例えば、ＡＤＡＳロケーター中のセンサー（センサーモジュール６１０を含む）の検出能力が低下した異常時に、自動運転の実施から不実施に切り替える信号を制御部６２０に出力する。
【００７８】
また、上述した全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）は、例えば、衛星測位システムとしてのＧＰＳ（Global Positioning System）を利用してもよい。あるいは、例えば、ＥＧＮＯＳ(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）、等の衛星測位システムのうち１または２以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも１つにＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service）等の静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite-based Augmentation System）を利用してもよい。
【００７９】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１００…センサー、２１０Ａ，２１０Ｂ…第１の基板、２２０Ａ，２２０Ｂ…第２の基板、２３０Ａ，２３０Ｂ…収容部、２３１Ａ，２３１Ｂ…段部、２４０Ａ，２４０Ｂ…蓋体、２５０，２６０，２７１…導通部材、２８０Ａ，３００Ｂ…第１の弾性部材、２９０Ａ，３１０Ｂ…第２の弾性部材、２８１，２８４，２８６，２９４，２９６…弾性部材、ｆ１…第１の基板の共振周波数、ｆ２…導通部材の共振周波数、ｆ３…第１の弾性部材の共振周波数、ｆ４…第２の弾性部材の共振周波数
【図１】
2019158863.tif 000007
【図２】
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【図３】
2019158863.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019158863.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019158863.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
2019158863.tif 000021
【図１６】
2019158863.tif 000022
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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