(57)【要約】【課題】直交三軸加速度計測器において、直交する２つの基板を補助部品なしで組み立てる構造と、直交する３個の加速度センサの情報処理回路やメモリ回路等を共通化すること。【解決手段】２つの直交する加速度センサと互いに直交する３つの加速度センサの情報処理回路・メモリ回路を実装した基板の端部に挿入用凸部を形成し、第３の加速度センサを実装した基板にスリットを形成し、挿入用凸部をスリットに圧入することにより２つの基板を組み立てる。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３個の加速度センサを直交させて実装した直交三軸加速度計側器において、第１加速度センサと第２加速度センサを第１基板に実装し、第３加速度センサを第２基板に実装し、上記第１加速度センサと上記第２加速度センサと上記第３加速度センサの情報処理部を上記第１基板に配設したことを特徴とする直交三軸加速度計測器。
【請求項２】
前記第１基板に第１基板端子が配設され、前記第２基板に第２基板端子が配設され、上記第１基板端子と上記第２基板端子は、はんだ又は導電性接着剤で接続されることを特徴とする請求項１記載の直交三軸加速度計測器。
【請求項３】
前記第１基板に外部接続端子と電池を配設したことを特徴とする請求項１または２記載の直交三軸加速度計測器。
【請求項４】
３個の加速度センサを直交させて実装した直交三軸加速度計側器において、第１加速度センサと第２加速度センサと第１基板端子と挿入用凸部を有する第１基板と、第３加速度センサと第２基板端子とスリットを有する第２基板と、上記スリットと上記挿入用凸部を嵌合して上記第１基板と上記第２基板を実質的に直角に組み立てる組立構造を特徴とする直交三軸加速度計測器。
【請求項５】
３個の加速度センサを直交させて実装した直交三軸加速度計側器において、第１加速度センサと第２加速度センサと第１基板端子とスリットを有する第１基板と、第３加速度センサと第２基板端子と挿入用凸部を有する第２基板と、上記スリットと上記挿入用凸部を嵌合して上記第１基板と上記第２基板を実質的に直角に組み立てる組立構造を特徴とする直交三軸加速度計測器。
【請求項６】
前記スリットの深さを０．５ｍｍ〜３ｍｍとし、前記挿入用凸部の厚さより小さくすることを特徴とする請求項４又は５記載の直交三軸加速度計測器。
【請求項７】
前記第１基板と前記第２基板の厚さを０．５ｍｍ〜３ｍｍとし、前記挿入用凸部の長さを上記厚さと実質的に同一としたことを特徴とする請求項４又は５記載の直交三軸加速度計測器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交三軸加速度計測器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直交三軸加速度計測器において、加速度センサは、ハイブリッド基板上に固定されて加速度センサ収容部に収められ、更に３個の加速度センサ収納部は、互いに直角な面を有するハウジングに固定され、空洞部を有するハウジング内で結線を行い、リード線が外部に引き出される如く、大変複雑は構造をしている（特開平０５−１７２８４２公報参照）。
また、この複雑な構造を改良したものとして、加速度センサを実装した基板を直交させた直交三軸加速度計が公知である（特開平０８−２１７３２公報参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０５−１７２８４２公報
【特許文献２】
特開平０８−２１７３２公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術において、加速度センサを実装した基板を直交させた直交三軸加速度計が開示されてはいるが、基板を直交させて組み立てる具体的な方法や情報処理回路等の共通化について記載がなく且つ示唆するところもない。従来の直交三軸加速度計は、組立構造が簡単でなく、更に情報処理回路・メモリ回路が３個の加速度センサに対応して必要である欠点がある。
本発明は、このような従来技術の欠点を改良するものである。本発明の第１の目的は、直交する２つの基板を少ない部品で組み立て、部品数と組立工数を削減することにあり、第２の目的は、直交する３個の加速度センサの情報処理回路やメモリ回路等を共通化して、部品数を削減し更に回路を簡素化することにあり、第３の目的は、直交三軸加速度計測器の外形を薄くすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の直交三軸加速度計測器は、３個の加速度センサを直交させて実装した直交三軸加速度計側器であって、第１加速度センサと第２加速度センサを第１基板に実装し、第３加速度センサを第２基板に実装し、第１加速度センサ、第２加速度センサと第３加速度センサの情報処理部を第１基板に配設したことを特徴とする。このような構造にすることにより、従来、それぞれの加速度センサに対応して３個使用していた情報処理回路・メモリ回路を、１個にまとめて半導体チップの使用個数を減らし、且つ配線回路を簡単にした直交三軸加速度計側器を実用できる。更に、第２基板に情報処理回路・メモリ回路を実装しないので、第２基板の形状を小さくでき、このことにより薄型の直交三軸加速度計測器を提供できる。
【０００５】
また、本発明は、第１基板に第１基板端子を配設し、第２基板に第２基板端子を配設し、第１基板端子と第２基板端子を半田又は導電性接着剤で接続すると良い。このような構造にすることにより、２つの基板の電気的接合と同時に、機械的接合強度を高めることができる。
【０００６】
更に、本発明は、第１基板に外部接続端子と電池を配設すると良い。この構成により、直交三軸加速度計測器をより小型でスタンドアローン型とすることができる。
【０００７】
また、本発明の直交三軸加速度計測器は、３個の加速度センサを直交させて実装した直交三軸加速度計測器であって、第１加速度センサと、第２加速度センサと、第１基板端子と、挿入用凸部を有する第１基板と、第３加速度センサと、第２基板端子と、スリットを有する第２基板と、スリットと挿入用凸部を嵌合して第１基板と第２基板を実質的に直角に組み立てる組立構造を特徴とする。このような構造を採用することにより、２つの基板の位置合わせが不要となり、更に２つの基板を直角に組み立てるための補助部品が必要ないので、部品点数と組み立て工数を削減することができる。
【０００８】
また、本発明は、第１加速度センサと、第２加速度センサと、第１基板端子と、スリットを有する第１基板と、第３加速度センサと、第２基板端子と、挿入用凸部を有する第２基板と、スリットと挿入用凸部を嵌合して第１基板と第２基板を実質的に直角に組み立てる組立構造を特徴とする。このような構造を採用することにより、２つの基板の位置合わせが不要となり、更に２つの基板を直角に組み立てるための補助部品が必要ないので、部品点数と組み立て工数を削減することができる。
【０００９】
更に、スリットの深さを０．５ｍｍ〜３ｍｍとし、挿入用凸部の厚さより小さくすると良い。このような寸法にすることにより、２つの基板をより直角に且つより強固に固定することができる。
【００１０】
加えて、第１基板と第２基板の厚さを０．５ｍｍ〜３ｍｍとし、挿入用凸部の長さを第２基板の厚さと実質的に同一とすると良い。このような寸法にすることにより挿入用凸部が他の基板の裏面に突出することがなくなり、薄型の直交三軸加速度計測器を実用化できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１に示すように、回路基板は、第１基板１と第２基板２からなる。第１基板１は、第１加速度センサ３と，第２加速度センサ４と、半導体集積回路６と、２つの挿入用凸部（７、８）と、第１基板端子１１と、外部接続端子１３と、表示・警報回路１４とからなる。それらの要素間の配線は、図３に示してある。第１加速度センサ３と第２加速度センサ４は、ＸＹ二軸の加速度検出を受け持ち、互いに直交するように基板１に実装されている。加速度を検出する方向を矢印で示してある。加速度センサは、マイクロマシニング技術でシリコン基板に形成したものを用い、そのシリコン基板に半導体素子をモノリシックに形成しても良い。
【００１２】
加速度に対応して加速度センサから出力される信号は、半導体集積回路６に送られる。半導体集積回路６は、ＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）であり、加速度信号等の情報処理回路とメモリ回路からなる。情報処理回路とメモリ回路等を併せたものが情報処理部で、１つのパッケージで示してある。情報処理回路は、マクロプロセッサで、メモリ回路は、ＥＥＰＲＯＭである。なお、半導体集積回路６を２つ以上のパーケージに分割しても良い。
【００１３】
第１加速度センサ３と第２加速度センサ４は、時分割されてサンプリングされ、それぞれの加速度信号が半導体集積回路６に送られ、演算処理されて、メモリ回路に保存される。メモリ回路に保存された加速度データは、外部接続端子１３を介して外部へ送られる。外部接続端子１３は、ＲＳ２３２Ｃ用のコネクタである。なお、外部接続端子１３は、外部装置とワイヤレスで信号をやりとりする場合、通信用アンテナとなるようになっている。このように、外部接続端子１３は、コネクタのみでなく、通信用アンテナを併せた構成にしても良い。１４は、直交三軸加速度計測器の警告・表示回路で、表示・警告は、ＬＥＤやブザーなどを用いて行うが、この表示・警告回路は、オプションで、必要に応じて取り付けられるようになっている。
【００１４】
第２基板２は、第３加速度センサ５と、第２基板端子１２と、２つのスリット（９、１０）からなる。第３加速度センサ５は、Ｚ軸の加速度検出を受け持つ。第２基板端子１２は、第１基板端子１１と半田で接続されていて、第３加速度センサ５で発生した加速度信号は、第１加速度センサ３と第２加速度センサ４と同様に処理され、メモリ回路に保存される。また、第２基板にスペースの余裕があれば温度センサなども搭載して他の機能を拡充しても良い。
【００１５】
第１基板１の挿入用凸部（７，８）は、第２基板２のスリット（９、１０）に圧入されて、第１基板１と第２基板２は、実質的に直交して固定される。挿入用凸部７は、第１基板１の１端に設けられ、挿入用凸部８は、第１基板１の他の端に設けられている。挿入用凸部７と挿入用凸部８は、同一の形状となっており、更に対称の位置に配置されている。挿入用凸部７の寸法は、厚さが第１基板と同じ厚さで１．６ｍｍ、巾７ａが２０ｍｍ、長さ７ｂが３ｍｍである。挿入用凸部８の寸法は、符号が異なるだけで挿入用凸部７の寸法と同じである。
【００１６】
スリット９は、第２基板２の１側端に設けられ、スリット１０は、第２基板２の他の側端に設けられている。スリット９の寸法は、深さが第２基板２の厚さと同じ１．６ｍｍ、巾９ｂが挿入用凸部の厚さと同じ１．６ｍｍ、長さ９ａが２０ｍｍである。スリット巾９ｂは、挿入用凸部７との締代を確保するために、０．０５〜０．２ｍｍのマイナス公差とする。
【００１７】
また、挿入用凸部７と挿入用凸部８の寸法は、回路配置の関係で同一にし難い場合、同一の寸法にしなくても良い。ただし、第２基板端子１２との電気接続の信頼性を高めるため、挿入用凸部７と挿入用凸部８との間の位置に第１基板端子１１を配置することが好ましい。
【００１８】
同様に、スリット９とスリット１０の寸法は、回路配置の関係で同一にし難い場合、挿入用凸部との嵌合条件を満足すれば、同一の寸法にしなくても良い。ただし、第１基板端子１１との電気接続の信頼性を高めるため、スリット９とスリット１０との間の位置に第２基板端子１２を配置することが好ましい。
【００１９】
図２は、第１基板１と第２基板２を組み立てた状態を示す斜視図である。第１基板端子１１と第２基板端子１２は、半田１５で接続し、半田付けを一部行った状態を示している。半田付けは、電気接続の他に機械的接続強度をも高めている。電源を図示していないが、第１基板１に電池端子を設けて電池を配設するようになっている。半田の代わりに導電性接着剤を用いることもできる。更に、組みたてた時に、第１基板と第２基板がと当接する面又はその近傍に接着剤を塗布することにより接着強度をより大きくできる。
【００２０】
第１基板端子１１と第２基板端子１２は、第１基板１と第２基板２が組み立てられた状態で互に近接するように設けられているが、第１基板端子の端部を第２基板端子の面に当接するようにすると良い。また、第２基板端子の一部は、２つのスリットを結ぶ位置に延在すると良い。このことにより半田の廻り込みが大きくなり信頼性が向上する。
【００２１】
図３は、直交三軸加速度計測器を構成する主要な構成要素のブロック図である。構成要素間を実線で接続してあるが、信号のやりとりは、いずれも双方向である。半導体集積回路６は、１個で図示しであるが、情報処理回路に対応する部分と加速度データを保存するメモリに対応する部分は、別のパッケージにする場合もある。
【００２２】
図４は、図２と同じ第１基板と第２基板を組み立てた状態を示しているが、第１基板にスリットを設け、第２基板に挿入用凸部を設け、且つ挿入用凸部の長さを第１基板の厚さと同じにして、挿入用凸部の先端を第１基板の裏側に突出させないようにしている。このような構造にすることにより、より薄型にできるとともに、外装ケースへの取り付けが容易になる。
【００２３】
図５は、スリットの形状を側端からの割込みしたものでなく、長方形の孔の例を示したものである。スリットの個数は、１個以上あれば良く、基板の大きさと厚さによって、適宜選定する。挿入用凸部の形状は、スリットに嵌合するため長方形である。そしてスリットの寸法は、挿入用凸部寸法と同じで公差を０．０２〜０．５ｍｍのマイナス公差としている。
【００２４】
本発明において、情報処理回路を構成する半導体集積回路６は、複数個の半導体チップからなる場合、１つの半導体チップからなり３つの加速度センサに対応する３つの処理回路からなる場合、１つの半導体チップからなり３つの加速度センサを時分割で制御し１つの処理回路からなる場合等、いずれをも含むものである。先に記載したように、第３加速度センサの信号を処理するモノリシック半導体素子をセンサとともに第２基板に配設することもある。また、情報処理部は、加速度の処理と保存のみでなく、警報・表示等を処理するようにしても良い。さらに、温度計や気圧計を取り付けた場合、それらの処理の一部又は全部を行うようにしても良い。
【００２５】
本発明において、スリットが設けられているスリット部の基板の厚さは、基板の他の部分の厚さと同じとしているが、基板の厚さと同一である必要はない。スリットの深さが小さいと２つの基板は直行し難くなる。基板が薄い場合、スリットの厚さを基板より厚くしても良いし、基板が厚すぎる場合、挿入用凸部を薄くしてもよい。スリット部の基板の厚さは、２つの基板を直交させて組み立てるために、０．５〜３ｍｍが良く、より好ましくは、１．５〜２．５ｍｍである。また、第１基板と第２基板の厚さは、０．５〜３ｍｍが良く、より好ましくは、１〜２ｍｍである。
【００２６】
本発明になる直交三軸加速度計測器は、２つの基板を組み立てたものに外装を付けて完成する。この直交三軸加速度計測器は、小型で且つ低コストにできるので、輸送中の荷物に取り付けて、加速度検出器として使用できる。荷物の輸送が終われば、この直交三軸加速度計測器を取り外し、外部接続端子を介して外部装置と接続して、輸送中の加速度を時系列的に読み取ることができる。そして、使用し終えた直交三軸加速度計測器は、メモリ回路をリセットして再使用する。
【００２７】
【発明の効果】
このような構成にすることにより、２つの基板の組み立てが補助部品なしにでき、更に、第１基板に情報処理・保存回路、通信端子などを集中し、第２基板にはセンサのみとしたために、薄型化することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す基板の１例である。
【図２】図１に示した基板の組み立て斜視図である。
【図３】本発明の主な構成要素のブロック図である。
【図４】挿入用凸部の他の形状を示す図である。
【図５】スリットの他の形状を示す図である。
【符号の説明】
１  第１基板
２  第２基板
３  第１加速度センサ
４  第２加速度センサ
５  第３加速度センサ
６  半導体集積回路
７、８  挿入用凸部
７ａ、８ａ  挿入用凸部巾
７ｂ、８ｂ  挿入用凸部長さ
９、１０  スリット
９ａ、１０ａ  スリット長さ
９ｂ、１０ｂ  スリット巾
１１  第１基板端子
１２  第２基板端子
１３  外部接続端子
１４  警告・表示回路
１５  半田
【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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