(57)【要約】【課題】コスト、手間、故障を軽減しつつ、保持する向きが変わっても常に一定方向の振動成分を検出する３軸加速度センサーを提供する。また、保持する向きが変わっても常に歩行による上下方向の振動成分を検出する歩数計を提供する。【解決手段】コイルばね１１（柔軟弾性体）の側面部１１ｂにフィルム状の圧電素子２（検出部）を接着し、コイルばねの一端部１１ａを設置部（歩数計のケース内部）に固定する。設置部（歩数計のケース内部）がいずれの方向に向きを変えようとも歩行による上下方向の振動を受けて、コイルばね１１が変形し、この変形に伴ってフィルム状の圧電素子２も変形を受けて出力する。【選択図】        図７
2004239637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸に対して前記Ｚ軸の方向に一端部、側面部、他端部の順を成し、前記一端部または前記他端部の少なくともいずれか一方を固定し、いずれの方向にも柔軟に弾性変形する柔軟弾性体と、前記柔軟弾性体と連動し前記柔軟弾性体の変形を検出する検出部とを備えたことを特徴とする３軸加速度センサー。
【請求項２】
前記柔軟弾性体の一部分に重りを更に備えることを特徴とする請求項１記載の３軸加速度センサー。
【請求項３】
前記柔軟弾性体の過度の変形を止める過動防止部を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の３軸加速度センサー。
【請求項４】
前記柔軟弾性体と、少なくとも一方向に柔軟に弾性変形する別の柔軟弾性体とを組合わせたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項５】
前記柔軟弾性体は、円筒または円錐形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項６】
前記柔軟弾性体は、らせん状に間隔を有するコイルばねであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項７】
前記コイルばねのらせん状の間隔が部分的に異なることを特徴とする請求項６記載の３軸加速度センサー。
【請求項８】
前記柔軟弾性体は、多数の空気層を内部に含む多孔質状体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項９】
前記多孔質状体の多数の空気層の分布が部分的に異なることを特徴とする請求項８記載の３軸加速度センサー。
【請求項１０】
前記柔軟弾性体は、中空蛇腹状に形成するベローズ状体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項１１】
前記ベローズ状体の中空蛇腹状のうねりの分布が部分的に異なることを特徴とする請求項１０記載の３軸加速度センサー。
【請求項１２】
前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を一括して検出するように前記側面部に配置し接着した薄板状またはフィルム状の圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の記載の３軸加速度センサー。
【請求項１３】
前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を個別に検出するように前記側面部に配置し接着した薄板状またはフィルム状の圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項１４】
前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を一括して検出するように前記側面部に配置し接着した歪ゲージの受感素子であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項１５】
前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を個別に検出するように前記側面部に配置し接着した歪ゲージの受感素子であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項１６】
前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を一括して検出するように一部を前記柔軟弾性体に配置し設けた電極対であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項１７】
前記電極対は、第１電極と、前記第１電極と間隙を有しながら対向した複数の第２電極とから成り、前記複数の第１電極と前記第２電極とのうちのいずれか一方を前記柔軟弾性体に配置し設けたことを特徴とする請求項１６記載の３軸加速度センサー。
【請求項１８】
前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を個別に検出するように一部を前記柔軟弾性体に配置し設けた電極対であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の３軸加速度センサー。
【請求項１９】
前記電極対は、複数の第１電極と、前記複数の第１電極と間隙を有しながら対向した複数の第２電極とから成り、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とのうちのいずれか一方を前記柔軟弾性体に配置し設けたことを特徴とする請求項１８記載の３軸加速度センサー。
【請求項２０】
前記請求項１から１９までのうちのいずれか１項に記載の３軸加速度センサーと、前記３軸加速度センサーで検出された出力信号から歩数を計数する歩数計数手段と、前記３軸加速度センサーおよび前記歩数計数手段を配設したケースとを備えたことを特徴とする歩数計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互に直交するＸ・Ｙ・Ｚ軸方向の３軸の加速度を検出する３軸加速度センサーに関する。また、この３軸加速度センサーを用い、保持する向きが変わっても常に歩行による上下方向の振動成分を検出する歩数計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポケットやかばんの中に入れ、保持する向きが変わっても歩行時の歩数を正確に計数できる歩数計が、近年の市場において提供されている。このような歩数計にするには、保持する向きが変わっても常に垂直方向の振動成分を検出する必要がある。
【０００３】
そのための従来の技術として、例えば、「特開平９−２２３２１４号公報」（特許文献１）に記載があるように、単一方向に検出可能な複数個の加速度センサーを各軸方向に向きを変えてケース内に配置したり、「特開２００１−２２７９８０号公報」（特許文献２）や「特開２００１−２５５１６９号公報」（特許文献３）に記載があるように、重力の作用を利用して支軸を中心に回転するように単一方向に検出可能な加速度センサーをケース内に設けたりすることが考えられている。
【０００４】
また、「特開平１１−３０４８３３号公報」（特許文献４）に記載があるような、所定箇所に加速度出力用電極を配置した圧電セラミツクの基板をダイヤフラムに固定し、このダイヤフラムの中央部付近に設けた重錘の作用によりＸ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の検出を可能とした３軸加速度センサをケース内に設けたり、「特開平１１−２４２０５０号公報」（特許文献５）に記載があるような、作用部と固定部間に可撓部を設け、作用部と可撓部の間に切込み溝を形成し、可撓部にピエゾ抵抗を有し、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の検出を可能とした３軸加速度センサーをケース内に設けたりすることも考えることができた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２２３２１４号公報
【特許文献２】
特開２００１−２２７９８０号公報
【特許文献３】
特開２００１−２５５１６９号公報
【特許文献４】
特開平１１−３０４８３３号公報
【特許文献５】
特開平１１−２４２０５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した複数個の加速度センサーをケース内に設けた歩数計は、加速度センサーを複数個用いるゆえに、コストが高く、配置に容積をとり、組立てに手間がかかった。また、重力の作用を利用して回転する加速度センサーをケース内に設けた歩数計は、回転部分が摺動するがゆえに、摩耗等により故障率が高かった。また、３軸方向に出力が可能な３軸加速度センサーをケース内に設けた歩数計は、３軸加速度センサーの処理や加工が複雑で精密であるがゆえに、手間がかかりコストが高かった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような従来の問題点を解決しつつ、保持する向きが変わっても常に一定方向の振動成分を検出する３軸加速度センサーを提供することを課題とする。更に、上記のような従来の問題点を解決しつつ、保持する向きが変わっても常に歩行による上下方向の振動成分を検出する歩数計を提供することを課題とする。
【０００８】
【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３軸加速度センサーは、座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸に対して前記Ｚ軸の方向に一端部、側面部、他端部の順を成し、前記一端部または前記他端部の少なくともいずれか一方を固定し、いずれの方向にも柔軟に弾性変形する柔軟弾性体と、前記柔軟弾性体と連動し前記柔軟弾性体の変形を検出する検出部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記柔軟弾性体の一部分に重りを更に備えることを特徴とする。
【００１０】
また、前記柔軟弾性体の過度の変形を止める過動防止部を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記柔軟弾性体と、少なくとも一方向に柔軟に弾性変形する別の柔軟弾性体とを組合わせたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記柔軟弾性体は、円筒または円錐形状であることを特徴とする。
【００１３】
また、前記柔軟弾性体は、らせん状に間隔を有するコイルばねであることを特徴とする。
【００１４】
また、前記コイルばねのらせん状の間隔が部分的に異なることを特徴とする。
【００１５】
また、前記柔軟弾性体は、多数の空気層を内部に含む多孔質状体であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記多孔質状体の多数の空気層の分布が部分的に異なることを特徴とする。
【００１７】
また、前記柔軟弾性体は、中空蛇腹状に形成するベローズ状体であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記ベローズ状体の中空蛇腹状のうねりの分布が部分的に異なることを特徴とする。
【００１９】
また、前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を一括して検出するように前記側面部に配置し接着した薄板状またはフィルム状の圧電素子であることを特徴とする。
【００２０】
また、前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を個別に検出するように前記側面部に配置し接着した薄板状またはフィルム状の圧電素子であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を一括して検出するように前記側面部に配置し接着した歪ゲージの受感素子であることを特徴とする。
【００２２】
また、前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を個別に検出するように前記側面部に配置し接着した歪ゲージの受感素子であることを特徴とする。
【００２３】
また、前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を一括して検出するように一部を前記柔軟弾性体に配置し設けた電極対であることを特徴とする。
【００２４】
また、前記電極対は、第１電極と、前記第１電極と間隙を有しながら対向した複数の第２電極とから成り、前記複数の第１電極と前記第２電極とのうちのいずれか一方を前記柔軟弾性体に配置し設けたことを特徴とする。
【００２５】
また、前記検出部は、前記柔軟弾性体の前記座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向に対しての変形を個別に検出するように一部を前記柔軟弾性体に配置し設けた電極対であることを特徴とする。
【００２６】
また、前記電極対は、複数の第１電極と、前記複数の第１電極と間隙を有しながら対向した複数の第２電極とから成り、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とのうちのいずれか一方を前記柔軟弾性体に配置し設けたことを特徴とする。
【００２７】
また、上記目的を達成するために、本発明の歩数計は、上述した３軸加速度センサーと、前記３軸加速度センサーで検出された出力信号から歩数を計数する歩数計数手段と、前記３軸加速度センサーおよび前記歩数計数手段を配設したケースとを備えたことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
初めに、図１乃至図６に基づいて、本発明の第１の実施の形態（両端固定型圧電式３軸加速度センサー）について説明する。なお、図１を用いて両端固定型圧電式３軸加速度センサーの基本となる実施例を詳述し、図２乃至図６を用いてこの基本に改良や変形を加えた実施例について詳述する。
【００２９】
図１（ａ）は、本発明の一実施例としての両端固定型圧電式３軸加速度センサーの平面図、図１（ｂ）は、その正面の断面図、図１（ｃ）は、その底面図である。これらの図に示すように、この実施例における両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、らせん状に間隔をあけながら円筒形状に巻いて一端部１ａ、側面部１ｂおよび他端部１ｃを形成するコイルばね１と、このコイルばね１の側面部１ｂの一端部１ａ側寄りの半面を覆うように巻いて接着したフィルム状の圧電素子（例えば、ＰＶＤＦ等）２とから構成する。そして、この両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、コイルばね１の一端部１ａおよび他端部１ｃを設置部に固定し、圧電素子２から引き出ているリード線（図示省略）から出力信号を得ることによって用いる。
【００３０】
この実施例のような構成によると、コイルばね１は、座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸に対してＺ軸の方向に振動を受けると、コイルばね１の側面部１ｂを形成するコイル部分に慣性が作用するために、Ｚ軸の方向に撓む（コイルばね１の側面部１ｂを形成するコイルのらせん状の間隔が変化する。）。また、Ｘ軸またはＹ軸の方向に振動を受けると、コイルばね１の側面部１ｂを形成するコイル部分に慣性が作用するために、Ｘ軸またはＹ軸の方向に撓む（コイルばね１の側面部１ｂを形成するコイルのらせん状の配列が変化する。）。そして、圧電素子２は、コイルばね１のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に対する撓みに従って変形を伴う。したがって、両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても出力の検出をすることができる。
【００３１】
なお、図１においては、コイルばね１の側面部１ｂの一端部１ａ側寄りの半面に渡ってフィルム状の圧電素子２を接着したが、フィルム状の圧電素子２の大きさやコイルばね１の側面部１ｂへの接着する位置は、これに限らず、得たい出力に応じて適宜変えても実施可能である。例えば、フィルム状の圧電素子２は、コイルばね１の側面部１ｂの半周に渡って巻きつける大きさであったり、コイルばね１の側面部１ｂの一端部１ｃ側寄りの半面に渡る位置に接着したりしてもよい。
【００３２】
図２（ａ）は、本発明の一実施例としての重りを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの平面図、図２（ｂ）は、その正面の断面図、図１（ｃ）は、その底面図である。これらの図に示すように、この実施例における重りを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、図１の両端固定型圧電式３軸加速度センサーと、この両端固定型圧電式３軸加速度センサーの側面部の略中央付近の全周に渡って固着して設けた重り４とから構成する。
【００３３】
この実施例のような構成によると、コイルばね１は、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に振動を受けると、側面部１ｂを形成するコイル部分の重り４を固着して設けている部分に慣性が大きく作用するために、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に大きく撓む。そして、圧電素子２は、これらコイルばね１のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に対する撓みに従って大きな変形を伴う。したがって、重りを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても大きな出力の検出をすることができる。
【００３４】
なお、図２においては、両端固定型圧電式３軸加速度センサーのＺ軸の方向に対して側面部１ｂの略中央付近に重り４を固着して設けたものであるが、一端部１ａ側または他端部１ｃ側に寄せて設けても実施可能である。また、重り４は、側面部１ｂの全周に渡って固着して設けたが、側面部１ｂの一部分に固着して設けても実施可能である。これらについては、振動方向によって圧電素子２からの出力（感度）を変えたい場合に有効である。
【００３５】
図３は、本発明の一実施例としての過動防止部を備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの断面図である。この図に示すように、この実施例における過動防止部を備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、図１の両端固定型圧電式３軸加速度センサーと、この両端固定型圧電式３軸加速度センサーの外形のほぼ全体の範囲に渡ると共に、一定の出力を取得しかつ弾性限界を超えない間隔を有するように、両端固定型圧電式３軸加速度センサーの一端部１ａおよび他端部１ｃに固着して設けた過動防止部５とから構成する。
【００３６】
この実施例のような構成によると、両端固定型圧電式３軸加速度センサーが振動によって弾性限界を超えて過剰に変形しようとした場合、変形した外形部分は弾性限界を超える前に過動防止部５に当たる。したがって、過動防止部を備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、弾性限界を超えるような変形を起こすことなく、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても出力の検出をすることができる。
【００３７】
なお、図３においては、過動防止部５は、両端固定型圧電式３軸加速度センサーの外形のほぼ全体に渡って囲うように設けたものであるが、変形の大きい部分だけに当たるように部分的に設けても実施可能である。また、過動防止部５は、両端固定型圧電式３軸加速度センサーに固着して設けたが、両端固定型圧電式３軸加速度センサーの外形から一定の出力が得られかつ弾性限界を超えない間隔を有するように両端固定型圧電式３軸加速度センサーとは別に、設置部に直接設けても実施可能である。
【００３８】
図４は、本発明の一実施例としての不等ピッチのコイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。この図に示すように、この実施例における不等ピッチのコイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、Ｚ軸の方向に対して側面部６ｂの中央付近のコイルのらせん状の間隔（ピッチ）を狭く、一端部６ａおよび他端部６ｃ寄りのコイルのらせん状の間隔（ピッチ）を広く形成した不等ピッチのコイルばね６と、この不等ピッチのコイルばね６の側面部６ｂの一端部６ａ側寄りの半面を覆うように巻いて接着したフィルム状の圧電素子（例えば、ＰＶＤＦ等）２とから構成する。そして、この不等ピッチのコイルばね６を備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、不等ピッチのコイルばね６の一端部６ａおよび他端部６ｃを設置部に固定し、圧電素子２から引き出ているリード線（図示省略）から出力信号を得ることによって用いる。
【００３９】
なお、図４においては、側面部６ｂの中央付近のピッチが狭く、一端部６ａおよび他端部６ｃ寄りのピッチが広い不等ピッチのコイルばね６であったが、不等ピッチの位置関係は、これと異なるものであっても実施可能である。例えば、一端部６ａ寄りのピッチが狭く、他端部６ｃ寄りになるに従ってピッチが広くなる不等ピッチのコイルばね６でもよい。
【００４０】
図５は、本発明の一実施例としての別のコイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。この図に示すように、この実施例における別のコイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、図１の両端固定型圧電式３軸加速度センサーと、この両端固定型圧電式３軸加速度センサーの他端部１ｃに一端部７ａを固着した別のコイルばね７とから構成する。そして、この別のコイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、両端固定型圧電式３軸加速度センサーのコイルばね１の一端部１ａを設置部に固定し、別のコイルばね７の他端部７ｃを設置部に固定し、圧電素子２から引き出ているリード線（図示省略）から出力信号を得ることによって用いる。
【００４１】
図６は、本発明の一実施例としての円錐型コイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。この図に示すように、この実施例における円錐型コイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーは、らせん状に間隔をあけながら円錐形状に巻いて一端部８ａ、側面部８ｂおよび他端部８ｃを形成したコイルばね８と、このコイルばね８の側面部８ｂの一端部８ａ側寄りの半面を覆うように巻いて接着したフィルム状の圧電素子（例えば、ＰＶＤＦ等）９とから構成する。
【００４２】
図２、図４、図５および図６における実施例のような構成による両端固定型圧電式３軸加速度センサーについては、図１の両端固定型圧電式３軸加速度センサーで得ることができる出力の大きさと異なった大きさの出力を得たい場合に有効である。
【００４３】
次に、図７乃至図１３に基づいて、本発明の第２の実施の形態（片端固定型圧電式３軸加速度センサー）について説明する。なお、図７を用いて片端固定型圧電式３軸加速度センサーの基本となる実施例を詳述し、図８乃至図１３を用いてこの基本に改良や変形を加えた実施例について詳述する。
【００４４】
図７（ａ）は、本発明の一実施例としての片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図、図７（ｂ）は、その底面図である。これらの図に示すように、この実施例における片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、らせん状に間隔をあけながら円筒形状に巻いて一端部１１ａ、側面部１１ｂおよび他端部１１ｃを形成したコイルばね１１と、このコイルばね１１の側面部１１ｂの全面を覆うように巻いて接着したフィルム状の圧電素子（例えば、ＰＶＤＦ等）２とから構成する。そして、この片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、コイルばね１１の一端部１１ａを設置部に固定し、圧電素子２から引き出ているリード線（図示省略）から出力信号を得ることによって用いる。
【００４５】
この実施例のような構成によると、コイルばね１１は、座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸に対してＺ軸の方向に振動を受けると、コイルばね１１の側面部１１ｂを形成するコイル部分に慣性が作用するために、Ｚ軸の方向に撓む（コイルばね１１の側面部１１ｂを形成するコイルのらせん状の間隔が変化する。）。また、Ｘ軸またはＹ軸の方向に振動を受けると、コイルばね１１の側面部１１ｂを形成するコイル部分に慣性が作用するために、Ｘ軸またはＹ軸の方向に撓む（コイルばね１１の側面部１１ｂを形成するコイルのらせん状の配列が変化する。）。そして、圧電素子２は、これらコイルばね１１のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に対する撓みに従って変形を伴う。したがって、片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても出力の検出をすることができる。
【００４６】
図８は、本発明の一実施例としての重りを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。この図に示すように、この実施例における重りを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、図７の片端固定型圧電式３軸加速度センサーと、この片端固定型圧電式３軸加速度センサーの他端部１１ｃに固着して設けた重り１２とから構成される。
【００４７】
この実施例のような構成によると、コイルばね１１は、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に振動を受けると、重り１２を固着して設けている他端部１１ｃに慣性が大きく作用するために、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に大きく撓む。そして、圧電素子２は、これらコイルばね１１のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に対する撓みに従って大きな変形を伴う。したがって、重りを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても大きな出力の検出をすることができる。
【００４８】
図９（ａ）は、本発明の一実施例としての過動防止部を備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの平面図、図９（ｂ）は、その正面の断面図である。これらの図に示すように、この実施例における過動防止部を備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、図７の片端固定型圧電式３軸加速度センサーと、この片端固定型圧電式３軸加速度センサーの一端部１１ａに固着して設けた固定台１３と、片端固定型圧電式３軸加速度センサーの側面部１１ｂの外側の一部の範囲に渡ると共に、一定の出力を取得しかつ弾性限界を超えない間隔を有しながら固定台１３に固着して設けたばね性の過動防止部１４とから構成する。
【００４９】
この実施例のような構成によると、片端固定型圧電式３軸加速度センサーが振動によって弾性限界を超えて特にＸ軸方向に過剰に変形しようとした場合、変形した外形部分は弾性限界を超える前に過動防止部１４に当たり、この過動防止部１４により動きを吸収する。したがって、過動防止部を備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、弾性限界を超えるような変形を緩和しつつ起こすことなく、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても出力の検出をすることができる。
【００５０】
なお、図９においては、片端固定型圧電式３軸加速度センサーの側面部の外側の一部に過動防止部１４を備えたものであるが、過動防止部１４の位置は、コイルばね１１の内側に設けても実施可能である。また、過動防止部１４の範囲は、全周に渡って設けても実施可能である。すなわち、過動防止部１４の位置や範囲は、変形を防ぎたい方向や大きさに応じて適宜設ければよい。
【００５１】
図１０は、本発明の一実施例としての不等ピッチのコイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。この図に示すように、この実施例における不等ピッチのコイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、一端部１５ａ寄りのコイルのらせん状のピッチが広く、他端部１５ｃ寄りになるに従ってコイルのらせん状のピッチが狭くなる不等ピッチのコイルばね１５と、この不等ピッチのコイルばね１５の側面部１５ｂの全面を覆うように巻いて接着したフィルム状の圧電素子（例えば、ＰＶＤＦ等）２とから構成する。そして、この不等ピッチのコイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、不等ピッチのコイルばね１５の一端部１５ａを設置部に固定し、圧電素子２から引き出ているリード線（図示省略）から出力信号を得ることによって用いる。
【００５２】
なお、図１０においては、一端部１５ａ寄りのピッチが広く、他端部１５ｃ寄りになるに従ってピッチが狭くなる不等ピッチのコイルばね１５であったが、不等ピッチの位置関係は、これと異なるものであっても実施可能である。例えば、Ｚ軸の方向に対して側面部１５ｂの中央付近のピッチを狭く、一端部１５ａおよび他端部１５ｃ寄りのピッチを広く形成した不等ピッチのコイルばね１５でもよい。
【００５３】
図１１（ａ）は、本発明の一実施例としての別のコイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの平面図、図１１（ｂ）は、その正面の断面図、図１１（ｃ）は、その底面図である。これらの図に示すように、この実施例における別のコイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、図７の片端固定型圧電式３軸加速度センサーと、この片端固定型圧電式３軸加速度センサーの一端部１１ａに固着して設けた固定台１６と、片端固定型圧電式３軸加速度センサーの側面部１１ｂの外側と間隔を有しながら固定台１６に固着して設けた別のコイルばね１７と、片端固定型圧電式３軸加速度センサーと別のコイルばね１７との間に介在する柔軟材１８とから構成する。
【００５４】
図１２（ａ）は、本発明の一実施例としての板ばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図、図１２（ｂ）は、その底面図である。これらの図に示すように、この実施例における板ばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、らせん状に間隔をあけながら円筒形状に巻いて一端部１９ａ、側面部１９ｂおよび他端部１９ｃを形成したコイルばね１９と、このコイルばね１９の側面部１９ｂの全面を覆うように巻いて接着したフィルム状の圧電素子（例えば、ＰＶＤＦ等）２と、コイルばね１９の一端部１９ａに他端部２０ｃを固着した板ばね２０とから構成する。そして、この板ばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、板ばね２０の一端部２０ａを設置部に固定し、圧電素子２から引き出ているリード線（図示省略）から出力信号を得ることによって用いる。
【００５５】
図１３は、本発明の一実施例としての円錐型コイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。この図に示されるように、この実施例における円錐型コイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、らせん状に間隔をあけながら円錐形状に巻いて一端部２１ａ、側面部２１ｂおよび他端部２１ｃを形成したコイルばね２１と、このコイルばね２１の側面部２１ｂの全面を覆うように巻いて接着したフィルム状の圧電素子（例えば、ＰＶＤＦ等）９とから構成する。
【００５６】
図８、図１０、図１１、図１２および図１３の実施例のような構成による片端固定型圧電式３軸加速度センサーについては、図７の片端固定型圧電式３軸加速度センサーで得ることのできる出力の大きさと異なった大きさの出力を得たい場合に有効である。
【００５７】
以上の第１の実施の形態（両端固定型圧電式３軸加速度センサー）および第２の実施の形態（片端固定型圧電式３軸加速度センサー）で説明してきた３軸加速度センサーを構成するフィルム状の圧電素子（例えば、ＰＶＤＦ等）は、薄板状の圧電素子（例えば、ＰＺＴ、ＴｉＢａＯ３等）であってもよい。また、図１４の積層複合した薄板状の圧電素子に示すように、この薄板状の圧電素子（例えば、ＰＺＴ、ＴｉＢａＯ３等）２２に薄板状または箔状のばね材（例えば、ＳＵＳ等）２３を接着したものであってもよい。これによると、薄板状の圧電素子２２の脆さを緩和し、製作上における取り扱いを向上することができる。
【００５８】
また、第１の実施の形態（両端固定型圧電式３軸加速度センサー）においては、コイルばね１の側面部１ｂの一端部１ａ側寄りの半面に、また第２の実施の形態（片端固定型圧電式３軸加速度センサー）においては、コイルばね１１の側面部１１ｂの全面に一つから成る圧電素子を配置した。換言すると、圧電素子は、コイルばねの座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の変形を一括して検出するようにコイルばねの側面部に配置したものであったが、コイルばねの座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の変形を個別に検出するようにコイルばねの側面部に配置しても実施可能である。
【００５９】
例えば、図１５のコイルばねの側面部に対する圧電素子の配置構成図に示すように、コイルばねの側面部（仮想線ｖ）における０°乃至９０°および１８０°乃至２７０°の間にＸ軸の方向の変形を主として検出する圧電素子６１および６２を配置し、９０°乃至１８０°および２７０°乃至３６０°の間にＹ軸の方向の変形を主として検出する圧電素子６３および６４を配置し、０°乃至３６０°の間にＺ軸の方向の変形を主として検出する圧電素子６５を配置してもよい。
【００６０】
また、圧電素子でなく、コイルばねの座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の変形を一括または個別して検出するようにコイルばねの側面部に歪ゲージの受感素子を配置しても実施可能である。
【００６１】
例えば、コイルばねの座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の変形を一括して検出するようにコイルばねの側面部に配置する歪ゲージの受感素子の場合には、図１６の単数個の受感素子６７を配置する歪ゲージ２４に示すような、コイルばねの側面部に巻きつけた際にほぼ０°乃至３６０°の間に渡って、Ｚ軸の方向に伸びる複数の抵抗線を、ベース材に等間隔で一配線化したものである。また、コイルばねの座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の変形を個別して検出するようにコイルばねの側面部に配置する歪ゲージの受感素子の場合には、図１７の複数個の受感素子７１、７２、７３、７４、７５を配置する歪ゲージ７６に示すような、コイルばねの側面部に巻きつけた際に０°乃至９０°、９０°乃至１８０°、１８０°乃至２７０°、２７０°乃至３６０°および０°乃至３６０°のそれぞれの間に渡って、Ｚ軸の方向に伸びる複数の抵抗線を、ベース材に等間隔で一配線化したものである。
【００６２】
なお、上述した圧電素子や歪ゲージの受感素子のように、コイルばねに接着し、コイルばねの変形を検出する検出部としては、コイルばねの座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向への変形に対して検出可能であれば、如何なる原理からなる変換素子であっても実施可能である。
【００６３】
更に、３軸加速度センサーを構成するコイルばねは、コイルばねに限らず、いずれの方向にも柔軟に弾性変形する柔軟弾性体であれば実施可能である。例えば、図１８の片端固定型圧電式３軸加速度センサーに示すように、多数の空気層が内部形成された多孔質状体（例えば、スポンジ、不織布状のスチール、不織布状のＳＵＳ等）２５の柔軟弾性体でもよい。なお、この多孔質状体２５の一端には強固な固定片２６を一体的に有している。また、この多孔質状体２５の多数の空気層の分布は、部分的に異なってもよい。また、図１９の片端固定型圧電式３軸加速度センサーに示すように、中空蛇腹状に形成されたベローズ状体（例えば、中空蛇腹形状のゴム等）２７の柔軟弾性体でもよい。なお、このベローズ状体２７の一端には強固な固定片２８を固着して有している。また、このベローズ状体２７の中空蛇腹状のうねりの分布は、部分的に異なってもよい。
【００６４】
以上において説明してきた各実施例における３軸加速度センサーは、異なる部分を利用目的に応じて適当に組み合せたものにして実施してもよい。
【００６５】
次に、図２０乃至図２９に基づいて、本発明の第３の実施の形態（静電容量式３軸加速度センサー）について説明する。なお、図２０を用いて静電容量式３軸加速度センサーの基本となる実施例を詳述し、図２１乃至図２９を用いてこの基本に改良や変形を加えた実施例について詳述する。
【００６６】
図２０（ａ）は、本発明の一実施例としての片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、図２０（ｂ）は、その正面の断面図である。これらの図に示すように、この実施例における片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、らせん状に間隔をあけながら円筒形状に巻いて一端部２９ａ、側面部２９ｂおよび他端部２９ｃを形成した絶縁性のコイルばね２９と、このコイルばね２９の他端部２９ｃに円筒形状に固着して設けた第１電極３０と、コイルばね２９の一端部２９ａに固着し、コイルばね２９と間隔を有しながら一端部２９ａから内側に伸びた絶縁性の固定台３１と、第１電極３０と間隙を有しながら対向する位置となるように固定台３１に固着して設けた第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅとから構成する。ここで、第２電極３２ａ、３２ｃは、主としてＸ軸方向の変位に対する静電容量を検出し、第２電極３２ｂ、３２ｄは、主としてＹ軸方向の変位に対する静電容量を検出し、第２電極３２ｅは、主としてＺ軸方向の変位に対する静電容量を検出するためのものである。また、第２電極３２ｅは、第１電極３０と一部分だけが対向するような位置に設ける。そして、この片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、固定台３１を設置部に固定し、第１電極３０および第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅに接続しているリード線（図示省略）から出力信号を得ることによって用いる。
【００６７】
図２１（ａ）は、本発明の一実施例としての両端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、図２１（ｂ）は、その正面の断面図である。これらの図に示すように、この実施例における両端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、らせん状に間隔をあけながら円筒形状に巻いて一端部３３ａ、側面部３３ｂおよび他端部３３ｃを形成する絶縁性のコイルばね３３と、コイルばね３３の一端部３３ａに固着した絶縁性の固定台３５と、この固定台３５から他端部３３ｃ方向に立設する第１電極３６と、この第１電極３６と間隙を有しながら対向する位置となるようにコイルばね３３の側面部３３ｂに巻いて接着した第２電極３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅとから構成する。ここで、第２電極３４ａ、３４ｃは、主としてＸ軸方向の変位に対する静電容量を検出し、第２電極３４ｂ、３４ｄは、主としてＹ軸方向の変位に対する静電容量を検出し、第２電極３４ｅは、主としてＺ軸方向の変位に対する静電容量を検出するためのものである。また、第２電極３４ｅは、第１電極３６と一部分だけが対向するような位置に設ける。そして、この両端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、コイルばね３３の一端部３３ａ（固定台３５でもよい）および他端部３３ｃを設置部に固定し、第１電極３６および第２電極３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅに接続しているリード線（図示省略）から出力信号を得ることによって用いる。
【００６８】
図２０（又は図２１）の実施例のような構成によると、コイルばね２９（又は３３）は、座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸に対してＺ軸の方向に振動を受けると、コイルばねの側面部２９ｂ（又は３３ｂ）を形成するコイル部分に慣性が作用するために、Ｚ軸の方向に撓む（コイルばねの側面部２９ｂ（又は３３ｂ）を形成するコイルのらせん状の間隔が変化する。）。コイルばね２９（又は３３）のＺ軸の方向に撓みに伴って第１電極３０（又は第２電極３４ｅ）もＺ軸の方向に可動する。そして、第１電極３０（又は第２電極３４ｅ）と第２電極３２ｅ（又は第１電極３６）との対向する面積が変化する。また、Ｘ軸またはＹ軸の方向に振動を受けると、コイルばねの側面部２９ｂ（又は３３ｂ）を形成するコイル部分に慣性が作用するために、Ｘ軸またはＹ軸の方向に撓む（コイルばねの側面部２９ｂ（又は３３ｂ）を形成するコイルのらせん状の配列が変化する。）。コイルばね２９（又は３３）のＸ軸またはＹ軸の方向に撓みに伴って第１電極３０（又は第２電極３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）もＸ軸またはＹ軸の方向に可動する。そして、第１電極３０（又は第２電極３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）と第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ（又は第１電極３６）との距離が変化する。これら電極間における静電容量は、（１）式に基づいて求めることができる。したがって、片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても出力の検出をすることができる。
Ｃ＝ε×ε０×ｓ／ｄ      ・・・（１）
ここで、（１）式の各記号の意味するところを次に示す。
Ｃ：静電容量
ε：比誘電率
ε０：真空誘電率
ｓ：電極面積
ｄ：電極間距離
【００６９】
なお、第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ（又は３６）は、コイルばねの一端部２９ａ（又は３３ａ）に設けた絶縁性の固定台３１（又は３５）に設けたが、コイルばね２９（又は３３）とは絶縁する設置部に第１電極３０（又は３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ）と対向するように直接設けても実施可能である。
【００７０】
図２２は、本発明の一実施例としての重りを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの正面の断面図である。この図に示すように、この実施例における重りを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、図２０の片端固定型静電容量式３軸加速度センサーと、この片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの側面部２９ｂの他端部２９ｃ寄りの全周に渡って固着して設けた重り３７とから構成する。
【００７１】
この実施例のような構成によると、コイルばね２９は、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に振動を受けると、側面部２９ｂを形成するコイル部分の重り３７を固着して設けている部分に慣性が大きく作用するために、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方向に大きく撓む。そして、第１電極３０と第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄとの距離や、第１電極３０と第２電極３２ｅとの対向する面積が変化する。したがって、片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても大きな出力の検出をすることができる。
【００７２】
なお、図２２においては、片端固定型静電容量式３軸加速度センサーのＺ軸の方向に対して側面部２９ｂの他端部２９ｃ寄りに重り３７を固着して設けたものであるが、側面部２９ｂの中央部分等のその他の側面部の部分に固着して設けても実施可能である。また、片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの全周に渡って設けたものであるが、一部分に設けても実施可能である。これらについては、振動方向によって電極対（第１電極３０と第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）間の出力（感度）を変えたい場合に有効である。
【００７３】
図２３（ａ）は、本発明の一実施例としての過動防止部を備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、図２３（ｂ）は、その正面の断面図である。これらの図に示すように、この過動防止部を備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、図２０の片端固定型静電容量式３軸加速度センサーと、この片端固定型静電容量式３軸加速度センサーのコイルばね２９の側面部２９ｂの周囲をほぼ全体の範囲に渡ると共に、一定の出力を取得しかつ弾性限界を超えない間隔を有するように、固定台３１に固着して設けた過動防止部３８とから構成する。
【００７４】
この実施例のような構成によると、コイルばね２９が振動によって弾性限界を超えて過剰に変形しようとした場合、変形したコイルばね２９の外形部分は弾性限界を超える前に過動防止部に当たる。したがって、過動防止部を備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、弾性限界を超えるような変形を起こすことなく、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても出力の検出をすることができる。
【００７５】
なお、図２３においては、過動防止部３８は、コイルばね２９の外側に設けたものであるが、コイルばね２９の内側に一定の出力を取得しかつ弾性限界を超えない間隔を有するように設けても実施可能である。また、過動防止部３８は、固定台３１に固着して設けたが、片端固定型静電容量式３軸加速度センサーとは別に、設置部に直接設けても実施可能である。
【００７６】
図２４は、本発明の一実施例としての不等ピッチのコイルばねを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの正面の断面図である。この図に示すように、この実施例における不等ピッチのコイルばねを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、図２０の片端固定型静電容量式３軸加速度センサーを構成するうちのコイルばね２９を、一端部３９ａ寄りのピッチが広く、他端部３９ｃ寄りになるに従ってピッチが狭くなる不等ピッチのコイルばね３９に置き換えて構成する。
【００７７】
なお、図２４においては、一端部３９ａ寄りのピッチが広く、他端部３９ｃ寄りになるに従ってピッチが狭くなる不等ピッチのコイルばね３９であったが、不等ピッチの位置関係は、これと異なるものであっても実施可能である。例えば、Ｚ軸の方向に対して側面部３９ｂの中央付近のピッチを狭く、一端部３９ａおよび他端部３９ｃ寄りのピッチが広くなる不等ピッチのコイルばね３９でもよい。
【００７８】
図２５（ａ）は、本発明の一実施例としての板ばねを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、図２５（ｂ）は、その正面の断面図である。これらの図に示すように、この実施例における板ばねを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、らせん状に間隔をあけながら円筒形状に巻いて一端部２９ａ、側面部２９ｂおよび他端部２９ｃを形成したコイルばね２９と、このコイルばねの他端部２９ｃに円筒形状に固着して設けた第１電極３０と、コイルばねの一端部２９ａに他端部４０ｃを固着して設けた板ばね４０と、この板ばね４０の一端部４０ａを固着し、そこからコイルばね２９の内側に間隔を有しながら伸びた絶縁性の固定台５６と、第１電極３０と間隙を有しながら対向する位置となるように固定台５６に固着して設けた第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅとから構成する。ここで、第２電極３２ａ、３２ｃは、主としてＸ軸方向の変位に対する静電容量を検出し、第２電極３２ｂ、３２ｄは、主としてＹ軸方向の変位に対する静電容量を検出し、第２電極３２ｅは、主としてＺ軸方向の変位に対する静電容量を検出するためのものである。また、第２電極３２ｅは、第１電極３０と一部分だけが対向するような位置に設ける。
【００７９】
図２６は、本発明の一実施例としての円錐型のコイルばねを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの正面の断面図である。この図に示すように、この実施例における円錐型コイルばねを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、図２０の片端固定型静電容量式３軸加速度センサーを構成するうちのコイルばね２９を、らせん状に間隔をあけながら円錐形状に巻いて一端部４１ａ、側面部４１ｂおよび他端部４１ｃを形成したコイルばね４１に置き換えて構成する。
【００８０】
図２２、図２４、図２５および図２６の実施例のような構成による片端固定型静電容量式３軸加速度センサーについては、図２０で詳述した片端固定型静電容量式３軸加速度センサーにおいて得ることのできる出力の大きさと異なった大きさの出力を得たい場合に有効である。
【００８１】
以上の第３の実施の形態（片端固定型静電容量式３軸加速度センサー）で説明してきた３軸加速度センサーを構成するコイルばねは、コイルばねに限らず、いずれの方向にも柔軟に弾性変形する柔軟弾性体であれば実施可能である。例えば、図２７（ａ）の片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、図２７（ｂ）のその正面の断面図に示すように、多数の空気層が内部形成された多孔質状体（例えば、スポンジ、不織布状のスチール、不織布状のＳＵＳ等）４２の柔軟弾性体でもよい。なお、この多孔質状体４２の多数の空気層の分布は、部分的に異なってもよい。また、図２８（ａ）の片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、図２８（ｂ）のその正面の断面図に示すように、中空蛇腹状に形成されたベローズ状体（例えば、中空蛇腹形状のゴム等）４３の柔軟弾性体でもよい。なお、ベローズ状体４３の中空蛇腹状のうねりの分布は、部分的に異なってもよい。なお、前記ベローズ状体の中空蛇腹状のうねりの分布が部分的に異なってもよい。
【００８２】
また、上述した各種の片端固定型静電容量式３軸加速度センサーは、柔軟弾性体の座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の変形を一括して検出するように電極対を柔軟弾性体と連動するように配置したものであったが、柔軟弾性体の座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の変形を個別に検出するように電極対を柔軟弾性体と連動するように配置しても実施可能である。
【００８３】
例えば、図２９（ａ）の片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、図２９（ｂ）のその正面の断面図に示すように、図２０の片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの第１電極３０を、第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅとそれぞれ対向するように分割して、第１電極３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈとしてもよい。なお、第１電極３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈは、それぞれの間を接続して、第２電極３２ｅと対となって静電容量を検出する。
【００８４】
以上において説明してきた静電容量式３軸加速度センサーについての各実施例の異なる部分を利用目的に応じて適当に組み合せたものにして実施してもよい。
【００８５】
次に、図３０乃至図３７に基づいて、本発明の第４の実施の形態（３軸加速度センサーを用いた歩数計）について説明する。
【００８６】
図３０は、片端固定型圧電式３軸加速度センサーを内部に組み込んだ状態を簡潔に示した歩数計である。図３１は、この電気的処理に係わる構成について表すブロック図である。本発明の歩数計は、片端固定型圧電式３軸加速度センサーと歩数計数手段４４とを基板４５に配設し、この基板４５をケース４６内部に設けたことにより構成する。
【００８７】
片端固定型圧電式３軸加速度センサーは、図７の片端固定型圧電式３軸加速度センサーであり、コイルばねの一端部１１ａを基板４５に固定し、圧電素子（検出部）２からのリード線３を基板４５のパターンに接続している。なお、リード線３は、片端固定型圧電式３軸加速度センサーの動作を妨げないような仕様（太さ、柔軟さ、長さ等）で接続するものである。
【００８８】
歩数計数手段４４は、片端固定型圧電式３軸加速度センサーから検出した出力信号から歩数を計数する。圧電素子２で検出したアナログ信号を増幅する増幅器４７と、この増幅器４７で増幅したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４８と、このＡ／Ｄ変換器４８からのデジタル信号に基づいて歩数化するために演算・記憶・制御するマイコン４９と、このマイコン４９で演算した歩数等の結果を表示する表示器５０とから成り、基板４５に実装している。
【００８９】
この基板４５は、ケース４６内部の所定の取付部５１にねじ５２にて取り付けている。また、ケース４６は前後方向に分割可能である。
【００９０】
上述した歩数計は、正面が前、後、左、右、上または下のいずれの方向に向いた状態になろうとも、片端固定型圧電式３軸加速度センサーが、図７の実施例で詳述したように、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても検出することができる為に、歩行による上下振動を確実に検出することが可能である。
【００９１】
また、図１５に示すような圧電素子（検出部）６１、６２、６３、６４、６５がコイルばねの側面部に対して座標Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の各方向の変形を個別に検出するように配置構成をする片端固定型圧電式３軸加速度センサーを内部に組み込んだ歩数計である場合には、圧電素子（検出部）６１、６２、６３、６４、６５を有する片端固定型圧電式３軸加速度センサーと、図３２のブロック図に示す歩数計数手段８１とを基板４５に配設し、この基板４５をケース４６内部に設けることにより構成する。
【００９２】
歩数計数手段８１は、圧電素子６１、６２、６３、６４、６５から検出したアナログ信号を増幅する増幅器８２、８３、８４、８５、８６と、これら増幅器８２、８３からのアナログ信号を増幅する増幅器８７と、これら増幅器８４、８５からのアナログ信号を増幅する増幅器８８と、これら増幅器８７、８８、８６からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器８９、９０、９１と、これらＡ／Ｄ変換器８９、９０、９１からのそれぞれのデジタル信号に基づいて歩行による振動を方向別成分にしたり歩数化したりするために演算・記憶・制御するマイコン４９と、このマイコン４９で演算した歩数等の結果を表示する表示器５０とから成る。そして、このような構成によると、図３０および図３１において圧電素子を単数個配置した場合の実施例と同様に、歩行による上下振動を確実に検出することが可能であることに加えて、振動の方向別成分も検出することが可能となり、歩行による情報を広範囲に得るものとなる。
【００９３】
上述したような圧電式３軸加速度センサーに変え、図１６に示すような単数個の受感素子を配置する歪ゲージ２４を検出部に持つ抵抗線式３軸加速度センサーを内部に組み込んだ歩数計の場合には、図３３のブロック図に示すように、歪ゲージの受感素子（検出部）６７にダミー抵抗９５を接続し、受感素子（検出部）６７とダミー抵抗９５との間から検出出力を得る歩数計数手段５３を接続して構成する。
【００９４】
歩数計数手段５３は、増幅器４７、Ａ／Ｄ変換器４８、マイコン４９および表示器５０から成り、これらの各部は、図３１において詳述した歩数計数手段４４の場合の構成各部の場合と同様な処理を行う。そして、このような構成によると、図３０および図３１において圧電素子を単数個配置した場合の実施例と同様に歩行による上下振動を確実に検出することが可能である。
【００９５】
また、図１７に示すような複数個の受感素子を配置する歪ゲージ７６を検出部に持つ抵抗線式３軸加速度センサーを内部に組み込んだ歩数計の場合には、図３４のブロック図に示すように、受感素子７５にダミー抵抗９５を接続し、受感素子７１と受感素子７２との間、受感素子７３と受感素子７４との間、受感素子７５とダミー抵抗９５との間から検出出力を得る歩数計数手段１０１を接続して構成する。
【００９６】
歩数計数手段１０１は、受感素子（検出部）７１および７２の間から検出したアナログ信号を増幅する増幅器１０２と、受感素子（検出部）７３および７４の間から検出したアナログ信号を増幅する増幅器１０３と、受感素子（検出部）７５およびこれに接続するダミー抵抗９５との間から検出したアナログ信号を増幅する増幅器１０４と、これら増幅器１０２、１０３、１０４からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０５、１０６、１０７と、これらＡ／Ｄ変換器１０５、１０６、１０７からのそれぞれのデジタル信号に基づいて歩行による振動を方向別成分にしたり歩数化したりするために演算・記憶・制御するマイコン４９と、マイコン４９で演算した歩数等の結果を表示する表示器５０とから構成する。そして、このような構成によると、図３２において圧電素子を複数個配置した場合の実施例と同様に、歩行による上下振動を確実に検出することが可能であることに加えて、振動の方向別成分も検出することが可能となり、歩行による情報を広範囲に得るものとなる。
【００９７】
上述したような圧電式３軸加速度センサーや抵抗線式３軸加速度センサーに変え、図２０に示すような第１電極３０と第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅとを配置構成する静電容量式３軸加速度センサーを内部に組み込んだ歩数計である場合には、図３５のブロック図に示すように、各電極対（第１電極３０と第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）から検出出力を得る歩数計数手段５５を接続して構成する。
【００９８】
歩数計数手段５５は、各電極対（第１電極３０と第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）間で検出した静電容量信号を周波数に変換するＣ／Ｆコンバーター５４と、このＣ／Ｆコンバーター５４からの周波数信号変化に基づいて歩数化するために演算・記憶・制御するマイコン４９と、このマイコン４９で演算した歩数等の結果を表示する表示器５０とから構成する。そして、このような構成によると、図３０および図３１において圧電素子を単数個配置した場合の実施例と同様に歩行による上下振動を確実に検出することが可能である。
【００９９】
また、図２９に示すような第１電極３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈと第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅとを配置構成する静電容量式３軸加速度センサーを内部に組み込んだ歩数計である場合には、図３６のブロック図に示すように、電極対（第１電極３０ａと第２電極３２ａ）と電極対（第１電極３０ｃと第２電極３２ｃ）、電極対（第１電極３０ｂと第２電極３２ｂ）と電極対（第１電極３０ｄと第２電極３２ｄ）、電極対（第１電極３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈと第２電極３２ｅ）とダミー電極３２ｚを接続し、これらの接続した間から検出出力を得る歩数計数手段１１４を接続して構成する。
【０１００】
歩数計数手段１１４は、電極対（第１電極３０ａと第２電極３２ａ）と電極対（第１電極３０ｃと第２電極３２ｃ）との間からの静電容量信号を電圧に変換するＣ／Ｖコンバーター１１１と、電極対（第１電極３０ｂと第２電極３２ｂ）と電極対（第１電極３０ｄと第２電極３２ｄ）との間からの静電容量信号を電圧に変換するＣ／Ｖコンバーター１１２と、電極対（第１電極３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈと第２電極３２ｅ）とダミー電極３２ｚとの間からの静電容量信号を電圧に変換するＣ／Ｖコンバーター１１３と、これらＣ／Ｖコンバーター１１１、１１２、１１３からの電圧信号変化に基づいて歩行による振動を方向別成分にしたり歩数化したりするために演算・記憶・制御するマイコン４９と、このマイコン４９で演算した歩数等の結果を表示する表示器５０とにより構成する。そして、このような構成によると、図３２において圧電素子を複数個配置した場合の実施例と同様に、歩行による上下振動を確実に検出することが可能であることに加えて、振動の方向別成分も検出することが可能となり、歩行による情報を広範囲に得るものとなる。
【０１０１】
なお、図２９に示すような第１電極３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈと第２電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅとを配置構成する静電容量式３軸加速度センサーを内部に組み込んだ歩数計である場合には、図３７のブロック図に示すように、電極対（第１電極３０ａと第２電極３２ａ）と電極対（第１電極３０ｃと第２電極３２ｃ）、電極対（第１電極３０ｂと第２電極３２ｂ）と電極対（第１電極３０ｄと第２電極３２ｄ）を接続し、これらの電極対と電極対（第１電極３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈと第２電極３２ｅ）から検出出力を得る歩数計数手段１２４を接続して構成しても実施可能である。
【０１０２】
歩数計数手段１２４は、電極対（第１電極３０ａと第２電極３２ａ）と電極対（第１電極３０ｃと第２電極３２ｃ）とからの静電容量信号を周波数に変換するＣ／Ｆコンバーター１２１と、電極対（第１電極３０ｂと第２電極３２ｂ）と電極対（第１電極３０ｄと第２電極３２ｄ）とからの静電容量信号を周波数に変換するＣ／Ｆコンバーター１２２と、電極対（第１電極３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈと第２電極３２ｅ）とダミー電極３２ｚとからの静電容量信号を周波数に変換するＣ／Ｆコンバーター１２３と、これらＣ／Ｆコンバーター１２１、１２２、１２３からの周波数信号変化に基づいて歩行による振動を方向別成分にしたり歩数化したりするために演算・記憶・制御するマイコン４９と、このマイコン４９で演算した歩数等の結果を表示する表示器５０とにより構成する。
【０１０３】
そして、このような構成においても、歩行による上下振動を確実に検出することが可能であることに加えて、振動の方向別成分も検出することが可能となり、歩行による情報を広範囲に得るものとなる。
【０１０４】
なお、上述した歩数計に用いた３軸加速度センサーは、図２２に示すのように重りを設けたり、図２３に示すように過動防止部を設けたり、図２４に示すように不等ピッチのコイルばねであったり、図２５に示すように板ばねを備えたり、図２６に示すように円錐型のコイルばねであったり、図２７に示すのようにコイルばねにかえて多孔質状体であったり、図２８に示すようにベローズ状体であったりしても同様に実施可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の３軸加速度センサーは、摺動する部分がなく、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれの方向の振動に対しても柔軟弾性体の変形に応じて圧電素子・歪ゲージの受感部・電極対（対向する第１電極と第２電極）などの検出部から出力の検出をすることができ、単数品である。したがって、コストを廉価に、配置の容積が少なく、組立てに手間がかからず、故障が少なく、３軸加速度センサーの向きが変わっても常に一定方向の振動成分を検出することができる。
【０１０６】
また、本発明の歩数計は、この３軸加速度センサーからの出力に基づいて歩数を計数する。したがって、保持する向きが変わっても常に歩行による上下方向の振動成分を一定方向の振動成分として検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、両端固定型圧電式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図、（ｃ）は、その底面図である。
【図２】（ａ）は、重りを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図、（ｃ）は、その底面図である。
【図３】過動防止部を備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図４】不等ピッチのコイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図５】別のコイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図６】円錐型コイルばねを備えた両端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図７】（ａ）は、片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図、（ｂ）は、その底面図である。
【図８】重りを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図９】（ａ）は、過動防止部を備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの平面図であり、（ｂ）は、その正面の断面図である。
【図１０】不等ピッチのコイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図１１】（ａ）は、別のコイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図、（ｃ）は、その底面図である。
【図１２】（ａ）は、板ばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図、（ｂ）は、その底面図である。
【図１３】円錐型コイルばねを備えた片端固定型圧電式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図１４】積層複合した薄板状の圧電素子である。
【図１５】コイルばねの側面部に対する圧電素子の配置構成図である。
【図１６】単数受感素子を配置する歪ゲージである。
【図１７】複数受感素子を配置する歪ゲージである。
【図１８】多孔質状体から成る片端固定型圧電式３軸加速度センサーである。
【図１９】ベローズ状体から成る片端固定型圧電式３軸加速度センサーである。
【図２０】（ａ）は、片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図である。
【図２１】（ａ）は、両端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図である。
【図２２】重りを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図２３】（ａ）は、過動防止部を備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図である。
【図２４】不等ピッチのコイルばねを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図２５】（ａ）は、板ばねを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図である。
【図２６】円錐型のコイルばねを備えた片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの正面の断面図である。
【図２７】（ａ）は、片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図である。
【図２８】（ａ）は、片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図である。
【図２９】（ａ）は、片端固定型静電容量式３軸加速度センサーの平面図、（ｂ）は、その正面の断面図である。
【図３０】片端固定型圧電式３軸加速度センサーを内部に組み込んだ状態を簡潔に示した歩数計である。
【図３１】圧電式３軸加速度センサーを用いた場合の電気的処理に係わる構成について表すブロック図である。
【図３２】圧電式３軸加速度センサーを用いた場合の電気的処理に係わる構成について表すブロック図である。
【図３３】歪ゲージ３軸加速度センサーを用いた場合の電気的処理に係わる構成について表すブロック図である。
【図３４】歪ゲージ３軸加速度センサーを用いた場合の電気的処理に係わる構成について表すブロック図である。
【図３５】静電容量式３軸加速度センサーを用いた場合の電気的処理に係わる構成について表すブロック図である。
【図３６】静電容量式３軸加速度センサーを用いた場合の電気的処理に係わる構成について表すブロック図である。
【図３７】静電容量式３軸加速度センサーを用いた場合の電気的処理に係わる構成について表すブロック図である。
【符号の説明】
１、１１  コイルばね
１ａ、１１ａ  一端部
１ｂ、１１ｂ  側面部
１ｃ、１１ｃ  他端部
２  圧電素子
３  リード線
４、１２、３７  重り
５、１４、３８  過動防止部
２４、７６  歪ゲージ
２５、４２  多孔質状体
２７、４３  ベローズ状体
３０（ａ〜ｈ）、３４（ａ〜ｅ）  第１電極
３２（ａ〜ｅ）、３６  第２電極
４４、５３、５５、８１、１０１、１１４、１２４  歩数計数手段
４５  基板
４６  ケース
【図１】
2004239637.tif 000003
【図２】
2004239637.tif 000004
【図３】
2004239637.tif 000005
【図４】
2004239637.tif 000006
【図５】
2004239637.tif 000007
【図６】
2004239637.tif 000008
【図７】
2004239637.tif 000009
【図８】
2004239637.tif 000010
【図９】
2004239637.tif 000011
【図１０】
2004239637.tif 000012
【図１１】
2004239637.tif 000013
【図１２】
2004239637.tif 000014
【図１３】
2004239637.tif 000015
【図１４】
2004239637.tif 000016
【図１５】
2004239637.tif 000017
【図１６】
2004239637.tif 000018
【図１７】
2004239637.tif 000019
【図１８】
2004239637.tif 000020
【図１９】
2004239637.tif 000021
【図２０】
2004239637.tif 000022
【図２１】
2004239637.tif 000023
【図２２】
2004239637.tif 000024
【図２３】
2004239637.tif 000025
【図２４】
2004239637.tif 000026
【図２５】
2004239637.tif 000027
【図２６】
2004239637.tif 000028
【図２７】
2004239637.tif 000029
【図２８】
2004239637.tif 000030
【図２９】
2004239637.tif 000031
【図３０】
2004239637.tif 000032
【図３１】
2004239637.tif 000033
【図３２】
2004239637.tif 000034
【図３３】
2004239637.tif 000035
【図３４】
2004239637.tif 000036
【図３５】
2004239637.tif 000037
【図３６】
2004239637.tif 000038
【図３７】
2004239637.tif 000039