JP2009099521A - Tilted vibration sensor and portable apparatus using the same, and crime prevention system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の傾斜方向や振動を検知することが可能な傾斜振動センサに関するものであり、特に傾斜振動センサに連動して、スイッチが動作し、表示切り替えを行ったり、あるいは傾斜振動状態のレベルを段階的に検出したりする携帯機器等に関するものである。 The present invention relates to a tilt vibration sensor capable of detecting a plurality of tilt directions and vibrations, and in particular, a switch operates in conjunction with the tilt vibration sensor to perform display switching or in a tilt vibration state. The present invention relates to a portable device or the like that detects levels in stages.
従来、コンビネーション腕時計の表示切替や腕時計のバックライトをオンする際には、ユーザー専用ボタンを押すなど、スイッチ操作が必要であった。このようなスイッチ操作は、片方の手に荷物などをユーザーが持っていたりすると操作しにくく、面倒であった。さらに、小型携帯機器では、スイッチボタンに必要なスペースが発生し、さらなる小型化の障害になっている。そこで傾けただけで、それを検知し、スイッチ作動をするような機能をもつ携帯機器が提案されている。(例えば特許文献1) Conventionally, when switching the display of the combination wristwatch or turning on the backlight of the wristwatch, a switch operation such as pressing a user-specific button has been required. Such a switch operation is difficult and troublesome when the user has a baggage or the like in one hand. Further, in a small portable device, a space required for the switch button is generated, which is an obstacle to further miniaturization. Therefore, portable devices have been proposed that have the function of detecting and detecting the switch just by tilting. (For example, Patent Document 1)
このようなスイッチに用いられる傾斜を感知する傾斜振動センサとしては、弾性部材からなる固定接片と舌片が一対になった金属部材からなる4個の固定電極と、空間内を重力方向に応じて自在に移動する導電球との接触により、前記4個の固定電極間の電気的接続位置により、多方向の傾斜を検知する、傾斜スイッチの技術が開示されている。(例えば特許文献2) The tilt vibration sensor for detecting the tilt used in such a switch includes a fixed contact piece made of an elastic member and four fixed electrodes made of a metal member made of a pair of tongue pieces, and the space depending on the direction of gravity. A tilt switch technique is disclosed in which a multi-directional tilt is detected based on an electrical connection position between the four fixed electrodes by contact with a conductive ball that moves freely. (For example, Patent Document 2)
また、傾斜振動などを検知するセンサとしては、メムス技術などを用いた加速度センサが存在するが、微小な錘を微細なパターンで支えるため、落下試験などで破損が生じ、強い衝撃に弱い欠点がある上、錘に接続する微細パターンの歪を圧電効果により、微弱な電圧として取り出した後、アンプで増幅するため、消費電力がmWオーダとなり、小型機器に組み込んだ場合には電池消耗が激しく不向きである。 In addition, there are acceleration sensors using the MEMS technology as sensors that detect tilt vibrations, etc., but since the minute weight is supported by a fine pattern, it is damaged by a drop test, etc., and it is vulnerable to strong impact. In addition, since the distortion of the fine pattern connected to the weight is taken out as a weak voltage by the piezoelectric effect and then amplified by the amplifier, the power consumption is on the order of mW. It is.
一方、表面が導電性を有する玉と、円板状に形成された基板の上に、ブラス電極面と−電極面を交互に串歯状に配置し、玉の転がりによって+電極面と−電極面が抵抗を介して短絡することにより振動を検知するセンサの技術が開示されている。(特許文献3) On the other hand, a brass electrode surface and a negative electrode surface are alternately arranged in a skewer shape on a conductive ball and a disk-shaped substrate, and a positive electrode surface and a negative electrode are formed by rolling the ball. A sensor technology for detecting vibration by short-circuiting a surface via a resistor is disclosed. (Patent Document 3)
しかしながら、固定接片と舌片が一対になった金属部材からなる4個の固定電極と、空間内を重力方向に応じて自在に移動する導電球との接触により電気的接続を取る特許文献2における方法は、導電球の接続安定性を重視するあまり、導電球を弾性部材からなる固定接片と舌片で挟み込んで導電球のスピーディーな動きが実現しにくい。このため、小型の携帯機器の軽快な傾斜により動作するスイッチとしては不向きである。また、上記方法は部品点数も多くなる上、固定電極の各部品も複雑であり、スイッチの大型化を招く。
However,
また、特許文献3で用いたセンサは、単純な導通スイッチであるため、低消費電力で振動を検出することが可能である。しかしながら、検出レベルが振動の有無の2段階しか無いため、防犯システムなどに用いるには、周囲の振動状態によって作動のレベルを調整することが困難であった。
Further, since the sensor used in
本発明の傾斜振動センサは、個々に絶縁されている複数の電極パターンを有する基板と導電キャップとを備え、複数の電極パターンと導電キャップとが向き合うように、基板と導電キャップを配置し、導電キャップと基板との間の空間に、導電球を配置し、導電球が電極パターンと導電キャップとを電気的に接続することによって、傾斜方向をまたは振動を感知する傾斜振動センサであって、隣り合う電極パターンと電極パターンとの間には、電極パターンとほぼ同等の厚みを有するダミーパターンが配置されていることを特徴とする。 The tilt vibration sensor of the present invention includes a substrate having a plurality of individually insulated electrode patterns and a conductive cap. The substrate and the conductive cap are arranged so that the plurality of electrode patterns and the conductive cap face each other, and the conductive vibration sensor is provided. An inclination vibration sensor that detects an inclination direction or vibration by disposing a conductive sphere in a space between a cap and a substrate, and the conductive sphere electrically connects the electrode pattern and the conductive cap. A dummy pattern having a thickness substantially equal to that of the electrode pattern is disposed between the matching electrode patterns.
また、基板と導電キャップとは、前記基板上に配置された溝部に導電キャップの端部が嵌合されて、基板と前記導電キャップとが一体化されていることを特徴とする。また、基板における電極パターンが形成された面と反対側の面には、外部電極パターンが設けられ、基板にスルーホールを設けて、電極パターンと外部電極パターンとを電気的に接続していることを特徴とする。 Further, the substrate and the conductive cap are characterized in that an end portion of the conductive cap is fitted into a groove portion disposed on the substrate, and the substrate and the conductive cap are integrated. In addition, an external electrode pattern is provided on the surface of the substrate opposite to the surface on which the electrode pattern is formed, and a through hole is provided in the substrate to electrically connect the electrode pattern and the external electrode pattern. It is characterized by.
また、導電キャップの外面には導電材が接続され、導電材は基板における外部電極パターンが形成されている面側に、延出するように配置され、導電キャップと導電材とが、電気的に接続されて導電キャップへ電気信号が印加されることを特徴とする。または、導電キャップは、導電キャップの一部が延出した突起部を有し、基板における外部電極パターンが形成されている面側に、延出するように配置され、突起部を介して導電キャップへ電気信号が印加されることを特徴とする。 In addition, a conductive material is connected to the outer surface of the conductive cap, and the conductive material is disposed so as to extend to the side of the substrate on which the external electrode pattern is formed, and the conductive cap and the conductive material are electrically connected. An electrical signal is applied to the conductive cap by being connected. Alternatively, the conductive cap has a protruding portion in which a part of the conductive cap extends, and is disposed so as to extend on the surface side of the substrate on which the external electrode pattern is formed, and the conductive cap is interposed via the protruding portion. An electrical signal is applied to the device.
また、基板の四隅がそれぞれ円弧状に切り取られ、外部電極パターンが、円弧状に切り取られた側面に沿って電極パターンが形成された面側の四隅に導出され、四隅に導出された外部電極パターンより、電極パターンへ電気信号が印加されることを特徴とする。 In addition, the four corners of the substrate are each cut into an arc shape, and the external electrode pattern is led out to the four corners on the surface side where the electrode pattern is formed along the side face cut into the arc shape, and the external electrode pattern led to the four corners Thus, an electrical signal is applied to the electrode pattern.
また、導電キャップが嵌合されている箇所より外側の領域の基板上に、集積回路チップが搭載されていることを特徴とする。また、集積回路チップは信号を処理する回路部と、RSフリップフロップ回路と、発振回路と、カウンター回路とを含むことを特徴とする。 Further, an integrated circuit chip is mounted on a substrate in a region outside the portion where the conductive cap is fitted. The integrated circuit chip includes a circuit portion for processing a signal, an RS flip-flop circuit, an oscillation circuit, and a counter circuit.
さらに、水平方向に対して傾けて配置し、所定期間内に、前記電極パターンより出力される電気信号により、傾斜振動状態のレベル情報を取得する手段を備えることを特徴とする。また、このような傾斜振動センサを携帯機器や防犯システムなどに採用できる。 Furthermore, it is arranged to be inclined with respect to the horizontal direction, and includes means for acquiring level information of the tilt vibration state by an electric signal output from the electrode pattern within a predetermined period. Moreover, such a tilt vibration sensor can be employed in a portable device or a security system.
本発明の傾斜振動センサを用いることにより、部品点数の減少によるスイッチの小型化、また、配線スペースの減少による回路構成の簡略化による小型化が可能になり、デザイン自由度の高い小型携帯機器を提供することができる。さらにスイッチング動作をする導電球が自由になめらかに、スピーディーに移動するため、多種多様の動作であっても、種々の動作の切り替えが可能となり、ボタンスイッチ無しでも高機能な傾斜スイッチを提供できる。 By using the tilt vibration sensor of the present invention, it is possible to reduce the size of the switch by reducing the number of parts and the size of the switch by simplifying the circuit configuration by reducing the wiring space. Can be provided. Furthermore, since the conductive ball that performs the switching operation moves freely and smoothly, various operations can be switched even in a wide variety of operations, and a highly functional tilt switch can be provided without a button switch.
また、低消費電力であるので、電池駆動であっても動作することが可能である。さらに傾斜振動状態のレベルを段階的に分けて検出することができる。また傾斜振動状態を電波送信することも可能な上、傾斜振動センサが小型ため、コンパクトな傾斜振動検出装置を提供することができる。 In addition, since it has low power consumption, it can operate even with battery drive. Furthermore, the level of the tilt vibration state can be detected in stages. In addition, the tilt vibration state can be transmitted by radio wave, and the tilt vibration sensor is small, so that a compact tilt vibration detection device can be provided.
本発明の傾斜振動センサについて詳述する。図1は、本発明の傾斜振動センサでありメ
カスイッチ部である。図1(b)は透過平面図であり、図1(a)は図1(b)のA−A´断面図である。このメカスイッチ部の外形サイズは縦3mm、横3.5mm、高さ1.3mmの小型サイズである。
The tilt vibration sensor of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows a tilt vibration sensor and a mechanical switch unit of the present invention. 1B is a transmission plan view, and FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. The external size of the mechanical switch unit is a small size of 3 mm in length, 3.5 mm in width, and 1.3 mm in height.
図1において、厚さ0.4mmのガラスエポキシ基板である基板15上面には、銅箔上を金メッキされた厚み2μmの4つの電極パターン13と、同一の厚みをもつダミーパターン14とを配置している。また、基板15の下面にも銅箔上を金メッキした厚み2μmの4つの外部電極パターンが形成されている。この電極パターン13と外部電極パターンとは、スルーホール17を介して各々電気的に接続している。各々の電極パターン13間の距離は約0.4mmで、電極パターン間に配置されているダミーパターン14の幅は約0.16mmほどである。
In FIG. 1, on the upper surface of the substrate 15 which is a glass epoxy substrate having a thickness of 0.4 mm, four electrode patterns 13 having a thickness of 2 μm plated with gold on a copper foil and a dummy pattern 14 having the same thickness are arranged. ing. In addition, four external electrode patterns having a thickness of 2 μm are formed on the lower surface of the substrate 15 by gold plating on the copper foil. The electrode pattern 13 and the external electrode pattern are electrically connected to each other through a through
基板15には、NCルータによって円周状に0.2mmの深さで幅0.2mmの溝16が形成されている。そして、0.1mm厚の鉄板をプレス加工によりキャップ形状にし、その表面を金メッキ処理した導電キャップ12を溝16にはめ込み、接着剤により固着している。導電キャップと基板との間の空間には、0.8mm径の鉄球を金メッキ処理した導電球11が配置され、重力方向の傾斜に応じてスピーディーに、かつなめらかに転がるように構成され、基板上面に形成された4個の各電極パターン13と導電キャップ12を独立に電気的接続を取ることができる。
A groove 16 having a depth of 0.2 mm and a width of 0.2 mm is formed on the substrate 15 by an NC router. Then, an iron plate having a thickness of 0.1 mm is formed into a cap shape by press working, and a
このように、導電球11が傾斜によって転がり、4つに形成された電極パターン13のうち、いずれかの電極パターン13上に位置するかを電気的に感知して、傾斜振動センサ自体が、どちらの方向に傾斜しているかを知ることができる。また電極パターン13と電極パターン13との間にダミーパターン14を形成したので、導電球11が2つの隣り合う電極パターン13と同時に接触することがなく、誤動作がなくなり、傾斜振動センサの感度を向上させる。また、ダミーパターン14の膜厚を電極パターン13の膜厚と等しく形成することにより、導電球11の滑らかなスピーディーな動きを実現できる。 In this way, the conductive sphere 11 rolls due to the inclination, and it is electrically sensed whether one of the four electrode patterns 13 is located on the electrode pattern 13, and the inclination vibration sensor itself is It can be known whether it is inclined in the direction of. Further, since the dummy pattern 14 is formed between the electrode pattern 13 and the electrode pattern 13, the conductive sphere 11 is not in contact with two adjacent electrode patterns 13 at the same time, so that no malfunction occurs and the sensitivity of the tilt vibration sensor is improved. Let In addition, by forming the dummy pattern 14 equal in thickness to the electrode pattern 13, smooth and speedy movement of the conductive sphere 11 can be realized.
本実施例では、ダミーパターン14を導電材料で形成したが、絶縁材料で形成しても構わない。絶縁材料で形成することによって、電極パターン13とダミーパターン14との間の距離を考慮する必要がなく、ダミーパターン14を形成するときの位置合わせが容易となる。 In this embodiment, the dummy pattern 14 is formed of a conductive material, but may be formed of an insulating material. By forming with an insulating material, it is not necessary to consider the distance between the electrode pattern 13 and the dummy pattern 14, and alignment when forming the dummy pattern 14 is facilitated.
図2は、図1のメカスイッチ部を、電子腕時計や種々の携帯機器のマザーボード基板にハンダボールなどを用いてリフロー実装する際に用いられる形の一例を図示したもので、図2(a)と図2(b)とは、90°方向を変えて見たところの外観図である。基板22に固着され金メッキ処理された導電キャップ21の外面には、ニッケル小片からなる導電材の接地電極23が抵抗溶接により固着されている。この接地電極23は、基板22の端部に沿って、基板22の外部電極パターン24が形成されている面側、つまり基板22の下側面にまで延出するように配置され、外部電極パターン24と電気的に接続されている。導電キャップ21と接地電極23は、それぞれ材質が金とニッケルであり、異種金属のため接合部にわずかな抵抗差を持ち、大きな電流を流すことにより接合部が高熱を発して2種の金属が十分に溶融し、しっかりとした接続が可能となる。 FIG. 2 illustrates an example of a shape used when the mechanical switch unit of FIG. 1 is reflow-mounted using a solder ball or the like on a mother board of an electronic watch or various portable devices. And FIG. 2B is an external view of the camera viewed from a 90 ° direction. On the outer surface of the conductive cap 21 fixed to the substrate 22 and subjected to gold plating, a ground electrode 23 made of a conductive material made of nickel pieces is fixed by resistance welding. The ground electrode 23 is disposed along the end of the substrate 22 so as to extend to the surface side of the substrate 22 where the external electrode pattern 24 is formed, that is, to the lower surface of the substrate 22. And are electrically connected. The conductive cap 21 and the ground electrode 23 are made of gold and nickel, respectively, and have a slight resistance difference at the joint due to the dissimilar metals. It melts sufficiently and a firm connection is possible.
次に、別の形状の傾斜振動センサの実施形態を詳述する。図3は本発明の傾斜センサのメカスイッチ部の分解図である。図3(a)は導電キャップ32を横から見た図であり、キャップの下部の一部が延出した突起部を有している。導電キャップ32は、1mm厚の銅板をプレス加工により形成し、金メッキ処理が施されている。突起部の延出している部分の長さは0.2mm、突起部を除いた導電キャップ32の高さは1.2mmである。
Next, another embodiment of the tilt vibration sensor having another shape will be described in detail. FIG. 3 is an exploded view of the mechanical switch portion of the tilt sensor of the present invention. FIG. 3A is a view of the
図3(b)には、導電キャップ32と向き合うように嵌合する基板35と嵌合した空間部分に配置される導電球31が示されている。基板35は、一辺の一部が凹型に欠けており、導電キャップ32の突起部と嵌合しやすい構造となっている。また、基板35の四隅は円弧状に切り取られており、円弧状に切り取られた側面に沿って裏面に形成されていた外部電極パターン34が、表面に導出されている。このように円弧状切り取られた側面に沿って外部電極パターンが表面に導出されていると、この円弧状の箇所で、他基板と実装する際に、外部電極パターンの表面を広く取ることができ、接続しやすいという効果が得られる。さらに、スルーホール37の内面に形成された金属膜によって導電球82が接する電極パターンは、基板83の裏面に配置された外部電極パターンと電気的に接続されている。
FIG. 3B shows a conductive sphere 31 disposed in a space portion fitted with the substrate 35 fitted so as to face the
図3(c)は、基板35の裏面を示す図であり、絶縁物のカバーレイ39によって、外部電極パターンのほぼ全面が覆われている。基板35の四隅は外部電極パターン34が露出されている。そして、この四隅の外部電極パターン34は、前述したように、円弧状に切り取られた側面に形成された金属膜によって、図3(b)に示された表面の四隅に導出されている。
FIG. 3C is a diagram showing the back surface of the substrate 35, and an almost entire surface of the external electrode pattern is covered with an insulating cover lay 39. The
図4は、図3で図示した傾斜振動センサを別の実装基板に実装する図を示したものである。図4(a)は、傾斜振動センサ41と、この傾斜振動センサが表面リフロー実装される被実装基板40とを側面から見た図である。被実装基板40と傾斜振動センサ41とが接触する傾斜振動センサの裏面にはカバーレイ49が配置されている。被実装基板40に形成された電極パターン45上には、ハンダペースト48を配置し、図4(b)に図示するように、位置合わせした外部電極パターン44と被実装基板40の電極パターン45とをハンダ48で接続する。ハンダは40度のリフロー実装炉で溶融し、ペレット形状のハンダ48となり、外部電極パターン44の全体を覆い、しっかりとした信頼性の高い強固な実装が可能となった。
FIG. 4 shows a view in which the tilt vibration sensor shown in FIG. 3 is mounted on another mounting board. FIG. 4A is a side view of the tilt vibration sensor 41 and the mounted
次に、本発明の傾斜振動センサを傾斜スイッチとして使用した実施例を詳述する。図5は、本発明の傾斜振動センサを用いたスイッチ51の模式図である。メカスイッチ部52は、図1から図3で図示した構成となっている。このメカスイッチ部52と電気的に接続し、信号を処理する集積回路チップのICチップ54が、メカスイッチ部52の導電キャップが嵌合されている箇所より外側の領域の基板上に搭載されている。本実施例ではメカスイッチ部が嵌合された基板上にICチップ54を搭載したが、図5で図示したように、嵌合した基板ではなく、メカスイッチ部を別基板に実装した実装基板上にICチップを搭載しても構わない。 Next, an embodiment in which the tilt vibration sensor of the present invention is used as a tilt switch will be described in detail. FIG. 5 is a schematic diagram of a switch 51 using the tilt vibration sensor of the present invention. The mechanical switch unit 52 has the configuration illustrated in FIGS. 1 to 3. An IC chip 54 of an integrated circuit chip that is electrically connected to the mechanical switch unit 52 and processes signals is mounted on a substrate in a region outside the portion where the conductive cap of the mechanical switch unit 52 is fitted. Yes. In this embodiment, the IC chip 54 is mounted on the board on which the mechanical switch unit is fitted. However, as shown in FIG. 5, not the fitted board but the mounting board on which the mechanical switch unit is mounted on another board. An IC chip may be mounted on.
ICチップ54が実装されている側と反対側の基板面には、このスイッチ51を他のマザーボード基板に実装する際に必要となる入出力パッド53が配置されている。このスイッチ31の平面サイズは縦3mm、横4.5mmである。図5(a)のように水平方向に対して+20度以上の配置から1秒以内に、図5(b)のように水平方向に対して−20度以上傾け、さらにまた図5(a)のように+20度以上傾けると出力パッドから表示切り替えオン信号が発生する。
On the board surface opposite to the side where the IC chip 54 is mounted, input /
図6(a)はスイッチの模式平面図であり、図6(b)は図6(a)のB−B´断面図である。図6を用いて、メカスイッチ部の機能を説明する。メカスイッチ部60と電気的に接続したICチップ64は、導電球62の接続位置、チャタリング処理、移動時間信号を処理する。例えば、スイッチを傾けると導電球62が電極パターン65−Aの位置になり、電極パターン65−Aと導電キャップ61に挟持され、それぞれを導通させる。ICチップ64は、電気的導通状態を記憶させるチャタリング処理を行う。導電球62は2m
gと軽いので、導通後すぐに非導通になることがあるが、このようにチャタリング処理がされるので、導電球62が、どの電極パターン65と接続されたのか、正確に知ることができ、傾斜振動センサとしての誤作動を防ぐ。なお、電極パターン65−A,電極パターン65−B,電極パターン65−C,電極パターン65−Gのうち、電極パターン65−Gは、本実施例において導電キャップ61と電気的に接続されており、0Vに接続されて接地電極(Gnd)となっている。
6A is a schematic plan view of the switch, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 6A. The function of the mechanical switch unit will be described with reference to FIG. The IC chip 64 electrically connected to the mechanical switch unit 60 processes the connection position of the conductive ball 62, chattering processing, and movement time signal. For example, when the switch is tilted, the conductive ball 62 is positioned at the electrode pattern 65-A, and is sandwiched between the electrode pattern 65-A and the conductive cap 61, and each is made conductive. The IC chip 64 performs chattering processing for storing the electrical continuity state. Conductive ball 62 is 2m
Since it is light as g, it may become non-conductive immediately after conduction, but since the chattering process is performed in this way, it is possible to know exactly which electrode pattern 65 the conductive sphere 62 is connected to, Prevents malfunction as a tilt vibration sensor. Of the electrode pattern 65-A, electrode pattern 65-B, electrode pattern 65-C, and electrode pattern 65-G, the electrode pattern 65-G is electrically connected to the conductive cap 61 in this embodiment. , Connected to 0 V to be a ground electrode (Gnd).
図7は、このようなスイッチの周辺の回路システム図である。導電キャップと電気的接続がされている図6で図示した電極パターン65−Gは図7のメカスイッチ部70のG点に対応し、電極パターン65−A,電極パターン65−B,電極パターン65−Cは、同様に図7のメカスイッチ部のA点、B点、C点に対応している。導電球は、傾斜方向に応じて電極パターン65−A,電極パターン65−B,電極パターン65−Cのいずれかと導通し、ICチップ内71のRSフリップフロップ回路によってチャタリング処理をされ、最後に導通されたA,B,Cの電極位置で記憶される。発振回路とカウンター回路は、所定期間内に動作させるスイッチの基準時間を作り、コントロール回路によって、スイッチが動作するA,B,Cの各点の導通順番と、その時間を制御する。導通順番と時間は、それぞれタイム入力回路と動作モード入力信号回路から、外部入力パッド端子を介して、タイム入力信号72と動作モード入力信号73が入力され決定する。
FIG. 7 is a circuit system diagram around such a switch. The electrode pattern 65-G illustrated in FIG. 6 that is electrically connected to the conductive cap corresponds to the point G of the
このようにスイッチが動作すると、時刻表示、月日表示、年表示と、LCDセグメントモジュール76での表示が切り替わるように、表示モード信号74または表示切替信号75が、ICチップ71よりLCDセグメントモジュール76の駆動回路に送られる。 When the switch operates as described above, the display mode signal 74 or the display switching signal 75 is sent from the IC chip 71 to the LCD segment module 76 so that the time display, the date display, the year display, and the display on the LCD segment module 76 are switched. To the drive circuit.
以下にこのスイッチを用いた小型携帯機器である電子腕時計について、その機能を図8に説明する。図8(a)に図示するように、アナログ時計と表示部を合わせ持つコンビネーション腕時計81において、腕を水平方向に対して20度以上内側に傾けた状態から1秒以内で20度以上の手前に傾け、またもとの状態に戻すと、時刻の10時2分36秒「10:02:36」、月日の4月3日(日)「04:03:SU」、年表示の2007年「20:07:YE」の順で、表示がサイクリックに切り替わる。また、図8(b)に図示するように、腕を上げた状態から1秒以内に腕を手前に傾け、さらに外側に傾け、また、手前に傾けると表示モードが「時刻−月日−年」表示モード80と「複数の暗証番号」表示モード81にサイクリックに切り替わる。このように傾斜振動センサを用いて、傾斜方向を1秒以内で検知させることにより、LCD表示体に時分秒、月日と曜日、年の表示切替がスムーズに行われた。
The function of an electronic wrist watch that is a small portable device using this switch will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 8 (a), in a combination wristwatch 81 having both an analog watch and a display unit, the arm is tilted inward by 20 degrees or more with respect to the horizontal direction and within 20 seconds within 20 seconds. Tilt and return to the original state, 10:02:36 of the time “10:02:36”, Sunday, April 3 (Sunday) “04: 03: SU”,
図9は、本発明の傾斜振動センサをスイッチとして用いた別の電子腕時計である。時計91は、1個のモータで長針93と短針92を、2個目のモータで秒針94をドライブするアナログタイプの電子腕時計である。文字盤95には、秒針94で曜日を示せるように「MON,TUE,WED,THU,FRI,SAT,SUN」の印刷が施されている。この時計91は、腕を上げた状態から、1秒以内に腕を手前に傾け、さらに外側に傾け、また手前に戻すと、「時刻表示モード」から「月日と曜日表示モード」の表示「1月14日(水)」に長針(日付け)、短針(月)、秒針(曜日)がサイクリックに切り替わる。
FIG. 9 is another electronic wristwatch using the tilt vibration sensor of the present invention as a switch. The
また、最初の傾斜状態を1〜2秒程度の一定時間保った後に続けて、複数の傾斜状態を最初の傾斜期間より短い期間内で連続動作させた時に、初めて表示切り替えを行うと、腕動作による予期せぬ誤作動をほとんど無くすことができた。また、電波時計に応用したところ、リューズもボタンスイッチも無くすことができ、薄型でデザイン性の高い電子腕時計となった。 If the display is switched for the first time when a plurality of inclined states are continuously operated within a period shorter than the first inclined period after the initial inclined state is maintained for a certain time of about 1 to 2 seconds, We were able to eliminate almost all unexpected malfunctions. In addition, when applied to a radio-controlled watch, the crown and button switch can be eliminated, resulting in a thin and highly designed electronic watch.
なお、本発明の傾斜振動センサのICチップを電子腕時計の駆動用IC内に付加配置す
ることにより、IC部品点数をさらに減らし、時計基板のさらなる小型化も可能である。なお、本発明の傾斜振動センサは電子腕時計のみだけでなく、多種多様の小型機器および携帯機器に利用可能であることは言うまでもない。
In addition, by additionally arranging the IC chip of the tilt vibration sensor of the present invention in the driving IC of the electronic wristwatch, it is possible to further reduce the number of IC parts and further reduce the size of the watch substrate. Needless to say, the tilt vibration sensor of the present invention can be used not only for an electronic wristwatch but also for a wide variety of small devices and portable devices.
次に、本発明の傾斜振動センサを傾斜振動検出装置として用いた実施例について詳述する。図10は、傾斜振動検出装置内に、内蔵する傾斜振動センサ103を示す模式断面図である。傾斜振動センサ103はFPC(フレキシブルプリントサーキット)102上の片側面に実装され、他方の片側面はマザー基板106に実装されている。また、傾斜振動センサ103は真鍮でつくられた勾配チップ105上に水平方向に対して傾けて配置されている。このように傾けて配置することによって、傾斜振動センサ13内の導電球14の位置を、重力により常時は定位置に配置する役目を持つ。そしてMPU(マイクロプロセッサーユニット)101は振動や傾斜によって導電球14が移動する位置の検出、および振動によるチャタリング回数のカウントを演算処理し、振動傾斜状態をデジタル信号として取り出す機能を果たす。 Next, an embodiment in which the tilt vibration sensor of the present invention is used as a tilt vibration detection device will be described in detail. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a tilt vibration sensor 103 incorporated in the tilt vibration detection apparatus. The tilt vibration sensor 103 is mounted on one side surface on an FPC (flexible printed circuit) 102, and the other side surface is mounted on a mother substrate 106. The tilt vibration sensor 103 is disposed on a gradient chip 105 made of brass and tilted with respect to the horizontal direction. By inclining and arranging in this way, the position of the conductive sphere 14 in the inclination vibration sensor 13 is always arranged at a fixed position by gravity. The MPU (microprocessor unit) 101 performs a function of detecting the position where the conductive ball 14 moves due to vibration or tilt and calculating the number of chattering times due to the vibration, and extracting the vibration tilt state as a digital signal.
図10で図示した傾斜振動センサ103は、先に図1から図3で図示した傾斜振動センサを用いることができる、この傾斜振動センサであるメカスイッチ部の外形サイズは縦3mm、横3.5mm、高さ1.4mmの小型サイズである。 The tilt vibration sensor 103 illustrated in FIG. 10 can use the tilt vibration sensor previously illustrated in FIGS. 1 to 3. The external size of the mechanical switch portion which is the tilt vibration sensor is 3 mm in length and 3.5 mm in width. Small size with a height of 1.4 mm.
図11は、図10で図示した傾斜振動検出装置内にある傾斜振動センサとその内部の導電球および傾斜振動検出装置の取り付け角度を示す模式説明図である。基板111上には4個の独立した電極A116、電極B113、電極C115、電極D112が配置されている。基板111に対して取付角度114を水平面に対して、5度にした実験結果によると、導電球117は重力によって、常時、電極A116に配置される。外部環境により微振動が起こると電極A116の範囲内で、導電球117が振動するが、振動レベルが増加するにしたがい、電極B113や、電極C115に導電球117が接触し、チャタリングを起こす。さらに、激振動や、傾斜振動検出装置の傾斜が完全に傾くと、電極D112とも導電球117が接触し、チャタリングを起こす。このように角度をもって傾斜振動センサを配置した場合には、上方に位置する電極D112の面積を広くし、下方に位置する電極A116、電極B113、電極C115は狭くした方が感度の向上がみられた。これらの結果から、以下のように傾斜振動レベルを段階に分けて検出することが可能となった。 FIG. 11 is a schematic explanatory diagram illustrating the inclination vibration sensor in the inclination vibration detection apparatus illustrated in FIG. 10, the conductive ball in the inclination vibration, and the mounting angle of the inclination vibration detection apparatus. On the substrate 111, four independent electrodes A116, B113, C115, and D112 are arranged. According to an experimental result in which the mounting angle 114 is set to 5 degrees with respect to the horizontal plane with respect to the substrate 111, the conductive ball 117 is always disposed on the electrode A116 by gravity. When slight vibration occurs due to the external environment, the conductive sphere 117 vibrates within the range of the electrode A116. However, as the vibration level increases, the conductive sphere 117 contacts the electrode B113 and the electrode C115, and chattering occurs. Further, when the intense vibration or the inclination vibration detector is completely inclined, the conductive sphere 117 comes into contact with the electrode D112 to cause chattering. When the tilt vibration sensor is arranged at an angle in this manner, sensitivity is improved by increasing the area of the electrode D112 located above and narrowing the electrodes A116, B113, and C115 located below. It was. From these results, it became possible to detect the tilt vibration level in stages as follows.
・静止状態:電極Aの位置でチャタリングなし
・微振動 :電極Aの位置でチャタリングあり
・中振動 :電極A、B、Cの位置でチャタリングあり
・強振動 :電極A、B、C、Dの位置でチャタリングあり
・ Still state: No chattering at the position of electrode A ・ Fine vibration: Chattering at the position of electrode A ・ Medium vibration: Chattering at the position of electrodes A, B, C ・ Strong vibration: Chattering at position
図12に、このような傾斜振動検出装置を用いた防犯システムの一例を示す。貴金属ショーケース104内に配置された傾斜振動検出装置123は、夜間に貴金属ショーケース124が破損などにより傾斜振動が生じると、傾斜振動検出装置123が傾斜振動レベルに応じて、受信制御機能付ブザー装置121に電波を送信する。例えば微振動を検出するとビデオカメラ122が作動し、さらに大きな振動や傾斜を検出すると、再度、受信制御機能付ブザー装置121に電波を送信し、警報ブザー音を発する構成となっている。
FIG. 12 shows an example of a crime prevention system using such a tilt vibration detection device. The tilt vibration detection device 123 disposed in the
図13は、図12で図示した防犯システムの回路ブロックを示す説明図である。図13において、傾斜振動センサのメカスイッチ部131は、傾斜振動状態による導電球の動きにより、G(Gnd)と各接点A、B、C、D導通したり、チャタリングを発生する。それら一連の信号を、コントロール部132に送り、導通の最後の状態をホールドするRSフリップフロップ回路で処理し、瞬時に傾斜状態を判別し、MPU(マイクロプロセッサー
ユニット)で単位時間のチャタリング回数を各傾斜状態毎に算出し、時系列で傾斜振動状態を段階的にレベル分けし検出する。得られたレベル情報を電波送信部133の電波回路に送る。そして、送信アンテナを通して電波134が発信される。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a circuit block of the security system shown in FIG. In FIG. 13, the mechanical switch 131 of the tilt vibration sensor conducts G (Gnd) and each contact A, B, C, D or generates chattering due to the movement of the conductive ball in the tilt vibration state. These series of signals are sent to the control unit 132 and processed by an RS flip-flop circuit that holds the last state of conduction, and the slope state is instantaneously determined. Calculation is performed for each tilt state, and the tilt vibration state is divided into levels in stages and detected in time series. The obtained level information is sent to the radio wave circuit of the radio wave transmission unit 133. Then, a radio wave 134 is transmitted through the transmission antenna.
傾斜振動検出装置から発信された電波134は電波受信部135の電波アンテナを通して電波受信回路で処理される。そして傾斜振動のレベル情報に応じて、コントローラ部136で、微振動を検知した場合にビデオカメラ部137が動作し、さらに大きな振動を検知した場合にはブザー部138が警報音を発する。 The radio wave 134 transmitted from the tilt vibration detection device is processed by the radio wave receiving circuit through the radio wave antenna of the radio wave receiving unit 135. Then, according to the level information of the tilt vibration, the video camera unit 137 operates when the controller unit 136 detects a slight vibration, and the buzzer unit 138 generates an alarm sound when a larger vibration is detected.
このように本発明の傾斜振動検出装置を用いることにより、電池駆動が可能なほど、省電力で小型の傾斜振動検出装置を提供できる、さらに傾斜振動状態のレベルを段階的に分けて、電波送信することが可能となった。 In this way, by using the tilt vibration detection device of the present invention, it is possible to provide a power-saving and small tilt vibration detection device that can be driven by a battery. It became possible to do.
次に、本発明の傾斜振動センサを別の形態の腕時計に用いた実施例を図14と図15を用いて詳述する。図14はブレスレッド型腕時計(以下ブレスウォッチと称す)140の模式図である。ブレスウォッチ140は、2つのムーブメントがブレスウォッチ140に埋め込まれて構成されている。1つは秒針のみ付いた、秒針付電波ムーブメント141、もう1つは時針と分針のみが付いた時針と分針付電波ムーブメント142である。この秒針付電波ムーブメント142の内部には、腕の向きを検出する本発明の傾斜振動センサおよび複数の腕動作を解析処理するMPU(マイクロプロセッサーユニット)が入っており、腕動作により、秒針の動きを制御する構成になっている。
Next, an embodiment in which the tilt vibration sensor of the present invention is used in another type of wristwatch will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 14 is a schematic diagram of a bracelet type wristwatch (hereinafter referred to as a breath watch) 140. The breath watch 140 is configured by embedding two movements in the
図15は、前述したブレスウォッチの動作を示す概念図である。電波塔150から発される標準時刻電波159はそれぞれ、秒針付電波ムーブメントの回路151と、時針と分針付電波ムーブメントの回路152で受信され、正確な時刻をそれぞれのムーブメントに与える。この際、図14で図示するように、秒針付電波ムーブメント141では、常時は「SUN・・WED・・・」の曜日を秒針が指示し、不要な秒針を動きを止め低消電とブレスウォッチの高級感、ファッション性、デザイン性に寄与している。
FIG. 15 is a conceptual diagram showing the operation of the above-described breath watch. The standard
一方、ユーザーが電車などの公共交通を利用する際に、正確な秒単位の時刻を知りたい場合、特定の腕動作により秒針付電波ムーブメントの回路151が作動し、秒針付電波ムーブメントが秒時刻表示をする。例えば、秒針付電波ムーブメント内には、検出回路153として、本発明の傾斜振動センサのメカスイッチ部とMPUとを配置させ、所定期間内に複数の腕動作をするなど、特定の腕動作時のみ、傾斜振動センサが傾斜の回数や大きさを検知し、秒針付電波ムーブメントの回路151へ信号が送られる。そして、秒針付電波ムーブメントの秒針が作動し、正確な秒時刻を秒針が秒時刻指示する。タイマー処理などで、数分後再び、秒針付電波ムーブメントの秒針が曜日指示に戻る。さらにタイマー処理時間内でも、秒針を止め曜日指示にする場合には、再び特定の腕動作を行えばよい。ここで、検出回路153は秒針付電波ムーブメント内に設けたが、別部に配置しても構わない。 On the other hand, when a user wants to know the exact time in seconds when using public transport such as a train, the radio wave movement circuit 151 with a second hand is activated by a specific arm movement, and the radio wave movement with a second hand is displayed in seconds. do. For example, in the radio wave movement with a second hand, the mechanical switch unit of the tilt vibration sensor of the present invention and the MPU are arranged as the detection circuit 153, and a plurality of arm movements are performed within a predetermined period. The tilt vibration sensor detects the number and magnitude of tilts, and a signal is sent to the circuit 151 of the radio wave movement with a second hand. Then, the second hand of the radio wave movement with the second hand is operated, and the second hand indicates the second time accurately. The second hand of the radio wave movement with the second hand returns to the day of the week instruction again after a few minutes, such as by timer processing. Furthermore, even when the second hand is stopped and the day of the week is instructed even within the timer processing time, a specific arm motion may be performed again. Here, the detection circuit 153 is provided in the radio wave movement with a second hand, but may be arranged in a separate part.
特定の腕動作は、実施例1で説明した動作などを採用することができる。腕を上げたのち、手前にブレスウォッチを傾けた後、逆側に傾け、さらにもう一度手前に傾ける動作でもよいが、MPUのプログラム次第で別のエレガントなリスト動作も可能である。なお、電波ムーブメントに太陽電池式のムーブメントを用いれば、電池交換も入らず、スイッチもリューズもない、時計を感じさせない高級感のあるファッションブレスレッドウォッチを提供できる。 As the specific arm movement, the movement described in the first embodiment can be adopted. After raising the arm, tilting the bracewatch toward you, then tilting it to the opposite side and then tilting it toward you again is possible, but depending on the MPU program, another elegant wrist movement is possible. In addition, if a solar cell type movement is used for the radio wave movement, it is possible to provide a high-quality fashion bracelet watch that does not make the watch feel like no battery replacement, no switch or crown.
本発明のセンサは、電池駆動で駆動できるので、低消費電力を実現し、小型携帯装置に
採用することができる。また、これを応用して防犯システムや盗難防止システムに利用可能であり、家庭用、オフィス用、産業用などあらゆる分野に使用できる。
Since the sensor of the present invention can be driven by a battery, low power consumption can be realized and it can be employed in a small portable device. In addition, it can be applied to crime prevention systems and anti-theft systems by applying this, and can be used in various fields such as home use, office use, and industrial use.
11、31、62 導電球
12、21、61 導電キャップ
13、65 電極パターン
14 ダミーパターン
15、22、35、63 基板
16 溝
17、37 スルーホール
23 接地電極
24、34、44 外部電極パターン
39、49 カバーレイ
40 被実装基板
41 傾斜振動センサ
48 ハンダ
51 スイッチ
52、60、70 メカスイッチ部
53 入出力パッド
54、64、71 ICチップ
74 表示モード信号
75 表示切替信号
76 LCDセグメントモジュール
81 コンビネーション腕時計
91 時計
92 短針(月)
93 長針(日付け)
94 秒針(曜日)
95 文字盤
101 MPU
102 FPC
103 傾斜振動センサ
104、117 導電球
105 勾配チップ
106 マザー基板
111 基板
112 電極A
113 電極B
114 取付角度
115 電極C
116 電極A
121 受信制御付ブザー装置
122 ビデオカメラ
123 傾斜振動検出装置
124 貴金属ショーケース
140 ブレスウォッチ
141 秒針付電波ムーブメント
142 分針付電波ムーブメント
150 電波塔
151、152 回路
153 検出回路
11, 31, 62
93 Long hand (date)
94 second hand (day of the week)
95 Dial 101 MPU
102 FPC
103
113 Electrode B
114 Mounting angle 115 Electrode C
116 Electrode A
121 Buzzer device with reception control 122 Video camera 123 Tilt vibration detection device 124
Claims (11)
隣り合う前記電極パターンと前記電極パターンとの間には、前記電極パターンとほぼ同等の厚みを有するダミーパターンが配置されていることを特徴とする傾斜振動センサ。 A substrate having a plurality of individually insulated electrode patterns and a conductive cap; and the substrate and the conductive cap are arranged so that the plurality of electrode patterns and the conductive cap face each other; A tilt vibration sensor that detects a tilt direction or vibration by disposing a conductive sphere in a space between a substrate and electrically connecting the electrode pattern and the conductive cap.
A tilt vibration sensor, wherein a dummy pattern having substantially the same thickness as the electrode pattern is disposed between the electrode patterns adjacent to each other.
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