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振动计及振动的检测方法与流程

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本发明涉及能够检测振动的振动计及振动的检测方法。

背景技术

已知有将振动作为物理量进行检测的振动计(参照下述的专利文献1)。振动计例如包括陀螺仪传感器,基于该陀螺仪传感器检测出的角速度对振动有关的物理量进行检测。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2019-056652号公报



技术实现要素:

本发明的一个实施方式的振动计是能够对具有载置面的振动体在水平的规定方向上的振动进行检测的振动计。所述振动计具有旋转体和陀螺仪传感器。所述旋转体在外表面包含在沿规定的轴的方向观察时向外侧鼓出的曲面,通过以使所述规定的轴与所述规定方向交叉的方式使所述曲面与所述载置面接触,从而能够在所述载置面上沿所述规定方向转动。所述陀螺仪传感器固定于所述旋转体,且能够检测绕所述规定的轴的角速度。在沿所述规定的轴的方向观察时,所述曲面呈如下形状:越是沿着所述曲面远离所述曲面内的基准部的所述曲面的部位,距所述旋转体及与所述旋转体一起转动的构件整体的重心的距离越长。

本发明的一个实施方式的振动计具有:支承体、旋转体、陀螺仪传感器、以及限位部。所述旋转体以能够绕规定的旋转轴旋转的方式支承于所述支承体,在沿着所述旋转轴的方向观察时,所述旋转体及与所述旋转体一起旋转的构件整体的重心远离所述旋转轴。所述陀螺仪传感器固定于所述旋转体,且能够检测绕所述旋转轴的角速度。所述限位部将所述旋转体的能够旋转的角度范围限制为小于135度。

本发明的一个实施方式的振动计具有:支承体、旋转体、陀螺仪传感器、限位部、以及运算部。旋转体以能够绕规定的旋转轴旋转的方式支承于所述支承体,在沿着所述旋转轴的方向观察时,所述旋转体及与所述旋转体一起旋转的构件整体的重心远离所述旋转轴。所述陀螺仪传感器固定于所述旋转体,且能够检测绕所述旋转轴的角速度。所述限位部对所述旋转体的能够旋转的角度范围进行限制。所述运算部根据所述陀螺仪传感器检测出的角速度,来计算所述旋转体的规定部分在规定方向上位移的速度。在沿着所述旋转轴的方向观察时,所述角度范围以与所述规定方向正交且通过所述旋转轴的直线为基准是非对称的。

本发明的一个实施方式的振动的检测方法是通过将振动计固定于能够沿着铅垂方向振动的振动体来检测所述振动体的振动的检测方法。所述振动计具有:支承体、旋转体、陀螺仪传感器、以及下部限位部。所述旋转体以能够绕规定的旋转轴旋转的方式支承于所述支承体,在沿着所述旋转轴的方向观察时,所述旋转体及与所述旋转体一起旋转的构件整体的重心远离所述旋转轴。所述陀螺仪传感器固定于所述旋转体,且能够检测绕所述旋转轴的角速度。所述下部限位部通过所述旋转体的前端进行向下方位移的旋转而与所述旋转体接触,抑制所述旋转体的所述前端到达所述旋转轴的正下方,并且限制所述旋转体的旋转。

本发明的一个实施方式的振动计具有:第一弹性体、旋转体、第二弹性体、以及陀螺仪传感器。所述第一弹性体具有从第一端到第二端的长度,在从所述第一端到所述第二端之间卷绕成螺旋状。所述旋转体固定于所述第一弹性体的所述第二端。所述第二弹性体具有从第三端到第四端的长度,所述第三端固定于所述旋转体。所述陀螺仪传感器固定于所述旋转体,且能够检测绕沿着从所述第一端向所述第四端的方向延伸的旋转轴的角速度。所述第二弹性体在从所述第三端到所述第四端之间卷绕成与所述第一弹性体相反朝向的螺旋状。所述第二弹性体的所述第四端能够相对于所述第一弹性体的所述第一端位移。

本发明的一个实施方式的振动计具有:固定于振动体的支承体、被所述支承体支承旋转体、以及固定于所述旋转体且能够检测角速度的陀螺仪传感器。所述支承体具有在铅垂方向上挠曲的挠性,并且能够经由所述挠曲使所述旋转体旋转。

附图说明

图1是第一实施方式的振动计的剖视图。

图2的(a)是示出在载置面以基准状态立起的旋转体的图,图2的(b)是示出振动体向右方向移动时的旋转体的状态的图,图2的(c)是示出振动体向左方向移动时的旋转体的状态的图。

图3是图1所示的检测体的分解立体图。

图4是图3中的IV-IV线剖视图。

图5的(a)是示出在图3中的第一陀螺仪传感器的Va-Va线剖视图中,第一陀螺仪传感器与控制部的关系的图,图5的(b)是示出在图3中的第二陀螺仪传感器的Vb-Vb线剖视图中,第二陀螺仪传感器与控制部的关系的图。

图6的(a)是示出第二实施方式的振动体的图,图6的(b)是示出图6的(a)中的VIb部分的立体图。

图7是图6中的VII-VII线剖视图。

图8的(a)是示出处于基准状态的旋转体的图,图8的(b)是示出以支承体为轴旋转的旋转体的图,图8的(c)是示出返回到基准状态的旋转体的图。

图9是图8所示的检测体的分解立体图。

图10是示出在图9中的陀螺仪传感器的X-X线剖视图中,陀螺仪传感器与控制部的关系的图。

图11是第三实施方式的振动计的剖视图。

图12的(a)是示出处于基准状态的旋转体的图,图12的(b)是示出绕逆时针旋转的旋转体的图,图12的(c)是示出绕顺时针旋转的旋转体的图。

图13是图11所示的检测体的分解立体图。

图14是示出图11所示的陀螺仪传感器与控制部的关系的图。

图15的(a)是第四实施方式的振动计的剖面,图15的(b)是图15的(a)中的XV放大图。

图16的(a)是示出处于基准状态的旋转体的图,图16的(b)是示出绕逆时针旋转的旋转体的图,图16的(c)是示出绕顺时针旋转的旋转体的图。

具体实施方式

以下,使用附图对本发明的实施方式进行说明。在此,附图所标注的正交坐标系XYZ是绝对坐标系。X轴及Y轴在原点正交,并且分别从原点沿水平方向延伸。Z轴从原点沿铅垂方向延伸。

进而,为了容易理解发明,确定前后左右上下。左右是指以X轴的正侧为右侧,沿着X轴的方向。前后是指以Y轴的正侧为前侧,沿着Y轴的方向。上下是指沿着铅垂方向的方向。“沿着”规定方向的“方向”例如可以为与规定方向平行的方向(以下相同。)。

[第一实施方式]

(振动计)

参照图1。图1所示的振动计10主要载置于在水平方向(规定方向)上振动的振动体Vi的载置面Pi。图1所示的振动计10能够对在水平方向上振动的振动体Vi的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量进行检测。由振动计10检测出的物理量例如被输入到外部的设备,并显示于外部的设备所具有的显示器等。由振动计10检测出的物理量也可以显示于振动计10所具有的显示器等。由此,测量者能够获知振动体Vi中的振动的信息。

振动计10的大小能够任意设定。振动计10的高度(上下方向的长度)例如可以为10mm以上、50mm以上、100mm以上或500mm以上。进而,振动计10的高度也可以为10mm以下。振动计10的宽度及进深(左右方向的长度及前后方向的长度)例如可以为5mm以上、25mm以上、50mm以上或250mm以上。进而,振动计10的宽度也可以为250mm以下。

图1所示的振动计10具有:载置于振动体Vi的载置面Pi的旋转体30;固定于该旋转体30且能够检测角速度的检测体40;对该检测体40进行控制,并且基于检测体40检测出的角速度来计算振动体Vi的信息的控制部13;以及能够将该控制部13计算出的振动体Vi的信息向外部发送的无线通信体14。

(旋转体)

参照图2的(a)。对于旋转体30,下表面31a具有朝向外侧鼓出的(凸形状的)曲面,使曲面的一部分(以下为“基准部31c”)与载置面Pi接触而立起。在此,在图示的例子中,下表面31a的整体为曲面状,因此,以下有时将下表面31a的曲面称为曲面31a。旋转体30以基准状态立在载置面Pi上。一并参照图2的(b)。当振动体Vi向右方向移动时,振动计10利用向左方向作用的惯性力而向左转动(绕逆时针的旋转)。此时,旋转体30(曲面31a)的基准部31c远离载置面Pi,使基准部31c以外的部分与载置面Pi接触。一并参照图2的(c)。进而,当振动体Vi向左侧移动时,振动计10由于向右方向作用的惯性力而向右转动(绕顺时针的旋转)。此时,旋转体30的基准部31c也远离载置面Pi,使基准部31c以外的部分与载置面Pi接触。通过反复进行向左右方向的转动,旋转体30进行以Y轴为旋转轴的绕顺时针及绕逆时针的旋转。通过检测该旋转,能够获知振动体Vi中的水平方向的振动的信息。

通过转动的旋转体30的旋转轴(以下也称为“规定的轴”)能够面向任意的方向。例如可以使规定的轴面向X轴方向,也可以使规定的轴面向包含X轴方向的成分及Y轴方向的成分的方向。旋转体30能够在振动体Vi的振动方向上可转动地载置(支承)于载置面Pi(振动体Vi)。

参照图1。旋转体30具有曲面31a,该曲面31a在沿着规定的轴(通过转动的旋转体30的旋转轴)的方向观察时,至少下表面31a向外侧鼓出。在这样的条件下,旋转体30的下表面31a能够设定为任意的形状。图1所示的旋转体30的下表面31a呈半球形状。但是,旋转体30的下表面31a例如可以呈半椭圆体的形状,也可以呈半圆柱形状。通过下表面31a呈半球形状,例如旋转体30能够不改变方向地进行绕X轴的旋转以及绕Y轴的旋转。通过下表面31a呈半圆柱形状,例如旋转体30能够进行仅绕X轴的旋转或仅绕Y轴的旋转。旋转体30的下表面也可以包括曲率恒定的部分和曲率不恒定的部分。例如,也可以在沿旋转体30的旋转轴的方向观察时,至少使曲面31a中的包含基准部31c的一部分的曲率恒定。在曲面31a中,也可以仅使通过转动而与载置面Pi接触的部位的曲率恒定,而使其他部位的曲率不同。

在此,旋转体30的下表面31a例如可以是指旋转体30因振动而转动时与载置面Pi接触的、旋转体30的外表面的整个区域。旋转体30的下表面31a也可以是指在沿通过转动而旋转的旋转体30的旋转轴的方向观察时,向下方鼓出的曲面状的外表面全部。

再次参照图2。反复进行,当振动体Vi在水平方向上振动时,旋转体30因惯性力而使基准部31c远离载置面Pi,并使基准部31c以外的部分与载置面Pi接触并转动。也就是说,本发明中的旋转体30呈如下形状:通过以使旋转体30的旋转轴与振动体Vi的振动方向交叉的方式使曲面31a与载置面Pi接触,从而能够在载置面Pi上沿振动体Vi的振动方向转动。此外,本发明中的旋转体30的曲面31a(下表面31a)呈如下形状:其曲面31a越是沿着曲面31a远离基准部31c的部位,距振动计10的重心(旋转体30及与旋转体30一起转动的构件全部的重心)的距离越长。

参照图1。在图1所示的例中,旋转体30具有:与载置面Pi接触的第一部位31、与该第一部位31的上部相连的第二部位32、以及位于第一部位31的内部的重物即重量体33。

第一部位31的形状能够任意设定。例如,第一部位31也可以呈球形状、半球形状、椭圆球形状、椭圆半球形状、圆柱形状或半圆柱形状。

第一部位31相对于第二部位32的大小能够任意设定。例如,第一部位31相对于第二部位32可以为1.2倍以上、1.5倍以上、2倍以上或3倍以上的大小。进而,第一部位31相对于第二部位32也可以为1.2倍以下的大小。

第一部位31的原材料能够任意设定。作为第一部位31的原材料,可以列举:木材、树脂、金属及陶瓷。通过将旋转体30的原材料设为树脂,例如能够经由嵌入成形等将后述的重量体33等容易地配置于旋转体30的内部。第一部位31的原材料也可以是陶瓷或金属。

第一部位31具有构成旋转体30的下表面31a的下表面部。下表面部可以为旋转体30的底面。进而,在图1所示的第一部位31开设有收容无线通信体14及控制部13的第一收容部31b。开设于第一部位31的第一收容部31b例如也可以由罩等封闭,以使无线通信体14及控制部13无法从外部视觉确认。

第二部位32的形状能够任意设定。例如,第二部位32也可以呈球形状、椭圆球形状、圆柱形状或立方形状。第二部位32的原材料能够任意设定。例如,第二部位32的原材料也可以与第一部位31的原材料相同。

在图1所示的第二部位32开设有收容基板42、检测体40的第二收容部32a。第二收容部32a位于比上下方向上的旋转体30的中间位置靠上方的位置。开设于第二部位32的第二收容部32a例如也可以由罩等封闭,以使检测体40从外部无法视觉确认。

第二部位32中的第二收容部32a所占的比例能够任意设定。第二收容部32a在第二部位32中也可以占20%以上、40%以上、60%以上或80%以上的比例。第二收容部32a在第二部位32中也可以占20%以下的比例。

重量体33的形状能够任意设定。例如,重量体33呈半球体形状。重量体33的原材料能够任意设定。重量体33的原材料例如是每单位体积的的质量比第一部位31及第二部位32的原材料大的金属。作为金属,例如可以举出作为铜与锌的合金的黄铜、铁、铝、钨、铅等。

重量体33相对于第一部位31的大小(所占的比例)能够任意设定。例如重量体33相对于第一部位31可以是1/2以下的大小,也可以是1/4以下的大小,也可以是1/8以下的大小,也可以是1/16以下的大小。

重量体33调整振动计10的重心位置。重量体33位于比上下方向上的旋转体30的中间位置靠下方侧的位置。更详细而言,重量体33位于第一部位31中的下表面部(构成下表面31a的部位)的附近。重量体33的原材料的每单位体积的的质量比旋转体30的原材料大。由此,振动计10的重心位置下降。图1所示的振动计10的重心在上下方向上位于比旋转体30的中间位置靠下方侧的位置。

能够通过变更重量体33的大小以及重量体33的原材料等来适当地设定振动计10的重心位置。例如,通过增大重量体33、或者使重量体33为密度更大的原材料,能够使振动计10的重心位于更下方侧。另一方面,通过减小重量体33、或者使重量体33为更轻量的原材料,能够使振动计10的重心位于振动计10中的上下方向的中间附近。由此,能够加快振动计10的转动速度、或者减慢振动计10的转动速度。

重量体33也可以通过锚固效果与第一部位31密接。通过重量体33与第一部位31密接,即使旋转体30旋转,也能够抑制重量体33偏移。

(检测体)

参照图2及图3。图2所示的检测体40位于第二部位32(旋转体30)的内部,检测绕规定的轴的角速度。规定的轴例如可以是X轴或Y轴,也可以是包含X轴分量及Y轴分量的沿水平方向延伸的直线。检测体40检测绕规定的轴的角速度,将与角速度对应的电信号向控制部13输入。

参照图1。检测体40位于比上下方向上的旋转体30的中间位置靠上方的位置。从另一观点来看,检测体40能够与在基准状态下和载置面Pi接触的、从旋转体30的基准部31c朝向上方的方向上的旋转体30的中间位置相比远离基准部31c。但是,检测体40也可以位于比旋转体30的中间位置靠下方的位置。

参照图3。在图3所示的例中,检测体40具有:箱体41、位于该箱体41的内部的基板42、安装于该基板42且能够检测角速度的陀螺仪传感器50、以及覆盖该陀螺仪传感器50的罩43。

参照图4。图4所示的箱体41具有多个从箱体41的底面41a及箱体41的内表面41b向基板42突起的突起部41c。在图4所示的箱体41开设有在箱体41的外表面开口的箱体贯通孔41d。在箱体贯通孔41d中通过可通电地连接基板42和控制部13的布线16。

基板42包含绝缘体,在绝缘体的内外具有布线图案。进而,在基板42也可以安装有电子部件(未图示的陀螺仪传感器50以外的部件)。作为电子部件,例如可以列举IC(Integrated Circuit)、晶体管、二极管等。

基板42的形状能够任意设定。作为一个方式,基板42呈平板形状。图4所示的基板42以与多个突起部41c嵌合的状态固定于箱体41。但是,基板42例如也可以经由粘接材料料固定于箱体41。对于粘接材料料,例如可以采用由有机或无机的材料构成且不具有导电性的材料。

(陀螺仪传感器)

参照图3。陀螺仪传感器50也可以包括公知的结构(例如参照日本特开2016-133428号公报)在内的各种方式的陀螺仪传感器。以下,示出陀螺仪传感器50的一例。图3所示的陀螺仪传感器50是能够检测由转动引起的旋转体30的旋转的角速度的振动式的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)陀螺仪传感器。陀螺仪传感器50能够检测旋转体30的“绕规定的轴”的角速度。此时,规定的轴可以是X轴或Y轴,也可以是包含X轴分量和Y轴分量而延伸的直线。规定的轴面向水平方向。

在图3所示的例中,陀螺仪传感器50具有:能够检测绕Y轴的角速度的第一陀螺仪传感器60、以及能够检测绕X轴的角速度的第二陀螺仪传感器70。以下,依次进行第一陀螺仪传感器60、第二陀螺仪传感器70及控制部13的说明,然后,进行第一陀螺仪传感器60与控制部13的关系以及第二陀螺仪传感器70与控制部13的关系的说明。

(第一陀螺仪传感器)

参照图4。图4所示的第一陀螺仪传感器60粘接于第二陀螺仪传感器70的上表面。对于粘接第一陀螺仪传感器60的粘接材料46,例如可以采用由有机或无机的材料构成且不具有导电性的材料。

图4所示的第一陀螺仪传感器60经由包含金属的导线44与基板42电连接。导线44通过导电性的接合材料,上端与第一陀螺仪传感器60接合,下端与基板42接合。第一陀螺仪传感器60与基板42的布线图案连接,能够向控制部13(参照图3)通电。

参照图3及图5的(a)。图3所示的第一陀螺仪传感器60具有:第一基部61、第一振动臂62、第一检测臂63、第一振动电极64、65(参照图5的(a))、以及第一检测电极66、67(参照图5的(a))。第一振动臂62从第一基部61向Y轴方向(前方)突出。第一检测臂63沿着第一振动臂62从第一基部61向Y轴方向突出。第一振动电极64、65设置于第一振动臂62。第一检测电极66、67设置于第一检测臂63。

第一基部61与第一振动臂62及第一检测臂63相连,与第一振动臂62及第一检测臂63一起构成一个压电体。第一基部61的形状能够任意设定。图3所示的第一基部61呈立方形状。但是,第一基部61例如也可以呈圆柱形状。

图3所示的第一基部61的一部分与第二陀螺仪传感器70的上表面抵接(经由粘接材料46),剩余部分远离第二陀螺仪传感器70的上表面。从另一观点来看,第一基部61的前方侧的部位远离第二陀螺仪传感器70。

从第一基部61的前方侧的侧面突出的第一振动臂62及第一检测臂63位于远离第二陀螺仪传感器70的位置。第一振动臂62及第一检测臂63分别远离基板42(安装于基板42的电子部件)。

第一振动臂62及第一检测臂63的形状能够任意设定。例如,第一振动臂62及第二振动臂72可以呈立方形状或圆柱形状。第一振动臂62的形状也可以与第一检测臂63的形状不同。

参照图5的(a)。图5的(a)所示的第一振动电极64设置于第一振动臂62的上表面及下表面。另一方面,图5的(a)所示的第一振动电极65设置于X轴方向(左右方向)上的第一振动臂62的侧面。第一振动电极64、65分别沿着Y轴方向(前后方向)延伸。第一振动电极64的宽度比第一振动电极65的宽度短。第一振动电极64及第一振动电极65分别位于分离的位置,且相互非接触。

图5的(a)所示的第一检测电极66、67分别设置于第一检测臂63中的X轴方向的侧面。第一检测电极66设置于第一检测臂63中的左侧面的上部及右侧面的下部的两个部位。第一检测电极67设置于第一检测臂63中的左侧面的下部及右侧面的上部的两个部位。第一检测电极66、67分别经由布线16(参照图4)及基板42,与控制部13(参照图3)可通电地连接。第一检测电极66和第一检测电极67分别位于分离的位置,且相互非接触。

(第二陀螺仪传感器)

参照图4。图4所示的第二陀螺仪传感器70例如经由导电性的凸块45与基板42电连接。第二陀螺仪传感器70经由基板42与控制部13电连接。第二陀螺仪传感器70与第一陀螺仪传感器60一起固定于旋转体30。

参照图3及图5的(b)。图3所示的第二陀螺仪传感器70具有:第二基部71、第二振动臂72、第二检测臂73、第二振动电极74、75(参照图5的(b))、以及第二检测电极76、77(参照图5的(b))。第二振动臂72从第二基部71向X轴方向(右方向)突出。第二检测臂73沿着第二振动臂72从第二基部71向X轴方向突出。第二振动电极74、75设置于第二振动臂72。第二检测电极76、77设置于第二检测臂73。

第二基部71与第二振动臂72及第二检测臂73相连,与第二振动臂72及第二检测臂73一起构成一个压电体。第二基部71的形状能够任意设定。例如,第二基部71能够形成为与第一基部61相同的形状。

参照图3及图4。在图4所示的例中,凸块45位于第二基部71的下表面与基板42之间。第二基部71位于远离基板42(安装于基板42的电子部件)的位置。进而,第二基部71的一部分与第一陀螺仪传感器60的下表面抵接(经由粘接材料46),剩余部分远离第一陀螺仪传感器60的下表面。第二基部71的右侧的部位远离第一陀螺仪传感器60。

第二振动臂72及第二检测臂73分别从第二基部71的右侧面向侧方突出,并且均远离第一陀螺仪传感器60及基板42(安装于基板42的电子部件)。第二振动臂72及第二检测臂73的形状可以与第一振动臂62及第一检测臂63的形状相同,但能够任意设定。关于第二振动臂72及第二检测臂73的形状的说明,在本实施方式中,与第一振动臂62及第一检测臂63的形状的说明重叠的部分较多,因此省略。

参照图3及图5的(b)。第二振动电极74设置于第二振动臂72的Z方向的上表面及下表面。另一方面,第二振动电极75设置于第二振动臂72的Y轴方向(前后方向)的侧面。第二振动电极74、75分别沿着X轴方向(左右方向)延伸。第二振动电极74的宽度(X轴方向的长度)比第二振动电极75的宽度(Z轴方向的长度)短。第二振动电极74和第二振动电极75分别位于分离的位置,且相互非接触。

第二检测电极76、77分别设置于第二检测臂73的Y轴方向的侧面。第二检测电极76设置于第二检测臂73中的前侧面的上部及后侧面的下部的两个部位。第二检测电极77设置于第二检测臂73中的前侧面的下部及后侧面的上部的两个部位。第二检测电极76、77分别经由布线16(参照图4),与控制部13可通电地连接。第二检测电极76和第二检测电极77分别位于分离的位置,且相互非接触。

(控制部)

参照图1及图3。控制部13经由布线16及基板42与检测体40(第一~第二陀螺仪传感器60、70)电连接。具体而言,控制部13与第一振动电极64、65及第一检测电极66、67可通电地连接,并且与第二振动电极74、75及第二检测电极76、77可通电地连接。

控制部13例如包含计算机。构成控制部13的计算机例如具有CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)及外部存储装置。通过由CPU执行记录于ROM和/或外部存储装置的程序,控制部13发挥各种功能。控制部13通过发挥的功能来对检测体40(第一陀螺仪传感器60及第二陀螺仪传感器70)进行控制,并且基于从检测体40输入的电信号来计算振动的信息。

参照图5的(a)。作为一个方式,控制部13具有:第一振动部13a、第一检测部13b及第一运算部13c。第一振动部13a对第一振动电极64、65施加电压。第一检测部13b根据第一振动部13a施加的电压来对从第一陀螺仪传感器60(第一检测臂63)输出的电信号进行检测。第一运算部13c基于第一检测部13b检测出的电信号,计算与振动(振动体Vi(参照图1)的振动)相关的信息。一并参照图5的(b)。进而,控制部13具有:第二振动部13d、第二检测部13e及第二运算部13f。第二振动部13d对第二振动电极74、75施加电压。第二检测部13e根据第二振动部13d施加的电压来对从第二陀螺仪传感器70(第二检测臂73)输出的电信号进行检测。第二运算部13f基于第二检测部13e检测出的电信号,计算与振动(振动体Vi(参照图1)的振动)相关的信息。

参照图5的(a)。第一振动部13a在设置于第一振动臂62的上表面及下表面的第一振动电极64、与设置于第一振动臂62的左侧面及右侧面的第一振动电极65之间施加交流电压。由此,第一振动臂62在X轴方向上振动,该振动经由第一基部61向第一检测臂63(压电体)传递。当X轴方向的振动向第一检测臂63传递时,第一检测臂63也在X轴方向上振动。

详细情况如下所述,通过科里奥利力作用于第一检测臂63,从而从第一检测臂63输出的电信号向第一检测部13b输入。第一检测部13b基于所输入的电信号来检测旋转体30的信息。具体而言,第一检测部13b对包含旋转体30的绕Y轴的旋转速度(角速度的大小)及旋转体30的旋转方向等的信息进行检测。

第一运算部13c基于从第一检测部13b输入的信息,计算与振动体Vi(参照图1)的振动相关的信息。第一运算部13c也可以基于第一振动部13a施加的交流电压的大小及从第一检测部13b输入的信息,计算与振动体Vi的振动有关的信息。作为与振动有关的信息,例如可以列举包含振动的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量的信息。进而,第一运算部13c能够经由布线17(参照图1)将包含计算出的物理量的信息向无线通信体14输入。

参照图5的(b)。第二振动部13d在设置于第二振动臂72的上表面及下表面的第二振动电极74与设置于第二振动臂72的前侧面及后侧面的第二振动电极75之间施加交流电压。由此,第二振动臂72在Y轴方向上振动,该振动经由第二基部71(参照图3)向第二检测臂73(压电体)传递,从而第二检测臂73也在Y轴方向上振动。

通过科里奥利力作用于第二检测臂73,从第二检测臂73输出的电信号向第二检测部13e输入。第二检测部13e基于所输入的电信号,对旋转体30中的绕X轴的旋转速度(角速度的大小)及旋转体30中的绕X轴的旋转方向等进行检测。

第二运算部13f基于从第二检测部13e输入的信息,计算与振动体Vi(参照图1)的振动相关的信息。第二运算部13f也可以基于第二振动部13d施加的交流电压的大小及从第二检测部13e输入的信息,计算与振动体Vi的振动有关的信息。作为与振动有关的信息,可以列举包含振动的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量的信息。进而,第一运算部13c能够将包含计算出的物理量的信息向无线通信体14输入。

参照图5的(a)及图5的(b)。第一运算部13c例如也可以将第二运算部13f计算出的与前后方向的振动体Vi的振动有关的信息及第一运算部13c计算出的与左右方向的振动体Vi的振动有关的信息合并为一个消息,并且将合并后的信息向无线通信体14输入。但是,第二运算部13f也可以将上述信息合并为一个消息,并且将合并后的信息向无线通信体14输入。第一运算部13c和第二运算部13f构成为一个运算部,也可以不区分。

(关于陀螺仪传感器与控制部的关系的说明)

参照图2、图5的(a)及图5的(b)。控制部13具有第一振动部13a及第二振动部13d。第一振动部13a能够在第一陀螺仪传感器60的第一振动电极64与第一振动电极65之间产生电位差。第二振动部13d能够在第二陀螺仪传感器70的第二振动电极74与第二振动电极75之间产生电位差。例如,当通过第一振动部13a对第一振动电极64、65施加交流电压时,作为压电体的第一振动臂62在X轴方向(前后方向)上进行振动。沿着该X轴方向的振动经由第一基部61向第一检测臂63传递,第一检测臂63也进行X轴方向的振动。由此,第一振动臂62和第一检测臂63例如反复进行向相互远离的方向弯曲或向相互接近的方向弯曲的运动(振动)。

参照图2及图5的(a)。在第一检测臂63在X轴方向上振动的状态下,当旋转体30在左右方向上摇摆而绕Y轴旋转时,在与旋转体30一起旋转的第一检测臂63(第一陀螺仪传感器60)上,在Z轴方向上作用科里奥利力。其结果是,第一检测臂63在Z轴方向上进行振动。具体而言,第一检测臂63进行包含Z轴分量的振动。

当作为压电体的第一检测臂63在Z轴方向上振动时,经由第一检测电极66、67向第一检测部13b输入与第一检测臂63中的Z轴方向的振动相应的电信号。例如,从第一检测臂63(压电体)产生的交流电压被施加于第一检测部13b。

第一检测部13b基于所输入的电信号(例如,交流电压),检测旋转体30的旋转速度(角速度的大小)及旋转体30的旋转方向等。具体而言,例如,基于输入到第一检测部13b的交流电压的振幅来检测角速度的大小。基于从第一振动部13a输出的交流电压与向第一检测部13b输入的交流电压的相位差来检测旋转方向。然后,第一检测部13b将检测出的信息向第一运算部13c输入。

第一运算部13c基于从第一检测部13b输入的信息,例如计算振动体Vi在左右方向上的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量。基于来自第一检测部13b的角速度的信息计算振动体Vi的物理量的运算可以适当进行。例如,为了方便,通过检测出的角速度与曲面31a的曲率半径的积求出振动体Vi的速度。通过该速度的积分或一次以上的微分,可以求出位移、加速度或加加速度。当然,也可以基于更详细的理论、模拟计算和/或实验,求出更精确的运算式、或者求出表示角速度与振动体Vi的物理量的相关性的映射。另外,也可以在运算式、映射或振动体Vi的物理量的计算中使用AI(Artificial intelligence)技术。振动计10也可以不计算上述的物理量,仅检测振动体Vi是否在水平方向上振动。第一运算部13c将包含计算出的物理量的信息向无线通信体14输入。无线通信体14将包含所输入的物理量的信息向外部的装置发送。由此,测量者能够获知与振动体Vi的振动有关的信息。

一并参照图5的(b)。例如,当通过第二振动部13d对第二振动电极74、75施加交流电压时,作为压电体的第二振动臂72在Y轴方向(前后方向)上进行振动。该Y轴方向的振动经由第二基部71向第二检测臂73传递,第二检测臂73也在Y轴方向上振动。在该状态下,通过旋转体30在前后方向上摇摆而绕X轴旋转,由此Z方向的科里奥利力作用于第二检测臂73。由此,控制部13(第二运算部13f)例如计算振动体Vi在前后方向上的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量。由于与在第一陀螺仪传感器60与控制部13的关系中说明的内容重叠的部分较多,因此省略直至通过科里奥利力作用于第二检测臂73而计算与振动体Vi的振动有关的信息为止的期间的说明。

如上所述,控制部13(例如,第一运算部13c)能够计算振动体Vi的振动中的前后方向及左右方向的信息。其结果是,控制部13(例如,第一运算部13c)能够将包含水平方向上的振动体Vi的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量的信息向无线通信体14输入。

接着,对振动体与振动计的关系进行说明。

参照图2。旋转体30使作为曲面31a的下表面31a的一部分与载置面Pi接触而立起,通过水平方向的振动向振动方向的相反侧转动。参照图2的(a)及图2的(b)。旋转体30例如通过振动体Vi向右侧移动,利用向左方向作用的惯性力而向左转动。由此,旋转体30的与载置面Pi接触的部位发生变化。其结果是,从振动计10的重心位置到与旋转体30的载置面Pi接触的部位的距离发生变化。具体而言,通过从基准状态向左转动,从振动计10的重心位置到与旋转体30的载置面Pi接触的部位的距离变长。即,旋转体30的势能变高。另外,从另一观点来看,从载置面Pi向振动计10传递的矢量方向朝向上方的力及作用于振动计10的重心位置的矢量方向朝向下方的力分离,要返回到基准状态的复原力(旋转力矩)作用于振动计10。根据这样的理由,振动计10能够返回到基准状态。图2的(c)所示的振动体Vi向左侧移动的情况也同样。

参照图2的(a)~图2的(c)。即使振动体Vi反复进行沿着水平方向的振动,振动计10也能够经由从基准状态转动而产生的复原力返回到基准状态。振动计10能够进行在振动方向上转动的旋转运动。

参照图2。在沿着旋转体30的旋转轴(规定的轴)的方向观察时,曲面31a呈如下形成:越是沿着曲面31a远离曲面31a内的基准部31c的曲面31a的部位,距旋转体30及与旋转体30一起转动的构件整体的重心的距离越长。在沿着旋转体30的旋转轴的方向观察时,旋转体30通过旋转体30的转动,与载置面Pi接触的部位及重心位置重叠或分离。由此,从载置面Pi向振动计10传递的矢量方向朝向上方的力及作用于振动计10的重心位置的矢量方向朝向下方的力重叠或分离。其结果是,在上述分离的情况下,朝向各自再次重叠方向的复原力作用于旋转体30。由此,即使在振动体Vi连续振动的情况下,振动计10也能够进行在振动方向上转动的旋转运动。其结果是,能够提供一种可以在载置于载置面Pi的状态下旋转的振动计10。换言之,能够提供可以以新的方法得到振动的信息的振动计10。

陀螺仪传感器50位于旋转体30的内部。由此,能够抑制从外部向陀螺仪传感器50传递的冲击。其结果是,能够提供具有耐久性的振动计10。

在沿着旋转体30的旋转轴(规定的轴)的方向观察时,陀螺仪传感器50与从基准部31c朝向重心的方向上的旋转体30的中间位置相比远离基准部31c。由此,能够加长从载置面Pi到陀螺仪传感器50的距离。其结果是,能够增大由旋转引起的陀螺仪传感器50的位移。

在沿着旋转体30的旋转轴(规定的轴)的方向观察时,曲面31a在至少包括基准部31c的一部分上曲率恒定。由此,能够使旋转体30的旋转稳定。此外,能够根据旋转体30的旋转容易地计算振动体Vi中的水平方向的振动的信息。

[第二实施方式]

参照图6的(a)。在图6的(a)中,示出基于本发明中的第二实施方式的振动计10A。对于与第一实施方式共同的部分,沿用附图标记并省略详细的说明。

(振动计)

图6的(a)所示的振动计10A固定于沿铅垂方向振动的振动体Vi。图6的(a)所示的振动计10A主要对振动体Vi在铅垂方向上的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量进行检测。

振动计10A的大小能够任意设定。振动计10A的高度例如可以为5mm以上、10mm以上、50mm以上、100mm以上或500mm以上。进而,振动计10A的高度可以为5mm以下。振动计10A的长度(左右方向)例如可以为10mm以上、50mm以上、100mm以上或500mm以上。进而,振动计10A的长度可以为10mm以下。

参照图6及图7。在图7所示的例中,振动计10A具有:限位部11A、支承体20A、旋转体30A、检测体40A、控制部13A及无线通信体14。限位部11A固定于振动体Vi。支承体20A固定于限位部11A。旋转体30A可旋转地支承于支承体20A。检测体40A固定于旋转体30A且能够检测角速度。控制部13A对检测体40A进行控制,并且基于检测体40A检测出的角速度来计算振动体Vi的信息。无线通信体14能够将控制部13A计算出的振动体Vi的信息向外部发送。

(限位部)

限位部11A限制旋转体的能够旋转的角度范围。限位部11A限制的旋转体30A的能够旋转的角度范围能够任意设定。例如,限位部11A也可以将旋转体30A的能够旋转的角度范围限制为小于135度、小于120度、小于105度或小于90度。在图6所示的限位部11A中,旋转体30A的能够旋转的角度范围被限制为90度。

在图6所示的例中,限位部11A具有:在旋转体30A的前端(前方侧的端部)进行向下方位移的旋转时与旋转体30A接触的下部限位部11Aa、以及在旋转体30A的前端进行向上方位移的旋转时与旋转体30A接触的上部限位部11Ab。

下部限位部11Aa抑制旋转体30A的前端到达旋转轴的正下方,并且限制旋转体30A的能够旋转的角度范围。图6所示的下部限位部11Aa固定于振动体Vi。下部限位部11Aa通过任意的方法固定于振动体Vi。例如可以通过螺钉固定将下部限位部11Aa固定于振动体Vi,也可以通过粘接材料将下部限位部11Aa固定于振动体Vi,也可以通过焊接等直接固定于振动体Vi。

图6所示的下部限位部11Aa的上表面(与旋转体30A接触的面)沿着水平方向从后方侧朝向前方侧延伸。但是,在其他方式中,下部限位部11Aa的上表面也可以从后方侧朝向前方侧成为向下倾斜。由此,能够使旋转体30A的能够旋转的角度范围大于90度。或者,下部限位部11Aa的上表面也可以从后方侧朝向前方侧成为上升斜度。由此,能够使旋转体30A的能够旋转的角度范围小于90度。

下部限位部11Aa具有在旋转体30A的前端进行向下方位移的旋转时与旋转体30A接触的下部接触部11Ac。

上部限位部11Ab限制旋转体30A的前端向上方位移的、旋转体30A的能够旋转的角度范围。图6所示的上部限位部11Ab具有从下部限位部11Aa朝向上方延伸,在旋转体30A的前端进行向上方位移的旋转时与旋转体30A接触的上部接触部11Ad。在图6所示的上部限位部11Ab中,上部接触部11Ad配置在从旋转体30A的旋转轴朝向上方延伸的直线上。但是,在其他方式中,上部接触部11Ad也可以位于比从旋转体30A的旋转轴朝向上方延伸的直线靠前方侧(旋转体30A中的前端侧)的位置。由此,能够限制旋转体30A的旋转范围。

上部接触部11Ad的原材料可以与下部接触部11Ac的原材料一起任意设定。例如,上部接触部11Ad和下部接触部11Ac也可以由比限位部11A的其他部位柔软的原材料构成。例如,上部接触部11Ad和下部接触部11Ac也可以由橡胶、毛毡等构成。由此,能够减轻向检测体40A传递的冲击。

旋转体30A的能够旋转的角度范围由下部限位部11Aa及上部限位部11Ab决定。在图6所示的例中,在沿着旋转体30A的旋转轴的方向观察时,角度范围是从旋转轴向前方(水平方向)延伸的线段与从旋转轴沿铅垂方向延伸的线段相交的部位的角度。在沿着旋转轴的方向观察时,图6所示的角度范围以在水平方向上延伸的直线为基准偏向上方侧。即,在沿着旋转轴的方向观察时,角度范围能够以在水平方向上延伸的直线为基准而非对称。

在本发明中,将振动计10A固定于振动体Vi,并改变构成振动计10A的上部限位部11Ab和/或下部限位部11Aa的配置部位。由此,能够提供将旋转体30A的能够旋转的角度范围设定为所期望的值,并根据该所期望的设定值检测振动体Vi的振动的检测方法。例如,以旋转体30A的能够旋转的角度范围为135度以下的方式配置上部限位部11Ab和/或下部限位部11Aa。由此,能够提供检测振动体Vi的振动的检测方法。这样的上部限位部11Ab和/或下部限位部11Aa的配置能够以任意的方法进行。这样的配置例如通过变更下部限位部11Aa和/或下部限位部11Aa的位置的方法来进行。另外,这样的配置也可以通过在下部限位部11Aa和/或上部限位部11Ab的与旋转体30A接触的面设置倾斜角度的方法来进行。

(支承体)

在图7所示的例中,支承体20A具有:主体部21A、支承部22A及第一防脱部23A。主体部21A固定于限位部11A。支承部22A嵌入主体部21A且可旋转地支承于旋转体30A。第一防脱部23A使支承部22A不易从主体部21A脱落。

参照图6的(a)及图6的(b)。主体部21A例如通过螺纹紧固于限位部11A而固定于振动体Vi。在图6的(b)所示的主体部21A开设有上下贯通的第一孔21Aa。插入该第一孔21Aa的螺钉Sc与限位部11A螺合。

主体部21A向限位部11A(振动体Vi)的固定能够通过任意的方法进行。例如,主体部21A也可以经由粘接材料固定于限位部11A,也可以通过焊接等直接接合于限位部11A。

主体部21A的原材料能够任意设定。作为主体部21A的原材料,例如可以列举金属等。作为金属,例如可以列举铁、铜、钛、不锈钢、钢及铝、或由这些金属构成的合金等。

参照图7。在图7所示的主体部21A开设有供支承部22A嵌合的嵌合孔21Ab。图7所示的嵌合孔21Ab是开设于主体部21A的贯通孔。进而,嵌合孔21Ab在侧视下呈圆形状。

图7所示的嵌合孔21Ab具有:在整个周向上相对于支承部22A的外表面抵接的内壁21Ac、从该内壁21Ac朝向支承部22A突出的突出部21Ad、以及在整个周向上缺少内壁21Ac的凹部21Af。

在凹部21Af嵌入有第一防脱部23A。第一防脱部23A与突出部21Ad一起夹入支承部22A,使支承部22A不易从嵌合孔21Ab脱落。第一防脱部23A例如是呈大致C字形状的挡圈。

支承部22A例如是轴承。轴承(支承部22A)可以由金属构成,也可以包含树脂而构成。支承部22A呈环状。支承部22A的外径与嵌合孔21Ab的内径的大小大致相同。进而,在支承部22A的中心插入有旋转体30A的一部分(后述的第一轴部31Aa)。

(旋转体)

参照图8的(a)。当振动体Vi振动时,在铅垂方向上对处于基准状态的旋转体30A作用力。由此,旋转体30A进行以支承体20A为轴的旋转(绕顺时针的旋转)。一并参照图8的(b)。当旋转体30A旋转,旋转体30A的前端(后述的球状的旋转体旋转部32A)远离载置面Pi时,由重力产生的力矩作用于旋转体30A。一并参照图8的(c)。作用有由重力产生的力矩的旋转体30A暂时以支承体20A为轴反向旋转(绕逆时针的旋转)。由此,旋转体30A返回到基准状态。

旋转体30A的旋转轴可以沿着水平方向上的任意的方向。例如,旋转体30A的旋转轴可以沿着X轴方向,也可以沿着Y轴方向,也可以沿着包含X轴分量及Y轴分量的方向。

参照图6。旋转体30A的形状能够任意设定。但是,旋转体30A的形状为旋转体30A能够通过振动体Vi的振动而旋转的形状。具体而言,设计成旋转体30A及与旋转体30A一起旋转的构件(检测体40A、控制部13A及无线通信体14、布线16、17)整体的重心位置远离支承体20A(支承部22A)。

参照图7。在图7所示的例中,旋转体30A具有:插入第一孔21Aa且被支承体20A支承为能够旋转的轴部31A、以及固定于该轴部31A的旋转体旋转部32A。

轴部31A的形状能够任意设定。图7所示的轴部31A呈大致L字形状。轴部31A也可以呈多个部位弯折的形状。轴部31A的一端侧插入第一孔21Aa,另一端侧远离支承体20A。也就是说,轴部31A能够沿着远离轴部31A的旋转轴的方向延伸。轴部31A的原材料可以为木材、金属或树脂等。

图7所示的轴部31A具有:插入第一孔21Aa的第一轴部31Aa、与该第一轴部31Aa相连并沿远离支承部22A(支承体20A)的方向(左右方向)延伸的第二轴部31Ab、以及第一轴部31Aa不易从第一孔21Aa脱落的第二防脱部33A。

第二轴部31Ab的长度比第一轴部31Aa的长度长。例如,第二轴部31Ab的长度相对于第一轴部31Aa的长度,可以为2倍以上、4倍以上、8倍以上或16倍以上的长度。通过使第二轴部31Ab更长,能够使旋转体30A及与旋转体30A一起旋转的构件整体的重心位置进一步远离支承体20A。第一轴部31Aa及第二轴部31Ab沿着相互正交的方向(交叉的方向)延伸。

旋转体旋转部32A固定于第二轴部31Ab的前端(最远离支承体20A的部位)。因此,旋转体旋转部32A可以构成为旋转体30A的前端侧。旋转体旋转部32A的形状能够任意设定。图7所示的旋转体旋转部32A呈球形状。但是,旋转体旋转部32A也可以呈椭圆球形状或圆柱形状。

旋转体旋转部32A的原材料能够任意设定。例如,旋转体旋转部32A的原材料可以为树脂、金属或木材。作为金属,例如可以列举铁、铜、钛、不锈钢、钢及铝、或由这些金属构成的合金等。

在图7所示的旋转体旋转部32A开设有收容检测体40A、控制部13A及无线通信体14的收容部32Aa。开设于旋转体旋转部32A的收容部32Aa例如也可以由罩等封闭,以使无法从外部视觉确认检测体40A、无线通信体14及控制部13A。

(检测体)

参照图7及图9。图7所示的检测体40A位于旋转体旋转部32A的内部。图9所示的检测体40A经由旋转体30A的旋转检测绕X轴的旋转的角速度,将与角速度对应的电信号向控制部13A输入。

在图9所示的例中,检测体40A具有:箱体41、位于该箱体41的内部的基板42、安装于该基板42且能够检测角速度的陀螺仪传感器50A、以及覆盖该陀螺仪传感器50A的罩43。

(陀螺仪传感器)

参照图9。陀螺仪传感器50A是能够检测绕旋转体30A的旋转轴(例如,X轴)的角速度的振动式的MEMS陀螺仪传感器。图9所示的陀螺仪传感器50A例如经由导电性的凸块45(参照图4)与基板42电连接。陀螺仪传感器50A与基板42的布线图案连接,并且能够与控制部13A通电。陀螺仪传感器50A固定于旋转体30A。

参照图9及图10。图9所示的陀螺仪传感器50A具有:基部61A、振动臂62A、检测臂63A、振动电极64A、65A(参照图10)及检测电极66A、67A(参照图10)。振动臂62A从基部61A朝向X轴方向(右方向)突出。检测臂63A沿着振动臂62A从基部61A朝向X轴方向突出。振动电极64A、65A设置于振动臂62A。检测电极66A、67A设置于检测臂63A。

基部61A与振动臂62A及检测臂63A相连,与振动臂62A及检测臂63A一起构成一个压电体。基部61A的形状能够任意设定。图9所示的基部61A呈立方形状。但是,基部61A例如也可以呈圆柱形状。

基部61A经由作为接合材料的凸块45(参照图4)与基板42接合。因此,基部61A位于远离基板42(安装于基板42的电子部件)的位置。图9所示的振动臂62A及检测臂63A分别从基部61A的右侧面向侧方突出。振动臂62A及检测臂63A分别远离基板42(安装于基板42的电子部件)。

振动臂62A及检测臂63A的形状能够任意设定。图9所示的振动臂62A及检测臂63A在沿着Z轴方向(铅垂方向)的剖面中呈矩形。但是,振动臂62A及检测臂63A在沿着Z轴方向的剖面中也可以呈圆形状。

参照图10。图10所示的振动电极64A设置于振动臂62A的上表面及下表面。另一方面,图10所示的振动电极65A设置于X轴方向(左右方向)上的振动臂62A的侧面。振动电极64A、65A分别沿着Y轴方向(前后方向)延伸。振动电极64A的宽度比振动电极65A的宽度短。振动电极64A及振动电极65A分别位于分离的位置,且相互非接触。

检测电极66A、67A分别设置于检测臂63A中的Y轴方向的侧面。检测电极66A设置于检测臂63A中的前侧面的上部及后侧面的下部的两个部位。检测电极67A设置于检测臂63A中的前侧面的下部及后侧面的上部的两个部位。检测电极66A、67A分别经由布线(参照图6)与控制部13A可通电地连接。检测电极66A和检测电极67A分别位于分离的位置,且相互非接触。

(控制部)

参照图9及图10。控制部13A与检测体40A(陀螺仪传感器50A)电连接。具体而言,控制部13A与振动电极64A、65A及检测电极66A、67A可通电地连接,并且与振动电极64A、65A及检测电极66A、67A可通电地连接。

参照图10。图10所示的控制部13A具有:振动电极64A、振动部13Aa、检测部13Ab及运算部13Ac。振动部13Aa对振动电极64A、65A施加电压。检测部13Ab基于从检测电极66A、67A输入的电信号来检测检测臂63A(陀螺仪传感器50A)中的信息。运算部13Ac基于检测部13Ab检测出的电信号来计算与振动(振动体Vi(参照图6)的振动)相关的信息。

参照图9及图10。检测部13Ab检测从检测臂63A输出的电信号。从另一观点来看,检测部13Ab检测旋转体30A中的绕X轴的旋转速度(角速度的大小)及旋转体30A中的旋转方向等。

运算部13Ac基于从检测部13Ab输入的信息来计算振动体Vi(参照图6)的振动中的信息。运算部13Ac也可以基于振动部13Aa施加的交流电压的大小及从检测部13Ab输入的信息,计算与振动体Vi的振动有关的信息。例如,运算部13Ac计算与旋转体30A的旋转一起位移的陀螺仪传感器50A(旋转体30A中的固定有陀螺仪传感器50A的规定部分)的规定方向(例如,上下方向)的速度,并基于该计算出的规定方向的速度,来计算振动体Vi的振动中的信息。关于陀螺仪传感器50A的规定方向上的速度的计算方法,能够采用公知的方法(例如参照日本特开2019-056652号公报)。也可以通过根据角速度计算规定方向的速度的运算部13Ac的式子等,确定规定方向是哪一个。振动计10A也可以不计算规定方向上的速度等物理量,而仅检测振动体Vi是否在规定方向上振动。

作为运算部13Ac计算的信息,可以列举包含振动的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量的信息。进而,运算部13Ac能够将包含计算出的物理量的信息向无线通信体14输入。

(关于陀螺仪传感器与控制部的关系的说明)

参照图9及图10。例如,当通过振动部13Aa对振动电极64A、65A施加交流电压时,作为压电体的振动臂62A在Y轴方向(前后方向)上进行振动。由此,振动臂62A及检测臂63A经由基部61A反复进行例如向相互远离的方向弯曲或向相互接近的方向弯曲的运动(振动)。

检测臂63A在Y轴方向上振动的状态下,当旋转体30A以支承体20A(支承部22A)为轴进行绕X轴的旋转时,在检测臂63A(陀螺仪传感器)作用有科里奥利力。由此,检测臂63A在Z轴方向上进行振动。控制部13A通过从进行Z轴方向的振动的检测臂63A输入的电信号,计算振动体Vi的振动中的信息。对于与第一实施方式重叠的部位,省略详细的说明。

参照图7。旋转体30A可旋转地支承于支承体20A,旋转轴沿着水平方向,并且重心位置远离支承体20A。由此,经由振动体Vi中的铅垂方向的振动,旋转体30A能够以支承体20A为轴旋转。其结果是,能够提供可以以新的方法得到振动的信息的振动计10A。

陀螺仪传感器50A固定于旋转体旋转部32A。通过将陀螺仪传感器50A固定于旋转体旋转部32A,能够使陀螺仪传感器50A远离旋转体30A的旋转轴。由此,能够增大陀螺仪传感器50A的位移。

陀螺仪传感器50A位于旋转体30A的内部。由此,能够减轻从外部向陀螺仪传感器50A传递的冲击。其结果是,能够提供具有耐久性的振动计10A。

[第三实施方式]

参照图11。图11中示出了基于本发明中的第三实施方式的振动计10B。对于与第一实施方式、第二实施方式共同的部分,沿用附图标记并省略详细的说明。

图11所示的振动计10B固定于沿铅垂方向振动的振动体Vi。图11所示的振动计10B例如检测振动体Vi在铅垂方向上的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量。但是,在其他方式中,振动计10B固定于在水平方向上振动的振动体Vi,也能够检测振动体Vi中的水平方向的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量。

振动计10B的大小能够任意设定。振动计10B的长度例如可以为10mm以上、50mm以上、100mm以上或500mm以上。进而,振动计10B的长度也可以为10mm以下。振动计10B的宽度例如可以为5mm以上、10mm以上、50mm以上、100mm以上或500mm以上。进而,振动计10B的宽度也可以为5mm以下。

在图11所示的例中,振动计10B具有:支承体20B、第一弹性体11B、旋转体30B、第二弹性体12B、检测体40B、控制部13A、无线通信体14及施力体15B。支承体20B固定于振动体Vi。对于第一弹性体11B,上端(第一端)固定于支承体20B,呈螺旋形状。旋转体30B固定于第一弹性体11B的下端(第二端)。对于第二弹性体12B,上端(第三端)固定于旋转体30B,与第一弹性体11B呈卷绕方向相反的螺旋形状。检测体40B固定于旋转体30B且能够检测角速度。控制部13A对检测体40B进行控制,并且基于检测体40B检测出的角速度来计算振动体Vi的信息。无线通信体14能够将控制部13A计算出的振动体Vi的信息向外部发送。施力体15B固定于第二弹性体12B的下端(第四端),并且对第一弹性体11B及第二弹性体12B向下方施力。

(支承体)

支承体20B的原材料能够任意设定。作为支承体20B的原材料,例如可以列举金属、树脂及陶瓷等。作为金属,例如可以列举铁、铜、钛、不锈钢、钢及铝、或由这些金属构成的合金等。

在图11所示的例中,支承体20B具有:固定于振动体Vi固定部21B、以及引导部22B。引导部22B从固定部21B沿着第一弹性体11B、旋转体30B、第二弹性体12B及施力体15B延伸,引导施力体15B。另外,引导部22B从固定部21B朝向下方延伸,并且引导施力体15B。

在固定部21B例如开设有上下贯通的贯通孔。在该贯通孔例如插入有与振动体Vi螺合的螺钉Sc。支承体20B由于振动体Vi螺合的螺钉Sc固定。但是,在其他方式中,主体部21A例如可以通过焊接直接固定于振动体Vi,也可以通过粘接材料固定于振动体Vi。

引导部22B呈筒形状。呈筒形状的引导部22B在沿着水平方向的剖面中呈任意的形状。例如,引导部22B也可以在沿着水平方向的剖面中呈圆形的框形状、矩形的框形状或椭圆的框形状。

引导部22B呈筒状,沿着上下具有一定程度的长度。在筒状的引导部22B的内部收容有第一弹性体11B、旋转体30B、第二弹性体12B及施力体15B。上下方向上的引导部22B的长度例如比将伸长状态的第一弹性体11B及第二弹性体12B的长度、上下方向上的旋转体30B的长度及上下方向上的施力体15B的长度相加而得的值长。进而,引导部22B的内表面在整个周向上接近施力体15B。由此,引导部22B能够引导通过第一弹性体11B及第二弹性体12B的伸缩而位移的施力体15B。更详细而言,引导部22B能够以仅在铅垂方向上位移方式引导施力体15B。由此,能够通过引导部22B使旋转体30B仅在铅垂方向(沿着从第一端到第四端的方向)上位移。

(第一弹性体)

图11所示的第一弹性体11B在从上端(第一端)到下端(第二端)之间卷绕成螺旋状。第一弹性体11B的上端固定于固定部21B。第一弹性体11B的匝数能够任意设定。第一弹性体11B的匝数例如也可以为2以上、8以上、32以上或128以上。第一弹性体11B也可以为右卷绕或左卷绕。

第一弹性体11B的原材料能够任意设定。例如,第一弹性体11B的原材料可以为树脂或金属、或树脂与金属的复合材料。作为金属,例如可以列举钢、不锈钢、铁、铜、或由这些构成的合金等。进而,第一弹性体11B的弹簧常数的大小能够任意设定。例如,也能够使第一弹性体11B的弹簧常数的大小为0.7[N/mm]。

(旋转体)

参照图12的(a)。旋转体30B经由支承体20B及第一弹性体11B固定于振动体Vi(参照图11)。进而,在旋转体30B固定有第二弹性体12B。例如,当振动体Vi因振动而向上方移动时,施力体15B因惯性力的作用而向下方对第一弹性体11B及第二弹性体12B施力。其结果是,对第一弹性体11B及第二弹性体12B作用张力。

一并参照图12的(b)。第一弹性体11B及第二弹性体12B呈相互向相反方向卷绕的螺旋形状。因此,当作用沿着螺旋形状的张力时,在第一弹性体11B及第二弹性体12B作用有解除相互的螺旋形状的力。当第一弹性体11B及第二弹性体12B的螺旋形状解开时,第一弹性体11B及第二弹性体12B的匝数发生变化。旋转体30B固定于第一弹性体11B及第二弹性体12B。因此,旋转体30B绕Z轴(例如绕逆时针)旋转。

一并参照图12的(c)。例如,当振动体Vi振动而向下方移动时,第一弹性体11B及第二弹性体12B被施加的力变弱。由此,作用于第一弹性体11B及第二弹性体12B的张力也变弱。其结果是,第一弹性体11B及第二弹性体12B返回到基准状态。此时,旋转体30B绕Z轴(例如绕顺时针)旋转。通过振动体Vi反复进行上下方向的振动,旋转体30B进行绕顺时针及绕逆时针的旋转。

参照图11。旋转体30B的形状能够任意设定。例如,旋转体30B也可以呈立方形状、圆柱形状、或包含五棱柱等的多棱柱形状。

在图11所示的旋转体30B开设有收容检测体40B、控制部13A及无线通信体14的收容部32Ba。开设于旋转体30B的收容部32Ba例如也可以由罩等封闭,以使从外部无法视觉确认检测体40B、控制部13A及无线通信体14。旋转体30B的大小能够根据收容的检测体40B、控制部13A及无线通信体14的大小而任意设定。旋转体30B的原材料能够任意设定。例如,作为旋转体30B的原材料,可以列举树脂、金属及陶瓷等。

(第二弹性体)

第二弹性体12B从旋转体30B朝向下方延伸。第二弹性体12B在从上端(第三端)到下端(第四端)之间卷绕成与第一弹性体11B相反朝向的螺旋状。第二弹性体12B的匝数能够任意设定。第二弹性体12B的匝数可以与第一弹性体11B的匝数相同,也可以与第一弹性体11B的匝数不同。第二弹性体12B的下端(第四端)能够相对于第一弹性体11B的上端(第一端)相对地位移。

第二弹性体12B的原材料能够任意设定。第二弹性体12B的原材料可以与第一弹性体11B的原材料相同,也可以与第一弹性体11B的原材料不同。进而,第二弹性体12B的弹簧常数的大小能够任意设定。第二弹性体12B的弹簧常数的大小可以与第一弹性体11B的弹簧常数的大小相同,也可以与第一弹性体11B的弹簧常数不同。

(检测体)

参照图11及图13。图13所示的检测体40B位于旋转体30B的内部,检测绕Z轴的旋转的角速度。进而,检测体40B将与角速度对应的电气振动向控制部13A输入。

参照图13。在图13所示的例中,检测体40B具有:箱体41、位于该箱体41的内部的基板42、安装于该基板42且能够检测角速度的陀螺仪传感器50B、以及覆盖该陀螺仪传感器50B的罩43。

(陀螺仪传感器)

图13所示的陀螺仪传感器50B是能够检测绕Z轴的角速度的振动式的MEMS陀螺仪传感器。从另一观点来看,绕Z轴是绕沿着从第一弹性体11B的上端(第一端)向第二弹性体12B的下端(第四端)的方向延伸的旋转轴。图13所示的陀螺仪传感器50B例如经由导电性的凸块45(参照图4)与基板42电连接。陀螺仪传感器50B与基板42连接,并且能够与控制部13A通电。

参照图13及图14。图13所示的陀螺仪传感器50B具有:基部61A、振动臂62A、检测臂63A、振动电极64A、65A(参照图14)及检测电极66A、67A(参照图14)。振动臂62A从基部61A朝向Z轴方向(上方)突出。检测臂63A沿着振动臂62A从基部61A朝向Z轴方向突出。振动电极64A、65A设置于振动臂62A。检测电极66A、67A设置于检测臂63A。

参照图14。图14所示的振动电极64A设置于振动臂62A的上表面(在图13中为与基板42对置的面)及下表面(在图13中面向后方侧的面)。从另一观点来看,振动电极64A设置于Y轴方向(前后方向)上的振动臂62A的前方的面及振动臂62A的后方的面。另一方面,图14所示的振动电极65A设置于X轴方向(左右方向)上的振动臂62A的侧面。振动电极64A、65A分别沿着Z轴方向(上下方向)延伸。振动电极64A的宽度比振动电极65A的宽度短。振动电极64A及振动电极65A分别位于分离的位置,且相互非接触。

图14所示的检测电极66A、67A分别设置于检测臂63A的X轴方向的侧面。检测电极66A设置于检测臂63A的右侧面的后方侧及左侧面的前方侧的两个部位。检测电极67A设置于检测臂63A的右侧面的前方侧及左侧面的后方侧的两个部位。检测电极66A、67A分别经由布线16(参照图11)与控制部13A可通电地连接。检测电极66A和检测电极67A分别位于分离的位置,且相互非接触。

(控制部)

图14所示的控制部13A具有:振动部13Aa、检测部13Ab及运算部13Ac。振动部13Aa对振动电极64A、65A施加电压。检测部13Ab根据振动部13Aa施加的电压来检测从陀螺仪传感器50B(检测臂63A)输出的电信号。运算部13Ac基于检测部13Ab检测出的电信号,来计算振动(振动体Vi(参照图1)的振动)中的信息。

检测部13Ab基于从检测臂63A输出的电信号(通过科里奥利力作用于检测臂63A而输出的电信号),检测包含旋转体30B的绕Z轴的旋转速度(角速度的大小)及旋转体30B的旋转方向等的信息。

(施力体)

参照图11。施力体15B的形状能够任意设定。引导部22B的剖面为圆形的框形状的情况下,施力体15B的形状可以为圆柱形状。在引导部22B的剖面为矩形的框形状的情况下,施力体15B能够形成为立方形状。图11所示的施力体15B在整个周向上接近引导部22B的内表面。

施力体15B的原材料能够任意设定。作为施力体15B的原材料,例如可以列举金属等。作为金属,例如可以举出作为铜与锌的合金的黄铜、铁、铝、钨、铅等。施力体15B的原材料可以为密度比第一弹性体11B及第二弹性体12B的原材料大的原材料。另外,例如,施力体15B的质量可以比第一弹性体11B、第二弹性体12B及旋转体30B的质量的每一个或合计大。

(关于陀螺仪传感器与控制部的关系的说明)

参照图13及图14。例如,当通过振动部13Aa对振动电极64A、65A施加交流电压时,作为压电体的振动臂62A在X轴方向(左右方向)上进行振动。由此,振动臂62A及检测臂63A经由基部61A反复进行例如向相互远离的方向弯曲或向相互接近的方向弯曲的运动(振动)。

检测臂63A在X轴方向上振动的状态下,当旋转体30B以支承体20B为轴进行绕Z轴的旋转时,在检测臂63A(陀螺仪传感器)作用有科里奥利力。由此,检测臂63A在Y轴方向上进行振动。控制部13A根据从进行Y轴方向的振动的检测臂63A输入的电信号,计算与振动体Vi的振动有关的信息。对于与第一实施方式及第二实施方式重叠的部位,省略说明。

基于旋转体30B的角速度的信息计算振动体Vi的物理量的运算可以适当进行。例如可以基于理论、模拟计算和/或实验,求出表示旋转体30B的角速度与振动体Vi的速度的相关关系的运算式或映射。同样地,也可以求出表示角速度的积分值与振动体Vi的位移的相关关系的运算式或映射。也可以在运算式、映射或振动体Vi的物理量的计算中使用AI技术。振动计10B也可以不计算上述的物理量,而仅检测振动体Vi是否在上下方向上振动。

第二弹性体12B卷绕成与第一弹性体11B相反朝向的螺旋状。当施力体15B向下方位移时,在第一弹性体11B及第二弹性体12B作用有张力,以解开螺旋形状。由此,呈螺旋形状的第一弹性体11B及第二弹性体12B的匝数发生变化,旋转体30B旋转。因此,能够提供可以以新的方法得到振动的信息的振动计10B。

陀螺仪传感器50B位于旋转体30B的内部。由此,能够减轻从外部向陀螺仪传感器50B传递的冲击。其结果是,能够提供具有耐久性的振动计10B。

振动计10B具有保持第一弹性体11B并固定于振动体Vi的支承体20B。支承体20B具有将施力体15B收容于内部,并引导通过第一弹性体11B及第二弹性体12B的伸缩而位移的施力体15B的引导部22B。通过第一弹性体11B及第二弹性体12B的伸缩而位移的施力体15B被引导,由此施力体15B仅在铅垂方向上位移。由此,能够抑制旋转体30B向水平方向的摇摆。

[第四实施方式]

参照图15的(a)。图15的(a)中示出了基于本发明中的第四实施方式的振动计10C。对于与第一~第三实施方式共同的部分,沿用附图标记并省略详细的说明。

图15的(a)所示的振动计10C固定于沿铅垂方向振动的振动体Vi。图15的(a)所示的振动计10C例如检测振动体Vi在铅垂方向上的位移、速度、加速度和/或加加速度等物理量。

振动计10C的大小能够任意设定。振动计10C的大小例如可以为5mm以上、10mm以上、50mm以上或100mm以上。进而,振动计10C的高度也可以为5mm以下。振动计10C的宽度例如可以为10mm以上、50mm以上、100mm以上或500mm以上。进而,振动计10C的宽度也可以为10mm以下。

图15的(a)所示的振动计10C具有:固定于振动体Vi的固定体11C、固定于该固定体11C且具有挠性的支承体20C、支承于该支承体20C的旋转体30C、固定于该旋转体30C且能够检测角速度的检测体40A、以及安装于支承体20C且对支承体20C向下方施力的施力体15C。

(固定部)

在图15的(a)所示的固定体11C开设有贯通孔11Ca。固定体11C经由插入贯通孔11Ca的螺钉Sc固定于振动体Vi。进而,固定体11C具有供支承体20C嵌入的嵌合部11Cb。进而,固定体11C具有使嵌入于嵌合部11Cb的支承体20C不易脱落的第一防脱部11Cc。固定体11C的原材料能够任意设定。例如,固定体11C的原材料为橡胶、树脂、金属及陶瓷等。

(支承体)

支承体20C的形状能够任意设定。图15的(a)所示的支承体20C呈平板形状,在前后方向上具有一定程度的长度(从一端21Ca到另一端21Cb的长度)。支承体20C的前后方向的长度相对于支承体20C的左右方向的长度,可以为2倍以上、4倍以上、8倍以上或16倍以上的长度,也可以为2倍以下的长度。支承体20C的左右方向的长度也可以比前后方向的长度长。

支承体20C具有通过振动体Vi中的铅垂的振动而在铅垂方向上挠曲的挠性。支承体20C的原材料能够任意设定。例如,支承体20C的原材料为橡胶、金属、树脂等。

在支承体20C开设有:供旋转体30C插入的旋转体插入孔20Cc、以及供施力体15C插入的施力体插入孔20Cd。旋转体插入孔20Cc及施力体插入孔20Cd的孔径能够任意设定。

(旋转体)

参照图16的(a)。支承体20C具有挠性,支承旋转体30C及施力体15C。施力体15C配置于支承体20C的中心,通过重力的作用对支承体20C向下方施力。当振动体Vi向上方移动时,支承体20C被受到惯性力的作用的施力体15C更强地施力。一并参照图16的(b)。当支承体20C被更强地施力时,支承体20C被施力体15C拉拽,整体上向下方侧挠曲。在支承体20C挠曲时,旋转体30C进行绕X轴的绕逆时针的旋转。一并参照图16的(c)。当振动体Vi向下方移动时,施力体15C相对地向上方移动,施力体15C对支承体20C施加的力变弱。由此,支承体20C整体上向上方侧挠曲。此时,旋转体30C进行绕X轴的绕顺时针的旋转。

参照图15的(a)。旋转体30C具有:旋转体旋转部32C、从该旋转体旋转部32C的外表面朝向外侧突出且插入旋转体插入孔20Cc的突出部33C、以及该突出部33C不易从旋转体插入孔20Cc脱落的第二防脱部34C。

(检测体)

参照图15的(a)。检测体40A包括陀螺仪传感器50A(参照图9),该陀螺仪传感器50A检测绕X轴的旋转的角速度,并根据角速度将电信号向控制部13A输入。

支承体20C具有在铅垂方向上挠曲的挠性。通过使支承体20C在铅垂方向上振动,支承体20C使其整体在上下方向上挠曲而振动。由此,能够使固定有陀螺仪传感器50A的旋转体30C旋转。其结果是,能够提供可以以新的方法得到振动的信息的振动计10C。

基于旋转体30C的角速度的信息来计算振动体Vi的物理量的运算可以适当进行。例如,可以基于理论、模拟计算和/或实验,求出表示旋转体30C的角速度与振动体Vi的速度的相关关系的运算式或映射。同样地,也可以求出表示角速度的积分值与振动体Vi的位移的相关关系的运算式或映射。也可以在运算式、映射或振动体Vi的物理量的计算中使用AI技术。振动计10C也可以不计算上述的物理量,仅检测振动体Vi是否在上下方向上振动。

旋转体30C位于支承体20C中的一端20Ca与另一端20Cb之间。进而,旋转体30C配置于比支承体20C中的一端12Cc与另一端12Cd的中间位置靠近固定体11C的位置。由此,使旋转轴面向水平方向的旋转体30C能够更大幅度地旋转。

陀螺仪传感器50A位于旋转体30C的内部。由此,能够减轻从外部向陀螺仪传感器50A传递的冲击。其结果是,能够提供具有耐久性的振动计10C。

本发明中的振动计不限定于上述实施方式,可以以各种方式实施。以下,介绍几个将振动计的形态变形的例子。

例如,在第一实施方式中,对包括两个陀螺仪传感器的检测体进行了说明。但是,第一实施方式的检测体例如也可以仅具有检测绕X轴的角速度的陀螺仪传感器。或者,第一实施方式的检测体例如也可以仅具有检测绕Y轴的角速度的陀螺仪传感器。

例如,在第二实施方式中,对仅包括一个陀螺仪传感器的检测体进行了说明。但是,第二实施方式的检测体例如也可以包括检测绕X轴的角速度的陀螺仪传感器及检测绕Y轴的角速度的陀螺仪传感器。由此,能够获知振动体中的关于前后左右方向的振动的信息。

振动计也可以检测在实施方式的说明中例示的振动的方向以外的方向上的振动。例如,第二~第四实施方式的振动计可以通过以振动方向成为水平方向的方式配置,用于水平方向的振动的检测。在该情况下,在需要代替作用于旋转体和/或施力体的重力的力时,例如也可以使用磁力或弹簧。另外,与上述相关,旋转体和/或施力体向初始位置的复位例如除了磁力或弹簧之外,还可以通过人力进行。

例如,对检测体包括基板及陀螺仪传感器的例子进行了说明。但是,检测体也可以仅由陀螺仪传感器构成。

例如,在实施方式中,控制部计算出的振动体的振动的信息经由无线通信体向外部的设备发送。但是,振动计也可以构成为具有从控制部朝向外侧延伸的布线,并将该布线直接连接于外部的设备。

例如,在实施方式中,对控制部位于旋转体的内部的例子进行了说明。但是,控制部也可以位于旋转体的外部。

在实施方式中说明的控制部中,明确区分了检测部和运算部。但是,振动计也可以在不能区分这些检测部及运算部的方式中实施。例如,也可以使运算部包含检测部的功能,并且消除检测部本身。另外,对于第一实施方式的控制部的结构,也可以在无法分别区分第一振动部及第二振动部、第一检测部及第二检测部、第一运算部及第二运算部的方式中实施。

附图标记说明:

10、10A、10B、10C…振动计

11A…限位部

11B…第一弹性体

12B…第二弹性体

13Ac…运算部

15B、15C…施力体

20A、20B、20C…支承体

22B…引导部

30、30A、30B、30C…旋转体

31…第一旋转体

31a…曲面

31c…基准部

31A…轴部

32…第二旋转体

32A…旋转体旋转部

40、40A…检测体

50、50A、50B…陀螺仪传感器

60…第一陀螺仪传感器

70…第二陀螺仪传感器

Li…振动体

Sp…载置面。


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