JP2005147899A - 加速度センサの信号処理システム及び加速度センサ搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型且つ低コストとしつつ、落下及びショックによる出力信号を他の動作による出力信号と区分し得る加速度センサの信号処理システムを得る。
【解決手段】 加速度センサ１０からの出力信号を微分回路４２が微分して微分出力信号を出力する。微分回路４２は微分出力信号が第一の閾値に達したか否かを判別する第１比較器４４に接続され、第１比較器４４は微分出力信号が第二の閾値に達したか否かを同様に判別する第２比較器４６に接続され、第２比較器４６は処理回路４８に接続される。加速度センサ１０及び第１比較器４４は電圧検出器５０にそれぞれ接続され、電圧検出器５０は処理回路４８に接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型且つ低コストとしつつ、落下及びショックによる加速度センサの出力信号を他の動作による出力信号と区分し得る加速度センサの信号処理システム及び加速度センサ搭載装置に関し、特に携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用機器とされる加速度センサ搭載装置に好適なものである。

例えば携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用機器では、ハードディスクドライブ（以下ＨＤＤと言う）が記憶装置として近年内蔵されるようになった。しかし、携帯用機器中のＨＤＤは、携帯用機器が落下した場合や携帯用機器が何かに衝突してショックが加わった場合等に故障することがあるので、歩行やジャンプなどによる加速度と区別して、この時の加速度を初期段階で検出し、ＨＤＤの磁気ヘッドの退避や磁気ヘッドに加わる衝撃を打ち消す制御を行なう必要がある。

従って、歩行やジャンプなどの他の動作を原因とする低周波数の緩やかな加速度の変化と区別して、この携帯用機器に加わる虞がある落下による加速度やショック（衝撃）による加速度を初期段階で検出し得る加速度センサが求められている。そして、従来の加速度センサとしては、例えば圧電方式のショックセンサ及びマイクロ−エレクトロ−メカニカル−システム方式（以下、ＭＥＭＳ方式という）の加速度センサの他、特許文献１に示された機構が知られている。

しかし、圧電方式のショックセンサは、ショックによる加速度の検出は可能であるものの、落下による加速度は検知できず、また、ＭＥＭＳ方式の加速度センサは、ショック及び落下による加速度をそれぞれ検出可能であるものの、製造コストが高いだけでなく、形状が大きくなるので小型化の要請に対応できなかった。さらに、特許文献１の機構では、落下センサとショックセンサとをそれぞれ有した構造になっていた。以上より、落下センサとされる加速度センサ及びショックセンサとされる加速度センサを従来は、特許文献１の機構のように個々に必要としていた携帯用機器も有り、携帯用機器の製造コスト増大の要因ともなっていた。
特開２００２−２０８２３９公報

これに対して、上記の加速度センサと異なり、例えば樹脂製の弾性体の先端部にマグネットを取り付け、この弾性体の変形によるマグネットの変位をスピンバルブ巨大磁気抵抗素子（以下、スピンバルブ型ＧＭＲ素子という）で検出する形の加速度センサが考えられるようになった。但し、このようなスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いた加速度センサは、従来の圧電方式のショックセンサやＭＥＭＳ方式の加速度センサと信号処理システムも全く異なるので、信号を確実に処理する為に、新たな構造の回路による信号処理システムが必要となる。

さらに、落下による加速度やショックによる加速度を単一の加速度センサで検出可能になるのに伴い、これら落下による加速度とショックによる加速度とを判別する必要も生じるようにもなった。
本発明は上記事実を考慮し、小型且つ低コストとしつつ、落下及びショックによる出力信号を他の動作による出力信号と区分し得る加速度センサの信号処理システム及び加速度センサ搭載装置を提供することを目的とする。

請求項１による加速度センサの信号処理システムは、加速度を検出して加速度の大きさに基づく出力信号を出力する加速度センサと、
加速度センサの出力信号を微分して微分出力信号を出力する微分回路と、
第一の閾値を微分出力信号が達したか否かを判別する第１比較手段と、
第一の閾値より高い第二の閾値を微分出力信号が達したか否かを判別する第２比較手段と、
第一の閾値未満の時に通常状態とし、第一の閾値のみに達した時に第一処理状態と判定すると共に、第二の閾値に達した時に第二処理状態と判定する処理手段と、
を有することを特徴とする。

請求項１に係る加速度センサの信号処理システムでは、加速度を検出して加速度の大きさに基づく出力信号を加速度センサが出力し、この出力信号を微分回路が微分して微分出力信号を出力する。この微分出力信号が、第一の閾値に達したか否かを第１比較手段が判別し、また、第一の閾値より高い第二の閾値に達したか否かを第２比較手段が判別する。そして処理手段が、第一の閾値未満を通常状態とする他に、第一の閾値のみに達した時に第一処理状態と判定すると共に、第二の閾値に達した時に第二処理状態と判定する。

従って、本請求項によれば、加速度が加わっていない場合の加速度センサの出力信号や、例えば歩行やジャンプなどの動作に基づく低周波数の緩やかな変化の加速度センサの出力信号を微分回路が微分して微分出力信号を求め、この微分出力信号を第一の閾値未満の通常状態と処理手段が判定する。

また、歩行やジャンプなどの動作に基づく低周波数の緩やかな変化の加速度センサの出力信号を微分して求められた微分出力信号より高く且つ、落下に基づく加速度センサの出力信号を微分して求められた微分出力信号と同じ値に、第１比較手段の第一の閾値を設定することで、歩行やジャンプなどの動作に基づく加速度センサの出力信号と、落下に基づく加速度センサの出力信号とを区別することが可能となった。そしてこれに伴って、落下に基づく加速度センサの出力信号を微分して求められた微分出力信号を、第一処理状態と処理手段が判定する。

一方、落下による加速度センサの出力信号から求められた微分出力信号よりも、衝撃であるショックによる加速度センサの出力信号から求められた微分出力信号は一般に高いことになる。この為、第２比較手段の第二の閾値を、落下による微分出力信号より高く且つ、ショックによる微分出力信号より低く設定することで、落下に基づく加速度センサの出力信号と、ショックに基づく加速度センサの出力信号とを、区別することが可能となった。そしてこれに伴って、ショックによる加速度センサの出力信号を微分して求められた微分出力信号を、第二処理状態と処理手段が判定する。

以上の結果として、本請求項によれば、低周波数の緩やかな加速度の変化の出力信号を微分回路で微分して、処理手段で判定することで、この緩やかな加速度の変化を落下やショックによる加速度と区分できるようになる。さらに、本請求項では、落下センサ及びショックセンサの二つの加速度センサを必要とせずに、一つの加速度センサ及びこの加速度センサからの出力信号を微分して判断する一つの処理手段で判定が可能となり、加速度を検出する為の加速度センサの信号処理システムの小型化及び低コスト化を図ることが可能となった。

請求項２に係る加速度センサの信号処理システムによれば、請求項１の加速度センサの信号処理システムと同様の構成の他に、加速度センサに落下による加速度が加わって加速度センサの出力信号が予め定められた設定値に達して一定時間保たれた場合で、微分出力信号が第一の閾値に達した状態を第一処理状態と、処理手段が判定するという構成を有している。

本請求項によれば、落下による急峻な加速度の変化が加速度センサに加わったときに、微分出力信号が第一の閾値に達するだけでなく、加速度センサの出力信号が予め定められた設定値に達して一定時間保たれた状態が第一処理状態となるので、歩行やジャンプなどの動作に基づく低周波数の緩やかな加速度の変化や、第一の閾値を超えるような微弱な衝撃及びノイズ等によっては、処理手段が第一処理状態と判断しないようになる。つまり、本請求項によれば、低周波数の緩やかな変化の加速度センサの出力信号やノイズ等を誤って第一処理状態と判断することが確実に無くなるので、請求項１の作用効果が一層確実に達成されるようになる。

請求項３に係る加速度センサの信号処理システムによれば、請求項１の加速度センサの信号処理システムと同様の構成の他に、加速度センサに衝撃による加速度が加わった場合を、微分出力信号が第二の閾値に達した第二処理状態と、処理手段が判定するという構成を有している。

本請求項によれば、落下による加速度と衝撃による加速度とを区別できるので、落下した場合の対処方法と衝撃が加わった場合の対処方法とを区別し、衝撃が加わった場合に一層安全性を高める対処方法をとることが可能ともなる。

請求項４に係る加速度センサの信号処理システムによれば、請求項１の加速度センサの信号処理システムと同様の構成の他に、１Ｇ相当の加速度に基づく微分出力信号の電圧を第一の閾値とするという構成を有している。従って、本請求項によれば落下に対応する１Ｇ相当の加速度に合わせて第一の閾値を設定したことで、より確実に落下による加速度を検出可能となった。

請求項５による加速度センサ搭載装置は、加速度を検出して加速度の大きさに基づく出力信号を出力する加速度センサを搭載した加速度センサ搭載装置であって、
加速度センサの出力信号を微分して微分出力信号を出力する微分回路と、
第一の閾値を微分出力信号が達したか否かを判別する第１比較手段と、
第一の閾値より高い第二の閾値を微分出力信号が達したか否かを判別する第２比較手段と、
第一の閾値未満の時に通常状態とし、第一の閾値のみに達した時に第一処理状態と判定すると共に、第二の閾値に達した時に第二処理状態と判定する処理手段と、
を有することを特徴とする。

請求項５に係る加速度センサ搭載装置では、請求項１に係る加速度センサの信号処理システムと同様の構成とされているので、請求項１と同様に、緩やかな加速度の変化を落下やショックによる加速度と区分できるだけでなく、落下センサ及びショックセンサの二つの加速度センサを必要とせずに、一つの加速度センサ及びこの加速度センサからの出力信号を微分して判断する一つの処理手段で、落下かショックかの判定が可能となる。この為、加速度センサの信号処理システムの小型化及び低コスト化に伴って、この加速度センサが搭載された加速度センサ搭載装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となった。

本発明によれば、小型且つ低コストとしつつ、落下及びショックによる加速度センサの出力信号を他の動作による出力信号と区分し得る加速度センサの信号処理システム及び加速度センサ搭載装置が得られることになり、例えば、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用機器に好適なものである。

以下、本発明に係る加速度センサの信号処理システム及び加速度センサ搭載装置の一実施の形態を図１から図８に示し、これらの図面に基づきこの一実施の形態を説明する。
本実施の形態に適用される加速度センサ１０は、例えばＨＤＤが内蔵された携帯用機器である加速度センサ搭載装置に搭載されている。また、この加速度センサ１０の外枠部分を角筒状に形成されたケース１２Ａが構成しており、内部に空間を有したこのケース１２Ａの一端には、板状に形成された蓋材１２Ｂが取り付けられている。

そして、これら加速度センサ１０の保持部材１２を構成するケース１２Ａ及び蓋材１２Ｂは、それぞれ合成樹脂材により形成されていて、図１に示すように、例えばこの保持部材１２の長さ寸法Ｌは約２．３ｍｍとされ、縦寸法Ｗは約１ｍｍとされ、横寸法Ｈは約２．２ｍｍとされている。

さらに、この蓋材１２Ｂには、弾性変形し得る弾性体であるゴム材１６の基端側が固定されて、ケース１２Ａ内にこのゴム材１６が配置されている。このゴム材１６は、ＪＩＳ−Ａのゴム硬度を２以下としたシリコンゴム製とされ、大きさを例えば長さ寸法Ｌ１が０．４ｍｍとされ、縦寸法Ｗ１が０．５ｍｍとされ、横寸法Ｈ１が０．４ｍｍとされた直方体状に形成されている。

このゴム材１６の先端側には、直方体状に形成されたマグネット１８が接着されている。つまり、蓋材１２Ｂに片持ち状に取り付けられたゴム材１６の先端側に、周囲をゴム材１６により包まれる形で接着されたマグネット１８が支持されていて、このゴム材１６の弾性変形に伴い、図１に示すゴム材１６の長手方向Ｚに対して直交する方向に沿って、このマグネット１８が変位可能となっている。

また、このマグネット１８は、大きさを例えば長さ寸法Ｌ２が０．５ｍｍとされ、縦寸法Ｗ２が０．５ｍｍとされ、横寸法Ｈ２が１．０ｍｍとされた直方体状に形成されているが、直方体の両端部となる図１及び図２における上下の端面１８Ａの中心部分にそれぞれＮＳの磁極中心部分を、このマグネット１８は有していて、図２に示すように上下の端面１８Ａの中心から磁束Ｂが広がるように存在している。尚、マグネット１８の比重は６〜７程度とされると共に上記の寸法との関係から、本実施の形態のマグネット１８の重量は１ミリグラム程度となる。

一方、図３に示すように、マグネット１８の磁束方向の変化を検出し得る磁化方向感応素子となるスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが、基板２２Ｂに搭載された形で設けられている。この感応部２２Ａは、基板２２Ｂ上をジグザグに延びる形で形成されていて、一対の端子２２Ｃがこの感応部２２Ａにそれぞれ繋がった構造になっている。

さらに、図１及び図２に示すように、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２は、合成樹脂製のパッケージ２４内に封入されると共に、基板２２Ｂ上の一対の端子２２Ｃと一対のリードフレーム２６との間が配線２８を介して繋がった形で、これらリードフレーム２６に接続されるような構造とされている。

そして、図１に示すようにこのパッケージ２４がケース１２Ａの他端に取り付けられて固定されることで、このマグネット１８の下側の端面１８Ａの中心部分と対向した位置に、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが配置されている。以上より、感応部２２Ａにそれぞれ繋がる一対の端子２２Ｃが一対のリードフレーム２６を介して外部の図示しない回路に接続されることになり、これに伴い必要な検出データがこれらリードフレーム２６を介して取り出せるようになっている。

この際、微少な磁束方向の角度変化でインピーダンスが変化するスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが磁化方向感応素子とされているが、この感応部２２Ａの特に磁束方向の変化に敏感な方向が、図１（Ｃ）の矢印Ａで示す方向とされている。つまり、加速度の検出が本来必要な２軸である相互に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれに対して４５°の角度で傾くように、磁束方向の変化に敏感な方向が向く形で感応部２２Ａは配置されている。

尚、図３に示すスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａは、図４（Ａ）に示すように、磁化方向が固定されている強磁性体のピン層３１、非磁性体の中間層３２及び、磁化方向がその面内で自由に変化する強磁性体のフリー層３３が、積層されて形成されている。

そして、このフリー層３３の磁化方向Ｅは外部の磁化方向に合わせて変化するようなっていて、図４（Ｂ）に示すようにピン層３１の磁化方向Ｄに対してフリー層３３の磁化方向Ｅが逆向きとなるようにフリー層３３の面内で変化した場合には、抵抗が最大となり、また、図４（Ｃ）に示すようにピン層３１の磁化方向Ｄに対してフリー層３３の磁化方向Ｅが一致するようにフリー層３３の面内で変化した場合には、抵抗が最小となる。このことから、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが、周囲の磁化方向の変化を検出できるようになる。

他方、この加速度センサ１０を組み立てる際には、予めスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２を作製して図２に示すようにパッケージ２４内に封入し、さらにマグネット１８、蓋材１２Ｂ及びケース１２Ａ等を形成しておくことにする。次に、図示しない成形金型内にこれらの内のマグネット１８及び蓋材１２Ｂを入れて、一体成形によってマグネット１８と蓋材１２Ｂとの間に配置する形で、図２に示すゴム材１６を形成する。

最後に、このようにゴム材１６及びマグネット１８が取り付けられた蓋材１２Ｂをケース１２Ａの一端に取り付けると共に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が内蔵されたパッケージ２４をケース１２Ａの他端に取り付けることで、図１に示すように加速度センサ１０が完成する。

次に、本実施の形態に係る加速度センサ１０の信号処理システムを、図５に基づいて説明する。
この加速度センサ１０のスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２には、一対のリードフレーム２６を介して一定電流が流されていて、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａの抵抗値の変化によって、出力信号となる出力電流の電圧が変化する形になっている。つまり、加速度センサ１０のスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が検出する加速度の大きさに基づいた電圧の出力信号を出力するようになっている。

この加速度センサ１０からの出力信号を微分して微分出力信号を出力する微分回路４２に、この加速度センサ１０は接続されており、また、この微分回路４２は、微分出力信号が所定の値に達したか否かを判別する第１比較手段である第１比較器４４に接続されている。この際、落下による加速度とされる１Ｇ相当の加速度に基づく微分出力信号の電圧を、第１比較器４４の閾値である第一の閾値としている。

さらに、この第１比較器４４は、微分出力信号が所定の閾値に達したか否かを同様に判別する第２比較手段である第２比較器４６に接続されていて、この第２比較器４６は処理手段である処理回路４８に接続されている。そして、第一の閾値より高く且つ、衝撃であるショックによる加速度が加わった時の微分出力信号が超えることのできる電圧を、第２比較器４６の閾値である第二の閾値としていて、この第二の閾値に微分出力信号が達したときにのみ、第２比較器４６から処理回路４８にオン信号が出力されるようになっている。

一方、加速度センサ１０及び第１比較器４４は、電圧の検出により例えばゲートを開閉するような構造の電圧検出器５０にそれぞれ接続されており、また、この電圧検出器５０は処理回路４８に接続されている。この為、微分出力信号が第一の閾値に達するのに伴って第１比較器４４から出力されるオン信号が入力されたときに、電圧検出器５０が加速度センサ１０からの出力信号を処理回路４８側に直接出力する形になっている。但し、第一の閾値に達していない場合には、第１比較器４４からオン信号が出力されないのに伴い、電圧検出器５０から処理回路４８側に出力信号が送られないようになっている。

また、微分出力信号が第一の閾値未満の時には通常状態と処理回路４８が判定し、微分出力信号が第一の閾値のみに達した時には第一処理状態と処理回路４８が判定し、微分出力信号が第二の閾値に達した時には第二処理状態と処理回路４８が判定するように判定基準が設定されている。つまり、加速度センサ１０の出力信号が電圧検出器５０から入力されるか否かと、第２比較器４６からのオン信号が入力されるか否かとにより、処理回路４８がこれらの判断をするようになっている。

この加速度センサ１０が搭載された携帯用機器の図示しない制御回路に、この処理回路４８は接続されており、処理回路４８で通常状態と判断されている間は制御回路が通常の処理動作を実行する。この一方、処理回路４８で第一処理状態と判断された場合において、この携帯用機器に内蔵されたＨＤＤの磁気ヘッドが例えば記録動作中であれば、記録動作を一時停止させるような安全動作を制御回路は実行する。また、処理回路４８で第二処理状態と判断された場合には、例えばＨＤＤをさらに安全な状態にする動作を制御回路は実行する。

次に、本実施の形態に係る加速度センサ１０の信号処理システム及び加速度センサ搭載装置の作用を説明する。
本実施の形態に係る加速度センサ１０の信号処理システムでは、加速度を検出して加速度の大きさに基づく出力信号を加速度センサ１０が出力し、この出力信号を微分回路４２が微分して微分出力信号を出力する。この微分出力信号が、第一の閾値に達したか否かを第１比較器４４が判別し、また、第一の閾値より高い第二の閾値に達したか否かを第２比較器４６が判別する。そして処理回路４８が、第一の閾値未満を通常状態とする他に、第一の閾値のみに達した時に第一処理状態と判定すると共に、第二の閾値に達した時に第二処理状態と判定する。

従って、本実施の形態によれば、加速度が加わっていない場合の加速度センサ１０の出力信号や、例えば歩行やジャンプなどの動作に基づく低周波数の緩やかな変化の加速度センサ１０の出力信号を、微分回路４２により微分して微分出力信号を求める。但し、この微分出力信号では、電圧検出器５０及び第２比較器４６から処理回路４８に信号が入力されないので、第一の閾値未満の通常状態と処理回路４８が判定する。

また、上記の緩やかな変化の加速度センサ１０の出力信号を微分して求められた微分出力信号より高く且つ、落下に基づく加速度センサ１０の出力信号を微分して求められた微分出力信号と同じ値に、第１比較器４４の第一の閾値を設定する。そして、上記と同様に求められた微分出力信号が第一の閾値に達するだけでなく、加速度センサ１０の出力信号が予め定められた例えば５Ｖなどの設定値に達して一定時間保たれているかを判断することにより、歩行やジャンプなどの動作に基づく加速度センサ１０の出力信号や第一の閾値を超えるような微弱な衝撃及びノイズ等と、落下に基づく加速度センサ１０の出力信号とを、確実に区別することが可能となった。

つまり、加速度センサ１０に落下による加速度が加わって加速度センサ１０の出力信号が予め定められた設定値に達して一定時間保たれている場合、この落下に基づく加速度センサ１０の出力信号を微分して求められた微分出力信号を、第１比較器４４が第一の閾値と比較してオン信号を電圧検出器５０に出力するので、加速度センサ１０から出力信号が処理回路４８に直接送られて、第一処理状態と処理回路４８が判定する。

一方、落下による加速度センサ１０の出力信号から求められた微分出力信号よりも、ショックによる加速度センサ１０の出力信号から求められた微分出力信号は一般に高いことになる。この為、第２比較器４６の第二の閾値を落下による微分出力信号より高く且つ、ショックによる微分出力信号の値より低く設定することで、落下に基づく加速度センサ１０の出力信号と、ショックに基づく加速度センサ１０の出力信号とを、区別することが可能となった。

つまり、加速度センサ１０に衝撃であるショックによる加速度が加わった場合、このショックによる加速度センサ１０の出力信号を微分して求められた微分出力信号を、第２比較器４６が第二の閾値と比較して、処理回路４８にオン信号を出力するのに伴い、第二処理状態と処理回路４８が判定する。

以上の結果として、本実施の形態によれば、低周波数の緩やかな加速度の変化の出力信号を微分回路４２で微分して、処理回路４８で判定することで、この緩やかな加速度の変化を落下やショックによる加速度と区分可能になる。さらに、本実施の形態では、落下センサ及びショックセンサの二つの加速度センサを必要とせずに、一つの加速度センサ１０及びこの加速度センサ１０からの出力信号を微分して判断する一つの処理回路４８で判定が可能となり、加速度を検出する為の加速度センサ１０の信号処理システムの小型化及び低コスト化を図ることが可能となった。

他方、この加速度センサ１０が搭載された携帯用機器である加速度センサ搭載装置も、加速度センサ１０の信号処理システムと同様に、一つの加速度センサ１０及びこの加速度センサ１０からの出力信号を微分して判断する一つの処理回路４８で、落下かショックかの判定が可能となるので、加速度センサ１０の信号処理システムの小型化及び低コスト化に伴って、この加速度センサ１０を搭載した加速度センサ搭載装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となった。

次に、上記の加速度センサ１０の信号処理システムの動作を、図６及び図７に基づき具体的に説明する。
まず、加速度センサ１０を搭載した携帯用機器を歩行中に何らかの物体に衝突させた場合を想定する。この場合、歩行動作に基づく低周波数の緩やかな加速度の変化による加速度センサ１０の出力信号Ｓ１及び、これに続いて衝突に伴うショックによる加速度センサ１０の出力信号Ｓ２が得られ、これらの出力信号Ｓ１、Ｓ２を図６（Ａ）に示す。そして、この図６（Ａ）に示す出力信号波形から求められた微分出力信号を図６（Ｂ）に示す。

この際、図６（Ｂ）の縦軸は出力電圧であるが、第一の閾値を＋Ｖth1 及び−Ｖth1 で表し、また、第二の閾値を＋Ｖth2 及び−Ｖth2 で表す。但し、第一の閾値は落下に対応する１Ｇ相当の加速度に基づく微分出力信号の電圧とされている。

この図６より、出力信号Ｓ１に対応する微分出力信号Ｄ１が第一の閾値±Ｖth1 内に入ることが確認され、また、出力信号Ｓ２に対応する微分出力信号Ｄ２が第二の閾値±Ｖth2 を超えていることが確認される。つまり、微分出力信号Ｄ１では通常状態と処理回路４８が判定し、また、微分出力信号Ｄ２が第一の閾値±Ｖth1 だけでなく第二の閾値±Ｖth2 を超えたことで、衝撃であるショックによる加速度が加わった時の第二処理状態と処理回路４８が判定する。

一方、加速度センサ１０を搭載した携帯用機器を落下させて床面等に衝突させた場合を想定する。この場合、落下開始に合わせて加速度センサ１０に加速度が加わり始めることになるので、この時の加速度センサ１０の出力信号Ｓ３が得られると共に、これに続いて衝突に伴うショックによる加速度センサ１０の出力信号Ｓ４が得られ、これらの出力信号Ｓ３、Ｓ４を図７（Ａ）に示す。そして、この図７（Ａ）に示す出力信号波形から求められた微分出力信号を図７（Ｂ）に示す。この際、この図７（Ｂ）の縦軸は図６（Ｂ）の縦軸と同様に設定されている。

この図７より、出力信号Ｓ３に対応する微分出力信号Ｄ３が第一の閾値±Ｖth1 を超えるものの第二の閾値±Ｖth2 内とされることが確認され、また、出力信号Ｓ４に対応する微分出力信号Ｄ４が第二の閾値±Ｖth2 を超えていることが確認される。

つまり、落下による急峻な加速度の変化が加速度センサ１０に生じると、出力信号Ｓ３に対応する微分出力信号Ｄ３が第一の閾値±Ｖth1 に達するだけでなく、加速度センサ１０の出力信号Ｓ３が予め定められた設定値に達して図７（Ａ）に示すように一定時間保たれるので、第一処理状態と処理回路４８が判定する。さらに、加速度センサ１０に衝撃による加速度が加わったときには、出力信号Ｓ４に対応する微分出力信号Ｄ４が第二の閾値±Ｖth2 に達する第二処理状態と、処理回路４８が判定することになる。従って、落下による加速度と衝撃による加速度とを区別できたことになる。

以上より、微分出力信号が第一の閾値±Ｖth1 に達しているかで判定されるので、歩行やジャンプなどの動作に基づく低周波数の緩やかな加速度の変化によっては、処理回路４８が第一処理状態と判断することがなくなる。この際、落下に対応する１Ｇ相当の加速度に基づく微分出力信号の電圧を第一の閾値としたことから、より確実に落下による加速度を検出可能ともなる。

他方、加速度センサ１０に衝撃による加速度が加わったときを、微分出力信号が第二の閾値±Ｖth2 に達した第二処理状態と、処理回路４８が判定することから、落下による加速度と衝撃による加速度とを区別できる。この為、落下した場合の対処方法と衝撃が加わった場合の対処方法とを区別して、衝撃が加わった場合に一層安全性を高める対処方法をとることが可能ともなる。

次に、本実施の形態に適用される加速度センサ１０の作用を説明する。
本実施の形態に適用される加速度センサ１０では、小さな加速度でも弾性変形し得るようにＪＩＳ−Ａのゴム硬度を２以下とした物性を有するゴム材１６が、その基端側で蓋材１２Ｂに固定されていて、両端部にそれぞれＮＳの磁極を有するマグネット１８の一端部が、このゴム材１６の先端側に支持されている。そして、この蓋材１２Ｂが角筒状に形成されたケース１２Ａの一端に取り付けられた構造になっている。

また、このケース１２Ａの他端に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が内蔵されたパッケージ２４がはめ込まれて取り付けられることで、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが、このマグネット１８の他端部の中心部分となる磁極中心部分と対向して配置された構造になっている。

つまり、本実施の形態では、ＪＩＳ−Ａのゴム硬度を２以下とした物性を有するゴム材１６が片持ち状に支持されて変形し易い構造になっているので、マグネット１８に微小な加速度が加わった場合でも、マグネット１８の重量でゴム材１６が容易に弾性変形するのに伴い、このマグネット１８がゴム材１６の長手方向Ｚに対して直交する方向である図１（Ｃ）においてＸ軸方向及びＹ軸方向に変位する。従って、磁束方向の変化が特に大きい位置となる磁極中心部分が存在することになるマグネット１８の端部の中心部分と対向する位置に配置されたスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが、マグネット１８の変位に伴う磁束方向の変化を検出することができる。

以上より、本実施の形態によれば、単に小型のマグネット１８、ゴム材１６、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２及び保持部材１２のみの簡単な構造の加速度センサ１０により、それぞれ磁束方向の変化の形でＸ軸方向及びＺ軸方向の微小な加速度を検出できるようになる。この為、加速度センサ１０を小型化できると共に低コストで製作できるだけでなく、この加速度センサ１０により小さな加速度を２軸方向に沿って検出可能になる。

一方、本実施の形態では、ケース１２Ａ及び蓋材１２Ｂにより保持部材１２が構成され、この保持部材１２の一部を構成する蓋材１２Ｂとマグネット１８との間に、一体成形によってゴム材１６が形成されて、これら蓋材１２Ｂ及びマグネット１８と接合されていることから構造が簡素化される。この為、加速度センサ１０を構成する各部材がそれぞれ極端に小さくなった場合であっても組立が容易となり、加速度センサ１０の製造コストが低減されるようになる。

さらにこの後、本実施の形態では、この蓋材１２Ｂをケース１２Ａの一端に取り付けると共にスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２をケース１２Ａの他端に取り付けるようにして、加速度センサ１０が組み立てられることになる。

つまり、本実施の形態によれば、角筒状に形成されたケース１２Ａの両端に、蓋材１２Ｂ及びスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２をそれぞれ取り付けるという単純な動作で、マグネット１８とスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２とを相互に対向して配置できるようになるので、組立がより一層容易となるだけでなく、組立て精度が高まって歩留りが向上する結果として、加速度センサ１０の製造コストがさらに低減されるようになる。

他方、上記実施の形態では、弾性体をシリコンゴム製のゴム材１６としたが、具体的にはポッティング用液状シリコンゴムの内のＪＩＳ−Ａのゴム硬度を２以下としたＴＳＥ３２５４（東芝シリコン社製）や、shore Ｃ硬度１１程度のＹＥ５６２３（東芝シリコン社製）が考えられる。この一方、弾性体をポリウレタン樹脂とし、このポリウレタン樹脂の内のＪＩＳ−Ａのゴム硬度が２以下に相当するshore Ｃの硬度が２７のエイムフレックスＨ−７７６７（第一工業製薬社製）を採用しても良い。さらに、弾性体は、シリコンゴム以外のゴム材や、ポリウレタン樹脂以外の樹脂材料であっても良く、またゲル状のゴム材や樹脂材料であっても良い。

次に、上記実施の形態の加速度センサ１０の構造で、弾性体としてエイムフレックスＨ−７７６７のポリウレタン樹脂を採用した場合と、弾性体としてポッティング用液状シリコンゴムの内のＴＳＥ３２５４を採用した場合とに関し、加速度と出力特性との関係を比較した試験結果を図８のグラフに基づき説明する。

つまり、この図８に示すグラフよりＨ−７７６７及びＴＳＥ３２５４は、１Ｇ以下の微小な加速度であっても、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが加速度を検出してそれぞれ出力の変化が得られるが、特にＨ−７７６７の出力の変化が大きいことが理解できる。尚、この図８に示すグラフにおいて、横軸は加速度であり、縦軸は出力電圧の最大幅の値であり、また加速度の周波数は２Ｈｚとした。

さらに、上記実施の形態においては、一体成形によって弾性体がマグネットと蓋材との間に形成されているが、磁化方向感応素子をケースと一体成形するような構造として、構造を一層簡素化して加速度センサの製造コストを低減するようにしても良い。また、上記実施の形態において、磁化方向感応素子をスピンバルブ型ＧＭＲ素子としたが、超格子型ＧＭＲ素子又はグラニュラ型ＧＭＲ素子等の磁化方向検出素子を採用しても同様の結果が得られる。

本発明の一実施の形態に適用される加速度センサを示す図であって、（Ａ）は正面から見た断面図であり、（Ｂ）は側面から見た断面図であり、（Ｃ）は底面から見た断面図である。 本発明の一実施の形態に適用される加速度センサを示す分解断面図である。 本発明の一実施の形態に適用されるスピンバルブ型ＧＭＲ素子を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に適用されるスピンバルブ型ＧＭＲ素子の感応部の構造を示す説明図であって、（Ａ）は積層構造を示す説明図であり、（Ｂ）はピン層の磁化方向に対してフリー層の磁化方向が逆向きとされた状態を示す説明図であり、（Ｃ）はピン層の磁化方向に対してフリー層の磁化方向が一致する状態を示す説明図である。 本発明の一実施の形態に係る加速度センサの信号処理システムを示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る加速度センサの信号処理システムによる第１例の信号波形を示す図であって、（Ａ）は加速度センサの出力信号波形を示す図であり、（Ｂ）は微分出力信号波形を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る加速度センサの信号処理システムによる第２例の信号波形を示す図であって、（Ａ）は加速度センサの出力信号波形を示す図であり、（Ｂ）は微分出力信号波形を示す図である。 本発明の一実施の形態に適用される加速度センサの構造で弾性体の材質を変えて試験した結果を表すグラフを示す図である。

符号の説明

１０ 加速度センサ
１２ 保持部材
１２Ａ ケース
１２Ｂ 蓋材
１６ ゴム材（弾性体）
１８ マグネット
２２ スピンバルブ型ＧＭＲ素子
２２Ａ 感応部（磁化方向感応素子）
４２ 微分回路
４４ 第１比較器（第１比較手段）
４６ 第２比較器（第２比較手段）
４８ 処理回路（処理手段）

Claims (5)

1. 加速度を検出して加速度の大きさに基づく出力信号を出力する加速度センサと、
   加速度センサの出力信号を微分して微分出力信号を出力する微分回路と、
   第一の閾値を微分出力信号が達したか否かを判別する第１比較手段と、
   第一の閾値より高い第二の閾値を微分出力信号が達したか否かを判別する第２比較手段と、
   第一の閾値未満の時に通常状態とし、第一の閾値のみに達した時に第一処理状態と判定すると共に、第二の閾値に達した時に第二処理状態と判定する処理手段と、
   を有することを特徴とした加速度センサの信号処理システム。
2. 加速度センサに落下による加速度が加わって加速度センサの出力信号が予め定められた設定値に達して一定時間保たれた場合で、微分出力信号が第一の閾値に達した状態を第一処理状態と、処理手段が判定することを特徴とした請求項１記載の加速度センサの信号処理システム。
3. 加速度センサに衝撃による加速度が加わった場合を、微分出力信号が第二の閾値に達した第二処理状態と、処理手段が判定することを特徴とした請求項１記載の加速度センサの信号処理システム。
4. １Ｇ相当の加速度に基づく微分出力信号の電圧を第一の閾値とすることを特徴とした請求項１記載の加速度センサの信号処理システム。
5. 加速度を検出して加速度の大きさに基づく出力信号を出力する加速度センサを搭載した加速度センサ搭載装置であって、
   加速度センサの出力信号を微分して微分出力信号を出力する微分回路と、
   第一の閾値を微分出力信号が達したか否かを判別する第１比較手段と、
   第一の閾値より高い第二の閾値を微分出力信号が達したか否かを判別する第２比較手段と、
   第一の閾値未満の時に通常状態とし、第一の閾値のみに達した時に第一処理状態と判定すると共に、第二の閾値に達した時に第二処理状態と判定する処理手段と、
   を有することを特徴とした加速度センサ搭載装置。
   

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