JPH01265166A - 歩数表示制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野１ この発明は、加速度センサに関する。

［従来技術とその問題点］ 従来、歩行した時の歩数を計数する９２ｔとして歩数計
がある。この歩数計は、回転自在に軸支され且つ先端部
をバネで弾性支持された振子と、この振子に配設された
重りと、この重りの振動に連動してオン・オフする機械
的なスイッチとから構成されている。そして１歩行した
時、前記振子に配設された重りの振動により、動作する
前記スイッチの動作回数を計数することにより歩数を算
出していた。この様な歩数計は上述の様に機械的な構造
であるため、構造が複雑で破損しやすいという問題があ
った。また、歩数の検出だけでなくａｉ＊ｍから消費カ
ロリを算出する場合とか、或いは、移動体の移動加速度
、何かに衝突したときの衝撃度を測定するような場合に
も加速度センサが用いられているがこれらはいずれも上
述した機械的な４１１成である為構造が複雑で大型とな
り且つ破損しやすい欠点があった。

［発明の目的］ この発明は、上述の如き事情に鑑みてなされたものであ
り、構造が簡単で故障が少ない小型の加速度センサの提
供を目的とする。

［発明の要点］ この発明は、上記目的を達成するために、複数の圧電素
子片を重ねると共に一端部を支持させて、他端部が振動
することにより電位差を発生するようにしたことを要旨
とする。

【実施例］ 以下、図面に示す一実施例に基づき、本発明を具体的に
説明する。なお、本実施例は１歩数計付の電子腕時計に
本発明を適用したものである。

透−虞 １は時計ケースであり、この時計ケースｌには上面にデ
ジタル表示部２が、側面に詳細を後述するモード切換え
スイッチＳ１１、歩幅設定スイッチＳＯが配設されてい
る。３は液晶表示パネルを備えたハウジングであり、４
は回路基板である。この回路基板４には詳細を後述する
加速度センサ５、ＬＳＩ７．このＬＳＩ７の端子部６が
夫々配設され、さらに電池収納部８が形成されている。

９は電池である。１０は地板である。そして、これらハ
ウジング３１回路基板４．地板ｌＯとが一体形威されて
モジュールとなる。１１は裏ぶたである。

第２図は、第１図で示した加速度センサ５を詳細に示す
図である０円筒形状の金属のケース１５内には、Ｂ板圧
型素子片１６ａ、１８ｂが二枚接合されてなる圧電物質
片１６の一端が片持ちに固定されている（すなわち、他
端は自由端となっている）、そして、この圧電物質片１
６の固定端近傍の左右両面には絶縁性の底面１５ａを介
してケース外に引出されている２木のリード線１７゜１
８の夫々の一端１９．２ｏがそれぞれハンダ付けにより
接続されている。

また、該圧電物質片１６は、第２図に示す薄板圧電素子
片ｌｅａ、１８ｂの側面が第１図に示す回路基板４と垂
直に向い合うように取付けられている。

然して、上記の如き電子腕時計を腕に取付は走行し、腕
を上下に振った場合、加速度センサ５内の圧電物質片１
６の自由端は、第３図に矢印で示す方向に交互に振動す
る。

このとき、圧電物質片１６の側面１６ａ、１６ｂには、
圧力又は張力が加えられる。このため両面には交互にプ
ラス電荷又はマイナス電荷が誘起される（！Ｉ子片１６
ａの側面にマイナスの電荷が誘起されたときは、素子片
１６ｂの側面には、それと等量のプラスの分極電荷が誘
起され、その分極電荷量は圧電物質片１６の変形が最も
大きいときに最大となる）。

然して、リード線１７．１８間には、上記両側面に誘起
される分極電荷に対応する電圧が生ずることになる。な
お、第４１１！Ｊは、加速度センサ５が受ける振動衝撃
加速度と、上記電圧の関係を示すものであり、縦軸は出
力電圧［ｖｌ、横軸は加速度［Ｇ］である。同図に示す
如く、走行による圧電物質片１６の振動衝撃加速度と誘
起される電圧は、比例する。

第５図は１本実施例の回路構成を示す図である。

５は加速度センサであり、刺違した構成となっている。

この加速度センサ５の一方のリード線はアースされ、他
方のり一１ｊ１はオペアンプ２３のプラス入力端子に接
続されている。該オペアンプ２３の出力端子はマイナス
入力端子に直接、接続され、該オペアンプ２３は電圧ホ
ルンとして機能する。オペアンプ２３の出力端子とオペ
アンプ２４のプラス入力端子間に接続されている抵抗Ｒ
１と、上記オペアンプ２４のプラス入力端子とアース間
に接続されているコンデンサＣＩ　とは。

ローパスフィルタを構成し、オペアンプ２３からの出力
に含まてれいる高周波成分を除き、該出力を滑らかなも
のにしている。上記オペアンプ２３かもの信号をプラス
入力端子に入力するオペアンプ２４の出力はフィードバ
ック抵抗Ｒｆを介してそのマイナス入力端子側にフィー
ドバックされている。また、該マイナス入力端子には、
抵抗Ｒ１１、Ｒｉ２．　Ｒｉ３の一端がそれぞれ接続さ
れており、これらの抵抗の他端は、それぞれ、後述のモ
ード設定部２６からの開閉制御信号を受けて開閉するト
ランスファーゲー、）ＴＧ＋　、ＴＧ２、Ｔ　Ｇ　３を
介して、接地されている。なお、抵抗Ｒ＋＋、Ｒ１２、
Ｒｉ３の抵抗値はＲ＋＋＜ＲＢ＜Ｒ＋３となっている。

オペアンプ２４の出力端子と波形整形部２５とに接続さ
れているコンデンサＣ２と、上記波形整形部２５の入力
端子とアース間に接続されている抵抗Ｒ？とはバイパス
フィルタを構成し、オペアンプ２４からの出力中の直流
分を除いている。波形整形部２５は、オペアンプ２４か
らの信号を整形し、パルス信号とする回路である。

以−Ｌの各回路素子により歩行信号作成部２２が構成さ
れている。

次に、モード設定部２６の構成について説明する０本実
施例においては、散歩等の歩行スピードで歩行するとき
に用いられる歩行モードと、心肺機部強化等体力の向上
を目的として、歩幅を広くとりピッチを早くして歩くエ
クササイズウオーキングのときに用いられるエクササイ
ズウオーキングモードと、上記エクササイズウオーキン
グよりもピッチを早くして走行する一般の走行時に用い
られる走行モードとの３つのモードがある。モード切換
えスイッチＳ＾は、これらのモードを切換るだめのスイ
ッチである。ワンショット回路２７はモード切換えスイ
ッチＳ＾が操作される毎にワンショットパルスを送出す
る回路である。モードカウンタ２８は、ワンショット回
路２７からのワンショットパルス信号が送られてくる毎
にカウント値を＋１していく３進のカウンタで、そのカ
ウント（ｌｌｉが「０」のときは歩行モード、「ｌ」の
ときは、エクササイズウオーキングモード、「２」のと
きは、走行モードを、それぞれ指定し、そのカウントデ
ータはデコーダ２９およびＣＰＵ２１に与えられる。デ
コーダ２９は、モードカウンタ２８からのカウント値に
基づき、そのカウント値が「０」の時には前記トランス
ファーゲートＴＧＩ　を指定し、ｒｌＪの時にはトラン
スファー’）’−トＴＧ２を指定し、「２」の時にはト
ランスファーゲー）　Ｔ　Ｇ　３　を指定してそれぞれ
のゲートを開放する回路である。

歩幅設定部３０は、歩幅設定スイッチＳＢ、ワンショッ
ト回路３１、歩幅カウンタ３２から構成されている。然
して、歩幅設定スイッチＳ８は。

歩幅を設定するのに用いられるスイッチである。

ワンショット回路３１は歩幅設定スイッチＳ８が操作さ
れる度にワンショットパルス信号を送出する回路である
０歩幅カウンタ３２は、上記ワンショット回路３１から
ワンショットパルス信号が送られてくる毎に計数し、そ
の計数データをＣＰＵ２１に送出する回路である。

表示部３５はＣＰＵ２１から送られてくるデータを表示
する回路部である。

然して、ＣＰＵ２１は、歩行信号作成部２２の波形整形
部２５から送られてくるパルス信号のパルス数を計数し
て歩数を算出し、これと歩幅設定部３０からの歩幅デー
タを植算して歩行距離を出し、更にモードカウンタ２８
のカウント値を珈込みどのモードが指定されているかを
確認して上記歩数１歩行距離および指定されているモー
ドを表示部３５に表示する。

肱−量 次に、以上の如く構成された本実施例の動作について上
述した歩行モード、エクササイズウオーキングモード及
び走行モード別に説明する。

（イ）メ゛−モードでの動作 まず１歩行モード時の動作について説明する。

この場合、使用者は、歩行に先立って、モード切換えス
イッチＳ＾を操作して、ワンショット回路２７からモー
ドカウンタ２８にワンショットパルス信号を送りモード
カウンタ２８に０をセットし歩行モードとする。このと
き、ＣＰＵ２１はモードカウンタ２８の設定値を取込ん
で表示部３５に表示するので使用者は、所望のモードと
なったか否かを表示部３５を見ることによって認識でき
る０次に１歩幅設定スイッチＳｓを操作して、歩幅を設
定する。このときも、ＣＰＵ２１は、歩幅カウンタ３２
で指定されている歩幅を珈込み、これを表示部３５に表
示するので、使用者は、表示部３５を見て所望の歩幅が
設定されたか否かを認識できる。

以上の準備の後、使用者は、歩行を開始する。

このとき、前述の加速度センサ５は歩行時の腕の振りに
より圧電物質片１６が振動して、オペアンプ２３のプラ
ス入力端子に第６図（ａ）の如き電圧波形の信号を送出
する。そして上記電圧波形の信号は、電圧ホロワとして
用いられているオペアンプ２３を経て、抵抗Ｒ１とコン
デンサＣＩ　とからなるローパスフィルタで高周波成分
が除かれ。

オペアンプ２４のプラス入力端子に与えられる。

このとき、モード設定部２６には、上述の如く。

「０」がセットされており、デコーダ２９はこれに基づ
いて開閉調御信号を送り、トランスファーゲー）ＴＧＩ
　だけをオン状態とする。したがって、オペアンプ２４
とフィードバック抵抗Ｒｆ　と器を構成し、上記電圧波
形の信号は、（ｌ＋なるバイパスフィルタに入力する。

そして。

スフィルタで直流分が除かれ、波形整形部２５に与えら
れてパルス信号とされ、ＣＰＵ２１に与えられる。ＣＰ
Ｕ２１はこのパルス信号のロウレベルからハイレベルへ
の変化点を計数して＄数データを得ると共に、この歩数
データと歩幅カウンタ３２からの歩幅データとを積算し
て算出した歩行距離データを表示部３５に送出する０表
示部３５は、これら歩数データ及び歩行距離データをデ
ジタル表示していく。

ロ　エクササイズウオーキングモードでの次に、エクサ
サイズウオーキングモード時の動作について説明する。

この場合、前記と同様にしてモード切換えスイッチＳ＾
を操作してモードカウンタ２８に「ｌ」を設定して、ト
ランスファーゲー）ＴＧ２のみをＯＮ状態とする０次に
歩幅設定スイッチＳ８を操作し、歩幅カウンタ３２にエ
クササイズウオーキング時の歩幅を設定する０以上の操
作の後、使用者は歩行を開始する。然して、使用者は、
前記歩行時よりも、腕を強くかつ速く振ることになる。

このため第６図（ｂ）に示す如く、加速度センサ５から
オペアンプ２３のプラス入力端子に与えられる電圧波形
は、前述した歩行時よりも高くなり、その周期は短くな
る。このような電圧波形の信号は、前述の歩行モードと
同様にして、オペアンプ２３．更に抵抗Ｒ１とコンデン
サＣＩからなるローパスフィルタを経てオペアンプ２４
のプラス入力端子に与えられる。また、前述した様にモ
ードカウンタ２８には「１」がセットされており、デコ
ーダ２９はトランスファーゲー）ＴＧ２のみをオン状態
にしている。

これにより、オペアンプ２４、フィードバック抵抗Ｒｆ
、抵抗Ｒ＋２は、その増幅率を前記歩行モーデンサＣ２
と抵抗Ｒ２とからなるバイパスフィルタを介して波形整
形部２１に与えら芥るが、加、速度センサ５から出力さ
れる電圧値は第６図（ｂ）に示すように１歩行時よりも
高いので、増幅率が前述した歩行モードの時よりも小さ
いものであっても、前記歩行モードのときと同じ出力電
圧値の信号が波形整形部２５に与えられる。波形整形部
分をパルス信号に波形整形してＣＰＵ２１に与える。Ｃ
ＰＵ２１はエクササイズウオーキングによる歩数データ
及び歩行距離データを表示部３５．に送出し、表示部３
５はこれら歩数データ及び歩行距離データを表示する。

ハ　−一−モードでの動　　　　　　、次に、走行モー
ド時の動作について説明する。

この場合、前４した歩行モード、エクササイズウオーキ
ングモード同様にして、モード切換えスイッチＳ＾の操
作によ、す、モードカウンタ２８に「２」を設定して、
トランスファーゲートＴ　Ｇ　３のみをＯＮ状態と、シ
１次に歩幅設定スイッチＳｓ、な操作して歩幅カウンタ
３２に走行時の歩幅を設定する０以上の操作の後、使用
者は走行を開始するのであるが、この場合、使用者は前
記エクササイズウオーキングのときよりも、更に腕を強
くかつ速く振ることになる。このため、第６図（Ｃ）に
示す如く、加速度センサ５からオペアンプ２３のプラス
入力端子に与えられる電圧波形は、エクササイズウオー
キングのときよりも更に高くなり、その周期も更に短く
なる。このような電圧波形の信号は、前述した歩行モー
ド、エクササイズウオーキングモードと同様にして、オ
ペアンプ２３、更に抵抗Ｒ１とコンデンサＣＩ　とから
なるローパスフィルタを経てオペアンプ２４のプラス入
力端子に午えられる。また、前述の如くモードカウンタ
２８には２がセットされており、デコーダ２９はトラン
スファーゲートＴ　Ｇ　３のみをオン状態にしている。

これによりオペアンプ２４、フィードバック抵抗Ｒｒ、
抵抗Ｒｉ３は、その増幅率を前述のエクササイズウオー
キングモードのデンサＣ２と抵抗Ｒ２とからなるバイパ
スフィルタを介して波形整形部２５に与えらるが、加速
度センサ５から出力される電圧値は第６図（Ｃ）に示す
ようにエクササイズウオーキングの時よりも高いので、
増幅率が歩行モード及びエクササイズウオーキングモー
ドの時よりも小さいものであっても、前記両モードのと
きと同じ出力電圧値の信号が波形整形部２５に与えられ
る。波形整形部ス信号に波形整形してＣＰＵ２１に与え
る。ＣＰＵ２１はこのパルス信号のロウレベルからハイ
レベルに変化する変化点を計数し、この計数値と、歩幅
カウンタ３２からの歩幅データとを基に、走行した時の
歩数データ及び走行距離データを表示部３５に表示して
いく。

なお、この発明は上記実施例に限定されず、この発明を
逸脱しない範囲内において種々変形応用可能である。

［発明の効果］ この発明は、以上詳述したように１歩行を、−端部が支
持されて、他端部が振動することにより電位差を発生す
る圧電素子で検知するようにしたものであるから、構造
が簡単で故障が少ない小型の加速度センサの提供を可能
とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の分解斜視図、第２図は第１
図における加速度センサの構造を詳細に示す図・、第３
図は第２図に示す加速度センサの加速度検出原理を示す
図、第４図は上記加速度センサの出力特性図、第５図は
上記実施例の回路構成を示す図、第６図は、各種歩行態
様での上記加速度センサの出力波形を示す図である。 ｌ・・・・・・時計ケース、２・・・・・・液晶表示パ
ネル、３・・・・・・ハウジング、４・・・・・・回路
基板、５・・・・・・加速度センサ、６・・・・・・端
子部、７・・・・・・ＬＳＩ、８・・・・・・電池収納
部、９・・・・・・電池、１０・・・・・・地板、１１
・・・・・・裏ぶた。１５・・・・・・ケース、１５ａ
・・・・・・底面。 １６・・・・・・圧電物質片、１６ａ、１６ｂ・・・・
・・圧電物質片１６の側面、２１・・・・・・ＣＰＵ、
２２・・・・・・歩行信号作成部、２５・・・・・・波
形整形部、２６・・・・・・モード設定部、２７．３１
・・・・・・ワンショット回路、２８・・・・・・モー
ドカウンタ、２９・・・・・・デコーダ、３０・・・・
・・歩幅設定部、３２・・・・・・歩幅カウンタ。 ３５・・・・・・表示部、ＴＧ＋　、ＴＧ２　、ＴＧ３
・・・・・・トランスファーゲート、Ｒ（・・・・・・
フィードバック抵抗。 特許出願人　　カシオ計′ｎａ１１株式会社代理人　弁
理士　　町　１）俊　正□′−］１１′１ リレー」 第２図 第３図　。 ＠４図 （Ｃ） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも２枚以上の圧電素子片が重畳された圧電素子
   部材とこの圧電素子部材の一端部を固定する固定部材と
   からなる加速度センサ。