JP5791452B2 - Acceleration sensor - Google Patents
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Description
この発明は、印加された加速度や角速度などの力学量を検出し電気信号として出力する加速度センサに関するものである。 The present invention relates to an acceleration sensor that detects mechanical quantities such as applied acceleration and angular velocity and outputs them as electrical signals.
力学量センサの一つである加速度センサは携帯機器の落下検出などに用いられている。そして、携帯機器では消費電力をできる限り抑制する必要があるため、加速度センサ自体の低消費電力化が求められている。 An acceleration sensor, which is one of mechanical quantity sensors, is used for detecting a fall of a portable device. And in portable equipment, since it is necessary to suppress power consumption as much as possible, reduction in power consumption of the acceleration sensor itself is required.
そこで、待機時に電力を消費しないノーマリーオフタイプの加速度センサが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このような加速度センサについて、図9および図10を参照して説明する。図9は加速度センサ101の平面図であり、図10は図9のD―D線における加速度センサ101の垂直断面を矢印の方向から眺めた図である。この加速度センサ101は、所定の間隔を隔てて対向するように保持された平板状の絶縁性材料からなる第一の基板106および第二の基板107と、第一の基板106と第二の基板107とに挟まれて固定された少なくとも表面が導電性材料からなる枠部102と、枠部102に周囲を囲まれ第一の基板107とに挟まれて固定された少なくとも表面が導電性材料からなる固定電極105と、固定電極105の周囲を囲み枠部102に周囲を囲まれ第一の基板106および第二の基板107に挟まれて揺動自在に保持された少なくとも表面が導電性材料からなる可動電極103と、一端を枠部102に固定され、他端を可動電極103に固定され、可動電極103を略一周するように形成された少なくとも表面が導電性材料からなるバネ部104と、第一の基板107を貫通して設けられ、一端が枠部102に電気的に接続された導電性材料からなる枠部貫通電極108と、第一の基板106を貫通して設けられ、一端が固定電極105に電気的に接続された導電性材料からなる固定電極貫通電極109と、を備えている。
Thus, a normally-off type acceleration sensor that does not consume power during standby has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Such an acceleration sensor will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a plan view of the
この加速度センサ101の平面方向に加速度を印加すると、可動電極103に慣性力が作用する。可動電極103はバネ部104によって揺動自在に保持されているので、慣性力の作用に従って変位する。印加された加速度が所定の大きさを超えると、可動電極103は固定電極105に接触する。枠部102、可動電極103、バネ部104および固定電極105はいずれも少なくとも表面が導電性材料からなるので、可動電極103と固定電極105が接触すると、枠部貫通電極108から固定電極貫通電極109まで導通する。従って、例えば枠部貫通電極108と固定電極貫通電極109との間に所定の電圧を印加しておくと、加速度センサ101に印加された加速度が小さいときには可動電極103と固定電極105とは接触せず、枠部貫通電極108と固定電極貫通電極109との間に電流が流れないため、電力は消費されない。一方、加速度センサ101に所定の大きさを超える加速度が印加され可動電極103と固定電極105とが接触すると、枠部貫通電極108と固定電極貫通電極109との間に電流が流れ、加速度の印加を検出することができる。また、バネ部104は可動電極103を略一周するように形成されているので、加速度センサ101の平面方向であればいずれの方向に加速度が印加されても検出できる。このように構成された加速度センサ101は、上述の通り待機時に電力を消費しないノーマリーオフタイプの加速度センサと呼ばれている。
When acceleration is applied in the plane direction of the
しかしながら、図9および図10に示す加速度センサ101においては、下記のような問題がある。
すなわち、加速度センサ101においては、固定電極105の周面を囲むように可動電極103を形成せねばならず、しかも、加速度検出に必要な可動電極103の質量を十分に確保する必要があるため、可動電極103を大きくしなければならない。従って加速度センサ101の小型化が難しかった。
However, the
That is, in the
本発明は上記のような事情に考慮してなされたもので、その目的は、消費電力が嵩まず且つ小型の加速度センサを提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a small acceleration sensor with low power consumption.
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
(1)本発明は、印加された加速度を検出する加速度センサであって、平板状の絶縁性材料からなる一対の基板と、中空状の枠体であって、前記一対の基板に上下面が固定された表面が導電性材料からなる枠部と、前記枠部が前記一対の基板に固定された状態で、前記一対の基板それぞれが互いに対向する面と前記枠部の内周面とで構成される空隙部の内部に配置された表面が導電性材料からなる可動電極と、表面が導電性材料からなり、一端が前記枠部の内周面に固定され、他端が前記可動電極の外周面に固定され、当該一端と他端との間が前記可動電極の周面を取り囲むように配置されて前記可動電極を揺動自在に保持するバネ部と、前記一対の基板のうち少なくとも何れか一方の基板の前記対向する面に凹状に形成された凹部と、前記凹部の底面および側壁に設けられた導電性の薄膜からなる固定電極と、前記一方の基板を貫通させて設けられ、一端が前記枠部の表面と電気的に接続された導電性材料からなる枠部貫通電極と、前記一方の基板を貫通させて設けられ、一端が前記固定電極と電気的に接続された導電性材料からなる固定電極貫通電極と、を備え、前記固定電極と前記枠部とは電気的に絶縁されてなり、前記可動電極は、一部が前記凹部の内部に収容され、前記加速度が印加された場合に前記固定電極と当接可能であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
(1) The present invention is an acceleration sensor for detecting an applied acceleration, and includes a pair of substrates made of a flat insulating material and a hollow frame, and upper and lower surfaces of the pair of substrates. A fixed surface is composed of a frame portion made of a conductive material, and a pair of substrates facing each other and an inner peripheral surface of the frame portion with the frame portion fixed to the pair of substrates. A movable electrode whose surface is made of a conductive material and a surface which is made of a conductive material, one end is fixed to the inner peripheral surface of the frame portion, and the other end is an outer periphery of the movable electrode. At least one of the pair of substrates, and a spring portion that is fixed to a surface and is arranged so that a portion between the one end and the other end surrounds the peripheral surface of the movable electrode and holds the movable electrode in a swingable manner. A concave portion formed in a concave shape on the opposing surface of one substrate, and A fixed electrode made of a conductive thin film provided on the bottom and side walls of the part, and a frame made of a conductive material provided through the one substrate and having one end electrically connected to the surface of the frame part A fixed electrode penetrating electrode, and a fixed electrode penetrating electrode made of a conductive material provided at one end and electrically connected to the fixed electrode. Is electrically insulated, and a part of the movable electrode is accommodated in the recess, and can be brought into contact with the fixed electrode when the acceleration is applied.
本発明にかかる加速度センサは、加速度が印加された場合にはじめて、互いに導電性材料からなる可動電極と固定電極とが当接して電力を消費するノーマリーオフタイプの加速度センサであるので、待機時の消費電力が嵩まない。また、本発明にかかる加速度センサによると、固定電極が基板に設けられた凹部の底面および側壁に設けられているため、上述した従来技術の如く、可動電極の中央に固定電極を配置するための穴を開ける必要がなく、同一の質量であれば可動電極の外形を小さくすることができる。つまり、本発明では、可動電極を小型化し、その結果加速度センサを小型化することが出来る。 The acceleration sensor according to the present invention is a normally-off type acceleration sensor that consumes power by contacting a movable electrode made of a conductive material and a fixed electrode only when acceleration is applied. The power consumption is not bulky. Further, according to the acceleration sensor according to the present invention, since the fixed electrode is provided on the bottom surface and the side wall of the concave portion provided on the substrate, the fixed electrode is disposed at the center of the movable electrode as in the above-described prior art. There is no need to make a hole, and the outer shape of the movable electrode can be reduced if the mass is the same. That is, in the present invention, the movable electrode can be downsized, and as a result, the acceleration sensor can be downsized.
(2)また、本発明の加速度センサにおいて、前記可動電極は、前記凹部の側壁と対向する接触面を備えていることを特徴とする。
本発明にかかる加速度センサは、加速度が印加されて可動電極と固定電極が接触したときに、接触面が固定電極に接触するため、接触面積が大きくなって出力信号を大きくすることができ、S/N比を向上させることが出来る。
(2) Moreover, the acceleration sensor of this invention WHEREIN: The said movable electrode is provided with the contact surface facing the side wall of the said recessed part, It is characterized by the above-mentioned.
In the acceleration sensor according to the present invention, when the movable electrode and the fixed electrode come into contact with each other when acceleration is applied, the contact surface comes into contact with the fixed electrode, so that the contact area is increased and the output signal can be increased. / N ratio can be improved.
(3)また、本発明の加速度センサは、前記接触面は、前記凹部の側壁と平行な面であることを特徴とする。
本発明にかかる加速度センサは、接触面が凹部の側壁と平行な面からなるので、接触面と固定電極との接触面積が一層大きくなって出力信号を大きくすることができるため、S/N比をさらに向上させることができる。
(3) Moreover, the acceleration sensor of this invention is characterized by the said contact surface being a surface parallel to the side wall of the said recessed part.
In the acceleration sensor according to the present invention, since the contact surface is a surface parallel to the side wall of the recess, the contact area between the contact surface and the fixed electrode can be further increased and the output signal can be increased. Can be further improved.
(4)また、本発明の加速度センサにおいて、前記固定電極は、複数個からなり、当該複数の固定電極は、印加される加速度の方向に応じて前記可動電極と当接する固定電極が変化するように互いに絶縁された状態で離間して配置され、前記固定電極貫通電極は、該複数の固定電極にそれぞれ電気的に接続された複数個からなることを特徴とする。
本発明にかかる加速度センサは、印加される加速度の方向に応じて可動電極と当接する固定電極が変化するように互いに絶縁された状態で離間して配置されているので、可動電極がいずれの固定電極に接触したかを調べることにより、加速度の方向を検出することができる。
(4) In the acceleration sensor according to the present invention, the fixed electrode includes a plurality of fixed electrodes, and the fixed electrodes in contact with the movable electrode change according to the direction of the applied acceleration. The fixed electrode penetrating electrodes are arranged to be separated from each other and are electrically connected to the plurality of fixed electrodes, respectively.
In the acceleration sensor according to the present invention, the fixed electrodes that are in contact with the movable electrode change in accordance with the direction of the applied acceleration, and are arranged apart from each other so as to be insulated from each other. The direction of acceleration can be detected by examining whether the electrode is touched.
(5)また、本発明の加速度センサにおいて、前記複数の固定電極は、前記凹部の底面に設けられた第一の固定電極と、前記凹部の側壁に設けられた第二の固定電極と、からなることを特徴とする。
本発明にかかる加速度センサは、凹部の底面に垂直な方向に加速度が印加された場合には可動電極が第一の固定電極に接触し、凹部の底面に平行な方向に加速度が印加された場合には可動電極が第二の固定電極に接触するため、可動電極が第一の電極と第二の電極のいずれに接触したかを調べることにより、加速度が凹部の底面に垂直な方向に印加されたか、平行な方向に印加されたかを検出することができる。
(5) In the acceleration sensor of the present invention, the plurality of fixed electrodes include a first fixed electrode provided on a bottom surface of the recess and a second fixed electrode provided on a side wall of the recess. It is characterized by becoming.
In the acceleration sensor according to the present invention, when acceleration is applied in a direction perpendicular to the bottom surface of the recess, the movable electrode contacts the first fixed electrode, and acceleration is applied in a direction parallel to the bottom surface of the recess. Since the movable electrode contacts the second fixed electrode, the acceleration is applied in the direction perpendicular to the bottom surface of the recess by examining whether the movable electrode is in contact with the first electrode or the second electrode. Or whether it is applied in a parallel direction.
(6)また、本発明の加速度センサにおいて、前記第二の固定電極は、互いに絶縁された複数個からなり、当該複数の第二の固定電極は、印加される加速度の方向に応じて前記可動電極と当接する第二の固定電極が変化するように互いに絶縁された状態で離間して配置されたことを特徴とする。
本発明にかかる加速度センサは、凹部の底面に平行な方向に加速度が印加された場合に、可動電極がいずれの固定電極に接触したかを調べることにより、凹部の底面に平行な方向のうちいずれの方向に加速度が印加されたかを検出することができる。
(6) Further, in the acceleration sensor of the present invention, the second fixed electrode includes a plurality of pieces insulated from each other, and the plurality of second fixed electrodes are movable according to the direction of the applied acceleration. The second fixed electrode in contact with the electrode is arranged so as to be changed and spaced apart from each other.
In the acceleration sensor according to the present invention, when acceleration is applied in a direction parallel to the bottom surface of the recess, it is determined which of the directions parallel to the bottom surface of the recess by examining which fixed electrode the movable electrode contacts. It can be detected whether acceleration is applied in the direction of.
(7)また、本発明の加速度センサにおいて、前記可動電極は、前記凹部の底面と対向する面に凹状に形成された可動電極凹部を備え、前記凹部の底面は、前記可動電極凹部に一部が収容され、前記加速度が印加されていない状態で該可動電極凹部の側面および底面から離間して配置された凸状の突出部を備え、前記固定電極は前記突出部の表面に形成され、前記加速度が印加された場合に、前記可動電極凹部と前記突出部とが当接することを特徴とする。
本発明にかかる加速度センサは、突出部の表面に固定電極が設けられているため、該固定電極を一層小型化することができ、該加速度センサを小型化することができる。
(7) In the acceleration sensor according to the aspect of the invention, the movable electrode includes a movable electrode recess formed in a concave shape on a surface facing the bottom surface of the recess, and the bottom surface of the recess is partially in the movable electrode recess. Is provided, and the fixed electrode is formed on the surface of the protruding portion, the protruding portion being disposed away from the side surface and the bottom surface of the movable electrode recessed portion in a state where the acceleration is not applied, When the acceleration is applied, the movable electrode concave portion and the protruding portion are in contact with each other.
In the acceleration sensor according to the present invention, since the fixed electrode is provided on the surface of the protruding portion, the fixed electrode can be further reduced in size, and the acceleration sensor can be reduced in size.
(8)また、本発明の加速度センサにおいて、前記可動電極凹部の側壁と前記突出部の側壁とは、互いに平行な面を備えることを特徴とする。
本発明にかかる加速度センサは、可動電極凹部の側壁と突出部の側壁とは、互いに平行な面を備えるため、加速度が印加されて可動電極と固定電極が接触したときに、可動電極凹部の側壁と突出部の側壁との接触面積が大きくなって出力信号を大きくすることができ、S/N比を向上させることが出来る。
(8) Further, in the acceleration sensor according to the present invention, the side wall of the movable electrode recess and the side wall of the protruding portion are provided with surfaces parallel to each other.
In the acceleration sensor according to the present invention, the side wall of the movable electrode recess and the side wall of the protrusion have parallel surfaces, and therefore, when acceleration is applied and the movable electrode and the fixed electrode come into contact, the side wall of the movable electrode recess. The contact area between the protrusion and the side wall of the protruding portion is increased, the output signal can be increased, and the S / N ratio can be improved.
(9)また、本発明の加速度センサにおいて、前記固定電極は、互いに絶縁された複数個からなり、当該複数の第二の固定電極は、印加される加速度の方向に応じて前記可動電極と当接する第二の固定電極が変化するように互いに絶縁された状態で離間して配置されたことを特徴とする。
本発明にかかる加速度センサは、固定電極が複数の固定電極からなるため、該加速度センサに印加された加速度の方向によって、可動電極が接触する固定電極が異なる。従って、いずれの固定電極に接触したかを調べることにより、加速度の方向を検出することができる。
(9) In the acceleration sensor according to the present invention, the fixed electrode includes a plurality of insulated electrodes, and the plurality of second fixed electrodes are in contact with the movable electrode according to the direction of applied acceleration. The second fixed electrodes that are in contact with each other are arranged so as to be separated from each other so as to be changed.
In the acceleration sensor according to the present invention, since the fixed electrode includes a plurality of fixed electrodes, the fixed electrode with which the movable electrode contacts varies depending on the direction of the acceleration applied to the acceleration sensor. Therefore, the direction of acceleration can be detected by examining which fixed electrode is in contact.
本発明によれば、待機時に電力を消費しないとともに可動電極および固定電極を小型化することができるので、消費電力が嵩まず且つ小型の加速度センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size of the movable electrode and the fixed electrode while not consuming electric power during standby, and thus it is possible to provide a small acceleration sensor that consumes less power.
(第1実施形態)
以下、本発明にかかる加速度センサの第1実施形態を、図1および図2を参照して説明する。図1は本実施形態にかかる加速度センサ1の平面図を、図2は図1のA―A線における加速度センサ1の垂直断面を矢印の方向にむかって眺めた図を示している。なお、図1は簡単のため、後述する第一の基板、第二の基板、固定電極および貫通電極を省略して示している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of an acceleration sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a plan view of the acceleration sensor 1 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a view of a vertical section of the acceleration sensor 1 taken along the line AA in FIG. For simplicity, FIG. 1 omits a first substrate, a second substrate, a fixed electrode, and a through electrode, which will be described later.
この加速度センサ1は、所定の間隔を隔てて相互に対向するように保持された第一の基板6および第二の基板7(一対の基板)と、第一の基板6の第二の基板7に対向する面,第二の基板7の第一の基板6に対向する面に設けられた凹部9,90と、第一の基板6と第二の基板7とに挟まれて固定された枠部2と、第一の基板6,第二の基板7,枠部2,で挟まれた箇所に形成される空隙部20と、空隙部20内に配設される可動電極3と、可動電極3の周面を取り囲むように配置されたバネ部4と、凹部9の底面および側壁に設けられた固定電極5と、第一の基板6に貫通して設けられ、一端が枠部2に電気的に接続された枠部貫通電極8と、第一の基板6に貫通して設けられ、一端が固定電極5に電気的に接続された固定電極貫通電極13と、を備えている。
The acceleration sensor 1 includes a
第一の基板6および第二の基板7は、それぞれ、平板状の絶縁性材料からなる。当該絶縁性材料としては、例えば、溶融石英やホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラスなどのガラスや、セラミック等を用いることが出来る。そして、第一の基板6および第二の基板7は、それぞれ、図2に示すように、第二の基板7および第一の基板6と対抗する面に凹部9,90が形成される。
The
凹部9,90は、図2に示す第一の基板6および第二の基板7のそれぞれの対向面より、開口側よりも底面側の面積が小さくなるように形成された断面視台形状の窪みである。なお、凹部9,90は、凹状であればよく、断面視台形状に限定されるものではない。
The
枠部2は、上下方向において、第一の基板6と第二の基板7とに挟まれるように設けられ、第一の基板6と第二の基板7とを上下に連接する中空状のフレーム(枠体)である。そして、枠部2は、上面視でロ字状に形成される。つまり、枠部2は、上面が第一の基板6の下面のうち凹部9が形成されていない部分で固定され、下面が第二の基板7の上面のうち凹部90が形成されていない部分で固定される。また、枠部2は、少なくとも表面が、金や白金、銅、アルミニウム等の導電性材料からなる。
The
空隙部20は、第一の基板6の下面と第二の基板7との対向面(つまり、第一の基板6の下面と第二の基板7の上面)と、枠部2の内周面と、で形成される密閉された空洞部分であり、内部に可動電極3を密封する。
The
可動電極3は、空隙部20内に配設され、バネ部4に支持された電極である。具体的には、可動電極3は、上端部分,下端部分が凹部9,90の底面と上下方向に間隙を隔てた状態で収容され、且つ水平方向について枠部2の内周面から所定の間隔を隔てた状態で当該枠部2に囲まれてなる。また、可動電極3は、表面が金や白金、銅、アルミニウム等の導電性材料から形成される。
The
バネ部4は、一端が枠部2に接続され、他端が可動電極3に接続され、当該一端と他端間が可動電極3の周面を取り囲むような形状からなる部材である。つまり、バネ部4は、加速度センサ1に加わる加速度の向き/大きさに応じて可動電極3を揺動可能に支持するとともに、加速度センサ1に加速度が加わっていない状態で可動電極3を水平に支持する。また、バネ部4は、シリコン等の弾性部材であり、少なくとも表面が、金や白金、銅、アルミニウム等の導電性材料からなる。
The
固定電極5は、凹部9の底面,側壁(および固定電極貫通電極13の下端)にわたって第一の基板6の下面に設けられた電極である。当該固定電極は、金や白金、銅、アルミニウム等の導電性の薄膜からなる。なお、固定電極5と枠部2とは連接しておらず、電気的に絶縁された状態にある。
The fixed
枠部貫通電極8は、一端(下端)が枠部2と電気的に接続されるように、枠部2の設けられた水平位置において第一の基板6の上下方向を貫通して設けられた電極である。
固定電極貫通電極13は、一端(下端)が固定電極5と電気的に接続されるように、固定電極5の設けられた水平位置において第一の基板6の上下方向を貫通して設けられた電極である。
The frame
The fixed electrode through
(加速度センサ1の動作)
上述のように構成された加速度センサ1に加速度を印加すると、可動電極3に当該加速度に応じた慣性力が作用する。そして、可動電極3は、バネ部4によって揺動自在に保持されているので、慣性力の作用に従って変位する。特に、印加された加速度が所定の大きさを超えると、可動電極3は固定電極5に接触する。そのため、枠部2および可動電極3ならびにバネ部4はいずれも少なくとも表面が導電性材料からなり、固定電極5は導電性の薄膜からなるので、可動電極3と固定電極5が接触すると、枠部貫通電極8から固定電極貫通電極13までの間が導通する。従って、例えば枠部貫通電極8と固定電極貫通電極13との間に所定の電圧を印加しておくと、加速度センサ1に印加された加速度が小さいときには可動電極3と固定電極5とは接触せず、枠部貫通電極8と固定電極貫通電極13との間に電流が流れないため、電力は消費されない。一方、加速度センサ1に所定の大きさを超える加速度が印加され可動電極3と固定電極5とが接触すると、枠部貫通電極8と固定電極貫通電極13との間に電流が流れ、加速度の印加を検出することができる。また、バネ部4は可動電極3の周面を囲むように形成されているため、加速度センサ1の平面方向であれば当該平面方向へ可動電極3が変位して固定電極5と接触出来るので、いずれの方向に加速度が印加されても検出できる。また固定電極5は凹部9の底面にも形成されているので、加速度センサ1の垂直方向に加速度が印加されても可動電極3と固定電極5を接触させることができ、加速度を検出することができる。このように構成された加速度センサ1は、待機時に電力を消費しないノーマリーオフタイプの加速度センサとなっている。
(Operation of acceleration sensor 1)
When acceleration is applied to the acceleration sensor 1 configured as described above, an inertial force corresponding to the acceleration acts on the
また、図9および図10に示す従来の加速度センサ101は、固定電極105が可動電極103に囲まれるように配置されているのに対し、本実施形態の加速度センサ1は固定電極5が第一の基板6に設けられている。そのため、可動電極3の中央に固定電極105を配置するための穴を開ける必要がなく、同一の質量であれば可動電極3の外形を小さくすることができる。その結果加速度センサ1を小型化することが出来る。
Further, the
(第2実施形態)
次に、本発明にかかる第2実施形態を、図3を参照して説明する。第2実施形態においては、第1実施形態と同一箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図3は第2実施形態の加速度センサ1aを示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an
第2実施形態の加速度センサ1aにおいては、可動電極3が、固定電極5に対向する面である側面および上面の間に、凹部9の側壁と当接した際に当該側壁と面接触が可能な面である接触面10を備えた形状からなることを特徴としている。
In the
このように構成された加速度センサ1に対して、例えば、図3に示す加速度センサ1aの左右方向や接触面10の法線方向等へ加速度が印加されて可動電極3と固定電極5が接触したときに、可動電極3の接触面10が凹部9の側壁に備わる固定電極5に面接触する。つまり、加速度センサ1aによると、可動電極3と固定電極5との接触面積が大きくなって出力信号を大きくすることができるので、S/N比を向上させることが出来る。特に、接触面10を凹部9の側壁に対して略平行に配置すれば、接触面10と固定電極5の接触面積をより大きくすることができるので、一層好適にS/N比の向上を図ることができる。
For example, acceleration is applied to the acceleration sensor 1 configured as described above in the left-right direction of the
(第3実施形態)
次に、本発明にかかる第3実施形態を、図4および図5を参照して説明する。第3実施形態においては、第1実施形態と同一箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図4は第3実施形態の加速度センサ1bの平面図を、図5は図4のB−B線における垂直断面を矢印の方向にむかって眺めた図を示している。なお、図4は簡単のため、後述する第一の基板および第二の基板を省略した。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 4 and FIG. In the third embodiment, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 4 is a plan view of the
第3実施形態の加速度センサ1bにおいては、凹部9の底面に設けられた導電性薄膜からなる第一の固定電極5bと、凹部9の側面に配置されそれぞれ可動電極3の側面と当接可能なように設けられた第二の固定電極5c,第三の固定電極5d,第四の固定電極5e,第五の固定電極5fと、第一の基板6に貫通して設けられ、第一の固定電極5b、第二の固定電極5c、第三の固定電極5d、第四の固定電極5eおよび第五の固定電極5fにそれぞれ電気的に接続された第一の固定電極貫通電極13b,第二の固定電極貫通電極13c,第三の固定電極貫通電極13d,第四の固定電極貫通電極13e,第五の固定電極貫通電極13fと、を備えたことを特徴とする。
In the
つまり、第1実施形態及び第2実施形態では一体的に形成されていた固定電極5を、本実施形態では、第一の固定電極5b〜第五の固定電極5fのように、凹部9の底面と四つの側面とに各々分離した状態で配設する。また、当該固定電極の分離に伴い、固定電極貫通電極13も、第一の固定電極貫通電極13b〜第五の固定電極貫通電極13fのように各々分離した状態で配設する。
That is, the fixed
このように構成された加速度センサ1に加速度が印加されると、加速度の方向によって可動電極3は第一の固定電極5bから第五の固定電極5fまでのいずれかの固定電極に接触する。従って、枠部貫通電極8と、第一の固定電極貫通電極13bから第五の固定電極貫通電極13fのうちどの貫通電極と、が導通したかを調べることにより、加速度センサ1に印加された加速度の方向を検知することができる。
When acceleration is applied to the acceleration sensor 1 configured as described above, the
なお、本実施形態においては第一の固定電極5bから第五の固定電極5fまでの複数の固定電極を備えた加速度センサ1について説明した。しかしながら、例えば固定電極は凹部9の底部に設けられた第一の固定電極と、凹部9の側壁に設けられた第二の固定電極(つまり、第二の固定電極5c〜第五の固定電極5fまでを一体的に形成した固定電極)とからなるように構成された加速度センサであっても良い。この場合には、加速度センサに印加された加速度のうち、加速度センサに垂直に印加された加速度と、加速度センサに平行に印加された加速度とを分離して検出し、加速度センサに平行に印加された加速度についてはその方向にかかわらず検出する無指向性加速度センサとして動作させることもできる。
In the present embodiment, the acceleration sensor 1 having a plurality of fixed electrodes from the first
さらに、例えば、加速度センサ1bを一層高性能な無指向性加速度センサとして機能させるために、凹部90の底面に固定電極を設けることで、上下方向の加速度検出も可能な構成を採用しても勿論よい。
Further, for example, in order to cause the
(第4実施形態)
次に、本発明にかかる第4実施形態を、図6を参照して説明する。第4実施形態においては、第1実施形態と同一箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図6は第4実施形態の加速度センサ1を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 6 is a sectional view showing the acceleration sensor 1 of the fourth embodiment.
第4実施形態の加速度センサ1cにおいては、可動電極3の上面に設けられた凹状の窪みである可動電極凹部11と、凹部9の底面に設けられた突出部12と、突出部12の表面と凹部9の底面とに設けられた導電性材料からなる固定電極5とを備えている。
In the
ここで、突出部12は、可動電極凹部11に挿入可能な形状からなり、加速度センサ1cに対して上下方向に加速度が印加された場合に、可動電極凹部11に一部が収容される。また、突出部12は、加速度センサ1cに対して加速度が印加されていない状態で、可動電極凹部11の側面および底面と所定の間隔を隔てて配置される。
Here, the
このように構成された加速度センサ1cに加速度が印加されると、慣性力の作用によって可動電極3が変位し、固定電極5と接触し、枠部貫通電極8と固定電極貫通電極13との間が導通するため、加速度センサ1に印加された加速度を測定することができる。
When acceleration is applied to the thus configured
また、固定電極5は可動電極凹部11に一部が収容され、可動電極凹部11の側面および底面と所定の間隔を隔てて配置されているので、凹部9の側面が可動電極3の側面と対向するように設けられている場合と異なり、固定電極5を小型化することができ、加速度センサ1を小型化することができる。
The fixed
また、可動電極凹部11の側面と突出部12の側面とが略平行になるように形成すれば、可動電極3と固定電極5が接触したときの接触面積が大きくなって出力信号を大きくすることができるので、S/N比を向上させることが出来る。
Further, if the side surface of the
(第5実施形態)
次に、本発明にかかる第5実施形態を、図7および図8を参照して説明する。第5実施形態においては、第4実施形態と同一箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図7は第5実施形態の加速度センサ1の平面図を、図8は図7のC−C線における垂直断面を矢印の方向にむかって眺めた図を示している。なお、図8は簡単のため、後述する第一の基板および第二の基板を省略した。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the fifth embodiment, the same portions as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 7 is a plan view of the acceleration sensor 1 of the fifth embodiment, and FIG. 8 is a view of a vertical section taken along the line CC in FIG. 7 as viewed in the direction of the arrow. For simplicity, FIG. 8 omits a first substrate and a second substrate described later.
第5実施形態の加速度センサ1dにおいては、突出部12の表面にそれぞれ可動電極3の側面に対向するように設けられた導電性薄膜からなる第一の固定電極5bと、第二の固定電極5cと、第三の固定電極5dと、第四の固定電極5eと、第一の基板6に貫通して設けられ、それぞれ第一の固定電極5b、第二の固定電極5c、第三の固定電極5dおよび第四の固定電極5eに電気的に接続された第一の固定電極貫通電極13bと、第二の固定電極貫通電極13cと、第三の固定電極貫通電極13dと、第四の固定電極貫通電極13eとを備えたことを特徴とする。
In the
つまり、第4実施形態では一体的に形成されていた固定電極5を、本実施形態では、第一の固定電極5b〜第四の固定電極5eのように、突出部12と連接する凹部9の四つの底面に各々分離した状態で配設する。また、当該固定電極の分離に伴い、固定電極貫通電極13も、第一の固定電極貫通電極13b〜第四の固定電極貫通電極13eのように各々分離した状態で配設する。
That is, the fixed
このように構成された加速度センサ1dに加速度が印加されると、加速度の方向によって可動電極3は第一の固定電極5bから第四の固定電極5eまでのいずれかの固定電極に接触する。従って、枠部貫通電極8と、第一の固定電極貫通電極13bから第四の固定電極貫通電極13eまでのどの貫通電極と導通したかを調べることにより、加速度センサ1に印加された加速度の方向を検知することができる。
When acceleration is applied to the thus configured
1,1a,1b,1c,1d 加速度センサ
2 枠部
3 可動電極
4 バネ部
5 固定電極(5b〜5f 第一の固定電極〜第五の固定電極)
6 第一の基板
7 第二の基板
8 枠部貫通電極
9,90 凹部
10 接触面
11 可動電極凹部
12 突出部
13 固定電極貫通電極(13b〜13f 第一の固定電極貫通電極〜第五の固定電極貫通電極)
20 空隙部
101 従来の加速度センサ
102 枠部
103 可動電極
104 バネ部
105 固定電極
106 第一の基板
107 第二の基板
108 枠部貫通電極
109 固定電極貫通電極
1, 1a, 1b, 1c,
6 1st board |
DESCRIPTION OF
Claims (3)
平板状の絶縁性材料からなる一対の基板と、
中空状の枠体であって、前記一対の基板に上下面が固定された表面が導電性材料からなる枠部と、
前記枠部が前記一対の基板に固定された状態で、前記一対の基板それぞれが互いに対向する面と前記枠部の内周面とで構成される空隙部の内部に配置された表面が導電性材料からなる可動電極と、
表面が導電性材料からなり、一端が前記枠部の内周面に固定され、他端が前記可動電極の外周面に固定され、当該一端と他端との間が前記可動電極の周面を取り囲むように配置されて前記可動電極を揺動自在に保持するバネ部と、
前記一対の基板のうち少なくとも何れか一方の基板の前記対向する面に凹状に形成された凹部と、
前記凹部の底面および側壁に設けられた導電性の薄膜からなる固定電極と、
前記一方の基板を貫通させて設けられ、一端が前記枠部の表面と電気的に接続された導電性材料からなる枠部貫通電極と、
前記一方の基板を貫通させて設けられ、一端が前記固定電極と電気的に接続された導電性材料からなる固定電極貫通電極と、
を備え、
前記固定電極と前記枠部とは電気的に絶縁されてなり、
前記可動電極は、一部が前記凹部の内部に収容され、前記加速度が印加された場合に前記固定電極と当接可能であり、
前記可動電極は、前記凹部の底面と対向する面に凹状に形成された可動電極凹部を備え、
前記凹部の底面は、前記可動電極凹部に一部が収容され、前記加速度が印加されていない状態で該可動電極凹部の側面および底面から離間して配置された凸状の突出部を備え、
前記固定電極は前記突出部の表面に形成され、
前記加速度が印加された場合に、前記可動電極凹部と前記突出部とが当接することを特徴とする加速度センサ。 An acceleration sensor for detecting applied acceleration,
A pair of substrates made of a flat insulating material;
A hollow frame body, the frame part of which the upper and lower surfaces are fixed to the pair of substrates and made of a conductive material;
In a state in which the frame portion is fixed to the pair of substrates, the surface disposed inside the gap formed by the surfaces of the pair of substrates facing each other and the inner peripheral surface of the frame portion is conductive. A movable electrode made of a material;
The surface is made of a conductive material, one end is fixed to the inner peripheral surface of the frame portion, the other end is fixed to the outer peripheral surface of the movable electrode, and the peripheral surface of the movable electrode is between the one end and the other end. A spring portion arranged so as to surround and hold the movable electrode in a swingable manner;
A recess formed in a concave shape on the facing surface of at least one of the pair of substrates;
A fixed electrode made of a conductive thin film provided on the bottom and side walls of the recess;
A frame part penetrating electrode made of a conductive material provided through the one substrate and having one end electrically connected to the surface of the frame part;
A fixed electrode through electrode made of a conductive material provided through the one substrate and having one end electrically connected to the fixed electrode;
With
The fixed electrode and the frame portion are electrically insulated,
The movable electrode is partially housed within the recess, Ri the fixed electrode can abut der when the acceleration is applied,
The movable electrode includes a movable electrode recess formed in a concave shape on a surface facing the bottom surface of the recess,
The bottom surface of the concave portion includes a convex protruding portion that is partly accommodated in the movable electrode concave portion and is spaced apart from the side surface and the bottom surface of the movable electrode concave portion in a state where the acceleration is not applied,
The fixed electrode is formed on the surface of the protrusion,
When the acceleration is applied, the movable electrode concave portion and the protrusion come into contact with each other.
当該複数の第二の固定電極は、印加される加速度の方向に応じて前記可動電極と当接する第二の固定電極が変化するように互いに絶縁された状態で離間して配置されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の加速度センサ。 The fixed electrode is composed of a plurality insulated from each other,
The plurality of second fixed electrodes are arranged apart from each other in a state of being insulated from each other so that the second fixed electrodes contacting the movable electrode change according to the direction of applied acceleration. The acceleration sensor according to claim 1 or 2 .
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