説明

傾斜センサ

【課題】安定して被検知対象である傾斜を検知することができる傾斜センサを提供すること。
【解決手段】本発明の傾斜センサは、基材上に立設された導電性の複数の固定接点柱11bと、前記固定接点柱11bを受ける凹部11fを外周面に有しており、前記凹部11fに前記固定接点柱11bが位置するように配置された状態で揺動可能である導電性の可動部材11cと、を具備し、傾斜により前記可動部材11cが揺動して前記可動部材11cが2つの固定接点柱11bに接触した際に前記傾斜を検出することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、傾斜したことを検出する傾斜センサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、アンカー部に梁を介して揺動可能に支持された錘を用いて力学量を検出する力学量センサが開発されている。このような力学量センサとして、例えば、特許文献1に開示された加速度センサがある。また、アンカー部に梁を介して揺動可能に支持された錘を用いて傾斜や振動を検出するセンサも開示されている(特許文献1)。このセンサは、図7に示すように、基材1の開口部1a内に螺旋状の支持アーム2を介して振動部(可動電極)3が揺動可能に支持されており、振動部3の中央の開口部3aに感知部4(固定電極)が設けられている。このような構成のセンサが傾斜すると、螺旋状の支持アーム2に保持された振動部(可動電極)3が変位し、振動部3が感知部4に接触して通電状態となり、これにより傾斜を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】意匠登録第1340020号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に開示された構成においては、可動接点と固定接点とをそれぞれ設け、両者が接触することにより通電状態とする構成であるので、被検知対象とならないセンサ内での動き(チャタリング)でも両者が接触して通電状態となってしまうことがあり、安定して被検知対象である傾斜を検知することができない。また、特許文献1に開示された構成では、傾斜があったことは検知できるが、傾斜方向を判定することはできない。
【0005】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、安定して被検知対象である傾斜を検知することができる傾斜センサを提供することを目的とする。また、本発明は、安定して被検知対象である傾斜を検知すると共に傾斜方向をも判定することができる傾斜センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の傾斜センサは、基材上に立設された導電性の複数の接点部材と、前記接点部材を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記接点部材が位置するように配置された状態で揺動可能である導電性の可動部材と、を具備し、傾斜により前記可動部材が揺動して前記可動部材が2つの接点部材に接触した際に前記傾斜を検出することを特徴とする。
【0007】
この構成によれば、可動部材を接点部材で確実に保持して、可動部材が2つの接点部材に接触した際に傾斜を検出するので、被検知対象とならないセンサ内での動き(チャタリング)では傾斜を検知せず、安定して被検知対象である傾斜を検知することができる。
【0008】
本発明の傾斜センサにおいては、前記基材は、前記接点部材の外側に枠材を有しており、前記可動部材は、前記枠材に梁により支持されていることが好ましい。この構成によれば、傾斜がないときに、可動部材11cを基準位置(いずれの固定接点柱11bにも接触しない位置)に戻すことができる。
【0009】
本発明の傾斜センサにおいては、前記可動部材と前記接点部材とが接触する部分を含む前記凹部の領域及び前記接点部材の領域がそれぞれ曲率を有することが好ましい。この構成によれば、可動部材を接点部材でより確実に保持することができる。
【0010】
本発明の傾斜センサにおいては、前記可動部材が2つの接点部材に接触した状態で傾斜方向を求める制御手段を具備することが好ましい。この構成によれば、傾斜を検知するだけでなく、傾斜方向も検出することが可能となる。
【0011】
本発明の傾斜センサにおいては、前記接点部材は、前記可動部材と接触する突起を外周に有することが好ましい。この構成によれば、可動部材と接点部材の間に導通を阻害する物質が存在しても、突起により前記物質を押し退けて可動部材と接点部材とを導通させることができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明の傾斜センサは、基材上に立設された導電性の複数の接点部材と、前記接点部材を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記接点部材が位置するように配置された状態で揺動可能である導電性の可動部材と、を具備し、傾斜により前記可動部材が揺動して前記可動部材が2つの接点部材に接触した際に前記傾斜を検出するので、安定して被検知対象である傾斜を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】(a)は、本発明の実施の形態に係る傾斜センサを示す平面図であり、(b)は、(a)におけるIB−IB線に沿う断面図である。
【図2】(a)〜(c)は、固定接点柱及び可動部材の形状を説明するための図である。
【図3】(a)〜(c)は、本発明に係る傾斜センサの製造方法を説明するための図である。
【図4】(a)〜(c)は、本発明に係る傾斜センサの製造方法を説明するための図である。
【図5】(a)は、第1基板に第2基板を接合し、梁を形成した状態の平面図であり、(b)は、(a)におけるVB−VB線に沿う断面図である。
【図6】(a)〜(d)は、本発明に係る傾斜センサの製造方法を説明するための図である。
【図7】従来の傾斜センサの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1(a)は、本発明の実施の形態に係る傾斜センサを示す平面図である。図1(b)は、図1(a)におけるIB−IB線に沿う断面図である。なお、図1(a)については、構成を説明するために、第3基板を透視して第1基板を図示している。
【0015】
図1に示す傾斜センサは、枠体11aと、接点部材である複数の固定接点柱11bと、可動部材11cと、枠体11aに対して可動部材11cを揺動可能に支持する梁11dとを有する第1基板11を備えている。ここでは、第1基板11として、導電性を持つシリコンを使ったSOI(Silicon On Insulator)基板を用いている。図1(a)に示すように、可動部材11cは、梁11dを介して枠体11aに支持されている。このように梁11dがあることにより、傾斜がないときに、可動部材11cを基準位置(いずれの固定接点柱11bにも接触しない位置)に戻すことができる。なお、枠体11aに対して可動部材11cを揺動可能に支持できれば、梁11dを用いない構造であっても良い。ここでは、固定接点柱11b、可動部材11c及び梁11dは、枠体11aの内側に位置しており、梁11dが固定接点柱11bの外側に位置している。
【0016】
図1(b)に示すように、第1基板11の一方の主面には、第2基板12が接合されている。ここでは、第2基板12として、導電性を持つシリコン基板を用いている。これにより、固定接点柱11bは、第2基板12を基材として、この基材上に立設されるように設けられている。第2基板12において、第1基板11の枠体11aの内側の領域であって固定接点柱11bを立設する領域以外の領域には、凹部12aが設けられており、可動部材11cが揺動した際に、可動部材11cが第2基板12に接触しないようになっている。なお、本実施の形態においては、第2基板12に凹部12aを形成した構成について説明しているが、これに限定されず、可動部材11cの厚さを薄くして、可動部材11cが第2基板12に接触しないように構成しても良い。
【0017】
図1(b)に示すように、第1基板11の他方の主面には、第3基板13が接合されている。ここでは、第3基板13として、ガラス基板を用いている。第3基板における第1基板11の接合領域には、金属層13bが形成されており、一方、第1基板11における第3基板13の接合領域(枠体11a、固定接点柱11b)にも、金属層11eが形成されている。そして、金属層11e,13b同士を当接して接合する。第3基板13において、第1基板11の枠体11aの内側の領域であって固定接点柱11bを立設する領域以外の領域には、凹部13cが設けられており、可動部材11cが揺動した際に、可動部材11cが第3基板13に接触しないようになっている。なお、本実施の形態においては、第3基板13に凹部13cを形成した構成について説明しているが、これに限定されず、可動部材11cの厚さを薄くして、可動部材11cが第3基板13に接触しないように構成しても良い。
【0018】
また、可動部材11c上にも金属層11eが形成されている。これにより、可動部材11cが固定接点柱11bに接触した際に、可動部材11c上の金属層11eと固定接点柱11b上の金属層とが接触することとなり、可動部材11cと固定接点柱11bとの間の導通の信頼性を向上させることができる。
【0019】
第3基板13には、導電性部材13aが埋設されており、第3基板13の両主面で露出している。ここでは、導電性部材13aとしてシリコン製部材を用いている。第3基板13の第1基板11側の主面において、導電性部材13aと電気的に接続するように導電部13eが形成されている。この導電部13eは、固定接点柱11bと電気的に接続されている。また、第3基板13の第1基板11側の主面の反対側の主面(外界側の主面)において、導電性部材13aと電気的に接続するように導電部13dが形成されている。この導電部13dは、制御部14と電気的に接続されている。このような構成においては、導電性の固定接点柱11bが金属層11e,13b、導電部13e、導電性部材13a、及び導電部13dを介して制御部14に接続されている。
【0020】
可動部材11cは、図2(a)に示すように、固定接点柱11bを受ける凹部11fをその外周面に有している。その凹部11fには、固定接点柱11bが位置するようになっている。すなわち、固定接点柱11b間に可動部材11cが延在している。可動部材11cは、この状態で揺動可能である。したがって、このような配置構成においては、傾斜センサが傾斜して可動部材11cが揺動したときに、固定接点柱11bが可動部材11cの凹部11fに嵌り込むようにして可動部材11cが2つの固定接点柱11bで受けられる。このため、可動部材11cの凹部11fで固定接点柱11bを確実に受けることができ、可動部材11cを固定接点柱11bで確実に保持することができる。このように、可動部材11cを固定接点柱11bで確実に保持して、可動部材11cが2つの固定接点柱11bに接触した際に傾斜を検出するので、被検知対象とならないセンサ内での動き(チャタリング)では傾斜を検知せず、安定して被検知対象である傾斜を検知することができる。
【0021】
なお、本実施の形態では、凹部11fの外周が平面視で円弧であり、固定接点柱11bの外周が平面視で円である場合について説明しているが、凹部11fの外周の平面視形状や固定接点柱11bの外周の平面視形状はこれに限定されない。特に好ましくは、図2(b)に示すように、可動部材11cと固定接点柱11bとが接触する部分を含む凹部11fの領域(E)及び固定接点柱11bの領域(E)がそれぞれ曲率を有することである。これにより、可動部材11cを固定接点柱11bでより確実に保持することができる。また、図2(c)に示すように、固定接点柱11bは、可動部材11cと接触する突起11gを外周に有していても良い。特に、突起11gは鋭角部を有していることが好ましい。このような構成とすることにより、可動部材11cと固定接点柱11bの間に導通を阻害する物質が存在しても、突起11gにより前記物質を押し退けて可動部材11cと固定接点柱11bとを導通させることができる。
【0022】
このような構成を有する傾斜センサが傾斜すると、可動部材11cが揺動して可動部材11cが2つの固定接点柱11bに接触した際に傾斜を検出する。この検出は、制御部14で行う。すなわち、この傾斜センサは、可動部材11c及び固定接点柱11bが導電性であり、固定接点柱11bが導電部を介して制御部14に電気的に接続されている。傾斜センサがある方向に傾斜すると、可動部材11cが揺動して可動部材11cが2つの固定接点柱11bに接触する。このとき、可動部材11cに接触した2つの固定接点柱11bが可動部材11cを介して導通状態となる。制御部14において、この導通状態を検出することにより、傾斜を検知する。なお、制御部14における導通状態の検出方法(検出回路)については特に制限はない。
【0023】
このようにして傾斜を検出する場合、固定接点柱11bの配置位置により傾斜方向を特定することが可能となる。図1(a)に示す例において、X方向に傾斜すると、可動部材11cがAとBの固定接点柱11bに接触して(ON状態)、AとBの固定接点柱11bが可動部材11cを介して導通状態となる。したがって、制御部14において、AとBの固定接点柱11bの導通状態が検出されると、X方向の傾斜であることが分かる。同様に、Y方向に傾斜すると、可動部材11cがBとCの固定接点柱11bに接触して(ON状態)、BとCの固定接点柱11bが可動部材11cを介して導通状態となる。したがって、制御部14において、BとCの固定接点柱11bの導通状態が検出されると、Y方向の傾斜であることが分かる。同様に、Z方向に傾斜すると、可動部材11cがCとDの固定接点柱11bに接触して(ON状態)、CとDの固定接点柱11bが可動部材11cを介して導通状態となる。したがって、制御部14において、CとDの固定接点柱11bの導通状態が検出されると、Z方向の傾斜であることが分かる。同様に、W方向に傾斜すると、可動部材11cがDとAの固定接点柱11bに接触して(ON状態)、DとAの固定接点柱11bが可動部材11cを介して導通状態となる。したがって、制御部14において、DとAの固定接点柱11bの導通状態が検出されると、W方向の傾斜であることが分かる。このようにして、ON状態とOFF状態の組み合わせで傾斜方向を検出することができる。
【0024】
なお、図1(a)においては、固定接点柱11bが等間隔で正方形状に配置された場合について説明している。この場合には、90度毎の傾斜方向を検出することが可能となる。本発明はこれに限定されず、固定接点柱11bの配置間隔、配置形状、配置本数を変えることにより、それに応じて種々の傾斜方向を検出することができる。
【0025】
次に、本発明に係る傾斜センサの製造方法の一例について説明する。
図3(a)〜(c)、図4(a)〜(c)、図6(a)〜(d)は、本発明に係る傾斜センサの製造方法を説明するための図である。
【0026】
まず、第1基板11を作製する工程について説明する。図3(a)に示すように、活性層21c、絶縁層21b及びベース層21aを有するSOI基板を準備する。次いで、図3(b)に示すように、活性層21cの第3基板13との接合領域及び可動部材11cの領域に金属層11eを形成する。具体的には、活性層21c上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。次いで、図3(c)に示すように、第1基板11の枠体11a、固定接点柱11b及び可動部材11cを設けるために、ベース層21aをフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工してそれぞれ凹部21dを形成する。このとき、エッチングとしては、deepRIE(反応性イオンエッチング)などを用いる。
【0027】
次に、第2基板12を作製する工程について説明する。図4(a)に示すように、シリコン基板を準備する。次いで、図4(b)に示すように、可動部材11cなどの接触を防止するために、シリコン基板を加工して凹部12aを形成する。次いで、図4(c)に示すように、このようにして得られた第2基板12を、凹部12aがベース層21aと対向するようにして、第1基板11に接合する。次いで、図5(b)に示すように、梁11dを設けるために、活性層21c及び絶縁層21bをフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工する。このとき、エッチングとしては、deepRIE(反応性イオンエッチング)などを用いる。図5(a)は、第1基板11に第2基板12を接合し、梁11dを形成した状態の平面図であり、図5(b)は、図5(a)におけるVB−VB線に沿う断面図である。
【0028】
次に、第3基板13を作製する工程について説明する。図6(a)に示すように、シリコン基板22の一方の主面にフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより導電性部材13aとなる突出部22aを形成する。次いで、シリコン基板22の突出部22a上にガラス基板13を載せ、図6(b)に示すように、加熱しながら押圧してガラス基板13に突出部22aを埋め込むようにして両基板を接合する。その後、図6(c)に示すように、得られた複合体の両主面を研磨して、導電性部材13aを両主面で露出させ、一方の主面側に、可動部材11cなどの接触を防止するために、複合体を加工して凹部13fを形成する。図6(d)に示すように、複合体の一方の主面側(凹部13f側)に導電部13eを形成する。具体的には、複合体の一方の主面上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。一方、複合体の他方の主面側に導電部13dを形成する。具体的には、複合体の一方の主面上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。
【0029】
最後に、前記複合体の第1基板11側に第3基板13を接合する。この場合、導電部13eが第1基板11に対向するようにして複合体と第3基板13とを接合する。このとき、陽極接合あるいは拡散接合により接合することが好ましい。このようにして、図1(a),(b)に示す傾斜センサを得ることができる。
【0030】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。上記実施の形態においては、ガラス基板とシリコン基板を用いた場合について説明しているが、本発明においては、ガラス基板やシリコン基板以外の基板を用いても良い。また、センサにおける電極や各層の材質については本発明の効果を逸脱しない範囲で適宜設定することができる。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0031】
本発明は、携帯端末などの小型デバイスに搭載可能な傾斜センサに有用である。
【符号の説明】
【0032】
11 第1基板
11a 枠体
11b 固定接点柱
11c 可動部材
11d 梁
11e,13b 金属層
11f,12a,13c 凹部
11g 突起
12 第2基板
13 第3基板
13a 導電性部材
13d,13e 導電部
14 制御部
21a ベース層
21b 絶縁層
21c 活性層
22 シリコン基板
22a 突出部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材上に立設された導電性の複数の接点部材と、前記接点部材を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記接点部材が位置するように配置された状態で揺動可能である導電性の可動部材と、を具備し、傾斜により前記可動部材が揺動して前記可動部材が2つの接点部材に接触した際に前記傾斜を検出することを特徴とする傾斜センサ。
【請求項2】
前記基材は、前記接点部材の外側に枠材を有しており、前記可動部材は、前記枠材に梁により支持されていることを特徴とする請求項1記載の傾斜センサ。
【請求項3】
前記可動部材と前記接点部材とが接触する部分を含む前記凹部の領域及び前記接点部材の領域がそれぞれ曲率を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の傾斜センサ。
【請求項4】
前記可動部材が2つの接点部材に接触した状態で傾斜方向を求める制御手段を具備することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の傾斜センサ。
【請求項5】
前記接点部材は、前記可動部材と接触する突起を外周に有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の傾斜センサ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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