CN102084258A - 静电容量检测型的可动传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄型且小型并能够高精度地检测可动部的移动量的可动传感器。第一可动部(2)和第二可动部(4)通过连结连杆部(10a)和支承连杆部(20a)连结，以如果第一可动部(2)接近固定部(50)则第二可动部(4)离开固定部(50)的方式进行动作。在固定部(50)上设有第一固定电极(51)和第二固定电极(52)，在第一可动部(2)的表面(2a)上设置与第一固定电极(51)相对向的第一可动电极，在第二可动部(4)的表面(4a)上设置与第二固定电极(52)相对向的第二可动电极。由于第一可动部(2)和第二可动部(4)反向移动，因此通过求出第一固定电极(51)和第一可动电极之间的静电容量的变化、与第二固定电极(52)和第二可动电极之间的静电容量的变化之差，而能够检测第一可动部(2)的移动状态。
Description
技术领域
本发明涉及静电容量检测型的可动传感器，该静电容量检测型的可动传感器基于电极间的静电容量的变化而检测从硅基板切出等形成的可动部的移动量，由此，能够测定从外部作用的加速度等物理量。
背景技术
以下的专利文献1至专利文献3所记载的传感器对硅基板进行蚀刻处理，形成有在面方向或与面正交的方向上进行动作的可动部，检测设置在可动部上的可动电极和与该可动电极相对向的固定电极之间的静电容量，从而能够测定可动部的移动量。
此种传感器由于可动部微小，因此为了根据电极间的静电容量的变化来高精度地把握可动部的移动量，而需要对电极的结构想办法。以下的各专利文献所记载的以往的传感器将可动部和固定部形成为细小的梳齿形状，通过使可动部的梳齿与固定部的梳齿啮合，而尽可能增大设置在可动部上的可动电极与设置在固定部上的固定电极的相对向面积。然而，将可动部和固定部一起形成为梳齿形状而使它们相互分别啮合的结构复杂，加工成本升高。
另一方面，考虑有在可动部的表面和背面这双方设置可动电极，并设置与表面侧的可动电极相对向的固定电极和与背面侧的可动电极相对向的固定电极，而求出一方的可动电极和固定电极之间的静电容量的变化与另一方的可动电极和固定电极之间的静电容量的变化之差的方式。该方式通过求出利用设置在可动电极的两面上的可动电极得到的静电容量的变化之差，不仅能够提高检测灵敏度，而且通过求出在正侧变化的静电容量的检测输出与在负侧变化的静电容量的检测输出之差，能够消除温度变化等环境变化引起的变动成分或噪声成分，因此具有能够得到良好的检测输出的优点。
然而，在上述结构中，需要在可动部的表面和背面这双方形成可动电极，从而可动部的结构其本身变得复杂。而且，需要配置隔着适当的间隙与表面侧的可动电极相对向的固定侧电极和隔着适当的间隙与背面侧的可动电极相对向的固定侧电极，从而固定部侧的结构变得复杂，且需要在可动部的表侧和背侧这双方设定与固定电极的间隙，从而组装作业也变得烦杂。
专利文献1：日本特开2003-14778号公报
专利文献2：日本特开2006-266873号公报
专利文献3：日本特开2007-298385号公报
发明内容
本发明用于解决上述以往的课题，其目的在于提供一种使用设置在可动部的一侧的面上的多个可动电极，能够求出相互向相反侧变化的静电容量的检测输出之差，能够形成简单的结构并消除噪声，而且能够得到高灵敏度的输出的静电容量检测型的可动传感器。
本发明涉及一种可动传感器，在可动部和固定部设置彼此相对向的电极，并检测所述可动部接近或离开所述固定部时的所述电极间的静电容量的变化，所述可动传感器的特征在于，
具有第一可动部及第二可动部和与所述两可动部分别连结成转动自如的连杆部，所述连杆部在与所述第一可动部的连结部和与所述第二可动部的连结部之间设定支点，所述连杆部以所述支点为中心转动时，能够以使所述第一可动部和所述第二可动部的一方接近固定部且使另一方离开所述固定部的方式进行动作，
在所述第一可动部及所述第二可动部的朝向各可动部的相同方向的面上分别设置第一可动电极及第二可动电极，在所述固定部设置与所述第一可动电极相对向的第一固定电极和与所述第二可动电极相对向的第二固定电极。
本发明的可动传感器由于将第一可动部和第二可动部连结成相互反向移动，因此第一可动部与固定部之间的静电容量的变化和第二可动部与固定部之间的静电容量的变化成为相反的输出。通过求出该静电容量的变化之差，而能够以高灵敏度且使温度变化等引起的噪声相抵消地检测出可动部的移动状态。而且，由于在第一可动部和第二可动部的同侧的面上设置可动电极，因此容易形成电极。
此外，在本发明中，也可以在第一可动部的表面和背面这双方设置可动电极，在第二可动部的表面和背面这双方设置可动电极，并在固定部侧分别设置与表背的可动电极相对向的固定电极。这种情况下，由于在可动部的表背设置可动电极并在与可动部的表面和背面分别相对向的固定部设置固定电极，因此结构变得稍复杂。然而，这种情况下，通过将由全部的面的电极检测到的静电容量的相同相位的变化相加，然后求出彼此相反的相位的变化之差，而能够得到更高灵敏度且消除了噪声的检测输出。
本发明具有检测电路，该检测电路求出所述第一可动电极和所述第一固定电极之间的静电容量的变化、与所述第二可动电极和所述第二固定电极之间的静电容量的变化之差。
通过设置所述检测电路，能够消除温度特性等引起的变动成分或噪声等而得到高质量的检测输出。
例如，本发明能够构成为，所述第一可动部的质量和所述第二可动部的质量的任一方大于另一方，质量大的所述可动部对从外部施加的加速度进行反应而移动，此时质量小的所述可动部与质量大的所述可动部反向移动。
如上所述，通过构成为质量大的一方的可动部通过加速度进行反应，而能够构成加速度传感器。而且，若一方的可动部的质量大于另一方的可动部的质量，则相对于重力的方向使可动传感器的姿势变化时，向质量大的可动部的重力方向移动，并能够检测此时的移动量。如此，也能够将可动传感器使用作为相对于重力方向的姿势测定用。
本发明的所述第一可动部和所述第二可动部具有相同厚度，所述第一可动部和所述第二可动部的表面彼此和背面彼此处于同一面时，将所述连杆部以及将所述连杆部支承为转动自如的支承部被限定在所述表面和所述背面的厚度的范围内。
例如，本发明的所述第一可动部、所述第二可动部、所述连杆部及所述支承部从同一板材切出。
另外，本发明的所述第一可动部与所述连杆部的连结部、所述第二可动部与所述连杆部的连结部、以及所述连杆部与所述支承部的所述支点上的连结部中各个部件之间经由由所述板材的局部形成的扭杆连结成转动自如。
使用上述扭杆时，能够通过各个连结部将部件之间连结成转动自如，并且在外力不再作用时，能够通过扭杆的弹性力恢复成静止姿势。
如上所述，通过从硅基板等一张板材切出第一可动部和第二可动部、连杆部、支承部，而能够构成极小型且薄型的可动传感器。
此外，本发明能够构成为通过导电性材料形成所述第一可动部和所述第二可动部，所述第一可动部自身作为所述第一可动电极起作用，所述第二可动部自身作为所述第二可动电极起作用。
另外，本发明沿左右方向(Y)隔开间隔设置沿前后方向(X)延伸的右侧连结连杆部和左侧连结连杆部作为所述连杆部，所述右侧连结连杆部经由右侧支点由第一右侧支承部支承为转动自如，所述左侧连结连杆部经由左侧支点由第一左侧支承部支承为转动自如，
所述右侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部的任一方位于前方(X1)，另一方位于后方(X2)，
所述右侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部隔着所述右侧支点位于前后方向相反侧，所述左侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部隔着所述左侧支点位于前后方向相反侧，
所述第一右侧支承部和所述第一左侧支承部由所述固定部固定。
如上所述，通过设置右侧连结连杆部和左侧连结连杆部，而能够使第一可动部和第二可动部在保持成上下相反方向的大致水平姿势的状态下进行动作。
此外，本发明优选，右外侧支承连杆部与所述第一右侧支承部和所述第一可动部连结成转动自如，所述右外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部位于前后方向相反侧，
左外侧支承连杆部与所述第一左侧支承部和所述第一可动部连结成转动自如，所述左外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部位于前后方向相反侧。
此外，本发明优选，设置第二右侧支承部和第二左侧支承部，
右内侧支承连杆部与所述第二右侧支承部和所述第二可动部连结成转动自如，所述右内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部位于前后方向相反侧，
左内侧支承连杆部与所述第二左侧支承部和所述第二可动部连结成转动自如，所述左内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部位于前后方向相反侧。
如上所述，除右侧连结连杆部和左侧连结连杆部之外，通过设置右外侧支承连杆部和左外侧支承连杆部、及右内侧支承连杆部和左内侧支承连杆部，而能够以稳定的水平姿势使第一可动部和第二可动部上下动作。
本发明优选，所述第一右侧支承部和所述第一左侧支承部配置在沿左右方向(Y)延伸的同一线上。
此外，本发明优选，所述第一右侧支承部和所述第一左侧支承部、及所述第二右侧支承部和所述第二左侧支承部配置在沿左右方向(Y)延伸的同一线上。
如上所述，通过将所述第一右侧支承部和所述第一左侧支承部配置在左右方向的同一线上，而且将所述第一右侧支承部和所述第一左侧支承部、及所述第二右侧支承部和所述第二左侧支承部配置在左右方向的同一线上，即使在固定部产生由热量引起的变形或由外力引起的变形时，第一可动部和第二可动部也容易保持适当的中立位置。
另外，本发明能够构成为，右外侧支承连杆部经由连杆间连结部与所述右侧连结连杆部连结成转动自如，左外侧支承连杆部经由连杆间连结部与所述左侧连结连杆部连结成转动自如，
所述右外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部隔着所述连杆间连结部位于前后方向相反侧，
所述左外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部隔着所述连杆间连结部位于前后方向相反侧，
所述右外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述左外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部位于前后方向相反侧。
另外，本发明优选，右内侧支承连杆部经由内侧连杆间连结部与所述右侧连结连杆部连结成转动自如，左内侧支承连杆部经由内侧连杆间连结部与所述左侧连结连杆部连结成转动自如，
所述右内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部隔着所述内侧连杆间连结部位于前后方向相反侧，
所述左内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部隔着所述内侧连杆间连结部位于前后方向相反侧，
所述右内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述左内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部位于前后方向相反侧。
如上所述，通过将右内侧支承连杆部和右侧连结连杆部连结成转动自如，并将左内侧支承连杆部和左侧连结连杆部连结成转动自如，而无需设置第二右侧支承部和第二左侧支承部。通过减少支承部的数目，即使固定部产生由热量引起的变形或由外力引起的变形，也能够防止产生支承部之间的高度位置的不同或斜度的不同等，从而容易使第一可动部和第二可动部的动作姿势稳定。
这种情况下，优选，所述连杆间连结部和所述内侧连杆间连结部配置在沿左右方向(Y)延伸的同一线上。
通过将连杆间连结部和内侧连杆间连结部配置在同一线上，连杆部能平衡良好地进行动作。
发明效果
本发明的可动传感器由于第一可动部和第二可动部反向动作，因此根据设置在第一可动部和第二可动部的朝向各可动部的相同方向的面上的可动电极，能够以相反的相位取得静电容量的变化。由此，通过求出它们之差，而能够得到高灵敏度且由温度变化等产生的噪声等变动成分相抵消的检测输出。
另外，本发明的可动传感器能够构成为极小型且薄型。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的可动传感器静止的状态的立体图。
图2是示出本发明的第一实施方式的可动传感器动作的状态的立体图。
图3是示出本发明的第一实施方式的可动传感器动作的状态的侧视图。
图4是示出图1所示的连结部的放大立体图。
图5是示出图1所示的支点连结部和连杆间连结部的放大立体图。
图6是示出本发明的第二实施方式的可动传感器静止的状态的立体图。
图7是示出本发明的第二实施方式的可动传感器动作的状态的立体图。
图8是示出检测电路的电路图。
图9是示出本发明的第三实施方式的可动传感器静止的状态的俯视图。
图10是示出本发明的第三实施方式的可动传感器动作的状态的立体图。
图11是示出本发明的第四实施方式的可动传感器静止的状态的俯视图。
图12是示出本发明的第四实施方式的可动传感器动作的状态的立体图。
具体实施方式
关于各图所示的可动传感器，Y方向为左右方向，Y1方向为右方向而Y2方向为左方向，X方向为前后方向，X1方向为前方而X2方向为后方。而且，与Y方向和X方向这双方正交的方向为上下方向。
图1所示的可动传感器1由长方形的平板即硅基板形成。即，在硅基板上形成与各部件的形状相对应的平面形状的抗蚀剂层，在未存在抗蚀剂层的部分通过深RIE(深反应离子蚀刻)等蚀刻工序切断硅基板，从而使各部件分离。因此，构成可动传感器1的各部件在硅基板的表面和背面的厚度的范围内。如图1所示，当可动传感器为静止状态时，第一可动部和第二可动部的表面彼此和背面彼此位于同一面上，除此之外的部件不从所述表面及背面突出。
可动传感器1微小，例如长方形的长边1a、1b的长度尺寸为1mm以下，短边1c、1d的长度尺寸为0.8mm以下。此外，厚度尺寸为0.1mm以下。
如图1和图2所示，可动传感器1的由长方形的长边1a、1b及短边1c、1d围成的外框部分为第一可动部2。长边1a、1b的延伸方向为前后方向，短边1c、1d的延伸方向为左右方向。长方形的中央孔3上下贯通而形成在第一可动部2的中央部，在该中央孔3的内部形成有第二可动部4。第二可动部4大致为长方形，第一可动部2和第二可动部4相互独立。
在图1所示的中立状态(静止状态)下，第一可动部2的表面2a和第二可动部4的表面4a为同一面，第一可动部2的背面2b和第二可动部4的背面4b(参照图3)为同一面。第一可动部2的表面2a的面积大于第二可动部4的表面4a的面积，第一可动部2的质量大于第二可动部4的质量。例如，第一可动部2的质量为第二可动部4的质量的2倍以上。
在长方形的右侧(Y1侧)的长边1a的内侧形成有沿长边1a延伸的长孔5a，在左侧(Y2侧)的长边1b的内侧形成有沿长边1b延伸的长孔5b。而且，在右侧的长孔5a的内侧，第二可动部的中央孔3的长边与第二可动部4的长边之间的细长的间隙6a平行于所述长孔5a形成。在左侧的长孔5b的内侧，中央孔3的长边与第二可动部4的长边之间的细长的间隙6b平行于所述长孔5b形成。
如图1所示，在右侧的长边1a的内侧设有右侧连结连杆部10a。右侧连结连杆部10a的平面形状为曲柄状，沿前方(X1方向)延伸的第一连结腕11a和沿后方(X2方向)延伸的第二连结腕12a及中间连结部13a一体形成。第一连结腕11a在向长边1a的内侧延伸的所述长孔5a的内部从硅基板切出而形成，第二连结腕12a在向长孔5a的内侧延伸的所述间隙6a的内部从硅基板切出而形成。第一连结腕11a和第二连结腕12a通过与它们正交的方向的中间连结部13a一体连结。
右侧连结连杆部10a的第一连结腕11a的前方(X1方向)的前端部和第一可动部2在连结部14a连结成转动自如，右侧连结连杆部10a的第二连结腕12a的后方(X2方向)的前端部和第二可动部4在连结部15a连结成转动自如。在与右侧连结连杆部10a的第一连结腕11a和中间连结部13a相邻的部分单独切出第一右侧支承部17a，右侧连结连杆部10a的第一连结腕11a和第一右侧支承部17a在支点连结部16a连结成转动自如。
在左侧的长边1b的内侧设有左侧连结连杆部10b。左侧连结连杆部10b与所述右侧连结连杆部10a为点对称，向后方(X2方向)延伸的第一连结腕11b和向前方(X1方向)延伸的第二连结腕12b及中间连结部13b一体形成。第一连结腕11b位于向长边1b的内侧延伸的所述长孔5b的内部，第二连结腕12b位于向长孔5b的内侧延伸的所述间隙6b的内部。第一连结腕11b和第二连结腕12b通过与它们正交的方向的中间连结部13b一体连结。
如图1所示，左侧连结连杆部10b的第一连结腕11b的后方(X2)方向的前端部和第一可动部2在连结部14b连结成转动自如，左侧连结连杆部10b的第二连结腕12b的前方(X1方向)的前端部和第二可动部4在连结部15b连结成转动自如。在左侧连结连杆部10b的与第一连结腕11b和中间连结部13b相邻的部分单独切出第一左侧支承部17b，左侧连结连杆部10b的第一连结腕11b和第一左侧支承部17b在支点连结部16b连结成转动自如。
如图4所示，在所述连结部14a中的第一可动部2形成有槽18a，在该槽18a的内部设有将右侧连结连杆部10a的第一连结腕11a和第一可动部2连结的扭杆19a。该扭杆19a与第一可动部2及右侧连结连杆部10a同样地由硅形成。即，对长方形的硅基板进行蚀刻而使第一可动部2或右侧连结连杆部10a分离时，以将第一可动部2和第一连结腕11a连结的方式保留硅基板的一部分并将硅加工成圆柱状或棱柱状，而形成扭杆19a。
如图5所示，在所述支点连结部16a中，在第一可动部2与第一右侧支承部17a之间形成有槽18b，在该槽18b内，右侧连结连杆部10a和第一右侧支承部17a通过由硅形成的扭杆19b连结。
在图4所示的连结部14a中，由于扭杆19a发生扭曲变形，而第一连结腕11a和第一可动部2发生相对转动。同样地，在图5所示的支点连结部16a中，由于扭杆19b也发生扭曲变形，而右侧连结连杆部10a和第一右侧支承部17a发生相对转动。而且，由于形成扭杆19a、19b的硅为弹性材料，因此外力未作用于第一可动部2等时，如图1及图4所示，在扭杆19a、19b的弹性复位力的作用下，第一可动部2的表面2a和第一连结腕11a的表面复位成处于同一面。
此外，在将右侧连结连杆部10a的第二连结腕12a和第二可动部4连结的连结部15a中，也同样地一体形成扭杆。此外，在将左侧连结连杆部10b、第一可动部2以及第二可动部4连结的连结部14b、15b及支点连结部16b也同样地一体形成扭杆，从而形成具有弹性复位力的转动部。
在右侧的长边1a的内侧形成的所述长孔5a内，在所述右侧连结连杆部10a的未存在第一连结腕11a的部分切出而设置右外侧支承连杆部20a。在右外侧支承连杆部20a与右侧连结连杆部10a的第二连结腕12a之间切出而设置第二右侧支承部21a。并且，右外侧支承连杆部20a的朝向前方(X1方向)的基部和第二右侧支承部21a通过支点连结部22a连结成转动自如。
如图5所示，在所述支点连结部22a中，在第二右侧支承部21a与第一可动部2之间形成有槽18c，在该槽18c内通过硅一体形成有将右外侧支承连杆部20a和第二右侧支承部21a连结的扭杆19c。在支点连结部22a中，形成有通过扭杆19c的弹性力而发挥弹性复位力的转动支承部。如图1所示，右外侧支承连杆部20a的朝向后方(X2方向)的前端部和第一可动部2通过连结部23a连结。在该连结部23a中，右外侧支承连杆部20a和第二可动部4通过扭杆连结。
如图1及图5所示，右外侧支承连杆部20a和所述右侧连结连杆部10a的中间连结部13a通过连杆间连结部24a连结。如图5所示，在连杆间连结部24a形成有槽18d，在槽18d内一体形成有将右外侧支承连杆部20a和所述右侧连结连杆部10a的中间连结部13a连结的扭杆19d。
右侧连结连杆部10a以支点连结部16a的扭杆19b为支点进行转动，右外侧支承连杆部20a以支点连结部22a的扭杆19c为支点进行转动，连杆间连结部24a的扭杆19d位于两个扭杆19b与扭杆19c的距离的正好中点。如图2所示，在右侧连结连杆部10a和右外侧支承连杆部20a转动时，连杆间连结部24a的扭杆19d以施加使它们返回水平姿势的弹性复位力的方式起作用。
如图1所示，在左侧的长边1b的内侧的长孔5b内，在所述左侧连结连杆部10b的未存在第一连结腕11b的部分切出而设置左外侧支承连杆部20b。左外侧支承连杆部20b的形状及其支承结构与所述右外侧支承连杆部20a为点对称。左外侧支承连杆部20b的朝向后方(X2方向)的基部和第二左侧支承部21b通过支点连结部22b连结，左外侧支承连杆部20b的朝向前方(X1方向)的前端部和第二可动部4通过连结部23b连结成转动自如。此外，左侧连结连杆部10b的中间连结部13b和左外侧支承连杆部20b通过连杆间连结部24b连结。与图5同样地，在所述支点连结部22b、连结部23b及连杆间连结部24b上分别一体形成有扭杆。
如图1和图5所示，在右侧的间隙6a内，在所述右侧连结连杆部10a的未存在第二连结腕12a的部分切出而设置右内侧支承连杆部30a。在右内侧支承连杆部30a的内侧设有切出第二可动部4的一部分而形成的第三右侧支承部31a。右内侧支承连杆部30a和第三右侧支承部31a通过支点连结部32a连结成转动自如。如图5所示，在支点连结部32a形成有槽18e，在槽18e内一体形成有将右内侧支承连杆部30a和第三右侧支承部31a连结的扭杆19e。
设置在支点连结部32a上的扭杆19e位于将所述右外侧支承连杆部20a和第二右侧支承部21a连结的扭杆19c的同轴上。
如图1所示，右内侧支承连杆部30a的朝向前方(X1方向)的前端部和第二可动部4通过连结部33a连结成转动自如。在该连结部33a设有扭杆。
在左侧的间隙6b内，在左侧连结连杆部10b的未存在第二连结腕12b的部分切出而设置左内侧支承连杆部30b。左内侧支承连杆部30b的形状及支承结构与所述右内侧支承连杆部30a为点对称。
在左内侧支承连杆部30b的内侧设有将第二可动部4的一部分切出而形成的第三左侧支承部31b，左内侧支承连杆部30b和第三左侧支承部31b通过支点连结部32b连结成转动自如。而且，左内侧支承连杆部30b的朝向后方(X2方向)的前端部和第二可动部4通过连结部33b连结。在所述支点连结部32b和连结部33b也一体形成扭杆。
如图3所示，在可动传感器1设有与第一可动部2的表面2a和第二可动部4的表面4a相对向的固定部50。在固定部50的下表面50a一体突出形成有未图示的支承体，通过该支承体固定支承第一右侧支承部17a、第一左侧支承部17b、第二右侧支承部21a、第二左侧支承部21b、第三右侧支承部31a及第三左侧支承部31b。此时，各个支承部17a、17b、21a、21b、31a、31b被支承固定成它们的表面位于同一面。
此外，也可以与所述固定部50分别地设置与第一可动部2的背面2b和第二可动部4的背面4b相对向的固定部，通过从该固定部一体延伸的支承体，对各个支承部17a、17b、21a、21b、31a、31b的背面进行固定支承。
另外，在所述固定部50的内部，在将支承部17a、17b、21a、21b、31a、31b固定成不动的状态下，如图2和图3所示，形成能够使第一可动部2和第二可动部4上下移动的移动空间。
如图3所示，在固定部50的下表面设有第一固定电极51、51和第二固定电极52。固定部50是硅基板等，各固定电极51、51、52通过溅射或镀敷导电性金属材料而隔着绝缘层形成在固定部50的下表面50a。与所述第一固定电极51、51相面对的第一可动电极通过溅射或镀敷工序而隔着绝缘层形成在第一可动部2的表面2a。而且，与第二固定电极52相面对的第二可动电极通过溅射或镀敷而隔着绝缘层形成在第二可动部4的表面4a。
此时，设置在第一可动部2上的第一可动电极和设置在第二可动部4上的第二可动电极成为相互未导通的独立的电极。另一方面，设置在固定部50上的第一固定电极51、51和第二固定电极52可以是相互独立的电极，而且也可以是第一固定电极51、51和第二固定电极52相互一体形成或相互导通的共通固定电极。
另外，第一可动部2和第二可动部4由硅基板等导电性材料形成时，能够使用第一可动部2其自身作为第一可动电极，并使用第二可动部4其自身作为第二可动部。这种情况下，由于第一可动部2和第二可动部4从同一基板一体形成，因此第一可动电极和第二可动电极成为相互导通的共通可动电极。这种情况下，通过将第一固定电极51、51和第二固定电极52形成为相互未导通的独立的电极，而能够分别得到第一可动部2与第一固定电极51、51之间的静电容量、及第二可动部4与第二固定电极52之间的静电容量的变化。
该可动传感器1在力(加速度)不再从外部作用时，在各个支点连结部及设置在连结部上的扭杆的弹性复位力的作用下，如图1所示，维持成全部的部分的表面处于同一平面的状态。
从外部对可动传感器1施加加速度时，该加速度作用于支承部17a、17b、21a、21b、31a、31b及支承它们的支承体。此时，由于第一可动部2的质量大于第二可动部4的质量，因此第一可动部2由于惯性力而留在绝对空间内，具结果是，第一可动部相对于支承部17a、17b、21a、21b、31a、31b向与加速度的作用方向相反的方向进行相对移动。
图2和图3示出向下的加速度作用于固定部50及支承部17a、17b、21a、21b、31a、31b时的动作。此时，第一可动部2由于惯性力留下而相对于固定部50相对性地向上方移动，右侧连结连杆部10a以支点连结部16a为中心转动，左侧连结连杆部10b以支点连结部16b为中心转动。其结果是，第二可动部4相对于固定部50相对性地向下方移动。由于第一可动部2和第二可动部4在其两侧由右侧连结连杆部10a和左侧连结连杆部10b支承，而且右侧连结连杆部10a和左侧连结连杆部10b为点对称，因此第一可动部2和第二可动部4在维持相互平行的姿势的状态下反向移动。
第一可动部2和第二可动部4通过右侧连结连杆部10a和左侧连结连杆部10b连结，从而能够以相互平行的姿势反向移动，而且由于设有右外侧支承连杆部20a和左外侧支承连杆部20b、右内侧支承连杆部30a和左内侧支承连杆部30b，因此第一可动部2和第二可动部4能够稳定地维持平行的姿势而进行移动。
如图3所示，在固定部50内，第一可动部2上升时，由于第一固定电极51与设置在第一可动部2的表面2a上的第一可动电极的距离缩短而电极间的静电容量增大。另一方面，由于第二可动部4下降，因此第二固定电极52与设置在第二可动部4的表面上的第二可动电极的距离变长，从而电极间的静电容量下降。因此，通过求出由第一固定电极51得到的静电容量的变化与由第二固定电极52得到的静电容量的变化之差，而能够提高检测输出。而且通过求出静电容量的变化之差，而能够使温度特性等引起的输出的变动量或噪声相抵消。
由于所述第一可动部2的移动量与加速度的大小成比例，因此通过得到所述静电容量的变化的检测输出，而能够检测加速度。
图8表示求出所述静电容量的变化之差的检测电路60的一例。
在图8的检测电路60中，通过Ca表示由第一固定电极51和设置在第一可动部2的表面2a上的第一可动电极构成的可变电容器，通过Cb表示由第二固定电极52和设置在第二可动部4的表面4a上的第二可动电极构成的可变电容器。
从脉冲产生部61以恒定的周期的矩形波产生电压进行变化的脉冲信号，该脉冲信号被提供给由电阻器Ra和所述可变电容器Ca构成的延迟路径La1。在延迟路径La1中上升延迟的电压和未经由延迟路径La1的通过了旁通路径La2的脉冲信号的电压被提供给“与”电路62。在延迟路径La1中，由于可变电容器Ca的静电容量的变化而电压的上升时刻发生变化，在“与”电路62中，输出与所述电压的上升时刻的变化相对应的脉冲幅度的电压。并且从“与”电路62输出的矩形波通过平滑电路63进行平滑化。
同样地，经过由电阻器Rb和可变电容器Cb构成的延迟路径Lb1的电压和通过了旁通路径Lb2的脉冲信号被提供给“与”电路64，从“与”电路64输出与可变电容器Cb的静电容量的变化相对应的脉冲幅度的电压。并且该电压通过平滑电路65进行平滑化。
从“与”电路62提供给平滑电路63的电压的脉冲幅度的变动和从“与”电路64提供给平滑电路65的电压的脉冲幅度的变动彼此相反。因此，通过在差动电路66中通过求出两输出之差，而能够得到将绝对值相加的检测输出，从而能够消除由温度变化等引起的变动量或噪声。
在上述电路中，为了消除温度变化等产生的变动量或噪声，而优选使可变电容器Ca与可变电容器Cb的容量相等。在与可动电极的相对向关系中，以使可变电容器Ca与可变电容器Cb的容量相等的方式决定第一固定电极51、51和第二固定电极52的面积。
接下来，图6和图7是示出本发明的第二实施方式的可动传感器101的立体图，图6示出外力未作用的状态，图7示出第一可动部和第二可动部反向移动的状态。
在图6和图7所示的可动传感器101中，在发挥与第一实施方式的可动传感器1相同功能的部分附加相同符号而省略详细的说明。
图6和图7所示的可动传感器101省略了图1和图2所示的可动传感器1的第三右侧支承部31a和第三左侧支承部31b，可动传感器101具有第一右侧支承部17a、第一左侧支承部17b、第二右侧支承部21a及第二左侧支承部21b这四个支承部，这四个支承部由固定部50固定而使用。
在第一右侧支承部17a上设有将右侧连结连杆部10a支承为转动自如的支点连结部16a，在第一左侧支承部17b上设有将左侧连结连杆部10b支承为转动自如的支点连结部16b。在第二右侧支承部21a上设有支承右外侧支承连杆部20a的支点连结部22a，在第二左侧支承部21b上设有支承左外侧支承连杆部20b的支点连结部22b。
并且，在该可动传感器101中，支承右内侧支承连杆部30a的支点连结部132a设置于第一右侧支承部17a，支承左内侧支承连杆部30b的支点连结部132b设置于第一左侧支承部17b。
该可动传感器101的动作与所述可动传感器1相同，但由于能够使支承部为四个，因此能够简化支承结构。
图9和图10示出本发明的第三实施方式的可动传感器201，图9是示出外力未作用的状态的俯视图，图10是示出第一可动部和第二可动部反向移动的瞬间的立体图。与图2及图7相反地，在图10中示出第一可动部2相对于固定部50相对性地向下方移动，其结果是，第二可动部4朝上方移动，第一可动部2与第一固定电极51、51分离，第二可动部4与第二固定电极52接近的瞬间。
关于图9和图10所示的可动传感器201，对与第一实施方式的可动传感器1及第二实施方式的可动传感器101发挥相同功能的部分附加相同符号而省略其详细说明。
图9和图10所示的可动传感器201的第一右侧支承部17a和第一左侧支承部17b在左右方向(Y1-Y2方向)上分离配置，第二右侧支承部231a和第二左侧支承部231b沿左右方向隔开间隔配置在它们内侧。第一右侧支承部17a将右侧连结连杆部10a和右外侧支承连杆部20a支承为转动自如，第一左侧支承部17b将左侧连结连杆部10b和左外侧支承连杆部20b支承为转动自如。第二右侧支承部231a将左内侧支承连杆部30a支承为转动自如，第二左侧支承部231b将左内侧支承连杆部30b支承为转动自如。
如图9所示，在可动传感器201的短边1c与短边1d的中点，以沿左右方向(Y1-Y2方向)延伸的线为横向中心线Ox时，将第一右侧支承部17a和第一左侧支承部17b分别沿前后方向分成两部分的中点位于所述横向中心线Ox上，将第二右侧支承部231a和第二左侧支承部231b分别沿前后方向分成两部分的中点位于所述横向中心线Ox上。而且，第一右侧支承部17a及第一左侧支承部17b的前后方向(X1-X2方向)的宽度尺寸与第二右侧支承部231a及第二左侧支承部231b的前后方向(X1-X2方向)的宽度尺寸相同。
右侧连结连杆部10a的第一连结腕11a向后方(X方向)延伸，其前端部和第一可动部2在连结部14a连结成转动自如。在该连结部14a设有图4所示的扭杆19a。在以下说明的另一连结部及支点连结部也同样地设有扭杆。设置在右侧连结连杆部10a上的第二连结腕12a向前方(X1方向)延伸，其前端部和第二可动部4在连结部15a连结成转动自如。而且右侧连结连杆部10a的中间连结部13a和第一右侧支承部17a经由支点连结部16a支承为转动自如。
同样地，左侧连结连杆部10b的向前方(X1方向)延伸的第一连结腕11b的前端和第一可动部2在连结部14b连结成转动自如，向后方(X2方向)延伸的第二连结腕12b的前端和第二可动部4通过连结部15b连结成转动自如。而且，中间连结部13b和第一左侧支承部17b在支点连结部16b被支承为转动自如。
右外侧支承连杆部20a的基部由第一右侧支承部17a在支点连结部222a支承为转动自如，朝向前方(X1方向)的前端和第一可动部2在连结部23a连结成转动自如。左外侧支承连杆部20b的基部通过支点连结部222b由第一左侧支承部17b支承为转动自如，朝向后方(X2方向)的前端和第一可动部2在连结部23b被连结成转动自如。
另外，右侧连结连杆部10a和右外侧支承连杆部20a经由能够变形的连杆间连结部24a连结，左侧连结连杆部10b和左外侧支承连杆部20b也经由能够变形的连杆间连结部24b连结。
在第二右侧支承部231a经由支点连结部32a将右内侧支承连杆部30a连结成转动自如，右内侧支承连杆部30a的朝向后方(X2方向)的前端和第二可动部4通过连结部33a连结成转动自如。在第二左侧支承部231b经由支点连结部32b将左内侧支承连杆部30b连结成转动自如，左内侧支承连杆部30b的朝向前方(X1方向)的前端和第二可动部4通过连结部33b连结成转动自如。
此外，右侧连结连杆部10a的第二连结腕12a和左内侧支承连杆部30b通过沿左右方向延伸的梁部35a一体连结，左侧连结连杆部10b的第二连结腕12b和右内侧支承连杆部30b通过沿左右方向延伸的梁部35b一体连结。
图9和图10所示的可动传感器201是即使在将第一右侧支承部17a和第一左侧支承部17b固定的固定部50即固定基板上朝前后方向(X1-X2方向)发生翘曲，支点连结部16a、支点连结部222a及支点连结部16b、支点连结部222b也难以从本来的位置上下移动的结构。
为了与具进行比较而参照图6所示的可动传感器101，在该可动传感器101中，支承右侧连结连杆部10a的支点连结部16a和支承右外侧支承连杆部20a的支点连结部22a分别设置在相互独立而沿前后方向分离的第一右侧支承部17a和第二右侧支承部21a上。因此，在固定部50朝前后方向(X1-X2)发生翘曲时，第一右侧支承部17a倾斜成X1侧向下，第二右侧支承部21a倾斜成X2侧向下。此时，无论是否处于加速度未作用的中立状态，支点连结部16a和支点连结部22a都比本来的位置下降。其结果是，第一可动部2比本来的中立姿势向下侧移动，第二可动部4比本来的中立姿势向上侧移动，无论是否作用有加速度，从图8所示的检测电路60都产生与各可动部2、4的移动量成比例的检测输出作为偏置噪声。
另一方面，图9和图10所示的可动传感器201的支点连结部16a和支点连结部222a设置在相同的第一右侧支承部17a，支点连结部16b和支点连结部222b设置在相同的第一左侧支承部17b，而且第一右侧支承部17a和第一左侧支承部17b位于横向中心线Ox上。因此，即使固定部50发生翘曲，也能够抑制支点连结部16a和支点连结部222a、及支点连结部16b和支点连结部222b从本来的位置上下较大移动的情况。因此，能够减少所述中立状态下的偏置噪声。
接下米，在图1所示的可动传感器1中，由于对右内侧支承连杆部30a进行支承的支点连结部32a和对左内侧支承连杆部30b进行支承的支点连结部32b沿前后方向分离，因此当固定部50发生前后方向的翘曲时，无论是否作用有加速度，支点连结部32a和支点连结部32b都比本来的中立位置向上下任一方向移动，其结果是，第二可动部4比本来的位置向上下方向移动。
相对于此，图9和图10所示的可动传感器201的对右内侧支承连杆部30a进行支承的支点连结部32a和对左内侧支承连杆部30b进行支承的支点连结部32b不会从横向中心线Ox向前后方向离开较大。由此，即使固定部50发生翘曲，支点连结部32a和支点连结部32b也难以向上下方向移动，从而能够抑制第二可动部4比本来的中立姿势向上下方向移动的情况。由此，能够减少偏置噪声。
图11和图12是示出本发明的第四实施方式的可动传感器301的立体图，图11示出外力未作用的状态，图12示出第一可动部2和第二可动部4反向移动的状态。
图11和图12所示的可动传感器301对图9和图10所示的第三实施方式的可动传感器201进行了改良，因此以下主要说明可动传感器301与可动传感器201的不同部分。而且，在图11和图12所示的可动传感器301中的发挥与可动传感器201相同功能的部分附加相同符号而省略详细的说明。
图11和图12所示的可动传感器301省略了图9和图10所示的可动传感器201的第二右侧支承部231a和第二左侧支承部231b，由固定部50固定的支承部仅为第一右侧支承部17a和第一左侧支承部17b。
右侧连结连杆部10a经由支点连结部16a由第一右侧支承部17a支承为转动自如，右外侧支承连杆部20a经由支点连结部222a由所述第一右侧支承部17a支承为转动自如。而且，右侧连结连杆部10a和右外侧支承连杆部20a通过连杆间连结部24a连结成转动自如。同样地，左侧连结连杆部10b经由支点连结部16b由第一左侧支承部17b支承为转动自如，左外侧支承连杆部20b经由支点连结部222b由所述第一左侧支承部17b支承为转动自如。而且，左侧连结连杆部10b和左外侧支承连杆部20b通过连杆间连结部24b连结成转动自如。
与第二可动部4连结的右内侧支承连杆部30a经由内侧连杆间连结部332a与右侧连结连杆部10a连结成转动自如，同样地，与第二可动部4连结的左内侧支承连杆部30b经由内侧连杆间连结部332b与左侧连结连杆部10b连结成转动自如。
右侧的连杆间连结部24a和内侧连杆间连结部332a、及左侧的连杆间连结部24b和内侧连杆间连结部332b全部位于横向中心线Ox上且位于同一线上。所述横向中心线Ox位于连杆部和第一可动部2的前方(X1侧)的连结部23a、14b与后方(X2侧)的连结部23b、14a的中点。
右侧连结连杆部10a和左侧连结连杆部10b以支点连结部16a、16b为支点转动时，与此相对应地，右内侧支承连杆部30a以内侧连杆间连结部332a为支点转动，左内侧支承连杆部30b以内侧连杆间连结部332b为支点转动。并且，第二可动部4在维持与第一可动部2的平行姿势的状态下与第一可动部2反向动作。
图11和图12所示的可动传感器301的由固定部50固定的支承部仅为第一右侧支承部17a和第一左侧支承部17b，因此即使由于热应力等而固定部50发生翘曲，也能够抑制各连杆部的支点部的位置发生错位的情况，容易进一步减少偏置噪声。
图1和图2所示的可动传感器1、图6和图7所示的可动传感器101、及图9和图10所示的可动传感器201、以及图11和图12所示的可动传感器301由于一起从长方形的硅基板切出，因此能够构成为小型且薄型。而且由于没有从表面和背面突出的部件，因此容易将支承结构或支承固定电极51、52的固定部50定位。
在图11中，通过虚线表示与第一可动部2相对向的第一固定电极51和与第二可动部相对向的第二固定电极52。
第一固定电极51的整体与第一可动部2相对向，第一固定电极51的缘部隔开距离配置在第一可动部2的缘部的内侧。第二固定电极52的整体与第二可动部4相对向，第二固定电极52的缘部隔开距离配置在第二可动部4的缘部的内侧。其结果是，其整体作为第一可动电极起作用的第一可动部2和其整体作为第二可动电极起作用的第二可动部4即使在X方向或Y方向上由于振动等而移动，第一可动部2与第一固定电极51的相对向面积、及第二可动部4与第二固定电极52的相对向面积也不会减少，而总是能够正确地检测到静电容量的变化。
另外，第一固定电极51、51的面积和第二固定电极52的面积设定成使图8所示的可变电容器Ca与可变电容器Cb的容量相等。
符号说明：
1、101、201 可动传感器
2 第一可动部
4 第二可动部
10a 右侧连结连杆部
10b 左侧连结连杆部
14a、14b、15a、15b 连结部
16a、16b 支点连结部
17a 第一右侧支承部
17b 第一左侧支承部
20a 右外侧支承连杆部
20b 左外侧支承连杆部
21a 第二右侧支承部
21b 第二左侧支承部
22a、22b 支点连结部
23a、23b 连结部
24a、24b 连杆间连结部
30a 右内侧支承连杆部
30b 左内侧支承连杆部
31a 第三右侧支承部
31b 第三左侧支承部
32a、32b 支点连结部
33a、33b 连结部
50 固定部
51 第一固定电极
52 第二固定电极
132a、132b 支点连结部
222a、222b 支点连结部
231a 第二右侧支承部
231b 第二左侧支承部
332a、232b 内侧连杆间连结部
Claims (15)
1.一种可动传感器，在可动部和固定部设置彼此相对向的电极，并检测所述可动部接近或离开所述固定部时的所述电极间的静电容量的变化，所述可动传感器的特征在于，
具有第一可动部及第二可动部和与所述两可动部分别连结成转动自如的连杆部，所述连杆部在与所述第一可动部的连结部和与所述第二可动部的连结部之间设定有支点，所述连杆部以所述支点为中心转动时，能够以使所述第一可动部和所述第二可动部的一方接近固定部且使另一方离开所述固定部的方式进行动作，
在所述第一可动部及所述第二可动部的朝向各可动部的相同方向的面上分别设置第一可动电极及第二可动电极，在所述固定部设置与所述第一可动电极相对向的第一固定电极和与所述第二可动电极相对向的第二固定电极。
2.根据权利要求1所述的可动传感器，其中，
具有检测电路，该检测电路求出所述第一可动电极和所述第一固定电极之间的静电容量的变化、与所述第二可动电极和所述第二固定电极之间的静电容量的变化之差。
3.根据权利要求1或2所述的可动传感器，其中，
所述第一可动部的质量和所述第二可动部的质量的任一方大于另一方，质量大的所述可动部对从外部施加的加速度进行反应而移动，此时质量小的所述可动部与质量大的所述可动部反向移动。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的可动传感器，其中，
所述第一可动部和所述第二可动部具有相同厚度，所述第一可动部和所述第二可动部的表面彼此和背面彼此处于同一面时，所述连杆部以及将所述连杆部支承为转动自如的支承部被限定在所述表面和所述背面的厚度的范围内。
5.根据权利要求4所述的可动传感器，其中，
所述第一可动部、所述第二可动部、所述连杆部及所述支承部从同一板材切出。
6.根据权利要求5所述的可动传感器，其中，
所述第一可动部与所述连杆部的连结部、所述第二可动部与所述连杆部的连结部、以及所述连杆部与所述支承部的所述支点上的连结部中各个部件之间经由由所述板材的局部形成的扭杆连结成转动自如。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的可动传感器，其中，
所述第一可动部和所述第二可动部由导电性材料形成，所述第一可动部自身作为所述第一可动电极起作用，所述第二可动部自身作为所述第二可动电极起作用。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的可动传感器，其中，
沿左右方向(Y)隔开间隔设置沿前后方向(X)延伸的右侧连结连杆部和左侧连结连杆部作为所述连杆部，所述右侧连结连杆部经由右侧支点由第一右侧支承部支承为转动自如，所述左侧连结连杆部经由左侧支点由第一左侧支承部支承为转动自如，
所述右侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部的任一方位于前方(X1)，另一方位于后方(X2)，
所述右侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部隔着所述右侧支点位于前后方向相反侧，所述左侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部隔着所述左侧支点位于前后方向相反侧，
所述第一右侧支承部和所述第一左侧支承部由所述固定部固定。
9.根据权利要求8所述的可动传感器，其中，
右外侧支承连杆部与所述第一右侧支承部和所述第一可动部连结成转动自如，所述右外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部位于前后方向相反侧，
左外侧支承连杆部与所述第一左侧支承部和所述第一可动部连结成转动自如，所述左外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部位于前后方向相反侧。
10.根据权利要求8或9所述的可动传感器，其中，
设置第二右侧支承部和第二左侧支承部，
右内侧支承连杆部与所述第二右侧支承部和所述第二可动部连结成转动自如，所述右内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部位于前后方向相反侧，
左内侧支承连杆部与所述第二左侧支承部和所述第二可动部连结成转动自如，所述左内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部位于前后方向相反侧。
11.根据权利要求8或9所述的可动传感器，其中，
所述第一右侧支承部和所述第一左侧支承部配置在沿左右方向(Y)延伸的同一线上。
12.根据权利要求10所述的可动传感器，其中，
所述第一右侧支承部和所述第一左侧支承部、及所述第二右侧支承部和所述第二左侧支承部配置在沿左右方向(Y)延伸的同一线上。
13.根据权利要求8所述的可动传感器，其中，
右外侧支承连杆部经由连杆间连结部与所述右侧连结连杆部连结成转动自如，左外侧支承连杆部经由连杆间连结部与所述左侧连结连杆部连结成转动自如，
所述右外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部隔着所述连杆间连结部位于前后方向相反侧，
所述左外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第一可动部的连结部隔着所述连杆间连结部位于前后方向相反侧，
所述右外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部和所述左外侧支承连杆部与所述第一可动部的连结部位于前后方向相反侧。
14.根据权利要求13所述的可动传感器，其中，
右内侧支承连杆部经由内侧连杆间连结部与所述右侧连结连杆部连结成转动自如，左内侧支承连杆部经由内侧连杆间连结部与所述左侧连结连杆部连结成转动自如，
所述右内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述右侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部隔着所述内侧连杆间连结部位于前后方向相反侧，
所述左内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述左侧连结连杆部与所述第二可动部的连结部隔着所述内侧连杆间连结部位于前后方向相反侧，
所述右内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部和所述左内侧支承连杆部与所述第二可动部的连结部位于前后方向相反侧。
15.根据权利要求13或14所述的可动传感器，其中，
所述连杆间连结部和所述内侧连杆间连结部配置在沿左右方向(Y)延伸的同一线上。
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