CN102770770A

CN102770770A - 物理量传感器

Info

Publication number: CN102770770A
Application number: CN2011800110608A
Authority: CN
Inventors: 大川尚信; 矢泽久幸; 宫武亨; 高桥亨; 宇都宜隆; 菊入胜也; 小林俊宏
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: CN102770770B; JPWO2011111539A1; WO2011111539A1

Abstract

本发明的目的尤其在于提供能够提高重物部相对于对置部的耐碰撞性及防粘性的物理量传感器。该物理量传感器具备弹簧部(21)、与所述弹簧部(21)连结且被支承成沿高度方向可变位的重物部(20)、与所述重物部在高度方向上对置的对置部(22)，在所述对置部(22)与所述重物部(20)之间配置高度不同的多个突起部(23、24)，所述多个突起部(23、24)使得在所述重物部(20)朝向高度方向变位时，所述重物部(20)与所述对置部(21)之间能够阶段性地抵接，并且所述重物部与所述对置部之间还能够阶段性地分离。

Description

物理量传感器

技术领域

本发明涉及能够通过检测从硅基板切出等而形成的重物部的变位量来测定从外部作用的加速度等物理量的物理量传感器。

背景技术

例如，物理量传感器具备对硅基板进行蚀刻处理而在高度方向上被支承成可变位的重物部。在这种情况下，例如，如下述的专利文献1至3那样，在高度方向上变位的重物部(重量部)为被弹簧部支承成摆动自如的结构。

对于具备在高度方向上变位的重物部的物理量传感器而言，为了提高防粘性，例如，在与重物部对置的对置部的表面上设置有多个突起状的限位部。各限位部的高度在平面方向上对齐。

然而，在专利文献1所示的结构中，在对重物部作用有较强的物理量等时，无法获得充分的耐碰撞性，另外，无法使用于使重物部从与各限位部抵接的状态恢复为原始的静止状态的剥离力足够大。

另外，在专利文献4记载的发明中，公开了在梳齿形状的固定电极或者可动电极上设置有高突起部或低突起部的物理量传感器的结构。设置低突起部用于在高突起部被破坏时进行保护，因此，与低突起部抵接的情况是以高突起部遭到破坏为前提的。即，可动电极与固定电极间构成为经由高突起部或低突起部中任意一方而抵接。因此，存在在可动电极和固定电极间经由高突起部而抵接的情况下与在可动电极和固定电极间经由低突起部而抵接的情况下，传感器灵敏度发生变化的问题。另外，在高突起部遭到破坏的状态下，传感器灵敏度容易产生偏差或噪音，从而存在传感器感度不稳定的问题。

进一步而言，在专利文献2中，突起部设置在梳齿状的可动电极与固定电极间，并非相对于重物部配置突起部的结构。因此，无法提高重物部相对于对置部的耐碰撞性及防粘性。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-338126号公报

专利文献2：日本特开平9-61457号公报

专利文献3：日本特开平7-306222号公报

专利文献4：日本特开2002-228680号公报

发明内容

因此，为了解决上述以往的课题，本发明的目的尤其在于提供一种能够提高重物部相对于对置部的耐碰撞性及防粘(sticking)性的物理量传感器。

用于解决课题的手段

本发明的物理量传感器的特征在于，

具有：弹簧部、与所述弹簧部连结而在高度方向上被支承成能够变位的重物部、与所述重物部在高度方向上对置的对置部，

在所述对置部与所述重物部之间配置有高度不同的多个突起部，在所述重物部朝向高度方向变位时，所述重物部与所述对置部之间能够经由各突起部而阶段性地抵接，且所述重物部与所述对置部之间能够阶段性地分离。

如此，在本发明中，在重物部与对置部之间夹设高度不同的多个突起部，从而能够使所述重物部与所述对置部之间阶段性地抵接。由此，能够阶段性地使与回复力相关的弹性系数上升。因此，能够提高耐碰撞性。进一步而言，在本发明中，重物部与对置部之间能够阶段性地从各突起部分离。由此，能够增大剥离力而有效提高防粘性。

在本发明中，优选，具有第一突起部和高度比所述第一突起部低的第二突起部，在所述重物部的平面的相对于一个方向的正中处配置所述第一突起部，在所述第一突起部的两侧空出间隔地配置所述第二突起部，或者，在所述正中处配置所述第二突起部，在所述第二突起部的两侧空出间隔地配置所述第一突起部。

或者，在本发明中，优选，具有第一突起部和高度比所述第一突起部低的第二突起部，在所述重物部的平面的相对于一个方向的两侧分别配置所述第一突起部和所述第二突起部。

另外，在本发明中，优选，所述突起部形成在所述对置面的与所述重物部对置的表面上。

另外，在本发明中，优选，在所述对置部的表面上，在未形成所述突起部的区域形成有固定电极层，所述固定电极层的表面形成得比以最低的高度形成的所述突起部的表面低。

由此，能够构成可根据在作为可动电极发挥作用的重物部与固定电极层间变化的静电电容来检测物理量变化的物理量传感器。另外，在本发明中，即便是重物部朝向对置部方向弯曲变形等，也能够使固定电极层与重物部间的最小距离保持为固定，因此能够抑制固定电极层与重物部间的电短路或因接近造成的电流泄漏的不良状况。

另外，在本发明，优选，具有被固定支承的锚定部、经由所述弹簧部分别与所述锚定部和所述重物部连结成转动自如的支承部，

在所述支承部设置有一对腿部，所述腿部在所述支承部转动而所述重物部沿高度方向变位时朝向所述重物部的变位方向的反方向变位，

在各腿部与所述对置部之间配置有高度不同的多个突起部，所述多个突起部在所述腿部朝向高度方向变位时使一对腿部与所述对置部之间能够阶段性地抵接，且使一对腿部与所述对置部之间能够阶段性地分离。此时，优选，在一方的所述腿部与所述对置部之间配置有高度高的突起部，在另一方的所述腿部与所述对置部之间配置有高度低的突起部。由此，能够有效提高腿部相对于对置部的耐碰撞性及防粘性。

发明效果

根据本发明的结构，能够阶段性地使与回复力相关的弹性系数上升，因此能够提高耐碰撞性，进一步提高剥离力，从而有效提高防粘性。

附图说明

图1是表示第一实施方式的物理量传感器的纵剖面的示意图。

图2是表示第二实施方式的物理量传感器的纵剖面的示意图。

图3是表示第三实施方式的物理量传感器的纵剖面的示意图。

图4是表示可适用图1至图3所示的实施方式的更具体的物理量传感器的结构的俯视图。

图5是表示图4所示的物理量传感器的腿部的变位的侧视图。

图6是表示可适用图1至图3所示的实施方式的更具体的物理量传感器的结构的俯视图。

图7是表示可适用图1至图3所示的实施方式的更具体的物理量传感器的结构的俯视图。

具体实施方式

图1以示意图示出了第一实施方式的物理量传感器的纵剖面。图2以示意图示出了第二实施方式的物理量传感器的纵剖面。图3以示意图示出了第三实施方式的物理量传感器的纵剖面。图1(a)～(c)的各图及图3(a)～(c)的各图示出了对重物部作用物理量而使其变位的状态。

如图1(a)所示，重物部20与弹簧部21连结，且被支承成可在高度方向(Z)上变位。重物部20及弹簧部21均由硅形成。弹簧部21以扭转弹簧形状形成。

如图1(a)所示，在重物部20的下方沿高度方向(Z)空出间隔地设置有对置部22。

如图1(a)所示那样，在对置部22的表面22a上形成有朝向上方突出的多个突起部23、24、24。在此，突起部23称为“第一突起部23”，突起部24称为“第二突起部24”。

如图1(a)所示那样，第一突起部23比第二突起部24高。在此，高度的高低根据各突起部的表面高度确定。如图1(a)所示，第一突起部23的表面23a的高度存在于比第二突起部24的表面24a的高度高的位置。

各表面23a、24a是对重物部20的限位面。另外，“表面”是指在各突起部23、24存在于最高位置的面(最突出的面)。

如图1(a)所示，第一突起部23配置在重物部20的平面的X方向的正中处。另外，第二突起部24、24分别空出间隔地配置在第一突起部23的两侧。于是，第一突起部23及第二突起部24在X方向上空出间隔地并列设置。

如图1(a)所示，在对置部22的表面22a上，在突起部23、24的形成区域以外的下凹的凹部25内形成有固定电极层26。固定电极层26通过溅射等现有方法形成。另外，对置部22的表面22a通过蚀刻等形成为凹凸形状。

如图1(a)所示，固定电极层26的表面26a形成在比突起部中的高度最低的第二突起部24的表面24a更低的位置。

图1(a)表示重物部20的静止状态。如图1(b)所示那样，由于物理量变化，重物部20向下方变位。此时，若规定以上的物理量发生变化，则重物部20的表面(与对置部22对置的对置面；下表面)20a与位于正中的位置的高度高的第一突起部23的表面23a抵接。

如图1(a)所示，在静止状态下，重物部20与第一突起部23间的向高度方向(Z)的间隔为d1，如图1(b)所示，在重物部20抵接到第一突起部23的表面23a为止的弹性系数为k1时，重物部20与第一突起部23相抵接的阶段的回复力为k1·d1。

当从图1(b)所示的状态进一步作用规定以上的强物理量变化时，在维持重物部20与第一突起部23的抵接状态的同时，重物部20的X方向的两侧以所述第一突起部23的位置为支点地向下方弯曲变形，重物部20的表面20a与位于第一突起部23的两侧且比第一突起部23高度低的第二突起部24的表面24a抵接(图1(c))。如此，重物部20形成为具有能够以图1(c)的状态弯曲变形的刚性。

如图1(b)所示，从第一突起部23的表面23a到第二突起部24的表面24a的高度方向(Z)上的间隔为d2。而且，在重物部20从图1(b)那样与第一突起部23的表面23a抵接的状态成为图1(c)所示那样与第二突起部24的表面24a抵接的状态时，根据重物部20的弯曲变形等加载弹性系数k2。因此，在图1(c)那样重物部20与第二突起部24的表面24a抵接的阶段的回复力为k1(d1+d2)+k2·d2。在此，弹性系数k2与弹性系数k1相比非常大。

如此，在本实施方式中，能够阶段性地使与回复力相关的弹性系数提高。因此，与重物部20仅与高度均匀的突起部抵接的情况相比，通过使重物部20与高度不同的突起部23、24阶段性地抵接，能够实现耐碰撞性的提高。另外，在重物部20从图1(c)的与第一突起部23的表面23a及第二突起部24的表面24a抵接的状态恢复为图1(a)的原始的静止状态时，重物部20首先从第二突起部24的表面24a离开而使弯曲变形恢复并成为平板状，从而成为仅与第一突起部23的表面23a抵接的状态(图1(b))。然后，重物部20从第一突起部23的表面23a沿高度方向离开而恢复为图1(a)的原始的静止状态。此时，通过阶段性地从高度不同的突起部23、24分离，从而与所有的突起部为同一高度的情况相比，能够增大相对于每一个突起部的剥离力，从而能够有效实现防粘性的提高。

如图2所示的实施方式那样，可以在重物部20的平面的X方向的正中处设置有高度低的第二突起部24，在第二突起部24的两侧空出间隔地配置有高度比第二突起部24高的第一突起部23。图2表示在重物部20与位于两端的第一突起部23的表面23a抵接后，重物部20的正中以各第一突起部23a的位置为支点地朝向下方弯曲变形，从而成为与第二突起部24的表面24a抵接的状态。

另外，各突起部23、24可以设置在重物部20侧。或者，突起部可以分别设置在重物部20的表面20a及对置部22的表面22a上。例如，也可以第一突起部23形成在对置部22的表面22a上，第二突起部24形成在重物部20的表面上。其中，如图1、图2所示，在对置部22的表面22a上形成固定电极层26的同时形成突起部23、24可使制造工序更容易。另外，若在重物部20侧形成突起部，当不仅向高度方向而且还在横向施加较强的碰撞等时，突起部也沿横向振动而与固定电极层26接触，因此存在引起电短路的危险性。所以，需要在限定的范围内并且以高精度形成固定电极层26。因此，突起部23、24优选形成于对置部22的表面22a上。

另外，如图1、图2所示，通过设置与作为可动电极发挥作用的重物部20在高度方向上对置的固定电极层26，可以构成能够根据在重物部20与固定电极层26间变化的静电电容来检测物理量变化的物理量传感器。另外，如图1所示那样，固定电极层26的表面26a形成于比突起部23、24中的高度最低的第二突起部24的表面24a低的位置。因此，即使如图1(c)所示那样成为重物部20与第二突起部24的表面24a抵接的状态，也能够防止重物部20与固定电极层26接触，能够将固定电极层26与重物部20间的最小距离保持为固定。因此，能够抑制固定电极层26与重物部20间的电短路、因接近造成的电流泄漏的不良状况。

在图3所示的实施方式中，在对置部22的表面22a上沿重物部20的平面的X方向分离配置有第一突起部23和第二突起部24。如图3(a)所示，第一突起部23配置成比重物部20的正中靠X2侧，第二突起部24配置成比重物部20的正中靠X1侧。

从图3(a)的静止状态开始，通过物理量变化而如图3(b)所示那样使重物部20向下方变位。此时，若具有规定以上的物理量变化，则重物部20的表面(与对置部22对置的对置面；下表面)20a与配置于X2侧的高度高的第一突起部23的表面23a抵接。

若从图3(b)所示的状态开始，进一步作用规定以上的强物理量变化，则在重物部20维持与第一突起部23的抵接状态的同时，重物部20整体以第一突起部23的位置为支点地直线性地朝向下方倾斜，而重物部20的表面20a与配置于X1侧的高度低的第二突起部24的表面24a抵接(图3(c))。

当重物部20从图3(c)的状态恢复为图3(a)的状态时，从图3(c)的状态开始，重物部20从第二突起部24的表面24a离开而成为图3(b)的状态，从而重物部20平行，然后，重物部20从第一突起部23的表面23a朝向上方分离而处于图3(a)的状态。

在图3所示的实施方式中，能够使重物部20与对置部22间经由高度不同的多个突起部23、24而阶段性地抵接。由此，能够阶段性地使与回复力相关的弹性系数上升。因此，能够提高耐碰撞性。进一步而言，能够阶段性地使重物部20与对置部22间的接触从各突起部23、24分离。由此，能够增大剥离力而有效提高防粘性。

图1至图3所示的实施方式适用于图4所示的物理量传感器1。

图4所示的物理量传感器的由长方形的长边1a、1b及短边1c、1d围成的外框部分是重物部2。

如图4所示那样，在重物部2的内侧设置有两根支承连结体3、4。支承连结体3、4的平面形状形成为曲轴状。

如图4所示那样，第一支承连结体3的向前方(X1)延伸的第一连结臂3a和向后方(X2)延伸的腿部3b一体地形成。另外，如图4所示那样，第二支承连结体4的向后方(X2)延伸的第一连结臂4a和向前方(X1)延伸的腿部4b一体地形成。

如图4所示，在重物部2的内侧，在Y1-Y2方向上空出间隔地并列设置有第一锚定部5、第二锚定部6及第三锚定部7。

如图4所示，第一支承连结体3的第一连结臂3a和重物部2在弹簧部11a连结成转动自如，第二支承连结体4的第一连结臂4a和重物部2在弹簧部11b连结成转动自如。

而且，第一支承连结体3在弹簧部12a、12b连结成转动自如。另外，如图1所示，第二支承连结体4在弹簧部13a、13b连结成转动自如。

另外，如图4所示，设置有第二连结臂14及第二连结臂15。第二连结臂14、15形成于重物部2的内侧。

如图4所示那样，第二连结臂14和重物部2在弹簧部16a连结成转动自如。另外，第二连结臂15和重物部2在弹簧部16b连结成转动自如。另外，如图4所示，第二连结臂14和锚定部6在弹簧部17a连结成转动自如。另外，第二连结臂15和锚定部7在弹簧部17b连结成转动自如。

而且，如图4所示，第一连结臂3a与第二连结臂14之间经由弹簧部18a连结。另外，如图4所示，第一连结臂4a与第二连结臂15之间经由弹簧部18b连结。

在与重物部2对置的对置部设置多个突起部30～39。如图4所示，突起部30、34、38在X2侧沿Y1-Y2方向空出间隔地配置。另外，突起部31、35、39在X1侧沿Y1-Y2方向空出间隔地配置。突起部32、33、36、37位于比突起部30、31、34、35、38、39靠内侧。在X2侧沿Y1-Y2方向上并列设置的多个突起部30、34、38中的正中处的突起部34为图1所示的高度高的第一突起部23，两侧的突起部30、38为图1所示的高度低的第二突起部24。另外，在X1侧沿Y1-Y2方向并列设置的多个突起部31、35、39中的正中处的突起部35是图1所示的高度高的第一突起部23，两侧的突起部31、39是图1所示的高度低的第二突起部24。此外，剩余的突起部32、33、36、37全部构成为高度低的第二突起部24。

由此，如图1所示，利用重物部20的两侧的弯曲变形而阶段性地与多个突起部抵接，并阶段性地从各突起部分离。

或者，可以使突起部34成为图3所示的高度高的第一突起部23，使其他突起部30、31、32、33、35、36、37、38、39全部成为高度低的第二突起部24。由此，可以利用基于图3说明的重物部20朝向高度方向的倾斜而使其阶段性地与多个突起部抵接，并使其阶段性地从各突起部分离。

如图4所示，在对置部，在与各腿部3b、4b对置的位置也形成有突起部40、41。

图5(a)为静止状态，若在物理量变化的作用下重物部2向从对置部42离开的方向变位，则一对腿部3b、4b朝向接近对置部42的方向变位。如图5(b)所示，与腿部3b对置的突起部40的高度高，与腿部4b对置的突起部41的高度低。因此，通过腿部3b、4b向高度方向变位，如图5(b)所示，首先腿部3b与突起部40抵接。接下来，当进一步作用强物理量变化时，腿部3b发生弯曲变形，而另一方的腿部4b与高度低的突起部41抵接。

如此，通过使相对于一对腿部3b、4b高度不同的突起部40、41与一对腿部3b、4b对置，能够提高耐碰撞性及防粘性。

在图6所示的实施方式中，未形成图4所示的突起部30、31、38、39。另一方面，在使物理量传感器1的长边1a与长边1b的中点沿Y1-Y2方向延伸的线为横向中心线Ox时，如图6所示，在通过横向中心线Ox的重物部2的两侧设置突起部45、46。

在图6的实施方式中，突起部34、35也为图1所示的高度高的突起部23，剩余的突起部32、33、36、37、45、46也为图1所示的高度低的突起部24。

或者，突起部34是图1所示的高度高的突起部23，而其他突起部32、33、35、36、37、45、46构成为图1所示的高度低的突起部24。

上述的突起部的高度组合可以任意确定。另外，对于相对于腿部3b、4b的突起部40、41而言，可以形成为高度不同的突起部，也可以形成为高度相同的突起部。另外，可以相对于腿部3b配置高度不同的多个突起部，同样相对于腿部4b配置高度不同的多个突起部。

图7是表示利用了图1至图3所示的实施方式的其他物理量传感器的俯视图。

如图7所示，在比中心位置O靠Y1侧的位置具备锚定部61，在比中心位置O靠Y2侧的位置具备锚定部62。

如图7所示那样，从锚定部61经由弹簧部63朝向X1地延伸形成有第一支承部64。另外，从锚定部61经由弹簧部65朝向X2地延伸形成有第二支承部66。

另外，如图7所示那样，从锚定部62经由弹簧部67朝向X1地延伸形成有第三支承部68。另外，如图7所示那样，从锚定部62经由弹簧部69朝向X2地延伸形成有第四支承部70。

如图7所示，在由各支承部64、66、68、70围成的内侧设置内侧重物部51a。此外，各支承部64、66、68、70的前端位置和内侧重物部51a的侧部经由弹簧部52～55而连结。

如图7所示，与内侧重物部51a成为一体地在各支承部64、66、68、70的外侧的位置形成外侧重物部51b。由内侧重物部51a和外侧重物部51b构成重物部51。

如图7所示，在与重物部51对置的对置部设置多个突起部71～75。例如，位于重物部51的平面的X方向上的正中的突起部71为高度最高的突起部，位于最靠两侧的突起部74、75为高度最低的突起部，位于突起部71与突起部74之间的突起部72及位于突起部71与突起部75之间的突起部73是相对于突起部71及突起部74、75而言为中间高度的突起部。

如此，在图7中，突起部的高度分为三阶段。在图1至图6所示的实施方式中也可以设置三阶段以上的突起部。

本实施方式不仅可适用于加速度传感器，而且还可全面适用于角速度传感器、碰撞传感器等物理量传感器。

符号说明

1物理量传感器

2、20、51重物部

3b、4b腿部

5～7、61、62锚定部

16a、16b、17a、17b、18a、18b、21、63、65、67、69弹簧部

22、42对置部

23第一突起部

24第二突起部

26固定电极层

30～41、45、46、71～75突起部

Claims

1.一种物理量传感器，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，

具有第一突起部和高度比所述第一突起部的高度低的第二突起部，在所述重物部的平面的一个方向上的正中处配置所述第一突起部，在所述第一突起部的两侧空出间隔地配置所述第二突起部，或者，在所述正中处配置所述第二突起部，在所述第二突起部的两侧空出间隔地配置所述第一突起部。

3.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，

具有第一突起部和高度比所述第一突起部的高度低的第二突起部，在所述重物部的平面的一个方向上的两侧分别配置所述第一突起部和所述第二突起部。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

所述突起部设置在所述对置部的与所述重物部对置的表面上。

5.根据权利要求4所述的物理量传感器，其特征在于，

在所述对置部的表面上，在未形成所述突起部的区域形成有固定电极层，所述固定电极层的表面形成得比以最低的高度形成的所述突起部的表面低。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

具有被固定支承的锚定部、经由所述弹簧部分别与所述锚定部和所述重物部连结成转动自如的支承部，

在各腿部与所述对置部之间配置有高度不同的多个突起部，所述多个突起部在所述腿部朝向高度方向变位时使一对腿部与所述对置部之间能够阶段性地抵接，且使一对腿部与所述对置部之间能够阶段性地分离。

7.根据权利要求6所述的物理量传感器，其特征在于，

在一方的所述腿部与所述对置部之间配置有高度高的突起部，在另一方的所述腿部与所述对置部之间配置有高度低的突起部。