JP2001124547A

JP2001124547A - 傾斜センサ

Info

Publication number: JP2001124547A
Application number: JP30930399A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Uehira; 清孝植平
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】異物や水分の侵入を防止し、必要な空隙寸法
を確保することを可能とする。【解決手段】互いに対向して設けられた２枚のケース
１ａ，１ｂに設けた凹部内に相対向するように固定電極
２ａ，２ｂを配設し、この固定電極間２ａ，２ｂに挟ま
れて形成される空隙内に、加速度の印加により固定電極
２ａ，２ｂに近接または離間する可動電極４ｓを含む可
動検出部材４を上記ケース１ａ，１ｂ間に挟持し、上記
固定電極２ａ，２ｂと上記可動電極４ｓとの静電容量の
変化を検出するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車や産業機械等
の傾きを検出するための傾斜センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、傾斜を検知するセンサとしては、
流体を用いたもの、磁性を利用したもの、光学方式、静
電容量を検知するもの等、種々の方式が提案されてい
る。また、傾斜の検出は、基本的に重力加速度を検知す
るものであるので、加速度センサを傾斜センサとして応
用することも行われてきた。

【０００３】静電容量の変化を検知する傾斜センサとし
ては、図１０、図１１に示すようなものが提案されてい
る。図１０、図１１において、１１−１，１１−２は基
板、１２−１，１２−２は固定電極板、１３−１，１３
−２はスペーサ、１４は可動電極板であり、これらは軸
１７により貫通されて、第１の感度変化抑制部材１５−
１，１５−２、及び第２の感度変化抑制部材１６−１，
１６−２を介してナット１８によって軸方向に挟み込ま
れている。可動電極板１４は、薄い金属等で一体に形成
されており、図１１に示すように中央部に軸１７を貫通
する孔とその外周にスリット部１４ａを備えており、こ
のスリット部１４ａの剛性によって外周周辺部が弾性的
に変位するように支持されている。ここで、可動電極板
１４は、中心部を感度変化抑制部材とスペーサを介して
軸１７によって固定されており、その外周周辺部は固定
電極板によって形成される空隙間に、固定電極板と一定
の間隔を持って保持されている。

【０００４】このように構成された傾斜センサにおい
て、図１０の面に平行な方向に加速度が働くと、可動電
極板１４の外周部は、スリット部１４ａによって発生す
る弾性力に抗して固定電極板１２−１，１２−２に接近
または離間し、外周部と固定電極板１２−１，１２−２
の空間距離が変化することで、両者間の静電容量が変化
する。この静電容量の変化を回路で検出することで、セ
ンサに働いた加速度を検知することが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような傾斜センサ
では、可動電極板１４の質量によって加速度を検知して
いるので、小型・薄型化を目指す場合には、静電容量の
変化値は極微少なものとなり、従って、検出精度を高め
るために、固定電極板１２−１，１２−２と可動電極板
１４の間の間隔は可能な限り小さくする必要がある。し
かしながら、上記のように構成された傾斜センサでは、
可動電極板１４の外周周辺部の変位で静電容量変化を検
知しているので、この空隙部へのごみ、ホコリ、異物、
水分等の侵入を防止するためにはケース等で全体をカバ
ーする必要があり、部品点数が増加すると共に、センサ
の厚みが厚くなるという課題があった。また、外周周辺
部の空隙の寸法が中心部で挟まれた感度変化抑制部材１
５−１，１５−２および１６−１，１６−２とスペーサ
１３−１，１３−２の厚み寸法、及び平行度で大きく変
化し、部品精度を確保するためには高価になるという課
題もあった。

【０００６】本発明はこの課題を解決するためのもので
あり、簡素で小型に構成可能で且つ外部からの異物等の
侵入を防止した傾斜センサを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明の傾斜センサは、互いに対向して設置した２
枚のケースに設けた凹部の底面にそれぞれ相対向するよ
うに固定電極を配置し、上記相対向した固定電極間の空
隙内で加速度の印加により上記固定電極に近接または離
間する可動電極を含む可動検出部材を上記ケース間に挟
持するように構成したものである。

【０００８】かかる構成により、上記可動電極は上記ケ
ースで取り囲まれた閉空間内で上記固定電極間において
変位可能であり、上記固定電極との間の静電容量の変化
を検出することができる。よって、構造が簡単で、小
型、軽量で信頼性の高い傾斜センサを実現することがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
互いに対向して設置した２枚のケースと、これらの各ケ
ースに設けた凹部の底面に相対向するようにそれぞれ配
設した固定電極と、上記２枚のケース間に挟持され、上
記相対向した固定電極間の空隙内で加速度の印加により
上記固定電極に近接または離間する可動電極を含む可動
検出部材とを備え、上記可動検出部材は上記ケース間に
挟持される略ロ字状の枠部と、この枠部に片持ち梁状に
設けた弾性部とを含み、この弾性部の先端に設けた上記
可動電極と上記固定電極との間の静電容量の変化を検出
するように構成した傾斜センサであり、上記可動電極と
上記固定電極で構成される静電容量の形成部の空隙をケ
ースにより取り囲み、その空隙への外部からの異物等の
侵入を防止することができるという作用を有する。

【００１０】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１の発明において、上記可動検出部剤の枠部と上記ケー
スとの間に略ロ字状のスペーサを介在した傾斜センサで
あり、静電容量を形成するための空隙の寸法を正確に維
持することができるという作用を有する。

【００１１】請求項３に記載の発明は、互いに対向して
設置した２枚のプリント基板と、これらの各プリント基
板の対向する面上に設けられ、互いに相対向する固定電
極と、上記固定電極間に所定の空隙を形成するように略
ロ字状に形成され、上記プリント基板間に互いに対向し
て設置した、１対のスペーサと、上記１対のスペーサ間
に挟持され、上記相対向した固定電極間の空隙内で加速
度の印加により上記固定電極に近接または離間する可動
電極を含む可動検出部材とを備え、上記可動検出部材は
上記スペーサ間に挟持される略ロ字状の枠部と、この枠
部に片持ち梁状に設けた弾性部とを含み、この弾性部の
先端に設けた上記可動電極と上記固定電極との間の静電
容量の変化を検出するように構成した傾斜センサであ
り、可動電極を含む可動検出部材の枠部をスペーサを介
して挟み込んで固定することで、静電容量の形成用の空
隙を取り囲み、その空隙への外部からの異物等の侵入を
防止するとともに、空隙寸法を正確に維持し、また薄型
が可能であるという作用を有する。

【００１２】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１または３記載の発明において、可動電極の弾性部を複
数個の略Ｕ字型の梁部を蛇行するように連続して形成し
たことを特徴とする傾斜センサであり、弾性部をＵ字型
に構成することによって、静電容量を形成可動電極の撓
み量が大きくなり、同じ撓み量をもつ単純な片持ち構造
に比較して、コンパクトなセンサが実現できるという作
用を有する。

【００１３】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
３記載の発明において、固定電極をプリント基板の金属
パターンで構成したものであり、固定電極をプリント基
板上に一体に形成することにより、固定電極の取り付け
の工数が省略でき、また固定電極の取り付けばらつきに
よる寸法ばらつきが少ないので、センサの精度の向上が
図れる。更に、電極からの信号の取り出しのための配線
等も簡略化でき、低価格でセンサを実現することが可能
となるという作用を有する。

【００１４】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
３に記載の発明において、スペーサを金属シートで形成
し、このスペーサの片面を可動検出部材の枠部に加圧保
持し、反対側の面をプリント基板上に設けられた金属パ
ターンに、同じく加圧接触するように配置したものであ
り、可動電極に信号を印加するためのはんだ付け等の接
続が不要となり、また、リード線が不要であるため、簡
単で低価格なセンサを構成することが可能となるという
作用を有する。

【００１５】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
１または３記載の発明において、可動電極に錘体を設け
たことを特徴とする傾斜センサであり、錘体を設けるこ
とで、加速度に対する静電容量の形成部の変位量を大き
くすることが可能となり、センサの検出精度を向上させ
ることが可能となるという作用を有する。

【００１６】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１または３記載の発明において、表面処理を施したこと
を特徴とする傾斜センサであり、表面に誘電体の薄い膜
を形成することにより、センサの検知感度を向上させる
ことが可能となるという作用を有する。

【００１７】以下、本発明の実施の形態を詳細に説明す
る。

【００１８】（実施の形態１）図１ないし図３は本発明
に係る傾斜センサの第１の実施の形態を示し、図４
（ａ），（ｂ）は同動作説明図である。

【００１９】図１ないし図３において、１ａ，１ｂは絶
縁材よりなるケースであり、その相対する面にそれぞれ
凹部１ａ−１，１ｂ−１を有し、それらの凹部１ａ−
１，１ｂ−１内の底面に相対向して固定電極２ａ，２ｂ
が固着される。３ａ，３ｂは所定の厚みをもったスペー
サであり、上記の固定電極２ａ，２ｂの外周部を取り巻
き、固定電極２ａ，２ｂを囲む略ロ字状の枠状に形成さ
れている。また、４は可動電極４ｓを含む可動検出部材
であり、その外部にスペーサ３ａ，３ｂを介してケース
１ａ，１ｂによって挟み込まれ固定・保持される略ロ字
状の外周枠部４ｗを備え、この外周枠部４ｗから複数本
の板状の梁部よりなる弾性部４ｄを介して固定電極２
ａ，２ｂに相対する位置に材厚方向に揺動可能に弾性保
持される静電容量を形成するための可動電極４ｓを備え
ている。

【００２０】この可動電極４ｓは金属薄板等からなり、
プレス、エッチングなどの加工法で作成される。これら
の部材はビス１０ａ〜１０ｄでケース１ａ，１ｂ間にサ
ンドイッチして固定され、可動電極４ｓはスペーサ３
ａ，３ｂの材厚によって決まる固定電極２ａ，２ｂ間の
空隙内に保持される。

【００２１】上記のように構成された傾斜センサについ
て、その動作を図４（ａ），（ｂ）にしたがって説明す
る。

【００２２】図４（ａ）はセンサが垂直な状態を示し、
図４（ｂ）はセンサが傾いた状態を示している。いま、
図４（ａ）の状態で、センサが傾くと可動電極４ｓは弾
性部４ｄの弾性力に抗してスペーサ３ａ，３ｂによって
固定された外周枠部４ｗを支点に図４（ｂ）のように変
位する。従って、固定電極２ａ，２ｂとの空隙は可動電
極４ｓに働く重力加速度に比例し、弾性力に反比例し
て、Ｇ１からＧ２，Ｇ２´のように変化する。これらの
電極間の静電容量は、空隙の寸法に反比例して変化する
ので、結局傾き量に応じて静電容量が変化することにな
り、この変化を回路部（図示せず）によって、検出する
ことで傾斜量を検知することができる。

【００２３】この時、形成される静電容量は、固定電極
２ａ，２ｂと可動電極４ｓとの空隙寸法に反比例するの
で、検出精度と安定性を高めるためには、出来るだけ中
立状態での空隙量を少なく設定する必要がある。しか
し、空隙量を小さくすると、外部からの微細な異物が侵
入し、可動電極４ｓや固定電極２ａ，２ｂに付着し、こ
れの揺動動作を妨げる恐れが高くなる。また、水分の浸
入、結露により、可動電極４ｓと固定電極２ａ，２ｂが
短絡してしまう可能性もある。

【００２４】本実施の形態１においては、可動電極４ｓ
をスペーサ３ａ，３ｂと外周枠部４ｗで形成したサンド
イッチ構造内部の閉じた空間内に保持することにより、
外部からの異物、水分等の侵入は防止できる。

【００２５】また、初期バラツキを小さくするために
も、この空隙の量は、出来るだけ一定値に形成されるこ
とが望ましいが、上記のように可動電極４ｓをスペーサ
３ａ，３ｂを介して外周枠部４ｗでサンドイッチするこ
とにより内部の可動電極４ｓと固定電極２ａ，２ｂとの
空隙量はスペーサ３ａ，３ｂの厚みによって確実に保持
される。

【００２６】なお、実施の形態１においては、スペーサ
３ａ，３ｂにより固定電極２ａ，２ｂと可動電極４ｓと
の空隙量を確保するようにしたから、ケース１ａ，１ｂ
に設けられる凹部１ａ−１，１ｂ−１の深さを充分に取
ることができる場合にはスペーサ３ａ，３ｂを省略して
も良いことは云うまでもない。

【００２７】（実施の形態２）図５は本発明に係る傾斜
センサの第２の実施の形態における可動電極を含む可動
検出部材を示しており、以下の説明において、図１ない
し図３と同じ部品は同じ番号を付与して説明を省略し、
異なる部分のみ詳述する。

【００２８】図５において、４は可動電極４ｓを含む可
動検出部材であり、スペーサ３ａ，３ｂに挟まれ、固定
保持される外周枠部４ｗと可動電極４ｓを弾性的に保持
する弾性部４ｄを備えている。ここで、弾性部４ｄは、
複数の略Ｕ字形状の梁部を蛇行するように連続して形成
された部分を対称に配設したものであり、その一端部を
外周枠部４ｗに、他端部を可動電極４ｓに接続してい
る。

【００２９】ここで、センサの検知精度は、上記の可動
電極４ｓと固定電極２ａ，２ｂの空隙量の変化が大きい
程良くなる（単位傾き当たりの静電容量変化量が大き
い）ので、弾性部４ｄのばね定数は小さい方が検出精度
は向上する。このためには、弾性部４ｄの外周枠部４ｗ
と接続する部分と、可動電極４ｓに接続する部分のスパ
ンが長い方が有利となる。

【００３０】しかしながら、このスパンを片持ち梁で長
くとると、センサ自体の大きさが大きくなり、小型化が
難しくなる。

【００３１】上記の第２の実施の形態によれば、弾性部
４ｄを複数の略Ｕ字状の梁部を蛇行するように形成した
ため、上記のスパンを長くとることが可能になり、また
同時に略Ｕ字部の半円弧部に対して、捩りモーメントが
発生するため、この部分の捩りによる回転変位分も加わ
って、少ない空間で大きな変位量を得ることが出来る。
したがって、センサ自体の小型化が可能となる。

【００３２】（実施の形態３）図６は本発明に係る傾斜
センサの第３の実施の形態を示しており、第１の実施の
形態と異なるところはケース１ａ，１ｂに代えてプリン
ト基板を使用したことである。

【００３３】図６において、５ａ，５ｂはプリント基板
であり、可動電極４ｓに相対する位置に金属パターン６
ａ，６ｂからなる固定電極を形成してある。したがっ
て、前述の実施の形態１のように、薄い金属板等で形成
された固定電極をケースに位置決め固着する必要がな
く、また、固定電極からの信号の引き出しもパターンで
配線して取り出すことが可能であるので、センサを製造
する際の作業が簡素化され、部品点数も削減できるの
で、製造時のばらつきを削減できると同時に、廉価なセ
ンサを提供することが可能となる。

【００３４】（実施の形態４）図７は本発明に係る傾斜
センサの第４の実施の形態を示しており、第２の実施の
形態と異なるところは、スペーサとして導電性を示す金
属材料を使用したことである。

【００３５】図７において、３ａ，３ｂは金属材料より
なるスペーサであり、金属シートをエッチング、プレス
等で加工して作成される。また、５ａ，５ｂはプリント
基板であり、そのスペーサ３ａ，３ｂ側にはスペーサ３
ａ，３ｂの略ロ字状の枠部３ｗ，３ｗ−１に相当する位
置に取り出し電極７ａ，７ｂのためのパターンが形成さ
れている。このようなスペーサ３ａ，３ｂおよびプリン
ト基板５ａ，５ｂを用いて、可動電極４ｓを両側からサ
ンドイッチして取り出し電極７ａ，７ｂがスペーサ３
ａ，３ｂを介して、可動電極４ｓに電気的に導通するよ
うに加圧接触させてセンサを構成する。

【００３６】このようにセンサを構成することによっ
て、可動電極４ｓに信号を印加する時にも、可動電極４
ｓからリード線、はんだ付け等の作業により、信号を取
り出すための配線作業を施すことが不要となり、製造の
作業の簡素化が可能になる。また、部品形状も簡単にな
るので、製品の低価格化が実現できる。また、はんだ付
け等の作業にまつわる信頼性の向上を図ることができ
る。

【００３７】（実施の形態５）図８は本発明に係る傾斜
センサの第５の実施の形態を示しており、第３の実施の
形態と異なるところは可動電極４ｓに別部品で形成され
た錘体８がカシメ、接着、融着等の工法を用いて固着さ
れていることである。

【００３８】このように可動電極４ｓの質量を錘体８の
付加によって増加させることにより、同一の弾性部を有
する可動電極であっても、同じ加速度や重力が加わった
場合の変位量を増加させることが可能となり、センサの
検出感度を向上させることができる。

【００３９】なお、本実施の形態５においては、別設の
錘体８により質量を付加したが、他に可動電極４ｓに薄
膜を形成して質量を付加してもよい。すなわち、この薄
膜に比重の大きな金属物質を用いた場合には、可動電極
４ｓの質量を適宜増加させることが可能となり、先に述
べた錘体８を取り付けた例と同様の効果が得られる。こ
の場合、金属物質の付着は、メッキ等の工法で実施する
ことができる。

【００４０】（実施の形態６）図９は本発明に係る傾斜
センサの第６の実施の形態を示しており、第３の実施の
形態と異なるところは、可動電極４ｓに誘電率の大きい
物質からなる誘電体膜９ａ，９ｂが塗布されていること
である。

【００４１】したがって、可動電極４ｓと固定電極２
ａ，２ｂの間隙量が同じであっても、キャパシタンスは
大きくとれるので、センサの感度の向上が図れる。

【００４２】ここで、本実施の形態６では、可動電極側
に誘電体膜９ａ，９ｂを塗布したが、可動電極４ｓに対
向した固定電極２ａ，２ｂの面に誘電物質を塗布して
も、あるいは、両方に塗布を施しても同様の効果が得ら
れることは云うまでもない。

【００４３】なお、実施の形態３〜６において、可動検
出部材４として実施の形態２に示すものを使用しても良
いことは云うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明の傾斜センサは、１
対のケースまたはプリント基板で構成される閉じた空間
内に、１対の固定電極と、それらの固定電極間に加速度
の印加により固定電極に近接または離間する可動電極と
を封止したので、構造が簡素で、異物・水分の侵入を防
ぎ、小型・薄型の傾斜センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る傾斜センサの第１の実施の形態を
示す組立斜視図

【図２】同センサの要部の透視図

【図３】同センサの要部断面図

【図４】（ａ），（ｂ）同センサの動作説明図

【図５】本発明に係る傾斜センサの第２の実施の形態に
おける可動検出部材を示す斜視図

【図６】本発明に係る傾斜センサの第３の実施の形態を
示す組立斜視図

【図７】本発明に係る傾斜センサの第４の実施の形態を
示す組立斜視図

【図８】本発明に係る傾斜センサの第５の実施の形態を
示す組立斜視図

【図９】本発明に係る傾斜センサの第６の実施の形態を
示す断面図

【図１０】従来の傾斜センサを示す要部断面図

【図１１】同センサ可動電極を示す斜視図

【符号の説明】

１ａ，１ｂケース１ａ−１，１ｂ−１凹部２ａ，２ｂ固定電極３ａ，３ｂスペーサ４可動検出部材４ｄ弾性部４ｓ可動電極４ｗ外周枠部５ａ，５ｂプリント基板６ａ，６ｂ金属パターン７ａ，７ｂ取り出し電極８錘体９ａ，９ｂ誘電体膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向して設置した２枚のケース
と、これらの各ケースに設けた凹部の底面に相対向する
ようにそれぞれ配設した固定電極と、上記２枚のケース
間に挟持され、上記相対向した固定電極間の空隙内で加
速度の印加により上記固定電極に近接または離間する可
動電極を含む可動検出部材とを備え、上記可動検出部材
は上記ケース間に挟持される略ロ字状の枠部と、この枠
部に片持ち梁状に設けた弾性部とを含み、この弾性部の
先端に設けた上記可動電極と上記固定電極との間の静電
容量の変化を検出するように構成した傾斜センサ。
【請求項２】上記可動検出部材の枠部と上記ケースと
の間に略ロ字状のスペーサを介在した請求項１記載の傾
斜センサ。
【請求項３】互いに対向して設置した２枚のプリント
基板と、これらの各プリント基板の対向する面上に設け
られ、互いに相対向する固定電極と、上記固定電極間に
所定の空隙を形成するように略ロ字状に形成され、上記
プリント基板間に互いに対向して設置した、１対のスペ
ーサと、上記１対のスペーサ間に挟持され、上記相対向
した固定電極間の空隙内で加速度の印加により上記固定
電極に近接または離間する可動電極を含む可動検出部材
とを備え、上記可動検出部材は上記スペーサ間に挟持さ
れる略ロ字状の枠部と、この枠部に片持ち梁状に設けた
弾性部とを含み、上記弾性部の先端に設けた上記可動電
極と上記固定電極との間の静電容量の変化を検出するよ
うに構成した傾斜センサ。
【請求項４】上記弾性部は、複数個の略Ｕ字型の梁部
を蛇行するように連続して形成したことを特徴とする請
求項１または３記載の傾斜センサ。
【請求項５】上記可動電極に対向する位置にある固定
電極は、プリント基板上の金属パターンで構成したこと
を特徴とする請求項３記載の傾斜センサ。
【請求項６】上記スペーサを金属シートで形成し、こ
のスペーサの片面を可動検出部材の枠部に加圧保持し、
反対側の面をプリント基板上に設けられた取り出し電極
用の金属パターンに同じく加圧接触するように配置した
請求項３記載の傾斜センサ。
【請求項７】上記可動電極に錘体を設けたことを特徴
とする請求項１または３記載の傾斜センサ。
【請求項８】上記可動電極に表面処理を施したことを
特徴とする請求項１または３記載の傾斜センサ。