JP2004093226A

JP2004093226A - Capacitance type sensor

Info

Publication number: JP2004093226A
Application number: JP2002251915A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Ishiguro; 石黒　克之; Taiichi Ono; 小野　泰一; Kazuo Hasegawa; 長谷川　和男
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the shock resistance of a capacitance type sensor, without requiring a high assembling precision, etc. <P>SOLUTION: The capacitance type sensor is provided with a fixed substrate 1 on which fixed electrodes 1a are formed, a movable part 3d which has movable electrodes counterposed to the fixed electrodes 1a with gaps and is swayable with respect to the fixed substrate 1, a weight 4 arranged in the movable part 3d, and a stopper 8 which is arranged on the opposite side to the fixed substrate 1 side of the movable part 3d, touches the movable part 3d and regulates the movement exceeding a predetermined range of the movable part 3d. At least one kind of electrodes out of the movable electrodes and the fixed electrodes 1a are composed of two or more electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量式センサに関し、特に、耐衝撃性を高めたセンサ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量の変化を利用した静電容量式のセンサとしては、例えば、マイクロメカニクスによる傾斜センサが知られている。このセンサは、対向配置された一対の電極を備え、一方の電極は固定基板上に設けられるとともに、他方の電極は可撓基板に設けられている。また、この可撓基板には重りが取り付けられており、センサが傾斜した際に、この重りが可撓基板を歪ませ、上記電極間の静電容量を変化させるようになっている。そして、この容量変化を測定することで傾斜が検出される。
また、このようなセンサでは、落下等により大きな衝撃を受けた際、重りが可撓基板を大きく撓ませて塑性変形を生じさせる虞があるため、重りの周囲に微小な隙間を保って配置される筒部材からなるストッパを設けている。そして、このような筒状のストッパにより重りの可動可能な方向全てについての動きを規制することで、必要以上の重りの衝撃を防止するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように揺動の規制量を重りと筒部材との微小なクリアランスによって定める場合、重りとストッパとに対して厳しい部品精度や組み立て精度が要求される。このため、歩留まりの低下によって高コスト要因となる虞がある。また、センサ感度を変更するため大きさや形状の異なる重りを可撓基板に取り付けた場合、この重りの形状に合わせて新たにストッパをつくり直す必要があり、更にコスト高となる虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、高い組み立て精度等を必要とすることなくセンサの耐衝撃性を高められるようにした、静電容量式センサを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係わる静電容量式センサは、固定電極が形成された固定基板と、前記固定電極とギャップを存して対向配置された可動電極を有し前記固定基板に対して揺動可能な可動部と、前記可動部に設けられた重りと、前記可動部の前記固定基板側と反対側に設けられ、前記可動部と当接して前記可動部の所定範囲以上の動きを規制しうるストッパとを備え、前記可動電極と前記固定電極との少なくとも一方が複数設けられたことを特徴としている。
本構成によれば、衝撃等により重りに過大な力が加わった場合に、重りの動きを規制するのではなく直接可動部の揺動等の動きをストッパで規制しているため、重りと筒部材との微小なクリアランスによって重りの動きを規制する従来のものに比べて、重りとストッパとの組み立て精度をラフにでき、生産性を高めることができる。
【０００５】
このとき、前記ストッパを、前記可動部の前記固定基板側と反対側に対向配置された板材から構成してもよい。本構成によれば、可動部が大きく動いたときにこの可動部が板面にぶつかり、その動きが規制される。このようにストッパを可動部に対向する面によって規制することで、規制機能をより効果的に発揮することができる。また、ストッパの構造が単純なため、部品精度を高めることが容易となる。さらに、重りの大きさや形状の変更に合わせてストッパをつくり直す必要がないため、要求感度に応じて重りを設計変更する際に容易に対応できる。
【０００６】
また、前記可動部が板状をなすとともに、前記可動部と前記ストッパとをスペーサにより間隔を隔てて対向配置してもよい。本構成によれば、可動部とストッパとのクリアランスをスペーサの厚みにより正確に定めることができる。この際、前記スペーサと前記ストッパとを一体に構成してもよい。これにより、部品点数が減り、コストを低減することができる。
【０００７】
また、前記可動部を、前記重りの取り付け位置の周囲に設けられたスリットを有する金属板とし、前記スリットを、前記ストッパに形成されて前記重りを挿通させる孔部の外側に配置してもよい。
本構成によれば、可動部をスリットが形成された金属板で構成しているので、強度を持たせつつ揺動動作を行いやすくできる。また、このスリットがストッパの孔部の外側に位置しているため、スリットが孔部に引っかかる等して損傷することはない。さらに、可動部を可動電極として機能させることができるため、可動電極を可動部に形成する工程を省略できる利点もある。
【０００８】
なお、前記ストッパを絶縁部材により構成してもよい。また、前記ストッパを導電部材により構成し、前記ストッパと前記可動電極とが導通されるようにしてもよい。本構成によれば、ストッパと可動電極との間で静電容量が生じず、可動電極と固定電極との間で検出される静電容量に影響を与えることはない。また、不所望な外力により可動部が大きく動いて、可動電極がストッパに当接した場合にも、異常な信号が検出されることはない。
【０００９】
さらに、前記固定電極上に絶縁層を設けてもよい。本構成によれば、不所望な外力によって可動部が大きく揺動して固定基板に当接した場合にも、この絶縁層により可動電極と固定電極とが直接接触することはなく、異常な信号は検出されない。
【００１０】
また、少なくとも前記ストッパ，可動部，固定基板の周囲がカバーによって覆われるとともに、前記カバーによって前記ストッパが前記固定基板に向けて押し付けられるようにしてもよい。本構成によれば、カバーにより、防塵、防滴及び取扱上の不注意からセンサを保護することができる。また、カバーをセンサに取り付けることによってストッパが固定されるため、ストッパを固定するための接着剤が不要となる。このため、ストッパと可動部との間のクリアランスをより精度良くできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わる第１の実施形態の静電容量式センサについて、図１〜図８に基づいて説明する。図１は本実施形態のセンサを分解した斜視図、図２はその全体構成を示す概略断面図、図３はその要部を構成する支持板の拡大図、図４〜図８はいずれもその基板の構成を示す図である。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の厚みや寸法の比率等は適宜異ならせてある。
【００１２】
本実施形態の静電容量式センサは、図２に示すように、基板１の上面１１Ｓ側に電気信号を検出するための検出部Ｋを備え、基板１の下面１３Ｒ側に検出部Ｋから検出された電気信号を処理する処理回路１ｃを備えて構成されている。本実施形態では、検出部Ｋはセンサの傾斜を静電容量変化として検出する静電容量式の傾斜検出部Ｋとして構成され、基板１の上面１１Ｓ上に形成された複数の容量検出用の電極１ａと、これらの電極１ａに対向する支持板３と、この支持板３にひねり変形を加えるための重り４とを備えて構成されている。
【００１３】
基板１の本体はセラミック又はエポキシ樹脂積層板からなり、その表面には電極（固定電極）１ａが碁盤目状に複数（図１では四つ）形成されるとともに、基板１外周部には、これら四つの電極１ａを囲むように枠状の電極１ｄが形成されている。このように、電極１ａを４つ設けているのは、いずれかの方向に全体が傾いた時、支持板３と特定の電極１ａとの間隔が広がり（つまり静電容量は減少し）、一方、平面視してそれに対向する電極１ａと支持板３との間隔は狭くなり（つまり静電容量は増加する）、それらの差動信号により傾斜方向とその程度を求めることができる様にするためである。
【００１４】
基板１の中央部には凸部（支持突起）１ｂが一体に設けられている。基板１の上には外周に沿った枠状の導電性のスぺーサ２（ギャップ保持手段）が電極（固定電極）１ｄに重ねて設置されている。スペーサ２は、凸部１ｂと共に後述のジンバル構造の支持板３と基板１との間隔を一定に保持して支持板３の一部が揺動できる空間を作るとともに、処理回路１ｃと可動部３ｄとを導通させるための導通手段として設けられている。
【００１５】
スペーサ２の上には、可撓性を有する板材としての支持板３が積層されている。この支持板３は例えば５０μｍ程度の厚さのステンレスプレート等の薄い金属の単板（平板）から形成され、支持板３の外周部分が支持部３ａとされ、スペーサ２に密着して支持されている。支持部３ａは、図３に示すように、略矩形枠状にされており、その対向する一対の辺の内周中央に、内側に向かう一対の第１の軸部（第１の連結部）３ｃが設けられている。一対の第１の軸部３ｃの他端（内側の端部）は、中間部３ｂにつながっている。中間部３ｂは傾斜により一対の第１の軸部３ｃがひねり変形する事により、その軸線回りに揺動できるようになっている。
【００１６】
中間部３ｂの形状も略矩形枠状であり、その内周には一対の第１の軸部３ｃに直交する位置に、互いに対向する位置に一対の第２の軸部（第２の連結部）３ｅが設けられている。一対の第２の軸部３ｅの他端（内側の端部）は、可動部３ｄにつながっている。この可動部３ｄは、第２の軸部３ｅがひねり変形する事により、その軸線回りに揺動できると同時に、中間部３ｂが軸部３ｃの軸回りに揺動することで、第１の軸部３ｃの軸線回りにも揺動できるようになっている。
【００１７】
本実施形態の支持板３では、支持部３ａ、中間部３ｂ、第１の軸部３ｃ、可動部３ｄ、第２の軸部３ｅは全て一枚の金属板に溝孔（スリット）を設ける事で形成している。そのため加工も容易で、又精度も出しやすい。すなわち、支持部３ａと中間部３ｂとは第１の軸部３ｃを除く位置に設けられた平面視コ字形の第１のスリット３１により分離され、中間部３ｂと可動部３ｄとは第２の軸部３ｅを除く位置に設けられた平面視コ字形の第２のスリット３２により分離されている。また、可動部３ｄは金属の板材にて構成されるため、可動部３ｄは本発明の可動電極としても機能する。
【００１８】
また、本支持板３では、ひねりによって軸部３ｃ，３ｅが塑性変形しないように、第１のスリット３１の両端部及び第２のスリット３２の両端部に、それぞれ支持部３ａ側及び可動部３ｄ側に突出するような食込み部３１ａ，３２ａを形成し、軸部３ｃ，３ｅが塑性変形防止に必要な一定以上の長さとなるようにしている。このような食込み部３１ａ，３２ａは中間部３ｂ側には形成されておらず、軸部３ｃ，軸部３ｅがそれぞれ支持部３ａ側，可動部３ｄ側にのみ食い込むように構成されている。
【００１９】
これは、例えば食込み部３１ａ，３２ａを中間部３ｂ側に形成した場合、中間部３ｂがこのような食込み部によって一部細くなり、この細くなった部分にひねりによる応力が集中して中間部３ｂが塑性変形する虞があるためである。このような応力集中は、中間部３ｂの枠の太さが局所的に細くなる部位に生じ易い。そのため、ひねり力が中間部３ｂ全体に分散されるように、中間部３ｂ側に食込み部を設けずに中間部３ｂの枠の太さを略一定とした。
【００２０】
可動部３ｄの基板１と反対側の面の中央部には、接着，電気溶接，レーザースポット溶接，カシメ等の方法によって取り付けられた重り４が搭載されている。重り４の重心は前記第１の軸部３ｃ、第２の軸部３ｅの軸線のいずれからも鉛直方向に偏心している（即ち、重り４の重心位置は支持板３の重心位置より高くなっている）。そのため、センサを傾けると、その方向によってどちらか又は両方の軸線に対してモーメントが発生する。それにより、第１の軸部３ｃ、第２の軸部３ｅがひねり変形され、可動部３ｄと４つの電極１ａの各々との間隔が変化するようになっている。
【００２１】
なお、重り４は、図２に示すように、底部（下部）４ａが本体部である頭部（上部）４Ａよりも細い断面Ｔ字状の形状を有しており、底部４ａの太さと頭部４Ａの太さとが同一のものに比べて重心位置がより高くなっている。これにより、重り４の質量が同じ場合に、重り４の質量と重心位置との積で表されるモーメントが大きくなり、傾斜に対する感度を高めることができるようになっている。
【００２２】
又、可動部３ｄの下面には、前記凸部（ギャップ保持手段）１ｂが突き当てられており、電極１ａと可動部３ｄとの間隔（ギャップ）ｇを一定に保持するとともに、下向きの並進加速度（重力など）の影響をキャンセルできるようになっている。つまり、凸部１ｂを設けない場合、可動部３ｄは重り４の重さによって基板１側に若干撓み、可動電極としての可動部３ｄと電極１ａとの間の静電容量にはこの撓みによる静電容量の増分がオフセットとして含まれてしまう。このオフセットはセンサの傾きが小さい場合には大きく、逆にセンサが垂直に近い場合には、このような撓みが少なくなるため小さくなる。
【００２３】
その結果、静電容量は重り４のモーメントに対して直線的に変化せず、このような静電容量からセンサの傾斜角を求める場合には撓みによる可動部３ｄの鉛直方向の変位を補正する演算が必要となる。このため、可動部３ｄを凸部１ｂによって下面側から支持してこのような撓みを防止することで、静電容量をモーメントに対して直線的に変化させ、演算を単純化しているのである。
【００２４】
さらに、センサを極端に傾ける事が無い限り、重り４の重さが第１の軸部３ｃ、第２の軸部３ｅに直接掛からない。よって、重り４の重さの割に第１の軸部３ｃ、第２の軸部３ｅを細くしても永久変形しにくいため、耐衝撃性を維持したまま軸部３ｃ，３ｅを細くできる。当然、２つの軸部は細い程、剛性が低いため、傾斜によるモーメントに対して敏感に変形し、高精度な検出が出来る様になる。
【００２５】
また、凸部１ｂの高さは支持部３ａを載置するスペーサ２の厚みよりも若干高く（或いは、スペーサ２の厚みが凸部１ｂの高さよりも若干薄く）なっており、可動部３ｄは支持部３ａよりも基板１から離され、可動部３ｄは凸部１ｂにより基板１と反対側に付勢されるようになっている。この付勢力の大きさは、凸部１ｂの高さとスペーサ２の厚みの差で決まるため、例えば、凸部１ｂによってギャップｇが定められた場合には、スペーサ２の厚みを調節することで付勢力が最適に設定される。
【００２６】
支持部３ａの上には、導電性の枠状の固定板（スペーサ）５が積層されており、全外周に亘って薄い支持板３を均一にスペーサ２側に押し付けて固定している。そして、固定板５の上には、支持板３の必要以上の撓みを規制する規制手段としての平板状のストッパ８が積層されており、固定板５は支持板３とストッパ８との間に挟持された状態となっている。このストッパ８は、支持板３よりも厚く剛性の高い導電性の板材（例えばステンレス等の金属板）からなり、固定板５により正確に定められるギャップを介して支持板３に対向配置されている。そして、落下等によりセンサに不所望な外力が作用して支持板３が大きく撓んだ場合、中間部３ｂや可動部３ｄがこのストッパ８の下面にぶつかることで、揺動等の動きが規制されるようになっている。
【００２７】
なお、固定板５はリン青銅板やステンレス板等の平板状の金属板材にて形成されている。金属板材は板厚等の寸法精度が高いため、固定板５の部材として金属板材を用いることで、支持板３とストッパ８とのクリアランスを精度良く定めることができる。また、固定板５は導電性を有するため、固定板５を介して金属板からなる支持板３とストッパ８とを導通させて、両者を常に同電位に保つことができる。これにより、不所望な外力により可動部３ｄ等がストッパ８に当接したとしても、可動部３ｄと電極１ａとによって構成される信号検出用コンデンサから検出される信号に影響を及ぼす虞はない。
【００２８】
また、ストッパ８の中央部には、重り４を挿通させるための貫通穴（孔部）８ａが設けられており、この穴８ａは平面視で支持板３に形成されたスリット３２の内側に配置され（即ち、可動部３ｄの外周部は穴８ａの外側に配置され）ている。これにより、可動部３ｄが不所望な外力により大きく揺動した際に、その外周部が穴８ａの内周を乗り越えて引っかかる等して支持板３が損傷しないように構成されている。
【００２９】
なお、支持板３の撓みは支持板３と微小間隔をあけて対向配置された基板１によっても補助的に規制されるようになっている。この際、基板１上の電極１ａと可動部３ｄとが接触して異常信号が発生しないように、電極１ａの外周端部は、可動部３ｄの外周端部が揺動により基板１と接触する位置よりも内側に配置されている。
【００３０】
ストッパ８の上には絶縁性のスペーサ９を介して金属製（導電性）のカバー６が被着されている。これは、防塵、防滴、センサ周辺の帯電物による容量ドリフト、ノイズ及び取扱上の不注意からセンサを保護するためのものである。なお、スペーサ９によってカバー６と導電性のストッパ８とが接することはなく、両者の絶縁をとっている。
【００３１】
このカバー６は、円筒型の頭部６ｂと、その周辺部に広がるフランジ部６ａと、外周部の舌状の突部６ｃとからなり、そのフランジ部６ａによって固定板５を均一に押し付けた状態で外周部の突部６ｃの先端を基板１の裏面側に折り曲げてカシメることで、カバー６が基板１に固定されている。このようにカバー６のフランジ部６ａによってスペーサ２，支持板３，固定板５，ストッパ８，スペーサ９を基板１に対して押し付けて固定（挟持）することで、各部材の間に接着剤を設ける必要がなく、ストッパ８と支持板３（可動部３ｄ）との間隔のばらつきを抑えられる等、組み立て精度を高めることができるようになっている。
【００３２】
また、フランジ部６ａと基板１の外周部との間にはパッキン７を介装し、カバー６の内部への異物，フラックス，水分等の侵入を防止できるように構成されている。
なお、図１に示すように、スペーサ９の下面には複数の突起９ａが設けられている。この突起９ａはストッパ８，固定板５，支持板３，スペーサ２の各部材に対応して形成された位置決め用の孔を挿通して、基板１に設けられた凹部（孔部）１ｈに嵌め込まれており、これにより、各部材が精度良く位置決めされるようになっている。
【００３３】
また、突部６ｃの当接する基板１裏面側にはグランドパターン（金属面）１３ｆが形成されており（図７参照）、このグランドパターン１３ｆを介してカバー６を接地することで外部ノイズ等の影響を排除できるようになっている。特に、カバー６の形状を、前記可動部３ｄの中心を垂直に通る軸線に対して対称にしておくことで、静電容量の余計な初期オフセットを発生させずに済む。本実施形態のカバー６では、電極１ａに対して単に一部が凸状の形状となっているが、これに限られない事は言うまでもない。
【００３４】
ところで、基板１はセラミックス又はエポキシ樹脂等からなる絶縁性の板材１１〜１４の積層体として構成された多層配線基板（リジッド基板）であり、各板材１１〜１３の上面１１Ｓ〜１３Ｓ及び板材１３，板材１４の下面１３Ｒ，１４Ｒはそれぞれ検出電極層，グランド層，電源層，チップ実装面，接続電極面として構成されている。
基板１の上面（即ち、板材１１の上面）としての検出電極層１１Ｓには、図４に示すように、その中央部に四つの電極１ａが例えば、Ａｇ（銀）のパターン印刷により碁盤目状に形成されている。また、検出電極層１１Ｓの外周部には、スペーサ２と導通される電極１ｄが矩形枠状に形成されている。
【００３５】
また、電極１ａ及び電極１ｄはそれぞれ検出電極層１１Ｓからチップ実装面１３Ｒまで貫通するスルーホール電極Ｈ１，Ｈ２によってチップ実装面１３Ｒ上の端子１３ａ，１３ｂに接続されている（図４〜７参照）。このスルーホール電極Ｈ１，Ｈ２はレーザー加工やプレス加工等の方法で形成した細孔の内側にスクリーン印刷法により銀ペーストを充填して、これを焼成させることにより導電部を形成したもので、各電極１ａ，１ｄはこのスルーホール電極Ｈ１，Ｈ２を介して端子１３ａ，１３ｂまで略最短距離で接続され、電気的な外乱の影響をほとんど受けることなく検出信号や駆動信号等の電気信号を処理回路１ｃと入出力できるようになっている。
【００３６】
グランド層１２Ｓは、支持板３からの駆動信号が電極１ａを介さずに処理回路１ｃに侵入するのを防ぐとともに、基板１の外部（検出部Ｋにおいては基板１の下面側、処理回路１ｃにおいては基板１の上面側）から入るノイズをカットするノイズシールドとして機能し、図５に示すように、スルーホール電極Ｈ１，Ｈ２部分と板材１２の外周縁部とを除く略全面がＡｇ等の金属面（導電面）１２ｆとして構成されている。また、この金属面１２ｆは、図５に示すグランド層１２Ｓから図７に示すチップ実装面１３Ｒまで貫通する複数のスルーホール電極Ｈ３によってチップ実装面１３Ｒ上のグランドパターン１３ｆと導通して、端子１３ｄと接続されるとともに、基板１の側面に形成された取り出し電極１４２を介して接地されるようになっている（図７参照）。なお、スルーホール電極Ｈ３を複数としているのは、グランドパターンとしての金属面１２ｆを均一なグランド電位とするためである。
【００３７】
また、支持板３と電極１ａとにより構成される信号検出用コンデンサとの容量結合を抑えるために、グランド層１２Ｓと検出電極層１１Ｓとは十分離間されており、例えば板材１１には厚さ０．４ｍｍ程度のものが用いられている。なお、この板材１１の厚さは０．３ｍｍ以上とすることが好ましく、これにより、検出部Ｋとの容量結合を効果的に防止することができる。
【００３８】
電源層１３Ｓはグランド層１２Ｓとともにバイパスコンデンサとして機能し、図６に示すように、スルーホール電極Ｈ１〜Ｈ３部分と板材１３の外周縁部を除く略全面がＡｇ等の金属面（導電面）１３ｇとして構成されている。また、この金属面１３ｇは電源層１３Ｓからチップ実装面１３Ｒまで貫通するスルーホール電極Ｈ４によってチップ実装面１３Ｒ上の端子１３ｃと接続されているとともに（図７参照）、基板１の側面に形成された取り出し電極１４１を介して電源電位に設定されるようになっている。
【００３９】
また、グランド層１２Ｓが基板１の上面（検出電極層）１１Ｓよりも電源層１３Ｓ寄りとなって、電源層１３Ｓとグランド層１２Ｓとは近接して配置されており、例えば、板材１２には厚さ０．１ｍｍ程度の薄材が用いられている。これにより、グランド層１２Ｓと電源層１３Ｓとによりバイパスコンデンサが形成され、別途コンデンサを設ける必要がないため、センサの構造を更に簡素化できるようになっている。なお、この板材１２の厚さは０．２ｍｍ以下とすることが好ましく、これにより、上述のようなバイパスコンデンサの機能を十分発揮することができる。
【００４０】
さらに、グランド層１２Ｓよりもノイズの影響を受けやすい電源層１３Ｓと処理回路１ｃとの容量結合を抑えるために、金属面１３ｇでは、処理回路１ｃの搭載位置に対応する中央部分の金属パターンが抜かれて空白部１３Ｆとされている。
【００４１】
チップ実装面１３Ｒには、図７に示すように、検出部Ｋと処理回路１ｃとをつなぐ信号線用として、スルーホール電極Ｈ１，Ｈ２と端子（パッド）１３ａ，１３ｂとをそれぞれ接続する短い引き回し配線が形成されるとともに、処理回路１ｃから図示しない外部装置への出力用として、端子（パッド）１３３〜１３６と取り出し電極１４３〜１４６とをそれぞれ接続する引き回し配線が形成されている。また、外部ノイズをカットするために、スルーホール電極Ｈ１〜Ｈ４部分とこれらの引き回し配線以外の領域には接地されるグランドパターンとして機能するＡｇ等の金属面１３ｆが形成されている。
【００４２】
また、上記電源層１３Ｓとグランド層１２Ｓとにより構成されるバイパスコンデンサとの容量結合を抑えるために、電源層１３Ｓとチップ実装面１３Ｒとは十分離間されており、例えば板材１３には厚さ０．２ｍｍ程度であって、板材１２よりも厚いものが用いられている。なお、この板材１３の厚さは０．１５ｍｍ以上とすることが好ましく、これにより、処理回路１ｃと検出部Ｋ或いは処理回路１ｃと上記バイパスコンデンサとの容量結合を効果的に防止することができる。
【００４３】
接続電極面１４Ｒには、図８に示すように、六つの外部接続電極１４ａ〜１４ｆが形成され、それぞれ基板１の側面に設けられた取り出し電極１４１〜１４６に接続されている。そして、接続電極面１４Ｒを外部の実装回路基板ＰＣＢに半田付け等で実装することで、静電容量式センサが外部接続電極１４ａ〜１４ｆを介して図示しない外部装置に接続されるようになっている。そして、外部接続電極１４ｂを介してカバー６やグランド層１２Ｓ（グランドパターンたる金属面１２ｆ）が接地されるとともに、外部接続電極１４ａを介して外部装置から電源層１３Ｓ（金属面１３ｇ）に電源が供給されて、外部接続電極１４ｃ〜１４ｆを介して処理回路１ｃの処理結果が外部装置に出力されるようになっている。
【００４４】
なお、板材１４には、処理回路１ｃを収納するための貫通孔からなる収納凹部１４ｇが中央部に形成されており、接続電極面１４Ｒを実装回路基板に表面実装できるように、すなわち、処理回路１ｃが接続電極面１４Ｒから突出しないように、板材１４の板厚が設定されている。
また、板材１４には、カバー６の突部６ｃを取り付けるための切り欠き部１４ｈが対向する側面に形成されており、この切り欠き部１４ｈによって、チップ実装面１３Ｒのグランドパターン１３ｆの一部が露出している。そして、切り欠き部１４ｈ内のグランドパターン１３ｆ上に突部６ｃの先端がカシメ付けられることにより、カバー６とグランドパターン１３ｆとが導通状態となる。
【００４５】
処理回路１ｃは、基板１裏面側のチップ実装面１３Ｒに搭載されており、チップ実装面１３Ｒ内の信号検出用の端子１３ａ，１３ｂ、電源用の端子１３ｃ、グランド用の端子１３ｄ及び信号出力用の端子１３３〜１３６と処理回路１ｃの複数のアルミニウム製の端子３００ａとがそれぞれ金バンプ３１０で接続されている。そして、駆動用の端子１３ｂを介して支持板３に駆動信号が加えられ、この支持板３と対向配置された電極１ａにより検出された電圧等の電気信号が検出用の端子１３ａを介して処理回路１ｃに入力され、該電気信号により信号検出用コンデンサの容量変化を求めている。
【００４６】
この支持板３の可動部３ｄと電極１ａとで構成される信号検出用コンデンサは４つあり、これら４つのコンデンサの容量変化に基づいて静電容量式センサの傾斜方向及び傾斜量を算出するようになっている。また、この算出結果は信号出力用の端子１３３〜１３６及び外部接続電極１４ｃ〜１４ｆを介して外部装置に出力されるようになっている。
なお、接合性を向上させるために、端子（パッド）１３ａ〜１３ｄ，１３３〜１３６及び端子３００ａには金メッキが施されていることが望ましい。
【００４７】
ここで、本実施形態において、処理回路１ｃは集積回路のベアチップにて構成されている。このベアチップは、シリコン等の半導体からなるサブストレート（半導体基材）３００ｂの一面の中央部に熱拡散法やイオン注入法等の手法により拡散層と呼ばれる回路部３００ｃが形成されたものである。そして、回路部（拡散層）３００ｃを含むベアチップ（処理回路）１ｃの一面（図１においては上面）は、ほぼ全域がＳｉＯ２（酸化ケイ素）等の絶縁膜（図示せず）によって覆われており、この絶縁膜上に複数の端子３００ａと一端がそれぞれ導通する複数のＡｌ（アルミニウム）パターン（図示せず）が形成されている。なお、回路部３００ｃ上に位置する上記絶縁膜には、所定の位置に複数の微小な貫通孔（スルーホール）が設けられており、この貫通孔を介して回路部３００ｃの所定箇所が上記Ａｌパターンと導通されている。
【００４８】
また、グランド用の端子（パッド）１３ｄとバンプ接続される端子３００ａに導通するＡｌパターンは、サブストレート３００ｂ上に位置する上記絶縁膜の図示しない微小孔を介してサブストレート３００ｂと接続されている。これにより、サブストレート３００ｂは、Ａｌパターン，グランド用の端子３００ａ，金バンプ３１０，パッド１３ｄ，スルーホール電極Ｈ３等を介して基板１のグランドパターンである金属面１２ｆ（グランド層）と導通状態となっている。したがって、回路部３００ｃは、下面と周囲が接地されるサブストレート３００ｂによって囲まれ、上面側にはグランド層１２Ｓが存在するため、ほぼ完全にシールドされた構造をとることとなり、外部からのノイズの影響をほとんど受けることはない。
【００４９】
また、補強のために、処理回路（ベアチップ）１ｃとチップ実装面１３Ｒとをエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂３２０により接着し一体化させている。具体的には、処理回路１ｃの搭載面となるチップ実装面１３Ｒを上にしてパッドに囲まれた部分に液状のエポキシ樹脂３２０をディスペンサ等で塗布し、処理回路１ｃの回路部３００ｃ形成面側が基板１と対向するようにチップ実装面１３Ｒ上に位置決めし載置する。この際、エポキシ樹脂３２０は流動性により押し広げられ金バンプ３１０の周囲まで達する。そして、超音波を処理回路１ｃの背面側から当ててパッド１３ａ〜１３ｄ，１３３〜１３６と処理回路１ｃの端子３００ａとを金バンプ３１０により超音波接合する。その後、加熱によりエポキシ樹脂３２０を加熱硬化させて処理回路１ｃがチップ実装面１３Ｒに一体に接合されている。
【００５０】
なお、この樹脂３２０は端子３００ａの周囲まで覆うように設けられ、接合部や端子３００ａを腐食等から保護するようになっている。また、処理回路１ｃ全体を樹脂３２０で覆ってもよいが、サブストレート３００ｂが接地されるため、その必要はない。なお、通常のセンサと同様に、処理回路１ｃをセンサ外部に設けても勿論良いが、可動部３ｄと各電極１ａ間の静電容量は（大きさにも依るが）１ｐＦもない程度であり、通常のワイヤ配線で処理回路１ｃの入力まで引っ張るのは、組み立てのバラツキ、傾斜によるワイヤの移動とそれに伴う容量変化、さらにノイズや経時変化を考慮すると現実的とは言えない。したがって、高い検出精度が要求される場合には、上記本構成のように処理回路１ｃを基板１裏面側に設け、検出信号が処理回路１ｃに略最短距離で入力されるようにして、検出信号への外部ノイズ等の影響を極力排除することが好ましい。
【００５１】
次に、センサの動作について説明する。これは上述した様に、センサ全体を傾斜させた時、可動部３ｄと各電極１ａとの間隔が変化し、それにより、それらの間の静電容量も変化し、これを電気的に検出することで傾斜が測定できる。
つまり、センサを傾けると、重り４が凸部１ｂと可動部３ｄとの当接位置を中心として揺動し、可動部３ｄに対し軸部３ｃ又は軸部３ｅ回りのモーメントを作用させる。
【００５２】
そして、この重り４の傾斜によるモーメントは軸部３ｃ或いは軸部３ｅの回りのひねり力として分離され、センサの傾斜方向及び傾斜角に応じて可動部３ｄを二軸３ｃ，３ｅ回りに独立に揺動させる。この際、可動部３ｄの揺動中心は凸部１ｂにより基板１に対して常に一定に離間されており、検出用コンデンサの静電容量は傾斜によるひねり力に対して直線的に増減する。また、重り４が断面Ｔ字状に形成されて重心位置が高められているため、ひねり力が大きく、又、支持板３の軸部３ｃ，３ｅが食込み部３１ａ，３２ａにより長くなっているため、軸部３ｃ，３ｅの剛性が低くなっており、センサの傾斜が僅かであっても、可動部３ｄは基板１に対して大きく揺動する。
【００５３】
そして、軸部３ｃ，３ｅのひねり変形に対する弾性力とこの各軸部３ｃ，３ｅ回りのひねり力とが釣り合う角度で可動部３ｄが停止する。
【００５４】
そして、この可動部３ｄの揺動により、可動部３ｄと各電極１ａとにより構成される信号検出用コンデンサの静電容量が変化し、その容量変化が、スルーホール電極Ｈ１や端子１３ａ等を介して電極１ａの略真下に実装された処理回路１ｃに電気信号として入力される。そして、処理回路１ｃによる処理結果は、接続電極面１４Ｒの外部接続電極１４ｃ等を介して外部装置へ出力される。
なお、支持板３は共通電極として利用されるため、これを電気的に接地するような検出回路構成とすれば、高いシールド効果を得ることが出来る。
【００５５】
一方、落下等によりセンサに衝撃等の不所望な外力が働き、重り４に過大な力が加わって支持板３が大きく撓むと、可動部３ｄ又は中間部３ｂがストッパ８の下面或いは基板１の上面１１Ｓにぶつかり、その動きが規制される。
【００５６】
したがって、本実施形態の静電容量式センサによれば、支持板３に対向配置されているストッパ８又は基板１によって支持板３（可動部３ｄ）の撓みを規制しているため、センサに衝撃等の不所望な外力が加わった場合でも、支持板３が撓み限界を超えて大きく撓むことがない。このため、支持板３が塑性変形する事態を未然に防止でき、センサの耐衝撃性を高めることができる。
【００５７】
また、本構成では、ストッパ８又は基板１によって直接支持板３の揺動等の動きを規制しているため、重り４と筒部材との微小なクリアランスによって重り４の動きを規制する従来のものに比べて、重り４とストッパ８との組み立て精度をラフにできる。特に、ストッパ８を平板によって構成し、支持板３（可動部３ｄ）の撓みを面で規制しているため、揺動等の規制をより確実且つ効果的に行なうことができる他、ストッパ８の構造が単純となり、高い組み立て精度が要求されず製造が容易となる。すなわち、ストッパ８，固定板５，支持板３，スペーサ２はカバー６と基板１との間に挟持されているため、支持板３（可動部３ｄ）とストッパ８とのクリアランスはスペーサたる固定板５等の部品精度で定まる。このため、クリアランスが組み立て時にばらつくことはなく、支持板３（可動部３ｄ）の撓み限界を超えた動きを確実に防ぐことができる。また、重り４の大きさや形状の変更に合わせてストッパ８を作り直す必要がないため、要求感度に応じて重り４の大きさ等を変更する際に、容易に対応できる利点もある。
【００５８】
さらに、ストッパ８を導電部材によって構成し、固定板５を介して支持板３と導通させているため、ストッパ８と可動部３ｄとは同電位となり、可動部３ｄとストッパ８との間に静電容量が生じない。このため、ストッパ８が検出信号に影響を与えることはない。また、可動部３ｄがストッパ８にぶつかっても異常な信号が生じることはなく、処理回路１ｃ等が損傷することはない。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施形態の静電容量式センサについて図９に基づいて説明する。本センサでは、上記第１実施形態のセンサの構成において、先の形態の固定板５とストッパ８とが一体に成形加工された、絶縁部材からなるストッパ８０によって構成されている。そして、これ以外は上記第１実施形態のものと同様であるため、その説明を省略する。
【００６０】
したがって、本構成でも、上記第１実施形態と同様の効果が得られる他、支持板３とストッパ８とのギャップを規定する固定板５をストッパ８と一体化させてストッパ８０としているため、部品点数が減りコストを低減できる。
また、ストッパ８０を絶縁部材によって構成しているため、可動部３ｄとストッパ８０との間に静電容量が生じず、検出信号に影響を与えることはない。また、可動部３ｄがストッパ８０と当接しても異常な信号が生じることはない。
【００６１】
次に、本発明の第３の実施形態の静電容量式センサについて図１０に基づいて説明する。本センサでは、上記第２実施形態のセンサの構成において、固定電極１ａ上に絶縁層１０１が設けられている。この絶縁層１０１は、例えば絶縁性の樹脂を電極１ａ上を覆うように印刷形成したり、絶縁フィルムを電極１ａ上に貼り付けたりすることで得られる。そして、これ以外は上記第２実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００６２】
したがって、本構成でも、上記第２実施形態と同様の効果が得られる他、電極１ａ上に絶縁層１０１が設けられているため、支持板３が大きく撓んで基板１にぶつかった際に、可動部３ｄと電極１ａとがショートすることを防止できる。また、このように絶縁層１０１によりショートを防止しているため、上記第１実施形態及び第２実施形態のように電極１ａの外周部を可動部３ｄの外周端部よりも平面視で内側となるように構成する必要はない。これにより、電極１ａの面積を大きくしてセンサの感度を高めることができる。
【００６３】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記各実施形態では、一つの可動電極（可動部）３ｄに複数の固定電極１ａを対向配置しているが、逆に、一つの固定電極１ａに複数の可動電極３ｄを対向配置してもよい。つまり、電極１ａを基板１上に一つ設け、絶縁性の可動部３ｄの下面側に複数（例えば四つ）の可動電極を形成してもよい。また、固定電極１ａと可動電極３ｄとの両方を複数設けて対向配置してもよい。
【００６４】
また、支持板３は金属板に限定されず、可撓性を有する部材であれば金属，半導体，絶縁体のいずれでもよい。また、板厚も特に限定されず、ポリイミド等の高分子フィルムや金属箔、或いは、エッチングにより薄膜化したシリコン基板等を好適に用いることができる。なお、支持板３に絶縁性の部材を用いた場合には、基板１に対向する面に銅箔等の導電膜（可動電極）を形成する必要がある。
【００６５】
さらに、可動部３ｄと基板１との間のギャップｇは、基板１から可動部３ｄ側に向けて突設された凸部１ｂによって保持されているが、可動部３ｄの下面又は重り４の底面から基板１に向けて突出する突起によって可動部３ｄと基板１とのギャップｇを保持するようにしてもよい。また、凸部１ｂや、基板１に向けて突出する突起等を設けずに、スペーサ２の厚さを適切に設定することによってギャップｇを得るようにしてもよい。
【００６６】
また、上記第１実施形態では、支持板３がストッパ８にぶつかった際の異常信号の発生を防ぐためにストッパ８を金属板からなる導電部材によって構成し、導電性の金属板からなる固定板５を介して支持板３とストッパ８とを導通させているが、この代わりに、ストッパ８を合成樹脂等からなる平板状の板材等の絶縁部材によって構成してもよい。なお、この場合には、固定板５は必ずしも導電性を有する必要はないが、板厚精度の高い金属板材を用いることでセンサの組み立て精度等が高まるため、このような観点から、固定板５の板材として金属板を用いることが好ましい。
【００６７】
また、上記第２及び第３の実施形態では、固定板とストッパとが一体に形成された絶縁性のストッパ８０を用いているが、この代わりに、ストッパ８０を金属等の導電部材によって構成し、このストッパ８０と可動電極としての可動部３ｄとを導通させるようにしてもよい。前述したいずれの場合においても、ストッパ８（又はストッパ８０）と可動部３ｄとの間で静電容量は生じず、可動部３ｄと電極１ａとの間で検出される静電容量に影響を与えることはない。また、可動部３ｄがストッパ８（又はストッパ８０）にぶつかっても異常信号は生じない。
【００６８】
なお、上記各実施形態では、可動部３ｄが直交する二軸回りに揺動自在なセンサの構造について説明したが、これに限らず、例えば可動部３ｄが一軸回りにのみ揺動可能なセンサに対して本発明を適用することも可能である。
また、上記各実施形態では、傾斜センサを例示して本発明の静電容量式センサを説明したが、本発明は傾斜センサに限らず、例えば加速度センサや衝撃センサであってもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明によれば、衝撃等により重りに過大な力が加わった場合に、重りの動きを規制するのでなく直接可動部の動きをストッパで規制しているため、重りと筒部材との微小なクリアランスによって重りの動きを規制する従来のものに比べて、重りとストッパとの組み立て精度をラフにでき、生産性を高めることができる。
このとき、ストッパを前記可動部の前記固定基板と反対側に対向配置された板材として構成することで、可動部の大きな動きを面によって効果的に規制できるとともに、ストッパの構造が単純なため、部品精度を高めることが容易となる。さらに、重りの大きさや形状の変更に合わせてストッパをつくり直す必要がないため、要求感度に応じて重りを設計変更する際に容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの全体構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの全体構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの支持板の構造を拡大して示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの基板の構造を説明するための平面断面図（板材１１の平面図）である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの基板の構造を説明するための平面断面図（板材１２の平面図）である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの基板の構造を説明するための平面断面図（板材１３の平面図）である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの基板の構造を説明するための平面断面図（板材１３の背面図）である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの基板の構造を説明するための平面断面図（板材１４の背面図）である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る静電容量式センサの全体構成を示す概略断面図であり、図２に対応する図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る静電容量式センサの全体構成を示す概略断面図であり、図２に対応する図である。
【符号の説明】
１　固定基板
１ａ　固定電極
３ｄ　可動部（可動電極）
４　重り
５　固定板（スペーサ）
６　カバー
６ａ　フランジ部
８，８０　ストッパ
８ａ　貫通穴（孔部）
３１　第１のスリット
３２　第２のスリット
１０１　絶縁層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitance type sensor, and more particularly to a sensor structure with improved impact resistance.
[0002]
[Prior art]
As a capacitance-type sensor using a change in capacitance, for example, a tilt sensor based on micromechanics is known. This sensor includes a pair of electrodes arranged to face each other, one electrode is provided on a fixed substrate, and the other electrode is provided on a flexible substrate. Further, a weight is attached to the flexible substrate, and when the sensor is tilted, the weight distorts the flexible substrate and changes the capacitance between the electrodes. Then, the inclination is detected by measuring the capacitance change.
Further, in such a sensor, when a large impact is received due to dropping or the like, the weight may bend the flexible substrate greatly and cause plastic deformation, and thus the sensor is arranged with a small gap around the weight. A stopper made of a cylindrical member is provided. By restricting the movement of the weight in all movable directions by such a cylindrical stopper, an unnecessary impact of the weight is prevented.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case where the regulation amount of the swing is determined by the minute clearance between the weight and the cylindrical member as described above, strict component accuracy and assembly accuracy are required for the weight and the stopper. For this reason, there is a possibility that a decrease in yield may cause a high cost. Further, when weights having different sizes and shapes are attached to the flexible substrate in order to change the sensor sensitivity, it is necessary to newly make a stopper according to the shape of the weight, which may further increase the cost.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a capacitance-type sensor capable of improving the shock resistance of the sensor without requiring high assembly accuracy and the like. .
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a capacitance-type sensor according to the present invention includes a fixed substrate on which a fixed electrode is formed, and a movable electrode which is arranged to face the fixed electrode with a gap therebetween. A movable portion swingable with respect to the movable portion, a weight provided on the movable portion, and a predetermined range of the movable portion which is provided on a side of the movable portion opposite to the fixed substrate side and is in contact with the movable portion. And a stopper capable of restricting the movement of the movable electrode, and at least one of the movable electrode and the fixed electrode is provided in plurality.
According to this configuration, when an excessive force is applied to the weight due to an impact or the like, the movement of the movable part, such as the swinging of the movable part, is not directly restricted by the stopper, but is restricted by the stopper. Compared to the conventional one in which the movement of the weight is regulated by a minute clearance with the member, the assembly accuracy of the weight and the stopper can be made rougher, and the productivity can be increased.
[0005]
At this time, the stopper may be formed of a plate material that is opposed to the movable portion on the side opposite to the fixed substrate side. According to this configuration, when the movable portion largely moves, the movable portion hits the plate surface, and the movement is restricted. By regulating the stopper by the surface facing the movable portion in this way, the regulation function can be more effectively exerted. In addition, since the structure of the stopper is simple, it is easy to increase the precision of the parts. Further, since it is not necessary to re-make the stopper according to the change in the size or shape of the weight, it is possible to easily cope with the design change of the weight according to the required sensitivity.
[0006]
Further, the movable portion may be formed in a plate shape, and the movable portion and the stopper may be opposed to each other at an interval by a spacer. According to this configuration, the clearance between the movable portion and the stopper can be accurately determined by the thickness of the spacer. In this case, the spacer and the stopper may be integrally formed. Thereby, the number of parts is reduced, and the cost can be reduced.
[0007]
Further, the movable portion may be a metal plate having a slit provided around the mounting position of the weight, and the slit may be arranged outside a hole formed in the stopper and through which the weight is inserted. .
According to this configuration, since the movable portion is formed of the metal plate having the slit, the swinging operation can be easily performed while maintaining the strength. Further, since the slit is located outside the hole of the stopper, the slit is not damaged by being caught in the hole. Further, since the movable portion can function as a movable electrode, there is an advantage that a step of forming the movable electrode on the movable portion can be omitted.
[0008]
Incidentally, the stopper may be constituted by an insulating member. Further, the stopper may be formed of a conductive member, and the stopper may be electrically connected to the movable electrode. According to this configuration, no capacitance is generated between the stopper and the movable electrode, and the capacitance detected between the movable electrode and the fixed electrode is not affected. Further, even when the movable portion largely moves due to an undesired external force and the movable electrode comes into contact with the stopper, no abnormal signal is detected.
[0009]
Further, an insulating layer may be provided on the fixed electrode. According to this configuration, even when the movable portion swings largely due to an undesired external force and comes into contact with the fixed substrate, the movable electrode and the fixed electrode do not come into direct contact with each other due to the insulating layer, resulting in an abnormal signal. Is not detected.
[0010]
Further, at least the periphery of the stopper, the movable portion, and the fixed substrate may be covered with a cover, and the stopper may be pressed toward the fixed substrate by the cover. According to this configuration, the cover can protect the sensor from dust proofing, drip proofing, and careless handling. In addition, since the stopper is fixed by attaching the cover to the sensor, an adhesive for fixing the stopper is not required. For this reason, the clearance between the stopper and the movable portion can be made more accurate.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a capacitance type sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view of the sensor of the present embodiment, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the entire configuration, FIG. 3 is an enlarged view of a support plate constituting a main part thereof, and FIGS. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a substrate. In all of the following drawings, the thickness, the size ratio, and the like of each component are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.
[0012]
As shown in FIG. 2, the capacitance type sensor according to the present embodiment includes a detection unit K for detecting an electric signal on the upper surface 11S side of the substrate 1 and detects the electric signal on the lower surface 13R side of the substrate 1 from the detection unit K. And a processing circuit 1c for processing the generated electric signal. In the present embodiment, the detection unit K is configured as a capacitance-type inclination detection unit K that detects the inclination of the sensor as a capacitance change, and includes a plurality of capacitance detection electrodes formed on the upper surface 11S of the substrate 1. 1a, a support plate 3 facing these electrodes 1a, and a weight 4 for applying a twisting deformation to the support plate 3.
[0013]
The body of the substrate 1 is made of a ceramic or epoxy resin laminate, and a plurality of electrodes (fixed electrodes) 1a are formed in a grid pattern (four in FIG. 1) on the surface thereof. A frame-shaped electrode 1d is formed so as to surround the four electrodes 1a. The reason why the four electrodes 1a are provided is that the distance between the support plate 3 and the specific electrode 1a is widened (that is, the capacitance is reduced) when the whole is inclined in any direction. The distance between the electrode 1a and the support plate 3 opposed thereto in a plan view becomes narrower (that is, the capacitance increases), and the inclination direction and the degree thereof can be obtained from their differential signals. It is.
[0014]
At the center of the substrate 1, a projection (supporting projection) 1b is provided integrally. On the substrate 1, a frame-shaped conductive spacer 2 (gap holding means) along the outer periphery is provided so as to overlap the electrode (fixed electrode) 1d. The spacers 2 together with the convex portions 1b maintain a constant space between a support plate 3 having a gimbal structure and a substrate 1 described later to create a space in which a part of the support plate 3 can swing, and a processing circuit 1c and a movable portion 3d. Are provided as conducting means for conducting between.
[0015]
A support plate 3 as a flexible plate material is laminated on the spacer 2. The support plate 3 is formed of a single metal plate (flat plate) such as a stainless steel plate having a thickness of about 50 μm, for example. I have. As shown in FIG. 3, the support portion 3a is formed in a substantially rectangular frame shape, and a pair of inward first shaft portions (first connection portions) are provided at the center of the inner periphery of the pair of opposing sides. 3c is provided. The other end (inner end) of the pair of first shaft portions 3c is connected to the intermediate portion 3b. The intermediate portion 3b is capable of swinging about its axis by twisting and deforming the pair of first shaft portions 3c due to the inclination.
[0016]
The shape of the intermediate portion 3b is also substantially rectangular frame shape, and a pair of second shaft portions (a second connecting portion) are provided on the inner periphery thereof at positions orthogonal to the pair of first shaft portions 3c and at positions opposed to each other. ) 3e. The other ends (inner ends) of the pair of second shaft portions 3e are connected to the movable portion 3d. The movable portion 3d can swing around its axis by twisting deformation of the second shaft portion 3e, and at the same time, swinging of the intermediate portion 3b around the axis of the shaft portion 3c, thereby forming the first shaft 3d. It can swing around the axis of the portion 3c.
[0017]
In the support plate 3 of the present embodiment, the support portion 3a, the intermediate portion 3b, the first shaft portion 3c, the movable portion 3d, and the second shaft portion 3e are all provided with a slot (slit) in one metal plate. It is formed by. Therefore, processing is easy, and accuracy is also easily obtained. That is, the support portion 3a and the intermediate portion 3b are separated by the first slit 31 having a U-shape in plan view provided at a position except for the first shaft portion 3c, and the intermediate portion 3b and the movable portion 3d are separated from each other by the second slit. It is separated by a U-shaped second slit 32 provided in a position excluding the shaft portion 3e. Further, since the movable portion 3d is made of a metal plate, the movable portion 3d also functions as the movable electrode of the present invention.
[0018]
In the present support plate 3, both ends of the first slit 31 and both ends of the second slit 32 are provided on the support portion 3a side and the movable portion 3d, respectively, so that the shaft portions 3c and 3e are not plastically deformed by twisting. The cut-in portions 31a and 32a are formed so as to protrude to the side, and the shaft portions 3c and 3e have a length equal to or more than a certain value necessary for preventing plastic deformation. Such cut-in portions 31a and 32a are not formed on the intermediate portion 3b side, and are configured such that the shaft portions 3c and 3e bite only into the support portion 3a side and the movable portion 3d side, respectively.
[0019]
This is because, for example, when the cut-in portions 31a and 32a are formed on the intermediate portion 3b side, the intermediate portion 3b is partially thinned by such a cut-in portion, and stress due to twisting is concentrated on the thinned portion and the intermediate portion 3b This is because there is a risk of plastic deformation. Such stress concentration is likely to occur in a portion where the thickness of the frame of the intermediate portion 3b is locally reduced. Therefore, the thickness of the frame of the intermediate portion 3b is made substantially constant without providing a biting portion on the side of the intermediate portion 3b so that the twisting force is dispersed throughout the intermediate portion 3b.
[0020]
A weight 4 attached by a method such as adhesion, electric welding, laser spot welding, or caulking is mounted at the center of the surface of the movable portion 3d opposite to the substrate 1. The center of gravity of the weight 4 is vertically eccentric from any of the axes of the first shaft portion 3c and the second shaft portion 3e (that is, the position of the center of gravity of the weight 4 is higher than the position of the center of gravity of the support plate 3). There). Therefore, when the sensor is tilted, a moment is generated with respect to one or both axes depending on the direction. Thereby, the first shaft portion 3c and the second shaft portion 3e are twisted and deformed, so that the distance between the movable portion 3d and each of the four electrodes 1a changes.
[0021]
As shown in FIG. 2, the weight 4 has a T-shaped cross section whose bottom (lower) 4a is thinner than the head (upper) 4A, which is the main body. The position of the center of gravity is higher than that of the part 4A having the same thickness. Thus, when the mass of the weight 4 is the same, the moment expressed by the product of the mass of the weight 4 and the position of the center of gravity increases, and the sensitivity to inclination can be increased.
[0022]
The convex portion (gap holding means) 1b is abutted against the lower surface of the movable portion 3d to keep the gap (gap) g between the electrode 1a and the movable portion 3d constant and to reduce the downward translational acceleration. You can cancel the effects of (such as gravity). That is, when the convex portion 1b is not provided, the movable portion 3d slightly bends toward the substrate 1 due to the weight of the weight 4, and the capacitance between the movable portion 3d as the movable electrode and the electrode 1a has a static capacitance due to this deflection. The increment of the capacitance is included as an offset. This offset is large when the inclination of the sensor is small, and conversely, when the sensor is close to vertical, the deflection is reduced because the deflection is reduced.
[0023]
As a result, the capacitance does not change linearly with respect to the moment of the weight 4, and when the inclination angle of the sensor is obtained from such a capacitance, the displacement of the movable portion 3d in the vertical direction due to bending is corrected. Operation is required. Therefore, the movable portion 3d is supported by the convex portion 1b from the lower surface side to prevent such bending, whereby the capacitance is changed linearly with respect to the moment, and the calculation is simplified.
[0024]
Further, unless the sensor is extremely tilted, the weight of the weight 4 is not directly applied to the first shaft portion 3c and the second shaft portion 3e. Therefore, even if the first shaft portion 3c and the second shaft portion 3e are made thinner for the weight of the weight 4, permanent deformation is difficult, so that the shaft portions 3c and 3e can be made thin while maintaining impact resistance. Naturally, the thinner the two shaft portions, the lower the rigidity, so that the two shaft portions are deformed sensitively to the moment due to the inclination, and high-precision detection can be performed.
[0025]
The height of the convex portion 1b is slightly higher than the thickness of the spacer 2 on which the support portion 3a is placed (or the thickness of the spacer 2 is slightly thinner than the height of the convex portion 1b). The movable portion 3d is urged to the side opposite to the substrate 1 by the convex portion 1b, being further away from the substrate 1 than the support portion 3a. Since the magnitude of the biasing force is determined by the difference between the height of the convex portion 1b and the thickness of the spacer 2, for example, when the gap g is determined by the convex portion 1b, the thickness of the spacer 2 is adjusted to adjust the urging force. The power is set optimally.
[0026]
A conductive frame-shaped fixing plate (spacer) 5 is laminated on the support portion 3a, and the thin support plate 3 is uniformly pressed and fixed to the spacer 2 side over the entire outer periphery. On the fixed plate 5, a plate-like stopper 8 as a restricting means for restricting unnecessarily bending of the support plate 3 is laminated, and the fixed plate 5 is provided between the support plate 3 and the stopper 8. It is in a pinched state. The stopper 8 is made of a conductive plate material (for example, a metal plate such as stainless steel) thicker and more rigid than the support plate 3, and is arranged to face the support plate 3 via a gap precisely defined by the fixing plate 5. . When an undesired external force acts on the sensor due to a drop or the like, and the support plate 3 is largely bent, the intermediate portion 3b and the movable portion 3d hit against the lower surface of the stopper 8, thereby restricting the movement such as the swing. It is supposed to be.
[0027]
The fixing plate 5 is formed of a flat metal plate such as a phosphor bronze plate or a stainless plate. Since the metal plate has a high dimensional accuracy such as a plate thickness, the clearance between the support plate 3 and the stopper 8 can be accurately determined by using the metal plate as a member of the fixing plate 5. In addition, since the fixing plate 5 has conductivity, the support plate 3 made of a metal plate and the stopper 8 can be made conductive through the fixing plate 5 so that both can always be kept at the same potential. Thus, even if the movable portion 3d or the like abuts on the stopper 8 due to an undesired external force, there is no possibility that the signal detected from the signal detection capacitor formed by the movable portion 3d and the electrode 1a is affected.
[0028]
In the center of the stopper 8, a through hole (hole) 8a for inserting the weight 4 is provided, and the hole 8a is arranged inside the slit 32 formed in the support plate 3 in plan view. (That is, the outer peripheral portion of the movable portion 3d is arranged outside the hole 8a). Thus, when the movable portion 3d swings largely due to an undesired external force, the outer peripheral portion of the movable portion 3d does not get over the inner periphery of the hole 8a and is not damaged, so that the support plate 3 is not damaged.
[0029]
Note that the bending of the support plate 3 is also supplementarily restricted by the substrate 1 that is opposed to the support plate 3 at a small interval. At this time, the outer peripheral end of the electrode 1a contacts the substrate 1 by swinging the outer peripheral end of the movable part 3d so that the electrode 1a on the substrate 1 and the movable part 3d do not come into contact with each other and an abnormal signal is generated. It is located inside the position.
[0030]
A metal (conductive) cover 6 is attached on the stopper 8 via an insulating spacer 9. This is to protect the sensor from dust proofing, drip proofing, capacitance drift due to charged materials around the sensor, noise and careless handling. Note that the cover 6 and the conductive stopper 8 are not in contact with each other by the spacer 9, but are insulated from each other.
[0031]
The cover 6 comprises a cylindrical head 6b, a flange 6a extending around the periphery thereof, and a tongue-like projection 6c on the outer periphery, and the fixing plate 5 is pressed uniformly by the flange 6a. The cover 6 is fixed to the substrate 1 by bending the distal end of the protrusion 6c at the outer peripheral portion toward the rear surface of the substrate 1 and crimping it. As described above, the spacer 2, the support plate 3, the fixing plate 5, the stopper 8, and the spacer 9 are pressed against the substrate 1 and fixed (nipped) by the flange 6 a of the cover 6, so that the adhesive is applied between the members. There is no need to provide such a structure, and variations in the distance between the stopper 8 and the support plate 3 (movable portion 3d) can be suppressed, and assembling accuracy can be improved.
[0032]
A packing 7 is interposed between the flange portion 6a and the outer peripheral portion of the substrate 1 so as to prevent foreign matters, flux, moisture and the like from entering the inside of the cover 6.
In addition, as shown in FIG. 1, a plurality of protrusions 9 a are provided on the lower surface of the spacer 9. The projections 9a are inserted into positioning holes formed corresponding to the respective members of the stopper 8, the fixing plate 5, the support plate 3, and the spacer 2, and fitted into the concave portions (holes) 1h provided on the substrate 1. As a result, each member is accurately positioned.
[0033]
A ground pattern (metal surface) 13f is formed on the back surface of the substrate 1 where the protrusion 6c contacts (see FIG. 7). By grounding the cover 6 via the ground pattern 13f, external noise and the like are reduced. The effect can be eliminated. In particular, by making the shape of the cover 6 symmetrical with respect to an axis perpendicular to the center of the movable portion 3d, unnecessary initial offset of capacitance can be avoided. In the cover 6 of the present embodiment, a part of the electrode 1a is simply convex, but it goes without saying that the present invention is not limited to this.
[0034]
Incidentally, the substrate 1 is a multilayer wiring board (rigid substrate) configured as a laminate of insulating plate materials 11 to 14 made of ceramics or epoxy resin, etc., and the upper surfaces 11S to 13S and the plate materials 13 and The lower surfaces 13R and 14R of the plate member 14 are configured as a detection electrode layer, a ground layer, a power supply layer, a chip mounting surface, and a connection electrode surface, respectively.
As shown in FIG. 4, the detection electrode layer 11S as the upper surface of the substrate 1 (that is, the upper surface of the plate material 11) has four electrodes 1a in the center thereof in a grid pattern by, for example, Ag (silver) pattern printing. Is formed. Further, an electrode 1d that is electrically connected to the spacer 2 is formed in a rectangular frame shape on the outer peripheral portion of the detection electrode layer 11S.
[0035]
The electrodes 1a and 1d are connected to the terminals 13a and 13b on the chip mounting surface 13R by through-hole electrodes H1 and H2 penetrating from the detection electrode layer 11S to the chip mounting surface 13R, respectively (see FIGS. 4 to 7). . The through-hole electrodes H1 and H2 are formed by filling a silver paste by screen printing into the inside of pores formed by a method such as laser processing or press processing and baking the silver paste to form a conductive portion. The electrodes 1a and 1d are connected to the terminals 13a and 13b at shortest distances through the through-hole electrodes H1 and H2, and process electric signals such as detection signals and drive signals with little influence of electric disturbance. 1c.
[0036]
The ground layer 12S prevents the drive signal from the support plate 3 from entering the processing circuit 1c without passing through the electrode 1a, and also outside the substrate 1 (the lower surface side of the substrate 1 in the detection unit K, the processing circuit 1c Functions as a noise shield for cutting noise entering from the upper surface side of the substrate 1). As shown in FIG. 5, substantially the entire surface excluding the through-hole electrodes H 1 and H 2 and the outer peripheral edge of the plate 12 is made of a metal such as Ag. It is configured as a surface (conductive surface) 12f. The metal surface 12f is electrically connected to the ground pattern 13f on the chip mounting surface 13R by a plurality of through-hole electrodes H3 penetrating from the ground layer 12S shown in FIG. 5 to the chip mounting surface 13R shown in FIG. And grounded via an extraction electrode 142 formed on the side surface of the substrate 1 (see FIG. 7). The reason why the plurality of through-hole electrodes H3 are used is to make the metal surface 12f as the ground pattern have a uniform ground potential.
[0037]
The ground layer 12S and the detection electrode layer 11S are sufficiently separated from each other in order to suppress capacitive coupling between the signal detection capacitor constituted by the support plate 3 and the electrode 1a. .About.4 mm is used. In addition, it is preferable that the thickness of the plate member 11 is equal to or more than 0.3 mm, whereby the capacitive coupling with the detection unit K can be effectively prevented.
[0038]
The power supply layer 13S functions as a bypass capacitor together with the ground layer 12S. As shown in FIG. 6, substantially the entire surface excluding the through-hole electrodes H1 to H3 and the outer peripheral edge of the plate 13 is a metal surface (conductive surface) 13g such as Ag. It is configured as The metal surface 13g is connected to the terminal 13c on the chip mounting surface 13R by a through-hole electrode H4 penetrating from the power supply layer 13S to the chip mounting surface 13R (see FIG. 7), and is formed on the side surface of the substrate 1. The power supply potential is set via the extraction electrode 141.
[0039]
Further, the ground layer 12S is closer to the power supply layer 13S than the upper surface (detection electrode layer) 11S of the substrate 1, and the power supply layer 13S and the ground layer 12S are arranged close to each other. A thin material having a thickness of about 0.1 mm is used. As a result, a bypass capacitor is formed by the ground layer 12S and the power supply layer 13S, and there is no need to separately provide a capacitor, so that the structure of the sensor can be further simplified. The thickness of the plate 12 is preferably 0.2 mm or less, so that the above-described function of the bypass capacitor can be sufficiently exhibited.
[0040]
Further, in order to suppress the capacitive coupling between the power supply layer 13S, which is more susceptible to noise than the ground layer 12S, and the processing circuit 1c, the metal pattern in the central portion corresponding to the mounting position of the processing circuit 1c is cut out on the metal surface 13g. 13F.
[0041]
As shown in FIG. 7, a short wiring connecting the through-hole electrodes H1 and H2 and the terminals (pads) 13a and 13b is provided on the chip mounting surface 13R for signal lines connecting the detection unit K and the processing circuit 1c. Wirings are formed, and routing wires connecting the terminals (pads) 133 to 136 and the extraction electrodes 143 to 146 are formed for output from the processing circuit 1c to an external device (not shown). Further, in order to cut external noise, a metal surface 13f such as Ag functioning as a ground pattern to be grounded is formed in the portions other than the through-hole electrodes H1 to H4 and the routing wirings.
[0042]
In order to suppress the capacitive coupling between the power supply layer 13S and the bypass capacitor formed by the ground layer 12S, the power supply layer 13S and the chip mounting surface 13R are sufficiently separated from each other. It is about 0.2 mm thicker than the plate 12. The thickness of the plate 13 is preferably 0.15 mm or more, whereby the capacitive coupling between the processing circuit 1c and the detection unit K or the processing circuit 1c and the bypass capacitor can be effectively prevented. .
[0043]
As shown in FIG. 8, six external connection electrodes 14a to 14f are formed on the connection electrode surface 14R, and are respectively connected to extraction electrodes 141 to 146 provided on the side surface of the substrate 1. Then, by mounting the connection electrode surface 14R to an external mounting circuit board PCB by soldering or the like, the capacitive sensor is connected to an external device (not shown) via the external connection electrodes 14a to 14f. I have. Then, the cover 6 and the ground layer 12S (metal surface 12f serving as a ground pattern) are grounded via the external connection electrode 14b, and power is supplied from an external device to the power supply layer 13S (metal surface 13g) via the external connection electrode 14a. The processing result of the processing circuit 1c is supplied to the external device through the external connection electrodes 14c to 14f.
[0044]
The plate member 14 has a storage recess 14g formed in the center thereof, which is formed with a through hole for storing the processing circuit 1c, so that the connection electrode surface 14R can be surface-mounted on a mounting circuit board. The thickness of the plate 14 is set so that 1c does not protrude from the connection electrode surface 14R.
A notch 14h for attaching the protrusion 6c of the cover 6 is formed on the opposite side surface of the plate member 14, and a part of the ground pattern 13f on the chip mounting surface 13R is formed by the notch 14h. It is exposed. The cover 6 and the ground pattern 13f are brought into conduction by caulking the tip of the protrusion 6c on the ground pattern 13f in the notch 14h.
[0045]
The processing circuit 1c is mounted on the chip mounting surface 13R on the back side of the substrate 1, and includes signal detection terminals 13a and 13b, a power supply terminal 13c, a ground terminal 13d, and a signal output terminal in the chip mounting surface 13R. Are connected to the plurality of aluminum terminals 300a of the processing circuit 1c by gold bumps 310, respectively. Then, a drive signal is applied to the support plate 3 via the drive terminal 13b, and an electric signal such as a voltage detected by the electrode 1a arranged opposite to the support plate 3 is processed via the detection terminal 13a. The signal is input to the circuit 1c, and the change in the capacitance of the signal detection capacitor is obtained based on the electric signal.
[0046]
There are four signal detection capacitors composed of the movable portion 3d of the support plate 3 and the electrode 1a, and the inclination direction and the inclination amount of the capacitance type sensor are calculated based on the capacitance change of these four capacitors. It has become. The calculation result is output to an external device via the signal output terminals 133 to 136 and the external connection electrodes 14c to 14f.
Note that it is desirable that the terminals (pads) 13a to 13d, 133 to 136 and the terminal 300a be plated with gold in order to improve the bonding property.
[0047]
Here, in the present embodiment, the processing circuit 1c is configured by a bare chip of an integrated circuit. This bare chip has a circuit portion 300c called a diffusion layer formed at the center of one surface of a substrate (semiconductor base material) 300b made of a semiconductor such as silicon by a method such as a thermal diffusion method or an ion implantation method. One surface (the upper surface in FIG. 1) of the bare chip (processing circuit) 1c including the circuit portion (diffusion layer) 300c is almost entirely covered with an insulating film (not shown) such as SiO2 (silicon oxide). A plurality of Al (aluminum) patterns (not shown) are formed on the insulating film, and one end of each of the plurality of terminals 300a is conductive. A plurality of minute through-holes (through-holes) are provided at predetermined positions in the insulating film located on the circuit portion 300c, and a predetermined portion of the circuit portion 300c is connected to the Al through the through-holes. Conducted with the pattern.
[0048]
The Al pattern conducting to the terminal 300a to be bump-connected to the ground terminal (pad) 13d is connected to the substrate 300b via a not-shown minute hole of the insulating film located on the substrate 300b. . As a result, the substrate 300b is electrically connected to the metal surface 12f (ground layer), which is the ground pattern of the substrate 1, via the Al pattern, the ground terminal 300a, the gold bump 310, the pad 13d, the through-hole electrode H3, and the like. Has become. Accordingly, the circuit portion 300c is surrounded by the substrate 300b whose lower surface and the periphery are grounded, and the ground layer 12S is present on the upper surface side, so that the circuit portion 300c has a structure that is almost completely shielded, so that noise from outside is reduced. Hardly affected.
[0049]
Further, for reinforcement, the processing circuit (bare chip) 1c and the chip mounting surface 13R are bonded and integrated with an insulating resin 320 such as an epoxy resin. Specifically, a liquid epoxy resin 320 is applied to a portion surrounded by pads with a chip mounting surface 13R, which is a mounting surface of the processing circuit 1c, facing upward with a dispenser or the like, and the surface of the processing circuit 1c on which the circuit portion 300c is formed is formed. It is positioned and mounted on the chip mounting surface 13R so as to face the substrate 1. At this time, the epoxy resin 320 is spread by the fluidity and reaches around the gold bump 310. Then, ultrasonic waves are applied from the back side of the processing circuit 1c, and the pads 13a to 13d and 133 to 136 are ultrasonically bonded to the terminals 300a of the processing circuit 1c by the gold bumps 310. Thereafter, the epoxy resin 320 is heated and cured by heating, and the processing circuit 1c is integrally joined to the chip mounting surface 13R.
[0050]
The resin 320 is provided so as to cover the periphery of the terminal 300a, and protects the joint and the terminal 300a from corrosion and the like. Although the entire processing circuit 1c may be covered with the resin 320, it is not necessary because the substrate 300b is grounded. As in the case of a normal sensor, the processing circuit 1c may be provided outside the sensor. Of course, the capacitance between the movable portion 3d and each electrode 1a is about 1 pF (depending on the size). Pulling the input to the processing circuit 1c with normal wire wiring is not realistic in view of variations in assembly, movement of the wire due to the inclination and a change in capacitance associated therewith, as well as noise and aging. Therefore, when high detection accuracy is required, the processing circuit 1c is provided on the back side of the substrate 1 as in the present configuration, and the detection signal is input to the processing circuit 1c at a substantially shortest distance. It is preferable to eliminate the influence of external noise and the like as much as possible.
[0051]
Next, the operation of the sensor will be described. As described above, when the entire sensor is tilted, the distance between the movable portion 3d and each electrode 1a changes, and accordingly, the capacitance between them also changes, and this is electrically detected. By doing so, the inclination can be measured.
That is, when the sensor is tilted, the weight 4 swings around the contact position between the convex portion 1b and the movable portion 3d, and applies a moment around the shaft portion 3c or the shaft portion 3e to the movable portion 3d.
[0052]
The moment caused by the inclination of the weight 4 is separated as a twisting force around the shaft 3c or the shaft 3e, and the movable part 3d is independently swung around the two axes 3c and 3e according to the inclination direction and the inclination angle of the sensor. Move. At this time, the swing center of the movable portion 3d is always kept at a constant distance from the substrate 1 by the convex portion 1b, and the capacitance of the detecting capacitor linearly increases and decreases with the twisting force due to the inclination. Further, since the weight 4 is formed in a T-shaped cross section and the position of the center of gravity is raised, the twisting force is large, and the shaft portions 3c, 3e of the support plate 3 are longer than the bite portions 31a, 32a. The rigidity of the shaft portions 3c and 3e is low, and the movable portion 3d swings largely with respect to the substrate 1 even if the inclination of the sensor is slight.
[0053]
Then, the movable portion 3d stops at an angle at which the elastic force of the shaft portions 3c and 3e against twisting deformation and the twisting force around the shaft portions 3c and 3e are balanced.
[0054]
The swing of the movable portion 3d changes the capacitance of the signal detection capacitor formed by the movable portion 3d and each electrode 1a, and the change in the capacitance is made via the through-hole electrode H1, the terminal 13a, and the like. The signal is input as an electric signal to a processing circuit 1c mounted substantially below the electrode 1a. The processing result of the processing circuit 1c is output to an external device via the external connection electrode 14c on the connection electrode surface 14R and the like.
Since the support plate 3 is used as a common electrode, a high shielding effect can be obtained if the detection plate is configured to be electrically grounded.
[0055]
On the other hand, when an undesired external force such as an impact acts on the sensor due to a drop or the like and an excessive force is applied to the weight 4 and the support plate 3 is largely bent, the movable portion 3 d or the intermediate portion 3 b is moved under the stopper 8 or the substrate 1. When it collides with the upper surface 11S, its movement is regulated.
[0056]
Therefore, according to the capacitance-type sensor of the present embodiment, since the bending of the support plate 3 (movable portion 3d) is restricted by the stopper 8 or the substrate 1 arranged opposite to the support plate 3, the sensor may have an impact. Even when an undesired external force such as that described above is applied, the support plate 3 does not greatly bend beyond the bending limit. Therefore, it is possible to prevent the support plate 3 from being plastically deformed, and to improve the shock resistance of the sensor.
[0057]
Further, in this configuration, since the movement such as the swinging of the support plate 3 is directly restricted by the stopper 8 or the substrate 1, the movement of the weight 4 is restricted by the minute clearance between the weight 4 and the cylindrical member. The assembly accuracy of the weight 4 and the stopper 8 can be made rougher than that of the first embodiment. In particular, since the stopper 8 is formed of a flat plate, and the bending of the support plate 3 (movable portion 3d) is restricted by the surface, it is possible to more reliably and effectively restrict the swing and the like. The structure is simple, and high assembly accuracy is not required, and manufacture is easy. That is, since the stopper 8, the fixing plate 5, the supporting plate 3, and the spacer 2 are sandwiched between the cover 6 and the substrate 1, the clearance between the supporting plate 3 (movable part 3d) and the stopper 8 is fixed to the fixing plate as a spacer. It is determined by the accuracy of parts such as 5. For this reason, the clearance does not vary at the time of assembly, and it is possible to reliably prevent the support plate 3 (movable portion 3d) from moving beyond the bending limit. In addition, since it is not necessary to rebuild the stopper 8 in accordance with the change in the size or shape of the weight 4, there is an advantage that the size of the weight 4 can be easily changed when the size of the weight 4 is changed according to the required sensitivity.
[0058]
Further, since the stopper 8 is formed of a conductive member and is electrically connected to the support plate 3 via the fixed plate 5, the stopper 8 and the movable portion 3d have the same potential, and a static potential is provided between the movable portion 3d and the stopper 8. No capacitance occurs. Therefore, the stopper 8 does not affect the detection signal. Also, even if the movable portion 3d hits the stopper 8, no abnormal signal is generated, and the processing circuit 1c and the like are not damaged.
[0059]
Next, a capacitance type sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this sensor, in the configuration of the sensor according to the first embodiment, the fixing plate 5 and the stopper 8 in the above-described embodiment are each configured by a stopper 80 formed of an insulating member and integrally formed. The rest is the same as that of the above-described first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0060]
Therefore, also in this configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the stopper 80 is formed by integrating the fixing plate 5 defining the gap between the support plate 3 and the stopper 8 with the stopper 8, so that the components are Points can be reduced and costs can be reduced.
Further, since the stopper 80 is formed of an insulating member, no capacitance is generated between the movable portion 3d and the stopper 80, and the detection signal is not affected. Further, no abnormal signal is generated even when the movable portion 3d contacts the stopper 80.
[0061]
Next, a capacitance type sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present sensor, the insulating layer 101 is provided on the fixed electrode 1a in the configuration of the sensor according to the second embodiment. The insulating layer 101 is obtained by, for example, printing and forming an insulating resin so as to cover the electrode 1a, or attaching an insulating film on the electrode 1a. Except for this point, the second embodiment is the same as the second embodiment, and a description thereof will not be repeated.
[0062]
Therefore, also in this configuration, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. In addition, since the insulating layer 101 is provided on the electrode 1a, when the support plate 3 is greatly bent and hits the substrate 1, Short circuit between the portion 3d and the electrode 1a can be prevented. In addition, since the short circuit is prevented by the insulating layer 101 as described above, the outer peripheral portion of the electrode 1a is located on the inner side in plan view of the outer peripheral end portion of the movable portion 3d as in the first embodiment and the second embodiment. It does not need to be configured. Thereby, the area of the electrode 1a can be increased to increase the sensitivity of the sensor.
[0063]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, a plurality of fixed electrodes 1a are arranged to face one movable electrode (movable part) 3d, but conversely, a plurality of movable electrodes 3d are arranged to face one fixed electrode 1a. Is also good. That is, one electrode 1a may be provided on the substrate 1, and a plurality of (for example, four) movable electrodes may be formed on the lower surface side of the insulating movable portion 3d. Further, both the fixed electrode 1a and the movable electrode 3d may be provided in a plural number and may be arranged to face each other.
[0064]
The support plate 3 is not limited to a metal plate, and may be any of a metal, a semiconductor, and an insulator as long as it is a flexible member. The thickness is not particularly limited, and a polymer film such as polyimide, a metal foil, or a silicon substrate thinned by etching can be suitably used. When an insulating member is used for the support plate 3, it is necessary to form a conductive film (movable electrode) such as a copper foil on the surface facing the substrate 1.
[0065]
Further, a gap g between the movable portion 3d and the substrate 1 is held by a convex portion 1b protruding from the substrate 1 toward the movable portion 3d, but a lower surface of the movable portion 3d or a bottom surface of the weight 4 is provided. The gap g between the movable portion 3 d and the substrate 1 may be held by a projection projecting from the substrate 1 toward the substrate 1. Further, the gap g may be obtained by appropriately setting the thickness of the spacer 2 without providing the convex portion 1b, the protrusion projecting toward the substrate 1, or the like.
[0066]
In the first embodiment, the stopper 8 is formed of a conductive member made of a metal plate in order to prevent the occurrence of an abnormal signal when the support plate 3 hits the stopper 8, and the fixing plate 5 made of a conductive metal plate is used. Although the support plate 3 and the stopper 8 are electrically connected via the, the stopper 8 may be made of an insulating member such as a flat plate made of synthetic resin or the like instead. In this case, the fixing plate 5 does not necessarily have to have conductivity, but the use of a metal plate having high plate thickness accuracy increases the assembly accuracy of the sensor and the like. It is preferable to use a metal plate as the plate material.
[0067]
In the second and third embodiments, the insulating stopper 80 in which the fixing plate and the stopper are integrally formed is used. Instead, the stopper 80 is formed of a conductive member such as a metal. Alternatively, the stopper 80 may be electrically connected to the movable portion 3d as a movable electrode. In any of the above-described cases, no capacitance is generated between the stopper 8 (or the stopper 80) and the movable portion 3d, which affects the capacitance detected between the movable portion 3d and the electrode 1a. Never. Further, no abnormal signal is generated even if the movable portion 3d hits the stopper 8 (or the stopper 80).
[0068]
In each of the above embodiments, the structure of the sensor in which the movable portion 3d can swing around two axes orthogonal to each other has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a sensor in which the movable portion 3d can swing only around one axis is used. The present invention can be applied to this.
In each of the above embodiments, the capacitance sensor according to the present invention has been described by exemplifying the inclination sensor. However, the present invention is not limited to the inclination sensor, and may be, for example, an acceleration sensor or an impact sensor.
[0069]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, when an excessive force is applied to the weight due to an impact or the like, the movement of the movable portion is directly regulated by the stopper instead of regulating the movement of the weight. As compared with the conventional one in which the movement of the weight is regulated by the minute clearance between the weight and the cylindrical member, the assembly accuracy of the weight and the stopper can be made rougher, and the productivity can be increased.
At this time, by configuring the stopper as a plate material disposed opposite to the fixed substrate of the movable portion opposite to the fixed substrate, a large movement of the movable portion can be effectively restricted by the surface, and the structure of the stopper is simple. It is easy to increase the component accuracy. Further, since it is not necessary to re-make the stopper according to the change in the size or shape of the weight, it is possible to easily cope with the design change of the weight according to the required sensitivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an entire configuration of a capacitance type sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the entire configuration of the capacitance type sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged plan view showing a structure of a support plate of the capacitance type sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan sectional view (a plan view of the plate member 11) for explaining the structure of the substrate of the capacitance-type sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan sectional view (a plan view of the plate member 12) for explaining the structure of the substrate of the capacitive sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan sectional view (a plan view of the plate member 13) for explaining the structure of the substrate of the capacitive sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan sectional view (a rear view of the plate member 13) for explaining the structure of the substrate of the capacitive sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan sectional view (a rear view of the plate member 14) for explaining the structure of the substrate of the capacitive sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a capacitance type sensor according to a second embodiment of the present invention, and is a view corresponding to FIG.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a capacitance type sensor according to a third embodiment of the present invention, and is a view corresponding to FIG.
[Explanation of symbols]
1 Fixed board
1a Fixed electrode
3d movable part (movable electrode)
4 Weight
5 Fixing plate (spacer)
6 Cover
6a Flange part
8,80 stopper
8a Through hole (hole)
31 1st slit
32 Second slit
101 insulation layer

Claims

A fixed substrate on which a fixed electrode is formed,
A movable portion swingable with respect to the fixed substrate, having a movable electrode facing the fixed electrode and a gap,
A weight provided on the movable part,
A stopper provided on the opposite side of the movable portion to the fixed substrate side, the stopper being capable of abutting on the movable portion to regulate the movement of the movable portion over a predetermined range,
At least one of the movable electrode and the fixed electrode is provided in plurality,
A capacitance type sensor, wherein a capacitance between the movable electrode and the fixed electrode is freely detectable.

2. The capacitance-type sensor according to claim 1, wherein the stopper is formed of a plate material that is disposed on the opposite side of the movable portion from the fixed substrate side. 3.

The capacitance-type sensor according to claim 2, wherein the movable portion has a plate shape, and the movable portion and the stopper are opposed to each other at a distance by a spacer.

The capacitance type sensor according to claim 3, wherein the spacer and the stopper are formed integrally.

The movable portion is formed of a metal plate having a slit provided around the mounting position of the weight,
The capacitance type sensor according to claim 2, wherein the slit is disposed outside a hole formed in the stopper and through which the weight is inserted.

The capacitance type sensor according to any one of claims 2 to 5, wherein the stopper is constituted by an insulating member.

The capacitance type sensor according to any one of claims 2 to 5, wherein the stopper is formed of a conductive member, and the stopper is electrically connected to the movable electrode.

The capacitive sensor according to claim 1, wherein an insulating layer is provided on the fixed electrode.

9. The apparatus according to claim 1, wherein at least the periphery of the stopper, the movable portion, and the fixed substrate is covered by a cover, and the cover is configured to press the stopper toward the fixed substrate. The capacitive sensor according to any one of the above items.