JP2005017227A

JP2005017227A - 静電容量型加速度センサ

Info

Publication number: JP2005017227A
Application number: JP2003185677A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Suzuki; 和詞鈴木; Naohiro Fujinami; 直宏藤浪
Original assignee: Star Micronics Co Ltd
Current assignee: Star Micronics Co Ltd
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】検出電極と可撓板との短絡を防止するとともに、検出電極のための絶縁層の厚みのばらつきによるセンサ出力特性のばらつきをなくした静電容量型加速度センサを得る。
【解決手段】加速度を受けて変位する導電性材からなる可撓板３０と、前記可撓板３０と空隙をもって対向して設けられた検出電極Ｅ２１、Ｅ２２，Ｅ２５，Ｅ４１，Ｅ４２，Ｅ４５を有する導電性パターン層２０，４０と、該導電性パターン層２０，４０の前記検出電極Ｅ２１、Ｅ２２，Ｅ２５，Ｅ４１，Ｅ４２，Ｅ４５を除く上面の少なくとも一部に設けた絶縁層２６，４６と、を備える静電容量型加速度センサとする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電容量の変化を検出して所定軸方向の力又は加速度を検出する静電容量型加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の静電容量型加速度センサにおいては、導電性材からなる可撓板（ダイアフラム）を共通電極として、これに対向してプリント基板上に銅箔などの検出電極を配置し、これらの間に生じる静電容量の変化を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
静電容量型加速度センサは、高精度と小型化を図るため、例えば、可撓板の厚みは１００マイクロメータ程度が選ばれ、可撓板とプリント基板上の検出電極間の間隔はスペーサにより精密に１００マイクロメータとされる。静電容量型加速度センサには、高いＧ（加速度）が掛かることがあり、可撓板が大きく変位して検出電極に接触し、電気的に短絡することを防止しなければならない。通常、プリント基板上の銅箔などの検出電極の絶縁には、安価のため一般に検出電極上面にレジスト処理を施して絶縁層を形成することにより行われる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４９６０９号公報（フロント頁要約及び要約用選択図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レジスト処理による絶縁層の厚みは、製造過程で大きくばらつく。検出される静電容量は、レジスト層による静電容量とレジスト層と可撓板との空隙の空気層の静電容量の直列接続によるものとなる。このため、レジスト層の厚みのばらつきは、レジスト層の比誘電率が空気層の約３倍と大きなことと相まって、検出される静電容量のばらつきに、延いては、静電容量型加速度センサの出力特性に大きく影響する。
【０００６】
そこで、本発明は、検出電極と可撓板との短絡を防止するとともに、検出電極のための絶縁層の厚みのばらつきによるセンサ出力特性のばらつきをなくした静電容量型加速度センサを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、加速度を受けて変位する導電性材からなる可撓板と、
前記可撓板と空隙をもって対向して設けられた検出電極を有する導電性パターン層と、
該導電性パターン層の前記検出電極を除く上面の少なくとも一部に設けた絶縁層と、を備える静電容量型加速度センサとする。これによって、可撓板とプリント基板上の検出電極との間に絶縁層を介在させないため、絶縁層の厚みのばらつきによる検出される静電容量のばらつきがなくなり、導電性パターン層の検出電極を除く上面の少なくとも一部に設けた絶縁層により、可撓板と検出電極との短絡も防止できる。
【０００８】
また、前記絶縁層が、前記検出電極の周縁の前記導電性パターン層上面に設けられるものとすれば、可撓板と検出電極との短絡を一層確実に防止できる。
【０００９】
また、前記絶縁層を、レジスト材により形成することとすれば、絶縁層の製造を容易とできる。
【００１０】
また、前記可撓板を、その中央部外周にバネ部を有し、前記絶縁層は、対向する前記バネ部の内側まで伸びるものとすれば、さらに一層、可撓板と検出電極との短絡を確実に防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１は本発明による一実施の形態としての静電容量型加速度センサの断面図で、説明の便宜のため、横方向の倍率に対し、縦方向の倍率を大きくして示している。図１（ａ）は、加速度の加わっていない時の状態を示し、図１（ｂ）は、図面横右方向（Ｘ軸正方向）への高い加速度が加わった時の状態を示す。また、図１（ｃ）は、図面上方（Ｚ軸正方向）への高い加速度が加わった時の状態を示す。図２は、静電容量型加速度センサの一方のプリント基板上に配設される導電性パターン層の形状を示すプリント基板の平面図である。図３は、図２の導電性パターン層上に形成される絶縁層とプリント基板との関係を示す絶縁層の平面図である。図４は、ここでの静電容量型加速度センサに用いている可撓板（ダイアフラム）の平面形状を示す平面図である。
【００１３】
図１に示すように、ここでの静電容量型加速度センサ１は、下方プリント基板１０と上方プリント基板５０と、その間にスペーサ６１，６２に挟持されて積層配置され、錘（ウエイト）３５を保持した可撓板３０とを基本構成としている。
【００１４】
下方プリント基板１０は、孔１１を備え、上面側には、導電性パターン層２０により検出電極Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ２３，Ｅ２４（Ｅ２３，Ｅ２４は、図２参照），Ｅ２５が形成される。
【００１５】
導電性パターン層２０上の一部にはレジスト材により絶縁層２６が形成され、この絶縁層２６が形成された部分が、可撓板３０と検出電極Ｅ２２等との短絡を防止するガード部Ｇ２６，Ｇ２７，Ｇ２８を形成する。
【００１６】
また、ガード部Ｇ２６，Ｇ２７，Ｇ２８下の導電性パターン層２０は、所定の電位又はグランド電位にすることにより、検出電極Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ２３，Ｅ２４，Ｅ２５へのノイズ防止機能を果たしている。
【００１７】
導電性パターン層２０の形状は、図２に示す。絶縁層２６の形状は、図３に示す。
【００１８】
導電性パターン層２０は、下方プリント基板１０にプリント配線技術によって形成される。絶縁層２６は、導電性パターン層２０上に、スクリーン印刷法やカーテンコーター、スプレー法等のレジスト製造技術によりレジスト材を塗布後、露光と現像によって、パターニングされている。
【００１９】
導電性パターン層２０に形成された、図２に示す検出電極Ｅ２１乃至Ｅ２５は、それぞれ、可撓板との間の静電容量を持ち、その変化により、加速度の方向と大きさを示す。検出電極Ｅ２１とＥ２２は、Ｘ軸方向（図２の横方向）の検出、検出電極Ｅ２３とＥ２４は、Ｙ軸方向（図２の縦方向）の検出、検出電極Ｅ２５は、Ｚ軸方向（図２の垂直方向）の検出を行う。
【００２０】
可撓板３０は、周縁部３１と中央部３３との間をバネ部３２で接続した形状の導電性の弾性材（ＳＵＳ３０４）からなり、中央の穴３４に円盤型の錘３５の中央脚部３６先端を保持している。
【００２１】
上方プリント基板５０は、前記錘３５の中央脚部３６を通す孔５１を備え、下面側には、導電性パターン層４０により検出電極Ｅ４１，Ｅ４２，Ｅ４３，Ｅ４４（Ｅ４３，Ｅ４４は、図示せず。），Ｅ４５が形成される。
【００２２】
導電性パターン層４０上の一部にはレジスト材により絶縁層４６が形成され、この絶縁層４６が形成された部分が、可撓板３０と検出電極Ｅ４１，Ｅ４２，Ｅ４３，Ｅ４４，Ｅ４５との短絡を防止するガード部Ｇ４６，Ｇ４７，Ｇ４８（図示せず。）を形成する。なお、上方プリント基板５０に設けられる導電性パターン層４０と絶縁層４６の形状は、前記下方プリント基板１０の導電性パターン層２０と絶縁層２６の形状と同じであり可撓板３０を介して対向した配置となっている。
【００２３】
また、ガード部Ｇ４６，Ｇ４７，Ｇ４８下の導電性パターン層４０は、所定の電位又はグランド電位にすることにより、検出電極Ｅ４１，Ｅ４２，Ｅ４３，Ｅ４４，Ｅ４５へのノイズ防止機能を果たしている。
【００２４】
導電性パターン層４０、絶縁層４６も、下方プリント基板１０の場合と同様に形成され、検出電極Ｅ４１乃至Ｅ４５は、それぞれ、可撓板との間の静電容量を持ち、その変化により、加速度の方向と大きさを示す。検出電極Ｅ４１とＥ４２は、Ｘ軸方向（横方向）の検出、検出電極Ｅ４３とＥ４４は、Ｙ軸方向（縦方向）の検出、検出電極Ｅ４５は、Ｚ軸方向（垂直方向）の検出を行う。
【００２５】
次に、加速度が加わった場合の状況を図１（ｂ）と図１（ｃ）により説明する。
【００２６】
通常、静電容量型加速度センサ１が、加速度を受けても、可撓板３０の弾性力により可撓板３０がガード部Ｇ２６乃至Ｇ２８、Ｇ４６乃至Ｇ４８に接触することなく、各検出電極と可撓板３０間の静電容量の変化により、正常に検出が行われる。この実施の形態では、絶縁層２６、４６が、各検出電極を覆っていないため、絶縁層２６、４６の厚みのばらつきによるセンサ出力特性のばらつきはなく、精度の良い検出が行われる。
【００２７】
極めて大きな加速度が加わると静電容量型加速度センサ１の可撓板３０の中央部３３の端などが、上方プリント基板５０または下方プリント基板１０に接触するおそれがある。しかし、本実施の形態によれば、ガード部Ｇ２６乃至Ｇ２８、Ｇ４６乃至Ｇ４８が、検出電極を囲むように配置されており、また、特に、可撓板３０は、中央部３３外周にバネ部３２を有し、絶縁層２６，４６を有するガード部Ｇ２６とＧ４６が、対向するバネ部３２の内側まで伸びているため、中央部３３外周はガード部Ｇ２６とＧ４６と接触して、可撓板３０と検出電極Ｅ２１乃至Ｅ２５，Ｅ４１乃至Ｅ４５との短絡を確実に防止できる。
【００２８】
上記の短絡防止状態を、Ｘ軸方向から矢印ＧＸの高加速度が加わった場合に、図１（ｂ）として、Ｚ軸方向から矢印ＧＶ方向の高加速度が加わった場合に、図１（ｃ）として、示す。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可撓板と検出電極との間に絶縁層を介在させないため、絶縁層の厚みのばらつきによる検出される静電容量のばらつきがなくなり、導電性パターン層の検出電極を除く上面の少なくとも一部に設けた絶縁層により、可撓板と検出電極との短絡も防止できる。これにより、検出電極と可撓板との短絡を防止し、センサ出力特性のばらつきを減じた静電容量型加速度センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施の形態としての静電容量型加速度センサの断面図で、説明の便宜のため、横方向の倍率に対し、縦方向の倍率を大きくして示している。図１（ａ）は、加速度の加わっていない時の状態を示し、図１（ｂ）は、図面横右方向（Ｘ軸正方向）への高い加速度が加わった時の状態を示す。また、図１（ｃ）は、図面上方（Ｚ軸正方向）への高い加速度が加わった時の状態を示す。
【図２】図１における静電容量型加速度センサの一方のプリント基板上に配設される導電性パターン層の形状を示すプリント基板の平面図である。
【図３】図２の導電性パターン層上に形成される絶縁層とプリント基板との関係を示す絶縁層の平面図である。
【図４】図１における静電容量型加速度センサに用いている可撓板の平面形状を示す平面図である。
【符号の説明】
１静電容量型加速度センサ、１０下方プリント基板、１１孔、２０導電性パターン層、２６絶縁層、３０可撓板、３１周縁部、３２バネ部、３３中央部、３４穴、３５錘（ウエイト）、３６中央脚部、４０導電性パターン層、４６絶縁層、５０上方プリント基板、５１孔、６１，６２スペーサ、Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ２３，Ｅ２４，Ｅ２５検出電極、Ｅ４１，Ｅ４２，Ｅ４３，Ｅ４４，Ｅ４５検出電極、Ｇ２６，Ｇ２７，Ｇ２８ガード部、Ｇ４６，Ｇ４７，Ｇ４８ガード部。

Claims

加速度を受けて変位する導電性材からなる可撓板と、
前記可撓板と空隙をもって対向して設けられた検出電極を有する導電性パターン層と、
該導電性パターン層の前記検出電極を除く上面の少なくとも一部に設けた絶縁層と、を備えることを特徴とする静電容量型加速度センサ。
前記絶縁層が、前記検出電極の周縁の前記導電性パターン層上面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型加速度センサ。
前記絶縁層が、レジスト材により形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型加速度センサ。
前記可撓板は、その中央部外周にバネ部を有し、前記絶縁層が、対向する前記バネ部の内側まで伸びていることを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか１項に記載の静電容量型加速度センサ。