JP2005096039A

JP2005096039A - 静電容量式可動構造

Info

Publication number: JP2005096039A
Application number: JP2003334234A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Furukubo; 英一古久保; Koji Sakai; 浩司境
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】全体の寸法を大きくせずにマス部の変位量を大きくする。
【解決手段】ビーム部３は幅細の薄い帯状であって、マス部２の厚み方向からみた形状が正方形の渦巻き状に形成され、外側の一端がマス部２の凹所２ａに臨む端縁に連結されるとともに、内側の他端が凹所２ａ内に配設されている支持部４に連結される。故に、一対のビーム部３が配設される領域の可動構造体１全体に占める割合が従来例に比較して相対的に低いにもかかわらずビーム部３の長さ寸法を伸ばしてマス部２の変位量を大きくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加速度センサ、角速度センサ、圧力センサなどの静電容量式センサや静電力を利用して接点を開閉するスイッチあるいはリレーなどに用いられる静電容量式可動構造に関するものである。

従来より、加速度や角速度のような物理量を可動電極と固定電極の間の静電容量によって検出する静電容量式センサや、電極間にはたらく静電力を利用して可動接点と固定接点を接離するスイッチやリレーが種々提案されている。

図４は従来の静電容量式加速度センサに用いられる静電容量式可動構造の一例を示す平面図である（特許文献１参照）。この加速度センサは、円柱状の支持部３０と、支持部３０に外挿される円筒形のマス部３１と、平面視略円弧形に形成されて一端が支持部３０に連結されるとともに他端がマス部３１に連結されて撓み自在にマス部３１を支持する複数のビーム部３２と、マス部３１の外周面に設けられた可動電極（図示せず）と、可動電極と対向する固定電極（図示せず）とからなる静電容量式可動構造を備えている。

而して、加速度が印加されるとマス部３１が変位して可動電極と固定電極の間のギャップが変化することから、固定電極と可動電極の間の静電容量も変化し、その容量変化を図示しない外部回路で測定するにより加速度の印加方向およびその大きさが検出できる。
特開平９−１４５７４０号公報

ところで、静電容量式センサで物理量（上記従来例であれば、加速度）の検出感度を高くするには、物理量に対するマス部の変位量を大きくすればよい。しかしながら、上記従来例における静電容量式可動構造では、複数のビーム部３２が配設される領域が可動構造全体に占める割合が比較的に高いため、ビーム部３２の長さを長くするには可動構造全体を大型化しなければならず、可動構造全体の寸法を大きくせずにマス部３１の変位量を大きくすることは困難であった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、全体の寸法を大きくしなくてもマス部の変位量を大きくすることが可能な静電容量式可動構造を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、固定電極と、固定電極に対向する可動電極と、扁平な板状に形成されて可動電極を支持するマス部と、撓み自在の形状に形成されて一端がマス部に連結される一対のビーム部と、ビーム部の他端に連結されビーム部を介してマス部を揺動自在に支持する支持部とを備え、ビーム部は、マス部の厚み方向からみた形状が正方形の渦巻き状に形成されたことを特徴とする。

この発明によれば、一対のビーム部が配設される領域の全体に占める割合が従来例に比較して相対的に低いにもかかわらずビーム部の長さ寸法を伸ばしてマス部の変位量を大きくすることができ、しかも、ビーム部が正方形に形成されているから、正方形の各辺に平行な方向におけるマス部の変位量をほぼ等しくすることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、マス部とともに揺動する可動接点と、可動接点と対向する固定接点とを備え、固定電極と可動電極の間にはたらく静電力でマス部が揺動することにより可動接点を固定接点に接触および開離させてなることを特徴とする。

この発明によれば、ビーム部の長さ寸法を伸ばしてマス部の変位量を大きくすることができるから、固定電極と可動電極の間に印加する駆動電圧を低下して感度アップの図れるスイッチやリレーが実現できる。

本発明によれば、一対のビーム部が配設される領域の全体に占める割合が従来例に比較して相対的に低いにもかかわらずビーム部の長さ寸法を伸ばしてマス部の変位量を大きくすることができ、しかも、ビーム部が正方形に形成されているから、正方形の各辺に平行な方向におけるマス部の変位量をほぼ等しくすることができるという効果がある。

図１は本実施形態の静電容量式可動構造体１を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。

マス部２は、平面視略エ字形の扁平な板状に形成され、中央の各凹所２ａ内にそれぞれビーム部３が配設されている。ビーム部３は幅細の薄い帯状であって、図１（ａ）に示すようにマス部２の厚み方向（図１（ｂ）における上下方向）からみた形状が正方形の渦巻き状に形成され、外側の一端がマス部２の凹所２ａに臨む端縁に連結されるとともに、内側の他端が凹所２ａ内に配設されている支持部４に連結される。支持部４は円柱状に形成され、ガラスなどの絶縁体からなる台座５の表面（図１（ｂ）における上面）に一端側で接合されている。従って、台座５に固定された支持部４により、撓み自在のビーム部３を介してマス部２が揺動自在に支持されることになる。尚、本実施形態の静電容量式可動構造体１は、半導体基板（例えば、シリコン基板）をエッチングなどの微細加工により加工することで形成される
本実施形態の静電容量式可動構造体１を加速度センサや角速度センサに利用する場合、図２に示すように櫛歯状の可動電極６をマス部２の周縁部に形成し、同じく櫛歯状に形成された固定電極（図示せず）と可動電極６を互い違いに並べて対向させればよい。すなわち、加速度又は角速度が印加されることでマス部２が揺動して変位し、その変位量に応じて固定電極と可動電極６の間のギャップが変化して両電極間の静電容量も変化するから、その静電容量の変化の大きさを測定することで印加された加速度や角速度の方向と大きさが検出できるのである。但し、このような加速度や角速度の検出原理は従来の静電容量式センサと共通であるから詳細な説明は省略する。

また、本実施形態の静電容量式可動構造体１を利用したスイッチ又はリレーの構造を図３に示す。可動構造体１は矩形枠状のフレーム部１０の内側に配置され、可動構造体１並びにフレーム部１０の両側に絶縁体からなる矩形板状の台座５，１１がそれぞれ接合される。マス部２の台座５と対向する面の端部にシート状の可動電極１２が設けられ、台座５には可動電極１２と対向するシート状の固定電極１３が設けられている。また、マス部２の台座１１と対向する面の他端部にシート状の可動接点１４が設けられ、台座１１には可動接点１４と対向する一対のシート状の固定接点１５が設けられている。すなわち、固定電極１３と可動電極１２の間に電圧を印加すれば、両電極１２，１３間にはたらく静電力によってマス部２が揺動して可動電極１２が固定電極１３に近付く向きに変位するから、マス部２の他端部に設けられている可動接点１４が台座１１に設けられている固定接点１５と接触してスイッチ又はリレーがオンし、電極１２，１３間への電圧印加を停止すれば、電極１２，１３間に静電力がはたらかなくなってマス部２が元の位置に変位するから、可動接点１４が固定接点１５から開離してスイッチ又はリレーがオフするのである。

而して、本実施形態の静電容量式可動構造体１は、ビーム部３がマス部２の厚み方向からみた形状が正方形の渦巻き状に形成されているので、一対のビーム部３が配設される領域の可動構造体１全体に占める割合が従来例に比較して相対的に低いにもかかわらずビーム部３の長さ寸法を伸ばしてマス部２の変位量を大きくすることができる。そのため、加速度センサや角速度センサなどの静電容量式センサに利用した場合には物理量の検出感度を高めることができ、スイッチ又はリレーに利用した場合には駆動電圧（固定電極１３と可動電極１２の間に印加する電圧）の低下による感度アップが図れる。しかも、ビーム部３が正方形に形成されているから、正方形の各辺に平行な方向（２次元直交座標系のｘ軸方向およびｙ軸方向）におけるマス部２の変位量をほぼ等しくすることができる。尚、本実施形態では２つのビーム部３でマス部２を支持する構造としているため、１つのビーム部３で支持する構造に比較して振動によるマス部２の不用意な変位に対する安定性が増すという利点がある。

本発明の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。同上を用いた静電容量式センサの要部を示す平面図である。同上を用いたスイッチ又はリレーを示し（ａ）は一方の台座を取り除いた状態の平面図、（ｂ）は取り除いた台座の平面図、（ｃ）は断面図である。従来例の要部を示す平面図である。

符号の説明

１静電容量式可動構造体
２マス部
３ビーム部
４支持部
５台座

Claims

固定電極と、固定電極に対向する可動電極と、扁平な板状に形成されて可動電極を支持するマス部と、撓み自在の形状に形成されて一端がマス部に連結される一対のビーム部と、ビーム部の他端に連結されビーム部を介してマス部を揺動自在に支持する支持部とを備え、ビーム部は、マス部の厚み方向からみた形状が正方形の渦巻き状に形成されたことを特徴とする静電容量式可動構造。
マス部とともに揺動する可動接点と、可動接点と対向する固定接点とを備え、固定電極と可動電極の間にはたらく静電力でマス部が揺動することにより可動接点を固定接点に接触および開離させてなることを特徴とする請求項１記載の静電容量式可動構造。