JP2008258087A - 加速度スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で製造が容易であり、スイッチのＯＮ状態保持時間を容易に調整でき、さらに検出加速度を調整可能な加速度スイッチを提供する。
【解決手段】同一厚みの薄膜にて、梁４，５、及びフレーム２，３を有する可動構造体を形成する。可動構造体は、基板上の１点又は複数点でアンカー１に固定され、フレーム２は、アンカーと梁４で支持される。面外方向に変位するフレーム３の動作を、機械的にフレーム２の回転動作に変位させ、回転変位するフレームが閾値以上の加速度にて固定電極と接触する構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエアバッグシステム等に用いられる、加速度により接点が一定時間閉じる加速度スイッチに関する。

従来の加速度スイッチとして、シリコン基板をその厚み方向に可動に形成し、該シリコン基板を厚み方向から上、下基板で挟んだ構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１）。シリコン基板の中央部には接点部が形成され、該接点部の両側位置には重錘体が形成されている。上記厚み方向において、接点部は、重錘体よりも厚く形成されている。又、接点部に対向して、上、下の各基板には、接点部と接触可能な電極が設けられている。さらに、重錘体に対向して、上、下の各基板には、重錘体を変位させる自己診断用電極が設けられている。

このような加速度スイッチに対して上記厚み方向に加速度が作用すると、シリコン基板は、重錘体の重量により上側又は下側に移動する。ここで、閾値以上の加速度が作用したときには、接点部が上下どちらかの電極に接触し、接点がＯＮ状態となる。尚、重錘体のスクイズダンピング効果によりＯＮ状態は、一定時間、保持される。
又、上記自己診断用電極間に電位をかけることで、強制的に重錘体を上記厚み方向に変位させ、接点部をＯＮにする。このようにして、当該加速度スイッチの動作確認を行い自己診断することもできる。
特開平１１−２３７４０２号公報（図３）

上述したような従来の加速度スイッチでは、シリコン基板からなる可動構造体に対向して、上、下基板に固定電極を設置している。よって、製造バラツキにより上、下基板の隙間寸法が異なると、検出される加速度か異なるという問題点があった。
又、シリコン基板の両端部は、上、下基板に固定され、当該加速度スイッチの外周部を形成している。よって、温度変化等による外周部の歪みにより、シリコン基板の強度が変化し、加速度の検出特性が変動するという問題点もあった。

又、従来の加速度スイッチでは、スクイズダンピング効果により接点部のＯＮ時間を保持するための重錘体と上、下基板との隙間を、接点部と上、下基板との隙間よりも狭くできない。よって、接点部が先に固定電極と接触し、それ以上にシリコン基板は変位することができないことから、ＯＮ状態の保持時間を長く設定できないという問題点があった。さらに、重錘体と上、下基板との隙間を狭くできないため、自己診断時に自己診断用電極に印加する電圧が高くなるという問題点もある。

又、可動構造体を含む基板の加工を表裏面パターニング及び多段階エッチングにより行うため、製造工程が複雑で高コストとなり、さらに製造バラツキを発生しやすいという問題点があった。
又、検出加速度の調整機構がないため、製造時のバラツキによる検出加速度感度の調整ができず、検出精度が低下するという問題点があった。
又、検出加速度を変更できず、一つの機種で広い加速度範囲に対応できないという問題点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、高精度で、製造が容易であり、かつスイッチのＯＮ状態保持時間を容易に調整できる加速度スイッチを提供することを一つの目的とする。さらに本発明は、上記目的に加えて、検出加速度を調整可能な加速度スイッチを提供することを他の目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における加速度スイッチは、第１基板と、上記第１基板に立設されたアンカー部に支持されたネジレ梁にて支持されて上記ネジレ梁の軸周りに回転し、枠状で上記アンカー部を中央部に配置した検出フレームと、リンク梁にて上記検出フレームに接続され、当該加速度スイッチの面外方向に作用する加速度にて変位して上記検出フレームを回転させ、上記検出フレームと同一厚にて形成される枠状の面外変位フレームと、上記検出フレーム及び上記面外変位フレームが配置される空間を介して上記第１基板に対向して配置される第２基板と、上記検出フレームに対向して上記第１基板又は上記第２基板に設けられ、上記加速度による面外変位フレームの変位により回転した上記検出フレームが閾値以上の加速度にて接触する検出コンタクト電極と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第１態様における加速度スイッチによれば、以下の効果が得られる。即ち、上記面外方向に作用した加速度により、上記面外変位フレームが面外方向に変位する。該変位により、上記リンク梁を介して検出フレームに力が作用し、検出フレームは、ネジリ梁の軸周りに回転する。つまり、面外変位フレームの変位が検出フレームの回転変位に機械的に変換される。そして、閾値を超える加速度が作用したときに検出フレームが上記検出コンタクト電極に接触する。このように、本発明の第１態様における構成は、従来の加速度スイッチのように上下基板の厚み方向に接点部が移動する構成とは異なることから、上下基板による隙間のバラツキが加速度検出精度に影響することは殆ど無く、正負加速度検出誤差をなくすことができる。又、検出フレームを支持するアンカー部は、第１基板に立設され枠状の検出フレームの中央部に配置され、かつ面外変位フレームは検出フレームに接続されている。よって、アンカー部を含めて検出フレーム及び面外変位フレームは、当該加速度スイッチの外周部とは接続されていない。したがって、外部温度変化が直接に検出フレームに影響することはない。よって、本発明の第１態様における加速度スイッチは、従来に比べて温度変動などによる外周部の歪みの影響を受けず安定した特性を維持することができ、高精度な加速度スイッチを構成することができる。

さらに、上述のように検出フレームは、面外変位フレームにて駆動され、検出フレームと面外変位フレームとは独立して別個に変位する。さらに、検出フレーム及び面外変位フレームは同一厚さにて形成されている。又、検出フレーム及び面外変位フレームが配置される空間の厚さは、第１基板と第２基板との間の距離を変更すればよく、容易に変更可能である。よって、本発明の第１態様における加速度スイッチは、従来に比べて面外変位フレームのスクイズダンピング効果により加速度スイッチのＯＮ状態の保持時間を長くすることができ、かつ上記保持時間を容易に調整することができる。

又、検出フレーム及び面外変位フレームは同一厚さにてなることから、多段階エッチング等の複雑な工程は必要としない。よって、本発明の第１態様における加速度スイッチは、従来に比べて製造も容易であり、安価である。

本発明の実施形態である加速度スイッチについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
本実施形態１の加速度スイッチについて、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態１の加速度スイッチ１０１の平面図、図２は、図１に示すＡ−Ａ部の断面図である。尚、図１では、検出フレーム２及び面外変位フレーム３を含む部分には、ハッチングを施しているが、これは図示の明瞭化のためであり、断面を示すものではない。又、図１では、上面基板１０の図示を省略している。

加速度スイッチ１０１の基本的構成は、第１基板と、第２基板と、検出フレーム２と、面外変位フレーム３と、検出コンタクト電極６とを備え、本実施形態における加速度スイッチ１０１は、さらに、アクチュエーション電極７及び感度調整電極１４を備えている。

尚、第１基板は、以下に説明する下面基板９の一例に相当し、第２基板は、以下に説明する上面基板１０の一例に相当する。下面基板９及び上面基板１０は、シリコン、ガラスなどの材料にて形成される。加速度スイッチ１０１は、後述する製造方法のように、例えば半導体プロセスを利用して作製される。又、各図において、説明の便宜上、互いに直交する第１から第３の軸に相当する、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を用いるが、構成部分の配置方向を、説明にて用いる軸方向に限定するものではない。

下面基板９には、アンカー１が立設され、アンカー１には、該アンカー１を中心として例えばＹ軸方向に延びるネジレ梁４が接続される。ネジレ梁４には、好ましくは正方形状で、中央部に空間を有する枠状の検出フレーム２が接続されている。よって、検出フレーム２は、ネジレ梁４及びアンカー１を介して下面基板９の上方にて下面基板９に支持され、ネジレ梁４を中心としてネジレ梁４の軸周りに回転可能である。検出フレーム２は、ポリシリコン、金属などの導電材料にてなる。

面外変位フレーム３は、好ましくは正方形状で、中央部に空間を有する枠状体であり、本実施形態では、中央の空間部分に検出フレーム２が配置され、リンク梁５により検出フレーム２と接続される。よって、面外変位フレーム３は、下面基板９の上方にて、リンク梁５及び検出フレーム２を介して下面基板９に支持されている。リンク梁５は、ネジレ梁４と同様にＹ軸方向に延び、ネジレ梁４に対してＸ軸方向に距離ｅにて離れている。つまり、リンク梁５は、ネジレ梁４に対して偏心して配置される。

当該加速度スイッチ１０１に対して面外方向に加速度が作用した場合、上述の構成を有する面外変位フレーム３は、面外方向に変位する。該変位により、リンク梁５にて面外変位フレーム３に接続された検出フレーム２も変位する。このとき、リンク梁５とネジレ梁４との配置位置が偏心していることにより、検出フレーム２は、ネジレ梁４の軸周りに回転する。換言すると、面外変位フレーム３は、ネジレ梁４の軸周りに検出フレーム２を回転させる。尚、上記面外方向とは、下面基板９に平行な面、つまり図１に示すＸ−Ｙ平面に交差する方向であり、一例として、下面基板９の厚さ方向つまりＺ軸方向が相当する。

このような面外変位フレーム３は、ポリシリコン、金属などの導電材料にてなり、検出フレーム２と同じ厚みにて形成される。又、ネジレ梁４、リンク梁５、検出フレーム２、及び面外変位フレーム３にて、可動構造体を形成する。

下面基板９には、検出フレーム２に対向する場所に、検出コンタクト電極６及び感度調整電極１４が形成される。
検出コンタクト電極６は、下面基板９上で、ネジレ梁４を中心に揺動する検出フレーム２のＸ軸方向における端部が接触可能な場所に設けられ、閾値以上の加速度が当該加速度スイッチ１０１に作用したときに、検出フレーム２が接触し検出フレームとの導通がＯＮ状態となる電極である。

感度調整電極１４は、Ｘ軸方向において、検出コンタクト電極６よりも内側に配置され、検出フレーム２との間で電圧を印加することで、検出フレーム２に対して静電力を作用させることで、検出フレーム２が検出コンタクト電極６に接触する加速度を調整する電極である。

又、下面基板９には、面外変位フレーム３に対向する場所に、アクチュエーション電極７が形成される。アクチュエーション電極７は、検出フレーム２と検出コンタクト電極６とを強制的に接触させるために、面外変位フレーム３との間で電圧が印加され、面外変位フレーム３を強制的に変位させる電極である。

上述した検出フレーム２及び面外変位フレーム３を有する可動構造体、並びに、検出コンタクト電極６、アクチュエーション電極７、及び感度調整電極１４を取り囲むようにして、下面基板９には枠８が形成される。又、検出コンタクト電極６、アクチュエーション電極７、感度調整電極１４、及びアンカー１は、下面基板９に形成した絶縁膜１３上の配線１１により、枠８より外側で、各電極に対応して下面基板９に形成した電極パッド１２に接続される。尚、配線１１と枠８とは絶縁膜により電気的に分離される。

枠８には、下面基板９に対向して上面基板１０が取り付けられる。これにより、検出フレーム２及び面外変位フレーム３にてなる可動構造体、並びに、検出コンタクト電極６、アクチュエーション電極７、及び感度調整電極１４を有するセンサ構造体は、密閉封止される。封止内部２０には、例えば窒素、不活性ガスが封入され、所定の圧力に保持される。尚、検出フレーム２及び面外変位フレーム３と、下面基板９上の検出コンタクト電極６、アクチュエーション電極７、及び感度調整電極１４との距離、並びに、検出フレーム２及び面外変位フレーム３と、上面基板１０の内面との距離は、製造バラツキ範囲で同一とする。

尚、本実施形態では、下面基板９に、検出コンタクト電極６、アクチュエーション電極７、及び感度調整電極１４を形成しているが、これらは、上面基板１０に形成しても良い。

以上のように構成される加速度スイッチ１０１における動作、つまり加速度の検出方法ついて説明する。
まず概略を説明する。面外変位フレーム３は、図１に示すように、リンク梁５により検出フレーム２に接続されている。面外変位フレーム３の変位により、検出フレーム２は、図１のネジレ梁４を中心として回転変位する。即ち、面外変位フレーム３の上下変位が検出フレーム２の回転変位に機械的に変換される。閾値以上の加速度により、検出フレーム２は、検出コンタクト電極６と接触する。よって、検出フレーム２と検出コンタクト電極６が導通したことが外部の回路装置により判別することができる。

より詳しく説明する。
当該加速度スイッチ１０１に加速度が作用し、図３Ａに示すように、面外変位フレーム３がＺ軸方向の負側（図の下方向）に沿って矢印３１ａ方向に移動すると仮定する。加速度検出に関する閾値以上の加速度が作用することで、検出フレーム２は、ネジレ梁４を中心として矢印３２ａ方向へ回転し、検出コンタクト電極６と接触する。該接触により、検出フレーム２はそれ以上回転しない。

さらに加速度が作用することで、図３Ｂに示すように、検出フレーム２が検出コンタクト電極６に接触した後も、面外変位フレーム３は、矢印３１ａ方向に移動して、アクチュエーション電極７と接触する。その際、面外変位フレーム３の変位は、スクイズダンピング効果により多少の作動遅れ（位相ズレ）を生じてアクチュエーション電極７と接触する。

加速度が減少すると、図３Ｃに示すように、面外変位フレーム３は、Ｚ軸方向の正側（図の上方向）へ矢印３１ｂ方向に移動して、アクチュエーション電極７より離れる。しかしながら、面外変位フレーム３がアクチュエーション電極７から一定距離分、離れるまで、検出フレーム２は、検出コンタクト電極６との接触が維持される。

図３Ｄに示すように、面外変位フレーム３がアクチュエーション電極７より一定距離を超えて離れると、面外変位フレーム３に引っ張られ検出フレーム２は、矢印３２ｂ方向に回転し、検出コンタクト電極６から離れる。即ち、面外変位フレーム３のスクイズダンピング効果により、当該加速度スイッチ１０１のＯＮ保持時間を長くすることができる。
スクイズダンピング効果は、封止内部２０の封止圧力、面外変位フレーム３の面積、及び面外変位フレーム３とアクチュエーション電極７との間の隙間間隔により調整することができる。よって、上記ＯＮ保持時間は、調整可能である。特に、スクイズフィルム効果は、上記隙間間隔の３乗に反比例することが知られている。本実施形態では、面外変位フレーム３とアクチュエーション電極７との間の隙間間隔および枠８の高さを調整することで、容易に上記隙間間隔を変更することができ、ＯＮ保持時間を容易に調整することができる。

例えばエアバッグ作動用の加速度スイッチでは、エアバッグの展開判定のため、一定時間、ＯＮ状態を維持する必要がある。一方、ＯＮ状態の保持時間は、加速度スイッチが用いられるシステムにより異なる。したがって、上述のようにＯＮ保持時間を容易に調整することができる本加速度スイッチ１０１は、上述のようなシステムに非常に有効となる。

次に、当該加速度スイッチ１０１に対して加速度を作用させることなく、当該加速度スイッチ１０１が正常動作することを確認する自己診断について、図４を用いて説明する。
自己診断装置４０にて電極パッド１２を介して面外変位フレーム３及びアクチュエーション電極７間に電位を加える。これにより面外変位フレーム３は、矢印３１ａ方向に移動し、電位が所定値を超えると、つまり面外変位フレーム３の変位量が規定値を超えると、矢印３２ａ方向へ回転した検出フレーム２は、検出コンタクト電極６と接触する。自己診断装置４０は、接触にて得られた電圧値と、正常動作において予め測定しておいた参照電圧とを比較することにより、当該加速度スイッチ１０１の動作が正常であるか否かを確認することができる。このようにアクチュエーション電極７を設けることで、信頼性の高い加速度スイッチを提供することができる。尚、面外変位フレーム３と、アクチュエーション電極７との隙間を狭くすれば、より低い電圧にて自己診断機能を実行することができる。

尚、図４ではアクチュエーション電極７は、下面基板９にのみ配置しているが、上面基板１０にも配置しても構わない。上、下面基板９、１０のそれぞれにアクチュエーション電極７を配置することで、当該加速度スイッチ１０１のＺ軸方向の正側、負側の両方に作用する加速度について、自己診断が可能となる。

又、アクチュエーション電極７は、自己診断機能だけでなく、チャタリング防止用途としても機能させることができる。即ち、自己診断装置４０は、検出フレーム２と検出コンタクト電極６とが接触した後に、アクチュエーション電極７と面外変位フレーム３との間に電位を一定時間、印加する。これにより、面外変位フレーム３がアクチュエーション電極７側に付勢され、これにて検出フレーム２も検出コンタクト電極６側に付勢される。よって、検出フレーム２と検出コンタクト電極６との接触がＯＮ，ＯＦＦを繰り返すチャタリングを防止することができる。したがって、信頼性の高い加速度スイッチを提供することができる。

次に、当該加速度スイッチ１０１における加速度の検出感度の調整機構について、図５を用いて説明する。
検出感度調整装置４１にて、電極パッド１２を介して検出フレーム２と感度調整電極１４との間に電位を加える。これにより、検出フレーム２は、静電引力により感度調整電極１４側に引っ張られる。よって、検出フレーム２には、ネジレ梁４による回転運動に対する抵抗力が発生し、検出感度が調整可能となる。したがって、感度調整電極１４を設けることで、測定範囲の広い加速度スイッチを提供することができる。

次に、当該加速度スイッチ１０１の製造方法の一例について、図６Ａから図６Ｃを参照して説明する。
図６Ａにおいて、シリコンなどの下面基板９上にシリコン酸化膜などの絶縁膜１３を形成する。次に、絶縁膜１３上に検出コンタクト電極６、アクチュエーション電極７、感度調整電極１４、配線１１などの電極を形成する。電極材料は、不純物ドープしたポリシリコンや、金などの導電材料である。

図６Ｂにおいて、犠牲層１５を成膜し、パターニング後、検出フレーム２、面外変位フレーム３などの可動構造体、及び枠８を形成する。枠８は、可動構造体よりも厚く形成して、可動構造体と上面基板１０との間に隙間を形成するが、該方法に限定されず、可動構造体と同一厚みにて形成し、隙間用の凹部を有する上面基板を用いてもよい。可動構造体の材料は、不純物ドープしたポリシリコンや金などの導電材料である。犠牲層１５は、リンガラス、レジストなど可動構造体から選択除去可能な材料である。

図６Ｃにおいて、犠牲層１５を選択除去後、上面基板１０を枠８に接合する。
本加速度スイッチ１０１では、検出フレーム２及び面外変位フレーム３と、上、下基板間との各隙間が同一であり、可動構造体が同一厚みのため、多段階エッチなど複雑な工程を必要としない。また基板片面の工程で製造できるため、基板両面マスク合わせ露光、両面エッチングなど特殊な製造装置を必要としない。したがって、加速度スイッチ１０１は、従来の加速度スイッチの製造に比して、容易に製造することができる。よって、安価な加速度スイッチを提供することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２における加速度スイッチについて、図７及び図８を用いて説明する。図８は、図７に示す実施形態２の加速度スイッチ１０２のＡ−Ａ部における断面図である。尚、枠８及び上面基板１０は、図示を省略している。又、図７では、検出フレーム５２及び面外変位フレーム５３部分には、ハッチングを施しているが、これは図示の明瞭化のためであり、断面を示すものではない。

上述の実施形態１の加速度スイッチ１０１では、面外変位フレーム３の内側に検出フレーム２を配置しているが、本実施形態２の加速度スイッチ１０２では、検出フレーム５２の内側に面外変位フレーム５３を配置している点が相違する。ここで検出フレーム５２は、実施形態１の検出フレーム２に相当する部分であり、面外変位フレーム５３は、実施形態１の面外変位フレーム３に相当する部分である。その他の構成については、変わる部分はない。よって、同様の機能を果たす構成部分については、同じ符号を付し、ここでの説明は省略する。

面外変位フレーム５３は、例えば正方形状でその中央部に空間を有し、当該加速度スイッチ１０２に作用する加速度により上記面外方向に変位する部材である。面外変位フレーム５３は、下面基板９に立設したアンカー５４を上記空間の中央に配置し、アンカー５４を中心にＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って延びる支持梁１６Ｘ、１６Ｙにて、下面基板９の上方にて下面基板９に支持される。又、実施形態１の場合と同様に、Ｙ軸方向に延びる支持梁１６Ｙに対してＸ軸方向にずらした位置に、面外変位フレーム５３の側面からＹ軸方向に延びるリンク梁５が形成されている。該リンク梁５は、検出フレーム５２に接続される。

検出フレーム５２は、例えば正方形状でその中央部に空間を有し、該空間に面外変位フレーム５３を配置している。又、アンカー５４とＹ軸方向に同軸上で、面外変位フレーム５３を挟んだ下面基板９の２箇所には、アンカー５１ａ、５１ｂが立設される。アンカー５１ａ、５１ｂには、一端がアンカー５１ａ、５１ｂに接続され、Ｙ軸方向に延び、他端を検出フレーム５２に接続したネジリ梁４ａ，４ｂが設けられる。よって、検出フレーム５２は、ネジリ梁４ａ，４ｂ、及びアンカー５１ａ、５１ｂにて、下面基板９の上方にて下面基板９に支持される。

上述した、面外変位フレーム５３及び検出フレーム５２の構成において、加速度の作用による面外変位フレーム５３の変位により、検出フレーム５２は、ネジリ梁４ａ，４ｂを中心にネジリ梁４ａ，４ｂの軸周り方向に回転可能である。

尚、実施形態１の場合と同様に、面外変位フレーム５３に対向する下面基板９の部分には、アクチュエーション電極７が配置され、検出フレーム５２に対向する下面基板９の部分には、検出コンタクト電極６及び感度調整電極１４が配置される。

以上のように構成される実施形態２の加速度スイッチ１０２においても、図８に示すように、加速度の作用により面外変位フレーム５３が矢印３１ａ方向に変位し、それに伴い、検出フレーム５２がネジリ梁４ａ，４ｂを中心にネジリ梁４ａ，４ｂの軸周りに矢印３２ａの方向に回転する。そして、検出フレーム５２が検出コンタクト電極６に接触することで、加速度が検出される。

実施形態２の加速度スイッチ１０２では、面外変位フレーム５３の周囲に検出フレーム５２を配置したことで、面外変位フレーム５３の変位に対する検出フレーム５２の回転変位効率を高めることができ、加速度スイッチの構成を小型化することができる。

実施の形態３．
図９を参照して、本発明の実施の形態３における加速度スイッチ１０３について説明する。実施の形態３における加速度スイッチ１０３は、実施形態１の加速度スイッチ１０１の構成と基本的に同じ構成を有する。よって、実施形態１と相違する構成部分についてのみ、以下に説明する。

検出コンタクト電極６は、下面基板９ではなく、上面基板１０の検出フレーム２が対向する箇所に形成される。又、検出コンタクト電極６の材料は、金などの低抵抗金属とする。尚、図９では、検出コンタクト電極６の厚みを誇張気味に図示している。又、検出コンタクト電極６と接触する検出フレーム２上にもコンタクト金属膜１７を形成する。コンタクト金属膜１７も検出コンタクト電極６と同じく金などの低抵抗金属とする。尚、コンタクト金属膜１７は、低抵抗電極の一例に相当する。

このような加速度スイッチ１０３によれば、加速度を検出するときのスイッチ接触抵抗を低抵抗とすることができ、加速度スイッチの動作信頼性を高めることができる。又、検出コンタクト電極６及びコンタクト金属膜１７の膜厚は、容易に変更できる。よって、膜厚を増減させることにより、検出する加速度の閾値、及び、検出フレーム２が検出コンタクト電極６に接触している接触保持時間を容易に調整することができる。
尚、図９に示す加速度スイッチ１０３では、アクチュエーション電極７及び感度調整電極１４は、下面基板９に形成しているが、検出コンタクト電極６と同様に、上面基板１０に形成してもよい。尚、アクチュエーション電極７をチャタリング防止機能として用いる場合には、上面基板１０上に形成する。

又、本実施形態の構成では、上面基板１０と検出フレーム２及び面外変位フレーム３との距離を、下面基板９と検出フレーム２及び面外変位フレーム３との距離に同程度とすることができる。そのため下面基板９と可動構造体との間のスクイズダンピング効果に加え、上面基板１０と可動構造体との間のスクイズダンピング効果が加わり、ＯＮ保持時間を長く保てる利点を有する。

実施の形態４．
図１０を参照して、本発明の実施の形態４における加速度スイッチ１０４について説明する。実施の形態４における加速度スイッチ１０４は、実施形態１の加速度スイッチ１０１の構成と基本的に同じ構成を有する。よって、実施形態１と相違する構成部分についてのみ、以下に説明する。

実施形態４では、検出コンタクト電極６に相当する検出コンタクト電極６１を設け、かつ上述の実施形態３の場合と同様に、上面基板１０に形成する。このような検出コンタクト電極６１は、検出フレーム２との接触により弾性変形可能な弾性構造を有し、検出フレーム２との接触面積がより増すような構造を有する。一例として、検出コンタクト電極６１は、図示するような中空の枠体にて形成されたバネ構造であり、その他、上述の、検出フレーム２との接触面積を増加させるという目的のために当業者が容易想到である構造を採ることができる。又、検出フレーム２にも、上述の実施形態３の場合と同様に、コンタクト金属膜１７を形成するのが好ましい。

このように構成される実施の形態４の加速度スイッチ１０４によれば、以下のような効果が得られる。即ち、検出フレーム２は、ネジレ梁４を中心に揺動するが、製造時の誤差などで、検出フレーム２の左右端の一方のみにて検出コンタクト電極６と接触するような片当たりの現象が発生するときがある。このような場合においても、加速度スイッチ１０４によれば、検出コンタクト電極６１が弾性変形することから、確実に、検出フレーム２と検出コンタクト電極６１とを接触させることができる。さらに、接触面積が増加させることができ、接触抵抗を低抵抗とすることができる。これらのことから、加速度スイッチの動作信頼性を高めることができる。
尚、図１０では、上面基板１０上に検出コンタクト電極６１を形成しているが、下面基板９に検出コンタクト電極６１を形成しても構わない。

実施の形態５
図１１を参照して、本発明の実施の形態５における加速度スイッチ１０５について説明する。図１１は加速度スイッチ１０５の平面図である。又、図１１では、検出フレーム７２及び面外変位フレーム７３を含む部分には、ハッチングを施しているが、これは図示の明瞭化のためであり、断面を示すものではない。尚、加速度スイッチ１０５の基本的な構成は、上述の実施形態１における加速度スイッチ１０１の構成に同じであり、同一又は同様の機能を有する構成部分については、同じ符号を付し、ここでの説明は省略する。よって、以下では相違する構成部分についてのみ説明を行う。

実施形態１の加速度スイッチ１０１では、検出フレーム２を一つしか設けていない。よって、加速度の検出レベルつまり検出の閾値を変化、又は調整する手段の一つとして、上述のように感度調整電極１４を設けている。これに対し、本実施形態５の加速度スイッチ１０５では、複数の検出フレームを設け、検出フレーム毎に異なる加速度検出レベルを有するように構成した。これに伴い、本実施形態５の加速度スイッチ１０５では、感度調整電極１４は省略することもできるが、ここでは、より細かな加速度検出レベルが設定可能なように、感度調整電極１４は、それぞれの検出フレームに対向して設けている。尚、図１１では、アクチュエーション電極７、感度調整電極１４、及び枠８の図示を省略している。

又、本実施形態では、図示するように、４つの検出フレームを設けるが、検出フレームの数は、複数であり、４つに限定するものではない。又、本実施形態では、図示するように、４つの検出フレームを格子状に配列しているが、配置方法も図示のものに限定するものではない。要するに、加速度を検出する閾値をそれぞれ異ならせ、それぞれの加速度をより精度良く検出可能なように、検出フレームの数、配置を設定すればよい。

本実施形態５の加速度スイッチ１０５の構成を具体的に説明する。
面外変位フレーム３に相当し面外変位フレーム３と同様に機能する面外変位フレーム７３は、例えば正方形状にてなり、その中央部にて、Ｙ軸方向において一対の空間７３ａ，７３ｂを有する。空間７３ａには、Ｘ軸方向に沿って、同一構成を有する検出フレーム７２−１、７２−２が配置され、空間７３ｂには、Ｘ軸方向にそって、同一構成を有する検出フレーム７２−３、７２−４が配置される。又、検出フレーム７２−１、７２−３は、Ｙ軸方向に同軸上に位置し、検出フレーム７２−２、７２−４は、Ｙ軸方向に同軸上に位置する。尚、検出フレーム７２−１〜７２−４は、上述の検出フレーム２に相当するもので、アンカー１及びネジレ梁４の構成も含めて検出フレーム２と同一の構造及び機能を有する。

又、検出フレーム７２−１〜７２−４では、Ｘ軸方向におけるネジレ梁４とリンク梁５との距離ｅがそれぞれ異なっている。即ち、検出フレーム７２−１では距離ｅ１に、検出フレーム７２−２では距離ｅ２に、検出フレーム７２−３では距離ｅ３に、検出フレーム７２−４では距離ｅ４に、それぞれ設定されている。ここで、距離ｅ１が最も長く、順次、短くなり、距離ｅ４が最も短い。このように距離ｅを変化させることで、一つの面外変位フレーム７３が面外方向に変位したとき、それぞれの検出フレーム７２−１〜７２−４における回転変位量が異なる。よって、一つの面外変位フレーム７３により駆動される各検出フレーム７２−１〜７２−４において、検出コンタクト電極６と接触する加速度の閾値がそれぞれ異なることになる。よって、本実施形態の加速度スイッチ１０５では、一つの加速度スイッチにて、複数の異なる加速度強さを検出することができる。

又、上述のように、距離ｅを異ならせることで複数の異なる加速度強さを検出するように構成したが、ネジレ梁５の剛性を異ならせることで複数の異なる加速度強さを検出するように構成してもよい。即ち、距離ｅ及び上記剛性の少なくとも一つを調整することで、複数の異なる加速度強さを検出するように構成することができる。

実施の形態６
図１２、及び図１３Ａ〜図１３Ｄを参照して、本発明の実施の形態６における加速度スイッチ１０６について説明する。図１２は加速度スイッチ１０６の平面図であり、図１３は図１２のＡ−Ａ部における断面図である。又、図１２及び図１３において、枠８、上面基板１０、アクチュエーション電極７、及び感度調整電極１４の図示は、省略している。又、図１２では、検出フレーム２Ａ〜２Ｃ、及び面外変位フレーム８３を含む部分には、ハッチングを施しているが、これは図示の明瞭化のためであり、断面を示すものではない。尚、加速度スイッチ１０６の基本的な構成は、上述の実施形態１における加速度スイッチ１０１の構成に同じであり、同一又は同様の機能を有する構成部分については、同じ符号を付し、ここでの説明は省略する。よって、以下では相違する構成部分についてのみ説明を行う。

本実施形態の加速度スイッチ１０６では、検出フレーム８２Ａは、Ｙ軸方向に延びるネジレ梁５に直交する直交方向に相当するＸ軸方向に沿って、当該検出フレーム８２Ａの両側に連結部材１８を介して連結される複数の副検出フレーム８２Ｂ、８２Ｃを有する。ここで、検出フレーム８２Ａは、上述した検出フレーム２に相当する部材であり、検出フレーム２と同様の構成及び機能を有する。本実施形態では、副検出フレーム８２Ｂ、８２Ｃは、同じ形状にてなるが、異ならせても良い。又、本実施形態では、検出フレーム８２ＡのＸ軸方向における両端にて、それぞれ２つずつ、副検出フレーム８２Ｂ、８２Ｃを連結しているが、副検出フレームの数は、２つに限定するものではない。又、検出する加速度に対応して、検出フレーム８２ＡのＸ軸方向における両端にて、連結する副検出フレームの数を異ならせても良い。
上述の、検出フレーム８２Ａ、及び副検出フレーム８２Ｂ、８２Ｃは、リンク梁５を介して面外変位フレーム８３に接続される。

連結部材１８は、検出フレーム８２Ａのネジレ梁５の軸周り方向への回転に伴い、副検出フレーム８２Ｂ、８２Ｃも検出フレーム８２Ａとともに同方向に回転させ、かつ検出フレーム８２Ａに対して副検出フレーム８２Ｂ、８２Ｃをそれぞれ独立して変位可能とする部材である。又、連結部材１８は、検出フレーム８２Ａと副検出フレーム８２Ｂとの間、副検出フレーム８２Ｂと副検出フレーム８２Ｃとの間を、連結方向であるＸ軸方向に伸縮可能に連結する。連結部材１８の一例として、図１２に示すような、折り曲げバネの形状である。勿論、その形状は、図示するものに限定されない。又、本実施形態では、図示するように、検出フレーム８２Ａ、副検出フレーム８２Ｂ、８２Ｃにおいて、Ｙ軸方向の両端部分に連結部材１８を設けているが、上述の機能を果たす限り、少なくとも一つの連結部材１８にて連結を行っても良い。

検出フレーム８２Ａ、副検出フレーム８２Ｂ、８２ＣのＸ軸方向におけるそれぞれの端部に対向して、下面基板９には、検出コンタクト電極６Ａ、及び副検出コンタクト電極６Ｂ、６Ｃが形成される。

以上のように構成された本実施形態の加速度スイッチ１０６における動作について、図１３を用いて説明する。
図１３Ａは、当該加速度スイッチ１０６に加速度が作用していない状態を示している。検出フレーム８２Ａ、及び副検出フレーム８２Ｂ、８２Ｃ、並びに面外変位フレーム８３は、下面基板９に平行又はほぼ平行に、下面基板９の上方に位置する。

図１３Ｂにおいて、当該加速度スイッチ１０６に加速度が面外方向に加わると、面外変位フレーム８３が面外方向、例えば矢印３１ａ方向に変位する。これにより、第１閾値以上の加速度が作用したとき、最も外側に配置された副検出フレーム８２Ｃが副検出コンタクト電極６Ｃと接触する。

加速度がさらに増し、第２閾値以上の加速度が作用したときには、図１３Ｃに示すように、副検出フレーム８２Ｃと副検出フレーム８２Ｂとを連結している連結部材１８が折れ曲がり、副検出フレーム８２Ｃよりも内側に配置されている副検出フレーム８２Ｂが副検出コンタクト電極６Ｂと接触する。

加速度がさらに増し、第３閾値以上の加速度が作用したときには、図１３Ｄに示すように、副検出フレーム８２Ｂと検出フレーム８２Ａとを連結している連結部材１８が折れ曲がり、副検出フレーム８Ｂよりも内側に配置されている検出フレーム８２Ａが検出コンタクト電極６Ａと接触する。

このように、本実施形態の加速度スイッチ１０６では、一つの加速度スイッチにて、複数の異なる加速度を検出することが可能となる。

尚、上述した各実施形態における構成を任意に組み合わせた構成を有する加速度スイッチを構成することもできる。

本発明の実施の形態１による加速度スイッチを示す平面図である。 図１に示すＡ−Ａ部における加速度スイッチの断面図である。 図１に示す加速度スイッチの動作を説明する図である。 図１に示す加速度スイッチの動作を説明する図である。 図１に示す加速度スイッチの動作を説明する図である。 図１に示す加速度スイッチの動作を説明する図である。 図１に示す加速度スイッチにおける自己診断動作を説明する図である。 図１に示す加速度スイッチにおいて検出感度を変更する動作を説明する図である。 図１に示す加速度スイッチの製造方法を説明する図である。 図１に示す加速度スイッチの製造方法を説明する図である。 図１に示す加速度スイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施の形態２による加速度スイッチを示す平面図である。 図７に示すＡ−Ａ部における加速度スイッチの断面図である。 本発明の実施の形態３による加速度スイッチを示す断面図である。 本発明の実施の形態４による加速度スイッチを示す断面図である。 本発明の実施の形態５による加速度スイッチを示す平面図である。 本発明の実施の形態６による加速度スイッチを示す平面図である。 図１２に示す加速度スイッチの動作を説明する図である。 図１２に示す加速度スイッチの動作を説明する図である。 図１２に示す加速度スイッチの動作を説明する図である。 図１２に示す加速度スイッチの動作を説明する図である。

符号の説明

１ アンカー、２ 検出フレーム、３ 面外変位フレーム、４ ネジレ梁、
５ リンク梁、６ 検出コンタクト電極、６Ｂ、６Ｃ 副検出コンタクト電極、
７ アクチュエーション電極、８ 枠、９ 下面基板、１０ 上面基板、
１１ 配線、１２ 電極パッド、１３ 絶縁膜、
１４ 感度調整電極、１６Ｘ、１６Ｙ 支持梁、１７ コンタクト金属膜、
１８ 連結部材、８２Ｂ、８２Ｃ 副検出フレーム、
１０１〜１０６ 加速度スイッチ。

Claims (9)

1. 第１基板と、
   上記第１基板に立設されたアンカー部に支持されたネジレ梁にて支持されて上記ネジレ梁の軸周りに回転し、枠状で上記アンカー部を中央部に配置した検出フレームと、
   リンク梁にて上記検出フレームに接続され、当該加速度スイッチの面外方向に作用する加速度にて変位して上記検出フレームを回転させ、上記検出フレームと同一厚にて形成される枠状の面外変位フレームと、
   上記検出フレーム及び上記面外変位フレームが配置される空間を介して上記第１基板に対向して配置される第２基板と、
   上記検出フレームに対向して上記第１基板又は上記第２基板に設けられ、上記加速度による面外変位フレームの変位により回転した上記検出フレームが閾値以上の加速度にて接触する検出コンタクト電極と、
   を備えたことを特徴とする加速度スイッチ。
2. 上記検出フレームを内側に、上記面外変位フレームを上記検出フレームの外側に配置した、請求項１記載の加速度スイッチ。
3. 上記面外変位フレームを内側に、上記検出フレームを上記面外変位フレームの外側に配置した、請求項１記載の加速度スイッチ。
4. 上記検出フレームは複数個設けられ、それぞれの検出フレームに対応して上記検出コンタクト電極は複数個設けられ、上記リンク梁の位置及び上記ネジレ梁の剛性の少なくとも一方が調整されてそれぞれの検出フレームは互いに異なる加速度にて対応の検出コンタクト電極に接触する、請求項１又は２記載の加速度スイッチ。
5. 上記検出フレームは、上記ネジレ梁の延在方向に直交する直交方向に沿って当該検出フレームの両側に連結部材を介して連結される複数の副検出フレームを有し、
   上記副検出フレームに対向し、かつ上記検出コンタクト電極が形成されている上記第１基板又は上記第２基板に設けられ、上記検出フレームが上記検出コンタクト電極に接触する上記閾値未満の加速度にて上記副検出フレームが接触する副検出コンタクト電極をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の加速度スイッチ。
6. 上記検出フレームは、上記検出コンタクト電極と接触する部分に金電極を備え、上記検出コンタクト電極は、金にて形成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の加速度スイッチ。
7. 上記検出コンタクト電極は、上記検出フレームとの接触により変形する弾性構造を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の加速度スイッチ。
8. 上記面外変位フレームに対向して上記第１基板又は上記第２基板に設けられ、上記検出フレームと上記検出コンタクト電極とを強制的に接触させるために上記面外変位フレームとの間で電圧が印加され、上記面外変位フレームを強制的に変位させるアクチュエーション電極をさらに備えた、請求項１から７のいずれか１項に記載の加速度スイッチ。
9. 上記検出フレームに対向して上記第１基板又は上記第２基板に設けられ、上記検出フレームとの間で電圧が印加され、上記検出フレームに対して静電力を作用させて上記検出フレームが上記検出コンタクト電極に接触する加速度を調整する感度調整電極をさらに備えた、請求項１から８のいずれか１項に記載の加速度スイッチ。

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