JP2009212027A - スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】２軸方向の動きを均等に検出することを可能にするスイッチを提供する。
【解決手段】スイッチは、枠形状の支持部１０と、４つの梁部２０により支持部１０の内側に連結された錘部２６とを備える。４つの梁部２０は互いに直交する２軸上に配されて、錘部２６を４方向から支持部１０の内側に連結する。錘部２６の上面には、各梁部２０が配された２軸により分割された４つの領域に、それぞれ上部可動電極１８ａ〜１８ｄが形成されている。錘部２６の下面には、上部可動電極１８ａ〜１８ｄと導通した下部可動電極２４が形成されている。上部蓋１２には、上部可動電極１８ａ〜１８ｄに応じた位置に上部固定電極１６ａ〜１６ｄが形成されている。下部蓋１４の錘部２６には、下部可動電極２４に応じた位置に下部固定電極２２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、外力による動きを検出するスイッチに関する。

従来から、電子機器の消費電力を抑えるため、使用時と待機時とで動作モードを切り替える技術が知られている。モバイル機器においては、使用時と待機時の判別は、機器自体の動き（振動）を検知することにより行うことができる。

機器自体の動きを検知するセンサーとして、加速度センサーや傾斜スイッチがある。加速度センサーとして、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いたモバイル機器に搭載可能な大きさのものがあるが、高ゲインのアンプやＥＥＰＲＯＭが必要になり、高コストになってしまう。また傾斜スイッチとして簡易機構のものがあるが、低コストではあるものの、構造体として大きく、モバイル機器に搭載することができない。
そこで前出のＭＥＭＳ技術を用いて、小型のスイッチ構造を作る試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されている加速度スイッチは、加速度を受けて可動するカンチレバー（片持ち梁）を形成した導電性基板と、部分的に電極を配した絶縁性の基板とを、上下ではさみ込む構造になっている。カンチレバーは、各方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対しての接点を有し、各方向に動く構造になっている。加速度スイッチが動くことにより、カンチレバーが動いて上下左右の基板の接点と接触し、外部に引き出された電極を介して接点の状態を伝達する。

特開２００６−３４４５７３号公報（第２１頁、図１）

しかし、上述した従来技術の加速度スイッチでは、次のような問題がある。特許文献１に記載された従来技術の加速度スイッチは、２軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に対して同じ構造で構成していないため、それぞれの方向の動きを均等に検出することができない問題がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するためになされたスイッチである。本発明の目的は、２軸方向の動きを均等に検出することを可能にするスイッチを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のスイッチにおいては、以下に示す構成を採用する。

本発明のスイッチは、錘部と、枠形状の支持部と、互いに直交する２軸上に配されて、錘部を４方向から支持部の内側に連結する４つの梁部と、錘部の一方の面に設けられた上部可動電極と、各上部可動電極と向かい合う位置に設けられた上部固定電極と、を備え、枠部に対する錘部の変位に応じて各梁部が撓み、上部可動電極と上部固定電極とが接触することを特徴とするものである。

また、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、錘部の、上部可動電極の反対側の面に設けられ、上部可動電極と導通した下部可動電極と、下部可動電極と向かい合う位置に設けられた下部固定電極と、を備え、枠部に対する錘部の変位に応じて各梁部が撓み、上部可動電極と上部固定電極とが接触するとともに、下部可動電極と下部固定電極とが接触することを特徴とするものである。

さらに、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、上部可動電極と下部可動電極とは、異なる厚さで設けられたことを特徴とするものである。

さらに、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、上部可動電極が、各梁部が配された２軸により分割された４つの領域に応じた位置に、それぞれ設けられたことを特徴とするものである。

さらに、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、各上部可動電極は、各梁部が配された２軸と４５°をなす２軸に応じた位置に設けられたことを特徴とするものである。

さらに、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、上部固定電極が、各梁部が配された２軸により分割された４つの領域に応じた位置に、それぞれ設けられたことを特徴とするものである。

さらに、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、梁部上に、上部可動電極と外部端子とを接続する配線が設けられたことを特徴とするものである。

さらに、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、各梁部は、互いに同じ長さを有することを特徴とするものである。

さらに、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、各梁部は、有機膜で形成されたことを特徴とするものである。

さらに、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、錘部に設けられた各可動電極は、錘部を形成する部材に対して比重の大きい金属で設けられたことを特徴とするものである。

さらに、本発明のスイッチは、前述した構成に加えて、各可動電極と各固定電極とは、互いに面接触する形状で設けられたことを特徴とするものである。

本発明のスイッチは、互いに直交する２軸上に配された４つの梁部により、４方向から錘部を支える。これにより、互いに直交する２軸に対して対象の構造となり、２軸方向の動きを均等に検出することが可能となる。

［構成の説明：図１〜図１３］
＜実施例１：図１〜図６＞
はじめに、本発明の実施例１のスイッチの構成を、図面を用いて説明する。図１〜図３は、本発明の実施例１のスイッチの構成を示す図である。図１は平面図であり、説明のため構成の一部を透視した状態で示している。図１において、左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、垂直方向をＺ軸とする。図２は平面図であり、後述する支持部１０、梁部２０および錘部２６をそれぞれ機能部ごとに示している。図３は図１のＡ−Ａ’断面図であり、図４は図１のＢ−Ｂ’断面図である。

図１及び図２に示すように、実施例１のスイッチは、枠形状の支持部１０と、４つの梁部２０により支持部１０の内側に連結された錘部２６とを備える。４つの梁部２０は同じ長さを有し、互いに直交する２軸上に配されて、錘部２６を４方向から支持部１０の内側に連結する。図１及び図２に示す例では、４つの梁部２０は、Ｘ軸及びＹ軸と４５°をなす２軸上に位置している。

また実施例１のスイッチは、支持部１０及び錘部２６の上方に位置する上部蓋１２と、下方に位置する下部蓋１４とを備える。
支持部１０、錘部２６、上部蓋１２及び下部蓋１４はそれぞれ、例えば、図示しない熱酸化膜が形成されたシリコン基板により構成される。梁部２０は、例えば、絶縁性と柔軟性とを有するポリイミド等の樹脂材料により構成される。

錘部２６の上部蓋１２と向かい合う面には、各梁部２０が配された２軸により分割された４つの領域に、それぞれ上部可動電極１８ａ〜１８ｄが形成されている。ここで、上部可動電極１８ａ〜１８ｄはそれぞれ、直交する２軸上に位置する。
図１から図４に示す例では、上部可動電極１８ａ、１８ｂはＸ軸と平行な直線上に位置する。上部可動電極１８ａはＸ軸の負方向に位置し、上部可動電極１８ｂはＸ軸の正方向に位置する。また、上部可動電極１８ｃ、１８ｄはＹ軸と平行な直線上に位置する。上部可動電極１８ｃはＹ軸の負方向に位置し、上部可動電極１８ｄはＹ軸の正方向に位置する。

錘部２６の、上部可動電極１８と反対の面には、下部可動電極２４が形成されている。上部可動電極１８と下部可動電極２４とは、例えば、錘部２６を構成するシリコンより比重の大きいＡｕ等の金属材料により構成される。
また、実施例１のスイッチは、上部可動電極１８ａ〜１８ｄと下部可動電極２４とは導通している。例えば、錘部２６が低抵抗のシリコンにより構成されて、上部可動電極１８ａ〜１８ｄと下部可動電極２４とは導通する。これとは別に、錘部２６を構成するシリコン材に貫通孔が形成され、この貫通孔に充填された導電性材料により上部可動電極１８ａ〜１８ｄと下部可動電極２４とが導通するとしても良い。
また、上部可動電極１８と下部可動電極２４とは、それぞれ異なる厚さで形成されている。

支持部１０の上部蓋１２と向かい合う面には、４つの電極配線２８ａ〜２８ｄが形成される。各電極配線２８ａ〜２８ｄは、上蓋部１２と重なり合う箇所から、上蓋部１２より露出した箇所まで形成される。各電極配線２８ａ〜２８ｄの上蓋部１２より露出した箇所には、それぞれ端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が形成される。電極配線２８ａ〜２８ｄは、例えばアルミニウムにより形成される。

また、図１の破線に示すように、上部蓋１２の支持部１０及び錘部２６と向かい合う面には、上部可動電極１８ａ〜１８ｄに応じた位置に上部固定電極１６ａ〜１６ｄが形成されている。上部固定電極１６ａ〜１６ｄは、図３に示すように、突起電極５０を介して支持部１０の電極配線２８ａ〜２８ｄとそれぞれ接続する。
図１から図４に示す例においては、上部固定電極１６ａは端子Ｘ１が形成された電極配線２８ａと接続し、上部固定電極１６ｂは端子Ｘ２が形成された電極配線２８ｂと接続する。また、上部固定電極１６ｃは端子Ｙ１が形成された電極配線２８ｃと接続し、上部固定電極１６ｄは端子Ｙ２が形成された電極配線２８ｄと接続する。
また、上蓋部１２と支持部１０のギャップは、突起電極５０及び封止材５６により規定される。封止材５６は、例えば、上蓋部１２と支持部１０とが重なり合う箇所の外周の近傍に形成される。

下部蓋１４の錘部２６と向かい合う面には、下部可動電極２４に応じた位置に下部固定電極２２が形成されている。下部固定電極２２は、支持部１０より露出した箇所まで形成される。下部固定電極２２の支持部１０より露出した箇所には、端子ＣＯが形成される。上部固定電極１６と下部可動電極２４とは、例えばＡｕ等の金属材料により構成される。

次に、本発明の実施例１のスイッチの動作について説明する。図５は図１のＡ−Ａ’断面図であり、実施例１のスイッチが、図２に示す状態からＸ軸を中心に時計回りに９０°回転した状態を示す。
図５に示すように、実施例１のスイッチが回転（傾斜）すると、梁部２０が撓み、錘部２６が、支持部１０、上蓋部１２及び下蓋部１４に対して変位する。錘部２６は、スイッチの傾斜方向に応じて変位し、錘部２６の変位に応じて上部可動電極１８ａ〜１８ｄと上部固定電極１６ａ〜１６ｄが接触する。図５に示す例では、符号３２で示すように、上部可動電極１８ｃと上部固定電極１６ｃとが接触している。また、錘部２６の変位に応じて、符号３４で示すように下部可動電極２４と下部固定電極２２が接触する。

上部可動電極１８ａ〜１８ｄと上部固定電極１６ａ〜１６ｄが接触するとともに、下部可動電極２４と下部固定電極２２が接触することにより、錘部２６を介して、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２のいずれかと端子ＣＯとが導通した状態となる。
この端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と端子ＣＯとの導通を、後述するような検出回路で検出することにより、スイッチの回転（傾斜）及び、その回転（傾斜）の方向を検出することが可能となる。

例えば、図５に示す、スイッチがＸ軸を中心に時計回りに９０°回転した状態、すなわちＹ軸の負方向に傾斜した状態では、上部可動電極１８ｃと上部固定電極１６ｃとが接触する。よって、上部固定電極１６ｃと接続している端子Ｙ１と、端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＹ軸の負方向への傾斜を検出することができる。
同様に、端子Ｙ２と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＹ軸の正方向への傾斜を検出することできる。さらに、端子Ｘ２と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＸ軸の正方向への傾斜を検出することができ、端子Ｘ１と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＸ軸の負方向への傾斜を検出することができる。

また例えば、Ｘ軸の正方向とＹ軸の正方向の間の、Ｘ軸及びＹ軸とほぼ４５°をなす方向にスイッチが傾斜した状態では、上部可動電極１８ｂと上部固定電極１６ｂとが接触するとともに、上部可動電極１８ｄと上部固定電極１６ｄとが接触する。よって、端子Ｘ２と端子ＣＯとの導通と、端子Ｙ２と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＸ軸の正方向とＹ軸の正方向の間の方向への傾斜を検出することができる。
同様に、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２のなかの２つの端子と、端子ＣＯとの導通を検出することにより、Ｘ軸及びＹ軸とほぼ４５°をなす各方向へのスイッチの傾斜を検出することができる。

本発明のスイッチは、互いに直交する２軸上に配された同じ長さの４つの梁部２０により、４方向から錘部２６を支える。これにより、互いに直交する２軸（Ｘ軸とＹ軸）に対して対象の構造となり、互いに直交する２軸方向の動きを均等に検出することが可能となる。

また、本発明のスイッチは、４つの梁部２０が、柔軟性を有するポリイミド等の樹脂材料により構成され、錘部２６と梁部２０とは、錘部２６の上面で接合している。さらに、本発明のスイッチは、錘部２６の上面に形成された上部可動電極１８と、錘部２６の下面に形成された下部可動電極２４とは、それぞれ異なる厚さで形成されている。これにより
、錘部２６の重心が、錘部２６と梁部２０の各接合部を含む平面上から離れて位置した状態となり、スイッチが傾斜した際に錘部２６が変位しやすく、スイッチの傾斜を精度良く検出することが可能となる。

実施例１のスイッチは、上述したように、錘部２６の上面と下面に形成された電極と、上蓋部１２と下蓋部１４に形成された電極との接触により傾斜を検出する。よって、錘部２６と支持部１０とを連結する各梁部２０に、配線を設ける必要が無く、ポリイミド等の樹脂材料などにより、各梁部２０を、所望の応力特性で等しく形成することが可能となる。

図６は、図５の符号３２で示す、上部固定電極１６ｄと上部可動電極１８ｄとの接触箇所の拡大図である。図６に示すように、上部固定電極１６ａ〜１６ｄと上部可動電極１８ａ〜１８ｄとは面で接触する形状を備える。これにより、上部固定電極１６ａ〜１６ｄと上部可動電極１８ａ〜１８ｄとの接触面積が大きくなり、上部固定電極１６ａ〜１６ｄと上部可動電極１８ａ〜１８ｄとの接続が安定する。
また、図示しないが、下部固定電極２２と下部可動電極２４も、同様に面で接触する形状を備えている。これにより、下部固定電極２２と下部可動電極２４との接触面積が大きくなり、下部固定電極２４と下部可動電極２２との接続が同様に安定する。

図１〜図６においては、上部可動電極１８ａ〜１８ｄが錘部２６の上面に分割されて形成された例を示した。しかし、上部可動電極１８ａ〜１８ｄが錘部２６の上面に一体の電極で形成されるとしても良い。

以下において、本発明の他の実施形態である実施例２から３のスイッチの構成について、図面を用いて説明する。以下の説明において、すでに説明した同一の構成には同一の符号を付与しており、その説明は省略する。
実施例２から３のスイッチは、実施例１のスイッチと同様に、図２に示すような枠形状の支持部１０と、４つの梁部２０により支持部１０の内側に連結された錘部２６とを備える。４つの梁部２０は互いに直交する２軸上に配されて、錘部２６を４方向から支持部１０の内側に連結する。また、実施例２から３のスイッチは、実施例１のスイッチと同様に、支持部１０及び錘部２６の上方に位置する上部蓋１２と、下方に位置する下部蓋１４とを備える。
＜実施例２：図７〜図９＞

実施例２のスイッチの構成を、図面を用いて説明する。図７から図９は実施例２のスイッチの構成を示す図である。図７は平面図である。図７において、左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、垂直方向をＺ軸とする。図８は図７のＣ−Ｃ’断面図であり、図９は図７のＤ−Ｄ’断面図である。

図７から図９に示すように、実施例２のスイッチは、錘部２６の上部蓋１２と向かい合う面に、一面に形成された上部可動電極１８ｅを備える。
また実施例２のスイッチは、支持部１０の上部蓋１２と向かい合う面に、実施例１と同様に４つの電極配線２８ａ〜２８ｄが形成され、各電極配線２８ａ〜２８ｄの上蓋部１２より露出した箇所には、それぞれ端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が形成される。さらに、実施例２のスイッチは、支持部１０の上部蓋１２と向かい合う面に、電極配線２９ａが形成される。電極配線２９ａは、梁部２０上を介して上部可動電極１８ｅと接続する。電極配線２９ａの上蓋部１２より露出した箇所には、端子ＣＯが形成される。電極配線２８ａ〜２８ｄ、２９ａは、例えばアルミニウムにより形成される。

また実施例２のスイッチは、実施例１と同様に、図７の破線に示すように、上部蓋１２
の支持部１０及び錘部２６と向かい合う面に、上部固定電極１６ａ〜１６ｄが形成されている。上部固定電極１６ａ〜１６ｄは、図９に示すように、突起電極５０を介して支持部１０の電極配線２８とそれぞれ接続する。
図７から図９に示す例においては、上部固定電極１６ａは端子Ｘ１が形成された電極配線２８ａと接続し、上部固定電極１６ｂは端子Ｘ２が形成された電極配線２８ｂと接続する。また、上部固定電極１６ｃは端子Ｙ１が形成された電極配線２８ｃと接続し、上部固定電極１６ｄは端子Ｙ２が形成された電極配線２８ｄと接続する。

実施例２のスイッチは、上述した構成を備えることにより、スイッチの傾斜方向に応じて錘部２６が変位し、上部可動電極１８ｅと上部固定電極１６ａ〜１６ｄとが接触し、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２のいずれかと端子ＣＯとが導通した状態となる。
この端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と端子ＣＯとの導通を、後述するような検出回路で検出することにより、スイッチの回転（傾斜）及び、その回転（傾斜）の方向を検出することが可能となる。

実施例１と同様に、実施例２のスイッチにおいても、端子Ｘ２と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＸ軸の正方向への傾斜を検出することができる。
同様に、端子Ｘ１と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＸ軸の負方向への傾斜を検出することできる。さらに、端子Ｙ２と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＹ軸の正方向への傾斜を検出することができ、端子Ｙ１と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＹ軸の負方向への傾斜を検出することができる。
また、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２のなかの２つの端子と、端子ＣＯとの導通を検出することにより、Ｘ軸及びＹ軸とほぼ４５°をなす各方向へのスイッチの傾斜を検出することができる。
＜実施例３：図１０〜図１２＞

次に、実施例３のスイッチの構成を、図面を用いて説明する。図１０から図１２は実施例３のスイッチの構成を示す図である。図１０は平面図である。図１０において、左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、垂直方向をＺ軸とする。図１１は図１０のＥ−Ｅ’断面図であり、図１２は図１０のＦ−Ｆ’断面図である。

図７に示すように、実施例３のスイッチは、錘部２６の上部蓋１２と向かい合う面に、各梁部２０が配された２軸により分割された４つの領域に、それぞれ上部可動電極１８ａ〜１８ｄが形成されている。ここで、上部可動電極１８ａ〜１８ｄはそれぞれ、直交する２軸上に位置する。

また実施例３のスイッチは、支持部１０の上部蓋１２と向かい合う面に、４つの電極配線２８ｅ〜２８ｈが形成される。各電極配線２８ｅ〜２８ｈは、梁部２０上を介して上部可動電極１８ａ〜１８ｄとそれぞれ接続する。また、各電極配線２８ｅ〜２８ｈの上蓋部１２より露出した箇所には、それぞれ端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が形成される。
電極配線２８ｅは上部可動電極１８ａと接続し、端子Ｘ１が形成される。また、電極配線２８ｆは上部可動電極１８ｂと接続し、端子Ｘ２が形成される。さらに、電極配線２８ｇは上部可動電極１８ｃと接続し、端子Ｙ１が形成される。電極配線２８ｈは上部可動電極１８ｄと接続し、端子Ｙ２が形成される。

さらに、実施例３のスイッチは、支持部１０の上部蓋１２と向かい合う面に、電極配線２９ｂが形成される。電極配線２９ｂの上蓋部１２より露出した箇所には、端子ＣＯが形成される。

また実施例３のスイッチは、図１０の破線に示すように、上部蓋１２の支持部１０及び
錘部２６と向かい合う面に、上部固定電極１６ｅが形成されている。上部固定電極１６ｅは、図１１に示すように、突起電極５０を介して支持部１０の電極配線２９ｂと接続する。

実施例３のスイッチは、上述した構成を備えることにより、スイッチの傾斜方向に応じて錘部２６が変位し、上部可動電極１８ａ〜１８ｄと上部固定電極１６ｅとが接触し、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２のいずれかと端子ＣＯとが導通した状態となる。
この端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と端子ＣＯとの導通を、後述するような検出回路で検出することにより、スイッチの回転（傾斜）及び、その回転（傾斜）の方向を検出することが可能となる。

すなわち、実施例３のスイッチにおいても、端子Ｘ２と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＸ軸の正方向への傾斜を検出することができる。
同様に、端子Ｘ１と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＸ軸の負方向への傾斜を検出することできる。さらに、端子Ｙ２と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＹ軸の正方向への傾斜を検出することができ、端子Ｙ１と端子ＣＯとの導通を検出することにより、スイッチのＹ軸の負方向への傾斜を検出することができる。
また、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２のなかの２つの端子と、端子ＣＯとの導通を検出することにより、Ｘ軸及びＹ軸とほぼ４５°をなす各方向へのスイッチの傾斜を検出することができる。

実施例２〜３のスイッチは、上述したように、錘部２６の上面に形成された上部可動電極と、上部蓋１２に形成された上部固定電極との接触により、傾斜を検出する。このため、実施例１のスイッチと異なり、上部可動電極と導通した電極を、錘部２６の下面に設ける必要がない。また、下蓋部１４に、錘部２６の下面と接触する電極を設ける必要がない。

また、実施例２〜３のスイッチにおいて、錘部２６の重心と、錘部２６と梁部２０の各接合部を含む平面上とが離れた状態とするために、錘部２６の下面に、錘部２６を構成するシリコンより比重の大きい金属材料により電極を形成しても良い。これにより、スイッチが傾斜した際に錘部２６が変位しやすく、スイッチの傾斜を精度良く検出することが可能となる。
＜検出回路：図１３＞

次に、本発明のスイッチの傾斜の方向を検出する検出回路の構成について説明する。なお、以下に示す検出回路は一例である。図１３は、本発明のスイッチの傾斜方向を検出する検出回路の構成例を示す説明図である。
図１３においては、本発明のスイッチを符号８２で示す。本発明のスイッチの傾斜に応じて、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と、端子ＣＯが導通した状態、または導通していない状態となる。

図１３に示すように、スイッチの端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２は、それぞれ、外部の制御回路と接続される端子６８〜７１に接続される。また、スイッチの端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２は、それぞれカットオフトランジスタ８０ａ〜８０ｄと接続される。カットオフトランジスタ８０ａ〜８０ｄは、それぞれ電流制限抵抗７８ａ〜７８ｄと接続され、電流制限抵抗７８ａ〜７８ｄは、それぞれ端子７６ａ〜７６ｄで電源電圧と接続される。また端子ＣＯはグランドと接続される。

次に図１３に示す検出回路の動作について説明する。
スイッチが入っていない状態、すなわち、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と、端子ＣＯが
導通していない状態では、端子６８〜７１の出力は、それぞれ端子７６ａ〜７６ｄに接続された電源電圧と等しい電位となる。
スイッチが傾き、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と、端子ＣＯが導通すると、電流制限抵抗７８ａ〜７８ｄとカットオフトランジスタ８０ａ〜８０ｄを介して、端子７６ａ〜７６ｄと接続した電源電圧から、端子ＣＯと接続したグランドに電流が流れる。これにより、端子７６ａ〜７６ｄに接続された電源電圧が電流制限抵抗７８ａ〜７８ｄとカットオフトランジスタ８０ａ〜８０ｄにより抵抗分圧された電位が、端子６８〜７１に生じる。
このとき、端子７６ａ〜７６ｄと接続した電源電圧から端子ＣＯと接続したグランドに電流が流れる電流は、電流制限抵抗７８ａ〜７８ｄにより制限される。

この端子６８〜７１の電位をモニターすることにより、端子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と、端子ＣＯとの導通を検出し、スイッチの傾斜及び、その傾斜の方向を判別することが可能となる。
スイッチの傾斜を検出した後は、カットオフトランジスタ８０ａ〜８０ｄをオフする。これにより、端子７６ａ〜７６ｄと接続した電源電圧から、端子ＣＯと接続したグランドに不必要な電流が流れることを防ぐ。

図１３に示す検出回路においては、カットオフトランジスタ８０ａ〜８０ｄと電源電圧との間に、電流制限抵抗７８ａ〜７８ｄを備える構成とした。しかし、カットオフトランジスタ８０ａ〜８０ｄの抵抗が大きく、グランドに電流が流れる電流が制限される構成であれば、電流制限抵抗７８ａ〜７８ｄを備えなくても良い。

図１３に示す検出回路を、例えば、モバイル機器において備えることにより、機器自体の動き（振動）を検知し、機器の待機時と使用時の判別を行うことが可能となる。これにより、例えば、待機時には低消費電力の動作モードとし、使用時には通常の動作モードに切り替えることにより、機器の全体の消費電力を抑えることが可能となる。
さらには、機器の傾斜の方向を判別することが可能となる。

［製造方法の説明：図１４〜図３１］
次に、本発明のスイッチの製造方法について説明する。始めに、図１４から図２３を用いて、支持部１０、錘部２６および梁部２０の製造方法を説明する。次に、図２４から図２９を用いて、上蓋部１２の製造方法を説明する。次に、図３０と図３１を用いて、下蓋部１４の製造方法を説明する。また、以下では、本発明の実施例１のスイッチの製造方法を例に説明する。

＜支持部、錘部および梁部の製造方法：図１４〜図２３＞
支持部１０、錘部２６および梁部２０の製造方法を説明する。
まず、図１４に示すように、シリコン基板３６の両面を、ウェット酸化法を用いて酸化し、シリコン酸化膜である熱酸化膜３８を、例えば、温度が１０００℃、時間２４０分の条件で、約１μｍの厚みで形成する。その後、図１５に示すように、不要である下面の熱酸化膜３８を除去する。

その後、図１６に示すように、シリコン基板３６の両面にフォトレジスト４０を形成する。下面のフォトレジスト４０は、錘部が形成される領域を開口して形成する。上面のフォトレジスト４０は表面保護を目的とする。
フォトレジスト４０を形成した後、下面のフォトレジスト４０の開口部より、シリコン基板３６を所望の距離だけ、例えばドライエッチングにより除去する。このエッチング工程は、後の工程で形成する下部可動電極２４と、下蓋部１４とのにギャップ（例えば約５μｍ）を形成するために行う。
このドライエッチングは、例えば、よく知られているエッチングガスであるＳＦ_６（６
フッ化硫黄）とデポジションガスであるＣ_４Ｈ_８（シクロブタン）とを用いて、エッチングとデポジションを交互に行う方法により行われる。シリコン基板３６をエッチングした後、基板の両面のフォトレジスト４０を除去する。

その後、図１７に示すように、シリコン基板３６の上面に、錘部２６が形成される領域を開口して、フォトレジスト４０を形成する。このフォトレジスト４０の開口部形成した後、熱酸化膜３８をドライエッチングにより除去する。その後、フォトレジスト４０を除去する。

その後、層間膜を形成する。まずポリイミド膜４４を、例えばスピンコート法などによって膜厚１μｍ程度形成する。その後、スパッタ法によって形成したシリコン酸化膜をパターニングしてマスクを形成し、図１８に示すように、ポリイミド膜４４を、梁部の形状にパターニングする。

その後、スパッタ法によって例えばアルミニウムを形成し、フォトレジスト４０をマスクとして形成した後、金属配線のパターンと電極パターンを形成する。その後、図１９に示すように、ドライエッチング法を用いてエッチングを行い、上部可動電極と電極パターンが形成される領域にアルミニウム電極４８を形成する。

その後、メッキを行うための下地膜である共通電極膜を基板の上面に形成する（図示せず）。例えばＡｕメッキを行う場合は、Ｃｒ／Ａｕの２層膜を用いる。その後、図２０に示すように、上部可動電極が形成される領域を開口してフォトレジスト４０を形成する。その後、アルミニウム電極４８上にＡｕメッキ膜５２を３μｍ程度に形成し、上部可動電極とする。Ａｕメッキ膜５２の形成後、フォトレジスト４０を除去する。

その後、図２１に示すように、表面を保護するためのフォトレジスト４０を基板の上面に形成する。また基板の下面に、メッキを行うための下地膜である共通電極膜を形成する（図示せず）。その後、下部可動電極が形成される領域を開口して、下面にフォトレジスト４０を形成する。その後、フォトレジスト４０の開口部にＡｕメッキ膜５２を２０μｍ程度に形成し、下部可動電極とする。

ここで、下部可動電極となるＡｕメッキ膜５２を、上部可動電極となるＡｕメッキ膜５２より厚く形成したのは、前述したように、錘部の重心を低い位置にして、スイッチが傾斜した際に錘部２６が変位しやすくし、スイッチの傾斜を精度良く検出することを可能とするためである。Ａｕメッキ膜５２の形成後、基板の下面のフォトレジスト４０を除去する。

その後、図２２に示すように、錘部が形成される領域と、シリコン基板３６を錘部と支持部とに分離する領域とを開口して、基板の下面にフォトレジスト４０を形成する。その後、基板下面に形成したフォトレジスト４０をマスクとして、シリコン基板３６を下面からエッチングにより除去し、シリコン基板３６を錘部と支持部とに分離する。このシリコン基板３６のエッチングは、例えばドライエッチング法を用いて行われる。
また、図２２に示すように、錘部が形成される領域と支持部が形成される領域との段差が維持された状態で、このシリコン基板３６のエッチングが行われる。

また、シリコン基板３６のエッチングは、シリコン基板３６を貫通して錘部と支持部とに分離し、基板の上面に形成されたフォトレジスト４０でストップする。これは、シリコン基板３６に対するドライエッチングの条件が、フォトレジスト４０に対しては進みにくいからである。

エッチングにより、シリコン基板３６を錘部と支持部とに分離した後、図２３に示すように、基板の上面と下面のフォトレジスト４０を除去する。
上述した、図１４から図２３に示す工程によって、シリコン基板３６より、支持部１０、錘部２６および梁部２０が製造される。また、錘部２６の上面にはＡｕメッキ膜５２で上部可動電極１８が形成され、錘部２６の下面にはＡｕメッキ膜５２で下部可動電極２４が形成される。

＜上蓋部の製造方法：図２４〜図２９＞
次に、上蓋部１２の製造方法について説明する。
まず、シリコン基板３６の両面を、ウェット酸化法を用いて酸化し、シリコン酸化膜である熱酸化膜３８を、例えば、温度が１０００℃、時間２４０分の条件で、約１μｍの厚みで形成する。その後、図２４に示すように、不要である下面の熱酸化膜３８を除去する。

次に、図２５に示すように、メッキによって突起電極を形成するための共通電極膜５４をＣｒ／Ａｕ膜構成で形成する。その後、図２６に示すように、突起電極が形成される領域を開口してフォトレジスト４０を形成する。その後、図２７に示すように、フォトレジスト４０の開口部にＡｕメッキ膜を膜厚５μｍ程度に形成し、突起電極５０とする。突起電極５０の形成後、フォトレジスト４０を除去する。

その後、図２８に示すように、突起電極５０と上部固定電極のパターンを形成するためのフォトレジスト４０を形成する。フォトレジスト４０の形成後、共通電極膜５４を、ウェットエッチング法によりにエッチングし、上部固定電極を形成する。上部固定電極の形成後、フォトレジスト４０を除去する。

その後、図２９に示すように、研削装置を用いてシリコン基板３６を裏面から削り、１００μｍ程度の厚みにする。
上述した、図２４から図２９に示す工程によって、シリコン基板３６より、上蓋部１２が製造される。また、上蓋部１２の上面には上部固定電極が形成されるとともに、Ａｕメッキ膜で突起電極５０が形成される。

＜下蓋部の製造方法：図３０、図３１＞
次に、下蓋部１４の製造方法について説明する。
まず、図３０に示すように、シリコン基板３６の一方の面に、共通電極膜５４をＣｒ／Ａｕの２層膜の構成で形成する。その後、共通電極膜５４の上部に、Ａｕメッキ膜５２を１０μｍ程度の厚さで形成する。その後、図３１に示すように、研削装置を用いてシリコン基板３６を裏面から削り、５０μｍ程度の厚みにする。

上述した、図３０と図３１に示す工程によって、シリコン基板３６より、下蓋部１４が製造される。また、下蓋部１４の上面にはＡｕメッキ膜５２で下部固定電極２２が形成される。
上述した下蓋部１４の製造方法では、シリコン基板３６上に共通電極膜５４を直接形成したが、下蓋部１４が導電性を有していては不都合な場合は、共通電極膜５４の下部に熱酸化膜を形成するのが良い。

これまで説明した、支持部１０、錘部２６および梁部２０と、上蓋部１２と、下蓋部１４を接合することで、図１〜図３に示す本発明の実施例１のスイッチが作製される。支持部１０と下蓋部１４とは、接着剤などの接合手段により接合される。
また、上蓋部１２と支持部１０とは、例えば、上蓋部１２と支持部１０とが重なり合う箇所の外周の近傍に形成された封止材５６を介して接合される。前述したように、突起電
極５０と封止材５６によって、上蓋部１２と支持部１０のギャップは規定される。

実施例２〜３のスイッチは、実施例１のスイッチと、支持部１０、錘部２６、梁部２０、上蓋部１２及び下蓋部１４の各箇所に形成された電極及び電極配線の構成が異なるものである。よって、上述した各工程において形成する電極及び電極配線を、それぞれの実施例の構成とすることにより、実施例２〜３のスイッチを製造することが可能となる。

本発明の実施例１のスイッチの平面図である。 支持部、梁部および錘部の平面図である。 本発明の実施例１のスイッチの断面図である。 本発明の実施例１のスイッチの断面図である。 本発明の実施例１のスイッチの動作の説明図である。 本発明の実施例１のスイッチの拡大断面図である。 本発明の実施例２のスイッチの平面図である。 本発明の実施例２のスイッチの断面図である。 本発明の実施例２のスイッチの断面図である。 本発明の実施例３のスイッチの平面図である。 本発明の実施例３のスイッチの断面図である。 本発明の実施例３のスイッチの断面図である。 本発明のスイッチの検出回路の構成例の説明図である。 シリコン基板に熱酸化膜を形成する工程を説明する断面図である。 シリコン基板の熱酸化膜を除去する工程を説明する断面図である。 シリコン基板のエッチングの工程を説明する断面図である。 熱酸化膜のエッチングの工程を説明する断面図である。 ポリイミド膜の形成の工程を説明する断面図である。 アルミニウム電極の形成の工程を説明する断面図である。 Ａｕメッキ膜の形成の工程を説明する断面図である。 Ａｕメッキ膜の形成の工程を説明する断面図である。 シリコン基板のエッチングの工程を説明する断面図である。 シリコン基板のエッチング及びフォトレジストの除去の工程を説明する断面図である。 シリコン基板に熱酸化膜を形成する工程を説明する断面図である。 共通電極膜の形成の工程を説明する断面図である。 フォトレジストの形成の工程を説明する断面図である。 突起電極の形成の工程を説明する断面図である。 突起電極と上部固定電極の形成の工程を説明する断面図である。 シリコン基板の研削の工程を説明する断面図である。 共通電極膜とＡｕメッキ膜の形成の工程を説明する断面図である。 シリコン基板の研削の工程を説明する断面図である。

符号の説明

１０ 支持部
１２ 上蓋部
１４ 下蓋部
１６ａ〜１６ｅ 上部固定電極
１８ａ〜１８ｅ 上部可動電極
２０ 梁部
２２ 下部固定電極
２４ 下部可動電極部
２６ 錘部
２８ａ〜２８ｈ、２９ａ、２９ｂ 電極配線
３６ シリコン基板
３８ 熱酸化膜
４０ フォトレジスト
４４ ポリイミド膜
４６ 金属配線
４８ アルミニウム電極
５０ 突起電極
５２ Ａｕメッキ膜
５４ 共通電極膜
５６ 封止材
６８〜７１ 端子
７６ａ〜７６ｄ 端子
７８ａ〜７８ｄ 電流制限抵抗
８０ａ〜８０ｄ カットオフトランジスタ
８２ スイッチ
Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、ＣＯ 端子

Claims (11)

1. 錘部と、
   枠形状の支持部と、
   互いに直交する２軸上に配されて、前記錘部を４方向から前記支持部の内側に連結する４つの梁部と、
   前記錘部の一方の面に設けられた上部可動電極と、
   前記各上部可動電極と向かい合う位置に設けられた上部固定電極と、を備え、
   前記枠部に対する前記錘部の変位に応じて前記各梁部が撓み、前記上部可動電極と前記上部固定電極とが接触する
   ことを特徴とするスイッチ。
2. 前記錘部の、前記上部可動電極の反対側の面に設けられ、前記上部可動電極と導通した下部可動電極と、
   前記下部可動電極と向かい合う位置に設けられた下部固定電極と、を備え、
   前記枠部に対する前記錘部の変位に応じて前記各梁部が撓み、前記上部可動電極と前記上部固定電極とが接触するとともに、前記下部可動電極と前記下部固定電極とが接触する
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
3. 前記上部可動電極と前記下部可動電極とは、異なる厚さで設けられた
   ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチ。
4. 前記上部可動電極が、前記各梁部が配された２軸により分割された４つの領域に応じた位置に、それぞれ設けられた
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチ。
5. 前記各上部可動電極は、前記各梁部が配された２軸と４５°をなす２軸に応じた位置に設けられた
   ことを特徴とする請求項４に記載のスイッチ。
6. 前記上部固定電極が、前記各梁部が配された２軸により分割された４つの領域に応じた位置に、それぞれ設けられた
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチ。
7. 前記梁部上に、前記上部可動電極と外部端子とを接続する配線が設けられた
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスイッチ。
8. 前記各梁部は、互いに同じ長さを有する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のスイッチ。
9. 前記各梁部は、有機膜で形成された
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のスイッチ。
10. 前記錘部に設けられた前記各可動電極は、前記錘部を形成する部材に対して比重の大きい金属で設けられた
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のスイッチ。
11. 前記各可動電極と前記各固定電極とは、互いに面接触する形状で設けられた
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のスイッチ。

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