JP5049708B2 - 傾斜センサ - Google Patents

Description

本発明は、たとえばデジタルスチルカメラなどの傾斜方向を検出するための傾斜センサに関する。

図１０および図１１は、従来の傾斜センサの一例を示している。これらの図に示された傾斜センサＸは、基板９１、ケース９２、カバー９３、１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂ、発光素子９５、および転動体９６を備えている（図１０においてはカバー９３を省略している）。1対の受光素子９４Ａ，９４Ｂ、および発光素子９５は、基板９１に形成された配線パターン９７上に搭載されている。ケース９２は、たとえば基板９１上にモールド成形法により形成されたものであり、このケース９２には、空隙部９２０が形成されている。カバー９３は、ケース９２を塞いで空隙部９２０を形成するためのものである。図１１に示すように、カバー９３の下面には、反射膜９３０が形成されている。この反射膜９３０は、発光素子９５によって発せられた光を反射させることにより受光素子９４Ａ，９４Ｂへと向かわせるためのものである。転動体９６は、たとえば円柱形状とされており、空隙部９２０内に収容されている。この転動体９６は、傾斜センサＸの姿勢に応じて空隙部９２０内を転動し、空隙部９２０内でとり得る位置が適宜変化する。傾斜センサＸにおいては、図１０における紙面に沿う方向が検出対象面とされている。ケース９２に形成された空隙部９２０において、上記検出対象面に対して直角である面９２０ａは、転動体９６の側面部分が転動しやすいように、滑らかな平面ないし曲面状とされている。

傾斜センサＸが図１０に示す姿勢とされた場合、発光素子９５からの光は全て転動体９６によって遮られるので、１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂは、いずれも光を検出しない。傾斜センサＸが図中時計回りに所定角度以上傾斜した姿勢とされた場合、転動体９６は、空隙部９２０内を図中右方へと転動し、受光素子９４Ｂの正面に位置する。そうすると、発光素子９５から発せられた光のうち、受光素子９４Ｂに到達していた光が、転動体９６により遮蔽されることとなる。一方、傾斜センサＸが図中反時計回りに所定角度以上傾斜した姿勢とされた場合、受光素子９４Ａに到達していた光が転動体９６により遮蔽されることとなる。したがって、１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂからの信号を監視することにより、傾斜センサＸが図１０の紙面方向においていずれの方向に傾斜しているかを検出することができる。

傾斜センサＸの製造においては、たとえば当該傾斜センサＸが構成単位として縦横に配列された集合基板を切断することにより、各傾斜センサＸに分割される。この切断工程では、冷却や切削屑洗浄のために水を使用する場合がある。この際、空隙部９２０に微量の水が侵入することがある。そして、空隙部９２０を規定する面９２０ａと転動体９６との間に水が介在すれば、転動体９６が面９２０ａに密着するおそれがある。図１０に示す状態では、面９２０ａと転動体９６との接触面積が大きくなっており、水を介して面９２０ａと転動体９６とが密着しやすい状態にある。このような密着状態においては、傾斜センサＸが検出対象面に対して傾斜しても、転動体９６が転動しない場合がある。かかる場合、転動体９６は不適正な位置にあることになり、結果として誤検出を招いてしまう。

特開２００７−１３９６４３号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、転動体が収容される空隙部内に水分が侵入した場合であっても、検出対象面の面内方向における傾斜を適切に検出可能な傾斜センサを提供することをその課題とする。

本発明によって提供される傾斜センサは、検出対象面に沿って離間配置された１対の受光素子と、上記１対の受光素子に対して光を照射する発光手段と、上記検出対象面内に沿って転動する円柱形状の転動体と、上記転動体を収容する空隙部と、上記空隙部が形成されたケースと、を備えており、上記空隙部は、上記検出対象面の面内方向における重力方向の変化により、上記転動体に、上記検出対象面の面内方向において上記１対の受光素子と重なる１対の遮光位置と、上記面内方向において上記１対の受光素子のいずれとも重ならない中立位置と、をとらせる形状とされている、傾斜センサであって、上記空隙部は、上記検出対象面に対して平行な１対の面と、上記検出対象面に対して直角である面とによって規定されており、上記検出対象面に対して直角である上記面は、上記ケースに設けられた穴部の内側面によって構成されており、かつ、上記検出対象面に対して直角である方向に延びる複数の凸部が形成されることにより凹凸状とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、転動体を収容する空隙部は検出対象面に対して直角である面が凹凸状とされているため、当該面と上記転動体との接触面積は比較的に小さくなる。したがって、上記空隙部内に水が侵入したとしても、上記転動体が上記検出対象面に対して直角である面と密着することは防止される。これにより、上記転動体は傾斜センサの姿勢変更にともなって適正な位置に転動することができ、誤検出を防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出対象面に対して直角である上記面は、その凹部に上記転動体が接触しない凹凸状とされている。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、本発明に係る傾斜センサの一例を示している。図１に示すように、本実施形態の傾斜センサＡ１は、基板１、ケース２、カバー３、１対の受光素子４Ａ，４Ｂ、発光素子５、転動体６、および端子７ａ，７ｂ，７ｃを備えている。傾斜センサＡ１は、たとえば回路基板Ｓに面実装された状態で、回路基板Ｓの面内方向における傾斜方向を検出するために用いられるものである。すなわち、傾斜センサＡ１の検出対象面は、回路基板Ｓの面内方向に広がる面となっている。本実施形態においては、傾斜センサＡ１は、そのサイズが幅４．２ｍｍ、高さ４．２ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ程度とされている。なお、図３においては、カバー３および転動体６を省略している。

基板１は、矩形状の絶縁基板であり、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる。本実施形態においては、基板１は、そのサイズが幅４．２ｍｍ、高さ４．２ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ程度とされている。図２に示すように、基板１には、６つの配線パターン７が形成されている。配線パターン７は、たとえば銅からなり、銅製の薄膜に対してエッチングを施すことなどにより形成される。配線パターン７は、基板１の図中手前の面および図中奥方の面に形成された部分と、これらの部分を導通させるスルーホール部分（図示略）とを有している。このうち３つの配線パターン７の図中手前側部分には、１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５がダイボンディングされている。

１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、たとえばＰＩＮフォトダイオードであり、赤外線を受光すると、それに応じた光起電力を生じて電流を流すように構成されている。図２に示すように、１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、基板１において図中左右方向に離間して配置されている。１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、それぞれがダイボンディングされた配線パターン７と隣り合う配線パターン７に対して、それぞれワイヤ８によって接続されている。本実施形態においては、１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、そのサイズが０．６ｍｍ角程度とされている。

発光素子５は、赤外線を発することができる赤外線発光ダイオードなどからなり、本発明で言う発光手段を構成している。図２に示すように、発光素子５は、１対の受光素子４Ａ，４Ｂの中間位置から図中下方にシフトした位置に配置されている。発光素子５は、これがボンディングされた配線パターン７と隣り合う配線パターン７に対して、ワイヤ８によって接続されている。本実施形態においては、発光素子５は、そのサイズが０．２５ｍｍ角程度とされている。

ケース２は、全体が直方体形状であり、たとえば導電性樹脂を用いたモールド成形法により形成されている。上記導電性樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂を主成分とし、多数の金属粒子が分散されたものが挙げられる。ケース２には、空隙部２０が形成されている。図２に示すように、空隙部２０は、転動体収容部２０ａ、３つの窓２０ｂ、および３つの素子収容部２０ｃからなる。本実施形態においては、ケース２は、そのサイズが幅４．２ｍｍ、高さ４．２ｍｍ、厚さ２．０ｍｍ程度とされている。

転動体収容部２０ａは、転動体６を収容する部分であり、傾斜センサＡ１の姿勢に応じた所定の位置に転動体６を転動させるための部分である。転動体収容部２０ａは、略菱形状の断面形状とされており、転動体６を収容可能な奥行き寸法とされている。転動体収容部２０ａは、上記検出対象面（回路基板Ｓの面内方向に広がる面）に対して平行である、面２０ｄおよび後述するカバー３の一方の面と、上記検出対象面に対して直角であり、上記略菱形状の断面を形成する面２０ｅと、によって規定されている。本実施形態においては、菱形状部分の一辺の長さが３．０ｍｍ程度とされ、角部が半径１．０ｍｍ程度の円弧状とされている。また、本実施形態においては、面２０ｅには、上記検出対象面に対して直角方向に延びる複数の凸部２０ｆが形成されている。複数の凸部２０ｆは、転動体収容部２０ａの深さ方向の全体に亘って形成され、たとえば上記菱形状の各角部、および角部間における所定間隔ごとに位置するように設けられている。凸部２０ｆは、たとえば断面寸法が半径０．１ｍｍの半円状とされ、隣接する凸部２０ｆの間隔が０．２ｍｍ程度となるように設けられている。このような構成によって、凸部２０ｆを有する面２０ｅは凹凸状とされている。図３および図５に示すように、転動体収容部２０ａには、３つの窓２０ｂが繋がっている。

図３において図中上側に位置する２つの窓２０ｂ、および図中下側に位置する窓２０ｂは、転動体収容部２０ａに繋がっている。３つの窓２０ｂは、それぞれ断面円形状であり、１対の受光素子４Ａ，４Ｂへと光を到達させ、または発光素子５からの光を通過させるためのものである。本実施形態においては、図５における左右両端にある窓２０ｂは、断面寸法φ１．３ｍｍ程度とされている。また、中央に位置する窓２０ｂは、断面寸法φ０．８ｍｍ程度とされている。３つの窓２０ｂには、３つの素子収容部２０ｃがそれぞれ繋がっている。

３つの素子収容部２０ｃは、図５に示すように、１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５を収容するための部分である。図４に示すように、１対の受光素子４Ａ，４Ｂを収容する２つの素子収容部２０ｃは、２つの矩形が連結された断面形状とされている。発光素子５を収容する素子収容部２０ｃは、断面矩形状とされている。

カバー３は、ケース２を塞いで空隙部２０を形成するためのものであり、たとえばエポキシ樹脂からなる。図５に示すように、カバー３の図中下面には、導電膜３０および反射膜３１が形成されている。導電膜３０は、カバー３の下面全体に形成されており、たとえば銅からなる。反射膜３１は、発光素子５によって発せられた光を反射することにより１対の受光素子４Ａ，４Ｂへと向かわせるためのものである。反射膜３１は、ケース２の転動体収容部２０ａに対応する領域に形成されており、たとえば電解メッキ法によって銅、ニッケル、金の薄膜が順次積層されたものである。反射膜３１の厚みの一例を挙げると、銅薄膜が５０μｍ程度、ニッケル薄膜が３μｍ程度、金薄膜が０．０３〜０．７μｍ程度である。本実施形態においては、カバー３は、そのサイズが幅４．２ｍｍ、高さ４．２ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ程度とされている。このような構成のカバー３は、たとえば導電性接着剤などを介してケース２に固定されている。

転動体６は、傾斜センサＡ１の姿勢に応じて転動体収容部２０ａ内を転動することにより、発光素子５からの光が１対の受光素子４Ａ，４Ｂへと到達することを適宜阻止するためのものである。転動体６は、円柱形状とされており、たとえばステンレスからなる。本実施形態においては、転動体６は、断面寸法φ２．０ｍｍ程度とされている。このような構成の転動体６は、転動体収容部２０ａに収容された状態においては、転動体収容部２０ａの面２０ｅのうち凸部２０ｆに対して接触する一方、凸部２０ｆ間に位置する凹部に対しては接触しない。

端子７ａ，７ｂ，７ｃは、傾斜センサＡ１をたとえば図１に示す回路基板Ｓに面実装するために用いられるものである。図５に示すように、端子７ａ，７ｂ，７ｃは、配線パターン７のうち基板１の図中下面側にある部分によって構成されている。

次に、傾斜センサＡ１による傾斜方向の検出について、図６〜図９を用いて説明する。図６〜図９は、カバー３を省略して傾斜センサＡ１を正面からみた図である。これらの図においては、図中下方が重力方向である。

まず、図６は、傾斜センサＡ１が中立姿勢とされた状態を示している。この姿勢においては、転動体６は、重力にしたがって転動体収容部２０ａの下端寄りに留まっている。この位置を中立位置と呼ぶ。転動体６が中立位置にあると、発光素子５からの光が全て転動体６によって遮られる。このため、１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、いずれも光を検出しない。したがって、１対の受光素子４Ａ，４Ｂのいずれからも信号が出力されない状態であれば、傾斜センサＡ１が中立姿勢であると認識する。

次に、傾斜センサＡ１を図中時計回りに回転させると、図７に示す状態となる。この状態においては、転動体６は、重力にしたがって転動体収容部２０ａのうち図６の右端寄り部分へと転動する。この位置を正転遮光位置と呼ぶ。転動体６が正転遮光位置にあると、受光素子４Ｂへと繋がる窓２０ｂが転動体６により覆われる。これにより、受光素子４Ｂによっては、発光素子５からの光は受光されない。一方、発光素子５から発せられた光は、図５に示す反射膜３１によって反射され、受光素子４Ａに到達する。したがって、受光センサ４Ａのみから信号が出力された状態であれば、傾斜センサＡ１が中立姿勢から図７における図中時計回りに回転させられた姿勢であると認識する。

また、傾斜センサＡ１を中立姿勢から図中反時計回りに回転させると、図８に示す状態となる。この状態においては、転動体６は、重力にしたがって転動体収容部２０ａのうち図６の左端寄り部分へと転動する。この位置を逆転遮光位置と呼ぶ。転動体６が逆転遮光位置にあると、受光素子４Ａへと繋がる窓２０ｂが転動体６により覆われる。これにより、受光素子４Ａによっては、発光素子５からの光は受光されない。一方、発光素子５から発せられた光は、受光素子４Ｂに到達する。したがって、受光センサ４Ｂのみから信号が出力された状態であれば、傾斜センサＡ１が中立姿勢から図８における図中反時計回りに回転させられた姿勢であると認識する。

さらに、傾斜センサＡ１が回転させられると、図９に示すように傾斜センサＡ１は、倒立した姿勢とされる。この場合、転動体６は、転動体収容部２０ａにおいて中立位置とは反対側の位置に転動する。この位置を、倒立位置と呼ぶ。転動体６が倒立位置にあると、発光素子５からの光は、１対の受光素子４Ａ，４Ｂの双方によって受光される。これにより、１対の受光素子４Ａ，４Ｂの双方から信号が出力されると、傾斜センサＡ１が倒立した姿勢であることを検出可能である。したがって、傾斜センサＡ１は、中立姿勢であること、中立姿勢から正転あるいは逆転された姿勢であること、および倒立した姿勢であること、の４つの状態を検出することができる。

次に、傾斜センサＡ１の作用について説明する。

本実施形態の傾斜センサＡ１の製造においては、たとえば当該傾斜センサが構成単位として縦横に配列された集合板を切断することにより、各傾斜センサＡ１に分割される。この切断工程では、冷却や切削屑洗浄のための水を使用する場合があり、この際、傾斜センサＡ１の空隙部２０に微量の水が侵入する場合がある。

本実施形態の傾斜センサＡ１においては、転動体６を収容する転動体収容部２０ａを規定する面のうち、上記検出対象面に対して直角な面２０ｅにおいて複数の凸部２０ｆが形成されていることにより、当該面２０ｅが凹凸状とされている。このため、当該面２０ｅと転動体６との接触面積は比較的に小さくなり、転動体収容部２０ａに水が侵入したとしても転動体６が面２０ｅと密着することは防止される。これにより、転動体６は傾斜センサＡ１の姿勢変更にともなって適正な位置に転動することになり、傾斜センサＡ１による誤検出が防止される。

ここで、転動体６は、上述したように、面２０ｅのうち凸部２０ｆに対してのみ接触する一方、凸部２０ｆ間に位置するフラットな凹部に対しては接触しない。このような構成によれば、転動体６が面２０ｅに密着することはより確実に防止され、傾斜センサＡ１による誤検出を防止するうえで好適である。

転動体収容部２０ａの面２０ｅに形成された凸部２０ｆは、上記検出対象面に対して直角方向に延び、かつ、転動体収容部２０ａの深さ方向の全体に亘って形成されている。このため、円柱形状とされた転動体６は、その側面部分が凸部２０ｆに対して線接触することになり、中心軸が上記検出対象面と直交する。したがって、転動体６の円形端面が常に上記検出対象面に対して平行になり、転動体６が空隙部２０の窓２０ｂの正面に位置すると、窓２０ｂは上記円形端面によって完全に遮断されることになる。このことは、傾斜センサＡ１による誤検出を防止するうえで好適である。

加えて、傾斜センサＡ１においては、転動体６の転動摩擦によって静電気が生じたとしても、導電性樹脂からなるケース２と当該ケース２に当接する導電膜３０とは、導通状態にあるので同電位となる。このようにケース２において帯電防止が図られていることにより、転動体６の転動動作が静電気によって不当に阻害されるといった不都合が生じることはない。このことは、傾斜センサＡ１による誤検出を防止するうえで好適である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明に係る傾斜センサは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る傾斜センサの各部の具体的な構成は、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。

空隙部を規定する検出対象面に対して直角である面（２０ｅ）に形成される凸部（２０ｆ）としては、上記実施形態のように菱形状に形成された上記面２０ｅの全体に万遍なく形成されていることが好ましいが、これに限定されず、たとえば上記菱形状部分の円弧状の角部に相当する箇所にのみ形成されていてもよい。仮に上記検出対象面に対して直角である上記面に凸部が形成されていない場合には、転動体と上記円弧状の角部との接触面積が相対的に大となる。これに対し、上記角部に相当する箇所に凸部を設けておくだけで、転動体と上記検出対象面に対して直角である上記面との接触面積を効果的に小さくすることができ、転動体が上記検出対象面に対して直角である上記面と密着することは防止される。

また、上記凸部の形状についても上記実施形態に限定されるものではない。要するに、転動体と、上記検出対象面に対して直角である上記面との接触面積を小さくすることができればよく、上記検出対象面に対して直角である上記面は、たとえば断面形状が波形からなる凹凸状とされていてよい。

本発明に係る傾斜センサの一例を示す一部断面斜視図である。 図１に示す傾斜センサの分解斜視図である。 図１に示す傾斜センサの正面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 図１の傾斜センサが中立姿勢とされた状態を示す正面図である。 図１の傾斜センサが正転方向に傾斜させられた状態を示す正面図である。 図１の傾斜センサが逆転方向に傾斜させられた状態を示す正面図である。 図１の傾斜センサが倒立姿勢とされた状態を示す正面図である。 従来の傾斜センサの一例を示す断面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。

符号の説明

Ａ１ 傾斜センサ
Ｓ 回路基板
１ 基板
２ ケース
３ カバー
４Ａ，４Ｂ 受光素子
５，５Ａ，５Ｂ 発光素子（発光手段）
６ 転動体
７ 配線パターン
７ａ，７ｂ，７ｃ （面実装用の）端子
８ ワイヤ
２０ 空隙部
２０ａ 転動体収容部
２０ｂ 窓
２０ｃ 素子収容部
２０ｄ （検出対象面に対して平行な）面
２０ｅ （検出対象面に対して直角である）面
２０ｆ 凸部
３０ 導電膜
３１ 反射膜

Claims (2)

1. 検出対象面に沿って離間配置された１対の受光素子と、
   上記１対の受光素子に対して光を照射する発光手段と、
   上記検出対象面内に沿って転動する円柱形状の転動体と、
   上記転動体を収容する空隙部と、
   上記空隙部が形成されたケースと、を備えており、
   上記空隙部は、上記検出対象面の面内方向における重力方向の変化により、上記転動体に、上記検出対象面の面内方向において上記１対の受光素子と重なる１対の遮光位置と、上記面内方向において上記１対の受光素子のいずれとも重ならない中立位置と、をとらせる形状とされている、傾斜センサであって、
   上記空隙部は、上記検出対象面に対して平行な１対の面と、上記検出対象面に対して直角である面とによって規定されており、
   上記検出対象面に対して直角である上記面は、上記ケースに設けられた穴部の内側面によって構成されており、かつ、上記検出対象面に対して直角である方向に延びる複数の凸部が形成されることにより凹凸状とされていることを特徴とする、傾斜センサ。
2. 上記検出対象面に対して直角である上記面は、その凹部に上記転動体が接触しない凹凸状とされている、請求項１に記載の傾斜センサ。

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