(57)【要約】【課題】スペーサの加工精度に自由度を持たせることが可能な傾斜角センサ装置を提供すること。【解決手段】傾斜角センサ装置１は、上面に共通電極２２を有する下部電極層２と、下面に対向電極３２，３３を有する上部電極層３とにより、スリット４１を有するスペーサ４が挟み込まれた三層構造をなしている。そして、共通電極２２と対向電極３２，３３との間に静電容量媒体が介在されることにより、共通電極２２と対向電極３２，３３との間に静電容量媒体が挟まれてなるコンデンサが構成されている。そして、下部電極層２と上部電極層３とにより閉塞されたスリット４１をキャビティ５として、そこにその容積の一部を占めるように注入されるとともに、共通電極２２が浸漬される導電性液体６と、一方の面が導電性液体６に浸漬されるとともに、他方の面が対向電極３２，３３に接合されている絶縁膜３５とにより、静電容量媒体が構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に第１の電極を有する下部電極層と、下面に第２の電極を有する上部電極層とにより、スリットを有するスペーサが挟み込まれた三層構造をなし、前記第１の電極と前記第２の電極との間に静電容量媒体が介在されることにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記静電容量媒体が挟まれてなるコンデンサが構成され、当該傾斜角センサ装置が水平状態に置かれているときと当該傾斜角センサ装置が傾斜状態に置かれているときとで前記コンデンサの静電容量に変化が生じ、前記コンデンサの静電容量を指標として傾斜角度を検出する傾斜角センサ装置において、
前記下部電極層と前記上部電極層とにより閉塞された前記スリットをキャビティとして、そこにその容積の一部を占めるように注入されるとともに、前記第１の電極が浸漬される導電性液体と、一方の面が前記導電性液体に浸漬されるとともに、他方の面が前記第２の電極に接合されている絶縁膜とにより、前記静電容量媒体が構成されていることを特徴とする傾斜角センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜角度を検出する傾斜角センサ装置に関し、詳しくは、静電容量式の傾斜角センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、いわゆるＭＥＭＳ技術を用いることによって、それまでの傾斜角センサ装置と比較して体積が数十分の一〜数百分の一以下という超小型化が実現された静電容量式の傾斜角センサ装置が開示されている。
【０００３】
こうした傾斜角センサ装置の基本構造について説明すると、図３に示すように、傾斜角センサ装置１０１は、下部電極層１０２と上部電極層１０３とによりスペーサ１０４が挟み込まれた三層構造をなしている。
【０００４】
下部電極層１０２は、シリコンよりなる下側基板１２１、その下側基板１２１の上面全体に配置された共通電極１２２を備えている。尚、共通電極１２２は銅よりなる。
上部電極層１０３は、ガラスエポキシ樹脂よりなる上側基板１３１、その上側基板１３１の下面中央部に離間配置されるとともに、それぞれ半割状をなす一対の対向電極１３２，１３３、それら対向電極１３２，１３３を取り囲むように配置された接合面部１３４を備えている。尚、対向電極１３２，１３３及び接合面部１３４はいずれも銅よりなる。
【０００５】
エポキシ樹脂よりなるスペーサ１０４の中央部には、スリット１４１が形成されている。
そして、スリット１４１の下側開口部が下部電極層１０２の上面により閉塞されるとともに、スリット１４１の上側開口部が上部電極層１０３の下面により閉塞され、これにより傾斜角センサ装置１０１にはキャビティ１０５が形成されている。そして、このキャビティ１０５には、絶縁体よりなる液状の基剤に高い誘電率を有する微粒子が混入された静電容量媒体１０６が、キャビティ１０５の容積の約半分を占めるように注入されている。尚、静電容量媒体１０６が外部に漏れ出ないように、上部電極層１０３には、エポキシ樹脂よりなる封止剤が施されている。
【０００６】
そして、このようにして共通電極１２２及び対向電極１３２，１３３が静電容量媒体１０６に浸漬されると、共通電極１２２と対向電極１３２との間に静電容量媒体１０６が挟まれてなる第１のコンデンサが構成されるとともに、共通電極１２２と対向電極１３３との間に静電容量媒体１０６が挟まれてなる第２のコンデンサが構成される。
【０００７】
次いで、こうした傾斜角センサ装置１０１の作用について説明すると、図４に示すように、傾斜角センサ装置１０１が水平状態に置かれているとき、第１のコンデンサの静電容量と第２のコンデンサの静電容量とが同一となる。一方、図５に示すように、傾斜角センサ装置１０１が傾斜状態に置かれているとき、第１のコンデンサの静電容量と第２のコンデンサの静電容量との間に差が生じる。そして、傾斜角センサ装置１０１は、このような静電容量の差を指標として傾斜角度を検出できるようになっている。
【特許文献１】特開２００５−１５６５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
こうした傾斜角センサ装置１０１は、電極の直径が約４ｍｍ、電極間の距離が約４０μｍと極めて小さなものであり、キャビティ１０５の容積が少しでも設計値から異なると、各コンデンサの静電容量に大きな変化をもたらす。このため、スペーサ１０４に対して極めて高い加工精度が求められていた。
【０００９】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、スペーサの加工精度に自由度を持たせることが可能な傾斜角センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、上面に第１の電極を有する下部電極層と、下面に第２の電極を有する上部電極層とにより、スリットを有するスペーサが挟み込まれた三層構造をなし、前記第１の電極と前記第２の電極との間に静電容量媒体が介在されることにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記静電容量媒体が挟まれてなるコンデンサが構成され、当該傾斜角センサ装置が水平状態に置かれているときと当該傾斜角センサ装置が傾斜状態に置かれているときとで前記コンデンサの静電容量に変化が生じ、前記コンデンサの静電容量を指標として傾斜角度を検出する傾斜角センサ装置において、前記下部電極層と前記上部電極層とにより閉塞された前記スリットをキャビティとして、そこにその容積の一部を占めるように注入されるとともに、前記第１の電極が浸漬される導電性液体と、一方の面が前記導電性液体に浸漬されるとともに、他方の面が前記第２の電極に接合されている絶縁膜とにより、前記静電容量媒体が構成されていることをその要旨としている。
【００１１】
同構成によると、静電容量媒体を構成する導電性液体と下部電極層の第１の電極とが一体となってコンデンサの一方の電極として機能するとともに、上部電極層の第２の電極がコンデンサの他方の電極として機能し、静電容量媒体を構成する絶縁膜がそれら両電極間に介在されてコンデンサが構成される。そして、コンデンサの静電容量は、その多くが絶縁膜の厚みによって決まるので、絶縁膜の加工精度を管理しさえすれば、コンデンサの静電容量を管理できることになる。つまり、スペーサの加工精度にそれほど高いものが求められなくて済む。従って、スペーサの加工精度に自由度を持たせることができる。
【００１２】
尚、スペーサには、キャビティの容積に関わるスリットが設けられる一方、絶縁膜には、そうしたスリットなるものが設けられないので、その分、加工精度の管理がし易い。また、導電性液体の注入量については、従来の静電容量媒体１０６（絶縁性液体）の注入量と同様のレベルで管理すれば事が足りる。要するに、本構成によると、絶縁性液体を静電容量媒体１０６とする従来の傾斜角センサ装置１０１よりも、コンデンサの静電容量を設計値から異ならせないようにするための管理が容易である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏する。
本発明によれば、スペーサの加工精度に自由度を持たせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、傾斜角センサ装置１は、下部電極層２と上部電極層３とによりスペーサ４が挟み込まれた三層構造をなしている。
【００１５】
下部電極層２は、シリコンよりなる下側基板２１、その下側基板２１の上面全体に配置された共通電極２２を備えている。尚、共通電極２２は銅よりなる。
上部電極層３は、ガラスエポキシ樹脂よりなる上側基板３１、その上側基板３１の下面中央部に離間配置されるとともに、それぞれ半割状をなす一対の対向電極３２，３３、それら対向電極３２，３３を取り囲むように配置された接合面部３４を備えている。尚、対向電極３２，３３及び接合面部３４はいずれも銅よりなる。そして、本実施形態では、上部電極層３の最下面全体に絶縁膜３５が配置されている。
【００１６】
エポキシ樹脂よりなるスペーサ４の中央部には、スリット４１が形成されている。
そして、スリット４１の下側開口部が下部電極層２の上面により閉塞されるとともに、スリット４１の上側開口部が上部電極層３の下面により閉塞され、これにより傾斜角センサ装置１にはキャビティ５が形成されている。そして、このキャビティ５には、導電性液体６が、キャビティ５の容積の約半分を占めるように注入されている。尚、導電性液体６が外部に漏れ出ないように、上部電極層３には、エポキシ樹脂よりなる封止剤が施されている。
【００１７】
そして、このようにして共通電極２２の上面及び絶縁膜３５の下面が導電性液体６に浸漬されると、導電性液体６と共通電極２２とが一体となってコンデンサの一方の電極として機能するとともに、対向電極３２，３３がコンデンサの他方の電極として機能し、絶縁膜３５がそれら両電極間に介在されてコンデンサが構成される。ここに、コンデンサの一方の電極として機能する導電性液体６及び共通電極２２と、コンデンサの他方の電極として機能する対向電極３２と、それら両電極間に介在される絶縁膜３５とにより第１のコンデンサが構成される。また、コンデンサの一方の電極として機能する導電性液体６及び共通電極２２と、コンデンサの他方の電極として機能する対向電極３３と、それら両電極間に介在される絶縁膜３５とにより第２のコンデンサが構成される。
【００１８】
尚、こうした傾斜角センサ装置１の作用は、図４及び図５に示される傾斜角センサ装置１０１のそれと同様である。つまり、傾斜角センサ装置１が水平状態に置かれているとき、第１のコンデンサの静電容量と第２のコンデンサの静電容量とが同一となる。一方、傾斜角センサ装置１が傾斜状態に置かれているとき、第１のコンデンサの静電容量と第２のコンデンサの静電容量との間に差が生じる。そして、傾斜角センサ装置１は、このような静電容量の差を指標として傾斜角度を検出できるようになっている。
【００１９】
次に、傾斜角センサ装置１の特徴点について説明する。
上記したように本実施形態の傾斜角センサ装置１は、導電性液体６と絶縁膜３５とにより、共通電極２２と対向電極３２，３３との間に介在される静電容量媒体が構成されている。この点において、絶縁性液体を静電容量媒体１０６とする従来の傾斜角センサ装置１０１とは大きく構成が異なっている。
【００２０】
以下、これによる有利な点を中心に説明する。
一般的にコンデンサというものは、それを構成する２つの電極間に静電容量媒体が介在されてなり、その静電容量は、その多くが両電極間の距離によって決まる。つまり、コンデンサの静電容量は、両電極間の距離に反比例するとともに、具体的には、両電極間の距離（間隔）が短い程、静電容量が大きくなるとともに、両電極間の距離（間隔）が長い程、静電容量が小さくなる。
【００２１】
ここで、図３に示される従来の傾斜角センサ装置１０１におけるコンデンサの両電極間の距離は、スペーサ１０４の厚み分、つまりスリット１４１の深さ分に相当し、具体的には約４０μｍである。一方、図１に示される本実施形態の傾斜角センサ装置１におけるコンデンサの両電極間の距離は、絶縁膜３５の厚み分に相当し、具体的には約１μｍである。従って、本実施形態の傾斜角センサ装置１では、従来の傾斜角センサ装置１０１と比較して、コンデンサの両電極間の距離が１／４０であり、よってコンデンサの静電容量が４０倍に増す。
【００２２】
そうすると、本実施形態の傾斜角センサ装置１では、傾斜角度が変化したときのコンデンサの静電容量の変化量を表す傾きが、従来の傾斜角センサ装置１０１のそれよりも４０倍も大きなものとなる。そして、このことは、後段の増幅回路を簡素化できる点において非常に有利であり、また、傾斜角度の検出精度、つまり分解能を大幅に向上できる点においても有利である。
【００２３】
さらに、本実施形態の傾斜角センサ装置１においてキャビティ５には、導電性液体６が注入される訳であるが、これは導電性を有しているが故に共通電極２２と同電位に保たれる。つまり、導電性液体６は、静電容量媒体でありながら、実際にはコンデンサの静電容量には直接的には関与しておらず、それがキャビティ５内で動き回ることでコンデンサの静電容量に間接的に関与している。別の言い方をすると、本実施形態の傾斜角センサ装置１においてコンデンサの静電容量に直接的に関与している物は絶縁膜３５であり、導電性液体６についてはキャビティ５内を自由に動き回れるようにしてやればよい。要するに、導電性液体６は、コンデンサの静電容量に直接的には関与していないから、それを注入し易くなるように、また、それが自由に動き回れるように、導電性液体６の粘性を考慮しつつキャビティ５を大きめに設計すればよい。
【００２４】
そうすると、本実施形態の傾斜角センサ装置１では、それが水平状態から傾斜状態へ変位されるに際して、キャビティ５の中を導電性液体６が自身の粘性に抗して自由に動き回れることとなる。そして、このことは、傾斜角度の変化に対する応答速度を向上できる点において極めて有利である。
【００２５】
尚、従来の傾斜角センサ装置１０１においてコンデンサの静電容量を、本実施形態の傾斜角センサ装置１におけるそれと同じレベルまで引き上げようとすると、スペーサ１０４を１／４０にまで薄くする必要があり、そうすると、静電容量媒体１０６に表面張力が働くことに起因して、それがキャビティ１０５内を自由に動き回れなくなる。これに対して、本実施形態の傾斜角センサ装置１では、絶縁膜３５を薄いものとすることでコンデンサの静電容量を高められるので、スペーサ４を必ずしも薄くする必要はなく、よってスペーサ４を厚くしても何ら差し支えない。それどころか、スペーサ４を厚くしてキャビティ５の容積を大きくすることで、導電性液体６の粘性による影響を受け難くするといったこともできる。
【００２６】
以上、詳述したように本実施形態によれば、次のような作用、効果を得ることができる。
（１）静電容量媒体を構成する導電性液体６と下部電極層２の共通電極２２とが一体となってコンデンサの一方の電極として機能するとともに、上部電極層３の対向電極３２，３３がコンデンサの他方の電極として機能し、静電容量媒体を構成する絶縁膜３５がそれら両電極間に介在されてコンデンサが構成される。そして、コンデンサの静電容量は、その多くが絶縁膜３５の厚みによって決まるので、絶縁膜３５の加工精度を管理しさえすれば、コンデンサの静電容量を管理できることになる。つまり、スペーサ４の加工精度にそれほど高いものが求められなくて済む。従って、スペーサ４の加工精度に自由度を持たせることができる。
【００２７】
（２）スペーサ４には、キャビティ５の容積に関わるスリット４１が設けられる一方、絶縁膜３５には、そうしたスリットなるものが設けられないので、その分、加工精度の管理がし易い。また、導電性液体６の注入量については、従来の静電容量媒体１０６（絶縁性液体）の注入量と同様のレベルで管理すれば事が足りる。要するに、本構成によると、絶縁性液体を静電容量媒体１０６とする従来の傾斜角センサ装置１０１よりも、コンデンサの静電容量を設計値から異ならせないようにするための管理が容易である。
【００２８】
（３）コンデンサの静電容量に直接的に関与する絶縁膜３５の厚みを、従来のスペーサ１０４の厚み（スリット１４１の深さ）よりも薄くすることで、コンデンサの静電容量が従来品よりも増す。従って、傾斜角度の変化に対する静電容量の変化量を表す傾きが大きくなり、よって後段の増幅回路を簡素化できるとともに、傾斜角度の検出精度（分解能）を大幅に向上できる。
【００２９】
（４）絶縁膜３５を薄いものとすることでコンデンサの静電容量を高められるので、スペーサ４を必ずしも薄くする必要はなく、よってスペーサ４を厚くしても差し支えない。従って、導電性液体６の移動空間（キャビティ５）にゆとりが生まれることから、傾斜角度の変化に対する応答速度を向上できる。
【００３０】
（５）キャビティ５にゆとりが生まれる分だけ、そこへ導電性液体６を注入し易くなる。従って、その分、傾斜角センサ装置１を製造し易くできる。
尚、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
【００３１】
・導電性液体６の粘性に応じて、粘性が高い程、スペーサ４の厚みを増せばよいし、粘性が低い程、スペーサ４の厚みを減らすことが可能である。要するに、応答速度を上げることを目的として、キャビティ５内で導電性液体６が自由に動き回れるようにすればよい。
【００３２】
・傾斜角センサ装置１に必要とされる分解能に応じて、絶縁膜３５の厚みや材料を選定すればよい。尚、加工のし易さも考慮されるべきである。
・キャビティ５に注入される導電性液体６の量については、傾斜角度に応じてコンデンサの静電容量を峻別できることを前提として適宜変更可能である。つまり、キャビティ５の容積の１００％を占めなければ、理論的には本発明は成り立つ。
【００３３】
・導電性液体６の材料については、導電性に優れるもの程、選択に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態の傾斜角センサ装置の基本構造を示す断面図及び分解斜視図。
【図２】本実施形態の傾斜角センサ装置の構成を示す参考図であって、（ａ）は傾斜角センサ装置の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図３】従来の傾斜角センサ装置の基本構造を示す断面図及び分解斜視図。
【図４】水平状態に置かれている従来の傾斜角センサ装置を示す斜視図。
【図５】傾斜状態に置かれている従来の傾斜角センサ装置を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
１…傾斜角センサ装置、２…下部電極層、３…上部電極層、４…スペーサ、５…キャビティ、６…導電性液体（静電容量媒体）、２２…共通電極（第１の電極）、３２，３３…対向電極（第２の電極）、３５…絶縁膜（静電容量媒体）、４１…スリット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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