(57)【要約】【課題】可動板に対する重りの固定を、高い位置決め精度を持って行うことができ、なおかつ生産性に優れた静電容量式センサの提供を課題とする。【解決手段】可動電極３ｄに複数の貫通孔３ｄ１が形成され、重り４が各貫通孔３ｄ１に係止した状態にインサート成形されている構成を採用した。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対して隙間を空けて対向配置された可動電極を有してかつ揺動可能に支持された可動板と、該可動板に設けられた重りとを備え、前記固定電極及び前記可動電極間の静電容量に基づいて前記可動板の揺動動作を検出するセンサであり、
前記可動板には、その板厚方向に貫く貫通孔が形成され、
前記重りが、前記貫通孔に係止した状態に一体成形された成形体からなる
ことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の静電容量式センサにおいて、前記重りが、樹脂に、該樹脂よりも密度の大きい粒子を混在させたものからなることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の静電容量式センサにおいて、前記粒子が、金属粒子または金属化合物粒子であることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の静電容量式センサにおいて、前記粒子が、タングステン単体またはタングステン化合物であることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の静電容量式センサにおいて、前記固定電極が複数分割されるとともに、これら固定電極と前記可動電極とで複数の静電容量素子が構成され、前記貫通孔に係止する前記重りの係止部が複数形成され、これら係止部が、前記重りが中立状態にあるときに前記各静電容量素子の静電容量が互いに等価をなすように均等配置されていることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項６】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の静電容量式センサにおいて、前記固定電極が複数分割されるとともに、これら固定電極と前記可動電極とで複数の静電容量素子が構成され、前記貫通孔に係止する前記重りの係止部が、前記各固定電極間の中央位置に接触する揺動支点をなしていることを特徴とする静電容量式センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量式センサに関し、特に高精度かつ安価に製造できる静電容量式センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量の変化を利用した静電容量式のセンサの一例としては、例えば下記特許文献１に開示されているものがある。この静電容量式センサは、対向配置された一対の電極を備え、一方の電極は固定基板上に設けられるとともに、他方の電極は可撓基板に設けられている。また、前記可撓基板には重りが接着により取り付けられており、センサが傾斜した際に、この重りが可撓基板を歪ませ、上記電極間の静電容量を変化させるようになっている。そして、この容量変化を測定することで傾斜や加速度などが検出可能となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８２８６３８号公報（図１（ａ）参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記説明の従来の静電容量式センサは、前記可撓基板に対する重りの固定方法として接着を採用しているため、製造時に、可撓基板に対する重りの位置ずれが生じやすく、規定のセンサ精度を確保できるように精度良く固定するのが難しく、必ずしも生産性に優れたものとはなっていなかった。
また、その製造工程として、重りを機械加工で製造する工程と、製造後の重りを整列させて取り置きする工程と、これら重りの中から一つを取りだして接着剤を塗布、さらには前記可撓基板に対して貼り付ける工程とが必要であることから、重りを取り付けるだけでも多数の工程を要し、これも、生産性向上を妨げる要因となっていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、可動板に対する重りの固定を、高い位置決め精度を持って行うことができ、なおかつ生産性に優れた静電容量式センサの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の静電容量式センサは、固定電極を有する固定基板と、該固定基板に対して隙間を空けて対向配置された可動電極を有してかつ揺動可能に支持された可動板と、該可動板に設けられた重りとを備え、前記固定電極及び前記可動電極間の静電容量に基づいて前記可動板の揺動動作を検出するセンサであり、前記可動板には、その板厚方向に貫く貫通孔が形成され、前記重りが、前記貫通孔に係止した状態に一体成形された成形体からなることを特徴とする。
この静電容量式センサのように、重りを可動板に対して成形体で一体成形させた場合の位置決め精度は、成形に用いられる金型の精度によって決まるので、従来のように別途製造された重りを可動板に対して接着等の固定方法により固定する場合に比較して高い位置決め精度を得ることができる。したがって、精度の高いセンサを得ることが可能となっている。
さらに、本発明の静電容量式センサは、従来のように重りを機械加工で製造する工程と、製造後の重りを整列させて取り置きする工程と、これら重りの中から一つを取りだして接着剤を塗布、さらには可動板に対して貼り付ける工程とが不要となる。したがって、本発明の静電容量式センサは生産性に優れ、安価に製造することが可能となっている。
【０００７】
また、本発明の静電容量式センサは、前記静電容量式センサにおいて、前記重りが、樹脂に、該樹脂よりも密度の大きい粒子を混在させたものからなるものとしても良い。
この場合には、重りの製造にインサート成形を用いながらも、重りの重さを、可動板を揺動させるのに十分な重さにすることができる。
【０００８】
また、本発明の静電容量式センサは、前記静電容量式センサにおいて、前記粒子として、金属粒子または金属化合物粒子を採用しても良い。
この場合には、重りの大きさを維持したまま重量を重くすることができる。あるいは、重りの重量を維持したままその大きさを小型化することもできる。
【０００９】
また、本発明の静電容量式センサは、前記静電容量式センサにおいて、前記粒子としてタングステン単体またはタングステン化合物を採用しても良い。
この場合には、重りの大きさを維持したまま重量を効果的に重くすることができる。あるいは、重りの重量を維持したままその大きさを効果的に小型化することもできる。
【００１０】
また、本発明の静電容量式センサは、前記静電容量式センサにおいて、前記固定電極が複数分割されるとともに、これら固定電極と前記可動電極とで複数の静電容量素子が構成され、前記貫通孔に係止する前記重りの係止部が複数形成され、これら係止部が、前記重りが中立状態にあるときに前記各静電容量素子の静電容量が互いに等価をなすように均等配置されている構成を採用しても良い。
この場合には、重りが金属粒子または金属化合物粒子を含有していても、各係合部が各静電容量素子のそれぞれに対して均等に影響を及ぼすので、各静電容量素子間の静電容量バランスを崩すことがない。
【００１１】
また、本発明の静電容量式センサは、前記静電容量式センサにおいて、前記固定電極が複数分割されるとともに、これら固定電極と前記可動電極とで複数の静電容量素子が構成され、前記貫通孔に係止する前記重りの係止部が、前記各固定電極間の中央位置に接触する揺動支点をなす構成を採用しても良い。
この場合には、重りが金属粒子または金属化合物粒子を含有していても、係合部が各静電容量素子のそれぞれに対して均等に影響を及ぼすので、各静電容量素子間の静電容量バランスを崩すことがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の静電容量式センサの各実施形態についての説明を、図面を参照しながら以下に行う。
まず、図１〜図５を参照しながら、本発明の静電容量センサの第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の静電容量式センサの縦断面図である。また、図２は、同静電容量式センサの各構成要素を示す分解斜視図である。また、図３は、同静電容量式センサに備えられている支持板を説明するための平面図である。また、図４は、同静電容量式センサに備えられている重りの固定構造を説明するための縦断面図である。また、図５（ａ）及び（ｂ）は、同固定構造の変形例を説明するための図であって、図４のＡ部拡大図である。
なお、各図面においては、見やすくするために各構成要素の厚みや寸法の比率等を適宜異ならせてある。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の静電容量式センサは、基板１の上面１１Ｓ側に電気信号を検出するための検出部Ｋを備え、基板１の下面１３Ｒ側に検出部Ｋから検出された電気信号を処理する処理回路１ｃを備えて構成されている。本実施形態では、検出部Ｋが、センサの傾斜を静電容量変化として検出する静電容量式の傾斜検出部Ｋとして構成され、基板１の上面１１Ｓ上に形成された複数の静電容量検出用の固定電極１ａと、これらの固定電極１ａに対向する支持板３と、この支持板３にひねり変形を加えるための重り４とを備えて構成されている。
【００１４】
基板１は、セラミック又はエポキシ樹脂積層板からなり、図１及び図２に示すように、その表面に前記固定電極１ａが碁盤目状に複数（４つ）形成されるとともに、外周部に、これら固定電極１ａを囲むように枠状の固定電極１ｄが形成されている。このように固定電極１ａを４つ設けているのは、いずれかの方向にセンサ全体が傾いたとき、支持板３に備えられている可動電極３ｄと特定の固定電極１ａとの間隔が広がる（つまり静電容量が減少する）一方、平面視してそれに対向する他の固定電極１ａと可動電極３ｄとの間隔が狭くなり（つまり静電容量が増加する）、それらの差動信号により傾斜方向とその傾斜程度を求めることができるようにするためである。
各固定電極１ａ，１ｄは、基板１を厚み方向に貫通するスルーホール電極Ｈを介して処理回路１ｃと導通している。
【００１５】
図１及び図２に示すように、基板１の中央部には、凸部（支持突起）１ｂが設けられている。基板１の上面には、その外周に沿った枠状をなす導電性のスぺーサ２（ギャップ保持手段）が固定電極１ｄに重ねて設置されている。スペーサ２は、ジンバル構造をなす支持板３と基板１との間隔を一定に保持して支持板３の可動電極３ｄが揺動できる空間をつくるとともに、処理回路１ｃ及び可動電極３ｄ間を導通させるための導通手段として設けられている。
【００１６】
スペーサ２の上面には、可撓性を有する板材からなる支持板３が積層されている。この支持板３は、例えば５０μｍ程度の厚さを有するステンレスプレート等の薄い金属単板から形成され、その外周部分である支持部３ａがスペーサ２に対して密着状態に支持されている。
図３に示すように、支持部３ａは、略四角枠状に形成されており、その対向する一対の辺の中央位置に、内側に向かう一対の第１の軸部（第１の連結部）３ｃが設けられている。これら第１の軸部３ｃの内側端部は、支持部３ａの内側に位置する中間部３ｂにつながっている。
中間部３ｂは、自らが傾斜した際に各第１の軸部３ｃにひねり変形を与えることにより、各第１の軸部３ｃがなす軸線ＣＬ１回りに揺動できるようになっている。
【００１７】
中間部３ｂも、略四角枠形状をなしており、その内側に前記軸線ＣＬ１に直交する軸線ＣＬ２をなすように、互いに対向する一対の第２の軸部３ｅが設けられている。これら第２の軸部３ｅの内側端部は、さらに内側に設けられた可動電極３ｄにつながっている。
したがって、可動電極３ｄは、自らが傾斜した際に各第２の軸部３ｅにひねり変形を与えることにより軸線ＣＬ２回りに揺動できると同時に、中間部３ｂが各第１の軸部３ｃにひねり変形を与えることにより、軸線ＣＬ１回りにも揺動できるようになっている。このように、可動電極３ｄは、互いに直行する軸線ＣＬ１，ＣＬ２回りに揺動可能に支持されている。
【００１８】
本実施形態の支持板３では、支持部３ａ、中間部３ｂ、各第１の軸部３ｃ、可動電極３ｄ、各第２の軸部３ｅの全てを、一枚の金属薄板に溝孔（スリット）を設けることで形成している。そのため、加工も容易で精度も出しやすい構成となっている。すなわち、支持部３ａ及び中間部３ｂ間は、各第１の軸部３ｃを避けるように形成された平面視「コ」字形の第１のスリット３１により分離され、中間部３ｂ及び可動電極３ｄ間は、各第２の軸部３ｅを避けるように形成された平面視「コ」字形の第２のスリット３２により分離されている。また、可動電極３ｄは、金属板材で構成されているため、固定基板１に対して対向配置された可動電極としての機能と、この可動電極を保持して揺動可能に支持された可動板としの機能とを兼ね備えたものとなっている。
【００１９】
また、この可動電極３ｄには、後述の重り４を係止させるための貫通孔３ｄ１が、その板厚方向に貫くように複数（同図の例では４カ所）形成されている。これら貫通孔３ｄ１は、互いに直交する軸線ＣＬ１及び軸線ＣＬ２の交点Ｐから等距離でかつ、各軸線ＣＬ１及びＣＬ２の線上に２カ所ずつ形成されている。したがって、これら貫通孔３ｄ１は、支持板３を、前記スペーサ２を介して基板１上に重ね合わせたときに、各固定電極１ａ間の隙間ｓ１，ｓ２上に来るように配置されている。なお、各隙間ｓ１，ｓ２は、各固定電極１ａ間を分離させるものであり、互いに直交する２本の隙間として形成されている。そして、これら隙間ｓ１，ｓ２は、図３に示す平面視した場合に、前記軸線ＣＬ１，ＣＬ２と一致したものとなっている。
【００２０】
また、支持板３は、ひねりによって各第１の軸部３ｃ及び各第２の軸部３ｅが塑性変形しないように、各第１のスリット３１の両端部及び各第２のスリット３２の両端部に、それぞれ支持部３ａ側及び可動電極３ｄ側に向かって張り出すような食込み部３１ａ，３２ａを形成し、各第１の軸部３ｃ及び各第２の軸部３ｅの長さが塑性変形防止に必要な一定以上の長さを確保できるようにしている。このような食込み部３１ａ，３２ａは、中間部３ｂ側には形成されておらず、各第１の軸部３ｃ及び各第２の軸部３ｅがそれぞれ支持部３ａ側，可動電極３ｄ側にのみ、食い込むように構成されている。
【００２１】
これは、例えば各食込み部３１ａ，３２ａを中間部３ｂ側に形成すると、中間部３ｂが一部細くなり、この細くなった部分にひねりによる応力集中が生じて中間部３ｂの塑性変形を引き起こす虞があるためである。このような応力集中は、中間部３ｂの枠の太さが局所的に細くなる部位に生じ易い。そのため、ひねり力が中間部３ｂの全体に分散されるように、中間部３ｂ側に食込み部を設けずに中間部３ｂの枠の太さを略一定としている。
【００２２】
図１に示すように、可動電極３ｄの、基板１に対向する面とは反対側の面の中央部には、重り４が固定されている。この重り４は、略円柱形状を有し、その軸線４ａが可動電極３ｄの取り付け面に対して垂直で且つ前記交点Ｐを通るように固定されている。また、この重り４の重心位置は、支持板３の重心位置よりも高くされている。そのため、センサ全体を傾けると、重り４を前記各軸線ＣＬ１，ＣＬ２回りに傾けようとするモーメントが発生する。これにより、重り４と一体になって可動電極３ｄが揺動するため、可動電極３ｄ及び各固定電極１ａ間の間隔がそれぞれ変化するようになっている。
【００２３】
そして、本実施形態の静電容量式センサは、この重り４が特に特徴的となっている。
図４に示すように、この重り４は、例えば前記各貫通孔３ｄ１のそれぞれに対して係止した状態にインサート成形された成形体からなっている。すなわち、この重り４の外形と同一形状のキャビティが形成された金型（図示せず）内に支持板３を固定配置した後、前記金型のキャビティ内に溶融樹脂を供給する。すると、前記溶融樹脂は、キャビティ内を満たして重り４の形状をなすと同時に、各貫通孔３ｄ１を通過して可動電極３ｄの裏面側に回り込み、各貫通孔３ｄ１の内径よりも太い外径を有する円盤形状の４つの係止部４ｂを形成して硬化する。これら係止部４ｂを形成するためのキャビティも前記金型に形成されており、各係止部４ｂの形状を均一なものにすると同時に、これら係止部４ｂを、軸線４ａを通る平面視した場合の位置も、同軸線４ａから等距離に形成されるようになっている。したがって、図３に示すように、各係止部４ｂは、各隙間ｓ１，ｓ２上でかつ交点Ｐから等距離の位置に、互いに等角度（９０°）間隔をおいて配置されるようになっている。これにより、各係止部４ｂは、重り４が中立状態にあるとき（センサ自体が傾いていないとき）、各固定電極１ｄ及び可動電極３ｄからなる各静電容量素子の静電容量が、互いに等価をなすように均等配置されたものとなっている。
重り４は、各係止部４ｂを備えているため、重り４が可動電極３ｄから抜けることがなく、強い重力がセンサ自体に作用しても、重り４の脱落などの損傷を被ることが防止された構成となっている。
【００２４】
重り４をインサート成形するための前記溶融樹脂は、樹脂材（ナイロン，ポリアセタール，ＰＢＴ，ＡＢＳ樹脂等）に、この樹脂材よりも密度の大きい金属粒子または金属化合物粒子を均等に分散するように混在させたものである。金属粒子を混在させる場合には、例えばタングステン単体を金属粒子として採用するのが好ましい。また、金属化合物粒子を混在させる場合には、タングステン化合物を金属化合物粒子として採用するのが好ましい。もちろん、タングステン単体及びタングステン化合物に限らず、鉄粉，ステンレス粉など、その他の密度の大きなものを採用しても良い。さらに、種類の異なる複数の粒子（例えばタングステン単体等の金属粒子とタングステン化合物等の金属化合物粒子）を混合して、合成樹脂材に分散させても良い。
【００２５】
各素材の密度を下記に示す。なお、これらの密度は、７．５ｇ／ｃｍ３〜２０ｇ／ｃｍ３の範囲である。
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【００２６】
重り４の前記樹脂材の密度は一般的に１ｇ／ｃｍ３程度であり、ナイロン６，ナイロン６６を採用した場合の密度は何れも１．１４ｇ／ｃｍ３である（ポリアセタール樹脂は１．４２ｇ／ｃｍ３）。したがって、このような密度の小さい樹脂材に密度の大きい金属粒子または金属化合物粒子を混在させることで、重り４の大きさを維持したままその重量を効果的に重くすることができ、センサ感度をより高くすることが可能となる。あるいは、重り４の重量を維持したまま、その大きさを効果的に小型化することもでき、この場合には、センサ感度を維持したままセンサ自体を小型化することが可能となる。
【００２７】
なお、重り４はインサート成形に限らず、他の成形方法で形成するものとしても良い。
また、各係止部４ｂの形状としては図４に示す形状に限らず、例えば図５（ａ），（ｂ）に示す形状も採用可能である。すなわち、図５（ａ）に示す係止部４ｂ１は、同図に示す断面視した場合に円錐台形状をなしており、同じく円錐台形状に加工された貫通孔３ｄ１に嵌合する楔の役目をなしている。このような係止部４ｂ１の形状は、貫通孔３ｄ１側の形状を、形成したい係止部４ｂ１と同一形状に予め加工しておくことで得ることができる。
また、図５（ｂ）に示す係止部４ｂ２は、同図に示す断面視した場合に、図４で示した係止部４ｂ２が可動電極３ｄの下面と面一をなすように鍔形に形成したものである。このような係止部４ｂ２の形状は、貫通孔３ｄ２の形状を、係止部４ｂ２の板厚方向裏面側に向かって段階的に広がる形状に予め加工しておくことで得ることができる。これらの例のごとく可動電極３ｄの裏面と係止部４ｂ１，４ｂ２の裏面を面一にしておくならば、可動電極３ｄの裏面と各固定電極１ａとの間に介在物が存在しないので、これら可動電極３ｄ及び各固定電極１ａ間のクリアランスを高精度に形成させることが可能となる。
【００２８】
再び図１及び図２に戻って説明を続けると、同図に示すように、可動電極３ｄの下面には、前記凸部（ギャップ保持手段）１ｂが突き当てられており、各固定電極１ａと可動電極３ｄとの間隔（ギャップ）ｇを一定に保持するとともに、同図下向きの並進加速度（重力など）の影響をキャンセルできるようになっている。つまり、凸部１ｂを設けない場合、可動電極３ｄが重り４の重さによって基板１側に若干撓み、可動電極３ｄと各固定電極１ａとの間の静電容量に、この撓みによる静電容量の増分がオフセットとして含まれてしまうことになる。このオフセットは、センサの傾きが小さい場合には大きく、逆にセンサが垂直に近い場合には、このような撓みが少なくなるため小さくなる。
【００２９】
その結果、静電容量は、重り４のモーメントに対して直線的に変化せず、このような静電容量からセンサの傾斜角を求める場合には撓みによる可動電極３ｄの鉛直方向の変位を補正する演算が必要となる。このため、可動電極３ｄを凸部１ｂによって下面側から支持して撓みを防止することで、静電容量をモーメントに対して直線的に変化させ、演算を単純化することが可能となっている。
【００３０】
さらに、センサを極端に傾けることがない限り、重り４の重さが第１の軸部３ｃ、第２の軸部３ｅに直接かからない。よって、重り４の重さの割に第１の軸部３ｃ、第２の軸部３ｅを細くしても永久変形しにくいため、耐衝撃性を維持したまま各第１の軸部３ｃ及び各第２の軸部３ｅを細くできる。当然、２つの軸部は細い程、剛性が低いため、傾斜によるモーメントに対して敏感に変形し、高精度な検出ができるようになる。
また、凸部１ｂの高さは、支持部３ａを載置するスペーサ２の厚みよりも若干高くなっており、可動電極３ｄが支持部３ａよりも基板１から離れるように、可動電極３ｄが凸部１ｂにより基板１と反対側に付勢されるようになっている。この付勢力の大きさは、凸部１ｂの高さとスペーサ２の厚みとの差で決まるため、例えば、凸部１ｂによってギャップｇが定められている場合には、スペーサ２の厚みを調節することで付勢力を最適値に設定することができる。
【００３１】
支持部３ａ上には、絶縁性を有する枠状の固定板５が積層されており、薄い支持板３を均一な押し付け力をもってスペーサ２に固定している。さらに、固定板５の上面には、支持板３が必要以上に撓むのを規制する揺動規制手段としてストッパ８が積層されている。このストッパ８は、支持板３よりも厚くて剛性の高い平板部材として構成され、固定板５により正確に定められるギャップを介して支持板３に対向配置されている。そして、センサに過大な外力が作用して支持板３が大きく撓んだ場合、中間部３ｂや可動電極３ｄがこのストッパ８の下面にぶつかることで、揺動が規制されるようになっている。
また、ストッパ８の中央部には、重り４を挿通させるための貫通穴（孔部）８ａが設けられており、この穴８ａは、平面視した場合に支持板３に形成されたスリット３２よりも内側に配置されている（即ち、可動電極３ｄの外形は、穴８ａの形状よりも大きくされている）。
【００３２】
なお、支持板３の撓みは、支持板３と微小間隔をあけて対向配置された基板１によっても補助的に規制されるようになっている。この際、基板１上の各固定電極１ａと可動電極３ｄとが接触して異常信号が発生しないように、各固定電極１ａの外周端部は、可動電極３ｄの外周端部が揺動により基板１と接触する位置よりも内側に配置されている。
ストッパ８の上面には、絶縁性のスペーサ９を介して金属製（導電性）のカバー６が被着されている。これは、防塵、防滴、センサ周辺の帯電物による容量ドリフト、ノイズ及び取扱上の不注意からセンサを保護するためのものである。
【００３３】
このカバー６は、円筒型の頭部６ｂと、その周辺部に広がるフランジ部６ａと、舌状の突部６ｃとからなり、そのフランジ部６ａによって固定板５を均等に押し付けた状態で各突部６ｃの先端を基板１の裏面側に折り曲げてカシメることで、カバー６が基板１に固定されている。このようにカバー６のフランジ部６ａによってスペーサ２，支持板３，固定板５，ストッパ８，スペーサ９を基板１に対して押し付けて固定することで、各部材間に接着剤を設ける必要がなく、組み立て精度を高めることができるようになっている。
また、フランジ部６ａと基板１の外周部との間にはパッキン７が挟み込まれており、カバー６の内部への異物，フラックス，水分等の侵入を防止できるように構成されている。
【００３４】
なお、図２に示すように、スペーサ９の下面には複数（同図の場合では４カ所）の突起９ａが設けられている。これら突起９ａは、ストッパ８，固定板５，支持板３，スペーサ２の各部材に対応して形成された位置決め用の孔を挿通して、基板１に設けられた凹部（孔部）１ｈに嵌め込まれており、これにより、各部材が精度良く位置決めされるようになっている。
【００３５】
また、各突部６ｃが当接する基板１裏面側には、図示されないグランドパターン（金属面）１３ｆが形成されており、このグランドパターン１３ｆを介してカバー６を接地することで、外部ノイズ等の影響を排除できるようになっている
【００３６】
図１に示すように、基板１は、セラミックス又はエポキシ樹脂等からなる絶縁性の板材１１〜１４の積層体で構成された多層配線基板であり、各板材１１〜１３の上面１１Ｓ〜１３Ｓ及び板材１３，板材１４の下面１３Ｒ，１４Ｒが、それぞれ検出電極層，グランド層，電源層，チップ実装面，接続電極面として構成されている。
基板１の上面（即ち、板材１１の上面）である検出電極層１１Ｓには、図２に示すように、中央部に４つの固定電極１ａが例えばＡｇ（銀）のパターン印刷により碁盤目状に形成されている。また、検出電極層１１Ｓの外周部には、スペーサ２と導通する四角枠形状の固定電極１ｄが形成されている。
【００３７】
また、各固定電極１ａ及び固定電極１ｄは、図１に示すように、それぞれ検出電極層１１Ｓからチップ実装面１３Ｒまで貫通するスルーホール電極Ｈによってチップ実装面１３Ｒ上の複数の端子１３ａ及び端子１３ｂに接続されている。これらスルーホール電極Ｈは、レーザー加工やプレス加工等の方法で形成した細孔の内側にスクリーン印刷法により銀ペーストを充填し、これを焼成させることにより導電部を形成したもので、各固定電極１ａ，１ｄは、このスルーホール電極Ｈを介して端子１３ａ，１３ｂまで略最短距離で接続され、電気的な外乱の影響をほとんど受けることなく検出信号や駆動信号等の電気信号を処理回路１ｃとの間で入出力できるようになっている。
【００３８】
グランド層１２Ｓは、支持板３からの駆動信号が各固定電極１ａを介さずに処理回路１ｃに侵入するのを防ぐとともに、基板１の外部から入るノイズをカットするノイズシールドとして機能するものである。
また、電源層１３Ｓは、グランド層１２Ｓとともにバイパスコンデンサとして機能するものである。
【００３９】
板材１４には、処理回路１ｃを収容するための貫通孔である収納凹部１４ｇが中央に形成されており、接続電極面１４Ｒを実装回路基板に表面実装できるように、すなわち、処理回路１ｃが接続電極面１４Ｒから突出しないように、板材１４の板厚が設定されている。また、この板材１４には、前記カバー６の突部６ｃを取り付けるための切り欠き部１４ｈが対応する側面に形成されており、この切り欠き部１４ｈによって、チップ実装面１３Ｒのグランドパターン１３ｆの一部が露出している。そして、切り欠き部１４ｈ内のグランドパターン１３ｆ上に突部６ｃの先端がカシメ付けられることにより、カバー６とグランドパターン１３ｆとが導通状態となっている。
【００４０】
処理回路１ｃは、基板１裏面側のチップ実装面１３Ｒに搭載されており、その端子が、チップ実装面１３Ｒ内の信号検出用の端子１３ａ，１３ｂ、電源用の端子１３ｃ、グランド用の端子１３ｄ及び信号出力用の端子１３３〜１３６のそれぞれに対して金バンプで接続されている。そして、駆動用の端子１３ｂを介して支持板３に駆動信号が加えられ、この支持板３と対向配置された固定電極１ａにより検出された電圧等の電気信号が検出用の端子１３ａを介して処理回路１ｃに入力され、この電気信号により各静電容量素子（信号検出用コンデンサ）の静電容量変化を求めている。
この支持板３と各固定電極１ａとで構成される静電容量素子は４つあり、これら４つの静電容量変化に基づいて、センサの傾斜方向及び傾斜量を算出するようになっている。また、この算出結果は、信号出力用の端子１３３〜１３６及び外部接続電極を介して外部装置に出力されるようになっている。
【００４１】
以上説明の構成を有する静電容量式センサの動作については上述した通りであり、センサ全体を傾斜させたとき、可動電極３ｄと各固定電極１ａとの間隔が変化し、それにより、これらの間の静電容量も変化し、これを電気的に検出することで傾斜が測定できる。つまり、センサを傾けると、重り４が凸部１ｂと可動電極３ｄとの当接位置を中心として揺動し、可動電極３ｄに対し、これを前記軸線ＣＬ１または前記軸線ＣＬ２回りに回転させるモーメントを作用する。
【００４２】
これにより、センサの傾斜方向及び傾斜角に応じて可動電極３ｄが、軸線ＣＬ１及び軸線ＣＬ２の２軸回りに独立に揺動する。この揺動時における可動電極３ｄの揺動中心は、凸部１ｂにより基板１に対して常に一定に離間されており、各静電容量素子の静電容量は、傾斜によるひねり力に対して直線的に増減する。この時、重り４の樹脂材に密度の大きい素材（タングステン単体またはタングステン化合物）を含有させていることと、各軸部３ｃ，３ｅに食込み部３１ａ，３２ａを形成してこれらの剛性を落としていることとから、センサの傾斜が僅かであっても、可動電極３ｄが基板１に対して大きく揺動するようになっている。
【００４３】
そして、各軸部３ｃ，３ｅにひねり変形を与えるモーメントと、これら軸部３ｃ，３ｅのひねり変形に対する弾性力とが釣り合う角度で、可動電極３ｄの傾きが停止する。
このようにして可動電極３ｄが揺動することにより、可動電極３ｄと各固定電極１ａとにより構成される各静電容量素子の静電容量が変化し、その静電容量変化が処理回路１ｃに電気信号として入力される。そして、処理回路１ｃによる処理結果は、接続電極面１４Ｒの外部接続電極等を介して外部装置へ出力される。
【００４４】
以上説明の本実施形態の静電容量式センサは、可動電極３ｄに各貫通孔３ｄ１を形成し、これら貫通孔３ｄ１に各係止部４ｂが係止した状態となるように重り４をインサート成形で加工する構成を採用した。このように、重り４を可動電極３ｄに対してインサート成形させた場合の位置決め精度は、インサート成形に用いられる金型の精度によって決まるので、従来のように別途製造された重りを可動電極３ｄに対して接着等の固定方法により固定する場合に比較して、高い位置決め精度を得ることができる。例えば従来はｍｍオーダーの位置決め精度であったものを、ミクロンオーダーで位置決めできる。したがって、精度が高くて生産性に優れた静電容量式センサを得ることが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態の静電容量式センサは、重り４の各係止部４ｂが、重り４が中立状態にあるときに各静電容量素子の静電容量が互いに等価をなすように均等配置する構成を採用した。この構成によれば、重り４に金属粒子または金属化合物粒子を含有させても、各静電容量素子間の静電容量バランスを均等に保つことができるので、精度の良いセンサとすることが可能となっている。
【００４６】
続いて、本発明の静電容量式センサの第２実施形態の説明を、図６を参照しながら以下に行う。なお、本実施形態の説明においては、上記第１実施形態との相違点を中心に説明し、その他については上記第１実施形態と同様であるとしてその説明を省略する。
【００４７】
同図に示すように、本実施形態では、前記可動電極３ｄに形成する貫通孔３ｄ１の数を１つにするとともに、その形成箇所を図３で示した交点Ｐの位置（可動電極３ｄの中央点）に設定している。
また、基板１の上面には前記凸部１ｂを形成せずに平らなままとし、代わりに、重り４をインサート成形する際にできる係止部４ｂ３を、基板１の上面に向かって突出させることで揺動支点の役目も兼ねさせている。この係止部４ｂ３は、貫通孔３ｄ１の数と同数の１カ所のみが形成され、基板１の上面に向かって先細りとなる円錐形状をなしている。そして、この係止部４ｂ３の最下端が各固定電極１ａ間の中央位置に点接触することで、可動電極３ｄ及び各固定電極１ａ間の前記ギャップｇが確保されるとともに、搭載部３及び重り４が一体となって前記点接触の位置を揺動支点として揺動できるようになっている。また、係止部４ｂ３の首回りの延出部４ｂ４の部分が貫通孔３ｄ１の外側に張り出し形成されているので、重り４の抜け止めとなる。
【００４８】
本実施形態の静電容量式センサにおいても、上記第１実施形態で説明した静電容量式センサと同様の作用効果を得ることができる。また、本実施形態の係止部４ｂ３は、各固定電極１ａ間の中央位置に当接するように設けられているので、重り４に金属粒子または金属化合物粒子を含有しても、係合部４ｂ３が前記各静電容量素子のそれぞれに対して均等に影響を及ぼすので、これら静電容量素子間の静電容量バランスを崩すことがない。
このように、各静電容量素子間の静電容量バランスを均等に保つことができるので、精度の良いセンサとすることが可能となっている。
【００４９】
なお、本発明は、上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記各実施形態では、一つの可動電極３ｄ（即ち、可動電極）に４つの固定電極１ａを対向配置させているが、逆に、一つの固定電極１ａに複数の可動電極を対向配置させてもよい。また、固定電極１ａと可動電極３ｄとの両方を複数に分割しても対向配置させてもよい。
【００５０】
上記第１実施形態において、スペーサ２を介して可動電極３ｄに電気信号を供給する代わりに、凸部１ｂを介して可動電極３ｄに電気信号を供給するように構成してもよい。つまり、凸部１ｂを導電部材とし、凸部１ｂと処理回路１ｃとを基板１を厚み方向に貫通するスルーホール電極により導通させるようにする。この構成でも、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この場合、基板１外周部に設けた固定電極１ｄは不要となる。
【００５１】
また、上記各実施形態において、支持板３は金属板に限定されず、可撓性を有する平面状の部材であれば金属，半導体，絶縁体のいずれでもよい。また、その厚みも特に限定されず、ポリイミド等の高分子フィルムや金属箔、或いは、エッチングにより薄膜化したシリコン基板等を好適に用いることができる。なお、支持板３の板材に絶縁性の部材を用いる場合には、基板１に対向する面に銅箔等の導電膜（可動電極）を形成する必要がある。
【００５２】
また、上記各実施形態において、重り４の形状は上述のような円柱形状に限らず、その中心軸線４ａを含む断面で見た場合の形状がＴ字形など、その他の形状を採用しても良い。断面Ｔ字形の形状を採用した場合には、重り４の重心位置をより高くすることができ、重り４が傾きやすくなるので、センサ感度をより高くすることが可能となる。一方、上記各実施形態のように円柱形状を採用した場合には、インサート成形がしやすくなるので、より高い生産性を得ることが可能となっている。
また、上記各実施形態においては、本発明のセンサが傾斜センサである場合を例として説明したが、傾斜センサに限らず、例えば加速度センサや衝撃センサ等のその他の静電容量式センサに本発明を適用しても良い。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の静電容量式センサは、可動板に貫通孔が形成され、重りが貫通孔に係止した状態に一体成形された成形体からなる構成を採用した。この構成によれば、可動板に対する重りの固定を、高い位置決め精度を持って行うことができ、なおかつ生産性に優れた静電容量式センサを提供することが可能となる。
【００５４】
また、請求項２に記載の静電容量式センサは、前記重りが、樹脂に密度の大きい粒子を混在させたものからなる構成を採用した。この構成によれば、重りの製造にインサート成形を用いながらも重りを重くすることができるので、感度に優れたセンサとすることが可能となる。
【００５５】
また、請求項３に記載の静電容量式センサは、前記粒子として、金属粒子または金属化合物粒子を用いる構成を採用した。この構成によれば、重りを効果的に重くすることができるので、センサ感度を高くしたり、あるいは、センサ感度を維持したまま重りを小さくしてセンサ自体を小型化することも可能となる。
【００５６】
また、請求項４に記載の静電容量式センサは、前記粒子として、タングステン単体またはタングステン化合物を用いる構成を採用した。この構成によれば、請求項３の効果をより効果的に得ることが可能となる。すなわち、重りを極めて重くすることができるので、センサ感度をより高くしたり、あるいは、センサ感度を維持したまま重りをより小さくしてセンサ自体を小型化することも可能となる。
【００５７】
また、請求項５に記載の静電容量式センサは、複数分割された固定電極と可動電極とで複数の静電容量素子を構成し、各係止部が、重りが中立状態にあるときに各静電容量素子の静電容量が互いに等価をなすように均等配置する構成を採用した。この構成によれば、金属粒子または金属化合物粒子を含む重りを採用しても、各静電容量素子間の静電容量バランスを均等に保つことができるので、精度の良いセンサとすることが可能となる。
【００５８】
また、請求項６に記載の静電容量式センサは、重りの係止部が、固定基板に対して接触して揺動支点をなす構成を採用しても良い。この構成によれば、金属粒子または金属化合物粒子を含む重りを採用しても、各静電容量素子間の静電容量バランスを均等に保つことができるので、精度の良いセンサとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電容量式センサの第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】同静電容量式センサの各構成要素を示す分解斜視図である。
【図３】同静電容量式センサに備えられている支持板を説明するための平面図である。
【図４】同静電容量式センサに備えられている重りの固定構造を説明するための縦断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、同重りの同固定構造の変形例を説明するための図であって、図４のＡ部拡大図である。
【図６】本発明の静電容量式センサの第２実施形態を示す図であって、重りの固定構造を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板（固定基板）
１ａ・・・固定電極
３ｄ・・・可動電極（可動板，可動電極）
３ｄ１・・・貫通孔
４・・・重り
４ｂ・・・係止部
【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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【図６】
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