(57)【要約】  【課題】製品ごとの検知精度が安定し、安価に製造でき、しかも印加された加速度の方向を検知できる加速度スイッチの提供。  【解決手段】斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤを有する電極2a,2b,2c及び2d は、ダイシング溝３ＹＺ，３ＺＸで分離され、絶縁性基板３に固着されている。電極2a,2b,2c及び2dの斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤで逆四角錐台形の窪みをなしている。この窪みは、シリコンウエハに異方性エッチングを施して形成され、その斜面は（1,1,1）結晶面にあるので、傾斜角θは高い精度で形成される。導電性球体１は、加速度が閾値以下であるとき斜面Ａ及びＢに接触し（図２（Ａ））、加速度が閾値以上であるとき、慣性力により、斜面Ａ及びＤに接点ＰＡ及びＰＤで接触しながら回転し、斜面Ｂ及びＣから離れる。電極2a,2b,2c及び2d相互間の導通の有無から、閾値以上の加速度が加わったことが検知できる。  【選択図】      図２
2005078945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに絶縁された電極a,b,c及びdと、電極a,b,c及びdでなる窪みに配置される導電性球体とを備えて成り、
ＸＹＺ直交座標系を仮想するとき、前記電極a,b,c及びdは、ＸＹ平面に対し一定の角度θをなす斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤをそれぞれ有し、
斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは前記窪みを構成し、斜面Ａ及びＣはＺ軸及びＹＺ平面に関し対称であり、前記斜面Ｂ及びＤはＺ軸及びＸＺ平面に関し対称であり、
Ｚ軸が重力加速度方向にほぼ一致する姿勢にある場合に、前記導電性球体は、加速度を受けないときは前斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤの全てに接触し、閾値を越える加速度をＸ軸方向に受けたときは、斜面Ａ及びＤ又は斜面Ｂ及びＣだけに接触し、閾値を越える加速度をＹ軸方向に受けたときは、斜面Ａ及びＢ又は斜面Ｃ及びＤだけに接触する
ことを特徴とする加速度スイッチ。
【請求項２】
電極a,b,c及びdは、異方性エッチングにより逆四角錐又は逆四角錐台形の窪みを形成したシリコンウエハを絶縁基板に固着し、該窪みの稜線に沿って前記基板に達する溝を形成してなり、
斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは前記異方性エッチング面である
ことを特徴とする請求項１に記載の加速度スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閾値を越える加速度の有無を検知する加速度スイッチに関し、特に半導体加工技術により高い精度で大量に安価に製造が可能な加速度スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平９−８００７３
【特許文献２】特開平９−１４７７０７
【特許文献３】特開平１０−２１８０４
【特許文献４】特開平１０−４８２５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
加速度スイッチは、閾値を越える加速度の有無を検知する手段である。この加速度スイッチとして、特開平９−８００７３（特許文献1）に記載された「加速度センサ」がある。加速度センサは、円筒状のハウジング（１１）内における球体（１３）の慣性による移動をスイッチ（１５）により検知している。
【０００４】
別の加速度スイッチとして、特開平９−１４７７０７（特許文献２）に記載された「動作検知装置」がある。この動作検知装置は、内面が円筒状のケース（４）と、導電性球体５とを備え、ケース４の内壁側面に軸方向に並行に伸びる短冊状の４本の接点〔電極〕（２），（３）を配置し、隣接する接点〔電極〕相互の極性を互いに絶縁し、導電性球体５がどの接点〔電極〕に接触するかに基づき球体（５）の移動を検知している。
【０００５】
他の加速度スイッチとして、特開平１０−２１８０４（特許文献３）に記載された「傾斜振動スイッチ」がある。この傾斜振動スイッチは、両端が開口した筒形ケース（４）と、そのケース（４）の各端をそれぞれ覆う基板（２a），（２b）と、基板（２a）を貫通した４本の導電性ピン（１a），（１b）と、基板（２b）を貫通した４本の導電性ピン（１a），（１b）〔基板２a，を貫通した４本の導電性ピン（１a），（１b）にそれぞれ対向〕と、対向する４本のピンの先の空間に配置された導電性球体（３）とを備えてなる。導電性球体（３）がどの導電性ピンに接触するかに基づき球体（３）の移動を検知し、ひいてはケース（４）に加えられる振動、傾斜および反動を検知している。
【０００６】
更に他の加速度スイッチとして、特開平１０−４８２５０（特許文献４）に記載された「加速度センサーおよび加速度センサーの製造方法」がある。この加速度センサーは、貫通孔（１４）を有する第２基板（１２）と、貫通孔（１４）の底をなし、皿状の凹部（１７）が形成された基板（１３）と、導電性球体（２１）と、貫通孔（１４）の内壁に設けられた第１の接点（１５）と、凹部（１７）上に凹部（１７）と同じ形に形成された第２の接点（１８）とを備えてなる。この加速度センサーでは、加速度を受けて導電性球体（２１）が皿状の接点（１８）の底から離れて接点（１８）の縁へ出たときに、導電性球体（２１）が第１の接点（１５）のどこに接触するかに拘わらず、導電性球体（２１）が接点（１８）と接点（１５）とを短絡したときに、閾値を越える加速度の入力を検知している。
【０００７】
加速度スイッチに関する上述の従来の技術には、それぞれ次のような解決するべき課題があった。特許文献1の技術では、ハウジング（１１）及びスイッチ（１５）の構造が複雑である。そこで、特許文献1の技術に基づく加速度スイッチの製造には、作業者の熟練を要し、時間がかかり、ひいては製品ごとの検知精度が安定せず、また製造費が高価となる。
【０００８】
特許文献２の技術では、ケース（４）の底が平らであり、加速度を受けていないときの導電性球体（５）の位置が不定である。そこで、特許文献２の技術に基づき閾値以上の加速度が加わったか否かを検知しようとすると、実際には加速度が加わっていないにも拘らず、どこかの方向の加速度が加わったと誤った出力をする虞がある。
【０００９】
特許文献３の技術では、複数の導電性ピンと導電性球体（３）との接触の有無により加速度の方向を検知する。この特許文献３の技術に基づき加速度スイッチを製作するには、導電性ピンの先端位置を高精度に揃える必要がある。導電性ピンの先端位置を高精度に揃え、その位置を安定して維持する構造を製作するには、熟練した高い製造技術と時間を要する。そこで、特許文献３の技術に基づき加速度スイッチは、製品ごとの検知精度が安定せず、高価となる。
【００１０】
特許文献４の技術では、加速度を受けて導電性球体（２１）が皿状の接点（１８）の底から離れて接点（１８）の縁へ出たときに、導電性球体（２１）が第１の接点（１５）のどこに接触するかに拘わらず、導電性球体（２１）が接点（１８）と接点（１５）とを短絡したときに、閾値を越える加速度の入力を検知する。この構造では、どの方向の加速度が印加されたのかを検知することはできない。
【００１１】
このように従来の技術には解決するべき課題があった。そこで、本発明が解決しようとする課題は、製品ごとの検知精度が安定し、安価に製造でき、しかも印加された加速度の方向を検知できる加速度スイッチの提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１３】
（１）互いに絶縁された電極a,b,c及びdと、電極a,b,c及びdでなる窪みに配置される導電性球体とを備えて成り、
ＸＹＺ直交座標系を仮想するとき、前記電極a,b,c及びdは、ＸＹ平面に対し一定の角度θをなす斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤをそれぞれ有し、
斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは前記窪みを構成し、斜面Ａ及びＣはＺ軸及びＹＺ平面に関し対称であり、前記斜面Ｂ及びＤはＺ軸及びＸＺ平面に関し対称であり、
Ｚ軸が重力加速度方向にほぼ一致する姿勢にある場合に、前記導電性球体は、加速度を受けないときは前斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤの全てに接触し、閾値を越える加速度をＸ軸方向に受けたときは、斜面Ａ及びＤ又は斜面Ｂ及びＣだけに接触し、閾値を越える加速度をＹ軸方向に受けたときは、斜面Ａ及びＢ又は斜面Ｃ及びＤだけに接触する
ことを特徴とする加速度スイッチ。
【００１４】
（２）電極a,b,c及びdは、異方性エッチングにより逆四角錐又は逆四角錐台形の窪みを形成したシリコンウエハを絶縁基板に固着し、該窪みの稜線に沿って前記基板に達する溝を形成してなり、
斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは前記異方性エッチング面である
ことを特徴とする前記（１）に記載の加速度スイッチ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明になる上記手段の採用により、製品ごとの検知精度が安定し、安価に製造でき、しかも印加された加速度の方向を検知できる加速度スイッチを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態を示す分解斜視図である。図２は、加速度が作用しないとき（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および加速度が作用したとき（Ｄ）における導電性球体の位置を示す図1の実施の形態の断面図である。図３は、図１の実施の形態により加速度の方向を検知する方法を説明する図である。図において、１は導電性球体、2a,2b,2c,2dは電極、３ＹＺ，３ＺＸは溝、４は基板、6a,6b,6c,6dはリード線、７は底板、8a,8b,8c,8dはハーメティックシール、9a,9b,9c,9dは導電性膜、１０はカバー、101,102,103,104はＡＮＤ回路、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは異方性エッチング面である。
【００１７】
図１乃至３に示す実施の形態の加速度スイッチは、絶縁性基板４上に固着された電極2a,2b,2c,2dと導電性球体１とを機能性部材として備える。図３（Ａ）に示すように、電極2a,2b,2c,2dの上面には、スパッタにより導電性膜9a,9b,9c,9dが形成されている。但し、図１（Ｃ）は、導電性膜9a,9b,9c,9dを省略して描いてある。
【００１８】
シリコンウエハに異方性エッチングにより格子状に配置された逆四角錐台形の凹部を多数形成する。これにシリコンウエハと同形状のガラス等の絶縁体のウエハを接合または接着する。接合または接着により一体化したウエハにおけるシリコンウエハのみを、逆四角錐台形の凹部の対角方向に、ダイシングにより切断する。これにより図１（Ｃ）の３ＺＸ，３ＹＺの溝を形成する。その後、前述の凹部が中心となるように、凹部の４つの辺に平行にダイシングにより、切り分ける。これにより、１枚のウエハから、図１（Ｃ）の部品を一度に多数製作する。図１（Ｃ）、図２における斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは、電極2a,2b,2c,2dにおける異方性エッチング面であり、逆四角錐台形の窪みの側面をなしている。異方性エッチングにより形成された斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは、結晶面（1,1,1）にあり、斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤが基板４の上面に対しなす角度θは約５５度である。なお、前記凹部の形は、逆四角錐台形に代えて、逆四角錐としても差し支えない。
【００１９】
図３には、仮想したＸＹＺ直交座標系における＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙ方向が矢印で示してある。このＸＹＺ直交座標系では、シリコンウエハの上面にＸＹ平面があり、正方形の平面形の中心をＺ軸がとおり、ＹＺ平面およびＺＸ平面が逆四角錐台形の窪みの稜線を通る。図２（Ａ）はＺ軸方向から見た電極2a,2b,2c及び2d並びに導電性球体１の平面図である。図２（Ｂ）は、同図（Ａ）のＥ−Ｅ平面で矢印方向に見た断面図である。また、図２（Ｃ），（Ｄ）は、同図（Ａ）のＦ−Ｆ平面で矢印方向に見た断面図である。但し、図２（Ｂ）乃至（Ｄ）において、図２（Ｂ）の電極2b及び2dには断面を表すハッチングが描いてあるが、他の部材に関しては、断面を表すハッチングの図示は省略してある。
【００２０】
基板４は、金属製の底板７の上面に接着剤で固着してある。底板７には、リード線6a,6b,6c及び6dがハーメティックシール8a,8b,8c及び8dでそれぞれ固定してある。リード線6a,6b,6c及び6dは、ボンディングワイヤで導電性膜9a,9b,9c及び9dにそれぞれ接続されている。但し、ボンディングワイヤは図示を省略してある。シリコンウエハにはボンディングワイヤの接続ができないので、電極2a,2b,2c及び2dの上面にそれぞれ導電性膜9a,9b,9c及び9dをスパッタにより設け、導電性膜9a,9b,9c及び9dをそれぞれ介してリード線6a,6b,6c及び6dと導電性膜9a,9b,9c及び9dとをそれぞれ接続している。金属製のカバー10の縁部は、底板７の段差部に嵌められ、カバー10と底板7とは溶着され、カバー10及び底板７でなる容器が内部空間を封止している。
【００２１】
このような構造の実施の形態に、図２（Ａ），（Ｄ）に矢印で示す方向に加速度が加わると、導電性球体１には同図（Ｄ）に矢印で示す方向に慣性力が作用する。慣性力の方向は、加速度方向の逆向きである。導電性球体１に作用する慣性力が閾値を越えると、導電性球体１は斜面Ａと球面との接点ＰＡと、斜面Ｄと球面との接点ＰＤとを結ぶ直線を中心として回転し、斜面Ｂ，Ｃから離れる。導電性球体１は、閾値以上の加速度が他の方向に加わっても、同様に、４つの斜面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと導電性球体１との４つの接点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤのうち、隣り合う２つの接点を結ぶ直線を中心に回転し、他の２つの電極の斜面から離れる。そこで、導電性球体１が接触する２つの電極と、導電性球体１が離れる２つの電極とを図３（Ｃ）の回路により調べると、同図（Ｂ）の表により加速度の方向が検知できる。図３（Ｃ）の回路では、ＡＮＤ回路（論理積回路）101乃至105のうちのいずれかの出力が高電位（論理値“１”）となり、残りの４つのＡＮＤ回路の出力が低電位（論理値“０”）となる。
【００２２】
この実施の形態で検知される加速度の閾値を決める主要な要素は、導電性球体１の半径及び質量並びに電極2a,2b,2c及び2dの斜面の傾斜角度θである。導電性球体１としては、既存のボールベアリング用のボールなど、半径については精度の良い物が安価に容易に得られる。また、既存のボールベアリング用のボール等は、形状精度が高いので、質量のバラツキも小さい。電極2a,2b,2c及び2dの斜面は（1,1,1）結晶面にあり、斜面の傾斜角θは高い精度で形成される。そこで、その閾値は高い精度で決定される。そして、斜面が半導体微細加工技術で形成されるから、本実施の形態は大量生産されたとき、品質が安定し、検知閾値も非常に安定なものとなる。
【００２３】
電極2d及び2aが導通したとき、ＡＮＤ回路104の出力が高電位となり、−Ｘ方向に閾値を越える加速度が加えられたことが分かる。このとき、ＡＮＤ回路101,102,103及び105の出力は低電位となる。同様に、電極2a及び2bが導通したとき、ＡＮＤ回路103の出力が高電位となり、−Ｙ方向に閾値を越える加速度が加えられたことが分かる。このとき、ＡＮＤ回路101,102,104及び105の出力は低電位となる。加速度が加えられないか、或いは加えられる加速度が閾値未満であるとき、導電性球体１は斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ全てに接触し、このときＡＮＤ回路101の出力が高電位となり、ＡＮＤ回路102,103,104及び105の出力は低電位となる。図３（Ｂ）における電極2aと2cとが導通する状態および2dと2bとが導通する状態は、存在し得ない。
【００２４】
以上に説明した本発明の実施の形態では、加速度が加えられないか、或いは加えられる加速度が閾値未満であるとき、導電性球体１は斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ全てに接触し、このときＡＮＤ回路101の出力が高電位となるので、閾値以上の加速度の有無が不定となることはない。前述のように、特許文献２の技術に基づき閾値以上の加速度が加わったか否かを検知しようとすると、実際には加速度が加わっていないにも拘らず、どこかの方向の加速度が加わったと誤った出力をする虞があったが、特許文献２の技術における解決するべき課題は、本実施の形態により解決される。
【００２５】
本実施の形態では、電極2a,2b,2c,2dはシリコンウエハでなり、その斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは異方性エッチングにより形成される。斜面Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは、結晶面（1,1,1）であるから、基板４の上面（ＸＹ平面に平行な平面）に正確に一定角度であり、高い精度および高い対称性を持っている。そして、電極2a,2b,2c,2dはシリコン微細加工技術で製作されるから、自動工程による量産が可能であり、安価に製造できる。特許文献１の技術では複雑なハウジングを要し、特許文献３の技術では高い精度でピン先端の位置決めをすることを要し、いずれも加速度センサの製造費の低減の妨げ、製品ごとの検知精度の安定の妨げとなった。これに対し、本実施の形態は、構造が簡単で、自動工程による量産が可能あるから、特許文献１及び３の従来技術における課題を解決できる。
【００２６】
特許文献４の技術は、無指向性の加速度検知手段であり、加速度の方向を検知できなかったが、本実施の形態では、直交するＸ軸およびＹ軸の２軸方向に関する閾値以上の加速度の有無が検知できる。このように、本実施の形態は、特許文献４の技術における解決するべき課題も解決することができる。
【００２７】
なお、以上には実施の形態を挙げ、本発明を具体的に説明したが、本発明がこの実施の形態に限定されるものでないことは勿論である。例えば、上述の実施の形態では、シリコンウエハに異方性エッチングを施し、逆四角錐台形の窪みを形成したが、逆四角錐台形の窪みに代えて逆四角錐の窪みを形成しても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態を示す分解斜視図。
【図２】加速度が作用しないとき（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および加速度が作用したとき（Ｄ）における導電性球体の位置を示す図１の実施の形態の断面図。
【図３】図１の実施の形態により加速度の方向を検知する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    導電性球体
2a,2b,2c,2d    電極
３ＹＺ，３ＺＸ    溝
４    基板
6a,6b,6c,6d    リード線
７    底板
8a,8b,8c,8d    ハーメティックシール
9a,9b,9c,9d    導電性膜
101,102,103,104    ＡＮＤ回路
ＰＡ    電極2aの斜面Ａと導電性球体１との接点
ＰＢ    電極2b の斜面Ｂと導電性球体１との接点
ＰＣ    電極2cの斜面Ｃと導電性球体１との接点
ＰＤ    電極2dの斜面Ｄと導電性球体１との接点
【図１】
2005078945.tif 000003
【図２】
2005078945.tif 000004
【図３】
2005078945.tif 000005