JP5000434B2 - 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１１は、従来の傾斜センサの一例を示している。同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。ケース９２には上方に開口する凹部が形成されている。この凹部をカバー９３が覆うことにより、空隙部９２ａが形成されている。空隙部９２ａには、転動体９６が収容されている。１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂおよび発光素子９５は、基板９１に搭載されている。発光素子９５からの光は、空隙部９２ａに向けて発せられる。この光は、カバー９３に設けられた反射膜９３ａによって反射される。転動体９６は、重力方向の変化に応じて空隙部９２ａ内を転動することにより、受光素子９４Ａに重なる位置と、受光素子９４Ｂに重なる位置と、発光素子９５に重なる位置とをとる。これにより、転動体９６の位置によって、発光素子９５からの光が、受光素子９４Ａのみによって受光される場合、受光素子９４Ｂのみによって受光される場合、および１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂのいずれによっても受光されない場合が存在する。したがって、１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂの受光状態を監視することにより、基板９１の面内方向における傾斜を検出することができる。

しかしながら、傾斜センサＸによって傾斜を正確に検出するには、転動体９６が空隙部９２ａ内においてスムースに転動することが必要である。転動体９６がケース９２またはカバー９３に固着してしまうと、重力方向の変化があっても転動体９６が適切に転動しない。このようなことでは、傾斜を正しく検出することができない。傾斜センサＸの小型化を図るほど、傾斜センサＸの製造工程において、あるいは使用を重ねた後に、転動体９６の固着が発生することがあった。

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、転動体をスムースに転動させることが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、凹部を有するケースと、上記凹部を塞ぐカバーと、上記ケースに対して上記カバーとは反対側に取り付けられた基板と、上記基板に搭載された発光素子および１対の受光素子と、上記凹部と上記カバーとによって規定された空隙部に収容された転動体と、上記カバーのうち上記凹部を塞ぐ部分に形成された反射膜と、を備えており、上記空隙部は、上記基板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１対の受光素子と重なる１対の遮光位置と、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、上記反射膜は、導電性材料からなり、上記カバーには、上記反射膜から上記凹部の縁を越えて延びる第１帯状部、およびこの第１帯状部先端から分岐する２つの第２帯状部を有するグランド配線が形成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、上記ケースと上記カバーとを接合するための接着剤が上記空隙部へとはみ出す経路となりうる、グランド配線のうち上記凹部の縁を横切る部分の割合を、小さくすることが可能である。したがって、接着剤のはみ出しを抑制することが可能であり、上記転動体をスムースに転動させることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ケースは、導電性材料からなり、かつ上記グランド配線および上記基板に形成されたグランド端子のそれぞれに導通している。このような構成によれば、上記反射膜および上記ケースが過度に帯電してしまうことを防止可能である。したがって、上記転動体が静電気によって固着してしまうことを回避することができる。

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４は、本発明に係る傾斜センサの一例を示している。本実施形態の傾斜センサＡ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、および転動体６を備えている。傾斜センサＡ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。本実施形態においては、傾斜センサＡは、そのサイズが４．２ｍｍ×４．２ｍｍ程度、厚さが３．０ｍｍ程度とされている。なお、図２においては、カバー３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４．２ｍｍ×４．２ｍｍ程度、厚さ０．６ｍｍ程度とされている。基板１には、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の表裏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。配線パターン７のうち基板１の表面に形成された部分には、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。図３に示すように、配線パターン７のうち基板１の裏面に形成された部分は、面実装用の端子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとされている。このうち、端子７ｄは、グランド端子である。

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。１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、基板１に互いに離間して配置されている。本実施形態においては、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る。発光素子５は、１対の受光素子４Ａ，４Ｂが離間する方向においてこれらの中間に配置されている。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などの導電性材料によって形成されている。ケース２には、凹部２ａが形成されている。凹部２ａとこれを塞ぐカバー３とによって、転動体収容部２０ａが形成されている。また、ケース２には、３つの窓２０ｂ、および３つの素子収容部２０ｃが形成されている。転動体収容部２０ａ、３つの窓２０ｂ、および３つの素子収容部２０ｃによって、空隙部２０が構成されている。本実施形態においては、ケース２は、そのサイズが４．２ｍｍ角程度、厚さが２．０ｍｍ程度とされている。

ケース２は、基板１に形成された配線パターン７のうち端子７ｄに導通する部分に接している。これにより、ケース２は、グランド端子である端子７ｄに導通している。

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Ａ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、四隅がラウンド状である断面菱形状とされている。本実施形態においては、転動体収容部２０ａの断面寸法が、３．０ｍｍ角程度とされている。転動体収容部２０ａには、３つの窓２０ｂが繋がっている。

３つの窓２０ｂは、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。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、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。

カバー３は、ケース２を塞ぐことにより空隙部２０の転動体収容部２０ａを形成するためのものであり、例えばガラスエポキシ樹脂からなる。図５に示すように、カバー３には、反射膜３０およびグランド配線３１が形成されている。

反射膜３０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３０は、凹部２ａの断面形状と相似形である、四隅がラウンド状である菱形状とされており、凹部２ａの断面形状よりも若干小である。図４に示すように、反射膜３０は、Ｃｕ層３０ａ、Ｎｉ層３０ｂ、およびＡｕ層３０ｃが積層された構造とされている。Ｃｕ層３０ａ、Ｎｉ層３０ｂ、およびＡｕ層３０ｃは、それぞれの厚さが５０μｍ程度、３μｍ程度、０．０３μｍ程度とされている。これにより、反射膜３０の表面は、凹部２ａ内に位置している。

グランド配線３１は、反射膜３０とケース２とを導通させるためのものであり、たとえばＮｉ層３１ａおよびＡｕ層３１ｂが積層されている。図５に示すように、グランド配線３１には、反射膜３０とカバー３との間に介在する菱形状部が形成されている。この菱形状部は、反射膜３０よりもわずかに大であり、反射膜３０を形成する際の土台となっている。また、グランド配線３１は、帯状部３２，３３を有している。帯状部３２は、上記菱形状部から凹部２ａの縁を横切ってカバー３の縁に向かって延びている。１つの帯状部３２からは、２つの帯状部３３が分岐している。２つの帯状部３３は、互いに９０度の角度をなしており、カバー３の縁まで延びている。本実施形態においては、４つの帯状部３２と８つの帯状部３３とが設けられている。ケース２とカバー３とが接合されると、帯状部３２，３３がケース２と接する。これにより、グランド配線３１を介して、反射膜３０とケース２とが導通している。

傾斜センサＡの製造工程において、グランド配線３１の帯状部３２，３３は、たとえばＣｕ層３０ａを形成するための電解メッキを行うための導通線として用いることができる。すなわち、複数の傾斜センサＡを一括して製造する場合、カバー３を複数個取り可能なサイズのガラスエポキシ樹脂製の板を材料として使用する。このとき、この板の端寄りに接触させたメッキ用の電極と、Ｃｕ層３０ａを形成すべき部分とを導通させる導通線として、帯状部３２，３３が機能する。

図５および図６に示すように、カバー３には、貫通孔３ａが形成されている。本実施形態においては、貫通孔３ａは、２つの帯状部３３によって挟まれた領域に形成されている。ケース２とカバー３とは、接着剤８によって接合されている。接着剤８は、図５においてグレーに着色された領域に塗布される。図６に示すように、貫通孔３ａの内部、さらにカバー３の表面側に、接着剤８の一部がはみ出しうる。

転動体６は、傾斜センサＡ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。

次に、傾斜センサＡによる傾斜方向の検出について、図７〜図１０を用いて説明する。図７〜図１０は、カバー３を省略している。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７は、傾斜センサＡ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の中央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Ａが中立姿勢であると認識する。

次に、傾斜センサＡを図中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、重力にしたがって受光素子４Ｂに重なる位置へと転動する。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、反射膜３０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Ａが中立姿勢から図８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Ａを中立姿勢から図中反時計回りに回転させると、図９に示す状態となる。この状態においては、転動体６は、重力にしたがって受光素子４Ａに重なる位置へと転動する。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Ａが中立姿勢から図９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Ａ３が回転させられると、図１０に示すように傾斜センサＡ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Ａが倒立した姿勢であることを検出可能である。以上より、傾斜センサＡ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Ａの作用について説明する。

グランド配線３１は、上述した電解メッキにおける導通線としての機能を十分に果たすために、できるだけ密に配置されることが望ましい。しかしながら、ケース２とカバー３とを接合するときには、グランド配線３１とケース２とに挟まれた接着剤８が、転動体収容部２０ａにはみ出しやすいことが、発明者らの試験により判明した。たとえば、図５において、グレーに着色した部分には、接着剤８が塗布される。このカバー３とケース２とを張り合わせるときに、グランド配線３１とケース２とによって接着剤８が押し出される格好となる。すなわち、転動体収容部２０ａに接着剤８がはみ出してくる経路は、グランド配線３１のうち凹部２ａの縁を横切っている部分がほとんどであった。本実施形態においては、グランド配線３１のうち凹部２ａの縁を横切っている部分は、帯状部３２である。そして、凹部２ａから離間した位置において１つの帯状部３２から２つの帯状部３３へと分岐している。したがって、接着剤８のはみ出しを抑制することにより転動体６をスムースに転動させつつ、グランド配線３１を導通線として機能させることができる。これにより、傾斜センサＡによる適切な傾斜検出を実現できる。

傾斜センサＡが使用されるときには、傾斜に応じて転動体６が頻繁に転動する。このとき、転動体６と反射膜３０あるいはケース２との間に摩擦による静電気が生じる。しかし、反射膜３０は、グランド配線３１およびケース２を介してグランド端子としての端子７ｄと導通している。これにより、反射膜３０とケース２とは互いに同電位であり、かつそれぞれが過度に帯電するおそれがない。したがって、転動体６が静電気によってケース２や反射膜３０に固着してしまうことを防止することができる。

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、種々に設計変更自在である。

本発明における転動体は、上述した実施形態のように円柱形状であることが好ましいが、これに限定されず、球形であってもよい。発光素子から発光される光は、赤外線に限定されず、様々な波長の光を用いることができる。

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。 本発明に係る傾斜センサの一例を示す正面図である。 本発明に係る傾斜センサの一例を示す背面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図１に示す傾斜センサに用いられるカバーを示す正面図である。 図１に示す傾斜センサについて図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 図１に示す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に示す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に示す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に示す傾斜センサが倒立姿勢とされた状態示す正面図である。 従来の傾斜センサの一例を示す断面図である。

符号の説明

Ａ 傾斜センサ
Ｓ 回路基板
１ 基板
２ ケース
２ａ 凹部
３ カバー
３ａ 貫通孔
４Ａ，４Ｂ 受光素子
５ 発光素子
６ 転動体
７ 配線パターン
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ （面実装用の）端子
２０ 空隙部
２０ａ 転動体収容部
２０ｂ 窓
２０ｃ 素子収容部
３０ 反射膜
３０ａ Ｃｕ層
３０ｂ Ｎｉ層
３０ｃ Ａｕ層
３１ グランド配線
３１ａ Ｎｉ層
３１ｂ Ａｕ層
３２ （第１）帯状部
３３ （第２）帯状部

Claims (2)

1. 凹部を有するケースと、
   上記凹部を塞ぐカバーと、
   上記ケースに対して上記カバーとは反対側に取り付けられた基板と、
   上記基板に搭載された発光素子および１対の受光素子と、
   上記凹部と上記カバーとによって規定された空隙部に収容された転動体と、
   上記カバーのうち上記凹部を塞ぐ部分に形成された反射膜と、を備えており、
   上記空隙部は、上記基板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１対の受光素子と重なる１対の遮光位置と、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、
   上記反射膜は、導電性材料からなり、
   上記カバーには、上記反射膜から上記凹部の縁を越えて延びる第１帯状部、およびこの第１帯状部先端から分岐する２つの第２帯状部を有するグランド配線が形成されていることを特徴とする、傾斜センサ。
2. 上記ケースは、導電性材料からなり、かつ上記グランド配線および上記基板に形成されたグランド端子のそれぞれに導通している、請求項１に記載の傾斜センサ。