JPH06241793A - 傾斜センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化の影響を受けることなく、全方向の
傾斜を精度よく検知でき、かつ、ノイズの影響の小さい
傾斜センサを提供する。 【構成】 基台１の上面に異なる方向に配分された複数
の固定電極７を形成する。また、基台２の片面にはエッ
チング処理によって凹部11を形成し、この凹部11上に柔
軟性膜21を形成し、この柔軟性膜21の中央部に可動電極
形成部22を、この電極形成部22の周囲に複数の柔軟性支
持膜９を形成する。次いで、電極形成部22に可動電極８
を形成する。凹部11の底面15と可動電極８間に空間部13
を形成し、可動電極８側を下にして基台２を基台１に載
置一体化する。可動電極８は柔軟性支持膜９で吊るす。
傾斜センサが傾いたとき、傾きによる電極の傾動変位を
固定電極７と可動電極８間の容量変位によってセンサの
全方向の傾きを精度よく検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＦＡ（Factory Automati
on）機器や自動車および各種作業車などの姿勢検知に用
いられる傾斜センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５には従来のピエゾ抵抗素子を用いた
傾斜センサが示されている。この傾斜センサ５は、例え
ば基台１を加工して中央側に重り３を形成し、この基台
１の上側に、例えばシリコン基台２を載置固定し、この
シリコン基台２の上面に複数のピエゾ抵抗素子６を形成
したもので、センサが傾くと重り３の重力の方向が変わ
り、シリコン基台２に曲げ応力を生ずる。この応力変化
がピエゾ抵抗素子６に伝わって抵抗素子の抵抗が変化す
る。この抵抗変化を利用してセンサの傾きを検出するも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ピエゾ
抵抗素子６を用いた傾斜センサ５は温度変化によって抵
抗素子６の抵抗が変化するので、センサの特性が温度に
よって変化するという問題があり、この温度による特性
変化をキャンセルするため複雑な温度保障回路を設けな
ければならないという厄介な問題がある。また、素子が
抵抗のため、消費電力が大きいという問題もある。

【０００４】また、静電容量を利用した容量型の傾斜セ
ンサ（図示せず）がいろいろ提案されている。これら容
量型傾斜センサを用いることによって温度変化の影響を
なくし、消費電力も小さくすることが可能となるが、し
かし、これら容量型傾斜センサには構造が簡単で、全方
向の傾斜を精度よく検知するものがなく、また、検出用
電極が基台に直接固定されているので、例えばトラック
等の走行中の振動によって生ずるノズルの影響を受け易
く、精度よく検知できないという問題があった。

【０００５】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、温度変化の影響を受
けることなく、全方向の傾斜を精度よく検知でき、か
つ、ノイズの影響の小さい傾斜センサを提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の傾斜センサは互いに間隙を介して対向配置された
一対の基台を有し、一方側の基台の面には固定電極が形
成され、この固定電極の対向側には間隙を介して可動電
極が設けられ、この可動電極はその周囲を複数の柔軟性
支持膜で吊られて他方側の基台に固定されており、前記
固定電極と可動電極の一方側電極は異なる方向に配分さ
れた複数の電極パターンによって形成され、他方側電極
は前記複数の電極パターンの全体に対向する単一の電極
パターンによって形成されていることを特徴として構成
されている。

【０００７】また、前記柔軟性支持膜およびこの柔軟性
支持膜で可動電極を吊っている基台はシリコン系の材料
によって形成されていることも本発明の特徴的な構成と
されている。

【０００８】

【作用】傾斜センサが傾くと、複数の柔軟性支持膜で吊
られている可動電極が基台の傾き以上に変化して傾き、
固定電極と前記可動電極間に隙間を介して容量変化を生
ずる。このとき、異なる方向に配分された複数の電極パ
ターンの一方側の電極と他方側の電極間の容量が可動電
極の傾きの方向や大きさに対応して変化し、この容量変
化に基づき、傾斜センサの全方向への傾きや大きさを精
度よく検知する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１には本実施例の傾斜センサが示されている。

【００１０】同図において、ガラス等（シリコン系材料
でもよい）の基台１の上面中央側には固定電極７が形成
されている。この固定電極７は、図３の（ｂ）に示すよ
うに複数（実施例では８個）の円形電極７からなり、こ
の８個の電極７は同一円周上で互いに対角線状に配設さ
れ、異なる方向に配分された電極パターンによってそれ
ぞれ形成されている。また、基台１の周端縁側には接続
用電極14と信号取り出し電極19が導通状態で設けられて
おり、固定電極７には同電極７の信号取り出し電極18が
それぞれ導体パターン23によって接続されている。

【００１１】また、図１に示すように、基台１の上側に
は凹部11を有するシリコン系基台２が凹部11を下側にし
て載置されており、この基台２には図３の（ａ）に示す
ように、両端縁側に前記固定電極７の接続用電極14と接
続するための導体パターン17が形成されている。この導
体パターン17および接続用電極14は、例えば低融点金属
等で構成されており、この金属を加熱溶融して接続用電
極14と導体パターン17を融着接続することにより、基台
１と基台２が一体化される。

【００１２】また、図１および図３の（ａ）に示すよう
に、基台２の凹部11には柔軟性膜21が形成されており、
この柔軟性膜21の中央部には円形状の電極形成部22が設
けられ、この電極形成部22上、即ち、固定電極７との対
向面側に前記固定電極７の複数の電極パターン全体に対
向して円形状をした単一の可動電極８が隙間16を介して
形成されている。また、図３に示すように、可動電極８
の周囲にはこの可動電極８を吊るす複数（実施例では８
個）の細紐状の柔軟性支持膜９が形成され、この複数の
細紐状柔軟性支持膜９の表面には導体パターン24が形成
されている。

【００１３】次に、本実施例の傾斜センサの製造方法を
図面に基づいて説明する。この傾斜センサの製造方法に
は半導体製造技術の接合技術やエッチング技術を利用
し、まず、図４の（ａ）に示すシリコン基台２の片側面
に、図４の（ｂ）のようにシリコンの異方性エッチング
等により凹部11を形成する。この凹部11の底面15上に、
図４の（ｃ）のように犠牲層膜12を形成する。次いで、
図４の（ｄ）に示すように、この犠牲層膜12を覆う状態
で凹部11の底面15上に窒化膜あるいはポリシリコン膜の
柔軟性膜21を形成する。この柔軟性膜21の中央部には可
動電極形成部22を形成し、その周りには、図３の（ａ）
に示すような可動電極８を吊るすための複数（実施例で
は８個）の細紐状の柔軟性支持膜９を形成する。次い
で、図４の（ｅ）に示すように可動電極形成部22上に可
動電極８を形成し、基台２の周端縁側に導体パターン17
を形成する。次いで、前記犠牲層膜12をエッチングして
空間部13を形成する。この基台２を、図４の（ｆ）のよ
うに可動電極８を下側にすると、可動電極８は複数（実
施例では８個）の柔軟性支持膜９によって吊られた状態
となる。

【００１４】また、図４の（ｇ）に示す基台１の上面
に、図４の（ｈ）および図３の（ｂ）に示す複数（実施
例では８個）の固定電極７と接続用電極14および信号取
り出し電極19を形成し、この基台１上に図４の（ｆ）の
基台２を載置し、接続用電極14と導体パターン17を加熱
処理して溶融し、図４の（ｉ）に示すように基台１と基
台２を融着一体化する。

【００１５】本実施例の傾斜センサが傾くと、図２に示
すように、柔軟性支持膜９に吊られている可動電極８は
その重みによって柔軟性支持膜９の弛みの方向および大
きさが変わり、傾斜センサの基台の傾きよりも可動電極
８の傾きの方が大きくなる。これにより、固定電極７と
各可動電極８間に大きな容量変化が発生し、この容量変
化を、例えばコンピュータ等で演算処理して傾斜センサ
の傾きの方向や傾きの大きさを精度よく検出する。

【００１６】本実施例によれば、静電容量の変化を利用
して傾きを検出する構成としたので、従来のピエゾ抵抗
素子の場合のような温度の影響を受けることがなく、複
雑な温度保障回路が不要となり、抵抗素子を使用しない
ので消費電力も小さくすることができる。

【００１７】また、可動電極８を細紐状の柔軟性支持膜
９で吊らせ、複数の固定電極７を異方向に配分した電極
パターンを形成し、可動電極８の重さによる柔軟性支持
膜９の弛み具合によってその傾きを大きくする構成とし
たので、静電容量の変化が大となり、センサの傾きの方
向および大きさを精度よく検出することができる。

【００１８】さらに、基台２の凹部11の底面15と可動電
極８間に空間部13を形成したので、例えば、走行中のト
ラックが振動によって発するノイズ等を前記空間部13の
空気がダンパーとなって吸収し、そのダンパー効果によ
ってノイズの影響を小さくすることができる。

【００１９】さらにまた、本実施例では、半導体製造技
術の接合技術やエッチング技術を利用したので製造が容
易となり、安価で、かつ、容易に大量生産することが可
能となる。

【００２０】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、固定電極７を下側に可動電極８を上側にし
て使用する構成としたが、逆に、固定電極７を上側に可
動電極８を下側として使用してもよい。この場合、下側
の可動電極８側の基台に可動電極８の傾斜変形を妨げな
い逃げ凹部を設ける必要がある。

【００２１】また、上記実施例では、固定電極７を８個
の円形電極で構成したが、円形電極の数は１個以上でよ
く、その数は問わない。また、形状も問わない。さら
に、配置位置も同一円周上でなくともよい。

【００２２】さらに、上記実施例では可動電極８を吊る
す柔軟性支持膜９を８個としたが、その数は問わない。

【００２３】さらにまた、基台１，２および柔軟性支持
膜９をシリコン系の材料で形成したが、半導体技術で容
易に加工でき、所定の性能（例えば柔軟性）を満足する
ものであればその材質は問わない。

【００２４】さらにまた、上記実施例では可動電極８を
単一電極パターンで形成し、固定電極７を複数の電極パ
ターンで構成したが、その逆に、可動電極８を複数の電
極パターンで固定電極７を単一電極パターンで構成して
もよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明は複数の柔軟性支持膜で可動電極
を吊るし、可動電極の重さによる支持膜の弛み具合によ
ってその傾きを大きくする構成としたので、傾斜センサ
の傾きの大きさを精度よく検出することができる。ま
た、固定電極と可動電極の一方側を異なる方向に配分し
た複数の電極パターンによって形成したので、センサの
傾きの全方向を精度よく検出することができる。

【００２６】また、固定電極と可動電極間の容量変化を
利用して傾きを検出するので、従来のピエゾ抵抗素子の
ような温度の影響を受けることがなく、したがって、複
雑な温度保障回路が不要となり、抵抗素子を使用しない
ため消費電力を小さくすることができる。

【００２７】さらに、可動電極は柔軟性支持膜で吊られ
ているので、例えば、走行中のトラックが振動によって
発するノイズ等を可動電極と基台との間の空気がダンパ
ーとなって吸収し、そのダンパー効果によってノイズの
影響の小さい高精度の傾斜検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の傾斜センサの説明図である。

【図２】同傾斜センサの可動電極の傾き状態の説明図で
ある。

【図３】同傾斜センサの要部構造説明図である。

【図４】同傾斜センサの製造工程の説明図である。

【図５】従来のピエゾ抵抗素子を用いた傾斜センサの説
明図である。

【符号の説明】

１ 基台 ２ シリコン基台 ７ 固定電極 ８ 可動電極 ９ 柔軟性支持膜 11 凹部 13 空間部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに間隙を介して対向配置された一対
   の基台を有し、一方側の基台の面には固定電極が形成さ
   れ、この固定電極の対向側には間隙を介して可動電極が
   設けられ、この可動電極はその周囲を複数の柔軟性支持
   膜で吊られて他方側の基台に固定されており、前記固定
   電極と可動電極の一方側電極は異なる方向に配分された
   複数の電極パターンによって形成され、他方側電極は前
   記複数の電極パターンの全体に対向する単一の電極パタ
   ーンによって形成されている傾斜センサ。
2. 【請求項２】 柔軟性支持膜およびこの柔軟性支持膜で
   可動電極を吊っている基台はシリコン系の材料によって
   形成されている請求項１記載の傾斜センサ。