專利名稱：加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)相互正交的3個(gè)軸方向的加速度進(jìn)行檢測(cè)的的加速度傳感器。
背景技術(shù)：
關(guān)于檢測(cè)三維的、所謂X軸、Y軸、Z軸這3個(gè)軸方向的加速度的加速度傳感器，提出有各種各樣的方案。例如，在作為文獻(xiàn)1引用的日本特開平10-10150號(hào)公報(bào)(圖1至3、第7至22段)中，公開了基于相互面對(duì)的固定電極與可動(dòng)電極之間的靜電電容變化來檢測(cè)加速度的加速度傳感器的技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，在固定電極中可動(dòng)電極中的某一個(gè)電極的、與另一個(gè)電極對(duì)置的面上設(shè)有駐極體膜。在可動(dòng)電極的不與固定電極對(duì)置的一側(cè)的面上備有配重體，以便在施加加速度時(shí)賦予可動(dòng)電極位移。沒有設(shè)置駐極體膜的另一個(gè)電極，沿著以配重體的重心的投影位置為交點(diǎn)相互正交的正交軸分割地構(gòu)成。即，通過分割地設(shè)置一個(gè)電極，來基于被分割的電極的靜電電容變化，檢測(cè)多個(gè)軸的加速度。
文獻(xiàn)1所公開的那樣的駐極體電容器麥克風(fēng)(ElectretCondenser Microphones)(下面，稱之為“ECM”)型的加速度傳感器或振動(dòng)傳感器，被用于計(jì)步器或振動(dòng)計(jì)等各種各樣的用途。希望它們與一般的傳感器同樣地具有高靈敏度。但是，在例如用于計(jì)步器等時(shí)大多由電池驅(qū)動(dòng)，當(dāng)然不能期待充足的電源。因此，使用消耗電流較多的放大用的IC(集成電路)等電氣地提高靈敏度，這一點(diǎn)并不理想。
所以，若要機(jī)械地提高靈敏度，則必須使慣性力增加。但是，如果為了使慣性力增大而增大可動(dòng)電極的振幅，傳感器下落等時(shí)的耐沖擊性就會(huì)受到損害。因此，僅僅根據(jù)文獻(xiàn)1那樣的基本結(jié)構(gòu)，難以充分應(yīng)對(duì)這些問題。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其目的在于提供一種以簡(jiǎn)單的構(gòu)成在不降低傳感器靈敏度的情況下提高耐沖擊性的三軸加速度傳感器。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明是對(duì)相互正交的3個(gè)軸方向的加速度進(jìn)行檢測(cè)的加速度傳感器，其包括在一個(gè)面上具有固定電極的電極基板；將經(jīng)由間隔件而與前述固定電極對(duì)置的一個(gè)面作為可動(dòng)電極的振動(dòng)板，所述間隔件用于在與該電極基板之間設(shè)置規(guī)定間隔；設(shè)置在該振動(dòng)板的另一個(gè)面的中央部上的配重體；和容納前述電極基板、前述間隔件、前述振動(dòng)板及前述配重體的導(dǎo)電性的殼體；基于前述固定電極與前述可動(dòng)電極之間的靜電電容的變化，對(duì)前述3個(gè)軸方向的加速度進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于，前述固定電極包括環(huán)狀的第一固定電極，其以通過前述配重體的重心并與前述電極基板正交的第一軸為中心；和第二固定電極及第三固定電極，它們是直徑比前述第一固定電極大的環(huán)狀電極被下述分割軸分別二分割而成的電極，所述分割軸在前述電極基板與前述第一軸的交點(diǎn)處相互正交，并且相對(duì)于與前述第一軸正交的第二軸及第三軸成45度角；前述電極基板形成有覆蓋前述固定電極的表面的駐極體層。
根據(jù)該特征構(gòu)成，本發(fā)明的加速度傳感器，是利用了駐極體的ECM型的結(jié)構(gòu)，所以，能夠直接對(duì)靜電電容進(jìn)行電壓輸出。因此，不用通過高價(jià)的靜電電容-電壓轉(zhuǎn)換電路(CV轉(zhuǎn)換電路)，即可直接將ECM的輸出電壓輸出給低價(jià)的通用運(yùn)算放大器等。在ECM型的結(jié)構(gòu)中，由于不需要用于在振動(dòng)板(可動(dòng)電極)與固定電極之間施加偏壓的偏置電路，所以電路變得簡(jiǎn)單，也能夠降低成本。
CV轉(zhuǎn)換電路，大多以專用的IC(集成電路)等構(gòu)成，雖也提供有能夠以一個(gè)IC處理三個(gè)軸的信號(hào)的裝置，但是消耗電流大到數(shù)毫安。因此，在將該加速度傳感器組裝入電池驅(qū)動(dòng)的裝置時(shí)，電池急劇消耗，并不理想。而通用的運(yùn)算放大器，其消耗電流較少、為數(shù)微安，能夠降低裝置的消耗電力。
這里，還具有以下特征前述固定電極以不從前述電極基板的表面突出及陷落的方式形成。
駐極體層，例如通過涂敷成為駐極體的氟樹脂的水性分散液并進(jìn)行燒結(jié)、或粘貼氟類薄膜等方式，形成在電極基板的表面上。在電極基板上，利用銅箔等來設(shè)置固定電極。一般是由蝕刻法等將銅箔的導(dǎo)電圖形設(shè)在作為絕緣體的玻璃環(huán)氧樹脂制的基材上。因此，雖然形成得特別薄，但在基板的基材之上銅箔的圖形成為突出的形狀。因此，存在形成于其上的駐極體層的層厚不均勻的情況。這樣，會(huì)給所檢測(cè)的靜電電容、及作為其結(jié)果而被輸出的電壓帶來影響，并不理想。若電極圖形的銅箔不從基板的基材的表面突出及陷落，而是表面平整地設(shè)置，則能夠使駐極體層的層厚均勻。
另外，具有這樣的特征前述駐極體層是通過以鎳或金對(duì)前述固定電極的表面進(jìn)行鍍敷處理、之后涂敷氟樹脂的水性分散液并進(jìn)行燒結(jié)而形成的，或者是通過粘貼氟類薄膜而形成的。
作為銅，由于其導(dǎo)電性優(yōu)異，所以一般用作上述那樣被設(shè)在基板上的電極。但是，廣泛用于電極圖形的銅箔容易氧化、變色，由此存在使作為駐極體的功能降低的情況。尤其是在涂敷成為駐極體層的氟樹脂的水性分散液并進(jìn)行燒結(jié)的情況下，存在氧化、發(fā)黑的情況。另外，由于銅箔容易氧化、變色，所以在粘貼氟類薄膜時(shí)也存在銅箔變色的情況。
因此，若在粘貼氟類薄膜或涂敷氟樹脂的水性分散液并燒結(jié)、以進(jìn)行駐極體的涂覆之前，以鎳或金等對(duì)銅箔進(jìn)行鍍敷處理的話，則能夠抑制上述問題。
另外，具有這樣的特征前述振動(dòng)板包括位于周邊部并經(jīng)由前述間隔件而被固定的固定部；位于中央部并備有前述配重體的振動(dòng)部；和連結(jié)前述固定部與前述振動(dòng)部的彈性支承部；前述彈性支承部包括橢圓形狀的環(huán)；在前述橢圓形狀的長(zhǎng)軸上連接前述振動(dòng)部與前述環(huán)的第一梁；和在前述橢圓形狀的短軸上連接前述固定部與前述環(huán)的第二梁。
在振動(dòng)板被分割形成為固定部、振動(dòng)部及彈性支承部的情況下，連結(jié)固定部與振動(dòng)部的彈性支承部由作為扭桿支座起作用的梁、和連接梁的基部構(gòu)成。為了更多地獲得由ECM產(chǎn)生的靜電電容的變化，必須要使振動(dòng)部的面積較大，所以，最好不要將彈性支承部、尤其是基部所占的面積設(shè)定得較大。但是，當(dāng)將基部的面積設(shè)定的較小、即將基部形成得較細(xì)時(shí)，由于該基部做起到彈簧的作用，所以在加速度傳感器檢測(cè)的3個(gè)軸方向內(nèi)的第二軸的勵(lì)振時(shí)和第三軸的勵(lì)振時(shí)的、所謂XY方向上，會(huì)在振動(dòng)部的機(jī)械振動(dòng)方面產(chǎn)生差異。該差異也表現(xiàn)在加速度傳感器的輸出差異方面，所以，根據(jù)情況不同而需要采用校正用的電路。
如上述特征構(gòu)成那樣，若將基部形成為橢圓形狀的環(huán)，并由該環(huán)、在該環(huán)的橢圓形狀的長(zhǎng)軸上連接振動(dòng)部與環(huán)的兩個(gè)第一梁、和在橢圓形狀的短軸上連接固定部與環(huán)的兩個(gè)第二梁構(gòu)成彈性支承部，則能夠?qū)⒄駝?dòng)部形成為圓形。當(dāng)振動(dòng)部形成為圓形時(shí)，即使基部形成得較窄(較細(xì))，也能夠減輕XY軸方向上的振動(dòng)部的機(jī)械振動(dòng)的差異。其結(jié)果，無需具備校正電路等，能夠使電路構(gòu)成簡(jiǎn)單。
另外，可以具有下述特征前述振動(dòng)板在外周部上具有突起部，該突起部用于將前述殼體與前述振動(dòng)板電氣地導(dǎo)通。
而且，前述振動(dòng)板可以在前述突起部的內(nèi)側(cè)具有窄幅的狹縫，該狹縫與位于前述突起部與前述殼體的切點(diǎn)處的前述突起部的切線平行。
另外，前述狹縫可具有半圓狀的缺口，該缺口沿在前述切點(diǎn)處與前述切線正交的線朝與前述突起部相同的方向鼓出。
殼體與振動(dòng)板必須電氣地導(dǎo)通。在振動(dòng)板上設(shè)置突起部，該突起部與殼體接觸，從而在組裝的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，這樣，提高了組裝性。
但是，有時(shí)由于突起部從殼體接受的反作用而對(duì)振動(dòng)板施加過度的力，使振動(dòng)板發(fā)生變形。這時(shí)，振動(dòng)板與固定電極之間的距離變得不均勻，給準(zhǔn)確的靜電電容變化檢測(cè)、即加速度的檢測(cè)帶來影響。因此，當(dāng)如上述那樣設(shè)置窄幅的狹縫時(shí)，該狹縫成為緩沖部，具有彈性，發(fā)揮用于確保向殼體導(dǎo)通的推壓力，并緩和來自殼體的反作用。
另外，當(dāng)狹縫僅為窄幅的線狀時(shí)，在施加在狹縫上的力較大的情況下，有導(dǎo)致狹縫本身的破損、或者不能對(duì)力進(jìn)行完全吸收而使振動(dòng)板變形的可能。從力學(xué)角度來說，來自殼體的反作用沿在前述切點(diǎn)處與前述切線正交的方向上最大。如上述那樣，若狹縫還具有朝與前述突起部相同的方向鼓出的半圓狀的缺口，則能夠擴(kuò)大狹縫沿在前述切點(diǎn)處與前述切線正交的方向的寬度。其結(jié)果，能夠承受更大的反作用。
另外，可以具有以下特征前述配重體形成為傘狀，其包括圓柱狀的柄部、和直徑比該柄部的直徑大的圓盤狀的主體部，前述柄部的前端部安裝在前述振動(dòng)板的中心部，在前述殼體內(nèi)備有限制部件，所述限制部件至少與前述柄部和前述主體部中的某一個(gè)接觸，限制前述配重體的過度位移。
另外，可以具有以下特征上述振動(dòng)板，由SK材料(碳素工具鋼JIS G4401)、不銹鋼、磷青銅、鈹-銅、鈦-銅中的任一種構(gòu)成。
在加速度傳感器中，由所施加的加速度產(chǎn)生的振動(dòng)板的機(jī)械振幅越大，則在獲得輸出時(shí)越有利。但是，相反地，在施加了下落等的過度沖擊時(shí)，存在產(chǎn)生破損的問題。因此，通過具備限制安裝在振動(dòng)板上的配重體的過度位移的限制部件，能夠防止由沖擊產(chǎn)生的配重體的過度位移而引起振動(dòng)板的破損。另外，并不以PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、或PPS(聚苯硫醚)等的薄膜形成振動(dòng)板，而是由SK材料(碳素工具鋼JIS G4401)、不銹鋼、磷青銅、鈹-銅、鈦-銅等彎曲強(qiáng)度較強(qiáng)的材料形成，由此，能夠提高振動(dòng)板自身的強(qiáng)度。振動(dòng)板與配重體的安裝，可通過粘接、電焊、激光點(diǎn)焊、鉚接等方式進(jìn)行。


圖1為表示本發(fā)明實(shí)施方式的加速度傳感器的構(gòu)成例的圖2的A-A線剖視圖。
圖2為表示圖1的加速度傳感器的振動(dòng)板的形狀及殼體與振動(dòng)板的接觸方式的圖。
圖3為表示在圖1的加速度傳感器的振動(dòng)板上安裝了配重體的狀態(tài)的立體圖。
圖4表示設(shè)置在圖1的加速度傳感器的電極基板上的固定電極的配線，圖4(a)為俯視圖，圖4(b)為圖4(a)的B-B線剖視圖。
圖5為表示圖1的加速度傳感器的間隔件的形狀的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，基于附圖對(duì)本發(fā)明的加速度傳感器的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。
如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施方式的加速度傳感器構(gòu)成為，在截面為コ字形、一側(cè)具有底部而另一側(cè)具有開口部的導(dǎo)電性的殼體10之中，具有電極基板5，其在一個(gè)面上具有固定電極；振動(dòng)板2，其將經(jīng)由間隔件3而與上述固定電極對(duì)置的一個(gè)面作為可動(dòng)電極，所述間隔件用于在振動(dòng)板2與該電極基板5之間設(shè)置規(guī)定間隔；和設(shè)置在該振動(dòng)板2的另一個(gè)面的中央部上的配重體1。并且，基于固定電極(電極基板5)與可動(dòng)電極(振動(dòng)板2)之間的靜電電容的變化，對(duì)相互正交的3個(gè)軸方向的加速度進(jìn)行檢測(cè)。
在本實(shí)施方式中，殼體10如圖2所示，與底部平行的方向的截面為方形。另外，如圖2至5所示，振動(dòng)板2、電極基板5、間隔件3也都與該方形的殼體10相配合地為方形。
振動(dòng)板2，并不是用PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、或PPS(聚苯硫醚)等的薄膜形成的，而是由SK材料(碳素工具鋼JIS G4401)、不銹鋼、磷青銅、鈹-銅、鈦-銅等彎曲強(qiáng)度較強(qiáng)的導(dǎo)電性金屬材料形成。通過采用強(qiáng)度特性良好的材料，能夠形成如圖2所示那樣的優(yōu)選形狀的振動(dòng)板2。
即，振動(dòng)板2，分割形成為位于周邊部并經(jīng)由間隔件3與定位銷7而被固定的固定部2e；位于中央部、還在其中央具有配重體1(參照?qǐng)D3)的振動(dòng)部2a；和連結(jié)固定部2e與振動(dòng)部2a的彈性支承部2b～2d。彈性支承部2b～2d，由作為扭桿支座起作用的第一梁2b及第二梁2c、和連接這些梁2b、2c的彈性支承部的基部2d構(gòu)成。另外，基部2d形成為橢圓形狀的環(huán)狀，第一梁2b在該橢圓形狀的長(zhǎng)軸上連接振動(dòng)部2a與環(huán)狀的基部2d。第二梁2c在橢圓形狀的短軸上連接固定部2e與環(huán)狀的基部2d。長(zhǎng)軸相當(dāng)于第二軸(X軸)，短軸相當(dāng)于第三軸(Y軸)。第一軸(Z軸)為與振動(dòng)板2正交的方向、即與第一軸及第二軸正交的方向的軸。
為了更多地獲得振動(dòng)板2(可動(dòng)電極)與電極基板5(固定電極)之間的靜電電容的變化，振動(dòng)部2a的面積較大比較理想。另外，由于以彎曲強(qiáng)度較強(qiáng)的金屬材料形成振動(dòng)板2，所以，為了獲得足夠的振幅，梁2b、2c不宜過短，必須具有一定的長(zhǎng)度。為了同時(shí)保證振動(dòng)部2a的面積與梁2b、2c的長(zhǎng)度，例如，可將振動(dòng)部2a形成為大致正圓形，將連結(jié)梁2b、2c與振動(dòng)部2a的基部2d形成為大致正圓形的寬度非常小的環(huán)狀。但是，由于使含有該基部2d的彈性支承部2b～2d起到彈簧的作用，如果如上所述將基部2d形成得非常細(xì)，則有損彈性運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。其結(jié)果，有可能在加速度傳感器檢測(cè)的3個(gè)軸方向之中的第二軸(X軸)的勵(lì)振時(shí)和第三軸(Y軸)的勵(lì)振時(shí)的、所謂XY方向上，產(chǎn)生輸出方面的差異。
在本實(shí)施方式中，如圖2所示，基部2d形成為橢圓形狀的環(huán)狀。并且，彈性支承部2b～2d，由該環(huán)狀的基部2d、在橢圓形狀的長(zhǎng)軸上連接振動(dòng)部2a與環(huán)狀的基部2d的兩個(gè)第一梁2b、和在橢圓形狀的短軸上連接固定部2e與環(huán)狀的基部2d的兩個(gè)第二梁2c構(gòu)成。通過這樣地構(gòu)成，能夠?qū)⒄駝?dòng)部2a設(shè)定得較大且形成為圓形，并且，能夠確保梁2b、2c的長(zhǎng)度及基部2d的寬度。其結(jié)果，能夠更多地獲得靜電電容的變化，彈性支承部2b～2d的運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性也增加。因此，獲得了足夠的輸出，并且，也不易產(chǎn)生XY方向的輸出差異。輸出較低時(shí)需要使用放大電路等，在XY方向產(chǎn)生輸出差異時(shí)需要校正電路等，但利用振動(dòng)板2本身的結(jié)構(gòu)就能夠抑制上述問題，所以電路構(gòu)成也變得簡(jiǎn)單。
如圖1及圖2所示，殼體10與振動(dòng)板2在振動(dòng)板2的外周部的突起(標(biāo)記2f)處相互接觸，從而電氣地導(dǎo)通。在圖2中，示出了使用了方型的殼體10的例子。振動(dòng)板2的振動(dòng)部2a形成為環(huán)狀，但振動(dòng)板2整體在本例中形成為方形，在周邊部每隔90度間隔具有連接孔2h，所述連接孔2h用于使固定電極基板5、間隔件3及振動(dòng)板2的定位銷7在其中穿過。另外，與連接孔2h相差45度地在外周部上每隔90度間隔具有導(dǎo)通用爪2f(突起部)，所述導(dǎo)通用爪2f用于使方型的殼體10的四邊與振動(dòng)板2電氣地導(dǎo)通。若這樣構(gòu)成，則在組裝加速度傳感器時(shí)，能夠使該導(dǎo)通用爪2f(突起部)與殼體接觸，能夠同時(shí)確保組裝與導(dǎo)通。即，能夠提高組裝性。在本例中，在四邊上均設(shè)有導(dǎo)通用爪2f。這在以下三方面表現(xiàn)優(yōu)異能夠使振動(dòng)板2與殼體10接觸的力均等；能夠使接觸電阻并聯(lián)從而降低合成電阻；還具有不依賴安裝方向的對(duì)稱性。但是，這并不是對(duì)發(fā)明的限定，只要具有一個(gè)以上的接觸點(diǎn)即可。
另外，若導(dǎo)通用爪2f(突起部)和殼體10的切線即殼體10如圖2所示那樣為方形，則在與殼體10的邊正交且朝向振動(dòng)板2的中心的方向上，具有與切線(若殼體10如本例那樣為方形的話則與殼體10的邊一致)平行的狹縫2g。通過使導(dǎo)通用爪2f與殼體10接觸，組裝性提高，但也存在由于導(dǎo)通用爪2f從殼體10受到反作用而對(duì)振動(dòng)板2施加過度的力的情況。當(dāng)由于該反作用使例如振動(dòng)板2變形時(shí)，振動(dòng)板2與電極基板5之間的距離變得不均勻，振動(dòng)不穩(wěn)。這對(duì)準(zhǔn)確的靜電電容變化的檢測(cè)、即加速度的檢測(cè)來說并不理想。因此，為了緩和來自該殼體10的反作用，并且，確保用于確保向殼體10導(dǎo)通的的推壓力，設(shè)置了狹縫2g。通過這樣地構(gòu)成，狹縫2g部分成為緩沖部，具有彈性，適度地將振動(dòng)板2推向殼體10，并且，吸收來自殼體10的反作用。因此，確保振動(dòng)板2與殼體10的導(dǎo)通，并且不會(huì)使振動(dòng)板2發(fā)生變形。
在本例中，如圖2所示，狹縫2g具有半圓形狀的缺口，并構(gòu)成為與切線平行的窄幅狀，所述半圓形狀的缺口，在與導(dǎo)通用爪2f(突起部)和殼體10的切線正交的線上向與導(dǎo)通用爪2f相同的方向鼓出。當(dāng)導(dǎo)通用爪2f與殼體10接觸而接受來自殼體10的反作用時(shí)，狹縫2g對(duì)反作用進(jìn)行緩沖。若狹縫2g僅為窄幅的線狀，則在由于緩沖而使得施加在狹縫2g上的力較大的情況下，有可能導(dǎo)致狹縫2g本身的破損，或是不能完全吸收力而使振動(dòng)板2變形。從力學(xué)角度來說，來自殼體的反作用，沿在殼體10與導(dǎo)通用爪2f的切點(diǎn)處與上述切線正交的方向?yàn)樽畲蟆５?，狹縫2g若具有向與導(dǎo)通用爪2f相同的方向鼓出的半圓形狀的缺口，則能夠擴(kuò)大狹縫2g沿在上述切點(diǎn)處與上述切線正交的方向的寬度。其結(jié)果，能夠承受更大的反作用。
圖3為表示在圖1及圖2示出的振動(dòng)板2上安裝了配重體1的狀態(tài)的立體圖。如圖3所示，配重體1，形成為由圓柱狀的柄部1a、和具有比該柄部1a的直徑大的直徑的固盤狀的主體部1b構(gòu)成的傘狀。柄部1a在與主體部1b相反側(cè)的前端部上具有圓盤狀的安裝部，該圓盤狀的安裝部具有比柄部1a大、比主體部1b小的直徑。配重體1，使該安裝部的中心與振動(dòng)板2的振動(dòng)部2a的中心一致地安裝到振動(dòng)板2上。即，使配重體1的重心與振動(dòng)板2的中心一致地安裝。通過該配重體1的重心并與振動(dòng)板2正交的軸為第一軸，是所謂的Z軸。即，利用配重體1使施加到加速度傳感器上的沖擊在XYZ方向上勵(lì)振，來檢測(cè)加速度。配重體1為不銹鋼制，但為了進(jìn)一步增大振幅，只要使用比不銹鋼的比重大的、例如鎢(比重與金相同)等材料即可。作為金屬板的振動(dòng)板2與配重體1的安裝，通過粘接、電焊、激光點(diǎn)焊、鉚接等方式進(jìn)行。
在隔著間隔件3而與振動(dòng)板2對(duì)置的電極基板5上，具有如圖4(a)所示的第一、第二、第三固定電極5c、5b、5a。第一固定電極5c為以通過配重體1的重心并與電極基板5正交的第一軸(Z軸)作為中心的環(huán)狀電極。第二固定電極5a及第三固定電極5b是直徑比第一固定電極5c大的環(huán)狀電極被下述分割軸分別二分割而成的電極，所述分割軸在電極基板5與第一軸的交點(diǎn)0處相互正交，并且相對(duì)于與第一軸正交的第二軸及第三軸成45度角。另外，電極基板5，如圖1所示那樣覆蓋固定電極5a～5c地設(shè)置有駐極體層4。另外，利用連接孔5d的定位銷7進(jìn)行定位，在此基礎(chǔ)上由同樣具有連接孔并被定位的間隔件3(參照?qǐng)D5)來確保與振動(dòng)板2之間的規(guī)定距離，這樣組裝到殼體10中。并且，基于固定電極(電極基板5)與可動(dòng)電極(振動(dòng)板2)之間的靜電電容的變化，對(duì)相互正交的3個(gè)軸方向的加速度進(jìn)行檢測(cè)。
駐極體層4，由FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)等形成。作為其形成的方法，通過粘貼上述組成的氟類薄膜，或如例如日本特許第3387012號(hào)公報(bào)所公開的那樣涂敷上述組成的氟樹脂的水性分散液之后進(jìn)行燒結(jié)而制得。如此得到的駐極體層4，在現(xiàn)有技術(shù)的方法即熔敷FEP薄膜的情況下，厚度為12μm以上。另一方面，在燒結(jié)得到的情況下，厚度約為5.0μm左右，能夠形成極薄的駐極體層4。
另一方面，在電極基板5上，設(shè)有上述那樣的固定電極5a～5c作為由銅箔等形成的導(dǎo)電圖形。這樣的導(dǎo)電圖形，若是與一般的印制布線板同樣地、通過蝕刻等將銅箔的導(dǎo)電圖形設(shè)置在作為絕緣體的玻璃環(huán)氧樹脂制的基材上，則具有約35μm的厚度，即使形成得特別薄也有5μm左右的厚度。因此，在基板的基材之上，銅箔的圖形形成為突出的形狀，特別是在如本實(shí)施方式那樣將駐極體層4形成得較薄時(shí)，存在駐極體層4的層厚不均勻的情況。其結(jié)果，有時(shí)給所檢測(cè)的靜電電容、及作為其結(jié)果而被輸出的電壓帶來影響。如圖4(b)所示，若沒有從基板的基材表面突出以及陷落的情況，即將電極圖形的銅箔埋入到基材內(nèi)以使表面平整，則能夠使駐極體層4的層厚均勻。
這樣，覆蓋以銅箔形成的固定電極5a～5c地形成駐極體層4，但銅箔易氧化、變色，由此存在作為駐極體的功能降低的情況。尤其是在通過將氟樹脂的水性分散液涂敷到電極基板5的表面上之后進(jìn)行燒結(jié)來形成駐極體層4的情況下，銅箔部分會(huì)氧化、發(fā)黑，存在使作為駐極體的功能降低的情況。因此，在對(duì)固定電極5a～5c的銅箔進(jìn)一步以鎳或金等進(jìn)行鍍敷處理后，進(jìn)行駐極體的包覆，便能夠減少此類問題。
在一個(gè)面上形成有駐極體層4的電極基板5的另一個(gè)面上，根據(jù)需要，安裝用于信號(hào)處理的電容器或電阻器、運(yùn)算放大器等，經(jīng)由通孔從形成有駐極體層4的面的固定電極5a～5c傳遞信號(hào)。另外，在該電極基板5的另一個(gè)面上，如圖1所示，接觸或焊接有端子6。端子6，貫通用于封閉殼體10的開口部的底蓋9，傳遞著來自固定電極5a～5c的信號(hào)或是將這些信號(hào)進(jìn)行了一次處理后的信號(hào)、電力等。
如上所述，振動(dòng)板2由強(qiáng)度特性良好的材料形成，所以，成為對(duì)強(qiáng)烈沖擊也具有一定程度的耐性的構(gòu)成。但是，在被施加了由下落等造成的過度的加速度時(shí)，振動(dòng)板2與配重體1的連接部分、和彈性支承部2b～2d可能會(huì)損壞。因此，如圖1所示，在殼體10的內(nèi)部具有至少與柄部1a或主體部1b中的某一個(gè)接觸以限制配重體1的過度位移的限制部件8。這樣，當(dāng)具有限制部件8時(shí)，在振動(dòng)板2破損之前，配重體1與限制部件8接觸，所以，能夠得到耐沖擊性優(yōu)異的加速度傳感器。
上面，根據(jù)本發(fā)明可提供一種以簡(jiǎn)單的構(gòu)成在不使傳感器靈敏度降低的情況下提高了耐沖擊性的三軸加速度傳感器。
本發(fā)明涉及能夠?qū)?個(gè)軸方向的加速度進(jìn)行檢測(cè)的加速度傳感器，但若將該3個(gè)軸方向組合起來使用，則還可以作為不管哪個(gè)方向存在振動(dòng)都能夠?qū)υ撜駝?dòng)進(jìn)行檢測(cè)的振動(dòng)傳感器使用。另外，能夠利用于使用了該振動(dòng)傳感器的振動(dòng)計(jì)或計(jì)步器。
權(quán)利要求
1.一種加速度傳感器，對(duì)相互正交的3個(gè)軸方向的加速度進(jìn)行檢測(cè)，其包括在一個(gè)面上具有固定電極(5c、5b、5a)的電極基板(5)；用于在與該電極基板(5)之間設(shè)置規(guī)定間隔的間隔件(3)；將經(jīng)由該間隔件(3)而與前述固定電極(5c、5b、5a)對(duì)置的一個(gè)面作為可動(dòng)電極的振動(dòng)板(2)；設(shè)置在該振動(dòng)板(2)的另一個(gè)面的中央部上的配重體(1)；和容納前述電極基板(5)、前述間隔件(3)、前述振動(dòng)板(2)及前述配重體(1)的導(dǎo)電性的殼體(10)；其中，基于前述固定電極(5c、5b、5a)與前述可動(dòng)電極之間的靜電電容的變化，對(duì)前述3個(gè)軸方向的加速度進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于，前述固定電極(5c、5b、5a)包括環(huán)狀的第一固定電極(5c)，其以通過前述配重體(1)的重心并與前述電極基板(5)正交的第一軸為中心；和第二固定電極(5b)及第三固定電極(5a)，它們是直徑比前述第一固定電極(5c)大的環(huán)狀電極被下述分割軸分別二分割而成的電極，所述分割軸在前述電極基板(5)與前述第一軸的交點(diǎn)處相互正交，并且相對(duì)于與前述第一軸正交的第二軸及第三軸成45度角，前述電極基板(5)形成有覆蓋前述固定電極(5c、5b、5a)的表面的駐極體層(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，前述固定電極(5c、5b、5a)以不從前述電極基板(5)的表面突出及陷落的方式形成。
3.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，前述固定電極(5c、5b、5a)由銅箔形成，前述駐極體層(4)，是通過以鎳或金對(duì)前述固定電極(5c、5b、5a)進(jìn)行鍍敷處理、之后涂敷氟樹脂的水性分散液并進(jìn)行燒結(jié)而形成的，或者是通過粘貼氟類薄膜而形成的。
4.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，前述振動(dòng)板(2)包括位于周邊部并經(jīng)由前述間隔件(3)而被固定的固定部(2e)；位于中央部并備有前述配重體(1)的振動(dòng)部(2a)；和連結(jié)前述固定部(2e)與前述振動(dòng)部(2a)的彈性支承部(2b、2c、2d)；前述彈性支承部(2b、2c、2d)包括橢圓形狀的環(huán)(2d)；在前述橢圓形狀的長(zhǎng)軸上連接前述振動(dòng)部(2a)與前述環(huán)(2d)的第一梁(2b)；和在前述橢圓形狀的短軸上連接前述固定部(2e)與前述環(huán)(2d)的第二梁(2c)。
5.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，前述振動(dòng)板(2)在外周部上具有用于將前述殼體(10)與前述振動(dòng)板(2)電氣地導(dǎo)通的突起部(2f)。
6.如權(quán)利要求5所述的加速度傳感器，其特征在于，前述振動(dòng)板(2)在前述突起部(2f)的內(nèi)側(cè)具有窄幅的狹縫(2g)，所述狹縫(2g)與前述突起部(2f)和前述殼體(10)的切點(diǎn)處的前述突起部(2f)的切線平行。
7.如權(quán)利要求6所述的加速度傳感器，其特征在于，前述狹縫(2g)具有半圓狀的缺口，所述半圓狀的缺口沿在前述切點(diǎn)處與前述切線正交的線朝與前述突起部(2f)相同的方向鼓出。
8.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，前述配重體(1)形成為傘狀，其包括圓柱狀的柄部(1a)、和直徑比該柄部(1a)的直徑大的圓盤狀的主體部(1b)，前述柄部(1a)的前端部安裝在前述振動(dòng)板(2)的中心部，在前述殼體(10)內(nèi)備有限制部件(8)，所述限制部件(8)至少與前述柄部(1a)和前述主體部(1b)中的某一個(gè)接觸，限制前述配重體(1)的過度位移。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的加速度傳感器，其特征在于，前述振動(dòng)板(2)由碳素工具鋼、不銹鋼、磷青銅、鈹-銅、鈦-銅中的任一種構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以簡(jiǎn)單的構(gòu)成在不使傳感器靈敏度降低的情況下提高耐沖擊性的三軸加速度傳感器。其是對(duì)相互正交的3個(gè)軸方向的加速度進(jìn)行檢測(cè)的加速度傳感器，備有具有分別與三個(gè)軸對(duì)應(yīng)的固定電極的電極基板(5)，將與固定電極對(duì)置的一個(gè)面作為可動(dòng)電極的振動(dòng)板(2)，和安裝在振動(dòng)板(2)的另一個(gè)面的中心部上的配重體(1)。基于固定電極與振動(dòng)板(2)之間的靜電電容的變化檢測(cè)加速度。電極基板(5)設(shè)置有覆蓋固定電極的表面的駐極體層(4)。
文檔編號(hào)G01P15/125GK1749759SQ20051009819
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月13日
發(fā)明者杉森康雄, 豐田直樹 申請(qǐng)人:星電株式會(huì)社