DE102004013935A1

DE102004013935A1 - Sensor für eine physikalische Grösse mit einer Feder

Info

Publication number: DE102004013935A1
Application number: DE102004013935A
Authority: DE
Inventors: Minekazu Kariya Sakai; Tameharu Kariya Ohta
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2004-12-09
Also published as: US7243545B2; US20040182157A1

Abstract

Ein Sensor für eine physikalische Größe erfasst eine physikalische Größe. Der Sensor beinhaltet eine Mehrzahl von Federn, welche jeweils unterschiedliche Federkonstanten aufweisen. Der Sensor weist einen weiten Erfassungsbereich der physikalischen Größe ohne ein Anordnen von mehreren Sensoren auf. Deshalb kann der Sensor verkleinert werden. Da der Sensor eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristiken aufweist, weist der Sensor weiterhin einen weiten dynamischen Bereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor für eine physikalische Größe mit einer Feder.

Ein Sensor für eine physikalische Größe erfasst eine physikalische Größe auf der Grundlage einer Kapazität eines Kondensators zwischen einer festen Elektrode und einer beweglichen Elektrode. Der Sensor ist zum Beispiel in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H05-304303 (d. h. dem U.S.-Patent Nr. 6 227 049) offenbart. Der Sensor wird zum Beispiel als ein Beschleunigungssensor verwendet.

In dem vorhergehenden Stand der Technik sind mehrere Sensoren erforderlich, um die Beschleunigung in einem weiten Bereich zu erfassen, d. h. einen weiten Erfassungsbereich aufzuweisen. Deshalb wird eine gesamte Größe (d. h. die Gesamtabmessungen) der mehreren Sensoren größer.

Weiterhin ist ein anderer Sensor zum Beispiel in dem japanischen Patent Nr. 2773495 (d. h. dem U.S.-Patent Nr. 5 441 300) und der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H10-282136 offenbart. Dieser Sensor ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor und erfasst die Beschleunigung auf der Grundlage einer Kapazitätsänderung eines Kondensators. Der Sensor weist eine bestimmte Beziehung (d. h. Ausgangscharakteristiken) zwischen einer Kapazitätsänderung und der Beschleunigung auf. Es ist erforderlich, dass er eine hervorragende Linearität der Beziehung aufweist. Jedoch ist die Linearität der Beziehung in dem Sensor niedrig. Genauer gesagt weist das Ausgangssignal des Sensors in Übereinstimmung mit der Verschiebung der beweglichen Elektrode von einer vorbestimmten Linie derart schnell ab, dass der Sensor einen kleinen Erfassungsbereich zum Erfassen der Beschleunigung aufweist. Um die Linearität im Erfassungsbereich sicherzustellen, weist der Sensor ein Feder/Massesystem auf. Deshalb ist es schwierig, den weiten dynamischen Bereich der Beschleunigung sicherzustellen. Wenn der Sensor derart eingestellt ist, dass er den weiten dynamischen Bereich aufweist, wird die Empfindlichkeit des Sensors klein. Das heißt, die Verschiebung der beweglichen Elektrode wird in einem niedrigen Beschleunigungsbereich klein. Daher sind die Weite der dynamischen Bereiche und die hohe Empfindlichkeit des Sensors nicht kompatibel. Deshalb ist es erforderlich, zwei Typen der Sensoren herzustellen, welche der Sensor, der einen niedrigen Beschleunigungserfassungsbereich aufweist, und der Sensor sind, der einen hohen Beschleunigungserfassungsbereich aufweist. Deshalb ist es schwierig, den Sensor zu verkleinern.

Im Hinblick auf die zuvor erwähnten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor für eine physikalische Größe zu schaffen, der einen weiten Erfassungsbereich zum Erfassen einer physikalischen Größe aufweist. Genauer gesagt weist der Sensor eine kleine Abmessung auf. Noch genauer weist der Sensor einen weiten dynamischen Bereich der Beschleunigung und eine hohe Empfindlichkeit auf.

Ein Sensor für eine physikalische Größe erfasst eine physikalische Größe. Der Sensor beinhaltet eine Mehrzahl von Federn, welche jeweils unterschiedliche Federkonstanten aufweisen. Der Sensor weist einen weiten Erfassungsbereich der physikalischen Größe ohne ein Anordnen von mehreren Sensoren auf. Deshalb kann der Sensor verkleinert werden. Weiterhin weist der Sensor, da der Sensor eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristiken aufweist, einen weiten dynamischen Bereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.

Vorzugsweise beinhaltet der Sensor weiterhin eine feste Elektrode und eine bewegliche Elektrode, die mit den Federn verbunden ist. Der Sensor ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor. Die bewegliche Elektrode liegt der festen Elektrode mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen derart gegenüber, dass ein Kondensator vorgesehen wird, der eine Kapazität aufweist. Die Feder ist in Übereinstimmung mit der Beschleunigung derart beweglich, dass der Abstand zwischen den beweglichen und festen Elektrode geändert wird.

Vorzugsweise erfasst der Sensor die physikalische Größe in der Erfassungsrichtung. Die Federn weisen unterschiedliche Längen in der Längsrichtung auf, die senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe sind. Vorzugsweise ist die Feder durch ein Paar von Trägern vorgesehen, die eine Schleife aufweisen. Die Träger dehnen sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe aus. Die Feder weist eine derartige rechteckige Form auf, dass die Schleife ein Rechteck ist.

Vorzugsweise weist der Sensor weiterhin eine feste Elektrode und eine bewegliche Elektrode auf, die mit den Federn verbunden ist. Die Federn sind in Übereinstimmung mit der physikalischen Größe beweglich. Die feste Elektrode und die bewegliche Elektrode sehen einen Kondensator vor, der dazwischen derart eine Kapazität aufweist, dass die physikalische Größe auf der Grundlage der Kapazität änderbar ist. Bevorzugter beinhaltet der Sensor weiterhin einen massiven Abschnitt und ein Substrat. Die bewegliche Elektrode steht von dem massiven Abschnitt hervor. Der massive Abschnitt ist mit den Federn verbunden. Die Federn sind beweglich mit dem Substrat verbunden. Bevorzugter erfasst der Sensor die physikalische Größe in einer Erfassungsrichtung. Der massive Abschnitt dehnt sich in der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe aus. Die bewegliche Elektrode dehnt sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe aus. Die Federn dehnen sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe aus. Weiterhin beinhalten bevorzugt die Federn erste und zweite Federn. Die erste Feder ist zwischen dem massiven Abschnitt und der zweiten Feder angeordnet. Die zweite Feder ist zwischen der ersten Feder und dem Substrat angeordnet. Die erste Feder weist eine Länge in der Längsrichtung auf, die länger als die der zweiten Feder ist.

Vorzugsweise beinhaltet der Sensor weiterhin einen Anschlag. Die Federn beinhalten erste und zweite Federn. Der Anschlag begrenzt eine Bewegung der ersten Feder. Die zweite Feder hält den Anschlag. Genauer gesagt ist die erste Feder beweglich, bis der Anschlag mit der ersten Feder verbunden ist. Vorteilhafter beinhaltet der Sensor weiterhin ein Substrat und einen weiteren Anschlag zum Begrenzen einer Bewegung der zweiten Feder. Der weitere Anschlag ist an dem Substrat befestigt.

Vorzugsweise beinhaltet der Sensor weiterhin eine Mehrzahl von Anschlägen, die erste und zweite Anschläge beinhalten. Die Federn beinhalten erste und zweite Federn. Der erste Anschlag begrenzt eine Bewegung der ersten Feder. Der zweite Anschlag begrenzt eine Bewegung der zweiten Feder. Die erste Feder beinhaltet eine Schleife, welche in Übereinstimmung der physikalischen Größe beweglich ist. Die zweite Feder ist in der Schleife der ersten Feder angeordnet. Vorteilhafter ist die erste Feder beweglich, bis der erste Anschlag die erste Feder berührt. Der zweite Anschlag ist zusammen mit der ersten Feder beweglich, nachdem der zweite Anschlag die erste Feder berührt. Vorteilhafter beinhaltet der Sensor eine feste Elektrode und eine bewegliche Elektrode, die der festen Elektrode gegenüberliegt. Die erste Feder hält den ersten Anschlag und ist mit der beweglichen Elektrode verbunden. Die zweite Feder hält den zweiten Anschlag und ist mit dem Substrat verbunden.

Vorzugsweise beinhaltet der Sensor weiterhin eine Mehrzahl von Anschlägen, die erste, zweite und dritte Anschläge beinhalten. Die Federn beinhalten erste, zweite und dritte Anschläge. Der erste Anschlag begrenzt eine Bewegung der ersten Feder. Der zweite Anschlag begrenzt eine Bewegung der zweiten Feder. Der dritte Anschlag begrenzt eine Bewegung der dritten Feder. Die zweite Feder hält den ersten Anschlag. Die dritte Feder hält den zweiten Anschlag. Bevorzugter beinhaltet der Sensor weiterhin eine feste Elektrode und eine bewegliche Elektrode, die der festen Elektrode gegenüberliegt. Die ersten, zweiten und dritten Federn sind mit der beweglichen Elektrode verbunden. Der dritte Anschlag ist an dem Substrat befestigt.

Weiterhin erfasst der Sensor für eine physikalische Größe eine physikalische Größe. Der Sensor beinhaltet eine Feder und eine Mehrzahl von Anschlägen, die erste und zweite Anschläge beinhalten. Der erste Anschlag begrenzt eine Bewegung der Feder an einer ersten Position. Der zweite Anschlag begrenzt eine Bewegung der Feder an einer zweiten Position. Der Sensor weist einen weiten Erfassungsbereich der physikalischen Größe ohne ein Anordnen von mehreren Sensoren auf. Deshalb kann der Sensor verkleinert werden. Weiterhin weist der Sensor, da der Sensor eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristiken aufweist, einen weiten dynamischen Bereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.

Vorzugsweise ist die Feder beweglich, bis der erste Anschlag die erste Feder berührt. Die Feder weist eine erste Federcharakteristik auf, bis der zweite Anschlag die Feder berührt. Die Feder weist eine zweite Federcharakteristik auf, nachdem der zweite Anschlag die Feder berührt.

Vorzugsweise beinhalten die Anschläge weiterhin einen dritten Anschlag. Der dritte Anschlag begrenzt eine Bewegung der Feder in einer dritten Position.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1A eine Draufsicht eines Sensors für eine physikalische Größe;
1B eine entlang einer Linie IB-IB in 1A genommene Querschnittsansicht;
1C eine entlang einer Linie IC-IC in 1C genommene Querschnittsansicht des Sensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2A einen Graph einer Beziehung zwischen einem Abstand D4 und einer auf einen Vergleichssensor in den 3A bis 3C ausgeübten Beschleunigung;
2B einen Graph einer Beziehung zwischen dem Abstand D4 und der auf den Sensor in den 1A bis 1c ausgeübten Beschleunigung;
3A eine Draufsicht eines Sensors für eine physikalische Größe zum Vergleich, wobei 1B eine entlang einer Linien IB-IB in 1A genommene Querschnittsansicht des Vergleichssensors ist und 1C eine entlang einer Linie IC-IC in 1C genommene Querschnittsansicht des Vergleichssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
4 einen Stromlaufplan eines Ersatzschaltbilds des Vergleichssen sors in den 3A bis 3C gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Draufsicht eines Sensors für eine physikalische Größe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 einen Graph einer Beziehung zwischen der Beschleunigung und einer Kapazitätsänderung ΔC in verschiedenen Sensoren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine Draufsicht eines Sensors für eine physikalische Größe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Draufsicht eines Sensors für eine physikalische Größe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 eine Draufsicht eines Sensors für eine physikalische Größe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
10 eine Draufsicht eines Sensors für eine physikalische Größe als einen weiteren Vergleich gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die Erfinder haben einleitend einen Sensor für eine physikalische Größe als einen Vergleich hergestellt. Der Sensor ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor 101, der in den 3A bis 3C gezeigt ist. Der Sensor 101 erfasst eine Beschleunigung in der X-Achse, das heißt, der Sensor erfasst eine einzige gerichtete Beschleunigung. Der Sensor 101 beinhaltet ein Halbleitersubstrat 10, das aus Silizium und dergleichen besteht. Das Substrat 10 weist mehrfache Vertiefungen 11 zum Vorsehen von mehreren Paaren von festen Elektroden 1 und beweglichen Elektroden 2 auf. Ein Paar der festen Elektrode 1 und der beweglichen Elektrode 2 liegt einander in der X-Richtung derart gegenüber, dass es einen Kondensator ausbildet, der eine Kapazität aufweist. Ein massiver Abschnitt 3 dehnt sich in die X-Richtung aus.
Die beweglichen Elektroden 2 stehen von dem massiven Abschnitt 3 derart in eine Y-Richtung hervor, dass die beweglichen Elektroden 2 eine Kammzahnform aufweisen. Der massive Abschnitt 3 weist zwei Enden auf, von denen beide derart mit dem Substrat 10 verbunden sind, dass der massive Abschnitt 3 in der X-Richtung verschiebbar, d. h. beweglich, ist. Beide Enden des massiven Abschnitts sind mit Federn 4 verbunden. Jede Feder 4 ist in Übereinstimmung mit der Beschleunigung beweglich.
Die feste Elektrode 1 dehnt sich in die Y-Richtung aus, um der beweglichen Elektrode 2 in der X-Richtung gegenüberzuliegen, und ist mit Elektrodenanschlussflächen 5a bzw. 5b verbunden. Die bewegliche Elektrode 2 ist mit einer Elektrodenanschlussfläche 5c verbunden. Die Anschlussflächen 5a bis 5c bestehen aus Aluminium und dergleichen. Die Anschlussflächen 5a bis 5c sind mit einem Kontaktierungsdraht 20 mit anderen Elektrodenanschlussflächen 6a bis 6c verbunden. Die Anschlussflächen 6a bis 6c sind auf einer Leiterplatte 6 angeordnet, die andere Schaltungschips, wie zum Beispiel eine Hauptplatine, beinhaltet. Die Anschlussflächen 6a bis 6c sind mit einer äußeren Schaltung (nicht gezeigt) verbunden. Daher sind die Anschlussflächen 5a bis 5c über die Anschlussflächen 6a bis 6c und den Kontaktierungsdraht 20 mit der äußeren Schaltung verbunden.
Hierbei ist eine bewegliche Elektrode 2a zwischen einer festen Elektrode 1a und einer anderen festen Elektrode 1b angeordnet, welche aneinander angrenzen. Wenn die Beschleunigung in der X-Richtung auf den Sensor 101 ausgeübt wird, wird die Feder 4 derart in die X-Richtung verschoben, dass ein Abstand zwischen der beweglichen Elektrode 2a und der festen Elektrode 1a, 1b in Übereinstimmung mit der Beschleunigung geändert wird. Deshalb wird eine Kapazität C1 eines Kondensators 21, die zwischen der festen Elektrode 1a und der beweglichen Elektrode 2a ausgebildet ist, geändert und wird ebenso eine andere Kapazität C2 eines Kondensators 22 geändert, der zwischen der festen Elektrode 1b und der beweglichen Elektrode 2a ausgebildet ist.
Ein Ersatzschaltbild dieses Sensors 101 ist auf einer linken Seite in 4 gezeigt. In 4 wird eine gepulste elektrische Spannung Vcc an die feste Elektrode 1a, 1b angelegt. Hierbei oszilliert die gepulste elektrische Spannung Vcc zwischen null Volt und einer vorbestimmten Spannung Vcc. In diesem Fall wird, wenn die Beschleunigung auf den Sensor 101 ausgelegt wird und die Kapazitäten C1, C2 geändert werden, eine Differenz zwischen den Kapazitäten C1, C2 (d. h. eine Kapazitätsänderung ΔC, ΔC = C1 – C2) erzeugt. Die Kapazitätsänderung ΔC wird durch die bewegliche Elektrode 2a erfasst, d. h. die Kapazitätsänderung ΔC wird von der beweglichen Elektrode 2a abgerufen. Die Kapazitätsänderung ΔC, die von der beweglichen Elektrode 2a abgerufen wird, wird von einer Schaltung, wie zum Beispiel einer Schaltkondensatorschaltung 5, abgerufen. Die Schaltkondensatorschaltung 5, die auf einer rechten Seite in 4 gezeigt ist, wandelt die Kapazitätsänderung ΔC zu einer Ausgangsspannung Vout. Das heißt: Vout = (C1 – C2)·Vcc/Cf.
Hierbei wird eine Hälfte der Ausgangsspannung Vcc/2 an die Schaltkondensatorschaltung 5 angelegt und wird eine Kapazität Cf zwischen Eingangs- und Ausgangsseiten der Schaltkondensatorschaltung 5 angeordnet. Daher wird die Beschleunigung erfasst.
In einem Fall, in dem der Sensor 101 die Beschleunigung in einem weiten Bereich erfasst, werden mehrere Sensoren 101 zum Erfassen der Weitbereichsbeschleunigung vorbereitet. Das heißt, mehrere Sensoren 100, die einen unterschiedlichen Erfassungsbereich aufweisen, können die Beschleunigung in einem Bereich zwischen einer verhältnismäßig kleinen Beschleunigung und einer verhältnismäßig großen Beschleunigung erfassen. In diesem Fall beinhalten die Sensoren 101 die Feder 4, die feste Elektrode 1, die bewegliche Elektrode 2 und den massiven Abschnitt 3, von denen jeder unterschiedliche Abmessungen aufweist, so dass der Sensor 101 einen unterschiedlichen Erfassungsbereich aufweist. Zum Beispiel beinhaltet der Sensor 101, wie es in 3 gezeigt ist, zwei Sensoren 101, welche die Federn 4 beinhalten, die eine unterschiedliche Länge aufweisen. Der Sensor 101, der auf der linken Seite in 3A angeordnet ist, beinhaltet eine lange Feder 4a, so dass der Sensor 101 die verhältnismäßig kleine Beschleuni gung erfassen kann. Der Sensor 101, der auf der rechten Seite in 3A angeordnet ist, beinhaltet eine kurze Feder 4b, so dass der Sensor die verhältnismäßig große Beschleunigung erfassen kann. Daher können die Sensoren 101 den weiten Erfassungsbereich aufweisen. Jedoch wird eine Gesamtgröße (d. h. gesamte Abmessungen) der Sensoren 101 größer.
Im Hinblick auf die vorhergehenden Vergleich wird ein Sensor 100 für eine physikalische Größe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Die 1A bis 1C zeigen den Sensor 100. Der Sensor 100 beinhaltet mehrere Federn 41 bis 43, die eine unterschiedliche Federkonstante aufweisen. Die Federn 41 bis 43 sind in Übereinstimmung mit der Beschleunigung angeordnet. In diesem Fall beinhaltet zum Beispiel der Sensor 100 drei unterschiedliche Federn 41 bis 43. Die Federn 41 bis 43 sind auf beiden Enden des massiven Abschnitts 3 angeordnet. Die Feder 41 weist die längsten Träger auf und die Feder 43 weist die kürzesten Träger auf. Der massive Abschnitt 3 wird durch Anker 7 auf dem Substrat 10 gehalten, um die drei Federn 41 bis 43 zu halten. Jede Feder 41 bis 43 beinhaltet ein Paar von Trägern, die sich in der Y-Richtung ausdehnen. Die Feder 41 weist einen Abstand D1 zwischen einem Paar von Trägern der Feder 41 auf, die Feder 42 weist einen Abstand C2 zwischen einem Paar von Trägern der Feder 42 auf und die Feder 43 weist einen Abstand C3 zwischen einem Paar von Trägern der Feder 43 auf. Ein Abstand D4 zwischen der beweglichen Elektrode 2 und der festen Elektrode 1 ist derart vorgesehen, dass: D1 < D2 < D3 = D4.
Wenn die verhältnismäßig kleine Beschleunigung auf den Sensor 100 ausgeübt wird, wird die längste Feder 41 verschoben. In diesem Fall wird, wenn die Feder 41 um den Abstand D1 verschoben wird, d. h. ein Paar der Träger der Feder 41 berühren einander, die Verschiebung der Feder 41 darin beschränkt, sich zu verschieben.
Weiterhin wird eine verhältnismäßig mittlere Beschleunigung auf den Sensor 100 ausgeübt, welche größer als die kleine Beschleunigung ist, wodurch die zweitlängste Feder 42 verschoben wird. Zu diesem Zeitpunkt be halten die Träger der Feder 41 bei, sich einander zu berühren. In diesem Fall wird, wenn die Feder 42 um den Abstand D2 verschoben wird, d. h. ein Paar der Träger der Feder 42 berühren einander, die Verschiebung der Feder 42 darin beschränkt, sich zu verschieben.
Weiterhin wird die verhältnismäßig große Beschleunigung auf den Sensor 100 ausgeübt, welche größer als die mittlere Beschleunigung ist, wodurch die kürzeste Feder 43 verschoben wird. Zu diesem Zeitpunkt behalten die Träger der Feder 41 und die Träger der Feder 42 bei, sich einander zu berühren. In diesem Fall wird, wenn die Feder 43 um den Abstand D3 verschoben wird, d. h. ein Paar der Träger der Feder 43 berühren einander, die Verschiebung der Feder 43 darin beschränkt, sich zu verschieben. Daher kann der Sensor 100 die Beschleunigung erfassen, bis die Träger der Feder 43 einander berühren.
Daher wird, wenn die Federn 41 bis 43, die eine jeweils unterschiedliche Länge aufweisen, verschoben werden, der Abstand D4 zwischen der beweglichen Elektrode 2 und der festen Elektrode 1 ebenso in Übereinstimmung mit der Verschiebung der Federn 41 bis 43 geändert. Genauer gesagt kann der Abstand D4 in Bezug zu der Beschleunigung in einem Bereich zwischen der kleinen Beschleunigung und der großen Beschleunigung geändert werden. Deshalb kann der Sensor 100 die Beschleunigung in einem weiten Bereich erfassen, d. h. der Sensor 100 weist einen weiten Erfassungsbereich auf.
2A zeigt eine Beziehung zwischen der Beschleunigung und dem Abstand D4 zwischen der beweglichen Elektrode 2 und der festen Elektrode 1 in dem Sensor 101, der in den 3A bis 3C gezeigt ist. 2B zeigt eine Beziehung zwischen der Beschleunigung und dem Abstand D4 zwischen der beweglichen Elektrode 2 und der festen Elektrode 1 in dem Sensor 100, der in den 1A bis 1C gezeigt ist. In 2A entspricht eine linke Kurve dem Sensor 101, der die Feder 4 aufweist, welche die gleichen Abmessungen wie die längste Feder 41 aufweist. Eine mittlere Kurve entspricht dem Sensor 101, der die Feder 4 aufweist, welche die gleichen Abmessungen wie die zweitlängste Feder 42 aufweist. Eine rechte Kurve entspricht dem Sensor 101, der die Feder 4 aufweist, welche die gleichen Ab messungen wie die kürzeste Feder 43 aufweist. In 2A wird der Abstand D4 in dem Sensor 101 schnell in Übereinstimmung mit der Beschleunigung erhöht. Deshalb weist jede Kurve eine größte Krümmung auf. Jedoch wird in 2B der Abstand D4 in dem Sensor 100 glatt in Übereinstimmung mit der Beschleunigung geändert.
Weiterhin kann der Sensor 100, da der Sensor 100 den weiten Erfassungsbereich der Beschleunigung aufweist, die Beschleunigung in einem weiten Bereich ohne Anordnen mehrerer Sensoren 100 erfassen. Daher kann der Sensor 100 verkleinert werden, d. h. der Sensor 100 wird klein. Weiterhin weist, da der Sensor 100 eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristiken aufweist, der Sensor 100 einen weiten dynamischen Bereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die Erfinder haben einleitend einen Sensor für eine physikalische Größe als einen weiteren Vergleich hergestellt. Der Sensor ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor 201, der in 10 gezeigt ist. Der Sensor 201 beinhaltet ein Substrat, das derart mehrere Vertiefungen aufweist, dass die feste Elektrode 1 und die beweglichen Elektroden 2 ausgebildet sind. Die feste Elektrode 1 beinhaltet eine rechtsseitige feste Elektrode 1c und eine linksseitige feste Elektrode 1d. Die rechtsseitigen und linksseitigen festen Elektrode 1c, 1d liegen der beweglichen Elektrode 2 in der X-Richtung derart gegenüber, welche eine Erfassungsrichtung der Beschleunigung ist, dass Kondensatoren ausgebildet werden, die jeweils eine Kapazität aufweisen.
Der massive Abschnitt 3 dehnt sich in die X-Richtung aus. Die beweglichen Elektroden 2 stehen von dem massiven Abschnitt 3 derart in die Y-Richtung hervor, dass die beweglichen Elektroden 2 eine Kammzahnform aufweisen. Der massive Abschnitt 3 weist zwei Enden auf, von denen beide derart mit dem Substrat 10 verbunden sind, dass der massive Abschnitt 3 in der X-Richtung verschiebbar (d. h. beweglich) ist. Beide Enden des massiven Abschnitts 3 sind jeweils mit Federn 4 verbunden. Jede Feder 4 ist in der X-Richtung in Übereinstimmung mit der Beschleunigung beweglich. Die Fe der weist eine Schleife auf, die durch ein Paar von Trägern vorgesehen ist. Ein Anschlag 210 beschränkt eine Verschiebung der Feder 4.
Die rechtsseitigen und linksseitigen festen Elektroden 1c, 1d dehnen sich in die Y-Richtung aus, um der beweglichen Elektrode 2 in der X-Richtung gegenüberzuliegen, und sind jeweils mit Elektrodenanschlussflächen 5a, 5b verbunden. Die bewegliche Elektrode 2 ist mit einer Elektrodenanschlussfläche 5c verbunden. Die Anschlussflächen 5a bis 5c bestehen aus Aluminium oder dergleichen. Die Anschlussflächen 5a bis 5c sind mit einem Kontaktierungsdraht (nicht gezeigt) mit der äußeren Schaltung verbunden.
Der Sensor 201 weist eine Beziehung zwischen der Kapazitätsänderung ΔC und der Beschleunigung auf, die als gestrichelte Linien in 6 gezeigt ist. Die Linearität der Beziehung in dem Sensor 201 ist niedrig. Genauer gesagt weicht das Ausgangssignal des Sensors 201 in Übereinstimmung mit der Verschiebung der beweglichen Elektrode 2 derart schnell von einer vorbestimmten Linie ab, dass der Sensor 201 einen kleinen Erfassungsbereich zum Erfassen der Beschleunigung aufweist.
Im Hinblick auf den vorhergehenden Vergleich wird ein Sensor 200 für eine physikalische Größe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschaffen. Wie es in 5 gezeigt ist, beinhaltet der Sensor 200 den massiven Abschnitt 3, die ersten und zweiten Federn 4c, 4d und die ersten und zweiten Anschläge 210a, 210b. Die ersten und zweiten Federn 4c, 4d sind an beiden Enden des massiven Abschnitts 3 angeordnet und sind in der X-Richtung beweglich, d. h. verschiebbar. Hierbei ist die X-Richtung eine Beschleunigungserfassungsrichtung. Die ersten und zweiten Federn 4c bzw. 4d weisen eine Schleife auf. Die ersten und zweiten Anschläge 210a, 210b beschränken Verschiebungen der ersten bzw. zweiten Federn 4c, 4d. Genauer gesagt beschränken die Anschläge 210a, 210b den Verschiebungsbereich der Federn 4c, 4d. Der erste Anschlag 210a zum Beschränken der ersten Feder 4c wird auf der zweiten Feder 4d gehalten. Der zweite Anschlag 210b zum Beschränken der zweiten Feder 4d wird auf der zweiten Feder 4d gehalten. Die zweite Feder 4d weist eine Länge in der Längsrichtung auf, die kürzer als die der ersten Feder 4c ist, so dass die Federkonstante der zweiten Feder 4d größer als die der ersten Feder 4c ist.
Genauer gesagt wird die Länge der zweiten Feder 4d in der Y-Richtung kurz. Hierbei ist die Y-Richtung senkrecht zu der Beschleunigungserfassungsrichtung, d. h. der X-Richtung.
Die rechtsseitigen und linksseitigen festen Elektroden 1c, 1d liegen den rechtsseitigen und linksseitigen beweglichen Elektroden 2b, 2c in der X-Richtung derart gegenüber, dass Kondensatoren ausgebildet werden, die jeweils eine Kapazität aufweisen. Der massive Abschnitt 3 dehnt sich in die X-Richtung aus. Die rechtsseitigen und linksseitigen beweglichen Elektroden 2b, 2c stehen von dem massiven Abschnitt 3 derart in die Y-Richtung hervor, dass die beweglichen Elektroden 2b, 2c eine Kammzahnform aufweisen. Die rechtsseitigen und linksseitigen festen Elektroden 1c, 1d weisen ebenso eine Kammzahnform auf. Jede Feder 4c, 4d ist in Übereinstimmung mit der Beschleunigung in der X-Richtung beweglich. Die Feder 4c, 4d weist eine Schleife auf, die durch ein Paar von Trägern vorgesehen ist.
In dem Sensor 200 beinhalten der erste Anschlag 210a und der massive Abschnitt 3 mehrere Öffnungen. Jedoch können sie für den Sensor 200 ohne irgendeine Öffnung verwendet werden.
Die Verschiebung der beweglichen Elektroden 2b, 2c wird durch das Feder/Masseystem vorgesehen, das zuerst aus der ersten Feder 4c und dem massiven Abschnitt 3 besteht. Wenn die Beschleunigung auf den Sensor 200 ausgeübt wird, nimmt der massive Abschnitt 3 eine Trägheitskraft auf, die der Beschleunigung entspricht. Dann wird die erste Feder 4c verschoben, bis die Trägheitskraft mit der Federkraft der ersten Feder 4c ausgeglichen ist. Die. beweglichen Elektroden 2b, 2c werden ebenso zusammen mit der Verschiebung der ersten Feder 4c verschoben. Daher wird über die Verschiebung der beweglichen Elektroden 2b, 2c entschieden.
Weiterhin wird, wenn die Beschleunigung größer wird, die Verschiebung der beweglichen Elektroden 2b, 2c ebenso proportional zu der Erhöhung der Beschleunigung erhöht. Die Verschiebung der beweglichen Elektroden 2b, 2c wird durch eine Federkonstante der ersten Feder 4c definiert, bis der erste Anschlag 210a die Verschiebung beschränkt, d. h. bis der erste Anschlag 210a den Träger der ersten Feder 4c berührt.
Der erste Anschlag 210a zum Beschränken der ersten Feder 4c wird auf der zweiten Feder 4d gehalten. Weiterhin ist die Federkonstante der zweiten Feder 4d größer als die der ersten Feder 4c. Deshalb kann auch dann, wenn der erste Anschlag 210a die erste Feder 4c berührt, der massive Abschnitt 3 verschoben werden. In diesem Fall ist die Verschiebung des massiven Abschnitts 3 durch die Federkonstante der zweiten Feder 4d definiert. Deshalb ist die Erhöhung der Verschiebung des massiven Abschnitts 3, die der Erhöhung der Beschleunigung entspricht, kleiner als die in einem Fall, in dem die Verschiebung durch die Federkonstante der erste Feder 4c definiert ist. Genauer gesagt wird die Verschiebung des massiven Abschnitts 3 in einem Bereich einer hohen Beschleunigung unterdrückt. Daher berühren die festen Elektroden 1c, 1d die beweglichen Elektroden 2b, 2c nicht, bis der zweite Anschlag 210b den Träger der zweiten Feder 4d berührt. Das heißt, die Beschränkung des zweiten Anschlags 210b zum Beschränken der zweiten Feder 4d wird größer. Deshalb kann der Sensor 200 den Bereich einer hohen Beschleunigung erfassen, d. h. der Sensor weist einen großen Beschleunigungserfassungsbereich auf, so dass der Sensor 200 einen weiten dynamischen Bereich der Beschleunigung aufweist. Weiterhin weist der Sensor im Wesentlichen eine hohe Empfindlichkeit auf.
Der Sensor 200 zeigt eine Beziehung zwischen der Kapazitätsänderung ΔC und der Beschleunigung, die als eine durchgezogene Linie in 6 gezeigt ist. Die Linearität der Beziehung in dem Sensor 200 ist hoch. Genauer gesagt weicht das Ausgangssignal des Sensors 200 in Übereinstimmung mit der Verschiebung der beweglichen Elektrode 2c, 2d im Wesentlichen in einem weiten Bereich nicht von einer vorbestimmten Linie ab. Bei der gestrichelten Linie, die die Ausgangscharakteristik des Sensors 201 darstellt, wird die Kapazitätsänderung ΔC als das Ausgangssignal des Sensors 201 schnell erhöht, wenn die Beschleunigung erhöht wird. Deshalb weist die gestrichelte Linie eine große Krümmung auf. Jedoch wird bei der durchgezogenen Linie, die die Ausgangscharakteristik des Sensors 200 darstellt, die Kapazitätsänderung ΔC als das Ausgangssignal des Sensors 200 allmählich (d. h. glatt) erhöht, wenn die Beschleunigung erhöht wird. Das heißt, ein Bereich der Kurve, welcher eine große Krümmung aufweist, wird zu der Seite einer größeren Beschleunigung verschoben. Dies ist so, da der erste An schlag 210a die Verschiebung der ersten Feder 4c beschränkt, bis der erste Anschlag 210a die erste Feder 4c berührt und danach die zweite Feder 4d für die Verschiebung verwendet wird, so dass der Sensor 200 den weiten Erfassungsbereich der Beschleunigung aufweisen kann. Daher wird die Linearität der Beziehung zwischen der Kapazitätsänderung ΔC und der Beschleunigung verbessert, so dass der Sensor 200 den weiten Erfassungsbereich zum Erfassen der Beschleunigung aufweist.
Weiterhin kann der Sensor 200, da der Sensor 200 den weiten Erfassungsbereich der Beschleunigung aufweist, die Beschleunigung in einem weiten Bereich ohne Anordnen von mehreren Sensoren 200 erfassen. Daher kann der Sensor 200 verkleinert werden, d. h. der Sensor 200 wird klein. Weiterhin weist der Sensor 200, da der Sensor eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristiken aufweist, einen weiten dynamischen Bereich und hohe Empfindlichkeit auf.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Ein Sensor 300 für eine physikalische Größe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt. Der Sensor 300 beinhaltet mehrere Federn 4c bis 4g und mehrere Anschläge 210a bis 210e. In 7 sind fünf Federn 4c bis 4g und fünf Anschläge 210a bis 210e auf beiden Enden des massiven Abschnitts 3 angeordnet. Die fünf Federn 4c bis 4g weisen jeweils unterschiedliche Federkonstanten auf.
Der erste Anschlag 210a zum Beschränken der ersten Feder 4c wird auf der zweiten Feder 4d gehalten. Die erste Feder 4c weist eine Länge in der Breitenrichtung auf, die länger als die der zweiten Feder 4d ist, so dass die Federkonstante der ersten Feder 4c kleiner als die der zweiten Feder 4d ist. Der zweite Anschlag 210b zum Beschränken der zweiten Feder 4d wird auf der dritten Feder 4e gehalten. Die zweite Feder 4d weist eine Länge in der Breitenrichtung auf, die länger als die der dritten Feder 4e ist, so dass die Federkonstante der zweiten Feder 4d kleiner als die der dritten Feder 4e ist. Der dritte Anschlag 210c zum Beschränken der dritten Feder 4e wird auf der vierten Feder 4f gehalten. Die dritte Feder 4e weist eine Länge in der Breitenrichtung auf, die länger als die der vierten Feder 4f ist, so dass die Federkonstante der dritten Feder 4e kleiner als die der vierten Feder 4f ist. Der vierte Anschlag 210d zum Beschränken der vierten Feder 4f wird auf der fünften Feder 4d gehalten. Die vierte Feder 4f weist eine Länge in der Breitenrichtung auf, die länger als die der fünften Feder 4g ist, so dass die Federkonstante der vierten Feder 4f kleiner als die der fünften Feder 4e ist.
In diesem Fall weist die Ausgangscharakteristik des Sensors 300 mehrere Wendepunkte auf. Genauer gesagt wird in die Ausgangscharakteristik des Sensors 300 die Kapazitätsänderung ΔC als das Ausgangssignal des Sensors 300 sehr sacht, d. h. glatt, erhöht, wenn die Beschleunigung erhöht wird. Daher ist die Linearität der Beziehung zwischen der Kapazitätsänderung ΔC und der Beschleunigung stark verbessert, so dass der Sensor 300 den weiten Erfassungsbereich zum Erfassen der Beschleunigung aufweist.
Weiterhin kann der Sensor 300 verkleinert werden. Weiterhin weist der Sensor 300, da der Sensor 300 eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristiken aufweist, einen weiten dynamischen Bereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Ein Sensor 400 für eine physikalische Größe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 8 gezeigt. Der Sensor 400 beinhaltet zwei Federn 4h, 4i und zwei Anschläge 210f, 210g. Die Feder 4h eines zweiten Typs weist einen unterschiedlichen Aufbau zu dem der Feder 4h des ersten Typs auf. Der Anschlag 210g des zweiten Typs weist ebenso einen unterschiedlichen Aufbau zu dem des Anschlags 210f des ersten Typs auf. Der Anschlag 210g des zweiten Typs weist ebenso einen unterschiedlichen Aufbau zu dem des Anschlags 210f des ersten Typs auf. Der Anschlag 210g des zweiten Typs ist an einem Ende der Feder 4i des zweiten Typs angeordnet. In diesem Fall wird, wenn der zweite Anschlag 210g die Feder 4h des ersten Typs kontaktiert, eine Gesamtfederkonstante der Federn 4h, 4i geändert.
In 8 ist die Feder 4i des zweiten Typs in einer Schleife der Feder 4h des ersten Typs angeordnet. Die Federkonstante der Feder 4i des zweiten Typs ist größer als die der Feder 4h des ersten Typs. Der Anschlag 210g des zweiten Typs zum Beschränken der Feder 4i des zweiten Typs ist integral in der Feder 4i des zweiten Typs ausgebildet, um an die Feder 4h des ersten Typs anzugrenzen (d. h. diese zu berühren). Deshalb wird die Feder 4h des ersten Typs, wenn die Beschleunigung auf den Sensor 400 ausgeübt wird, verschoben, bis der Anschlag 210g des zweiten Typs die Feder 4h des ersten Typs berührt. Daher wird die Verschiebung der beweglichen Elektrode 2 durch die Feder 4h des ersten Typs definiert. Weiterhin berührt der Anschlag 210g des zweiten Typs, wenn die Beschleunigung größer wird, die Feder 4h des ersten Typs. Danach wird die Feder 4h des ersten Typs zusammen mit der Feder 4i des zweiten Typs in Übereinstimmung mit der Beschleunigung verschoben. In diesem Fall wird die Gesamtfederkonstante der Feder 4h des ersten Typs zusammen mit der Feder 4i des zweiten Typs größer, so dass die Verschiebung der beweglichen Elektrode 2 durch die Gesamtfederkonstante der Federn 4h, 4i des ersten Typs und zweiten Typs definiert ist, bis der Anschlag 210f des ersten Typs die Verschiebung beschränkt, d. h. bis der Anschlag 210f des ersten Typs die Feder 4h des ersten Typs zusammen mit der Feder 4i des zweiten Typs berührt.
Daher weist der Sensor 400 den weiten Erfassungsbereich zum Erfassen der Beschleunigung auf. Weiterhin kann der Sensor 400 verkleinert werden. Weiterhin weist der Sensor 400, da der Sensor 400 eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristiken aufweist, einen weiten dynamischen Bereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.
Der Sensor 400 kann unterschiedliche elektrische Potentiale der Feder 4h, 4h des ersten Typs und zweiten Typs aufweisen, da die Feder 4h des ersten Typs einen unterschiedlichen Aufbau zu der Feder 4i des zweiten Typs aufweist. Daher berührt die Feder 4h des ersten Typs, wenn die Feder 4i des zweiten Typs, d. h. der Anschlag 210g des zweiten Typs, die Feder 4h des ersten Typs berührt, ein Schaltsignal derart erzeugt werden, dass der Sensor 400 eine Schaltfunktion aufweist. Deshalb wird das Schaltsignal an dem Wendepunkt erzeugt, an dem der Anschlag 210g des zweiten Typs die Feder 4h des ersten Typs berührt. Daher kann der Sensor vorsehen, einen Verstärkungsfaktor einer Signalverarbeitungsschaltung, Filtercharakteristiken und/oder Signalcharakteristiken in Übereinstimmung mit der Beschleunigung zu schalten.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Ein Sensor 500 für eine physikalische Größe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 9 gezeigt. Der Sensor 500 beinhaltet eine einzelne Feder 4j und zwei Anschläge 210h, 210i. Der zweite Anschlag 210i ist in einer vorbestimmten Position in einem Bewegungsbereich der einzelnen Feder 4j angeordnet. Genauer gesagt ist der zweite Anschlag 210i auf einer Mittenposition in dem Bewegungsbereich angeordnet. Deshalb wird, wenn die einzelne Feder 4j den zweiten Anschlag 210i berührt, der Haltepunkt der einzelnen Feder 4j geändert. Daher weist der Sensor 500 den gleichen Effekt wie in einem Fall auf, in dem die Länge in der Längsrichtung der einzelnen Feder 4j geändert wird. Genauer gesagt weist der Sensor 500 die gleiche Funktion wie der Sensor 200 auf, der in 5 gezeigt ist.

Claims

Sensor für eine physikalische Größe zum Erfassen einer physikalischen Größe, der aufweist: eine Mehrzahl von Federn (4, 4a–4i), wobei die Federn (4, 4a–4i) jeweils unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.
Sensor nach Anspruch 1, der weiterhin aufweist: eine feste Elektrode (1, 1a–1d); und eine bewegliche Elektrode (2, 2a–2c), die die Federn (4, 4a–4i) verbindet, wobei der Sensor ein kapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) der festen Elektrode (1, 1a–1d) mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen derart gegenüberliegt, dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird, der eine Kapazität (C1, C2) aufweist, und die Feder (4, 4a–4i) in Übereinstimmung mit der Beschleunigung derart beweglich ist, dass der Abstand zwischen den beweglichen und festen Elektroden (1, 1a–1b, 2, 2a–2c) geändert wird.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor die physikalische Größe in einer Erfassungsrichtung erfasst, und die Federn (4, 4a–4d) unterschiedliche Längen in Längsrichtung aufweisen, die senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe sind.
Sensor nach Anspruch 3, wobei die Feder (4, 4a–4g) durch ein Paar von Trägern vorgesehen ist, die eine Schleife aufweisen, die Träger sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnen, und die Feder (4, 4a–4g) eine derartige rechteckige Form aufweist, dass die Schleife ein Rechteck ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhin aufweist: eine feste Elektrode (1, 1a–1d); und eine bewegliche Elektrode (2, 2a–2c), die die Federn (4, 4a–4i) verbindet, wobei die Federn (4, 4a–4i) in Übereinstimmung mit der physikalischen Größe beweglich sind, und die feste Elektrode (1, 1a–1d) und die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) einen Kondensator (21, 22) vorsehen, der dazwischen derart eine Kapazität (C1, C2) aufweist, dass eine physikalische Größe auf der Grundlage der Kapazität (C1, C2) erfassbar ist.
Sensor nach Anspruch 5, der weiterhin aufweist: einen massiven Abschnitt (3) und ein Substrat (10), wobei die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) von dem massiven Abschnitt (3) hervorsteht, der massive Abschnitt (3) die Federn (4, 4a–-4i) berührt, und die Federn (4, 4a–4i) beweglich mit dem Substrat (10) verbunden sind.
Sensor nach Anspruch 6, wobei der Sensor die physikalische Größe in einer Erfassungsrichtung erfasst, der massive Abschnitt (3) sich in die Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnt, die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnt, und die Federn (4, 4a–4i) sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnen.
Sensor nach Anspruch 7, wobei die Federn (4, 4a–4i) erste und zweite Federn (4a–4d) beinhalten, die erste Feder (4a, 4c) zwischen dem massiven Abschnitt (3) und der zweiten Feder (4b, 4d) angeordnet ist, die zweite Feder (4b, 4d) zwischen der ersten Feder (4a, 4c) und dem Substrat (10) angeordnet ist, und die erste Feder (4a, 4c) eine Länge in Längsrichtung aufweist, die länger als die der zweiten Feder (4b, 4d) ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der weiterhin aufweist: einen Anschlag (210, 210a–210g), wobei die Federn (4, 4c–4i) erste und zweite Federn (4c, 4d, 4h, 4i) beinhalten, der Anschlag (210a) eine Bewegung der ersten Feder (4c, 4h) beschränkt, und die zweiten Federn (4d, 4i) den Anschlag (210a) halten.
Sensor nach Anspruch 9, wobei die erste Feder (4h, 4c) beweglich ist, bis der Anschlag (210a) die erste Feder (4c, 4h) berührt.
Sensor nach Anspruch 9 oder 10, der weiterhin aufweist: eine feste Elektrode (1, 1c–1d); und eine bewegliche Elektrode (2, 2b–2c), die der festen Elektrode (1, 1c–1d) gegenüberliegt, wobei die ersten und zweiten Federn (4, 4c, 4d) mit der beweglichen Elektrode (2, 2b–2c) verbunden sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Sensor ein kapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen derart gegenüberliegt, dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird, der eine Kapazität (C1, C2) aufweist, und die ersten und zweiten Federn (4, 4c–4d) in Übereinstimmung mit der Beschleunigung derart beweglich sind, dass der Abstand zwischen den beweglichen und festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c) geändert wird.
Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, der weiterhin aufweist: ein Substrat (10); und einen weiteren Anschlag (210, 210b, 210e) zum Beschränken einer Bewegung der zweiten Feder (4d), wobei der andere Anschlag (210, 210b, 210e) an dem Substrat (10) befestigt ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, der weiterhin aufweist: eine feste Elektrode (1, 1c–1d); und eine bewegliche Elektrode (2, 2b, 2c), die mit den Federn (4, 4c-4h) verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Federn (4, 4c, 4d, 4h, 4i) in Übereinstimmung mit der physikalischen Größe beweglich sind, und die feste Elektrode (1, 1c–1d) und die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) einen Kondensator (21, 22) vorsehen, der dazwischen derart eine Kapazität (C1, C2) aufweist, dass die physikalische Größe auf der Grundlage der Kapazität (C1, C2) erfassbar ist.
Sensor nach Anspruch 14, der weiterhin aufweist: einen massiven Abschnitt (3); und ein Substrat (10), wobei die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) von dem massiven Abschnitt (3) hervorsteht, der massive Abschnitt (3) die ersten und zweiten Federn (4, 4c, 4d, 4h, 4i) verbindet, und die ersten und zweiten Federn (4, 4c, 4d, 4h, 4i) beweglich mit dem Substrat (10) verbunden sind.
Sensor nach Anspruch 15, wobei der Sensor die physikalische Größe in einer Erfassungsrichtung erfasst, der massive Abschnitt (3) sich in die Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnt, die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnt, und die ersten und zweiten Federn (4, 4c, 4d, 4h, 4i) sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnen.
Sensor nach Anspruch 16, wobei die erste Feder (4c) zwischen dem massiven Abschnitt (3) und der zweiten Feder (4d) angeordnet ist, die zweite Feder (4d) zwischen der ersten Feder (4c) und dem Substrat (10) angeordnet ist, und die erste Feder (4c) eine Länge in Längsrichtung aufweist, die länger als die der zweiten Feder (4d) ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der weiterhin aufweist: eine Mehrzahl von Anschlägen (210, 210f–210g), die ersten und zweite Anschläge (210f–210g) beinhalten, wobei die Federn (4, 4h–4i) erste und zweite Federn (4, 4h–4i) beinhalten, der erste Anschlag (210f) eine Bewegung der ersten Feder (4h) beschränkt, der zweite Anschlag (210g) eine Bewegung der zweiten Feder (4i) beschränkt, die erste Feder (4h) eine Schleife beinhaltet, welche in Übereinstimmung mit der physikalischen Größe beweglich ist, und die zweite Feder (4i) in der Schleife der ersten Feder (4h) angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 18, wobei die erste Feder (4h) beweglich ist, bis der erste Anschlag (210f) die erste Feder (4h) berührt, und die zweite Feder (4i) zusammen mit der ersten Feder (4h) beweglich ist, nachdem der zweite Anschlag (210g) die erste Feder (4h) berührt.
Sensor nach Anspruch 18 oder 19, der weiterhin aufweist: eine feste Elektrode (1, 1c–1d); und eine bewegliche Elektrode (2, 2b–2c), die der festen Elektrode (1, 1c– 1d) gegenüberliegt, wobei die erste Feder (4h) den ersten Anschlag (210f) hält und mit der beweglichen Elektrode (2, 2b–2c) verbunden ist, und die zweite Feder (4i) den zweiten Anschlag (210g) hält und mit dem Substrat (10) verbunden ist.
Sensor nach Anspruch 20, wobei der Sensor ein kapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen derart gegenüberliegt, dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird, der eine Kapazität (C1, C2) aufweist, und die ersten und zweiten Federn (4, 4h–4i) in Übereinstimmung mit der Beschleunigung derart beweglich sind, dass der Abstand zwischen den beweglichen und festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c) geändert wird.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der weiterhin aufweist: eine Mehrzahl von Anschlägen (210, 210a–210e), die erste, zweite und dritte Anschläge (210, 210a, 210b) beinhalten, wobei die Federn (4, 4c–4g) erste, zweite und dritte Federn (4, 4c–4i) beinhalten, der erste Anschlag (210a) eine Bewegung der ersten Feder (4c) beschränkt, der zweite Anschlag (210b) eine Bewegung der zweiten Feder beschränkt, der dritte Anschlag (210c) eine Bewegung der dritten Feder (4e) beschränkt, die zweite Feder (4d) den ersten Anschlag (210a) hält und die dritte Feder (4e) den zweiten Anschlag (210b) hält.
Sensor nach Anspruch 22, der weiterhin aufweist: eine feste Elektrode (1, 1c–1d); und eine bewegliche Elektrode (2, 2b–2c), die der festen Elektrode (1, 1c–1d) gegenüberliegt, wobei die ersten, zweiten und dritten Federn (4, 4c–4e) mit der beweglichen Elektrode (2, 2b–2c) verbunden sind, und der dritte Anschlag (210c) an dem Substrat (10) befestigt ist.
Sensor nach Anspruch 23, wobei der Sensor ein kapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen derart gegenüberliegt, dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird, der eine Kapazität (C1, C2) aufweist, und die ersten, zweiten und dritten Federn (4, 4c–4e) in Übereinstimmung mit der Beschleunigung derart beweglich sind, dass der Abstand zwischen den beweglichen und festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c) geändert wird.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der weiterhin aufweist: ein Substrat (10); und eine Mehrzahl von Anschlägen (210, 210a–210b), die erste und zweite Anschläge (210, 210a–210) beinhalten, wobei die Federn (4, 4c–4d) erste und zweite Federn (4, 4c–4d) beinhalten, wobei der erste Anschlag (210a) auf der zweiten Feder (4d) gehalten wird, der erste Anschlag (210a) eine Bewegung der ersten Feder (4c) beschränkt, der zweite Anschlag (210b) eine Bewegung der zweiten Feder (4d) beschränkt, und der zweite Anschlag (210b) an dem Substrat (10) befestigt ist.
Sensor nach Anspruch 25, der weiterhin aufweist: eine feste Elektrode (1, 1c–1d); und eine bewegliche Elektrode (2, 2b–2c), die der festen Elektrode (1, 1c–1d) gegenüberliegt, wobei die Federn (4, 4c–4d) mit der beweglichen Elektrode (2, 2b–2c) verbunden sind.
Sensor nach Anspruch 26, wobei der Sensor ein kapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen derart gegenüberliegt, dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird, der eine Kapazität (C 1, C2) aufweist, und die Federn (4, 4c–4d) in Übereinstimmung mit der Beschleunigung derart beweglich sind, dass der Abstand zwischen den beweglichen und festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c) geändert wird.
Sensor für eine physikalische Größe zum Erfassen einer physika tischen Größe, der aufweist: eine Feder (4, 4j); und eine Mehrzahl von Anschlägen (210, 210h–210i), die erste und zweite Anschläge (210, 210h–210i) beinhalten, wobei der erste Anschlag (210h) eine Bewegung der Feder (4, 4j) an einer ersten Position beschränkt, und der zweite Anschlag (210i) eine Bewegung der Feder (4, 4j) an einer zweiten Position beschränkt.
Sensor nach Anspruch 28, wobei die Feder (4, 4j) beweglich ist, bis der erste Anschlag (210h) die Feder (4, 4j) berührt, die Feder (4, 4j) eine erste Federcharakteristik aufweist, bis der zweite Anschlag (210i) die Feder (4, 4j) berührt, und die Feder (4, 4j) eine zweite Federcharakteristik aufweist, nachdem der zweite Anschlag (210i) die Feder (4, 4j) berührt.
Sensor nach Anspruch 28 oder 29, der weiterhin aufweist: eine feste Elektrode (1, 1c–1d); und eine bewegliche Elektrode (2, 2b–2c), die der festen Elektrode (1, 1c–1d) gegenüberliegt, wobei die Feder (4, 4j) mit der beweglichen Elektrode (2, 2b–2c) verbunden ist.
Sensor nach Anspruch 30, wobei die Feder (4, 4j) in Übereinstimmung mit der physikalischen Größe beweglich ist, und die feste Elektrode (1, 1c–1d) und die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) einen Kondensator (21, 22) vorsehen, der dazwischen derart eine Kapazität (C1, C2) aufweist, dass die physikalische Größe auf der Grundlage der Kapazität (C1, C2) erfassbar ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei die Anschläge (210, 210h–210i) weiterhin einen dritten Anschlag beinhalten, und der dritte Anschlag eine Bewegung der Feder (4, 4j) an einer dritten Position beschränkt.
Sensor nach Anspruch 32, der weiterhin aufweist: eine feste Elektrode (1, 1c–1d); und eine bewegliche Elektrode (2, 2b–2c), die der festen Elektrode (1, 1c– 1d) gegenüberliegt, wobei die Feder (4, 4j) mit der beweglichen Elektrode (2, 2b–2c) verbunden ist.
Sensor nach Anspruch 33, wobei der Sensor ein kapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen derart gegenüberliegt, dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird, der eine Kapazität (C1, C2) aufweist, und die Feder in Übereinstimmung mit der Beschleunigung derart beweglich ist, dass der Abstand zwischen den beweglichen und festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c) geändert wird.