JP2000155127A - 超小型機械式加速スイッチ - Google Patents
超小型機械式加速スイッチInfo
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- switch
- contact
- housing
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- rod
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/135—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by making use of contacts which are actuated by a movable inertial mass
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
- H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
- H01H1/20—Bridging contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
- H01H35/14—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
シリコン又はそれに類似する材料の超小型機械式加速ス
イッチは、弾性電極要素、プルーフ質量、ハウジング、
及び、電極要素とプルーフ質量とをハウジングに接続す
るバネ要素を備える。電極要素はプルーフ質量と近接し
て機械的に接続される。プルーフ質量は、その重心がバ
ネ要素を通る軸から所定距離に配置され、それにより、
第１の軸と平行な方向の成分を有する外部から与えられ
た加速に応答して、プルーフ質量がバネ要素軸の周りに
旋回する。また、電極要素もこの軸の周りを旋回する。
旋回角は、本質的に加速のこの成分の大きさに比例す
る。弾性電極要素は、プルーフ質量より非常に小さい質
量を有し、電気的接触を与えると共に電極要素の所定の
旋回角において、スイッチハウジング内の対応する接点
領域との協働を与える少なくとも１つの電気的接点を有
する。
イッチは、弾性電極要素、プルーフ質量、ハウジング、
及び、電極要素とプルーフ質量とをハウジングに接続す
るバネ要素を備える。電極要素はプルーフ質量と近接し
て機械的に接続される。プルーフ質量は、その重心がバ
ネ要素を通る軸から所定距離に配置され、それにより、
第１の軸と平行な方向の成分を有する外部から与えられ
た加速に応答して、プルーフ質量がバネ要素軸の周りに
旋回する。また、電極要素もこの軸の周りを旋回する。
旋回角は、本質的に加速のこの成分の大きさに比例す
る。弾性電極要素は、プルーフ質量より非常に小さい質
量を有し、電気的接触を与えると共に電極要素の所定の
旋回角において、スイッチハウジング内の対応する接点
領域との協働を与える少なくとも１つの電気的接点を有
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン又はそれ
に類似した材料の超小型機械式加速スイッチに関する。
に類似した材料の超小型機械式加速スイッチに関する。
【０００２】本発明は、システムにおいて、所定の加速
度を超えた時を検出したい場合の使用に適する。応用例
は、車両のエアーバッグを起動させるシステム、又は、
ＣＤプレイヤー、遠心分離機及び他の回転システムに関
連するものとすることができ、強い振動を受けたシステ
ムをスイッチオフするシステムに関する。
度を超えた時を検出したい場合の使用に適する。応用例
は、車両のエアーバッグを起動させるシステム、又は、
ＣＤプレイヤー、遠心分離機及び他の回転システムに関
連するものとすることができ、強い振動を受けたシステ
ムをスイッチオフするシステムに関する。
【０００３】
【従来の技術】現在、エアーバッグに関しては、車両の
加速度を常に監視している加速度センサと、加速度が所
定の限界値を超えた時に信号を与える加速スイッチとが
組み合わせて使用されている。加速スイッチは通常は機
械的に作られるので、基準システム中に配置されたバネ
負荷質量は、基準システムとの関連におけるある強さの
加速度を受けると遮断又は接触する。この種のスイッチ
は単純であるが、比較的大きく、製造に費用を要する。
加速度を常に監視している加速度センサと、加速度が所
定の限界値を超えた時に信号を与える加速スイッチとが
組み合わせて使用されている。加速スイッチは通常は機
械的に作られるので、基準システム中に配置されたバネ
負荷質量は、基準システムとの関連におけるある強さの
加速度を受けると遮断又は接触する。この種のスイッチ
は単純であるが、比較的大きく、製造に費用を要する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、同様の方法で動
作する超小型機械式装置が開示されている。これらの例
は、特許公報EP-A-056084、US-A-4855544、WO-A-96/211
57及びWO-A-85/03383に見ることができる。これらにお
いては、選択的に一端にプルーフ質量（proof mass）要
素を有するカンチレバー式のビームが使用される。ある
特定の加速度で、そのビームが十分に曲がって電気的接
触を形成し、加速度が閾値を超えたことを検出する。こ
の閾値レベルはスイッチの物理的パラメータに依存す
る。これらの刊行物に開示された装置は多くの欠点を有
する。ビームは導体を有し、それは、その導体とビーム
の材料との間の熱特性及び弾性特性の相違に起因して温
度変化に敏感となる。しかし、これはWO-A-85/03383で
は幾分違った事情で記載されている。また、導体も比較
的大きな接触面を有するように記載され、静電引力が面
積と共に増加するため、その接触面は信頼できる動作と
低い加速度閾値レベルとを得る可能性を制限する。
作する超小型機械式装置が開示されている。これらの例
は、特許公報EP-A-056084、US-A-4855544、WO-A-96/211
57及びWO-A-85/03383に見ることができる。これらにお
いては、選択的に一端にプルーフ質量（proof mass）要
素を有するカンチレバー式のビームが使用される。ある
特定の加速度で、そのビームが十分に曲がって電気的接
触を形成し、加速度が閾値を超えたことを検出する。こ
の閾値レベルはスイッチの物理的パラメータに依存す
る。これらの刊行物に開示された装置は多くの欠点を有
する。ビームは導体を有し、それは、その導体とビーム
の材料との間の熱特性及び弾性特性の相違に起因して温
度変化に敏感となる。しかし、これはWO-A-85/03383で
は幾分違った事情で記載されている。また、導体も比較
的大きな接触面を有するように記載され、静電引力が面
積と共に増加するため、その接触面は信頼できる動作と
低い加速度閾値レベルとを得る可能性を制限する。
【０００５】上述の刊行物における共通な形態は、それ
らの振動に対する感度であり、それはそれらの共振周波
数においてビームの振動を生じさせることがある。これ
を防止するために、US-A-4855544では、感度方向に対し
てビームと反対側に配置されたプレート上にビームを置
くことにより減衰を制御する試みがなされている。共振
振動を利用するシステムがEP-A-567938に記載されてお
り、それにおいては多数のビームを上記のように使用
し、各ビームは異なる周波数に対して感度を有する。こ
うして、システムの振動周波数を検出することができ
る。
らの振動に対する感度であり、それはそれらの共振周波
数においてビームの振動を生じさせることがある。これ
を防止するために、US-A-4855544では、感度方向に対し
てビームと反対側に配置されたプレート上にビームを置
くことにより減衰を制御する試みがなされている。共振
振動を利用するシステムがEP-A-567938に記載されてお
り、それにおいては多数のビームを上記のように使用
し、各ビームは異なる周波数に対して感度を有する。こ
うして、システムの振動周波数を検出することができ
る。
【０００６】記載されたスイッチの閾値は、ビームの寸
法に依存し、それらの端部のプルーフ質量に依存する。
プルーフ質量のこの配置は、ビームのバネ定数と共に、
スイッチのダイナミックレンジを決定する。異なる閾値
で異なるスイッチを製作する時にはビームの長さとプル
ーフ質量のサイズを変更しなければならないので、閾値
の選択には柔軟性がほとんどない。新たなスイッチは異
なる構成要素を微細機械加工するための新たなマスクと
機器を必要とするので、異なる閾値が必要であれば相当
な費用がかかる。これは、制作中のスイッチの精密調整
の可能性を減少させ、特に構成要素の特殊な適合におい
て、製作コストを制限する。
法に依存し、それらの端部のプルーフ質量に依存する。
プルーフ質量のこの配置は、ビームのバネ定数と共に、
スイッチのダイナミックレンジを決定する。異なる閾値
で異なるスイッチを製作する時にはビームの長さとプル
ーフ質量のサイズを変更しなければならないので、閾値
の選択には柔軟性がほとんどない。新たなスイッチは異
なる構成要素を微細機械加工するための新たなマスクと
機器を必要とするので、異なる閾値が必要であれば相当
な費用がかかる。これは、制作中のスイッチの精密調整
の可能性を減少させ、特に構成要素の特殊な適合におい
て、製作コストを制限する。
【０００７】EP-A-691542に改良が記載され、そこで
は、基板に取付られたトーションバネにより吊り下げら
れた電極要素の非対称形状によりプルーフ質量が得られ
る。接触型、非接触型及びフィードバック検出が記載さ
れている。
は、基板に取付られたトーションバネにより吊り下げら
れた電極要素の非対称形状によりプルーフ質量が得られ
る。接触型、非接触型及びフィードバック検出が記載さ
れている。
【０００８】本発明の目的は、高い信頼性の再現可能な
接点抵抗を与え、製造が単純で費用効率が良く、かつ、
同一チップ上の二軸加速スイッチとしての使用を含む異
なる応用に容易に適合可能な加速スイッチを提供するこ
とにある。
接点抵抗を与え、製造が単純で費用効率が良く、かつ、
同一チップ上の二軸加速スイッチとしての使用を含む異
なる応用に容易に適合可能な加速スイッチを提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、超小型
機械式加速スイッチが提供され、それは、少なくとも１
つのロッドを有する電極要素と、プルーフ質量と、ハウ
ジングと、及び、電極要素とプルーフ質量とを前記ハウ
ジングに接続するバネ要素と、を備え、電極要素はプル
ーフ質量と近接して機械的に接続され、バネ要素は、使
用時に軸の周りに旋回可能なようにバネ要素と電極要素
をハウジングに接続し、少なくとも１つのロッドは可撓
性を有し、ロッドの接点とハウジングの接点領域との間
に弾性的接触を提供し、少なくとも１つのロッドは、プ
ルーフ質量より非常に小さい質量を有し、電極要素の所
定の旋回角においてスイッチハウジングの対応する接点
領域と協働して電気的接触を与える少なくとも１つの電
気的接点要素を有し、及び、プルーフ質量は、その重心
がバネ要素を通る軸から所定距離に配置されている。
機械式加速スイッチが提供され、それは、少なくとも１
つのロッドを有する電極要素と、プルーフ質量と、ハウ
ジングと、及び、電極要素とプルーフ質量とを前記ハウ
ジングに接続するバネ要素と、を備え、電極要素はプル
ーフ質量と近接して機械的に接続され、バネ要素は、使
用時に軸の周りに旋回可能なようにバネ要素と電極要素
をハウジングに接続し、少なくとも１つのロッドは可撓
性を有し、ロッドの接点とハウジングの接点領域との間
に弾性的接触を提供し、少なくとも１つのロッドは、プ
ルーフ質量より非常に小さい質量を有し、電極要素の所
定の旋回角においてスイッチハウジングの対応する接点
領域と協働して電気的接触を与える少なくとも１つの電
気的接点要素を有し、及び、プルーフ質量は、その重心
がバネ要素を通る軸から所定距離に配置されている。
【００１０】一般的に、加速スイッチの幾何学的寸法
は、共振周波数、減衰定数、及び閾値など、特性に影響
を与える周知の物理的考察に基づいて変更することがで
き、異なる応用についてそれを容易に設計することがで
きる。
は、共振周波数、減衰定数、及び閾値など、特性に影響
を与える周知の物理的考察に基づいて変更することがで
き、異なる応用についてそれを容易に設計することがで
きる。
【００１１】こうして、プルーフ質量のサイズ及び位置
により与えられるダイナミックレンジを有するスイッチ
が得られ、閾値はロッドの長さ並びにバネ要素を通る軸
と接点との間の距離により調整可能である。
により与えられるダイナミックレンジを有するスイッチ
が得られ、閾値はロッドの長さ並びにバネ要素を通る軸
と接点との間の距離により調整可能である。
【００１２】信頼性の高い動作のために特に重要なこと
は接点力であり、それは電極の材料とそれらの製作方法
に依存するある値より大きいことを必要とする。
は接点力であり、それは電極の材料とそれらの製作方法
に依存するある値より大きいことを必要とする。
【００１３】本発明では、望ましい加速閾値が与えられ
た時にプルーフ質量とバネの寸法の関数としてロッドの
質量と長さを変更することにより接点力が容易に変更さ
れる。また、予測可能な性能を得るために、加速が閾値
未満に減少した時に電極面間の接触の遮断に抗する“取
り付き（sticking）”力を考慮に入れる必要がある。ロ
ッドをプルーフ質量から分離することは、これの寸法決
定における自由度を与えるので、プルーフ質量の寸法と
は独立に接点力を変化させることができる。異なる長さ
と接点ギャップを有する２つのロッドを使用することに
より、スイッチの閾値を上下方向に異なるようにするこ
とができ、１つ以上のスイッチを同一のスイッチハウジ
ング内に作って、２方向の加速及び／又は異なる方向の
加速に感度を与えることができる。
た時にプルーフ質量とバネの寸法の関数としてロッドの
質量と長さを変更することにより接点力が容易に変更さ
れる。また、予測可能な性能を得るために、加速が閾値
未満に減少した時に電極面間の接触の遮断に抗する“取
り付き（sticking）”力を考慮に入れる必要がある。ロ
ッドをプルーフ質量から分離することは、これの寸法決
定における自由度を与えるので、プルーフ質量の寸法と
は独立に接点力を変化させることができる。異なる長さ
と接点ギャップを有する２つのロッドを使用することに
より、スイッチの閾値を上下方向に異なるようにするこ
とができ、１つ以上のスイッチを同一のスイッチハウジ
ング内に作って、２方向の加速及び／又は異なる方向の
加速に感度を与えることができる。
【００１４】ロッドは、ロッド上の接点とスイッチのハ
ウジングの接点領域との間の弾性的接触を提供する可撓
性の外端部を設け又は有することができる。これは、減
衰した運動を与え、その運動はバネ式ロッド中の望まし
くない振動（接点のはね返り）を防止するために寄与す
ることができる。また、そのような振動は、スイッチの
ハウジングを減衰媒体、好ましくは粘性気体で満たすこ
と、及び、プルーフ質量に平坦な形状を与えてその運動
方向と垂直な領域を提供することにより減衰させること
ができる。こうして、平坦な質量の運動をスクイーズフ
ィルム減衰によって周囲の媒体により減衰させることが
できる。
ウジングの接点領域との間の弾性的接触を提供する可撓
性の外端部を設け又は有することができる。これは、減
衰した運動を与え、その運動はバネ式ロッド中の望まし
くない振動（接点のはね返り）を防止するために寄与す
ることができる。また、そのような振動は、スイッチの
ハウジングを減衰媒体、好ましくは粘性気体で満たすこ
と、及び、プルーフ質量に平坦な形状を与えてその運動
方向と垂直な領域を提供することにより減衰させること
ができる。こうして、平坦な質量の運動をスクイーズフ
ィルム減衰によって周囲の媒体により減衰させることが
できる。
【００１５】交差軸の感度は、トーションバネを高いア
スペクト比（高さ／幅−１＞＞１）とするように設計す
ることにより減少させることができる。
スペクト比（高さ／幅−１＞＞１）とするように設計す
ることにより減少させることができる。
【００１６】さらに、ロッドの弾性は、接点が開閉する
時に、電極面の各々に対する掃引運動を生じさせる。こ
れは、面の清掃効果を確保し、非常に多くの接触動作後
に接点を閉じた時でも、接点抵抗の安定的な値により示
されるようにスイッチの信頼できる動作に寄与する。
時に、電極面の各々に対する掃引運動を生じさせる。こ
れは、面の清掃効果を確保し、非常に多くの接触動作後
に接点を閉じた時でも、接点抵抗の安定的な値により示
されるようにスイッチの信頼できる動作に寄与する。
【００１７】弾性接触要素は過負荷の保護を可能とし、
その保護は、ハウジングの対応する接点領域との接触が
生じる角度より幾分大きな旋回角にプルーフ質量の運動
を制限する。
その保護は、ハウジングの対応する接点領域との接触が
生じる角度より幾分大きな旋回角にプルーフ質量の運動
を制限する。
【００１８】本発明の更なる長所は、実質的に基板又は
フレームの面内の方向への加速の検出のための加速スイ
ッチを提供することを可能とすることである。また、こ
れは、基板面内の２つの直交する軸に沿った加速を検出
するためのモノリシック加速スイッチを構成可能である
ことを示している。機能性のこの統合により、スイッチ
は最小の面積を占有するので製造及び使用が経済的であ
る。
フレームの面内の方向への加速の検出のための加速スイ
ッチを提供することを可能とすることである。また、こ
れは、基板面内の２つの直交する軸に沿った加速を検出
するためのモノリシック加速スイッチを構成可能である
ことを示している。機能性のこの統合により、スイッチ
は最小の面積を占有するので製造及び使用が経済的であ
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明によるスイッチの
例を示す。そのスイッチは、スイッチハウジング５を有
し、スイッチハウジング５はトーションバネ要素３を介
して電極要素４に接続されている。電極要素４は薄いロ
ッド１を有し、ロッド１はその外側端部に電気的接点６
を有する。プルーフ質量２は、電極要素４の旋回軸から
距離ａに重心がくるように配置され、その旋回軸は図２
に示すようにバネ要素３により規定される。
例を示す。そのスイッチは、スイッチハウジング５を有
し、スイッチハウジング５はトーションバネ要素３を介
して電極要素４に接続されている。電極要素４は薄いロ
ッド１を有し、ロッド１はその外側端部に電気的接点６
を有する。プルーフ質量２は、電極要素４の旋回軸から
距離ａに重心がくるように配置され、その旋回軸は図２
に示すようにバネ要素３により規定される。
【００２０】スイッチが電極要素４の軸に平行な方向の
成分を有する加速運動を受けると、プルーフ質量２と電
極４はバネ３の軸の周りを旋回し、ロッド１はハウジン
グ面に向かって又はハウジング面から遠ざかるように移
動するであろう。加速度がある限界値を超えると、接点
６はスイッチのハウジング５の対応する接点領域７に接
触するので（図２及び３を参照）、所定の限界値を超え
たことを示す電気信号が提供される。
成分を有する加速運動を受けると、プルーフ質量２と電
極４はバネ３の軸の周りを旋回し、ロッド１はハウジン
グ面に向かって又はハウジング面から遠ざかるように移
動するであろう。加速度がある限界値を超えると、接点
６はスイッチのハウジング５の対応する接点領域７に接
触するので（図２及び３を参照）、所定の限界値を超え
たことを示す電気信号が提供される。
【００２１】図１に示すスイッチにおいては、電極要素
４は更に選択的に幅広部分を有し、電極要素４の逆の端
部に配置された別のロッド１ａがあり、電極４のその逆
の端部も接点６を有することができ、同一の感度軸に沿
う両方向において加速を検出する可能性を提供する。
４は更に選択的に幅広部分を有し、電極要素４の逆の端
部に配置された別のロッド１ａがあり、電極４のその逆
の端部も接点６を有することができ、同一の感度軸に沿
う両方向において加速を検出する可能性を提供する。
【００２２】図２及び３には、側部から見たスイッチの
断面が示される。これらの図では、電極要素４とプルー
フ質量２が軸の周りに旋回した状態で示され、ロッド１
上の接点６がスイッチハウジング５の上部の接点領域７
に接触している。
断面が示される。これらの図では、電極要素４とプルー
フ質量２が軸の周りに旋回した状態で示され、ロッド１
上の接点６がスイッチハウジング５の上部の接点領域７
に接触している。
【００２３】図では、ハウジング５の上部は、ハウジン
グ５の上部と電極要素４の間の距離要素を使用して隆起
している。加えて、ハウジングの上部には窪みが形成さ
れ、ロッド１とプルーフ要素２が上方へ移動するための
空間を提供している。当然、これもスイッチの上部の窪
み、又はハウジングとスイッチの上部の窪みとの組み合
わせにより得られる。スイッチが加速を受けた時に接点
６が移動する距離は必然的にロッド１の長さに依存する
ので、この長さを調整することによりスイッチの閾値を
制御することができる。プルーフ質量２に比べてロッド
１の質量が小さいので、閾値は容易に調整することがで
きる。接点領域７が既にロッド１の長さの変化を考慮し
た十分な大きさを与えられているならば、ハウジング５
の上部の接点領域７の位置は、スイッチの異なる閾値が
要求される時のみの変更である。
グ５の上部と電極要素４の間の距離要素を使用して隆起
している。加えて、ハウジングの上部には窪みが形成さ
れ、ロッド１とプルーフ要素２が上方へ移動するための
空間を提供している。当然、これもスイッチの上部の窪
み、又はハウジングとスイッチの上部の窪みとの組み合
わせにより得られる。スイッチが加速を受けた時に接点
６が移動する距離は必然的にロッド１の長さに依存する
ので、この長さを調整することによりスイッチの閾値を
制御することができる。プルーフ質量２に比べてロッド
１の質量が小さいので、閾値は容易に調整することがで
きる。接点領域７が既にロッド１の長さの変化を考慮し
た十分な大きさを与えられているならば、ハウジング５
の上部の接点領域７の位置は、スイッチの異なる閾値が
要求される時のみの変更である。
【００２４】図２に示すスイッチは３層からなる。いく
つかの場合には他の材料が適切であろうが、中間層は好
ましくはシリコンである。電極要素４とプルーフ質量２
は、同一の材料片から微細機械加工される。上層と下層
は好ましくはガラスから作られ、電気的接点領域７と対
応する導体は、好ましくはめっき処理との可能な組み合
わせにおいて薄膜蒸着を適用される。
つかの場合には他の材料が適切であろうが、中間層は好
ましくはシリコンである。電極要素４とプルーフ質量２
は、同一の材料片から微細機械加工される。上層と下層
は好ましくはガラスから作られ、電気的接点領域７と対
応する導体は、好ましくはめっき処理との可能な組み合
わせにおいて薄膜蒸着を適用される。
【００２５】また、シリコン層は材料をドープすること
により必要な導電性を有する。ロッド１が導体として動
作するならばこの最後の解決は好ましく、それによりロ
ッド１における２つの異なる材料の使用により生じる温
度依存性は回避される。
により必要な導電性を有する。ロッド１が導体として動
作するならばこの最後の解決は好ましく、それによりロ
ッド１における２つの異なる材料の使用により生じる温
度依存性は回避される。
【００２６】図示の好適な実施形態では、電極要素４と
バネ要素３全体が１つの面内に形成され、プルーフ質量
２はより大きな厚さを有する。
バネ要素３全体が１つの面内に形成され、プルーフ質量
２はより大きな厚さを有する。
【００２７】この構造の微細機械加工は異なる多くの方
法により実現することができ、このプロセスは本発明に
必須のものでは無い。方法の１例は以下の工程を含む：
法により実現することができ、このプロセスは本発明に
必須のものでは無い。方法の１例は以下の工程を含む：
【００２８】ａ）フォトリソグラフィーにより可動部分
とフレームを規定し、その後ｎ型ドーピング要素をｐ型
シリコン中に拡散させる。その代わりに、ｎ層をエピタ
キシャル成長させることができる。
とフレームを規定し、その後ｎ型ドーピング要素をｐ型
シリコン中に拡散させる。その代わりに、ｎ層をエピタ
キシャル成長させることができる。
【００２９】ｂ）背面からウェル又は溝を作るために、
拡散及び／又はエピタキシャル成長により先に作ったｐ
−ｎ接合に対して背面側からウェットエッチングを行
い、トーションバネ３及びアームの厚さを規定する。
拡散及び／又はエピタキシャル成長により先に作ったｐ
−ｎ接合に対して背面側からウェットエッチングを行
い、トーションバネ３及びアームの厚さを規定する。
【００３０】ｃ）前面側から、選択的なフォトリソグラ
フィーマスクイオンエッチングにより可動部分を開放す
る。
フィーマスクイオンエッチングにより可動部分を開放す
る。
【００３１】この後、接点６を規定することができ、ロ
ッド１、１ａの端部及びあらゆる所望の伝導経路又は回
路をシリコン中にドーピングすることができる。接点６
と接点領域７は十分に良好な導電性及び接触特性を有す
る金、その他の材料により作ることができる。
ッド１、１ａの端部及びあらゆる所望の伝導経路又は回
路をシリコン中にドーピングすることができる。接点６
と接点領域７は十分に良好な導電性及び接触特性を有す
る金、その他の材料により作ることができる。
【００３２】図１及び２では、プルーフ質量２は比較的
大きく厚いディスクとして形成される。これは、単純な
製作手順に加え、付加的な長所を与える。電極要素４を
包囲する空間が気体、又は可能であれば液体により満た
されるなら、プルーフ質量２の移動は、それが周囲の媒
体を移動させなければならないので抵抗に出会う。これ
は、電極要素４中の振動の減衰を与える。ハウジング５
により形成されるキャビティは、密閉し又は単に周囲へ
通気させることができるので、キャビティ内の気体は空
気である。例えば、気体が小さな亀裂を通じて押し出さ
れる、いわゆる“スクイーズフィルム（squeezefil
m）”減衰などの異なる中間的解決も使用可能である。
大きく厚いディスクとして形成される。これは、単純な
製作手順に加え、付加的な長所を与える。電極要素４を
包囲する空間が気体、又は可能であれば液体により満た
されるなら、プルーフ質量２の移動は、それが周囲の媒
体を移動させなければならないので抵抗に出会う。これ
は、電極要素４中の振動の減衰を与える。ハウジング５
により形成されるキャビティは、密閉し又は単に周囲へ
通気させることができるので、キャビティ内の気体は空
気である。例えば、気体が小さな亀裂を通じて押し出さ
れる、いわゆる“スクイーズフィルム（squeezefil
m）”減衰などの異なる中間的解決も使用可能である。
【００３３】図３は、ロッド１及びスイッチハウジング
５の上部の詳細を示し、ロッド１の接点６とハウジング
５の接点領域７が相互に接触している。図では、プルー
フ質量２の移動によりロッド１が接点領域７に押しつけ
られた時にロッド１が曲がることも示されている。この
曲がりが接点領域７の掃引運動を生じさせる。また、ロ
ッド１の弾性は振動を減衰させ、電極が“はね返る”こ
とを防止する。
５の上部の詳細を示し、ロッド１の接点６とハウジング
５の接点領域７が相互に接触している。図では、プルー
フ質量２の移動によりロッド１が接点領域７に押しつけ
られた時にロッド１が曲がることも示されている。この
曲がりが接点領域７の掃引運動を生じさせる。また、ロ
ッド１の弾性は振動を減衰させ、電極が“はね返る”こ
とを防止する。
【００３４】図４Ａ〜４Ｃには、スイッチハウジング５
とロッド１との間の異なる種類の接点６、７を示す。最
も単純なものは図４Ａに示され、ロッド１の接点６とハ
ウジング５の対応する接点領域７との間に電気的接触が
形成されている。図４Ｂは、接点６が、両方がハウジン
グ５内に配置されている２つの接点領域７間の接続を提
供する実施形態を示している。図４Ｃは、２つの接点６
を含む類似した解決を示し、各接点６がスイッチハウジ
ング５の接点領域７との接続を提供している。
とロッド１との間の異なる種類の接点６、７を示す。最
も単純なものは図４Ａに示され、ロッド１の接点６とハ
ウジング５の対応する接点領域７との間に電気的接触が
形成されている。図４Ｂは、接点６が、両方がハウジン
グ５内に配置されている２つの接点領域７間の接続を提
供する実施形態を示している。図４Ｃは、２つの接点６
を含む類似した解決を示し、各接点６がスイッチハウジ
ング５の接点領域７との接続を提供している。
【００３５】好ましい実施は、要求される機能性に依存
する。図４Ａの解決は、ロッド１が導体を有し、それは
上述のようにロッド１を形成する材料をドーピングする
ことにより得られる。しかし、金属と比較すると、ドー
ピングしたシリコンは比較的導電率が小さい。この解決
に伴う長所は、導体間の接触面積が小さいことである。
する。図４Ａの解決は、ロッド１が導体を有し、それは
上述のようにロッド１を形成する材料をドーピングする
ことにより得られる。しかし、金属と比較すると、ドー
ピングしたシリコンは比較的導電率が小さい。この解決
に伴う長所は、導体間の接触面積が小さいことである。
【００３６】図４Ｂ及び４Ｃは、分路（shunt）解決を
示し、接点６が、共にスイッチハウジング５に配置され
た２つの導体間の電気的接続を提供する。図４Ｂでは、
接点６が比較的大きな面を有するので、良好な接触を形
成するために要する力はそれに対応して大きくなる。こ
の問題は図４Ｃにより解決され、図４Ｃは結合した時に
１つの接点６の２倍の面のみを有する２つの接点を示す
が、この場合ロッド１は導体として使用される。当然、
これらの実施形態の中間的解決を作ることができ、それ
においてはドーピング又は薄い金属導体を使用して接点
６間に導体を提供することができる。
示し、接点６が、共にスイッチハウジング５に配置され
た２つの導体間の電気的接続を提供する。図４Ｂでは、
接点６が比較的大きな面を有するので、良好な接触を形
成するために要する力はそれに対応して大きくなる。こ
の問題は図４Ｃにより解決され、図４Ｃは結合した時に
１つの接点６の２倍の面のみを有する２つの接点を示す
が、この場合ロッド１は導体として使用される。当然、
これらの実施形態の中間的解決を作ることができ、それ
においてはドーピング又は薄い金属導体を使用して接点
６間に導体を提供することができる。
【００３７】図５はシングルチップ上の二軸加速スイッ
チを示す。第２のスイッチの軸は、第１のスイッチの軸
と実質的に垂直である。この構造により、２つの直交す
る方向の加速を検出することができる。
チを示す。第２のスイッチの軸は、第１のスイッチの軸
と実質的に垂直である。この構造により、２つの直交す
る方向の加速を検出することができる。
【００３８】図６は加速スイッチを３次元で示す。
【００３９】代替的実施形態においては、接点領域８と
図示しないプルーフ質量上の対応する電極との間に電圧
を印加し、若しくは選択的に接点６と接点領域７との間
に電圧を印加し、外部から加わる加速運動が無い時に接
点を静電的に強制的に一体とすることができる。このス
イッチが所定の限界値を超える加速を受けると、接点間
の接続が途切れる。この限界値は印加電圧により設定す
ることができる。こうして、スイッチの閾値を電気的に
選択することができるので、システムにより規定される
範囲内で調整することができる。
図示しないプルーフ質量上の対応する電極との間に電圧
を印加し、若しくは選択的に接点６と接点領域７との間
に電圧を印加し、外部から加わる加速運動が無い時に接
点を静電的に強制的に一体とすることができる。このス
イッチが所定の限界値を超える加速を受けると、接点間
の接続が途切れる。この限界値は印加電圧により設定す
ることができる。こうして、スイッチの閾値を電気的に
選択することができるので、システムにより規定される
範囲内で調整することができる。
【００４０】このように静電力を与えることは、スイッ
チの試験にも利用することができる。電圧の印加のため
に使用される電極８は図２及び６に示される。
チの試験にも利用することができる。電圧の印加のため
に使用される電極８は図２及び６に示される。
【図１】本発明の実施形態の平面図である。
【図２】図１の実施形態の断面図である。
【図３】本発明の電極要素上の接点がスイッチハウジン
グ内の接点領域と接触する状況の詳細を示す。
グ内の接点領域と接触する状況の詳細を示す。
【図４Ａ】ロッド上の接点及びスイッチハウジング内の
対応する領域の異なる構成を示す。
対応する領域の異なる構成を示す。
【図４Ｂ】ロッド上の接点及びスイッチハウジング内の
対応する領域の異なる構成を示す。
対応する領域の異なる構成を示す。
【図４Ｃ】ロッド上の接点及びスイッチハウジング内の
対応する領域の異なる構成を示す。
対応する領域の異なる構成を示す。
【図５】本発明を使用する二軸加速スイッチを示す。
【図６】自己試験電極を有するスイッチを３次元で示
す。
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599143793 ＰＯ Ｂｏｘ 196，Ｎ−3192 Ｈｏｒｔ ｅｎ，Ｎｏｒｗａｙ (72)発明者 ヘンリク ヤコブセン ノールウェー国，エヌ−3192 ホルテン, ピーオウ ボックス 196 シー／オウ センソノール エイエスエイ (72)発明者 グジェルムンド キッティルズランド ノールウェー国，エヌ−3192 ホルテン, ピーオウ ボックス 196 シー／オウ センソノール エイエスエイ (72)発明者 アスゲイル ノード ノールウェー国，エヌ−3192 ホルテン, ピーオウ ボックス 196 シー／オウ センソノール エイエスエイ
Claims (17)
- 【請求項１】 超小型機械式加速スイッチにおいて、 少なくとも１つのロッドを有する電極要素と、 プルーフ質量と、 ハウジングと、及び電極要素とプルーフ質量とをハウジ
ングに接続するバネ要素と、を備え、 電極要素はプルーフ質量と近接して機械的に接続され、 バネ要素は、使用時に軸の周りに旋回可能なようにバネ
要素と電極要素をハウジングに接続し、 少なくとも１つのロッドは可撓性を有し、ロッドの接点
とハウジングの接点領域との間に弾性的接触を提供し、 少なくとも１つのロッドは、プルーフ質量より非常に小
さい質量を有し、使用時に電極要素の所定の旋回角にお
いてハウジングの対応する接点領域と協働して電気的接
触を提供する少なくとも１つの電気的接点要素を有し、
及びプルーフ質量は、その重心がバネ要素を通る軸から
所定距離に配置されているスイッチ。 - 【請求項２】 シリコンで形成される請求項１に記載の
スイッチ。 - 【請求項３】 単結晶シリコンで形成される請求項１に
記載のスイッチ。 - 【請求項４】 ポリシリコン、又はポリシリコン層と単
結晶シリコンの組み合わせにより形成される請求項２に
記載のスイッチ。 - 【請求項５】 少なくとも１つのロッドは弾性を有する
請求項１乃至４のいずれかに記載のスイッチ。 - 【請求項６】 前記電極要素は、前記プルーフ質量と近
接して機械的に接続された２つのロッドを含む請求項１
乃至５のいずれかに記載のスイッチ。 - 【請求項７】 両ロッドは、その外端部に、前記ハウジ
ングの対応する接点領域と協働して電気的接触を与える
少なくとも１つの電気接点を含む請求項６に記載のスイ
ッチ。 - 【請求項８】 ロッドは１つ以上の接点を有し、前記接
点は、電極要素の所定の旋回角において、前記ハウジン
グ内に対応する位置を有する２つの接点領域間の電気的
接触を提供する請求項１乃至６のいずれかに記載のスイ
ッチ。 - 【請求項９】 ロッドは、外端部に、前記ハウジング内
の対応する接点と協働する１つの接点を有し、ロッドは
導体である請求項１乃至７のいずれかに記載のスイッ
チ。 - 【請求項１０】 バネ要素は、軸に沿って延びるビーム
として形成されるトーションバネである請求項１乃至９
のいずれかに記載のスイッチ。 - 【請求項１１】 使用時に、電極要素上の接点とハウジ
ング上の接点領域の間、選択的にプルーフ質量上の電極
と接点領域との間に電圧を印加する手段をさらに備え、
前記電圧は、前記電圧を制御することにより、選択的に
前記電極要素と第２の接点との間を接触させ、又は接触
を防止する力を提供する請求項１乃至１０のいずれかに
記載のスイッチ。 - 【請求項１２】 スイッチを自己試験するために、プル
ーフ質量上の電極と接点領域の間、選択的に電極要素上
の接点とハウジング上の接点領域の間へ電圧を印加し、
外部から与えられる加速運動が無い時に接点を静電的に
付勢して接触させる手段をさらに有する請求項１乃至１
１に記載のスイッチ。 - 【請求項１３】 ハウジングは少なくとも２つの層を有
し、第１の層は、バネ要素、電極要素及びその上に配置
されたプルーフ質量を有し、第２の層は、ガラス又は等
価な材料からなり、電気的接点領域を含む請求項１乃至
１２のいずれかに記載のスイッチ。 - 【請求項１４】 前記ハウジングの第１の層、電極要
素、バネ要素及びプルーフ質量は、１つの材料片から作
られる請求項１３に記載のスイッチ。 - 【請求項１５】 スイッチのハウジングは減衰媒体によ
り満たされ、プルーフ質量はスクイーズフィルム減衰を
提供する平坦な形状を有する請求項１乃至１４のいずれ
かに記載のスイッチ。 - 【請求項１６】 減衰媒体は粘性気体である請求項１５
に記載のスイッチ。 - 【請求項１７】 請求項１乃至１６のいずれかに記載の
２つのスイッチを有し、第２のスイッチ上の軸は第１の
スイッチの軸と実質的に垂直である二軸モノリシック加
速スイッチ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98308875.8 | 1998-10-29 | ||
| EP98308875A EP0997920B1 (en) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Micromechanical acceleration switch |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000155127A true JP2000155127A (ja) | 2000-06-06 |
Family
ID=8235134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11305377A Pending JP2000155127A (ja) | 1998-10-29 | 1999-10-27 | 超小型機械式加速スイッチ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6236005B1 (ja) |
| EP (1) | EP0997920B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000155127A (ja) |
| KR (1) | KR20000029348A (ja) |
| CN (1) | CN1123027C (ja) |
| BR (1) | BR9906059A (ja) |
| DE (1) | DE69806010T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101772087B1 (ko) * | 2016-03-25 | 2017-08-28 | 국방과학연구소 | 로켓 점화안전장치용 mems 스위치 조립체 |
| KR101785548B1 (ko) | 2016-02-16 | 2017-10-17 | 화인계기주식회사 | 회전 다이얼을 이용한 디지털 멀티미터 |
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| US6367786B1 (en) * | 1999-06-07 | 2002-04-09 | California Institute Of Technology | Micromachined double resonator |
| JP2001337108A (ja) * | 2000-05-29 | 2001-12-07 | Tokai Rika Co Ltd | 加速度スイッチ |
| WO2001095468A1 (en) * | 2000-06-06 | 2001-12-13 | Iolon, Inc. | Micromechanical device with damped microactuator |
| US6795605B1 (en) * | 2000-08-01 | 2004-09-21 | Cheetah Omni, Llc | Micromechanical optical switch |
| US6556741B1 (en) | 2000-10-25 | 2003-04-29 | Omm, Inc. | MEMS optical switch with torsional hinge and method of fabrication thereof |
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| US6737979B1 (en) * | 2001-12-04 | 2004-05-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Micromechanical shock sensor |
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| JP2005116371A (ja) * | 2003-10-08 | 2005-04-28 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度検知装置 |
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| US7284432B2 (en) * | 2005-03-29 | 2007-10-23 | Agency For Science, Technology & Research | Acceleration sensitive switch |
| US7038150B1 (en) * | 2004-07-06 | 2006-05-02 | Sandia Corporation | Micro environmental sensing device |
| US7194889B1 (en) | 2005-08-04 | 2007-03-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | MEMS multi-directional shock sensor with multiple masses |
| US8677802B2 (en) * | 2006-02-04 | 2014-03-25 | Evigia Systems, Inc. | Sensing modules and methods of using |
| JP4231062B2 (ja) * | 2006-05-12 | 2009-02-25 | 株式会社東芝 | Ｍｅｍｓ素子 |
| CN101303366B (zh) * | 2007-05-11 | 2012-08-29 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 硅基带锁止功能的阈值可调加速度开关传感器及制作方法 |
| US8136400B2 (en) * | 2007-11-15 | 2012-03-20 | Physical Logic Ag | Accelerometer |
| US7999201B2 (en) * | 2008-11-06 | 2011-08-16 | Shandong Gettop Acoustic Co. Ltd. | MEMS G-switch device |
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-
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- 1999-10-27 JP JP11305377A patent/JP2000155127A/ja active Pending
- 1999-10-27 KR KR1019990046812A patent/KR20000029348A/ko not_active Application Discontinuation
- 1999-10-28 BR BR9906059-0A patent/BR9906059A/pt not_active IP Right Cessation
- 1999-10-29 CN CN99123606A patent/CN1123027C/zh not_active Expired - Fee Related
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| KR101785548B1 (ko) | 2016-02-16 | 2017-10-17 | 화인계기주식회사 | 회전 다이얼을 이용한 디지털 멀티미터 |
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