JP2002022763A - マイクロメカニック式構成素子 - Google Patents

マイクロメカニック式構成素子

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JP2002022763A JP2001145351A JP2001145351A JP2002022763A JP 2002022763 A JP2002022763 A JP 2002022763A JP 2001145351 A JP2001145351 A JP 2001145351A JP 2001145351 A JP2001145351 A JP 2001145351A JP 2002022763 A JP2002022763 A JP 2002022763A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロメカニックな構成素子を改良して、
過負荷加速時における隣接部分に対する撓みばね装置の
粘着作用を効果的に防止する。 【解決手段】 撓みばね装置４０を介して基板１上にば
ね支承されていて加速によって少なくとも１つの方向Ｐ
に振れ可能な地震質量体１０を備え、該地震質量体１０
の振れを第１のストッパ装置２００；２００′によって
制限可能であり、かつ前記撓みばね装置４０を前記地震
質量体１０の側方に装着した形式の、マイクロメカニッ
ク式構成素子、特に加速度センサにおいて、撓みばね装
置４０の歪曲を制限するために第２のストッパ装置３０
０；４００；４５０；６００が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、撓みばね装置を介
して基板上にばね支承されていて加速によって少なくと
も１つの方向に振れ可能な地震質量体を備え、該地震質
量体の振れを第１のストッパ装置によって制限可能であ
り、かつ前記撓みばね装置を前記地震質量体の側方に装
着した形式の、マイクロメカニック式構成素子、特に加
速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】任意のマイクロメカニック式構成素子及
び構造、特に任意のセンサ及びアクチュエータに適用可
能であるにも拘わらず、本発明並びにその基礎となる問
題点は、珪素表面積マイクロメカニック・テクノロジー
で製作される、回転速度センサの、マイクロメカニック
式コリオリの加速度センサに基づいて説明される。
【０００３】一般的には加速度センサ、特に表面積マイ
クロテクニックもしくは体積マイクロテクニックのテク
ノロジーにおけるマイクロメカニック式加速度センサ
は、自動車装備品分野において益々大きな市場セクター
を獲得し、かつ次第に従来慣用の圧電式加速度センサに
取って代わりつつある。
【０００４】公知のマイクロメカニック式加速度センサ
は通例、ばね支承されていて外的な加速によって少なく
とも１つの方向に振れ可能な地震質量装置が、その振れ
時に、これと結合された差動コンデンサ装置の容量を変
化させるように機能し、この容量変化が加速度の尺度と
なる。これらの素子は通常、酸化物から成る犠牲層（分
離層）の上位のエピタキシーポリシリコン表面に微細構
造化されている。
【０００５】地震質量体の振れを、単数又は複数の固定
ストッパによって制限可能にし、該ストッパを例えば地
震質量体の切欠部内にか又は地震質量体の定着アンカー
部に装着した形式の加速度センサが公知になっている。
【０００６】図４には、公知の加速度センサの部分的な
平面図が示されている。
【０００７】図４に符号１で示した珪素から成る基板の
上位には、細長い地震質量体１０がループ状の撓みばね
４０によって定着アンカー部２０に弾性装架されてい
る。地震質量体１０は加速によって符号Ｐの方向に振れ
可能であり、その場合撓みばね（又はループばね）４０
はループ部４５と共に、このような振れに対する戻し力
を及ぼす。定着アンカー部２０には複数のストッパ２０
０が装着されており、該ストッパは小さな疣部の形状を
有している。符号３０は、基板１内に固定された定着ブ
ロックである。符号５０は固定櫛歯７０，７２用の台座
であり、また符号６０，６２は、地震質量体１０の側方
に装着されていて二重桁構造を有する可動櫛歯である。
符号ｄ１は定着ブロック３０に対する撓みばね４０の間
隔、符号ｄ２は隣接した可動櫛歯６０に対する撓みばね
４０の間隔、また符号ｄ３は平衡状態における定着アン
カー部２０に対する地震質量体１０の間隔である。固定
櫛歯と可動櫛歯は公知の差動コンデンサ装置を形成して
いる。
【０００８】公知の加速度センサにおける欠点として判
明した点は、中央電極としての地震質量体１０が過負荷
加速後に、粘着力に基づいて、かつ／又は充電に起因し
た静電力に基づいて、ばねの戻し力が過度に小さいため
に、接着もしくは粘着した状態になることである。他面
においてばねの戻し力を高めると、測定感度に不利な影
響を及ぼすことになる。
【０００９】更に接着は、地震質量体１０の場合に定着
アンカー部２０において発生するばかりでなく、撓みば
ね４０の場合隣接した台座３０又は櫛歯６０においても
発生する。
【００１０】前記の接着は、可動の地震質量体エレメン
ト間、システムのばね装置エレメント間及び構成素子の
固定結合もしくは定着された構成要素間の直接的かつ永
久的な接触と解されねばならない。このように接着作用
を有する構造は、構成素子の機能性を害ない、かつ０ｋ
ｍ故障もしくは、後にはフィールド故障を惹起すること
になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、本発
明のマイクロメカニックな構成素子を改良して、過負荷
加速時における隣接部分に対する撓みばね装置の粘着作
用を効果的に防止することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の構成では、撓みばね装置の歪曲を制限する
ために第２のストッパ装置が設けられている。
【００１３】
【発明の効果】本発明の基礎となる思想、すなわち前記
課題を解決する本発明の構成手段は、請求項１の特徴部
に記載した通り、撓みばね装置の歪曲を制限するために
第２のストッパ装置が設けられている点にあり、この第
２のストッパ装置によって、過負荷加速時に撓みばね装
置が隣接部分に接着したままになることが防止される。
ここで提案した第２のストッパ装置は構成素子の機能性
を変化することはなく、かつ設計時の機能パラメータは
一定に保持される。予測されるようなテクノロジー上の
問題点はなく、かつこれに関連したレイアウトは、多額
の経費をかけることなしに実施することができる。
【００１４】請求項２以降の従属請求項は、請求項１に
記載したマイクロメカニックな構成素子の有利な実施形
態及び改良に関する。
【００１５】有利な実施形態によれば、第２のストッパ
装置は、撓みばね装置に並置された定着ブロックに装着
された複数のストッパを有している。
【００１６】更に有利な実施形態によれば、第２のスト
ッパ装置は、撓みばね装置に並置された可動櫛歯に装着
された複数のストッパを有している。。
【００１７】更に有利な実施形態によれば、第２のスト
ッパ装置は、撓みばね装置に装着されたストッパを有し
ている。
【００１８】更に有利な実施形態によれば、撓みばね装
置はループばねから成っている。
【００１９】更に有利な実施形態によれば、第２のスト
ッパ装置は、撓みばね装置のループ部に装着されたスト
ッパを有している。
【００２０】更に有利な実施形態によれば、第１のスト
ッパ装置は、地震質量体の運動方向で定着アンカー部に
装着されたストッパを有している。
【００２１】更に有利な実施形態によれば、最大限２個
のストッパが、地震質量体の運動方向で定着アンカー部
に装着されている。
【００２２】更に有利な実施形態によれば、二重桁構造
を有する多数の可動櫛歯及び固定櫛歯を備えた差動コン
デンサ装置が設けられており、しかも前記可動櫛歯は、
地震質量体の側方に装着されている。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に図面に基づいて本発明の実施
例を詳説する。
【００２４】なお同一の構成要素又は同等機能の構成要
素には同一の符号を付した。
【００２５】図１には、本発明の第１実施形態による加
速度センサが部分的な平面図で図示されている。
【００２６】すでに図４で説明した符号に加えて図１に
おける符号ｄ１′は定着ブロック３０と撓みばね４０と
の間の拡張間隔、符号ｄ２′は撓みばね４０（ループば
ねとも呼ばれる）と可動櫛歯６０′との間の拡張間隔で
あり、この場合、この拡張に関連して固定櫛歯７０′も
ずらされている。
【００２７】更に図１では符号３００は、定着プロック
３０に装着された第２のストッパ装置の複数のストッ
パ、また符号６００は、撓みばね４０の側で可動櫛歯６
０′に装着された第２のストッパ装置の複数のストッパ
である。
【００２８】更に、桁構造を含めて撓みばね４０を囲む
台座３０のエピタキシーポリシリコン構造は、電荷分布
による静電力及び台座３０へのループばね４０の接近時
に作用する粘着力を防止するために、間隔ｄ１′分だけ
更に後退させられている。同等のことは、撓みばね４０
つまりループばねと、隣接した可動櫛歯６０′との間の
間隔ｄ２′についても該当する。
【００２９】これらの手段は３つの重要な効果を有し、
しかもセンサの機械的な感度は、不変的に維持されてい
る。
【００３０】一面において、発生する妨害力は、台座３
０まで、或いは隣接した可動櫛歯６０′にまでループば
ね４０を振れさせるためには可成り高くなければならな
いが、他面において、振れが比較的大きくてもループば
ね４０の戻し力が著しく高いので、台座３０及び可動櫛
歯６０′の形のばね周辺部におけるループばねの引懸か
りや接着は阻止される。
【００３１】更にスペーサ、つまり疣部状のストッパ３
００，６００は、ループばね４０が台座３０もしくは隣
接した櫛歯６０′に大きな面をもって接近するのを防止
する。
【００３２】これら全ての手段に基づいて、ループばね
４０が接着したままになる事態が効果的に防止される。
【００３３】図２には、本発明の第２実施形態による加
速度センサが部分的な平面図で図示されている。
【００３４】図２の第２実施形態によれば、定着アンカ
ー部２０に設けた複数個の固定的なストッパが１個に減
少されている。換言すれば、ただ１個の疣部２００′が
設けられているにすぎない。それというのは、図４のス
トッパ２００は潜在的な接着部位を成しており、かつ多
数個のこのようなストッパは接着公算を明らかに高める
からである。地震質量体１０の運動方向で効果的なスト
ッパを形成するためには、原理的には、このようなスト
ッパ２００′は最大限２個設ければ十分である。
【００３５】図３には、本発明の第３実施形態による加
速度センサが部分的な平面図で図示されている。
【００３６】図３に示した第３実施形態によれば、第１
実施形態及び第２実施形態とは異なって、第２のストッ
パ装置が、ループばね（つまり撓みばね）４０の直線部
分に設けたストッパ４００と、ループばね４０のループ
部４５に設けたストッパ４５０とによって実現されてい
る。
【００３７】更にまた固定櫛歯（電極フィンガーとも呼
ばれる）７０″，７２′の振れを著しく小さくしかつこ
れらの部分の接着を防止するために、前記固定櫛歯７
０″，７２′の幅を拡大しかつ該固定櫛歯を二重桁構造
に形成することによって、固定櫛歯７０″，７２′が補
強されている。前記のようにこの補強は、多重結合され
た二重桁によって実現される。
【００３８】以上、本発明を有利な実施例に基づいて説
明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
く、多種多様に変形可能である。
【００３９】以上の実施例において本発明の加速度セン
サは、該加速度センサの基本原理を説明するために単純
な形態で説明されている。当然のことながら諸実施例の
コンビネーション及び、同一の構成素子を使用した著し
く複雑な実施形態が考えられる。
【００４０】当然またストッパは、ループばねにも、隣
接した台座もしくは隣接した櫛歯にも設けることができ
る。このようなストッパは、対向配置することも、或い
は相互にずらして装着することもできる。
【００４１】またマイクロメカニックなベース材料は任
意に使用することができ、例として挙げた珪素基板だけ
に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による加速度センサの部
分的な平面図である。
【図２】本発明の第２実施形態による加速度センサの部
分的な平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態による加速度センサの部
分的な平面図である。
【図４】公知の加速度センサの部分的な平面図である。
【符号の説明】
１ 基板、 １０ 地震質量体、 ２０ 定着ア
ンカー部、 ３０定着ブロック、 ４０ 撓みばね、
４５ ループ部、 ５０ 台座、６０，６０′，
６２ 可動櫛歯、 ７０，７０′，７０″，７２，７
２′固定櫛歯、 ２００；２００′ 第１のストッパ
装置のストッパ又は疣部、３００；４００；４５０；６
００ 第２のストッパ装置のストッパ、 Ｐ振れの方
向を示す矢印、 ｄ１ 定着ブロックに対する撓みば
ねの間隔、 ｄ１′ 定着ブロックと撓みばねとの間
の拡張間隔、 ｄ２ 隣接した可動櫛歯に対する撓み
ばねの間隔、 ｄ２′ 撓みばねと可動櫛歯との間
の拡張間隔、 ｄ３ 平衡状態における定着アンカー
部に対する地震質量体の間隔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテファン ピンター ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン ペス タロッツィシュトラーセ 142 (72)発明者 フランク フィッシャー ドイツ連邦共和国 ゴーマリンゲン ロバ ート−コッホ−シュトラーセ ８

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 撓みばね装置（４０）を介して基板
    （１）上にばね支承されていて加速によって少なくとも
    １つの方向（Ｐ）に振れ可能な地震質量体（１０）を備
    え、該地震質量体（１０）の振れを第１のストッパ装置
    （２００；２００′）によって制限可能であり、かつ前
    記撓みばね装置（４０）を前記地震質量体（１０）の側
    方に装着した形式の、マイクロメカニック式構成素子、
    特に加速度センサにおいて、撓みばね装置（４０）の歪
    曲を制限するために第２のストッパ装置（３００；４０
    ０；４５０；６００）が設けられていることを特徴とす
    る、マイクロメカニック式構成素子。
  2. 【請求項２】 第２のストッパ装置（３００；４００；
    ４５０；６００）が、撓みばね装置（４０）に並置され
    た定着ブロック（３０）に装着された複数のストッパ
    （３００）を有している、請求項１記載のマイクロメカ
    ニック式構成素子。
  3. 【請求項３】 第２のストッパ装置（３００；４００；
    ４５０；６００）が、撓みばね装置（４０）に並置され
    た可動櫛歯（６０′）に装着された複数のストッパ（６
    ００）を有している、請求項１又は２記載のマイクロメ
    カニック式構成素子。
  4. 【請求項４】 第２のストッパ装置（３００；４００；
    ４５０；６００）が、撓みばね装置（４０）に装着され
    たストッパ（４００）を有している、請求項１から３ま
    でのいずれか１項記載のマイクロメカニック式構成素
    子。
  5. 【請求項５】 撓みばね装置（４０）がループばねから
    成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載の
    マイクロメカニック式構成素子。
  6. 【請求項６】 第２のストッパ装置（３００；４００；
    ４５０；６００）が、撓みばね装置（４０）のループ部
    （４５）に装着されたストッパ（４５０）を有してい
    る、請求項５記載のマイクロメカニック式構成素子。
  7. 【請求項７】 第１のストッパ装置（２００；２０
    ０′）が、地震質量体（１０）の運動方向で定着アンカ
    ー部（２０）に装着されたストッパを有している、請求
    項１から６までのいずれか１項記載のマイクロメカニッ
    ク式構成素子。
  8. 【請求項８】 最大限２個のストッパ（２００′）が、
    地震質量体（１０）の運動方向で定着アンカー部（２
    ０）に装着されている、請求項７記載のマイクロメカニ
    ック式構成素子。
  9. 【請求項９】 二重桁構造を有する多数の可動櫛歯（６
    ０，６０′，６２）及び固定櫛歯（７０，７０″，７
    ２）を備えた差動コンデンサ装置が設けられており、し
    かも前記可動櫛歯が、地震質量体（１０）の側方に装着
    されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の
    マイクロメカニック式構成素子。
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