JPH04328415A - 傾斜センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主請求項の種類による
、重力場の方向に対して垂直な特定の回転軸に対する傾
斜角を検定するためのセンサから出発する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＥ−ＯＳ３６０４２１６には乗客保護
装置を事故時に自動的に解除するためのセンサが記載さ
れている。センサケーシングの内室の中心でセイスミッ
ク質量体を備えた振子が保持装置もしくは支承部に固定
されている。内室は完全に減衰媒体で充填されている。 内室の形状および振子と減衰装置の材料は、ケーシング
が振子の懸吊点を中心にして回転する際に振子の囲りの
減衰媒体は実質的に絶対的に静止状態にとどまり振子の
減衰媒体に対する相対的な運動時における摩擦が振子の
非周期的な減衰をもたらすように選択されている。

【０００３】センサーズ・アンド・アクチュエータズ、
２０（１９８９）４９−５５、“ＩＣ−プロセスド・エ
レクトロスタティック・シンクロナス・マイクロモータ
ーズ（Ｓｅｎｓｏｒｓ　　ａｎｄ　　Ａｃｔｕａｔｏｒ
ｓ，２０（１９８９）４９−５５”、“ＩＣ−Ｐｒｏｃ
ｅｓｓｅｄ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　　Ｓｙｎ
ｃｈｒｏｎｏｕｓ　　Ｍｉｃｒｏｍｏｔｏｒｓ”から静
電動作式のマイクロモータが公知であり、かつこれはハ
ブに支承されたロータとロータの囲りに環状に配置され
たステータとを備えている。この刊行物にはこのような
モータを表面−マイクロメカニーク（Ｍｉｋｒｏｍｅｃ
ｈａｎｉｋ）で製造する方法が記載されている（特に表
面−ポリ珪素−構造体として）。

【０００４】ＥＴＺ　　１１１巻（１９９０）２０号、
１０８０頁、“ベベーグリッヒェ・マイクロストルクテ
ユーレン（Ｂｅｗｅｇｌｉｃｈｅ　　Ｍｉｋｒｏｓｔｒ
ｕｋｔｕｒｅｎ）”にはマイクロタービンおよびそのリ
ガ技術（Ｌｉｇａ−Ｔｅｃｈｎｉｋ）が記載されている
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は従来技
術の傾斜センサを改善することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題は主請求項の
特徴を有する本発明による傾斜センサによって達成され
る。

【０００７】

【発明の利点】本発明による傾斜センサは、これがマイ
クロメカニークにより、例えば表面−ポリ珪素構造体の
形で、またはまたリガ技術で形成された金属またはプラ
スチック構造体によって実現し得るという利点を有して
いる。マイクロメカニークのテクノロジーは本発明によ
るきわめて小さな寸法の傾斜センサのコスト上有利な大
量生産を可能にする。センサの振子を非対称的なロータ
（ロータの回転軸は関係する軸線に平行に向けられてい
る）として構成したことは特に有利である、それという
のもその作用形式は深目に調節された振子の作用形式に
等しく、かつ障害加速を抑えるのに好適であるからであ
る。本発明によるセンサのもう１つの利点は、重力場に
おける傾斜（これによりロータは静止位置から回転する
）が容量により、すなわち無接触式に測定されることで
ある。信号の検出に用いられるコンデンサ装置の立体的
な構成によりセンサの感度に影響を及ぼすことが可能で
ある。センサをマイクロメカニークで実施することは特
に有利に作用する、それというのもこのテクノロジーで
はコンデンサ電極間の距離をきわめて小さく実施可能で
ある。

【０００８】請求項２以下に挙げられた手段により主請
求項に挙げられた手段の有利な構成と改良とが可能であ
る。

【０００９】ロータをピン支承部またはナイフエッジ状
の支承部によって懸架するのが特に有利である。本発明
によるセンサをシリコンで、または少なくともシリコン
基板を用いて実施することは、信号処理エレクトロニク
スをセンサチップに集積可能であるという利点を有して
いる。リガ技術での実施は有利である、それというのも
この技術で厚さ１０００μｍまでの構造体を製作するこ
とができるからであり、これにより比較的大きなセイス
ミック質量を有するロータが製作可能である。センサの
内室が完全に減衰媒体が充填されており、減衰媒体の比
重がロータの比重とは、ロータの減衰媒体に対する相対
運動時の摩擦がロータの非周期的な減衰をもたらす程に
異なっており、そのために共鳴現象が抑えられると有利
である。

【００１０】

【実施例】図１のＡにセンサケーシングが符号３０で示
されている。センサケーシング３０は図には略示されて
いるにすぎない。閉鎖された内室を有するセンサケーシ
ングの構成はすべて本発明の範囲内である。図１のＡに
は符号３１で基板が示されており、基板は例えばセンサ
ケーシング３０の壁を形成していてもいいし、またセン
サケーシングの内室内に配置することもでき、これはセ
ンサケーシング３０と固定的に結合されている。保持部
材２５が基板３１上に取付けられ、これと固定的に結合
されており、ロータ翼１１，１２を備えたロータ１０は
切欠１３を介して保持部材上に懸架されている。ロータ
を包囲してソケット状の縁２０が基板３１上に取付けら
れ、かつこれと固定的に結合されている。縁は切欠かれ
ていて、部分縁２１，２２，２３から成っている。この
実施例のロータ１０は円形板から形成されており、円板
からは円の中心の囲りに切欠１３が配置され、かつ２つ
の大きさの異なるロータ翼が得られるようにセグメント
が切られており、したがってロータは非対称的ではある
。ロータ軸を重力場に対して垂直に向けるとロータ１０
は、その重心が保持部材２５の下方に位置するように整
列する。ロータ軸（これはセンサの回転軸に相当）は傾
斜を検出すべき軸線に平行に整列させられる。重力場に
おける傾斜時にロータは回転をし、この回転が本発明に
より容量式に検出される。ロータ翼１１，１２はそれぞ
れコンデンサ装置の電極側として働き、他の電極側は縁
２０の部分縁２１，２２，２３によって形成されている
。部分縁２１，２２，２３の電気的な接触によりロータ
１０の偏位を接触式に測定することができる。ロータ１
０および縁２０が構成される材料に応じて全構造（例え
ばポリ珪素−構造体および金属構造体の場合）か、また
はロータ１０および縁２０の部分のみ（例えばプラスチ
ックでの実施）が電極として使用される。プラスチック
ではキャパシタンスとして働く表面の被覆が必要である
。共鳴現象および信号を誤らせるロータの振動運動を抑
えるためにはセンサの内室は完全に減衰媒体で充填され
ている。減衰のためには液体またはガスを使用すること
ができる。振子の固有振動数ができる限り低く、かつロ
ータの減衰媒体に対する相対的な運動時の摩擦がロータ
１０の非周期的な減衰をもたらす程度に減衰媒体の比重
がロータ１０の比重と異なっていることが肝腎である。 したがってロータの形状と比重は所望の減衰との関連で
適当な粘度と密度とを有する減衰媒体の選択を決める。 図１のＡに示されたセンサ構造は例えば基板３１として
のシリコンウエーハおよびこの上に設けられたポリ珪素
構造を用いて実現することができる。これはセンサの信
号処理エレクトロニクスをマイクロメカニカルセンサチ
ップ上に積層することができるという利点を有している
。しかしここで使用されるポリ珪素−テクノロジーを用
いては厚さ約２μｍのロータしか製作することができな
い。これらのロータは僅かなセイスミック質量を有して
いるにすぎず、これは測定効果を比較的小さいものにす
る。リガ技術でセンサ構造を実施する際にはセンサ構造
は金属、例えばニッケルから、またはまたプラスチック
、例えばレジストから製作することができる。この構造
はプロセス加工されたシリコンウエーハ上に形成するこ
とができ、そのためにこの場合も信号処理エレクトロニ
クスのために付加的なＩＣは必要ない。この技術を用い
ると１０００μｍまでのロータ厚さを達成することがで
きる。ロータ１０のセイスミック質量が高められたこと
により、このようなセンサではポリ珪素で実施されるセ
ンサの場合よりも測定効果が高い。

【００１１】図１のＢは図１のＡの部分図であり、ロー
タ１０の支承部を拡大して示してある。保持部材２５は
ここではナイフのエッジ状に構成されている。すなわち
保持部材は鋭い縁を有している。切欠１３の横断面も角
度を有しており、この角度においてロータ１０は保持部
材２５の鋭い縁に載っている。ロータ１０のこのナイフ
のエッジ状の支承部は特に摩擦が少なく、かつ摩耗しな
い。

【００１２】図２に示されたセンサ構造は図１のＡに示
されたセンサ構想にはほぼ等しいので、同一の構造部材
は同一の符号で示されている。図２に示されたセンサと
図１のＡに示されたセンサとの違いは支承部の形式にあ
る。保持部材２５はこの例えば円形横断面を持つピンに
よって形成されている。したがってロータ１０の切欠１
３も円形に構成されている。保持装置２５および切欠１
３の横断面は例えばだ円形に構成されていてもよい。こ
のピン支承はロータ懸架もう１つの方法を示す。

【００１３】図３には図１のＡおよび図２に示されたセ
ンサ構造によて実施されたコンデンサ装置の簡単な回路
図が略示されている。２つの部分縁２１と２２はそれぞ
れロータ翼１２と一緒になって容量Ｃ１とＣ２を形成し
ている。部分縁２１はポテンシャルＵ＋にかつ部分縁２
２はポテンシャルＵ−に設定されている。ロータ翼１１
は部分縁２３と一緒になってコンデンサＣＫを形成して
いる。ロータ翼１１，１２が等しいポテンシャルにあり
、かつ可動部として評価回路とは接触していないことに
注意すべきである。ロータ１０の回転によるコンデンサ
装置の離調は部分縁２３において測定することができ、
かつ図３に示された評価回路で増幅器Ｖに導かれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】センサをロータ平面内で断面した図である。

【図２】別のセンサをロータ平面内で断面した図である
。

【図３】評価回路を示した図である。

【符号の説明】

１０　　　　ロータ １１，１２　　　　ロータ翼 １３　　　　切欠 ２０　　　　縁 ２１，２２，２３　　　　部分縁 ２５　　　　保持部材 ３０　　　　センサケーシング ３１　　　　基板

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重力場の方向に対して垂直な特定の回
   転軸に対する傾斜角を検出するためのセンサであって、
   ケーシングによって閉鎖された内室が設けられており、
   内室の中央領域内にケーシングに対して固定的な保持装
   置が存在しており、かつセイスミック質量体が設けられ
   ており、セイスミック質量体が震動可能に固定の保持装
   置に懸架されている形式のものにおいて、セイスミック
   質量体が保持装置（２５）に対して非対称的なロータ（
   １０）として構成されており、ロータ（１０）が保持装
   置（２５）によって決められる軸線を中心にして偏位可
   能であり、ロータ（１０）の部分（１１，１２）がコン
   デンサ装置の電極を構成しており、ロータ（１０）の囲
   りに丸く、かつ保持装置（２５）によって決められる軸
   線に平行にケーシング（３０）に対して固定的な縁（２
   ０）が配置されており、かつ縁（２０）の部分（２１，
   ２２，２３）がコンデンサ装置の対向電極を構成してい
   ることを特徴とする、傾斜センサ。
2. 【請求項２】　　保持装置（２５）が少なくとも片側で
   間接的にケーシング（３０）と固定的に結合されたピン
   として構成されており、ロータ（１０）が切欠（３１）
   を有しており、切欠の横断面がピン（２５）の横断面よ
   り大きく、かつロータ（１０）が切欠（１３）を介して
   ピン（２５）に差嵌められている、請求項１記載のセン
   サ。
3. 【請求項３】　　ピン（２５）が円形またはだ円形の横
   断面を有している、請求項１または２記載のセンサ。
4. 【請求項４】　　ピン（２５）が角度を少なくとも１つ
   有する横断面を有しており、かつ切欠（１３）がピン（
   ２５）と一緒になってロータ（１０）のためのナイフエ
   ッジ状の支承部を形成するように切欠（１３）の横断面
   が少なくとも１つの角度を有している、請求項１または
   ２記載のセンサ。
5. 【請求項５】　　ロータ（１０）が円形の板から形成さ
   れており、切欠（１３）が円の中心の囲りに配置されて
   おり、かつ１個以上のロータ翼（１１，１２）が形成さ
   れるように上記の円形の板からセグメントが切断されて
   おり、そのためにセンサの静止位置におけるロータ（１
   ０）の重心が保持部材（２５）の下方に存在する、請求
   項１から４までのいずれか１項記載のセンサ。
6. 【請求項６】　　縁（２０）が切欠を有しており、その
   ために部分縁（２１，２２，２３）が形成されている、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ。
7. 【請求項７】　　保持部材（２５）と縁（２０）が、ケ
   ーシング（３０）と固定的に結合された基板（３１）に
   取付けられている、請求項１から６までのいずれか１項
   記載のセンサ。
8. 【請求項８】　　基板（３１）がシリコンウエーハであ
   り、シリコンウエーハ上に薄膜の組が設けられており、
   かつロータ（１０）、保持装置（２５）および縁（２０
   ）が薄膜の組から表面−マイクロメカニークの方法を用
   いて構成されており、かつ少なくとも部分的にはポリ珪
   素から製作されている、請求項７記載のセンサ。
9. 【請求項９】　　ロータ（１０）、保持装置（２５）お
   よび縁（２０）が金属またはプラスチックからリガ技術
   で構成されている、請求項７記載のセンサ。
10. 【請求項１０】　　ロータ（１０）、保持装置（２５）
    および縁（２０）がシリコン基板上に設けられている、
    請求項９記載のセンサ。
11. 【請求項１１】　　センサの内室が完全に減衰媒体で充
    填されている、請求項１から１０までのいずれか１項記
    載のセンサ。
12. 【請求項１２】　　ロータ（１０）の比重が減衰媒体の
    比重とは、ロータ（１０）の減衰媒体に対する相対的な
    運動時の摩擦がロータ（１０）の非周期的な減衰をもた
    らすように異なっている、請求項１１項記載のセンサ。