JPH06509642A - 加速度センサ及び製法 - Google Patents
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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】
加速度センサ及び製法
背景技術
本発明は請求項１の前段部に記載した形式の、特に自動車の衝突を測定するため
の加速度センサ及び加速度センサの製法に関するものである。ドイツ連邦共和国
特許出願公開２９２３０２９号によって、ばね質量系のふれによって電気接点が
閉じられるようになっている加速度センサは既に公知である。この場合はね質量
系のふれは加速度に対して１次比例している。ばね質量系の運動は、センサの応
動特性を改善するために。
緩衝せしめられる。センサの製法はドイツ連邦共和国特許出願公開３７２７１４
２号によって既に公知である。この場合プラスチック層がマスクを通してレント
ゲンビームによって照射され、照射された範囲が溶解せしめられ、これによって
生じたセンサのネガティブ型に金属が電気的手段によって満たされる。
発明の利点
これに対し、請求項１に記載した特徴を具備した本発明によるセンサは、加速度
が所定の値を越えたときにはじめてセンサのばね質量系がふれるという利点を有
している。このことは、センサ信号の特に簡単な評価を可能にする。別の利点と
して、接点が特に確実に閉じられ、接点が閉じられるときの跳ね返りがわずかで
ある。したがって本発明によるセンサは大きな電流が流れることができる。更に
１機械的なばね質量系は特に損傷しに（い。
請求項２から請求項１２に記載した手段によって。
請求項１に記載したセンサを有利に改善することが可能である。特に簡単な実施
態様では、ばね質量系及び接点は板形の絶縁基体上に設けられる。基体に対して
ほぼ垂直に向きを定められた金属構造体の側壁面によって、センサ構造体の相互
間隔が正確に定められる。
接点を別の材料から構成することによって、接点の抵抗が減少せしめられる。曲
げビームとして構成されているばねの特性は特に簡単に計算可能である。ばね質
量系の所望の非直線形の特性は、わずかに湾曲したばねによって生ぜしめられる
。直線状であるが、互いに平行ではないばねも同じような特性を示す。２つの支
承台の間に１つの振動質量体を有し、支承台と振動質量体との間にそれぞればね
を設けたセンサは極めて安価に製作することができる。静電作動子をつけ加える
ことによって、電圧をかけてセンサを任意に動作させることができる。センサは
このようにしてその機能を検査される。静電作動子の特に簡単な構造は、櫛形の
互いに入り組んでいる電極によって得られる。ばね質量系と接触台との間のすき
まをわずかにすると、緩衝作用が生ぜしめられ、センサの動的特性が調整される
。接触台と振動質量体との間に電圧をかけることによって、センサの応動特性が
調整される。
請求項１３に記載した特徴を具備した本発明によるセンサの製法は、センサがわ
ずかな製作公差で作られるという利点を有している。別の利点として１本発明に
よる方法は多数のセンサを並列的に製作することができ１個々のセンサの製作費
が安価になる。レントゲンビームの照射によるセンサの製作は費用がわずかであ
るので、一度に製作される数がわずかである場合に有利である。大量に製作する
場合には、プラスチック構造体を成形によって製作するのが費用の点で有利であ
る。付加的にレントゲンビームを照射することによって９種々の材料から成る金
属構造体を製作することができる。
図面
本発明の実施例は図面に示されており、以下において詳細に説明する。図１は本
発明による出発位置のセンサを示し１図２は本発明によるふれ位置のセンサを示
し９図３は直線状の曲げばねを有するセンサを示し、図４は接点を示し１図５は
付加的な作動子を有するセンサを示し１図６は特別な構成の接触台を有するセン
サを示し２図７は接触台と振動質量体との間のすきまの細部を示し１図８及び図
９はセンサの製作方法を示す。
実施例の説明
図１及び図２において符号１は２つのはね２と１つの振動質量体３とから成るば
ね振動系を示す。振動質量体３はばね２によって支承台７に懸架されている。
振動質量体３と向き合ってわずかな間隔をおいて接触台６があり、振動質量体と
接触台との接触点には接点９・１９が示されている。図１において符号４によっ
てセンサの安定した出発位置が示されており１図２において符号５によってセン
サの安定したふれ位置が示されている。出発位１４及びふれ位置５が安定してい
るということは、センサをそれぞれの位置から動かすのに力が必要であるという
ことである。この場合必要な力は両方の位置において同じである必要はなく、特
に極めてわずかな加速度値の場合にセンサがふれ位置から再び出発位置に戻るよ
うにすることが考えられる。支承台７及び接触台６は基体８と固く結合されてい
る。ばね２及び振動質量体３は次のように支承台に懸架されている。すなわち、
基体８とばね２及び振動質量体３との間に間隔が生せしめられるように懸架され
ている。この手段によって、ばね２及び振動質量体３の出発位置４とふれ位置５
との間の運動が基体８との摩擦によって妨害されることはない。接触台６及び支
承台７はこの場合はぼ直方体の構造体として構成されている。しかしながら、こ
の構造体が基体８上に充分に接触するならば、別の形状に構成することも可能で
ある。ばね２は大きな長さを有する薄い曲げビームとして構成されている。
振動質量体３はここでは大体において直方体のブロックとして構成されている。
振動質量体を別の形状に構成することも可能である。この場合振動質量体３の重
要な特徴は、その重量がばね２の重量よりも著しく大きくて、剛性であること、
換言すれば変形しないことである。このように重量がわずかで容易に変形可能な
ばね２と剛性で重い振動質量体とに分けることによって、センサ特性の計算が簡
単になる。また、振動質量体とばねとが明確に分けられておらず３例えばたんに
１つのばね、あるいは応動性を高めるために肉厚部を有するばねから成っている
ようなセンサも使用可能である。しかしながらその都度の構成に応じてこれらの
センサの計算の費用は高価になる。曲げばねとして構成されているばね２がわず
かに湾曲していることによって、ばね質量系１は安定した出発位置４及び安定し
たふれ位置５を有している。ばね２がふれ位置５においてＳ字形に曲げられるこ
とによって、振動質量体３は接触台６に押し付けられる。この力によってセンサ
の跳ね返りがわずかになる。
図３は本発明によるセンサの別の実施例を示す。振動質量体３はその都度２つの
ばね２によって２つの支承台７の間に懸架されている。振動質量体３にやはり接
触台６が向き合っている。４つのばね２を使用することによって、出発位置４か
らふれ位置５に切り替わるときに、振動質量体３が良好に案内される。振動質量
体３は接触台６の方向に実際上直線運動しか行わない。ばね２は直線状の曲げビ
ームとして構成されており、振動質量体の各側にあるばねは互いに平行である。
振動質量体３の異なった側にあるばね２は互いにわずかな程度ではあるが平行で
はない。この手段によって湾曲したばねの場合のように非直線形の特性が得られ
る。
図４においては、符号９で振動質量体３の接点が示され、符号１９で接触台６の
接点が示されている。この例では接点は別の材料１例えば金から構成されている
。この手段によって振動質量体３と接触台６との間の電気抵抗が減少せしめられ
る。同じように、別の材料あるいは材料層を使用して、接点９・１９の抵抗及び
耐用寿命に影響を及ぼすことができる。接点９・１９の幾何学的形状はここに示
した円弧形に限定されるものではない。同じようにして、角のある構造体を。
あるいはまた一方の側に突起を、かつ他方の側に凹所を使用することもできる。
図５においては静電作動子を有する本発明によるセンサが示されている。振動質
量体３はその各側においてそれぞれ１つの湾曲した曲げばね２によって支承台７
に懸架されている。運動軸線内で振動質量体３は２つの接触台６の間に配置され
ている。センサのばね質量系１は４つの静電作動子１０を備えている。これらの
作動子は櫛形の互いに入り組んでいる電極１３から成っており、これらの電極は
部分的にばね質量系１に取り付けられ、かつ部分的に付加的な作動子支承台１４
に取り付けられている。ばね質量系１と支承台１４との間にポテンシャル差があ
る場合、電極１３を互いに引き込んで、ポテンシャル差を補償しようとする力が
作用する。ばね質量系１の両側に作動子１０を配置したことによって、ばね質量
系１を任意に両方の接触台６の間で往復に作動させることができる。したがって
作動子１０によってセンサの機能をテストすることが可能である。またばね質量
系１の一方の側の作動子１０に規定された電圧をかけることによって、センサの
応動特性を加速度のより低い値に向かりてずらすことが可能である。他方の側の
作動子１０を活性化すると、センサの応動限界値をより高い加速度値に向かって
ずらすことができる。
図６においては、支承台７・ばね２及び振動質量体３の構成は既に説明した形式
で行われている。接触台１５は次のように構成されている。すなわち、接触台１
５とばね質量系との間にたんにわずかなすきま１６が残されるように、構成され
ている。この場合すきま１６は、接点９と１９との間の間隔よりもほんのわずか
にしか大きくない。ばね質量系１が出発位置４からふれ位置５に跳ねると、すき
ま１６内の空気がすきま幅の減少によって押し出される。すきま１６が小さい場
合、空気は充分に迅速に逃げることができず、これによってばね質量系１の運動
が緩衝される。ばね質量系１の運動の適当な緩衝によって、接点９・１９の跳ね
返りが阻止される。ばね質量系１と接触台１５との間に電圧をかけることによっ
てこのセンサの応動点がより低い加速度に向かってずらされる。
図７において１６は振動質量体３と接触台１５との間のすきまを示す。振動質量
体３及び（又は）接触台１５内に突入している脱気スリットを形成することによ
って、ばね質量系の緩衝特性に影響を及ぼすことができる。脱気スリット１７を
使用することによって。
ばね質量系１の緩衝に影響が及ぼされ、しかもそれによって、センサの応動点を
振動質量体３と接触台１５との間に電圧をかけるたとによって変化させる可能性
に影響を及ぼされることはない。
図８において、２１は絶縁基体を示し、２２はその上に取り付けられた構造化さ
れた導電層を示し、２３は構造化された溶解層を示し、２４は切り欠き部２５を
有するプラスチック層を示す。これら種々の層は互いに重なり合うことができる
。絶縁基体２１は例えば酸化ケイ素又は窒化ケイ素から成る絶縁層を有するシリ
コンウェハーから構成されている。例えば酸化アルミニウムのセラミックのよう
なセラミック材料も使用可能である。導電層２２のためには金属が使用される。
この金属は蒸着又はスパッタリングによって基体２１に取り付けられる。この層
の構造化は公知の薄膜技術のマスク及びエツチング技術によって行われる。層２
２の機能は７センサを基体２１に良好に固着させる機能と、センサ構造体の電着
のための電極としての機能とである。これらの要求に応えるために１層２２は２
つの金属層から構成することもできる。基体に良好に固着させるためには例えば
クロームを使用することができ、良好な電着電極は例えば金によって達成される
。溶解層２３は、基体２１の材料・導電層２２及びセンサ構造体の電着金属２６
と区別して選択的に溶解可能である。したがって層２３の材料はセンサの製作に
使用される別の材料から選択される。基体２１のために酸化アルミニウムのセラ
ミックが使用され、導電層２２のためにクローム層及び金層が使用され、電着金
属のためにニッケルが所要される場合、溶解層２３のために例えばチタンを使用
することができる。チタンは上に述べたすべての材料と区別して選択的に、フッ
化水素酸によってエツチングされる。このようにする代わりに、溶解層２３は例
えばポリイミドのようなプラスチックあるいはホウ素を配合されたガラスのよう
なセラミック材料から成ることができる。プラスチック層２４は、センサの電着
のための型室を形成している切り欠き部２５を備えている。プラスチック層２４
に切り欠き部２５を形成する１つのやり方は１例えばシンクロトロンで形成され
る発散性のわずかなレントゲンビームを使用することである。レントゲンビーム
を部分的に遮るマスクを通してプラスチック層２４にレントゲンビームを照射す
ることによって、センサ構造体の範囲だけが照射され、照射されたプラスチック
は照射されなかったプラスチックと区別して選択的に溶解する。レントゲンビー
ムに感応するプラスチックとしては例えばポリメチルメタクリレートが適してい
る。プラスチック層２４に切り欠き部２５を形成する別のやり方は例えば射出成
型又は反応注型のような成形技術を使用することである。成形の場合には、型に
液状又は塑性変形可能なプラスチックを充てんする。型内でプラスチックが硬化
した後に、プラスチックと型が分離される。これによって切り欠き部２４を有す
る構造化されたプラスチック層２４が得られる。この方法は基体２１の上で行わ
れるか、あるいは切り欠き部２５を有するプラスチック層２４を別個に製作して
、基体２１と結合する。図９においてはこのようにして製作されたセンサの横断
面が示されている。基体２１上に、支承台７とばね２と振動質量体３とから成る
センサ構造体が金属の電着によって取り付けられている。
プラスチック層２４及び溶解層２３は除去されている。したがって切り欠き部２
５を有するプラスチ・ツク層２４はセンサ製作のための型である。溶解層２３に
よってばね２及び振動質量体３のような可動のセンサ部分が基体２１から隔てら
れ、基体との摩擦によって運動を妨害されることはない。このようにして生ぜし
められたセンサ構造体の側壁面は基体に対して垂直である。これによって、セン
サの幾何学形状が極めて正確に規定される。
Claims (16)
- １．少なくとも１つのばね（２）と少なくとも１つの振動質量体とを有するばね 質量系（１）を備え，このばね質量系は所定の加速度方向にだけ応動し，所定の 加速度値を越えた場合に接点を閉じるようになっている形式の加速度センサにお いて，ばね質量系（１）が安定した出発位置（４）と安定したふれ位置（５）と を有し，ばね質量系（１）は，所定の値よりも小さい加速度が生じた場合に所定 の方向で出発位置（４）からたんにわずかに変位し，所定の加速度値を越えた場 合にふれ位置（５）に跳ね飛び，逆の方向の別の所定の加速度値を越えた場合に だけふれ位置（５）から出発位置（４）に戻るようにしたことを特徴とする加速 度センサ。
- ２．少なくとも１つの接触台（６・１５）と少なくとも１つの支承台（７）とが 板形の絶縁基体（８）上に固定されており，少なくとも１つの振動質量体（３） を取り付けた少なくとも１つのばね（２）が支承台（７）に結合されており，振 動質量体（３）及びばね（２）が基体（８）に対して間隔を有しており，振動質 量体（３）及び接触台（６・１５）がわずかな相互間隔を有しており，接触台（ ６）・支承台（７）・ばね（２）及び振動質量体（３）が金属から成っていて． その側壁面が基体（８）に対してほぼ垂直である請求項１記載のセンサ。
- ３．振動質量体（３）及び（又は）接触台（６）が接点（９）を有しており，振 動質量体（３）及び（又は）接触台（６）の接点（９）が別の材料から成ってい る請求項１又は請求項２記載のセンサ。
- ４．少なくとも２つのばね（２）が使用され，ばね（２）が曲げビームとして構 成されており，その厚さが長さに比して小さい請求項１から請求項３までのいず れか１項に記載のセンサ。
- ５．ばね質量系（１）が出発位置（４）にある場合にばね（２）が単数又は複数 の湾曲部を有している請求項４記載のセンサ。
- ６．出発位置（４）において，各ばねが直線状であり少なくとも２つのばね（２ ）の間の位置関係が平行でない請求項４又は請求項５記載のセンサ。
- ７．２つの支承台（７）が使用され，振動質量体（３）が支承台（７）の間にあ って，それぞれ１つのばね（２）によって支承台（７）と結合されている請求項 ４から請求項６までのいずれか１項に記載のセンサ。
- ８．ばね質量系（１）が少なくとも１つの静電作動子（１０）を備えており，こ の静電作動子によってばね質量系を一方の位置（４・５）から他方の位置（５・ ４）に動かし得るようにした請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の センサ。
- ９．少なくとも１つの静電作動子（１０）が櫛形の互いに入り組んでいる電極（ １３）から成っており，これに電気ポテンシャルをかけ得るようにした請求項８ 記載のセンサ。
- １０．接触台（１５）が次のように，すなわち，接触台が振動質量体（３）及び ばね（２）に向いた側において接点（９）の周囲を除いて振動質量体（３）及び （又は）ばね（２）に対してわずかなすきま（１６）を有しているように，構成 されており，接触台（１５）と振動質量体（３）及び（又は）ばね（２）との間 のすきま（１６）が接触台（１５）及び振動質量体（３）の接点（９）の相互間 隔よりもわずかにしか大きくない請求項１から請求項９までのいずれか１項に記 載のセンサ。
- １１．すきま（１６）が脱気スリット（１７）を備えており，該脱気スリットは 振動質量体（３）又は接触台（１５）又はこれら双方内に突入している請求項１ ０記載のセンサ。
- １２．接触台（１５）と振動質量体（３）及びばね（２）との間に電圧をかける 手段を有している請求項１０又は請求項１１記載のセンサ。
- １３．ア基体として，構造化された導電層（２２）及び構造化された溶解層（２ ３）を有する絶縁板（２１）を使用し， イ基体上に，切り欠き部（２５）を有するプラスチック層（２４）を形成し，切 り欠き部（２５）を部分的に溶解層（２３）上に位置せしめ， ウ切り欠き部（２５）に電気的手段によって金属を満たし， エプラスチック層（２４）及び溶解層を除去する ことを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載のセンサの 製法。
- １４．ア基体として，構造化された導電層（２２）及び構造化された溶解層（２ ３）を有する絶縁板（２１）を使用し， イ基体上に，切り欠き部（２５）を有するプラスチック層（２４）を形成し，切 り欠き部（２５）を部分的に溶解層（２３）上に位置せしめウ切り欠き部（２５ ）に電気的手段によって金属を満たし， エプラスチック層（２４）を部分的にレントゲンビームで照射し，照射された範 囲を照射されなかった範囲と区別して選択的に溶解させ，これによって生じた中 空室に別の金属を充てんしオプラスチック層（２４）及び溶解層（２３）を除去 する ことを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載のセンサの 製法。
- １５．切り欠き部（２５）を有するプラスチック層（２４）の製作を，レントゲ ンビームでプラスチック層を照射して照射された範囲を選択的に溶解させること によって行う請求項１３又は請求項１４記載の製法。
- １６．切り欠き部（２５）を有するプラスチック層（２４）の製作を，プラスチ ック構造体の成形によって行う請求項１３又は請求項１４記載の製法。
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