KR920007252B1 - 가속센서 - Google Patents

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KR920007252B1
KR920007252B1 KR1019890004762A KR890004762A KR920007252B1 KR 920007252 B1 KR920007252 B1 KR 920007252B1 KR 1019890004762 A KR1019890004762 A KR 1019890004762A KR 890004762 A KR890004762 A KR 890004762A KR 920007252 B1 KR920007252 B1 KR 920007252B1
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마사히도 이마이
하루유끼 이께오
히로히도 시오야
마사히도 무도오
모도미 이요다
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닛뽕 덴소오 가부시기가이샤
오까베 다까시
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Abstract

내용 없음.

Description

가속센서
제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 가속센서의 부분 절개도.
제2도는 제1도의 가속센서에 대한 L2-L2선 단면도.
제3도는 제1도 및 제2도의 가속센서중 센서소자에 대한 평면도.
제4도는 제3도의 센서소자에 대한 L4-L4선 단면도.
제5도는 동체(shell)를 스템(stem)으로부터 분리한 상태에서 본 발명의 제1실시예에 따른 가속센서를 도시한 사시도.
제6도는 제1도 내지 제5도의 센서소자중 기판(base)에 대한 사시도.
제7도는 제1도 및 제2도의 실시예중 격벽에 대한 정면도.
제8도는 제1도 및 제2도의 실시예중 격벽에 대한 저면도.
제9도는 제7도의 격벽에 대한 L9-L9선 단면도.
제10도는 본 발명의 제2실시예에 따른 가속센서에 대한 부분 절개도.
제11도는 제10도의 가속센서에 대한 L11-L11선 단면도.
제12도는 본 발명의 제3실시예에 따른 가속센서에 대한 부분 절개도.
제13도는 제12도의 가속센서에 대한 L13-L13선 단면도.
제14도는 본 발명의 제4실시예에 따른 가속센서에 대한 부분 절개도.
제15도는 제14도의 가속센서에 대한 L15-L15선 단면도.
제16도는 본 발명의 제5실시예에 따른 가속센서에 대한 개략도.
제17도는 제16도의 가속센서를 뒤집은 본 발명의 제5실시예의 가속센서에 대한 개략도.
제18도는 제16도 및 제17도중 격벽에 대한 측면도.
제19도는 제16도 및 제17도중 센서소자에 대한 단면도.
제20도는 본 발명의 제6실시예에 따른 가속센서의 부분 절개도.
제21도는 본 발명의 제7실시예에 따른 가속센서에 대한 부분 절개도.
제22도는 제21도의 L22-L22선 단면도.
제23도는 본 발명의 제8실시예에 따른 가속센서에 대한 부분 절개도.
제24도는 본 발명의 제9실시예에 따른 가속센서에 대한 부분 절개도.
제25도는 본 발명의 제10실시예에 따른 가속센서에 대한 평면도.
제26도는 제25도의 가속센서에 대한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 자유단 4c : 간극
700 : 댐핑액 800 : 기체
801 : 기포 900 : 격벽
903 : 댐핑액용 연통공 904 : 기체용 연통공
905 : 격벽판 A : 하측챔버
B : 상측챔버
본 발명은 측정할 대상물에 부착하는 가속센서 또는 가속계에 관한 것이다.
종래의 가속센서 또는 가속계로서, 캔틸레버식 비임(cantilevered beam)상에 반도체 스트레인 게이지(semiconductor strain gauge)를 설치한 것들이 제시된 바 있으며, 센서의 주파수 응답특성을 향상시키기 위해서 그러한 캔틸레버식 비임을 댐핑액(damping liquid)내에 설치하는 기술도 공지되었다.
최근의 가속센서에 있어서는 센서소자(sensor element)를 수용하는 포장기내에 기체와 댐핑액을 밀봉한 다음, 열로 인한 댐핑액의 팽창과 수축을 기체에 의하여 흡수하게 하고 있다. 센서출력신호중 소음을 일으키는 댐핑액의 불규칙 운동을 억제 또는 방지하기 위하여 포장기내에 격벽을 설치하는 방법도 공지되어 있다.
본 발명은 측정대상에 부착되는 탁월한 가속센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1특성에 따른 가속센서는 사용시 측정대상에 부착되어 대상물에 인가된 가속량을 검출한다.
그러한, 본 가속센서는 적어도 하나의 챔버를 구비하는 포장기를 포함한다. 센서소자는 상기 챔버내에 설치되고 가속량에 따라 진동하는 부분을 구비한다. 댐핑액은 상기 포장기내에 밀봉되고, 댐핑액의 양은 센서소자를 댐핑액속에 잠기게 할만하고, 한편 포장기내에 일정량의 기체도 남을만하게 하는 그러한 양이다. 기체는 댐핑액의 열로 인한 체적변화를 흡수한다. 가속량이 없으면, 기체 기포는 기체로부터 분리되지 못하게 저지된다. 또, 기체 기포가 챔버내에 정체하는 것도 방지된다.
본 발명의 제2특성에 따른 가속센서는 사용시 측정대상에 부착되어 대상물에 인가된 가속량을 검출한다. 그러한, 본 가속센시는 챔버를 구비하는 포장기를 포함한다. 챔버내에는 댐핑액이 채워진다. 센서소자는 챔버내에 설치되고 댐핑액속에 잠겨있게 된다. 센서소자는 가속량에 따라 진동하는 부분을 구비한다. 일부재(member)가 챔버의 일부를 점유하며, 일부재는 열로 인한 댐핑액의 체적변화를 흡수하게 변형자재하다.
첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예들을 설명하면 다음과 같다.
제1도 및 제2도에 있어서, 가속센서는 예컨대, 코바아(kovar) 같은 금속으로 만들어진 스템(일명, 하측포장기부재)(100)을 포함한다. 하기로부터 명확히 밝혀지겠지만, 스템(100)은 포장기의 일부를 구성한다. 스템(100)은 테두리를 따라 연장하는 용접부(welding portion)(101)와, 용접부(101)에 의해서 둘러싸인 용기부(raised portion)를 구비한다. 스템(100)의 용기부는 기판(6)을 지지하게 되어 있다. 스템(100)은 예컨대, 프레스작업 같은 적당한 처리에 의해서 형성된다. 센서소자에 전기를 접속하기 위해서 스템(100)의 용기부에는 각각 전기단자(400)들을 수용하는 4개의 관통공들이 부설된다. 전기단자(400)들은 용융처리에 의해서 관통공들내로 삽입한 경질유리(500)에 의해서 스템(100)에 고정된다. 경질유리(500)들은 전기단자(400)와 스템(100)의 벽 사이로 연장된다. 스템(100)은 가속센서를 부착하기 위한 한쌍의 구멍(401)을 구비한다.
가속센서중 센서소자는 캔틸레버(cantilever)(4a)와, 캔틸레버(4a)를 지지하는 기판(6)을 포함한다. 기판(6)은 적당한 고정부재(예 : 땜납)에 의해서 스템(100)상에 설치된다. 캔틸레버(4a)는 예컨대, n형 규소 단결정 기판 같은 반도체로 된 것이다.
제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 캔틸레버(4a)는 기단(base end) 또는 지지부(8)와, 자유단(1)과, 지지부(8)와 자유단(1) 사이로 연장되는 얇은 격막(7)을 포함한다. 보호부(4b)는 지지부(8)로부터 일체로 연장되어 자유단(1)을 둘러싸므로써 자유단(1)을 보호한다. 보호부(4b)는 자유단(1) 및 격막(7)으로부터 간극(4c)만큼 이격된다.
간극(4c)을 형성하는 소로(seribe alley)는 캔틸레버(4a)용 반도체 출발재료의 양면을 부식시켜서 만든다. 예컨대, 출발재료중 소로를 형성한 부분의 상부면을 부식시킨 후, 격막(7)의 형성시에 상기 부분의 하부면을 부식시키는 것이다.
지지부(8)와 보호부(4b)중 일정 영역의 표면에는 예컨대, 니켈과 같이 납땜 가능한 금속으로 된 층(3)을 피복한다. 납땜 가능한 층(3)의 형성은 도금 또는 증착에 의해서 수행된다. 기판(6)중 일정 영역의 상부면에는 지지부(8)와 보호부(4b)상에 납땜 가능한 금속으로 된 층(3)이 피복된다. 보호부(4b)와 기판(6) 및 지지부(8)의 층(3)들은 납땜으로 된 층(5)에 의해서 서로 접합된다. 이러한 방법으로 지지부(8)와 보호부(4b)가 기판(6)에 고정된다.
캔틸레버(4a)는 측정할 가속량에 따라서 이동된다. 제4도 및 제6도에 도시된 바와 같이, 기판(6)의 상부면에는 캔틸레버(4a)의 이동을 허용하는 일정 깊이의 요부(6a)가 구비된다. 요부(6a)의 깊이는 캔털레버(4a)에 손상을 입힐 캔틸레버(4a)의 과도한 이동을 방지할만한 깊이로 선택된다.
공지된 반도체 처리기술에 의해서 캔틸레버(4a)의 격막(7)내 또는 격막(7)상에는 4개의 반도체 스트레인 게이지(9)들이 형성된다. 예컨대, 반드체 스트레인 게이지(9)의 형성은 열확산기술 또는 이온주입 기술로 예컨대, 붕소 같은 적당한 원자로 된 p형 불순물들을 n형 규소로 된 격막(7)내로 주입시켜서 이룩한다. 4개의 반도체 스트레인 게이지(9)들은 배선층(11a)과 격막(7)상에 형성한 배선부재(11b)와, 캔틸레버(4a)의 지지부에 의해서 전브리지(full bridge)식으로 전기적으로 접속된다. 예컨대, 배선층(11a)들은 n형 규소로 된 격막(7)내에 p형 불순물을 고농도 또는 고밀도로 부입하여 형성된다. 예컨대, 배선부재(11b)들은 지지부(8)상에 증기코우팅에 의해서 형성한 알루미늄막으로 만들어진다.
배선층(11a)중 2개는 반도체 스트레인 게이지(9)로부터 자유단(1)의 끝으로 연장하였다가 지지부(8)쪽으로 되돌아나오는 U자형부를 구비한다. 격막(7)의 파괴시에는 이와 같은 U자형 구조에 의해서 배선층(11a)이 파괴됨으로써 가속센서가 일정 파형의 경고신호를 출력할 수 있게 된다. 배선층(11a)들은 접촉부(11c)를 개재하여 배선부재들에 각각 전기적으로 접속된다. 배선부재(11b)는 리이드선(300)을 개재하여 전기단자(400)에 접속되는 패드(pad)(11d)까지 연장된다.
캔틸레버(4a)와 보호부(4b)의 상부면들은 예컨대, 이산화규소등의 적당한 재료로 만들어진 보호막(10)으로 피복된다.
캔틸레버(4a)가 일가속량에 노출되면, 캔틸레버(4a)의 자유단(1)이 지지부(8)에 상대적으로 이동하여 격막(7)에 응력이 유도된다. 격막(7)의 응력은 반도체 스트레인 게이지(9)들의 저항을 서로 다르게 가변시켜서 반도체 스트레인 게이지(9)의 브리지 회로는 저항이 불균형화(unbalancing)된다. 따라서, 반도체 스트레인 게이지(9)의 브리지 회로가 가속량에 따라 불균형화 된다. 반도체 스트레인 게이지(9)의 브리지 회로에 일정 전위를 인가한 경우, 브리지 회로는 브리지 회로의 저항 불균형에 따라 가변하는 전압을 출력함으로써 가속량을 나타내게 된다.
제1도, 제2도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 동체(또는 상부포장기부재)(600)는 하부면이 개방된 요부(凹部)와, 이 요부의 개방된 하단부를 둘러싸게 연장하는 플랜지식 테두리(601)를 구비하는 복스(box)형상의 것이다. 동체(600)는 예컨대, 프레스작업 같은 적당한 처리에 의해서 형성된다. 플랜지식 테두리(601)는 스템(100)의 용점부(101)를 대향하는 용접부를 형성한다. 동체(600)의 플랜지식 테두리(601)와 스템(100)의 용접부(101)는 용접처리에 의해서 서로 밀봉 접합된다. 스템(100)과 동체(600)가 형성하는 포장기내에 센서소자를 수용하는 챔버가 형성된다. 제5도에서는 내부구조를 도시하기 위해서 포장기를 분해 도시하였다.
제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 격벽(900)은 동체(600)의 요부내로 연장된다. 격벽(900)은 예컨대, 스폿(spot) 용접에 의하여 적당히 동체(600)에 접합되어 있다. 격벽(900)은 예컨대, 스테인레스강 등의 탄성재료로 만들어진다.
제7도, 제8도 및 제9도에 도시된 바와 같이, 격벽(900)은 동체(600)에 접합되는 접합부(901)와, 스템(100)에 접촉하는 접촉부(902)와, 접합부(901)와 접촉부(902) 사이로 연장되는 한쌍의 격벽판(905)을 포함한다. 제1도에 도시된 바와 같이, 격벽판(905)은 포장기의 내부를 2개의 챔버, 즉 하측챔버(A) 및 상측챔버(B)로 분리한다. 각각의 격벽판(905)은 하측챔버(A) 및 상측챔버(B)에 연결되는 댐핑액용 연통공(903)을 구비한다. 격벽판(905)들은 서로가 이격되어 하측챔버(A)와 상측챔버(B)를 연결하는 기체용 연통공(904)을 형성한다.
가속량을 감시하고자 하는 대상물이 차체인 경우, 제1도의 가속센서에 대한 수직방향(U)이 차체의 상향수직방향과 일치하고, 가속센서의 수직방향(U)과 수평방향(h)에 모두 직각인 제1도의 가속센서의 방향이 차체의 주행방향과 일치하게 하여 가속센서를 차체에 부착한다.
제1도 및 제7도에 도시된 바와 같이, 격벽(900)의 격벽판(905)은 수평방향(h)에 대하여 일정각도(예컨대, 35°)로 경사져 있다. 격벽판(905)은 기체용 연통공(904)쪽을 향한 방향으로 볼때 위쪽으로 경사져 있다. 따라서, 기체용 연통공(904)은 격벽(900)의 정상부까지 연장된다. 댐핑액용 연통공(903)의 위치는 기체용 연통공(904)의 위치보다 하측에 위치한다.
격벽(900)층 격벽판(905)의 원래 폭(original width)은 스템(100)과 동체(600) 사이에 형성된 포장기 내부공간의 깊이보다 다소 크다. 가속센서를 조립할 때, 격벽(900)의 접합부(901)를 동체(600)에 용접한 후, 동체(600)를 스템(100)쪽으로 가압함으로써 격벽(900)의 접촉부(902)가 가압되어 스템(100)과 접촉하게 한다. 이와 같은 방법으로, 격벽(900)은 스템(100) 및 동체(600)에 기계적 접속된다.
수평방향(h)에 대한 격벽판(905)의 각도는 비교적 크다. 실제, 이러한 각도는 가속센서의 크기와 가속센서의 조립등의 다양한 요인에 의하여 제한된다.
제1도와 제2도에 도시된 바와 같이, 가속센서의 포장기는 댐핑액(700)과, 예컨대 공기와 같은 기체(800)를 내재한다. 포장기내부 상측챔버(B)의 격벽판은 기체(800)로 채워진다. 포장기내 하측챔버(A)는 댐핑액(700)으로 채워진다. 센서소자는 댐핑액(700)속에 잠기는 상태로 하측챔버(A)내에 잔재한다.
댐핑액용 연통공(903)들은 댐핑액(700)이 중력으로 인하여 상측챔버(B)로부터 하측챔버(A)로 흐로도록 허용되어 있다. 또, 바람직하게는 댐핑액(700)이 댐핑액용 연통공(903)을 통하여 쉽게 흐르지 못하도록 댐핑액용 연통공(903)의 크기는 작은 것이 좋다. 예컨대, 댐핑액(700)의 점도가 500cs 내지 2,000cs인 경우, 댐핑액용 연통공(903)의 직경은 약 0.4㎜인 것이 바람직하다.
통상, 댐핑액(700)은 온도변화에 따라 팽창 또는 수축하므로, 포장기내에 기체(800)를 유입시켜 댐핑액(700)의 팽창 및 수축을 보정하게 한다. 즉, 포장기내에 댐핑액(700)은 부분적으로 채워지는 것이다. 이러한 경우에, 센서소자는 가속량에 따라 진동함에 따라 댐핑액(700)은 불규칙 운동을 보임으로써 센서소자로부터의 출력신호에 노이즈(noise)가 야기된다. 격벽(900)의 기능은 바로 그러한 댐핑액(700)의 불규칙 운동을 방지 또는 억제하는 것이다.
기체용 연통공(904)은 부력에 의해서 기체(800)의 기포가 하측챔버(A)로부터 상측챔버(B)로 복귀되도록 설계되어 있다. 기체용 연통공(904)의 크기를 작게 할수록 격벽(900)은 댐핑액(700)의 불규칙 운동을 좀더 효과적으로 억제할 수 있고, 기체(800)의 기포가 기체용 연통공(904)을 통과하는 것은 더욱 어려워진다. 예컨대, 수평방향(h)에 대한 격벽(900)중 격벽판(905)의 각도가 40°이고 댐핑액(700)의 점도가 50cs인 경우, 기체용 연통공(904)의 직경은 약 1.5㎜인 것이 바람직하다.
제1도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 동체(600)에는 구멍(602) 및 (603)이 구비되어 있다. 가속센서를 조립할때, 구멍(602)은 포장기내로 댐핑액(700)을 주입할 주입구이고, 또 구멍(603)은 포장기내로 댐핑액(700)을 주입할때 포장기로부터 공기가 배출될 수 있는 배출공으로도 작용한다. 즉, 전기·저항용접에 의하여 동체(600)와 스템(100)을 공기가 밀폐되게 접합한 다음, 액체주입기의 출구바늘을 구멍(602)을 통하여 포장기내로 삽입하고, 댐핑액(700)이 하측챔버(A)를 채울 수 있도록 일정량의 댐핑액(700)을 포장기내로 주입하는 것이다. 이때, 포장기내에는 일정량의 공기가 잔여하게 되고, 이 잔여된 공기는 모두 통상 상측챔버(B)내에 상승하게 된다. 이러한 잔여공기는 기체(800)로 조성되고, 댐핑액(700)의 주입이 완료되면 구멍(602) 및 (603)들을 납땜으로 밀폐하므로써 댐핑액(700)과 기체(800)는 포장기내에 밀봉된다.
이상과 같이, 가속센서의 조립이 완료되면, 하측챔버(A)는 댐핑액(700)으로 채워지고 상측챔버(B)는 기체(800)로 채워지게 되는 것이다. 가속센서를 측정대상물에 부착할때, 가속센서는 상기한 바와 같이 일정한 방향으로 대상물에 설치하므로써 하측챔버(A) 및 상측챔버(B)는 각각 댐핑액(700)과 기체(800)로 채워진다. 가속센서를 조립한 다음에 가속센서를 대상물에 부착하기 전에, 가속센서를 임의로 잘못된 방향으로 놓으므로 인하여 기체(800) 및 댐핑액(700) 중 그 일부 기체(800)는 하측챔버(A)로, 또 댐핑액(700)의 일부는 상측챔버(B)로 유입할 우려가 있다. 그러나, 이러한 경우에도 가속센서를 대상물에 대한 일정방향으로 정확히 설치하면 하측챔버(A)내의 기체(800)는 부력에 의해서 격벽(900)의 경사진 격벽판(905)을 따라 위쪽으로 이동하여 하측챔버(A)로부터 기체용 연통공(904)를 경유하여 상측챔버(B)로 복귀한다. 즉, 격벽(900) 중 격벽판(905)의 경사진 구조로 인하여 기체(800)는 하측챔버(A)로부터 상측챔버(B)로 신속 원활하게 복귀될 수 있는 것이다. 따라서, 기체(800)가 하측챔버(A)내에 정체하는 것이 신뢰성있게 방지된다. 이러한 결과로서, 하기에서 좀더 명확해지는 바와 같은 탁월한 본 가속센서의 특성을 얻는다. 기체(800)가 상측챔버(B)로 복귀하는 동안 그 기체(800)의 체적에 상당하는 댐핑액(700)의 일부는 중력에 의해서 상측챔버(B)로부터 댐핑액용 연통공(903)을 경유하여 하측챔버(A)로 하강한다.
하측챔버(A)내에 기체(800)가 정체하면 가속센서 특성에 다음과 같은 악영향을 미침을 밝혀두고자 한다. 첫째, 그러한 기체(800)는 본 가속센서의 재생산성(reproducibility)을 저하시킨다. 또, 기포형상의 기체(800)는 측정대상물의 진동에 따라서 수평방향상 전후로 진퇴하므로 댐핑액(700)을 요동케 한다. 댐핑액(700)의 요동은 캔틸레버(4a)의 종방향으로 작용하는 횡방향 가속량을 캔틸레버(4a)가 받게하므로 가속센서의 지향성(direction)이 손상되고, 가속센서의 특성이 감쇄된다.
따라서, 댐핑액(700)이 상측챔버(B)로부터 중력에 의해서 하측챔버(A)로 복귀할 수 있게 하는 한편, 측정대상물로부터 받는 정상적인 진동으로 인하여 댐핑액(700)이 하측챔버(A)로부터 상측챔버(B)로 이동하는 것은 방지할 수 있도록 댐핑액용 연통공(903)의 크기를 선택한다. 이에 따라서, 댐핑액(700)이 댐핑액용 연통공(903)을 통하여 전후로 흐르는 것이 방지된다. 그러한 댐핑액(700)의 유동은, 캔틸레버(4a)의 종방향으로 작용하는 횡방향의 가속량을 캔틸레버(4a)가 받게되기 때문에 방지하게 되며, 하측챔버(A)내에 기체(800)가 정체하는 것을 방지하는 경우와 같이 가속센서의 탁월한 특성이 보장된다.
단일개의 기체용 연통공(904)만을 마련하므로써 기체용 연통공(904)을 거쳐 댐핑액(700)이 잘못 유동할 확률은 매우 적어진다.
격벽(900)은 캔틸레버(4a)에 대하여 대칭적으로 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 격벽(900)의 대칭적인 구조로 인하여, 댐핑액(700)을 개재하여 전달되는 힘을 캔틸레버(4a)에서 대칭적으로 분배 수용하게 되며, 이러한 분배되는 힘에 의하여 본 가속센서의 정확성이 보장될 수 있다.
본 발명의 제2실시예를 설명하면 다음과 같다.
제10도 및 제1l도가 도시하는 본 발명의 제2실시예는 다음과 같은 구조변화를 제외하면 제1도 내지 제9도의 제1실시예와 유사하다.
즉, 제10도 및 제11도의 제2실시예에 있어서, 격벽(900)은 V자형으로 형성한다. 또, 격벽(900)의 상측모서리와 동체(600)의 벽 사이에 한쌍의 기체용 연통공(904)이 형성되어 있다.
본 발명의 제3실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
제12도 및 제13도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 것으로서, 제3실시예는 하기하는 구조상의 변화를 제외하면 제1도 내지 제9도의 제1실시예와 유사하다.
제12도 및 제13도의 제3실시예에 있어서, 격벽(900)은 단일하게 경사져 있다. 격벽(900)의 상측모서리와 동체(600)의 벽 사이에 하나의 기체용 연통공(904)이 형성된다. 댐핑액용 연통공(903)은 격벽(900)의 중심부를 관통한다.
본 발명의 제4실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
제14도 및 제15도가 도시한 본 발명의 제4실시예는 하기하는 구조상의 변화를 제외하면 제1도 내지 제9도의 제1실시예와 유사하다.
제14도 및 제15도의 제4실시예에 있어서, 격벽(900)은 경사지고 휘어져 있다. 격벽(900)의 상측모서리와 동체(600)의 벽 사이에 하나의 기체용 연통공(904)이 형성된다. 댐핑액용 연통공(903)은 격벽(900)의 중심부를 관통한다.
본 발명의 제5실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.
기체(800)의 기포(801)가 하측챔버(A)내에 잔여하여 제16도상 점선의 원으로 도시된 바와 같이, 캔틸레버(4a) 주위의 간극(4c)에 도달하게 되면, 가속센서에 충격이 가해졌을때, 기포(801)의 일부는 때때로 켄틸레버(4a)와 기판(6) 사이의 공간내로 제19도와 같이 끌려 들어와서 불잡히게 된다. 그러면, 불잡힌 기포(801)는 캔틸레버(4a)와 기판(6)사이의 공간에 정체한다. 이와 같이 정체한 기포(801)는 가속센서로부터의 출력신호에 이상을 초래한다.
본 발명의 제5실시예는 바로 그러한 문제점을 방지하게 설계한 것이다. 본 발명의 제5실시에는 하기하는 구조상의 차이를 제외하면 제1도 내지 제9도의 제1실시예와 유사하다. 본 발명의 제5실시예를 제16도 내지 제18도를 참조하여 좀더 설명하기로 한다.
격벽(900)과 간극(4c) 사이의 최단거리를 부호(2r1)로 표시하기로 하였을때에는, 값(2r1)보다 크거나 같은 직경을 갖는 기포(801)는 하측챔버(A)내에 정체하는 것이 방지되어야 한다. 이러한 관점에서, 값(2r1)보다 크거나 같은 직경을 갖는 기포(801)가 부력에 의해서 쉽게 하측챔버(A)로부터 상측챔버(B)로 복귀할 수 있도록 기체용 연통공(904)의 크기를 선택한다.
기체용 연통공(904)의 직경은 부호(2r2)로 표시된다. 기포의 직경이 기체용 연통공(904)의 직경(2r2)보다 작으면, 기포(801)는 기체용 연통공(904)을 통과할 수 있다. 기체용 연통공(904)의 직경(2r2)과 동일한 직경을 갖는 기포(801)를 발생시키는데 필요한 압력(P1)은 다음 식으로 표시된다.
Figure kpo00001
여기서, Ts는 댐핑액(700)의 표면 장력을 표시한다. 댐핑액(700)이 50cs의 점도를 갖는 규소유(silicon oil)로 구성된 경우, 표면장력(Ts)는 20.5dyn/㎝이다.
값(2r2)과 동일한 직경을 갖는 기체용 연통공(904)에서 값(2r1)과 동일한 직경을 갖는 기포(801)에 인가되는 압력(P2)은 다음 식과 같이 표시된다.
Figure kpo00002
여기서, W1은 기포(801)의 체적에 상당하는 댐핑액(700)의 질량을 표시하고, G는 중력가속도를 표시한다. 기포(801)가 구형(spherical)이라고 가정했을때, 질량(W1)은
Figure kpo00003
와 동일하고, 여기서 ρ는 댐핑액(700)의 비중을 표시한다. 댐핑액(700)이 규소유인 경우, 비중(ρ)은 0.96g/㎤이다.
값(2r1)과 동일한 직경을 갖는 기포(801)를 값(2r2)과 동일한 직경을 갖는 기체용 연통공(904)으로 통과시키려면 다음의 조건이 만족되어야 한다.
즉, P1〈 P2이다.
이러한 조건은 (1)식과 (2)식을 이용하여 다음의 관계식으로 변형할 수 있다.
Figure kpo00004
예컨대, 값(r1)이 0.2㎝이고, 값(r2)은 0.41㎜보다 크커나 같을때, 기포(801)가 캔틸레버(4a)와 기판(6) 사이의 공간으로 들어가는 것은 방지된다.
이상 설명한 바로부터 인지할 수 있듯이, 기체용 연통공(904)의 직경(2r2)을 격벽(900)과 간극(4c) 사이의 첨단거리(2r1)에 따라서 관계식(즉, (3)식)을 만족하게 선택하면, 값(2r1)보다 크거나 같은 직경을 가진 기포(801)가 하측챔버(A)에 정체하는 것과 캔틸레버(4a)와 기판(6) 사이의 공간내로 들어가는 것이 방지된다.
기체용 연통공(904)이 직사각형인 경우, 기체용 연통공(904)을 통과하는 기포(801)는 댐핑액(700)의 표면장력으로 인해 거의 구형을 취하므로 기체용 연통공(904)의 크기는 (1)식 내지 (3)식을 활용하여 상응하에 조정할 수 있다.
제17도는 정상방향과 반대방향으로 설치되는 가속센서를 도시하고 있다. 제17도의 가속센서에 있어서, 기체(800)는 격벽(900)밑의 챔버내에 정체한다. 제17도에 도시된 바와 같이, 댐핑액용 연통공(903)의 직경은 부호(2r3)로 표시되고, 격벽(900)중 각각의 격벽판(905)의 길이는 부호(L)로 표시되었다. 제18도는 측방에서 본 격벽(900)을 도시한 것이다. 제18도에 있어서, 부호(D)는 격벽(900)의 깊이 또는 폭을 표시한다. 액체중 기체(800)에 작용하는 부력은 기체(800)의 체적이 클수록 증가한다. 격벽(900)밑 챔버내에 정체할 수 있는 기체중에서 체적이 가장 큰 기체(800)가 댐핑액용 연통공(903)을 통과하지 못하게 댐핑액용 연통공(903)의 크기를 설계하였을 경우, 기포(801)가 상측챔버(A)로 들어가는 것이 방지된다.
값(2r3)과 동일한 직경을 가진 기포(801)를 발생하는데 필요한 압력(P3)은 다음 식과 같이 표시된다.
Figure kpo00005
댐핑액용 연통공(903)에서 값(2r3)과 동일한 직경을 가진 기포(801)에 인가되는 압력(P4)은 다음 식과 같이 표시된다.
Figure kpo00006
여기서, W2는 격벽(900)밑 챔버내에 정체할 수 있는 기체(800)의 최대 체적에 상당하는 댐핑액(700)이 질량이고, 부호(S)는 격벽(900)중 격벽판(905)의 면적을 표시하는 것으로 값(L)에 값(D)을 곱한 것과 같다.
기체(800)가 댐핑액용 연통공(903)을 통과하는 것을 방지하려면 다음 조건이 만족되어야 한다.
즉, P3〉P4인 조건이다.
이러한 조건은 (4)식 및 (5)식을 이용하여 다음의 관계식으로 변경할 수 있다.
Figure kpo00007
예컨대, W2, D 및 L이 각각 0.15g, 0.35㎝ 및 1.3㎝이고, 기체(800)가 포장기의 전체 내부체적의 11%를 점유하며, 값(r3)이 0.32㎜보다 작을때, 기포(801)는 하측챔버(A)로 들어가지 못하게 저지된다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 댐핑액용 연통공(903)의 직경(2r3)을 (6)식을 만족하도록 격벽(900)밑 챔버내에 정체할 수 있는 기체(800)의 최대 체적에 따라 선택하면, 기포(801)가 하측챔버(A)로 들어가는 것과 캔틸레버(4a)와 기판(6)사이의 공간으로 들어가는 것이 방지된다.
본 발명의 제6실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
제20도가 도시하는 본 발명의 제6실시예는 하기하는 구조상의 차이를 제외하면 제1도 내지 제9도의 제1실시예와 유사하다.
제20도의 제6실시예에 있어서, 격벽(900)의 격벽판(905)에는 구멍이 없다. 격벽(900)의 하측모서리와 동체(600)의 벽 사이에는 한쌍의 댐핑액용 연통공(903)이 형성된다.
본 발명의 제7실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
제21도 및 제22도가 도시하는 본 발명의 제7실시예는 하기하는 구조상의 차이점을 제외하면 제1도 내지 제9도의 제1실시예와 유사하다.
제21도 및 제22도의 제7실시예에 있어서, 격벽(900)은 평평하고 수평적으로 연장되며, 댐핑액용 연통공(904)(제1도 참조)이 없다. 격벽(900)중 댐핑액용 연통공(903)의 직경은 댐핑액(700)을 댐핑액용 연통공(903)을 통해 통과할 수 있지만 댐핑액(700)중의 기체(800)는 댐핑액용 연통공(903)을 통과할 수 없는 크기로 선택되어 있다.
따라서, 기체(800)는 하측챔버(A)내로 들어가지 못한다. 댐핑액용 연통공(903)의 직경은 댐핑액(700)이 댐핑액용 연통공(903)을 통하여 전후 및 원형상으로 유통하지 못하게 할만하게 작은 것이 바람직하다.
특히, 댐핑액용 연통공(903)의 직경은 (6)식으로 결정된 값(2r3)보다 작다.
본 발명의 제8실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제23도가 도시하는 본 발명의 제8실시예는 다음과 같은 구조상의 차이점을 제외하면 제1도 내지 제9도의 제1실시예와 유사하다.
제23도의 제8실시예는 격벽이 없다. 제23도의 제8실시예에 있어서, 동체(600)와 스템(100)은 다이아몬드형 포장기를 형성한다. 제23도의 제8실시예에 따른 반도체 가속센서를 측정대상물에 부착할때, 가속센서는 동체(600)의 모퉁이(604)가 최상측 위치에 있도록 방향을 잡는다.
현재, 기체(800)가 어떤 원인에 의해서 모퉁이(604)로부터 다른 부위에 연장되어 있다고 가정하면, 그러한 기체(800)는 부력에 의해서 상향 이동하고, 다음 통상 동체(600)중 상측측벽(605) 및 (606)중 하나에 도달한다. 상측측벽(605) 및 (606)들은 수평방향에 대하여 경사져 있으므로, 기체(800)는 상측측벽(605) 및 (606)중 하나를 따라 모퉁이(604)쪽으로 상향 이동하여 모퉁이(604)에 정체한다. 모퉁이(604)는 기체(800)를 보유하는 한편 기체(800)의 수평이동을 제한한다. 이러한 기체(800)의 수평이동에 대한 제한에 의하여 탁월한 가속센서의 특성이 포장된다.
밝혀둘 것은 댐핑액(700)의 유통을 억제하기 위해서 격벽을 마련할 수 있다는 것이다.
본 발명의 제9실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제24도가 도시하는 본 발명의 제9실시예는 제1도 내지 제9도의 제1실시예와 다음과 같은 구조상의 차이점을 제외하면 유사하다.
제24도의 제9실시예에서는 격벽이 배제되었다. 제24도의 제9실시예에 있어서, 예컨대 비닐 같은 재료로 만들어진 공기주머니(850)가 공기(800)를 내포한다. 공기주머니(850)는 반도체 가속센서의 포장기내에 설치되고, 포장기의 벽에 접속된 고정부재(860)에 의해서 지지된다. 공기주머니(850)는 센서소자로부터 이격된다.
공기주머니(850)를 포장기의 벽에 직접 정착시킬 수도 있다.
공기주머니(850)의 설치로 인해 원하지 않는 댐핑액(700)의 유통은 방지되며, 기체(800)의 원하지 않는 이동도 방지되므로 가속센서의 탁월한 특성이 보장된다.
본 발명의 제10실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
제25도와 제26도가 도시하는 본 발명의 제10실시예는 하기하는 구성의 차이점만을 제외하면 제1도 내지 제9도의 제1실시예와 유사하다.
제25도 및 제26도의 제10실시예에 있어서, 원통형의 동체(600)는 스템(100)으로부터 일체로 연장되고 상단부가 개방되어 있다. 동체(600)의 내부를 댐핑액(700)으로 채운 다음, 동체(600)의 상단부를 금속격막(1000)으로 폐쇄한다. 금속격막(1000)은 동체(600)에 밀봉되게 용접되므로 댐핑액(700)은 스템(100), 동체(600) 및 금속격막(1000)으로 형성된 포장기내에 밀봉된다.
금속격막(1000)은 댐핑액(700)의 열팽창 및 수축을 흡수한다. 포장기는 댐핑액(700)으로 완전히 채워지므로 댐핑액(700)의 불규칙 운동이 방지되고 기체의 포장기내 유입도 방지된다.
본 발명의 타실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제1도 내지 제20도의 실시예에서는 댐핑액용 연통공(903)이 배제될 수 있다. 이러한 경우에, 댐핑액용 연통공(903)을 통한 댐핑액(700)의 유통이 방지된다. 또, 이 경우에 댐핑액(700)중 일부가 상측챔버(B)로 들어가면 댐핑액(700)중 이러한 부분이 하측챔버(A)로 복귀하는데는 장시간이 소요된다.
제1도 내지 제26도의 실시예에 있어서, 반도체 센서소자는 압전형(piezo-electric type) 또는 금속 뒤틀림형(metal distortion typ)의 센서소자로 대치될 수 있다.
제1도 내지 제26도의 실시예에 있어서, 반도체 센서소자의 캔틸레버는 지지되는 대향 단부들을 구비하는 비임으로 대치될 수 있다.
제1도 내지 제26도의 실시예에 있어서, 격벽(900)은 계단식으로 만들수도 있다. 이러한 경우, 격벽(900)은 외측 운곽이 수평방향에 대해 경사지게 설계한다.

Claims (11)

  1. 대상물에 부과된 가속량을 검출하기 위해 측정할 대상물에 부착되는 가속센서에 있어서, 하나 이상의 챔버를 구비하는 포장기와; 가속량에 따라 진동하는 부분을 구비하고 상기 챔버내에 배치되는 센서소자와; 포장기내에 밀봉되고 센서소자가 댐핑액(700)내에 잠기게 허용하며 일정량의 기체(800)도 포장기내에 남아있게 허용하여 기체(800)가 댐핑액(700)의 열로 인한 체적변화를 흡수하게 하는 일정량의 댐핑액(700)과; 가속량이 없을때 기체(800)로부터 기체 기포(801)가 분리되는 것을 방지하고, 기체 기포(801)가 챔버내에 정체하는 것을 방지하는 방지수단으로 구성하는 것을 특징으로 하는 가속센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방지수단은 센서소자위로 연장되고, 챔버를 형성하는 하나의 벽으로 구성되고, 이 벽의 일부는 수평방향에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 가속센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방지수단은 포장기의 내부를 챔버와 이 챔버위로 연장되는 하나의 실(B)로 분리하는 격벽(900)을 포함하고, 이 격벽(900)중 적어도 일부는 수평방향에 대하여 경사져 있으며, 격벽(900)중 경사진 부분은 챔버(A)와 상기 실(B)을 연결하는 개구(904)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가속센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 센서소자는 센서소자의 진동부를 부분적으로 둘러싸는 간극을 구비하고, 개구(904)의 직경(2r2)은 디음 관계식
    Figure kpo00008
    을 만족하게 선택되며, 상기 식에서 부호(2r1)는 격벽(900)과 간극(4c) 사이의 최단거리를 표시하고, 부호(W1)는 거리(2r1)와 동일한 직경을 가진 구의 체적과 동일한 댐핑액(700)의 체적에 대한 질량을 표시하며, 부호(Ts)는 댐핑액(700)의 표면장력을 표시하고, 부호(G)은 중력가속도를 표시하는 것을 특징으로 하는 가속센서.
  5. 제3항에 있어서, 상기 격벽(900)은 개구의 위치보다 하측 위치에 배치되어 챔버와 실을 연결하는 다른 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 가속센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구멍의 직경(2r3)은 다음 관계식
    Figure kpo00009
    을 만족하게 선택되고, 상기 식에서 부호(W2)는 상기 실내에 정체할 수 있는 기체의 최대 체적에 상당하는 댐핑액의 체적에 대한 질량을 표시하며, 부호(S)는 기체를 접촉하는 격벽중 일부의 면적을 표시하고, 부호(Ts)는 댐핑액의 표면장력을 표시하며, 부호(G)는 중력가속도를 표시하는 것을 특징으로 하는 가속센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 방지수단은 포장기의 내부를 챔버와 이 챔버위로 연장되는 하나의 실로 분리하는 격벽(900)을 포함하고, 이 격벽(900)은 챔버와 상기 실을 연결하는 하나의 구멍을 구비하며, 이 구멍의 직경은 댐핑액(700)은 통과시키지만 댐핑액중의 가스는 통과하지 못하게 저지할 수 있는 값으로 선택되는 것을 특징으로 하는 가속센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구멍의 직경(2r3)은 다음 관계식
    Figure kpo00010
    을 만족하게 선택되고, 상기 식에서 부호(W2)는 상기 실내에 정체할 수 있는 기체의 최대 체적에 상당하는 댐핑액의 체적에 대한 질량을 표시하며, 부호(S)는 기체를 접촉하는 격벽중 일부의 면적을 표시하고, 부호(Ts)는 댐핑액의 표면장력을 표시하며, 부호(G)는 중력가속도를 표시하는 것을 특징으로 하는 가속센서.
  9. 대상물에 부과된 가속량을 검출하기 위해서 측정할 대상물에 부착되는 가속센서에 있어서, 일챔버를 구비하는 포장기와; 챔버를 채우는 댐핑액(700)과; 챔버내에 설치되어 댐핑액내에 잠기고 가속량에 따라 진동하는 일부분을 구비하는 센서소자와; 챔버의 적어도 일부분을 형성하고 댐핑액(700)의 열로 인한 체적변화를 흡수하여 변형하는 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 가속센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 부재는 금속격막으로 구성된 것을 특징으로 하는 가속센서.
  11. 주챔버를 구비하는 포장기와; 상기 주챔버를 상측챔버(B)와 하측챔버(A)로 분할하는 격벽(900)과 하측챔버(A)내에 설치되는 센서소자와; 하측챔버(A)를 채우는 댐핑액(700)과; 상측챔버(13)를 채우는 기체(800)와; 상기 격벽(900)의 하측단부로부터 상측단부까지 경사지게 연장되면서 격벽(900)에 포함되는 판으로서, 판의 상측단부에 상측챔버(B)와 하측챔버(A)를 연결하는 기체용 연통공(904)을 형성하고, 하측챔버(A)내의 기체기포(801)를 개구쪽으로 안내하여 기체(800)가 부력에 의해서 하측챔버(A)로부터 개구를 통해 상측챔버(B)내로 이동하게 하는 경사판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가속센서.
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