JP2009537803A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、震動質量体（１）と基板（１３）とを備えた加速度センサに関する。震動質量体は少なくとも１つのトーションウェブ（４）を中心として回転可能な第１の翼部（２）および第２の翼部（３）を有しており、２つの翼部は質量分布に基づいて少なくとも１つのトーションウェブに対して異なるトルクを生じるように配置されている。震動質量体（１）および基板（１３）は少なくとも１つのトーションウェブ（４）に対して相互に反対方向かつ同じ大きさのねじれによって相互に反対方向かつ同じ大きさの減衰トルクが生じるように構成されている。したがって加速度センサには反対方向で当該の減衰トルクと同じ大きさの加速度が作用する。

Description

従来技術
本発明は請求項１の上位概念記載の加速度センサに関する。

こうした加速度センサは欧州公開第０２４４５８１号明細書から公知であり、エアバッグ、シートベルトテンショナー、警告灯およびロールオーバ保護装置などの車両の乗員保護装置のトリガに用いられる。加速度センサは震動質量体と基板とを備えており、震動質量体はトーションウェブを中心として回転可能な第１の翼部および第２の翼部を有しており、これら２つの翼部は質量分布に基づいて少なくとも１つのトーションウェブに対して異なるトルクを作用させるように配置されている。

震動質量体はシリコーンジェルなどの媒体（流体）の充填されたケーシングに収容されている。震動質量体が加速度によって偏向されると、媒体内の摩擦抵抗による減衰力がかかる。この摩擦により震動質量体の持続的な振動は阻止される。

ここで問題となるのは、震動質量体が偏向の方向によって異なる減衰トルクを発生するということである。この場合、基板への翼部の当たりかたに応じてトーションウェブに種々のトルクが作用する。このため、互いに反対方向の加速度は同じ大きさであっても異なる大きさのセンサ信号を生じさせてしまう。異なるセンサ信号が生じると振動が引き起こされ、測定結果に誤りが生じる。

発明の開示
本発明の基礎とする課題は、反対方向で同じ大きさの２つの加速度値をきちんと同じ大きさに表すことのできるセンサを提供することである。

この課題は、本発明の請求項１の特徴を有する加速度センサにより解決される。本発明では、少なくとも１つのトーションウェブに対して反対方向かつ同じ大きさのねじれが同じ大きさの減衰トルクを生じさせるように震動質量体および基板が構成されている。

有利には、時間平均により振動に基づく誤差が除去される。反対方向に同じ大きさのねじれとは反対方向に同じ角度の震動質量体の偏向を引き起こすねじれのことである。

有利な１つの実施形態では、第１の翼部の下方の基板に突起部が設けられる。

基板に突起部を設けると、構造によって簡単に減衰トルクを対称化できるので有利である。

有利な別の実施形態では、突起部の上に第１の電極が設けられ、第２の翼部の下方の基板の上に第２の電極が設けられ、第１の電極は第２の電極よりも小さい面積を有する。

これにより、充分な大きさの突起部が形成され、第１の電極と第１の翼部とのあいだのキャパシタンスの変化と第２の電極と第２の翼部とのあいだのキャパシタンスの変化とが対称化されるので有利である。これは突起部の上の第１の電極が基板の上の第２の電極より小さい面積を有するからである。

有利な別の実施形態では、第１の翼部の下方および第２の翼部の下方の基板にそれぞれ１つずつ電極が設けられている。

電極を基板の両サイドに被着することにより、第１の電極と第１の翼部とのあいだのキャパシタンスの変化と第２の電極と第２の翼部とのあいだのキャパシタンスの変化とが簡単に対称化されるので有利である。

有利な別の実施形態では、第１の翼部内および第２の翼部内に複数の貫通孔が設けられ、第１の翼部の貫通孔は第２の翼部の貫通孔より大きな全面積を有する。

複数の貫通孔を設けることにより、減衰トルクおよび質量分布をプロセス技術的に間単に設定することができる。

有利な別の実施形態では、いずれか一方の翼部のうち少なくとも１つのトーションウェブに対向する端部に切欠が設けられる。

切欠を設けることにより、質量分布を構造的に簡単に制御することができる。

有利な別の実施形態では、第１の翼部内および第２の翼部内に複数の貫通孔が設けられており、第１の翼部の貫通孔は第２の翼部の貫通孔より小さな全面積を有する。

このようにすると切欠が減衰トルクに与える効果を構造的に簡単に補償することができる。

有利な別の実施形態では、第１の翼部は、少なくとも１つのトーションウェブのねじれ運動が第１の方向に制限され、第１の翼部が第１の縁の第１の点で基板に接するように構成され、第２の翼部は、少なくとも１つのトーションウェブのねじれ運動が第１の方向とは反対の第２の方向に制限され、第２の翼部が第２の縁の第２の点で基板に接するように構成されており、第１の点から少なくとも１つのトーションウェブまでの距離は第２の点から少なくとも１つのトーションウェブまでの距離に等しい。

こうして第１の当接トルクと第２の当接トルクとが等しくなる。これにより当接が起こっても２つの方向の偏向を表すセンサ信号の対称の特性曲線が得られる。

有利な別の実施形態では、少なくとも１つのトーションウェブの対向する２つの端部は震動質量体を包囲するウェブ基板に接続されている。

有利な別の実施形態では、少なくとも１つのトーションウェブは支承部材を介して基板に接続されている。

こうした構造は簡単な製造プロセスによって製造できるので有利である。

図面の簡単な説明
以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。

図１には震動質量体の第１の実施例の平面図が示されている。図２には図１の震動質量体および基板を有する加速度センサの断面図が示されている。図３には震動質量体の第２の実施例の平面図が示されている。図４には図３の震動質量体および突起部を備えた基板を有する加速度センサの断面図が示されている。図５には基板の突起部の第１の変形例の断面図が示されている。図６には基板の突起部の第２の変形例の断面図が示されている。

本発明の実施例
図１には基板の上方に存在する震動質量体１が示されている。震動質量体１は長方形であり、第１の翼部２および第２の翼部３を有する。震動質量体１は同じ寸法の２つのトーションウェブ４を介して回転可能に支承部材１４に接続されており、この支承部材１４は震動質量体１の中央に配置されている。第１の翼部２は格子状パターンに配置された複数の正方形の貫通孔５を有しており、第２の翼部３は格子状パターンに配置された複数の正方形の貫通孔６を有している。第１の翼部２の第１の縁７上の所定の点からトーションウェブ４上の対向する点までの距離は第２の翼部３の第２の縁８上の所定の点からトーションウェブ４上の対向する点までの距離に等しい（この実施例では、震動質量体１は中央にトーションウェブ４を備えた長方形として形成されており、第１の縁７からトーションウェブまでの距離と第２の縁８からトーションウェブまでの距離とはいずれの点においても等しい）。２つのトーションウェブ４と翼部２，３とのあいだにはそれぞれ空隙９が設けられている。翼部２，３はそれぞれ少なくとも１つのブリッジ１０を介してトーションウェブ４に接続されている。第１の翼部２のうちトーションウェブ４に対向する端部には大きな長方形の切欠１１が設けられている。第２の翼部３の貫通孔６は第１の翼部２の貫通孔５よりも大きい。ここで第１の貫通孔５の数と第２の貫通孔６の数とは等しいので、第２の貫通孔６は第１の貫通孔５よりも大きな全面積を占める。第２の貫通孔６を第１の貫通孔５よりも大きくすることに代えて、別の実施例として、第２の貫通孔６の数を第１の貫通孔５の数より多くすることもできる。震動質量体１の下方の基板１３内に複数の電極１２が形成されている。複数の電極１２の信号は、図示されていないがセンサ内にモノリシックに集積された評価回路において評価される。電極は例えば拡散技術または薄膜形成技術により被着される。

図２には、図１の震動質量体１および基板１３の断面図が示されている。震動質量体１はプレート状に構成されている。トーションウェブ４は支承部材１４を介して基板１３に接続されている。こうした構造は、例えば、酸化層を基板１３上に堆積し、当該の酸化層に切欠をエッチングし、そこにポリシリコン層を堆積することによって形成される。ポリシリコン層は震動質量体１の構造が形成されるように定められる。ここでは酸化層内の切欠に堆積されたポリシリコンが支承部材１４を形成する。当該の酸化層は最終的には除去される。

支承部材１４に沿って基板１３から震動質量体１の方向でセンサに作用する加速度は、震動質量体１の慣性によって、第１の翼部２からトーションウェブ４へかかる第１のトルクと、第２の翼部３からトーションウェブ４へかかる第２のトルクとを発生する。質量が大きくトーションウェブ４からかなり離れた位置に質量分布の重心が位置するので、第２の翼部３からトーションウェブ４へかかる第２のトルクのほうが第１の翼部２からトーションウェブ４へかかる第１のトルクよりも大きくなる。したがって第２の翼部３は基板１３へ近づく方向で回転し、第１の翼部２は基板１３から離れる方向で回転する。反対方向の加速度により反対方向のねじれがトーションウェブ４および翼部２，３で生じる。震動質量体１が強く偏向されると、震動質量体１は基板１３の縁７，８に当接する。縁７，８はトーションウェブ４から同じ距離にあるので、トーションウェブ４へはほぼ同じ大きさの当接トルクがかかる。トーションウェブ４へ作用するトルクは同じ大きさの２つの部分トルクへ分割されるが、双方の部分トルクが一方のトーションウェブ４へ作用する。また、全トルクが一方のトーションウェブ４のみに関連すると云ってもよい。

震動質量体１は窒素などの気体である媒体の充填されたケーシングに収容されている。震動質量体１が加速度に基づいてトーションウェブ４を中心として回転する場合、周囲媒体との摩擦によって減衰トルクが生じる。当該の減衰トルクは回転方向に応じて変化する。しかし、第２の貫通孔６が第１の貫通孔５よりも大きく形成されているので、切欠１１で発生する効果は補償される。したがって、トーションウェブ４には２つの回転方向の任意のねじれにおいて同じ大きさのトルクがかかる。

図３には突起部１５を備えた基板１３上方の震動質量体１が示されている。突起部１５は第１の翼部２の下方に形成されている。第１の翼部２と第２の翼部３との質量の相違ひいては質量分布の相違は、第１の翼部２の第１の貫通孔１６と第２の翼部３の第２の貫通孔１７との大きさの相違によって達成される。第１の貫通孔１６の数は第２の貫通孔１７の数に等しい。第１の貫通孔１６は第２の貫通孔よりも大きな全面積を占める。第１の貫通孔１６と第２の貫通孔１７との大きさの相違から、回転方向に基づいてトーションウェブ４に作用する減衰トルクが発生する。減衰トルクへの効果を補償するために、減衰トルクと第１の翼部２の下方の突起部１５との構造上の依存関係が利用される。突起部を設けることに代えてまたはこれに加えて、第２の翼部３の下方に凹部を設けてもよい。

反対方向で同じ大きさの２つの減衰トルクは、特に震動質量体に切欠および貫通孔を設けることによって、または、一方の翼部の下方の基板に突起部を設けることによって得られる。これらの手段は組み合わせることもできる。

図４には震動質量体および突起部１５を備えた基板の断面図が示されている。突起部１５は電極１２に直接に隣接して形成される。

図５には震動質量体および別の突起部１８を備えた基板の断面図が示されている。突起部１８の上部に電極１２が形成されている。

図６には震動質量体および図５と同様の突起部１８を備えた基板１３の断面図が示されている。突起部１８の上部に、第１の電極１２と同じ長さを有するが第１の電極１２よりも幅の狭い第２の電極１９が配置されている。第２の電極１９の面積が小さいことにより、震動質量体１の接近によってキャパシタンスに発生する作用が補償される。したがって震動質量体１と各電極１２，１９とのあいだのキャパシタンスは反対方向のねじれ角度に応じて変化する。

震動質量体の第１の実施例の平面図である。 図１の震動質量体および基板を有する加速度センサの断面図である。 震動質量体の第２の実施例の平面図である。 図３の震動質量体および突起部を備えた基板を有する加速度センサの断面図である。 突起部の第１の変形例の断面図である。 突起部の第２の変形例の断面図である。

Claims (10)

1. 震動質量体（１）と基板（１３）とを備えており、前記震動質量体は少なくとも１つのトーションウェブ（４）を中心として回転可能な第１の翼部（２）および第２の翼部（３）を有しており、該２つの翼部は質量分布に基づいて前記少なくとも１つのトーションウェブに対して異なるトルクを作用させるように配置されている
   加速度センサにおいて、
   前記震動質量体（１）および前記基板（１３）は前記少なくとも１つのトーションウェブ（４）に対して反対方向かつ同じ大きさのねじれが同じ大きさの減衰トルクを生じさせるように構成されている
   ことを特徴とする加速度センサ。
2. 前記第１の翼部の下方の前記基板に突起部（１５；１８）が設けられている、請求項１記載の加速度センサ。
3. 前記突起部の上に第１の電極（１９）が設けられており、前記第２の翼部の下方の前記基板に第２の電極（１２）が設けられており、前記第１の電極は前記第２の電極よりも小さい面積を有する、請求項２記載の加速度センサ。
4. 前記第１の翼部の下方の前記基板および前記第２の翼部の下方の前記基板にそれぞれ１つずつ電極（１２）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の加速度センサ。
5. 前記第１の翼部内および前記第２の翼部内に複数の貫通孔（１６，１７）が設けられており、前記第１の翼部の貫通孔（１６）は前記第２の翼部の貫通孔（１７）より大きな全面積を有する、請求項２から４までのいずれか１項記載の加速度センサ。
6. いずれか一方の前記翼部のうち前記少なくとも１つのトーションウェブに対向する端部に切欠（１１）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の加速度センサ。
7. 前記第１の翼部内および前記第２の翼部内に複数の貫通孔（５，６）が設けられており、前記第１の翼部の貫通孔（５）は前記第２の翼部の貫通孔（６）より小さな全面積を有する、請求項６記載の加速度センサ。
8. 前記第１の翼部は、前記少なくとも１つのトーションウェブのねじれ運動が第１の方向に制限され、該第１の翼部が第１の縁（７）の第１の点で前記基板に接するように構成されており、前記第２の翼部は、前記少なくとも１つのトーションウェブのねじれ運動が前記第１の方向とは反対の第２の方向に制限され、該第２の翼部が第２の縁（８）の第２の点で前記基板に接するように構成されており、該第１の点から前記少なくとも１つのトーションウェブまでの距離は該第２の点から前記少なくとも１つのトーションウェブまでの距離に等しい、請求項１から７までのいずれか１項記載の加速度センサ。
9. 前記少なくとも１つのトーションウェブの対向する２つの端部は前記震動質量体を包囲するウェブ基板に接続されている、請求項１記載の加速度センサ。
10. 前記少なくとも１つのトーションウェブは支承部材（１４）を介して前記基板（１３）に接続されている、請求項１記載の加速度センサ。

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