JPH10160513A - パッシーブな磁気的位置センサ - Google Patents

パッシーブな磁気的位置センサ

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JPH10160513A
JPH10160513A JP9323171A JP32317197A JPH10160513A JP H10160513 A JPH10160513 A JP H10160513A JP 9323171 A JP9323171 A JP 9323171A JP 32317197 A JP32317197 A JP 32317197A JP H10160513 A JPH10160513 A JP H10160513A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板を有し、抵抗ネットワークと、該抵抗ネ
ットワークに配属されかつ磁石装置の作用のもとで変位
可能である接触構造体とを備え、電気的な接続が抵抗ネ
ットワークと接触構造体との間に与えられるパッシーブ
な位置センサを高い解像力を有し、わずかな摩耗で働
き、簡単に製造できるようにすること。 【構成】 接触構造体が接触ばね構造体として構成さ
れ、抵抗ネットワークの結節点が同様に基板の上に取付
けられた接触面と接続されており、接触ばね構造体が接
触面に対してコンスタントな間隔で配置されており、該
接触面が磁石装置の作用のもとで接触ばね構造体に接触
させられるようになっており、少なくとも接触面と接触
ばね構造体とが緊密なケーシング内に閉じ込められ、磁
石装置が緊密なケーシングの外で移動可能であり、磁石
装置の位置に関連して接触ばね構造体において階段状の
出力信号が検出可能であること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、基板を有し、該基板の上に取付
けられた抵抗ネットワークと、該抵抗ネットワークに配
属されかつ磁石装置の作用のもとで変位可能である接触
構造体とを備え、磁石装置の位置に関連した電気的な接
続が抵抗ネットワークと接触構造体との間に与えられる
パッシーブな位置センサに関する。
【０００２】
【従来技術】このような位置信号発生器はＤＥ４３０９
４４２Ｃ２号明細書によって公知である。この場合、抵
抗ネットワークと接触構造体は基板の上に配置されてい
る。動かされた対象物の位置に相当する出力信号が取出
される抵抗ネットワークと接触構造体との間の電気的な
接続は、導電性である第２の基板を介して行なわれる。
位置が検出される運動する対象物に結合された磁石装置
によって、一方又は他方の基板は、両方の基板が接触し
かつ抵抗ネットワークと接触構造体との間に電気的な接
続が生じるように変位させられる。
【０００３】抵抗ネットワークと接触構造体とが交互に
配置されていることに基づき、位置センサの解像力は制
限されている。電気的な接続を得るためには２つの接触
移行個所が存在しているので、このような接触系は、常
に信頼できるものではない。
【０００４】
【発明の課題】本発明の課題は、確実にかつ少ない摩滅
で働き、高い解像力を有しかつ構成的に簡単に実現でき
る位置信号発生器を実現することである。
【０００５】
【課題を解決する手段】本発明の課題は、接触構造体が
接触ばね構造体として構成されておりかつ抵抗ネットワ
ークの結節点が同様に基板の上に配置された接触面と接
続されており、接触ばね構造体が接触面に対して一定の
間隔をおいて配置されており、該接触面が磁石装置の作
用のもとで接触ばね構造体と接触させられるようになっ
ており、少なくとも接触面と接触ばね構造体とが緊密な
ケーシング内に閉じ込められており、磁石装置が緊密な
ケーシングの外側で運動可能であり、磁石装置の位置に
関連して接触ばね構造体において階段状の出力信号が取
出し可能であることにより解決された。
【０００６】
【発明の効果】本発明の利点は位置センサが高い接触信
頼性と共に高い解像力を有していることである。何故な
らばこの場合には抵抗ネットワークと接触構造体とが直
接的に接触しているからである。この場合、接触ばね構
造体は何らかの形式で舌状のばね部材を有し、このばね
部材が個別に形成されているのか又は複数のばね部材の
複合体として一体の構造体として構成されているのかと
は関係なくあらゆる構造体であることができる。接触性
の改善は基板の上に施された接触面によって行なうこと
ができる。これによって小さな寸法しか持たない位置セ
ンサには振動のない頑丈な構造を与えることが可能にな
る。これは特に自動車の使用にとって有利である。この
位置センサは２極の加減抵抗器としても３極のポテンシ
オメータとしても多面的に使用可能である。
【０００７】抵抗ネットワークは層状の抵抗路として薄
膜又は厚膜技術で実現するかもしくは珪素又はゲルマニ
ュームのようなドーピングされた半導体材料から成る個
別の抵抗により、個別に取付けられた固定抵抗又は個別
の層抵抗によって実現される。精度を高めるためには抵
抗ネットワークはトリミングされることができる。
【０００８】有利には接触面は完全に又は部分的に抵抗
ネットワークの上に配置された導体路によって形成する
ことができる。
【０００９】これに対して択一的に導体路を、所定の間
隔をおいて基板の上に直接的に配置することもできる。
この導体路は部分的に抵抗ネットワークで覆われてい
る。各導体路の覆われていない部分は接触面を形成す
る。
【００１０】特に抵抗ネットワークを層状の抵抗路とし
て実現した場合には、導体路は出力信号の正確な取出し
を可能にする。
【００１１】接触抵抗の信頼性をさらに改善するために
は、基体の上と接触ばねの上とにある接触面は貴金属層
を備えていることができる。
【００１２】この場合、導体路は抵抗ネットワークの単
個抵抗よりも低オームに構成されている。
【００１３】この場合、非導電性の基板はセラミック、
ガラス又はプラスチックプレートから成っている。しか
しながら珪素及びエポキシド導体板材料のような他の材
料も考えられる。又、電気的に絶縁された金属製基板も
使用可能である。
【００１４】有利にはケーシングはケーシング壁として
の絶縁された基板から構成され、ケーシングカバーによ
り閉じられている。
【００１５】択一的に基板と接触ばね構造体はプラスチ
ックケーシング内に緊密に射出成形されていることもで
きる。
【００１６】別の構成は従属項に記載されている。
【００１７】
【実施の形態】本発明は種々異なる形態で実施すること
ができる。すべての図面において同じ部分は同じ符号で
示されている。
【００１８】図１にはポテンシオメータの形をした、厚
膜配置をベースとした直線的なパッシーブな磁気的な位
置センサの構造が概略的に示されている。
【００１９】非磁性の基板１は層状の抵抗器２の形をし
た抵抗ネットワークを保持している。この抵抗路２は電
気的な接続部５と６との間を延びている。
【００２０】図２から判るように抵抗路２の下には均等
な間隔をおいて基板の上に互いに平行に複数の導体路３
が配置されている。これらの導体路３は抵抗路２に対し
て直角に基板の上に直接的に施されている。導体路３は
部分的に抵抗路２によって覆われている。この場合、各
導体路３の端部は金又は銀で被覆された接触面４を形成
している。
【００２１】図３の断面図からは、導体路３が抵抗路２
この範囲では完全に抵抗路２によって取囲まれ、確実な
電気的な接触が保証されている。図１によれば基板１の
上には抵抗路２に対して平行にスペーサ７が配置されて
いるこのスペーサ７の上には軟磁性のシートの形をした
一体の櫛形の曲げビーム構造体８が取付けられている。
【００２２】これに対して択一的に曲げビーム構造体８
は磁気的な層を備えた非磁性の材料から成っていること
もできる。
【００２３】軟磁性の櫛形の曲げビーム構造体８は片側
で支持された自由に運動可能な曲げビーム９から成って
いる。曲げビーム９は接触抵抗を減じるために金又は銀
層で被覆されている。
【００２４】スペーサ７は曲げビーム構造体８の自由に
運動可能な端部を接触面４に対し、規定された間隔に保
つ。
【００２５】曲げビーム９の自由に運動可能な端部は接
触面４と重なるように配置されている。この場合、軟磁
性のシートとして構成された曲げビーム構造体８自体は
導電性でありかつ外に位置する電気的な接続部１０と接
続されている。
【００２６】抵抗路２は、すでに説明したように、接続
部５と６とを介して電気的にアース及び稼働電圧ＵBに
接続されている。位置信号発生器の信号電圧ＵAUSは曲
げビーム構造体８に接続された電気的な接続部１０を介
して検出可能である。信号電圧ＵAUSは０ＶからＵBまで
の範囲で変化可能でありかつ永久磁石１１の位置を表わ
す。
【００２７】ケーシング１，１２の外側に、抵抗路２を
保持する基板１の反対側に対して可動に配置された永久
磁石１１は、接触面４と片側で支持された曲げビーム９
の自由に運動できる端部との重なり範囲で動かされる。
この場合、永久磁石１１はケーシングの外側、例えば基
板外側に沿って接触運動するようにばねで付勢されてい
ることができる。
【００２８】位置センサの構造は図４に平面図と側面図
で示されている。
【００２９】現場でクリップ止め装置２４を用いて固定
される位置センサは、基板１とケーシングカバー１２と
電気的な接続部５，６，１０だけで示されている。永久
磁石１１は板ばね１４の開口１３の範囲で摩擦接続でス
リーブ１５内に配置されている。板ばね１４は磁石固定
部とは反対側の端部で、運動する対象物に結合された回
転軸１６を取囲んでいる。又、板ばね１４を直線移動さ
せることによって直線的な位置測定も可能である。
【００３０】曲げビーム構造体８の曲げビーム９の自由
に運動可能な端部は、永久磁石１１の磁場で、接触面４
の上に引き付けられて接触させられる。永久磁石１１の
位置に相応して、抵抗ネットワークのその位置に属する
抵抗への電気的な接続が生ぜしめられ、この位置に相応
する信号電圧ＵAUSが検出される。この場合には図５に
示されているような階段状の出力信号が生ぜしめられ
る。
【００３１】永久磁石１１の幅は、曲げビーム構造体８
の並んで位置する複数の自由に運動可能な端部９が対応
する接触面に同時に接触させられ、ひいては過剰的に作
用し、したがって万が一接触が中断した場合に測定シス
テムの信号の完全な欠落にならないようになっている。
【００３２】これは図１０の位置センサの電気的な代替
回路図でもう一度示されている。
【００３３】抵抗ネットワーク２の単個抵抗は既述のよ
うに抵抗路又は個別の単個抵抗として構成されているこ
とができる。
【００３４】曲げビーム部材９が導体路３における接触
面４に接触することによりスイッチ２３が閉鎖し、これ
によって出力信号ＵAUSが生ぜしめられる。
【００３５】スペーサ７は耐温性でかつガスを発生しな
い自己接着性のシートによって曲げビーム構造体８に
も、絶縁する基板１にも固定されている。直接的な電気
的な接続を得るためにはスペーサを金属から構成するこ
とができる。
【００３６】スペーサ７は有利には基板１と同じ材料か
ら製造することができる。
【００３７】さらに横に曲げられた曲げビーム構造体８
を、接触面４に対する曲げビーム９の間隔を得るために
使用することもできる。
【００３８】抵抗路２と軟磁性のシート８を保持する、
絶縁する基板１はセラミック板から成っている。しかし
ながらガラス又はプラスチック保持体又はガラス又は絶
縁被覆された金属板並びに珪素又はエポキシド導体板材
料を使用することもできる。
【００３９】抵抗路２、接触面４を有する導体路３、ス
ペーサ７並びに曲げビーム構造体８を保持する絶縁され
た基板１は、ケーシングカバー１２で閉鎖される位置セ
ンサのケーシング壁としても用いられる。
【００４０】１つの実施態様においてはスペーサ７と曲
げビーム構造体８はケーシングカバー１２で絶縁する基
板１に対して押し付けられ、ひいてはその位置が固定さ
れている。
【００４１】ケーシングカバー１２と基板１の材料は同
じもしくは似たような温度係数を有し、ろう接、溶接又
は接着される。
【００４２】金属製のケーシングカバー１２を使用した
場合にはカバーは腐蝕防止のため及びろう接性の改善の
ために完全に亜鉛メッキされていることができる。
【００４３】金属製のケーシングカバー１２の代りに金
属化されたろう接可能なセラミックカバーを使用するこ
ともできる。
【００４４】別の可能性はケーシングカバー１２を基板
１に接着剤又は溶融シートで接着することである。
【００４５】絶縁する基板１の上の環状の縁としての金
属化された層１７は、位置センサをカプセル化するため
に役立つ。ろう接性を改善するためには前記層１７は亜
鉛メッキされる。
【００４６】電気的な接続部５，６，１０を実現するた
めには、絶縁する基板１を通してピンが案内されかつそ
こで気密に、ひいては耐腐蝕性に抵抗路２もしくは曲げ
構造体８にろう接又は溶接される。
【００４７】しかしながら択一的に、接続線をそれぞれ
１つの緊密なガラス導通部を介して外へ導き出されてい
てもよい。この場合には各ガラス導通部は基板１を通し
て又はケーシングカバー１２を通して案内される。
【００４８】別の実施形態においては、図９に示されて
いるように電気的な接続部、例えば基板１（又はケーシ
ングカバー１２）における接続部５は導通孔をろう材２
０で充たすことで閉鎖することにより、接続線なしでシ
ールされている。発生するろう接点２０ｂは同時に、外
から導かれた線２１のための電気的な接続部としても役
立つ。これによって湿気が導通孔を通って位置センサ内
へ侵入することが確実に阻止される。抵抗ネットワーク
２は基板１の上にある接続導体路１９を介してろう点２
０ａと接続されている。
【００４９】環状の縁２２の範囲においては、基板１と
ケーシングカバー１２は既に述べたように金属化された
層１７を介してろう接、溶接又は接着されている。
【００５０】記述した一体の曲げビーム構造体８の代り
に個別の曲げビーム部材１８を使用することもできる
（図６）。
【００５１】この曲げビーム部材１８も軟磁性のシート
から成り、導電的に構成されている。これらの曲げビー
ム部材１８は自己接着性のシートでスペーサ７に固定さ
れている。曲げビーム部材１８には、それが固有のばね
力によって、付加的な補助手段なしで、磁気作用が消滅
したときに戻るような寸法が与えられている。この自動
的な戻りは先きに述べた曲げビーム構造体にもあてはま
る。
【００５２】曲げビーム部材１８は位置信号ＵAUSを発
信するためにタップ部１０と電気的に接続されている。
この曲げビーム部材１８は軟磁性材料から成っているか
又は磁性層を有する非磁性材料から成っていることがで
きる。この場合、曲げビーム部材は同様に部分的に貴金
属層で被覆されている。
【００５３】しかしながら記述した位置センサはポテン
シオメータとして使用可能である許りではなく、加減抵
抗として用いることもできる。
【００５４】図７から判るように、この場合には、抵抗
路２は接続部５と接続されかつ曲げビーム構造体は抵抗
信号を取出すためのタップ部１０に接続されている。
【００５５】磁気的な位置センサをポテンシオメータと
して構成した場合にも加減抵抗として構成した場合に
も、この位置センサは容易に厚膜技術で製作可能であ
る。この場合、膜の厚さは５〜５０μｍである。幅はほ
ぼ０．２ｍｍで長さはほぼ１００ｍｍである。膜は公知
の厚膜技術でスクリーン印刷により施されかつ次いで焼
入れされる。
【００５６】位置センサの抵抗ネットワーク２は基板の
上に薄膜技術によって製作することもできる。この場合
には膜厚さは通常０．５から２μｍであって、膜幅は５
μｍと５ｍｍとの間で選ばれるのに対し、膜長さは１ｍ
ｍから１００ｍｍである。
【００５７】導体路３は基板１と抵抗路の間に位置する
か又は抵抗路２が基板１の上に直接配置され、導体路３
が記述した構造で抵抗路２の上に配置されていることが
できる。この利点は、導体路３の全面が接触面として記
述した形式で使用できることである。さらに抵抗路２と
接触面４とはを１つのレイアウトで基板の上に施されて
いることができる。
【００５８】別の実施態様においては抵抗ネットワーク
２はｎ個の単個抵抗２の直列接続から成っている。各抵
抗結節には１つの接触面４が導体路３を介して配属され
ている（図８）。
【００５９】この場合、接触面４と個別の抵抗２は種々
異なる材料から成っている。この場合、抵抗２は少なく
ともファクタ１０だけ導体路３よりも高オームに構成さ
れている。
【００６０】抵抗２自体はこの場合にはドーピングされ
た半導体材料、例えば珪素又はゲルマニウムから成りか
つ公知の半導体製造プロセスで製造することができる。
【００６１】製作誤差を減少させるためには膜又は単個
抵抗はトリミングされることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポテンシオメータとしての本発明の位置センサ
の第１実施例を示した図。
【図２】抵抗路を導体路と共に示した平面図。
【図３】抵抗路を導体路と共に示した断面図。
【図４】運動可能な対象物における磁石装置の配置を示
した図。
【図５】本発明の位置センサの出力信号を示した図。
【図６】個別の曲げビーム部材を有する本発明による位
置センサを示した図。
【図７】加減抵抗器としての本発明の位置センサを示し
た図。
【図８】別個の抵抗の形をした抵抗ネットワークを示し
た図。
【図９】電気的な接続の接触状態を示した図。
【図１０】位置センサの電気的な代替回路図。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 抵抗路 ３ 導体路 ４ 接触面 ５，６ 接続部 ７ スペーサ ８ 曲げビーム構造体 ９ 曲げビーム １０ 接続部 １１ ポテンシオメータ １２ ケーシングカバー １３ 開口 １４ 板ばね １５ スリーブ １６ 回転軸 １７ 層 １８ 曲げビーム部材 １９ 接続導体路 ２０ａ，２０ｂ ろう点 ２１ 線
フロントページの続き (71)出願人 390009416 Ｋｒｕｐｐｓｔｒａｂｅ 105，Ｆｒａｎ ｋｆｕｒｔ ａｍ Ｍａｉｎ，ＢＲＤ

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を有し、該基板の上に取付けられた
    抵抗ネットワークと、該抵抗ネットワークに配属されか
    つ磁石装置の作用のもとで変位可能である接触構造体と
    を備え、磁石装置の位置に関連した電気的な接続が抵抗
    ネットワークと接触構造体との間に与えられるパッシー
    ブな位置センサにおいて、接触構造体が接触ばね構造体
    （８）として構成され、抵抗ネットワーク（２）の結節
    点が同様に基板（１）の上に取付けられた接触面（４）
    と接続されており、接触ばね構造体（８）が接触面
    （４）に対してコンスタントな間隔で配置されており、
    該接触面が磁石装置（１１）の作用のもとで接触ばね構
    造体（８）に接触させられるようになっており、少なく
    とも接触面（４）と接触ばね構造体（８）とが緊密なケ
    ーシング（１，１２）内に閉じ込められ、磁石装置（１
    １）が緊密なケーシング（１，１２）の外で移動可能で
    あり、磁石装置（１１）の位置に関連して接触ばね構造
    体（８）において階段状の出力信号が検出可能であるこ
    とを特徴とする、パッシーブな位置センサ。
  2. 【請求項２】 基板（１）の上に所定の間隔で導体路
    （３）が配置されており、各導体路（３）の端部が接触
    面（４）を形成している、請求項１記載の位置センサ。
  3. 【請求項３】 抵抗ネットワーク（２）が層状の抵抗路
    として構成されている、請求項１又は２記載の位置セン
    サ。
  4. 【請求項４】 抵抗路（２）がメアンダ状の構造を有し
    ている、請求項３記載の位置センサ。
  5. 【請求項５】 接触面（４）がメアンダ状の構造に直接
    的に接続されている、請求項４記載の位置センサ。
  6. 【請求項６】 抵抗路（２）が薄膜技術で製作されてい
    る請求項３又は４記載の位置センサ。
  7. 【請求項７】 抵抗路（２）が厚膜技術で製作されてい
    る、請求項３又は４記載の位置センサ。
  8. 【請求項８】 導体路（３）が所定の間隔をおいて完全
    に又は部分的に抵抗路（２）の上に配置されている、請
    求項２から７までのいずれか１項記載の位置センサ。
  9. 【請求項９】 導体路（３）が部分的に抵抗路（２）で
    覆われており、各導体路（３）の端部が接触面（４）を
    形成している、請求項２から７までのいずれか１項記載
    の位置センサ。
  10. 【請求項１０】 抵抗ネットワーク（２）が個別の単個
    抵抗から成る、請求項１記載の位置センサ。
  11. 【請求項１１】 単個抵抗がドーピングされた半導体材
    料から製作されている、請求項１０記載の位置センサ。
  12. 【請求項１２】 単個抵抗が個別に取付けられた固定抵
    抗である、請求項１０記載の位置センサ。
  13. 【請求項１３】 単個抵抗が個別の層抵抗である、請求
    項１０記載の位置センサ。
  14. 【請求項１４】 導体路（３）が抵抗ネットワーク
    （２）の単個抵抗よりも低オームに構成されている、請
    求項１又は９記載の位置センサ。
  15. 【請求項１５】 抵抗ネットワーク（２）が精度を高め
    るためにトリミングされている、請求項１又は６又は７
    又は１０のいずれか１項記載の位置センサ。
  16. 【請求項１６】 基板（１）の上に配置された接触面が
    貴金属層を有している、請求項１記載の位置センサ。
  17. 【請求項１７】 基板（１）がセラミック、珪素、ガラ
    ス、エポキシドプリント配線板材料又は電気的に絶縁さ
    れた金属基板から成っている、請求項１又は１６記載の
    位置センサ。
  18. 【請求項１８】 接触ばね構造体（８）が個別の接触ば
    ね（１８）から成っている、請求項１記載の位置セン
    サ。
  19. 【請求項１９】 接触ばね構造体（８）が一体の曲げビ
    ーム構造体である、請求項１記載の位置センサ。
  20. 【請求項２０】 接触ばね構造体（８）が軟磁性材料か
    ら成っている、請求項１８又は１９記載の位置センサ。
  21. 【請求項２１】 接触ばね構造体（８）が非磁性材料か
    ら成り、該材料が少なくとも１つの磁性層を備えてい
    る、請求項１８又は１９記載の位置センサ。
  22. 【請求項２２】 接触ばね構造体（８）が少なくともそ
    の電気的な接触面に貴金属層を備えている、請求項１
    ８，１９，２０又は２１記載の位置センサ。
  23. 【請求項２３】 接触ばね構造体（８）の少なくとも２
    つの接触ばね（９）が同時に磁石装置（１１）で作動さ
    れる、請求項１８から２２までのいずれか１項記載の位
    置センサ。
  24. 【請求項２４】 接触ばね構造体（８）と基板（１）と
    が同じ材料から製作されている、請求項１から２３まで
    のいずれか１項記載の位置センサ。
  25. 【請求項２５】 絶縁する基板（１）がケーシングカバ
    ー（１２）によって閉じられるケーシング壁として役立
    つ、請求項１又は１６又は１７記載の位置センサ。
  26. 【請求項２６】 基板（１）とケーシングカバー（１
    ２）とが温度膨張係数が同じであるか似ている材料から
    成っている、請求項２５記載の位置センサ。
  27. 【請求項２７】 ケーシングカバー（１２）と基板
    （１）とが緊密にろう接されているか溶接されているか
    又は接着されている、請求項２５又は２６記載の位置セ
    ンサ。
  28. 【請求項２８】 基板（１）と接触ばね構造体（８）と
    が半導体材料から成っている、請求項２４記載の位置セ
    ンサ。
  29. 【請求項２９】 基板（１）と接触ばね構造体（８）と
    がプラスチックケーシング内に密にカプセル化されてい
    る、請求項２８記載の位置センサ。
  30. 【請求項３０】 磁石装置（１１）がケーシング（１，
    １２）の外面に対し所定の力で負荷され、磁石装置（１
    １）がケーシング（１，１２）に軽く接触して運動可能
    である、請求項１記載の位置センサ。
  31. 【請求項３１】 前記負荷が磁石装置（１１）を同時に
    受容するために役立つばね部材（１４）によって生ぜし
    められる、請求項３０記載の位置センサ。
  32. 【請求項３２】 抵抗ネットワーク（２）の少なくとも
    １つの電気的な接続部（５）と接触ばね構造体（８）の
    １つの電気的な接続部（１０）とがシールされて外へ導
    き出されている、請求項１記載の位置センサ。
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