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    • 专利摘要:
    Ein Sensor für eine physikalische Größe erfasst eine physikalische Größe. Der Sensor beinhaltet eine Mehrzahl von Federn, welche jeweils unterschiedliche Federkonstanten aufweisen. Der Sensor weist einen weiten Erfassungsbereich der physikalischen Größe ohne ein Anordnen von mehreren Sensoren auf. Deshalb kann der Sensor verkleinert werden. Da der Sensor eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristiken aufweist, weist der Sensor weiterhin einen weiten dynamischen Bereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.
    公开号:DE102004013935A1
    申请号:DE200410013935
    申请日:2004-03-22
    公开日:2004-12-09
    发明作者:Tameharu Kariya Ohta；Minekazu Kariya Sakai
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:G01P15-125
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft einen Sensor für eine physikalische Größe mit einerFeder.
    [0002] EinSensor füreine physikalische Größe erfassteine physikalische Größe auf derGrundlage einer Kapazitäteines Kondensators zwischen einer festen Elektrode und einer beweglichenElektrode. Der Sensor ist zum Beispiel in der japanischen Patentanmeldungmit der Offenlegungsnummer H05-304303 (d. h. dem U.S.-Patent Nr.6 227 049) offenbart. Der Sensor wird zum Beispiel als ein Beschleunigungssensorverwendet.
    [0003] Indem vorhergehenden Stand der Technik sind mehrere Sensoren erforderlich,um die Beschleunigung in einem weiten Bereich zu erfassen, d. h.einen weiten Erfassungsbereich aufzuweisen. Deshalb wird eine gesamteGröße (d. h.die Gesamtabmessungen) der mehreren Sensoren größer.
    [0004] Weiterhinist ein anderer Sensor zum Beispiel in dem japanischen Patent Nr.2773495 (d. h. dem U.S.-Patent Nr. 5 441 300) und der japanischen Patentanmeldungmit der Offenlegungsnummer H10-282136 offenbart. Dieser Sensor istein kapazitiver Beschleunigungssensor und erfasst die Beschleunigungauf der Grundlage einer Kapazitätsänderungeines Kondensators. Der Sensor weist eine bestimmte Beziehung (d.h. Ausgangscharakteristiken) zwischen einer Kapazitätsänderungund der Beschleunigung auf. Es ist erforderlich, dass er eine hervorragendeLinearitätder Beziehung aufweist. Jedoch ist die Linearität der Beziehung in dem Sensor niedrig.Genauer gesagt weist das Ausgangssignal des Sensors in Übereinstimmungmit der Verschiebung der beweglichen Elektrode von einer vorbestimmtenLinie derart schnell ab, dass der Sensor einen kleinen Erfassungsbereichzum Erfassen der Beschleunigung aufweist. Um die Linearität im Erfassungsbereichsicherzustellen, weist der Sensor ein Feder/Massesystem auf. Deshalbist es schwierig, den weiten dynamischen Bereich der Beschleunigungsicherzustellen. Wenn der Sensor derart eingestellt ist, dass erden weiten dynamischen Bereich aufweist, wird die Empfindlichkeitdes Sensors klein. Das heißt,die Verschiebung der beweglichen Elektrode wird in einem niedrigenBeschleunigungsbereich klein. Daher sind die Weite der dynamischen Bereicheund die hohe Empfindlichkeit des Sensors nicht kompatibel. Deshalbist es erforderlich, zwei Typen der Sensoren herzustellen, welcheder Sensor, der einen niedrigen Beschleunigungserfassungsbereichaufweist, und der Sensor sind, der einen hohen Beschleunigungserfassungsbereichaufweist. Deshalb ist es schwierig, den Sensor zu verkleinern.
    [0005] ImHinblick auf die zuvor erwähntenProbleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensorfür einephysikalische Größe zu schaffen,der einen weiten Erfassungsbereich zum Erfassen einer physikalischenGröße aufweist.Genauer gesagt weist der Sensor eine kleine Abmessung auf. Nochgenauer weist der Sensor einen weiten dynamischen Bereich der Beschleunigungund eine hohe Empfindlichkeit auf.
    [0006] EinSensor füreine physikalische Größe erfassteine physikalische Größe. DerSensor beinhaltet eine Mehrzahl von Federn, welche jeweils unterschiedlicheFederkonstanten aufweisen. Der Sensor weist einen weiten Erfassungsbereichder physikalischen Größe ohneein Anordnen von mehreren Sensoren auf. Deshalb kann der Sensorverkleinert werden. Weiterhin weist der Sensor, da der Sensor eine hervorragendeLinearitätder Ausgangscharakteristiken aufweist, einen weiten dynamischenBereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.
    [0007] Vorzugsweisebeinhaltet der Sensor weiterhin eine feste Elektrode und eine beweglicheElektrode, die mit den Federn verbunden ist. Der Sensor ist einkapazitiver Beschleunigungssensor. Die bewegliche Elektrode liegtder festen Elektrode mit einem vorbestimmten Abstand dazwischenderart gegenüber,dass ein Kondensator vorgesehen wird, der eine Kapazität aufweist.Die Feder ist in Übereinstimmung mitder Beschleunigung derart beweglich, dass der Abstand zwischen denbeweglichen und festen Elektrode geändert wird.
    [0008] Vorzugsweiseerfasst der Sensor die physikalische Größe in der Erfassungsrichtung.Die Federn weisen unterschiedliche Längen in der Längsrichtungauf, die senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe sind.Vorzugsweise ist die Feder durch ein Paar von Trägern vorgesehen, die eine Schleifeaufweisen. Die Trägerdehnen sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischenGröße aus.Die Feder weist eine derartige rechteckige Form auf, dass die Schleifeein Rechteck ist.
    [0009] Vorzugsweiseweist der Sensor weiterhin eine feste Elektrode und eine beweglicheElektrode auf, die mit den Federn verbunden ist. Die Federn sindin Übereinstimmungmit der physikalischen Größe beweglich.Die feste Elektrode und die bewegliche Elektrode sehen einen Kondensatorvor, der dazwischen derart eine Kapazität aufweist, dass die physikalischeGröße auf derGrundlage der Kapazität änderbarist. Bevorzugter beinhaltet der Sensor weiterhin einen massivenAbschnitt und ein Substrat. Die bewegliche Elektrode steht von demmassiven Abschnitt hervor. Der massive Abschnitt ist mit den Federnverbunden. Die Federn sind beweglich mit dem Substrat verbunden.Bevorzugter erfasst der Sensor die physikalische Größe in einerErfassungsrichtung. Der massive Abschnitt dehnt sich in der Erfassungsrichtungder physikalischen Größe aus.Die bewegliche Elektrode dehnt sich senkrecht zu der Erfassungsrichtungder physikalischen Größe aus.Die Federn dehnen sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischenGröße aus.Weiterhin beinhalten bevorzugt die Federn erste und zweite Federn. Dieerste Feder ist zwischen dem massiven Abschnitt und der zweitenFeder angeordnet. Die zweite Feder ist zwischen der ersten Federund dem Substrat angeordnet. Die erste Feder weist eine Länge in der Längsrichtungauf, die längerals die der zweiten Feder ist.
    [0010] Vorzugsweisebeinhaltet der Sensor weiterhin einen Anschlag. Die Federn beinhaltenerste und zweite Federn. Der Anschlag begrenzt eine Bewegung derersten Feder. Die zweite Feder hältden Anschlag. Genauer gesagt ist die erste Feder beweglich, bisder Anschlag mit der ersten Feder verbunden ist. Vorteilhafter beinhaltetder Sensor weiterhin ein Substrat und einen weiteren Anschlag zumBegrenzen einer Bewegung der zweiten Feder. Der weitere Anschlagist an dem Substrat befestigt.
    [0011] Vorzugsweisebeinhaltet der Sensor weiterhin eine Mehrzahl von Anschlägen, dieerste und zweite Anschlägebeinhalten. Die Federn beinhalten erste und zweite Federn. Der ersteAnschlag begrenzt eine Bewegung der ersten Feder. Der zweite Anschlagbegrenzt eine Bewegung der zweiten Feder. Die erste Feder beinhalteteine Schleife, welche in Übereinstimmungder physikalischen Größe beweglichist. Die zweite Feder ist in der Schleife der ersten Feder angeordnet.Vorteilhafter ist die erste Feder beweglich, bis der erste Anschlagdie erste Feder berührt.Der zweite Anschlag ist zusammen mit der ersten Feder beweglich,nachdem der zweite Anschlag die erste Feder berührt. Vorteilhafter beinhaltetder Sensor eine feste Elektrode und eine bewegliche Elektrode, dieder festen Elektrode gegenüberliegt.Die erste Feder hältden ersten Anschlag und ist mit der beweglichen Elektrode verbunden.Die zweite Feder hältden zweiten Anschlag und ist mit dem Substrat verbunden.
    [0012] Vorzugsweisebeinhaltet der Sensor weiterhin eine Mehrzahl von Anschlägen, dieerste, zweite und dritte Anschlägebeinhalten. Die Federn beinhalten erste, zweite und dritte Anschläge. Dererste Anschlag begrenzt eine Bewegung der ersten Feder. Der zweiteAnschlag begrenzt eine Bewegung der zweiten Feder. Der dritte Anschlagbegrenzt eine Bewegung der dritten Feder. Die zweite Feder hält den erstenAnschlag. Die dritte Feder hältden zweiten Anschlag. Bevorzugter beinhaltet der Sensor weiterhineine feste Elektrode und eine bewegliche Elektrode, die der festenElektrode gegenüberliegt.Die ersten, zweiten und dritten Federn sind mit der beweglichenElektrode verbunden. Der dritte Anschlag ist an dem Substrat befestigt.
    [0013] Weiterhinerfasst der Sensor füreine physikalische Größe einephysikalische Größe. DerSensor beinhaltet eine Feder und eine Mehrzahl von Anschlägen, dieerste und zweite Anschlägebeinhalten. Der erste Anschlag begrenzt eine Bewegung der Federan einer ersten Position. Der zweite Anschlag begrenzt eine Bewegungder Feder an einer zweiten Position. Der Sensor weist einen weitenErfassungsbereich der physikalischen Größe ohne ein Anordnen von mehrerenSensoren auf. Deshalb kann der Sensor verkleinert werden. Weiterhinweist der Sensor, da der Sensor eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristikenaufweist, einen weiten dynamischen Bereich und eine hohe Empfindlichkeitauf.
    [0014] Vorzugsweiseist die Feder beweglich, bis der erste Anschlag die erste Federberührt.Die Feder weist eine erste Federcharakteristik auf, bis der zweiteAnschlag die Feder berührt.Die Feder weist eine zweite Federcharakteristik auf, nachdem derzweite Anschlag die Feder berührt.
    [0015] Vorzugsweisebeinhalten die Anschlägeweiterhin einen dritten Anschlag. Der dritte Anschlag begrenzt eineBewegung der Feder in einer dritten Position.
    [0016] Dievorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielenunter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
    [0017] Eszeigt:
    [0018] 1A eine Draufsicht einesSensors für einephysikalische Größe;
    [0019] 1B eine entlang einer LinieIB-IB in 1A genommeneQuerschnittsansicht;
    [0020] 1C eine entlang einer LinieIC-IC in 1C genommeneQuerschnittsansicht des Sensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0021] 2A einen Graph einer Beziehungzwischen einem Abstand D4 und einer auf einen Vergleichssensor inden 3A bis 3C ausgeübten Beschleunigung;
    [0022] 2B einen Graph einer Beziehungzwischen dem Abstand D4 und der auf den Sensor in den 1A bis 1c ausgeübten Beschleunigung;
    [0023] 3A eine Draufsicht einesSensors für einephysikalische Größe zum Vergleich,wobei 1B eine entlangeiner Linien IB-IB in 1A genommeneQuerschnittsansicht des Vergleichssensors ist und 1C eine entlang einer Linie IC-IC in 1C genommene Querschnittsansichtdes Vergleichssensors gemäß dem erstenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist;
    [0024] 4 einen Stromlaufplan einesErsatzschaltbilds des Vergleichssen sors in den 3A bis 3C gemäß dem erstenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0025] 5 eine Draufsicht einesSensors füreine physikalische Größe gemäß einemzweiten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0026] 6 einen Graph einer Beziehungzwischen der Beschleunigung und einer Kapazitätsänderung ΔC in verschiedenen Sensorengemäß dem zweitenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0027] 7 eine Draufsicht einesSensors füreine physikalische Größe gemäß einemdritten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0028] 8 eine Draufsicht einesSensors füreine physikalische Größe gemäß einemvierten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0029] 9 eine Draufsicht einesSensors füreine physikalische Größe gemäß einemfünftenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung; und
    [0030] 10 eine Draufsicht einesSensors für einephysikalische Größe als einenweiteren Vergleich gemäß dem zweitenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0031] Nachstehenderfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegendenErfindung.
    [0032] DieErfinder haben einleitend einen Sensor für eine physikalische Größe als einenVergleich hergestellt. Der Sensor ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor 101,der in den 3A bis 3C gezeigt ist. Der Sensor 101 erfassteine Beschleunigung in der X-Achse, das heißt, der Sensor erfasst eineeinzige gerichtete Beschleunigung. Der Sensor 101 beinhaltetein Halbleitersubstrat 10, das aus Silizium und dergleichenbesteht. Das Substrat 10 weist mehrfache Vertiefungen 11 zumVorsehen von mehreren Paaren von festen Elektroden 1 undbeweglichen Elektroden 2 auf. Ein Paar der festen Elektrode 1 undder beweglichen Elektrode 2 liegt einander in der X-Richtungderart gegenüber,dass es einen Kondensator ausbildet, der eine Kapazität aufweist.Ein massiver Abschnitt 3 dehnt sich in die X-Richtung aus.
    [0033] Diebeweglichen Elektroden 2 stehen von dem massiven Abschnitt 3 derartin eine Y-Richtung hervor, dass die beweglichen Elektroden 2 eine Kammzahnformaufweisen. Der massive Abschnitt 3 weist zwei Enden auf,von denen beide derart mit dem Substrat 10 verbunden sind,dass der massive Abschnitt 3 in der X-Richtung verschiebbar,d. h. beweglich, ist. Beide Enden des massiven Abschnitts sind mitFedern 4 verbunden. Jede Feder 4 ist in Übereinstimmungmit der Beschleunigung beweglich.
    [0034] Diefeste Elektrode 1 dehnt sich in die Y-Richtung aus, umder beweglichen Elektrode 2 in der X-Richtung gegenüberzuliegen,und ist mit Elektrodenanschlussflächen 5a bzw. 5b verbunden.Die bewegliche Elektrode 2 ist mit einer Elektrodenanschlussfläche 5c verbunden.Die Anschlussflächen 5a bis 5c bestehenaus Aluminium und dergleichen. Die Anschlussflächen 5a bis 5c sindmit einem Kontaktierungsdraht 20 mit anderen Elektrodenanschlussflächen 6a bis 6c verbunden.Die Anschlussflächen 6a bis 6c sindauf einer Leiterplatte 6 angeordnet, die andere Schaltungschips,wie zum Beispiel eine Hauptplatine, beinhaltet. Die Anschlussflächen 6a bis 6c sindmit einer äußeren Schaltung (nichtgezeigt) verbunden. Daher sind die Anschlussflächen 5a bis 5c über dieAnschlussflächen 6a bis 6c undden Kontaktierungsdraht 20 mit der äußeren Schaltung verbunden.
    [0035] Hierbeiist eine bewegliche Elektrode 2a zwischen einer festenElektrode 1a und einer anderen festen Elektrode 1b angeordnet,welche aneinander angrenzen. Wenn die Beschleunigung in der X-Richtungauf den Sensor 101 ausgeübt wird, wird die Feder 4 derartin die X-Richtung verschoben, dass ein Abstand zwischen der beweglichenElektrode 2a und der festen Elektrode 1a, 1b in Übereinstimmungmit der Beschleunigung geändertwird. Deshalb wird eine KapazitätC1 eines Kondensators 21, die zwischen der festen Elektrode 1a undder beweglichen Elektrode 2a ausgebildet ist, geändert undwird ebenso eine andere KapazitätC2 eines Kondensators 22 geändert, der zwischen der festenElektrode 1b und der beweglichen Elektrode 2a ausgebildetist.
    [0036] EinErsatzschaltbild dieses Sensors 101 ist auf einer linkenSeite in 4 gezeigt.In 4 wird eine gepulsteelektrische Spannung Vcc an die feste Elektrode 1a, 1b angelegt.Hierbei oszilliert die gepulste elektrische Spannung Vcc zwischennull Volt und einer vorbestimmten Spannung Vcc. In diesem Fall wird,wenn die Beschleunigung auf den Sensor 101 ausgelegt wirdund die KapazitätenC1, C2 geändertwerden, eine Differenz zwischen den Kapazitäten C1, C2 (d. h. eine Kapazitätsänderung ΔC, ΔC = C1 – C2) erzeugt.Die Kapazitätsänderung ΔC wird durchdie bewegliche Elektrode 2a erfasst, d. h. die Kapazitätsänderung ΔC wird vonder beweglichen Elektrode 2a abgerufen. Die Kapazitätsänderung ΔC, die vonder beweglichen Elektrode 2a abgerufen wird, wird von einerSchaltung, wie zum Beispiel einer Schaltkondensatorschaltung 5,abgerufen. Die Schaltkondensatorschaltung 5, die auf einerrechten Seite in 4 gezeigtist, wandelt die Kapazitätsänderung ΔC zu einerAusgangsspannung Vout. Das heißt: Vout = (C1 – C2)·Vcc/Cf.
    [0037] Hierbeiwird eine Hälfteder Ausgangsspannung Vcc/2 an die Schaltkondensatorschaltung 5 angelegtund wird eine KapazitätCf zwischen Eingangs- und Ausgangsseiten der Schaltkondensatorschaltung 5 angeordnet.Daher wird die Beschleunigung erfasst.
    [0038] Ineinem Fall, in dem der Sensor 101 die Beschleunigung ineinem weiten Bereich erfasst, werden mehrere Sensoren 101 zumErfassen der Weitbereichsbeschleunigung vorbereitet. Das heißt, mehrereSensoren 100, die einen unterschiedlichen Erfassungsbereichaufweisen, könnendie Beschleunigung in einem Bereich zwischen einer verhältnismäßig kleinenBeschleunigung und einer verhältnismäßig großen Beschleunigungerfassen. In diesem Fall beinhalten die Sensoren 101 dieFeder 4, die feste Elektrode 1, die beweglicheElektrode 2 und den massiven Abschnitt 3, vondenen jeder unterschiedliche Abmessungen aufweist, so dass der Sensor 101 einenunterschiedlichen Erfassungsbereich aufweist. Zum Beispiel beinhaltetder Sensor 101, wie es in 3 gezeigtist, zwei Sensoren 101, welche die Federn 4 beinhalten,die eine unterschiedliche Länge aufweisen.Der Sensor 101, der auf der linken Seite in 3A angeordnet ist, beinhalteteine lange Feder 4a, so dass der Sensor 101 dieverhältnismäßig kleineBeschleuni gung erfassen kann. Der Sensor 101, der auf derrechten Seite in 3A angeordnetist, beinhaltet eine kurze Feder 4b, so dass der Sensor dieverhältnismäßig große Beschleunigungerfassen kann. Daher könnendie Sensoren 101 den weiten Erfassungsbereich aufweisen.Jedoch wird eine Gesamtgröße (d. h.gesamte Abmessungen) der Sensoren 101 größer.
    [0039] ImHinblick auf die vorhergehenden Vergleich wird ein Sensor 100 für eine physikalische Größe gemäß dem erstenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung vorgesehen. Die 1A bis 1C zeigenden Sensor 100. Der Sensor 100 beinhaltet mehrereFedern 41 bis 43, die eine unterschiedliche Federkonstanteaufweisen. Die Federn 41 bis 43 sind in Übereinstimmungmit der Beschleunigung angeordnet. In diesem Fall beinhaltet zumBeispiel der Sensor 100 drei unterschiedliche Federn 41 bis 43. DieFedern 41 bis 43 sind auf beiden Enden des massivenAbschnitts 3 angeordnet. Die Feder 41 weist dielängstenTrägerauf und die Feder 43 weist die kürzesten Träger auf. Der massive Abschnitt 3 wird durchAnker 7 auf dem Substrat 10 gehalten, um die dreiFedern 41 bis 43 zu halten. Jede Feder 41 bis 43 beinhaltetein Paar von Trägern,die sich in der Y-Richtung ausdehnen. Die Feder 41 weisteinen Abstand D1 zwischen einem Paar von Trägern der Feder 41 auf,die Feder 42 weist einen Abstand C2 zwischen einem Paarvon Trägernder Feder 42 auf und die Feder 43 weist einenAbstand C3 zwischen einem Paar von Trägern der Feder 43 auf.Ein Abstand D4 zwischen der beweglichen Elektrode 2 undder festen Elektrode 1 ist derart vorgesehen, dass: D1 < D2 < D3 = D4.
    [0040] Wenndie verhältnismäßig kleineBeschleunigung auf den Sensor 100 ausgeübt wird, wird die längste Feder 41 verschoben.In diesem Fall wird, wenn die Feder 41 um den Abstand D1verschoben wird, d. h. ein Paar der Träger der Feder 41 berühren einander,die Verschiebung der Feder 41 darin beschränkt, sichzu verschieben.
    [0041] Weiterhinwird eine verhältnismäßig mittlere Beschleunigungauf den Sensor 100 ausgeübt, welche größer alsdie kleine Beschleunigung ist, wodurch die zweitlängste Feder 42 verschobenwird. Zu diesem Zeitpunkt be halten die Träger der Feder 41 bei,sich einander zu berühren.In diesem Fall wird, wenn die Feder 42 um den Abstand D2verschoben wird, d. h. ein Paar der Träger der Feder 42 berühren einander,die Verschiebung der Feder 42 darin beschränkt, sichzu verschieben.
    [0042] Weiterhinwird die verhältnismäßig große Beschleunigungauf den Sensor 100 ausgeübt, welche größer alsdie mittlere Beschleunigung ist, wodurch die kürzeste Feder 43 verschobenwird. Zu diesem Zeitpunkt behalten die Träger der Feder 41 unddie Trägerder Feder 42 bei, sich einander zu berühren. In diesem Fall wird,wenn die Feder 43 um den Abstand D3 verschoben wird, d.h. ein Paar der Träger derFeder 43 berühreneinander, die Verschiebung der Feder 43 darin beschränkt, sichzu verschieben. Daher kann der Sensor 100 die Beschleunigungerfassen, bis die Trägerder Feder 43 einander berühren.
    [0043] Daherwird, wenn die Federn 41 bis 43, die eine jeweilsunterschiedliche Längeaufweisen, verschoben werden, der Abstand D4 zwischen der beweglichenElektrode 2 und der festen Elektrode 1 ebensoin Übereinstimmungmit der Verschiebung der Federn 41 bis 43 geändert. Genauergesagt kann der Abstand D4 in Bezug zu der Beschleunigung in einemBereich zwischen der kleinen Beschleunigung und der großen Beschleunigunggeändertwerden. Deshalb kann der Sensor 100 die Beschleunigungin einem weiten Bereich erfassen, d. h. der Sensor 100 weisteinen weiten Erfassungsbereich auf.
    [0044] 2A zeigt eine Beziehungzwischen der Beschleunigung und dem Abstand D4 zwischen der beweglichenElektrode 2 und der festen Elektrode 1 in demSensor 101, der in den 3A bis 3C gezeigt ist. 2B zeigt eine Beziehungzwischen der Beschleunigung und dem Abstand D4 zwischen der beweglichenElektrode 2 und der festen Elektrode 1 in demSensor 100, der in den 1A bis 1C gezeigt ist. In 2A entspricht eine linkeKurve dem Sensor 101, der die Feder 4 aufweist,welche die gleichen Abmessungen wie die längste Feder 41 aufweist. Einemittlere Kurve entspricht dem Sensor 101, der die Feder 4 aufweist,welche die gleichen Abmessungen wie die zweitlängste Feder 42 aufweist.Eine rechte Kurve entspricht dem Sensor 101, der die Feder 4 aufweist,welche die gleichen Ab messungen wie die kürzeste Feder 43 aufweist.In 2A wird der AbstandD4 in dem Sensor 101 schnell in Übereinstimmung mit der Beschleunigungerhöht.Deshalb weist jede Kurve eine größte Krümmung auf.Jedoch wird in 2B derAbstand D4 in dem Sensor 100 glatt in Übereinstimmung mit der Beschleunigunggeändert.
    [0045] Weiterhinkann der Sensor 100, da der Sensor 100 den weitenErfassungsbereich der Beschleunigung aufweist, die Beschleunigungin einem weiten Bereich ohne Anordnen mehrerer Sensoren 100 erfassen.Daher kann der Sensor 100 verkleinert werden, d. h. derSensor 100 wird klein. Weiterhin weist, da der Sensor 100 einehervorragende Linearitätder Ausgangscharakteristiken aufweist, der Sensor 100 einenweiten dynamischen Bereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.
    [0046] Nachstehenderfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegendenErfindung.
    [0047] DieErfinder haben einleitend einen Sensor für eine physikalische Größe als einenweiteren Vergleich hergestellt. Der Sensor ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor 201,der in 10 gezeigt ist. DerSensor 201 beinhaltet ein Substrat, das derart mehrereVertiefungen aufweist, dass die feste Elektrode 1 und diebeweglichen Elektroden 2 ausgebildet sind. Die feste Elektrode 1 beinhalteteine rechtsseitige feste Elektrode 1c und eine linksseitigefeste Elektrode 1d. Die rechtsseitigen und linksseitigen festenElektrode 1c, 1d liegen der beweglichen Elektrode 2 inder X-Richtung derart gegenüber,welche eine Erfassungsrichtung der Beschleunigung ist, dass Kondensatorenausgebildet werden, die jeweils eine Kapazität aufweisen.
    [0048] Dermassive Abschnitt 3 dehnt sich in die X-Richtung aus. Diebeweglichen Elektroden 2 stehen von dem massiven Abschnitt 3 derartin die Y-Richtunghervor, dass die beweglichen Elektroden 2 eine Kammzahnformaufweisen. Der massive Abschnitt 3 weist zwei Enden auf,von denen beide derart mit dem Substrat 10 verbunden sind,dass der massive Abschnitt 3 in der X-Richtung verschiebbar (d.h. beweglich) ist. Beide Enden des massiven Abschnitts 3 sindjeweils mit Federn 4 verbunden. Jede Feder 4 istin der X-Richtung in Übereinstimmungmit der Beschleunigung beweglich. Die Fe der weist eine Schleifeauf, die durch ein Paar von Trägernvorgesehen ist. Ein Anschlag 210 beschränkt eine Verschiebung der Feder 4.
    [0049] Dierechtsseitigen und linksseitigen festen Elektroden 1c, 1d dehnensich in die Y-Richtung aus, um der beweglichen Elektrode 2 inder X-Richtung gegenüberzuliegen,und sind jeweils mit Elektrodenanschlussflächen 5a, 5b verbunden.Die bewegliche Elektrode 2 ist mit einer Elektrodenanschlussfläche 5c verbunden.Die Anschlussflächen 5a bis 5c bestehenaus Aluminium oder dergleichen. Die Anschlussflächen 5a bis 5c sindmit einem Kontaktierungsdraht (nicht gezeigt) mit der äußeren Schaltungverbunden.
    [0050] DerSensor 201 weist eine Beziehung zwischen der Kapazitätsänderung ΔC und derBeschleunigung auf, die als gestrichelte Linien in 6 gezeigt ist. Die Linearität der Beziehungin dem Sensor 201 ist niedrig. Genauer gesagt weicht dasAusgangssignal des Sensors 201 in Übereinstimmung mit der Verschiebungder beweglichen Elektrode 2 derart schnell von einer vorbestimmtenLinie ab, dass der Sensor 201 einen kleinen Erfassungsbereich zumErfassen der Beschleunigung aufweist.
    [0051] ImHinblick auf den vorhergehenden Vergleich wird ein Sensor 200 für eine physikalische Größe gemäß einemzweiten Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung geschaffen. Wie es in 5 gezeigt ist, beinhaltet der Sensor 200 den massivenAbschnitt 3, die ersten und zweiten Federn 4c, 4d unddie ersten und zweiten Anschläge 210a, 210b.Die ersten und zweiten Federn 4c, 4d sind an beidenEnden des massiven Abschnitts 3 angeordnet und sind inder X-Richtung beweglich, d. h. verschiebbar. Hierbei ist die X-Richtungeine Beschleunigungserfassungsrichtung. Die ersten und zweiten Federn 4c bzw. 4d weiseneine Schleife auf. Die ersten und zweiten Anschläge 210a, 210b beschränken Verschiebungender ersten bzw. zweiten Federn 4c, 4d. Genauergesagt beschränkendie Anschläge 210a, 210b denVerschiebungsbereich der Federn 4c, 4d. Der ersteAnschlag 210a zum Beschränken der ersten Feder 4c wirdauf der zweiten Feder 4d gehalten. Der zweite Anschlag 210b zumBeschränkender zweiten Feder 4d wird auf der zweiten Feder 4d gehalten.Die zweite Feder 4d weist eine Länge in der Längsrichtungauf, die kürzerals die der ersten Feder 4c ist, so dass die Federkonstanteder zweiten Feder 4d größer alsdie der ersten Feder 4c ist.
    [0052] Genauergesagt wird die Längeder zweiten Feder 4d in der Y-Richtung kurz. Hierbei istdie Y-Richtung senkrecht zu der Beschleunigungserfassungsrichtung,d. h. der X-Richtung.
    [0053] Dierechtsseitigen und linksseitigen festen Elektroden 1c, 1d liegenden rechtsseitigen und linksseitigen beweglichen Elektroden 2b, 2c inder X-Richtung derartgegenüber,dass Kondensatoren ausgebildet werden, die jeweils eine Kapazität aufweisen.Der massive Abschnitt 3 dehnt sich in die X-Richtung aus.Die rechtsseitigen und linksseitigen beweglichen Elektroden 2b, 2c stehenvon dem massiven Abschnitt 3 derart in die Y-Richtung hervor, dassdie beweglichen Elektroden 2b, 2c eine Kammzahnformaufweisen. Die rechtsseitigen und linksseitigen festen Elektroden 1c, 1d weisenebenso eine Kammzahnform auf. Jede Feder 4c, 4d istin Übereinstimmungmit der Beschleunigung in der X-Richtung beweglich. Die Feder 4c, 4d weisteine Schleife auf, die durch ein Paar von Trägern vorgesehen ist.
    [0054] Indem Sensor 200 beinhalten der erste Anschlag 210a undder massive Abschnitt 3 mehrere Öffnungen. Jedoch können siefür denSensor 200 ohne irgendeine Öffnung verwendet werden.
    [0055] DieVerschiebung der beweglichen Elektroden 2b, 2c wirddurch das Feder/Masseystem vorgesehen, das zuerst aus der erstenFeder 4c und dem massiven Abschnitt 3 besteht.Wenn die Beschleunigung auf den Sensor 200 ausgeübt wird,nimmt der massive Abschnitt 3 eine Trägheitskraft auf, die der Beschleunigungentspricht. Dann wird die erste Feder 4c verschoben, bisdie Trägheitskraftmit der Federkraft der ersten Feder 4c ausgeglichen ist.Die. beweglichen Elektroden 2b, 2c werden ebensozusammen mit der Verschiebung der ersten Feder 4c verschoben.Daher wird überdie Verschiebung der beweglichen Elektroden 2b, 2c entschieden.
    [0056] Weiterhinwird, wenn die Beschleunigung größer wird,die Verschiebung der beweglichen Elektroden 2b, 2c ebensoproportional zu der Erhöhung derBeschleunigung erhöht.Die Verschiebung der beweglichen Elektroden 2b, 2c wirddurch eine Federkonstante der ersten Feder 4c definiert,bis der erste Anschlag 210a die Verschiebung beschränkt, d. h.bis der erste Anschlag 210a den Träger der ersten Feder 4c berührt.
    [0057] Dererste Anschlag 210a zum Beschränken der ersten Feder 4c wirdauf der zweiten Feder 4d gehalten. Weiterhin ist die Federkonstanteder zweiten Feder 4d größer alsdie der ersten Feder 4c. Deshalb kann auch dann, wenn dererste Anschlag 210a die erste Feder 4c berührt, dermassive Abschnitt 3 verschoben werden. In diesem Fall istdie Verschiebung des massiven Abschnitts 3 durch die Federkonstanteder zweiten Feder 4d definiert. Deshalb ist die Erhöhung derVerschiebung des massiven Abschnitts 3, die der Erhöhung derBeschleunigung entspricht, kleiner als die in einem Fall, in demdie Verschiebung durch die Federkonstante der erste Feder 4c definiertist. Genauer gesagt wird die Verschiebung des massiven Abschnitts 3 ineinem Bereich einer hohen Beschleunigung unterdrückt. Daher berühren diefesten Elektroden 1c, 1d die beweglichen Elektroden 2b, 2c nicht,bis der zweite Anschlag 210b den Träger der zweiten Feder 4d berührt. Das heißt, dieBeschränkungdes zweiten Anschlags 210b zum Beschränken der zweiten Feder 4d wird größer. Deshalbkann der Sensor 200 den Bereich einer hohen Beschleunigungerfassen, d. h. der Sensor weist einen großen Beschleunigungserfassungsbereichauf, so dass der Sensor 200 einen weiten dynamischen Bereichder Beschleunigung aufweist. Weiterhin weist der Sensor im Wesentlicheneine hohe Empfindlichkeit auf.
    [0058] DerSensor 200 zeigt eine Beziehung zwischen der Kapazitätsänderung ΔC und derBeschleunigung, die als eine durchgezogene Linie in 6 gezeigt ist. Die Linearität der Beziehungin dem Sensor 200 ist hoch. Genauer gesagt weicht das Ausgangssignaldes Sensors 200 in Übereinstimmung mitder Verschiebung der beweglichen Elektrode 2c, 2d imWesentlichen in einem weiten Bereich nicht von einer vorbestimmtenLinie ab. Bei der gestrichelten Linie, die die Ausgangscharakteristikdes Sensors 201 darstellt, wird die Kapazitätsänderung ΔC als dasAusgangssignal des Sensors 201 schnell erhöht, wenndie Beschleunigung erhöhtwird. Deshalb weist die gestrichelte Linie eine große Krümmung auf.Jedoch wird bei der durchgezogenen Linie, die die Ausgangscharakteristikdes Sensors 200 darstellt, die Kapazitätsänderung ΔC als das Ausgangssignal desSensors 200 allmählich(d. h. glatt) erhöht, wenndie Beschleunigung erhöhtwird. Das heißt,ein Bereich der Kurve, welcher eine große Krümmung aufweist, wird zu derSeite einer größeren Beschleunigungverschoben. Dies ist so, da der erste An schlag 210a dieVerschiebung der ersten Feder 4c beschränkt, bis der erste Anschlag 210a dieerste Feder 4c berührtund danach die zweite Feder 4d für die Verschiebung verwendetwird, so dass der Sensor 200 den weiten Erfassungsbereichder Beschleunigung aufweisen kann. Daher wird die Linearität der Beziehungzwischen der Kapazitätsänderung ΔC und derBeschleunigung verbessert, so dass der Sensor 200 den weitenErfassungsbereich zum Erfassen der Beschleunigung aufweist.
    [0059] Weiterhinkann der Sensor 200, da der Sensor 200 den weitenErfassungsbereich der Beschleunigung aufweist, die Beschleunigungin einem weiten Bereich ohne Anordnen von mehreren Sensoren 200 erfassen.Daher kann der Sensor 200 verkleinert werden, d. h. derSensor 200 wird klein. Weiterhin weist der Sensor 200,da der Sensor eine hervorragende Linearität der Ausgangscharakteristikenaufweist, einen weiten dynamischen Bereich und hohe Empfindlichkeitauf.
    [0060] Nachstehenderfolgt die Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegendenErfindung.
    [0061] EinSensor 300 füreine physikalische Größe gemäß einemdritten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt.Der Sensor 300 beinhaltet mehrere Federn 4c bis 4g undmehrere Anschläge 210a bis 210e.In 7 sind fünf Federn 4c bis 4g undfünf Anschläge 210a bis 210e auf beidenEnden des massiven Abschnitts 3 angeordnet. Die fünf Federn 4c bis 4g weisenjeweils unterschiedliche Federkonstanten auf.
    [0062] Dererste Anschlag 210a zum Beschränken der ersten Feder 4c wirdauf der zweiten Feder 4d gehalten. Die erste Feder 4c weisteine Längein der Breitenrichtung auf, die länger als die der zweiten Feder 4d ist,so dass die Federkonstante der ersten Feder 4c kleinerals die der zweiten Feder 4d ist. Der zweite Anschlag 210b zumBeschränkender zweiten Feder 4d wird auf der dritten Feder 4e gehalten.Die zweite Feder 4d weist eine Länge in der Breitenrichtungauf, die längerals die der dritten Feder 4e ist, so dass die Federkonstanteder zweiten Feder 4d kleiner als die der dritten Feder 4e ist.Der dritte Anschlag 210c zum Beschränken der dritten Feder 4e wirdauf der vierten Feder 4f gehalten. Die dritte Feder 4e weisteine Längein der Breitenrichtung auf, die länger als die der vierten Feder 4f ist,so dass die Federkonstante der dritten Feder 4e kleinerals die der vierten Feder 4f ist. Der vierte Anschlag 210d zumBeschränkender vierten Feder 4f wird auf der fünften Feder 4d gehalten.Die vierte Feder 4f weist eine Länge in der Breitenrichtungauf, die längerals die der fünftenFeder 4g ist, so dass die Federkonstante der vierten Feder 4f kleinerals die der fünften Feder 4e ist.
    [0063] Indiesem Fall weist die Ausgangscharakteristik des Sensors 300 mehrereWendepunkte auf. Genauer gesagt wird in die Ausgangscharakteristik desSensors 300 die Kapazitätsänderung ΔC als das Ausgangssignaldes Sensors 300 sehr sacht, d. h. glatt, erhöht, wenndie Beschleunigung erhöhtwird. Daher ist die Linearitätder Beziehung zwischen der Kapazitätsänderung ΔC und der Beschleunigung starkverbessert, so dass der Sensor 300 den weiten Erfassungsbereichzum Erfassen der Beschleunigung aufweist.
    [0064] Weiterhinkann der Sensor 300 verkleinert werden. Weiterhin weistder Sensor 300, da der Sensor 300 eine hervorragendeLinearitätder Ausgangscharakteristiken aufweist, einen weiten dynamischenBereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.
    [0065] Nachstehenderfolgt die Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegendenErfindung.
    [0066] EinSensor 400 füreine physikalische Größe gemäß einemvierten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist in 8 gezeigt.Der Sensor 400 beinhaltet zwei Federn 4h, 4i undzwei Anschläge 210f, 210g.Die Feder 4h eines zweiten Typs weist einen unterschiedlichenAufbau zu dem der Feder 4h des ersten Typs auf. Der Anschlag 210g des zweitenTyps weist ebenso einen unterschiedlichen Aufbau zu dem des Anschlags 210f desersten Typs auf. Der Anschlag 210g des zweiten Typs weist ebensoeinen unterschiedlichen Aufbau zu dem des Anschlags 210f desersten Typs auf. Der Anschlag 210g des zweiten Typs istan einem Ende der Feder 4i des zweiten Typs angeordnet.In diesem Fall wird, wenn der zweite Anschlag 210g dieFeder 4h des ersten Typs kontaktiert, eine Gesamtfederkonstante derFedern 4h, 4i geändert.
    [0067] In 8 ist die Feder 4i deszweiten Typs in einer Schleife der Feder 4h des erstenTyps angeordnet. Die Federkonstante der Feder 4i des zweiten Typsist größer alsdie der Feder 4h des ersten Typs. Der Anschlag 210g deszweiten Typs zum Beschränkender Feder 4i des zweiten Typs ist integral in der Feder 4i deszweiten Typs ausgebildet, um an die Feder 4h des erstenTyps anzugrenzen (d. h. diese zu berühren). Deshalb wird die Feder 4h desersten Typs, wenn die Beschleunigung auf den Sensor 400 ausgeübt wird,verschoben, bis der Anschlag 210g des zweiten Typs dieFeder 4h des ersten Typs berührt. Daher wird die Verschiebungder beweglichen Elektrode 2 durch die Feder 4h desersten Typs definiert. Weiterhin berührt der Anschlag 210g deszweiten Typs, wenn die Beschleunigung größer wird, die Feder 4h desersten Typs. Danach wird die Feder 4h des ersten Typs zusammenmit der Feder 4i des zweiten Typs in Übereinstimmung mit der Beschleunigungverschoben. In diesem Fall wird die Gesamtfederkonstante der Feder 4h desersten Typs zusammen mit der Feder 4i des zweiten Typsgrößer, so dassdie Verschiebung der beweglichen Elektrode 2 durch dieGesamtfederkonstante der Federn 4h, 4i des erstenTyps und zweiten Typs definiert ist, bis der Anschlag 210f desersten Typs die Verschiebung beschränkt, d. h. bis der Anschlag 210f desersten Typs die Feder 4h des ersten Typs zusammen mit derFeder 4i des zweiten Typs berührt.
    [0068] Daherweist der Sensor 400 den weiten Erfassungsbereich zum Erfassender Beschleunigung auf. Weiterhin kann der Sensor 400 verkleinertwerden. Weiterhin weist der Sensor 400, da der Sensor 400 einehervorragende Linearitätder Ausgangscharakteristiken aufweist, einen weiten dynamischenBereich und eine hohe Empfindlichkeit auf.
    [0069] DerSensor 400 kann unterschiedliche elektrische Potentialeder Feder 4h, 4h des ersten Typs und zweiten Typsaufweisen, da die Feder 4h des ersten Typs einen unterschiedlichenAufbau zu der Feder 4i des zweiten Typs aufweist. Daherberührt dieFeder 4h des ersten Typs, wenn die Feder 4i des zweitenTyps, d. h. der Anschlag 210g des zweiten Typs, die Feder 4h desersten Typs berührt,ein Schaltsignal derart erzeugt werden, dass der Sensor 400 eineSchaltfunktion aufweist. Deshalb wird das Schaltsignal an dem Wendepunkterzeugt, an dem der Anschlag 210g des zweiten Typs dieFeder 4h des ersten Typs berührt. Daher kann der Sensorvorsehen, einen Verstärkungsfaktoreiner Signalverarbeitungsschaltung, Filtercharakteristiken und/oder Signalcharakteristikenin Übereinstimmungmit der Beschleunigung zu schalten.
    [0070] Nachstehenderfolgt die Beschreibung eines fünftenAusführungsbeispielsder vorliegenden Erfindung.
    [0071] EinSensor 500 füreine physikalische Größe gemäß einemfünftenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist in 9 gezeigt.Der Sensor 500 beinhaltet eine einzelne Feder 4j undzwei Anschläge 210h, 210i.Der zweite Anschlag 210i ist in einer vorbestimmten Positionin einem Bewegungsbereich der einzelnen Feder 4j angeordnet.Genauer gesagt ist der zweite Anschlag 210i auf einer Mittenpositionin dem Bewegungsbereich angeordnet. Deshalb wird, wenn die einzelneFeder 4j den zweiten Anschlag 210i berührt, derHaltepunkt der einzelnen Feder 4j geändert. Daher weist der Sensor 500 den gleichenEffekt wie in einem Fall auf, in dem die Länge in der Längsrichtungder einzelnen Feder 4j geändert wird. Genauer gesagtweist der Sensor 500 die gleiche Funktion wie der Sensor 200 auf,der in 5 gezeigt ist.
    权利要求:
    Claims (34)
    [1] Sensor füreine physikalische Größe zum Erfasseneiner physikalischen Größe, deraufweist: eine Mehrzahl von Federn (4, 4a–4i),wobei die Federn (4, 4a–4i) jeweils unterschiedlicheFederkonstanten aufweisen.
    [2] Sensor nach Anspruch 1, der weiterhin aufweist: einefeste Elektrode (1, 1a–1d); und eine beweglicheElektrode (2, 2a–2c),die die Federn (4, 4a–4i) verbindet, wobei derSensor ein kapazitiver Beschleunigungssensor ist, die beweglicheElektrode (2, 2a–2c)der festen Elektrode (1, 1a–1d) mit einem vorbestimmtenAbstand dazwischen derart gegenüberliegt,dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird,der eine Kapazität (C1,C2) aufweist, und die Feder (4, 4a–4i)in Übereinstimmungmit der Beschleunigung derart beweglich ist, dass der Abstand zwischenden beweglichen und festen Elektroden (1, 1a–1b, 2, 2a–2c)geändertwird.
    [3] Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensordie physikalische Größe in einerErfassungsrichtung erfasst, und die Federn (4, 4a–4d)unterschiedliche Längenin Längsrichtungaufweisen, die senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischenGröße sind.
    [4] Sensor nach Anspruch 3, wobei die Feder (4, 4a–4g)durch ein Paar von Trägernvorgesehen ist, die eine Schleife aufweisen, die Träger sichsenkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnen,und die Feder (4, 4a–4g) eine derartige rechteckigeForm aufweist, dass die Schleife ein Rechteck ist.
    [5] Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhinaufweist: eine feste Elektrode (1, 1a–1d);und eine bewegliche Elektrode (2, 2a–2c),die die Federn (4, 4a–4i) verbindet, wobei dieFedern (4, 4a–4i)in Übereinstimmungmit der physikalischen Größe beweglichsind, und die feste Elektrode (1, 1a–1d)und die bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) einen Kondensator(21, 22) vorsehen, der dazwischen derart eineKapazität(C1, C2) aufweist, dass eine physikalische Größe auf der Grundlage der Kapazität (C1, C2)erfassbar ist.
    [6] Sensor nach Anspruch 5, der weiterhin aufweist: einenmassiven Abschnitt (3) und ein Substrat (10), wobeidie bewegliche Elektrode (2, 2a–2c) von dem massivenAbschnitt (3) hervorsteht, der massive Abschnitt (3)die Federn (4, 4a–-4i)berührt,und die Federn (4, 4a–4i) beweglich mit demSubstrat (10) verbunden sind.
    [7] Sensor nach Anspruch 6, wobei der Sensor diephysikalische Größe in einerErfassungsrichtung erfasst, der massive Abschnitt (3)sich in die Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnt, diebewegliche Elektrode (2, 2a–2c) sich senkrecht zuder Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnt, und die Federn(4, 4a–4i)sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnen.
    [8] Sensor nach Anspruch 7, wobei die Federn (4, 4a–4i)erste und zweite Federn (4a–4d)beinhalten, die erste Feder (4a, 4c) zwischendem massiven Abschnitt (3) und der zweiten Feder (4b, 4d)angeordnet ist, die zweite Feder (4b, 4d)zwischen der ersten Feder (4a, 4c) und dem Substrat(10) angeordnet ist, und die erste Feder (4a, 4c)eine Längein Längsrichtung aufweist,die längerals die der zweiten Feder (4b, 4d) ist.
    [9] Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der weiterhinaufweist: einen Anschlag (210, 210a–210g),wobei die Federn (4, 4c–4i) erste und zweiteFedern (4c, 4d, 4h, 4i) beinhalten, derAnschlag (210a) eine Bewegung der ersten Feder (4c, 4h)beschränkt,und die zweiten Federn (4d, 4i) den Anschlag(210a) halten.
    [10] Sensor nach Anspruch 9, wobei die erste Feder (4h, 4c)beweglich ist, bis der Anschlag (210a) die erste Feder(4c, 4h) berührt.
    [11] Sensor nach Anspruch 9 oder 10, der weiterhin aufweist: einefeste Elektrode (1, 1c–1d); und eine beweglicheElektrode (2, 2b–2c),die der festen Elektrode (1, 1c–1d) gegenüberliegt,wobei die ersten und zweiten Federn (4, 4c, 4d)mit der beweglichen Elektrode (2, 2b–2c)verbunden sind.
    [12] Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei derSensor ein kapazitiver Beschleunigungssensor ist, die beweglicheElektrode (2, 2b–2c)der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmtenAbstand dazwischen derart gegenüberliegt,dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird,der eine Kapazität (C1,C2) aufweist, und die ersten und zweiten Federn (4, 4c–4d)in Übereinstimmungmit der Beschleunigung derart beweglich sind, dass der Abstand zwischenden beweglichen und festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c)geändert wird.
    [13] Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, der weiterhinaufweist: ein Substrat (10); und einen weiterenAnschlag (210, 210b, 210e) zum Beschränken einerBewegung der zweiten Feder (4d), wobei der andereAnschlag (210, 210b, 210e) an dem Substrat(10) befestigt ist.
    [14] Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, der weiterhinaufweist: eine feste Elektrode (1, 1c–1d);und eine bewegliche Elektrode (2, 2b, 2c),die mit den Federn (4, 4c-4h) verbunden ist, wobei dieersten und zweiten Federn (4, 4c, 4d, 4h, 4i)in Übereinstimmungmit der physikalischen Größe beweglichsind, und die feste Elektrode (1, 1c–1d)und die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) einen Kondensator(21, 22) vorsehen, der dazwischen derart eineKapazität(C1, C2) aufweist, dass die physikalische Größe auf der Grundlage der Kapazität (C1, C2)erfassbar ist.
    [15] Sensor nach Anspruch 14, der weiterhin aufweist: einenmassiven Abschnitt (3); und ein Substrat (10),wobei die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c)von dem massiven Abschnitt (3) hervorsteht, der massiveAbschnitt (3) die ersten und zweiten Federn (4, 4c, 4d, 4h, 4i)verbindet, und die ersten und zweiten Federn (4, 4c, 4d, 4h, 4i)beweglich mit dem Substrat (10) verbunden sind.
    [16] Sensor nach Anspruch 15, wobei der Sensor diephysikalische Größe in einerErfassungsrichtung erfasst, der massive Abschnitt (3)sich in die Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnt, diebewegliche Elektrode (2, 2b–2c) sich senkrecht zuder Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnt, und die erstenund zweiten Federn (4, 4c, 4d, 4h, 4i)sich senkrecht zu der Erfassungsrichtung der physikalischen Größe ausdehnen.
    [17] Sensor nach Anspruch 16, wobei die erste Feder(4c) zwischen dem massiven Abschnitt (3) und derzweiten Feder (4d) angeordnet ist, die zweite Feder(4d) zwischen der ersten Feder (4c) und dem Substrat (10)angeordnet ist, und die erste Feder (4c) eine Länge in Längsrichtungaufweist, die längerals die der zweiten Feder (4d) ist.
    [18] Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der weiterhinaufweist: eine Mehrzahl von Anschlägen (210, 210f–210g),die ersten und zweite Anschläge(210f–210g)beinhalten, wobei die Federn (4, 4h–4i)erste und zweite Federn (4, 4h–4i) beinhalten, der ersteAnschlag (210f) eine Bewegung der ersten Feder (4h)beschränkt, derzweite Anschlag (210g) eine Bewegung der zweiten Feder(4i) beschränkt, dieerste Feder (4h) eine Schleife beinhaltet, welche in Übereinstimmungmit der physikalischen Größe beweglichist, und die zweite Feder (4i) in der Schleife derersten Feder (4h) angeordnet ist.
    [19] Sensor nach Anspruch 18, wobei die erste Feder(4h) beweglich ist, bis der erste Anschlag (210f)die erste Feder (4h) berührt, und die zweite Feder(4i) zusammen mit der ersten Feder (4h) beweglichist, nachdem der zweite Anschlag (210g) die erste Feder(4h) berührt.
    [20] Sensor nach Anspruch 18 oder 19, der weiterhin aufweist: einefeste Elektrode (1, 1c–1d); und eine beweglicheElektrode (2, 2b–2c),die der festen Elektrode (1, 1c– 1d) gegenüberliegt,wobei die erste Feder (4h) den ersten Anschlag (210f)hält undmit der beweglichen Elektrode (2, 2b–2c)verbunden ist, und die zweite Feder (4i) den zweitenAnschlag (210g) hältund mit dem Substrat (10) verbunden ist.
    [21] Sensor nach Anspruch 20, wobei der Sensor einkapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode(2, 2b–2c)der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmtenAbstand dazwischen derart gegenüberliegt,dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird,der eine Kapazität (C1,C2) aufweist, und die ersten und zweiten Federn (4, 4h–4i)in Übereinstimmungmit der Beschleunigung derart beweglich sind, dass der Abstand zwischenden beweglichen und festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c)geändert wird.
    [22] Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der weiterhinaufweist: eine Mehrzahl von Anschlägen (210, 210a–210e), dieerste, zweite und dritte Anschläge(210, 210a, 210b) beinhalten, wobei dieFedern (4, 4c–4g)erste, zweite und dritte Federn (4, 4c–4i)beinhalten, der erste Anschlag (210a) eine Bewegungder ersten Feder (4c) beschränkt, der zweite Anschlag(210b) eine Bewegung der zweiten Feder beschränkt, derdritte Anschlag (210c) eine Bewegung der dritten Feder(4e) beschränkt, diezweite Feder (4d) den ersten Anschlag (210a) hält und diedritte Feder (4e) den zweiten Anschlag (210b) hält.
    [23] Sensor nach Anspruch 22, der weiterhin aufweist: einefeste Elektrode (1, 1c–1d); und eine beweglicheElektrode (2, 2b–2c),die der festen Elektrode (1, 1c–1d) gegenüberliegt,wobei die ersten, zweiten und dritten Federn (4, 4c–4e)mit der beweglichen Elektrode (2, 2b–2c)verbunden sind, und der dritte Anschlag (210c) andem Substrat (10) befestigt ist.
    [24] Sensor nach Anspruch 23, wobei der Sensor einkapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode(2, 2b–2c)der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmtenAbstand dazwischen derart gegenüberliegt,dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird,der eine Kapazität (C1,C2) aufweist, und die ersten, zweiten und dritten Federn (4, 4c–4e)in Übereinstimmungmit der Beschleunigung derart beweglich sind, dass der Abstand zwischenden beweglichen und festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c)geändertwird.
    [25] Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der weiterhinaufweist: ein Substrat (10); und eine Mehrzahlvon Anschlägen(210, 210a–210b), dieerste und zweite Anschläge(210, 210a–210)beinhalten, wobei die Federn (4, 4c–4d)erste und zweite Federn (4, 4c–4d) beinhalten, wobei dererste Anschlag (210a) auf der zweiten Feder (4d) gehaltenwird, der erste Anschlag (210a) eine Bewegung derersten Feder (4c) beschränkt, der zweite Anschlag(210b) eine Bewegung der zweiten Feder (4d) beschränkt, und derzweite Anschlag (210b) an dem Substrat (10) befestigtist.
    [26] Sensor nach Anspruch 25, der weiterhin aufweist: einefeste Elektrode (1, 1c–1d); und eine beweglicheElektrode (2, 2b–2c),die der festen Elektrode (1, 1c–1d) gegenüberliegt,wobei die Federn (4, 4c–4d) mit der beweglichenElektrode (2, 2b–2c)verbunden sind.
    [27] Sensor nach Anspruch 26, wobei der Sensor einkapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode(2, 2b–2c)der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmtenAbstand dazwischen derart gegenüberliegt,dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird,der eine Kapazität(C 1, C2) aufweist, und die Federn (4, 4c–4d)in Übereinstimmungmit der Beschleunigung derart beweglich sind, dass der Abstand zwischenden beweglichen und festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c)geändertwird.
    [28] Sensor füreine physikalische Größe zum Erfasseneiner physika tischen Größe, deraufweist: eine Feder (4, 4j); und eineMehrzahl von Anschlägen(210, 210h–210i),die erste und zweite Anschläge(210, 210h–210i)beinhalten, wobei der erste Anschlag (210h) eine Bewegungder Feder (4, 4j) an einer ersten Position beschränkt, und derzweite Anschlag (210i) eine Bewegung der Feder (4, 4j)an einer zweiten Position beschränkt.
    [29] Sensor nach Anspruch 28, wobei die Feder (4, 4j)beweglich ist, bis der erste Anschlag (210h) die Feder(4, 4j) berührt, dieFeder (4, 4j) eine erste Federcharakteristik aufweist,bis der zweite Anschlag (210i) die Feder (4, 4j) berührt, und dieFeder (4, 4j) eine zweite Federcharakteristikaufweist, nachdem der zweite Anschlag (210i) die Feder (4, 4j)berührt.
    [30] Sensor nach Anspruch 28 oder 29, der weiterhin aufweist: einefeste Elektrode (1, 1c–1d); und eine beweglicheElektrode (2, 2b–2c),die der festen Elektrode (1, 1c–1d) gegenüberliegt,wobei die Feder (4, 4j) mit der beweglichenElektrode (2, 2b–2c)verbunden ist.
    [31] Sensor nach Anspruch 30, wobei die Feder (4, 4j)in Übereinstimmungmit der physikalischen Größe beweglichist, und die feste Elektrode (1, 1c–1d)und die bewegliche Elektrode (2, 2b–2c) einen Kondensator(21, 22) vorsehen, der dazwischen derart eineKapazität(C1, C2) aufweist, dass die physikalische Größe auf der Grundlage der Kapazität (C1, C2)erfassbar ist.
    [32] Sensor nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei dieAnschläge(210, 210h–210i)weiterhin einen dritten Anschlag beinhalten, und der dritteAnschlag eine Bewegung der Feder (4, 4j) an einerdritten Position beschränkt.
    [33] Sensor nach Anspruch 32, der weiterhin aufweist: einefeste Elektrode (1, 1c–1d); und eine beweglicheElektrode (2, 2b–2c),die der festen Elektrode (1, 1c– 1d) gegenüberliegt,wobei die Feder (4, 4j) mit der beweglichenElektrode (2, 2b–2c)verbunden ist.
    [34] Sensor nach Anspruch 33, wobei der Sensor einkapazitiver Beschleunigungssensor ist, die bewegliche Elektrode(2, 2b–2c)der festen Elektrode (1, 1c–1d) mit einem vorbestimmtenAbstand dazwischen derart gegenüberliegt,dass ein Kondensator (21, 22) vorgesehen wird,der eine Kapazität (C1,C2) aufweist, und die Feder in Übereinstimmung mit der Beschleunigungderart beweglich ist, dass der Abstand zwischen den beweglichenund festen Elektroden (1, 1c–1d, 2, 2b–2c)geändertwird.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040182157A1|2004-09-23|
    US7243545B2|2007-07-17|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-09-23| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2012-03-22| R016| Response to examination communication|
    2015-07-27| R016| Response to examination communication|
    2019-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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