(57)【要約】  ロッカ（１）の構造をもちｚ方向に変位可能なはずみ質量体を備えたセンサにおいて非対称なクリッピングを回避するため、ロッカ（１）のレバーアーム（２，３）の長さが異なる場合には短い方のレバーアーム（２）の側に、発生可能な変位を小さくする当接装置（８）が設けられる。レバーアーム（９，１０）の長さが等しい場合には一方のレバーアーム（１０）に、側方に配置された少なくとも１つの付加的な質量体（１１）が設けられる。このようにすることで、非対称なロッカ（１）の両側においてはずみ質量体の最大可能な機械的変位が等しい大きさとなる。
2009540280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロメカニカル加速度センサにおいて、
係止機構（５）を有する基板（６）と、ロッカ（１）の形式のはずみ質量体が設けられており、該はずみ質量体は該質量体のねじれ軸に関して非対称の幾何学的形状を有しており、該はずみ質量体はたわみばね機構（４）を介して前記係止機構（５）と接続されていて、該はずみ質量体は、前記基板（６）に対し垂直に作用する加速度により該はずみ質量体の静止位置から弾性的に変位可能であり、
前記ロッカ（１）のレバーアーム（２，３）の長さがそれぞれ異なるときには、短い方のレバーアーム（２）の側に、発生可能な変位を小さくする当接機構（８）が設けられており、または前記ロッカ（１）のレバーアーム（９，１０）の長さが等しいときには、一方のレバーアーム（１０）において側方に配置された少なくとも１つの付加的な質量体（１）が設けられていて、
前記はずみ質量体（１１）の最大可能な機械的な変位が非対称なロッカ（１）の両側で等しい大きさとなることを特徴とする、
マイクロメカニカル加速度センサ。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロメカニカル加速度センサにおいて、
前記レバーアーム（９，１０）の長さが等しいときには、該レバーアームの一方（１０）において側方に配置された付加質量体（１１）が該レバーアーム（１０）の横断方向アームとして形成されていることを特徴とする、マイクロメカニカル加速度センサ。
【請求項３】
請求項２記載のマイクロメカニカル加速度センサにおいて、
前記レバーアーム（１０）は両側に横断方向アームを有しており、該横断方向アームは互いに対称的にそれぞれ反対側に配置されていることを特徴とする、マイクロメカニカル加速度センサ。
【請求項４】
請求項３記載のマイクロメカニカル加速度センサにおいて、
前記レバーアーム（１０）はそれぞれ反対側に位置する２つの横断方向アームとともに形成されており、該横断方向アームはそれぞれ前記レバーアーム（１０）の長さ全体にわたって延在していることを特徴とする、マイクロメカニカル加速度センサ。
【請求項５】
請求項４記載のマイクロメカニカル加速度センサにおいて、
前記レバーアーム（１０）は、前記横断方向アームへの移行領域において該レバーアーム（１０）に対し平行に延在するそれぞれ１つの長い切り欠き（１２）を有することを特徴とする、マイクロメカニカル加速度センサ。
【請求項６】
請求項１記載のマイクロメカニカル加速度センサにおいて、
前記当接装置は、前記基板（６）上に固定的に支承された当接点（８）を有することを特徴とする、マイクロメカニカル加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明はマイクロメカニカル加速度センサに関する。この加速度センサには、係止機構を有する基板と、ロッカないしはシーソー状の揺動体の形式のはずみ質量体ないしは遠心質量体が設けられている。この質量体はそのねじれ軸に関して非対称な形状を有し、撓みばね機構を介して係止機構と接続されており、したがってはずみ質量体は基板に対し垂直方向に作用する加速度によってその静止位置から弾性的に変位可能である。
【０００２】
ｚ方向の検出軸を備えたこの種の加速度センサは、たとえばDE 100 00 368 A1から公知である。公知のセンサにおけるロッカは、それぞれ異なる長さのレバーアームを有している。
【０００３】
加速度センサは、側面衝突や正面衝突を検出する衝突センサとして、あるいは前面領域における衝突の大きさを識別するためにも、すでにかなり以前から車両に組み込まれている。おおよそ１０年前から、加速度感応形サーフェスマイクロマシーニングにより形成されたセンサが市販されており、これらのセンサはｘ方向の検出軸すなわち交差指構造を備えたチップ平面に対し平行な方向における検出軸を有している。これらのセンサには、フィンガ状または櫛形で相互にかみ合った２つのコンポーネントが含まれている。加速度の作用を受けると、これらのコンポーネントはチップ平面を横切る方向で互いに相対的に運動し、その際、これらのコンポーネントは程度の差こそあれ互いに潜り合う。最近、いわゆる「ｚセンサ」が使用されることも多く、このセンサは交差指型構造を備えているのではなく、マイクロマシーニングにより露出加工されたポリシリコンから成る可動のロッカ構造を有しており、これにより加速度に対するセンサの弾性的な垂直方向感度が実現され、すなわちチップ平面に対し垂直方向に位置する検出方向が実現される。ロッカないしは揺動体の変位から電気信号を得る目的で加速度センサは通常、差分コンデンサ装置を有しており、この装置は、ねじれ部材すなわちロッカの上に取り付けられた複数の電極と、基板上に固定された対向電極から成る。
【０００４】
ロッカ構造を備えたｚセンサは前提として、ねじれ軸に非対称に懸架されたはずみ質量体ないしは遠心質量体を必要とする。その目的は、ロッカの一方の側にねじれ軸を中心としていっそう大きい全モーメントないしは全トルク（すなわち質量×モーメントアーム）が加わることで加速度が非対称に作用し、ロッカを静止位置から変位させることができるようにするためである。プロセスに起因して、ロッカ構造を局所的に一方の側で厚くすることはほとんど実現できないので、非対称の懸架に際して今日一般的に実現されているのは、ロッカの一方のレバーアームを反対側のレバーアームよりも長く（つまりは重たく）なるよう構成することである。これについては冒頭で挙げたドイツ連邦共和国の公開公報を参照されたい。このようにすると、どのような場合でもレバーアームの長い方の側にいっそう大きな全トルクが生じることになる。
【０００５】
ｘ方向またはｚ方向の検出軸を備えた加速度センサは機械的な限界を有しており、可動に配置されたフィンガ構造もしくはロッカ構造はこの限界まで変位可能である。この限界（最大可能な変位量）に達すると、さらに大きい加速度値が生じても、もはやセンサの出力信号は変化しなくなる。この現象を機械的クリッピングとも称する。クリッピング限界において信号経過特性がカットされることによって、クリッピング限界を超えた信号経過特性に関する情報全体が失われてしまう。
【０００６】
公知のｚセンサは、垂直方向に「上方から」作用する加速度が生じた場合には長い方のレバーアームの端部のところで、ロッカの他方の側において短い方のレバーアームの端部について「下方から」作用する加速度が生じた場合よりも早く、すなわちいっそう小さい変位量で基板に当接するので、非対称なクリッピングが発生する。
【０００７】
非対称のロッカの双方の側におけるクリッピング限界が等しくないことから、クリッピングによりカットされた加速度信号の積分によって、誤りのない積分加速度信号に比べて、信号から再構成された速度低下に係わる情報において不都合なことにオフセットが生じてしまう。つまりこのオフセットは、非対称な加速度プロセスにおける不所望なアーチファクトを成すものである。
【０００８】
発明の開示
請求項１の特徴を備えた本発明によれば、ロッカの一方の側および残りのはずみ質量体の設けられた平面に配置される必要な付加質量体によって、ロッカの一方の側が非対称に「早期に」基板に当接してしまう、という欠点が回避される。このことは、ロッカのレバーアームの長さがそれぞれ異なる場合には短い方のレバーアームの側に、発生可能な変位を小さくする当接装置を設けることにより達成される一方、レバーアームの長さが等しい場合には一方のレバーアームのところに、側方に配置された少なくとも１つの付加的な質量体を設けることにより達成される。これら両方のケースともに、はずみ質量体の最大可能な機械的な変位が非対称なロッカの両側において等しい大きさとなる。したがって本発明による構成によれば、非対称な幾何学的形状によって非対称なクリッピングが生じてしまうことのないロッカ構造が得られるようになる。
【０００９】
殊に製造技術的な観点においてたとえばポリシリコンから製造可能なロッカ構造におけるレバーアームの長さが等しい本発明の第１の実施形態によれば、一方のレバーアームの側方に配置すべき付加的な質量体をレバーアームの横断方向アームとして形成するのが有利である。
【００１０】
さらにこの実施形態において、レバーアームが両側に横断方向アームを有しており、この横断方向アームが互いに対称的にそれぞれ反対側に位置するように構成すると有利である。その際、レバーアームが互いに反対側に位置する２つの横断方向アームとともに形成され、これら２つの横断方向アームがそれぞれレバーアームの全長にわたり延在しているように構成することで、製造技術的におよびセンサ機構の機能に関してきわめて有利であるとみなされる実施形態が得られる。この実施形態の場合、付加的な質量体が設けられたレバーアームは、全体としておおよそ横断方向バーないしはクロスバーの形態を有している。
【００１１】
レバーアームの長さがそれぞれ異なることを特徴とする本発明による別の択一的実施形態において有利であると判明したのは、当接装置が基板上に固定的に支承された当接点をもつことである。
【００１２】
図面の簡単な説明
図１ａは、当接装置を備えた本発明によるセンサの第１の実施形態を示す平面図である。この実施形態によれば、長さがそれぞれ異なるレバーアームを備えたロッカ構造が設けられている。
【００１３】
図２ａには第２の実施形態が示されており、この実施形態によれば、等しい長さのレバーアームを備えたロッカ構造が設けられている。
【００１４】
図１ｂと図２ｂには、第１もしくは第２の実施形態の側面図が示されている。
【００１５】
本発明の実施形態
図１ａおよび図１ｂには、本発明による加速度センサにおける可動のロッカ構造１が示されている。ロッカ構造１はマイクロマシーニングにより露出加工されたものであり、ポリシリコンから成り、本発明の第１の実施形態によれば短いレバーアーム２とそれよりも長いレバーアーム３を備えている。ロッカ構造１は、２つのねじればね４を介して係止機構５のところで懸架されており、さらにこの係止機構５自体は基板６の上に係止されている。これらの図面では、基板６に対し平行に延在するｘｙ座標軸とこの座標軸に対し垂直に延在するｚ方向が矢印によって定義されている。長い方のレバーアームは切り欠き７を有しており、これは周知のようにばね−質量系１，４の所望の減衰特性に寄与するものである。この第１の実施形態によれば、切り欠き７の右側に位置する長い方のレバーアーム３の一部分が付加的な質量体を成しており、これは非対称な幾何学的形状に起因するねじれ軸（ねじればねもしくは撓みばね４）を中心としたセンサのはずみ質量体における非対称な配置を実現するために必要とされる。
【００１６】
図１ｂからわかるように、本発明による別の措置がなければ、長い方のレバーアーム３は上方から（すなわち負のｚ方向に）作用する加速度が生じたときにその長さに起因して、下方から（すなわち正のｚ方向に）作用する加速度が生じたときの短い方のレバーアーム２よりも小さい変位量（角度）で基板６に当接することになる。その結果、冒頭で述べたように望ましくない不所望な非対称のクリッピングが引き起こされてしまう。したがって本発明によれば、短い方のレバーアーム２の下方に配置され基板６上に固定的に支承された当接点８が設けられており、この当接点８によって、ロッカ１のこの側において最大可能な変位が、ロッカ１の他方の側において長い方のレバーアーム３について生じ得るものと等しい変位量に制限される。（層厚および他の幾何学的特徴たとえばここでは単に例示として突起状に描かれているにすぎない当接点８の高さおよび形状は、図１および図２では縮尺どおりには示されていない。）当接点８を、たとえば基板６の一体化された構成部分として材料隆起部によって形成してもよいし、あるいは外部で形成し、あとから所定の個所に取り付けてもよい。
【００１７】
図２に示されているロッカ構造１の場合、レバーアーム９と１０の長さが等しいにもかかわらず、レバーアーム１０の側方に取り付けられた付加的な質量体１１によって、非対称に懸架されたはずみ質量体が実現されている。これと同時にレバーアーム９と１０の長さが等しいことによって保証されるのは、レバーアーム９または１０のいずれかが他方よりも「早く」当接することはなく、したがって問題なしとみなされる対称なクリッピングしか生じないことである。図２に示されているようにレバーアーム１０は、それぞれ反対側に対称的に位置する２つの横断方向アーム（付加質量体１１）とともに形成されており、これら２つの横断方向アームはそれぞれレバーアーム１０の長さ全体にわたって延在しており、その際に好適であるのは、横断方向アーム１１への移行領域においてレバーアーム１０に、これに対し平行に延在する長い切り欠き１２をそれぞれ設けることである。
【００１８】
なお、本発明は、図１および図２に描かれているようにロッカ構造１が「内部の」係止機構５のところに懸架されているような既述の実施形態に限定されるものではない。ロッカ構造１が外部のフレームに懸架されるような実施形態も同様に考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】当接装置を備えた本発明によるセンサの第１の実施形態を平面図と側面図で示す図である。
【図２】等しい長さのレバーアームを備えたロッカ構造が設けられている本発明による第２の実施形態を平面図と側面図で示す図である。
【図１ａ）】
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【図１ｂ）】
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【図２ａ）】
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【図２ｂ）】
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【国際調査報告】
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