(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）を有し、該基板（１）の上に取付けられた抵抗ネットワーク（２）と、該抵抗ネットワーク（２）に配属されかつ磁石装置（１１）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（１１）の位置に関連した電気的な接続が抵抗ネットワーク（２）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であって、接触構造体が櫛形の曲げビーム構造体（８）として構成され、かつ櫛形の曲げビーム構造体（８）がケーシング（１，１２）内に閉じ込められかつ磁石装置（１１）がケーシング（１，１２）の外で移動可能であり、磁石装置（１１）の位置に関連して櫛形の曲げビーム構造体（８）において階段状の出力信号が検出可能である形式のものにおいて、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）と結合されており、櫛形の曲げビーム構造体（８）が、磁石装置（１１）の作用のもとで櫛形の曲げビーム構造体（８）に接触する接触面（４）に対してコンスタントな間隔で配置されており、少なくとも接触面（４）と櫛形の曲げビーム構造体（８）とが緊密なケーシング（１，１２）内に閉じ込められており、階段状の出力信号が櫛形の曲げビーム構造体（８）において単に櫛形の曲げビーム構造体（８）が抵抗ネットワーク（２）の接触面（４）と接触するだけで検出可能であり、櫛形の曲げビーム構造体（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ことを特徴とする、パッシーブな磁気的な位置センサ。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項１８】
櫛形の曲げビーム構造体（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。
【請求項１９】
櫛形の曲げビーム構造体（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。
【請求項２０】
櫛形の曲げビーム構造体（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。
【請求項２１】
櫛形の曲げビーム構造体（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。
【請求項２２】
櫛形の曲げビーム構造体（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２１までのいずれか１項記載の位置センサ。
【請求項２３】
櫛形の曲げビーム構造体（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２２までのいずれか１項記載の位置センサ。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
基板（１）とケーシングカバー（１２）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２４記載の位置センサ。
【請求項２６】
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２４又は２５記載の位置センサ。
【請求項２７】
基板（１）と櫛形の曲げビーム構造体（８）とが半導体材料から成っている、請求項２３記載の位置センサ。
【請求項２８】
基板（１）と櫛形の曲げビーム構造体（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２７記載の位置センサ。
【請求項２９】
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（１１）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。
【請求項３０】
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２９記載の位置センサ。
【請求項３１】
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）と櫛形の曲げビーム構造体（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。
【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ＤＥ４３０９４４２Ｃ２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２０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２０ａ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５μｍと５ｍｍとの間で選ばれるのに対し、膜長さは１ｍｍ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
【図１】
0004588811.tif 000002
【図２】
0004588811.tif 000003
【図３】
0004588811.tif 000004
【図４】
0004588811.tif 000005
【図５】
0004588811.tif 000006
【図６】
0004588811.tif 000007
【図７】
0004588811.tif 000008
【図８】
0004588811.tif 000009
【図９】
0004588811.tif 000010
【図１０】
0004588811.tif 000011