(57)【要約】【課題】  可動錘のオフセットを抑制することができる加速度計およびその製造方法を提供する。【解決手段】  加速度計は、第１端がフレームに固定され、板状を有し、光透過性および加撓性を有するヒンジと、前記ヒンジの第２端に固定され、前記ヒンジの加撓性によって前記フレームに対して相対的に変位する可動錘と、を備え、前記ヒンジは、第１面に光不透過性の第１薄膜パターンを備え、前記第１面と対向する第２面に光不透過性の第２薄膜パターンを備え、前記第１薄膜パターンは、平面視において前記第２薄膜パターンと重複しない部分を有し、前記第２薄膜パターンは、平面視において前記第１薄膜パターンと重複しない部分を有していることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端がフレームに固定され、板状を有し、光透過性および加撓性を有するヒンジと、
前記ヒンジの第２端に固定され、前記ヒンジの加撓性によって前記フレームに対して相対的に変位する可動錘と、を備え、
前記ヒンジは、第１面に光不透過性の第１薄膜パターンを備え、前記第１面と対向する第２面に光不透過性の第２薄膜パターンを備え、
前記第１薄膜パターンは、平面視において前記第２薄膜パターンと重複しない部分を有し、
前記第２薄膜パターンは、平面視において前記第１薄膜パターンと重複しない部分を有していることを特徴とする加速度計。
【請求項２】
前記可動錘は、第１面および前記第１面と対向する第２面に電極を備え、
前記第１薄膜パターンは、前記可動錘の前記第１面の電極に接続され、
前記第２薄膜パターンは、前記可動錘の前記第２面の電極に接続されていることを特徴とする請求項１記載の加速度計。
【請求項３】
第１端がフレームに固定されかつ板状を有しかつ光透過性および加撓性を有するヒンジと、前記ヒンジの第２端に固定されかつ前記ヒンジの加撓性によって前記フレームに対して相対的に変位する可動錘と、を備え、前記ヒンジは、第１面に第１薄膜パターンを備え、前記第１面と対向する第２面に第２薄膜パターンを備え、前記第１薄膜パターンおよび前記第２薄膜パターンは、平面視において互いにズレているセンサ部に対し、
前記ヒンジの前記第１面側から光を照射することで、前記第１薄膜パターンのうち前記第２薄膜パターンと重複しない領域の少なくとも一部を削る第１工程と、
前記ヒンジの前記第１面側から光を照射することで、前記第２薄膜パターンのうち前記第１薄膜パターンと重複しない領域の少なくとも一部を削る第２工程と、のうち少なくともいずれかの工程を含むことを特徴とする加速度計の製造方法。
【請求項４】
前記センサ部を構造体に取り付け、前記第２面を前記構造体と対向させる取付工程を含み、
前記第１工程および前記第２工程の少なくともいずれか一方を、前記取付工程の後に行うことを特徴とする請求項３記載の加速度計の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、加速度計およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可撓性のヒンジによって支持され加速度を検知するための可動錘を備える加速度計が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５９−５８３６６号公報
【特許文献２】特開２０１０−９６５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可動錘が所定の要因により設計位置からオフセットすることがある。この場合、加速度計に加速度が印加されていない状態であるにもかかわらず、オフセット出力が発生するおそれがある。
【０００５】
１つの側面では、本発明は、可動錘のオフセットを抑制することができる加速度計およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、本発明に係る加速度計は、第１端がフレームに固定され、板状を有し、光透過性および加撓性を有するヒンジと、前記ヒンジの第２端に固定され、前記ヒンジの加撓性によって前記フレームに対して相対的に変位する可動錘と、を備え、前記ヒンジは、第１面に光不透過性の第１薄膜パターンを備え、前記第１面と対向する第２面に光不透過性の第２薄膜パターンを備え、前記第１薄膜パターンは、平面視において前記第２薄膜パターンと重複しない部分を有し、前記第２薄膜パターンは、平面視において前記第１薄膜パターンと重複しない部分を有していることを特徴とする。
【０００７】
上記加速度計において、前記可動錘は、第１面および前記第１面と対向する第２面に電極を備え、前記第１薄膜パターンは、前記可動錘の前記第１面の電極に接続され、前記第２薄膜パターンは、前記可動錘の前記第２面の電極に接続されていてもよい。
【０００８】
本発明に係る加速度計の製造方法は、第１端がフレームに固定されかつ板状を有しかつ光透過性および加撓性を有するヒンジと、前記ヒンジの第２端に固定されかつ前記ヒンジの加撓性によって前記フレームに対して相対的に変位する可動錘と、を備え、前記ヒンジは、第１面に第１薄膜パターンを備え、前記第１面と対向する第２面に第２薄膜パターンを備え、前記第１薄膜パターンおよび前記第２薄膜パターンは、平面視において互いにズレているセンサ部に対し、前記ヒンジの前記第１面側から光を照射することで、前記第１薄膜パターンのうち前記第２薄膜パターンと重複しない領域の少なくとも一部を削る第１工程と、前記ヒンジの前記第１面側から光を照射することで、前記第２薄膜パターンのうち前記第１薄膜パターンと重複しない領域の少なくとも一部を削る第２工程と、のうち少なくともいずれかの工程を含むことを特徴とする。
【０００９】
上記加速度計の製造方法において、前記センサ部を構造体に取り付け、前記第２面を前記構造体と対向させる取付工程を含み、前記第１工程および前記第２工程の少なくともいずれか一方を、前記取付工程の後に行ってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
可動錘のオフセットを抑制することができる加速度計およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る加速度計の全体構成図である。
【図２】（ａ）はセンサ部の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）はコンデンサを例示する図である。
【図３】可動錘のオフセットを例示する図である。
【図４】実施形態に係るヒンジを例示する図である。
【図５】（ａ）はヒンジの詳細を表す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】加速度計の製造方法のフロー図である。
【図７】センサ部が片方の構造体に固定された場合の図である。
【図８】支持梁を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
【００１３】
（実施形態）
図１は、実施形態に係る加速度計１００の全体構成図である。図１で例示するように、加速度計１００は、センサ部１０、変位検出装置２０、出力装置３０などを備える。センサ部１０は、印加される加速度に応じて変位する可動錘を備える。変位検出装置２０は、当該可動錘との間でコンデンサを構成している。可動錘の変位に応じて当該コンデンサの静電容量が変化する。出力装置３０は、サーボアンプなどであり、当該静電容量変化に応じた信号を出力する。出力装置３０によって出力された信号を計測することで、センサ部１０に印加された加速度を計測することができる。
【００１４】
図２（ａ）は、センサ部１０の平面図である。図２（ａ）で例示するように、センサ部１０は、フレーム１１、ヒンジ１２、および可動錘１３を備えている。図２（ｂ）は、センサ部１０の正面図である。図２（ｂ）では、正面側のフレーム１１を透過してある。可動錘１３は、フレーム１１に、ヒンジ１２を介して支持されている。例えば、フレーム１１は、略円周形状を有している。可動錘１３は、フレーム１１の内側に配置され、フレーム１１と略同心の略円形状を有している。ヒンジ１２は、板状を有している。ヒンジ１２がなす板状の面は、可動錘１３がなす面と略平行をなしている。
【００１５】
フレーム１１、ヒンジ１２、および可動錘１３は、光透過性材料によって構成されている。例えば、フレーム１１、ヒンジ１２、および可動錘１３は、ガラスなどの光透過性材料を一体成型することにより作成することができる。特に温度安定性を要求される場合には、フレーム１１、ヒンジ１２、および可動錘１３の材料として、石英ガラス（合成溶融石英）のような低膨張係数材料が用いられる。石英ガラスは、赤外光〜可視光〜紫外光に対して光透過性を有しているため、薄膜加工に一般的に用いられるレーザ加工機のレーザ光を透過する。なお、センサ部１０のうち、少なくともヒンジ１２が光透過性を有していればよく、フレーム１１および可動錘１３は、光透過性を有していなくてもよい。
【００１６】
ヒンジ１２は、フレーム１１および可動錘１３と比較して、小さい厚みを有している。それにより、ヒンジ１２は、弾性部材として機能し、加撓性を有している。ヒンジ１２は、第１端がフレーム１１に固定されており、第２端が可動錘１３に固定されている。ヒンジ１２は、複数設けられていてもよい。ヒンジ１２が加撓性を有していることから、可動錘１３は、フレーム１１に対して相対的に変位可能である。
【００１７】
図２（ｃ）は、変位検出装置２０が構成するコンデンサを例示する図である。図２（ｃ）で例示するように、変位検出装置２０は、可動錘１３の第１面と面対向する第１電極２１を備える。また、変位検出装置２０は、可動錘１３の第１面に第２電極２２を備える。第２電極２２は、ヒンジ１２およびフレーム１１に延在している。また、変位検出装置２０は、可動錘１３の第２面と面対向する第３電極２３を備える。第２面は、第１面と対向する面である。また、変位検出装置２０は、可動錘１３の第２面に第４電極２４を備える。第４電極２４は、ヒンジ１２およびフレーム１１に延在している。第１電極２１、第２電極２２、第３電極２３および第４電極２４は、出力装置３０に接続されている。出力装置３０は、第１電極２１と第２電極２２とがなすコンデンサおよび第３電極２３と第４電極２４とがなすコンデンサの静電容量に応じた信号を出力する。
【００１８】
加速度計１００に加速度が印加されると、可動錘１３がフレーム１１に対して相対的に変位する。この変位量は、加速度計１００に印加される加速度の大きさに応じて変化する。すなわち、加速度が大きいほど、変位量が大きくなる。可動錘１３が変位すると、当該コンデンサの静電容量も変化する。この変位量に応じて出力装置３０が信号を出力することで、加速度計１００に印加された加速度を計測することができる。
【００１９】
しかしながら、図３で例示するように、所定の要因により、可動錘１３が設計位置からオフセットすることがある。すなわち、フレーム１１と可動錘１３との相対位置がオフセットすることがある。この場合、加速度計１００に加速度が印加されていない状態にもかかわらず、出力装置３０からのオフセット出力が発生するおそれがある。例えば、ヒンジ１２の変形が要因の１つとして挙げられる。例えば、ヒンジ１２そのものが変形するおそれがある。または、ヒンジ１２に上述したコンデンサ用の配線や電極などの薄膜パターンが形成されている場合には、当該薄膜パターンの内部応力によってヒンジ１２が変形するおそれがある。
【００２０】
そこで、本実施形態においては、図４で例示するように、ヒンジ１２の第１面に第１薄膜パターン１４が設けられ、ヒンジ１２の第２面に第２薄膜パターン１５が設けられている。第２面は、第１面と対向する面である。第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５は、光不透過性の材料によって構成されている。例えば、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５の材料は、Ａｕ／ＣｒやＴｉＳｉ２などの金属である。第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５は、ヒンジ１２に対して応力を発生する。なお、第１薄膜パターン１４は、図２（ｃ）で説明した第２電極２２として用いることができる。第２薄膜パターン１５は、図２（ｃ）で説明した第４電極２４として用いることができる。
【００２１】
薄膜パターンの応力は、厚さの３乗と幅に比例し、長さの３乗に反比例する。薄膜パターンの長さ方向は、フレーム１１と可動錘１３とを接続する方向である。薄膜パターンの幅方向は、薄膜パターンの面内において当該長さ方向と直交する方向である。
【００２２】
本実施形態に係るセンサ部１０は、第１薄膜パターン１４の幅と第２薄膜パターン１５の幅とを調整可能な構成を有している。図５（ａ）は、ヒンジ１２の詳細を表す平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）で例示するように、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５は、平面視において互いにズレている。例えば、幅方向において、第１薄膜パターン１４と第２薄膜パターン１５とが部分的に重複しつつ互いにずれている。すなわち、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５の幅方向において、第１薄膜パターン１４と第２薄膜パターン１５とが互いに重複しない領域が設けられている。平面視において、第１薄膜パターン１４のうち第２薄膜パターン１５と重複しない領域を、第１領域１４ａと称する。平面視において、第２薄膜パターン１５のうち第１薄膜パターン１４と重複しない領域を、第２領域１５ａと称する。
【００２３】
まず、第１領域１４ａに対しては、ヒンジ１２の第１面側から光を照射することができる。それにより、第１領域１４ａを削ることができる。第１領域１４ａにおいては第２薄膜パターン１５が重複していないことから、第２薄膜パターン１５を削らずに、第１領域１４ａだけを削ることができる。第２領域１５ａにおいては第１薄膜パターン１４が重複していないことから、ヒンジ１２の第１面側からヒンジ１２を介して光を照射することができる。それにより、第１薄膜パターン１４を削らずに、第２領域１５ａだけを削ることができる。以上のことから、ヒンジ１２の第１面側からの光照射によって、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５の両方の幅を所望の幅に調整することができる。
【００２４】
なお、第２領域１５ａに対しては、ヒンジ１２の第２面側から光を照射することができる。それにより、第２領域１５ａを削ることができる。第２領域１５ａにおいては第１薄膜パターン１４が重複していないことから、第１薄膜パターン１４を削らずに、第２領域１５ａだけを削ることができる。第１領域１４ａにおいては第２薄膜パターン１５が重複していないことから、ヒンジ１２の第２面側からヒンジ１２を介して光を照射することができる。それにより、第２薄膜パターン１５を削らずに、第１領域１４ａだけを削ることができる。以上のことから、ヒンジ１２の第２面側からの光照射によって、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５の両方の幅を所望の幅に調整することができる。
【００２５】
このように、ヒンジ１２のいずれか一方の面側からの光照射によって、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５の両方の幅を所望の幅に調整することができる。それにより、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５からヒンジ１２に対する応力を調整することができる。その結果、可動錘１３のオフセットを抑制することができる。
【００２６】
なお、応力コントロール幅は、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５の重複量を少なくすれば広くなるが、その分、他の機能が低下する。例えば、配線抵抗が増加する。そのため、適切な重複量に設定することが好ましい。例えば、第１薄膜パターン１４の幅に対して、第１領域１４ａは、１０％〜２０％程度の幅を有していることが好ましい。第２薄膜パターン１５の幅に対して、第２領域１５ａは、１０％〜２０％程度の幅を有していることが好ましい。
【００２７】
続いて、加速度計１００の製造方法について説明する。図６は、加速度計１００の製造方法のフロー図である。図６で例示するように、センサ部１０のフレーム１１を構造体４０に固定する（ステップＳ１）。図７は、センサ部１０が片方の構造体４０に固定された場合の図である。本実施形態においては、ヒンジ１２の第１面側が構造体４０と反対側に位置し、第２面側が構造体４０と対向するように、フレーム１１を構造体４０に取り付けて固定する（取付工程）。構造体４０は、加速度計１００の部品であり、例えば、図２（ｃ）で例示したような、可動錘１３とともにコンデンサを構成するための第３電極２３などを備えている。
【００２８】
次に、ヒンジ１２の第１面側から光を照射することにより、第１領域１４ａを削る工程（第１工程）と、第２領域１５ａを削る工程（第２工程）の少なくともいずれか一方の工程を行うことで、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５からヒンジ１２に対する応力を調整する。それにより、可動錘１３のオフセットを調整する（ステップＳ２）。その後、その他の必要な部品を組み立てることで、加速度計１００を完成させる（ステップＳ３）。
【００２９】
本実施形態に係る製造方法によれば、ヒンジ１２のいずれか一方の面側（第１面側）からの光照射によって、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５の両方の幅を所望の幅に調整することができる。それにより、第１薄膜パターン１４および第２薄膜パターン１５からヒンジ１２に対する応力を調整することができる。その結果、可動錘１３のオフセットを抑制することができる。
【００３０】
なお、例えば、ヒンジ１２が数十μｍ〜１００μｍ程度と薄い場合には、ヒンジ１２の破損を避けるために、図８で例示するように、支持梁５０が設けられていることがある。例えば、支持梁５０は、ヒンジ１２よりも高い強度を有しており、フレーム１１と可動錘１３とを支持している。このような支持梁５０は、センサ部１０が構造体４０に固定された後に切断されることになる。この場合、あらかじめヒンジ１２に発生している応力や、支持梁５０の切断などに起因して、ヒンジ１２が変形し、可動錘１３にオフセットが生じるおそれがある。このようなオフセットは、ヒンジ１２を構造体４０に組み付けて初めて発生するものである。ヒンジ１２を構造体４０に組み付けた後は、ヒンジ１２に対して両面から光照射を行うことができないため、本実施形態に係る製造方法が特に有効な手法となる。
【００３１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  センサ部
１１  フレーム
１２  ヒンジ
１３  可動錘
１４  第１薄膜パターン
１４ａ  第１領域
１５  第２薄膜パターン
１５ａ  第２領域
２０  変位検出装置
２１  第１電極
２２  第２電極
２３  第３電極
２４  第４電極
３０  出力装置
４０  構造体
１００  加速度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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