JP2002039799A - スケール部材、その製造方法及びそれを用いた変位計 - Google Patents
スケール部材、その製造方法及びそれを用いた変位計Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 微小な被測定対象や複雑な構造物の奥まった
部分のような被測定対象に対して簡便で高精度な変位測
定が可能な接触式プローブを有する変位計と製造方法を
提供する。 【解決手段】 スケール部材１は、スケール側基板１５
上に平行板バネ１３により移動可能に支持されたスピン
ドル１１とスピンドル１１に固定され、スリットを有す
るスケール１２とから成る。スケール１２はスピンドル
１１と共に測定軸方向に運動するように平行板バネ１３
により保持される。スピンドル１１、スケール１２及び
平行板バネ１３は一体構造であり、アンカー部分１４の
みがスケール基板１５に固定され、スケール基板１５か
ら僅かに浮いている。変位センサ２は、スケール側基板
１５に対向配置されるセンサ側基板１８と、センサ側基
板１８上に配置された光源１６及び受光素子１７とから
構成される。
部分のような被測定対象に対して簡便で高精度な変位測
定が可能な接触式プローブを有する変位計と製造方法を
提供する。 【解決手段】 スケール部材１は、スケール側基板１５
上に平行板バネ１３により移動可能に支持されたスピン
ドル１１とスピンドル１１に固定され、スリットを有す
るスケール１２とから成る。スケール１２はスピンドル
１１と共に測定軸方向に運動するように平行板バネ１３
により保持される。スピンドル１１、スケール１２及び
平行板バネ１３は一体構造であり、アンカー部分１４の
みがスケール基板１５に固定され、スケール基板１５か
ら僅かに浮いている。変位センサ２は、スケール側基板
１５に対向配置されるセンサ側基板１８と、センサ側基
板１８上に配置された光源１６及び受光素子１７とから
構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微小な被測定対象
や測定の困難な奥まった部分の高精度測定が行え、且つ
低コストで高精度な製作が可能な接触式微小変位計に関
する。
や測定の困難な奥まった部分の高精度測定が行え、且つ
低コストで高精度な製作が可能な接触式微小変位計に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、マイクロマシニング等の微細加工
技術の発展により、従来の機械加工では不可能であった
微小構造物の作成が可能となり、それに伴い微小な被測
定対象に対する高精度な変位測定への要求が高まってき
ている。
技術の発展により、従来の機械加工では不可能であった
微小構造物の作成が可能となり、それに伴い微小な被測
定対象に対する高精度な変位測定への要求が高まってき
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の接触式
変位測定機では被測定対象に比べてプローブ部分のサイ
ズが桁違いに大きく、被測定対象にプローブを直接接触
させることができない。また、接触式の測定方法を適用
することが困難な被測定対象に対しては、一般的にレー
ザー光等を用いた測定方法等が用いられるが、以下のよ
うな問題がある。 （１）スポット径を被測定対象に対して充分に小さくす
ることが容易でない。 （２）光が自由空間を伝播するため、光路を遮る障害物
があるような複雑な構造の周辺部分は測定できない。も
ちろん、光ファイバー等を用いることでこのような問題
には対応可能であるが、なお以下のような問題が残る。 （３）各光学素子間のアライメントが煩雑であり、且つ
振動や温湿度変動等の外乱に対する許容度が低く、信頼
性の高い高精度計測が困難。 （４）被測定対象の光学特性（反射率等）に大きく依存
し、汎用性に劣る。
変位測定機では被測定対象に比べてプローブ部分のサイ
ズが桁違いに大きく、被測定対象にプローブを直接接触
させることができない。また、接触式の測定方法を適用
することが困難な被測定対象に対しては、一般的にレー
ザー光等を用いた測定方法等が用いられるが、以下のよ
うな問題がある。 （１）スポット径を被測定対象に対して充分に小さくす
ることが容易でない。 （２）光が自由空間を伝播するため、光路を遮る障害物
があるような複雑な構造の周辺部分は測定できない。も
ちろん、光ファイバー等を用いることでこのような問題
には対応可能であるが、なお以下のような問題が残る。 （３）各光学素子間のアライメントが煩雑であり、且つ
振動や温湿度変動等の外乱に対する許容度が低く、信頼
性の高い高精度計測が困難。 （４）被測定対象の光学特性（反射率等）に大きく依存
し、汎用性に劣る。
【０００４】本発明は、かかる問題点に鑑み、前記微小
な被測定対象や複雑な構造物の奥まった部分のような従
来測定の困難であった被測定対象に対して簡便、且つ高
精度な変位測定を接触式プローブ検知にて行うことがで
き、且つ効率的な製作が可能な変位計並びにそれに用い
られるスケール部材及びその製造方法を提供することを
目的とする。
な被測定対象や複雑な構造物の奥まった部分のような従
来測定の困難であった被測定対象に対して簡便、且つ高
精度な変位測定を接触式プローブ検知にて行うことがで
き、且つ効率的な製作が可能な変位計並びにそれに用い
られるスケール部材及びその製造方法を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るスケール部
材は、スケール側基板と、測定軸と同軸に配置され、前
記測定軸方向の変位が入力されるスピンドルと、このス
ピンドルと共に前記測定軸方向に変位するスケールと、
前記スピンドル及びスケールを前記スケール側基板上で
前記測定軸方向に移動可能に保持する弾性支持部材とを
有し、前記スピンドル、スケール、弾性支持部材及びス
ケール側基板は、微細加工技術により一体形成されてい
ることを特徴とする。
材は、スケール側基板と、測定軸と同軸に配置され、前
記測定軸方向の変位が入力されるスピンドルと、このス
ピンドルと共に前記測定軸方向に変位するスケールと、
前記スピンドル及びスケールを前記スケール側基板上で
前記測定軸方向に移動可能に保持する弾性支持部材とを
有し、前記スピンドル、スケール、弾性支持部材及びス
ケール側基板は、微細加工技術により一体形成されてい
ることを特徴とする。
【０００６】前記スピンドル、スケール、弾性支持部材
及びスケール側基板は、例えば、Ｓｉ−ＳｉＯ2−Ｓｉ
貼り合わせ基板をフォトリソグラフィ及びエッチング加
工することにより一体形成されたものである。
及びスケール側基板は、例えば、Ｓｉ−ＳｉＯ2−Ｓｉ
貼り合わせ基板をフォトリソグラフィ及びエッチング加
工することにより一体形成されたものである。
【０００７】本発明によれば、スピンドル、スケール、
平行板バネ及びスケール側基板を一体構造とし、例えば
Ｓｉ−ＳｉＯ2−Ｓｉ貼り合わせ基板等からフォトリソ
グラフィ及びエッチング等の微細加工技術により成形加
工することで、加工寸法精度の高い変位計の製作を行う
ことができる。また、フォトリソグラフィを用いて作製
することによりスピンドル、スケール間の運動軸に関す
る機械的アライメントが不要であり、センサ側基板との
アライメントも比較的容易である。もちろん微細加工の
ため、非常に微小な装置構造にすることもでき、このよ
うに微小な変位計とすることで、これまで測定の困難で
あった部分の高精度測定も可能となる。
平行板バネ及びスケール側基板を一体構造とし、例えば
Ｓｉ−ＳｉＯ2−Ｓｉ貼り合わせ基板等からフォトリソ
グラフィ及びエッチング等の微細加工技術により成形加
工することで、加工寸法精度の高い変位計の製作を行う
ことができる。また、フォトリソグラフィを用いて作製
することによりスピンドル、スケール間の運動軸に関す
る機械的アライメントが不要であり、センサ側基板との
アライメントも比較的容易である。もちろん微細加工の
ため、非常に微小な装置構造にすることもでき、このよ
うに微小な変位計とすることで、これまで測定の困難で
あった部分の高精度測定も可能となる。
【０００８】前記弾性支持部材は、例えばアンカー部を
介して前記スケール側基板に接続され、前記スピンドル
及びスケールを前記スケール側基板から浮いた状態で保
持する平行板バネからなる。
介して前記スケール側基板に接続され、前記スピンドル
及びスケールを前記スケール側基板から浮いた状態で保
持する平行板バネからなる。
【０００９】なお、前記スケール側基板は、作製工程中
または作製後のスティッキング（貼り付き）を避けるた
めに、前記スピンドルの近傍に溝が形成されていること
が好ましい。
または作製後のスティッキング（貼り付き）を避けるた
めに、前記スピンドルの近傍に溝が形成されていること
が好ましい。
【００１０】本発明に係る変位計は、前記スケール部材
と、このスケール部材の前記スケールの前記測定軸方向
の変位を検出するセンサとを備えていることを特徴とす
る。
と、このスケール部材の前記スケールの前記測定軸方向
の変位を検出するセンサとを備えていることを特徴とす
る。
【００１１】また、前記センサは、センサ側基板と、こ
のセンサ側基板上に搭載されて前記スケールの変位を検
出する検出素子とを備え、前記スケール部材と前記セン
サ側基板とは、前記スケールと前記検出素子とが所定の
間隔を介して対向するようにスペーサを介して結合され
ていることが好ましい。
のセンサ側基板上に搭載されて前記スケールの変位を検
出する検出素子とを備え、前記スケール部材と前記セン
サ側基板とは、前記スケールと前記検出素子とが所定の
間隔を介して対向するようにスペーサを介して結合され
ていることが好ましい。
【００１２】前記スペーサは、例えば前記スケール部材
に一体形成され、前記スペーサとセンサ側基板とは陽極
接合されていることが望ましい。
に一体形成され、前記スペーサとセンサ側基板とは陽極
接合されていることが望ましい。
【００１３】ここで、前記センサは、例えば前記スケー
ルに光を照射する光源と、前記スケールからの光を受光
する受光素子とを備えた光センサであり、前記スケール
部材と共に光学式エンコーダを構成するものである。
ルに光を照射する光源と、前記スケールからの光を受光
する受光素子とを備えた光センサであり、前記スケール
部材と共に光学式エンコーダを構成するものである。
【００１４】もちろん、前記センサは、前記スケール部
材と共に静電容量式エンコーダを構成する静電容量式セ
ンサでもよい。
材と共に静電容量式エンコーダを構成する静電容量式セ
ンサでもよい。
【００１５】この他、前記センサは、前記スケールと部
材と共に誘導電流型エンコーダを構成する誘導電流型セ
ンサであってもよい。
材と共に誘導電流型エンコーダを構成する誘導電流型セ
ンサであってもよい。
【００１６】更に、前記センサは、前記スケール部材と
共に磁気エンコーダを構成する磁気センサでもよい。
共に磁気エンコーダを構成する磁気センサでもよい。
【００１７】本発明に係るスケール部材の製造方法は、
前記スケール部材を製造する方法であって、第１の半導
体基板、犠牲層及び第２の半導体基板がこの順に貼り合
わされた貼り合わせ基板の前記第２の半導体基板にフォ
トリソグラフィ及び異方性エッチングを施してスピンド
ル、スケール及び弾性支持部となる部分を相互につなが
った状態で且つ前記弾性支持部材の一部を他の部分より
も幅広にして形成する工程と、前記犠牲層に等方性エッ
チングを施して前記弾性支持部の幅広の部分のみを残し
て前記スピンドル、スケール及び弾性支持部の下側の犠
牲層を除去する工程とを有することを特徴とする。
前記スケール部材を製造する方法であって、第１の半導
体基板、犠牲層及び第２の半導体基板がこの順に貼り合
わされた貼り合わせ基板の前記第２の半導体基板にフォ
トリソグラフィ及び異方性エッチングを施してスピンド
ル、スケール及び弾性支持部となる部分を相互につなが
った状態で且つ前記弾性支持部材の一部を他の部分より
も幅広にして形成する工程と、前記犠牲層に等方性エッ
チングを施して前記弾性支持部の幅広の部分のみを残し
て前記スピンドル、スケール及び弾性支持部の下側の犠
牲層を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００１８】また、本発明に係るスケール部材の製造方
法は、前記第２の半導体基板に対してスペーサとなる部
分をフォトリソグラフィ及び異方性エッチングにより形
成する工程を更に含むことが望ましい。
法は、前記第２の半導体基板に対してスペーサとなる部
分をフォトリソグラフィ及び異方性エッチングにより形
成する工程を更に含むことが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を用いて本発明
に係る好ましい第一の実施例について説明する。図１
は、この発明の第一の実施例に係る変位計の構成を示す
分解斜視図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ'断面図、図２
（ｂ）は、同じくＢ−Ｂ'断面図である。本変位計はス
ケール部材１と変位センサ２とにより構成されている。
スケール部材１は、スケール側基板１５上に弾性支持部
材である平行板バネ１３により移動可能に支持されたス
ピンドル１１とスケール１２とを有している。
に係る好ましい第一の実施例について説明する。図１
は、この発明の第一の実施例に係る変位計の構成を示す
分解斜視図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ'断面図、図２
（ｂ）は、同じくＢ−Ｂ'断面図である。本変位計はス
ケール部材１と変位センサ２とにより構成されている。
スケール部材１は、スケール側基板１５上に弾性支持部
材である平行板バネ１３により移動可能に支持されたス
ピンドル１１とスケール１２とを有している。
【００２０】スケール部材１において、スピンドル１１
は測定軸Xと同軸上に配置されている。また、スケール
１２はスピンドル１１と一体となっており、スピンドル
１１と共に測定軸の方向に運動するように、平行板バネ
１３により保持されている。なお、スピンドル１１及び
スケール１２の測定軸方向の可動範囲は数百μｍ程度で
あり、スケール１１の表面には４μｍ／４μｍのＬ＆Ｓ
スリット加工が施されている。これらスピンドル１１、
スケール１２及び、平行板バネ１３は平行板バネのアン
カー部分１４を介してスケール側基板１５に接続されて
いる。よって、スピンドル１１、スケール１２及び平行
板バネ１３は一体構造となっており、スピンドル１１、
スケール１２及び平行板バネ１３の内、平行板バネ１３
のアンカー部分１４以外はスケール側基板１５には接触
せず、スケール側基板１５から僅かに浮いた状態となっ
ている。
は測定軸Xと同軸上に配置されている。また、スケール
１２はスピンドル１１と一体となっており、スピンドル
１１と共に測定軸の方向に運動するように、平行板バネ
１３により保持されている。なお、スピンドル１１及び
スケール１２の測定軸方向の可動範囲は数百μｍ程度で
あり、スケール１１の表面には４μｍ／４μｍのＬ＆Ｓ
スリット加工が施されている。これらスピンドル１１、
スケール１２及び、平行板バネ１３は平行板バネのアン
カー部分１４を介してスケール側基板１５に接続されて
いる。よって、スピンドル１１、スケール１２及び平行
板バネ１３は一体構造となっており、スピンドル１１、
スケール１２及び平行板バネ１３の内、平行板バネ１３
のアンカー部分１４以外はスケール側基板１５には接触
せず、スケール側基板１５から僅かに浮いた状態となっ
ている。
【００２１】一方、変位センサ２は、スケール側基板１
５に対向して配置されるガラス製のセンサ側基板１８
と、センサ側基板１８上に配置された光源１６及び受光
素子１７とから構成されている。なお、これらスケール
側基板１５及びセンサ側基板１８の外形寸法は例えば高
さａ＝１ｍｍ、長さｂ＝２ｍｍ、奥行きｃ＝０．５ｍｍ
程度である。スケール側基板１５とセンサ側基板１８と
は、スケール側基板１５に一体形成されたスペーサ１９
を介して接合されている。これにより両基板１５,１６
の間隔及び平行を所定値に保ち、スピンドル１１、スケ
ール１２及び平行板バネ１３がセンサ側基板１８等と干
渉することを防止している。なお、本実施例においては
スケール側基板１５とセンサ側基板１８とはスペーサ１
９を介して陽極接合によって接合されている。このよう
に構成されるスケール部材１と変位センサ２を対向させ
て配置することで、反射型エンコーダを実現している。
５に対向して配置されるガラス製のセンサ側基板１８
と、センサ側基板１８上に配置された光源１６及び受光
素子１７とから構成されている。なお、これらスケール
側基板１５及びセンサ側基板１８の外形寸法は例えば高
さａ＝１ｍｍ、長さｂ＝２ｍｍ、奥行きｃ＝０．５ｍｍ
程度である。スケール側基板１５とセンサ側基板１８と
は、スケール側基板１５に一体形成されたスペーサ１９
を介して接合されている。これにより両基板１５,１６
の間隔及び平行を所定値に保ち、スピンドル１１、スケ
ール１２及び平行板バネ１３がセンサ側基板１８等と干
渉することを防止している。なお、本実施例においては
スケール側基板１５とセンサ側基板１８とはスペーサ１
９を介して陽極接合によって接合されている。このよう
に構成されるスケール部材１と変位センサ２を対向させ
て配置することで、反射型エンコーダを実現している。
【００２２】以下、本実施例における変位計の変位検出
処理について説明する。まず、スピンドル１１が被測定
対象の表面に接触することにより得られる測定軸X方向
の変位を入力する。これによってスピンドル１１と一体
となっているスケール１２もスピンドル１１と共に測定
軸方向に変位する。光源１６から照射され、スケール１
２表面のスリットによって反射され受光素子１７で受光
される光は、スケール１２の変位によって変調される。
この変調光を受光素子１７で光電変換し、この受光素子
１７の出力を変位信号として利用している。
処理について説明する。まず、スピンドル１１が被測定
対象の表面に接触することにより得られる測定軸X方向
の変位を入力する。これによってスピンドル１１と一体
となっているスケール１２もスピンドル１１と共に測定
軸方向に変位する。光源１６から照射され、スケール１
２表面のスリットによって反射され受光素子１７で受光
される光は、スケール１２の変位によって変調される。
この変調光を受光素子１７で光電変換し、この受光素子
１７の出力を変位信号として利用している。
【００２３】ここで受光した変位信号の処理について
は、例えばセンサ側基板１８上に配置される演算素子に
より演算しても良いし、本変位計外部に配置される演算
装置によって演算処理を行っても良い。また、変位セン
サ２上の光源１６はセンサ側基板１８上に配置するもの
でなく、例えば光ファイバー等によって外部から導かれ
るものでも良い。もちろん、受光素子１６についても同
様に光ファイバー等によって採光し、それをセンサ側基
板１８上以外の場所に配置したフォトセンサ等の受光素
子によって処理することもできる。このような構成とす
ることによって、変位センサ２の構成をより簡略化で
き、製作工程における負担を軽減することができると同
時に、光源１６からの熱の影響等を低減することができ
る利点を有する。
は、例えばセンサ側基板１８上に配置される演算素子に
より演算しても良いし、本変位計外部に配置される演算
装置によって演算処理を行っても良い。また、変位セン
サ２上の光源１６はセンサ側基板１８上に配置するもの
でなく、例えば光ファイバー等によって外部から導かれ
るものでも良い。もちろん、受光素子１６についても同
様に光ファイバー等によって採光し、それをセンサ側基
板１８上以外の場所に配置したフォトセンサ等の受光素
子によって処理することもできる。このような構成とす
ることによって、変位センサ２の構成をより簡略化で
き、製作工程における負担を軽減することができると同
時に、光源１６からの熱の影響等を低減することができ
る利点を有する。
【００２４】図３に図１中のＡ−Ａ'断面図におけるス
ピンドル１１の先端部を示す。本実施例に係る変位計の
ような構造においては、スピンドル１１とスケール側基
板１５の間に静電気等による吸引力２１が発生した場
合、同図（ａ）に示すようにスピンドル１１がスケール
側基板１５の表面部分２２に接触するスティッキング
（貼り付き）の発生が予想される。このようにスピンド
ル１１がスケール側基板表面に接触すると、スピンドル
の動作が阻害され、スケールとしての機能を果たせなく
なる可能性がある。そこで、この吸引力を軽減するため
に同図（ｂ）及び図１に示すように、スピンドル１１近
傍のスケール側基板上に溝２３を設け、スピンドル１１
とスケール側基板１５との距離を遠ざけることで、吸引
力２１を軽減すると同時に、万一吸引力２１が強く働い
てもスピンドル１１がスケール側基板１５に接触しない
ようにしている。
ピンドル１１の先端部を示す。本実施例に係る変位計の
ような構造においては、スピンドル１１とスケール側基
板１５の間に静電気等による吸引力２１が発生した場
合、同図（ａ）に示すようにスピンドル１１がスケール
側基板１５の表面部分２２に接触するスティッキング
（貼り付き）の発生が予想される。このようにスピンド
ル１１がスケール側基板表面に接触すると、スピンドル
の動作が阻害され、スケールとしての機能を果たせなく
なる可能性がある。そこで、この吸引力を軽減するため
に同図（ｂ）及び図１に示すように、スピンドル１１近
傍のスケール側基板上に溝２３を設け、スピンドル１１
とスケール側基板１５との距離を遠ざけることで、吸引
力２１を軽減すると同時に、万一吸引力２１が強く働い
てもスピンドル１１がスケール側基板１５に接触しない
ようにしている。
【００２５】次に、スケール部材１の加工方法について
説明する。図４（ｂ）〜（ｄ）は図１中のＢ−Ｂ'にお
ける各製造工程での断面図を示している。前記変位セン
サ２の配線パターンはフォトリソグラフィ／エッチング
によって作成されているのに対し、スケール部材１は同
図（ａ）に示すような第一のＳｉ基板２５にＳｉＯ2の
犠牲層２６を介し、第二のＳｉ基板２７を貼り合わせ
た、貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）からエッチングによ
って加工している。まず同図（ｂ）に示すように第二の
Ｓｉ基板２７に対し、前記スペーサ１９に相当する部分
にレジストマスク３１を形成して、ＲＩＥにより異方性
エッチングを行う。次に同図（ｃ）のように第二のＳｉ
基板に対して、前記スピンドル１１、スケール１２、平
行板バネ１３及びアンカー部分１４にレジストマスク３
３を形成して、異方性エッチングを行う。この段階でス
ピンドル１１、スケール１２、平行板バネ１３及びアン
カー部分１４の相互につながった大まかな外形が出来上
がる。最後に同図（ｄ）に示すようにウェットエッチン
グにより等方性エッチングを行う。このとき、アンカー
部分１４のような幅の広い部材は等方性エッチングによ
る加工処理を行ってもなお犠牲層であるＳｉＯ2層の部
分３５は残り、当該部分が前記スケール側基板１５との
接合部となる。具体的には、ここでは前記平行板バネ１
３のアンカー部分１４がこの部位に該当する。これに対
し、スピンドル等の幅の狭い部材は図中に示すように犠
牲層部分がくり抜かれ、第一のＳｉ基板に接触せずに浮
いた状態となる。なお、このような処理を経て加工され
た前記平行板バネは、梁の弾性変形の範囲内で運動方向
の規制、及び緩衝の機能をもつ。
説明する。図４（ｂ）〜（ｄ）は図１中のＢ−Ｂ'にお
ける各製造工程での断面図を示している。前記変位セン
サ２の配線パターンはフォトリソグラフィ／エッチング
によって作成されているのに対し、スケール部材１は同
図（ａ）に示すような第一のＳｉ基板２５にＳｉＯ2の
犠牲層２６を介し、第二のＳｉ基板２７を貼り合わせ
た、貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）からエッチングによ
って加工している。まず同図（ｂ）に示すように第二の
Ｓｉ基板２７に対し、前記スペーサ１９に相当する部分
にレジストマスク３１を形成して、ＲＩＥにより異方性
エッチングを行う。次に同図（ｃ）のように第二のＳｉ
基板に対して、前記スピンドル１１、スケール１２、平
行板バネ１３及びアンカー部分１４にレジストマスク３
３を形成して、異方性エッチングを行う。この段階でス
ピンドル１１、スケール１２、平行板バネ１３及びアン
カー部分１４の相互につながった大まかな外形が出来上
がる。最後に同図（ｄ）に示すようにウェットエッチン
グにより等方性エッチングを行う。このとき、アンカー
部分１４のような幅の広い部材は等方性エッチングによ
る加工処理を行ってもなお犠牲層であるＳｉＯ2層の部
分３５は残り、当該部分が前記スケール側基板１５との
接合部となる。具体的には、ここでは前記平行板バネ１
３のアンカー部分１４がこの部位に該当する。これに対
し、スピンドル等の幅の狭い部材は図中に示すように犠
牲層部分がくり抜かれ、第一のＳｉ基板に接触せずに浮
いた状態となる。なお、このような処理を経て加工され
た前記平行板バネは、梁の弾性変形の範囲内で運動方向
の規制、及び緩衝の機能をもつ。
【００２６】また、本実施例に係る変位計は、バッチ方
式による製造を行っているため、非常に微小に製作する
ことが可能であると同時に高い加工精度を有しており、
大量に一括して製造することができる。さらに、フォト
リソグラフィによる作成段階において、スピンドル１１
の運動軸とスケール１２の運動軸とを完全に一致させる
ことができる。このように高精度な加工が可能であるこ
とから、スケール側基板１５とセンサ側基板１８を貼り
合わせる際にスケール側基板１５とセンサ側基板１８と
の間でのアライメントを行う必要がなく、製造段階での
負担も軽減することができる。また、このように非常に
微小な変位測定機は、従来の測定機では測定が非常に困
難であった部位も容易に測定することができるという利
点を有し、以下に示す実施例のように種々の応用が可能
である。
式による製造を行っているため、非常に微小に製作する
ことが可能であると同時に高い加工精度を有しており、
大量に一括して製造することができる。さらに、フォト
リソグラフィによる作成段階において、スピンドル１１
の運動軸とスケール１２の運動軸とを完全に一致させる
ことができる。このように高精度な加工が可能であるこ
とから、スケール側基板１５とセンサ側基板１８を貼り
合わせる際にスケール側基板１５とセンサ側基板１８と
の間でのアライメントを行う必要がなく、製造段階での
負担も軽減することができる。また、このように非常に
微小な変位測定機は、従来の測定機では測定が非常に困
難であった部位も容易に測定することができるという利
点を有し、以下に示す実施例のように種々の応用が可能
である。
【００２７】また、本実施例においては光源１６からの
光をスケール１２によって反射する反射型のエンコーダ
を構成しているが、上記の例に限らず、例えばスケール
側基板１５に透明な材質を用いて、光源１６をスケール
１２を介して受光素子１７と対向配置し、光源１６から
スケール１２透過した光を受光素子１７により受光する
透過型エンコーダを構成するようにしてもよい。
光をスケール１２によって反射する反射型のエンコーダ
を構成しているが、上記の例に限らず、例えばスケール
側基板１５に透明な材質を用いて、光源１６をスケール
１２を介して受光素子１７と対向配置し、光源１６から
スケール１２透過した光を受光素子１７により受光する
透過型エンコーダを構成するようにしてもよい。
【００２８】また上述の例に限らず、本実施例のような
光電型のエンコーダを構成するものではなく、誘導電流
型や静電容量型、又は磁気型エンコーダを構成すること
も可能である。
光電型のエンコーダを構成するものではなく、誘導電流
型や静電容量型、又は磁気型エンコーダを構成すること
も可能である。
【００２９】次に本発明の第二の実施例に係る変位計に
ついて説明する。図５は、前記第一の実施例において説
明した変位計の応用例を示す図である。本実施例では、
例えば凹面や円筒形状４１のような被測定対象を測定す
る際に、奥まった場所にも侵入できるように、同図
（ａ）に示すように細長いスタイラス４２の先端に変位
計４３を装着し、さらに破損防止のため保護部材４４に
より覆っている。このように構成される変位計を矢印４
５の方向へ挿入することで測定を行う。同図（ｂ）の拡
大図に示すように装置全体が矢印４５の方向に挿入され
ることにより、保護部材４４は矢印４６の方向へ移動す
る。このとき、保護部材４４に接触しているスタイラス
４２も同様に矢印４６の方向へと移動し、結果として変
位計４３のスピンドル１１を測定軸Ｘの方向に押し込む
ことになる。このように保護部材４４の動作をスピンド
ル１１へと伝える一連の動作によって保護部材４４が接
触している被測定部分の寸法を測定することができる。
ついて説明する。図５は、前記第一の実施例において説
明した変位計の応用例を示す図である。本実施例では、
例えば凹面や円筒形状４１のような被測定対象を測定す
る際に、奥まった場所にも侵入できるように、同図
（ａ）に示すように細長いスタイラス４２の先端に変位
計４３を装着し、さらに破損防止のため保護部材４４に
より覆っている。このように構成される変位計を矢印４
５の方向へ挿入することで測定を行う。同図（ｂ）の拡
大図に示すように装置全体が矢印４５の方向に挿入され
ることにより、保護部材４４は矢印４６の方向へ移動す
る。このとき、保護部材４４に接触しているスタイラス
４２も同様に矢印４６の方向へと移動し、結果として変
位計４３のスピンドル１１を測定軸Ｘの方向に押し込む
ことになる。このように保護部材４４の動作をスピンド
ル１１へと伝える一連の動作によって保護部材４４が接
触している被測定部分の寸法を測定することができる。
【００３０】しかし、変位計４３は非常に微小な構造物
であり、衝撃による影響を受けやすいため例えば同図に
示すような装置構成で人間の手動操作などを行うと、前
記スピンドル及び平行板バネに負荷が過大にかかり、破
損する危険性が高い。そこで、前記破損のリスクを最小
限に抑えるため、スピンドル１１が許容動作範囲以上に
押し込まれることのないよう、スタイラス４２にストッ
パ４７を設けている。このように本実施例に係る変位計
によれば、そのサイズが従来の接触式変位計と比較して
桁違いに小さいため、狭い空間に挿入したり、小さすぎ
て接触測定の行えなかった被測定対象でも高精度測定で
きるという効果がある。もちろん、本実施例にかかる変
位計の測定対象は狭い空間等に限定されることなく、様
々な被測定対象の変位測定を可能としている。
であり、衝撃による影響を受けやすいため例えば同図に
示すような装置構成で人間の手動操作などを行うと、前
記スピンドル及び平行板バネに負荷が過大にかかり、破
損する危険性が高い。そこで、前記破損のリスクを最小
限に抑えるため、スピンドル１１が許容動作範囲以上に
押し込まれることのないよう、スタイラス４２にストッ
パ４７を設けている。このように本実施例に係る変位計
によれば、そのサイズが従来の接触式変位計と比較して
桁違いに小さいため、狭い空間に挿入したり、小さすぎ
て接触測定の行えなかった被測定対象でも高精度測定で
きるという効果がある。もちろん、本実施例にかかる変
位計の測定対象は狭い空間等に限定されることなく、様
々な被測定対象の変位測定を可能としている。
【００３１】次に本発明の第三の実施例に係る変位計に
ついて説明する。図６に変位計４３を部材５１上に間隔
５２をとってアレイ配置した例を示す。例えば被測定対
象５４が同図に示すように円筒形状の内面である場合、
矢印５３のように部材５１を回転させることで被測定対
象５４の円筒内面のプロファイル測定を行うことができ
る。このアレイ配置する間隔５２は、使用する変位計４
３が非常に微小なことから例えば１ｍｍに設定すること
もでき、このように微小な間隔で多数個並べて配置する
ことで、従来は一つの接触子によって測定していたのに
比べ、格段に高速且つ高精度なプロファイル測定を実現
することができる。本実施例の場合においても、変位検
出を行うスピンドル１１の破損防止のために保護部材を
付加することが望ましい。もちろん、本実施例に係る変
位計によれば円筒内面に限らず、平面、自由曲面等、様
々な形状のプロファイル測定を高速に行うことができ
る。
ついて説明する。図６に変位計４３を部材５１上に間隔
５２をとってアレイ配置した例を示す。例えば被測定対
象５４が同図に示すように円筒形状の内面である場合、
矢印５３のように部材５１を回転させることで被測定対
象５４の円筒内面のプロファイル測定を行うことができ
る。このアレイ配置する間隔５２は、使用する変位計４
３が非常に微小なことから例えば１ｍｍに設定すること
もでき、このように微小な間隔で多数個並べて配置する
ことで、従来は一つの接触子によって測定していたのに
比べ、格段に高速且つ高精度なプロファイル測定を実現
することができる。本実施例の場合においても、変位検
出を行うスピンドル１１の破損防止のために保護部材を
付加することが望ましい。もちろん、本実施例に係る変
位計によれば円筒内面に限らず、平面、自由曲面等、様
々な形状のプロファイル測定を高速に行うことができ
る。
【００３２】次に本発明の第四の実施例に係る変位計に
ついて説明する。本実施例では、変位計４３を図７に示
す配置６１のように碁盤の目状に並べることで構成され
ている。変位計４３の配置の詳細については同図中の拡
大図に示す。このような構成とすることにより、例えば
同図に示すような自由曲面６２のプロファイル測定を行
う際、矢印６３の方向に変位計を移動させることで、自
由曲面６２のプロファイル測定を従来に比べ、より高速
且つ高精度に行うことができる。もちろん、本実施例に
おいても同様にスピンドル１１の破損を防止するために
保護部材を付加することで、より信頼性の高い変位計を
構成することも可能となる。
ついて説明する。本実施例では、変位計４３を図７に示
す配置６１のように碁盤の目状に並べることで構成され
ている。変位計４３の配置の詳細については同図中の拡
大図に示す。このような構成とすることにより、例えば
同図に示すような自由曲面６２のプロファイル測定を行
う際、矢印６３の方向に変位計を移動させることで、自
由曲面６２のプロファイル測定を従来に比べ、より高速
且つ高精度に行うことができる。もちろん、本実施例に
おいても同様にスピンドル１１の破損を防止するために
保護部材を付加することで、より信頼性の高い変位計を
構成することも可能となる。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る変位計
によれば、スピンドル、スケール、平行板バネ及びスケ
ール側基板を一体構造とし、例えばＳｉ−ＳｉＯ2−Ｓ
ｉ貼り合わせ基板等からフォトリソグラフィ及びエッチ
ング等の微細加工技術により成形加工することで、加工
寸法精度の高い変位計の製作を行うことができる。ま
た、フォトリソグラフィを用いて作製することによりス
ピンドル、スケール間の運動軸に関する機械的アライメ
ントが不要であり、センサ側基板とのアライメントも比
較的容易である。もちろん微細加工のため、非常に微小
な装置構造にすることもでき、このように微小な変位計
とすることで、これまで測定の困難であった部分の高精
度測定も可能となる。
によれば、スピンドル、スケール、平行板バネ及びスケ
ール側基板を一体構造とし、例えばＳｉ−ＳｉＯ2−Ｓ
ｉ貼り合わせ基板等からフォトリソグラフィ及びエッチ
ング等の微細加工技術により成形加工することで、加工
寸法精度の高い変位計の製作を行うことができる。ま
た、フォトリソグラフィを用いて作製することによりス
ピンドル、スケール間の運動軸に関する機械的アライメ
ントが不要であり、センサ側基板とのアライメントも比
較的容易である。もちろん微細加工のため、非常に微小
な装置構造にすることもでき、このように微小な変位計
とすることで、これまで測定の困難であった部分の高精
度測定も可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る変位計を説明する
ための斜視図である。
ための斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ',Ｂ−Ｂ'断面図である。
【図３】図２（ａ）の一部を拡大して示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るスケール部材の製
造工程を説明するための図１におけるＢ−Ｂ'断面図で
ある。
造工程を説明するための図１におけるＢ−Ｂ'断面図で
ある。
【図５】本発明の第２の実施例に係る変位計を説明する
ための図である。
ための図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る変位計を説明する
ための図である。
ための図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る変位計を説明する
ための図である。
ための図である。
１・・・スケール部材、２・・・変位センサ、１１・・・スピ
ンドル、１２・・・スケール、１３・・・平行板バネ、１４・・
・アンカー部分、１５・・・スケール側基板、１６・・・発光
素子、１７・・・受光素子、１８・・・センサ側基板、１９・・
・スペーサ、Ｘ・・・測定軸。
ンドル、１２・・・スケール、１３・・・平行板バネ、１４・・
・アンカー部分、１５・・・スケール側基板、１６・・・発光
素子、１７・・・受光素子、１８・・・センサ側基板、１９・・
・スペーサ、Ｘ・・・測定軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｂ 21/00 Ｇ０１Ｂ 21/00 Ｐ Ｆターム(参考） 2F062 AA02 AA34 CC03 CC08 CC22 CC25 CC26 CC30 EE01 EE62 EE63 EE68 FF03 FF07 GG37 GG51 GG65 GG68 GG71 GG77 HH05 HH12 HH34 2F063 AA02 AA20 BC02 CA28 CA34 CA40 DA02 DA04 DB04 DB07 DD02 DD03 DD07 EA02 EA20 EB01 EB05 EB18 GA06 GA52 GA65 GA69 GA79 HA05 HA08 HA10 JA04 KA01 PA10 ZA01 2F069 AA02 AA40 DD01 DD25 DD27 DD30 GG01 GG06 GG07 GG58 GG62 GG63 GG66 GG67 GG68 HH02 HH14 HH30 JJ06 JJ10 KK10 MM04 MM09 MM11 RR03 2F103 BA00 CA01 CA02 CA03 DA12 EA05 EA15 EA19 EA20 EB01 EB11 EB32 EB33 EC08
Claims (13)
- 【請求項１】 スケール側基板と、 測定軸と同軸に配置され、前記測定軸方向の変位が入力
されるスピンドルと、 このスピンドルと共に前記測定軸方向に変位するスケー
ルと、 前記スピンドル及びスケールを前記スケール側基板上で
前記測定軸方向に移動可能に保持する弾性支持部材とを
有し、 前記スピンドル、スケール、弾性支持部材及びスケール
側基板は、微細加工技術により一体形成されていること
を特徴とするスケール部材。 - 【請求項２】 前記スピンドル、スケール、弾性支持部
材及びスケール側基板は、Ｓｉ−ＳｉＯ2−Ｓｉ貼り合
わせ基板をフォトリソグラフィ及びエッチング加工する
ことにより一体形成されていることを特徴とする請求項
１記載のスケール部材。 - 【請求項３】 前記弾性支持部材は、アンカー部を介し
て前記スケール側基板に接続され、前記スピンドル及び
スケールを前記スケール側基板から浮いた状態で保持す
る平行板バネからなることを特徴とする請求項１又は２
記載のスケール部材。 - 【請求項４】 前記スケール側基板は、前記スピンドル
の近傍に溝が形成されていることを特徴とする請求項１
〜３のいずれか１項記載のスケール部材。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項記載のスケ
ール部材と、 このスケール部材の前記スケールの前記測定軸方向の変
位を検出するセンサとを備えた変位計。 - 【請求項６】 前記センサは、センサ側基板と、このセ
ンサ側基板上に搭載されて前記スケールの変位を検出す
る検出素子とを備え、 前記スケール部材と前記センサ側基板とは、前記スケー
ルと前記検出素子とが所定の間隔を介して対向するよう
にスペーサを介して結合されていることを特徴とする請
求項５記載の変位計。 - 【請求項７】 前記スペーサは、前記スケール部材に一
体形成され、 前記スペーサとセンサ側基板とは陽極接合されているこ
とを特徴とする請求項６記載の変位計。 - 【請求項８】 前記センサは、前記スケールに光を照射
する光源と、前記スケールからの光を受光する受光素子
とを備えた光センサであり、前記スケール部材と共に光
学式エンコーダを構成することを特徴とする請求項５記
載の変位計。 - 【請求項９】 前記センサは、静電容量式センサであ
り、前記スケール部材と共に静電容量式エンコーダを構
成することを特徴とする請求項５記載の変位計。 - 【請求項１０】 前記センサは、誘導電流型センサであ
り、前記スケールと部材と共に誘導電流型エンコーダを
構成することを特徴とする請求項５記載の変位計。 - 【請求項１１】 前記センサは、磁気センサであり、前
記スケール部材と共に磁気エンコーダを構成することを
特徴とする請求項５記載の変位計。 - 【請求項１２】 請求項１記載のスケール部材を製造す
る方法であって、 第１の半導体基板、犠牲層及び第２の半導体基板がこの
順に貼り合わされた貼り合わせ基板の前記第２の半導体
基板にフォトリソグラフィ及び異方性エッチングを施し
てスピンドル、スケール及び弾性支持部となる部分を相
互につながった状態で且つ前記弾性支持部材の一部を他
の部分よりも幅広にして形成する工程と、 前記犠牲層に等方性エッチングを施して前記弾性支持部
の幅広の部分のみを残して前記スピンドル、スケール及
び弾性支持部の下側の犠牲層を除去する工程とを有する
ことを特徴とするスケール部材の製造方法。 - 【請求項１３】 前記第２の半導体基板に対してスペー
サとなる部分をフォトリソグラフィ及び異方性エッチン
グにより形成する工程を更に含むことを特徴とする請求
項１２記載のスケール部材の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000219434A JP3517185B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | スケール部材、その製造方法及びそれを用いた変位計 |
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