JP2011145100A - 秤及び該秤の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度加工を可能とし、そのバネ性能を一定に確保し、製造容易、小型化を実現させた秤及びこの秤の製造方法を提供すること。
【解決手段】固定部７と、可動部１２と、ロバーバル部１６とからなるロバーバル機構２を備えた秤１において、ロバーバル機構２を、一端縁部６ａ（固定部７）と、他端縁部６ｂと、端縁部６ｃ，６ｃとからなるフレーム６と、他端縁部６ｂから延出し、その先端が可動部１２となる中間部１０とを有し、端縁部６ｃ，６ｃの所定箇所が薄厚加工されてバネ部１１が形成された第一の基板３ａと、第一の基板３ａと対面配置され、一端縁部６ａ（固定部７）と、他端縁部６ｂと、端縁部６ｃ，６ｃとからなるフレーム６を有し、端縁部６ｃ，６ｃの所定箇所が薄厚加工されてバネ部１１が形成された第二の基板３ｂと、第一及び第二の基板３ａ，３ｂの一端縁部６ａ，６ａ、他端縁部６ｂ，６ｂを連結させたスペーサ５，５と、から構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロバーバル機構を用いて被計量物の質量を測定する秤及びこの秤の製造方法に関する。

従来の秤として、例えば下記特許文献１に開示されるフォースバランス秤がある。この秤は、保持機構と、保持機構に一端が固定された単結晶シリコン材料にて形成されたレバーと、下端がレバーの他端近傍に取り付けられた可動棒と、可動棒の上端に取り付けられた秤量台と、保持機構と可動棒の間に介挿され、外部から指定された付勢力によって可動棒を上方へ付勢する付勢機構とを備えている。また、この秤は、フォースバランスを実現するために、レバーの変位量を検出する変位量検出手段と、秤量台に被計量物が載置された状態において、変位量検出手段にて検出された変位量が、被計量物が載置されていない状態の初期変位量と一致するように付勢機構に付勢力を指定する付勢力指定手段と、付勢力指定手段にて指定された付勢力を被計量物の重量値として出力する重量値出力手段とを備えている。

上述したフォースバランス秤では、秤量台に例えば錠剤やカプセルなどの被計量物が載置されると、単結晶シリコン材料にて形成されたレバーが撓み、レバーに変位量が生じるが、この変位量を打ち消す方向に可動棒が付勢されており、変位量がゼロになった時点における付勢力を検出することにより、被計量物の重量値を割り出すことができる。

特開２００２−１７４５４５号公報

しかしながら、上述した従来（上記特許文献１）の秤には、付勢機構の構造が複雑なことから、秤全体を小型化することが難しいという欠点があった。また、保持機構がアルミなどの軽量金属材料により形成されており、その加工精度に限界があることも、これ以上の小型化を厳しいものにしていた。さらに、複雑構造の付勢機構からは一定のバネ性能を確保することが困難であった。

そこで本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、秤全体はもとより、バネ部の高精度加工を可能とし、そのバネ性能を一定に確保するとともに、製造容易となり、更に小型化を実現させる秤及びこの秤の製造方法を提供することを目的としている。

次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明による請求項１記載の秤は、固定部７と、前記固定部７に対向して設けられた可動部１２と、前記固定部７と前記可動部１２の間に設けられ、被計量物の荷重を受けて前記可動部１２を上下に移動させるロバーバル部１６と、からなるロバーバル機構２を備え、前記ロバーバル機構２の変位量に基づいて前記被計量物の荷重を検出し、該被計量物の質量を測定する秤１において、
前記ロバーバル機構２が、
前記固定部７となるように固定された一端縁部６ａと、前記一端縁部６ａと対向する他端縁部６ｂと、前記一端縁部６ａと前記他端縁部６ｂの間を連結する二つの端縁部６ｃ，６ｃと、から形成されたフレーム６と、
前記他端縁部６ｂの内縁から前記一端縁部６ａの内縁に向けて延出し、その先端が前記可動部１２となるように自由端とされた中間部１０と、を有し、
前記ロバーバル部１６を構成するために、前記二つの端縁部６ｃ，６ｃのそれぞれの前記一端縁部６ａ側と前記他端縁部６ｂ側の所定位置が薄厚加工されてなるバネ部１１が形成された第一の基板３ａと、
前記第一の基板３ａと対面して配置され、前記固定部７となるように固定された一端縁部６ａと、前記一端縁部６ａと対向する他端縁部６ｃと、前記一端縁部６ａと前記他端縁部６ｂの間を連結する二つの端縁部６ｃ，６ｃと、から形成されたフレーム６を有し、
前記ロバーバル部１６を構成するために、前記二つの端縁部６ｃ，６ｃのそれぞれの前記一端縁部６ａ側と前記他端縁部６ｂ側の所定位置が薄厚加工されてなるバネ部１１が形成された第二の基板３ｂと、
前記第一の基板３ａと前記第二の基板３ｂの間に設けられ、前記第一及び第二の基板３ａ，３ｂの前記一端縁部６ａ，６ａの間及び前記他端縁部６ｂ，６ｂの間をそれぞれ連結させた二つのスペーサ５，５と、
から構成されたことを特徴としている。

請求項２記載の秤は、前記第一及び第二の基板３ａ，３ｂにはシリコン層４ａとシリコン層４ａの間に二酸化シリコン層４ｂを有するＳＯＩ基板を用いたことを特徴としている。

請求項３記載の秤は、前記スペーサ５がガラスからなり、前記第一及び第二の基板３ａ，３ｂと前記スペーサ５が陽極接合により接合されたことを特徴としている。

請求項４記載の秤の製造方法は、上記請求項２又は３記載の秤の製造方法において、
前記第一の基板３ａの一方の面に所定形状を得るためのマスクＭ₁ を施し、該面の前記シリコン層４ａを除去して所定形状の凹部を形成した後、前記マスクＭ₁ を除去する工程と、
前記第一の基板３ａの他方の面に所定形状を得るためのマスクＭ₂ を施し、該面の前記シリコン層４ａを除去して所定形状の凹部を形成した後、前記マスクＭ₂ を除去する工程と、
前記第一の基板３ａの一方及び他方の面にて露出している前記二酸化シリコン層４ｂを除去する工程と、
前記第二の基板３ｂの一方の面に所定形状を得るためのマスクＭ₃ を施し、該面の前記シリコン層４ａを除去して所定形状の凹部を形成した後、前記マスクＭ₃ を除去する工程と、
前記第二の基板３ｂの他方の面に所定形状を得るためのマスクＭ₄ を施し、該面の前記シリコン層４ａを除去して所定形状の凹部を形成した後、前記マスクＭ₄ を除去する工程と、
前記第二の基板３ｂの一方及び他方の面にて露出している前記二酸化シリコン層４ｂを除去する工程と、
前記第一の基板３ａの一方の面と前記スペーサ５を接合する工程と、
前記第二の基板３ｂの一方又は他方のいずれかの面と前記スペーサ５を接合する工程と、
を備えたことを特徴としている。

本発明の秤によれば、第一の基板と第二の基板及びこれらの基板の間に設けられたスペーサという少ない部材からロバーバル機構が構成されているため、秤の構造が簡素になり、秤の小型化を実現することができる。また、基板を薄厚に加工することでバネ部が形成されるため、ロバーバル機構を構成するうえで特に重要な部分となるバネ部を容易に且つ高精度に形成することができ、これにより、バネ性能を一定に確保することが可能となる。

また、第一及び第二の基板にはＳＯＩ基板を用いていることにより、二酸化シリコン層を犠牲層として用いて、エッチング加工による基板の高精度加工が可能となる。これにより、１μｍ程度の加工精度を得ることができる。なお、従来のように、アルミなどの軽量金属材料を用いている秤（例えば上記特許文献１に開示される秤）は、１００μｍ程度の加工精度であった。

さらに、第一及び第二の基板とスペーサが陽極接合により接合されていることにより、ロバーバル機構のような立体構造を短時間で容易に得られるようになる。これにより、製造容易となる。

本発明の秤の製造方法によれば、第一及び第二の基板は、それぞれの二酸化シリコン層を犠牲層として用いているため、クリアランスを容易に形成することができるようになり、各基板を所定形状に短時間で容易に加工することができるとともに、高精度加工が可能となる。

本発明による秤の第一の実施の形態を示す平面図である。 図１におけるＡ−Ａ端面図である。 図１におけるＢ−Ｂ端面図である。 第一の実施の形態における可動片の動作を示す説明図である。 第一の実施の形態の回路構成を示す図である。 本発明による秤の第二の実施の形態を示す平面図である。 図６におけるＣ−Ｃ端面図である。 図６におけるＤ−Ｄ端面図である。 第二の実施の形態における可動片の動作を示す説明図である。 （ａ）〜（ｈ）各実施の形態の製造方法において、第一の基板の製造方法を示す工程図である。 （ａ）〜（ｈ）各実施の形態の製造方法において、第二の基板の製造方法を示す工程図である。 （ａ）〜（ｄ）各実施の形態の製造方法において、スペーサの製造方法を示す工程図である。 （ａ）〜（ｂ）各実施の形態の製造方法において、第一及び第二の基板とスペーサを接合するときの製造方法を示す工程図である。 各実施の形態が同一のシリコンウエハに形成されている状態（ダイシング工程を行う前の状態）を示す図である。

以下、本発明の各実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
本発明による秤は、ロバーバル機構を用いて被計量物の質量を測定する秤であり、主に薬品などの微小物品を測定対象としている。

「第一の実施の形態」
まず、図１〜５を参照して本発明の第一の実施の形態を説明する。
図１に示すように、この実施の形態（秤１）は、ロバーバル機構２と、被計量物の荷重を検出するための検出部とを備えている。ロバーバル機構２は、固定部７と、可動部１２と、ロバーバル部１６とから構成されている。また、図２，３に示すように、ロバーバル機構２は、上下に配置され、その間にスペーサ５を介して立体構造となるように連結された第一の基板（上基板）３ａ及び第二の基板（下基板）３ｂにより構成されている。

図２に示すように、上下の基板３ａ，３ｂには半導体層であるシリコン（Ｓｉ）層４ａとシリコン層４ａの間に絶縁体層である二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）層４ｂを有するＳＯＩ基板（Siricon on Insulator）を用いている。シリコン層４ａはその厚さが精密にコントロールされており、用途に応じて最適な厚さのものを適宜選択することができる。また、スペーサ５にはガラスを用いている。これらの上下の基板３ａ，３ｂのシリコン層４ａとスペーサ５とは陽極接合により接合されている。

図１に示すように、第一の基板である上基板３ａは、固定部７となるように固定壁８に固定される一端縁部６ａと、一端縁部６ａと対向して配置され、被計量物が載置される載置部９となる他端縁部６ｂと、一端縁部６ａと他端縁部６ｂのそれぞれの両端部の間を連結するとともに、一端縁部６ａ及び他端縁部６ｂと直交する二つの端縁部６ｃ，６ｃとから形成された矩形枠状のフレーム６を有している。また、上基板３ａは、フレーム６の内部空間の略中央に配置されるとともに、他端縁部６ｂの内縁から一端縁部６ａの内縁に向けて延出し、その先端が後述する可動部となるように自由端とされた中間部１０を有している。

フレーム６の二つの端縁部６ｃ，６ｃには、一端縁部６ａ側と他端縁部６ｂ側の所定位置のシリコン層４ａが薄厚に加工されてなるバネ部１１が形成されている。

上基板３ａにおける中間部１０の先端（自由端）は前述した可動部１２となる。可動部１２は固定部７に対向して設けられている。また、この実施の形態（秤１）では、可動部１２の先端には複数の可動片１３が設けられている。可動片１３は、可動部１２の先端から固定部７に向けて突出している。なお、図１は説明のために簡略化しており、可動片１３を三つだけ記載しているが、実際には数十〜百以上を一組として、一又は複数組の可動片１３が設けられている。各可動片１３は、二酸化シリコン層４ｂを介することにより、それぞれが電気的に分離されている。各可動片１３は、この実施の形態（秤１）における検出部の一方を構成するものである。

この実施の形態（秤１）の検出部の他方を構成する電極部１４は、フレーム６の固定部７となる一端縁部６ａに設けられている。電極部１４には、可動部１２に向けて突出する複数の櫛歯片１５を有する櫛歯電極を用いている。櫛歯片１５は、可動部１２の可動片１３の両側面のそれぞれに対向する内側面を有し、図１に示すように、二つの櫛歯片１５，１５の間に一つの可動片１３を挟むように配設されている。また、電極部１４は、可動片１３の数量に応じて複数の部分１４ａ，１４ｂに分離されている。この実施の形態（秤１）では、上述したように、数十〜百以上を一組として可動片１３が設けられているため、電極部１４はこれと同様に数十〜百以上を一組とする複数の部分に分離されている。電極部１４の各部分１４ａ，１４ｂは、可動片１３と同様に二酸化シリコン層４ｂを介して電気的に分離されている。

また、第二の基板である下基板３ｂは、上述した第一の基板である上基板３ａと同様に、固定部７となるように固定壁８に固定される一端縁部６ａと、一端縁部６ａと対向して配置され、被計量物が載置される載置部９となる他端縁部６ｂと、一端縁部６ａと他端縁部６ｂのそれぞれの両端部の間を連結するとともに、一端縁部６ａ及び他端縁部６ｂと直交する二つの端縁部６ｃ，６ｃとから形成された矩形枠状のフレーム６を有している。

下基板３ｂにおいても、フレーム６の二つの端縁部６ｃ，６ｃには、一端縁部６ａ側と他端縁部６ｂ側の所定位置のシリコン層４ａが薄厚に加工されてなるバネ部１１が形成されている。

上下の基板３ａ，３ｂを一体的に連結させるスペーサ５は矩形ブロック状に形成されている。また、スペーサ５は二つあり、そのうちの一方が一端縁部６ａ同士を連結させ、他方が他端縁部６ｂ同士を連結させている。

図２，３に示すように、上下の基板３ａ，３ｂのそれぞれの一端縁部６ａ（固定部７）と他端縁部６ｂ（載置部９）がスペーサ５，５によって連結されることにより、固定部７と可動部１２の間にある各端縁部６ｃと、各端縁部６ｃに形成されているバネ部１１と、上基板３ａにおいて、その先端が可動部１２となる中間部１０とによりロバーバル部１６が形成されている。

この実施の形態（秤１）は、電極部１４の各部分１４ａ，１４ｂをそれぞれ異なる機構（センサ及びアクチュエータとしての機能）に供してフォースバランスを構成するフォースバランス秤である。図１に示すように、電極部１４の各部分１４ａ，１４ｂは、一方の部分１４ａがセンサとして機能し、他方の部分１４ｂが櫛歯片１５に対して変位した可動片１３を静電力の作用を駆動源として平衡状態に復帰させるアクチュエータとして機能する。

図１〜５を参照して載置部９が被計量物の荷重を受けたときの秤１（ロバーバル機構２）の動作を各箇所ごとに説明する。図２に示すように、図１におけるＡ−Ａ線箇所では、載置部９にて被計量物の荷重を受けると、載置部９が下方に移動する。このとき、ロバーバル部１６は、固定部７が固定されたまま、載置部９が各バネ部１１を支点として固定部７に対して平行移動する。

また、図３に示すように、図１におけるＢ−Ｂ線箇所では、載置部９が被計量物の荷重を受けると、載置部９は下方に移動するとともに、固定部７から切り離されている中間部１０の先端、つまり、可動部１２が下方に平行移動する。このとき、可動部１２の可動片１３は、その側面が固定部７に設けられている電極部１４の櫛歯片１５の内側面に対して平行移動する。

図４に示すように、この実施の形態（秤１）では、電極部１４の各部分１４ａ，１４ｂの櫛歯片１５に対して可動部１２の可動片１３が変位すると、センサとして機能する部分１４ａにおいては、対向面積Ｓ₁ が変化し、対向する面の間の静電容量が変化する。また、アクチュエータとして機能する部分１４ｂにおいては、静電力の作用を駆動源として、変位した可動片１３を平衡状態に復帰させるように動作する。

図５に示すように、この実施の形態（秤１）は、容量センサ（Ｃ／Ｖコンバータ）２１の一方の入力側が電極部１４のセンサとして機能する部分１４ａに接続され、他方の入力側が基板３ａ（又は３ｂ）と共に接地されており、電極部１４のアクチュエータとして機能する部分１４ｂと接地の間に電圧制御部２２を備えた回路構成となっている。図５の回路構成とすることにより、Ｃ／Ｖコンバータ２１が電極部１４の部分１４ａにおける静電容量の変化を電圧値に変換し、電圧制御部２２がＣ／Ｖコンバータ２１から出力された電圧値が所定の値となるように（この場合は、静電容量の変化が０となるように）電極部１４の部分１４ｂに印加する電圧を制御し、部分１４ｂへと出力する。これと同時に、電圧制御部２２から出力された印加電圧が部分１４ｂと電圧制御部２２との間に接続されている増幅器２３を通じて図示しない制御部に出力され、制御部にてテーブルデータと比較し、被計量物の質量を測定する。

「第二の実施の形態」
次に、図６〜９を参照して本発明の第二の実施の形態を説明する。
なお、この実施の形態において、上述した第一の実施の形態と同等又は同一の箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６，７に示すように、この実施の形態（秤３１）は、ロバーバル機構３２と、被計量物の荷重を検出するための検出部とを備えている。ロバーバル機構３２は、固定部７と、可動部１２と、ロバーバル部３８とから構成されている。ロバーバル機構３２は、上下に配置され、その間にスペーサ５を介して立体構造となるように連結された第一の基板（上基板）３３ａ及び第二の基板（下基板）３３ｂにより構成されている。

上下の基板３３ａ，３３ｂには、上述した第一の実施の形態同様、ＳＯＩ基板を用いている。上基板３３ａは、一端縁部６ａと、他端縁部６ｂと、二つの端縁部６ｃ，６ｃとから形成された矩形枠状のフレームを有している。また、上基板３３ａは、フレーム６の内部空間の略中央に配置されるとともに、他端縁部６ｂの内縁から一端縁部６ａの内縁に向けて延出し、その先端が可動部１２となるように自由端とされた中間部３４を有している。中間部３４の基端は中間部の幅よりも小径幅に形成されており、ここには、シリコン層４ａが薄厚に加工されてなるバネ部３５が形成されている。さらに、上基板３３ａは、中間部３４の両側部に、一端縁部６ａから他端縁部６ｂに向けて延出し、その先端が自由端とされたガイド部３６，３６を有している。各ガイド部３６，３６と中間部３４との間はそれぞれ捩じりバネ部３７により連結されている。捩じりバネ部３７は、バネ部１１及びバネ部３５と同様に、シリコン層４ａが薄厚に加工されてなるバネ部であるが、その付勢する向きが他のバネ部１１，３５が面方向であるのに対して、捩じれ方向に付勢している。

下基板３３ｂにおいても、フレーム６の二つの端縁部６ｃ，６ｃには、一端縁部６ａ側と他端縁部６ｂ側の所定位置のシリコン層４ａが薄厚に加工されてなるバネ部１１が形成されている。

図７，８に示すように、上下の基板３３ａ，３３ｂのそれぞれの一端縁部６ａ（固定部７）と他端縁部６ｂ（載置部９）がスペーサ５，５によって連結されることにより、固定部７と可動部１２の間にある各端縁部６ｃと、各端縁部６ｃに形成されているバネ部１１と、上基板３ａにおいて、その先端が可動部１２となる中間部３４と、中間部３４の基端に形成されているバネ部３５と、中間部３４の両側部にある各ガイド部３６，３６と、各ガイド部３６，３６と中間部３５の間にある捩じりバネ部３７，３７とによりロバーバル部３８が形成されている。

図６〜９を参照して載置部９が被計量物の荷重を受けたときの秤３１（ロバーバル機構３２）の動作を各箇所ごとに説明する。図７に示すように、図２におけるＣ−Ｃ線箇所では、載置部９にて被計量物の荷重を受けると、載置部９が下方に移動する。このとき、ロバーバル部３８は、固定部７が固定されたまま、載置部９が各バネ部１１を支点として固定部７に対して平行移動する。

また、図８に示すように、図６におけるＤ−Ｄ線箇所では、載置部９が被計量物の荷重を受けると、載置部９は下方に移動するとともに、固定部７から切り離されている中間部３４の先端、つまり、可動部１２が捩じりバネ部３７を介することにより上方に大きく平行移動する。このとき、可動部１２の可動片１３は、その側面が固定部７に設けられている電極部１４の櫛歯片１５の内側面に対して平行移動する。

図９に示すように、この実施の形態（秤３１）においても、上述した第一の実施の形態と同様に、電極部１４の各部分１４ａ，１４ｂの櫛歯片１５に対して可動部１２の可動片１３が変位すると、センサとして機能する部分１４ａにおいては、対向面積Ｓ₂ が変化し、対向する面の間の静電容量が変化する。また、アクチュエータとして機能する部分１４ｂにおいては、静電力の作用を駆動源として、変位した可動片１３を平衡状態に復帰させるように動作する。

なお、この実施の形態（秤３１）の回路構成については、図５を参照して説明した第一の実施の形態と同一の回路構成であるため、その説明を省略する。

上述した第一及び第二の実施の形態によれば、上下の基板３ａ，３ｂ，３３ａ，３３ｂ及びこれら上下の基板３ａ，３ｂ，３３ａ，３３ｂの間に設けられたスペーサ５という少ない部材からロバーバル機構２，３２が構成されているため、秤の構造が簡素になり、秤の小型化を実現することができる。また、基板３ａ，３ｂ，３３ａ，３３ｂを薄厚に加工することでバネ部１１、バネ部３５及び捩じりバネ部３７が形成されるため、ロバーバル機構を構成するうえで特に重要な部分となるバネ部を容易に且つ高精度に形成することができる。これにより、バネ性能を一定に確保することが可能となる。

また、上下の基板３ａ，３ｂ，３３ａ，３３ｂにはＳＯＩ基板を用いていることにより、二酸化シリコン層４ｂを犠牲層として用いて、エッチング加工による基板の高精度加工が可能となる。

さらに、上下の基板３ａ，３ｂ，３３ａ，３３ｂとスペーサ５が陽極接合により接合されていることにより、ロバーバル機構のような立体構造を短時間で容易に得られるようになる。これにより、製造容易となる。

なお、上述した第一及び第二の実施の形態では、電極部１４の各部分１４ａ，１４ｂに分離させて、それぞれをセンサ又はアクチュエータとして機能させることによりフォースバランスを実現させているが、フォースバランス秤に限定する必要はなく、例えば、電極部１４の各部分１４ａ，１４ｂをセンサとしての機能に供し、センサとして機能する各部分１４ａ，１４ｂをＣ／Ｖコンバータ３１に接続する回路構成として秤として機能させることも可能である。この場合、この秤は、Ｃ／Ｖコンバータ３１が電極部１４の各部分１４ａ，１４ｂにおける静電容量の変化した値を電圧値に変換し、変換された電圧値を制御部にてテーブルデータと比較することにより、被計量物の質量を測定する。

ここから、図１０〜１３を参照して上述した第一及び第二の実施の形態の製造方法について説明する。なお、第一及び第二の実施の形態は、それぞれの第一の基板（上基板）３ａ，３３ａの形状が異なるだけで製造工程は共通しているため、以下、各実施の形態をまとめて説明する。

図１０を参照して第一及び第二の実施の形態における第一の基板である上基板３ａ，３３ａの製造工程を説明する。なお、図１０において、（ａ）〜（ｄ）には上基板３ａ，３３ａの一方の面（以下、この面を裏面と称する）の製造工程、（ｅ）〜（ｈ）には上基板３ａ，３３ａの他方の面（以下、この面を表面と称する）の製造工程を示している。

まず、図１０（ａ）に示すように、シリコン層４ａとシリコン層４ａの間に二酸化シリコン層４ｂを有する上述したＳＯＩ基板を用意する。次に、（ｂ）に示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置（ドライエッチング装置）によるエッチング加工を施すために、上基板３ａ，３３ａの裏面に各実施の形態の上基板３ａ，３３ａの形状に適合する所定形状を得るためのマスクＭ₁ をフォトリソグラフィ技術を用いて形成する。次に、（ｃ）に示すように、マスクＭ₁ に覆われていないシリコン層４ａをＩＣＰ−ＲＩＥ装置にてエッチングして、裏面のシリコン層４ａに所定形状の凹部を形成する。次に、（ｄ）に示すように、裏面に形成されたマスクＭ₁ を除去する。なお、この工程において、バネ部１１（第二の実施の形態においては、バネ部１１、バネ部３５、捩じりバネ部３７）の箇所を形成するときには、エッチング加工により形成される凹部の大きさを変えることによってバネ部１１、バネ部３５、捩じりバネ部３７の付勢力を調節することができる。

次に、図１０（ｅ）に示すように、上基板３ａ，３３ａの表面に各実施の形態の上基板３ａ，３３ａの形状に適合する所定形状を得るためのマスクＭ₂ を形成する。次に、（ｆ）に示すように、マスクＭ₂ に覆われていないシリコン層４ａをエッチングして、表面のシリコン層４ａに所定形状の凹部を形成する。次に、（ｇ）に示すように、表面に形成されたマスクＭ₂ を除去する。そして最後に、（ｈ）に示すように、上基板３ａ，３３ａの表面及び裏面に露出している二酸化シリコン層４ｂを犠牲層としてウェットエッチングにより除去する。これにより、上基板３ａ，３３ａが完成する。

図１１を参照して第一及び第二の実施の形態における第二の基板である下基板３ｂ，３３ｂの製造工程を説明する。なお、図１１において、（ａ）〜（ｄ）には下基板３ｂ，３３ｂの一方の面（以下、この面を裏面と称する）の製造工程、（ｅ）〜（ｈ）には下基板３ｂ，３３ｂの他方の面（以下、この面を表面と称する）の製造工程を示している。

まず、図１１（ａ）に示すように、シリコン層４ａとシリコン層４ａの間に二酸化シリコン層４ｂを有する上述したＳＯＩ基板を用意する。次に、（ｂ）に示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置（ドライエッチング装置）によるエッチング加工を施すために、下基板３ｂ，３３ｂの裏面に各実施の形態の下基板３ｂ，３３ｂの形状に適合する所定形状を得るためのマスクＭ₃ をフォトリソグラフィ技術を用いて形成する。次に、（ｃ）に示すように、マスクＭ₃ に覆われていないシリコン層４ａをＩＣＰ−ＲＩＥ装置にてエッチングして、裏面のシリコン層４ａに所定形状の凹部を形成する。次に、（ｄ）に示すように、裏面に形成されたマスクＭ₃ を除去する。

次に、図１１（ｅ）に示すように、下基板３ｂ，３３ｂの表面に各実施の形態の下基板３ｂ，３３ｂの形状に適合する所定形状を得るためのマスクＭ₄ を形成する。次に、（ｆ）に示すように、マスクＭ₄ に覆われていないシリコン層４ａをエッチングして、表面のシリコン層４ａに所定形状の凹部を形成する。次に、（ｇ）に示すように、表面に形成されたマスクＭ₄ を除去する。そして最後に、（ｈ）に示すように、下基板３ｂ，３３ｂの表面及び裏面に露出している二酸化シリコン層４ｂを犠牲層としてウェットエッチングにより除去する。これにより、下基板３ｂ，３３ｂが完成する。

図１２を参照して第一及び第二の実施の形態におけるスペーサ５の製造工程を説明する。なお、上述したように、スペーサ５はガラスからなるものである。

まず、図１２（ａ）に示すように、スペーサ５の材料となるガラス基板５ａを用意する。次に、（ｂ）に示すように、ガラス基板５ａのいずれかの面にスペーサ５の形状を得るための金属などからなるマスクＭ₅ を形成する。次に、（ｃ）に示すように、マスクＭ₅ に覆われていない部分をサンドブラストにより除去する。そして、金属などのマスクＭ₅ を除去すると、スペーサ５が完成する。

ここまで、上下の基板３ａ，３３ａ，３ｂ，３３ｂ及びスペーサ５の製造方法について上基板３ａ，３３ａ、下基板３ｂ，３３ｂ、スペーサ５の順に説明したが、これらは順不同であってよい。また、上基板３ａ，３３ａ、下基板３ｂ，３３ｂ、スペーサ５を同時に製造してもよい。

最後に、図１３を参照して第一及び第二の実施の形態における上下の基板３ａ，３３ａ，３ｂ，３３ｂとスペーサ５の接合するときの工程について説明する。

まず、図１３（ａ）に示すように、各実施の形態の上基板３ａ，３３ａの一端縁部６ａと他端縁部６ｂにそれぞれスペーサ５，５を配置して、上基板３ａ，３３ａとスペーサ５，５を接合する。このとき、これらの接合には、上述したように陽極接合を用いている。陽極接合では、まず、図示しない直流電源のマイナス端子をスペーサ５に接続するとともに、直流電源のプラス端子をシリコン層４ａに接続する。次に、スペーサ５を例えば数百℃程度に加熱しつつ、スペーサ５とシリコン層４ａとの間に直流電圧を例えば数百Ｖ程度印加する。スペーサ５を加熱することにより、スペーサ５（ガラス）内のアルカリ金属のプラスイオン（例えばナトリウムイオン（Ｎａ⁺ ））が移動しやすくなる。このアルカリ金属のプラスイオンがスペーサ５内を移動することにより、相対的にスペーサ５におけるシリコン層４ａとの接合面がマイナスに帯電する一方、シリコン層４ａにおけるスペーサ５との接合面がプラスに帯電する。この結果、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）とが電子対を共有する共有結合により、スペーサ５とシリコン層４ａ、つまり、上基板３ａ，３３ａとは強固に接合されることとなる。

次に、図１３（ｂ）に示すように、各実施の形態の下基板３ｂ，３３ｂの一端縁部６ａと他端縁部６ｂにそれぞれスペーサ５，５を配置して、下基板３ｂ，３３ｂとスペーサ５，５を接合する。この場合も、上述した上基板３ａ，３３ａとスペーサ５との接合と同様に、陽極接合により接合する。この結果、スペーサ５とシリコン層４ａ、つまり、下基板３ｂ，３３ｂとは強固に接合されることとなる。

なお、各実施の形態の上下の基板３ａ，３３ａ，３ｂ，３３ｂとスペーサ５との接合は、陽極接合以外に、例えば接着剤により接合するようにしてもよい。

また、上述した各実施の形態の製造方法は秤１，３１の一つに着目して説明しているが、実際の製造においては、図１４に示すように、複数の秤１，３１が同一シリコンウエハ５０上に形成されるため、最終工程として、個々の秤１，３１に分割するためのダイシング工程を実施する。

上述した製造方法によれば、第一及び第二の実施の形態における上下の基板３ａ，３３ａ，３ｂ，３３ｂは、それぞれの二酸化シリコン層４ｂを犠牲層として用いているため、クリアランスを容易に形成することができるようになり、各基板３ａ，３３ａ，３ｂ，３３ｂを所定形状に短時間で容易に加工することができるとともに、高精度加工が可能となる。

１…秤
２…ロバーバル機構
３ａ…第一の基板（上基板）
３ｂ…第二の基板（下基板）
４ａ…シリコン層
４ｂ…二酸化シリコン層
５…スペーサ
６ａ…一端縁部
６ｂ…他端縁部
７…固定部
１０…中間部
１１…バネ部
１２…可動部
１６…ロバーバル部
Ｍ₁ ，Ｍ₂ ，Ｍ₃ ，Ｍ₄ …マスク

Claims (4)

1. 固定部（７）と、前記固定部に対向して設けられた可動部（１２）と、前記固定部と前記可動部の間に設けられ、被計量物の荷重を受けて前記可動部を上下に移動させるロバーバル部（１６）と、からなるロバーバル機構（２）を備え、前記ロバーバル機構の変位量に基づいて前記被計量物の荷重を検出し、該被計量物の質量を測定する秤（１）において、
   前記ロバーバル機構が、
   前記固定部となるように固定された一端縁部（６ａ）と、前記一端縁部と対向する他端縁部（６ｂ）と、前記一端縁部と前記他端縁部の間を連結する二つの端縁部（６ｃ，６ｃ）と、から形成されたフレーム（６）と、
   前記他端縁部の内縁から前記一端縁部の内縁に向けて延出し、その先端が前記可動部となるように自由端とされた中間部（１０）と、を有し、
   前記ロバーバル部を構成するために、前記二つの端縁部のそれぞれの前記一端縁部側と前記他端縁部側の所定位置が薄厚加工されてなるバネ部（１１）が形成された第一の基板（３ａ）と、
   前記第一の基板と対面して配置され、前記固定部となるように固定された一端縁部（６ａ）と、前記一端縁部と対向する他端縁部（６ｂ）と、前記一端縁部と前記他端縁部の間を連結する二つの端縁部（６ｃ，６ｃ）と、から形成されたフレーム（６）を有し、
   前記ロバーバル部を構成するために、前記二つの端縁部のそれぞれの前記一端縁部側と前記他端縁部側の所定位置が薄厚加工されてなるバネ部（１１）が形成された第二の基板（３ｂ）と、
   前記第一の基板と前記第二の基板の間に設けられ、前記第一及び第二の基板の前記一端縁部の間及び前記他端縁部の間をそれぞれ連結させた二つのスペーサ（５，５）と、
   から構成されたことを特徴とする秤。
2. 前記第一及び第二の基板（３ａ，３ｂ）にはシリコン層（４ａ）とシリコン層（４ａ）の間に二酸化シリコン層（４ｂ）を有するＳＯＩ基板を用いたことを特徴とする請求項１記載の秤。
3. 前記スペーサ（５）がガラスからなり、前記第一及び第二の基板（３ａ，３ｂ）と前記スペーサが陽極接合により接合されたことを特徴とする請求項１又は２記載の秤。
4. 請求項２又は３記載の秤の製造方法において、
   前記第一の基板（３ａ）の一方の面に所定形状を得るためのマスク（Ｍ₁ ）を施し、該面の前記シリコン層（４ａ）を除去して所定形状の凹部を形成した後、前記マスクを除去する工程と、
   前記第一の基板の他方の面に所定形状を得るためのマスク（Ｍ₂ ）を施し、該面の前記シリコン層を除去して所定形状の凹部を形成した後、前記マスクを除去する工程と、
   前記第一の基板の一方及び他方の面にて露出している前記二酸化シリコン層（４ｂ）を除去する工程と、
   前記第二の基板（３ｂ）の一方の面に所定形状を得るためのマスク（Ｍ₃ ）を施し、該面の前記シリコン層（４ａ）を除去して所定形状の凹部を形成した後、前記マスクを除去する工程と、
   前記第二の基板の他方の面に所定形状を得るためのマスク（Ｍ₄ ）を施し、該面の前記シリコン層を除去して所定形状の凹部を形成した後、前記マスクを除去する工程と、
   前記第二の基板の一方及び他方の面にて露出している前記二酸化シリコン層（４ｂ）を除去する工程と、
   前記第一の基板の一方の面と前記スペーサ（５）を接合する工程と、
   前記第二の基板の一方又は他方のいずれかの面と前記スペーサを接合する工程と、
   を備えたことを特徴とする秤の製造方法。

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