JP5364599B2 - Scale and method for manufacturing the scale - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a scale for measuring the mass of an object to be weighed using a Roberval mechanism and a method for manufacturing the scale.
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。
As a conventional balance, there exists a force balance balance disclosed by the following
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。 In the force balance scale described above, when an object to be weighed such as a tablet or a capsule is placed on the weighing platform, a lever formed of a single crystal silicon material bends and a displacement occurs in the lever. The movable rod is urged in the direction to cancel the, and the weight value of the object to be weighed can be determined by detecting the urging force when the displacement amount becomes zero.
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。 However, the above-described conventional balance (Patent Document 1) has a drawback that it is difficult to downsize the entire balance because the structure of the urging mechanism is complicated. In addition, since the holding mechanism is made of a lightweight metal material such as aluminum and its processing accuracy is limited, further downsizing is severe. Furthermore, it has been difficult to ensure a certain spring performance from the biasing mechanism having a complicated structure.
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。 Therefore, the present invention has been made in view of the above situation, and enables high-precision machining of the spring portion as well as the entire balance, ensuring that the spring performance is constant, facilitating manufacture, and realizing further downsizing. It is an object of the present invention to provide a balance and a method for manufacturing the balance.
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。
Next, means for solving the above problems will be described with reference to the drawings corresponding to the embodiments.
The scale according to
The Roverval
One
An
In order to constitute the Roverval
One
In order to constitute the Roverval
Provided between the
It is characterized by comprising.
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。
The scale according to
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。
The scale according to claim 3 is characterized in that the
請求項４記載の秤の製造方法は、上記請求項２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。
Method for producing a scale according to claim 4, wherein, in the manufacturing method of the scale of the
A mask M 1 for obtaining a predetermined shape is applied to one surface of the
A mask M 2 for obtaining a predetermined shape is applied to the other surface of the
Removing the
A mask M 3 for obtaining a predetermined shape is applied to one surface of the
A mask M 4 for obtaining a predetermined shape is applied to the other surface of the
Removing the
Bonding one surface of the
A step of bonding the
It is characterized by having.
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。 According to the balance of the present invention, since the Roverval mechanism is composed of the first substrate, the second substrate, and a small number of members called spacers provided between these substrates, the structure of the balance is simplified, and the balance is simplified. Downsizing can be realized. In addition, since the spring portion is formed by processing the substrate to be thin, the spring portion, which is a particularly important part in configuring the Roverval mechanism, can be easily and highly accurately formed. It becomes possible to ensure a constant performance.
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。 In addition, by using SOI substrates for the first and second substrates, high-precision processing of the substrate by etching is possible using the silicon dioxide layer as a sacrificial layer. Thereby, processing accuracy of about 1 μm can be obtained. Note that, as in the prior art, a scale using a lightweight metal material such as aluminum (for example, the scale disclosed in Patent Document 1) has a processing accuracy of about 100 μm.
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。 Furthermore, since the first and second substrates and the spacer are joined by anodic bonding, a three-dimensional structure such as a Roverval mechanism can be easily obtained in a short time. This facilitates manufacturing.
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。 According to the scale manufacturing method of the present invention, since the first and second substrates use the respective silicon dioxide layers as sacrificial layers, the clearance can be easily formed. A predetermined shape can be easily machined in a short time, and high-precision machining can be performed.
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。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
The scale according to the present invention is a scale that measures the mass of an object to be weighed using a Roverval mechanism, and is mainly intended for measuring fine articles such as medicines.
「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。
"First embodiment"
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, this embodiment (balance 1) includes a
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。
As shown in FIG. 2, the upper and
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
On the two
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。
The tip (free end) of the
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。
The
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。
In addition, the
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。
Also in the
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。
The
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。
As shown in FIGS. 2 and 3, one
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。
This embodiment (balance 1) is a force balance scale in which each
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。
With reference to FIGS. 1-5, the operation | movement of the balance 1 (Roverval mechanism 2) when the mounting
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。
Further, as shown in FIG. 3, when the
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。
As shown in FIG. 4, in this embodiment (balance 1), when the
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。
As shown in FIG. 5, in this embodiment (balance 1), one input side of a capacitance sensor (C / V converter) 21 is connected to a
「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。
"Second embodiment"
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, the same or similar parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
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。
As shown in FIGS. 6 and 7, this embodiment (balance 31) includes a
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。
As the upper and
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。
Also in the
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。
As shown in FIGS. 7 and 8, one
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。
With reference to FIGS. 6 to 9, the operation of the scale 31 (the roval mechanism 32) when the
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。
Further, as shown in FIG. 8, at the DD line location in FIG. 6, when the
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。
As shown in FIG. 9, also in this embodiment (balance 31), the
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。 The circuit configuration of this embodiment (balance 31) is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG.
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。
According to the above-described first and second embodiments, the upper and
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。
Further, by using SOI substrates for the upper and
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。
Further, since the upper and
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。
In the first and second embodiments described above, the force balance is realized by separating the
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。 From here, the manufacturing method of 1st and 2nd embodiment mentioned above with reference to FIGS. 10-13 is demonstrated. Since the first and second embodiments have the same manufacturing process except that the shapes of the first substrates (upper substrates) 3a and 33a are different, each embodiment will be summarized below. explain.
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。
With reference to FIG. 10, the manufacturing process of the
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。
First, as shown in FIG. 10A, the above-described SOI substrate having the
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。
Next, as shown in FIG. 10E, a mask M 2 for obtaining a predetermined shape conforming to the shapes of the
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。
With reference to FIG. 11, the manufacturing process of lower board |
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。
First, as shown in FIG. 11A, the above-described SOI substrate having the
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。
Next, as shown in FIG. 11E, a mask M 4 for obtaining a predetermined shape conforming to the shape of the
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。
A manufacturing process of the
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。
First, as shown to Fig.12 (a), the
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。
Up to this point, the manufacturing method of the upper and
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。
Finally, with reference to FIG. 13, the process when the upper and
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。
First, as shown in FIG. 13A,
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。
Next, as shown in FIG. 13B,
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。
In addition, you may make it join the upper and lower board |
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。
Moreover, although the manufacturing method of each embodiment mentioned above paid attention to one of the
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。
According to the manufacturing method described above, the upper and
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
DESCRIPTION OF
3b ... Second substrate (lower substrate)
4a ...
Claims (4)
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。 A fixed part (7), a movable part (12) provided opposite to the fixed part, and provided between the fixed part and the movable part, receive the load of an object to be measured and move the movable part up and down And a Roverval mechanism (2) comprising a Roverval portion (16) to be moved to the balance, and detects a load of the object to be weighed based on a displacement amount of the Roverval mechanism and measures a mass of the object to be weighed ( In 1)
The Roberval mechanism is
The one end edge (6a) fixed so as to be the fixing section, the other end edge (6b) opposite to the one end edge, and the two connecting the one end edge and the other end edge One end edge (6c, 6c), and a frame (6) formed from,
An intermediate portion (10) extending from the inner edge of the other end edge portion toward the inner edge of the one end edge portion and having a free end so that the tip thereof becomes the movable portion;
In order to constitute the Roverval portion, a first spring portion (11) is formed in which predetermined positions on the one end edge side and the other end edge side of each of the two end edges are thinned. A substrate (3a) of
One end edge (6a) disposed to face the first substrate and fixed to be the fixed portion, the other end edge (6b) facing the one end edge, and the one end edge And two end edges (6c, 6c) connecting between the other end edges, and a frame (6) formed from
In order to constitute the Roverval part, a second spring part (11) is formed in which predetermined positions on the one end edge side and the other end edge side of each of the two end edges are thinned. A substrate (3b) of
Two spacers (5) provided between the first substrate and the second substrate and connecting between the one end edge and the other end edge of the first and second substrates, respectively. , 5) and
A scale characterized by comprising:
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。 The method of manufacturing a scale of claim 2 Symbol placement,
After applying a mask (M 1 ) for obtaining a predetermined shape on one surface of the first substrate (3a) and removing the silicon layer (4a) on the surface to form a concave portion of the predetermined shape, Removing the mask;
Applying a mask (M 2 ) for obtaining a predetermined shape on the other surface of the first substrate, removing the silicon layer on the surface to form a recess having a predetermined shape, and removing the mask; ,
Removing the silicon dioxide layer (4b) exposed on one and other surfaces of the first substrate;
A mask (M 3 ) for obtaining a predetermined shape is applied to one surface of the second substrate (3b), and the silicon layer (4a) on the surface is removed to form a recess having a predetermined shape. Removing the mask;
Applying a mask (M 4 ) for obtaining a predetermined shape on the other surface of the second substrate, removing the silicon layer on the surface to form a concave portion of the predetermined shape, and removing the mask; ,
Removing the silicon dioxide layer (4b) exposed on one and other surfaces of the second substrate;
Bonding one surface of the first substrate and the spacer (5);
Bonding one of the second substrate and the other surface to the spacer;
A method of manufacturing a balance, comprising:
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