JPH08145782A - 予負荷線形ビーム振動センサおよびその製造方法 - Google Patents
予負荷線形ビーム振動センサおよびその製造方法Info
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- JPH08145782A JPH08145782A JP7165556A JP16555695A JPH08145782A JP H08145782 A JPH08145782 A JP H08145782A JP 7165556 A JP7165556 A JP 7165556A JP 16555695 A JP16555695 A JP 16555695A JP H08145782 A JPH08145782 A JP H08145782A
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- G01P2015/0811—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
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- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0831—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 サイズの小さな、外付けの回路を必要としな
い、狭帯域の加速度センサであって、地震波のような低
い周波数にのみ反応しスイッチのような機能を持った加
速度センサを提供する。 【構成】 梁２と梁２の両端にそれぞれ設けた錘３と二
つの錘３の重心を結ぶ線の中間付近に支持点４を設けた
アンバランス型シーソー形状を有するシーソービームを
備えた予負荷線形ビーム振動センサ１において、前記支
持点４は、二つの錘３の重心を結ぶ線と平行で垂直方向
にはなれた線に沿って両錘３までの距離が若干異なる位
置に設けられるとともに、前記シーソービームの回動方
向を規制する規制手段６を設けた。
い、狭帯域の加速度センサであって、地震波のような低
い周波数にのみ反応しスイッチのような機能を持った加
速度センサを提供する。 【構成】 梁２と梁２の両端にそれぞれ設けた錘３と二
つの錘３の重心を結ぶ線の中間付近に支持点４を設けた
アンバランス型シーソー形状を有するシーソービームを
備えた予負荷線形ビーム振動センサ１において、前記支
持点４は、二つの錘３の重心を結ぶ線と平行で垂直方向
にはなれた線に沿って両錘３までの距離が若干異なる位
置に設けられるとともに、前記シーソービームの回動方
向を規制する規制手段６を設けた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロマシン技術を
用いて作製した地震を計測するための小型の加速度計
（Micro-Accelerometer）に関する。さらに、本発明
は、マイクロマシン技術を用いて作製した予負荷線形ビ
ーム振動センサ（アンバランスシーソー型振動センサ
ー）に関する。
用いて作製した地震を計測するための小型の加速度計
（Micro-Accelerometer）に関する。さらに、本発明
は、マイクロマシン技術を用いて作製した予負荷線形ビ
ーム振動センサ（アンバランスシーソー型振動センサ
ー）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス供給のための配管系では、大規模地
震発生時に各端末のガス機器を迅速かつ正確に遮断する
必要がある。このために、地震を計測検出する地震計を
各使用者端末に設け、この検出信号によって端末を遮断
するようにしている。
震発生時に各端末のガス機器を迅速かつ正確に遮断する
必要がある。このために、地震を計測検出する地震計を
各使用者端末に設け、この検出信号によって端末を遮断
するようにしている。
【０００３】地震を計測するための従来の加速度計は、
２種類のタイプに分けることができる。一つは小さな振
動子を持ち広い帯域にわたる振動を検出できる広帯域
（Broadband）加速度計であり、もう一つは地震の周波
数のみを検出できるように周波数特性を低周波数に限定
した挟帯域（Narrowband）加速度計である。これらの加
速度計は、いずれも、錘をスプリングを用いてフレーム
に支持する構造を持っており、錘とフレームの相対的な
位置の変化によって加速度を検出するものである。
２種類のタイプに分けることができる。一つは小さな振
動子を持ち広い帯域にわたる振動を検出できる広帯域
（Broadband）加速度計であり、もう一つは地震の周波
数のみを検出できるように周波数特性を低周波数に限定
した挟帯域（Narrowband）加速度計である。これらの加
速度計は、いずれも、錘をスプリングを用いてフレーム
に支持する構造を持っており、錘とフレームの相対的な
位置の変化によって加速度を検出するものである。
【０００４】地震波に含まれる低周波数の振動だけを検
出するために、低い共振周波数を持つ線形加速度計を実
現するためには加速度計自体の構造を大きくする必要が
ある。すなわち、例えば、１Hzの共振周波数の加速度計
を使用して１Hz以下の周波数で１００Galの加速度を検
出するには、加速度計の変位は２．５cmも必要であり、
線形のシステムを用いてこの変位を実現するには少なく
ても変位と同じ長さの振動子が必要となり、マイクロマ
シン技術を用いて加速度計を製作するメリットがなくな
ってしまう。
出するために、低い共振周波数を持つ線形加速度計を実
現するためには加速度計自体の構造を大きくする必要が
ある。すなわち、例えば、１Hzの共振周波数の加速度計
を使用して１Hz以下の周波数で１００Galの加速度を検
出するには、加速度計の変位は２．５cmも必要であり、
線形のシステムを用いてこの変位を実現するには少なく
ても変位と同じ長さの振動子が必要となり、マイクロマ
シン技術を用いて加速度計を製作するメリットがなくな
ってしまう。
【０００５】また、地震波を計測する加速度計では、雑
音の影響を無くすために５Hz以上の加速度には反応すべ
きでない。従来の広帯域加速度計は、共振周波数の帯域
が通常１０００Hz以上と非常に高い。したがって、この
広帯域加速度計を用いて地震波を計測するときには、該
加速度計は、例えば、車の振動などの地震以外の振動も
地震波と同様に誤って認識してしまう問題がある。この
問題を解決するために、該広帯域加速度計には、検出信
号から高周波成分を取り除き、地震信号のみを取り出す
ための電気的なフィルターが必要であった。
音の影響を無くすために５Hz以上の加速度には反応すべ
きでない。従来の広帯域加速度計は、共振周波数の帯域
が通常１０００Hz以上と非常に高い。したがって、この
広帯域加速度計を用いて地震波を計測するときには、該
加速度計は、例えば、車の振動などの地震以外の振動も
地震波と同様に誤って認識してしまう問題がある。この
問題を解決するために、該広帯域加速度計には、検出信
号から高周波成分を取り除き、地震信号のみを取り出す
ための電気的なフィルターが必要であった。
【０００６】図１５に、現在ガスメーターに使用されて
いる地震センサーの原理的な構造を示す。この地震セン
サ１００は、漏斗状のくぼみ１３０を底部１２０の中心
部に設けた容器１１０内に鋼球１５０を収納したもの
で、容器１１０に加速度が加わると鋼球１５０がくぼみ
１３０の傾斜１３１をかけのぼり、容器１１０の周壁１
４０に設けた電極１４１に当たって該電極１４１と底面
に設けた電極１２１とを短絡して所定値以上の加速度が
加わったことを示す信号を出力するようになっている。
いる地震センサーの原理的な構造を示す。この地震セン
サ１００は、漏斗状のくぼみ１３０を底部１２０の中心
部に設けた容器１１０内に鋼球１５０を収納したもの
で、容器１１０に加速度が加わると鋼球１５０がくぼみ
１３０の傾斜１３１をかけのぼり、容器１１０の周壁１
４０に設けた電極１４１に当たって該電極１４１と底面
に設けた電極１２１とを短絡して所定値以上の加速度が
加わったことを示す信号を出力するようになっている。
【０００７】縦軸に加速度（Gal）を横軸に変位（mm）
をとった図１６に示される動作特性を、この加速度セン
サは示す。すなわち、容器１１０の内径が２１．６mmで
あり、鋼球１５０の直径が１５．９mmであり、くぼみ１
３０の傾斜角αが６．４２°のとき、（５／７）・Ｍ・
g・sinα・cosαの加速度で鋼球は２．４７７mm変位し
検出信号を出力する。ここで、Ｍは球体の質量を、ｇは
動加速度を示す。
をとった図１６に示される動作特性を、この加速度セン
サは示す。すなわち、容器１１０の内径が２１．６mmで
あり、鋼球１５０の直径が１５．９mmであり、くぼみ１
３０の傾斜角αが６．４２°のとき、（５／７）・Ｍ・
g・sinα・cosαの加速度で鋼球は２．４７７mm変位し
検出信号を出力する。ここで、Ｍは球体の質量を、ｇは
動加速度を示す。
【０００８】地震計として用いる加速度計は、１〜５Hz
の振動数に対して８５〜１５０Ｇａｌの加速度の検出を
必要とし、雑音の影響を避けるために、５Ｈｚ以上では
振動数が１桁あがる毎に約６０dBの感度低下（roll-of
f）を必要とする。理想的な力−変位特性の一般系を図
１７を用いて説明する。同図は、縦軸に復元力（restor
ingforce）を示し、横軸に変位量（displacement）を示
している。この力−変位特性は、加速度が小さい時点で
は、バネは非常に硬く、錘はフレームとともに移動する
ので、錘とフレームの間に相対的な変位は生ぜず、加速
度が閾値に達すると、閾値力（地震計の錘の質量×加速
度の閾値）を超えるためバネが軟らかくなり、低周波の
みを感知するという所望の感度が得られる。
の振動数に対して８５〜１５０Ｇａｌの加速度の検出を
必要とし、雑音の影響を避けるために、５Ｈｚ以上では
振動数が１桁あがる毎に約６０dBの感度低下（roll-of
f）を必要とする。理想的な力−変位特性の一般系を図
１７を用いて説明する。同図は、縦軸に復元力（restor
ingforce）を示し、横軸に変位量（displacement）を示
している。この力−変位特性は、加速度が小さい時点で
は、バネは非常に硬く、錘はフレームとともに移動する
ので、錘とフレームの間に相対的な変位は生ぜず、加速
度が閾値に達すると、閾値力（地震計の錘の質量×加速
度の閾値）を超えるためバネが軟らかくなり、低周波の
みを感知するという所望の感度が得られる。
【０００９】地震の加速度がかかったとき検出素子があ
まり大きく変形しないものとするためには、検出素子の
大きさは小さくなければならない。すなわち、マイクロ
マシン技術を用いて加速度計を製作することによってメ
リットが生じる。さらに、高価な低周波通過型電気式フ
ィルタ（low pass electric filter）が必要となるのを
避けるため、地震波を計測する加速度計自体が約１〜５
Hzの狭い検出帯域幅を持たねばならない。
まり大きく変形しないものとするためには、検出素子の
大きさは小さくなければならない。すなわち、マイクロ
マシン技術を用いて加速度計を製作することによってメ
リットが生じる。さらに、高価な低周波通過型電気式フ
ィルタ（low pass electric filter）が必要となるのを
避けるため、地震波を計測する加速度計自体が約１〜５
Hzの狭い検出帯域幅を持たねばならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、サイズの小
さな、外付けの回路を必要としない、狭帯域の加速度セ
ンサであって、地震波のような低い周波数にのみ反応し
スイッチのような機能を持った加速度センサを提供する
ことを目的とする。
さな、外付けの回路を必要としない、狭帯域の加速度セ
ンサであって、地震波のような低い周波数にのみ反応し
スイッチのような機能を持った加速度センサを提供する
ことを目的とする。
【００１１】具体的には、本発明は、地震を測定するた
めに、周波数特性が０−１０Hz、閾値加速度は１５０Ga
lであり、非常に小型で安価であり、３Ｖで駆動した時
に２μA以下の電流が流れる程度の低い電力しか消耗し
ない加速度センサを提供することを目的とする。さら
に、本発明は、閾値加速度を越えたときのみ、信号を出
力する加速度センサを提供することを目的とする。
めに、周波数特性が０−１０Hz、閾値加速度は１５０Ga
lであり、非常に小型で安価であり、３Ｖで駆動した時
に２μA以下の電流が流れる程度の低い電力しか消耗し
ない加速度センサを提供することを目的とする。さら
に、本発明は、閾値加速度を越えたときのみ、信号を出
力する加速度センサを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による予付加線形ビーム振動センサは、各端
にそれぞれ錘を有すると共に、当該両錘の重心を結ぶ線
と平行でかつ垂直方向にずれた線に沿って、両錘からの
距離が若干異なる点に支持点を有するシーソービーム
と、このシーソービームの回動方向を規制する規制手段
とからなることを特徴とする。
に、本発明による予付加線形ビーム振動センサは、各端
にそれぞれ錘を有すると共に、当該両錘の重心を結ぶ線
と平行でかつ垂直方向にずれた線に沿って、両錘からの
距離が若干異なる点に支持点を有するシーソービーム
と、このシーソービームの回動方向を規制する規制手段
とからなることを特徴とする。
【００１３】また、上記目的を達成するために、本発明
は、梁の中央付近に支持点を有し両端に錘を備えたアン
バランス型シーソ形状のシーソービームを有し、前記支
持点は、二つの錘の重心を結んだ直線に平行でかつ垂直
方向にずれた線に沿って錘の重心からの距離が若干異な
る点に設けられており、前記シーソービームの回動方向
を規制する規制手段が設けられた予負荷線形ビーム振動
センサと、前記梁と支持点と規制手段が設けられた本体
部と、前記本体部に接合され、前記シーソービームが回
動時に接する電極を有するキャップとから構成した。
は、梁の中央付近に支持点を有し両端に錘を備えたアン
バランス型シーソ形状のシーソービームを有し、前記支
持点は、二つの錘の重心を結んだ直線に平行でかつ垂直
方向にずれた線に沿って錘の重心からの距離が若干異な
る点に設けられており、前記シーソービームの回動方向
を規制する規制手段が設けられた予負荷線形ビーム振動
センサと、前記梁と支持点と規制手段が設けられた本体
部と、前記本体部に接合され、前記シーソービームが回
動時に接する電極を有するキャップとから構成した。
【００１４】さらに、本発明は、梁の中心付近に支持点
を有し両端に錘を備えたアンバランス型シーソー形状の
シーソービームを有する予負荷線形ビーム振動センサの
製造方法を、互いに平行な２本の梁と，該２本の梁の端
部を互いに接ぎ合せる二つの錘と，前記二つの錘からの
距離が若干異なる位置で前記梁から延出する回転杆とを
基板上に酸化膜を介して一体に作製する工程と、前記梁
に設けられた前記回転杆を酸化膜を覆うように基板上に
ヒンジを設ける工程と、前記シーソービームの下部の基
板をエッチングしてシーソーの回動空間を形成する工程
と、前記シーソービームに設けられた酸化膜を除去して
該シーソービームを前記ヒンジ内で移動可能にする工程
とから構成した。
を有し両端に錘を備えたアンバランス型シーソー形状の
シーソービームを有する予負荷線形ビーム振動センサの
製造方法を、互いに平行な２本の梁と，該２本の梁の端
部を互いに接ぎ合せる二つの錘と，前記二つの錘からの
距離が若干異なる位置で前記梁から延出する回転杆とを
基板上に酸化膜を介して一体に作製する工程と、前記梁
に設けられた前記回転杆を酸化膜を覆うように基板上に
ヒンジを設ける工程と、前記シーソービームの下部の基
板をエッチングしてシーソーの回動空間を形成する工程
と、前記シーソービームに設けられた酸化膜を除去して
該シーソービームを前記ヒンジ内で移動可能にする工程
とから構成した。
【００１５】本発明は、梁の中央付近に支持点を有し両
端に錘を備えたアンバランス型シーソ形状のシーソービ
ームを有する予負荷線形ビーム振動センサの製造方法
を、互いに平行な２本の梁と，該２本の梁の端部を互い
に接ぎ合せる二つの錘と，前記二つの錘からの距離が若
干異なる位置で前記梁から延出する回転杆とを基板上に
酸化物層を介して一体に作成する工程と、前記梁に設け
られた前記回転杆を酸化膜を介して覆うように基板上に
ヒンジを設ける工程と、前記回転杆と前記ヒンジとの間
に窒化珪素（ＳiＮx）からなる潤滑層を設ける工程と、
前記シーソービームの下部の基板をエッチングしてシー
ソーの回動空間を形成する工程と、前記シーソービーム
に設けられた酸化膜を排除して該シーソービームを前記
基板および前記ヒンジから浮かせる工程とから構成し
た。
端に錘を備えたアンバランス型シーソ形状のシーソービ
ームを有する予負荷線形ビーム振動センサの製造方法
を、互いに平行な２本の梁と，該２本の梁の端部を互い
に接ぎ合せる二つの錘と，前記二つの錘からの距離が若
干異なる位置で前記梁から延出する回転杆とを基板上に
酸化物層を介して一体に作成する工程と、前記梁に設け
られた前記回転杆を酸化膜を介して覆うように基板上に
ヒンジを設ける工程と、前記回転杆と前記ヒンジとの間
に窒化珪素（ＳiＮx）からなる潤滑層を設ける工程と、
前記シーソービームの下部の基板をエッチングしてシー
ソーの回動空間を形成する工程と、前記シーソービーム
に設けられた酸化膜を排除して該シーソービームを前記
基板および前記ヒンジから浮かせる工程とから構成し
た。
【００１６】
【作用】シーソービームの支持点の位置を、二つの錘の
重心を結んだ直線に平行な線に沿って二つの錘からの距
離が若干異なる位置に設けることによって、ビームはメ
カニカルストッパーで支えられることで力学的に釣り合
って静止しており、メカニカルストッパーの支える力よ
り大きい加速度が働いたときに、ビームはメカニカルス
トッパーから離れる方向に動くことが可能となる。も
し、重心点でビームを支さえた場合は、外部加速度によ
ってビームが回転するので、その回転角を測定すること
が必要で、その測定によって加速度の大きさを決定する
のに対して、ずらして支えることにより、あらかじめ設
計した閾値加速度以上の加速度が入力されたときのみ、
このセンサーは回転するので、ビームが動いたかどうか
を測定するだけで地震を検知できる。
重心を結んだ直線に平行な線に沿って二つの錘からの距
離が若干異なる位置に設けることによって、ビームはメ
カニカルストッパーで支えられることで力学的に釣り合
って静止しており、メカニカルストッパーの支える力よ
り大きい加速度が働いたときに、ビームはメカニカルス
トッパーから離れる方向に動くことが可能となる。も
し、重心点でビームを支さえた場合は、外部加速度によ
ってビームが回転するので、その回転角を測定すること
が必要で、その測定によって加速度の大きさを決定する
のに対して、ずらして支えることにより、あらかじめ設
計した閾値加速度以上の加速度が入力されたときのみ、
このセンサーは回転するので、ビームが動いたかどうか
を測定するだけで地震を検知できる。
【００１７】ちなみに、ずれの量と閾値加速度の関係は
以下のとおり示される。図１４において、閾値加速度Ａ
ccTは、ＡccT＝g・d/d2で定義できる。つまり、このセン
サーが動作する閾値加速度ＡccTはｄ、ｄ2を設計時に調
整することで自由に変更することができる。
以下のとおり示される。図１４において、閾値加速度Ａ
ccTは、ＡccT＝g・d/d2で定義できる。つまり、このセン
サーが動作する閾値加速度ＡccTはｄ、ｄ2を設計時に調
整することで自由に変更することができる。
【００１８】シーソービームの支持点の位置を、二つの
錘の重心を結んだ直線の上下方向のいずれかにずれて設
けたことによって、ビームの実効的な回転半径を［（ビ
ームの長さ×１／２）2＋（垂直方向の偏心）2］の平方
根として、実際のビーム長より長くすることができ、低
い周波数のみに感度を持つ小型の装置を作製することが
できる。
錘の重心を結んだ直線の上下方向のいずれかにずれて設
けたことによって、ビームの実効的な回転半径を［（ビ
ームの長さ×１／２）2＋（垂直方向の偏心）2］の平方
根として、実際のビーム長より長くすることができ、低
い周波数のみに感度を持つ小型の装置を作製することが
できる。
【００１９】
【実施例】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサ
は、中心付近に支持点を有し両端に錘を備えたアンバラ
ンス型シーソーの形状を有することを特徴とし、さら
に、支持点が、二つの錘の中心を結んだ直線に平行であ
ってかなり上方に離れている線に沿ってにその中間点か
ら僅かずれて偏心して設けられていることに特徴があ
る。ここで、水平方向の偏心距離をｄとし、垂直方向の
偏心距離をｄ2とする。
は、中心付近に支持点を有し両端に錘を備えたアンバラ
ンス型シーソーの形状を有することを特徴とし、さら
に、支持点が、二つの錘の中心を結んだ直線に平行であ
ってかなり上方に離れている線に沿ってにその中間点か
ら僅かずれて偏心して設けられていることに特徴があ
る。ここで、水平方向の偏心距離をｄとし、垂直方向の
偏心距離をｄ2とする。
【００２０】このアンバランス型シーソーの原理を構造
を図１４に示す。アンバランス型シーソー１は、長さｌ
の非常に堅い梁２と、その両端に設けた等しい重さ（Ｍ
／２）を持つ二つの錘３，３と、二つの錘の重心１１か
ら距離ｄ偏心した位置で梁を支持する支持点４と、シー
ソーの一方向への運動を規制するメカニカルストッパ６
から構成され、前記支持点４は、二つの錘３，３の重心
を結んだ線から距離ｄ2だけ上方に位置して設けられ
る。
を図１４に示す。アンバランス型シーソー１は、長さｌ
の非常に堅い梁２と、その両端に設けた等しい重さ（Ｍ
／２）を持つ二つの錘３，３と、二つの錘の重心１１か
ら距離ｄ偏心した位置で梁を支持する支持点４と、シー
ソーの一方向への運動を規制するメカニカルストッパ６
から構成され、前記支持点４は、二つの錘３，３の重心
を結んだ線から距離ｄ2だけ上方に位置して設けられ
る。
【００２１】このアンバランス型シーソーにおいて、支
持点４は摩擦を持たない、梁２は堅く質量を持たない、
錘は質点であり互いにＭ／２の重さを持つと仮定し、静
止位置からの角変位をθ、全錘の質量をＭ、重力加速度
をｇ、地震による横方向の加速度をacc、ダンピング係
数をＣ、支持点４回りの慣性モーメントをＩ、とする
と、このアンバランス型シーソーは、下記の（１）式に
示した運動方程式に従う。なお、シーソーがメカニカル
ストッパ６に触れると、メカニカルストッパがシーソー
に力を及ぼすことがある、この力は、式（１）に入れて
いない。すなわち、運動方程式は、シーソーがもはやメ
カニカルストッパに触れていないとき、あるいは、スト
ッパがなんら力を及ぼさないときにのみ成立する。
持点４は摩擦を持たない、梁２は堅く質量を持たない、
錘は質点であり互いにＭ／２の重さを持つと仮定し、静
止位置からの角変位をθ、全錘の質量をＭ、重力加速度
をｇ、地震による横方向の加速度をacc、ダンピング係
数をＣ、支持点４回りの慣性モーメントをＩ、とする
と、このアンバランス型シーソーは、下記の（１）式に
示した運動方程式に従う。なお、シーソーがメカニカル
ストッパ６に触れると、メカニカルストッパがシーソー
に力を及ぼすことがある、この力は、式（１）に入れて
いない。すなわち、運動方程式は、シーソーがもはやメ
カニカルストッパに触れていないとき、あるいは、スト
ッパがなんら力を及ぼさないときにのみ成立する。
【００２２】
【数１】
【００２３】ここで、ｄ≪ｌが有効であるとすると、慣
性モーメントは下記の（２）式のように近似できる。
性モーメントは下記の（２）式のように近似できる。
【００２４】
【数２】
【００２５】そして、変位ｘ(t)は支持点４を中心とす
る円に沿った錘３，３の動きであり、（３）式で示され
る。
る円に沿った錘３，３の動きであり、（３）式で示され
る。
【００２６】
【数３】
【００２７】静止位置からのずれが小さいと仮定する
と、sinθ≒θ、cosθ≒１であるから、（１）式は、
（４）式で示される。
と、sinθ≒θ、cosθ≒１であるから、（１）式は、
（４）式で示される。
【００２８】
【数４】
【００２９】（２）式から、Ｉを導入すると（４）式
は、（５）式で示される。
は、（５）式で示される。
【００３０】
【数５】
【００３１】この運動方程式は、非線形となるが、ｇは
入力加速度に比較して１０倍以上大きいこととｄ2はｄ
に比べて非常に大きいため、ｄ2ｇ項はｄacc項に比べて
非常に大きく（５）式は（６）式のように書き直すこと
ができる。
入力加速度に比較して１０倍以上大きいこととｄ2はｄ
に比べて非常に大きいため、ｄ2ｇ項はｄacc項に比べて
非常に大きく（５）式は（６）式のように書き直すこと
ができる。
【００３２】
【数６】
【００３３】ここで（６）式に（３）式のｘ(t)を用い
ると、（７）式が得られる。
ると、（７）式が得られる。
【００３４】
【数７】
【００３５】（７）式は、線形解析を行うための運動方
程式であり、係数λは（８）式で表される。
程式であり、係数λは（８）式で表される。
【００３６】
【数８】
【００３７】この方程式では、共振周波数はシーソーの
大きさによって決定され、シーソーの錘によっては決ま
らない。右辺のｇ・（ｄ／ｄ2）項は、シーソーが動き
だすための加速度の最小値を示している。従って、シー
ソーの大きさを適宜選択し、摩擦のない支点を持つよう
にすれば、地震の振動を検知してそれより高い周波数に
は反応しない低共振周波数の構造を得ることができる。
大きさによって決定され、シーソーの錘によっては決ま
らない。右辺のｇ・（ｄ／ｄ2）項は、シーソーが動き
だすための加速度の最小値を示している。従って、シー
ソーの大きさを適宜選択し、摩擦のない支点を持つよう
にすれば、地震の振動を検知してそれより高い周波数に
は反応しない低共振周波数の構造を得ることができる。
【００３８】以下、本発明に係る予負荷線形ビーム振動
センサの具体的な構成を図１および図２ならびに図３用
いて説明する。図１は、予負荷線形ビーム振動センサの
構造の縦断面を示す模式図であり、スケールどおりに構
造を示すものではない。図２は図１のＡ−Ａ線で示され
る面の断面図であり、図３は、図２の要部を拡大して示
した図である。
センサの具体的な構成を図１および図２ならびに図３用
いて説明する。図１は、予負荷線形ビーム振動センサの
構造の縦断面を示す模式図であり、スケールどおりに構
造を示すものではない。図２は図１のＡ−Ａ線で示され
る面の断面図であり、図３は、図２の要部を拡大して示
した図である。
【００３９】本発明の予負荷線形ビーム振動センサ１
は、シーソー部５を備えたシリコン基板７と、電極９を
備えたガラスカップ８とを陽極接合１０して構成され
る。シーソー部５は、シリコン基板７の中心部に設けた
堤状部７２上に設けたヒンジ部４に支持されたヒンジポ
スト（回転杆）２４を有する梁２と、梁２の両端部に設
けた錘３，３とから構成される。片方の錘３の下方には
メカニカルストップ６が形成され、シーソービーム５が
反時計方向に回動することを規制している。
は、シーソー部５を備えたシリコン基板７と、電極９を
備えたガラスカップ８とを陽極接合１０して構成され
る。シーソー部５は、シリコン基板７の中心部に設けた
堤状部７２上に設けたヒンジ部４に支持されたヒンジポ
スト（回転杆）２４を有する梁２と、梁２の両端部に設
けた錘３，３とから構成される。片方の錘３の下方には
メカニカルストップ６が形成され、シーソービーム５が
反時計方向に回動することを規制している。
【００４０】シリコン基板７には細長い溝（Cavity）７
１が形成されており、この溝７１を横断するように略中
央部付近に堤状部７２が設けられている。この堤状部７
２の頂部の平坦部７３に梁２を支持するヒンジ部４が設
けられる。
１が形成されており、この溝７１を横断するように略中
央部付近に堤状部７２が設けられている。この堤状部７
２の頂部の平坦部７３に梁２を支持するヒンジ部４が設
けられる。
【００４１】平行して設けられた２本の梁２は、それぞ
れポリシリコンを用いて形成される。平行して設けられ
ている梁２の両端部には２本の梁を連結する形でそれぞ
れ錘３がポリシリコンを用いて一体に設けられている。
梁２の中心部付近に立上り部２１が設けられ、支持点４
が錘３よりも距離ｄ2だけ上に存在するように構成され
ている。２つの梁２の両端に設けた２つの錘３の重心１
１から距離ｄだけはなれた個所にはそれぞれヒンジポス
ト２４が内側に向けて設けられている。ヒンジポスト２
４はヒンジ部４に回転可能に支持されている。
れポリシリコンを用いて形成される。平行して設けられ
ている梁２の両端部には２本の梁を連結する形でそれぞ
れ錘３がポリシリコンを用いて一体に設けられている。
梁２の中心部付近に立上り部２１が設けられ、支持点４
が錘３よりも距離ｄ2だけ上に存在するように構成され
ている。２つの梁２の両端に設けた２つの錘３の重心１
１から距離ｄだけはなれた個所にはそれぞれヒンジポス
ト２４が内側に向けて設けられている。ヒンジポスト２
４はヒンジ部４に回転可能に支持されている。
【００４２】梁２の断面形状を図４に示す。梁２の断面
形状は、頂部が外側に折れてリップを形成している略Ｕ
字型をしており、梁２の長手方向に延びる帯状の底部２
２の両側部に立上り部２３が形成され、この立上り部２
３の上端は、外側に折り曲げられてリップ部２５を形成
し中央に溝２６が形成されている。このような梁の構造
は、製造方法に関する説明で詳述するように、梁の材料
であるポリシリコンを成膜する前に反応性イオンエッチ
ングによってシリコン基板に型溝（Groove）を掘ってお
くことによって製作することができる。この断面形状と
することによって、縦方向および横方向に堅い梁２を形
成することができる。
形状は、頂部が外側に折れてリップを形成している略Ｕ
字型をしており、梁２の長手方向に延びる帯状の底部２
２の両側部に立上り部２３が形成され、この立上り部２
３の上端は、外側に折り曲げられてリップ部２５を形成
し中央に溝２６が形成されている。このような梁の構造
は、製造方法に関する説明で詳述するように、梁の材料
であるポリシリコンを成膜する前に反応性イオンエッチ
ングによってシリコン基板に型溝（Groove）を掘ってお
くことによって製作することができる。この断面形状と
することによって、縦方向および横方向に堅い梁２を形
成することができる。
【００４３】さらに、梁２は、後述する溝７１を形成す
る時に梁２の影の干渉を受けずに梁２の下のシリコン基
板が均一に掘り下げられるように、その長手方向に浅い
ジグザグ状に形成されている。また、図５に見られるよ
うに、錘３の周囲にある梁２の部分は浅いジグザグ状に
形成されるとともに、溝７１を形成するときに錘３の影
の干渉を受けずに錘３の下のシリコン基板が均一に掘り
下げられるようにスリット３１が設けられている。
る時に梁２の影の干渉を受けずに梁２の下のシリコン基
板が均一に掘り下げられるように、その長手方向に浅い
ジグザグ状に形成されている。また、図５に見られるよ
うに、錘３の周囲にある梁２の部分は浅いジグザグ状に
形成されるとともに、溝７１を形成するときに錘３の影
の干渉を受けずに錘３の下のシリコン基板が均一に掘り
下げられるようにスリット３１が設けられている。
【００４４】ヒンジ部４の部分拡大図を図６に示す。図
６（Ａ）はヒンジ部４の平面図であり、図６（Ｂ）はそ
の断面図である。ヒンジ部４は、ヒンジ４０と、ヒンジ
ポスト２４とから構成される（一組のみ図示する）。ヒ
ンジ４０は、ヒンジ４０を堤状部７２の頂部７３に固定
するアンカー４１と、該アンカーから立ち上がったヒン
ジポスト受部４２とから構成される。ヒンジポスト２４
は、梁２から内側に向かって延びており、ヒンジ４０の
ヒンジポスト受部４２の空洞内にその内壁から間隙４３
を置いて収容されている。
６（Ａ）はヒンジ部４の平面図であり、図６（Ｂ）はそ
の断面図である。ヒンジ部４は、ヒンジ４０と、ヒンジ
ポスト２４とから構成される（一組のみ図示する）。ヒ
ンジ４０は、ヒンジ４０を堤状部７２の頂部７３に固定
するアンカー４１と、該アンカーから立ち上がったヒン
ジポスト受部４２とから構成される。ヒンジポスト２４
は、梁２から内側に向かって延びており、ヒンジ４０の
ヒンジポスト受部４２の空洞内にその内壁から間隙４３
を置いて収容されている。
【００４５】錘３をイオン注入などで導電性とするとと
もに、ガラスキャップ８に２つの電極９１，９２を製作
し、これらの電極に電圧を印加して、該電極９１，９２
と錘３の間にできるコンデンサーの容量の変化を測定す
ることによって、錘が動いたかどうか、判断することが
できる。
もに、ガラスキャップ８に２つの電極９１，９２を製作
し、これらの電極に電圧を印加して、該電極９１，９２
と錘３の間にできるコンデンサーの容量の変化を測定す
ることによって、錘が動いたかどうか、判断することが
できる。
【００４６】すなわち、一方の電極９１と錘３の間の容
量をＣｏとすれば、２つの電極９１，９２間の容量はＣ
ｏのコンデンサーが直列につながっているのと等価であ
るのでＣｏ／２となる。Ｃｏは錘と電極の距離に反比例
して変化するので、結局２つの電極９１，９２間の容量
の変化を測定すれば、錘が動いたかどうか、判断するこ
とができる。
量をＣｏとすれば、２つの電極９１，９２間の容量はＣ
ｏのコンデンサーが直列につながっているのと等価であ
るのでＣｏ／２となる。Ｃｏは錘と電極の距離に反比例
して変化するので、結局２つの電極９１，９２間の容量
の変化を測定すれば、錘が動いたかどうか、判断するこ
とができる。
【００４７】このような構成の予負荷線形ビーム振動セ
ンサは、回転半径ｒをかなり長い（長さｌ）梁と比較小
さい垂直方向偏心距離（ｄ2）を用いてｒ2＝（ｌ2＋
（ｄ2）2）とすることで、有効振幅を大きくすることが
できた。また、梁の質量に関係なく梁の長さを長くする
ことによってロールオフ特性を決めることができる。さ
らに、支持点４に、水平偏心と垂直偏心をとりいれたこ
とで、加速度の閾値（accｔ）をaccｔ＝ｇｄ／ｄ2と決
定することができる（式（７）参照）。
ンサは、回転半径ｒをかなり長い（長さｌ）梁と比較小
さい垂直方向偏心距離（ｄ2）を用いてｒ2＝（ｌ2＋
（ｄ2）2）とすることで、有効振幅を大きくすることが
できた。また、梁の質量に関係なく梁の長さを長くする
ことによってロールオフ特性を決めることができる。さ
らに、支持点４に、水平偏心と垂直偏心をとりいれたこ
とで、加速度の閾値（accｔ）をaccｔ＝ｇｄ／ｄ2と決
定することができる（式（７）参照）。
【００４８】図７を用いて、ヒンジポストとシーソービ
ームの重心の関係を説明する。図７は、これまでに説明
してきたヒンジポスト２４とヒンジポスト受部４２の位
置関係を上下逆にして実際に使用される状態で示してい
る。図７（Ａ）は、梁２が水平に保たれている状態を示
しており、図７（Ｂ）は、梁２が傾斜した状態を示して
いる。ここで、梁２の反時計方向の回転は機械的ストッ
パ６によって規制されている（図１参照）。
ームの重心の関係を説明する。図７は、これまでに説明
してきたヒンジポスト２４とヒンジポスト受部４２の位
置関係を上下逆にして実際に使用される状態で示してい
る。図７（Ａ）は、梁２が水平に保たれている状態を示
しており、図７（Ｂ）は、梁２が傾斜した状態を示して
いる。ここで、梁２の反時計方向の回転は機械的ストッ
パ６によって規制されている（図１参照）。
【００４９】梁２に外部加速度が加えられておらず、水
平に保たれている状態では、ヒンジポスト２４は、その
底面全体がヒンジポスト受部４２の底部４２−１に接し
て支えられており、ヒンジポスト受部４２の左右の壁面
４２−２，４２−３との間にはおよそそれぞれ１３００
Åの間隙を有している。梁２に外部加速度が加えられる
と偶力を生じ、ヒンジポスト２４は、その底面の一つの
稜線２４−１を中心として回転する。このとき、この稜
線２４−１がシーソービームの支持点４と成る。よっ
て、シーソービームの支点を重心と回転中心、すなわち
支持点との間で偏らせるには、シーソーがねじれたと
き、ヒンジポストの縁が実際の支持点になることを考慮
に入れる必要がある。
平に保たれている状態では、ヒンジポスト２４は、その
底面全体がヒンジポスト受部４２の底部４２−１に接し
て支えられており、ヒンジポスト受部４２の左右の壁面
４２−２，４２−３との間にはおよそそれぞれ１３００
Åの間隙を有している。梁２に外部加速度が加えられる
と偶力を生じ、ヒンジポスト２４は、その底面の一つの
稜線２４−１を中心として回転する。このとき、この稜
線２４−１がシーソービームの支持点４と成る。よっ
て、シーソービームの支点を重心と回転中心、すなわち
支持点との間で偏らせるには、シーソーがねじれたと
き、ヒンジポストの縁が実際の支持点になることを考慮
に入れる必要がある。
【００５０】次に、本発明に係る予負荷線形ビーム振動
センサの製造方法の例を、図８〜図１３を用いて以下に
説明する。図８は、シリコン基板７に溝７１の一部を形
成する工程を示している。まず、基板上に溝７１形成用
の酸化膜とアライメントマークを形成する工程を説明す
る。
センサの製造方法の例を、図８〜図１３を用いて以下に
説明する。図８は、シリコン基板７に溝７１の一部を形
成する工程を示している。まず、基板上に溝７１形成用
の酸化膜とアライメントマークを形成する工程を説明す
る。
【００５１】充分洗浄されて清浄となったシリコン基板
７は、１０００℃で酸素１ｌと水素１ｌの雰囲気の下で
ウエット酸化されて６０００Åの酸化膜５０が形成され
る。この上にレジストマスク６０を形成した後、ＢＨＦ
エッチングによって酸化膜５０をエッチングし、溝７１
用の穴７５とアライメントマーク用の穴７６を形成する
（図８（Ａ））。
７は、１０００℃で酸素１ｌと水素１ｌの雰囲気の下で
ウエット酸化されて６０００Åの酸化膜５０が形成され
る。この上にレジストマスク６０を形成した後、ＢＨＦ
エッチングによって酸化膜５０をエッチングし、溝７１
用の穴７５とアライメントマーク用の穴７６を形成する
（図８（Ａ））。
【００５２】この後、レジストマスク６０の剥離を行
い、前回と同様にウエット酸化を行い６０００のÅ酸化
膜５１を成長させた。このとき、前回のエッチング工程
で酸化膜をエッチングした部分すなわち溝７１用の穴７
５とアライメントマーク用の穴７６の部分にのみ６００
０Åの酸化膜５１が成長し、前回の酸化によって生じた
６０００Åの酸化膜が残っているところには最終的に約
８５００Åの酸化膜が形成される（図８（Ｂ））。これ
は、酸化反応は拡散が律速となっており、酸化膜が厚い
個所へ成長することが抑えられるからである。このよう
にして、ウエハ上に酸化膜を用いたアライメントマーク
が形成された。
い、前回と同様にウエット酸化を行い６０００のÅ酸化
膜５１を成長させた。このとき、前回のエッチング工程
で酸化膜をエッチングした部分すなわち溝７１用の穴７
５とアライメントマーク用の穴７６の部分にのみ６００
０Åの酸化膜５１が成長し、前回の酸化によって生じた
６０００Åの酸化膜が残っているところには最終的に約
８５００Åの酸化膜が形成される（図８（Ｂ））。これ
は、酸化反応は拡散が律速となっており、酸化膜が厚い
個所へ成長することが抑えられるからである。このよう
にして、ウエハ上に酸化膜を用いたアライメントマーク
が形成された。
【００５３】アライメントマーク７６の上にアライメン
ト保護用マスク６１を形成した後、酸化膜５１をＢＦＨ
を用いてエッチングを行い、６０００Åエッチングされ
たところでエッチングを終了する（図８（Ｃ））。次い
で、エッチング液にＥＤＰまたはＴＭＡＨなどの異方性
エッチング液を用いてエッチングを行い溝７１の一部を
形成した後、シリコン基板７についている酸化膜５０か
らなるエッチングマスクをＢＨＦを用いて３０分間エッ
チングして取り除いた（図８（Ｄ））。
ト保護用マスク６１を形成した後、酸化膜５１をＢＦＨ
を用いてエッチングを行い、６０００Åエッチングされ
たところでエッチングを終了する（図８（Ｃ））。次い
で、エッチング液にＥＤＰまたはＴＭＡＨなどの異方性
エッチング液を用いてエッチングを行い溝７１の一部を
形成した後、シリコン基板７についている酸化膜５０か
らなるエッチングマスクをＢＨＦを用いて３０分間エッ
チングして取り除いた（図８（Ｄ））。
【００５４】次いで、梁２を作製するための型溝（Groo
ve）を形成する工程を図９を用いて説明する。図９
（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｄ）は図２のＢ−Ｂ線の断
面図であり、図９（Ｃ）は図２のＣ−Ｃ線の断面図であ
る。ＳiＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから構成される１．４５Tor
r、３８０℃の雰囲気下でＰＥＣＶＤによってエッチン
グマスク用の窒化酸化シリコン膜５２を２μm成膜した
後、窒素雰囲気１０００℃で３０分アニールを行った。
次いで、レジストをコーティングした後コンタクト露光
および現像を行ってエッチング用レジストマスク６２を
形成した（図９（Ａ））。次いで、ＣＨＦ3、ＳＦ6から
構成される６０mTorrの雰囲気下でＲＩＥによって６０
分間窒化酸化膜５２をエッチングして型溝用マスクを形
成した（図９（Ｂ））。
ve）を形成する工程を図９を用いて説明する。図９
（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｄ）は図２のＢ−Ｂ線の断
面図であり、図９（Ｃ）は図２のＣ−Ｃ線の断面図であ
る。ＳiＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから構成される１．４５Tor
r、３８０℃の雰囲気下でＰＥＣＶＤによってエッチン
グマスク用の窒化酸化シリコン膜５２を２μm成膜した
後、窒素雰囲気１０００℃で３０分アニールを行った。
次いで、レジストをコーティングした後コンタクト露光
および現像を行ってエッチング用レジストマスク６２を
形成した（図９（Ａ））。次いで、ＣＨＦ3、ＳＦ6から
構成される６０mTorrの雰囲気下でＲＩＥによって６０
分間窒化酸化膜５２をエッチングして型溝用マスクを形
成した（図９（Ｂ））。
【００５５】次いで、該シリコン基板７を充分洗浄の
後、Ｃl2，ＳiＣl4の存在の下で１６０mTorrで９０分間
エッチングを行い深さ１５μmの溝７７を形成した（図
９（Ｃ））。次いで、窒化酸化シリコン膜５２をＢＨＦ
を用いてエッチングして全て取り除いた（図９
（Ｄ））。この図で、破線はシリコン基板７内に形成さ
れた型溝７７を示している。以上の工程で梁２形成用の
型溝７７が形成された。
後、Ｃl2，ＳiＣl4の存在の下で１６０mTorrで９０分間
エッチングを行い深さ１５μmの溝７７を形成した（図
９（Ｃ））。次いで、窒化酸化シリコン膜５２をＢＨＦ
を用いてエッチングして全て取り除いた（図９
（Ｄ））。この図で、破線はシリコン基板７内に形成さ
れた型溝７７を示している。以上の工程で梁２形成用の
型溝７７が形成された。
【００５６】以下、シーソービーム５を形成する工程を
図１０を用いて説明する。まず、前工程で梁２形成用の
型溝７７が形成されたシリコン基板７を酸素雰囲気下１
０５０℃で酸化して、基板７の上に酸化膜５３を１００
０Å成膜した。次いで、ＬＰＣＶＤ法によって窒化珪素
層（ＳiＮx）８１を成膜する（図１０（Ａ））。この層
は後に潤滑層として使用される。
図１０を用いて説明する。まず、前工程で梁２形成用の
型溝７７が形成されたシリコン基板７を酸素雰囲気下１
０５０℃で酸化して、基板７の上に酸化膜５３を１００
０Å成膜した。次いで、ＬＰＣＶＤ法によって窒化珪素
層（ＳiＮx）８１を成膜する（図１０（Ａ））。この層
は後に潤滑層として使用される。
【００５７】最終的に形成される梁２の下部にあたる部
分の窒化珪素層（ＳiＮx）８１をＲＩＥ法を用いてＳＦ
6のエッチングガスを用いてエッチングする（図１０
（Ｂ））。この後、基板７の全面にわたってＣＶＤ法に
よって酸化珪素膜５３を６０００Å成膜して窒化珪素層
（ＳiＮx）８１を酸化珪素膜５３の中に埋設する。
分の窒化珪素層（ＳiＮx）８１をＲＩＥ法を用いてＳＦ
6のエッチングガスを用いてエッチングする（図１０
（Ｂ））。この後、基板７の全面にわたってＣＶＤ法に
よって酸化珪素膜５３を６０００Å成膜して窒化珪素層
（ＳiＮx）８１を酸化珪素膜５３の中に埋設する。
【００５８】この上にＬＰＣＶＤ法によって、梁２と錘
３を形成するためのポリシリコン膜９０を２μｍ成膜す
る（図１０（Ｃ））。次いで、レジスト膜を形成した
後、露光および現像の工程を経てポリシリコン膜９０を
ＳＦ6を用いたＲＩＥ法によってエッチングして図２、
図３に示すような梁２と錘３のパターンのシーソービー
ム５を得る（図１０（Ｄ））。さらに、この上にＣＶＤ
法によって酸化珪素膜５３を１３００Å成膜してシーソ
ービーム５をも酸化膜５３内に埋設する（図１０
（Ｅ））。
３を形成するためのポリシリコン膜９０を２μｍ成膜す
る（図１０（Ｃ））。次いで、レジスト膜を形成した
後、露光および現像の工程を経てポリシリコン膜９０を
ＳＦ6を用いたＲＩＥ法によってエッチングして図２、
図３に示すような梁２と錘３のパターンのシーソービー
ム５を得る（図１０（Ｄ））。さらに、この上にＣＶＤ
法によって酸化珪素膜５３を１３００Å成膜してシーソ
ービーム５をも酸化膜５３内に埋設する（図１０
（Ｅ））。
【００５９】次ぎに、ヒンジ作成用のアンカーホールマ
スクの形成を図１１を用いて説明する。上記シーソービ
ーム５を埋設した基板７上に、常法に従って、レジスト
を形成し、露光および現像の工程を経てアンカーホール
マスク６３を形成する（図１１（Ａ））。次いで、ＲＩ
Ｅ法を用いて酸化膜５３をシリコン基板７に到達するま
でエッチングして、シリコン基板７の表面に達するアン
カーホール４４を形成した後、レジスト６３を剥離した
（図１１（Ｂ））。
スクの形成を図１１を用いて説明する。上記シーソービ
ーム５を埋設した基板７上に、常法に従って、レジスト
を形成し、露光および現像の工程を経てアンカーホール
マスク６３を形成する（図１１（Ａ））。次いで、ＲＩ
Ｅ法を用いて酸化膜５３をシリコン基板７に到達するま
でエッチングして、シリコン基板７の表面に達するアン
カーホール４４を形成した後、レジスト６３を剥離した
（図１１（Ｂ））。
【００６０】次いで、ヒンジ部の形成工程を図１２を用
いて説明する。前記アンカーホール４４を形成した基板
７上に前述と同様な窒化珪素膜８１を約１０００Åの厚
さ分成膜して潤滑層を形成した（図１２（Ａ））。図１
２（Ｂ）はヒンジポスト２４部分の拡大した断面を示し
ており、窒化珪素膜８１は、酸化膜５３の上面およびア
ンカーホール４４の内面と底部に形成されている。
いて説明する。前記アンカーホール４４を形成した基板
７上に前述と同様な窒化珪素膜８１を約１０００Åの厚
さ分成膜して潤滑層を形成した（図１２（Ａ））。図１
２（Ｂ）はヒンジポスト２４部分の拡大した断面を示し
ており、窒化珪素膜８１は、酸化膜５３の上面およびア
ンカーホール４４の内面と底部に形成されている。
【００６１】次いで、この上にＬＰＣＶＤ法を用いてポ
リシリコン膜９１を２μm成膜した（図１２（Ｃ））。
次いで、ヒンジマスクを常法に従って作成した後、ＲＩ
Ｅを用いてポリシリコン膜９１および窒化珪素膜８１を
エッチングしてヒンジ４０を形成した（図１２
（Ｄ））。ヒンジ４０の内面は窒化珪素膜（グリースナ
イトライド）８１で覆われており、ヒンジポスト２４と
ヒンジ４０との摩擦を小さくする役目を果たす。また、
ヒンジポスト２４とヒンジ４０との間に介在する酸化膜
５３は最終的に除去されて両者の間の間隙４３を形成す
る。
リシリコン膜９１を２μm成膜した（図１２（Ｃ））。
次いで、ヒンジマスクを常法に従って作成した後、ＲＩ
Ｅを用いてポリシリコン膜９１および窒化珪素膜８１を
エッチングしてヒンジ４０を形成した（図１２
（Ｄ））。ヒンジ４０の内面は窒化珪素膜（グリースナ
イトライド）８１で覆われており、ヒンジポスト２４と
ヒンジ４０との摩擦を小さくする役目を果たす。また、
ヒンジポスト２４とヒンジ４０との間に介在する酸化膜
５３は最終的に除去されて両者の間の間隙４３を形成す
る。
【００６２】次に、シーソービーム５をシリコン基板７
から浮かせる工程について図１３を用いて説明する。前
記ヒンジ４０を形成したシリコン基板７の上にＣＶＤ法
によって酸化珪素膜５３を膜厚５０００Åに成膜する
（図１３（Ａ））。常法に従って、レジストを形成し露
光および現像の後、ＲＩＥ法によって酸化膜５３のエッ
チングを行ない酸化膜５３で周囲が覆われたシーソービ
ーム５を形成した（図１３（Ｂ））後、酸素雰囲気の下
でレジストを剥離する。このときシーソービーム５は酸
化膜５３を介してシリコン基板７の上に固定されている
ので、作業にはなんら問題を生じない。
から浮かせる工程について図１３を用いて説明する。前
記ヒンジ４０を形成したシリコン基板７の上にＣＶＤ法
によって酸化珪素膜５３を膜厚５０００Åに成膜する
（図１３（Ａ））。常法に従って、レジストを形成し露
光および現像の後、ＲＩＥ法によって酸化膜５３のエッ
チングを行ない酸化膜５３で周囲が覆われたシーソービ
ーム５を形成した（図１３（Ｂ））後、酸素雰囲気の下
でレジストを剥離する。このときシーソービーム５は酸
化膜５３を介してシリコン基板７の上に固定されている
ので、作業にはなんら問題を生じない。
【００６３】次いで、シーソービーム５の下のシリコン
７をＴＭＡＨ７０Ｃを用いてエッチングして、溝７１を
形成する（図１３（Ｃ））。ＣＶＤ法によって成膜され
さらにアニールされた酸化珪素膜５３は、６時間以上に
及ぶＴＭＡＨによるシリコンエッチングにも耐久性を示
した。次いで、シーソービーム５およびヒンジ部４を覆
っている酸化膜５３をフッ酸を用いてエッチングして、
シーソービーム５を浮上させて予負荷線形ビーム振動セ
ンサ１の本体部下部が完成する（図１３（Ｄ））。その
後、この本体部下部に溝７１を覆うように電極９を形成
したガラスカップ８を陽極接合１０して、予負荷線形ビ
ーム振動センサ１が構成される。
７をＴＭＡＨ７０Ｃを用いてエッチングして、溝７１を
形成する（図１３（Ｃ））。ＣＶＤ法によって成膜され
さらにアニールされた酸化珪素膜５３は、６時間以上に
及ぶＴＭＡＨによるシリコンエッチングにも耐久性を示
した。次いで、シーソービーム５およびヒンジ部４を覆
っている酸化膜５３をフッ酸を用いてエッチングして、
シーソービーム５を浮上させて予負荷線形ビーム振動セ
ンサ１の本体部下部が完成する（図１３（Ｄ））。その
後、この本体部下部に溝７１を覆うように電極９を形成
したガラスカップ８を陽極接合１０して、予負荷線形ビ
ーム振動センサ１が構成される。
【００６４】
【発明の効果】本発明により、マイクロマシン技術を適
応して極めて小型の振動センサーを設計し、製作するこ
とが可能となり、非常に低価格に、しかも精密に、再現
性よくセンサーを提供することができる。さらに、アン
バランス型シーソー形状のシーソービームを採用したこ
とによって、マイクロマシン技術を適用して、小型か
つ、低周波数の振動のみを検出可能な振動センサを提供
することができる。
応して極めて小型の振動センサーを設計し、製作するこ
とが可能となり、非常に低価格に、しかも精密に、再現
性よくセンサーを提供することができる。さらに、アン
バランス型シーソー形状のシーソービームを採用したこ
とによって、マイクロマシン技術を適用して、小型か
つ、低周波数の振動のみを検出可能な振動センサを提供
することができる。
【００６５】さらに、本発明は、アンバランス型シーソ
ー形状のシーソービームを有する予負荷線形ビーム振動
検出装置を製造するマクロマシン技術を提供することが
できる。
ー形状のシーソービームを有する予負荷線形ビーム振動
検出装置を製造するマクロマシン技術を提供することが
できる。
【図１】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの構
成の概念を示す断面図。
成の概念を示す断面図。
【図２】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの図
１のＡ−Ａ線断面図。
１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明に係る図２の予負荷線形ビーム振動セン
サの部分を拡大して示す断面図。
サの部分を拡大して示す断面図。
【図４】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの梁
の断面形状を示す断面図。
の断面形状を示す断面図。
【図５】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの錘
の部分を拡大して示す平面図。
の部分を拡大して示す平面図。
【図６】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサのヒ
ンジ部を拡大して示す図。
ンジ部を拡大して示す図。
【図７】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサのヒ
ンジポストとシーソービームの重心との関係を示す図。
ンジポストとシーソービームの重心との関係を示す図。
【図８】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの製
造工程を示す図。
造工程を示す図。
【図９】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの第
２の製造工程を示す図。
２の製造工程を示す図。
【図１０】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの
第３の製造工程を示す図。
第３の製造工程を示す図。
【図１１】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの
第４の製造工程を示す図。
第４の製造工程を示す図。
【図１２】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの
第５の製造工程を示す図。
第５の製造工程を示す図。
【図１３】本発明に係る予負荷線形ビーム振動センサの
第６の製造工程を示す図。
第６の製造工程を示す図。
【図１４】予負荷線形ビーム振動センサの原理を示す原
理図。
理図。
【図１５】従来の加速度計の原理図。
【図１６】従来の加速度計の動作説明図。
【図１７】錘−バネ系の理想的な動作状態を示す動作説
明図。
明図。
１ 予負荷線形ビーム振動センサ ２ 梁 ３ 錘 ４ ヒンジ部 ５ シーソービーム ６ メカニカルストッパ ７ シリコン基板 ８ ガラスキャップ ９ 電極 １０ 陽極接合部 １１ 重心 ２１ 梁立上り部 ２２ 底部 ２３ 立上り部 ２４ ヒンジポスト（回転杆） ２５ リップ ２６ 溝 ３１ スリット ４０ ヒンジ ４１ アンカー ４２ ヒンジポスト受部 ４３ 間隙 ４４ アンカーホール ５０，５１ 酸化膜 ５２，５３ 酸化膜 ６０ レジストマスク ６１ アライメントマスク ６２ レジストマスク ６３ アンカーホールマスク ７１ 溝 ７２ 堤状部 ７３ 平坦部 ７５ 溝用の穴 ７６ アライメントマーク用穴 ７７ 梁形成用溝 ８１ 窒化珪素（ＳiＮx） ９０，９１ ポリシリコン
Claims (13)
- 【請求項１】 梁と梁の両端にそれぞれ錘を有するとも
に、当該両錘の重心を結ぶ線と平行でかつ垂直方向にず
れた線に沿って、両錘からの距離および若干異なる点に
支持点を有するシーソービームと、前記シーソービーム
の回動方向を規制する規制手段とからなることを特徴と
する予負荷線形ビーム振動センサ。 - 【請求項２】 前記梁および錘ならびに支持点がマイク
ロマシン技術を用いて作製された請求項１に記載の予負
荷線形ビーム振動センサ。 - 【請求項３】 前記支持点が前記梁に一体に設けられた
回転杆と該回転杆を回転可能に支持するヒンジからなる
請求項１または請求項２に記載の予負荷線形ビーム振動
センサ。 - 【請求項４】 前記梁および錘ならびに回転杆が一体に
設けられている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の予負荷線形ビーム振動センサ。 - 【請求項５】 前記ヒンジの内面には窒化珪素（Ｓi
Ｎx）からなる潤滑層が設けられている請求項３または
請求項４に記載の予負荷線形ビーム振動センサ。 - 【請求項６】 前記梁の平面形状がジグザグ状に形成さ
れている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の予負
荷線形ビーム振動センサ。 - 【請求項７】 梁の中央付近に支持点を有し両端に錘を
備えたアンバランス型シーソー形状のシーソービームを
有し、前記支持点は、二つの錘の重心を結んだ直線に平
行でかつ垂直方向にずれた線に沿って、両錘の重心から
の距離が若干異なる点に設けられるとともに、前記シー
ソービームの回動方向を規制する規制手段が設けられた
予負荷線形ビーム振動センサにおいて、前記梁と支持点
と規制手段が設けられた本体部と、前記本体部に接合さ
れ、前記シーソービームが回動時に接する電極を有する
キャップとからなることを特徴とする予負荷線形ビーム
振動センサ。 - 【請求項８】 前記梁および錘ならびに支持点がマイク
ロマシン技術を用いて作製された請求項７に記載の予負
荷線形ビーム振動センサ。 - 【請求項９】 前記支持点が前記梁に一体に設けられた
回転杆と該回転杆を回転可能に支持するヒンジからなる
請求項７または請求項８に記載の予負荷線形ビーム振動
センサ。 - 【請求項１０】 前記梁および錘ならびに回転杆が一体
に設けられている請求項７乃至請求項９のいずれかに記
載の予負荷線形ビーム振動センサ。 - 【請求項１１】 前記ヒンジの内面には窒化珪素（Ｓi
Ｎx）からなる潤滑層が設けられている請求項９または
請求項１０に記載の予負荷線形ビーム振動センサ。 - 【請求項１２】 梁の中心付近に支持点を有し両端に錘
を備えたアンバランス型シーソ形状のシーソービームを
有する予負荷線形ビーム振動センサの製造方法におい
て、互いに平行な２本の梁と、該２本の梁の端部を互い
に接ぎ合せる二つの錘と、前記二つの錘からの距離が若
干異なる位置で前記ビームから延出する回転杆とを基板
上に酸化物層を介して一体に作製する工程と、前記梁に
設けられた前記回転杆を酸化膜を介して覆うように基板
上にヒンジを設ける工程と、前記シーソービームの下部
の基板をエッチングしてシーソーの回動空間を形成する
工程と、前記シーソービームに設けられた酸化膜を除去
して該シーソービームを前記ヒンジ内で移動可能にする
工程とからなることを特徴とする予負荷線形ビーム振動
センサの製造方法。 - 【請求項１３】 中央付近に支持点を有し両端に錘を備
えたアンバランス型シーソー形状のシーソービームを有
する予負荷線形ビーム振動センサの製造方法において、
互いに平行な２本のビームと、該２本のビームの端部を
互いに接ぎ合せる二つの錘と、前記二つの錘からの距離
が若干異なる位置で前記ビームから延出する回転杆とを
基板上に酸化物層を介して一体に作製する工程と、前記
回転杆を酸化膜を介して覆うように基板上にヒンジを設
ける工程と、前記回転杆と前記ヒンジとの間に窒化珪素
（ＳiＮx）からなる潤滑層を設ける工程と、前記シーソ
ービームの下部の基板をエッチングしてシーソービーム
の回動空間を形成する工程と、前記シーソービームに設
けられた酸化膜を除去して該シーソービームを前記ヒン
ジ内で移動可能にする工程とからなることを特徴とする
予負荷線形ビーム振動センサの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US34626194A | 1994-11-23 | 1994-11-23 | |
| US08/346,261 | 1994-11-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145782A true JPH08145782A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=23358632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7165556A Pending JPH08145782A (ja) | 1994-11-23 | 1995-06-30 | 予負荷線形ビーム振動センサおよびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5629243A (ja) |
| JP (1) | JPH08145782A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007519902A (ja) * | 2004-01-07 | 2007-07-19 | ノースロップ・グラマン・コーポレーション | ３つの軸線に沿った加速度を検知すべく採用可能な面一のプルーフマス |
| JP2009122486A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Casio Comput Co Ltd | 鍵盤装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5721162A (en) * | 1995-11-03 | 1998-02-24 | Delco Electronics Corporation | All-silicon monolithic motion sensor with integrated conditioning circuit |
| DE19541388A1 (de) * | 1995-11-07 | 1997-05-15 | Telefunken Microelectron | Mikromechanischer Beschleunigungssensor |
| US6800912B2 (en) * | 2001-05-18 | 2004-10-05 | Corporation For National Research Initiatives | Integrated electromechanical switch and tunable capacitor and method of making the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4736629A (en) * | 1985-12-20 | 1988-04-12 | Silicon Designs, Inc. | Micro-miniature accelerometer |
-
1995
- 1995-06-30 JP JP7165556A patent/JPH08145782A/ja active Pending
- 1995-09-14 US US08/528,043 patent/US5629243A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007519902A (ja) * | 2004-01-07 | 2007-07-19 | ノースロップ・グラマン・コーポレーション | ３つの軸線に沿った加速度を検知すべく採用可能な面一のプルーフマス |
| JP2009122486A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Casio Comput Co Ltd | 鍵盤装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5629243A (en) | 1997-05-13 |
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