特開 2024-165058 サーボ加速度計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165058

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】サーボ加速度計

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/13 20060101AFI20241121BHJP

【ＦＩ】

G01P15/13 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080886

(22)【出願日】2023-05-16

(71)【出願人】

【識別番号】000104652

【氏名又は名称】キヤノン電子株式会社

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 茂高

(57)【要約】      （修正有）

【課題】錫（Ｓｎ）を含む半田を用いて振子の表面の金（Ａｕ）配線と導線を接合すると、半田と配線が断線するか、接触不良を起こしやすい。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のサーボ加速度計は、振子１に生じた慣性力と、トルカカップに巻き付けられたコイルに流れる電流及びポールピースを通る磁場で生じるローレンツ力が平衡するサーボ加速度計であって、慣性力により生じた電流が流れるＡｕ層４３として振子１の表面に形成された薄膜配線１０ｅと、薄膜配線１０ｅに流れる電流を導電する金属材料で構成された導線４１と、を有し、薄膜配線１０ｅと導線４１に流れる電流の経路にＮｉ層４２が形成され、導線４１は、Ｎｉ層４２に接するＳｎを含む半田４０でＮｉ層４２と固定されたことを特徴とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振子に生じた慣性力と、
トルカカップに巻き付けられたコイルに流れる電流及びポールピースを通る磁場で生じるローレンツ力が平衡するサーボ加速度計であって、
慣性力により生じた電流が流れるＡｕ層として前記振子の表面に形成された薄膜配線と、
前記薄膜配線に流れる電流を導電する金属材料で構成された導線と、を有し、
前記薄膜配線と前記導線に流れる電流の経路にＮｉ層が形成され、
前記導線は、前記Ｎｉ層に接するＳｎを含む半田で前記Ｎｉ層と固定されたことを特徴とするサーボ加速度計。

【請求項2】

前記振子の表面と対向する前記Ａｕ層の面が前記Ｎｉ層と接していることを特徴とする、請求項１に記載のサーボ加速度計。

【請求項3】

前記Ａｕ層が前記Ｎｉ層の下地であることを特徴とする請求項１に記載のサーボ加速度計。

【請求項4】

前記Ｎｉ層の側面を前記Ａｕ層で覆うことを特徴とする請求項１に記載のサーボ加速度計。

【請求項5】

前記Ｎｉ層または前記Ａｕ層の底面に、Ｃｒ、Ｔｉまたはその合金によって構成される密着層を有することを特徴とする請求項１に記載のサーボ加速度計。

【請求項6】

前記Ｎｉ層はＮｉ－Ｃｕ、Ｎｉ－Ｓｎ、Ｎｉ－Ｐ、Ｎｉ－Ｗ、Ｎｉ－Ｍｏもしくはこれらに他の元素を含んで成る合金であり、
Ｎｉ含有量が８０～７０ｗｔ％であり、
飽和磁束密度が１０－^３Ｔ以下であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のサーボ加速度計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

振子を用いた力平衡サーボ加速度計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のサーボ加速度計は、磁気回路を形成する上側ヨークユニットと下側ヨークユニットとの間に電極膜を形成した振子を備えている。振子表面にはトルカカップが固定され、トルカカップにはコイルが巻きつけられる。加速度の検出では、加速度で生じた振子の変位を、ヨークユニットと電極膜の間に生じる静電容量により検出し、電圧に変換・増幅してコイルに印加する。ヨークユニットが有する磁気空隙内の磁場と、コイルに流れる電流によって生じるローレンツ力（復元力）により、振子の変位をゼロに制御する。このときの復元力は慣性力と等しくなるので、加速度をコイル電流から検知できる。

【0003】

このような構成を有するサーボ型加速度計においては、振子の表面に形成された金（Ａｕ）薄膜の配線を介して、復元力を制御する回路やコイル、電極膜などが電気的に接続される。そして、コイルを構成する導線を薄膜配線に固定し、電気的に接続させる接合用部材として、錫（Ｓｎ）を含む半田が用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭５８－０１４０２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

引用文献１の構成では、Ｓｎを含む半田を用いて振子の表面のＡｕ薄膜配線と導線を接合すると、Ａｕ薄膜配線は溶融した半田に溶けて断線しやすい。また、Ａｕ薄膜配線と半田は接合強度が低いため、接触不良が起きやすい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のサーボ加速度計は、振子に生じた慣性力と、トルカカップに巻き付けられたコイルに流れる電流及びポールピースを通る磁場で生じるローレンツ力が平衡するサーボ加速度計であって、慣性力により生じた電流が流れるＡｕ層として振子の表面に形成された薄膜配線と、薄膜配線に流れる電流を導電する金属材料で構成された導線と、を有し、薄膜配線と導線に流れる電流の経路にＮｉ層が形成され、導線は、Ｎｉ層に接するＳｎを含む半田でＮｉ層と固定されたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

半田と薄膜配線が断線や接触不良を起こしにくいサーボ加速度計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】サーボ加速度計の分解斜視図

【図2】サーボ加速度計の断面図

【図3】本発明の一実施形態に係る振子の図

【図4】振子の基部の平面図

【図5】本発明の一実施形態に係る薄膜配線の断面模式図

【図6】本発明の一実施形態に係るＮｉ層とＡｕ層の製作方法を示す断面模式図

【図7】本発明の一実施形態に係る薄膜配線の断面模式図

【図8】本発明の一実施形態に係るＮｉ層とＡｕ層の製作方法を示す断面模式図

【図9】本発明の一実施形態に係る薄膜配線の断面模式図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に本実施形態のサーボ加速度計の分解斜視図を示す。図２にはサーボ加速度計の断面図を示す。サーボ加速度計は円板や円筒形状の部品を重ねた装置である。これら部品群の中心軸は一致している。図３に振子１の斜視図を示す。

【0010】

振子１は、振子の基部１０の表面にコイル１１、１２を巻回されたトルカカップ１３、１４が固定されている。固定の方法としては、エポキシ系接着剤による接着や、ネジなどを用いた機械的な固定、溶接などを用いた接合が挙げられる。トルカカップ１３、１４の材質は非磁性で軽量な材料が適しており、アルミ合金やチタン合金、樹脂材料などで構成される。コイル１１、１２は線形状で金属材料の導線４１で構成される。導線４１には高い導電性が必要となるため、銅や銅合金、アルミ、アルミ合金などが適している。導線４１の外周に備わる絶縁層には絶縁性と耐熱性が求められるため、ポリウレタンやポリエステル、ポリエステルイミドなどで絶縁層は構成される。コイル１１、１２は、トルカカップ１３、１４に導線４１を巻きつけて作られる。導線４１の絶縁層の外周には融着層を備え、融着層同士が接着することで、巻回した後の形状が固定される。接着方法としては、溶剤を塗布する方法や、加熱による軟化・融解が挙げられる。融着層には加工のし易さと耐熱性が求められるので、主にポリビニルブチラルやポリアミド、ポリエステルなどで融着層は構成される。

【0011】

図４に振子１の基部１０の平面図を示す。舌片形状の振子の錘部１０ａは、円筒状の枠体である支持部１０ｂの枠内に位置する。錘部１０ａはヒンジ１０ｃに連結し支持部１０ｂに支持される。振子１に加速度が生じると、振子の支持部１０ｂに対して薄肉のヒンジ１０ｃが弾性変形し、加速度検知軸３０方向に錘部１０ａが動く。コイル１１、１２から引き出された導線４１は、合金材料で構成された半田４０で、振子の基部１０の表面にある薄膜配線１０ｅに固定される。そして、コイル１１、１２は薄膜配線１０ｅと電気的に接続する。

【0012】

振子１は、一対のヨーク１５、１６に挟みこまれている。そして、振子１は各ヨークに接する３つの取り付けパッド１０ｆを支持部１０ｂの両面に持つ。支持部１０ｂとヨーク１５、１６の固定には、取り付けパッド１０ｆとヨーク１５、１６の静止摩擦力を利用する方法や、取り付けパッド１０ｆとヨーク１５、１６の接触面における金属結合や拡散結合を利用する方法がある。

【0013】

振子１の錘部１０ａと支持部１０ｂ、ヒンジ１０ｃの製作方法を説明する。金属やガラス材料の母材から板材を切り出し、研磨することで所望の厚みと面精度となる基板を製作する。振子１０の表面は、トルカカップ１１、１２やヨーク１５、１６の位置の基準となる。そのため、振子表面の面精度が高いほど、各部品の組立精度は向上する。次に切削加工やウェットエッチング、レーザなどによって、母材の一部を除去することで、振子の錘部１０ａと支持部１０ｂ、ヒンジ１０ｃの形状を製作する。

【0014】

ヨーク１５、１６の一端側は、円形状のヨーク１７、１８によって閉塞され、他の一端側である開放端面側が支持部１０ｂに接している。ヨーク１５、１６の内部には、それぞれポールピース１９、２０、及び円柱状の永久磁石２１、２２が収容されている。この構成により、ヨーク１５、１６の開放端内周面とポールピース１９、２０の外周面との間に環状の磁気空隙がそれぞれ形成される。シールバンド２３は、ヨーク１５と１６の外周に接着剤などを用いて固定さる。それにより、振子１はヨーク１５、１６に対して固定される。

【0015】

永久磁石２１、２２は、板厚方向に着磁されたネオジウムやサマリウムコバルト、アルニコ磁石などで構成され、ヨーク１５、１６と円形状ヨーク１７、１８、ポールピース１９、２０は軟磁性材料で構成されている。永久磁石２１、２２と円形状ヨーク１７、１８と、ポールピース１９、２０は、それぞれ接着剤により固定され、ヨーク１５、１６と円形状ヨーク１７、１８はレーザ溶接によって接合される。

【0016】

錘部１０ａの上面及び下面には、静電容量電極１０ｄが形成されて２つのコンデンサ板として機能する。静電容量電極１０ｄに対向して形成されたヨーク１５、１６の電極面１５ｅ、１６ｅは共通電位とされ、錘部１０ａの両板面の静電容量電極１０ｄの検出信号は、ヒンジ１０ｃと支持部１０ｂの表面に形成された薄膜配線１０ｅと、それに電気的に接続されている導線２４、および端子２５を介して、図示しないサーボアンプにより差動増幅される。そして、一対のコイル１１、１２に静電容量差に基づいたサーボ電流が、別の端子と薄膜配線１０ｅを経由して流れる。

【0017】

振子１０の平面に垂直となる方向（加速度検知軸３０）に加速度が印加されると、加速度を受けた錘部１０ａは変位するが、トルカ電流と磁気空隙内の磁界で生じるローレンツ力により変位は中立点へ戻り、加速度で生じる力とローレンツ力は平衡する。この時、トルカ電流の大きさは、加速度検知軸に沿った加速度の大きさに直接的に対応するため、加速度を検知することが出来る。

【0018】

導線２４は導線４１と同様の材料で構成される。端子２５は主に導電性が高い材料、例えば、銅やアルミ、鉄などの単一の金属か、その合金で構成される。特に、銅は電機伝導率が高いため適している。だだし銅は酸化し易いため、その表面に酸化防止のためにＡｕ薄膜が形成することが好ましい。端子２５と導線２４の固定方法には、ワイヤーボンディングや半田付け、レーザ溶接が挙げられる。

【0019】

（実施例１）
図５に、本発明のサーボ型加速度計に用いられる半田４０と導線４１、薄膜配線１０ｅを断面模式図で示す。この断面図は、図４のＡからＢまでを切断し、図４に示した面を上側にして示した図である。振子１の表面にあるＡｕ層４３で形成された薄膜配線１０ｅと、薄膜配線１０ｅと導線４１との間にＮｉ層４２が形成され、導線４１は、Ｎｉ層４２に接するＳｎを含む半田４０でＮｉ層４２と固定されている。導線４１は半田４０で覆われており、Ｎｉ層４２の底面は振子の錘部１０ａと接している。

【0020】

Ｎｉ層４２とＡｕ層４３は薄膜構造体である。薄膜構造体は成膜と形状加工により製作することができる。成膜方法は、物理蒸着法や化学蒸着法、電気めっき法、化学めっき法が挙げられる。形状加工では、成膜工程で意図した部分だけに薄膜を形成する方法、すなわち選択的成膜法を行う場合と、成膜した後に意図した部分を除去する方法、選択的除去法が挙げられる。選択的成膜法では、開口部を持つメタルマスクやフォトレジストパターン、マスキングテープ等（以下、マスク部品）を振子の基部１０の表面に予め形成・固定することで、開口部に露出した振子の基部１０の表面だけに薄膜構造体を成膜する。選択的除去法では、成膜した薄膜の表面にマスク部品を形成・固定することで、薄膜構造体として残す部分を保護する。次に、保護していない薄膜の部分を物理的エネルギーや、エッチング液等で除去する。マスク部品を除去すると振子の基部１０の表面に薄膜構造体は形成される。

【0021】

半田４０が薄膜配線１０ｅから剥離する現象を抑制するには、半田４０とＮｉ層４２の接合力を向上させると共に、Ａｕ層４３とＮｉ層４２の接合力（密着力）や、Ａｕ層４３と振子の基部１０との密着力、各薄膜構造体の強度の向上も求められる。即ち、これら薄膜構造体の製作方法は良好な密着力や強度を得られる手法が好ましい。物理蒸着法の一つであるスパッタ法は、他の物理蒸着法と比較して有利である。スパッタ法では、真空中でＡｒガスを導入し、電圧印加してＡｒガスをプラズマ化させ、プラズマ中でＡｒイオンが加速されて原材料に衝突する。そして、原材料表面の粒子がはじき飛ばされる（スパッタリング現象）により、原材料に対向する基材の表面に付着する。スパッタリング現象で飛来した粒子は高いエネルギーを持つため、堆積面の表面エネルギーは高くなる。そのため、堆積する表面に対して高い付着力を得られる。また、飛来した粒子が堆積面の表面で凝集し易いため、元素がより緻密な状態となる高強度な薄膜を得やすい。

【0022】

図６を用いて、薄膜配線１０ｅとＮｉ層４２、Ａｕ層４３の製作方法を説明する。振子の錘部１０ａの表面に半田４０の土台となるＮｉ層４２を薄膜構造体として製作する。次に、Ｎｉ層４２を覆う形でＡｕ層４３も同様に製作する。Ａｕ層４３はＮｉ層４２を形成した部分の他に、振子のヒンジ部１０ｃや支持部１０ｂの表面にも堆積させる。Ａｕ層４３は、薄膜配線１０eの大部分を占める。

【0023】

半田４０の製作方法を説明する。まず初めに、図６に示すＮｉ層４２の上面にあるＡｕ層４３を除去する。その方法とは、加熱した半田ゴテ等に溶融半田を付着させた後に、Ｎｉ層４２の上面のＡｕ層４３に溶融半田と半田ゴテを接触させる。Ｎｉ層の表面にあるＡｕ層４３を溶融半田に溶解させた後に半田ゴテを加工部から離す。この時、Ｎｉ層の表面にあったＡｕ層４３は、溶融半田と共に除去される。そして、Ｎｉ層の表面には半田に含まれる元素とＮｉによる化合物層が形成される。その後に、コイル１１、１２から引き出した導線４１をＮｉ層４２に半田付けで固定する。このとき、Ｎｉ層の表面に形成された酸化膜を除去するフラックスを必要に応じて加工部に塗布しておく。次に、溶解させた半田で導線４１とＮｉ層４２の表面を覆う。そして、自然冷却により半田４０は凝集し固体となり、Ｎｉ層４２の表面に固定される。このとき、半田４０は導線４１や薄膜配線１０eとの界面に金属間化合物層を形成することで、これらの部品を強固に固定することが出来る。後処理としては、残留したフラックスを溶剤などで除去することが挙げられる。

【0024】

振子１への熱影響を軽減するためと、加工を容易にするために、半田は低融点材料であることが好ましい。このため、半田は錫（Ｓｎ）を含有した合金で構成される。特に、共晶半田と呼ばれるＳｎ３７％、Ｐｂ６３％の合金では、１８３℃の融点を持ち、貴金属系半田と比較して安価であり、主要な薄膜配線材料に対して良好な濡れ性を得られるため、経済性と信頼性が求められる半田４０に適している。

【0025】

半田付けでは、溶融半田にＮｉの表面が溶け出すことで、主にＳｎとＮｉの金属間化合物を形成する。溶解速度が速いと溶け出す量も多くなるため、導線４１や薄膜配線１０eは断線し易くなる。引用文献１の薄膜配線に使用されているＡｕは、半田に溶ける速度が３００℃で１０μｍ／s程度である。半田付けでは加工に数秒はかかるため、溶解による断線を防ぐためにＡｕの厚みを数十μｍ程度にする必要がある。Ａｕは高価なため、Ａｕ薄膜配線を用いると加速度計のコストは著しく増加する。

【0026】

半田付けにおいて溶融半田やＡｕ薄膜配線の温度を低下させることで、厚みが薄いＡｕ薄膜配線でも断線を抑制することが出来る。しかし溶融半田の温度が低いと、Ａｕ薄膜配線との濡れ性が低下するため、通称イモ半田と呼ばれる状態となり、Ａｕ薄膜配線と半田の接触面積が小さくなるため、接合部全体の接合力は低下する傾向にある。また、接合したとしても、単位面積当たりの接合強度を確保できない。なぜなら、ＳｎとＡｕの金属間化合物であるＡｕＳｎ_４は、半田材料に比べて体積が数倍になるためである。半田の形成時には、金属間化合物の膨張により半田には内部応力が発生し、それが大きい場合には金属間化合物の周囲にマイクロクラックが生じる。これは半田の破断の大きな原因となる。即ち、このような構成にすると加速度計は衝撃によって故障し易くなる。

【0027】

ＮｉはＡｕに比べると、Ｓｎに溶ける速度が約１／１０００である。そのため、半田付けによる薄膜配線の断線は生じにくい。そして、半田付けで形成される金属間化合物は、多くはＮｉ_３Ｓｎ_４である。ＡｕＳｎ_４のモル体積は７５．０×１０^－６ｍ^３・ｍｏｌ^－１に対して、Ｎｉ_３Ｓｎ_４は１１．３２×１０^－６ｍ^３・ｍｏｌ^－１であり、相対的に小さい。Ａｕのモル体積は１０．２１×１０^－６ｍ^３・ｍｏｌ^－１で、Ｎｉは６．６×１０^－６ｍ^３・ｍｏｌ^－１であるため、基になる元素からの膨張率は、ＡｕＳｎ_４で７．４倍となり、Ｎｉ_３Ｓｎ_４では１．７倍となる。このようにＮｉの金属間化合物はＡｕと比べて、小さい体積と膨張率になる。即ち、Ａｕと比較すると、Ｎｉ層と半田の界面では内部応力が小さく、マイクロクラックは起きにくい。また、薄膜配線１０ｅであるＡｕ層を薄くできるため、本実施に係る加速度計は、低コストで製作することが可能である。

【0028】

コイルに流れる電流により加速度計は内部から温められるため、振子１の温度は上昇し易い。温度上昇によって、半田とその下地となる金属薄膜の界面では、金属拡散が促進される。ＡｕはＳｎに拡散し易いので、小さな温度変化でもＡｕＳｎ_４を新しく生成する。つまり、半田の下地にＡｕ層を用いる加速度計は、温度変化によって故障し易い。一方、ＮｉはＳｎに拡散しにくいため、温度上昇によって金属間化合物を新しく生成しにくい。Ａｕを用いた場合と比較すると、半田の下地にＮｉ層を用いた加速度計は、温度変化による故障が生じにくい。

【0029】

Ｎｉは表面に酸化膜を形成し易いので、溶融半田との濡れ性が低下、半田はイモ半田に成り易い。また、酸化膜がＮｉと半田の金属間化合物の形成を妨害するため、Ｎｉ層と半田の接合部の強度は低くなる。本発明では、Ｎｉ層表面に予めＡｕ層を形成することで、酸化膜の形成を抑制する。そしてＮｉ層表面のＡｕ層を除去することで、半田にＡｕが混入する量を減らし、半田４０に含まれるＡｕとＳｎの金属間化合物を減らすことができる。これにより、高い強度を持つ半田４０を得ることができる。

【0030】

半田４０の底面はＮｉ層４２の上面の領域内に存在し、はみ出ることはない。半田４０の底面がＮｉ層４２の表面からはみ出てしまうと、はんだ付けの際に溶融半田が薄膜配線１０ｅと接触して、構成するＡｕ層４３を溶かして、薄膜配線１０ｅを断線させる。もしくは、Ｎｉ層４２とＡｕ層４３の接触不良や界面の電気抵抗値を上昇させる。

【0031】

加速度計に温度変化が生じると、熱膨張や熱収縮によりサーボ加速度計を構成する部品の形状が変化する。それにより、振子１０の形状の変化が起きて、加速度を反映する振子の動作が変化し、センサ精度の低下を招く。これを低減するには、構成部品の材料は可能な限り、低い線膨張係数を持つ材料を使用する必要がある。特に、各部品の位置の基準となり、振動子そのものである振子１は変形が少ないことが求められる。石英ガラスは０．５×１０^－６／Ｋ程度の線膨張係数を持つ。一般的な商用金属と比較して、線膨張係数は１／１０程度である。また絶縁材料であるため、振子の表面に形成する薄膜配線１０ｅと導通しない。更には、非磁性材料であるため、ヨーク１５、１６、円形状ヨーク１７、１８と磁石１９、２０、ポールピース１７、１８が形成する磁気空隙内の磁場に影響を与えない。振子１０の材料として、石英ガラスは適している。

【0032】

ガラス材料と金属薄膜の密着性は低い傾向にある。またＮｉ層は、半田付けで生じる熱応力で石英ガラスである振子の基部１０ｂから剥離し易い。先に述べた成膜方法により作製されるチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）の密着層は、振子材料である石英ガラスの界面に、化学に安定で高強度の混合層を形成することができる。例えばチタンの場合、石英ガラスの酸素原子や珪素原子と結合して、界面に非晶質Ｓｉ－Ｔｉ混合層や非晶質Ｓｉ－Ｏ－Ｔｉ混合層を形成する。これらは準安定状態で高強度のため、チタンと石英ガラスは強い密着力を得ることができる。また、薄膜配線１０ｅを構成するＡｕ層やＮｉ層についても、チタンとクロムは良好な混合層を生成することが可能である。即ち、チタンやクロムの密着層を使用すると、Ｎｉ層４２と振子の基部１０の剥離と、Ａｕ層４３と振子の基部１０の剥離を抑制することができる。

【0033】

（実施例２）
実施例２を図７に示す。本実施例に係るサーボ加速度では、振子の表面に対向するＡｕ層４３の面がＮｉ層４２に接している。そして、Ｎｉ層４２の上面の一部には、Ａｕ層４３が無く、半田４０によって導線４１がＮｉ層４２に固定されている。即ち、半田４０が形成される部分を除いたＡｕ層４３の底面にはＮｉ層４２があり、Ａｕ層の底面にあるＮｉ層はＡｕ層と連続的に積層することが可能である。

【0034】

実施例１ではＮｉ層４２とＡｕ層４３は部分的にしか積層していないため、それぞれの層ごとに異なる成膜と形状加工を施さなければならない。このため、Ｎｉ層４２を作製した後に、Ａｕ層４３を積層するまでの時間が空くため、その途中で露出したＮｉ層の表面に酸化膜や不純物が付着し易い。ＮｉやＮｉ合金の表面に形成される不動態皮膜は化学的に安定なため、半田付けで用いられるフラックスでは、これを十分に除去できない。Ａｕ層４３を形成する直前に、強酸性の薬液を用いて化学的に酸化膜を除去（エッチング）することは可能だが、洗浄工程などの後工程で酸化膜が再度付着してしまう。更には、エッチング後に残留した物質によって、Ｎｉ層４２とＡｕ層４２の密着性を低下させる場合がある。全ての工程を真空中か、不活性ガス中で実施すればＮｉ層４２の表面を清浄に維持できるが、工程数と使用となる部材が多いため、製造装置は複雑化・大規模化し、加速度計の製造コストは著しく増加する。

【0035】

本実施例では、Ｎｉ層４２とＡｕ層４３が積層しているため、成膜において連続で堆積させることができる。そして、Ｎｉ層４２の表面に酸化膜や残留物が付着することは無いか、実施例１と比較すると残留物が少ない状態となる。そのため、溶融半田とＮｉ層４２の良好な濡れ性を得ることが可能となり、半田４０とＮｉ層４２の接合面積は大きくなる。更には、半田４０に混入する不純物が少ないので、高い強度を持つ半田４０を得られる。このように、本実施に係る加速度計は、実施例１と比較して、半田４０とＮｉ層の接合強度が高く、半田４０の強度も高い。

【0036】

図８を用いて、薄膜配線１０ｅの製作方法を説明する。選択的除去法では、物理蒸着法や化学蒸着法、電気めっき法、化学めっき法を用いて、振子１の表面にＮｉ薄膜とＡｕ薄膜を振子の基部１０の表面に連続で堆積させる。次に、薄膜配線１０ｅの形状を残すように、マスク部品を形成・固定し、薄膜配線１０ｅとして残す部分を保護する。次に、保護していなＮｉ薄膜とＡｕ薄膜の部分を物理的エネルギーや、エッチング液等で除去する。選択的成膜方法では、振子１の表面に開口部を持つメタルマスクやフォトレジストパターン、マスキングテープ等（以下、マスク部品）を固定し、開口部に露出した振子の基部１０の表面にＮｉ層４２とＡｕ層４３を連続で成膜する。Ｎｉ層４２とＡｕ層４３の平面形状は等しいため、選択的成膜法および選択的除去法では一度に形状を加工することが可能である。そして、どちらの方法でも、Ｎｉ層４２とＡｕ層４３は連続的に振子の基部１０に堆積させることが可能である。

【0037】

半田４０の製作方法は実施例１と同様である。半田ごてと溶融半田を用いてＡｕ層４３の一部を除去し、露出したＮｉ層４２の上面に導線４１を半田４０で固定する。

【0038】

永久磁石１９、２０は板厚方向に着磁されたネオジムやサマリウムコバルト、アルニコ磁石などで構成され、その残留磁束密度は１Ｔ前後である。ヨークユニット２、３（ヨーク１５、１６と円形状ヨーク１７、１８、ポールピース１９～２０、磁石２１～２２）の閉磁路によって制御される磁気空隙の磁束密度は、永久磁石の残留磁束密度からある程度減少した値となる。ヨークユニット２、３に近接する場所に磁性体があると、磁性体は磁気空隙の磁束に影響を与えて、磁気空隙の磁束密度は変化する。例えば、電気めっき法により製作したＮｉ薄膜は０．６Ｔ程度の飽和磁束密度を有し、その厚みの分だけ残留磁束密度は上昇する。一方で、溶融半田によるＮｉ層の消失を防ぐためには、Ｎｉ層は一定の厚みを確保しなければならない。このように、Ｎｉ層の厚みを減らして磁気空隙への影響を減らすことは難しい。加速度計が大型であり、その部品である永久磁石が大きければ無視できる現象であるが、小型、薄型の加速度計においては磁気空隙への影響は無視できない。また、Ｎｉでは外部磁界で生じる残留磁化にヒステリシスが生じる。コイル電流の増減によって生じる磁界の増減で、Ｎｉ薄膜の残留磁化は非線形に変化して、コイル電流や磁気空隙の磁束密度に影響を与える。この影響は、振子の変位に対する機械的なノイズ、またはコイル電流に生じる電気的ノイズになる。

【0039】

強磁性材料が振子の基部１０の表面に存在するとセンサ精度の低下を招くため、Ｎi層４２は非磁性であることが好ましい。その飽和磁束密度は、永久磁石１９、２０の残留磁束密度と比較して十分小さい１０－３Ｔ以下が好ましい。こうした要請と、半田付けによる消失を防ぐためには、Ｎｉを多く含んで成る合金であるのことが望ましく、かかる合金の例としてはＮｉ－Ｃｕ、Ｎｉ－Ｓｎ、Ｎｉ－Ｐ、Ｎｉ－Ｗ、Ｎｉ－Ｍｏもしくはこれらに他の元素を含んで成る合金があげられる。かかる金属、合金の類はいずれも電気めっき法や物理蒸着法で作成することができ、Ｎｉ含有量が８０～７０ｗｔ％で強磁性を失う。これらの合金をＮｉ層に用いれば、高いセンサ精度を維持しながら、半田４０とＮｉ層４２の密着力が高い加速度計を得られる。

【0040】

（実施例３）
実施例２を図９に示す。本実施例に係るサーボ加速度では、振子１の表面と対向するＮｉ層４２の面がＡu層４３に接し、Ｎｉ層４２とＡｕ層４３の上面の半田４０の周辺に第２のＡｕ層４４を備えている。即ち、薄膜配線１０ｅであるＡｕ層４３の上面にＮｉ層４２が積層され、Ｎｉ層４２の上面に導線４１が半田４０で固定されている。そして、半田４０の周辺には、Ａｕ層４３とは異なるＡｕ層４４が積層される。

【0041】

薄膜配線１０ｅの製作方法を説明する。実施例１と同様に、振子の基部１０の表面にＡｕ層４３を選択的成膜法、または選択的除去法を用いて形成する。続いて、実施例２と同様に、Ｎｉ層４２とＡｕ層４４を連続で成膜し積層する。その後の半田付けについては、実施例１と同様である。半田ごてと溶融半田を用いてＡｕ層４４の一部を除去し、露出したＮｉ層４２の上面に導線４１を半田４０で固定する。

【0042】

Ａｕは酸化被膜が形成されない為、Ａｕ層４３の上面にＮｉ層４２を堆積させても、その界面に酸化膜や不純物が混入しにくい。Ｎｉ層４２にＡｕ層４４を堆積させる工程では、Ｎｉ層４２とＡｕ層４４を連続で積層することができるので、実施例２で示した様に、その界面に酸化膜や不純物が混入しにくい。つまり、Ａｕ層４３とＮｉ層４２、Ａｕ層４４は良好な密着力を得られ、高い強度をもつ半田４０を得られやすい。

【0043】

加速度計では、コイル電流と磁気空隙で生じるローレンツ力と、振子１が受ける慣性力が釣り合うことで加速度計を検出する。しかし、この力のつり合いには、ヒンジ１０ｃで生じるバネ力も加わるため、バネ力がセンサ精度の誤差要因となる。つまり、ヒンジの剛性が小さいほど、加速度計のセンサ精度は高まる。このため、ヒンジ表面の薄膜配線１０ｅも剛性が低いことが求められる。常温におけるＡｕの電気抵抗率は２．４４×１０－８Ω・ｍであり、Ｎｉは６．９９×１０－８Ω・ｍである。そして、Ａｕのヤング率は７８ＧＰａ程度、Ｎｉは２００ＧＰa程度である。つまり、本実施例に係る加速度計の薄膜配線１０ｅは、実施例２と比べると、所定の導電性を得るために必要な薄膜配線の剛性を小さくすることが可能である。そして、薄膜配線１０ｅを含んだ振子のヒンジ１０ｃのバネ力は小さくなるので、加速度計は高いセンサ精度を得られる。

【0044】

半田付けによる熱でＮｉ層は溶融半田に溶解する。Ｎｉ層が消失して溶融半田がＡｕ層と接触しないためには、Ｎｉ層は十分な厚みが必要となる。共晶半田に代表されるＳｎ－Ｐｂ半田を用いた半田付けでは、半田ごての温度は２５０～３００℃程度が適している。このとき、Ｎｉが共晶半田に融解する速度は０．０１μｍ／ｓ程度である。即ち、数秒の半田付けでＮｉ層が消失しないためには、数十ｎｍの厚みは最低限必要となる。Ｎｉ層はＡｕ層にも融解、または拡散することを考慮すると、その２倍の厚み確保することが好ましい。即ち、Ｎｉ層４２の厚みは１００ｎｍ以上を必要とする。加工温度を下げると溶解速度は低下するため、Ｎｉ層の厚みを減らすことは可能である。ただし、ぬれ性の低下や接合強度の低下を招いてしまう。良好な接合性を得るには、Ｎｉ層の厚みを１００ｎｍ以上にして、適切な加工温度である２５０～３００℃で加工することが求められる。

【0045】

Ａｕ層４４は、Ｎｉ層４２の酸化を抑制するためにＮｉ層４２の上面に形成される。実施例１と同様に、半田４０を形成する半田付けにおいてＡｕ層４４の殆どは除去される。このとき、溶融半田の一部はＮｉ層の表面に残留するため、溶融半田に含まれる溶解したＡｕ層も微量ながらＮｉ層の表面に残留する。Ａｕの残留量を減らすためには、Ａｕ層４４の体積を減らすことが求められる。一方、Ｎｉ層の酸化を抑制するためには、Ａｕ層４４の厚みは少なくとも５０ｎｍは必要である。このようにＡｕ層４４の厚みは５０ｎｍ程度が適している。

【0046】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。具体的には、上記実施形態はコイル１１、１２の導線４１と振子表面の薄膜配線１０ｅの接合について示したに過ぎない。例えば、本発明は半田を用いて薄膜配線１０ｅと導線２４を接合し、薄膜配線１０ｅと端子２５を電気的に接続する工程にも適用される。このように、本発明は薄膜配線１０ｅに半田を用いて導線を固定する加工部分の全てに適用されるものである。

【符号の説明】

【0047】

１ 振子
１０ 基部
１０ａ 錘部
１０ｂ 支持部
１０ｃ ヒンジ
１０ｄ 静電容量電極
１０ｅ ヒンジと支持部、錘部表面に形成される薄膜配線
１０ｆ 取り付けパッド
１０ｇ 孔
１０ｈ 孔の端部
１１、１２ コイル
１３、１４ トルカカップ
１９、２０ ポールピース
２１、２２ 永久磁石
２３ シールバンド
２４ 導線
２５ 端子
３０ 加速度検知軸
４０ 半田
４１ 導線
４２ Ｎｉ層
４３、４４ Ａｕ層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】