特開 2024-174658 微小振動体の製造方法

(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】P2024174658

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】微小振動体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B81C 99/00 20100101AFI20241210BHJP

   G01C 19/5691 20120101ALI20241210BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20241210BHJP

   C03B 23/035 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

B81C99/00

G01C19/5691

B81B3/00

C03B23/035

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092596

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 勝昭

(72)【発明者】

【氏名】川合 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】吉田 貴彦

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 優輝

(72)【発明者】

【氏名】原田 翔太

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 啓太郎

(72)【発明者】

【氏名】西川 英昭

【テーマコード（参考）】

2F105

3C081

4G015

【Ｆターム（参考）】

2F105AA02

2F105BB15

2F105CC04

3C081AA01

3C081AA17

3C081BA22

3C081BA26

3C081BA41

3C081BA53

3C081BA75

3C081CA14

3C081CA15

3C081CA20

3C081CA26

3C081CA28

3C081CA29

3C081CA32

3C081CA36

3C081DA03

3C081DA06

3C081DA11

3C081DA27

3C081DA46

3C081EA02

4G015AA13

4G015AB01

(57)【要約】

【課題】三次元曲面を有する曲面部を備える微小振動体の製造方法において、曲面部の形状制御を容易にしつつ、型の表面凹凸が曲面部に転写されることを抑制する。
【解決手段】型１００は、凹部１１０と前記凹部の中心から突き出した支柱部１２０とを有する。熱可塑性を有する加工材料１０を型１００の凹部１１０を覆うようにセットし、加工材料１０を加熱するとともに、加工材料１０により閉塞された凹部１１０を減圧する。 加工材料１０を加熱しているとき、型１００の排熱を行い、型１００の温度を加工材料１０の軟化点以下に維持する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元曲面を有する曲面部（２１）と、前記曲面部から凹んだ有底筒状の接続部（２２）とを備える微小振動体の製造方法であって、
凹部（１１０）と前記凹部の中心から突き出した支柱部（１２０）とを有する型（１００）に、熱可塑性を有する加工材料（１０）をセットすることと、
前記加工材料を加熱するとともに、前記加工材料により閉塞された前記凹部を減圧し、前記加工材料を前記凹部に沿って変形させることと、
前記加工材料を加熱しているときに、前記型を前記加工材料の軟化点以下の温度に維持することと、を含む微小振動体の製造方法。

【請求項2】

前記型は、前記凹部の内壁面（１１０ａ）の少なくとも一部が曲面を有する湾曲形状である、請求項１に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項3】

前記加工材料は、石英またはガラスである、請求項１に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項4】

前記型は、前記凹部の前記内壁面のうち湾曲部分に窪み部（１４０）および凸部（１５０）のうち少なくとも一方が形成されている、請求項２に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項5】

前記型は、前記凹部の前記内壁面が平面部（１１１）と曲面形状の湾曲部（１１２）とを有する、請求項２に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項6】

前記型は、前記支柱部のうち前記凹部の側の根元部（１２１）が湾曲面となっている、請求項１に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項7】

前記型を前記加工材料の軟化点以下に維持することにおいては、前記型のうち前記凹部とは反対側の下面（１００ｂ）に放熱部材（２００）に配置し、前記放熱部材により前記型を冷却する、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の微小振動体の製造方法。

【請求項8】

前記型を前記加工材料の軟化点以下に維持することにおいては、前記型のうち前記加工材料がセットされる面を上面（１００ａ）とし、前記上面とは反対側の面を下面（１００ｂ）とし、前記上面と前記下面とを繋ぐ面を側面（１００ｃ）として、前記側面から前記型を冷却する、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の微小振動体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、三次元曲面を有する微小振動体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、車両の自動運転のシステム開発が進められており、この種のシステムでは、高精度の自己位置の推定技術が必要である。例えば、いわゆるレベル３の自動運転向けに、ＧＮＳＳとＩＭＵとを備える自己位置推定システムの開発が進められている。ＧＮＳＳとは、Global Navigation Satellite Systemの略称である。ＩＭＵは、Inertial Measurement Unitの略称であり、例えば、３軸のジャイロセンサと３軸の加速度センサから構成される６軸の慣性センサである。将来的に、いわゆるレベル４以上の自動運転を実現するためには、現状よりもさらに高精度のＩＭＵが求められる。

【0003】

このような慣性センサに用いられる微小振動体の製造方法としては、例えば、特許文献１に記載のものが挙げられる。特許文献１に記載の微小振動体の製造方法は、凹部および凹部の底面中心から突出する支柱部を有し、凹部内の真空減圧が可能な型と、石英板などのリフロー材料とを用意し、リフロー材料を凹部上にセットして火炎などで加熱しつつ、凹部内を減圧する。これにより、加熱により軟化したリフロー材料の一部が凹部内に引っ張られつつ、軟化部分の中心が支柱部に支えられた状態となり、三次元曲面を有する曲面部と、曲面部のなす半球部分の中心に向かって凹む有底筒状の接続部とを備える微小振動体を製造できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１８／００７９１２９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

リフロー材料を局所的に加熱して軟化させる手段としては、特許文献１に記載の製造方法のように、ガスバーナーなどによる火炎を用いることが有力である。また、この製造方法は、軟化させたリフロー材料を凹部の壁面に接触させないで曲面部を形成するため、曲面部の出来栄えの自由度が高く、形状制御が難しいものの、曲面部の表面凹凸が小さく、振動特性のＱ値の低下を抑制できる。

【0006】

しかしながら、ガスバーナーの火炎は、常に揺らいでいるため、リフロー材料を加熱する火炎の形状や大きさを細かく制御することが困難である。このため、上記の製造方法は、火炎の揺らぎによる加熱のバラツキが生じ、微小振動体の曲面部の形状制御が困難となる。また、軟化させたリフロー材料を凹部の壁面に接触させ、凹部の曲面形状に沿った形状に制御することも考えられるが、この方法は、曲面部の形状制御が容易であるものの、凹部の表面凹凸が曲面部に転写されてしまい、Ｑ値が低下してしまう。

【0007】

本開示は、上記の点に鑑み、三次元曲面を有する曲面部を備える微小振動体の製造方法において、曲面部の形状制御を容易にしつつ、型の表面凹凸が曲面部に転写されることを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の１つの観点によれば、微小振動体の製造方法は、三次元曲面を有する曲面部（２１）と、曲面部から凹んだ有底筒状の接続部（２２）とを備える微小振動体の製造方法であって、凹部（１１０）と凹部の中心から突き出した支柱部（１２０）とを有する型（１００）に、熱可塑性を有する加工材料（１０）をセットすることと、加工材料を加熱するとともに、加工材料により閉塞された凹部を減圧し、加工材料を凹部に沿って変形させることと、加工材料を加熱しているときに、型を加工材料の軟化点以下の温度に維持することと、を含む。

【0009】

これにより、熱可塑性のある加工材料を型にセットして加熱軟化させつつ、加工材料で閉塞された型の凹部を減圧することで加工材料を凹部に沿って変形させ、三次元曲面が形成される。このとき、加熱中には型の温度を加工材料の軟化点以下に維持することで、軟化して変形した加工材料が型の凹部の内壁面に近づくほど加工材料から型への排熱が大きくなり、加工材料の軟化部分の変形が抑制され、凹部の内壁面に接しない状態となる。一方、凹部の内壁面に近づいていない部分は、加熱影響が排熱影響よりも大きいため、凹部の内壁面に近づくように変形を続けるが、内壁面との距離が近づくにつれて変形が抑制されることとなる。このため、加工材料を型の凹部に沿って変形させることが容易であるとともに、排熱による変形抑止がなされることで凹部の内壁面に接触せず、型の内壁面の表面凹凸が転写されることを抑制可能な微小振動体の製造方法となる。

【0010】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る微小振動体を備える慣性センサの一例を示す断面図である。

【図2】実施形態に係る微小振動体を示す断面図である。

【図3】図１の慣性センサの斜視図である。

【図4】微小振動体の製造工程の第１工程を示す図である。

【図5】図４に続く第２工程を示す図である。

【図6】微小振動体の製造工程における熱伝導および排熱についての説明図である。

【図7】加工材料と型との距離と熱量との関係を示す図である。

【図8】比較例の微小振動体の製造工程を示す図であって、図５に相当する図である。

【図9】図５に相当する図であって、型の排熱の変形例を示す図である。

【図10】図５に相当する図であって、型の排熱の他の変形例を示す図である。

【図11】微小振動体の製造に用いる型の他の一例を示す図である。

【図12】図１１のＸＩＩの領域の拡大断面図である。

【図13】微小振動体の製造に用いる型の他の一例を示す図である。

【図14】微小振動体の製造に用いる型の他の一例を示す図である。

【図15】微小振動体の製造に用いる型の他の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0013】

（実施形態）
実施形態に係る微小振動体２を用いた慣性センサ１の一例について、図面を参照して説明する。

【0014】

図１は、図３のＩ－Ｉ間の断面図に相当するものであり、慣性センサ１の構成を分かり易くするため、別断面に位置する後述の第１電極部５３および電極膜５３１の外郭が破線で示されている。図３では、慣性センサ１の構成を分かり易くするため、慣性センサ１のうち後述する微小振動体２、下部基板４および上部基板５の一部を省略しつつ、微小振動体２の断面構成を部分的に示している。

【0015】

以下、説明の便宜上、図３に示すように、後述する実装基板３のなす平面方向の一方向を「ｘ方向」と、同平面上において当該一方向に直交する他方向を「ｙ方向」と、ｘｙ平面に対する法線方向を「ｚ方向」と、それぞれ称する。図３以外の図中のｘ、ｙ、ｚ方向は、図３のｘ、ｙ、ｚ方向にそれぞれ対応するものである。また、本明細書における「上」とは、図中のｚ方向に沿った方向であって、矢印側を意味し、「下」とは上の反対側を意味する。さらに、本明細書では、ｚ方向上側から慣性センサ１、微小振動体２あるいは実装基板３を見た状態を「上面視」と称することがある。

【0016】

〔慣性センサ〕
慣性センサ１は、例えば図１に示すように、微小振動体２と、実装基板３と、を備え、微小振動体２の一部が実装基板３に接合されてなる。慣性センサ１は、例えば、ワイングラスモードで振動可能な薄肉の微小振動体２の一部と実装基板３のうち複数の第１電極部５３との間における静電容量の変化に基づいて、慣性センサ１に印加された角速度の検出が可能となっている。

【0017】

微小振動体２は、本実施形態では、例えば図１に示すように、略半球形状の三次元曲面の外形を含む曲面部２１と、曲面部２１のなす仮想半球の頂点側から当該半球の中心側に向かうように延設された接続部２２とを備える。微小振動体２は、振動子あるいは共振器とも称されうる。接続部２２は、有底筒状の凹部とされ、実装基板３等の他の部材と接続される接続部位である。微小振動体２は、例えば、椀状の三次元曲面とされた曲面部２１を有するバードバス形状とされ、その振動のＱ値が１０^５以上となっている。

【0018】

微小振動体２は、本実施形態では、例えば、曲面部２１および接続部２２を有する基部が、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスなどの添加物含有のガラス、金属ガラス、シリコン等によりなる熱可塑性のリフロー材料で構成される。なお、微小振動体２の基部は、後述する製造工程により曲面部２１および接続部２２が形成されるが、前述のリフロー材料の例に限定されない。微小振動体２は、例えば、曲面部２１および接続部２２の厚みが１０μｍ～１００μｍのマイクロメートルオーダー、ｚ方向の寸法が２．５ｍｍ、後述のリム２１１の表面２ａ側の外径が５ｍｍといった具合のミリメートルオーダーのサイズとされる。微小振動体２の製造工程については、後述する。

【0019】

曲面部２１のうち接続部２２とは反対側の端部をリム２１１として、リム２１１は、例えば、略円筒形状とされる。略円筒形状とは、リム２１１の外側面および内側面の上端から下端までの径が同一の円筒形状だけでなく、当該上端から下端までの径が変動する筒形状も含む。言い換えると、曲面部２１は、環状曲面形状の環状部とされたリム２１１を有する構成である。微小振動体２は、外径が大きいほうの面を表面２ａとし、その反対面を裏面２ｂとして、実装基板３に搭載された際に、リム２１１が、表面２ａ側が実装基板３のうち複数の第１電極部５３と距離を隔てて向き合っている。微小振動体２は、例えば図３に示すように、リム２１１と複数の第１電極部５３との間隔が等間隔となるように搭載される。微小振動体２は、例えば、図２に示すように、リム２１１のうちｚ方向に面し、表面２ａと裏面２ｂとを繋ぐ面を下面２１１ａとして、下面２１１ａが実装面２２ｂよりもｚ方向下側に突き出た構成とされる。微小振動体２は、実装基板３への搭載時において、リム２１１を含む曲面部２１が他の部材とは接触しない中空状態になる部位である。微小振動体２は、本実施形態では、実装基板３に搭載されたとき、中空状態のリム２１１がワイングラスモードで振動可能な三次元対称構造である。

【0020】

接続部２２は、実装基板３等の他の部材と接続される接続部位であり、有底筒状の凹部となっている。接続部２２のうち表面２ａ側の凹部底面２２ａは、例えば、微小振動体２を実装基板３に搭載する際の吸着搬送に利用されうる。接続部２２のうち凹部底面２２ａとは反対側、すなわち裏面２ｂ側の面は、実装基板３と向き合う実装面２２ｂである。

【0021】

表面電極２３は、例えば、限定するものではないが、下地側からクロムあるいはチタンで形成される密着層と、金や白金等の任意の導電性材料で形成される導電層との積層膜で構成される。表面電極２３は、例えば、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤやＡＬＤ等の任意の成膜法により微小振動体２の表面２ａおよび裏面２ｂに成膜される。ＣＶＤとは、Chemical Vapor Depositionの略称である。ＡＬＤとは、Atomic Layer Depositionの略称である。表面電極２３は、例えば、少なくとも実装面２２ｂおよびリム２１１の表面２ａに成膜され、これらの部位が電気的に接続される構成となっている。表面電極２３は、微小振動体２の表裏面の全域を覆うベタ形状であってもよいし、表裏面の一部を覆うパターン形状であってもよい。微小振動体２は、例えば、表面電極２３のうち接続部２２の実装面２２ｂを覆う部分が、接合部材５２を介して実装基板３に接続されている。

【0022】

実装基板３は、例えば図１に示すように、下部基板４と、上部基板５とを備え、これらが接合されてなる。例えば、実装基板３は、絶縁材料のホウケイ酸ガラスにより構成された下部基板４にエッチング加工および配線成膜を施した後、半導体材料のシリコンにより構成された上部基板５を下部基板４に陽極接合し、パターニングを行うことで得られる。実装基板３は、例えば、上部基板５の側に、複数の内枠部５１と、内枠部５１を囲むように互いに離れて配置された複数の第１電極部５３と、複数の第１電極部５３から離れてこれらを囲む第２電極部５４とを備える。また、実装基板３は、例えば、下部基板４側に、例えば、内枠部５１と複数の第１電極部５３とを隔てつつ、複数の内枠部５１を囲む円環形状の溝４１と、溝４１の内側と外側とを跨ぐ複数の配線４２とを備える。

【0023】

溝４１は、例えば、図３に示すように、内枠部５１と複数の第１電極部５３との間に設けられる溝であり、ウェットエッチングにより形成される。溝４１は、微小振動体２のリム２１１の外径に対応する寸法とされ、微小振動体２を実装基板３に実装したときに、リム２１１を実装基板３に接触させないために設けられる。

【0024】

配線４２は、例えばアルミニウム等の導電性材料により構成されるとともに、複数の第１電極部５３の間を通過する配置とされ、複数の第１電極部５３とは電気的に独立している。配線４２は、例えば、複数設けられるとともに、下部基板４において溝４１を跨ぎつつ、一端側が内枠部５１に、他端が第２電極部５４にそれぞれ接続されており、これらを電気的に接続している。これにより、実装基板３は、第２電極部５４、配線４２および内枠部５１を介して、微小振動体２の表面電極２３に電圧印加が可能となっている。

【0025】

内枠部５１は、例えば、下部基板４に陽極接合された上部基板５にＤＲＩＥなどのドライエッチングを行うことで、複数の第１電極部５３、第２電極部５４とともに形成される。ＤＲＩＥとは、Deep Reactive Ion Etchingの略称である。内枠部５１は、例えば、上面視にて円環形状とされ、その囲まれた領域内に微小振動体２の接続部２２を挿入することが可能な構成とされる。

【0026】

接合部材５２は、例えば、金錫や焼結銀などの任意の導電性材料によりなり、微小振動体２の接続部２２を実装基板３に固定するとともに、これらを電気的に接続する。

【0027】

複数の第１電極部５３は、例えば、それぞれ上面に電極膜５３１が形成されるとともに、上面視にて、微小振動体２のリム２１１を所定距離で囲みつつ、ｘｙ平面上において１つの環を描くように等間隔で互いに離れて配置される。複数の第１電極部５３は、例えば、電極膜５３１に図示しないワイヤが接続されており、図示しない外部の回路基板等により電位の制御が可能とされる。複数の第１電極部５３は、微小振動体２のリム２１１とキャパシタを形成しており、リム２１１との間の静電容量の検出が可能となっている。複数の第１電極部５３は、例えば、一部が静電容量を検出する検出電極とされ、他の一部が静電気力により微小振動体２を振動させる駆動電極とされる。

【0028】

第２電極部５４は、例えば、上面視にて、内枠部５１およびこの周囲に配置された複数の第１電極部５３を囲む１つの枠体形状とされる。第２電極部５４は、例えば、上面にアルミニウム等によりなる電極膜５４１を少なくとも１つ備え、電極膜５４１に図示しないワイヤが接続される。第２電極部５４は、少なくとも配線４２を介して微小振動体２の表面電極２３に接続され、電圧を印加可能な構成であればよく、枠体形状以外の形状とされてもよいし、複数配置されてもよく、その形状や配置などについては適宜変更されうる。

【0029】

以上が、慣性センサ１の基本的な構成の一例である。なお、慣性センサ１は、上記の構成に限定されるものではなく、微小振動体２や実装基板３の一部の構成が変更されうる。例えば、微小振動体２は、リム２１１のうちｚ方向に面する下面２１１ａと接続部２２の実装面２２ｂとが同一平面上に位置する構成であってもよいし、実装面２２ｂが下面２１１ａよりも突き出す構成であってもよい。例えば、微小振動体２がリム２１１よりも実装面２２ｂのほうが突き出た構成である場合、実装基板３は、溝４１を有しない構成とされうる。

【0030】

〔微小振動体の製造方法〕
次に、微小振動体２の製造方法、特に三次元曲面の形成方法について、図面を参照して説明する。

【0031】

図６では、後述する加熱装置３００から加工材料１０、型１００および放熱部材２００への熱の流れを分かり易くするため、熱の方向を太線の矢印で示している。これは、後述する図９、図１０についても同様である。

【0032】

例えば図４に示すように、微小振動体２の基部を構成する加工材料１０と、曲面部２１および接続部２２を形成するための型１００とを用意する。加工材料１０は、例えば、厚み１００μｍの石英ガラスで構成される板材が用いられる。加工材料１０は、型１００の凹部１１０を塞ぐように配置される。

【0033】

型１００は、例えば、凹部１１０と、凹部１１０の底部から突き出す円柱状の支柱部１２０と、凹部１１０に連通し、図示しない真空源による減圧を可能とする排気孔１３０とを備える。型１００は、例えば、カーボンやボロンナイトライドなどの加工材料１０よりも耐熱温度が高く、かつ軟化した加工材料１０と反応せず、熱伝導率が所定以上の任意の材料で構成される。

【0034】

凹部１１０は、例えば、曲率半径が一定の半球形状とされた内壁面１１０ａを有し、支柱部１２０の近傍に複数の排気孔１３０が形成されている。凹部１１０は、曲面部２１を形成するために用いられ、加工材料１０により閉塞された空間を構成し、排気孔１３０による減圧が可能となっている。凹部１１０は、例えば、上面１００ａに対する法線方向から見て、支柱部１２０を中心とする三次元対称な曲面形状となっており、内壁面１１０ａが製造しようとする微小振動体２の曲面部２１の設計に応じた湾曲形状とされる。

【0035】

支柱部１２０は、内壁面１１０ａの底部中心から型１００の厚み方向に沿って突き出しており、接続部２２を形成するための部位である。型１００のうち凹部１１０が形成され、加工材料１０が配置される面を上面１００ａとし、その反対面を下面１００ｂとし、上面１００ａと下面１００ｂとを繋ぐ面を側面１００ｃとして、型１００は、下面１００ｂが放熱部材２００に当接している。

【0036】

放熱部材２００は、例えば、水などの図示しない冷媒が流れる図示しない流路を有する構成とされ、型１００が加工材料１０の軟化点を超える温度とならないように放熱する部材である。放熱部材２００は、例えば、加工材料１０の加熱中に型１００の熱を拡散し、排熱することで、加工材料１０のうち熱により軟化した部分が凹部１１０の内壁面１１０ａに接触することを抑制する。以下、説明の便宜上、加工材料１０のうち加熱により軟化した部位を「軟化部位」と称する。

【0037】

次に、例えば図５に示すように、型１００にセットされた加工材料１０を加熱装置３００により加熱する。加熱装置３００は、例えば、バーナであり、火炎Ｆにより加工材料１０のうち凹部１１０を覆う部分を局所的に加熱する。この加熱装置３００の火炎Ｆからの入熱により、加工材料１０には、その軟化点の温度を超えた軟化部位が生じる。そして、型１００のうち凹部１１０と加工材料１０とによりなる閉塞空間を減圧することで、加工材料１０は、軟化部位が大気圧により押され、凹部１１０の内壁面１１０ａおよび支柱部１２０に沿って変形する。このとき、加工材料１０は、内壁面１１０ａ側に引っ張られて変形する曲面部位１１と、支柱部１２０により支えられた支持部位１２とを有する形状となる。加工材料１０のうち曲面部位１１が曲面部２１となり、支持部位１２が接続部２２となる。また、加工材料１０の軟化部位から型１００に入熱され、型１００の熱が放熱部材２００に伝達して外部に排熱される。

【0038】

このとき、放熱部材２００は、例えば図６に示すように、型１００を冷却し、型１００の温度が加工材料１０の軟化点を超えないように維持する。これは、加工材料１０の軟化部分が凹部１１０の内壁面１１０ａに接触することを防ぎ、内壁面１１０ａの表面凹凸が加工材料１０に転写されないようにするためである。

【0039】

ここで、以下の（１）式に示すフーリエの熱伝達式によれば、２つの物体間において熱伝達する熱量は、当該２つの物体間の温度差に比例し、当該２つの物体間の距離が小さくなるほど大きくなる。

【0040】

【数1】

（１）式におけるＱとは熱量（単位：Ｗ）、λとは熱伝達係数（単位：Ｗ／ｍ２Ｋ）、Ｔとは温度差（単位：Ｋ）、ｘとは２つの物体間の距離（ｍ）である。

【0041】

本発明者らの検討によれば、２つの物体、すなわち加工材料１０および型１００の温度が一定とすると、当該２つの物体間において熱伝達する熱量は、例えば図７に示すように、当該２つの物体間の距離と対数の関係となることが判明した。図７における縦軸の熱量は、加工材料１０と型１００との距離が１ｍｍである場合における熱伝達の熱量を１としたときの相対的な熱伝達の熱量である。なお、図７では、加工材料１０と型１００との温度差が一定である場合において、加工材料１０と型１００との距離とこれらの熱伝達における熱量との関係を示している。

【0042】

つまり、型１００が常に排熱され、加工材料１０との温度差が所定以上とされていれば、加工材料１０が凹部１１０の内壁面１１０ａに接触する前に加工材料１０から型１００への排熱が非常に大きくなるため、加工材料１０の熱変形が停止することとなる。

【0043】

具体的には、加工材料１０は、凹部１１０の内壁面１１０ａから遠い部分については、火炎Fからの入熱のほうが型１００を介した排熱よりも大きいため、内壁面１１０ａとの距離が所定以下となるまで熱変形を続け、内壁面１１０ａに次第に近づく。このとき、火炎Fの揺らぎなどにより、加工材料１０への入熱にバラツキが生じても、熱変形の時間を確保することで、加工材料１０の熱変形のバラツキを抑制し、製造個体ごとの形状バラツキを低減することが可能となる。

【0044】

そして、加工材料１０の軟化部位のうち凹部１１０の内壁面１１０ａとの距離が所定以下となった部位、すなわち近接部位は、火炎Fからの距離が遠くなるとともに、内壁面１１０ａに近づくほど型１００への熱伝達が大きくなる。このため、加工材料１０の近接部位は、火炎Fからの入熱よりも型１００を介した排熱が大きくなる結果、軟化点よりも低い温度となり、熱変形が止まる。つまり、型１００が放熱部材２００により排熱され、常に加工材料１０の軟化点以下の温度を保つことで、加工材料１０の近接部位と内壁面１１０ａとが非接触の状態が保たれ、内壁面１１０ａの表面凹凸が加工材料１０に転写されることがなくなる。

【0045】

よって、型１００の排熱を行い、加工材料１０の軟化点以下の温度を保つことで、凹部１１０の内壁面１１０ａのなす曲面形状に概ね沿った対称な形状としつつも、内壁面１１０ａの表面凹凸が転写されず、振動特性の高い微小振動体２を製造することができる。

【0046】

なお、加工材料１０のうち凹部１１０から外側にはみ出した部分については加工されずに残るが、後工程で除去される。例えば、型１００の凹部１１０を常圧に戻して、略半球形の曲面部２１が形成された加工材料１０を型１００から取り外し、任意の硬化性樹脂材料によりなる封止材で加工材料１０を封止する。その後、例えば、封止材ごとを加工後の加工材料１０のうち不要な部分を研磨およびＣＭＰにより除去した後、加熱や薬液等の任意の方法により封止材をすべて除去し、加工材料１０の残部を取り出す。ＣＭＰとは、Chemical Mechanical Polishingの略称である。微小振動体２の基部は、例えば、上記のような製造プロセスにより製造されるが、曲面部位１１および支持部位１２の形成工程を除き、上記の製法例に限定されるものではなく、他の公知の方法を採用されても構わない。例えば、微小振動体２の基部は、曲面部位１１および支持部位１２が形成された加工材料１０を封止せずに、曲面部位１１よりも外側の不要部分をレーザ加工により除去されて形成されてもよい。その後、微小振動体２の基部に任意の成膜法によって表面電極２３を成膜することで、曲面部２１の三次元対称性が高く、かつ型１００の表面凹凸が転写されてない微小振動体２を製造することができる。

【0047】

一方、例えば図８に示すように、略円柱形状の凹部４１０、と凹部４１０の底面中心から突き出す支柱部４２０と、凹部４１０に設けられた複数の排気孔４３０を有する比較例の型４００を用い、型４００の温度制御を行わない場合について検討する。この場合、加工材料１０は、火炎Ｆからの入熱のバラツキが生じたとき、入熱が多い部分と入熱が少ない部分との熱変形に差が生まれ、曲面部位１１の高さの差Ｈｄが生じることで、非対称な形状となってしまう。このような非対称な形状の振動子は、Ｑ値が低下してしまう。また、熱変形の時間を十分に確保した場合、加工材料１０は、凹部４１０に沿って変形するが、型４００の排熱がされないと、軟化部位が凹部４１０の壁面や底面に接触してしまい、凹部４１０の表面凹凸が転写されてしまう。この場合、得られる振動子は、対称な形状となるものの、表面凹凸が転写される結果、Ｑ値が低下してしまう。

【0048】

本実施形態によれば、内壁面１１０ａが三次元曲面を有する凹部１１０と、支柱部１２０とを備える型１００を用い、型１００を加工材料１０の軟化点以下の温度に保つことで、曲面部位１１の形状制御が容易、かつ内壁面１１０ａとの接触を防ぐことができる。このため、三次元対称な曲面部２１および接続部２２を有し、曲面部２１に振動のＱ値の低下原因となるような表面凹凸が生じていない微小振動体２を製造することが可能な製造方法となる。

【0049】

（変形例）
（１）上記では、放熱部材２００が図示しない冷媒を使用した冷却体とされた場合について説明したが、これに限定されるものではない。放熱部材２００は、例えば図９に示すように、サイズをより大きくし、図示しない冷媒を使用しない構成であってもよい。つまり、放熱部材２００は、少なくとも型１００の下面１０ｂに接触し、加工材料１０から型１００への排熱よりも、型１００から放熱部材２００への排熱が大きくなればよく、そのサイズや構成等については適宜変更されてもよい。本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

【0050】

（２）上記では、放熱部材２００を使用した型１００の排熱について説明したが、放熱部材２００を用いずに、型１００の排熱を行ってもよい。例えば図１０に示すように、型１００を土台２１０に載置し、加工材料１０の加熱時に型１００の側面１００ｃを空冷することにより、型１００の熱を外部に逃がす冷却方法であってもよい。この場合、加工材料１０から型１００への排熱よりも、型１００から外部への排熱が大きくなればよい。本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

【0051】

（３）型１００は、例えば図１１に示すように、内壁面１１０ａが楕円状、すなわち曲率半径が変化した湾曲面とされてもよい。この場合、例えば図１２に示すように、加工材料１０は、曲面部位１１の熱変形が止まるときの内壁面１１０ａとの距離Dが変化する。距離Dは、例えば、内壁面１１０ａが略真円を描く湾曲形状の場合には１００～２００μｍ、内壁面１１０ａが楕円状の場合には１０μｍ、といった具合に変化する。つまり、型１００は、内壁面１１０ａの湾曲形状に応じて、加工材料１０の曲面部位１１の追従度合いが変わるものの、排熱の制御がなされることで、曲面部２１をおおよそ内壁面１１０ａの湾曲形状に沿った形状に制御することが容易となる。

【0052】

また、支柱部１２０のうち凹部１１０側に位置する根元部１２１は、例えば図１１に示すように、湾曲した曲面形状とされることが好ましい。これにより、曲面部位１１が支柱部１２０の根元部１２１に沿って変形し、得られる微小振動体２の基部の対称性をより向上させることが可能となる。

【0053】

本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

【0054】

（４）型１００は、例えば図１３に示すように、内壁面１１０ａが平面部１１１と、曲面形状の湾曲部１１２とを有する構成であってもよい。つまり、型１００は、内壁面１１０ａの少なくとも一部が曲面形状の部分を有する構成であればよく、一部が平面となっていても構わない。なお、この場合、例えば、内壁面１１０ａは、上面１００ａ側の端部の近傍が平面部１１１とされ、他の部位が湾曲部１１２とされるが、これに限定されるものではない。本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

【0055】

（５）型１００は、例えば図１４に示すように、内壁面１１０ａのうち湾曲部分が窪み部１４０を有し、内壁面１１０ａの一部が他の部分よりも凹んだ構成であってもよい。このような構成とされた型１００を用いる場合、加工材料１０は、例えば、曲面部位１１が窪み部１４０に向かって突出する突起部位１３を有する形状となる。

【0056】

また、型１００は、例えば図１５に示すように、内壁面１１０ａのうち湾曲部分が凸部１５０を有し、内壁面１１０ａの一部が他の部分よりも突出した構成であってもよい。このような構成とされた型１００を用いる場合、加工材料１０は、例えば、曲面部位１１が凸部１５０に沿って変形し、支持部位１２に向かって凹んだ凹部位１４を有する形状となる。

【0057】

さらに、上記では、内壁面１１０ａが窪み部１４０または凸部１５０を有する例について説明したが、内壁面１１０ａが窪み部１４０および凸部１５０の両方を有する形態であってよく、得たい振動子の設計に応じて適宜変更されうる。

【0058】

本変形例によれば、上記実施形態の効果に加えて、得られる振動子の共振周波数の制御が可能となる効果も得られる。

【0059】

（他の実施形態）
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0060】

なお、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0061】

１０…加工材料、２１…曲面部、２２…接続部、１００…型、１００ａ…上面
１００ｂ…下面、１００ｃ…側面、１１０…凹部、１１０ａ…内壁面、１１１…平面部
１１２…湾曲部、１２０…支柱部、１２１…根元部、１４０…窪み部、１５０…凸部
２００…放熱部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】