JP2003048200A - マイクロマシンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元的な構造を有するマイクロマシンであ
っても、組立、接合に長時間を要せず、量産に適したマ
イクロマシンの製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１０上にマイクロパーツ１６，１８
を受ける凹部１２，１４を形成し、該基板１０上に充分
な数のマイクロパーツ１６，１８を散布して、該マイク
ロパーツ１６，１８を該凹部１２，１４に入れることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元的な構造を
有するマイクロマシンの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、マイクロマシンは、除去加工や
付加加工、複合加工をした後、組立、接合して製造され
る。上記加工においては、エッチング技術や微細溝形成
技術等を応用することにより、精度の高い二次元の加工
を短時間で大量に実施することが可能になっている。し
かし、マイクロマシンは複雑な三次元の構造を有するた
め、これを作製する場合は、上記加工がされたマイクロ
マシンのパーツを組立、接合する必要がある。この作業
は、顕微鏡で見ながらマニュアルで行われているのが現
状である。このようにマニュアルで組立、接合する方法
は、三次元的な構造のマイクロマシンを製造するのに適
している一方、製造するのに多大の時間を要し、また量
産にも向かないという問題点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、三次元的な構造を有するマイクロマシンであっ
ても、組立、接合に長時間を要せず、量産に適したマイ
クロマシンの製造方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロマ
シンの製造方法は、基板上にマイクロパーツを受ける凹
部を形成し、該基板上に充分な数のマイクロパーツを散
布することにより、該マイクロパーツを該凹部に入れる
ことを特徴とする。また、上記基板上に充分な数のマイ
クロパーツを散布した後に、該基板に振動を与えること
もできる。このように、目的とする凹部にマイクロパー
ツを入れることができ、組立て時間を大幅に短縮するこ
とができるので、マイクロマシンの量産に適している。

【０００５】また、本発明に係るマイクロマシンの製造
方法は、基板上にマイクロパーツを受ける凸部を形成
し、該基板上に充分な数のマイクロパーツを散布して、
該マイクロパーツを該凸部に被せることもできるし、又
は、基板上にマイクロパーツを受ける複数の種類の凹部
及び凸部を形成し、該凹部及び凸部にそれぞれ対応する
ように製作されたマイクロパーツを、該基板上に充分な
数散布して、該凹部及び凸部に該マイクロパーツを入れ
ることもできる。

【０００６】上記マイクロパーツは２種類以上のパーツ
を含む場合、それらを同時に散布することもできる。又
は、上記凹部が２種類以上ある場合は大きい凹部に対応
するパーツから先に散布し、上記凸部が２種類以上ある
場合は小さい凸部に対応するパーツから先に散布するこ
とができ、これにより、複数のパーツがある場合でも、
それぞれに対応する凹部又は凸部に適切なパーツを入れ
ることができる。

【０００７】さらに、本発明に係るマイクロマシンの製
造方法は、基板上のマイクロパーツを受ける部分とマイ
クロパーツとの間に、遠距離または近距離の相互作用が
働く状態にして、該基板上に充分な数のマイクロパーツ
を散布して、該基板上のマイクロパーツを受ける部分に
該マイクロパーツを付着させることを特徴とする。上記
相互作用の好適として、本発明に係るマイクロマシンの
製造方法は、基板上のマイクロパーツを受ける部分のマ
イクロパーツに対する表面エネルギーを、該基板上のマ
イクロパーツを受けない部分の表面エネルギーより低く
し、該基板上に充分な数のマイクロパーツを散布して、
該基板上のマイクロパーツを受ける部分に該マイクロパ
ーツを付着させることを特徴とする。上記マイクロパー
ツ上の基板に付着する部分の基板に対する表面エネルギ
ーを、上記マイクロパーツ上の基板に付着しない部分の
表面エネルギーより低くすることもできる。

【０００８】このように、付着する部分の表面エネルギ
ーを低くすることにより、その部分の吸着性が向上し、
マイクロパーツを付着させることができる。このような
表面エネルギーは、マイクロパーツの表面性状、周囲の
気体や液体の性状、そして、マイクロパーツを置く基板
の表面の性状とに依存して決定、あるいは計算できるも
のである。一般に、水中で製造を行う場合には、疎水性
のマイクロパーツに対して、疎水性の基板表面であれ
ば、ここでいう表面エネルギーは、親水性の基板表面よ
り低いものとなろう。

【０００９】上記マイクロパーツは、液体中または上記
マイクロパーツより平均粒径が大きい粉粒体中で、上記
基板上に拡散させることもできる。また、上記基板上に
充分な量のマイクロパーツを拡散した後に、該基板に揺
動を与えることもできる。この粒子径あるいは平均粒径
は、マイクロパーツの大きさよりも一般的に大きなもの
が好ましい。マイクロパーツと同じ大きさだと、基板表
面のマイクロパーツを受ける凹部などにマイクロパーツ
をより先に入ってしまって、マイクロパーツが入らなく
なるおそれがあるからである。また、マイクロパーツに
動きを与える点でも粒子径の大きい方が有利である。こ
の粉粒体は、マイクロパーツと基板に揺動を与えたとき
に、マイクロパーツを動かして、マイクロパーツが所定
の凹凸に入るのを助ける。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、本
発明の実施の形態を説明する。図１は、ギアボックスの
マイクロマシンの製造方法を説明する平面図であり、図
２は、図１に示すII−II線における断面図である。図１
及び２に示すように、ギアボックスの基板１０上に、レ
ーザー又は化学的エッチングにより、２種の歯車１６，
１８が入るための大きい凹部１２及び小さい凹部１４を
形成する。基板１０はセラミックスや樹脂から作ること
ができる。これら凹部１２，１４の直径は、例えば、
０．１〜５０μｍにすることができ、２つの凹部の径の
比率はギア比に応じて適宜定めることができる。また、
歯車１６，１８は鉄、アルミニウムなどの金属や、セラ
ミックスや樹脂などから作ることができる。また、歯車
１６，１８は、図１に示すように、歯があるものに限ら
れず、互いが噛み合う程度に表面に凹凸があれば良い。
これは、歯車の質量に比して歯車のまわりの流体の粘度
が十分に大きければ、必ずしも歯がなくても２以上の歯
車を連動させることができる。

【００１１】次に、大きい凹部１２に対応する歯車のマ
イクロパーツ１６を基板１０上に十分な数だけ散布す
る。そして、余分なマイクロパーツ１６を除去しつつ、
マイクロパーツ１６が凹部１２に埋め込まれるようにす
るため、基板１０に振動を与える。これは超音波振動で
も良い。さらに、小さい凹部１４に対応する歯車のマイ
クロパーツ１８を基板１０上に十分な数、散布した後、
再び振動を与える。これにより、基板１０上の凹部１
２，１４に、それぞれ対応する歯車１６，１８を埋め込
むことができ、ギアボックスのマイクロマシンを組立て
ることができる。このようなギアボックスのマイクロマ
シンは、従来では対応できなかったような小さな駆動装
置にも適用することができる。

【００１２】図１では、１つのギアボックスを示した
が、１つの基板上に複数のギアボックスを形成させるこ
ともできる。１つの基板上に複数のギアボックスを作製
後、１つづつを切断することにより、短時間で多くのマ
イクロマシンを量産することができる。この場合、全て
のギアボックスに歯車が入るとは限らず、ある程度の不
良率が発生すると考えられる。その場合、上記のマイク
ロパーツの散布と基板の振動の操作を複数回行うこと
で、不良率を減少させることができる。しかし、このよ
うにある程度の不良率が発生しても、マニュアルによる
製造と比較すると、時間が大幅に短縮されることから、
マイクロマシンの生産性を向上させることができる。

【００１３】図３は、振動コンベアのマイクロマシンの
製造方法を説明する断面図である。図３に示すように、
振動コンベアの基板２０上に、レーザーや化学的エッチ
ングにより、振動子２４が入るための窪み２２を形成す
る。基板はセラミックスや樹脂から作ることができる。
窪みの直径は０．５〜５０μｍにすることができる。こ
の振動子２４は、鉄などの強磁性体や、常磁性体の磁石
などを用いることができる。この時、基板２０中には、
窪み２２の下方にコイル２６が設けてあり、コイル２６
に交流電流を通すことによって、振動子２４が振動する
ようになっている。次に、窪み２２に対応する振動子２
４のマイクロパーツを基板２０上に十分な数だけ配布す
る。そして、余分なマイクロパーツを除去しつつ、振動
子２４によって各窪み２２が埋められるようにするた
め、基板２０に振動を与える。超音波振動でも良い。こ
れにより、基板２０上の窪み２２に振動子のマイクロパ
ーツ２４を入れ込むことができ、振動コンベアのマイク
ロマシンを組立てることができる。このような振動コン
ベアのマイクロマシンは、従来では搬送できなかったよ
うな小さなものも適切に搬送することができる。

【００１４】この振動子２４は基板２０の表面に柔軟性
のある樹脂をコーティングするなどによって、振動動作
をしながら、窪み２２から脱落しないようにすることが
できる。この振動子２４も全ての窪み２２に収まってい
ることは必ずしも必要ではなく、ある一定の割合以上の
窪み２２に入っていれば十分である。また、上記のマイ
クロパーツの配布と振動の操作を複数回にわたり行うこ
ともできる。これにより、窪み２２に振動子２４が入る
割合を高くすることができる。

【００１５】図４は流れ測定器のマイクロマシンの製造
方法を説明する平面図であり、図５は図４に示すＶ−Ｖ
線における断面図である。図４及び５に示すように、流
れ測定器の基板３０上に、レーザー又は化学的エッチン
グにより、回転体３４が付着するための円錐形の突起部
３２を形成する。基板３０は、セラミックスや樹脂から
作ることができる。この円錐形の突起部３２の高さは、
例えば、０．５〜５０μｍにすることができ、円錐形の
底面の直径は０．５〜５０μｍにすることができる。回
転体３４は特に限定されないが、鉄などの金属やセラミ
ックや樹脂などから作ることができる。回転体３４の羽
部３５の形状は流体物をある程度受け止めるように弧を
描いており、また、羽部３５は磁性を帯びた部分３６を
有している。一方、基板３０中には、凸部３２の外周部
分にコイル３８が設けてある。

【００１６】次に、回転体３４のマイクロパーツを基板
３０上に十分な数だけ散布する。そして、余分なマイク
ロパーツを除去しつつ、回転体３４が突起部３２に被さ
るように基板３０に振動を与える。超音波振動でも良
い。そして、突起部３２から回転体３４が離れてしまわ
ないように、化学的処理により突起部３２の頂点に樹脂
３７などを付着させる。樹脂３７を付着させる代わり
に、物理的に突起部３２の頂点を押し潰すことによって
も、回転体３４を抑えることができる。このようにし
て、基板３０上の突起部３２に回転体３４を組込み、流
れ測定器のマイクロマシンを組立てることができる。ま
た、上記のマイクロパーツの散布と振動の操作を複数回
行うこともでき、これにより、突起部３２に回転体３４
が付着する割合を高くすることができる。これにより、
短時間でより多くの流れ測定器を量産することができ
る。

【００１７】このように得られた流れ測定器を、例え
ば、界面に置くと、水の流れを羽部３５が受けて回転体
３４が回転する。これにより、磁石部３６が回転し、基
板３０内に設けられたコイル３８に電流が発生する。こ
の電流を測定することにより、通常では測定が困難な界
面における微妙な水の流れも測定することができる。ま
た、多数の回転体３４を基板３０上に設けると、たとえ
少数の回転体３４が欠落した部分があったとしても、平
均としての測定結果には大きな影響を与えないようにす
ることができる。

【００１８】図６は誘導モータのマイクロマシンの製造
方法を説明する平面図であり、図７は図６に示すVII−V
II線における断面図である。図６及び７に示すように、
モータの基板４０上に、レーザー又は化学的エッチング
により、回転子４４が入るための円柱をくりぬいた凹部
４２を形成する。基板４０は、セラミックスや樹脂から
作ることができる。この凹部４２の深さは、例えば、
０．５〜５０μｍにすることができ、その直径は０．５
〜５０μｍにすることができる。また、マイクロパーツ
を付着しやすくするため、凹部４２の表面エネルギーを
高くするか、凹部以外の基板４０の表面エネルギーを低
くするか、又はその両方をすることができる。ここで、
表面エネルギーを変化させる表面処理方法としては、特
に限定されないが、例えば、フッ素含有ポリマーの塗布
などの化学処理や、コロナ放電、プラズマ放電、イオン
ビーム照射、原子ビーム照射などの物理的処理を用いる
ことができる。回転子４４は導体であれば特に限定され
ないが、銅やアルミなどから作ることができる。また、
基板４０と付着する側の表面エネルギーを高くするか、
付着しない側の表面エネルギーを低くするか、その両方
をすることができる。一方、基板４０中には、凹部４２
の外周部分に磁界コイル４６が設けてあり、回転磁界を
つくることができる。

【００１９】次に、回転子４４のマイクロパーツを基板
４０上に十分な数だけ散布する。この散布は、水中又は
マイクロパーツより平均粒径が大きい粒子中で行うこと
もできる。これにより、基板４０や回転子４４の破損等
を防ぐとともに、回転子４４を凹部４２に入れるのを助
けることができる。そして、余分なマイクロパーツを除
去しつつ、回転子４４が凹部４２に入るように基板４０
を揺動させる。超音波による揺動でも良い。このように
して、基板４０上の凹部４２に回転子４４を組込み、誘
導モータのマイクロマシンを組立てることができる。こ
のように得られたモータは、コイル４６に交流電流を流
すと回転磁界が発生し、回転子４４が回転する。図６で
は、１つのモータを示したが、１つの基板上に複数のモ
ータを形成させることもできる。また、上記のマイクロ
パーツの散布と揺動の操作を複数回行うこともでき、こ
れにより、凹部４２に回転子４４が入る割合を高くする
ことができる。これにより、短時間でより多くのモータ
を量産することができる。

【００２０】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、三次
元的な構造を有するマイクロマシンであっても、組立、
接合に長時間を要せず、量産に適したマイクロマシンの
製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るギアボックスのマイクロマシンの
概略を示す平面図である。

【図２】図１のII−II線における断面図である。

【図３】本発明に係る振動コンベアのマイクロマシンの
概略を示す断面図である。

【図４】本発明に係る流れ測定器のマイクロマシンの概
略を示す平面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線における断面図である。

【図６】本発明に係る誘導モータのマイクロマシンの概
略を示す平面図である。

【図７】図６のVII−VII線における断面図である。

【符号の説明】 １０，２０，３０，４０ マイクロマシンの基板 １２，１４，２２，４２ 凹部 １６，１８ 歯車のマイクロパーツ １７，１９，４５ シャフト ２４ 振動子のマイクロパーツ ２６，３８，４６ コイル ３２ 凸部 ３４ 回転体のマイクロパーツ ３５ 羽部 ３６ 磁石部 ３７ 樹脂 ４４ 回転子

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にマイクロパーツを受ける凹部を
   形成し、該基板上に充分な数のマイクロパーツを散布し
   て、該マイクロパーツを該凹部に入れることを特徴とす
   るマイクロマシンの製造方法。
2. 【請求項２】 基板上にマイクロパーツを受ける凸部を
   形成し、該基板上に充分な数のマイクロパーツを散布し
   て、該マイクロパーツを該凸部に被せることを特徴とす
   るマイクロマシンの製造方法。
3. 【請求項３】 基板上にマイクロパーツを受ける複数の
   種類の凹部及び凸部を形成し、該凹部及び凸部にそれぞ
   れ対応するように製作されたマイクロパーツを、該基板
   上に充分な数だけ散布して、該凹部及び凸部に該マイク
   ロパーツを入れることを特徴とするマイクロマシンの製
   造方法。
4. 【請求項４】 上記マイクロパーツは２種類以上のパー
   ツを含み、それらを同時に散布することを特徴とする請
   求項１〜３のいずれか記載のマイクロマシンの製造方
   法。
5. 【請求項５】 上記凹部が２種類以上ある場合は大きい
   凹部に対応するパーツから先に散布し、上記凸部が２種
   類以上ある場合は小さい凸部に対応するパーツから先に
   散布することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載
   のマイクロマシンの製造方法。
6. 【請求項６】 基板上のマイクロパーツを受ける部分と
   マイクロパーツとの間に、遠距離または近距離の相互作
   用が働く状態にして、該基板上に充分な数のマイクロパ
   ーツを散布して、該基板上のマイクロパーツを受ける部
   分に該マイクロパーツを付着させることを特徴とするマ
   イクロマシンの製造方法。
7. 【請求項７】 基板上のマイクロパーツを受ける部分の
   マイクロパーツに対する表面エネルギーを、該基板上の
   マイクロパーツを受けない部分の表面エネルギーより低
   くし、該基板上に充分な数のマイクロパーツを散布し
   て、該基板上のマイクロパーツを受ける部分に該マイク
   ロパーツを付着させることを特徴とするマイクロマシン
   の製造方法。
8. 【請求項８】 上記マイクロパーツ上の基板に付着する
   部分の基板に対する表面エネルギーを、上記マイクロパ
   ーツ上の基板に付着しない部分の表面エネルギーより低
   くすることを特徴とする請求項７記載のマイクロマシン
   の製造方法。
9. 【請求項９】 上記マイクロパーツを、液体中または上
   記マイクロパーツより平均粒径が大きい粉粒体中で、上
   記基板上に拡散させることを特徴とする請求項７又は８
   記載のマイクロマシンの製造方法。
10. 【請求項１０】 上記基板上に充分な量のマイクロパー
    ツを拡散した後に、該基板に揺動を与えることを特徴と
    する請求項９記載のマイクロマシンの製造方法。