JP2003211398A - ３次元構造体の組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次元的な平面構造体から３次元的な構造体
を簡易に作製することのできる、新規な組立方法を提供
する。 【解決手段】 折り曲げ部位１０１の一部分が固定され
た基板１０３を磁場１０５中に配置する。折り曲げ部位
１０１の上面には磁気異方性材料１０４が設けられてい
る。磁気異方性材料１０４は磁場１０５との相互作用に
よって所定の外力Ｔｆが生じ、折り曲げ部位１０１は上
方へ持ち上げられる。一方、折り曲げ部位１０１のヒン
ジ部１０２には、前記折り曲げに対する反力Ｔｈが作用
し、折り曲げ部位１０１は外力Ｔｆ及び反力Ｔｈが釣り
合う角度θの位置において固定され、３次元的に変形し
た構造体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の部位を折り
曲げて構造体を作成する組立方法にかかり、特にＭＥＭ
Ｓ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた
微細構造体の組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical S
ystems）技術の発展に伴い、半導体プロセスを用いて作
成した微細な電気機械構造体の、産業への応用が広がっ
ている。半導体プロセスは、基本的には半板状の基板の
面を加工する２次元加工であるが、加工面の上に別の加
工面を積層する２．５次元加工と呼ばれる手法により、
擬似的な３次元形状を作製していた。それに対し最近、
基板上に２次元加工で展開図構造を作っておき、それを
基板から起こして組み立てて薄膜３次元構造体を作る技
術が開発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】２次元展開構造体を折
り曲げて起こし、薄膜３次元構造を組み立てるために
は、以下のような問題がある。 １）対象とする構造体が微小である。そのため、先端を
尖らせたガラス棒のような道具を使い、顕微鏡下で組み
立て作業が行われているが、作業性、生産性の点から非
効率的である。 ２）対象とする構造体の数が多い。半導体プロセスを用
いると、１枚の基板上に複数の構造体を一度に作製する
ことができる。用途にもよるが、１枚の基板上に数万個
もの構造体を作製することもある。これらの素子をひと
つひとつ組み立てるのは、非常に困難を伴う。 ３）対象とする構造体の組立にあたり、構造体の構成部
位を、順序立てて組み立てる必要がある。

【０００４】本発明は上述した問題を生じることのな
い、２次元的な平面構造体から３次元的な構造体を簡易
に作製することのできる、新規な組立方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明においては、２次元的な平面状の部材の所定部位
において、場との相互作用によって所定の外力を生じさ
せる作用物質を貼付、又は前記所定部位を前記作用物質
から直接的に構成する。そして、前記部材を前記場中に
配置し、前記場と前記作用物質との間に生じる前記外力
によって、前記部材の前記所定部位を３次元的に変形さ
せ、目的とする３次元的な構造体を作製する。

【０００６】このとき、前記部材の複数の部位に対して
前記作用物質を貼付する、又は前記複数の部位を前記作
用物質から直接的に構成することによって、これら複数
の部位を３次元的に変形させることができ、比較的複雑
な構造体をも簡易に作製することができる。

【０００７】前記場としては、磁場、電場、加速度を例
示することができる。磁場との間で力の作用を起こす物
質としては、磁気モーメントを持つ物質があり、半導体
プロセスではたとえば磁気異方性材料が好適である。具
体的には、Ｎｉ、ＮｉＦｅ及びＮｉＣｏを例示すること
ができる。

【０００８】電場との間に力の作用を起こす物質として
は、電気双極子モーメントを有する電気分極性材料が好
適であり、具体的には、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ_３及びＳｒ
ＴｉＯ_３を例示することができる。同様に、加速度との
間に力の作用を起こす物質は、材料の種類などは限定さ
れず、負荷された加速度に対して感応するに足る所定の
質量を有する総ての物質を用いることができる。これら
により、外部から場を印加するだけで、折り曲げるべき
部位を基板から起こすような力を働かせることができ
る。

【０００９】前記部材の複数の部位を変形させる場合に
おいても、半導体プロセス技術を用いれば、前記部材の
複数の部位において前記作用物質を一度の操作で貼付す
ることができる。

【００１０】前記複数の部位は同時に折曲げて変形させ
ることもできるが、例えば、前記作用物質の貼付面積、
貼付量（貼付体積）、貼付位置、又は前記複数の部位の
折曲部の剛性を適宜に変化させることによって、前記複
数の部位を順次に変形させることもできる。また、場の
強度を適当に変化させることによっても、前記複数の部
位を順次に変形させて、３次元構造体を作製することが
できる。この場合は、前記複数の部位に対して前記作用
物質を貼付する場合に限らず、前記複数の部位を前記作
用物質から直接的に構成する場合についても適用するこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の基本原理
を示す図である。折り曲げ部位１０１は、その一部が基
板１０３に固定されている。折曲部位１０１は、曲がり
やすいように剛性を下げたヒンジ部１０２を持つ。折り
曲げ部位１０１には上述したような磁気異方性材料１０
４が貼付されている。磁気異方性材料１０４は、図１に
示す矢印の方向に磁化されており、その磁化量をＩとす
る。

【００１２】図１に示す矢印の方向において強さＦの磁
場１０５中に基板１０３を配置すると、磁気異方性材料
１０４には、前記磁場より内部の磁化が磁場の方向を向
くような力（回転力）Ｔｆが発生する。なお、力Ｔｆは
Ｉ・Ｆ／ｓｉｎθに比例し、この力Ｔｆにより折り曲げ
部位１０１は持ち上げられる。一方、ヒンジ部１０２に
おいては、前述した折曲げに抗する反力Ｔｈが発生する
ので、折り曲げ部位１０２は、力Ｔｆと反力Ｔｈとが釣
り合う角度θで止まる。このとき、印加する磁場Ｆの大
きさを変えることで、折り曲げ部位１０１を持ち上げる
角度θを制御することができる。

【００１３】なお、磁気異方性材料の代わりに上述した
電気双極子モーメントを持つ電気分極性材料、又は所定
の質量を有する材料を用いることもできる。これらの場
合においては、前述した磁場に変えてそれぞれ電場又は
加速度を用いる。

【００１４】図２は、単一の平板上に複数の折り曲げ部
位を有する場合の、組み立て順序を説明するための図で
ある。図２（ａ）においては、基板２０１の上に、薄板
２０２からなる２次元の平面構造体（展開構造体）が作
製されている。薄膜２０２の中には、第１の折り曲げ部
位２０３と、支持部位２０４が作り込まれている。この
例において、支持部位２０４も折り曲げ部位であるが、
ここではその機能に着目して支持部位とする。薄板２０
２は、斜線を記した部分で基板２０１に固定されてい
る。また折り曲げ部位２０３及び支持部位２０４には、
磁気異方性材料が貼付されているものとする。

【００１５】図２（ｂ）に示すように、弱い磁場Ｆを印
加すると、折り曲げ部位２０３が持ち上がる。次に図２
（ｃ）に示すように、強い磁場Ｆを印加すると、支持部
位２０４が持ち上がり、折り曲げ部位２０３を保持する
ようになる。もし逆に支持部位２０４が先に持ち上がっ
てしまうと、折り曲げ部位２０３を挟み込んで保持する
ことができない。この例で示したように、構造体を組み
立てるには、各部位を順序つけて持ち上げる必要があ
る。折り曲げ部位を順次に変形させる方法については後
に詳述する。

【００１６】なお、図２においては、強弱２種類の磁場
Ｆを用いて折り曲げ部位２０３及び支持部位２０４を順
次に折り曲げて変形させたが、特に折り曲げ部位及び支
持部位を同方向に折り曲げて変形させる場合などにおい
ては、印加する磁場の方向などを変化させることなどに
よって、これらを同時に折り曲げ、変形させることもで
きる。

【００１７】図３は、単一の基板上に上述した折り曲げ
部位と指示部位とを複数設け、図２に示す組み立て手順
に従って変形させることにより作製した３次元構造体の
一例を示す図である。このように本発明の組立方法によ
れば、多数の折り曲げ部位を有する場合においても、上
述したような極めて簡易な方法でこれらを順次に又は同
時に折り曲げ、変形させることができ、図３に示すよう
な複雑な３次元構造体をも簡易に作製することができ
る。

【００１８】図４は、単一の基板上に複数の折り曲げ部
位を有し、これを順次に折り曲げて変形させる組立方法
を説明するための図である。図４（ａ）においては、基
板３０１上に折り曲げ部位３０２〜３０４がその一部を
基板３０１に固定されることによって配置されている。
また、折り曲げ部位３０２〜３０４の上面には厚さが一
定であり、面積が異なる磁気異方性材料３０５〜３０７
が取り付けられている。なお、貼付面積は、３０５、３
０６、３０７の順に大きく、磁化の大きさもこの順に大
きくなっている。

【００１９】このような状態の基板３０１に一様な磁場
Ｆが印加されると、折り曲げ部位を起こす力は磁気異方
性材料３０５、３０６、３０７の順に大きくなり、持ち
上がり量も、図４（ａ）に示すように、折り曲げ部位３
０２、３０３、３０４の順に大きくなる。このように、
磁気異方性材料の貼付面積を制御することにより、ある
大きさの磁場での持ち上がり量を変化させることができ
るため、磁場の大きさを制御する、具体的には増加させ
ていくことによって複数の折り曲げ部位の組立順序を制
御することができる。

【００２０】図４（ｂ）は、磁気異方性材料の体積を換
えることにより組立順序を制御する例である。折り曲げ
部位３０２〜３０４の上面に設けられた磁気異方性材料
３０８〜３１０の体積は３０８、３０９、３１０の順に
大きく、磁化の大きさもこの順に大きくなっている。し
たがって、磁場Ｆを印加したときの外力は磁気異方性材
料３０８、３０９、３１０の順に大きくなり、折り曲げ
部位３０２〜３０４の持ち上がり量もこの順に大きくな
る。このように、磁気異方性材料の貼付体積を制御する
ことにより、ある大きさの磁場での持ち上がり量を変化
させることができるため、磁場の大きさを制御する、具
体的には増加させていくことによって複数の折り曲げ部
位の組立順序を制御することができる。

【００２１】図４（ｃ）は、折り曲げ部位のヒンジ部の
剛性を変えることにより組立順序を制御する例である。
折り曲げ部位３０２〜３０４の上面には磁気異方性材料
３０６が設けられており、その面積及び体積は一定に保
持されている。なお、折り曲げ部位３０２〜３０４の、
ヒンジ部３１１〜３１３の曲げに対する剛性はｋ１、ｋ
２、ｋ３であり、ｋ１＜ｋ２＜ｋ３なる関係を有する。
すなわち、ヒンジ部３１１〜３１３の剛性はこの順に大
きくなっているので、磁場Ｆを印加したときの発生する
外力は同じであっても、ヒンジ部の曲がり量はヒジ部３
１３、３１２、３１１の順に多くなり、持ち上が量もこ
の順に大きくなる。

【００２２】このように、ヒンジ部３１１〜３１３の剛
性を制御することにより、ある大きさの磁場での折り曲
げ部位の持ち上がり量を変化させることができるため、
磁場の大きさを制御する、具体的には増加させていくこ
とによって複数の折り曲げ部位の組立順序を制御するこ
とができる。

【００２３】なお、図４（ａ）〜（ｃ）においては、磁
気異方性材料を用い、これに対して磁場を印加すること
によって、折り曲げ部位を順次に変形させる場合につい
て説明してきたが、電気分極性材料を用い、これに対し
て電場を印加することによって、折り曲げ部位を順次に
変形させることもできる。

【００２４】図４（ｄ）は、上述した磁場に代えて加速
度を用いて組立順序を制御する例である。折り曲げ部位
３０２〜３０４の上面には、質量体３１４〜３１６が貼
付されている。質量体３１４〜３１６の大きさはそれぞ
れｍ１、ｍ２、ｍ３であり、ｍ１＞ｍ２＞ｍ３なる関係
を有する。なお、質量の貼付位置は同じする。加速度Ｆ
を印加したときの発生力は質量３１４、３１５、３１６
の順に大きく、持ち上がり量もこの順に大きくなる。こ
のように、加速度と異なる質量の質量体とを用いること
によっても、複数の折り曲げ部位の組立順序を制御する
ことができる。

【００２５】図４（ｅ）は、質量体の質量を変化させる
代わりに、貼付位置を変化させることにより組み立て順
序を制御する例である。折り曲げ部位３０２〜３０４の
上面には質量体３１４が取り付けられており、その面積
及び体積は一定に保持されている。但し、質量体３１５
の貼付位置が異なり、左側から右側に向かうにつれて固
定部分から外方に取り付けられている。このような状態
で加速度Ｆが印加されると、質量体３１５の折り曲げ部
位の固定部分からより外方に取り付けられている場合に
おいてより大きな外力が発生し、折り曲げ部位の持ち上
がり量も大きくなる。

【００２６】このように、質量体の、折り曲げ部位にお
ける取り付け位置を制御することにより、所定の加速度
による折り曲げ部位の持ち上がり量を変化させることが
でき、複数の折り曲げ部位の組立順序を制御することが
できる。

【００２７】以上、本発明を発明の実施の形態に即して
詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定される
ものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおい
て、あらゆる変型や変更が可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、２次元的な平面部材の
所定部位に対して、場との相互作用によって所定の外力
を生じさせる作用物質を貼付し、前記部材を前記場中に
配置することにより、前記場と前記作用物質との間で生
じる前記外力によって、前記部材の前記所定部位を３次
元的に変形させるようにしたので、３次元的な構造体を
極めて簡易に作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本原理を示す図である。

【図２】 単一の平板上に複数の折り曲げ部位を有する
場合の、組み立て順序を説明するための図である。

【図３】 複数の折り曲げ部位と支持部位とを具える３
次元構造体の一例を示す図である。

【図４】 単一の基板上に複数の折り曲げ部位を有し、
これを順次に折り曲げて変形させる組立方法を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１０１ 折り曲げ部位 １０２ ヒンジ部 １０３ 基板 １０４ 磁気異方性材料 １０５ 磁場 ２０１ 基板 ２０２ 薄膜 ２０３ 折り曲げ部位 ２０４ 支持部位 ３０１ 基板 ３０２〜３０４ 折り曲げ部位 ３０５〜３１０ 磁気異方性材料 ３１１〜３１３ ヒンジ部 ３１４〜３１６ 質量体

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面状の部材の所定部位において、場と
   の相互作用によって所定の外力を生じさせる作用物質を
   貼付し、前記部材を前記場中に配置することにより、前
   記場と前記作用物質との間で生じる前記外力によって、
   前記部材の前記所定部位を３次元的に変形させ、３次元
   的な構造体を作製することを特徴とする、３次元構造体
   の組立方法。
2. 【請求項２】 平面状の部材の所定部位を、場との相互
   作用によって所定の外力を生じさせる作用物質から構成
   し、前記部材を前記場中に配置することにより、前記場
   と前記作用物質との間で生じる前記外力によって、前記
   部材の前記所定部位を３次元的に変化させ、３次元的な
   構造体を作製することを特徴とする、３次元構造体の組
   立方法。
3. 【請求項３】 前記場は磁場であって、前記作用物質は
   磁気異方性を有する物質であることを特徴とする、請求
   項１又は２に記載の３次元構造体の組立方法。
4. 【請求項４】 前記場は電場であって、前記作用物質は
   電気分極性を有する物質であることを特徴とする、請求
   項１又は２に記載の３次元構造体の組立方法。
5. 【請求項５】 前記場は加速度であって、前記作用物質
   は所定の質量を有する物質であることを特徴とする、請
   求項１又は２に記載の３次元構造体の組立方法。
6. 【請求項６】 前記部材は薄膜から構成されることを特
   徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の３次元構
   造体の組立方法。
7. 【請求項７】 前記部材の前記所定部位は、前記３次元
   構造体の展開部位であることを特徴とする、請求項１〜
   ６のいずれか一に記載の３次元構造体の組立方法。
8. 【請求項８】 平面状の部材の複数の部位において、場
   との相互作用によって所定の外力を生じさせる作用物質
   を貼付し、前記部材を前記場中に配置することにより、
   前記場と前記作用物質との間で生じる前記外力によっ
   て、前記複数の部位を３次元的に変形させ、３次元的な
   構造体を作製することを特徴とする、３次元構造体の組
   立方法。
9. 【請求項９】 平面状の部材の複数の部位を、場との相
   互作用によって所定の外力を生じさせる作用物質から構
   成し、前記部材を前記場中に配置することにより、前記
   場と前記作用物質との間で生じる前記外力によって、前
   記複数の部位を３次元的に変形させ、３次元的な構造体
   を作製することを特徴とする、３次元構造体の組立方
   法。
10. 【請求項１０】 前記場の強度を変化させることによっ
    て、前記複数の部位の変形順序を制御することを特徴と
    する、請求項８又は９に記載の３次元構造体の組立方
    法。
11. 【請求項１１】 前記部材の前記複数の部位に貼付する
    前記作用物質の貼付面積を変化させることによって、前
    記複数の部位の変形順序を制御することを特徴とする、
    請求項８に記載の３次元構造体の組立方法。
12. 【請求項１２】 前記部材の前記複数の部位に貼付する
    前記作用物質の貼付体積を変化させることによって、前
    記複数の部位の変形順序を制御することを特徴とする、
    請求項８に記載の３次元構造体の組立方法。
13. 【請求項１３】 前記部材の前記複数の部位に貼付する
    前記作用物質の貼付位置を変化させることによって、前
    記複数の部位の変形順序を制御することを特徴とする、
    請求項８に記載の３次元構造体の組立方法。
14. 【請求項１４】 前記複数の部位の折曲部の剛性を変化
    させることによって、前記複数の部位の変形順序を制御
    することを特徴とする、請求項８に記載の３次元構造体
    の組立方法。
15. 【請求項１５】 前記場は磁場であって、前記作用物質
    は磁気異方性を有する物質であることを特徴とする、請
    求項８〜１４のいずれか一に記載の３次元構造体の組立
    方法。
16. 【請求項１６】 前記場は電場であって、前記作用物質
    は電気分極性を有する物質であることを特徴とする、請
    求項８〜１４のいずれか一に記載の３次元構造体の組立
    方法。
17. 【請求項１７】 前記場は加速度であって、前記作用物
    質は所定の質量を有する物質であることを特徴とする、
    請求項８〜１４のいずれか一に記載の３次元構造体の組
    立方法。
18. 【請求項１８】 前記部材は薄膜から構成されることを
    特徴とする、請求項８〜１７のいずれか一に記載の３次
    元構造体の組立方法。
19. 【請求項１９】 前記部材の前記所定部位は、前記３次
    元構造体の展開部位であることを特徴とする、請求項８
    〜１８のいずれか一に記載の３次元構造体の組立方法。