JP3109220B2 - マイクログリッパー - Google Patents
マイクログリッパーInfo
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Links
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- B81C99/0005—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of microstructural devices or systems, or methods for manufacturing the same
- B81C99/002—Apparatus for assembling MEMS, e.g. micromanipulators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J7/00—Micromanipulators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Gripping Jigs, Holding Jigs, And Positioning Jigs (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡視野内等におい
て、微小物体を掴むために使用されるマイクログリッパ
ーに関する。
て、微小物体を掴むために使用されるマイクログリッパ
ーに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、顕微鏡視野内において、
微小な機械部品，細胞等の生体を掴むためにマイクログ
リッパーが使用されている。
微小な機械部品，細胞等の生体を掴むためにマイクログ
リッパーが使用されている。
【０００３】図１１は、静電方式のマイクログリッパー
を示すもので、このマイクログリッパーでは、グリッパ
ー本体１１の先端に、一対のフィンガー１３が間隔をお
いて対向配置され、一対のフィンガー１３の間に固定電
極１５が配置されている。
を示すもので、このマイクログリッパーでは、グリッパ
ー本体１１の先端に、一対のフィンガー１３が間隔をお
いて対向配置され、一対のフィンガー１３の間に固定電
極１５が配置されている。
【０００４】このようなマイクログリッパーでは、フィ
ンガー１３と固定電極１５との間に電圧を印加すると、
フィンガー１３と固定電極１５との間に静電気力が作用
し、フィンガー１３の開閉が行われる。
ンガー１３と固定電極１５との間に電圧を印加すると、
フィンガー１３と固定電極１５との間に静電気力が作用
し、フィンガー１３の開閉が行われる。
【０００５】一方、図１２は、圧電素子を用いたマイク
ログリッパーを示すもので、このマイクログリッパーで
は、銅合金薄板を化学的にエッチングすることにより、
固定部１７，変位拡大部１９，フィンガー２１が一体形
成され、固定部１７の間に圧電素子２３が配置されてい
る。
ログリッパーを示すもので、このマイクログリッパーで
は、銅合金薄板を化学的にエッチングすることにより、
固定部１７，変位拡大部１９，フィンガー２１が一体形
成され、固定部１７の間に圧電素子２３が配置されてい
る。
【０００６】このようなマイクログリッパーでは、圧電
素子２３の伸縮変位が変位拡大部１９を介してフィンガ
ー２１に伝達されフィンガー２１の開閉が行われる。
素子２３の伸縮変位が変位拡大部１９を介してフィンガ
ー２１に伝達されフィンガー２１の開閉が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のマイクログリッパーでは、フィンガー１３，
２１を比較的大きく開閉動作するためには、数十から数
百ボルトの高電圧が必要になるという問題があった。
うな従来のマイクログリッパーでは、フィンガー１３，
２１を比較的大きく開閉動作するためには、数十から数
百ボルトの高電圧が必要になるという問題があった。
【０００８】また、図１１に示した静電方式のマイクロ
グリッパーでは、フィンガー１３の変位量が、例えば、
数μｍ程度であるため、ハンドリングできる対象物の外
形寸法に極端な制約があるという問題があった。
グリッパーでは、フィンガー１３の変位量が、例えば、
数μｍ程度であるため、ハンドリングできる対象物の外
形寸法に極端な制約があるという問題があった。
【０００９】さらに、従来のマイクログリッパーでは、
フィンガー１３，２１の変形自由度が極端に小さいた
め、対象物を掴むためには、一対のフィンガー１３，２
１の中央部に対象物が来るようにマイクログリッパー全
体を移動する必要があるという問題があった。
フィンガー１３，２１の変形自由度が極端に小さいた
め、対象物を掴むためには、一対のフィンガー１３，２
１の中央部に対象物が来るようにマイクログリッパー全
体を移動する必要があるという問題があった。
【００１０】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、極めて低い印加電圧でフィンガー
を大きく変位することができるマイクログリッパーを提
供することを目的とする。
めになされたもので、極めて低い印加電圧でフィンガー
を大きく変位することができるマイクログリッパーを提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１のマイクログリ
ッパーは、グリッパー本体の先端に、磁界内に配置され
る一対の可撓性フィンガーを間隔をおいて対向配置する
とともに、前記可撓性フィンガーに、通電により前記磁
界において発生するローレンツ力により前記可撓性フィ
ンガーを変形するコイル層を形成してなるものである。
ッパーは、グリッパー本体の先端に、磁界内に配置され
る一対の可撓性フィンガーを間隔をおいて対向配置する
とともに、前記可撓性フィンガーに、通電により前記磁
界において発生するローレンツ力により前記可撓性フィ
ンガーを変形するコイル層を形成してなるものである。
【００１２】請求項２のマイクログリッパーは、請求項
１において、前記可撓性フィンガーには、複数のコイル
層が形成されているものである。請求項３のマイクログ
リッパーは、請求項１または２において、前記可撓性フ
ィンガーは、無機材料により形成されているものであ
る。
１において、前記可撓性フィンガーには、複数のコイル
層が形成されているものである。請求項３のマイクログ
リッパーは、請求項１または２において、前記可撓性フ
ィンガーは、無機材料により形成されているものであ
る。
【００１３】請求項４のマイクログリッパーは、請求項
１または２において、前記可撓性フィンガーは、有機材
料により形成されているものである。請求項５のマイク
ログリッパーは、請求項１ないし４において、前記可撓
性フィンガーの先端部に、凸状または凹状の保持部を形
成してなるものである。
１または２において、前記可撓性フィンガーは、有機材
料により形成されているものである。請求項５のマイク
ログリッパーは、請求項１ないし４において、前記可撓
性フィンガーの先端部に、凸状または凹状の保持部を形
成してなるものである。
【００１４】請求項６のマイクログリッパーは、請求項
１ないし５において、コイル層は、超伝導材料により形
成されているものである。
１ないし５において、コイル層は、超伝導材料により形
成されているものである。
【００１５】
【作用】本発明のマイクログリッパーでは、磁界中にお
いて、可撓性フィンガーのコイル層に通電すると、コイ
ル層が磁界からローレンツ力を受け可撓性フィンガーが
変形する。
いて、可撓性フィンガーのコイル層に通電すると、コイ
ル層が磁界からローレンツ力を受け可撓性フィンガーが
変形する。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。図１は、本発明のマイクログリッパーの一実
施例を示すもので、図において、符号３１は、平板状の
グリッパー本体を示している。
説明する。図１は、本発明のマイクログリッパーの一実
施例を示すもので、図において、符号３１は、平板状の
グリッパー本体を示している。
【００１７】このグリッパー本体３１の先端には、一対
の可撓性フィンガー３３が間隔をおいて対向配置されて
いる。可撓性フィンガー３３は、矩形の長尺平板状をな
しており、グリッパー本体３１と一体に形成されてい
る。
の可撓性フィンガー３３が間隔をおいて対向配置されて
いる。可撓性フィンガー３３は、矩形の長尺平板状をな
しており、グリッパー本体３１と一体に形成されてい
る。
【００１８】また、可撓性フィンガー３３の先端部に
は、可撓性フィンガー３３の対向面側に、凸状の保持部
３５が形成されている。可撓性フィンガー３３の外側面
には、コイル層３７が形成されている。
は、可撓性フィンガー３３の対向面側に、凸状の保持部
３５が形成されている。可撓性フィンガー３３の外側面
には、コイル層３７が形成されている。
【００１９】このコイル層３７は、可撓性フィンガー３
３の外側面に沿って矩形状に形成されている。一方、グ
リッパー本体３１には、コイル層３７の両端に接続され
る接続層３９が形成され、接続層３９の端部には、電極
層４１が所定間隔をおいて形成されている。
３の外側面に沿って矩形状に形成されている。一方、グ
リッパー本体３１には、コイル層３７の両端に接続され
る接続層３９が形成され、接続層３９の端部には、電極
層４１が所定間隔をおいて形成されている。
【００２０】図２は、上述したマイクログリッパーの製
造方法の一例を示すもので、この製造方法では、先ず、
グリッパー本体３１および可撓性フィンガー３３を形成
するための基板材料として、厚さ２００μｍ、１００面
方位のシリコン単結晶基板４３が用意される。
造方法の一例を示すもので、この製造方法では、先ず、
グリッパー本体３１および可撓性フィンガー３３を形成
するための基板材料として、厚さ２００μｍ、１００面
方位のシリコン単結晶基板４３が用意される。
【００２１】次に、図２の（ａ）に示すように、シリコ
ン単結晶基板４３の両面に、気相成長法により、厚さ約
０．３μｍの窒化珪素膜４５が全面に形成される。この
後、リソグラフィ法を使用して、部分的に窒化珪素膜４
５を除去し、ＫＯＨ水溶液によりシリコン単結晶基板４
３を異方性エッチングし、凹状のトレンチ４７が形成さ
れる。
ン単結晶基板４３の両面に、気相成長法により、厚さ約
０．３μｍの窒化珪素膜４５が全面に形成される。この
後、リソグラフィ法を使用して、部分的に窒化珪素膜４
５を除去し、ＫＯＨ水溶液によりシリコン単結晶基板４
３を異方性エッチングし、凹状のトレンチ４７が形成さ
れる。
【００２２】なお、この凹状のトレンチ４７は、可撓性
フィンガー３３の先端部に凸状の保持部３５を形成する
ためのもので、掴む対象物により任意な形状にすること
ができる。
フィンガー３３の先端部に凸状の保持部３５を形成する
ためのもので、掴む対象物により任意な形状にすること
ができる。
【００２３】この後、（ｂ）に示すように、再び、気相
成長法により、厚さ約０．３μｍの窒化珪素膜４９が全
面に形成される。次に、（ｃ）に示すように、リソグラ
フィ法を使用して、可撓性フィンガー３３の外形を形成
するための矩形形状のパターニングが施される。
成長法により、厚さ約０．３μｍの窒化珪素膜４９が全
面に形成される。次に、（ｃ）に示すように、リソグラ
フィ法を使用して、可撓性フィンガー３３の外形を形成
するための矩形形状のパターニングが施される。
【００２４】なお、この実施例では、可撓性フィンガー
３３の外形形状が矩形であるため、矩形形状のパターニ
ングが施されるが、要望される可撓性フィンガーの外形
形状に応じて、台形，三角形などの多角形形状、あるい
は、半円等の曲線からなる形状、さらには、直線と曲線
とからなる形状でも良く、また、可撓性フィンガーの中
央部が任意の形状にくり抜かれるような形状にしても良
い。
３３の外形形状が矩形であるため、矩形形状のパターニ
ングが施されるが、要望される可撓性フィンガーの外形
形状に応じて、台形，三角形などの多角形形状、あるい
は、半円等の曲線からなる形状、さらには、直線と曲線
とからなる形状でも良く、また、可撓性フィンガーの中
央部が任意の形状にくり抜かれるような形状にしても良
い。
【００２５】この後、（ｄ）に示すように、金，銅，ア
ルミニウム等からなる導体膜５１が、真空蒸着法，スパ
ッタリング法等により全面形成され、次に、（ｅ）に示
すように、導体膜５１がパターニングされ、コイル層３
７，接続層３９，電極層４１が形成される。
ルミニウム等からなる導体膜５１が、真空蒸着法，スパ
ッタリング法等により全面形成され、次に、（ｅ）に示
すように、導体膜５１がパターニングされ、コイル層３
７，接続層３９，電極層４１が形成される。
【００２６】この後、（ｆ）に示すように、シリコン単
結晶基板４３から、不要なシリコン部分がエッチング除
去され、図１に示したようなマイクログリッパーが製造
される。
結晶基板４３から、不要なシリコン部分がエッチング除
去され、図１に示したようなマイクログリッパーが製造
される。
【００２７】なお、製造されたマイクログリッパーは、
一対の可撓性フィンガー３３の間隔が２００μｍ、可撓
性フィンガー３３の厚み０．６μｍ、長さ３００μｍ、
幅約３０μｍである。
一対の可撓性フィンガー３３の間隔が２００μｍ、可撓
性フィンガー３３の厚み０．６μｍ、長さ３００μｍ、
幅約３０μｍである。
【００２８】このようにして得られたマイクログリッパ
ーを、磁束の方向が、可撓性フィンガー３３の長さ方向
と平行で、磁束密度が約０．５Ｗｂ／ｍ2 の磁場中に設
置し、外部電源を用いて電極層４１，接続層３９を介し
てコイル層３７に通電して、印加電圧と可撓性フィンガ
ー３３の変位との関係を調べたところ、印加電圧±０．
５Ｖで、約±５０μｍもの変位が得られ、極めて低い印
加電圧で大きな変位が得られ、また、個々の可撓性フィ
ンガー３３が大きく変位するため、掴みたい試料の大き
さに対する自由度が非常に大きいということが判った。
ーを、磁束の方向が、可撓性フィンガー３３の長さ方向
と平行で、磁束密度が約０．５Ｗｂ／ｍ2 の磁場中に設
置し、外部電源を用いて電極層４１，接続層３９を介し
てコイル層３７に通電して、印加電圧と可撓性フィンガ
ー３３の変位との関係を調べたところ、印加電圧±０．
５Ｖで、約±５０μｍもの変位が得られ、極めて低い印
加電圧で大きな変位が得られ、また、個々の可撓性フィ
ンガー３３が大きく変位するため、掴みたい試料の大き
さに対する自由度が非常に大きいということが判った。
【００２９】さらに、一対の可撓性フィンガー３３にそ
れぞれコイル層３７が形成されているため、一対の可撓
性フィンガー３３に同時に通電するのではなく、それぞ
れ独立に通電し、可撓性フィンガー３３の許容撓み量ま
で動かすことにより、試料が一対の可撓性フィンガー３
３の中央に位置しなくても、可撓性フィンガー３３の動
きと、可撓性フィンガー３３の長さ方向の移動だけで、
試料を掴むことができることが判った。
れぞれコイル層３７が形成されているため、一対の可撓
性フィンガー３３に同時に通電するのではなく、それぞ
れ独立に通電し、可撓性フィンガー３３の許容撓み量ま
で動かすことにより、試料が一対の可撓性フィンガー３
３の中央に位置しなくても、可撓性フィンガー３３の動
きと、可撓性フィンガー３３の長さ方向の移動だけで、
試料を掴むことができることが判った。
【００３０】すなわち、図３は、コイル層３７への通電
状態と可撓性フィンガー３３の変位との関係を概略的に
示すもので、紙面の上方から下方方向に向けて磁束が作
用している。
状態と可撓性フィンガー３３の変位との関係を概略的に
示すもので、紙面の上方から下方方向に向けて磁束が作
用している。
【００３１】また、一対の可撓性フィンガー３３の両側
には、可撓性フィンガー３３を外側から見た時にコイル
層３７に流れる電流の方向が矢符で示されている。
（ａ）では、コイル層３７に矢符のように電流が流さ
れ、一対の可撓性フィンガー３３が内側に向けて変位
し、比較的小さい試料Ｓが可撓性フィンガー３３の間に
挟持されている。
には、可撓性フィンガー３３を外側から見た時にコイル
層３７に流れる電流の方向が矢符で示されている。
（ａ）では、コイル層３７に矢符のように電流が流さ
れ、一対の可撓性フィンガー３３が内側に向けて変位
し、比較的小さい試料Ｓが可撓性フィンガー３３の間に
挟持されている。
【００３２】（ｂ）では、コイル層３７に矢符のように
電流が流され、一対の可撓性フィンガー３３が外側に向
けて変位し、比較的大きい試料Ｓが可撓性フィンガー３
３の間に位置されている。
電流が流され、一対の可撓性フィンガー３３が外側に向
けて変位し、比較的大きい試料Ｓが可撓性フィンガー３
３の間に位置されている。
【００３３】（ｃ）では、コイル層３７に矢符のように
電流が流され、一対の可撓性フィンガー３３が図の左側
に向けて変位し、試料Ｓが可撓性フィンガー３３の間に
位置されている。
電流が流され、一対の可撓性フィンガー３３が図の左側
に向けて変位し、試料Ｓが可撓性フィンガー３３の間に
位置されている。
【００３４】（ｄ）では、コイル層３７に矢符のように
電流が流され、一対の可撓性フィンガー３３が図の右側
に向けて変位し、試料Ｓが可撓性フィンガー３３の間に
挟持されている。
電流が流され、一対の可撓性フィンガー３３が図の右側
に向けて変位し、試料Ｓが可撓性フィンガー３３の間に
挟持されている。
【００３５】図４は、マイクログリッパーの製造方法の
他の例を示すもので、この製造方法では、先ず、グリッ
パー本体３１および可撓性フィンガー３３を形成するた
めの基板材料として、厚さ３８０μｍ、１００面方位の
シリコン単結晶基板５３が用意される。
他の例を示すもので、この製造方法では、先ず、グリッ
パー本体３１および可撓性フィンガー３３を形成するた
めの基板材料として、厚さ３８０μｍ、１００面方位の
シリコン単結晶基板５３が用意される。
【００３６】次に、図４の（ａ）に示すように、シリコ
ン単結晶基板５３の両面に、熱酸化法により、厚さ約
０．４μｍの酸化珪素膜５５が全面に形成される。この
後、リソグラフィ法を使用して、部分的に酸化珪素膜５
５を除去し、ＫＯＨ水溶液によりシリコン単結晶基板５
３を異方性エッチングし、凹状のトレンチ５７が形成さ
れる。
ン単結晶基板５３の両面に、熱酸化法により、厚さ約
０．４μｍの酸化珪素膜５５が全面に形成される。この
後、リソグラフィ法を使用して、部分的に酸化珪素膜５
５を除去し、ＫＯＨ水溶液によりシリコン単結晶基板５
３を異方性エッチングし、凹状のトレンチ５７が形成さ
れる。
【００３７】この後、（ｂ）に示すように、再び、熱酸
化法により、厚さ約０．１μｍの酸化珪素膜５９が全面
に形成される。次に、（ｃ）に示すように、リソグラフ
ィ法を使用して、可撓性フィンガー３３の外形を形成す
るための矩形形状のパターニングが施される。
化法により、厚さ約０．１μｍの酸化珪素膜５９が全面
に形成される。次に、（ｃ）に示すように、リソグラフ
ィ法を使用して、可撓性フィンガー３３の外形を形成す
るための矩形形状のパターニングが施される。
【００３８】この後、（ｄ）に示すように、アルミニウ
ムからなる導体膜６１が、真空蒸着法により全面形成さ
れ、次に、（ｅ）に示すように、導体膜６１がパターニ
ングされ、コイル層３７，接続層３９，電極層４１が形
成される。
ムからなる導体膜６１が、真空蒸着法により全面形成さ
れ、次に、（ｅ）に示すように、導体膜６１がパターニ
ングされ、コイル層３７，接続層３９，電極層４１が形
成される。
【００３９】この後、（ｆ）に示すように、シリコン単
結晶基板５３から、不要なシリコン部分がエッチング除
去され、図１に示したようなマイクログリッパーが製造
される。
結晶基板５３から、不要なシリコン部分がエッチング除
去され、図１に示したようなマイクログリッパーが製造
される。
【００４０】なお、製造されたマイクログリッパーは、
一対の可撓性フィンガー３３の間隔が３８０μｍ、可撓
性フィンガー３３の厚み約０．５μｍ、長さ６００μ
ｍ、幅約３０μｍである。
一対の可撓性フィンガー３３の間隔が３８０μｍ、可撓
性フィンガー３３の厚み約０．５μｍ、長さ６００μ
ｍ、幅約３０μｍである。
【００４１】このようにして得られたマイクログリッパ
ーを、磁束の方向が、可撓性フィンガー３３の長さ方向
と平行で、磁束密度が約０．７Ｗｂ／ｍ2 の磁場中に設
置し、外部電源を用いて電極層４１，接続層３９を介し
てコイル層３７に通電して、印加電圧と可撓性フィンガ
ー３３の変位との関係を調べたところ、印加電圧±０．
３Ｖで、約±６０μｍもの変位が得られた。
ーを、磁束の方向が、可撓性フィンガー３３の長さ方向
と平行で、磁束密度が約０．７Ｗｂ／ｍ2 の磁場中に設
置し、外部電源を用いて電極層４１，接続層３９を介し
てコイル層３７に通電して、印加電圧と可撓性フィンガ
ー３３の変位との関係を調べたところ、印加電圧±０．
３Ｖで、約±６０μｍもの変位が得られた。
【００４２】図５は、マイクログリッパーの製造方法の
さらに他の例を示すもので、この製造方法では、先ず、
グリッパー本体３１および可撓性フィンガー３３を形成
するための基板材料として、厚さ４００μｍ、１００面
方位のシリコン単結晶基板６３が用意される。
さらに他の例を示すもので、この製造方法では、先ず、
グリッパー本体３１および可撓性フィンガー３３を形成
するための基板材料として、厚さ４００μｍ、１００面
方位のシリコン単結晶基板６３が用意される。
【００４３】次に、シリコン単結晶基板６３の両面に、
厚さ約３μｍのポリイミド膜６５が全面に形成される。
この後、図５の（ａ）に示すように、リソグラフィ法を
使用して、部分的にポリイミド膜６５を除去し、ＫＯＨ
水溶液によりシリコン単結晶基板６３を異方性エッチン
グし、凹状のトレンチ６７が形成される。
厚さ約３μｍのポリイミド膜６５が全面に形成される。
この後、図５の（ａ）に示すように、リソグラフィ法を
使用して、部分的にポリイミド膜６５を除去し、ＫＯＨ
水溶液によりシリコン単結晶基板６３を異方性エッチン
グし、凹状のトレンチ６７が形成される。
【００４４】この後、（ｂ）に示すように、再び、厚さ
約０．５μｍのポリイミド膜６９が全面に形成される。
次に、（ｃ）に示すように、リソグラフィ法を使用し
て、可撓性フィンガー３３の外形を形成するための矩形
形状のパターニングが施される。
約０．５μｍのポリイミド膜６９が全面に形成される。
次に、（ｃ）に示すように、リソグラフィ法を使用し
て、可撓性フィンガー３３の外形を形成するための矩形
形状のパターニングが施される。
【００４５】この後、（ｄ）に示すように、アルミニウ
ムからなる導体膜７１が、真空蒸着法により全面形成さ
れ、次に、（ｅ）に示すように、導体膜７１がパターニ
ングされ、コイル層３７，接続層３９，電極層４１が形
成される。
ムからなる導体膜７１が、真空蒸着法により全面形成さ
れ、次に、（ｅ）に示すように、導体膜７１がパターニ
ングされ、コイル層３７，接続層３９，電極層４１が形
成される。
【００４６】この後、（ｆ）に示すように、シリコン単
結晶基板６３から、不要なシリコン部分がエッチング除
去され、図１に示したようなマイクログリッパーが製造
される。
結晶基板６３から、不要なシリコン部分がエッチング除
去され、図１に示したようなマイクログリッパーが製造
される。
【００４７】なお、製造されたマイクログリッパーは、
一対の可撓性フィンガー３３の間隔が４００μｍ、可撓
性フィンガー３３の厚み約３．５μｍ、長さ６００μ
ｍ、幅約３５μｍである。
一対の可撓性フィンガー３３の間隔が４００μｍ、可撓
性フィンガー３３の厚み約３．５μｍ、長さ６００μ
ｍ、幅約３５μｍである。
【００４８】このようにして得られたマイクログリッパ
ーを、磁束の方向が、可撓性フィンガー３３の長さ方向
と平行で、磁束密度が約０．４Ｗｂ／ｍ2 の磁場中に設
置し、外部電源を用いて電極層４１，接続層３９を介し
てコイル層３７に通電して、印加電圧と可撓性フィンガ
ー３３の変位との関係を調べたところ、印加電圧±０．
５Ｖで、約±１００μｍもの変位が得られた。
ーを、磁束の方向が、可撓性フィンガー３３の長さ方向
と平行で、磁束密度が約０．４Ｗｂ／ｍ2 の磁場中に設
置し、外部電源を用いて電極層４１，接続層３９を介し
てコイル層３７に通電して、印加電圧と可撓性フィンガ
ー３３の変位との関係を調べたところ、印加電圧±０．
５Ｖで、約±１００μｍもの変位が得られた。
【００４９】図６は、本発明のマイクログリッパーの他
の実施例を示すもので、この実施例では、一対の可撓性
フィンガー３３の先端部７３が先端先細りの三角形状と
されており、これにより、掴んだ試料を別のマイクログ
リッパーに受渡し易くすることができる。
の実施例を示すもので、この実施例では、一対の可撓性
フィンガー３３の先端部７３が先端先細りの三角形状と
されており、これにより、掴んだ試料を別のマイクログ
リッパーに受渡し易くすることができる。
【００５０】図７は、本発明のマイクログリッパーのさ
らに他の実施例を示すもので、この実施例では、可撓性
フィンガー３３の外側面には、第１および第２のコイル
層３７ａ，３７ｂが形成されている。
らに他の実施例を示すもので、この実施例では、可撓性
フィンガー３３の外側面には、第１および第２のコイル
層３７ａ，３７ｂが形成されている。
【００５１】第１のコイル層３７ａは、可撓性フィンガ
ー３３の外側面の外周に沿って矩形状に形成されてい
る。一方、第２のコイル層３７ｂは、第１のコイル層３
７ａの内側に所定間隔を置いて形成され、第２のコイル
層３７ｂの先端７５は、可撓性フィンガー３３の中間部
に位置されている。
ー３３の外側面の外周に沿って矩形状に形成されてい
る。一方、第２のコイル層３７ｂは、第１のコイル層３
７ａの内側に所定間隔を置いて形成され、第２のコイル
層３７ｂの先端７５は、可撓性フィンガー３３の中間部
に位置されている。
【００５２】また、グリッパー本体３１には、第１およ
び第２のコイル層３７ａ，ｂの両端に接続される接続層
３９ａ、３９ｂが形成され、接続層３９ａ、３９ｂの端
部には、電極層４１ａ、４１ｂが所定間隔をおいて形成
されている。
び第２のコイル層３７ａ，ｂの両端に接続される接続層
３９ａ、３９ｂが形成され、接続層３９ａ、３９ｂの端
部には、電極層４１ａ、４１ｂが所定間隔をおいて形成
されている。
【００５３】また、可撓性フィンガー３３の先端部に
は、複数の保持部７７が突出形成されている。上述した
マイクログリッパーは、図２，図４，図５に示した導体
膜５１，６１，７１のパターニング時に、第１および第
２のコイル層３７ａ，３７ｂ、接続層３９ａ，３９ｂ、
電極層４１ａ，４１ｂが形成されることを除いて、コイ
ル層が単数の場合とほぼ同様の方法で製造される。
は、複数の保持部７７が突出形成されている。上述した
マイクログリッパーは、図２，図４，図５に示した導体
膜５１，６１，７１のパターニング時に、第１および第
２のコイル層３７ａ，３７ｂ、接続層３９ａ，３９ｂ、
電極層４１ａ，４１ｂが形成されることを除いて、コイ
ル層が単数の場合とほぼ同様の方法で製造される。
【００５４】そして、このマイクログリッパーでは、前
述した実施例とほぼ同様の効果を得ることができるが、
このマイクログリッパーでは、可撓性フィンガー３３に
第１および第２のコイル層３７ａ，３７ｂを配置したの
で、可撓性フィンガー３３をより自由に変形することが
可能となる。
述した実施例とほぼ同様の効果を得ることができるが、
このマイクログリッパーでは、可撓性フィンガー３３に
第１および第２のコイル層３７ａ，３７ｂを配置したの
で、可撓性フィンガー３３をより自由に変形することが
可能となる。
【００５５】そして、試料を掴む前だけではなく、試料
を掴んだ後にも、個々のコイル層３７ａ，３７ｂへの通
電量を制御することにより、可撓性フィンガー３３の動
作だけで、試料を可撓性フィンガー３３の長さ方向およ
び左右方向に移動することができる。
を掴んだ後にも、個々のコイル層３７ａ，３７ｂへの通
電量を制御することにより、可撓性フィンガー３３の動
作だけで、試料を可撓性フィンガー３３の長さ方向およ
び左右方向に移動することができる。
【００５６】従って、マイクログリッパー自体を動かす
必要性が従来より大幅に低減し、確実な動作を行うこと
が可能になる。すなわち、図８は、第１および第２のコ
イル層３７ａ，３７ｂへの通電状態と可撓性フィンガー
３３の変位との関係を概略的に示すもので、紙面の上方
から下方方向に向けて磁束が作用している。
必要性が従来より大幅に低減し、確実な動作を行うこと
が可能になる。すなわち、図８は、第１および第２のコ
イル層３７ａ，３７ｂへの通電状態と可撓性フィンガー
３３の変位との関係を概略的に示すもので、紙面の上方
から下方方向に向けて磁束が作用している。
【００５７】また、一対の可撓性フィンガー３３の両側
には、可撓性フィンガー３３を外側から見た時に第１お
よび第２のコイル層３７ａ，３７ｂに流れる電流の方向
が矢符で示されている。
には、可撓性フィンガー３３を外側から見た時に第１お
よび第２のコイル層３７ａ，３７ｂに流れる電流の方向
が矢符で示されている。
【００５８】（ａ）では、第１のコイル層３７ａに矢符
のように電流が流され、一対の可撓性フィンガー３３の
中間部より前側が内側に向けて変位し、一方、第２のコ
イル層３７ｂに矢符のように電流が流され、一対の可撓
性フィンガー３３の中間部より後側が外側に向けて変位
され、可撓性フィンガー３３の先端に試料Ｓが挟持され
ている。
のように電流が流され、一対の可撓性フィンガー３３の
中間部より前側が内側に向けて変位し、一方、第２のコ
イル層３７ｂに矢符のように電流が流され、一対の可撓
性フィンガー３３の中間部より後側が外側に向けて変位
され、可撓性フィンガー３３の先端に試料Ｓが挟持され
ている。
【００５９】（ｂ）では、（ａ）の状態から第１および
第２のコイル層３７ａ，３７ｂに印加される電圧を減少
することにより、可撓性フィンガー３３の変形が小さく
され、可撓性フィンガー３３が、試料Ｓを掴んだ状態で
先端方向に移動されている。
第２のコイル層３７ａ，３７ｂに印加される電圧を減少
することにより、可撓性フィンガー３３の変形が小さく
され、可撓性フィンガー３３が、試料Ｓを掴んだ状態で
先端方向に移動されている。
【００６０】図９は、一方の可撓性フィンガー３３ａに
３つのコイル層３７ａ，３７ｂ，３７ｃを形成した実施
例を示すもので、この実施例では、一方の可撓性フィン
ガー３３ａが、それぞれのコイル層３７ａ，３７ｂ，３
７ｃの先端部において内側に向け変形されており、可撓
性フィンガー３３ａにより複雑な変形が付与されてい
る。
３つのコイル層３７ａ，３７ｂ，３７ｃを形成した実施
例を示すもので、この実施例では、一方の可撓性フィン
ガー３３ａが、それぞれのコイル層３７ａ，３７ｂ，３
７ｃの先端部において内側に向け変形されており、可撓
性フィンガー３３ａにより複雑な変形が付与されてい
る。
【００６１】図１０は、本発明のマイクログリッパーの
さらに他の実施例を示すもので、この実施例では、図７
に示した第２のコイル層３７ｂの先端部の両側から、第
１のコイル層３７ａの近傍まで、導体膜により剛性保持
層７９が形成されている。
さらに他の実施例を示すもので、この実施例では、図７
に示した第２のコイル層３７ｂの先端部の両側から、第
１のコイル層３７ａの近傍まで、導体膜により剛性保持
層７９が形成されている。
【００６２】この剛性保持層７９は、導体膜のパターニ
ング時に同時に形成される。このように構成されたマイ
クログリッパーでは、可撓性フィンガー３３の前側と後
側の剛性がほぼ同様になり、可撓性フィンガー３３の変
形予測が容易になる。
ング時に同時に形成される。このように構成されたマイ
クログリッパーでは、可撓性フィンガー３３の前側と後
側の剛性がほぼ同様になり、可撓性フィンガー３３の変
形予測が容易になる。
【００６３】なお、以上述べた実施例では、可撓性フィ
ンガー３３の先端部に凸状の保持部３５，７７を形成し
た例について説明したが、本発明はかかる実施例に限定
されるものではなく、例えば、凹状の保持部を形成して
も良いことは勿論である。
ンガー３３の先端部に凸状の保持部３５，７７を形成し
た例について説明したが、本発明はかかる実施例に限定
されるものではなく、例えば、凹状の保持部を形成して
も良いことは勿論である。
【００６４】また、以上述べた実施例では、コイル層３
７を金，銅，アルミニウム等の導体膜により形成した例
について説明したが、本発明はかかる実施例に限定され
るものではなく、例えば、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx あるいは
ＥｕＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 等からなる超伝導材料により形成
しても良く、この場合には、コイル層３７からの発熱が
低減されるため、可撓性フィンガー３３の熱変形を有効
に防止することが可能となる。
７を金，銅，アルミニウム等の導体膜により形成した例
について説明したが、本発明はかかる実施例に限定され
るものではなく、例えば、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx あるいは
ＥｕＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 等からなる超伝導材料により形成
しても良く、この場合には、コイル層３７からの発熱が
低減されるため、可撓性フィンガー３３の熱変形を有効
に防止することが可能となる。
【００６５】さらに、以上述べた実施例では、一対の可
撓性フィンガー３３の両者にコイル層３７を形成した例
について説明したが、本発明はかかる実施例に限定され
るものではなく、一方の可撓性フィンガー３３にのみコ
イル層３７を形成しても良いことは勿論である。
撓性フィンガー３３の両者にコイル層３７を形成した例
について説明したが、本発明はかかる実施例に限定され
るものではなく、一方の可撓性フィンガー３３にのみコ
イル層３７を形成しても良いことは勿論である。
【００６６】
【発明の効果】以上述べたように本発明のマイクログリ
ッパーでは、極めて低い印加電圧で大きな変位が得ら
れ、また、個々の可撓性フィンガーが大きく変位するた
め、掴みたい試料の大きさに対する自由度が非常に大き
くなる。
ッパーでは、極めて低い印加電圧で大きな変位が得ら
れ、また、個々の可撓性フィンガーが大きく変位するた
め、掴みたい試料の大きさに対する自由度が非常に大き
くなる。
【００６７】また、一対の可撓性フィンガーにそれぞれ
コイル層を形成し、それぞれ独立に通電することによ
り、試料が一対の可撓性フィンガーの中央に位置しなく
ても、可撓性フィンガーの動きと、可撓性フィンガーの
長さ方向の移動だけで、試料を確実に掴むことができ
る。
コイル層を形成し、それぞれ独立に通電することによ
り、試料が一対の可撓性フィンガーの中央に位置しなく
ても、可撓性フィンガーの動きと、可撓性フィンガーの
長さ方向の移動だけで、試料を確実に掴むことができ
る。
【００６８】そして、一つの可撓性フィンガーに複数の
コイル層を形成することにより、試料を掴む前だけでは
なく、試料を掴んだ後にも、個々のコイル層への通電量
を制御することにより、可撓性フィンガーの動作だけ
で、試料を可撓性フィンガーの長さ方向および左右方向
に移動することができる。
コイル層を形成することにより、試料を掴む前だけでは
なく、試料を掴んだ後にも、個々のコイル層への通電量
を制御することにより、可撓性フィンガーの動作だけ
で、試料を可撓性フィンガーの長さ方向および左右方向
に移動することができる。
【００６９】また、可撓性フィンガーを窒化珪素膜等の
無機材料により形成する時には、製造が非常に容易とな
り、ポリイミド膜等の有機材料により形成する時には、
可撓性フィンガーの撓み量を増大することができるとい
う利点がある。
無機材料により形成する時には、製造が非常に容易とな
り、ポリイミド膜等の有機材料により形成する時には、
可撓性フィンガーの撓み量を増大することができるとい
う利点がある。
【００７０】さらに、コイル層を超伝導材料により形成
する時には、可撓性フィンガーの熱変形を有効に防止す
ることができるという利点がある。
する時には、可撓性フィンガーの熱変形を有効に防止す
ることができるという利点がある。
【図１】本発明のマイクログリッパーの一実施例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図１のマイクログリッパーの製造方法の一例を
示す工程図である。
示す工程図である。
【図３】図１のマイクログリッパーの可撓性フィンガー
の動きを示す説明図である。
の動きを示す説明図である。
【図４】図１のマイクログリッパーの製造方法の他の例
を示す工程図である。
を示す工程図である。
【図５】図１のマイクログリッパーの製造方法のさらに
他の例を示す工程図である。
他の例を示す工程図である。
【図６】本発明のマイクログリッパーの他の実施例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図７】本発明のマイクログリッパーのさらに他の実施
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図８】図７のマイクログリッパーの可撓性フィンガー
の動きを示す説明図である。
の動きを示す説明図である。
【図９】本発明のマイクログリッパーのさらに他の実施
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
【図１０】本発明のマイクログリッパーのさらに他の実
施例を示す上面図である。
施例を示す上面図である。
【図１１】従来のマイクログリッパーを示す断面図であ
る。
る。
【図１２】従来のマイクログリッパーを示す断面図であ
る。
る。
３１ グリッパー本体 ３３ 可撓性フィンガー ３５，７７ 保持部 ３７，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ コイル層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 39/00 ＺＡＡ Ｈ０１Ｆ 5/08 ＺＡＡ
Claims (6)
- 【請求項１】 グリッパー本体の先端に、磁界内に配置
される一対の可撓性フィンガーを間隔をおいて対向配置
するとともに、前記可撓性フィンガーに、通電により前
記磁界において発生するローレンツ力により前記可撓性
フィンガーを変形するコイル層を形成してなることを特
徴とするマイクログリッパー。 - 【請求項２】 前記可撓性フィンガーには、複数のコイ
ル層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の
マイクログリッパー。 - 【請求項３】 前記可撓性フィンガーは、無機材料によ
り形成されていることを特徴とする請求項１または２記
載のマイクログリッパー。 - 【請求項４】 前記可撓性フィンガーは、有機材料によ
り形成されていることを特徴とする請求項１または２記
載のマイクログリッパー。 - 【請求項５】 前記可撓性フィンガーの先端部に、凸状
または凹状の保持部を形成してなることを特徴とする請
求項１ないし４のいずれか１項記載のマイクログリッパ
ー。 - 【請求項６】 コイル層は、超伝導材料により形成され
ていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１
項記載のマイクログリッパー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04050756A JP3109220B2 (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | マイクログリッパー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04050756A JP3109220B2 (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | マイクログリッパー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05253870A JPH05253870A (ja) | 1993-10-05 |
| JP3109220B2 true JP3109220B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=12867689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04050756A Expired - Lifetime JP3109220B2 (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | マイクログリッパー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3109220B2 (ja) |
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| JPH08257959A (ja) * | 1995-03-29 | 1996-10-08 | Nikon Corp | マイクログリッパーシステム用のマスタ入力装置 |
| JPH08257954A (ja) * | 1995-03-29 | 1996-10-08 | Nikon Corp | マイクログリッパー用ホルダー |
| US6123502A (en) * | 1997-07-08 | 2000-09-26 | Brooks Automation, Inc. | Substrate holder having vacuum holding and gravity holding |
| DE19737009B4 (de) * | 1997-08-26 | 2007-01-11 | INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH | Mikrogreifer und Verfahren für die Getriebemontage |
| JP4089215B2 (ja) | 2001-09-17 | 2008-05-28 | 株式会社ニコン | マイクロアクチュエータ、並びに、これを用いたマイクロアクチュエータ装置、光スイッチ及び光スイッチアレー |
| KR100450743B1 (ko) * | 2002-06-18 | 2004-10-01 | 학교법인 포항공과대학교 | 정전력을 이용한 초소형 그리퍼 |
| DE102006023768A1 (de) * | 2006-05-20 | 2007-11-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mikrogreifer |
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-
1992
- 1992-03-09 JP JP04050756A patent/JP3109220B2/ja not_active Expired - Lifetime
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