JP3831047B2 - Micromanipulator and manufacturing method thereof - Google Patents
Micromanipulator and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP3831047B2 JP3831047B2 JP03802497A JP3802497A JP3831047B2 JP 3831047 B2 JP3831047 B2 JP 3831047B2 JP 03802497 A JP03802497 A JP 03802497A JP 3802497 A JP3802497 A JP 3802497A JP 3831047 B2 JP3831047 B2 JP 3831047B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strain gauge
- diffusion
- temperature
- micromanipulator
- diffusion strain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小な対象物のハンドリングが可能なマイクロマニピュレータ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、図13に示すように、マイクロマシンの組み立て等に使用されるマイクロマニピュレータ51は、微小な対象物Wを挟持し、目的の場所にハンドリングするようになっている。また、マイクロマニピュレータ51には、その力を検知するためにバルクの歪ゲージ52が取着されている。歪ゲージ52は、マイクロマニピュレータ51の一方(又は両方)に固着され、そのマニピュレータ51の撓みに応じた電気信号を検出信号として出力する。この歪ゲージから出力される検出信号に基づいて、マニピュレータ51の力(挟持力)を検知することができるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バルクの歪ゲージ52は、固着する位置によっては検出感度が異なる(検出信号の電圧が異なる)ので、先端から固着する場所までの位置精度が必要となる。しかしながら、歪ゲージ52を精度良く固着することは難しく、マニピュレータ51毎に検出感度のばらつきが生じるので、マニピュレータ51毎に検出感度を補正する必要があり面倒である。
【0004】
また、微小な対象物Wを挟持しようとする場合等においては、マニピュレータ51の先端部分における撓みを検出する必要がある。しかしながら、歪ゲージ52を小型化するには限界があるので、先端部に固着することができないという問題があった。
【0005】
そこで、本発明者は、上記の問題を解決するために図12に示すように拡散歪ゲージ55をマイクロマニピュレータ54に作りこみすることを提案している。しかしながら、マニピュレータ54の先端部のハンドリング部56と、前記拡散歪ゲージ55を設けたセンサ部57とが互いに異なった環境に配置された場合、例えば、図11に示すようにハンドリング部56を水58の中に、センサ部57を大気中に配置するような場合、次のような問題が生じた。すなわち、水と、空気との温度がそれぞれ異なっている場合、それぞれの部位の熱伝導率の違いから、センサ部57である拡散歪ゲージ55からの出力が温度ドリフトする問題が合った。
【0006】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ハンドリング部の温度変化の影響をなくして拡散歪ゲージの温度ドリフトの影響をなくすことができ、センサ出力の変動が起きないようにしたマイクロマニピュレータ及びそのマイクロマニピュレータの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項1に記載の発明は、微小な対象物をハンドリングするためのハンドリング部を備えたマイクロマニピュレータであって、前記対象物を把持する一対の指部材と、前記一対の指部材のうちの少なくとも一方に形成され、前記対象物を把持する力を検知するための拡散歪ゲージと、前記拡散歪ゲージ近傍に拡散歪ゲージの周囲温度を調整する温度調整手段とを一体に備えたマイクロマニピュレータをその要旨としている。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1において、拡散歪ゲージの近傍に設けられ、拡散歪ゲージの周囲温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段からの温度検出信号に基づいて前記温度調整手段を制御し、拡散歪ゲージの周囲温度を所定温度にコントロールする温度制御手段とを備えたマイクロマニピュレータをその要旨としている。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のマイクロマニピュレータにおいて、前記温度調整手段は、指部材の先端側に設けられたハンドリング部と拡散歪ゲージとの間に設けられたことをその要旨としている。
【0010】
請求項4の発明は、請求項1乃至3のうちいずれかに記載のマイクロマニピュレータにおいて、ハンドリング部よりも基端側には薄肉部を形成し、同薄肉部に温度調整手段を形成したことをその要旨としている。
【0011】
請求項5の発明は、請求項1乃至4のうちいずれかに記載のマイクロマニピュレータにおいて、前記指部材は、単結晶シリコン基板により形成され、温度調整手段は、拡散抵抗にて形成されていることをその要旨としている。
【0012】
請求項6の発明は、指部材となる単結晶シリコン基板の表面側に酸化膜を形成する工程と、前記指部材の先端部側となる部位とは反対側において前記酸化膜の所定領域に複数の窓を形成し、その窓から不純物を添加することによって拡散歪ゲージと、温度調整手段となる拡散抵抗を形成する工程とを備えたことを特徴とするマイクロマニピュレータの製造方法をその要旨としている。
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、微小な対象物をハンドリングするためのハンドリング部を備えたマイクロマニピュレータは、拡散歪ゲージ近傍に設けた温度調整手段により、拡散歪ゲージ周囲温度が調整される。そして、この温度調整手段による周囲温度の調整によって、拡散歪ゲージからなるセンサ部の出力の温度ドリフトが防止される。又、拡散歪みゲージは、指部材に対して一体に形成されているため、指部材に取着する必要がなくなり、その設けられた位置は指部材の先端の位置から一定の位置となって、精度良く形成され、拡散歪みゲージの検出信号のばらつきが防止される。
【0013】
請求項2の発明によれば、請求項1の作用に加えて、温度検出手段は、拡散歪ゲージの周囲温度を検出し、制御手段は、温度検出手段からの温度検出信号に基づいて前記温度調整手段を制御し、拡散歪ゲージの周囲温度を所定温度にコントロールする。
【0014】
請求項3の発明によれば、請求項1又は2の作用に加えて、温度調整手段は、指部材の先端側に設けられたハンドリング部と拡散歪ゲージとの間に設けられているため、ハンドリング部側が、例えば温度が低い液体中に入った場合、その熱影響は、温度調整手段の温度調整により、軽減される。
【0015】
請求項4の発明によれば、請求項1乃至4のうちいずれかの作用に加えて、薄肉部は、熱容量が少ないため、温度調整手段による拡散歪ゲージの周囲の温度調整を早めに行うことができる。
【0016】
請求項5の発明によれば、請求項1乃至4の内いずれかの作用に加えて、指部材は、単結晶シリコン基板により形成され、温度調整手段は、拡散抵抗にて形成される。
【0017】
請求項6の発明によれば、指部材となる単結晶シリコン基板の表面側に酸化膜が形成され、前記指部材の先端部側となる部位とは反対側において前記酸化膜の所定領域に複数の窓が形成される。そして、その窓から不純物を添加することによって拡散歪ゲージと、温度調整手段となる拡散抵抗が形成される。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図1〜図10に従って説明する。
図2に示すように、マイクロマニピュレータ(以下、単にマニピュレータという)11には、一対のアームA1,A2が設けられている。アームA1,A2にはそれぞれ支持部材12,13が設けられている。支持部材12,13は、図示しないアクチュエータによって微小(数ミクロン〜数十ミクロン程度)な対象物Wを挟む方向(図2の矢印方向)に駆動操作されるようになっている。支持部材12,13の先端には、対象物Wを把持する指部材14,15がそれぞれ取着されている。
【0019】
指部材14,15は、面方位(100)の単結晶シリコンよりなり、それぞれ同一で対象物Wに対して対称の薄板状に形成されている。指部材14は支持部材12を構成する部材12a,12b間に挟み込まれて取着固定され、指部材15は支持部材13を構成する部材13a,13b間に挟み込まれて取着固定されている。
【0020】
両指部材14,15は、例えば機械的加工(ダイシング)によって短冊状でその先端が斜めにカットされてそれぞれハンドリング部16,17が形成されている。ハンドリング部16,17は、平面上に置かれた対象物Wを挟持するハンドリング領域を拡大するために形成されている。即ち、マニピュレータ11は、ハンドリング部16,17の傾きに対応して斜めに支持され、対象物Wを挟持するようになっている。
【0021】
図1(a)に示すように、一方の指部材14の側面14aには、その先端から所定位置に拡散歪ゲージ18が形成されている。拡散歪ゲージ18は、配線パターン19を介してパッド20に接続され、そのパッド20は、図示しない配線を介してマイクロマニピュレータ11を駆動制御する駆動装置に接続されている。
【0022】
また、図1(b)に示すように、一方の指部材14には、その外側面14b側から異方性エッチング等の方法によって、面方位(100)に対応する角度で凹設(エッチング)されて薄肉部21が形成されている。薄肉部21は、マニピュレータ11を駆動操作して対象物Wを挟んだ場合に指部材14が薄肉部21から撓んで、マニピュレータ11の力を検知し易くするために形成されている。
【0023】
さらに、前記指部材14の側面14aには、薄肉部21において、拡散歪ゲージ18よりも先端寄りの所定位置に温度調整手段としての第1の拡散抵抗22が形成されている。同第1の拡散抵抗22は、配線パターン23を介してパッド24に接続され、そのパッド24は、図3に示すように配線を介して制御手段としての温度コントローラ25に接続されている。前記温度コントローラ25は、電子制御装置から構成されており、図示はしないが中央処理装置(CPU)、所定の制御プログラム等を予め記憶した読み出し専用メモリ(ROM)(図示しない)、CPUの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)等を備えている。
【0024】
又、前記指部材14の側面14aには、薄肉部21において、拡散歪ゲージ18と第1の拡散抵抗22との間には、温度検出手段としての第2の拡散抵抗26が形成されている。同第2の拡散抵抗26は、配線パターン27を介してパッド28に接続され、そのパッド28は、図3に示すように配線を介して温度コントローラ25に接続されている。前記第2の拡散抵抗26は、拡散歪ゲージ18の周囲温度に応じた電気信号(電圧)を温度検出信号として温度コントローラ25に入力する。
【0025】
前記拡散歪ゲージ18は、マニピュレータ11の力によって指部材14と共に撓み、その撓みの応力に応じた電気信号を検出信号として出力する。そして、指部材14、拡散歪ゲージ18、及び、薄肉部21によって、マニピュレータ11の力を検知する力センサ(センサ部)が構成されている。図3は、各拡散歪ゲージ18にて結線して構成された等価回路を示しており、図に示すようにブリッジ回路が構成されている。なお、図中、R0 は各拡散ブリッジ18の抵抗である。即ち、指部材14,15は、対象物Wを把持するとともに、力センサによって対象物Wを把持する力を検知することが可能な構成となっている。
【0026】
拡散歪ゲージ18は、指部材14がマニピュレータ11の操作によって撓む場合に、その撓みの最も大きい位置に形成されている。従って、拡散歪ゲージ18は、マニピュレータ11の力を最も良く検出し、その力に応じた電気信号を検出信号として出力する。また、拡散歪ゲージ18は方位<110>に形成されている。この方位<110>に形成された拡散歪ゲージ18は、出力する電気信号がの電圧が最も大きくなる。従って、拡散歪ゲージ18は、指部材14の撓みの応力、即ち、マニピュレータ11の力の検出感度が最も大きくなる。
【0027】
指部材14を製造する場合、先ず、面方位(100)のシリコンウェハ(図示せず)を用意する。そのシリコンウェハの表面側には拡散歪ゲージ18を形成し、裏面側からエッチングによって薄肉部21を形成する。次に、拡散歪ゲージ18及び薄肉部21を形成したシリコンウェハを短冊状に機械的加工(ダイシング)して指部材14が形成される。
【0028】
従って、拡散歪ゲージ18は、従来のバルクの歪ゲージ52と異なり指部材14に取着する必要がない。また、拡散歪ゲージ18の位置は、指部材14の先端から一定の位置となり、精度良く形成することができる。従って、拡散歪ゲージ18から出力される検出信号は、各指部材14毎のばらつきがなくなる。
【0029】
また、拡散歪ゲージ18は、従来のバルクの歪ゲージ52に比べて小さく形成することができるので、指部材14の先端付近に形成することができる。また、指部材14には、薄肉部21を形成し、その指部材14の撓みによって拡散歪ゲージ18が撓むようにした。その結果、従来のバルクの歪ゲージ52を用いたマニピュレータ51に比べて、その力の検出感度が高くなる。
【0030】
平面上に置かれた対象物Wをハンドリングする場合、ハンドリング部16,17を平面と略平行となるようにマニピュレータ11を斜めに支持することによって、ハンドリング部24,25のどの部分でも対象物Wをハンドリングすることができる。従って、本実施の形態のマニピュレータ11は、対象物Wをハンドリングする領域、所謂ハンドリング面積が広くなる。
【0031】
次に、上記の指部材14の製造工程を図4〜図10に従って説明する。尚、図4〜図10は、製造工程を判りやすくするために、指部材14の寸法を適宜変更してある。
【0032】
先ず、図4に示すように、N型単結晶シリコンよりなるシリコン基板31の上面に酸化膜(SiO2 膜)32を形成する。そして、図5に示すように、酸化膜32の所定領域にフォトリソグラフィによって拡散歪ゲージ18に対応する大きさの窓32a、第1の拡散抵抗22に対応する大きさの窓32b、及び第2の拡散抵抗26に対応する大きさの窓32cを形成する。その窓32a,32b,32cからイオン注入等によってシリコン基板31にほう素を打ち込み、更にそのほう素を熱拡散させる。この結果、図5に示すように、後に指部材14の側面14aとなる面に拡散歪ゲージ18、第1の拡散抵抗22及び第2の拡散抵抗26が形成される。
【0033】
次に、図6に示すように、シリコン基板31を酸化させて拡散歪ゲージ18の上面に酸化膜33を形成する。又、同時に第1及び第2の拡散抵抗22,26の上面にも酸化膜33を形成する。
【0034】
次に、図7に示すように、拡散歪ゲージ18上の酸化膜33にコンタクトのための窓33aを所定位置に形成する。又、第1の拡散抵抗22、及び第2の拡散抵抗26の上面にもコンタクトのための窓33b,33cを形成する。なお、図7においては、第1の拡散抵抗22、及び第2の拡散抵抗26のコンタクトのための窓33b,33cは、拡散歪ゲージ18のコンタクトのための窓33aと異なり、1つしか図示していないが、第1の拡散抵抗22及び第2の拡散抵抗26は図面において、紙面垂直方向に延びて形成されているため、他の1つの窓33b,33cは図に示されていない部分に設けられる。
【0035】
次に、図8に示すように、シリコン基板31の上面にアルミニウム(Al)をスパッタリングや真空蒸着等により堆積させた後、フォトリソグラフィを行うことで、拡散歪ゲージ18に接続された配線パターン19及びパッド20(図8では図示せず)を形成する。この時、同時に第1の拡散抵抗22、第2の拡散抵抗26にそれぞれ接続された配線パターン23,27及びパッド24,28(図8では図示せず)を形成する。
【0036】
次いで、図9に示すように、CVD等によってSiNやSi3N4 等を堆積させることにより、シリコン基板31の上面にパッシベーション膜35を形成し、配線パターン19, 23,27等を被覆する。
【0037】
次に、図10に示すように、シリコン基板31の裏面に酸化膜37を形成し、フォトリソグラフィによって酸化膜37に窓37aを形成する。その窓37aから異方性エッチングによってシリコン基板31を裏面からエッチングすることによって、薄肉部21を形成する。
【0038】
上記のように製造されて構成されたマニピュレータ11の使用法を説明する。まず、未使用の状態で、拡散歪ゲージ18が温度ドリフトが抑制される温度となるように温度コントローラ25にて、第1の拡散抵抗22に駆動電流を流して、発熱させる。又、温度コントローラ25は、第2の拡散抵抗26に電流を流し、拡散歪ゲージ18の周囲温度に対応する第2の拡散抵抗26の両端電圧を検出信号として入力する。この入力した検出信号に基づいて、拡散歪ゲージ18の周囲温度が所定温度Tとなるように、すなわち安定するように第1の拡散抵抗22に供給する駆動電流を調整する。
【0039】
そして、この拡散歪ゲージ18の周囲温度が所定温度Tのときの拡散歪ゲージ18の出力信号を基準とすることによって、キャリブレーションを行う。
次に、使用時において、指部材14,15のハンドリング部16,17と拡散歪ゲージ18との使用温度雰囲気が異なる空間に配置する。
【0040】
例えば、ハンドリング部16,17が温度の低い水、又は溶液内にあり、拡散歪ゲージ18が温度の高い空気中にある場合、拡散歪ゲージ18の周囲温度が低下方向に変化しようとするが、温度コントローラ25は、前記周囲温度に対応した第2の拡散抵抗26の両端電圧信号(検出信号)に基づいて、第1の拡散抵抗22に駆動電流を流して、発熱させることにより、周囲温度を所定温度Tになるようにする。
【0041】
この結果、拡散歪ゲージ18の周囲温度は所定温度Tに維持することができ、拡散歪ゲージ18の温度ドリフトはなくなり、安定した精度の高い出力信号を得る。
【0042】
上記したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1) マニピュレータ11を構成する支持部材12の薄肉部21に対して、拡散歪ゲージ18、第1の拡散抵抗22、温度検出手段としての第2の拡散抵抗26を形成した。
【0043】
そして、ハンドリング部16,17が温度の低い空間域(水、又は溶液等)内にあり、拡散歪ゲージ18が温度の高い空間域(例えば空気)中にある場合、温度コントローラ25は、前記周囲温度が低下方向に変化しても、第2の拡散抵抗26の両端電圧信号(検出信号)に基づいて、第1の拡散抵抗22に駆動電流を流して、発熱させることにより、周囲温度を所定温度Tになるように制御した。
【0044】
この結果、拡散歪ゲージ18の周囲温度は所定温度Tに維持することができ、拡散歪ゲージ18の温度ドリフトはなくなり、安定した精度の高い出力信号を得ることができる。
【0045】
なお、センサ部の等価回路は図3に示すようにブリッジ回路を構成しており、この出力ΔV(t)は、下式に示すように温度の関数である。
ΔV(t)=R0 ・K0 {1+(α+β)t}εI
なお、R0 は、拡散歪ゲージ18の抵抗値、K0 はゲージ率、αは抵抗温度係数、βはゲージ率温度係数、tは温度、εはひずみ量、Iは電流値である。
【0046】
従って、上記のように温度コントローラ25の制御により第1の拡散抵抗22の発熱をコントロールすることにより拡散歪ゲージ18の周囲温度を所定温度に維持でき、この結果、センサ部は安定した出力を得ることができる。
【0047】
(2) 第1の拡散抵抗22は、指部材14の先端側に設けられたハンドリング部16と拡散歪ゲージ18との間に設けられているため、ハンドリング部16側が、例えば温度が低い液体中に入った場合、その熱影響は、第1の拡散抵抗22の発熱による温度調整により、軽減することができる。
【0048】
(3) 薄肉部21は、熱容量が少ないため、第1の拡散抵抗22による拡散歪ゲージ18の周囲温度の調整を早めに行うことができる。
(4) マニピュレータ11を構成する支持部材12,13の先端に、拡散歪ゲージ18及び薄肉部21を形成した単結晶シリコンよりなる指部材14を取着した。マニピュレータ11によって対象物Wを挟んだ時に、指部材14は、薄肉部21の部分で撓み、その撓みによる応力を拡散歪ゲージ18が検知して撓みに応じた電気信号を検出信号として出力するようにした。
【0049】
その結果、拡散歪ゲージ18は、従来のバルクの歪ゲージ52のように指部材14に取着する必要がない。また、拡散歪ゲージ18の位置は、指部材14の先端から一定の位置となり、精度良く形成することができ、各指部材14毎の検出信号のばらつきを防ぐことができる。
【0050】
(5) 拡散歪ゲージ18は、従来のバルクの歪ゲージ52に比べて小さく形成することができるので、指部材14の先端付近に形成することができる。また、指部材14には、薄肉部21を形成し、その指部材14の撓みによって拡散歪ゲージ18が撓むようにした。その結果、従来のバルクの歪ゲージ52を用いたマニピュレータ51に比べて、その力の検出感度を高めることができる。
【0051】
(6) 指部材14,15の先端を斜めに成形してハンドリング部16,17を形成した。その結果、マニピュレータ11のハンドリング面積が広くなり、平面上に置かれた対象物Wをハンドリング部16,17のどの場所でも挟み込むことができるので、微小な対象物Wを容易にハンドリングすることができる。
【0052】
尚、本発明は以下のように変更してもよく、その場合にも同様の作用及び効果が得られる。
(1) 前記実施の形態では、薄肉部21を形成したが、薄肉部21を形成しないマニピューレータに具体化してもよい。
【0053】
(2) 上記実施の形態では、ダイシングにより指部材14,15の外形形状を成形したが、異方性エッチング又は等方性エッチングにより外形形状を成形するようにしてもよい。
【0054】
(3) 上記実施の形態において、面方位(100)のシリコン基板を用いて指部材14を形成したが、面方位(110)のシリコン基板を用いることにより、薄肉部21を形成する際に、側面から垂直にエッチングすることができる。尚、面方位(110)のシリコン基板を用いた場合、歪ゲージ18を方位<111>に沿って形成した場合に、同じ歪み量に対する出力電圧が最も大きくなる。
(4) 上記実施の形態では、指部材14,15を単結晶シリコンにより形成し、一方の指部材14に拡散歪ゲージ18及び薄肉部21を形成してマニピュレータ11の力を検知するようにしたが、他方の指部材15にも同様に拡散歪ゲージ18、第1及び第2の拡散抵抗22,26を形成し、一対の指部材14,15の双方でマニピュレータ11の力を検知するようにしてもよい。
【0055】
(5) 上記実施の形態では、一対の指部材14,15の双方を単結晶シリコンにより形成したが、薄肉部21及び拡散歪ゲージ18を形成しない側の指部材15をステンレス等の金属により形成してもよい。
【0056】
以上、この発明の各実施の形態について説明したが、各実施の形態から把握できる請求項以外の技術思想について、以下にそれらの効果とともに記載する。
(イ) 請求項1乃至5に記載のいずれかのマイクロマニピュレータにおいて、前記指部材((14)には薄肉部(21)が形成され、拡散歪ゲージ(18)はその薄肉部(21)の表面に形成されたマイクロマニピュレータ。この構成によれば、薄肉部によって指部材が撓みやすく、把持する力の検出感度を高めることが可能となる。
【0057】
(ロ) 請求項6に記載のマイクロマニピュレータの製造方法に加えて、更に、単結晶シリコン基板(31)の裏面からエッチングして薄肉部(21)を形成する工程を備えたマイクロマニピュレータの製造方法。この構成よれば、薄肉部によって指部材が撓みやすく、把持する力の検出感度を高めることができるマイクロマニピュレータを容易に製造することが可能となる。
【0058】
(ハ) 請求項6又は、上記(ロ)の製造方法において、温度調整手段となる拡散抵抗に加えて、温度検出手段となる拡散抵抗を拡散歪ゲージとともに酸化膜の窓から不純物を添加することによって形成する工程を含むことを特徴とするマイクロマニピュレータの製造方法。この構成によれば、拡散歪ゲージ、温度調整手段、及び温度検出手段が同時に形成できる。
【0059】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1に記載の発明によれば、拡散歪ゲージ近傍に設けた温度調整手段により、拡散歪ゲージ周囲温度が調整できるため、拡散歪ゲージからなるセンサ部の出力の温度ドリフトが防止できる。
又、請求項1に記載の発明によれば、拡散歪みゲージは、指部材に対して一体に形成されているため、指部材に取着する必要がないとともに、その設けられた位置は指部材の先端の位置から一定の位置となって、精度良く形成することができ、拡散歪みゲージの検出信号のばらつきを防ぐことができる。
【0060】
請求項2の発明によれば、請求項1の効果に加えて、拡散歪ゲージの周囲温度を所定温度にコントロールすることができる。
請求項3の発明によれば、請求項1又は2の効果に加えて、温度調整手段は、指部材の先端側に設けられたハンドリング部と拡散歪ゲージとの間に設けられているため、ハンドリング部側が、例えば温度が低い液体中に入った場合、その熱影響は、温度調整手段の温度調整により、軽減できる。
【0061】
請求項4の発明によれば、請求項1乃至4のうちいずれかの効果に加えて、薄肉部は、熱容量が少ないため、温度調整手段による拡散歪ゲージの周囲の温度調整を早めに行うことができる。
【0062】
請求項5の発明によれば、請求項1乃至4の内いずれかの効果に加えて、指部材は、単結晶シリコン基板により形成され、温度調整手段は、拡散抵抗にて形成できる。
【0063】
請求項6の発明によれば、指部材となる単結晶シリコン基板の表面側に酸化膜が形成され、前記指部材の先端部側となる部位とは反対側において前記酸化膜の所定領域に複数の窓が形成され、その窓から不純物を添加することによって拡散歪ゲージと、温度調整手段となる拡散抵抗が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a) は一実施の形態のマニピュレータの平面図、(b) は側面図。
【図2】 一実施の形態のマニピュレータを示す斜視図。
【図3】 センサ部の電気回路図。
【図4】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図5】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図6】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図7】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図8】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図9】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図10】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図11】 マイクロマニピュレータの使用状態の説明図。
【図12】 (a)はマイクマニュピレータの側面図、(b)は平面図。
【図13】 従来のマイクロマニピュレータを示す斜視図。
【符号の説明】
14,15…指部材、18…拡散歪ゲージ、16,17…ハンドリング部、
21…薄肉部、22…温度調整手段としての第1の拡散抵抗、25…制御手段としての温度コントローラ、26…温度検出手段としての第2の拡散抵抗、W…対象物。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a micromanipulator capable of handling a minute object and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as shown in FIG. 13, a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the
[0004]
Further, when a minute object W is to be sandwiched, it is necessary to detect bending at the tip portion of the
[0005]
Accordingly, the present inventor has proposed that a
[0006]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to eliminate the influence of temperature drift of the handling section, to eliminate the influence of temperature drift of the diffusion strain gauge, and to change the sensor output. It is an object of the present invention to provide a micromanipulator that prevents the occurrence of the micromanipulator and a method for manufacturing the micromanipulator.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a micromanipulator including a handling unit for handling a minute object, and a pair of finger members for gripping the object, A diffusion strain gauge formed on at least one of a pair of finger members for detecting a force for gripping the object; and a temperature adjusting means for adjusting an ambient temperature of the diffusion strain gauge in the vicinity of the diffusion strain gauge. The gist of the micromanipulator is a single unit .
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a temperature detection unit that is provided in the vicinity of the diffusion strain gauge and detects an ambient temperature of the diffusion strain gauge, and the temperature adjustment based on a temperature detection signal from the temperature detection unit The gist of the present invention is a micromanipulator provided with temperature control means for controlling the means and controlling the ambient temperature of the diffusion strain gauge to a predetermined temperature.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the micromanipulator according to the first or second aspect, the temperature adjusting means is provided between a handling portion provided on a distal end side of a finger member and a diffusion strain gauge. It is a summary.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the micromanipulator according to any one of the first to third aspects, a thin-walled portion is formed on the base end side of the handling portion, and a temperature adjusting means is formed on the thin-walled portion. This is the gist.
[0011]
A fifth aspect of the present invention is the micromanipulator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the finger member is formed of a single crystal silicon substrate, and the temperature adjusting means is formed of a diffusion resistor. Is the gist.
[0012]
The invention of claim 6 includes a step of forming an oxide film on the surface side of a single crystal silicon substrate to be a finger member, and a plurality of predetermined regions of the oxide film on a side opposite to the portion to be the tip end side of the finger member. The gist of the present invention is a method of manufacturing a micromanipulator comprising a diffusion strain gauge and a step of forming a diffusion resistance serving as a temperature adjusting means by forming impurities and adding impurities from the window. .
(Function)
According to the first aspect of the present invention, the ambient temperature of the diffusion strain gauge is adjusted by the temperature adjusting means provided in the vicinity of the diffusion strain gauge in the micromanipulator including the handling unit for handling a minute object. . And the temperature drift of the output of the sensor part which consists of a diffusion strain gauge is prevented by adjustment of ambient temperature by this temperature adjustment means. In addition, since the diffusion strain gauge is formed integrally with the finger member, it is not necessary to attach to the finger member, and the provided position is a constant position from the position of the tip of the finger member. It is formed with high accuracy, and variation in the detection signal of the diffusion strain gauge is prevented.
[0013]
According to the invention of claim 2, in addition to the operation of claim 1, the temperature detecting means detects the ambient temperature of the diffusion strain gauge, and the control means is configured to detect the temperature based on the temperature detection signal from the temperature detecting means. The adjusting means is controlled to control the ambient temperature of the diffusion strain gauge to a predetermined temperature.
[0014]
According to the invention of claim 3, in addition to the operation of claim 1 or 2, since the temperature adjusting means is provided between the handling portion provided on the tip side of the finger member and the diffusion strain gauge, When the handling unit side enters, for example, a liquid having a low temperature, the thermal effect is reduced by adjusting the temperature of the temperature adjusting means.
[0015]
According to the invention of claim 4, in addition to the action of any one of claims 1 to 4, since the thin portion has a small heat capacity, the temperature adjustment around the diffusion strain gauge by the temperature adjusting means is performed early. Can do.
[0016]
According to the invention of claim 5, in addition to the operation of any one of claims 1 to 4, the finger member is formed of a single crystal silicon substrate, and the temperature adjusting means is formed of a diffusion resistor.
[0017]
According to the invention of claim 6, an oxide film is formed on the surface side of the single crystal silicon substrate to be a finger member, and a plurality of regions are provided in a predetermined region of the oxide film on the side opposite to the portion to be the tip end side of the finger member. Windows are formed. Then, by adding impurities from the window, a diffusion strain gauge and a diffusion resistance serving as a temperature adjusting means are formed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, a micromanipulator (hereinafter simply referred to as a manipulator) 11 is provided with a pair of arms A1 and A2.
[0019]
The
[0020]
Both the
[0021]
As shown in FIG. 1A, a
[0022]
Also, as shown in FIG. 1B, the one
[0023]
Further, on the
[0024]
Further, on the
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
When manufacturing the
[0028]
Therefore, unlike the conventional
[0029]
Further, since the
[0030]
When handling an object W placed on a plane, the
[0031]
Next, the manufacturing process of said
[0032]
First, as shown in FIG. 4, an oxide film (SiO2 film) 32 is formed on the upper surface of a
[0033]
Next, as shown in FIG. 6, the
[0034]
Next, as shown in FIG. 7, a
[0035]
Next, as shown in FIG. 8, after aluminum (Al) is deposited on the upper surface of the
[0036]
Next, as shown in FIG. 9, a
[0037]
Next, as shown in FIG. 10, an
[0038]
The usage method of the
[0039]
Calibration is performed by using the output signal of the
Next, at the time of use, the handling
[0040]
For example, when the handling
[0041]
As a result, the ambient temperature of the
[0042]
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) A
[0043]
When the handling
[0044]
As a result, the ambient temperature of the
[0045]
The equivalent circuit of the sensor section forms a bridge circuit as shown in FIG. 3, and this output ΔV (t) is a function of temperature as shown in the following equation.
ΔV (t) = R0 · K0 {1+ (α + β) t} εI
R0 is the resistance value of the
[0046]
Therefore, the ambient temperature of the
[0047]
(2) Since the
[0048]
(3) Since the
(4) The
[0049]
As a result, the
[0050]
(5) Since the
[0051]
(6) The handling
[0052]
In addition, you may change this invention as follows, and the same effect | action and effect are acquired also in that case.
(1) Although the
[0053]
(2) In the above embodiment, the outer shape of the
[0054]
(3) In the above embodiment, the
(4) In the above embodiment, the
[0055]
(5) In the above embodiment, both the pair of
[0056]
Although the embodiments of the present invention have been described above, technical ideas other than the claims that can be grasped from the embodiments will be described below together with their effects.
(A) In the micromanipulator according to any one of claims 1 to 5, the finger member ((14) is formed with a thin wall portion (21), and the diffusion strain gauge (18) is formed of the thin wall portion (21). A micromanipulator formed on the surface According to this configuration, the finger member is easily bent by the thin portion, and the detection sensitivity of the gripping force can be increased.
[0057]
(B) In addition to the method of manufacturing a micromanipulator according to claim 6, the method of manufacturing a micromanipulator further comprising a step of etching from the back surface of the single crystal silicon substrate (31) to form a thin portion (21). . According to this configuration, it is possible to easily manufacture a micromanipulator that can easily bend the finger member by the thin-walled portion and can increase the detection sensitivity of the gripping force.
[0058]
(C) In the manufacturing method according to claim 6 or (b) above, in addition to the diffusion resistance serving as the temperature adjustment means, the diffusion resistance serving as the temperature detection means is added with an impurity from the window of the oxide film together with the diffusion strain gauge. The manufacturing method of the micromanipulator characterized by including the process formed by. According to this configuration, the diffusion strain gauge, the temperature adjusting means, and the temperature detecting means can be formed simultaneously.
[0059]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, the ambient temperature of the diffusion strain gauge can be adjusted by the temperature adjusting means provided in the vicinity of the diffusion strain gauge. Temperature drift can be prevented.
According to the first aspect of the present invention, since the diffusion strain gauge is formed integrally with the finger member, it does not need to be attached to the finger member, and the provided position is the finger member. It is possible to form the electrode with a certain position from the position of the tip of the electrode and to form it with high accuracy, and to prevent variations in the detection signal of the diffusion strain gauge.
[0060]
According to the invention of claim 2, in addition to the effect of claim 1, the ambient temperature of the diffusion strain gauge can be controlled to a predetermined temperature.
According to the invention of claim 3, in addition to the effect of claim 1 or 2, the temperature adjusting means is provided between the handling portion provided on the tip side of the finger member and the diffusion strain gauge, For example, when the handling unit enters a liquid having a low temperature, the thermal influence can be reduced by adjusting the temperature of the temperature adjusting means.
[0061]
According to the invention of claim 4, in addition to the effect of any one of claims 1 to 4, since the thin portion has a small heat capacity, the temperature adjustment around the diffusion strain gauge by the temperature adjustment means is performed early. Can do.
[0062]
According to the invention of claim 5, in addition to the effect of any one of claims 1 to 4, the finger member is formed of a single crystal silicon substrate, and the temperature adjusting means can be formed of a diffusion resistor.
[0063]
According to the invention of claim 6, an oxide film is formed on the surface side of the single crystal silicon substrate to be a finger member, and a plurality of regions are provided in a predetermined region of the oxide film on the side opposite to the portion to be the tip end side of the finger member. A diffusion strain gauge and a diffusion resistor serving as a temperature adjusting means can be formed by adding impurities from the window.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view of a manipulator according to an embodiment, and FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing a manipulator according to one embodiment.
FIG. 3 is an electric circuit diagram of a sensor unit.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a manipulator.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a manipulator.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a manipulator.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the manipulator.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a manipulator.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the manipulator.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the manipulator.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a usage state of the micromanipulator.
12A is a side view of a microphone manipulator, and FIG. 12B is a plan view.
FIG. 13 is a perspective view showing a conventional micromanipulator.
[Explanation of symbols]
14, 15 ... finger members, 18 ... diffusion strain gauge, 16, 17 ... handling part,
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記対象物(W)を把持する一対の指部材(14,15)と、
前記一対の指部材(14,15)のうちの少なくとも一方に形成され、前記対象物(W)を把持する力を検知するための拡散歪ゲージ(18)と、
前記拡散歪ゲージ(18)近傍に拡散歪ゲージの周囲温度を調整する温度調整手段(22)と
を一体に備えたマイクロマニピュレータ。A micromanipulator having a handling unit for handling a minute object (W),
A pair of finger members (14, 15) for gripping the object (W);
A diffusion strain gauge (18) formed on at least one of the pair of finger members (14, 15) for detecting a force for gripping the object (W);
A micromanipulator provided integrally with temperature adjusting means (22) for adjusting the ambient temperature of the diffusion strain gauge in the vicinity of the diffusion strain gauge (18).
前記温度検出手段(26)からの温度検出信号に基づいて前記温度調整手段(22)を制御し、拡散歪ゲージ(18)の周囲温度を所定温度にコントロールする制御手段(25)と
を備えた請求項1に記載のマイクロマニピュレータ。A temperature detecting means (26) provided in the vicinity of the diffusion strain gauge (18) for detecting the ambient temperature of the diffusion strain gauge;
Control means (25) for controlling the temperature adjusting means (22) based on a temperature detection signal from the temperature detecting means (26) and controlling the ambient temperature of the diffusion strain gauge (18) to a predetermined temperature. The micromanipulator according to claim 1.
前記温度調整手段(22)は、指部材(14)の先端側に設けられたハンドリング部(16)と拡散歪ゲージ(18)との間に設けられたことを特徴とするマイクロマニピュレータ。The micromanipulator according to claim 1 or 2,
The micromanipulator characterized in that the temperature adjusting means (22) is provided between a handling part (16) provided on the distal end side of the finger member (14) and a diffusion strain gauge (18).
ハンドリング部(16)よりも基端側には薄肉部(21)を形成し、同薄肉部(21)に温度調整手段(22)を形成したことを特徴とするマイクロマニピュレータ。The micromanipulator according to any one of claims 1 to 3,
A micromanipulator characterized in that a thin part (21) is formed on the base end side of the handling part (16) and a temperature adjusting means (22) is formed on the thin part (21).
前記指部材(14,15)は、単結晶シリコン基板により形成され、温度調整手段(22)は、拡散抵抗にて形成されていることを特徴とするマイクロマニピュレータ。The micromanipulator according to any one of claims 1 to 4,
The micromanipulator characterized in that the finger members (14, 15) are formed of a single crystal silicon substrate, and the temperature adjusting means (22) is formed of a diffusion resistor.
前記指部材の先端部側となる部位とは反対側において前記酸化膜(32)の所定領域に複数の窓(32a)を形成し、その窓(32a)から不純物を添加することによって拡散歪ゲージ(18)と、温度調整手段となる拡散抵抗を形成する工程と
を備えたことを特徴とするマイクロマニピュレータの製造方法。Forming an oxide film (32) on the surface side of the single crystal silicon substrate (31) to be the finger members (14, 15);
A diffusion strain gauge is formed by forming a plurality of windows (32a) in a predetermined region of the oxide film (32) on a side opposite to the tip portion side of the finger member and adding impurities from the windows (32a). (18) A method of manufacturing a micromanipulator, comprising: a step of forming a diffusion resistor serving as a temperature adjusting means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03802497A JP3831047B2 (en) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | Micromanipulator and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03802497A JP3831047B2 (en) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | Micromanipulator and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10230487A JPH10230487A (en) | 1998-09-02 |
JP3831047B2 true JP3831047B2 (en) | 2006-10-11 |
Family
ID=12514011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03802497A Expired - Lifetime JP3831047B2 (en) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | Micromanipulator and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3831047B2 (en) |
-
1997
- 1997-02-21 JP JP03802497A patent/JP3831047B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10230487A (en) | 1998-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7508189B2 (en) | Micro-electromechanical system (MEMS) based current and magnetic field sensor having improved sensitivities | |
US6912759B2 (en) | Method of manufacturing a thin piezo resistive pressure sensor | |
US6666088B2 (en) | Accelerometer without proof mass | |
US6589433B2 (en) | Accelerometer without proof mass | |
US6007728A (en) | Design of a novel tactile sensor | |
JP2001264198A (en) | Method for manufacturing multiaxial tactile sensor and tactile sensor | |
JP3831047B2 (en) | Micromanipulator and manufacturing method thereof | |
KR20080023398A (en) | Force sensor using the si nanowire and method for manufacturing the same | |
US20200284633A1 (en) | Fluid sensor | |
JPH09304409A (en) | Cantilever with force displacement sensor | |
JP3831042B2 (en) | Micromanipulator and manufacturing method thereof | |
JP2001264188A (en) | Semiconductor strain gauge and method for manufacturing semiconductor strain gauge | |
CN112710405B (en) | Temperature sensor | |
JPH0617834B2 (en) | Force detector | |
JP3764207B2 (en) | Micromanipulator and manufacturing method thereof | |
Fujihashi et al. | Tactile Sensor with High-Density Microcantilever and Multiple PDMS Bumps for Contact Detection | |
JP3284921B2 (en) | Acceleration sensor, angular acceleration sensor and method for manufacturing them | |
WO2008096936A1 (en) | Mems apparatus for measuring acceleration in three axes | |
JP3427462B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor acceleration sensor | |
JP3345695B2 (en) | Acceleration sensor | |
JPS60164231A (en) | Force distribution detector | |
JPH055750A (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
JPS6312930A (en) | Force detecting element | |
JPH01236659A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
JP2006215478A (en) | Electrostatic driving element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051013 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051206 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060203 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060704 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060713 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100721 Year of fee payment: 4 |