JP5185836B2 - 流体プローブ - Google Patents

Description

本発明は、流体の特性を測定するためのプローブ、およびそのようなプローブの製造方法と使用方法に関する。プローブは、血液などの流体の粘性の相対的な変化を測定するために好適であるが、これに限られない。

マイクロ・カンチレバーのような微細なフレキシブルな機械構造を使うセンサは、知られている。マイクロ・カンチレバーは、微細なマイクロ・カンチレバーの機械的性質の変化がマイクロ・カンチレバーの環境の変化を検出するのに用いられるデバイスである。マイクロ・カンチレバーは、シリコン、窒化ケイ素、ガラスまたは金属のような物質でできており、典型的にはミクロ機械加工技術を用いて作られる。たとえば、米国特許６，５７５，０２０号公報は、マイクロ−液体取扱い装置に一体化されているいろいろなマイクロ・カンチレバーを記載し、マイクロ−液体取扱い装置がそのようなシステムにおける流体の物理、化学、生物学的特性をモニターするためにどのように利用することができるかを記述する。デバイスのいろいろな構成が記述される。その中には三角形のマイクロ・カンチレバー構成があり、ピエゾ抵抗器は２本のアームの各々にかけられ、マイクロ・カンチレバーの垂直偏向だけでなく捻りを検出するのを可能にする。

典型的なマイクロ・カンチレバーを配置することの一つの不利な点は、カンチレバーが比較的堅い物質で形成されていることであり、そのため、センサのたわみの範囲（および潜在的な感度）が制限される。

国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００５０７９号（ＷＯ２００５／０５４８１７号公報として公開）は、フレキシブル・エレメントを用いて、流体の特性を検出するためのデバイスのいくつかの異なる実装を記述する。フレキシブル・エレメントは、異なる熱膨張係数をもつ２つの層で形成することができる。当該エレメントが第１配置から第２配置へ動くように、ヒーターをフレキシブル・エレメントに組み込むことができる。熱が取り除かれると、当該エレメントは緩和されて第１配置に戻る。当該エレメントのたわみの程度や率を決定するために、適当なピエゾ抵抗物質を用いることができる。そのようなフレキシブル・エレメントによれば、当該エレメントによって達成することができるたわみの量は相対的に大きいから、時間とともに変化する粘度を比較的正確に測定することができる。

本発明の実施の形態の目的は、ここであるいは他で引用された従来技術の問題を解決することにある。本発明の特定の実施の形態の目的は、感度が強化された流体プローブを提供することである。

第１の態様において、本発明は、流体の特性を検出するためのデバイスを提供する。このデバイスは、本体部と、第１フレキシブル・エレメントと第２フレキシブル・エレメントとを含み、各フレキシブル・エレメントは、第１端部と第２端部をもち、前記第１端部は前記本体部に固定されており、各フレキシブル・エレメントは、そのエレメントが曲がることによって、少なくとも第１配置から第２配置に移動可能であり、前記第１フレキシブル・エレメントは、前記第１配置と前記第２配置の間で当該フレキシブル・エレメントを動かすために設けられた駆動部を含み、前記第２フレキシブル・エレメントは、当該フレキシブル・エレメントの動きを検知するための一体化された動きセンサを含み、
前記第１フレキシブル・エレメントは、前記本体部から離れた位置で第２フレキシブル・エレメントに結合されており、前記第１フレキシブル・エレメントの前記駆動部のみが、前記第１および第２フレキシブル・エレメントを動かすように機能する。

第１と第２フレキシブル・エレメントが互いに結合しているため、第１フレキシブル・エレメントが動くと、結果的に第１および第２フレキシブル・エレメントが動くことになる。これにより、第２フレキシブル・エレメント内のセンサがより正確に第２フレキシブル・エレメントの動きを測定することができ、フレキシブル・エレメントがその中で動く流体の特性を測定する際、正確さおよび／または感度が向上する。感度が向上するのは、駆動部から発生するノイズがセンサに影響することが少なくなるためである。なぜなら、駆動部とセンサ部は異なるフレキシブル・エレメント内に置かれているからである。このノイズは、熱雑音または電気雑音の形をとりうる。

各フレキシブル・エレメントは長さ方向に伸びており、実質的に互いに平行であってもよい。

各フレキシブル・エレメントは、当該エレメントが曲がることによって、それぞれの曲がり平面内で前記第１配置から前記第２配置へ動き、前記第１および第２エレメント間で前記曲がり平面とは実質的に垂直な方向に広がる結合部によって、これらのエレメントは結合されていてもよい。

前記結合部は、実質的に剛性のある材料で形成されていてもよい。

前記結合部は、前記第１および第２フレキシブル・エレメントの前記第２端部に結合されていてもよい。

前記結合部は、前記第１および第２フレキシブル・エレメントから離れた平面内に広がってもよい。

前記フレキシブル・エレメントが前記第１および第２配置の間を移動するとき、前記結合部がパドルの働きをするように形作られていてもよい。

少なくとも二つの前記第１フレキシブル・エレメントを含み、前記第２フレキシブル・エレメントは、前記二つの第１フレキシブル・エレメントの間に位置してもよい。

前記第１フレキシブル・エレメントは、熱的に絶縁の物質を介して前記第２フレキシブル・エレメントに結合してもよい。

前記第１フレキシブル・エレメントは、複数の位置で前記第２フレキシブル・エレメントに結合してもよい。

前記第１および第２フレキシブル・エレメントは長さ方向に延びており、前記第１フレキシブル・エレメントは当該エレメントの長さ方向に完全に沿って前記第２フレキシブル・エレメントに結合されてもよい。

前記第１フレキシブル・エレメントの前記駆動部は、異なる熱膨張係数をもつ少なくとも二つのラミネート層と、当該エレメントの曲がりを引き起こすために当該フレキシブル・エレメントを熱するためのヒーター・エレメントとを含んでもよい。

第１ラミネート層はポリマーを含み、第２ラミネート層は金属を含んでもよい。

第１ラミネート層はポリマーを含み、第２ラミネート層はポリマーを含んでもよい。

前記層は、１００ＧＰａより小さいヤング係数と室温において１０^−６／Ｋより大きい熱膨張係数をもってもよい。

前記動きセンサは、当該動きセンサの電気的特性が前記第２フレキシブル・エレメントの動きの起因して変化するように配置されてもよい。

前記動きセンサは、ピエゾ抵抗素子を含み、当該ピエゾ抵抗素子の電気的抵抗が第２フレキシブル・エレメントが曲がるにつれて変化するように配置されてもよい。

前記ピエゾ抵抗素子は、ニクロム、クロミウム、銅、およびクロム銅合金のうち、少なくとも一つを含んでもよい。

前記ピエゾ抵抗素子は、窒化アルミニウム、ジルコン酸チタン酸鉛、多結晶シリコン、電気伝導ポリマーうち、少なくとも一つを含んでもよい。

前記フレキシブル・エレメントの前記第１端部から前記第２端部までの長さは、１００〜１０００μｍの範囲であってもよい。

前記第１配置における前記第２フレキシブル・エレメントの前記第２端部と、前記第２配置における前記第２フレキシブル・エレメントの前記第２端部の間の距離は、２０〜６５０μｍの範囲であってもよい。

電気回路をさらに含み、当該電気回路は、前記第１フレキシブル・エレメントに接続され、前記第１フレキシブル・エレメントを前記第１配置から前記第２配置に動かすために前記駆動部に信号を与えるように配置され、前記第２フレキシブル・エレメントの動きに連動し、前記動きセンサによって検知された動きを示す出力信号を与えるように配置されてもよい。

第２の態様では、本発明は、流体の特性を検出するためのデバイスを製造する方法を提供する。この方法は、本体部を提供し、第１フレキシブル・エレメントと第２フレキシブル・エレメントを提供し、各フレキシブル・エレメントは、第１端部と第２端部をもち、前記第１端部は前記本体部に固定されており、各フレキシブル・エレメントは、そのエレメントが曲がることによって、少なくとも第１配置から第２配置に移動可能であり、前記第１フレキシブル・エレメントは、前記第１配置と前記第２配置の間で当該フレキシブル・エレメントを動かすために設けられた駆動部を含み、前記第２フレキシブル・エレメントは、当該フレキシブル・エレメントの動きを検知するための一体化された動きセンサを含み、前記第１フレキシブル・エレメントと第２フレキシブル・エレメントを前記本体部から離れた位置で両フレキシブル・エレメントの間で延びる結合部をもたせて形成し、前記第１フレキシブル・エレメントの前記駆動部だけが、前記第１および第２フレキシブル・エレメントを動かすように機能するように構成する。

フレキシブル・エレメントのパターニングの過程ではエッチストップ層の働きをし、それ以降は周囲の構造からフレキシブル・エレメントを解放することができるように配置された金属の層を提供するステップをさらに含んでもよい。

金属はクロミウムまたはチタニウムであってもよい。

少なくとも１つの導電材料を含む各フレキシブル・エレメントを形成し、非導電性材料から前記結合部を形成するステップをさらに含んでもよい。

第３の態様では、本発明は、ボディ部に一方の端が固定され、ボディ部から離れた位置で互いに結合された第１および第２フレキシブル・エレメントを用いて流体の特性を決定する方法を提供する。この方法は、前記第１フレキシブル・エレメントを駆動させて、第１配置から第２配置に曲げ、前記第１フレキシブル・エレメントに結合されているがゆえに、第２フレキシブル・エレメントが第１配置から第２配置へ動かされ、前記第２フレキシブル・エレメントの動きを検出し、検出された動きを処理することによって流体の少なくとも一つの特性を決定する。

１０Ｈｚよりも小さい周波数で前記第１フレキシブル・エレメントを駆動して、前記第１および第２配置間を動かすことを含んでもよい。

前記第１フレキシブル・エレメントの端部が少なくとも１００μｍだけ離れるように、前記第１フレキシブル・エレメントが駆動されて前記第１配置から前記第２配置へ動いてもよい。

第４の態様では、本発明は、添付図面を参照して実質的に記述された、流体の特性を検出するためのデバイスを提供する。

第５の態様では、本発明は、添付図面を参照して実質的に記述された、少なくとも二つのフレキシブル・エレメントを用いて流体の特性を測定する方法を提供する。

第６の態様では、本発明は、添付図面を参照して実質的に記述されたデバイスを製造する方法を提供する。

本発明の好ましい実施の形態は、添付図面を参照しながら例示することによって、説明される。

本発明の好ましい実施の形態に従って、図１Ａ、図１Ｂおよび図２は流体の特性を検出するためのデバイス１００を例示する。

デバイス１００は、本体部１１０に接続された３つのフレキシブル・エレメントを含む。

この特定の実施の形態において、各フレキシブル・エレメント１０２、１０４、１０６は本体部１１０の不可分の部分であって、本体部１１０から延びている。各フレキシブル・エレメントの第１の末端は、本体部１１０に接続されている。各フレキシブル・エレメントの第２の末端（第１の末端から離れている）は、本体部に対して自由に動く。各フレキシブル・エレメントは、長方形の表面をもつバーであり、その長方形の長辺は本体部１１０から延びている。この特定の実施の形態において、各フレキシブル・エレメント１０２、１０４、１０６は、少なくとも２枚のラミネート層１０８ａ、１０８ｂを含む。各層の物質は、異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を持つ。これらの層を異なる材質で作ることができる。あるいは、各層は、これらの層が異なる熱膨張係数を示すように、異なる層で処理された（例えば、フレキシブル・エレメント内の更なる材料に圧力を加えたり、結合したりした）材料を用いて、同じ材料で形成することもできる。たとえば、材料に異なる方向に圧力を加えると、方向依存性がある熱膨張係数が生まれる。このように、異なる層が同じ材料で作られても、異なる層に異なる方向に応力が加えられているならば、異なる層は異なる熱膨張係数を有効に持つようになる。

加熱すると、ある層は同じ温度上昇に対して他の層よりも膨張する。このため、熱されたフレキシブル・エレメントはより低い熱膨張係数をもつ材料の方向に曲がる。冷却すると、ある層は同じ温度降下に対して他の層よりも収縮する。このため、フレキシブル・エレメントはより大きな膨張係数をもつ材料の方向に曲がる。

それぞれの発熱素子１１２は、フレキシブル・エレメント１０２、１０６上、または、その内側に位置する。フレキシブル・エレメント１０２、１０６は、フレキシブル・エレメント１０４のいずれかの側に配置される。フレキシブル・エレメントの各々は、縦方向に延びており、互いに平行である。電気接触パッド１１４によって、電気信号発生器からの電気信号が各発熱素子１１２に適用される。典型的には、各フレキシブル・エレメント１０２、１０６は、同程度の外形寸法であり、類似した材料で作られる。このように同一の信号が発熱素子１１２の各々に適用され、それによって、２つのビーム１０２、１０６が同じ程度にたわむことが保証される。

３つのビーム１０２、１０４、１０６の各々は、実質的に同じ長さである。結合部１２０は、フレキシブル・エレメント１０２、１０４、１０６の自由端（すなわち、本体部１１０から離れたフレキシブル・エレメントの末端）の各々につながっている。結合部は、好ましくは比較的堅い材料で形成される。好ましくは、結合部は、熱的に絶縁の物質で形成される。使用中、結合部（およびフレキシブル・エレメント）は、流体に浸される。好ましくは、結合部の材質は、流体よりもさらに断熱性の高い断熱体としての働きをする。図に示される特定の実施の形態において、結合部１２０は、平面エレメントとして成形され、エレメント１０２、１０４、１０６から離れたある平面内に広がっている。結合部１２０は、フレキシブル・エレメント１０２、１０４、１０６と同じ厚みである。このデバイスが利用されるとき、この形のおかげで結合部１２０はパドルの働きをし、測定される流体内でのフレキシブル・エレメントの振動に抵抗し、いろいろな（または時間とともに変わる）流体中での測定のための信号の調整（共振、減衰、その他）が可能になる。

動きセンサ１１６は、中央のフレキシブル・エレメント１０４上、または、その内部に位置する。動きセンサ１１６は、フレキシブル・エレメントの全長に沿って延びる（しかし、この範囲に制限されることはなく、フレキシブル部材 ― 結合部間のインタフェースにおける歪みを検知するために、結合部内にわずかに延びることもできる）。動きセンサは、フレキシブル部材１０４の動き（すなわち屈曲の程度）を示す信号を提供するために配置される。この特定の実施の形態において、動きセンサ１１６は、ピエゾ抵抗物質の形をとる。ピエゾ抵抗物質は、機械的歪みがその上に適用されると、電気抵抗が変化するものである。ピエゾ抵抗物質は、プラチナ、金またはアルミニウムのいずれかであってもよい。しかし、より好ましくは、動きセンサ１１６を形成するピエゾ抵抗物質は、ニクロムまたはクロム銅合金である。そのような材質が好ましいのは、それらは温度の変化に対して、プラチナ、金またはアルミニウムほど敏感ではなく、そのため、動きセンサは熱雑音の影響を受けないからである。電気接触パッド１１８は、動きセンサ１１６を形成するピエゾ抵抗物質の電気的なトラックのいずれかの末端に接続される。使用中、抵抗測定器は、パッド１１８を横切る抵抗値の変化を時間の関数として測定し、それにより、フレキシブル・エレメント１０４の動き率を示す信号を提供するために利用される。

図１Ａ、図１Ｂおよび図２は、予め定められた一定幅の隙間１２２によって、隣接したフレキシブル・エレメントから分離しており、結合部１２０だけでフレキシブル・エレメントがつながれたフレキシブル・エレメント１０２、１０４、１０６を例示する。図３は、フレキシブル・エレメント間の位置１２２で利用することができる３つの代替的な実装例を示す。第１に、フレキシブル・エレメント１０２、１０４、１０６の間の領域１２２は、空隙（すなわち、フレキシブル・エレメントが浸される流体で補充され、液体または空気を含む）の形をとることができる。領域１２２は、その周りのフレキシブル・エレメントが棒型であるため、一般に、長方形として示されるけれども、他の実装では、領域１２２は任意の形状（例えば円形、楕円形、ダイヤモンド形、正方形、その他）でもよいことはいうまでもない。あるいは、符号１２２’で示されるように、当該領域は、部分的には別の材質で充填されてもよい（円はその領域を通過する残存する空隙／空気ギャップを示しており、周囲の環境に対して開いている）。図３に示されるように、領域１２２’を通して広がっている開口は、円または他の任意の形状である。あるいは、符号１２２’’で示されるように、当該領域はある物質によって完全に充填することもできる。領域１２２が物質によって完全に充填される（したがってパドルの働きをする）ならば、その物質はフレキシブル・エレメントの材質に類似した機械的性質をもつことが好ましい。必要ならば、その物質がフレキシブル・エレメントとして同程度にたわむか、比較的堅いままであるように、パドルの堅さは、パドルを形成する構造層の厚みによってさらに規制することができる。フレキシブル部材間（すなわち符号１２２または１２２）に位置する物質は、さらなる結合部の働きをするか、結合部１２０に取って代わることができる。この物質は、フレキシブル・エレメントの駆動部の特性に依存して、絶縁性の物質（例えば熱的に絶縁の物質や電気的に絶縁の物質）であることが好ましい。たとえば、上述のデバイスの駆動（アクチュエーション）は、発熱素子１１２のオペレーションによってもたらされるから、その素子間（例えば隙間１２２または結合部１２０）を占めるいずれの物質も熱絶縁体を含むのが好ましい。その物質は、フレキシブル・エレメントよりも良い熱絶縁物とまではいかなくても、少なくとも同じくらい良い熱絶縁物として作用するのが好ましい。

使用中、フレキシブル・エレメント１０２、１０４、１０６（およびパドルの働きをする結合部１２０）は、流体に浸される。駆動信号は、フレキシブル部材１０２、１０６に適用される。駆動信号は、発熱素子トラック１１２に（電気接触パッド１１４を介して）適用される電気信号の形をとる。熱はトラック１１２において電気抵抗のために放散し、それにより、フレキシブル・エレメント１０２、１０６の温度が増加する。このように、あるラミネート層１０８ａは、それぞれの熱膨張係数に差があるために、他の層１０８ｂよりも大きな率で膨張する。図１Ａは、熱信号が適用されないときのフレキシブル・エレメントの曲がった位置を示す。熱信号が適用されると、フレキシブル・エレメント１０２、１０６（１０４ではなく）は、その中に埋められたトラック１１２によって熱され、フレキシブル・エレメントの構成の変化（すなわちエレメントの曲折）に至る。異なる熱膨張係数をもつ層の特定の配列のゆえ、この特定の実施の形態では、フレキシブル・エレメント１０２、１０６は、図１Ｂで例示された位置に曲がる、すなわちエレメントは曲がり、よりまっすぐに／より直線に（曲がり方が少なく）なる。好ましくは、フレキシブル・エレメント１０２、１０６の末端（それには結合部１２０が付けられている）は、２０〜６５０μｍの範囲内の距離を動き、第２の末端は好ましくは少なくとも１００μｍを動く。フレキシブル・エレメントの自由（第２）末端（すなわち、ボディ部１１０に接続されていない末端）は一緒に結合されているから、フレキシブル・エレメント１０２、１０６の動きによって、受動的なフレキシブル・エレメント１０４も対応した動き／屈曲を示す。

屈曲すると、フレキシブル・エレメント１０４は、ピエゾ抵抗素子１１６上にひずみを誘発し、その結果、電気抵抗が変化する。このため、動きセンサ１１６の抵抗は、検出素子１０４の動きを示すものとなる。この抵抗は、どんな抵抗測定器または回路（ホイートストンブリッジを含むが、これに限らない）ででも測定することができる。

発熱素子１１２への所与の入力信号に対して、フレキシブル・エレメント１０２、１０４、１０６は、予め定められた量を動く（または曲がる）。熱信号に反復性がある（例えば正弦波信号または一連の方形パルス）ならば、熱されたとき、フレキシブル・エレメントは曲がり続け、熱が全く適用されない（またはより少なく適用される）とき、平衡位置に向けてゆるむ。このようにして、フレキシブル・エレメント１０２、１０６（およびフレキシブル・エレメント１０４）は、振動するようになる。あるいは、単一駆動パルス（すなわち、例えば大きくて短い電気パルスによって誘発される１ショットまたは「ステップ関数励起」）は、フレキシブル・エレメントに「共鳴」応答をもたらす（例えば、図４Ａ−Ｃを参照）。フレキシブル・エレメントの動きをじゃまする制動力が適用されるならば、例えば、フレキシブル・エレメントが粘りけがある媒体中を動いているならば、フレキシブル・エレメントのたわみの程度とたわみの変化率に影響が出る。このように、たわみの振幅やフレキシブル・エレメント１０２、１０６を動かすのに用いられる信号と比較したたわみの変化率（または位相）の測定は、フレキシブル・エレメントが浸される流体の粘性を検出し、決定するために用いることができる。

ＷＯ２００５／０５４８１７号公報（参照によりここに組み入れる）には、そのような粘性測定（および流体の他の特性の測定）を行う方法が記載されている。同様の測定は、ここに記述されるデバイスを使用して行うことができる。このようにして、動きセンサ（の抵抗における変化）からの信号は、流体の少なくとも１つの特性を示す値を決定するために処理することができる。これは、たとえば、フレキシブル・エレメント１０４の動きの変化率を決定することによって、または、時間とともに信号の変化を観察し、動きの変化率から流体の粘性を示す値を決定することによって、行うことができる。あるいは、フレキシブル・エレメントのたわみの振幅、フレキシブル・エレメントの共振周波数または「共鳴」（それは適用された熱信号に比例する）は、フレキシブル・エレメントが浸される流体の粘性を示す値を決定するために処理することができる。たとえば、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃは、単一熱パルスがフレキシブル・エレメントを（図１Ａで示される）静止位置から曲がらせるために適用された後、異なる流体（それぞれ空気、水とシリコンオイル）における動きセンサの抵抗値変化を時間のファンクションとして示す。見てわかるように、媒体がより粘りけがあるほど、フレキシブル・エレメントが経験する減衰効果が大きく出る。

好ましくは、デバイスは流体の粘度の時間変化を測るために利用される。たとえば、血の粘性の変化は時間の関数として測定でき、血がたとえば凝固するにつれて、時間とともに血の粘性／血の粘性の相対的変化を決定するために所定の間隔で測定を実行することができる。好ましくは、特性を測定する流体の量は１マイクロリットルのオーダーであり、例えば５マイクロリットルまでか、より好ましくは０．５と３マイクロリットルの間である。好ましくは、デバイスは血測定にふさわしい粘性の範囲（例えば１ｃＰ〜１０００ｃＰの粘性の範囲）を計るために配置される。

駆動部が動きセンサから独立したエレメントで提供されているから、動きセンサはフレキシブル・エレメントの駆動によってもたらされる雑音の影響を受けることが少ない。このようにして、センサの正確さを改善することができる。さらに、パドルまたはオールの働きをするために成形された結合部１２０を提供することにより、フレキシブル・エレメントの動きに及ぼす粘性の影響が増え、感度が増大する。

上記の実施の形態は例示のためだけに記載されており、請求項の範囲内でいろいろな代替がありうることは当業者にとって明らかであることは当然のことである。

たとえば、上記の実施の形態では、２つのフレキシブル・エレメント１０２、１０６が動くように駆動させ、単一フレキシブル・エレメントが動きを検出するために利用されたが、他の構成を使うことができることはいうまでもない。たとえば、単一アクチュエータ・フレキシブル・エレメントと単一動きセンサ・フレキシブル・エレメントを実装することもできる。あるいは、任意の数の動きセンサ・フレキシブル・エレメントとアクチュエータ・エレメントを実装することができ、例えばそれらのエレメントはアレイとして作ることもできる。

好ましい実施の形態において、アクチュエータフレキシブル・エレメント１０２、１０６だけ がフレキシブル・エレメントのたわみを引き起こすために配置された駆動部を含み、センサ ・フレキシブル・エレメント１０４だけが動きセンサを含む。しかし、フレキシブル・エレメントのいずれも動きセンサと駆動部を含んでもよいことはいうまでもない。たとえば、ＷＯ２００５／０５４８１７号公報に記述されているような二つのフレキシブル・エレメントを互いに結合させ、本発明の実施の形態に従って動作させることもできる。特に、フレキシブル・エレメントの一つだけが駆動されて動き（それに接続された他のフレキシブル・エレメントの対応する動きが引き起こされる）、他方のフレキシブル・エレメントだけが動きを検出するために利用される。

上記の実施の形態において、結合部１２０は、平面部材であるとして例示された。別の実施の形態では、結合部は、注目している流体内で流体を引っ張ったり（ｄｒａｇ）、ねじ切ったり（ｓｈｅａｒ）するために穴があけられたパドルまたはプレートの形をとることができる。たとえば、モニターされている流体の凝固を強化するために、結合部の穴あけが提供され、これにより、比較的短い時間、流体における粘度変化の測定が可能になる。そのような結合部は、特に時間とともに血の粘性の変化をモニターするためにふさわしい。化学的および／または物理的な反応に影響を及ぼすように、結合部の開口を提供することができることも同様にいうまでもないことである。

フレキシブル・エレメントが離散粒子または液滴／コロイド粒子を含む流体をモニターするために利用されるのであれば、粒子と同程度のサイズ、粒子よりもずっと大きなサイズ、あるいは、粒子よりもずっと小さなサイズのいずれの開口を設けてもよい。たとえば、コロイド懸濁液の発達をモニターしているならば、開口のサイズは、通常、その懸濁液の中間の粒子と同程度のサイズにする。これにより、より小さなコロイド粒子は開口を通過するが、より大きな粒子は通過しない。そして、同程度のサイズの粒子は開口内で捉えられたままになるかもしれない。このようにして、フレキシブル・エレメントの動きが時間とともにモニターされるとき、システムはコロイド懸濁液の発達に関する詳細な情報を提供することができる。結合部の他の構成／形状がそのようなねじ切り（ｓｈｅａｒ）や引きずり（ｄｒａｇ）の影響を強化するために利用することができることは同様にいうまでもない。結合部のサイズは、バイモルフ構造の機械的時定数に直接影響し、したがって、センサの応答に関連する振幅と時定数を変える。典型的に、結合部は、各フレキシブル・エレメントの長さの少なくとも２０％の距離だけフレキシブル・エレメントから離れて延びており、より望ましくは５０％の距離だけ離れている。典型的に、本体部から結合部までのフレキシブル・エレメントの長さは、１００〜１０００μｍの間である。結合部がフレキシブル・エレメントの端から延びているパドルとして示されたが、他の実施の形態では、結合部はフレキシブル・エレメント間で広がる、例えば、フレキシブル・エレメント間の領域１２２にわたって広がる、一つ以上の別々の部材の形をとることができる。

上記の実施の形態では、フレキシブル・エレメントが熱的に駆動し、結合部は熱絶縁物で形成されると述べた。他の実装では、フレキシブル・エレメントが静電気力、磁力、あるいは電気的な力（例えば、ピエゾ電流材料を使う）で駆動してもよい。そのような代替的な実装例では、結合部は適当な絶縁の材料の形成される。例えば駆動が電気的であるならば、結合部は電気絶縁性材料の形成される。

上記の実施の形態では、フレキシブル・エレメントを動かすための駆動は、熱で引き起こされる。他の駆動システムを用いることができることはいうまでもない。同様に、ピエゾ抵抗のトラックを利用する以外に、代わりの動きセンサを利用することもできる。たとえば、圧電素子を、電気信号が圧電材から測られるか、圧電材に適用されるかに依存して、動きセンサまたは駆動部として利用することができる。ＷＯ２００５／０５４８１７号公報はいろいろなセンサ、アクチュエータ、構造のタイプを記述する。そして、そのいずれも本発明の異なる実施の形態のために利用することができる。

典型的に、フレキシブル・エレメントは、ポリマー（ポリイミド、ポリアミドとアクリルポリマーからなる基からのもの）、または別の種類の材料（例えば金、アルミニウム、銅または二酸化ケイ素）のいずれかの一つの層を含むラミネートから形成される。好ましくは、その材料は絶縁材である。

ラミネートの他の層は、先に述べたような金やプラチナのアルミニウムのような金属を含んでもよく、第１ラミネートによって引き起こされた（２０μｍ−６５０μｍ付近の）変形を受けるべく、第１ラミネートよりも高い剛性（ヤング係数）と十分な弾性（伸長度）をもつ材料であることが最も望ましい。フレキシブル部材１０２と１０６の駆動部（ヒーター）は、どんな導電材料（例えば金属または導電性高分子材料）からでも作ることができるが、エレメント１０４の検知部分は十分なピエゾ抵抗またはピエゾ電流の特性をもつ材料群から作らなければならない。典型的に、上述の実施の形態において、検知部分は金またはプラチナから作られるが、導電性高分子材料や、望ましくはニッケルクロム合金またはクロム銅合金から作ることもできる。部材１０２と１０６の任意の導電層またはトラックは、結合／接続部材１２０の中まで延びないことが望ましい。

フレキシブル・エレメント、結合部、および隣接したフレキシブル・エレメントの間に位置する任意の熱的な絶縁領域を製造するために他の材料を利用することができることはいうまでもない。表１と２は、そのような構造で使用するために適当な材料の特性を例示する。表２には、フレキシブル・エレメント間の領域１２２を満たす流体の潜在的な耐熱特性の例として、空気、アルコールおよび水がリストされている。これは領域１２２が別の材料によって満たされない場合である。

上記の実施の形態では、フレキシブル・エレメント１０２、１０４および１０６は、すべて類似したラミネート構造があるものとして記述された。しかし、異なる物質を用いて、異なるフレキシブル・エレメントを形成することができることはいうまでもない。すなわち、センサ・フレキシブル・エレメントは、動きフレキシブル・エレメント１０２、１０４とは異なる物質でつくられたり、異なる構成を持つことができる。しかし、動きフレキシブル・エレメントが駆動したとき、全てのフレキシブル・エレメントが同程度に曲がるか、たわむように、フレキシブル・エレメントはそれぞれ類似した弾性率（例えばヤング係数）を持つことが望ましい。

下記の表１からすると、部材１０２、１０４および１０６のラミネートのための構造材料の好ましい組合せは、ｉ）ポリイミド−金と、ｉｉ）ポリイミド−ポリイミドである。後者の場合、大きなＣＴＥ差をもち、より高い剛構造（例えばヤング係数＞５ＧＰａ）をもつラミネートのうちの少なくとも一つをもつポリイミドの二つの異なるタイプが使われる。別の可能性のある組み合わせは、ｉｉｉ）ポリイミド−アルミニウムであるが、アルミニウムはＣＴＥが高いため、効率は低い。ポリイミドは、高いＣＴＥと非常に低い熱伝導度と容量（熱絶縁体）をもつため、好ましい。他方、金は、優れた機械的特性（ポリイミドと比較して弾力性があるが堅い）をもち、比較的低いＣＴＥを持っている。フレキシブル部材の速い反応が必要とされるとき、より高い熱伝導度をもつことが望ましい。他の活性化法が選ばれるならば、熱的パラメータについてはあまり関心がなくなる。最後に、ポリイミド（または任意の適当な高分子物質）を注意深く選ぶと、熱的および機械的に最高のパフォーマンスを生み出すことができる。

ありうるラミネートの組み合わせは、アルミニウム−ケイ素、アルミニウム−二酸化ケイ素、ポリイミド−ケイ素、およびポリイミ−二酸化ケイ素を含む。

＊ＣＴＥは温度依存であり、ここで示される値は室温に対応するものである。
＊＊このパラメータは、主に沈澱のタイプとプロセスパラメータ（例えば温度、圧力、その他）に依存する。
＊＊＊ポリイミドのファミリーが異なればいろいろな値を取る。
＊＊＊＊このパラメータは、主に、ポリイミド化学だけでなく硬化温度と時間に依存する。

フレキシブル・エレメント（例えばバイモルフ突出梁）のための製造の方法を図５Ａ〜５Ｑを参照して記述する。

図５Ａ〜５Ｑは、少なくとも１つのフレキシブル・エレメントを含むデバイス（例えば図１Ａ、図１Ｂ、図２で例示されるデバイス）を製造するための微細加工処理手順を例示する断面図である。これらの図は、フレキシブル・エレメントの長手方向に沿った断面、すなわち本体部１１０から結合部１２０まで（およびそれをわずかに越えるところまで）の断面を図示する。図５Ｑは、製造プロセスで形成される異なる部分が、図１Ａ、図１Ｂ、および図２に図示されたデバイス１００のエレメントにどのように対応しているのかを図で示す。

断面図は効果的に透視図であることが理解されるべきである。すなわち、それはデバイス中の特定の線に沿った断面図ではなく、単にデバイスを横から見て、異なる層内のすべての重要な特徴を示した図である。そのような層は、ほとんどの場合、デバイスの幅全体にわたるものではないことを理解されたい。たとえば、図５Ｑにおいて、動きセンサ・トラック１１６を形成するニッケル／クロミウム合金が示されているが、このトラックは単にセンサ・フレキシブル・エレメント１０４内で広がっているだけであり、（図２で示すように）隣接した動きフレキシブル・エレメント１０２、１０６内には広がっていないことはいうまでもない。

さらに、異なる層の高さは、明瞭にする目的のために（長さと比較して）図では誇張されていることが理解されるべきである。フレキシブル・エレメントの総厚みは典型的には１μｍから３０μｍの間にある。すなわち、その厚みは望ましくは各フレキシブル・エレメントの典型的な長さより少なくとも１桁少ない。

図５Ａは、準備できたウエハー２００を示す。典型的に、ウエハーはシリコンウエハー（例えば４インチのシリコンウエハー）である。最初に、ウエハーはウエハーから湿気を除去するために、１２０℃で焼かれる。このベーキングは、３０分間行われることがある。

二酸化ケイ素の層２０２は、望ましくは約１μｍの厚さまで沈積する。二酸化ケイ素は、熱蒸着、または、ＣＶＤ（化学蒸着析出）によって沈積することができる。ウエハー２００と層２０２は、ベース層（それにはデバイス１００の本体部１１０が結合される）を形成する。最後に、フレキシブル・エレメント１０２、１０４および１０６は、層２０２に向かって、そして、層２０２から離れる方に曲がることになる。

続いて、クロミウムの層２０４が表面上に沈積する。そして、金２０６のより厚い層が続く。クロミウムと金はどちらも、プラズマ・スパッターリングによって沈積することができる。典型的に、クロミウムの層２０４は、５０ナノメートル（ｎｍ）の厚さであり、金の層はおよそ１５０ナノメートル（ｎｍ）の厚さである。金の構造層２０６を続けて形成するために、クロミウム層がシード層として使われる。

図５Ｂは、第１の光学マスクの使用を通してパターン化された後の基質を示す。最初に、更なる脱水ベークが、例えばおよそ３０分間、１２０℃で実行される。次に適当なレジスト層が金とクロミウムの上にコーティングされる。レジストは、金とクロミウムをエッチングする間のマスキングに好都合である。適当なレジストは、ＪＳＲの化学的に増幅されたポジ型フォトレジスト、またはＡＺエレクトロニックマテリアルズからのＡＺ５２１４Ｅポジ型Ｉ−ライン・フォトレジスト、あるいはその等価物を含む。

続いて、第１の光学マスクからのパターンをレジスト層に転写するために、レジスト層は、光学マスクを通して露出される。パターン付きの開口は長方形であり、フレキシブル部材１０２、１０４、１０６と結合部１２０が基質に結合している状態からその後解放される自由領域を提供する。

露出したレジスト・コーティングは続いて現像され、層２０６、２０４の関連した部分がエッチングされる。その後、残りのレジストをはぎ取る。これは、レジストのレジスト材料／接着剤をデスカミング（ｄｅｓｃｕｍｉｎｇ）する酸素プラズマによって促進することができる。残留する構造は、図５Ｂに示される。図の左側の金とクロミウムの部分は、それ以降の本体部１１０の基盤を提供する。エッチング過程によって金とクロミウムの層２０４、２０６にできる隙間は、フレキシブル・エレメント１０２、１０４、１０６と結合部１２０が続いて形成される領域である。

図５Ｃは、第１の構造層の沈積の結果を表す。典型的に、その表面は、再び３０分間１２０℃でその構造を脱水ベーキングすることによって調整される。更なる金の層２０７がその後、沈積し、そして、クロミウムの別の層２０８と金の第３の層２１０が続く。典型的に、さらなる金の層２０７はおよそ１００ｎｍの厚さであり、クロミウム層２０８は５０ｎｍの厚さであり、最後の金の層２１０は相対的に他の層に比べて厚く、例えばおよそ７５０ｎｍの厚さ（すなわち約１μｍの厚さ）である。金の層２１０は、フレキシブル・エレメントのラミネート構造の１枚の層（すなわちラミネート層１０８ｂ）を形成する。この塗布シーケンスによって実現される最終的な構造（図５Ｑ参照）では、クロミウム層もフレキシブル・エレメントの端まで広がっており、フレキシブル・エレメント内の外層を形成することがわかる。この層は、フレキシブル部材のパターニングの間、金の層のウェットエッチング処理を制御するエッチ−ストップ層の働きをしている（図５Ｐ）。

図５Ｄは、第２の光学マスクを使用して第１の構造層をパターン化した結果を示す。再び、１２０℃の脱水ベークがおよそ３０分の間実行される。それから、適当なレジスト・コーティング（再び、ＪＳＲまたはＡＺ５２１４Ｅ、あるいは等価物）を用いて、図５Ｃに図示される金の層２１０の最も外部の表面の上にかぶせる。

そのあと、結合部１２０が形成されることになる領域を定め、パドル全体で熱伝導度を減らすことを目的として金属を余分にエッチングするために、レジストは第２の光学マスクを通して露出される。部分的に露出したレジスト・コーティングはその後、現像されて、（第２の光学マスクによって定義されるような）それらの層の部分を取り除くために、続いてエッチングが外側の金の層２１０と隣接したクロミウム層２０８上で実行される。レジストは再びはぎ取られ、そして、望ましくは酸素プラズマを通してデカミングが実行される。その結果として生じる構造は、図５Ｄに示される。パターニング・プロセスによって形成される層２０８、２０９のギャップ３０２は、最終的にフレキシブル・エレメントの自由端（すなわち、結合部１２０に接続している最終的なデバイスの本体部１１０から離れたフレキシブル・エレメントの端）を定める。

図５Ｅは、第２の構造層（すなわちラミネート層１０８ａの第１の部分）の沈積の結果を表す。この特定の実施の形態において、ラミネート層１０８ａはポリイミドから形成される。この構造を得るために、最初に、１２０℃の脱水ベークが３０分間実行される。典型的な２μｍ−４μｍの間の厚みをもつポリイミドのコーティング（例えばデュポンのピラリン・ポリイミド・ファミリＰＩ２５６０からのＰＩ２５６２またはＰＩ２５６６、あるいは等価物）が提供される。コーティング２１２ａを設けることを可能にするために、コーティングはそれから、例えばプログラム可能なオーブンで焼かれる。

ベーキングは、オーブンの温度までゆっくり上昇し、室温から焼き付け温度までの構造を含むのが好ましい。適当な上昇率は、１分につき数摂氏度である。それからその構造は焼き付け温度で保たれ、その後、およそ１時間の間、オーブンの温度はゆっくり最終的な上限温度まで（例えば１分につき摂氏数度の率で）増加し、その構造はその最終的な温度で保たれる。たとえば、オーブンは室温から２００℃まで１分当たり３℃で上昇し３０分間、２００℃で保たれ、その後、温度は、１分当たり２℃の低い上昇率で３５０℃を越えない温度まで上昇し、６０分の間、その最終的な温度に保たれる。その構造は、それから、室温にまで自然に（すなわち強制的な冷却なしで）冷却される。それによって、ポリイミド層２１２の第１の部分（その第１の部分は層２１２ａである）の処理が完了する。異なるポリイミド層２１２ｂ、２１２ｃが、続いて形成される関連した動きセンサ／アクチュエータ（例えば発熱体）を封入するために、それ以降のステップにおいて沈積する。

図５Ｆは、第３の光学マスクを使用した、第１のレジストレーションステップの結果を表す。レジストレーションステップは、光学マスク４−７のそれ以降のアライメントのためにレジストレーションマークに対するくぼみを提供するために実行される。

最初に、脱水ベーキングが実行され、それからレジスト・コーティング（再び、ＪＳＲまたはＡＺ５２１４Ｅ、あるいは同様のもの）で上面がコーティングされ、第３のマスクを使って露出ステップが実行され、そして、その後、露出したレジストは現像される。それから、（第３の光学マスクによって定義されるような）ポリイミド構造の一部を取り除き、ポリイミド構造２１２ａの望ましいくぼみを残すために、ドライエッチング（例えば酸素プラズマを通して）が（例えば４分間）実行される。その後、残留するレジスト材料がはぎ取られる。

図５Ｇは、第１の金属化ステップの結果を表す。再び、脱水ベークがまず、およそ３０分間、１２０℃で実行される。典型的に５０ｎｍから２５０ｎｍの間の金属の薄膜層は、その後、例えばプラズマ・スパッターリングによって沈積する。薄層材料は、駆動トラックまたはセンサ・トラックを形成するために利用される。この特定の実施の形態では、この層が駆動トラックを形成するために使われ、適当な材料（例えばクロミウム／金合金、アルミニウムまたはニクロム）が利用される。そのような物質は、プラズマ・スパッターリングを通して沈積することができる。図５Ｇは、プラズマ・スパッターリングによって沈積した後のその物質の層２１４の結果を表す。層２１４が、レジストレーションステップにおいて形成されたくぼみ（図５Ｆ参照）を介してポリイミド層２１２ａに広がり、確保されている。結果として生じる構造は、図５Ｇに示される。

図５Ｈは、第４の光学マスクを用いて関連したトラックを引き続きパターニング（すなわち駆動トラックを引き続きパターニング）した結果を示す。ここで利用される第４の光学マスクは、駆動トラックの形を定める。再び、この物質は、まず、２０分間、１２０℃で脱水ベーキングされる。それから、適当なレジスト・コーティングの層が適用され（例えばＪＳＲまたはＡＺ５２１４Ｅ、あるいは等価物）、駆動トラックのパターンをレジスト上に転写するために、光学マスクを通してその物質は露出される。レジストはその後、現像され、層２１４内で駆動トラック・パターンを定めるために金属エッチングが実行される。このようにして、駆動トラック１１２は形成される。金属エッチングは、典型的に湿式金属エッチングである。残りのレジスト層は、その後、はぎ取られる。

図５Ｉは、３番目の構造層の沈積の結果を示す。特に、ラミネート材のさらなる層（すなわち第２のポリイミド層）が沈積する。ポリイミドのこの２番目の層２１２ｂは、駆動トラック２１４／１１２を封入するために提供される。この層２１２ｂはおよそ２μｍ−４μｍの厚さである。ポリイミドのこの層２１２ｂを沈積させるために要求されるこれらのステップは、図５Ｅに関して記述されたポリイミド層を沈積させるのに用いられた方法と同じである。

図５Ｊは、第２の金属化ステップの結果を表す。これは他のトラックの集合のための物質（この特定の例において、最終的にセンサトラック１１６を形成する物質）を沈積させるのに用いられる。再び、この構造はまず脱水ベーキングされる。それから金属層２１６は沈積する。この層は、５０ｎｍと２５０ｎｍの間の典型的な厚さの薄膜として沈積する。沈積は、プラズマ・スパッターリングによって実行することができる。適当な物質はクロミウム／金またはプラチナを含む。あるいは、望ましくは、この特定の実施の形態では、ニクロムまたはクロミウム銅合金が、その低い温度係数のゆえに、図５ Ｊで示される金属層２１６を形成するために利用される。

図５Ｋは、以前のステップにおいて沈積された層の材質からトラックの形を定めるために、第５の光学マスクを使用して動きセンサ・トラックをパターニングした結果を示す。図５Ｈを参照して、このトラック・パターニングは、駆動トラックのパターニングのために記述された同じステップを使用して実行される。

続いて、パターン付きの信号トラック２１６を封入するために、ポリイミドの別の層２１２ｃが提供される。このポリイミドの層は、ポリイミドの第２の層２１２ｂを沈積させるために、図５Ｉを参照して記述されたのと同じステップを用いて沈積する。封入するための代替物質は薄い（５０ｎｍ）窒化ケイ素、二酸化ケイ素または同様のものを含み、プラズマ沈積によって沈積する。封入された構造は、図５Ｌに図示される。

次に、フレキシブル部材はパターン化され、検知および駆動トラックに対してパッドを提供するために、開口が形成される（すなわち、開口は図２に示されるパッド１１４、１１８のために形成される）。フレキシブル・エレメントのパターニングとパッドのための開口の提供は、更なる（第６の）光学マスクを使用して、シングルステップで実行することができる。結果は、図５Ｍに図示される。

最初に、構造は脱水ベーキングされる。比較的厚いレジスト・コーティング（８μｍ−１２μｍ）の層がその後適用される（例えばＡＺエレクトロニックマテリアルズからのＡＺ４５６２またはＡＺ９２６０ポジホトレジストまたは等価物）。

構造はその後、ソフトベーキングされ、レジスト・コーティングが第６の光学マスクを通して露出され、それから、レジスト・コーティングは現像される。このように、マスクはパッドのための開口とカンチレバーの端の両方の構造を定めることになる。エッチングはその後、マスクによって定義されるポリイミドの意味がある部分を取り出すために実行される。これはドライエッチングであってもよい。そして、たとえば酸素とテトラフルオルメタンの混合物を使って実行される。以前のステップに従って、レジスト層の残りはそれ以降、はがされ、表面がデスカミングされる。これにより、図５Ｍに図示される構造が残る。見てわかるように、この構造は、ポリイミド層を貫いてトラック２１４、２１６に至る開口３０４、３０６を含む。これらの開口３０４、３０６は、電気接触パッドを提供するためにそれ以降で使われる。さらに、開口３０８が層２１０へ提供される。この開口３０８を定めている１つの表面３１０は、最終的なデバイスにおいて結合部１２０の端面を形成する。

続いて、図５Ｎに図示されるように、電気接触パッドを形成する物質２１８が沈積する。最初に、この構造は脱水ベーキングされる。コンタクトパッドを形成している物質はその後、沈積する。典型的に、その物質は金属（アルミニウムまたはクロミウム／金）である。その物質は、厚い金属層（例えばおよそ１μｍの厚さ）として沈積する。金属層は、プラズマ・スパッターリングによって沈積することができる。厚いレジスト・コーティング（ＡＺ４５６２またはＡＺ９２６０）がその後、塗られ、ソフトベーキングが厚いレジスト・コーティング上で実行される。それから、接触パッド２１８の構造を定義するために（すなわち、プラズマ・スパッターリング・ステップによって沈積された過剰な追加材料を除去するために）、そのコーティングは第７の光学マスクを通して露出される。続いて、レジスト・コーティングが現像され、余分な金属が、例えばウェットエッチングによって除去される。再び、残りのレジストはその後、はがされ、図５Ｎに示される構造を残すべく、外側の表面がデスカミングされる。

最後に、パターンのつけられたデバイスは、長方形のチップの形でウエハーから抽出される準備が整い、カンチレバーを解放することによって、自由な構造が形成される。厚いレジスト・コーティング（８μｍ−１２μｍのＡＺ４５６２またはＡＺ９２６０）が塗られ、ソフトベーキングが実行される（図５Ｏ）。コーティングは、それから、第３の光学マスク（これはレジストレーションのために使われたもので、光学マスク１のものと一致する長方形の開口をもち、かぶせられたカンチレバーとパドルの跡をもつ）を通して露出される。

フォトレジスト現像の前に、シリコン基板においてデバイスチップ領域を決定するために適切なステップを用いて、ウエハーは切り目をつけられる（例えば１００μｍ幅の刃をもつダイヤモンド・ダイシング・ソーでＸ方向とＹ方向にウエハー全部を刻みをつけてカットする）（図５Ｐ）。ウエハー片上のカンチレバーの解放のために最終的に準備することを目的とするので、ウエハーは、完全に切ることはしない。あるいは、ウエハーの切り目付けは、製造プロセスの初期段階で、いずれかのパターニングの前に実行することができる。

ウエハーの切り目付けの後で、フォトレジストを現像し、露出した金／クロミウム層をエッチングし、ウエハーをすすいで乾燥する。この段階で、個々のチップは、ウエハーから（切り目の線に沿って折ることによって）抽出される。最終的な金のエッチングが実行される（図５Ｑ）。カンチレバー領域の一番下のクロミウム層（厚さ５０ｎｍ）は、最終的なカンチレバー・パターニングとリリースの過程でエッチングを停止する働きをしていたが、これは、任意であるが、ウエットエッチング溶液の中ではがすことができる。

図５Ｑは、最終的なデバイス準備とパッケージングの結果を表す。残りのレジストをはぎ取り、この構造をすすいで乾燥する。好ましくは、この構造はその後、適当なキャリア（例えばＣｅｒＤＩＰキャリア（８，１２，１６，２４またはより多くのリード／ピンをもつセラミック・デュアル−イン−ライン・ヘッダ））に取り付けられる。その後、デバイスのオペレーションのために電気接触パッドにワイヤーを接続することができる。形成された結果の構造は、図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示される。

図１Ａ、１Ｂは、本発明の実施の形態に係るデバイスのそれぞれ第１配置、第２配置における斜視図である。 図１Ａおよび図１Ｂに図示されたデバイスの略平面図と、デバイスの長さ方向に沿った異なる位置で横から見た二つのプロファイル図を示す。 第１および第２フレキシブル・エレメント間の領域の異なる構成を例示する図であり、この領域が何もないか、部分的に埋められるか、全体が埋められた形を取ることができることを平面図で示す。 図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、本発明の実施の形態に係るデバイスのセンサの異なる応答を示す図であり、それぞれ、空気中、水中、シリコンオイル中における応答を示す。 図５Ａ〜５Ｑは、本発明の実施の形態に係る製造方法を図示する。

Claims (25)

1. 流体の特性を検出するためのデバイスであって、
   本体部と、
   第１フレキシブル・エレメントと第２フレキシブル・エレメントとを含み、
   各フレキシブル・エレメントは、第１端部と第２端部をもち、前記第１端部は前記本体部に固定されており、各フレキシブル・エレメントは、そのエレメントが曲がることによって、少なくとも第１配置から第２配置に移動可能であり、
   前記第１フレキシブル・エレメントは、前記第１配置と前記第２配置の間で当該フレキシブル・エレメントを動かすために設けられた駆動部を含み、
   前記第２フレキシブル・エレメントは、当該フレキシブル・エレメントの動きを検知するための一体化された動きセンサを含み、
   前記第１フレキシブル・エレメントは、前記本体部から離れた位置で第２フレキシブル・エレメントに結合されており、前記第１フレキシブル・エレメントの前記駆動部のみが、前記第１および第２フレキシブル・エレメントを動かすように機能し、
   前記第１フレキシブル・エレメントおよび前記第２フレキシブル・エレメントは、前記第１および第２エレメント間で前記曲がり平面とは実質的に垂直な方向に広がる結合部によって結合されており、前記第１フレキシブル・エレメントおよび前記第２フレキシブル・エレメントのそれぞれは、前記第１フレキシブル・エレメントが曲がることによって、それぞれの曲がり平面内で前記第１配置から前記第２配置へ動くことを特徴とするデバイス。
2. 各フレキシブル・エレメントは長さ方向に伸びており、実質的に互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
3. 前記結合部は、実質的に剛性のある材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
4. 前記結合部は、前記第１および第２フレキシブル・エレメントの前記第２端部に結合されていることを特徴とする請求項１または３に記載のデバイス。
5. 前記結合部は、前記第１および第２フレキシブル・エレメントから離れた平面内に広がることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
6. 前記フレキシブル・エレメントが前記第１および第２配置の間を移動するとき、前記結合部がパドルの働きをするように形作られていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のデバイス。
7. 少なくとも二つの前記第１フレキシブル・エレメントを含み、前記第２フレキシブル・エレメントは、前記二つの第１フレキシブル・エレメントの間に位置することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のデバイス。
8. 前記第１フレキシブル・エレメントは、熱的に絶縁の物質を介して前記第２フレキシブル・エレメントに結合していることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のデバイス。
9. 前記第１フレキシブル・エレメントは、複数の位置で前記第２フレキシブル・エレメントに結合していることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のデバイス。
10. 前記第１および第２フレキシブル・エレメントは長さ方向に延びており、前記第１フレキシブル・エレメントは当該エレメントの長さ方向に完全に沿って前記第２フレキシブル・エレメントに結合されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のデバイス。
11. 前記第１フレキシブル・エレメントの前記駆動部は、
    異なる熱膨張係数をもつ少なくとも二つのラミネート層と、
    当該エレメントの曲がりを引き起こすために当該フレキシブル・エレメントを熱するためのヒーター・エレメントとを含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のデバイス。
12. 第１ラミネート層はポリマーを含み、第２ラミネート層は金属を含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
13. 第１ラミネート層はポリマーを含み、第２ラミネート層はポリマーを含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
14. 前記層は、１００ＧＰａより小さいヤング係数と室温において１０−^６／Ｋより大きい熱膨張係数をもつことを特徴とする請求項１１、１２、１３のいずれかに記載のデバイス。
15. 前記動きセンサは、当該動きセンサの電気的特性が前記第２フレキシブル・エレメントの動きの起因して変化するように配置されたことを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載のデバイス。
16. 前記動きセンサは、ピエゾ抵抗素子を含み、当該ピエゾ抵抗素子の電気的抵抗が第２フレキシブル・エレメントが曲がるにつれて変化するように配置されたことを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記ピエゾ抵抗素子は、ニクロム、クロミウム、銅、およびクロム銅合金のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
18. 前記ピエゾ抵抗素子は、窒化アルミニウム、ジルコン酸チタン酸鉛、多結晶シリコン、電気伝導ポリマーうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
19. 前記フレキシブル・エレメントの前記第１端部から前記第２端部までの長さは、１００〜１０００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載のデバイス。
20. 前記第１配置における前記第２フレキシブル・エレメントの前記第２端部と、前記第２配置における前記第２フレキシブル・エレメントの前記第２端部の間の距離は、２０〜６５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載のデバイス。
21. 電気回路をさらに含み、当該電気回路は、前記第１フレキシブル・エレメントに接続され、前記第１フレキシブル・エレメントを前記第１配置から前記第２配置に動かすために前記駆動部に信号を与えるように配置され、前記第２フレキシブル・エレメントの動きに連動し、前記動きセンサによって検知された動きを示す出力信号を与えるように配置されたことを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載のデバイス。
22. 流体の特性を検出するためのデバイスを製造する方法であって、
    本体部を提供し、
    第１フレキシブル・エレメントと第２フレキシブル・エレメントを提供し、各フレキシブル・エレメントは、第１端部と第２端部をもち、前記第１端部は前記本体部に固定されており、各フレキシブル・エレメントは、そのエレメントが曲がることによって、少なくとも第１配置から第２配置に移動可能であり、前記第１フレキシブル・エレメントは、前記第１配置と前記第２配置の間で当該フレキシブル・エレメントを動かすために設けられた駆動部を含み、前記第２フレキシブル・エレメントは、当該フレキシブル・エレメントの動きを検知するための一体化された動きセンサを含み、
    前記第１フレキシブル・エレメントと第２フレキシブル・エレメントを前記本体部から離れた位置で両フレキシブル・エレメントの間で延びる結合部をもたせて形成し、
    前記第１フレキシブル・エレメントの前記駆動部だけが、前記第１および第２フレキシブル・エレメントを動かすように機能するように構成し、
    前記第１フレキシブル・エレメントおよび前記第２フレキシブル・エレメントは、前記第１および第２エレメント間で前記曲がり平面とは実質的に垂直な方向に広がる結合部によって結合されており、前記第１フレキシブル・エレメントおよび前記第２フレキシブル・エレメントのそれぞれは、前記第１フレキシブル・エレメントが曲がることによって、それぞれの曲がり平面内で前記第１配置から前記第２配置へ動くように構成することを特徴とする方法。
23. フレキシブル・エレメントのパターニングの過程ではエッチストップ層の働きをし、それ以降は周囲の構造からフレキシブル・エレメントを解放することができるように配置された金属の層を提供するステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。
24. 金属はクロミウムまたはチタニウムであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. 少なくとも１つの導電材料を含む各フレキシブル・エレメントを形成し、非導電性材料から前記結合部を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２２または２３に記載の方法。

Images