JPH05253870A - Micro gripper - Google Patents
Micro gripperInfo
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- JPH05253870A JPH05253870A JP4050756A JP5075692A JPH05253870A JP H05253870 A JPH05253870 A JP H05253870A JP 4050756 A JP4050756 A JP 4050756A JP 5075692 A JP5075692 A JP 5075692A JP H05253870 A JPH05253870 A JP H05253870A
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- flexible
- coil layer
- finger
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- 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
Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro gripper used for grasping a minute object in a field of view of a microscope or the like.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in the field of view of a microscope,
Micro grippers are used to grasp living bodies such as minute mechanical parts and cells.
【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。FIG. 11 shows an electrostatic microgripper. In this microgripper, a pair of fingers 13 are arranged at the tip of the gripper main body 11 so as to face each other with a gap therebetween, and between the pair of fingers 13. The fixed electrode 15 is arranged.
【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。In such a micro gripper, when a voltage is applied between the finger 13 and the fixed electrode 15,
An electrostatic force acts between the finger 13 and the fixed electrode 15 to open and close the finger 13.
【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。On the other hand, FIG. 12 shows a micro gripper using a piezoelectric element. In this micro gripper, a copper alloy thin plate is chemically etched,
The fixed portion 17, the displacement magnifying portion 19, and the finger 21 are integrally formed, and the piezoelectric element 23 is arranged between the fixed portions 17.
【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。In such a micro gripper, expansion / contraction displacement of the piezoelectric element 23 is transmitted to the finger 21 via the displacement enlarging portion 19 to open / close the finger 21.
【０００７】[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。However, in such a conventional micro gripper, the fingers 13,
There has been a problem that a high voltage of several tens to several hundreds of volts is required to open and close 21 relatively large.
【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。Further, in the electrostatic type micro gripper shown in FIG. 11, the displacement amount of the finger 13 is, for example,
Since it is about several μm, there is a problem in that there are extreme restrictions on the outer dimensions of the object that can be handled.
【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。Further, in the conventional micro gripper,
Since the degree of freedom of deformation of the fingers 13 and 21 is extremely small, in order to grasp an object, a pair of fingers 13 and 2 are used.
There is a problem in that it is necessary to move the entire micro gripper so that the object comes to the center of 1.
【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。The present invention has been made to solve the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide a micro gripper capable of largely displacing fingers with an extremely low applied voltage.
【００１１】[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、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、コイル層を形成してなるものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a micro gripper in which a pair of flexible fingers are arranged at a tip of a gripper body so as to face each other, and a coil layer is formed on the flexible fingers. It will be done.
【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。A microgripper according to a second aspect of the present invention is the microgripper according to the first aspect, wherein a plurality of coil layers are formed on the flexible fingers. According to a third aspect of the invention, in the microgripper according to the first or second aspect, the flexible fingers are made of an inorganic material.
【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。According to a fourth aspect of the present invention, in the microgripper according to the first or second aspect, the flexible fingers are made of an organic material. According to a fifth aspect of the present invention, in the microgripper according to the first to fourth aspects, a convex or concave holding portion is formed at the tip of the flexible finger.
【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。According to a sixth aspect of the present invention, in the microgripper according to the first to fifth aspects, the coil layer is made of a superconducting material.
【００１５】[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。In the microgripper of the present invention, when the coil layer of the flexible finger is energized in the magnetic field, the coil layer receives the Lorentz force from the magnetic field and the flexible finger is deformed.
【００１６】[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。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the micro gripper of the present invention. In the figure, reference numeral 31 denotes a flat plate-shaped gripper main body.
【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。At the tip of the gripper main body 31, a pair of flexible fingers 33 are arranged facing each other with a space. The flexible finger 33 has a rectangular long flat plate shape and is formed integrally with the gripper body 31.
【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。Further, at the tip of the flexible finger 33, a convex holding portion 35 is formed on the opposing surface side of the flexible finger 33. A coil layer 37 is formed on the outer surface of the flexible finger 33.
【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。The coil layer 37 includes flexible fingers 3
3 is formed in a rectangular shape along the outer side surface. On the other hand, the gripper body 31 is formed with connection layers 39 connected to both ends of the coil layer 37, and electrode layers 41 are formed at predetermined intervals at the ends of the connection layer 39.
【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。FIG. 2 shows an example of a manufacturing method of the above-mentioned micro gripper. In this manufacturing method, first,
As a substrate material for forming the gripper body 31 and the flexible fingers 33, a silicon single crystal substrate 43 having a thickness of 200 μm and a 100-plane orientation is prepared.
【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。Next, as shown in FIG. 2A, a silicon nitride film 45 having a thickness of about 0.3 μm is formed on both surfaces of the silicon single crystal substrate 43 by vapor phase epitaxy. After that, the silicon nitride film 4 is partially formed by using the lithography method.
5 is removed, and the silicon single crystal substrate 4 is formed by KOH aqueous solution.
3 is anisotropically etched to form a concave trench 47.
【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。The concave trench 47 is for forming the convex holding portion 35 at the tip of the flexible finger 33, and can have any shape depending on the object to be grasped.
【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。Thereafter, as shown in FIG. 3B, a silicon nitride film 49 having a thickness of about 0.3 μm is formed again on the entire surface by vapor phase epitaxy. Next, as shown in (c), a rectangular shape patterning for forming the outer shape of the flexible finger 33 is performed by using a lithography method.
【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。In this embodiment, since the outer shape of the flexible finger 33 is rectangular, patterning of a rectangular shape is performed. However, depending on the desired outer shape of the flexible finger, a trapezoidal shape, It may be a polygonal shape such as a triangle, or a curved line such as a semicircle, or a straight line and a curved line. In addition, the central portion of the flexible finger may be hollowed out into an arbitrary shape. It may be shaped.
【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。Thereafter, as shown in (d), a conductor film 51 made of gold, copper, aluminum or the like is formed on the entire surface by a vacuum deposition method, a sputtering method or the like, and then, as shown in (e), The conductor film 51 is patterned, and the coil layer 3
7, the connection layer 39, and the electrode layer 41 are formed.
【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。Thereafter, as shown in (f), unnecessary silicon portions are removed by etching from the silicon single crystal substrate 43, and the microgripper as shown in FIG. 1 is manufactured.
【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。The manufactured micro gripper is
The distance between the pair of flexible fingers 33 is 200 μm, the thickness of the flexible fingers 33 is 0.6 μm, and the length is 300 μm.
The width is about 30 μm.
【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。The microgripper thus obtained is installed in a magnetic field whose magnetic flux direction is parallel to the lengthwise direction of the flexible fingers 33 and whose magnetic flux density is about 0.5 Wb / m 2. When the relationship between the applied voltage and the displacement of the flexible finger 33 was examined by energizing the coil layer 37 via the electrode layer 41 and the connection layer 39 using a power supply, the applied voltage ± 0.
A displacement of about ± 50 μm can be obtained at 5 V, a large displacement can be obtained with an extremely low applied voltage, and the individual flexible fingers 33 are largely displaced, so that the degree of freedom for the size of the sample to be grasped is extremely high. It turned out to be big.
【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。Further, since the coil layers 37 are formed on the pair of flexible fingers 33, respectively, the pair of flexible fingers 33 are not energized at the same time, but are energized independently of each other. By moving the sample up to the allowable deflection amount of
Even if the flexible finger 33 is not located at the center of 3, the movement of the flexible finger 33 and the lengthwise movement of the flexible finger 33
It turns out that the sample can be grabbed.
【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。That is, FIG. 3 schematically shows the relationship between the energization state of the coil layer 37 and the displacement of the flexible finger 33. The magnetic flux acts from the upper side to the lower side of the paper surface. ..
【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。On both sides of the pair of flexible fingers 33, arrows indicate the direction of the current flowing through the coil layer 37 when the flexible fingers 33 are viewed from the outside.
In (a), an electric current is applied to the coil layer 37 as indicated by an arrow, the pair of flexible fingers 33 are displaced inward, and a relatively small sample S is sandwiched between the flexible fingers 33. ing.
【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。In (b), an electric current is applied to the coil layer 37 as indicated by an arrow, the pair of flexible fingers 33 are displaced outward, and a relatively large sample S is applied to the flexible finger 3.
Located between the three.
【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。In (c), an electric current is applied to the coil layer 37 as indicated by an arrow, the pair of flexible fingers 33 are displaced toward the left side of the drawing, and the sample S is placed between the flexible fingers 33. It is located.
【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。In (d), an electric current is applied to the coil layer 37 as indicated by an arrow, the pair of flexible fingers 33 are displaced toward the right side of the drawing, and the sample S is placed between the flexible fingers 33. It is pinched.
【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。FIG. 4 shows another example of the manufacturing method of the micro gripper. In this manufacturing method, first, as a substrate material for forming the gripper body 31 and the flexible fingers 33, a thickness of 380 μm, A silicon single crystal substrate 53 having a 100-plane orientation is prepared.
【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。Next, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 55 having a thickness of about 0.4 μm is formed on both surfaces of the silicon single crystal substrate 53 by thermal oxidation. Then, the silicon oxide film 5 is partially formed by using a lithography method.
5 is removed, and a silicon single crystal substrate 5 is formed by using a KOH aqueous solution.
3 is anisotropically etched to form a concave trench 57.
【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。Thereafter, as shown in FIG. 9B, a silicon oxide film 59 having a thickness of about 0.1 μm is formed again on the entire surface by the thermal oxidation method. Next, as shown in (c), a rectangular shape patterning for forming the outer shape of the flexible finger 33 is performed by using a lithography method.
【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。Thereafter, as shown in (d), a conductor film 61 made of aluminum is formed on the entire surface by a vacuum evaporation method, and then, as shown in (e), the conductor film 61 is patterned to form a coil layer. 37, the connection layer 39, and the electrode layer 41 are formed.
【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。Thereafter, as shown in (f), unnecessary silicon portions are removed by etching from the silicon single crystal substrate 53, and the microgripper as shown in FIG. 1 is manufactured.
【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。The manufactured micro gripper is
The distance between the pair of flexible fingers 33 is 380 μm, the thickness of the flexible fingers 33 is about 0.5 μm, and the length is 600 μm.
m and the width is about 30 μm.
【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。The microgripper thus obtained was installed in a magnetic field in which the direction of the magnetic flux was parallel to the lengthwise direction of the flexible finger 33 and the magnetic flux density was about 0.7 Wb / m 2. When the relationship between the applied voltage and the displacement of the flexible finger 33 was examined by energizing the coil layer 37 via the electrode layer 41 and the connection layer 39 using a power supply, the applied voltage ± 0.
A displacement of about ± 60 μm was obtained at 3V.
【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。FIG. 5 shows still another example of the manufacturing method of the micro gripper. In this manufacturing method, first,
As a substrate material for forming the gripper body 31 and the flexible fingers 33, a silicon single crystal substrate 63 having a thickness of 400 μm and a 100-plane orientation is prepared.
【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。Next, on both sides of the silicon single crystal substrate 63,
A polyimide film 65 having a thickness of about 3 μm is formed on the entire surface.
After that, as shown in FIG. 5A, the polyimide film 65 is partially removed by using a lithography method to remove KOH.
The silicon single crystal substrate 63 is anisotropically etched with an aqueous solution to form a concave trench 67.
【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。After this, as shown in FIG. 9B, a polyimide film 69 having a thickness of about 0.5 μm is formed again on the entire surface.
Next, as shown in (c), a rectangular shape patterning for forming the outer shape of the flexible finger 33 is performed by using a lithography method.
【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。Thereafter, as shown in (d), a conductor film 71 made of aluminum is formed on the entire surface by a vacuum deposition method, and then, as shown in (e), the conductor film 71 is patterned to form a coil layer. 37, the connection layer 39, and the electrode layer 41 are formed.
【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。Thereafter, as shown in (f), unnecessary silicon portions are removed by etching from the silicon single crystal substrate 63, and the microgripper as shown in FIG. 1 is manufactured.
【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。The manufactured micro gripper is
The distance between the pair of flexible fingers 33 is 400 μm, the thickness of the flexible fingers 33 is about 3.5 μm, and the length is 600 μm.
m and the width is about 35 μm.
【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。The microgripper thus obtained is installed in a magnetic field in which the direction of the magnetic flux is parallel to the lengthwise direction of the flexible finger 33 and the magnetic flux density is about 0.4 Wb / m 2. When the relationship between the applied voltage and the displacement of the flexible finger 33 was examined by energizing the coil layer 37 via the electrode layer 41 and the connection layer 39 using a power supply, the applied voltage ± 0.
A displacement of about ± 100 μm was obtained at 5V.
【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。FIG. 6 shows another embodiment of the micro-gripper of the present invention. In this embodiment, the tips 73 of the pair of flexible fingers 33 are formed in a tapered triangular shape. This makes it easy to transfer the gripped sample to another microgripper.
【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。FIG. 7 shows still another embodiment of the microgripper of the present invention. In this embodiment, the outer surface of the flexible finger 33 has first and second coil layers 37a and 37b. Are formed.
【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。The first coil layer 37a is formed in a rectangular shape along the outer circumference of the outer surface of the flexible finger 33. On the other hand, the second coil layer 37b is the first coil layer 3
The tips 75 of the second coil layer 37b are formed inside the 7a at a predetermined interval, and are located at the middle portion of the flexible finger 33.
【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。Further, the gripper body 31 is provided with connection layers 39a and 39b connected to both ends of the first and second coil layers 37a and 37b, and electrode layers are provided at the ends of the connection layers 39a and 39b. 41a and 41b are formed at a predetermined interval.
【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。A plurality of holding portions 77 are formed at the tip of the flexible finger 33 so as to project therefrom. The micro gripper described above has the first and second coil layers 37a and 37b, the connection layers 39a and 39b, and the second and third coil layers 37a and 37b, when the conductor films 51, 61 and 71 shown in FIGS.
Except that the electrode layers 41a and 41b are formed, the coil layer is manufactured by a method similar to that in the case of a single coil layer.
【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。With this microgripper, almost the same effects as in the above-mentioned embodiment can be obtained.
In this micro gripper, since the first and second coil layers 37a and 37b are arranged on the flexible finger 33, the flexible finger 33 can be deformed more freely.
【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。Then, not only before the sample is gripped, but also after the sample is gripped, the amount of current to each of the coil layers 37a and 37b is controlled, so that the sample can be moved only by the operation of the flexible fingers 33. The flexible finger 33 can move in the length direction and the left-right direction.
【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。Therefore, the necessity of moving the microgripper itself is significantly reduced as compared with the conventional one, and a reliable operation can be performed. That is, FIG. 8 schematically shows the relationship between the energization state of the first and second coil layers 37a and 37b and the displacement of the flexible finger 33. The magnetic flux from the upper side to the lower side of the paper surface is shown. Is working.
【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。On both sides of the pair of flexible fingers 33, arrows indicate the directions of currents flowing through the first and second coil layers 37a and 37b when the flexible fingers 33 are viewed from the outside. ing.
【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。In (a), an electric current is applied to the first coil layer 37a as indicated by an arrow, and the front side of the pair of flexible fingers 33 is displaced inward from the middle portion, while the second coil is moved to the second side. An electric current is applied to the coil layer 37b as indicated by an arrow, the rear side of the pair of flexible fingers 33 is displaced outward from the middle portion, and the sample S is sandwiched between the tips of the flexible fingers 33.
【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。In (b), by reducing the voltage applied to the first and second coil layers 37a, 37b from the state of (a), the deformation of the flexible finger 33 is reduced, and the flexibility is reduced. The finger 33 is moved in the front end direction while holding the sample S.
【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。FIG. 9 shows an embodiment in which three coil layers 37a, 37b, 37c are formed on one flexible finger 33a. In this embodiment, one flexible finger 33a is formed on each of the respective flexible fingers 33a. Coil layers 37a, 37b, 3
The tip portion of 7c is deformed inward, and is complicatedly deformed by the flexible finger 33a.
【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。FIG. 10 shows still another embodiment of the microgripper of the present invention. In this embodiment, FIG.
A rigid holding layer 79 is formed of a conductive film from both sides of the tip end portion of the second coil layer 37b shown in (1) to the vicinity of the first coil layer 37a.
【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。The rigidity holding layer 79 is formed simultaneously with the patterning of the conductor film. In the micro gripper configured as above, the rigidity of the front side and the rear side of the flexible finger 33 becomes substantially the same, and the deformation prediction of the flexible finger 33 becomes easy.
【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。In the embodiment described above, an example in which the convex holding portions 35 and 77 are formed at the tip of the flexible finger 33 has been described, but the present invention is not limited to this embodiment. Of course, for example, a concave holding portion may be formed.
【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。Further, in the above-mentioned embodiment, the coil layer 3
Although the example in which 7 is formed of a conductor film of gold, copper, aluminum or the like has been described, the present invention is not limited to this example, and is made of, for example, YBa 2 Cu 3 Ox or EuBa 2 Cu 3 Ox. It may be formed of a superconducting material. In this case, heat generation from the coil layer 37 is reduced, so that it is possible to effectively prevent thermal deformation of the flexible finger 33.
【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。Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the coil layer 37 is formed on both of the pair of flexible fingers 33 has been described, but the present invention is not limited to this embodiment, and one of Of course, the coil layer 37 may be formed only on the flexible fingers 33.
【００６６】[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。As described above, in the microgripper of the present invention, a large displacement can be obtained with an extremely low applied voltage, and the individual flexible fingers are largely displaced, so that the size of the sample to be grasped can be freely adjusted. The degree becomes very large.
【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。By forming coil layers on the pair of flexible fingers and independently energizing them, the movement of the flexible fingers can be performed even if the sample is not located at the center of the pair of flexible fingers. Then, the sample can be securely grasped only by moving the flexible finger in the length direction.
【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。By forming a plurality of coil layers on one flexible finger, it is possible to control the energization amount to each coil layer not only before gripping the sample but also after gripping the sample. The sample can be moved in the lengthwise direction and the lateral direction of the flexible finger only by the operation of the flexible finger.
【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。Further, when the flexible fingers are made of an inorganic material such as a silicon nitride film, manufacturing becomes very easy, and when they are made of an organic material such as a polyimide film,
There is an advantage that the amount of bending of the flexible finger can be increased.
【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。Further, when the coil layer is made of a superconducting material, there is an advantage that the thermal deformation of the flexible fingers can be effectively prevented.
【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。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a micro gripper of the present invention.
【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。FIG. 2 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing the micro gripper of FIG.
【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。FIG. 3 is an explanatory diagram showing movement of flexible fingers of the micro gripper of FIG. 1.
【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。FIG. 4 is a process drawing showing another example of the method for manufacturing the micro gripper of FIG.
【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。FIG. 5 is a process drawing showing still another example of the method for manufacturing the micro gripper of FIG. 1.
【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。FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the micro gripper of the present invention.
【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。FIG. 7 is a perspective view showing still another embodiment of the micro gripper of the present invention.
【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。8 is an explanatory view showing the movement of flexible fingers of the micro gripper of FIG. 7. FIG.
【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。FIG. 9 is an explanatory view showing still another embodiment of the micro gripper of the present invention.
【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。FIG. 10 is a top view showing still another embodiment of the micro gripper of the present invention.
【図１１】従来のマイクログリッパーを示す断面図であ
る。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional micro gripper.
【図１２】従来のマイクログリッパーを示す断面図であ
る。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a conventional micro gripper.
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 31 gripper body 33 flexible fingers 35, 77 holding parts 37, 37a, 37b, 37c coil layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 39/00 ＺＡＡ Ｇ 8728−4Ｍ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 39/00 ZAA G 8728-4M
Claims (6)
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、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。1. A micro gripper comprising: a pair of flexible fingers, which are opposed to each other at an interval at the tip of a gripper body, and a coil layer is formed on the flexible fingers.
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。2. The micro gripper according to claim 1, wherein a plurality of coil layers are formed on the flexible finger.
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。3. The micro gripper according to claim 1, wherein the flexible fingers are made of an inorganic material.
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。4. The micro gripper according to claim 1, wherein the flexible fingers are made of an organic material.
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。5. The micro gripper according to claim 1, wherein a holding portion having a convex shape or a concave shape is formed at a tip portion of the flexible finger.
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。6. The coil layer according to claim 1, wherein the coil layer is made of a superconducting material.
The micro gripper according to the item.
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|---|---|---|---|
| JP04050756A JP3109220B2 (en) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | Micro gripper |
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