JPH11260480A - マイクロ部品接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、マイクロ部品相互の機械的な接続
及び電気的な接続を容易に行うことができるマイクロ部
品接続装置を得ることを目的とするものである。 【解決手段】 第１及び第２の接合素子１１，１２に電
極を兼ねる磁石１３，１４を設け、かつ第１の接合素子
１１側に設けられた磁石１３，１４を、第１及び第２の
接合素子１１，１２の接離方向へ変位可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数のマイクロ
部品を互いに接続してマイクロマシンを組み立てるため
にマイクロ部品に設けられているマイクロ部品接続装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば配管内移動用の小形移動ロ
ボットなどのマイクロマシンは、モータや減速機などを
それぞれユニット化したマイクロ部品を製造し、これら
複数のマイクロ部品を接続することにより組み立てられ
る。このため、各マイクロ部品には、マイクロ部品接続
装置が設けられている。

【０００３】図２３は従来のマイクロ部品接続装置の一
例を示す斜視図、図２４は図２３の要部を拡大して示す
斜視図である。図において、１は第１のマイクロ部品、
２は第１のマイクロ部品１に接続される第２のマイクロ
部品、３はマイクロ部品１，２に設けられている表面が
Ｎ極の磁石、４はマイクロ部品１，２に設けられている
表面がＳ極の磁石であり、第１のマイクロ部品１の磁石
３が第２のマイクロ部品２の磁石４に吸着され、第１の
マイクロ部品１の磁石４が第２のマイクロ部品２の磁石
３に吸着されるように配置されている。

【０００４】５はマイクロ部品１，２の表面に設けら
れ、互いに接合される円環状の接合層であり、この接合
層５としては、例えば低温はんだなどのホットメルト層
が用いられる。６はマイクロ部品１，２の表面に設けら
れ、互いに嵌合される円環状の嵌合部である。

【０００５】このようなマイクロ部品接続装置では、図
２５に示すように、磁石３，４が互いに吸着され、接合
層５が互いに接合され、嵌合部６が互いに嵌合されるこ
とにより、第１及び第２のマイクロ部品１，２が互いに
接続される。このとき、テーパー形状の嵌合部６を互い
に嵌合させることにより、位置決め精度が高められる。
また、マイクロ部品１，２を組み合わせた後、全体が加
熱されることにより、接合層５が溶融され、マイクロ部
品１，２がさらに強固に接続される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のマ
イクロ部品接続装置では、磁石３，４の吸引力と嵌合部
６とを用いてマイクロ部品１，２相互の位置決めを精度
良く行え、複雑なハンドリングを必要とせずに、大量の
マイクロマシンを容易に組み立てることができる。しか
し、近年のマイクロマシンの開発においては、マイクロ
部品１，２内に電気回路などを含める集積化が進められ
ているため、単に大量のマイクロ部品１，２を精度良く
組み立てるだけではなく、マイクロ部品１，２間の電気
的な接続も容易に行うことが要求されている。これに対
し、従来のマイクロ部品接続装置では電気的な接続を行
うことができなかった。また、磁石３，４が第１及び第
２のマイクロ部品１，２の接続部に埋め込まれているた
め、接続部の製造時に磁石１，２の高さにばらつきが生
じ、組立精度が劣化したり、接続部の歩留まりが低下す
るなどの問題点があった。

【０００７】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、マイクロ部品
相互の機械的な接続及び電気的な接続を容易に行うこと
ができるマイクロ部品接続装置を得ることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るマ
イクロ部品接続装置は、第１のマイクロ部品に設けられ
ている第１の接合素子と、第２のマイクロ部品に設けら
れ、第１の接合素子に嵌合される第２の接合素子と、第
１及び第２の接合素子にそれぞれ設けられ、第１及び第
２の接合素子の嵌合時に互いに吸着される複数個の磁石
とを備えているものにおいて、磁石はそれぞれ電極を兼
ねており、かつ第１及び第２の接合素子の少なくともい
ずれか一方の側に設けられた磁石は、第１及び第２の接
合素子の接離方向へ変位可能になっているものである。

【０００９】請求項２の発明に係るマイクロ部品接続装
置は、変位可能な磁石が、ジンバルばね部を介して支持
されているものである。

【００１０】請求項３の発明に係るマイクロ部品接続装
置は、第１及び第２の接合素子の少なくともいずれか一
方に、磁石の吸引力を増大させるためのヨークを設けた
ものである。

【００１１】請求項４の発明に係るマイクロ部品接続装
置は、第２の接合素子に嵌合される第１の接合素子本体
と、磁石を支持し第１の接合素子本体に組み合わされる
第１の磁石保持部とを有する第１の接合素子を用いたも
のである。

【００１２】請求項５の発明に係るマイクロ部品接続装
置は、第１の接合素子に嵌合される第２の接合素子本体
と、磁石を支持し第２の接合素子本体に組み合わされる
第２の磁石保持部とを有する第２の接合素子を用いたも
のである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるマ
イクロ部品接続装置の接続前の状態を示す断面図、図２
は図１の装置の接続後の状態を示す断面図、図３は図１
の第１のマイクロ部品を示す斜視図、図４は図３の要部
平面図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【００１４】図において、１は第１のマイクロ部品、２
は第１のマイクロ部品１に接続される第２のマイクロ部
品、１１は第１のマイクロ部品１に設けられているテー
パ状の第１の接合素子（雄形接合素子）、１２は第２の
マイクロ部品２に設けられ、第１の接合素子１１が嵌合
されるテーパ状の凹部１２ａが形成されている第２の接
合素子（雌形接合素子）、１３は第１及び第２の接合素
子１１，１２にそれぞれ設けられている表面がＮ極の磁
石、１４は第１及び第２の接合素子１１，１２にそれぞ
れ設けられている表面がＳ極の磁石であり、これらの磁
石１３，１４は、導電性を有し電極を兼ねている。

【００１５】また、第１の接合素子１１に設けられてい
る磁石１３，１４は、第１の接合素子１１の接合面とは
反対側の端面に固定された板ばね状の可撓部１５により
支持されており、可撓部１５の変形範囲内で第１及び第
２の接合素子１１，１２の接離方向（図１の上下方向）
へ変位可能になっている。１６は各磁石１３，１４と接
合素子１１，１２との間に設けられている絶縁材であ
る。

【００１６】このようなマイクロ部品接続装置では、マ
イクロ部品１，２を接続する際、磁石１３，１４間に吸
引力が作用するとともに、第２の接合素子１２の凹部１
２ａ内に第１の接合素子１１が嵌合されることにより、
マイクロ部品１，２相互の位置決めを高い精度で容易に
行うことができる。また、磁石１３，１４が電極を兼ね
ているため、第１及び第２の接合素子１１，１２を機械
的に結合することにより、マイクロ部品１，２間の電気
的な接続も同時に行われる。

【００１７】従って、複雑なハンドリングを必要とせ
ず、大量のマイクロ部品１，２を機械的にも電気的にも
容易に接続することができる。また、マイクロ部品１，
２を電気的に接続することにより、マイクロマシンの高
度化及び高集積化を図ることができる。

【００１８】また、第１の接合素子１１側の磁石１３，
１４がそれぞれ変位可能になっているため、第１及び第
２の接合素子１１，１２の接合面にある程度の凹凸があ
っても第１及び第２の接合素子１１，１２の磁石１３，
１４をそれぞれ良好に接触させることができる。

【００１９】ここで、図１の第１の接合素子１１の製造
方法について図６を用いて説明する。まず、図６（ａ）
に示すように、基板２１上に電極膜２２を形成し、その
上にレジスト２３を塗布する。次に、図６（ｂ）に示す
ように、嵌合のためのテーパ部を露光、現像し、レジス
ト２３による型を形成する。テーパ部を形成する方法と
しては、レジストの露光時に、基板２１に対して光軸を
傾斜させ、レジスト１３を斜めに露光した後に現像する
方法がある。

【００２０】この後、図６（ｃ）に示すように、レジス
ト２３の空隙部に例えば銅などの非磁性材２４をめっき
により充填する。次に、図６（ｄ）に示すようにレジス
ト２３を重ねて塗布し、図６（ｅ）に示すように非磁性
材２４を充填する。この後、図６（ｆ）に示すように、
レジスト２５を塗布、露光、現像し、可撓部１５を形成
するための空隙部を形成する。そして、図６（ｇ）に示
すように、レジスト２５の空隙部に非磁性材２４を充填
する。

【００２１】次に、図６（ｈ）に示すように、可撓部１
５を構成する材料として、例えばポリイミドなどの絶縁
材２６を塗布する。そして、例えば酸素ガスを用いた反
応性イオンエッチングを施すことにより、図６（ｉ）に
示すように可撓部１５が形成される。この後、図６
（ｊ）に示すように、基板２１、電極膜２２及びレジス
ト２３，２５をエッチング等により除去する。

【００２２】一方、図６（ｋ）に示すような磁石１３，
１４を例えばワイヤカットなどの方法で加工する。そし
て、図６（ｌ）に示すように、磁石１３，１４の側面に
絶縁材１６を塗布する。最後に、図６（ｍ）に示すよう
に、磁石１３，１４を第１の接合素子１１に挿入し、可
撓部１５に固着する。

【００２３】なお、上記実施の形態１では、第１の接合
素子１１に設けた磁石１３，１４を変位可能としたが、
第２の接合素子１２側の磁石１３，１４を変位可能とし
てもよい。また、第１及び第２の接合素子１１，１２の
両方について、磁石１３，１４を変位可能としてもよ
い。

【００２４】実施の形態２．次に、図７はこの発明の実
施の形態２によるマイクロ部品接続装置の断面図であ
る。この例では、第１及び第２の接合素子１１，１２に
ついて、磁石１３，１４の吸着面とは反対側の端部にヨ
ーク１７ａ，１７ｂがそれぞれ接続されている。他の構
成は、実施の形態１と同様である。

【００２５】このようなマイクロ部品接続装置では、ヨ
ーク１７ａ，１７ｂにより、磁石１３，１４の磁束が収
束され、磁石１３，１４間の吸引力が増大される。ま
た、電極としての磁石１３，１４の個数が増加した場
合、磁石１３，１４ごとに図７の上下方向への位置のば
らつきが生じるが、吸引力を増大させることにより磁石
１３，１４が互いに強力に吸着され、ばらつきが吸収さ
れる。

【００２６】従って、電極数が増加しても、各電極を良
好に接続することができ、信頼性を向上させることがで
きる。また、磁石１３，１４の接触面積が増大し、より
大きな電流を通電することができる。さらに、マイクロ
部品１，２が振動したり、落下したりしても、個々の磁
石１３，１４が良好な接触状態を保ち、信頼性を向上さ
せることができる。

【００２７】実施の形態３．なお、実施の形態２では磁
石１３，１４の端部に同径のヨーク１７ａ，１７ｂを接
続したが、ヨークの形状や配置位置はこれに限定される
ものではない。例えば、図８に示すように、第１及び第
２の接合素子１１，１２の一部をヨーク１８ａ，１８ｂ
で構成してもよく、磁石１３，１４の吸引力をさらに増
大させることができる。

【００２８】実施の形態４．次に、図９はこの発明の実
施の形態４によるマイクロ部品接続装置の第１の接合素
子を示す底面図、図１０は図９の第１の接合素子の断面
図である。この例では、第１の接合素子１１側の磁石１
３，１４がそれぞれジンバルばね部１９を介して第１の
接合素子１１に支持されている。また、磁石１３，１４
は、その径方向に隙間を持って第１の接合素子１１に挿
通されている。他の構成は、実施の形態１と同様であ
る。

【００２９】このような装置では、磁石１３，１４が第
１の接合素子１１の軸線方向に対する回転方向への自由
度を有しているため、磁石１３，１４が片当たりせず、
面内で均一に接触し、接触面積が増大する。従って、よ
り大きな電流を通電することができる。

【００３０】なお、ジンバルばね部１９を第１の接合素
子１１内に形成するためには、図６で示した方法と同様
にして加工することが可能である。即ち、ジンバルばね
部１９を加工する場合、図６（ｈ）でジンバル形状のパ
ターンを露光、現像し、図６（ｉ）で、例えばポリイミ
ドなどの絶縁材２６をエッチングすればよい。

【００３１】実施の形態５．次に、図１１はこの発明の
実施の形態５によるマイクロ部品接続装置の第１の接合
素子の断面図である。図において、第１の接合素子１１
は、図１２に示す円筒状の第１の接合素子本体３１に、
図１３及び図１４に示す第１の磁石保持部３２を挿入し
固定することにより構成されている。第１の磁石保持部
３２には、ばね部３２ａを介して磁石１３，１４が支持
されている。

【００３２】図１５はこの発明の実施の形態５によるマ
イクロ部品接続装置の第２の接合素子の断面図である。
図において、第２の接合素子１２は、図１６に示す円筒
状の第２の接合素子本体３３に、図１７及び図１８に示
す第２の磁石保持部３４を挿入し固定することにより構
成されている第２の磁石保持部３４には、磁石１３，１
４が固定されている。また、第２の磁石保持部３４は、
例えばレジスト材やポリイミドなどにより構成される。

【００３３】このようなマイクロ部品接続装置では、磁
石１３，１４の部分をそれぞれモジュール化することに
より、接合素子１１，１２の製造プロセスが簡略化され
ている。また、接合素子本体３１，３３のみの設計変更
を行う必要が生じた場合、磁石保持部３２，３４はその
まま使用でき、逆に磁石保持部３２，３４のみの設計変
更を行う必要が生じた場合には、接合素子本体３１，３
３をそのまま使用でき、製造コストを低減することがで
きる。

【００３４】次に、図１３の第１の磁石保持部３２の製
造方法について図１９を用いて説明する。まず、図１９
（ａ）に示すように、基板４１上の所定の位置に磁石１
３，１４を配置する。次に、図１９（ｂ）に示すよう
に、ポリイミド等のばね材４２を基板４１上に塗布し、
図１９（ｃ）に示すように、ウエットエッチングなどに
より基板４１を除去する。

【００３５】この後、図１９（ｄ）に示すように、例え
ばアルミニウムなどの金属膜４３をばね材４２の両面に
成膜する。そして、図１９（ｅ）に示すように、一方の
金属膜４３の余分な部分をエッチングする。次に、図１
９（ｆ）に示すように、一方の金属膜４３をマスクにし
てばね材４２をばね部３２ａの厚み分だけエッチングす
る。このときのエッチング法としては、例えば酸素ガス
を用いた反応性イオンエッチングを用いることができ
る。

【００３６】次に、図１９（ｇ）に示すように、ばね材
４２の両面の金属膜４３を所定のばね形状にエッチング
する。そして、図１９（ｈ）に示すように、エッチング
された金属膜４３をマスクにして、ばね材４２の中央部
だけを残すように両面からエッチングする。この後、図
１９（ｉ）に示すように、ウエットエッチングなどによ
り金属膜４３を除去することにより、第１の磁石保持部
３２が完成する。

【００３７】実施の形態６．なお、実施の形態５に示し
たように第１及び第２の磁石保持部３２をモジュール化
した場合にも、例えば図２０に示すように、実施の形態
２と同様のヨーク１７ａ，１７ｂを磁石１３，１４に接
続することができ、磁石１３，１４の吸引力を増大させ
ることができる。従って、振動などの外乱に対して安定
した磁石１３，１４の接触状態を得ることができる。

【００３８】実施の形態７．また、例えば図２１に示す
ように、第１の接合素子本体３１や第２の接合素子本体
３３の一部をヨーク１８ａ，１８ｂとしてもよく、磁石
１３，１４の吸引力をさらに増大させることができる。
これにより、磁石１３，１４の接触面積も増大し、より
大きな電流を通電させることができる。また、磁石１
３，１４の吸引力を増大させることにより、電極として
の磁石１３，１４の個数が増加した場合にも、磁石１
３，１４を安定して接触させることができ、マイクロ部
品１，２の振動や落下に対しても、良好な接触状態を保
ち、信頼性を向上させることができる。

【００３９】実施の形態８．さらに、実施の形態５では
単純支持梁状のばね部３２ａを示したが、図２２に示す
ように、実施の形態４で示したようなジンバルばね部３
２ｂにすることにより、部品の接合の初期段階で接合素
子１１，１２が傾き、磁石１３，１４が傾いて接触して
も、ばね部を損傷することがなく、信頼性を向上させる
ことができる。また、接合素子１１，１２の加工状態に
ばらつきが大きくなっても、磁石１３，１４が２方向へ
回転の自由度を有するため、磁石１３，１４相互は片当
たりせず安定して接触し、十分な接触面積を確保するこ
とができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
マイクロ部品接続装置は、第１及び第２の接合素子に電
極を兼ねる磁石を設け、かつ第１及び第２の接合素子の
少なくともいずれか一方の側に設けられた磁石を、第１
及び第２の接合素子の接離方向へ変位可能としたので、
マイクロ部品相互の機械的な接続及び電気的な接続を容
易に行うことができる。

【００４１】請求項２の発明のマイクロ部品接続装置
は、変位可能な磁石が、ジンバルばね部を介して支持さ
れているので、接触の初期時に第１の接合素子に対して
第２の接合素子が傾いていても、磁石を良好に接触させ
ることができ、十分な接触面積を確保することができ
る。

【００４２】請求項３の発明のマイクロ部品接続装置
は、第１及び第２の接合素子の少なくともいずれか一方
に、磁石の吸引力を増大させるためのヨークを設けたの
で、マイクロ部品に振動や衝撃などの外乱が作用して
も、磁石を安定して接触させることができ、信頼性を向
上させることができる。

【００４３】請求項４の発明のマイクロ部品接続装置
は、第２の接合素子に嵌合される第１の接合素子本体
と、磁石を支持し第１の接合素子本体に組み合わされる
第１の磁石保持部とを有する第１の接合素子を用いたの
で、第１の接合素子に部分的な設計変更を加える場合の
製造コストを低減することができる。

【００４４】請求項５の発明のマイクロ部品接続装置
は、第１の接合素子に嵌合される第２の接合素子本体
と、磁石を支持し第２の接合素子本体に組み合わされる
第２の磁石保持部とを有する第２の接合素子を用いたの
で、第２の接合素子に部分的な設計変更を加える場合の
製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるマイクロ部品
接続装置の接続前の状態を示す断面図である。

【図２】 図１の装置の接続後の状態を示す断面図であ
る。

【図３】 図１の第１のマイクロ部品を示す斜視図であ
る。

【図４】 図３の要部平面図である。

【図５】 図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】 図１の第１の接合素子の製造方法を示す説明
図である。

【図７】 この発明の実施の形態２によるマイクロ部品
接続装置の断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態３によるマイクロ部品
接続装置の断面図である。

【図９】 この発明の実施の形態４によるマイクロ部品
接続装置の第１の接合素子を示す底面図である。

【図１０】 図９の第１の接合素子の断面図である。

【図１１】 この発明の実施の形態５によるマイクロ部
品接続装置の第１の接合素子の断面図である。

【図１２】 図１１の第１の接合素子本体の断面図であ
る。

【図１３】 図１１の第１の磁石保持部の断面図であ
る。

【図１４】 図１３の第１の磁石保持部を示す平面図で
ある。

【図１５】 この発明の実施の形態５によるマイクロ部
品接続装置の第２の接合素子の断面図である。

【図１６】 図１５の第２の接合素子本体の断面図であ
る。

【図１７】 図１５の第２の磁石保持部の断面図であ
る。

【図１８】 図１７の第２の磁石保持部を示す平面図で
ある。

【図１９】 図１３の第１の磁石保持部の製造方法を示
す説明図である。

【図２０】 この発明の実施の形態６によるマイクロ部
品接続装置の接続前の状態を示す断面図である。

【図２１】 この発明の実施の形態７によるマイクロ部
品接続装置の接続前の状態を示す断面図である。

【図２２】 この発明の実施の形態８によるマイクロ部
品接続装置の第１の磁石保持部を示す平面図である。

【図２３】 従来のマイクロ部品接続装置の一例を示す
斜視図である。

【図２４】 図２３の要部を拡大して示す斜視図であ
る。

【図２５】 図２３の装置の接続状態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】 １ 第１のマイクロ部品、２ 第２のマイクロ部品、１
１ 第１の接合素子、１２ 第２の接合素子、１３，１
４ 磁石、１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂヨーク、１
９ ジンバルばね部、３１ 第１の接合素子本体、３２
第１の磁石保持部、３３ 第２の接合素子本体、３４
第２の磁石保持部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のマイクロ部品に設けられている第
   １の接合素子と、第２のマイクロ部品に設けられ、上記
   第１の接合素子に嵌合される第２の接合素子と、上記第
   １及び第２の接合素子にそれぞれ設けられ、上記第１及
   び第２の接合素子の嵌合時に互いに吸着される複数個の
   磁石とを備えているマイクロ部品接続装置において、上
   記磁石はそれぞれ電極を兼ねており、かつ上記第１及び
   第２の接合素子の少なくともいずれか一方の側に設けら
   れた磁石は、上記第１及び第２の接合素子の接離方向へ
   変位可能になっていることを特徴とするマイクロ部品接
   続装置。
2. 【請求項２】 変位可能な磁石は、ジンバルばね部を介
   して支持されていることを特徴とする請求項１記載のマ
   イクロ部品接続装置。
3. 【請求項３】 第１及び第２の接合素子の少なくともい
   ずれか一方には、磁石の吸引力を増大させるためのヨー
   クが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載のマイクロ部品接続装置。
4. 【請求項４】 第１の接合素子は、第２の接合素子に嵌
   合される第１の接合素子本体と、磁石を支持し上記第１
   の接合素子本体に組み合わされる第１の磁石保持部とを
   有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３の
   いずれかに記載のマイクロ部品接続装置。
5. 【請求項５】 第２の接合素子は、第１の接合素子に嵌
   合される第２の接合素子本体と、磁石を支持し上記第２
   の接合素子本体に組み合わされる第２の磁石保持部とを
   有していることを特徴とする請求項１ないし請求項４の
   いずれかに記載のマイクロ部品接続装置。