JPWO2020085281A1 - 気泡噴出方法、気泡噴出用デバイス、および、気泡噴出装置 - Google Patents

気泡噴出方法、気泡噴出用デバイス、および、気泡噴出装置 Download PDF

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Abstract

従来の気泡噴出部材（気泡噴出チップ）を用いた気泡噴出方法と異なる新たな原理による気泡噴出方法、該気泡噴出方法に用いるための気泡噴出用デバイス、および、気泡噴出用デバイスを含む気泡噴出装置を提供することを課題とする。気泡噴出用デバイスを用いた気泡噴出方法であって、前記気泡噴出用デバイスは、誘電体で形成された基材と、前記基材の第１面と該第１面とは反対側の面である第２面とを貫通するように形成された気泡噴出孔と、前記第１面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第１開口と、前記第２面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第２開口とを含み、前記気泡噴出方法は、少なくとも前記第１開口と前記第２開口を含む部分を導電液に接触させる、基材および導電液接触工程と、第１電極を前記第１開口側の前記導電液に接触し、第２電極を前記第２開口側の前記導電液に接触させる、導電液および電極接触工程と、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加する電圧印加工程と、前記気泡噴出孔から前記導電液中に気泡を噴出する気泡噴出工程と、を含む、気泡噴出方法により、課題を解決できる。

Description

本出願における開示は、気泡噴出方法、気泡噴出用デバイス、および、気泡噴出装置に関する。
近年のバイオテクノロジーの発展に伴い、細胞の膜や壁に孔をあけ、細胞から核を除去又はＤＮＡ等の核酸物質の細胞への導入等、細胞等の局所加工の要求が高まっている。局所加工技術（以下、「局所アブレーション」と記載することがある。）としては、電気メス等のプローブを用いた接触加工技術や、レーザー等を用いた非接触アブレーション技術などを用いた方法が広く知られている。
しかしながら、従来の電気メス等のプローブを用いた接触加工技術においては、（１）連続高周波によって発生させたジュール熱により対象物を焼き切る性質があるため、切断面の粗さと熱による周辺組織への熱侵襲の影響が大きく、特に液相中の生体材料加工においては熱による切断面のダメージが大きい、（２）タンパク質の変性やアミド結合の寸断により、再結合や再生が困難である、（３）また持続的な加工においてはプローブへの熱変性タンパク質等の吸着や熱により発生する気泡の吸着によって、切開面の観察環境は著しく悪化し、高分解性加工は困難である、という問題があった。
また、フェムト秒レーザー等のレーザーによる非接触加工技術においても、高密度エネルギーが局所的に当たることで切断面周囲組織の熱の影響が存在し、特に液相中の対象物の加工においては加工時に発生する熱による気泡等の発生により持続的加工が困難である等の問題があった。
一方、細胞等への核酸物質等のインジェクション物質を導入するための局所的な物理的インジェクション技術（以下、「局所インジェクション」と記載することがある。）としては、電気穿孔法、超音波を用いたソノポレーション技術及びパーティクルガン法等が広く知られている。しかしながら、従来の電気穿孔法技術においては、電界強度により細胞膜の透過性を向上させるのに限界があり、柔軟な脂質２重膜ではなくて硬い細胞膜や細胞壁を有する対象物へインジェクションが困難であり、電極の配置などの制限により局所的な狙った場所へのインジェクションが困難である等の問題があった。また、超音波を利用したソノポレーション技術においては超音波の集束が困難であり、局所的な気泡のキャビテーションを発生させ解像度を上げることが困難である等の問題があった。更に、パーティクルガン法によるインジェクション方法においても、粒子表面に付着させた物質が粒子を打ち込む際に表面から離脱してしまい導入効率が低い等の問題があった。
上記問題点を解決する方法（デバイス）として、導電材料で形成された芯材と、絶縁材料で形成され、前記芯材を覆い、かつ前記芯材の先端から延伸した部分を含む外郭部、及び前記外郭部の延伸した部分及び前記芯材の先端との間に形成された空隙を含む気泡噴出部材を作製し、該気泡噴出部材を溶液に浸漬させ、溶液中で高周波電圧を印加することで気泡を発生し、該気泡を加工対象物に連続的に放出することで加工対象物を切削（局所アブレーション）できることも知られている（特許文献１参照）。また、導電性材料で形成された電極と該電極を挟むように形成した気泡噴出部を、基板上に複数形成した気泡噴出チップも知られている（特許文献２参照）。
国際公開第２０１３／１２９６５７号公報 国際公開第２０１６／０５２５１１号公報
特許文献１に記載された気泡噴出部材は、ガラス等の絶縁材料に電極を挿入し、絶縁材料と電極を加熱して引き切ることで、絶縁材料と電極の粘弾性の差により電極の周囲が絶縁材料で覆われ、且つ絶縁材料が電極の先端より延伸した状態で作製される。そのため、絶縁材料が延伸した先端部分、つまり、気泡噴出口は非常に細く且つ薄くなることから、破損し易いという問題がある。また、気泡噴出口が非常に細く且つ薄いことから、細胞等の加工対象物を加工する際に、気泡噴出口で加工対象物を傷付け易いという問題もある。
また、特許文献２に記載された気泡噴出チップは、半導体リソグラフィの技術を用いて作製されている。そのため、任意の気泡噴出口のサイズの気泡噴出部を、任意の数だけ基板上に形成できる。そのため、特許文献１に記載されている気泡噴出部材より、破損し難く、且つ、気泡噴出口のサイズを調整し易いというメリットがある。しかしながら、特許文献２に記載されている気泡噴出チップは、半導体リソグラフィ技術により作製することから、作製工程が複雑になるという問題がある。
本開示は、上記問題点を解決するためになされたものであり、鋭意研究を行ったところ、（１）誘電体で形成された基材と、基材の第１面と該第１面とは反対側の面である第２面とを貫通するように形成された気泡噴出孔と、を含む気泡噴出用デバイスを用い、（２）導電液と気泡噴出孔が接触した状態で、第１電極および第２電極に電圧を印加すると、（３）気泡噴出孔から導電液中に気泡を噴出できること、を新たに見出した。
すなわち、本開示の目的は、従来の気泡噴出部材（気泡噴出チップ）を用いた気泡噴出方法と異なる新たな原理による気泡噴出方法、該気泡噴出方法に用いるための気泡噴出用デバイス、および、気泡噴出用デバイスを含む気泡噴出装置に関する。
本開示は、以下に示す、気泡噴出方法、気泡噴出用デバイス、および、気泡噴出装置に関する。
（１）気泡噴出用デバイスを用いた気泡噴出方法であって、
前記気泡噴出用デバイスは、
誘電体で形成された基材と、
前記基材の第１面と該第１面とは反対側の面である第２面とを貫通するように形成された気泡噴出孔と、
前記第１面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第１開口と、
前記第２面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第２開口と
を含み、
前記気泡噴出方法は、
少なくとも前記第１開口と前記第２開口を含む部分を導電液に接触させる、基材および導電液接触工程と、
第１電極を前記第１開口側の前記導電液に接触し、第２電極を前記第２開口側の前記導電液に接触させる、導電液および電極接触工程と、
前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加する電圧印加工程と、
前記気泡噴出孔から前記導電液中に気泡を噴出する気泡噴出工程と、
を含む、
気泡噴出方法。
（２）前記気泡噴出孔が、少なくとも２個以上形成されている、
上記（１）に記載の気泡噴出方法。
（３）前記第１開口のサイズと、前記第２開口のサイズが異なる、
上記（１）または（２）に記載の気泡噴出方法。
（４）前記誘電体の絶縁耐力が、１０ＭＶ／ｍ以上である、
上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の気泡噴出方法。
（５）前記基材が、可撓性の材料で形成されている、
上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の気泡噴出方法。
（６）誘電体で形成された基材と、
前記基材の第１面と該第１面とは反対側の面である第２面とを貫通するように形成された気泡噴出孔と、
前記第１面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第１開口と、
前記第２面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第２開口と、
を含む、
気泡噴出用デバイス。
（７）前記気泡噴出孔が、少なくとも２個以上形成されている、
上記（６）に記載の気泡噴出用デバイス。
（８）前記第１開口のサイズと、前記第２開口のサイズが異なる、
上記（６）または（７）に記載の気泡噴出用デバイス。
（９）前記誘電体の絶縁耐力が、１０ＭＶ／ｍ以上である、
上記（６）〜（８）の何れか一つに記載の気泡噴出用デバイス。
（１０）前記基材が、可撓性の材料で形成されている、
上記（６）〜（９）の何れか一つに記載の気泡噴出用デバイス。
（１１）第１チャンバーおよび第２チャンバーを更に含み、
前記第１チャンバーは、
前記基材の前記第１面の少なくとも前記第１開口を含む部分と、
前記第１面に接するように配置したチャンバー第１部材と、
を含み、
前記第１チャンバーに導電液を充填することで、前記第１開口が前記導電液に接触することができ、
第２チャンバーは、
前記基材の前記第２面の少なくとも前記第２開口を含む部分と、
前記第２面に接するように配置したチャンバー第２部材と、
を含み、
前記第２チャンバーに前記導電液を充填することで、前記第２開口が前記導電液に接触することができる、
上記（６）〜（１０）の何れか一つに記載の気泡噴出用デバイス。
（１２）前記第１チャンバーに配置された第１電極と、
前記第２チャンバーに配置された第２電極と、
を含む、
上記（６）〜（１１）の何れか一つに記載の気泡噴出用デバイス。
（１３）上記（７）〜（１２）の何れか一つに記載の気泡噴出用デバイスと、
前記気泡噴出用デバイスから気泡を噴出させるための電気出力機構と、
を含む、
気泡噴出装置。
本出願で開示する気泡噴出用デバイスは、誘電体で形成された基材に、基材を貫通するように気泡噴出孔を形成することで簡単に作製できる。また、気泡噴出孔は基材を貫通するように形成されるため、気泡は基材の表面から噴出する。そのため、従来の気泡噴出口と異なり破損し難い。したがって、気泡噴出方法を実施する際の気泡噴出用デバイスの取り扱いの利便性が向上する。
図１Ａは第１の実施形態に係るデバイス１ａの上面図、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ’断面図である。 図２Ａ乃至図２Ｄは、気泡Ｂが噴出する原理を説明するための概略断面図である。 図３Ａは第２の実施形態に係るデバイス１ｂの上面図、図３Ｂは図３ＡのＸ−Ｘ’断面図である。 図４Ａは第３の実施形態に係るデバイス１ｃの上面図、図４Ｂは図４ＡのＸ−Ｘ’断面図である。図４Ｃおよび図４Ｄは、テーパーを形成する場合の第１開口３１と第２開口３２のサイズの差について説明するための図である。 図５Ａは第４の実施形態に係るデバイス１ｄの上面図、図５Ｂは図５ＡのＸ−Ｘ’断面図である。図５Ｃはデバイス１ｄの変形例の上面図、図５Ｄは図５ＣのＸ−Ｘ’断面図である。 図６は、気泡噴出装置１０の概略を説明するための図である。 図７は、気泡噴出方法の手順を示すフローチャートである。 図８は図面代用写真で、実施例１において、ハイスピードカメラで気泡Ｂの発生を撮影した写真である。 図９は図面代用写真で、図９Ａは実施例２のデバイスを上方から撮影した写真、図９Ｂは電気出力後の写真で、点線の丸が成長した気泡を示す。 図１０は図面代用写真で、図１０Ａは実施例３のデバイスを用いた際の第１開口側からの写真、図１０Ｂは実施例４のデバイスを用いた際の第１開口側からの写真で、写真の白丸で囲ってある部分が噴出した気泡である。 図１１は図面代用写真で、実施例５において、図１１Ａは電気を出力した直後の写真、図１１Ｂは電気を出力してしばらくした後の写真である。 図１２は図面代用写真で、実施例６において、図１２Ａは電圧を印加する前の写真、図１２Ｂは４５０Ｖの電圧を印加した後の写真、図１２Ｃは６５０Ｖの電圧を印加した後の写真、図１２Ｄは７５０Ｖの電圧を印加した後の写真である。 図１３は図面代用写真で、図１３Ａは電圧を印加してしばらくした後の実施例７のデバイスの写真、図１３Ｂは電圧を印加してしばらくした後の実施例８の写真である。 図１４は図面代用写真で、実施例９において、図１４Ａは、電圧を印加する前の第１開口側の写真で、図１４Ｂは電圧を印加した後の写真である。 図１５は図面代用写真で、実施例１０で気泡を衝突させたシリコンウェハの写真である。 図１６は、実施例１１において、各種デバイスの気泡噴出孔３の直径（孔径；横軸）と、気泡が噴出し始めた時の印加電圧（縦軸）との関係を示すグラフである。 図１７は、実施例１１において、有限要素法により解析した、気泡を噴出した時の気泡噴出孔３の電界値を示すグラフである。
以下、図面を参照しつつ、気泡噴出方法、気泡噴出用デバイス（以下、単に「デバイス」と記載することがある。）、および、気泡噴出装置について、詳しく説明する。なお、本明細書において、同種の機能を有する部材には、同一または類似の符号が付されている。そして、同一または類似の符号の付された部材について、繰り返しとなる説明が省略される場合がある。また、本明細書に記載した数値は、当該数値のみを厳密に意味するのではなく、本出願で開示する効果を奏する範囲内であれば、±の誤差を含んでもよい。「約」と記載された場合も同様に、当該数値のみを厳密に意味するのではなく、本出願で開示する効果を奏する範囲内であれば、±の誤差を含んでもよい。
（デバイスの第１の実施形態）
図１を参照して、第１の実施形態に係るデバイス１ａについて説明する。図１Ａはデバイス１ａの上面図、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ’断面図である。デバイス１ａは、誘電体で形成された基材２と、気泡噴出孔３とを含む。気泡噴出孔３は、基材２の第１面２１と該第１面２１とは反対側の面である第２面２２とを貫通するように形成され、第１面２１には第１開口３１、第２面２２には第２開口３２が形成されている。
デバイス１ａの構成について詳細に説明する前に、デバイス１ａを用いて気泡が噴出する原理について先ず説明する。図２Ａ乃至図２Ｄは、気泡Ｂが噴出する原理を説明するための概略断面図である。なお、デバイス１ａの構成要素は同じであるので、図２Ｂ乃至図２Ｄにおいては、気泡Ｂ以外の符号の記載は省略する。
図２Ａに示すように、気泡を噴出する前に、先ず、少なくとも第１開口３１および第２開口３２の周囲を導電性の液体である導電液Ｌに接触させる。導電液Ｌは、毛管力により気泡噴出孔３の中に浸透する。次に、第１電極４ａを第１開口３１側の導電液Ｌに接触し、第２電極４ｂを第２開口３２側の導電液Ｌに接触し、電気出力機構（図示省略）と第１電極４ａおよび第２電極４ｂとを電線等で接続する。次に、第１電極４ａおよび第２電極４ｂに電圧を印加すると、図２Ｂに示すように、気泡噴出孔３の周辺部に気泡Ｂが発生し、図２Ｃに示すように、発生した気泡Ｂが気泡噴出孔３を塞ぐように成長する。そして、更に成長を続けた気泡Ｂは、図２Ｄに示すように、導電液Ｌ中に噴出する。
デバイス１ａを用いて、図２Ａ乃至図２Ｄに示すように気泡Ｂが噴出する理由としては、基材２は電気を通さないが、電気を蓄積することで気泡噴出孔３の周囲に電界が発生しているためと考えられる。そのため、基材２は、電流は流れない、或いは、無視できるほど小さく、且つ、電界が発生する材料である誘電体で形成することが望ましい。基材２を構成する材料としては、公知の誘電体材料、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂、ガラス、セラミック、マイカ（雲母）等が挙げられる。なお、後述する気泡噴出孔３の第１開口３１または第２開口３２のサイズが比較的大きいと、気泡噴出孔３から気泡Ｂを噴出するためには、比較的大きな電圧を印加することになる。そして、印加される電圧によって、絶縁破壊が生じると、気泡噴出孔３（第１開口３１及び／又は第２開口３２）の大きさが変化したり、基材２が損傷する恐れがある。したがって、基材２を構成する材料としては、基材２の厚さ、及び／又は、気泡噴出孔３の大きさにもよるが、例えば、絶縁耐力が４ＭＶ／ｍ以上、５ＭＶ／ｍ以上、６ＭＶ／ｍ以上、７ＭＶ／ｍ以上、８ＭＶ／ｍ以上、９ＭＶ／ｍ以上、１０ＭＶ／ｍ以上の材料が挙げられる。
絶縁耐力が１０ＭＶ／ｍ以上の材料としては、例えば、ポリイミド（２３ＭＶ／ｍ）、ポリスチレン（２０〜２８ＭＶ／ｍ）、ガラス（２０〜４０ＭＶ／ｍ）、エポキシ樹脂（充填剤無し、１１．８〜１９．６ＭＶ／ｍ）、エポキシ樹脂（シリカ充填、１１．８〜１９．６ＭＶ／ｍ）、エポキシ樹脂（グラスファイバー充填、１１．８〜１５．７ＭＶ／ｍ）等が挙げられるが、勿論、例示した以外の材料であってもよい。なお、絶縁耐力に関しては、特に上限はない。
基材２の厚さ、換言すると、気泡噴出孔３の貫通方向の長さは、気泡を噴出できる範囲内であれば特に制限はないが、例えば、下限値として０．１μｍ以上、１μｍ以上、とすることができる。また、上限値としては、１ｃｍ以下、５ｍｍ以下、１ｍｍ以下、５００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下、とすることができる。なお、基板２の厚さは均一であっても、均一でなくてもよい。基板２の厚さが均一でない場合は、上記の下限値と上限値は気泡噴出孔３を形成する部分の基材の厚さとし、気泡噴出孔３を形成する部分以外の基材２の厚さは、上記の上限値と下限値から外れた範囲であってもよい。
また、基材２の材料および厚さの組み合わせにより変わるものの、基材２が可撓性を有するように形成してもよい。基材２が可撓性を有すると、デバイス１ａを用いて加工対象物をアブレーションする際に、加工対象物が、例えば、植物や動物皮膚等、湾曲していても、デバイス１ａを加工対象物に接触できるという効果を奏する。可撓性が高い材料としては、例えば、ポリイミド等が挙げられる。
気泡噴出孔３の形状は、気泡を噴出できれば特に制限はない。気泡噴出孔３の第１面２１或いは第２面２２と平行となる断面視、例えば、第１開口３１と第２開口３２の形状で見た場合、形状としては、円形、楕円形、角数が３以上の多角形等が挙げられる。また、第１面２１或いは第２面２２と垂直となる断面視、例えば、図１Ｂに示す断面視では、第１開口３１と第２開口３２を結ぶ線は、図１Ｂに示す例のように直線でもよいし、曲線または階段状等の非直線であってもよい。なお、図１Ａ及び図１Ｂに示す例では、第１開口３１と第２開口３２の形状は同じ、つまり、気泡噴出孔３は直径が同じ円筒形状であるが、第１開口３１と第２開口３２の形状は異なっていてもよい。
第１開口３１および第２開口３２のサイズは、毛管力により導電液Ｌが気泡噴出孔３内に入り込むことができ、気泡を噴出できれば特に制限はない。気泡噴出孔３が、第１開口３１および第２開口３２が同じ大きさの円、つまり、気泡噴出孔３が円筒形と仮定した場合、第１開口３１および第２開口３２の直径の下限値は、例えば、０．１μｍ以上、０．５μｍ以上、１μｍ以上、２μｍ以上、５μｍ以上とすることができる。また、第１開口３１または第２開口３２が大きすぎると、印加する電圧が大きくなることから、第１開口３１および第２開口３２の直径の上限値は、５００μｍ以下、４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下とすることができる。なお、第１開口３１および第２開口３２の形状が円形以外の場合は、当該円形以外の形状の外接円の直径を、上記の直径に置き換えればよい。なお、第１開口３１および第２開口３２のサイズを小さくする場合は、基材２を必要に応じて親水化処理をすることで、導電液Ｌが気泡噴出孔３に入りやすくしてもよい。親水化処理は、プラズマ処理等、公知の方法で処理をすればよい。
気泡噴出孔３は、基材２の第１面２１と第２面２２とを貫通するように形成されていれば形成方法に特に制限はない。例えば、ドリルを用いて貫通孔を形成する方法、マスクを被せてエッチングする方法等、公知の方法により形成できる。
（デバイスの第２の実施形態）
次に、図３を参照して、第２の実施形態に係るデバイス１ｂについて説明する。図３Ａはデバイス１ｂの上面図、図３Ｂは図３ＡのＸ−Ｘ’断面図である。デバイス１ｂは、気泡噴出孔３が少なくとも２以上形成されている点で第１の実施形態に係るデバイス１ａと異なり、その他の点は、デバイス１ａと同様である。なお、図３Ａおよび図３Ｂでは、気泡噴出孔３を直列に３個配置した例を示しているが、気泡噴出孔３の数に制限はなく、また、気泡噴出孔３の配置も目的に応じて適宜決めればよい。デバイス１ｂを用いると、加工対象物の異なる位置に同時に気泡を噴出できる。
なお、気泡噴出部を複数形成することで、加工対象物の異なる位置に同時に気泡を噴出することは、特許文献２に記載されている。しかしながら、特許文献２に記載されているチップは、フォトリソグラフィ技術を用いて作製している。そのため、製造工場でチップを製造する際には、任意の形状のフォトマスクを用いることで、気泡噴出口の配置等を調整できるが、使用現場で気泡噴出部の数や配置を変更することは困難である。一方、デバイス１ｂは、特許文献２と気泡噴出の原理（装置）が異なることに加え、気泡噴出孔３はドリル等を用いて簡単に形成できる。したがって、使用現場において、必要に応じて気泡噴出孔３の配置を調整できる。
（デバイスの第３の実施形態）
次に、図４を参照して、第３の実施形態に係るデバイス１ｃについて説明する。図４Ａはデバイス１ｃの上面図、図４Ｂは図４ＡのＸ−Ｘ’断面図である。デバイス１ｃは、第１開口３１と第２開口３２のサイズを異なるように作製した点で、第１の実施形態に係るデバイス１ａと異なる。なお、本明細書において、「サイズ」とは、円形の場合は直径、円径以外の場合は外接円の直径を意味する。図４Ｂに示す例では、第１開口３１のサイズが第２開口３２のサイズより小さいが、第１開口３１のサイズが第２開口３２のサイズより大きくてもよい。なお、本明細書において、第１開口３１と第２開口３２のサイズが異なるように形成した気泡噴出孔３を「テーパーあり」と記載することがある。また、第１開口３１と第２開口３２の形状およびサイズが同じ円筒状、角柱状の気泡噴出孔３のことを「テーパー無し」と記載することもある。
後述する実施例に示すとおり、第１開口３１と第２開口３２の形状がほぼ同じデバイス１ａの場合、第１電極４ａおよび第２電極４ｂの一方を陽極、他方を陰極とした場合、気泡噴出孔３で成長した気泡Ｂは、陽極から陰極方向に射出される。一方、第３の実施形態に係るデバイス１ｃは、陽極と陰極方向には関係なく、第１開口３１または第２開口３２のサイズが小さい方から気泡が噴出する。これは、第１開口３１または第２開口３２のサイズの小さい方の開口部分は、サイズの大きい開口部分より抵抗が大きく、大きな電圧がかかるため、サイズの小さい開口方向に気泡が生成するためと考えられる。
テーパーありの気泡噴出孔３の形成は、テーパーが形成できれば特に制限はない。例えば、３Ｄプリンターを用いて作製；テーパー形状の鋳型を形成し、熱・光・紫外線等の硬化性樹脂、または、溶融した熱可塑性樹脂を鋳型に流し込み、樹脂が硬化後に鋳型を分離：レーザー切削加工；等が挙げられる。
図４Ｃを参照して、テーパーを形成する場合の第１開口３１と第２開口３２のサイズの差について説明する。図４Ｃは、第１開口３１が円形、第２開口３２が第１開口３１より直径が大きな円形で、第１開口３１の円の中心と第２開口３２の円の中心とを結んだ仮想線ｐが、第２開口３２の仮想平面３２ａと略直交する場合の例を示している。図４Ｃに示す例において、第２開口３２の仮想平面３２ａ（断面視で仮想線３２ａ）と気泡噴出孔３の壁面３３（断面視で壁面線３３）との角度をＺと規定した場合、Ｚの上限値は９０°より小さければよい。また、Ｚの下限値は、原理上は０°より大きければよいが、例えば、１°、５°、３０°、６０°とすることができる。
上記の角度に代え、第１開口３１の面積を１とした場合、第２開口３２の面積は１より大きく、例えば、１０，０００以下、５，０００以下、１，０００以下、５００以下、１００以下、５０以下とすることができる。第１開口３１と第２開口３２の形状が円形以外の場合、例えば、楕円形、多角形等の場合は、第１開口３１と第２開口３２の面積比は、円形の面積比と同じ比とすることができる。
図４Ｃに示す例では、気泡噴出孔３は、仮想線ｐを中心に断面視で対称であるが、気泡噴出孔３のテーパーの形状は、図４Ｃに示す例に限定されない。例えば、図４Ｄに示すように、気泡噴出孔３は、断面視で左右非対称であってもよい。
デバイス１ｃの第１開口３１と第２開口３２のサイズは、小さい方の開口のサイズを、第１の実施形態のデバイス１ａにおいて例示した第１開口３１および第２開口３２のサイズとすることができる。また、デバイス１ｃの厚さも、第１の実施形態のデバイス１ａにおいて例示した厚さとしてもよいが、デバイス１ａと異なり、デバイス１ｃはサイズの小さい方の開口に電界が集中し易くなる。したがって、第２開口３２と壁面３３の角度Ｚ（或いは、第１開口３１と第２開口３２の直径比又は面積比）により異なるものの、気泡が噴出できる範囲内であれば、デバイス１ａより基材２を厚くしてもよい。
（デバイスの第４の実施形態およびその変形例）
次に、図５Ａ乃至図５Ｄを参照して、第４の実施形態に係るデバイス１ｄおよびその変形例について説明する。図５Ａはデバイス１ｄの上面図、図５Ｂは図５ＡのＸ−Ｘ’断面図である。また、図５Ｃはデバイス１ｄの変形例の上面図、図５Ｄは図５ＣのＸ−Ｘ’断面図である。デバイス１ｄおよびその変形例は、導電液Ｌを充填するための第１チャンバー５ａおよび第２チャンバー５ｂを更に具備する点で、第１の実施形態のデバイス１ａと異なり、その他の点は、第１の実施形態と同じである。
図５Ａ及び図５Ｂに示す例では、デバイス１ｄの第１チャンバー５ａは、基材２の第１面２１の少なくとも第１開口３１を含む部分と、第１面２１に接するように配置したチャンバー第１部材５１ａとを含む。チャンバー第１部材５１ａは、第１チャンバー５ａが第１開口３１を含めば、配置する位置に特に制限はなく、第１面２１の任意の箇所に配置できる。第２チャンバー５ｂは、基材２の第２面２２の少なくとも第２開口３２を含む部分と、第２面２２に接するように配置したチャンバー第２部材５１ｂとを含む。チャンバー第２部材５１ｂは、第２チャンバー５ｂが第２開口３２を含めば、配置する位置に特に制限はなく、第２面２２の任意の箇所に配置できる。第１チャンバー５ａおよび第２チャンバー５ｂに導電液Ｌを充填することで、第１開口３１および第２開口３２が導電液Ｌに接触することができる。
チャンバー第１部材５１ａおよびチャンバー第２部材５１ｂは、電気的および化学的に不活性な材料が挙げることができる。例えば、ガラス、サファイア、セラミック、樹脂、ゴム、エラストマー、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3などを用いることができる。チャンバー第１部材５１ａおよびチャンバー第２部材５１ｂは接着剤等を用いて、基材２に液密となるように接着すればよい。
なお、図５Ａおよび図５Ｂに示す例では、第１チャンバー５ａまたは第２チャンバー５ｂの何れかを、表面張力により充填した導電液Ｌが漏れ出さない程度の大きさにしてもよい。その場合、導電液Ｌを充填した状態で加工対象物に当接させ、加工対象物に気泡を噴出できるので、任意の場所で任意の加工対象物に気泡を噴出できるという効果を奏する。
次に、図５Ｃおよび図５Ｄに示すデバイス１ｄの変形例は、箱体に基材２を挿入している点、および、図５Ａおよび図５Ｂに示すデバイス１ｄと使用方法が異なる以外は、図５Ａおよび図５Ｂに示すデバイス１ｄと同じである。より具体的には、デバイス１ｄの変形例の使用方法は、第１チャンバー５ａおよび第２チャンバーの上方から導電液Ｌを充填し、気泡が噴出する方向に加工対象物を上方から挿入する点で、デバイス１ｄと異なる。なお、図５Ａ乃至図５Ｄから明らかなように、本明細書において、「チャンバー第１部材５１ａ」および「チャンバー第２部材５１ｂ」と記載した場合、「チャンバー第１部材５１ａ」と「チャンバー第２部材５１ｂ」は別部材、および、単一部材を区分した部分の両方を意味する。
なお、図５Ａ乃至図５Ｄでは、図示は省略するが、第１チャンバー５ａに第１電極、第２チャンバー５ｂに第２電極が配置されてもよい。その場合、第１電極はチャンバー第１部材５１ａまたは第１面２１の何れかで、導電液Ｌを充填した際に導電液Ｌと接触できる場所であれば特に制限はない。同様に、チャンバー第２部材５１ｂまたは第２面２２の何れかで、導電液Ｌを充填した際に導電液Ｌと接触できる場所に、第２電極を配置してもよい。
上記に例示したデバイス１ａ乃至デバイス１ｄ（変形例）は、単なる例示であって、例示した実施形態を組み合わせてもよい。例えば、第３の実施形態のテーパーあり気泡噴出孔３を、第２の実施形態のデバイス１ｂおよび第４の実施形態のデバイス１ｄに採用してもよい。また、第４の実施形態の第１チャンバー５ａおよび第２チャンバー５ｂを、第２の実施形態のデバイス１ｂおよび第３の実施形態のデバイス１ｃに採用してもよい。また、第１乃至第３の実施形態のデバイス１ａ〜ｃの第１面２１に第１電極４ａを配置し、第２面２２に第２電極４ｂを配置してもよい。その他、本出願で開示する目的が達成できる範囲であれば、適宜変更してもよい。
（気泡噴出装置の実施形態）
図６を参照して、気泡噴出装置１０の実施形態について説明する。図６は、気泡噴出装置１０の概略を説明するための図である。気泡噴出装置１０は、気泡噴出用デバイス１と電気出力機構６を組み合せることで作製できる。なお、図６では、気泡噴出用デバイス１ａを用いた例を示している。電気出力機構６は、電源装置６１、第１電極４ａ、第２電極４ｂ、電源装置６１と第１電極４ａおよび第２電極４ｂとで回路を形成するための電線６３を少なくとも含んでいればよい。なお、第１電極４ａおよび第２電極４ｂを、デバイス１の構成要素として配置した場合は、電気出力機構６として、第１電極４ａおよび第２電極４ｂを含まなくてもよい。
気泡噴出装置１０は、必要に応じて、無誘導抵抗６４、図示しない電圧増幅回路、入出力ポート（ＤＩＯ；Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ）６５、電源装置６１を制御するＰＣ等の制御装置６６等を設けてもよい。電気出力機構６は、上記の構成要素を準備し作製してもよいし、従来の電気メス用電気回路に無誘導抵抗６４や入出力ポート６５等を組み込むことで、作製してもよい。
第１電極４ａおよび第２電極４ｂを形成する導電材料としては、電気を通し電極として使用できるものであれば特に制限はないが、金属で、例えば、金、銀、銅、アルミニウム等、これらにスズ、マグネシウム、クロム、ニッケル、ジルコニウム、鉄、ケイ素などを少量加えた合金等が挙げられる。
電源装置６１としては、一般商用交流電源装置を用いることができる。電気出力機構６から、第１電極４ａおよび第２電極４ｂに出力する電流、電圧及び周波数は、気泡噴出孔３から導電液Ｌ中に気泡を噴出できれば特に制限はない。例えば、電流は、１ｍＡ〜５００ｍＡ、または５０ｍＡ〜２００ｍＡとして、気泡をうまく生成できないことや基材２が絶縁破壊することを防止するようにしてよい。電圧は、例えば、２００Ｖ〜４０００Ｖ、または、６００Ｖ〜１８００Ｖとして、気泡生成が困難となることや基材２が絶縁破壊することを防止するようにしてよい。パルス幅は、５００ｎｓ〜１ｍｓが好ましく、１μｓ〜１００μｓがより好ましい。パルス幅が５００ｎｓより短いと気泡を噴出することができず、１ｍｓ以上だと気泡が適切に噴出されない。なお、電流、電圧、パルス幅等は、基材２の材料および厚さ、第１開口３１、第２開口３２の大きさ等により、適宜調整すればよい。
（気泡噴出方法の実施形態）
図６および図７を参照して、気泡噴出方法の実施形態について説明する。図７は、気泡噴出方法の手順を示すフローチャートである。気泡噴出方法は、基材および導電液接触工程（Ｓ１００）、導電液および電極接触工程（Ｓ１１０）、電圧印加工程（Ｓ１２０）、気泡噴出工程（Ｓ１３０）、を含んでいる。
基材および導電液接触工程（Ｓ１００）では、デバイス１ａの少なくとも第１開口３１と第２開口３２を含む部分を導電性の導電液Ｌに接触させる。図６に示す例では、加工対象物７に導電液Ｌを先ず滴下し、デバイス１ａを導電液Ｌの上方に配置し、更に、導電液Ｌをデバイス１ａに滴下すればよい。なお、デバイス１として、第１および第２チャンバー付きのデバイスを用いた場合は、第１チャンバーおよび第２チャンバーに導電液Ｌを充填すればよい。導電液Ｌは、電気が通れば特に制限はなく、例えば、水、水に金属塩等を溶解した溶液等が挙げられる。
導電液および電極接触工程（Ｓ１１０）では、第１電極４ａを第１開口３１側の導電液Ｌに接触し、第２電極４ｂを第２開口３２側の導電液Ｌに接触させる。なお、第１電極４ａおよび第２電極４ｂを予め具備しているデバイスを用いた場合、或いは、第１チャンバーに第１電極４ａを予め配置し第２チャンバーに第２電極４ｂを予め配置した場合には、基材および導電液接触工程（Ｓ１００）、および、導電液および電極接触工程（Ｓ１１０）が、同時に実施される場合もある。したがって、本明細書において、『「基材および導電液接触工程（Ｓ１００）」と「導電液および電極接触工程（Ｓ１１０）」とを含む』と記載した場合は、「基材および導電液接触工程（Ｓ１００）」と「導電液および電極接触工程（Ｓ１１０）」とを別々に実施する場合と同時に実施する場合を含む。
電圧印加工程（Ｓ１２０）では、第１電極４ａと第２電極４ｂに電圧を印加する。そして、気泡噴出工程（Ｓ１３０）では、気泡噴出孔３で成長した気泡が噴出する。
特許文献１および特許文献２に記載のとおり、微細な気泡を加工対象物に噴出することで、加工対象物を切削（局所アブレーション）したり、インジェクション物質を加工対象物に導入（局所インジェクション）することができる。また、後述する実施例に示す通り、実施形態に係るデバイスを用いることで、シリコン基板を切削できた。したがって、気泡噴出装置１０は、例えば、局所アブレーション装置、局所インジェクション装置として用いることができる。また、導電液としてめっき液を用いた場合、気泡噴出装置１０はめっき装置として用いることができる。また、気泡噴出方法は、例えば、局所アブレーション方法、局所インジェクション方法、めっき方法として用いることができる。
加工対象物７としては、上記のとおり、例えば、局所アブレーション、局所インジェクション、めっきすることができるものであれば特に制限はない。例えば、ヒトまたは非ヒト動物の組織から単離した幹細胞、皮膚細胞、粘膜細胞、肝細胞、膵島細胞、神経細胞、軟骨細胞、内皮細胞、上皮細胞、骨細胞、筋細胞、卵細胞等の動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、大腸菌、酵母、カビなどの細胞類；米や植物細胞等の比較的固い生体試料；シリコン、ガラスエポキシ、ポリエステル、ポリイミド、ＢＴレジン、及び熱硬化型ポリフェニレンエーテル等の樹脂類を用いた樹脂基板；アルミナ（セラミックス）基板等の無機材料を用いた無機基板；シリコンウェハ、アルミや銅等の金属基板；前記金属基板の上に絶縁層、さらにその上に導体である銅箔を重ねたメタルベース基板；等が挙げられる。
以下に実施例を掲げ、各実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単にその具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は、発明の範囲を限定したり、あるいは制限するものではない。
＜実施例１＞
以下の手順により、デバイスおよび気泡噴出装置を作製し、作製した気泡噴出装置を用いて気泡噴出方法を実施した。
［デバイスの作製］
基材２には、ポリイミド（アズワン株式会社製ポリイミドテープ）フィルム（厚さ３０μｍ）を用い、ＵＶレーザー（株式会社キーエンス製ＭＤ−Ｕ）で直径約２５μｍの略円筒状の気泡噴出孔３を形成した。次に、箱型のチャンバー部材（Ｆｏｒｍｌａｂｓ社製アクリル樹脂）に、基材２を図５Ｄに示すように配置することで、第１チャンバーおよび第２チャンバーを含む実施例１のデバイスを作製した。
［気泡噴出装置の作製］
銅線（ＥｇｇｓＳＴＯＲＥ，直径２ｍｍ）を用いて第１電極４ａ、第２電極４ｂを作製した。電源装置には汎用電気メス用電源Ｈｙｆｒｅｃａｔｏｒ２０００（ＣｏｎＭｅｄ（株））を用い、作製した第１電極４ａと第２電極４ｂとを電線を用いて電気的に接続することで、気泡噴出装置１０を作製した。
［気泡噴出方法の実施］
作製したデバイスの第１チャンバー５ａおよび第２チャンバー５ｂに、導電液（０．９ｗｔ％塩化ナトリウム水溶液）を充填した。また、第１電極４ａを第１チャンバー５ａの導電液と接触するように挿入し、第２電極４ｂを第２チャンバー５ｂの導電液と接触するように挿入した。次に、電源装置の出力条件を、印加電圧８００Ｖ、電圧印加回数１（回）、パルス幅約１μｓに設定し、第１電極４ａと第２電極４ｂに電気を出力した。気泡の噴出は、ハイスピードカメラ（ＶＷ−９０００，Ｋｅｙｅｎｃｅ社製）を用いて観察した。
図８は、ハイスピードカメラで気泡Ｂの発生を撮影した写真である。写真中の破線矢印が気泡噴出孔３の第１開口（Ｏｐｅｎ）を示し、実線矢印が気泡を示す。各写真の下側の数値は、電気出力後の時間を表す。０〜４の写真から明らかなように、実施例１で作製したデバイスを用いることで、気泡噴出孔３の第１開口（Ｏｐｅｎ）から気泡が噴出することを確認した。なお、第１開口と第２開口のサイズが同じ場合は、写真に写っている開口を第１開口とした。以下の実施例も同様である。また、以下の実施例では記載は省略するが、各実施例の目的に応じてカメラの撮影確度は適宜調整した。
＜実施例２＞
次に、気泡噴出孔３を複数形成したデバイスで気泡噴出実験を行った。
［デバイスの作製］
気泡噴出孔３の直径が約１００μｍ、隣り合う気泡噴出孔３同士の間隔が約６００μｍとなるように気泡噴出孔３を３カ所に作製した以外は、実施例１と同様の手順でデバイスを作製した。
［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
次に、実施例１のデバイスに代え、実施例２で作製したデバイスを用いた以外は、実施例１と同様の手順で、気泡噴出装置を作製し、気泡噴出方法を実施した。図９Ａは実施例２のデバイスを上方から撮影した写真、図９Ｂは電気出力後の写真で、点線の丸が成長した気泡を示す。
図９Ｂに示すように、生成した気泡が３つの開口部分を覆うように成長し、その後、気泡が噴出したことを確認した。以上の結果より、気泡噴出孔３を複数形成したデバイスを用いて気泡を噴出できることを確認した。
＜実施例３および４＞
次に、気泡噴出孔３のテーパーが、気泡噴出に与える影響について確認する実験を行った。
［デバイスの作製］
先ず、３Ｄプリンターを用いて、図４Ｃに示す角度Ｚが５５°（実施例３）、７０°（実施例４）となる円錐状の鋳型を作製した。次に、作製した鋳型にＰＤＭＳ（東レ・ダウコーニング社製Ｓｙｌｇａｒｄ １８４）を流し込み硬化し、鋳型を剥離することで、実施例３および実施例４のデバイスを作製した。作製したデバイスのサイズは以下の通りであった。
［実施例３］
・テーパーの角度Ｚ：５５°
・厚さ：５ｍｍ
・第１開口の直径：１００μｍ
・第２開口の直径：６ｍｍ
［実施例４］
・テーパーの角度Ｚ：７０°
・厚さ：３ｍｍ
・第１開口の直径：１００μｍ
・第２開口の直径：２ｍｍ
［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
次に、実施例１のデバイスに代え、実施例３および実施例４で作製したデバイスを用いた以外は、実施例１と同様の手順で、気泡噴出装置を作製し、気泡噴出方法を実施した。図１０Ａは実施例３のデバイスを用いた際の第１開口側からの写真、図１０Ｂは実施例４のデバイスを用いた際の第１開口側からの写真で、図１０Ａでは矢印、図１０Ｂでは写真の白丸で囲ってある部分が噴出した気泡である。写真に示すように、実施例３および実施例４の何れのデバイスにおいても、気泡の噴出を確認した。また、第１電極４ａと第２電極４ｂを入れ替え、つまり、陽極と陰極を入れ替えて実験を行っても、サイズが小さい第１開口から気泡が噴出することを確認した。
後述する実施例に示すとおり、デバイスを厚くするほど、気泡を噴出するための電圧は大きくなる。換言すると、同じ電気出力条件では、デバイスが厚くなるほど、気泡が噴出し難くなる。一方、実施例３および実施例４のデバイスは、第１開口のサイズ及び電気出力が同じ条件で、実施例４のデバイスの厚さ（３ｍｍ）と比較して、実施例３のデバイスの方が厚い（５ｍｍ）にもかかわらず、実施例３のデバイスの方が、より大きめの気泡を生成した。以上の結果より、気泡噴出孔３のテーパーの角度を大きく（第１開口に対する第２開口のサイズ比を大きく）すると、気泡を噴出し易くなることを確認した。
＜実施例５＞
次に、気泡噴出孔３の形状を変えて気泡噴出実験を行った。
［デバイスの作製］
ドリルに代え、カッターを用いて加工した以外は、実施例１と同様の手順で、第１開口および第２開口が略正方形のデバイスを作製した。第１開口および第２開口の１辺は、約５００μｍだった。
［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
次に、実施例１のデバイスに代え、実施例５のデバイスを用いた以外は、実施例１と同様の手順で気泡噴出装置を作製し、気泡噴出方法を実施した。図１１Ａは電気を出力した直後の第１開口側からの写真、図１１Ｂは電気を出力してしばらくした後の第１開口側からの写真である。
図１１Ａの〇で囲ってある部分に示すように、気泡は電界が集中し易い角部から発生し、図１１Ｂに示すように第１開口全体を覆うように成長し、その後、気泡を噴出したことを確認した。以上の結果より、気泡噴出孔３の形状（第１開口および第２開口）が多角形でも気泡が噴出することを確認した。また、気泡が噴出する際には、気泡噴出孔３の周囲、特に電界が集中し易い部分から発生した気泡が成長し、第１開口全体を覆った後に、気泡が噴出されることを確認した。
＜実施例６＞
次に、気泡噴出孔（第１開口）の大きさと印加する電圧の関係を調べる実験を行った。
［デバイスの作製］
ドリルの形状を変えた以外は、実施例１と同様の手順で、第１開口および第２開口が略円形のデバイスを作製した。第１開口および第２開口の直径は、約２００μｍだった。
［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
次に、実施例５のデバイスに代え、実施例６のデバイスを用い、印加する電圧を４５０Ｖ、６５０Ｖ、７５０Ｖに変化させた以外は、実施例１と同様の手順で気泡噴出装置を作製し、気泡噴出方法を実施した。図１２Ａは電圧を印加する前の第１開口側からの写真、図１２Ｂは４５０Ｖの電圧を印加した後の第１開口側からの写真、図１２Ｃは６５０Ｖの電圧を印加した後の第１開口側からの写真、図１２Ｄは７５０Ｖの電圧を印加した後の第１開口側からの写真である。
図１２Ａの破線の白丸で囲ってある部分が、第１開口に相当する。図１２Ａから明らかなように、電気を出力する前は、気泡噴出孔３内には導電液が充填されていた。そして、図１２Ｂ乃至図１２Ｄに示すように、印加する電圧を大きくするにしたがって、気泡噴出孔３内の導電性液が小さくなったことから、気泡噴出孔３の周辺部から気泡（写真中の導電液の周囲の黒い部分）が成長したことを確認した。そして、７５０Ｖの電圧を印加した場合には、図１２Ｄに示すように気泡噴出孔３内は全て気泡で覆われ、気泡の噴出も確認した。一方、図１２Ｂの４５０Ｖ、図１２Ｃの６５０Ｖを印加した場合には、気泡は噴出されなかった。
以上の結果より、第１開口のサイズが大きいと、気泡噴出孔３を気泡で覆い、更に気泡を噴出するために必要な電圧も大きくなることを確認した。したがって、加工対象物を加工する際に必要な気泡噴出孔３（第１開口）のサイズに応じて、適宜電圧を調整すればよいことを確認した。
＜実施例７および８＞
次に、基材２の厚さ（気泡噴出孔３の長さ）と印加する電圧の関係を調べる実験を行った。
［デバイスの作製］
基材２の材料としてスチロール樹脂（株式会社タミヤ製透明プラバン）を用い、基材２の厚さが２００μｍ（実施例７）と、３００μｍ（実施例８）の２種類を準備した。ドリルを用い、直径２００μｍの略円筒状の気泡噴出孔３を形成した。
［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
次に、実施例１のデバイスに代え、実施例７および８のデバイスを用い、印加する電圧を１２００Ｖとした以外は、実施例１と同様の手順で気泡噴出装置を作製し、気泡噴出方法を実施した。図１３Ａは電圧を印加してしばらくした後の実施例７のデバイスの第１開口側からの写真、図１３Ｂは電圧を印加してしばらくした後の実施例８のデバイスの第１開口側からの写真である。
図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、基材２が厚い図１３Ｂの方が、気泡噴出孔３の内部に残留している導電液が多い、換言すると、気泡噴出孔３の周囲から成長した気泡（写真の黒部分）が少なかった。なお、印加する電圧を１５００Ｖまで上げた場合は、実施例７および８とも、気泡の噴出を確認した。
以上の結果より、基材２を厚く（気泡噴出孔３が長い）すると、気泡噴出孔３を気泡で覆い、更に気泡を噴出するために必要な電圧も大きくなることを確認した。したがって、基材２の厚さは、印加する電圧等の条件に応じて、適宜調整すればよいことを確認した。
＜実施例９＞
次に、基材２の種類を変えて実験を行った。
［デバイスの作製］
基材２の材料としてガラス（松浪硝子工業株式会社製ＭＩＣＲＯ ＣＯＶＥＲ ＧＬＡＳＳ ｎｏ．１）、を用い、ＵＶレーザーを用いて気泡噴出孔３を形成した。なお、ＵＶレーザー加工は熱の影響で、気泡噴出孔３はテーパーを付けた形状となった。第１開口の直径は約７０μｍ、第２開口の直径は約２００μｍであった。
［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
次に、実施例１のデバイスに代え、実施例９のデバイスを用い、実施例１と同様の手順で気泡噴出装置を作製し、気泡噴出方法を実施した。図１４Ａは、電圧を印加する前の第１開口側から撮影した写真ある。なお、写真中の丸が第１開口で、第１開口の周囲の変色した箇所は熱の影響を受けた部分で、変色した箇所の外周が第２開口の大きさに相当する。図１４Ｂは電圧を印加した後の第１開口側から撮影した写真で、破線で囲った部分が第１開口を覆うように成長した気泡である。その後、気泡の噴出を確認した。
以上の結果より、基材２として、樹脂以外の誘電体材料を用いて、気泡を噴出できることを確認した。
＜実施例１０＞
次に、加工対象物の切削実験を行った。
［デバイスの作製］
タングステン線を用いた刺突により、直径約１００μｍの気泡噴出孔を形成した以外は、実施例１と同様の手順によりデバイスを作製した。
［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
次に、実施例１のデバイスに代え、実施例１０のデバイスを用い、実施例１と同様の手順で気泡噴出装置を作製した。次に、気泡噴出方法は、出力を２０００Ｖとし、気泡噴出孔の前にシリコンウェハ（（株）松浪製作所製４ ｉｎｃｈ 厚さ５２５±２５μｍ、片面ミラーウェーハ）を配置し、シリコンウェハの位置をずらしながら、複数回電圧を印加した以外は、実施例１と同様の手順で実施した。
図１５は、実施例１０で気泡を衝突させたシリコンウェハの写真で、矢印で示す箇所がシリコンウェハに形成された孔である。以上の結果より、実施形態に係るデバイス、気泡噴出装置、および、気泡噴出方法は、加工対象物の切削等に使用できることを確認した。
＜実施例１１＞
次に、基材２の厚さ（気泡噴出孔３の長さ）および気泡噴出孔３の直径を変えたデバイスを準備し、気泡が噴出した時の気泡噴出孔３の電界値を調べた。
［デバイスの作製］
厚さが２５μｍ、５０μｍ、７５μｍの基材２を準備し、それぞれの基材２に、直径が約１００μｍ、約２００μｍ、約３００μｍ、約４００μｍとなるように気泡噴出孔３を形成した以外は、実施例１と同様の手順によりデバイスを作製した。
［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
次に、実施例１のデバイスに代え、実施例１１で作製した厚さおよび気泡噴出孔の直径が異なる各種デバイスを用いた以外は、実施例１と同様の手順で、気泡噴出装置を作製し、気泡噴出方法を実施した。なお、気泡噴出方法は、作製したデバイス毎に印加電圧を変え、気泡が噴出し始めた時の印加電圧を調べた。
図１６は、各種デバイスの気泡噴出孔３の直径（孔径；横軸）と、気泡が噴出し始めた時の印加電圧（縦軸）との関係を示すグラフである。図１６に示すとおり、気泡噴出孔３の直径が小さいほど低電圧で気泡を噴出できること、および、基材２の厚さが薄いほど、低電圧で気泡を噴出できることを確認した。
次に、各種デバイスについて、デバイスの厚さ、気泡噴出孔３の孔径、および、気泡が噴出し始めた時の印加電圧に基づき、有限要素法により気泡を噴出した時の気泡噴出孔３の電界値を解析した。なお、有限要素法の解析ソフトウェアは、ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）を使用した。図１７は、解析した結果を示す。図１７に示すとおり、基材２の厚さと気泡噴出孔３の大きさにより異なるものの、約４ＭＶ／ｍ以上の電界を気泡噴出孔３に発生すると、気泡噴出孔３から気泡を噴出できることを確認した。また、図１６および図１７に示す結果から、基材２として絶縁耐力が小さい材料を使用する場合は、基材２を厚くすればよいことも明らかとなった。
本出願で開示する気泡噴出用デバイスは、誘電体で形成された基材に、基材を貫通するように気泡噴出孔を形成することで簡単に作製できる。また、気泡噴出孔は基材を貫通するように形成されるため、気泡は基材の表面から噴出する。そのため、従来の気泡噴出口と異なり破損し難い。したがって、半導体製造分野、情報処理分野、畜産・農林水産分野等、局所加工が必要な分野において有用である。
１、１ａ、１ｂ…気泡噴出用デバイス、２…基材、３…気泡噴出孔、４ａ…第１電極、４ｂ…第２電極、５ａ…第１チャンバー、５ｂ…第２チャンバー、６…電気出力機構、７…加工対象物、１０…気泡噴出装置、２１…第１面、２２…第２面、３１…第１開口、３２…第２開口、３３…壁面（壁面線）、５１ａ…チャンバー第１部材、５１ｂ…チャンバー第２部材、６１…電源装置、６３…電線、６４…無誘導抵抗、６５…入出力ポート（ＤＩＯ；Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ）、６６…制御装置、Ｂ…気泡、Ｌ…導電液、Ｚ…角度

Claims (13)

  1. 気泡噴出用デバイスを用いた気泡噴出方法であって、
    前記気泡噴出用デバイスは、
    誘電体で形成された基材と、
    前記基材の第１面と該第１面とは反対側の面である第２面とを貫通するように形成された気泡噴出孔と、
    前記第１面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第１開口と、
    前記第２面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第２開口と
    を含み、
    前記気泡噴出方法は、
    少なくとも前記第１開口と前記第２開口を含む部分を導電液に接触させる、基材および導電液接触工程と、
    第１電極を前記第１開口側の前記導電液に接触し、第２電極を前記第２開口側の前記導電液に接触させる、導電液および電極接触工程と、
    前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加する電圧印加工程と、
    前記気泡噴出孔から前記導電液中に気泡を噴出する気泡噴出工程と、
    を含む、
    気泡噴出方法。
  2. 前記気泡噴出孔が、少なくとも２個以上形成されている、
    請求項１に記載の気泡噴出方法。
  3. 前記第１開口のサイズと、前記第２開口のサイズが異なる、
    請求項１または２に記載の気泡噴出方法。
  4. 前記誘電体の絶縁耐力が、１０ＭＶ／ｍ以上である、
    請求項１〜３の何れか一項に記載の気泡噴出方法。
  5. 前記基材が、可撓性の材料で形成されている、
    請求項１〜４の何れか一項に記載の気泡噴出方法。
  6. 誘電体で形成された基材と、
    前記基材の第１面と該第１面とは反対側の面である第２面とを貫通するように形成された気泡噴出孔と、
    前記第１面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第１開口と、
    前記第２面の前記気泡噴出孔が貫通した箇所に形成された第２開口と、
    を含む、
    気泡噴出用デバイス。
  7. 前記気泡噴出孔が、少なくとも２個以上形成されている、
    請求項６に記載の気泡噴出用デバイス。
  8. 前記第１開口のサイズと、前記第２開口のサイズが異なる、
    請求項６または７に記載の気泡噴出用デバイス。
  9. 前記誘電体の絶縁耐力が、１０ＭＶ／ｍ以上である、
    請求項６〜８の何れか一項に記載の気泡噴出用デバイス。
  10. 前記基材が、可撓性の材料で形成されている、
    請求項６〜９の何れか一項に記載の気泡噴出用デバイス。
  11. 第１チャンバーおよび第２チャンバーを更に含み、
    前記第１チャンバーは、
    前記基材の前記第１面の少なくとも前記第１開口を含む部分と、
    前記第１面に接するように配置したチャンバー第１部材と、
    を含み、
    前記第１チャンバーに導電液を充填することで、前記第１開口が前記導電液に接触することができ、
    第２チャンバーは、
    前記基材の前記第２面の少なくとも前記第２開口を含む部分と、
    前記第２面に接するように配置したチャンバー第２部材と、
    を含み、
    前記第２チャンバーに前記導電液を充填することで、前記第２開口が前記導電液に接触することができる、
    請求項６〜１０の何れか一項に記載の気泡噴出用デバイス。
  12. 前記第１チャンバーに配置された第１電極と、
    前記第２チャンバーに配置された第２電極と、
    を含む、
    請求項６〜１１の何れか一項に記載の気泡噴出用デバイス。
  13. 請求項７〜１２の何れか一項に記載の気泡噴出用デバイスと、
    前記気泡噴出用デバイスから気泡を噴出させるための電気出力機構と、
    を含む、
    気泡噴出装置。
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