(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サポート（４８）上に超小型装置を製造する方法において、
（Ａ）蝶番（５９、６２、７２、７８）を有するプレート（５６、６０、６６、７０、７６）を形成する形成ステップと、
前記プレートのうち１つのプレートの第１蝶番は、前記プレートを前記サポートの表面に回転して取り付け、形成後、前記プレートは前記サポートの表面に位置し、
（Ｂ）前記サポートの第１領域から前記第１蝶番へ導くチャネルを形成するステップと、
（Ｃ）前記プレートのうち１つのプレートを前記サポートの表面から離して前記第１蝶番の周囲を回転させる回転ステップと、
（Ｄ）マイクロピペット含有装置に付着した接着剤を前記サポートの第１領域に送り出す送出ステップと、
（Ｅ）前記チャネルを介して前記第１領域から前記第１蝶番へ前記接着剤を導くステップと
からなり、
前記接着剤は第１のミクロンサイズ以下の接着剤の液滴として加えられることをを特徴とする超小型装置を製造する方法。
【請求項２】
前記接着剤は毛管作用で前記第１領域から前記第１蝶番へ導かれる
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記（Ｄ）の送出ステップは、さらに、
（Ｄ１）前記接着剤を前記マイクロピペット含有装置に取り込む取込ステップと、
（Ｄ２）前記マイクロピペット含有装置の開口部を前記サポートの第１領域に配置するステップと、
（Ｄ３）前記マイクロピペット含有装置からの接着剤の液滴を強制排出させるために前記マイクロピペット含有装置に正圧を加える加圧ステップと
を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記（Ｄ１）の取込ステップは、さらに、
（Ｄ１．１）前記マイクロピペット含有装置に負圧を与える減圧ステップを有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記（Ｄ１）の取込ステップは、さらに、
（Ｄ１．２）接着剤と前記マイクロピペット含有装置の内側表面との間に９０度以下の接触角Φ１を生ずる状態で、前記マイクロピペット含有装置に接着剤を取り込む取込ステップを有する
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記（Ｄ１．２）の取込ステップは、さらに、
（Ｄ１．２．１）接着剤と前記サポートの表面との間にゼロより大きくΦ１より小さい接触角Φ２を生ずる状態で、前記マイクロピペット含有装置に接着剤を取り込むステップを有すことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
Φ１が６０度でΦ２が３０度である
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
（Ｄ１．２．２）第１材料で前記マイクロピペット含有装置の外面をコーティングするステップをさらに有し、
接着剤と前記第１材料との間の接触角Φ３は、接着剤と前記サポートの表面との間の接触角Φ２よりも大きい
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記（Ａ）の形成ステップは、さらに、
（Ａ１）第１および第２導電性プレートに電圧を印加すると互いに向かって移動する第１および第２導電性プレートを形成する形成ステップを有し、
前記第１導電性プレートは前記第１蝶番を介し、前記サポートの表面に回転して取り付けられ、
前記第２導電性プレートは第２蝶番を介し、第３プレートに回転して取り付けられ、
前記第３プレートは第３蝶番を介し、前記サポートの表面に回転して取り付けられ、
前記（Ｃ）の回転ステップは、
（Ｃ１）前記第１導電性プレートを前記サポートの表面から離して前記第１蝶番の周囲を回転させる回転ステップと、
（Ｃ２）前記第１導電性プレートをそのプレートの回転した位置に固定する固定ステップと、
（Ｃ３）前記第３プレートを前記サポートの表面から離して前記第３蝶番の周囲を回転させる回転ステップと、
（Ｃ４）前記第３プレートをそのプレートの回転した位置に固定する固定ステップと、
（Ｃ５）前記第１および第２導電性プレートのうちの少なくとも１つのプレート上に１０ミクロンの接着剤の第２液滴を加えるステップと
をさらに有し、
かくして電圧が印加される場合、前記第１および第２導電性プレート間の接触の防止になる
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記（Ａ１）の形成ステップは、さらに、
（Ａ１．１）回転して取り付けられたサポートプレートを第４蝶番を介して前記サポートの表面に形成する形成ステップを有し、
前記サポートは前記第１導電性プレートを係合するノッチを有し、
前記（Ｃ１）のステップは、さらに、
（Ｃ１．１）前記サポートプレートを前記サポートの表面から離して前記第４蝶番の周囲を回転させる回転ステップを有し、
前記（Ｃ２）のステップは、さらに、
（Ｃ２．１）前記サポートプレートをそのサポートプレートが前記第１導電性プレートを係合するまで回転させ、１０ミクロンの接着剤の第３液滴を前記ノッチに加えるステップを有する
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
接着剤の前記第１および第２および第３液滴をＵＶ光に露光させるステップをさらに有する
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記チャネルは前記サポートの表面上に配置されたチャネル形成部材を介して形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記チャネル形成部材は前記第１蝶番の一部である
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大きさがミクロンサイズ以下の液滴の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超小型機械装置を組み立てるステップに大きさがミクロンサイズの目的物を相互に取り付けるステップが必要になることが多い。このような装置ではこれらミクロンサイズの物を接着して取り付けることができると好都合である。しかしこのようなミクロンサイズの対象物を接着することは問題である。接着剤を適用する場合に、この接着剤を正確な位置に正確な量だけ供給すること、適正な作業時間を有すること、さらに他の領域への流動性が限定されることは、これらは必須ではないが、好ましいことである。
【０００３】
ところが接着剤の液滴の大きさは、通常の超小型機械装置の大きさより不都合なことに数桁のオーダーで大きいサイズを取る傾向がある。さらに、接着剤の大きさが適当に小さい液滴を供給する方法があったとしても、接着剤の大きさがこのように小さいと作業時間が短くなり易い、というのはその表面積対体積比が大きいためこの接着剤の溶媒が急速に蒸発するからである。以上のことからこのようなミクロンサイズの物を接着する方法が所望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
大きさがミクロンサイズの物を接着する方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下に説明する通常生物学的実験に用いるようなマイクロピペットを用いて接着剤のミクロンサイズ以下の液滴を形成しこれを適用するものである。このマイクロピペットはその接着剤を吸入／供給するための減圧／加圧システムに取り付けられる。低粘度の紫外線（ＵＶ）硬化エポキシが好ましくは使用されるが、これは該接着剤の液滴に対する作業時間が数時間である。マイクロマニピュレータを用いてこのマイクロピペットをその所望する位置に移動させてそこへ接着剤の液滴を供給する。このエポキシをＵＶに露光して硬化する。このようなミクロンサイズ以下の接着剤の液滴を好都合に用いて超小型機械構造体や超小型電気機械構造体を作成することができる。このような超小型構造体にマイクロチャネルを形成して接着剤をアクセスが限られた位置に供給することもできる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、ミクロンサイズの液滴を形成する方法に関するものであるが、超小型構造体の組立てのため接着剤のミクロンサイズの液滴を形成する例の場合を取り上げ説明する。このような構造体を形成するための接着剤は大きさが約０．６ミクロンないし約２０ミクロンの範囲であることが好ましい。ただし本発明はもっと広く利用可能であることをここで理解すべきである。本発明の方法を用いて、例えば、超小型レンズを形成することができる。
【０００７】
図１は本発明の実施に好適な装置例２を示す図である。この装置には、マイクロピペット４、減圧／加圧システム１４、このマイクロピペットと減圧／加圧システムを相互連結するための手段１２、および接着剤１６が含まれる。図２に実施の基本的形態を示すが、ここではこの減圧／加圧システム１４はプランジャ１８を有するシリンジ１４ａである。ただしもっと高度な他の減圧／加圧システム１４を用いることも可能であることは明らかである。連結手段１２は、少しばかりの負圧と正圧に耐えることができるゴム管１２ａなどを挙げることができる。
【０００８】
毛管作用がこのマイクロピペット６にその接着剤１６を吸入するのに十分である。好ましい実施の形態を挙げると、この装置２により少しばかりの負圧が与えられて容易にこの接着剤１６を吸わせることができる。この減圧／加圧システム１４をシリンジ１４ａで実施する場合、このシリンジ１４ａから部分的にそのプランジャ１８を引くとこの接着剤１６を吸わせるため適当な負圧が生ずる。このマイクロピペット４からその接着剤１６を供給するためには、そのプランジャー１８をこのシリンジ１４ａに押し入れ、このマイクロピペットからその接着剤１６を強制排出するのに適当な正圧を生ずる。
【０００９】
このマイクロピペット４には、先端部６、先細りネック部８および本体１０が含まれる。このマイクロピペット４の内径は、該接着剤の液滴の所望する大きさに応じて、通常約５００オングストロームないし数十ミクロンの範囲にある。本発明の使用に適するマイクロピペットは、市販のマイクロピペット・プラー（ｍｉｃｒｏｐｉｐｅｔｔｅ  ｐｕｌｌｅｒ）、例えば、Ｕ．Ｓ．Ｎａｒｉｓｈｉｇｅ  Ｉｎｔｅｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．、Ｅａｓｔ  Ｍｅａｄｏｗ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、米国、を用いて作成することができる。このようなマイクロピペット・プラーは、直径が約０．１ミクロン以下の開口部を有するマイクロピペットを作成するのに好適である。
【００１０】
さらに、ピペット・グラインダー（ｐｉｐｅｔｔｅ  ｇｒｉｎｄｅｒ）は、これもまたＵ．Ｓ．Ｎａｒｉｓｈｉｇｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．から入手可能であるが、これを用いてそのマイクロピペット４の先端部６を研削してその直径を所望に応じ大きくすることができる。このマイクロピペット４の先端部６は、大きさが所望する液滴の大きさ以下でなければならないが、所望の液滴の大きさより僅かに小さいのが好ましい。本発明の使用に適する接着剤１６には、熱硬化性接着剤も含まれるが、さらに好ましくはＵＶ硬化性接着剤が挙げられる。好適なＵＶ硬化性接着剤の一例に、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ｎｏ．８１が挙げられ、これは、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ、米国、から入手可能である。
【００１１】
接着剤の選択は、該接着剤が固化しない、ドライアウトしない、またはさらにかなり粘性にならないような適当な作業時間になるように、行われなければならない。Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ｎｏ．８１は、同様にミクロンサイズのレンズを形成するために本発明で利用可能である。さらにこの接着剤１６は、このマイクロピペット４に接着剤を充填する際に相分離が生じないようにサブミクロンサイズのオーダーで均一でなければならない。例えば、ある種の伝導性エポキシは大きさが約１ないし１０ミクロンの範囲の金属粒子を含有する。このような粒子は本マイクロピペット４の内径より大きい可能性がある。このような接着剤は使用してはならない。
【００１２】
接着剤１６を吸わせ供給するために要する時間は、加えた圧力差と接着剤の粘度の関数である。接着剤の粘度が比較的高ければ高い程吸入と供給の時間が比較的長くなる。３００センチポイズの粘度が、例えば、約１気圧以下の適当な圧力差の適用に対し吸入／供給の時間が適当に短いことが見出された。図３を参照し説明を続ける。ここで接着剤の選択についてさらに考慮する。このマイクロピペット４の内面２０とその接着剤１６間の接触角Φ１を考える。この接触角Φ１は、その接着剤１６と内面２０の性質によって決まる。好ましい実施の形態を挙げると、この接触角Φ１は約９０度以下でなければならない。
【００１３】
接触角が約９０度より大きい場合、このマイクロピペット４に接着剤１６を吸わせるのために不適当に高い圧力差が必要であることが見出された。好ましさが小さくなる実施の形態ではあるが、特定のマイクロピペットの内径ｄと特定の接触角Φ１の選択により、その接着剤を吸わせるためにある外部加圧が必要となる。接触角Φ１が９０度より小さい場合、このマイクロピペット４内に吸い込まれないその先端部６と接触する接着剤１６は、このマイクロピペットの外面２２に広がり易い。そこで接着剤はこのマイクロピペット４の外側でその先端部６の近辺に残らない。以上のように、このマイクロピペット４が正圧に加圧されない限り接着剤は所望しない面の接触の際に堆積されることはない。
【００１４】
接触角Φ１が９０度より小さい場合、このマイクロピペット４の内部とその周辺との有限で正の圧力差ΔＰがこのピペット内から該接着剤１６の供給を開始させるのに必要である。この正の圧力差ΔＰがこのマイクロピペット４内にその接着剤１６を保持する方向にある毛管作用にうち勝つために必要である。この正の圧力差ΔＰは、次式のように、その接触角Φ１、その接着剤１６の表面張力σおよびこのマイクロピペット４の内径ｄの関数である。
ΔＰ＝（４σ／ｄ）ｃｏｓΦ１                            （１）
式（１）から明らかなように、その接触角Φ１またはこのマイクロピペットの内径が減少するにしたがってこの圧力差ΔＰは増加する。
【００１５】
式（１）は、例えば、円形のような普通の形状の先端部６を通り該接着剤を供給する場合に基づくものである。この先端部の形状が変則的またはさもなければ円形と異なる場合、その毛管作用にうち勝つために必要な圧力差は減少するであろう。以上のように、式（１）はそれに必要な圧力差の保守的な推定値を提供するものである。さらにここで理解すべきことは、本説明はその接着剤の液体をある面に供給するものであり、他の液体または空気中に供給するものではない。また接着剤１６の選択は、この接着剤を堆積しようとする面の特性に左右される。これら特性から該接着剤とその面の間に特定の接触角Φ２となる。この接触角Φ２はゼロより大きい角度でなければならない、さもなければこの接着剤１６は、サブミクロンサイズの液滴として含まれた状態のままで存在しないで、その外面上に広がってしまう。
【００１６】
さらにこの接着剤１６が、その所望する供給位置に存在しないで、このマイクロピペット４の外面２２に沿って広がって行く傾向を最小にするためには、Φ２はΦ１より小さくなければならない。接着剤１６とマイクロピペット４と目標の面との組合せから、Φ１の値が約６０度でΦ２の値が約３０度となる状態の場合が本発明の実施に好適であることが見出された。このマイクロピペット４の外面２２の表面特性で加える接着剤の選択の際の制限を無くするため、この外面２２を次のような材料で塗布することができる。すなわち、この外面２２上の塗膜とその接着剤の間の接触角が、次のようなΦ３となる材料である。この接触角Φ３がΦ１より大きい場合、Φ２＜Φ１という前記条件を緩和することが可能であり、そしてその条件はΦ２＜Φ３となる。
【００１７】
図４に示すように、マイクロチャネル３０を形成するためのチャネル形成部材３１を超小型構造体に組み込むことができる。位置３２に供給された接着剤のミクロンサイズの液滴４０は、このマイクロチャネル３０を通り毛管作用により位置３４に広がる。このようにして液滴４０は、精密な構造体から安全な距離だけ離して堆積できマイクロチャネルにより所望の位置に供給することができる。このようなマイクロチャネル３０は、好都合に液滴の大きさの必要条件を緩和し、（ｉ）このマイクロピペット４にアクセスできないような位置や（ｉｉ）精密な構造体に近過ぎてこのマイクロピペットからの接着剤の直接供給を危険にさらしてしまうような位置に、接着剤１６を容易に供給することができる。
【００１８】
図５において本発明の方法のフローチャートを示す。ここで操作ブロック１００において、接着剤ならびにこの接着剤を吸わせこの接着剤のミクロンサイズ以下の液滴を供給するために好適な装置を提供する。操作ブロック１０２において、接着剤を吸い込むようにこの装置に負圧を与える。負圧の生成は、場合により、選択自由である、というのはこの接着剤を吸わせるのに毛管作用で十分である場合もあり得るからである。操作ブロック１０４において、この装置の先端部を接着剤の供給を所望する位置に配置する。この目的のためにマイクロマニピュレータを用いることができる。操作ブロック１０６において、この接着剤を所望の場所に強制排出させるために正圧をこの装置に与える。
【００１９】
次にこの接着剤を通常ＵＶ露光または加熱により硬化する。本発明の実施のさらなる形態を挙げると、この接着剤を所望する位置に容易に供給できるように目的物中にマイクロチャネルを供給することができる。図６は、接着剤のサブミクロンサイズの液滴を用いて製作される超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置例５０を示す。図６に示すＭＥＭＳ装置５０には、蝶番付きプレート・アクチュエータが挙げられる。このようなアクチュエータならびにこのアクチュエータの光スイッチにおける利用は、米国出願ケース番号  Ａｋｓｙｕｋ  ３−８−４，題名  ＭＩＣＲＯ  ＭＡＣＨＩＮＥＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＷＩＴＣＨ（本願優先出願と同一出願日および同一譲渡人）、に述べられており、この特許出願をここに引例とする。ただし本発明の方法は、他の種々のＭＥＭＳ構造体に好都合に適用可能であることは明らかである。
【００２０】
このＭＥＭＳ装置５０は、複数の蝶番付きプレート５６，６０，６６，７０，７６から形成される。このＭＥＭＳ装置５０を組み立てるため、種々の蝶番付きプレートは、これは通常基板４８面内にフォトリソグラフィでパターン形成されるものであるが、これは図６に示すように面外の位置に回転される。蝶番５９、６２、７２、７８によりそのプレートは回転することができる。蝶番付きプレート７０は、ノッチ７４において蝶番付きプレート（フレーム）６０を受け入れる。プレート６６は、このプレート６６は自由に回転スイングできるようにそのフレーム６０のクロス部材６４からつるされている。図６の実施の形態では、蝶番６８がこの機能を提供する。
【００２１】
プレート６６は可動電極としての役目をする。蝶番付きプレート７６はノッチ８０において蝶番付きプレート５６のエッジ５８を受け入れる。この蝶番付きプレート５６が固定電極としての役目をする。電圧がこの蝶番付きプレート５６、６６間に印加されると、静電力が生じ、この静電力によりその可動電極６６がこの蝶番付きプレート６６に対する実質的に水平のパスでスイングすることができる。この蝶番付きプレート６６の実質的水平移動は、図示していないが、連結部を介して連結した対象物に伝えられ、これによりこの連結対象物が運動することができる。
【００２２】
この可動電極６６とその固定電極５６がショートせぬよう防止するため、それぞれの電極５６，６６の面５７、６７の一方または両方の下部コーナエッジ近辺に絶縁ストップ８２を配置する。図６において１個のストップが図示されている。このストップ８２は、本発明により形成され供給された接着剤のミクロンサイズの液滴とすることができる。直径が約５ミクロンの接着剤の液滴がこのストップ８２の形成に好適であることが見出された。さらに接着剤のミクロンサイズの液滴は、これら蝶番５９、６２、７２、７８に加えられて、それら所望の面外の位置にこれら蝶番付きプレートを取り付けるのに助けとなる。
【００２３】
例えば、チャネル形成部材７７のようなチャネル形成部材を用いて、例えば、図６に示すＭＥＭＳ装置５０の蝶番５９のようなＭＥＭＳ装置の蝶番に接着剤を供給することができる。このチャネル形成部材７７は、そのサポート４８と共に、マイクロチャネル７９を提供する。このマイクロチャネル７９の一端に配置された接着剤９０のミクロンサイズの液滴は、矢印９２の方向にこのマイクロチャネルを通り導かれ位置９４における蝶番５９に供給される。この蝶番自身がマイクロチャネルの役目をして、この接着剤をその全蝶番の端から端まで矢印９６の方向に広げる。図７においては、理解しやすいように、１個のチャネル形成部材７７とマイクロチャネル７９と蝶番５９を図示した。
【００２４】
ここで理解すべきことは、このマイクロチャネルはこのようなＭＥＭＳ装置の各蝶番について付随可能ということである。さらに接着剤のミクロンサイズの液滴は、それぞれ蝶番付きプレート７０、７６のノッチ７４、８０に供給され、これらプレートをそのフレーム６０と固定電極５６に取り付けることができる。以上の説明は、本発明の実施の一形態に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は発明の容易なる理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の方法を用いることにより、ミクロンサイズ以下の液滴、例えば、接着剤の液滴を、所望の場所に供給でき、例えば、超小型の電気機械システムの装置の製作に利用することができる。
【００２６】
特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で記載した番号がある場合は、本発明の一実施例の対応関係を示すものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ミクロンサイズ以下の接着剤の液滴を供給するために好適な装置を示す図である。
【図２】減圧／加圧システムの実施の形態の例を示す図である。
【図３】マイクロピペットの例を示す図である。
【図４】接着剤を供給するためのマイクロチャネルを示す図である。
【図５】本発明のサブミクロンサイズの接着剤の液滴を供給する方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明により形成されたミクロンサイズ以下の接着剤の液滴を用いて組み立てた超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を示す図である。
【図７】図６のＭＥＭＳ装置の蝶番に接着剤を供給するためのサポート上のチャネル形成部材を示す図である。
【符号の説明】
２  マイクロピペット含有装置
４  マイクロピペット
６  先端部
８  先細りネック部
１０  本体
１２  相互連結手段
１２ａ  ゴム管
１４  シリンジ（減圧／加圧手段）
１４ａ  シリンジ
１６  接着剤
１８  プランジャ
２０  内面
２２  外面
３０  マイクロチャネル
３１  マイクロチャネル形成部材
３２  位置
３４  位置
４０  サブミクロンサイズの液滴
４８  サポート基板
５０  超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置
５６  蝶番付きプレート（固定電極）
５７  面
５８  エッジ
５９  蝶番
６０  蝶番付きプレート（フレーム）
６２  蝶番
６４  クロス部材
６６  蝶番付きプレート（可動電極）
６７  面
６８  蝶番
７０  蝶番付きプレート
７２  蝶番
７４  ノッチ
７６  蝶番付きプレート
７７  チャネル形成部材
７８  蝶番
７９  マイクロチャネル
８０  ノッチ
８２  絶縁ストップ
９０  接着剤
９２  矢印
９４  位置
９６  矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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