(57)【要約】【課題】  放電炎を金属微小物の接合、加工に適した性状に変化させて金属微小物の工作を可能とする。【解決手段】  導電性放電プローブ１を金属基板５の上に置かれた金属微小物６から離間して配置し、導電性放電プローブと金属基板の間に高電圧を印加して大気圧放電を生起させる際、導電性放電プローブ周辺の雰囲気を形成する雰囲気ガスの組成を変化させ、接合、加工のそれぞれに適した放電炎８、９を発生させ、金属微小物の工作を行う。【選択図】          図１
2006310192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性放電プローブを金属基板上に置かれた金属微小物から離間して配置し、導電性放電プローブと金属基板の間に高電圧を印加して大気圧放電を生起させる際、導電性放電プローブ周辺の雰囲気を形成する雰囲気ガスの組成を変化させ、接合、加工のそれぞれに適した放電炎を発生させ、金属微小物の工作を行うことを特徴とする金属微小物の工作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属微小物の工作方法に関するものである。詳しくは、本発明は、大気圧放電で発生する放電炎の性状を可変とし、接合、加工それぞれに適した放電炎により金属微小物の工作を行うことのできる金属微小物の工作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導電性放電プローブに高電圧を印加し、大気圧下に発生させた放電炎を用いて、金属微小物の接合を行い、あるいはスパッタリングもしくは溶融により金属微小物を加工する方法が本発明の発明者らにより開発された（特許文献１）。
【特許文献１】特許第２６５３４２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記特許文献に記載された方法をさらに発展させ、放電炎を金属微小物の接合、加工に適した性状に変化させて金属微小物の工作を可能とする金属微小物の工作方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するために、導電性放電プローブを金属基板上に置かれた金属微小物から離間して配置し、導電性放電プローブと金属基板の間に高電圧を印加して大気圧放電を生起させる際、導電性放電プローブ周辺の雰囲気を形成する雰囲気ガスの組成を変化させ、接合、加工のそれぞれに適した放電炎を発生させ、金属微小物の工作を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、雰囲気ガスの組成を調整することにより、接合、加工のそれぞれに適した放電炎を発生させることができる。金属微小物の工作における電気的放電条件を変更することなく、一定の条件下において、異なる放電炎が得られる。同一の装置を用い、雰囲気ガスの組成を変えることにより放電炎を変えることができ、接合、加工を連続的に行うことが可能となる。金属微小物の工作を効率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、実施例を示しつつ、本発明の金属微小物の工作方法について詳しく説明する。
【０００７】
図１は、本発明の金属微小物の工作方法を模式的に示した図である。
【０００８】
金属微小物６は１μｍ−１ｍｍの大きさであり、顕微鏡での観察が可能な大きさを有する。金属微小物６は金属基板５の上に置かれる。
【０００９】
導電性放電プローブ１は、雰囲気ガスガイド２の軸中心に位置し、先端が細く尖った形状を有している。導電性放電プローブ１は、タングステン等の高融点材料から形成されている。また、導電性放電プローブ１は、金属基板５の上に置かれた金属微小物６の直上、たとえば数十ミクロンの高さに配置される。
【００１０】
金属微小物６を金属基板５に接合する場合、三方コック１１、１２を調整し、雰囲気ガスをガス容器３から流し、乾燥剤１０を通して点線で示される流れ１３および実線で示される流れ７に沿って導電性放電プローブ１の周辺、すなわち雰囲気ガスガイド２の内部に
供給する。雰囲気ガスには、窒素、アルゴン等の不活性ガスが用いられる。
【００１１】
雰囲気ガスを雰囲気ガスガイド２の内部に供給しながら導電性放電プローブ１と金属基板５の間に高電圧電源４からｋＶオーダーの電圧を印加する。大気圧放電が起こり、点線で示した形状の放電炎８が発生する。放電炎８は、金属微小物６と金属基板５の接触部付近に回り込み、放電炎８の熱により金属微小物６と金属基板５が溶融し、接合する。
【００１２】
金属微小物６を加工する場合、三方コック１１、１２を調整し、流れ１４が形成されるようにする。雰囲気ガスは、ガス容器３から乾燥剤１０を通って雰囲気調整容器１５に向かって噴出する。雰囲気調整容器１５には水等の雰囲気調整用媒体１６が溜められている。このため、雰囲気ガスは、雰囲気調整用媒体１６を通過するとき、雰囲気調整用媒体１６と混合され、混合ガス１７となる。混合ガス１７は流れ７に沿って流れ、雰囲気ガスガイド２の内部に供給される。導電性放電プローブ１と金属基板５の間に高電圧を印加すると、大気圧放電により実線で示した形状の放電炎９が発生する。放電炎９は金属微小物６の直上にほぼ集中し、金属微小物６が加工される。
【００１３】
このように、三方コック１１、１２の調整により、接合に適した放電炎８と加工に適した放電炎９に切り替えることができ、工作の種類に応じた放電炎の形成が可能である。また、金属微小物６の接合と加工を連続して行うことも可能である。
【実施例】
【００１４】
導電性放電プローブに、軸径６６０μｍ、先端を半径２μｍに尖らせたタングステン製のものを用いた。導電性放電プローブと金属基板上に置いた金属微小物である金属粒子との間の距離を２０μｍとした。雰囲気ガスに窒素ガスを用い、０．７５Ｌ/ｍｉｎ．の流
量で、導電性放電プローブと同軸に配置されたＳＵＳ３０４鋼製の雰囲気ガスガイドの内部に供給した。雰囲気ガスガイドは金属粒子の上方１０ｍｍの位置で大気に開放した。導電性放電プローブと金属基板の間に２ｋＶを印加すると、放電が発生した。放電時間は約１０秒間とした。放電炎は、図２に示したように、導電性放電プローブの先端より３μｍ上の位置で発生し、金属粒子の直上で３１μｍの幅で発光し、金属粒子を包むように金属粒子と金属基板の接触部に達して金属基板表面で６６μｍの幅で発光した。放電炎は、金属基板だけでなく、金属粒子と金属基板の接触部付近に回り込んだ。金属粒子と金属基板が溶融し、接合した。放電炎は、接合に適したものであることが確認される。
【００１５】
次に、ガラス製の雰囲気調整容器の内部に雰囲気調整用媒体として純水を入れ、窒素ガスを純水に通した。窒素ガス中に含まれる水分量は、２３℃において相対湿度８０％であった。この混合ガスを雰囲気ガスガイドの内部に供給した。雰囲気以外の放電条件は同一として導電性放電プローブと金属基板の間に高電圧を印加した。放電が発生し、このときの放電炎は図３に示したものとなった。放電炎は、導電性放電プローブの先端より１６μｍ上の位置で発生し、一部は金属粒子の表面を伝わり、金属粒子と金属基板の間の接触部まで達したが、ほとんどの放電炎は金属粒子の直上に集中し、スパッタリングが生じた。
【００１６】
電気的放電条件が同一であっても、雰囲気ガスの組成が異なることにより放電に差が現れることが確認された。接合に適した放電炎と加工に適した放電炎が雰囲気ガスの組成を変えることにより得られる。
【００１７】
図４（ａ）（ｂ）、図５（ａ）（ｂ）は、それぞれ、図２、図３に示した放電炎により処理した金属粒子の放電終了後の表面を示した走査電子顕微鏡像である。
【００１８】
放電炎が直上に集中した金属粒子では、図５（ａ）に示した真上からの像で確認されるように、広い範囲に放電痕が現れている。図５（ｂ）に示した斜め上方からの像では、表
面に大きな窪みがはっきりと現れている。このことから、図３に示した放電炎は加工に適したものであると理解される。
【００１９】
一方、接合に適した図２に示した放電炎で処理した金属粒子では、図４（ａ）（ｂ）に示したように、上部に放電痕が認められるものの、金属粒子の形状を損なうほどのものではない。
【００２０】
両図において、金属基板の表面に現れている色の濃い部分は、金属基板の放電痕である。放電痕は、図４（ａ）（ｂ）では直径１１０μｍであり、図５（ａ）（ｂ）では直径９０μｍである。このことからも、雰囲気ガスを窒素ガスのみとした場合、より多くの放電炎が金属基板まで達することが確認される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の金属微小物の工作方法を模式的に示した図である。
【図２】雰囲気ガスを窒素ガスのみとした場合の放電炎を示した画像である。
【図３】雰囲気ガスを窒素ガスと純水の混合ガスとした場合の放電炎を示した画像である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、図２に示した放電炎により処理した金属粒子の放電終了後の表面を示した走査電子顕微鏡像である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、図３に示した放電炎により処理した金属粒子の放電終了後の表面を示した走査電子顕微鏡像である。
【符号の説明】
【００２２】
１    導電性放電プローブ
２    雰囲気ガスガイド
３    ガス容器
４    高電圧電源
５    金属基板
６    金属微小物
７、１３、１４    流れ
８、９    放電炎
１０    乾燥剤
１１、１２    三方コック
１５    雰囲気調整容器
１６    雰囲気調整用媒体
１７    混合ガス
【図１】
2006310192.tif 000003
【図２】
2006310192.tif 000004
【図３】
2006310192.tif 000005
【図４】
2006310192.tif 000006
【図５】
2006310192.tif 000007