(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物をそれぞれが保持可能な複数の保持部材と、
前記複数の保持部材を独立に駆動可能な駆動系と、
前記複数の保持部材のいずれかに保持された前記微小物に対向するカンチレバーと、
前記微小物を保持する前記保持部材及び前記カンチレバーの一方を、前記保持部材に保持された前記微小物と前記カンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な駆動装置と、を備え、
前記複数の保持部材は、対向するように設けられた２つの保持部材を含み、
前記２つの保持部材それぞれは、前記微小物を狭持するための２本のアームを有し、
前記２つの保持部材の少なくとも一方は、長手方向に平行な軸周りに回転可能である微小物特性計測装置。
【請求項２】
前記複数の保持部材は、少なくとも一方向から見て、長手方向に平行な軸が角度を成すように設けられた２つの保持部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の微小物特性計測装置。
【請求項３】
前記複数の保持部材は、長手方向が略平行となるように設けられた２つの保持部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の微小物特性計測装置。
【請求項４】
前記２つの保持部材それぞれは、前記微小物を狭持するための２本のアームを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の微小物特性計測装置。
【請求項５】
前記２つの保持部材は、前記２本のアームの開き幅が異なることを特徴とする請求項１又は４に記載の微小物特性計測装置。
【請求項６】
前記複数の保持部材は、前記微小物を吸引可能な前記保持部材を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の微小物特性計測装置。
【請求項７】
前記複数の保持部材は、導電性を有する前記保持部材を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の微小物特性計測装置。
【請求項８】
前記複数の保持部材は、絶縁性を有する前記保持部材を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の微小物特性計測装置。
【請求項９】
前記複数の保持部材は、撥水性を有する前記保持部材を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の微小物特性計測装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の微小物特性計測装置を用いた微小物特性計測方法であって、
駆動系により独立に駆動可能な複数の保持部材のうち一の保持部材に微小物を保持させる工程と、
前記駆動系を用いて、前記一の保持部材に保持された前記微小物とカンチレバーとを対向させる工程と、
前記微小物を保持する前記保持部材及び前記カンチレバーの一方を、前記保持部材に保持された前記微小物と前記カンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動する工程と、を含む微小物特性計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小物特性計測装置及び微小物特性計測方法に係り、更に詳しくは、微小物の特性を計測する微小物特性計測装置及び微小物特性計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小物の特性（例えば付着力、鏡像力、帯電極性、電気抵抗、誘電率等）を計測する技術の開発が盛んに行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、狭持部材に狭持された粉体と板状部材とを近接、接触、離間させることにより、粉体の付着力を計測する付着力測定装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１等の従来技術では、計測効率を向上できなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、微小物をそれぞれが保持可能な複数の保持部材と、前記複数の保持部材を独立に駆動可能な駆動系と、前記複数の保持部材のいずれかに保持された前記微小物に対向するカンチレバーと、前記微小物を保持する前記保持部材及び前記カンチレバーの一方を、前記保持部材に保持された前記微小物と前記カンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な駆動装置と、を備え、前記複数の保持部材は、対向するように設けられた２つの保持部材を含み、前記２つの保持部材それぞれは、前記微小物を狭持するための２本のアームを有し、前記２つの保持部材の少なくとも一方は、長手方向に平行な軸周りに回転可能である微小物特性計測装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、計測効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態の微小物特性計測装置の概略構成を示す図である。
【図２】保持部材の一例であるマイクロ／ナノピンセットを説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ保持部材の一例であるマイクロ／ナノピペットを説明するための図（その１及びその２）である。
【図４】図４（Ａ）は、保持部材を用いて微小物を採取する状態を示す図であり、図４（Ｂ）は、保持部材により保持された微小物とカンチレバーとを対向させた状態を示す図である。
【図５】第２実施形態の微小物特性計測装置の概略構成（その１）を示す図である。
【図６】第２実施形態の微小物特性計測装置の概略構成（その２）を示す図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、第３実施形態の微小物特性計測装置の概略構成を示す図（その１及びその２）である。
【図８】第４実施形態の実施例１の微小物特性計測装置を説明するための図（その１）である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、保持部材１、２のアーム間の開き幅と微小物のサイズ分布の関係を示すグラフである。
【図１０】実施例１の微小物特性計測装置を説明するための図（その２）である。
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）は、実施例１において、保持部材間で微小物を持ち換える方法について説明するための図（その１〜その５）である。
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）は、実施例１において、凝集した複数の微小物を２つの保持部材を用いて分離する方法について説明するための図（その１〜その５）である。
【図１３】第４実施形態の実施例２の微小物特性計測装置を説明するための図（その１）である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、実施例２の微小物特性計測装置を説明するための図（その２及びその３）である。
【図１５】第４実施形態の実施例３の微小物特性計測装置を説明するための図である。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、実施例３において、凝集した複数の微小物を２つの保持部材を用いて分離する方法について説明するための図（その１〜その３）である。
【図１７】第４実施形態の実施例４の微小物特性計測装置を説明するための図である。
【図１８】第４実施形態の実施例５の微小物特性計測装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
《第１実施形態》（本発明の原理）
以下に、本発明の基本的な原理や仕組みを第１実施形態として、図１〜図４に基づいて説明する。図１には、第１実施形態に係る微小物特性計測装置１００の概略構成が示されている。以下では、図１等に示されるＺ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。
【０００９】
微小物特性計測装置１００は、一例として、微小物を保持可能な保持部材１０、カンチレバー２０（片持ち梁）、レーザ変位計３０、固定治具４０、微動ステージ５０、処理装置６０などを備えている。
【００１０】
保持部材１０は、微小物を一粒ずつ保持可能な部材である。保持部材としては、図２に示されるような、微小物を両端から挟み込んで保持するマイクロ／ナノグリッパーやマイクロ／ナノピンセットと称されるものや、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるような、微小物を吸引することで保持（吸着）するマイクロ／ナノピペットと称されるものを用いることができる。
【００１１】
ここで、計測対象として適切な微小物のサイズは、保持部材１０で保持可能な最大径が１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲に入るものであり、より好適なサイズとしては最大径が１ｕｍ〜１００ｕｍの範囲に入るものである。微小物の具体例としては、複写機に用いられるトナー、医薬品、食料品、電子機器の構成材料に用いられる粉体や電子基板等に付着する微小異物、更には、細胞等の生体物質が考えられる。
【００１２】
上記粉体としては、トナー粒子の他に、例えば３Ｄプリンターの構成材料（数ｕｍ〜数１０ｕｍ程度）、トナー帯電用の鉄粉（３０ｕｍ〜１００ｕｍ程度）、液晶スペーサ（数ｕｍ程度）等が挙げられる。
【００１３】
保持部材１０は、一例として、保持部材１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に独立に移動させることが可能なＸＹＺ３次元移動機構（以下では、「３次元移動機構」とも称する）により、微小物群が配置されたサンプリングエリア（例えば微小物が散布されている試料台もしくは微小物が付着した部材）における微小物を採取可能な採取位置（図４（Ａ）参照）と、保持した微小物がカンチレバー２０に対向する位置（ここではカンチレバー２０の＋Ｚ側の位置）である計測位置（図４（Ｂ）参照）との間を移動可能となっている。保持部材１０によって微小物を保持（採取）する際の保持部材１０の操作は、操作部を介して手動で行われる。なお、ＸＹＺ３次元移動機構に代えて、例えば保持部材１０をチルト回転可能なチルト回転機構と保持部材１０をＸＹ平面に沿って移動させるＸＹ２次元移動機構を組み合わせたものであっても良い。ＸＹＺ３次元移動機構、チルト回転機構、ＸＹ２次元移動機構の動作は、自動でも良いし、手動でも良い。
【００１４】
固定治具４０は、一例として、ＸＹ平面に平行な上面及び下面、ＹＺ平面に平行な一側面（＋Ｘ側の側面）を有する部材（例えば直方体形状の部材）から成り、微動ステージ５０上に設置されている。
【００１５】
カンチレバー２０は、一例として、薄い板状部材から成り、固定端側の部分が固定治具４０の上面に固定され、自由端側の部分（過半部）が固定治具４０上から＋Ｘ側に張り出し、計測位置に位置する保持部材１０に保持された微小物に対向する。
【００１６】
カンチレバー２０としては、例えば平滑度が非常に高い原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）用のカンチレバーを使用可能であるが、計測内容に応じて、適切なバネ定数及び材質のカンチレバーを選択する必要がある。なお、通常、原子間力顕微鏡用のカンチレバーは自由端に試料をスキャンするチップが設けられているが、ここでは必ずしもチップを設ける必要はない。すなわち、チップレスカンチレバーを用いるか、もしくはチップが設けられているカンチレバーを使用する場合には、チップは微小物側でなくレーザ変位計３０側に向くようにカンチレバーを固定する必要がある。なお、カンチレバー２０は、平滑度が高いことが好ましく、ＡＦＭ用以外のものであっても良い。
【００１７】
レーザ変位計３０は、固定治具４０の＋Ｘ側の側面に、カンチレバー２０に対向するように固定されている。このように、レーザ変位計３０は、固定治具４０を介してカンチレバー２０と一体的に設けられているため、カンチレバー２０の変形（反り）による変位を精度良く測定することができる。
【００１８】
レーザ変位計３０は、必ずしも特定の製品（スペック）に限定されるものではないが、カンチレバー２０の変形をモニタリングできるよう、そのスポットサイズがカンチレバー２０の幅と同程度、もしくはカンチレバー２０の幅よりも小さいことが望ましい。また、カンチレバー２０の微小変形を検出できるよう、測定分解能が高いことが望ましく、具体的には１ｎｍ程度の分解能が要求される。
【００１９】
微動ステージ５０は、Ｚ軸方向に微小移動可能な移動台である。微動ステージ５０は、ｎｍオーダの位置分解能が必要であり、具体的にはピエゾステージ（ピエゾ素子をアクチュエータとしたステージ）を用いるのが好適である。なお、ピエゾステージに代えて、例えば高精度のステッピングモータ等をアクチュエータとしたステージを用いても良い。
【００２０】
そこで、微動ステージ５０と固定治具４０とを含んで、カンチレバー２０をＺ軸方向に微小駆動可能な駆動装置が構成されている。なお、カンチレバー２０を微動ステージに直接固定し、該微動ステージのみにより駆動装置を構成しても良い。
【００２１】
処理装置６０は、微動ステージ５０を制御し、レーザ変位計３０の測定結果を取得（収集）し、該測定結果に基づいて微小物の特性を求める。
【００２２】
計測開始までの具体的な流れとしては、必要に応じて３次元移動機構を動作させて保持部材をサンプリングエリア上の採取位置に位置させ、保持部材１０を手動操作してサンプリングエリアから微小物を採取し（図４（Ａ）参照）、３次元移動機構を動作させて微小物を保持する保持部材１０を該微小物がカンチレバー２０に対向する計測位置に移動させる（図４（Ｂ）参照）。
【００２３】
なお、３次元移動機構による保持部材の移動に代えて、例えばサンプリングエリアと微動ステージ５０にＸＹ平面内での２次元移動機能を担わせて、保持部材１０にＺ軸方向の１次元移動機能もしくはチルト回転機能を担わせても良い。
【００２４】
また、サンプリングエリアに散布／付着された微小物を保持部材１０によって保持する際や、カンチレバー２０に微小物を近接、接触させる際の位置合わせのために、観察系（顕微鏡機能）が必要であるが、数ｕｍサイズの微小物が認識できれば具体的な手段は制限されず、例えば光学顕微鏡、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡のいずれでも良い。
【００２５】
以下に、微小物特性計測装置１００による具体的な計測例を説明する。
【００２６】
〈鏡像力計測〉
微小物の帯電量に依存する鏡像力の計測方法について説明する。ここでは、微小物特性計測装置１００は、微小物の特性の１つである「鏡像力」を計測する装置であるため「微小物鏡像力計測装置」と呼んでも良い。
【００２７】
この計測方法では、保持部材１０に保持された微小物とカンチレバー２０とを近接させることで、微小物が保有する電荷と逆極性かつ等量の鏡像電荷（誘導電荷）をカンチレバーに誘起させ、微小物とカンチレバー２０との間に作用する鏡像力をカンチレバー２０の背面側（−Ｚ側）に設置されたレーザ変位計３０を用いて計測する。
【００２８】
より具体的には、計測位置に位置された微小物を保持する保持部材を３次元移動機構により−Ｚ方向に移動させて微小物とカンチレバー２０とを近接させる。そして、処理装置６０が微動ステージ５０を＋Ｚ方向に微小移動させて微小物とカンチレバー２０とをさらに近接させるとともに、レーザ変位計３０がカンチレバー２０の反り量（変形量）を測定し、その測定値を処理装置６０に例えば数ミリｓｅｃ毎に出力する。なお、処理装置６０は、操作部を介した処理開始要求を受けると、上述した微動ステージ５０の制御、レーザ変位計３０からの測定値の取得を開始する。
【００２９】
処理装置６０は、微動ステージ５０の移動を、微小物とカンチレバー２０とが接触するまで行う。処理装置６０は、微小物とカンチレバー２０が接触したか否かを、レーザ変位計３０の測定値（接触時のカンチレバーの変位）によって判断する。計測開始前、すなわち微動ステージ５０の移動開始前の微小物とカンチレバー２０との距離は、微小物が保有すると考えられる電荷量に応じて最適な値に設定すべきであるが、およそ１〜１００ｕｍに設定するのが好ましい。
【００３０】
微動ステージ５０の移動速度は、あまりに低速度の場合は、カンチレバー２０がレーザ変位計３０からのレーザ光の照射時間が長くなることによりドリフト（サーマルドリフト）して計測値のＳＮ比が悪化し、また、あまりに高速度の場合は、微動ステージ５０が速度設定値に追従して移動しない。そこで、微動ステージ５０の移動速度は、０．１〜１００ｕｍ／ｓｅｃの範囲に設定するのが好ましい。
【００３１】
カンチレバー２０とレーザ変位計３０は微小物が保有すると考えられる電荷量に応じて決定すべきであるが、一般的には、後述する付着力計測よりも鏡像力計測の方が、よりバネ定数が低いカンチレバー、かつ、より高分解能のレーザ変位計を用いるのが望ましい。具体的には、カンチレバーのバネ定数は０．０５Ｎ／ｍ以下、より好適には０．０１Ｎ／ｍ以下であることが望ましい。レーザ変位計３０の分解能は１０ｎｍ以下、より好適には１ｎｍ以下であることが望ましい。さらに、カンチレバーはその表面が導電性であり、かつ、接地される必要がある。
【００３２】
以上の方法にて、計測した鏡像力は、更に、電荷量（帯電量）に変換することが可能である。具体的には、例えば、従来技術（参考文献：丸山博之, 柚山理恵,
増田弘昭：AFM を用いたスリップ、ノンスリップ接触による粒子の帯電に関する検討, 粉体工学会夏季シンポジウム講演論文集, 41 (2005) pp. 67-69）の手法を用いることで、微小物の電荷量（帯電量）を算出することが可能である。
【００３３】
〈帯電極性判別〉
微小物の帯電極性の判別方法について説明する。ここでは、微小物特性計測装置１００は、微小物の特性の１つである「帯電極性」を計測する装置であるため「微小物帯電極性計測装置」と呼んでも良い。具体的には、鏡像力計測と同様な手順で計測位置に位置された微小物を保持した保持部材１０を３次元移動機構により−Ｚ方向に移動させて微小物とカンチレバー２０とを近接させる。そして、処理装置６０が微動ステージ５０を＋Ｚ方向に微小移動させて微小物とカンチレバー２０とをさらに近接させるとともに、帯電装置を稼働させてカンチレバー２０に電圧を印加する（帯電させる）。処理装置６０は、カンチレバー２０にプラス電圧を印加（正の電荷を付与）し、カンチレバー２０が微小物に引き寄せられる方向に変形した場合は、微小物はマイナス帯電していると判別でき、カンチレバー２０が微小物に対して反発する方向に変形した場合は、微小物はプラス帯電していると判別できる。なお、処理装置６０は、操作部を介した処理開始要求を受けると、上述した微動ステージ５０の制御、レーザ変位計３０からの測定値の取得を開始する。
【００３４】
カンチレバー２０にマイナス電圧を印加（負の電荷を付与）した場合も同様に判別すれば良く、カンチレバー２０が微小物に引き寄せられる方向に変形した場合は、微小物はプラス帯電していると判断でき、カンチレバー２０が微小物に対して反発する方向に変形した場合は、微小物はマイナス帯電していると判断できる。カンチレバー２０と微小物との距離は、１〜５ｕｍに設定するのが好ましい。カンチレバー２０への印加電圧は、微小物の電荷量に応じて決定すべきだが、その絶対値でおよそ０．１〜３Ｖ程度に設定するのが好ましい。
【００３５】
〈付着力計測〉
微小物の付着力の計測方法を、説明する。ここでは、微小物特性計測装置１００は、微小物の特性の１つである「付着力」を計測する装置であるため「微小物付着力計測装置」と呼んでも良い。
計測の流れとしては、鏡像力計測と同様な手順で計測位置に位置された微小物を保持する保持部材１０を３次元移動機構により−Ｚ方向に移動させて微小物とカンチレバー２０とを近接させた後、処理装置６０が微動ステージ５０を＋Ｚ方向に微小移動させて微小物とカンチレバー２０とを接触させる。なお、処理装置６０は、操作部を介した処理開始要求を受けると、上述した微動ステージ５０の制御、レーザ変位計３０からの測定値の取得を開始する。
【００３６】
微小物とカンチレバー２０が接触したか否かは、レーザ変位計３０の測定値（接触時のカンチレバーの変位）によって判断できる。微小物とカンチレバー２０を接触させる際の、カンチレバー２０の変形量は、カンチレバー２０のバネ定数にもよるが、およそ１ｕｍ以下に設定するのが好適である。
【００３７】
次いで、処理装置６０が微動ステージ５０を微小物とカンチレバー２０とが離間する方向（−Ｚ方向）に微小移動させる。微動ステージ５０の移動直後は、微小物とカンチレバー２０との間に作用する付着力によって、微小物とカンチレバー２０は接触状態を維持しているが、微動ステージ５０を移動させ続けると、カンチレバー２０の反りで発生する力が、微小物とカンチレバー２０との間の付着力よりも大きくなり、微小物とカンチレバー２０とが離間する。
【００３８】
そこで、処理装置６０は、微小物とカンチレバー２０とが離間するときにカンチレバー２０に作用している力を取得することで、微小物とカンチレバー２０との間の付着力を求めることができる。なお、微小物とカンチレバー２０とが離間するときは、レーザ変位計３０の測定値（カンチレバー２０の変形量）が最大になるので、その最大値を取得すれば良い。この最大値とカンチレバー２０のばね定数から微小物の付着力を求めることができる。
【００３９】
微動ステージ５０の移動速度は、あまりに低速度の場合は、カンチレバー２０がドリフトして計測値のＳＮ比が悪化し、また、あまりに高速度の場合は、微動ステージ５０が速度設定値に追従して移動しない。そこで、微動ステージ５０の移動速度は、０．１〜１００ｕｍ／ｓｅｃの範囲に設定するのが好ましい。カンチレバー２０とレーザ変位計３０は微小物の付着力に応じて決定すべきであるが、カンチレバー２０のバネ定数は０．０１Ｎ／ｍから１Ｎ／ｍ以下、レーザ変位計３０の分解能は１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００４０】
ここでは、カンチレバー２０の表面材料と微小物との付着力を計測することになる。保持部材１０に保持された微小物とカンチレバー２０との間の付着力を相対比較するだけであれば、カンチレバー２０の表面材料は限定する必要はないが、微小物がカンチレバー２０を帯電させ易いような材料の場合は、カンチレバー２０の少なくとも表面に導電性材料を用いて、更に、カンチレバー２０を接地した方が良い。繰り返しの計測に対して、カンチレバー２０の表面の汚染が懸念されるような材料で構成される微小物を評価する場合は、カンチレバー２０の表面を離型性の良好な材料でコートするのが好ましい。
【００４１】
このように、保持部材１０に微小物を保持させ、微動ステージ５０を微小移動させたときの微小物と該微小物に対向するカンチレバー２０との間に生じる力によるカンチレバー２０の変位を測定することで、微小物の各種特性を精度良く計測することが可能となる。
すなわち、計測精度を向上させることができる。
【００４２】
また、微小物特性計測装置１００は、微動ステージ５０を含む駆動装置を制御し、レーザ変位計３０の測定結果に基づいて微小物の特性を求める処理装置６０を更に備えるため、微小物の特性を自動的に計測することができる。
【００４３】
また、カンチレバー２０は導電性を有し、かつ接地され、処理装置６０は、保持部材１０に保持された微小物とカンチレバー２０とを近接させたときのカンチレバー２０の変形量（反り量）から微小物の鏡像力を求める。
この場合、微小物の鏡像力を自動的に高精度で計測することができる。
【００４４】
また、処理装置６０は、保持部材１０に保持された微小物とカンチレバー２０とが接触した状態から微小物とカンチレバー２０とを離間させたときのカンチレバーの変形量（反り量）から微小物の付着力を求める。
この場合、微小物の付着力を自動的に高精度で計測することができる。
【００４５】
また、カンチレバー２０は、導電性を有し、かつ接地されているため、付着力計測において微小物とカンチレバー２０との接触を繰り返しても、微小物及びカンチレバー２０に電荷が蓄積するのを防止できる。この結果、付着力計測の際に、微小物の鏡像力をほぼゼロにでき、付着力の計測精度の更なる向上を図ることができる。
【００４６】
なお、付着力計測に際して、カンチレバー２０が導電性を有し、かつ接地されることに代えて又は加えて、保持部材１０が導電性を有し、かつ接地されていても良い。この場合も、付着力計測の際の微小物の鏡像力をほぼゼロにでき、付着力の計測精度の更なる向上を図ることができる。
【００４７】
また、微小物特性計測装置１００は、カンチレバー２０を正又は負に帯電させる帯電装置を更に備え、処理装置６０は、保持部材１０に保持された微小物とカンチレバー２０とを近接させたときのカンチレバー２０の変形方向（反り方向）から、微小物の帯電極性を求める。
この場合、微小物の帯電極性を自動的に高精度で計測（判別）することができる。
【００４８】
また、カンチレバー２０の変位を測定する測定装置として、レーザ変位計３０を用いているため、距離を実測でき、かつ小型化を図ることができる。
【００４９】
また、微動ステージ５０を含む駆動装置は、カンチレバー２０及びレーザ変位計３０を前記接近する方向及び前記離間する方向に一体的に駆動可能であるため、カンチレバー２０の変形（反り）による変位を精度良く測定することができる。
【００５０】
また、カンチレバー２０及びレーザ変位計３０は、固定治具４０を介してリジッドな微動ステージ５０上に設置されているため、微小かつスムーズに移動可能であり振動等によるノイズを受け難く、カンチレバー２０の変形による変位をより精度良く測定することができる。
【００５１】
また、駆動装置による駆動（微動ステージ５０の動作）とレーザ変位計３０による測定とを同期させることで、微小物の鏡像力、付着力、帯電極性を短時間で計測可能であり、カンチレバー２０のドリフトの影響を低減させることができる。
【００５２】
また、微小物特性計測装置１００は、微小物がカンチレバー２０に対向しない位置（採取位置）で保持部材１０に保持（採取）された後に、微小物を保持する保持部材１０を該微小物とカンチレバー２０とが対向する位置（計測位置）に移動させるための３次元移動機構（移動手段）を更に備えている。
【００５３】
この場合、微小物の採取から特性計測にスムーズに移行することができ、微小物の評価を短時間で実現できる。
また、カンチレバー２０は、原子間力顕微鏡用のカンチレバーである。
【００５４】
この場合、カンチレバー２０の表面は、高い平滑性を持つため、測定毎の微小物とカンチレバーとの接触面積の変化を抑制することができる。また、カンチレバー２０の変形量を光学的に計測する際、カンチレバー２０に当たった光は散乱することなく直進性を保ったまま検出されるため、計測精度を向上させることができる。
【００５５】
また、保持部材１０が微小物を把持可能な一対のアームを有する場合には、任意の一の微小物（一粒子）を確実に採取できる。
【００５６】
また、保持部材１０は、微小物を吸着可能である場合には、任意の一の微小物（一粒子）を該微小物にかける負荷を小さくした状態で採取できる。
【００５７】
《第２実施形態》（電気抵抗の計測）
以下に、電気抵抗の計測の仕組みについて、第２実施形態を図５に基づいて説明する。第２実施形態の微小物特性計測装置２００は、微小物の電気特性（電気抵抗や誘電率）を計測する装置であるため、「微小物電気特性計測装置」と呼んでも良い。
【００５８】
図５には、第２実施形態の微小物特性計測装置２００を用いて微小物の電気抵抗を計測する構成が模式的に示されている。なお、図５では、微動ステージ５０、固定治具４０、レーザ変位計３０の図示が省略されている。
【００５９】
詳述すると、微小物特性計測装置２００は、図５に示されるように、導電性を有する保持部材１０と、導電性を有するカンチレバー２０と、保持部材１０とカンチレバー２０とが個別に両極に接続され、微小物に直流電圧を印加するための直流電源と、保持部材１０とカンチレバー２０とが微小物を介して導通しているときに微小物に流れた電流を測定するための電流計とで直列回路を構成している。このように、微小物特性計測装置２００では、導電性を有する保持部材１０及びカンチレバー２０を電極として用いることができる。
【００６０】
図５に示される構成以外の測定方法としては、測定回路に基準抵抗を挿入し、電圧計を用いて基準抵抗の電圧降下を測定する方法や、特定の周波数成分のみ抽出するロックインアンプを設けて、交流電圧を印加して電流を測定する方法などがある。
【００６１】
なお、図５では、保持部材１０が電源のｈｉ端子（正極）と接続され、カンチレバー２０が電源のｌｏ端子（負極）と接続されているが、その逆であっても良い。
【００６２】
保持部材１０は電極として利用するため、少なくとも微小物との接触面から電源との接続箇所までは導通（導電性）が確保されている必要がある。導通に対する具体的な数値として、計測する微小物の抵抗値に対して、１／１０以下であることが望ましい。使用する保持部材が標準で導通が得られていない場合（導電性を有していない場合）は、例えば、保持部材を金や銅、タングステン等を用いて表面を成膜する方法や、収束イオンビーム等によるデポジション機能を利用して微小電極を作成する方法によって導通（導電性）を確保する。
【００６３】
計測の流れとしては、鏡像力計測と同様な手順で計測位置に位置された微小物を保持する保持部材１０を３次元移動機構により−Ｚ方向に移動させて微小物とカンチレバー２０とを近接させた後、処理装置６０が微動ステージ５０を＋Ｚ方向に微小移動させて微小物とカンチレバー２０とを接触させる。これにより、保持部材１０とカンチレバー２０とを微小物を介して導通させる回路を速やかに構築することができる。処理装置６０は、微小物とカンチレバー２０が接触したか否かを、レーザ変位計３０の測定値（接触時のカンチレバー２０の変形量）によって判断する。微小物とカンチレバー２０を接触させる際の、カンチレバー２０の変形量は、カンチレバー２０のバネ定数にもよるが、およそ１ｕｍ以下に設定するのが好適である。なお、処理装置６０は、操作部を介した処理開始要求を受けると、上述した微動ステージ５０の制御、レーザ変位計３０からの測定値の取得を開始する。
【００６４】
微小物と電極の接触状態（接触圧）は、一方の電極にカンチレバーを用いることで、精度良く管理できる。精度良く接触状態を管理できる理由として２つ挙げられる。１つ目は、レーザ変位計３０によりカンチレバー２０の変形量を計測することで、微小物にかかる圧力を管理できるからである。例えば、バネ定数が０．０１Ｎ／ｍであるカンチレバー、分解能が１０ｎｍであるレーザ変位計３０による構成をとれば、０．１ｎＮ単位で微小物にかかる圧力を管理できる。２つ目は、カンチレバー２０の表面は高い平滑性を有するからである。これにより、測定毎の表面凹凸による微小物との接触面積の変化を最小限に抑えることができる。
【００６５】
上述のようにして保持部材１０とカンチレバー２０とを微小物を介して導通させた後、処理装置６０は、直流電源により微小物に電圧を印加して、微小物に流れた電流値を電流計で読み取り、オームの法則より電気抵抗を求めることができる。
【００６６】
微小物に印加する電圧の上限は、電極間の放電を避けるために１００Ｖ程度とすることが望ましい。電流測定は、入力突入電流の影響を避けるために、電圧印加直後一分程度放置してから読み取りを開始することが望ましい。また、精度の良い計測結果を得るためには、一回の測定の中で印加電圧の値を変化させて、それに伴う電流値の変化を読み取り、オームの法則に対する線形回帰によって抵抗値を得ることが望ましい。
【００６７】
〈誘電率計測〉
微小物の誘電率を計測する場合は、微小物特性計測装置２００の上記電気抵抗を計測する構成において直流電源に代えて交流電源を用いればよい。交流電源を用いることで、微小物に流れた電流の周波数応答を計測し、インピーダンスを求めることができる。更にインピーダンスからキャパシタを求めることで誘電率が得られる。
【００６８】
図６には、微小物特性計測装置２００を用いて微小物の誘電率を計測する構成が示されている。なお、図６では、微動ステージ５０、固定治具４０、レーザ変位計３０の図示が省略されている。図６では、図５に示される構成に対して、直流電源を交流電源に代え、かつ保持部材１０とカンチレバー２０とを電圧計を介して接続している。そこで、微小物に交流電圧を印加して、微小物に流れた電流と電圧を計測してインピーダンスを計測することができる。また、図６に示される構成では、誘電率に加えて電気抵抗も計測することができる。
【００６９】
以上説明した第２実施形態の微小物特性計測装置２００は、微小物を保持可能な導電性を有する保持部材１０と、保持部材１０に保持された微小物に対向する導電性を有するカンチレバー２０と、カンチレバー２０を、保持部材１０に保持された微小物とカンチレバー２０とが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な微動ステージ５０を含む駆動装置と、保持部材１０及びカンチレバー２０に両極が個別に接続された電源と、保持部材１０とカンチレバー２０とが微小物を介して導通しているときに微小物に流れる電流を計測する電流計と、を備えている。
【００７０】
この場合、保持部材１０に微小物を保持させ、微動ステージ５０を微小移動させ微小物と該微小物に対向するカンチレバー２０とを接触させることで、微小物に電流を流し、該電流を計測し、微小物の電気的特性を計測することが可能となる。
【００７１】
この場合、カンチレバー２０の弾性力によって、保持部材に保持された微小物とカンチレバー２０とを確実に接触させることができる。
この結果、計測精度を向上させることができる。
【００７２】
また、微小物特性計測装置２００は、カンチレバー２０の変位を測定するレーザ変位計３０を更に備えているため、微小物とカンチレバー２０との接触状態（接触圧）を精密に管理できる。
【００７３】
また、微小物特性計測装置２００は、保持部材１０に保持された微小物とカンチレバー２０とが接触しているときの電流計の計測結果から微小物の特性を求める処理装置を更に備えている。
この場合、微小物の特性（電気的特性）を自動的に高精度で計測することができる。
【００７４】
また、電源は直流電源であり、微小物特性計測装置２００が計測対象とする微小物の特性は、該微小物の電気抵抗であるため、該電気抵抗を簡易かつ迅速に精度良く計測することができる。
【００７５】
また、電源は、交流電源であり、保持部材１０とカンチレバー２０とが微小物を介して導通しているときに微小物に印加される電圧を計測する電圧計を更に備え、微小物の特性は、該微小物の誘電率及び電気抵抗の少なくとも一方であるため、該誘電率及び該電気抵抗の少なくとも一方を簡易かつ迅速に精度良く計測することができる。
【００７６】
また、保持部材１０とカンチレバー２０とで微小物を一粒子だけ狭持して計測を行うことができるため、該一粒子の固有の電気的特性（電気抵抗や誘電率）を安定して高精度に計測することができる。
【００７７】
一方、仮に微小物を複数含む微小物群を一対の電極で狭持して該微小物群の電気的特性の計測を行う場合には、微小物の流動性により微小物群と各電極との接触状態が変化し、安定して高精度な計測を行うことができない。すなわち、この場合、計測精度が微小物の充填率、成形状態等の影響を受けてしまう。
【００７８】
なお、微小物特性計測装置２００は、カンチレバー２０の変位を測定するレーザ変位計３０を備えているが、備えていなくても良い。この場合、微小物とカンチレバーとを接触させることに関しては顕微鏡等を介した目視に頼らざるを得ないが、微小物の電気的特性（電気抵抗や誘電率）の計測を行うことは、十分に可能である。
【００７９】
なお、保持部材１０が微小物を把持可能な一対のアームを有している場合には、各アームとカンチレバー２０を微小物を介して導通させるようにしても良い。また、一対のアームの一方とカンチレバー２０を微小物を介して導通させ、他方とカンチレバー２０を微小物を介して導通させないようにしても良い（図５、図６参照）。この場合、微小物の電気抵抗計測に用いないアームへの漏れ電流を低減できるため、計測精度を更に向上させることができる。
【００８０】
ところで、研究者、技術者が品質評価や更にはメカニズム解析を進める上では、微小物の一つの特性値の評価では不十分なことが多い。一方、解析内容に応じて、複数の装置を導入するとなると、装置導入コスト、更には、維持コストが膨大になる。また、同一の微小物について、複数の特性計測を試みようとした場合、微小サイズの同一サンプルを複数の計測装置間で移動させなければならないため、高度な位置特定技術が必要になる上、評価が長時間化し易い。
【００８１】
本発明の微小物特性計測装置では、上記第１及び第２実施形態の説明からも分かるように、計測内容に応じて構成を適宜変更することにより、複数の特性（例えば付着力、鏡像力、帯電極性、電気抵抗、誘電率等）が計測可能である。上記第１及び第２実施形態では、１つのカンチレバーを用いて微小物の複数の特性を計測することができるが、計測内容によって適したカンチレバーは異なる。
【００８２】
そこで、微小物特性計測装置が複数のカンチレバーを保持する構成にすれば、上記複数の特性を、カンチレバーの交換無しに、短時間で計測可能となる。
【００８３】
《第３実施形態》（複数のカンチレバー）
一例として、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示される第３実施形態の微小物特性計測装置３００のように、複数のカンチレバーを保持し、かつ、位置（ここではＹ軸方向の位置）を変更可能な保持治具（カンチレバーホルダー）を用いることで、より効率良く複数の計測を実施できる。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）では、微動ステージ５０、レーザ変位計３０、処理装置６０の図示が省略されている。具体的には、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーに対しては、導電性及び接地機能を付与し、電気抵抗／誘電率計測用カンチレバーに対しては、電源、電流計、電圧計を含めて回路を組んだ状態にする。このような保持治具を用いれば、保持治具の位置を変えるだけでカンチレバーの位置を変更でき、短時間で測定内容を変更可能である。
【００８４】
また、第３実施形態の変形例として、微小物の帯電極性を判別可能にするため、帯電量計測用のカンチレバーに対して電圧印加機能（帯電装置）を設けることも有用である。また、保持冶具をＹ軸方向に移動させる代わりに、保持部材をＹ軸方向に移動させるようにしても良い。また、電気抵抗のみが計測対象の場合には、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において、交流電源に代えて、直流電源を用いても良い。また、各カンチレバーが担う計測内容は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示される例に限らず、適宜変更可能である。例えば、鏡像力計測と付着力計測を同一のカンチレバーに担わせても良いし、電気抵抗計測と誘電率計測を異なるカンチレバーに担わせても良い。また、帯電極性計測用のカンチレバーを追加しても良い。
【００８５】
以上説明した第３実施形態の微小物特性計測装置３００は、微小物を保持可能な保持部材１０と、該保持部材１０に保持された微小物に個別に対向可能な複数のカンチレバーを一体的に含むカンチレバー装置と、複数のカンチレバーのうち、保持部材１０に保持された微小物に対向するカンチレバーの変位を測定するレーザ変位計３０と、微小物を保持する保持部材１０及びカンチレバー装置の一方を、保持部材１０に保持された微小物と複数のカンチレバーのうち任意の一のカンチレバーとが対向する位置に移動させ、保持部材１０に保持された微小物と一のカンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な微動ステージ５０を含む駆動装置と、を備えている。
【００８６】
この場合、計測内容（例えば微小物の鏡像力、付着力、帯電極性）に適したカンチレバーを簡易かつ迅速に選択して用いることができ、複数の特性（計測内容）を計測する際の計測時間の短縮化を図ることができる。
【００８７】
一方、同一の微小物について、複数の特性計測を試みようとした場合、微小サイズの同一サンプルを複数の計測装置間で移動させなければならないため、高度な位置特定技術が必要になる上、評価が長時間化し易い。
【００８８】
保持部材１０は、導電性を有し、複数のカンチレバーは、導電性を有するカンチレバーを含み、保持部材１０及び導電性を有するカンチレバーに両極が個別に接続された電源と、導電性を有するカンチレバーと保持部材１０とが微小物を介して導通しているときに該カンチレバーと保持部材１０との間に流れる電流を計測する電流計と、を更に備えている。
【００８９】
この場合、計測内容（例えば微小物の電気抵抗）に適したカンチレバーを簡易かつ迅速に選択して用いることができ、計測時間の短縮化を図ることができる。
【００９０】
また、微小物特性計測装置３００は、微動ステージ５０を含む駆動装置を制御し、レーザ変位計３０の測定結果に基づいて微小物の特性を求めることが可能な処理装置を更に備えているため、必要に応じて微小物の特性（鏡像力、付着力、帯電極性）を自動的に精度良く計測することができる。
【００９１】
また、微小物特性計測装置３００は、保持部材１０に保持された微小物と導電性を有するカンチレバー２０とが接触しているときの電流計の計測結果に基づいて、微小物の特性を求めることが可能なため、必要に応じて微小物の特性（電気抵抗）を自動的に精度良く計測することができる。
【００９２】
また、電源は交流電源であり、微小物特性計測装置３００は、導電性を有するカンチレバー２０と保持部材１０とが微小物を介して導通しているときに該微小物に印加される電圧を計測する電圧計を更に備え、処理装置６０は、保持部材１０に保持された微小物と導電性を有するカンチレバー２０とが接触しているときの電流計及び電圧計の計測結果に基づいて、微小物の電気的特性を求めることが可能なため、必要に応じて微小物の特性（電気抵抗や誘電率）を自動的に精度良く計測することができる。
【００９３】
また、処理装置は、カンチレバー毎に接地、電圧印加条件を変更可能であるため、少数のカンチレバーで多くの計測内容に対応することができ、かつ計測内容の変更を迅速に行うことができる。
【００９４】
なお、上記第２及び第３実施形態では、微小物を保持部材で保持しているが、これに代えて、微小物を導電性を有する部材に固定（例えば接着）しても良い。そして、導電性を有する部材に固定された微小物とカンチレバーとを接触させて、上記第２及び第３実施形態と同様に、該微小物の電気抵抗や誘電率を計測しても良い。
【００９５】
ところで、上記第１実施形態においては、図１に示されるように、微動ステージ５０、レーザ変位計３０、カンチレバー２０を一体的に設けた構成を示した。図１の構成は、振動によるノイズの影響を受けにくい構成ではあるが、例えばコストもしくは作製上の都合で図１の構成を実現できない場合等には、例えば、変形例１の微小物特性計測装置のように保持部材１０と微動ステージとを一体的に設け、保持部材１０を微動ステージ５０と共に微小移動させる構成を採用しても良い。更には、変形例２の微小物特性計測装置のようにレーザ変位計３０の固定治具である変位計固定治具とカンチレバー２０の固定治具であるカンチレバー固定治具を別々に設けて、カンチレバーとカンチレバー固定治具のみを微動ステージと共に微小移動させる構成を採用しても良い。
【００９６】
ただし、変形例２の構成の場合、カンチレバー２０に力が作用せず変形していない状態でも、微動ステージ５０の移動に伴ってカンチレバー２０がレーザ変位計３０に対して相対的に移動するため、レーザ変位計３０の測定値が変化する。したがって、レーザ変位計３０の測定値と微動ステージ５０の移動量（カンチレバー２０の移動量）の差分によってカンチレバーの変形による変位を求めた上で、鏡像力や付着力を求める必要がある。
【００９７】
また、カンチレバーの変位を検出する手段は、必ずしもレーザ変位計のように距離を直接測定するものである必要はない。例えば、微小物特性計測装置は、レーザ光源からのレーザ光をカンチレバーに照射し、その反射光を２つの受光領域を有する２分割ディテクタ（例えば２分割フォトダイオードや２分割フォトトランジスタ）で検出する構成を採用することも可能である。カンチレバー２０の変形による反射光の進行角度の変化を、２分割ディテクタ上での反射光位置で検知する方式である。すなわち、カンチレバー２０が反ると、２分割ディテクタに当たるレーザ光の中心位置がずれ、２つの受光領域からの出力の差が変化する。この変化からカンチレバーの反り量を算出できる。これは、一般的に原子間力顕微鏡で用いられている光てこ方式と同じであるが、本発明のカンチレバー変位測定においても採用可能である。２分割ディテクタの設置サイズの都合上、高さ（厚さ）寸法が長い固定治具を用いても良いし、微動ステージ、レーザ変位計３０、カンチレバー２０が一体でない構成を採用しても良いが、必ずしもこれらの構成に限るものではない。
【００９８】
すなわち、この微小物特性計測装置は、カンチレバーに向けてレーザ光を出射する光源と、該光源から出射され前記カンチレバーで反射された光を検出する２つの受光領域を含む光検出器（ディテクタ）とを含んでいるため、例えばレーザ変位計を用いる場合に比べて計測精度の向上を図ることができる。
【００９９】
なお、上述の光検出器として２分割ディテクタが用いられているが、要は、２分割以上の（２つ以上の受光領域を有する）ディテクタ（好ましくはフォトディテクタ）であれば良い。
【０１００】
《第４実施形態》
次に、第４実施形態の実施例１〜５の微小物特性計測装置８００ａ〜８００ｅを、図８〜図１８を参照して説明する。第４実施形態の各実施例の微小物特性計測装置は、微小物を保持可能な保持部材を複数備えている。
【０１０１】
〈実施例１〉
実施例１の微小物特性計測装置８００ａでは、図８に示されるように、観察用レンズとしての光学顕微鏡レンズの下方に、２つの保持部材１、２が水平方向（例えばＹ軸方向）に対向可能に設けられている。
【０１０２】
詳述すると、２つの保持部材１、２は、Ｚ軸方向から見て、微小物を保持する先端部同士を向かい合わせにした状態で長手方向がＹ軸に略平行となるように設けられている。
【０１０３】
保持部材による微小物の保持動作、保持解除動作は、オペレータ（実験者）によって操作部を介して行うことができるようになっている。
【０１０４】
保持部材１は、支持部材１、駆動手段１を含む駆動システム１によって駆動可能である。保持部材２は、支持部材２、駆動手段２を含む駆動システム２によって駆動可能である。
【０１０５】
すなわち、駆動システム１、２によって、２つの保持部材１、２を独立に駆動可能な「駆動系」が構成されている。
【０１０６】
保持部材１は、支持部材１に駆動手段１を介して支持されている。保持部材２は、支持部材２に駆動手段２を介して支持されている。駆動手段１は、保持部材１を支持部材１に対してＺ軸方向（鉛直方向）に駆動可能である。駆動手段２は、保持部材２を支持部材２に対してＺ軸方向に駆動可能である。すなわち、駆動手段１、２を作動させることで、保持部材１、２を独立に上下動可能である。
【０１０７】
各駆動手段としては、要は、保持部材を昇降可能なものであれば良く、例えばマイクロメーターヘッドを含む昇降機構、モータを含む昇降機構、ソレノイドを含む昇降機構、ピエゾ素子をアクチュエータとする微動ステージなどを用いることができる。ここでは、各駆動手段は、オペレータによって操作部を介して操作可能となっている。以下では、上記各駆動手段を「昇降用駆動手段」とも呼ぶ。
【０１０８】
各保持部材としては、例えば、アーム間の開き幅の異なるマイクロ/ナノグリッパー、マイクロ/ナノピンセットが好適である。
【０１０９】
ここで、通常、微小物のサイズは一定ではなく、ある範囲内でばらつきがある。
【０１１０】
アーム間の開き幅が大きければ、サイズの大きな粒子、異物を保持できるが、アーム間の開き幅の調整が困難なため、サイズの小さい粒子、異物をダメージ無く保持することが難しくなる。
【０１１１】
一方、アーム間の開き幅が小さければサイズの小さい粒子、異物を保持できるが、アーム間の開き幅よりも大きい粒子、異物を保持することはできない。
【０１１２】
すなわち、単一の保持部材では、微小物のサイズのばらつきに対応できない。そこで、保持部材を微小物のサイズに応じて交換することが考えられるが、これでは、計測効率が低下してしまう。
【０１１３】
そこで、微小物特性計測装置８００ａは、保持部材１、２として、アーム間の開き幅の異なるマイクロ/ナノグリッパー、マイクロ/ナノピンセットを備えることで、保持部材を交換せずに微小物のサイズのばらつきに対応でき、計測を滞りなく進めることができる。
【０１１４】
ここでは、保持部材１を開き幅の小さいものとし、保持部材２を開き幅が大きいものとしている。
【０１１５】
図９（Ａ）には、微小物のサイズ分布（微小物のサイズ毎の個数）と保持部材１の開き幅との関係が一例として示されている。図９（Ａ）から、保持部材１は、微小物のサイズ分布の低〜中サイズに対応可能（図９（Ａ）のハッチング領域参照）であることが分かる。
【０１１６】
図９（Ｂ）には、微小物のサイズ分布と保持部材１、２の開き幅との関係が一例として示されている。図９（Ｂ）から、保持部材２は、微小物のサイズ分布の中〜大サイズに対応可能（図９（Ｂ）の右半部のハッチング領域参照）であることが分かる。
【０１１７】
ここで、微小物特性計測装置に複数の保持部材が搭載される場合、微小物を基板上から採取する際に、微小物採取に使用される保持部材と使用されない保持部材が、微小物が散布されている基板に接触して破損することが懸念される。特に、微小物特性計測装置の場合、ミクロンサイズの微小物を保持・計測することを目的としているため、高倍率の観察系を搭載している。このため、観察視野が狭く、複数の保持部材が同じ視野に入らないことが想定される。この場合、使用されていない保持部材は実験者の視野から外れるため、その状態を確認できなくなり、該保持部材の先端と基板表面が接触し、破損しそうになっても、気付かないおそれがある。
【０１１８】
そこで、微小物を基板上（サンプリングエリア上）から採取する際には、保持部材１、２のうち採取対象の微小物のサイズに適合する一方の保持部材を使用し、他方の保持部材は、基板との接触による破損を防止するために、昇降用駆動手段を用いて基板から離れた高さ位置に退避させることが好ましい。
【０１１９】
また、保持部材１、２を、表層材料が異なるマイクロ/ナノグリッパー、マイクロ/ナノピンセットとしても良い。
【０１２０】
例えば、保持部材１を電気抵抗・誘電率計測用に表層を導電性材料で形成したマイクロ/ナノグリッパーやマイクロ/ナノピンセットとし、保持部材２を帯電量・付着力計測用に表層を誘電体で形成したマイクロ/ナノグリッパーやマイクロ/ナノピンセットとすることで、マイクロ/ナノグリッパーやマイクロ/ナノピンセットを計測間で交換せずに、一の計測から他の計測にスムーズに移行することができる。
【０１２１】
特に、帯電量計測（鏡像力計測）を含む計測を実施する場合、帯電量は時間とともに減衰するため、このようにマイクロ/ナノグリッパー、マイクロ/ナノピンセットの交換時間を発生させないことは非常に有益である。
【０１２２】
また、各保持部材を、昇降用駆動手段によりＺ軸方向に独立に移動可能とすることに加えて、ＸＹ平面（水平面）に沿って移動可能かつＺ軸周りに回転可能とするとともに、２つの保持部材１、２の少なくとも一方をその長手方向に平行な軸（例えばＹ軸）周りに回転可能にすると、計測方法のバリエーションを広げることができる。
【０１２３】
そこで、各駆動システムは、一例として、支持部材に設けられた昇降用駆動手段に加えて、対応する保持部材を支持する支持部材をＸＹ平面に沿って移動可能な水平移動用駆動手段と、該支持部材をＺ軸周りに回転可能なＺ軸周り回転用駆動手段と、該保持部材をＹ軸周りに回転可能なＹ軸周り回転用駆動手段とを有している。
【０１２４】
ここで、水平移動用駆動手段の可動部にＺ軸周り回転用駆動手段の固定部が取り付けられ、Ｚ軸周り回転用駆動手段の可動部に支持部材が取り付けられても良いし、Ｚ軸周り駆動手段の可動部に水平移動用駆動手段の固定部が取り付けられ、水平移動用駆動手段の可動部に支持部材が取り付けられても良い。
【０１２５】
また、昇降用駆動手段の固定部が支持部材に取り付けられ、昇降用駆動手段の可動部にＹ軸周り回転用駆動手段の固定部が取り付けられ、Ｙ軸周り回転用駆動手段の可動部に保持部材が取り付けられている。
【０１２６】
水平移動用駆動手段としては、例えばボールねじやラック＆ピニオン機構を含むリニア駆動装置等が挙げられる。Ｚ軸周り回転用駆動手段、Ｙ軸周り回転用駆動手段としては、例えばモータを含む回転駆動装置が挙げられる。
【０１２７】
そして、昇降用駆動手段に加えて、水平移動用駆動手段、Ｚ軸周り回転用駆動手段、Ｙ軸周り回転用駆動手段が、オペレータによって操作部を介して操作可能となっている。すなわち、駆動システム１、２を含む駆動系を、操作部を介して操作可能となっている。なお、駆動系の構成は、適宜変更可能である。
【０１２８】
具体的には、以下の２つの計測方法が可能となる。
１つ目は、同一の微小物について、異なる特性の計測を連続して実施できることである。
【０１２９】
例えば、保持部材１を電気抵抗・誘電率計測用に表層を導電性材料で形成したマイクログリッパー（以下では導電性マイクログリッパーとも呼ぶ）とし、保持部材２を帯電量・付着力計測用に表層を誘電体で形成したマイクログリッパー（以下では絶縁性マイクログリッパーとも呼ぶ）とする。
【０１３０】
そして、図１０に示されるように、上記第３実施形態と同様に、カンチレバーホルダに保持された帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバー、電気抵抗／誘電率計測用カンチレバーを配備する。ここでは、保持部材２、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーは、接地されている。保持部材１と電気抵抗／誘電率計測用カンチレバーとの間に電流計、電源が接続されている。
【０１３１】
この場合、例えば、導電性マイクログリッパーで微小物を保持して電気抵抗や誘電率を計測した後、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）に示されるように、該微小物を導電性マイクログリッパーから絶縁性マイクログリッパーに持ち替えて、該微小物の帯電量計測、付着力計測を行うことができる。なお、駆動系を操作することで、微小物を保持する導電性マイクログリッパーを該微小物がカンチレバーに対向する位置と該位置から退避する位置との間で移動させることや、導電性マイクログリッパーと絶縁性マイクログリッパーを対向させることができる。
【０１３２】
ここで、導電性マイクログリッパーから絶縁性マイクログリッパーへの微小物の持ち替え作業について説明する。この持ち替え作業は、オペレータが光学顕微鏡レンズを上方から覗き込みながら、操作部を介してＹ軸周り回転用駆動手段、水平移動用駆動手段、マイクログリッパーを適宜操作して行う。
【０１３３】
Ｙ軸方向に対向する導電性マイクログリッパー及び絶縁性マイクログリッパーは、当初、いずれもアームの開き方向が水平方向（ここではＸ軸方向）となる基準状態にある。導電性マイクログリッパーで微小物を保持（狭持）した状態（図１１（Ａ）参照）で、絶縁性マイクログリッパーを基準状態から回転させ（図１１（Ｂ）参照）、導電性マイクログリッパーに保持された微小物と絶縁性マイクログリッパーとをＹ軸方向に近接させ、該微小物における導電性マイクログリッパーにより狭持された部位とは異なる部位を絶縁性マイクログリッパーで狭持する（図１１（Ｃ）参照）。この状態で、導電性マイクログリッパーによる微小物の保持を解除し、微小物を狭持する絶縁性マイクログリッパーと導電性マイクログリッパーとをＹ軸方向に離間させ（図１１（Ｄ）参照）、微小物を狭持する絶縁性マイクログリッパーを基準状態に戻す（図１１（Ｅ）参照）。なお、絶縁性マイクログリッパーを回転させることに代え又は加えて、微小物を保持する導電性マイクログリッパーを回転させても良い。
【０１３４】
なお、帯電量計測や付着力計測を行った後に電気抵抗／誘電率計測を行う際の、絶縁性マイクログリッパーから導電性マイクログリッパーへの微小物の持ち替え作業も同様に行うことができる。
【０１３５】
２つ目は、凝集した複数の微小物を複数の保持部材を用いて分離し、分離した各微小物について特性計測を実施できることである。
【０１３６】
具体的には、図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）に示されるように、複数（例えば２つ）の微小物が凝集した凝集体（以下では単に「凝集体」とも呼ぶ）を一のマイクログリッパーで採取した後、該一のマイクログリッパーで把持（狭持）された該凝集体の少なくとも１つの微小物を他のマイクログリッパーで把持し、該他のマイクログリッパーを操作することで、凝集体をばらすことができる。このような把持、操作により、凝集体を微小物単位に分離すれば、各微小物について目的に応じた計測を行うことができる。なお、凝集体が３つ以上の微小物で構成される場合は、上記把持、操作を繰り返し行えば良い。
【０１３７】
凝集体の分離作業について詳しく説明する。この分離作業は、オペレータが光学顕微鏡レンズを上方から覗き込みながら、操作部を介してＹ軸周り回転用駆動手段、水平移動用駆動手段、マイクログリッパーを適宜操作して行う。ここでは、２つの微小物（一及び他の微小物）が凝集した凝集体を例に挙げて説明する。
【０１３８】
Ｙ軸方向に対向する一及び他のマイクログリッパーは、当初、いずれもアームの開き方向が水平方向（ここではＸ軸方向）となる基準状態にある。一のマイクログリッパーで凝集体の一の微小物を狭持した状態（図１２（Ａ）参照）で、他のマイクログリッパーを基準状態から回転させ（図１２（Ｂ）参照）、一のマイクログリッパーに保持された凝集体と他のマイクログリッパーとをＹ軸方向に近接させ、該凝集体の他の微小物（一のマクログリッパで狭持されていない微小物）を他のマイクログリッパーで狭持する（図１２（Ｃ）参照）。この状態で、一の微小物を保持する一のマイクログリッパーと他の微小物を保持する他のマイクログリッパーとをＹ軸方向に離間させて一及び他の微小物を分離し（図１２（Ｄ）参照）、他の微小物を狭持した他のマイクログリッパーを基準状態に戻す（図１２（Ｅ）参照）。なお、他のマイクログリッパーを回転させることに代え又は加えて、微小物を保持する一のマイクログリッパーを回転させても良い。
【０１３９】
〈実施例２〉
実施例２の微小物特性計測装置８００ｂでは、図１３に示されるように、２つの保持部材１、２は、少なくともＺ軸方向から見て、Ｘ軸方向に並ぶように設けられている。ここでは、保持部材２、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーは、接地されている。保持部材１と電気抵抗／誘電率計測用カンチレバーとの間に電流計、電源が接続されている。
【０１４０】
詳述すると、２つの保持部材１、２は、微小物を保持する先端部が同じ方向（ここでは−Ｘ方向）を向いた状態で長手方向がＹ軸に略平行となるように少なくともＸ軸方向に離間して設けられている。
【０１４１】
実施例２も、サイズ分布の広い微小物の特性計測や異なる複数の特性計測を効率良く行うことができるという点で有効である。
【０１４２】
そして、上記実施例１のように保持部材１、２を対向するように配置する場合、各保持部材、各駆動システムを設置するためのスペースが大きくなるが、実施例２では、より狭いスペースでも設置が可能となり、装置全体の小型化を図ることができる。
【０１４３】
また、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示されるように、２つの保持部材１、２で１つの支持部材を共用することによって、部品点数（具体的には、支持部材、該支持部材を水平方向に駆動する駆動手段の数）を減らすことも可能となる。
【０１４４】
〈実施例３〉
実施例３の微小物特性計測装置８００ｃでは、２つの保持部材１、２は、図１５に示されるように、少なくともＺ軸方向から見て、長手方向に平行な軸が互いに直交する（直角を成す）ように設けられている。ここでは、保持部材２、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーは、接地されている。保持部材１と電気抵抗／誘電率計測用カンチレバーとの間に電流計、電源が接続されている。
【０１４５】
詳述すると、２つの保持部材１、２は、Ｚ軸方向から見て、微小物を保持する先端部をＸＹ平面内の同一箇所に向けた状態で長手方向に平行な軸が略直角を成すように配置されている。
【０１４６】
実施例３では、各保持部材、各駆動システムの設置スペースを小さくでき、かつ複数の微小物が凝集した凝集体を微小物単位に分離することも可能である（図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）参照）。なお、図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）それぞれの左図と右図は、同じ状態を異なる方向から見た図である。
【０１４７】
実施例３における凝集体の分離作業について説明する。この分離作業は、オペレータが光学顕微鏡レンズを上方から覗き込みながら、水平移動用駆動手段、昇降用駆動手段、マイクログリッパーを適宜操作して行う。ここでは、２つの微小物（一及び他の微小物）が凝集した凝集体を例に挙げて説明する。
【０１４８】
長手方向に平行な軸が互いに直交する一及び他のマイクログリッパーは、当初、いずれもアームの開き方向が水平となる基準状態にある。一のマイクログリッパーに一の微小物が挟持された凝集体と他のマイクログリッパーの先端部とを上下の位置関係とし（１６（Ａ）参照）、該凝集体の他の微小物（一のマイクログリッパーに挟持されていない微小物）と他のマイクログリッパーとをＺ軸方向に近接させ、該他のマイクログリッパーで他の微小物を挟持する（図１６（Ｂ）参照）。そして、一の微小物を挟持する一のマイクログリッパーと他の微小物を挟持する他のマイクログリッパーとをＺ軸方向に離間させる（図１６（Ｃ）参照）。
【０１４９】
〈実施例４〉
実施例４の微小物特性計測装置８００ｄは、図１７に示されるように、微小物をそれぞれが保持可能な３つのマイクログリッパー１〜３を備えている。ここでは、マイクログリッパー１、２、帯電量計測用カンチレバー、付着力計測用カンチレバーは、接地されている。マイクログリッパー３と電気抵抗／誘電率計測用カンチレバーとの間に電流計、電源が接続されている。
【０１５０】
詳述すると、微小物特性計測装置８００ｄは、帯電量・付着力計測用の開き幅の異なる２つの絶縁性マイクログリッパー１、２と、電気抵抗・誘電率計測用の導電性マイクログリッパー３とを備えている。
【０１５１】
ここでは、絶縁性マイクログリッパー１と導電性マイクログリッパー３がＹ軸方向に対向するように設けられ、絶縁性マイクログリッパー２がＹ軸方向に関して絶縁性マイクログリッパー１と導電性マイクログリッパー３との間でＸ軸方向に略平行になるように設けられている。
【０１５２】
この場合、絶縁性マイクログリッパー１、２を用いて又は絶縁性マイクログリッパー２と導電性マイクログリッパー３を用いて実施例３の要領で凝集体の分離を行うことができ、絶縁性マイクログリッパー１と導電性マイクログリッパー３を用いて実施例１の要領で微小物の持ち替えを行うことができ、絶縁性マイクログリッパー１と導電性マイクログリッパー３を用いて実施例１の要領で凝集体の分離を行うことができる。
【０１５３】
この結果、サイズ分布の広い複数の微小物が凝集している凝集体に対しても、微小物毎に帯電量・付着力計測と電気抵抗・誘電率計測を連続して実施することが可能となる。
【０１５４】
〈実施例５〉
実施例５の微小物特性計測装置８００ｅは、図１８に示されるように、微小物をそれぞれが保持可能な４つのマイクログリッパー１〜４を備えている。
【０１５５】
マイクログリッパー１、２は、開き幅の異なる２つの絶縁性マイクログリッパー１、２と、開き幅の異なる２つの導電性マイクログリッパー３、４とを備えている。
【０１５６】
ここでは、絶縁性マイクログリッパー１と導電性マイクログリッパー４がＹ軸方向に対向するように設けられ、絶縁性マイクログリッパー２と導電性マイクログリッパー３がＹ軸方向に並ぶようにするように設けられている。
【０１５７】
この場合、マイクログリッパー１、２を用いて又はマイクログリッパー３、４を用いて実施例３の要領で凝集体の分離を行うことができ、マイクログリッパー１、４を用いて実施例１の要領で微小物の持ち替えを行うことができ、マイクログリッパー１、４を用いて実施例１の要領で凝集体の分離を行うことができる。また、マイクログリッパー２、３を実施例２のように用いることもできる。
【０１５８】
この結果、サイズ分布の広い複数の微小物が凝集している凝集体に対しても、微小物毎に帯電量・付着力計測と電気抵抗・誘電率計測を連続して実施することが可能となる。
【０１５９】
なお、第４実施形態でも、複数の保持部材を用いること以外の一連の計測動作は、上記各実施形態及び各変形例と同様にして行うことができる。
【０１６０】
以上説明した第４実施形態では、保持部材の数やレイアウト（配置）を複数の計測内容を考慮して設定することで、計測効率の向上や装置の小型化を図ることができる。なお、上記実施例１〜５は、一例であって、保持部材の数やレイアウトは、適宜変更可能である。例えば保持部材の数は、５個以上であっても良いし、複数の保持部材をＺ軸方向に並ぶように設けても良い。
【０１６１】
また、第４実施形態では、主に保持部材としてのマイクログリッパーを例に挙げて説明したが、マイクログリッパー以外の保持部材（例えば微小物を吸引可能な保持部材等）についても実施例１〜５と同様に設置、使用することで、同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
また、第４実施形態では、微小物の帯電極性の計測（判別）について触れていないが、実施例１〜５の微小物特性計測装置８００ａ〜８００ｅを用いて上記第１実施形態で説明した要領で微小物の帯電極性の計測を行うこともできる。
【０１６３】
以上説明した第４実施形態の実施例１〜５の微小物特性計測装置８００ａ〜８００ｅ（以下これらを適宜「微小物特性計測装置８００」と総称する）は、微小物をそれぞれが保持可能な複数の保持部材と、該複数の保持部材を独立に駆動可能な駆動系と、複数の保持部材のいずれかに保持された微小物に対向するカンチレバーと、微小物を保持する保持部材及びカンチレバーの一方を、保持部材に保持された微小物とカンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動可能な駆動装置と、を備えている。
【０１６４】
第４実施形態の実施例１〜５の微小物特性計測方法は、駆動系により独立に駆動可能な複数の保持部材のうち一の保持部材に微小物を保持させる工程と、前記駆動系を用いて、前記一の保持部材に保持された前記微小物とカンチレバーとを対向させる工程と、前記微小物を保持する前記保持部材及び前記カンチレバーの一方を、前記保持部材に保持された前記微小物と前記カンチレバーとが接近する方向及び離間する方向に駆動する工程と、を含む。
【０１６５】
第４実施形態の微小物特性計測装置８００及び微小物特性計測方法によれば、例えばサイズ分布の広い微小物の計測や異なる複数の計測を連続して実施するときでも、複数の保持部材から計測に適した保持部材を速やかに選択使用できる。この結果、計測効率を向上できる。
【０１６６】
一方、仮に微小物特性計測装置が単一の保持部材を備える場合には、計測に適した保持部材に交換する必要が生じ、交換に手間がかかるため、計測効率を向上できない。
【０１６７】
また、微小物特性計測装置８００は、複数の微小物の特性計測を連続して効率良く行うことができるため、例えば帯電量のように経時変化し易い特性の計測を連続的に行う場合でも計測精度を向上できる。
【０１６８】
また、実施例１、３〜５の微小物特性計測装置８００ａ、ｃ〜ｅは、複数の微小物が凝集していても、複数の保持部材を用いて分離することで、微小物毎に特性計測を行うことができる。
【０１６９】
また、実施例１、４、５の微小物特性計測装置８００ａ、８００ｄ、８００ｅは、複数の保持部材が、対向するように設けられた２つの保持部材を含むため、異なる計測内容に適した保持部材間での微小物の持ち替え作業や、凝集した微小物の分離作業をスムーズに行うことができる。
【０１７０】
また、対向するように設けられた２つの保持部材それぞれは、微小物を狭持するための２本のアームを有し、２つの保持部材の少なくとも一方は、長手方向に平行な軸周りに回転可能であるため、保持部材間での微小物の持ち替えや凝集した微小物の分離を保持部材間の干渉を抑制しつつ行うことができる。
【０１７１】
また、実施例３〜５の微小物特性計測装置８００ｃ〜８００ｅは、複数の保持部材が、Ｚ軸方向から見て長手方向に平行な軸が直角を成すように設けられた２つの保持部材を含む。
【０１７２】
この場合、２つの保持部材を対向するように設けるよりも、設置スペースを小さくでき、かつ複数の微小物が凝集している場合にその凝集状態によっては分離することもできる。なお、少なくとも一方向から見て複数の保持部材の長手方向に平行な軸が直角に限らず、要は、角度を成していれば良い。
【０１７３】
また、実施例２の微小物特性計測装置８００ｂは、複数の保持部材が、長手方向に平行な軸が略平行となるように設けられた２つの保持部材を含む。
【０１７４】
この場合、２つの保持部材を対向するように設けるよりも、設置スペースを小さくできる。
【０１７５】
また、実施例１〜５の微小物特性計測装置８００ａ〜８００ｅは、２つの保持部材それぞれが、微小物を狭持するための２本のアームを有するため、任意の微小物を部品上から確実に採取できる。
【０１７６】
また、２つの保持部材の２本のアームの開き幅が異なるため、保持可能な微小物のサイズの範囲が広くなり、保持部材を交換せずに、様々なサイズの微小物の特性を計測できる。
【０１７７】
また、実施例１〜５の微小物特性計測装置８００ａ〜８００ｅは、複数の保持部材が導電性を有する保持部材を含むため、該保持部材で微小物を保持することで、電気抵抗／誘電率計測を行うことができる。
【０１７８】
また、実施例１〜５の微小物特性計測装置８００ａ〜８００ｅは、複数の保持部材が絶縁性を有する保持部材を含むため、該保持部材で微小物を保持することで、付着力／帯電量計測を行うことができる。
【０１７９】
結果として、実施例１〜５の微小物特性計測装置８００ａ〜８００ｅでは、保持部材を交換せずに付着力/帯電量計測と電気抵抗/誘電率計測を連続して実施できる。
【０１８０】
また、複数の保持部材は、撥水性を有する保持部材を含むことが好ましい。撥水性を有しない保持部材を汚染させ易い微小物を、撥水性を有する保持部材で保持することで、該保持部材の汚染を抑制できる。なお、全ての保持部材を撥水処理するにはコストがかかるため、一部の保持部材のみに撥水処理を施し、保持部材を汚染させ難い微小物に対しては、残りの撥水処理が施されていない保持部材を用いるようにすることが好ましい。
【０１８１】
なお、測定装置は、上記各実施形態及び各変形例で説明したものに限らず、カンチレバー２０の変位を測定できるものであれば、他のものでも良い。要は、光波、音波、電波等をカンチレバー２０に向けて出射し、その反射波を受ける構成を有するものであることが好ましい。
【０１８２】
また、上記各実施形態及び各変形例では、微小物特性計測装置が有する保持部材として、微小物を挟み込むものや微小物を吸着するものを例に挙げたが、これに限らず、要は、微小物を保持可能（好ましくは一粒子ずつ保持可能）なものであれば良い。
【０１８３】
また、上記各実施形態及び各変形例では、微小物特性計測装置は、処理装置６０を備えているが、備えていなくても良い。この場合、処理装置６０が行う制御（例えば微動ステージ５０の微小移動）を手動（マニュアル）で行うようにしても良いし、処理装置６０が行う演算を人が行っても良い。また、微小物特性計測装置が処理装置６０を備えている場合であっても、微動ステージ５０の微小移動を手動で行っても良いし、処理装置６０が行う演算を人が行っても良い。
【０１８４】
以下に、本発明の発明者らが上記各実施形態及び各変形例を発案するに至った経緯を説明する。
【０１８５】
現在、様々な工業製品や医薬品、食料品でミクロン粒子が扱われている。複写機・レーザープリンターで用いられるトナーは小径化が進み、業界最小クラスで粒子径は約5umとなっている。液晶パネル間のスペーサー用シリカ粒子もおよそ5umである。医薬品や小麦粉等の食料品もミクロン粒子は、一般的に用いられている。急激に市場が拡大している3Dプリンターにおいて有力な技術の一つに粉末積層方式があるが、この方式で採用される粉末も小さいもので、10um以下のサイズの粒子も含まれるようになってきている。
【０１８６】
このようにミクロな粒子を取り扱う分野が拡大するにつれ、これらの粒子を、より確実で精度の良いハンドリングできるよう、付着性、帯電特性、電気抵抗、誘電率等の様々な特性を正確に評価する手段が求められている。近年、ナノテクノロジーと称される微小物体の操作・計測技術が発展しているのにともない、これらのミクロン粒子についても1粒子単位でその特性を評価する手法が開発されつつある。
【０１８７】
上記のような工業分野に限らず、人体細胞も数から数十umの大きさであり、その挙動を明らかにするために、付着特性等の計測が実現できることが望まれている。
【０１８８】
このようなニーズに対応する代表的な手法として原子間力顕微鏡（AFM）を用いた手法がある。より具体的には、シリコン製の微小な片持ち梁（カンチレバー）先端に接着剤を介して粒子を固定し、その粒子に作用する力を計測する手法である。例えば、参考文献１、参考文献２においては、カンチレバー先端に固定した粒子と部材の離間、接触、離間を連続しておこない、カンチレバー先端の粒子と部材表面との離間の瞬間のカンチレバーのたわみ量から、カンチレバーと試料表面の付着力を測定している。参考文献３においては、カンチレバー先端の粒子の帯電状態を評価している。より具体的には、接地した金属板とカンチレバー先端の粒子を近接させることで、粒子が保持する電荷で発生する鏡像力をカンチレバーの反り量から求めている。更に、参考文献４においては、カンチレバー先端の粒子を電圧印加されている電極間に挿入し、その際のカンチレバー反り量を計測することで、粒子の帯電量を評価している。また、原子間力顕微鏡とは異なる方法として、参考文献５においては、スプリングを内蔵した粒子捕獲針を用いて、1粒子の付着力を計測している。更に、参考文献６においては、粒子の両端に微小電極を押し当てて、粒子の電気抵抗を計測している。
【０１８９】
参考文献１：特開２００３−３３０２６４号公報、
参考文献２：水口由紀子, 宮本賢人：原子間力顕微鏡による固体表面―粒子間の付着力測定と解析, Konica Minolta Technical Report, Vol.1 (2004), pp. 19-22、
参考文献３：丸山博之, 柚山理恵, 増田弘昭：AFM を用いたスリップ、ノンスリップ接触による粒子の帯電に関する検討, 粉体工学会夏季シンポジウム講演論文集, 41 (2005) pp. 67-69
参考文献４：J. W. Kwek, I. U. Vakarelski, W. K. Ng, J.Y.Y. Heng, and R. B. H.
Tan: Colloids and Surfaces A: Physicocheme. Eng. 385 (2011) pp. 206-212
参考文献５：特許４６４９５６４号公報
参考文献６：特許３６００６７４号公報
【０１９０】
上記のように、ミクロンサイズの1粒子について、特性を計測する手法は様々な方法が提案されている。一方で、これらの手法に共通する課題として、部品・部材上に付着している任意の１粒子について、評価精度と効率を両立させて、計測することが困難なことが挙げられる。参考文献１〜４記載の原子間力顕微鏡を用いた手法では、カンチレバーへ粒子を固定する作業が計測効率向上のボトルネックとなる。一般的には、エポキシ接着剤を用いてカンチレバーへ粒子を固定するが、カンチレバーへの接着剤塗布、粒子のカンチレバー先端への接触、接着剤の硬化をおこなうと、トータルの作業時間は数時間に及ぶ。参考文献１〜４の手法でも、部材上の任意粒子の付着力については、原理的には、計測できるが、例えば、10粒子について付着力計測を試みた場合、数十時間かかり現実的ではない。更に、帯電量を計測しようとした場合、カンチレバーへの固定中に帯電状態が変化してしまう可能性が高く、こちらは原理的にも計測困難である。参考文献６の電気抵抗を計測する手法についても、そもそも電極上に粒子を配置するために、専用のマニピュレータを準備する必要がある。参考文献６の手法単独で任意粒子の電気抵抗を計測することは困難であり、別途用意すべきマニピュレータと組み合わせた評価を実施するとなると計測効率の低下は避けられない。参考文献５の手法は、任意粒子について付着力を計測できるが、計測精度が課題である。すなわち、参考文献５の手法は計測対象の2物体が離間する際の振動数をモニタリングすることで付着力を算出するが、粒子を保持しながら離脱させる際の振動状態をモニタリングするという機構上、計測値が装置全体の振動の影響を受け易い。参考文献１〜４のように、原子間力顕微鏡を用いる手法に比べて、確実に計測精度は劣る。
【０１９１】
以上のような問題（以下では問題１とする）を解決するために、本発明者らは、微小物を保持できる保持部材と片持ち梁を接触、もしくは近接させた状態で片持ち梁に作用する力を計測することで、微小物の付着力や帯電量（鏡像力）を計測する上記第１及び第３実施形態、変形例１及び２の微小物特性計測装置を開発した。これらの微小物特性計測装置を用いれば、任意の微小物を採取・保持した上で、更に、微小物に作用する力計測を高精度に実現できる。特に、微小物の保持機能と力計測機能を、別々の部品に担わせたことがこれらの微小物特性計測装置の特徴である。具体的には、保持機能はマイクログリッパーやマイクロピペット、ピンセットに担わせて、力計測は原子間力顕微鏡用のカンチレバーに担わせる。このように微小物の保持と力計測の機能を分離したことで、参考文献１〜４の手法と同等レベルの精度で、かつ、効率の良い計測を実現できる。更には、片持ち梁と保持部材に電極機能を担わせることで、上記第２及び第３実施形態のように電気抵抗や誘電率等、微小物の電気特性の計測も可能になる。
【０１９２】
更に、上記第３実施形態のように複数の片持ち梁を保持する構成とすることで、複数の計測項目をカバーできることが挙げられる。研究者・技術者が品質評価や更にはメカニズム解析を進める上では、一つの特性値の評価では不十分なことが多い。一方、解析内容に応じて、複数の装置を導入するとなると、装置導入コスト、更には、維持コストが膨大になる。また、同一の微小物について、複数の特性計測を試みようとした場合、微小サイズの同一サンプルを複数の計測装置間で移動させなければならない為、高度な位置特定技術が必要になる上、評価が長時間化し易い。上記第３実施形態によれば、一つの装置で、カンチレバーの交換無しに短時間で、付着力、帯電量（鏡像力）、電気抵抗、誘電率が計測可能である。
【０１９３】
このように従来の微小物特性計測装置では困難であった問題１を、上記第１〜第３実施形態、変形例１及び２よって解決したが、一方で、別な問題（以下では問題２とする）も残っている。具体的には、評価対象や目的によっては、保持部材の交換無しに、全ての評価を実施できないことである。
【０１９４】
例えば、微小物のサイズの分布が広い場合に、問題２が発生し得る。2本のアームを含んで構成され、そのアームで微小物を両端から把持するマイクログリッパー、ナノ/マイクロピンセットと称される保持部材の場合、アーム間の開き幅が大きい方が、サイズの大きい物体を保持できるが、アーム間の微小動作が困難である為、把持対象を損傷させ易く、特に、把持対象が小さいと、その表面形状を維持して把持できないことがある。逆に、アーム間の開き幅が小さいと、把持対象を損傷させにくくなるが、当然、開き幅よりも大きい物体は把持できなくなる。
【０１９５】
また、内容の異なる計測（帯電量or付着力or電気抵抗）を連続して実施する場合にも、問題２が発生し得る。例えば、帯電量計測の場合は、保持部材の表面は絶縁性である方が、微小物の電荷リークを抑え、正確に計測しやすくなるが、電気抵抗計測の場合は、保持部材は電極機能を担うため、その表面は導電性でなければならない。したがって、帯電量計測と電気抵抗計測を連続して実施する場合は、計測毎に、内容に適した保持部材に交換する必要性が出てくる。
【０１９６】
当然、1回の計測毎に、微小物のサイズ、もしくは計測項目に適した保持部材に交換すれば、それぞれの計測は実施可能だが、評価途中に保持部材を交換すると、評価時間が長くなり、実験者の作業負荷も増大する。
【０１９７】
更に、問題２は評価の長時間化だけでなく、評価の正確性、具体的には、帯電量・付着力計測の正確性を低下させる場合がある。物体が帯電している場合、その帯電量は時間経過とともに減衰する。したがって、帯電量を計測する場合、短い時間で評価を終えることが重要であり、保持部材の交換は避けたい。付着力計測の場合でも、帯電量が減衰するとは静電的付着力が減衰する為、結果として付着力の計測値も減少する。
【０１９８】
また、測定対象の微小物が凝集している場合も、評価が困難になる。帯電量（鏡像力）を計測する場合であれば、近接した微小物の電荷が全て片持ち梁（カンチレバー）に作用する為、一つ一つの微小物の帯電量（鏡像力）は評価できない。電気特性計測においても、微小物が凝集した状態のままでは、当然、凝集体を構成している一つ一つの微小物の電気抵抗や誘電率は評価できない。
【０１９９】
そこで、発明者らは、計測精度と計測効率を両立すべく、上記第４実施形態を発案した。
【符号の説明】
【０２００】
１０…保持部材、２０…カンチレバー、３０…レーザ変位計、４０…固定治具（駆動装置の一部）、５０…微動ステージ（駆動装置の一部）、６０…処理装置、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、８００ａ〜８００ｅ…微小物特性計測装置。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２０１】
【特許文献１】特開２０１４‐１１９３０５号公報
【図１】
0006544560.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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