JPH11267931A - 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の接合素子１１に第１の電極１５
を、第２の接合素子１２に第２の電極１７をそれぞれ設
け、かつ第１の電極１５は第１の接合素子１１にばね部
１６を介して支持し、第１及び第２の接合素子１１，１
２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３１は従来のマイクロ部品接続装置の一
例を示す斜視図、図３２は図３１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
３３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。

【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、第１の接合素子に設けられている第１の電極と、第
２の接合素子に設けられ、第１及び第２の接合素子の嵌
合時に第１の電極に接触し電気的に接続される第２の電
極とを備え、第１及び第２の電極の少なくともいずれか
一方は、ばね部を介して支持され、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、第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方
を、第１及び第２の接合素子の開離時に接合面から突出
するように配置したものである。

【００１０】請求項３の発明に係るマイクロ部品接続装
置は、ばね部として、ジンバルばね部を用いたものであ
る。

【００１１】請求項４の発明に係るマイクロ部品接続装
置は、第１及び第２の接合素子の少なくともいずれか一
方を、磁石が固定されている接合素子本体と、電極を支
持し接合素子本体に組み合わされる電極保持部とで構成
したものである。

【００１２】

【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。

【００１３】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、中央に孔
１１ａが設けられている第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にそれぞれ固定されている表面が
Ｎ極の磁石、１４は第１及び第２の接合素子１１，１２
にそれぞれ固定されている表面がＳ極の磁石である。

【００１４】１５は第１の接合素子１１の孔１１ａ内に
ばね部１６を介して支持されている複数本の第１の電極
であり、これらの第１の電極１５は、ばね部１６の弾性
変形の範囲で第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。１７
は第２の接合素子１２に固定され、第１の電極１５に接
続される複数本の第２の電極である。

【００１５】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、第１及び第２の接合素子１
１，１２を結合することにより、第１及び第２の電極１
５，１７が互いに接触するため、第１及び第２のマイク
ロ部品１，２間の電気的な接続も同時に容易に行うこと
ができる。

【００１６】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。

【００１７】また、第１の電極１５がばね部１６により
支持されているため、第１及び第２の接合素子１１，１
２の接合面にある程度の凹凸があっても第１及び第２の
電極１５，１７を互いに良好に接触させることができ
る。

【００１８】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。

【００１９】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、例え
ばポリイミドなどの樹脂２５を塗布する。この上にレジ
スト２３を再度塗布して、所定の形状のパターンを露
光、現像した後、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（ｅ）に示すように
ばね部１６が形成される。

【００２０】次に、第１のマイクロ部品１へ挿入固定す
る部分を形成するため、図６（ｆ）に示すように、レジ
スト２３を塗布する。このレジスト２３を露光、現像し
て、所定のパターンを形成し、図６（ｇ）に示すよう
に、非磁性材２４をめっきにより空隙部に充填する。こ
の後、図６（ｈ）に示すように、基板２１をウェットエ
ッチングで除去するとともに、電極膜２２及びレジスト
２３も除去し、最後に、図６（ｉ）に示すように、磁石
１３，１４を第１の接合素子１１に挿入する。

【００２１】なお、上記実施の形態１では、第１の接合
素子１１に設けた第１の電極１５をばね部１６で支持す
るようにしたが、第２の接合素子１２に設けた第２の電
極１７をばね部で支持してもよい。また、第１及び第２
の電極１５，１７の両方をばね部で支持し変位可能とし
てもよい。

【００２２】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接続前の状態
を示す断面図、図８は図７の装置の接続後の状態を示す
断面図である。この例では、第１及び第２の接合素子１
１，１２の接合前に、先端部が接合面から突出するよう
に第１の電極１５が配置されている。従って、第１及び
第２の接合素子１１，１２の接合時には、図８に示すよ
うに、第１の電極１５が第２の電極１７により押圧され
て変位し、ばね部１６が弾性変形する。

【００２３】このような装置では、マイクロ部品１，２
の接続時に第１の電極１５がばね部１６のばね力で第２
の電極１７に押し付けられるため、電気的な接続状態を
良好に保つことができる。また、第１の電極１５の本数
が増加した場合、第１の電極１５ごとに図７の上下方向
への位置のばらつきが生じるが、このようなばらつきが
ばね部１６により吸収される。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。

【００２４】また、第１及び第２の接合素子１１，１２
は、製造上のばらつきによりその高さが互いに異なって
しまうことがあるが、第１の電極１５を接合面から突出
させておくことにより、電極１５，１７は安定して接触
させることができ、製造上のばらつきの許容範囲が広く
なり、接合素子１１，１２の製造の歩留りが向上し、全
体を安価にすることができる。

【００２５】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、個々の電極１５，１７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。さ
らにまた、電極１５，１７相互の接触状態が均一になる
ことによって、電極１５，１７の接触面積が増加し、通
電時の電流量を大きくすることができる。

【００２６】なお、上記の例では、第１の電極１５を接
合面から突出させたが、第２の電極１７を接合面から突
出させてもよい。

【００２７】実施の形態３．また、図９及び図１０に示
すように、第１及び第２の電極１５，１７の両方をばね
部１６で支持し、かつ接合面から突出させてもよい。

【００２８】実施の形態４．次に、図１１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
素子を示す平面図、図１２は図１１の要部拡大図、図１
３は図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。この
例では、第１の電極１５がジンバルばね部１８を介して
第１の接合素子１１に支持されている。他の構成は、実
施の形態２と同様である。

【００２９】ここで、例えば図１４に示すように、第１
のマイクロ部品１に対して第２のマイクロ部品２が傾い
た状態で近接された場合、実施の形態２で示したような
ばね部１６で第１の電極１５が支持されていると、図１
５に示すようにばね部１６が捩られて破損する恐れがあ
る。

【００３０】これに対し、実施の形態４では、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
するジンバルばね部１８により第１の電極１５が支持さ
れているため、接触の初期時に第１の接合素子１１に対
して第２の接合素子１２が傾いていても、ジンバルばね
部１８は損傷することがなく、従って信頼性を向上させ
ることができる。また、図１３に示すように、第１の電
極１５が接合面から突出しているため、複数の第１の電
極１５を第２の電極１７に均一に接触させることができ
る。

【００３１】なお、ジンバルばね部１８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１８を加工する場合、図６（ｄ）でジンバル形状のパ
ターンを露光、現像し、図６（ｅ）で、例えばポリイミ
ドなどの樹脂２５をエッチングすればよい。

【００３２】実施の形態５．次に、図１６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接続前の状
態を示す断面図、図１７は図１６の装置の接続後の状態
を示す断面図、図１８は図１６の第１の接合素子の断面
図、図１９は図１６の第２の接合素子の断面図である。
実施の形態１では、第１の接合素子１１の内部に第１の
電極１５が一括して形成される例について説明したが、
この実施の形態５では、電極１５，１７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。

【００３３】即ち、第１の接合素子１１は、図２０に示
す第１の接合素子本体３１に、図２１及び図２２に示す
第１の電極保持部３２を挿入し固定することにより構成
されている。そして、第１の接合素子本体３１には、磁
石１３，１４が固定され、第１の電極保持部３２には、
第１の電極１５がばね部１６を介して支持されている。
また、第２の接合素子１２は、図２３に示す第２の接合
素子本体３３に、図２４及び図２５に示す第２の電極保
持部３４を挿入し固定することにより構成されている。
そして、第２の接合素子本体３３には、磁石１３，１４
が固定され、第２の電極保持部３４には、第２の電極１
７が固定されている。また、第２の電極保持部３４は、
例えばレジスト材やポリイミドなどの電気絶縁材や無機
絶縁材により構成される。

【００３４】ここで、例えばマイクロ部品１，２の寸法
が大きく、大きな磁力でマイクロ部品１，２を結合する
必要がある場合、第１及び第２の電極１５，１７に通電
する電流量が同じであれば、電極１５，１７はそのまま
で、磁石１３，１４の体積だけを大きくすればよい。こ
のような場合、この実施の形態５の装置によれば、第１
及び第２の電極保持部３２，３４はそのまま使用するこ
とができ、第１及び第２の接合素子本体３１，３３だけ
を新しくすればよいので、製造コストを低減することが
できる。

【００３５】次に、図２１の第１の電極保持部３２の製
造方法について図２６を用いて説明する。まず、図２６
（ａ）に示すように、基板４１に電極膜４２を成膜し
て、この上にレジスト４３を塗布する。そして、図２６
（ｂ）に示すように、レジスト４３を所定の形状に露
光、現像する。レジスト４３の現像後、図２６（ｃ）に
示すように、レジスト４３の空隙部に、例えば銅などの
電極材４４を電気めっきで充填する。

【００３６】めっき後、図２６（ｄ）に示すように、例
えばポリイミド等のばね材４５を塗布する。そして、ば
ね材４５を所定の形状に加工し、図２６（ｅ）に示すよ
うなばね部１６を形成する。この後、レジスト４３を再
度塗布し、所定のパターンを露光、現像後、図２６
（ｆ）に示すように、電気めっきで空隙部に電極材４４
を充填する。最後に、図２６（ｇ）に示すように、基板
４１、電極膜４２及びレジスト４３をウェットエッチン
グで除去することにより、第１の電極保持部３２が完成
する。

【００３７】実施の形態６．なお、第１の電極保持部３
２をモジュール化した場合にも、図２７及び図２８に示
すように、第１の電極１５を接合面から突出させること
ができ、実施の形態２と同様の効果が得られる。

【００３８】また、実施の形態６では第１の電極１５を
接合面から突出させたが、第２の電極１７を接合面から
突出させてもよい。さらに、第１及び第２の電極１５，
１７の両方をばね部１６で支持し、かつ接合面から突出
させてもよい。この場合、第２の電極保持部は、図２６
に示した方法と同様の方法で製造することができる。

【００３９】実施の形態７．さらにまた、実施の形態５
あるいは実施の形態６では、単純支持梁状のばね部１６
を示したが、図２９及び図３０に示すように、ジンバル
ばね部１８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、電極１５，１７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、第１の電極１５が２
方向へ回転の自由度を有するため、電極１５，１７相互
は安定して接触させることができる。

【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の接合素子に第１の電極
を、第２の接合素子に第２の電極をそれぞれ設け、かつ
第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方を、ばね
部を介して支持し、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、第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方を、
第１及び第２の接合素子の開離時に接合面から突出する
ように配置したので、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、第１及び第２の接合素子の製造上のばらつ
きの許容範囲が広くなり、接合素子の製造の歩留りが向
上し、全体を安価にすることができる。さらに、マイク
ロ部品が振動したり、落下したりしても、個々の電極が
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。さらにまた、電極相互の接触状態が均一になること
によって、電極の接触面積が増加し、通電時の電流量を
大きくすることができる。

【００４２】請求項３の発明のマイクロ部品接続装置
は、ばね部として、ジンバルばね部を用いたので、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、ばね部が損傷することがなく、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１及び第２の接合素子の少なくともいずれか一方
を、磁石が固定されている接合素子本体と、電極を支持
し接合素子本体に組み合わされる電極保持部とで構成し
たので、例えば磁石の大きさを変更するために接合素子
本体を製造する必要がある場合、電極保持部はそのまま
使用することができ、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
接続装置の接続前の状態を示す断面図である。

【図８】 図７の装置の接続後の状態を示す断面図であ
る。

【図９】 この発明の実施の形態３によるマイクロ部品
接続装置の接続前の状態を示す断面図である。

【図１０】 図９の装置の接続後の状態を示す断面図で
ある。

【図１１】 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の接合素子を示す平面図である。

【図１２】 図１１の要部拡大図である。

【図１３】 図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図であ
る。

【図１４】 第１のマイクロ部品に対して第２のマイク
ロ部品が傾いた状態で近接される様子を示す斜視図であ
る。

【図１５】 図７の第１の電極に第２の電極が斜めに当
接する様子を示す斜視図である。

【図１６】 この発明の実施の形態５によるマイクロ部
品接続装置の接続前の状態を示す断面図である。

【図１７】 図１６の装置の接続後の状態を示す断面図
である。

【図１８】 図１６の第１の接合素子の断面図である。

【図１９】 図１６の第２の接合素子の断面図である。

【図２０】 図１８の第１の接合素子本体の断面図であ
る。

【図２１】 図１８の第１の電極保持部の断面図であ
る。

【図２２】 図２１の第１の電極保持部を示す平面図で
ある。

【図２３】 図１９の第２の接合素子本体の断面図であ
る。

【図２４】 図１９の第２の電極保持部の断面図であ
る。

【図２５】 図２４の第２の電極保持部を示す平面図で
ある。

【図２６】 図２１の第１の電極保持部の製造方法を示
す説明図である。

【図２７】 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２８】 図２７の装置の接続後の状態を示す断面図
である。

【図２９】 この発明の実施の形態７によるマイクロ部
品接続装置の第１の電極保持部の断面図である。

【図３０】 図２９の第１の電極保持部を示す平面図で
ある。

【図３１】 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３２】 図３１の要部を拡大して示す斜視図であ
る。

【図３３】 図３１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、１５ 第１の電極、１６ ばね部、１７ 第
２の電極、１８ ジンバルばね部、３１ 第１の接合素
子本体、３２第１の電極保持部、３３ 第２の接合素子
本体、３４ 第２の電極保持部。

フロントページの続き (72)発明者 太田 斎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 奥山 浩 兵庫県赤穂郡上郡町金出地1431−12 住友 電気工業株式会社播磨研究所内 (72)発明者 清水 紀智 神奈川県川崎市多摩区東三田三丁目10番１ 号 松下技研株式会社内

Claims (4)

【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、 上記第１の接合素子に設けられている第１の電極と、 上記第２の接合素子に設けられ、上記第１及び第２の接
   合素子の嵌合時に上記第１の電極に接触し電気的に接続
   される第２の電極と を備え、上記第１及び第２の電極の少なくともいずれか
   一方は、ばね部を介して支持され、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】 第１及び第２の電極の少なくともいずれ
   か一方は、第１及び第２の接合素子の開離時に接合面か
   ら突出するように配置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】 ばね部は、ジンバルばね部であることを
   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及び第２の接合素子の少なくともい
   ずれか一方は、磁石が固定されている接合素子本体と、
   電極を支持し上記接合素子本体に組み合わされる電極保
   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。