磁力を利用した変位縮小機構による微細作業用ピンセットの開発

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片持ち梁状に支持した弾性ビームを永久磁石の磁力で撓ませて出力変位を得る変位縮小機構を開発した。この機構は電力を必要とせず動かすことができ，設置スペースに制約のある光学顕微鏡のステージ上に搭載するには大変有利である。2021年度には，開発した１自由度変位縮小機構の発生変位特性，発生力特性を実験的に調査することで，光学顕微鏡下で行う微細作業に必要な性能を有することを確認した。2022年度には，以下の課題に取り組むことで，実用的な装置の開発とその課題発掘を行った。(1) 1/1000倍の変位縮小率を実験的に検証した。高性能レーザー変位計を利用することで，これまで測定が困難であった18μm以下の変位特性を調べることで，1/2173倍の変位縮小が可能なことを確認した。(2)２自由度変位縮小機構を設計・製作して基本特性を実験的に調査した。正方形断面を持つ弾性ビームを永久磁石で水平方向と垂直方向に吸引して駆動する装置である。弾性ビームは，水平・垂直方向に磁力を受ける投影面積がある程度必要であるが，剛性が高くなり過ぎるため，固定端側にヒンジ部を設けて撓みやすく加工した。3.3mm四方のヒンジ部を持つ弾性ビームで発生変位特性を測定した結果，フルストローク80μm，変位縮小率は1/813 を確認した。変位縮小率はヒンジ部の寸法の異なる弾性ビームを使うことで調整することができ，4.0mm四方のヒンジ部を持つ弾性ビームでは1/7463倍の変位縮小率が得られた。発生変位特性は，２つの永久磁石が近接すると干渉するため歪な特性を有することがわかった。さらに，操作性を検証するために，弾性ビーム先端にガラス製ピペットを取り付け，その先端で大きさ約100μmの文字を描く試みを行った。操作方法を修得すれば簡単に描ける文字と，２つの永久磁石が同期した移動が求められる文字を描くには熟練が必要であることがわかった。