形状記憶合金アクチュエータを利用した高トルクマイクロマニュピュレータの開発

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マイクロメカニズムの研究は半導体加工技術の応用により飛躍的に発展したが、半導体加工技術はマスクパターンを用いて行う2次元の加工であるため、これにより生産されたメカニズムは基本的に2次元運動を行うものがほとんどである。このため、各要素を3次元的に組み合せ、動力を取り出しうるにほどにメカニズム機構を構成した例をほとんど見ない。本研究はマイクロメータサイズの微小部品を正確かつ高トルクで把持できる微小機械(=マイクロマニピュレータ)を製作することで、微細な部品を三次元的に組み上げるシステムを構築し、上記問題点の解決を行うものである。そのため、本研究ではまずマイクロマニピュレータに用いるアクチュエータとして形状記憶合金に注目した。形状記憶合金は出力重量比に優れ、マイクロメカニズム用のアクチュエータとして近年注目を浴びている。そこで本研究では形状記憶合金の微細化にともなう諸問題の抽出を行い、微小化した場合の加熱方法の検討を行った。この結果、微小化した場合、形状記憶合金の加熱には直接通電加熱が有効で、ほぼ均一に加熱を行うことが可能であることが実験的に確認でき、マイクロマニピュレータのアクチュエータに形状記憶合金を採用することの有効性が確認された。さらに、実際に形状記憶合金アクチュエータを使ったマイクロマニピュレータの開発に着手した。マイクロマニピュレータは更なる微小化にも対応できるように、回転対偶となる継ぎ手部分に軸や軸受けなどを用いず、弾性ヒンジ機構を採用する設計を行った。この結果、約20μm〜30μmの物体の把持が可能なマイクロマニピュレータを開発に成功した。現在このマニピュレータの特性や定量的な性能の評価を行っている。