超高真空中の微小物体凝着面における「転がり抵抗」現象の解明

阐明超高真空中小物体附着表面的“滚动阻力”现象

• 批准号: 12750208
• 负责人: 齊藤 滋規
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750208/
• 关键词: 凝着力; 転がり抵抗; 微小物体; マニピュレーション; Pick; Place; 電子顕微鏡; 凝着現象

電子機器の小型化・高密度化がますます進展するにつれて、100μm以下、いわゆるメゾスコピック寸法領域の微小部品操作(ハンドリング)技術の確立が産業界の切実なニーズとして求められるようになってきた。この寸法領域では、他の物体への凝着現象が無視できないため、従来のマクロ世界のロボット工学における手法では、高精度物体操作(位置決め等)は困難を極める。そのため、凝着現象の理解とそれに基づく物体操作手法の確立の重要性が深く認識されるようになってきた。さらに申請者のこれまでの微小物体操作に関する研究成果から、微小物体凝着面における「転がり抵抗」現象の存在とその重要性が認識されるようになり、現象の定性的・定量的分析による解明が必要となってきた。そこで、本研究では、真空環境における転がり抵抗(モーメント)測定装置の製作と実測、および測定結果の解析を行った。測定装置は最大静止転がり抵抗(モーメント)とでも呼ぶべき微小球が転がり始める抵抗(モーメント)の測定を電子顕微鏡画像で観察しながら針状工具の先端で微小球を転がし、転がり始めにおける先端変位を計測することで行った。さらに,転がり抵抗の測定結果にもとづき、凝着力と転がり抵抗を考慮した微小物体操作手法を体系的,定量的に解析した。解析の結果から,電子顕微鏡環境下において高精度に微小物体をPick&Placeできること示し、具体的な手法として偏心押込法(Pick)と接触点剪断法(Place)を提案した。さらに電子顕微鏡下微細作業マニピュレータによる実験によってその提案手法の有効性を系統的に示した。本研究における成果のいくつかは,日本ロボット学会誌20巻3号およびJaurnal of Robotics and Mechatronics Vol.14 No.3に掲載が決定している。

The development of miniaturization and high density of electronic machines has led to the establishment of technology for handling small parts in the field of microelectronics, which is less than 100μm in size and less than 100μm in size. This is a very difficult problem for high-precision object operation (position determination, etc.). The importance of establishing the operation method of the basic object is deeply understood. The applicant's research results related to the handling of small objects show that it is necessary to understand the importance of the existence of the phenomenon of "resistance" in the condensation surface of small objects, and to analyze the phenomenon qualitatively and quantitatively. In this study, the vacuum environment was used to analyze the measurement results. The measuring device measures the maximum static resistance of the micro-sphere at the beginning of the measurement, and detects the micro-sphere at the tip of the needle-like tool at the beginning of the measurement. In addition, the measurement results of resistance are analyzed quantitatively by considering the operation methods of small objects. The analysis results show that in the environment of electron micromirrors, high-precision Pick&Place for small objects, specific methods such as eccentric pick and contact shear method are proposed. The electronic micro-spy industry has been successfully developed. The results of this study are published in Journal of Robotics and Mechatronics Vol. 14 No. 3.

项目成果

齋藤滋規 他: "電子顕微鏡下における高精度微小物体Pick&Place手法"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'00講演論文集. 00-2. 2A1-62-079(1)-(2) (2000)

Shigenori Saito 等人：“电子显微镜下的高精度微型物体拾取和放置方法”日本机械工程师学会机器人和机电一体化会议00-2 论文集。 (2) (2000)

Shigeki Saito, et al.: "Micro-object Pick and Place Operation under SEM based on Micro-physics"Journal of Robotics and Mechatronics. 14・3(in press). (2002)

Shigeki Saito 等：“基于微观物理学的 SEM 下的微型物体拾取和放置操作”机器人学报和机电一体化杂志 14・3（出版中）。

齊藤 滋規, 他: "表面凝着力を考慮した力学に基づく電子顕微鏡下における微小物体操作法分析"日本ロボット学会誌. 20・3(in press). (2002)

Shigenori Saito 等人：“基于考虑表面粘附力的力学的电子显微镜下的微观物体操纵方法分析”日本机器人学会杂志 20/3（出版中）。