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

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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。