Study of high density and high freedom tactile device using MEMS technology

利用MEMS技术研究高密度高自由度触觉装置

• 批准号: 21K12002
• 负责人: 曽根 順治
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tokyo Polytechnic University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12002/
• 关键词: ヒューマンインターフェイス; メタバース; バーチャルリアリティ; インタラクション; MEMS; 触覚; 力覚; ヒューマンインタフェース; 超音波

1. カンチレバー型のMEMSこの試作においては、PZTより圧電性能が高いと産総研などから報告されているPLZTの成膜を行い、2020-2021年度で成膜条件を詰めてきた。2022年度の後半から東北大での試作が緊急事態宣言の緩和があり、PZTより、少し性能の良いLaを0.7%付加したPLZT圧電膜が成膜できるようになった。カンチレバーの強度を向上させたカンチレバー型のMEMSデバイスの試作が実施できた。新しく採用したPLZT成膜剤の粘度が高く、2cm角の基板では、厚みが0.5μｍを超えると外側に割れが生じるため、4cm角基板での製作を実施した。両端部は、20ピンのFFPコネクタのスロット接続部である。2. 超音波型デバイス超音波型のデバイスは、共振周波数を30KHz以下となるように、設計して、圧電膜にPLZTを採用してデバイスを作成した。最初の試作結果では、新たな問題が発生した。それは、配線を絶縁する酸化膜に、PLZTのPb成分がドーピングされて、絶縁性が落ちてしまい、その絶縁層上に形成する配線も綺麗に成膜できない問題があった。そのために、配線の作成を圧電膜の成膜の後に実施することにより、絶縁膜のPbドープを防いだ。そのために、配線とグランドの接触問題を防ぐために、下部電極の微小領域をエッチングと酸化チタン膜コートによる、Pbドープの防止を施し、正常に配線できるようにした。裏面は、振動板が40-70μmになるように、Si基板の垂直彫り込みを実施している。さらに、上部電極は、2μmのPLZT膜の上部に形成されるために、基板の配線部まで、段差を連結する必要があり、200nmのPtのスパッタ配線では、この段差を埋める導通が難しかった。そのために、現在は、2μmの段差部を、厚膜のAl蒸着や、Cuメッキを実施して配線の改善を試している。一部のデバイスでは、Al厚膜の蒸着を実施した結果、80KHzの広帯域のマイクロフォンを用いて、音波を測定し、26KHz付近に共振点を確認した

1. In the trial of MEMS, PZT film has high voltage and high yield, and the film formation conditions of PLZT in 2020-2021 have been investigated. In the second half of the year 2022, the test work of Tohoku University was carried out to alleviate the emergency situation. The PZT film was prepared by adding 0.7% to the film. The test of MEMS devices of different types is carried out. The new PLZT film forming agent has a high viscosity and a 2cm angle substrate, a thickness of 0.5μm, and an outer side of the substrate. The end part is opposite, 20 points of FFP are opposite, the end part is opposite, 20 points of FFP are opposite. 2. Ultrasonic type, resonance frequency below 30kHz, design, voltage film PLZT, etc. The initial test results were negative, and new problems arose. The acid film formed on the insulating layer of PLZT, the Pb component of PLZT, the insulating layer, and the film formed on the insulating layer of PLZT are all problems. For example, the preparation of the voltage film and the subsequent implementation of the voltage film and the lead film are prevented. The contact problem of the lower electrode, the wiring, the acidification film, the Pb film, the normal wiring, the contact problem of the lower electrode and the Pb film are prevented. The inner surface of the vibrating plate is 40-70μm, and the vertical engraving of the Si substrate is implemented. In addition, the upper electrode is formed on the upper part of the 2μm PLZT film, and the wiring part of the substrate is connected with the step difference. It is difficult to conduct the Pt wiring part of 200nm. For example, the thickness of Al film, Cu film, 2μm step difference, etc. A part of the film was evaporated and the results were confirmed. The resonance point was measured in the 80KHz band.

项目成果

超音波触覚デバイスの開

超声波触觉装置的开启

• 发表时间: 2023
• 作者: 曽根 順治

UC Berkeley/Berkeley Senosr and Actuator Center/Prof. Liwei Lin(米国)

加州大学伯克利分校/伯克利高级执行器中心/Prof. Liwei Lin(美国)

薄型樹脂型プリチャージ触覚デバイスの検討

薄型树脂型预充电触觉装置的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Junji Sone;Tatsuya Sato;Shinmyo Yanagawa;Katsumi Yamada;Liwei Lin;曽根順治,佐藤龍弥,栁川信明
• 通讯作者: 曽根順治,佐藤龍弥,栁川信明

チャージ型柔軟薄膜触覚デバイスの開発

带电柔性薄膜触觉装置的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 曽根 順治;曽根順治,佐藤龍弥,栁川信明
• 通讯作者: 曽根順治,佐藤龍弥,栁川信明

多点触覚デバイスの検討

多点触觉设备的考虑

• 发表时间: 2022
• 作者: 曽根 順治，佐藤 龍弥;萩原 順平
• 通讯作者: 萩原 順平