マイクロマシニング技術によるマイクロアクチュエータの開発

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大きさ数ミリメートル以下の知的な微小機械システムを構築する目的でシステムの一翼を担うマイクロアクチュエータの研究を行った.具体的には報告者が提案したS字型静電駆動フィルムアクチュエータを研究対象とし,それをマイクロマシニング技術によりマイクロ化する方法を検討した.以下に本研究で得られた結果を示す.1.静電駆動型アクチュエータの動作解析:アクチュエータの基本特性を駆動電圧及び可動部分の形状をパラメータにして実験的に明らかにし,アクチュエータをマイクロ化するための設計指針を確立した.実験では大きさ数十ミリメートルの単結晶シリコン製モデルを試作し,厚さおよび幅の異なる5種類の金属フィルムを用いた.可動フィルムの移動速度はフィルムの幅を変えても変化しなかったが,フィルムの厚さを薄くするほどフィルムを高速に駆動できることが明らかになった.また,本アクチュエータをマイクロ化した場合には数msの高速応答デバイスになることがわかった.2.アクチュエータをマイクロ化する加工方法の開発:本アクチュエータをマイクロマシニング技術でマイクロ化するための加工プロセスを開発した.(1)複数のシリコン基板を組み合わせることでS字形状の金属フィルムを有するアクチュエータを実現する加工プロセスを設計した.(2)エッチングという方法で溝構造を形成したシリコン基板と,成膜条件が最適化された金属薄膜とを組み合わせて,アクチュエータの各構成要素を複数の基板に作り込み,最終的にそれら複数の基板を重ねることで大きさ5ミリ角のマイクロアクチュエータを実現した.なお,可動金属フィルム構造はホトリソグラフィーと成膜(スパッタリング及びめっき技術)プロセスとを組み合わせて作成した.