セラミック系超電導体のマイスナ効果を利用した浮上型真空中マイクロ搬送装置

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03555049
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤田 博之 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (90134642)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷川 紘 日本電気(株), 生産材料技術本部, 部長代理 ; 生駒 俊明 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (80013118)
• Keywords: マイクロマシン / 真空 / 超電導 / マイスナ効果 / ピン止め / 磁気浮上

Research Abstract

本研究では、超電導体と永久磁石の間に働く反発力を用い、真空中で小型の物体を浮上しながら搬送する装置の開発を行っている。この装置の応用として、真空連結した超清浄半導体プロセス内での搬送装置などを考え、半導体微細加工で作る超小型の浮上装置で、マイクロマシンにおける摩擦の問題と接触面からの発塵やガス放出の問題の抜本的解決を図っている。計画に従い研究を行い、今年度は以下の結果を得た。
(1)マイスナ効果による浮上型搬送機構の設計:この様な浮上型搬送装置として、永久磁石をつけたスライダ-を浮上用とガイド用の超電導体で非接触支持し、更に下面に帯状に配置した駆動用電極に電流を流すことでスライダ-を水平方向に駆動する構造を考案した。すなわちこの装置は、マイスナ効果による反発磁気浮上装置と、同期式リニアステップモ-タを組み合わせたものである。本研究で用いるセラミック系超電導体は、液体窒素で冷却する必要があるので、真空中で使える閉ル-プの冷却系を作った。適切な駆動用電極配置と永久磁石配置により、浮上力と駆動力を最大にしつつ、駆動精度を高めるような構造を検討した結果、永久磁石の大きさの1/3のピッチで駆動電極を並べ、ある電極とその1つおいて隣の電極とに往復の電流を流す構造がよいことがわかった。更に、超電導体と磁石の間に働く浮上力と運動を妨げる制動力との関係を調べ、Y系の超電導体を選んだ。
(2)浮上型搬送機構の製作:超電導体としては、焼結したバルク材、プラズマ溶射法による厚膜のどちらも使用できることが分かった。また駆動電極には、ポリイミドの絶縁膜上に銅を圧延したフィルムを用い、銅をフォトリソグラフィ-とエッチングで望みのパタ-ンに加工した。予備的な駆動実験を行い、動作することを確認した。

Research Products

• [Publications] 金 容權、桂井 誠、藤田 博之: "77KにおけるY-Ba-Cu-O超電導体の磁界中での反発力" 低温工学. vol.25 No.5. 331-337 (1990)
• [Publications] Y-K.Kim,M.Katsurai,H.Fujtia: "A Linear Synchronous Micro Actuator Levitated by the Meissner Effect of High Tc Superconductor" Technical Digest of 姿he 9th Sensor Symposium. 121-124 (1990)
• [Publications] 前田 吉彦、合原 一幸 藤田 博之: "セラミック系超電導体における制動力と反発力の関係" 電気学会論文誌D. 111巻7号. 590-591 (1991)
• [Publications] Y-K.Kim,M.Katsurai,H.Fujita,: "A levitation-type linear synchronous microactuator using the Meissner effect of high-To superconductors" Sensors and Actuators A. No.29. 143-150 (1991)
• [Publications] 金 容權、桂井 誠、藤田 博之: "Y-Ba-Cu-O超電導体を利用した浮上型リニアアクチュエ-タの基礎研究" 低温工学. vol.26 No.1. 37-45 (1991)