Ti-Ni形状記憶合金スパッタ薄膜を用いたマイクロアクチュエータの作製

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555210
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 宮崎 修一 筑波大学, 物質工学系, 教授 (50133038)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石田 章 科学技術庁, 金属材料技術研究所, 室長
• Keywords: Ti-Ni / 形状記憶効果 / スパッタ法 / 薄膜 / マイクロアクチュエータ

Research Abstract

今年度は、Ti-Ni合金薄膜をスパッタリング法によりSi基盤上に作製し、フォトリソグラフィ法を用いて、アクチュエータ構造を作製した。Siを異方性エッチングすることにより、アクチュエータ部が膜厚が1.5ミクロンのTi-Ni薄膜と1ミクロンSiO2膜とから構成されたダイアフラム型構造ができた。変態温度通電加熱及び放熱中の変形挙動を、レーザー光を利用した3次元形状測定装置により測定した。加熱によりフラットな形状に回復し、放熱により数十ミクロンの高さに盛り上がり、可逆的な動きが確認できた。冷却中の形状変化が起こる開始温度(Ms点)は340Kであり、過熱により形状が完全に平坦になつ温度が360Kであった。いずれの温度も、室温よりも50K以上高く、良好な自然冷却速度が期待できるため、100Hz程度の応答性が期待できる。サイズの異なるアクチュエータを作製して、動作特性に及ぼすサイズ効果を調べた。100μmから1000μmの範囲のサイズで良好な駆動が可能であることが確認できた。アクアチュエーターの変位量はサイズにほぼ比例をすることが解った。このことは、応用目的に応じて、一回当たりの駆動で必要とされる仕事を、アクチュエーターのサイズ調整で実現できることを可能にする。

Research Products

• [Publications] A.Ishida: "Mechanical Properties of Ti-Ni Shape Memory thin Films Formed by Sputtering"Materials Science and Engineering. A. A273-275. 745-757 (1999)
• [Publications] T.Matsunaga: "High Strength TiNi-based Shape Memory Thin Films"Materials Science and Engineering, A. A273-275. 745-748 (1999)
• [Publications] M.Kohl: "Shape Memory Microvalves Based on Rolled Sheets and Thin Films"Materials Science and Engineering, A. A273-275. 784-788 (1999)
• [Publications] S.Moine: "Aalysis of the Thermomechanical Behavior of Ti-Ni Shape Memory Alloy Thin Films by Bulging Procedure"Materials Science and Engineering, A. A273-275. 727-732 (1999)
• [Publications] 宮崎 修一: "強力大変位マイクロアクチュエータ材料・Ti-Ni形状記憶合金薄膜"日本金属学会会報-まてりあ. 38. 95-96 (1999)
• [Publications] 宮崎 修一: "Ti-Ni形状記憶合金薄膜"応用物理. 69. 38-42 (1999)