マルチ入出力光スイッチ用マイクロパラレルマニピュレータの試作研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555050
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 神谷 大揮 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (60282860)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大平 文和 香川大学, 工学部, 教授 (80325315) ; 堀江 三喜男 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (00126327)
• Keywords: マイクロマシン / マイクロメカニズム / 弾性ヒンジ / マイクロヒンジ / 機械要素 / 曲げ剛性 / マイクロマシニング / 最適形状

Research Abstract

光交換機を含む光情報ネットワーク構築のためには光・極微デバイスの表面実装システム/微小接着システム,さらには,光スイッチが必要不可欠である.従来の光スイッチ用マニピュレータ内のエンドエフェクタ(以下,ミラー)の出力変位は小さく多入出力に対応していない.そこで本研究では,多入出力の切り換えが可能な光スイッチを実現するために,大角変位出力が可能なマイクロミラーと複数のはりから構成される静電駆動形マイクロパラレルマニピュレータ(以下,MPM)を提案し,理論解析を行い大角変位出力が可能なMPMの形状・寸法を検討するとともに,微細加工技術を用いた製作プロセスを示し,試作を行い提案したMPMの製作可能性について論じ,以下の結果を得た.まず,光ファイバーの外形(125μm)と光が通るコア部の直径(10μm)の大きさからMPMの製作には微細加工プロセスを用いることとし,複数の香取線香のようならせんはり,それで支えられたミラー,ミラー下部のミラー点支持柱およびはり部を基板に垂直方向に駆動する静電アクチュエータからなる光スイッチ用MPMを提案した.つぎに,その静電気力とはり先端の基板に垂直方向の変位との関係を明らかにし,MPMのミラーの大角変位を得るための形状寸法の決定方法を示した.ついで,MPMの試作を行うために微細加工プロセスの手順を考案し,具体的に半導体微細加工技術を用いて試作を行った.材料にはシリコン酸化膜を用いた.このMPMの全体寸法は500μm×500μm,ミラー寸法60μm×60μmであり,シリコン酸化膜の厚さ2μmである.また,ミラーの動きの異方性を軽減するためにはりを4本とした.この試作により,幅8μm,長さ1000μmのはりをもつMPMを微細加工プロセスにより製作でき,加工精度も形状に影響を与えない程度であることが確認し,提案したMPMが製作可能であることを示した.

Research Products

• [Publications] Mikio HORIE and Daiki KAMIYA: "A Pantograph Mechanism with Large-deflective Hinges for Minia-ture Surface Mount Systems"Book of Abstracts (Thirteenth CISM-IFToMM Symposium on the Theory and Practice of Robots and Manipulators). 10 (2000)
• [Publications] Mikio Horie,Daiki Kamiya,Masahiro Urata and Kozo Ikegami: "New Miniature Pantograph Mechanisms with Large-Deflective Hinges for Micro-Bonding by Adhesives"Proceedings of International Symposium on Electronic Materials and Packaging ( EMAP2000). 167-174 (2000)
• [Publications] 神津岳人,神谷大揮,堀江三喜男: "マルチ入出力光スイッチ用大角変位2自由度マイクロミラー"日本機械学会関東支部 第7期 総会講演会講演論文集. (発表予定). (2001)
• [Publications] 神谷大揮,神津岳人,堀江三喜男: "マルチ入出力光スイッチ用マイクロマニピュレータの変位解析"日本機械学会機素潤滑設計部門 第1回講演会講演論文集. (発表予定). (2001)