2018 Fiscal Year Annual Research Report

微細毛構造由来の表面柔軟性を持つ静電吸着デバイスによる製造技術の革新

Research Project

Project/Area Number	16H04297
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	齋藤滋規東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (30313349)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高橋邦夫東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (70226827) 鞠谷雄士東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (70153046) 山本貴富喜東京工業大学, 工学院, 准教授 (20322688)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords	静電チャック / 生体模倣 / 微細毛構造 / 表面柔軟性 / リソグラフィー / 3Dプリンター / 双極型
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は，ヤモリ指先の微細構造にヒントを得て，静電力により対象物を自在に凝着（把持）・離脱可能にする「ヤモリ型静電チャック」を創成し，従来，取り扱い困難だった対象物をハンドリング（物体操作）可能にする技術（デバイスおよび制御手法）を実現することにある．具体的には，静電力発生のための電極を先端に備えた微細毛の集合体を高度に集積し，ヤモリ指先のセタ（seta）微細毛にヒントを得た構造により，対象の表面形状に沿って柔軟に密着し，静電力をより有効に働かせるデバイスを実現すること，さらに，それを用いた「強い凝着」と「容易な離脱」を両立可能にする技術体系を確立することである．30年度は，「双極型『ヤモリ型静電チャック』モジュール積層化によるデバイスの大面積化」のために「3Dプリンターを用いた双極型微細毛静電チャックモジュール」による多層プロトタイプの有効性を検証した．これにより，ヤモリ型微細毛静電チャックの大面積化への実現可能性を示し，梁の柔軟性が大面積化時により重要な役割を果たすことを検証した．また，「リソグラフィー技術による双極型微細毛静電チャックモジュール」の製作プロセスを改善することにより，電極表面の表面粗さの改善を行い，それによって，最大発生力が20倍となることを示した．それぞれのタイプのモジュールの潜在的なポテンシャルを評価することにより，研究プロジェクト遂行のための指針を得た．今後は，対象の材質，形状などの範囲を広げることにより，従来に無い自動化ハンドリング技術を確立するための知見を得ることが期待される．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 微細毛構造によって表面柔軟性を持つ静電吸着デバイスに関してプロトタイプの設計・製作・性能評価を行った．プロタイプはリソグラフィー技術を用いたタイプのものと，3Dプリンターを用いたタイプの2つに分けられ，それぞれのリソグラフィー技術は大幅な性能改善を果たし，3Dプリンターの用いたタイプは多層化されたプロトタイプを実現し，その性能評価を行った結果，梁の柔軟性の効果に関する新たな知見が得られた．今後，シート状の誘電体材料を自在にハンドリングできるようにするため，把持・離脱の際の条件について力学的な検討を重ねて，物理的な洞察を深める必要がある．
Strategy for Future Research Activity	微細毛構造によって表面柔軟性を持つ静電吸着デバイスの開発において，今後の研究推進の方向性は幾つかある．一つは，デバイスの大面積化のための技術開発である．これまでに得られた知見を生かして，単層モジュールを積層して大面積化を実現するために有効な製造技術を確立することである．また，もう一つは，特定の用途（たとえば，「特殊な半導体製造技術のためのウエハハンドリング」や「自動縫製技術のための布地ハンドリング」）における具体的な課題に対して，物理的に重要なポイントを抽出し，課題解決を図っていく．