Development of high-power tactile display for presenting tactile sensation and directional navigation using shape memory alloy thick film

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K14134
• Research Institution: Wakayama National College of Technology
• Principal Investigator: 徐 嘉楽 和歌山工業高等専門学校, 知能機械工学科, 准教授 (30898200)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: MEMS / 触覚ディスプレイ / 形状記憶合金 / PDMS / マイクロピン

Outline of Annual Research Achievements

発生力および振幅の高出力を目指し、SMAアクチュエータと組み合わせた場合に最大の出力となるようにPDMSバイアスばねを再試作した。透明なPDMSバイアスばね上に感光性レジストのピン層を形成し、貫通エッチングにより形成したCuフレーム層と接合を行い、剥離することなく良好に接合することができた。犠牲層を溶解し、ダミー基板よりピン層およびCuフレーム層/PDMSバイスばね層を良好に剥離することができた。
作製したSMAアクチュエータ(1.5 mmピッチ)上に接着剤を塗布し、透明なPDMSバイアスばね側のピン部から下地のSMAアクチュエータ中心部と位置合わせを行い、接合した。PDMSバイアスばね上のマイクロピンを精度良くSMAアクチュエータ中心部と接合することができ、高いアライメント手法を実現することができた。また、マイクロピンによる初期変位によるSMAアクチュエータおよびPDMSバイアスばねの破断は見られないことを確認した。
周波数を変えてパルス通電加熱した際のSMAアクチュエータの振幅測定を行った。周波数1-5 Hzのパルス通電加熱では、数μm程度の振幅が得られたが、PDMSバイアスばねの粘弾性による影響が顕著に見られ、SMAアクチュエータの加熱後に出力される変位に遅れが生じることがわかった。また、皮膚受容器の感知感度の高い20 Hz以上の周波数では振幅が見られず、PDMSバイアスばねによる粘弾性の影響により、1パルスあたりの応答に追い付かなくなることで、振幅が低下したことがわかった。