| 研究概要 |
本研究では, 超小形の操作機構に用いるアクチュエータの開発を行った. このアクチュエータは, 絶縁基板上に形成した複数の短冊状電極を絶縁薄膜で覆い, その上に置かれた円筒電極と短冊状電極の間の静電引力により円筒を回転させる構造である. 今年度は, 以下の点について研究した.
1.アクチュエータの設計
静電アクチュエータの性能を計算するには, 電極間に生ずる電界を決定する必要がある. このため, まず本アクチュエータの構造を簡単化したモデルについて解析的な解を求めた. これを用い, 円筒の半径を小さくすると円筒を回転させる力はあまり減少しないのに対し, それを平板に押付ける力は半径の2分の1乗に反比例して減少することがわかった. 押付け力は駆動特性に良い影響を与えないので, 小形化すると本アクチュエータの特性が良くなることが示された. また, 数値電界計算法の一種である表面電荷法を用いてより詳細な計算を行った. 円筒電極と短冊状電極の相対的な位置により駆動力が大きく変化することが分かった. これを改善するには, 短冊状電極の間の空きを狭くすれば良いことを, 計算で確かめた.
2.アクチュエータの製作
シリコンの加工プロセスを用いて, 実際にアクチュエータを製作した. 短冊状電極の幅は34μm, 円筒電極の半径は200μm, 絶縁薄膜の厚さは350nmとした. 短冊状電極は全部で40本, 円筒の動く範囲は2.4mmである.
3.アクチュエータの性能試験
2.で製作したアクチュエータの駆動実験を行った. 印加電圧が50V以上で, 連続的な駆動ができた. また発生する力は円筒1cm当り10mg, 駆動速度は毎秒1mm程度であった.
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