微小振動子のエネルギ損失解析に基づく微小情報機器設計法の研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450065
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 保坂 寛 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (50292892)
• 研究分担者: 板生 清 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (80245985)
• キーワード: 振動子 / エネルギ損失 / 情報機器 / 空気抵抗 / 構造減衰

研究概要

本年度は、微小振動子における振動減衰の理論解析、精密測定機の製作、微小振動を利用した情報機器の検討を行った。
1.振動減衰の理論解析
微小梁では周囲流の流線形状が円柱周りと類似することに着目し、梁の空気抵抗を円柱の空気抵抗で近似する計算法を考案した。ストークス方程式の解析解を漸近により求め、さらに梁の運動方定式と結合し、空気流による振動減衰を求めた。長さ100μm、幅10μm、厚さ1μm程度のシリコン梁の場合、結果は実験値と一致することを確認した。
2.振動減衰の精密測定
各種材料の構造減衰係数を精密に測定する装置を製作した。空気抵抗と支持部損失が十分小さくなる試験片形状、支持方法を採用した。振動振幅の測定精度を上げるため、センサにはレーザドップラ振動計を用い、加振にはソレノイド式の自動ハンマを作成した。また通常のパソコンによる信号処理を可能とするため、間欠的に振動を測定し、時間領域のカーブフィットにより減衰比を算出する方法を採用した。以上により、10^5オーダの分解能での減衰比測定を可能にした。
3.微小振動の応用
機械の振動を用いた自動発電機を製作した。コイルがばね支持され、装置に固定される永久磁石の間で振動し、誘導電圧を得るものである。性能の概略把握のため、100mm×80mm×15mmのマクロモデルを製作した。小口径トンネル掘削機への装置を想定して加振実験を行い、10mW以上の発電を確認した。
微小振動を用いて光ファイバを基板上に位置決めする方法を考案した。通常は微小物体を個体面で摺動させるとスティックスリップが発生し、正しく位置決めできない。一方、目標位置の周りで光ファイバの1次共振周波数よりわずかに高い周波数で振動させると、位置決めが可能なことを示した。

研究成果

• [文献書誌] 保坂、寛、板生、清: "SPMタッピングモードによる湿油面面形状の測定"日本機械学会 1999年度年次大会講演論文集. 5. 9-10 (1999)
• [文献書誌] 保坂、寛、板生、清: "摩擦が不確定な摺動面におけるオープンループ位置決め法の研究"1999年度 精密工学会秋季大会学術講演会 講演論文集. 518 (1999)
• [文献書誌] 板生、清: "環境とマイクロマシン技術"マイクロメカトロニクス. 43・3. 58-64 (1999)
• [文献書誌] 保坂、寛、板生、清: "A Two-DoF Inclination Sensor Based on a Shellfish Balancing Organ"Transducers'99,Digest of Technical Papers. 2. 1554-1557 (1999)
• [文献書誌] 板生、清: "The Micro-Motion and Micro-Positioning Mechanism of Micromechanical Information Devices"Advances in Information Storage Systems. 10. 249-261 (1999)
• [文献書誌] 保坂、寛: "Development of Miniature Matrix Relays for Telecommunication Systems"Advances in Information Storage Systems. 10. 275-287 (1999)
• [文献書誌] 板生、清、保坂、寛: "ウエアラブル情報機器の実際"オプトロニクス社. 202 (1999)
• [文献書誌] 板生、清、保坂、寛: "光マイクロメカトロニクス"共立出版. 192 (1999)