JPH04241004A

JPH04241004A - マイクロマシン

Info

Publication number: JPH04241004A
Application number: JP3007243A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Kuwano; 幸徳桑野; Masato Nishikuni; 昌人西国; Shigeru Noguchi; 繁能口; Makoto Tanaka; 誠田中; Hiroyuki Kuriyama; 博之栗山; Akira Terakawa; 朗寺川; Noboru Nakamura; 昇中村; Shinya Tsuda; 信哉津田; Tateo Tsutsumi; 健郎堤; Hiroaki Izu; 博昭伊豆
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1991-01-24
Filing date: 1991-01-24
Publication date: 1992-08-28
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JP2810549B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は数ｍｍ、或るいはそれ以
下の大きさの微小機械であるマイクロマシンに関し、特
にその駆動系に特徴を有する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロマシンと称して数ｍｍ、
或るいはそれ以下の大きさの微小機械が提案され、様々
な研究開発が為されている。このマイクロマシンは、図
６に示すように、エネルギーを外部から受ける固定式（
ａ）と、内部にエネルギー源を持つ自走式（ｂ）とに大
別される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】固定式（ａ）の場合は
エネルギー源がマイクロマシンユニットの外部にあるた
めにユニットそのものの大きさを小さくできると共に、
駆動エネルギー量に制限を受けないのでマイクロマシン
の設計の自由度が大きい反面、エネルギー供給のための
導線が不可欠であるのでマシンユニットの動作範囲や動
きに制約がある。

【０００４】一方、自走式（ｂ）の場合はマシンユニッ
トの動きの制限はなくなるが、マイクロマシンユニット
を駆動するエネルギー源をユニットに搭載しなければな
らないのでユニットのトータル的な大きさや重量が増し
、マイクロマシンとしての本来の機能を損なってしまう
。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために為されたものであって、複数の機能に
対応して複数の電磁波受信器を設け、該各電磁波受信器
にて受信したエネルギーによって複数の機能手段を駆動
せしめると共に、上記複数の電磁波受信器はそれぞれ波
長の異なった電磁波に対して受信感度を持ち、各電磁波
受信器が受信したエネルギーによってその受信器に対応
した機能手段が作動せしめられるものであり、更に本発
明の複数の放射線受信器はマイクロマシンの異なった表
面個所に設けられていて、各電磁波受信器が受信したエ
ネルギーによってその受信器に対応した機能手段を作動
せしめるものである。

【０００６】

【作用】マイクロマシンユニットは該ユニットに設けら
れた電磁波受信器で受信したエネルギーで駆動されるの
で、その動作に固定式のような制約は受けず、しかも電
磁波にて駆動エネルギーが供給されるので、重量や大き
さが嵩む電池が不要となり、マシンユニットの小型化、
軽量化が可能となる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の基本概念を示した図であって
、１はマイクロマシンユニット、２は該ユニット１の表
面に設けられた電磁波受信器としての太陽電池などの光
電変換素子で、この光電変換素子２に照射される電磁波
３、代表的には太陽光を光−電気変換して電力を発生す
る。この光電変換素子２にて発電された電力によってこ
のマイクロマシンユニット１は駆動される。

【０００８】一般に太陽光の場合、単位面積当りのエネ
ルギー密度はそれ程高くはなく、また光電変換素子２の
変換効率もせいぜい２０％程度であるので大きなエネル
ギーを取り出すことは困難である。従って電磁波３とし
て単位面積当りのエネルギー密度が高い収束レーザ光な
どを用いることも有効な手法である。

【０００９】また電磁波３としては上記したような太陽
光やレーザ光が一般的であるが、波長が１０−９ｍ程度
のＸ線、或るいは紫外線域から、波長１０−３ｍ程度の
赤外線域まで適用できる。そして紫外線域の短波長領域
では電磁波受信器２として、バンドギャップの広い材料
、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、ガリウム
砒素（ＧａＡｓ）を用いた太陽電池、可視光領域では例
えば単結晶Ｓｉを用いた太陽電池、そして赤外線領域で
は例えばゲルマニウムなどのバンドギャップが狭い素材
を用いた太陽電池が受信感度が高く、好適である。

【００１０】また電磁波の波長に適した材料の光電変換
素子２を用いずとも、一般に太陽電池と称せられている
現存のものは相当に広い波長範囲で感度を有しており、
特定波長の電磁波に急峻な感度を持たせるには、その光
電変換素子２の前面に必要波長の電磁波のみを透過させ
るフィルターを配置することによって目的を達成するこ
とができる。

【００１１】一方、マイクロマシンの駆動といえば一般
的にはマシンそのものを移動させることを意味するが、
マシンに内蔵された各種の検出機能を駆動したり、その
検出結果を送信する機能、或るいはマイクロマシン搭載
の薬物を投与するために放出したりする機能などを駆動
することも含まれる。一般にマシンそのものを移動させ
るには機械的な動作を伴うので大きなエネルギーを必要
とするが、信号を検出したり、検出結果を送信したりす
るのは電気的な機能だけであるので僅かなエネルギーで
充分である。従って本発明は、マイクロマシンとしてそ
れ自体の運動を伴わないものの場合や、例えば流体中に
マイクロマシンを置き、マイクロマシンそのものの移動
はその流体の持つエネルギーに依存する場合などにも応
用することができる。

【００１２】またたとえ電気的機能だけであっても連続
的に作動させると大きなエネルギーを消費してしまうの
で、間欠的な駆動方式を採ることも考えられる。即ち太
陽電池２は常時太陽光などの電磁波３の照射を受けて発
電を行い、その発電電力はコンデンサなどにチャージし
ておき、或る程度のエネルギーが蓄積された時点で信号
検出や送信動作などの電気的機能を間欠的に作動させる
方法である。

【００１３】このエネルギーを蓄積する手段として、近
年見出されたセラミックファイバー製マイクロばねを用
いた蓄積方法も有効である。即ち、例えば「金属」１９
８９６月号４７〜５２ページに詳しく述べられているよ
うに、ある種の窒化硅素（Ｓｉ３Ｎ４）のウィスカーが
一定のコイルピッチ（２〜５μｍ）とコイル径（約１０
μｍ）を持ってコイル状を為して成長し、そのコイルが
優れたスプリング特性を示す。この窒化硅素スプリング
に電磁波とその受信器との組み合わせによって得られる
エネルギーを機械的に僅かずつ蓄積して行き、必要時に
その蓄積されたエネルギーを一時に大きな力として放出
して所要の作業を行わしめることができる。この窒化硅
素スプリングを用いたエネルギー蓄積手法はエネルギー
を直接機械的に蓄えるので、エネルギーを機械的に用い
る場合に電気−機械変換を伴わず、その時の変換ロスを
回避でき、トータル的なエネルギー効率を損なうことは
少ない。

【００１４】図２は本発明マイクロマシンのより具体的
な実施例を示しており、１、２、は図１の場合と同様に
マイクロマシンユニット、光電変換素子であるが、この
ユニット１は人体の血管内に注入され、血液の流れに乗
って患部にまで到達し、その患部を内部から観察して体
外にその観察結果を送信したり、患部に到達して体外か
らの指令に従ってマイクロマシンに搭載した薬剤を局所
的に投与する機能をもっており、該ユニット１の殆どの
表面は人体の持つ体温から発せられる波長４〜１０μｍ
程度の遠赤外線４に対して大きな感度を持つ、ＬｉＴａ
Ｏ３、ＰｂＴｉ　Ｏ３などの焦電体を主成分とする光電
変換素子２にて被われている。従ってこの　マイクロマ
シンユニット１を血管内に注入すると、光電変換素子２
は人体から発せられる赤外線４を受けて発電動作を行い
、その電力によってマクロマシンユニット１の検出動作
やその検出結果信号の送信動作、或るいは薬剤投与動作
が駆動される。

【００１５】またこの時に用いられる光電変換素子とし
ては、焦電体に限ることなく、例えば禁止帯幅が極めて
小さい半導体である、ＩｎＳｂ（禁止帯幅０．１７ｅＶ
）、ＰｂＳｅ（禁止帯幅０．１７ｅＶ）、ＰｂＴｅ（禁
止帯幅０．１９ｅＶ）などを素材とした半導体光電変換
素子も用い得る。

【００１６】図３は本発明の他の実施例を示しており、
マイクロマシンユニット１に該ユニット１を左右方向に
移動させる左方向アクチュエータ５と右方向アクチュエ
ータ６とが設けられており、また光電変換素子２として
は左方向アクチュエータ５に対応した左方向光電変換素
子２５と右方向アクチュエータ６に対応した右方向光電
変換素子２６とを有している。そしてこの左右方向光電
変換素子２５、２６はそれぞれ異なった波長の電磁波に
受光感度を有している。具体的には例えば左方向光電変
換素子２５は波長約６５０ｎｍの赤色に感度のピークを
持つフィルターを付設したａ−Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、
或るいは単結晶Ｓｉから構成された太陽電池によって構
成されており、また右方向光電変換素子２６は波長約４
５０ｎｍの青色に感度のピークを持つフィルターを前面
に設けた太陽電池にて構成されている。斯る構成の場合
、光電変換素子２に照射する光７として赤色の光を用い
ることによって、左方向光電変換素子２５のみが発電動
作を行い、左方向アクチュエータ５が駆動されてマイク
ロマシンユニット１は左方向に移動する。また青色の光
を照射すると右方向光電変換素子２６が働いて右方向ア
クチュエータ６が駆動されユニット１は右方向に移動す
る。

【００１７】またこの考え方は、左右方向のみならず、
前や後ろの３方向、４方向へも拡張展開でき、その場合
は赤色とか、青色とかの単色以外に、混合色を用い、各
色の光強度を変えることによって前後、左右その他任意
の方向にマシンユニット１を移動させることもできる。

【００１８】この図３に示したように電磁波受信器とし
ての光電変換素子２の受信感度を、照射される電磁波の
波長に対して異ならしめることによって、照射する電磁
波の選択でマイクロマシンユニット１の移動方向を２方
向、或るいはそれ以上の方向へ制御することができ、マ
シンユニット１の移動方向の制御系をマシンユニット１
の外部に置くことが可能となり、ユニット１そのものの
構成を簡略化し得る。

【００１９】図４は図３に示した実施例を展開した他の
実施例であって、マイクロマシンユニット１を矩形とし
、その各辺にそれぞれ太陽電池などの光電変換素子２１
、２２、２３、２４を設け、各素子への光の照射状況に
よってユニット１の移動方向を制御するものが示されて
いる。例えば紙面の上側の光電変換素子２１に光が照射
されるとその光の到来方向である上方向にユニット１は
移動し、右側の素子２２に光が照射されるとユニット１
は右側に移動する。そして例えば上側の素子２１と右側
の素子２２とに同時に同じ強さの光が照射されると、ユ
ニット１は右上方向４５°に移動する。

【００２０】一般に物体を移動させる場合に用いるアク
チュエータとして考えられるのは、電磁力を用いた電磁
モータであるが、その電磁モータの場合、その駆動力は
大きさの３乗に比例するとされている。従って数ｍｍ以
下のオーダの大きさのマシンに電磁モータを用いると駆
動力不足となる恐れがある。それに対して静電力を用い
た静電モータの駆動力は、大きさの２乗に比例するので
、マイクロマシンにはこの静電モータを用いるのが好ま
しい。またポリ弗素ビニリデンやＬｉＴａＯ３　、Ｐｂ
ＴｉＯ３などの強誘電体を用いたバイモルフなどもマイ
クロマシンのアク　チュエータとして有望である。

【００２１】尚、図３、図４はマイクロマシンユニット
１の移動方向を、照射する電磁波の波長や照射方向によ
って制御するものであるが、マシンユニット１の移動で
はなく、ユニット１の機能、例えば温度、圧力、湿度そ
の他の各種の検知動作やその検知した検知結果をマシン
ユニット１の外部に送信したりする動作、或るいは特定
の個所での薬剤の放出動作などのマイクロマシンの持つ
各種７の機能を照射する電磁波の波長やその到来方向に
よって制御することもできる。

【００２２】斯る構成を採れば、マイクロマシンユニッ
ト１の外部からそのマシンユニット１の機能を制御でき
るので、小型化が極力要求されるユニット１の機能アッ
プに寄与するところは多大であろう。

【００２３】図５は更に異なった本発明の実施例を示し
ており、鏡面処理されたパイプ７内にマイクロマシンユ
ニット１を配置し、パイプ７の端面から該パイプ７内に
光３を入射させると共に、ユニット１表面に設けた光電
変換素子２にてその入射光を光電気変換して電力を得、
その電力にてユニット１を駆動するものである。入射光
はパイプ７内側の鏡面にて反射されるので、パイプ７の
端面から遠くはなれた個所においてもユニット１はエネ
ルギーを受けることができる。

【００２４】またこの図５の構成におけるパイプ７が金
属製の場合、パイプ７内に入射する光に代えて数ＧＨｚ
〜１０ＧＨｚの周波数のマイクロ波を導入すると同時に
、マイクロマシンユニット１にガンダイオードなどのマ
イクロ波受信器を設けることによってユニット１にエネ
ルギーを供給することができる。このマイクロ波とガン
ダイオードとの組み合わせは、ガンダイオードにおける
エネルギー変換効率が５０％程度と極めて高いので有効
なエネルギー供給方法の１つであろう。

【００２５】この図５に示されたパイプ７内に配置した
マイクロマシンユニット１へのエネルギー供給手法は、
完全無欠を要求される例えば原子炉やタンカーなどの各
種のパイプの損傷探索などを行うマイクロマシンに応用
することができる。

【００２６】現存する一般の電池のエネルギー蓄積量は
その電池の大きさの３乗に比例することが知られている
。従ってマイクロマシンの如き超小型化が図られるもの
に搭載する電池のエネルギー蓄積量は極端に小さいもの
にならざるを得ない。

【００２７】これに対して、電磁波と電磁波受信器とを
組み合わせた本発明におけるエネルギー供給手法は、供
給されるエネルギーは電磁波受信器の面積の２乗に比例
するので、ますます超小型化が要求されるマイクロマシ
ンに適している。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなように
、マシンユニットに電磁波受信器を配置し、該電磁波受
信器にて受信したエネルギーにてマシンユニットを駆動
しているので、マイクロマシンの動作に大きな制約は受
けず、しかも電磁波にて駆動エネルギーが供給されるの
で、エネルギー源に対する考慮は不要となり、マシンユ
ニットの小型化、軽量化が可能となる。

【００２９】特に本発明においては、複数の機能に対応
した電磁波受信器を異なった波長の電磁波に感度を持つ
ように設定したり、マシンの異なった表面個所に設け、
各受信器に照射される電磁波によって異なった機能を動
作せしめることができ、マイクロマシンをマシン外部か
ら制御できるようになり、マシンユニットの小型化、軽
量化と同時に高機能化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明マイクロマシンの基本概念図である。

【図２】本発明マイクロマシンの実施例を示す構成図で
ある。

【図３】本発明マイクロマシンの異なった実施例を示す
構成図である。

【図４】本発明マイクロマシンの他の実施例を示す構成
図である。

【図５】本発明マイクロマシンの更に他の実施例を示す
構成図である。

【図６】マイクロマシンの一般概念図である。

【符号の説明】

１　　　　　　マイクロマシンユニット２　　　　　　
光電変換素子３　　　　　　電磁波４　　　　　　赤外線５　　　　　　左方向光電変換素子６　　　　　　右方向光電変換素子２５　　　　左方向アクチュエータ２６　　　　右方向アクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　複数の機能を持つマクロマシンにおい
て、各機能に対応して設けられた複数の電磁波受信器と
、該各電磁波受信器にて受信したエネルギーによって駆
動される複数の機能手段と、から構成され、上記複数の
電磁波受信器はそれぞれ波長の異なった電磁波に対して
受信感度を持ち、各電磁波受信器が受信したエネルギー
によってその受信器に対応した機能手段を作動せしめる
ことを特徴としたマイクロマシン。
【請求項２】　　複数の機能を持つマクロマシンにおい
て、各機能に対応して設けられた複数の電磁波受信器と
、該各電磁波受信器にて受信したエネルギーによって駆
動される複数の機能手段と、から構成され、上記複数の
電磁波受信器はそれぞれマイクロマシンの異なった表面
個所に設けられており、各電磁波受信器が受信したエネ
ルギーによってその受信器に対応した機能手段を作動せ
しめることを特徴としたマイクロマシン。
【請求項３】　　上記複数の機能手段はマイクロマシン
を異なった方向へ移動させるアクチュエータであること
を特徴とした請求項１、または２記載のマイクロマシン
。
【請求項４】　　上記電磁波としてはマイクロ波域から
Ｘ線域の範囲の任意の波長のものが選ばれることを特徴
とした請求項１、２、または３記載のマイクロマシン。