JPH05244782A - マイクロアクチュエータ及びその作製法とマイクロハンド - Google Patents
マイクロアクチュエータ及びその作製法とマイクロハンドInfo
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- JPH05244782A JPH05244782A JP4041688A JP4168892A JPH05244782A JP H05244782 A JPH05244782 A JP H05244782A JP 4041688 A JP4041688 A JP 4041688A JP 4168892 A JP4168892 A JP 4168892A JP H05244782 A JPH05244782 A JP H05244782A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】壊れ易い微小物の自立組立システムに於いて用
いられる組立用ロボットのエンドエフェクタであるマイ
クロハンド用のマイクロアクチュエータを、簡単な構造
にして変位に付いては数〜数百μｍの精度が得られ、
亦、捻り動作の様な多自由度の動きが出来る様にする。 【構成】高分子材料からなる圧電フィルム２ａ，中間電
極３ａ，エポキシ樹脂層４，中間電極３ｂ，前記と同一
の圧電フィルム２ｂの順に表面側から弾性変形自在に積
層重合形成した圧電バイモルフを設ける一方、当該圧電
バイモルフの表面及び裏面の圧電フィルム２ａ，２ｂ上
に任意形状の表面電極１ａ〜１ｄ及び裏面電極１ａ′〜
１ｄ′を電圧印加自在に複数形成したことを特徴とす
る。
いられる組立用ロボットのエンドエフェクタであるマイ
クロハンド用のマイクロアクチュエータを、簡単な構造
にして変位に付いては数〜数百μｍの精度が得られ、
亦、捻り動作の様な多自由度の動きが出来る様にする。 【構成】高分子材料からなる圧電フィルム２ａ，中間電
極３ａ，エポキシ樹脂層４，中間電極３ｂ，前記と同一
の圧電フィルム２ｂの順に表面側から弾性変形自在に積
層重合形成した圧電バイモルフを設ける一方、当該圧電
バイモルフの表面及び裏面の圧電フィルム２ａ，２ｂ上
に任意形状の表面電極１ａ〜１ｄ及び裏面電極１ａ′〜
１ｄ′を電圧印加自在に複数形成したことを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に壊れ易い微小物の
自動組立システムに於いて用いられる組立用ロボットの
エンドエフェクタであるマイクロハンドとそれに供され
るマイクロアクチュエータ及びその作製法に関する。
自動組立システムに於いて用いられる組立用ロボットの
エンドエフェクタであるマイクロハンドとそれに供され
るマイクロアクチュエータ及びその作製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、光通信関連分野に於いては、光通
信システムの構築を目指して、光素子，光部品，光モジ
ュール等を低コストに、しかも信頼性の高いものを生産
する必要性が出て来た。そこで、これら光関連製品の生
産自動化が要望されているが、その中の光部品に於いて
は、電子部品と対比した次の表１に示す様、例えば光フ
ァイバの直径が１２５μｍなどのように非常に微小であ
り、亦、大半がガラスで出来ているため傷つき易いとい
う性質がある。
信システムの構築を目指して、光素子，光部品，光モジ
ュール等を低コストに、しかも信頼性の高いものを生産
する必要性が出て来た。そこで、これら光関連製品の生
産自動化が要望されているが、その中の光部品に於いて
は、電子部品と対比した次の表１に示す様、例えば光フ
ァイバの直径が１２５μｍなどのように非常に微小であ
り、亦、大半がガラスで出来ているため傷つき易いとい
う性質がある。
【０００３】
【表１】 このため、現在ミリオーダサイズの電子部品の組立等に
用いられている組立用ロボットは、そのまま光部品の組
立に用いることは出来ない。
用いられている組立用ロボットは、そのまま光部品の組
立に用いることは出来ない。
【０００４】よって、前記光ファイバ，光フィルタ等の
光部品の様な壊れ易い微小物の組立は、人手で行われて
いるのが現状である。そこで、これら微小な光部品を柔
らかくハンドリング出来る自動組立ロボット用ハンドの
開発が求められているが、現在、研究段階に於いては以
下に示す各種ハンドの提案がなされている。
光部品の様な壊れ易い微小物の組立は、人手で行われて
いるのが現状である。そこで、これら微小な光部品を柔
らかくハンドリング出来る自動組立ロボット用ハンドの
開発が求められているが、現在、研究段階に於いては以
下に示す各種ハンドの提案がなされている。
【０００５】文献１）安田 他２名：くし型静電マイク
ロアクチュエータに関する研究、日本機械学会ロボティ
クスメカトロニクス講演会９１論文集（１９９１） 文献２）福田 他２名：マイクロマニュピレータの制
御、日本機械学会論文集、Ｃ編５３−４９３（１９８
７） 文献３）鈴森 他２名：フレキシブルマイクロアクチュ
エータを用いたロボット駆動機構、日本機械学会Ｎｏ９
１０−３７シンポジウム講演論文集（１９９１）
ロアクチュエータに関する研究、日本機械学会ロボティ
クスメカトロニクス講演会９１論文集（１９９１） 文献２）福田 他２名：マイクロマニュピレータの制
御、日本機械学会論文集、Ｃ編５３−４９３（１９８
７） 文献３）鈴森 他２名：フレキシブルマイクロアクチュ
エータを用いたロボット駆動機構、日本機械学会Ｎｏ９
１０−３７シンポジウム講演論文集（１９９１）
【０００６】ここで、前記文献１）〜３）の内容を簡単
に説明する。 ［文献１］集積回路製造プロセスを応用して、くし状電
極（イ）、ばね部（ロ）、グリップ部（ハ）を形成した
もので、図８の様にくし状電極部（イ）の静電引力Ｐに
より、アーム（ニ）の先端部分（ホ）を動かす原理のも
のである。
に説明する。 ［文献１］集積回路製造プロセスを応用して、くし状電
極（イ）、ばね部（ロ）、グリップ部（ハ）を形成した
もので、図８の様にくし状電極部（イ）の静電引力Ｐに
より、アーム（ニ）の先端部分（ホ）を動かす原理のも
のである。
【０００７】［文献２］図９の様な電極（ヘ）（ト）と
アーム（チ）からなる構造を２部組み合わせたもので、
並行に電極（ヘ）（ト）を構成した形状となっている。
この２枚の電極（ヘ）（ト）間の静電引力Ｐによりアー
ム（チ）の先端部分を動かす原理のものである。
アーム（チ）からなる構造を２部組み合わせたもので、
並行に電極（ヘ）（ト）を構成した形状となっている。
この２枚の電極（ヘ）（ト）間の静電引力Ｐによりアー
ム（チ）の先端部分を動かす原理のものである。
【０００８】［文献３］繊維強化ゴムの弾性変形を利用
した、流体型アクチュエータ（リ）で、図１０の様に３
つの圧力室（ヌ）（ル）（ヲ）からなる。この圧力室
（ヌ）（ル）（ヲ）に空気を三本のチューブ（ワ）
（カ）（ヨ）を介して送ると弾性変形することで、アク
チュエータとして用いるものである。図中、（タ）
（レ）はキャップ、（ソ）はファイバー、（ツ）はゴム
である。
した、流体型アクチュエータ（リ）で、図１０の様に３
つの圧力室（ヌ）（ル）（ヲ）からなる。この圧力室
（ヌ）（ル）（ヲ）に空気を三本のチューブ（ワ）
（カ）（ヨ）を介して送ると弾性変形することで、アク
チュエータとして用いるものである。図中、（タ）
（レ）はキャップ、（ソ）はファイバー、（ツ）はゴム
である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記文
献１）〜３）の研究例中、文献１），２）に於いては、
静電型のアクチュエータを用いているが、当該静電型ア
クチュエータでは、可動範囲が狭く（〜数十μｍ）、
亦、アクチュエータの駆動に非常に高電圧（数百〜数千
Ｖ）を必要とする。
献１）〜３）の研究例中、文献１），２）に於いては、
静電型のアクチュエータを用いているが、当該静電型ア
クチュエータでは、可動範囲が狭く（〜数十μｍ）、
亦、アクチュエータの駆動に非常に高電圧（数百〜数千
Ｖ）を必要とする。
【００１０】一方、文献３）は、空気圧制御を用いたも
のであるが、空気圧を使う以上応答速度が高くとれず
（ミリ秒オーダ）、亦、バルブや空気圧源等の特殊な装
置を必要とする等の問題がある。前記光部品等の把握，
接続，組立の作業に使用するハンドを構成するアクチュ
エータに要求される可動範囲は、光部品等の大きさや、
亦それらが組み付けられる際の実装密度から数百μｍ程
度は必要であるが、前記研究例文献１），２）では、こ
の使用を充足するには不十分である。
のであるが、空気圧を使う以上応答速度が高くとれず
（ミリ秒オーダ）、亦、バルブや空気圧源等の特殊な装
置を必要とする等の問題がある。前記光部品等の把握，
接続，組立の作業に使用するハンドを構成するアクチュ
エータに要求される可動範囲は、光部品等の大きさや、
亦それらが組み付けられる際の実装密度から数百μｍ程
度は必要であるが、前記研究例文献１），２）では、こ
の使用を充足するには不十分である。
【００１１】一方、前記文献３）では、前記の如く応答
速度が遅く、サイクルタイムが長くなってしまうことは
避けられず、亦、バルブや空気圧源等の特殊な装置を必
要とするため、装置自体が高価なものとなっている。こ
こに於いて、本発明は前記従来の課題に鑑み、高分子圧
電材料を組合せて圧電バイモルフを構成することによっ
て、前記光部品等の微小物を壊すことなく正確に把持
し、かつ高速に組立作業が出来るマイクロアクチュエー
タ及びその作製法とマイクロハンドを提供せんとするも
のである。
速度が遅く、サイクルタイムが長くなってしまうことは
避けられず、亦、バルブや空気圧源等の特殊な装置を必
要とするため、装置自体が高価なものとなっている。こ
こに於いて、本発明は前記従来の課題に鑑み、高分子圧
電材料を組合せて圧電バイモルフを構成することによっ
て、前記光部品等の微小物を壊すことなく正確に把持
し、かつ高速に組立作業が出来るマイクロアクチュエー
タ及びその作製法とマイクロハンドを提供せんとするも
のである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段及び手法を採用
することにより達成される。即ち、本発明装置の第１の
特徴は、裏面全体に電極を積層重合形成した高分子材料
からなる圧電フィルムの表面に任意形状の電極を形成す
ると共に、前記裏面電極及び表面電極を電圧印加自在と
してなる平板型マイクロアクチュエータである。
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段及び手法を採用
することにより達成される。即ち、本発明装置の第１の
特徴は、裏面全体に電極を積層重合形成した高分子材料
からなる圧電フィルムの表面に任意形状の電極を形成す
ると共に、前記裏面電極及び表面電極を電圧印加自在と
してなる平板型マイクロアクチュエータである。
【００１３】本発明装置の第２の特徴は、高分子材料か
らなる圧電フィルム，中間電極，絶縁接着層，中間電極
及び前記と同一の圧電フィルムをこの順に表面側から弾
性変形自在に積層重合形成した圧電バイモルフを設ける
一方、当該圧電バイモルフの表面及び裏面の前記圧電フ
ィルム上に任意形状の電極をそれぞれ電圧印加自在に複
数形成してなる圧電バイモルフ型マイクロアクチュエー
タである。
らなる圧電フィルム，中間電極，絶縁接着層，中間電極
及び前記と同一の圧電フィルムをこの順に表面側から弾
性変形自在に積層重合形成した圧電バイモルフを設ける
一方、当該圧電バイモルフの表面及び裏面の前記圧電フ
ィルム上に任意形状の電極をそれぞれ電圧印加自在に複
数形成してなる圧電バイモルフ型マイクロアクチュエー
タである。
【００１４】本発明装置の第３の特徴は、前記第２の特
徴における圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータを
各指に対応して複数個組み合せた多指を構成し、それぞ
れの前記アクチュエータの各電極に印加する電圧パター
ンを変えることにより、各々のアクチュエータの動きを
独立に制御して部品を把持自在に形成してなるマイクロ
ハンドである。
徴における圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータを
各指に対応して複数個組み合せた多指を構成し、それぞ
れの前記アクチュエータの各電極に印加する電圧パター
ンを変えることにより、各々のアクチュエータの動きを
独立に制御して部品を把持自在に形成してなるマイクロ
ハンドである。
【００１５】本発明法の第１の特徴は、裏面全体に亙り
積層重合した電極を介してＳｉ基板上に仮着した高分子
材料からなる圧電フィルムの表面に電極用材料を蒸着し
た後、任意形状のマスクパターンを形成するレジストを
塗布し、当該マスクパターン転写，現像，露光等の通常
のフォトリソグラフィ処理を行って前記任意形状のマス
クパターン以外の箇所の電極用材料を前記圧電フィルム
上に焼き付け形成してなる平板型マイクロアクチュエー
タ作製法である。
積層重合した電極を介してＳｉ基板上に仮着した高分子
材料からなる圧電フィルムの表面に電極用材料を蒸着し
た後、任意形状のマスクパターンを形成するレジストを
塗布し、当該マスクパターン転写，現像，露光等の通常
のフォトリソグラフィ処理を行って前記任意形状のマス
クパターン以外の箇所の電極用材料を前記圧電フィルム
上に焼き付け形成してなる平板型マイクロアクチュエー
タ作製法である。
【００１６】
【作用】本発明は、前記の様な手段及び手法を講じたの
で、圧電バイモルフ型のアクチュエータは、高分子圧電
材料を用いているので、柔軟性があり、光部品の様な壊
れ易い物体をソフトに把持することが出来る。更に、圧
電バイモルフの駆動用電極パターン，及び電圧印加パタ
ーンを工夫して多自由度の動作を実現する。
で、圧電バイモルフ型のアクチュエータは、高分子圧電
材料を用いているので、柔軟性があり、光部品の様な壊
れ易い物体をソフトに把持することが出来る。更に、圧
電バイモルフの駆動用電極パターン，及び電圧印加パタ
ーンを工夫して多自由度の動作を実現する。
【００１７】よって複雑な機構を用いて多自由度なマイ
クロハンドを構成しなくとも、柔らかい面接触型のマイ
クロハンドとして、個々に大きさの異なるしかもサイズ
が数μｍ〜数百μｍの微小な光部品等のハンドリングが
出来る。マイクロハンドの製作法に関しては、高分子圧
電フィルム上の電極パターンをフォトリソグラフィ技術
により加工処理し作成する方法等で微小なハンドを作成
出来る。
クロハンドを構成しなくとも、柔らかい面接触型のマイ
クロハンドとして、個々に大きさの異なるしかもサイズ
が数μｍ〜数百μｍの微小な光部品等のハンドリングが
出来る。マイクロハンドの製作法に関しては、高分子圧
電フィルム上の電極パターンをフォトリソグラフィ技術
により加工処理し作成する方法等で微小なハンドを作成
出来る。
【００１８】
【実施例】（装置例）本発明装置の実施例を図面につき
説明する。図１（ａ）は本実施例の圧電バイモルフ型マ
イクロアクチュエータの構成平面図，（ｂ）は同・正面
図、図２は平板型マイクロアクチュエータの動作説明
図、図３（ａ）は解析に用いた圧電バイモルフ型マイク
ロアクチュエータの平面図，（ｂ）は同・正面図、図４
は同・先端変位量を示すグラフ、図５は同・捻り動作の
数値シュミレーション図である。図中、Ａは圧電バイモ
ルフ型マイクロアクチュエータ、α，βは表裏側平板型
マイクロアクチュエータ、１ａ〜１ｄは表面電極、１
ａ′〜１ｄ′は裏面電極、２ａ，２ｂは表裏圧電フィル
ム、３ａ，３ｂは表裏側中間電極、４は絶縁接着層たる
エポキシ樹脂層である。
説明する。図１（ａ）は本実施例の圧電バイモルフ型マ
イクロアクチュエータの構成平面図，（ｂ）は同・正面
図、図２は平板型マイクロアクチュエータの動作説明
図、図３（ａ）は解析に用いた圧電バイモルフ型マイク
ロアクチュエータの平面図，（ｂ）は同・正面図、図４
は同・先端変位量を示すグラフ、図５は同・捻り動作の
数値シュミレーション図である。図中、Ａは圧電バイモ
ルフ型マイクロアクチュエータ、α，βは表裏側平板型
マイクロアクチュエータ、１ａ〜１ｄは表面電極、１
ａ′〜１ｄ′は裏面電極、２ａ，２ｂは表裏圧電フィル
ム、３ａ，３ｂは表裏側中間電極、４は絶縁接着層たる
エポキシ樹脂層である。
【００１９】本実施例の仕様は、このような具体的実施
態様を呈し、その動作を次に説明する。図２に示す様、
当該圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータＡのそれ
ぞれの電極１ａ〜１ｄに電圧を印加すると、それぞれの
表裏側平板型マイクロアクチュエータα，βが独立に屈
曲変形して、圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータ
Ａは全体としてＺ方向に撓む。
態様を呈し、その動作を次に説明する。図２に示す様、
当該圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータＡのそれ
ぞれの電極１ａ〜１ｄに電圧を印加すると、それぞれの
表裏側平板型マイクロアクチュエータα，βが独立に屈
曲変形して、圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータ
Ａは全体としてＺ方向に撓む。
【００２０】次に、当該圧電バイモルフ型マイクロアク
チュエータＡの撓み量を有限要素法を用いて具体的に解
析した結果に付いて述べる。用いた圧電バイモルフ型マ
イクロアクチュエータＡは、図３に示す様、電極１ａ〜
１ｄを幅Ｗ、長さＬ，厚さｔとし、圧電フィルム２ａ，
２ｂを幅Ｗａ，長さＬａ，厚さｔａ，圧電定数ｄ31，ヤ
ング率Ｅ１とする。
チュエータＡの撓み量を有限要素法を用いて具体的に解
析した結果に付いて述べる。用いた圧電バイモルフ型マ
イクロアクチュエータＡは、図３に示す様、電極１ａ〜
１ｄを幅Ｗ、長さＬ，厚さｔとし、圧電フィルム２ａ，
２ｂを幅Ｗａ，長さＬａ，厚さｔａ，圧電定数ｄ31，ヤ
ング率Ｅ１とする。
【００２１】亦、中間電極３ａ，３ｂを幅Ｗａ，長さＬ
ａ，厚さｔ，ヤング率Ｅ２とし、エポキシ樹脂層４を幅
Ｗａ，長さＬａ，厚さｔｂ，ヤング率Ｅ３とする。ここ
で、一枚の電極に電圧Ｖを印加したときに発生する曲げ
モーメントＭｉは次式（１）で与えられる。 Ｍｉ＝ｔＣ11ｄ31ＷＶｉ …（１）
ａ，厚さｔ，ヤング率Ｅ２とし、エポキシ樹脂層４を幅
Ｗａ，長さＬａ，厚さｔｂ，ヤング率Ｅ３とする。ここ
で、一枚の電極に電圧Ｖを印加したときに発生する曲げ
モーメントＭｉは次式（１）で与えられる。 Ｍｉ＝ｔＣ11ｄ31ＷＶｉ …（１）
【００２２】前記式（１）で求めた曲げモーメントＭｉ
により、圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータＡが
撓むとして、有限要素法を用いて電圧−先端変位量特性
を解析した。亦、合せて光てこ式変位計を用いて、電圧
−先端変位量特性を計測した。その結果を図４に示す。
次表２は当該解析に用いた圧電バイモルフ型マイクロア
クチュエータＡの具体的仕様表である。
により、圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータＡが
撓むとして、有限要素法を用いて電圧−先端変位量特性
を解析した。亦、合せて光てこ式変位計を用いて、電圧
−先端変位量特性を計測した。その結果を図４に示す。
次表２は当該解析に用いた圧電バイモルフ型マイクロア
クチュエータＡの具体的仕様表である。
【００２３】
【表２】
【００２４】図４に於いて、ａｂは電極１ａと１ｂに電
圧を印加した場合であり、ｃｄは電極１ｃと１ｄに電圧
を印加した場合である。尚、ＦＥＭは有限要素法による
解析値であり、実験による電圧−先端変位量特性と合せ
て示している。その結果、解析値と実験値が一致するこ
とが確認出来た。
圧を印加した場合であり、ｃｄは電極１ｃと１ｄに電圧
を印加した場合である。尚、ＦＥＭは有限要素法による
解析値であり、実験による電圧−先端変位量特性と合せ
て示している。その結果、解析値と実験値が一致するこ
とが確認出来た。
【００２５】更に、当該圧電バイモルフ型マイクロアク
チュエータＡは、電圧を印加する電極を種々変化させる
ことで、色々の変形を行わせることが出来る。例えば、
電極１ａと１ｂにそれぞれ逆向きの電圧を印加した場
合、当該圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータＡは
捻り動作をすることが可能となる。その時の数値シュミ
レーション結果を図５に示す。
チュエータＡは、電圧を印加する電極を種々変化させる
ことで、色々の変形を行わせることが出来る。例えば、
電極１ａと１ｂにそれぞれ逆向きの電圧を印加した場
合、当該圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータＡは
捻り動作をすることが可能となる。その時の数値シュミ
レーション結果を図５に示す。
【００２６】当該捻り動作に於いても、前記曲げモーメ
ントＭｉによる撓み動作同様に解析結果と比較的良く一
致することが確認された。亦、これらの動作をＣＣＤカ
メラとＶＴＲを用いて観察した結果、当該圧電バイモル
フ型マイクロアクチュエータＡが実際に動作している様
子が確認出来た。
ントＭｉによる撓み動作同様に解析結果と比較的良く一
致することが確認された。亦、これらの動作をＣＣＤカ
メラとＶＴＲを用いて観察した結果、当該圧電バイモル
フ型マイクロアクチュエータＡが実際に動作している様
子が確認出来た。
【００２７】（方法例）本発明の圧電バイモルフ型マイ
クロアクチュエータＡの作製例を図面につき説明する。
図６は本実施例の圧電バイモルフ型マイクロアクチュエ
ータＡの作製法の一例であって（ａ）〜（ｄ）はフォト
リソグラフィ技術を利用した場合の段階工程模式図であ
る。
クロアクチュエータＡの作製例を図面につき説明する。
図６は本実施例の圧電バイモルフ型マイクロアクチュエ
ータＡの作製法の一例であって（ａ）〜（ｄ）はフォト
リソグラフィ技術を利用した場合の段階工程模式図であ
る。
【００２８】図中、５はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデ
ン）フィルム製高分子圧電フィルム、６はＡｕ製中間電
極、７は接着剤、８はＳｉ基板、９はレジスト、１０は
パターン形成された電極、α，βは表裏側平板型マイク
ロアクチュエータである。
ン）フィルム製高分子圧電フィルム、６はＡｕ製中間電
極、７は接着剤、８はＳｉ基板、９はレジスト、１０は
パターン形成された電極、α，βは表裏側平板型マイク
ロアクチュエータである。
【００２９】片面にＡｕ製中間電極６をコーティングし
たＰＶＤＦ製圧電フィルム５を、前記中間電極６側を下
にしてＳｉ基板８に接着層７にて仮接着する（図６中
（ａ））。この試料に対して、レジスト９塗布，所望の
マスクパターン転写，現像，露光等の通常のフォトリソ
グラフィ工程（図６中（ｂ））、電極用材料の蒸着を経
てパターン電極１０を形成する（図６中（ｃ））。
たＰＶＤＦ製圧電フィルム５を、前記中間電極６側を下
にしてＳｉ基板８に接着層７にて仮接着する（図６中
（ａ））。この試料に対して、レジスト９塗布，所望の
マスクパターン転写，現像，露光等の通常のフォトリソ
グラフィ工程（図６中（ｂ））、電極用材料の蒸着を経
てパターン電極１０を形成する（図６中（ｃ））。
【００３０】その後、前記レジスト９とＳｉ基板８を除
去して一枚の平板型マクイロアクチュエータαが完成す
る。同様の方法で作製された平板型マイクロアクチュエ
ータαとβを背中合せに張り合わせて圧電バイモルフ型
マイクロアクチュエータＡを作製する（図６中
（ｄ））。
去して一枚の平板型マクイロアクチュエータαが完成す
る。同様の方法で作製された平板型マイクロアクチュエ
ータαとβを背中合せに張り合わせて圧電バイモルフ型
マイクロアクチュエータＡを作製する（図６中
（ｄ））。
【００３１】（応用例）本発明の圧電バイモルフ型マイ
クロアクチュエータＡの応用例を図面につき説明する。
図７は前記装置例の圧電バイモルフ型マイクロアクチュ
エータＡを１本の指として、これを２つ組み合わせたグ
リッパタイプハンドの（ａ）は構成斜面図，（ｂ）は構
成正面図で光フィルタを把持した状態である。図中、Ｂ
はマイクロハンド，１１は固定治具，１２は光フィルタ
である。尚、図１と同一の部材には同一符号を付してあ
る。
クロアクチュエータＡの応用例を図面につき説明する。
図７は前記装置例の圧電バイモルフ型マイクロアクチュ
エータＡを１本の指として、これを２つ組み合わせたグ
リッパタイプハンドの（ａ）は構成斜面図，（ｂ）は構
成正面図で光フィルタを把持した状態である。図中、Ｂ
はマイクロハンド，１１は固定治具，１２は光フィルタ
である。尚、図１と同一の部材には同一符号を付してあ
る。
【００３２】本応用例のマイクロハンドＢはロボットア
ーム（マニュピレータ）の先に取り付けた構成になって
いる。図７に於いて、左側の圧電バイモルフ型マイクロ
アクチュエータＡの電極１ａと１ｂに印加する電圧を５
０Ｖ，左側の圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータ
Ａの電極１ａと１ｂに印加する電圧を−５０Ｖとする
と、光フィルタ１２をｘ軸方向に１００μｍ移動するこ
とが出来る。亦、作業後には前記光フィルタ１２表面に
は目立った傷はなく、本応用例のマイクロハンドＢによ
り部品を柔らかく把持出来ることを確認した。
ーム（マニュピレータ）の先に取り付けた構成になって
いる。図７に於いて、左側の圧電バイモルフ型マイクロ
アクチュエータＡの電極１ａと１ｂに印加する電圧を５
０Ｖ，左側の圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータ
Ａの電極１ａと１ｂに印加する電圧を−５０Ｖとする
と、光フィルタ１２をｘ軸方向に１００μｍ移動するこ
とが出来る。亦、作業後には前記光フィルタ１２表面に
は目立った傷はなく、本応用例のマイクロハンドＢによ
り部品を柔らかく把持出来ることを確認した。
【００３３】尚、本発明は前記装置例で述べた電極１ａ
〜１ｄの数や平薄板（圧電フィルム２ａ，２ｂ，中間電
極３ａ，３ｂ，エポキシ樹脂層４）構造等、亦、方法例
で述べたフォトリソグラフィ技術を用いた作製法等や、
応用例で述べたマイクロハンドＢを構成する圧電バイモ
ルフ型マイクロアクチュエータＡ，Ａの数等は限定され
るものではなく、本発明の主旨に基づいて種々の変形が
可能であり、これらは本発明の技術的範囲に当然包含さ
れるものである。
〜１ｄの数や平薄板（圧電フィルム２ａ，２ｂ，中間電
極３ａ，３ｂ，エポキシ樹脂層４）構造等、亦、方法例
で述べたフォトリソグラフィ技術を用いた作製法等や、
応用例で述べたマイクロハンドＢを構成する圧電バイモ
ルフ型マイクロアクチュエータＡ，Ａの数等は限定され
るものではなく、本発明の主旨に基づいて種々の変形が
可能であり、これらは本発明の技術的範囲に当然包含さ
れるものである。
【００３４】
【発明の効果】かくして、本発明によれば、変位に付い
ては数〜数百μｍの精度が得られ、亦、捻り動作の様な
多自由度の動きが出来る。よって、本発明にかかるマイ
クロアクチュエータを組合せたハンドを用いれば光部品
の様な微小物を柔らかくハンドリング出来る。
ては数〜数百μｍの精度が得られ、亦、捻り動作の様な
多自由度の動きが出来る。よって、本発明にかかるマイ
クロアクチュエータを組合せたハンドを用いれば光部品
の様な微小物を柔らかくハンドリング出来る。
【００３５】更に、本発明にかかるマイクロアクチュエ
ータは部品の把持，挿入，組付け等の作業が出来るた
め、例えば光ファイバと光導波路等の位置決めや接続等
に利用出来、今後の光インターコネクションに有用であ
る。亦、ハンドを構成する本発明のマイクロアクチュエ
ータは弾性体に圧電バイモルフを形成するという簡単な
構造であり、力制御を必要としないことや、高分子圧電
フィルムをフォトリソグラフィ技術により加工する方法
を用いたため、集積回路を作製する場合と同様に、アク
チュエータを大量に生産出来るため、全体として安価な
光部品自動組立装置を実現出来る等、優れた実用性，有
用性を具有する。
ータは部品の把持，挿入，組付け等の作業が出来るた
め、例えば光ファイバと光導波路等の位置決めや接続等
に利用出来、今後の光インターコネクションに有用であ
る。亦、ハンドを構成する本発明のマイクロアクチュエ
ータは弾性体に圧電バイモルフを形成するという簡単な
構造であり、力制御を必要としないことや、高分子圧電
フィルムをフォトリソグラフィ技術により加工する方法
を用いたため、集積回路を作製する場合と同様に、アク
チュエータを大量に生産出来るため、全体として安価な
光部品自動組立装置を実現出来る等、優れた実用性，有
用性を具有する。
【図１】（ａ）は本発明の実施例の圧電バイモルフ型マ
イクロアクチュエータの構成平面図，（ｂ）は同・正面
図である。
イクロアクチュエータの構成平面図，（ｂ）は同・正面
図である。
【図２】平板型マイクロアクチュエータの動作説明図で
ある。
ある。
【図３】（ａ）は解析に用いた圧電バイモルフ型マイク
ロアクチュエータの平面図，（ｂ）は同・正面図であ
る。
ロアクチュエータの平面図，（ｂ）は同・正面図であ
る。
【図４】同上、先端変位量を示すグラフである。
【図５】同上、捻り動作の数値シュミレーション図であ
る。
る。
【図６】本発明の実施例の圧電バイモルフ型マイクロア
クチュエータの作製法の一例であって、（ａ）（ｄ）は
フォトリソグラフィ技術を利用した場合の段階工程模式
図である。
クチュエータの作製法の一例であって、（ａ）（ｄ）は
フォトリソグラフィ技術を利用した場合の段階工程模式
図である。
【図７】本発明の実施例の圧電バイモルフ型マイクロア
クチュエータを２つ組合せたグリッパタイプマイクロハ
ンドの（ａ）は構成斜面図，（ｂ）は構成正面図で光フ
ィルタを把持した状態である。
クチュエータを２つ組合せたグリッパタイプマイクロハ
ンドの（ａ）は構成斜面図，（ｂ）は構成正面図で光フ
ィルタを把持した状態である。
【図８】従来の技術である［文献１］の説明図である。
【図９】同上、［文献２］の説明図である。
【図１０】同上、［文献３］の説明図である。
Ａ…圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータ １ａ〜１ｄ…表面電極 １ａ′〜１ｄ′…裏面電極 ２ａ，２ｂ…圧電フィルム ３ａ，３ｂ…中間電極 ４…エポキシ樹脂層 ５…ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルム ６…Ａｕ製中間電極 ７…接着剤 ８…Ｓｉ基板 ９…レジスト １０…電極 α，β…平板型マイクロアクチュエータ Ｂ…マイクロハンド １１…固定治具 １２…光フィルタ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年２月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２５Ｊ 19/00 Ａ 9147−3Ｆ Ｈ０１Ｌ 41/09 41/08
Claims (4)
- 【請求項１】裏面全体に亙り電極を積層重合形成した高
分子材料からなる圧電フィルムの表面に任意形状の電極
を形成すると共に、前記裏面電極及び表面電極を電圧印
加自在としたことを特徴とする平板型マイクロアクチュ
エータ - 【請求項２】高分子材料からなる圧電フィルム，中間電
極，絶縁接着層，中間電極及び前記と同一の圧電フィル
ムの順に表面側から弾性変形自在に積層重合形成した圧
電バイモルフを設ける一方、当該圧電バイモルフの表面
及び裏面の前記圧電フィルム上に任意形状の電極をそれ
ぞれ電圧印加自在に複数形成したことを特徴とする圧電
バイモルフ型マイクロアクチュエータ - 【請求項３】裏面全体に亙り積層重合した電極を介して
Ｓｉ基板上に仮着した高分子材料からなる圧電フィルム
の表面に電極用材料を蒸着した後、任意形状のマスクパ
ターンを形成するレジストを塗布し、当該マスクパター
ン転写，現像，露光等の通常のフォトリングラフィ処理
を行って前記任意形状のマスクパターン以外の箇所の電
極用材料を前記圧電フィルム上に焼き付け形成したこと
を特徴とする平板型マイクロアクチュエータ作製法 - 【請求項４】圧電フィルム，中間電極，絶縁接着層，中
間電極及び圧電フィルムの順に表側面から弾性変形自在
に積層重合形成する圧電バイモルフを設ける一方、当該
圧電バイモルフの表面及び裏面の前記圧電フィルム上に
任意形状の電極をそれぞれ電圧印加自在に複数形成した
圧電バイモルフ型マイクロアクチュエータを各指に対応
して複数個組合せた多指を構成し、それぞれの前記アク
チュエータの各電極に印加する電圧パターンを変えるこ
とにより、各々のアクチュエータの動きを独立に制御し
て部品を把持自在に形成したことを特徴とするマイクロ
ハンド
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4041688A JPH05244782A (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | マイクロアクチュエータ及びその作製法とマイクロハンド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4041688A JPH05244782A (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | マイクロアクチュエータ及びその作製法とマイクロハンド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05244782A true JPH05244782A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=12615369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4041688A Pending JPH05244782A (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | マイクロアクチュエータ及びその作製法とマイクロハンド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05244782A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6802549B2 (en) * | 2000-03-08 | 2004-10-12 | Yoshikazu Nakayama | Nanotweezers and nanomanipulator |
| US20110285247A1 (en) * | 2007-06-29 | 2011-11-24 | Bayer Materialscience Ag | Electroactive polymer transducers for sensory feedback applications |
| US9195058B2 (en) | 2011-03-22 | 2015-11-24 | Parker-Hannifin Corporation | Electroactive polymer actuator lenticular system |
| US9231186B2 (en) | 2009-04-11 | 2016-01-05 | Parker-Hannifin Corporation | Electro-switchable polymer film assembly and use thereof |
| US9381653B2 (en) | 2014-03-10 | 2016-07-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Robot and substrate handling apparatus including the same |
| US9553254B2 (en) | 2011-03-01 | 2017-01-24 | Parker-Hannifin Corporation | Automated manufacturing processes for producing deformable polymer devices and films |
| US9590193B2 (en) | 2012-10-24 | 2017-03-07 | Parker-Hannifin Corporation | Polymer diode |
| US9761790B2 (en) | 2012-06-18 | 2017-09-12 | Parker-Hannifin Corporation | Stretch frame for stretching process |
| US9876160B2 (en) | 2012-03-21 | 2018-01-23 | Parker-Hannifin Corporation | Roll-to-roll manufacturing processes for producing self-healing electroactive polymer devices |
-
1992
- 1992-02-27 JP JP4041688A patent/JPH05244782A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6802549B2 (en) * | 2000-03-08 | 2004-10-12 | Yoshikazu Nakayama | Nanotweezers and nanomanipulator |
| US6805390B2 (en) * | 2000-03-08 | 2004-10-19 | Yoshikazu Nakayama | Nanotweezers and nanomanipulator |
| CN1315623C (zh) * | 2000-03-08 | 2007-05-16 | 大研化学工业株式会社 | 纳米镊子和纳米机械手 |
| US20110285247A1 (en) * | 2007-06-29 | 2011-11-24 | Bayer Materialscience Ag | Electroactive polymer transducers for sensory feedback applications |
| US9425383B2 (en) * | 2007-06-29 | 2016-08-23 | Parker-Hannifin Corporation | Method of manufacturing electroactive polymer transducers for sensory feedback applications |
| US9231186B2 (en) | 2009-04-11 | 2016-01-05 | Parker-Hannifin Corporation | Electro-switchable polymer film assembly and use thereof |
| US9553254B2 (en) | 2011-03-01 | 2017-01-24 | Parker-Hannifin Corporation | Automated manufacturing processes for producing deformable polymer devices and films |
| US9195058B2 (en) | 2011-03-22 | 2015-11-24 | Parker-Hannifin Corporation | Electroactive polymer actuator lenticular system |
| US9876160B2 (en) | 2012-03-21 | 2018-01-23 | Parker-Hannifin Corporation | Roll-to-roll manufacturing processes for producing self-healing electroactive polymer devices |
| US9761790B2 (en) | 2012-06-18 | 2017-09-12 | Parker-Hannifin Corporation | Stretch frame for stretching process |
| US9590193B2 (en) | 2012-10-24 | 2017-03-07 | Parker-Hannifin Corporation | Polymer diode |
| US9381653B2 (en) | 2014-03-10 | 2016-07-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Robot and substrate handling apparatus including the same |
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