JPH0691582A - Multi-joint manipulator, its manufacturing method and actuator - Google Patents

Multi-joint manipulator, its manufacturing method and actuator

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JPH0691582A
JPH0691582A JP27237092A JP27237092A JPH0691582A JP H0691582 A JPH0691582 A JP H0691582A JP 27237092 A JP27237092 A JP 27237092A JP 27237092 A JP27237092 A JP 27237092A JP H0691582 A JPH0691582 A JP H0691582A
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joint
memory alloy
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actuator
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新二 金子
Hideyuki Adachi
英之 安達
Yasuo Hirata
康夫 平田
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Abstract

PURPOSE:To offer a multi-joint manipulator of large power generating capability and displacement quantity and capable or being miniaturized by providing an actuator control chip array and a driving body for the actuator equipped with a driving energy supplying means correspondingly to respective joints, and allowing them to have a degree of freedom for each electronic circuit chip for each actuator control. CONSTITUTION:A driving mechanism 'a' is formed by means of forming a shape memory alloy thin film pattern 35, coated with silicone film oxide made insulation film 10, 12, 34, a heating wire pattern 26 and a polyimide film 36, on a P type low concentration semiconductor substrate 1. A pair of the shape memory alloy thin film pattern 35 of the driving mechanism body 'a' is arranged correspondingly to the respective joints 37 of a multi-joint structure body 'b' composed of joints 37 connected together at a connecting portion 38 with its electronic circuit portion placed on the top of the multi-joint structure body 'b'. The shape memory alloy thin film pattern 35 is mounted on three mounting units 39 (39a, 39b, 39b) laid across two joints 37 on both sides of the structure body 'b'. Respective joint built-in sensor are driven through this control chip array.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、特に、超小型の多関節
マニュピレータ及びその製造方法とアクチュエータに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microminiature articulated manipulator, its manufacturing method and actuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、マイクロマシン技術に関心が集ま
っており、医療用マイクロロボット等への応用が期待さ
れている。このためには、グリッパ等を任意の部位にア
クセスするための多関節マイクロマニピュレータの実現
が必須である。これに関連して、特に、LSI製造技術
を応用したシリコンマイクロマシニングについて様々な
研究が報告されている。これらの中にはマイクロマニピ
ュレータに関するものも多いが、駆動体としてシリコン
を用いたこれらの駆動に用いられるアクチュエータは、
いずれも変位量と発生力量において充分なものではなか
った。
2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on micromachine technology, and its application to medical microrobots is expected. For this purpose, it is essential to realize a multi-joint micromanipulator for accessing the gripper etc. to an arbitrary part. In connection with this, various studies have been reported particularly on silicon micromachining to which LSI manufacturing technology is applied. Many of these are related to micromanipulators, but the actuators used to drive these using silicon as the driver are
Neither displacement was sufficient nor the amount of generated force.

【0003】一方、形状記憶合金を利用したアクチュエ
ータは変位量と発生力量で優れており、これを利用した
多関節マニュピレータとしては、例えば特開昭63−1
36014号公報に開示されている方法が知られてい
る。この中には、多関節のマニュピレータの各々のアク
チュエータを独立に制御し、さらに、フィードバック制
御する方式が示されている。
On the other hand, an actuator using a shape memory alloy is excellent in displacement amount and generated force amount, and as an articulated manipulator utilizing this, for example, JP-A-63-1
The method disclosed in Japanese Patent Publication No. 36014 is known. In this, there is shown a method of independently controlling each actuator of a multi-joint manipulator and further performing feedback control.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造の多関節マニピュレータを大幅に小型化・多機
能化するためには多くの問題点がある。まず、関節の数
が多くなると、それらを独立に制御するためには、多関
節マニピュレータの根元部分で、多くの配線が必要とな
る。また、各関節の変位を正確に制御するために各関節
にセンサーを組み込んでフィードバック制御を行おうと
すれば、必要な配線数は更に増大する。各関節内に半導
体集積回路チップを組み込むことができれば、この問題
を回避することも可能であるが、通常の電線又はフレキ
シブル基板に対して、集積回路チップを接続するには、
そのチップをワイヤーボンディング技術で直接に接続す
るとしても相当に大きなパッド領域が必要であり、小型
化の障害となる。
However, there are many problems in making the multi-joint manipulator having such a structure significantly smaller and more multifunctional. First, as the number of joints increases, many wires are required at the base of the multi-joint manipulator in order to control them independently. Further, if a sensor is incorporated in each joint to perform the feedback control in order to accurately control the displacement of each joint, the number of wires required further increases. If a semiconductor integrated circuit chip can be incorporated in each joint, this problem can be avoided, but in order to connect the integrated circuit chip to an ordinary electric wire or flexible substrate,
Even if the chip is directly connected by wire bonding technology, a considerably large pad area is required, which is an obstacle to miniaturization.

【0005】さらに、フィードバック制御のためのセン
サーを接続するための配線が必要となり、このために必
要なスペースも小型化を阻害する要因となる。加えて、
膨大な数にのぼる個々の部品の組立てによってマニピュ
レータを構築する従来の技術は、コストの面からも、小
型化の追求といった面からも望ましい方法ではない。
Furthermore, wiring for connecting a sensor for feedback control is required, and the space required for this is also a factor that hinders miniaturization. in addition,
The conventional technique of constructing a manipulator by assembling a huge number of individual parts is not desirable in terms of cost and miniaturization.

【0006】本発明は、このような種々の問題点に鑑み
てなされたものであり、発生力量や変位量が大きく、小
型化が可能で、組立工数が大幅に削減でき、しかもフィ
ードバック制御用のセンサーを一体形成して内蔵するこ
とができる多関節マニピュレータ及びその製造方法を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these various problems, and has a large amount of generated force and a large amount of displacement, can be miniaturized, can significantly reduce the number of assembling steps, and can be used for feedback control. An object of the present invention is to provide an articulated manipulator capable of integrally forming a sensor and incorporating the same, and a manufacturing method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、各
関節にアクチュエータを有する多関節マニュピレータに
おいて、各関節に対応してそれを駆動するアクチュエー
タ用駆動体と、この各駆動体にそれぞれ対応してそれに
一体化した複数の駆動制御用電子回路チップを柔軟な配
線によって相互に接続したアクチュエータ制御チップア
レーと、前記各電子回路を介して選択された前記駆動体
に駆動エネルギーを供給する手段とを備え、該アクチュ
エータ制御用電子回路チップの各々に対して少なくとも
1つの自由度を有する。前記駆動体へのエネルギー供給
手段と前記アクチュエータ用駆動体が一体形成された多
関節マニュピレータである。また、前記駆動体が形状記
憶合金であって、前記エネルギー供給手段が、前記形状
記憶合金を加熱するためのヒーターである多関節マニュ
ピレータである。前記アクチュエータ制御チップアレー
が各関節に組み込まれたセンサーの駆動、及び読出し機
能を有する多関節マニュピレータである。また、各関節
にアクチュエータ制御用電子回路を有する多関節マニュ
ピレータにおいて、前記電子回路の一つが外部から与え
られた指定形状に対応して、各関節に組み込まれたセン
サーの信号によって、各関節のアクチュエータをフィー
ドバック制御する機能を備える。また、本発明は、半導
体基板上の複数の領域に電子回路を形成し、これらを柔
軟な配線領域によって相互に接続した後、前記電子回路
を形成した以外の領域の半導体基板を除去することによ
って、アクチュエータ制御チップアレーを形成する多関
節マニュピレータの製造方法である。また、この多関節
マニュピレータの製造方法において、前記柔軟な配線領
域が基板上に絶縁膜を介して金属薄膜を形成する工程
と、これを所定のマスクパターンを用いてエッチングす
る工程と、この上に絶縁膜を形成し、これに前記マスク
の反転パターンを形成し、前記金属薄膜上部の絶縁膜を
エッチングする工程と、選択的な無電解メッキ処理によ
って前記金属薄膜上部に選択的に金属を積層する工程と
を有する多関節マニュピレータの製造方法である。ま
た、本発明は、抵抗体熱電素子の上部に、絶縁膜を介し
て所定形状に加工された形状記憶合金薄膜を配置したア
クチュエータにおいて、該抵抗体熱電素子の抵抗値の温
度依存性を利用して該形状記憶合金薄膜の相転移を制御
するものである。前記抵抗体熱電素子が、前記形状記憶
合金薄膜と同じかそれよりも高い変態点を有する形状記
憶合金薄膜であるアクチュエータである。本発明によれ
ば、柔軟な配線によって接続され、しかも、薄膜化され
た半導体集積回路チップアレーを構成し、これに駆動体
やセンサーを一体形成して極めて微小な駆動機構を構成
する。配線の形成やセンサー或は駆動体の組み込みは、
半導体リソグラフィー技術によって成されるので、組み
立てが不用で、非常に集積化された駆動機構が得られ
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to an actuator driving body for driving each joint in an articulated manipulator having actuators at each joint, and to each driving body. And an actuator control chip array in which a plurality of drive control electronic circuit chips integrated with each other are connected to each other by flexible wiring, and a means for supplying drive energy to the selected driving body via each electronic circuit. And has at least one degree of freedom for each of the actuator control electronic circuit chips. It is an articulated manipulator in which an energy supply means to the driving body and the actuator driving body are integrally formed. Further, the driving body is a shape memory alloy, and the energy supply means is an articulated manipulator which is a heater for heating the shape memory alloy. The actuator control chip array is a multi-joint manipulator having a function of driving and reading a sensor incorporated in each joint. Further, in a multi-joint manipulator having an actuator control electronic circuit in each joint, one of the electronic circuits corresponds to a specified shape given from the outside, and the actuator of each joint is operated by a signal of a sensor incorporated in each joint. It has a function of feedback control. Further, according to the present invention, electronic circuits are formed in a plurality of regions on a semiconductor substrate, these are connected to each other by a flexible wiring region, and then the semiconductor substrate in a region other than the region where the electronic circuit is formed is removed. , A method for manufacturing an articulated manipulator forming an actuator control chip array. Further, in this method of manufacturing an articulated manipulator, a step of forming a metal thin film on the substrate through the insulating film in the flexible wiring region, a step of etching the metal thin film using a predetermined mask pattern, and Forming an insulating film, forming a reversal pattern of the mask on the insulating film, etching the insulating film on the metal thin film, and selectively laminating metal on the metal thin film by selective electroless plating. And a method for manufacturing an articulated manipulator having steps. Further, the present invention, in an actuator in which a shape memory alloy thin film processed into a predetermined shape via an insulating film is arranged above a resistor thermoelectric element, the temperature dependency of the resistance value of the resistor thermoelectric element is utilized. It controls the phase transition of the shape memory alloy thin film. In the actuator, the resistor thermoelectric element is a shape memory alloy thin film having a transformation point equal to or higher than that of the shape memory alloy thin film. According to the present invention, a semiconductor integrated circuit chip array, which is connected by flexible wiring and has a reduced thickness, is formed, and a driver and a sensor are integrally formed with this to form an extremely minute driving mechanism. Wiring formation and sensor or driver assembly
Being made by semiconductor lithography technology, no assembly is required and a highly integrated drive mechanism is obtained.

【0008】[0008]

【実施例】本発明の第1の実施例を、図1から図13を
用いて説明する。これの多関節マニピュレータは、電子
回路や形状記憶合金等が一体化された駆動機構体aと多
関節構造体bに組み込んで構成される。まず、駆動機構
体について、その製造手順に従って説明する。
EXAMPLE A first example of the present invention will be described with reference to FIGS. This multi-joint manipulator is constructed by incorporating a drive mechanism a and a multi-joint structure b into which an electronic circuit, a shape memory alloy and the like are integrated. First, the drive mechanism will be described according to its manufacturing procedure.

【0009】最初、図1に示すように、面方位が(10
0)のP型低濃度半導体基板1上の複数個所に、リンの
イオン注入及び熱拡散工程を用いて接合深さ10μmの
N型低濃度領域2,3を一列に並べて等間隔をあけて形
成する。次に、図2に示すように、各々のN型低濃度領
域3おいて、Pch−MOSFETを形成する領域にNウ
ェル4を、Nch−MOSFETを形成する領域にPウェ
ル5をそれぞれ形成する。
First, as shown in FIG. 1, the plane orientation is (10
0) N-type low-concentration regions 2 and 3 having a junction depth of 10 μm are formed in a line at equal intervals at a plurality of places on the P-type low-concentration semiconductor substrate 1 by using phosphorus ion implantation and thermal diffusion steps. To do. Next, as shown in FIG. 2, in each N-type low concentration region 3, an N well 4 is formed in a region where a Pch-MOSFET is formed, and a P well 5 is formed in a region where an Nch-MOSFET is formed.

【0010】この後、図3に示すように、フィールド酸
化膜6、ゲート電極7、P型高濃度拡散層8、N型高濃
度拡散層9、シリコン酸化膜よりなる第1層間絶縁膜1
0、第1金属配線層11の形成工程を経て、各々のN型
低濃度領域3にCMOS集積回路を形成し、さらに、ポ
リイミドより成る第2の層間絶縁膜12を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3, the first interlayer insulating film 1 made of a field oxide film 6, a gate electrode 7, a P-type high-concentration diffusion layer 8, an N-type high-concentration diffusion layer 9, and a silicon oxide film.
A CMOS integrated circuit is formed in each of the N type low concentration regions 3 through the steps of forming the first metal wiring layer 11 and the second interlayer insulating film 12 made of polyimide.

【0011】このようにN型低濃度領域3に形成される
CMOS集積回路は、図4に示すような回路構成となっ
ている。つまり、D型フリップフロップ(DFF)13
とスイッチング用トランジスタ14を各々2つ含み、入
力電源線の端子領域15、入力GND線の端子領域1
6、入力同期信号線の端子領域17、入力制御線の端子
領域18、第1の駆動線の端子領域19、第2の駆動線
の端子領域20、出力電源線の端子領域21、出力GN
D線の端子領域22、出力同期信号線の端子領域23、
及び出力制御線の端子領域24を有している。また、N
型低濃度領域2に形成されるCMOS集積回路は、図4
で示した回路構成の他に、後に説明する信号処理回路、
及び入力保護回路が含まれる。なお、ここで、スイッチ
ング用トランジスタはエンハンスメント型Nch−MOS
FETである。
The CMOS integrated circuit thus formed in the N type low concentration region 3 has a circuit configuration as shown in FIG. That is, the D-type flip-flop (DFF) 13
And two switching transistors 14 each, and a terminal region 15 of the input power supply line and a terminal region 1 of the input GND line.
6, input synchronization signal line terminal area 17, input control line terminal area 18, first drive line terminal area 19, second drive line terminal area 20, output power supply line terminal area 21, output GN
A terminal area 22 for the D line, a terminal area 23 for the output synchronization signal line,
And an output control line terminal region 24. Also, N
The CMOS integrated circuit formed in the low-concentration type region 2 is shown in FIG.
In addition to the circuit configuration shown in, a signal processing circuit described later,
And an input protection circuit. The switching transistor is an enhancement type Nch-MOS.
It is a FET.

【0012】次に、図5に示すように、所定の位置にT
i薄膜による電熱線パターン26をTiのスパッタ及び
リソグラフィー工程によって形成する。続いて、図6に
示すように、通常のフォトリソグラフィーによって前記
16から24の各々の端子領域にコンタクト孔27をそ
れぞれ開口する。
Next, as shown in FIG. 5, T is set at a predetermined position.
An i-thin film heating wire pattern 26 is formed by a Ti sputtering and lithography process. Then, as shown in FIG. 6, contact holes 27 are formed in the respective terminal regions 16 to 24 by ordinary photolithography.

【0013】次に、図7に示すように、第2金属配線層
となる厚さ1.5μmのAl膜をスパッタした後、通常
のフォトリソグラフィーによってAlをパターニングし
て、N型低濃度領域に形成した各々の隣り合う電子回路
の電源線、GND線、同期信号線、制御線のコンタクト
孔27を接続して、第2金属配線層による、電源配線2
8、GND配線29、同期信号配線30、制御配線31
及び第1の駆動線と電子回路の横に設けられた2つの電
熱線パターンの一方を接続する第1駆動配線32と、第
2の駆動線と電子回路の横に設けられた2つの電熱線パ
ターンの他方を接続する第2駆動配線33をそれぞれ形
成する。この第2金属配線層のエッチングに際して、T
iと比較してAlのエッチング速度が速いエッチャント
を用いることで、Tiをほとんどエッチングすることな
く、Alのエッチングを行うことができる。
Next, as shown in FIG. 7, an Al film having a thickness of 1.5 μm to be the second metal wiring layer is sputtered, and then Al is patterned by ordinary photolithography to form an N type low concentration region. The power supply wiring 2 formed by the second metal wiring layer is formed by connecting the power supply line, the GND line, the synchronization signal line, and the contact hole 27 of the control line of each adjacent electronic circuit formed.
8, GND wiring 29, synchronization signal wiring 30, control wiring 31
And a first drive wire 32 connecting one of the two heating wire patterns provided beside the first drive line and the electronic circuit, and two heating wires provided beside the second drive line and the electronic circuit Second drive wirings 33 that connect the other side of the pattern are formed. At the time of etching the second metal wiring layer, T
By using an etchant having a faster Al etching rate than that of i, Al can be etched with almost no etching of Ti.

【0014】次に、図8及び図9に示すように、その上
に第3の層間絶縁膜34となる厚さ2μmのポリイミド
膜を塗布形成し、更に、この上に厚さ50μmの形状記
憶合金薄膜をスパッタによって形成し、更に、この上に
ポリイミド膜を塗布し、これをリソグラフィー工程によ
ってエッチングして駆動体となる形状記憶合金薄膜パタ
ーン35とその上部のポリイミド膜36を形成する。
Next, as shown in FIGS. 8 and 9, a polyimide film having a thickness of 2 μm to be the third interlayer insulating film 34 is applied and formed thereon, and a shape memory having a thickness of 50 μm is further formed thereon. An alloy thin film is formed by sputtering, and a polyimide film is applied thereon, and this is etched by a lithographic process to form a shape memory alloy thin film pattern 35 to be a driver and a polyimide film 36 thereabove.

【0015】次に、これまで述べた電子回路、配線、形
状記憶合金薄膜パターン35を形成した以外の領域の第
3層間絶縁膜34、及び第2層間絶縁膜12をリソグラ
フィー工程によってエッチング除去した後、基板の形状
記憶合金薄膜等を形成した側の主面を保護膜によって保
護した上で、N型低濃度領域2及び3に1Vの電圧を印
加しながら80℃の10w%のアンモニア溶液中で処理
するECE(electrochemical controlled etching)処
理によって、N型低濃度領域以外の領域の半導体基板を
エッチングによって除去する。一般的なCMOS回路に
おいては、電源線がNウェルに接続されているので、電
源配線28をバイアスすることで、N型低濃度領域2,
3にバイアスすることができる。
Next, after etching and removing the third interlayer insulating film 34 and the second interlayer insulating film 12 in the region other than the regions where the electronic circuit, the wiring, and the shape memory alloy thin film pattern 35 described above are formed, The main surface of the substrate on which the shape memory alloy thin film is formed is protected by a protective film, and then a voltage of 1 V is applied to the N-type low concentration regions 2 and 3 in a 10 w% ammonia solution at 80 ° C. By ECE (electrochemical controlled etching) processing, the semiconductor substrate in the region other than the N-type low concentration region is removed by etching. In a general CMOS circuit, the power supply line is connected to the N well, so that the power supply line 28 is biased so that the N-type low concentration region 2,
Can be biased to 3.

【0016】この後、フッ酸溶液等によってシリコン酸
化膜の第1層間絶縁膜10のN型低濃度領域以外の露出
した領域をエッチング除去してから表面保護膜を除去す
る。
Thereafter, the exposed region of the silicon oxide film other than the N-type low concentration region of the first interlayer insulating film 10 is removed by etching with a hydrofluoric acid solution or the like, and then the surface protective film is removed.

【0017】この様にして、柔軟なポリイミドによって
覆われた配線及び電熱線パターン26と、その下部に部
分的に残存した電子回路を構成する半導体領域と、上部
に形成された形状記憶合金(駆動体)が、図9で示す一
体化された駆動機構体aが得られる。
In this way, the wiring and heating wire pattern 26 covered with the flexible polyimide, the semiconductor region partially constituting the electronic circuit which remains below the shape memory alloy and the shape memory alloy (driving) As a result, an integrated drive mechanism body a shown in FIG. 9 is obtained.

【0018】この後、形状記憶合金部分の電熱線ヒータ
ーがある領域を曲げた状態で保持し、400℃で1時間
熱処理した後、急冷して形状記憶処理を行う。このと
き、駆動機構体における全ての形状記憶合金は同じ形状
を記憶させる。
After that, the region of the shape memory alloy portion where the heating wire heater is present is held in a bent state, heat treated at 400 ° C. for 1 hour, and then rapidly cooled to perform the shape memory treatment. At this time, all shape memory alloys in the drive mechanism store the same shape.

【0019】次に、図10及び図11に示すような多関
節構造体bを用意する。これは、MIM(metal inject
ion mold)によって形成され、個々の節37は、1平面
上で任意の方向に回動できるように接続部38を介して
連結されている。また、各節37は両側に3個づつの取
付け部39を有する。
Next, an articulated structure b as shown in FIGS. 10 and 11 is prepared. This is MIM (metal inject
formed by an ion mold, the individual joints 37 are connected to each other via a connecting portion 38 so as to be rotatable in one direction on one plane. Further, each node 37 has three mounting portions 39 on both sides.

【0020】ついで、図12に示すように、前記電子回
路や形状記憶合金等が一体化された駆動機構体aを多関
節構造体bに取り付ける。この図12から分かるよう
に、駆動機構体aの1つの電子回路部分とこれの両側に
設けられた一対の形状記憶合金薄膜パターン35は、多
関節構造体bの1つの節37にそれぞれ対応し、電子回
路部分はその多関節構造体bの上面に固定される。
Then, as shown in FIG. 12, the drive mechanism a in which the electronic circuit, the shape memory alloy and the like are integrated is attached to the multi-joint structure b. As can be seen from FIG. 12, one electronic circuit portion of the drive mechanism a and a pair of shape memory alloy thin film patterns 35 provided on both sides thereof correspond to one node 37 of the multi-joint structure b. The electronic circuit portion is fixed to the upper surface of the articulated structure b.

【0021】また、一対の形状記憶合金薄膜パターン3
5は、その駆動配線部分で折り曲げることにより、多関
節構造体bの両側面で、2つの節37にまたがる3つの
取付け部39(39a,39b,39b)に対して取り
付けられる。つまり、形状記憶合金薄膜パターン35は
この3つの取付け部39a,39b,39bの中で、図
中左端の取付け部39aで固定され、他の2つの取付け
部39bでは横方向に自由に動くことができるように取
り付けられる。ここで、形状記憶合金薄膜パターン用の
電熱線ヒーター26がある部分は、その多関節構造体b
の接続部38に対応して位置するように配置される。ま
た、前記電子回路部同士を接続する4本の配線は節37
の屈曲時に強い応力がかからないように、適当なたるみ
を持たせてある。
Also, a pair of shape memory alloy thin film patterns 3
5 is attached to the three attachment portions 39 (39a, 39b, 39b) extending over the two joints 37 on both side surfaces of the multi-joint structure b by bending the drive wiring portion. That is, the shape memory alloy thin film pattern 35 is fixed at the mounting portion 39a at the left end in the figure among the three mounting portions 39a, 39b, 39b, and freely moves in the lateral direction at the other two mounting portions 39b. It is attached so that you can. Here, the portion having the heating wire heater 26 for the shape memory alloy thin film pattern is the articulated structure b.
Is arranged so as to correspond to the connection portion 38 of the. In addition, the four wirings that connect the electronic circuit parts together are
Sufficient slack is provided so that strong stress is not applied when the is bent.

【0022】このように駆動機構体aと多関節構造体b
に組み込んで構成される多関節マニピュレータによる
と、節37の両側に配置された形状記憶合金薄膜パター
ン35は、変態点以上の温度に加熱されたときに節37
の接続部38をそれぞれ逆方向に曲げる力を作用させ
る。従って、一対の形状記憶合金薄膜パターン35の一
方を加熱することによって、それに対応した接続部38
をどちらの方向にも曲げることができる。
In this way, the drive mechanism a and the multi-joint structure b
According to the multi-joint manipulator configured as described above, the shape memory alloy thin film patterns 35 arranged on both sides of the joint 37 are not connected to the joint 37 when heated to a temperature equal to or higher than the transformation point.
A force is applied to bend the connecting portions 38 in the opposite directions. Therefore, by heating one of the pair of shape memory alloy thin film patterns 35, the corresponding connection portion 38 is formed.
Can be bent in either direction.

【0023】次に、このように構成された多関節マニピ
ュレータの制御を図13で示す信号によって行う場合に
ついて説明する。節37の数がn個であったとすると、
このマニピュレータの各節37に配置された電子回路
は、2nビットのシフトレジスタを構成することにな
る。まず、第1の時間領域において同期信号線に対し
て、2n個のパルスが入力され、制御信号線に対しても
パルスが入力される。
Next, a case will be described in which the articulated manipulator thus constructed is controlled by the signals shown in FIG. If the number of nodes 37 is n,
The electronic circuit arranged in each node 37 of this manipulator constitutes a 2n-bit shift register. First, in the first time region, 2n pulses are input to the synchronization signal line and pulses are also input to the control signal line.

【0024】ここで、2n個のパルスの入力が完了した
第1時間領域の終りの時刻T1における、入力側から数
えてk番目の節37に注目すると、この節37の電子回
路には、2(n−k)+1番目と2(n−k)+2番目
のDFF13が含まれており、2(n−k)+1番目の
同期信号が立ち上がる際の制御信号線はLo状態である
ので、k番目の節37の後段のDFF13はLo状態で
あり、2(n−k)+2番目の同期信号が立ち上がる際
の制御信号線は、Hi状態であるのでk番目の関節の前
段のDFF13は、Hi状態となる。このため、図4に
おける第1駆動線には通電がなされ、一方、第2駆動線
には通電がなされない。
Here, paying attention to the k-th node 37 counted from the input side at the time T1 at the end of the first time domain when the input of 2n pulses is completed, the electronic circuit of this node 37 has 2 ( Since the (n−k) + 1st and 2 (n−k) + 2nd DFFs 13 are included and the control signal line when the 2 (n−k) + 1th synchronizing signal rises is in the Lo state, the kth The DFF 13 in the latter stage of the node 37 of FIG. 3 is in the Lo state, and the control signal line when the 2 (n−k) + 2nd synchronization signal rises is in the Hi state, so the DFF 13 in the preceding stage of the kth joint is in the Hi state. Becomes Therefore, the first drive line in FIG. 4 is energized, while the second drive line is not energized.

【0025】従って、同期信号が入力されない第2時間
領域においては、k番目の節37に配置された一対の形
状記憶合金のうち、第1駆動線に接続された方だけが加
熱され、変態温度を越えて節37を所定方向に屈曲させ
る。第1時間領域においてシフトレジスタで制御信号が
転送される間には、2(n−k)+1番目のビットがH
i状態となる瞬間もあるが、第1時間領域の長さが第2
時間領域や形状記憶合金薄膜パターン35の昇温に要す
る時間よりも充分に短ければ、実用上は問題ない。この
条件が満たされない場合には、DFF用スイッチング用
トランジスタの間にラッチ回路を設けることで回避する
こともできる。このように第1時間領域と第2時間領域
を1つの単位時間として繰り返し、第1時間領域におけ
る制御信号パルスを変えることによって、任意の節37
をどちらの方向にも屈曲させることができる。
Therefore, in the second time region in which the synchronizing signal is not input, only the one of the pair of shape memory alloys arranged in the kth node 37 which is connected to the first drive line is heated and the transformation temperature is changed. The node 37 is bent in a predetermined direction over the point. While the control signal is transferred in the shift register in the first time domain, the 2 (n−k) + 1th bit is H level.
There is a moment when the i state is reached, but the length of the first time region is the second
If it is sufficiently shorter than the time region or the time required to raise the temperature of the shape memory alloy thin film pattern 35, there is no problem in practical use. If this condition is not satisfied, it can be avoided by providing a latch circuit between the DFF switching transistors. As described above, the first time region and the second time region are repeated as one unit time, and the control signal pulse in the first time region is changed, so that an arbitrary node 37 is obtained.
Can be bent in either direction.

【0026】このような構成によれば、制御回路、電熱
線ヒーター、駆動回路が一体形成され、組立工程が無し
で、発生力量と変位量が大きい多関節駆動機構を得るこ
とができる。また、各部の配線もリソグラフィー技術で
成されるので、ワイヤーボンディングなどの方法と比べ
て大幅に小型化できる。
According to this structure, the control circuit, the heating wire heater, and the drive circuit are integrally formed, and it is possible to obtain a multi-joint drive mechanism that produces a large amount of generated force and a large amount of displacement without an assembly process. Further, since the wiring of each part is also formed by the lithography technique, the size can be greatly reduced as compared with a method such as wire bonding.

【0027】なお、図13に示した方法では、多関節マ
ニピュレータの各節37は、形状記憶合金の記憶された
形状に対応してどちらかの方向に屈曲させることができ
るだけであるが、駆動手段のフィードバック制御によっ
て各節37を任意の角度に曲がった状態で制御する方法
について以下に説明する。
In the method shown in FIG. 13, the joints 37 of the articulated manipulator can be bent in either direction according to the stored shape of the shape memory alloy. A method of controlling each node 37 in a state where it is bent at an arbitrary angle by the feedback control of 1 will be described below.

【0028】これにはいくつかの方法が考えられるが、
まず、電熱ヒーター部分の温度を用いて制御する方法に
ついて説明する。先に説明した構成の実施例において
は、電熱ヒーターの発熱体としてTi薄膜を用いたが、
これを抵抗値の温度依存性が大きい材料に置き換える。
例としては導電性有機薄膜や変態温度の非常に低いTi
−Ni合金が挙げられる。後者は実用温度範囲でオース
テナイト相となり、この領域では抵抗値の温度依存性が
比較的大きいため利用可能となる。これは超弾性を示す
ので、駆動体の形状記憶合金の変態時の歪みが大きい場
合でも塑性変形による電熱ヒーター部分の信頼性の問題
がない点でも特に望ましい。
There are several possible methods for this,
First, a method of controlling the temperature of the electric heater will be described. In the example of the configuration described above, the Ti thin film was used as the heating element of the electric heater,
This is replaced with a material whose resistance value has a large temperature dependence.
Examples include conductive organic thin films and Ti with a very low transformation temperature.
-Ni alloy is mentioned. The latter becomes an austenite phase in the practical temperature range and can be used in this region because the temperature dependence of the resistance value is relatively large. Since it exhibits superelasticity, it is particularly desirable in that there is no problem of reliability of the electrothermal heater portion due to plastic deformation even if the strain of the shape memory alloy of the driving body during transformation is large.

【0029】このような構成とした上で、形状記憶合金
部分の変位量の温度依存性を利用した、温度によるフィ
ードバック制御を行う方法について、図14を用いて説
明する。ここでは図13の説明の際と同様に、多関節マ
ニピュレータはn個の節を有し、電子回路は全体として
2nビットのシフトレジスタを構成している。
A method of performing feedback control by temperature using the temperature dependency of the displacement amount of the shape memory alloy portion with the above structure will be described with reference to FIG. Here, as in the case of the description of FIG. 13, the multi-joint manipulator has n nodes, and the electronic circuit as a whole constitutes a 2n-bit shift register.

【0030】このタイムチャートから分かるように、制
御における単位時間を第1、第2、第3の3つの時間領
域に分けて考える。第1時間領域においては2n個の同
期信号パルスが出力され、その最初の立上り時に前段の
ビットの状態が転送される。従って第1時間領域を通じ
て、この図14のように最初に1つだけ制御信号線にパ
ルスを与えると、順次各ビットが1つだけHi状態とな
り、そのビットに対応した電熱ヒーターが通電される。
この際の電流量をモニターすることで、各電熱ヒーター
の抵抗値から温度を検出することができる。このように
検出された温度を基に通電すべき電熱ヒーターを決定し
て、図13において説明したのと同じ方法で第2時間領
域で必要なパルスを入力して、この状態を第3時間領域
で保持する。
As can be seen from this time chart, the unit time in the control is divided into the three time regions of the first, second and third. In the first time region, 2n sync signal pulses are output, and the state of the bit at the previous stage is transferred at the first rising edge thereof. Therefore, when only one pulse is first applied to the control signal line as shown in FIG. 14 through the first time region, only one bit of each bit sequentially becomes the Hi state, and the electric heater corresponding to the bit is energized.
By monitoring the current amount at this time, the temperature can be detected from the resistance value of each electric heater. Based on the detected temperature, the electric heater to be energized is determined, and the necessary pulse is input in the second time region in the same manner as described in FIG. 13, and this state is changed to the third time region. Hold in.

【0031】この後、このタイムチャートには図示して
いないが、制御信号線をLo状態としたまま同期信号線
に2n個のパルスを出力して、各DFFをLo状態とし
てから第1時間領域の処理に戻る。このような処理を充
分に短い周期で行えば、きめ細かいフィードバックによ
って各駆動体の形状記憶合金を所定の温度に維持するこ
とができる。
Thereafter, although not shown in this time chart, 2n pulses are output to the synchronizing signal line while the control signal line is in the Lo state, and each DFF is in the Lo state for the first time region. Return to processing. If such a treatment is performed in a sufficiently short cycle, the shape memory alloy of each driving body can be maintained at a predetermined temperature by fine feedback.

【0032】次に、ピエゾ型歪みセンサーを用いてフィ
ードバック制御する方法に関して変形例を、図1から図
12を用いて説明した実施例と異なる点について、図1
5から図18を用いて説明する。まず、図15に示すよ
うにN型低濃度領域3の中に形成されたNウェル4を、
後に電熱線ヒーターパターンが形成される領域にもコの
字型に形成し、更にN型低濃度拡散層3に形成する電子
回路を図16に示すように変更する。これは前述した図
3の回路に更に2ビットのDFFとスイッチング用トラ
ンジスタを追加したもので、追加された部分には第1ピ
エゾ抵抗検出線端子領域101と第2ピエゾ抵抗検出線
端子領域102を含んでいる(図16を参照)。
Next, a modified example of the method of feedback control using a piezo-type strain sensor will be described with reference to FIG. 1 in that it is different from the embodiment described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 15, the N well 4 formed in the N type low concentration region 3 is
An electric circuit to be formed in a U-shape also in a region where a heating wire heater pattern will be formed later, and the electronic circuit formed in the N-type low-concentration diffusion layer 3 is changed as shown in FIG. This is a circuit in which a 2-bit DFF and a switching transistor are added to the circuit of FIG. 3 described above, and a first piezoresistive detection line terminal region 101 and a second piezoresistive detection line terminal region 102 are added to the added portion. Included (see FIG. 16).

【0033】更に、図17に示すように、図7に示した
コンタクト孔27を、第1ピエゾ抵抗検出線端子領域1
01と第2ピエゾ抵抗検出線端子領域102および後に
電熱線ヒーターパターンが形成される領域にコの字型に
形成されたNウェル4の両端にも形成する。ここで、コ
の字型に形成されたNウェル4の両端のコンタクト孔の
部分は後に形成される第2金属配線層とオーミックコン
タクトをとるため、N型高濃度拡散層9が形成されてい
る。
Further, as shown in FIG. 17, the contact hole 27 shown in FIG. 7 is formed in the first piezoresistive detection line terminal region 1.
01 and the second piezoresistive detection line terminal region 102 and the both ends of the N well 4 formed in a U shape in the region where the heating wire heater pattern is formed later. Here, since the contact hole portions at both ends of the U-shaped N well 4 have ohmic contact with the second metal wiring layer to be formed later, the N-type high-concentration diffusion layer 9 is formed. .

【0034】次に、図18に示すように、図7で説明し
た配線の他に、電熱線パターンの下部に設けられた2つ
のピエゾ抵抗素子となるNウェルの一方を第1ピエゾ抵
抗検出線端子領域101のコンタクト孔27と接続する
第1ピエゾ抵抗検出配線103と電熱線パターンの下部
に設けられた2つのピエゾ抵抗素子となるNウェルの他
方を第2ピエゾ抵抗検出線端子領域102のコンタクト
孔27と接続する第2ピエゾ抵抗検出配線104を形成
する。
Next, as shown in FIG. 18, in addition to the wiring described in FIG. 7, one of the N wells serving as two piezoresistive elements provided under the heating wire pattern is connected to the first piezoresistive detection line. The first piezoresistive detection wiring 103 connected to the contact hole 27 of the terminal region 101 and the other of N wells which are two piezoresistive elements provided under the heating wire pattern are connected to the second piezoresistive detection line terminal region 102. The second piezoresistive detection wiring 104 connected to the hole 27 is formed.

【0035】後は、図8から図12に示したのと同様の
手順で多関節マニピュレータを完成させる。ECE(el
ectrochemical controlled etching)処理においては、
図16に示したこの回路構成では、電熱線ヒーター部分
の下部のnウェル領域も電源線と接続されているので、
電子回路を形成したN型低濃度領域と同様にこの領域を
残存させることができる。
After that, the multi-joint manipulator is completed by the same procedure as shown in FIGS. ECE (el
In ectrochemical controlled etching) processing,
In this circuit configuration shown in FIG. 16, since the n-well region under the heating wire heater portion is also connected to the power supply line,
This region can be left in the same manner as the N-type low concentration region where the electronic circuit is formed.

【0036】制御方法は基本的には図14に示したのと
同様であるが、節内のDFFの数が2倍となっているの
で、第1及び第2時間領域において2倍の数の同期信号
パルスが必要となる。第1時間領域においては1つのパ
ルスを順次転送し、第1及び第2ピエゾ抵抗検出配線が
通電状態となったときの電流値をモニターすることで、
形状記憶合金部分の下部のNウェル領域のピエゾ抵抗効
果によって各形状記憶合金部分の変位量を知ることがで
きる。このように検出された形状記憶合金部分の変位を
基に通電すべき電熱ヒーターを決定して、第2時間領域
で必要なパルスを入力して、所定の電熱ヒーター配線を
通電状態にして、この状態を第3時間領域で保持する。
この後、制御信号線をLo状態としたまま同期信号線に
4n個のパルスを出力して、各DFFをLo状態として
から第1時間領域の処理に戻る。このような処理を充分
に短い周期で行えば、きめ細かいフィードバックによっ
て各駆動体の形状記憶合金を所定の変位に維持すること
ができる。
The control method is basically the same as that shown in FIG. 14, but since the number of DFFs in the node is doubled, the number of DFFs in the first and second time regions is doubled. A sync signal pulse is required. By sequentially transferring one pulse in the first time region and monitoring the current value when the first and second piezoresistance detection wirings are in the energized state,
The amount of displacement of each shape memory alloy portion can be known from the piezoresistive effect of the N well region below the shape memory alloy portion. The electrothermal heater to be energized is determined based on the displacement of the shape memory alloy portion detected in this way, and a required pulse is input in the second time region to turn on a predetermined electrothermal heater wiring to make it electrically conductive. The state is held in the third time region.
After that, 4n pulses are output to the synchronizing signal line while the control signal line is in the Lo state, each DFF is brought into the Lo state, and then the process returns to the first time region. If such a process is performed in a sufficiently short cycle, the shape memory alloy of each driving body can be maintained at a predetermined displacement by fine feedback.

【0037】次に、駆動体の形状記憶合金自体の抵抗値
の変化を利用して多関節マニピュレータを制御する方法
に関して、図1から図12を用いて説明した実施例と異
なる点について、第19図から図22を用いて説明す
る。
Next, regarding the method of controlling the articulated manipulator by utilizing the change in the resistance value of the shape memory alloy itself of the driving body, the difference from the embodiment described with reference to FIG. 1 to FIG. This will be described with reference to FIGS.

【0038】まず、N型低濃度領域3に含まれる電子回
路を第19図に示すように変更する。これは図3の回路
に更に2ビットのDFF13とスイッチング用トランジ
スタ14を追加したもので、追加された部分には第1駆
動体抵抗検出線端子領域201と第2駆動体抵抗検出線
端子領域202を含んでいる。ここで、第1及び第2駆
動体抵抗検出線端子領域201,202の一方は,入力
電源線端子領域15と出力電源線端子領域21ではな
く、別に用意された入力抵抗検出電源線端子領域203
と出力抵抗検出電源線端子領域204に接続されてい
る。ただし、図示していないが、回路内の4個のDFF
13の電源は、図3及び図16の場合と同様に入力電源
線端子領域15から供給される。
First, the electronic circuit included in the N-type low concentration region 3 is changed as shown in FIG. This is a circuit in which a 2-bit DFF 13 and a switching transistor 14 are further added to the circuit of FIG. 3, and the first driver resistance detection line terminal area 201 and the second driver resistance detection line terminal area 202 are added in the added parts. Is included. Here, one of the first and second driver body resistance detection line terminal regions 201 and 202 is not the input power supply line terminal region 15 and the output power supply line terminal region 21, but the separately prepared input resistance detection power supply line terminal region 203.
And the output resistance detection power supply line terminal area 204. However, although not shown, four DFFs in the circuit
The power of 13 is supplied from the input power line terminal area 15 as in the case of FIGS. 3 and 16.

【0039】次に、図20に示すように、図7で説明し
た配線の他に、一方の電熱線パターンの両側と第1駆動
体抵抗検出線端子領域201のコンタクト孔27と接続
する第1駆動体抵抗検出配線205と、他方の電熱線パ
ターンの両側と第2駆動体抵抗検出線端子領域202の
コンタクト孔と接続する第2駆動体抵抗検出配線206
及び入力抵抗電源線と出力入力抵抗電源線を接続する抵
抗検出配線207を形成する。
Next, as shown in FIG. 20, in addition to the wiring described with reference to FIG. 7, first and second wirings of one heating wire pattern are connected to the contact holes 27 of the first driver body resistance detection line terminal area 201. The driving body resistance detection wiring 205 and the second driving body resistance detection wiring 206 connected to both sides of the other heating wire pattern and the contact holes of the second driving body resistance detection line terminal area 202.
A resistance detection wiring 207 for connecting the input resistance power supply line and the output input resistance power supply line is formed.

【0040】次に、図21及び図22に示すように、ポ
リイミドより成る第3の層間絶縁膜208を形成し、こ
の第1及び第2の駆動体抵抗検出配線の先端に、リソグ
ラフィー工程によってコンタクト孔209を形成し、更
に、図8の場合と同様に、この上に厚さ50μmの形状
記憶合金薄膜をスパッタによって形成し、更に、この上
にポリイミド膜を塗布し、これをリソグラフィー工程に
よってエッチングして、駆動体となる形状記憶合金薄膜
パターン35とその上部のポリイミド膜36を形成す
る。
Next, as shown in FIGS. 21 and 22, a third interlayer insulating film 208 made of polyimide is formed, and the tips of the first and second driver body resistance detection wirings are contacted by a lithography process. A hole 209 is formed, and as in the case of FIG. 8, a shape memory alloy thin film having a thickness of 50 μm is formed thereon by sputtering, and a polyimide film is applied thereon, and this is etched by a lithography process. Then, the shape memory alloy thin film pattern 35 to be the driver and the polyimide film 36 on the pattern 35 are formed.

【0041】この後、図10から図12に示したのと同
じ手順で、多関節マニピュレータを完成させる。また、
制御方法は、基本的には先に述べたピエゾ抵抗素子を用
いた場合と同じである。ここで、形状記憶合金部分の抵
抗値検出のために、電子回路や電熱ヒーターと異なった
電源を用いているのは、駆動体として用いる形状記憶合
金部分の抵抗値が電熱ヒーターと比較して非常に小さい
ため、形状記憶合金部分の抵抗値検出時に加熱されたり
するので、これを防止するためである。
Thereafter, the multi-joint manipulator is completed by the same procedure as shown in FIGS. Also,
The control method is basically the same as that using the piezoresistive element described above. Here, in order to detect the resistance value of the shape memory alloy portion, a power source different from the electronic circuit and the electric heater is used because the resistance value of the shape memory alloy portion used as a driver is much higher than that of the electric heater. This is because it is so small that it may be heated when the resistance value of the shape memory alloy portion is detected, so that this is prevented.

【0042】なお、これまで電熱ヒーターの温度、駆動
体と一体化されたピエゾ素子の変位量、駆動体の形状記
憶合金の抵抗値による制御方法について述べたが、これ
らを組み合せてより精度の高いフィードバック制御を行
うこともできる。
The control method based on the temperature of the electric heater, the amount of displacement of the piezo element integrated with the driving body, and the resistance value of the shape memory alloy of the driving body has been described so far. Feedback control can also be performed.

【0043】実際に、このような制御を行うには、モニ
ターされた電流値から、電熱ヒーターの温度、ピエゾ素
子の変位量、或は形状記憶合金部分の抵抗とを求め、更
に、それを駆動体としての形状記憶合金部分の変位量に
換算して、制御信号パルスを発生させるといったことが
必要である。これらを実現させるための電子回路は多関
節マニピュレータの1番目の関節の電子回路(図1の低
濃度N型領域2の部分)に内蔵するのが特に望ましい。
本発明が目的とするマイクロシステムにおける多関節マ
ニピュレータは、全体のシステムの中の1つの機能ユニ
ットとして使用されるが、機能ユニットの内部で、この
ような高度の信号制御が可能であれば、全体として大規
模なシステムを構築する上で、非常に有利である。更
に、駆動体やセンサーの固有の特性値についての情報を
第1関節の電子回路に形成したROMに書き込んでおく
等すれば、機能素子としての多関節マニピュレータの汎
用性を高めることができる。
In actuality, in order to perform such control, the temperature of the electric heater, the displacement amount of the piezo element, or the resistance of the shape memory alloy portion is obtained from the monitored current value, and further it is driven. It is necessary to convert the displacement amount of the shape memory alloy portion as the body to generate the control signal pulse. It is particularly desirable to incorporate an electronic circuit for realizing these in the electronic circuit of the first joint of the articulated manipulator (the portion of the low concentration N type region 2 in FIG. 1).
The articulated manipulator in the micro system targeted by the present invention is used as one functional unit in the whole system, but if such a high degree of signal control is possible inside the functional unit, As it is very advantageous in constructing a large-scale system. Further, by writing the information about the characteristic value peculiar to the driving body or the sensor in the ROM formed in the electronic circuit of the first joint, the versatility of the multi-joint manipulator as a functional element can be enhanced.

【0044】ここまでは、相異なる方向に関節を屈曲さ
せるように作用する一対の形状記憶合金を用いた駆動機
構について説明してきたが、形状記憶合金は特殊な熱処
理によっていわゆる全方位形状記憶が可能であり、これ
を利用すれば、1つの関節当たり1つの駆動体で駆動機
構(手段)を構成することができる。このような実施例
を第23図から図27を用いて説明する。
Up to this point, the drive mechanism using a pair of shape memory alloys that act to bend the joints in different directions has been described, but the shape memory alloys are capable of omnidirectional shape memory by special heat treatment. If this is utilized, the drive mechanism (means) can be configured by one drive body per one joint. Such an embodiment will be described with reference to FIGS. 23 to 27.

【0045】まず、図1及び図2に示したのと同様の手
順で、半導体基板1に電子回路領域を形成するが、N型
低濃度領域3に形成する回路は図23に示すようにす
る。図23から知れるように、これは前述した図3の回
路を半分にしたものであり、このため、一組の駆動線の
端子領域301を有する。
First, the electronic circuit region is formed on the semiconductor substrate 1 by the same procedure as shown in FIGS. 1 and 2, but the circuit formed in the N-type low concentration region 3 is as shown in FIG. . As is known from FIG. 23, this is a half of the circuit of FIG. 3 described above, and thus has a set of drive line terminal areas 301.

【0046】次に、図24に示すように、第2層間絶縁
膜12を形成した後、図23の15から18、21から
24、及び301の各領域に、コンタクト孔302を形
成する。
Next, as shown in FIG. 24, after forming the second interlayer insulating film 12, contact holes 302 are formed in the regions 15 to 18, 21 to 24, and 301 in FIG.

【0047】次に、図25に示すように第2金属配線層
となるAlのリソグラフィー工程によって、N型低濃度
領域に形成した各々の隣り合う電子回路の電源線、GN
D線、同期信号線、制御線のコンタクト孔を接続して、
第2金属配線層による、電源配線28、GND配線2
9、同期信号配線30、制御配線31及び駆動線の端子
領域301からの駆動配線303を形成する。
Next, as shown in FIG. 25, a power supply line for each adjacent electronic circuit and GN formed in the N type low concentration region by the lithography process of Al to be the second metal wiring layer.
Connect the contact holes of D line, sync signal line and control line,
Power supply wiring 28 and GND wiring 2 by the second metal wiring layer
9, the synchronizing signal wiring 30, the control wiring 31, and the driving wiring 303 from the terminal area 301 of the driving line are formed.

【0048】次に、図26及び図27に示すように、ポ
リイミドよりなる第3層間絶縁膜304を形成した後、
駆動配線303の先端にコンタクト孔305を形成し、
更にTi薄膜のリソグラフィー工程によって駆動体へエ
ネルギーを供給する手段たる電熱ヒーターパターン30
6を形成し、更に、図27で示すように、その上にポリ
イミドより成る第4層間絶縁膜307を形成する。
Next, as shown in FIGS. 26 and 27, after forming a third interlayer insulating film 304 made of polyimide,
Form a contact hole 305 at the tip of the drive wiring 303,
Further, an electrothermal heater pattern 30 serving as a means for supplying energy to a driver by a Ti thin film lithography process.
6 is formed, and as shown in FIG. 27, a fourth interlayer insulating film 307 made of polyimide is formed thereon.

【0049】次に、図28に示すように、形状記憶合金
薄膜をスパッタした後、リソグラフィー工程によって駆
動体となる形状記憶合金308を形成する。この後は先
に説明したのと同様に、基板の形状記憶合金薄膜等を形
成した側の主面を保護膜によって保護した上で、N型低
濃度領域2及び3に1Vの電圧を印加しながら、ECE
処理によってN型低濃度領域以外の領域の半導体基板1
をエッチングによって除去する。この後、フッ酸溶液等
によってシリコン酸化膜の第1層間絶縁膜10のN型低
濃度領域以外の露出した領域をエッチング除去してから
表面保護膜を除去し、柔軟なポリイミド膜によって覆わ
れた配線及び電熱線パターンと、その下部に部分的に残
存した電子回路を構成する半導体領域と、上部に形成さ
れた形状記憶合金が一体化された駆動手段を得る。この
後、形状記憶合金に対して適当な変形を加えながら熱処
理を行うことによって、全方位形状記憶処理を行う。こ
れを多関節構造体に組み込めば、多関節マニピュレータ
として機能させることができる。制御方法については1
関節の駆動体が1つになっただけで基本的には、第13
図で説明したのと同じである。先に述べたような方法
で、センサーを組み込めば任意の屈曲角にフィードバッ
ク制御できることは言うまでもない。
Next, as shown in FIG. 28, after a shape memory alloy thin film is sputtered, a shape memory alloy 308 to be a driver is formed by a lithography process. After that, as described above, the main surface of the substrate on which the shape memory alloy thin film and the like are formed is protected by a protective film, and then a voltage of 1 V is applied to the N-type low concentration regions 2 and 3. While ECE
The semiconductor substrate 1 in the region other than the N-type low concentration region by the treatment
Are removed by etching. After that, the exposed region other than the N-type low concentration region of the first interlayer insulating film 10 of the silicon oxide film is removed by etching with a hydrofluoric acid solution or the like, and then the surface protective film is removed and covered with a flexible polyimide film. There is obtained a drive unit in which the wiring and the heating wire pattern, the semiconductor region which partially remains in the lower portion of the semiconductor circuit and which constitutes the electronic circuit, and the shape memory alloy formed in the upper portion are integrated. After this, the omnidirectional shape memory treatment is performed by performing heat treatment while applying appropriate deformation to the shape memory alloy. By incorporating this into an articulated structure, it can function as an articulated manipulator. About control method 1
Basically, only one joint drive unit
It is the same as explained in the figure. It goes without saying that feedback control can be performed at an arbitrary bending angle by incorporating a sensor in the manner described above.

【0050】ここまで、形状記憶合金に曲げ変位を形状
記憶させることによって駆動させる多関節マニピュレー
タについて説明してきたが、形状記憶合金は一般的に伸
縮を形状記憶させた方が大きな力量が得られる。図29
から図32を用いてこのような実施例について説明す
る。
Up to this point, the articulated manipulator that is driven by causing the shape memory alloy to store the bending displacement in the shape has been described. However, in the shape memory alloy, it is generally possible to obtain a larger force by expanding and contracting the shape memory. FIG. 29
The embodiment will be described with reference to FIGS.

【0051】まず、図1から図7までと同様な手順で、
電子回路、配線及び電熱ヒーターを形成した後、第3層
間絶縁膜となるポリイミド膜とポジ型レジスト膜形成
し、フォト工程によってレジスト膜を露光・現像して、
レジストパターン402を形成する。
First, in the same procedure as in FIGS. 1 to 7,
After forming the electronic circuit, the wiring and the electric heater, a polyimide film to be the third interlayer insulating film and a positive resist film are formed, and the resist film is exposed and developed by a photo process,
A resist pattern 402 is formed.

【0052】この後、図30及び図31に示すように、
スパッタによる形状記憶合金薄膜と、ポリイミド膜を順
次形成し、これをリソグラフィー工程によってエッチン
グして駆動体となる形状記憶合金薄膜パターン403と
その上部のポリイミド膜404を形成する。
Thereafter, as shown in FIGS. 30 and 31,
A shape memory alloy thin film and a polyimide film are sequentially formed by sputtering, and this is etched by a lithography process to form a shape memory alloy thin film pattern 403 to be a driver and a polyimide film 404 above it.

【0053】この後、有機溶剤等でレジストパターン4
02を選択的に除去すると、図30中E−E線に沿う断
面を示す図31のように、形状記憶合金薄膜パターン4
03の部分は電熱ヒーターパターン26及びポリイミド
膜404と一方の端部のみで固定されることになる。
After that, a resist pattern 4 is formed with an organic solvent or the like.
When 02 is selectively removed, the shape memory alloy thin film pattern 4 is formed as shown in FIG. 31 showing a cross section taken along line EE in FIG.
The area 03 is fixed to the electrothermal heater pattern 26 and the polyimide film 404 only at one end.

【0054】続いて、これまで説明したのと同様なEC
E処理と第1層間絶縁膜10の除去を行う。この後で形
状記憶合金を伸縮方向に形状記憶処理し、駆動機構体a
を完成させる。次に、図32に示すような多関節構造体
bを用意する。これは前述した図10に示したものとほ
とんど同じであるが、取付け部39は各節37で、4個
づつとなっている。
Then, an EC similar to that described above is used.
The E process and the removal of the first interlayer insulating film 10 are performed. After that, the shape memory alloy is subjected to shape memory treatment in the expansion / contraction direction, and the drive mechanism
To complete. Next, an articulated structure b as shown in FIG. 32 is prepared. This is almost the same as that shown in FIG. 10 described above, but there are four mounting portions 39 at each node 37.

【0055】次に、この多関節構造体bに前記駆動機構
体aを図33に示すように取り付ける。これも図12に
示した方法と似ているが、一対の形状記憶合金薄膜パタ
ーン部分35は多関節構造体bの両側面で2つの節37
にまたがる4つの取付け部39に取り付けられ、形状記
憶合金はこの4つの内の両端の取付け部39aで固定さ
れ、他の中間の2つの取付け部39bでは横方向に自由
に動くことができる。ここで、電熱ヒーターと第2及び
第3絶縁層の部分は、図33におけるF−F線に沿う断
面図である図34から分かるように、両端の固定された
取り付け部39aの、形状記憶合金薄膜パターン部35
に対して固定された方の一端のみで固定されている。
Next, the drive mechanism a is attached to the multi-joint structure b as shown in FIG. This is also similar to the method shown in FIG. 12, but the pair of shape memory alloy thin film pattern portions 35 has two nodes 37 on both sides of the multi-joint structure b.
The shape memory alloy is fixed to the mounting portions 39a at both ends of the four, and the other two intermediate mounting portions 39b can freely move in the lateral direction. Here, as can be seen from FIG. 34, which is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. 33, the portions of the electric heater and the second and third insulating layers are the shape memory alloy of the mounting portions 39a fixed at both ends. Thin film pattern portion 35
It is fixed only at one end which is fixed with respect to.

【0056】このように構成すれば、一方の電熱ヒータ
ーを加熱した際に、その部分の形状記憶合金が収縮し
て、多関節構造体bの関節部が屈曲する。また、その駆
動体bの形状記憶合金部分と電熱ヒーター部分が一端の
みで固定されているため、形状記憶合金の大きな変位に
対して電熱ヒーターが大きな歪みを受けることはない。
一般に、構造体の関節部で同じだけに屈曲角を得ようと
した場合、屈曲よりも収縮の方が大きな歪みを必要とす
るので、このような対策がなされることが望ましい。
According to this structure, when one of the electric heaters is heated, the shape memory alloy in that portion is contracted, and the joint portion of the multi-joint structure b is bent. Further, since the shape memory alloy portion and the electrothermal heater portion of the driving body b are fixed at only one end, the electrothermal heater is not greatly distorted by a large displacement of the shape memory alloy.
Generally, when trying to obtain the same bending angle at the joints of the structure, contraction requires a larger strain than bending, so it is desirable to take such a measure.

【0057】これまでは、駆動体としての形状記憶合金
を駆動機構体に一体形成するため、絶縁された電熱ヒー
ター部分にスパッタとリソグラフィー工程によって、形
状記憶合金薄膜パターン35を形成する方法について説
明してきたが、あらかじめ形状記憶処理を施した形状記
憶合金部材を、絶縁された電熱ヒーター部分に張り付け
てもよい。また、駆動体bには形状記憶合金に限らず、
電圧又はそれによって発生する熱等によって変位する素
材を用いれば、これらの実施例で開示された、柔軟な配
線によって相互に接続された電子回路群や、それと一体
形成された電極、、又は電熱ヒーター等によって駆動用
エネルギ供給手段を構成することができる。
Up to now, a method of forming the shape memory alloy thin film pattern 35 on the insulated electric heater portion by the sputtering and the lithographic process in order to integrally form the shape memory alloy as the driving body on the driving mechanism body has been described. However, a shape memory alloy member that has undergone shape memory treatment in advance may be attached to the insulated electric heater portion. Further, the driving body b is not limited to the shape memory alloy,
If a material that is displaced by voltage or heat generated thereby is used, electronic circuit groups connected to each other by flexible wiring, electrodes integrally formed with the electronic circuit group, or an electric heater disclosed in these examples are used. The driving energy supply means can be configured by the above.

【0058】ところで、これまでの実施例においては、
配線としてスパッタによるAl薄膜を用いてきたが、関
節数が多く、多関節マニピュレータの全長が長くなる
と、配線抵抗が正常な動作を阻害するので配線幅を大き
くする必要があり、これが小型化を阻害する要因とな
る。この問題を回避するための方法について、図1から
図6までの工程を経た後の工程について図35から図3
8を用いて、以下に説明する。
By the way, in the above embodiments,
We have used sputtered Al thin film as the wiring, but if the number of joints is large and the total length of the multi-joint manipulator becomes long, the wiring resistance will hinder normal operation, so it is necessary to increase the wiring width, which hinders miniaturization. Will be a factor. A method for avoiding this problem will be described with reference to FIGS.
8 will be described below.

【0059】まず、図34に示すように、図7と同様の
配線パターンを200nm程度のスパッタによるPt薄
膜501で形成する。次に、図35のG−G線に沿う断
面を示す図36に示すように、10μmのポリイミド5
02と1μmのAlを形成し、Ptの配線パターンの反
転パターンでAlをエッチングし、Alパターン503
を形成する。次に、図37に示すように、RIEによっ
てAlをマスクとしてポリイミド502を異方性エッチ
ングして開口部504を形成する。
First, as shown in FIG. 34, a wiring pattern similar to that shown in FIG. 7 is formed of a Pt thin film 501 by sputtering with a thickness of about 200 nm. Next, as shown in FIG. 36 showing a cross section taken along the line GG of FIG.
02 and 1 μm of Al are formed, and Al is etched by a reverse pattern of the Pt wiring pattern to form an Al pattern 503.
To form. Next, as shown in FIG. 37, polyimide 502 is anisotropically etched by RIE using Al as a mask to form an opening 504.

【0060】この後、図38に示すようにAlパターン
503を選択的に除去してからテトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイドと硫酸銅の混合液によって、Pt
が露出した部分に選択的に銅505を10μm無電解メ
ッキする。この後は図9以降と同じ手順で多関節マニピ
ュレータを完成させる。この方法では、配線に比較的厚
く、しかも抵抗率が小さい銅を配線として利用できるの
で、配線抵抗を大幅に低減できる。
After that, as shown in FIG. 38, the Al pattern 503 is selectively removed, and then Pt is removed by a mixed solution of tetramethylammonium hydroxide and copper sulfate.
Copper 505 is selectively electroless plated with a thickness of 10 μm on the exposed portion. After that, the multi-joint manipulator is completed by the same procedure as that shown in FIG. In this method, since copper, which is relatively thick and has a low resistivity, can be used as the wiring, the wiring resistance can be significantly reduced.

【0061】このように、配線抵抗を大幅に低減し、更
に制御回路のスイッチングTrに駆動能力の大きなバイ
ポーラトランジスタを用いるなどすれば、前記駆動体に
極細の形状記憶合金ワイヤーを用いることで、電熱ヒー
ターでなく、直接に形状記憶合金ワイヤーを通電加熱す
ることも可能である。このような方法で構成した多関節
マニピュレータの概念的構成の例が図39と図40でそ
れぞれ示す。ここでは、多関節構造体601には、配線
602で相互に接続されたアクチュエータ制御チップ6
03によるアクチュエータ制御チップアレーが取り付け
られ、第4図に示したと同様な構成における回路におけ
る第1及び第2の駆動線端子領域が一対の極細形状記憶
合金ワイヤー604の両端に直接に接続されている。図
39のものではその多関節マニピュレータがパイプ状の
硬性部606の外周に設けられ、図39のものではその
多関節マニピュレータが関節607の屈曲部分に対応す
る軟性部605とそれ以外の硬性部606よりなるパイ
プに収められている。
As described above, when the wiring resistance is significantly reduced and a bipolar transistor having a large driving capability is used for the switching Tr of the control circuit, by using an extremely fine shape memory alloy wire for the driving body, Instead of using the heater, it is possible to directly heat the shape memory alloy wire by heating. 39 and 40 show examples of conceptual configurations of the multi-joint manipulator configured by such a method, respectively. Here, the actuator control chip 6 connected to each other by the wiring 602 is connected to the articulated structure 601.
The actuator control chip array according to No. 03 is attached, and the first and second drive line terminal regions in the circuit having the same configuration as shown in FIG. 4 are directly connected to both ends of the pair of ultrafine shape memory alloy wires 604. . In FIG. 39, the multi-joint manipulator is provided on the outer periphery of the pipe-shaped rigid portion 606, and in FIG. It is housed in a pipe consisting of.

【0062】多関節マニピュレータの各関節の制御を任
意でなく、順次にした場合の多関節マニピュレータの制
御回路を図41に示す。図41において、60は抵抗で
あり、(61−1)〜(61−n)は、デプレッション
形MOS−FETで、(62−1)〜(62−n)は形
状記憶合金(SMA)である。60は入力電圧を抵抗分
割し、(61−1)〜(61−n)のFETのドレイン
に抵抗分割分の電圧を与える抵抗であり、(61−1)
〜(61−n)のFETは、形状記憶合金(62−1)
〜(62−n)に通電を行わせるスイッチング素子であ
る。
FIG. 41 shows a control circuit of the multi-joint manipulator in the case where the control of each joint of the multi-joint manipulator is not arbitrary but is sequentially performed. In FIG. 41, 60 is a resistor, (61-1) to (61-n) are depletion type MOS-FETs, and (62-1) to (62-n) are shape memory alloys (SMA). . Reference numeral 60 is a resistor that divides the input voltage by resistance and applies a voltage corresponding to the resistance division to the drains of the FETs (61-1) to (61-n).
~ (61-n) FET is a shape memory alloy (62-1).
~ (62-n) is a switching element for energizing.

【0063】この図41で示す構成において、入力電圧
Vを上げていき、V1 がゲート・ソース間しゃ断電圧V
GSよりも大きくなったとき、(61−1)のFETがO
Nし、(62−1)の形状記憶合金に定電流が流れる。
それ以外のFET(61−2)〜(61−n)は、途中
にかましてある抵抗60により入力電圧Vが分圧され
て、VGS(OFF) >V2 >V3 >V4 …>Vn となり、F
ET(61−2)〜(61−n)はOFFとなってい
る。
In the structure shown in FIG. 41, the input voltage V is increased and V 1 is the gate-source cutoff voltage V.
When it becomes larger than GS, the FET of (61-1) becomes O
N, and a constant current flows through the shape memory alloy of (62-1).
In the other FETs (61-2) to (61-n), the input voltage V is divided by the resistor 60 placed in the middle, and V GS (OFF) > V 2 > V 3 > V 4 ...> V n and F
ETs (61-2) to (61-n) are OFF.

【0064】ここで、更に入力電圧Vを上げていくと、
2 >VGS(OFF) となりFET(61−2)もONし、
SMA(62−2)にも定電流が流れる。以上の事を繰
り返す事によって、最終的にはV1 >V2 >V3 >…>
n >VGS(OFF) となり、SMA(62−1)〜(62
−n)を入力電圧によって順次的に通電を行わせる事が
できる。
When the input voltage V is further increased,
V 2 > V GS (OFF) and FET (61-2) is turned on,
A constant current also flows through the SMA (62-2). By repeating the above, finally V 1 > V 2 > V 3 >...>
V n > V GS (OFF) and SMA (62-1) to (62
-N) can be sequentially energized by the input voltage.

【0065】なお、この例では、形状記憶合金(SM
A)の通電制御を行うのにFETのスイッチング動作を
使用していたが、これに限らず、スイッチング素子とし
て、ツェナーダイオードを使用した図42に示す回路例
のものでもよい。
In this example, the shape memory alloy (SM
Although the switching operation of the FET is used to perform the energization control in A), the present invention is not limited to this, and the circuit example shown in FIG. 42 using a Zener diode as a switching element may be used.

【0066】図42において、(65−1)〜(65−
n)はSMAであり、(63−1)〜(63−n)はツ
ェナーダイオードで、(63−1)〜(63−n)のツ
ェナー電圧をVZD1 ,VZD2 ,VZD3 ,〜,VZDn
し、VZD1 <VZD2 <VZD3 <…<VZDn とする。64
はスイッチングダイオードで、(65−1)〜(65−
n)のSMAに定電圧がかかる様にしてある。
In FIG. 42, (65-1) to (65-
n) is SMA, (63-1) to (63-n) are zener diodes, and the zener voltages of (63-1) to (63-n) are V ZD1 , V ZD2 , V ZD3 , ..., V ZDn, and V ZD1 <V ZD2 <V ZD3 <... <V ZDn . 64
Is a switching diode, and (65-1) to (65-
A constant voltage is applied to the SMA of n).

【0067】そこで、この図42において、入力電圧V
を上げていき、V>VZD1 となった時に、(63−1)
のツェナーダイオードからツェナー電流が流れ、SMA
(65−1)に通電する。更に、入力電圧Vを上げてい
き、V>VZD2 となった時に、(63−2)のツェナー
ダイオードからツェナー電流が流れ、SMA(65−
2)にも通電する。
Therefore, in FIG. 42, the input voltage V
, And when V> V ZD1 , (63-1)
Zener current flows from the Zener diode of
Energize (65-1). Further, when the input voltage V is increased and V> V ZD2 , the Zener current flows from the Zener diode of (63-2), and the SMA (65-
Energize 2).

【0068】この事を繰り返していくと、最終的にはV
>VZDn となり、(65−1)〜(65−n)のSMA
を全て通電する。入力電圧Vを上げていったときにツェ
ナー電圧の低いツェナーダイオードから流れるツェナー
電流が大きくなっても、64のスイッチングダイオード
によって定電圧となっているので、(65−1)〜(6
5−n)のSMAは全て均等な伸縮を行う。上記の事か
ら、入力電圧VによってSMA(65−1)〜(65−
n)を順次的に通電を行わせる事ができる。
When this process is repeated, finally, V
> V ZDn , and (65-1) to (65-n) SMA
Energize all. Even if the Zener current flowing from the Zener diode having a low Zener voltage increases as the input voltage V is increased, the voltage is constant due to the 64 switching diodes, so that (65-1) to (6)
All SMAs of 5-n) perform uniform expansion and contraction. From the above, SMA (65-1) to (65-
n) can be sequentially energized.

【0069】また、上記ではツェナーダイオード(63
−1)〜(63−n)のツェナー電圧をVZD1 <VZD2
<…<VZDn と順次に並べていたが、この順番を変える
事によって、あらかじめ決められた湾曲動作を行う事も
できる。以上の事から、多関節マニピュレータをシーケ
ンシャルに動作させる場合には、SMAの通電制御線が
2本だけで構成することができる。
In the above, the Zener diode (63
-1) to (63-n) Zener voltage is V ZD1 <V ZD2
<... <V ZDn are arranged in sequence, but by changing this order, a predetermined bending operation can be performed. From the above, when operating the articulated manipulator sequentially, it is possible to configure the SMA energization control line with only two.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、非
常に微小な多関節マニピュレータが得られ、また、これ
を複雑な組立工程を行うことなしに、容易に製造するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, a very fine articulated manipulator can be obtained, and it can be easily manufactured without performing a complicated assembly process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】P型低濃度半導体基板上にN型低濃度領域を形
成した説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram in which an N type low concentration region is formed on a P type low concentration semiconductor substrate.

【図2】前記N型低濃度領域にウェルを形成した説明
図。
FIG. 2 is an explanatory diagram in which a well is formed in the N-type low concentration region.

【図3】前記N型低濃度拡散領域にCMOS集積回路及
び層間絶縁膜を形成した配置説明図。
FIG. 3 is a layout explanatory view in which a CMOS integrated circuit and an interlayer insulating film are formed in the N type low concentration diffusion region.

【図4】CMOS集積回路の構成の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a configuration of a CMOS integrated circuit.

【図5】電熱線パターンの配置図。FIG. 5 is a layout diagram of a heating wire pattern.

【図6】コンタクト孔の配置図。FIG. 6 is a layout view of contact holes.

【図7】第2金属配線層の配置構成の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of an arrangement configuration of a second metal wiring layer.

【図8】形状記憶合金薄膜パターンとポリイミド膜を形
成した配置説明図。
FIG. 8 is a layout explanatory view in which a shape memory alloy thin film pattern and a polyimide film are formed.

【図9】図8のA−A線に沿う形状記憶合金薄膜パター
ンとポリイミド膜を形成した積層構造の断面図。
9 is a sectional view of a laminated structure in which a shape memory alloy thin film pattern and a polyimide film are formed along line AA of FIG.

【図10】(a)は多関節構造体の側面図、(b)は同
じくその平面図。
10A is a side view of the multi-joint structure, and FIG. 10B is a plan view thereof.

【図11】図10中のB−B線に沿う断面図。11 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

【図12】(a)は駆動機構を多関節構造体に取り付け
てなる多関節マニピュレータの側面図、(b)は同じく
その平面図。
12A is a side view of an articulated manipulator in which a drive mechanism is attached to an articulated structure, and FIG. 12B is a plan view thereof.

【図13】多関節マニピュレータの制御信号の波形図。FIG. 13 is a waveform diagram of a control signal of the articulated manipulator.

【図14】多関節マニピュレータをフィードバック制御
を行うための信号の波形図。
FIG. 14 is a waveform diagram of a signal for performing feedback control on the articulated manipulator.

【図15】変形例のパターン説明図。FIG. 15 is a pattern explanatory diagram of a modified example.

【図16】集積回路の構成の説明図。FIG. 16 is an explanatory diagram of a configuration of an integrated circuit.

【図17】コンタクト孔の配置図。FIG. 17 is a layout view of contact holes.

【図18】形状記憶合金薄膜パターンとポリイミド膜を
形成した配置説明図。
FIG. 18 is a layout explanatory view in which a shape memory alloy thin film pattern and a polyimide film are formed.

【図19】集積電子回路の構成の説明図。FIG. 19 is an explanatory diagram of a configuration of an integrated electronic circuit.

【図20】配線パターンの説明図。FIG. 20 is an explanatory diagram of a wiring pattern.

【図21】配線パターンの説明図。FIG. 21 is an explanatory diagram of a wiring pattern.

【図22】図21中C−C線に沿うその積層構造の断面
図。
22 is a sectional view of the laminated structure taken along the line CC in FIG.

【図23】集積電子回路の構成の説明図。FIG. 23 is an explanatory diagram of a configuration of an integrated electronic circuit.

【図24】コンタクト孔の配置構造の説明図。FIG. 24 is an explanatory diagram of the arrangement structure of contact holes.

【図25】配線構造の説明図。FIG. 25 is an explanatory diagram of a wiring structure.

【図26】電熱ヒーターパターンの説明図。FIG. 26 is an explanatory diagram of an electric heater pattern.

【図27】図26中D−D線に沿うその積層構造の説明
図。
FIG. 27 is an explanatory view of the laminated structure taken along the line D-D in FIG. 26.

【図28】形状記憶合金の配置パターンの説明図。FIG. 28 is an explanatory diagram of an arrangement pattern of shape memory alloy.

【図29】レジストパターンの配置説明図。FIG. 29 is an explanatory view of the arrangement of resist patterns.

【図30】形状記憶合金薄膜パターンの配置説明図。FIG. 30 is an explanatory view of the layout of the shape memory alloy thin film pattern.

【図31】図30中E−E線に沿うその積層構造の断面
図。
31 is a sectional view of the laminated structure taken along line EE in FIG. 30. FIG.

【図32】(a)は多関節構造体の側面図、(b)はそ
の平面図。
32A is a side view of the multi-joint structure, and FIG. 32B is a plan view thereof.

【図33】(a)は前記多関節構造体に駆動機構を組み
付けたその側面図、(b)はその平面図。
FIG. 33 (a) is a side view showing a drive mechanism assembled to the multi-joint structure, and FIG. 33 (b) is a plan view thereof.

【図34】図33におけるF−F線に沿う断面図。34 is a sectional view taken along the line FF in FIG.

【図35】配線パターンの配置説明図。FIG. 35 is an explanatory diagram of the layout of wiring patterns.

【図36】図35のG−G線に沿う断面図。36 is a cross-sectional view taken along the line GG in FIG.

【図37】開口部を形成した積層構造の断面図。FIG. 37 is a cross-sectional view of a laminated structure in which an opening is formed.

【図38】その開口部に無電解メッキをした積層構造の
断面図。
FIG. 38 is a sectional view of a laminated structure in which electroless plating is applied to the opening.

【図39】(a)は他の多関節マニピュレータの斜視
図、(b)は(a)中H−H線に沿う断面図。
FIG. 39A is a perspective view of another multi-joint manipulator, and FIG. 39B is a sectional view taken along line HH in FIG.

【図40】(a)はさらに他の多関節マニピュレータの
斜視図、(b)は(a)中I−I線に沿う断面図。
FIG. 40 (a) is a perspective view of still another multi-joint manipulator, and FIG. 40 (b) is a sectional view taken along line I-I in FIG. 40 (a).

【図41】制御回路の構成説明図。FIG. 41 is an explanatory diagram of a configuration of a control circuit.

【図42】他の制御回路の構成説明図。FIG. 42 is a configuration explanatory view of another control circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、13…D型フリップフロップ、14…
スイッチング用トランジスタ、26…電熱線パターン、
28…電源配線、35…形状記憶合金薄膜パターン、3
7…節、38…接続部、a…駆動機構体、b…多関節構
造体。
1 ... Semiconductor substrate, 13 ... D flip-flop, 14 ...
Switching transistor, 26 ... Heating wire pattern,
28 ... Power wiring, 35 ... Shape memory alloy thin film pattern, 3
7 ... Section, 38 ... Connection part, a ... Drive mechanism, b ... Articulated structure.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河合 利昌 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshimasa Kawai 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 各関節にアクチュエータを有する多関節
マニュピレータにおいて、各関節に対応してそれを駆動
するアクチュエータ用駆動体と、この各駆動体にそれぞ
れ対応してそれに一体化した複数の駆動制御用電子回路
チップを柔軟な配線によって相互に接続したアクチュエ
ータ制御チップアレーと、前記各電子回路を介して選択
された前記駆動体に駆動エネルギーを供給する手段とを
備え、該アクチュエータ制御用電子回路チップの各々に
対して少なくとも1つの自由度を有することを特徴とす
る多関節マニュピレータ。
1. In a multi-joint manipulator having an actuator at each joint, an actuator driver for driving each joint and a plurality of drive controllers corresponding to each driver and integrated with it. An actuator control chip array in which electronic circuit chips are connected to each other by flexible wiring, and means for supplying drive energy to the selected driving body via each of the electronic circuits are provided. An articulated manipulator having at least one degree of freedom for each.
【請求項2】 前記駆動体へのエネルギー供給手段と前
記アクチュエータ用駆動体が一体形成されたことを特徴
とする請求項1に記載の多関節マニュピレータ。
2. The multi-joint manipulator according to claim 1, wherein the means for supplying energy to the driving body and the driving body for the actuator are integrally formed.
【請求項3】 前記駆動体が形状記憶合金であり、前記
エネルギー供給手段が、前記形状記憶合金を加熱するた
めのヒーターであることを特徴とする請求項1に記載の
多関節マニュピレータ。
3. The articulated manipulator according to claim 1, wherein the driving body is a shape memory alloy, and the energy supply means is a heater for heating the shape memory alloy.
【請求項4】 前記アクチュエータ制御チップアレーが
各関節に組み込まれたセンサーの駆動、及び読出し機能
を有することを特徴とする請求項1に記載の多関節マニ
ュピレータ。
4. The multi-joint manipulator according to claim 1, wherein the actuator control chip array has a function of driving and reading a sensor incorporated in each joint.
【請求項5】 各関節にアクチュエータ制御用電子回路
を有する多関節マニュピレータにおいて、前記電子回路
の一つが外部から与えられた指定形状に対応して、各関
節に組み込まれたセンサーの信号によって、各関節のア
クチュエータをフィードバック制御する機能を備えたこ
とを特徴とする多関節マニュピレータ。
5. A multi-joint manipulator having an actuator controlling electronic circuit in each joint, wherein one of the electronic circuits corresponds to a specified shape given from the outside by a signal from a sensor incorporated in each joint. A multi-joint manipulator having a function of performing feedback control of a joint actuator.
【請求項6】 半導体基板上の複数の領域に電子回路を
形成し、これらを柔軟な配線領域によって相互に接続し
た後、前記電子回路を形成した以外の領域の半導体基板
を除去することによって、アクチュエータ制御チップア
レーを形成することを特徴とする多関節マニュピレータ
の製造方法。
6. An electronic circuit is formed in a plurality of regions on a semiconductor substrate, these are mutually connected by a flexible wiring region, and then the semiconductor substrate in a region other than the region where the electronic circuit is formed is removed. A method for manufacturing an articulated manipulator, comprising forming an actuator control chip array.
【請求項7】 前記柔軟な配線領域が基板上に絶縁膜を
介して金属薄膜を形成する工程と、 これを所定のマスクパターンを用いてエッチングする工
程と、 この上に絶縁膜を形成し、これに前記マスクの反転パタ
ーンを形成し、前記金属薄膜上部の絶縁膜をエッチング
する工程と、 選択的な無電解メッキ処理によって前記金属薄膜上部に
選択的に金属を積層する工程とを有することを特徴とす
る請求項6に記載の多関節マニュピレータの製造方法。
7. A step of forming a metal thin film on the substrate with the flexible wiring region via an insulating film, a step of etching the metal thin film using a predetermined mask pattern, and forming an insulating film thereon. Forming a reverse pattern of the mask thereon, etching the insulating film on the metal thin film, and selectively laminating metal on the metal thin film by selective electroless plating. The method for manufacturing an articulated manipulator according to claim 6, which is characterized in that.
【請求項8】 抵抗体熱電素子の上部に、絶縁膜を介し
て所定形状に加工された形状記憶合金薄膜を配置したア
クチュエータにおいて、該抵抗体熱電素子の抵抗値の温
度依存性を利用して該形状記憶合金薄膜の相転移を制御
することを特徴としたアクュエータ。
8. An actuator in which a shape memory alloy thin film processed into a predetermined shape is arranged on an upper portion of a resistor thermoelectric element with an insulating film interposed therebetween, utilizing the temperature dependence of the resistance value of the resistor thermoelectric element. An actuator characterized by controlling the phase transition of the shape memory alloy thin film.
【請求項9】 前記抵抗体熱電素子が、前記形状記憶合
金薄膜と同じかそれよりも高い変態点を有する形状記憶
合金薄膜であることを特徴とする請求項8に記載のアク
チュエータ。
9. The actuator according to claim 8, wherein the resistor thermoelectric element is a shape memory alloy thin film having a transformation point equal to or higher than that of the shape memory alloy thin film.
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