生産研究 1999年8月号

第51巻第8号
(生産研究は、生産技術研究所の研究紹介誌として、毎月1回発行する)

目次

小特集:マイクロマシン

巻頭言

マイクロメカトロニクス小特集の発行にあたって 藤田博之

研究解説

GaN and Related Compounds for MEMS and MOEMS
Stanislas K. RAWCZYK・Tamako SOMEYA・Yasuhiko ARAKAWA・Hiroyuki FUJITA

研究速報

Tunable Vertical Cavity Laser and Photodetector for Free Space Interconnection
Jean PODLECKI・Masao NISHIOKA・HIroshi TOSHIYOSHI・Yasuhiko ARAKAWA・Hiroyuki FUJITA

Monolithically Integrated Diode Laser Detection System for Scanning Near-Field Optical Microscopy(SNOM): Study of the Optical Feedback Effect in VCSELs
Sabry KHALFALLAH・Dominique BOUCHON・Satoshi FUKUDA・Christophe GORECKI・Michel SPAJER・Hideki KAWAKATSU・Hiroyuki FUJITA・Yasuhiko ARAKAWA

Monolithically Integrated Diode Laser Detection System for Scanning Near-Field Optical Microscopy(SNOM): VCSEL Technology
Sabry KHALFALLAH・Jean PODLECKI・Masao NISHIOKA・Christophe GORECKI・Hideki KAWAKASTU・Hiroyuki FUJITA・Takao SOMEYA・Yasuhiko ARAKAWA

Experimental Investigation of the Bending and Torsional Motion of a Magneto-Elastic Bimorph for a Micro-Scanner
Amalia GARNIER・Elisabeth ORSIER・Jean Claube PEUZIN・Ken MACKAY・Toshiro HIRAMOTO・Hiroyuki FUJITA

Microwave Antenna with a Micromechanical Scanning
Dominique CHAUVEL・Nathalie HAESE・Paul Alain ROLLAND・Dominique COLLARD・Hiroyuki FUJITA  

Thin Film of Titanium/Nickel Shape Memory Alloy for Multi-Degree of Freedom Microactuators
Lionel BUCHAILLOT・Yousuke NAKAMURA・Shigeo NAKAMURA・Hiroyuki FUJITA

Design and Chartacterization of High-Torque Silicon Based Electrostatic Micromotors
Patrice MINOTTI・Philippe LANGLET・Gilles BOURBON・Philippe HELIN・Takahisa MASUZAWA・Hiroyuki FUJITA

シリコンマイクロマシニングによるステップアクチュエータ
年吉 洋・小林 大・三田 信・橋口 原・藤田博之・遠藤潤二・和田恭雄

Micro/Nano Manipulation Using Atomic Force Microscope
Metin SITTI・Hideki HSHIMOTO  

Virtual Reality-Based Teleoperation in the Micro/Nano World
Metin SITTI・Hideki HSHIMOTO

マイクロ超音波加工法の開発
藤野正俊・増沢隆久・江頭 快

ナノメートルオーダの機械振動子の製作方法
川勝英樹・年吉 洋・佐谷大輔・藤田博之


GaN and Related Compounds for MEMS and MOEMS
Stanislas K. RAWCZYK・Tamako SOMEYA・Yasuhiko ARAKAWA・Hiroyuki FUJITA

 本研究の目的は、MEMSやMOEMSにおける窒化物半導体の有用性を検討することにある。 類似の検討は我々の知る限りでは他のグループでなされていない。この新しい研究は 、1998年3月にCNRSと生研に提出された提案に従って、1998年9月にS. K. Krawczykが LIMMSに着任してから始められた。本論文では、紫外分光や高温動作のための窒化物半 導体を用いた波長可変の光源と光検出器について、研究の動機、目的、結果について 報告する。

Tunable Vertical Cavity Laser and Photodetector for Free Space Interconnection
Jean PODLECKI・Masao NISHIOKA・HIroshi TOSHIYOSHI・Yasuhiko ARAKAWA・Hiroyuki FUJITA

 マイクロマシン技術に基づく波長多重(WDM)方式の高密度チップ間光インターコネクションの新方式を提案する。前段の並列情報処理回路のおのおのの出力を、可変波長レーザダイオードで波長の違う光信号に変換し、波長選択光検出器のアレイに投射する。前段の特定の信号に対応するレーザの波長と受け側検出器の波長を一致させることで、可変の結合を実現できる。

Monolithically Integrated Diode Laser Detection System for Scanning Near-Field Optical Microscopy(SNOM): Study of the Optical Feedback Effect in VCSELs
Sabry KHALFALLAH・Dominique BOUCHON・Satoshi FUKUDA・Christophe GORECKI・Michel SPAJER・Hideki KAWAKATSU・Hiroyuki FUJITA・Yasuhiko ARAKAWA

 発光源及び近接場光検出器として働くオプトエレクトロニクスマイクロシステムを提案する。このシステムは、面発光レーザ(VCSEL)とその背後に集積化したPINフォトダイオード、レーザの上面に作り込んだ鋭い円筒形探針からなる。探針先端から放射された光は、試料表面で反射し探針を通じてレーザ共振器へ後方散乱される。共振器内の光と反射された光が「自己混合干渉」を生じ、発光強度が変調される。この変化を検出器でとらえる。原理を確かめるため、面発光レーザへの光フィードバック効果を検討した。

Monolithically Integrated Diode Laser Detection System for Scanning Near-Field Optical Microscopy(SNOM): VCSEL Technology
Sabry KHALFALLAH・Jean PODLECKI・Masao NISHIOKA・Christophe GORECKI・Hideki KAWAKASTU・Hiroyuki FUJITA・Takao SOMEYA・Yasuhiko ARAKAWA

 発光源及び近接場光検出器として働くオプトエレクトロニクスマイクロシステムを提案する。このシステムは、面発光レーザ(VCSEL)とその背後に集積化したPINフォトダイオード、レーザの上面に作り込んだ鋭い円筒形探針からなる。探針先端から放射された光は、試料表面で反射し探針を通じてレーザ共振器へ後方散乱される。共振器内の光と反射された光が「自己混合干渉」を生じ、発光強度が変調される。この変化を検出器でとらえる。本システムに用いる面発光レーザの製作プロセスを検討した。

Experimental Investigation of the Bending and Torsional Motion of a Magneto-Elastic Bimorph for a Micro-Scanner
Amalia GARNIER・Elisabeth ORSIER・Jean Claube PEUZIN・Ken MACKAY・Toshiro HIRAMOTO・Hiroyuki FUJITA

 超磁歪駆動は、マイクロマシンの非接触駆動方式として有望と考えられるが、この利点を生かしたセンサやアクチュエータの研究は少なかった。今回開発した2次元走査アクチュエータは片持ち梁の形をしており、2種類の交流駆動磁場によって曲げ方向と捻り方向の駆動を同時にできるという超磁歪材料のもう一つの利点も有効に活用している。曲げ方向と捻り方向の運動を実験的に測った結果を報告する。

Microwave Antenna with a Micromechanical Scanning
Dominique CHAUVEL・Nathalie HAESE・Paul Alain ROLLAND・Dominique COLLARD・Hiroyuki FUJITA

 マイクロ波への応用を目指した新規なアクチュエータを設計、製作した。マイクロストリップアンテナを溶融石英基板の上に作り、アンテナの下の基板をマイクロ加工し、回転方向に振動できるようにした。この動きでアンテナから放射されるマイクロ波を走査することができる。製作したデバイスの機械特性と電気特性を実験的に調べ、無線通信やレーダ検出分野にマイクロマシンの新しい応用の可能性があることを実証した。

Thin Film of Titanium/Nickel Shape Memory Alloy for Multi-Degree of Freedom Microactuators
Lionel BUCHAILLOT・Yousuke NAKAMURA・Shigeo NAKAMURA・Hiroyuki FUJITA

 形状記憶合金アクチュエータは、大きな力や変位を発生でき、外部からの過負荷にも耐える特長がある。また、形状記憶合金素子自体で構造部品と機能部品の二役をするので、アクチュエータの構造が簡単になる。この利点を生かすため、本論文ではチタンニッケル形状記憶合金の薄膜堆積、熱処理、および加工法を研究した。実際にこのプロセスを用いてマイクロアクチュエータを製作した。

Design and Chartacterization of High-Torque Silicon Based Electrostatic Micromotors
Patrice MINOTTI・Philippe LANGLET・Gilles BOURBON・Philippe HELIN・Takahisa MASUZAWA・Hiroyuki FUJITA

 円盤状の多結晶シリコンマイクロモータの機械的特性評価を行い、将来有望な静電ダイレクトドライブアクチュエータの可能性を研究した。固定子と回転子の間に摩擦駆動機構を置き、大きな減速比を得る構造を組み込んだ。多結晶シリコンマイクロモータと一体化した自己整合型のトルクセンサを用いて、直接トルク測定を行った。更に、静電ダイレクトドライブアクチュエータのアレイの協調駆動を利用する次世代のマイクロモータを検討した。直径1mm、長さ2mmの円筒型マイクロモータを試作した。

シリコンマイクロマシニングによるステップアクチュエータ
年吉 洋・小林 大・三田 信・橋口 原・藤田博之・遠藤潤二・和田恭雄

 マイクロマシンの高精度位置決め機構として、Nビットの変位入力を梯子型サスペンションネットワークを用いてデジタル/アナログ変換する方法を検討したので報告する。シリコンマイクロマシニング技術により、1mm x 3mm 程度の面積内に4ビットの位置決め機構を製作し、線形粗動範囲5.8μm、位置決めステップ0.38μmの実験結果を得た。ビット数を増大すれば、ナノメートル単位の位置決めをデジタル的に行うことも可能である。

Micro/Nano Manipulation Using Atomic Force Microscope
Metin SITTI・Hideki HSHIMOTO

 原子間力顕微鏡をマニピュレータかつセンサーとして用いることで、マイクロ/ナノ・サイズの対象物の操作を実現するシステムを提案する。自作した AFM システムは開構造であり、ピエゾ抵抗のマイクロカンチレバーが用いられている。このシステムを用いて、2次元における 1 ミクロンのラテック粒子の精密なポジショニングとアセンブリを実現した。

Virtual Reality-Based Teleoperation in the Micro/Nano World
Metin SITTI・Hideki HSHIMOTO<

 マイクロ/ナノ・サイズの対象物のマニピュレーションを遠隔操作により実現するために、3次元コンピュータグラフィクスと力覚フィードバックからなる仮想現実感生成システムを構築した。1自由度のハプティックデバイスを自作し、遠隔制御系はバーチャル・インピーダンス法によるバイラテラル型とした。この遠隔操作システムは操作者の手にマイクロ/ナノ世界の力を感じさせる。ナノスケールの表面に触れる間、ナノスケールの触覚フィードバックを返すことに成功した。

ナノメートルオーダの機械振動子の製作方法
川勝英樹・年吉 洋・佐谷大輔・藤田博之

 機械振動子の振幅や固有振動数の変化を測定することにより、振動子の質量変化や 、振動子のおかれた場の変化を検出することが可能である。機械振動子を用いた場 合の力検出分解能はその固有振動数、Q値が高く、バネ定数、温度が低いと向上す る。機械振動子がバネマス系としてモデル化できる場合、振動子を小型化するこ とが感度向上に有利に働く。それは、マスを小さくすることにより、バネ定数を変 えることなく固有振動数を高くすることが可能だからである。 本報告では、走査 型力顕微鏡の力検出部への応用を念頭に、ナノメートルオーダの機械振動子の作成 方法と、その応用につい述べる。


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