JPH04164581A - マイクロ・マシン - Google Patents
マイクロ・マシンInfo
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- JPH04164581A JPH04164581A JP2294812A JP29481290A JPH04164581A JP H04164581 A JPH04164581 A JP H04164581A JP 2294812 A JP2294812 A JP 2294812A JP 29481290 A JP29481290 A JP 29481290A JP H04164581 A JPH04164581 A JP H04164581A
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- Japan
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- opening
- valve
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- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
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Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、微小で精密な動作が可能なマイクロ・マシン
に関する。
に関する。
近年、バイオテクノロジーや半導体産業など超精密さ、
微小な動きなどを要求される技術、産業が急激に増加し
ている。この流れに呼応するように微小な動作を行うマ
イクロ・マニピュレータ、マイクロ・バルブなどのマイ
クロ・マシンの開発が進められている。しかし、これら
の従来のマイクロ・マシンには、駆動装置として小形化
の要請から静電気や磁気などの作用を利用したアクチュ
エータが主に用いられている。
微小な動きなどを要求される技術、産業が急激に増加し
ている。この流れに呼応するように微小な動作を行うマ
イクロ・マニピュレータ、マイクロ・バルブなどのマイ
クロ・マシンの開発が進められている。しかし、これら
の従来のマイクロ・マシンには、駆動装置として小形化
の要請から静電気や磁気などの作用を利用したアクチュ
エータが主に用いられている。
そのため、従来技術のマイクロ・マシンでは動力源や信
号伝達に電気が使われており、動作自由度が多くなるに
従い配線の数がほぼ比例して増加し、それぞれが有線に
よって接続されるため繁雑になる。また、生体内、水中
などのように絶縁等の問題で電気の使用が困難な使用環
境では、従来技術のマイクロ・マシンは大きな制釣を受
けるという問題があった。
号伝達に電気が使われており、動作自由度が多くなるに
従い配線の数がほぼ比例して増加し、それぞれが有線に
よって接続されるため繁雑になる。また、生体内、水中
などのように絶縁等の問題で電気の使用が困難な使用環
境では、従来技術のマイクロ・マシンは大きな制釣を受
けるという問題があった。
そこで、本発明は動力源の供給や通信手段に電気を使用
しないで駆動可能なマイクロ・マシンを提供することを
その課題とする。
しないで駆動可能なマイクロ・マシンを提供することを
その課題とする。
本発明のマイクロ・マシンは、光の照射により歪を生ず
る光歪効果を有する圧電性素子と、前記圧電性素子に発
生した光歪を所定方向への設定変位量に変換する変位変
換手段と、前記変位変換手段によって所定の動作をする
作用手段と、を有することを特徴とする。前記圧電性素
子は鉛、ランタン、ジルコニウム、チタンを含むセラミ
ック系圧電素子とすることができる。また、前記作用手
段としてバルブを用いマイクロ・バルブにも適用できる
。
る光歪効果を有する圧電性素子と、前記圧電性素子に発
生した光歪を所定方向への設定変位量に変換する変位変
換手段と、前記変位変換手段によって所定の動作をする
作用手段と、を有することを特徴とする。前記圧電性素
子は鉛、ランタン、ジルコニウム、チタンを含むセラミ
ック系圧電素子とすることができる。また、前記作用手
段としてバルブを用いマイクロ・バルブにも適用できる
。
本発明のマイクロ・マシンは、駆動手段たるアクチュエ
ータとして光の照射により歪を生ずる光歪効果を有する
圧電性素子を用いている。この圧電性素子は、紫外線を
含む光を照射することで、歪が生じ変形する。このよう
に光のエネルギーを熱などに変換した形で使用するので
はなく、光そのものとして光エネルギーを機械的エネル
ギーに変換している。この変形を変位量に変換する変位
変換手段によって、バルブ、マニピュレータ、グリッパ
−などの作用手段を動作させる。
ータとして光の照射により歪を生ずる光歪効果を有する
圧電性素子を用いている。この圧電性素子は、紫外線を
含む光を照射することで、歪が生じ変形する。このよう
に光のエネルギーを熱などに変換した形で使用するので
はなく、光そのものとして光エネルギーを機械的エネル
ギーに変換している。この変形を変位量に変換する変位
変換手段によって、バルブ、マニピュレータ、グリッパ
−などの作用手段を動作させる。
本発明のマイクロ・マシンは、このように動作するため
、駆動源や信号の伝達の主たる手段として光が使用でき
る。光は主に光ファイバーを経路として伝達されるが、
それ以外にも空気中、水中、真空などを特別な伝達手段
を用いずに、直接伝達することもでき、非接触による接
続も可能である。
、駆動源や信号の伝達の主たる手段として光が使用でき
る。光は主に光ファイバーを経路として伝達されるが、
それ以外にも空気中、水中、真空などを特別な伝達手段
を用いずに、直接伝達することもでき、非接触による接
続も可能である。
また、多数の信号を同じに、しかもクロストークやノイ
ズの影響をほとんど受けず、外部に対しても外乱を与え
ずに伝達できるという非常にすぐれた特性を有している
。
ズの影響をほとんど受けず、外部に対しても外乱を与え
ずに伝達できるという非常にすぐれた特性を有している
。
（１！ｉｌ実施例）
本発明にかかるマイクロ・マシンの第１実施例を第１図
から第３図を参照して説明する。
から第３図を参照して説明する。
本実施例はマイクロ・バルブの場合を示しており、第１
図に示すように駆動源としての圧電性素子１と、変位変
換手段である変位拡大装置２と、作用手段であるバルブ
装置３と、駆動エネルギーの供給源である紫外線照射装
置４と、を有している。圧電性素子１はＰＬＺＴと一般
に呼ばれるセラミック系の圧電素子で、その組成がラン
タンの含有量３％、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３（Ｄモ
ル比５２：４８である。本実施例では、その大きさが数
ｍｍ程度で厚み２ｍｍ程度の板状に形成されており、そ
の一つの面を紫外線照射面１１とし紫外線照射面Ｗ４か
らの紫外線が照射される。
図に示すように駆動源としての圧電性素子１と、変位変
換手段である変位拡大装置２と、作用手段であるバルブ
装置３と、駆動エネルギーの供給源である紫外線照射装
置４と、を有している。圧電性素子１はＰＬＺＴと一般
に呼ばれるセラミック系の圧電素子で、その組成がラン
タンの含有量３％、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３（Ｄモ
ル比５２：４８である。本実施例では、その大きさが数
ｍｍ程度で厚み２ｍｍ程度の板状に形成されており、そ
の一つの面を紫外線照射面１１とし紫外線照射面Ｗ４か
らの紫外線が照射される。
変位拡大装ｆ２は、一方が圧電性素子ｌに接触する入力
部２１、他方がバルブ装置３に接続する出力部２２を有
する第２図に示すようなｒてこ」を利用する装置で、圧
゛電性素子ｌに発生する歪を数十倍に拡大して所定の方
向に変位し、バルブ装ｆ３との接続点を移動させる。
部２１、他方がバルブ装置３に接続する出力部２２を有
する第２図に示すようなｒてこ」を利用する装置で、圧
゛電性素子ｌに発生する歪を数十倍に拡大して所定の方
向に変位し、バルブ装ｆ３との接続点を移動させる。
バルブ装置Ｆ３は、数ｍｍ程度の大きさであり、第３図
に示すように流入口３１．流出口３２、流路３３ ａ
、３３ｂ ｓ開閉部３４、開閉Ｃ７／ド３５、開閉用弾
性１１１ｊ３６とを有している。流体は流入口３１より
バルブ本体に流入し、流路３３ａを通り開閉部３４に達
し、流通、遮断の操作を受けた後、流路３３ｂを通り流
出口３２より外部に流出する構造になっている。開閉部
３４は、開閉用弾性膜３６を開閉ロッド３５によって押
圧して開閉部３４の流路口３７を塞ぐことによって流路
を遮断することでバルブの開閉を行う構造となっている
。
に示すように流入口３１．流出口３２、流路３３ ａ
、３３ｂ ｓ開閉部３４、開閉Ｃ７／ド３５、開閉用弾
性１１１ｊ３６とを有している。流体は流入口３１より
バルブ本体に流入し、流路３３ａを通り開閉部３４に達
し、流通、遮断の操作を受けた後、流路３３ｂを通り流
出口３２より外部に流出する構造になっている。開閉部
３４は、開閉用弾性膜３６を開閉ロッド３５によって押
圧して開閉部３４の流路口３７を塞ぐことによって流路
を遮断することでバルブの開閉を行う構造となっている
。
紫外線照射装置４は、紫外線用水銀ランプ４１と光ファ
イバー４２とを有している。紫外線用水銀ランプ４１は
、本実施例で用いたＰＬＺＴタイプ圧電性素子に対して
効果的に光歪効果を発生させ易い光である波長３６５ｎ
ｍの紫外線を多く含む光を発光できるタイプを用いてい
る。そして、その光は光ファイバー４２によって圧電性
素子１の紫外線照射面１１に照射される。この光ファイ
バー４２は、紫外線に対する減衰が少ない紫外線透過型
光ファイバーが用いられている。また、照射強度は、本
実施例では１０ｍＷ／ｃｍ２ 以上としている。
イバー４２とを有している。紫外線用水銀ランプ４１は
、本実施例で用いたＰＬＺＴタイプ圧電性素子に対して
効果的に光歪効果を発生させ易い光である波長３６５ｎ
ｍの紫外線を多く含む光を発光できるタイプを用いてい
る。そして、その光は光ファイバー４２によって圧電性
素子１の紫外線照射面１１に照射される。この光ファイ
バー４２は、紫外線に対する減衰が少ない紫外線透過型
光ファイバーが用いられている。また、照射強度は、本
実施例では１０ｍＷ／ｃｍ２ 以上としている。
本実施例のマイクロ・バルブは、次のように作用する。
圧電性素子ｌの紫外線照射面１１に紫外線透過型の光フ
ァイバー４２を経由して紫外線照射装置４によって発生
した紫外線を照射すると、圧電性素子１には光歪効果に
よる数μｍ程度の歪が発生し、圧電性素子１は開閉ロッ
ド３５の軸方向に伸びる。この歪は、圧電性素子ｌに接
続された変位拡大波Ｗ２によって数十〜数百μｍ程度に
拡大され、バルブ装置３の開閉ロッド３５を押圧する。
ァイバー４２を経由して紫外線照射装置４によって発生
した紫外線を照射すると、圧電性素子１には光歪効果に
よる数μｍ程度の歪が発生し、圧電性素子１は開閉ロッ
ド３５の軸方向に伸びる。この歪は、圧電性素子ｌに接
続された変位拡大波Ｗ２によって数十〜数百μｍ程度に
拡大され、バルブ装置３の開閉ロッド３５を押圧する。
開閉ロッド３５は、開閉部３４の流路口３７を開閉用弾
性膜３６で塞ぎ流路を閉じる。また、紫外線照射を停止
すると、伸びていた圧電性素子１が元に縮むことにより
、バルブ装置３の開閉部３４の流路口３７を開く。
性膜３６で塞ぎ流路を閉じる。また、紫外線照射を停止
すると、伸びていた圧電性素子１が元に縮むことにより
、バルブ装置３の開閉部３４の流路口３７を開く。
（第２実施例）
第２実施例としてバルブ装置が第４図に示すような構造
とすることも可能である。このバルブ装ｆ５は、貫通口
Ｃ１が形成された複数のシート状部材６２を有するバル
ブ開閉部６を、それぞれ互いに相対的にスライドさせ貫
通口の重なりを変化させて流量をコントロールするもの
である。第２実施例では、バルブ開閉部６として固定シ
ート状部材６２ａと可動シート状部材６２ｂとの２つの
シート状部材を重ね合せている。それぞれのシート状部
材には、多数の貫通口６１が形成されている。可動シー
ト状部材６２ｂには、開閉ロッド６３が接続されており
、開閉ロッド６３を操作することで可動シート状部材６
２ｂを移動させ、それらの貫通口６１の重なりの割合い
を変化させる。
とすることも可能である。このバルブ装ｆ５は、貫通口
Ｃ１が形成された複数のシート状部材６２を有するバル
ブ開閉部６を、それぞれ互いに相対的にスライドさせ貫
通口の重なりを変化させて流量をコントロールするもの
である。第２実施例では、バルブ開閉部６として固定シ
ート状部材６２ａと可動シート状部材６２ｂとの２つの
シート状部材を重ね合せている。それぞれのシート状部
材には、多数の貫通口６１が形成されている。可動シー
ト状部材６２ｂには、開閉ロッド６３が接続されており
、開閉ロッド６３を操作することで可動シート状部材６
２ｂを移動させ、それらの貫通口６１の重なりの割合い
を変化させる。
この第２実施例においては、第５図のように格子状に貫
通口を設けており、貫通部分のシート状部材６２面積に
対する割合いは、重なり度が０（零）の０％から、完全
に重なった場合における６０％程度まで大きく変化する
。なお、貫通口の形状を種々に変えることにより、可動
シート状部材６２ｂの移動量に対する貫通部分の割合い
を任意に設定することができる。そのため、光の照射に
対する歪発生量が時間的に非線形であっても、その影響
を補正して線形化することもできる。
通口を設けており、貫通部分のシート状部材６２面積に
対する割合いは、重なり度が０（零）の０％から、完全
に重なった場合における６０％程度まで大きく変化する
。なお、貫通口の形状を種々に変えることにより、可動
シート状部材６２ｂの移動量に対する貫通部分の割合い
を任意に設定することができる。そのため、光の照射に
対する歪発生量が時間的に非線形であっても、その影響
を補正して線形化することもできる。
その他に関しては、Ｉｌｌ冥施例と大略において同様で
あるため、説明を省略する。
あるため、説明を省略する。
（第３冥施例）
第３実施例として、作用手段がグリッパであるマイクロ
・グリッパを簡単に説明する０本実施例のマイクロ・グ
リッパは、１１６図に示すように圧電性素子７１と、変
位拡大装置７２、グリッパ７３とを有する。本実施例で
は、変位拡大装置７２とグリッパ７３を一体として形成
し、支点７４、作用部７５を有している。
・グリッパを簡単に説明する０本実施例のマイクロ・グ
リッパは、１１６図に示すように圧電性素子７１と、変
位拡大装置７２、グリッパ７３とを有する。本実施例で
は、変位拡大装置７２とグリッパ７３を一体として形成
し、支点７４、作用部７５を有している。
圧電性素子７１に紫外線が照射されると、光歪が発生し
伸長する。支点７４から作用部７５までの距離が、支点
７４から圧電性素子７１接続部７６までの距離に比べ大
きく設定されているため、圧電性素子７１の光歪が拡大
され作用部７５の変位となっている。そして、この作用
部７５で細胞等の微小物体を梱むことができる。
伸長する。支点７４から作用部７５までの距離が、支点
７４から圧電性素子７１接続部７６までの距離に比べ大
きく設定されているため、圧電性素子７１の光歪が拡大
され作用部７５の変位となっている。そして、この作用
部７５で細胞等の微小物体を梱むことができる。
本発明のマイクロ・マシンは、上述した実施例に示した
マイクロ・バルブ、マイクロ・グリッパに特に限定され
ず、光によって光歪が発生する光歪効果を有する圧電性
素子７１を用いたマイクロ・マシンであれば、マイクロ
・マニピュレータなどの各種マイクロ・マシンを含む。
マイクロ・バルブ、マイクロ・グリッパに特に限定され
ず、光によって光歪が発生する光歪効果を有する圧電性
素子７１を用いたマイクロ・マシンであれば、マイクロ
・マニピュレータなどの各種マイクロ・マシンを含む。
なお、本実施例で例示したマイクロ・バルブなどのマイ
クロ・マシンは大きさが１ｃｍ程度であるが、もつと小
さくすることも当然可能であり、１ｍｍ以下の大きさに
形成することもできる。
クロ・マシンは大きさが１ｃｍ程度であるが、もつと小
さくすることも当然可能であり、１ｍｍ以下の大きさに
形成することもできる。
以上の説明より明らかなように、本発明のマイクロ・マ
シンは駆動手段として光の照射によって光歪が発生する
光歪効果を有する圧電性素子を用いた全く新しいタイプ
のマイクロ・マシンであり、駆動源が光であるため、従
来の電気等で駆動されるマイクロ・マシンに比べ、駆動
源や信号の伝達の主たる手段として光が使用できるため
、光ファイバーの他、非接触伝達も可能である。
シンは駆動手段として光の照射によって光歪が発生する
光歪効果を有する圧電性素子を用いた全く新しいタイプ
のマイクロ・マシンであり、駆動源が光であるため、従
来の電気等で駆動されるマイクロ・マシンに比べ、駆動
源や信号の伝達の主たる手段として光が使用できるため
、光ファイバーの他、非接触伝達も可能である。
また、多数の信号を同時に、しかもクロストークやノイ
ズの影響をほとんど受けず、外部に対しても外乱を与え
ずに伝達できるという非常にすぐれた特性を有しており
、従来技術に比べ安定性、安全性、さらに、操作性、多
重伝達特性などにすぐれている。
ズの影響をほとんど受けず、外部に対しても外乱を与え
ずに伝達できるという非常にすぐれた特性を有しており
、従来技術に比べ安定性、安全性、さらに、操作性、多
重伝達特性などにすぐれている。
第１図は、本発明に係る第１実施例のマイクロ・バルブ
の概略構成図であり、第２図はその変位拡大装置の概略
図であり、ｇＩ４３図は同じくバルブ装置の概略図であ
る。第４図は第２実施例のマイクロ・バルブのバルブ装
置の概略図であり、第５図は同じくバルブ装置の可動シ
ート状部材の格子のパターン図である。８６図は第３実
施例のマイクロ・グリッパの概略構成図である。 １．７１・・・・・・圧電性素子 ２．７２・−・・・・変位拡大装置（変位変換手段）３
．５ ・・・・・・バルブ装置（作用手段）４ ・
・・−・・紫外線照射装置 ７３ ・・・・・・グリッパ（作用手段）特許出願人
日本電産株式会社 代表者 永守重信 特許出願人 福 １） 敏 実 弟１図 ］ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
の概略構成図であり、第２図はその変位拡大装置の概略
図であり、ｇＩ４３図は同じくバルブ装置の概略図であ
る。第４図は第２実施例のマイクロ・バルブのバルブ装
置の概略図であり、第５図は同じくバルブ装置の可動シ
ート状部材の格子のパターン図である。８６図は第３実
施例のマイクロ・グリッパの概略構成図である。 １．７１・・・・・・圧電性素子 ２．７２・−・・・・変位拡大装置（変位変換手段）３
．５ ・・・・・・バルブ装置（作用手段）４ ・
・・−・・紫外線照射装置 ７３ ・・・・・・グリッパ（作用手段）特許出願人
日本電産株式会社 代表者 永守重信 特許出願人 福 １） 敏 実 弟１図 ］ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
Claims (3)
- １．光の照射により歪を生ずる光歪効果を有する圧電性
素子と、 前記圧電性素子に発生した光歪を所定方向への設定変位
量に変換する変位変換手段と、 前記変位変換手段によつて所定の動作をする作用手段と
、 を有することを特徴とするマイクロ・マシン。 - ２．前記圧電性素子は鉛、ランタン、ジルコニウム、チ
タンを含むセラミック系圧電素子であることを特徴とす
る請求項１記載のマイクロ・マシン。 - ３．前記作用手段はバルブ若しくはグリッパーであるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２記載のマイクロ・
マシン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02294812A JP3029450B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | マイクロ・マシン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02294812A JP3029450B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | マイクロ・マシン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04164581A true JPH04164581A (ja) | 1992-06-10 |
| JP3029450B2 JP3029450B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=17812572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02294812A Expired - Fee Related JP3029450B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | マイクロ・マシン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3029450B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103725A1 (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Hirata Corporation | マイクログリッパ |
| JP2009184100A (ja) * | 2008-02-11 | 2009-08-20 | Denshi Buhin Kenkyuin | グリッパー及びその駆動方法 |
| JP2012533274A (ja) * | 2009-07-10 | 2012-12-20 | ヴァイキング エーティー，エルエルシー | 小型スマート材料アクチュエータ及びエネルギー獲得装置 |
| US8850892B2 (en) | 2010-02-17 | 2014-10-07 | Viking At, Llc | Smart material actuator with enclosed compensator |
| US10276776B2 (en) | 2013-12-24 | 2019-04-30 | Viking At, Llc | Mechanically amplified smart material actuator utilizing layered web assembly |
-
1990
- 1990-10-30 JP JP02294812A patent/JP3029450B2/ja not_active Expired - Fee Related
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