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マイクロマシン

国内特許コード P140010938
掲載日 2014年8月26日
出願番号 特願2005-239025
公開番号 特開2007-050494
登録番号 特許第4686718号
出願日 平成17年8月19日(2005.8.19)
公開日 平成19年3月1日(2007.3.1)
登録日 平成23年2月25日(2011.2.25)
発明者
  • 古屋 泰文
  • 冨田 晴伸
  • 岡崎 禎子
出願人
  • 国立大学法人弘前大学
発明の名称 マイクロマシン
発明の概要 【課題】数mm以下の管内に適用することができ、永久磁石及び外部からのエネルギー供給ケーブルを用いず、技術的困難性を伴うことなく設計及び製作でき、目標場所まで移動し且つそこで局所的な作業動作が可能であり、小型化への信頼性等を低下させることのないマイクロマシンを提供する。
【解決手段】マイクロマシン10本体に薄帯状のFSMA(好適にはFePd材)を用いる。ヒレ部16にひねり加工を施して、反磁場係数の変化と液体中で運動する際の抗力の変化とを引き起こし、外部交流磁場を駆動力にする。ヒレ部16に所定の温度の熱処理を施して、他の部分との間で磁気的特性の変化を持たせる。外部交流磁場の周波数に応じてマイクロマシン10を前進又は後進させ、移動速度の調節を行う。二方向動作(開放・把持)が可能な急冷凝固FePd強磁性形状記憶合金を使用し、外部からの加熱又は冷却に応じて対象物を把持・放出する作業を行なう。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要



現在、マイクロマシンは、工業、医療および宇宙・航空分野等において、次世代の産業技術として注目されている。多くの研究がなされているマイクロマシンまたはマイクロマシン技術(Micro electromechanical System : MEMS)は、静電力、圧電力等を駆動力とし複数の部品の組み合わせにより構成されている。特に、液体で満たされた管(パイプ)内を泳動するタイプのマイクロマシンでは、移動体本体部分の両側に設けられた交流電場中または交番磁場中に、それらの電場または磁場により運動するアクチュエータを設置してマイクロマシン本体を駆動させている。その際、アクチュエータとしてヒレ交互運動によりパイプの内壁をけり、その際の摩擦反動力を利用してマイクロマシン本体の移動への推進力としている。





上述のタイプのマイクロマシンの中で交流電場を利用するものは、例えば非特許文献1に記載されている。図13は非特許文献1に記載された、圧電バイモルフ型の管内移動機械(マイクロマシン)が管内に置かれた状態の側面図を示す。図13において、符号50は管、80は管50内に置かれたマイクロマシン、82は圧電素子(不図示)を2枚貼り合わせたマイクロマシン80の圧電バイモルフ、84a、84b、84cおよび84dは各々マイクロマシン80に設けられた弾性板、86はマイクロマシン80に接続され上記圧電素子に交流電圧を印加するためのリード線である。各部の寸法は、図13に示されるように、管50の内径は20mm、圧電バイモルフ82の厚さは0.5mm、圧電バイモルフ82の管50の長手方向の長さは38mm、圧電バイモルフ82の先端部aから最初の弾性板84cの圧電バイモルフ82への接続部bまでの長さは8mm、最初の弾性板84cの接続部bから先端部cまでの管50の長手方向の長さは15mm、2番目の弾性板84dの圧電バイモルフ82への接続部dから圧電バイモルフ82への後部eまでの長さは8mmである。図14は、マイクロマシン80の管50における移動原理を示す。図14で図13と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。マイクロマシン80の圧電素子にリード線86(図14では省略)により交流電圧を印加すると、図14に示されるようなたわみ振動(図14上でマイクロマシン80が下方へたわんだ場合を点線、上方へたわんだ場合を一点鎖線で示す。)を生じる。このたわみ振動により、圧電バイモルフ82の先端部aはf方向に振動し、弾性板84aの先端部c1、弾性板84bの先端部c2は管50路の長手方向に振動する。u1ないしu4は各々4枚の弾性板84aないし84dの変位である。このとき、弾性板84と管50路との間の等価動摩擦係数は滑り方向により異なり、弾性板84の先端部c1、c2が左方へ滑る場合の方が右方へ滑る場合より小さくなるため、マイクロマシン80は左方向へ移動する。





一方、上述のタイプのマイクロマシンの中で交番磁場を利用するものは、例えば非特許文献2または特許文献1に記載されている。図15は非特許文献2に記載された、永久磁石を用いたマイクロマシン90を示す。図15において、符号92はNdFeB磁石、94はNdFeB磁石92に接続されたフィルムシート、96はNdFeB磁石92およびフィルムシート94の一部を覆う発泡スチロールである。各部の寸法は、図15に示されるように、NdFeB磁石92の直径は12mmで厚さは4mm、フィルムシート94の厚さは100μmである。図16は、マイクロマシン90の管50における移動原理を示す。図16で図15と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。管50の直径方向に交流磁界(交番磁場)Hを印加すると、可動子としてのNdFeB磁石92は磁気トルクTを受けて首振り運動を行い、フィルムシート94が揺動する。この結果、推進力Gが生じてマイクロマシン90は図16上の左方向へ移動する。





特許文献1には、マイクロマシンに磁石が搭載され、外部からの磁界によりマイクロマシン本体が回転し、ドリル部の螺旋構造により推力となり、マイクロマシン本体が移動する点が記載されている。





【非特許文献1】

野研二編集幹事、「精密制御用ニューアクチュエータ便覧」、第29節、「管内移動機械」、787頁~796頁、日本工業技術振興協会固体アクチュエータ研究部会およびフジ・テクノシステム編、1995年4月20日発行。

【非特許文献2】

田 宗著、「マイクロマシンの中で活躍する永久磁石」、電気学会誌、124巻、11号、703頁~706頁、2004年発行。

【特許文献1】

開2002-187100号公報

産業上の利用分野



本発明は、強磁性形状記憶合金により形成されたマイクロマシンに関し、特に、患者の肉体的精神的苦痛を軽減する低侵襲型治療、各種産業設備またはプラント等における高度メンテナンス技術の非破壊検査可能な自走式マイクロマシン等に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
強磁性合金により形成されたマイクロマシンであって、印加された外部交流磁場に基づき液体が充填された管内を移動可能な駆動部を備え、該強磁性合金は薄帯形状を有し、該駆動部は後部に設けられると共に中央部に対して所定の角度のひねり形状を有することを特徴とするマイクロマシン

【請求項2】
請求項記載のマイクロマシンにおいて、前記駆動部は所定の温度の熱処理を施されたことを特徴とするマイクロマシン。

【請求項3】
請求項1又は2記載のマイクロマシンにおいて、前記駆動部は印加される外部交流磁場の周波数に応じて前後にマイクロマシンを移動させることを特徴とするマイクロマシン。

【請求項4】
請求項1乃至のいずれかに記載のマイクロマシンにおいて、前記駆動部は印加される外部交流磁場の周波数に応じてマイクロマシンの移動速度を調整することを特徴とするマイクロマシン。

【請求項5】
請求項1乃至のいずれかに記載のマイクロマシンにおいて、前記強磁性合金は形状記憶機能を有する強磁性形状記憶合金であり、外部からの加熱又は冷却に応じて作業可能な作業部を前部にさらに備えたことを特徴とするマイクロマシン。

【請求項6】
請求項1乃至のいずれかに記載のマイクロマシンにおいて、前記強磁性合金又は前記強磁性形状記憶合金は急冷凝固のFePd材であることを特徴とするマイクロマシン。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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