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MICROMACHINE

Patent code P140010938
Posted date Aug 26, 2014
Application number P2005-239025
Publication number P2007-050494A
Patent number P4686718
Date of filing Aug 19, 2005
Date of publication of application Mar 1, 2007
Date of registration Feb 25, 2011
Inventor
  • (In Japanese)古屋 泰文
  • (In Japanese)冨田 晴伸
  • (In Japanese)岡崎 禎子
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人弘前大学
Title MICROMACHINE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micromachine applicable to the inside of a pipe having several millimeters or less and capable of being designed and manufactured without using a permanent magnet and an energy supply cable from the outside and causing technical difficulties, moving to a target place to perform local work action, and preventing reduction of reliability on miniaturization.
SOLUTION: An FSMA (preferably, an FePd material) like a thin belt is used in a micromachine 10 main body. Twisting forming is applied to a fin part 16 to cause change of demagnetization coefficient and change of drag when performing movement in liquid and use an external alternate current magnetic field as driving force. Heat treatment at predetermined temperature is applied to the fin part 16 to provide change of magnetic characteristic between the other part and it. This micromachine 10 advances or retracts in accordance with frequency in the external alternate current magnetic field to adjust travel speed. The work for grasping or releasing an object in accordance with heating or cooling from the outside is performed by using rapid quenching solidification FePd ferromagnetic shape memory alloy capable of achieving operation in two directions (opening, grasping).
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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1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3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4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5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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2005239025thum.jpg
State of application right Registered
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