JPH09126116A - Actuator and peristaltic actuator - Google Patents
Actuator and peristaltic actuatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はアクチュエータ、特
に医療用に用いられるマイクロアクチュエータに関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator, and more particularly to a microactuator used for medical purposes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】産業各分野では非破壊、省エネルギー、
精密作業などの観点から、医療分野では特に低侵襲の観
点から、「マイクロマシン」と呼ばれるセンサ・アクチ
ュエータや、それらデバイスをシステム化したマイクロ
マシン・システムが望まれている。2. Description of the Related Art Non-destructive, energy saving,
From the viewpoint of precision work and the like, particularly in the medical field, from the viewpoint of minimally invasiveness, a sensor / actuator called “micromachine” and a micromachine system in which those devices are systemized are desired.
【０００３】これまでマイクロアクチュエータについて
は、マイクロモータのような回転運動を得るデバイス
と、直線的な運動を得るリニア・アクチュエータが各種
提案されている。本発明に関わるリニア・アクチュエー
タについては、たとえばY. Gianchandani and K. Najaf
i，”Micron-sized，High Aspect Ratio Bulk SiliconM
icromechanical Devices”，Proc. IEEE Micro Electro
Mechanical Systems，pp.208-213(1992)に示されるよ
うな、動作原理として静電引力を利用したものが多数提
案されている。As for the microactuator, various devices such as a micromotor which obtains a rotational movement and a linear actuator which obtains a linear movement have been proposed. Regarding the linear actuator related to the present invention, for example, Y. Gianchandani and K. Najaf
i, “Micron-sized, High Aspect Ratio Bulk SiliconM
icromechanical Devices ”, Proc. IEEE Micro Electro
As shown in Mechanical Systems, pp.208-213 (1992), a large number of proposals using electrostatic attraction as an operating principle have been proposed.
【０００４】一方、ピエゾ効果を利用したアクチュエー
タとしては、ＰＺＴ等のピエゾ素子の体積変化や特開平
７−８３１５９号に示されるようなメカノケミカル材料
の変形を利用した、リニア・アクチュエータについても
提案されており、さらに複雑な構造のアクチュエータと
しては、特開平７−８４６４６号に示されるような形状
記憶合金と発熱素子、温度検出素子を一体化したアクチ
ュエータについても提案されている。On the other hand, as an actuator utilizing the piezo effect, a linear actuator utilizing the volume change of a piezo element such as PZT or the deformation of a mechanochemical material as disclosed in JP-A-7-83159 is also proposed. As an actuator having a more complicated structure, an actuator in which a shape memory alloy, a heating element, and a temperature detecting element are integrated as disclosed in JP-A-7-84646 is also proposed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、静電引力を利
用したアクチュエータでは、発生力は互いに引き合う電
極の距離の２乗に反比例して減少してしまうため、必然
的に動作量が少ないアクチュエータしか得ることができ
ない。また、同様の理由で、最も電極間距離の離れる動
作開始時において、発生力が最低となるため、アクチュ
エータの特性としては不利である。However, in an actuator utilizing electrostatic attraction, the generated force decreases in inverse proportion to the square of the distance between the electrodes attracting each other, so that only an actuator with a small amount of movement is inevitable. Can't get Further, for the same reason, the generated force becomes the minimum at the start of the operation when the distance between the electrodes is the longest, which is disadvantageous as the characteristic of the actuator.
【０００６】また、ピエゾアクチュエータは体積変化量
が非常に小さいため、ミリサイズのアクチュエータ体格
でもミクロン単位の変位量しか得ることができない。Further, since the piezo actuator has a very small volume change amount, even a millimeter size actuator body can obtain only a displacement amount of a micron unit.
【０００７】また、メカノケミカル材料は電解液内とい
う限られた環境でなければ利用できない。Further, mechanochemical materials can be used only in the limited environment of the electrolytic solution.
【０００８】また、特開平７−８４６４６号に示される
アクチュエータにおいては、形状記憶合金を変形させる
ための発熱用ヒータや温度検出素子を内蔵させているた
め、内蔵させたヒータや素子なども屈曲・変形させるこ
ととなり、内部損失が増加してしまうため、アクチュエ
ータから得られる発生力が減衰してしまう。Further, in the actuator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-84646, since a heater for heating and a temperature detecting element for deforming the shape memory alloy are built in, the built-in heater, element and the like are also bent. The deformation causes the internal loss to increase, so that the generated force obtained from the actuator is attenuated.
【０００９】本発明は、気体や液体内のより広範な動作
環境で直線運動を得るリニア・アクチュエータにおい
て、非常に小型で、かつアクチュエータ体格に対する高
い発生力と、大きな変位量を同時に実現すると共に、そ
れらアクチュエータが協調して蠕動運動するデバイスを
提供することを目的とする。The present invention, in a linear actuator that obtains linear motion in a wider operating environment in a gas or a liquid, realizes a very small size, a high generated force for the actuator size, and a large displacement amount at the same time. It is an object of the present invention to provide a device in which those actuators perform peristaltic movement in cooperation.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、形状記
憶合金からなる動作素子と、該動作素子の変形方向に対
して有効な弾性力を持つばね部材を有し、前記動作素子
への熱エネルギー供給が前記動作素子への通電による自
己発熱によってなされ、前記動作素子と前記ばね部材が
薄膜形状に形成された積層構造からなることを特徴とす
るアクチュエータである。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 of the present invention is effective for an operating element made of a shape memory alloy and a deformation direction of the operating element. A spring member having various elastic forces, and thermal energy is supplied to the operating element by self-heating due to energization of the operating element, and the operating element and the spring member have a laminated structure formed in a thin film shape. The actuator is characterized in that
【００１１】このうち、ばね部材が動作素子の変形方向
に対して有効な弾性力を持つとは、ばね部材が変形した
動作素子を原形に戻すよう作用するものと、動作素子の
変形がばね部材の弾性力によってなされるよう作用する
ものとが考えられる。Of these, the spring member having an effective elastic force in the deformation direction of the operating element means that the spring member acts to restore the deformed operating element to its original shape, and the deformation of the operating element causes the spring member to deform. It is thought that it acts as if it is done by the elastic force of.
【００１２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のアクチュエータを格子状に配列し、同列および/又
は同行毎に同期させて動作させることにより蠕動運動を
行うことを特徴とする蠕動アクチュエータである。According to a second aspect of the present invention, the peristaltic movement is performed by arranging the actuators according to the first aspect in a grid pattern and operating them in synchronization in each row and / or row. It is an actuator.
【００１３】本発明のアクチュエータは、特にマイクロ
アクチュエータに関するものであるが、ここで、マイク
ロアクチュエータとは、その駆動部全長が１ｍｍ以下程
度の、人体の体腔内への挿入が可能な程度のアクチュエ
ータのことを指す。The actuator of the present invention particularly relates to a microactuator. Here, the microactuator means an actuator whose total length of the driving part is about 1 mm or less and which can be inserted into a body cavity of a human body. It means that.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して具体的に説明する。なお、以下の実施例は、
本発明を説明するためのものであり、本発明がこの実施
例のみに限定されるものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. The following examples
It is for the purpose of explaining the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.
【００１５】（実施例１）図１乃至図８は、実施例１に
係るマイクロアクチュエータの製造過程を説明するため
の図である。以下、図１乃至図８に沿って製造過程を説
明する。(Embodiment 1) FIGS. 1 to 8 are views for explaining a manufacturing process of a microactuator according to a first embodiment. Hereinafter, the manufacturing process will be described with reference to FIGS.
【００１６】まず、マイクロアクチュエータを積層構造
で作成するために、平坦な支持台１１を準備する。この
とき用いられる支持台は、アクチュエータを積層構造で
作製するために用いるので、平坦であればどの様なもの
でも良く、ここでは、耐熱性が高く加工の容易な材質と
して厚さ４００μｍの研磨したシリコン基板（単結晶シ
リコン）を用いている。この支持台１１に、図１に示す
ように、下地層１２として、シリコンオキシナイトライ
ド（ＳｉＯｘＮｙ）をＣＶＤ法で厚さ１μｍ程度成膜
し、成膜後に反応性ドライエッチングを用いてパターン
形成を行う。このパターン形成は緩衝フッ酸溶液によっ
ても可能である。First, a flat support 11 is prepared in order to manufacture a microactuator having a laminated structure. Since the support used at this time is used for manufacturing the actuator in a laminated structure, any support may be used as long as it is flat. Here, the support is polished to a thickness of 400 μm as a material having high heat resistance and easy processing. A silicon substrate (single crystal silicon) is used. As shown in FIG. 1, a silicon oxynitride (SiOxNy) film having a thickness of about 1 μm is formed as a base layer 12 on the support base 11 by a CVD method, and a pattern is formed by reactive dry etching after the film formation. To do. This patterning is also possible with a buffered hydrofluoric acid solution.
【００１７】ついで、図２に示すように、スパッタ法に
より形状記憶合金薄膜１３としてＮｉ−Ｔｉ合金を成
膜、パターン形成する。成膜に用いるスパッタ装置はＲ
Ｆ、マグネトロン、ＥＣＲなどの何れでも良く、また、
用いるターゲットは、スパッタ率を考慮した合金組成の
合金ターゲット、ＮｉとＴｉがモザイク状に配置された
ターゲット、Ｎｉ、Ｔｉそれぞれ単体のターゲットを時
間分割して徐々に積層していく手法の何れでも用いるこ
とができる。また、スパッタ法以外にもＮｉ、Ｔｉを電
子ビーム蒸着法で同時に蒸着することによっても薄膜は
作製できる。このとき合金の比率は室温での使用を考え
た場合、Ｎｉが５２ａｔ．％以下が良い。合金の膜厚
は、スパッタ法を用いた場合１〜５０μｍ程度が適当で
ある。成膜の後にフッ酸と硝酸の混酸溶液でパターン形
成を行う。Then, as shown in FIG. 2, a Ni—Ti alloy is formed as a shape memory alloy thin film 13 by sputtering to form a pattern. The sputtering device used for film formation is R
Any of F, magnetron, ECR, etc.,
As the target to be used, any of an alloy target having an alloy composition in consideration of the sputtering rate, a target in which Ni and Ti are arranged in a mosaic pattern, and a target in which each of Ni and Ti is a simple substance are time-divided and gradually stacked are used. be able to. In addition to the sputtering method, the thin film can be formed by simultaneously evaporating Ni and Ti by the electron beam evaporation method. At this time, the alloy ratio is Ni of 52 at. % Or less is good. When the sputtering method is used, the film thickness of the alloy is preferably about 1 to 50 μm. After film formation, pattern formation is performed with a mixed acid solution of hydrofluoric acid and nitric acid.
【００１８】次に、図３に示すように、中間保護層１４
としてシリコンオキシナイトライドを下地層１２と同様
の手法で厚さ１μｍ程度成膜、パターン形成する。次い
で、アモルファス状態の形状記憶合金薄膜１３を結晶化
し、形状記憶処理を行うため、不活性雰囲気下で加熱処
理をする。加熱処理は５００℃〜９００℃で１時間以上
行う。Next, as shown in FIG. 3, the intermediate protective layer 14
As a silicon oxynitride, a film having a thickness of about 1 μm is formed and patterned by the same method as that of the base layer 12. Next, the shape memory alloy thin film 13 in the amorphous state is crystallized, and heat treatment is performed in an inert atmosphere in order to perform shape memory treatment. The heat treatment is performed at 500 ° C. to 900 ° C. for 1 hour or more.
【００１９】次に、図４に示すように、中間保護層１４
に、形状記憶合金薄膜１３への電気的接続のためのビア
ホール１５を形成する。Next, as shown in FIG. 4, the intermediate protective layer 14
Then, a via hole 15 for electrical connection to the shape memory alloy thin film 13 is formed.
【００２０】次に、図５に示すように、電気配線１６を
成膜、パターン形成する。電気配線１６は、電子ビーム
蒸着によってチタン（Ｔｉ）を２００ｎｍ程度、続いて
銅（Ｃｕ）を大気に曝さず連続に成膜し、硝酸溶液でパ
ターン形成する。電極材料は抵抗が低く、シリコンオキ
シナイトライドやＴｉ−Ｎｉ合金と密着性が良好であれ
ば良く、例えばアルミニウム（Ａｌ）等も利用可能であ
る。Next, as shown in FIG. 5, the electric wiring 16 is deposited and patterned. The electric wiring 16 is formed by continuously depositing titanium (Ti) to a thickness of about 200 nm by electron beam evaporation without exposing copper (Cu) to the atmosphere, and patterning with a nitric acid solution. It suffices that the electrode material has low resistance and has good adhesion to silicon oxynitride or a Ti—Ni alloy, and for example, aluminum (Al) or the like can be used.
【００２１】次に、図６に示すように、ばね部材として
バイアスばね１７を形成するために、感光性ポリイミド
をスピンコート法により成膜、紫外線露光によりパター
ン形成し、１００℃程度から徐々に昇温し４００℃程度
まで加熱して焼成処理を行い、最終的な膜厚が１〜２０
μｍ程度になるようにする。バイアスばねとしては、感
光性ポリイミド以外にも、加熱等の処理によって膜内に
強く残留応力が発生する弾性体であれば良く、酸化シリ
コン、窒化シリコン、シリコーンゴムなども利用でき
る。Next, as shown in FIG. 6, in order to form the bias spring 17 as a spring member, a photosensitive polyimide film is formed by a spin coating method, and a pattern is formed by exposure to ultraviolet rays. The final film thickness is 1 to 20
It should be about μm. As the bias spring, other than the photosensitive polyimide, any elastic body may be used as long as it produces a strong residual stress in the film by a treatment such as heating, and silicon oxide, silicon nitride, silicone rubber or the like can be used.
【００２２】次に、図７に示すように、保護層１８とし
てシリコンオキシナイトライドを下地層１２と同様の手
法で成膜、パターン形成する。Next, as shown in FIG. 7, a silicon oxynitride film is formed and patterned as the protective layer 18 by the same method as that of the underlayer 12.
【００２３】最後に、作製したマイクロアクチュエータ
を固定している支持台１１より分離するため、図８に示
すように、シリコン基板を裏面よりアルカリ溶液でエッ
チングし、表面まで貫通させる。これにより、作製した
マイクロアクチュエータは片持ち梁状に解放され、バイ
アスばね１７の残留応力により、マイクロアクチュエー
タ先端で約５００μｍ反りあがった形となった。Finally, in order to separate the produced microactuator from the supporting base 11 to which it is fixed, as shown in FIG. 8, the silicon substrate is etched from the rear surface with an alkaline solution to penetrate to the front surface. As a result, the produced microactuator was released in a cantilever shape, and the residual stress of the bias spring 17 caused the tip of the microactuator to warp by about 500 μm.
【００２４】作製したマイクロアクチュエータに電気配
線を通じて通電加熱を行い、Ｎｉ−Ｔｉ近傍が１３０℃
に加熱された状態で、ほぼ形状記憶処理を行った支持台
表面の位置まで変形し、通電を停止すると瞬時に加熱前
の形状に回復した。The manufactured microactuator is heated by electric current through electric wiring, and the temperature in the vicinity of Ni—Ti is 130 ° C.
In the state where it was heated to 0, it deformed to the position of the surface of the support that had been subjected to shape memory treatment, and when the energization was stopped, it immediately recovered to the shape before heating.
【００２５】図９は、完成した状態のマイクロアクチュ
エータの上面図である。図９に示すように、電気配線１
６と形状記憶合金薄膜１３は、対になるように形成され
るのが望ましい。FIG. 9 is a top view of the completed microactuator. As shown in FIG. 9, electrical wiring 1
6 and the shape memory alloy thin film 13 are preferably formed so as to form a pair.
【００２６】（実施例２）実施例１で示したマイクロア
クチュエータ作製工程と同様の工程を用いて、図１０に
示すような、片持ち梁の長さ１ｍｍ、巾０．５ｍｍのマ
イクロアクチュエータ２１が（３＋２）列×１０行の格
子状に配列した蠕動アクチュエータを作製した。(Embodiment 2) A microactuator 21 having a cantilever length of 1 mm and a width of 0.5 mm as shown in FIG. 10 is manufactured by using the same process as the microactuator manufacturing process shown in the first embodiment. A peristaltic actuator arranged in a grid pattern of (3 + 2) columns × 10 rows was produced.
【００２７】マイクロアクチュエータは行毎に同期して
動作するように制御し、図１１に示すような動作パタン
で動作させたところ、３ｍｍ×３ｍｍ×０．３ｍｍのシ
リコン片を順送りに移動させることが確認できた。The microactuator is controlled so as to operate synchronously for each row, and when it is operated with the operation pattern as shown in FIG. 11, a silicon piece of 3 mm × 3 mm × 0.3 mm can be moved forward. It could be confirmed.
【００２８】本発明のマイクロアクチュエータは、動力
源として形状記憶合金薄膜を用いることにより、高い発
生力と、アクチュエータ体格に対する大きな変位量を同
時に実現する。ここで述べる形状記憶合金薄膜とは好適
には５０μｍ以下の膜厚のものを言う。用いる形状記憶
合金としては発生力が大きく疲労に対する耐久性が高い
Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金などが実用的で
好ましい。また、室温付近での動作を考えた場合、特段
の冷却機構を必要としないＲｓ点、もしくはＭｓ点が室
温以上の物が好ましいが、そのような観点からも前述の
合金は適している。The microactuator of the present invention uses a shape memory alloy thin film as a power source to simultaneously realize a high generated force and a large displacement amount with respect to the actuator body size. The shape memory alloy thin film described herein preferably has a thickness of 50 μm or less. As the shape memory alloy to be used, Ni—Ti alloys, Ni—Ti—Cu alloys, etc., which generate large forces and have high durability against fatigue, are practical and preferable. Further, considering the operation near room temperature, it is preferable that the Rs point or the Ms point at which the temperature is room temperature or higher, which does not require a special cooling mechanism, is suitable from the above viewpoint.
【００２９】また、該動作素子の変形方向に対して有効
な弾性力を持つバイアスばねを用いることにより、形状
記憶合金は発生力の小さな２方向性の動作モードを使用
せずに繰り返し動作が可能となる。Further, by using a bias spring having an elastic force effective in the direction of deformation of the operating element, the shape memory alloy can be repeatedly operated without using a bidirectional operating mode in which the generated force is small. Becomes
【００３０】また、動作素子への熱エネルギー供給を動
作素子への通電による自己発熱によることにより、薄膜
ヒータ等アクチュエータの発生力を要素を使用すること
なくマイクロアクチュエータを動作させることが可能と
なる。Further, by supplying heat energy to the operating element by self-heating by energizing the operating element, it becomes possible to operate the microactuator without using the generated force of the actuator such as a thin film heater.
【００３１】また、マイクロアクチュエータの構造を動
作素子とバイアスばねの薄膜形状に形成された積層構造
とする事により、動作素子の体積に対する表面積の比が
大きくなり、加熱によって作動させた形状記憶合金薄膜
の冷却効率が上昇し、高速動作が可能となる。Further, since the structure of the microactuator has a laminated structure in which the operating element and the bias spring are formed in a thin film shape, the ratio of the surface area to the volume of the operating element is increased, and the shape memory alloy thin film operated by heating. The cooling efficiency is improved, and high speed operation becomes possible.
【００３２】また、得られたマイクロアクチュエータを
格子状に配列し、同列且つ／又は同行毎に同期させて動
作させることにより、単独では単純な屈曲運動を協調動
作させることにより蠕動運動を行う蠕動アクチュエータ
を得ることができる。Further, by arranging the obtained microactuators in a grid pattern and operating them in synchronization in the same column and / or in the same row, a peristaltic actuator that performs a peristaltic motion by cooperating a simple bending motion alone. Can be obtained.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明は、動作
素子として形状記憶合金を用いるため、体格に対して大
きな発生力が得られ、該動作素子の変形方向に対して有
効な弾性力を持つバイアスばねを用いることにより、形
状記憶合金への処理が簡素化され、動作素子への熱エネ
ルギー供給が動作素子への通電による自己発熱によって
なされることにより、特別な加熱機構をマイクロアクチ
ュエータ内へ組み込む必要がなく、構造が簡素化される
と共に、出力効率の向上が計れ、また、マイクロアクチ
ュエータを薄膜形状に形成された積層構造とすることに
より、バッチ加工で一度に多数個のマイクロアクチュエ
ータを一括作成することが可能となり、特性の揃った多
数個のマイクロアクチュエータを得ることができるもの
である。As described above in detail, according to the present invention, since the shape memory alloy is used as the operating element, a large generated force can be obtained with respect to the physique, and the effective elastic force in the deformation direction of the operating element can be obtained. By using a bias spring with force, the processing to the shape memory alloy is simplified, and the heat energy is supplied to the operating element by self-heating by energizing the operating element. Since it does not need to be incorporated into the inside, the structure is simplified and the output efficiency is improved. Also, by forming the microactuator as a laminated structure formed in a thin film shape, a large number of microactuators can be processed at one time by batch processing. Therefore, it is possible to produce a large number of microactuators with uniform characteristics.
【００３４】また、バッチ加工で一度に多数個のマイク
ロアクチュエータを一括作成することが可能となること
により、特性の揃った多数個のマイクロアクチュエータ
を格子状に配列し、同列且つ／又は同行毎に同期させて
動作させることが可能となり、これにより蠕動運動を行
う蠕動アクチュエータが得られ、固形物等を運搬するデ
バイスが得られるものである。Further, since it is possible to batch-produce a large number of microactuators at once by batch processing, a large number of microactuators having uniform characteristics are arranged in a grid pattern and arranged in the same column and / or each row. It is possible to operate in synchronism, whereby a peristaltic actuator that performs a peristaltic motion can be obtained, and a device that transports solid matter or the like can be obtained.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】 本発明の実施例１に係わるマイクロアクチュ
エータの作製工程１を説明するための工程図である。FIG. 1 is a process diagram for explaining a manufacturing process 1 of a microactuator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施例１に係わるマイクロアクチュ
エータの作製工程２を説明するための工程図である。FIG. 2 is a process diagram for explaining a manufacturing process 2 of the microactuator according to the first embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の実施例１に係わるマイクロアクチュ
エータの作製工程３を説明するための工程図である。FIG. 3 is a process diagram for explaining a manufacturing process 3 of the microactuator according to the first embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の実施例１に係わるマイクロアクチュ
エータの作製工程４を説明するための工程図である。FIG. 4 is a process diagram for explaining a manufacturing process 4 of the microactuator according to the first embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の実施例１に係わるマイクロアクチュ
エータの作製工程５を説明するための工程図である。FIG. 5 is a process chart for explaining a manufacturing process 5 of the microactuator according to the first embodiment of the present invention.
【図６】 本発明の実施例１に係わるマイクロアクチュ
エータの作製工程６を説明するための工程図である。FIG. 6 is a process diagram for explaining a manufacturing process 6 of the microactuator according to the first embodiment of the present invention.
【図７】 本発明の実施例１に係わるマイクロアクチュ
エータの作製工程７を説明するための工程図である。FIG. 7 is a process diagram for explaining a manufacturing process 7 of the microactuator according to the first embodiment of the present invention.
【図８】 本発明の実施例１に係わるマイクロアクチュ
エータの作製工程８を説明するための工程図である。FIG. 8 is a process diagram for explaining a manufacturing process 8 of the microactuator according to the first embodiment of the present invention.
【図９】 本発明の実施例１に係わるマイクロアクチュ
エータの上面図である。FIG. 9 is a top view of the microactuator according to the first embodiment of the present invention.
【図１０】 本発明の実施例２に係わる蠕動アクチュエ
ータを示す上面図である。FIG. 10 is a top view showing a peristaltic actuator according to a second embodiment of the present invention.
【図１１】 本発明の実施例２の蠕動アクチュエータの
動作タイミングチャートである。FIG. 11 is an operation timing chart of the peristaltic actuator according to the second embodiment of the present invention.
１１ 支持台 １２ 下地層 １３ 形状記憶合金薄膜 １４ 中間保護層 １５ ビアホール １６ 電気配線 １７ バイアスばね １８ 保護層 ２１ マイクロアクチュエータ 11 Support Base 12 Underlayer 13 Shape Memory Alloy Thin Film 14 Intermediate Protective Layer 15 Via Hole 16 Electrical Wiring 17 Bias Spring 18 Protective Layer 21 Micro Actuator
Claims (2)
作素子の変形方向に対して有効な弾性力を持つばね部材
を有し、前記動作素子への熱エネルギー供給が前記動作
素子への通電による自己発熱によってなされ、前記動作
素子と前記ばね部材が薄膜形状に形成された積層構造か
らなることを特徴とするアクチュエータ。1. An operating element made of a shape memory alloy, and a spring member having an effective elastic force in a deformation direction of the operating element, wherein thermal energy is supplied to the operating element by energizing the operating element. An actuator characterized by having a laminated structure in which the operating element and the spring member are formed in a thin film shape by the self-heating of the actuator.
同列および／又は同行毎に同期させて動作させることに
より蠕動運動を行うことを特徴とする蠕動アクチュエー
タ。2. The actuators are arranged in a grid,
A peristaltic actuator characterized by performing a peristaltic movement by operating in synchronization with each other in the same column and / or the same row.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7281066A JPH09126116A (en) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | Actuator and peristaltic actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7281066A JPH09126116A (en) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | Actuator and peristaltic actuator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09126116A true JPH09126116A (en) | 1997-05-13 |
Family
ID=17633844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7281066A Pending JPH09126116A (en) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | Actuator and peristaltic actuator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09126116A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003531739A (en) * | 2000-05-04 | 2003-10-28 | シルバーブルック リサーチ ピーティワイ リミテッド | Improved thermal bending actuator |
| JP2005104722A (en) * | 2003-07-22 | 2005-04-21 | Toki Corporation Kk | Peristaltic movement conveyance device |
| US6945045B2 (en) | 2001-10-01 | 2005-09-20 | Minolta Co., Ltd. | Driving apparatus |
| WO2008142980A1 (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-27 | National Institute For Materials Science | Two-direction shape-memory alloy thin film actuator and method for manufacturing shape-memory alloy thin film used in the actuator |
| JP5304896B2 (en) * | 2009-07-02 | 2013-10-02 | コニカミノルタ株式会社 | Actuator, drive device, imaging device, and method of manufacturing actuator |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07136956A (en) * | 1994-05-27 | 1995-05-30 | Daum Gmbh | Elastic robot leg body, method for remote control thereof and robot control enclosing element |
| JPH07259725A (en) * | 1994-03-17 | 1995-10-09 | Olympus Optical Co Ltd | Flexible tube curing device |
| JPH07274561A (en) * | 1994-03-31 | 1995-10-20 | Olympus Optical Co Ltd | Shape-memory-alloy actuator controller |
-
1995
- 1995-10-30 JP JP7281066A patent/JPH09126116A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07259725A (en) * | 1994-03-17 | 1995-10-09 | Olympus Optical Co Ltd | Flexible tube curing device |
| JPH07274561A (en) * | 1994-03-31 | 1995-10-20 | Olympus Optical Co Ltd | Shape-memory-alloy actuator controller |
| JPH07136956A (en) * | 1994-05-27 | 1995-05-30 | Daum Gmbh | Elastic robot leg body, method for remote control thereof and robot control enclosing element |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003531739A (en) * | 2000-05-04 | 2003-10-28 | シルバーブルック リサーチ ピーティワイ リミテッド | Improved thermal bending actuator |
| US6945045B2 (en) | 2001-10-01 | 2005-09-20 | Minolta Co., Ltd. | Driving apparatus |
| JP2005104722A (en) * | 2003-07-22 | 2005-04-21 | Toki Corporation Kk | Peristaltic movement conveyance device |
| WO2008142980A1 (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-27 | National Institute For Materials Science | Two-direction shape-memory alloy thin film actuator and method for manufacturing shape-memory alloy thin film used in the actuator |
| JP5304896B2 (en) * | 2009-07-02 | 2013-10-02 | コニカミノルタ株式会社 | Actuator, drive device, imaging device, and method of manufacturing actuator |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060829 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070327 |