マイクロマシン技術研究開発プロジェクト(1991-2000年) MMPJアーカイブ
PJアウトカム > 2. 研究開発成果の概要
まえがき(総括)
1.PJの背景・技術開発の概要  4.1 技術の実用化
2.研究開発成果の概要   4.2 特許の出願・取得
3.研究開発成果の評価  4.3 ベンチャー企業の設立
4.産業波及効果    > > >  4.4 マイクロマシン展の活況
5.主要分野の成果波及と将来展望  4.5 国際標準化の進展

  研究開発成果(プロジェクトアウトプット)の概要

1)管内自走環境認識用試作システム
2) 細管群外部検査用試作システム
3) 機器内部作業用試作システム
4) マイクロ加工・組立用試作システム
5) 機能デバイスの高度化技術
6) 共通基盤技術の研究開発
7) 総合調査研究

本プロジェクトの研究開発項目に対応した開発成果の概要は以下の通り。

  
 1)管内自走環境認識用試作システム
研究開発項目 主要開発アウトプット
管内自走環境認識試作システムの研究
(デンソー)
● 移動デバイス、エネルギー供給デバイス、駆動回路を組み込んだ14mmφの移動マシン
● 画像送信システム制御回路と45mW 通信チップ
● 光電変換デバイス一体型マイクロ波アンテナ・移動デバイス、エネルギー供給デバイス、駆動回路を組み込んだ14mmφの移動マシン
● 画像送信システム制御回路と45mW 通信チップ
● 光電変換デバイス一体型マイクロ波アンテナ
光エネルギー伝送システム化研究
(三洋電機)
● レーザ光2 積層光電変換素子、出力1.8 倍対白色光
● レーザCVD 法立体的微細配線形成技術(10μm/s)
● 干渉抑制多重波長伝送技術(高強度レーザ光+通信用光)
● 光電変換デバイス温度上昇解析
マイクロ視覚システム化研究
(東芝)
● CCD 撮像素子、画素密度40K/mm2(当初目標の3 倍)
● CCD 制御回路高密度実装技術、10mmφ 筐体収納可
● 多段化低電力静電アクチュエータによる広域観察
● 2-3mmφ 反射屈折光学系鏡筒、分解能20μm
移動デバイスシステム化研究
(デンソー)
● 管内駆動シミュレーション、駆動電圧±15V 、負荷5g で、垂直移動13mm/sec を実現
● 8mmφ アクチュエータ構造開発
マイクロ波エネルギー供給・通信システム化研究
(デンソー)
● 24GHz 周波数領域エネルギー供給下通信システム
● 円形パッチアンテナ開発、大幅長さ短縮
● トランスポンダー方式管内マイクロ波通信実現
● 2 重パッチアンテナと整流・変調回路実装技術

 
 2) 細管群外部検査用試作システム
研究開発項目 主要開発アウトプット
細管群外部検査用試作システムの研究
(三菱電機)
● 1.6mmφ×長さ2mm 駆動デバイス、外形5mm×5mm×1.5mm 減速・走行デバイス、
● 体格5mm×9mm×6.5mm、重量0.42g 単体マシン(自重の2 倍以上押し、曲線走行可能)
● マイクロマシン量産技術
● 各種デバイスの熱特性考慮設計法開発
● オブジェクト言語使用シミュレータ開発
駆動デバイスのシステム化研究
(三菱電機)
● 1.6mmφ×長さ2mm モータ使用駆動デバイス
● 垂直磁気異方性80μm 厚円筒形Nd-Fe-B 薄膜磁石
● SiO2 絶縁膜多層化高性能高占積率コイル
減速・走行デバイスのシステム化研究
(松下技研)
● 寸法5mm×3.5mm×1.5mm、重さ0.14g、減速比1/200
走行デバイス実現(不思議遊星歯車機構採用)
● 減速・走行デバイスの性能評価手法と減速方式の基本設計法の
確立
● マイクロ領域高精度加工技術(最小歯車、直径0.47mm、厚さ0.25mm
可能)
● マイクロマシン高精度アッセンブリ技術
マイクロコネクタのシステム化研究
(住友電気工業)
● 製作精度0.5μm 以下の犠牲層X 線リゾグラフ技術
● 直径2.5mm、厚さ2mm 自動脱着・自己保持型コネクタ実現 (電流
150mA/端子)
● 3 台の単体マシン連結による自動脱着、通電達成

 
 3) 機器内部作業用試作システム
研究開発項目 主要開発アウトプット
機器内部作業用試作システムの研究
(オリンパス)
● 多機能集積化薄膜技術応用デバイスの3 次元折畳み実装技術の開発
● 顕微鏡下微細操作用高精度間マニュピレータ開発
● レーザ溶接デバイス搭載双腕補修用マニュピレータ製作(作動範囲
18mm×16.8mm、長さ100mm 補修可)
● 2 倍長焦点深度組立て用光学顕微鏡実現
多自由度湾曲管状ユニットのシステム化研究
(オリンパス)
● 外径8mmφ、3 湾曲部付き空気圧アクチュエータ
● 上記アクチュエータに観察機能、姿勢検出デバイス、モニタリングデバイス、溶接デバイス搭載可能性確認。
補修用マニピュレータのシステム化研究
(オリンパス)
● ヒータ、歪センサ、温度センサ内臓双腕補修用マニュピレータ試作(位置決め精度±0.25mm)
● 冷却機構付き外径3mmφ、長さ10mm レーザ溶接デバイス試作、溶接作動性確認。
● レーザ溶接デバイス搭載補修用マニュピレータ長さ10mm の微小傷補修作業可能)
姿勢検出デバイスのシステム化研究
(村田製作所)
● 機器作業システムに搭載可能マイクロジャイロ実現(寸法4×3.5×1mm、角速度分解能0.3 度/秒)
● 共振型マイクロジャイロ試作(角速度分解能0.1 度/秒)
モニタリングデバイスのシステム化研究
(オムロン)
● スキャナ用高性能PZT 圧電薄膜素子製作技術
● 発光素子、微小光学素子、マイクロ光スキャナ、受光素子を基板に積層集積化デバイス実現。
● 光走査式高精度物体計測技術の確立

 
 4) マイクロ加工・組立用試作システム
研究開発項目 主要開発アウトプット
マイクロ加工・組立試作システムの研究
(セイコーインスツルメンツ)
● デスクトップサイズのマイクロファクトリシステム開発(加工、組立、搬送、検査の工程に対応)
● マイクロ電解加工における高精度距離制御技術
● タングステンプローブ2 段エッチング技術(深さ100μm 達成)
● マイクロ光加工における0.1μm の加工分解能の達成
マイクロ加工・組立技術の研究
(ファナック)
● 超音波モータ両面駆動化達成(トルク性能1.5 倍)
● 超音波モータの多層化成功(トルク倍増)
● 超音波サーボモータによる高分解能位置決め(アーム長75mm 半径円周上、1.2μm 以内可能)
● 超精密加工により直径10mm の円周上に215 のV 溝回折格子の加工成功。
マイクロ液体操作技術の研究
(日立製作所)
● 低表面エネルギー化処理プロセス開発(撥水性皮膜処理、水接触角171度達成)
● 耐食性PPS 樹脂製トロコイドポンプ(外寸20×20×30mm)で圧力差
10kPa、流量34m リットル/分を達成。
● 超小型部品把持デバイス開発(把持力60μN)
● 超小型電磁チャック(外寸3×3×1mm)試作0.52μN
マイクロ光駆動技術の研究
(アイシン・コスモス研究所)
● 光駆動ダイアフラムマイクロポンプ開発(数μ リットル/分の微量送液可能)
● 寸法3.5×1.5×14mm のダイアフラムポンプ実現(ダイアフラム変位15μm、3n リットル/分実現)
● マイクロファクトリシステム用塗布デバイス製作
マイクロ電気駆動技術の研究
(安川電機)
● 位置・速度制御可能マイクロサーボアクチュエータ実現(5mmφ、サーボ性能20000rpm/20ms)
● 開発マイクロサーボアクチュエータによる2μm 分解能位置決め可能検査ユニット開発
マイクロ部品搬送技術の研究
(富士電機総研)
● 1mm コイルダイオードモジュールよりなるアクチュエータ試作、作動性実証。
● 搬送パレットの速度減速による停止位置精度制御(100μm 以内可能確認)
● 静電式搬送ユニットでも基本的2 次元搬送動作実証
マイクロ検査技術の研究
(三菱電線工業)
● 検知分解能10nm 以下の光ファイバー式接触覚センサによる先端位置検出機構と60 度首振り可能2mmφ 環境認識デバイス実現。
● 輻輳角0~5 度の視差可変機構付き立体スコープの実現

 
 5) 機能デバイスの高度化技術
研究開発項目 主要開発アウトプット
人工筋肉の研究
(SRI インターナショナル)
● 電歪ポリマーアクチュエータ(歪63%、圧力/密度比0.8kPa-m3/kg、理論効率80%、応答時間1ms)
● ユニモルフ型機能アクチュエータ(歪25%、サイズ0.3mm3、駆動電圧300V)
● ダイアフラム型機能アクチュエーター、0.15mmφ 62 個連結アレー作製
マイクロジョイントの研究
(フジクラ)
● 貫通孔マイクロジョイント(口径4.4μm 角、深さ480μm、35 個/mm2、アスペクト比109)
● 貫通孔金属埋め戻し、open 及びclosed 法とも達成
● open 法アスペクト比<40、closed 法>40 が有効
極低摩擦サスペンションデバイスの研究
(王立メルボルン工科大学)
● 最適マイクロ磁気ベアリングの設計(電磁石と永久磁石の組合わせ)
● 2.6mmφ 機械巻きコイル使用磁気ベアリングで性能・動作試験実施
マイクロバッテリーの研究
(三菱マテリアル)
● リラクサー固溶PZT 系圧電体使用電圧トランス作製(平面型、サイズ26×4×1mm、昇圧比250)
● テープ形状自在二次電池試作(サイズ155×30×1mm、直径40mm 円柱巻き付け作動状態確認)
● ソフト化学的手法によりLiMnO2 系正極材料の高容量化達成(170mAh/g 以上)
光駆動自由関節デバイスの研究
(テルモ)
● 光電変換素子搭載小型DC モータにおいて、レーザ光による非接触エネルギー供給技術成功
● 中心軸周りに3 対のSMA コイル配置自由関節機構を設計、簡素な構造で傾斜角可変
マイクロレーザーカテーテルの研究
(テルモ)
● 石英ファイバー先端にレーザ励起固体レーダを実装し、機能確認(サイズ2mmφ×2mm、出力167mW)
● 光ファイバー先端部発熱対策、流体を用いた強制冷却により、発振後の出力低下防止
● カテーテル(内径1mm、外形1.5mm)先端部に4 個のセンシングデバイス搭載技術開発
マイクロ触覚センサカテーテルの研究
(オリンパス)
● 圧覚センサカテーテル(外形2.5mm)、多機能集積化薄膜圧覚センサ3 個を実装して動作確認
● 全方位湾曲機構を持つ外径1.5mm の形状記憶合金カテーテル実現、湾曲制御操作確認
● 圧覚センサ押圧力依存特性改良

 
 6) 共通基盤技術の研究開発
研究開発項目 主要開発アウトプット
分散多マイクロマシンのパターン形成技術の研究
(川崎重工業)
● 隣接移動体間の局所的情報交換による順次パターン形成アルゴリズムを考案
● 移動体台数、パターン所要台数、形成するパターン形状を変化させ実機検証を行い、5~10 台程度の移動体で、数分程度で成功率90%以上のパターン形成を実証した。
階層型群制御技術の研究開発
(三菱重工業)
● 変態制御アルゴリズムでは、超多自由度(72自由度)のオクトパイダの連続段差
● 狭隘部の移動を可能にする低負荷移動アルゴリズムを開発
● サイズの異なる連続段差及び狭隘部移動アルゴリズムを開発
● 省配線多自由度オクトパイダメカニズム構築
マイクロマシンの計測技術の研究
(横河電機)
● 高速動作微小物体のレーザ光により2次元連続断層像を1ms/断面で計測できた
● 微小力測定プローブの測定分解能10μNを達成
● 単結晶シリコン赤外検出素子を作製し、光路長45mm で、分解能100ppm のCO2 ガス濃度測定実証
微小運動機構の評価
(機械技術研究所)
● 高分解能を持つ新規な微小材料引張試験機、接合強度試験機、マイクロ機構トライボロジー特性評価試験装置開発
● ナノメートルオーダの突起による微小荷重下での摩擦力の効果的低減法を解明
システム化技術の評価
(電子技術総合研究所)
● 物体操作指令を多数台ロボットの制御指令に変換する1対多のインターフェイス構築
● 完全自立型小型ロボットを構築し、協調行動機能拡充のアーキテクチャーを考案
● ステレオ顕微鏡システムにおける、マイクロ部品の3 次元距離と形状の計測方法を開発
3次元微細加工技術の評価
(電子技術総合研究所)
● 電解放射エミッタと引出し電極及び収束レンズ電極を一体化した極微小収束電子銃を開発
● 前項電子銃に電界効果型トランジスタを内蔵させ電流揺らぎ±5%以内の安定収束ビームを開発
● 反応性ガス中での収支電子ビーム照射により、3 次元構造の形成ができることを実証
微小機械要素の評価
(計量研究所)
● 加速度センサの校正技術として、加速度入力をレーザ干渉計で計測する手法を開発
● 最高周波数(30MHz)までの振動測定用レーザ振動計の校正技術を開発
● 記憶形状合金薄膜を二元同時スパッタリングにより可能にした。

 
 7) 総合調査研究
研究開発項目 主要開発アウトプット
メンテナンス用マイクロマシンの調査研究
(発電設備検査協会)
● 発電施設保全等に関するマイクロマシンの機能・性能調査
● 既設診断設備等とのマイクロマシンの対応調査
マイクロファクトリ化影響調査研究
(電気安全環境研究所)
● 各種デバイスの集積化、マイクロファクトリ化による電磁干渉、放射性、等の要素機器に与える影響調査
マイクロマシン技術総合調査研究
(マイクロマシンセンター)
● マイクロマシンの生産分野、メンテナス分野、医療分野における技術調査
● 本プロジェクトの効率的推進


(マイクロマシン技術に係るアウトカム調査報告書(2007年3月、NEDO調査)より)

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