(57)【要約】【課題】  従来のアクチュエーター，特に表面マイクロマシンを立体化するためのアクチュエーターは，小型であることが要求されるため，その機構に超音波を用いたり，構造を作る材料に有機物を用いたりしており，大量生産に用いる製造プロセスとは整合性がとりにくいという課題がある．【解決手段】  水素ガスを吸蔵および排出する性質を持つＰｄおよびＰｄ合金を用いたバイメタル構造の，水素ガスの吸蔵後，水素ガスを排出することで発生する，水素ガス吸蔵前の状態を超えた収縮を利用したアクチュエーターを，表面マイクロマシンを立体化するため機構に用いることにより，製造プロセスと整合をとり，かつ，大量生産向けのバッチ処理に利用することができる．【選択図】図１
2006255873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを吸蔵および排出する性質を持つＰｄまたはＰｄ合金材料を用いたバイメタル構造において，水素ガスの吸蔵後，水素ガスを排出することで発生する，水素ガス吸蔵前の状態を超えたＰｄまたはＰｄ合金材料の体積収縮を利用することを特徴とするアクチュエーター
【請求項２】
水素ガスを吸蔵および排出する性質を持つＰｄまたはＰｄ合金材料を用いたバイメタル構造において，水素ガスの吸蔵後，水素ガスを排出することで発生する，水素ガス吸蔵前の状態を超えたＰｄまたはＰｄ合金材料の体積収縮を利用することを特徴とするアクチュエーターの構造
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，水素ガスを吸蔵することで体積膨張後，水素を排出することで収縮するＰｄおよびＰｄの合金の特性を利用したバイメタル方式のアクチュエーターに関する．
【背景技術】
【０００２】  表面マイクロマシニングにより立体構造を作成する場合，表面マイクロマシニングで作成できる構造は基本的に平面的なものであるため，平面構造を立ち上げ，立体構造にするためのアクチュエーターおよび付随した機構が必要とされる．従来は超音波を用いた立体構造の組み立て法（非特許文献１），有機物の熱収縮を用いた立体構造の組み立て法（非特許文献２）などの方法が使われてきた．
【非特許文献１】Ｖ．Ｋａａｊａｋａｒｉ  ａｎｄ  Ａ．Ｌａｌ：“Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｂａｔｃｈ  ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｏｆ  ｓｕｒｆａｃｅ  ＭＥＭＳ  ｕｓｉｎｇ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ”，Ｔｈｅ  １４ｔｈＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ２００１（２００１）１０．（超音波を用いたマイクロマシンの組み立て方法）
【非特許文献２】Ｔ．Ｅｂｏｆｏｒｓ，ｅｔ  ａｌ．：“Ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ  ｊｏｉｎｔｓ”，Ｍｉｃｒｏ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  １９９８，（１９９８）８．１．（ポリイミドの熱収縮を用いた立体構造）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  たとえば超音波を用いた方法では，マイクロマシン一つ一つに対して超音波を照射する必要があり，大量のバッチ処理を用いた生産には向いていない．また，有機物の熱収縮を用いた方法では，一般にシリコンマイクロプロセスでは好まれない「有機物」を用いており，加えて，デバイスを加熱する必要があり，微小な構造を有するマイクロマシンにおいては精度の低下をもたらす場合が少なからずあった．【０００４】  本発明はこのような従来の手法が有していた問題を解決しようとするものであり，バッチ処理に適し，プロセス適合性の高い，表面マイクロマシンの組み立てに利用することができるアクチュエーターを実現することを目的とするものである．
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明者等はＰｄおよびＰｄの合金（以下二つを併せて「Ｐｄ合金」と記載する）を付加したバイメタル構造の動作の研究を行ってきた（例えば非特許文献３）．この研究の過程でＰｄ合金を付加したバイメタル構造が，従来考えられてきたように，水素吸蔵によりＰｄ合金側を凸にして湾曲し，水素排出により元の形状に戻るだけではないことを見出した．すなわち，図１に示すＰｄ合金を付加したバイメタル構造は，図２に示すように，作成直後の状態からＰｄ合金が水素を吸蔵することでＰｄ合金側を凸にして湾曲し，その後水素を排出することにより，作成直後の状態を越えてＰｄ合金を凹にして湾曲する．この現象はバイメタル作成直後の１度目の水素吸蔵および排出のサイクルにのみ見られるものである．【０００６】  本発明はこのような知見をベースに完成されたものであり，Ｐｄ合金をもちいたバイメタル構造の１度目の水素吸蔵および排出時に見られる特異な形状変化をアクチュエーターとして利用しようとするものである．
【非特許文献３】１９９８年９月１７日第５９回応用物理学会１７ａ−ＺＢ−５
【発明の効果】
【０００７】  上述したように，本発明のアクチュエーターは，蒸着等の方法で成膜できるＰｄ合金を用いるため，マイクロプロセスに適合している．また，水素ガスの吸蔵および排出によりアクチュエーターが動作するため，大量生産に適した効率の良いマイクロアセンブリが可能となる．
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  本発明の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する．図１のようにＰｄ合金１を付加したバイメタル構造のおかれた雰囲気に水素を導入すると，Ｐｄ合金１が水素を吸蔵して体積が増加し，図２に示すように，Ｐｄ合金側に凸となるように変形する．この変形量は水素圧力の増加とともに大きくなる．水素圧力を１００Ｔｏｒｒにした後，水素を真空排気するとバイメタル構造の変形は急激に回復する．この動きは初期状態を超えて，Ｐｄ合金側に凹になるまで続き，最終的にはＰｄ合金側に凹になった状態で固定する．【０００９】  以上のようなバイメタル構造の動作のなかで，特に初期状態と，水素排気後のＰｄ合金側に凹になった状態の間の形状変化をアクチュエーターとして利用するものである．
【実施例】
【００１０】  図３に本アクチュエーターをポリシリコン表面マイクロマシンで作成したマイクロミラーの垂直立ち上げおよび組み立てに応用した例を示す．【００１１】  図においては，３ａおよび３ｂは本発明におけるアクチュエーターであり，Ｐｄ合金がポリシリコン製の片持梁の上側に付着しており，左端が基板と接着した片持梁となっている．４はマイクロミラーであり，初期状態では基板と平行であるが，アクチュエーター３ａ，３ｂの働きにより右端に形成された蝶番構造を支点として垂直に立ち上がる．５ａおよび５ｂはアクチュエーター３ａ，３ｂの動きをマイクロミラー４に伝達するための補助機構で，右端の蝶番構造を支点として動くことができる．６ａおよび６ｂはマイクロミラー４が垂直の状態で保持されるためのロック機構であり，右端が基板と接着した片持梁となっている．【００１２】  以下，上記構造の動作を説明する．上記構造のおかれた雰囲気に水素ガスを導入すると，上面にＰｄ合金が付着したアクチュエーター３ａ，３ｂは上に凸になるように変形する．しかし，このときは先端が基板とぶつかるため大きく変形することができず，マイクロミラー４，補助機構５ａ，５ｂを動作させることはできない．水素導入後，水素を排気すると，アクチュエーター３ａ，３ｂが下に凸となるように変形する．このためアクチュエーター３ａ，３ｂの自由端（右端）が上方に変形する．アクチュエーター３ａ，３ｂの自由端はＴ字型になっており，Ｔ字型の部分が補助機構５ａ，５ｂの下側になっている．このため補助機構５ａ，５ｂはその右端の蝶番構造を固定端として，その左端が持ち上げられる．補助機構５ａ，５ｂの先端はＬ字型になっており，Ｌ字型の部分がマイクロミラー４の下側になっている．このためマイクロミラー４はその右端の蝶番構造を固定端として，その左端が持ち上げられる．マイクロミラー４が垂直に立ち上がったところでロック機構６ａ，６ｂがマイクロミラー４にはまり込み，マイクロミラー４は垂直に保持される．【００１３】  図４は上記の構造をポリシリコン表面マイクロマシニングにより実際に作成し，動作させた写真である．アクチュエーター３ａ，３ｂが大きくそりあがり，また，マイクロミラーが垂直に立っていることがわかる．
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】アクチュエーターの構造を示した側面図．
【図２】アクチュエーターの動作の状態を示す図．
【図３】ポリシリコン表面マイクロマシンで作成したマイクロミラーの垂直立ち上げ機構の平面図．
【図４】図３を作成し実際に動作させた顕微鏡写真．
【符号の説明】
【００１５】１  ＰｄまたはＰｄの合金（Ｐｄ合金）
２  バイメタル構造の基盤となる部分
３ａおよび３ｂ  本アクチュエーター
４  垂直に立ち上がるマイクロミラー
５ａおよび５ｂ  アクチュエーターの動作をマイクロミラーに伝達する補助機構
６ａおよび６ｂ  マイクロミラーを垂直に保持するための機構
【図１】
2006255873.tif 000003
【図２】
2006255873.tif 000004
【図３】
2006255873.tif 000005
【図４】
2006255873.tif 000006