磁気研磨法において磁性粒子のブラシ状凝集体から加工面に作用する力は,砥粒の微小切削挙動等研磨特性を支配する重要な因子である.本研究では,研磨中の垂直力を測定し,磁極端面に粒子を吸着させて研磨を実行したときの垂直力の大きさが相対運動速度や加工面の粗さによって変化することを明らかにした.さらにその応用として,垂直力の変化により研磨状態を監視する方法について検討した.

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MCF(Magnetic Compound Fluid)研磨液は,ケロシンなどの溶媒中に鉄系微粒子,植物繊維および砥粒を混合して得られた一種の磁場に反応する機能性研磨材で,ラッピングなど遊離砥粒研磨において優れた研磨特性がある.本研究では,マイクロ3次元複雑表面の研磨技術の開発を目指して,MCF研磨液による磁性や非磁性金属材料の非接触研磨を試みている.本報では実験装置の製作や基礎実験の結果を報告する.

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直径0.1mmの小径穴内面を研磨するため,油に砥粒を懸濁させた研磨液を小径穴内部に流しながら穴の一端から超音波振動を付加する方法を考案し,その研磨特性について実験的に検討した.

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二種類の固有振動モードを用いることで，シャフトを自由に直動，回転させることのできる圧電アクチュエータの開発を行った．四角い形状のステータに穴が開いており，シャフトはその穴に挿入されているだけであるが，電圧の印加により，自由に直動と回転が可能である．本研究では有限要素法を用いてそのメカニズムを解明し，実際の直動，回転駆動との検証をおこなった．

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これまでに，電流パルスを用いた圧電アクチュエータの駆動法を提案している．本駆動法は一種の電荷駆動となるため，ヒステリシスが非常に小さいという特徴を持つ．本報では，Martinのモデルを用いてランプ入力に対する応答をシミュレーションした結果について述べる．立ち上がり時間を一定とし，デューティー比を変化させた．電圧パルス駆動と比較し，安定な動作が得られた．

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マイクロアクチュエータの動作の解析を行う。アクチュエータは3個の積層型圧電素子を正三角形状に接続し、三角形の頂点に電磁石を配置する。動作の原理はインチワームに基づく。電磁力による吸着と圧電素子の伸縮によりアクチュエータは様々な動作を行うことが可能である。前報におけるシミュレーションと実験による動作との間の誤差について検討する。実際の圧電素子の伸縮量を計測し、理論と比較する。

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圧電素子を用いた自走マイクロロボットの動作解析と実験を行う。圧電素子はスチュワートプラットフォームに配置され、本体上部には平面ステージを設置する。圧電素子の振動により超音波モータの原理で自走を行い、本体上部に設置されたステージは圧電素子の伸びにより微小変位を得る。本稿ではステージを微小移動させた時の動作をヤコビ行列により解析する。

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本研究は超音波振動により発生するスクイズ空気膜による能動形空気軸受の開発を目的としている.この方式では残留振動がなく,空圧源が不要で高精度な軸受が実現できると考えられる.本報では,円筒形状を持つ振動方向変換体を用いた構造の空気軸受を試作し,ホーンの小形化と支持方法の改善結果について報告する.

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市販されている積層型圧電素子(振動子)を用いて超音波リニアモータの開発を行った。並列に配置した2つの振動子と弾性フィンから構成される。どちらかの振動子のみに駆動信号を印加することで弾性フィンを共振させ1方向の推力を得られる。印加する振動子の切り替えにより双方向に駆動できる。駆動原理とモータの構成及び特性を報告する。この超音波リニアモータを用いてリニアステージの駆動を行ったのでこれも併せて報告する。

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これまでにセグメント構造ダイヤモンド状炭素(S-DLC)膜を摩擦駆動面に適用した弾性表面波リニアモータが報告されている。本報では新たに作成した実験装置を用い、従来のシリコンスライダと、シリコンウエハ表面にS-DLC膜を適用したスライダのそれぞれにおいて、無負荷速度、推力といった駆動特性を取得し、比較することによりスライダ面の材質の違いによる駆動特性の比較を行った。

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本研究は、微小孔板を超音波振動させることにより、微小径を持つ液滴を精度よく生成することを目標としている。共振周波数105kHzのランジュバン型超音波振動子を用いた。微小孔板は、厚さ0.05mmの板に直径0.015mmの孔があいている。0.03MPaの圧力を加えた水を空気中に吐出させた際、微小孔板を210nmの振幅で振動させたところ液滴径は0.070mmとなった。振幅を大きくすることにより、ばらつきが少なく小径の液滴を生成することができた。

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近年、医療や産業の分野で、より小型で自由度の多いアクチュエータの需要が高まっている。本研究では小型の多自由度超音波モータの実現を試みた。本研究のモータは、一般の電磁モータと比べて高トルクが得られるため、減速機構を必要とせず、静穏で小型であるという特長がある。また積層型圧電素子を用いることで、従来の共振型超音波モータに比べて制御や小型化が容易である。将来的には医療用内視鏡などへの応用が期待される。

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圧電体内の電界インプリント状態を積極的に制御することにより,印加電圧0においてある変位を維持することができる形状記憶圧電アクチュエータを新たに提案し,製作した.このアクチュエータの変位-電圧曲線を測定した結果,印加電圧0において異なる二つの安定点を有することを確認した.また誘電率も印加電圧0において異なる二つの安定な値を有し,セルフセンシングが可能であることを実証した.

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本研究では、低温合成が可能な水熱合成法を利用して超高品質のエピタキシャルPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)薄膜を成膜した。DE-ヒステリシス曲線による強誘電性の評価と共に、厚み方向の超音波励振を利用した圧電特性をMasonの等価回路により評価した。測定では裏面反射により1～3GHzの間で7.29MHz間隔での共振―反共振ピークを検出し、予測と一致する結果を得た。

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圧電アクチュエータは,圧電素子自身の微小な変形を直接利用するだけでなく,摩擦力を利用したなんらかのメカニズムによってナノメートルからミリメートルオーダの位置決めが可能となる.しかし,摩擦による摩擦材料の摩耗が駆動性能の長期安定性を損ない,実用化の妨げとなる.本研究では,最適な駆動電圧波形を用いて駆動部の摩擦状態をコントロールし摩擦の原因となるスリップを抑圧するスリップフリー駆動を提案する.

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本研究室では,接触式アクチュエータにおける摩擦材料の摩耗を抑え、駆動性能の長期安定化さらにはステージの高耐久性化を達成するために、ステージを常に静止摩擦力で送ることを原則として圧電アクチュエータを制御するスリップフリー駆動の研究を行っている。本稿では、スリップフリー駆動を用いたステージ駆動について述べる。

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ジャイロセンサは角速度を計測するのための機器であり様々な分野で応用されている.この応用の場を拡張するため,検出軸の拡張・高精度・低コスト化が期待されている.本研究においては上述の要求を満たすセンサを実現するため,5自由度制御型磁気軸受を2軸の角速度および3軸の加速度を計測するセンサとして用いることを提案している.本報では実際の磁気軸受を用いてこれらの運動計測を行い提案するセンサの実現性を示した.

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ユビキタス機器のエネルギ供給問題解決のため,人体振動をエネルギ源とする発電機構に着目し,小型化に有利で,高電力発電が可能な回転型発電機として,歳差運動と摩擦を用いたジャイロ型発電機を考案した.ジャイロ型発電機構の力学的モデルを解析することで,最適設計の条件式を算出し自作した発電機によって,上条件式の妥当性を検証した.同時に330mW以上の出力が得られており,今後の最適設計により更なる高出力化が期待される.

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ユビキタス情報機器への電力供給を目的に、微小風力によるシートの自励振動と静電誘導を利用した発電機を提案した。自励振動の解析のため、流れ直角方向の空気圧力とシート変形を単純な関数で近似する計算法を開発し、実験値との比較により手法の有効性を確認した。解析により、進行波状の自励振動が発生する流速とシート支持条件、ならびに、発電効率が最大となる静電電極の配置方法を明らかにした。

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筆者が担当しているロボット工学及びメカトロニクスの授業では,2000年度よりMindStormsを利用している.本研究の目的はMindStormsの上記技術教育や研究への有用性を検討することである.NQCやBrickOSを用いて制御アルゴリズムを記述し,MindStorms付属のマイクロコンピュータ制御システム(RCX)に実装した.MindStormsを用いた種々のメカニズムに関する実験の結果,本システムが上記技術教育や研究に有用であることを確認した.

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本研究では，人の実演データを基に複雑な組立作業である乾電池装填作業の組立技能を解析する．乾電池挿入作業はバネ性を有する環境に対する挿入作業であり，効率良く作業を達成するためには作業中における手先のダイナミクスの切り替えが重要となる．本論文では，人の手先のダイナミクスを力制御パラメータの時系列変化として推定し，その考察を行う．

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人間のマニピュレーション技能のモデル化とそのロボットへの応用を目指し，グラスプレス・マニピュレーションの一種であるピボット操作について解析を行う．人間の行うピボット操作をデータグローブ等を用いて計測し，混合ガウス分布隠れマルコフモデルを用いたモデル化を行う．また，得られたモデルについて，その確率的距離尺度に基づいて MDS（多次元尺度構成法）を用いた分析を行う．

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生産ライン等で使われる部品整列機構の設計において、部品の動作の安定性の検証は未だに試作機に頼っているのが現状である。本研究では3DCADを用いた機構部品モデルに、物理シミュレーションエンジンを組み合わせることにより、部品の挙動をシミュレーションにより予測し、機構設計試作レス化を目標とする。本報では振動パーツフィーダー部品整列機構内の切欠き部形状の設計へ本シミュレーターを利用した例及びその実験検証について報告する。

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本研究では,HLA(High Level Architecture)を用いたメカトロニクス製品設計のための体系的な協調シミュレーション環境の開発方法論の提案を目的とする.本報ではメカトロニクス製品設計の後期で必要となる動力学解析を行う機能を1Federateとして従来の環境に追加し,より精度の高い機能検証に応用する手法を提案する.制御設計シミュレータと3次元CADシステムを協調させた連携シミュレーションシステムに本手法を適用し,その有効性を検証する.

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アイガモ農法は優れた生物共生型の環境調和育苗方法として知られている．しかし，アイガモの雑草域への誘導などの行動管理に人手と時間を有するという短所が普及を妨げている．カモ型ロボット，アイガモ管理域の自動化装置，水田モニタリング装置等から成る支援システムについて，試作した提案システムの構成を報告する．

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産業用ロボットを利用するには,行わせる作業をロボットに教示する必要がある.この教示作業を容易に行うために,実演教示という手法が提案されている.これは,人間がロボットに対して望む作業を実演し,観察させることで作業教示を行うものである.しかしながら,簡便に利用できる実用的な実演教示手法はいまだ確立されていない.そこで,本研究では簡便な実演教示の実現を目指し,作業観察に光投影法を用いた手法の提案を行う.

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mm単位の大きさの物体を対象に把持・運搬するためのロボット遠隔操作システムを開発した。一例として、硬物と軟物に対しての把持と運搬を行った。硬物は、スペーサとナットに、軟物はミジンコに適用した。その結果、画面を見ながらの簡単な操作により遠隔地における物体の把持・運搬操作を可能とした。

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呼吸等により能動的に運動する患部に追従しながら,超音波を集束させてピンポイントに患部へ照射する非侵襲超音波診断・治療統合システムの研究を進めている.本研究では,患部に対する追従性向上のため,患部の運動をあらかじめ正弦波で与えるフィード・フォワード制御を提案してきた.しかしながら,呼吸による横隔膜の収縮および伸長時における患部の動作は異なる.本報では,このことを考慮したフィード・フォワード制御手法を提案する.

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本研究の目的は、移動ロボットを対象とした遠隔制御システムを開発することにある。移動ロボットに遠隔操作機能を実装し、ネットワーク上の操作用PCから操作用GUIを用いて遠隔操作を行う。操作用GUIには、3次元での位置表示機能とPTZカメラによる映像表示機能を実装し、操作性の向上を実現した。また、PTZカメラの映像データからフレーム間の差分データを採取することにより、突発的な障害物の検知を可能とした。

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正三角形状に組まれた3本の圧電素子と、その正三角形の頂点に位置する3個の支持脚からなるミニチュアロボットの動作の計測と制御を行う。入力波形は正弦波と方形波を用い、直進と回転動作を行わせる。動作の計測にはCCDカメラを使用する。ミニチュアロボットの動作をリアルタイムに計測し、フィードバック制御を試みる。

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本研究では、二次災害などの危険の伴う被災者捜索活動を行うマイクロホッピングロボットを開発してきた。これまで開発されてきたロボットは被災者を探知してから作動し目標まで到達するまでにかかる時間が長くなるといった問題があった。そこで、捜索速度の向上を図るため、ロボットの移動機構の改良を行った。本報では、この改良したロボットの移動機構及び性能評価実験について結果を報告する。

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研究は、二次災害などの危険の伴う被災者捜索活動を行うマイクロホッピングロボットを製作してきた。これまで開発されてきたロボットでは瓦礫の踏破が困難であることや移動時間がかかることにより捜索時間が長くなるといった問題があった。そこで、この瓦礫踏破のためにロボットの射出機構の開発をを行った。本報では。この装置の原理、及び性能評価実験についての結果を報告する。

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カメラによる配管内部検査では傷や腐食部の検出時,欠陥部をより詳しく調べる必要がある.そのため,カメラ方向を制御し自動的に欠陥部を視野の中心に移動させる配管内検査ロボットが必要とされる.アクチュエータに小型で多自由度が実現可能な球面超音波モータを用い,カメラヘッドが上下左右に駆動する首振り方式配管内検査ロボットの開発について報告する.

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マイクロバブルの応用は、牡蠣養殖への適用に端を発し、当社で行なっている半導体工場の排水処理への適用、医療分野での結石破壊装置への適用など様々な分野で応用されており、今後、さらにその応用分野は広がっていくと考えられる。上記の分野では気泡発生のために必要な動力(ポンプ圧力)は問題とならないが、省エネルギー化が当然の家電分野では、その動力低減は必須の要件となる。本研究では、家電分野での応用を考慮して、気泡発生装置の低動力化、小型化の検討を実験、シミュレーションを用いて行い、従来の1/6のポンプ圧力(0.05MPa)で、マイクロバブルを発生させる、長さ(50mm)の小型の気泡発生装置を開発したので報告する。

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機械製品の設計は要求される機能を実現するために、構造、形状、寸法などを決め、挙動を確認する。しかし、製造擾乱によって生じた形状、寸法の誤差は要求機能に対する挙動に影響を与える。本研究は、製造擾乱を考慮し、要求機能に対する想定された挙動の精度を設計者が決め、製造擾乱の精度をシンセシスする手法を提案する。

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パターン認識の新たな手法としてMT(マハラノビス-タグチ)システムが近年注目されている. しかし, 現状のMTシステムでは解析対象データの統計的性質を十分に考慮していない等の問題点があり, 識別率が低くなることがある. そこで本研究ではその問題点を克服するべく新たな手法を提案し, ケーススタディによって提案法と従来法, および他の統計的識別手法等と識別性能の比較を行い, 提案法の有効性を検討する.

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著者らはこれまでにコンプライアントメカニズムの設計法として,トポロジー最適化と形状最適化を段階的に実施する2段階最適設計法の提案を行ってきた.しかし,従来の方法では,トポロジー最適化の最適形状を基に設計者が手動で形状最適化の初期形状を作成していたため,初期形状の作成には,設計者の慣れと多大な作成時間を要するという問題があった.そこで本研究では,形状認識手法を用いてこのプロセスの自動化を試みる.

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トポロジー最適化とレベルセット法を用いることで、客観性を保ったまま、効率的にコンプライアントメカニズムを創生する統合的最適設計法の構築。

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モノづくりにおけるプロジェクトを構成する最適な参加者を選択するためのコラボレーション支援システムを提案する．

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構造最適設計問題においてパレート最適解を効率的に求めるため，PSOと勾配法をハイブリッド的に用いた多目的最適設計手法を提案する．本手法では，PSO個体集団を非劣解とそれ以外の解にわけ，非劣解に対して勾配法を適用し，それ以外の解は多目的PSOのアルゴリズムに基づいて解の更新を行う．このとき，非劣解の分布に基づいて，最適な重み係数を算出し，この重み係数法に基づいた探索を実行することで，多目的最適化において勾配法を効率よく利用することが可能になる．

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ダイカストは溶融した非鉄金属を高速・高圧で金型内に射出し,ニアネットシェイプで製品を成形する鋳造方式である.大量生産に適し高い寸法精度が得られるが,品質の変動が激しく,金型内部の流動状態によっては成形不良が発生する可能性がある.本研究では流動状態の制御により成形不良を回避するため,CAE解析結果を用いた湯口方案の策定を行い,その際の設計方法,評価方法について検討する.

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ダイカスト金型において溶融金属(溶湯)の充填挙動及び溶湯温度によっては,湯回り不良や鋳巣などの成形不良が発生する可能性がある.そこで,これらの成形不良を低減するために溶湯の流動状態を制御する必要がある.本研究では,溶湯流動状態の制御による成形不良低減を実現するため,テーパランナーに着目し,CAE結果を用いて,テーパランナーの形状が流動状態に及ぼす影響について考察する.

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In electronics industry, it is a basic tendency that manufactures a multi-functional and small sized electronic board. Additionally, environmental and heath issue restrict to be used lead in surface mounting technology. From this trend, manufacturing of fine pitch circuit and micro-bumping is a very important issue in South Korea. In this presentation, manufacturing process of ternary Sn alloy (Sn-3.0Ag-0.5Cu) micro-bump is introduced. The Sn-3.0Ag-0.5Cu solder is widely used as the micro-joining materials of flip chip package (FCP) because of its good thermal fatigue and mechanical properties. However, the FCP technology has some shortcomings, such as difficulties in controlling of accurate composition, bump height, the thickness of intermetallic compound layer, as well as formation (IMCs) of void. The objective of the present research was to fabricate Sn-3.0Ag-0.5Cu solder bumping having accurate composition and restrict growth of the IMCs layer. The ternary alloy of the Sn-3.0Ag-0.5Cu solder could be made on a Cu pad by sequent electroplating of Sn-Cu layer and Sn-Ag layer, followed by reflow processing. The contents of Ag and Cu found to be within accuracy level of ±0.5wt% and ±0.2wt%, respectively. It was also found that the thickness of IMC (Cu6Sn5) formed at the interface between Cu pad and Sn-Ag-Cu layer was far lower than that made by electroplating of a single Sn-Ag layer on Cu pad

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MEMSの設計においては、計算機シミュレーションによる動作特性の解析が必須である。しかしながら、MEMSに用いられる薄膜の材料特性がしばしばバルク材とは異なること、成膜プロセスに起因する内部応力などから、解析結果と実際のデバイス特性が一致しないという問題が発生する。これらを解決する材料特性のデータベース構築を目指し、MEMSで用いられる各種薄膜材料の内部応力およびヤング率等の測定を行った。

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本研究ではディスペンシング技術と導電性ペーストを用いることにより、直径20μm以下かつ高アスペクト比、低抵抗、高強度なマイクロ構造物を作製するための条件を調査し、検討した。導電性ペーストには粒子径200～300nm、80℃程度からの低温焼結性を示すMO-Agペーストを用い、高さ180μm、直径20μm程度の柱状マイクロ構造物の形成に成功している。

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Au-Sn metallization system is not only environmental-friendly composite without lead, but also exhibits desirable mechanical properties such as high strength and low thermal fatigue. These properties make eutectic AuSn solder an excellent choice for applications such as optoelectronic packaging and microwave device production. Conventional Au-Sn bonding process is reflow assembly. The eutectic Au80Sn20 (wt%) solder, with a melting temperature of 280C, is widely used in packaging applications. The high temperature induces to not only the degradation of bonding accuracy, the damage of components but also higher energy consumption and associated costs. In order to realization of high density package by Au-Sn flip chip structure, low temperature bonding method is developed by a surface activated bonding (SAB) method. Au-Sn can be bonded successfully at room temperature in vacuum, and 150C even in ambient air. The effective factors, such as bump configuration, surface activated process, bonding environment, bonding load and temperature, was investigated on the Au-Sn bonding by the SAB method. The bonding quality was checked by electrical resistance test and shear or tensile test. The bonding interfaces and fracture surfaces were observed by scan electron microscope (SEM) and electron probe micro-analyzer (EPMA).

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本研究では、シリコン基板、シリコン酸化膜、自己組織化単分子膜および金薄膜について表面の付着力を原子間力顕微鏡を用いて測定した。湿度を10%～85%と変化させ計測を行い、各湿度におけるスティクションの挙動を調査した。

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水素結合を利用した大気圧・低温・低加圧を特徴とする異種材料直接接合法の確立を目指し、エポキシ樹脂とSi基板上のスパッタCu薄膜との直接接合を試みた。表面無処理のサンプルは接合できなかったのに対し、表面を真空プラズマ中で親水化処理したサンプルは、0.2MPaの強度で接合させることが出来た。本接合法を用いて5mm角の大きさの静電容量型傾斜センサを作製したところ、リニアでアナログ出力を得ることが出来た。

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我々は新規で簡便な位相敏感X線撮像法として回折格子を用いるX線タルボ干渉計の利用を提案している。特長は二枚の回折格子を用いた単純な構成で、実験室用のX線源でも位相イメージングが可能である。しかし高アスペクト比の回折格子を必要とする。我々はX線リソグラフィや金メッキを用いてピッチ5.3μm、高さ28.3μm、面積60mm角の回折格子を作製した。また回折格子の評価を行い、40%のビジビリティを得た。

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アモルファスNi-Pモールドを作製し、パイレックスガラス基板に線幅1um以下のライン&スペースパターンをインプリントする事に成功した。適正な割合でNi-P無電解鍍金を行うと、アモルファス化したNi-P合金を得ることができる。X線回折スペクトルの測定結果から、最適なNi-Pの組成比はNi:P =92 wt.% : 8 wt.%であった。また、FIBにて線幅1um以下のライン&スペースパターンを加工し、アモルファスNi-P合金の加工面が非常に滑らかであることを確認した。

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