マイクロ操作およびマイクロアセンブリ技術分野における大行程、高精度、迅速な応答、および平動クランプの要求に応じて、単一の圧電ファイバー片で駆動される柔軟機構を採用し、対称的な粘滑駆動を実現することで、センチメートル級のマクロ行程、ナノメートル級の分解能、および両腕の平動を兼ね備えたクロススケールマイクロクランパーを設計した。細長く柔軟な駆動足は弾性位置エネルギーを蓄え放出でき、弾性復帰力を利用して逆方向の摩擦力を釣り合わせることで、粘滑の後退を抑制する。圧電ファイバー駆動の単一ステップ変位は大きく、マイクロクランパーは低周波駆動下で高速運動を実現し、摩擦摩耗を低減する。有限要素法を用いて柔軟駆動ユニットの静力学モデルを構築し、出力変位および固有周波数のシミュレーション解析を行った。最後に、実験試験システムを構築し、関連性能を検証した。実験結果は、粘滑式マイクロクランパーの単ステップ駆動時において、400、600および800 Vの駆動電圧下で出力変位がそれぞれ52.31、82.86および124.68 μm、運動分解能は9.6 nmであることを示した。連続運動時には、-400～800 Vの駆動電圧下で単一ステップ変位は最大163.35 μmに達し、ステップ分解能は7.8 nm、クランプ行程は14.4 mmであった。さらに、設計したマイクロクランパーは5 Hzの低駆動周波数で運動速度が1.25 mm/sに達し、600 Vの階段波電圧下でクランプ力は0～167 mNであった。実験試験により、設計したマイクロクランパーの有効性と出力性能が検証された。

マイクロ操作システム;圧電駆動;粘滑運動;柔軟機構;マイクロクランパー