形状記憶合金を用いたマイクロ化学用流体制御デバイス

采用形状记忆合金的微化学流体控制装置

• 批准号: 14750192
• 负责人: 長谷川 忠大
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Osaka Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750192/
• 关键词: マイクロ切換バルブチップ; 多分岐切り換え; マイクロチェックバルブ; 化学IC; μ-TAS; 多方向制御; アクチュエータ駆動

昨年度は,本研究課題の主要要素である10個の流出口の切換えができるロータリー型マイクロ多方向切換バルブにおいて,アクチュエータにより流出口を自動で切換えるための原理を考案し,試作・駆動実験を行うことで有効性を示した.そこで次のステップとして,本バルブチップにマイクロアクチュエータを内蔵させ流路の自動切換えを実現するために,バルブの性能と設計パラメータの関係を計測し明らかにした.これにより,500kPa以上の高耐圧性能にもかかわらず,約60gfと低い摺動力でローターを回転させられる条件を発見でき,現状の性能を維持したままで内蔵したマイクロアクチュエータによりローターを回転させられることが確認できた.また,気体液体双方の輸送ができるSMAマイクロアクチュエータを用いたマイクロポンプチップの試作も行った.研究代表者らが2001年に試作したマイクロポンプの性能(液体:最大流量12.3μl/min,最大圧力25kPa;気体=最大流量11.0μl/min,最大圧力5kPa)より高いものを作製するため,変位可能なチャンバー兼バイアス力として利用している材料から選定をやり直し,それに合わせSMAマイクロアクチュエータを設計製作したが,マイクロポンプの性能を大幅に上げるまでには至らなかった.しかし,マイクロポンプの開発の過程で,歩留まりが良く高性能な新しいハット型チェックバルブを考案した.これまで利用していたシリコンラバーを片持ちにハイブリッドした片持型チェックバルブはマイクロポンプのように低い流速で開閉を行うと液漏れし正常に動作しないことが多々あった.また,開放時には弁が振動しポンプ性能に悪影響を及ぼしていた.これはマイクロ光造形法の造形原理に起因していることが分かり,抜本的解決が必要であった.そこで,シリコンラバー自体が受動弁として機能するハット型の3次元形状を考案した.これは,歩留まりが良いばかりか,低い流速においても常に正常に動作し,開放時の圧力が0.3kPaとこれまでのものの3分の1程度と低く,さらに閉鎖時の圧力は250kPa以上と良好な性能を示した.

去年，我们设计了一种在可切换10个出口的旋转微型多向阀中使用执行器自动切换出口的原理，这是该研究项目的主要内容，并进行了原型生产和驱动实验，效果良好。证明由下一步，我们测量并明确了阀门性能与设计参数之间的关系，以便将微执行器集成到该阀门芯片中并实现自动流路切换。最终，我们实现了超过 500 kPa 的高压。尽管如此，大约 60我们能够找到允许转子以低 gf 和低滑动力旋转的条件，并确认转子可以使用内置微执行器旋转，同时保持当前性能。此外，SMA 可以输送气体和液体. 微型执行器我们还制作了使用微型泵压力高于5kPa的原型微型泵芯片。为了实现这一点，我们重新选择了用作可位移室和偏置力的材料，并相应地设计和制造了SMA微执行器，但在开发微型泵的过程中，我们无法显着提高微型泵的性能。 ，我们设计了一种高产量、高性能的新型帽形止回阀，如果按一定流量打开和关闭，液体就会泄漏，无法正常工作。而且，当阀门打开时，阀门会振动，这对泵的性能产生了负面影响，人们发现这是由微立体光刻的制造原理引起的，需要采取彻底的解决方案。因此，硅橡胶本身起到被动阀的作用。我们设计了帽子形的三维形状。这不仅具有良好的产量，而且即使在低流量下也能正常运行，并且开启压力为0.3 kPa，大约是之前型号压力的三分之一。关闭时压力超过250kPa，表现良好。

项目成果

T.Hasegawa, K.Ikuta, K.Nakashima: "10-way Micro Switching Valve Chip with Rotary Mechanism for Multi-directional Flow Control"The Seventh International Symposium on Micro Total Analysis System ・(m-TAS 2003). 215-218 (2003)

T.Hasekawa、K.Ikuta、K.Nakashima：“带有旋转机构的多向流量控制的10路微型开关阀芯片”第七届国际微型全分析系统研讨会·（m-TAS 2003）。 (2003)

アクチュエータ駆動マイクロ流体の多方向制御用ICチップの開発

致动器驱动微流控多向控制IC芯片的开发

• 发表时间: 2004
• 期刊: ロボティクス・メカトロニクス講演会'04講演
• 作者: 長谷川忠大;中嶋健一郎;生田幸士
• 通讯作者: 生田幸士

長谷川忠大, 生田幸士, 中嶋健一郎: "マイクロ流体の多方向制御用化学ICチップの開発"ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演. (発表申込済み).

Tadahiro Hasekawa、Koji Ikuta、Kenichiro Nakajima：“用于微流体多向控制的化学 IC 芯片的开发”机器人和机电一体化会议 03 讲座（已提交演示文稿）。

長谷川忠大, 生田幸士, 中嶋健一郎: "化学ICの研究(第12報)マイクロ多方向切換バルブチップの開発"第21回日本ロボット学会学術講演会. 1J25 (2003)

长谷川忠宏、生田浩二、中岛健一郎：《化学IC的研究（第12次报告）微型多向切换阀芯片的开发》日本机器人学会第21次学术会议1J25（2003年）。

化学ICの研究(第16報)アクチュエータ駆動マイクロ多方向切換バルブチップの開発

化学IC研究（第16次报告）执行器驱动微型多向阀芯片开发

• 发表时间: 2004
• 期刊: 22回日本ロボット学会学術講演会
• 作者: 長谷川忠大;中嶋健一郎;生田幸士
• 通讯作者: 生田幸士