半導体微細加工技術による人工せん毛形マイクロポンプの開発

利用半导体微加工技术开发人造毛发状微泵

• 批准号: 01550215
• 负责人: 藤田 博之
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1989
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1989 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01550215/
• 关键词: マイクロメカトロニクス; マイクロマシ-ニング; マイクロアクチュエ-タ; ポンプ; カンチレバ-

まず人工せん毛を駆動するアクチュエ-タについて、静電形、形状記憶合金形、バイメタル形を比較した。静電形は駆動に強い電界を利用するため、導電性の液体はもとより、絶縁性の液体でも絶縁破壊を生ずるので実用的でないことが分かった。形状記憶合金については、IC技術によって薄膜状に形成することが問題となる。IC技術で広く使われる製膜法のスパッタ法を用いて、薄膜のTiNi合金を作り、その組成・結晶構造・抵抗率の温度変化等を計測した。この結果、タ-ゲットとして適当なTiとNiの比を選べば、形状記憶効果が現われる温度を室温よりやや高い程度の温度に定められることがわかった。また、製膜後の熱処理により、アモルファス状態から、望ましい相へと結晶化させられることも明らかになった。現在、形状記憶効果によるアクチュエ-タ動作を確認している段階である。バイメタル形は、二つの異った熱膨張率を持つ薄膜を重ね合わせて作り、温度を上昇した時の熱膨張の差でたわみを得るものである。二つの材料として、高分子材料の一種のポリイミドと、金属(NiもしくはCr)を考えた。ポリイミドは熱膨張率が金属の十倍程度と大きく、また絶縁性なので金属膜そのものをパタ-ニングして、ヒ-タを兼用できる長所がある。しかしヤング率が金属に比べて小さいため、厚みの比について最適化する必要がある。理論式に基づいて最適値を求めると、ポリイミドとNiの厚みの比を4:1にすれば良いことが分かった。製作プロセスを種々検討し、長さ500μm、幅180μm、厚み2μmのポリイミドとNiからなる片持ち梁を作った。温度の上昇につれ、片持ち梁が上にそり返ることを確認した。この片持ち梁は、フォトリングラフィ-により多数個を基板上に同時に形成できる。これをせん毛のように協調動作させるための極めて簡単な制御回路を考案した。現在、ポンプとして使えるような動作をさせる実験を行っている。

Artificial hair movement, electrostatic shape, shape memory alloy shape, shape comparison Electrostatics are used in the field of strong electricity, conductive liquids, and insulating liquids. Shape memory alloy is formed in thin film by IC technology. IC technology is used to measure TiNi alloy composition, crystal structure, resistivity and temperature change of thin film. The result is that the ratio of Ti to Ni is selected appropriately, and the shape memory effect is displayed at room temperature and high temperature. The heat treatment after film formation is carried out in a state of transition and crystallization. Now, the shape memory effect is confirmed. The difference in thermal expansion between the two layers is due to the increase in temperature. Two kinds of materials, polymer materials and metals (Ni and Cr) are examined. The thermal expansion rate of the metal film is ten times higher than that of the metal film. It is necessary to optimize the ratio of metal and thickness. The theoretical formula is based on the optimal value of Ni and Ni. The thickness of the film is 500μm, the width is 180μm, and the thickness is 2μm. The temperature rises, and the film stays on the beam. The film is formed on the substrate at the same time. This is a very simple way to coordinate your actions. Now, let's go. Let's go.

项目成果

Naohiro Takeshima,Hiroyuki Fujita: "Design and Control of Systems with Microactuator Array" IEEE International Workshop on Advanced Motion Control,Yokohama,March 1990 発表予定. (1990)

Naohiro Takeshima、Hiroyuki Fujita：“微执行器阵列系统的设计和控制”IEEE 国际高级运动控制研讨会，横滨，1990 年 3 月发表（1990 年）。

Koji Ikuta,Hiroyuki Fujita,他2名: "Crystallographic Analysis of TiNi Shape Memory Alloy Thin Film for Micro Actuator" Proc.3rd IEEE International Workshop on Micro Electromechanical Systems,Napa Valley,CA,Feb.1990. 38-39 (1990)

Koji Ikuta、Hiroyuki Fujita 和其他 2 人：“微致动器用 TiNi 形状记忆合金薄膜的晶体学分析”Proc.3rd IEEE 国际微机电系统研讨会，纳帕谷，加利福尼亚州，1990 年 2 月 38-39 日（1990 年）。