熱電素子と熱可変材料を用いた無電源体内埋め込み型マイクロポンプの開発

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20360087
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 鳥居 修一 Kumamoto University, 大学院・自然科学研究科, 教授 (30180201)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊東 繁 熊本大学, 衝撃・極限環境研究センター, 教授 (80069567) ; 外本 和幸 熊本大学, 衝撃・極限環境研究センター, 准教授 (70199462)
• Keywords: ペルチェ素子 / 熱可変材料 / X線装置 / 流動現象 / デフューザーバルブ / ノズルバルブ

Research Abstract

加工と製作は熊本大学中央工場のマイクロマシニング装置で行った。製作するマイクロポンプは、デフユーザーバルブ、ペルチェ素子と熱可変材料とが組み合わさった熱電運動素子、及びノズルバルブからなっている。デフユーザーバルブとノズルバルブはアルミ棒から加工し、双方を中空の熱可変材料と結合させた。作動流体はこの加工内部を流れるようになっており、その流動はマイクロCT装置で観察した。ここで、デフユーザーバルブとノズルバルブを作成する際、作動媒体の流出・流入部の形状、熱電運動素子からなるチャンバーの形状を採用した。
・装置内部の熱可変材料のペルチェ素子の応答に伴って生じる変化を、購入したX線装置で観察した。
・熱電素子で発生した電流の方向を周期的に変化させることによって熱可変材料の膨張・収縮の速さを変えることで、ポンプ内を流れる作動媒体の流動を確認した。特に、0.1Hz以下の入力周波数、かつ、0.6〜0.8A程度の入力電流の使用条件を考慮せねばならない。この条件を満たすことにより、ポンプ熱可変材料部に温度差を与えることができ、ポンプの動力源として用いることができる。
・高電流または高周波領域においても、ポンプ熱可変材料の変化によってポンプの駆動は可能であった。しなしながら、ペルチェ素子が駆動する際の温度領域が高くなるために、本来の研究の目的である体内埋め込み型ポンプとしては不適切であった。即ち、ペルチェ素子が高い温度領域で駆動するために、体内の組織を破壊する危険性が生じる。
・完成した装置で流動できる流量は2ml/minであることを確認した。