2020 Fiscal Year Research-status Report
MEMSマイクロポンプを用いた選択粒子径可変分級器の開発と小型検出装置への応用
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20K22422
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
岡本 有貴 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (40880753)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2023-03-31
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| Keywords | マイクロポンプ / MEMS / マイクロ流路 / 分級器 / 圧電アクチュエータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、キーホルダーのように身に付けられる幅広い径の微粒子を検出可能な小型微粒子検出器装置の実現である。そのために、MEMS技術を応用した大気引き込み機構を集積し、粒子径ごとに分ける機能(分級)の閾値を制御できるようにする。具体的には、圧電ダイアグラム微小電気機械（MEMS）マイクロポンプにより流速を制御して、分級の閾値を動的に制御できるようにする。更に、選択された気体を光センシングすることで微粒子検出を行うことである。
本年度は、まず、提案する可変分級器に必要な圧電薄膜ダイアフラムMEMSマイクロポンプの開発を行った。ゾルゲル法によるPZT薄膜をSOI基板上に成膜しMEMS加工をすることで、マイクロポンプに必要なダイアフラムアクチュエータの動作を確認できた。また、バーチャルインパクタとダイアフラムマイクロポンプを集積した素子の設計を行い、試作に着手した。設計では、単一のダイアグラムアクチュエータを用いるだけでは流量が振動してしまい、速度を変数に取りづらくなってしまうことが分かった。そのため、180度の位相差で動作するダイアグラムアクチュエータを2つ並列に接続することで流量の振動を防ぎ、安定した流量を得ることができ、可変分級器として動作させられるようにした。
また、素子の作製では、シリコン基板を封止する必要があるが、ガラスとシリコンによる陽極接合に比べ簡単に行える樹脂を介した接合の利用の検討を行った。これにより、微小流量を計測することができる流量センサの開発に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
一年目では素子の開発を終了する予定であったが、COVID-19の影響により、実際に素子の作製に着手することができたのが当初の想定よりも遅くなってしまったことが大きな原因である。一方で、短期間のうちにゾルゲル法によるPZT圧電薄膜を利用したダイアフラムアクチュエータの動作に成功したことや、ダイアフラムアクチュエータを2つ利用する必要があることがわかるなど、基礎検討は順調に進んでいる。また、実験で必要な接合技術の検討から、新たな流量センサの作製にも成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
設計したマイクロポンプ集積型可変分級器の試作を行う。まず、マイクロポンプとしての動作を確認し、流量の変動が十分に少ないことを確認する。動力源としては、圧電薄膜の利用を想定していたが、流量をより大きくできる可能性も考慮して、バルクの圧電素子の利用も検討する。次に、完成した素子を利用して、外部からレーザー光を照射し微粒子による散乱光を計測することで大気中の微粒子量検出を行う。また、市販の粒子センサの出力値と比較することで、作製したセンサの性能を評価する。
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| Causes of Carryover |
COVID-19の影響で実験を開始する時期が想定よりもくれたため、当初想定した試作費用分を次年度使用額とした。
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