インテリジェント材料を用いたマイクロシステム

• 研究課題/領域番号: 07044117
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192)
• 研究分担者: KOHL M. カールスルーエ研究センター, 研究員 ; HAGENA O. カールスルーエ大学, 機械工学部, 教授 ; 早瀬 敏幸 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (30135313) ; 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (20197065) ; 林 叡 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10021982) ; KOHL Manfred Karlsruhe Research Center, Researcher ; GEBHARD U. カールスルーエ研究センター, 研究員 ; BACHER W. カールスルーエ研究センターマイクロストラクチャー, 工学部, 副リーダー ; MENZ W. カールスルーエ大学, 機械工学部, 教授 ; 裘 進浩 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (60241585) ; WALLRABE U. カールスルーエ研究センター, 研究員 ; 古屋 泰文 東北大学, 工学部, 助手 (20133051)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1997
• 研究課題ステータス: 完了 (1997年度)
• 配分額: 9,500千円 (直接経費: 9,500千円); 1997年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 1996年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 1995年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
• キーワード: インテリジェント材料 / マイクロアクチュエータ / マイクロシステム / マイクロフルイディクス / 生体内流動 / 形状記憶合金 / アクチュエータ / センサー / 知的化 / LIGAテクニック / 磁性形状記憶合金 / 機能性発現

研究概要

本研究は、生体の血管中あるいはパワープラント等の微小細管中での自律的な移動や作業が可能なマイクロシステム、特にマイクロアクチュエータについての基本的構造、その特性について検討することを目的とする。また、圧電フィルム、形状記憶合金、電気粘性流体、磁性流体等のいわゆる電磁機能材料をマイクロシステムに応用することで、セルフセンシング、セルフアクチュエータ機能を有するいわゆるインテリジェントマイクロシステムについて理論・実験の両面からその可能性を検討した。
平成9年度の成果は以下のようにまとめられる。
(1)層流比例形純流体素子の応用としてインテリジェントアクチュエータとしてのマイクロフルイディクスで重要な役割を果たす微小圧力調整装置の提案を行い、その特性を検討した。
(2)マイクロフルイディクスの流動場制御への応用に関する研究を行った。毛細血管の血球の流動に関する数値シミュレーションを行い、マイクロフルイディクスを用いた生体内流動の制御に関する基礎的知見を得た。
(3)形状記憶合金を用いたマイクロバルブの調査研究を行うとともに、乱流場のフィードバック制御に適用する際の数値シミュレーションを行い最適設計に関する知見を得た。
(4)形状記憶合金(SMA)マイクロアクチュエータを光学システムの光軸合せに応用する共同研究などを行った。SMAアクチュエータにより光波長レベルの精密微調整が行え、光システムの小型化に有効であることを示した。
(5)新しい形状記憶合金であるNi_2MnGaについて研究を行い、マイクロアクチュエータへ応用するために、電磁・熱・機械的特性を評価した。

研究成果

• [文献書誌] 高木 敏行, 谷 順二, 田中 洋彦, 林 叡, 藤本 智也, Ute Gebhard: "フィードバック発振形流体素子の動特性に関する解析と実験" 日本機械学会論文集(C)編. 63. 3790-3795 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hisaki Shimizu, Satoru Hayashi: "A Pressure-Regulating Mechanism Using Laminar Proportional Amplifer" Proceedings of The Fifth International Symposium on Fluid Control,Measurement and Visualization,FLUCOME'97. 2. 575-579 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Toshiyuki Hayase, Yupeng Xia, Satoru Hayashi: "Numerical Analysis of Transient Flow through a Spool valve(Modeling of Transient Characteristic in High Reynolds Number Flow)" Proceedings of The Fifth International Symposium on Fluid Measurement,Control and Vibration,FLUCOME'97. 1. 379-384 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Hane: "Analytical Modeling of Micromachined Resonator Sensor Activated by CW Laser Irradiation" 1997 Int.Conf.Solid-State Sensors and Actuators(Digest of Technical Papers). 2. 105-108 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] O.F.Hagena: "Micromechanical Testing of Microstructured Actuator Components" Intern Conf.on Advanced Technology in Experimental Mechanics(ATEM'97). 5-10 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Kohl, K.D.Skrobanek: "Linear Microactuators Based on the Shape Memory Effect" Proc.Transducers 97. 785-788 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Takagi, J.Tani, H.Tanaka, S.Hayashi, T.Fujimoto and U.Gebhard: "Simulation and Experiment on the Dynamic Bdhavior of a Fluidic Device for Microactuator Applications" Proc.of Fifth Triennial Int.Symp.on Fluid Control, Measurement and Visualization. 545-550 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Takagi, J.Tani, S.Suzuki, M.Matsumoto, S.Chonan and Y.Tanahashi: "An Application of All-Round Shape Memory Alloy Plates to Flow Control Using Induced Heating" Proc.of the Japan-France Seminar on Intell.Mater.and Struct.243-246 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Matsumoto, T.Takagi, J.Tani, A.N.Vasilev and N.S.Perov: "Phase Transformation of Ni_2Mn_<1-x>Ga" Proc.of the Japan-France Seminar on Intell.Mater.and Struct.247-250 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Shimizu and S.Hayashi: "A Pressure-Regulating Mechanism Using Laminar Proportional Amplifier" Proc.of Fifth Int.Symp.on Fluid Control, Measurement and Visualization FLUCOME'97. 575-579 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Hayashi: "Stability and Nonlinear Behavior of Poppet Valve Circuit" Proc.of Fifth Int.Symp.on Fluid Control, Measurement and Visualization FLUCOME'97. 13-20 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] I.Iimura, S.Hayashi, S.Miyakawa and Y.Mochizuki: "Stability of a Water Hydraulic Regulation Valve" Proc.of Fifth Int.Symp.on Fluid Control, Measurement and Visualization FLUCOME'97. 307-312 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Hayase, S.Hayashi and K.Kojima: "Micro Stick-Slip Vibration in Hydraulic Servo Systems" Tans.of the Japan Society of Mechanical Engineering. Vol.63. 444-450 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Hane: "Analytical Modeling of Micromachined Resonator Sensor Activated CW Laser Irradiation" Int.Conf.Solid-State Sensors and Actuators (Digest of Technical Papers). Vol.2. 105-108 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Sasaki, Y.Arai and K.Hane: "Automatic Alignment of Pinhole Integrated with Photodiode Using Shape Memory Alloy" Int.Conf.on Optical MEMS and their Applications (Technical Digest). 263-267 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Ohara and T.Aihara: "MD Study on Microscopic Structure of Water in Bulk Liquid and Liquid-Vapor Interface Regions" Proc.Int.Conf.on Fluid Eng.Vol.3. 1491-1496 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Tanba, T.Ohara and T.Aihara: "MD Study on Interface-like Phenomena in Super critical Fluid" Microscale Thermophysical Eng.Vol.1 No.1. 19-30 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] O.F.Hagena: "Micromechanical Testing of Microstructured Actuator Components" Int.Conf.on Advanced Technology in Experimental Mechanics. 5-10 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Kohl, K.D.Skrobanek: "Linear Microactuators Based on the Shape Memory Microvalves" Proc.Transducers 97. 785-788 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Gebhard, Hein: "Just and Ruther, Combination of a Micro-oscillator and a Micro Actuator in LIGA Technique for Medical Application" Transducers'97. 761-764 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 高木 敏行, 谷 順二, 田中 洋彦, 林 叡, 藤本 智也, Ute Gebhatd: "フィードバック発振形流体素子の動特性に関する解析と実験" 日本機械学会論文集(C)編. 63. 3790-3795 (1997)
• [文献書誌] Hisaki Shimizu, Satoru Hayashi: "A Pressure-Regulating Mechanism Using Laminar Proportional Amplifer" Proceedings of The Fifth International Symposium on Fluid Control, Measurement and Visualization, FLUCOME′97. 2. 575-579 (1997)
• [文献書誌] Toshiyuki Hayase, Yupeng Xia, Satoru Hayashi: "Numerical Analysis of Transient Flow through a Spool valve (Modeling of Transient Charadteristic in High Reynolds Number Flow)" Proceedings of The Fiffth International Symposium on Fluid Measurement, Control and Vibration, FLUCOME′97. 1. 379-384 (1997)
• [文献書誌] K. Hane: "Analytical Modeling of Micromachined Resonator Sensor Activated by CW Laser Irradiation" 1997 Int. Conf. Solid-State Sensors and Actuators(Digest of Technical Papers). 2. 105-108 (1997)
• [文献書誌] O. F. Hagena: "Micromechnical Testing of Microstructured Actuator Components" Intern Conf. on Advanced Technology in Experimental Mechanics(ATEM′97). 5-10 (1997)
• [文献書誌] M. Kohl, K. D. Skrobanek: "Linear Microactuators Based on the Shape Memory Effect" Proc. Transducers 97. 785-788 (1997)
• [文献書誌] J.Tani,T.Takagi,H.Nakaniwa,K.Ohtomo,K.Kosugo: "Vibration Suppression Effect of Liquid Crystal under Electromagnetic Field" Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 7-5. 272-277 (1996)
• [文献書誌] 谷順二: "インテリジェント複合材料システム" 機能材料. 16-4. 17-22 (1996)
• [文献書誌] M.Kohl,K.D.Skrobanek,C.M.Goh,D.M.Allen: "Mechanical characterisation of shape memory micromaterials" SPIE. 2880. 108-118 (1996)
• [文献書誌] 松本寛、谷順二、高木敏行、A.N.Vasil'ev: "強磁性形状記憶合金Ni_2MnGaの特性と応用" Proceedings of Fifth MAGDA Conference JSAEM. 99-102 (1996)
• [文献書誌] 高木敏行、谷順二、林叡、田中洋彦、Ute Gebhard: "マイクロフルイディクスのアクチュエータ応用への基礎的検討" 電気学会 マグネティックス研究会資料. 37-44 (1996)
• [文献書誌] 林叡: "流体制御技術の最近の動向" 計測と制御. 32-2. 99-105 (1996)
• [文献書誌] 谷順二、古屋泰文、江田弘、森下信、名取通弘、樋口健: "知的複合材料と知的適応構造物" 養賢堂, 198 (1996)
• [文献書誌] W.Menz: "Fluidic Components in Microsystems Technologies" Proceedings of the International Symposium on Microsystems,Intelligent Materials and Robots. 17-20 (1995)
• [文献書誌] U.Gebhard,H.Hein,W.Menz,P.Ruther: "A Fluidic Micro-Oscillator to Steer a Linear Tool" Proceedings of International Symposium on Microsystems,Intelligent Materials and Robots. 41-44 (1995)
• [文献書誌] J.Qiu,J.Tani,T.Takagi W.Menz,P.Ruther: "Control of Forced Vibration of a Cylindrical Shell Using the Hybrid Control Method" Proceedings of the International Symposium on Microsystems,Intelligent Materials and Robots. 370-373 (1995)
• [文献書誌] T.Takagi,S.Suzuki,J.Tani,M.Matsumoto: "Magneto-Thermo-Mechanical Response of A SMA Plate" Proceedings of the International Symposium on Microsystems,Intelligent Materials and Robots. 451-454 (1995)
• [文献書誌] J.Tani,H.Nakaniwa,T.Takagi K.Ohtomo,K.Kosugo: "Vibration Suppression Effect of Liquid Crystal under Electromagnetic Field" Proceedings of the International Symposium on Microsystems,Intelligent Materials and Robots. 482-485 (1995)
• [文献書誌] A.Shimamoto,Y.Furuya,M.Taya: "Active Control of Crack-tip Stress Intensity By Contraction of Shape Memory TiNi Fibers Embedded in Epoxy Matrix Composite" Proceedings of the International Symposium on Microsystems,Intelligent Materials and Robots. 463-466 (1995)
• [文献書誌] J.Tani,M.Esashi(eds.): "Proceedings of the International Symposium on Microsystems,Intelligent Materials and Robots" 660 (1995)