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2020 年度 実績報告書

ナノ加工技術を用いた機能性流体ECFマイクロ液圧源の高出力パワー密度化

研究課題

研究課題/領域番号 18H01359
研究機関東京工業大学

研究代表者

金 俊完  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40401517)

研究分担者 吉田 和弘  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (00220632)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードマイクロポンプ / 電界共役流体(ECF) / 金属援用エッチング (MACE) / マイクロピラー構造体
研究実績の概要

安価で大量生産が可能であると同時に,世界一の高出力パワー密度を有するマイクロ液圧源を実現するために,本年度では,(1)高アスペクト比のTPSEを製作できるMetal Assisted Chemical Etching (MACE)手法を,(2)電極の上に形成するマイクロピラー構造体のECFポンプへの影響を実験的に検討している.
(1)MACEはAuを触媒とし,HFとH2O2の混合液に浸すことでSiを異方的にエッチングする加工法である.高アスペクト比電極を製作するためのエッチング条件を探すために,金属膜厚,アニーリング温度,HFとH2O2の濃度,IPA濃度によるシリコン形状を評価している.シリコンエッチング断面が垂直な形状となった実験結果から,この加工条件による高アスペクト比TPSEの製作可能性を確認している.また,さらなる高アスペクト比を目的に,サイドエッチングを抑制し,エッチングレートの増加が可能と報告されているElectric bias-attenuated Metal-Assisted Chemical Etching(EMACE)についても検討を行い,その有効性を確認している.
(2)異なるマイクロピラー密度を持つ6種類の平面形ECFマイクロポンプを設計・製作している.MEMS技術を用いて製作するマイクロピラー密度の増加がECFマイクロポンプの性能を向上させることを確認している.平面電極上のマイクロピラー密度の最適化により,吐出圧力を約4倍に,吐出流量を約3倍に増加させることを確認している.マイクロピラーを持つ平面形ECFマイクロポンプでは,無流量状態での最大圧力は5.6 kPa,無負荷状態での最大流量は978 mm3/sであり,シンプルな設計と製作プロセスで形成できるマイクロピラーはECFポンプの性能向上に有効であることを明確にしている.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Effective and efficient removing method of micromolds in UV-LIGA using CO2 laser ablation followed by O2/CF4 plasma finishing for high-aspect-ratio metallic microstructures2020

    • 著者名/発表者名
      Han Dong、Yoshida Kazuhiro、Kim Joon-wan
    • 雑誌名

      The International Journal of Advanced Manufacturing Technology

      巻: 110 ページ: 3391~3405

    • DOI

      10.1007/s00170-020-06065-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Soft fiber-reinforced bending finger with three chambers actuated by ECF (electro-conjugate fluid) pumps2020

    • 著者名/発表者名
      Mao Zebing、Nagaoka Tomonobu、Yokota Shinichi、Kim Joon-wan
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A: Physical

      巻: 310 ページ: 112034~112034

    • DOI

      10.1016/j.sna.2020.112034

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Active microvalve driven by electro-conjugate fluid jet flow with a hydraulic power source on a chip2020

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Tatsuya、Yoshida Kazuhiro、Kim Joon-wan
    • 雑誌名

      Journal of Micromechanics and Microengineering

      巻: 30 ページ: 105013~105013

    • DOI

      10.1088/1361-6439/aba227

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multilayer Fabrication of Micromolding and Electroforming with the Planarization of Grinding for High-Aspect-Ratio Microelectrodes in Electro-conjugate Fluid (ECF) Micropumps2020

    • 著者名/発表者名
      Han Dong、Yamada Yoshiho、Yokota Shinichi、Kim Joon-wan
    • 雑誌名

      International Journal of Precision Engineering and Manufacturing

      巻: 21 ページ: 927~936

    • DOI

      10.1007/s12541-019-00299-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication, Experiment, and Simulation of a Flexible Microvalve-Integrated Microarm for Microgrippers Using Electrorheological Fluid2020

    • 著者名/発表者名
      Kim Joon-Wan、Yoshida Kazuhiro、Ide Toru、Yokota Shinichi
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 32 ページ: 333~343

    • DOI

      10.20965/jrm.2020.p0333

    • 査読あり
  • [学会発表] ソフトロボット用の繊維強化マイクロ脚関節の提案2020

    • 著者名/発表者名
      道下滉司 , 吉田和弘 , 金俊完
    • 学会等名
      2020年秋季フルードパワーシステム講演会
  • [学会発表] マイクロ流体デバイスにおける接着剤のはみだしがないパッケージング手法の提案2020

    • 著者名/発表者名
      大友泰輝 , 吉田和弘 , 金俊完
    • 学会等名
      日本機械学会山梨講演会2020 (YDC2020)
  • [学会発表] 深掘り反応性イオンエッチング(DRIE)における開口パターンの高アスペクト比形状への影響2020

    • 著者名/発表者名
      新井真俊, 松谷晃宏, 吉田和弘, 金俊完
    • 学会等名
      日本機械学会山梨講演会2020 (YDC2020)
  • [産業財産権] マイクロバルブ及びそれを用いたマイクロポンプ2021

    • 発明者名
      金俊完,松原竜也
    • 権利者名
      金俊完,松原竜也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2021-015852

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公開日: 2021-12-27  

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