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2021 年度 実績報告書

厚膜磁石を活用したMEMSデバイスの総合的研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H00738
研究機関東京工業大学

研究代表者

進士 忠彦  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60272720)

研究分担者 中野 正基  長崎大学, 工学研究科, 教授 (20274623)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード磁石 / 微細加工 / 微細着磁 / マイクロモータ / レーザ加熱 / マイクロポンプ / 磁気スタンプ
研究実績の概要

MEMSデバイスにおいて,アクチュエータやセンサで一般に使われるネオジム磁石の活用が不十分である.申請者らは,その理由として,1)厚さ数十~数百μmの高性能ネオジム磁石を製造する技術が十分開発されていない,2)1)の厚みの磁石を,反磁界の影響を低減した形に,微細加工,微細着磁する技術が未開発,3)サブミリサイズの磁石を用いたデバイスの応用先の探索とそのデバイスの設計・製造法の検討が十分 に行われていないためであると考えている.本研究では,スマートフォンカメラ用マイクロアクチュエータ,IoTや体内植え込みデバイス用エナジーハーベスターなどを開発対象に,厚膜磁石を活用したMEMSデバイスの設計,磁石成膜・加工・着磁,製造技術を総合的に検討している.
2021年度は,PLD法により厚膜堆積したNdFeB磁石や基板との剥離の問題などを昨年に引き続き検討するとともに,アーク放電を用いた大面積化堆積の準備を進めるとともに,堆積した磁石の強度評価の検討も進めている.また,SmCo磁石にレーザアシスト着磁した磁気パターンをマスターとして,高温環境中で,ターゲットのネオジム磁石に磁気パターンを転写する予備実験をバルクのネオジム磁石に対して行い,その実験結果と理想値を比較することから,着磁モデルの構築を始めている.また,デバイス製作に関しては,マイクロモータ用のリング磁石へのハルバッハ着磁法の開発など進めており,Φ10の等方性ネオジム磁石に40極の着磁に成功,また,微小磁石を用いたマイクロポンプの開発なども並行して進めている.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

提案した内容に関しては,順調に結果が得られている.
また,当初,ネオジム磁石の成膜・評価を中心として進めていたが,FePt磁石の成膜を試行的に行ったものに引張試験を実施したところ,ネオジム磁石と比べ10倍以上の強度を確認した.MEMS磁石として,耐食性,耐衝撃性,強度が必要な部分に極めて有効であることが判明した.今後,その点も含め,検討を進めたいと考えている.

今後の研究の推進方策

磁石成膜,微細加工・微細着磁(レーザ局所加熱法や磁気スタンプ法),デバイス応用の3本柱をバランスよく進め,各項目での気づき,発見,成果を,他の項目にフィードバックして相乗効果で成果を拡大していきたい.
また,磁石に関しては,ネオジム磁石にのみ着目していたが,MEMS用磁石として,興味深い他の磁石材料も出てきており,材料の選択の幅を広げていく予定である.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Preparation of Fe-Pt thin-sheet magnets using exfoliation behavior2022

    • 著者名/発表者名
      Nakano M.、Miyahara Y.、Tsuruoka A.、Yamashita A.、Yanai T.、Honda T.、Shinshi T.、Fukunaga H.
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 12 ページ: 035232~035232

    • DOI

      10.1063/9.0000303

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A MEMS-based electromagnetic membrane actuator utilizing bonded magnets with large displacement2021

    • 著者名/発表者名
      Qi Chao、Han Dong、Shinshi Tadahiko
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A: Physical

      巻: 330 ページ: 112834~112834

    • DOI

      10.1016/j.sna.2021.112834

  • [学会発表] A Disposable Bidirectional Micropump With Three Diaphragms Driven by a Rotating Multi-pole Magnet2021

    • 著者名/発表者名
      Chao QI, Tadahiko SHINSHI
    • 学会等名
      The 30th International Symposium on Industrial Electronics
    • 国際学会
  • [学会発表] A Disposable Electromagnetic Micropump for Rapid and High throughput Point of care PCR Tests2021

    • 著者名/発表者名
      Chao Qi, Naohiro Sugita, Tadahiko Shinshi.
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Biomedical Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] 永久磁石の微細加工・微細着磁技術の開発とそのデバイス応用2021

    • 著者名/発表者名
      進士忠彦
    • 学会等名
      マグネティックス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] ネオジムリング磁石の多極ハルバッハ配列着磁2021

    • 著者名/発表者名
      永井 慧大, 杉田 直広, 進士 忠彦
    • 学会等名
      第12 回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • [学会発表] ネオジム磁石に対するサマコバ磁石の微細磁気パターンの転写2021

    • 著者名/発表者名
      濱岡 陽平, 杉田 直広, 進士 忠彦
    • 学会等名
      第33回「電磁力関連のダイナミクス」

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公開日: 2022-12-28  

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