アルミニウム膜の熱膨張とパラフィンの体積膨張の2つの駆動法によるポリイミド薄膜ダイアフラムアクチュエータ

摘要

小型の燃料電池，血液分析など幅広い分野で様々な微量流体を運搬できる汎用マイクロポンプが期待されており，大きな変位を出力することはMEMSアクチュエータに対する一つのニーズである．従来のダイアフラム部にはシリコンやガラスを基板加工したものが使用されているが，製作工程の複雑化，生産効率も良いとは言い難い．そのため低弾性率で薄膜加工出来かつ機械的特性，耐熱·耐薬品性に優れるポリイミド（PI）をダイアフラム部に採用し，駆動法とPI膜の適性を検討した．加工法として，スピンコータで前駆体のポリアミドを塗布し，加熱によりイミド化したのち，基板としたシリコンをICPエッチングで除去しダイアフラム化した．ダイアフラム径はΦ5［mm］で膜厚はスピンコートの回転数で調整することが可能である．本研究ではアクチュエータとしてダイアフラムを使用するために，2つの駆動法を選択した．一つは通電加熱による熱膨張を選択し，ダイアフラム上に通電用のアルミニウム（Al）薄膜を蒸着した．ダイアフラムが熱で破損することなく蒸着でき，また通電の制御に対応した変位が生じたことからアクチュエータとして活用できることが確認できた．従来パラフィンの気液相変化を利用したものが報告されているが，本研究では揮発によるもれを考慮して液相のみで使用し，液相での熱膨張でも十分な変位を得ることができた．またダイアフラム部の膜厚や印加電圧によって加熱温度変化させることで発生力も変化することが確認できた．