HOMEMicro Fluid Device

微少流体デバイス [Micro Fluid Device]

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Metal Micro Pump

Metal Micro Pump(MMP)は、金属箔材を多層化接合して構成した非常に小さなダイヤフラム式ポンプです。
駆動源は圧電素子(PZT)であり、圧電素子の圧縮・伸張によりダイヤフラムを動作させ、流体を一方向に送液します。

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Micro Flow Sensor

Micro Flow Sensor(MFS)は、MEMS圧力センサーを応用した微少な液体や気体の流量を計測するセンサーです。
オリフィス加工を施したMEMSチップをパッケージ化し、差圧を検出して流量に換算します。

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技術解説:Metal Micro Pump

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原理

Metal Micro Pump は、左図のように微細な抜き加工を施した複数枚の金属箔材(t10μm〜t400μm)を積層接合し、ポンプ構造体を形成した、超小型のダイヤフラム式ポンプです。写真は□7mm×厚さ0.99mmのポンプチップサンプルです。
ポンプ構造体の一部であるダイヤフラムに貼り付けられた圧電素子(PZT)に電圧を印加した時の微少の体積変化を利用して、ポンピング動作を行います。

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性能

Metal Micro Pump は、超小型でありながら高い性能を持っています。ポンプの性能を示すPQ特性(P:Pressure, Q:Flow rate)において、最大背圧P=90kPa,最大流量Q=3500μl/min. @f=200Hz が計測されています。
現在市販されている他社マイクロポンプと比較したグラフ(右側)からも、ポンプ体積当りのPQ性能の高さがわかると思います。(2013年3月現在当社調べ)

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利用領域

Metal Micro Pumpの利用領域は多岐に渡ります。ポンプ単品ではマイクロ燃料電池のメタノール送液や医療・分析分野における微少な薬液搬送に使用が可能と考えています。
又、多数のMetal Micro Pumpを集積化することで、比較的大流量が必要な家庭用燃料電池や電子機器の水冷用途などへの応用も、可能性がある分野です。大量生産が可能な方法である為、生産量が増加すると低価格化が進み、今まで使用されていなかったディスポーザブルな輸液システムへの応用が期待されます。

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技術解説:Micro Flow Sensor

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背景

この開発テーマは、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託開発を受けて進めたプロジェクトです。(2012年5月末完了)
NEDOは新エネルギーおよび省エネルギー技術の開発と利用拡大を推進し、エネルギーの安定供給と地球環境問題の解決に貢献しており、大きな取り組みの一つとして水素化社会の構築・燃料電池の普及を目指しています。

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原理

オリフィスを通過する流体の流量は、古くから知られているベルヌーイやハーゲンポアズイユの式により、差圧が判れば流量に換算することが可能です。
そこで半導体プロセスで製作したMEMS圧力センサーを応用してフローセンサーチップを製作し、小型のフローセンサーパッケージに仕上げました。

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家庭用燃料電池向け流量計のプロトタイプサンプル例

フローセンサーパッケージを使用して、家庭用燃料電池に搭載可能な流量計モジュールに仕上げたプロトタイプサンプル例を示します。
フローセンサーパッケージや制御基板は同じものを使用していますが、液体用と気体用のどちらの流量計モジュールでも製作することが可能です。
流路筐体内には分流経路があり、分流経路に設定したアパーチャ径を変更することで、測定する流量レンジを選ぶことができます。

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利用領域

流体(液体や気体)はエネルギーの一つの形態であるという見地から、マイクロフローセンサーの利用領域は広範囲に広がる可能性を持っています。
家庭用燃料電池やマイクロ燃料電池に留まらず、今後のエネルギー政策の中では欠かすことのできないスマートグリッド・スマートハウス化の取り組みの中で、重要なデバイスとして位置づけられると考えています。少しでもサスティナビリティな社会作りに貢献できれば幸いです。

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