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ホーム樹脂製マイクロ流体デバイスの量産に向けた拡散接合装置の開発
SDGsの分類
研究テーマ
ものづくり・製造技術
学科の分類
工学部機械工学科

樹脂製マイクロ流体デバイスの量産に向けた拡散接合装置の開発 拡散接合による非平滑プラスチック平板の接合技術

工学部

機械工学科

マイクロ流体力学研究室

横山奨 講師

マイクロ流体デバイス拡散接合

本技術は、主に金属の接合に用いられていた拡散接合を高分子樹脂に適用することで、医療用ディスポーザブルマイクロ流体デバイスの安価な量産の実現を目標としています。拡散接合は、母材を溶かすことなく接合界面を一体化するため、接合により透明性を損なうことはありません。さらに、多少の凹凸や切削痕が残っていても接合可能です。加工面への後処理も不要で、多種多様な高分子樹脂に対応可能です。現在、商用利用を目指して試作機を開発しており、テストサンプルとしてPMMA製のマイクロ流体デバイスの接合に成功しています。

従来のマイクロ流体デバイスで主に用いられてきたポリジメチルシロキサン(PDMS)は、各種タンパク質の吸着や、高いガス透過性などから必ずしも理想的なマイクロ流体デバイス用材料とは言い難いものでした。また、PDMS製マイクロ流体デバイスの製造工程は手作業が多く、量産には不向きで、高コストなデバイスになりがちでした。

そこで当研究室では、高分子樹脂製マイクロ流体デバイスへの移行を目指し、拡散接合技術を用いたマイクロ流体デバイス量産技術の確立を目指しています。拡散接合装置の試作機の開発を進めており、500 μmまでの流路を閉塞することなく接合することに成功しています。今後も、装置の改良や接合条件、デバイス設計の最適化を進め、各種マイクロ流体デバイスの開発に貢献するとともに、様々な応用研究を模索していきたいと思います。

固相拡散接合の原理は極めて単純です。右の図に示すとおり、真空あるいは不活性ガス雰囲気下で接合材同士を加圧しつつ、ガラス転移温度付近まで加熱することで、分子運動を促進し一体化します。原理的には、高分子樹脂以外にもガラスや金属への応用も可能であり、多種多様な材料に適応可能です。また、プラズマボンディングの様に、必ずしも平滑面である必要はなく、当研究室では切削加工後のPMMA平板や3Dプリンタで作製したABS平板同士の接合にも成功しています。界面が一体化するという性質上、接合材本来の高い光透過性を維持可能なことも特長です。

一方で、接合材の変形を最小限に抑制するためには、真空中で正確な温度制御と加圧制御を行う必要があります。さらに、温度・圧力条件なども接合の品質に大きな影響を与えます。マイクロ流体デバイスの設計においても最適化の余地は多く残されており、より高品質な接合の実現に向けて継続的に研究を実施しています。

副次的な利点として、切削痕などの微小な凹凸が存在しても問題なく接合でき、接合後は界面の一体化により接合材本来の透明度が復活することが挙げられます。このような特徴から、特に光学観察などを行うデバイスなどへの応用を期待しています。

研究者INFO: 工学部 機械工学科 マイクロ流体力学研究室 横山奨 講師

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渡辺 信久

安全な電力実習装置

脱炭素、再生可能エネルギーが必要です。太陽光発電や風力発電を普及させる必要があります。電力系統に接続し、安定電力を供給するためには、環境技術者が学ぶ実習装置が必要です。結線方法と負荷の関係、発電機の特性など、人力発電で安全に、体感できるものを開発しました。最初は、イベント用として、「人力発電テレビ (リキテレ)」として作ったものですが、工学技術者育成にとても有用なので、出展しました。

西口 敏司

深層学習を用いた物体領域推定のための学習データの生成支援

深層学習を用いたセグメンテーションのための学習では,物体が写っている画像を物体毎に数百枚から数千枚用意し,画像に写っている物体の輪郭情報を人手でアノテーションする必要があり,労力やコストがかかるという問題がある.一方,RGB-Dカメラは各画素に対応する距離に関する情報も同時に獲得できるカメラである.本研究では,深層学習を用いた物体領域推定(セグメンテーション)のための学習に必要な物体の輪郭情報をRGB-Dカメラを用いて人手によらずに高速に獲得する手法を開発した.

山口 行一

マルチエージェントを用いた避難シミュレーションツールの開発

近年、豪雨災害や地震災害が連続しています。対象地域から来街者全員が円滑に避難を完了できるかについては、個人ではなく、群集としての避難行動を把握する必要があります。本研究室では、地域に応じた防災・減災メニューの検討を支援するため、群衆を対象とした避難シミュレーションを取り込んだ、複数の避難誘導案や施設整備案の効果を比較・評価するパッケージを構築しています。

鵜飼 孝博

非接触型の空間温度分布計測手法

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一般相対性理論の数理構造の解明

Einstein の提唱した一般相対性理論は、Newtonの万有引力では謎であった多くの現象を説明することに成功し、最も予言能力の高い重力の理論としての地位を確立しています。さらに宇宙自身の膨張やブラックホールといった天体など、私たちの宇宙観に大きなパラダイムシフトをもたらしました。 このように大きな成功を収めた一般相対性理論ですが、私がこの理論に惹かれる理由は、何と言ってもその数理的な美しさにあります。時空の安定性を保証する正質量定理やブラックホールの唯一性定理の見事な証明は、その端的な例でしょう。これらをさらに一般化して、より汎用的な形式にするための研究を進めています。

眞銅 雅子

植物種子へのプラズマ照射による成長促進と機能性改善

プラズマを植物種子に照射すると、発芽率の向上や成長促進、機能性の改善効果などが見られます。これは、気体を電離させてつくるプラズマが多量に含む化学的活性の高い粒子(活性種)が生体にとりこまれて細胞にはたらきかけるためと推測されています。したがって、植物への適切なプラズマ照射は、近年の食の安全性への関心や、健康志向による機能性食品の需要増に応えることできると期待されます。本研究では、植物種子等の生体表面にプラズマ照射を行うことで、種子表面の殺菌や、成長の促進、鮮度保持、機能性の向上等を目指しています。

森内 隆代

可塑化軟質塩ビの新規物性評価法

プロトン核磁気横緩和時間T2に着目したパルスNMR分光計測法は、1)成形・調整することなく使用できる非破壊検査法であり かつ 2)経時変化も含めて容易に観測できることや、3)どのような形状の複合材料でもそのまま測定可能というこれからの新しい物性評価法に望まれる資質を有している上、4)分子運動性に対応する成分の測定が可能という他の評価法に例を見ない非常に特徴的な物性評価法として期待されています。本研究では、昨今の世界的問題である塩ビ製品中の可塑剤の動的挙動を評価する汎用性の高い物性評価法としての展開を目指しています。

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双児宮の名称変化

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田中 一成

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ごみ焼却で塩素の無機化をチェックする

ごみの燃焼は、たき火や山火事とは異なり、金属と塩類が共存する燃焼系であり、人類が初めて地球上にもたらしたものです。ハロゲンが金属を活性化し、新たな有機ハロゲンを生じます。これを最小化しなければなりません。塩ビなどの人工有機ハロゲンも、燃焼によって無機化・安定化されます。その監視・制御のために、気相の有機ハロゲンを迅速にオンラインモニタリングするものです。

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ものごとの強み弱みと顧客ターゲットに着目したアイデア発想技法

我々が開発した[ニーズデザインメソッド]は「強み・弱みカード」「5x5x2マトリックス」「アレンジカード」「ペルソナシート」の4点を使います。メソッドの進行は大きく2段階に分かれます。まずはものごとの強み・弱みをあきらかにする第1フェーズ、次に第1フェーズであきらかにした強みをさらに強めるアイデア抽出と弱みを反転させて強みに変えるアイデア抽出の第2フェーズです。  KJ法を使った会議などで、無地のカードや付箋を配られて、「思いつくことを書いて」と言われて困ったり、書き出したカードのグルーピングに迷ったことがある人は多いと思います。我々が開発した[ニーズデザインメソッド]は、思考を整理整頓し記述を誘発しやすく、記述漏れがおきないシステムが組み込まれています。そしてアイデア発想が自然に導かれ確実にステップアップするシステムを構築しています。

神納 貴生

X線画像に対する微弱特徴の可視化手法

社会インフラを支える工業製品など,簡単に停止して点検できないものは多く,それらは非破壊検査によって点検される.非破壊検査の一つとして,X線画像を用いた検査が挙げられる.X線は物体の透過率の違いにより内部構造を写し出せるが,X線が透過し難い金属などで覆われている場合,映し出せる内部構造の像は薄くはっきりとしないものとなる.これまで個別の工業製品に対するX線画像検査は熟練工の目視技術によって成り立っていたが,本技術は熟練工が確認する特徴を可視化して誰もが頑健に検査できるようにする.

布施 宏

革新的 超薄肉ダイカスト!

アルミダイカスト製品における4大ニーズ(高耐食性・高放熱性・軽量・低線膨張)を同時に満足する世界初の「革新的超薄肉次世代アルミダイカスト」をご紹介します. 本シーズは新開発の「過共晶Al-25%Si合金」を材料としており,安価な化成処理を施すだけで,革新的耐食性(JIS Z 2371-2000に基づく連続塩水噴霧試験で500時間以上)を実現します. また,低速ダイカストマシンでも肉厚1mm以下の超薄肉化の実現が可能で,アルマイト処理を施すことにより放射率0.9以上の性能が実現可能です. 肉厚1mm以下の超薄肉純アルミのダイカストの研究も行っています.

三浦 慎司

製品特性を伝える展示区画のデザイン

印刷・製造機器メーカーの営業所内ショールームの一画において自社製品(UVプリンタ)の展示デザインを計画、設営した。UVプリンタの製品特性をもとにデザイン検討、試作を重ね、来訪者の視覚に加え触覚からの情報により製品の魅力を伝えるデザインとした。展示デザインの変更前後に視線計測を取り入れた検証を行い、視覚から触覚体験に促すデザイン計画の達成を確認した。

藤本 哲生

コンクリート表面遮水壁型ロックフィルダムの耐震性能評価手法の確立に向けた研究

 都市デザイン工学科の地盤領域(地盤防災研究室、地盤環境工学研究室)では,近年多発する豪雨や来たるべき巨大地震により山腹斜面や土構造物が崩壊する危険度を予測・評価するためのさまざまな研究を行っています.このうち,コンクリート表面遮水壁型ロックフィルダムの耐震性能評価手法の確立に向けた研究を紹介します.

権 淳日

地震から私の家を守ろう!

昔から甚大な地震被害に見舞われた日本では,地震から人命や財産を守るための努力を怠らず続いてきて,現在の耐震技術は世界の最先端となっている。これらを踏まえ,地震により被災した建物を対象として,実験および解析に基づきその損傷量や残存耐震性能を評価する。また,近年の地震被害事例で頻繁に報告されている基礎部分の耐震性能評価に取り組んでいる。

福安 直樹

自動発注問題を題材としたIT人材育成教材

ビッグデータ処理、人工知能、クラウドの各技術を融合して社会の具体的な課題を解決できる人材の育成を目指して、スーパーマーケットにおける自動発注問題を課題として設定したPBLを設計・実装しました。システムを構成する各要素技術のみならず、チームでコンセンサスを得る方法やその難しさ、役割分担による開発、そのためのコミュニケーションなども経験できるようにしました。これまでに延べ236名を対象に実施し、アンケート結果等からその有用性を確認しました。

大森 勇門

川上村の微生物資源を利用した食品開発

水源地の森を始めとする豊かな自然に囲まれた奈良県川上村。川上村の植物や土壌、それから家庭のぬか床などから酵母や乳酸菌など、食品への応用が期待できる微生物の単離を行っています。これまでに11種の酵母、15種の乳酸菌を単離しており、現在はこれら単離した微生物資源をパンやヨーグルトの製造へ応用するべく、機能解析を進めています。

村岡 雅弘

超分子を用いる光学活性分子の高効率合成

キラル化合物を選択的に合成する触媒的不斉合成では,高価なキラル源や金属を利用したり,多段階の精密な合成手法と精製方法を駆使するなどの問題点がありました。そこで本研究では,構造がシンプルで簡単に合成できる輪状分子と軸状分子を適切に組み合わせることで得られる「機械結合性面不斉キラルインターロック超分子」に着目し,光学活性分子を高効率で合成する手法を開発しています。これまでに、このインターロック超分子の一つであるロタキサンを新たに合成し,特徴的な動的挙動や3次元構造を有効利用して、分子シャトル性能を評価しました。

井上 晋教授,大山 理教授,三方 康弘教授,今川 雄亮講師

構造実験センターにおける大型供試体を用いた橋梁の性能評価

 八幡工学実験場は,大阪工業大学が,学内の教育・研究活動の活性化のみならず,産・官・学の各方面との交流により社会や技術の発展に寄与することを目的として設立されたものです.本実験場は,1986年12月に構造実験センターとしてそのスタートを切り,その後,水理実験センター,高電圧実験センターを併置して今日に至っています.広大な実験場の敷地内には特色ある各種の大型実験設備・装置が設置されており,これらは実験場設立の趣旨にしたがい,学内の教育・研究はもとより,学外の関係各方面との綿密な連携のもとに行われる各種の委託研究や共同研究に役立てられています.また,このような学外との交流は実験場で学ぶ学生にとって貴重な体験となっています.
 ここでは,構造実験センターに設置されている主な実験設備・装置を紹介するとともに,その設備・装置を用いて取り組んでいる研究について紹介します.

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