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独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
山形大学学術情報基盤センター


山形大学 鹿野研究室からの提案
「可動部レスマイクロポンプ・マイクロクーリングシステム」に関する
意見交換や一体型共同研究の提案



 現在,コンピュータの心臓部であるCPUの高速化やレーザダイオードの高出力化により,電子機器部品の冷却は重要課題となっています。そこで,山形大学では,省スペース液体冷却の実用化に向け,可動部の無い小型ポンプと沸騰型マイクロチャネルをシステム化したマイクロクーリングシステムの研究を本格的に開始しました。これまで本研究室で個別に研究開発された,マイクロポンプおよびマイクロチャネルの知識を活かし,2015年までの実用化を目指します。まずは,この研究テーマの応用分野や課題について意見交換,共同開発(特に一体型共同開発)を提案します。


1.技術ニーズ
 電子機器部品の発熱による性能及び寿命の低下に対する熱設計の関心の高まりから,液体冷却の市場が拡大していますが,現在実用化されている液体冷却システムは,従来の冷却方法に比較して大型でありメンテナンス性が問題となっています。冷却性・静音性に優れる点から,一部の市場では普及し始めていますが,本格的なものではありません。これまでに,ヒートパイプによる空冷システムにより小型化が検討されてきましたが,ヒートパイプよりもさらに熱除去性能(冷却性能)の高い小型な冷却装置の開発が求められています。

2.研究テーマ/技術成果
 リソグラフィー技術を用いたマイクロ電極で液体中に電界を印加するだけで動作する可動部レスマイクロポンプを開発しました。また,熱除去能力の最も高い沸騰熱伝達を利用し,蒸気の浮力によって液体循環させる除熱性能の高いマイクロチャネルを開発しました。今後は,これらをシステム化したマイクロクーリングシステムの実用化のための研究を開始します。

図1 冷却方式の違いによる熱除去性能比較
  図1 冷却方式の違いによる熱除去性能比較


3.特徴
1. 沸騰熱伝達現象を利用しているので,コンピュータのCPUの発熱量よりも高いレーザダイオードの発熱量100W/cm2以上に対応できます(研究段階の試算)。
2. 従来10kV以上の電圧を印加する必要がありましたが,マイクロ電極を用いることにより1000V(1kV)以下で駆動します。コッククロフト回路と組み合わせれば,低電圧入力で駆動できます。
3. 可動部レスマイクロポンプを駆動源としたシステム,例えばマイクロリアクター等に応用できます。
4. モータ,羽根車,ピストン,あるいはダイヤフラム(振動薄膜)で構成されるポンプとは異なり可動部品がありません。可動部品がないので,小型化に適しています。
5. 小型な液体冷却装置なので,カメラの映像素子の冷却,無線アンプの出力トランジスタの冷却などにも適用できます。

4.実用化に向けた課題

1. 可動部レスマイクロポンプ,沸騰型マイクロチャネルを生かした,R&D段階での応用分野探索。
2. マイクロ電極製作技術,マイクロ加工技術の改良による性能向上,に興味を持つ企業,研究機関と意見交換(有望な場合には共同開発を望みます)。


5.今回の提案内容
 電界駆動による可動部レスマイクロポンプおよび沸騰現象を応用したマイクロチャネルの実用化に向け,企業,研究機関と意見交換を行い,共同開発パートナーを募集します。具体的には,応用分野の探索やMEMS技術の応用,沸騰制御技術の改良による性能向上を目指します。

6.論文/特許実績
論文
1. “Effects of Moisture Content in a Dielectric Liquid on Electrohydrodynamic Pumping”,IEEE-IAS Transaction, (2007) in print.
2. “Improvement for pressure performance of Micro-EHD pump with an arrangement of thin cylindrical electrodes”,JSME International Journal,49-3,B(2006),pp.748-754.
3. “Micro-Electrohydrodynamic Pump by Dielectric Fluid, JSME International Journal”, 48-4, B(2005), pp. 770-775.
   
国際会議
1. “Innovative Electrode Arrangement for Electrohydrodynamics pumping”, IEEE IAS 43nd IAS Annual Meeting, (Alberta, 2008-10), in print.
2. “Development of An Electrohydrodynamic Micropump”, IEEE IAS 42nd IAS Annual Meeting, CD-ROM, (New Orleans, 2007-9).
3. “Effect of Moisture Content in a Dielectric Liquid on Electrohydrodynamic Micropump”, Proc. ESA/IEJ/IEE-IAS/SFE Joint Conference on Electrostatics, CD-ROM,(Berkeley,2006-6),pp15-24.
“Micro-Electrohydrodynamic Pump by Dielectric fulid: Improvement for Performance of Pressure using Cylindrical electrodes”, The sixth JFPS International Symposium on Fluid Power, (Tsukuba, 2005) (2D3).
   
特許
1. 流体アクチュエータ,特願2005-228894, 特開2007-49776
2. 流体アクチュエータ,特願2006-016829, 特開2007-196316
3. 熱伝動装置,特願2007-300522
   


7.問い合わせ先
鹿野 一郎 (山形大学学術情報基盤センター 准教授)
TEL:0238-26-3023   E-mail:メールアドレス
研究者紹介HP: 山形大学研究者情報(鹿野 一郎)


【ニュースリリース】
  ・省スペースで100W/cm2以上の冷却能力をもつマイクロクーリングシステムを実現  [2008年9月17日]




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