マイクロ流体チップにおいて、マイクロ流体の自動駆動は微細流路の製造技術に制限される。そこで、鋸歯状微先端が分布したダイヤモンドローラーホイールを用いて硬脆性チップ材料表面の微細・ナノ流路を加工する方法を提案した。実験研究により、微細・ナノ流路の成形メカニズムを分析し、加工パラメータおよび材料特性の作用機構を検討し、自動駆動微流動特性を探究した。結果は、一定の切削深さと空気圧下で、ローラーマイクロ先端の材料接触面に応力集中が生じ、圧痕間の亀裂貫通値に達すると、ローラーの転動速度よりもはるかに大きい速度で材料表面にナノ流路が形成され、材料の強度限界を超えるとマイクロ流路が形成され、最大応力の増加に伴い深さ対幅比が増加することを示した。単結晶炭化ケイ素、サファイア、光学ガラスにおけるナノ流路形成の最大応力範囲はそれぞれ266~750 MPa、256~600 MPa、74~150 MPaであり、光学ガラスのナノ流路の深さ対幅比は最大1.1、表面粗さはわずか1 nmであった。低硬度材料は高い深さ対幅比のナノ流路を生成でき、高い破壊靭性材料は最高の表面品質を示した。さらに、ナノ流路は最大0.055 mm/sの速度と0.001 μm³/sの低い流量でマイクロ流体を自動駆動可能である。

微細流路;ダイヤモンドローラーホイール;単結晶炭化ケイ素;サファイア;光学ガラス