高精度マイクロ壁面センサならびに先端的評価システムの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555051
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 本阿弥 眞治 東京理科大学, 工学部, 教授 (30089312)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長田 光彦 株式会社 山武, 制御機器事業部, 部長 ; 上運天 昭司 株式会社 山武, 技術開発本部, 主任研究員 ; 山本 誠 東京理科大学, 工学部, 助教授 (20230584)
• Keywords: マイクロ流れ / 壁面センサー / 数値計算 / マイクロセンシング風洞 / マイクロPIV / 評価システム

Research Abstract

高応答壁面センサを開発するため、従来のマイクロセンサのヒーター部を取り除き、センサ部のサイズを小型化し、温度センサの自己発熱による熱対流の原理を利用したセンサ形状を新たに提案した。基盤上の温度センサの配置、薄膜に設けられたスリットの配置など、感度ならびに応答性を向上させる要因を詳しく検討し、平成13年度までに完成した数値計算コードを用いて、熱伝導問題を含む二次元熱流動場の数値解析を実施した。その結果、センサ特性を満足するセンサ配置の最適化がなされたので、新型センサの設計試作に取り組んだ。
センサ周りの流れに対し、マイクロセンシング風洞において平成13年度に構築したマイクロPIVシステムを適用した。基盤周りの流れに重点を置き、特に、センサの電圧出力端子に相当するボンディングワイヤとピンの影響に着目し、センサならびに基盤周りの微細流動構造を明らかにした。その際、マイクロPIVシステムのヤグレーザ光学系の微小移動を迅速、かつ正確に実施するため、マイクロコンピュータによる制御を可能とする精密ステージを含む高精度トラバースシステムを設計、製作し、計測の自動システムを構築した。マイクロPIVシステムから得られた実験結果により数値計算手法を検証し、実験と計算結果の精度を向上させ、実験流体力学と数値流体力学の統合的解析システムの構築を試み、マイクロEFDとCFDのハイブリッド利用技術を確立した。
マイクロ壁面センサの熱流動に関する設計法、ならびにセンサの精度に影響を及ぼす基盤を含めた自動計測システムを完成させ、設計から精度評価に至るまでの一貫した先端的評価システムを完成させた。このようなシステムにより、高性能マイクロ壁面センサの開発期間と開発費用の著しい低減化を達成した。

Research Products

• [Publications] Shinji HONAMI: "A Backward Facing Step Flow and Its Control"Proc Fifth JSME / KSME Fluid Engineering Conference Pre-Symposium (招待講演). 15-22 (2002)
• [Publications] 森岡禎, 本阿弥眞治: "渦発生ジェットによる後方ステップ流れの制御-再付着領域壁面近傍流れの動的特性"日本機械学会論文集 B編. (掲載予定). (2003)
• [Publications] M.YOSHIDA, M.YAMAMOTO, S.KAMIUNTEN, S.HONAMI: "Numerical Study on Thermal and Fluid Flow around the New Type of Micro Flow Sensor"Proc ASME / JSME 2003 Fluids Engineering Division Summer Meeting in Honolulu. (2003 July 発表予定). FEDSM2003-45068 (2003)