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2011 Fiscal Year Annual Research Report

MEMS技術を用いた粘性センサ(η-MEMS)の開発

Research Project

Project/Area Number 21360103
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

藤井 賢一  独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究室付 (50357901)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松本 壮平  独立行政法人産業技術総合研究所, 集積マイクロシステム研究センター, 研究チーム長 (70358050)
薮野 浩司  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (60241791)
黒田 雅治  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (60344222)
山本 泰之  独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究員 (00398637)
Keywords粘度 / センサ / MEMS / 熱物性 / 非線形振動 / 自励振動 / マイクロカンチレバー / 粘性率
Research Abstract

小型で汎用性の高い粘性センサを,MEMS技術を用いて開発することを目的として,研究を行った.本年度は,粘性センサの基本構造の製作方法が完全に確立し,ひずみゲージの内載化にも成功した.また,センサホルダーを製作し,粘度測定を行い,理論と合致する波形を得て,粘度を数%の偏差で測定できることを確認した.さらに,自励発振現象を用いた粘性測定の理論と,実験的検証において,新たに3件の特許を出願し,実験的検証によって,これまでの振動粘度計では測定が困難であった高粘性液体の粘性測定に成功した.具体的には次の成果が得られた.
(1)MEMS構造の製作方法の確立(藤井,松本,山本)
・MEMS粘性センサの性能評価
MEMS構造を製作するための,製作プロセスの研究を行い,バルクウェーハを用いることができる新しい構造を提案し,製作の効率化を図るとともに,プロセスの最適化を行い,基本構造の製作方法に関してはほぼ完全に確立した.テストシステムを用いて,粘度計としての基本性能を評価し,理論と一致する周波数応答曲線を得た.
・変位センサの内装化と性能評価
MEMSチップ上に作製した変位センサを形成する製作プロセスの開発を進め,金属ひずみゲージ式の変位センサ作成をチップ表面に作成した.センサの性能評価を行い,ひずみの検出が可能であることを確認した.
・センサホルダを製作し,センサチップと一体型のワンパッケージセンサを製作し,性能評価を行った.概ね,粘度標準液の校正値から数%以内の偏差で測定可能であることを確認した.
(2)非線形振動制御と粘度測定原理の開発(藪野,黒田)
・ファンデルポール型自励振動による粘度測定原理の検討
制御部を改造した市販の振動型粘度計の実験システムを用いて,自励振動の発振限界の線形フィードバックゲインの値を用いた粘度測定の原理の検証を進め,低粘度から,高粘度まで,同一の振動子で粘度を測定可能であることを確認した.線形弾性,線形粘性,非線形粘弾性の測定方法に関する新たな理論を発案し,3件の特許を出願した.
・テスト装置を用いた粘度測定原理の確認
モックアップタイプのテスト装置を用いて,自励発振現象を用いた,粘性測定の検証を進め,従来の振動式粘度計の測定範囲外の高粘性液体の測定が可能であることを立証した.

  • Research Products

    (6 results)

All 2012 2011

All Presentation (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Presentation] MEMS技術を利用した小型粘性センサの開発2011

    • Author(s)
      山本泰之,松本壮平,藪野浩司,黒田雅治,藤井賢一,山本智子
    • Organizer
      日本熱物性シンポジウム
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2011-11-21
  • [Presentation] 二重渦巻き形状のMEMS粘度センサの開発2011

    • Author(s)
      山本泰之,山本智子,松本壮平,藪野浩司,黒田雅治,藤井賢一
    • Organizer
      マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • Place of Presentation
      タワーホール船橋(東京都)
    • Year and Date
      2011-09-26
  • [Presentation] ダブルスパイラル形状を有する粘度センサの開発2011

    • Author(s)
      山本泰之,松本壮平,藪野浩司,黒田雅治,藤井賢一
    • Organizer
      応用物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-08-30
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 線形弾性率の測定方法及び線形弾性率測定装置2012

    • Inventor(s)
      黒田雅治, 山本泰之, 藪野浩司
    • Industrial Property Rights Holder
      独立行政法人産業技術総合研究所
    • Industrial Property Number
      特願2012-15801
    • Filing Date
      2012-01-27
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 粘弾性測定方法及び粘弾性測定装置2012

    • Inventor(s)
      黒田雅治, 山本泰之, 藪野浩司
    • Industrial Property Rights Holder
      独立行政法人産業技術総合研究所
    • Industrial Property Number
      特願2012-15802
    • Filing Date
      2012-01-27
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 粘弾性測定方法及び粘弾性測定装置2012

    • Inventor(s)
      黒田雅治, 山本泰之, 藪野浩司
    • Industrial Property Rights Holder
      独立行政法人産業技術総合研究所
    • Industrial Property Number
      特願2012-15803
    • Filing Date
      2012-01-27

URL: 

Published: 2013-06-26  

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