2015 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロレオロジーセンサーで切り拓くインライン粘弾性モニタリングの新展開
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26289051
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山本 泰之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 工学計測標準研究部門, 主任研究員 (00398637)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藪野 浩司 筑波大学, システム情報工学研究科(系), 教授 (60241791)
黒田 雅治 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60344222)
松本 壮平 国立研究開発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, 副センタ―長 (70358050)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 熱物性 / マイクロ・ナノデバイス / レオロジー / モニタリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体のレオロジー性質は，液体分子の力学的特性や，分子間の相互作用などに関連する貴重な情報をもたらしてくれる物性値であり，通常はレオメーターという1000万円以上もする高価な機器で測定されている．本研究はMEMS技術を用いて超小型のレオロジーセンサーを開発することで，大幅な低価格化と，小型化によるインライン組み込みや内蔵などの新しい応用分野への適用を実現することを目的としている．
開発2年目の2015年度は，MEMSレオロジーセンサーの実現に向けて，センサーの試作と理論解析を進めた．
理論解析では，2014年度に数値シミュレーションで明らかにしたうずまき変形のねじれを解消するための根本構造の改良方法に関して，理論解析解を得ることに成功し，数値シミュレーションに頼らずに最適解を導出することを可能にした．この理論解析の過程で，代表者らが解析したせん断速度が一定になるうずまき構造の理論解に不備があり，せん断速度のばらつきが当初の計算よりも大きく見積もらなければならないことが判明した．解決方法は明確になっているものの，計算がより複雑になっており，現在も解析を進めている．せん断速度が一定となるうずまき構造の理論解析は，引き続き2016年度の開発目標としている．
センサーの試作と評価に関しては，0.1℃程度の精度で温度制御した環境下でのセンサー定数(校正曲線)の評価を行い，粘度の算出値が，標準液の校正値と3％以下の偏差で一致する成果を得られた．レオロジー性質や粘度は温度に非常に敏感であるため，高精度な温度制御と測定が不可欠である．現状では偏差は3％であったが，温度制御を見直すことによってさらに高精度化できる感触が十分にある．そこで2016年度はマイクロレオロジーセンサーの限界性能を見極めるため，0.01℃程度の高精度な温度制御と温度測定が可能なシステムを製作することを目標の一つとした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ずり速度一定の渦巻の理論に不備が見つかるなどの想定外の事態もあったが，渦巻振動子の変形の理論解析に成功し，根元付近の改良方法も理論的に解を得られるようになったことは大きな進展である．センサーの製作と評価の面でも，温度制御による校正曲線の評価の信頼性を向上し，センサー自体の繰り返し性も大幅に改善されていることから，おおむね順調に進呈していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
理論面ではずり速度が一定となる理論の解析を進め，レオロジー測定の際のずり速度の設定値の不確かさの低減を目指す．センサーの製作プロセスと評価に関しては，ばらつき0.01℃の温度制御が可能な精密温調チャンバーを製作し，小型の白金抵抗測温センサーと温度測定用ブリッジを用いた温度測定システムも構築し，精密な温度制御環境下でのセンサーチップの限界性能の評価を行う．また，センサーチップの小型化，ホルダーの小型化なども進める．
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| Causes of Carryover |
理論解析に変更点があったため，プロセスの計画に変更があり，消耗品の使用数が減ったことから，数千円の未使用金が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額の全額を2016年度に使用する予定である．
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