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Innovative 3D triion sensor

Research Project

Project/Area Number16H04527
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

寺崎 正  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 研究グループ長 (00399510)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 菊永 和也  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 主任研究員 (10581283)
古賀 淑哲  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 主任研究員 (60356970)
坂田 義太朗  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 研究員 (70636406)
藤尾 侑輝  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 主任研究員 (90635799)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Granted(Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost : ¥13,300,000、Indirect Cost : ¥3,990,000)
Fiscal Year 2017 : ¥5,980,000 (Direct Cost : ¥4,600,000、Indirect Cost : ¥1,380,000)
Fiscal Year 2016 : ¥6,890,000 (Direct Cost : ¥5,300,000、Indirect Cost : ¥1,590,000)
Keywordsセンサー・光機能材料 / トリリオンセンサ / 応力発光 / 3Dプリンタ / 効力発光 / 3Dプリンタ
Outline of Annual Research Achievements

本提案では、トリリオンセンサ時代(非連続的膨大多数のセンサ、年間45兆個、現在の100倍強/2023年)を担う3次元・集積センサの革新的作製技術を開発を目的としている。提案者は世界に先駆けて【力学情報の応力発光可視化】、【内部応力可視用の近赤外応力発光】、【ナノインクによる生分解印刷センサ】を達成した。一方これら要素技術(ナノ・マイクロ機能材料)を産業へと活かす『自由自在に、3次元空間に配置、集積する製造技術』は存在しない。そこで本提案では『ナノ・マイクロ機能材料の3D印刷』を基とした革新的トリリオンセンサ作製技術開発として、2課題を行っている。具体的に得られた実績は、それぞれ以下のとおりである。
【課題1】3D 印刷による3 次元配線技術の確立と、センサ・給電デバイスへの応用
3 次元印刷配線条件を明らかにするため、専用三次元造形機(3次元プリンタ)による微細空間・細線の造形を行うことに成功した(L/S=150um-2mm)
【課題2】CAE 設計高度化に向けた3D 印刷による内部応力可視化センシングの確立
(2-2) ②外表面、④内部への応力発光センサの位置選択導入条件を明らかにすることを目的として、下記を達成した。(1) 3次元造形(光硬化)用、応力発光インクの開発に成功した(濃度・種類の最適化)。(2)応力発光計測により、3次元器物(造形物)の強度・異方性と造形様式の関係を明らかにした(引張荷重)。またCAE高度化を考慮した造形法はインクジェット方式であることも明らかにした。(3)骨端プレート(医療器具)のリバースエンジニアリングデータによる3次元器物(造形物)を介した応力発光によるひずみ分布の可視化に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2 :  Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

【課題1】では、目的とする導電性細線のテンプレート作製には成功し順調である。一方で、専用機(特殊塗料により造形可能な3Dプリンタ)の故障により、導電性配線の三次元印刷への取り掛かりが遅れたが、修理により復旧し、作業を継続している。
【課題2】では、当初技術課題として挙げていた3次元造形応力発光インクの開発に成功している。更に、CAE高度化に使用する三次元造形器物自身の力学特性、更には実部品の応力シミュレーションとしての可視化をも達成していることから、予想以上の進捗である。応力発光は他に類を見ない産総研オリジナル技術であることから、寧ろ課題2に注力し、世界に対して圧倒的優位性を構築する予定としている。

Strategy for Future Research Activity

【課題1】3D 印刷による3 次元配線技術の確立と、センサ・給電デバイスへの応用
(1-2) 3 次元印刷配線条件と導電性確保条件、を明らかにする。具体的には、③モデル剤と導電性インクによる3D 多色印刷による3D 配線を行った後、レーザー焼結、加熱焼結法を用いて、3 次元構造を損なうことなく導電性確保できる条件を明らかにすることで、【3D 印刷配線】を達成する。
【課題2】CAE 設計高度化に向けた3D 印刷による内部応力可視化センシングの確立
(2-2) ②外表面、④内部への応力発光センサの位置選択導入条件を明らかにする。検討すべき条件面は、前年度と同様であり、下記のとおりである。(1) 母材(ポリマー・接着剤)の種類 例)エポキシ2-3GPa、ABS2-6GPa、光硬化剤2-13GPa(2) 混入材の種類・サイズ(応力発光粒子・硬質マイクロビーズ等)(3) 粒子の表面修飾(粒子と光硬化樹脂間の力学伝達効率)(4) 含有比率(粒子濃度)、造形条件(印刷速度、温度、形状)(5) 造形物強度(引張、曲げ塑性変形範囲)、応力発光強度を評価

Report

(1results)
  • 2016 Annual Research Report

Research Products

(21results)

All 2017 2016

All Journal Article Presentation Book Patent(Industrial Property Rights)

  • [Journal Article] Direct visualization of stress distribution related to adhesive through mechanoluminescence2017

    • Author(s)
      寺崎 正、藤尾 侑輝、坂田 義太朗、上原 雅人、田原 竜夫
    • Journal Title

      ECS Transactions

      Volume : 75-45 Pages : 9-16

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  • [Journal Article] Micro printing using microfluidics for printed biodegradable devices in trillion sensing2017

    • Author(s)
      寺崎 正、Kristen Dorsey、Mitsutoshi Makihata、Shunichi Arakawa、David Rolfe、John Herr、Albert P. Pisano
    • Journal Title

      ECS Transactions

      Volume : 75-41 Pages : 13-19

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  • [Journal Article] Detection of Moisture Adsorption on Joining Surface Using Static Electricity Distribution2017

    • Author(s)
      菊永 和也、寺崎 正
    • Journal Title

      ECS Transactions

      Volume : 75-48 Pages : 33-38

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  • [Journal Article] Innovative First Step toward Mechanoluminescent Ubiquitous Light Source for trillion sensors2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Journal Title

      SENSORS AND MATERIALS

      Volume : 28 Pages : 827-836

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  • [Journal Article] トリリオンセンシング-IoT時代の官能検査に向けて~2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Journal Title

      エレクトロニクス実装学会誌

      Volume : 19-7 Pages : 485-491

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  • [Presentation] トリリオンセンシング ~IoT時代の官能検査に向けて~2017

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      Jisso技術ロードマップ専門委員会
    • Place of Presentation
      JEITA本部、東京
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    • Invited
  • [Presentation] 見えない“力”を見抜く「応力発光」2017

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      第8回 サイエンスカフェin鳥栖
    • Place of Presentation
      産総研、鳥栖
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    • Invited
  • [Presentation] 応力発光を用いた加工設計評価2017

    • Author(s)
      豊増孝志、寺崎 正、園畑基樹
    • Organizer
      第64回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、横浜
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  • [Presentation] 1 次構造CFRP 部材に関する破壊予兆の応力発光可視化2017

    • Author(s)
      寺崎 正、藤尾 侑輝
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、横浜
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  • [Presentation] 急拡大が見込まれるトリリオンセンサの動向2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      2016最先端実装技術シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京ビックサイト、東京都
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    • Invited
  • [Presentation] Direct visualization of mechanical stress in adhesive and structure through mechanoluminescence2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      IC Joning in Car Body Engineering 2016
    • Place of Presentation
      ドリスホテル、バート・ナウハイム、ドイツ
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Visualization of strain distribution related to adhesive through mechanoluminescence2016

    • Author(s)
      寺崎 正、藤尾 侑輝、上原 雅人、田原 竜夫
    • Organizer
      AIST & IFAM Workshop on Joint R&D in Adhesive Bonding
    • Place of Presentation
      IFAM、ブレーメン、ドイツ
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] トリリオンセンサの開発とその展望2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      シーズとニーズの会 2016年度特別例会
    • Place of Presentation
      産総研臨海センター、東京
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    • Invited
  • [Presentation] トリリオン(1兆個)センサが拓く未来2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      真空フォーラム2016
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、横浜
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    • Invited
  • [Presentation] 川がつなぐ!ぼくらの未来 (3D3設計による強度可視化)2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      江戸川区川ゼミ
    • Place of Presentation
      江戸川区未来館、東京
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    • Invited
  • [Presentation] トリリオン(1兆個)の開発動向2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      産総研テクノブリッジin 九州(ミニマルエグゼクティブ)
    • Place of Presentation
      電気ホール、福岡
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    • Invited
  • [Presentation] 3D3機器(3Dプリンタ、3Dスキャナ)×応力発光2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      2016 年度 計測分科会 形状計測研究会
    • Place of Presentation
      ラフォーレ高松、高松
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    • Invited
  • [Presentation] Micro printing using microfluidics for printed biodegradable devices in trillion sensing2016

    • Author(s)
      寺崎 正、Kristen Dorsey、Mitsutoshi Makihata、Shunichi Arakawa、David Rolfe、John Herr、Albert P. Pisano
    • Organizer
      230th ECS Meeting
    • Place of Presentation
      ハワイコンベンションセンター、ハワイ州ホノルル、米国
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] トリリオン(1兆個)センサ -見えない価値の可視化技術-2016

    • Author(s)
      寺崎 正
    • Organizer
      JIEP修善寺ワークショップ
    • Place of Presentation
      ラフォーレ修善寺、伊豆市
    • Year and Date
      2016-10-04
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] 高分子材料の残留応力発生要因晦冥と低減対策,応力発光材料を用いた高分子応力分布の可視化技術2017

    • Author(s)
      寺崎 正、藤尾 侑輝、坂田 義太朗
    • Total Pages
      10
    • Publisher
      技術情報協会
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 積層造形用材料及び応力分析用立体造形物並びに構造物の設計改善方法2017

    • Inventor(s)
      寺崎正、菊永和也
    • Industrial Property Rights Holder
      寺崎正、菊永和也
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2017-03-16
    • Application Year
      2017
    • Related Report
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    • Overseas

URL :

Published : 2016-04-21   Modified : 2018-01-16  

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