| 研究課題/領域番号 |
19H02575
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28050:ナノマイクロシステム関連
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
前中 一介 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (70173721)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2019年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
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| キーワード | ジャイロ / MEMS / 水晶 / 縦振動 / 温度特性 / 角速度センサ / 加速度センサ / 慣性センサ / 極端環境 / 参照振動 / 圧電 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水晶の縦振動（内部歪み振動）を検出原理とした角速度センサを中心に、極めて高い加速度（>1000G）、角速度（10000deg/s）が印加される環境下で、正確に加速度・角速度を共に計測する慣性センシングデバイスおよびシステムを構築する。デバイス精密加工にはMEMS技術を用い、検出システムとしては早期にA/D変換を行い、ディジタル信号での信号処理を行うことによって安定で自由度の高いシステムを構築する。
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| 研究成果の概要 |
水晶（αクオーツ）の縦振動（厚み滑り振動）を角速度検出の参照振動としたジャイロの設計、試作・評価を行った。参照振動を縦振動とすることでバルク形状の素子で角速度が検出できる。このため現状の脆弱なバネマス系を持つMEMSジャイロにおいて強加速度・強振動下で動作不能、あるいは破壊するなどの問題を解決することができる。研究成果として、三角柱構造を持つ水晶ジャイロの設計手法の確立、出力から直交3軸の角速度成分を抽出する理論的手法の提案、デバイスクランピングの影響の明確化、高インピーダンスを持つインターフェイスの実現、などを通じ、ジャイロセンサとして角速度信号を得ることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年MEMS慣性センサが民生用として広く用いられている。しかしながら、大きな衝撃や振動下での動作は保証されておらず、例えばサッカーボールやゴルフボールの中に慣性システムを埋め込んでその運動を把握することや、ドローン同士が衝突したときの姿勢の保持、大きな振動を伴う工具や機械などに用いることができず、応用を大きく妨げている。縦振動を用いるジャイロの場合、動作原理的に構造がバルク状になり、また加速度の影響は構造全体への分布荷重となり、振動や衝撃による破壊強度は極めて高く、参照振動の停止も発生しない。以上の特徴をもつ慣性センサが普及すれば、さらなる慣性センサの応用発展が可能になると思われる。
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