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一般財団法人マイクロマシンセンターMEMS協議会はMEMSを中心とした我国の産業競争力の強化を目的に、「MEMS懇話会」(MEMS協議会メンバーの委員と行政側等との情報交換や意見交換を行う会合)を例年実施しており、本年は12月26日に開催しました。

最近、社会経済にインターネット出現以上に衝撃を与えつつあるIoT(Internet of Things)ですが、あらゆるスマートな「モノ」と現実世界とのやり取りを可能にするMEMS およびセンサ技術がその成長を大きく左右することになり、ウェアラブル、ドローン、医療機器等のIoTアプリケーションへも新しい応用分野が拡大しています。

このような環境下において、2016年度MEMS懇話会を12月26日に東京・秋葉原、新テクノサロンにて開催しました。経済産業省産業機械課、研究開発課、情報通信機器課および新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)、産業技術総合研究所からの来賓を交えて、センサ・MEMS分野に係る今後の課題について意見交換を行いました。

最初にMEMS協議会山西健一郎会長(三菱電機取締役会長)による主催者挨拶があり、第4次産業革命におけるコア技術の一つであるMEMSセンサやネットワークの技術をさらに展開していくための場として、MEMS協議会の下に「スマートセンシング&ネットワーク研究会(SSN研究会)を設置しWG活動を進めた結果、いくつかの新プロジェクトに採択されたこと、今後もMEMS協議会が、我が国MEMS分野における真の産官学連携のハブになるべく事業を展開していること、MNOICの積極的な取り組みに対するコメントなどがありました。その後、経済産業省、NEDOから2017年度産業技術関係予算案、IoT推進やロボット・AI分野への取組みの紹介の後、MEMS協議会長谷川事務局長から、MEMS協議機活動やセンサ、MEMS市場の動向について報告がありました。

その後に会員企業から、「最近の業況と今後の見通し」「経済産業省、NEDO、産総研への要望」や「MEMS、センサ、さらにはIoTに対する取組み」について意見発表が行われ、経済省、NEDO、産総研との方々との熱心な議論が予定時間を延長して行われました。終了後、会場をMMC会議室へ移し、懇親会を開きました。

ご来賓の方々、MEMS協議会メンバーで合わせて約40人の参加であり、MEMS分野に関して新しいコラボレーションをもたらす機会になりそうな予感がする会合となりました。
(MEMS協議会 渡辺秀明)


写真1 MEMS協議会 山西会長挨拶


写真2 産機課片岡課長による来賓ご挨拶


写真3 MEMS懇話会の様子


写真4 懇話会懇親会の様子

本項は、マイクロマシン/MEMS分野を取り巻く経済・政策動向のトピックを、いろいろな観点からとらえて発信しています。

初冬、平成28年12月の経済報告をお届けします。
業務の参考として頂ければ幸いです。内容は、以下のPDFをご参照下さい。

「2016.12.pdf」をダウンロード

2016年12月6日から9日にわたって、パリで開催されたThe 16th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications(PowerMEMS2016)に出席した。組織委員長は、Philippe Basset (Universite Paris-Est, France) と、Skandar Basrour (Grenoble Alpes Universite, France) が務め、Technical 論文委員長はEinar Halvorsen (University College of Southeast Norway) であった。会場はエッフェル塔のほぼ真下に当る好立地であり、行きは朝日に照らされた姿、帰りは日が暮れるのが早いのでイルミネーションをまとった美しい姿を見上げながら会議に通った。

[画像:Powermems1_2]
[画像:Powermems2_2]

付随した行事として5, 6日にはPowerMEMS school が開催された。大学院生を中心に30名ほどの参加者を集め、一日目は講義、二日目は実習があった。6日の夕刻に会議の登録とウェルカムレセプションがあり、7日から9日には研究発表と討議が行われた。招待講演は全員参加、一般講演は2会場のパラレル形式であった。会議の組織委員長がフランスの方であったためか、招待講演者はいずれもフランスから選ばれていた。その他、発表とデモンストレーションの両方を行うPowerMEMS in Actionという新企画があった。

159件のアブストラクト投稿があり、そのうち123件(77%)が採択された。口頭発表が40件、ポスター発表が83件である。トピックスとしては、環境発電が77%と大半を占める。採択された論文の数の国別分布は、フランス:22件、日本:20件、アメリカ:15件、イギリス:14件、中国:6件、等々である。また参加者は、おおよそ200名で内訳は、53%が欧州、19%がアメリカ、29%がアジアとなっていた。

[画像:Powermems3_4]

[画像:Powermems4_5]

発表に関して概括的な感想を述べると、利用に耐える大出力が発電できるものは掌サイズのやや大きなものであり、小型で新規な材料や原理を用いて発電するデバイスではあまり大きな出力が得られていない。この点で、我々(東京大学生産技術研究所・静岡大学・鷺宮製作所)が電力中央研究所の助けを借りながらNEDO先導研究で開発している、小型で大出力の静電型振動発電デバイスは、他に比べて著しい優位性があると感じた。圧電デバイスについては多くの発表があったが、その中では多孔質圧電膜やナノワイヤをポリマーに含浸したフレキシブルな圧電材料の発表が興味深かった。その他、振動発電デバイスから取り出した電流を、有効にコンデンサーに蓄積する電源回路に関する発表も興味深かった。以下、注目すべき講演の内容について、簡単に記す。

W3A02
First experimental demonstration of a Self-Oscillating Fluidic Heat Engine (SOFHE) with piezoelectric power generation
T. Monin, A. Tessier-Poirier, E. L ́eveill ́e, A. Juneau-Fecteau, T. Skotnicki, F. Formosa, S. Monfray and L G Fr ́echette
一端を閉じたパイプに液を入れ、その端を熱くして液体を蒸発させて泡を作る。泡が成長し開口端の方にまで広がると、そこの部分は冷たいので泡の中の蒸気が液体に戻る。このため、泡の端部は温・冷の境を中心に、自励振動する。この振動を圧電膜デバイスに導いて、振動発電した。全長は20cmと大きなデバイスである。115〜140°Cで働いた。原理は面白いが発電量は小さい。これは、PowerMEMS in Actionの企画論文であり、発表の後の休み時間に、実際のデバイスで発電する様子を実演していた。

T1A03
A Frequency-Independent Vibrational Energy Harvester using Symmetrically
Charged Comb-Drive Electrodes with Heavily Doped Ion Electrets
H. Mitsuya, H. Ashizawa, K Ishibashi, H. Homma, M. Ataka, G. Hashiguchi, H. Fujita
and H. Toshiyoshi
本プロジェクトで得た研究成果を発表した。カリウムドープのシリコン酸化膜に、バイアス電圧を印加しながら熱処理してエレクトレットを形成した。帯電した櫛歯電極を、対称に配置することで可動電極への静電引力を相殺し、わずかの力で振動するようにしたデバイスを作った。インパルス状の振動など、幅広い周波数を持つ外部入力を効率よく電力に変換できることを示した。このため、定常的な周波数の振動に依存しない発電デバイスとして有効である。
次のような質疑応答があった。
「エレクトレットの帯電電圧はいくらまで上昇可能か」答:500Vまでである。
「寿命はどれだけか」答:真空中では劣化は見られない。
「周波数に依存しないというが、やはり振動特性はある周波数帯に限られるのではないか」
答:確かに無限の周波数に対応できるわけではない。インパルス状の振動など、幅広い周波数を持つ外部入力を効率よく電力に変換できるという意味で、このように呼んでいる。
その他「帯電電荷密度が一定とすると、ギャップ間に生じる電圧はギャップ長に依存する。実験で求めた帯電電圧を表記する時は、この点に留意すること」とのコメントがあった。

T2A04
Superhydrophobic surfaces’ influence on streaming current based energy harvester
Florent Fouch ́e, Thomas Dargent, Yannick Coffinier, Anthony Treizebr ́e, Alexis Vlandas and Vincent Senez
マイクロチャネルに水溶液などを満たすと、流路の表面が負に帯電し、液の方が正になる。100μm以下の高さの流路では、液を動かすと液とともに正電荷が動いてチャネル両端に電圧が出る。壁面を超撥水にすると、弱い圧力で液体の流れを作れるし、壁面での液のスリップがあって電荷が動きやすく、出力が向上する。銀ナノ粒子で加速したSiエッチングでナノワイヤの林を作り、超撥水の壁面とした。これを用いて、5nWがとれた。

FPA-1 招待講演
Thermal transistor with phase change materials and in the quantum regime
Karl Joulan
ギャップ間の熱放射による熱伝達の理論解析に関する講演である。近接場では熱放射が遠距離場に比べて格段に大きい。間隙長が10-8mで、熱伝達が〜103倍になる。放射波だけでなくエバネッセント場が効いてくるからだ。誘電率の温度依存性が違う面を対向させ、近接場熱伝達を計算するとダイオード特性になる。しかし残念ながら、小さい整流効果しか得られない。大きい整流効果を生むためには、相変化材料を使うのがいい。たとえば、ある温度を境に誘電体⇔金属という相変化をするVO2を黒体と向い合せた構造が考えられる。また、超伝導体対黒体や、SiC対SiO2も考えられる。熱トランジスタでは、ゲートを相変化材料として、そこの温度を変化する場合には、0.1Hzまでの低周波では熱が制御できる計算結果となる。量子ドットなどの量子系での熱トランジスタや熱ダイオードも考えられる。磁場中でスピンを利用するデバイスを考えると、良い特性が得られるはずである。

F1B01
Novel thick-foam ferroelectret with engineered voids for energy harvesting applications
Z. Luo, J. Shi and S. P. Beeby
フェロエレクトレット材料に加熱時に発泡する化合物粒子をまぜ、成型する。その後、加熱すると化合物が発泡してスポンジ状になる。型の中で熱成型してから、泡を作って固める。この製法で、いろいろな形状のフェロエレクトレットができる。ある形状を作った後、コロナ帯電と接触帯電で、エレクトレット化できる。

F1B03
A paper-based electrostatic kinetic energy harvester with stacked multiple electret
films made of electrospun polymer nanofibers
Y. Lu, D. Amroun, Y. Leprince-Wang and Philippe Basset
2枚の紙を湾曲して重ね、その間にエレクトレット膜を挟み、押しつぶすと発電する。エレクトレット膜は、エレクトロスピニングした糸をランダムに重ねたポーラス体に、パリレンをつけたものである。これをコロナ帯電した。3枚入れた時が最も発電性能が良くて、45.6μW/16MΩ(30V)が出た。全波整流してコンデンサーに貯めると、450回押して0.72μJのエネルギーを蓄積できた(まだ、最適ではないので改善の余地がある。

2016年12月9日

技術研究組合NMEMS技術研究機構 藤田 博之

2016年12月5日から8日の間、京都テルサを会場としてAE(Acoustic Emission)に関する国際会議であるIIIAE2016が開催された。本国際会議は、欧州のAE関連の国際会議である8th International Conference on Acoustic Emissionと、同じく日本におけるAEの国際会議である23rd International Acoustic Emission Symposiumの共催として開催された。また、別報にもある通り、現在AEに関する学会活動をとりまとめる団体として、欧州のEWGAE(European Working Group of Acoustic Emission)、米国のAEWG(Acoustic Emission Working Group)に続き、日本における拠点としてIIIAE(International Institute of Innovative Acoustic Emission)が新たに設立され、IIIAEの設立記念を兼ねての開催となった。Organizing CommitteeのChairは京都大学の塩谷教授が務めた。
表1にIIIAEのセッション一覧および講演およびポスター発表の件数を示す。最大の件数を集めたのはCivil Engineeringのセッションであり、件数順にAE & Related NDT、Materials Scienceと続く。この傾向は、日本側の主催団体である土木学会や日本非破壊検査協会、日本コンクリート工学会などの、土木および非破壊検査を主な活動領域とする方々の参加が多かったためと推定される。講演件数は少ないものの、Medical Scienceのセッションもあり、AEの活用範囲の広さがうかがえる。

Session_2

図1に講演およびポスターセッション発表者の国別一覧を示す。最大の参加者を集めたのは開催国の日本であるが、総数における日本の割合は半数を若干下回っており、欧州をはじめとして幅広い国の参加者を集めていた。

RIMSからは、高峯氏が京都大学インフラ先端技術共同研究講座およびNEXCO西日本と連名で「Efficient Damage Inspection of Deteriorated RC Bridge Deck with Rain-induced AE Activity」と題して、雨によって励起されるAEを用いたRC床版の効率的な非破壊検査手法について発表した。本発表の内容は、既に内部き裂が生じている床版の損傷を検査する手法として、継続的なAEモニタリングを必要とせず、雨滴を利用して10分程度の間に内部き裂を明らかにすることが可能であり、今後の床版検査への適用が期待されている。また、同じく大森が東京大学IRT研究機構と連名で「Elastic Wave Measurement using a MEMS AE Sensor」と題して、MEMS AEセンサであるSA(Super Acoustic)センサを用いたペンシルリードブレイク試験の位置標定精度を検証した内容を発表した。アルミニウム板上に設置したSAセンサを用いて、ペンシルリードブレイクの波形を受信し、受信波形のウェーブレット変換から、受信したLamb波の種類およびSAセンサを用いた位置標定の精度を評価した内容である。今後のSAセンサの実フィールド検証において、位置標定および受信波形判別は損傷評価を行う前提となる重要な情報である。また、Invited Talkとして、東京大学下山教授より「Super-acoustic Sensor for Bridge Health Monitoring」と題してSAセンサの研究状況についての講演が行われた。
結果、大森の投稿論文が査読時の委員によるpeer reviewで最高点を獲得し、IAES Paper Awardを受賞した。写真1にBanquetでの受賞告知の様子を示す。また、写真2に表彰式で京都大学塩谷教授より賞を受領した際の写真を写真3に受領したIAES Paper Awardの賞状を示す。RIMSにおける研究開発の成果が学術的にも高い評価に値することが認められ、非常に喜ばしいことである。

Paper_award_2

Paper_award1_2

その他、講演の聴講で印象に残った発表について以下に示す。
T. Nishida et al., Damage Evaluation of RC Bridge Deck under Wheel Loading Test by Means of AE Tomography
京都大学西田准教授の講演で、床版の疲労試験として広く用いられている輪荷重試験の試験進展に従って、床版に入った損傷の様子を3D AEトモグラフィによって可視化した内容であった。輪荷重試験によって進展する損傷と、AEトモグラフィにより示唆される損傷進展領域は良い一致を示しており、AEトモグラフィ法の有用性を再確認できる好例である。

H. Asaue et al., Evaluation of Water Leakage Repair by One Side Access Elastic Wave Tomography Using Rayleigh Wave
京都大学麻植准教授の講演で、漏水によって損傷を受けたコンクリート構造物の補修前後において、表面打撃によってレーリー波を励起し、AEトモグラフィにより補修の効果を可視化した内容であった。補修により速度場が全体的に速い方向に移行しており、AEトモグラフィにより補修効果の確認がなされていた。

S. Fukumoto et al., Three-dimensional source location by water propagating waves in the hydraulic test of CFRP pressure vessel
株式会社IHI検査計測福本氏の講演で、CFRP製の圧力容器において、圧力容器表面に複数設置したAEセンサから、水圧試験によって発生したAEの3次元位置標定を行った内容であった。特徴として、CFRP容器ではなく、水中を伝わるAEによって3次元位置標定を行っており、社会インフラ分野で広く用いられる圧力容器の損傷位置を調べる方法として興味深い内容である。

E. Suarez et al., Influence of an optical fiber embedded on unidirectional CFRP laminates evaluated with the Acoustic Emission and 3D Digital Image Correlation techniques
グラナダ大学Suarez氏の講演で、CFRP内に光ファイバ型のセンサ(FBGセンサ)を埋め込んで外力が与えられた際に、外力によって光ファイバ周辺に損傷が発生し、AEが発生する様子と、デジタル画像相関法(DIC法)によるひずみ分布を比較した内容であった。荷重の方向と光ファイバ配置方向が直行している場合、光ファイバ周辺に応力集中が発生していたが、同じ方向であれば応力集中は発生しなかったとのことであった。FBGセンサはCFRPに適用されるセンサとして広く研究開発が行われているが、埋め込みには注意を要することを示す事例である。

O. Ley et al., Recent advances in structural health monitoring using acoustic emission
Mistras GroupのLey氏の講演で、AEを用いた構造ヘルスモニタリングの近年の進展について、2007年に行われた橋梁のeyebarのき裂モニタリングおよび、2011年に行われたコンバインドサイクルの発電用タービンブレードに発生したき裂のモニタリングの事例を紹介したものであった。タービンのモニタリングについては、Acoustic Combustion Turbine Monitoring System (ACTMS)として実用に供されており、数か月のモニタリングの末、タービンブレードの損傷が発見されたとのことであった。エネルギー分野にもAEの適用が進んでいることを示す好例である。

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