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平成２４年度実施方針
技術開発推進部
１．件 名： プログラム名 : エネルギーイノベーションプログラム・ロボット・新機械イノ
ベーションプログラム（大項目）グリーンセンサ・ネットワークシステム技術開発プロジェクト
２．根拠法
独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構法第１５条第１項第１号ニ３.背景及び目的・目標
センサネットワーク技術により、人やモノの状況、その周辺環境等を認識し、利用者の状況に即した様々なサービスを提供可能となる。現在、環境計測、農業、エネルギー、医療等の分
野でユビキタスシステム、センサネットワークが導入され始めているが、予期されたほどの普及は見られていない。
社会にセンサネットワークが普及しない理由として、以下が指摘されている。
・現状では、センサの大きさ、設置面積等による設置箇所や設置個数の制約が大きい。
・電源や通信を有線で配線すると、設置工事で大きな負担が必要となる。
・また電池を内蔵して無線にする場合、現状のセンサや送信技術では電力消費が多く、電池交換等のメンテナンスが必要である
したがって、センサネットワークの普及のカギとなるポイントは、センサの設置面積が小さ
く、センサネットワーク端末が無線通信機能を有し、低消費電力で、電池交換が不要もしくは圧倒的に尐ないこと、などがあげられる。
日本企業は電子部品で約４割の世界シェアを持つといわれているが、センサの種類別にみると、欧米メーカに大半を占められているものもある。また、汎用品ではアジア勢もシェアを伸ばしており、世界で激しい技術開発競争が行われている。
このような状況において、無線通信機能、自立電源機能及び超低消費電力機能等を付与した革新的センサの開発は、主要各国と比べても技術的優位性を保ちうる先駆的な取り組みであり、ユーザを含めそれぞれの得意分野を有する企業の英知を用いて、いち早く成果を創出することで、我が国のセンサ及びセンサネットワーク産業の国際競争力の向上が大いに期待される。
本事業では、センサネットワークに使用されるセンサデバイスの共通的な課題である、無線通信機能、自立電源機能及び超低消費電力機能の搭載を実現する革新的センサの開発を行い、センサネットワークの導入による、環境計測やエネルギー消費量等の把握（見える化）及びエネルギー消費量の制御（最適化）により、低炭素社会の実現に寄与する。

［共同研究事業（ＮＥＤＯ負担率：２／３）］
研究開発項目① 「グリーンＭＥＭＳセンサの開発」
最終目標（平成２６年度）
以下のセンサを開発する。
・ＭＥＭＳセンサの大きさは、２ｃｍ×５ｃｍ以下
・すべてのセンサについて、消費電力は１００μＷ以下
研究開発項目② 「無線通信機能及び自立電源機能を搭載したグリーンセンサ端末の開発」
最終目標（平成２６年度）
各種電子電気機器、空調機器、さらに製造装置や配電盤などに特別な追加工事等を伴うことなく設置できる以下のグリーンセンサ端末を試作する。
・ＭＥＭＳセンサからの信号を収集・処理する機能、及び計測データを無線で通信する機能を備えた３ｍｍ角の端末本体部チップを開発
・温度５～３５℃、室内照明下等研究開発項目③の実証実験で設定する環境下で、グリーンセンサ端末に必要な電力供給として、平均出力１５０μＷ以上の電力供給が可能な発電・蓄電一体型デバイスを開発
・ＭＥＭＳセンサ部、端末本体部チップ、発電・蓄電一体型デバイスを含めたグリーンセンサ端末の大きさを、面積２ｃｍ×５ｃｍ以下で開発
・尐なくとも３１０－３２２ＭＨｚと９５０ＭＨｚ帯の２つの周波数帯が同時受信可能であり、同時接続端末１０００以上、受信感度－１３０ｄＢｍ以下の受信機を開発
研究開発項目③「グリーンセンサネットワークシステムの構築と実証実験」
最終目標（平成２６年度）
グリーンＭＥＭＳセンサ、グリーンセンサ端末及び高感度受信機を用いたネットワークシステムを構築するとともに、店舗、製造現場及びオフィス環境等に適用できるシステムを開発する。
４．実施内容及び進捗（達成）状況
技術研究組合ＮＭＥＭＳ技術研究機構

グリーンセンサネットワーク研究所所長

前田龍太郎をプロジェクトリーダーとし、以下の研究開発を実施した。実施体制については、別紙を参照のこと。
４．１ 平成２３年度（共同研究）事業内容
研究開発項目①「グリーンＭＥＭＳセンサの開発」（１）電流・磁界センサ
目標であるｐＴオーダーまでの磁界検出感度を実現する材料・構造の絞りこみを行い、材料供給先の磁性材料特性から見積もったＭＲ方式の出力信号レベルで、目標オーダーの磁界検出まで測定できる見込みが得られた。
そして、その磁界検出を確認するＴＥＧ試作を実施した。また、目標である微小な磁界領域を評価する系について、仕様を決定し、評価準備を行った。
（２）塵埃量センサ
トリガーセンサの基本構造について、センサの外形寸法及び各層の厚さをパラメータとし、幾つかの構造を想定して感度の大まかな計算を行った結果、複数のセンサをつなぐことでＦＥＴのゲート電圧程度の電圧を得られる見通しがたった。
（３）ＣＯ２濃度センサ
インピーダンス検出方式による原理確認の完了及びイオン液体の材料選定を行ない、低消費電力・小型・長寿命なＣＯ２センサの実用化に向け、基本的な設計を完了した。
（４）ＶＯＣ濃度センサ
数値計算によるポリマーベース振動式センサの性能指数の導出が完了し、性能指数の実験検証及び製造工程の確立を目的としたＴＥＧ試作を実施した。
（５）赤外線アレーセンサ
センサ素子設計を完了し、センサチップの試作を実施した。真空封止技術について、プロセスフローの作成を完了し、デバックに着手した。また、高精度赤外線センサ評価系について、システムの仕様を決定し、作製を行った。
研究開発項目②「無線通信機能及び自立電源機能を搭載したグリーンセンサ端末の開発」（１）超小型高効率ナノファイバー構造光電・熱電変換自立電源の開発
有機薄膜太陽電池の試作・評価を実施し、室内照明下、２ｃｍ×５ｃｍサイズ換算で、平成２３年度目標の２５μＷ以上の出力を確認した。
（２）超小型高効率低照度環境用自立電源の開発
屋内低照度環境発電デバイスであるＤＳＣの高発電効率化に向けて、逆電流低減化に取組み、短絡電流密度を維持したまま、開放端電圧及び形状因子を増大させる事に成功した。また、自立電源のシミュレーションを実施し、想定する環境下で平均出力が１５０μＷの自立電源が可能であることを見いだした。
フレキシブルクランプセンサの開発では、磁性薄膜･コイル一体成形プロセスとして、フレキシブルポリイミド基板に磁性パーマロイ薄膜を積層するプロセスを完了した。
（３）グリーンセンサ端末機能集積化および低消費電力無線通信技術の開発
ウェハレベルフレキシブル集積化技術の開発では、３ｍｍ角エリア配列ウェハレベル集積化に向けたチップｔｏウェハ接合ＴＥＧ試作・評価の仕様を決定した。
端末システムの低消費電力化に向け、端末エネルギーマネジメント回路の方式検討及び低電力アナログフロントエンド回路の方式設計を完了し、機能検証用ＬＳＩの試作仕様を決定した。低リーク大容量キャパシタ作製に向けた取り組みとして、成膜技術に関しては、大口径対応型超臨界成膜装置の基本設計、装置製作を完了した。また、トレンチ形成技術に関しては、非サイクルエッチング法と目標とする一括エッチングでサイクルエッチング法を越える加工速度を得た。集積モジュール化技術では、ＴＳＶインターポーザ開発に必要な要素プロセス技術の立ち上げを完了した。
受信機の開発では、プロトコルの開発に関して１０００台以上の端末に対して電文のＩＤレス化を可能とする新たな手法を開発した。また、－１３０ｄＢの受信感度を得るためのＦＦＴの仕様を明らかにした。
（４）グリーンセンサコンセントレータの開発
新センサの追加対応が機器交換なしで可能である専用の低電力小型コンセントレータのアプリケーション開発へ向けて、要件定義工程及び基本設計工程を完了した。
研究開発項目③「グリーンセンサネットワークシステムの構築と実証実験」（１）スマートコンビニのためのグリーンセンサネットワークシステムの開発
電力モニタリングシステムのプロトタイプを試作し、約１０００店の実店舗実装を完了した。
（２）スマートオフィスのためのグリーンセンサネットワークシステムの開発
センサ端末、センサネットワークシステムについて、環境計測データの収集・分析、省エネ手法の選定、データベースの構築を行い、要求仕様（暫定）を整理した。
（３）スマートファクトリのためのグリーンセンサネットワークシステムの開発
精密部品工場で必要とされるセンサなどについて、その仕様・機能の検討を行った。
４．２ 実績推移
２３年度
共同研究需給勘定（百万円）

９３５

特許出願件数（件）３

論文発表数（報）０

学会発表数（件）

５フォーラム等（件）０５.事業内容技術研究組合ＮＭＥＭＳ技術研究機構

グリーンセンサネットワーク研究所所長

前田龍太郎をプロジェクトリーダーとし、以下の研究開発を実施する。実施体制については、別紙を参照のこと。
５．１ 平成２４年度（共同研究）事業内容
研究開発項目①「グリーンＭＥＭＳセンサの開発」（１）電流・磁界センサ
平成２３年度に選出した磁性体材料及び微細加工プロセスを中心に、磁性材料各種ターゲットを使用した磁性体を製作し、設計通りの構造に微細加工することにより、磁界検出デバイスを試作し、評価を実施して、ｐＴ領域を検出できる素子を試作する。センサ部のサイズは、１ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍを目標とし、消費電力は数１０ｍＷとする。
（２）塵埃量センサ
トリガーセンサを試作し、試作で得られた試料の断面観察や成分分析などを行い、設計通りの形状や組成が得られているか等の評価を行う。小型化に向け、２ｃｍ×５ｃｍのサイズに構成したときに要求仕様を満たせるかの原理的検証を行う。
（３）ＣＯ２濃度センサ
ＣＯ２濃度センサ単体において、サイズ:面積２ｃｍ×５ｃｍ以下、仕様:測定範囲３００－３０００ｐｐｍ分解能±１００ｐｐｍを実現するセンサ実用信頼性評価モデルを完成させ、それを用いて間欠動作を行ったときの過渡応答計測を行い、省電力など目標に関する特性評価を実施する。
（４）ＶＯＣ濃度センサ
平成２３年度に開発した、ポリマーベースの基本構造及び基本製造プロセスを発展させ、実際のＶＯＣガスのセンシングを想定した振動式センサの最終年度目標の外形寸法になるよう構造の最適化を図る。さらに、パッシプなＶＯＣガスのサンプリング方式を検討し、最終年度目標である消費電力 100μW 以下の目処を得る。
（５）赤外線アレーセンサ
平成２３年度の設計結果と要素原理確認結果を基に、フォトマスクの作製を行い、小型な赤外線アレーセンサチップ試作し、光学素子の作製プロセスとウェハレベルでの真空封止接合プロセスの構築とセンサの動作原理確認を完了する。
研究開発項目②「無線通信機能及び自立電源機能を搭載したグリーンセンサ端末の開発」（１）超小型高効率ナノファイバー構造光電・熱電変換自立電源の開発
２ｃｍ×５ｃｍ以下のサイズで７５μＷ以上の電源モジュールを試作する。
（２）超小型高効率低照度環境用自立電源の開発
平成２３年度に開発したＤＳＣとＥＤＬＣを用いて、２ｃｍ×５ｃｍ以下のサイズで平均出力１５０μＷ以上の高効率光発蓄電モジュールを試作する。自己放電低減のために、ＥＤＬＣのセパレータの高密度化や活物質の剥離抑制措置を実施する。自立電源としての高効率化（７７％→８５％）の検証を行う。
電磁コイル給電が可能となるフレキシブルコイルセンサについては、センサ構造の決定を行い、センサの試作及び要素評価を行う。５ｃｍ×２ｃｍのフレキ基板上に３Ｖ／３０Ａの効率を持つことを目標とする。
（３）グリーンセンサ端末機能集積化および低消費電力無線通信技術の開発
平成２３年度に設計した機能検証用ＬＳＩを用いて、グリーンセンサ端末・システム
超低消費電力化技術の開発を行う。集積化の取り組みとして、Ｃ２Ｗ接合における配線パターン設計ルールを作成する。低リーク大容量キャパシタについては試作を開始する。
電気的特性の検証を実施し、最終目標であるアスペクト比５０のトレンチ内でのボイド(空隙)発生率を１０％以下程度に抑制できる技術指針を得る。また、アスペクト比１０以上のエッチングプロセス開発を行う。さらに、３００ｍｍ ＴＳＶ ＴＥＧの試作を行い、電気特性の検証を実施する。
受信機については、－１３０ｄＢｍの受信感度を実現する時間・周波数変換アルゴリズムの開発とＬＳＩの設計を行うとともに、１ｍの距離測定精度の達成を図る。
（４）グリーンセンサコンセントレータの開発
全体設計に従い、回路設計、機構設計を行う。
研究開発項目③「グリーンセンサネットワークシステムの構築と実証実験」（１）スマートコンビニのためのグリーンセンサネットワークシステムの開発
省エネに資する環境情報(室内温度分布、冷蔵・冷凍ショーケースのドアの開閉、店員行動など)の抽出を行い、その情報を電力情報と合わせて取得できるセンサシステムの仕様を明らかにする。また、プロトタイプセンサによる電力見える化を、都内の自治体と協力し、コンビニエンスストア以外の店舗・事務所等の民生業務部門で実施し、実証実験を介して、グリーンセンサネットワークの詳細仕様を明らかにする。
（２）スマートオフィスのためのグリーンセンサネットワークシステムの開発
照明エネルギーも加味して、空調＋照明を対象とした省エネ手法を選定する。選定した省エネ手法を実運用するのに適したグリーンセンサ端末及びグリーンセンサネットワークシステムの詳細仕様を抽出する。
（３）スマートファクトリのためのグリーンセンサネットワークシステムの開発
省エネ効果を検証するプロトタイプグリーンセンサ端末の構成・仕様検討、既存センサ端末の調査を行う。
５．２ 平成２４年度事業規模
需給勘定

７２４百万円（継続）事業規模については、変動があり得る。
６. その他重要事項
６．１ 評価の方法
ＮＥＤＯは、研究開発の意義、目標達成度、成果の技術的意義、競合するソリューシ
ョンに対しての本技術の優位性並びに将来の産業への波及効果等の観点から、推進委員会等で各研究開発内容について内部評価を実施する。
６．２ 運営・管理
ＮＥＤＯは、研究開発内容の妥当性を確保するため、社会・経済的状況、国内外の研究開発動向、政策動向、プログラム基本計画の変更、評価結果、研究開発費の確保状況、当該研究開発の進捗状況等を総合的に勘案し、達成目標、実施期間、研究開発体制等、基本計画の見直しを弾力的に行うものとする。
６．３ 複数年度契約の実施

平成２３～２４年度の複数年度契約を行う。
７．スケジュール
平成２５年 １月 推進委員会
８．実施方針の改定履歴（１）平成２４年３月、制定

「グリーンセンサ・ネットワークシステム技術開発プロジェクト」実施体制図

ＮＥＤＯ
協議

推進委員会
協議

プロジェクトリーダー
所属：技術研究組合 ＮＭＥＭＳ技術研究機構
役職名：グリーンセンサネットワーク研究所 所長
氏名：前田 龍太郎

共同研究（ＮＥＤＯ負担率２／３）
技術研究組合指導

ＮＭＥＭＳ技術研究機構

・研究開発項目①グリーンＭＥＭＳセンサの開発
・研究開発項目②無線通信機能および自立発電機能を搭載したグリーンセンサ端末の開発
・研究開発項目③グリーンセンサネットワークシステムの構築と実証実験

研究実施場所：つくば研究センター
実験場所：オムロン株式会社、株式会社デンソー、株式会社アルバック、ローム株式会社、大日本印刷株式会社、ダイキン工業株式会社、株式会社セブン-イレブン・ジャパン、東京電力株式会社、東光電気株式会社：大岡山研究センター
実験場所：住江織物株式会社、日清紡ホールディングス株式会社

再委託
国立大学法人東京大学
研究開発項目①グリーンＭＥＭＳセンサの開発
国立大学法人信州大学
研究開発項目②無線通信機能および自立発電機能を搭載したグリーンセンサ端末の開発