開発概要(基本方針1）

社会課題対応システム関連プロジェクト成果報告会

第１回道路インフラモ タリングプ ジ クト成果報告会
第１回道路インフラモニタリングプロジェクト成果報告会● 物流を支える道路インフラを対象● 小型・低価格・革新的機能センサによるモニタリング

道路インフラモ タリングプロジ クトの概要と成果
道路インフラモニタリングプロジェクトの概要と成果● 近寄れなかった、見えなかった場所もモニタリング
・無線・自立電源・高耐久性パッケージ● 道路インフラを道路インフラを一元管理
元管理
・多様なセンサをシームレスに統合する
インターフェースとネットワーク

平成２７年4月23日（木）国内陸上輸送分担率（技）NMEMS技術研究機構 インフラモニタリング研究所 所長 下山 勲（国）東京大学IRT研究機構・機構長● 高速道路で技術を高め一般道へ将来展開
2

ＮＭＥMＳ技術研究機構

ＮＭＥMＳ技術研究機構

1

開発概要(実施内容）

開発概要(基本方針２）
世の中にない新規デバイス及びモニタリングシステム開発により世の中にない新規デバイス及びモニタリングシステム開発により、現状の課題を解決し、道路インフラの長寿命化を実現
現状
通常点検(目視中心）＋危険・重要箇所の常時モニタリング【課題】○近寄れない、見えない箇所の点検は困難(手間、作業条件過酷、最悪点検不可）○人感検査（目視、打音等）では判定に個人差あり○インフラの高齢化により、点検量増大
高齢化、点検 増大○複数の個別センサデータから人が総合的に判断○人による24時間常時監視必要（3交代制）○常時モニタリングに有効なセンサがない（精度 耐久性 コスト等）（精度、耐久性、コスト等）

本研究開発では高速道路の橋梁、道路付帯物、法面等を対象にして、環境エネルギを利用した自本研究開発では高速道路の橋梁
道路付帯物 法面等を対象にして 環境エネルギを利用した自立電源を有し、各フィールドのモニタリングに適した新規の小型、安価、高性能、高耐久性の無線センサ端末を開発する。無線通信センサネットワークや高耐久性のパッケージングに関しては共通化を図り 効率的な開発を行うとともに 各フィ ルドのセンシングシステムを統合して道路インフラ化を図り、効率的な開発を行うとともに、各フィールドのセンシングシステムを統合して道路インフラのトータルな維持管理が可能な道路インフラモニタリングシステム（RIMS:ROAD Infrastructure
Monitoring System）を構築する。これにより、パッケージとして一般道への展開及び海外展開も容易となる これは世界初の試みと考える易となる。これは世界初の試みと考える。

将来
通常点検＋常時・継続モニタリング＋劣化・損傷診断【開発内容】①橋梁
・スーパーアコースティックセンサ(振動）・フレキシブル面パターンセンサ（歪）フレキシブル面パタ ンセンサ（歪）②道路付帯物・マルチMEMS傾斜センサ③法面・電波位相差法面変位センシングシステム④無線通信ネットワーク
・共通センサプラットフォーム
共通センサプラットフォ ム⑤パッケージ・高耐久性共通パッケージ⑥高速道路会社の実フィールドでの実証⑥高速道路会社の実フィ
ルドでの実証ＮＭＥMＳ技術研究機構

2

RIMSネットワーク
収集サーバ

橋梁

収集装置
（コンセントレータ）（コンセントレタ）

フレキシブル面パターンセンサ
貼り付け箇所

床版

インフラ管理センター(高速道路会社)

主桁
橋脚

道路付帯物
3

ＮＭＥMＳ技術研究機構

法面4

開発概要(本テーマの重要性）●橋梁:■老朽化の進展○NEXCO3社が管理する全橋梁数16,112橋中43％が30年以上経過＜10年

10～20年20～30年30～40年40～50年

50年＜

10%

22%

25%

25%

16%

2%

○橋長２m以上の橋梁は全国で699,000橋あり、その大半は市町村管理で平均年齢も35年以上になっている。

○橋梁上の情報板は交通振動で想定寿命下回る可能
性あり
・NEXCO中日本の橋梁上情報板：200面／ 3,000面
・NEXCO３社では：約1,000面／ 14,500面

道路ｲﾝﾌﾗ状態モニタリング用センサシステムの研究開発(1)センサ端末及びモニタリングシステムの研究開発(1-1)橋梁■想定外外力や損傷の定量的な連続モニタリング必要

国

都道府
県

政令都
市

市町村

高速道路
会社

比率

4%

19%

7%

68%

2%

●法面：

平均年齢

35年

35年

29年

■異常気象により要注意箇所
10年前の2倍■法改正で5年に1回の近接目視による点検が義務付けされたが今後老朽化が加速する膨大な道路インフラを従来の点検手法で実施するのは困難●リーディング１４機関の産官学連携体制 （技術研究組合として実行）●ネットワーク技術、パッケージング技術の共通化による高い開発効率●主要高速道路会社参画でニーズに沿った速いＰＤＣＡサイクル●道路付帯構造物:■環境条件等の変化で設計基準の
見直し必要

管理者

38年

研究推進体制(1-1-1)スーパー(1
1 1)ス パアコースティック
（振動）（東芝、東大、京大）(1 1 2)フレキシ(1-1-2)フレキシ
ブル面パターン（ひずみ）（産総研、大日本印刷）(1-2)道路付帯
構造物（標示板等）(1-3)法面（富士電機）（三菱電機）(2)センサシステム共通基盤技術の研究開発

・要注意法面約2,500箇所／修繕予定法面
117,606箇所(2-1) 無線通信ネットワーク共通PF（NTTデータ）(2-2) 高耐久性パッケージング共通PF （ＭＭＣ、日本ガイシ、大日本印刷）■安価で信頼性の高い連続モ
ニタリングシステム必要
タリングシステム必要

ＮＭＥMＳ技術研究機構(3) 実証・評価研究共通PF （NEXCO東日本・中日本・西日本、阪神高速を含む全参画機関）
ＮＭＥMＳ技術研究機構

5（１-１） 橋梁モニタリング

6

スーパーアコースティックセンサによる橋梁センシングシステムの開発(1)担当：東芝 、東大、京大

新規性・優位性
新規性
優位性

橋梁の健全度に基づき、２種類のセンサシステムを開発する

・ MEMS構造による、表面波を利用した従来にない広帯域振動センサ（SA:スーパーアコース（１－１－１）
スーパーアコースティックセンサによる橋梁センシングシステムの開発（振動）（１－１－２）
フレキシブル面パターンセンサによる橋梁センシングシステムの開発（ひずみ）

ティックセンサ）を開発し、橋梁の健全状態から初期劣化（ミクロ破壊：１０ｋHz～１MHz）、
中間劣化（メゾ破壊：数１００Hz)、

健全状態から初期劣化 中間劣化 限界
・ 健全状態から初期劣化、中間劣化、限界劣化までを一個で検出できる広帯域スーパーアコースティック振動センサ（周波数感度 １Hz～ １MHz）を新規に開発し、橋梁） 新規に
橋梁の劣化・損傷をとらえるセンサシステムを構築・ 点検等で、経過観察が必要とされた領域
点検等で 経過観察が必要とされた領域を網羅的にモニタリングする、多数のひずみセンサを実装したフレキシブルシートを新規に開発し 橋梁の累積ひずみの面分布
規に開発し、橋梁の累積ひずみの面分布をとらえるセンサシステムを構築

限界劣化（マクロ破壊 数H )限界劣化（マクロ破壊：数Hz)までを一個のセンサで検出できるセンサシステを構築する。
ムを構築する。
・ ＳＡセンサの適用対象材料は、土、岩、組積造、コンクリート、鋼、複合材料など広範に亘り、橋梁以外にも応用展開が期待できる（構造物聴

東芝、東大、京大

診器）。

産総研、大日本印刷

典型的な破壊形態
ＮＭＥMＳ技術研究機構

7

ＮＭＥMＳ技術研究機構

8スーパーアコースティックセンサによる橋梁センシングシステムの開発(2)スーパーアコースティックセンサによる橋梁センシングシステムの開発(4)(b) 小型センサ端末の開発
小型センサ端末の開発：１次試作機の開発
１次試作機の開発

最終目標

 これまでの成果

・広帯域（1Hz～1MHz）スーパーアコースティックセンサを複数搭載した小型センサ端末の開発
・高速道路会社保有橋梁における実用化検証
高速道路会社保有橋梁における実用化検証

SAセンサ

 複数AEセンサを搭載し、無線によるデータ伝(a)SAセンサ：感度 -80dB(re 1V/µbar)

送が可能な片手サイズの小型１次試作機を(b)小型センサ端末 ： 7cm×10cm×5cmのサイズ、 １時間１回以上の送信頻度

開発
 FPGAにより4chのセンサ信号を高速に同時(c) 健全性定量評価手法：新たな劣化・損傷指標の提案

処理

実現手段

 基板サイズはNEDO基本計画の7cm×10cm(a)表面波を利用したSAセンサ
デバイスの開発(b)無線、自立発電を搭載した小型センサ端末の開発
SA

SA

SA

SA

AFE

AFE

AFE

AFE

無線

 成果の意義

たな劣化 損傷指標の提案
たな劣化・損傷指標の提案

たものはこれまで報告がなく最小とみられる。

温度

ＮＭＥMＳ技術研究機構

 4chのAEセンサ信号を同時に高速処理可能なセンサユニットとして7cm×10cmを達成し• 実構造物による実用化検証

ＭＰＵ
Memoryを実現• 弾性波パラメータを活用した新

振動
自立
発電
・蓄電

(c)橋梁構造の健全性定量
評価手法開発ＮＭＥMＳ技術研究機構

9

スーパーアコースティックセンサによる橋梁センシングシステムの開発(5)10

フレキシブル面パターンセンサによる橋梁センシングシステムの開発(1)担当：産総研、大日本印刷

新規性・優位性
新規性
優位性(d)橋梁構造の健全性定量評価手法の開発(d)橋梁構造の健全性定量評価手法の開発：

・ 従来の点計測からひずみセンサアレイ集積化による橋梁の累積ひずみ分布測定
・ ひずみ分布モニタリングにより微小なひび発見、さらに発生箇所を予測可能
・ 周期的なモニタリングとともに突発的な地震等の発生をトリガとしてモニタリングを開始し、周期的なモニタリングとともに突発的な地震等の発生をトリガとしてモニタリングを開始し発生した最大ひずみによって通行可否判定にも寄与

・損傷や劣化の性能指標の定義と、それに合致した弾性波パラメータの提案■ 損傷や劣化に有効な弾性波パラメ
損傷や劣化に有効な弾性波パラメータを整理し、これまでにない外乱の影響が小さい
タを整理し、これまでにない外乱の影響が小さい
損傷パラメータを提案し、疑似損傷供試体を作製した。
・AEトモグラフィ法のアルゴリズム構築■ 従来別に実施されていた弾性波のパッシブ計測（AE）とアクティブ計測（図1参照）の統
従来別 実施さ弾性波
計測（ ）計測（図 参照） 統
合化と、両計測結果に基づ、，画期的な、劣化･損傷可視化手法「AEトモグラフィ法」を発案し、そのアルゴリズムを構築（図2参照）するとともに、数値シミュレーションによる検証を実施した。本手法により従来技術に比べより短時間かつ、合理的コストでインフラ構
造物の劣化・損傷診断が可能な目途が立った。

図1 既往弾性波トモグラフィ法
図1.
図2. AEトモグラフィ法のアルゴリズム
ＮＭＥMＳ技術研究機構

11

ＮＭＥMＳ技術研究機構

12フレキシブル面パターンセンサによる橋梁センシングシステムの開発(2)フレキシブル面パターンセンサによる橋梁センシングシステムの開発(4)(a) 極薄ｼﾘｺﾝ転写技術によるひずみｾﾝｻｱﾚｲの開発
最終目標(c) ﾌﾚｷｼﾌﾞﾙ面ﾊﾟﾀｰﾝｾﾝｻのｼｽﾃﾑ化と実証試験

ひずみセンサアレイ、温度、地震センサ、IC、太陽電池を搭載し耐候性保護層を形成したセンサシートの開発-7）、地震検知（0.1Gの地震検知）µ→ ひずみセンサ（1µm厚、感度1x10

天候によらず 1時間1回の測定が可能な動作シーケンスを開発→ 実橋におけるひずみ分布を測定(b) 配線付きフレキシブルシ
配線付きフレキシブルシート
ト、センサ実装、センサ実装
封止プロセスの開発（大日本印刷）

最終目標●耐候性保護層について（H２６年度実施内容） ：材料を選定しPETフィルムへの密着性を確保、均一コーティング技術を確立した。

実現手段

実現手段
①MEMSﾌﾟﾛｾｽ ②基板から剥離 ③ﾌﾚｷ基板に転写

S1：ひずみセンサ

ﾌﾚｷ上極薄ｼﾘｺﾝ

MEMS極薄ｼﾘｺﾝ④ｽｸﾘｰﾝ印刷配線

回路

通信
送信される データ
(S1, S2, S3, …, Sn, T, ID)

S3：ひずみセンサ

アンプ

ＭＣＵ

メモリ

A/D
Sn ：ひずみ
ず センサ

変換

電源
管理

回路ブ ック
回路ブロック：40mW

地震検知センサ

センサだけでなく回路も転写できるよう、数mm角チップの転写方法を開発

ｾﾝｻﾌﾞﾛｯｸ：30mW

地震時に信号

S1

S4

S7

S10

S2

S5

S8

S11

S3

S6

S9

S12

＞100mW

実現手段

水蒸気透過率＜2～3g/m2/dayのバリア特性を有する高耐
久バリヤ層 耐腐食性配線層を形成したフレキシブルシート
久バリヤ層、耐腐食性配線層を形成したフレキシブルシ
トの封止プロセスを確立し、実環境下で10 年の信頼性を実現

ＮＭＥMＳ技術研究機構

 成果の意義
 鋼橋における亀裂発生を簡便に模擬可能
 曇り時でも携帯機器用の太陽電池モジュール（7x5x0.1cm3）で駆動可能な
消費電力

UV吸収剤
長期曝露
PETフィルム

PETフ ルム
PETフィルム

アクリル樹脂中にポリシロキサン
がナノオーダーで均一に分散している。UV吸収剤によりUVをカットし、アクリル樹脂と下地のPETフィ
ルムをUV劣化から保護する

最表面のアクリル樹脂は長期曝露で分解するが、ポリシロキサン
が高密度で存在するため、劣化は進行しない

ＮＭＥMＳ技術研究機構

14

道路付帯構造物傾斜センシングシステムの開発(1)

鋼材溶接体亀裂周囲のひずみ分布評価系

鋼橋溶接部における亀裂発生

紫外線

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フレキシブル面パターンセンサによる橋梁センシングシステムの開発(5) これまでの成果
 箔ひずみセンサをアレイ化したフレキシブル面
パタ ンセンサを試作し 鋼材溶接体に粘接パターンセンサを試作し、鋼材溶接体に粘接
着シートで貼り付け、亀裂発生時のひずみ分布を評価する実験系を開発
 ひずみセンサ10個に対して、1つのMCUとRFひずみセンサ10個に対して 1つのMCUとRFIC（920MHz、150kbpsで100m通信）を用い 箔ひずみセンサアレイ
るシステムを考案し電力が400uWと試算
 鋼橋の溶接部で目視困難な箇所（長大松田教授）、ジョイントに実装して荷重計測（NEXCO西日本）へのニーズを確認

アクリル樹脂（有機成分）

ポリシロキサン（無機成分）

太陽電池＋蓄電

最終目標(c) システム化と実証試験（産総研）●選定した材料の特徴 ：ポリシロキサン分散アクリル樹脂層（UVカット層）による長期耐候性発現のメカニズム

ひずみ
分布

T：温度センサ

長尺極薄ｼﾘｺﾝ(b) 配線付きフレキシブルシート、
センサ実装技術、封止プロセスの開発
センサ実装技術 封止プロセスの開発

通常：一時間に 一回
地震：ただちに測定

スイッチ

S2：ひずみセンサ

長大松田研究室のデータ

担当：富士電機
開発の内容
道路情報板、道路照明灯等、道路付帯物の劣化・損傷を、「傾斜の変化」及び「揺れ方（振幅、振動数）の変化」により、モニタリングする。

新規性・優位性

先端に繰り返し力を加えると溶接部に亀裂が発生• 感度1x10-6• 粘接着シートで貼り付け• シートを並べて亀裂進展に伴うひずみ分布を測定

・自立電源で駆動する、傾斜、
振動、温度を同時計測する
無線マルチセンサ端末
・複数ｾﾝｻ間の時刻同期

ジョイントに実装

・高速無線通信による大容量
ﾃﾞｰﾀ送信（高度解析対応）
ジョイント

ＮＭＥMＳ技術研究機構• ジョイント側面やフィンガー裏にシートを貼りつけ• ひずみ測定値∝通過車両の荷重• 荷重と通過台数をモニタリング
15

ＮＭＥMＳ技術研究機構

16道路付帯構造物傾斜センシングシステムの開発(2)(a)MEMSセンサデバイスの開発

道路付帯構造物傾斜センシングシステムの開発(5)(3)無線仕様の検討()無線仕様 検討(b) 傾斜マルチｾﾝｻ端末の開発：（静電容量式加速度ｾﾝｻﾃﾞﾊﾞｲｽ）
最終目標

実現手段
＜傾斜測定 温度影響の低減による出力安定化 ＞＜傾斜測定：温度影響の低減による出力安定化
・ 単純で対称構造化：接合部等の非対称構造部の構造最適化（MEMS)
・ 信号処理回路：安定性向上（温度特性の向上、低ﾉｲｽﾞ化：含む信号処理）＜振動測定：高分解能化＞
・ ｼﾘｺﾝの高ｱｽﾍﾟｸﾄ深掘加工による高感度化（狭ｷﾞ ﾌﾟ 電極面積拡大）（狭ｷﾞｬｯﾌﾟ、電極面積拡大）～30m（最大50m）

・ 傾斜/振動/温度を同時測定する
傾斜マルチセンサ端末の開発

・・・・ 傾斜測定における出力安定性 0.05deg
0 05d・ 振動測定 分解能 0.1gal （自立電源型）

モバイルＶＰＮ

実現手段＜低消費電力化＞
・太陽電池による自立電源化
太陽電池による自立電源化＜突発事象検出＞・監視ﾓｰﾄﾞ：10Hz程度の低周波ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞと極短時間（数msec)の起動・ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ・停止＜無線通信と高度解析対応（モ ド解析等）＞＜無線通信と高度解析対応（モード解析等）＞
太陽電池
・複数センサ間の時刻同期：

1回/時間

受信機
最大2台
（通常1台）

1回/時間
センサ：３～８台（通常4台） ＊検討中

１時間に３分間
３軸の加速度を200Hzでサンプリング

無線ｼｽﾃﾑでの時刻同期

・高速無線通信（１Mbps)：
高速無線通信（１Mbps)：③ 無線種類の選定

振動等大量ﾃﾞｰﾀの短時間送信(ｃ) ｼｽﾃﾑ構築と実証実験：
実ﾌｨｰﾙﾄﾞにおける評価検証完了
・課題の抽出と対策の検討
実現手段
実ﾌ ﾙﾄﾞにおけるPDACサイクルを早く回す
実ﾌｨｰﾙﾄﾞにおけるPDACサイクルを早く回す

時刻/ｈ
ＮＴＰ

ｺﾝｾﾝﾄﾚｰﾀ

受信機

５７分 ５８分 ５９分 ０分

１分

２分

３分

４分

５分

上位へ転送
６分

７分

同期用
ﾋﾞｰｺﾝ
データ送信

センサ①
センサ②
センサ③
サンプリング

２００Hzｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ‐３分間 データ量４３６ｋB
ＦＥＣコード付加によってデータ量を倍とすると≒９００ｋB ＝７２００ｋbit
１分毎に各センサのデータ送信タイミングを割り振る

要求仕様

無線仕様

ﾃﾞｰﾀ量：900kB／h

伝送速度：1,000kbps以上

伝送距離：最大50m
送出力：+13dBm 以上、感度：-105dBm以下
感ｾﾝｻ側消費電力：avr.0.5mW

受信時電流:20ｍA以下、送信時電流：40mA以下、スタンバイ電流：1μA以下◆ARIB STD‐T108（920MHz）の無線を採用◆無線通信に必用なスペック検討と無線ICの絞込みを行い、◆無線通信に必用なスペ
ク検討と無線ICの絞込みを行い無線通信の開発仕様を決定した。

18

ＮＭＥMＳ技術研究機構

変位センシングシステムの開発(1)18

変位センシングシステムの開発(2)担当：三菱電機(b)小型・高耐久型・多機能型センサ端末の開発(a)高精度電波変位計測技術の開発

開発の内容
法面に設置した複数のセンサ端末からの電波を道路沿いに設置した複数の子受信機で受信し、電波の位相差を用いることでセンサ端末の位置を推定する。計測された変位・温度・雨量データ等は、

最終目標

最終目標

・実環境下でミリメートルオーダ以下の精度で法面実環境下でミリメ トルオ ダ以下の精度で法面変位を計測

・少なくとも1時間に1回の無線通信を含む全ての動作を自立電源で自己動作できるとともに突発事象を検出
・通信距離30m以上

共通プラットフォームに送られ、一括管理する。

実現手段

実現手段
新規性・優位性・別途固定点に設置した校正用端末を用いた電波環境の変化等に起因するバイアス誤差の補償

・ 電波位相差を用いることで、高計測頻度・全天候型・3次元で
法面変位を計測・ 電波環境が変化（マルチパス、・小型、高耐久性、高小型 高耐久性 高
信頼性を実現するセラ
ミックパッケージ技術
・多機能化（自立電源、多機能化（自立電源、複数センサ共有、無線
メッシュネットワーク、
省電力化）技術(c)センサ端末の動作検証
最終目標雨水等）した場合でも、固定点に設置した校正用端末による・法面実環境下での実証実験でミリメートルオーダ以・法面実環境下での実証実験でミリメ
トルオ ダ以下の法面変位計測動作検証完了

バイアス誤差補償技術で高精度計測②②タイムシーケンス●クロック精度を±5PPMとすると１分間で最大±0.3ms の同期づれ ⇒ 1分間隔のビーコンで同期を補正

TCP/IP通信
435.24kB＋α×4（最大8）台／時間
センサ識別
付帯情報
X_00001 (gal)
加速度データ（432kB)
Y_00001 (gal)・200Hzサンプリング
Z_00001 (gal)・3分・4byte×3軸
Z_36000 (gal)
傾斜データ（2.88KB)
X_001 (deg)・2Hzサンプリング
Y_001(deg)(d )・3分
・4byte×2軸
Y_360(deg)
温度データ（0.36ｋB)
d_001(℃)
・1Hzサンプリング
3分
・3分
d_180(℃)
℃
・2B

17 17

ＮＭＥMＳ技術研究機構

DB①傾斜マルチセンサ端末の通信量

実現手段
・実環境下での動作確認及び課題抽出
実環境下での動作確認及び課題抽出
・センサ端末単体動作及びシステム接続動作検証

法面変位センシングシステムの概念
ＮＭＥMＳ技術研究機構

19

ＮＭＥMＳ技術研究機構

20

変位センシングシステムの開発(3)

変位センシングシステムの開発(4)多機能型センサ端末のH/W検討

・位置を固定した920MHz帯の送信源からの電波を複数の受信機で収集・受信信号の位相ばらつき特性（標準偏差）を評価→次ページの精度解析シミュレーションの条件として利用

以下のシステム基本検討を実施。その結果を踏まえ、基本設計を完了
・Sleep制御による省電力化
イベントドリブンも考慮し、10分毎に観測（電波送信）
リチウムイオンキ パシタ
リチウムイオンキャパシタ⇒ 1時間当たり7mWh
270F×3=810F
・自立電源の構成検討
充放電回数(10万回以上）、
動作温度範囲（-20～60℃）
7mWhを賄うため自立電源として、太陽電池とリチウムイオン 40mm
キャパシタによる構成を選定

Rx

Tx
センサ端末サンプル
位相差標準偏差は3度以下

ガード期間(パケットの送信を行わない期間)

親受信機
(制御局)

Sl
Sleep期間
期間
TsleepA
Active期間期間
T1

TactiveSl
Sleep期間
期間

A
Active期間期間

25mm

Sleep状態
にある期間

T2

センサ
端末#1

パッケージ
太陽電池パネル

子受信機間の位相差データを評価

Rx

センサ
端末#2

蓄電
デバイス

センサ
端末#3

Sleep 制御タイミング
Active期間 30 秒
Sleep期間 560秒
ガ ド期間 10秒
ガード期間

アンテナ

電源
コント
ローラ

無線モジュール
無線モジュール（2cm×4cm×1cm以下）

温度
センサ

センサ
端末

外部端子

消費電力量 7mWh

日照がない場合も約6.2日は観測継続可能
ＮＭＥMＳ技術研究機構

親受信機

子受信機

子受信機間の信号位相差の情報からセンサ
端末の変位を算出

子受信機

ＮＭＥMＳ技術研究機構

21

変位センシングシステムの開発(5)22無線通信ネットワーク共通プラットフォームの開発(1)・精度解析シミュレータを作成し、変位計測信号処理の基本特性を評価→ 4mmの変位を検知可能なセンサ端末・子受信機配置を確認し、センサネットワークシステムの基本設計を完了

担当： NTTデータ

開発の内容
多種多様なセンサに対応する共通センサプラットフォームを開発
共通プラットフォーム
共通プラットフォ
ム

シミュレーション例
シミ
レ ション例
精度評価結果（位相差ばらつき 3度の場合）
横手方向
奥行方向
垂直方向

センサ端末・子受信機配置例
端末
受信機 置例

子受信機
Tx

橋梁用
センサ

920MHz
特⼩無線等

収集サーバ
コンセントレ タ
コンセントレータ

・・・

トンネル用
センサ

変位計測精度
解析シミュレーション

子受信機

親受信機

子受信機

子受信機間の信号位相差の情報からセンサ
端末の変位を
算出

Tx

センサ
端末

子受信機

外部業務
データ
（点検等）

デ タ
データ
転送

共通機能

T 18における変位誤差
Tx18における変位誤差

R
Rx

業務
システム

各監視対象の個別解析機能・多種多様なセンサに対応可能で、複数種類データを一元的に取り扱うことが可能
・センサの変更や追加に対し、遠隔からのソフトウエアモジュール更新のみで対応可能
・設備共通化によるコスト削減

位相差ばらつき 3度でシミュレーション（前述の実験データを踏まえて設定）

ＮＭＥMＳ技術研究機構

アプリＢ
アプリＣ

新規性・優位性

4mm

アプリＡ

23

ＮＭＥMＳ技術研究機構

24

無線通信ネットワーク共通プラットフォームの開発(2)無線通信ネットワーク共通プラットフォームの開発(3)

最終目標（１）多種多様なセンサに対応するための通信仕様の開発

共通センサプラットフォームの実現に向け、下記３点の技術開発を完了する。
(a) 多種多様なセンサへの対応(b) コンセントレータ間の連携通信対応 （１つのコンセントレータにデータを集め通信回線を集約）(c) セキュアな情報収集への対応
実現手段(a) 様々なデータフォーマットやイ
ンターフェースの差異を吸収し、遠隔から変更可能とする(b) コンセントレータ間の低損
失マルチホップの構成
コンセントレータ A
送信

受
信

処
理

送
信

受
信

処
理

送
信

受
信

処
理

送
信

回線制御

データ転送実施

通常は不要（バックアップ⽤）

コンセントレータ B

モデルＡ ① ＴＣＰ／ＩＰソケ ト通信
モデルＡ-①：ＴＣＰ／ＩＰソケット通信
モデルＡ-②：ＦＴＰなど既存プロトコル利用
TCP/IP通信(c) ソフトモジュール単位の検証と接続要求の検証
実施

LAN
920Mhz無線区間①プログラム不正改変防止
ソフトウェアモジュールの署名チェックを実施（国際標準OSGi 利用）
回線B

モデルＢ (産総研)

コンセントレータ

モデルＢ：グリーンセンサプロジェクトの活用
USB受信モジュール②センサ不正アクセス防止
センサ接続要求の検証として認証、認可、アカウンティ
ングを実施

ＮＭＥMＳ技術研究機構

920Mhz無線区間

コンセントレータ
USBシリアル通信

25

無線通信ネットワーク共通プラットフォームの開発(4)ＮＭＥMＳ技術研究機構

26

無線通信ネットワーク共通プラットフォームの開発(5)（１）多種多様なセンサに対応するための通信仕様の開発（１）多種多様なンサに対応するための通信仕様の開発
モデルＡ-② FTPファイル送信ロガー(Linuxマシン等)

回線A

回線制御

受信

処理

コンセントレータ

モデルＡ (三菱電機、富士電機、東芝)（２）データセンタへの共通プラットフォームの構築（２）デタセンタへの共通プラットフォ ムの構築

モデルＡ-② CSVファイル送信データイメージ

物理サーバなどを小規模で構成し、仮想基盤上に複数の仮想サーバを用いてシステムを構築した。今後のリソース拡張に備え、かつ、効率的なシステム環境を構築した。

既存プロトコルの活用により 安定した通信と 開発工数の最小化が期待できる
既存プロトコルの活用により、安定した通信と、開発工数の最小化が期待できる
ＮＭＥMＳ技術研究機構

27

ＮＭＥMＳ技術研究機構

28

高耐久性パッケージング技術の開発(1)

高耐久性パッケージング技術の開発(2)担当：MMC、日本ガイシ、大日本印刷、産総研

開発の内容

最終目標
パッケージサイズ；７ｃｍｘ１０ｃｍｘ５ｃｍ

高低温、高湿、落雷、高濃度腐食ガス、高塩分濃度雰囲気等の悪環境 の耐性及び、
高低温、高湿、落雷、高濃度腐食ガス、高塩分濃度雰囲気等の悪環境への耐性及び、小型・軽量を実現するために、共通技術として、無線アンテナ、自立電源、処理回路を内蔵するオールインワンセラミックパッケージ、構造物への接着材料・プロセス技術、10年保証する試験技術を開発する。
10年保証する試験技術を開発する

耐久性
耐久性；１０年以上
年以パッケージに搭載する端末；SAセンサ端末（東芝） （太陽電池、蓄電池、無線モジュール等含む）
傾斜センサ端末（富士電機） （太陽電池、蓄電池、無線モジュール等含む）
電波位相差センサ端末（三菱電機） （太陽電池、蓄電池、無線モジュ（太陽電池 蓄電池 無線モジュール等含む）
ル等含む）

新規性・優位性

封止用基板（１）には、太陽電池が内蔵できる透光性セラミック基板開発

実現手段
レーザ照射接合・ 高誘電率で高周波に適し、低抵抗アンテナ金属を埋め込めるLTCC と透光性セラミックとの高気密パッケ ジ
高気密パッケージ

上記基板に最適な低温あるいは局所接合できる封止材料を用いた高気密封止接合開発自立電源

LTCC： Low Temperature Co-fired Ceramics

センサ

・ 最適形状設計によるLTCCに埋め込まれた
低指向性アンテナ技術

封止用基板（２）には、アンテナと低抵抗配線・回路を内蔵でき、実装用
キャビティを形成できるLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)基板開発

無線

無機・有機耐候性層、PET層、接着剤層、銅配線層、PEN層からなる複数層シ トフ ルム実装により高耐久性のあるシ ト フ ルム開発
数層シートフィルム実装により高耐久性のあるシート・フィルム開発

コンクリート・鋼板

・ 光遅延硬化性接着シートによる設置容易性

薄膜エポキシ系粘接着ｼｰﾄによる簡単施工の粘着接合開発
不飽和PCT試験 塩水噴霧試験 キセノン耐候性試験によるリモ ト耐久性加速試験法開発
不飽和PCT試験、塩水噴霧試験・キセノン耐候性試験によるリモート耐久性加速試験法開発

ＮＭＥMＳ技術研究機構

ＮＭＥMＳ技術研究機構

29

高耐久性パッケージング技術の開発(3)高耐久性パッケージング技術の開発(4)(a)高効率ｱﾝﾃﾅ内蔵LTCC基板及び透光性ｾﾗﾐｯｸ基板の開発（NGK）
ｱﾝﾃﾅ内蔵LTCCによる放射強度パターンシミュレーションにより、180°指向性を持つLTCC
パッケージ可能性を得た。また、キャビテイ構造を持つパッケージを試作し、プロセス課題として、段付き構造の場合 ある条件下でクラック発生があることがわかった
段付き構造の場合、ある条件下でクラック発生があることがわかった。

(b)高気密封止接合技術（MMC,()高気密封止接合技術（ C, 産総研）

接合材料比較

● LTCC基板及び透光性セラミックをパッケージ基板に用いる

熱硬化樹脂

低温はんだ

160～250
○
○
○
○
○
△

180～250
○
△
△
○
×
△

接合温度(℃)
熱影響
被 セラミックス
接 ガラス
着 金属
材 樹脂
信頼性

場合において 低融点等のガラス封止材が適している
場合において、低融点等のガラス封止材が適している。

試作したキャビテイ構造・段付きLTCC基板②段付キャビティ
LTCC基板CC基板

30●低融点･低熱膨張率ガラスを用いた透光性セラミックスと③段付部分の拡大写真

LTCC基板のレーザー封止接合実験を行った結果
LTCC基板のレ
ザ 封止接合実験を行った結果、低熱
低熱
膨張率ガラスのほうが良好であった。

段付幅2mm

低融点
ガラス
220～300
△
○
○
○
×
○

金-スズ
はんだ
270～320
×
△
△
○
×
○

段付部分
溶融条件の探索

課題；段付き構造の場合、プロセス条件によって、クラック発生。

封止接合実験
1mm

溶融領域

高耐久性パッケージ用基板

目標3mm
レーザー
照射

スキ ン
スキャン

溶融実験試料
封止
ガラス
マコール
ル
基板

ＮＭＥMＳ技術研究機構

31

スキャン速度
1m/sec

押し付け
ガラス

押付け

レーザー
レ
ザ
スキャン

透光性
ｾﾗﾐｯｸｽ

封止接合
実験試料

ｽﾍﾟｰｻ
封止用
低融点ガラスＮＭＥMＳ技術研究機構

LTCC
32

高耐久性パッケージング技術の開発(5)高耐久性パッケージング技術の開発(6)(c) ｼｰﾄﾌｨﾙﾑ実装材料及びプロセス開発(DNP)(d)-2 構造物への取付・接合開発（DNP)

耐候性を高める為に、無機・有機耐候性層、PET層、接着剤層、銅配線層、PEN層からなる
複数層シートフィルムのプロセス設計を行い、試作着手した。
○プ セスフ○プロセスフロー○構成図
外部端子
セラミックパッケージ

配線シート形成

芯材無の薄膜化した粘接着ｼｰﾄをＬＴＣＣ/粘接着ｼｰﾄ/ｺﾝｸﾘ・鋼板構成で引張強度を評価した。
JISA5557外装ﾀｲﾙ貼り有機系接着剤の初期引張強度＞0.6(N/mm2[MPa])を確認し、芯材有の厚膜粘接着ｼｰﾄと比較して芯材有の厚膜粘接着ｼ
ﾄと比較して、引張強度が同等以上であり、シ引張強度が同等以上であり シートとして使用可能性大トとして使用可能性大。

開発課題

・高耐久フィルム ： 層構成の最適化（多層化）・積層プロセス ： ラミネート、コーティング確立■ 評価サンプル
芯材(網目状のポリエチレン）

導電ペースト、半田等
耐候性シート

封止剤

開発課題

銅配線
粘接着層

実装（PKG搭載）

ベースフィルム

・実装技術
実装技術 ： 搭載方式と条件の確立
・封止技術 ： 封止材充填条件確立（スクリーン印刷、ディスペンサ等）

耐候性コート層（無機-有機ハイブリッド層）
10µm～20μm
PET
銅配線
18μm

開発課題

粘着シート貼り合わせ

50μm

・一体化技術：粘接着層形成

接着剤層
25μm～

PEN/PET 50µm

厚み

芯材

ｻﾝﾌﾟﾙＡ

５００µｍ

有ｻﾝﾌﾟﾙＢ

２００µｍ

無■ コンクリ・鋼板 構成○配線シートの構造
耐候性シート部

ｻﾝﾌﾟﾙ名

構成

厚み

ＬＴＣＣ

２ｍｍ

プライマ

５０µｍ～１５０µｍ

粘接着
シ ト
シート

・５００µｍ（芯材有）：ｻﾝﾌﾟﾙＡ・２００µｍ（芯材無）２００（芯材無） ：ｻﾝﾌｻﾝﾌﾟﾙＢﾙＢ

プライマ

５０µｍ～１５０µｍ

コンクﾘ
鋼板

１０ｍｍ （＃１５０研磨）
３ ２ｍｍ （Ｓａ ２．５）
３．２ｍｍ
２ ５）

> 0.6

接着面積４０×４０ｍｍ２
ＮＭＥMＳ技術研究機構(e) ﾊﾟｯｹｰｼﾞﾝｸﾞ評価用ﾓｼﾞｭｰﾙと耐久性加速試験法の開発（（MMC）

開発の内容
発

●第２次評価モデルを設計し、試作した。
（１）太陽電池・リチウムイオン電池を搭載；耐候性信頼性評価試験が出来る（２）６軸加速度、角速度センサを搭載；耐振動性信頼性評価試験が出来る。
（ ）送受信 能に（３）送受信可能にするファームウエア及び高速データ/低速データ用の２チャンネル通信；
び高速デ
/低速デ
ネ 通信
計測・送信頻度、キャリブレーションをセンター側からリモート設定出来る。
（４）外部センサ入力端子付；東芝、三菱、富士センサを取り付け、評価試験が出来る。
●加速試験評価用システムを完成した。
●加速試験評価用システムを完成した（１）リモートで、加速試験法である塩水噴霧加速試験、耐候性加速試験、PCT加速試験を試験計測評価できるようになった。
認定試験機関

SW

67mm

低速データ
双方向
通信
200Kbps

GSN改良品 920MHz
10Kbpsp
20mm
30mm
リチウムイオン電池

塩水噴霧
加速試験
加速試験、

受
信
機

高速データ
通信

センサ入力端子

無線受信機

WiFI

セ
ンタ

サーバ
インターネット

40mm
32mm

太陽電池

担当：幹事機関NMEMS （高速道路会社、センサ・システム企業、ＮＴＴデータ）

４つのフィールドで1年以上の実証実験を実施し、進行している劣化・損傷診断に必要な基礎データを取得する。データの一元管理化や統合データベース構築とネットワークを利用した閲覧の実証及び評価研究を実施する。一般道へ展開するために有用なパラメータを抽出する。

加速試験評価用システム

改良試作モジュール品

電源端子（振動発電用）34

道路インフラ状態モニタリング用センサシステムの実証及び評価研究(1)

高耐久性パッケージング技術の開発(7)41mm

ＮＭＥMＳ技術研究機構

33

つくMMC

PCT加速試験等

・複数の高速道路会社の参画により、道路インフラ全般のニーズに沿った開発が可能
・無線通信ネットワーク共通プラットフォームにより複数センサ信号の収集とデータの一元管理

東芝、三菱、富士電機センサ
ＮＭＥMＳ技術研究機構

＠佐久平

新規性・優位性WEB上で塩水噴霧試験結果を評価（例）H26.11.17～24実施

35

ＮＭＥMＳ技術研究機構

36道路インフラ状態モニタリング用センサシステムの実証及び評価研究(2)道路インフラ状態モニタリング用センサシステムの実証及び評価研究(3)

最終目標
最
標

○実証場所候補地の選定

・道路インフラ全体を統合したトータルな維持管理を行う道路インフラ状態モニタリング用センサシス
テム全体の実証及び評価研究も実施する。複数の高速道路会社、センサ企業、通信システム企業、実装企業が連携して実証実験結果を評価し センサ端末開発にフィ ドバックするとともに道路イ
実装企業が連携して実証実験結果を評価し、センサ端末開発にフィードバックするとともに道路イ
ンフラ全般のニーズに沿ったシステムを開発する。

①橋梁：NEXCO西日本（４箇所）、阪神高速（４箇所）②道路付帯構造物： NEXCO中日本（6箇所）、阪神高速（3箇所）③法面： NEXCO東日本（2箇所）、阪神高速（1箇所）

・橋梁、道路付帯物、法面を対象とした個別フィールドで1年以上の実証実験を実施し、各フィールドの劣化 損傷診断に必要な基礎デ タを取得するとともにの劣化・損傷診断に必要な基礎データを取得するとともに、一般道へ展開するのに有用なパラメー
般道 展開するのに有用なパラメタを可能な限り抽出する。
・高速道路で得られた成果を一般道にも展開することで、安全・安心で豊かな国民生活に貢献する。
・ NEDOが別途委託している日立製作所及び横河電機と連携して、道路インフラへの実証評価及び傾斜センサの法面モニタリングへの適用可能性を評価する。

実現手段
・各フィールドのニーズにあった最適な実証場所を参画している高速道路会社の現場から1ヶ所以上選定する。
・四季の影響を見るため、1年以上の実証実験の実施及び道路インフラの劣化・損傷診断に必要な基礎データを取得する。
・高速道路で得られた成果から一般道へ展開するのに有用なパラメータを抽出する

橋梁

・ 共同研究契約を締結して、日立製作所及び横河電機との連携を強化して開発を進める。
ＮＭＥMＳ技術研究機構

道路付帯物

法面

ＮＭＥMＳ技術研究機構

37

広報・普及活動38

研究推進体制ＮＥＤＯ①RIMS HPの開設（http://rims.la.coocan.jp/）
HPの開設（http://rims la coocan jp/）

プロジェクトリーダー：油田
プロジ
クトリ ダ 油田 信
信一
サブプロジェクトリーダー：下山 勲②ブログでの活動情報の広報（http://www nanomicro biz/mems/cat23755847/index html）（http://www.nanomicro.biz/mems/cat23755847/index.html）（技）ＮＭＥＭＳ技術研究機構
インフラモニタリング研究所

・NEDO公募事業に採択（公開：2014.7.16）等１１件のブログを掲載
分散研究所

③取材関係
1)プレスリリース【2015年1月19日】
・再委託先の東京大学より「東京大学IRT研究機構が新たな弾性表面波計測デバイスを実現」に関してMEMS2015のオーラルセッション等へ採択されたことをプレスリリースし関してMEMS2015のオ
ラルセッション等へ採択されたことをプレスリリ スし、以下2件にプレ
以下2件にプレスリリースの内容が掲載された。
ⅰ) 日経Tech-on【2015年1月21日】ⅱ) 日刊工業新聞【2015年01月30日】
2)取材
・日経BP社（2014.11.6取材）記事掲載「日経エレクトロニクス」（１２月8日号）の特集記事「現実解へ動くインフラ電装化」の中でRIMS
日経 レクトクス」（１２月8日号）の特集記事 現実解 動くインフラ電装化」の中でRIMS
関連記事掲載④ 広報誌及び雑誌への掲載

1.ＮＴＴデータ
2.大日本印刷
3.東芝
4 日本ガイシ
4.日本ガイシ
5.富士電機
6.三菱電機東 本高速道路
7.東日本高速道路
8.中日本高速道路
9.西日本高速道路
10.阪神高速道路
11 産業技術総合研究所
11.産業技術総合研究所
12.マイクロマシンセンター

本部
技術開発推進室

社会インフラ研究センター
社会インフラ推進連絡会（四半期毎開催）
委員会
社会インフラ研究会(毎月開催）
無線通信共通プラットフォームＷＧ（適宜開催）

知的財産権委員会
社会インフラ分科会

再委託先：東京大学

・MICRONANO広報誌2014年7月号と2014年8月号でプロジェクトの概要を紹介

再委託先：京都大学
ＮＭＥMＳ技術研究機構

39

ＮＭＥMＳ技術研究機構

40

波及効果

スケジュール
テーマ名

FY2014FY2015FY2016FY2017FY2018（１）国、地方公共団体管理道路への展開（１）道路インフラ状態モニタリング用センサ端末の研究開発（２）他の社会インフラ（鉄道 港湾施設 プラント等）への展開（２）他の社会インフラ（鉄道、港湾施設、プラント等）への展開（1-1-1)スーパーアコースティックセンサによる橋梁センシングシステムの開発（振動）（1-1-2）フレキシブル面パターンセンサによる
橋梁
橋梁センシングシステムの開発（ひずみ）グ
発（ ずみ）

３年で新規センサ・
センシングシステムを完成

実証評価及び実用化研究

共通プラットフォームの完成

実証評価及びデータベース構築（３）海外事業展開(1-2)道路付帯構造物傾斜センシングシステ
ムの開発(1-3)法面変位センシングシステムの開発(2)道路インフラ状態モニタリング用センサシ
ステム共通基盤技術の研究開発(2-1)無線通信ネットワーク共通プラットフォー
ムの開発(2 2)高耐久性パッケ ジング技術の開発(2-2)高耐久性パッケージング技術の開発(3)道路インフラ状態モニタリング用センサシ
ステムの実証及び評価研究

実証実験準備鉄道

本格実証・データ蓄積

ＮＭＥMＳ技術研究機構

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謝 辞

本研究は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託研
究業務の結果得られた成果です。
究業務の結果得られた成果です

ＮＭＥMＳ技術研究機構

港湾施設

プラント

（出典：国交省資料）

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ＮＭＥMＳ技術研究機構

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