~ 배터리 전원 "Pikopiko"를 이용한 꿈의 기술
초 전원 절약 메탄 센서 개발 ~

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"Pikopiko"의 개발

전 세계 최초의 배터리 구동 가정용 무료 슬롯 경보 개발, 배터리 전원 "Pikopiko"를 실현하는 꿈의 기술인

개발자 인터뷰

배터리 전원 "Pikopiko"를 이용한 꿈의 기술
초전대 절약 메탄 센서 개발

"Pikopiko"는 우발적 인 가스 누출 또는 불완전한 연소로 인해 방의 공기 먼지를 감지하고 경고하는 가정용 가스 경보입니다. 우리는 석방 된 이후 많은 가정에 안전과 보안을 계속 개선하고 제공했습니다.
지금까지 축적 된 최상의 기술을 모아서 16 년의 경험의 도전을해온 배터리 전원 "Pikopiko"를위한 가스 센서를 개발하는 프로젝트. 두 개발자는 제품의 출생으로 이어지는 비하인드 스토리 개발에 대해 이야기 할 것입니다.이 문제는 차례로 서있는 어려운 문제를 해결하는 방법과 꿈의 기술을 실현할 수 있었던 이유를 포함합니다.

회원

에너지 기술 연구소

[Vice Director] Executive
Brissercher (Science of Science)
Onishi Hisao
Surface Science Team [차장 부장]
Nonaka Atsushi

사회의 필요에서 태어난 고성능 가계 용도
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실패에서 태어난 에너지와 우연의 발견을위한 도전

에너지 절약 및 대기하는 큰 벽 달성
높은 신뢰성을 설정하는 기술 개발

사회의 필요에서 태어난 고성능 가정용
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"Pikopiko"가 태어 났을 때 채팅 경보를받는 것은 여전히 드물었을 것입니다.

Onishi: "Pikopiko"는 1980 년에 출시되었습니다. 원래 Pikopiko는 가스 누출이 감지 될 때만 경고음이 울립니다. 그러나 나중에 다양한 홈 가전 제품에 의해 방출되는 전자 소리와 더 쉽게 구별하기 위해 "가스 누출이 있습니까?" 당시 말하기 장비와 가정 기기는 여전히 드물었지만 고객이 소리와 메시지에주의를 기울 이도록 장려하는 고급 기능을 처음으로 통합했습니다.

배터리 구동 "Pikopiko"에는 전원 코드가 없으므로 깔끔한 디자인을 제공합니다. 현재 항공기의 문제는 무엇입니까?

Onishi: 현재 Pikopiko 모델에는 많은 양의 가스 감지 센서가 소비되며 AC100V 전원이 필요합니다. 또한 도시 가스는 공기보다 가볍기 때문에 천장 근처에 설치해야합니다. 우리가 처음 "Pikopiko"를 판매하기 시작했을 때, 많은 주택에는 주방의 천장 근처에 환기 팬 아울렛이 있었지만 내장 환기 팬이 점점 더 많은 집에 바닥 근처에 매장이 있었기 때문에 가장 큰 도전은 더 많은 가정, 특히 벽에 장착 된 유형의 경우 천장에서 코드를 연결해야한다는 것이 었습니다. 결과적으로 "전원 코드가 방해가되므로 제거 할 수 없습니까?"

외모가 열악한 "Pikopiko"설치로 많은 고객이 거부되었습니다.

Onishi: 나는 많은 가구들이 새 집의 부엌에있는 벽에 접근 할 수없는 코드를 두는 것을 피하기 때문에 "Pikopiko"를 설치하는 것을 주저한다고 들었습니다. 가스 서비스 제공 업체로서, 이러한 이유로 우리는 고객의 안전과 보안을 보호하는 "피코 피코"를 설치할 수 없다는 것은 매우 불행한 일입니다. 우리는 설치를보다 쉽게 만들기 위해 기술적 인 연구를 지속적으로 노력하고 있으며 항상 시대의 요구를 충족시키는 제품을 제공합니다. 배터리 구동 Pikopiko는 또한 "사용자의 관점에서 사물에 대한 생각"이라는 기본적인 태도에서 태어난 획기적인 신제품입니다.

Pikopiko는 35 년의 역사를 가지고 있지만 개발의 배경은 무엇입니까?

Onishi: 1970 년대에, 알루미늄 새시는 일반 주택의 창문 재료에 사용되기 시작했고, 집은 밀폐되어 있으며, 가스가 약간 가스 누출로 인해 가스가 방 안에 남아있을 수 있다는 우려가 있었으며, 가스는 사회로 가져 왔습니다. 이러한 이유로 아파트 단지 산업의 일부는 "보이지 않는 가스 누출을 자동으로 감지하는 장치가 없다는 우려가 없으며"가스는 위험하므로 사용하지 않는 것이 좋습니다. "라고 말했습니다.

이에 대한 응답으로 오사카 무료 슬롯는 무료 슬롯 무료 슬롯 경보의 연구 및 개발을 시작했습니다.

Onishi: 다른 회사들이 마이크로 컴퓨터 미터를 사용하여 간접 가스 누출 감지 기술을 연구했지만 Osaka Gas는 가스가 실제로 사용되는 곳에서 가스 누출을 직접 감지하고 연구 및 개발을 시작하는 경보의 실질적인 사용에 중점을 두었습니다. 이것은 이번에 도입 된 가스 센서 기술 개발의 촉매제였습니다. 우리는 당시 실용적이었던 LPG 가스 경보를 사용하여 도시 가스의 주요 구성 요소 인 메탄을 감지하는 센서를위한 기술을 개발하기 시작했으며 1980 년에 첫 번째 "Pikopiko"를 시작했습니다. 그 이후로, 우리는 가스 감지의 메커니즘 및 가스 센서의 성능 변화 메커니즘을 식별하고 수명을 연장하기 위해 3 년에서 5 년으로 성능 보장 기간을 개선함으로써 업계 최고의 연구 개발을 계속 추구했습니다.

(오른쪽) 세계 최초의 배터리 구동 가정용 무료 슬롯 알람 (왼쪽) 이전 모델

전력 절약 및 실패의 도전에서 태어난
필기체 발견

Pikopiko는 전원 코드가없는 고객이 요청했습니다. 무선이되기 위해 극복해야 할 높은 장애물은 무엇입니까?

Onishi: 도시 무료 슬롯의 주요 성분 인 메탄을 검출하려면 금속 산화물 반도체 (주석 산화물) 센서를 400 ° C로 가열하려면 반응을 일으키려면 메탄을 검출해야합니다. 이것은 배터리 전원에 큰 장애물이었습니다. 몇 년 동안 오랫동안 배터리를 작동 시키려면 현재 모델보다 약 1/1000 더 많은 전력을 소비해야했습니다.

초기 센서는 2-3mm이고 현재 센서는 0.5mm입니다. 오늘날에는 여전히 꽤 작습니다.

Onishi: 전력 소비를 줄이려면 센서를 줄이는 것이 효과적입니다. 초기 모델은 쌀 곡물의 크기에 관한 것이며 약 1W의 전력을 소비했습니다. 현재 AC 구동 센서의 양은 초기 모델의 약 10 분의 1이며 전력 소비는 약 0.2에서 0.04W로 감소합니다. 단순히 센서를 단순히 줄임으로써 전력 소비를 3 배까지 줄이는 것은 어렵습니다. 이전 기술의 확장으로 불가능하기 때문에 무선 가스 경보는 수년 동안 "꿈의 기술"이라고 불 렸습니다.

전자 현미경에 의해 볼 수있는 메탄에 민감한 주석 산화물 박막의 단면

오사카 무료 슬롯뿐만 아니라 많은 홈 어플라이언스 제조업체들이 무료 슬롯 센서를 얇게하려고 노력하고 있다고합니다.

Onishi: 일본 및 해외의 주요 반도체 제조업체를 포함한 많은 제조업체는 기본적으로 얇아지고 소형화하는 센서를 연구하기 위해 노력했지만 그 중 어느 누구도 성공하지 못했습니다. 메탄에 대한 큰 민감도를 얻는 것은 어려웠으며 민감도는 쉽게 바뀌 었으므로 "박막 가스 센서를 실질적으로 사용하기가 어렵다"고 업계에서 일반적인 지식이되었습니다. 우리 회사는 큰 메탄 감도를 안정적으로 일시적으로 일시적으로 중단하는 데 어려움을 겪는 역사를 가지고 있습니다.

박막 형성 실험 중에는 매우 중요한 "발견 된 발견"이있는 것 같습니다.

Onishi: 어느 날 실험을 계속하면서 메탄에 대한 민감도가 높은 것을 발견했습니다. 전자 현미경을 사용하여 주석 산화물 박막의 단면을 살펴보면, 우리는 그것이 신비한 원주 구조를 가지고 있음을 발견했습니다. 이것은 압력을 전환하는 실수로 만들어진 "우연의 발견"입니다.

압력 변환 오류의 원인은 무엇입니까?

Onishi: 우리는 소량의 아르곤 무료 슬롯를 진공에 주입하여 주석 산화물 박막의 생산을 연구하고있었습니다. 어느 날, 우발적으로 과도한 아르곤이 주사되어 나노 크기의 원주 구조 주석 산화물 박막이 수많은 작은 컬럼으로 형성되었습니다. 당시 압력 단위는 전 세계 SI 단위 시스템으로 통일되기로 결정되었고 결국 기존의 Torr (MMHG) 장치를 PA (PASCALS) 장치로 변환하는 데 단일 자릿수 실수를했습니다. 일반적으로, 우리는 잘못된 조건에서 제조 된 제품을 측정하지 않고, 세렌디피티를 평가하고 측정하면 큰 발견이 이루어졌습니다. 이로 인해 박막 제조 조건이 최적화되었으며, 결과적으로, 우리는 매우 높은 감도와 높은 장기 안정성을 갖는 주석 산화물 박막을 얻을 수있었습니다.

과거에, 술을 마시면 무료 슬롯 경보가 울릴 것입니다.

Nonaka: 당시 센서는 알코올과 수소에도 반응했습니다. 어느 시점에서, 많은 허위 보고서가 Hyogo 현에서 발생했으며, 그것을 자세히 살펴 보았을 때, 나는 그 원인이 "달팽이에 끓인 것"이라는 것을 알았습니다. 센서는 Mirin에 반응했습니다.

나는 기술 개발 과정에서 허위 보고서를 억제하기 위해 "우발적 인 발견"이 이루어 졌다고 들었습니다.

Onishi: 처음에는 메탄과 수소를 감지 할 수있는 센서를 개발하려고했습니다. 이 센서는 메탄과 수소의 감도가 동일해야하기 때문에, 나는 메탄과 수소에 같은 수준으로 스며 들어 촉매 층을 연구하고 있었지만 어떤 이유로 촉매를 합성 할 때 실수로 100도 이상의 온도에서 그것을 구워 냈습니다. 결과적으로, 비 메탄을 산화시키고 제거하는 능력이 증가하고, 메탄을 산화시키는 능력 만 손실되는 촉매가 얻어졌다. 비 메탄을 선택적으로 산화시키고 제거하는 촉매를 발견 한 후, 우리는 메탄 만 감지하는 센서를 개발하기 시작했습니다. 그리고 허위 보고서를 유발하는 구성 요소의 민감도를 크게 억제하는 것이 가능해졌습니다.

Nonaka: 다음으로, 다시 한 번, 세렌디피티를 평가하고 "취소 발견"의 획기적인 가능성을 실현하면 연구 개발의 주요 단계가되었습니다.

에너지 절약 및 나를 기다리고있는 큰 벽 달성

MEMS 기술은 에너지 절약을 달성하기 위해 필요했지만 일반적으로 MEMS 기술은 무엇입니까?

Onishi: MEMS는 마이크로 전기 기계 시스템의 약자이며 마이크로 전자 기계 시스템을 나타냅니다. 일반적으로 사용되는 방법은 반도체 센서를 더 작게 만드는 것이며 게임 콘솔 리모컨 및 스마트 폰 스피커의 움직임을 감지하는 센서에도 사용됩니다.

우수한 MEMS 기술을 갖춘 센서 제조업체와 공동으로 개발 되었습니까?

Onishi: 실제로, 우리가 개발 한 기술을 개발하기 위해 당시 경보와 센서를 만든 여러 제조업체에 접근했을 때, 그들은 "이런 종류의 일이 유용 할 수 없다"와 같은 이유 때문에 모든 사람을 거부했으며 "우리가 박막 센서를 대량 생산하기가 어려워지기가 어렵습니다. 그러나 신문이 우리 회사가 생산 한 높은 선택성을 가진 메탄을 감지 할 수있는 박막 센서 "가 당시 환경 연구소의 환경 추적 메탄 측정 프로젝트를 위해 채택되었다고 발표했을 때, MEMS 기술을 사용하여 작은 지역만을 가열 할 수있는 마이크로 해당 기술을 개발할 수있는 Fuji Electric은 당시 환경 연구소의 환경 추적 측정 프로젝트에 채택되었습니다. 그 후 얼마 지나지 않아 Fuji Electric은 "두 회사의 기술을 결합하여 전력 절약 센서를 개발 하시겠습니까?"라고 요청했습니다. 그리고 이것은 공동 개발의 촉매제였습니다.

이 조인트 개발에서 생성 된 전원 절약 센서 칩은 매우 작습니까?

Nonaka: 센서 팁은 둥근 실리콘 플레이트 내부에 작은 구성 요소 구조를 만들어 나중에 분해하여 만들어집니다. 한 CD 영역에 수천 개의 칩이 줄을 섰습니다. 오른쪽의 사진은 그 중 하나에 대한 확대 된 시야를 보여줍니다. 팁의 중앙에있는 둥근 부위에는 얇은 주석 산화물 필름이 있으며, 이는 머리카락 한 가닥과 거의 같은 영역입니다.

전원 절약 센서 칩의 확대 사진.
팁 아래에는 사람의 모발이 있습니다 (두께 약 0.1mm)

그들이 그렇게 작게 만들어야하는 이유는 무엇입니까?

Onishi: 전력 절약 센서에는 약 한 머리카락의 작은 영역에 원주민 산화물 박막이 있으며, 촉매 층이 그 위에 놓여 있습니다. 이 민감한 부분을 약 100 µm로 줄임으로써, 국부적으로 400 ° C로 가열함으로써 필요한 전력을 감소시켰다. 이전에는 전류가 장치를 가열하여 지속적으로 가열되었으며 400 ° C에 도달 할 때까지 가열 된 후 몇 초가 걸렸습니다. 대조적으로, 이번에 개발 된 새로운 센서는 즉시 400 ° C로 가열되어 신뢰할 수있는 무료 슬롯 감지를 가능하게합니다. 또한, 전류는 무료 슬롯 누출을 확인하기 위해 분당 여러 번 즉시 통과되며, 다른 경우에는 전류가 전달되지 않습니다. 이러한 방식으로 센서 드라이브 패턴을 변경함으로써 가열 시간이 매우 단축되었습니다. 결과적으로, 난방력은 기존 센서에 비해 대략 1/600입니다.

에너지 절약을 달성하는 데 어려움이 있었지만 경보의 산물로 인해 큰 장애물이 있었습니까?

Onishi: 알람은 보안 장치입니다. 무료 슬롯 감지는 당신이 그것을 알기 전에 가능하지 않으며, 반면에 무료 슬롯 누출이 발생하지 않더라도 경보가 자주 들리면 고객에게 큰 불편을 줄 수 있습니다. 따라서 오작동 속도를 철저히 유지해야합니다.

경보 고장 속도가 홈 어플라이언스보다 상당히 낮습니까?

Onishi: 예를 들어, 홈 어플라이언스에 대한 고장률이 있으며 백분율은 1 년 안에 고장이 발생할 확률을 나타냅니다. 그러나 경보 품질은 PPM 단위로 1/1 백만으로 제어되어야하며, 설치 후 3-5 년 동안 성능을 보장해야합니다. 1980 년에 출시 된 이래 현장에 설치 한 후 회수 된 시장 현상 및 제품의 분석 결과를 기반으로 개선이 이루어졌으며, 현재 무료 슬롯 누출 경보의 현재 실패율은 일반 산업 제품에 비해 매우 낮은 수준에 도달했습니다.

제품 안전에 대한 사회 요구는 해마다 증가하고 있습니다.

Onishi: 이 센서를 개발하는 동안 소비자 제품과 관련된 심각한 사고가 서로 발생하여 제품 안전에 대한 사회적 관심사가 증가하고 있습니다. 이로 인해 제품 안전 및 신뢰성에 대한 사회적 요구 사항이 크게 증가했습니다. 실제로, 연구를 시작한 지 약 5 년 후, 배터리를 오랜 시간 동안 실행할 수 있도록함으로써 전기를 절약 할 수있을 것이라는 것이 확인되었으며, 즉시 실질적으로 사용하려고 노력했지만 회사 내에서 강한 목소리가 있었기 때문에 "시장 기록이없는 새로운 센서의 채택은 우리가 지금까지 구축 된 경보의 높은 신뢰성을 약화시킬 수있었습니다." 이러한 상황을 극복하기 위해서는 시장에 출시되기 전에 장기 신뢰성을 완전히 확립해야하며, 실험실에서 단기간에 시장에서 장기적인 신뢰성을 평가할 수있는 방법을 개발해야합니다. 엄격한 제품 안전에 대한 사회적 요구는 미국 개발자에게 큰 장애물 이었지만 팀으로서의 연구 개발을 계속함으로써 안전하게 극복 할 수있었습니다.

높은 신뢰성을 확립하기위한 기술 개발

센서가 실온에서 400 ° C로 가열 되더라도 센서가 악화되거나 분해되지 않습니까?

Onishi: 일반적으로 온도를 즉시 실온에서 400 ° C로 올리면 신체에 큰 하중이됩니다. 개발 시점의 센서는 보드에 다른 재료를 쌓는 것으로 밝혀졌으며, 이는 열 충격의 조합으로 인한 손상을 초래할 수 있으며, 이는 반복적 인 빠른 가열 및 냉각 및 기타 응력을 포함합니다. 우리가 5 년 동안 운영하고 싶다면 수백만 개의 열 충격을 유발할 것이므로 라미네이트 구조와 제조 방법을 고안하여 문제를 해결하는 데 시간이 걸렸을 때 견딜 수있는 요소를 개발해야했습니다.

장기 신뢰성을 평가하기 위해 현재 개발중인 센서가 일본 전역의 주택에 설치되어 데이터가 수집 된 것으로 보입니다.

Nonaka: 앞에서 언급했듯이, 제품 안전에 대한 사회적 관심은 이시기에 성장하고 있었고, "차세대 고도로 신뢰할 수있는 가스 센서 기술 개발"프로젝트가 시작되어 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 조직, 오랜 기간 동안 배터리로 인해 신뢰성이 높고 배터리로 구동 될 수있는 센서를 개발할 수있는 국가 연구 및 개발 프로젝트에 중점을 두었습니다. 이 프로젝트는 전국의 약 660 가구에 센서를 설치하고 정기적으로 검색하여 특성의 변화를 조사하도록 설계되었습니다. 또한 가능한 많은 사이트에서 센서를 평가하고 싶었으므로 타이밍을 취하고 프로젝트에 참여하기로 결정했습니다.

우리는 전국 660 가구에 설치합니다.
다양한 실제 환경에서 특징적인 변화 조사

홋카이도에서 오키나와까지 660 가구의 엄청난 수입니다. 집에서 실제 설치 테스트 중에 어떤 발견을 했습니까?

Onishi: 센서 성능이 어떻게 변경되는지에 대한 데이터를 설치하고 수집 한 제품을 수집했습니다. 또한 일반 제품에서는 발견되지 않은 환경 물질을 포착하여 자세히 조사하기 위해 온도 및 습도 센서 및 흡착제를 설치했습니다. 이것은 우리가 상상했던 환경과 실제 주방 환경 사이에 차이가 있음을 보여주었습니다. 온도와 습도에 대해 말하면, 놀랍게도, 홋카이도와 같이 겨울에는 온도가 거의 떨어지지 않습니다. 항상 가열하기 때문입니다. 또한, 오키나와의 온도는 그다지 높지 않았고 습도는 매우 높았습니다.

가족 구성 및 집에서 짧은 시간과 같은 다양한 가족이 있습니다. 사이트 설치와 실험실의 평가가 상당히 다른가요?

Nonaka: 우리는 실험실에서 센서 성능이 몇 년 동안 안정적임을 확인한 후 현장에 센서를 설치했지만, 면밀한 검사 후 약 2 년 안에 일부 센서의 성능이 변화하고 있다는 신호를 관찰했습니다. 나에게 가장 놀랐던 것은 여러 가정에서 정상적인 주방 환경에 존재하지 않는 많은 양의 환경 성분이 있다는 것이었다. 약간의 연구를 마친 후, 사람들이 방에서 특별한 용매를 연구하고 많은 양의 폐기물을 저장하는 집이 있다는 것을 알았습니다. 하루 종일 증기 센서에 노출 된 가정도있었습니다.
우리는 실험실에서 센서의 표면을 얼룩지게하는 물질로 상상 해야하는 어떤 종류의 구성 요소에 대해 생각했지만, 우리의 상상력을 벗어난 사이트에는 많은 놀라움과 발견이있었습니다.

사이트에서 검색 한 센서를 사용하여 어떤 종류의 물건을 분석 했습니까?

Nonaka: 먼저, 사이트에서 검색된 센서에서 발생하는 변경 사항을 확인했습니다. 우리는 이것이 어떤 종류의 화학 물질이 발생할 수 있는지, 이러한 변화의 원인이 무엇인지 자세히 분석했습니다. 또한 이러한 성능 변경을 방지하기 위해 센서를 개선했습니다.

개선 된 센서를 어떻게 테스트 했습니까?

Nonaka: Nedo의 프로젝트는 3 년 동안 설치되었습니다. 향상된 센서를 사용하여 현장 설치 테스트를 다시 실행할 수 없습니다. 따라서 우리는 단기간에 실제 현장의 스트레스를 복제 할 수있는 테스트 방법을 개발하기 위해 노력했습니다.
테스트는 가속 평가라는 기술입니다. 우리는 변화를 일으키는 응력을 식별하고 센서에 적용하여 유사한 변화를 빠르게 생성할지 여부를 결정하기 위해 노력했습니다. 우리는 다양한 조건 하에서 테스트를 수행했지만 20 가지 유형의 테스트가 수행되었으며 그 중 하나의 정답 만있었습니다. 또한 적절한 테스트 조건이 알려져 있더라도 테스트 된 실험실이 현장에 배치 된 것과 동일한 성능 변경과 현장에 몇 년 동안 변경 사항을 보장해야합니다. 우리는 특정 스트레스의 강도를 변경하고 약 한 달 안에 현장에서 3 년 동안 발생하는 일을 복제하는 데 필요한 조건을 조정하는 많은 테스트를 수행했습니다.

Onishi: 그들의 노력은 돈을 지불하고 스스로 개발 한 새로운 방법을 사용하여 향상된 센서의 장기 신뢰성을 확인할 수있었습니다.

이 발전에 직면 한 어려움은 무엇입니까?

Nonaka: 이것은 박막을 사용하는 세계 최초의 센서 기술입니다. 세상에는 모범이 없었습니다. 센서의 성능에 어떤 영향을 미치는지, 어떻게 변할 것인지에 대한 선행은 없었으므로 상상하고 스스로 찾기가 어려웠습니다.

Onishi: 이전에 달성하기가 불가능하다고 생각했던 것들을 시도하는 것이 흥미 롭다고 생각합니다. 그래서 나는 특별한 기술적 인 도전이 있다고 생각하지 않습니다. 다시 말해,이 제품은 고객의 수요가 강한 수요가 많았지 만 다양한 장애물을 극복하고 실질적으로 사용하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 사실, 발전이 지속될 수없는 위기에 처해 있었을 때 여러 번 있었지만, 다행히도, 나는이 기술을 실용적으로 사용하는 것이 나의 가장 큰 사명이라는 확신을 통해 이러한 어려운 상황을 극복 할 수있었습니다. 우리는 그러한 위기에 직면 할 때마다 우리를 지원 한 사람들 덕분에 석방 날짜에 안전하게 도달 할 수있었습니다.