メカニカル・テック配信ニュース

フェローテック、ペルチェ素子・磁性流体の技術で、自動車の内装、バッテリー、自動運転への対応を促進kat 2020年1月8日(水曜日) in

• 機械要素
• 材料
• 自動車（四輪・二輪）

オートモーティブプロジェクト

　フェローテックは2018年1月に「オートモーティブプロジェクト」を立ち上げた。それから3年目を迎えるが、この間、自動車用温度調節シート向けで多くの採用実績を持つ「サーモモジュール（ペルチェ素子）」、さらには創業の技術であり車載スピーカーで実績のある「磁性流体」を中心に自動車市場の攻略を進め、徐々に具体的な適用案件が増えてきている。

　ここでは、本年1月15日～17日に東京都江東区の東京ビッグサイトで開催される「オートモーティブワールド2020 第11回EV・HEV駆動システム技術展」で出展予定の電子デバイス製品の技術について、自動車分野で検討が進んでいるシステム分野別に、同社の現状の取組みをまじえて、同社サーマルマテリアル部 部長の八田貴幸氏とマグネティックマテリアル部 部長の廣田泰丈氏、サーマルマテリアル部 オートモーティブ営業課 課長の二ノ瀬 悟氏 に話を聞いた。

 

左から八田 氏、二ノ瀬 氏、廣田 氏

 

フェローテックのコア技術 ペルチェ素子

　ペルチェ素子（サーモモジュール）は、対象物を温めたり冷やしたりする半導体冷熱素子のことで、N型とP型という異なる性質を持った半導体素子を組み合わせたモジュールに、直流の電気を流すと熱が移動し、一方の面が吸熱(冷却)し、反対の面が放熱(加熱)するというペルチェ効果を応用したもの。電源の極性を逆にすると、吸熱と放熱を簡単に切り替えることができる。

　ペルチェ素子のこうした特性を活かし自動車分野でフェローテックは、温調シートで多数の実績を持つ。

 

  磁性流体

　磁性流体は、流体でありながら外部磁場によって磁性を帯び、磁石に吸い寄せられる機能性材料で、磁性微粒子、界面活性剤、キャリアとなるベース液（潤滑油）からなる。直径約10nmの極小の酸化鉄粒子が、凝集を防ぐ界面活性剤で被膜され、安定的に分散したコロイド状の液体となっている。

　自動車分野ではすでに、磁性流体の放熱効果やダンピング効果などによる高音質化や小型化などからスピーカーに採用されている。

 

 

絶縁放熱基板

　絶縁放熱基板は、セラミックス基板に銅回路板を接合したもので、放熱性・絶縁性・耐久性が高いアルミナセラミックス基板に銅製（Copper）の回路と放熱板を共晶反応で直接接合させた構造のDCB（Direct Copper Bonding）基板を自社開発している。自動車のエンジンやモータ、パワーステアリング、ヘッドランプなどの制御装置の基板として採用されている。

　新たに窒化ケイ素や窒化アルミニウムを基板とした、より拡張性の高いAMB（Active Metal Brazing：活性ロウ付け法）方式の技術を開発。新工場に量産設備を導入してサンプル出荷を開始している。特に窒化ケイ素基板を用いたAMBは、高い信頼性に加えて、車載のパワーデバイスとして用いられる炭化ケイ素（SiC）と熱膨張係数の点で相性が良いといったことから、車載向けでの引き合いが増えてきている。自動車メーカーからは、－55～300℃といった温度変化を1000～2000サイクル実施しても、銅パターンのはく離やセラミックス基板のクラックが発生しないといった、強度の向上や寿命の延長を要求されており、設備や工程の改善、技術の確立を急いでいる状況だ。

 

絶縁放熱基板

 

システム分野別のソリューション

　本年1月15日～17日に開催される「オートモーティブワールド2020 第11回EV・HEV駆動システム技術展」では、自動車分野で検討が進んでいる内装分野、バッテリー分野、自動運転関連分野というシステム分野別に分けて、フェローテックのコア技術であるペルチェ素子および磁性流体、さらには絶縁放熱基板の適用について紹介、提案する。

 

内装分野

　自動運転時には、車内空間で乗員が快適に過ごせるように車内環境を快適にコントロールする必要がある。たとえば、より静粛性・静音性を保とうとすれば振動・騒音などを解消するダンパー技術が要求され磁性流体の出番となり、シートや飲料のカップホルダーの温度を心地よく調整しようとすればペルチェ素子の技術が有効となる。

 

振動制御用磁性流体

　フェローテックでは、磁気応答性や印加磁場によるせん断力（粘性）変化、分散性（再分散性）、潤滑・摩耗特性などで優位性のある「MCF（Magnetic Compound Fluid：磁気混合流体）」を開発し、セミアクティブダンパーへの応用を提案している。新開発のMCFは、従来の磁性流体よりも大きい磁性粒子を主成分とすることで、印加磁場によって磁性粒子の配列を制御し、アクティブダンパーや様々な振動吸収に適用できる。市場にある類似の磁気粘性流体はおしなべて粒子が均一に分散せず沈殿してしまう。これに対し、同社の新MCFは分散性が良好で１ヵ月以上経過しても沈殿が少ない。

　現在は一般自動車向けに先行して、特殊なダンパーや産業機器向けで検討が進んでいる。同社のMCFの配合を最適化し様々な要求に応じた具体的な提案ができる段階となっており、フィールドで実績を重ね、一般自動車分野での案件にフィードバックして適用を拡大していきたい。 自動車には足回りやエンジン回りの振動のほか、あらゆる振動系が組み込まれている。同社ではMCFの優れた分散性と耐摩耗性能で差別化を図り、採用を促していく考えだ。

 

MCFの優位性の例：良好な分散性

 

スピーカー用磁性流体

　フェローテックの磁性流体は車載用スピーカー向けでシェアが圧倒的に高い。これはトータルの特性・性能のバランスが車載要求仕様をしっかりと満たすことができる技術の賜物であり、特に耐熱性に優れていることも採用を後押ししていると思われる。

　自動運転の普及に伴い、快適な車内環境への要求からスピーカーでもさらなる高音質化が求められる。一方で、限られた車内空間からスピーカーに許されるスペースはますます制約される環境下で、200℃に達すると言われるスピーカーの駆動発熱部の放熱が必要となるが、当社の磁性流体は他社製に比べて非常に高い耐熱性を有するため、長期間にわたり安定に放熱の役割を果たし、高い音質を実現できる。

 

ハプティックデバイス

　磁性流体の粘性ダンピング制御を必要とするリニア振動・触覚（ハプティック）デバイスが普及してきている。タッチスクリーンパネルなど、触覚によって人が情報を積極的に取り入れるデバイスは 今後大きく伸びていく分野である。 　現時点ではスマートフォン向けを中心に適用されてきているとのことだが、車載のタッチスクリーンや操作パネル用に適用は拡大していくと思われる。

 

ハプティックデバイス

 

車載用カップホルダー

　フェローテックのペルチェ素子を用いた車載用カップホルダーはすでに、海外の自動車OEMで採用実績がある。 ドリンクを冷えたままに、あるいは温かいままに保つカップホルダーを車載する車両では、HVACユニット (Heating Ventilation Air Conditioning unit：暖房・換気・空調ユニット）が採用されるケースが多いが、エアコンの風を利用して冷却・加熱を行うこの方式では、冷却・加熱効率が悪く、また電力消費もばかにならない。これに対しペルチェ素子は小型・軽量・省電力のシステムで、冷却・加熱機能を0.1℃単位で設定できる。

　このペルチェ素子を利用した省電力で積極的に温度制御が可能なカップホルダーに対し、国内の自動車OEMも関心を示しており、自動車OEMでの評価が始まっている。

 

ペルチェ式カップホルダー

 

バッテリー分野 バッテリーの温度コントロール

　特にペルチェ素子の吸熱面となるバッテリー表面の温度が80℃で、放熱側が水冷で60℃といった場合には温度差が－ΔTとなり冷却効率（COP）が100を超える高効率クーリングシステムを構成できる。さらに、EVでは重量の増加も電力消費の増大、航続距離の低下につながることから、軽量の温調システムとしてもペルチェ素子が評価されている。

 

バッテリーおよびキャビンの温度コントロールのモックアップ

 

感温性磁性流体を用いた熱輸送システム

　バッテリーなど発熱を伴う機器の冷却において、ループ循環系の熱輸送システムを構築するには一般的に流体を循環させるためのポンプなど機械的駆動力が必要となり、バッテリーを消費させることにつながる。 これに対しフェローテックでは、温度に反応して磁化が大きく変化する「感温性磁性流体」を用いた熱輸送システムを提案している。

　感温性磁性流体を用いた熱輸送システムでは、流路の高温側と低温側の間に磁石を設置。熱源により加熱された磁性流体は温度上昇に伴って磁化が減少し磁石にあまり反応しないが、低温側の磁性流体は磁化の大きさが変わらず、磁石に強く引き寄せられる。これによって低温側から高温側へと、感温度磁性流体の流れ（駆動力）が発生し熱を輸送できる。すなわち機械的な動力なしに流体の自己循環が可能となる。

　すでに各業界で適用に向けた基礎研究が始まってきており、同社では実用化に必要な感温性磁性流体を鋭意開発中である。

 

感温性磁性流体を用いた熱輸送システムのデモ機

 

自動運転関連分野 CMOSイメージセンサ用クーラー

　自動運転車では、全周囲の距離や画像認識を行い、死角を少なくして安全性を確保するために、1台当たり20個程度のカメラが搭載されると予測され、その機能を担うCMOSイメージセンサ (相補性金属酸化膜半導体を用いた固体撮像素子)の市場拡大が見込まれている。このセンサは熱に敏感で、熱によって引き起こされるダークショットノイズ（暗電流）は、発熱量とともに増大して画像の精細さを欠く結果となる。これに対して車載カメラのCMOSイメージセンサに冷却用ペルチェ素子を装着することで高精細な画像を得ることを可能にしている。OEMでの具体的な検討が始まってきている。

CMOSイメージセンサ用クーラー

 

今後の展開

　上述したとおり、バッテリーの冷却による保護や走行距離延長、さらには2026年に商用車から始まるとみられる完全自動運転で必至とされるCMOSセンサやLiDARシステムなどの搭載時では、軽量・省スペースで高効率な温調システムであるペルチェ素子への需要がますます高まると見られる。車内空間でますます求められる快適性に対しては、優れた音響特性やダンピング特性を実現する磁性流体の様々な製品・技術が対応できるだろう。 自動車分野における各種の技術課題や量産キャパシティー、コストなどに対して、フェローテックはペルチェ素子および磁性流体のNo.1サプライヤーとして、引き続き応えていく考えだ。 本年1月15日～17日に開催される「オートモーティブワールド 2020 第11回EV・HEV駆動システム技術展」のフェローテック ブース（青海展示棟A4-54）では、上述のような最新技術を紹介するほか、ペルチェ素子、磁性流体、絶縁放熱基板とテーマを変えて技術セミナーを実施する（下表参照）。

　ぜひ会場に足を運んで、自動車の諸課題に対応する最新ソリューションに触れていただきたい。

 

製品プレゼンテーションプログラム

 

●フェローテックの自動車関連事業をさらに知るには

自動車工業4団体、新春賀詞交歓会を開催kat 2020年1月8日(水曜日) in

• 自動車（四輪・二輪）

　日本自動車工業会（自工会）、日本自動車部品工業会（部工会）、日本自動車車体工業会、日本自動車機械器具工業会の自動車工業4団体は1月7日、東京都港区のホテルオークラ東京で、「2020年自動車工業団体新春賀詞交歓会」を開催した。

2020年自動車工業団体新春賀詞交歓会のもよう

 

　冒頭、豊田章男・自工会会長（トヨタ自動車 社長）の代行で挨拶に立った神子柴寿昭・自工会副会長（本田技研工業 会長）は、「日本の基幹産業として自動車産業の培ってきたものづくりの力を守り続ける上で、若者のクルマ離れが取り沙汰される中で昨年の東京モーターショーは、自動車業界の垣根を越えてオールインダストリーで共に未来を作っていく“Open the Future”のテーマのもと来場者130万人超と若者の関心も集め成功裡に終えることができた。一方で、昨年は度重なる自然災害に見舞われ高齢者のドライバーによるブレーキ／アクセルの踏み間違えによる事故が社会問題化し、こうした問題に対し我々は何ができるのか、何をすべきかをあらためて深く考えさせられた一年だった。災害時に自動車が、被災者の役に立っていくためには、電動車のさらなる普及、給電機能の装着率向上とともにそうした機能を分かりやすく伝えていく必要がある。また、交通事故ゼロを目指すこと」、これも自動車に関わる全ての人に共通した願いだと思っております。事故ゼロに向けた技術はどこのメーカーが先に出すがというような競争領域ではなく、むしろ同じ想いを持って業界が協力し合ってこそ、本当に役に立つ技術がいち早く届けられると考える。オリンピックパラリンピックの開催される本年は、東京を舞台にした自動運転の実証実験も始まり、世界に日本の技術力を示せる良い機会。オリンピックパラリンピックを機に、その究極の安全技術を飛躍させたい。安心・安全で環境にやさしく、走りの楽しさを実現できるモビリティーの実現に向けて業界が一丸となって、ONE TEAMで取り組んでいきたい」と語った。

挨拶する神子柴副会長

 

　続いて来賓の挨拶に立った牧原秀樹・経済産業副大臣は、「日本経済の屋台骨である自動車産業は製造業の売上全体の2割を占め540万人の雇用者を抱えている。すそ野の広い自動車業界で働く人がみな、働き甲斐のある環境となるよう共に務めるとともに、変化を求めて新しいことにチャレンジするのに良いとされる庚子の本年は業界の発展に全身全霊を尽くしたい」と述べた。

　また、青木一彦・国土交通副大臣は「自動運転の普及に向けては、議長国として自動操舵など安全に関する国際統一基準の策定で世界をリードしていく。世界を牽引する日本の自動車産業が安全で環境性能に優れた自動車を普及促進できるよう、共に努めたい」と語った。

フェローテックマテリアルテクノロジーズが発足、セラミックス技術＋成膜技術でシナジー効果創出へkat 2020年1月5日(日曜日) in

• 材料
• 半導体・FPD・エレクトロニクス

　フェローテックホールディングス（https://www.ferrotec.co.jp/）100%子会社であるフェローテックセラミックス（FTC）は本年1月1日付けで、同じく100％子会社であるアドマップ（ADMAP）を吸収合併して「株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ」に商号変更した。合併によって、セラミックス事業を行う FTCとCVD-SiC事業を行う ADMAPの両社の技術力と経営資源を最大限に活かし、顧客ニーズへの対応力および製品開発力の強化を図り、セラミックス事業およびCVD-SiC事業の発展・成長を促進する狙いだ。

　ここでは、昨年12月11日～13日に開催された「SEMICON Japan 2019」で展示されたFTCの二つのキーマテリアル、ファインセラミックスとマシナブルセラミックスの新技術とADMAPのCVD-SiC技術について紹介するとともに、新会社フェローテックマテリアルテクノロジーズにおける両社のシナジー効果について紹介する。

「SEMICON Japan 2019」のフェローテックブースのようす

 

　FTCは、高純度で優れた特性を備えたファインセラミックスと、精密・微細加工が容易であるマシナブルセラミックスを関西工場と石川工場で製造。近年は石川県に開発センターを設立し、新市場開拓に向けた製品開発を推進している。

　ファインセラミックスはその用途の7割が半導体製造プロセス向けで、同プロセスで要求される高純度・高剛性・高精度に加えて、耐摩耗・耐熱・耐薬品性を有する。特に純度99.7％のアルミナ「AS997QⅡ」はマイクロ波透過性が良好なことから、半導体製造プロセスにおけるプラズマ処理装置のチャンバー内部品に用いられるほか、純度99.9％の高純度アルミナ「AS999」は高純度が求められるウェハ搬送用部品などに用いられている。一方、ヒートショック性に優れる（ΔT（℃）：700）窒化ケイ素は、機械部品や摺動部品、耐熱部品などに用いられている。そのほか、高い熱伝導性を持つ窒化アルミは絶縁部品などに用いられる。

　一方、マシナブルセラミックスは機械加工が容易に行えるセラミックスで、高精度・高品質の製品を短納期に提供できるのが特徴である。ガラス質をマトリックスとし、フッ素金雲母を均一に析出させた緻密な複合マイカセラミックス「ホトベール」で、電気絶縁性、耐熱性を持ち、絶縁部品や断熱部品などに用いられている。今回フェローテックブースでは、小型旋盤によるホトベールの快削性を示した。

小型旋盤を用いたホトベールの快削性のデモンストレーション

 

　特に半導体製造プロセスでは、機械的強度にも優れるマシナブルセラミックス「ホトベールⅡ」が、検査装置の部品（プローバーのガイド）に採用されている。穴径35μmの貫通孔を位置精度高く形成することが可能であり、角穴形状の高精度加工技術も確立している。一方、次世代プローバー向けハウジングでは熱膨張への対応が求められるが、製造プロセスを調整することなどでバリアブルに熱膨張率を調整することができるという。

ホトベールⅡのアプリケーション例

 

　一方、独自のCVD（化学蒸着法）で製作されたアドマップのSiC（炭化ケイ素）製品は、超高純度・高耐食性・高耐酸化性・高耐熱性・高耐摩耗性の特性を備えており、あらゆるフィールドで使用されている。同社のCVD-SiC技術としては大別して、コーティング技術と膜単体製造技術がある。

　前者では、等方性高純度黒鉛および各種焼結SiC基材に、高純度で均質性に優れたコーティングを提供。半導体をはじめ、産業機械、原子力、航空宇宙分野での高い評価を得ている。後者では、コーティング技術を応用し、緻密なSiC膜のみで構成された製品を提供。平板をはじめ、複雑形状まで幅広く適応可能で、半導体製造装置を中心に、超高温やプラズマの厳しい環境下での数多くの実績がある。コーティング技術のアプリケーションとしてはたとえば半導体製造装置用チューブ・ボートなどが、膜単体製造技術のアプリケーションとしてはSiCダミーウェハなどがある。

CVD-SiC技術のアプリケーション例

 

　上述のような独自技術を有する両社の合併によるシナジー効果について、フェローテックマテリアルテクノロジーズ 営業本部　営業一部　担当部長（元アドマップ営業部長）の斯波大二氏は、「我々のCVD-SiCは成膜速度が速いため、通常は密着性が低下するような、数ppmの不純物が入っている一般的な常圧焼結のセラミックス材料表面を高純度で均質なSiC膜で高密着にコーティングでき、ppbオーダーにパーティクル、不純物を抑制でき、半導体製造プロセスにおいてウェハ回りのコンタミネーションコントロールに一層貢献できる。また、ユーザーの要求によっては、たとえば熱伝導が良好な一方で純度が悪い材料にSiCを成膜することができるようになり、今まで1社では対応できなかった領域を、タッグを組むことで攻略できるようになる。これがシナジー効果の一つと考える。パートナーとなるFTCの扱うセラミックス材料は多種多様で、材料技術と成膜技術という両社の保有技術の組み合わせによるポテンシャルは非常に高いと考える」と語っている。

　また、フェローテックマテリアルテクノロジーズ 営業本部　営業一部　担当部長（元FTC営業部部長）の藤岡秀彰氏は、「FTCでは得意とするファインセラミックスおよびマシナブルセラミックスという材料技術の開発をたゆまず進めているが、高純度化などの問題を抱えている。そうした問題をアドマップが長年CVDで培ってきた豊富なコート技術知見で課題解決につながるものと期待している。一方で、チャンバー内では熱特性、電気特性、耐プラズマ特性など様々な材料特性が要求されるため、このような顧客の要求にも今後対応できたらと考えている」と述べる。

　両社のシナジー効果によって、現在主力の半導体分野での事業の拡大に限らず、医療分野や光学分野、航空機分野、さらには原子力発電分野といった新分野の開拓が見込まれている。斯波氏はさらに、「フェローテックグループとして考えた際、金属・樹脂以外のすべての材料技術、加工技術、成膜技術を保有していることから、フェローテックマテリアルテクノロジーズが窓口となって、多岐にわたるユーザーニーズへのそれぞれの最適解を提示できるようになると期待している」と語っている。

 

◆フェローテックのセラミックス製品をよく知るには

 

◆フェローテックのCVD-SiC製品をよく知るには

ダイセル・エボニック、高機能プラスチック展に出展kat 2019年12月12日(木曜日) in

• 材料

　ダイセル・エボニック（https://www.daicel-evonik.com/）は、12月4日～6日に開催された「高機能プラスチック展」に出展、PEEK樹脂「ベスタキープ」やポリアミド（PA）12樹脂「ベスタミド」「ダイアミド」、ポリイミド（PI）パウダー「P84NT」や複合化技術などの新技術・新素材を紹介した。

　今回は特に、金属製、ゴム製ホースと比べ軽量ながら、優れた耐加水分解性と強靭な機械特性を有する、ポリアミドベースの冷却配管用樹脂チューブ「MLT 8000シリーズ」を紹介。押出成形加工のほか、市場で要求が高まっていたブロー成形加工にも対応できることを示した。

冷却配管用樹脂チューブ「MLT 8000シリーズ」

 

　また、高温・高負荷条件下で用いられる摺動部品に最適なPIパウダー「P84NT DF（Direct Forming）グレード」を紹介。DFは粉末冶金法に類似した成形法で、大量の小さな部品を効率よく迅速に成形できる。簡単形状であれば最速で毎分40個の成形が可能という。無潤滑下、高負荷条件下でポリアセタール（POM）樹脂やPEEK樹脂よりも優れた摺動性を示し、さらにUHTグレードや黒煙添加グレードでは、より摺動面の温度が上がりにくく、高負荷での使用が可能になる。

「P84NT DFグレード」

 

　会期中の6日には、同社テクニカルセンター 所長 六田充輝氏による「異種材料の接着・接合技術とマルチマテリアル化 ― その接着・接合機構と効果 ―」と題する製品・技術セミナーが開催。定員50名を大幅に超過する参加のもと、マルチマテリアル化において中核技術である各種接着・接合について、その機構と分析例、アプリケーションにおけるマルチマテリアル化の効果について解説がなされた。

製品・技術セミナーのようす

 

ダイセル・エボニックのPEEK樹脂が熱可塑性UDテープに採用kat 2019年11月28日(木曜日) in

• 材料

　ダイセル・エボニックのポリエーテルエーテルケトン（PEEK）樹脂「ベスタキープⓇ」が、丸八の熱可塑性単方向（UD）テープに採用された。丸八の優れた厚み調整技術により繊維を均一に配列させることで1～2割強度が上昇するとともに、射出成形に比べてコンポジット化により弾性率を約10％アップさせ、薄肉化・軽量化を実現している。

　PEEK樹脂ベスタキープⓇをマトリックス樹脂として採用したこの熱可塑性UDテープは、レーザー積層技術を使用しており、高圧、高熱の環境で、耐薬品性を要求される深海での掘削用パイプへの採用を目指す。

　また、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の日独プロジェクト「国際研究開発／コファンド／日本―ドイツ研究開発協力事業」では、超高強度のパイプ加工方法の確立を目指した研究開発が進められており、この熱可塑性UDテープは様々な用途への展開が期待されている。

ベスタキープを採用した丸八製UDテープ

 

PEEK 樹脂 ベスタキープ

 

NTN、再生可能エネルギーとITによる減災・見守りシステム構築へkat 2019年11月21日(木曜日) in

• 風力・太陽光・新エネルギー発電

　NTNは11月7日、大阪大学の吹田キャンパスで、ITを活用した防災や見守りに関する共同研究の一環として、拠点間長距離無線伝送実験を実施した。

　同社は、2017年より大阪大学と全国自治会活動支援ネットおよび企業によるITを活用した防災や見守りに関する共同研究に参画している。これまでに、風力や太陽光で発電する独立電源装置「NTNグリーンパワーステーション」を、実験機として同大学吹田キャンパスに3基設置し、実験や内部検証などを行ってきた。

　今回は、大阪大学吹田キャンパスの人間科学研究科棟周辺を被災地、近隣の吹田市立津雲台小学校を救援本部と想定し、仮想の被害状況について長距離無線を使って送受信を行った。

　実験ではアプリを通じて、人間科学研究科棟前の独立電源装置から被災人数や怪我人の有無などの被災状況を発信し、キャンパス内の同装置2基、人間科学研究科棟、工学研究科棟のアンテナを経由して、キャンパスから約2.5㎞離れた救援本部へメッセージを送信した。

　また、カメラ映像による被災状況の確認や被災地と救援本部とのメッセージの送受信も実施した。これまでキャンパス内の通信実験は行ってきたが、長距離間の無線伝送を実施したのは初めて。

　本年9月、台風15号により千葉県を中心に大規模被害が発生し、広域かつ長期間にわたって停電や通信遮断が起こったため、被災状況の把握や救援活動が困難な事態となった。

　本共同研究で取り組む再生可能エネルギーを活用した通信システムの構築は、こうした事態の解決策となるもので、NTNでは、災害時だけでなく、平常時には監視カメラなどを搭載することで地域の子どもの見守りなどの機能としても活用されることを想定している。

　NTNでは今後も本共同研究を通じて防災・減災、そして地域の見守りに役立つシステムの構築を進めることで、地域社会の安全・安心に貢献していく考えだ。

 

想定被災地（大阪大学吹田キャンパス）の独立電源装置より被災状況を発信

 

 

想定救援本部（吹田市立津雲台小学校）でメッセージ送受信、監視カメラ映像確認

 

 

拠点間長距離無線伝送実験 イメージ図

 

東京モーターショー2019が開催、未来のモビリティに対応する機械要素技術が披露kat 2019年11月12日(火曜日) in

• 自動車（四輪・二輪）

　「第46回東京モーターショー2019」（主催：日本自動車工業会（JAMA））が10月24日～11月4日、東京都江東区の東京ビッグサイト（青海・西・南展示棟）、MEGA WEB、ヴィーナスフォート、シンボルプロムナード公園などで開催された。今回は「OPEN FUTURE」をテーマに、192の企業・団体が参加、業界を超えてオールインダストリーで「クルマ・バイクのワクワクドキドキ」から「未来の暮らし」、「未来の街」にまで領域を広げ、130万900人が未来のモビリティ社会を体感した。

 
クルマが主役の展示から、人が主役の展示へ

　トヨタブースでは、従来の市販予定車やコンセプトカー中心の展示から、人を中心とした未来のモビリティ社会を体感できるテーマパークに大きくモデルチェンジした。プレスデーの10月23日に同社ブースで挨拶に立ったJAMA会長でトヨタ自動車社長の豊田章男氏は、「今回の“参加・体感型ブース”は、来場者に楽しんでもらい、未来のモビリティにおいてもFUN TO DRIVEを大切にしたいという気持ちを伝えるコンセプトとした。トヨタ生産方式の“自働化”と“Just in time方式”に共通するのは、人を中心に置く考え。だからこそ、人が中心に居続ける未来をトヨタは描いている。クルマの自動化が進めば進むほど、大量の情報を判断し瞬時に処理できる人間の力が試されることになると考えている」と語った。

 

自動運転システム搭載のEV「e-Palette」を背に、「ブースのコンセプトはHuman Connected。トヨタは人間の力を信じている」と語る豊田章男氏

 

充電・電力活用システム含め、電気自動車（EV）・プラグインハイブリッドEV（PHEV）が提案

　初の量産電気自動車（EV）でe-SKYACTIVEを搭載したマツダの「MX-30」や、ツインモーター4輪制御を採用した日産自動車のクロスオーバーコンセプトのEV、発電機にガスタービンエンジンを用いる三菱自動車のPHEV「MI-TECH CONCEPT」、など電動車両が披露される中、今回は「日産リーフ」に電気を蓄え、走る以外にも電気を活用する「ニッサンエナジーシェア」を表現したモデルルームの展示や、太陽光パネルやV2H機器などで構成するシステムをパッケージ化し、EVやPHEVの購入と併せて販売・設置・アフターメンテナンスを提供する三菱自動車の「電動DRIVE HOUSE」などが提案された。販売の伸び悩むEVとインフラ整備の遅れる充電設備に関して、自動車メーカー自らが電気を「つくる」「ためる」「使う」ためのより付加価値の高いシステムとして、EVと電力相互供給システムというトータルソリューションを示した形だ。

 

日産自動車「ニッサンエナジーシェア」を表現したモデルルーム

 

燃料電池車（FCV）の市場投入が本格化

　トヨタ自動車は、メインブースには市販予定車を1台も置かなかったものの、2020年に発売予定の燃料電池車（FCV）第2世代の「MIRAI Concept」をMEGA WEB で展示した。MIRAI Conceptでは新型FCスタックによって航続距離を従来比約30％増の約850kmに延長している。

 

トヨタ自動車「MIRAI Concept」

 

　また、メルセデス・ベンツでは、世界初の燃料電池PHV「GLC F-CELL」を披露した。水素を燃料に使い発電、その電力でモーターを駆動するFCVであると同時に、発電した電力を大容量バッテリーに蓄電できる。蓄電した電力のみでもモーターが駆動できるため、水素がなくとも、蓄電した電力さえあれば走行可能。専用の充電プラグを介しての蓄電も可能にしている。

 

メルセデス・ベンツ「GLC F-CELL」

 

自動運転システム、レベル4への技術革新進む

　トヨタは、電動化、コネクティッド、自動運転技術を活用したMaaS専用次世代EVと位置付ける「e-Palette」や、会話型のAIエージェントとレベル4（高度運転自動化）相当の自動運転技術を搭載するコンセプトカー「LQ」を展示した。

 

トヨタ自動車「LQ」

 

　「e-Palette」は東京2020オリンピック・パラリンピック専用車両として使われる予定で、高精度3Dマップなどを活用しながら、レベル4での最高速度時速19kmの低速自動運転を可能にしている。将来的には、ネット通販と連携した自動配送や移動店舗、オンデマンドバスや移動オフィスとしての利用を想定し、2023年の市場投入を目指している。「LQ」についても、2020年には公道で自動運転の体験イベントも行う計画がある。

　そのほか、スズキのモバイルルーム自動運転車「HANARE（ハナレ）」が披露されるなど、今回の展示では、レベル4に向けた日本の自動運転技術の進捗度がアピールされた。

エンジンの低フリクション化も進展

　トヨタ自動車は、2020年2月発売予定の「ヴィッツ」改め「YARiS」をヴィーナスフォートで展示した。

　今後トヨタの先進国向けコンパクトカーのベースとなるTNGAプラットフォーム（GA-B）を初採用したほか、エンジン、ハイブリッドシステム、トランスミッション、サスペンションなど、すべてをゼロベースから作り上げた。軽量で高剛性、低重心のボディに加え、新開発「直列3気筒1.5Lダイナミックフォースエンジン」に対しDirect Shift-CVTと新世代ハイブリッドシステム、6速マニュアル、また改良を加えた1.0Lエンジンに対し小型軽量化したCVTと、4種類のパワートレーンを用意し、軽快で上質な乗り心地と、スムースでダイレクトな加速を実現した。

　直列3気筒1.5Lダイナミックフォースエンジンは、ロングストロークやバルブ挟角拡大などの高速燃焼技術を採用し、低燃費と高出力を両立。直列3気筒1.0Lエンジンは、高タンブル流や高EGR（排気再循環）率、フリクション低減などの改良により、軽快な走りと低燃費を両立。低フリクション化では、本年10月に発行されたJASOの規格GLV-1に組み込まれた超低粘度規格0W-8に適合するエンジンオイルも採用されるという。

 

トヨタ自動車「YARiS」

 

エンジンの低燃費化に対応するベアリング＆モーション技術

　CO2排出量削減からますます要求の強まるエンジンの低燃費化に対して、大同メタル工業は、エンジンの機械損失低減に貢献するエンジンベアリングの低フリクション技術として、軸受表面に固体潤滑剤を分散させた樹脂層を施した耐摩耗性向上コーティングによってアイドルストップ仕様エンジン用軸受として採用されている「DLA02」を紹介した。

　さらに最近では、耐摩耗・耐焼付き性コーティングを施したエンジンベアリング「DLA06」が開発され、軸受表面に固体潤滑剤を分散させた樹脂層を若干やわらかくすることで異物混入時の耐摩耗性を高める異物埋収性を付与したほか、低粘度化の進むエンジンオイルの使用条件下で発生しやすい温度上昇を抑制、焼付きを防ぐことをアピールした。

大同メタル工業「DLA02ほか」

 

　また、日本ピストンリングでは、自動車エンジン用シリンダボアにマイクロテクスチャ（ディンプル）を施すことで低摩擦化を実現する「ディンプルライナ」を展示。省燃費化に寄与できることなどから、世界で初めてトラック用ディーゼルエンジンに採用されている。また、摺動時にシリンダとの摩擦を減らすことで低燃費につながるDLC（ダイヤモンドライクカーボン）被膜のピストンリングを紹介した。

 

日本ピストンリング「DLCピストンリングとディンプルライナ」

 

　リケンではまた、大型ディーゼルエンジン向けに耐摩耗性と低摩擦特性を付与する厚膜DLC被覆のピストンリングを、レース用二輪車の高回転化に有利なフィンガーフォロワーに対し、摺動抵抗低減を目的にDLCを施した製品を展示した。

 

リケン「厚膜DLCリングやDLCフィンガーフォロワー」

 

電動化・自動運転に貢献するベアリング技術

　ジェイテクトは、ハイブリッド車（HEV・PHEV）や電動車（EV・FCV）の変速機などで主に使用される「クリープ摩耗抑制玉軸受」を展示した。クリープが発生すると、軸受とハウジングが擦れ合うことでその双方が摩耗して軸の芯ずれや傾きを引き起こし、結果、ギヤのかみ合い不良による変速機の機能低下や異音などの不具合が発生する恐れがある。従来は、クリープによる不具合を避けるため、軸受の外輪を厚くしたり、固体潤滑皮膜を使用したりといった策が取られてきたが、どちらもサイズ・重量やコスト面での課題があり、最適な製品の開発が必要だった。開発品では、外輪の外径中央部に円周方向の溝を作ることで、「ひずみクリープ」によるハウジング摩耗の抑制に貢献する技術に加え、外輪全体に特殊皮膜を施すことで、「連れ回りクリープ」によるハウジング摩耗に対しても効果のある軸受の開発に成功した。

 

ジェイテクト「クリープ摩耗抑制玉軸受」

　日本ピストンリングは、「3D形状圧粉コアを用いたアキシャルギャップ型モータ」を展示。アキシャル構造・3D形状圧粉コア採用により、小型・低速・高トルク駆動を実現。インホイールモータのため、機械損失の低減やギア音の削減に貢献するほか、エアギャップの可変に対応しており、高速や高トルクなど、モータ特性を用途に合わせて変更できる。小型EVなどへの適用を提案していく。
　

日本ピストンリング「3D形状圧粉コアを用いたアキシャルギャップ型モータ」

　日本精工は、ブリヂストン、東京大学大学院新領域創成科学研究科 藤本研究室、ローム、東洋電機製造と共同で開発した、道路からインホイールモータ（IWM）に直接給電できる「第3世代走行中ワイヤレス給電IWM」を展示した。これは、EV）に必要な受電から駆動までのすべての機能をタイヤの内側に配置することで、走行中ワイヤレス給電性能、モータ性能、車両への搭載性を大幅に改善することを可能にするもの。今後、2022年までにタイヤを含めた車両での評価を行い、2025年に実証実験フェーズへの移行を目指す。

 

日本精工「第3世代走行中ワイヤレス給電IWM」

 

FCVの水素環境下で円滑に稼動するベアリング＆モーション技術

　ジェイテクトは、燃料電池自動車の動力源となる高圧水素が貯蔵されているタンクに装着され、高圧水素を封止/供給する役割を担う「高圧水素供給バルブ」や、バルブから供給された高圧水素を下流のスタックで使用可能な圧力まで減圧する「減圧弁」を納入しているが、同社ではこのほど、水素環境中における材料および潤滑剤の評価を可能とする「水素環境用軸受評価試験機」を開発、FCVなどの水素環境でも安心して使用できる軸受を開発することを可能にしている。

フェローテック、パワー半導体用基板の技術を深化、適用展開へkat 2019年11月11日(月曜日) in

• 材料

　フェローテックホールディングス（https://www.ferrotec.co.jp/）傘下のフェローテック（http://www.ferrotec.jp/）のコア技術としては、1980年の創業以来のビジネスである磁石に反応する液体「磁性流体」や、電流によって発熱・吸熱を制御できる「サーモモジュール」、セラミックス基板に銅回路板を共晶反応によって接合した放熱絶縁基板「パワー半導体」用の基板がある。同社では近年、「オートモーティブ プロジェクト」を立ち上げ自動車分野を強化しているが、こうした中で、パワー半導体用基板の技術深化や適用展開が加速してきている。

　ここでは、同社DCB営業部長の大島久和氏に、パワー半導体用基板の技術と適用展開について話を聞いた。

 

パワー半導体用基板の特徴とアプリケーション

パワー半導体用DCB基板と優位性

　パワー半導体用基板では、放熱性・絶縁性・耐久性が高いアルミナセラミックス基板に銅製（Copper）の回路と放熱板を直接接合（Direct Bonding）させた構造のDCB（Direct Copper Bonding）基板を自社開発し、1995年から中国・上海工場で生産を開始している。これは、当社主力製品のサーモモジュールを応用した製品だが、2005年からは、中国のパワーモジュールメーカーの要請でDCB単独での外販を開始した。2012年には日系メーカーから要望があり、輸出を開始している。

　こうした長年の技術的ノウハウの蓄積によって、DCB製造および回路形成で特徴的な技術を保有していると自負している。1995年から生産を始めた中国・上海工場に加えて、2018年7月には中国・江蘇省に東台工場を新設して生産を拡充、現在パワー半導体用DCB基板は月産60万枚のマスターカード（1枚190mm×138mm）の生産体制を構築、独ロジャース社に続く、世界第2位のシェアを持つ。コスト競争力と納期に強みがあることから、QCT（Quality, Cost, Time）の面でグローバルのユーザーに貢献できるものと考えている。
 

パワー半導体用基板

 

主なアプリケーション

　パワー半導体は絶縁・導電の特性を活かして電力の供給・制御に用いられることから、大きな電力を扱う用途で使われることが多いため発生する熱量も大きくなる。そこで基板には高い放熱性に加え、回路以外の部分には高い絶縁性が求められることから、当社のDCB基板が活躍している。
用途としてはまず、白物家電、特にエアコンのインバータ向けが多い。次いで、産業用機械向けでは、ロボット、NC（数値制御）加工機械、サーボ、インバータなどに使われている。さらに自動車のエンジンやモータ、パワーステアリング、ヘッドランプなどの制御装置の基板として採用されているほか、自然エネルギー（風力発電・太陽光発電など）関連装置のモータ制御用インバータとして用いられている。
 

パワー半導体の主なアプリケーション

 

新分野への展開：オートモーティブプロジェクト

　パワー半導体用DCB基板は、内燃機関車からHEV（ハイブリッド車）やPHEV（プラグインハイブリッド車）といった電動化、さらには先進運転支援システム（ADAS）の搭載などを背景に、需要の増加するモータ制御用インバータ回路の基板として引き合いが増えてきている。

　特に2018年1月からは、「オートモーティブ プロジェクト」を立ち上げたことで、自動車用温度調節シート向けで多くの採用実績を持つ「サーモモジュール」、車載スピーカーで実績のある「磁性流体」、さらにはモータ制御用インバータ向けに実績のある「パワー半導体用基板」と横断的な製品技術による、自動車市場の攻略に取り組んでおり、パワー半導体用基板の車載向け需要も本年から急速に伸びている。現在は評価ステージの段階で、新しいユーザーからの強度や耐熱、耐電圧などに関する信頼性評価の依頼が増えてきている。
 

自動車におけるコア技術製品の主なアプリケーション

 

高信頼性AMB基板の投入

　2020年3月期～2022年3月期の新中期経営計画では、半導体マテリアル、ウェーハ、パワー半導体、洗浄の四つを戦略製品として大幅売上増加を目指している。その観点から、2019年初めから、実績のあるDCBパワー半導体用基板に加えて、窒化ケイ素や窒化アルミニウムを基板とした、より信頼性の高いAMB（Active Metal Brazing：活性ロウ付け法）方式の技術を開発、新工場に量産設備を導入してサンプル出荷を開始している。

　AMBは窒化ケイ素基板と銅回路板の接合に活性金属であるチタンを使用したロウ付けを行う方式で、銀フリーのロウ材を使用することにより、銀の拡散によるエレクトロマイグレーションを避けることができるほか、従来のスクリーン印刷法とは異なりフィルム材を使用することによってロウ材の層を薄く均一に仕上げられるため、他社製品に比べて高信頼性・長寿命を確保できる。

　特に窒化ケイ素基板を用いたAMBは、そうした高信頼性に加えて、車載のパワーデバイスとして用いられるSiCと熱膨張係数の点で相性が良いといったことから、車載向けでの引き合いが増えてきている。上述のとおり信頼性評価のサイクル試験を実施している。自動車メーカーからは、－55～300℃といった温度変化を1000～2000サイクル実施しても、銅パターンのはく離やセラミックス基板のクラックが発生しないといった、強度の向上や寿命の延長を要求されており、当社では設備や工程の改善、技術の確立を急いでいるところだ。

 

今後の展開

　戦略製品の一つであるパワー半導体については、工作機械向けや自動車向けなどでも需要の増加が見込まれるなど、2025年までに30％超の成長、3兆円超の市場が予想されている。これに対し当社でも、2018年の東台新工場の立ち上げによる生産キャパシティ増加に伴う、大幅増収を見込んでいる。

　ラインナップとして追加するAMB基板に関しては、2020年3月までに月産5万枚のマスターカード（1枚190mm×138mm）の生産体制を構築する計画としている。AMB基板では先行して日本の企業数社が手掛けており当社は後発となるものの、マスターカードの形態で生産している企業は少ないため、DCB基板と同様にQCTの点でユーザーに貢献できると考えている。アルミナセラミックスを用いたDCB基板の需要拡大に加えて窒化ケイ素を主とするAMB基板の車載向けなどの新規需要を見込んで、2022年3月には売上70億円と大幅増収を目指したい。

パワー半導体用基板の売上予測

 

　本年12月11日～13日に開催される「SEMICON JAPAN2019」の当社ブース（東京ビッグサイト 南1ホール ブースNo. 7113）では、ここで紹介したパワー半導体用基板のほか、磁性流体を用いた真空シール、サーモモジュール、ファインセラミックスおよびマシナブルセラミックス、CVD-SiC製品など半導体製造プロセスを支える製品技術を広く紹介する。ぜひ会場に足を運んでいただき、これら技術に触れていただきたい。
 

「SEMICON JAPAN2018」での展示のようす

 

■フェローテックのパワー半導体用基板をよく知るには