機械 雑誌

超音波テクノ

2025年04月01日発売

目次: ■特集：海洋音響工学（水中超音波）①
○音響による海底ケーブルの埋設状況調査手法の開発
/東京大学 松本陽大・水野勝紀・小野里祥吾
/（国研）防災科学技術研究所 望月将志・植平賢司
海底ケーブルの埋設状況調査は、時間の長期化、費用の増大などの問題があり、省力化が必要となる。本研究では、従来の電磁波による手法と比較して、堆積物中での減衰が小さく測深に適した、音響による調査手法の開発を目的として、２次元FDTD法を用いたシミュレータの作成と、それを用いた周波数の選定を試みる。
○レンズを用いる水中音響通信における通信相手の測位精度の向上
/筑波大学 佐藤裕治・海老原格・若槻尚斗
水中音響レンズを用いる通信時に、リンク切れになることを回避するため、通信時の方位分解能が10度程度になる条件下において、より高い分解能で測位するための手法を検討したところ、平均1.1度の誤差で方位を推定できた。
○水中無人機研究施設～IMETS～大型水槽の音響特性
/防衛装備庁 伊藤魁・山口智之・嶋村英樹
本稿では、防衛装備庁艦艇装備研究所岩国海洋環境試験評価サテライト（Iwakuni Maritime Environment Test & Evaluation Satellite：IMETS）に設置された大型水槽において実施した、背景雑音および音響反射特性の計測結果について紹介する。
○音波の海面粗さ散乱のメカニズムと周波数シフト
/防衛装備庁 大川圭一
音波の海面散乱データを計測し、理論的予測を超えるドップラーは散乱現象に起因することを明らかにした。また、残響のうなりのような信号波形は散乱により音源スペクトルが複数のスペクトルに分離することで起こる干渉によるものであることを明らかにした。
■解説
○果物・野菜の音速は何で決まるのか
/明治大学 崔博坤・池田敬
果物や野菜では、音波の減衰が大きいため音速値がよくわかっていなかった。400 Hzから28 kHzの低周波数域でダイコン、スイカ、ポテトの音速を測定した。広帯域音速分散から縦波音速、横波音速、拡張波音速、ポアソン比が求められることを示した。本稿では、ダイコンで202 m/ sなど、小さい縦波音速値は試料に含まれるガスに依存することを紹介する。
○超音波アレイプローブによる体内の音響誘起電磁（ASEM）応答の画像化
/東京農工大学 生嶋健司・皆藤信人
ASEM法では、超音波の音圧によってMHz帯の交流分極を発生させるため、電気二重層による遮蔽を軽減し、生きた生体内の組織に対しても圧電効果を測定できる。近年、アレイプローブを用い、人体内の組織においてもBモードとASEM断層像を同時取得し、重畳することが可能となり、コラーゲン線維の蓄積や配向性という病理評価で得られるような性状情報を非侵襲に評価可能となることが期待される。
○空中超音波による凹型底をもつ物体の非接触駆動
/東京大学 荒川岳斗・牧野泰才
空中超音波により1 ～ 2 cmの物体を平面上で位置制御する手法である。この大きさは電池とモータを内蔵するには小さく、既存の超音波手法で空中制御するには大きい。磁力を用いないためプラスチックや固形食品も扱える。
○超音波定在波で気相中に捕捉した液滴内における無容器バイオ操作
/慶應義塾大学 松原輝彦
タンパク質や核酸が反応容器の壁面に物理吸着し、実験結果に影響を与えることがある。そこで、超音波定在波を用いて反応溶液を空気中に浮揚させ、無容器反応を試みた。本稿では、酵素反応や遺伝子導入が可能であることを紹介する。
○空中定在波音場に導入した超音波ミストによる浮揚水滴の生成
/本多電子㈱ 岡田長也
/エコーテック㈱ 犬塚克典
超音波ミストを空中定在波音場に導入し、液滴の安定保持を目指して浮揚液滴の生成を観察した。ミストが合一し液滴が生成する音圧条件では、大粒な液滴の保持はむつかしく、浮揚液滴の大きさに合わせた調整が必要であった。
○水中における超音波を用いた材質識別に関する基礎的検討
/奈良先端科学技術大学院大学 内山英昭
本研究は、水中環境における物体の材質識別を目的として、超音波を活用したデータセットの提案と機械学習を用いた識別性能の評価を行う。９種類の材質を対象に、異なる周波数や角度条件下で収集した2160波形を含むデータセットを構築した。このデータセットを用いて機械学習による材質識別を試みた結果、同一角度条件下では高い精度が確認されたが、未知の角度条件下では精度が低下する課題が明らかになった。本研究は、データセットの公開とともに、姿勢変化に頑健な識別モデルの必要性を示し、今後の研究の方向性を提案する。
○分析化学における超音波の応用
/信州大学 金継業
本稿では、超音波で合成した高機能ナノ粒子を用いる電気化学センサーの開発、および超音波誘起したルミネセンス反応用いる抗酸化能活性評価法に焦点を当て、分析化学における超音波の応用について紹介する。
○超音波と中性子を組み合わせた新手法で見るスピン発電
/（一財）総合科学研究機構 社本真一
超音波はLiNbO3トランスデューサーなどの誘電体の発見で強度が上がり、物性研究にも幅広く応用されている。スピントロニクスではまだ研究しているグループが少なく、特に中性子散乱や放射光Ｘ線との組み合わせは珍しく、理解できていないことが数多く存在する。本稿では、超音波と中性子を組み合わせた新手法でスピン発電を紹介する。
○ゾルゲル複合体圧電デバイス技術を活用した
超音波配管減肉モニタリングシステムの開発
/㈱CAST 中妻啓
本稿では、熊本大学で開発されたゾルゲル複合体圧電デバイス技術を基盤とし当社にて開発を進めている配管減肉モニタリングシステムを紹介する。この技術は、高温環境下においても精度の高いデータ収集を可能とするだけでなく、従来技術の課題を克服するものである。
○超音波の化学的作用を使った金ナノ粒子／導電性高分子膜修飾電極の開発と
生体分子センシングへの応用
/㈱カイジョー 中山雅之・若宮雅紀・副島潤一郎
/信州大学 金継業
本研究では、超音波振動がもたらす物理的および化学的作用を利用するソノプロセスに注目した。このプロセスはキャビテーション現象による高温高圧反応場を生成し、One-Stepでのハイブリッド膜調製を可能にすると考えられる。
○超音波援用歯車研削の効果
/岡本工機㈱ 菊地正人・佐藤真尭
歯車研削加工に超音波を援用することで、表面性状の改質および強度が向上する可能性を示す。また、表面性状の改質による潤滑性向上や高周波音の抑制に寄与することも分かってきた。
■製品紹介
○音響データ収集パッケージによる装置監視システム立ち上げ時の負担軽減
/日清紡マイクロデバイス㈱ 松田和英
実証実験や研究初期段階における測定はサンプル数やデータ量など「ボリュームが重要になる」ことが多く、相当に人手と時間を必要とする。しかし、本音は収集作業よりもデータ処理や考察に時間を使いたい。本稿では、このようなデータ収集の手間に関する問題解決のために当社が開発した、データ収集パッケージ『レオセントキット』を紹介する。
■連載　産業技術総合研究所超音波音場計測クラブと、関連する計量標準及び工業標準②○超音波パワー標準
/（国研）産業技術総合研究所 内田武吉
計量標準は、測定値の信頼性評価のために必要不可欠である。本稿では、産業技術総合研究所計量標準総合センターで供給している天秤法とカロリメトリ法による超音波パワー標準に関して紹介する。

日経エレクトロニクス

2025年04月20日発売

目次: ▲2025年5月号　no.1275　4月20日発行


■Ｂｒｅａｋ　Ｔｈｒｏｕｇｈ　特集１　人型ロボＡＩで超進化

●人型ロボＡＩで超進化
●主役はハードからＡＩに　開発競争は歩行から作業スキルに移行
●ＮＶＩＤＩＡが全方位で人型ロボ開発を支援　半導体が 「頭脳」 「手足」 の進化促進
●２５年は人型ロボット量産元年　国家支援と層の厚さで競争優位へ
●大阪大 ・ 石黒教授が語る人型ロボット　課題はモーター ・ バッテリー ・ 皮膚大阪大学基礎工学研究科教授　石黒　浩氏
●自律歩行研究競争は 「終わった」 国プロで汎用人型ロボの実現目指す早稲田大学理工学術院教授、日本ロボット学会前会長　菅野　重樹氏
●固定環境でしか使えない今の脚式ロボ　現実社会への適応の鍵は 「生物進化型ＡＩ」 千葉工業大学　未来ロボット技術研究センター（ｆｕＲｏ）所長　古田　貴之氏


■Ｈｏｔ　Ｎｅｗｓ

●マイクロソフトが独自の量子チップ　新方式で１００万量子ビットが視界に量子エラー訂正符号に必要な量子ビット数を１０分の１に低減
●半導体装置大手で最高益相次ぐ　ＡＩ需要寄与も中国向けは減速東京エレクトロンやアドバンテストが過去最高を更新
●ＴＳＭＣとクルマ業界橋渡し　半導体設計の台湾ＧＵＣが日本に照準先端プロセスを使うＳｏＣの開発支援、米中対立で脚光
●マイクロンが日台でＤＲＡＭ製造にＥＵＶ　３Ｄ化後の露光技術は先祖返り１γ世代品のサンプル出荷を台湾で開始、広島では２６年量産
●ソニーが高精度 ・ 小型軽量な慣性センサー　実現の背景にＪＡＸＡとの研究インフラ点検のデータ作成など新規ニーズを開拓
●キオクシアなど 「ＣＸＬ」 メモリー競う　ＨＢＭに続くデータセンターの主戦場にメモリー容量を外付けで拡張、ＤＲＡＭやＮＡＮＤに商機
●ＴＯＴＯが半導体分野で急成長　得意のセラミックで耐プラズマ性スマートファクトリー化で利益水準向上、 「極低温エッチング装置」 への対応も
●ソフトバンクが通信に量子技術を応用　データセンターの効率化狙う量子化学やネットワーク分析への活用を検討へ
●ＪＳＲが半導体材料に量子シミュレーション　ＥＵＶレジストの高性能化で微細化を促進計算の高速化で量子技術の実用化に道を開く


■Ｅｍｅｒｇｉｎｇ　Ｔｅｃｈ

●解説　特許ＮＶＩＤＩＡの特許出願をヒートマップで分析　物体認識 ・ 光通信 ・ 量子技術に注力
●解説　半導体　半導体にＤｅｅｐＳｅｅｋショック 「ＡＩの進化に追い付いていない」
●解説　半導体量子センサーで半導体内部の３Ｄ構造可視化　故障解析の用途で半導体大手が続々採用


■Ｐｒｏｄｕｃｔ′ｓ　Ｔｒｅｎｄｓ

●ＴＩが 「世界最小クラス」 のＡｒｍコアマイコン　黒こしょうの粒と同等の小ささ　ほか

日経ものづくり

2025年04月01日発売

目次: ▲2025年4月号　no.847　4月1日発行


■特集１　どこまでいくか、ギガキャスト攻勢

●どこまでいくか、ギガキャスト攻勢（033p）
●トヨタ導入でアルミ鋳造に勢い　工数削減に大きな魅力も粘る鋼板（034p）
●アンダーボディーを大胆に一体化　米Ｔｅｓｌａ　Ｃｙｂｅｒｔｒｕｃｋと中国Ｚｅｅｋｒを徹底分解（038p）
●開発進むダイカストマシン　型締め力と鋳造圧力に出る個性（046p）
●もっと軽くもっと安く加工できる　鍵はテーラードとホットスタンプ（056p）


■挑戦者

●旭化成取締役　副社長執行役員　研究開発 ・ ＤＸ統括　久世和資研究の出口を増やし　製品化前でも収益化（004p）


■ニュースの深層

●仕入れ価格引き上げに本気のトヨタ　旧型補給品も脱炭素対応も負担（015p）
● 「ＤＸスキル高い人」 が見る製造業ＤＸ　そうでない人とまったく異なる景色（018p）
●パナソニックＨＤが人員削減伴う経営改革　２８年度ＲＯＥ ・ 営業利益率ともに１０％へ（022p）


■レポート

●ニデックの電動アクスル、トヨタが採用　中国ＥＶ向けで半導体も現地製（025p）
●超ハイテン厚板含む３枚重ねを接合　ホンダの進化型スポット溶接 「ＣＤＣ」 （026p）
● 「市場ゼロでない限り生き残る」 リコー ・ 東芝テック複合機合弁へＯＫＩも（028p）
●ヤマ発の設楽新社長が描く技術戦略　研究開発費１３００億円増の４９００億円（030p）


■ものづくり調査ラボ

●開発設計マネジメントが業績に貢献　ただし研究開発投資は増えず（062p）


■事故は語る

●イプシロンＳ燃焼試験の爆発事故　前回事故と異なる 「燃焼ガスの漏洩」 （065p）


■カシオ 「プロトレック」 開発物語

●量産直前、金型を造り直す羽目に　想定外の部品成形トラブル（068p）


■ＰＩＣＫ　ＵＰ

●新型 「ＨｏｎｄａＪｅｔ」 、型式認定用試験機の製造開始　ほか（079p）


■スタートアップがぶつかる製品化５つの壁

● 「組み立てやすさ」 に配慮した設計を（087p）


■トヨタ流人づくり　実践編　あなたの悩みに答えます

●続 ・ 日産が経営再建するには（091p）


■ＥＤＩＴＯＲＳ’　ＲＯＯＭ

●読者から／編集部から／おすすめの１冊／次号予告（096p）

配管技術

2025年04月01日発売

目次: ■解説
〔展望・解説〕
○高圧水素源のギ酸を二酸化炭素から再生
/（国研）産業技術総合研究所　川波肇　
次世代エネルギーとして期待される水素を、二酸化炭素から直接ギ酸に変換する技術を開発した。将来、このギ酸を使った水素キャリアとしての可能性について、貯蔵・運搬・利用も含めた最近の開発状況を紹介する。
○2024年の世界のLNG輸出と主要LNG輸出国の動向
/LNG経済研究会　大先一正　
世界のLNG貿易量は、2024年には輸出の伸び悩みにより微増にとどまったが、2025年からは米国やカタール等による大規模な増産に伴う輸出主導の急増期を迎える。ただし、2025年には、アジアに加えて欧州の輸入必要量も大幅に増えることが確実なため、LNG獲得競争の激化と価格の高止まりが見込まれる。
〔運転・管理〕
○メタンガスなどの温室効果ガス排出状況の3D可視化
/日揮グローバル㈱　藤田慶彦
/ブラウンリバース㈱　金丸剛久　
メタン排出管理の重要性を背景に、日揮グループが提供するMRVサービスとデジタルツインを活用したGXの取り組みを紹介。インドネシアのアンモニア製造プラントでの事例を通じ、メタン排出可視化によるアセット管理と社会的意義を解説する。
■技術トピックス
○会話を聞き逃してもポイントを教えてくれる人工知能（AI）システム
/静岡大学　前川知行　
リモート会議において、発言を聞き逃してしまった場合に会話の内容を理解するために重大な情報を提示する人工知能（AI）システムSCAINs Presenterを紹介し、その設計方法、評価結果およびインタラクション事例について解説する。
■製品技術情報
○ライニング向け高圧縮シートガスケット
/㈱バルカー　高橋聡美　
ガスケットの変形量が大きく低面圧シール特性が優れている特長を有し、グラスライニングやふっ素樹脂ライニングなど、うねりのあるフランジに適応可能なライニング向け高圧縮シートガスケット「No.7027」を紹介する。
○球形の避雷針（避雷球）について
/㈱落雷抑制システムズ　松本敏男　
約270年前に発明された「避雷針」。「雷を避ける針」と書きながら、実は雷を被るための「被雷針」である。本稿では、雷をなるべく呼び込まない「避雷球」について解説する。
■連載
○化学プラント材料の損傷・劣化抑制の基礎講座①
/中原材料技術研究所　中原正大
新連載「化学プラント材料の損傷・劣化抑制の基礎講座」の第１回として、「新連載にあたって」の全体構想、そして「防食設計」について、その定義、材料選定時に考慮すべき項目、その検討ステップ等について解説する。　
○CAEドリブンの技術開発と組織開発①
/㈱中北製作所　秋山善克　
本連載では、筆者の経験に基づき、CAEの技術的な側面だけでなく、組織開発の観点からも、CAEをメーカー内で効果的に活用するためのヒントを提供していく。
■シリーズ 装置まわり配管設計
○塔（Tower）と槽（Drum）まわりの配管設計
/日揮グローバル㈱　
プラントを構成する機器の中で、塔・槽の役割は非常に高い。またポンプや熱交換器と密接に関連している。本稿では、塔・槽まわりの配管レイアウトについて主に述べる。
■特集：バルブユーザーズガイド

舗装

2025年04月01日発売

目次: VOL.60
2025年4月号

舗装の構造設計・構造評価 特集号

舗装考
専門用語を覚えることはコミュニケーションの鍵
井澤　克則

特集・舗装の構造設計・構造評価

特　集
舗装の設計における車両の輪荷重に関する基礎的検討
若林　由弥/堀内　智司　
桑原　正明/渡邉　一弘

長期供用したアスファルト舗装における弾性係数の経年変化に関する一検討
松本　第佑/丸山記美雄

累積交通量とアスファルト層厚が高速道路舗装の劣化予測に与える影響
佐野　慶成/中村　和博/風戸　崇之　　
小濱　健吾/笹井晃太郎/貝戸　清之

移動荷重により路面に生じるたわみを用いた舗装の構造評価手法の検討
川名　　太/永塚　竜也/竹内　　康

MWDを活用した長期保証制度区間における追跡調査結果
田中　志和/布広　祥平/植田　知孝

機械学習を用いた上層路盤の損傷判別モデル作成
尾谷　　力/笠原　祐介/宍戸　元紀

多層弾性理論に基づくわだち掘れ量の推定方法の提案と実路での検証結果
後藤　洋平/黄木　秀実　　
上野　貞治/田中　伸介

VOICE
―読者，モニターの声―

口　絵
令和6年に開通した道路（その１）

国道50号前橋笠懸道路（群馬県，本文42ページ参照）

油空圧技術

2025年04月01日発売

目次: ■特集 洗浄剤：SDGs環境への取り組み
〇PFASに関する環境省の取り組みについて
/環境省　吉﨑仁志
PFAS（一万種類以上ある有機フッ素化合物の総称）の１つであるPFOS、PFOAは、近年、水環境中で検出される事例が社会的に関心を集めている。環境省は、令和５年７月に「PFASに関する今後の対応の方向性」を公表した。本稿では、それを踏まえて進めている取組について概説する。
〇企業に求められる脱炭素経営
/環境省　東條祐作
我が国では2023年２月に閣議決定した「GX（グリーントランスフォーメーション）実現に向けた基本方針」においても、我が国の産業競争力を維持・強化する中でカーボンニュートラルを実現するため、大企業のみならず中堅・中小企業も含めたサプライチェーン全体でのGXの取組が不可欠とされている。今回は企業が脱炭素経営を進めていくうえで１つの目標となるSBT認定取得及び環境省で実施している各種支援策についても紹介する。
〇低ミスト型水溶性切削油剤
/ユシロ化学工業㈱　小川裕示
今まで、金属加工の現場では「当たり前」とされていた水溶性切削油材のミスト。当社による「当たり前な雰囲気」が「当たり前では無い雰囲気」に変わる製品を紹介する。
〇アルカリイオン水の工業分野への活用と展望
/クール・テック㈱　荒井友香
アルカリイオン水は冷却性や洗浄性に優れ、工業分野で環境負荷の低減や生産性向上に寄与する。本稿では活用事例を交え、その効果を概説する。また、自動ミキシング装置との組み合わせにより、切削液や洗浄液管理の効率化と持続可能な技術展開についても紹介する。■解説
〇複雑流体を用いた流体輸送の省エネ、効率化に貢献する、流動場の層流・乱流制御
/名古屋大学　日出間るり
分子量が大きな高分子を低濃度で添加した流体は、観察する長さや時間のスケールに依存した複雑な流動挙動を示すため複雑流体と呼ばれる。本研究は、複雑流体の層流・乱流領域を、流体の特性を表すレイノルズ数と高分子の伸長を表すワイゼンベルグ数により整理した。
〇超精密加工機における高速応答レギュレータの適用検討
/芝浦機械㈱　福田将彦
直交３軸を構成する超精密加工機において、鉛直動作の影響を低減するエアバランサが広く用いられている。ただし、シリンダへの吸排気が適切ではない場合、過負荷が生じ位置決め性能の低下を招く。そこで高速応答精密レギュレータを用いて高速移動をともなう加工への適用を検討した。
■製品と技術
〇超高圧処理装置の全固体電池への応用
/㈱神戸製鋼所　平岡裕大
本稿では、硫化物系全固体リチウムイオン電池の製造における温間等方圧加圧（WIP）技術の適用可能性を検討。WIP装置の構成と特長、電極と固体電解質の界面形成改善に関する実験結果を紹介し、今後の課題についても述べる。
〇空圧除振系の振動制御技術
/特許機器㈱　篠原雄一郎
空気ばねはパッシブな支持機構として用いられてきた。当社では1989年に空気ばね自体をアクチュエータとする空圧式アクティブ除振装置を開発し、精密機器の高精度化・高速化に貢献してきた。本稿では、空圧式アクティブ除振装置の基本から適用事例まで解説する。
■連載
〇イチから学ぶ油圧のメカニズム 第39回
/西海孝夫
〇技術者の提案 第11回
/長谷川和三
■Ｈ＆Ｐ情報
〇油空圧機器出荷統計 〇建設機械出荷金額統計 ■製品ガイド 〇空気圧シリンダ

富士電機技報

2025年03月22日発売

目次: 特集　 脱炭素社会の実現に貢献するパワー半導体
企画意図
世界的に、地球温暖化の要因である温室効果ガスの排出削減に向けた取組みが強化される中、富士電機は、“豊かさへの貢献”“創造への挑戦”“自然との調和”を経営理念に掲げ、エネルギー・環境事業でSDGs（持続可能な開発目標：Sustainable Development Goals）に貢献する企業として、脱炭素社会の実現に向けた新製品・新技術の創出に力を入れています。
本特集では、脱炭素社会実現のキーデバイスであるパワー半導体について、自動車の電動化や太陽光・風力発電を代表とする再生可能エネルギー向けの新製品、およびパワーエレクトロニクス機器の高効率化と高信頼化を実現する新技術を紹介します。

〔特集に寄せて〕
脱炭素社会の実現に向けたパワー半導体への期待
藤田　英明
東京科学大学　工学院　電気電子系　教授

〔現状と展望〕
脱炭素社会の実現に貢献するパワー半導体
大西　泰彦・宮坂　忠志・井川　修

温室効果ガスの排出削減に向け、太陽光・風力発電を代表とする再生可能エネルギーの導入や自動車の電動化、パワーエレクトロ二クス機器の高効率化などによるCO2排出量の削減を実現するためのキーデバイスとして、パワー半導体への期待が高まっている。富士電機は、その代表素子であるIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）や炭化けい素（SiC）を用いたMOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を中心にさらなる高効率化、小型化、高信頼化などのニーズに応える製品を市場に提供している。また、高耐圧のGaN縦型MOSFETや腐食環境下における高耐久化などの技術開発にも取り組んでいる。

軽・小型xEV向け直接水冷IGBTモジュール「M682」
神谷　将英・新井　伸英・安達　新一郎

温室効果ガスの排出削減に向け自動車の電動化が進んでおり、大型車に加え、軽自動車や小型車も電動化が進みつつある。そこで富士電機は、軽・小型車のモータ出力容量帯50～100kWクラスに適したIGBTモジュール「M682」を開発した。冷却器はCuベースプレートを直接冷却する直接水冷構造とし、流路に配置するリブの形状と配置を最適化することにより、小型で低圧力損失、低熱抵抗を実現した。本冷却器とチップの組み合わせを変えることにより同一パッケージでモータ出力容量帯50kW、75kW、100kWに対応可能とし、また、従来製品より10%の小型化を実現した。

産業向けHPnCパッケージ2,300V All-SiCモジュール
可児　知之・内田　貴史

温室効果ガスの排出量削減のため、再生可能エネルギーの普及が加速しており、電力変換装置に使用されるパワー半導体にはさらなる発生損失の低減と電流密度の向上が求められている。この要求に応えるため富士電機は、DC1,500Vの電力変換装置の2レベル回路に適した定格電圧2,300VのAll-SiCモジュールを開発した。第3世代SiC-MOSFETチップを大容量に適したHPnCパッケージに搭載することにより、電力変換装置に搭載時の発生損失を従来品に対して50%低減した。また、設置面積を68%減少し、電流密度を約3倍に向上した。

産業向けStandard 2-Pack「M276」の系列拡大
小林　佑斗・鄭　茂・各川　敦史

温室効果ガス排出量の削減に向けて再生可能エネルギーの導入が拡大し、太陽光パネルとPCSに加え、ESSを組み合わせた太陽光発電システムの設置が進んでいる。富士電機は、中容量の太陽光発電システムで使用される3レベル方式のPCSとESSに適した定格1,200VのIGBTモジュールStandard 2-Pack「M276」の最大定格電流を800Aに拡大した。絶縁基板を2枚構成としてチップ搭載エリアを35%拡大するとともにチップサイズを最適化し、同一外形寸法で定格電流を増大したことにより、従来品に対し、PCS適用時に38%、ESS適用時に17～18%の出力電流増大が可能となった。

パワーデバイスの温度検出IC技術
浅野　大造・赤羽　正志・岩本　基光

近年、AIやIoTを活用した工場のスマート化が加速しており、システムのダウンタイムを最小化するため、パワエレ機器には予知保全が求められている。パワエレ機器の故障原因の一つとしてパワーモジュールの寿命があり、その予測にはパワーデバイスの温度を正確に検出する必要がある。そこで富士電機は、パワーモジュールに内蔵する温度検出ICを開発した。ノイズの影響を最小化するため温度信号をデジタル信号に変換するとともに、温度依存性が低くIC内部のノイズの影響が小さい回路とすることにより、温度検出範囲-40～+200℃にて、温度検出精度±3℃を実現した。

パワーモジュールの硫化腐食評価技術
武田　真理子・伊藤　秀昭・君島　大輔

パワーモジュールを過酷な腐食環境下で使用すると、硫化腐食を起因とした短絡が発生することがある。富士電機は、過酷な環境下でも使用可能な製品の開発に向け、腐食メカニズムに基づいた硫化腐食評価技術を構築した。電圧印加条件やガス種、基板種の影響について検討し、硫化腐食の加速試験条件として、印加電圧は交流（AC）、ガス種はMFG（Mixed Flowing Gas）が適していることを明らかにした。これにより、実使用環境での腐食形態を模擬するとともに、ISA-71.01規格に基づく試験環境に対し79倍に加速して腐食速度を評価可能となった。

高耐圧GaN縦型MOSFET技術
田中　亮・近藤　剣・高島　信也

富士電機は、SiC-MOSFETに続く次世代パワー半導体として期待されているGaN縦型MOSFETの開発を進めている。今回、AlN保護膜でGaN表面を被覆し1,300℃で熱処理を行うことにより、GaNの熱分解を抑制しつつ、注入したドーパントの活性化と注入により生じた結晶欠陥の除去を可能とした。また、プラズマCVD法によりGaN表面が平坦なMOS界面を作製することができ、これらを組み合わせることにより、耐圧1,200VのGaN縦型MOSFETを実現した。オン抵抗はSiC-MOSFETの半分程度であり、高耐圧で低抵抗なGaN縦型MOSFETを実証した。

パワーエレクトロニクス設計を加速する高精度シミュレーション技術
坂井　琢磨・湯川　文夫・ヒュー　バオチョン

パワエレ機器の高性能化と開発期間の短縮に向け、富士電機は、高精度なIGBTシミュレータを提供している。本シミュレータは、回路構成とPWM制御方式を選定しパラメータを入力することにより、デバイスの損失と温度を出力する。今回、寿命計算機能を開発した。デバイスの熱疲労の原因となる温度変化を高速に算出し、その大きさと発生回数をレインフロー法によりカウントしてアレニウスの式に適用することにより、実使用温度に即した高精度なパワーサイクル寿命の推定を実現した。これにより、過剰なマージンを削除した適切な設計が可能となった。

略語・商標

富士電機技報　vol.97　2024 年　総目次