名古屋市工業研究所から ものづくり基盤技術の情報発信

１Vol.

（No.
759）
月刊名工研２０１５年５月～７月号編集版

基板長手方向断面

３層基板上の信号線の近傍電界を特集１

依頼試験事例紹介（Ｐ２−Ｐ３）・めっき皮膜中の炭素、硫黄量の測定
・電解重量法による銀の定量
・実装状態におけるＴ
ＩＭの熱抵抗評価
・アルミナの成分分析

シミュレーションした結果です。
信号線から離れるに従って、電界が弱くなっています。
（詳しくはＰ６へ）

特集２

技術相談事例紹介（Ｐ４）

特集３

技術開発・研究成果紹介（Ｐ５−Ｐ７）

特集４

トピックス（技術解説、技術動向紹介）（Ｐ８）・薄膜の干渉色・着色物質の組成分析
・プラスチック部品の破損トラブル

・応力測定とシミュレーション計算値との比較
・含フッ素ゲル化剤を用いたフルオロアルキル鎖修飾シリカナノチューブの合成
・電磁界シミュレータについて

・設備診断 －見える化－・高齢者・障害者設計指針

1

特集１

依頼試験事例紹介

依頼試験（めっき皮膜中の炭素、硫黄量の測定）
めっき皮膜は金属イオンの溶液（めっき浴）

料の硫黄定量方法に基づいた酸素気流中燃焼－中で通電することにより、陽イオンの金属が還赤外線吸収法によって測定します。試験片を高元されて原子となり、素材上に析出することで周波誘導加熱炉内において酸素中で加熱し、発得られます。これを応用して装飾や防錆などに生した酸化物のガスを赤外線で検出する仕組み幅広く用いられています。

です。

めっき浴には添加剤と呼ばれる、主に有機系測定用サンプルは、素材中に含有する炭素、の物質が含まれていますが、電析中に添加剤の硫黄量の影響を防ぐため、ステンレスやチタン成分の炭素や硫黄がめっき皮膜中に取り込まれ基材上にめっきし、はく離した箔の状態にしてます。この炭素や硫黄の含有量はめっきの性能使用します。測定には０．
５ｇ以上のサンプルをに影響を与え、特にニッケルめっき中の硫黄は要します。めっき皮膜中の成分分析に関心のあ含有量によって大きく耐食性が異なることが知る方、炭素、硫黄量測定をお考えの方はお気軽られています。また、下地ニッケルめっきの硫にご相談下さい。

黄含有量は、その上に成膜する合金めっきの熱【参考】１）「スズ合金めっき技術の開発」

処理による構造変化に影響を及ぼすことを報告

月刊名工研７１３号、Ｐ３１）

しました 。したがって、めっき皮膜中の炭素、（http://www.
nmiri.
city.
nagoya.

硫黄量を測定することはめっき浴の管理におい

jp/meikoken/pdf/78.
pdf）て重要になります。
めっき皮膜中の炭素、硫黄量はＪ
Ｉ
Ｓ Ｚ２６１５金（金属・表面技術研究室松本宏紀）

９１１TEL（０５２）６５４−９

属材料の炭素定量方法およびＪＩ
Ｓ Ｚ２６１６金属材依頼試験（電解重量法による銀の定量）
本紙の７４３号（２０１４年２月）で電解重量法によター中で放冷した後、秤量して析出した銀の重る銅の定量を紹介しましたが、銀も電解重量法量を求めます。電解残液は３００ｍＬ定容としてＩＣＰで測定することができます。今回は銀地金を例発光法等で測定し、残存する銀を求めます。

として、当所で実際に採用している方法につい各々の操作で測定した銀を合算して含有率を求てご紹介します。

めます。

試料１ｇを秤量して３００ｍＬビーカーに取り、電解時の硝酸濃度が低いと析出した銀が剥離時計皿で蓋をします。（１＋１）硝酸３０ｍＬを加しやすくなり、逆に高いと析出せずに残存する

え、熱板上で穏やかに加熱して分解します。分

銀が多くなります。また電圧が１．
３８Ｖを超えた解が終了したら、時計皿を洗浄して取り除き、場合にも析出した銀が剥離しやすくなります。

液量が約２～５ｍＬになるまで加熱濃縮します。

それらの点を考慮して上記の電解条件を決定し放冷後、水２６０ｍＬとエタノール５ｍＬを加えます。 ました。銀が剥離してしまった場合には、電解白金電極を用いてマグネティックスターラーで終了後に残液をろ過し沈殿を温硝酸に溶解して、撹拌しながら電圧１．
３０～１．
３５Ｖで電気分解を行

ＩＣＰ発光法等で測定する事で補正が可能です。

います。１時間ほど続けると電圧が上昇してく金属材料等の分析についてお困りの事がありるので、１．
３８Ｖを超えないように調整します。

ましたら、当研究室までお気軽にご相談下さい。
（金属・表面技術研究室

電流がほとんど流れなくなったら電解を止め、大橋芳明）

ＴＥＬ（０５２）
６５４−９９２１

陰極を取り出して洗浄・乾燥します。デシケー
2

特集１

依頼試験事例紹介

依頼試験（実装状態におけるＴＩＭの熱抵抗評価）
近年、電子機器の高密度化・高速化により、発熱密度の増加が深刻な問題になっています。
電子部品は熱に対して脆弱なため、放熱シート等のＴＩＭ（ＴｈｅｒｍａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）を使用して電子部品を熱から守る方法がよく使われます。そのため、ＴＩＭの熱抵抗値が熱設計を行う上で重要となります。熱抵抗値は厚みや荷重により変動することから、熱設計上、実装状態での熱抵抗値を知ることは非常に重要です。
当所では圧力を最大で１００ｋＰａ程度まで調整できる測定治具を製作しました。図１は同一材
図１

料で厚みの異なる３種類の放熱シートに一定の熱抵抗・熱伝導率測定結果圧力をかけた状態で測定した結果です。その結果、この放熱シートは厚みと熱抵抗値がほぼ線の関係が成り立つため、熱抵抗の傾きから熱伝形と言えます。一般的に、導率を求めることも可能です。

λ=

熱抵抗・熱伝導率測定にご興味がありました

渥

ら、当研究室までお気軽にご相談下さい。

R・S（生産システム研究室（λ：熱伝導率、渥：厚み、R：熱抵抗、S：面積）

近藤光一郎）

８９２ＴＥＬ（０５２）
６５４−９依頼試験（アルミナの成分分析）
当所でのセラミックス材料の成分分析は、固体法を用いても溶液化が困難で分析できない場合のまま分析が可能である蛍光Ｘ線分析法（ＸＲＦ）があります。当所ではそのような場合、様々なを用いた乾式法と、試料を溶液化し、誘導結合文献を参考にして、規格に無い溶液化法も検討

プラズマ発光分光法（ＩＣＰ－ＡＥＳ）などを用いてします。例えば加圧酸分解法で溶液化が困難な分析を行う湿式法とで対応しています。

アルミナ試料中に含まれるナトリウムやカリウ

ＸＲＦでは、ホウ素以上の全元素を分析対象とムの定量を行いたい場合、中小企業事業団（現：していますが、成分が既知の標準サンプルが無中小企業基盤整備機構）発行のセラミックス前ければ正確な成分量を知ることができません。

処理マニュアル に記載されている溶液化法がまた、検出感度が湿式法に劣るので、構成元素有効です。ここに示されている方法は、四ホウがわからない未知試料について大まかな情報を酸リチウムとメタホウ酸リチウムの混合融剤に得る定性分析に適しています。

よる融解後、酸溶解にて溶液化を行うものです。

１）

一方、湿式法では、指定した元素を感度よくセラミックスなど難溶液化試料の元素分析で定量分析することは可能ですが、分析に先立つお困りの際は、お気軽にご相談下さい。

溶液化（前処理）が困難な場合が多々あります。

【参考】１）ファインセラミックス用アルミナ

例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）の場合、 セラミックスの化学分析前処理技術マニュアル
溶液化の方法がＪ
Ｉ
Ｓ規格（ＪＩＳ Ｍ８８５６、ＪＩ
Ｓ Ｒ１６４９、
ＪＩ
Ｓ Ｒ９３０１）や日本セラミックス協会規格（ＪＣＲＳ（環境技術研究室１０９）などに複数示されていますが、これらの方

柴田信行）

ＴＥＬ（０５２）
６５４−９８８２3

特集２

技術相談事例紹介

技術相談（薄膜の干渉色・着色物質の組成分析）①薄膜の干渉色
プラスチック表面に蒸着した金属薄膜をパターニングするため、レーザー剥離を行ったところ、剥離部分が青色に光って見えるので、その原因を知りたいという相談を受けました。一般的に、薄膜では、その膜厚に応じて、青、緑、黄、赤などに色づいて見えます。これは、シャボン玉や油膜に様々な干渉色が見えるのと同じ現象です。本相談では、レーザー剥離により蒸発した金属が、大気中で酸化されて微粉となって、プラスチック上に堆積して薄膜を形成し、その薄膜の光の干渉色が見えているのではないかと推定しました。そこで、レーザー剥離面について、表面観察と組成分析を行ったところ、表面に付着している微粒子が観察され、薄膜の金属元素と酸素が検出されました。これにより、薄膜の光の干渉現象により青色に見えていることが確認できました。

②着色物質の組成分析
鋼板建材を用いた建物の床のコンクリート部分が黄色に着色するという問題が起き、その原因を知りたいという相談がありました。そこで、着色部分より採取した試料の組成分析を行った
ところ、コンクリート成分の他に、バナジウムが検出されました。通常、鋼板には亜鉛メッキなどの表面処理がされていますが、本相談では、バナジウムを含有する特殊な表面処理がされているのではないかと推定しました。バナジウムは水彩絵の具のバナジウムイエローとしても知られています。雨により、鋼板表面からバナジウムが溶出し、床に流れ落ちて、黄色に着色したのではないかと考えられます。依頼者には、鋼板にどのような表面処理がされているのかを確認するように勧めました。
（環境技術研究室 小野 さとみ）
８５５ＴＥＬ（０５２）
６５４−９

技術相談（プラスチック部品の破損トラブル）
プラスチック（ポリカーボネート）部品の破損原因についてのご相談を受けました。一年ほどの使用で破損が見つかりましたが、使用者からは詳しい使用状況を聞き取れなかったそうです。材料や成形は問題ないことを確認しているので、使用者が製品からプラスチック部品を強引に外したか、もしくはプラスチック部品に油や溶剤がかかったことなどが原因ではないかということでした。
両者の違いは、破断面を電子顕微鏡で観察すると明確になります。一般に、プラスチックを引きちぎると伸びて破壊（延性破壊）するため毛羽だったような破断面になり、油や溶剤がプラスチックに浸透して割れると鏡面のようなフラットな破断面になります。今回破損した部品を観察したところ、ビーチマークといわれる縞模様が観察されました。これは繰り返し応力によって生じる疲労破壊です。その破断面の典型例を図１に示します。
結果として、当初の予想とは異なり、使用環境の振動が原因ではないかという結論に至りました。この後、製造企業で再現実験を行って原因を確定し、部品の設計を見直しました。

図１

疲労破壊の破断面

プラスチック製品の破損トラブルには、製品設計、成形条件、使用条件などさまざまな原因があります。このため、今回のように破断面の電子顕微鏡観察だけで解決できるとは限りませんが、破損の状況や他の機器分析の結果と併せて考えることにより原因を絞り込むことができます。お気軽にご相談ください。
（環境技術研究室 中野 万敬）
ＴＥＬ（０５２）
６５４−９８９３4

特集３

技術開発・研究成果紹介

応力測定とシミュレーション計算値との比較
はじめに製品の強度的な信頼性を確認するためにＣＡＥによるシミュレーションが導入されています。
材料、形状、境界条件を指定することで製品にどのような応力が生じるか計算できます。しかし、実際にその計算値が正確であるかは、実測で確認する必要があり、計算結果と違いが生じることは多々あります。そのため、ＪＩ
Ｓに定められている引張試験片を代表例として、ＣＡＥと実測とのひずみ比較を行いました。

試験に使用した機器については、工業研究所
ウェブサイトの以下のページをご参照ください。
（ htt
p://www.
nmi
ri.
cit
y.
nagoya.
jp/cgi/=page&i
d=262）
conv
eni
ences
/page.
cgi?act
実験結果と考察貼り付けたゲージの実測値を表１に示します。
表１

５ｋＮ負荷時の引張試験片の実測ひずみ

平行部中央①Ｒ部横の平行部③ Ｒ部横の平行部④２．
８７e003３．
０４e003３．
１９e003

Ｒ部の開始点⑤ Ｒ部の開始点⑧

実験方法３．
２６e003３．
２５e003
Ａ６０６１－Ｔ６処理材（引張強度３１７ＭＰａ、伸び⑤の中央寄り⑥ ⑧の中央寄り⑨１０．
８％）のＪＩ
Ｓ５号試験片を使用して、５ｋＮの引２．
７３e003２．
７２e003
張負荷をかけて、試験片の局部ひずみを測定し
図１のＣＡＥの結果と比較すると、実測値はＣＡＥました。先にＣＡＥ（ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓを使用）によりの応力分布と同じく、試験片の平行部からＲ部計算した結果（図１上）から、応力集中する部位をはじめ、７か所にひずみゲージを貼り付けて、 が始まる箇所で応力が最大になっていました。
実測値はＣＡＥに比べやや低い傾向ですが、ほぼ同じ部位でのひずみの比較検証を行いました。
同じでした。しかし、Ｒ部の開始点はＣＡＥでは局部的に最大値で３９００μεもあり、実測値との差がありました。ＣＡＥにおけるメッシュサイズが０．
５ｍｍに対して、ひずみゲージは０．
２ｍｍ長であり、実測値はＣＡＥの要素範囲に適合していましたが、実際には、ゲージ基板があることでピンポイントでの貼り付けは難しく、加えてひずみ分布の変化が大きい箇所ではその貼り付け精度の影響が顕著になりました。
一方、ＣＡＥの値についてもメッシュの大きさで計算結果に差が生じること、境界条件を理想状態で計算していること、解析結果の表示過程で節点部の色分けの平準化がされていることから、必ずしも厳密に正しい値と言い切ることはできません。
まとめ
ＣＡＥと実測との検証をした結果、ひずみ分布の傾向に一致が見られ、危険部位を見つけるなど、ＣＡＥの有効性が確認できました。しかし、ＣＡＥの計算から求めた絶対値については注意が必要でした。工業研究所では、ＣＡＥおよび検証実験について技術支援を行っていますので、ご相談ください。
図１ ＣＡＥの結果と実測のひずみゲージ位置（製品技術研究室 児島 澄人）
８６１ＴＥＬ（０５２）
６５４−９5特集３

技術開発・研究成果紹介

含フッ素ゲル化剤を用いたフルオロアルキル鎖修飾シリカナノチューブの合成
有機材料研究室では、得意技術「有機ナノ組織体の開発および評価」をもとに、有機分子が自己集合することにより機能を発現するような材料の開発・評価を行っています。今回は、平成２４～２５年度に実施した（独）科学技術振興機構の研究成果最適展開支援プログラム（Ａ−ＳＴＥＰ）の「フッ素樹脂に対応した新規ナノフィラー材料の開発」の成果の一部について簡単にご紹介します。
当研究室ではこれまでに、分子内にフルオロアルキル鎖（Ｒｆ鎖）と炭化水素鎖を導入した低分子ゲル化剤が、様々な極性の溶媒を低濃度で１）ゲル化できることを見出しています 。ゲル化剤とは一般に、溶媒に少量混合し静置することで溶液を固化できるような材料で、インクやグリース、化粧品などに利用されています。今回のゲル化剤では、Ｒｆ鎖同士および炭化水素鎖同士の凝集力を通してゲル化剤分子が自己集合することで、溶媒がゲル化すると考えられます（図１）。

本研究では、このＲｆ鎖同士の凝集力をさらに利用して、新たなナノ構造体の形成を試みました。具体的には、上記で説明したゲル化剤を含む溶液に、Ｒｆ鎖修飾シランカップリング剤を加えてゾル−ゲル重縮合を行いました。反応後ゲル化剤を溶媒で抽出することで、「表面がＲｆ鎖修飾されたシリカナノチューブ」（以下（１）と表記）が得られました（図１）。
このような中空形状の構造体が得られたのは、ゲル化剤とＲｆ鎖修飾シランカップリング剤とのＲｆ鎖同士の凝集力により、ゲル化剤が形成するナノ繊維を鋳型として、その界面で効率的なゾル−ゲル重縮合が起こったためと考えられます。
得られた（１）の内径は、ゲル乾燥物のナノ繊維の直径とほぼ同じ１００ｎｍ程度であり、ナノ繊維の形状を転写できたことが示唆されます（図２）。
また、反応条件を最適化し、低濃度でゲル化できるゲル化剤を用いることで、高収率で（１）を得ることができました。
（１）は中空形状のため、ファイバー形状に比べ単位表面積および体積が増加し、またその表面はＲｆ鎖特有の特性を示します。
本研究では、上記の特性を活かしてフッ素樹脂に添加し、強化材としての利用を報告しました。現在は（１）の撥水撥油剤、吸着剤、誘電体など特性を活かした添加剤への応用について検討しています。

図２ （ａ）
ゲル乾燥物のナノ繊維（ｂ）（１）の電子顕微鏡写真
当研究室では、ご紹介した例の他にもナノ組織化材料の開発・応用に取り組んでいますので、ご興味のある方はお気軽にご相談ください。
図１

ゲル化剤を用いた（１）の合成イメージ【参考】１）特許４５９９４９９号（有機材料研究室 山中 基資）
８８８ＴＥＬ（０５２）
６５４−９6特集３

技術開発・研究成果紹介

電磁界シミュレータについて電磁界を解析するのに電磁界シミュレータが最近よく用いられます。例えば電子機器等の内部の電磁界分布について知るために、電磁界を計算で求めます。具体的には以下のような例を挙げることができます。
（１）携帯電話が動作しているときに、携帯電話から放射される電磁波。また、携帯電話の内部に発生する電磁界。
（２）様々な種類のアンテナ（ホーンアンテナ、ループアンテナ等）から放射される電磁波。
（３）基板上に作られる様々な配線パターンの近図１

傍電磁界、パターンの表面電流等。

シミュレーションモデル

電磁界シミュレータで計算して電磁界の強度を可視化すると、どこから強い電磁波が出ているのか、どこの電磁界が強いのかを知ることができます。これら電磁界の強度分布は電子機器等の設計に役立てることができます。
電磁界を求めるには、マクスウェルの方程式を解きます。しかし、一般的な電子機器等はその構造が非常に複雑なため、そこから放射される電磁波、内部の電磁界等についてマクスウェルの方程式を厳密に解くことは非常に困難です。

図２

信号線の近傍電界（基板長手方向断面）

そこで電磁界シミュレータを用いて計算を行い
図２に信号線の近傍電界のシミュレーションます。

電磁界シミュレーションの解析方法としては、 結果を示します。信号線から離れるに従って電界は弱くなっていることがわかります。

電磁界の空間分布を得意とする有限要素法やモーメント法、電磁界の時間変化及び空間分布

このように電磁界シミュレータを用いると、ｆｆｅｒｅｎｃｅを得意とするＦＤＴＤ法（Ｆｉｎｉｔｅ−Ｄｉ

シミュレーション計算によって電磁界分布を可ｉｎ ｍｅｔｈｏｄ）等を挙げることができＴｉｍｅ−Ｄｏｍａ

視化でき、それを電子機器等の設計に役立てるます。ここではＦＤＴＤ法について説明します。

ことができます。

ＦＤＴＤ法は空間を格子状に分割します。さら当所では高速信号伝送線路技術（特性改善、に時間についても分割します。これら分割され最適設計）の確立を目指して、電磁界のシミュた空間、時間に対応する電界、磁界をマクスレーション、放射される電磁波の測定等の研究

ウェルの方程式を近似的に解いて求めます。

を行っています。ご興味のある方はお問い合わ

以下に実際に電磁界シミュレータで計算をせ下さい。

行った事例を紹介します。シミュレーション計
算の対象は、図１に示すような３層基板上の配線（電子技術研究室白川輝幸）

９３１ＴＥＬ（０５２）
６５４−９パターンに信号を入力したときの近傍電界です。
7特集４
設備診断

トピックス（技術解説、技術動向紹介）－見える化－

設備診断技術は、さまざまな情報を基に機械装置などを総合的に診断するものです。人間の五感（視力、聴力、触覚、臭覚、味覚）に相当する情報に加えて、各種のセンサ出力を利用します。しかし、単純にデータを揃えただけでは情報をうまく活用することは困難です。そこで必要になるのが、情報の「見える化」です。

図１

木型の設計データ

図２

工具使用時の音

図１は木型の設計データと非接触式三次元測定機による実測データを比較し、偏差の大きさを色により階調表示したものです。このように、「見える化」を行うことで、より一層情報の理解が進むことが分かると思います。
図２は工具使用時の音を表したものです。録
音されたデータは単なる数字の羅列ですが、ＦＦＴ（周波数分析）を行い、縦軸に周波数、横軸に時間をとり、色による階調表示を行うことで、音の強さの「見える化」を図っています。特徴的な周波数やその時間変化が明らかになっており、開始直後だけに発生する音などもよく分かります。
このような分かりやすい診断について、ご興味のある方はお気軽にお問い合わせください。
（生産システム研究室 松下 聖一）
８５１
ＴＥＬ（０５２）
６５４−９

高齢者・障害者設計指針
ＩＳＯ/
Ｉ
ＥＣ Ｇｕｉｄｅ７１は日本発の国際規格のガ面 子供のための安全の指針」があり、安全側
イドで、ＪＩ
ＳではＺ８０７１「高齢者及び障害のある面からの子供への適用の指針となっています。
人々のニーズに対応した規格作成配慮指針」と安全側面に限定した高齢者及び障害者への設計して発行しています。この規格作成指針に基づ指針はないため、ＩＳＯ/Ｉ
ＥＣ Ｇｕｉ
ｄｅ５０/
５１とＩ
ＳＯ
き、高齢者・障害者設計指針が３０以上の国際規/Ｉ
ＥＣ Ｇｕｉｄｅ７１のそれぞれに基づいた規格群を格または日本工業規格になっており、視覚、聴うまく組み合わせ、誰にとっても快適な製品・覚、触覚という感覚別、消費生活製品、施設・サービスの設計ができるようにすることが大切
設備、情報通信、包装・容器といった利用別にです。
も分類されています。
当所でもこれらの規格に基づいた技術指導、例えば、自動車の乗り心地を良くしようと技術相談に対応しています。当所では、電気関思った時に、高齢者や障害のある人の乗り心地連規格のＩ
ＥＣ １１６０設計審査、ＩＥＣ ６１０２５ＦＴＡを良くすることによって、誰にとっても乗り心 （故障木解析）、Ｉ
ＥＣ ６０８１２ＦＭＥＡ（故障モード地の良いものにすることができます。アメリカ
影響解析）、ＩＥＣ ６
１８８２ＨＡＺＯＰ（危険分析運用
ではユニバーサルデザインと呼び、日本では共研究）をはじめ、個別の製品、サービスの設計・用品と呼んでいる考え方です。
分析の仕方の相談、一般的な設計指針の使い方
安全の規格にはＩ
ＳＯ/ＩＥＣ Ｇｕｉ
ｄｅ５１があり、ＪＩＳなどの演習を実施しています。
ではＪＩ
Ｓ Ｚ８０５１「安全側面 規格への導入指針」（生産システム研究室 小川 清）
９４７があります。またＩＳＯ/ＩＥＣ Ｇｕｉ
ｄｅ５０「安全側ＴＥＬ（０５２）
６５４−９

名工研・技術情報Vol.
1（№７５９）

発 行 日 平成２７年８月１日
発行部数 １，２００部
無料 特定配布編
集 名古屋市工業研究所支援総括室

月刊名工研２
０１
５年５月～７月号編集版
発8行

名古屋市工業研究所
名古屋市熱田区六番三丁目４番４１号
電話：０５２－６６１－３１６１ ＦＡＸ：０５２－６５４－６７８８
ＵＲＬ：http://www.
nmiri.
city.
nagoya.
jp
Ｅ－ｍａｉｌ：kikaku@nmiri.
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