コンピュータの発熱問題
ＣＡＥによる工業製品の設計や評価をはじめ、構造計算、気象予測、分子動力学、天文学、最適化問題の解決など、計算科学（コンピュータによる大規模シミュレーション）を用いなければ対応できない分野が増えています。このため、コンピュータには益々スピードが求められ、小型・高密度化、演算の高速化が進んでいます。
世界で最も高速なコンピュータをランク付けするサイト（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．
ｔｏｐ５００．
ｏｒｇ／）による対策や放熱設計が重要になってきています。一方
で、騒音対策や省資源の点から、ファンレスによる静音化などの要求も強まっており、ここでも放熱設計が大きな課題となっています。どの素子から発熱しているのか、熱の流れや放熱状態はどうなっているのか、熱流体シミュレーションにより可視化して、製品設計に反映させるというプロセスが必要になります。
当所では、以前から熱に関する各種の測定、材と、現在最も早いスーパーコンピュータは、Ｏａｋ
Ｒｉｄｇｅ Ｎａｔ
ｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ（米）のＪａｇｕａｒ−

料物性の評価、熱設計、コンピュータによる数値計算などについての技術支援を行ってきました。

Ｃｒａｙ ＸＴ５−ＨＥで、演算スピードはＲｍａｘ：

電子情報部に配備されている熱容量測定装置（ＤＳＣ）、熱定数測定装置（レーザーフラッシュ法、光交流法）、熱伝導率測定装置、放射率測定装置、１，７５９，０００（ＧＦｌｏｐｓ）とのことです。これは、毎秒１，７５９兆回の浮動小数点演算をする能力を示します。第２位はＮａｔ
ｉｏｎａｌ Ｓｕｐｅｒｃｏｍｐｕｔ
ｉｎｇ
Ｃｅｎｔｒｅｉｎ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ（中国）のＮｅｂｕｌａｅで、Ｒｍａｘ：
１，２７１，０００（ＧＦｌｏｐｓ）です。スーパーコンピュー

赤外線熱画像測定装置、電子機器熱解析装置などの機器が熱関係の計測、評価にご利用いただけます。また、中部エレクトロニクス振興会と協力して、「中小企業団体等共同研究」（電子機器の高機能・高性能化のための実装技術に関する研究）や各種分科会活動を実践してきました。毎年、熱に関する講演会を数回開催しております。講演会については、当所のＷｅｂサイト（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．

タの世界でも、国力が如実に現れており、残念ながら日本が出てくるのは、日本原子力研究開発機
構のＢＸ９００で、第２２位になります。２００
２年に世界一のスピードにランク付けされた地球シミュレー
タは、第３７位に後退しました。一方で、これらのスーパーコンピュータは、膨大な電力を消費しま

ｎｍｉ
ｒｉ．
ｃｉｔｙ．
ｎａｇｏｙａ．
ｊｐ／ｅｖｅｎｔ／ｅｖｅｎｔ．
ｈｔｍ）でごす。Ｊ
ａｇｕａｒでは、システム全体で６，９５０キロワッ案内しています。

トもの電力を消費します。従って、発熱対策や放熱に関する技術相談なら、まずは工業研究所へお問い合わせ下さい。

熱するためのシステムがとても重要になります。
スーパーコンピュータほどではないにせよ、最（電子情報部長 粟生 雅人）
ＴＥＬ（０５２）６５４−９９４１

近の電子機器は小型・高密度化が進んでおり、熱1月刊 名工研技術情報

技術解説

１

接触角測定装置を用いた材料表面のぬれ性の評価

はじめに前進接触角から液滴の固体に対するぬれやすさ、後退接触角からはそのはがれやすさ、滑落角から固体の表面に液体が付着する現象を「ぬれ」とよびます。例えば自動車のフロントガラスが雨ではその滑りやすさの評価が可能となります。

ぬれたり、フライパンの上に油をひいて表面に拡２

接触角測定によるぬれ性の評価例
当所が日本自転車振興会（現ＪＫＡ）の 平成１
９

がるのも「ぬれ」の現象のひとつです。この「ぬれ」現象を評価する方法のひとつに接触角の測定

年度公設工業試験研究所の設備拡充補助事業があります。接触角とは、固体表面とその表面にて導入した接触角測定装置（ＫＳＶ Ｉｎｓ
ｔｒｕｍｅｎｔｓ

滴下した微小液滴とがつくる平面方向の角度（θ）

社製ＣＡＭ２００）は、単位時間ごとの画像解析によ１）にり静的接触角や経時的変化だけでなく、滑落法やのことをいいます （図１）。

拡張−収縮法などの動的接触角の測定ができます２）。
図３に筆者らが開発した高はっ水性（超はっ水性）膜の静的および動的接触角の挙動の違いについて紹介します。静的接触角測定では試料Ａ，Ｂともに超はっ水性を示していることがわかります。

図１

接触角の模式図

接触角には、静的接触角と動的接触角の大きく二種類に分けることができます。前者の静的接触角とは、液滴が固体上でそれ以上変化しない、平衡となったときの接触角のことをいいます。静的接触角は、着滴後一定時間経過時の試料間の相互
図３比較などの場合に有効に利用されています。

超はっ水試料の静的接触角と滑落角の挙動

しかし、例えばはっ水を示す表面を傾けても水滴が落下せずに付着している場合など、静的な接しかし滑落角を測定すると、試料Ａでは試料表触角だけの評価では十分な情報が得られない場合面が３°傾いた程度で水滴はコロコロと転がるのがあります。そこで、後者の動的接触角の測定がに対し、試料Ｂでは９０°傾いても液滴は落下しませ重要となってきます。

んでした。同じ超はっ水表面であっても水滴の動的な挙動は様々であることがわかります。

図２は動的接触角測定法のひとつである滑落法についての説明ですが、液滴の界面が固体にぬれこのことから、はっ水剤、着雪防止剤や防汚塗拡がる方の接触角を前進接触角（θａ）
、逆に固体料など、はつ液材料の開発においては静的だけでからはがれる方の接触角を後退接触角（θｒ）とよ

なく動的なぬれ性の評価は欠かせません。
当研究室では、接触角計を用いて接触角以外にびます。また、液滴が動き始めたときの試料の傾も表面張力や表面自由エネルギー測定も行っておきの角度を滑落角（α）とよびます。

りますのでお気軽にご相談ください。
１）月刊名工研、２００７年３月号、Ｐ３２）月刊名工研、２００８年６・７月号、Ｐ３（資源循環研究室
図２

滑落法の模式図山中基資）

ＴＥＬ（０５２）６５４−９８８８2

MEIKOUKEN TECHNICAL INFORMATION

試験解説

１

オージェ電子分光分析法によるはんだボール表面の酸化膜厚測定

オージェ電子分光分析法とはる元素の分布（デプスプロファイル）を測定することができます。

原子は、原子核とその周りに存在する電子から４構成されています。原子に、加速された電子を外オージェ電子分光分析法のはんだボール表面部から照射すると（図１−①）、原子核の周りの電酸化物測定への応用

子が弾き出され（同②）、弾き出された電子があっ

ＡＥＳの深さ方向分析事例として、電子部品に使た場所に空孔ができます。この状態の緩和過程の用されるはんだボールを、７日間高温・多湿環境ひとつとして、外殻にある高エネルギーの電子が中に曝露し空孔を埋め（同③）、その際に余ったエネルギーをた際の、す他の電子に与えずと酸素の（同 ④）、エ ネ ル

デプスプロ

ギーをもらった電ファイルを、子が原子外に放出

図２に示しされます（同⑤）。

ます。

放出された電子を、

ａ）は 曝 露フランスの物理学

前、ｂ）は７者Ｐ．オ ー ジ ェ の日間曝露後名に由来してオーのグラフで、ジェ電子と呼びま 図１ オージェ電子放出過程縦軸はすずす。と酸素の存

オージェ電子のエネルギーは、元素ごとに固有在比を表し、の値を持ちますので、このエネルギーを測定する

横軸は試料ことによって元素を特定することができます。こ

表面からののような分析手法を、オージェ電子分光分析法

深さを表し（ＡＥＳ：Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）と呼ます。曝露びます。

前と比較し上述のように、オージェ電子の発生過程には３

図２ ＡＥＳによるはんだボールのデプスプロファイルて、７日間曝露後では、試料深部まで酸素が存在個の電子が関わりますので、ＡＥＳは原子番号が３しています。すなわち酸化膜厚の経時的な増加が（リチウム）以上の元素の同定に利用できます。

確認できます。このように、試料の表面から深さ２方向への元素の分布を分析することができます。

分析深さ
固体中で発生したオージェ電子がその表面からその他、ＡＥＳを用いることにより様々な固体試脱出できる深さは数ナノメートル（１ナノメート料のナノメートルオーダーでの表面分析が可能でルは１メートルの１０億分の１）以下であるため、すが、ミクロンオーダーでの表面分析が必要な場

固体試料の極表面の元素分析に利用することがで

合は、Ｘ線マイクロアナライザーによる分析が適きます。

しており、試料と目的により適切な分析方法を選３択することが重要です。

深さ方向の分析
アルゴンイオンなどを加速し、固体試料表面に当所では、ＡＥＳをはじめとする表面分析に関すぶつけることにより、ナノメートルオーダーで試る様々なご相談・依頼試験を承っておりますので、料表面を削り取ることができます。これを利用しお気軽にお問い合わせ下さい。て、固体試料表面を削り取った後にオージェ電子（情報・デバイス研究室を測定するという操作を繰り返すことによって、

吉田和敬）

ＴＥＬ（０５２）６５４−９８８６

固体試料表面から試料深部までの深さ方向に対す

3

MEIKOUKEN TECHNICAL INFORMATION

月刊 名工研技術情報

技術解説

１

機械・設備のメンテナンス

状態基準保全と設備診断技術

音響診断の結果から、ドリル刃先の形状因子で機械・設備の予防保全は、経済的な観点と診断ある逃げ面摩耗量Ｗｆとコーナー摩耗量Ｗｏ（図１）

技術の高度化と相まって、時間基準から状態基準

では、各摩耗量に対応して、特定周波数領域の切で管理する予知保全へと移行しつつあります。

削音の強さが変化する傾向が認められました。こ

一般的な予防保全である時間基準保全は、経験の事例から、各刃先摩耗に対応した複数の周波数や実績に基づき、一定期間ごとに予防的に補修を領域を同時監視・傾向管理することにより、音響行う方式です。そのため、予防保全間隔を安全側法によるドリル状態基準監視の実用化や工具寿命へ設定する必要があり、オーバーメンテナンスに予知が可能であると考えられます。

なる確率が高いなどの欠点が挙げられます。これに対して、状態基準保全（予知保全）は、設備の状態を正確に把握する設備診断技術とその情報に基づいて適切な補修を行う方式であり、時間基準保全の欠点を解決できます。
設備診断技術は、信号計測技術と信号処理技術とから構成されます。信号計測技術は、振動法、音響法などの検出・測定技術とフィルタ処理技術とで構成されます。信号処理技術は、周波数特性

図１ コーナー摩耗量と音の強さとの関係の評価として、フーリエ変換（ＦＦＴ）、ウェーブ
３

レット変換などが用途に応じて利用されます。
２

工具診断（ドリル）への応用

設備診断技術の問題点
状態基準保全は、設備診断装置が、高価かつ操ドリルの寿命は、穴あけ個数または総穴あけ長作が複雑であるとともに、設備補修の判定基準のさ（穴あけ個数×穴深さ）で評価されるのが一般設定が難しいなど運用上の問題もあります。また、的です。そのため、ドリルの管理方式は、ある一効果的な診断を行うには、機械構造・構成部材に定期間で予防的に保全（交換）を行う時間基準保精通し、適切な診断技術を選択することが重要に全が主流です。しかし、高速加工により、切削温なります。当所では、設備診断技術の導入支援を度に依存する熱的摩耗の領域が、切削距離（摩耗目的とした、簡易な予知保全システム構築の提案距離）に依存する機械的なすり減り摩耗の領域よを行っています。機械・設備診断を検討される際り増加すれば、時間基準保全では対応できません。には、お気軽にご相談ください。

そこで、ドリル刃先の摩耗量に着目し、刃先形状の変化が切削挙動に起因する切削音におよぼす（機械システム研究室

影響を検討しました。

月刊山岡充昌）

ＴＥＬ（０５２）６５４−９８５０

名工研・技術情報 １０月号
発行部数 １，５００部
無料 特定配布
編集担当 名古屋市工業研究所 技術支援室

平成２２年１０月１日 発行
発行

№７１０

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
ＴＥＬ（０５２）
６６１−３
１６１ ＦＡＸ（０５２）
６５４−６７８８ｈｔ
ｔｐ：／／ｗｗｗ．
ｎｍｉ
ｒｉ．
ｃｉｔｙ．
ｎａｇｏｙａ．
ｊｐ／「この月刊名工研・技術情報は古紙パルプを含む再生紙を使用しています。」

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