（様式２）
プロジェクト名Core Industry 【世界を牽引して未来を創りつづける愛知の基幹産業の更なる高度化】
研究開発分野自動車・航空宇宙等機械システム（ハード）研究開発テーマ

超高効率エレクトロニクスを実現する
MBDと融合した革新的素材開発
 研究リーダー* MBD: モデルベース開発

株式会社U-MAP(J-Startup Central) 西谷 健治
 事業化リーダー
AZAPA株式会社(J-Startup Central) 市原 純一
 大学
名古屋大学 宇治原 徹
豊橋技術科学大学 中野 裕美

2024年3月6日 知の拠点あいち重点研究プロジェクトⅣ期公開セミナー

1１.研究テーマの概要 -全体図材料設計と構造設計(回路設計/熱設計)の橋渡し課題を解消し、高機能放熱材料と最適構造設計でエネルギー効率の向上を実現する
エレクトロニクスは熱との戦いであり、放熱設計の良し悪しが製品性能やエネルギー効率に大きく影響する。
熱的環境は構造と材料物性により決まるが、材料物性の本来の強みを発揮できる構造になっていない。
材料設計と構造設計が個別に行われていることが課題であり、本プロジェクトではその解決策を示す。

セラミックス基板/樹脂製品

インバータ内部

EV (インバータ)

材
料
設
計
橋
渡しが課
題

構
造
設
計

U-MAP

Thermalniteを用いた放熱材料の設計/開発
シーズ*：ThermalniteおよびThermalniteを添加したセラミックス/樹脂部材
熱伝導率や強度材料設計が可能*特許取得済み

名古屋大学
Thermalnite評価及びプロセスインフォマティ
クスによるプロセス開発

豊橋技科大学知の拠点における計測技術で材料構造を評価

セラミックス部材の内部構造の影響を解析

ボトルネックとなる
材料物性を特定アドバイザー

材料設計観点での制約条件を提示

AZAPA

高精度シミュレーションによるモデルベース設計

名古屋大学
今岡 淳 准教授
人材育成
AZAPA モデルベース大学

共同でサーマルソリューション事業を立ち上げ、エレクトロニクス分野へ展開する(愛知県内の材料メーカーやエレクトロニクスメーカーとのパートナーシップを構築)

2

１.研究テーマの概要 –開発体制・役割分担研究リーダー

研究機関

U-MAP (J-Startup Central)

名古屋大学 宇治原徹 教授

特 ・革新的放熱素材”Thermalnite” (あいち重点II期の成果)
徴・Thermalniteの高度計測評価
・プロセス型MIによる複合化プロセスのデータ解析（あいち重点III期の成果）

Thermalniteを用いた放熱部材の設計と開発を行う。
放熱部材の熱伝導率や機械強度を制御するために、材料構造や製造プロセスの影響について調査する

豊橋技科大学 中野裕美 教授

・Thermalniteを用いた複合化設計技術

・セラミックス部材の組織構造解析
・組織構造の熱伝導率や機械強度への影響についてメカニズムの考察

あいち産業科学技術総合センター
あいちシンクロトロン等の測定技術で、Thermalnite複合部材を評価・解析

事業化リーダーアドバイザーAZAPA (J-Startup Central)
・モデルベーステクノロジーを最大活用
特徴 ・Tier0.5の業界ポジション
・自動車業界で培った技術を派生展開
既存製品とThermalnite導入モデルで熱モデルをシミュレーショ
ン比較する。モデルベースを活用することで新素材を導入する
メリットを可視化し、製品への組み込みを提案する

名古屋大学 今岡淳 准教授

随時、関係会社や大学教員に参画いただく予定(来年度より1社参画予定)3

１.研究テーマの概要 –開発ターゲット-

開発ターゲットの名称

最終目標（性能、仕様等）

設定の根拠

１

セラミックス部品：
高熱伝導放熱部品
熱伝導率250 W/mK
樹脂部品：
【U-MAP】
熱伝導率15 W/mK

従来品に比べ、大きく優位性があるため。
従来品)
セラミックス基板 200W/mK
樹脂部品 10 W/mK

２

実機検証：
マテリアルモデルベー エネルギー効率（電費）
スシミュレータで実現 10％UPする高効率モビリティ
シミュレーション環境構築：
材料物性のInputからエネルギー効率の【AZAPA】 Outputを出力できる(モデル誤差: ±5%以下)

公道走行可能なキックボードがフル充電で30-35kmの走行ができる。
電気自動車3.9～8.5km/kWh。
開発環境を実機からシミュレーションに変えることにより、開発工数を大きく削減できるため。

4２.年次ロードマップ –令和4年4月〜令和6年3月課題と解決方法

R4年４月～9月

R４年10月～R5年3月

R5年10月～R６年3月

試作品作製・実証評価フェーズ

あいち重点Ⅳ開始▼セラミックス)

U-MAP

現状、セラミックスおよび樹脂部品における構造と材料物性の関係性が評価できていない。構造評価を行い、機械学習と組み合わせることで構造をパラメータ化し、材料物性との関係性を解明する。
そして、材料設計（理想的な構造の実現）から熱伝導率の目標値を達成する。

R5年4月~9月

試料作成

セラミックス) TEMによる構造評価・画像解析による数値化
セラミックス) 物性に影響を与える構造因子推定樹脂部品) 試作環境構築（仕様検討および設備検証）樹脂部品) X線CT像の取得

樹脂部品) 物性に影響を与える構造因子推定

R6.3時点の達成目標
・セラ）熱伝導率 230 W/mK・樹脂）熱伝導率10 W/mK
*機械学習で組織構造から「物性を予測」

AZAPA

市販のコンバータとTNに入れ替えたコンバータでの実機検証・評価を行い、シミュレーション環境構築の基礎データを取得する。
Thermalniteのバージョンアップに対応すべく、インターフェイスを作製する。

実測
計測

評価・分析モビリティ搭載における検証
部品検討・寄与度分析

モデル作成

シミュレーション環境構築

R6.3時点の達成目標
・選定モビリティのモデル化
・小型モビリティでの「Thermalnite適用効果の検証」

材料特性I/F作成
5３.研究開発の実施状況[U-MAP] –セラミックス部品 知の拠点あいちにおいてTEM観察を実施

最表面の粒子

TN有り

TN無し

試料最表面

試料最表面

欠
陥

最表面から2個目の粒子

 焼成時間と熱伝導率の関係について

最表面から2個目以降の粒子からは欠陥のコントラストは観察されずTNを添加した試料においてもTN無しと同等以上の結晶性を持っていると考えられる。

焼成時間と熱伝導率
ホットディスク法

 試料の熱伝導率をホットディスク法で測定した。
焼成時間とともに熱伝導率が向上している。
 熱伝導率 220 W/mKを達成（レーザーフラッシュ法では238 W/mKを確認）[今年度目標 230W/mK] 回帰分析により熱伝導率の影響度が高い因子を特定[今年度目標 機械学習で組織構造から「物性を予測]
6３.研究開発の実施状況[U-MAP] –樹脂部品PPSへのThermalnite添加量と熱伝導率

シリコーンへのThermalnite添加・0.1 mmの超薄TIMシートの実現に成功
・熱抵抗において、業界最高水準品の15%向上（熱伝導率 5 W/mK）・40 wt%付近で3 W/mKを超える熱伝導率を確認
・高充填領域では、混錬時に割れが発生
3.50
3.00

熱抵抗比

1.00

1.00

Thermalnite添加量5%+球状フィラー

0.85

0.80
0.60
0.40

熱伝導率[W/mK]

1.20

2.50
2.00
1.50
1.00
0.50

0.20

0.00
00.00
市販品D
業界最高水準品

10U-MAP品

2030

405060thermalite添加率[wt%] シリコーンシート及びスーパーエンプラ(PPS)に添加し、熱伝導率の向上を確認 シリコーンシートについては、熱伝導率5 W/mKを実現（従来品の4倍の強度により0.1mmの薄さを実現。熱抵抗は10W/mK相当に）[今年度目標 10 W/mK]

7

３.研究開発の実施状況[AZAPA] –実機検証小型モビリティ

改造ヵ所
材料置換
絶縁板
材質

標準
樹脂

厚み0.08mm

セラミックス
with
Thermalnite
0.60mm

熱伝導率0.34W/mK

175W/mKコントローラの中の三相インバータの絶縁部を置換
48V,9.6Ah
600W

三相インバータ

検証結果

実走実験

愛知県HP https://www.pref.aichi.jp/site/shinene-area/list311-3034.html

実走行実験でThermalniteの効果を検証し、Thermalniteによる放熱効果を確認

8

３.研究開発の実施状況[AZAPA] –シミュレーション環境構築小型モビリティ

システム構成図Future製GOGO

実車の構造解析
一般四輪EVと比較しコンポーネント有無を整理

シミュレーションモデル

シミュレーション結果－:実測値
バッテリー電力- - -:Sim値
車速

MATLAB/Simulinkを用いてMETIモデルをカスタマイズ

小型モビリティのシミュレーション環境を構築、実測とシミュレーションがよく一致

9４.研究実績
最終目標
セラミックス
基板

何が出来上がるのか？
ベンチマー
クに対する性能

樹脂製品(TIMシート)

実機検証

シミュレー
ション環境構築

セラミックス部品：
熱伝導率 250 W/mK
樹脂部品：
熱伝導率 15 W/mK

実機検証：
エネルギー効率（電費）
10％UP
シミュレーション環境構
築：
材料物性の Input からエ
ネ ル ギ ー 効 率 の Outputを出力できる(モデル誤差: ±5%以下)

R5 目標 (2023.3)
マイルストン

現状と(達成度)

・熱伝導率 230 W/mK
・機械学習で組織構造から物性を予測

熱伝導率 220 W/mK 達成
酸素量などの不純物量と材料物性について相関を確認(80%)
シリコーンシートにおいて・熱伝導率 10 W/mK
・機械学習で構造から熱伝導率を予測

5 W/mK を達成

・モビリティ搭載における計
測・検証：小型モビリティでのThermalnite適用効果の検証

インバータ半導体モジュールへの放熱性効果があることが実機上で検証できた

・車両モデル完成：モビリ
ティ１台の主要部品のモデル
化

フィラー配合と熱伝導率の相関を確認(80%)（100%）

車両のバッテリー出力および車速が実測とシミュレーションがよく一致した（100%）

特許出願

2件

0件

0件

プレス数

6件

3件

0件

研究会議の開催数

10 回

6回

6 回 (100%)10

５.事業化の見通し –既存技術との優位性・国際競争力樹脂シート

セラミックス基板•

国内外の市販品セラミックス基板を調査し、250 W/mKの優位性を確認•

ユーザーへのサンプル提供・評価を開始

実際にデバイスに搭載し市販品と比較し温度低減効果を確認

•

[数社]

市販品と比較して4℃低減※LED用TIMシートとして利用)
80

76.9°C
5 W/mK (0.2mm)

7071.7°C

温度(℃)

6067.7°C

50

5 W/mK (0.1mm)

4030

TIM無し

20

市販品D(業界最低熱抵抗品)

10U-MAP品

00246810 12 14 16 18 20時間(min) 既存技術調査や競合製品評価により、優位性を確認

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５.事業化の見通し –開発のユーザー視点の導入-

展示会等によるユーザー企業へのPRとサンプル提供
ネプコン2024 [パワーデバイス・モジュール展]

車両関連メーカーとの技術ディスカッションを実施
Japan Mobility Showにおいて技術動向調査、熱マネジメントにおけるヒアリングを実施。
国内自動車メーカー、Tier1、Tier２
および小型モビリティ会社との引き合わせを開始。
会話を進めながら、Thermalniteの導入効果をシミュレーションで訴求し、PoCまで実施できるように整えていく。

今年度の展示会来場客数：約 650 人
順次サンプル展開を実施
顧客からのフィードバック評価を先行して獲得することでユーザー視点を把握

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５.事業化の見通し –ビジネスプランと体制づくり研究
研究リーダー

部品

製品

事業化リーダー

ﾌﾟﾛ
ｼﾞｪｸﾄ

部品
試作製品
試作部品
量産

製品
量産部品

製品

研究特許ライセンス料

研究
研究リーダー U-MAP

C-2

U-MAP
&AZAPAﾌﾟﾛ
ｼﾞｪｸﾄ

お客企業(B)
お客企業(B)

サプライヤ企業

大学

既存

販売

スタートアップ企業

売上販売

事業化リーダー AZAPA

お客企業(B)
お客企業(B)
お客企業(B)
お客企業(B)
お客企業(B)
お客企業(B)

バーチャル試作
研究
部品
試作
部品
量産

売上

コンサル料
サプライヤ企業(B)製品製造
サプライヤ企業(B)製品製造
サプライヤ企業(B)製品製造

販売商社
販売商社
企業(B)
販売商社
企業(B)
企業(B)

 U-MAP/AZAPAともに、社内に事業化に必要な機能の体制作りは完了
 すでに企業からの依頼を受けており、来年度よりフィールドテストを開始する

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５.事業化の見通し –今後の計画モデルベースを活用することで、新たな放熱材料の導入メリットを可視化
新たな熱設計と合わせたサーマルソリューションをエレクトロニクスメーカーに提案
ビジネスプラン (売上見込み)

令和8年3月

令和10年3月

令和12年3月

U-MAP

セラミックス基板およびTIMシートの販売
売上：500 百万円

セラミックス基板およびTIMシートの販売
売上：1,000 百万円

熱ソリューションビジネスの本格事業化
売上：5,000 百万円

AZAPA

性能シミュレーション及び導入コンサル
売上：100百万円

性能シミュレーション及び導入コンサル
売上：200百万円

性能シミュレーション及び導入コンサル
売上：300百万円① サーマルナイト及びを導入する製品のシステム全体のモデル化② 既存製品とサーマルナイト導入モデルで熱モデルをシミュレーション、比較。

③ 放熱部材の導入メリットを見える化 導入検討している担当者が上申しやすい、数値データの提供
 部品の小型化、省エネ化による低カーボンエレクトロニクス製品を促進
組み込み製品ラインナップを拡大していく・小型モビリティ/量産乗用車（特にEV）・農機、建機、船舶（環境規制によりEVに取り組む車両）
・グリーンエネルギーによる発電、蓄電池

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６.県産業への貢献度、人材育成等 –県産業への波及見通し本プロジェクトは、構造と材料物性の橋渡しを行うことが目的の一つである。
この成果は、高い材料物性を持つ部品の効果を最大化し、付加価値向上につながるため、愛知県内の高い技術力を持つ材料産業のさらなる高付加価値化に貢献できる
モデルベーステクノロジーを最大限に活用することで、価値設計段階から統合的にSystem ofSystemsの上位設計と検証を行うフロントローディング化によって設計品質の向上を図り、従来後工程で見つかっていた部署間の擦り合わせのミスマッチと、それによる後戻り工数を大幅に削減し、開発全体の高品質化を実現することができる
愛知県は自動車産業に関係している企業が多いことから、シミュレーション開発が定着することで中小企業のDX化が進み、自動車産業全体の競争力が高まるものと考える。
Tier１～TierXへのモデルベースの導入研修をはじめ、プロセスコンサル・支援を実施。
また、モデルベースを活用した技術で展示会にも出展し広くPRしております。

JapanMobilityShow
AZAPAブース

東京オートサロン
オートバックス様ブース

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６.県産業への貢献度、人材育成等 –人材育成の取組状況-

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