月: 2022年3月

リードフレームとは

リードフレームとは、半導体デバイスのケース内部に使われる金属製の接続薄板のことです。

トランジスタやIC、LSI、フォトカップラー、LEDなどの内部に使われ、半導体素子の固定およびケース端子までの接続に加えて放熱の役割も担うようにパターン設計されています。一般的に銅合金系や鉄合金系素材が使用され、プレス加工やエッチング技術によって配線パターンや外形形状が作られます。

リードフレームは、半導体デバイスの高集積化と高機能化を支える形状で、導電率や熱伝導性の優れた金属材が使用される部品です。

リードフレームの使用用途

1. 半導体素子

トランジスタ、IC、LSI、フォトカップラー、LED、ダイオードなどが挙げられます。

フォトカップラーとは、光を用いて電気信号を伝送する部品のことです。トランジスタとは、半導体素子の一種で、電気信号を制御するために使用される電子部品のことです。LSI (英: Large Scale Integration) とは、大規模集積回路を指します。ダイオードとは、半導体素子の一種で、二つの端子を持ち、一方向にのみ通電する特性を持つ電子部品です

2. 電子部品

コンデンサ、抵抗器、センサーなどが挙げられます。

3. 電気機器

リレー、モーター、バッテリー、スイッチなどが挙げられます。

4. その他

圧力センサー、温度センサー、アクチュエーター、タクトスイッチなどが挙げられます。タクトスイッチとは、短いストロークで操作可能なスイッチの一種です。タクトスイッチは、瞬間的な電気信号を出すために使用されます。

リードフレームの原理

リードフレームの役目は、半導体素子と外界との電気的、機械的接続の確保です。リードフレームは主に金属の薄板で作られ、その中に複数の電極が配置されています。半導体素子はリードフレーム上に直接接続され、半導体素子の電気的接続をリードフレームを介して外部に伝えられます。

また、熱伝導性に優れ、半導体素子から発生する熱を外部に放出することも重要な役割です。このようにリードフレームは半導体素子の安定した動作を維持するために不可欠な役割を果たしています。

リードフレームの性質

1. 信頼性

リードフレームは、半導体デバイスの高信頼性化に大きく貢献しています。デバイスの信頼性を確保するためにリードフレームの製造には高い精度が必要です。リードフレームは複数の機能を持ち合わせており、それらの機能を発揮するために、製造工程では高い品質管理が求められます。またリードフレームは繰り返し使用されることが多いため、信頼性を確保することが重要です。

2. 経済的

リードフレームは金属シートをプレス加工で製造できるため一度に大量生産が可能です。また表面処理や加工技術が進歩したことで高精度での製造が可能になり、高い信頼性を確保しつつも部品単価を抑えられます。このため多くの電子機器で利用されています。

3. 導電性

リードフレームに使われる金属は、主に銅合金や鉄合金です。これらの金属は優れた導電性能を持っているため、電気信号を効率的に伝送できます。またリードフレーム自体が電気回路の一部として働くこともあるため、高い導電性能が必要です。リードフレームの表面はめっきによってさらに導電性を向上できます。

4. 熱伝導性

リードフレームは、半導体デバイスの動作によって発生する熱を外部に放出することが重要な役割です。素材自体の熱伝導性が高いため、半導体チップの発熱を吸収して効率的に放熱できます。またリードフレーム自体も表面積が広いため空気の流れを利用して熱を放出できます。

5. 多様な形状

リードフレームは、金属板をプレス加工やエッチング技術を用いて形成することで、非常に多様な形状に対応できる部品です。よってリードフレームは非常に柔軟性が高く、様々な形状の半導体デバイスに適用できます。このような形状の自由度の高さは、半導体デバイスの設計自由度を高めて高機能化や高集積化に寄与しています。

エッチング技術は、材料の表面を化学的または物理的に削り取る加工技術のことです。主に金属や半導体などの薄膜の加工に用いられます。

リムド鋼とは

リムド鋼とは加工前の鋼である粗鋼、鋼塊のうち、脱酸を全く行わないか、またはごく微量の脱酸のみを実施した脱酸不十分な状態で鋳造された鋼材です。これに対して、脱酸を十分に行った鋼塊をキルド鋼と呼びます。

リムド鋼は脱酸が不十分であるため、鋳塊の鋳込みや凝固中に気泡が発生し、鋼塊の周辺部外殻(通称リム層)の内側に管状の気泡層を形成します。なお、この気泡はCOガス由来のため清浄であり、さらに鋳塊の熱間圧延の際につぶれるため鋼としての欠陥とはなりません。

リムド鋼の使用用途

リムド鋼は脱酸を行わないため脱酸素剤を使用せず、さらに歩留まりも良いことから、比較的安価で大量に用いることが可能です。

一方で脱酸を行わないことで内部での成分の偏析が大きく、炭素やリンなどの不純物含量がばらつき品質が安定しないという欠点があり、信頼性が必要な機械部品用鋼材などには用いられにくい素材といえます。そのため偏析が問題とならないような低炭素鋼や普通鋼材として、線材や板材、ボルトやナット、ブリキやトタンの材料に用いられています。

リムド鋼の特徴

リムド鋼の特徴としては、脱酸を行わないために、溶鋼中の酸素溶解量が非常に多く、鋳込みや凝固中に火花やガスを放出しながら固まる点が挙げられます。この結果としてリムド鋼の外周部のリム層、その内側の管状気泡層が形成されることとなり、鋳鉄内での偏析が大きくなります。特に内部と周辺部では品質が異なるケースが多く見られます。具体的には周辺部は純鉄に近い良品質な鋼鉄であるのに対し、内部はリンや炭素をはじめとする不純物が多く残り、品質が悪くなります。また、切削して用いる場合には、リムド鋼の管状気泡が傷として現れやすいため、高度な信頼性が求められる用途には不適といえます。

一方で脱酸素剤をほぼ使用しないことから製造コストが抑えられること、またキルド鋼にみられる凝固収縮による空洞(引け巣)も発生しないことから、歩留まりが良いという特徴があります。また表面は純鉄でおおわれていることから良品質であり、塗装性も良好であることから、圧延して使用する用途には適しています。

マルテンサイト系ステンレスとは

マルテンサイト系ステンレスとは、ステンレスの中でも常温でマルテンサイトと呼ばれる結晶構造を有する合金の総称です。

主要な成分として鉄以外にクロムを含むため、同じようにクロムを主成分として含むフェライト系ステンレスとともに、クロム系ステンレスに分類されます。代表的なマルテンサイト系ステンレスはSUS403やSUS410などであり、13%のクロムを含みます。

マルテンサイト系ステンレスの使用用途

マルテンサイト系ステンレスは不動態形成に寄与するクロム含量が比較的少なく、耐食性がその他のステンレスに劣るため、腐食性条件下ではあまり用いられません。その一方で他のステンレスと比較して、安価かつ強度や耐熱性に優れているため、幅広い用途で使用されます。

具体例として、シャフトやボルトのような機械構造用の部品のほか、プラスチック射出成型用の金型などに利用可能です。また焼入れ焼き戻しによって硬度の向上がみられ、非常に硬いステンレスとして知られるSUS440やSUS420などの鋼種は、ナイフや医療用メスのような刃物によく用いられます。

マルテンサイト系ステンレスの性質

マルテンサイト系ステンレスの性質は鋼種によって様々ですが、共通する特徴として強磁性が挙げられます。

結晶構造が体心立方格子であるため、同様の結晶構造を持つフェライト系ステンレスも同様に強磁性です。それに対して面心立方格子であるオーステナイト系ステンレスは非磁性です。

焼き入れによって強度が向上し、焼き戻しによって耐摩耗性や靭性を強化できます。比較的炭素を多く含有しているため、高温で焼き入れすると結晶中の炭化物を固溶させて組織の硬化が起こり、冷却によるマルテンサイトへの再変態によって耐摩耗性や靭性を持たせることができます。

マルテンサイト系ステンレスは焼入れ焼き戻し処理を行って用いられる場合が一般的ですが、焼き戻しの温度によって得られる性質も異なります。具体的には150〜200°C程度の低温焼き戻しでは耐摩耗性が向上し、600〜750°Cで保持した後に急冷する高温焼き戻しでは靭性を向上可能です。一方で475°C付近などの特定の温度で焼き戻しを行うと、475°C脆化と呼ばれる減少により延性や靭性が低下します。

マルテンサイト系ステンレスの構造

マルテンサイト系ステンレスに含まれるクロムの量は、11〜18 %程度です。マルテンサイト系の組成は、高温状態で金属組織がオーステナイト単一組織やフェライトを少し含んだ二相組織になります。高温状態のオーステナイト中に添加された炭素が固溶し、急冷して焼入れすると変態を起こしマルテンサイト組織になります。

基本的な組成は、クロムが13%、炭素が0.2%です。代表例としてSUS410やSUS420J2が挙げられます。SUS410はクロムが11.50〜13.00%、炭素が0.15% 以下で、SUS420J2はクロムが12.00〜14.00%、炭素が0.26〜0.40%です。これらの鋼種は13Cr鋼、13%Cr鋼、13Cr系、13クロムステンレス、13クロムステンレス鋼とも呼ばれます。

マルテンサイト系ステンレスの選び方

ステンレスにはマルテンサイト系のほかにも、フェライト系やオーステナイト系があります。結晶構造が変わると性質も変化するため、用途に合わせてステンレス製品を選ぶ必要があります。

1. マルテンサイト系

主に刃物類や機械のブレード部品に使用され、焼入れによって硬化します。

2. フェライト系

建物内装、自動車部品、業務用厨房などに用いられます。焼入れで硬化せず、応力腐食割れに強いため、経済性に優れています。

3. オーステナイト系

強度、延性、靭性、耐熱性などに優れ、磁石に付きません。リサイクル率は高いですが、応力腐食割れに注意が必要です。

プリフォームとは

プリフォームとは、製造工程において中間製品として使われる部品のことです。

具体的には成形前の材料をある程度の形状に成形し、成形機で加熱して最終的な形状に成形するための部品です。プリフォームは成形作業の効率を向上します。

プリフォームは、樹脂部品の製造に広く使用されています。ペットボトルの製造にはPET樹脂のプリフォームが使用されます。PET樹脂のプリフォームは、あらかじめペットボトルの形状に成形されていて、最終的な成形作業ではプリフォームを成形機にセットし加熱して最終形状に成形します。

プリフォームの種類

以下は、樹脂、ガラス、金属、紙で分類した場合のプリフォームの種類の一部です。

1. 樹脂プリフォーム

樹脂プリフォームは下記のような種類があります。

• PET樹脂プリフォーム (PET=ポリエチレンテレフタレート)
• PP樹脂プリフォーム (PP=ポリプロピレン)
• PE樹脂プリフォーム (PE=ポリエチレン)
• PS樹脂プリフォーム (PS=ポリスチレン)
• ABS樹脂プリフォーム (ABS=アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)
• PVC樹脂プリフォーム (PVC=ポリ塩化ビニル)
• ポリカーボネート樹脂プリフォーム
• ポリウレタン樹脂プリフォーム
• ポリスチレン樹脂プリフォーム
• ポリプロピレン樹脂プリフォーム
• ポリエチレン樹脂プリフォーム

2. ガラスプリフォーム

ガラスプリフォームは主に下記の2種類です。

• ガラス繊維強化プラスチック (GFRP) プリフォーム
• ガラス容器のプリフォーム

3. 金属プリフォーム

金属プリフォームは主に下記の2種類です。

• アルミニウム缶のシートプリフォーム
• スチール缶のシートプリフォーム

4. 紙プリフォーム

紙プリフォームは主に下記の2種類です。

• 折りたたみ式紙容器のプリフォーム
• 段ボール箱のプリフォーム

プリフォームの使用用途

1. 樹脂のプリフォーム

• ペットボトルや飲料容器、化粧品容器、医薬品容器
  PET樹脂のプリフォームが使用されます。
• 自動車部品や家電部品
  ABS樹脂、ポリカーボネート樹脂などのプリフォームが使用されます。
• 建築材料
  PVC樹脂やポリウレタン樹脂などのプリフォームが使用されます。例えば窓枠や断熱材などに利用されます。
• 梱包材料
  ポリエチレン樹脂などのプリフォームが使用されます。例えばクッション材などの梱包材があります。
• その他
  ポリスチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などのプリフォームが使用されます。例えば食器や文具などに利用されます。

2. ガラスのプリフォームの使用用途

• ガラス繊維強化プラスチック (GFRP) 製品の製造
  GFRP (英: Glass Fiber Reinforced Plastic) プリフォームは、ガラス繊維を樹脂でコーティングしたものであり、自動車部品や建材や船舶部品などの製造に使用されます。GFRPはガラス繊維を樹脂でコーティングされています。
• ガラス容器の製造
  ガラス容器のプリフォームは、瓶やフラスコなどの形状に成形されており、最終的な容器形状に成形するための中間製品として使用されます。

3. 金属のプリフォームの使用用途

• アルミニウム缶
  アルミニウムのシートプリフォームが使用されます。シートプリフォームは、成形前のアルミニウムのシートをある程度の形状に成形したものであり、最終的な缶の形状に成形するための中間製品として使用されます。
• スチール缶
  スチールのシートプリフォームが使用されます。アルミニウム缶と同様、シートプリフォームは最終的な缶の形状に成形するための中間製品として使用されます。

4. 紙のプリフォームの使用用途

• 折りたたみ式紙容器
  紙のシートプリフォームが使用されます。シートプリフォームは、成形前の紙のシートをある程度の形状に成形したものであり、最終的な容器の形状に成形するための中間製品として使用されます。コップやテイクアウト用の容器や紙袋などがその利用例です。
• 段ボール箱
  段ボール箱のプリフォームは、段ボールの厚紙をある程度の形状に成形したものであり、最終的な箱の形状に成形するための中間製品として使用されます。

プリフォームの性質

1. 成形前の中間製品

プリフォームは成形前の中間製品であり、最終的な形状に成形するための基礎となります。このため製品の形状やサイズを自由に設計できます。またプリフォームを使用することで製品の形状やサイズに合わせて最適な素材を選択できます。

2. 製造プロセスの効率化

プリフォームは、成形済みの素材を使用する場合と比較して製造プロセスの効率を向上できます。プリフォームを使用することで余分な加工工程を省略できるため、製造期間の短縮やコスト削減につながります。

3. 高い密閉性

金属やガラスのプリフォームは、高い密閉性が実現可能であり飲料や医薬品などの容器の製造に適しています。これによって製品の鮮度や品質を維持できます。また密閉性の高い容器は、輸送中や保管中に製品の漏れや汚染を防止するためにも重要です。

プリフォームのその他情報

1. 様々な素材に対応可能

プリフォームは様々な素材に対応可能です。樹脂、ガラス、金属、紙などの素材から成形でき、それぞれの素材に特化した特性を活かせます。このため用途に応じて最適な素材を選択できます。

2. リサイクルが可能

例えば樹脂のプリフォームは、再加工によって新しい製品を作れます。またガラスや金属のプリフォームもリサイクルが可能です。

3. デザインの自由度が高い

プリフォームは形状自由度が高く、様々な形状やサイズを作れます。また彩色や印刷加工などにも対応可能であり、デザイン性に優れた製品を生み出せます。

ブルドン管とは

ブルドン管とは一般に、一端を塞いで断面が扁平となるように加工したパイプであり、フランスのE・ブルドンによって発明されたことからその名が付けられています。ブルドン管圧力計の部品として多く用いられていますが、同様の原理を利用することで気圧計、差圧系、温度計などの計測器に使用されている部品です。

用途によって異なりますが、圧力や温度などの変化によって形状を変化させる必要があり、その移動量が大きいほど精度が高まるため、通常用いられるC型に曲げられたブルドン管に加え、スパイラル型と呼ばれる渦巻き型、ヘリカル型と呼ばれる釣巻型のブルドン管も用いられています。

ブルドン管の材料は多岐にわたり、黄銅、アルミブラス、SUS、リン青銅などの高弾性な合金が一般的に用いられます。特に高精度圧力測定用にはベリリウム銅やニッケルスパンなどが用いられています。

ブルドン管の使用用途

ブルドン管の主な使用用途は圧力計の構成部品であり、ブルドン管を用いた圧力計をブルドン管圧力計と呼びます。構造が非常に簡単であり、使用が容易であることに加え、電気などの外部エネルギーを必要とせず、真空から200気圧程度まで幅広い圧力範囲の測定が可能なことから、現在でも工業用途において多用されている圧力計です。

またブルドン管圧力計と同様の原理を利用した、ブルドン管温度計も広く工業用に用いられています。ブルドン管内に封入された液やガスの膨張・収縮を利用して温度を測定するため、指示部と感温部との距離を離すことが可能であり、高温域まで測定が可能、構造が簡単で故障が少ない、外部からのエネルギー供給が不要などの利点があります。

ブルドン管の原理

ブルドン管を圧力計として用いる場合には、曲げられたブルドン管を測定箇所に繋げることで、圧力が上昇すれば管が伸び、圧力が下降すれば管が曲がるという、管の曲率変化を圧力として検出しています。温度計として用いる場合には、管内にアルコールなどの液体を封入しておき、温度が高くなるとブルドン管が膨張することで液面が移動するため、この移動を温度として検出しています。必要な精度や測定範囲に応じてブルドン管の材質や厚みなどの条件を変化させることで、幅広い範囲の測定条件に対応することが可能です。

しかしブルドン管圧力計について、通常の構造では受圧媒体がブルドン管に接するため腐食性媒体では使用が困難であり、また振動条件下や圧の振幅がある条件下では、測定時に振幅が大きくなり、精度に問題がありました。これらの問題を解決するため、ブルドン管と受圧媒体の間にダイアフラムを設けた隔膜式圧力計や、振動・脈動条件でのブルドン管への影響を抑制するため圧力計内部にグリセリンを充填したグリセリン入圧力計なども用いられています。

ブリスターとは

ブリスターとは、小さな商品を包装するための一種の包装形態です。

透明なプラスチックの凹型の部分と、その部分を覆う板材で構成されます。一般的にはプラスチックの部分は硬く透明で、開口部を塞ぐ板材は厚手の紙やプラスチックで作られ内容物の情報や説明書などが印刷されています。

ブリスターには商品を保護する効果があり、商品を外部からの汚れやダメージから守れる点がメリットです。また透明なプラスチックを使うことで、商品を確認しやすくして商品の色や形状などを見られるので便利です。

ブリスターの使用用途

1. 医薬品

錠剤、カプセル、点眼液、貼付剤などが挙げられます。

2. 日用品

電池、化粧品、スポンジ、糊、接着剤、ハサミなどが挙げられます。

3. 食品

チョコレート、ガム、キャンディ、調味料、サプリメントなどが挙げられます。

5. 電子機器

USBメモリ、マイクロSDカード、モバイルバッテリー、イヤホン、コードなどが挙げられます。

6. 玩具

ミニカー、プラモデル、フィギュア、トランプなどが挙げられます。

7. スポーツ用品

ゴルフボール、卓球のラケットなどが挙げられます。

8. 自動車関連

バルブ、ヒューズ、ワイパーゴム、スパークプラグなどが挙げられます。

スパークプラグとは、自動車のエンジンを始動するために必要な部品で点火プラグとも呼ばれます。

9. 精密機器

半導体、液晶ディスプレイ、センサーなどが挙げられます。

ブリスターの種類

ブリスターにはいくつもの種類があります。以下はその一部です。

1. プラスチック製の一体成型ブリスター

一体成型されたプラスチック製の容器と、その上部にはめ込むようにして台紙を配置して封じた製品です。形状によって様々な用途に対応したブリスターがあります。例えば乾電池などの包装用に使われています。

2. カードブリスター

ブリスターに商品を入れるのではなく、カード（厚紙）に穴をあけて、その穴に商品を挿入する形式のブリスターです。玩具やトレーディングカードなどのパッケージとしてよく使われます。

3. スライドブリスター

プラスチック製の台紙の上部に、プラスチック製の蓋をスライドさせることで、ブリスター内部に入っている商品を出し入れできる形式のブリスターです。再度商品を保存する際に、再度蓋を閉じるだけで簡単に密閉できます。ヘッドフォンなどの包装で使用されます。

4. シート状ブリスター

シート状ブリスターは、商品が入るように凹ませた部分があるブリスターの一種で薬の包装などにも使われます。

ブリスターの構造

ブリスターは、商品を包装する際に安全性や衛生面にも配慮され、商品を保護する効果があります。外部からの汚れやダメージから商品を守り、商品が傷ついたり汚れたりすることを防ぎます。

透明なプラスチックを使用することで商品の色や形状などが見えるため、商品自体のアピール効果が高まります。開封されていないことを示すシールやマークをつけられるため、購入時に商品が未開封であることを確認しやすくなります。

ブリスターは、フックのついた形状やスタンドに立てられる形状などさまざまな形状で製造されているため、店頭陳列や保管に便利です。また同じ商品をまとめて陳列する場合、ブリスターで包装されていると一目でどの商品かを確認できます。商品の内容物情報や注意書きなどを印刷でき、商品の特性や用途、取り扱い方法などを確認できます。

ブリスターのその他情報

ブリスターの種類には、上記のものに加えて、エコブリスターやプレスブリスターなどがあります。名称は各メーカーにより異なる場合があります。

1. エコブリスター

エコブリスターは環境に配慮したブリスターのことです。通常のブリスターと比較して、プラスチックの使用量を削減するなど、エコロジーな素材や設計が採用されています。

具体的には、再生プラスチックやバイオプラスチック、紙製品などを利用したエコブリスターがあります。また製造過程での二酸化炭素排出量を減らすことや廃棄物の削減を促すことなど、環境に配慮した取り組みが行われています。

2. アルミブリスター

アルミブリスターとは、アルミニウムフィルムを使用して製造されるブリスターの一種です。通常のブリスターとは異なりアルミニウムフィルムが使用されるため、商品を空気や湿気から保護して外部の環境から影響を受けにくいのがメリットです。アルミブリスターは、薬品、化粧品、食品、医療機器などの包装に使用されており、一般的には液体や粉末、錠剤、カプセルなどの詰め物が入れられます。またアルミニウムフィルムは、耐久性が高く、開封後の保存にも適しているため、製品の品質維持にも役立ちます。

フェライト系ステンレスとは

フェライト系ステンレスとは、鉄とクロムを主成分とするステンレスの1種で、常温でフェライト相を構成する合金の総称です。

フェライト系ステンレスは耐食性に優れており、一般的な鉄鋼よりも錆びにくい特性を持っています。これにより、さまざまな分野で幅広く使用されています。

鋼種によってはモリブデンやニオブ、銅などの元素を含みますが、他のステンレスに頻繁に用いられるニッケルはほとんど含有していません。

フェライト系ステンレスの使用用途

フェライト系ステンレスは成形加工性と耐食性に優れ、溶接性も良好です。構成元素であるクロムの割合や添加元素によって特徴が大きく異なるため、その使用用途も多岐に渡ります。

1. 建築・建設業界

外壁や屋根、柱などの建築部材に使用され、耐久性が求められる建築物に適しています。

2. 食品加工業

食品の加工装置やコンテナなどの接触部分に用いられ、耐腐食性が重視される食品産業に適しています。

3. 医療機器

外科手術用の器具や医療機器に利用され、高い清潔性と耐薬品性が要求される医療分野で重宝されています。

4. 自動車産業

自動車の排気管や部品、車体部分などに使用され、耐久性や耐熱性が求められる自動車産業に適しています。

フェライト系ステンレスの性質

フェライト系ステンレスは、さまざまな性質を持っています。なお、ニッケルの添加がほぼ無いことから、オーステナイト系ステンレスと比較して安価です。

1. 磁性

フェライト系ステンレスの特徴は、その鋼種によってさまざまですが、共通する特徴として強磁性を有する点が挙げられます。これはフェライト系ステンレスの結晶構造が、体心立方格子であることに起因しています。そのため、同様の結晶構造を有するマルテンサイト系ステンレスは常磁性であるのに対し、面心立法格子であるオーステナイト系ステンレスは非磁性です。

2. 強度

フェライト系ステンレスは熱処理による硬化がほぼ無いことでも知られており、焼入れ焼き戻しによる強度の向上がみられないことから、高強度が必要な用途には不向きです。

3. 脆性

フェライト系ステンレスは、温度条件によって脆化が起こることでも知られています。高温脆性は400~540度の範囲内、550~800℃の温度範囲内での保存により脆化が進行します。

また、低温域でも、衝撃抵抗が急激に低下する延性脆性遷移温度があります。なお、低温脆性は炭素と窒素の含有率を小さくした高純度フェライト系ステンレスを用いることで改善が可能です。

4. その他

その他の特徴として、一般的に耐食性、加工性、強度は、SUS304などを代表とするオーステナイト系ステンレスよりは劣り、SUS403などを代表とするマルテンサイト系ステンレスよりは優れる傾向が見られます。

フェライト系ステンレスの種類

鋼種を示すSUSの名称の数字が400番台のものが、フェライト系ステンレスです。代表的なフェライト系ステンレスとしてはSUS430が挙げられ、その他のフェライト系ステンレスはこのSUS430に種々の元素を添加したものや、元素比率を変えたものがあります。

なお、SUS430から改善される物性とSUSの種類は以下の通りです。

1. 耐酸化性 (SUS405)

クロム含量18%から13%に減らし、アルミを加えることで、耐酸化性を改良しています。

2. 加工性 (SUS410L, SUS429)

クロム含量を減らしています。

3. 被削性 (SUS430F)

硫黄の添加により、切削加工のしやすさを向上させています。

4. 加工性、溶接性 (SUS430LX, SUS430J1L)

チタンやニオブの添加や、炭素量の低減により加工、溶接性を向上させています。

5. 耐食性 (SUS443J1, SUS434, SUS436J1L, SUS436L, SUS444)

モリブデンや、さらにチタン、ニオブの添加により、耐食性を向上させています。オーステナイト系のSUS304と同等の耐食性を持ち、屋外パネルや化学プラントはもちろんのこと、海水中などでの腐食環境下でも使用されています。

フィンチューブとは

フィンチューブとは、金属製の管の外周にフィンを取り付けたチューブのことです。

フィンとは熱交換器内部の金属製の翼状の部品で、管状の熱交換器表面に取り付けられて表面積を増やすことで熱交換器の熱伝達性能を向上させます。通常フィンはアルミニウムや銅などの熱伝導率の高い金属で作られています。

フィンによって効率的に熱交換が行われて機器の性能が向上するとともにコンパクトな設計が可能となります。フィンチューブは、空調機器や自動車のラジエーターや発電所の冷却器など様々な分野で広く使用されています。

フィンチューブの使用用途

1. 自動車産業

エンジン冷却器や空調システムの冷却器などに使用されます。またバスやトラックなどの大型車両では、エンジンオイルクーラーやトランスミッションオイルクーラーなどにも使用されます。

2. 冷凍・空調産業

冷却塔やエアコン、冷凍庫、冷蔵庫、冷凍車両などの冷却器に使用されます。

3. 電力産業

発電所の冷却塔や熱交換器などの冷却器に使用されます。また原子力発電所の原子炉冷却器にも使用されます。

4. 化学・石油化学産業

石油精製装置、石油化学工場、化学工場などの熱交換器に使用されます。

5. 食品・飲料産業

加熱器、冷却器、蒸留器、乾燥装置などに使用されます。ビールや飲料の冷却器、コーヒーマシンの加熱器などが挙げられます。

6. 医療産業

医療用加熱器や冷却器に使用されます。MRI (磁気共鳴画像診断装置) などが挙げられます。

7. 石油・ガス産業

石油掘削用の熱交換器や加熱器などに使用されます。またパイプラインの保温材としても使用されます。

8. 建築産業

ヒーターやヒートポンプやエアコンなどの空調機器に使用されます。また地熱利用や太陽熱利用などの再生可能エネルギーにも使用されます。

フィンチューブの性質

1. 熱伝導性

フィンチューブは、フィンの表面積を増やすことで熱交換率を向上させます。通常フィンはアルミニウム合金で作られていて熱伝導率が高いため、熱を効率的に伝えられます。

フィンチューブのフィンは細かい形状になっているのが特徴です。理由はフィンの表面積を増やすことでより多くの熱を伝えるためです。このように熱伝導性が高く表面積が大きいフィンによって、フィンチューブは効率よく熱交換できます。

2. コンパクトな設計

フィンチューブは、通常の熱交換器に比べてよりコンパクトな設計で同じ量の熱交換ができます。これはフィンを使用することによって、同じ熱伝達面積を得るために必要な管の長さが短くなるためです。フィンが表面積を増やすことによって熱伝達率が向上して、より効率的な熱交換が可能になります。

例えば航空機の熱交換器では、限られたスペースに多くの熱交換面積を配置する必要があります。フィンチューブはコンパクトな設計でありながら高い熱交換性能を持ち、航空機のような狭いスペースでも効率的な熱交換が可能です。

また工場においてもスペースが制限されている場合があります。フィンチューブを使用することで同じ熱交換量を確保しながらより小さな空間に設置できるため、工場のスペース効率を改善できます。

3. 柔軟性

フィンチューブは、熱交換器の要件に応じて多様な形状やサイズで製造できるため柔軟性があります。例えば狭いスペースに設置する必要がある場合には小型のフィンチューブを使用し、大量の熱を伝える必要がある場合には大型のフィンチューブを使用できます。

4. 耐食性

アルミニウムフィンはアルミニウム合金で作られており、耐食性が高いため多くの化学的環境に適しています。これはフィンチューブが広く使用されている理由の1つです。アルミニウム合金は軽量であり耐久性があります。また高い熱伝導率を持ち熱伝導率が高いため熱を効率的に伝えられます。

5. 耐振動性

フィンチューブはフィンとチューブが一体となっているため、機械的な振動に対して強い構造を持った部品です。よって車両や船や建設機械などの移動式機器や、建物内の振動の大きい場所でも使用できます。例えば船舶のエンジンルームではエンジンの振動や海の揺れによる振動が発生しますが、フィンチューブを使用することで振動に対しても耐久性が高くなり効率的に熱交換できます。

6. 長寿命

通常フィンチューブにはアルミニウム合金が使用されており、耐食性が高くて熱伝導率が優れているため長期間使用できることが利点です。またチューブとフィンの接合部分は溶接やはんだ付けなどで接合されていて接合部分が強固に固定されるため、長期間の使用でも信頼性が高くなります。よってフィンチューブは、建物や機械など長期間安定的に稼働することが求められる設備や機器に広く使用されています。

フィンチューブのその他情報

フィンチューブのメンテナンス

フィンチューブは、熱交換器内部に取り付けられているためメンテナンスが容易です。フィンチューブ自体は交換が必要な場合がありますが、熱交換器全体を分解する必要はなく交換が容易です。またフィンチューブは金属製であるため、定期的なクリーニングで劣化や汚れを取り除けるため熱交換器の性能を維持できます。

ピンクノイズとは

ピンクノイズ (英: pink noise) とは、ノイズのパワー密度が周波数に反比例する雑音のことです。

同じ周波数成分を持つ光がピンク色に見えることから、ピンクノイズと呼ばれます。強い雨や滝の音のような「ザー」という音が特徴です。ピンクノイズは、オクターブバンドごとのエネルギーが一定であり、様々な音響測定の信号源などに使用されます。

ピンクノイズの類似なものに、周波数に関わらず一定のパワーをもつホワイトノイズがあります。聴感上心地よい音として聞こえることから、気持ちを落ち着ける作用があるとされます。ピンクノイズは、パワーが周波数に反比例することから、「1/fゆらぎ」とも呼ばれており、自然界では砂浜の潮騒にたとえられることがあります。

ピンクノイズの使用用途

ピンクノイズは広い周波数範囲の信号源に、アンプやスピーカー、ヘッドフォンなどのオーディオ製品 のテストをはじめ、電子機器の試験用の信号源、及び人の聴力テストや癒し用の音源などに使われます。

ピンクノイズの原理

ピンクノイズは、パワーが周波数に反比例するので、1/fノイズとも呼ばれます。ここで、fは周波数です。ノイズを広く表す一般式は「S(f)∝1/f^α」となります。

なお、S(f)はスペクトル密度、fは周波数、αは0＝＜α＜＝2です。ピンクノイズの場合、αは1前後です。このとき、周波数が10倍でスペクトル密度は、α×10dB減衰します。

αが1前後のノイズは、自然界の中に潮騒をはじめ多くあり、研究対象になっています。また、α＝0はホワイトノイズであり、α＝2はレッドノイズと呼ばれます。

ピンクノイズのその他情報

1. ピンクノイズの効果

ピンクノイズは、オーディオ製品 のテストや電子機器の試験などに多く使われます。この他、音源としての用途が重要です。ピンクノイズは低周波の成分が大きいため、耳で聞くと、外界音を遮断し、癒しの効果があります。また、人間が聞きやすい自然界の雑音に近いことから、心地良い音と言えます。

したがって、集中力や生産性の向上を目指して、環境音として使用される例もあります。ピンクノイズの効果は、睡眠に良い影響を与えることです。脳は睡眠中に短期記憶を長期記憶へ変えると言われています。

ノンレム睡眠の内、特に眠りの深い状態である徐波睡眠が長期記憶に必要です。徐波睡眠時にピンクノイズにより音響刺激を与えると、記憶力が向上する効果について、研究発表されています。

2. ピンクノイズの作り方

ピンクノイズの作り方は、ノイズ発生器を使って簡単に作る方法、ダイオードなどの電子回路で作る方法、プログラミング言語を使用して発生させる方法などがあります。

ノイズ発生器は、電磁妨害EMI試験や音響特性試験などに使用される発生器及びファンクションジェネレータに組み込まれている発生器があります。ホワイトノイズ、ピンクノイズなどを選択してノイズ発生させます。シンセサイザに付属しているノイズ発生器でも可能です。

ツェナーダイオード、トランジスタ、オペアンプなどを使ったノイズ発生回路を使う方法は、まずホワイトノイズを作ります。そして、周波数に反比例したパワー減衰を行って、ピンクノイズにする方法です。パワー減衰は、-3dB/octが必要であるため、ラグ・リードフィルタと呼ばれる回路などを使用します。

もう1つの方法は、C言語、Java言語、Pythonなどのプログラミング言語を使う方式です。乱数を使ってソフトウェアでノイズを生成します。

3. ノイズの色表現

ノイズを色彩で表現することが一般に行われます。カラードノイズと呼ばれ、ホワイト、ピンク、レッド又はブラウン、ブルー、バイオレット又はパープル、グレーなどが使われます。ノイズは周波数成分で決まりますが、同じ周波数成分を有する光の色で、ノイズを表現します。

ホワイトノイズは、すべての周波数を均一に含み、⾵の⾳や⼩川の⾳のような「サー、シャー」と感じます。レッドノイズは、パワー密度が周波数1オクターブあたり6dB低下するノイズです。ピンクノイズは、ホワイトとレッドの中間で、パワー密度が周波数1オクターブあたり3dB低下します。雨や滝の音のような「ザー」と聞こえます。

また、ブルーノイズは、パワー密度が周波数の上昇に伴い、1オクターブあたり3dB増加するノイズです。周波数範囲の限定があります。パープルノイズは、パワー密度が1オクターブあたり6dB増加します。周波数範囲は有限で、ホワイトノイズを微分したものと等しくなります。

グレイノイズは、聴覚の等ラウドネス曲線に近いパワー密度のノイズです。等ラウドネス曲線は、2,000Hz前後のパワー密度を大きく減衰させ、低周波及び高周波で減衰を小さくした等聴感曲線です。

ビレットとは

ビレット (英: billet) とは、金属加工において使用される1種の原材料です。

一般的に円柱または四角柱の形状をしており、一定の長さがあり、主に鋼やアルミニウムなどの金属材料から製造されます。ビレットは、鋳造や鍛造などの工程を経て、様々な形状やサイズの製品へと変形され、ビレットは棒状や板状、パイプ状などの材料へと加工されます。

ビレットは通常、溶鋼炉や連続鋳造機などの設備を使用して大量生産されますが、材料の均一性や強度、加工性などがビレットの品質に影響を与えるため、適切な品質管理が重要です。

ビレットの使用用途

ビレットは、押出や鍛造、切削、溶接、冷間鍛造など様々な方法で加工されます。

• 押出
  建築資材や自動車部品、鉄道部品、電力機器など
• 鍛造
  ドリルビットやフライス刃、ハンマーなど
• 切削加工
  歯車や軸受、ピストン、バルブ、ボルトなど
• 溶接
  構造物や船舶、橋、パイプ、タンク、プラントなどの製造
• 冷間鍛造
  ハンマーのヘッドや自動車のクランクシャフト、バルブなど

ビレットの性質

1. 強度

ビレットは通常、高い強度を持つ金属材料から製造されます。そのため、ビレットは物理的な負荷や応力に対して強く、変形や破壊が起きにくい素材です。

2. 耐久性

ビレットは耐久性に優れており、繰り返しの負荷や長時間の使用によっても性能が低下しにくい利点を持っています。ビレットの耐久性は、材料の結晶構造や均一性が要因です。

強度と耐久性は、製品や構造物が安定して機能し続けるために非常に重要です。例えば、建築や自動車産業では、ビレットから作られた部品や構造物が重要な役割を果たします。

これらの製品や構造物は、外部の負荷や環境条件に対して耐え、長期間にわたって安全かつ信頼性の高い性能を提供する必要があります。

3. 均一性

ビレットは製造過程で一定の形状に加工され、内部の結晶構造が均一に整列しているため、材料の特性や性能が一貫して保たれます。均一性は、製品の品質管理や信頼性の向上のために重要です。

例えば、ビレットから作られる部品や構造物では、均一な材料構造により製品の寸法精度が高まります。また、材料の均一性により、製品の強度や硬度のバラツキが少なくなり、品質が安定します。

4. 加工性

ビレットは均一は寸法や結晶構造を持っているため、形状変更や削りだし加工、穴あけ、切断などに適した素材です。例えば、CNCマシンやCNC旋盤などを使って必要な形状や寸法に削り出せます。

一定の形状と寸法を持っており、加工時の寸法精度の管理が比較的容易です。これにより、製品の寸法の一貫性や精度を確保できます。

5. 熱処理性

ビレットの熱処理可能性によって以下の加工が可能です。

強度の調整
熱処理により結晶の配列や結晶粒のサイズが変化し、材料の強度を増加させたり、または低下させたりできます。

硬度の制御
適切な温度と冷却速度を制御することで、ビレットの表面や内部の硬度を変えられます。

耐久性の向上
熱処理により結晶の配列が変化したり結晶粒が成長したりすることによって、材料の耐久性やクリープ性能を改善できます。

応力緩和
ビレットは熱処理によって内部の応力を緩和できます。特にビレットが加工や冷却過程で応力を蓄積した場合、熱処理によって応力を解放し、材料の安定性を高められます。

ビレットの種類

ビレットには、様々な種類があります。以下はその一部です。

1. 鋼ビレット

鋼ビレットは主に鉄と炭素からなる合金であり、鋼材の原料として使用されます。鋼ビレットは高温で溶かされて鋳造や鋼鉄製品の製造に使用され、通常四角形や長方形の形状をしており、鍛造や圧延などの加工工程で使用される前に加熱されます。

2. アルミニウムビレット

アルミニウムビレットは、純粋なアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる材料です。アルミニウムは、軽量で耐食性に優れ、熱や電気をよく伝導する性質を持っています。アルミニウムビレットは、圧延や押出しといった加工方法で使用され、自動車部品、航空機部品、建築材料など幅広い産業に有用です。

3. 銅ビレット

銅ビレットは純銅または銅合金からなる材料であり、熱や電気をよく伝導し、耐食性があります。銅ビレットは電線や管、加工部品などの製造に使用され、鍛造や圧延のほか、押出しや鋳造といった方法で成形されます。

4. マグネシウムビレット

マグネシウムビレットは、軽量で高い強度を持つマグネシウム合金からなる材料です。マグネシウムビレットは押出しや鍛造などの加工方法で使用され、エンジン部品、フレーム、ホイールなどの製造に有用です。

5. 亜鉛ビレット

亜鉛ビレットは純亜鉛からなる材料であり、亜鉛めっきや亜鉛合金の原料として使用されます。亜鉛は腐食から鉄や鋼を保護するために広く使用され、建築材料、自動車部品、電子機器などの製造に利用される材料です。

亜鉛ビレットは溶解しやすい性質を持ち、溶解後に鋳造や押出しのプロセスを経て所望の形状に加工されます。亜鉛めっきでは、亜鉛ビレットが電解めっきの原料として使用され、金属表面に均一な亜鉛被覆を形成するために利用されます。

ビレットは一般的には円柱または四角柱の形状を持っていますが、必ずしもすべてのビレットが同じ形状ではありません。材料や業界によって、さらに特定の種類のビレットが存在する場合もあり、また名称が異なる場合もあります。

ビレットのその他情報

鋼ビレットの製造方法

1. 原料の準備
鉄鉱石やスクラップなどが溶鋼炉に投入され、溶かして溶鋼と呼ばれる液体の鋼を作ります。

2. 鋳造
溶鋼は溶鋼炉から取り出され、鋳型に注ぎ込まれます。鋳型はビレットの形状をしており、溶鋼が冷却・凝固してビレットが形成されます。鋳造では、鋳型を振動させたり冷却水を使って冷却したりすることで、ビレットの品質や結晶構造を調整可能です。

3. 精練
鋼ビレットの品質向上のために、精練処理が行われることがあります。精練では、鋼中の不純物や不要なガスを除去し、例えば脱硫処理や脱酸処理などが行われ、鋼の純度や組成を向上させます。

4. 冷却
鋳造後、ビレットは冷却されます。冷却方法には、自然冷却や水冷などがあります。適切な冷却方法を選ぶことで、ビレットの結晶構造や物理的特性を調整可能です。

5. 検査と仕上げ
製造された鋼ビレットを検査します。ビレットの寸法や外観、組織構造などが確認され、品質基準を満たしているかどうかが判断されます。最終的な仕上げ作業が行われ、必要に応じて表面を酸洗します。