月: 2024年7月

マイクロバンプとは

マイクロバンプとは、半導体デバイスと回路基板側の電極を接合するために形成する微細なはんだの突起です。

一般的に、ピッチが50μm未満であるバンプがマイクロバンプと呼ばれています。近年高性能化が求められるIC製品において、TSVとマイクロバンプ でICチップを接合する積層型三次元IC (3D-IC) 技術などの開発が進められています。ICチップを貫通電極とマイクロバンプで接続することに より、チップ間の配線長を劇的に短くすることが可能です。これにより、配線遅延時間の低減、省電力化を実現することができます。

マイクロバンプの使用用途

1. 概要

半導体チップの小型化、高性能化に伴って、接続ピン数は増加し、接続ピッチや電極サイズは微細化する傾向にあります。マイクロバンプとは、このような微細化、狭ピッチ化に対応することを目的とした接合プロセスです。

マイクロバンプによって接合部の機械的ストレスが分散され、特性の変動を防ぐことができます。また、一対の電極をたくさんのマイクロバンプで接続することにより、歩留まりをあげることが可能です。

2. 具体的な用途

マイクロバンプの具体的な用途例には下記のようなものがあります。

• 半導体パッケージ一般
• 3次元集積回路
• 非破壊検査用X線センサ
• 医療用X線センサ
• 遠赤外線イメージセンサ
• 高エネルギー物理学研究用の素粒子検出器

マイクロバンプは、X線センサの解像度を従来の100倍以上に上げる効果があり、医療用などのセンサの性能向上に貢献しています。これにより、X線の照射量が少なくて済むため、人体への影響を軽減することができます。また、マイクロバンプは、従来のデザインで作った積層チップにも適用可能です。

マイクロバンプの原理

1. 半導体はんだバンプ

半導体デバイスの実装方式には、ワイヤーボンディング実装方式と、フリップチップ実装方式があります。

ワイヤーボンディング実装方式は、半導体デバイスの電極と回路基板側の電極を金などのワイヤーで接続します。

一方、フリップチップ実装方式は、半導体デバイスと回路基板側の電極同士を直接接続する実装方法です。 反転 (フリップ) させた半導体デバイスと回路基板を熱や超音波で圧着します。圧着のためには、あらかじめ半導体ウエハの電極部に突起を形成する必要があり、この突起がはんだバンプです。また、この作業工程を半導体はんだバンプ加工工程と呼びます。

2. Cuピラーバンプ形成

マイクロバンプの接合は、一般的なバンプよりもピッチが狭いため電解めっき法によるCuピラーが主流です。

はんだボールではリフロー時に横方向に大きく広がるため、端子間ピッチを確保する必要があり、マイクロバンプにはあまり適しません。Cuピラーは、はんだボールよりも少量のはんだで接合することが可能です。

Cuピラーバンプ形成工程では、下記の順に工程が進められます。

1. スパッタリングによるTi/Cuシード層 (導電層) 形成
2. フォトリソグラフィによるレジストパターンの形成
3. 電極形成部におけるCuめっきによる柱状の電極形成
4. バリア層としてのニッケル層の形成及び、スズ-銀 (Sn-Ag)などの鉛フリーはんだの連続的な積層めっき形成

3種類の積層めっきは1台のめっき装置で連続処理が行われます。Cuピラーの高さのバラツキが大きいと実装する際の接続性に直接影響するため、めっき工程においては膜厚均一性を確保することが非常に重要です。

マイクロバンプの種類

マイクロバンプには、Cuピラーバンプ形成の他、無電解スズめっきによる形成などの方法があります。無電解スズめっきには還元型と置換型の2種類が有り、置換型の無電解スズめっきは原理的にスズの膜厚を厚くすること ができません。一方、塩化チタン (Ⅲ) を還元剤とする無電解スズめっきは自己触媒反応により連続析出することが可能であり、バンプ形成に適しています。

被加工物は、通常のSiウェハをはじめとして、SiC、GaAs、 InP、サファイアなどです。ウェハ以外の四角形状基板や、FPCなども加工される場合があります。ウェハサイズは2〜12インチ程度様々なものがあります。バンプ径は最小φ3μm程度から有り、バンプピッチは最小6μm前後から幅広くあります。

コンベアアイドラーとは、ベルトコンベアやコンベアラインにおいて、ベルトを支える装置です。

ベルトの重量や搬送物による負荷によってアイドラーが回転し、ベルトが支えられる仕組みです。コンベアアイドラーは回転式と非回転式の2つの基本的なタイプに分かれます。回転式はアイドラーが回転し、ベルトを支え、非回転式はアイドラーが回転せず、ベルトの重量や負荷によって支えられます。

コンベアアイドラーは工場や製造現場、物流倉庫、空港、駅などで幅広く活用されています。構成要素としては、アイドラー本体、軸受け、駆動装置があり、アイドラー本体が通常金属製でベルトを支え、軸受けが回転を可能にし、駆動装置がアイドラーを回転をさせる動力源となります。

監修:株式会社クラフトワーク

ステンレスロッカーとは

ステンレスロッカーとは、ステンレス鋼製のロッカーです。

ステンレス鋼は非常に耐久性があり、錆びにくいため、長期間の使用に耐えます。特に湿気の多い環境や屋外での使用に適しています。過酷な環境にロッカーを設置する必要がある場合、ステンレスロッカーが活用されることも多いです。

また、ステンレス鋼は表面が滑らかなため、消毒や清掃が容易です。したがって、清潔に保ちやすく、衛生管理が求められる場所での利用に適しています。食品加工場や医療施設及びプールサイドなどで活用することも可能です。

ステンレスロッカーの使用用途

ステンレスロッカーは様々な場面で活用されます。以下はその一例です。

1. 食品加工業

食品加工業界では、食品の安全性を確保するために厳格な衛生管理が求められます。ステンレスロッカーは表面が滑らかで汚れがつきにくく、洗浄が容易です。したがって、従業員が清潔な状態で作業するための衣類や衛生用具の保管に利用することが可能です。

特に濡れたままの長靴を収納するステンレス長靴ロッカーを使用する施設が増えています。

2. 医療

医療施設では感染症の予防が重要な課題です。ステンレスロッカーは消毒がしやすく、患者の個人物品や服装の保管に適しています。さらに、患者のプライバシーを守るために、鍵付きのステンレスロッカーが使用されることもあります。また，消防署や医療施設では紫外線殺菌灯やマイクロプラズマ装置を装着したステンレス殺菌ロッカーも増加しています。

3. 工業

工業環境では、化学薬品や油を使用することが多いです。ステンレスロッカーは耐薬品性と耐久性に優れており、工具や保護具の安全な保管場所として広く利用されます。また、防水性が高いため、屋外での使用や湿気の多い環境でも活用することが可能です。

4. スポーツ施設

屋内プールなどでステンレスロッカーが使用されることがあります。耐水性と防錆性に優れているため、プールサイドでの使用に最適です。利用者の貴重品や衣類、個人の物品の保管に使われます。

ステンレスロッカーの原理

ステンレスロッカーは主にステンレス鋼で作られています。ステンレス鋼は鉄にクロムやニッケルを添加した合金であり、錆びにくく、耐食性が高い点が特徴です。ステンレス鋼の中でも、一般的に使用されるのがSUS304及びSUS316です。

SUS304は一般的なステンレス鋼であり、水や酸素に対して良好な耐性を有します。加工しやすく、溶接や成形が比較的容易です。これにより、さまざまな形状や用途に応じて使用することができます。

SUS316はクロムとニッケルの他にモリブデンを含むため、より高い耐腐食性を有するステンレス鋼です。特に塩水や酸性環境、化学物質に対して優れた耐性を示します。したがって、高い耐食性と耐蝕性が求められる医療機器や海洋環境で広く利用されます。

ステンレスロッカーの選び方

ステンレスロッカーを選ぶ際は、以下の要素を考慮することが重要です。

1. サイズ

一般的な個人用ロッカーのサイズは、幅30cm程度、奥行き51.5cm程度、高さ180cm程度です。これは服や靴、小物類を収納するのに適しています。グループで利用する場合や、大きな荷物を収納する必要がある場合は、より大きなサイズを選ぶことがあります。一人用，多人数用，シューズ用，長靴用などの中から設置場所や人数，用途に応じて選択して下さい。

2. 材質

SUS304は一般的な使用環境での耐久性が高く、一般産業用途や屋外の環境で広く使用されています。SUS316は高い耐腐食性を有する点が特徴です。海洋環境や医療機器及び化学処理装置など、厳しい環境での使用に適しています。

3. 段数

多段のロッカーは高さを有効に使うことができるため、収納力を確保しつつ、スペース効率を高めることが可能です。各段には仕切りがあり、スペースを自在に仕切ることができます。

4. 鍵の有無

貴重品や機密性の高い物品を保管するためには、鍵の有無が重要です。鍵は機械式のものから電子的なものまで様々な種類があり、使用環境やセキュリティ要件に応じて選ぶことができます。公共的な場所や物品の安全性が問題にならない場合には、鍵なしのロッカーも選定されます。

5. その他

スポーツ用や衛生管理が重視される場合は、換気孔のあるロッカーを選ぶことで収納物の通気性を確保可能です。

本記事はステンレスロッカーを製造・販売する株式会社クラフトワーク様に監修を頂きました。

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監修:株式会社クラフトワーク

ステンレス作業台とは

ステンレス作業台とは、ステンレス鋼で製作された作業台です。

ステンレスは強固で耐久性が高い素材です。耐腐食性があり、錆びにくいため、湿気や化学物質などの様々な環境条件にも耐えることができます。これにより、長期間にわたって安定した使用が可能であり、定期的な交換や修理の必要性が少ない点が特徴です。

また、表面は非常に滑らかで、微細な隙間が少ないため、汚れや細菌が付着しにくく、簡単に清掃・消毒が可能です。衛生管理を強化することが可能なため、食品業界や理化学業界で広く利用されています。

ステンレス作業台の使用用途

ステンレス作業台は様々な用途で使用されます。以下はその一例です。

1. 食品加工業

食品の加工や包装作業のためのＳＵＳ４３０作業台が多く使用されています。衛生管理が厳格な環境であり、ステンレスの耐腐食性と衛生的な特性とＳＵＳ３０４製よりも安価なＳＵＳ４３０製が重宝されています。近年では耐久性と更なる清潔さを求めて，ＳＵＳ３０４製やステンレスに銅（Ｃｕ）を添加した抗菌ステンレス作業台も使用されることが増えてきました。また、レストランや大量調理施設での調理作業において、耐久性と清潔さからステンレス作業台が使用されることも多いです。

2. 研究・開発

研究・開発の場では化学的に安全で耐久性があり，重量のある機器を載せて作業することのできるクリーンなステンレス作業台が使用されています。

クリーンルームでは安全性が高いＲ曲げ天板やエアーの流れを妨げないステンレスパンチング作業台のクリーンパンチングテーブルが使用されることが多いです。

薬品の混合や反応を行う際に、化学的に安全で耐久性のある作業台が必要です。ステンレスは化学薬品に対して耐性があり、表面が簡単に清掃・消毒できるため、実験の安全性と品質管理を向上させます。

3. 工業

機械部品や製品の組み立て及び加工作業のための作業台として使用されます。強度と安定性が高いため、大型の機械や部品を安定して保持することが可能です。また、化学薬品を使用する場面でも腐食しにくいため、清掃も容易です。

4. 医療

ステンレス作業台は手術で使用する器具や消毒物の保管と準備に使用されます。消毒が容易なため，汚染リスクを低減することが可能であり，手術室の衛星維持に貢献します。ステンレス作業台上は手術中や点滴処置準備などに必要な機器を整理し，外科医や看護師が効率的に取り扱えるよう支援する重要な用品です。

ステンレス作業台の原理

ステンレス鋼は非常に強度があり、耐久性が高い素材です。これにより、作業台は重い物や機器を安定して支えることができます。一般的にはSUS0304またはSUS430などのステンレス鋼で製造されることが多いです。

ステンレスの主成分は鉄ですが、クロムも含有されています。このクロムによって形成される表面の酸化皮膜が、腐食や錆びを防止する仕組みです。さらに、ここにニッケルを添加することで、加工性や靭性及び高温強度を向上させていることが多いです。

ステンレスの表面は平滑で、簡単に洗浄や消毒ができます。これにより、衛生的な状態を保つのが比較的容易です。また、平滑な特性から、ステンレス台上で作業するのにも適しており、作業台として販売されることが多いです。

ステンレス作業台の選び方

ステンレス作業台を選ぶ際は、以下の要素を考慮することが重要です。

1. サイズ

作業する内容や必要な作業スペースに応じて、適切な幅と奥行きを選びます。例えば、大型の機器や複数の作業道具を置く場合は広い作業面が必要です。加えて、作業台を設置するスペースや配置も考慮して選定します。

2. 耐荷重（天板の板厚）

耐荷重は作業台の上に乗せることができる最大の重量です。重い機械部品や道具を置く場合は高い耐荷重性が求められます。ステンレス鋼は面積当たりの耐荷重が高いため、重量物を乗せることに適している場合が多いです。天板の板厚は1.0t、1.2t、1.5tのものが多くあります。

予期しない負荷にも対応できるように安全マージンを考慮することも推奨されます。作業台の長期的な耐久性と安全性を確保するためにも、余裕をもって選定することが重要です。

3. 色

ステンレス作業台は一般的に銀色です。環境や用途によって表面研磨処理の種類を選ぶこともあります。光沢のある仕上げの#400研磨やＢＡ仕上げやマットな仕上げのＨＬなど、用途や好みに応じた表面処理を選ぶこともできます。

4. 高さ

作業台の高さは作業者の身長や作業姿勢に合わせて調整する必要があります。一般的に座って作業する作業台の高さは７４０ｍｍや７５０mm，立って作業する立ち作業台の高さは1000mmが主流です。高さが調整可能な作業台を選ぶことで、複数の作業者が快適に使用することが可能です。

本記事はステンレス作業台を製造・販売する株式会社クラフトワーク様に監修を頂きました。

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監修:株式会社ヒューテック・オリジン

枚数カウンターとは

枚数カウンターとは、板状の対象物の数量を数える装置です。

一般的には、生産した製品や加工したアイテムの数を正確にカウントするために使用されます。例えば、工場の製造ラインで製品の数を管理するために枚数カウンターが使われることがあります。

枚数カウンターは高い精度で物の数を数えることが可能です。人間の手作業では誤差が生じやすい場合でも、機械的に正確に数えることができます。また、大量の対象物を迅速に数えることができるため、作業時間の短縮にもつながります。

枚数カウンターの使用用途

枚数カウンターは様々な場面で使用されます。以下はその一例です。

1. 製造業

スマートフォンやコンピュータの製造では、基板などの板状部品について数を正確に数える必要があります。また、高度な自動化が求められるため、製造ラインに統合された枚数カウンターが使用されることが多いです。その他にも、自動車産業や食品産業においても、板状部品をカウントするために使用されます。

2. 印刷業

印刷業界では、印刷された文書やパッケージの部数を正確に数えることが必要です。大量生産の場合でも、枚数カウンターを使用することで、正確な部数を把握することが可能です。これにより、クライアントに納品する際の品質管理を徹底することができます。

3. 物流業

枚数カウンターは、倉庫内での板状商品の在庫管理に重要な役割を果たします。商品が入庫・出庫する際に、自動的に数え上げることで在庫数をリアルタイムで把握し、適切な補充や発注を行うことが可能です。また、正確な枚数の確認ができることで、誤配送を防ぐ役割も果たします。

4. 木工業

木工工場では、加工された木材の板やパネルを数えるために枚数カウンターが使用されます。特にカッティングや成形ラインにおいて、各製品の数を迅速かつ正確にカウントすることが必要です。

枚数カウンターの原理

枚数カウンターは物体の状態をセンサーなどで検知することで枚数を数える仕組みです。一般的には光センサーや画像処理によって実現します。

光センサーを使用した枚数カウンターは、物体が通過する際に光の反射や遮断を検知することで動作します。センサーから光を発射し、対象物の有無によって受光部に届く光量が変化することで検知することが可能です。物体の色や表面の状態に依存せずに使用可能であり、設置と調整が簡単なため、多くの産業で広く使用されています。

画像処理はカメラや画像センサーを使って対象物を検出し、その数をカウントする仕組みです。取得した画像から対象物を特定するための特徴量を抽出し、枚数をカウントします。複雑な処理が可能であり、場合によっては複数の物体を同時に検出し、個別に数えることも可能です。

画像処理を用いた枚数カウンターは複雑な環境や多様な物体を扱う場面で有用です。高度な自動化や精度の要求がある産業で広く利用されています。

枚数カウンターの選び方

枚数カウンターを選ぶ際は、以下を考慮することが重要です。

1. 対象板厚

対象の板厚に応じて、感知範囲や精度が適したセンサーを選ぶ必要があります。例えば、薄い板厚の場合には、差異を正確に検出できるセンサーが必要です。また、板の種類によって、近接センサーや光センサーなど、使用できるセンサーが異なります。

2. 枚数

一度に処理できる枚数を考慮する必要があります。高速な生産ラインでは、短時間で多くの物体を正確に数えることが求められます。また、棚卸時等の非生産時にも計数確認が必要な場合が有り、常に正確に数え上げられることが重要且つ、処理能力と精度のバランスを考慮します。

3. 処理時間

リアルタイムでの情報更新が求められる場合、素早く物体を数え上げられるカウンターが必要です。処理時間を考慮して製品を選定します。また、処理されたデータを迅速に管理し、必要に応じて分析する能力も重要です。

4. その他

高温や振動など、カウンターが設置される環境条件に耐えることも確認する必要があります。長期間安定して動作し、保守が容易であることが重要です。また、他の管理システムと統合できるとさらに有利です。

本記事は枚数カウンターを製造・販売する株式会社ヒューテック・オリジン様に監修を頂きました。

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監修:株式会社石川工場

自動乳鉢とは

自動乳鉢とは、乳鉢と乳棒をモーターで動かして硬質物質や分析試料などを粉砕、混合、分散、混練する機械です。

電子部品材料分野、砥石分野等の各種産業や医学・理科学分野における実験・研究の現場で活用されています。ポットミルなどに比べて、小さな粉砕エネルギーであることが特徴で、その特徴により、電子部品材料分野では、メカノケミカルやメカニカルアロイングが達成できます。また、粉砕中の試料を肉眼で容易に確認することができます。

自動乳鉢は単に手擂りの代替手法として用いられるだけではなく、従来になかった事象を発現させ、新たな材料開発に寄与するものです。さらには、量産まで見据えた工法であるため、量産立ち上げ時間も短縮できます。

自動乳鉢の使用用途

1. 概要

自動乳鉢は、食品、電子部品材料、金属化学などの産業分野や、各種分野の試験研究用途で使用されている機器です。研究では、特にメカノケミカル反応やメカニカルアロイング反応を用いた状態で使用されることもあります。具体的な活用事例には、

• 全固体電池の試作とその評価
• ゼオライトの粒子分布の擂潰時間依存性の評価
• ガラス粉砕実験
• 磁器杵を原材料とした磁器ナノ粒子の生成

などがあります。

2. 分野と被加工物

自動乳鉢は多くの分野で活用されており、分野と被加工物には下記のような例があります。

• 理化学: 金属・ガラス・カーボン・シリカなどの各種ペースト、スラリー、カーボンナノチューブ、磁気材料
• 電気・電子: 導電性インク、半導体材料 (導電性接着剤など)、各種センサー素材、フェライト磁石素材、ハンダ材、セラミック材料 (チタン、ジルコニア、アルミナなど) 、パッケージ封止材
• 電池用材料: 全固体電池の電極材、リチウム電池電解質
• 医療・医学: 歯科材料 (義歯素材など) ・人工骨、軟膏材、香料、漢方薬、健康食品
• 塗料: 塗料用粉末、インク材料、染料、顔料、絵具・漆材、七宝釉薬、朱肉、墨汁
• 樹脂・油脂: 触媒、接着剤添加物、グリース添加物、火薬類
• 窯業・金属・ガラス: ファインセラミック粉、貴金属粉末及び各種金属粉末、カーボン粉末、ガラス添加物、粉末治金、酸化アルミナ、鉱物試料、陶芸釉薬
• 砥石・研磨剤: 砥粒、研磨剤、ダイアモンド、ボロンナイトライド、シリコンカーバイド、コランダム
• 化粧品: ファンデーション、色材、金属粉
• 食品: 蕎麦・うどん、菓子材料、製餡、豆腐、こんにゃく、練り物 (蒲鉾・はんぺん、竹輪)、ハム、カレールウ・粉末スープ、すりごま・味噌すり、ピーナッツペースト

自動乳鉢の原理

自動乳鉢は、鉢もしくは乳棒をモーターによって回転させ、粉体の粒子を細かくすり潰ししながら、同時に均一に混ぜ合わせて分散させ、混練する機械です。材料を擂り潰しながら、同時に撹拌も行えるのが大きな特長になります。ポットミルなどに比べて、粉砕エネルギーが小さいため、時間をかけて、少しずつ繰返し行われます。

このことにより、被加工物に発熱や衝撃などの負荷を与えず、意図しない変質を防ぎながら、均一に混練することが可能です。また、メカノケミカル現象やメカニカルアロイングなども発現し、ポットミル等ではできない加工が可能となります。

機構には大きく分けて2つあります。乳棒と乳鉢の両方が回転するタイプと、乳棒のみが自転公転をするタイプです。乳棒と乳鉢の両方が回転するタイプの装置は、乳鉢側の装置内部に強力なモーターが設置されて乳鉢が回転し、乳棒の垂直圧力と壁面圧力によって、強い摩擦力と圧力で試料を粉砕します。

乳鉢用、乳棒用の2つのモーターが必要になります。乳棒のみが自転公転するタイプの装置は、乳鉢と乳棒の両方が回転するタイプと同様の強い摩擦力と圧力が発生します。また、ギアの設計が必要にりますが、モーターは1つでよいので部品点数は少なくなります。

乳棒が自転公転回転するタイプは、ギアの組み合わせにより、乳鉢は固定されてますが、乳棒が公転しながら自転する複雑な動きとなります。杵筒にばねが内蔵されているため、圧力をかけながら撹拌・擂潰が行われます。

自動乳鉢の種類

自動乳鉢には様々な種類の製品があります。鉢と乳棒の素材も製品によって異なり、小型機以上の大きさでは、鉢は花崗岩、磁器、砲金、ステンレスなど、乳棒 (杵) は木、テフロン、磁器などです。微量機では、メノウ、アルミナ、炭化タングステンなどが鉢・杵共に使用されます。乳棒が2軸式になっている製品では効率よく粉砕が可能です。

また、製品によっては、自動乳鉢に真空機能や加熱機能などの付帯機能があるものもあります。真空機能のある製品では、真空/減圧雰囲気、アルゴンや窒素ガスなどの不活性ガス置換雰囲気で濃縮、乾燥、脱泡、撹拌擂潰処理を行うことが可能です。

酸化を避けたい材料処理など、嫌気性素材に最適です。兼ねる機能が付加されたものは、通常温度では非常に粘度が高く、混錬が出来ないものも、加熱することにより、粘度が小さくなり、混錬が可能となります。また、微量機はグローブボックス内で使用することのできる製品もあります。

大きさ別では、微量機 (加工容積0.05 L程度) ・小型機 (加工容積0.2〜7.0L程度) は実験机の上に乗せて実験が可能なため、研究開発向けに最適です。大型機 (12〜150L) は、また、一度に多くの材料の処理が可能なため、量産用として使用されることが多くなっています。

本記事は自動乳鉢を製造・販売する株式会社石川工場様に監修を頂きました。

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3D ICとは

3D IC (英：Three-Dimensional Integrated Circuit) とは、複数の半導体デバイス層を垂直に積層した集積回路です。

従来の2次元集積回路とは異なり、3D ICでは複数の層が垂直に積み重ねられています。これにより、デバイス同士の距離を短縮できるため、信号の伝送速度が向上して遅延が減少します。また、回路間の接続が短くなることで、信号のロスを減らすことが可能です。

また、2次元集積回路と比較して面積を小さくすることができます。これは特に、モバイルデバイスやウェアラブルデバイスなどの小型化が求められる場面で有利です。

3D ICの製造技術は成熟しており、多くの企業や研究機関がこの技術を採用しています。これにより、市場における3D ICの普及が進んでいます。

3D ICの使用用途

3D ICは様々な場面で使用されます。以下はその一例です。

1. 情報通信産業

モバイルデバイスや通信インフラにおいて、小型化と高度な信号処理能力が求められるため、3D ICが利用されています。また、データセンターやクラウドコンピューティングでの使用も一般的です。高速でエネルギー効率の良いデバイスが求められており、3D ICは性能向上と電力消費の削減に貢献します。

2. 自動車産業

自動車産業では車載エレクトロニクスなどで活用されます。安全性や快適性を向上させるための複雑な電子制御システムにおいて、空間効率の高い3D ICが有効です。また、高度なセンシングや画像処理が要求される自動運転技術においても、高性能で信頼性の高い3D ICが使用されています。

3. 医療産業

MRIやCTなどの医療画像の高速処理と解析において、3D ICが使用されています。これにより、リアルタイムで高性能な診断支援が可能です。また、近年では心臓ペースメーカーや神経刺激装置などのインプラントデバイスにも広く活用されます。

4. その他

宇宙航空産業では、通信衛星などに活用されます。3D ICを使用することで、小型化しつつも高速で信頼性の高いデータ処理を実現し、通信の効率化と信頼性の向上を図ることが可能です。また、産業用ロボットや交通信号制御装置などにも広く利用されています。

3D ICの原理

3D ICは複数の半導体デバイスを垂直方向に積層することで、より高密度で高性能な集積回路を実現する技術です。通常の2D ICでは、デバイスが同一のシリコン基板上に配置されています。それに対して、3D ICでは複数の層が別々のシリコン基板上に製造され、後でこれらを積層する仕組みです。

垂直に積層された各層を接続するために使用されるのがTSVです。TSVはシリコン基板を貫通する微細な穴であり、穴の内部に金属を充填して電気的に接続します。これにより、異なる層のデバイス間で信号や電力を伝送することが可能です。

各層を絶縁するために、層間に絶縁材料が使用されます。これにより、電気的な干渉を防ぎながら層を積層可能です。典型的な絶縁材料としては、酸化シリコンやポリマーなどが使われます。

このように、3D ICは半導体技術の進化により実現される先進的な集積回路技術であり、様々な産業や用途において重要な役割を果たしています。

3D ICの選び方

3D ICを選ぶ際は、以下のような要素を考慮することが重要です。

1. セル数

セル数は3D IC内の基本的な論理ゲートや機能ブロックの数を示します。使用する用途に応じて必要な計算能力や機能を考慮することが重要です。高性能な処理を必要とする場合は、より多くのセル数が必要になる場合があります。

2. メモリ

メモリの統合度が高い3D ICは、データの高速アクセスと効率的な処理が可能です。特に大規模なデータ処理や高速なキャッシュメモリが必要な場合には、ICのメモリも重要です。

3. 消費電力

電力効率が重要な要素である場合、3D ICの設計における省電力性能を評価することも重要です。特にモバイルデバイスやバッテリー駆動の電子機器では、省電力が大きな利点となります。

4. サイズ・形状

3D ICの物理的なサイズと形状は、組み込み先のデバイスやシステムに合わせて選択する必要があります。空間の制約や冷却システムの設計も考慮することが重要です。

監修:新明和ソフトテクノロジ株式会社

自動設計ツールとは

自動設計ツールとは、各種パラメーターを設定して仕様に合った3Dモデルや図面を自動生成するプログラムです。

あらかじめプログラミングされた設計ルールやロジックを元に、3D CADなどを活用して設計を行うシステムや、AIを駆使して設計を行うようなシステムなど設計の自動化度合いには様々な製品があります。特に、マスターモデルから各顧客に合わせた細かな仕様変更・寸法変更を行うような設計での使用が多く、構成部品・関連部品や図面まで自動で変更することができます。全ての変更を人の手で行う必要がなくなるため、作業時間短縮や人件費の削減、ヒューマンエラーの削減などの業務効率化に活用されています。

自動設計ツールの使用用途

自動設計ツールは、様々な製造業分野で部品や製品の設計に使用されています。具体的な活用事例には下記のようなものがあります。

• 鋼鈑桁橋
• 鉄道信号装置 (自動列車制御装置、列車集中制御装置、連動装置)
• 自動車部品
• 航空機部品
• 産業機械
• 送風機などの風力機械
• 構造設計などの建築設計

製造現場では、手作業で設計をする場合、一箇所サイズを変更するために、それを取り巻く周囲の部品のサイズや配置に多大に影響を及ぼし、管理が難しく、見積り・設計・エンジニアリングの作業が煩雑で時間がかかり、エラーが発生しやすくなります。例えば水処理システムの沈殿ユニットの設計仕様を作成するには100以上の図面が必要なため、複雑な設計により修正にかなりの工数がかかってしまいます。しかしこれらの作業も自動設計ツールであれば効率的に工程を進めることが可能です。また精密な設計が必要箇所など、自動設計ツールは顧客ニーズに合わせてカスタム設計がされることがあります。

自動設計ツールの原理

1. 概要

自動設計ツールは、自動化の程度によっていくつかの段階があります。自動化の程度が簡易的であるほど、コストを抑えることができます。例えば、AIを用いて最適な設計を算出するシステムも自動設計ツールですが、簡易的なルールやマスターモデルを設定しておき、仕様の変更・修正に合わせて数値を入力すると自動で修正数値や図面を出力するようなシステムも自動設計ツールの一種です。

2. テンプレート設計

テンプレート設計は、ひな型であるマスターモデルに3Dモデルや図面にパラメーターを設定しておき、最低限のプログラムで自動設計を実現する手法です。仕様に応じた組み立てモデル、部品、図面がすべて自動で出力されます。例えば、Excelシートに条件を入力すると、ひな型モデルが変形して3Dモデルが完成し、更に3Dモデルが投影されて自動で承認図が作成されるようなツールがあります。コストを抑えつつ、効果的で即効性の高い自動設計を行うことが可能です。また、最近では、オリジナルの設計ツールを使用して、プログラミングレスでの自動設計を行うことも可能になっています。

3. トポロジー最適化

他の方法では、トポロジー最適化を活用した設計自動化の事例もあります。トポロジー最適化を使用することで、材料の配分と形状の最適化により、製品の軽量化や強度向上の実現が可能です。必要な強度を確保しながら不要な材料を削減することができるため、例えば自動車では車両の軽量化により、燃費の向上や環境への負荷の軽減につながります。また、航空機の部品でも軽量化や強度向上により、燃費改善や運航コストの削減を効果的に行うことが可能です。

自動設計ツールの選び方

自動設計ツールを選定する際には、機能性やコスト、サポート体制に注意して選定することが必要です。また、既に導入されているその他のシステムとの互換性も重要です。

高機能になればなるほどコストは高くなりますが、ニーズに合わせて適切に機能を絞ればコストダウンを行うことが可能です。例えば、同じような設計課題が目的であれば、テンプレートやルール化を使用することで時間やコストを節約できます。また、ツールのカスタマイズは、設計自動化の効果を最大限に引き出すために重要な要素であり、使用のニーズに合っていることが重要です。

総合的に検討し、使用用途・シーン・予算などに合ったものを選択することが必要です。

本記事は自動設計ツールを製造・販売する新明和ソフトテクノロジ株式会社様に監修を頂きました。

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監修:株式会社クラフトワーク

ステンレス台車とは

ステンレス台車とは、ステンレス鋼を素材として使用して作られた台車です。

ステンレス鋼は非常に強靭で耐久性があります。台車として使用された場合、耐荷重性能が高い点が特徴です。また、湿気や水分及び化学物質に対しても耐性があり、長期間使用しても劣化が少ない利点もあります。

食品業界や理化学業界など、衛生管理が重要な環境で利用されることが多いです。容易に洗浄・消毒ができるため、清潔に保つことが可能です。

用途によって様々な形状やキャスター素材，部品素材があり，使用場所によって選定が必要です。

ステンレス台車の使用用途

ステンレス台車は様々な場面で使用されます。以下はその一例です。

1. 食品業界

食品加工工場では、ステンレス台車を原材料や製品の移動に広く使用します。例えば、肉や魚介類及び野菜などの生鮮食品や加工食品を製造ラインで運搬します。食品と直接接触しても安全で、清潔な環境を保つために有利な抗菌ステンレスを使用した台車も増えてきています。

また、食品の倉庫や流通センターでも、ステンレス台車が商品の保管からピッキング作業まで幅広く使用されています。食品の安全性と衛生管理が重要視される場所であり、ステンレス台車はその要求を満たす製品です。

2. 理化学業界

クリーンルーム・製薬工場・研究施設などではステンレス台車が器具や機器の運搬に使用されます。錆びや発塵を嫌う現場ではキャスター金具までSUS304製のオールＳＵＳ台車を使用します。さらにクリーンルームではエアーを妨げないパンチング穴加工を施したステンレスパンチング台車が，ウエハーなどの搬送には防振器具を装着した防振・帯電防止機能を持ったオールＳＵＳ３０４台車が，製薬工場にはオートクレーブも使用可能なステンレス台車が活躍しています。

3. 製造業

自動車製造工場では、エンジン部品や車体部品の移動にステンレス台車が使用されます。ステンレス台車の耐久性と耐荷重性を活用しています。また、化学業界においても、化学物質に対する耐性が高いステレンス台車を化学製品の生産過程で使用します。

4. その他

その他には、ホテルやレストランなどの商業施設で使用される場合もあります。食器や食材の運搬など、特に食品の衛生管理が重視される場所で扱いやすい製品です。また、農業などにおいても、果物や野菜の運搬に活用します。

ステンレス台車の原理

ステンレス台車はステンレス鋼を主要素材として製造されています。フレームや台板，ハンドル及びキャスターなどで構成されます。

フレームは台車の基本的な骨組みとなる部分です。ステンレス鋼製のパイプやプレス板を使用して製造されます。フレームは耐久性と強度が需要であり、台車全体の安定性を保つ役割を果たします。

台板は荷物や物品を載せるための平らな板です。ステンレス鋼製であり、丈夫で滑らかな表面を有します。物品を乗せても変形しない強度があります。　　　　　　　　　　　　　　　

キャスターは台車の移動を可能にするホイール部品です。ステンレス台車では、特に耐荷重性や耐久性，クリーン度が求められます。

ステンレス台車の選び方

ステンレス台車を選ぶ際は、以下の要素を考量することが重要です。

1. 耐荷重

耐荷重性能は台車が支持できる最大の荷重量を示す指標です。台車に乗せる予定の荷物の重量を考慮して選定する必要があり、余裕を持って支持できる耐荷重性能を選びます。安全性を確保するためには、台車の耐荷重性能が荷物の重量を超えないように選ぶことが重要です。

2. サイズ

台車に乗せる荷物の大きさや形状に応じて、適切なサイズを選びます。荷物と台車がしっかり収まるように、台車の寸法を確認することが重要です。また、通路やドアの幅に合わせて台車の幅を選定する必要もあります。

3. 段数

荷物を段ごとに整理する必要がある場合、段数が多い台車を選ぶと便利です。例えば、製造業の場合、異なる商品を分けて運搬するために複数の段数を有する台車を選ぶことがあります。ブレーキやハンドルの有無なども合わせて選定する必要があります。

4. キャスター材料

キャスター車輪の素材は使用場所や用途によって移動性や耐久性に影響します。汎用性の高いウレタン車輪，ナイロンウレタン車輪や水回りに強いナイロン車輪，半導体工場では導電ゴム，帯電防止ウレタン，オートクレーブ用には耐熱性のあるＭＣナイロン車輪などがあります。耐食性やクリーン度を重視する場合は、キャスター金具もステンレス製の製品を選定することも多いです。

本記事はステンレス台車を製造・販売する株式会社クラフトワーク様に監修を頂きました。

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監修:株式会社アルテックス

聴覚保護具とは

聴覚保護具とは、耳を騒音から保護するためのアイテムです。

19世紀の後半頃、工業化が進む中で、工業作業場や鉱山などの作業場での騒音が問題となり始めました。当初は簡素な形の耳当てや耳栓が使用されていましたが、効果は限定的でした。1950年代以降、産業労働者の健康と安全が重視されるようになり、聴覚保護具の規格化や普及が進みました。

一般的にはイヤーマフや耳栓などが安価で代表的な保護具です。特に騒音の激しい作業場やイベントで使用され、耳へのダメージを防ぎます。使用する場面や必要な保護レベルに応じて、適切に選定することが重要です。

聴覚保護具の使用用途

聴覚保護具は様々な業界で使用されています。以下はその一例です。

1. 建設業

建設現場では重機や工具の騒音が主な問題となります。耳栓やイヤーマフを使用することで、作業者を騒音から保護することが可能です。特に大型機械の操作や建設作業中に積極的に使用されることが多いです。

2. 製造業

工業用機械や生産ラインにおいて、機械の稼働音による騒音が発生する場合も多くあります。その環境下で労働者が長時間の作業が必要な場合には、耳の保護を目的として超赤く保護具を使用します。特に金属加工や自動車製造などの重工業では一般的です。

3. 航空業

航空機の地上整備では、エンジンや航空機構造部品の点検・修理が行われます。この際、エンジンの騒音や風切り音が非常に大きく、特にジェットエンジンの場合は高圧的な騒音が発生します。整備士はこのような騒音から耳を保護するためにイヤーマフを使用することが多いです。

また、通信や指示を聞くためのコミュニケーションが必要な場合も多いです。その際には、コミュニケーションイヤーマフが使用されることもあります。

4. 音楽産業

ライブ会場では、パフォーマー自身やステージの監督及び音響スタッフなどが高い音圧にさらされます。特にドラムの音やアンプからのギターサウンドからの出力音が耳に負担をかけることが多いです。ミュージシャンはイヤーモニターやイヤープラグを使用して、自身の演奏を聴きながらも耳を保護する必要があります。

聴覚保護具の原理

聴覚保護具の多くは、外部の音を耳に届く前に遮断することで聴覚を保護します。これは主に外部からの音波の進入を減少させる仕組みです。

一般的には音波を減少させるために、内部に吸音材料を使用します。これにより、外部からの音が聴覚保護具内で反射または吸収され、耳への到達が阻止されます。軟質のポリウレタンフォームやモノマーフォームなどがその一例であり、周波数帯域に応じて適切に音を吸収するように設計されています。

これらの吸音材を、耳に密閉させることで聴覚を保護します。耳を覆うカップや、外耳道に直接挿入するなどの方法で密閉性を確保する設計が多いです。これにより、外部の音の侵入を最小限に抑えます。

さらに、聴覚保護具は長時間使用しても快適さと効果を確保するために設計されています。耳への圧迫感や熱の発生を最小限に抑えつつ、十分な遮音効果を提供することを目指しています。

聴覚保護具の種類

聴覚保護具にはいくつかの種類が存在します。以下はその一例です。

1. イヤーマフ

耳を覆う形状の保護具で、外部の音を遮断し耳を保護します。耳の周りにクッションやシールがあり、密閉性を高めることで効果を発揮します。主に工業作業場や建設現場、航空業界などで使用されることが多いです。

2. 耳栓

耳の穴に直接挿入する小さな保護具です。シリコンやフォームプラスチックまたは他の柔らかい材料で作られており、耳の形に合わせて調整できます。使い捨てタイプや再使用可能なタイプがあり、音楽業界や工業作業場で広く使用されています。

3. コミュニケーションイヤーマフ

イヤーマフの基本機能に加えて、内蔵マイクやスピーカーを使用してコミュニケーションを可能にする聴覚保護具です。作業中にもチーム内のコミュニケーションを確保しながら、同時に耳を保護することが可能です。

4. ノイズキャンセリングヘッドセット

ノイズキャンセリング技術を使用して外部の騒音を逆位相で打ち消す聴覚保護具です。特に高周波の騒音に対して効果的で、音質を損なうことなく騒音を低減します。電子機器による音楽や音声を同時に流すことが可能です。

本記事は聴覚保護具を製造・販売する株式会社アルテックス様に監修を頂きました。

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