2017年

• 実装技術

　認定試験での後戻りを防止するため、NAND型フラッシュメモリーパッケージでのワイヤ接合部の高温放置寿命を短時間で評価する技術を開発した。
　パッケージの電気特性の変動を確認する150℃、1,000hの高温放置試験の結果を、275℃で4h高温放置した試験片のワイヤ接合強度を測定する短時間加速評価で予測する。技術確立にあたっては、故障率と試験温度に相関があることや、接合部の合金層とボイドの生成状態が試験片で再現されることなどを確認した。
　この技術により、工程技術者が適正条件を選定できるとともに、生産委託工場でのワイヤ接合部の異常発生時に、現場で条件の良否を見極めることができるようになった。

• 機械構造・製造技術

　製品製造のリードタイム短縮やコスト削減のために、切削加工の生産性向上を図っている。
　切削加工では、工程設計に基づいて被加工物に対する工具の動作をプログラムで定義し、工作機械で加工する。加工中には工具の空転動作や負荷のばらつきなどのむだがあるが、高速・複雑化する加工状況でむだを漏れなく抽出するのは容易でなかった。そこで、コンピューター上で定義した被加工物、工具、及びプログラムから負荷を計算して時系列波形として見える化する負荷解析を適用し、空転動作の削減や負荷の平準化などの適正化を行うことで、切削加工を高能率化した。
　今後、社会インフラ製品をはじめとし、様々な製品の部品加工へ適用していく。

• メカトロニクス技術

　製造ラインでの搬送負荷軽減のため、小ロット搬送用に導入しやすい小型無人搬送車を開発した。
　従来は、搬送経路の設置工事での作業負荷が大きく、かつ経路変更に伴うシステム変更の費用が高額なため、無人搬送車の導入ハードルが高かった。開発した無人搬送車は、走らせたいところに市販テープと識別タグを貼り付けるだけの簡単な施工で設置できる。また、誰にでも簡単に変更できるCSV(Comma Separated Value)形式ファイルを転送するだけで、動作変更が容易にできる。
　この無人搬送車は、国内や海外での製造ラインで適用され、搬送コスト低減に貢献している。今後も、様々な製造ラインに展開していく。

• メカトロニクス技術

　新型車載発電機の製造ラインを構築し、2016年8月から東芝産業機器システム(株)で量産を開始した。
　組立工程の一つであるハウジングとステーターの焼嵌め(やきばめ)工程は、ハウジングを均一に加熱拡張してステーターを挿入する工程である。従来の加熱炉方式では、加熱時間が長く、装置も大きかった。
　そこで、誘導加熱(IH：Induction Heating)方式を使った焼嵌め装置を開発した。ハウジングは、複数の材料から構成された凹凸がある複雑な形状のため、規定温度での均一な加熱の実現が課題であった。磁場、熱、及び構造の連成解析技術を用いて最適なIH焼嵌め装置のコイル形状と加熱条件を決定し、自動化と導入コスト・消費電力削減を実現した。

• 薄膜プロセス技術

　GaN(窒化ガリウム)パワーデバイスでは、GaN特有の抵抗増加現象である電流コラプスとEMI(電磁干渉)ノイズの抑制が課題である。デバイス内部の結晶欠陥によるトラップが電流コラプスに、デバイスだけでなくパッケージや実装基板がEMIノイズに影響する。
　そこで、材料やプロセスから実装基板までを統合したシミュレーション技術を開発した。トラップの特性や密度を測定できるTEG(Test Element Group)を開発し、測定結果をデバイス解析モデルに反映させるとともに、パッケージや実装基板の寄生素子の影響を考慮した回路解析モデルを構築し、電流コラプス及びEMIノイズの高精度な予測が可能になった。この技術をGaN試作品のデバイス・回路設計に適用し、特性向上に寄与している。

• 知識・情報システム技術

　多品種少量生産の半導体前工程では、生産品目や数量の変動によって、必要な生産能力やラインに投入するタイミングが変動する。したがって、この変動に生産が追従できない場合、納期遅延や払出し未達を起こすリスクが高くなる。
　そこで、ラインバランス差や設備仕様を考慮した、生産管理のベースとなる設定工期を定義し、この設定工期に基づく進捗管理と工期管理を行う生産・進捗管理システムを構築した。
　このシステムを用いて設定工期を基にした各工程への流れ込み予測を行い、設備計画を改善することで、払い出す品目や数量の予測精度が向上することを確認した。

• 知識・情報システム技術

　モノづくり現場の作業効率を向上させる取組みの一つとして、機械学習を用いて作業効率に関わる情報を自動抽出する手法を開発した。
　製造設備との干渉を避け、上方の深度カメラや加速度センサーを用いて作業者を観測し、深度画像からの骨格情報の推定には、実績のあるランダムフォレスト法などを応用した。更に、骨格座標や加速度の時系列変化から、繰返し作業を自動検出した。また、製品や、工程、作業配分、体格、癖などで変化する作業と観測データに自動追随するため、パーティクルフィルター法で特徴抽出した。
　今後、作業内訳や、非定常動作、熟練度などの情報と合わせ、作業効率改善につなげていく。

• 光応用・画像検査技術

　二酸化炭素(CO₂)や窒素酸化物(NOx)の微量測定のため、波長4～6μmで発振する量子カスケードレーザー(QCL)を開発した。このQCLをレーザー吸収分光法に用いることで、CO₂の同位体比測定によるピロリ菌診断や環境測定ができ、また、食品中の炭素(C)や窒素(N)の同位体比測定による産地判定ができる。
　QCLは、数百層の量子井戸で構成された発光層を、1原子の厚さ精度で乱れなく成膜する、高い製造技術が必要である。そこで、高精度に成膜できる分子線エピタキシャル成長法を採用し、独自に開発した成膜制御技術により結晶格子を規則正しく成膜することで、レーザー発振に成功した。

• 実装技術

　車両のアイドリングストップや鉄道・産業機器の回生電力の利用に適した10Ah SCiB™セルの量産化に必須の生産技術として、電極と外部端子との接続技術を開発した。
　10Ah SCiB™セルは、既存の2.9Ahセルに対してエネルギー量と入出力性能を高め、適用範囲の拡大を狙った製品である。高入出力性能の実現には、電極と外部端子との低抵抗接続が必要である。また、搭載環境下での長期使用における接続信頼性も求められる。
　これらの要求に対し、低抵抗化のため、断面積の大きな電極の接続に特化した接続ツールを開発した。また、必要な接続強度マージンを得るため、強度に有意な接続パラメーターを特定し、適正化した。

• 知識・情報システム技術

　製造現場内の様々な場所に運搬されて配置される物品の位置情報及び識別情報を、Bluetoothや、RFID(Radio Frequency Identification)、ビーコン、QRコードなどのセンシング情報から取得し、物品の入出庫実績と在庫情報をリアルタイムで可視化する現品管理システムを開発した。
　例えば、平置き場では、棚とは異なり置き方の自由度が高いため、バーコードなどでのロケーションの規定が難しく、現場内での物品の位置情報を効率良く正確に取得できないという問題があった。
　これに対し開発した手法では、ビーコンの測位機能や、場所を自由に名づけして音声で入力する機能を活用し、平置き場でも棚と同様に正確な位置把握を可能にした。また、データ処理機能をスマートフォンのアプリケーションに集約することでユーザビリティーの高いローコストなシステムを構築し、実現場での実証実験でその有効性が確認できた。

• メカトロニクス技術

　車両のアイドリングストップや鉄道・産業機器の回生電力の利用に適した高入出力SCiB™ 10Ahセルの量産を2016年11月に開始した。
　今回、セル製造工程の一つである注液封止工程において、ホッパー方式で電解液をセル内に注液し、減圧下で注液口を封止する注液封止装置を新たに開発した。
　この装置は、10Ahセルに加え、製造プロセスの異なる従来の20Ahセルにも品種切替えで対応でき、20Ahセルの増産にもフレキシブルに対応可能である。また、ユニットの小型化や、プロセス適正化による装置内のバッファー数量削減などで、フットプリントを20%削減している。更に、安定稼動に配慮して、装置内の雰囲気を破壊することなくアクセスできるように、カバー内部構造を改善してメンテナンス性を高めている。

• 機械構造・製造技術

　大型製品の軽量化は、材料コストを抑えられるだけでなく、性能や搬送性も改善でき、製品競争力の強化に有効である。しかし、軽量化すると変形しやすくなるため、製造工程から使用状態までを考慮したうえで効率的に設計することが重要になっている。
　そこで、重量物をクレーンにより搬送するマテリアルハンドリング作業の事前評価手法を開発した。シミュレーターにワイヤの始点と終点を指定することで簡易ワイヤモデルが設定でき、シミュレーションでクレーンを動かしてインタラクティブに搬送対象の荷振れや荷重を確認できる。搬入経路や据付場所の3D（3次元）スキャンデータと設計データを組み合わせることで、現地を想定した検証ができる。
　発電設備の現地据付作業の事前シミュレーションを行い、安全、品質、及び工程の客先説明にも利用している。