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平成9年度 長野県精密工業試験場研究報告  No.11 1998-8

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《論文》
微小深穴加工技術の研究(第4報) -- ステンレス鋼の加工 --
薄物部品の測定法に関する研究
光学部品のキズ・異物の検出(第2報) -- 遺伝的アルゴリズムによる画像合成の最適化--
小型回転むら検出装置の開発
ポリカーボネートからビスフェノールAの回収
鉛フリーはんだ用Sn-Ag合金めっき
電子部品のための熱設計に関する研究(第1報) -- 基準発熱体による熱対策部品の評価法 --
直流電流の高精度計測に関する研究
アルカリ脱脂液での脱脂過程の解析
反応性スパッタ法による窒化アルミニウム薄膜の作製・評価
拡散防止膜の特性評価
 
《資料》
陽極酸化皮膜を利用した高機能皮膜の形成法に関する研究
鉛定量分析における分析誤差の検討
低抵抗素子の温度係数測定における通電時間の影響
3端子形標準コンデンサ測定補助具の試作
電子血圧計の排気用電磁弁性能検査システムの開発
等温過渡容量法によるセラミックスの界面準位の評価
 
《抄録》
光学的方法による小径穴測定に関する研究
ソルダリング材料としてのニッケルめっきおよびスズ−銀系合金めっきに関する研究
日本における溶接の展望1996(V−4 マイクロ接合)
Electrodeposition of Sn-Ag Alloy with a Non-Cyanide Bath
Electrodeposition of Sn-Ag-Cu Alloys
非シアン浴からのスズ−銀合金めっき(解説)
光ファイバを用いた位置・速度センサの試作
デジタル回路の伝送路からの放射電磁界強度のシミュレーション手法に関する研究

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研究抄録

《論文》
微小深穴加工技術の研究(第4報) -- ステンレス鋼の加工 --
新井亮一 池田博通 河部繁 山岸光

 代表的な難削材であるステンレス鋼の微小径ドリル加工について、刃先形状の違いが切削抵抗にどのような影響を及ぼすか調べた。切削抵抗の測定には微小径ドリル加工用動力計を用いた。その結果、先端角は大きい方が有利で、逃げ面は2段平面に成形することによって1面平面逃げと比較して切削抵抗の低減が図れることが確認された。
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薄物部品の測定法に関する研究
尾坂 一  上条和之

 測定力により変形しやすい薄物部品のそり等の形状を測定するには、非接触センサが用いられることが多い。市販されているセンサは測定原理により数々の種類があり、それぞれ特徴を持っている。代表的な原理のセンサを取り上げ、測定実験を通して長所、短所を明らかにし、用途にあった計測方法を検討した。その結果、測定範囲を広げたり、安定した測定が可能になった。
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光学部品のキズ・異物の検出(第2報) -- 遺伝的アルゴリズムによる画像合成の最適化--
横道正和

 光学部品の微細なキズや異物を検出するためには、光学部品を回転させながら斜め上から撮像した複数の画像を合成する手法が有効である。このとき画像合成を精度良く行うためには、カメラ光軸と回転面との角度、カメラ座標における回転中心位置、各画像の回転角度、といった多くの画像処理パラメータを正確に知る必要がある。しかしそれらのパラメータを高精度に測定することは現実的には容易ではない。そこで、画像合成の整合度を評価する手法を考案し、整合度が高くなるパラメータの探索を遺伝的アルゴリズムを用いて行う方法を検討した。その結果、精度良い画像合成処理が行えるようになった。
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小型回転むら検出装置の開発
小口京吾

 工作機械の主軸の回転むらを検出するための、小型で安価な装置を試作した。主軸に取り付けた振動センサからの信号と、主軸の回転を拾うフォトセンサからの信号を比較することで、回転に同期した振動の大きさと、振動の原因となるアンバランスの方向を表示する。試作に当たっては、まず装置の理論的な限界性能を数式モデルと計算機シミュレーションで検討した。次に、この性能を発揮できるように各部の仕様を検討した結果、安価なワンチップマイコンとわずかな周辺回路で実現可能なことが判明した。設計に従って回路及びプログラムを開発し、試作装置の特性を測定した結果、ほぼ理論値通りの性能が出ていることを確認した。
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ポリカーボネートからビスフェノールAの回収
征矢 隆   田垣千英

 ポリカーボネート(PC)のアンモニアによるケミカルリサイクルについて、回収物と分解機構を分析的手法によって検討した。その結果、モノマである4,4'-(1-メチルエチリデン)-ビスフェノール(ビスフェノールAという)を効率よく回収することが出来た。その分解機構を解析した結果、ポリカーボネートの炭酸エステル結合部の炭素にアンモニアが付加して、主鎖が切断されていき最終的にビスフェノールAと尿素に分解されていくことがわかった。
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鉛フリーはんだ用Sn-Ag合金めっき
新井 進

 はんだの鉛フリー化に対応した表面処理技術としてSn-Ag合金めっき技術の開発を行った。各めっき条件と膜組成の関係、膜の構造および特性を詳細に検討した。浴のかく拌の有無に関わらず、電流密度の増大に伴い膜中の銀の含有量は減少した。膜の表面形態は膜組成により変化した。膜の相構造はb-Sn相とε相の共晶構造であり、ε相の増大に伴いb-Sn相の析出面方位はランダム配向に変化した。膜の溶融開始温度は221℃であった。はんだ付性は膜厚に依存せず組成に依存し、共晶組成付近でぬれ速度は最大となった。
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電子部品のための熱設計に関する研究(第1報) -- 基準発熱体による熱対策部品の評価法 --
田口宗治  花岡健一

 電子部品単体や電子部品を実装したプリント配線板等の熱対策設計をするために、実際に使用される状態での発熱状態を観測できる実験用風洞を作製した。また、異形状部品の放熱特性を評価するために、発熱プレートを用いた基準発熱体の表面温度測定に基づく放熱量の比較による方法を自然対流におけるヒートシンクの放熱特性の評価を例にして検討した。
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直流電流の高精度計測に関する研究
松沢草介 宮下純一 工藤賢一

 直流電流の校正方法は、分流器を使用した電圧降下法が一般的であるが、1Aを越える大電流校正の場合には分流器の自己発熱がその不確かさの原因となっている。これを排除するため、ダイレクトカレントコンパレータ方式による校正方法を検討し、60Aまでの直流電流を16ppm以内で値付けできることが確認できた。この結果、より信頼性の高い電流標準を供給することが可能になった。
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アルカリ浸漬脱脂液での脱脂過程の解析
須山 聰

 アルカリ浸漬脱脂では、界面活性剤のタイプにより脱脂速度が大きく異なる。この差を、界面活性剤のエマルジョン形成特性と残留油膜厚(T)の解析により解明した。残留油膜厚さは、充分低い油分濃度で形成されたエマルジョン中の平均油滴径raと強い関連があり、T及び油膜減少速度は、T= r∞ / R 、dT/dt(初期)=-C1ra(T-r∞)/√r∞ 〜dT/dt(終盤)=-C2√r∞  と表された。R:水ぬれ面積率。ra:境膜内における濃厚エマルジョン 中の実質的な油滴直径。脱脂速度は、界面活性剤及び油分濃度に依存する固有の油滴径ra及びr∞により左右されていた。高速脱脂に理想的な界面活性剤では、低濃度エマルジョンでの最小油滴径が0.1μm以下、r∞が2、ra油滴径が30μm以上となるべきであった。しかし、ABS等による脱脂終期のみは、脱脂速度が試料から最も離脱しがたい油滴径により支配されている可能性もあった。
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反応性スパッタ法による窒化アルミニウム薄膜の作製・評価
三沢雅芳 黒河内靖子

 窒化アルミニウム薄膜を、窒素ガスを用いた反応性スパッタ法で作製し、特性評価を行った。プラズマ状態において他原子を活性化させるペニング効果の顕著なヘリウムガスを成膜時に加えて作製した結果、結晶面が(002)に配向し、圧縮応力が大きく緻密な窒化アルミニウム薄膜が得られた。また、ヘリウムガスを添加しない場合の、窒素ガス流量と薄膜の諸特性との関係について検討した結果、窒素ガス流量を増やすことにより、アルミニウムから窒化アルミニウム(AlN)に変化し、同時に、体積抵抗率が増加し、抵抗温度係数は正から負に変化した。
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拡散防止膜の特性評価
黒河内靖子 三沢雅芳

 薄膜応用電子部品の機能部と電極部との間の組成元素の相互拡散を防止する拡散防止膜の作製評価を行った。特にクロム薄膜、窒化チタン薄膜の拡散防止効果の比較確認とその効果を決定する要因の検討を試みた。その結果、拡散防止膜にクロム薄膜を用いた試料では、熱処理温度が200℃以下の範囲で、膜厚が50nm以上あれば十分な拡散防止効果があった。また、窒化チタン薄膜試料では、スパッタ圧力が0.24Paで得られた薄膜を用いる場合に拡散防止効果が存在した。エネルギー分散型電子線マイクロアナライザ(EDX)による線分析結果とそのデータの詳細な解析を行った結果、相互拡散状態を示すことができた。
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《資料》
陽極酸化皮膜を利用した高機能皮膜の形成法に関する研究
小池明夫

 アルミニウムの陽極酸化皮膜が有するポア(孔)を利用して、そのポア内に金属等を充填し新しい機能性皮膜を開発するため、陽極酸化条件、ポアワイドニング条件等を検討した結果、皮膜生成条件や皮膜溶解量等の基本的データを得ることができた。さらに、化成した陽極酸化皮膜にニッケルめっきを行い、その皮膜の検討を行ったところ、ポア内に均一に充填された状況は認められなかったが、密着性のよい皮膜を得ることができた。
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鉛定量分析における分析誤差の検討
宇敷澄子

日本伸銅協会製快削黄銅分析用標準試料について、スズ分離二酸化鉛電解重量法と原子吸光分析法(検量線法・ブラケット法)で鉛の定量分析を行った。平均値(n=5)でそれぞれ、3.11%,3.13%, 3.08%で保証値とほぼ一致した値であった。相対標準偏差は、0.469%,0.285%,1.27%であった。
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低抵抗素子の温度係数測定における通電時間の影響
花岡健一 田口宗治 垣内健児 後藤忠雄

 メッキ皮膜を付着させた低抵抗素子(1Ω以下)の温度係数測定方法について検討した。測定結果に影響を与える要因として、測定開始までの通電時間をとりあげ、その効果を調べた。高温側(槽内温度125℃)では、通電時間が長くなるほど抵抗値は増加することは確認できたが、抵抗温度係数には、ほとんど影響しないことがわかった。
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3端子形標準コンデンサ測定補助具の試作
花岡健一  松沢草介

 3端子形標準コンデンサの測定においては、バインディングポスト間の容量、バインディングポスト付近の浮遊容量が測定値に加わり、測定誤差、測定不安定の原因になる。そこで、バインディングポストを完全にシールドする構造の測定補助具を試作し、その効果を調べた。定格容量100pFの標準コンデンサを用いて、従来の測定方法と比較したところ、約0.03pF(定格容量の300ppm)小さな測定値が得られた。測定補助具を用いたことにより、バインディングポスト間の容量および浮遊容量に影響されない標準コンデンサ本来の直接容量を測定できた。
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電子血圧計の排気用電磁弁性能検査システムの開発
輕部俊幸*

 電子血圧計による血圧測定は、カフ内の圧力の減圧を一定速度で行わないと正確に測定することはできない。従来製品より安定した速度でカフ内の圧力を減圧するために、減圧速度を監視しながら減圧用の弁の開口量を調節する電磁弁を採用した。しかしながら、その電磁弁は製品ごとに特性のばらつきが多い。そこで、電磁弁の特性のばらつきを抑える指導を行う一方電磁弁の性能検査システムを開発した。現在このシステムは、電磁弁製造会社の製品検査の現場と電子血圧計製造会社の部品受け入れ検査で使用されている。
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等温過渡容量法によるセラミックスの界面準位の評価
工藤賢一  宮下純一

 バリスタ等の半導体セラミックスの界面準位の評価を、試料にバイアスを印可・除去し、その時の試料のキャパシタンスの変化を測定・処理する等温過渡容量法(ICTS法)によって行った。比較的サンプリング速度が遅い、汎用的なキャパシタンス測定器を用いた測定システムによっても準位を評価できることがわかった。また、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウムの2種類のバリスタについて評価した結果、推定される準位分布は、酸化亜鉛はほぼ単一準位であり、チタン酸ストロンチウムはかなりブロードな準位であることがわかった。
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《抄録》
光学的方法による小径穴測定に関する研究
丸山六男

 高アスペクト比を有する小径穴内面の内径および真円度の測定を可能にするため、斜入射光線の反射を用いた新たな測定法を提案した。適切な投光用光学系を用いて光軸と平行に置かれた平面に斜め方向から光を照射し、受光用光学系によりその正反射光をCCDに結像させたとき、CCDにおける正反射光の結像位置は、幾何光学的な関係から、光軸と平面の距離により定まる。この原理に基づいて試作した測定装置により、内径0.125mm、長さ10.5mmの小径穴を試料に実験を行い、提案した測定法は内径測定及び真円度測定に有用なことを確認した。

信州大学大学院工学系研究科 博士学位論文(1998年3月)
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ソルダリング材料としてのニッケルめっきおよびスズ−銀系合金めっきに関する研究
新井 進

 ソルダリング技術で用いられるニッケルめっきおよびはんだの鉛フリー化に対応したソルダリング技術として注目されるスズ−銀系合金めっきの検討結果についてまとめた。ニッケルめっきについては電析中の水素発生が膜を硬くし、かつ優先配向面を{100}面から{110}面に著しく変化させること、膜中の含有水素がはんだ付性を向上させることを明らかにした。スズ−銀系合金めっきについては独自に開発したピロリン酸−ヨウ化物浴を用い、共析挙動、膜構造、膜特性等を詳細に調べた。さらに本技術を応用し、フリップチップ接合用のマイクロバンプの試作に成功した。

信州大学大学院工学系研究科 博士学位論文
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日本における溶接の展望1996(V−4 マイクロ接合)
新井 進

 1996年に日本で公表された実装分野におけるマイクロ接合技術関連文献に基き、本技術の年間の動向をまとめた。 LSIのゲート数や入出力端子が増大し、マイクロ接合における多ピン化、狭ピッチ化が急速に進んでいる。このトレンドは更に加速していくと考えられる。一方、はんだの鉛フリー化は緊急の環境課題であり、鉛フリーソルダリング、ソルダレス接合技術等の開発が進むと思われる。高密度化への対応としては、QFP等のリード付きパッケージの更なる狭ピッチ化の模索とBGA、CSP等のリードレスパッケージへの転換が同時に検討されていくと考えられる。

溶接学会誌 第66巻 第5号 pp.361-363(1997)
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Electrodeposition of Sn-Ag Alloy with a Non-Cyanide Bath
新井 進

 スズ−銀合金めっき用の新規な非シアン系めっき浴を開発した。本めっき浴はスズと銀の錯化剤としてピロリン酸カリウムとヨウ化カリウムを含有する。本めっき浴から定電流電解により銀含有量5〜75原子%のスズ−銀合金膜が得られた。電流密度の増大に伴い膜中の銀含有量は減少した。銀のヨウ化物錯体の析出電位は、ピロリン酸の添加により、卑な方向にシフトした。一方、スズのピロリン酸錯体の析出電位はヨウ化カリウムの添加により影響されなかった。膜の表面形態は電流密度または膜組成に影響された。膜のはんだ付性は組成により大きくは影響されなかった。

DENKI KAGAKU,Vol. 65, No.12, pp. 1097-1101(1997)
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Electrodeposition of Sn-Ag-Cu Alloys
新井 進

 鉛フリーはんだめっきとしてのスズ−銀合金めっきは融点が高い欠点がある。そこでスズ−銀合金めっきの融点を下げることを目的の一つとして、スズ−銀−銅三元合金めっきの開発を行った。ピロリン酸とヨウ化物を錯化剤として含有する新規なめっき浴を開発し、共析挙動、膜組成、表面形態、溶融特性等を調べた。電流密度の増大に伴い、膜中の銀と銅の含有量は減少した。表面形態は膜組成に影響された。本実験で得られたスズ−銀−銅三元合金膜の溶融開始温度はスズ−銀二元合金よりも約4℃低い217℃であった。

DENKI KAGAKU,Vol. 65, No.12, pp. 1102-1106(1997)
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非シアン浴からのスズ−銀合金めっき(解説)
新井 進

 はんだの鉛フリー化に対応した表面処理技術の開発が進んでいる。本報では鉛フリーはんだめっきの候補の一つと考えられているスズ−銀合金めっき技術を取り挙げた。特に非シアン浴からのスズ−銀合金めっきについて著者の実験結果も示しながら、開発状況、問題点、応用技術等を解説した。

表面技術 第49巻 第3号 pp.230-234(1998)
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光ファイバを用いた位置・速度センサの試作
花岡健一  青木慎太郎  外山拓哉  上村喜一  小沼義治

 1次元あるいは2次元のCCDを受光素子に用いて、光学像から物体の寸法あるいは形状を測定するセンサが製品化されている。これらのセンサは、1回の検出でCCDの画素数に相当するA−D変換をおこなうため、取り扱う情報量が膨大となり、移動する物体の位置あるいは速度の検出には適していない。そこで、8本の光ファイバ断面で受光部を構成したセンサを試作し、位置検出方法の検討、評価をおこなった。
 最初に、白と黒の階段状光学パターンを使ってチャンネル間の感度およびファイバの配置のずれを校正した。その結果、受光面上の白と黒の境界の位置をファイバの径1mmに対して2%の誤差範囲内で検出できた。また、任意形状の試料としてたばこの箱を用い、光学像を折れ線出力パターンとしてとらえて、実際の移動量を計算した。測定誤差は、受光面上での測定誤差はファイバ径1mmの4%に相当する値であった。
 このようなセンサでは、個々のチャンネル間の感度や配置のずれが問題となる。この論文で示した方法は、センサ作製後、ソフトウエア上ですべての校正が可能であり実用性が高い。以上の結果から、受光部に光ファイバを用いた位置・速度センサは工業用センサとして期待できる。

先端加工学会誌 第16巻 第1号 pp.25-30(1997)
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デジタル回路の伝送路からの放射電磁界強度のシミュレーション手法に関する研究
輕部俊幸  蜜澤雅之  宮下純一

 CMOS ICで構成されるデジタル回路基板について、伝送路からのノーマルモード放射電磁界強度のシミュレーションを試みた。ICの等価回路と伝送路の入力インピーダンス特性から伝送路上の入力電流スペクトラムを算出し、放射電磁界強度を導出する手法によりその最大値の予測を行った。また、伝送路の入力インピーダンス、及び放射電磁界強度を測定し、計算値と比較評価を行うことによりシミュレーションの妥当性について確認した。

電子情報通信学会技術研究報告 EMCJ97−1〜7 pp.9-13(1997)
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(H13.05)

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