[{"data":1,"prerenderedAt":105},["Reactive",2],{"foq3MzwYA9":3,"fIrXkdxstU":43},{"errors":4,"messages":5,"details":6},[],[],{"topics_id":7,"ymd":8,"contents_type":9,"subject":10,"topics_flg":11,"open_flg":11,"regular_flg":12,"inst_ymdhi":13,"update_ymdhi":14,"topics_group_id":15,"slug":16,"group_nm":17,"group_description":18,"contents_type_cnt":11,"contents_type_nm":19,"contents_type_slug":20,"contents_type_parent_nm":20,"category_parent_id":20,"contents_type_ext_col_01":20,"contents_type_ext_col_02":20,"contents_type_ext_col_03":20,"contents_type_ext_col_04":20,"contents_type_ext_col_05":20,"contents_type_list":21,"office":22,"group":25,"description":28,"keywords":29,"articles_category":30,"thumbnail":33,"body":38,"references":39,"related_information":40,"contact_group":27,"contact_name":18,"contact_tel":41,"contact_mail":18,"contact_url":42},5550,"2026-09-01",39,"300℃まで安定な高温対応型誘電体の開発",1,0,"2026-09-01T09:02:40+09:00","2026-09-01T09:40:59+09:00",31,"kenkyu-2026-09-01","○TIRI NEWS WEB版","","TIRI NEWS WEB版",null,[9],{"key":23,"label":24},"1","本部",{"key":26,"label":27},"35","材料技術グループ","都産技研は、300℃まで安定な高温対応型誘電体の開発に成功しました。車載用途をはじめ、高温環境で動作する電子機器の信頼性向上や高性能化に貢献し、特にセラミックコンデンサ材料として活用できます。高温対応型誘電体の合成には従来の製造プロセスと親和性が高い手法を採用しており、実用的な材料合成手法としての展開も見込まれます。","誘電材料, 誘電体, 高温対応型誘電体, セラミックス, 結晶化ガラス, ガラスセラミックス, 合成, 液相焼結",{"key":31,"label":32},"research_cases","研究事例紹介",{"id":34,"url":35,"desc":36,"url_org":37},"5550_ext_01_0","https://atch.iri-tokyo.jp/v=1788220960/files/topics/5550_ext_1_0.jpg","トップ画像","https://atch.iri-tokyo.jp/files/topics/5550_ext_1_0.jpg","\u003Cp>\u003Cstrong>都産技研は、300℃まで安定な高温対応型誘電体を開発に成功しました。車載用途をはじめ、高温環境で動作する電子機器の信頼性向上や高性能化に貢献し、特にセラミックコンデンサ材料として活用できます。コンデンサ材料として利用した場合、室温から300 ℃までの温度範囲において、静電容量の変化率を±15 %以内に抑えることができます。また、高温対応型誘電体の合成には従来の製造プロセスと親和性が高い手法を採用しており、実用的な材料合成手法としての展開も見込まれます。\u003Cbr>\u003C/strong>\u003C/p>\u003Ch2>技術背景\u003C/h2>\u003Cp>車載用途、発電設備、航空・宇宙分野における電力変換システムなど、高温環境下で信頼性の高い動作が求められる電子部品には、高温安定性に優れる誘電体が必要です（図1）。セラミックコンデンサに広く用いられるBaTiO3系誘電体は、優れた誘電特性を示すことから、幅広い分野で利用されています。しかし、120 ℃を超える温度域では比誘電率が著しく低下するため、高温環境における誘電特性の安定性向上が課題となっています。そこで本研究では、300 ℃まで安定した誘電特性を示す高温対応型誘電体を開発しました。これにより、高温環境で動作する電子機器の信頼性向上や高性能化が期待されます。\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:70.01%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/783;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/attachment/2026/management_planning_office/tirinews/fig_20260901_01.jpg\" alt=\"\" width=\"1000\" height=\"783\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図1 電子部品の用途別使用温度域\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Ch2>誘電体\u003C/h2>\u003Cp>物質は、電気抵抗率の大きさ、またはキャリア濃度 (材料中に存在する自由電子と正孔の数を単位体積当たりで表したもの) により、金属・半導体・絶縁体に分類されます（表1）。電極で絶縁体を挟み電場を印加すると、電流はほとんど流れませんが、正負の電荷が互いに反対方向にわずかに変位し、電気的な偏りが生じます。この現象を誘電分極と呼び、分極を生じる物質を誘電体と呼びます。セラミックスの誘電体層と電極を何層も交互に積層したものが、積層セラミックコンデンサです（図2）。また、誘電分極の度合いの指標となる物理量を比誘電率と呼び、比誘電率が高いほど、より多くの電気エネルギーを蓄えることができます。\u003C/p>\u003Cfigure class=\"table\" style=\"width:80%;\">\u003Ctable class=\"ck-table-resized\">\u003Ccolgroup>\u003Ccol style=\"width:26%;\">\u003Ccol style=\"width:37%;\">\u003Ccol style=\"width:37%;\">\u003C/colgroup>\u003Cthead>\u003Ctr>\u003Cth> \u003C/th>\u003Cth>\u003Cspan lang=\"ZH-TW\">電気抵抗率 \u003C/span>\u003Cspan>ρ\u003C/span>\u003Cbr>\u003Cspan lang=\"EN-US\">(\u003C/span>\u003Cspan>Ω\u003C/span>\u003Cspan lang=\"EN-US\"> cm) (\u003C/span>\u003Cspan lang=\"ZH-TW\">室温\u003C/span>\u003Cspan lang=\"EN-US\">)\u003C/span>\u003C/th>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan>キャリア濃度\u003C/span>\u003C/p>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">(cm\u003Csup>-3\u003C/sup>) (\u003C/span>\u003Cspan>室温\u003C/span>\u003Cspan lang=\"EN-US\">)\u003C/span>\u003C/p>\u003C/th>\u003C/tr>\u003C/thead>\u003Ctbody>\u003Ctr>\u003Cth>金属\u003C/th>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan>～\u003C/span>\u003Cspan lang=\"EN-US\">10\u003Csup>-6\u003C/sup>\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">>10\u003Csup>22\u003C/sup>\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003C/tr>\u003Ctr>\u003Cth>半導体\u003C/th>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">10\u003Csup>-2\u003C/sup>\u003C/span>\u003Cspan>～\u003C/span>\u003Cspan lang=\"EN-US\">10\u003Csup>9\u003C/sup>\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">10\u003Csup>13\u003C/sup>\u003C/span>\u003Cspan>～\u003C/span>\u003Cspan lang=\"EN-US\">10\u003Csup>17\u003C/sup>\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003C/tr>\u003Ctr>\u003Cth>誘電体 (絶縁体)\u003C/th>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan>～\u003C/span>\u003Cspan lang=\"EN-US\">10\u003Csup>14\u003C/sup>\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\"><10\u003Csup>13\u003C/sup>\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003C/tr>\u003C/tbody>\u003C/table>\u003Cfigcaption>表1 各種材料の電気抵抗率とキャリア濃度\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Cp> \u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:75%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1010/374;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/attachment/2026/management_planning_office/tirinews/fig_20260901_02.jpg\" alt=\"\" width=\"1010\" height=\"374\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図2 誘電分極の模式図(左）と積層セラミックコンデンサ（右）\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Ch2>リン酸ニオブ系誘電体\u003C/h2>\u003Cp>リン酸ニオブ系誘電体 (PNb9O25) は、1960年代にその結晶構造に関する研究が行われた後、2000年代に至るまで物性研究はほとんど行われませんでした[参考文献1,2]。近年では、放電プラズマ焼結法 (SPS法) により合成されたPNb9O25が高い比誘電率と誘電特性の高温安定性を示すことから、誘電体として興味深い特性を有することが報告されています[参考文献3]。一方、一般的に用いられる固相法でPNb9O25を合成すると、異常粒成長や酸素欠損が生成され、誘電損失の増大や誘電特性の高温安定性の低下が課題となっていました。\u003C/p>\u003Ch2>ガラスと酸化物の界面反応を利用した合成法\u003C/h2>\u003Cp>ガラスと酸化物の界面反応を利用した液相焼結により、PNb9O25を合成しました（図3）。本手法の特徴は、ガラスから目的の結晶構成成分を供給するとともに、目的結晶の生成に直接寄与しない成分を非晶質として有効活用する点にあります。具体的には、前駆体ガラスであるSiO2-P2O5ガラスとNb2O5の界面において、ガラス中のP成分がNb2O5側へ優先的に拡散して反応し、PNb9O25が生成します。一方、Si成分はあまり拡散せず、SiO2リッチな非晶質として残存します。SiO2リッチな非晶質は、異常粒成長や酸素欠損の生成を抑制し、誘電特性の高温安定性及び絶縁性の向上に寄与します。結晶粒の大きさについては、図4(a)に示すように、固相法で合成した試料では20 µmを超える結晶粒が観察されたのに対し、本手法で合成した試料では結晶粒径が10 µm以下に抑制されています。また、XPS測定において、固相法で合成した試料では4価と5価のNbが混在していたのに対し、本手法で合成した試料ではNbが主に5価の状態で存在することが確認されました（図4(b)）。また、本手法は、従来の固相法と比較して、簡便なプロセスで目的の材料を合成可能であることも特徴のひとつです。\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:85.18%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/428;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/attachment/2026/management_planning_office/tirinews/fig_20260901_03.jpg\" alt=\"\" width=\"1000\" height=\"428\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図3 従来法と本研究におけるリン酸ニオブ系誘電体の合成プロセスの模式図\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:75%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/560;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/attachment/2026/management_planning_office/tirinews/fig_20260901_04.jpg\" alt=\"\" width=\"1000\" height=\"560\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図4 本研究及び固相法で合成したリン酸ニオブ系誘電体の比較\u003C/strong>\u003Cbr>\u003Cstrong>(a) 微細構造の比較 (b) Nb 3dスペクトルの比較 (挿入写真はサンプル外観写真)\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Ch2>高温対応型誘電体の誘電特性\u003C/h2>\u003Cp>比誘電率は温度変化によって変化し、これに伴い静電容量も変動します。以下の式に示す静電容量の変化率は、温度変化に対する静電容量の安定性を示す指標であり、一般的に温度特性と呼ばれます。\u003C/p>\u003Cp style=\"text-align:center;\">ΔC=（C\u003Csub>T \u003C/sub>-C\u003Csub>R.T.\u003C/sub>）/C\u003Csub>R.T.\u003C/sub>\u003Cbr>(ΔC: 静電容量の変化率、Ｃ\u003Csub>R.T.\u003C/sub>: 室温における静電容量、C\u003Csub>T\u003C/sub>: 温度Tにおける静電容量)\u003C/p>\u003Cp>米国電子工業会（Electronic Industries Alliance）が制定し、セラミックコンデンサの規格として世界的に広く用いられているEIA規格では、3文字のコードにより、温度範囲とその範囲内で許容される静電容量の変化率が規定されています（表2）。\u003C/p>\u003Cfigure class=\"table\" style=\"width:90%;\">\u003Ctable class=\"ck-table-resized\">\u003Ccolgroup>\u003Ccol style=\"width:22%;\">\u003Ccol style=\"width:26%;\">\u003Ccol style=\"width:26%;\">\u003Ccol style=\"width:26%;\">\u003C/colgroup>\u003Cthead>\u003Ctr>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">EIA呼称\u003C/p>\u003C/th>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">下限温度 (℃)\u003C/p>\u003C/th>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">上限温度 (℃)\u003C/p>\u003C/th>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">静電容量の変化率 (%)\u003C/p>\u003C/th>\u003C/tr>\u003C/thead>\u003Ctbody>\u003Ctr>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">X7R\u003C/p>\u003C/th>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">-55\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">+125\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">±15\u003C/p>\u003C/td>\u003C/tr>\u003Ctr>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">X8R\u003C/p>\u003C/th>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">-55\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">+150\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">±15\u003C/p>\u003C/td>\u003C/tr>\u003Ctr>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">X9R\u003C/p>\u003C/th>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">-55\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">+200\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">±15\u003C/p>\u003C/td>\u003C/tr>\u003Ctr>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">X7S\u003C/p>\u003C/th>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">-55\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">+125\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">±22\u003C/p>\u003C/td>\u003C/tr>\u003Ctr>\u003Cth>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">Y5V\u003C/span>\u003C/p>\u003C/th>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">-30\u003C/span>\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">+85\u003C/p>\u003C/td>\u003Ctd>\u003Cp style=\"text-align:center;\">-82/+22\u003C/p>\u003C/td>\u003C/tr>\u003C/tbody>\u003C/table>\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>表2 セラミックコンデンサのEIA規格 (Class 2)\u003C/strong>\u003Cbr>※EIA規格 (Class 2)から一部抜粋\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Cp>静電容量の変化率が小さいほど、温度変化に対して安定した特性を示すため、高温対応型誘電体として好ましいとされています。しかし、高い比誘電率を維持しながら、温度変化に伴う静電容量の変化を抑えることは容易ではありません。\u003Cbr>本研究では、PNb9O25とSiO2リッチな非晶質を複合化することにより、室温から300 ℃までの温度範囲において、静電容量の変化率を±15 %以内に抑えることに成功しました (図5)。\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:75%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/780;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/attachment/2026/management_planning_office/tirinews/fig_20260901_05.jpg\" alt=\"\" width=\"1000\" height=\"780\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図5 各種誘電体の温度特性の比較[参考文献4～6] \u003C/strong>\u003Cbr>\u003Cstrong>(挿入図は、ΔC=±40 %の領域の拡大図)\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Ch2>高温対応型誘電体の電気特性\u003C/h2>\u003Cp>一般に、誘電体の電気伝導度は温度上昇に伴い増加し、絶縁性は低下する傾向があります。したがって、高温でも高い絶縁性を維持することは、高温対応型誘電体に求められる重要な特性の一つです。\u003Cbr>本研究では、交流インピーダンス法により材料の抵抗成分を解析し、温度変化に伴う電気伝導度の変化を評価しました。液相焼結法で合成した高温対応型誘電体は、他の誘電体と比較して低い電気伝導度を示し、優れた絶縁性を有することが明らかになりました（図6）。以上の結果から、本研究で開発した高温対応型誘電体は、過酷な温度環境で動作するコンデンサの信頼性向上と高性能化に貢献することが期待されます。\u003Cbr> \u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:50%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/873;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/attachment/2026/management_planning_office/tirinews/fig_20260901_06.jpg\" width=\"1000\" height=\"873\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図6 各種誘電体の電気伝導度の比較[参考文献3, 7～10]\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Ch2>本材料に関するお問い合わせについて\u003C/h2>\u003Cp>本研究で開発した高温対応型誘電体は、優れた温度特性及び絶縁性を示すだけでなく、既存の製造設備や工程との親和性の高い合成法を採用しています。なお、本技術については特許出願済みです（特許出願番号：特願2025-183682）。今後は、都内中小企業をはじめとする企業の技術者の皆さまとの共同開発を通じて、実用化に向けた検討を進めていきたいと考えています。本材料に関するご相談はもちろん、その他の誘電材料や材料開発に関する技術相談についても対応が可能です。ご関心のある方は、ぜひお気軽にお問い合わせください。 \u003C/p>","\u003Col>\u003Cli> J. L. Waring and R. S. Roth, Acta Crystallogr. 17 (1964) 455-456.\u003C/li>\u003Cli> R. S. Roth, A. D. Wadsley, and S. Andersson, Acta Crystallogr. 18 (1965) 643-647. \u003C/li>\u003Cli> J. Fu, J. Am. Ceram. Soc. 105 (2022) 3740-3745. \u003C/li>\u003Cli> M-J. Pan and C. A. Randall, IEEE Electr. Insul. Mag. 26 (2010) 44-50.\u003C/li>\u003Cli> H. Birol , D. Damjanovic, and N. Setter, J. Am. Ceram. Soc. 88 (2005) 1754-1759. \u003C/li>\u003Cli> J. P. Tidey, U. Dey, A. M. Sanchez, et al., Commun. Mater. 5 (2024) 71.\u003C/li>\u003Cli> H. M. Kotb, M. M. Ahmad, A. Alshoaibi, and K. Yamada, Materials 13 (2020) 5822.\u003C/li>\u003Cli> R. Dittmer, E.-M. Anton, W. Jo, H. Simons, et al, J. Am. Ceram. Soc. 95 (2012) 3519-3524.\u003C/li>\u003Cli>L. Ben, L. Li, J. H. Harding, et al., Open Ceramics 9 (2022) 100250.\u003C/li>\u003Cli> S. Aman, K. Kubo. H. Akiba, and D. Inagawa, Jpn. J. Appl. Phys. 55 (2016) 10TB08. \u003Cbr> \u003C/li>\u003C/ol>","\u003Cul>\u003Cli>\u003Cspan>本研究の詳細は以下の論文で公開されています。\u003C/span>\u003Cspan lang=\"EN-US\">\u003Cbr>\u003C/span>　\u003Cspan lang=\"EN-US\">K. Shimamura, et al., \u003C/span>\u003Ci>\u003Cspan lang=\"EN-US\">Mater. Today Commun.\u003C/span>\u003C/i>\u003Cspan lang=\"EN-US\"> 54 (2026) 115539.\u003Cbr>\u003C/span>　\u003Cspan lang=\"EN-US\">DOI: \u003C/span>\u003Ca href=\"https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2026.115539\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2026.115539 \u003C/span>（外部リンク）\u003C/a>\u003C/li>\u003Cli>\u003Ca href=\"https://atch.iri-tokyo.jp/v=1781835256/files/topics/5347_ext_6_0.pdf\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">【プレスリリース】 300℃まで安定な誘電材料を開発―車載などの高温環境で動作するコンデンサの高性能化に向けて―\u003C/span>\u003C/a>\u003C/li>\u003C/ul>","03-5530-2660",{},{"errors":44,"messages":45,"list":46,"pageInfo":98},[],[],[47,54,77],{"topics_id":7,"ymd":8,"contents_type":9,"subject":10,"topics_flg":11,"open_flg":11,"regular_flg":12,"inst_ymdhi":13,"update_ymdhi":14,"topics_group_id":15,"slug":16,"group_nm":17,"group_description":18,"contents_type_cnt":11,"contents_type_nm":19,"contents_type_slug":20,"contents_type_parent_nm":20,"category_parent_id":20,"contents_type_ext_col_01":20,"contents_type_ext_col_02":20,"contents_type_ext_col_03":20,"contents_type_ext_col_04":20,"contents_type_ext_col_05":20,"contents_type_list":48,"office":49,"group":50,"description":28,"keywords":29,"articles_category":51,"thumbnail":52,"body":38,"references":39,"related_information":40,"contact_group":27,"contact_name":18,"contact_tel":41,"contact_mail":18,"contact_url":53},[9],{"key":23,"label":24},{"key":26,"label":27},{"key":31,"label":32},{"id":34,"url":35,"desc":36,"url_org":37},{},{"topics_id":55,"ymd":56,"contents_type":9,"subject":57,"topics_flg":11,"open_flg":11,"regular_flg":12,"inst_ymdhi":58,"update_ymdhi":59,"topics_group_id":15,"slug":60,"group_nm":17,"group_description":18,"contents_type_cnt":11,"contents_type_nm":19,"contents_type_slug":20,"contents_type_parent_nm":20,"category_parent_id":20,"contents_type_ext_col_01":20,"contents_type_ext_col_02":20,"contents_type_ext_col_03":20,"contents_type_ext_col_04":20,"contents_type_ext_col_05":20,"contents_type_list":61,"office":62,"group":63,"description":64,"keywords":65,"articles_category":66,"thumbnail":67,"body":71,"references":72,"related_information":73,"contact_group":74,"contact_name":18,"contact_tel":75,"contact_mail":18,"contact_url":76},4817,"2025-12-01","DCモーターの効率が高くなるモーター速度コントローラーの開発","2025-11-28T15:48:48+09:00","2025-12-01T09:40:59+09:00","kenkyu-2025-12-01",[9],{"key":23,"label":24},{},"都産技研と広島工業大学は、モーター速度コントローラーを工夫して、一般的なPWMコントローラーよりモーター効率が高くなる速度コントローラーを共同開発しました。このコントローラーはスパイク電圧が発生しないため、DCモーターの効率が高くなり、特に低速運転時にその効果を発揮します。","モーター, 速度コントローラー, コンバータ, PWM, 高効率, 省エネ",{"key":31,"label":32},{"id":68,"url":69,"desc":36,"url_org":70},"4817_ext_01_0","https://atch.iri-tokyo.jp/v=1764312528/files/topics/4817_ext_1_0.jpg","https://atch.iri-tokyo.jp/files/topics/4817_ext_1_0.jpg","\u003Cul>\u003Cli>モーター効率が高くなると発熱量が少なくなり、モーターの長寿命化や低消費電力化に役立ちます。\u003C/li>\u003Cli>都産技研と広島工業大学は、モーター速度コントローラーを工夫して、一般的なPWMコントローラー（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）よりモーター効率\u003Csup>※1\u003C/sup>が高くなる速度コントローラーを共同開発しました。\u003C/li>\u003Cli>このコントローラーは、スパイク電圧が発生しないため、DCモーター（Direct Current：直流電流）の効率が高くなり、特に低速運転時にその効果を発揮します。\u003C/li>\u003C/ul>\u003Cp>\u003Csup>※1\u003C/sup>\u003Cspan class=\"text-small\"> モーター効率：同じモーターに同じ電力を入力した際の、入力エネルギーに対しての出力エネルギーの割合\u003C/span>\u003C/p>\u003Ch2>DCモーターの一般的な速度コントローラー（PWMコントローラー）\u003C/h2>\u003Cp>DCモーターは電圧を変化させることで回転数を制御します。一般的なDCモーターの速度コントローラーとして、PWMコントローラー\u003Csup>※2\u003C/sup>が普及しています。\u003C/p>\u003Cp>\u003Csup>※2\u003C/sup>\u003Cspan class=\"text-small\"> PWMコントローラー：スイッチのON-OFFを繰り返し、ONの時間幅（パルス幅）を制御することで、モーターの平均電圧を変化させるコントローラー\u003C/span>\u003C/p>\u003Cp>本研究では、実験用のモーターとして、電動工具等に用いられる\u003Cbr>・定格電圧：48 V\u003Cbr>・出力：117 W\u003Cbr>・定格トルク\u003Csup>※3\u003C/sup>：932 mN・m\u003Cbr>・回転数  ：1200 r/min  \u003Cbr>のDCモーターを用いました。開発品と性能比較するために、PWMコントローラーには、キャリア周波数約35 kHzの方形波PWM出力を持つ既製品を使用しました。\u003C/p>\u003Cp>\u003Csup>※3\u003C/sup>\u003Cspan class=\"text-small\"> トルク：物を回す力（回転力）。定格トルクはモーターが安全に出せる最大の回転力を指します。\u003C/span>\u003C/p>\u003Cp>図1にPWMコントローラーから実験用のモーターに供給される電圧波形を示します。図の横軸は時間（1マス10 µs）を表し、縦軸は電圧（1マス20 V）を表しています。PWMコントローラーへの入力電圧 （図中の縦軸に記載された48 V）には、モーターの定格電圧を設定しています。\u003C/p>\u003Cp>一般的なPWMコントローラーは矩形波電圧（一定の間隔でONとOFFを繰り返す波形の電圧）を出力します。図1左がモーターの低速運転時（平均電圧が10 Vで、無負荷状態の回転数が約300 r/min）、同図右が高速運転時（平均電圧が45 Vで、無負荷状態の回転数が約1400 r/min）の電圧波形です。左右の図を見比べると、左の方が右よりも48 Vの印加時間（図中横軸のON時間）が短いことがわかります。ON時間を短くすると平均電圧が下がり回転数が下がります。逆に長くすると平均電圧が上がり回転数が上がります。\u003C/p>\u003Cp>また、図1から、両図とも、ON時間の立ち上がり直後にスパイクのように尖った波形の電圧（以下、スパイク電圧）が発生していることがわかります。\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:90%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:838/322;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/%E2%91%A3%E3%82%B5%E3%83%96_%E5%9B%B31%E8%A6%8B%E6%9C%AC.jpg\" alt=\"\" width=\"838\" height=\"322\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図1　PWMコントローラーから実験用モーターに供給される電圧波形\u003C/strong>\u003Cbr>\u003Cstrong>（左図が低速運転時（平均電圧が10 V、無負荷状態の回転数が約300 r/min）、右図が高速運転時（平均電圧が45 V、無負荷状態の回転数が約1400 r/min））\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Ch2>本研究で開発した速度コントローラー\u003C/h2>\u003Cp>本研究では、スパイク電圧が発生しない速度コントローラーの開発を目指しました。開発したコントローラーは、複数のコンバータ（直流電流に変換する装置）の出力電圧を同時に重ね合わせることで、モーターの電圧を制御します。\u003C/p>\u003Cp>図２に開発したコントローラーの模式図を示します。複数のAC-DCコンバータ\u003Csup>※4\u003C/sup>の出力端子を直列に接続して、マイナス側の各出力端子をロータリースイッチで切り替えることにより、段階的な電圧調整を可能にしています。本研究ではDC出力端子の直列接続を可能とするため、一次側（AC入力）と二次側（DC出力）が電気的に分離（絶縁）されている絶縁型コンバータを使用しました。\u003C/p>\u003Cp>安全対策として、出力端子間には逆電圧保護用ダイオードを入れています。\u003C/p>\u003Cp>\u003Csup>※4\u003C/sup>\u003Cspan class=\"text-small\">　AC-DCコンバータ：AC（Alternating Current：交流電流）をDC（直流電流）に変換する装置。\u003C/span>\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:75%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/663;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/%E5%9B%B32_1000(2).jpg\" alt=\"\" width=\"1000\" height=\"663\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図2　開発コントローラーの模式図\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Cp>図３に、開発したコントローラーから実験用のモーターに供給される電圧波形を示します。左が低速運転時で、右が高速運転時の波形です。低速運転時と高速運転時の運転条件は、図１と同じです。図から、開発したコントローラーは直流で一定電圧を出力することがわかります。スパイク電圧の発生も見られません。\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:90%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/402;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/%E5%9B%B33(4).jpg\" alt=\"\" width=\"1000\" height=\"402\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図３　開発コントローラーから実験用モーターに供給される電圧波形\u003C/strong>\u003Cbr>\u003Cstrong>（図１と同じ条件で、左図が低速運転時、右図が高速運転時）\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Ch2>実験用モーターの効率測定\u003C/h2>\u003Cp>都産技研の小型モーター試験装置を用いて、一般的なPWMコントローラー（既製品）と開発したコントローラーそれぞれで実験用のモーターを制御し、低速運転および高速運転したときのトルク-効率特性を測定しました。低速運転時と高速運転時の運転条件は、図１と同じです。\u003C/p>\u003Cp>図４にその測定結果を示します。図の横軸は小型モーター試験装置が実験用モーターに与えた負荷トルク（ブレーキトルク）を、縦軸は小型モーター試験装置で測定した実験用モーターの効率特性を表しています。また、上側▲◇のグラフが高速運転時、下側●□のグラフが低速運転時です。高速運転時のモーターの効率はほぼ同じですが、低速運転時には、開発したコントローラーの方が一般的なPWMコントローラーよりも効率が高いことがわかります。\u003Cbr> \u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:90%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/523;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/%E5%9B%B34-3_1000.jpg\" width=\"1000\" height=\"523\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>図４　一般的なPWMコントローラー（既製品）と開発コントローラーとで、それぞれ実験用モーターを速度制御したときのトルク-効率特性\u003Cbr>（図中の低速運転時と高速運転時の運転条件は、図１と同じ）\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Ch2>低速運転時においてモーター効率に差が出た理由\u003C/h2>\u003Cp>一般的なPWMコントローラーでは、低速運転時ほどONの時間幅（パルス幅）が短くなり、スパイク電圧が発生する時間の割合が相対的に大きくなります（図1参照）。一方、開発したコントローラーでは、回転数に関係なくスパイク電圧の発生は見られませんでした（図３参照）。\u003C/p>\u003Cp>スパイク電圧によって発生するパルスピークの高い電流は、モーターのトルクとして有効に使われにくく、エネルギーのロスになります。したがって、PWMコントローラーでは、低速運転時にスパイク電圧を多く含むことでモーターのトルクが減少し、効率低下しやすく、開発したコントローラーの方がモーター効率は高くなります。\u003C/p>\u003Ch2>共同研究先や実施許諾先を募集しています。\u003C/h2>\u003Cp>本研究で開発した速度コントローラーは、図2のコンバータの出力電圧に、別途用意したパルス電圧の小さい汎用PWMから得る出力電圧を上乗せして組み合わせることで、連続的な電圧調整も可能です。本技術は特許出願済みであり、詳しくは参考文献をご覧ください。\u003Csup>1）\u003C/sup>\u003C/p>\u003Cp>本技術にご興味がございましたら、ぜひご相談ください。ご連絡をお待ちしております。\u003C/p>","\u003Cp>1）  特開2025-141822\u003Cbr> \u003C/p>","\u003Cul>\u003Cli>\u003Ca href=\"/research/seeds/dc-motor-efficiency/\">DCモーターを高効率化する電源制御の方法\u003C/a> :　2022年度東京都立産業技術研究センター技術シーズ集, pp.30.\u003C/li>\u003Cli>\u003Ca href=\"/tiri-news/setsubi-2022-05-01/\">『小型モーター試験装置』\u003C/a> （TIRI NEWS　2022年5月1日号）\u003C/li>\u003Cli>\u003Ca href=\"/service/search/ele-motor/\">小型モーター試験装置\u003C/a>\u003C/li>\u003C/ul>","電気技術グループ","03-5530-2560",{},{"topics_id":78,"ymd":79,"contents_type":9,"subject":80,"topics_flg":11,"open_flg":11,"regular_flg":12,"inst_ymdhi":81,"update_ymdhi":81,"topics_group_id":15,"slug":82,"group_nm":17,"group_description":18,"contents_type_cnt":11,"contents_type_nm":19,"contents_type_slug":20,"contents_type_parent_nm":20,"category_parent_id":20,"contents_type_ext_col_01":20,"contents_type_ext_col_02":20,"contents_type_ext_col_03":20,"contents_type_ext_col_04":20,"contents_type_ext_col_05":20,"contents_type_list":83,"office":84,"group":85,"description":88,"keywords":18,"articles_category":89,"thumbnail":90,"body":94,"references":18,"related_information":95,"contact_group":87,"contact_name":18,"contact_tel":96,"contact_mail":18,"contact_url":97},4857,"2025-11-17","「硬さと滑らかさを両立した金型用DLC膜の開発」に関する共同研究","2025-11-17T15:18:41+09:00","kenkyu-2025-11-03",[9],{"key":23,"label":24},{"key":86,"label":87},"13","プロセス技術グループ","都産技研とDOWAサーモテック株式会社、東京都立大学の三者は、2021年から2023年にかけ、高硬度・高平滑性を両立する金型用DLC膜の開発に関する共同研究に取り組みました。研究の背景やその内容について、DOWAサーモテック株式会社 技術開発部 羽深 智 氏と、東京都立大学システムデザイン学部 清水 徹英 准教授、都産技研 プロセス技術グループ 徳田 祐樹 主任研究員に話を聞きました。",{"key":31,"label":32},{"id":91,"url":92,"desc":36,"url_org":93},"4857_ext_01_0","https://atch.iri-tokyo.jp/v=1763360322/files/topics/4857_ext_1_0.jpg","https://atch.iri-tokyo.jp/files/topics/4857_ext_1_0.jpg","\u003Cp>\u003Cstrong>都産技研とDOWAサーモテック株式会社、東京都立大学の三者は、2021年から2023年にかけ、高硬度・高平滑性を両立する金型用DLC膜の開発に関する共同研究に取り組みました。研究の背景やその内容について、DOWAサーモテック株式会社 技術開発部 羽深 智 氏と、東京都立大学システムデザイン学部 清水 徹英 准教授、都産技研 プロセス技術グループ 徳田 祐樹 主任研究員に話を聞きました。\u003C/strong>\u003C/p>\u003Ch2>より硬く、より滑らかな“膜”を作る\u003C/h2>\u003Cp>DLC（Diamond-Like Carbon）膜とは、炭素や水素を主成分としたアモルファス（非晶質）構造の硬質炭素薄膜です。膜の厚さは数百ナノメートルから数マイクロメートルほどであり、硬質かつ耐摩耗性に優れていることから、金型や加工工具、自動車部品など、摩擦が発生する部品（摺動部品）のコーディングに使用されています。\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:75%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/667;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/20250912_0041_1000.jpg\" alt=\"\" width=\"1000\" height=\"667\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>成膜していないシリコン（Si）ウェハー（左）とDLC膜を施したSiウェハー（右）\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Cp>産業用途で使用されているDLC膜には、「水素含有DLC膜」と「水素フリーDLC膜」の二種類があり、前者は「表面が滑らかだが柔らかい」、後者は「表面が粗いが硬い」という特徴があります。高硬度と高平滑性を兼ね備えたDLC膜の開発事例は少なく、現場では水素フリーDLC膜を施した製品を研磨して用いるといった対処がなされていました。\u003C/p>\u003Cp>「品質や生産性向上の観点から、弊社では高硬度と高平滑性を両立したDLC膜の新規開発を検討してきました。そこで、比較的新しい成膜技術である『大電力インパルスマグネトロンスパッタリング（High Power Impulse Magnetron Sputtering、以下HiPIMS）』という手法に着目し、HiPIMS法の研究者である清水先生にお声がけしました」（羽深氏）\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:75%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:800/640;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/20250912_0007_800.jpg\" alt=\"\" width=\"800\" height=\"640\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>DOWAサーモテック株式会社 技術開発部 新商品開発室 羽深 智 氏\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Cp>「羽深さんからお話をうかがい、産業用途のDLC膜を開発するには、相応のスペックを備えた実験装置が必要だと考えました。大学の実験室レベルではその条件を満たせないため、産業用HiPIMS装置を持つ都産技研さんに相談し、三者による共同研究を行うことになったのです」（清水 氏）\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:75%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:800/640;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/20250912_001_800.jpg\" alt=\"\" width=\"800\" height=\"640\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>東京都立大学システムデザイン学部 機械システム工学科 清水 徹英 准教授\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Ch2>パラメーターの組み合わせを変え、試作を200回以上繰り返す\u003C/h2>\u003Cp>都産技研のプロセス技術グループでは、長年にわたりDLC膜の特性評価や構造解析に関する研究に取り組んでいました。今回の共同研究では、都産技研がHiPIMS装置を用いたDLCの成膜とその構造解析を、東京都立大学がプラズマによる成膜プロセスの解析を、DOWAサーモテックが金型用薄膜の特性評価と知財登録などを担い、それぞれの強みを活かした製品開発に取り組みました。\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:85.02%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/667;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/20250912_0038_1000.jpg\" alt=\"\" width=\"1000\" height=\"667\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>HiPIMS装置\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Cp>HiPIMS法によるDLC成膜は以前から行われており、平滑な膜ができることは確認されていました。しかし、硬度を高める条件に不確かな点が多く、共同研究ではその条件を見極めるために試行錯誤を繰り返したといいます。\u003C/p>\u003Cp>「HiPIMS法では、ターゲットに対し数十マイクロ秒という、ごく短いパルス電圧を印加します。これにより高密度なプラズマが形成され、ターゲットのイオン化効率を促進するのです。DLC膜の場合はグラファイトをターゲットとし、炭素をイオン化して、基板に堆積させることで成膜が施されます。いかに多くの炭素イオンを作りだし、いかに基板の表面へ高密度に衝突させるのかが、高硬質化において重要なポイントでした」（清水 氏）\u003C/p>\u003Cp>「プラズマ中のイオンや電子は挙動の把握が難しく、その制御には多種多様なパラメーターを調整する必要があります。清水先生によるプラズマの分析結果をもとに、電流電圧、パルス幅、ターゲットやサンプルまでの距離といったパラメーターの組み合わせを変えながら、実際にHiPIMS装置での成膜を繰り返しました」（徳田）\u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:75%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:800/640;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/20250912_0004_800.jpg\" alt=\"\" width=\"800\" height=\"640\">\u003Cfigcaption>\u003Cstrong>プロセス技術グループ 徳田 祐樹 主任研究員\u003C/strong>\u003C/figcaption>\u003C/figure>\u003Cp>実験用のHiPIMS装置で1日に成膜できる回数は、1～2回と限られています。最終的に試行回数は200回を超え、約3年の月日をかけて最適なパラメーターの組み合わせを追求していきました。\u003C/p>\u003Cp>「月1回のミーティングをはじめ、成膜の結果を随時共有しながら、共同研究を進めていきました。徳田さんからは、毎回実験結果をわかりやすくまとめた報告をいただいていましたね。専門家のお二人ということで、当初は気後れする部分もあったのですが、ディスカッションしやすい空気を作っていただき本当に感謝しています」（羽深 氏）\u003C/p>\u003Ch2>HiPIMS法が持つポテンシャルで、競合との差別化を図る\u003C/h2>\u003Cp>こうして試行錯誤を重ね、HiPIMS法による成膜技術を構築したことにより、従来の水素含有DLC膜よりも硬く、かつ水素フリーDLC膜より平滑なDLC膜の開発に成功。高硬質と高平滑性の両立という、当初の目標を果たすことができました。\u003C/p>\u003Cp>「当初は『そもそも高硬度なDLC膜が形成できるのか』『形成できたとしてどれくらいニーズがあるのか』といった不安もありましたが、清水先生からは技術的な裏付けを、羽深さんからは現場のニーズを伺い、安心して実験に取り組むことができました。3年にわたる試行錯誤にモチベーション高く取り組めたのも、お二人のおかげだと思っています」（徳田）\u003Cbr> \u003C/p>\u003Cfigure class=\"image image-style-align-center image_resized\" style=\"width:85.07%;\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:1000/562;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/20250912_0030_1000.jpg\" alt=\"徳田 主任研究員、羽深 氏、清水 准教授\" width=\"1000\" height=\"562\">\u003C/figure>\u003Cp>「工業製品の量産では、想定外の事態が発生することも少なくありません。そうしたとき、製品や製法に関するデータをいかに多く知っているかが、安定生産において重要になります。今回の共同研究では、目的となるDLC膜が形成できただけでなく、多くの“周辺の知見”を得られたことも、大きな成果だと考えています」（羽深 氏）\u003C/p>\u003Cp>今回の共同研究の成果を踏まえ、DOWAサーモテック社ではHiPIMS成膜装置の導入を進めています。装置の配備が完了次第、量産化に向けた検討や調整に取り組む予定です。\u003C/p>\u003Cp>「HiPIMS法を量産に取り入れている企業はまだ少なく、差別化を図るうえで強力な武器になるものと確信しています。共同研究は終了しましたが、HiPIMS装置について解決すべき課題が発生した際には、再びお二人の協力を仰げたらと思っています」（羽深 氏）\u003C/p>\u003Cp>「今回の共同研究では、産業用のHiPIMS装置を活用することで、より実用的な条件下での検証が可能となりました。こうした先端的な装置環境を中小企業のために整えていることに、都産技研さんの存在意義を感じています。HiPIMS法による成膜には、まだまだポテンシャルがあるという認識ですので、今回得られた知見をもとに、さらなる発展ができればと考えています」（清水 氏）\u003Cbr> \u003C/p>\u003Chr>\u003Cp>\u003Cbr> \u003C/p>\u003Cdiv class=\"article_2col\">\u003Cdiv class=\"article_2col_item\">\u003Cfigure class=\"image\">\u003Cimg style=\"aspect-ratio:800/640;\" src=\"https://atch.iri-tokyo.jp/files/user/topics_img/31/2/20250912_0036_800.jpg\" width=\"800\" height=\"640\">\u003C/figure>\u003C/div>\u003Cdiv class=\"article_2col_item\">\u003Cp>（中央）\u003Cbr>DOWAサーモテック株式会社\u003Cbr>技術開発部 新商品開発室\u003Cbr>羽深 智 氏\u003C/p>\u003Cp>（右）\u003Cbr>東京都立大学\u003Cbr>システムデザイン学部 機械システム工学科 准教授\u003Cbr>清水 徹英 氏\u003C/p>\u003Cp>（左）\u003Cbr>プロセス技術グループ 主任研究員\u003Cbr>徳田 祐樹\u003Cbr> \u003C/p>\u003C/div>\u003C/div>","\u003Cul>\u003Cli>\u003Ca href=\"https://www.dowa.co.jp/thermo-tech/\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">DOWAサーモテック株式会社\u003C/span>\u003C/a>\u003Cspan class=\"text-small\"> （外部リンク）\u003C/span>\u003C/li>\u003Cli>\u003Ca href=\"https://www.sd.tmu.ac.jp/\">\u003Cspan lang=\"EN-US\">東京都立大学 システムデザイン学部・システムデザイン研究科\u003C/span>\u003C/a>\u003Cspan class=\"text-small\"> （外部リンク）\u003C/span>\u003Cbr> \u003C/li>\u003C/ul>","03-5530-2630",{},{"totalCnt":99,"perPage":100,"totalPageCnt":101,"pageNo":11,"firstIndex":11,"lastIndex":100,"path":102,"param":103,"startPageNo":11,"endPageNo":104},32,3,11,"/rcms-api/36/tirinews_list","?filter=articles_category+%3D+%22research_cases%22&cnt=3&data_format=json",6,1788238316617]