※音班の院生で学会に参加した際の1枚。写真からも研究生活の充実性が垣間見える。

“音班”

電力ケーブル

計測

プログラミング装置製作 実験 解析

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回路基板

• ケーブル・基板・モーター・素子などに使用されている絶縁材料を評価

• 絶縁材料の内部帯電を非破壊で計測

• 設計製作＋プログラミング＋実験＋解析 ＝”計測”

• 電気・機械・化学・情報とすべての知識が生かされる！

• 詳しくは13号館3Fの計測電機制御研究室まで！！

あなたの “なぜ？”に期待してます

電力送電ケーブル

直流送電に対する需要が増加！

世界中で電力需要が増加（日本も含む）

そこで！遠くの発電所で電力を作って送り出す長距離直流送電が必要！！

架空線 ケーブル

直距離・大陸間を結ぶのは困難

地中・海底送電⇒長距離OK!

Q1. どんなケーブル？

ポリエチレンを使用 メンテナンスフリー 交流で高い実績を有する

Q2. メリットだけ？

直流の場合は問題あり！

移行

普段の生活では交流送電が主流ですが・・・

でも、1つの地域だけで電力をまかなうのは難しい

ケーブルを用いた送電に移行

ポリエチレンが壊れる！

安定した送電が出来ない！

ポリエチレン内部の空間電荷分布・電流・消費電力を計測

破壊メカニズムの解明を目指す

『高性能・高信頼を持つ材料開発に寄与することが長距離直流送電の実現につながる！』

モータ巻線被覆材料の研究-エナメル層の絶縁性能-

ELECTRIC MEASUREMENT & MACHINE CONTROL LAB.

モータに供給される駆動電圧が高電圧化

モータコイル間において放電が発生 エナメル層の劣化 エナメル層が壊れてしまう可能性⇒絶縁破壊

放電の発生と絶縁破壊の原因 周囲の環境⇒高温，高湿度

電荷の注入⇒空間電荷の蓄積

空間電荷の蓄積に関する研究報告は少ない⇒よくわかっていない

エナメル層の中の空間電荷挙動を調査

優れたエナメルの開発に有用なデータを得るV

olt

age

V

Time T

Now

Before

供給

駆動電圧 インバータ駆動モータ

モータコイルでの放電(断面図)

エナメル層(絶縁材料)

導体

空間電荷の蓄積による破壊

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+ + +

+ +

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空間電荷

NC (ナノ・コンポジット) エポキシ樹脂の空間電荷分布測定と電気的特性の評価

半導体素子

200 ℃以上の高温環境下で使用可能

SiC 半導体 GaN半導体

ICチップ 封止材

ICチップを保護する封止材：エポキシ樹脂

新型半導体素子

近年

登場

・放熱性と耐熱性が不足

従来のエポキシ樹脂は

熱破壊、絶縁破壊の危険

より、熱的特性と絶縁性能の高い

エポキシ樹脂

測定試料 (NCエポキシ試料) を自主作製

・絶縁性能の低下

200℃以上の高温環境下では…

エポキシ樹脂が求められている

マイクロサイズフィラーエポキシ樹脂

熱的特性と絶縁性能を向上するには… ナノ-マイクロ-コンポジット化 (MC化) が有効であると言われている

?熱的特性、絶縁性能の向上 UP

ナノサイズフィラー

ナノフィラーについて謎と問題点が多い

・ 種類毎の特性が不明

・ ナノフィラーの分散性が悪い

・ 絶縁性が向上する仕組みが不明

しかし、

ナノサイズフィラーの分散性の改善、絶縁特性の調査が必要

(熱的特性の向上) (絶縁性能の向上)

本研究では…

分散性の高い特別なナノフィラーを提供

ある企業から 研究室の誇る、PEA測定装置で様々な条件下でのNC試料の

空間電荷分布測定を行い

ナノサイズフィラーの電気的特性を

調査し、評価していく

フレキシブル回路基板に用いられる絶縁材料の評価

フレキシブル回路基板 ポリイミドフィルムスマートフォン ECU (電子制御機器)

電子機器

多くの電子機器内部にはフレキシブル回路基板が用いられている！

フレキシブル回路基板の絶縁材料

⇒ 機械、電気、熱的性質に優れたポリイミドフィルム

PEA(パルス静電応力)法により、使用環境を模擬した空間電荷分布測定

Vdc

Thickness

E

これまでの調査

絶縁材料内部に空間電荷が蓄積

絶縁破壊

電子機器の小型化・軽量化 ⇒ 積層型の基板

ー要求ー

高温・高湿の過酷な環境下における絶縁性能の信頼性

フレキシブル回路基板に適した絶縁材料の条件を提案!

熱制御材(Multi-Layer Insulator)

⇒Polyimide

Proton Electron

Temperature

-120 - 150℃

プロトン照射された宇宙機用絶縁材料の評価

プロトン照射における絶縁材料の絶縁特性⇒ほとんど考慮されていない

プロトン照射中の電荷分布測定の必要あり

小さいチャンバーに収容可能な小型装置を開発

低軌道上ではプロトンが多く存在

しかし…

高度400km以上 (低軌道上)で宇宙機が多く運用

照射中のデータの取得

宇宙機の長寿命化

材料の評価

宇宙機に反映照射施設

色々な環境での照射が可能

宇宙機 ➡ 厳しい環境下で運用されている

激しい温度変化（-121℃～＋121℃） 荷電粒子が充満

宇宙機表面には絶縁材料が使用されているex) 熱制御材(Multi-Layer Insulator)

太陽光反射材(Optical Solar Reflector)

機内の温度を一定に保つ必要性有 etc.

研究目的

Electron

Proton

Temperature change

宇宙機設計を行うのに非常に重要となる絶縁材料の電気的特性調査!!

電子線照射していない試料と電子線照射した試料でどのような変化が生じるのか？

➡ パルス静電応力法を用いて実際に試料内部の電荷挙動を確認する

目標

宇宙機設計に役立つ絶縁材料選定の指針をたてる！！

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空間電荷分布測定装置の高分解能化

電子機器・電子素子・人工衛星・モーターの絶縁被膜材など

小型化・軽量化のため薄膜化が進んでいる

VVd

1

d2

絶縁体E2

E1

E1 = V/d1 E2 = V/d2

様々な部分に絶縁体が使われている

絶縁破壊による事故の増加

メカニズム解明の必要あり！

薄膜化が進んでいるため測定装置もより薄い絶縁材料を測定できる必要がある

しかし測定できる装置は存在しない・・・

装置を自作！図面から

極めて薄い(紙の約1/4の厚さ)絶縁材料の測定装置の開発

電界が高くなることで絶縁破壊発生

極めて薄い(紙の約1/4の厚さ)試料を測定したい！⇒高い分解能が必要

高電圧を印加したい！⇒装置の耐圧性向上が必要

高温環境下で測定したい！⇒装置の耐熱性向上が必要

“計測”するためには要求に応じた装置系が必要！

装置製作

電気電子回路

金属加工 設計・製図

職人芸

無いものは作ろう！世界で”1つ”を作ろう！

f79 0－0.1

f66

80

＋0.0

5

0

4×M3

45.0°

10

f72.5

★ 研磨

★ R加工

★ 締め付け

★ 発想