エバラ時報

エバラ時報 No.221 p.1 大阪大学大学院基礎工学研究科 教授 辻本 良信

エバラ時報 No.221 p.3 渡辺 啓悦 ほか

インデューサと主羽根車並びにディフューザからなる液化天然ガス用クライオジェニックポンプを開発した。ポンプの高吸込性能化にはインデューサの設計が非常に重要である。本研究ではインデューサの設計に3次元逆解法を適用し，インデューサの負荷分布をコントロールすることによってインデューサの高吸込性能化を試みた。インデューサ並びにポンプの性能と内部流れは流れ解析によって評価した。また，ポンプの吸込性能はRayleigh-Plessetキャビテーションモデルを用いて評価した。このように3次元逆解法と流れ解析を用いて設計したインデューサをポンプに設置し水試験により実証実験を行った。その結果，従来の同形式ポンプよりも良好な吸込性能を得ることができた。インデューサの子午面形状の影響や羽根高さ方向の仕事分布などもキャビテーション流れ解析により評価した。キャビテーション流れ解析により予測された吸込性能は，実験結果と良好な一致を示した。

エバラ時報 No.221 p.12 新村 浩司 ほか

この純水製造装置は，純水ユニットを中心に前段のプレシステム，後段のサブシステムの三つのユニットから成り，原水や製造する純水の仕様に応じて組み合わせ使用する。純水ユニットの中核となるのがGDIである。GDIはイオン交換体に放射線グラフト重合によるイオン交換不織布を採用した脱塩装置で，イオン交換樹脂を充填した場合に比べ，その表面が格段に大きいことから，装置の小型化と効率的な運転が可能となる。

エバラ時報 No.221 p.14 大澤 博之 ほか

ダムのネットワーク化により，水資源を有効活用するという新しいプロジェクトが発足した。ダム連携とは特性の異なる二つのダムを導水路で連絡し水の相互融通を行うもので，当社は事業の中核となる導水ポンプ設備と返送設備を納入した。導水ポンプ設備は地下トンネル内に収められており，大型の立軸ポンプが二つの立坑内にそれぞれ1台ずつ設置されている。返送設備はダムの水位変動に追従して表層取水が可能なヒンジフロート式が採用され，フロート底部に収納されたポンプとの併用で自然流下やポンプ返送が可能である。返送制御はトンネルやゲートの水圧にかかわる制約のほか，季節ごとにダム水位が大幅に変わり時間的な制約も受けるなかで，実水位による調整を無事完了させた。

エバラ時報 No.221 p.22 江口 真人

遠心ポンプは密度の大きい流体を輸送するターボ機械であるがゆえ，特有の流体関連振動に関係するトラブルが生じるケースがある。このトラブルの多くは，オフデザイン運転（小流量運転や低NPSH運転など）状態下で発生する非定常流体加振力や狭い隙間流れの不安定化力などに起因する。また，これらのトラブル発生の背景には，流体の作動状態に関連した回転軸系の減衰特性の悪化が関与していることが多い。そこで，ポンプに絡む流体関連振動についてのトラブル事例と，その対策例，関連する研究事例について整理した。

エバラ時報 No.221 p.32 宮坂 松甫

海水腐食に及ぼす流れの影響について解説する。海水の流れは，材料・流体相互の電気化学的反応に影響を与えて材料の腐食を促進すると共に，流速が高い領域では材料表面の酸化物皮膜や材料自体に対して機械的な作用を及ぼし，エロージョン・コロージョンあるいはエロージョンによる損傷をもたらす。ここでは，腐食及びエロージョン・コロージョンを中心に解説し，エロージョンについては簡単な記述に留める。また，ポンプは一般配管と異なり，内部の流速は均一ではない。海水ポンプ内部では，流速の不均一が原因となってマクロな電池（マクロセル）を形成し「流速差腐食」を発生することがある。流速差腐食についても解説する。

エバラ時報 No.220 p.1 国立大学法人 鳥取大学大学院工学研究科 教授 山田 茂

エバラ時報 No.220 p.3 櫻井 高幹 ほか

大型渦巻ポンプ用に，可動式ガイドベーン付きの遠心ポンプを開発した。このポンプはガイドベーン開度を変化させることにより，広い運転範囲に対して高い効率を保つことができる。インペラの翼形状の設計には三次元逆解法設計と流れ解析（CFD）を適用した。また，ガイドベーンとステーベーンの周方向の相対位置を最適化するため，インペラから吐出しボリュートまでの全体流れ解析を行った。モデル試験により，ガイドベーン開度を変えたときのポンプ性能，軸方向スラスト，半径方向スラスト，ガイドベーンアンバランストルクを測定し，実機ポンプ設計に必要なデータを得た。

エバラ時報 No.220 p.7 杉山 道子 ほか

ポンプの設計・計画段階において，ポンプの振動を予測し低減を検討することは重要である。有限要素法（FEM）による振動解析は振動予測及び共振回避を検討するために有効な手法である。大型立軸ポンプの基礎構造物の剛性が低い場合，ポンプの固有振動数が低下するだけでなく，設置された複数のポンプ間での相互干渉による振動増大や，ポンプ加振周波数と基礎構造物の固有振動数の一致による共振問題が発生する可能性が生じる。このような問題を精度よく予測し回避するために，ポンプと基礎構造物を連結したモデルによる連成振動解析が有効である。本手法を適用することで，基礎構造物の固有振動数とポンプの振動を精度よく予測すると共に，基礎構造物補強案の有効性を評価し，ポンプ設計及び基礎工事施工に反映させることを可能にした。

エバラ時報 No.220 p.13 荒川 清美 ほか

オゾンによる汚泥減容化を組み込んだ活性汚泥処理プロセスにおける処理水りん濃度の低減を主目的として実験を行い，化学的りん除去工程との併用プロセスを検討した。実験の結果，嫌気—無酸素—好気法の生物処理とオゾン減容化は成立すること，りん蓄積細菌が増殖することが確認できた。嫌気槽ではりん放出量が十分にあり，しかもりん濃度が高いことから，化学的りん除去工程の原水として嫌気槽上澄液が合理的であると判断された。上記プロセスの嫌気槽の後段に「中間沈殿池＋化学的りん除去」工程を組み込んだところ，汚泥減容化においても処理水りん濃度の低減が同時に可能となった。

エバラ時報 No.220 p.23 楠本 勝子 ほか

汚泥再生処理センターの資源化技術として助燃剤化技術が認められたことを受け，助燃剤化施設に対応可能な低含水率脱水システムを開発した。本システムは，軸摺動型スクリュープレス脱水機，濃縮機，凝集反応槽の三部構成となっており，新型脱水機を用いることで汚泥含水率を最大70％以下まで低下できることが特長である。従来，スクリュープレス脱水機では汚泥含水率の極端な低下時に脱水機内部に汚泥が閉塞するトラブルが発生していたが，新型脱水機はスクリュー軸駆動装置に軸スライド機構を搭載しており汚泥の閉塞トラブルの回避を可能とした。現在までに5物件の納入実績がありすべての物件で目標の脱水汚泥含水率70％以下を達成している。

エバラ時報 No.220 p.28 宮坂 松甫

本号から5回（①～⑤）の予定で，「腐食防食講座」を連載し，海水腐食の特徴，海水ポンプに発生する各種形態の腐食の機構及び事例を解説すると共に，荏原が行った海水腐食の研究及び耐食材料・防食技術の開発を紹介する。①腐食の基礎と海水腐食の特徴，②海水腐食に及ぼす流れの影響，③異種金属接触腐食とカソード防食，④腐食防食解析技術，⑤ステンレス鋼及びニレジスト鋳鉄の腐食と対策技術。本号では，腐食のメカニズム，海水の性状及び海水腐食の特徴を述べる。海水は溶存酸素を飽和する中性水溶液であり，塩化物を中心とする無機塩類を多量に含んでいる，このため電気伝導度が高い。これら海水性状の特徴と海水腐食の関係を説明する。

エバラ時報 No.219 p.1 （株）荏原総合研究所 代表取締役社長 大下 孝裕

エバラ時報 No.219 p.3 杉山 憲一 ほか

多量の土砂を含む中国の大河流域で使用されるポンプはスラリー摩耗が発生し，深刻な問題になっている。本研究では，噴流式スラリー摩耗試験装置を用いて，羽根車の基材であるSCS6と3種類のサーメット系溶射皮膜のスラリー摩耗深さ予測について検討した。摩耗深さ予測式は，スラリー摩耗試験装置における粒子挙動解析，及び平均粒径60μmのけい砂を用いたスラリー摩耗試験から得られる試験結果を組み合わせることにより求めることができる。この予測式を用いることにより，平均粒径30μmの黄河砂によるスラリー摩耗深さを予測したところ，試験結果とほぼ一致した。また，スラリー摩耗に寄与する衝突粒子の運動エネルギーには，下限界値が存在する。

エバラ時報 No.219 p.12 片岡 匡史 ほか

マイクロタービンには高信頼性が求められており，運用にあたって遠隔監視によるメンテナンスのサポートが不可欠である。遠隔監視システムを用いることで様々なデータの取得が可能となった。高速過渡データの分析からは，マイクロタービン緊急停止時や起動失敗時の根本原因究明のための故障診断が行われる。また，長期間トレンドデータの分析からは，適切なメンテナンスを実施するための故障予知が有効に実践されるようになった。その結果，マイクロタービンコージェネレーションシステムは99.5％を超える年間稼動信頼性と起動信頼性が達成された。

エバラ時報 No.219 p.21 望月 宣宏 ほか

大規模集積回路（LSI）素子の絶縁膜候補材料である低誘電率（low-k）材料の多くは機械的強度が低いために，素子の製造には様々な障害が生じるが，中でもlow-k膜のはく離防止は重要な課題の一つである。今回の研究では，四点曲げ試験による試験結果とCMP（化学的機械平坦化）中でのはく離試験によるはく離確率との関係を配線構造での応力分布に写像し，素子の機械特性の予測と組合せて，将来のCMP中でのlow-k材料界面でのはく離の可能性を予測した。この結果から，配線溝部分のlow-k材料のヤング率がある値以上であれば，極端に低いCMP研磨圧力を必要としないこと，はく離の低減には材料の組合せが重要なことなどが分かった。

エバラ時報 No.219 p.28 森 洋一 ほか

近年，地球気候の変動に対する関心が高まっている。半導体産業では温暖化ガスのPFCs（Perfluoro Compounds）が多数使用されており，その有効な排出量削減対策とともにPFCsガスの実除害効率の正確な把握が求められている。当社では，PFCsガス処理装置として燃焼式，触媒式，F固定式を製品化し，PFCsガスの排出量削減に貢献している。これらPFCs排ガス処理装置の特長を踏まえて，PFCsガスの除害効率の評価方法を確立した。

エバラ時報 No.219 p.35 大竹 良治 ほか

白根排水機場の更新工事が行われ，核となるポンプ設備にかかわる機械設備・電気設備を請け負い，機器製作と機器据付工事を行った。本機場の特徴的な工事条件は，地盤沈下に対する対応と信頼性の向上であった。地盤沈下に対する対応については，主ポンプのベースにフレキシブルベースを採用した。信頼性の向上については，主ポンプの無水化，歯車減速機の空冷化，駆動器にガスタービンを採用することで冷却設備の簡素化を行った。また旧機場から新機場に切り替える際に新機場から旧機場のポンプを遠隔操作できるタッチパネルを設けた。

エバラ時報 No.219 p.39 野口 学 ほか

環境・エネルギー機器における高温腐食を中心とした材料問題とその取組みについて紹介した。環境エネルギー機器においてはトータルコストダウンが普及の大きなポイントであるが，原料中に含まれる腐食性成分などにより激しい材料損傷が引き起され，コストアップの要因になる場合が少なくない。更に機器の高効率化には高温化が大きなポイントになる場合が多く，より過酷な環境で高い信頼性や低コスト化など，従来以上に厳しい条件が要求されている。そこでこれらの機器における代表的な材料問題として，廃棄物処理装置で見られる腐食事例，更にガス化炉で懸念される材料問題を中心に紹介した。

エバラ時報 No.218 p.1 大阪大学大学院工学研究科 教授 附属超精密科学研究センター 教授 山内 和人

エバラ時報 No.218 p.3 岡本 秀伸 ほか

冷却塔の空力性能向上を目的に，冷却塔用の軸流ファンの開発に3次元逆解法設計手法及びCFDを適用した。翼負荷パラメータ，スタッキング条件及び回転速度の影響について系統的に検討し，最適化した。最終決定した羽根を実機冷却塔に搭載して空力性能の検証を行い，逆解法設計ファンは仕様の静圧上昇量を確保し，かつ，既存羽根より効率比が20％以上高いことを確認した。以上の結果から，逆解法設計手法は，軸流ファンの設計においても有益なツールとなりうることを示した。

エバラ時報 No.218 p.8 片岡 匡史 ほか

バイオマスの有効利用の重要性が認識され，下水処理場で発生する消化ガスがエネルギー資源として見直されつつある。消化ガスはメタン約60％，二酸化炭素約40％からなる低発熱量ガスであり，ガスタービン燃料として使う場合，保炎性を高める等の燃焼システムの最適化が一般的な手法であった。本書ではRQL燃焼器をもつ再生サイクルマイクロタービンを，高発熱量燃料で始動し，燃焼空気が600K以上に予熱されたところで消化ガスに切り替える手法を用いることにより，専用の燃焼器を用いることなく量産型のマイクロタービンとその周辺機器の改造を最小限に抑制し転用する方法を紹介する。これにより消化ガスを燃料とするマイクロタービンにおいて，確実な始動，アイドリングから定格発電出力までの安定した運転，高発熱量燃料と同等の発電効率が得られた。

エバラ時報 No.218 p.16 嶋 昇平 ほか

CMPプロセス中の表面反応を把握する目的で，配線金属とCMPスラリーとの電気化学反応を“その場”観察手法を用いて評価した。研磨中と非研磨状態とで電気化学反応特性が異なる事実を観察でき，その特性はスラリーを構成する薬剤によって大きく異なることが明らかになった。この手法を用いることでスラリー，後処理液などのプロセス適用性の可否を実験的に事前に判断でき，開発時間の短縮に有用な手法であることが分かった。金属表面の反応層の機械的特性をAFM（Atomic Force Microscopy）のフォースカーブから評価し，電気化学反応特性との相関性があることを見出した。これにより数nmの極薄反応層の機械的特性を評価できる可能性を見出した。

エバラ時報 No.218 p.23 深谷 孝一 ほか

高精度なLSI実現に向けて配線プロセスの微細化が進められ，低誘電率であるLow-k膜の実用化が検討されている。Cu／Low-k配線におけるCMP（化学的機械研磨）技術では，Low-k膜に対して低ダメージな研磨，洗浄，乾燥が必要である。Low-k膜表面は疎水面であるため，ウォータマークが発生し易く，それは電気特性に影響を及ぼす。一方，CMPにおける乾燥プロセスでは疎水膜及び親水膜についても最適化する必要がある。比較試験の結果，疎水性膜については従来の乾燥技術であるスピンリンスドライ（SRD）技術に対してウォータマーク抑制効果のあるIPA乾燥技術を使用するのが最適である。また親水性膜については両技術による乾燥性能に違いはないが，ウェーハ処理速度の大きいスピンリンスドライ技術を使用するのが有効である。

エバラ時報 No.218 p.29 出水 丈志 ほか

BWR原子力発電プラントでは水処理設備にイオン交換樹脂が使用されており，使用済みのイオン交換樹脂は，低レベル放射性廃棄物として貯蔵されている。この樹脂は，水分を含む難燃性物質であり，多くのプラントでは処理せずそのまま保管しているが，一部では可燃性廃棄物と混ぜて焼却処理している。また，この樹脂は，粒径400～1000μm程度の粒状物質で散乱し易く，取り扱いには特に注意が必要である。これら処理上の課題を抱えている使用済イオン交換樹脂を連続，かつ安定的に焼却処理する手段として，使用済イオン交換樹脂に石油系ワックスを加えて混練，成形し，混合固化体を製造する技術の開発を進めた結果，実用化の目途を得ることができた。

エバラ時報 No.218 p.35 磯部 英次 ほか

スノーラスタSPは，現在，豪雪地域が抱えている地盤沈下や地下水の水位低下の問題を解決する一つの手段として，製品開発されたものである。この製品の特長は，雪の降り方や外気温度などの環境変化に応じてポンプの運転パターンを自動選択し，最適な運転制御が行えることである。更に，コントロール部は，マイコンを搭載しポンプの運転状態（運転時間・起動頻度）を常時監視することで，ポンプ寿命の延命も図ることができる。これまでのスノーラスタは，市場の価格競争からコストダウンを第一優先課題として製品開発を進めてきた。それに対し，スノーラスタSPは，節水と省エネルギーも考慮に入れ改良，開発を進めてきた製品である。

エバラ時報 No.218 p.40 立石 秀樹 ほか

半導体銅多層配線の配線抵抗低減を目的に，抵抗増大の一つの要因である接続部銅表面の酸化膜を除去する装置を開発した。開発した装置は，精密・電子事業カンパニーの主力製品であるCMP，めっき装置などのウェットプロセスへの適用を前提とした，大気中のドライプロセス装置である。液体から気化させたギ酸ガスをウェーハ表面に効率よく供給することにより，200mmウェーハの銅自然酸化膜を175℃，1分で除去するプロセスを確立するとともに，実用化装置としての基礎特性を把握した。以上の検討を基に，小形の酸化膜大気中除去装置を実現した。

エバラ時報 No.218 p.45 渡部 拓郎 ほか

地球温暖化対策の一つとして，世界的に導入が進んでいる風力発電は，日本国内においても年々規模拡大の一途をたどり，近年では数十台規模の大型ウィンドファームが各地で建設されるようになってきている。 通常のウィンドファームにおいては，風車と変電設備はそれぞれ別々の監視装置を使った設備運用がなされており，利便性の面や専用端末，通信機器コストの面で問題を抱えている。当社はウィンドファームにおける一元的な運用・管理支援を目的とし，風車と変電設備を統合化管理することができる「特高連系風力発電所監視システム」を開発した。

エバラ時報 No.218 p.50 梅村 堅一

大和田機場は，印旛沼から新川・花見川を介し東京湾に排水する総排水量120m³／sのポンプ場である。本機場は1966年の完成以来37年以上が経過し，設備の老朽化により機能が低下していたため，機能回復を目的に改修工事が行われた。当社は，これらの工事のうち，核となるポンプ設備にかかわる機械設備・制御設備・土木設備の改修を，2004年3月から2007年6月にわたり機器製作及び現場工事を実施した。本工事の遂行に当たっては，機器設計・製作も含め既存のポンプ設備工事技術だけでは発注条件をクリアすることは不可能であったが，種々のソリューション技術を用いることで，工事を無事完了することができた。

エバラ時報 No.218 p.59