地方独立行政法人 青森県産業技術センターは、青森県の産業振興と経済発展を目的とし、平成21年に県から分離独立した組織である。「青森県産業技術センターの特色は、工業、農林、水産そして食品加工の技術分野が集積したところです」と独立行政法人 青森県産業技術センター 八戸地域研究所 機械システム部 総括研究管理員の岡山透氏（写真1）は言う。同センターは幅広い農工連携と地域に根差した機関であることを目指しており、新製品や新品種・新技術の開発研究、資源環境調査、栽培・病害虫防除技術の開発といった研究に取り組むとともに、技術相談や依頼試験、研修・指導を行っている。

　同センターには各地域に根差した13の研究所があり、林業や畜産のほかに野菜研究所やりんご研究所といった青森ならではの研究所もある。そのうち工業分野を取り扱うのは、青森市に位置する工業総合研究所、弘前地域研究所、そして岡山氏の所属する八戸地域研究所だ。青森では環境や新エネルギー関連、弘前ではバイオテクノロジーや工芸、工業デザインなど、八戸では材料や機械加工、製造工程といったように、それぞれ特色を持った活動を行っている。

　岡山氏は地元企業の相談を元にした共同研究や開発、依頼試験などに携わる。テーマは材料から装置の開発まで様々だ。八戸地域研究所では、熱に関する問題にソフトウェアクレイドルの電子機器向け熱流体解析ソフトウェア熱設計PACを使用している。

食品混入毛髪検査装置で熱が問題に

　熱設計PACを活用している研究開発の1つが、食品に混入した毛髪の非破壊探知装置だ。装置は、温度によって性能が大きく左右されるため、熱設計がとくに重要なのだという。装置の原理は、髪に含まれる成分の一つであるシスチンに特有の近赤外線の吸収スペクトルを調べる。近赤外線を対象物に照射し、拡散した微弱な光を集光して分光器で検出する。そして独自の人工知能型アルゴリズムにより毛髪がある場合とない場合のデータから、毛髪の存在を検知する仕組みだ。

　毛髪検査装置は青森県内企業の株式会社カロリアジャパン（代表取締役社長　花松学）と共同で開発している。開発過程で日によって、また午前と午後でデータが安定しない現象が続いた（図1）。原因を調べたところ、分光器の性能に熱が影響を与えていると分かったという。そこで検討のためにシミュレーションを利用する必要が生じたということだ。

　通常、近赤外線の吸収スペクトルでの検査は、研究室レベルや安定環境下で行われている。一方、岡山氏らが開発する装置は、生産ライン中に組み込んで全数検査を行うものだ。使われる環境は温度や湿度、さらに粉じんなど性能を不安定にさせる様々な要因がある。「どのような状況で使われるか分からない場合がある。管理された環境であればいいが、そうでないことも多い」（岡山氏）。

汚泥の成分管理にも

　汚泥処理で利用したいという相談もあるという。下水処理場では脱水乾燥した汚泥を最終的に焼却処理する。ただ季節や地域によって水分量などが変わってくる。そこで乾燥方法や成分の制御のため、リアルタイムな測定値を最適にフィードバックすることで、余計なエネルギーを使わずに処理したいということだ。

　石炭中の水分量と熱量を測定する装置についても検証中だという。石炭を粉にして燃やしたり、バイオマスと混合した研究をしているが、装置の使用環境は、夏場には人も入れなくなるほど高温になるという。そのような悪環境でも測定可能な装置を開発中だ。

　青森県の重点事業として、特産のニンニクの品質や害虫などの異物が入っているかの検査についても県内企業とともに取り組んでいるという。なお、市販されている「カロリーアンサー」も青森県産業技術センターが開発協力したものだ。これは電子レンジのような装置に入れてボタンを押せば食品のカロリーが分かる装置だ。同様に近赤外線の分光技術によって調べられるという。

　また小型で可搬型燃料電池の開発も行っている（図4）。燃料電池はセルの段数で出力が決まる。現在の設計では1つの電池にセルが15 ～ 20層スタックされているが、その1つずつに電解質膜が付いている。あまり高温になると膜自体の機能が低下する。それを解決するためには電池を効果的に冷却する機能を備えたり、段数を少なくして出力を減らすなどの方法が考えられる。実際に検証するのが一番よいが、あらかじめ検討すればよりよい改良ができるという。

操作性と親しみやすさが決め手

　ソフトウェアクレイドルの熱設計PACを初めて使ったのは12年前ごろだった。もともと液晶モニタ向けLEDバックライトの熱解析と対策に使用するために導入したという。熱設計PACを選んだのは「やはり操作性ですね」と岡山氏は言う。メッシュを自動で作成するという機能もポイントの一つだった。「私たちの仕事は様々なことをしなければならないので、熱解析だけ専門に取り組めるわけではありません。そこで簡単に使えるというのは重要な条件の1つでした」（岡山氏）。さらにセンターでは異動があるため、そのたびに初めて解析ツールを使う人もいる。専門外であっても使ってみたいと思わせるようなツールであることも必要だった。

　他に選定にあたって注目していたのが、解析結果をアニメーションなどで効果的に見せられるということだった。「県内企業と協力して研究しているので、成果は学界だけでなく県の行政などにもアピールしていかなければいけません。そのためできるだけ分かりやすく適切な見せ方ができるものを探していました」（岡山氏）。こういった条件を満たすツールとして熱設計PACが採用された。はじめてシミュレーションを使う県内企業も多く、インパクトは大きいそうだ。

　解析速度については、当時は帰宅前に解析に掛けて、次の日に結果を得るというペースだったそうだ。この辺りについては当時は、そのうちコンピュータの計算能力向上により解析時間の問題は解決できるだろうと楽観視していたという。事実、かつては一晩だったのが、現在は1時間、30分と短縮されて助かっているそうだ。

　岡山氏らはシミュレーションと実験を同時に行っている。「分光器については、いきなり実物を作るのはリスクがありました。ファンの位置を少しずらしたらどうなるかといった検討をシミュレーションで行うことは、非常に意味がありました」と岡山氏は言う。その上で、中に温度計を置いて実験するなど、最後は必ず検証を行う。実験では分からない内部流れなどの可視化は、シミュレーションが非常に効果的だということだ。