半導体の製造を支えるデジタル水準器 グループのネットワークで海外進出を目指す坂本電機製作所の挑戦│開発部部長　國友 建

自社の困りごとから生まれた製品が、業界標準へ

――まずは、デジタル水準器と通常の水準器の違いを教えていただけますか？

國友部長：水準器は、物体表面の水平に近い角度を測るための計測器です。角度の変化を広い範囲で把握したい場合は傾斜計、より高い精度が必要な場合は水準器を使うのが一般的です。建築現場での床や柱の工事から、機械の据え付け、家具のDIYまで用途はさまざまで、対象となる物を水平・垂直に設置する必要がある作業全般で幅広く使われています。

身近な場所で目にすることが多いのは、液体入りのガラス管が入った「気泡管型水準器」でしょう。測りたい物の上に置き、ガラス管の中で動く気泡の位置で水平を判断します。一方、当社が開発している「デジタル水準器」は、角度をデジタルで「数値」として表示します。また、角度を計測するセンサーと、計測した角度データを表示するモニターが分かれているのも特徴です。

――デジタル水準器は、もともと自社用の治具として開発されたと伺いました。開発の経緯をお聞かせください。

國友部長：もともとは、自社で手掛けている半導体製造装置向けユニットの組立工数を削減する「自社用治具（ジグ）」を想定して開発したものです。1980年代後半から、当社は某大手半導体製造装置メーカーの装置組立関連の受注を本格的に開始しました。装置の組立・調整作業において、水平出しは大変重要な工程でしたが、当時は平型水準器か精度が落ちる丸形水準器を使った職人技に頼るしかありませんでした。

また、重量も課題でした。精密平型水準器は約1キログラム以上もあります。それを半導体製造装置のウエハーを処理するユニットの上に載せると、装置ユニット、あるいはロボットアーム自体が歪んでしまいます。しかも気泡の見え方は人によって違いますから、ベテランと若手では判断に大きくブレが生じてしまうのです。

※生成AIにより作成

この課題を解決するため、開発チームは「誰がやっても同じ調整になるもの」を目指しました。センサーの軽量化により装置ユニット、あるいはロボットアーム自体の歪みを抑え、デジタル表示で水平角度の定量評価を実現する。この2つが開発の核心でした。

――数値がデジタル表示で可視化されれば、「職人の目」に頼らずとも、新人でもすぐに正確な判定ができるのですね。

國友部長：グラフィックで気泡位置と2軸（XY軸）の傾き角度をモニターに表示し、視覚的に確認できるようにしました。これにより、経験の浅い作業者や、気泡管型水準器に親しんでいた作業者にも直感的に使っていただけます。

あらかじめ水準測定者が設定しておいた範囲内に気泡が入ると「Good」と表示される仕組みも採用して、判断の迷いもなくしました。

※生成AIにより作成

――商品として外販することになったきっかけを教えていただけますか。

國友部長：精度の高い水準器を自社開発したので、「今後の組立作業に使ってもよいか」と、取引先である某日系半導体装置メーカーに伺いました。

すると、機能に興味を持った先方から「自分たちも使いたい」「売ってくれないか」と引き合いがあり、製品として販売するようになりました。

自社用に作ったものでしたから、正直なところ驚きましたね。しかし、この一言をきっかけに、外販用の製品化が始まったのです。1999年、初期型のデジタル水準器「SEL-001B」として正式に発売しました。以来、この有線タイプはロングセラー製品として現在もその後のモデルチェンジ品である「SELN-001B」の販売が続いています。

同メーカーとの取引は今も続いていて、現在も当社の売上の約30%を占めています。最初のお客様が、最大の取引先になったのです。

進化を続ける製品ラインアップ――無線化、海外対応、そして5点同時測定へ

――現在、主力のデジタル水準器にはどのような種類があるのでしょうか。

國友部長：大きく有線タイプと無線タイプの2種類があります。

ロングセラーの定番モデルが、有線タイプの「SELN-001B」です。2019年のモデルチェンジで、従来の大きなモニター筐体（きょうたい）(※)から、作業着のポケットに収まるコンパクトサイズへ刷新しました。持ち運びやすさが現場で高く評価されています。

一方、無線タイプは「ケーブルが邪魔」「ケーブルの重みで軽量なセンサーが動いてしまう」といった現場の声を受け試作・評価を重ね、2002年に無線タイプ「SEL-121B」を販売開始し、その後、現在の形である「SELN-121BM」に2020年にモデルチェンジしました。これにより、作業者の背丈を超える大型装置や、狭い場所での角度調整などでも、離れた場所から手元のモニターで数値を確認しながら作業できるようになっています。

人手不足が深刻化する中で、一人で作業を完結できるデジタル水準器の価値は、今後さらに高まっていくと考えています。

※ 機械、電気機器、電子機器などの機能部品を内蔵・収納する、外側を覆う構造物や箱

――今後の製品開発について教えてください。

國友部長：2026年には、新商品の発売を予定しています。この水準器は、1台のモニターで最大5箇所の水平を同時に測定できる仕組みです。

半導体製造装置は大型化・複雑化が進み、装置の複数箇所を同時に見ながら調整したいというニーズが高まっています。これまでは1箇所ずつ測るしかありませんでしたが、5点同時測定なら装置全体の傾きや変化をひと目で把握できます。結果として、従来の水準器を使用すると測定箇所分の人数が必要だったのが、1人で調整作業を行うことができるようになるため、省人化・効率化につながるはずです。

このシステムは、常時モニタリングにも対応します。水平は一度合わせれば終わりではなく、温度変化や地震、地盤沈下などの影響で少しずつずれていくものです。

特に地震が多い日本では、震度3程度の揺れでも装置に影響が出る可能性があります。常時モニタリングができれば、地震や温度変化によるずれをすぐに検知でき、メンテナンスの最適なタイミングを判断できるようになるでしょう。

27年間以上にわたりトップシェアを維持できる理由

――発売から27年間、トップシェアを維持し続けています。その理由をどのようにお考えですか。

國友部長：理由は大きく3つあります。

1つ目は、圧倒的な導入実績です。半導体業界では実績が信頼の前提で、新規参入は容易ではありません。装置自体が数億～数十億円規模の投資であり、調整に使う測定器に不具合が出れば、装置全体の稼働に直結します。だからこそ、実績のある製品が選ばれ続けます。世界的な主要デバイスメーカーに採用されていることが、その証明です。さらに、グループネットワークを活用した海外向けの直接取引も、展開を後押ししました。

2つ目は、顧客の現場との距離が近いことです。デモ機の貸し出しを起点に、実際の使用環境で課題を聞き取り、改良を重ねる。この積み重ねが製品の完成度を引き上げてきました。実際に某大手半導体メーカーでは、水平合わせの調整時間が従来の4分の1～5分の1に短縮されたという評価も得ています。

3つ目は、技術を製品化し、継続的に改良できる体制です。当社のデジタル水準器は、センサー技術そのものは既存技術を活用していますが、現場で使える形に落とし込み、改善を続けるところに強みがあります。少人数の開発体制で、開発・製造・販売を一貫して担うため、顧客の声を素早く製品へ反映できます。

――現在は、半導体製造装置自体の組立や据え付けにも活用されていると聞きました。その理由をどのように分析されていますか。

國友部長：デジタル表示で測定結果を数値化できるため、計測を誰でも同じ基準で行える点は大きな強みです。さらに、センサー部がわずか70グラムと非常に軽く、他社製品と比べても際立っています。

半導体の製造現場では、微細なゴミの混入を防ぐため、作業中に人が立ち入れない工程があるのです。シリコンウエハーはロボットアームで高速搬送され、全自動で処理されますが、品質を安定させる上で重要なのが「ウエハーが水平であること」です。そこで水準器で水平を確認します。

ただ、シリコンウエハー自体は約130グラムと軽量なため、水準器が重いとウエハー処理ユニット、あるいはロボットアームがたわみ、正確に測れなくなってしまいます。

だからこそ、高精度でありながらセンサー部が70グラムという超軽量設計であることが、半導体製造の品質を支える決め手になるのです。このセンサーを自社で作り込める技術力こそ、世界中のデバイスメーカーから指名して選んでいただける理由のひとつだと考えています。

アルコニックスグループという「翼」を得て世界へ

――海外展開に際して、アルコニックスグループに参画したことによる影響はありますか？

國友部長：大きく変わりました。私たちはもともと技術者集団で、正直なところ営業力には限界がありました。デジタル水準器の外販を始めた当初は、私が開発と並行して一人で営業まで担っていましたが、成果がほとんど出ない時期が続いたのです。ようやく購買担当者に接触できても、「聴診器みたいだね」で会話が終わってしまう。技術的な価値を言葉にして届ける難しさを痛感していました。

転機になったのが、アルコニックスグループ参画後に広がったネットワークです。マークテック株式会社やアルコニックス・三高株式会社をはじめとしたグループ会社のつながりを通じて、世界中の最先端企業と接点を持てるようになりました。実際、マークテック社経由で世界最大級の米半導体メーカーから新型モデルの注文が入ったときは、グループシナジーの力を強く実感しました。製造業では、業界によっては従来のやり方を重視する企業も多いのですが、半導体業界は比較的、新技術の採用に前向きで、良いものがあれば素早く取り入れる文化があることも追い風になっていると感じています。

――海外展開の今後についても教えてください。

國友部長：無線モデルは、海外市場向けの仕様にしています。国内仕様が920MHz帯を使うのに対し、海外仕様は世界的に利用しやすい周波数帯である2.4GHz帯を採用しました。

すでに海外仕様のデジタル水準器はアメリカ、台湾、韓国など主要国の電波法認証^※を取得しており、グローバルに提供できる体制は整っています。AIやEVの普及を背景に半導体需要が伸びる中で、世界の半導体製造を牽引する企業からの引き合い・問い合わせも増えています。

※ 電波法認証とは、無線通信機能を備えた機器を各国で販売・使用するために必要な法的手続き。各国は電波の混信防止や安全確保を目的として、使用可能な周波数帯・出力・技術基準を定めており、製品はそれぞれの基準に適合していることを第三者機関などによる試験・認証で確認する必要がある。国ごとに制度や試験項目が異なるため、海外展開には各国ごとの個別認証取得が不可欠となる

半導体の先へーマザーマシンを支える次なる挑戦

――今後、どのような製品展開を予定されていますか？デジタル水準器の用途は、半導体製造装置以外にも広がる可能性があるのでしょうか。

國友部長：現在、工作機械業界向けに、さらに精度を高めた超高精度モデルの開発を進めています。

工作機械は、自動車やスマートフォン、航空機、家電など、あらゆる製品の部品を生み出す「マザーマシン」です。製造業の土台を支える存在だけに、求められる精度は大変厳しく、0.001度以下のレベルの精密さが必要になる場面もあります。その水準を満たすのは簡単ではありません。

課題は、温度変化や振動など外部環境の影響を抑えながら、マザーマシンの精度をどこまで支えられるかという点です。難度は高いものの、技術的な見通しは立ちつつあります。ニッチな市場ですが、だからこそ私たちのような中小企業が活躍できる領域です。できるだけ早いタイミングでのリリースを目指しています。

國友部長：さらに、実は国内大手自動車メーカーからも引き合いをいただいたことがあります。今後の自動車産業では、自動運転支援システムに使われるミリ波レーダー（※1）やセンサーの取り付け精度が重要になります。わずかな角度のズレが、システム全体の性能に影響するのです。

加えて、車両のアライメント調整（※2）、具体的にはキャンバー角（※3）の測定といった用途でも、デジタル水準器を活用できます。これまでは職人の感覚に頼っていた調整作業を、デジタル化して誰でも同じ精度で行えるようにするという、半導体製造装置で行ってきたご提案をしました。

※1 波長が1〜10mm、周波数が30〜300GHzの電波（ミリ波）を利用し、対象物との「距離」「速度」「角度」を高い精度で同時に測定するセンシング技術

※2 車体に対するタイヤの取付角度（トー、キャンバー、キャスター）を専用テスターで測定・修正し、走行安定性の向上や偏摩耗（片減り）を改善する作業

※3 車を正面から見た際に、タイヤの接地中心線が垂直線となす角度

――しかし、モデルチェンジの際に継続採用には至らなかったと伺いました。その理由は何だったのでしょうか。

國友部長：自動車業界は、半導体業界とは求められる精度の方向性が違うんです。半導体業界は、ミクロン単位、さらにはナノメートル単位の超高精度半導体を製作するための高精度の半導体製造装置（水平精度）が求められます。それに対して、自動車の製造ラインでは走行車両の前方、後方の数メートルから数十メートル先にある車両や、人を正確に検知・測定する技術が求められています。さらに、その工程のリードタイムの短縮も同時に求められているため、常に新しい技術に更新されているようです。

また、自動車産業は大量生産を前提としているため、コストに非常にシビアです。私たちのデジタル水準器は半導体という超高精度市場に特化して開発してきたため、どうしても価格帯が高くなります。自動車業界が求める精度とコストのバランスとは合致しなかったんですね。

半導体製造装置で培った技術をベースに、それぞれの業界が求める精度とコストに合わせた製品展開ができるかどうかが、今後の課題のひとつだと考えています。ただ、当社の強みは超高精度領域にありますので、その強みを活かせる市場を見極めながら、慎重に展開を検討していきたいですね。

――ほかにも、応用が期待される分野はありますか？

國友部長：土木・建設分野からのニーズも増えています。例えば、工事現場の足場の傾き測定や監視用途です。従来は目視や簡易的な測定器で確認していましたが、安全性の観点から、より正確な測定とリアルタイム監視が求められるようになってきました。

クレーン車のブーム角度測定、作業用ゴンドラの傾き監視、さらにはトンネル掘削時の精度管理など、私たちの技術が活かせる場面は多岐にわたります。

測量分野では、建設測量や小口径トンネルの掘削への活用も進んでいます。また、傾斜面の防災管理、つまり地滑りや土砂崩れのリスクがある斜面を常時監視するシステムにも、当社のセンサー技術は応用可能です。

※東京ビッグサイトで開催された、国内外のエレクトロニクス、半導体・センサー、電子部品、自動車・電装品メーカーとの商談の場となる「ネプコン ジャパン」エレクトロニクス開発・実装展の福岡ブースに出展

――最後に、今後の展望をお聞かせください。

國友部長：私たちの開発は、いつも現場の「困った」から始まりました。目の前の課題だけでなく、その周辺にある不便やムダにも目を向ける。そこに、新しい製品の種があると考えています。

開発メンバーは5名と小規模ですが、その分、意思決定が早く、試作や改善もスピーディーに進められるのです。さらに、アルコニックスグループのネットワークがあることで、良い製品を国内だけでなく世界へ届けることが可能です。

現場起点の発想、製品に仕上げる技術力、そしてグループ連携による展開力。この3つが私たちの強みです。これからも0.001度レベルの精度で、半導体製造の「見えない土台」を支え、世界の技術革新を足元から支えていきます。

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