ISSN 1880-0440

装置開発室

Equipment Development Center

自然科学研究機構 分子科学研究所
National Institutes of Natural Sciences (NINS)
Institute for Molecular Science

−

i

−

−

ii

−

序

文

“装置開発室の使命は装置開発室独自にあるいは各研究部門との協力によって、分子科学に必要な実験装置を設計 / 製作し、また新しい装置を研究 / 開発することにある。”これは分子研創設以来不変の憲法のような文章で、分子研が存続するかぎり変らない文章であろうと思います。ただ、これまでは、分子研のみのニーズに答えるのが基本方針であったのが、今年度からは、大学共同利用機関の一施設として、所外のニーズにも答えることとなりました。これまでに施設利用として所外から 9 件の加工または製作依頼があり、いずれも分子科学の面白い問題に関係するもので、装置開発の技術職員の技術力向上にはプラスであったと考えます。
また、17 年度は走査型電子顕微鏡 (SEM）の設置の他、分解能 1 ナノメートルの 3 次
元形状評価装置の購入などがあり、最近の微細加工の多様なニーズの高まりに答える方向
で微細構造の評価能力を強化することが出来ました。
分子研は我が国の分子科学の基礎学術研究推進に責任を持つ唯一の、即ち当該分野における日本最高の公的研究機関です。分子研が関係する学問である物理・化学における近代の飛躍的発展例として、量子力学と相対性理論の出現を考えてみれば明らかなように、自然界の未知現象解明にむけた独創的実験は大きな発展に必須の用件です。このような大きなブレークスルーは、すでに誰か他人が開発した市販の実験装置ではできないことは明白
で、装置開発室の存在意義がここにあります。“高度な装置開発技術”に加え、“開発技術者と研究者との真理探究への好奇心を共有した密接な対話”の二拍子そろっていることこ
そ、高度に独創的研究が必要とする実験環境ではないでしょうか。我々装置開発室のスタッ
フ全員が、既存技術の高度化と革新技術の取得に日夜努力する必要があり、所外ニーズに答えるというのも、この基本姿勢のもとにあり得ることであると思います。

室長
宇理須恒雄

−

iii

−

目次

構成スタッフ.................................................................................................1

イベント in 2005.................................................................................................2

施設利用としての新しい取り組み....................................................................7

名古屋大学との共同技術セミナー...........................................................................8

放電加工技術研究会
技術課セミナー
技術報告..........................................................................................9....................................................................................................10..............................................................................................................12

技術レポート.......................................................................................................24

2005 年

工作依頼リスト

2005 年

製作品.....................................................................................38..................................................................................................41

出張報告.................................................................................................45

設備紹介....................................................................................................48

−

iv

−

構成スタッフ( 後列左から ) 水谷伸雄、吉田久史、豊田朋範、宮下治美、内山功一、永田正明、鈴井光一、宇理須恒雄、浦野宏子、( 前列左から ) 高松宣輝、青山正樹、近藤聖彦、矢野隆行

装置開発室長 ( 併任 )宇理須恒雄

URISU, Tsuneo

反応動力学部門

鈴井光一

SUZUI, Mitsukazu

技術班長

水谷伸雄

MIZUTANI, Nobuo

係長

青山正樹

AOYAMA, Masaki

係長

矢野隆行

YANO, Takayuki

近藤聖彦

KONDO, Takuhiko

吉田久史

YOSHIDA, Hisashi

内山功一

UCHIYAMA, Kouichi

豊田朋範

TOYODA, Tomonori

永田正明

NAGATA, Masaaki

宮下治美

MIYASHITA, Harumi

高松宣輝

TAKAMATSU, Yoshiteru

浦野宏子

URANO, Hiroko

技術職員
機械グループ

電子回路グループ

ガラス加工グループ
技術支援員

事務支援員

−

1

−

技術班長

係長

教授

イベント

1月

in 200527 日

技術セミナー（名古屋大学）

31 日

装置開発室運営委員会（記事 8 ページ参照）

２月
14 日

岡崎高校スーパーサイエンス部とオーロラ発生装置製作
テーマ：「AURORA 〜やっぱオーロラみたくね↑〜」
この研究テーマは平成 16 年度の AIT サイエンス大賞
ものづくり部門で岡崎高校が最優秀賞を受賞した
オーロラ発生装置とその研究だが、その後気体分子と荷電粒子の衝突による発光現象をより深く観察するため、本格的な実験装置への改良を岡崎高校の生徒らと行った。

調理用のボールに磁石を仕込んで地球磁場を再現？ 誘導コイルで
放電！

16 日

キーエンス社製 SEM 搬入（記事 48 ページ）

24 日

日本 LPKF 株式会社 & 東京大学生産技術研究所出張 ( 豊田、内山、吉田、永田 )電子回路用 CAD/CAM ソフトウェアの操作方法等についての講習
ガラス工作に関する技術的打ち合わせと生産研工作工場の見学

25 日

国際ナノテクノロジー総合展東京出張 ( 豊田、内山、吉田、永田 )国内外の最先端のナノテクノロジー研究・開発の情報収集

東大生産研ガラス工作室

日本 LPKF（株）にて

−

2

−

ナノテク総合展（東京）イベント

in 2005

3月
3日〜4日

大阪大学総合技術研究会
口頭発表 2 件「フェムト秒ファイバーレーザによる微細加工例の紹介」青山正樹他「ブルカー 680 用試料管の作成」永田正明
ポスター発表 1 件「ストックルーム出庫管理システムのデータベース化」豊田朋範（3 件の報告書掲載 12 ページから）機械グループメンバー技術研究会会場（大阪大学吹田キャンパス）前にて

10 日

技術課セミナー「マイクロ加工技術」開催（記事 10 ページ参照）
装置開発室機械グループが保有する技術として今後展開していく加工技術について
３人の講師を招いてセミナーを開催した。

11 日

放電加工ネットワーク懇談会
平成 15 年度より「放電加工ネットワーク」として国立大学 2 機関、公立 1 機関および民間企業２社を交え、放電加工技術を中心とした情報交換、勉強会などの活動を行ってきた。
17 年度中に分子研で勉強会を開催する準備打合せと技術課長を交え放電加工技術の情報交換を行った。

17 日〜 18 日高エネルギー加速器研究機構

技術職員シンポジウム参加（吉田・水谷）

4月
1日

７日

短時間契約職員として働いて頂いた高松軍三氏が 3 月 31 日付けで退職されたので感謝を込めて送別会を行った

技術セミナー（名古屋大学）（記事 8 ページ参照）
−

3

−

イベント

in 2005

５月
20 日
23 日
〜 24 日27 日

分子科学研究所創設 30 周年記念式典
機械工作安全講習会
新任の研究者、職員及び学生を対象に
機械工作室の安全について、簡単な機械工作実習を行いながら講習を行った。

微細精密加工技術展 2005（矢野） （記事 45 ページ参照）

６月2日

技術セミナー（名古屋大学）（記事 8 ページ参照）

14 日〜 15 日東北大学多元物質研究所と共同開発に向けた打合せ
多元研の高橋助教授らが装置開発室の施設利用として申請された課題「レーザー電場により配向した極低温
孤立分子の電子運動量分光装置の開発」について、多元研技術者らと共同開発を進めるため 17 年度第 1 回目の打合せを分子研で開催した。

7月
12 日〜 13 日JAIST 出張 （鈴井）北陸先端科学技術大学（JAIST）の技術職員組織「技術サービス部」が 7 月 1 日より発足し、分子研との交流会が開催された。分子研技術課からは加藤技術課長、堀米（UVSOR）、
鈴井（装置開発室）、内藤（電算センター）が参加し、技術課組織、業務について報告した。
装置開発室は平成 17 年度より共同利用として外部から依頼を受ける新しい体制と、機械グループが展開する「マイクロ加工技術」について紹介した。

技術サービス部長（三谷忠興教授）と分子研加藤技術課長

−

4

−

イベント
10 日

in 2005

インターオプト 05 および国立天文台出張 （鈴井、青山）
国立天文台 300m レーザー干渉型
重力波アンテナ（TAMA300）
施設見学と「InterOpto'05」会場

21 日

技術セミナー（分子科学研究所）

8月
1日

蒲郡製作所見学（機械グループ）
非鉄金属を中心とした精密機械加工を行う企業。新規外注工場として視察した。

10 日

核融合科学研究所出張（機械グループ）
電子ビーム溶接機真空チャンバー内で材料の放出ガス低減のベーキングと溶接を同時に行う真空封じ溶接法について、核融合科学研究所技術部製作技術課の杉戸係長らと技術的な検討を行った。

加熱用電流を導入するためのスリップリング付き回転治具

10 月
12 日

東大教養部、小田嶋氏他 1 名および日東工器（株）技術者 2 名が電子ビーム溶接を見学
断熱真空容器を電子ビーム溶接を用いて製作する工程について
打合せと実際の製作を見学

13 日
20 日
〜 21 日技術セミナー（名古屋大学）

放電加工技術研究会（放電加工ネットワーク勉強会）（記事 9 ページ参照）

特別講演の常包正樹先生の研究室を見学

−

5

−

イベント

in 2005

11 月
8日

8日
〜 10 日岐阜工業高等専門学校生徒 40 名の電子回路工作室見学

第２５回天文学に関する技術シンポジウム出席（近藤・鈴井）（技術報告書掲載 20 ページ）
軟Ｘ線発光分光器に用いる入射スリットブレードを平面研磨によって製作したことの報告を行った。
併せて天文台岡山観測所を見学した。

22 日（記事 10 ページ参照）

エレクトロニクス最先端技術セミナー開催

装置開発室電子回路グループが今後展開していく
LSI 設計技術について専門の講師を招いてセミナーを開催した。

29 日

装置開発室オープンセミナー開催「LIGA プロセス ­技術概要とマイクロデバイスへの応用­」
兵庫県立大学・高度産業科学技術研究所
内海裕一助教授による LIGA プロセス技術の概要
及び次世代に向けた三次元構造体創成の応用技術について講演していただいた。

−

6

−

施設利用
施設利用としての新しい取り組み
平成 17 年度の大きな変革は装置開発室の依頼業務を所外からも受けることが出来る制度としたことである。分子科学研究所の共同利用研究の「施設利用」は付属施設に設置された機器の個別利用を行うのみであったが、装置開発室は機器の利用以外に業務依頼も受け、所外の分子科学研究者にも技術支援を行うことになった。これは、分子研の実験装置作りで蓄積してきた技術を活かし、共同利用機関法人の１施設として所外にも貢献することと、技術領域を広げることで職員の技術レベル向上を目的としている。実施は 17 年度
後期より体制を整え、試行的にスタートさせた。
平成 17 年 12 月現在までに機械グループ 7 件 ( 機器利用 1 件含む )、エレクトロニクスグループ 3 件の申請を受け付けている。今後、さらに広い分野の研究者との協力関係が生まれることで、既存技術の高度化と新しい技術の取得がいっそう進むものと期待している。
下の表に申請内容をまとめたものを示す。表中の 7 件のうち 5 件は分子研 OB の研究者から技術相談や製作相談を受けて、我々で処理可能となった案件について施設利用申請としているものが主な内容である。昨年度の運営委員会で、新しい技術の取得や技術レベル向上を目的とするならば技術領域を具体的に示して公募すべき等の意見があり、この様な多方面の意見を参考とし、現状を見ながら次年度に向けて進めていく方
針である。
施設利用申請課題と内容
課題

申請者

所属

レーザー電場により配向した極低温孤立分子の電子運動量分光装置の開発

高橋正彦

東北大多元研

電子運動量分光装置の共同開発で装置の分子線源とイオン検出器部分の設計と製作を担当

内容

神経軸策の軸策ガイダンス分子に対する応答
性の解析

野田昌晴

基礎生物学研究所

シリコン樹脂を成型する金型。幅 90 μ m ストライ
プ状のマイクロ加工。

衝突アライメント配向分子ビーム発生用
小型メカニカル速度選別ディスクの開発

超

笠井俊夫

大阪大学

厚さ 0.1mm 直径 75mm の外周に幅 100 μ m 長さ2mm のスリットを 720 個つくる。ワイヤー放電によるマイクロ加工。

超高真空中で試料交換可能な極低温保持機構
の開発

日野照純

千葉大学

共同研究の一環として依頼製作してきた試料交換機
構の拡張部品製作

錯体作成用水熱合成容器の製作

秋田素子

広島大学

テフロン製容器の製作

低次元系機能性材料開拓のための固体 NMR
プローブ技術開発

北川 宏

九州大学

詳細部分の設計と溶接、銀ロウ付け、ハンダ付けを駆使した製作

高等植物における表皮細胞の形態形成星野 敦

基礎生物学研究所

機器の利用 (SEM KEYENCE̲VE-8800)

飛行時間型メカニカル速度選択装置の特殊駆 岡田美智雄 大阪大学
動回路の開発チョッパーの回転速度制御回路の製作

新規な交流変調型単色吸光度測定装置に用いる電子回路の開発

蔡

大阪大学

LED の交流駆動回路及びシリコン PD による受光・
信号処理回路の設計・製作

複合機能性を有する分子性伝導体の単結晶作
製のための定電流電源の製作

藤原秀紀

大阪府立大

244 チャンネルの 0 〜 20 μ A 可変定電流電源回路の設計・製作

徳七

−

7

−

技術セミナー名古屋大学との共同技術セミナー
昨年から名古屋大学全学技術センター ( 理学部装置開発室 ) と共同で技術セミナーを開催している。本セ
ミナーの目的は、急速に進展する科学技術にともない、ますます高度かつ迅速な技術支援が要求される中、それぞれの業務上の技術課題に対して連携して対応を行い、効率的な問題の解決を目的としている。また、
このような他機関の技術職員と交流を行なうことにより、お互いの視野を広め幅広い技術知識を持った技術者の育成の場にもなっている。本年は 6 回開催され、専門的な技術課題に関して毎回それぞれの部署から 1〜 2 件の発表を行い、問題点の指摘および解決策の提案など活発な議論を行なっている。
第4回

演題・発表者

開催日・場所

磁性材料パーマロイのはなし

平 成 17 年 1 月 27 日

( 分子科学研究所装置開発室 水谷伸雄 )Ni-P 製円筒研磨加工の基礎実験

名古屋大学理学部
技術室( 分子科学研究所装置開発室 近藤聖彦 )圧縮型 Ge:Ga 遠赤外線検出器の開発
第5回( 名古屋大学全学技術センター 鈴木和司 )微細放電加工機の製作 ( 第 1 報 )( 分子科学研究所装置開発室 矢野隆行 )

第6回

技術室

( 名古屋大学全学技術センター 増田忠志 )発光分光器のスリットの製作

平 成 17 年 6 月 2 日

超精密スリット刃の研磨加工

名古屋大学理学部
技術室( 分子科学研究所装置開発室 近藤聖彦 )X 線望遠鏡ミラーハウジングの開発( 名古屋大学全学技術センター 鳥居龍晴 )ガラス製マイクロリアクターチップの製作

第8回

名古屋大学理学部

名古屋大学装置開発室における開発計画について( 名古屋大学全学技術センター 松下幸司 )第7回

平 成 17 年 4 月 7 日( 分子科学研究所装置開発室 青山正樹 )ALMA 計画 Band4 カートリッジ組立及び測定方法( 名古屋大学全学技術センター 鈴木和司 )高調波セル製作における微小穴加工

平 成 17 年 7 月 21 日
分子科学研究所
研究棟 301 号室
平成 17 年 10 月 13 日
名古屋大学理学部
技術室( 分子科学研究所装置開発室 水谷伸雄 )精密工学会レポート、X 線衛星の比較( 名古屋大学全学技術センター 増田忠志 )サポーテットメンブレン支持基板の研削加工
第9回( 分子科学研究所装置開発室 鈴井光一 )FITE 搭載用赤外線検出器の製作( 名古屋大学全学技術センター 松下幸司 )放電加工による試作加工について
断熱インサートの製作( 名古屋大学全学技術センター 鳥居龍晴 )−分子科学研究所
研究棟 301 号室( 分子科学研究所装置開発室 矢野隆行 )第7回

平成 17 年 11 月 24 日

セミナー風景8−

放電加工技術研究会
放電加工技術研究会
装置開発室では、分子科学の研究に利用される実験装置の開発・製作に取り組んでいる。特に機械グループでは様々な工作機械による加工技術を駆使しており、その中の１つの手法として放電加工がある。最近ではマイクロ加工技術として放電加工は重要な加工手段となっている。実験装置の製作では工業製品とは違って多種多様で高度な加工要求があり、これらに対応していくためには加工技術に関する多くの情報を得ることが効果的である。この様な背景から「放電加工技術ネットワーク」と称して、国立大学法人、公立機関、
民間企業の技術者でネットワークを構築し加工現場の情報や経験について意見交換する活動が３年ほど前か
ら行われてきた。17 年度はその活動の１つである勉強会を「放電加工技術研究会」とし、分子研技術課の支援を受け岡崎で開催した。
本研究会は。東京大学生産技術研究所の第 1 回目を皮切りに、今回で 3 回目を迎えることになり、分子研
では下の表に示したプログラムで開催した。特別講演として分子制御レーザー開発研究センターの常包正樹
研究員を迎え、世界初の「CW 方式高輝度高出力マイクロチップ型 Yb:YAG レーザー発振器」の研究開発を中心に、この研究における装置開発室との関わり合いから、放電加工の利用、現在の最新のレーザー事情まで、わかりやすく解説していただいた。 今回の研究会では、斬新な加工法の提案や超高真空中で使用する放電加工部品の脱ガス対策のための加工面へ施す表面処理に関する報告、また、寸法精度を追求するため材料の支持方法をバネ構造にした報告などが行われた。装置開発室からは、製作を進めているいる微細穴用放電加工機について報告を行った。加工機製作における現状の問題点を挙げ、参加者から様々なアドバイスを受けたことにより、今後の加工機製作において大変役立つ情報を得ることができた。
研究会日程の最後に平成 18 年度の勉強会開催について話し合い、関東圏で東京都中小企業振興公社と地元企業の共同での開催を予定とすることで合意し閉会とした。
放電加工技術研究会
日時 : 平成 17 年 10 月 20 日 ( 木 ) 〜 21 日 ( 金 )場所 : 自然科学研究機構 分子科学研究所
10 月 20 日 ( 木 )13:25 〜 挨拶 分子科学研究所 加藤清則技術課長
13:30 〜 『 特 別 講 演 』
14:45 〜

分子制御レーザー開発研究センター 常包正樹研究員
ワイヤー放電加工機による片穴加工方法の提案

15:15 〜

東北大学 多元物質科学研究所 加賀谷孝三郎
ワイヤ放電加工機と型彫加工機を利用した多数穴加工
東京都中小企業振興公社

城東地域中小企業振興センター

10:00 〜

森 紀年
施設見学会 :(UVSOR 平等研究室 他 )10 月 21 日 ( 金 )表面処理とワイヤ放電加工

10:30 〜

東京大学生産技術研究所 谷田貝悦男
X 線望遠鏡アライメントバー製作の問題点

11:15 〜

( 株 ) オオイシ 大石和泉
ワイヤーマーク ( 加工面縦スジ ) の原因と対策

12:00 〜
13:30 〜

タニカワプロダクト 谷川慎一
昼食
微細穴用放電加工機の製作〜第 1 報〜

14:00 〜

分子科学研究所 矢野隆行
分子科学研究所装置開発室の概要

16:00 〜

参加者集合写真

加工品を手にとって説明する発表者

分子科学研究所 鈴井光一

−

9

−

技術課セミナー
技術課セミナー
分子研技術課主催の「技術課セミナー」を 2005 年 1 月以降に 2 回の開催が行われた。内容はいずれも装置開発室が将来に向けて確立しておく技術を中心に企画し、技術課の研修として実施されたので以下に紹介する。この研修は 1995 年度より、他研究所・大学の技術職員を一定期間、分子研の付属施設に受け入れ、それぞれの技術分野における研修として行われてきた。この制度をさらに発展させ、より専門的な技術研修の場として、所内および他大学または民間より講師を招き、セミナー形式で行われている。

1.「マイクロ加工技術セミナー」
近年のナノサイエンスの発展、及び、バイオサイエンスとの協力・融合の進展によって、分子研における機械工作技術にはマイクロ加工の必要性が急増している。そのマイクロ加工技術は技術課機器開発班としてさらに高めていくことが重要であるという観点から、放電加工、エンドミル加工、レーザー加工の技術領域で先端的な研究及び実務を推進されている方々を講師としてお招きし、セミナー開催を行った。
セミナー参加者は所内の技術職員をはじめ研究者、他機関の技術職員をはじめ岡崎市内への広報の効果
で近郊の民間企業からの出席者も合わせ約 60 名の参加となった。
セミナーの概要は、まず東京大学の増沢隆久 ( ますざわたかひさ ) 教授に様々な機械及びツールによる現在の「マイクロ加工」について概観して頂き、併せて増沢教授のご専門である微細放電加工法について講演していただいた。続いて東芝機械 ( 株 ) の百地武 ( ももちたけし ) 氏からは機械加工 ( 特にエンドミル加工 ) を中心に、空気静圧主軸搭載の機械による微細加工、高速加工、加工特性についてご講演頂いた。最後にアイシン精機 ( 株 ) 新規事業企画室より、
吉田睦 ( よしだまこと ) マネージャーにフェムト秒レ
ーザーを用いたマイクロ加工についてご講演頂いた。
吉田マネージャーの研究室が愛知県刈谷市あることから装置開発室からも要素部品の加工に実験室を利用させて頂いていた経緯があったことから、フェム
ト秒レーザー加工について、より理解を深める目的
で講演をお願いし実現することとなった。

2.「エレクトロニクス最先端技術セミナー」
エレクトロニクス・セクションでは、ハードウ
ェ ア 記 述 言 語 に よ る PLD(Programmable Logic
Device) 開発などディジタル回路におけるカスタム
IC の設計・製作を行っている。我々は、このようなカスタム IC の設計技術をさらに大規模な集積回路(LSI) へと推し進めること、そしてアナログ集積回路
やアナログ・ディジタル混載集積回路の設計へと展
−

10

−

技術課セミナー

開することを目標として表題のセミナーを開催した。セミナーの前半では、シリコン・デバイスの研究でご活躍の北海道大学の高橋庸夫 ( たかはしやすお ) 教授と徳島大学の小中信典 ( こなかしんすけ ) 教授を講師に迎えて、その先端的研究についてご講演して頂いた。またセミナー後半では、集積回路開発の当初の目標に設定している膜タンパクバイオセンサーについて、反応動力学部門の宇理須教授にご講演して頂いた。セ
ミナーの最後には、LSI 開発のために利用できる東京大学の大規模集積システム設計教育センター (VDEC)
についてその概要を紹介した。セミナー終了後、講師の方々を交えて現状のセンシング回路の問題点と今後の方針についての打ち合わせを行った。なお、本セミナーの参加者は所内外を合わせて約 30 名であった。

東京大学 生産技術研究所
増沢隆久 教授

東芝機械（株）百地 武 氏

北海道大学 情報科学研究科
高橋庸夫 教授

徳島大学 工学部
小中信典 教授−

11−

アイシン精機（株）
新規事業企画室
吉田 睦 氏

技術報告
平成 16 年度大阪大学総合技術研究会
2005 年 3 月 3 〜 4 日

研究会報告集������������������������

����� A)����� A)����� A)�Mashiur RahmanB) ������ B) � � � � � � � ������ C) ����� C)���� C)
A)
B)
C)

�������� �����

�����������������

����������������� ���������������

������
�����������������������
�����������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������������
������������������� 50�m �� 30�m ������������� Co �����
m ����������������������m��. ����������

������������������������

���������������

������������������������
������������������������� � � ��� �����
������������������ ���������������
��������� � ��������������
������������������������

��

����

������

����������

������

������������������������
������������������������

�������������� �����������������
��������������������������� � ������������������������

�0.3mm4 ������

������������������������

50�m������������������������
�����������������

������������������
2.1� ���������

�8mm���������������������
0.3mm�8mm ������0.4mm ���������
��������������������������� ���������

−

12

−

30�m

技術報告
平成 16 年度大阪大学総合技術研究会
2005 年 3 月 3 〜 4 日

研究会報告集������������������������������������������������
�������� 20�m �������������������������������������
��������� 10�m ������������ 50�m ������� 30�m ����������
������������������������������������������������
������������������������������������������������
������������������������������������������������
���������������������������
2.2 �������������� �����������������������������������������������
����������������� 4�m ����������������� 60�m ��������
������������60�m ������� 1 ��������3�m ���������������
� 30�m ������������������������������ SEM �����������
��� 50�m����� 42�m ����������������������������������
������������������������������������������������
���������� ������ ����������� ���

�������� �������� ������ �������� �����
��������

������

������

���������m��� �����������

2.3 �����������������

������ ������������������������
�������������������� 1 ������ ����� SEM ����� 4 ��������������� 1 ���� 20
��� 30 �������������� 50�m ������������1 ��� 50�m �����������
������������� SEM �����������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������1 ������������
��������������������������

−

13

−

���������������
SEM ��

技術報告
平成 16 年度大阪大学総合技術研究会
2005 年 3 月 3 〜 4 日

研究会報告集������������������������������������������������
���������������������������������������

���������� Co ������
3.1 �������
������������������ Co ��� 1�m ��������������Co ������
������ SiO2 ����������������������������SiO2 ������� SiO2���������������������������SiO2 �������������������
������ SiO2 ����������������������������������������
�������������������������

Co�������������������������

SiO2 600nm
�800nm�������������������������
Si ��������������������
3.2 �����

200nm

CoSi2 50nm

��� ����

������������������������
�������������������������
� 1ms������ 50 ��������������� � � ��� �������

���������������5�W ����� 1�
m �������������������� 2ms�3ms�������������������������
������������ 1�m ���������W
��������������������
� 2 ���������������������W
�������������������������

������

�������

������
������
��
�����

�� ��
���������

������

�����������

�������

��������������

����������������� ��� �ms �������� AFM ������1ms�2ms�4ms�8ms����������

���� � � � � � � � ���������������������������
��� 1ms ���� 1 ���������������

��������

��������

�������������������������

����

��

������

�������������������������

����

��

������

�������������������������

����

����

������

�������������������������

����

�����

������

�� 4 ������������� AFM ������
����������������� 1ms�2ms ������� Co ����������Co ������
������4ms�8ms ���������� 364nm ������������� Co ���������SiO2
���������������������������������� 5mw �� SiO2 �������
������������������������������������������������
��������������������� SEM �������������������������
����������� AFM �����������������������������������
���������������

−

14

−

技術報告
平成 16 年度大阪大学総合技術研究会
2005 年 3 月 3 〜 4 日

研究会報告集��� AFM ������� ����� SEM ��� �8ms ����������

�8ms ����������

�����������������
�.1 ����������
����������1mm��mm ��������

��
1.5�m
3�m
5�m
10�m

1mm

�������������������������

2mm

�m���m���m�10�m ��������� SUS304

3mm

��� 1mm �������������������
��������������������������� ����������

�����������
4.2� ���������
1.��m ����������������W ������ 2mm/s ���������� 3�m�5�m�10�m ����1.��m ������������������ 0.5
�m ������������������������
��������������������������
��� 1.5�m �������������������
��������������� 0.8�m�������1.7
�m ��������������������������� �������������

��������������������������
��������������������������

0.8�m

1.7�m

�������������������������
��������������������������
��������������������������
�����������������������

������
�� 3 ������������������m�� 10���� 1.5�m ���������m �����������������������
������������������������������������������������
�����������������������

−

15

−

技術報告
平成 16 年度大阪大学総合技術研究会
2005 年 3 月 3 〜 4 日

研究会報告集�����������������������

������������ �����

1

����

�����������������������PC9801 ����(NEC)� MS-DOS(�������)�
�������������������������������� DOS/V �������������
���� PC9801 ���������������� PC �����������������������
�������������������������(������)�����������������
�����������������������������������Web �����������
������������������������������������������������
�� Web ���������������������������������

2������� ����������������� �������������������������Windows(�������)���� IIS(Internet
Information� Server��������)�����������(1)��������(2)VBScript(�������)� SQL(Structured Query Language������������)��������������������
������������� MSSQL(�������)���������������� IIS ������
��������
� SQL � 1 �����������������������������Web ����������
HTML(Hyper Text Markup Language)��������������(�������������C ���
Visual Basic ������)�����������������������������HTML �����
��FORM ���� SELECT ������������� INPUT ��� RADIO ������������
���������������� INPUT ��� TEXT �����������������������
������������������������������������� HTML ��������
������������������������
�����������������������
������� HTML ���� VBScript �����
���VBScript � Visual Basic(�������)��
������������������ 1 ����651 ��<%�� 654 ��%>������ HTML �������������������������
������������������������
VBScript �������������������

� 1.��������������(��)����� IIS ����������

����� IE(Internet Explorer��������)�������������������������
OS � Windows ������IE ��� Windows ���������������������������

−

16

−

技術報告
平成 16 年度大阪大学総合技術研究会
2005 年 3 月 3 〜 4 日

3

研究会報告集���������

����������������� 3 �����������������������������
��������
����������������
��������
�������� 4 ����������
��(� 2)�
�������������������������������������������
��������������������������

�
� 2.����������������
������������������������ 1 �������� 4 �������������
���(1)������������������������������������(2)�������
������������������������
� 3 ����������������
�������������������
�������������������
�������������������
������������������
�������������������
����(� 4�� 5)�

� 3�������������

� 4��������������(1)�������������������������������� 4 ��������������
������(� 6)�
�����������������������������������������������
���������������(� 7)�

−

17

−

技術報告
平成 16 年度大阪大学総合技術研究会
2005 年 3 月 3 〜 4 日

研究会報告集� 6�������������

� 7�������������
����������������� 8 ������������������������������
�����������(�����)���������������������(����)������
����������������������HTML ����������� VBScript � SQL �����
����������������� HTML ����������������������������
������� IE �������

� 8�����������������������

4���� �����������������������������������������������
������������������������������������������������
������ SQL � VBScript ��������� Web ������������������

−

18

−

技術報告
平成 16 年度大阪大学総合技術研究会
2005 年 3 月 3 〜 4 日

研究会報告集��������������

�����������

1���������������������������������������������������
������������������������������������
����������������������������������������������
���������.����� �����������������������

2��������

�����������������������������������������������
������������

3������������

�������������������������������
���������������������������������������
����������������������������������

4

�����

�����������������������������������������������
�����������������������������������������������

5����� ��������������������������������������������������
��������������������������
�����������������������������������������������
�����������������

加工品および加工風景（発表スライドより）

−

19

−

技術報告
第 23 回天文学に関する技術シンポジウム
2005 年 11 月 8 〜 10 日

報告書�������������������
�������� ����� ����� �����
������ � � ����� ����� ��������
������������������������
������������������������������������������������ � �����������������������������
�����������������������

�������

��������������������������� � ��������������������

���������

�����������������������
�����������������������

�������������

������������ �� � � ������������ ��������������� � ������

�������� � ��������������������������������������
�������������������������������� � ��������������
������� � ���������������������������������������
������������������������������������ � ��������������
�������������������������������������������������
����������������������������������������������
������������������
�������������������

������������ � ������������������ � �����
���� ������������������������

�������������������������������
���������������������������

���

13

�������������� ��� �����������

70 ����������������������������
������������������������� ��

10��������� ����������������������

2.5

�� �� ������������ �� �������������������

�������������
�������������������������������������������������
�����������������������������������������������
�����������������������������������������������
�������������������������������������������������

−

20

−

技術報告
第 23 回天文学に関する技術シンポジウム
2005 年 11 月 8 〜 10 日

報告書������������������������������
����������������������������

�������������������������

��

�

��

�

������������� ����������������

��������� ���������������������������
����������� � ��� ������������� ������� �������

���� �� ���������������
���������

����������
�������� ��� ����������������
���������������������������

�������������������������� � ������ � ����������������

��������������������������� � ��� ���������������������������
������ � ��������������������
����������������� � ���������
���������������������������
������������������� ����������� �� �������

������������������������������
�������������
����������
���������� � �������������������
���������������������
����������������� ���������������������� � ��� ����� �� �������������

����������������� � ������������������������� ���������� ����� ���������������

��������������

�����

�����

40

�����

���������

�����

��

�����
�����

� �� ������� �� ���������

−

21

−

����

� �

技術報告
第 23 回天文学に関する技術シンポジウム
2005 年 11 月 8 〜 10 日

報告書������������������������������������������������
�������� � ��������������������������������������
��������������� ���������������������������������
����������������������������������������������
����������������������������������������������
�������������������� ���������������
�����������������
�������� � �������������������� ��� ��������������
�������������������������� � �������������� � ��������������������������������������������
�������������������������������������������������������
������������ �������������������� ��� ��������������
������ ��� � ��������������������������������� ������������
������������ ��������� ������
��������������� ������ � ���������������� ��������� ������������������ � ������ � ������
������������������������� � � � ����������� � ��������������� � �����
����������������������������� � ���������������������������
������������������������������

�� ��

�� ��

������������������������������
������������������������������� �� �������

��������������� ��������� ������� �� ����������������

�����

����

� �� ����������������

��������� ������������

�������

�������

���������

������

������

��������

���

�����

�������

��������

�������

��������������

����

�����

������
���������������

����������

����

�����

����

���

���

�������
������
�������������

�������

������

�������

���
���
����

� ��

������

����

�����

� ��

������

�����������

������������ ����������

������

��������

������������

������� ����������

������

�

−

22

−

技術報告
第 23 回天文学に関する技術シンポジウム
2005 年 11 月 8 〜 10 日

報告書��������������������� ������������������������� � � �no.1����� � ������������������������

no.2

������������� � ���������������

no.3

��������� ��� ������������������

no.4

�� ��� ������ ��� �����������������
����� ��� ����� � ��� �������� ���������
������������� �� ������ � ���������� �� ������������

����������� � � ���� ����� ��� ���� �� ������������������������������
��������������������� ����� �������

������ �� ��� � � ���� ����� ��� ������������

A
������������� ����� �������� ��� � �������� � ����������������������� ��� �����������
�������������������� � ���������������� � �������� ��� ������������ ����� ������������
�����������������������
�������� ������������������������
�������������������������
��������� ��� ���������������� � ��������������� � ��������
��������������������������� ��� �� ������ �������������
���������������������������

����������������������� �����
���������������������

�������������������������
������
��������������������������
�����������������
��������������������������
������������� ������������
��������������� ��� �� ������ ������������

������������������������ ��� �������������

�������� �� ���������������������������������������
�������
����������������� ������������������� �� �����������

−

23

−

技術レポート
ネットワークを用いたヘリウムガス純度計モニターの製作
内山功一
はじめに
分子研では回収ヘリウムガスの純度をモニターするために、従来よりピラニ真空計を用いた簡易ヘリウム
ガス純度計が利用されている。既存の装置では、設置した場所でしか純度の確認ができず、漏れなどで純度が低下してもその場で人が監視し確認できる状態で無い場合、長時間に渡って放置されることもある。
そこで、遠隔地からでも純度の確認やトラブル発生時の警告が受け取れるよう、ヘリウムガス純度計をネットワークに接続したモニターシステムを製作した。

写真 1: 装置外観

写真 2: 装置内部

モニター装置
ヘリウムガス純度計モニター ( 写真 1、2) は、簡易型ヘリウム純度計を 3 台搭載し、以下の機能を有している。
( 日 ) 選択されたヘリウム純度計のモニター表示。( 月 ) 各純度計のデータを、ネットワークを介してコンピュータへ送信する。( 火 ) 純度が設定値を下回った場合、警告用の E メールを管理者へ送信する。
純度計モニターの回路図を図 1 に示す。モニターの制御は、MicroChip 社の PIC16F877 で行っている。
PIC のプログラムには、CSS 社の PIC ­ C コンパイラを使用した。この PIC には、10bit、8ch の A/D コン
バータが内臓されており、純度計からのアナログ出力を取り込むのに利用している。取り込まれたデータの内、フロントパネルにあるセレクタで選択されたチャネルのデータは LED 表示器で表示される。またデー
タが設定されたしきい値を下回った場合には、チャネル毎に警告メールを指定のアドレスへ送信する。このとき、純度がしきい値近傍をゆっくりと上下するようなことがあると、しきい値を何度もまたぐことで複数のメールを送信してしまう。こうしたことの無いように、しきい値には 1% のマージンをもたせている。
またしきい値の設定内容は、PIC 内にある EEPROM に保存するようになっている。

図 1: 回路図

写真 3:Xport
−

24

−

技術レポート

ネットワークのインターフェース及び電子メールの送信は、Lantronix 社の XPort シリアル ネットワー
ク変換用モジュール ( 写真 3) を使用した。この XPort はネットワーク変換機能の他に、電子メール機能、
Web サーバ機能も持ち、それらの設定はネットワーク経由またはシリアル通信で行うようになっている。
電子メールの送信条件は XPort にある、デジタル入力またはシリアル入力について 3 件まで設定することができる。コンピュータ側の通信プログラムは VisualBASIC で記述しており、これを用いてヘリウムガス
モニターからのデータ収集や警告用しきい値の設定を行っている。( 図 2)

図 2: 通信プログラム
まとめ
本装置はネットワーク機能を内臓することにより、データ通信用のサーバーを用意する必要が無く、1 台のネットワーク接続されたコンピュータから複数台のモニターを監視することが可能となった。また、アナログ出力を持つ計測器に同システムを流用することで、ネットワーク対応機器とする応用例も考えられる。

−

25

−

技術レポート
サポーテッド・メンブレン基板のバックグラインディング
鈴井光一
はじめに
現在、反応動力学部門において神経細胞ネットワーク解析素子の研究開発が進められ、その素子の応用と将来のシステム化を含めた基礎的な研究のために脂質二重膜をシリコン基板上に構成する「サポーテッ・ド
メンブレン基板」の製作が行われている。装置開発室では、その基板製作の工程の一部を支援している。
図 1 に製作工程の一例を示した。膜形成の支持構造体として厚さ 0.6mm のシリコン (SOI) 基板を用い、基板の製作工程はいくつかの微細加工工程を経て製作される。ここではその工程の中のバックグラインディン
グについて簡単に報告する。
加工方法
製作工程の初期段階で比較的大きな領域を除去する粗加工として、シリコン板に直径約 1 〜 2mm で球状( ディンプル ) 穴を厚さ 50 μ m ほど残して ( 図 2) 削り込む加工工程がある。装置開発室ではこれを行う加工を専用機ではなく一般工作機械に市販の機械要素部品を組み合わせて加工機を構成し、加工を行った。
ディンプル加工は、硬度や脆性の高いシリコン単結晶に加工するのでダイヤモンド電着工具による研削加工を行うこととした。他に放電加工などの加工方法を検討したが、放電加工では電極消耗料のデータや加工条件の情報が少なく深さを厳密に制御することが困難であった。さらにシリコン単結晶が熱衝撃に弱いこと、
加工液の処理 ( 洗浄 ) 工程の問題など、解決すべき点が多く残されているため、研削によるディンプル加工を選択した。
機械の構成を図 3 に示す。NC フライス盤に高速スピンドルを増設し、直径約 1mm の球状電着ダイヤモ
ンド砥石 ( 図 4) を工具としている。シリコン基板はホルダーに固定し XY テーブル上に配置して Z 軸方向に加工する。工具の回転中心をなるべく加工に使わないように Z 軸上から外すため主軸は 45 度傾けた。その他、研削用クーラントの循環装置、工具位置決めと深さ方向の位置決めを行うため Z 軸方向からと側面か
ら工具顕微鏡を備えた。

図2

図１

製作工程

ディンプル断面

図３
−

26

−

加工機の構成技術レポート

加工結果
加工したサンプルの写真を図 5 に示す。工具を 45 度傾けているが、回転中心を完全に外すことは加工形状からできないため、回転中心の痕跡が残っている。回転中心に相当する部分は電着工具のダイヤモンド砥
粒の脱落が多く工具寿命が著しく短い。厚さ 50 μ m 残しで多数個の加工を行っていくが、工具は約 8 箇所
加工した段階で新しい工具に交換することとしている。これ以上の使用では砥粒の欠落した工具による切削抵抗の増大で、シリコン結晶の薄くなった部分が割れて貫通穴となってしまう確率が高くなるためである。
加工後の形状は、深さについては測定顕微鏡によって測定しているが、顕微鏡では焦点深度が浅くディン
プルの奥中心部分以外の形状は把握することが困難である。そのため、ディンプル全体の形状については、
現在レプリカ ( 図 6) による形状計測法を取り入れて進めているところである。
今後の課題
現在、サポーテッド・メンブレン基板の製作結果から、製作工程の粗加工としてダイヤモンド電着工具による研削加工がエッチングの前工程として使用可能であることが解った。しかし、今回の基板製作以外にシ
リコン単結晶の工作機械による微細加工を加工技術として確立するためには以下の課題があると考える。
1) 加工面粗さ加工形状の評価を行い、最適加工条件を把握する。
2) 脆性材料の切削という観点から超硬工具を用いた加工へ発展させる。
3) ディンプル形状以外の三次元形状への応用について検討する。

図4

工具

図5

加工サンプル

加工条件
高速スピンドル
主機械
工具
工具回転数
加工速度
切り込み量

NAKANISHI̲ASTRO̲E-400
KGNC70 マキノフライス
FSK ダイヤモンド電着砥石
#320,#800
40,000rpm
60 μ m/min
5 μ m ピッチのドリルサイクル

−

27

−

図6

レプリカ

技術レポート
FPGA と USB を用いた NMR 用パルスジェネレータ
豊田朋範
はじめに
NMR( 核磁気共鳴 ) は従来から物質の構造解析方法の 1 つとして用いられてきたが、近年の急速なナノテ
クノロジーの発展に伴い、タンパク質に代表される複雑な分子のより精密な構造解析などに広く用いられるようになっている。一方、NMR を無極性の溶液だけでなく磁性体や金属などにも適用するには、試料に照射するラジオ波パルスの幅やパルスの間隔を広範囲に設定できることが求められている。そこで、プログラ
マブル IC の一つである FPGA(Field Programmable Gate Array) を使用して、小型・高速且つパルスの設
定範囲の広い NMR パルスジェネレータを製作した。
また、OS が Win95 系から WinNT 系に遷移したため従来のように I/O ポートを直接操作することが出来なくなり、WinNT 系である現在の Windows に対応した制御プログラムが必要となった。そこで今回は、近年の PC の標準インターフェースとなっている USB(Universal Serial Bus) を採用した。
回路構成
こ れ ま で NMR 用 パ ル ス ジ ェ ネ レ ー タ を 何 度 か 製 作 し て き た が、 そ こ で は 高 速 の TTL(Transistor
Transistor Logic) や CPLD(Complex Programmable Logic Device) を使用して回路を構成してきた。今回
はより集積度の高い FPGA を採用することにした。使用した IC は Xilinx 社の SPARTANII で、動作周波数は最大 200MHz、ロジックセルは 2700 個でゲート数は 10 万個と、数年前にはパルスジェネレータの機能を搭載した CPLD と制御用 PC とのインターフェースで構成した回路を、全てこれ 1 つに集約することが出来る性能である。また、写真 1 のように入出力用コネクタやバイパス用コンデンサなどを含めた基板 ( キットとして購入できる ) 全体も非常に小さい。
パルスジェネレータの機能はやはり Xilinx 社から無償で提供されている開発ツールにより、ハードウェ
ア記述言語の 1 つである Verilog-HDL で記述している。ハードウェア記述言語により回路動作を決定する
ことは、コンパイルの結果ロジックセルやゲート数を超過しなければ、あたかもプログラムを変更・修正す
るかのように必要に応じて回路動作を変更できるという大きな利点がある。
PC とのインターフェースは従来 RS-232C やパラレルポート ( プリンタインターフェース ) などのいわゆ
る「レガシーインターフェース」を使用してきたが、前述のとおり直接 I/O ポートを操作するためには、かえって煩雑な制御プログラムを構築する必要がある。また、ノート型の PC では特に B5 サイズの製品を中
心にレガシーインターフェースを最初から装備していない機種も多数市販されている。今回採用した USB
はコネクタが挿入ミスを防げる形状になっている、5V 電源も取り出せるなど利点は多いが、USB インターフェースを独自に構成するのはかなりの専門知識を必要とする。そこで今回は手軽に USB インターフェー
スを作成できる Cypress 社の AN2131C( 通称 EZ-USB) のキットを使用することにした ( 写真 2)。これは写

−

28

−

技術レポート

真 1 の FPGA 基板との接続を前提にしたもので、基板上のコネクタで接続すれば USB を通じて FPGA の動作を変更することが出来る。この基板を USB ケーブルで PC と接続すれば、Windows が自動的にハードウ
ェアを認識してドライバを組み込み、以後は USB 接続で動作する各種デバイスと同様に扱える。
ソフトウェア
Windows 用のソフトウェアは従来 Visual Basic や Visual C++ でスタンドアロンとして構成してきたが、今回は制御プログラムの基幹を COM(Component Object Model) で構成した。COM とは簡単に言え
ば「Windows の機能の一部とするソフトウェア」である。COM にしておけば Visual C++ などで個々にDLL(Dynamic Link Library) を用意する必要はなく、どんなソフトウェアからでも必要な機能を共通の方式
で使用することが出来る。
NMR の実験では当初こそパルスの設定を試料に応じて変化させるが、一度パルス列の目星をつければあとは設定の一部のみを変えながら繰り返し動作させることが望ましい。このような場合、パルスの設定を試行錯誤する際には Windows らしい GUI(Graphical User Interface) を使用したプログラムを Visual
Basic で記述し ( 図 1)、設定の一部のみを変更する定型処理は VBScript で記述する、といったことが COMにしたことで容易に実現できる。勿論、Windows 上でいくつものソフトウェアを並行動作できるように、
Visual Basic で記述したプログラムと VBScript で記述した動作を共存させることも出来る。
まとめ
IC の高集積化や小型化、OS やインターフェースの変遷など急速な技術の変化に対応することは、技術者にとって不可欠なことである。今回 Windows が主流の PC で制御する測定機器を開発した経験からそのことを強く感じた。またソフトウェアに関しても、COM の導入によってプログラムの保守管理も従来より容易になり、Windows 時代の新しいソフトウェア開発手法の 1 つとして今後重要になっていくものと思われ
る。

−

29

−

技術レポート
固体 NMR プローブの製作
水谷伸雄
装置開発室は、分子研創設以来数々の NMR プローブをはじめ極低温用クライオスタットの設計製作を手がけてきた。これらの実験装置は分子研内での実験はもとより、研究グループの所外移転と共に各大学等においても実験に用いられている。
今回の製作は、九州大学大学院理学研究院、北川宏教授、山内美穂助手らより、「低次元系機能性材料開拓のための固体 NMR プローブ技術開発」という研究課題で共同研究（施設利用）として依頼を受けた。また、本装置による研究の具体的方法として以下の様に示された。
「水素吸蔵金属ナノ粒子、電導性一次元金属錯体、イオン伝導性二次元錯体ポリマーなどの低次元系分子性
材料の特性は、分子上の電荷およびスピン分布の微細な変化により電子伝導性やプロトン伝導性などの物性が大きく変化する。対象物質の物性発現メカニズムは、測定核周りの局所的な情報を得る最も有用な手段である固体 NMR 法によって明らかにしていく。NMR 測定は 1.5 〜 500K の広い温度範囲において、9.37T（1H の共鳴周波数で 400MHz）の超伝導マグネットおよび、He ガスフロー形式のクライオスタットを用い、
H,D,Pt,P,Si,Al,Ag などの核種を対象として行う。共同利用では、10-400MHz 用の NMR プローブの技術相談、設計および制作の依頼を行う。」と言うものであり、設計は山内助手が以前使用経験のある NMR プローブを基本とし、物質材料研究機構、強磁場研究センターの池田龍一筑波大名誉教授とも打ち合わせを重ね設計を行った。
製作上の注意点として、磁性を発生する材料や部品を使用しないこと。試料設置部位の周辺の部品組立は、溶接を避け銀ロー付けまたは、半田付けにより接合する。これは、非磁性材料と言われるステンレス鋼においても溶接する事により磁性物質発生のおそれがあるためである。また、1.5K 〜 500K の広い温度範囲で実験するため各部材の選定にも注意が必要であった。まず、常温大気部分から He ガスフローする試料設置部までのパイプは、熱伝導が悪いステンレス製薄肉パイプを使用し、かつ 5 枚のシールド板を設ける事により室温からの熱流入を押さえた。この時、上部フランジおよび上部 3 枚のラディエーションシールド板は、磁場中心からの距離が充分離れているためステンレス鋼を用い Ar アーク溶接にて接合した。しかし、下部
2 枚のラディエーションシールド板および試料設置部周辺は、銅合金製の部品を銀ロー付けする事により組み上げた。サンプルホルダーは、マシナブルセラミックスの中では機械強度が高く、熱伝導率の良いシェイ
パル M ソフトを使用したが、脆性材料の機械加工には慎重さが求められ多くの時間を費やした。
現在、NMR プローブは、九州大学大学院北川研究室にて実験が進められている中で、いくつかの改善点も見え初めてきた。今後のデータの蓄積に期待し、さらなる改良および二号機の開発にも応じて行きたい。

写真１

NMR プローブ全体（試料設置部のラディエーションシールドを外した状態）

−

30

−

技術レポート

写真２

写真３

上部フランジ周辺

写真４
試料設置部ラディエーションシールド 1

試料設置部周辺

写真５
試料設置部ラディエーションシールド 2

−

31

−

技術レポート
微細穴用放電加工機の製作
矢野隆行
1. はじめに分子科学研究所では近年、微細な加工要求が多くなってきている。その微細加工例として高圧実験用のダイヤモンドアンビルセル（DAC）用のガスケットの穴加工がある。これは外形 10mm 10mm、厚さ0.2~0.3mm のステンレスまたはインコネルの板材に直径 0.3~0.5mm の穴を形成するというものであるが、この加工には、1) 真円度が良好であること、2) 穴の端にバリなどの加工屑がないこと、3) 穴がテーパ状になっていないこと、と言った要求がある。装置開発室では、この穴あけ加工をドリルによる切削加工で行っていたが、前記の条件を満たす穴加工は困難であった。他の加工法として放電加工による穴加工がある。放電加工は、被加工物である金属と加工工具である電極とを絶縁する加工液を介して電気エネルギーを加える
ことにより発生する火花エネルギーによって被加工物の表面層を微細に除去していく加工法であるため、微細穴加工例は多い。装置開発室には、この放電を利用した加工機として、形彫放電加工とワイヤー放電加工の 2 種類あり、穴加工には形彫放電が用いられる。しかし、その加工機は汎用型であるため微小径穴加工の加工条件がなく、専用電源も搭載していないため、DAC 用ガスケットに用いられるような小径穴加工には効率が悪く適していない。そこで、DAC 用の穴加工をはじめ他の微細加工にも利用できる専用の放電加工機を製作したので以下に簡単に紹介する。
2. 加工機の仕様
今回製作した加工機を図 1 に、製作した加工機の仕様については表 1 に示す。放電用の電源は RC 充放電
回路を用いた。一般的には FET による高速スイッチング回路をを用いるが、パルス放電の１パルス当たりのエネルギーを小さくすることは難しく、微細加工用にはあまり向かない。RC 回路はコンデンサに蓄えられたエネルギーが放電のエネルギーとなりコンデンサ容量を小さくすれば放電エネルギーを小さくすることが可能なため微細加工用として適しているとされている。
製作した電源ユニットは DC 電圧を 4 段階、コンデンサ容量を 4 段階を手動により可変とした。また、Z軸には一定の放電ギャップを保つ必要があるため、その駆動には、市販の電動マイクロメーターヘッドを用いた。放電ギャップを任意に調整するマニュアルモードとコンデンサの充放電を検出しながら Z 軸の駆動制御を行うオートモードを用意した。オートモードの制御回路のフローチャートを図 2 に示す。この電源ユニットの製作と Z 軸駆動制御に関しては、装置開発室エレクトロニクスセクションの吉田・内山両氏の協力を得て製作した。

表 1 放電用電源・制御系概要

電源ユニット
電圧
コンデンサ容量Z 軸駆動系仕様
加工液仕様

35,70,85,100 V
5000pF , 0.1 μ F , 1 μ F , 4.7 μ F
ミツトヨ製モータコントロールヘッド (153-505)
蒸留水 or KHS バイトル -S( 油 )

図1

−

32

−

加工機外観

技術レポート
3. 現状
加工機本体、並びに制御系の製作や加工可能な状態に至るまでには、かなりの改良や微調整に時間を費やしたが、放電加工機として機能する機械として完成している。また、本加工機は製作途上の段階であり、さらに多くの加工テストが必要であるが、一部の穴加工には実用として活躍した。ここでは現在稼働している加工機に関する問題点を挙げる。
1) 加工途中で溶融した放電屑の影響により短絡状態で加工が中断してしまうことがある。
2) モータコントロールヘッドは本来の使用方法と違うためスピードコントロールに難がある。
3) 微小量の深さ加工も目的としているが、現状では Z 軸座標を検出する測定器が搭載されていない。
4) 本加工機の加工条件に関するデータが少ない。
5. 今後の予定
今回製作した加工機は前述したような問題点は残っているが、致命的な欠陥ではないため、現在は最適加工条件を決定するためのテスト加工を行っている。( 加工例を図 3 に示す )また、問題点に対する対策も、今年度行われた放電加工技術研究会で、参考になる意見を多くいただいた。
現在その改良案を具体化することを同時進行で実施している。改良案を以下に示す。
1）加工液の循環とフィルタの設置
加工屑の排出や処理は短絡状態（加工中断）を引き起こす大きな要因であるため、加工液循環を行う。
2）電源の供給方法 ( 配線による浮遊容量低減 ) の見直し
微細加工を行う上で RC 回路のコンデンサ容量以外の浮遊容量の影響が大きくなるため。
3）Z 軸駆動にクロスローラーベアリングを使用した電動ステージを採用
現状のモーターコントローラの使い難い点を改良することと、深さ方向の位置決めを可能にし加工深さ制御を可能にする。
4）電極回転機構の導入
穴加工における真円度は工具電極を回転させることによってより高精度な穴加工が可能となるため。
最後に、この微細穴用放電加工機の改良には平成 17 年度所長奨励研究費によって進められている。

図 2 制御回路のフローチャート

図 3 加工例−33−

技術レポート
埋め込み金属層基板遠赤外反射吸収分光装置の設計・製作
近藤聖彦
埋め込み金属層基板を用いて赤外反射吸収スペクトルを測定する装置を昨年度に設計し、本年度は製作をおこなった。この装置は、シリコン基板上に膜タンパク / 脂質二重膜自己組織集積構造を形成したチップに照射した赤外の反射スペクトルを観測することにより、膜タンパクの構造及び機能を詳細に解明することを目的としている。図 1 に製作した装置の外観図を示す。
この装置を用いて、さらにテラ Hz 領域を含む遠赤外の反射スペクトル観測を可能にしたいという依頼を反応動力学部門と共同研究を行っている九州大学から受け、装置の改良を行った。変更内容は、試料の熱雑音を抑えるため、試料を冷却できるようにすること、及び現状では小型 MCT 検出器による赤外観測を行うようになっているが、遠赤外用の LiqHe 冷却型ボロメーター検出器を、既存の赤外用検出器チャンバを改造して、MCT と冷却ボロメーター２台を設置出来るように変更し、簡単な光路の切り替えのみで広帯域な波長検出を可能にすることであった。これらを考慮して、改良をおこなった。今回、設計した主な点を以下に示す。
1）試料交換チャンバ内の試料を冷却する伝導式冷却システム機構の設計
2）赤外と遠赤外分光用検出器の切り替えができ、かつ光軸を微調整できる機構の設計
改良点 1）については、図 2 に示すように、冷却には液体窒素を用いることとし、試料室内に窒素タンクを設置し、純銅ワイヤーを伝って試料ホルダーを冷却するようにした。改造点 2）については、図 3 に示すように赤外用と遠赤外用検出器を検出器チャンバの上面と側面に配置し、図 4 に示す軸はずし放物面鏡を90 度方向に回転させることで検出器への光路切り替えによって二つの検出器による観測が可能なようにした。この際、回転粗動は図 4 に示すハンドルでおこない、微調整はマイクロメータヘッドを使用し回転軸に固定した回転バーを動かすことによりおこなう。光軸調整は、直動調整ナットを回転させ、軸はずし放物面
鏡を図 4 に示す移動方向に動かすことと微調整マイクロメータヘッドの回転の２軸によりおこなう。現在、これらの機械設計を終え、製作に取りかかる予定である。

�������������

�������

���������
������ 1� ����

� 2� ������������������

−

34

−

技術レポート������

�������
��������������

� 3� ������

������������
����
����
����

����������
�������

� 4� ������������
��������������������

−

35

−

技術レポート
FRAP 装置のための計測システムの製作
吉田久史
1. 概要
反応動力学部門宇理須グループの依頼により、蛍光顕微鏡を用いた FRAP(Fluorescence Recovery after
Photobleaching) 装置のための計測回路システムを製作した。図 1 に示すように製作したシステムは、半導体レーザの駆動回路とフォトマル (PMT) と AD 変換器による計測回路で構成されている。前者は試料をフォトブリーチングするための光源を制御する回路であり、後者はそのブリーチング点での蛍光強度の時間依存性を測定するためのものである。ここでは主に製作の中心となったパルス発振器と AD 変換器を用いたデータ収集回路について報告する。

図1

FRAP 計測システム

2. 半導体レーザ駆動回路
半導体レーザは、住友大阪セメント社製の発振波長 560nm、SHG 定格出力約 5mW の CW レーザを使用している。このレーザ・ドライバには外部変調入力があり、入力信号の振幅により出力光の強度を変えることができる。従って、入力信号をパルスにすればレーザ出力もパルス化される。FRAP 装置に必要なパルス
発振器の入出力タイミング・チャートを図 2 に示す。製作したパルス発振器は、フォトブリーチングのための単一パルスとそれに続く蛍光緩和過程を観測するためのサンプリング・パルス列を出力する。これらは、適切な光強度となるように独立にパルス振幅を調整することが可能である。また、計測回路で必要な AD 変換器のサンプリング・クロックや AD 変換の開始 / 停止信号として利用するための同期パルスも出力している。パルサーの構成を図 3 に示す。ブロック図の上段は、トリガ入力を受けて所定のフォトブリーチング用
パルスを生成する回路、下段はその出力を受けてサンプリング用パルス列を生成する回路である。前者はパルス幅が 0.1 秒 ~10 秒の長時間のタイマーを後者は 0.5mS の短時間のタイマーを要するので、2 個の PIC
マイクロコントローラ (PIC16F628) を用いることにした。PIC マイコンからの出力は、それぞれアッテネータで振幅を調整した後、最終段の加算器により合成され出力される。製作したパルス発振器を写真 1,2 に示す。

図2

パルス発振器のタイミング・チャート

図3
−

36

−

パルス発振器のブロック図

技術レポート

3.AD 変換器による計測回路
蛍光強度を観測するために、PMT の出力信号は 12 ビットの AD 変換器でコンピュータに取り込まれる。
AD 変換器には、最大 60,000 ワード ( 記録時間最大 600S サンプリング周期 10mS) のデータを外部サン
プリング・クロックで取り込む機能を有する必要がある。この点を考慮して、AD 変換ボードはコンテック
社の AD12-16(PCI)E を使用した。また、データ収集のためのプログラムは、ボードに付属するライブラリ(DLL) と Visual Basic 6.0 を使って開発した。AD 変換器によって取り込まれたデータは、CSV 形式でファイルに保存される。図 4 に、Visual Basic によるプログラムの動作画面を示す。

図4

データ収集プログラム

4. まとめ
蛍光顕微鏡に半導体レーザと PMT を取り付ける改良は、昨年度の依頼工作で行っていて本装置はその観測系にあたる。製作したパルス発振器は、PIC マイコンを使用することでパルスの設定値の入力回路やタイ
マー・カウンタ回路など回路構成が簡素化された。また、仕様変更に際しても、プログラムの変更だけで柔軟に対応できるようになった。

写真 1

パルス発振器外観

写真 2

−

37

−

パルス発振器の回路基板

2005 年

工作依頼リスト装置開発室の主たる業務の中に所内からの依頼による装置製作がある。機械、電子回路、ガラスの各グルー
プセクションが 2005 年 1 月から 12 月までに受けた工作依頼のリストを以下に掲載する。リストは依頼書に記入された品名と管理のための伝票番号のみの記載とした。
このリストにあるすべての依頼製作品には記録写真があり保管されている。本レポートにすべての物を掲載できないが、抜粋し［写真］と付記された依頼品名について後のページに掲載した。また、17 年度より開始した「施設利用」による依頼工作には伝票番号に＊印を付けている。

機械グループ（255 件）
伝票番号
05A01
05A02
05A03
05A04
05A05
05A06
05A07
05A08
05A09
05A10
05A11
05A12
05A13
05A14
05A15
05A16
05A17
05A18
05A19
05B01
05B02
05B03
05B04
05B05
05B06
05B07
05B08
05B09
05B10
05B11
05B12
05B13
05B14
05B15
05B16
05B17
05B18
05B19
05B20
05B21
05B22
05B23
05B24 ＊
05B25
05B26
05B27
05C01
05C02
05C03
05C04
05C05

品名
台一式
ロッド
マニピュレーター用アダプター
Cu 板
偏向板絶縁スペーサー
色素セルの改造
Al 筒
クライオスタットベース・ホトマルアダプター
ロッド・回転セルホルダー
取り付け板
アルミ板加工サファイア基板の切断
LN2 and 高温用サンプルサポート
ミラーホルダー152 フランジ加工
サンプルホルダー
Oven Holder
テフロンシャーレー
平面ミラーホルダー"Magnet 用ステージ、コイルの芯 "ICF70-114 フランジ修理
シグマ光機虹彩絞り調整修理
六角穴ボルト頭加工
レンズ管フランジ
インコネルガスケット
ZYGO 用防塵カバー
フォトマル取りつけアジャスター
軟 x 線発光分光器セラミック追加工
回転セルホルダー追加工及び技術相談
プローブアタッチメント
分子研 30 周年記念出版用写真撮影
個体サンプル用スリット刃
New Focus ミラーホルダ改造
試料ホルダー
温度計ホルダースピンコーターふた
レンズホルダー改良
蒸着ステージ
LG 共振器
ダイボンダ用スプリング付ピン収納ケース
極低温 STM シグナル線修理
微細穴加工用形彫放電加工機の開発
NMR プローブ ［写真］
取付板
窓付き加圧セル修正
レギュレーター用アダプター
加熱ホルダ３〜４
近接場顕微システムヘッド一式［写真］
Fixing Plate
チャンネル電流検出チャンバ
サポーテッドメンブレン支持基板

−

05C06
05C07
05C08
05C09
05C10
05C11
05C12
05D01
05D02
05D03
05D04
05D05
05D06
05D07
05D08
05D09
05D10
05D11
05D12
05D13
05D14
05D15
05D16
05D17
05D18
05D19
05D20
05D21
05D22
05D23
05E01
05E02
05E03
05E04
05E05
05E06
05E07
05E08
05E09
05E10
05E11
05E12
05E13
05E14
05E15
05E16
05E17
05E18
05E19
05E20
05E21
05E22

38

−

膜厚計修理（銀ろう付け）
ボイルカバーバルブ -NW25 溶接
Cell holder
SUS 六角穴付ボルト改良
Cell holder II
Crystal holder assembly
PD.LD プレート
ピエゾホルダ
ベース板
対物レンズアダプター
銅製テーパー付ピンホールの製作
ガラス製ピンホール及び水冷ピンホールホルダ
SLM ハウジングカバー
CCD スペーサ
メッシュ基板
レンズホルダ冷却用水冷ブロック［写真］
He3 ポット
ファイバー用Ｖブロック L=850mm
ピエゾ用アタッチメント他
水銀セル
スキマー φ 0.5
光学ステージ
3/8 インチロッド
冷却試料回転ステージ
微細加工用形彫放電加工機の製作
ステンレス板加工
0.1t アルミ板加工
グレーティングホルダー
バルブ
ダイボンダのチャンバのおもし
冷却ブロック
試料ステージ他
ヒンジ枠固定ジグ
ジェネラルバルブ用ポペット
ロード調整加工
ベース板
オーブン
ガスケット
真空内シャッター機構
押さえフランジ
High-Speed Vibration mill ［写真］
断熱インサート（ポット部）
ハウジング固定板他１点
放電電極
マイクロリアクターチップの固定ステンレス枠
サンプルキャリア φ 14
支柱
シリコンカッティング
レーザー光導入管他
DAC ホルダー
顕微クライオスタット

2005 年
05F01
05F02
05F03
05F04
05F05
05F06
05F07
05F08
05F09
05F10
05F11
05F12
05F13
05F14
05F15
05F16
05G01
05G02
05G03
05G04
05G05
05G06
05G07
05G08
05G09
05G10
05G11
05G12
05G13
05G14
05G15
05G16
05G17
05G18
05G19
05G20
05G21
05H01
05H02
05H03
05H04
05H05
05H06
05H07
05H08
05H09
05H10
05H11
05H12
05H13
05H14
05H15
05H16
05H17
05H18
05H19
05H20
05I01
05I02
05I03
05I04
05I05
05I06
05I07

ダイナミックシール（テフロン）
ヘリウム配管
ＩＣＦ１１４­ＮＷ２５変換フランジ電極
防振配管台
レーザービームバッフルアダプタ
UVSOR BL ５U 用サンプルホルダ
ガイシ
絶縁管
UG-50 延長ビューポート
試料室密閉フタの加工 他
Wrist Action Shaker
回折格子止め用治具
グレーティングホルダー
バルブ
変換フランジ加工
レーザーアブレーション用部品一式
結晶ホルダー
ステージ改良化３点
ミラーホルダーZ 軸ステージ改良
１軸ゴニオメーター
窓用フランジ
検出器台
しきい電子分析器部品一式［写真］
真空干渉計用補強棒
試料ホルダ
金属キャップ加工
ミラーホルダー支持台
モーターホルダー改良
ホルダー改良電子分光チャンバーガス導入部 ［写真］
レーザーヘッドの透明防塵カバー
スピンコーター用小型基板ホルダー
DAC 用アダプター
冷却水コネクタ支持ブラケット
マイクロ流路用金型
DAC 用アジャスター
アルミフレーム
高調波セル ［写真］
テフロンの加工
インコネルシート固定治具
研磨ホルダ加工
円筒加工
フランジ加工ポーリング台スリットヒンジ ［写真］
テフロンスペーサー調整加工
蒸着マスク（3 ｔｘ 16 ｘ 40 結晶用）［写真］
スキマー（Φ 0.5-1/4）
回転セルホルダー ［写真］
セルホルダー修正
サンプルホルダー
グレーティングアダプタ（ミラーチェンバー）フィードスルー溶接
鉄板（チャンバー用）と支柱の加工
DLD ホルダ・DLD 支持用フランジ
SUS サンプルホルダー
SUS 板加工（光学ステージ台）
エッジ励起レーザー集光モジュール
マルチチャンネルディテクターホルダー
XeF2 ガス供給系
磁極内電極

−

05I08
05I09
05I10
05I11
05I12
05I13
05I14
05I15
05J01
05J02
05J03
05J04
05J05
05J06
05J07
05J08
05J09
05J10
05J11
05J12
05J13
05J14
05J15
05J16
05J17
05J18
05K01
05K02
05K03
05K04
05K05
05K06
05K07
05K08
05K09
05K10
05K11
05K12
05K13
05K14
05K15
05K16
05K17
05K18
05K19
05K20
05K21
05K22
05K23
05K24
05K25
05K26
05K27
05K28
05K29
05K30
05K31
05K32
05K33
05K34
05K35
05L01
05L02
05L03

39

−

工作依頼リスト

トランスファーチューブ延長管
MCP 取付変換レンズ
フィルターホルダー ［写真］
和周波発生分光用液体セル
ESP-300E 用サポート管アダプタ
ポーリング台 ［写真］
支柱
磁気光学効果支持板
ガスケット加工 (ICF253)
共鳴器パーツ分子線スキマーΦ 0.5 修正
分子線スキマーΦ 0.5
Yb:YAG 結晶ホルダー
ターボポンプ支え板
ノズル固定ステージ
回転導入ジョイント
マイクロメーター取付台
マイクロ化学ガラスチップ
ニューポートステージアダプタ
テフロンナット加工
マイクロ流路のデジタルマクロ撮影
メッシュ基盤 2 種
セルホルダー改造
DLD ホルダー及び光軸合わせアルミ板加工
ミラーホルダー加工
ESR900 用治具
IMT 社製 ICC-DY05 のガラス板を部分削除する
バイオセンサ特性測定チャンバー
サンプルだめ（ヨウ素用）
Yb:YAG 結晶ホルダの冷却治具
マグネットベースねじ穴加工
ホルダーカバー改造
フロー用ラマンセル
ミラーホルダー支持台改造
ファイバーホルダー
エッチング Si 基板ホルダー
ホトマル冷却器アダプター
クライオスタットラディエーションシールド
フランジ追加工他
パルスコイルPMMA polymer cutting
12P フィードスルー /ICF70
ベシクル供給チューブ取付治具
高出力マイクロチップレーザー筐体
回転モーター固定ホルダー
サンプルホルダー他 2 点
光軸合わせ板 / ガス導入フランジ / ミニコン I 管
ベースプレート
Cajon ﬁtting 用 View port
調整用ポート溶接
スキマーベースフランジΦ 500 追加工
タングステンるつぼ
試料ホルダー他
AL シールド
蒸着用ステージ修理
蒸着マスク
膜タンパク実験チャンバー改造
レンズマウントアダプター
高調波セル
ピエゾ固定部品他
ヘリウム回収継手
ヨウ素溜め
受動 Q-SW マイクロチップレーザー光撮影" 分子線スキマー（Φ 0.3-1/4""）"

2005 年
05L04
05L05
05L06
05L07
05L08
05L09
05L10 ＊
05L11
05L12
05L13
05L14 ＊
05L15
05L16
05L17
05L18
05L19 ＊
05L20
05L21
05L22
05L23
05L24
05L25
05L26
05L27

工作依頼リスト

低温ラマンフローセル
VF100.ICF152 追加工
ステージ取付ベース
スリットブレード
自動スイッチ入力装置
スウェジロック継ぎ手の追加加工
メカニカル速度選択ディスク
シールドチャンバー
アクリル板及びアルミホルダー
望遠鏡筒他 3 点
超高真空用交換可能試料保持機構
グループ写真四角形型アダプター
グレーティングホルダ
X 線温度センサー固定用チップ
テフロン製水熱合成容器
SS-4H バルブ溶接
極低温試料ホルダー
レンズ駆動機構
結晶ホルダー
温度センサー固定台
試料ホルダー固定棒
サンプルホルダ
サンプルホルダ追加工

電子回路グループ（27 件）

ガラス加工グループ（25 件）

伝票番号
05A01
05C01
05C02
05C03
05D01
05D02
05E01
05F01
05G01
05G02
05G03
05I01
05I02
05I03
05J01
05J02
05J03
05J04
05J05
05J06
05J07
05J08
05K01
05L01 ＊
05L02 ＊
05L03
05L04

伝票番号
05A01
05B01
05B02
05B03
05C01
05C02
05C04
05D01
05D02
05D03
05E01
05E03
05F01
05F02
05F03
05G01
05G02
05H01
05I01
05J01
05J02
05K01
05K02
05K03
05K04

品名
光ディテクタの改造
FRAP レーザー駆動パルサー ［写真］
GPS アンテナケーブル
3DEMS 2 π検出器用測定回路
ヘリウムガスモニター
有機 EL 駆動装置
FPGA 用外部メモリボード
精密スリット制御用ソフト ［写真］
定電圧電源の修理
定電流電源の修理
ＳＴＭ探針研磨回路
4KV 高速高圧パルス電源 ［写真］
ラインフィルター
サーバ自動停止装置 ［写真］
24ch 定電流電源
SGI 用モニタケーブル
移算集計プログラム仕様変更
回転セルの配線
自動スイッチ入力装置
8CH 極性切替型定電流電源 ［写真］
8CH 極性切替定電圧電源
ベーキングコントローラ
XeF2 ガス供給バルブコントローラ ［写真］
メカニカル速度選択装置用チョッパー駆動回路
交流変調型単色吸光度測定装置
パッチクランプ前置増幅器 (IV 変換器 )交流電圧変換出力器

−

40

−

品名
のぞき窓
ESR0.9ESR 支持台
サンプル管
ESR 支持台
Φ 4 サンプル管
真空ライン
石英サンプル管
ガラス - メタル変換チューブ
石英サンプルマウント
円板ガラス（ビューポート用）
光照射用パイレックスガラス管
光照射用パイレックスガラス二重管
2.5mmNMR 管ESR Φ 0.9mm
ESR 用角セル
石英セル修理石英マド 外 セル 10 ケNMR 管加工
石英セル修理サンプル容器
基板研摩
ガラス蓋
反応容器修理反応容器

2005 年FRAP 用半導体レーザ駆動パルサー

フォトブリーチング・パルス仕様
パルス幅 : 0.1~10 秒
パルス振幅 : 0~1.25V

サンプリング・パルス仕様
パルス周期 : 10mS
パルス幅 :
0.5mS
パルス持続時間 : 1 秒 ~10 分

X 線発光分光器用精密スリット制御ソフト

開発言語 : Visual Basic 6.0
ピエゾドライバー : HJPZ-0.15P
静電容量センサ : NS2000
制御スリット : 2 チャンネル

3

IMS サーバー・マシンの自動停止装置

サーバーとの接続 : RS-232C シリアル通信
RAID 装置の管理 : AC 電源リモート制御
スケジュール管理ソフト : Visual Basic 6.0

−

41

−

製作品

2005 年

工作依頼リスト

8CH 極性切替型微小定電流電源

出力電流 : 0~20 μ A
極性反転周期 : 0.1~100 秒
デューティ : 5~50%
チャンネル数 : 8

4KVH 高速高圧パルス電源

出力電圧 : 0~4,000V
立ち上がり時間 : 無負荷時 40nsec
立ち下がり時間 : 無負荷時 120usec
DC 出力可能XeF2 ガス供給バルブコントローラ

ガス供給時間 : 10,30,60,180,600,1800,3600[S]ガス回収時間 : 10,20,30,40,50,60[S]シーケンス繰り返し回数 : 0~99999 回
コントローラ : PIC16F870

−

42

−

2005 年
NMR プローブ

サンプルホルダ

製作品

近接場顕微システムヘッド

シェイパル M ソフト（窒化アルミを主成分としたマシ
ナブルセラミック）の加工例。

レンズホルダ冷却用水冷ブロック

High-Speed Vibration Mill

高出力マイクロチップレーザーヘッドのレンズ
ホルダ冷却用に組み込む。
厚さ約 7mm 内に冷却水路を構成ステンレスカプセル内の粒状サンプルを粉砕する装置。
（歯科医療用のアマルガムミキサーを改造）

しきい電子分析器部品

電子分光チャンバーガス導入部

金属、セラミック、樹脂の高精度加工例。

溶接構造の製作例。

−

43

−

2005 年

製作品

高調波セル

弾性ヒンジ式スリット

内径 3mm 肉厚 0.2mm のパイプ側面に穴径 150 μ m を貫通。

弾性ヒンジ構造をとることで、機械式よりも小型。
マイクロメータの絶対値 500 μ m に対して、スリットの開口量が約 190 μ m

回転セルホルダ

フィルターホルダー

φ 10 石英セルを高速回転（Max4000rpm）させセルの交換を行っても振れの少ないホルダ構造。

XeF2 ガス供給系

ポーリング台

ヒーターを組み込んだ銅ブロック（金メッキ）
で結晶のポーリング処理を行う加熱台。

既存の装置に放射光エッチングのためのガス導入装置を増設。装置を分解せず現場で溶接および組立を
行った。
−

44

−

出張報告

微細精密加工技術展 2005

- MMTS 2005 - Micro Manufacturing Technology Show -矢野隆行「微細精密加工技術展 2005」がインテックス大阪で 5 月 25 日から 28 日の日程で開催され、装置開発室がこれから保有する新技術として進めている「マイクロ加工技術」の参考とするため、様々な最新技術の情報収集のため出張した。
この展示会は、近年のものづくりに要求される “微細” “精密” 化の傾向を受けて近畿 2 府 5 県 1 市の中小企業支援財団と日刊工業新聞社が主催したもので、ものづくりに関わる各種微細・精密加工技術の最高水準を展示・紹介するとともに、それらを支える高性能の周辺機械・機器の紹介がされている。参加しているのは、加工機などを作っているメーカーのほか、実際に加工業を営んでいる業者、さらには大阪大学をはじめとする産学連携を行っている官公庁などである。
印象に残る出展として、有限会社大阪製作所が大阪産業大学と連携して生まれた世界最小のジグソーパズ
ルが挙げられる。全体の大きさとしては、縦 9 ミリ 横 11 ミリの 30 ピースで構成されているのであるが、その 1 ピースには、わずか 14 〜 15 ミクロンの中に線の太さ 0.6 〜 0.7 ミクロンの彫刻を見ることができる。
装置開発室が現在、取り組んでいる加工技術に脆性材料（ガラス・シリコン・セラミック）のマイクロ加工がある。これに利用できる極小径のダイヤモンド複合めっき電着工具 ( φ 0.05 〜 2.0 まで ) の紹介が数社出展されていた。これらの微細加工に用いる工具は今後さらに需要が増加してくるので、各社がしのぎを削り合って開発を行っている様子がうかがえた。
機械部品関連では、ある直動システムメーカーが、「マイクロリニアウェイ L」という名称で、直動ユニ
ット ( スライドユニット本体の大きさ 6.5 4 2 ミリ、トラックレール幅 1 ミリ ) を出品していた。展示会が行われていた時点では、具体的に使用されている製品などはなかったが、参考例としてこれを組み合わせた小型の 3 軸ユニットが展示されていた。このほかにも、このメーカーではマイクロシリーズとして軸径2 ミリのボールスプラインなど、サイズの小さなステンレス製ユニットを販売しているので、積極的に実験装置に応用してみては如何だろうか。
まだまだ、紹介したいことはたくさんあるが、微細な機械要素部品に興味を持った方は下記の URL から出展者一覧を参照して頂ければ、今回紹介したことについての詳細や問い合わせができるので、是非参考にして頂きたい。
余談であるが、皆さんは、「インテックス大阪」というのはご存知であろうか。中部圏で言えば、名古屋
港金城埠頭にある「ポートメッセなごや」、東京で言えば、有明にある「東京ビックサイト」だと思ってい
ただければ、良いであろう。ただ展示場としては日本最大級の 7 万平方メートルの国際展示場だそうである。
また、会場へと続く交通は、途中からニュートラムと呼ばれる交通手段で結ばれている。ニュートラムとは、NEW( 新 )TRAM( 市街電車 ) という意味で、その名のとおり、地下鉄とバスの中間の輸送力をもち、高架の専用軌道をゴムタイヤで自動運行する新種の交通機関である。乗り心地は、名古屋のガイドウェイバス志段味線 ( ゆとりーとライン ) のようで、車内の広さは、愛・地球博で活躍したリニモほどであった。運転はすべてコンピュータ制御で自動運転しているとのこと。
微細精密加工技術展 2005 ホームページ
http://www.nikkanosaka.com/mmts/index.html

−

45

−

出張報告

東北大学多元物質科学研究所出張報告
内山功一
2005 年 11 月 28 日から 12 月 2 日までの日程で、東北大学多元物質科学研究所へ出張したので報告する。
今回の出張は、昨年度まで界面分子科学部門に在籍されていた高橋助教授 ( 現多元研助教授 ) からの依頼により製作した、電子運動量分光装置の 2 π検出器用測定回路 ( 写真 1) のテスト及び調整が目的である。

写真 1: モジュール外観
この回路はディレイライン型位置検出器を用いた同時計測回路であり、6 本の信号線の内どれか一つにでも、ライン長から算出される時間 (400nsec) 以内に 2 つのパルス ( 以下、ダブルパルス ) が発生した時のみ、全ての信号をコンピュータに取り込ませるものである。次に各モジュールについて説明する。モジュール 1(
写真 2、図 1) はダブルパルスの発生を判定し、コンピュータへ取り込むためのゲート信号を出力するモジュールである。モジュール 2( 写真 3、図 2) はディレイラインの信号を、ゲート判定時間 (400nsec) 遅延させるためのディレイモジュールである。モジュール 3( 写真 4、図 3・4) はゲートを通過したディレイライ
ン信号と、同時に計測されたイオン信号を足し合わせてコンピュータへの出力とするモジュールである。信
号処理は高速応答且つ高時間分解能を求められるため、ECL 素子で製作している。製作時に回路の動作テストを行っているが、システムが大掛かりで全体を通しての動作テストができなかったために、多元研にてテストを行うこととなった。出張した時点では、位置検出器に使用する MCP がまだ納入されていなかった
ため、実機ではなくダミーの信号源を用いてテストを行った。電子運動量分光装置全体を写真 5 に、動作テ
スト時の配線状況を写真 6 に示す。テストを行った結果、モジュール 2 の出力が不安定で正しい出力を得られなかった。原因は、半田不良により入力段 IC の GND がとれていなかったためである。問題箇所を修正し、全ラインが正しく出力されている事を確認した。その後、パルス幅、ダブルパルスの間隔、周波数のパラメーターを 100 パターン程変更しながらデータを取得した。データ解析した結果、ダブルパルスの間隔
を 100nsec と設定したデータ全てに異常が見られた。原因は、モジュール 2 に使用しているディレイライ
ン IC(Data Delay Devices 社 DDU12H-100) である事が判明した。また同 IC は各素子の特性にバラつきが見られた為、選別を行い不具合が出ないように調整した。この時点で予定していた日程を終えることとなったが、その後の連絡により対策前に現れていた不具合は発生しなくなったとの報告を受けている。

写真 2: モジュール 1

写真 3: モジュール 2
−

46

−

写真 4: モジュール 3

出張報告

図 1: 回路図 1

図 2: 回路図 2

図 3: 回路図 3a

図 4: 回路 3b

写真 5: 装置全体

写真 6: 配線状況
−

47

−

設備紹介

走査型電子顕微鏡
装置開発室では所内でニーズの高まってきている微細な加工を必要とする製作依頼に対応するため、マイクロ加工を重要な基盤技術の一つとして、その技術の確立を進めている。これらの加工を進めるにあたり加工後の形状評価や加工部の観察は加工技術の確立において不可欠であることから、平成 17 年 3 月に走査型
電子顕微鏡 VE-8800( 株 ) キーエンス ( 図 1) を導入した。
選定に当たっては、専門のオペレーターなしに加工者自らが、加工終了後直ちに形状確認できるような容易な操作性であること、また加工現場近くの限られたスペースに設置できるようにできるだけ小型であり、観察に十分な性能を有することなどを重視した。表 1 に基本仕様を示した。当機種はオート観察機能を有しており指示に従いクリックしていくだけで観察が可能であり、観察条件を変えた 4 枚の観察像から最適な加速電圧およびビームスポット径等の各条件を選択できるようになっているため、簡単に試料に適した条件での観察が行なえる。また加工後の寸法計測が可能な 2D 計測機能のほかに 3D 計測機能を装備している。これは、視差 ( 撮影角度差 ) のある 2 枚の画像から 3D 画像を構築するもので、加工物各部の高低差や距離の測定および指定部分の断面プロファイルなどの観察が可能である。図 2 に現在製作しているマイクロ流体ガ
ラスチップの幅 100 μ m 深さ 40 μ m 流路部の 3D 像および断面プロファイル計測例を示した。
簡単な操作説明を行なうだけで容易に操作が可能であるので、所内の研究部門に留まらず、所外からも利用されている。これからも是非大いに利用していただきたい。（青山 記）
表 1 基本仕様
倍率15~100000 倍

分解能

30nm

観察像

2 次電子像・反射電子像

加速電圧

0.5kV~20kV

最大試料サイズφ 64mm

試料ステージ

X 軸：32mm
Y 軸：32mm
Z 軸：8 〜 30mm
回転：360 、傾斜：­ 10 課〜 +90

図 1 走査型電子顕微鏡 VE-8800

図 2 マイクロ流体ガラスチップ溝加工部の 3D 画像および 3D 計測画面
−

48

−

装置開発室Annual Report 2005

平成 18 年 1 月発行
編集・発行所

自然科学研究機構 分子科学研究所
444-8585 岡崎市明大寺町西郷中 38
ISSN 1880-0440

−

49

−

装置開発室