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序文2008 年度は米国のサブプライム問題に端を発した世界大不況が起こり、現在も収拾のめどが立たない状況で進行中です。これにより多くの派遣社員が職のみならず、人によっては住む家までも失っているという状況で、国家の大損失です。私はたまたま装置開発室の室長という立場にあることから、この問題を人の熟練と言う観点から自然と考えてしまいます。派遣制度は本来、専門性の高い技術なり知識なりを持っている人が自分を必要としている会社に、必要としている時に働けるような制度であるべきところが、専門性の低い誰でもできるような職種にまで広がってしまったところに、脆弱な社会を構築してしまう原因があったのではないかと思います。しかし “専門性の低いだれでもできるような職種” という表現そのものに落とし穴があるような気もします。そもそもどのような職種にも、“だれでもできるような職種” というものは無く、金、効率のみに目が向いてしまい、
人間性の重要な本質を見失ってしまった結果ではないかと思います。どのような職種でも一生懸命研鑽をつめば、誰もがまねのできないような素晴らしいレベルに達成し、周辺との連携性も深まり組織全体の効率に関わってくる訳です。結局は広い意味での “技術の軽視” という盲点に気づかなかった結果ではないかと考えます。
幸い本装置開発室はこのような世界的大不況にもそれほど左右されず、2008 年度も所
内の工作依頼件数は全部で 341 件と昨年度と比べて 92 件の伸びで、また所外の装置開発
依頼も 10 件とますますその重要度は増していると感ぜられます。しかし、上に述べましたように、世の中全体が技術軽視の風潮を反省しなくてはならない状況を見ますと，優秀な技術者のそろっている装置開発室は、全国大学共同利用機関の技術集団として一層の技
術レベルの向上に励み、所外の高度な装置開発のニーズに答え、科学技術立国を支える技術の重要性を多くの人に理解してもらう着実な努力を、積み上げなくてはならないと思います。
今年は電子機器・ガラス機器開発技術班長の吉田久史氏が日本化学会化学技術有功賞を受賞されました。おめでとうございます。
室長
宇理須恒雄

目次

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

イベント in 2008............................................................................................................................................ 2

施設利用.................................................................................................................................................... 7

施設利用報告........................................................................................................................................... 12

岡崎ものづくり推進協議会
LSI 開発......................................................................................................................... 16............................................................................................................................................................... 19

受賞・発表......................................................................................................................................................... 20

技術研究会報告................................................................................................................................................ 21

技術報告............................................................................................................................................................. 32

2008 年

工作依頼リスト .......................................................................................................................... 50

2008 年

製作品............................................................................................................................................ 54

トピックス........................................................................................................................................... 60

出張報告................................................................................................................................................ 64

設備関連................................................................................................................................................ 67

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

装置開発室長（併任）宇理須恒雄

URISU, Tsuneo

生体分子情報部門

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

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1

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技術班長

係長

教授

イベント

in 2008

１月
23 日〜 24 日

2月

14 日〜 15 日

中学生職場体験岡崎市立甲山中学校の 2 年生男子 1 名
電子回路製作の業務を体験

第 1 回ものづくりフェア 2008 出展（場所 : 岡崎市竜美丘会館）
岡崎商工会議所との連携企画（記事 16 ページ参照）

３月

14 日
〜 15 日平成 19 年度核融合科学研究所技術研究会
口頭発表 2 件、ポスター発表 1 件「電子ビーム溶接法によるアルミ製薄肉テーパ円筒の製作」近藤聖彦他「dsPIC マイコンを用いたビーム電流補正装置の開発」吉田久史他「Ajax を用いたストックルーム出庫管理アプリケーションの開発- 視認性・利便性向上を目指して -」豊田朋範他（記事 21 ページ参照）

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2

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イベント

in 2008

４月
27 日

日本化学会化学技術有功賞受賞（記事 20 ページ参照）								28 日気体 NMR 分光装置

祝賀会

４月 23 日熱解析モデルの検討（神戸大学・国立天文台・分子科学研究所）
国立天文台の「共同開発研究」制度を使用して、３機関による共同プロジェクトが始まる。

５月

14 日
〜 15 日21 日〜 22 日機械工作安全講習会

電子回路工作講習会
2 日に分けて講習

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3

−

イベント

６月

12 日

in 2008

中学生職場体験岡崎市立甲山中学校の 2 年生男子 5 名
装置設計の業務を体験（記事 62 ページ参照）

12 日

ガラス工作講習会

23 日

平成 19 年度装置開発室

運営委員会

７月
4日

9日
〜 11 日東京大学先端科学技術研究センター

九州大学

技術打ち合わせ平成 20 年度奨励研究採択課題に関する技術打ち合わせ並びに口頭発表（豊田）（記事 66 ページ参照）

24 日～ 25 日

第 3 回自然科学研究機構技術研究会
口頭発表 「分子研装置開発室における先端加工技術開発の取り組み」青山正樹「電子機器・ガラス機器開発技術班業務紹介」内山功一
−

4

−

イベント

８月
20 日
〜 23 日真空夏季大学（青山、矢野）（記事 65 ページ参照）

９月
2日
〜4日

5日

東海・北陸地区国立大学法人等技術職員合同研修（岡崎三機関）

中学生職場体験岡崎市立六ツ美中学校 2 年生

男子 3 名（記事 63 ページ参照）

11 日〜 12 日

第６回放電加工技術セミナー（日産自動車総合研究所・慶應義塾大学）（矢野）（記事 64 ページ参照）

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5

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in 2008

イベント

in 2008

１０月
15 日〜 17 日高輝度反射集光鏡の製作（国立天文台との共同開発研究）（青山）（記事 12 ページ参照）

１１月
11 日

中学生職場体験岡崎市立甲山中学校の 2 年生男子 3 名
電子回路製作の業務を体験（記事 63 ページ参照）

27 日〜 28 日電気加工学会 （青山、矢野、近藤）

１２月
５日

産業総合技術研究所技術研究所

技術打ち合わせ （水谷、矢野）

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6

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施設利用

平成 17 年に内容を大きく変えて再スタートした「施設利用」も今年で 4 年目を迎え、各方面での認知度が上がってきたおかげか昨年よりも若干ではあるが申請件数が増えている。今年の特徴としては、比較的長期的で、開発的要素を多く含んだ内容が増えたことと、文部科学省という省庁の壁を越えた依頼があったことである。
神戸大学の冨宅教授より依頼のあった気体核磁気共鳴分光装置用磁気共鳴セルの開発は、昨年から続いている長期的な開発的要素を含んだ課題である。そのため、できる限りよりよい実験装置開発のため装置開発
室だけでなく、経験豊かな元装置開発室の堀米氏 ( 現 : 極端紫外光研究施設 ) にも開発に加わっていただき、ご協力頂いた。
また、京都大学の馬場准教授から申請された光輝度反射集光鏡は、平成 16 年に導入した Y 軸付き CNC
旋盤による加工と手仕上げを組み合わせて製作した。さらに、より高精度な形状を求めて、金属境製作の経
験豊富な国立天文台に協力を仰いで反射集光境を製作した。
今後、「施設利用」において、国立天文台—分子科学研究所と協力して機器開発する機会が増えるものと思われる
課題申請の一覧を以下の表にまとめた。

施設利用課題一覧
申込者名
秋田素子
冨宅喜代一
田中啓文
河本充司
高橋一志
橋本和仁
鈴木和司
馬場正昭
田原 譲
銘苅春隆

所

属

研究課題（備考）

広島大学大学院 理学研究科
神戸大学大学院 理学研究科
大阪大学大学院 理学研究科

水熱合成用オートクレーブの製作
気体核磁気共鳴分光装置用磁気共鳴セルの開発
カーボンナノチューブ付操作プローブ顕微鏡短針の作製
北海道大学大学院 理学研究院
USB2.0 を用いた高速データロガーの製作
東京大学 物性研究所
新しい機能性を持つ分子性導体の作製
東京大学 先端科学技術研究センター 酸化チタン光誘起超親水化反応の機構の解明
そのための装置作製
名古屋大学 全学技術センター
衛星搭載又は気球搭載用 Ge:Ga 圧縮型赤外線検出器の開発
京都大学大学院 理学研究科
光輝度反射集光鏡の製作
名古屋大学 エコトピア科学研究所 4 回反射型 X 線望遠鏡の開発
産業技術総合研究所
紫外線立体投影露光における照射光学系およびアライメントステージの開発

−

7

−

施設利用
文部科学省からの訪問調査で装置開発室の施設利用に関する活動が高く評価されました。その調査の際に提出した回答書を、施設利用関連の資料として以下に掲載します。

訪問調査の面談における質問事項：装置開発室としての回答
装置開発室に対し，外部の研究者、特に分子研に在籍したり、何らかの形で分子研に関わり装置開発のことを良く知っている研究者から、市販品として購入できない装置の製作について協力を求められる事が増えてきたことから，平成 17 年度より、装置開発室固有の技術が必要でかつ技術者の技術力向上にも有効と思われるものについて，共同利用機関の活動の一環として引き受け、装置の設計や製作に協力を行っています。材料費などの実費を相手側負担の条件です。平成 17 年度から 20 年度までの全実績を下記の表にまとめます。なお、分子研所内の装置開発依頼は規模の小さいのも含めて年間 250 件程度です。

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施設利用

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施設利用

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施設利用

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施設利用報告

装置開発室装置利用報告書

平成２０年９月３０日

高輝度反射集光鏡の製作
京都大学理学研究科化学専攻准教授

馬場正昭

分子科学研究所装置開発室

青山正樹
水谷伸雄
鈴井光一

近年、ドップラーフリー超高分解能レーザー分子分光の研究を進めてきたが、検出感度に問題があって長年の懸案となっていた。それは、レーザー光を吸収した分子が放出するけい光を捕集する効率の悪さであったのだが、今回球面鏡と回転楕円面鏡を組み合わせた反射集光鏡を設計し、分子科学研究所装置開発室の施設利用で製作を依頼した。
従来の分子線を用いたレーザー分光法では、二枚のレンズを組み合わせた望遠鏡
によって分子からの発光を検出器に集めていた（図１）。しかし、これでは３次元に等方的に広がる光の５％ほどしか捕集できない。今回製作した高輝度反射集光鏡を用いると９０％以上を捕集することができ、検出感度が約２０倍向上することになる（図２）。

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施設利用報告

実際には、数値制御万能加工機を用いてアルミニウムの円柱材料を球面、および回転楕円面に掘削し、その後手磨きで鏡面に仕上げた（担当青山正樹技官）。検査の結果、鏡面は±５０μｍの精度で磨き上げられ（図３）、反射率は９５％以上であることがわかった。

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このようにして製作した反射鏡を用いて、実際にピレン分子の超高分解能スペク
トルを測定した。図４は、ハーレー彗星の尾から観測されたピレン分子の紫外領域の発光帯である。幅の広いピークは、実はさらに数千本の回転スペクトル線から成っているのだが、気体分子のドップラー効果による線幅の広がりと観測システムの分解能の制約から、幅の広いピークとしてしか観測できない。これを、分子線を用いたドップラーフリー分光法と極めて分解能の高いレーザーシステムを用いて超高分解能スペクトルを測定したのが図５(a)である。しかしながら、分解能が上がると感度が低下し、スペクトルのＳ／Ｎ比は良くない。そこで、今回製作した高輝度反射集光鏡を用いて測定した結果、予想通り２０倍程度の感度の向上が見られ、非常に質の高いスペクトルを測定することができた（図５(b)）。これによって、ピレン
分子の構造を高い精度で決めることができるばかりでなく、星間空間や彗星の中で分子がどれくらいの温度でどれくらいのエネルギーで運動しているのかを正確に推定することができる。
今後、さらに多くの分光法に適用して、多くの分子の解明に活用できると期待されるので、次は超精密非球面加工機によって鏡面を仕上げることを計画している。
最後にこの施設利用に協力して頂いた装置開発室の皆様に厚くお礼申し上げる。
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施設利用報告࿑㧠㧚ࡂ࡯࡟࡯ᒳᤊߩየߩ⊒శᏪ 㧟㧣㧜㨚㨙ઃㄭߩࡇ࡯ࠢߪࡇ࡟ࡦ
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施設利用報告
気体核磁気共鳴分光装置用磁気共鳴セルの開発
本件は、神戸大学理学研究科化学専攻の冨宅教授より提案のあったもので、平成 19 年度 JST・先端計測分析技術・機器開発事業の採択課題であり、平成 19 年度後期の施設利用として採択されたものである。本装置は、従来、溶液と固体試料にしか利用されていなかった NMR 分光法を気相イオンに適用し、質量選別した上で核磁気共鳴の情報が得られるため、極めて高感度の NMR 装置になると期待されている。これにより、
感度 105/cm3 で、分子量 2000 程 度までの「気体分子」中のプロトンの NMR によって区別し、分子構造を決定できる。
本件では上記装置の要となる NMR セルの設計と製作を進めている。設計の段階で出てきた問題点は、12T のマグネット中で行われる実験のため、実験スペースであるおよそ φ 155mm×2000mm の空間に質量分析機能と気体 NMR 装置の機能をもつセルを真空単管に納めて組み込む必要がある。製作の段階に至っては、磁気共鳴加速の際用いられる電極に透過率 95% の銅メッシュをシワなく取り付けるかということがある。その他にも多々問題点があり、テストを繰り返しながらの製作が現在も続いている。
さて、この共同開発プロジェクトには、真空機器の開発経験の豊富な極端紫外光施設の職員である堀米氏の協力も得ている。神戸大学の研究者と何度も打ち合わせを重ね、試行錯誤を繰り返しながらの作業となっている。平成 20 年度後期に装置は完成し、現在神戸大学で本格的な実験に向け調整中である。
（矢野隆行 記）写真

気体核磁気共鳴分光装置用磁気共鳴セル

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15

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岡崎ものづくり推進協議会

ものづくり岡崎フェア 2008
鈴井光一
岡崎市商工会議所の「岡崎ものづくり推進協議会」が岡崎地域の事業所がもつ優秀な技術や新製品を広く紹介し、広域的な産業連携ならびに企業間ネットワークを通じて、新たなビジネスチャンスや新規成長分野への展開、さらにはイノベーション創出を図る展示会が平成 20 年 2 月 14 日から 15 日の 2 日間に渡って開催された。この展示会へ装置開発室が協力出展したので紹介する。
分子研は商工会議所とも地域貢献の一環として多くの協力を行っているため、展示会へのブースの出展要請があった。主催が「岡崎ものづくり協議会」であることから技術課を前面に押し出すこととなり、特に装置開発室は「岡崎ものづくり推進協議会」との間で、会員の事業所との連携や協力、交流会などの企画を実施していたので、この要請に応えることとした。この展示会は産学連携も視野に入れて企画されているので、県内の国公立大学法人および私立大学を含め 11 校が研究シーズの紹介出展を行っていた。「装置開発室」だ
けでの出展は少々規模が小さいと考え、基生研、生理研の技術課の協力を得て、出展ブースの名前は「大学共同利用機関法人、自然科学研究機構、岡崎 3 機関」とし、主導は分子研装置開発室が行うこととして参加した。
展示内容は「自然科学研究機構、岡崎３機関における研究支援技術と事例の紹介」というサブタイトルを設け自然科学研究機構の紹介、3 機関の技術課の紹介、各研究所の技術課から事例パネルを 1 枚ずつの計５枚のパネル展示とサンプル展示およびパンフレットを用意した。これらのパネル作成から準備まで分子研広報室の原田美幸さんには大変お世話なったのでここで御礼申し上げる。写真は、装置開発室から地元の企業と協力して製作した事例紹介パネルと当日の会場の様子である。この展示会は岡崎商工会議所としても第 1回目であることから、ものづくり愛知県を代表するのは岡崎市だ、といった勢いが商工会議所の担当者にも感じられた。
［参考］
http://www.okazakicci.or.jp/fair2008/

岡崎の企業と協力して装置開発室が開発を行った事例について紹介している。

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16

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岡崎ものづくり推進協議会

ビッグサイトや幕張メッセと比べればかなり
小さな会場だが、意外に来場者も多かったので混雑したという印象である。

小さな出展ブースであったが、それなりに出来ている。通常は展示会に行って見聞きする側
で内容に興味がなければ素通りする。これは当たり前のことだが、逆の立場でブースの説明員として立つと、来客がないと寂しい。商談する
わけではないが、客引きを始めてしまう。

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17

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岡崎ものづくり推進協議会
岡崎商工会議所（岡崎ものづくり推進協議会）との意見交換会

岡崎商工会議所が設立した「岡崎ものづくり推進協議会」が主催している連携事業の一環として、会員である市内企業と 3 度目の交流会が平成 20 年 2 月 27 日に分子研で開催された。参加企業は表 1 に示すように 6 社と岡崎ものづくり推進協議会であり、参加者は 11 名であった。先端レーザー開発研究部門の平等研
究室、生態分子情報研究部門の宇理須研究室、装置開発室の見学後、研究棟 301 号室にて、装置開発室の最近技術（ブルーレィディスク研磨とアルミ製薄肉円筒の溶接について）の紹介、各社の事業内容紹介ならびに意見交換をおこなった。意見交換時（図 1）、研磨に関することであれば、岡崎市内の東海光学株式会
社に質問すると良いなどの情報を得た。また、この交流をきっかけに、参加企業の中野製作所株式会社には放電加工の依頼や相談をおこなっている。さらに近隣に所在することから会社に出向いて、図面では説明が困難な設計意図を直接説明でき、イメージ通りの部品を製作することが可能となっている。このように、市内企業と装置開発室の交流を促進している。

表1

1

参加企業リスト

順不同

事業所名

事業内容
各種溶接機、溶接用品、安定溶接用各㈱新東

種ガス、産業ロボット、機械工具などの販売
金属加工及びプレス金属表面処理部品、

2㈱髙木化学研究所

合成繊維・樹脂部品
自動車の治工具、試作部品等の製造業

3

中野製作所㈱ガスメータ、水道メータ、超精密加工

4 リコーエレメックス㈱ 部品製造・販売

図１

電気亜鉛メッキ5㈱一心工業会金属精密加工、試作品製作など

6

7

㈱イナック

岡崎ものづくり
推進協議会

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18

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意見交換の様子LSI 開発
VDEC を利用した LSI 設計・製作
電子機器開発技術係では従来からハードウェア記述言語による CPLD や FPGA 開発など、ディジタル回路のカスタム IC 製作に取り組んできた。本年度から新たに、東京大学大規模集積システム設計教育センター(VDEC) を利用したアナログ LSI 設計の技術を導入する取り組みを始めた。LSI 開発の最初の応用として、バイオセンサーの設計を進めている。脳機能の解析や難病の病理解明のための生体の電気信号であるイオンチ
ャンネル信号を多点同時計測するために、基本となる微小電流 - 電圧変換増幅回路をマルチチャンネル化す
る IC の設計・製作を進めている。
VDEC の利用にはアカウントを得たワークステーションが必要で、今回は中部大学電子情報工学科の石井清教授のご協力により研究室にある Unix マシンを使用させて頂いた。現在までに、アナログ LSI 設計に必
要なシミュレーション・ソフト (HSPICE) とレイアウト設計ツール (Virtuoso) のインストール手法やプログ
ラムの操作方法等を学習した。また、石井研究室の学生の協力を得て、基本となる電流 - 電圧変換回路の最適化をシミュレータにより行っている。今後は、シミュレータのネット・リストに基づき、CMOS 増幅回路のレイアウト設計を進めてゆく予定である。

中部大学での設計の様子

中部大学石井研究室の学生諸氏

HSPICE でのシミュレーション画面

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受賞・発表受賞
吉田久史氏に日本化学会化学技術有功賞
このたび技術課電子機器・ガラス機器開発技術班長の吉田久史氏が日本化学会化学技術有功賞を受賞された。受賞タイトルは「分子科学研究のための先進的計測・制御機器の開発」である。同氏は、1980 年に分子科学研究所装置開発室に着任し、以来永年にわたり分子科学の先進的研究に不可欠な実験装置の開発に従事されてきた。代表的な製作装置には「ナノ秒時間分解蛍光寿命測定装置」や「マルチチャンネル吸光度測定装置」などの分光測定装置をはじめ、「パルス分子線発生装置」、「TOF 型質量分析器のための超高速高圧
パルス発生回路」、「有機電解合成用多チャンネル定電流電源」、「物理特性測定装置を使用した熱電能測定プ
ログラム」などが挙げられる。また、分子科学の研究分野で培った測定技術は、東京大学および国立天文台との共同開発で製作したわが国初めてのサブミリ波電波望遠鏡の観測装置にも活かされ、化学研究の分野を超えた広い領域で業績を残されている。いかに、受賞理由となった代表的な業績を紹介する。
1．電子線コンプトン散乱の反応顕微鏡のための多次元同時計測回路
空間的配向を特定した分子を標的として高速電子衝撃イオン化の動力学的完全実験を行う装置のための多次元同時計測回路を開発した。この計測装置により、イオン化で生成する非弾性散乱電子、電離電子、解離
イオンの 3 種の荷電粒子のベクトル（エネルギーおよび角度）相関の測定が可能となり、標的分子の空間的配向をもパラメータとする電子・分子衝突立体ダイナミクス研究の開拓と共に、分子軌道の形を運動量空間において 3 次元観測する原理の実証に大きく貢献した。本装置の開発は、東北大学との十数年にわたる共同利用研究の実績の積み重ねによるものである。また、この時に始まった東北大学技術職員との技術交流は、全国の技術職員を対象とした技術課の受け入れ研修として制度化され現在も実施されている。
2．液体ヘリウム自動供給システム
極低温センター（現機器センター）技術職員との技
術協力により、液体ヘリウム貯槽から移送用の小口容
器への汲み出し作業を自動化するシステムの開発を行った。同氏は、システム全体の計測・制御回路およびソフトウェアの製作に携わった。とくに、液体ヘリウ
ム重点時の蒸発ガスの圧力特製から充填完了を確実に検知するためのプログラムの開発により、不慣れな研究者でも簡便な操作で確実に作業することを可能とした。本装置は順調に稼働し実績を挙げ、全国の大学や付属研究所の寒剤供給施設で同様のシステムを導入する際の原型となっている。
（宇理須恒雄 記、分子研レターズ 58 より抜粋）

研究会発表
研究会、会議名
タイトル
電子ビーム溶接法によるアルミ製薄肉テーパ円筒の製作
平成 19 年度
核融合科学研究所技術研究会 （口頭発表）
2008 年 3 月 10 日〜 11 日

発表者

○近藤聖彦
鈴井光一

dsPIC マイコンを用いたビーム電流補正装置の開発○吉田久史

Ajax を用いたストックルーム出庫管理アプリケーションの開発○豊田朋範（口頭発表）（ポスター発表）−

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技術研究会報告
平成 19 年度 核融合科学研究所技術研究会
2008 年 3 月 10 日～ 11 日

研究会報告集㔚ሶࡆ࡯ࡓṁធᴺߦࠃࠆࠕ࡞ࡒ⵾⭯⡺࠹࡯ࡄ౞╴ߩ⵾૞○

近藤聖彦、鈴井光一

分子科学研究所 装置開発室

1

はじめに

衛星を用いて高温な天体から放射される X 線を集光させ撮像すること
により、銀河の生成と進化過程を解明する研究に図 1 に示す X 線望遠鏡[1]が用いられている。X 線は可視光のおよそ 1/1000 の波長であるため、X 線
望遠鏡には、高い反射率が得られる極端な斜入射型反射光学系[2]が用いられる。この光学系は、勾配を有する円筒（以後テーパ円筒と記述する）形
状のアルミ製反射ミラーを同心円上に設置させ組み立てられている。このミラーは、4 分割して製作し、同じサイズのものを組み合わせることでテ
図 1.

ーパ円筒が構成されている。その組み立ては、図 2 に示すハウジング[1]内X 線望遠鏡のアライメントプレートに固定されておこなわれている。
この望遠鏡は 4 分割であること、アライメントプレートが光路の障壁になることが集光効率を低下させているという指摘がある。そこで、ミラーを分割せず一体型のミラーを製作することにより、アライメントプ
レートの枚数を最小にし、集光効率の向上と望遠鏡全体の軽量化が計画された。そのミラーの製作方法として、扇形状のアルミ板を巻き、その図 2. ハウジング内のアライメ

突合せ部を電子ビーム溶接（以後 EBW と記述する）することでテーパ

ントプレートと反射ミラー

円筒形状のミラーシェルを製作し、その表面に反射率の高い金膜などを施すことが考案された。このシェル厚さは X 線望遠鏡を軽量にするため 0.2 ㎜を目標としている。しかし、非常に薄いアルミ板(t=0.2mm 程度)の EBW は困難で詳細な溶接データが見当たらない。さらに、アルミ製テーパ円筒の EBW となると、その技術は確立されていない。そこで、EBW 装置を使用して t0.2mm のアルミ製ミラーシェルの製作が可能であるかを検証するため、その 1/2.5 モデルのテーパ円筒を製作したので報告する。

2

EBW 装置EBW 装置は、多数の電子を加速し、限られた場所に照射することで局所的な加熱や溶解をすることができる装置である。このことから、
EBW 法の特徴として(1)焦点領域を絞ることができ、熱影響が少なく、歪を小さくできる。(2)溶接の再現性が高い。(3)溶け落ちが少なく、溶接条件が広範囲である。などがあげられる。このため、熱伝導率が大きく、他の金属と比較し融点が低いなどの特徴を有するアルミの溶接に適している。
図 3 に使用した日本電気株式会社製の EBW 装置を示す。この装置は電子銃室のアッパーコラム、電子ビーム制御室のロアーコラム、溶接室のワークチャンバーで構成されている。このワークチャンバー内には

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図 3.

電子ビーム溶接装置

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研究会報告集XY ステージが設置され、2 つのフットスイッチにより X 方向にのみ左右に電動する。主な仕様は、ビーム加速電圧 60kV～150kＶ、最大ビーム電流 10mA、ステージ最大移動距離 200mm 程度である。

3

薄板アルミの溶接条件

図 4 に示すように 2 枚の t0.2 ㎜のアルミ板（以後薄板アルミと記述する）の突合せ溶接をおこない、EBW の溶接条件を検討した。この手順を以下に記す。
図 5 に示すように銅製プレート(130×100×t15)上で 2 枚の薄板アルミ（50×50）の端面を突合せ、銅製とステンレス製のバー（W24×L119 ×t9）を重ねて設置して 2 枚の薄板アルミを固定し、10 本の M4 ねじを用いて薄板アルミに均一な圧縮力を負荷する。次にワークチャンバー内の XY ステージにこの溶接冶具を設置し、溶接条件を変え EBW をおこなう。そして、ビードが安定する条件を検討する。

図 4.

突合せの模式図

この結果、ビーム加速電圧 70kＶ、ビーム電流 1mA 、溶接速度 1000mm/min の条件において薄板アルミ溶接が可能であることがわかった。また、突合せ部を密着させること、その段差を小さくすることが重要であることがわかった。この条件で溶接したときの安定したビードの様子を図 6 に示す。また、ビーム電流ならびに溶接速度が不適切な溶接条件において EBW をおこなった例として図７に断続穴が生じたビードの様子
を示す。

図 5.

4

突合せ溶接冶具

図 6.

安定したビードの様子

図 7. 断続穴が生じたビードの様子

テーパ円筒溶接方法

X 線望遠鏡に使用するテーパ円筒のミラーシェルの形状は望遠鏡の構造から数種類あるが、特性評価実験として用いるミラーの形状は図 8 に示すように大内径φ153.952mm、小内径φ150.000mm、長さ 75.0mm である。
このテーパ円筒のミラーシェルを展開すると扇形状になり、その長さが485mm 程度となる。薄板アルミで、このサイズの溶接前素材は加工を含め取り扱いが困難となる。そこで、1/2.5 サイズ（大内径φ61.581mm、小内

図 8.

ミラーシェルの形状

径φ60.000mm、長さ 30.0mm）のテーパ円筒モデルを溶接実験に用いることにした。テーパ円筒の EBW は、図 9 に示すワイヤー放電加工した扇形状の薄板アルミ（以後扇板と記述する）を図 10 に示すテーパ形状の冶具（H100×W60×L72）に沿うように巻きつけ、その両端を突合せ、溶接部近傍を 2 枚の円弧プレートで固定しておこなう。ただし、カットした扇板を冶具に巻きつけ円弧プレー
トで固定するだけでは、弾性により扇板の突合せ部が冶具に沿わないため、この突合せ部に隙間が生じる。
そこで、前準備としてテーパ形状冶具に沿うように扇板を巻きつけ、その突合せ部に円弧プレートの曲率面を直接押し当て、これらを固定した状態で熱成形（360 度 1 時間）をおこなう。この成形後、塑性変形により突合せ部が円弧形状を保持するため、その隙間を極小にできる。図 11 に EBW 法により製作した 1/2.5 モ
デルのテーパ円筒を示す。これより、EBW 法によるミラーシェルの製作は可能であることがわかった。

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図 9.

研究会報告集扇形状のアルミ板

図 10. テーパ円筒溶接冶具

5

図 11.

製作したテーパ円筒

製作したテーパ円筒の評価

万能投影機（Nikon 製 V-24B）を使用し、製作したテーパ円筒の内径を測定した。この測定は大内径と小内径につき各 4 箇所にておこなった。測定結果は表 1 に示すように、大内径の誤差 29μm、小内径の誤差 15μm であった。この誤差は 4 箇所の平均値と設計値の差を算出した。また、Z 分解能 1nm のレーザプローブ
式非接触三次元測定装置（三鷹光器製：NH3-SP）を使用しテーパ円筒稜線の直進度を測定した結果を図 12に示す。テーパ円筒両端は熱成形時の形状が反映され、半径で最大 20μm 程度外側に拡大されているが、ミラーとして使用される中間部分では、テーパ円筒稜線の直進度は 10μm 程度であった。
表 1.

6内径測定結果測定位置1

大内径60.854

小内径60.3642

62.14560.5693

62.39359.767461.04959.359平均値

61.61060.015

設計値

61.58160.000

誤差

+29μm

+15μm

図 12. 製作したテーパ円筒の直進度

まとめEBW 法により t0.2 ㎜のアルミ板の突合せ溶接条件を検討し、加速電圧 70kＶ、ビーム電流 1mA 、溶接速度 1000mm/min の溶接条件において溶接できることがわかった。また、突合せの隙間と段差を極小にすることが重要であることがわかった。そして、この条件を用いて EBW をおこない 1/2.5 モデルのテーパ円筒を製作することにより、EBW 法によるミラーシェルの製作が可能であることがわかった。

7

今後の予定
本報告は EBW 法による 1/2.5 モデルの製作検証であったが、原寸モデルの製作をおこなう。また、図 13 に示すように勾配の異なる 2 種類のテーパ円筒を立てに継いだ 2 段テーパ円筒の製作を EBW 法により
試みる。
図 13.

参考文献

2 段テーパ円筒の模式図[1]

U 研 X 線グループホームページ（http://www.u.phys.nagoya-u.ac.jp/facilities/xrt_mk_evj.html）[2]

近藤聖彦,et al., “X 線望遠鏡ミラーのレプリカマンドレルの開発”,平成 15 年度高エネルギー加速器研究機構技術研究会報告集,平成 16 年 2 月,1-004

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研究会報告集dsPIC ࡑࠗࠦࡦࠍ↪޿ߚࡆ࡯ࡓ㔚ᵹ⵬ᱜⵝ⟎ߩ㐿⊒

吉田久史
自然科学研究機構 分子科学研究所 技術課

概要
シンクロトロン放射光を使った赤外・テラヘルツ分光測定において、反射・吸収スペクトルの絶対値強度を求めるために用いるビーム電流補正装置の開発を行った。装置は AD コンバータ（以下 ADC）によりスペクトル強度とシンクロトロン放射光の電子ビーム強度のサンプリングを行い、マイコンで演算処理した結果を逐次 DA コンバータ（以下 DAC）で出力するものである。マイコンには機器組み込み用のワンチップマイコンである Microchip Technology 社の PIC マイコンの最上位機種である dsPIC マイコン（以下 dsPIC）を使用
し、赤外・テラヘルツ分光で必要とされるサンプリング速度（10KHz）を目標に、その処理速度の実証と高速化のための検討を行った。

1

はじめに

分子科学研究所の放射光施設 UVSOR-II では、世界最高強度を誇る赤外・テラヘルツビームラインが設置されている。これにより、これまで測定が難しかった微小試料の分光が可能となる。赤外・テラヘルツ分光
測定では、反射・吸収スペクトルの絶対値を求めることが重要である。通常、絶対値がわかっている参照試料からの強度（I0）と測定試料からの強度（I）との比（I/ I0）を測定することで測定対象試料の絶対値を決定する。しかしながら、放射光実験では I0 と I は同時には測定できないために絶対値の決定は難しいのが現状であった。一般に、シンクロトロン放射光は電子蓄積リングを周回する電子ビームの強度、つまりビーム電流に比例する。従って、I0 や I を電子ビーム電流値で逐次補正することができれば、放射光実験では難しかっ
た赤外・テラヘルツ分光スペクトルの絶対値を決定することが可能になる。

2

ハードウェアの構成と回路設計

ビーム電流補正装置の構成を図１に示す。
反射・吸収スペクトルおよび電子ビームの電流値はバッファアンプを通して 16 ビットの ADC でディジタル値に変換される。
赤外・テラヘルツ分光では最大 10kHz 程度のサンプリング速度で測定が行われるので、ADC には変換速度が十分に高速な１MSPSの AD7671（Analog Devices）[1]を使用した。

図 1.ビーム電流補正装置のブロック図

また、演算結果をアナログ電圧として出力するための DAC には、セットリング時間 500nS の AD5546（Analog
Devices）[2]を使用した。制御用マイコンは 16 ビット長のデータを扱うこと、割り算を高速に実行することなどを考慮し、
16 ビットの RISC 型マイコンである dsPIC30F4013（Microchip）[3]を使用することにした。dsPIC30F
ファミリ[4]は、ADC や UART など PIC マイコンが持つ豊富な周辺回路に加え、最高 120MHz のクロック動作
で 30MIPS（マシンサイクル：33.3nS）の処理能力、乗算や除算の命令、DSP 演算機能などの特徴を有する。

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研究会報告集しかしながら、ワンチップマイコンであるがために拡張性に乏しく I/O ポート数などの制限を受ける場合がある。dsPIC30F4013 の場合ワード長のI/O ポートが無いので、ポート B の下位 8 ビットを使用して ADC や DAC とデータのやり取りを行うことにした。そのために、ADC のデータの読み込みは BYTE 線を制御して上位・下位バイトを2 回に分けて読み込むことになる。また、DAC への書き込みは 8 ビットラッチに上位・下位バイトのデータを書き込んだ後、ワード・データを DACに転送する手順となる。製作したビーム電流補正

図 2.ビーム電流補正装置の回路基板

装置の回路基板を図２に示す。dsPIC は 40 ピンの(a) 部品面(b)はんだ面

DIP と 44 ピンの TQFP のタイプが提供されているが、試作・開発時に取り扱い易い DIP タイプのものを使用した。一方、ADC は 48 ピンの QFP で DAC は 22 ピンの SOP で供給されていることから、アナログ回路系は全て表面実装部品（SMD）を使用し同一レイヤーにまとめて配置した。その際、アナログ系とディジタル系のグランドの分離することでディジタル回路のノイズがアナログ回路に回り込まないように配慮した。

3

ソフトウェア開発環境と演算処理プログラム

dsPIC のプログラム開発には Microchip 社から無償で提供される統合開発環境 MPLAB IDE と C コンパイ
ラ MPLAB C30 を使用した[5]。dsPIC のプログラム書
き込み器には、
同社の USB 接続のプログラマ PICkit 2を購入した。dsPIC のプログラム開発環境を図 3 および図 4 に示す。
dsPIC のインストラクションには除算命令（div）があって、16 ビット/16 ビットまたは 32 ビット/16 ビットの演算を 18 マシンサイクルで実行する。また、
MPLAB C30 の標準 C ライブラリの中には integer 型（16 ビット）と long 型（32 ビット）のオペランドによる整数除算の商と余りを求める関数[6]が用意されて

図 3.MPLAB IDE の操作画面いる。今回のプログラムでは演算速度が問題となるので、この整数除算の関数 div_t と ldiv_t を用いてプログ
ラムを製作することにした。
二つの ADC 値の比を求める際、小数点以下の計算は除算の余りを10 倍したものを再び除数で割ることになる。このとき変数が integer型だとオーバーフローを起こすので、小数点以下を計算する際には
ldiv_t 関数を用いる必要があった。この計算を繰り返し実行して、小数点以下４桁までの商を求めた。こうして得た二つの ADC 値の比は、最終的に電圧値として DAC で出力することになる。そのためには、割り算の商を 1 ビット当たりの電圧値で除算してバイナリ・コードに

図 4.PICkit2 Programmer

変換する必要がある。このためにも ldiv_t 関数を用いて演算を行い、最終的にプログラム全体では div_T 関

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研究会報告集数を１回、ldiv_t 関数を５回実行することになった。

4

動作テストとサンプリング速度の高速化への検討

ビーム電流補正装置の外観を図 5 に示す。ファンクショ
ンジェネレータと DC 電源を用いて、本装置の入力 1 に sin
波を入力 2 に DC 電圧を加えて動作テストを行った。その時の入出力波形を図 6 に示す。図 6(a)は 500Hz の sin 波の入力時、図 6(b)は 1KHz の入力時の入出力波形であり、上段から（1）出力波形（2）入力 1 の波形（３）入力 2 の波形である。AD 変換から DA 変換に至る一連の処理に要する時間を測定すると AD 変換：1μS、AD 変換データの読み込み：1μS、演算処理：99μS、DA 値の書き込み：0.5
μS、DA 変換出力：0.5μS、総計が 102μS となって、サ

図 5.ビーム電流補正装置の外観

ンプリング速度は約 9.8KSPS であった。
動作テストの結果から、本装置を赤外・テラヘルツ分光の測定に応用するにはさらに全体の処理速度を向上する必要がある。そこで、現状のハードウェアでどこまでサンプリング速度を向上できるかを検討した。

図 6.ビーム電流補正装置のテスト結果

図 7.演算処理速度を向上したプログラムでのテスト結果

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研究会報告集処理時間の内訳から、演算処理を速くすることが全体の速度向上に最も効果的であることがあらためて確認できる。そして、演算処理ルーチン中で高速化が期待できるのは、32 ビットの除算関数を 16 ビットの除算関数で置き換えることである。これを実現するには小数点以下を求める計算の際の被除数を 16 ビットに納め、そのためには除数のビット長を 12 ビットにまで減少させる必要がある。こうして入力信号の分解能を犠牲にすることで、プログラム全体で実行する整数除算の関数は div_t 関数が 5 回、ldiv_t 関数が 1 回となった。演
算処理速度を向上させたプログラムでのテスト結果を図 7 に示す。演算処理に要する時間は 31μS と約 1/3となり、サンプリング速度は約 29.4KSPS が得られた。

5まとめ

16 ビットの dsPIC マイコンを使用して、シンクロトロン放射光の赤外・テラヘルツ分光測定に用いるためのビーム電流補正装置の製作をおこなった。入力信号を 16 ビットの分解能で取り込んで演算処理を実行した
とき、サンプリング速度は 9.8KSPS が得られた。そして、処理速度向上のために分解能を 12 ビットにまで低下すれば、29.4KSPS のサンプリング速度を得ることができた。ここで、C コンパイラの出力したマシン・コード（HEX ファイル）を MPLAB IDE で読み込み、そのアセンブラ・リストから div_t 関数のコーディング
内容を調査した。この関数は除算のパラメータをレジスタに受け渡し、そして div 命令を使用して割り算を実行するだけの単純なプログラムであった。このことから、演算処理プログラムの改良によるこれ以上の高速化はあまり期待できないと思われる。今後の課題として、分解能を落とさずに高速化を行うためには演算処理能力の高い CPU を選定する必要がある。16 ビットの CPU だけで無く、32 ビットの CPU や演算処理のためのコプロセッサを有するマイコンを含めてハードウェアの構成を検討して行きたいと考える。

参考文献
[1]

AD7671 Data Sheet, Analog Devices Inc.

[2]

AD5546 Data Sheet, Analog Devices Inc.

[3]

dsPIC30F3013/4013 Data Sheet, Microchip Technology Inc.

[4]

dsPIC30F ファミリー リファレンスマニュアル, Microchip Technology Inc.

[5]

山口晶大, “PIC で体験するマイコンの世界”,トランジスタ技術 2007 年 8 月号, 特集[6]

16 ビット言語ツールライブラリ, Microchip Technology Inc.

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研究会報告集

Ajax ࠍ↪޿ߚࠬ࠻࠶ࠢ࡞࡯ࡓ಴ᐶ▤ℂࠕࡊ࡝ࠤ࡯࡚ࠪࡦߩ㐿⊒－視認性・利便性向上を目指して－

豊田朋範
自然科学研究機構

分子科学研究所

概要
分子科学研究所装置開発室で出庫管理を行うソフトウェア(以下「出庫管理ソフトウェア」)は、パーソナル
コンピュータの OS の変遷に伴って大規模な改良を行い、Windows に移行する際に著者を含む装置開発室職員が在庫品の情報をデータベース化して、ストックルームの端末(PC)から Web ブラウザを介して出庫手続きを行う形式[1]を採用し、現在使用されている。
現在の形式は Web ページの各種情報入力でよく見られる、HTML(Hypertext Markup Language)の form 関連タグであるテキストボックスやラジオボタン、チェックボックスで形成したものである(図 1)。これはこれで十分使用に耐えうるものではあるが、1 つ 1 つ順を追って出庫部品を選択していく従来の形式を踏襲するもので、Windows の GUI(Graphical User Interface)を生かしていない。また、複数種類の出庫には一連の出庫手続
きを繰り返す必要がある。
一方、Web アプリケーション製作技術はブロードバンド環境の普及もあいまって、
近年飛躍的な進展を見せている。中でもGoogle 社の GoogleMaps はマウスホイールの回転で視認ポイントを拡大・縮小させ、マウスのドラッグで視認ポイントを移動させるなど、自由度は非常に高い。このア
プリケーションを実現させている技術の根幹にある JavaScript で GUI を生かした、
分かりやすくて使いやすい出庫管理ソフ
トウェアを構成できないかと考え、開発に
着手した。

1

なぜ Ajax を使用するか

1.1

JavaScript の歴史と Ajax への進化[2]図 1. 現在の出庫管理ソフトウェア

JavaScript は 1995 年に LiveScript という名称で登場した、Web 技術ではかなり長い歴史を持つスクリプト言語である。当時 Web ブラウザで大きなシェアを獲得していた Netscape Navigator(以下 Netscape)があれば他の動作環境が不要なこと、HTML しかなか
った Web ページのインターフェースを大きく向上させることが出来ると注目されたが、近年まで「冬の時代」
を過ごして来た。
その 1 つの要因は、JavaScript の実装が Web ブラウザ毎に異なっていたことである。
「閲覧者の環境に依存しない」ことを基本理念とする Web ページにおいて、Web ブラウザ毎の動作の相違は閲覧者(クライアント)

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研究会報告集にとっても Web ページ製作者にとっても大きな障害となる。
もう 1 つの要因は、JavaScript に関連したセキュリティが問題になったことである。JavaScript の登場から普及までによく見られた「Web ブラウザのステータスバー表示をリンクに応じて変化させる」ことが、リンクを偽って閲覧者を悪質な Web ページに誘導する、無限に別ウィンドウを開かせて Web ブラウザどころかOS を強制終了するしかなくなる事態に追い込む「ブラウザ・クラッシャー」などへと悪用されることとなり、JavaScript を使用することが閲覧者の警戒を呼ぶようになった。
JavaScript が一般の Web ページでの使用を警戒・敬遠されている間に仕様の標準化(1997 年)が進められ、クライアントとサーバ間で必要に応じて通信を行い、JavaScript で動的に Web ページを加工・成形する
Ajax(Asynchronous JavaScript + XML)技術へと進化した。
特に 2004 年から 2005 年にかけて Google 社が GoogleMaps や Gmail などの自社サービスに Ajax を積極的に採用したことで、JavaScript は再び脚光を浴びることとなった。懸案だった Web ブラウザ間の動作の相違も、前述の標準化に準拠した Web ブラウザへの実装と、ブラウザ間の相違を解消する各種ライブラリの登場で大幅に改善された。
1.2

JavaScript の利点

クライアント側における動的な Web ページ生成手法は、JavaScript の他に Macromedia 社(現 Adobe 社)が開発した Flash、Microsoft 社が開発した ActiveX などがある。出庫管理ソフトウェアの開発において Flash やActiveX でなく Ajax すなわち JavaScript を選択したのは、いくつかの理由がある。
第 1 に、簡単且つ安価に開発環境を構成できることである。Flash の開発には Adobe 社の Flash、ActiveX の開発には C++など別途開発環境を導入する必要があり、これらは概して高価で PC に相応のスペックを要求する。対して JavaScript の開発環境としては、最低限 Web ブラウザと Windows 付属の「メモ帳」など汎用テ
キストエディタがあれば良い。
第 2 に、製作したアプリケーションの実行に際して別途ソフトウェアを必要としないことである。開発環境以外で製作した Web アプリケーションを使用するには、Flash player や ActiveX などをクライアント側でイ
ンストールする必要がある。対して JavaScript は動作環境が Web ブラウザに実装済みであり、新たにソフト
ウェアをインストールする必要はない。
1.3

出庫管理ソフトウェアの開発環境

前述のとおり、JavaScript を用いた Web アプリケーションの開発・実行には特別なソフトウェアをインストールする必要はない。しかし、開発を容易且つ便利にする環境はあった方が良い。
JavaScript にも有償の IDE(統合開発環境)は多数あるが、Web ブラウザの 1 つであり Netscape の流れを受け継ぐ Mozilla Foundation の Firefox に開発用アドオン(拡張機能)を組み込むことで、無償で開発環境を整備・拡張できる。今回は Firefox 最新版(本稿執筆時点でのバージョンは 2.0.0.11)に表 1 のアドオンを導入した。
テキストエディタも有償無償多数あり機能も様々であるが、今回は筆者がライセンスキーを得ているサイ
トー企画の「秀丸エディタ」(http://hide.maruo.co.jp/)を使用した。「秀丸エディタ」は Windows では定番と言われるソフトウェアで、複数のファイルを 1 つのウィンドウで開けるタブ機能をはじめとする豊富な機能を有し、使用者が使いやすいように見た目をカスタマイズできる。また、動作も軽快で使いやすい。

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研究会報告集表 1.導入した Firefox のアドオン一覧
名称Firebug

Web Developer

IE TabOpera View

2

開発状況

2.1

メイン画面

機能
入手先 URL
https://addons.mozilla.org/ja/firefox/addon
Web ペ ー ジ の HTML や
CSS(Cascading Style Sheet)を表 /5165
示・解析できる。JavaScript ではブレークポイントを設定可能。日本語版あり。
Web ページの CSS やイメージ http://www.infoaxia.com/tools/webdevelo
ファイルの一部／全てを有効 per/
／無効に出来る。レイアウトの検証に便利。日本語版あり。
Firefox のウィンドウで IE のレ https://addons.mozilla.org/ja/firefox/addon
ンダリングエンジンを起動さ /1419
せる。Web ページ毎の設定も可能。
Web ブラウザの 1 つ Opera を開けるようにする。

https://addons.mozilla.org/ja/firefox/addon/1190

出庫手続きを行うメイン画面を図 2 に示す。
左側はエレクトロニクスセクションのストックルームを上から見たものをイラスト風に描写したもので、右側は出庫品を表示するカートである。オンラインショップのショッピン
グカートを見立てている。
図 1 に示した現在稼動中の出庫管理ソフト
ウェアでは出庫したい品目をリストボックスから順次探していくが、図 2 に示した開発中の出庫管理ソフトウェアでは、出庫したい部
図 2. 開発中の出庫管理ソフトウェア(メイン画面)品があると思しき場所をクリックしていく。

出庫品などを見られる場所にマウスカーソルを当てると、図 3 のようにマウスカーソルにチップ表示が付随する。メイン画面左側にはイメージマップを採用しており、左側の緑部分(部品棚)は一見全て同じだが、棚の内容に応じてチップ表示が自動的に変化する(図 4、図 5)。

図 3. メイン画面のチップ表示

図 4. 切り替わるチップ表示(1)

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図 5. 切り替わるチップ表示(2)技術研究会報告
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研究会報告集部品がある棚をクリックすると、部品棚を正面から見た図として別ウィンドウが開く(図 6)。実際の部品棚に見立てて作成した引き出しにマウスカーソルを当てると色が変わり、クリック
すると引き出しが開く(図 7)。ある引き出しを開いたまま別の引き出しを開くことも閉じることも可能である。更に部品にマウスカーソルを当てると、その部品の説明と写真がチップ表示される(図 8)。
このような動的な Web ページは HTML だけでは不可能であ

図 6. 別ウィンドウで開いた部品棚り、Ajax を用いることで Flash や ActiveX を使わずとも Web ブラウザのみで実現できる。
また、これらは Internet
Explorer 並びに Opera でも動作を確認している。

図 8. 部品説明のチップ表示

図 7.部品棚の引き出しを開いた様子

3

まとめと課題Ajax を用いることで、Flash や ActiveX を使わずに動的な Web ページの構成が可能となった。知識として得ていたが使用する機会がなかった CSS(Cascading Style Sheet)も使用できるようになった。
まだ開発に着手して日が浅く、使用したライブラリの機能を十分使っているとは言えないので、今後解析と動作検証を進めたい。また、たとえば部品をダブルクリックすることで今回は体裁を整えるにとどまった
カートに品名や価格を表示させるなどカート部分との連携、カートからの出庫品削除など機能追加、更には
現在稼働中のデータベースとの連携を進め、自由度の高い出庫管理ソフトウェアを製作したい。
筆者が Web ページ制作を始めた頃、JavaScript が多用されていたが程なく「冬の時代」を迎えた。Ajax として再会した JavaScript はオブジェクト指向を取り入れた本格的なプログラミング言語であり、多種多様な可能性を秘めていると感じている。

参考文献
[1]

豊田朋範,”ストックルーム出庫管理システムのデータベース化”,大阪大学総合技術研究会報告集[2]

水野貴明、草野太輔,“知られざる JavaScript の世界”,日経ソフトウェア 2006 年 3 月号,P72-74

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31

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技術報告
ビーム電流補正装置の高速化
吉田久史
1. はじめに昨年度製作した放射光による赤外・テラヘルツ分光測定に使用するビーム電流補正装置は、16bit 分解能のデータ取り込み時のサンプリング・レートが約 9.8KSPS であり、これは通常 4KHz で測定する遠赤外・テ
ラヘルツ領域で十分使用可能であることが分かった。（技術研究会報告 P24 参照）今回、10 ～ 20KHz で測定する中赤外・近赤外領域の測定に向けて、サンプリング・レートを 5 倍程度向上させたビーム電流補正装
置をあらたに設計した。始めに、前回使用した Microchip 製の 16bitRISC プロセッサの処理速度（30MIPS）
を目安として、機器組み込み用として市販されているマイクロプロセッサ（以下 MPU）の中でより処理速度の高いものを選定し回路設計を行った。また製作の過程で、MPU の能力を活かしデータ処理をできる限り高速にするための最適化を行ったのでそれについて報告する。
2. SH-2 搭載マイコン・ボード YS7085U の概要
選 定 し た MPU は ル ネ サ ス テ ク ノ ロ ジ（Renesas） が 開 発 す る 32bitRISC プ ロ セ ッ サの SH7085 である。この MPU ファミリには、
SH-1 から SH-4 まで 4 世代に至る豊富な製品がある。その中で SH-1 と SH-2 はリアルタイム制
御向けのコントローラとして、SH-3 と SH-4 はモバイル・ネットワーク向けのプロセッサとして開発されている。SH7085 は SH-2 に属するMPU で 32bit × 16 の汎用レジスタ，32×32 の乗算器，512KB のフラッシュ ROM，32KB のRAM を内蔵する CPU コアに加えて、10bit のAD コンバータ，シリアル通信，16bit × 6ch のタイマー，DMA コントローラなどの豊富な周
図 1. YS7085U-1 マイコン・ボード
辺機能を備えている。最高 80MHz のクロックで動作し、その時の処理能力は 104MIPS である。これは前回使用した dsPIC30F4013（以下 dsPIC）に比較して約 3.5 倍の処理能力であり、データ長が 32bit（2 倍）になったことを加味して約 7 倍の処理速度の向上が期待される。今回はこの SH7085 を搭載したマイコン・ボードである YS7085U-1（Yellow Soft）を使用した。これは図 1 に示すように、99mm × 66.7mm の基板上に SH7085，USB インタフェース，512KBの SRAM，RS-232C インタフェースなどを搭載したものである。プログラムの開発は PC 上で行い、製作したプログラムを USB（あるいは RS-232C）通信で MPU 内のフラッシュ ROM に書き込んで実行させる。プ
ログラム開発には、同社の C 言語の開発セットである YCSH を利用した。このセットには Windows 上の統合開発環境（Yellow IDE）と実行ファイルをフラッシュ ROM に書き込むためのツール（FWRITE2）が付属する。また、YS7085U-1 は単一 5V 電源で動作し、外部電源または USB のバスパワーで動作させることが可能である。
3. データ処理の高速化への検討
始めに、dsPIC 版で製作した C 言語のソース・プログラムを SH-2 用に移植し、マイコンボード単独で処理速度がどの程度向上するかを実測した。その結果、サンプリング ･ レートは約 37KSPS であり期待したほどの速度の向上は得られなかった。その原因は次の 2 点にあることが分かった。まず一つ目は、SH-2 の場合、I/O ポートの処理速度が MPU の動作クロックの比ほど向上していないこと (dsPIC に比較して遅い）。二つ目は、コンパイラが出力するマシン語コードが処理速度に関して効率の良いものではないことにあった。こ− 32 −

技術報告のテスト結果に基づき、ハードウェアとソフトウェアの両面から処理の高速化を図った。
3.1 ハードウェアの最適化
dsPIC 版では、I/O ポートの制限から AD コンバータ（以下 ADC）および DA コンバータ（以下 DAC）のデータ・
バス幅は 8bit で構成していた。このために DAC の前段には 8bit のデータ・ラッチを設ける必要があり、結果としてデータ転送の手順（I/O アクセス数）が増えることになった。dsPIC の場合、演算処理の時間に比較してデータ転送に要する時間は約 2% でほとんど問題にはならなかったが、50KSPS のサンプリング・レートを達成するにはこの部分の最適化も重要となった。SH7085 の場合、ADC および DAC 間のデータ ･ バ
ス幅を 16bit に拡張することが可能であった。これにより、ADC のデータの読み込みは各チャンネル 1 回のアクセスで済み、また前述のデータ・ラッチが要らなくなり DAC への書き込み手順が大幅に簡素化された。
製作した SH-2 版のビーム電流補正装置のブロック図を図 2 に、ADC,DAC 周辺回路のプリント基板を図 3 に、装置全体の外観を図 4 に示す。

図 2. ビーム電流補正装置のブロック図

図 3. 16bitADC/DAC 回路基板

図 4. ビーム電流補正装置の外観

3.2 ソフトウェアの最適化
処理速度を測定したプログラムは、C の標準ライブラリにある整数除算の関数 (div および ldiv) を用いて演算処理を行っている。YCSH が出力したアセンブラ・リストでこの関数部分を解析した結果、整数除算の商と余りを求めるために割り算を 2 度実行していた。1 回の除算は、整数のビット数分除算命令 (DIV) を繰
り返し実行することで求められ、マシン・サイクルを非常に多く必要とする。そこでこの関数の使用を止め、
算術演算子による代入文で整数除算を実行した。そして、余りの計算は乗算と引き算で求めるようにプログ− 33 −

技術報告
ラムを修正した。結果的に、除算命令は割り算の商を求める際の 1 回に減らすことができた。
また、ADC や DAC とのデータ転送での I/O ポ
ートのアクセス回数を減らす工夫や、I/O ポー
トのビット操作の際には論理演算ではなく代入文を使用するなど、演算以外の部分についても処理の速い方法を選んだ。
4. 結果とまとめ
図 5 は サ ン プ リ ン グ 実 行 中 の ADC お よ び
DAC の制御信号の一部をオシロスコープで観測したものである。また、図 6 は CH1 に 1KHzのサイン波を CH2 に 1V の直流電圧を入力した時の本装置の応答波形である。図 5 の波形から
図 5. ADC/DAC 制御信号波形
サンプリング・レートは約 44KSPS（周期 :22.7
μ S）となり、約 4.5 倍に速度を向上させることができた。サンプリング周期の内訳は、AD 変換の開始から変換終了までが約 1.4 μ S，演算処理が約 19.3μS，DAC へのデータの書き込みから次の AD 変換開始までが
約 2 μ S であった。演算処理に要する時間を dsPIC 版と比較すると約 5 倍（99μS ／ 19.3μS）になる。これは MPU のスペックから試算したよりも低い値ではあるが、MPU とコンパイラの違いによるものである。
SH マイコンに対応する C コンパイラには、製造元である Renesas 製の SHC や GNU プロジェクトの GCC（GNUSH）が良く知られている。これらには実行速度を最適化するオプションが備わっているので、今後はこれらを使用して実行速度の違いを比較したいと考えている。
一般的に、MPU の性能は最高動作クロック
や 1 秒間の命令の実行数（MIPS 値）で示される。そして、同種の MPU を同じ開発環境で使用する場合、その数値は正しく MPU の性能を表している。今回のように異機種の MPU を全
く別の開発環境で使う上では、単純に MPU の処理能力だけで比較することができない。また、
MPU の最高動作クロックはチップ内部のバス
動作のことであり、外部メモリや周辺デバイスのバス・クロックとは異なる。従って、外部メ
図 6. ビーム電流補正装置入出力波形
モリや周辺デバイスを頻繁にアクセスするようなプログラムでは動作クロックの違いほど処理速度に差が出ないことがある。今回の製作を通して、MPU の処理能力を最大限に活用するためには周辺とのインタフェース、プログラムのアルゴリズム、コンパイラの違いなど、ハードウェアからソフトウェアに至る最適な設計が必要であることが分かった。

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34

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技術報告
電磁石用 NMR プローブの製作
水谷伸雄
はじめに :
2005 年、2006 年の本レポートにおいて、2 台の固体 NMR プローブの製作について報告した。固体
NMR プローブは、「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 ) として九州大学大学院理学研究院 北川宏教授より依頼を受け、山内助手や物質材料研究機
構、強磁場研究センターの池田龍一筑波大名誉教授らと共に設計製作を行った。
固体 NMR プローブ (1 号機 ) の現状 :1 号機とも言うべき固体 NMR プローブは、9.37T の超伝導マグネット内にて He ガスフロー形式のクライオスタットを用いて 1.5 〜 500K の広い温度範囲かつ 10 〜 400MHz と言った広い測定周波数領域を対象として製作した。実際に一号機を使用した結果、200MHz 以下の領域では感度も良く作動した。しかし、400MHz の対応範囲ぎりぎりの高い周波数領域では、使用できないことが判明した。これはコンデンサー部
分とコイル部分の間で、大きな交流パルス電流のロスが起こることが原因であった。そこで、400MHz での測定を可能とするために、コンデンサーを固定しているシェイパル製台座を設計変更し、コンデンサーの位置をコイルに接近させることにより、感度の良い測定を行うことが可能となった。さらに、内径や巻数の異なるコイルを何種類か製作し、各種サンプル測定に用いている。写真 1 に 1 号機となった固体 NMR プロー
ブを示す。

写真 1

固体 NMR プローブ (1 号機 )( ラディエーションシールドを外した状態 )高温固体 NMR プローブ (2 号機 ) の現状 :2 号機となる高温固体 NMR プローブは 1 号機の経験を生かし、AgI の効果的な測定を主目的に設計製作した。AgI の最高温相は 420 〜 823 K に観られ、非常に高いイオン伝導性を示すことから超イオン伝導体と呼ばれる。この高温相における Ag+ イオンの拡散挙動を詳細に調べることが目的であり、1 号機と異なる点は、高温測定専用に設計した事、多量の試料を測定可能にするためにコイル内径と全長を拡大し設置部分を大きくした事等である。これは、107Ag および 109Ag 核は測定感度が低く測定には試料量を多量に用いる必要があるためである。写真 2 に 2 号機となった高温固体 NMR プローブの組上げた状態を示し、写真 3には水冷ジャケットを外した状態の高温固体 NMR プローブを示す。
高温測定専用に設計製作した 2 号機では、循環水を通すことで試料部を 500k まで昇温してもマグネットのボア部分が温度上昇することは無かった。そして、このプローブでの測定結果としてナノメートルサイズのヨウ化銀粒子 ( ヨウ化銀ナノ粒子 ) の超イオン伝導相への転移スペクトルの変化として明確に検出することに成功したとの報告を受けている

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技術報告

写真 2

高温固体 NMR プローブ (2 号機 )写真 3

水冷ジャケットを外した状態

電磁石用 NMR プローブ (3 号機 ) の製作：
これらの経緯をもとに 3 号機の設計製作が行われた。1 号機 2 号機は、超伝導マグネット用に製作したが、3 号機は電磁石用の NMR プローブとして製作した。そのため、磁場方向は超伝導マグネットとは 90 度回転しているためコイルを縦に配置する必要があり、コイルボビンをプローブへ直接固定する方式となっている。写真 4 に 3 号機となった電磁石用 NMR プローブを示す。

写真 4

電磁石用 NMR プローブ (3 号機 )1 号機での実際の仕様は、測定周波数 20~400MHz( 測定温度範囲 1.5~340k) となっており市販のコンデンサーを用いている。しかし、このコンデンサーは真空中での放電が激しく低温度における測定は困難であった。そこで今回の電磁石用 NMR プローブでは、周波数範囲を 20~60MHz とした山内さんらの自作したコンデンサーを組み込んだ。組み上げられたコンデンサーシールド及びコイルボビン ( 写真 5) はシンプルな外観に仕上げられているが、個々の部品においては放電対策の工夫がなされた複雑な形状の部品が組み合わされている。また、コイルからの接地用端子をボビン端近くに設置することで、コイルボビンの交換や試料の交換を容易にしている。また、トップフランジ周りでは、同軸ケーブルとセミリジットケーブルの接続を圧着式にするなど、部品交換やメンテナンスを容易にするための工夫も施されている。( 写真 6)

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技術報告

おわりに：
製作依頼者の山内さんは、平成 20 年 7 月より北海道大学に准教授として着任された。引越しの際に電磁石にトラブルが発生し実験に支障を与えたようだが、金属パラジウム中の水素の NMR スペクトル測定に成功したとの報告を受けている。九州大学から北海道大学へ移られたことが低温測定に有利かどうかは定かではないが、今後の展開に期待したい。

写真 5

シールド及びボビン周辺

写真 6

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トップフランジ周辺技術報告
2000mm パイプの変形測定について
矢野隆行
1．はじめに施設利用に関するページでも書いているが、今年度の業務内容のほとんどは神戸大学の冨宅グループと昨
年度後期から施設利用として行われている「気体核磁気共鳴分光装置用磁気共鳴セルの開発」であった。その内容の中には機密事項もあるので、今回は開発の際に問題となったことに関して報告する。
今回開発する装置のうち、メインとなるのは 12T のマグネットとそのマグネットの中に構築される
NMR セルである。マグネット中に NMR セルを配置するには、マグネット中心の穴 ( 直径 155mm) に長さ2000mm を越える管を配置し、さらに真空の環境を作り出す必要がある。
通常のこのような場合、使用するパイプの種類としては、「引き抜き」か「溶接」のいずれかのパイプを使用するのが通例である。しかし、このようなパイプでは、内径が真円ではないため NMR セルを装置に挿入する際、途中で引っかかって装置が設置できない可能性がある。これが第一の問題点であった。
そのため、今回使用するパイプは引き抜きタイプの肉厚パイプを、BTA と呼ばれる切削方法で加工を行った。BTA と は、Boring and Trepanning Association の略で、形式はいろいろあるが、一般的には、ボーリン
グヘッドと呼ばれる工具を用いて、高圧で大量の切削油を流し込み、切粉を排出かつ冷却しながら深孔加工をする方式のことである。ここで実際にパイプに BTA加工を施したパイプ内面の写真を図 1 に示す。
写真を見てわかるようにパイプ内部には、螺旋状の模様が付いていることが確認できる。手で触って確認した範囲では、凹凸にはなっていなかった。パイプ内
径の寸法精度に関しても何カ所か測定したが、図面上の許容範囲内であったので、今回はこれ以上追究しなかった。模様は加工時にできたボーリングヘッドの軌
図 1 2000mm パイプ内部跡だと考えられる。
2．変形測定
今回外注業者に単管の製作を依頼したが、パイプに電解研磨をかける指示をした際、業者より、電解研磨はかけられないとの返事があった。その理由としては、全長 2000mm、肉厚 3mm で全長と比べてパイプ肉厚が小さいため、電解研磨をかける時に生じた熱でパイプが曲がるということを挙げてきた。私たちとしても、電解研磨で変形が起きたという経験が無かったため、できあがった単管を別会社で電解研磨する事にし、その前後の形状を測定することで、実際そのような事が起こるのかどうか確認した。
なお、設計段階での精度表記は、パイプ中心軸に対して、最大傾き量が 0.5mm 以内となっている。（図 2）
図 3 に示すように搬送されてきた単管を垂直に立て回転テーブルに固定し、上面のメタル O リング面の平面度と、側面方向の振れについてダイヤルゲージで測定した。

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0.5mm

図２

幾何公差

技術報告
測定 位 置メタ ル O リング面
ICF253

測定 位 置ICF253

ICF253

テーブル回転

図３

測定方法

図４

測定のようす3. 計測結果
測定結果を図５に示す。なお、メタル O リングフ
ランジ側面方向の振れは、パイプ中心軸とフランジ面
が、幾何公差範囲に入っているか否かを確認するために計測したもので、電解研磨前で 0.055mm、電解研
磨後で 0.050mm となり公差範囲内に入っていたことを報告しておく。
メタル O リング面の平面度については、円周を 12分割し、基準面からの凹凸を測定した。いずれの場合もダイヤルゲージの最小目盛は 0.01mm でそれ以下は目視で判断した。
図 5 電解研磨前後のメタル O リング面の平面度
4．まとめ
電解研磨は、金属に適した電解研磨液中で、研磨しようとする金属をプラスとして直流電気を流すことで、金属表面の凸部が優先的に溶解され、平滑かつ、光沢面が得られる現象を利用した研磨法である。除去量は、処理時間や電流値によって異なるが、約 1 〜 5 μ m といわれている。
メタル O リング面の平面度について、電解研磨前後での凹凸量は電解研磨による除去量を加味して考えると、変位していないと判断した。その他、測定時における人為的誤差、測定誤差を考慮しても、電解研磨による大きな変形はないとした。
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技術報告
USB 接続 NMR 用高速高分解能データロガーの開発
豊田朋範
はじめに
NMR(Nuclear Magnetic Resonance：核磁気共鳴 ) の原理は、(1) 強磁場中に置いた測定対象に RF(Radio
Frequency) 波パルスを照射する (2) 測定対象の原子核スピンが振動 ( 歳差運動 ) を始める (3)正の電荷を持つ原子核スピンの振動は振動磁場を発生させながら時間と共に減衰する (4) 受
信コイルで振動磁場により誘導されて生じる
FID(Free Induction Decay：自由誘導減衰 ) 信号を検出する－というものである ( 図 1) [1]。
FID 信号は短時間の微弱な信号であるため高速高分解能の A/D 変換が必要だが、このようなA/D 変換器は形状が外部据え置き型か PC 内蔵型かを問わず高価である。また、PC との接続
図 1：NMR の原理
は近年 USB(Universal Serial Bus) 普及と連動するそれ以外のインターフェースの衰退により、
かつてのように回路基板を自作して接続することが困難である。
そこで、A/D 変換器評価ボードと市販キットを中心に、USB 接続により高速高分解能で PCにデータを取り込むためのデータロガーを開発した。
1. 装置の構成や動作
1-1. 装置全容
本装置のブロック図を図 2 に示す。
1-2. 各部解説
A/D 変 換 器 は 14bit, 2 チ ャ ン ネ ル , 40MSPS の
AD9248BCPZ-40[2] の評価ボードを用いた ( 図 3)。A/

図 2：本装置のブロック図

D 変換器は、A/D Clock を入力することで 14bit×2
チャンネルのデータをパラレルで出力する。
IC の小型化は、最小ロット数や表面実装主体のパッケージの面で研究装置に使用する試作・少量の回路製作に困難をもたらすことがある。製造元が供給する評価ボードを使用することで回路基板試作に要する時間や労力を削減できるし、A/D 変換器の性能向上に評
価ボードの交換という形で即応できる。
蓄積・転送部は A/D 変換器の出力データを蓄積し、後述する USB インターフェースと連携して PC にデー
図 3：A/D 変換器 AD9248BCPZ-40 とその評価ボード
タを転送する。
こ れ に は 144 マ ク ロ セ ル ,3200 ゲ ー ト の CPLD(Complex Programmable Logic Device)XC95144XL10TQ144[3] と USB コントローラ AN2131C(Cypress) を搭載したカメレオン USB[4]( 図 4) と、128k×36bit− 40 −

技術報告
パイプライン SRAM CY7C1347B-133AC(Cypress) を搭載したロジアナキット ( 図 5) を採用した。ロジアナ
キットは最大 133MHz でデータ書き込みが可能 [5] であるので、最大データ長 32bit,133MSPS の A/D 変換器まで対応できる。
カメレオン USB の上部にあるコネ
ク タ に ロ ジ ア ナ キ ッ ト を 接 続 し て、
SRAM の 読 み 書 き を CPLD で 制 御 する。
CPLD は、FID 信 号 の 取 り 込 み 開
始 を 指 示 す る 外 部 ト リ ガ 信 号 Ext.
Trigger が有効になると、0 番地から
図 4：カメレオン USB
図 5：ロジアナキット
PC で指定した容量までアドレスをインクリメントしながら SRAM に A/D 変換器が出力するデータを書き込む。また、PC からの読み出し指示を受けて 0 番地から指定した容量まで SRAM から 32bit データを読み出し、データを 8bit ずつ 4 回に分割して USB に出力する。
USB インターフェースは USB2.0 ハイスピード対応の 8051 コアを有するマイコン CY7C68013A-56[6] を採用したキットである EZ-USB FX2[7]( 以下 FX2) を用いた ( 図 6)。
カメレオン USB にも USB インターフェースが搭載されているが、USB コントローラである AN2131C
は USB1.1( 最大 12Mbps) 規格であり、高速大容量転送には適さない。AN2131C は WebPack で生成する
CPLD の回路構成ファイルである JEDEC ファイルの書き込み以外では未使用とした。
今回は FX2 から本装置を制御できるように FX2 の制御出力とデータ入出力、更に電源と GND をカメレオ
ン USB にはんだ付けした ( 図 7)。

図 6（上）：
EZ-USB FX2(CY7C68013A-56)
図 7（右）：
EZ-USB FX2 とカメレオン USB の接続

2.GPIF 機能と CPLD の連携による USB2.0 高速転送
USB2.0 の規格ではハイスピードの転送速度は最大 480Mbps だが、OS やハードウェアの構成によって転送速度に差異が生じる。本装置では CY7C68013A-56 の GPIF 機能と CPLD とソフトウェアの連携によって高速転送を図った。
カメレオン USB では USB コントローラ AN2131C からのデータバス 8bit とリード／ライトストローブ各
1bit、制御出力 2bit、制御入力 1bit で CPLD を制御している。PC からサンプリング点数やデータ取り込み
トリガの設定を行うには、(1) 必要なデータと書き込むレジスタをそれぞれデータバスと制御出力に設定してライトストローブを L にする(2)SRAM を書き込み可にする− 41 −

技術報告(3)CPLD 内部で有効なアドレス長を設定して選択されたトリガが有効になるまで待機するという手順を実行する。一方、SRAM に蓄積したデータを PC に取り込むには、(1)SRAM を出力可に設定して SRAM のアドレスを 0 にする(2)SRAM の 32bit データを 8bit ずつ CPLD のデータバスに出力する(3) リードストローブを L にする(4)(2) と (3) を 4 回繰り返す(5)SRAM のアドレスをインクリメントする(6) 制御入力が 0 になるまで (2) ～ (5) を繰り返すという手順を実行する。本装置では、カメレオン USB における一連の制御を FX2 でエミュレート ( 仮想化 )するために GPIF を用いた。
GPIF は USB による高速データ転送を実現するた
FX2 の信号ピン名
カメレオン USB 単体での信号
めの FX2 独自の仕様である。GPIF のデータ転送モ
FD0-7
データバス 8bit
CTL0
リードストローブードは 2 種類ある。1 つは 1Word(8bit データバス
CTL1
ライトストローブ時は 1byte で 16bit データバスでは 2byte) を転送
PA1-2
制御出力 2bit
するシングル転送であり、もう 1 つは連続でデー
PA3
制御入力 1bit
タを転送するバースト転送である。本装置では蓄 表 1：FX2 の入出力信号とカメレオン USB 制御信号の対応
積・転送部にコマンドを送信する際にシングル転送のライト、蓄積したデータを PC に転送する際にバースト転送のリードを使用した。
GPIF の設計には製造元が無償提供している GUI 設計ツールである GPIF デザイナー ( 図 8-1) を用いた。GPIF デザイナーでは FX2のピン数によって使用できる I/O ピンの数が異なる。本装置で使用した FX2 のピン数は 56pin であるので、データバスは 8bit となる。表 1 に示すようにカメレオン USB における信号を FX2 の信号
ピンに割り当て、シングル転送のライトとバースト転送のリードの状態遷移を設計した ( 図 8-2 と図 8-3)。
GPIF デザイナーで作成した状態遷移を、FX2 製造元が無償提供するコンバータで C 言
図 8-1：GPIF デザイナー初期画面
語の配列として書き出し、これを Visual Studio2005( 以 下 VS2005) のプロジェクトに加えて使用 し た。VS2005 の プ ロ
ジ ェ ク ト に は、 同 じ く
FX2 製造元が無償提供するファームウェアを組み込んだ。
図 8-3：GPIF デザイナーによるこれにより簡単な手法 図 8-2：GPIF デザイナーによるバースト転送リードの状態遷移設計
で USB を介した高速デー シングル転送ライトの状態遷移設計
タ転送を行えた。
本装置では蓄積・転送部の 128k × 32bit ≒ 4Mbit のデータを転送するのに約 13.08msec を要する。これは bps 換算で 4Mbit × (1/13.08msec) ≒ 305.8Mbps である。
NMR における FID 信号は微弱なため高速高分解能の A/D 変換器と大容量のメモリが必要なこと、また、FID 信号の強度によるが、NMR で必要なスペクトルを得るために数十回から十万回以上の積算を要することから、高速データ転送は非常に有効である。
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42

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技術報告
2．観測結果A/D 変換器のアナログ入力の InputB を GND に短絡し、InputA に 10kHz のサイン波 , ノコギリ波 , 三角波, 方形波を入力して PC に取り込み、Excel で先頭 2000 点から 7000 点を抽出して描画したグラフを図 9-1～ 9-4 に示す。

図 9-1：10kHz サイン波の取り込み結果

図 9-2：10kHz ノコギリ波の取り込み結果

図 9-3：10kHz 三角波の取り込み結果

図 9-4：10kHz 方形波の取り込み結果

3．まとめと課題
メーカーが供給する A/D 変換器評価ボードと市販のキットを組み合わせ、VHDL や GPIF デザイナーなど
ソフトウェア的な設計ツールを使用することで、ハードウェアの大幅な改変なしに高速高分解能のデータロガーを製作できた。
A/D 変換器からのデータ出力の配線を長くしたことで、PC に取り込んだデータが不規則にビットシフトする現象に見舞われた。高速データの配線には十分な注意が必要であると感じた。
参考文献[1]「MRI の基本パワーテキスト 第 2 版」Ray H.Hashemi,William G.Bradley,Jr.,Christpher J.Lisanti 著
木力 監訳 メディカル・サイエンス・インターナショナル p17 ～ 47
[2] AD9248 データシート Analog Devices(http://www.analog.com/jp/index.html)[3] XC95144XL-10TQ144 データシート Xilinx(http://japan.xilinx.com/)[4] オプティマイズ カメレオン USB(http://optimize.ath.cx/cusb/index.html)[5] CY7C1347B データシート Cypress(http://www.cypress.com/)[6] CY7C68013A-56 データシート Cypress(http://www.cypress.com/)[7] オプティマイズ EZ-USB FX2(http://optimize.ath.cx/FX2_USB/index.html)

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43

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荒

技術報告
共同開発研究報告青山正樹
１．概要
分子科学研究所装置開発室では国立天文台共同開発研究において平成 18 年度から 3 年計画で、国立天文台に設置されている超精密非球面加工機により各種加工実験を行っている。この共同開発研究は国立天文台
先端技術センターおよび名古屋大学全学技術センター第一装置開発室と共同で実施しており、脆性光学部材
および特殊金属の超精密切削加工技術の確立を目的としている。
平成 18 年度は、多結晶硫化亜鉛 (ZnS）の基礎的な加工特性の把握を目的とした加工テストを、平成 19
年度は、多結晶 ZnS のグレーティング製作に向けての微細溝形状加工のテストを行った。平成 20 年度は、
詳細な ZnS の加工特性の把握を目的として単結晶 ZnS のテスト加工を実施した。これまでの ZnS のテスト加工において、加工面粗さ 10nmRq 以下の鏡面加工が可能な加工条件を見出した。さらにバイト先端 R が0.5 μ m 以下のシャープエッジを持つ、特殊な単結晶ダイヤモンドバイトを用いて、近赤外分光に使用されるイマージョングレーティングの試作加工を行い、バイト形状転写性の良好な加工面粗さ 10nmRq 以下の加工が可能であることを確認した。その成果については 2008 年春季精密工学会で報告を行った。また平成
20 年度は分子研装置開発室から課題申請し、採択されたレーザーチップ用ヒートシンク材（銅タングステ
ン複合材料）の楕円振動切削法による超精密加工について有効性の検討を行った。
２．硫化亜鉛（ZnS）の超精密溝加工について
ZnS は赤外線に対する優れた透過特性を持つ光学材料であり、赤外線観測機器用回折格子などへの適用が期待されている。しかしながら ZnS は硬く脆い性質を持つため、最適な加工条件でのみ光学素子に適した面
粗さ、形状精度に仕上げることが可能である。そこで加工面にクラックの発生しない送り速度および切込量について調査を行い、図 1 に示したグレーティング形状の試作加工を行った。加工は送り速度 12mm/min、切込量 13 μｍでフライカット法により行った。図２に加工後のＳＥＭ観察写真を示した。エッジの欠けもなく良好な加工が可能であった。現在、さらに高品質な加工を行うために、単結晶 ZnS 材料において詳細な加工特性の調査を行っている。超精密加工では、非常にわずかな切取量により加工を行うため、結晶方向による加工特性に違いが加工面に影響する。結晶方向の影響を確認するため、(100) 面、(110) 面、(111) 面において、正面旋削加工を実施し、各結晶面における加工面性状に及ぼす結晶方向の影響を確認している。図3 に (110) 面の正面旋削加工面を示した。同じ加工面においても結晶方向においてクラックを生じた加工面とクラック発生のない加工面が確認できる。

図１

溝形状図

図３
図２

SEM 観察写真−

44−

単結晶 ZnS 正面旋削加工面

技術報告

３．銅タングステンの超精密加工について
ヒートシンクの寸法精度の改善のために、現在行われている研磨加工による接着平面の加工から、超精密切削加工による平面加工が望まれている。しかしながら、銅タングステン材料の単結晶ダイヤモンドバイトを用いた従来の超精密切削加工では、著しい工具磨耗のため適用することができない。そこで超精密加工における新たな加工方法である楕円振動切削法により加工テストを行った。図 4 に楕円振動切削法および従来切削法による加工面の写真を示した。楕円振動切削法では鏡面が得られていることが確認できる。また、このときの加工面粗さは 15nmRa であった。
今後は、実際のヒートシンクの製作に向けてより詳細な加工条件の検討および工具寿命の確認を行う予定
である。

楕円振動切削図4

従来切削

銅タングステンの楕円振動切削と従来切削との加工面の比較

４．技術セミナーについて
分子研装置開発室、名古屋大学全学技術センター第一装置開発室および国立天文台先端技術センターの技術職員で、技術力の向上および双方の技術の交流を目的として、年に数回技術セミナーを行っている。今回は共同開発研究で行っている超精密加工をテーマにセミナーを行った。以下にその内容を記した。
超精密加工セミナー
日時：2008 年 2 月 22 日 ( 金 ) 10：30 ～ 15：00
場所：分子科学研究所 研究棟３０１号室
10：30 ～ 11：15
19 年度共同開発研究実験結果報告 （分子科学研究所 青山正樹）
11：15 ～ 12：00
フライカットによる ZnS の微細溝加工 （名古屋大学 松下幸司）( 休憩 )
13：30 ～ 14：15
イメージスライサーの製作について （国立天文台 三ツ井健司）
14：15 ～ 15：00
平成 20 年度共同開発研究計画について （分子科学研究所 鈴井
光一）
５．今後の展開
平成 21 年度は、ZnS イマージョングレーティングおよび銅タングステンヒートシンクの製作に向けての実験を進めていく予定である。また、今後も名古屋大学全学技術センター、国立天文台先端技術センターとの技術協力のもと、各種の先端的な加工技術の向上と深化をはかり、先進的な研究を支援するために必要な高度な加工技術の確立に結び付けていきたいと考えている。

−

45

−

技術報告

SPM 用 CNT 探針作製装置の製作
近藤聖彦
SPM（Scanning Probe Microscope, 走査型プローブ顕微鏡）は、先端がサブミクロンの金属探針を試料表面上で水平（X,Y 方向）に移動させ、トンネル電流又は原子間力が一定になるように探針―試料間距離（Z 方向）
についてフィードバック制御をおこなう。そのときの垂直（Z 方向）移動量から表面形状を得ることができる [1]。このような形状観察において、カーボンナノチューブ（CNT）を探針先端に取り付けることで、より微細なナノ構造を観察できるようになることが知られている。これは探針先端がより尖った形状になるだけ
ではなく、CNT の縦長構造（直径 1 ～ 50nm, 長さ 1μm 以上）が微細な凹凸を観察するのに適しているからである [2]。従来、この CNT 探針の作製方法として、様々な手法が提案されている。ただし、煩雑な手順や大規模な装置が必要である手法が多い。一方、簡易かつ量産性のある CNT 探針作製方法が報告 [3] されている。そこで、この報告を参考にして、CNT 探針作製装置を製作する施設利用依頼があった。
CNT 探針作製は、図 1 に示すように電圧を印加した状態でマイクロメータヘッドを用いて探針を CNT 分
散液容器に挿入し、液に接触したと同時にブラシレス DC モータを用いて探針の引上げをおこなう。引上げ時に分散液の粘性および表面張力と電気泳動を利用する [3] ことで探針先端に CNT が付着する。
製作した装置は図 2 に示すように、マイクロメータヘッド、ブラシレス DC モータ、CNT 分散液容器、DC 電圧電源で構成される。この装置を使用して製作した CNT 探針の SEM 画像を図 3 に示す。また本装置の主な特徴を下記に示す。
1．コントローラのボリュームを回転させることにより、引上げ速度を変更することができる。
2．探針ホルダーにピンバイス用ホルダーを利用していることより、探針の取り付けと交換が簡易にできる。
3．可変 DC 電圧電源を用いることより、簡易に電圧を変更できる。
4．モータ動作時の振動を軽減するため、各所にゴムを使用している。
5．ドライバが付属するモータを選定することより、ドライバなどの回路設計をする必要が無く製作期間を短縮できる。
参考文献[1]http://www.siint.com/products/spm/tec_mode/b_1_stm.html,
エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社ホームページ[2]http://www.nims.go.jp/jpn/news/press/pdf/press100.pdf,
電気泳動法でカーボンナノチューブ AFM 探針の作製に成功[3] 有馬則和 , 松室昭仁：2004 年度精密工学会春季大会学術講演会公演論文集

−

46

−

技術報告

図1

図2

図3

装置概略図

製作した CNT 探針作製装置

探針先端に CNT が付着した様子

−

47

−

技術報告
精密 CNC フライス装置の製作
近藤聖彦
近年、医療バイオ分野においては、微細流路が要求されている。これは、化学エッチングなどの方法で製作されているが、この方法は溝を深くすることが困難であり、さらに廃液処理などの問題がある。このようなことから、切削によるマイクロ加工が主流になりつつある。これにともない、各メーカは、さまざまなマ
イクロツールを販売している。また、所内におけるマイクロ加工の依頼も増加傾向にある。このような背景から、装置開発室においても、マイクロ加工の挑戦を数年前から開始している。しかし、所有している旧型機械では、その挙動などにより加工誤差が生じるため加工精度を数 μm 以内にすることは困難である。また、
この機械本体はワークサイズに対して大きく、マイクロ加工には不向きである。そこで、マイクロ加工用精密 CNC フライス装置の製作を提案し、装置開発室機械メンバーの連名で平成 19 年度中村所長奨励研究費を申請した。平成 19 年度に配分された予算で製作した精密 CNC フライス装置を図 1 に示す。予算の都合上、スピンドルを固定する主軸台とこれを粗動する Z 軸スライダは、既存のオートコリメータ台を改造した。また、ベッドに汎用フライス盤のテーブルを使用した。この装置を使用し、図 2 に示す放射光用マスク加工をおこなった。これは、ｔ 0.1 のアルミ板を t0.03 に切削した面（1 辺 2 ㎜の正方形）の中央にドリル（φ20μ m、刃長 40 μ m）を使用し、100 μ m 間隔で 25 個（縦 5 個 × 横 5 個）の貫通穴加工をおこなった。このマスク裏面を顕微鏡観察し、25 個の穴が全貫通していることを確認した。この加工を旧型機械でおこな
った場合、旧型機械は Z 軸方向に対して最小 5 μ m 程度の変動が見られたため、このように 25 個の貫通穴を加工することは困難であったと考える。しかし、製作した装置は、最小分解能 0.1μm のサブミクロンス
テージを使用していること、スピンドルとその主軸台の発熱が小さいことなどから Z 軸方向の変動を最小にすることができ、全貫通が可能であったと考えている。

図1

精密 CNC フライス装置

図2

−

48

−

加工した放射光用マスクの SEM 像

技術報告
チタン銅の硬度測定
近藤聖彦
チタン銅は、高圧下での磁化測定用加圧容器の材料に適していること [1] から、この材料を使用した加圧容器の製作が報告 [2] されている。ただし、この加圧容器は、熱間鍛造時に鉄分が混入し磁化測定が困難であること [3] がわかっている。そこで、岡崎ものづくり協議会が主催した市内企業との交流会で紹介された
株式会社中部冷間の協力を得て、磁性体の混入を僅少にするため、高圧プレスによる新たな塑性加工法でφ 20 ㎜のチタン銅ロッドをφ 15 ㎜に冷間圧延加工した。この加工後と熱処理後の硬度を測定したので報告する。
図 1 に冷間圧延加工したロッドとロッド断面の様子を示す。このロッドを図 2 に示すように 5 ㎜間隔に切断し硬度測定用の試料を製作した。そして、③、④、⑧、⑨の試料について硬度測定をおこなった。試料③、⑧については右側面、④、⑨については左側面の硬度を測定している。これらの面を 3R、8R、4L、9Lと表記する。それぞれにつき、3 箇所の硬度測定をおこなった。また、熱処理による硬度変化を調べるため、電気炉を使用して、試料④、⑨を昇温 1 時間、温度保持 2 時間、炉内自然冷却の手順で熱処理後、硬度測定をおこなった。
図 3 に熱処理前後の平均硬度の結果を示す。3R と 8R を比較して、冷間圧延加工をおこなった 8R は素材
形状の 3R より硬度が大きくなっていることがわかる。また、8R と熱処理をおこなった 9L を比較して、熱処理後に硬度がさらに大きくなることがわかった。ただし、前報告の加圧容器 [2] に使用した材料の硬度は
H ｖ 370 程度であり、本硬度はこの 8 割程度であった。本硬度をさらに大きくするには、冷間圧延加工の工程数を増加することで断面減少率を大きくし、熱処理前の硬度を大きくすることなどが考えられる。
参考文献[1] 上床美也：高圧下での磁化測定[2] 鈴井光一：チタン銅製磁化率測定セル ,Annual report 2006,p29-31[3] 鈴井光一：岡崎商工会議所（岡崎ものづくり推進協議会）との連携 ,Annual report 2007,p14

図2

ロッドの切断位置

350

冷間圧延後のロッド外観と断面図

熱処理前
熱処理後

8R

250

4L

3R
硬度（Hｖ）

図1

9L

300

200
150
100
50
0
φ20

φ15
試料直径（㎜）

図3
−

49

−

熱処理前後のチタン銅の硬度2008 年

工作依頼リスト装置開発室の業務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が2008 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。リストは工作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（277 件）
伝票番号
08A01
08A02
08A03
08A04 ＊
08A05
08A06
08A07
08A08
08A09
08A10
08A11
08A12
08A13
08A14
08A15
08A16
08A17
08A18
08A19
08A20
08A21
08A22
08A23
08B01
08B02
08B03
08B04
08B05
08B06
08B07
08B08
08B09 ＊
08B10
08B11
08B12
08B13
08B14
08B15 ＊

品名
上流スペーサ 7.5・
エッチングマスク
放射光加工用マスク治具
水熱合成用オートクレーブ
レール切断
サンプルホルダー追加工
磁気シールド支え
X-Y ステージ［写真］
ステンレスプレート、支柱
レンズ付フランジ取付加工
蒸着装置位置決めピンの加工
FT-IR 分光装置用スリット台
位置決めピンの逃げ穴の加工
アングルガイド接続プレート他 1 点
磁石ホルダー
M8 ボルト加工
SQUID 用光照射プローブ
試料支持台
Q-band ゴニオメータ用変換アダプタ
ICF34+1/4 管溶接
チャンバー支柱改造
金属ロッド支持具セット
SUS Plate
準備槽用試料押さえ、コールドフィンガー
試料ホルダ用アダプタ
加熱ステージ接続用アダプタ
トランスファーロッド先端部
低温反射率測定用試料支持具
ゴニオメータ治具
ホットプレート台座
染色バット仕切り板
CNT 探針作製装置
LD 投光用支持具
水銀ランプ修理
ワゴン車用棚板加工
Si 基板バックグラインディング
TOF 電極（Φ 0.05 ～ 0.1）
［写真］
気体 NMR 分光装置用磁気共鳴装置の開発

08B16
08B17
08B18
08B19
08B20
08B21
08B22

［写真］
定盤用支柱
台座の加工（改造）
NMR プローブ（３号機）［写真］
ステージ
試料支持台
スペーサー他１点
テフロン試験管

−

50

08B23
08B24
08B25
08C01
08C02
08C03
08C04

回転ミラーホルダー（回転セクタ鏡）
ポケルスセル土台
アダプタ
接続治具
真空反応システム
Grating Holder
XYZ ステージアダプタ、

08C05
08C06
08C07
08C08
08C09 ＊
08C10
08C11
08C12
08C13
08C14
08C15
08C16
08C17
08D01
08D02
08D03
08D04
08D05
08D06
08D07
08D08
08D09 ＊
08D10
08D11
08D12
08D13
08D14
08D15
08D16
08D17
08D18
08D19
08D20
08D21
08D22
08D23
08D24
08D25
08D26

ファイバーアダプタ一式
XRD 試料ホルダー
テフロン反応試験管
XYZ ステージアダプタ
ベースプレート
水熱合成装置［写真］
試料ホルダ（アダプタ付）
フランジ加工端子台
冷媒循環コイル
分光器部品の追加工
テフロン治具
ランプハウス用プレート
レンズアジャストピン
薄型 XY ステージ（改）
薄型 XY ステージ 130 型
ホルダー固定具
光学部品 etc
アパーチャー＆ホルダー
コンデンサー加工
ステンレス可動機構
液体窒素トラップ加工
コンボミラー［写真］
干渉計用ミラーホルダー部品
XYZ ステージ固定台
NMR 回転機構の軸PTFE 容器
サンプルステージ他 9 点
試料充填曹 + 火炎捕集器
真空部品（サンプルホルダーパーツ）
レール加工
低温 XRD 用 sample holder
サンプラー（圧力容器）
高感度光検出システム
集合写真撮影輻射シールド継手加工
PTFE 製培養チャンバー
結晶ホルダー
ピンホール支持台−

2008 年
08D27
08D28
08D29

ロッド他 1 点
K-cell 用熱輻射シールド
フォトダイオードの加工、

08D30
08D31
08D32
08E01
08E02
08E03
08E04
08E05
08E06
08E07
08E08
08E09
08E10
08E11
08E12
08E13
08E14
08E15
08E16
08E17
08E18
08E19
08E20
08E21
08F01
08F02
08F03
08F04
08F05
08F06
08F07

サンプルステージ作製
PTFE ディッシュ
ガス導入ポート
ベースクランプ
ロッド製作他 1 点
検出器の台
ステージ、アダプタ
取り付け台
レモ型コネクター溶接
ミラーマウント
しゃへい筒
冷却ステージ［写真］
QI 用アダプタ他 4 点
メンブレン（DAC 加圧用の金属製風船修理）
レトロリフレクタ用マウント
高出力マイクロチップレーザ筐体
サンプルカバー 04
アルミ部品加工PTFE ディッシュ（7mm 角基板用）
フォトダオードの加工
PTFE 製反応セル中筒
PTFE チャンバー 2
大 DAC 用メンブレン再生治具
レーザーアライメント用プレート
低温 XRD サンプルホルダー
磁気ボトル改良部品
光学定盤ねじ修正
低温反射率測定用試料支持台
ホルダー押さえ、コールドフィンガー
顕微クライオスタット一式［写真］
LL 用サンプルバンク部品
二重シールド BNC 付

08F08
08F09
08F10
08F11
08F12
08F13
08F14
08F15
08F16
08F17
08F18
08F19
08F20
08F21
08F22
08G01
08G02
08G03
08G04
08G05

ミニコンフラットフランジ
キャピラリー
AFM 用サンプルステージ他
試料支持板
光学部品パーツ
ミラーマウント
偏向板絶縁スペーサ一式
集光用レンズホルダー
光学ステージの改良
ステージ用 XY 移動ステージ［写真］
光ファイバーアダプター
調整ねじ加工耐圧金属容器ロッド他 2 点
位置決めステージの改良［写真］
SES100 用試料バンク
フォトダイオード加工
スクリーン印刷用下枠
フィルター取付金具
イオンチャンネルセンサー電極部
スリット

−

51

工作依頼リスト

08G06
08G07
08G08
08G09
08G10
08G11
08G12
08G13
08G14

サンプルカバー 05
端子固定板
架台拡張部品
キャピラリーカバー
BL7B 用試料ホルダー
サンプルホルダー
鉄芯
プリズムマウント
テフロン製反応容器ろ過用

08G15
08G16
08G17
08G18
08G19
08G20
08G21
08G22
08G23
08G24
08H01
08H02
08H03
08H04
08H05
08H06

アタッチメント 3 点一式
ロッド
AFM 用微動ステージ
カンチレバー台座
電動ステージ用アダプタ
ホルダー押さえ、BL5U 試料ブロック
BL6U 用ベアリング押えリング
PTFE 製反応セル中筒
アルミボードの加工
ミラーホルダ、Delay Spacer1
Al スリット 0.2t
レーザーウインドウホルダー
ネジ加工
バイオセンサー電極
アダプタ
SF10 Holder
真空部品

08H07
08H08
08I01
08I02
08I03
08I04
08I05
08I06
08I07
08I08
08I09
08I10
08I11
08I12
08I13
08I14
08I15
08I16
08I17 ＊

（マニピュレーター試料受けの一部）
テフロン反応容器用アタッチメント
ロッド
PDMS 放射光エッチングチャンバー［写真］
SLM ホルダー
磁石ホルダー
メッシュベース
アルミボルト加工
粗ステージ用スペーサ他
接続部品
PI 用アダプタ他 2 点
回転オーブン
セラミックアパーチャ 02
BNC コネクタ付ミニコンフランジ
ポケルスセルホルダ
光軸調整部品
プラグ型集光用レンズホルダー追加部品
フォトダイオードキャップ外し
AFM ステージ用プレート
酸化チタン光誘起超親水化反応の

08I18 ＊
08I19
08I20 ＊
08I21
08I22
08J01
08J02
08J03
08J04

機構解明装置コンボミラー
位置決めリング
X 望遠鏡用ミラーの切り出し
光てこ厚フレーム
水素セル＋窓押え装置の写真撮影
イオンチャンネルバイオセンサー
アダプタ
AFM 用微動フレクチャーステージ［写真］−

2008 年

工作依頼リスト

08J05
08J06
08J07
08J08
08J09
08J10
08J11
08J12
08J13
08J14
08J15
08J16
08J17
08J18
08J19
08J20
08J21
08J22
08J23

SQUID 用ロッド
光軸調整部品
試料ホルダー（タンタル）
四方磁石
液体窒素ポート
マイクロメータアダプタ他３点
レンズホルダ他 4 点［写真］
プラグ型モジュール Ver.2
光軸調整部品
ミラーマウント
試料ホルダーICF114 ポート追加溶接
テフロン試験管
ミラーホルダー回転導入部品
エッチングマスクホルダー
冷却板追加工レーザーヘッド固体レーザー用接続台
レデューサーパイプ加工

08J24
08J25
08J26
08J27
08J28
08J29
08J30
08J31

（フランジ ICF114-VF40)
ネジ穴加工
電子検出器
NMR プローブガイド
基板固定具
支柱切断
ガス導入管
ダイフロン製台座
MCD 用サンプルフォルダー、

08J32
08J33
08J34
08J35
08K01
08K02
08K03
08K04
08K05
08K06
08K07
08K08
08K09
08K10
08K11
08K12
08K13
08K14
08K15
08K16
08K17
08K18
08K19
08K20
08K21
08L01 ＊

試料加熱ステージ
ターボ固定金具
顕微鏡用試料ホルダー
フィルター装着用アタッチメント
SHG ホルダー
ユニバーサルジョイント加工
導入管中継パイプ他
Au メッシュホルダー
LED アダプター
ストップトフロー装置ネジ修理
支柱支え板（TMP 架台）
Spring-8 用試料ホルダー
試料移送機構ナット、ホルダー
磁石用グリッド［写真］
ポラライザホルダ
クライオ用アダプタ
真空反応容器上蓋
蝶番スタンドベースクランプ外注
テフロン容器追加工
試料加熱ホルダー
培養型上チャンバー Ver.2
PDMS モールドZ 軸ステージ３型
SOR 光光電流検出器修理
パワートランジスタ放熱用ヒートシンク
紫外線立体投影露光における照射光学系

08L02
08L03
08L04
08L05
08L06
08L07
08L08
08L09
08L10
08L11
08L12
08L13
08L14
08L15
08L16
08L17
08L18
08L19
08L20
08L21
08L22
08L23
08L24
08L25
08L26
08L27

およびアライメントステージの開発

−

52

−

プレート
近接場プローブ取付け治具
LD 固定ステージ他２点
アダプタ
UVSOR フォトカレントモニターの修理
レトロリフレクターホルダー A
レトロリフレクターホルダー B
ICF34 用ビューポートカメラ台
trancerational stage mount
バッフル用取付加工、試料ホルダー
高調波アダプター
止め具
結晶ホルダー
電動ステージ用アダプタ他
磁石ホルダー用支柱
圧力セル回転機構
YAG レーザー台座
イオン用電極メッシュ付円板
大 DAC クライオ窓部
AFM 用微動フレクチャーステージ
920NMR プローブ改造
水晶振動子ホルダー
LD 接続プレート他 1 点
偏光子用アダプタ
PDMS マイクロ流体回路

2008 年

工作依頼リスト

電子回路グループ（26 件）

ガラス加工グループ（38 件）

伝票番号
08A01
08A02
08B01
08C01
08D01
08D02
08E01 ＊
08E02 ＊
08E03
08G01
08H01
08H02
08H03
08H04
08I01
08I02
08I03
08J01
08J02
08J03
08J04
08J05
08K01
08K02
08L01

品名
He ガス純度遠隔モニター
電源の修理
フェムト秒レーザー用パルス分周器［写真］± 15KV 高圧パルサー［写真］
PD 用アンプ回路［写真］
高ゲイン PSD 処理回路
USB 版高速データロガー［写真］
結晶生成用定電流電源の修理
ビーム電流補正装置［写真］
ボルテージレベルシフター
NIM ディレイモジュール
赤外光検出器［写真］
可変電圧電源プログラマブル HP フィルタ［写真］
AFM フィードバック装置改造［写真］
4KV 高圧パルサーの改良
水量インターロック回路
高ゲイン PSD 処理回路
PD 用アンプ回路
TE クーラー制御回路
パルス電源修理
2 軸モーターコントローラ
パルスバルブドライバー
ディジタル微小電流計
超精密フライス盤

08L02

Z ステージ用コントローラ
ピエゾドライバ電源

伝票番号
08A01
08A02
08A03
08B01
08B02
08B03
08B04
08B05
08B06
08C01
08C02
08C03
08D01
08D02
08D03
08D04
08E01
08E02
08E03
08F01
08F02
08F03
08G01
08G02
08H01
08I01
08I02
08I03
08J01
08J02
08J03
08J04
08K01
08K02
08L01
08L02
08L03
08L04

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53

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品名
ガラス板
反応セル
ＥＳＲ支持台研磨
ＥＳＲ支持台研磨
ミラー切断
修理
ＥＳＲ支持台研磨
サンプルガイド
石英研磨
サンプルホルダー
ガラス基盤切断
サンプルホルダー再加工
修理
ESR 用支持台試作
ガラス技術指導 （粉末）技術相談
平底容器の製作
サンプル管切断
サンプルホルダー
封止用サンプル管
反応容器修理ガイスラー管
ナスフラスコ修理
反応型ＥＳＲ管修理
コンデンサー修理
フイルター付反応容器
反応容器改造修理
石英 節つき試験管
鉛ガラス 修理
サンプルホルダー
変形サンプルホルダー
ESR 用支持台試作
ジムロート修理 他
シリンダー修理
真空ライン修理
石英試験管改造
サンプリング用コック
段継ぎ2008 年

製作品

± 15KV Pushpull 高圧パルサー

パルス出力 Lo：0 ～ -15KV，Hi：0 ～ +15KV
Hight：MAX.15KV，Width：200nS ～∞Rise Time：40nS，Trigger Delay：200nS

NIM ディレイモジュール

トリガー入力：TTL，立ち上がりエッジ
パルス出力 1,2 Level：TTL，Impedance：50 ΩWidth：3 μ S ～ 470 μ S

ビーム電流補正装置

入力チャンネル 1 Level：± 10V，分解能：16bit
入力チャンネル 2 Level：5V，分解能：16bit
サンプリングレート：44KSPS（詳細記事 24、32 ページ掲載）
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2008 年
USB 版高速データロガー

USB2.0Full Speed による高速転送 ( 約 305Mbps)
A/D ボードは最大 2ch 入力、32bit 分解能、100MHz 出力まで対応可能
市販キットの改造によりハードウェアの製作分を削減（詳細記事 40 ページ掲載）

フェムト秒レーザー用パルス分周器

90MHz、15mVpp の微弱な高速信号を検出
分周値はサムホイールスイッチで任意に設定可能 ( 最大 9999 分の 1)
分周は FPGA(Field Programmable Gate Array) で製作 ( 最大動作周波数 200MHz)

赤外光検出器微弱な赤外光をフォトダイオードで検出・増幅
表面実装部品で電源回路も含めて小型ケースに集約

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製作品

2008 年

製作品

PD 用アンプ回路

PD を上下 2 分割使用するアンプ基板
低温度ドリフト（1 μ V/℃）OP アンプ OPA111 使用
ゲイン調節用の抵抗をソケットにより変更可能

AFM フィードバック装置

AFM を PID 制御するフィードバック回路
比例、積分、微分の各制御を ON/OFF 可能
高速スキャン用 PID 制御可能

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2008 年
AFM 用微動フレクチャーステージ

製作品

他

岡本グループで開発中の AFM装置に搭載される

ヒンジ用溝幅：0.3mm
材質：アルミニウム合金

移動量：± 3.0mm
本体寸法（縦×横×厚さ）：150 × 160 × 22mm
材質：アルミニウム合金 他

電磁石用 NMR プローブ（施設利用）

全長：およそ 1000mm（詳細記事 35 ページ掲載）

放射光エッチングチャンバー

コンボミラー

SOR 光を利用して PDMS にエッチング加工する

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形状精度：± 50 μ m
材質：アルミニウム合金（詳細記事 12 ページ掲載）

2008 年

製作品

微細加工

小径ドリルを使ってφ 100 μ m の穴加工
材質：ステンレス

顕微クライオスタット

ワイヤ放電加工機を使ってスリット穴を製作
材質：SUS304
スリット：幅 0.2 or 0.4 ×長さ 15 mm

顕微鏡用ステージ

磁石用グリッドSi 基板と PDMS プレートとの張り合わせを 10 μ m 以内で行う

コールドトラップステンレス製の本体と銅製のサンプルホルダー部分は電子ビーム溶接で接合
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2008 年
レーザーモジュール及びレーザーヘッド集光部

製作品

Q スイッチマイクロレーザーモジュール

空冷エッジ励起小型モジュール（市販空冷ユニット装着）
本体寸法 ( 縦×横×厚さ）:100 × 100 × 55mm

本体寸法 ( 直径×長さ）: φ 22 × 60mm

薄型 XY ステージ 130 型

水熱合成装置（施設利用）

移動量：± 3.0mm
本体寸法（縦×横×厚さ）：130 × 130 × 6mm

250℃、10 気圧の環境下で使用する
水熱合成用オートクレーブ

気体核磁気共鳴分光装置用磁気共鳴セル（施設利用）

NMR 分光法を気相イオンに適用した画期的な装置
主材料：チタン合金（詳細記事 15 ページ掲載）

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トピックス
平成 20 年度

文部科学省科学研究費補助金

奨励研究の課題採択とその進捗
豊田朋範

はじめに
筆者は、平成 20 年度の文部科学省科学研究費補助金奨励研究 ( 以下「奨励研究」) に申請した研究課題が採択された。本稿では奨励研究の研究課題の紹介や進捗状況などを報告する。
1．研究課題と目的
平成 20 年度奨励研究に採択された課題名と研究目的を順に示す。
研究課題名 「USB と FPGA を用いた分子性導体生成用定電流定電圧モジュール」
研究目的
有機 EL(Electro Luminescence) ディスプレイ ( 使用例：図 1) に使用されている分子性導体は、物理化学研究における重要テーマの 1 つである。
研究で使用する分子性導体の結晶 ( 以下「結晶」) の生成は、溶液に μA
オーダーの定電流を流す定電流方式か、溶液に挿入した電極間に数 V 程度の定電圧を加える定電圧方式のいずれかによって行われる。装置開発室への依頼工作において、定電流方式の電源も定電圧方式の電源もそれぞれ複数台の製作実績がある。
どちらの方式も研究者の予想と試行錯誤に依存する部分が非常に大き
く、溶液の濃度、混合する電解質の種類、電極間に通電する電流／電圧
値を変えて多数の結晶を同時に生成し、X 線回折や NMR( 核磁気共鳴 )といった様々な測定方式で目的の特性が得られているかどうか、あるいは生成した未知の結晶がどのような特性を有するか見極めるという手法が採られている。この際、従来の電源はスタンドアロン型であるため、結晶の生成条件を次回の実験にフィードバックさせるには人為的手段が 図 1： 有機 EL ディスプレイの使用例
必要となる。また、定電流方式では生成中の結晶に発生する電圧 Vcr の(MP3 オーディオプレイヤー )変化に、定電圧方式では結晶に流れる電流 Icr の変化に対応した制御を行いたいという要求もある。これらのことを踏まえ、結晶生成中の電気的条件の記録が行え、さらに Vcr やIcr をモニタすることでその変化に応じた電源出力の制御が出来る、プログラマブルな分子性導体生成用定電流定電圧電源 ( 以下「CCCV 電源」) を開発することが本研究の目的である。
CCCV 電源により結晶生成の初期段階において大きく変動する Vcr や Icr に応じた出力制御することで、これまで生成し得なかった構造や特性を有する結晶創成の可能性をもたらす。
2. 開発の進捗
2-1 構想CCCV 電源のブロック図を図 2 に示す。
CCCV 電源の開発では、Icr や Vcr をディジタル方式のデータで扱うために D/A コンバータと A/D コンバータを用いることにした。
D/A コンバータと A/D コンバータの制御や PC とのデータ送受信には、大規模なディジタル回路を構成できてハードウェア記述言語により回路構成の試行錯誤が容易なプログラマブル IC の 1 つで、筆者が開発実績を有する FPGA(Field Programmable Gate Array) に集約する方針で開発を進めることにした。

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60

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トピックス
2-2 研究者との意見交換と省電力駆動への開発方針見直し
前述した結晶生成初期の Vcr や Icr の変動やそれらの制御の意義は、いずれも筆者が以前に研究者との意
見交換で知ったことである。今回も開発に際して研究者との意見交換や情報収集は重要であると考えた。今
回は九州大学と東京大学の研究室を訪問し、意見交換と情報収集を行った。これらに関しては別項「出張報告」で述べる。
意見交換と情報収集の結果、他大学、とりわけ大規
模で歴史の長い大学ほど研究機器に対する省電力化の希望が強いことが分かった。
図 2：CCCV 電源のブロック図
図 2 で使用している FPGA は高速動作が可能である
が、消費電流が 330mW 程度と大きい。また、電源部の消費電力に比較すると、PC の消費電力はデスクトップ型で 100W ～ 200W 程度、ノート型でも数十 W と極めて大きく、PC で制御することは省電力化の要
求にはそぐわない。
これらのことから、CCCV 電源の制御は携帯電話や携帯ゲーム機等で使用されている ARM マイコンで行い、CCCV 電源の制御デー
タあるいは制御プログラムは別途居室等の PC で作成して転送し、内蔵の ARM マイコンで行う方針へと軌道修正した。
ARM マイコンの開発環境や評価キットの動向や使用方法を調査・検証するために ARM フォーラム 2008 に赴いた。こちらも別項「出張報告」で詳細を報告する。
さらに電源部の見直しを行い、従来の定電流電源で使用していたデバイスを省電力タイプに置換して、かつ簡素化した回路を設
図 3： 試作した新型 8ch
計し、試作した ( 図 3)。その結果、従来のもので約 975mW(max)
定電流電源の回路基板の消費電力は約 7.1mW(max) と 0.7% 程度に低減できた。
まとめや今後の構想
所外の研究者と対面しての意見交換や情報収集を行うことで、結晶研究における CCCV 電源の重要性の再確認や実用に即した重要な開発要素を得ることが出来た。
一方で制御の中枢を FPGA からマイコンへと軌道修正するなど開発方針が流動したこと、理論設計に重点を置いたことで試作の頻度が低く、本稿執筆時点では D/A コンバータと A/D コンバータを用いた回路の設計や、試作した定電流回路基板の特性評価に至らなかったことなど課題は多い。所内外を問わずに研究者との意見交換や情報収集を意識的に行い、開発方針を明瞭にする必要性を痛感した。
今後は試作した定電流回路の特性を評価し、定電圧回路の設計・試作、USB 通信や制御機構の具体化を進めていきたい。また、(1) 結晶生成には Icr や Vcr 以外に温度が重要な要素であること (2) 温度を制御することで新たな結晶生成・研究の可能性が開けることが分かったため、将来的には温度制御を開発に含めたい。
謝辞
本研究は平成 20 年度文部科学省科学研究費補助金奨励研究 ( 課題番号 20920016) の助成を受けたものである。
本研究を推進するにあたっては、九州大学大学院理学研究院の北川宏教授と東京大学大学院工学研究科の鹿野田一司教授と宮川和也助教にご指導いただき、重要な指針をいただきました。この場を借りて厚く御礼申し上げます。

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トピックス
中学生職場体験１
さる６月１２日（木）に装置開発室では中学生による職場体験学習が行われた。今回で装置開発室として職場体験を受け入れたのは４例目で、甲山中学校２年生の男子生徒５名で行った。
過去３回の経験上、研究者志望の中学生がやってくるのに、装置開発室で” ものづくり” の体験で良いのか、という反省があり、職場体験を行う上で、（１）装置開発室でできること、（２）研究者のようなものの考え方ができそうなもの、（３）なおかつ、中学生でもできそうなことをテーマにコース設定を行った。
１つめは、分子科学研究所でもよく使われる材料（鉄、ステンレス合金、アルミ合金、銅、真鍮、チタン
合金、セラミックス、ガラス、フッ素樹脂、アクリル樹脂）を３つの明確な理由をもとに分類してもらう作業を行った。２つめに、これらの材料特性をわかってもらった上で、実験に使用する真空容器の設計に必要な強度計算（電卓使用）と三次元 CAD による設計と構造解析ツールを使ったシミュレーションを行った。
特に今回、私は１つめの体験内容を重視して、生徒の「勘」とか「そう決まっているから」という曖昧な決め方ではなく、できるだけ定量的に、実際にやってみることで確かめて比較するということを大事にした。
ただし、実験に必要なものは、できるだけまわりにあるものとし、どうしても何らかの道具が必要な実験は貸与した。その際、あらかじめ道具を用意しておくのではなく、借りられる範囲は装置開発棟内に限定し、自分たちでマナーを守った上で職員にお願いして借りてくるよう指示した。実際に始めてみると、じっくり重さと体積を計って密度を計算する生徒もいれば、鰐口クリップと懐中電灯を組み合わせて材料の通電を確かめる生徒もいた。また、ひたすらパソコンで材料に関するキーワードを検索する生徒もいれば、現状では無理な実験方法に固執して、先に進めない生徒もいた。
今回参加した中学生は、職場体験への姿勢も前向きで、質問に対する反応もよく、こちらとしては非常にやりやすい生徒たちだった。諸事情により、装置開発室（機械）での職場体験は今回で最後になると思うが、
時間中、生徒から発せられる「楽しい！」とか、「すごい！」とか「おもしろい！」という言葉が非常にうれしい１日となった。
（矢野隆行 記）

職場体験に使用した 10 種類の材料

構造解析のようす−62−

トピックス
中学生職場体験 2
本年も昨年同様、装置開発室エレクトロニクスセクションにおいて中学生による職場体験を 3 回実施した。
1 月 24、25 日に竜南中学校生徒 1 名、9 月 5 日に六ツ美中学校生徒 3 名、11 月 13 日に竜南中学校生徒 3名を受け入れた。また、11 月に行った職場体験には、広報室職員の原田さんも実習に参加した。
内容としては、まず装置開発室が分子研にとってどのような役割であるかを装置開発棟の見学と共に説明し、その後回路工作を体験してもらうため PIC マイコンを用いたバッテリーチェッカーの製作を行った。実習は、ハンダ付けの練習とハンダ付けによる基板実装、そして製作したバッテリーチェッカーの動作確認までを行った。また 1 月に行った職場体験は 2 日間の日程であったため、初日に実習で使用するプリント基板の製作をプリント基板加工機にて行った。
中学校の技術教科によりはんだ付けを経験している生徒もいたが、それでもほとんどの生徒が慣れない手つきで作業を進めていた。実習中の生徒を見ていると、ハンダよりも先にハンダ小手を離してしまいハンダ線がランドに付いたままになったり、最初に部品を全部挿入してしまいリードが剣山のようになってハンダ付けに苦労していたり、ハンダがついたままの部品をハンダごてで押し込みパターンを剥がしたりとそれぞれが苦戦しているようだった。
皆が悪戦苦闘しながら作業を進め、自分たちの手で作り上げたバッテリーチェッカーが動いた時の生徒た
ちの喜ぶ様が印象的であった。この職場体験を通して、生徒たちにものづくりの大変さや楽しさを伝えられたならば幸いである。
（内山功一 記）

職場体験の内容説明

回路工作実習プリント基板加工機による基板製作

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63

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出張報告
第６回放電加工技術セミナー
今回で第 6 回目を迎える放電加工技術セミナーは、2 日間にわたり神奈川県にある日産自動車株式会社総合研究所研究実験試作部と慶応義塾大学理工学部の共催で行われた。
特別講演として、パワートレイン開発本部パワートレイン実験部 PT 実験第三グループチーフである米谷氏から、日産自動車の技術を結集したスポーツカー GT − R の開発に関する話を聴くことができた。日産自動車のホームページで価格を見ると、車体価格が目玉が飛び出そうになるほどの高級スポーツカーではあるが、欧州が誇る有名メーカーの高級スポーツカーと比較しても、この車が持つ性能、安定性、安全性などは引けを取る部分はない。購入することはできないが、スポーツカーとしては非常に良い車であると感じた。
その後、日産自動車で開発され現在各所で実験走行を重ねている、水素で動く燃料電池車「X-TRAIL FCV」に乗車できる機会を得た。ちょうど 1 週間ほど前に三菱自動車で電気自動車「iMiEV」に乗車する機会を得たが、どちらも運転する立場から見た場合、現行のガソリン車とほとんど遜色が無かった。2 車とも次世代を担う有力な自動車のエネルギー方式であるが、共通して言えるのは、地球環境に負担をかけにくい運用構造であること、走行時の騒音がほとんどないことであるので、エネルギー問題や環境問題が大きな話題になっている現代社会のことを考えると市場投入される日を楽しみにしたい。
2 日目の慶応義塾大学で行われたセミナーには仕事の都合でほとんど参加できなかったが、参加者に後日聞いたところ、かなり活発な議論が行われたようである。
今回のセミナーは、初日の日産自動車での開催時には、東京都立産業技術高等専門学校吉田研究室の 8 名、および特殊炭素株式会社の 2 名を含め、計 27 名の参加があり、盛大に行われた。
来年度は、分子科学研究所を拠点に開催する予定であることを付け加えておく。
（矢野隆行 記）第６回放電加工技術セミナー

日時 : 平成 20 年 9 月 11 日 ( 木 ) 〜 9 月 12 日 ( 金 )場所 : 日産自動車株式会社総合研究所（9 月 11 日）
慶應義塾大学理工学部 矢上キャンパス（9 月 12 日）
13:10 〜

9 月 11 日 ( 木 )特別講演『GT-R の紹介』
日産自動車株式会社
パワートレイン開発本部

パワートレイン実験部

PT 実験第三グループ チーフ

米谷昭二

14:20 〜

最近のワイヤ放電加工機の性能と特徴

15:00 〜

施設見学 日産自動車株式会社総合研究所
9 月 12 日 ( 金 )3 段電極による Mo マスク基盤ホルダーの製作
東北大学多元物質科学研究所 加賀谷孝三郎

東京大学生産技術研究所 谷田貝悦男

10:00 〜
10:25 〜

テーパー導波管変換フランジの製作
国立天文台 金子慶子

11:00 〜

高精度放電加工機を活用した超音波振動によるセラミックス材の穴加工
日産自動車総合研究所 野口与四郎

12:00 〜

施設見学 慶應義塾大学理工学部

活発に行われた発表風景

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出張報告
第４８回真空夏季大学への参加
平成 20 年 8 月 20 日〜 8 月 23 日の 3 泊 4 日で行われた第 48 回真空夏季大学に装置開発室の青山氏と共に参加したので報告する。
講習会の会場は、静岡県熱海市の伊豆網代温泉松風苑で、窓からみえる景色は非常に良いが、それが楽しめるのは朝のわずかな時間だけであった。期間中のほとんどは、下記に示すスケジュールのとおり、朝から晩までホテルに缶詰になり多くの講義と演習を受講することとなった。
真空夏季大学は、真空工学の基礎となる事項を、受講生が的確に理解することに重点を置いたものである。
また今回の講習会は、真空の科学技術において研究開発の実績を有する講師による講義で構成された日本真空協会主催の講習会である。
講師による一方的な講義ではなく、実際に受講生一人一人が問題を解答することにより真空技術の基礎を理解し、現場で応用できる能力を高めることを意図しているという謳い文句どおり、非常に充実したものとなった。特に 2 日目に行われた「演習 2」は講義の最後でグループごとに問題が割り振られ、翌日の「演習 3」の時間にグループ代表者が講義中に説明を行うということがあり、各グループともかなり遅くまでその勉強をしていたようである。
講義内で取り扱うテーマも多種多彩で、テキストに書かれている事だけでなく、現在抱えている業務に関する疑問に関しても、丁寧に教えてもらうことができた。
今回の講習は、日本真空学会と日本真空工業会が共同で資格認定を行っている「真空技術者資格認定試験」につながるものとなるため、来年以降、資格取得を目指す予定である。
（矢野隆行 記）表

真空夏季大学のスケジュール

11:00 〜 12:00
12:00 〜 12:30
12:30 〜 12:45
12:45 〜 15:30
15:30 〜 16:00
16:00 〜 18:30
18:30 〜 19:30
19:30 〜 21:00

8 月 20 日 ( 水 )受付
開校式
グループ分け気体分子運動論入門
休憩
希薄気体の流れ夕食
演習 1( ドリル )8:30 〜 11:30
11:30 〜 12:30
12:30 〜 15:00
15:00 〜 15:15
15:15 〜 17:30
17:30 〜 17:45
17:45 〜 19:00
19:00 〜 20:00
20:00 〜 21:30

8 月 22 日 ( 金 )真空ポンプと排気系
昼食
真空用材料とガス放出
休憩
真空システム休憩
画像で見る真空工学
夕食
演習 3

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8 月 21 日 ( 木 )8:30 〜 11:30 気体分子と固体表面
11:30 〜 12:30
昼食
12:30 〜 15:15
真空計測
15:15 〜 15:45
リークテスト
15:45 〜 16:00
休憩
16:00 〜 18:30 真空部品と可動機構
18:30 〜 19:30
夕食
19:30 〜 21:30
演習 2

8:30 〜 10:45
10:45 〜 11:00
11:00 〜 12:00
12:00 〜 12:15

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8 月 23 日 ( 土 )プラズマの基礎休憩
達成度テスト
修了式

出張報告
九州大学での意見交換と情報収集
豊田朋範
別項「トピックス」で紹介している平成 20 年度奨励研究採択課題推進の一環として、2008 年 7 月 10
～ 11 日に九州大学大学院理学研究院の北川宏教授の研究室を訪問して、分子性導体の生成や研究についての意見交換と情報収集を行った。北川教授は分子性導体を含む有機電荷移動錯体や水素エネルギーの研究で数々の成果を挙げておられる。北川教授が装置開発室に助手として在任経験があることからコンタクトをとったところ快諾され、今回の訪問が実現した。
北川研究室は理学部棟の 5 階の半分以上を占め、スタッフ 10
名と学生 14 名 (2009 年 1 月現在 ) で構成される大所帯である。
研究室には多数の実験器具や装置が置かれており、筆者が過去に製作した定電流電源も稼働していた ( 写真 1)。
北川教授から、電源開発に関する重要な指針をいただいた。1
つは装置の小型化・省電力の要望である。大学の実験スペース拡張は困難で、建造時からのかなり限られた空間に実験装置を設置する必要がある。また、電源容量が実験装置の増加に追い付かな
写真 1：定電流電源による結晶生成の様子
いことも切実な問題である。「分子研は実験スペースや電流容量が潤沢」と言われるが、赴任以来分子研から出たことがない筆者はいつの間にか分子研の実験スペースや電流容量が普通と思っていたため、装置の小型化・省電力化は重要であると強く認識した。
もう 1 つは温度制御の要望である。結晶の析出には温度が重要な要素として関与していることが、恒温槽で結晶を生成している様子と共に紹介された ( 写真 2)。温度をパラメータとすることは電源開発の構想にはなかったことであり、研究者との意見交換を密に行うことの重要性を痛感した。
理学部棟内の研究室に続いて、伊都地区に移転した工学部の跡
写真 2：恒温槽を用いた結晶生成の様子
地の一角にある金属粒子をプラズマにして金属ナノ粒子を生成する装置 ( 写真 3) と極低温センターを見学した後、理学部の講義室において「電気電子技術から見た理学研究」という題目で講演を行った。質疑応答を含めて約 1 時間に及んだ講演では、日頃エレクトロニクスセクショ
ンで研究用電子機器の開発に携わる立場から、身近な電子機器と理学研究の密接な関連性や電子回路の設計事例を中心に講演した。北川研究室のスタッフと学生諸氏の他、理学部技術職員も複数聴講する前での講演はかなり緊張したが、貴重な経験であった。
2 日目には北川研究室のゼミに参加させていただき、研究室のエネルギーや躍動感を感じた。電源開発に関する重要な指針や新鮮な刺激を得られた 2 日間であった。

写真 4：九州大学本部前にて

写真 3：金属ナノ粒子生成装置
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設備関連

Engis Lapping Machine（EJ-300IN）
近藤聖彦
近年、所内の研磨加工に対する要求は増加傾向にあり、被研磨材も金属、ポリカーボネート樹脂、ガラスなど様々である。従来、これらの研磨を行うのに 1 台の研磨機 [1] を使用し、荒研磨と仕上げ研磨を行っていた。
研磨機 1 台での研磨加工は、荒研磨時の砥粒の残留による表面粗さの悪化、ラップ定盤交換による再調整作業が必要などの問題がある。このような点から、一般に最低 2 台の研磨機を使用して研磨加工が行われている。そこで、荒研磨と仕上げ研磨に使い分けて使用できるようにするため、仕上げ研磨専用の研磨機を導入した。また、表 1 に示すように、従来の研磨機のラップ定盤径と同サイズの定盤が設置できるタイプを選定した。
図 1 に示す導入した研磨機（エンギス社製 ,EJ-300IN）の主な特徴を下記に示す。
1．回転数をデジタル表示できるため、速度再現が簡易になる。
2．スロースタート・ストップ機構があるため、研磨加工開始と終了時の研磨面に発生する急激な負荷が軽減される。
3．ローラアームと呼ばれる修正リングを保持する部品が 2 個常設されているため、より多くの試料を研磨することが可能である。
4．ケミカル研磨に対応している。
参考文献[1] 近藤聖彦：平面研磨機の製作 ,Annual report 2006,p44-45

表1

研磨機の仕様

寸法
530 × 720 × 310 ㎜
重量
60kg
定盤回転数
0 ～ 110rpm
モータ出力
0.4KW
使用定盤径
φ 300 ㎜
修正リング径φ 143 ㎜
その他
ケミカル対応仕様

図1

EJ-300IN の外観

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装置開発室Annual Report 2008

平成 21 年 4 月発行
編集・発行所 自然科学研究機構 分子科学研究所 装置開発室
444-8585 岡崎市明大寺町西郷中 38
ISSN 1880-0440