ISSN 1880-0440

装置開発室

Equipment Development Center

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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

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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の基本方針です。ただ、これまでは、分子研のみのニーズに答えることとしてきたのですが、平成 17 年度以来、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てまいりました。平成 18 年度は、所外から 6 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。
平成 18 年度はマイクロ流体回路のニーズに応える製作技術の開拓や、脆性材料加工技術の高度化に向けて、技術力を高める努力を行ってまいりました。特に脆性材料の加工では国立天文台と名古屋大学で行われている赤外用光学素子（ZnS、ZnSe、Si など）の加工に関する共同技術開発に参画し、新たな加工技術の獲得ができつつあります。また、これに関連して鈴井、青山が NASA ゴダード・スペース・フライトセンター及びスタンフォー
ド大学に出張し、脆性材料加工技術とマイクロ流体回路の製作技術の研修を行いました。
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。サイエンスにおける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。
平成 19 年度からは分子研の組織も大きく変わり、従来の、理論、光、物質を中心とする研究に生命関連の研究部門が加わります。このような時代の変革に十分に答えるべく
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ます。
室長
宇理須恒雄

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目次

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

イベント in 2006.................................................................................................2

施設利用.......................................................................................................6

技術開発セミナー
低温技術.................................................................................................7..........................................................................................................8

投稿・特許・発表
技術報告.................................................................................................9..............................................................................................................10

技術レポート.......................................................................................................22

2006 年

工作依頼リスト

2006 年

製作品.....................................................................................46..................................................................................................49

設備紹介.................................................................................................54

トピックス.................................................................................................55

出張報告....................................................................................................57

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

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

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技術班長

係長

教授

イベント

in 2006

2月
9日

装置開発室運営委員会

３月
2日
〜3日

第 17 回分子科学研究所技術研究会
口頭発表 3 件「マイクロ流体チップの機械加工による製作」青山正樹他「超精密研磨加工によるスリット刃の製作」近藤聖彦他「FPGA と USB を用いた NMR 用パルスジェネレーター」豊田朋範他（3 件の報告書掲載 10 ページから）9日

シャーリングマシン搬入

15 日

若狭高校見学（回路工作室）

28 日

非接触三次元測定機（NH3-SP）搬入（記事 54 ページ）

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イベント

４月
３日

技術課新人施設研修（ガラス工作）

14 日

技術課新人施設研修 ( 回路工作）

５月

22 日
〜 23 日自然科学研究機構技術研究会
自然科学研究機構 5 研究所の技術職員が多様な科学技術業務を交流と連携を通じ、機構の技術職員ネットワークを構築するという趣旨で、第 1 回を天文台で開催された。
装置開発室は「マイクロ加工技術」の取り組みについて報告した。

30 日

６月

機械工作安全講習会

22 日

日本自動車総合研究所試作部

23 日

ガラス工作安全講習会

見学

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in 2006

イベント

in 2006

７月
６日
10 日〜 21 日産総研「i-Gonio」見学（記事 8 ページ参照）

受け入れ研修国立天文台先端技術センター

福嶋技術職員

８月
６日

10 日〜 21 日都留高校 SSH 見学

平成 16 年度に岡崎高校の SSH 事業で製作した手動式冷凍機を紹介し、冷凍機動作の体験を行った。

受け入れ研修国立天文台先端技術センター

福嶋技術職員

９月
11 日〜 13 日東北大学多元物質科学研究所
高橋助教授らと電子運動量分光装置の設計会議
荷電粒子軌道シミュレーションソフト SIMIONを用いて TOF の最適電場設計やパルス電場の電源についても検討が行われた（記事 6 ページ参照）

10 月
17 日

装置開発室オープンセミナー「微細加工技術と生命科学・医科学応用」

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4

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イベント
21 日

in 2006

分子科学研究所一般公開（記事 56 ページ参照）

11 月
1日

日本自動車総合研究所およびデンソー関連技術者来所見学と懇談会（株）日本自動車総合研究所を主体に（株）デンソー関連の技術者約 35 名の研究所見学会と研究開発に携わる技術者の意見交換会を行った。

7日

24 日
〜 25 日岐阜高専回路工作室見学

放電加工技術セミナー （記事 55 ページ参照）

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施設利用

分子研の共同利用研究における施設利用について、装置開発室では施設の機器の個別的利用から機器の製作依頼まで内容を拡大して実施し２年目となった。申請件数、事前の問い合わせなど、新規事業としての動きは前年と同様で大きな変化は特になかった。申請課題一覧は以下の表にまとめた。
東北大多元研の高橋助教授より、多元研の技術者と共同で開発および製作を進める電子運動量分光装置は、
平成 18 年度前期、後期ともに申請があり、当初、製作までを平成 18 年中に終える計画であったため、業務としてかなりの期間を費やすことになると予測された。分子研側の分担は、製作経験のあるパルス分子ビームノズル周辺および解離イオンの TOF 質量検出部であり、本年は高橋助教授が現在実験に使用している分光装置の次期バージョン構想から始まり、かなり具体的な TOF 検出部の設計まで進めた。しかし予算的な事情から、次期を若干遅らせる事となり業務としての負担は翌年へ繰り越しとなった。
名古屋大学エコトピア科学研究所の田原教授から申請された研磨に関する開発課題は、装置開発室における研磨技術の習得と研磨装置の製作などに発展した課題であった。
その他の申請課題については通常の工作依頼に組み込んで業務を分担した。

施設利用課題一覧
申込者名

所

属

研究課題（備考）

高橋正彦

東北大学多元物質科学研究所

高橋正彦

東北大学多元物質科学研究所

細越裕子

大阪府立大学大学院理学系研究科

大河原

浩

日野照純
田原

譲

生理学研究所

技術課

愛媛大学大学院理工学研究科
名古屋大学エコトピア科学研究所­

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
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
非磁性高圧力セルの開発（本誌 29 ページ記事）
位相差電子顕微鏡の位相板開発における微細工作法の検討
超高真空中で試料交換可能な極低温用保持機構の開発X 線反射鏡用レプリカマンドレルの研磨加工（研磨装置製作に関して 44 ページ記事）

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技術開発セミナー

平成 17 年度には名古屋大学全学技術センターと様々な技術的な問題点について議論する場として、毎回２〜３件の技術報告を行うセミナーを岡崎と名古屋で相互に開催してきた。平成 18 年度は共同開発として脆性材料に関する超精密切削が共通の課題となり、セミナー内容は 8 月頃から「脆性材料の超精密切削」、「超音波楕円振動切削」の勉強会、加工実験の経過報告、および検討会の場とした。これは、国立天文台先端技術センターの共同開発研究公募に名古屋大学全学技術センターから申請された課題名「超精密加工機を用いた脆弱光学部材の切削および研削加工技術の開発」が採択され、その実験計画の段階から装置開発室も参画してきた事による。
国立天文台先端技術センターと名古屋大学の共同開発課題の内容は、加工対象の脆弱光学部材として
ZnS、ZnSe、Si など、切削が困難な材料の加工に対する要素技術の開発である。従って、加工実験に参加することは装置開発室においても同様に Si およびパイレックスガラスなどの加工として分子研の技術支援に大きく利用できると考えている。この課題研究の中に超音波楕円振動切削法による加工実験も盛り込まれており、ダイアモンド工具では困難とされている鉄系材料（SUS304 など）の超精密切削実験も実施された。
その加工実験は装置開発室が分担して行った。
開催日

場所

内容

4 月 27 日

名古屋大学

インコネル 600 の研削 / 切削加工
5 軸制御機構付きクライオスタットについて
17 年度奨励研究課題実験について

6 月 29 日

分子研

チタン銅の時効処理
近赤外宇宙背景放射のロケット観測（CIBER）装置の開発

8 月 29-30 日

分子研

ZnS-MS 超 精 密 加 工 実 験 7 月 分 結 果 報 告 と 次 回 の 計 画
LLNL：P.J.Kuzumenko 氏の論文読み合わせ

9 月 28-29 日

テレビ会議

ZnS-MS 超精密加工実験 9 月分結果報告と次回の計画

分子研­天文台 脆性材料の切削に関する国内論文読み合わせ
ダイアモンド工具の検討
振動切削加工法に関する論文による勉強会
11 月 2 日

テレビ会議

単結晶 Si の超精密切削に関する論文による勉強会

分子研­天文台 振動切削加工法に関する論文による勉強会
12 月 8 日

テレビ会議

ZnS-R 超精密加工実験 11 月までの結果報告

分子研­天文台 ダイアモンドバイトに関する検討

セミナーには、名古屋大学全学技術センター、分子研メン
バーに加え国立天文台からも参加することになった。そこでセミナー及び打ち合わせを効率よく進め、かつ旅費等の経済的な負担を軽減するためテレビ会議システムを利用した。

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低温技術セミナー

平成 18 年 1 月に UVSOR 木村研究グループより角度分解光電子分光（ARPES）測定用の低温ゴニオメー
ターヘッドおよびクライオスタットの開発依頼について打診があった。ARPES 用低温ゴニオメーターヘッドを搭載した装置は、すでに（株）AVC が産総研との共同開発で試料温度 20 Ｋまで冷却できる６軸型の商品（i-Gonio）を開発しており、その 1 月末には 5 Ｋまで冷却できる 5 軸型ゴニオメーターヘッドを開発したと新聞発表されていた。木村グループからは６軸型で 10 Ｋ以下まで冷却できるゴニオメーターヘッドを、
18 年末完成を目標でとの相談であった。先のメーカーでは、やはり 6 軸型で 10 Ｋ以下の冷却可能な仕様で製品開発が進んでおり、装置開発室としては、開発期間、人員配置の点から新規開発を断念し、研究グルー
プには AVC 社製品を購入して頂くことになった。この様な経緯から、低温器機の設計力を高め今後の依頼に迅速に対応していく準備として低温技術セミナーを行った。
ゴニオメーターヘッドのように駆動部が多く、低温装置として熱接触が取りにくい機器は、熱収支をふまえた構造設計が不可欠である。装置開発室では低温機器の製作経験は多くあるが、この様な駆動機構を 10
Ｋ以下におさえる設計技術の経験が少なかった。そこで古くから低温機器の設計経験の多い名古屋大学全学
技術センター増田氏を交え 6 月まで月 2 回程度のペースでセミナーを行った。内容は以下の表に示す。
木村グループでは現在ビームライン BL5U で稼働している光電子分光サンプルホルダーに回転軸を追加する改造要望がある。ここで習得した低温技術はこの機構設計に活用し次年度対応して行く。
セミナー内容時期
内 容
２月
ARPES 測定装置に関連した論文読み合わせ
３月
AVC 社製品 i-Gonio のクライオスタット図面を基に熱収支計算を検証
６軸中２軸の駆動機構検証
駆動機構試作検討
４月
フロー型クライオスタット熱収支計算の結果検討
回転位置決め精度に関する検討
低温器機材料の検討
駆動機構試作モデル１号機、２号機製作
５月
液体窒素を使った熱収支モデルによる計算
冷媒保持時間から入熱量を測定する実験
駆動機構試作モデル３号機製作
６月
熱収支計算と実測値の検証
産総研で i-Gonio 見学（7/6）
BL5U 光電子分光装置のサンプルホルダ改造打ち合わせ

駆動機構試作 1 号機（左）と小型化モデルとしての駆動機構試作 3 号機（右）産総研へ訪問し AVC 社製 i-Gonio 実機の見学と訪問の際にお世話になった UVSOR 伊藤助手および産総研の相浦主任研究員­

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投稿・特許・発表
論文投稿

題 名
市販の FPGA ボードを使った
USB 接続 NMR パルスジェネレータ

著
者
掲載誌
豊田朋範
「固体物理」( 分子科学研究所 装置開発室 )Vol.41 No.12
河本充司(2006 年 12 月発行 )( 北海道大学大学院理学院量子理学専攻 )特許

出願番号、公開番号
発明の名称
特願 2004-133877
バイオチップの製造方法、バイオチップ
05736647.8（英、独、仏）バイオチップ解析装置、バイオチップ解析方法
11/578,081（米国）

学会発表

出願人・発明者
宇理須恒雄
鈴井光一

等

学会、会議名
タイトル
発表者
○近藤聖彦
MEDSI2006
Development of Higt-Precision Slit Blades for(International Workshop on Mechanical Soft x-ray Transmission-Grating Spectromater 鈴井光一

Engineering Design of Synchrotron（ポスター発表）
Radiation Equipment and Instrumentation
2006)
2006 年 5 月 24 日〜 26 日
[1] 名古屋大学全学技術センター
ポスターを以下に掲載

増田忠志 [1]鳥居龍晴 [1]堀米利夫 [2]初井宇記 [3][2] 分子研 UVSOR[3] 分子研基礎光化学研究部門

Development of HighTransmission-Grating Spectrometer
High-Precision Slit Blades for Soft xx-ray TransmissionTakuhiko Kondo1), Mitsukazu Suzui1), Tatsuharu Torii2), Tadashi Masuda2), Toshio Horigome1), and Takaki Hatsui1)
1) Institute for Molecular Science, Myodaiji, Okazaki, 444-8585,Japan
2) Technical Center of Nagoya University, Chikusa-ku, Nagoya, 464-8602,Japan

1.Introduction

4.Method

7.Evaluation of the polished surfaces

Fixing plate

We have developed a newly developed transmission-grating spectrometer forhigh resolution soft X-ray emission studies. This spectrometer is designed torealize a resolution E/�E up to 5000 in the energy region of 50-600 eV with highthroughput . The spectrometer has a Wolter type I premirror, a free-standingtransmission grating, and a back-illuminated CCD. The Wolter mirror with a highcollection angle of 1.5 x 10-3 sr enables higher throughput than the conventional
spectrometer. In order to obtain high energy resolution, an entrance slit with theminimum slit opening of 1 �m has been developed. In order to maintain the
spectrometer efficiency, the distance between the sample and the slit is designed
to be less than 150 �m. Because of the limited space between the sample and the
Wolter mirror, the entrance-slit system is required to be movable and within the
thickness of 13 mm. These requirements demand a development of slit blades
smaller than 13 x 10 x 2.5 mm3 with a roughness of less than 0.3 �m. The blades
were fabricated by using a high-precision polishing process. The sides A and B
were polished in the first place. The resulting roughness was less than Ra 7 nm.
The edge surfaces were polished by using a clamp. The four blades were pressedby the two plates via two screws so as to minimize the gap between the blades. The
pressure was optimized so that the pile up did not occur during the polishingprocess. The edge roughness was estimated by secondary electron microscope
and was about 0.2 �m.

R3

L3

View direction

Spray slurry�143

Leveling
ring

�108
40

Levelingring

Lappingplate

Fixingplate

Lapping

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20

L3

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centerR3

Sample

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dust

dust

5.Polishing of the A and B surfaces

2.Transmission-grating spectrometer

Rough polish�High-efficiency

Lapping plate
made of copper

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Diamond
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B

Precious polish

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Lapping plate
made of lead
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3.Required accuracy of the slit blades

6.Polishing of the C surface
The clamp for polishing
the edge surfaces

Roughness of the edge

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��We have manufactured high-precision slit blades by using a clamp.
2�The edge roughness was 0.2�� Ry.

Less than 0.3�m
Translation of the upper blade

3�The edge roughness was sufficiently small for the entrance slit of
the transmission-grating spectrometer.

InsertClamp plate

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13mm

Sample70�

blades

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10mm
2.5mm

Cut by wire electricaldischarge machining

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技術報告
平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

研究会報告集�������������������

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技術報告
平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

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技術報告
平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

研究会報告集� 0.4mm��������������������������
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技術報告
平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

3

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技術報告
平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

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技術報告
平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

研究会報告集��������������������
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技術報告

平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

研究会報告集���������� ����� ���������������������������������������
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16

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技術報告

平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

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

no.1

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no.2

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no.3

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17

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技術報告

平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

研究会報告集���� � ��� ���� ��� ����������

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��� 100nsec�(f+1)h(10 ��� 16)=1.6�sec ���������
��� CPLD ���������������� CPLD ������������������������������ CPLD������ 20MHz ����������� SPARTAN��������� 40MHz � 40bit �����������������
������� 25nsec������ 7.6hour ���������
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� 1 SPARTAN�(XC2S100)

技術報告
平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

研究会報告集�������NMR ����������������
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技術報告

平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

研究会報告集������������� Xilinx ������������������ WebPack ���������
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技術報告
平成 17 年度 分子科学研究所技術研究会
2006 年 3 月 1 〜 2 日

研究会報告集�3������

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����
[1]

http://www.xilinx.co.jp/[2]����, “���������������������”, �� 7 ����������, �� 8 � 7
�, P152 – P155[3]

http://optimize.ath.cx/ezfpga/index.html

­

21

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技術レポート
自動分子定規作製装置
内山功一
はじめに
分子スケールナノサイエンスセンター 分子金属素子・分子エレクトロニクス研究部門小川グループからの依頼により、分子定規をシーケンス制御により作製する 2 軸制御の装置を製作した。この装置で作製する
分子定規とは、後述するように有機分子と金属イオンを交互に積層させて得られた自己組織化多層膜であり、超精密レジストとして利用される。分子定規は、分子が選択的にかつ垂直に成長する性質を利用しているため、膜厚は分子長と層数によって決まる。この分子定規を利用することにより、精密なナノ構造制御が可能となるが、問題点としては作製までに長時間を要することである。本装置により分子定規作製が自動化できるようになることは、実験的にはもちろんのこと、将来的な実用素子開発に際しても非常に有用なことである。
分子定規法について
これまでに、従来のリソグラフィー技術と自己組織化の化学的プロセスを組み合わせることにより、構造物の間に精密にナノメートルスケールでギャップを作製する方法が「分子定規法」として開発されている [1]。この方法は化学的なプロセスにより
金属 - 有機物を必要な膜厚まで交互に配向・積層させて 3 次元的な分子レジストを利用することにより可能である。この自己組織化した多層膜を分子定規として利用することにより、精密な構造制御を行うことが可能なのである（図 1）。ここに作製例を挙げる [2]。まずポリスチレンの球を通常のリソグ
ラフィーに使うマスクの代わりに使用し、親構造を作製する。このポリスチレン球（直径 400nm）を
1 層だけ細密充填で並べ、金をその上から蒸着しこの球を取り去ることにより三角形のナノドットが得られる。この三角形の金ドットを親構造として
い る。MHDA（16-mercaptohexadecanoic acid）と Cu2+ イオンの多層膜は金の上にのみ選択的に成長する。浸漬には 1 層目の MHDA に 24 時間、
2 層目以降 MHDA に 15 分、Cu2+ に 10 分を要す
る。溶液を変わるたびにエタノールによる十分な洗浄と窒素ガスによる乾燥が必要である。自己組
織化単分子多層膜が目的の膜厚にまで成長した時
点で次に子構造として白金を蒸着した。その後この単分子多層膜を取り除くことにより非常に均一なギャップが親構造と子構造の間に得られる。写真 1 にその過程を FE-SEM 像により示す。上記の単分子多層膜をレジストとして使用した際に、ナノスケールのギャップがナノ構造物の周りにも得られることがわかる。このギャップの大きさは単­

図 1: 分子定規によるナノリソグラフィーの手順(a) 金の親構造をリソグラフィー法により SiO2
基板上に作製 (b) 自己組織化単分子多層膜 ( α , ω mercaptoalkanoic acid and Cu2+ ions が交互に成長 ) が親構造を覆う分子レジストとなる (c) 子構造となる金属を蒸着 . (d) 分子レジストを化学的に取り除くことにより、非常に精密なギャップが親構造と子構造の間に得られる。

22­

技術レポートに分子多層膜のレイヤー数を変更するだけで容易に制御可能である。しかも、従来の電子ビームリソグ
ラフィーよりも安価で、高い解像度でナノ構造が得られることが最大の特徴である。近い将来この方法
が電子デバイスやマイクロマシーンを構築する上で頻繁に利用されることが期待されている。
装置について本体は 2 軸の駆動機構で、ダイアディックシステ
ムズ社のロッドレスシリンダを使用している。Z 軸
稼動距離 200mm、X 軸稼動距離 700mm、ケージ
サイズ幅 1000mm 奥行き 500mm 高さ 600mm。
シリンダは教示ツールにより停止位置と移動速度、加速度を 16 点（4bit）まで設定可能であり、今回Z 軸側で 6 点、X 軸側で 10 点利用している。シリンダの動作は USB 接続によるデジタル I/O モジュールを用いて、ノートパソコン上のプログラムからシーケンス制御によって行う。Z 軸のステージに長さ 200mm のアームを取り付け、その先端部分にサンプルホルダーを取り付けている。サンプルホルダ
ーは 40mm 長のコの字型で、その両端に 5mm 間隔
で 7 箇所サンプル固定用のネジ穴を用意している。
X 軸シリンダの手前中央部分にはブロー用の受け皿と 4 本のノズルを設置してあり、その両脇には幅300mm 奥行き 170mm 高さ 100mm の容器バス
ケットを設置している。容器バスケットはネジ固定式の稼動バーがあり、ビーカーやポリ容器等サイズの異なる容器が利用できるようになっている。
コントローラーは前面に電源スイッチ、USB 端子、緊急停止スイッチを配置し、背面には各シリンダへの接続コネクタ、電磁バルブへの接続コネクタを配置している。内部は電源、各シリンダのアンプ、デジタル I/O モジュール、リレーが設置されている。
動作シーケンスについて
シーケンスの流れを図 2 に示し、各ステップの内容を説明する。
①有機分子（溶液 A:MHDA）に基板を浸漬。設定範囲 1 秒 ~60 分 /1 層目 1~24 時間繰り返し回数終了の場合、このステップで一時停止する。
②エタノール（洗浄液 A）に浸漬洗浄。設定範囲 1
秒 ~60 分繰り返し回数終了の場合、動作継続確認後
このステップに移行する。
③窒素をブローして基板から液体を除去。設定範囲
1 秒 ~60 分­

写真 1: これらの FE-SEM 像は分子定規法がポリスチレン球 (PS) マスクを用いて作製されたナノ構造に適用された際の手順を示す [2]。
a) スピンコートにより得られた単層の PS。b) 三角
形の金ドット。PS マスク上に金を蒸着後、PS を取り除いた。c) 5 層の MHDA/Cu2+ がナノ構造上に成長。d) 金属を蒸着後に分子レジストを取り除いたもの。約 11nm の非常に均一なギャップが金の親構造の周りに得られた。全ての像の大きさは 1.5
μ m x 1.5 μ m である。

写真 2:
自動分子定規作製装置システム全体写真。
左から本体、制御用ノートパソコン、コントローラー

23­

技術レポート
繰り返し回数終了の場合、開始位置まで移動してシーケンスを終了する④金属イオン（溶液 B:Cu2+）に基板を浸漬。設定
範囲 1 秒 ~60 分⑤エタノール（洗浄液 B）に浸漬洗浄。
設定範囲 1 秒 ~60 分⑥窒素をブローして基板から液体を除去。
設定範囲 1 秒 ~60 分⑦ステップ 1 に戻る。

プログラムについてシーケンス制御プログラムの記述には、Microsoft
社の VisualBASIC2005 を使用した。この制御プロ
グラムでは、各種設定（シーケンス繰り返し回数、
初回有機分子溶液浸漬時間、有機分子溶液・金属
イオン溶液・各洗浄液浸漬時間、窒素ブロー時間、
電子メールアドレス（1 件）、シーケンス終了時のメール送信許可、繰り返し回数半分経過時のメー
ル送信許可）、シーケンススタート、リセット、シーケンスの一時停止（ストップ）を行っている。

写真 3: コントローラー内部写真
左から 24V 電源、シリンダーアンプ 2、
デジタル I/O モジュール ( 手前 )、電磁バルブ開閉用
リレー ( 奥 )おわりに本装置を使用してテスト用試料の作製を行った。
作製した試料の SEM 写真を示す。10 層の MHDA
分子層（厚み約 22nm）から約 20nm のギャップを得た。幅に関して不均一な部分も見られたが、これはブローを窒素ではなく大気で行ったため、大気中の有機物が影響したためと考えられる。この点は、ブローに窒素ガスを使うことにより改善

図2

シーケンス動作類

図3
制御プログラム操作
画面
各設定ボタンを押す
ことで個別に設定値
入力用ダイアログが開くようになってい
る。

­

24

­

技術レポート
できると思われる。本装置を使用することにより、比較的良好な試料作製が自動的に可能であることを示した。
今後は、より利便性・汎用性を高めるよう各シーケンスを外部テーブルから読み込ませ、独立した制御を可能にする事も検討している。
[1] A. Hatzor and P. S. Weiss, Science 291, 1019
（2001）.
[2] 田中ら、表面科学 25、650（2004）.
写真 4: 自動機で作製した分子定規により得られた
ギャップ。

­

25

­

技術レポート
メカニカル速度選択ディスクの製作
矢野隆行
１．はじめに今回製作したメカニカル速度選択ディスクは、大阪大学の笠井研究室より、施設利用で申請のあった課題である。２枚の溝付きディスクを一定の距離を保って同軸上に固定し、サーボモータで高速回転させること
により、２枚のディスクの溝間を通過できる速度を持った分子線を選別する装置である。ここでは、ディスクの製作に関して報告する。
２．ディスクの仕様と加工方法製作するディクスは、厚さ 0.1mm のステンレス (SUS304) とし、直径 72mm、その円周には 720 本の溝が、0.2mm 間隔（0.5 度）
2mm の長さで配置されている。一本の溝幅の目標値は 0.1mm である。（図１）
この溝加工は、ワイヤ放電加工機を用いて、線径 0.07mm の亜鉛コーティングワイ
ヤを使って加工している。
このディスクは切り落とし加工によって製作することになるが、その円周上に高精
度に溝を加工することは困難である。また、ワイヤ放電加工機の加工構造（図２）上、ディスクの中心部を固定して加工を行う時、図１ 製作するディスク図面
材料の下側に位置するワイヤの巻き取り部分が邪魔になって一度に円の全周加工を施すのは不可能である。そこで今回は、加工のための方法、それに必要な道具（治具）、さらには加工順序を検討して製作を行った。なお、製作精度は 5 μ m 以内と設定した。
今回使用するディスクの材料は厚さ 0.1mm と非常に薄いので、台になる治具を用意し、ワイヤ放電加工を行う際必要なスタート穴は、歪みなどの影響を材料に与えないようにするため、ドリル加工ではなく、形彫放電加工で行った。
また、全周に施す溝は、90 度ごとに支え部分を残すよう４分の１ずつ加工し、最後に支え部分を切り取る方式を採用した。（図４）図２ワイヤ放電加工機の加工原理

図３
­

26

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スタート穴加工技術レポート

7.5µm
100µm
図４

図５

溝加工時のようす

溝加工手順

さ ら に、 溝 加 工 に も か な り 工 夫 を し た。 今 回 の 場 合、 線 径
0.07mm の亜鉛コーティングワイヤを一度通しただけの場合、溝幅は 85 μ m になることが事前の加工実験で判明していたので図５に示すような加工を行った。
まず、赤線で描かれた線上を加工し、その後、7.5 μ m 左に移動する青色の線上を加工、さらに 7.5 μ m 右に移動する緑色の線上を加工した。
３．加工結果加工したスリットを図 6 に示す。今回作成したスリットは 720
本と多く一本一本確認するのは非常に困難なため、加工後の測定方法は以下のような方法を採った。
• ディスクへの加工は、720 本のうち 1/4 にあたる 180 本分
図６ 加工した溝の加工を一つのプラグラムとして 90 度回転を四回行いながら円全体への加工を行っているため、まずの 1 回目 180 本分について加工の前半・中盤・後半に製作したスリットに関して測定を行った。( 図 7)( 図 8)
• 二回目以降の加工については、プログラム上の同じ位置関係にあるスリット幅を比較することで同じ細工がされているかどうかを判断した。( 図 9)
結果を表 1 に示す。
①

(1)

③後半
溝加工部分

②

ディスク

(2)

②中盤

測定箇所

①前半

④

(3)

図７

溝

ディスク 1/4 模式図

③
測定位置１

図８
­

測定位置２
27

­

図９

測定位置３

技術レポート
表１

測定結果

単位
[ μ m]

①

②

③

④

理論値

前半

中盤

後半

後半

後半

後半

(1)

97

100

96

102

98

97

100

(2)

98

99

100

103

100

96

100

(3)

104

105

99

103

97

97

100

今回の製作では、これらの値が製作前に設定した精度範囲内を実現していたので、これを完成品とした。
４．まとめ
これは、最新の技術を追究したとか、専用機を作って製作したものではないが、既存の設備を使って治具や加工手順を工夫することでも困難な加工に対応できるということが証明できた一例であった。

­

28

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技術レポート
チタン銅製磁化率測定セル
鈴井光一
１，はじめに
高圧下における磁化率測定は物質の磁性、磁気構造の決定にはなくてはならない測定手段で、物性研究の重要な位置付けである。1997 年頃、相関領域研究系の細越助手（現大阪府立大助教授）の依頼で低温、高圧下での磁化測定を行う試料セル（加圧容器）を装置開発室で製作した（図１）。材料は、非磁性、高強度
材料かつ熱伝導率が高いチタン銅（Cu-Ti）合金が用いられた。しかし、当時は材料の特性を引き出せず、発生圧力が 500 〜 600kPa までが限界であった。その後、所定の圧延加工、熱処理条件を探索し、材料の強度特性を改善させ 1GPa 以上の圧力が可能な試料セルの製作を行った。
２，材料について高圧を利用した低温、磁性の物性測定の加圧容器として一般に用いられる材料にベリリウム銅（Cu-Be）合金がある。しかしながらこの合金には強度を高めるため
0.2% 程度のコバルトが添加されている [1][2]。コバルトは極低温下で少量の試料の磁気測定を行う上で大きなバックグラウンドとなり、磁性の実験には条件によっては使えないことが知られている。大阪大学のグループが過去にコバルトフリーの Cu-Be を特注したという情報から、我々もこの材料を入手しようとしたが、現在ではどの材料メーカーも少量では対応できないのが現状である（もちろん数ｔからの発注であれば応じてくれる）。
一方、Cu-Ti 合金も圧力材料として注目され、Cu-Ti 合
金は他の添加物がなく、Cu-Be 合金に比べ低温での磁気特性も良好である。しかし、Cu-Ti は主にバネ用材料として製造されており、一般に材料として入手できるのは厚さ 2 〜 3mm 以下のものしかなく、入手困難な材料である。
製作したセルの材料は、当時の細越助手がメーカーの製造ラインの途中段階（圧延工程）の材料を、抜き取り調達したものである。
図1
上 : クランプ式圧力セル組立図。

試料は圧力媒体 ( オイル ) とテフロンセルに入れる。
３，製作
Cu-Be、Cu-Ti い ず れ も 析 出 硬 化 性 銅 合 金 と 称 さ れ、 油圧ポンプでピストンを押し加圧し , ねじ蓋を締めることにより , 圧力をクランプする。
Cu の中にわずかに添加された元素（Be や Ti）を、溶融 http://www.p.s.osakafu-u.ac.jp/~yhoso/index.html より時には溶け込んでいるが、熱処理（時効硬化）により析
下 : 試料セル寸法図 ( 組立図の色の付いた部分 )出させることによって材料硬度を増加させる合金である。
材料メーカーより溶融時の抜き取りサンプルとして入手した、φ 40 ｍｍ 長さ 60 ｍｍのインゴットを用いて、熱間鍛造で各サイズに加工し時効処理を行ない、それぞれの硬度を調べた。その後、機械加工ができるサイズに冷間加工（時効処理前の冷間加工は、熱処
理後の強度に影響することが知られており、ここでは断面積減少率 44％で冷間鍛造を行っている）を行い、先に調べた最大硬度となる温度を基に時効処理を行った。処理後の材料硬度は約 HV370 となり、この材料を用いて 1GPa 以上の加圧実績のある試料セルを製作した。製作工程の概要を図２に、温度と硬度の関係を

­

29

­

技術レポート

図 3 硬さと時効処理温度の関係
温度条件および冷間加工度等は YAMAHA
で生産されていた Cu-Ti 合金のカタログ値を
参照した。

図２

製作工程概要図４時効硬化処理温度と硬度

図３に示す。ここまでの作業は松下幸司氏（現名古屋大学全学技術センター）が分子研在職中に行った。
直径 40 ｍｍの溶融時の抜き取りサンプル以降、新たにメーカーの生産工程から抜き取りした大容量のインゴットが入手できたため、冷間鍛造後の時効処理温度、時効処理時間を変化させ温度条件を絞り込む作業を行った。時効処理時間については析出物の状態を左右し時間が長すぎると逆に強度を低下させることにな
るため [3][5]、確認しておく必要があった。
時効硬化処理温度と硬度の関係および処理時間と硬度の関係をそれぞれ図４、図５に示す。また、大容量
インゴットの写真を図６、熱間鍛造後の写真を図７に示す。
この様にして得られた材料製作工程や熱処理条件を用いて、試料セルを製作し現在、大阪府立大学で実験に使用されている。
４，安全性について製作した試料セルのように内圧を受ける高圧シリンダーは、内圧上昇で破壊した際に、圧力によって蓄えられた歪みエネルギーが破片の飛散する運動エネルギーとなって解放されるので、危険であるとされている[4]。今回はとくに材料の強度（硬度）を上げる事を行ってきたが、金属材料は硬度を上げると材料強度は増すが逆に脆くなるので、安全性は低くなる。高圧シリンダーの耐圧強度と安全性は相反する機械的性質を要
­

30

­

技術レポート
求することになり、設計・製作にはこの点を十分考慮しなければならない指摘を受けた。
無垢材料から製作された無限長シリンダーの理論計算から求まる最大内圧 Pmax の値は、Cu-Ti の場合、時効処理後の降伏応力 1.2GPa とすると約 580MPa となる。
しかし、圧力発生部をシリンダーの一部とし、圧力媒体
を直接シリンダーに接触させず封入型にするなどの方法とすれば、一般にピストンシリンダー型圧力セルでは理論値よりも高い圧力で使える（およそ 2 倍が目安）とされている [5]。
実際に製作したシリンダーの破壊例があったが、壁面が破断して飛散することはなく塑性変形による亀裂程度であった。
以上のことから、実験に使用する際には上限圧力を1.2GPa までにとどめ、圧力よりも安全を求めて頂くよ
う喚起していく。
５，おわりにCu-Ti 合金の材料特性改善と試料セルの製作は、平成
18 年度の施設利用として受けた依頼製作であるが、取り組みは古くから行われていた。1997 年頃は当時の人事交流で在籍した小林和宏氏（現名古屋大学全学技術センター）、2000 年頃からは同じく人事交流によって在籍した松下幸司氏らによって進められた。また、平成 12
年度の茅所長奨励研究費の支援を受けて実施されていることも併せて報告する。

図４

図６
40

インゴット
40 190

参考文献[1] 日本ガイシ株式会社、ベリリウム銅合金資料[2]BRUSH WELLMAN 社ベリリウム銅ガイド[3] 池野進 , 佐治重興 , 堀茂徳：日本金属学会誌 Vol42,No.3,p.275,(1978)[4] 網田富士嗣：高圧力の化学と技術 ,Vol.12,
No.4,p.288,(2002)[5] 松本武彦：高圧力の化学と技術 ,Vol.12,
No.4,p.280,(2002)

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31

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時効硬化処理時間と硬度

図７ 熱間鍛造後
φ 20 1000

技術レポート
近赤外リニアイメージセンサ用データ処理装置の開発
吉田久史
1. はじめにG9213-256S( 浜松ホトニクス ) は、近赤外分光測光用に設計された 256 チャンネルの InGaAs リニアイ
メージセンサである。その主な仕様は、感度波長：0.9 〜 1.7 μ m，画素数：256，画素ピッチ：50 μ m，画素サイズ：50 500 μ m，1 段電子冷却である。分子構造研究系岡本グループの井村助手の依頼により、
このリニアイメージセンサを用いたデータ処理装置を製作したので報告する。開発したデータ処理装置のハードウェアは、図 1 に示すように検出器ヘッド C8061-01 ( 浜松ホトニクス )、ビデオ信号読み出し制御回路 ( 自作 )、AD 変換ボード AD-16-16U(PCI)EV( コンテック )、IBM-AT 互換パーソナル・コンピュータで構成されている。また、データ収集のためのソフトウェアは、ANSI C 開発言語である LabWindows/CVI( ナショナル･インスツルメンツ ) で作成している。

図 1 近赤外リニアイメージセンサ・データ処理装置のブロック図

２．検出器ヘッド ( 受光部 )写真 1 に C8061-01 検出器ヘッドを示す。検出器
ヘッドの中央部に設置してあるメタルパッケージの部品がリニアイメージセンサである。C8061-01 検
出器ヘッドは、G9213-256S 用に設計された高感度の駆動回路である。これを用いることで、ユーザー
は簡単な外部信号の入力で G9213-256S を駆動することが可能となる。外部入力信号は、センサ内のア
ンプのゲインを切り換えるためのデジタル信号 (CfSEL)、駆動回路のためのマスタクロック (CLK)、ビ
デオ信号を排出させるためのトリガーとなるスター
写真 1 C8061-01 検出器ヘッド
トパルス (Start) の 3 種類である。一方、外部への出力信号は、256 チャンネルのビデオ信号 (Data video)、ビデオ信号を AD 変換する際に使用するチャンネル
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技術レポート
同期パルス (Trigger)、ビデオ信号の読み出し中を示すステータス信号 (EOS) である。イメージセンサに蓄積された電荷は、ビデオ信号の読み出しを行うことで清掃される。この場合には、Start 信号のパルス間隔
がイメージセンサの蓄積時間となる。従って、一定間隔でビデオ信号を読み出す場合には問題無いが、単発的な使用方法のときには注意を要する。なお、CLK 信号として最大周波数：4MHz を与えたとき、ビデオ
信号の読み出し時間は 2 μ S/Ch、256 チャンネルの読み出しにかかる総時間は 515.25 μ S である。
検出器ヘッドは、測定中の素子温度を -10℃に保つための温度コントローラの機能も有する。これに関す
る外部信号として、冷却器をオン・オフするためのデジタル入力 (Cooling Control) と素子温度のモニタ用のアナログ出力 (Temp monitor) がある。
３．AD 変換ボードとビデオ信号読み出し制御回路
前述のようにビデオ信号の読み出し時間が 2 μ S/Ch な
ので、AD 変換ボードにはそれ以上の変換速度が要求される。そして、検出器ヘッドの Trigger 信号でサンプリングを実行するためには、外部サンプリングの機能も必要となる。これらの点を考慮して、AD 変換ボードは AD-1616U(PCI)EV を選定した。この AD 変換ボードの持つ豊富な機能により、最終的にビデオ信号の取り込みには、検出器ヘッドの 3 本の信号線 (Data video，Trigger，EOS)
を AD 変 換 ボ ー ド の 信 号 線 (Analog Input，External
Sampling Clock Input，External Start(Stop) Trigger
写真 2 ビデオデータ読み出し制御回路
Input) に接続するだけで良くなった。そして、ソフトウェ
ア上では、AD 変換ボードの初期設定後、AD 変換に関するステータスを監視するだけでデータの取り込みが終了したかどうかを知ることができる。
写真 2 にビデオデータ読み出し制御回路の概観を、図 2 にその機能ブロック図を示す。ビデオデータ読
み出し制御回路は、検出器ヘッドの外部入力信号を生成する回路である。そして、その中の Start 信号，Cf
SEL 信号，Cooling Control 信号に関しては、パソコンからの指令により制御されている。ビデオデータ読
み出し制御回路の処理は、(1) パソコンからの測定開始指令により外部トリガー信号の待機状態になる。(2)トリガー信号の受信により、検出器ヘッドに Start 信号を出力する。ここでのビデオ信号の読み出しは、センサの蓄積電荷の清掃が目的である。(3) ビデオ信号の送出後、直ちにパソコンにより指定した積算時間の計測を始める。(4) 積算の終了後、Start 信号を発生し再びビデオ信 号の読み出しを行う。といった手順である。

図 2 ビデオデータ読み出し制御回路のブロック図
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技術レポート
一方、パソコン側の手順は、(1) ビデオデータ読み出し制御回路に対して開始指令を発生する。(2)AD 変換
ボードのステータスを監視し、データの取り込みが終了したことを知る。(3)2 回目のデータ取り込みが終了した際にその時のデータを測定データとして転送する。という具合である。
パソコンからの指令や積算時間の通信は、AD 変換ボードにあるデジタル I/O を利用して行った。ただし、このデジタル I/O は入出力とも各 4 ビットなので、データ通信はシリアル転送で行うことにした。通信方式は、
送信データ・ビット (Send Data)、データが有効であることを示すステータス・ビット (Data Available)、
データの取得を示すステータス・ビット (Data Acknowledge) の 3 ビットによるハンドシェイク方式である。
一方、ビデオデータ読み出し制御回路側の通信制御は、ワンチップのマイクロコントローラ PIC16F628( マイクロチップ ) を用いて行っている。
積算時間の計測は、時間精度を高めるためにハードウェア上で行っている。具体的には、マスタクロック
を分周して得た 100Hz のクロックを 4 桁のプリセッタブル・カウンタでカウントしている。従って、積算時間の設定範囲は 0.01S 〜 99.99S である。
４．ソフトウェア
リニアイメージセンサ・データ処理装置のプログラムは、ナショナル・インスツルメン
ツ社の LabWindows/CVI で開発した。データ処理プログラムの操作画面を図 3 に示す。基
本的な処理としては、測定の初期設定をするためのユーザーインターフェースと前項で示したような処理手順に従ってビデオデータの取得、グラフ表示、そしてデータの保存を行うことである。このビデオデータ取得のための一連の処理をイベントとし、指定回数のイ
ベントを繰り返してデータは収集される。さらに、外部トリガー信号のモードに代え、内部トリガー ( 即時 ) のデータ取得ができるように機能を付加した。

図３ データ処理プログラムの操作画面

５．まとめ
リニアイメージセンサ用の検出器ヘッドを使用することで、ビデオ信号の取り込みに関する制御回路はかなり簡単なもので良くなった。基本的に、ビデオ信号の読み出しはマスタクロックと Start パルスを検出器
ヘッドに供給するだけである。また、データの取り込みに関しては、AD 変換を検出器ヘッドの Trigger 信号に同期させて実行すれば良い。パソコンとの通信に関しては、AD 変換ボードに付加されたデジタル I/Oを利用することで、別途インターフェースを用意する必要が無くなった。一方、検出器ヘッドにはアナログ回路用： 15V，デジタル回路用：+5V，冷却制御回路用：+5V，冷却ファン用：+12V という多種類の電源が必要であり、特にノイズの面からアナログ用電源とデジタル用の電源のアースの取り方などに注意を要する。
Windows アプリケーションは、多くの場合 Visual BASIC を用いて開発を行っていて、LabWindows/
CVI は今回はじめての使用であった。AD 変換ボードに付属している関数ライブラリは、一般的に Visual
BASIC や Visual C++ に対応していることが明記してあるが、LabWindows/CVI でも問題なく使用できた。
変数の扱い方の違いや C 言語特有のポインタなど、BASIC と C 言語の違いで多少戸惑うことがあったものの、比較的短時間で一通りのプログラムを作成できるようになった。特に、配列変数をグラフ表示する際には、LabWindws/CVI には便利なコントロールが用意されていて非常に簡潔なプログラムになった。

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技術レポート
ノズルの製作（単孔円板）
永田正明
単 孔 円 板 と は、 丸 板 の 中 心 に 0.3 ミ リ 以 下 の 穴 を 有 し た 物 を 指 し ま す。 過 去 の 実 績 で は、 直 径 は6-10mm、厚みは 0.5-3mm で穴径は 30 μ m-0.3mm の物を製作している。ガラス管の先端及び中間に隔壁として使用する。使用例としては導電隔壁やイオンの解離速度測定セル、真空チャンバーへのガス導入ノ
ズル等である。
製作方法を以下に説明する。
i) 外径 20mm 内径 16mm のパイレックス管を強熱し、内径 0.5mm 程度迄焼き縮める。
ii) 炎から外し引き延ばす事により、毛細管を得る。
この時、引き延ばす速度、及び長さの調整により内径を決める。
iii) つぎに毛細管を必要な厚さで輪切りにして、顕微鏡で穴径を測定し選別を行う。
外径、及び厚さを所定サイズ迄研摩して、単孔円板を得る。
iv) ガラス管先端又は中間に溶着した後熱加工による穴と板の変形が無い事を、再度顕微鏡で確認し完製品とする。
この方法の利点は加熱の調整により、穴径を自在に選択することができ、最適ノズル穴径を探す場合などの実験に柔軟に対応できる点である。

単孔円板

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技術レポート
STM セルの製作
水谷伸雄
ナノサイエンスセンター小川 G、三宅雄介氏の依頼により走査トンネル顕微鏡（STM）セルを製作した。
三宅氏は、このセルを用いた計測により Asia Nano 2006 国際会議で “Outstanding Research Award” を受賞した。その詳細については、分子研 HP（http://www.ims.ac.jp/as/2006/award.html）を見ていただ
きたい。STM 観察は通常、超高真空中で行うことで観察したい分子の表面に空気等の分子が吸着するのを防いでいるが、真空中での実験操作は難しく、一回の測定時間も長くなってしまう。その点、三宅氏が行っている溶液中の STM 観察は、サンプルとの条件が整えば大気下においても超高真空中なみの高分解能観察を可能としている。この利点を活用することで受賞に結びついたようだ。
今回製作した STM セルは、従来型セルの長さを 2 mm 程長くした以外は他の形状を変える事なく溶液だ
めとサンプル固定用の板バネを設けることで大気下における高分解能観察を可能とした。実際の観察から得られた STM セル（以下、液中セルと略されている。）の特徴について三宅氏から次のように提示された。
STM セル（液中セル）の特徴
１．接着剤なしに導電性基板をセルに固定できること
通常はグラファイトや金属の基板をカーボンや銀ペーストを用いて固定しますが、私の系では、溶液中での測定なので、不純物が接着剤から溶け出してくると測定に大きな影響を与えてしまいます。液中セルは板バネで基板を固定するので、この心配がありません。
２．基板の表面で導通を確保できること
金の基板などは、絶縁体であるマイカ上に金を蒸着して作ります。そのため通常は基板とセルの間に絶縁体が挟まるため、金線などでセルと基板表面との導通を確保しなければなりません。表面への金線の固定もカーボンペーストやカーボンテープを用いるため特徴１の不純物という点について問題があります。溶液を使わない測定においても接点がフラフラしたり、金線そのものがフラフラしたりするとノイズの原因になります。STM は pA レベルの微小電流を計測しているのでちょっとしたことで影響を受けます。液中セルの場
合、板バネが固定とともに、基板表面からの導通も確保するのでこの心配がありません。サンプル作製も非常に楽です。
３．液だめがある
溶液中での測定を行いますので、ある程度の時間、溶媒が基板表面に存在していなければなりません。工
作技術のないグループの場合は、基板表面に溶液をたらして、乾くまでの間に測定を終わらせなければいけません。乾くまでの時間は、溶媒の蒸気圧に依存しますが、低沸点溶媒の使用はまず無理です。高沸点溶媒でも、液だめがないと横に漏れますし、量が少なければ乾きも早いです。濃度依存性のあるサンプルの場合は、信頼性のあるデータを取るのが難しいです。また乾くまでにデータが取れない場合、サンプル作成からやり

写真１：STM セル

写真２：計測中の STM セル
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技術レポート直しです。液中セルの場合、よく使うフェニルオクタンという溶媒に関しては、1 日から 2 日は持ちますので、長時間の測定にも耐えられます。使用できる溶媒のバリエーションも増えました。
製作した STM セルを写真１に示す。また、写真２の中央に見えるのが計測中の STM セルで、寸法は、長さ 17mm 、幅 13.4 mm、厚さ 4mm の表側に、長さ 13mm 、幅 9 mm、深さ 1.5 mm の液だめが設けてある。セルは、SUS304 材を切削加工により製作するが、板バネを固定するためのネジ穴（M1.7）は、溶液が漏れないように止まり穴にする必要がある。しかし、厚さ 2.5 mm の部分に充分な深さを持つ M1.7のネジを切ることは難しい。そのため、製作工程としては、いったん M1.7 のネジを貫通させておき、その後、裏側より厚さ 0.5 mm のステンレスプラグを溶接してネジ穴を塞いだ。この時、溶接部分の凹凸は、手作業で平滑に仕上げて完成とした。構造としてはシンプルだが、このような難削材の精密加工や微小部品の溶接等も装置開発室の得意とする所である。
今回のように一見単純な部品であっても、それを活用する研究者によって受賞に結びついた事は製作者にとっても喜びである。

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技術レポート
高温固体 NMR プローブの製作
水谷伸雄
昨年の本レポートにおいて、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。
1 号機とも言うべく固体 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。（実験目的及び、仕様の詳細については前回の報告を参照していただきたい。）
実際に 1 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。
2 号機となる高温固体 NMR プローブは一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る。
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１に製作した高温固体 NMR プローブの全景を示す。コイ
ル設置部分は、5 枚のセラミックヒーター（100W 5）を備え、金メッキを施した銅製のハウジング内で加熱される。（写真２）セラミックヒーター周りにはホト
ベール製の断熱材を設け（写真３）、さらに NMR プ
ローブの先端約 1/3 は、水冷ジャケットで覆いセラミックヒーターの熱が超伝導マグネットへ伝わるのを防いでいる。水冷ジャケットを外した状態を写真４に示す。
1 号機は、He ガスフロー形クライオスタットを併用しているため超伝導マグネットの上部から吊り下げるような形で取り付けられているが、2 号機はクライオスタットを使用しないため、マグネットの下部から取り付ける形にした。超伝導マグネットはその構造
上、磁場中心は装置全長から見て下方に位置してい
写真１：高温固体 NMR プローブ全景る。従って NMR プローブを下から取り付けることでプローブ全長を短くでき、剛性も高まった。その反面、
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技術レポート
マグネット下の作業スペースには限りがあり、頻繁に着脱する NMR プローブの取扱を容易にするため、フランジの固定には簡易バヨネット方式を採用した。（写真５）材質はアルミ合金を使用し、リン青銅製のボ
ルトとヘリサートネジにより固定される。銅製の水冷ジャケットは、銀ロー付けで製作し、支柱・バリコン
調整軸・ネジ類は真鍮製、絶縁部品はホトベール、コイル・コイル周辺絶縁部品はシェイパル M ソフトで製作した。
今後も、1 号機・2 号機それぞれの特徴を生かした測定結果に期待し、更なる改良、開発に携わって行きたい。

写真２：ヒーターハウジング

写真３：断熱筒

写真４：水冷ジャケットを外した状態

写真５：フランジ固定部

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技術レポート
超精密研磨加工によるスリット刃の製作
近藤聖彦
1. はじめに2005 年に製作した軟Ｘ線発光分光器のスリット刃は、名古屋大学理学部の平面研磨機を使用しスリット刃を製作した。しかし、研磨工程ごとに名古屋大学と分子研を往復する時間のロスや、加工品の運搬の際に刃先にキズをつける可能性があり、スリット刃の製作環境は良いとは言えなかった。また、製作したスリット刃のエ
ッジ精度に関しても、およそ 200nm であり、最小スリット
幅 1 μ m を実現するスリット刃としては今ひとつと言った状態であった。そこで、装置開発室においても平面研磨機を製作し、超精密平面研磨加工技術を確立すると共に、より精度の高いスリット刃を製作することを試みた。図 1 に製作した平面研磨機を示す（製作の詳細は本誌 44 ページに報告）。その結果、2005 年製のスリット刃より鋭利なエッジを有するスリット刃を製作することができたので報告する。
図 1 平面研磨加工機
2. 加工方法の変更
2005 年の Annual Report で報告した加工方法を見直し、改良できる部分について一部変更した。この変
更した主な 3 点について記述する。
(1) スリット素材形状の変更
2005 年製のスリット刃は、エッジの仕上げ後に放電加工機を使用し固定用ザグリ穴をスリット刃側面にあけた。その後、スリット刃のエッジを観察すると放電加工前にはなかった損傷が発見された。この原因は、放電加工時にできる放電くずがエッジ部にあたり、エッジを損傷させたのではないかと考えた。そこで、今回は図 2 に示すように、最初に固定用ザグリ穴をあけたスリット素材を使用し研磨をおこなった。ただし、この方法は仕上げ研磨時、このザグリ穴部分に荒研磨の砥粒が残留するという問題がある。これについては、
砥粒径ごとに専用の洗浄容器を準備し十分に超音波洗浄をおこなった。
(2) 仕上げ研磨砥粒径の変更
図３に示す A 面と B 面は C 面を研磨するときに重ね合わせる面になる。この重ね合わせた面に隙間が生じるとスリットのエッジを鋭利にすることが難しくなる。そこで、この隙間を極小にするため、仕上げ研磨の研磨砥粒径を 3 μｍから１μｍに変更し、スリット側面の表面粗さを向上させた。これより、表面粗さは6 μｍ Ra 程度から 1 μｍ Ra 程度まで向上した。
(3)C 面の研磨工程の変更
C 面は仕上げ研磨をおこなった後、さらに傷を少なくするためメカノケミカルポリシング（砥粒径：

図２

図３

スリット素材­40­

スリット刃の研磨面

技術レポート
40nm、砥粒材質：シリカ）をおこなった。しかし、この方法はラップ定盤に不織布を使用するため、スリット素材に角ダレが生じ、平面度は悪化する。
このため、A、B 面のメカノケミカルポリシングはおこなわなかった。
3. 製作したスリット刃のエッジ粗さ
SEM（JEOL 製 JSM ­ 6700F）を使用し、製作したスリット刃のエッジを観察した。観察方向は図 4 に示すように A 面に対して垂直方向から観察している。図５にエッジの SEM 画像を示す。この図はスリット刃の中心を観察した像である。図 6 は図 5 の中心付近を 25 倍に拡大した像である。この図より、エッジ粗さは 50nm 程度である。2005 年製のエッジ粗さは 200nm程度であったことより 4 倍程度エッジ粗さが向上した。

図５

スリット刃の中心を観察したエッジ像

図６

図４
スリット刃の観察方向（矢印）

エッジ部分を拡大した像

4. まとめ装置開発室で製作した研磨加工機を使用し、スリット刃の製作をおこなった。2005 年度におこなった加工方法を見直し、主な 3 点を変更した。これより、2005 年製のエッジ粗さ 200nm 程度が 50nm 程度と向
上した。
5. 謝辞
スリット刃の製作にあたり , これまで助言並びにご協力を賜りました名古屋大学全学技術センターの鳥居
龍晴氏、増田忠志氏、松下幸司氏、SEM の観察をしていただきました分子スケールナノサイエンスセンタ
ーの中尾聡氏にお礼申し上げます。

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技術レポート
高出力マイクロチップレーザ発振器の設計・製作
近藤聖彦
1. はじめに
特殊波長レーザ開発研究部門の平等グループは、高出力、高ビーム品質を有するエッジ励起マイクロチッ
プレーザの開発に成功し、これを組み込んだレーザ発振器の試作を終えている。この発振器は、現行市販の形状と比べ小型になっているが、さらに小型化した発振器の開発依頼があった。この依頼された発振器は、300W の高出力を有するため、金属部品の溶接などに用途がある。また、某企業においてこの発振器を試行する予定になっている。そこで、有用性が確認されれば、産業分野への普及が可能となる。装置開発室は、
このレーザ発振器の設計と製作をおこなっている。
2. 発振器の概要
図 1 に高出力マイクロチップレーザ発振器の模式図を示す。これは、レーザ用励起モジュール、レンズホ
ルダー、ファイバーコネクタ、水路部品で構成されている。
レーザ用励起モジュールから照射されたレーザは、レンズホルダーで集光され、ファイバーコネクタに取り付けた光ファイバーから取り出すことができる。筐体の外形は 250（奥行き） 345（幅） 210（高さ）である。
3. 設計の特徴
設計に関しては試作のモデルを基本としているが、本開発にあたり改良した点の特徴について記述する。
1）レーザ用励起モジュールの小型化
発振器を小型にするため、レーザ用励起モジュールの外形状をプロトタイプの 190 190 H86.5 から
160 160 H 90 まで小さくした。
2）レンズホルダーの改良
レーザ用励起モジュール内部に組込まれているレンズ
ホルダーはレーザの照射とともに熱くなる。このため、これを冷却する必要がある。ただし、試作のレンズホ 図１
ルダーは冷却構造になっていない。そこで、このホル
高出力マイクロチップレーザー発振器の模式図
ダー内部に水路を設け、冷却できる構造とした。
3）水路用継手の設計
市販の水圧用エルボ継手を使用した場合、管用テーパーネジを回転させ止めるため、設計した位置で止めることが困難になる。そこで、図 1 に示す自在に位置決め可能な水圧用自在継手の設計をおこなった。
4．電子ビーム溶接機を使用した水圧用自在継手の製作
水圧用自在継手は、図 2 に示す市販のフレキシブルチューブとマイクロフイットを使用し設計をおこなった。この継手の構造を図 3 に示す。このように、位置決めした状態で袋ナットを回転すれば、押さえ板が O
リングを圧縮し、漏水を止める構造になっている。
この自在継手の製作には電子ビーム溶接をおこなった。この溶接は、(1) アーク溶接と比べパワー密度が高いため溶接幅が狭く深い溶込みが得られる (2) 単位溶込み深さあたりの入熱量が小さいため熱影響部が狭く
熱変形の少ない高精度な溶接が可能である (3) 真空中で溶接可能であり、仕上がりが美しいなどの特徴がある。これより、アーク溶接よりも美しく変形の少ない溶接が可能となる。この溶接に使用した電子ビーム溶接機を図 4 に示す。この溶接機の内部を図 5 に示す。ここで、図 5 に示す回転チャックは円周部の溶接をお
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技術レポート
こなうときに使用する。このため、マイクロフイットのような筐体形
状が四角の部品をチャックに挟むと回転中心がでない。そこで、このような形状部品は治具を必要とする。図 6 に押さえ板とマイクロフイ
ットを溶接するときに使用した治具を示す。この治具は 3 本の M4 ネ
ジを押し引きすることより、回転中心を調整できる構造となっている。
これを回転チャックに固定した時の様子を図 7 に示す。溶接は、この図に示す方向から射出する電子ビームの焦点を溶接部と同じ高さに設置したダミーで調節した後、回転している溶接部にこのビームを照射
図２
しておこなう。

水圧用自在継手の外観写真

5. おわりに
高出力マイクロチップレーザ発振器の設計と製作をおこなった。水路
部品の継手に関しては、小型かつ組立てを容易にするため、水圧用自在継手を設計し、電子ビーム溶接機を使用し製作した。
現在、筐体の機械部品の組立ては完成し電気配線をおこなっている
ところである。
図３

図４

図5

水圧用自在継手の断面図

電子ビーム溶接機

電子ビーム溶接機内部

図６

治具に取り付けた継手

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図７
回転チャックに取り付けた治具

技術レポート
平面研磨装置の製作
近藤聖彦
１. はじめに
新しい化学技術として注目を集めているマイクロリアクターは、2 枚のガラス基板（マイクロ流路を加工した板と平板）を接合することによって製作される。このため、ガラス基板の表面粗さや平面度が重要になる。また、UVSOR 放射光施設で使用される発光分光器を構成する要素の一つに可変スリットがある。これは、高分解能を得るためスリット幅を 1 〜 10 μｍにする。この幅は 2 枚の鋭利な刃を対向させる。そのため、この刃のエッジ粗さと直線性が重要になる。これらの表面粗さや形状精度は研磨加工によって実現される。さらに、レーザ開発研究においても光学結晶の研磨は重要な位置づけである。このように、分子研内での研磨加工技術に対する要求は高まっている。しかし、装置開発室に精密平面研磨加工をする機器が設備されていない。ここで、現行市販の研磨機の導入を検討したが、平面研磨機はモーターで平面プレートを回転させるだけの簡単な構造であるにもかかわらず、価格が数百万と非常に高価である。そこで、名古屋大学において岩石の薄片試料作成に使用されていた研磨機を改造し平面研磨加工機を製作した。また、この研磨機を使用して研磨した試料面の表面粗さを測定したので報告する。
2. 平面研磨装置の構成と研磨方法
図１に示すように、製作した平面研磨装置は駆動モーター（本体：岩石薄片研磨機改造）、ラップ定盤、研磨液自動噴霧器、ヘパフィルター付クリーンブースで構成されている。研磨方法は図 2 に示すように、ワックス（日化精工社製：リードワックス M）で試料を接着した試料固定台をラップ定盤（φ 300）上の修正
リング内部に置き、この定盤上に一定時間毎に研磨液を供給する。この修正リングは供給した研磨液を均一になじませるためのものである。このリングと試料固定台は、ラップ定盤の周速度差により自転するため均一に試料を研磨することができる。
3. 研磨加工条件と表面粗さ結果
試料研磨面の表面粗さを評価するため、図 3 に示すようにワックスを用いて SUS304 の試料（10 13
ｔ 2.5）8 枚を試料固定台に接着し平面研磨をおこなった。また、荒、中、仕上げ研磨の 3 工程の研磨をおこなった。表 1 に研磨加工条件と表面粗さ結果を示す。ラップ定盤は荒研磨に銅製、中研磨に錫・鉛製のものを使用した。また、荒研磨の研磨液には、ハイプレスダイヤモンドスラリー（6 μ­ STD ­ PC S1313：
エンギス社製、ダイヤモンド粒径 6 μ m）を使用し、中研磨には同社の粒径が 1 μ m のものを使用した。

図１

平面研磨装置

図２

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研磨方法の詳細図

技術レポート
この研磨液を 50 秒毎に 1 秒間噴出しながら、それぞれの研磨をおこなった。仕上げ研磨にはメカノケミカルポリシングをおこなった。これは、化学的なエッチング作用により小さなスクラッチを取り除く効果的な研磨方法である。この研磨には、アルカリ性の研磨液（XL-2：エンギス社製、シリカ
粒径 40nm）とクロス製ラップ定盤（クロス 545：エンギス社製）を使用した。この結果、荒研磨の表面粗さが、38 〜
48nm Ra、中研磨の表面粗さが 7 〜 9nm Ra、仕上げ研磨の表面粗さが 1 〜 1.6nm Ra であった。この仕上げ研磨の表面粗さは、某メーカーが同工程でおこなった同材質の表面粗さ 3.3nm Ra より小さい表面粗さであった。なお、表面粗さ測定には SURFTEST SV-400（ミツトヨ社製）と New View
5000(Zygo 社製 ) を使用した。
表１
研磨工程

図3

試料固定台に貼り付けた 8 枚の試料

研磨加工条件と表面粗さ結果表面粗さ
荒研磨

中研磨

試料材質

SUS304

ラップ定盤回転数

50 〜 80rpm

仕上げ研磨

ラップ定盤材質

Cu

Sn・Pb

クロス

研磨砥粒

6 μ , ダイヤ

1 μ , ダイヤ

40nm, シリカ

研磨液供給量1 ­ 50s

加工圧力

点滴128g/cm^2

Ra(nm)

38 〜 48

7〜9

1 〜 1.6

Ry(nm)

300 〜 450

60 〜 80̶

4. まとめ装置開発室において平面研磨装置を製作した。また、これを使用した研磨試料面の表面粗さを測定した。
これより、試料材質に SUS304 を使用した仕上げ研磨の表面粗さは 1.6nm Ra であった。これは、某メーカ
ーの表面粗さ 3.3nm Ra より小さい表面粗さであった。
5. 謝辞
平面研磨装置の製作にあたり、中村所長奨励研究費の助成の下でおこなったこと、表面粗さ測定に関し、平等グループの厚意により New View 5000 の使用を快諾していただいたこと、並びにその使用に関しては
石月秀貴助手のご協力があったことを記し、深甚な謝意を表します。

­

45

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2006 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 2006 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（249 件）
伝票番号
06A01
06A02
06A03
06A04
06A05
06A06
06A07
06A08
06A09
06A10
06A11
06A12
06A13
06A14
06A15
06A16
06A17
06A18
06A19
06B01
06B02
06B03
06B04
06B05
06B06
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06B08
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06B15
06B16
06B17
06B18
06C01
06C02
06C03
06C04
06C05
06C06
06C07
06C08
06C09
06C10
06C11
06C12
06C13
06C14
06C15

品名
バイオセンサーチャンバー改造
赤外分光チャンバー改造
放熱板
X 線結晶マウント用チップ
プラチナ電極アダプターハウジング -SP3200 ほか
支柱
ねじ加工 (M4 追加 )窓フランジ
ガラスチップ統合バイオシンポジウム集合写真
回転セル光軸調整部品
ダイナミックシール
回折格子ホルダー加工他 2 点
顕微鏡用光源付台
径違いロッドサンプルホルダ修理
X 線温度センサー固定用チップ
ICF152 フランジ加工 .DLD ホルダー
レンズホルダーシム板の製作
回転セルアダプター
ICF203 用光学ステージ
位置合わせ器
リトロリフレクターアダプター
Pt1000 止め具
ミラーホルダー支持台
ステージアダプタ、アイリスホルダ
蒸着マスク
ナノロッド百万倍模型
顕微鏡台改造Upper チャンバー
しきい電子電極シールド
AL 角チャンバー穴明け加工
NW25 メクラフランジ追加工
ガストラップキャップ
スピンコーター用小型基盤ホルダー
ヘリウムベッセルフランジ
ガスノズル
光軸合わせ板・スペーサ
Chamber/Stage
CCD カバー
ポンプ
穴あけ加工
クライオスタット支持台
CCD カメラ取付ねじの調整
北川教授最終講義写真撮影
排気装置ベース台
反射光学系チャンバー ［写真］
可動ベース板取付ジグ
SEM 観察
アパーチャー

06C16
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06C18
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06C20
06C21
06C22
06D01
06D02
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06D16
06D17
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06E01
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06E16
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06E20
06E21
06E22
06E23
06F01
06F02
06F03
06F04
06F05

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オーブン
レーザーパワーサプライコネクタ調整
ベースクランプ
シリンジポンプ
ヘリウムトランスファー用継ぎ手
UVSOR BL4B Io モニター
ステージブロック
グレーティングアダプタ
マイクロチャンネルリアクターのステンレス枠
放物面鏡ホルダー他
STM 基盤
L3V CCD 用カバー
X 線回折サンプルホルダー
テフロンチャンバ上ぶた
フランジ延長ステージ
イオンチャンネル測定用セル
透過試料支持板
光学系調整治具
クライオステージ本体 1
セルホルダー
スペーサー
ガラスチップ
8mm Φ用ダイナミックシール
ヒンジ固定ジグ
単一イオンチャンネル用チェンバー ［写真］
トランスファーチューブ延長管の切断
コーティングブレード
サンプルホルダー
フランジアダプタ
冷凍庫部品修理
偏光子支持台
回転セル ［写真］
パッチクランプ用チャンバ上下マイクロチャネル用鋳型改造
テフロンリング
低温反射率測定用試料支持台
ベースプレートの加工
DAC 用フォルダー
固定金具
反射率光学系偏光子支持台
O-ring ケース
高次高調波ビームライン ［写真］
クライオスタット窓板支持リング
クライオスタット外窓用リング
低温 IR ユニット台座
ダイヤ窓付低温フランジ
自動 X ステージ固定台
サンプルホルダー
オーブン
微動ステージchamber stage
ESR クライオ用治具 ［写真］
結晶ホルダー2006 年
06F06
06F07
06F08
06F09
06F10
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06G01
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06G06
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06H21
06H22
06H23
06H24
06H25
06I01

オートコリレータ用 L 字
セルホルダー
延長管
型どり板 ( 電気泳動用 )実験用小型レーザーモジュール
自動分子定規作製装置
回転セル部品
ゴム足固定部品
Stage
ﾌﾟﾚｰﾅｰ型ｲｵﾝﾁｬﾝﾈﾙバイオｾﾝｻｰ基板加工
イオンチャンネルチャンバー部品
UV マスク用 CAD データー
NW25-VF20 変換アダプタ
リストアクションシェーカー調整
結晶ホルダ
低温反射率測定用試料支持台 2
ノズル微細穴加工Φ 0.1
STM セルプローブスペーサー他
接続板
マグネットアダプタ
プローブヘッドアタッチメント
単結晶マウントブロック
ミラーマウント
半球レンズ ［写真］
赤外分光器試料ホルダー改造
酸化チタン塗布歯1/4 パイプ溶接
クーリングヘッド
FTIR フランジ
ミラーホルダー
レーザー光導入窓
クライオスタット接続板
バリコンノブXeF2 チャンバー窓フランジ
ターボポンプ支え改造
Ti:Sa 結晶ホルダ
LEED マニュピレーター先端
バルブ自動開閉装置
飛散防止蓋
磁化測定用サンプルセル ［写真］
ラマン分光用回転セルホルダー
サンプルセル and 窓板押さえ
ガイド
NMR プローブ ［写真］
テフロンチャンバー修理
角板
クライオスタット台
窓フランジ
ピン製作
平板加工
Attachment
ユニソク装置台座
アパーチャー
固定治具
接続治具
単結晶 X 線構造解折用部品
磁化測定用サンプルセル ［写真］
LIF 集光装置
Attachment
A チャンバー用ステージ他
イオンチャンネルバイオセンサーチャンバー
BL6B 用試料ホルダー
N2 ガス排気アダプタ

06I02
06I03
06I04
06I05
06I06
06I07
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06J01
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06J03
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06J25
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06K22
06K23
06K24
06K25
06L01
06L02

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工作依頼リスト

電極支持棒
ロータリーポンプ除震装置
電極コネクタピエゾステージアタッチメント他 2 点
真空チャンバー内部部品一式
サンプルベース
保管ケース
ハンドル
棚用金具
ICF152-ICF70 変換フランジ、特殊長さ
フランジ取り付けテーブル
プレート
セラミックアパーチャー
ホトマル冷却器接続アダプター
イオンチャンネル測定用チャンバー
光導入フランジ
レンズ電極
サンプルホルダー
半球レンズ
電極微調スペーサ
分光器アタッチメント他
アライメント治具台座
レーザー用アタッチメント
SEM 用アタッチメント
試料導入部
Ag 板チャンバー
台座
偏光子ホルダー (AMCT ディテクターステージ
SS-4H バルブ
レンズホルダーアダプタ
Al ステージ
ベースプレート
エタロンチューブ ［写真］
赤外セルスペーサー
コイル .ICF70. イオンポンプマウント
アタッチメントリング
BL5U 用コールドフィンガー、試料押さえ
Attachment
ICF114 エッジ修理
蒸着装置部品
蒸着装置用シャッター
STM セル ［写真］
Attachment
簡易型ステージ (LongTOF 用 )ESR 用ゴニオメーター
取付金具
XY( 薄型 ) ステージUVSOR.BL5U 用コールドフィンガー
フォトダイオード導入ロッド延長
赤外セルブランクフランジ
電池セル一式
接続治具
プリズム台
PDMS スタンプ型
入射ポートオリフィス ( 改造型 )Short TOF 用ステージ
フォトダイオード導入ロッド延長 ( 改造型 )HF エッチングチャンバー
ステージ
サンプルホルダー
XeF2 チャンバー窓フランジ 2
ガスセル
ICF70 ニップルエッジ修理

2006 年
06L03
06L04
06L05
06L06
06L07
06L08
06L09
06L10
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06L15
06L16
06L17
06L18

工作依頼リスト

VAT ゲートバルブ窓封じ板
サンプル台
真鍮フランジ
サンプルホルダー
しきい電子分析器 (2 型 )画像観測装置チャンバーフタエポキシ基板銅電極
グレーティングホルダー
チョッパーブレード ［写真］
アルミ箱
プローブガイド
ヘリウム回収配管継ぎ手
丸形サンプルステージ
ヒートシンクの穴明け加工
支柱

電子回路グループ（16 件）
伝票番号
06A01
06A02
06A04
06B01
06B02
06B03
06C01
06C02
06D01
06F01
06F02
06G01
06H01
06J01
06J02
06J03

ガラス加工グループ（31 件）
伝票番号
06A01
06A02
06A03
06A04
06B01
06B02
06B03
06B04
06C01
06D01
06D02
06D03
06E01
06E02
06G01
06G02
06G03
06H01
06H02
06H03
06I01
06I02
06I03
06I04
06J01
06J02
06J03
06J04
06K01
06K02
06K03

品名
電気配線
パルス電源
パルス電源 (500V1 μ sec)
広帯域ゲート付き Mixer 回路
電子スライダック ［写真］
位相変調機能付周波数コンバーター
8CH 極性切替型定電流電源 ［写真］
8CH 極性切替型定電圧電源 ［写真］
InGaAs ﾘﾆｱｲﾒｰｼﾞｾﾝｻ入出力システム ［写真］
自動分子定規作成装置制御系
パルスコントローラー
PLL 回路基板設計
トロイダルアナライザ電源の改良
バルブ自動開閉装置

PLL 回路基板と D/A 基板の実装と動作評価［写真］

ダイオード温度センサー用定電流源 ［写真］

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品名
エバポレーター修理
esr 用チューブ
esr 支持台
反応容器
蒸着保護菅
蒸着保護台
ＥＳＲ管
ガスボンベ加工サンプルホルダー
Ｘ線用支持台ｘ線用石英台真空ライン改造
サンプルホルダー
カラム修理
変形ＮＭ R 管
真空部品
石英ボート
太鼓セル
導電ガラス基板加工
修理
反応容器
真空ライン修理
シュレンク修理
反応容器
真空ライン改造
真空ライン修理
真空ライン改造
ESR 用継手
修理
サンプルホルダー
真空ライン改造

2006 年
電子スライダック

従来のスライダックを電子制御に置換
2 チャンネル独立制御
AC100V/200V に対応
8CH 極性切換型微小定電流電源

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

InGaAs リニアイメージセンサ入出力センサ

G9213-256S リニアイメージセンサ
C8061-01 検出器ヘッド
16 ビット AD 変換ボード
ビデオ信号読み出し制御回路
プログラム :LabWindows/CVI（詳細記事 32 ページ掲載）
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49

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製作品

2006 年

製作品

PLL 回路基板

高周波信号出力： 65MHz~2.7GHz： 2 チャンネル
動作電圧： 3.3V

ダイオード温度センサー用定電流電源

出力電流 :10 μ A 1nA
温度ドリフト :0.1nA/ C

自動分子定規作成装置

X ステージ・ストローク :700mm
Z ステージ・ストローク :200mm
インターフェース :USB
制御プログラム :Visual Basic 2005
（詳細記事 22 ページ掲載）
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50

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2006 年
スリットヒンジ製作品

低温ラマンフローセル

分光器スリットに使用。
弾性ヒンジを用いた両開き機構
材質：ベリリウム銅
メカニカル速度選別ディスク

高次高調波セルステンレス製円筒側面へのマイクロ穴加工
穴径 200 μ m

厚さ 0.1mm ステンレス製
外周部に 100 μ m 2mm の溝を 720 本加工（詳細記事？？ページ掲載）

単一イオンチャンネルチャンバー

テフロン部品へのマイクロ加工
直径 3mm 深さ 10 μ m のザグリ

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2006 年

製作品

反射光学系チャンバー

回転セル

アルミ製角型チャンバー
ESR クライオスタット治具

STM セル

半球レンズ

詳細記事 36 ページ掲載

高次高調波ビームラインチャンバー

中学生向けのレーザー器機教材
光の屈折を見せるためのレンズ
チョッパーブレード

直径 203mm、厚さ 0.5mm
アルミ製

高温用 NMR プローブ

イオンチャンネルバイオセンサー

詳細記事 38 ページ掲載
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エタロンチューブ

2006 年
磁化測定用サンプルセル

製作品

ピエゾステージアタッチメント

放射光エッチングチャンバー

バイオチップ解析装置サンプル台

極低温試料ホルダー

極低温試料ホルダー

光電子分光用（愛媛大学）

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設備紹介

超精密非接触三次元測定装置 NH3-SP
装置開発室では近年要求が高まってきた微細な加工について「マイクロ加工技術」として取り組んでいる。
その中で加工した微細部品の観察を行うため昨年度に導入した簡易型 SEM に続き、平成 18 年３月に中村所長に多大なご配慮を頂き、形状評価用として超精密非接触三次元測定装置 NH3-SP（三鷹光器）が導入された。
この測定機は、完全非接触にてナノレベル分解能で全自動測定を行うことができる。特に、断面・三次
元形状、表面粗さ、溝寸法などの測定に適している。その他の測定応用例として、マイクロレンズの曲率、ピッチ測定、液晶導光板の形状、ピッチ、ウェハパターンの寸法測定、表面の傷、欠陥検査などがあり、MEMS 関連にも多く利用されている。図 1 に装置
表１ 主な装置仕様
外観、表 1 に主な装置仕様を示す。
対物レ ンズ
10 倍 50 倍 100 倍
形状測定は、非測定物にレーザ光を照射し、自CCD カ メラ
38 万画素カラー CCD
動の XY ステージを移動させながらスキャンニン
Ｘ
150mm
グを行い、フォーカスした各点の XYZ 値をコンピ
可動範囲
Ｙ
150mm
ュータに取り込んで計測を行っている。装置の特Ｚ
120mm
徴であるオートフォーカスの原理図を図 2 に示す。
AF
10mm
この図において顕微鏡鏡筒部に送り込まれたレーＸ
0.01 μ m
ザ光は対物レンズの端を通り、光軸中心の焦点面
分解能
Ｙ
0.01 μ m
Z1(AF)
0.001 μ mに向かって進み、ワーク表面に反射して再び対物レンズを通って AF センサ上に結像する。ディフ
ォーカス時レーザスポットはセンサ上で位置が変化するのでこの位置変化をセンサが捕らえ、AF
駆動機構を用い対物レンズをフォーカスポイント
へ位置決めする。その位置決め時に移動した量からＺの座標を検出する。
ここで、三次元形状測定の例を紹介する。図 3に示す 3 個のガラス（直径 20mm、t12mm）は、
装置開発室においてその表面を研磨加工したものである。この表面の形状を三次元測定したデータを図 4 に示す。操作は比較的簡単で、ナノレベルの高低差を一目で判断できる。
（近藤聖彦）

図１

NH3-SP の外観

図３

図２

図４

オートフォーカス原理図
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研磨加工したガラス試料

ガラス表面の三次元測定データ

トピックス
第 4 回放電加工技術セミナー
今年で４回目を迎える放電加工技術の勉強会を平成 18 年度は名称を変え、「放電加工技術セミナー」として、11 月 24 日、25 日の日程で駒場キャンパスにある東京大学生産技術研究所で行われた。今回は、体験参加という形で日産自動車総合研究所の技術者２名と、ものつくり大学の教務職員１名を迎えて２日間にわたって熱のこもった討議が行われた。
いつも恒例となっている特別講演は、東京大学生産技術研究所の堀洋一教授による「電気自動車の制御とキャパシタの可能性」というテーマで行われた。キャパシタとはコンデンサのことであるが、自動車に応用
した場合、バッテリーに比べると走行距離は少ないものの充電時間が劇的に速くなるという利点があるそうだ。
講演の後、実車で試走させていただくことができた。充電する電源の性能により差が出るが、実際に見せていただいた電源の場合、総走行距離 10 キロ程度のとき 40 秒ほどで充電が完了していた。
何年か前に某自動車メーカーが、｢ いつかは○○○○ ｣ というキャッチフレーズで高級乗用車を宣伝していたが、数年後に「いつかはキャパシタ」という見出しが新聞紙上に躍る日が来るかもしれない、と思わせる講演であった。
今回の研究会では、まもなく定年退職を迎える東北大学多元物質科学研究所の多賀谷氏によるこれまでの放電加工に関する足跡を振り返る話を中心に、イオンビームを利用した微細放電加工に関する報告やマルエ
ージング鋼の放電加工に関する報告が行われた。装置開発室からは、大阪大学から依頼を受けた速度選択デ
ィスクの製作に関する報告と最近の装置開発室の取り組みについて紹介が行われた。
（矢野隆行）

第 4 回放電加工技術セミナー
日時：11 月 24 日 ( 金 ) 〜 25 日 ( 土 )場所：東京大学生産技術研究所、両国リバーホテル
11 月 24 日 ( 金 )13:30 〜 施設見学会（創成加工機の仕様と特徴）
14:00 〜 特別講演 電気自動車の制御とキャパシタの可能性
東京大学生産技術研究所 堀 洋一教授
15:15 〜 記念講演 まもなく放電 100% 昨日までを振り返る
東北大学多元物質科学研究所 加賀谷孝三郎
16:30 〜 メカニカル速度選択ディスクの製作
自然科学研究機構 分子科学研究所 矢野隆行
11 月 25 日 ( 土 )9:30 〜 マルエージング鋼の放電加工
東京大学生産技術研究所 谷田貝悦男
10:00 〜 イオンビームを利用した微細加工について
東京都立産業技術研究所 森 紀年
10:45 〜 装置開発室の近況紹介
自然科学研究機構 分子科学研究所 鈴井光一
キャパシタビークル

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55

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トピックス
分子科学研究所一般公開
平成 18 年 10 月 21 日土曜日、第 11 回目を迎える分子科学研究所の一般公開が行われた。今回は、大学利用法人となってから初めての開催で「モノのはじまり〜ナノの世界へようこそ〜」をテーマに、明大寺地
区と山手地区の施設を公開し、研究成果や研究設備などを紹介した。
装置開発室では、「９．なるほどの扉 〜実験装置づくりの入り口〜」と称した展示と、「１０．メタルク
ラフト」と銘打ったおもしろ体験イベントを実施した。ここでは展示内容について簡単に紹介する。
○「なるほどの扉 〜実験装置づくりの入り口〜」
ここ数年、装置開発室が推進している「マイクロ加工」に関する現在までの成果を展示した。会場では、その技術の一部を一般公開展示用にしたサンプル（研究所のロゴマーク：写真参照）が展示され、実体顕微鏡などでその大きさを体感できるコーナーが設けられた。
さらに、事前に撮影されたサンプルの加工状況を会場に放映し、加工を体感できる空間を作り上げた。
○「メタルクラフト」
研究装置や実験装置の製作に用いられる工作機械で作った真鍮製、厚さ 0.2mm の板でつくられた「チョウ」と「トンボ」の切り抜きを、実際にペンチやピンセットを使って、折ったり、曲げたりして、実際のチョウやトンボの形にしてもらうという体験コーナーを開設した。周囲のカットには装置開発室が所有するワイヤ
放電加工機を使用しており、当日までに、「チョウ」と「トンボ」各 1000 枚、計 2000 枚を用意した。おかげさまで、終了時間までには全て配布し終わる盛況振りであった。
天候にも恵まれ、当方のイベントにもメタルクラフトの配布状況から考えると一千名近くの方に参加いた
だき、好評のうち終了することができた。
最後になるが、今回の一般公開にはたくさんの方の協力を頂いた。特に、FM ラジオ RADIO-i「Lana
Hana Festa」を担当する真渓ハナさんには、一般公開の宣伝を当日の番組放送中に行っていただいた。この場を借りて、謹んで御礼申し上げる。
（矢野隆行）

メタルクラフト体験イベント風景

活躍したチョウとトンボ

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出張報告
NASA ゴダード宇宙飛行センター (NASA Goddard Space Flight Center) とスタンフォード大学 (Stanford Microﬂuidics Lab) 訪問記
鈴井光一、青山正樹（分子研）
増田忠志、鳥居龍晴（名古屋大）
我々は 2006 年 10 月 22 〜 30 日に、NASA ゴダード宇宙飛行センター（NASA Goddard Space Flight
Center）とスタンフォード大学（Stanford Microﬂuidics Lab）に訪問し、衛星用観測機器開発とバイオおよび化学研究に利用されるマイクロ流体機器の先端技術を習得する機会を得た。ゴダードではＸ線望遠鏡の開発現場をはじめ科学衛星の開発設備を、スタンフォード大学ではマイクロ流体の研究現場や設備について見学したので報告する。
１．NASA ゴダード宇宙飛行センター
ゴダード宇宙飛行センター（GSFC）は X 線天文衛星 Astro-D（あすか）、Astro-E2（すざく）の衛星搭
載用Ｘ線望遠鏡、気球実験 InFOCuS 用硬Ｘ線望遠鏡を名古屋大学と宇宙開発研究機構の共同で開発しており、名古屋組（増田、鳥居）はその開発に古くから携わっているので、開発現場は大変興味深く研修することができた。分子研組（鈴井、青山）も名古屋大とは交流が深く、最近は名古屋大学のＸ線望遠鏡用のミラー基礎開発から超精密研磨技術を習得しつつあり、この点でも GSFC の訪問は有意義であった。GSFC での案内は、名古屋大学理学部物理 Ux 研を卒業後、GSFC のX 線天文物理学研究室（X-ray Astrophysics Laboratory）
で研究されている岡島崇氏にお世話になった。
GSFC はワシントン DC から 15km ほど北東に位置した所にある。所在地はメリーランド州だがワシントン DC の閑静な郊外とも言える所である。しかし実際には、あまり治安の良いところではないそうだ。NASA はセキュリティーが厳しく、訪問にはパスポートの写しと申請書を事前に提出し、当日は受付で写真を撮り、その写真付の入構証を胸に付けて歩くことになっている。テロ対策からなのか、
爆弾持ち込みの抜き打ち検査に遭遇し、屈強な体格の警備
NASA ゴダード宇宙飛行センター
員と爆薬探知犬に全員車から降ろされ厳しい検査を受けた。警備員たちは実際には微笑んでいるのだが、慣れない
せいでにらみ付けられているように見えてしまった。
2005 年 7 月に鹿児島内之浦からＸ線天文衛星 Astro-E2が打上げられた。その打上げ前までは研究室もＸ線望遠鏡
製作で大わらわの状態であったそうだが、現在はそんな様
子はなく研究室をじっくり案内していただいた。特に研究室スタッフの Yang Soong 氏に X 線望遠鏡用ミラーの製作と形状測定方法について実際の装置を前に説明を受け、さらにミラーの製作工程で繊細な注意が必要なレプリカマン
ドレルからミラーを剥離する作業を実演して見せて頂いた。（詳しいミラーの製作方法は文末の URL 等を参照してほしい）この望遠鏡は曲率の違うフォイルミラーを 1000
研究室前で左から岡島氏、鳥居、青山、
枚以上組み合わせるのだが、その大量のフォイルミラーをピーター教授、鈴井、増田研究室で製作するときは大勢のスタッフを外部から依頼
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出張報告

レプリカマンドレルからミラーを剥離する作業を実際に Yang Soong 氏に再現して頂いた。

2018 年に打上げ予定のコンストレーション X 計画での望遠鏡は、ガラス製のミラーを使用する予定である。そのための薄板ガラスの研磨の開発やそのミラー形状を変形させないで保持させる方法の開発を行っていた。バラックで組み立てた研磨機 ( 写真左 )、マットレスと称したミラー支持機構 ( 写真右 )、思いついたアイデアをすぐに実行するといったスピード感がある。

衛星用の環境試験を行うための超大型真空チャンバー ( 写真左 )、この横には数日前までスペースシャトルのペイロードが置かれて作業していたそうだ。その他、遠心力で機器に荷重を加える試験設備 ( 写真中 )。マシンショップも大型のマシニングセ
ンタが設置されていた（写真右）。いずれも壮大な規模であった。

（派遣）するそうである。一方、名古屋大学では学生がミラー製作しているので予算規模の違いが感じられる。
GSFC は NASA の科学衛星を主に担当している研究所であり、有名なハッブル宇宙望遠鏡やその他多くのミッションがこの研究所で進んでいる。2006 年のノーベル物理学賞は「宇宙マイクロ波背景放射のゆらぎ発見」として２人の天体物理学者に贈られた。その１人が GSFC の上級研究員ジョン・マザー博士であり、我々が GSFC に訪問した２週間前の 10 月 4 日に発表があった。さぞ祝賀ムードが残っているかと思ったが、全く気配もなく岡島氏に聞いてみたら、あちこちで祝賀パーティーは開催されたようだが１週間も続いていな
かったそうである。たしかに何事も無かったように日常の研究が淡々と進められている感じであった。
その他、衛星や観測装置の環境試験設備を見学し、マシンショップを訪問した。午後 4 時を少しすぎた
時間で工作機械はすべて止まって職員は帰宅していたが、１人だけ残っていたシニアテクニシャンの Matt
Showalter 氏からステンレス鋼（SUS303）に幅 0.1mm 深さ 3mm の溝加工サンプルと高速微細加工機の説明をして頂いた。ちなみに工具は日本製だった。他に大型のマシニングセンタなど機械工場はかなりの規模であった。
２．スタンフォード大学
ワシントン DC から空路で西海岸カリフォルニアまで渡ってスタンフォード大学へ向かった。飛行機で 5
時間、時差も３時間と大陸横断はやはり大変である。おまけに気候まで違ってゴダードではずいぶん寒かったが一転してサンフランシスコは日差しが熱く感じられた。
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出張報告
スタンフォード大学の Microﬂuidics Lab へは、バイオ関連やマイクロ化学の分野で使われるマイクロ流路の関連技術を習得するため訪問した。マイクロ流路は分子研組（鈴井、青山）が装置製作の新しい技術として取り入れ始め、ガラス製流路や PDMS 製流路の試作を行っている。また、その先端的な技術については名古屋組（増田、鳥居）も興味ある内容である。大学内は東大医科学研究所からスタン
フォード大学医学部へポスドク留学し再生医療の研究をされている清田純氏に案内していただいた。
最初に訪れた Juan G. Santiago 教授の研究グループではマイクロ流路内の流れ解析を中心に研究され、マイクロスタンフォード大学
学内の中心 Main Quad 前から Palm Drive
空間ではまだ理解が不十分な現象が多くあるため、その研をながめる。
究は様々な分野への応用技術に提供されている。実験に使用するマイクロ流路はいくつかの研究グループの共用の施設でフォトリソグラフィとエッチングによって製作されていた。
もう一カ所 microﬂuidics 関連でバイオエンジニアリン
グの Stephen Quake 教授の研究室に立ち寄り、フランスからの共同研究者 Anne Leyrat 氏（美しい方でした）にマ
イクロ流路チップを使った実験装置を見せて頂いた。この研究室が所有（経営）している Microﬂuidics Foundry（製造工場）があるのだが、残念ながらそこは見学することはできなかった。
学内を案内して頂いた清田氏は再生医療の研究を始める
前身は心臓血管外科医であったそうで、昼食を食べながら学内の案内でお世話になった清田氏と共に外科医の業界話をお聞きしていたのだが、そのうち大学の記念撮影。
アメリカ的考え方や文化について話題が進み、研究者も技
スタンフォードは 10 月末でも夏 ? 清田氏
術者も含めた大学組織の日本とアメリカの善し悪しについも半袖。
て話が盛り上がってしまった。そんな会話が、あとになって将来改善すべき所など自分に置き換えて考える良いきっかけとなった。これもスタンフォード大学訪問の大きな成果の一つであったと思う。
ゴダードでもノーベル賞受賞者が選ばれていたが、スタンフォード大学からも 2006 年は医学生理学賞、化学賞と２人も受賞者が選ばれていた。ゴダードと同様に祝賀ムードは皆無だった。しかし偶然にも受賞者がいる研究所、大学と、まるでノーベル賞ツアーとなってしまった。

Microﬂuidics Lab の Tom Zangle 氏。
たいへん熱心に説明してくれた。手に持っているのはマイクロ流路が作り込まれた石英ガラス製ウェハ（写真右）。
フォトリソ設備を使って自作している。

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出張報告

ショッピングモールのような、スタンフォード大学クラークセンター。
様々な分野を融合してバイオテクノロジーの研究プログ
ラムを推進するためにジム・クラーク氏と慈善団体 Atlantic
Philanthropies の寄付によって建てられた。
Stephen Quake 教授の研究室をはじめ 40 を超える研究グループが入っている。また、清田氏もここで共同研究を行っていた。

今回、NASA ゴダード宇宙飛行センターとスタンフォード大学を訪問したことは、それぞれの研究、技術レベルの高さはもちろんであるが、最先端の装置を開発している研究現場を自分の目で確認できた貴重な体験であった。この体験は今後の仕事に生かして行きたいと４人は考えている。
最後に、今回の外国出張に際して訪問先への調整などでお世話になった名古屋大学の國枝秀世教授、分子研の宇理須恒雄教授、ならびに滞在中に我々のために多忙な研究の時間を割いて、研究所、大学内を案内していただいた、GSFC の岡島崇氏、スタンフォード大学の清田純氏のお二人には通訳以外にも大変お世話になり、この紙面をお借りして御礼申し上げる。

［Ｘ線望遠鏡についての資料］
名古屋大学理学部 Ux 研
http://www.u.phys.nagoya-u.ac.jp/uxgj.html
Ｘ線望遠鏡製作についてなど（Ux 研）
http://www.u.phys.nagoya-u.ac.jp/study̲developj.html

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装置開発室Annual Report 2006

平成 19 年 2 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

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装置開発室