CONTENTS

巻頭言 ……………………………………………………………

1

2012 年度ハイライト
機器開発 ………………………………………………………

2

電子機器・ガラス機器………………………………

4…………………………………………………………………

6

光

機器利用

………………………………………………………

8

計算科学 ……………………………………………………… 10
低温 ……………………………………………………………… 12
学術支援 ……………………………………………………… 13

技術課活動報告…………………………………… 14

分子科学研究所

技術課について分子科学研究所（愛知県岡崎市）は、昭和50年に創設され、技術レポート ……………………………… 17

同時に、技術分野での研究支援を目的として技官を組織した技術課が発足しました。技術課は所長直属の技術者組織であり、各個人のもつ高い専門的技術により支援しています。
技術課の役割は研究の動向により変化していくので、これからも幅広く柔軟に技術支援体制を構築していきます。
分子科学研究所長

技術課
技術職員計 35 名（平成 25 年 5 月時点）

機器開発技術班

電子機器技術班

光技術班

機器利用技術班

計算科学技術班

低温技術班

学術支援班

巻頭言

冨宅喜代一
ふけ

きよかず

[ 神戸大学

名誉教授 ]

実験室風景（気相イオン NMR 装置）

筆者は分子科学研究所を経て長らく大学に勤め、今再び

元来、分子科学の研究では、新しい原理に基づく手法

協力研究で技術課の機器 • 電子機器開発室のお世話になっの開発が重要な柱であり、また研究が黎明期であればあるておりますが、技術課について思うことをと執筆依頼を受ほど市販品が無く手作りの手法開発から始まります。またけ、筆を執っている次第です。この機会に研究支援体制を

極端紫外光分光や計算科学等、大型機器を必要とする分野

内外から眺め、今後への期待を一言述べさせて頂きます。

では、絶えず最新の機能を維持した設備が不可欠です。研

分子科学研究所技術課は研究所創設とほぼ同時にス

究所の創設に関わられた諸先輩は、このことを先見して研タートしています。以降、国際的に十分に認知されるよう究系とあわせて十分な研究支援体制を整えられました。筆

になった分子科学研究所の現在に至る発展を縁の下で支え、者が在職した大学では、かってのささやかな研究支援体制

所内外の研究、開発を支援してきたことは言うまでもありもすでになくなり、工作室は荒れ果てていました。現在支ません。筆者も 1988 年に研究所にお世話になって機器

援体制がまだ残っている大学でも人員削減の波にのまれてセンターの運営等に携わる傍ら、当時の装置開発室には大脆弱化しつつあります。幸い、分子科学研究所では昔と陣変お世話になりました。技術課の支援体制の恩恵の具体例

容は変わってきていますが、今も確固とした支援体制が残として、筆者の研究所での研究で最初に手掛けた光解離分されております。今後も共同利用機関の技術課として所内光装置の開発を支援して頂いた例を少し述べさせて頂きま外の分子科学の発展を支える重要な役割を果たし続けるこす。この装置の開発に当たって、分子線とレーザー光の交とが期待されます。特に研究所にあっては今後さらなる独差精度を上げる必要があり、製作が困難であった角型の真創的な研究の発展と展開を求められており、技術課は今ま

空装置を短期間で試作して頂き、金属イオンの水和クラス

で以上により機能的に研究支援の役割を果たすことが重要

ターの研究を世界に先駆けて進めることが可能になりましになってくるように思われます。これまでに蓄積された技た。当時、米国でも類似の研究が進められていたことを論

術と情報の継承も重要であり、また支援に当たる人材の育文受理後に知り、改めて先人の深慮で設置された技術課の成も欠かせません。さらにこれらの支援を通して国内外に存在の有難さを感じたことを思い出します。また製作精度

誇れる研究所独自の技術の創出と発信が望まれます。このの高い本装置のお蔭で、光路長の非常に長い真空紫外レーような研究支援体制の活性化には、分子研技術課が世界的ザーを組み合わせたシリコンクラスターの光イオン化実験な研究所の研究を支えているという自覚と誇りをもち、日が実現できました。この実験で得られたイオン化ポテン

頃から要となる技術の向上に努められることが肝心ですが、

シャル値は２０年後の今でもシリコンクラスターの標準値

構成員の努力だけでは研究所の方針に合致した活性化は出として引用されております。大学に移ってからも新しい装来ません。このような研究支援体制を新たに創ることの至置の開発時にはいろいろご相談頂きましたが、特に最近進難さを鑑みて、所内の研究者が各自の研究活動を通して分

めている気相イオンの NMR 分光装置の開発では、装置の子研発の芽となる研究を立ち上げ、この支援体制をより盛要の NMR セルの製作にご協力頂きました。本研究所で研り上げるさらなる尽力が望まれます。分子科学研究所の今究を進められた所内外の諸先輩の中には、所内研究、協力

後の発展と併せて技術課の役割がさらに大きくなっていく

研究や施設利用等を通して技術課のこのような研究支援のことを期待して止みません。

恩恵を受けられたことを思い起こされる方が多くおられると思います。

分子科学研究所技術課報告 20121

2012 年度ハイライト

機器開発
技術班

機器開発技術班は、「実験研究に必要な機器の設計・製作への迅速な対応」と、「分子科学の新展開に必要な新しい装置および技術の開発」を主たる業務とし、担当施設：装置開発室

実験研究機器の製作を行っています。また全国共同利用機関である分子科学研究所でhttp://edcweb.ims.ac.jp/

展開される施設利用を通して、分子科学分野を中心とする全国の研究者からの製作依頼も受けて、広く研究者への支援を行っています。

製作依頼
2012 年の製作依頼件数は例年並みの 250 件の利用が綿密な打ち合わせを行いながら長期にわたり設計・試作をありました。スピーディーな対応が求められる部品製作や行いながら、技術開発を伴う以下のような製作課題も行っ

装置部品の改良のほか、実験装置の構想段階から研究者とています。

先端レーザー開発部門で進められている各種
レーザー機器開発に協力しています。詳細設計
から組み立て調整、ヒートシンクの設計・製作、性能評価や LD とレーザー結晶の位置調整および動作テストなど、各種レーザー研究機器を製作しました。（水谷、近藤）

レーザー開発研究機器の設計・製作
生体分子情報研究部門からの製作依頼により、2 液混合によるタンパク質の構造変化を、蛍光強度の変化から予想するために使用されるマイ
クロ流路ミキサーを、フォトリソグラフィーにより製作しています。（高田）核融合科学研究所からの施設利用により高性能
超電導線材開発のための臨界電流特性測定用プ
ローブの開発を行っています。ボア径 52 mm内で動作可能な引張・曲げ動作機構の設計を行っています。（近藤、杉戸、青山）
技術レポート P.18 近藤

高磁界超電導線材の臨界電流特性における曲げ歪み印加効果測定プローブの製作
東北大学多元研からの施設利用による時間分解
電子運動量分光装置の開発に協力しています。
移動可能な超音速分子線源の製作を、依頼者および多元研工作工場の技術職員と詳細な打ち合わせを行いながら実施しています。
（青山、全員）

技術レポート P.19 高田

タンパク質の構造変化に関する研究用マイクロ流路ミキサー製作
生体分子情報研究部門からの製作依頼により、
光エネルギー変換系における水分子の関わりを
時間分解偏光赤外分光法で解明するための試料駆動装置の製作を行いました。（水谷、内山）技術レポート P.21 水谷

時間分解 FTIR 用回転セルの製作
UVSOR からの依頼により、テラヘルツ SR 集光
用非球面非対称ミラーや IPES 用回転楕円面鏡を製作しました。要求精度を満たすため製作工程を工夫し、ハンドラッピングや国立天文台の設備を利用した超精密加工により製作を行いました。（青山）
技術レポート P.23 青山

IPES 用楕円ミラー製作
神戸大学からの製作依頼で、以前、施設利用に
より製作協力した当装置の改良に協力しています。主に RF(Radio Frequency) コイルや NMR
セル支持フランジおよびドリフトチューブなどの製作や技術相談に対応しています。
（矢野、
青山）

質量分析機能を備えた気体核磁気共鳴分光装置開発への協力

2

分子科学研究所技術課報告 2012

時間分解電子運動量分光装置の製作
産業総合研究所からの技術相談に応じて、グラッシーカーボン（GC）の放電加工特性について検討行っています。GC 製モールドはガラスのナノインプリントに使用されるが、機械加工が困難な素材なため加工技術開発を行っています。（矢野）技術レポート P.24 矢野

ナノインプリントモールド用グラッシーカーボンの放電加工評価
ドイツ シュツットガルト大学から製作依頼を受けて、高圧下で試料と高周波を共鳴させるための、アンビル表面への超伝導窒化ニオブ蛇行パターン成膜技術の開発を行っています。アルミ
ナ製アンビルセルの製作を試みています。
（高田）

窒化ニオブ蛇行パターンニング高圧アンビルセルの製作
核融合科学研究所からの施設利用により、マイ
クロ波イメージング装置の開発に協力しています。世界にも例の無い幅 350 mm，縦 200
mm の大型マイクロ波ビームスプリッタ板やホーンアンテナの製作を行っています。
（杉戸、
青山）

マイクロ波イメージング装置の製作

スタッフ Information
青山 正樹

AOYAMA, Masaki

水谷 伸雄

MIZUTANI, Nobuo

矢野 隆行

YANO, Takayuki

近藤 聖彦

KONDO, Takuhiko

高田 紀子

TAKADA, Noriko

宮下 治美* MIYASHITA, Harumi
杉戸

正治* SUGITO, Shouji* 技術支援員

技術開発

その他活動報告

日々進歩する最前線の研究に対して、常に新しい工作技

受け入れ研修術で対応できるように装置開発室独自で技術開発を進めて

１.「ワイヤ放電加工技術」研修（2012年8月27日〜 31日）

います。

担当者：矢野 隆行

超精密加工

受講者：阿部

２.「フォトリソグラフィーによるマイクロ流体デバイス

国立天文台などと共同で光学の製作」研修（2012 年 8 月 20 日〜 31 日）

結晶材料の超精密加工技術開発

担当者：高田 紀子

を実施しています。真空紫外放射光を使用したサブミクロンス

慶子（一関工業高等専門学校）

MgF 2 非球面レンズ

受講者：今村 逸子（北海道大学電子科学研究所）

ケールの顕微分光用 MgF 2 非球面レンズの製作および評価

セミナー企画開催を行い、ナノレベルの要求精度に応えられる精密加工およ

1. 共同開発セミナー「超精密加工」

び精密測定技術の腕を磨いています。（近藤）2012 年 8 月 30 日

分子研研究棟 301 号室

2. 微細加工に関する技術サロン会

レーザー加工機開発

2012 年 11 月 29 日

光を扱う技術の習得を目的と分子研研究棟 305 号室

して一歩一歩実施してきた本課題

技術発表

も、改良を重ね加工装置としてほ○口頭発表

ぼ完成しました。金属板への微細1. 近藤聖彦「MgF 2 非球面レンズの製作」第 7 回自然科学研究所機構技

な穴あけやスリット加工だけでな術研究会 分子科学研究所 2012 年 5 月
2 . 近藤聖彦「MgF 2 非球面レンズの実施計画について」共同開発セミナー

く、今後は光硬化性樹脂への造形「超精密加工」 2012 年 8 月

加工や、電気鋳造などと組み合わせた微細形状創成など、新たな技

3. 矢野隆行「分子科学コミュニティに貢献する装置づくり」第 8 回東大駒場キャンパス技術発表会 2012 年 10 月
レーザー加工装置術への展開を目指しています。
（矢野）

4. 矢野隆行「グラッシーカーボンの放電加工について」第 10 回放電加工技術ネットワーク研究会 2012 年 11 月

フォトリソグラフィー技術の推進

5. 高田紀子「マイクロ流路ミキサーを製作して」微細加工に関する技術

従来の機械加工では困難なデバサロン会 2012 年 11 月

イス製作要求が増えてきているこ

6. 青山正樹「マイクロミキサー製作用モールドの洗浄について」微細加とから、装置開発室の新しい支援

工に関する技術サロン会 2012 年 11 月

○ポスター発表

技術の一つとしてフォトリソグラ
フィーを推進しています。十分な

NbN 蛇行パターン基板

設備はまだ整備されていませんが、ドライエッチングや成膜

7. 近藤聖彦「超精密切削加工による MgF 2 非球面レンズの製作」第 26
回日本放射光学会年会 2013 年 1 月
8 . 同上平成 24 年度愛媛大学総合技術研究会 2013 年 3 月などの加工技術に対しても、東工大、北大、名大など他機関

9 . 高田紀子「フォトリソグラフィーによるマイクロ流路ミキサーの製作」の協力、連携を取りながら技術習得を行っています。（高田）平成 24 年度愛媛大学総合技術研究会 2013 年 3 月

分子科学研究所技術課報告 20123

2012 年度ハイライト

電子機器・
ガラス機器開発技術班
担当施設：装置開発室
http://edcweb.ims.ac.jp/

電子機器・ガラス機器開発技術班の紹介

FPGA を用いたディジタルフィルタの製作

電子機器・ガラス機器開発技術班は、分子科学研究所のノイズや不要周波数の研究施設・装置開発室にあって、所内外の分子科学分野の除去、あるいは抽出に用い先駆的な研究に必要な実験装置の開発を行っています。

られるフィルタ回路は、抵

電子機器開発技術係は、基盤技術の育成および先端的な抗・コイル・コンデンサで新しい回路技術の導入の両面から技術向上に努めています。

構成するパッシブフィルタ

近年では、大規模集積回路設計製作技術、機器組み込みマと、OP アンプを中心に構イコン応用技術、カスタム・ロジック IC 設計技術に重点成するアクティブフィルタに大別できます。これらは近年、を置いて取り組み、その成果は本誌の技術レポートや技術

各種の設計ツールの登場により比較的容易に設計できるよ研究会等で報告されています。

うになりました。

微小容量測定回路の製作

光分子科学研究における円偏光変調測定では、変調周波数 42 kHz に 0.2 kHz のランダム直線偏光を重畳させた際

冨宅神戸大名誉教授等の和周波（42. 2 kHz）と差周波（41.8 kHz）を分離検によって開発されている

出するため、-50 dB/oct. 以上の急峻な遮断周波数特性の気相イオンの核磁気共鳴

フィルタが求められます。このような特性は前掲 2 種類の分光装置では、並進速度

従来型のフィルタ回路では複数のフィルタを連結させる必が非常に遅く（運動エネルギー < 10 meV）速度分布幅

要があり、特性の調整は困難です。

の非常に狭い（< 1 m/s）極低温のイオン束（温度に換算

大容量のプログラマブルロジックである FPGA は、これで < 1 mK）の発生と制御が必要になります。極低温のイまで専用 IC やソフトウェアで行われてきた複雑な演算をオン束の発生方法は、多段の円筒電極にパルス電圧を印加

IP コアとして組み込めるようになりました。そこで、急峻するポテンシャルスイッチを用いて、減速とイオン束幅のな遮断周波数特性を実現すると共に、ハードウェアの変更

圧縮を同時に実現する方法が用いられます。この方法でなしにフィルタの種類や特性を変更できるディジタルフィ

は、イオン束のエネルギーと分布幅と同程度の数十 mV のルタを、FPGA を用いて製作しました。

技術レポート P.29 豊田

パルス電圧を円筒電極対に印加する必要があります。この時、イオンの運動エネルギーが極めて小さいために、できる限り低ノイズかつ高精度なパルス源が求められます。
ここでは微小電圧で使用可能な 2 種類の半導体スイッチ発表報告2012 年度の研究会発表は以下のとおりです。

International Beam Instrumentation Conference 2012
「Turn-by-turn BPM system using coaxial switches
豊田 朋範
and ARM microcontroller at UVSOR」

について性能評価を行い、愛媛大学総合技術研究会

その結果を基に微小電圧「微小電圧 (mV) パルス発生器の製作」

吉田 久史「CMOS アナログ LSI の製作」

内山 功一

パルス発生器の製作を行いました。 技術レポート P.26 吉田

4分子科学研究所技術課報告 2012

「ARM マイコンを用いた LAN 接続 BPM 切替器の開発」 豊田 朋範

スタッフ Information
吉田 久史

YOSHIDA, Hisashi

内山 功一

UCHIYAMA, Koichi

豊田 朋範

TOYODA, Tomonori

永田 正明

NAGATA, Masaaki

CMOS アナログ LSI 設計技術の習得
我々は、CMOS アナログ集積回路設計技術を習得するための取り組みを 4 年前から進めてきました。昨年度までの経過については、過去 2 回にわたり技術課 Activity
Report で報告してきました。
これまでに 2 度の試作 LSI の製作を行い回路として動作

今年度はセミナーで学んだ設計手法に倣い、基本的な 7することを確認しましたが、設計通りの仕様を完全に満た

トランジスタ構成で特性の異なる 2 種類の差動入力オペア

すものではありませんでした。昨年度 VDEC 主催のアナンプとそれらにソースフォロワ回路を追加し出力インピー

ログ集積回路設計演習セミナーに参加し、使用するプロセ

ダンスを低下させたオペアンプを製作しました。また、動スのトランジスタ特性を理解して行う設計手法を学んだこ

作試験のためにオペアンプで使用しているものと同等の差とで、これまでのシミュレータに依存した設計が問題の一動入力回路とバイアス電源回路も別途製作しました。
技術レポート P.31 内山

つであることがわかりました。
共同利用機関として 他大学から製作の依頼を受け入れています。

高電圧高速パルススイッチの製作

イオンファネルを利用した、効率的
イオン輸送システムの開発

自由電子レーザー SACLA お

イ オ ン フ ァ ネ ル − Paul 型 イ オ

よび SCSS を用いた原子の多光

ントラップ装置に使用するイオン

子イオン化の研究において、生ファネル駆動のための高周波電

成した光電子とイオンの検出を源の開発です。イオンファネルは、

行う飛行時間型分析器で使用す100 枚の電極が 1.27 mm おきにる高速高電圧パルス電源の製作依頼です。

積層された構造をしており、この製作したパルス電源は、パルスの立ち上がり時間：

電極に、1 枚おきに位相が 180 度

約 10 nS、振幅：最大 6 KV、パルス幅：最小約 6 uS、異なる振幅：数十〜数百 V，周波数：数百 Hz 〜数

繰り返し：最大約 100 kHz のパルス出力を得ています。

MHz の高周波電圧を印加する必要があります。

2012 年度製作依頼実績

2012 年度は 3 大学より 5 件の製作依頼を受けました。

【後 期】
施設利用申請課題名

イオンファネルを利用した効率的イオン輸送システムの開発【前 期】
施設利用申請課題名

申請機関名

多チャンネル光神経電子集積回路素子の電子回路開発

名古屋大学

高電圧高速パルススイッチの製作

名古屋大学

申請機関名

広島大学

分子読み取りグラフェンデバイス

横浜国立大学

光神経電子集積回路素子の 20ch 電子回路を含む
シーケンス制御機構の開発

名古屋大学

分子科学研究所技術課報告 20125

2012 年度ハイライト

光技術班
担当施設：
極端紫外光研究施設（UVSOR）
http://www.uvsor.ims.ac.jp/

分子制御レーザー開発研究センター
http://groups.ims.ac.jp/organization/LC/
軟 X 線顕微分光（STXM）ビームライン

光技術班は極端紫外光研究施設（UVSOR）と分子制御《レーザー技術支援》分子制御レーザー開発研究セン

レーザー開発研究センターに所属する技術職員 7 名によっターに所属する技術職員はセンター所有の共通機器管理やて構成されています。主な業務は放射光の供給支援、利用センターに関わる業務全般を担当しながら、光分子科学研

支援、レーザー技術支援です。

究領域の研究グループに対してレーザー関連の技術支援を《放射光供給支援》安定したシンクロトロン光を供給す行っています。また、凝縮系におけるコヒーレント制御をるための加速器の運転、管理、保守を主な業務としていま目指した計測システムをはじめ、各種開発業務も行っていす。コヒーレントシンクロトロン光発生・自由電子レーザーます。

実験などの光源開発研究の技術支援も行っています。真空
技術・制御技術・維持管理技術などが要求されます。

2012 年度活動報告
2011 年 5 月

機構技術研究会参加（分子研）《放射光利用支援》シンクロトロン光を利用し、質の高6月

国際学会 IBIC 2012 参加（つくば市）

い観測実験に関与できるように維持、保守、改良、開発、

8月

SACLA の見学と意見交換（Spring- 8）

8月

大学等における放射線安全管理研修会（東京大学）

技術支援を主な業務としています。共同利用ビームライン

8月

職場体験（岡崎市立竜海中学生２名）

においては各担当者がユーザ実験の世話を行い、スムーズ

9月

放射線遮蔽国際会議 (ICRS- 12 )（奈良市）に実験が行われるようにサービスを提供しています。また、9月

機器分析技術研究会参加（大分大学）

液体ヘリウムなど寒剤準備、真空機器・観測計器の管理・

11 月

更新や観測用プログラムなどの製作・更新・実験機器の開2012 年 1 月

放射線安全取扱部会年次大会参加（松山市）
レーザー学会学術講演会参加（姫路市）

1月

放射光学会参加（名古屋市）

発・製作などの業務を行っています。真空技術・制御技術・

2月

技術課セミナー開催

放射光ビームライン光学技術・低温技術・機器設計技術な

3月

総合技術研究会参加（愛媛大学）

どが必要とされます。

3月

九州工業大学情報技術研究会参加（飯塚市）

出張報告

IBIC 出張報告

技術レポート P.43 林

10 月 1 日から 10 月 4 日まで、つくばで開かれた IBIC
（International Beam Instrumentation Conference）に林が参加してきました。これは、加速器のビーム診断に関する国際コンファレンスで、今回は Turn-By-Turn BPMに関するポスター発表を装置開発の豊田氏とともに行いました。コンファレンスの内容は施設のビーム診断系全体の話から小さな電極の詳細設計の話まで多岐にわたり、また発表形式も通常の口頭発表に加えて特別招待講演やチュー
トリアルなどもあって多様で、４日間にわたり様々な刺激を受けることができました。最終日には大強度陽子加速器
施設 J-Parc の見学に参加し、UVSOR と比べてはるかに大型のこの施設を興味深く拝見しました。

6

分子科学研究所技術課報告 2012

転出報告

中村永研係長が転出

4 月に長年 UVSOR で活躍された、中村永研係長が名古屋大学（中部シンクロトロン
放射光施設）に異動されました。

スタッフ Information
堀米 利夫

HORIGOME, Toshio

蓮本 正美

HASUMOTO, Masami

山崎潤一郎

YAMAZAKI, Junichiro

酒井 雅弘

SAKAI, Masahiro

林

憲志

HAYASHI, Kenji

近藤 直範

KONDO, Naonori

岡野 泰彬

OKANO, Yasuaki

禿子

徹成* TOKUSHI, Tetsuzyou* 技術支援員

TOPICS【UVSOR Ⅲ】誕生に貢献

技術レポート P.34 山崎

技術レポート P.38 近藤

UVSOR では 2012 年４月から７月にかけて、大規模な高度化改造が行われました。その内容は、1. 複合機能化された偏向電磁石設置、2. パルス 6 極電磁石の設置、3. 真空封止アンジュレーター（U4）設置と軟 X 線顕微分光ビー
ムライン（BL4U）の設置です。特に、技術職員は偏向電磁石更新に伴う偏向部真空ダクトの入れ替え作業、リング
真空の立ち上げ作業、真空計の更新など改造作業と顕微分光ビームライン設置に於いては、立ち上げ作業を担当しました。また、今回の改造に当たり偏向電磁石設計や新ビームライン設置では、真空インターロックシステム・分光器
制御プログラムの作成などに貢献しました。ここに、2003 年から始まった一連の加速器高度化改造は、今回の改造作業でストレージリングのほぼ全てが更新されたことになり、【UVSOR Ⅲ】が誕生しました。
今回の改造
1 . 偏向電磁石の複合機能化（偏向電磁石で二極磁場に加えて四極磁場と六極磁場も発生させる）によって、電子蓄積リング
にとって最も重要なパラメーターの一つであるエミッタンスが 27 nmrad から 17 nmrad 程度に小さくなります。
2. パルス 6 極電磁石の導入により入射方式が高度化され、電磁石の中心付近を通る蓄積ビームには偏向作用を与えずに、中心から大きく外れた位置を通る入射ビームに必要なキックを与えることが出来るようになります。これによりトップアップ運
転において、ビーム入射時の放射光強度が乱れる問題が緩和され、放射光の品質を向上させることができます。
3 . 真空封止アンジュレーターの導入により、ストレージリングにある 8 本の直線部の内、挿入光源に利用できる 6 か所全てにアンジュレーターが設置されることになります。同時に、このアンジュレーターと組み合わせて使用される、軟 X 線顕微分
光 (STXM) ビームラインが設置され、元素分析や高分解能での生物観察など広い分野での利用が期待されています。

TOPICS

ビームライン技術（光検出器）

技術レポート P.41 蓮本

UVSOR では、分光器を使って分光した光や分光した光を試料に照射した後の光を検出するのに、実験の目的や種類に応じて、いろいろな種類の光検出器が使われます。主に電子増倍管、光電子増倍管、シリコンフォトダイオードを使用していますが、これらの検出器の特徴および測定する波長範囲の違いや測定の目的や種類に応じて使い分けます。
検出器の種類

測定可能波長測定の種類

測定可能な強度1 nm 〜 180 nm

透過、反射

光電子増倍管 MgF 2 結晶窓

115 nm 〜 320 nm

透過、反射

微弱光〜弱い光

光電子増倍管 合成石英窓

160 nm 〜 930 nm

透過、反射、発光

微弱光〜弱い光

光電子増倍管 UV ガラス窓

185 nm 〜 1100 nm

透過、反射、発光

微弱光〜弱い光

光電子増倍管 硼硅酸ガラス窓

300 nm 〜 650 nm

透過、反射、発光

微弱光〜弱い光

サリチル酸を塗った光電子増倍管

1 nm 〜 650 nm

電子増倍管

微弱光〜弱い光

透過、反射

微弱光〜弱い光

MCP 内蔵型光電子増倍管

160 nm 〜 850 nm

発光（時間分解）単一フォトン

シリコンフォトダイオード

0 . 02 n ｍ〜 1100 nm

透過、反射、発光

弱い光〜強い光分子科学研究所技術課報告 20127

2012 年度ハイライト

機器利用
技術班
担当施設：機器センター
http://ic.ims.ac.jp/

機器利用技術班の技術職員は機器センターに配属され、センターの所有する装置の維持管理、利用者の受入・測定(2) 磁気・物性
ESR、SQUID、単結晶 X 線回折装置、粉末 X 線回折装置、支援などの業務を行っています。機器センターとは分子ス

15T 超伝導磁石付希釈冷凍機

ケールナノサイエンスセンターと分子制御レーザー開発研(3) 分子分光究センターの汎用機器が統合されて平成 19 年 4 月に発足

ナノ秒およびピコ秒パルス光波長可変レーザー、高感度した研究施設で、所全体で共通で利用する NMR や ESR 等

蛍光分光光度計、顕微ラマン分光装置、円二色性分散計、の汎用測定装置を有しています。これらの設備、所内はも可視紫外分光光度計、赤外分光計、各種小型機器とより、所外からも「施設利用」「協力研究」の形で利用されています。装置によっては元素分析等の様に、所内限※詳しくは http://ic.ims.ac.jp/ をご覧ください。

定ですが依頼測定を受け付けている装置もあります。
機器センターの所有する設備は（1）化学分析、(2) 磁気・

また 2007 年度よりスタートしたプロジェクト「大学

物性、(3) 分子分光、に大別出来、それぞれ以下のような連携研究設備ネットワーク」の全国事務局としての業務も設備を備えています。

行っています。このプロジェクトは全国の大学の所有する(1) 化学分析

各種汎用測定設備を相互に利用することで設備の有効活用

NMR( 400, 500, 600MHz), 質量分析計 (MALDITOF-Mass), 有機微量元素分析装置、蛍光Ｘ線分析装置、を目指すものでコンピュータネットワークを利用した設備の予約システムを構築しています。

熱分析装置
出張報告

ET との遭遇

出張報告

マイコンと聞いて、MZ-80 というものが頭の片隅を掠められた方は、その当時、機械語と悪戦苦闘した我が戦友であろう。その後、実験室における各種制御やデータ収集
はマイコンからパソコンへ変遷し現在に至っている。では、マイコンは何処へ。筆者が毎年出張している Embedded
Technology（ET）に出かけると、その多くと出会うことができる。最近では 32 ビットで Linux も走り、簡単な C 言
語でさまざまな装置への組み込みが可能で、計測装置を開発する技術者の１人として、まさに懐刀である。これまでパソコンで制御していた分光器をマイコンに置き換え、波長及びスリット幅の制御に用いている。今後も、ET をはじめ最先端テクノロジーの展示会で収集した情報を分子科学研究のための計測技術開発に活かしてゆきたい。
(Embedded Technology 2012 / 組込み総合技術展 )（山中 孝弥）

8

分子科学研究所技術課報告 2012

レーザー安全公開シンポジウムに参加

1 月 30 日、姫路市にて開催されたレーザー学会主催の「レーザー安全公開シンポジウム」に参加しました。レーザーが人体に与える影
響やレーザーの安全に関する講演が６題あり、眼に対する事故例や安全対策だけでなく、形成外科、眼科の先生方からは医療現場でのレーザーの有用性についても紹介がありました。あらゆる場面に急速に普及しているレーザーですが、眼に対する事故例の多くは、大学等の研究室において、レーザーの性質を熟知し使い慣れた研究者が、光路調
整中ついうっかりビームをのぞきこんでしまうことによるものだそうです。極めて高輝度な光であるレーザーが眼に入った場合、その症状は特異的でそれを診ることのできる眼科医は少ないとのことです。また、レーザー製品の安全基準として日本工業規格 JIS C6802 があり
ますが、これは国際規格 IEC 60825-1 を翻訳したものです。IEC の改正に伴って JIS も 2011 年に改正され、その改正点についても説明がありました。「安全」は重要ですが、つい軽視しがちです。今後もこの種の会合には積極的に参加し、「安全」を意識しながら日々のレーザー業務を遂行していきたいと思います。
（上田 正）

スタッフ Information
山中 孝弥

YAMANAKA, Takaya

岡野 芳則

OKANO, Yoshinori

上田

UEDA, Tadashi

正

牧田 誠二

MAKITA, Seiji

藤原 基靖

FUJIWARA, Motoyasu

中野 路子

NAKANO, Michiko齊藤

SAITO, Midori

碧

TOPICS

有機微量元素分析装置 （担当：牧田 誠二）
有機微量元素分析装置は、試料を Pregl-Dumas 法に基づいて熱分解し、有機物を構成する主要元素である水素、炭素、窒素を定量的に水、二酸化炭素、窒素に変換し、これらを熱伝導度法によって検出する装置であり、研究所内では主に合成された化合物の同定や純度の確認のために使用され、年間数百におよぶ試料を測定しています。
平成 24 年 3 月、当センターで長年使用していた従来機の老朽化に伴い、J-SCIENCE LAB 社製の MICRO CORDER JM10 に更新を行いました。機器センターでは、各種汎用機器の共同利用の支援を行っており、所外からも「施設利用」「協力研究」の形で利用されていますが、本装置は所内専用装置として取り扱っており、利用者は装置担当者に依頼する「依頼測定」の形式を採用しています。 技術レポート P.46 牧田

インターネット

予約システムハードウエア更新 （担当：岡野 芳則）

ロードバランサ

大学連携研究設備ネットワークとは各大学の所有する NMR, Mass, X 線回折装置と実サーバー 1

いった各種測定機器を相互に提供しあい、大学を越えての利用を促進するプロジェク
トです。2012年12月、予約システムに使用しているサーバー一式の更新を行いました。
プロジェクトは 2007 年 5 月にスタートしましたが 5 年目に入った 2011 年後半あたりからアクセスの増加やデータの増大の影響でシステムのレスポンスが悪くなった

実サーバー 2

仮想マシン

仮想マシン

Web Server

Web Server

仮想マシン

仮想マシン

DB Server (Master)

DB Server (Standby)NAS（ネットワークストレージ）

りハングアップしたりする現象が頻発しました。これに対処する為ハードウエアの更新を計画しました。極力システムのダウンタイムを作らないよう、予約システムを複数動かし、1 つの予約シス
テムがハングアップしても残りのシステムで運用を続けられるようにしました。ハードウエアとしてロードバラ
ンサを導入し、またサーバーは 2 台用意、サーバー上では仮想マシンで複数の OS を稼動させ予約システムを同時に 2 つ動かすようにしました。技術レポート P.48 岡野

齊藤

碧さん退職

2013 年 3 月末をもちまして当班技術職員、齊藤碧さんが退職されます。
3 月の機器センター会議では送別お茶会が催され大島機器センター長より餞
別の品が贈られました。齊藤さんは 4 月から民間の会社に勤められます。

分子科学研究所技術課報告 20129

2012 年度ハイライト

計算科学
技術班
担当施設：計算科学研究センター
https://ccportal.ims.ac.jp/

計算科学技術班は、計算科学研究を支える HPC（High

岡崎情報ネットワーク管理室業務

Performance Computer）や研究活動に不可欠な ICT

自然科学研究機構岡崎キャンパス全体の情報ネット（Information and Communication Technology）機器

ワークインフラの運用管理を行っている当室において、の運営およびソフトウェア開発を始めとして、システムの

SINET 等の外部ネットワークとの接続、Firewall を始め立案、調査、分析、研究に携わる情報工学系の技術集団でとしたセキュリティ管理、情報通信サービスなどの整備おあり、現在 7 名の班員によって構成されています。主な業

よびコンテンツ提供環境の運用、ネットワーク網管理に関務を以下に示します。

わるソフトウェア開発などを行っています。

計算科学研究センター業務

分子科学研究所ネットワーク業務

岡崎共通研究施設である本センターでは、分子科学にとど分子科学研究所職員の情報通信に関する相談や調査のまらず、生理学、基礎生物学にも開かれた計算科学研究の共窓口となり、情報通信サービスの運営管理を始めとして、同利用に供している HPC の管理・運用を主軸として、ハーTV 会議やビデオ配信の様な応用技術への積極的な取り組

ドウェア環境およびオペレーションシステム・ミドルウェア

みなど、コンピュータと情報通信に関わる幅広い技術支援等のソフトウェア環境における技術調査、アプリケーションを行っています。

のプログラミング、チューニング、ライブラリ、可視化、通信ツール等のソフトウェア開発や支援を行っています。

TOPICS

計算科学研究センターの HPC システムの更新
本年度のトピックは、3 つあります。1 番目は、計算科学研究センターのHPCシステムの更新です。センターには2つのシステムが存在しており、昨年度はスパコンの更新を行いましたが、今年度は通称汎用コンと呼んでいるシステムの更新を行いました。汎用コンは、規模は小さいものの、
ユー
ザがインターネットから直接ログインする会話処理サーバやファイルサー
バ、さらに各種 Web サービスを運用するクラウドを演算サーバ以外にも装備しており、このシステムだけで共同利用サービスが完結します。これに比べてスパコンは、演算サーバのみであり、システム全般に渡る多機能性という点で、汎用コンは複雑なシステムになっています。1 年以上の期間がかかる調達手続きの間には、各社提案の検討から仕様書策定、導入時の調整やその後の検証など長期間に渡り様々な対応が必要ですが、スパコ

10分子科学研究所技術課報告 2012

搬手前のラック群は演算サーバで、
全 部 で 368 台、5888 CPU コ アの PC サーバです。奥のラック群はファイルサーバなどの運用系のサーバで、半分以上ディスクが占めています。

スタッフ Information
水谷 文保

MIZUTANI, Fumiyasu

手島 史綱

TESHIMA, Fumitsuna

内藤 茂樹

NAITO, Shigeki

岩橋 建輔

IWAHASHI, Kensuke

澤昌孝

SAWA, Masataka

松尾 純一

MATSUO, Junichi

長屋 貴量

NAGAYA, Takakazu

ン更新に関わる調達手続きや導入後の立ち上げと汎用コン導入時期と重複していたことで非常に多忙を極めたほか、
特にシステム運用全体に関わるシステムであるため、システム入れ替え時のサービス停止期間を極力減らす対応や、導入後の安定運用のために細心の注意を払ってきました。

タッチラリーシステムの開発

技術レポート P.52 岩橋

2 番目のトピックは、10 月に開催された一般公開への対応です。一般公開では、非接触型の IC カードを使ったタッチラリーシステムを開発し、利用者全員に IC カードを配布することで、参加者が楽しみながら各展示会場への誘導と、アンケートに対する見学場所や所要時間の詳細分析のための情報収集を行いました。こちらの詳細は、活動レポートをご覧ください。
さらに計算科学研究センターの企画として、インタラクティブな分子シミュレーションを 3 次元で楽しめるシステ
ムを開発して展示を行いました。これは水分子の集合体を分子動力学により計算しながら 3 次元表示をしているもので、今回は身振りによって水分子の投入を実現可能のインターフェイスを使用することで、複数人が同時に楽しめる展示になりました。本展示は、12 月に開催された「科学三昧 in あいち 2012」でも出展しました。

共同利用電子申請システムの開発

技術レポート P.55 手島

最後のトピックは、分子科学研究所の全ての共同利用申請を電子申請に置き換えるシステム開発です。この共同利用申請システムは、ごく一般的な Web を使ったシステムですが、次年度前期・通年の申請種類が 13 種もあったことから分かるとおり、システム開発当初に各施設や事務職員にヒヤリングを行って仕様を決定する段階で、申請書が多岐に渡り、さらに申請内容が年々変化していくことや新規申請追加がある（次年度は募集直前に 3 件増えました）など、申請書毎にプログラム開発を行う従来の方法では時間的にも予算的にも破綻することが明確になりました。そこでこの問題を解決するために、XML 形式のデータとして各申請書の構造を定義し、この XML デー
タから多種申請フォームを汎用的に対応する機構を考案し、これを実現するエンジン（申請メニュー表示、申請書
フォーム表示、申請データ受理の一連の処理を行う 1 本のプログラム）を開発しました。こちらの詳細も、活動レ
ポートをご覧ください。

2012 年度発表一覧 2013 年 3 月に開催された愛媛大学総合技術研究会で以下の発表をしました。
水谷文保 vSMP によるジョブ単位の高 SMP 環境構築

澤昌孝 低遅延ライブ配信とマルチプラットフォーム対応配信環境の構築

手島史綱 XML を利用した共同利用申請システム

松尾純一 無線 LAN 端末の試作

岩橋建輔 OpenNI を用いたインタラクティブな体験型展示の作成

長屋貴量 IC カードを使ったタッチラリーシステムの開発

分子科学研究所技術課報告 201211

2012 年度ハイライト

低温技術班
寒剤供給
高圧ガス保安管理

スタッフ Information
高山 敬史

TAKAYAMA, Takashi

水川 哲徳

MIZUKAWA, Tetsunori

担当施設：機器センター
http://ic.ims.ac.jp/

分子研では、明大寺地区および山手地区において液体窒素・液体ヘリウムの供給を行っています。平成 23 年 11 月、明大寺地区のヘリウム液化機が更新され、これまで行われていた山手地区からのバックアップ体制は終了し、各地区独立して
液体ヘリウムの供給が再開されました。明大寺地区では、平成 23 年度の寒剤供給量は、それぞれ液体ヘリウム 41,744ℓ、
液体窒素 20,920 ℓ、山手地区では、液体ヘリウム 11,692ℓ、液体窒素 34,908ℓ を供給しています。
寒剤の供給

液体ヘリウムの持ち出し自動化システム――ヘリウム容器

寒剤の供給業務は主に以下に掲げる項目があります。

の持ち出しは、『液体ヘリウム供給自動システム』により

液体ヘリウムの供給――高分解能核磁気共鳴装置・電子ス

パソコン制御で行うため完全に全自動で管理されています。

ピン共鳴装置・各種物性機器など、超電導マグネットを有システムに付随するタッチパネルとスキャナで必要な情報

した実験機器の運転には必要不可欠な冷媒です。

の読み込みを行うだけで、初心者でも簡単に取り扱うこと

液体窒素の供給――主にサンプルの冷却用に用いますが、ができるのが特徴です。

液体窒素トラップによる不純物の除去、あるいは低温実験

液体窒素の供給

装置内部への輻射熱を抑える断熱を目的とした用途に用い

セルフサービス方式 ――ユーザー自身が液体窒素を汲み出られるなど使用用途は幅広いです。

すシステムとなっています。

高圧ガス製造施設の管理――寒剤は高圧ガス保安法の対象

供給の予約は特に必要なし――勤務時間内であれば好きなとなる物質なので、高圧ガス製造施設としての保安の管理

時間に汲み出すことができます。

も重要な業務となっています。

液体窒素の汲み出しは完全自動化――分子研ではすでに

液体ヘリウムの供給

25 年ほど前から自動化に対応しています。両地区共通の各地区独立して液体ヘリウムを供給する体制に戻りました。

バーコードによる管理情報の読み取り方式を採用。 操作

明大寺地区の供給体制――現在は、更新されたヘリウム液

画面にタッチするだけの簡単操作で初心者でも取り扱うこ

化機リンデ社製 L280 により製造された液体ヘリウムを研とができるのが特徴です。

究者へ安定的に供給しています。共通容器はパソコンを介

高圧ガス製造施設の管理してフリーに使用できる体制を取っています。また、研究

液体ヘリウム製造装置、ヘリウムガス回収装置、液体窒室専用容器は使用者自ら液を汲み出すセルフサービスの体

素貯槽は何れも高圧ガス保安法に則り有資格者が管理をし制を整えて研究者の利便性を図っています。

ています。

山手地区の供給体制――9 年目を迎えるヘリウム液化機リ

ヘリウム液化機の更新

ンデ社製 TCF20 は大きな故障もなく安定的な供給を担っ両地区のヘリウム液化装置は、液体窒素予冷を必要としています。軽故障については、本号において個別の報告をない液化運転が可能で、運転コストを低く抑えられるとい掲載しています。NMR への液の供給が 9 割を超えるためう特徴があります。更に、膨張タービンや圧縮機の効率が

供給ロスも少なく、ヘリウムガス回収純度低下によるトラ

良くなり省エネ型の液化機となります。

ブルも皆無です。明大寺地区同様、共通容器の持ち出しはフリーの体制で利便性を図っています。

12

分子科学研究所技術課報告 2012

技術レポート P.62 水川

2012 年度ハイライト

学術支援班
スタッフ Information
賣市 幹大

URUICHI, Mikio

南野

MINAMINO, Satoshi

智

原田 美幸

HARADA, Miyuki

中村 理枝* NAKAMURA, Rie

担当施設：広報室、史料編纂室、研究室* 技術支援員

学術支援班は 3 名の技術職員が広報室、史料編纂室、研保存するため、アーカイブズ活動を進めています。学術支究室にて、日々研究所をソフト面よりサポートしています。

援班では、史料目録の作成やホームページの作成等技術的サポートを行っています。

広報室

研究室

広く一般の方々に分子研の研究活動や役割を分かり易学術支援班では様々なテーマで各大学との共同研究・

く伝えることの重要性が益々増加しています。このような協力研究を行い、大学共同利用機関として分子研の果たす広報活動を進める組織として、分子研には広報室が設置さべき役割を担っております。分子研・研究室では赤外反射れており、技術職員が 2 名配置されています。主な業務内

およびラマン分光装置、Ｘ線結晶構造解析、磁性測定な容は以下のとおりです。

ど、一つの大学や研究室ではすべてを負担するのが困難な

情報発信：プレスリリース、分子研ホームページ運営、展示会出展等機器を相互に補完して利用に供することで多くの研究者
達の電子物性の解明につながる研究をサポートしており

各種作成：出版物、ポスター・ホームページ等ます。さらに平成２４年度よりナノテクノロジープラット

その他：見学対応、学会発表ポスター印刷、写真撮影等フォーム事業が始まり、支援要素が機器センターから移行

今年度は 3 年に一度開催される一般公開の年であり、広しております。機器センターとナノプラットの有機的な運報室ではポスター作成、当日の配布物作成、プレスリリー

用により、分野領域を超えて若い研究者達がそれまで触れス等を担当しました。

たことのない測定機器や分析法に対する知見を広げる役

新しい試みとしては、今回初めて地元有名新聞に告知広告を掲載しました。メリットは、西三河地区に配布されるも果たしております。それによって得られた成果は国内外での学会で発表されております。

技術レポート P.64 売市

ため、今まで広報活動が難しかった豊田市や安城市、刈谷市等岡崎市近郊の市にアピール出来ることでした。しかし、残念ながら大きな効果は得られませんでした。例年行ってTOPICS

イベント情報配信メール登録者数 増↑

いる折込チラシの方が広報範囲は狭いですが、効果は高い

市民公開講座・分子科学フォーラムや一般公開等のイベことがわかりました。そして、やはり地元有名新聞に記事ントをメールでご案内する情報配信メールですが、昨年度として掲載されることが非常に重要で、今回は掲載されなかったことが大きな反省点です。
プレスリリースの重要性は高く、広報室として今後の大きな課題です。
史料編纂室
平成 18 年 1 月、分子研・史料編纂室が設けられ、分子研創設に至る十数年にわたる長い歴史を物語る多数の資料ご報告した登録者数がこの 1 年で約 80 名から 140 名となり、
約 1. 8 倍増加となりました。またメール配信を解除された
方は 6 名と大変少なく、登録者の科学イベントに対する関心の高さが伺えます。市民公開講座・分子科学フォーラムの問い合わせや常連の方も増えつつあり、メール配信の効果が現れつつあります。大変嬉しい結果です。
今後も地道に続けて行き、多くの方に科学セミナー（岡崎市では貴重！）への関心を持っていただきたいと思います。
（原田

美幸）

（史料）が失われないよう、関連史料をできるだけ収集・

分子科学研究所技術課報告 201213

平成24年度の技術課について
技術課長

鈴井

光一

技術課は技術分野に応じて 7 つの技術班があります。本誌「かなえ」は平成 24 年度の各班の業務実施の状況や成果等を報告していますが、ここでは技術班や研究施設ごとの技術レポートではなく、技術課として実施した主な活動を紹介します。また、研究所の共通的な業務も技術職員が協力しながら担っており、その部分についても併せて紹介します。

機構技術研究会

ものづくり岡崎フェアへの出展

自然科学研究機構の 5 研究機関に所属する技術職員のため

従来から技術課と岡の研究会で、法人化以降毎年続き、今年度の第 7 回目を分子

崎市商工会議所との関研技術課が担当し開催しました。この研究会は機構内の様々係は深く、商工会議所

な技術分野に携わる技術職員の「相互理解」が主眼となってを介して岡崎市内の中います。それぞれの専門業務を異分野の技術者に伝えて理解

小企業との交流や技術し合うために、発表内容などを工夫していただき、各機関か的な連携関係を推進しら合わせて 21 件の講演となりました。研究会では慣例で担ています。岡崎市には

当研究機関より特別講演を企画します。今回は分子研の秋山

商工会議所が中心となって活動する「岡崎ものづくり推進

修志教授により生物の体内時計に関係したタンパク質の研究協議会」があり、分子研の教員も学識委員として協力してを紹介していただき、参加した技術職員にも興味深く解りやいます。この協議会が隔年で開催する「ものづくり岡崎フェすい内容でした。分子研の施設見学なども含め、全体として

ア 2012」へ岡崎市内の研究機関・教育機関の一つとして有意義な研究会と出展しました。出展ブースには、機器開発班が進めているすることができた

超精密加工技術、マイクロ加工技術、フォトリソグラフィと思います。以下

技術の紹介と、平成 24 年度から始まった文部科学省ナノに研究会の概要とテクノロジープラットフォーム事業に分子研が実施代表機

分子研技術課から関となったため、研究所が提供する主な研究設備等についの研究発表を示して紹介しました。

ます。

技術課セミナー

第 7 回自然科学研究機構技術研究会
会期：2012 年 5 月 23 日〜 24 日

会場：岡崎コンファレンスセンター

定例の行事として定着してきた「技術課セミナー」です

特別講演が、平成 24 年度は放射光のビームライン技術（UVSOR）

生物の時間をはかるタンパク質時計秋山修志〜分子の概日運動をとらえるための工夫〜 （分子研 教授）にスポットをあて、「放射光ビームライン技術の最前線」
として、所内外から 6 名の講師の方々に、放射光関連以外

技術セッション（分子研技術課）
電子増倍管・光電子増倍管・シリコンフォトダイオードの特徴と使い分け 蓮本正美（UVSOR)の人にも理解できる内容での講演をしていただきました。

電子顕微鏡と分光装置 何が分かるかであり、今回は、UVSOR に関連がある放射光軟 X 線ビー

岡崎３機関のネットワーク

齋藤

碧（機器センター）

松尾純一（計算科学研究センター）

MgF2 非球面レンズの超精密加工

近藤聖彦（装置開発室）

技術セッション
国立天文台 4 件 核融合科学研究所 5 件
基礎生物科学研究所 4 件 生理学研究所 4 件
施設見学
スーパーコンピューター

14

ビームライン技術は、色々な技術が集まった総合的技術

ムライン周辺技術を中心として、「真空」
・「分
光」・「ビームライン設置」などについて基本
から最近（最前線）のHe 液化装置

分子科学研究所技術課報告 2012

放射光施設（UVSOR）

技術を通して、放射光科学研究所や高エネルギー加速器研究機構（KEK）でも同

ビームライン技術の知識を深めました。
今年度は所外・所内合わせて約 60 名の参加を得て、小規模ではありますが充実したセミナーとなりました。

様に行われていましたが、近年は実施例が少なくなっているようです。分子研は受入側の職員にも研修となるよう相所外の参加機関としては、中部シ互の課題解決型の企画に重点を置いていますが、これも実

ンクロトロン施設、広島大学、KEK、施例としては多くありません。別の方法として、専門技術

名古屋大学など放射光施設を保有し分野に応じて講師を招きセミナー（技術課セミナー）を開ている機関からの参加が目立つと共催し、そこに他機関の技術職員にも参加していただき、研に、岡崎市内・関東圏などの一般企修とすることも行っています。
従来のような受入研修について KEK では今後積極的に業からも参加をいただきました。
なお、各機関・岡崎商工会所に復活させるとのことで、平成 24 年度の「KEK 技術職員シはポスターの掲示をお願いし、開ンポジウム」での講演を依頼され、研修制度について分子催を呼びかけました。

研の状況を紹介し、併せて「受入研修」の内容など今後の技術課セミナー「放射光ビームライン技術の最前線」

方向性について意見交換を行いました。

開催日：2013 年 2 月 6 日（水）技術研究会

「放射光の作り方・使い方」
加藤政博（UVSOR 施設長）

全国規模の技術研究会として「総合技術研究会」が愛「軟Ｘ線分光技術の基礎と最近の進展」
雨宮健太（高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所）

媛大学、「機器・分析技術研究会」が大分大学で開催され「ナノビーム利用のためのビームライン技術の最前線」
大橋治彦（高輝度光科学研究センター）「ビームラインの超高真空技術、光学素子の炭素汚染除去」
間瀬一彦（高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所）「ビームライン建設における機器製作とアライメント」
原 玲丞（
（株）
トヤマ）
「UVSOR の最前線〜走査型透過 X 線顕微鏡とその展望〜」
大東琢治（UVSOR）

ました。この２つの技術研究会は分子研と特に関係が深く、研究会での発表については技術職員の研修の一つとしているので、積極的に参加しました。愛媛大学へは口頭４
件、ポスター８件の発表を行いました。大分大学へはポス
ター発表１件を含め２名出席しました。内容は本誌の技術レポート等で詳しく紹介されています。

その他

技術職員研修等

平成 24 年度の技術課の職員研修として、前述した研究

受入研修会等以外に「放送大学による職員研修」「東海・北陸地区国

全国の大学や研究機関の技術職員を受け入れ、技術課の立大学法人等技術職員合同研修」にも参加しています。ま職員と互いの技術向上および交流を目的として、平成 24

た、奨励研究（科研費）の採択、所長奨励研究費（所内制度）年度は下表の受入研修を実施しました。

による研究活動も行われました。さらに、研究施設ごとに

所

属

氏

名

内

容

一関工業高等専門学校 阿部慶子 ワイヤー放電加工機の取り扱い
北海道大学

電子科学研究所

今村逸子

必要とされる専門技術について、例年どおり他機関や民間が開催する講習会等へ参加し、技術の研鑽に努めています。

マイクロ流路の製作

舞鶴工業高等専門学校 能勢嘉朗 ネットワーク管理マネジメント
国立天文台 三ツ井健司 岡田則夫 共同開発「MgF2 超精密加工」

共通支援業務中学生の職場体験学習

受入研修については全国の大学・高専・大学共同利用機

職場体験学習は文部科学省でも学校教育の活動として

関の技術職員に向けて、それぞれの専門技術について実施

推奨しており、研究所も体験先の事業所として協力していしています。このような外部職員向けの研修制度は核融合ます。毎年多くの学校から受入希望が寄せられ、特に岡崎分子科学研究所技術課報告 201215

市を中心とした中学生の職場体験は、年間 4 校までに限定に電子化することが望まれ、平成 24 年度後期の共同利用

し、技術職員が対応することにしました。平成 24 年度の申請から Web 申請をスタートさせています。この申請シ状況を下表に示します。

ステムは一昨年度から計算科学技術班が中心となって開発に貢献しました。仕様変更や将来の追加オプションなども研究所一般公開

柔軟に対応可能で、かつ経済的な運用や維持が可能なシス分子研の一般公開は３年ごとの開催で今年度は 2012年 10 月 20 日に行われました。研究室、付属施設などのテムを目指して開発しています。詳しくは本誌の技術レポートを参照して下さい。

公開展示や体験型展示を研究所の職員が総出で準備します。
研究室公開のみならず、会場となる建物内や研究所キャン

安全衛生・防火防災

パス全体についても様々な準備が必要で、この部分は学術

労働安全衛生は法人化以降に研究所の支援業務として支援班（広報室）が中心となり活躍しました。また技術課強化するため安全衛生管理室が設置され、技術職員も安全

長は実行委員会の副委員長に選任されるのが通例で、その巡視をはじめ様々な業務に担当者として係わっています。

ため技術課は公開の準備に協力する場面が多くあります。

また、防火防災関係でも、東海・東南海・南海の連動型大

特に今回は計算科学技術班が電子版スタンプラリーとして型地震の懸念から、防災対策の重要性が高まり技術課でもＩＣカードを使った「タッチラリー」を企画しました。来対策の実務を業務として取り組んでいます。

場者に磁気カードを持たせることで、会場内では景品付き

例年、3 機関で防災訓練を実施していますが今年度は分のスタンプラリーを楽しんでもらう一方、運営側は来場者

子研独自の企画で業務用無線を準備し使用しました。岡崎の状況をリアルタイムで把握することができる情報システ

3 機関には 1.5km ほど離れて「明大寺地区」と「山手地区」

ムです。一般公開のように人が多く集まるイベントなどでと 2 つのキャンパスがあります。この 2 カ所の連絡手段のの情報機器の活用例として大変有効でした。開発の詳細は

1 つとしてデジタル無線機の導入を技術課で進めました。

本誌の技術レポートに紹介されています。

共同利用申請システム
分子研は大学共同利用機関として大学等の研究者の利用に供し、共同研究などで学術研究を発展させる使命があります。その共同利用の実務として共同研究や施設利用などを公募し、申請内容の審査・採択などを行っていますが、未だ申請や審査は紙書類で行っていました。これらは早急表日

程8 / 22 〜 8/23

受入学校
岡崎市立竜海中学校（左）防災意識を高める訓練により多く参加していた
だくよう遊び心も入れた消火訓練の実施（右）山手地区防災訓練で明大寺地区の分子研の研究総主幹と無線交信する岡田生理学研究所長（右端）

平成 24 年度職場体験受入状況

担当部門 / 施設内

容

機器センター

液体窒素・液体ヘリウムの取り扱い。ヘリウム液化運転、液体ヘリウム汲出、

UVSOR

液面測定（機器センター）。金の厚さによる色の変化の観察（UVSOR)。

8 / 23 〜 8/24

岡崎市立岩津中学校

錯体物性研究室

化学反応を体験する。光る物質を作ってみる、水を分解してみる。

10 / 4 〜 10/5

岡崎市立美川中学校

計算センター

CAT ケーブル自作作業、OA フロア下へのファイバー敷設作業およびネッ

装置開発室

トワークスイッチを使ったネットワーク作業（計算センター）。

機器センター

結晶作成の体験（硫黄）および X 線解析装置のデモンストレーション（機器

計算センターセンター）。CAT ケーブル自作作業、OA フロア下へのファイバー敷設作業

回路工作および動作検証（装置開発室）。
11 / 20 〜 11/21 岡崎市立額田中学校

およびネットワークスイッチを使ったネットワーク構築作業（計算センター）。

16

分子科学研究所技術課報告 2012

技術レポート
機器開発技術班
高磁界超伝導線材の臨界電流特性における曲げひずみ印加効果測定プローブの製作

近藤

聖彦

18

マイクロ流路ミキサーの改良

高田

紀子

19

時間分解 FTIR 用回転セルの製作

水谷

伸雄

21

高精度金属ミラーの製作について

青山

正樹

23

既存放電加工機の加工特性測定とグラッシーカーボンの加工

矢野

隆行

24

微小電圧 (mV) パルス発生器の製作

吉田

久史

26

FPGA を用いたディジタルフィルタの製作

豊田

朋範

29

CMOS アナログ LSI 設計技術の習得

内山

功一

31

UVSOR 加速器高度化改造〜 UVSOR Ⅱから UVSOR Ⅲへ

山崎潤一郎

34

真空インターロックシステムと分光器制御プログラムの作成

近藤

直範

38

光検出器の特徴と使い分け

蓮本

正美

41

林

憲志

43

電子機器・ガラス機器開発技術班

光技術班

UVSOR における Turn-By-Turn BPM システムの開発
コラム

あの白いテントは何？
出射部真空計の更新

堀米酒井

体験展示か実演展示か？

利夫

45

雅弘
岡野

泰彬

機器利用技術班
有機微量元素分析装置（J-SCIENCE LAB MICRO CORDER JM10）

牧田

誠二

46

大学連携研究設備ネットワーク予約システムのハードウエア更新

岡野

芳則

48

コラム

施設利用者による研究会に参加

藤原

基靖

51

コミュニケーションの壁 齊藤 碧
新型プローブ 中野 路子

計算科学技術班
IC カードを使ったタッチラリーの開催

岩橋

建輔

52

汎用システムの開発を目指して（共同利用申請システム開発）

手島

史綱

55

コラム

CPU 内蔵 GPU は高品質ライブ配信のエンコード処理に実用的か？ 澤 昌孝

60

WWW ページの改竄について 内藤 茂樹
新スパコンの利用統計 長屋 貴量
マイコンのネットワーク対応 松尾 純一

低温技術班
山手地区ヘリウム液化システムのトラブルとその解決

水川

哲徳

62

売市

幹大

64

学術支援班
赤外・ラマン分光法による電子状態の研究

分子科学研究所技術課報告 201217

技術レポート 機器開発技術班

高磁界超伝導線材の臨界電流特性における曲げひずみ印加効果測定プローブの製作
近藤聖彦 機器開発技術二係

キーワード：高磁界、超伝導マグネット、臨界電流特性、曲げひずみ

将来のエネルギー問題の一つの解決策として、核融合が定する装置が必要となる。一般に、ひずみ印加機構は非常考えられている。この方法は、海水から取り出した水素をに複雑で大型装置が主流であるが、装置開発室においては、燃料として高温を作り出すため、これが実現できれば、資簡易的な曲げひずみ印加機構をもつスリムな臨界電流測定

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源不足に悩まされることはない。さらに、この核融合を㧗 ☢ ⏺ ㉸ ఏ ᑟ ⥺ ᮦ㧗
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起こす炉内で生成されるプラズマを利用することにより、始めに、「曲げ印加機構」の構造設計から議論を行い、タービンを回転させるなどの方法で発電し、電気が作り出

図 1 に示すリンク機構式の「曲げ印加機構」の試作を行っせると考えられている。ただ、このプラズマを長時間維持た。これは、曲げ発生軸が上下運動することで、板バネ構することは、非常に難しく様々な方法が提案されている。

造の線材固定部品が凹凸に変形する機構になっている。こその一つに、ヘリカル型という方法があり、ねじれた超伝の機構は、半径 20 mm までの曲率を線材に印加すること

導コイルを使用して、磁場を発生させ、炉内にプラズマをができ、線径がφ 0.8 mm においては最大 2.0% の曲げ閉じ込める方法が行われている。このコイルの導体は、ひずみ量を印加できる。このようなことから、線材固定部

超伝導材で作られた線が使用されている。しかし、この線品の材質は、弾性領域が大きい熱処理済みの Be-Cu 合金

材は僅かなひずみによって、臨界電流（超伝導状態で通電を使用した。Be-Cu 合金を熱処理するのは、引張り強度できる電流量）特性が劣化することが知られている。このを増大させ、本仕様の曲げ応力に耐える強度にするためでため、高磁界マグネットの設計・製作は、コイルに使用すある。さらに、この曲げ機構はボア径φ 52 ㎜の超伝導マる線材の許容ひずみ量で制約されているのが現状である。

グネットに挿入し、極低温環境で可動させるため、最大外

このような背景から、次世代の核融合装置における高磁径をφ50で設計し、ひずみ測定には極低温用のひずみゲー

界超伝導マグネットの実現に向けて、臨界電流特性に対すジを使用した。また、最大磁場が作用する位置は、ボア入る超伝導線材の機械的ひずみの感受性の鈍化に向けた新材

口から約 1700 ㎜下方であるため、装置の全長は図 2 に料開発が重要となっている。そこで、この研究に、高磁界示すように約 2 ｍとなった。

中で超伝導線材に曲げひずみを印加した時の臨界電流を測
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18

試作した曲げ印加機構

分子科学研究所技術課報告 2012

図2

曲げひずみ印加機構を備えた臨界電流測定装置

技術レポート 機器開発技術班

マイクロ流路ミキサーの改良
高田紀子 機器開発技術二係

キーワード：マイクロ流路ミキサー、フォトリソグラフィー、PDMS、層流、分子拡散による混合

昨年度に引き続き、タンパク質の構造変化を調べるたを図 1、製作工程を図 2、送液テストの写真を図 3 に示す。

めに用いるマイクロ流路ミキサー（以下、ミキサー）の製マイクロサイズの流路内では基本的に溶液は層流で流れる

作をフォトリソグラフィーで行った。昨年度は、2 液を混ため、混合は分子拡散によってのみ起こる。分子拡散に合する流路部分（以下、混合部分）の幅が 10 m のミキ

よって濃度が均一になる時間は流路幅の 2 乗に比例するたサーを製作した。送液テストの結果、2 液の反応によってめ、混合部分の幅を、前回の 10 m から 5 m に細くし起こる輝線の幅が 5 m 程度と流路幅に比べ細かったことた改良型の製作を行った。ここでは、製作したミキサーのから、混合が十分行われないうちに次の観察部分に到達しレジストパターンと PDMS パターンの SEM 画像、また断てしまっていることが分かった。製作したミキサーの構造

面形状について確認を行ったので、それについて報告する。

図1

マイクロ流路ミキサーの構造

図2

マイクロ流路ミキサーの製作工程

(a)

(b)

図3

送液テストの様子(a) 倒立型の蛍光顕微鏡で観察(b) 蛍光顕微鏡画像
2 液の反応により幅 5m 程度の輝線が確認された

分子科学研究所技術課報告 201219

技術レポート 機器開発技術班

マイクロ流路ミキサーの改良

射部分が硬化し凸型に残るもの）を使用しているが、以前

これまでの経験から、原版となるフォトマスクと比較し別件でポジ型レジスト（照射部分が溶解し凹型の溝になるて、レジストパターンの幅が約 1.5 m 太くなることが分もの）を使用した時の断面形状は、先が細いテーパー型とかっている（フォトマスク上でパターン幅が 4 m、レジなる傾向が見られた。これらの原因としては、露光時におスト厚が 50 m の場合）。そこで、今回改良型を製作する

ける光の回折の影響がレジスト上部で強く出ていることがにあたって、最終的な流路幅が 5 m になるようフォトマ

考えられる。対策には、露光をより短時間で行うことが挙

スクの設計値は 3.5 m で行った。

げられる。

また、実験を行う際、蛍光顕微鏡での観察位置が分かる
ように目盛があると望ましい。前回は、幅 4 m の数字パ

今後の予定

ターンを凸で製作した。この場合、高さはレジスト厚と同流路幅を変更することで、混合の程度にどのように影響

様 50 m なので、アスペクト比が 10 以上の突起が立つ

するかを確認したい。また、流体解析を用いてあらかじめことになる。当然強度が弱くなるので、PDMS 樹脂で成シミュレーションを行うことができれば、時間やコストの型を行いはがす時に、数字パターンがとれたり倒れたりし低減につながると共に、依頼者に対して説得力のある提案てしまうことが分かった。そしてこれらによって、次の工をこちらからもできるようになる。今年度は 7 月に、流体程であるガラスとの接着が阻害される部分も見られた。こ

解析ソフト「ANSYS CFD」のセミナーを受講したが、流の点を踏まえ改良型では、流路に沿って凸になるようレジ体に関する基礎的な知識もなく、まだまだ実践には至ってストで目盛パターンを製作し、その中に数字パターンを凹いない。今後も引き続きセミナーの受講や情報収集などをで掘りこむ形に変更した。

続けていくようにしたい。

製作したレジストパターンと PDMS パターンの SEM 画
像を図 4 に示す。また、断面形状を確認するために、流路謝辞部分で切断し SEM 観察を行った（図 5）。レジストにおけ

マイクロ流路ミキサーの製作依頼にはじまり、研究内る突起の断面形状は先が太い逆テーパー型になっており、容やそれに適した流路パターンについてアドバイスくださ

根元部分がフォトマスクとほぼ同じ寸法であるのに対して、り、また、送液テストのご協力をいただいた分子科学研究先端部分は 3 m 程度太くできていた。それに従い PDMS

所 生体分子情報部門 木村哲就助教に、紙面を借りてお礼

における溝の形状は、流路入口部分よりも底部分の方が 3

申し上げます。

m 程度太かった。ちなみに、今回はネガ型のレジスト（照

(a)

(a)

図5

(b)
図4

20

レジストパターン (a) と PDMS パターン (b) の SEM 画像

分子科学研究所技術課報告 2012(b)

レジストパターン (a) と PDMS パターン (b)における断面形状の観察

技術レポート 機器開発技術班

時間分解 FTIR 用回転セルの製作
水谷伸雄 機器開発技術一係

キーワード：時間分解偏光赤外分光、回転セル、スウィングアーム、水冷ジャケット

はじめにの動作により照射する励起光は試料全面にサイン波状の軌

本回転セルは、光エネルギー変換系における水分子の関跡を一定のタイミングで描き続けることになる。この時、わりを時間分解偏光赤外分光法で解明する為の試料駆動装

照射する励起光を渦巻模様のような連続した円周状の軌跡

置として、生体分子情部門古谷准教授、木村助教らの依頼にすると最後の照射点から最初の照射点に戻る時に空白時により設計製作した。同時に製作したフィルターホルダー

間が出来てしまうが、サイン波状の軌跡を描くことで最後と駆動装置を図１に示す。なお、制御回路の設計製作は、の励起点から最初の励起点への移動空白時間を無くすこと

エレクトロニクスセクションの内山氏が行った。

ができる。これにより一度励起された試料部分（一定時間
後には、励起前の状態に戻っている。）にも繰返し励起光を照射でき、連続的にデーターを蓄積することが可能とな
る。

試料の冷却
CaF2 円板に封じ込まれた試料は励起光による温度上昇が考えられるため、中心部には水冷ジャケットを設け恒温
循環水を通す事で温度上昇を防ぐ。この水冷ジャケットは、
試料回転モーターの発熱を抑える働きもする。試料回転モーターと水冷ジャケットを図２に示す。
図1

回転セル駆動部 , フィルターホルダー

設置条件
駆動装置は、BRUKER VERTEX80 型分光器内のクイッ
クロックベースプレート（166 mm × 100 mm）上に固定される。回転セル（試料部分）以外の駆動系は分光器の外に出ても良いが、その場合、サンプルコンパートメント
カバーの大幅な改造が必要となり、クイックロックベース
プレートのロック機構への負担も増え好ましくない。そのため、出来る限りの小型軽量設計を試みた。
図2

試料回転モーター , 水冷ジャケット

基本動作機構求 め ら れ る 動 作 は、 直 径 Φ 140 mm 厚 さ 3 mm の

試料回転部

CaF2 円板 2 枚に封じ込まれたフィルム状試料を独立した

CaF2 円板を回転させるモーターは、□ 28 mm× 28

モーターにより回転運動（0.11 Hz 〜 1 Hz 程度）と上下

mm の 5 相ステッピングモーターと減速比 100 のハーモ運動（0.5 Hz 程度）を同時に制御させることである。こニックドライブギアとの組合せで、低速回転（0.11 Hz

分子科学研究所技術課報告 201221

技術レポート 機器開発技術班〜 1 Hz）で、高出力（励磁最大静止トルク 2.4 N・m）な

サンプルコンパートメントカバーを閉じた状態での動運転を可能にしている。回転数は、モーター後部に取付け

作に問題は無かったが、設計段階で確認されていた試料カ

たチョッパーで読取っている。CaF2 円板は、黒色アルマ

バーの上方への突出し（図５）は、サンプルコンパートメ

イト処理を施したアルミ製のカバーで覆われ、外部の光やントカバーのトップリッドを箱形にして嵩あげする事で対反射光の影響を受けにくくしている。他のアルミ製部品も応した（図６）。

黒色アルマイト処理を施し反射光の低減を図っている。

上下駆動部
回転する試料の上下動は、励起光の軌跡を計算する上では垂直運動が望ましいが、機構が複雑になり重量も増す
事から、スウィングアーム式とした。スウィングアームの
動きは、試料回転用モーターと同じユニットを使用し、外周にベアリングを装着した偏芯軸（偏芯量 10 mm）により上下動する。この偏芯軸付モーターは、スウィングアー
ムと平行に取付けられたステージの移動により振れ幅の調製を行う（図３）。減速ギアにハーモニックドライブを使

図5

試料カバーの突出し量確認

図6

箱形トップリッドの製作用する事で、バックラッシュを無くすと共に振動の低減を
図った。

図3

偏芯軸 , スウィングアーム , 調製ステージ

この時の試運転では、振動やノイズは問題にならないレ現状

ベルであった。今後、光路確認、スウィングアームの振れ

回路工作室での試運転後、赤外分光器に取付け駆動部が干渉しないか確認した（図 4）。

図422

動作確認の様子

分子科学研究所技術課報告 2012

幅微調製の後実験に使用される。

技術レポート 機器開発技術班

高精度金属ミラーの製作について
青山

正樹 機器開発技術一係

キーワード：超精密加工

非球面ミラー

装置開発室ではアルミ製のミラーの製作依頼が度々あ非接触 3 次元測定器による、ミラー長手方向の形状誤差量

り、要求精度に応じて次のような製作対応を行っている。

の測定結果である。X 軸方向距離 25 mm 付近の大きな形

数ミクロン程度の形状精度で良い場合は、通常の NC 旋盤

状誤差はボールエンドミル工具中心部での加工の影響であやフライス盤による加工を行った後ピカールなどの研磨り、その部分を除いた形状誤差量は± 4 m であった。

材により表面粗さ Ra 数十 nm 程度の鏡面に仕上げている。

図 3 は IPES 用楕円面鏡の製作写真である。形状精度は 1

また 1 m 以下の形状精度が必要な場合は、超精密加工機

m 以下が理想であるため、国立天文台先端技術センター

により Ra 数 nm 程度の鏡面加工を行っている。それぞれの超精密加工機により、単結晶ダイヤモンド工具を使用の方法で最近製作した 2 件のミラーについて紹介する。

して切削加工を行った。図 4 はミラー面の表面粗さである。

図 1 は、線光源である放射光（SR）を 1 点に集光する

このようにミラー表面の粗さは Ra5 nm の良好な鏡面が得ための非球面・非対称の集光鏡である。テラヘルツ SR のられている。形状精度はミラーの形状が深い凹状となって集光で利用されるもので 10 m 以下の形状精度が求めらいるため、測定用対物レンズと測定物が干渉するために測れている。前回製作した形状に、新たに冷却用パイプを埋定することができなかった。接触式の 3 次元形状測定器な設するための溝をミラー中央部に配置した形状となっていら測定可能であるが、ミラー表面に測定痕が付くため測定る。材料にはあらかじめ残留応力除去のための熱処理を施を行うことができない。このような製作ミラーの形状測定されたアルミ合金 5052 材を使用している。加工には一をどのように行うかについては、装置開発室の今後の技術

般的な NC フライス盤を使用し、加工後にピカールによる課題である。

ハンドラッピングを行った。図 3 はレーザープローブ式の

図1

図3

非球面非対称集光鏡

IPES 用楕円面鏡の製作写真

図2

形状誤差量測定結果

図4

表面粗さ測定結果

分子科学研究所技術課報告 201223

技術レポート 機器開発技術班

既存放電加工機の加工特性測定とグラッシーカーボンの加工
矢野隆行 機器開発技術一係

キーワード：電気加工、新素材、加工特性

はじめに

表1

最近装置開発室に持ち込まれる材料にグラッシーカー

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は、黒色ガラス状のガス不透過性炭素素材で、耐熱性や耐ᗘ 㼇䉝㼉㻌

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ボン（表 1）と呼ばれる材料がある。グラッシーカーボン

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素材であるが、ガラスと同じような加工方法をとらなけれ䜺䝇㏱ 㐣 ᛶ 㻌᭷㻌↓㻌ばならないため、旋盤やフライス盤などを使用した切削加実験方法としては、電極の無消耗加工と有消耗加工の中工は非常に困難である。
しかし、ガラスと大きく違う点として「電気伝導性が高からそれぞれ 3 種類の加工条件を選択し、タフピッチ銅のい」ということから、放電加工に代表される電気加工が可能であるため、装置開発室が所有する形彫放電加工機を使

電極を加工物表面から深さ 0.5 mm まで加工する工程に
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より、できあがった穴の径、深さ、表面粗さを測定し、加用してグラッシーカーボンのテスト加工を行ったので報告

工時間から加工速度を、加工物の除去体積と電極消耗体積する。

から電極消耗比を算出した。結果を表２、３に示す。加工㻌またテスト加工に使用する加工機が 1992 年に導入され 20 年以上経過しているので、現在の加工特性に関して対象を鉄としたときの加工速度について、Sodick から提供を受けた値との比較を図２に示す。

確認したので加えて報告する。

表2

既存放電加工機加工実験
装置開発室が所有する↓

放 電 加 工 機 は Sodick 社 製

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チ銅（φ 10 mm）を用意し、加工対象として分子科学研

ルミニウム合金（A 5052）を用意して形彫放電加工を
行った。

24

分子科学研究所技術課報告 2012

図1

Sodick A35R

表3↓

加工結果（アルミニウム合金）

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図2

加工機性能のまとめ

材質別加工速度比較

グラッシーカーボン加工試験のまとめ

今回、メーカーから提供されている鉄を加工対象とした

今回の加工結果から、グラッシーカーボンが金属材料と場合の検証を行っていないので経年変化による比較はでき同じように放電加工できることが確認できた。荒加工用のなかったが、加工条件別、材料別の指標の傾向を確認する

条件に関しては加工速度がそれほど上昇しなかったが、仕ことができ、仕上げ加工用の条件 1、4 を除いて、ステン

上げ加工用の条件に関しては通常の金属加工と同等の加工

レスは鉄の 75 〜 80％、アルミニウム合金は鉄の 40％程

速度で加工できることが確認できた。工具電極に銅̶タン

度の加工速度で加工可能であることを確認した。

グステンを使用していることもあるが、電極消耗比も低く、精度の必要な加工も充分可能であると判断した。

グラッシーカーボン加工試験
放電加工においてカーボンは通常工具電極として使用されるため、加工条件には電極成形用の条件 1 3 つ（荒加
工用・中仕上げ加工用・仕上げ加工用）を用い、工具電極に銅̶タングステンを使用した。加工テスト内容は、円筒電極の先端を直径 2 mm に成形し、深さ 1 mm の止穴加工を行った。このとき、実際に加工された除去体積と加工時間、工具電極の消耗量を計測し、加工速度と電極消耗比を算出する。結果を表４に示す。

表4

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形彫り放電加工は基本的に転写加工であるため、電極の形が加工物に反映されます。その電極を形づくる為の加工条件のことです。

分子科学研究所技術課報告 201225

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

微小電圧 (mV) パルス発生器の製作
吉田久史 電子機器・ガラス機器開発技術班

キーワード：CMOS アナログスイッチ、フォト MOS リレー、PIC マイコン

2 は、トリガのパルス幅 =5mS，Voltage Source=10

はじめに気相イオンの核磁気共鳴分光に必要な極低温のイオン

mV の時の入出力波形である。また、図 2-(1) はパルス全束発生装置のために、数 mV 〜数百 mV の微小電圧パルス

体を (2) 〜 (3) はパルス・エッジ部分を観測したものであの発生器が必要となる。この時、イオンの運動エネルギーる（下段の (4) 〜 (6) についても同様）。

が極めて小さいために、パルス発生器のパルス出力には高テスト回路の構成の違いで、出力パルスの極性は反転し精度な安定性が求められる。そこで、表 1 に示す仕様の微ているが、両素子共に振幅 =10 mV のパルス出力を得た。

小電圧パルス発生器の開発を行うことになった。製作する

また、設定電圧が 10 mV 以下でも動作することを確認し電子回路は TTL レベルの

ている。

表1

パルス発生器の仕様

外部トリガ信号に同期し、アナログスイッチに関しては、スイッチング時に 100

トリガ信号と同等のパル

mV を超える大きなスパイク状のノイズとリンギングが観ス幅で振幅が mV 単位で測された。一方、フォト MOS リレーについては、前者に設定可能なパルス電圧源

比較して応答速度が極めて遅いことがあるが、スイッチンである。

グ時のノイズに関しては良好なパルス出力が得られることが分かった。

半導体スイッチ素子の評価試験
パルス発生回路の設計に先立ち、mV オーダーの微小微小電圧可変電源回路

電圧で使用できそうな CMOS アナログスイッチとフォト

パルス発生回路には、mV オーダーでパルス電圧を設定

MOS リレーの 2 種類の半導体スイッチについて性能評価するための高精度な可変電源が必要となる。図 3 は、そのを行った。図 1 は、アナログスイッチとフォト MOS リレー

ための可変電源のブロック図である。温度係数 5 ppm/℃のテスト回路を示している。いくつかのデバイスで試験の 2 . 5 V 基準電圧を内蔵する 16 ビットの DA 変換器であを行ったが、ここでは代表として FSA 1156（Fairchild）

る AD5660-2（Analog Devices）を用いることで、フと AQY211（Panasonic）についてのみ結果を示す。図ルスケール 5 V，分解能 76.3 uV のプログラマブル電圧

図126スイッチ素子のテスト回路

分子科学研究所技術課報告 2012

図2

テスト回路の出力波形源とした。出力電圧は、3 桁のサムホイールスイッチに信号の入出力は、プリント基板に実装した SMA コネクタ

より mV 単位 ( 最大 999 mV) で設定する。この設定値ので行うようにした。

読み取りと DA 変換器へのデータ送信のために、8 ビッ

図 5 は評価した 3 つのデバイスについての回路の入出力

ト の PIC マ イ コ ン で あ る PIC16F1827（Microchip

波形である。図 5 の (1) 〜 (3) はパルスの立ち上がり部分、

Technology）を使用した。PIC マイコンは、設定値（3(4) 〜 (6) は立ち下がり部分を拡大したもので、パルス振

桁の BCD コード）と DA 変換器の分解能から DA に送る

幅 =0 mV, 4 mV, 10 mV の時の波形を重ねて表示して16 ビットのバイナリデータを求める。そして、SPI 互換いる。テスト回路と比較して、パルス出力はリンギングののシリアル通信で DA 変換器の出力電圧を設定する。

無いかなり改善された波形となった。しかしながら、パル
スのエッジ部分では振幅は小さくなったもののやはりスパ
イク状のノイズが観測される。このノイズ振幅の減衰はインピーダンス整合のために挿入した抵抗分圧回路によるものであり、内部で発生するスイッチング・ノイズ自身を抑制したものでは無いと考える。これはデバイスの構造に起因して発生するものであり、ノイズを完全に抑えることは

図3

高精度可変電源のブロック図

微小電圧パルス発生回路
アナログスイッチを使った場合、スイッチン
グ時のノイズを低減するための工夫が必要である
図4

ことが分かった。テスト回路は伝送路のインピー

アナログスイッチを用いたパルス発生回路

ダンス整合について考慮を欠いたものだったので、その点を改良したパルス発生回路を設計することにした。図 4 はその回路図である。この回路は、伝送路の特性インピーダンスを 50 Ωに整合する回路である。1 .6 mm 厚のガラスエポキシ両面
銅張基板を用い、片面は全体をグランド（アース）とした。そして、表面実装部品を使用し、部品の実装面に特性インピーダンス : 50 Ωのマイクロストリップラインを形成し配線を行った。マイク
ロストリップラインの線幅は、計算ツールを使って求めた。誘電率ε r=4.8，銅箔の厚さ t=35
m の条件で、線幅は 2.84 mm であった。また、（1）パルス発生回路基板

図5（2）可変電源基板
図6

パルス発生回路の出力波形（3）パルス発生器の外観製作した微小電圧パルス発生器

分子科学研究所技術課報告 201227

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

困難であると考える。従って、本装置のように高精度の微小電圧を扱う用途では、よりノイズの小さなデバイスを選定することが重要になると考える。製作した微小電圧パル
ス発生器の写真を図６に示す。

おわりにCMOS アナログスイッチおよびフォト MOS リレーは、
mV オーダーの微小電圧のスイッチング素子として十分利用できることが分かった。特に、フォト MOS リレーは応答速度が遅いことを除くと、ノイズの少ない良好なパルスを得ることができる。一方、アナログスイッチを使用すれ
ば、nS オーダーの高速パルスを作成することができる。しかしながら、スイッチング・ノイズは数百 mV にもなることがあるので、微小電圧を扱う場合にはデバイスの選定や伝送回路のインピーダンス整合等に注意を払う必要がある。
製作したパルス発生器は、現在開発が進められている極低温のイオン束の発生装置で使用する予定であり、その試運転の結果に基づき今後も改良を加えて行くつもりである。

28

分子科学研究所技術課報告 2012

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

FPGA を用いたディジタルフィルタの製作
豊田

朋範 電子機器開発技術係

キーワード：ディジタルフィルタ、FPGA、IP コア、VHDL、DSPLinks

はじめに

回路構成

円偏光変調測定において、変調周波数 42 kHz に 0.2
kHz のランダム直線偏光を重畳させた際の和周波（42.2

FPGA を用いたディジタルフィルタのブロック図を図 1に示す。

kHz）と差周波（41 .8 kHz）を分離検出するために、急FPGA は、Xilinx 社の 40 万ゲート、8064 ロジックセ

峻な遮断周波数特性を有するローパス（もしくはハイパス）

ル、16 乗算器の Spartan-3（XC3S400-4TQG144C）

フィルタが必要である。

を搭載したブレッドボード XCM-008-400（ヒューマン

フィルタを回路構成で大別すると、受動素子である抵

データ社製：図 2）を使用した。Spartan3 を採用した理抗・コイル・コンデンサで構成されるパッシブフィルタと、

由は、
ディジタルフィルタの機能ブロックであるIPコア（後OP アンプを中心に構成されるアクティブフィルタに分類述）を無償で使用できることである。また、異なる特性のできる。これらは現在では各種の設計支援ツールによってディジタルフィルタを 2 回路実装するために、ある程度大比較的容易に構築できるようになったが、急峻な遮断周波

規模なロジックセルを有する FPGA が必要であった。

数特性を実現するには、複数のフィルタを連結させる必要

FPGA の開発環境は、Xilinx 社の ISE Webpack 14 . 1 を、があり、回路規模が大きくなる。また、特性の変更は困難

ハードウェア記述言語は VHDL を用いた。ディジタルフィである。

ルタの設計には DSPLinks（デジタルフィルタードットコ

今回製作依頼のあったフィルタは、以前筆者が製作した

ム社製）を用いた。

-24 dB/oct のアクティブフィルタより急峻な -50 dB/oct

A/D コンバータは 16bit、逐次比較型、1 MSPS、シ以上の遮断周波数特性を必要とする。一時は前述した従来

リアル / パラレル出力選択可の AD7671 ASTZ を、D/型フィルタの多段構成を考えたが、（1）従来型フィルタ

A コンバータは 16bit、2 MSPS、パラレルデータ入力のでは困難な急峻な遮断周波数特性を容易に実現できる（2）AD5546BRUZ（ともに Analog Devices 社）を採用した。

はんだ付け作業なしにフィルタの種類や特性をパラメー

パラレル入出力を選択した理由は、IP コアの入出力データ

タの修正で変更できる−などの理由から、FPGA を用いてバスがパラレルであるためである。

ディジタルフィルタを製作することにした。

図1

ディジタルフィルタのブロック図

図 2 Spartan 3 搭載
ブレッドボード XCM-008-400

分子科学研究所技術課報告 201229

IP コアを用いたディジタルフィルタの構築
ディジタルフィルタの基本は、量子化した信号を順次遅延させつつ係数を乗算することである（図 3）。演算自体は比較的単純だが、これらの機能ブロックを VHDL で 1 から構築するのは困難である。そこで、FPGA メーカーなど
から提供されている IP（Intellectual Property：知的財産）
コアを利用することにした。ISE Webpack では付属の構築ツールである Core Generator を使用することで、様々なディジタル信号処理機能の IP コアを導入できる。
使用方法は、初めに DSPLinks でフィルタを設計する（図 4）。必要なパラメータを入力・調整してフィルタの
図3

特性を確認した後、係数をファイルとして保存する。続ディジタルフィルタのブロック図（図は係数 127 個）

いて ISE Webpack の Core Generator で「FIR Filter」
を選択し、「Coefficients File」で係数ファイルを読み込む。以降、他のパラメータを設定してコンパイルすること
で、ディジタルフィルタの IP コアが完成する。これを他の VHDL ファイルにコンポーネント（部品）として接続することで、入力データといくつかの制御信号を用意すればディジタルフィルタを使用できる。

結果とまとめ
30 kHz、40 kHz、50 kHz の TTL レベル信号（黄色：
2 V/div）入力時の、遮断周波数 40 kHz の LPF（青色：500 mV/div）と遮断周波数 30 kHz の HPF（紫色：1
図4

V/div）の入出力特性を図 5-1 〜 5-3 に示す。HPF の出

DSPLinks におけるフィルタ設計画面

力段には遮断周波数 42 kHz のアクティブ LPF とアンプを付加している。これら 2 個のディジタルフィルタを実装し製作したディジタルフィルタは実験システムにおいて試た FPGA のロジックセル使用率は 36% であった。はんだ験・調整を行い、最適値を決定する方針である。
FPGA を使用することで、音声帯域以上の周波数領域に付け作業なしにフィルタの種類や特性を容易に変更できる対応できるディジタルフィルタを構築できた。IP コアを利ことを実証するために、HPF を実装した。

用することで、ハードウェア構成をシンプルに出来た。

Core Generator が求める係数と DSPLinks で設計・出力した係数には若干の食い違いがあり、設計通りのフィル

IP コアは、無償で利用できる範囲でも FFT や乗除算・タを実現するのは難しいことが判明した。これを解決する

浮動小数点演算、DDS（Direct Digital Synthesizer）なには、Core Generator に適合した係数を出力する設計

ど様々なものが存在する。IP コアも活用して高速高機能なツールを捜索するか、自分で係数を算出する必要がある。

ディジタル回路構築を進めていく所存である。

図 5-1

30

30kHz 入力時

分子科学研究所技術課報告 2012

図5-1

40 kHz 入力時

図5-1

50 kHz 入力時

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

CMOS アナログ LSI 設計技術の習得
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内山

功一 電子機器開発技術係

キーワード：VDEC、試作 LSI、オペアンプ

はじめに
我々は CMOS アナログ LSI の設計技術習得のための取り組みを 4 年前から行っている。この取り組みについては、
これまでの技術課 Activity Report で紹介している。今回
は、前号で紹介した試作 LSI 2 号機（デジアナ混載回路）の評価試験を行ったので報告する。また、これまで製作してきた LSI の試験結果を元に、3 回目の CMOS アナログ
LSI の設計を行ったので合わせて報告する。

試作 2 号機の仕様

図1

試作 2 号機レイアウト図

表1

試作 2 号機オペアンプ仕様

前回報告した通り、試作 1 号機に組み込んだオペアンプ
回路は駆動能力不足と極端なパラメータ設定による不安定動作による問題があった。そのため、この問題を解消するように試作 2 号機の設計を行った（図 1）。試作 2 号機は、特性の異なる 2 種類のオペアンプと、インバータ、ࢤ࢖ࣥ ᖏᇦᖜ ఩┦వ⿱
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NAND といったロジックゲート回路と、それらを組み合わせた三角波発振器を集積したデジアナ混載回路として設
Output

計した。オペアンプは、同軸ケーブルなどの数百 pF の容

UpperComparator

量性負荷にも対応できるように出力段のトランジスタ数を増やして駆動能力を強化した。また、もう一つの問題であった安定動作についても条件を満たすようにトランジスタのCharge/Discharge
SwitchRS Latch

Integrator
Lower
Comparator

設計を行った。それに加えて、テイル電流源へのバイアス
電源回路を新たに設計し、LSI に組み込むことにより 1 号機で使用した外部電源が要らなくなった。オペアンプの仕

図2

三角波発振器ブロック図様を表 1 に示す。オペアンプは共に DC ゲイン 70 dB 程度
で、回路 1 は帯域幅が 12KHz で MIM キャパシタによる試作 2 号機の結果

位相補償回路を内蔵している。それに対し回路 2 は帯域幅

まず初めに、ロジックゲート回路であるインバータ、が 90KHz で、外部に 20 pF の位相補償用キャパシタを必NAND ゲートについての動作試験を行った。これらの回要とする。三角波発振器のブロック図を図 2 に示す。三角路は図 3 に示す動作波形図からわかるように、問題なく入波発振器は、積分回路、位相補償内蔵型のオペアンプを用

力信号に対しての応答出力を得ることができた。インバー

いて三角波の上限及び下限を識別する二つのコンパレータ、

タ出力は、立ち上り 5 nsec、立下り 5nsec、動作遅延

充放電の状態を維持するためのロジックゲートによる RS

5nsec と良好な結果を得た。また NAND ゲートに関して

ラッチ、積分回路の充放電を切り替えるスイッチング回路

は、立ち上り 5 nsec、立下り 8 nsec、動作遅延 5nsec とで構成されている。

インバータ同様にこちらも良好な結果となった。実際にま分子科学研究所技術課報告 201231

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

ともに動作したのはここまでであり、オペアンプやそれを利用した三角波発振器に関しては正常な動作を確認することができなかった。オペアンプ回路の動作波形を図 4 に示す。動作波形は一応入力信号に応答しているように見えるが、実際は減衰した出力波形が観測された。LSI に組み込んだオペアンプは、回路 1、2 それぞれ 4 回路ずつ計 8 回路製作し、全ての回路について動作確認を行ったが、全てのオペアンプ回路がまともに動作していないことがわかった。次に、入力を 1/2VDD に固定することでオフセット
電圧の測定を行った。その結果を表 2 に示す。数十 mV か

図3インバータ動作波形

図4

オペアンプ動作波形

ら数百 mV の間でばらつき、無視できないレベルであった。
また、無作為に抽出した 3 つの LSI のオペアンプで誤差分
布が類似の傾向を示すことが観測された（図 5）。何故このような結果になったのかいくつかの原因を推測した。ひ
とつは、電流駆動能力を増強したにも関わらず配線の許容電流を考慮しなかったことである。また、デジタル回路や発信器と混載しているにも関わらずガードリングなどのノイズ対策をまったく行っていなかったことも挙げられる。
動作不良の原因が、これらの要因のみかどうかは判断できない。これは基板上の電子回路と異なり、LSI の内部状態を確認する術が無いために原因の特定が難しいからである。
通常、内部動作確認用のテストピンやテスト用の要素回
路ブロックを用意するが、試作 2 号機ではこれらを作製しなかった。最後に、三角波発振器の動作波形を図 6 に示す。

表2

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オフセット電圧

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コンパレータが働かず出力信号がローまたはハイレベルに

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はりつくと思われたが、何故か発振波形が観測された。し/6,

かし、この発振は不安定であり最初から動作しないことや、動作していても急に停止してしまうことがあった。これは、やはりオペアンプの動作不良が要因ではないかと考える。

試作 3 号機の設計

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今年度行った試作 3 号機の設計は、これまでの失敗の反省から正しい設計手法を学び、今後の LSI 設計に流用可能なレベルのオペアンプを設計することを目標とした。最初に、これまでのシミュレータのみに頼った設計から脱却するために、VDEC 主催のアナログ集積回路設計演習セミナーに参加し、利用するプロセスで使用するトランジスタ
特性の導出方法、オペアンプに使われるトランジスタサイ
ズの導出方法、レイアウト時に注意すべき事項及び方法を学んだ。次に、今回試作する 2 種類のオペアンプの設計をセミナーの手法に習って行った。新たに設計したオペアン
プの仕様を表 3 にレイアウト図を図 7 に示す。今回は、ス
ルーレートと周波数帯域の異なる 2 種類のオペアンプの設計を行った。1 号機であった駆動能力不足に対しては、単32

分子科学研究所技術課報告 2012

図5

オフセット電圧分布グラフ

純に出力段（増幅段）のトランジスタ数を増やすことはせず、後段にソースフォロワを設けることで駆動能力を確保している。また、2 種類のオペアンプ共にソースフォロワ付きと無いものを用意した。レイアウトに関しては、プロセスによるトランジスタのばらつきを抑えるための重心を考慮に入れた素子配置やガードリングによる回路の切り分けを行い、前回の失敗から電流密度を考慮した配線を用いた。また、試作 3 号機は、オペアンプの差動入力段、バイ
アス電源を独立したテスト回路として用意し、個々に動作確認できるようにしている。残念ながら試作 3 号機は、本

図6

三角波発振器波形図稿執筆中に納品されたため評価試験を行っていない。本
LSI の評価結果については次号で報告を行いたいと思う。

おわりにこれまで 4 年に渡り、CMOS アナログ回路設計技術習得を目標に取り組んできた。その結果、設計ツールのオペ
レートを理解し設計からデータ提出までをスムーズに行え
るようになった。LVS や DRC などのルールチェックにおいても、エラーの対処を的確に行うことができるようになった。また、正しい CMOS アナログ回路の設計方法を習得することで、これまでのシミュレーションに依存した設計により非現実的な回路を製作してしまうことから脱却することができた。今回試作したオペアンプについて設計

図7

試作 3 号機レイアウト図

通りの性能が確認されれば、当初目標として掲げた LSI 設
表3

計技術の習得を達成することになる。今後の展望としては、

試作 3 号機仕様

当初予定されていたバイオセンサや、化学反応をダイレク࢜ ࣌ ࢔ ࣥ ࣉ ࢜ ࣌ ࢔ ࣥ ࣉ 

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分子科学研究所技術課報告 201233

技術レポート 光技術班

UVSOR 加速器高度化改造〜 UVSOR Ⅱから UVSOR Ⅲへ
山崎

潤一郎

極端紫外光技術二係

キーワード：エミッタンス、真空封止型アンジュレータ、複合機能型偏向電磁石、パルス六極電磁石、高周波加速空洞2012 年春に約 4 ヵ月間共同利用運転を停止し、施設のはじめに
UVSOR 施設では、光源リングにおいては更なる低エ

高度化を行った。加速器改造後の立ち上げおよび調整は順

ミッタンス化、トップアップ運転の高度化、6 台目となる

調に進み、7 月下旬からユーザー運転を再開した。改造後、アンジュレータの設置、共同利用ビームラインにおいて加速器は UVSOR Ⅲと改名された。本報告ではこれら高度は、軟 X 線で高いエネルギー分解能と高フラックスが得ら化改造の詳細について述べる。また改造後の加速器の立ちれる顕微分光ビームラインの建設をそれぞれ目的として、上げ調整の状況についても報告する。

2012 年度に行った電子蓄積リング改造工事

34

分子科学研究所技術課報告 2012

2012 年春に行った電子蓄積リング改造について
2012 年 4 月から 2012 年 5 月末にかけて、偏向部（B1〜 B8）電磁石の高度化、B3 〜 B4 短直線部において真空封止型アンジュレータの設置、新ビームライン建設に伴う B4 偏向部真空ダクト更新を行った。改造は計画通り完了し、工事後の加速器コミッショニングにおいても順調に進み、2012 年 7 月末に予定通りユーザー運転を再開した。

❶ 偏向電磁石の高度化
更なる低エミッタンス化を目指して、偏向電磁石を複合機
能型偏向電磁石に一新した。本電磁石導入によりエミッタン
スを現在の 27 nm-rad から 15 nm-rad にする計画である。

高度化前の Lattice（上）と高度化後の Lattice（下）❷ B4 偏向部真空ダクトの更新
BL4U ビームラインの新設に伴い B4 偏向部ダクトを一新した（写真上）。排気系はこれまでの内蔵型イオンポンプセルから内蔵型 NEG ポンプセルに変更し、更にICF203 ハウジング付き NEG ポンプおよびイオンポンプ
複合機能型 45°偏向電磁石展開図を追加して排気能力を強化した。

新規に製作した B 4 偏向部真空ダクト半割にした更新前の偏向電磁石（左）と更新後の偏向電磁石（右）。この上に偏向部真空ダクトを設置する。

Bending radius
Magnetic length
Bending angle
K1(by pole shape)K2(by edge shape)
Pole gap
Pole width
Emittance

UVSORⅡ
2.2m
1.728m45deg
0.0m-10.0m-148mm
180mm
27nm-radUVSOR Ⅲ
2.2m
1.728m45deg
1.2m-12.43 2m-1
55.2mm140mm
15nm-rad偏向電磁石基本パラメータの比較

新 B 4 偏向部真空ダクト展開図

分子科学研究所技術課報告 201235

技術レポート 光技術班

❸ 真空封止型アンジュレータの設置
顕微分光ビームライン専用のアンジュレータとして設置した。本装置は永久磁石部が真空槽内に装着される真空封止型である。来年度より共同利用実験を開始する予定である。

既設キッカー電磁石（左）の場所に導入予定の
パルス六極電磁石を設置した様子（右）アンジュレータ設置前（左）と設置後の B 3-B 4 短直線部

新規に設計・製作したパルス
六極電磁石用セラミックス真空ダクト

加速器改造後の加速器稼働状況について○共同利用運転について
加速器は年間 40 週以上運転され、毎週月曜日は加速器・光源開発のためのマシンスタディ、火曜日から金曜日まで
がユーザー利用である。土日も不定期ではあるがマシンス
タディを行っている。マルチバンチでの運転が 80% を占建設した顕微分光ビームライン（BL4U）

めているが、シングルバンチ運転増設の要請に対応するた
め、暫定的にマルチバンチ運転とシングルバンチ運転の両❹ パルス六極電磁石を用いた入射テストの実施

モード運転を行う週を設けている。この場合運転モードの2012 年 9 月末に既設キッカー電磁石からパルス六極電切換が必要になるため、トップアップ運転を一時停止する

磁石に置き換えて、一時的ではあるがビーム入射試験を必要がある。マルチバンチ運転時のビーム入射は 20 分程行った結果、入射速度はこれまでより遅いものの本システ度で完了する。一方、入射器においては、線型加速器の高ムにより電子が蓄積されることを確認した。現在は再度周波電力の変動によるビームエネルギーのばらつき、パル

キッカー電磁石に戻しユーザー運転を行っているが、本格ス電磁石電源系のジッターにより発生するシンクロトロン

的な設置は来年度を予定している。このキッカー電磁石をの周回電荷量ばらつきを補正するため、我々マシングルー

用いた入射システムでは入射時にビーム振動が発生してしプはフィードバックシステムを開発し運用を開始している

まうので、トップアップ運転時において、蓄積ビームが振（次ページ写真）。これによりジッターを抑制し比較的安定

動しないようにするためにもこのシステムの導入が急務とした入射が可能となっている。電子蓄積リングのバンプなっている。

形成用キッカー電磁石電源にもこのシステムを用いており、
出力ドリフトを抑えて総合的に安定したトップアップ運転が可能となっている。なおビーム蓄積時における電子蓄積
リングの平均真空圧力は、9.0 × 10 - 8 Pa で、オフビーム
時は 4.0 × 10 - 8 Pa である。

36

分子科学研究所技術課報告 2012

（土）マシンスタディ又は停止（日）マシンスタディ又は停止（月）マシンスタディ（火）トップアップ運転（水）トップアップ運転（木）トップアップ運転（金）トップアップ運転

9:00-21:00
9:00-21:00
9:00-21:00
9:00-21:00

マルチバンチ時の運転形態（土）マシンスタディ又は停止（日）マシンスタディ又は停止（月）マシンスタディ（火）トップアップ運転（水）トップアップ運転（木）トップアップ運転（金）トップアップ運転

9:00-21:00
9:00-24:00
マルチバンチ
9:00-17:00 シングルバンチ
17:00マルチバンチ
9:00-17:00 シングルバンチ
17:00マルチバンチ
10:00-21:00 シングルバンチ

マルチバンチ + シングルバンチ時の運転形態

ビームロス前（左）とビームロス発生中のビームプロファイル（右）○電子蓄積リング高周波加速空胴稼働時に発生する空胴部
真空圧力悪化対策について
2011 年末に共同利運転時において、高周波加速空胴の真空圧力が突然悪化し始めている状況が確認され、真空圧力の悪化を抑えるために運転電力を数 % 増加させれ

ば一時的に悪化を防ぐことが可能であったが、真空圧力の悪化速度が上昇し始めたため、運転電力も更に上げなければならず、最終的に高周波増幅器の能力に接近したため、2012 年春期のシャットダウン期間中に空胴本体の真空リーク試験、更にカプラー部も交換したが改善されず、真空圧力の悪化を抑えるために、悪化前の 1.4 倍の投入電力が必要となっている（図 1）。
このまま空胴の運転を継続した場合、更に状況が悪化して共同利用実験への影響が懸念されるため、2013 年 4 月〜 5
ユーザー向け電子蓄積リング運転状況画面

月に共同利用実験を停止し恒久対策を実施する予定である。

図1

2011 年 11 月から 2012 年 11 月までの高周波
加速空胴の真空圧力と運転電圧の遷移

入射系フィードバックシステム

共同利用運転における今後の課題について○共同利用運転中に発生する蓄積ビームのロス対策について
共同利用運転においては、300 mA でトップアップ運転を行っているが、電子ビーム入射中または電子ビーム蓄

2013 年春期に調査を予定している高周波加速空胴【UVSOR ロゴの変更】
今回の加速器改造により UVSOR ロゴを変更した。

積状態のいずれにおいても、蓄積ビームが数 mA 〜 150
mA 程度突然失われる現象が頻発しその対策が急務となっている。ベータートロン振動の不安定性などが主な要因と考えられるが早急にビームロスの起源を特定したい。

変更した UVSOR ロゴ

分子科学研究所技術課報告 201237

技術レポート 光技術班

真空インターロックシステムと分光器制御プログラムの作成
近藤直範 極端紫外光技術二係

キーワード：STXM、Monk-Gillieson 型分光器、偏角可変○ PFEIFFER 製

はじめに

真空計

TPG261（入力 2 点）

UVSOR では 2012 年春のシャットダウンで蓄積リング○ VAT 製の改造が行われた。この改造の一環として真空封止型アン

圧空作動式ゲートバルブ（入力 2 点、出力 1 点）

ジュレーターを導入し、それを光源として利用する走査型
軟 X 線顕微鏡（STXM）ビームラインの BL4U を建設した。

7台○熱電対（温度入力 1 点）

7台
最大 8 個そのビームラインの真空インターロックシステムと分光器┿✵࢖ࣥࢱ࣮ࣟࢵࢡࢩࢫࢸ࣒࡜ศගჾไᚚࣉࣟࢢ࣒ࣛࡢసᡂ
PLC の構成は以下の通りである。

制御プログラムを作成したので報告する。

○三菱電機製BL4U について

基本ベースユニット

Q38B

1台

BL4U の配置図を図 1 に写真を図 2 に示す。

電源ユニットQ61P

1台

BL 4U は 不 等 刻 線 間 隔 回 折 格 子 を 用 い た Monk-

CPU ユニット

Q02CPU

1台

Gillieson型分光器（偏角可変）分光を行う。この出射スリッ

Ethernet ユニット

QJ71E71-100

1台

トを STXM の仮想光源として用いて Fresnel Zone Plate

入力ユニットQX42

1台

によってφ〜 30 nm マイクロビームとして試料上に集出力ユニット

QY42P

1台

光し、その透過光強度を検出して 2 次元試料走査を行う。

熱電対入力ユニット

Q68TD-G-H01

1台

100 〜 700 eVのエネルギー領域をエネルギー分解能（E/タッチパネルGT 1695-XTBA

1台⊿ E）最大〜 10000 で利用することを可能としており、試料上のフォトンフラックスはおよそ〜 10 8 photons/s（E/ ⊿ E）と見積られている。

真空インターロックシステム
BL4U の真空インターロックシステムを作成したので報告する。今回は真空（圧力値）によりインターロックだけでなく、光学素子の温度（アンジュレーター光が照射されたことによる温度上昇）によるインターロックを作ることを目的とした。
PLC へステータスを取り込む機器、PLC で制御する機器
図2

は以下の通りである（入出力は PLC からみた場合）。

図138

分子科学研究所技術課報告 2012

BL 4 U 配置図

BL 4 UPLC プログラム開発には三菱電機製のシーケンサ設計・
保守ツール GX

Developer、タッチパネルの画面作成には三菱電機製の GOT 画面設計ツール GT

Designer 3 をが設定した温度以上ではバルブが開かない（開いているバ
ルブは強制的に閉じる）というインターロックを作成するように依頼された。
真空、温度インターロックはいずれも一ヶ所異常があれ使用した。
タッチパネルの画面を図 3 にシーケンスの一部を図 4 にば全てのバルブが閉じる（開かない）というシーケンスに
した。

示す。

現在、真空インターロックは既に動作中で特に問題なく動いている。今後、フロントエンドバルブ、ビームシャッ
ターのステータスを取り込み、タッチパネルに表示することを予定している。温度によるインターロックは調整中である。

分光器制御プログラム
プログラムは主に分光器の平面鏡 Mirror1（M1）と回折格子 Grating（G）の回転を制御し、測定器のデータを取り込むことを目的としている。
図3

タッチパネルの画面

プログラムは LabVIEW で作成した。
BL4U は偏角可変の分光器を用いているので、M 1 と Gの両方が回転する。M1 と G はある方向に回転すると衝突することがあり、衝突を回避するためのリミット・スイッ
チが付いていない（構造上付けられない）。よって、プログラムによってリミットをかける必要がある。作成したプ
ログラムでは（G の回転角）−（M1 の回転角）＜ 5. 5 度を満たすように動作するようにした。
また、M1 の回転角と G の回転角が等しくなると 0 次光が導かれ、検出器によっては破損する恐れがあることも注意すべき点である。この点に関しては、（G の回転角）≠（M1 の回転角）を常に満たすように動作するようにし、やむを得ず（G の回転角）＝（M1 の回転角）になる場合は、動作を開始する前に警告のメッセージを出すようにした。
上記を注意して偏角同期（指定したエネルギーに応じて最適な偏角にする）のプログラムを作成した。M 1、Gの回転はパルスモータにより行われ、ツジ電子製 16CH
パルスモータコントローラ PM 16C-04XDL により制御する。パルスモータコントローラとPCとはTCP/IPで繋ぐ。

図4

シーケンスの一部

また、M1、G の位置は Heidenhain 製リニアエンコーダで測定し、同社製のエンコーダ値表示器 ND 287 と PC を
RS-232C で繋ぎ、測定値を取り込んだ。この測定値を基

ゲートバルブ開閉のインターロックは真空計、熱電対のに偏角、分光光のエネルギーを計算し制御する。

測定値による。今回使用する真空計は 2 点 Set Point を設

アンジュレーター 4（U4）とも同期している（指定し定することができ、測定値と設定値の大小により接点が開たエネルギーに応じて最適な U4 ギャップにする）。U 4 制

閉する。その接点のステータスを PLC に読み込みバルブ

御 PC とは TCP/IP で通信している。現在、U4 との通信で開閉のインターロックとする。

時々問題が起きており、マシングループ、U4 制御プログ

このビームラインは各所に熱電対を装備している。ミラーなどの光学素子にも熱電対を装備しており、光学素子

ラムを制作した業者と調査中である。
偏角、U4 ともに「同期して測定」、「固定して測定」の分子科学研究所技術課報告 201239

技術レポート 光技術班

2 つのモードを設けた。
BL4U では測定器として Keithley 製エレクトロメータ
6514 を 4 台配備し、これらは GPIB で制御した。ストレー
ジリングのビームカレント（電圧信号）、Top Up 入射中を示す信号（TTL 信号）は National Instruments 製のデー
タ集録ボード PCI- 6221 を使用して PC に取り込んだ。測定プログラムでは、Top Up 入射中信号を利用して、入射中に測定を行うか行わないか設定できるようにした。
制御プログラムの画面を図 5、制御プログラムの一部を
図 6 に示す。

図5

制御グログラムの画面

図6

制御プログラムの一部

まとめと今後の課題
インターロックシステムに関して、温度によるインター
ロックを完成させることが課題である。
また、インターロッ
ク制御ラックと測定 PC（常時測定者がいる場所）とが離れているので測定 PC 付近でステータスを確認できるようにすることも必要である。バルブ、真空計、熱電対のステー
タスのログに加えて真空計の測定値（圧力値）のログを取ることも検討中である。
分光器制御プログラムは U4 との通信以外は特に問題なく動いている。

40

分子科学研究所技術課報告 2012

技術レポート 光技術班

光検出器の特徴と使い分け
蓮本

正美 極端紫外光技術一係

キーワード：電子増倍管、光電子増倍管、シリコンフォトダイオード、サリチル酸ナトリウムでは R596 を標準のヘッドオンタイプで使用しているが、はじめに極端紫外研究施設（UVSOR）はシンクロトロン光（放BL7B では試料室が小さいので R595 をサイドオンタイプ

射光）を用いて研究する施設であり、光を取り出して実験に改造したものを使用している。初段のダイードは交換可装置に供給するためのビームラインが 15 本設置されてお能で、金や Cs-I や K-Br などを蒸着したものが販売されていり、そのうちの 10 本は共同利用のビームラインであり所る。BL5B や BL7B では Cu-Be または金を蒸着した初段の外の研究者が利用することができる。各ビームラインでは、

ダイノードを使用している。

分光器を使って分光した光や分光した光を試料に照射した

光電子増倍管の概要

後の光を検出すために、実験の種類や目的に応じて、いろ
いろな種類の検出器を使って実験を行っている。共同利用

光電子増倍管（Photomultiplier: PMT）はサイドオンのビームラインの中で、BL3 B,BL5B,BL7B のビームライ型とヘッドオン型があるが、寸法が小さくて使い勝手が良ンを担当しており、そこで光の検出器として主に、電子増いのでサイドオン型を使用している。測定可能な波長範囲

倍管、光電子増倍管、シリコンフォトダイオードを使用しの短波長側は窓の材質によって、長波長側は光電面材料にている。これらの検出器をその特徴および測定する波長範よって制限されている。光電面材料は 10 種類程あり、窓囲の違いや測定の種類や目的に応じて使い分けている。

材質との組み合わせによって多数の製品があり、表 3 はよく使用しているものである。また、サリチル酸ナトリウム

BL3B,BL5B,BL7B の概要

が真空紫外光から紫外光を照射すると青色で発光するの

BL3B,BL 5B,BL7 B の分光器は、それぞれ 3 枚の回折格で、光電子増倍管の光電面上の窓に塗れば、真空中で真空子を内蔵しており、使用する回折格子を切り替えることに紫外光を可視光に変換して検出することができる。また、

よって、表 1 に示す波長範囲の光をビームラインの後方に

MCP 内蔵型光電子増倍管を用いれば、単一のフォトンの設置した試料室内の試料に照射することができる。

検出ができる。
表1

電子増倍管の概要
電子増倍管はイオンマルࣅ࣮࣒ࣛ࢖ࣥ

ศගჾࡢᆺᅇᢡ᱁Ꮚࡢ้⥺ᩘ (ᮏ㸭mm)

BL3B

┤ධᑕ

G1 120020㹼170nm

0.01㹼0.5mm

G2

600

30㹼320nm

0.01㹼0.5mm

G3

300

60㹼700nm

0.01㹼0.5mm

G1 18002㹼20nm0.1㹼0.5mm

G2 1200

5㹼60nm0.1㹼0.5mm

800

10㹼200nm

0.1㹼0.5mm

チプライヤー（EM）とも呼ばれ、電子・イオン・荷電粒子・真空紫外光・などの

BL5B

ᩳධᑕ

検 出 に 用 い ら れ、BL5B お
よび BL7B では真空紫外光

G3

Ἴ㛗⠊ᅖ

ࢫࣜࢵࢺᖜ

G1 1200

40㹼250nm

0.01㹼0.5mm（ 波 長 が 約 1 nm か ら 180

G2

600

60㹼500nm

0.01㹼0.5mm

nm の 領 域 の 光 ） の 検 出 に

G3

300

150㹼1000nm

0.01㹼0.5mm

BL7B

┤ධᑕ

使 用 し て い る（ 表 ２）。 空

表2

浜松フォトニクス社の電子増倍管

気 は 180 nm 以 下 の 波 長ᆺྡẁᩘࢲ࢖ࣀ࣮ࢻᮦ㉁

㛤ཱྀ㒊ᑍἲ

༳ຍ㟁ᅽ

ࢤ࢖ࣥ

の光を吸収するので、真空

R595

20

Cu-BeO

1212mm

3000V

4107

R596

16

Cu-BeO

1212mm

2400V

1106

中 で 使 用 し て い る。BL5B

分子科学研究所技術課報告 201241

技術レポート 光技術班
表3
ᆺྡ

Ἴ㛗⠊ᅖ

R8486
R7154

浜松フォトニクス社の光電子増倍管

ග㟁㠃ᮦᩱ

❆ᮦ㉁

ࢤ࢖ࣥ

ᬯ㟁ὶ(Max)

115㹼320nm

Cs-Te

MgF2 ⤖ᬗ

1107

10nA

160㹼320nm

Cs-Te

ྜᡂ▼ⱥ

1107

10nA
50nA
2nA

R955

160㹼900nm

࣐ࣝࢳ࢔ࣝ࢝ࣜ

ྜᡂ▼ⱥ

1107

R4220

185㹼710nm

ࣂ࢖࢔ࣝ࢝ࣜ

UV ࢞ࣛࢫ

1.2107

2nA
10nA

R636-10185㹼930nm

GaAs

UV ࢞ࣛࢫ

4.5105

R105

300㹼650nm

Sb-Cs◹◡㓟࢞ࣛࢫ

4.8105

り、連続光源の低光量の検出に使用される。SXUV シリー

シリコンフォトダイオードの概要
シリコンフォトダイオードは IRD 社や浜松フォトニクス

ズはパルス光源の高パワー、高エネルギーに光に適しておなど数社が販売しているが、IRD 社以外のメーカーが販売

り、EUV パルス光源や UV ランプの光の検出に使用される。

しているものは、大気中で保存している時の性能の劣化をUVG シリーズは 130nm 以下の波長の光には感度がない防ぐためにフォトダイオードの表面を合成石英の窓で覆っため紫外光の連続光源やパルス光源である紫外線レーザーて保護しているので、波長が 180 nm 以下の光を測定す

や紫外線ランプの光の検出に使用される。また、受光面のることが出来ないため、保護用の窓なしで大気中に長時間サイズの違いや金属薄膜フィルターの付いたものなど数十保存しても性能が劣化しないことが保障されている IRD 社

種類の型番があり、その一部を表 4 で示している。

のフォトダイオードを使用している。
IRD 社 の フ ォ ト ダ イ

表4

IRD 社のシリコンフォトダイオードᆺྡཷග㠃ࢧ࢖ࢬ

㔠ᒓࣇ࢕ࣝࢱ࣮

Ἴ㛗⠊ᅖ

AXUV-300

2215mm࡞ࡋ

0.02㹼1100nm

オードには AXU シリーズ、

AXUV-100

1010mm࡞ࡋ

0.02㹼1100nm

SXUV シリーズ、UVG シ

AXUV-100Al

1010mmAl

17㹼80nmリーズの 3 つのシリーズがAXUV-100Sn

1010mmSn

53㹼74nmあり、AXUV シリーズは、

AXUV-100In

1010mmIn76㹼105nm

連続光源の低パワー、低エ

SXUV-576

2424mm࡞ࡋ

0.02㹼1100nm

UVG-100

1010mm࡞ࡋ

130㹼1100nm

ネルギーの光に適しておビームラインでの光検出器の使い分け

オード（AXUV-100）または電子増倍管のどちらかを取り担当しているビームライン BL3 B,BL5B,BL7B では、電付けて、真空紫外光（波長 2 nm 〜 160 nm）の透過スペ

子増倍管、光電子増倍管、シリコンフォトダイオードを測

クトルや反射スペクトルの測定を行っている。BL7B では定する波長範囲や測定の種類や光量の違いなどによって表試料室内に常時シリコンフォトダイオード（AXUV-100）

5 に示すように使い分けている。

とサリチル酸を塗った光電子増倍管を設置しており、分光

BL 3B では試料室内に常時シリコンフォトダイオー器で分光した光や試料の透過スペクトルや反射スペクトルド（AXUV-100）を設置しており、分光器で分光した光の測定に使用している。また BL3B 同様に、試料室の隣にや、分光した光を試料に照射した時の透過スペクトルや反発光測定用の分光器を設置しており、液体窒素冷却 CCD

射スペクトルの測定に使用している。試料室の隣の大気中検出器で発光スペクトル、光電子増倍管で励起スペクトル、に発光測定用の分光器を設置しており、それに液体窒素冷

MCP 内臓光電子増倍管で発光寿命の測定を行っている。

却 CCD 検出器を取り付けて

表5検出器の使い分け

発光スペクトルを測定してい᳨ฟჾࡢ✀㢮

ᐃྍ⬟Ἴ㛗

ᐃࡢ✀㢮

ᐃྍ⬟࡞ᙉᗘ⎔ቃる。また、発光測定用の分光㟁Ꮚቑಸ⟶

1nm㹼180nm㏱㐣ࠊ཯ᑕᚤᙅග㹼ᙅ࠸ග

┿✵器に光電子増倍管を取り付けග㟁Ꮚቑಸ⟶ MgF2 ⤖ᬗ❆

115nm㹼320nm㏱㐣ࠊ཯ᑕᚤᙅග㹼ᙅ࠸ග

┿✵ࠊ኱Ẽ

て発光の励起スペクトルの測ග㟁Ꮚቑಸ⟶ ྜᡂ▼ⱥ❆

160nm㹼930nm㏱㐣ࠊ཯ᑕࠊⓎගᚤᙅග㹼ᙅ࠸ග

኱Ẽග㟁Ꮚቑಸ⟶ UV ࢞ࣛࢫ❆185nm㹼1100nm㏱㐣ࠊ཯ᑕࠊⓎගᚤᙅග㹼ᙅ࠸ග

኱Ẽග㟁Ꮚቑಸ⟶ ◹◡㓟࢞ࣛࢫ❆

300nm㹼650nm㏱㐣ࠊ཯ᑕࠊⓎගᚤᙅග㹼ᙅ࠸ග

኱Ẽ

定や MCP 内臓光電子増倍管を取り付けて発光寿命（発光ࢧࣜࢳࣝ㓟ࢆሬࡗࡓග㟁Ꮚቑಸ⟶

1nm㹼650nm㏱㐣ࠊ཯ᑕᚤᙅග㹼ᙅ࠸ග

┿✵の時間分解測定）を測定する

MCP ෆⶶᆺග㟁Ꮚቑಸ⟶

160nm㹼850nmⓎග(᫬㛫ศゎ)༢୍ࣇ࢛ࢺࣥ

኱Ẽ

ことができる。BL5B では試ࢩࣜࢥࣥࣇ࢛ࢺࢲ࢖࣮࢜ࢻ

0.02nm㹼1100nm㏱㐣ࠊ཯ᑕᙅ࠸ග㹼ᙉ࠸ග

┿✵料室内にシリコンフォトダイᾮయ❅⣲෭༷ CCD

190nm㹼1100nmⓎගᚤᙅග㹼ᙅ࠸ග

኱Ẽ

42

分子科学研究所技術課報告 2012

技術レポート 光技術班

UVSOR における Turn-By-Turn BPM システム
の開発
林

憲志

極端紫外光技術二係

キーワード：BPM、コミッショニング、マイクロコントローラー、同軸スイッチ

UVSOR ࡟ ࠾ ࡅ ࡿ Turn-By-Turn BPM ࢩ ࢫ ࢸ ࣒ ࡢ 㛤 Ⓨ
Beam
UVSOR ࡟ ࠾ ࡅ ࡿ Turn-By-Turn BPMBy-Turnࢩࢫࢸ࣒ ࡢPosition㛤 Ⓨ Monitor（以下、TBT-BPM）
はじめに
UVSOR は分子科学研究所が擁する全国共同利用の放射光施設であり、年間のべ約８００人の全国からの研究者にです。今回、我々は分子科学研究所装置開発室と共同で、TBT-BPM システムを構築しました。

放射光を供給しています。UVSOR では 2012 年の 4 月から 7 月にかけて、大規模な高度化改造を行いました。そのUVSOR の BPM

内容は、1. 偏向電磁石の複合機能化（偏向電磁石で４極磁

BPM（Beam Position Monitor）とは、真空ダクト中場と６極磁場も発生させる）2. 真空封止アンジュレーター

をかたまり（バンチ）になって周回する電子ビームの位置（U4）と専用顕微分光ビームライン（BL4U）の建設 3. パを検出するものです。電子バンチの通過にともなって 4 つルス 6 極電磁石の導入による入射方式の高度化、です（詳のボタン型電極に誘起される電圧の比から位置を換算し

しくは、山崎氏の技術報告を参照）。

ます。UVSOR のストレージリングには 24 組の BPM 電極

このような大改造後のコミッショニングにおいては、初があり、通常の運転用に、ビームの平均軌道を得る検波式

めはビームを蓄積リングに蓄積できない（数周回っている

BPM 信号処理系をリング中央に備えています（図１、２）。

間にビームダクトに衝突してしまう）のが普通です。したがって、ビームが何周回ったか、どのような軌道を通って開発した TBT-BPM の概要

どのあたりでビームダクトに衝突して失われているか、とTBT-BPM は、できるだけシンプルにするため既存のいった情報をもとに、周回数が増えていくように入射調整

信号経路を流用し、リング中央で 24 の BPM から 1 つのを続けていくことになります。このような周回ごとのビー

BPM を選択してオシロスコープにてパルス波形信号を取ムの位置に関して有益な情報を与えてくれるのが、Turn-

得、そのデータを当面オフラインで解析してビーム位置情報を得るものとしました（図３）。システムの要となる電極信号切替器は新たに開発しました（図４）。TCP/IP を用いた通信・制御にはマイコン (NXP 社の mbed) を使用しています。信号切替素子は半導体スイッチより挿入損失の小さい同軸スイッチを用いました。

図１

BPM 電極構成（上）BPM 信号フロー（下）図2

BPM 中央処理系

図3

TBT-BPM システム構成

分子科学研究所技術課報告 201243

技術レポート 光技術班

図4

電極切替機外観（左）電極切替機内部（右）このような入射ビーム軌道データから、入射ビームのベー

TBT-BPM で得られた結果
TBT-BPM で得られる信号の例を示します（図 5 左）。

タトロンチューンやエネルギーといった重要な数値につい

BPM の 4 電極（オシロの 4 チャンネル）から得られるパても情報が得られました。一方で、データの取得・解析を

ルス高を解析することにより、電子ビームの位置を周回ごより容易にすること等さらに改善できる余地もあることがとに算出します。ビーム入射直後（1 周目）の軌道の例をわかりました。本システムはコミッショニング後にも既に示します（図 5 右）。

使用されており、これからも活用されることが見込まれて今回の加速器立ち上げ（コミッショニング）においては、

図5

コラム

出射部真空計の更新

います。

電極信号（左）入射ビーム軌道（右）極端紫外光技術三係

酒井雅弘

出射部のフロントエンドバルブ制御システムの真空度インターロックとして ULVAC 社 GI-N 5 真空計および GI-N 5 用 Set Point
コントローラが使用されていたが、GI-N5 および後継機種である GI-N 7, GI-N 8 が生産中止から数年経過したため一部修理部品の入手が不可能となってきた。このため各ビームラインの出射部真空計システム 16 台の更新要求を行っていたが、2012 年３月末にAgilent 社 XGS-600 が導入された。UVSOR-III へのアップグレード工事に合わせて、各出射部に Agilent 社 UHV- 24 p ヌードイオ
ンゲージ（真空測定子）の取り付けとケーブル引きを行った。真空引きが行われ真空度を測定したところ、① ULVAC の表示値より1 桁から 2 桁良い真空値を表示する②真空値がふらつくものがある③別に取り付けたフルレンジ真空計で 10 - 3 Pa 以下の真空値を表示しない④フルレンジ真空計の Set Point として 10 - 3 Pa 以下を設定できない等の問題が発覚した。またバルブ制御のため、GI-N 5 で接続することはできなかった。従来のバルブ制御システムとのマッチングをとるため、オープンコレクタ―リレー出力変換回路を組

44

分子科学研究所技術課報告 2012↓

は２つの独立した Set Point が c 接点で出力されていたが、XGS- 600 ではオープンコレクタ出力のためそのままでは制御システムに

技術レポート 光技術班

コラム

あの白いテントは何！

光技術係

堀米

利夫

UVSOR 棟と実験棟の間に白いテントがあります。この中に何がはいっているのかご存じですか？ 3 年ほど前に突然現れた白テントの中には電動台車が収納されています。この電動台車は実験棟南出口と UVSOR 棟搬入口の間で運行されます。実験棟の UVSOR 関連の実験機器を UVSOR ストレージリング内に持ち込む時や、大きさの関係から UVSOR 棟に設備されているエレベーターに乗らないような物を運搬する時に活躍します。2012 年 11 月〜 2013 年 1 月の UVSOR 棟エレベーター改修時には活躍をしました。この台車は、積載量約 2000 kg、荷台サイズ 2 ｍ ×2. 5 ｍ、上下稼働約 0 .8 ｍ（台車最低高さ）から 1 m 程度可変可能な仕様を有しています。使用前にはバッテリーの充電を白いテントする必要があります。だだし、この台車は UVSOR 棟西側のエリア内での使用のみとなり、自力でこのエリアを出ることは出来ません。その理由は、明大寺地区東門近
くの保育園や所長官舎前の坂を登る登坂力を有していなある運搬風景（実験棟南出口）（黄色の車体が電動台車です）

いからです。

コラム

体験展示か実演展示か？

光計測技術係岡野泰彬

分子研が担当だった今年度の一般公開では、レーザーセンターとして体験展示を一つ請け負った。担当したテーマは光のスピードを測る 。職場体験にて同じテーマを行なったこともあり白羽の矢が立ったようだ（※）
。今回はまっさらの部屋の一角に機材を持ち込むため、光領域のグループが以前製作した機器を借りることになった。そんな流れもあり当初は気楽に構えていたが、いざ準備を始めると体験

ものの難しさに直面した。一般公開への来場

者は職場体験とは対照的で多数かつ千差万別、説明にかけられる時間も多くはない。ましてや使える装置は一つである。しかし折角の体験展示、説明だけでなく光のスピードを体感してもらいたいと思うのが展示側の欲である。
そのためのお膳立てはした。小学生を意識した資料、安全性とスムーズさを考慮した測定系。実演用に加え自由に触れられる測定器を用意し、測った値をその場でグラフにできるよう図を配布資料に組み込んだ。また、解答例も用意し、先を急ぐ人にも疑似体験できるよう配慮した。
こんな感じで準備をして迎えた当日、途切れなく来場者が訪れてくる。息つく暇もなく対応を続けた。タッチラリー集計では最
終的に 1000 人ほどが展示脇の PC に触れていったようだが、配った資料は 300 枚くらい。贔屓目に見て 100 人以上には対話を交えて説明を聞いてもらえた。この中で、筆者の意図を汲んで体験をしてくれたのは女子大生 2 組と親子連れ 2 組の計 10 人。今回の体験展示は、むしろ実演展示と言うべきか。しかし、数ある展示やイベントの中、アンケートでは人気投票 7 位と健闘した。 体験

せずとも実演を楽しんで頂けたようである。

↓※技術課 Activity Report 2010, No.26, p.64.

み込んだ 19 インチラックマウント用パネルの作製を依頼し、そこに XGS600 を収めることにした（写真１）。真空計の問題点に関してはメーカーと連絡を取り合って１つずつ解決を図り、フィラメント電流および感度係数の最適化を行い、12 月末に加速器真空 Web の出射部真空値を XGS600 の表示値に切り替えることができた。4 月にはすべてのビームラインのバルブ制御を GI-N5 から XFS-600 の Set Point 制御に変更することになっている。
今回の更新にあたって、技術補佐員の禿子さんをはじめ UVSOR 技術職
員の多大なるサポートを頂いたことを感謝いたします。

写真 1 ビームライン BL 2 A（上段）および BL 2 B（下段）用に設置した 出射部真空計 XGS- 600 システム。
表示用液晶の左側にある赤ランプ点灯は、真空度がそれぞれ設定された値（Set Point）以下であるためビームライン側でバルブ開閉スイッチ
でバルブ開閉可能なことを示す。

分子科学研究所技術課報告 201245

技術レポート 機器利用技術班

有機微量元素分析装置（J-SCIENCE LAB MICRO CORDER JM10）
牧田

誠二 機器利用技術一係

キーワード：元素分析、定性、定量検出する。実際の分析では水素、炭素、窒素の含有率が既

はじめに有機化合物（ゆうきかごうぶつ、英語:organic compounds）
は、有機物質（ゆうきぶっしつ）あるいは有機物（ゆうき

知の標準試料を分析し、その検出感度から未知試料の含有率を決定する。

ぶつ）とも呼ばれる、炭素を含む化合物である。有機化合

流路原理図を図 2 に示す。試料を約 2mg 程度、ウルト

物は、一般に無機化合物に比べて多様な構造および性質をラミクロ天秤（図 3）で量り取り、ヘリウムに適量の酸素持つ。主な理由としては、炭素骨格の長さおよび分岐の多を混合した気流中に試料を挿入する。試料は加熱分解され、様性に関して制限が無いため、ならびに水素、窒素、酸素、さらに酸化銅と接触させて水素を水に、炭素を二酸化炭素

硫黄、リン、またはハロゲンなどが炭素に結合した多様なに変換する。また、試料に妨害元素（硫黄、ハロゲンなど）

官能基が形作られ、各官能基が特有の性質を示すためであが含まれている場合は吸収除去される。一方、還元炉ではる。ほとんど無限といってさしつかえのないほどの有機化

窒素酸化物を窒素に、余剰な酸素を除去する。最終的に還合物の多様性はまた、生物の構成要素としての化学物質に

元炉からは水、二酸化炭素、窒素ならびヘリウムが流出する。

必要な性質ともいえる。また、実験室で作られる医薬品、染料、高分子、プラスチック、食品添加物等の生活に欠かせない物質は全て有機化合物であり、その主たる構成元素である水素、炭素、窒素を定量する装置としての役割を担
うのが、有機微量元素分析装置である。
平成 23 年度、当センターで長年使用していた従来機から J-SCIENCE LAB 社製の MICRO CORDER JM10 に更新を行ったので紹介する（図 1）。

図2

図1

流路原理図

MICRO CORDER JM10 概観

装置の概要
試料を Pregl-Dumas 法に基づいて熱分解し、有機物を構成する主要元素である水素、炭素、窒素を定量的に水、二酸化炭素、窒素に変換し、これらを熱伝導度法によって46

分子科学研究所技術課報告 2012

図3

ウルトラミクロ天秤

検出方法は直列に接続された 3 対の熱伝導度検出器を用いた自己積分方式である。還元炉から出た 4 成分の燃焼ガ

測定例
図 4 に測定例を示す。

スは、定量ポンプに採取、混合され検出器に送られる。各検出器の参照側と試料側は水吸収管、二酸化炭素吸収管が試料名）Sample A

接続してあり、H 検出器では水吸収管により除去された水
濃度分、C 検出器では二酸化炭素吸収管により除去された

H3C

二酸化炭素濃度分、N 検出器では窒素濃度分が熱伝導度セ

CH3
N
N

ルの熱伝導度差として測定され、それぞれ試料中の水素、O

炭素、窒素の含有量に対応した信号として得られる。

C11H12N2O
Mol. Wt.: 188.2258
C, 70.19; H, 6.43; N, 14.88; O, 8.50

［1, 2］■主な仕様

メーカー：J-SCIENCE LAB Co.,Ltd.
型式：

MICRO CORDER JM10ᐃඖ⣲ᐃ᪉ᘧỈ⣲ࠊⅣ⣲ࠊ❅⣲⮬ᕫ✚ศ᪉ᘧ

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KWWSLFLPVDFMS

オプション等＜オートサンプラー＞パソコン制御により安全で無人運転が可能。
メーカー：J-SCIENCE LAB Co.,Ltd.
型式：

JMA10

＜ウルトラミクロ天秤＞
メーカー：Mettler Toledo International Inc.
型式：

XP2U

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図4

測定例

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最後に
機器センターでは、各種汎用機器の共同利用の支援を行っており、所外からも「施設利用」「協力研究」の形で

参考［1］J-SCIENCE LAB Co.,Ltd. 製品情報
［2］Mettler Toledo International Inc. 製品情報利用されているが、本装置は所内専用装置として取り扱っており、利用者は装置担当者に依頼する「依頼測定」の形式を採用している。詳細については、機器センターホーム
ページ内（http://ic.ims.ac.jp/）の所内専用ページを参照していただきたい。

分子科学研究所技術課報告 201247

技術レポート 機器利用技術班

大学連携研究設備ネットワーク予約システムのハードウエア更新
岡野

芳則 機器利用技術二係

キーワード：機器予約システム、冗長化・二重化、仮想マシン、ロードバランサ

はじめにテムが違うと利用者に混乱が生じると思われた為、学内専2007 年 5 月化学系研究設備有効活用ネットワークとし用設備は他大学利用者から見えないような措置を施し学内てスタートした当プロジェクトは 2012 年で 6 年目を迎え

設備も扱えるようにした。これにより利用件数が顕著に伸

累積予約件数は 2012 年 3 月末現在で 15 万件近くとなっび始めた。

た（図 1）。アクセス数にハードウエアの能力が追い付かず web ページのレスポンスが非常に悪くなる事態が頻発するようになった。これに対処する為、2012年12月、ハードウエア一式の更新を行った。

サーバー負荷増大状況
2011 年度下半期あたりからサーバー負荷増大による
予約システムの不安定性が顕著になって来た。ユーザーから見た場合、ページを開く操作をしてもサーバーからレス

プロジェクトの概要

ポンスが帰って来ず画面が更新されない状態となる。サー

大学連携研究設備ネットワークとは各大学の所有するバーを見ていると予約システムの使用メモリが日々増大し

NMR, Mass, X 線回折装置といった各種測定機器を相互にていき、ある値を越えたあたりからレスポンスが悪くなり、提供しあい、大学を越えての利用を促進するプロジェク

そのままにしておくと最終的にはメモリ不足によりシステトである。設立当初 72 の国立大学と分子研でスタートし、

2013 年 3 月現在では公・私立大学 17、公的研究機関 2、
民間・企業 9 が参加するプロジェクトとなっている。登録
ユーザー数は 9,000 名弱、全登録設備数（含学内専用設備）
は 550 台を数える。

利用状況
当予約システムでは「相互利用」、「依頼測定」という二種類の予約形態を扱う事が出来る。相互利用とはユーザーが装置を自分で操作して測定を行う形態、依頼測定はサン

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図1

予約システム累積予約件数

図2

月毎の相互利用予約件数

プルを設備管理者に送付し、設備管理者に測定をしてもらう形態である。両者合わせた予約の累積件数を図 1 に示す。
2013 年 3 月末現在で 22 万件を越えている。
毎月の月あたりの予約件数をグラフにしたものが図 2 で
最近では月あたり 9,000 件を越える利用のある月も出て来た。
図中に示した「学内専用設備」であるが、これは学内にしか解放していない設備もこのシステムで運用できるようにしたものである。プロジェクトスタート当初は大学間で利用する事を前提として設備を登録し運用していたが、各大学で設備ネット提供機器と、それ以外の設備で予約シス

48

分子科学研究所技術課報告 2012

ムがハングアップする。症状的にはメモリリークの様相を

処理結果をロードバランサからユーザーに返送する。

呈しているが、ディスクの空き領域も少なくなっており、

ロードバランサはバックエンドのサーバーの死活監視

原因は特定出来なかった。しばらくは予約システムに割りを行っており、システムダウンしているサーバーには要求当てているメモリの増大や定期的な再起動でしのいでいたを送信しないようになっている。複数あるサーバーの内が抜本的な対策が必要と判断され、サーバー一式を更新す

いくつかダウンしていても他のサーバーが応答するので、る事とした。

ユーザーから見るとシステムは正常に動作しているように見える。

サーバー構成サーバーの割り振りアルゴリズムはいくつか種類があ

更新前のシステムはサーバー 2 台と UPS（無停電電源る。負荷の少ないサーバーを探して要求を送るようなアル装置）の構成でサーバー A にウェブサーバーソフトウェア、

ゴリズムもあるが、とりあえず一番単純な、サーバーを順サーバー B に予約システムとデータベース管理システムを繰りに使っていく「ラウンドロビン」という方法を使用す置いている。サーバー A をフロントエンドとしてユーザーる事にした。

からの要求を受け、サーバー B で処理をし、結果をサーバー
A から返す構成である。

インターネット
グローバル IP↑

インターネット

ロードバランサ↓

黒線：通常時

プライベート IP

サーバー A
ウェブサーバーソフト

予約システムDB 管理ソフト

図3

赤線：障害時

負荷分散

サーバー B

実サーバー 1

実サーバー 2

仮想マシン

仮想マシン

Web Server

Web Server

更新前サーバー構成図

NMR 等、日常的に短時間の予約で頻繁に使用される装置の予約システムとして各大学から利用されている為、利用者側からの要求は厳しく、平日、日中にシステムが停止

仮想マシン

仮想マシン

DB Server (Master)

DB Server (Standby)

仮想マシン

仮想マシン

テスト環境

テスト環境

するなどは厳に避けなければならない。この為、新しいシステムでは冗長性を考慮し、各所を二重化した以下のよう
NAS（ネットワークストレージ）なシステム構成とした。

外付け HDD・ロードバランサ 1 台・サーバー 2 台

図4

新しいサーバー構成概略

・NAS（ネットワークストレージ） 1 台
・UPS（無停電電源装置） 1 台■ロードバランサ

実サーバー 1

実サーバー 2

仮想マシン Web Server

仮想マシン Web Server

ウェブサーバーソフト

ウェブサーバーソフト

予約システム予約システムDB 管理ソフト

DB 管理ソフト

ロードバランサとはユーザーからの要求を複数のサー
バーに振り分ける事で負荷の分散を行う装置である。同じプログラムが入って同じ動作をするサーバーを複数並べておき、このサーバー群のフロントエンドにロードバランサを配置するのが一般的な構成である。ロードバランサにはグローバル IP が振られており、ユーザーはこのロードバ

仮想マシン
DB (Master)

仮想マシン
DB (Standby)

ランサにアクセスする（chem-eqnet.ims.ac.jp はロード
バランサに割り当てられている）。ロードバランサは受け取った要求をプライベートアドレスの振られたバックエンドのサーバーのどれかに送る事で処理を行い、戻って来た

黒線：通常時NAS（ネットワークストレージ）
図5

赤線：障害時新しいサーバー構成詳細

分子科学研究所技術課報告 201249

技術レポート 機器利用技術班

ロードバランサに届いた要求は 2 つのウェブサーバーソフ■サーバー
仮想化プラットフォームの技術を利用すると 1 台の実

トウェアに交互に振り分けられる。
↓

サーバーで同時に複数の OS を稼動させる事ができる。それぞれの OS が稼動している環境を仮想マシンと呼び、イウェブサーバーソフトウェアは 2 つの予約システムの状態

ンストールする OS はゲスト OS と呼ばれる。更新前のシを監視しどちらか負荷の低い方に要求を投げる。
↓

ステムでは予約システムがハングアップしてシステムが使用不能になってしまったが、これに対処すべく 2 つの予約

予約システムは正常時は Master のデータベース管理ソフ

システムを同時に走らせる事とした。各、実サーバーに 3トへ要求を出して処理を行う。
↓

台の仮想マシンをインストールし、それぞれ（1）ウェブ
サーバーソフトウェア & 予約システム用（2）データベー
ス管理システム用（3）テスト環境用

データベース管理ソフトは NAS 上にデータを格納する。

として使用する事とした。予約システムやウェブサーバーソフトは常時 2 個

停電対策が稼働、データベース管理システムは 1 つを Master とし、分子研では年に 1 度、規則で定められた電気設備定期点

正常時は専らこれを使用し、障害が起きた場合 Standby

検の為、2 日間の計画停電がある。通常、日程は土〜日にのデータベースサーバーに切り替えて使用する。

設定されるが土曜日でも予約システムは全国から利用され実サーバーが2台あり、1台だけでも運用可能なのでハーている。フロアスイッチ、HUB、サーバーの電源を確保

ドウエア障害で 1 台の実サーバーが故障しても無停止で運すればフロアスイッチよりも上流のネットワークは機構側用可能である。

で電源確保してくれているので予約システムを稼動させ続ける事ができる。レンタルの発電機で電源を確保し計画停■ NAS（ネットワークストレージ）

電時にも予約システムが停止しないように運用している。

NAS はネットワークに直接接続して使用するファイル
サーバー専用機である。サーバーのリプレイスが容易にな

サーバー更新後の運用状況

るようにデータベースの実データはサーバーには置かず 1

更新前のサーバーでの不具合の原因は特定出来なかっ台のNASに置くようにしている。1台の実サーバーがハーたが、新しい環境では特に使用メモリの上昇等発生せず順

ドウエア障害を起こした場合、（もう 1 台で運用を継続さ

調に稼働を続けている。時折動作の遅くなる時に状況を見せておき）代替機に予約システムを構築して接続すれば（予てみると CPU 使用率はかなり低く、データベースの I/O

約システムを停止してデータを同期したりすることなく）あたりがボトルネックになっていると思われる。この症状

無停止でサーバーのリプレイスが可能である。

はデータベースの vacuum などを行うと回復する。

■ RAID など

終わりに

サ ー バ ー は RAID1（ ミ ラ ー リ ン グ ） 構 成、NAS はサーバーの能力向上等により、取りあえず危機的な状況

RAID 5 構成である。また、ロードバランサは HDD を持は回避出来たがデータベース上のデータは日々増大していたない装置である。NAS、サーバーは電源が二重化される。この事によるシステムの負荷増大が今後起きてくるとており、NAS のデータは定期的に外部 HDD にバックアッ

考えられる。これに対処する為には過去の予約データを別プされる。

形式のデータとして保存し直し、通常利用する予約データ部分を軽くする等の措置が必要と考えられる。

■データの流れ
上記の構成により以下の部分が二重化されている。

※セキュリティの都合上、具体的な製品名やスペック
等は省略させていただいた。あしからずご了承いただきた・ウェブサーバーソフトウェア（常時 2 つ稼働）
・予約システム（常時 2 つ稼働）
・データベース管理システム（Master/Standby)

これによりデータは以下のような流れとなる。

50

分子科学研究所技術課報告 2012

い。

コラム

施設利用者による研究会に参加

機器利用技術一係

藤原基靖

7 月に分子研で開催された、「レーザー分光および磁気測定による分子構造探求の新展開」に参加しました。副題が「施設利用・共同利用者による研究会」ということで、参加者は機器センター装置の利用者でした。普段、利用者の方々とは装置や測定の話をする程度で、研究内容の話をする機会はあまりありませんでした。研究内容自身は様々で分からない部分も多々ありまし
たが、研究に対する問題意識や今後の方向性など、まとまった形で話を聞くことができ、貴重な機会となりました。
今回のキーワードは、光・磁気・構造でしたが、機器センターには多様な装置・機器があり、通常の使い方をされる方以外に、機器類を組合せたり工夫したりと特殊な測定を希望される方もいます。今後も測定環境の整備や新たなニーズへ対応し、研究者をサポートしたいと思いました。

コラム

コミュニケーションの壁

機器利用技術一係

齊藤碧2013 年 3 月末日を以って、5 年間お世話になりました分子科学研究所技術課を退職致します。博士前期課程を終えたばかりで、分子科学とは何なのか、技術職員はどうあるべきか、ほとんど何もわからないままの着任でした。5 年経った今はどうなのかと聞かれても、明確な答えを示せる自信は正直ありません。とにかく、周囲の皆さまから、全てを教えてもらいながらなんとか今に到るというのが、感謝の意も含めた現在の想いです。
5 年間の分子研での生活で一番思い出されるのは、英語で苦戦したことです。もともと英語に強い苦手意識を持っていた私にとって、業務で外国人と英語でやり取りをしなければならないというのは本当に胃が痛くなる状況でした。しかし、ただの単語の羅列であった英語に辛抱強くお付き合いいただいたり、語学研修への参加の機会をいただいたりしたことで、まずはコ
ミュニケーションの手段として英語に接することができるようになりました。今になると、英語に対する苦手意識を克服するのにはとても良い環境であったような気がしています。
ただ、語学研修で英会話スクールに通っても、いわゆる科学技術英語を身につけることは難しいと感じています。会話英語
やビジネス英語も重要ですが、科学技術英語の重要性も増してきていると思いますので、それらを学べる機会ができるとより良いのではないかと考えます。

コラム

新型プローブ

機器利用技術二係

中野路子

機器センターで管理している JEOL の 600MHz NMR に新しいプローブを導入することになったので、そのメリットを中心に次年度の運用を紹介する。
利用者自身が測定できる共通のNMR装置としては、
JEOLの400 MHz（ECS 400）、500 MHz（LA 500）、600 MHz（ECA600）がある。ECA600 はこれまで測定対象を主に生体高分子に特化した構成で運営を行ってきたが、Bruker の 2 台の NMR の移設に伴い、ECA600 を老朽化した LA 500 の後継と考え、来年度から測定対象を主に合成化合物に移行することになった。そこで、ソフトウェアのアップグレイドおよび新型のプローブ（Royal プローブ）を導入することになった。Royal プローブの特徴は、
これまでどちらかを犠牲にしなければならなかった 1 H と多核の観測感度を同時に保持し、1 本のプローブで 1 H 観測の 2 次元測定（特に感度の悪い NOESY や、HSQC のような異種核相関測定）も、多核測定も感度よく測定できるようになったことである。
このプローブを使用すると、ECS400 と比較して 13 C で 1. 5 倍、1 H で 3 倍もの感度が期待できる。そのため今後も 1 日単位での利用を予定しており、固体測定やECS400では長時間かかってしまうような測定に多く活用してもらいたい。また、
ソフトウェ
アは Delta の ver.4 を ECS400 と同じ ver.5 にするため、ECS 400 を利用している所内 9 グループのメンバーが違和感なく利用できるだろう。

分子科学研究所技術課報告 201251

技術レポート 計算科学技術班

IC カードを使ったタッチラリーの開催
岩橋建輔 計算科学技術二係

キーワード：IC カード、タッチラリー、一般公開

2012 年度の分子科学研究所の一般公開のイベントの一チラリーでは、さらに別の利点を付け加えました。来場者つとして、IC カードを使ったタッチラリーを開催しましに対しては、ビンゴゲームを楽しんでもらうだけでなく、た。以前行われた一般公開でのスタンプラリーは、主に子

図 3 のようにタッチした時に近くの未訪問地点が表示され供が対象で、全地点のスタンプを押すと賞品がもらえるとる機能をタッチラリー端末に加えました。このことにより、いうものでした。それに対し、今回のタッチラリーは 6×

単なるビンゴゲームによる賞品の獲得と IC カードの活用

6 のビンゴ形式で、展示箇所と受付を 36 個のタッチラリーという好奇心だけでなく、実用的な点もあるということで地点とし、一列揃うと賞品がもらえるものです。図 1 は当

大人も参加しやすくしました。運営者に対しては、図 4 と日の受付地点の様子、図 2 は実際のタッチラリー地点の端

図 5 のようにタッチラリーの地点ごとの人数と時刻の情報末を写したものです。

をウェブページでリアルタイムに提供しました。このこと

このイベントの意義について改めて振り返ってみるこ

により、開催本部において来場状況を把握することができ、とにします。スタンプラリーとタッチラリーでは来場者を現場の係員に比較的空いた展示会場に人の流れを向けさせ離れた展示場所へ誘導することができますが、今回のタッることができました。また、アンケートと IC カードの情報を紐付けることで統計調査の精度を向上させることがで
きました。

図1

図2

52

一般公開当日の受付の様子

タッチラリーの端末

分子科学研究所技術課報告 2012

図3

タッチラリーの途中では近くの未訪問展示を表示

図4

運営者に送られるリアルタイムな入退場者数の表示

カルの USB メモリー上に残し、別プロセスのプログラム
でネットワーク上の MySQL データベースサーバーに送信するようにしました。プロセスを分けたことにより、タッチラリー自体はネットワークを使わずに行えるようにしました。
今回のタッチラリーの企画は、技術課の課長や他の班
方々とも連携して進められました。広報の方には、ビンゴ
図5

運営者に送られる各展示の訪問者数の展示のキャラクター（図 6）、タッチラリーのやり方を記した紙とカードホルダー（図 7）、ビンゴの賞品を用意してい次に、このタッチラリーシステムについて説明したいとただきました。また、装置開発の方からは、人数限定の工思います。一番の肝となる部分は IC カードを読み書きす作キットの抽選をタッチラリーのシステムと連携して行いる部分です。ハードウェア的には安価に入手でき、ソフト

たいという依頼があり、そのタッチラリー地点に対してはウェア的にはフリーな実装を使いたかったのとカードに書

特別仕様にしました。

き込むことができるものという制約を課すと選択肢は１つ

さて、このようなタッチラリーを行うにはどのようなしか見つけられませんでした。筆者が見つけたものは、ソ機材が必要でしょうか。実は当初筆者が想定していた規模

フトウェアには libnfc、IC カードリーダーには Sony 製

よりも大規模なイベントになったため、機材集めも大変な

Pasori RC-S370（残念なことに現在入手不可）、IC カー

ものになりました。タッチラリーの地点は展示場所の 35

ドには ISO14443 Type A の規格の Mifare Ultralight とか所と各分散会場毎の受付 3 か所で、各受付は混雑緩和のいう組み合わせでした。ここで注意したいことは、現在入ため複数台（5 台＋ 5 台＋ 3 台）用意することになりまし手可能な Pasori RC-S380 は今のところ libnfc では利用た。また、予備機（4 台）も含めると合計 52 セット分のすることができないことです。Mifare Ultralight はカー

機材が必要でした。タッチラリー地点の機材一式は、パソド識別番号を含めると 64 バイトしかないのですが、暗号化なしに自由に読み書きできる領域が 48 バイトあります。
今回のタッチラリーでは、通過した地点をカードに記録することにより万一インターネットが使えない状況でもタッ
チラリーを行えるようにしました。
次に重要な部分は、CD もしくは USB メモリーで起動できる Knoppix という Linux のディストリビューション
を採用した点です。これには 3 つの利点があります。1 つ目は libnfc が容易に使えるプラットホームであることです。
2 つ目は全てのタッチラリー地点の端末の OS やバージョ
図6ンを同一にできるため、システムの開発時に単一の環境を

一般公開の公式キャラクター

想定すればよくなります。また、Windows 搭載機だけでなく一部の MacOS X 搭載機も利用することが可能になります。3 つ目はハードディスクに何も書き込みを行わない
ので、パソコンを貸してもらいやすくなります。タッチラ
リー地点で残すべきデータは USB メモリーに書き込むこととネットワーク上のサーバーに書き込むことで対応しました。
そのほかにも、いくつか工夫した部分があります。カードの読み取りが不完全な場合があり、再度タッチしてもらうために、正常なタッチのときには爽快な音を鳴らし、異常があったときには不安にさせる音を鳴らすようにしました。イーサーネットが使えないことも考慮し、一次データ
は SQLite というデータベースソフトウェアを使ってロー

図7

タッチラリーの遊び方と IC カードの入ったネームホルダー

分子科学研究所技術課報告 201253

技術レポート 計算科学技術班

コン、モニター、IC カードリーダーライター (*)、イーサー

般公開当日までタッチラリー用端末がないところがあり、ネットケーブル、USB メモリー (*)、Knoppix(Linux) の急遽予備機を手配することになったところもありました。

入った CD-R(*)、スピーカーで、キーボード、マウスは起

一般公開当日になっても、いくつかのトラブルに見舞われ動時のみ必要なため共用しました。また、設置場所によっました。イーサーネットケーブルの爪が折れていたため情ては、ネットワークのハブ、電源タップなども用意しまし報がサーバーに送られてこなかったり、ハードウェアの不た。図 8 は用意した (*) のついた全てのものを並べたもの

良と思われますが異常な人数をサーバーに送信したりしたです。計算科学技術班だけでは 52 台のパソコンを用意す

地点もありました。

ることができなかったため、展示を行う研究室の方でタッ

タッチラリーを実際に行ってみて、当初の予想と異なる

チラリー用のパソコンを準備してもらい、準備できない展ことがありました。それは大人の方の行動でした。予想で示と受付のパソコンはこちらで用意しました。

は、強制的に受付で入退場時にタッチする以外はタッチラ

タッチラリーの設営は一般公開前日から行いました。ソリーに参加してもらえないと思っていたのですが、受付でフトウェアの開発が遅れこんだこともあり、各研究室でテお願いしたこともあり、ほとんどの方に参加して頂けまし

ストしてもらう時間が取れず、公開前日にすべての動作

た。また、ビンゴの賞品は一列揃うだけでもらえるのです

確認を行うことになりました。実際にテストしてみるとが、全地点のタッチを目指す傾向が見られました。このこ

様々なトラブルに見舞われました。通常使用していないパとより、展示会場を集約しなくても多くの展示を見てもら

ソコンを用意してもらったところでは、所内で未登録のたえるのではないかと推測されます。

め所内 LAN に接続できず、ネットワーク担当者に臨時登様々なトラブルに遭遇しましたが、最終的には多くの来録をしてもらいました。また、新しい MacOS X 搭載機は場者に楽しんで頂き、また、運営者の方々にもリアルタイ

Knoppix が起動できず、別のパソコンを用意してもらう

ムの情報を伝えることができ、当初の目的は達成したと思ことになりました。これとは逆に、連絡不徹底のため、一

います。

図8

54

分子科学研究所技術課報告 2012

タッチラリーに用いたカードリーダーライラーと USB メモリーと CD-R

技術レポート 計算科学技術班

汎用システムの開発を目指して（共同利用申請システム開発）
手島

史綱 計算科学技術一係

キーワード：XML、XML Beans、Struts1.3、Spring1.2、iBatis2.1

た。最近は、WEB による申請が一般化してきている。研概要
分子科学研究所は、大学共同利用機

究所所長の号令のもと、全ての申請と審査を WEB 化する

関として課題研究、協力研究、各種研究会、各種施設利用ことが決まった。既に利用申請を WEB 化している計算科

等の共同利用申請募集を行っている。今までは、書類と郵学研究センターにその開発が依頼された。WEB 化に際し送による申請手続きや審査手続きが行われていた。しかし、て、申請受付から、審査員による審査回覧、そして採択結

最近はインターネットの通信速度が高速となり、WEB を果までが対象となり、共同利用申請 WEB 化プロジェクト

利用した申請システムは一般化してきている。この様な中、が発足した。プロジェクトには、計算科学研究センター技分子科学研究所長の号令の元、研究所全ての共同利用申請

術職員の他、岡崎統合事務センターの国際研究協力課共同

を WEB 化することが決まった。研究所には各種利用申請

利用係（以下、共同利用係とする）や各施設の実務担当者、があり、それぞれにおいてフォームが違い、年度ごとに見施設長が入り、検討を重ねることになった。

自然科学研究機構

直しが行わたりしている。このことから、プログラムの変WEB 化するにあたり、次の問題点があがった。

更なし申請フォームの修正のみで対応できる汎用的なシス① 新しい申請種別が増えることがある。

テムを構築したので報告する。

② 申請フォームは毎年見直しがされている。
③ 各申請種別において、過去の申請データは、その時

1. 動機の申請フォームで閲覧できる必要がある。

自然科学研究機構

分子科学研究所は、大学共同利用機

関として、日本全国の分子科学研究分野の研究者に共同研
究や施設利用の場を提供している。共同利用申請の種類は、④ 毎年プログラム修正を行っていたのでは、コスト的に破たんする。
これらの問題点をクリアするために、どのようなしくみが良いかを計算科学研究センター技術職員間で議論を重ね

下記のように複数ある。

た。考慮した点は次の通りである。

① 課題研究① 申請フォームの変更や新規申請種別の増加に対して、② 協力研究容易に対応できる必要がある。

③ 研究会② リレーショナルデータベース中心のシステムでは、④ 若手研究会等⑤ 分子科学国際研究集会（岡崎コンファレンス）申請フォームの変更、増加に伴いプログラムの変更⑥ 極端紫外光研究施設

施設利用が必ず生じる。過去の申請フォームに対応しきれな⑦ 極端紫外光研究施設

長期施設利用いことになる。

⑧ 機器センター⑨ 装置開発室スのタグによる申請フォームを使用するのが、今後の申請

施設利用⑩ 計算科学研究センター⑪ 協力研究これらのことを踏まえて、XML を使ったテキストベー

施設利用

施設利用

フォームの変化に柔軟に対応できると考えた。

ナノテクノロジープラットホーム⑫ 極端紫外光研究施設ナノテクノロジープラットホーム⑬ 機器センター

ナノテクノロジープラットホーム

2 . XML による制御機構
XML を利用するメリットとして、と全部で 13 種類の申請がある。上記申請の中で、計算科① 過去の申請データにおいて、対応する申請フォーム

学研究センター以外は書類による申請と審査が行われていがあれば、WEB 画面上で閲覧や PDF ファイルが作

分子科学研究所技術課報告 201255

技術レポート 計算科学技術班

成できる等データの再現が容易である。
② 申請フォームの変更が容易である。
③ 新たな申請フォームの作成が容易である。
④ データの視認性が良い。
等があげられるであろうか。デメリットを考えた場合、① バイナリデータと比較して、データサイズが大きくなる。

ことは XML として定義済みである。ちなみに入力された申請書データのファイル名の命名規則は次の通りである。
申請識別番号 - アカウント ID- 同一申請通し番号 .xml である
申請された内容を表示する場合は、「XML 申請データ」
を XML パーサが解析して HTML 化し表示することになる。
使用する XML を XML パーサに登録すれば、HTML の様に
比較的簡単に申請フォームを作成することができる。計算があげられる。

科学研究センター以外の申請は 11 月から受付開始する予定で準備を整えていたが、10 月末ごろになって、「●●と△△の申請フォームが見直しされた」とか「これとこれが選択されたら、ここを入力必須にして欲しい」等と言われ、急遽、XML 申請フォームを作り直すことになったが、これがデータベース中心やプログラム埋め込み型であったら、簡単にはいかなかったはずであり、さっそく XML を利用したメリットが生かされた。

3 . 構成システムの構成は、下記のとおりである。
図1

制御処理の流れ実際の制御処理の流れを簡単な申請フォームを使って説明すると図１のようになります。まずは、HTML タグのOS࣓ࣔࣜWEB ࢧ࣮ࣂ࣮
ࣉࣟࢢ࣒ࣛゝㄒ౑⏝ࣛ࢖ࣈࣛࣜ➼様に、申請書として必要なタグを考案しそれらのタグを解析できるように XML パーサ（XMLBeans）に設定する。
設定された XML タグを使用して申請フォームを作成する。
図１の「2013 年度

CentOS
㸰GB㸦Tomcat ࡣ Max1GB㸧
Apache+Tomcat6㸦SSL㸸NII㸧
JAVAࣇ࣮࣒࣮ࣞ࣡ࢡ㸸Struts1.3ࠊSpring1.2ࠊiBatis2.1
ỗ⏝ࢸࣥࣉ࣮ࣞࢺ࢚ࣥࢪࣥ㸸velocity1.7㸦࣓࣮ࣝᮏᩥ㸧
PDF సᡂ㸸iText
XML ࣃ࣮ࢧ㸸XMLBeans࣓࣮ࣝ㸸JavaMailࢹ࣮ࢱ࣮࣋ࢫ᥋⥆㸸mysql-connector-java5.1
ࣟࢢ㸸log4j1.2 ➼計算科学研究センター」というボ

これまで、利用してきた計算科学研究センターの WEB

タンをクリックすると、該当する申請フォームが読み込まによる申請システムでは、トップ画面で「新規利用申請」

れ、XML パーサーが解析して WEB 画面表示を行う。そしか「継続申請」を選択し、「継続申請」の場合のみに、当て、入力画面に従って入力されたデータも XML タグと一センターが発行するアカウントを使用してシステムにログ

緒に保存され申請書が作成できる。審査に関しても同様で、インする形態であった。今回作成する申請システムでは、各申請に関する審査フォームを作成し、その審査に対する研究所の各種申請に申請出来る必要があり、申請者を特定

入力データをタグと一緒に保持することにより審査表を作（全国の大学所属者であるかどうか）する必要性があるこ成できる。

とから、申請を行う前にアカウントを登録する形態にした。

申請フォームのファイル名は次の通りである。

アカウントとしては、所属機関で発行する電子メールアド

申請識別番号 .xml

レスを使用し、代表申請者のみに作成させることにした。

この申請識別番号を使って、申請フォームと入力され代表申請者がアカウントを作成する手順は、図 2 のとおた申請データ、審査データ等を紐付けしている。毎年、申りである。

請フォームが変更されたとしても、過去の申請データを表① 申請者は申請システムにアクセスする。トップペー

示したい場合は、申請識別番号が同一の XML 申請フォージの「アカウント作成」ボタンをクリックして、必ムがあれば、プログラムの変更を行わずに表示することが要項目を入力し「登録」ボタンをクリックする。

出来る。XML タグには、リレーションタグも用意してい② 申請システムから、登録内容とパスワード発行用

るので、「ある条件（ある値以上なら等）を満たした場合は、この入力欄は必須である」や選択リストで「これ、もしくはこれが選択されたら、この入力欄は必須である」等、
条件定義によって入力必須を動的に変更することが出来る。
ファイルアップロードの指定も出来、HTML で表現できる

56

分子科学研究所技術課報告 2012

URL が記述された電子メールが送信される。
③ 内容に問題がなければ、URL をクリックしてパスワー
ド発行を依頼する。
④ 申請システムは、URL から該当申請者のパスワードを発行し、電子メールで申請者に送信する。

れまでは、途中で保存が出来なかったため、申請者にはかなりの負担がかかっていた。このため、申請者からは、「途中で保存出来るようにして欲しい」や「図式も入力出来るようにして欲しい」という要望があり、今回の申請システ
ムでは、これらの要望に応えるために、各ページの下部に
図2

アカウント作成

は、「途中保存」というボタンを用意した。このボタンをクリックするとこれまで入力した内容をファイルに保存し

3.1

申請機能

て、申請を終了出来る。終了すると、メニュートップペー

アカウント作成後は、申請システムにログインすること

ジ（図 3）に戻る。また、申請入力は、4 ページほどに及により、各種申請をすることが出来る。ログイン後のトッ

ぶものばかりなので、次のページに遷移した時点で自動的

プメニューページは図 3 の通りである。「申請メニュー」にそれまでの入力内容をファイル保存することにした。まに表示される各申請ボタンは、受付締切前の申請が表示さた、図式の入力に関しては、PDF ファイルのアップローれており、受付締切をすぎたものはメニューに表示されなドを選択出来るようにして対処した。

い。「申請状況」には、既に申請を行った申請が表示され、

図 4 を見ていただくと、灰色の部分は、これから何の項

それぞれの申請に対して（申請内容の）
「変更」、
「取消」、
「閲

目であるかを示すガイドで、その下に入力項目欄があり、覧」や（PDF ファイルの）「申請書出力」が行える。受付

1 行ずつで示されている。その入力項目は３つに分かれて期間内であれば、同じ申請を複数（重複）申請することがおり、左は、その項目のタイトル列、真ん中は、実際の入出来る。

力列、右はヘルプ列となっている。

計算科学研究センターの申請システムでは、入力項目の

図 5 例（XML 申請フォームよる抜粋）では、研究目的中に 2000 字程度等の長文を必要とする箇所があり、こ等は審査時に非常に重要であるため申請者は詳細に記述する必要がある。ここでは、申請者が「テキスト入力」もしくはカラーで図表が使用出来る「ファイルアップロード (PDF)」のどちらかを選択出来る。
「テキスト入力」を選択した場合は、下部のテキスト入力欄が入力必須となり、「ファイルアップロード」を選択した場合は、下部の「ファイルアップロード」が必須となる。これは、XML において、
図 5 のようにリレーション設定をすることにより、選択項
目や条件に応じて必須項目を変えることが出来る。
このほか、1 つの申請において、メンバーを複数人登録出来る。特に研究会となると、20 人等の多人数を登録する必要がでてくるが、WEB ブラウザ上で１つ１つ入力していたのでは大変であるから、CSV ファイルをファイル
アップロードして、メンバー登録出来るようにした（雛形ファイルのエクセルファイル（入力註釈付き）をダウン

図3

トップメニュー画面

ロード出来るように用意している）。全ての入力が終わる

図4

リレーション機能

分子科学研究所技術課報告 201257

技術レポート 計算科学技術班と、最終確認画面となり、問題なければ申請を「登録」する。

長の氏名と職印が必要な「申請承諾書」が一緒に送信され登録時には、代表申請者に申請が登録された旨の電子メー

るので、代表申請者は、その書類を印刷し、所属長の職印ルが自動送信される。その際、添付ファイルとして、所属を押印してもらい、共同利用係に郵送する。

<page stage="step2">࣭࣭࣭࣭࣭ࢫࢸࢵࣉ㸦࣮࣌ࢪ㸧␒ྕ<block><htmlform prev="step2" next="step3" enctype="multipart/form-data"><div><guide tag="h2">䪣䴅␔⹈䷘</guide>࣭࣭࣭࣭࣭㡯┠⩌ࡢ࢞࢖ࢻ</div><div><formtable styleclass="normal"><items>࣭࣭࣭࣭࣭1㡯┠ࢆ⾲ࡍ<title>䪣䴅䥽䤓ዘ䪣䴅␔⹈</title>࣭࣭࣭࣭࣭㡯┠ࡢࢱ࢖ࢺࣝ
<titlecomment styleclass="font-red font-s">*指㔭ዘ⏴┪㉔檗</titlecomment>࣭࣭࣭࣭࣭ࢱ࢖ࢺࣝ࡟ᑐࡍࡿࢥ࣓ࣥࢺ
<item>࣭࣭࣭࣭࣭ධຊ㡯┠<text position="TOP">&lt;br /&gt;ᇷኣኊኖእ⏴┪ሼቮᇸሮᇬᇷኲቾኁወቿአኴዊዙኦሼቮᇸሮት指㔭ሺ቉ሲቃሸሧᇭ</text><name>PurposeSelect</name>࣭࣭࣭࣭࣭ධຊ㡯┠ࡢྡ๓<type>SELECT</type>࣭࣭࣭࣭࣭ධຊ㡯┠ࡢᙧᘧ<required>YES</required>࣭࣭࣭࣭࣭ධຊ㡯┠ࡀᚲ㡲࡛࠶ࡿ࡛࠶ࡿሙྜࡣYES࡜ࡍࡿࠋ
<select></select>࣭࣭࣭࣭࣭ࠕ-----㑅ᢥࡋ࡚ࡃࡔࡉ࠸-----ࠖࢆ⾲♧ࡍࡿ࣭<select>ኣኊኖእ⏴┪</select>࣭࣭࣭࣭࣭ࢭࣞࢡࢺ࣓ࢽ࡛ࣗ⾲♧ࡍࡿ㡯┠<select>ኲቾኁወቿአኴዊዙኦ</select><text position="RIGHT" print="ON">&lt;br /&gt;</text>࣭࣭࣭࣭࣭ධຊิ࡬ࡢࢸ࢟ࢫࢺ⾲♧ print=on࡛⏦ㄳ᭩(PDF)࡟ࡶ⾲♧</item><item><text position="LEFT">&lt;br /&gt;&lt;br /&gt;Ŷᇷኣኊኖእ⏴┪ᇸት指㔭ሺቂ⫃⚗ቒᇬ䪣䴅䥽䤓ዘ䪣䴅␔⹈᧤500ⷦⅴₙᇬ5000
ⷦⅴ␔᧥ት岧承ሺ቉ሲቃሸሧᇭ&lt;br /&gt;倨倩Ⓒ䞷ቑ⫃⚗ቒ₼栢⫀⛙ት㉔ሽ岧承ሺ቉ሲቃሸሧᇭ</text><name>PurposeText</name><type>TEXTAREA</type>࣭࣭࣭࣭࣭ධຊ᪉ἲ
<cols>50</cols>࣭࣭࣭࣭࣭ิᩘ
<rows>5</rows>࣭࣭࣭࣭࣭⾜ᩘ<minlength>500</minlength>࣭࣭࣭࣭࣭᭱ᑡධຊᩥᏐᩘ㸦඲ゅࡶ༙ゅࡶ㸯ᩥᏐ࡜࢝࢘ࣥࢺࡉࢀࡿ㸧<maxlength>5000</maxlength>࣭࣭࣭࣭࣭᭱኱ධຊᩥᏐᩘ
<option>COUNTER</option>࣭࣭࣭࣭࣭ධຊᩥᏐ࢝࢘ࣥࢱ࣮
<relation type="REQUIRED">࣭࣭࣭࣭࣭࣮ࣜࣞࢩࣙࣥᐉゝ<discriminant><object>PurposeSelect</object>࣭࣭࣭࣭࣭࣮ࣜࣞࢩࣙࣥඛ
<condition>SELECTED</condition>࣭࣭࣭࣭࣭᮲௳㸦ࡇࡢ౛࡛ࡣ㑅ᢥࡋࡓࡶࡢ㸧<compare>ኣኊኖእ⏴┪</compare>࣭࣭࣭࣭࣭᮲௳ᑐ㇟㸦ࡇࡢ౛࡛ࡣࢸ࢟ࢫࢺධຊࢆ㑅ᢥࡋࡓሙྜ࡜࡞ࡿ㸧</discriminant></relation></item><item><text position="LEFT">>&lt;br /&gt;&lt;br /&gt;Ŷᇷኲቾኁወቿአኴዊዙኦᇸት指㔭ሺቂ⫃⚗ቒᇬኲቾኁወት指㔭ሺ቉ሲቃሸሧᇭ
</text><name>Purpose</name><type>FILE</type>࣭࣭࣭࣭࣭ࣇ࢓࢖ࣝ࢔ࢵࣉ࣮ࣟࢻࢆᣦᐃ
<filenumber>1</filenumber>࣭࣭࣭࣭࣭ࣇ࢓࢖ࣝ࢔ࢵࣉ࣮ࣟࢻ␒ྕ
<filetype>PDF</filetype>࣭࣭࣭࣭࣭ࣇ࢓࢖ࣝ✀ู<maxfilesize>1000000</maxfilesize>࣭࣭࣭࣭࣭ࣇ࢓࢖ࣝ᭱኱ᐜ㔞<relation type="REQUIRED"><discriminant><object>PurposeSelect</object><condition>SELECTED</condition><compare>ኲቾኁወቿአኴዊዙኦ</compare></discriminant></relation><text position="BOTTOM">PDFኲቾኁወቒ &lt;font color=FF0000 /&gt; A4⒳債&lt;/font&gt;ቊ⇫㒟ሺ቉ሲቃሸሧᇭቀቯⅴ⮥ቑኒኁኗቧ㲹⚠ሰቊ⇫㒟ሺቡሼቋ㷲デ嫷䯉⒉㧴ቡሾቶᇭ</text></item><help>倨倩Ⓒ䞷ቑ⫃⚗ቒ₼栢⫀⛙ት㉔ሽ岧承ሺ቉ሲቃሸሧᇭ&lt;br /&gt;</help>࣭࣭࣭࣭࣭࣊ࣝࣉ
<help>500㠖ⷦⅴₙᇬ5,000㠖ⷦⅴ␔</help><help>Enterኊዙ㕋ₚ᧤㟈嫛㠖ⷦ᧥ብ1㠖ⷦ᧤2ክኁእ᧥቎ቍቭቡሼ</help><help>PDFኲቾኁወት♑䏶ሺ቉ሲቃሸሧᇭኲቾኁወኒኁኗቒ㦏⮶1MBቡቊቊሼᇭPDFኲቾኁወ᧤㱧㆞↊㎞ዘ&lt;fontcolor=FF0000 /&gt;A4⒳債&lt;/font&gt;᧥&lt;br /&gt;</help></items>⦂5 ዇ዉዙኔዄዐ㳮厌XML

図5

リレーション機能 XML
ユーザー階層⟶⌮⪅࢔࢝࢘ࣥࢺ
ᢸᙜ⪅࢔࢝࢘ࣥࢺ᪋タᢸᙜ⪅࢔࢝࢘ࣥࢺ
ᗈሗጤဨ఍࢔࢝࢘ࣥࢺ
ᑂᰝဨ࢔࢝࢘ࣥࢺ
ᥦ᱌௦⾲⪅࢔࢝࢘ࣥࢺ

⏦ㄳ࢔࢝࢘ࣥࢺ

58

分子科学研究所技術課報告 2012ࢩࢫࢸ࣒ಖᏲ⟶⌮⪅࡟஺௜ࡍࡿࠋ
඲࡚ࡢᶵ⬟ࡀ౑⏝ฟ᮶ࡿࠋඹྠ฼⏝⏦ㄳࡢ❆ཱྀ࡜࡞ࡿ஦ົᢸᙜ⪅࡟஺௜ࡍࡿࠋ
ᴫࡡ࡯࡜ࢇ࡝ࡢᶵ⬟ࡀ౑⏝ฟ᮶ࡿࠋྛ⏦ㄳ㸦ඹྠ฼⏝᪋タ㸧ࡢᐇົᢸᙜ⪅࡟஺௜ࡍࡿࠋ
ᢸᙜ⏦ㄳࡢ⏦ㄳࠊᑂᰝࠊ⟶⌮ᶵ⬟ࡢࡳ౑⏝ฟ᮶ࡿࠋᗈሗጤဨ➼࡟஺௜ࡍࡿࠋ
⏦ㄳ᝟ሗࡢ㜀ぴࡢࡳฟ᮶ࡿࠋ
ྛ⏦ㄳࡢᑂᰝᢸᙜ⪅ࠊ㐠Ⴀጤဨ࡟஺௜ࡍࡿࠋ
ヱᙜ⏦ㄳࡢᑂᰝࠊ㜀ぴࡢࡳࡀฟ᮶ࡿࠋ
⏦ㄳࡢᥦ᱌௦⾲⪅࡟஺௜ࡍࡿࠋ
ྛ⏦ㄳࡢᥦฟࠊኚ᭦ࡀฟ᮶ࡿࠋ
⏦ㄳᥦฟᚋࡢ⏦ㄳ᭩㜀ぴࠊ༳ๅࡀฟ᮶ࡿࠋ
ཷ⌮ࡉࢀࡓ⏦ㄳẖ࡟஺௜ࡍࡿࠋ
ᥦ᱌௦⾲⪅௨እࡣࠊࡇࡢ࢔࢝࢘ࣥࢺࢆ౑⏝ࡋ࡚⏦ㄳෆᐜࢆ㜀ぴฟ᮶ࡿࠋ

3.2

審査機能

申請種別毎に審査を担当する小委員会と最終的判断を行う
運営委員会がある。これまでは、これらの委員会に当然ながら書類か PDF ファイルを送付して審査を行っていた。今回のシステムでは、これらもWEBブラウザ上で行うことになる。
各申請において、審査の流れが異なるが、概ね図 6 の様な流れとなる。
図6① 担当者もしくは施設担当者は、申請書を選択して、該審査の流れ当する審査委員に対して審査依頼（回覧）を行う。こ

締切に関係なくいつでも行える。

の時、複数申請の選択や、審査依頼したい審査員を③ 再申請依頼リストから選択出来る。依頼は電子メールで行われる。

審査結果、採択結果（申請内容が不十分等の理由）によ② 審査委員は、審査依頼電子メールを受取り、申請シ

り、代表申請者に対して「再申請」を依頼できる。「再申請」

ステムにログインして担当分の申請審査を行う。審を依頼された代表申請者は、該当申請の受付締切に関係な査員は専門分野の設定（担当者が行う）が出来、該く申請書を編集でき再申請を行うことができる。

当専門分野の申請は審査必須であるが、それ以外の分野の申請は任意となる。また、自分が関係してい

3.4

申請フォーム XML 仕様（一部）る研究者や研究グループの場合は、「審査を控える」（次ページ）という審査も出来るようになっている。
③ 審査委員の審査結果が整ったら、担当者は、その結果が出たことを電子メールで運営委員に知らせる。
④ 審査員による審査結果に対してコメントをつけることが出来る。
⑤ 運委員会委員長に対して採択を依頼する。
⑥ 審査委員による審査結果、運営委員のコメントを元に採択を行う。
⑦ 採択結果、再申請が必要な申請に対して、代表申請者に

3.5

審査フォーム XML 仕様（一部）<circulationrelation>ᑂᰝᑐ㇟᮲௳

<entry type=͇*">ᑂᰝධຊ㡯┠㸦ྛᑂᰝဨ㸧type ᒓᛶ࡟ጤဨ఍ᣦᐃࡀ࡛ࡁࡿ
ᑂᰝ᭱⤊⤖ᯝධຊ㡯┠㸦᪋タᢸᙜ⪅ࠊጤဨ㛗㸧ᑂᰝ⤖ᯝ CSV ฟຊ<itemname>࡛ฟຊᑐ㇟ࢆᣦᐃ

<result><export><itemname>*</itemname><mail type=͇*">࣓࣮ࣝ㏦ಙ⏝ࢹࣇ࢛ࣝࢺᩥ❶type ᒓᛶࡀ࡞࠸ሙྜࡣࠊྛᑂᰝဨ࡟ᑂᰝ౫㢗ࡍࡿ࡜ࡁ࡟౑⏝ࡍࡿࠋ
type=“ADOPTION”ࡀᣦᐃࡉࢀ࡚࠸ࡿሙྜࡣࠊ௦⾲⏦ㄳ⪅࡬ࡢ᥇ᢥ㏻▱࡟౑⏝ࡍࡿࠋ<pastapplication>㐣ཤ⏦ㄳ᭩ࢆᑂᰝ࣮࣌ࢪ࡟⾲♧ࡍࡿ
<identifier year="2013"><identifier>࡛ࠊᖺᗘ࡜⾲♧ࡋࡓ࠸⏦ㄳࡢ㆑ู␒ྕࢆᣦᐃࡍࡿࠋ
1301014</identifier>

再申請依頼を行う。（再申請対象申請のみ）⑧ 再申請依頼によって、申請書を編集し再申請を行う。
（再申請対象申請のみ）

3.6

データベース

申請書の入力データ、審査データ、採択データは XML

計算科学研究センターでは、採択の結果を評価式に入力を利用したテキストデータとして保存されている。これら

し、許可値を算出する。この算出された許可値を入力し代のデータにおいて、申請者等による検索を行いたい場合が表申請者に知らせる（代表申請者は、システムにログインある。検索を行う場合の項目というのは、だいたい決まっすることによって、許可値を知ることもできるが、許可時てくることが多いので、検索によく使われる項目や申請者には共同利用係から許可の書類等が郵送される）。

のアカウント情報等の定型的な情報はデータベースで保持していた方が検索において何かと便利である。このため、

3.3

管理機能

① CSV 出力

アカウント情報や審査員リスト等定型的データや検索項目
データはデータベースに格納している。

申請書の入力データを CSV ファイルとして出力（ダウンロード）出来る。目的の申請書の「年度」と「申請種別」を選択して検索を行う。その結果リストされた申請書

4 . 今後について管理機能がまだまだ不十分である。今後は管理機能をのデータを CSV 出力する。

充実していく必要がある。また、XML フォームを作成し② 代理申請た後のチャックルーチンもまだ不十分である。まだまだ始代表申請者が何らかの理由で申請出来ない、申請システ

まったばかりのシステムであり、機能的には必要最低限にムにアクセス出来ない等の場合に担当者等が変わって申請止まっているため、今後は各担当者等からの要望を聞きつを行う機能である。この「代理申請」は、該当申請の受付

つ、優先順位をつけて機能拡張をしていくつもりである。

分子科学研究所技術課報告 201259

技術レポート 計算科学技術班

3.4 申請フォーム XML 仕様（一部）<application>⏦ㄳࣇ࢛࣮࣒ࣈࣟࢵࢡ㆑ู
<application> </application>ෆࡣ⏦ㄳࣇ࢛࣮࣒࡛࠶ࡿࡇ࡜ࢆ♧ࡍࠋ<identifier>⏦ㄳ㆑ู␒ྕ
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コラム

CPU 内蔵 GPU は高品質ライブ配信のエンコード処理に実用的か？

計算科学技術一係

澤昌孝

最近は GPU を統合した CPU が多く、Intel では SandyBridge や IvyBridge プロセッサ等で HD Graphics という名称で導入されている。GPU は動画再生処理だけではなく、ExpressionEncoder4Pro(EE4) 等の動画・配信ソフトでエンコード処理も可能である（Intel では QuickSyncVideo (QSV) と呼ぶ）。効果として CPU 負荷軽減と処理時間短縮があり、データ送信等も同時処理するライブ配信のエンコード PC には都合よい。エンコードによる CPU 負荷が高いと、配信した映像にブロックノイズ等の影響が出るため、解像度や帯域を落とす必要があったが、GPU 側で処理できる場合は妥協が不要になる。
そのためには、HD 品質・ブロードバンド帯域以上の動画を再生時間未満の処理時間でエンコードできる性能は欲しい。QSV でこの性能を満たせるか調査した。ビデオ動画（解像度720p、
ビットレート20 Mbps、フレームレート60 fps、再生時間26 : 22、
ファ
イルサイズ3 . 99 GB）
を、EE4でIntel i5-2400（HD Graphics2000）
を用いてビットレート1 MbpsのMPEG 4にエンコードした。
結果、QSV 無効で 28:20、有効でソースの約半分の 13 : 52 で処理できた。実際、QSV 有効で EE 4 でのライブ配信は安定してできているので、実用的であると考える。
キーワード：ライブ配信、GPU エンコード、HD（高精細度）

60

分子科学研究所技術課報告 2012

技術レポート 計算科学技術班

コラム

WWW ページの改竄について
計算科学技術一係

内藤

コラム

新スパコンの利用統計茂樹

計算科学技術二係

長屋

貴量

ネットワークセキュリティ上の事件で良く耳にするのが昨年度末にスパコンを更新して以降、富士通の計算マシン

WWW ページの改竄です。最近では政治的なページへ書き換の台数が大幅に増えたことにより利用の規模もそれまでよりえられた事件を報道で目にした方も多いかと思います。ただも桁違いに膨れ上がった。

しこの事例は、別に訴訟を起こされたり損害賠償を請求されこの利用統計を取るべく、昨年度と同様に解析を行おうとたりするものではありません。

した。昨年は 5 万件の利用を解析するだけで１日かかってい一方、WWW の改竄でも損害賠償を請求される事例もあたが、今年の利用は既に 40 万件を越えており、昨年のものをり得ます。例えば研究会のお知らせのページの一部を書き換

流用することは時間とメモリの面から困難であった。

えられ、参加登録の所にフィッシングサイトへのリンクが埋そのため、今回は解析スクリプト内でデータを溜め込んでめ込まれたとします。参加希望者が何も知らずにリンクをた

配列を作るのではなく、データベースソフトの SQLite を使っ

どり、行き着いたページにクレジット番号等の入力フォームてデータを保存するようにし、さらに並列化で同時に複数デーがあったらどうでしょうか。多くの人は入力を止めるかも知タを集めるように変更した。その結果、データベースソフト

れませんが、1 人でもクレジットカードの情報を入力してしの処理の速さが予想以上に速かったこともあり、元データをまったら。その被害者はクレジットカードを不正に利用され集める時間は一日程度で済んだ。

た損害賠償を、WWW ページの作成者に請求する可能性があ

こうして得られた、昨年度と今年度の解析結果の一部を図ります。同じ WWW ページの改竄でも、その内容によってに示す。

は作成者自身が加害者となってしまうこともありえるのです。
したがって WWW ページの同一性を常に注意することが必要です。喩え未知の脆弱性を突かれたとしても、WWW ページの改竄に気がつきサービスを停止するなどの対策を取れば、第三者が被害に遭う可能性を下げることが出来ます。そして作成者自身が加害者となることも未然に防ぐことが出来ます。これは作成した WWW ページを定期的に見て回るだけで、■ 分子軌道ある程度は達成出来きます。

■ 分子動力学■ バンド計算■ その他

ユーザーの合計利用時間が 8 倍以上に増えたばかりではな
く、新規に実行されたプログラムの数も大きく増加していた。

キーワード : WWW 改竄、同一性の保持

また同時使用する CPU 数として 128 並列の計算が目立って増加していた。
現在、解析部分も並列化するようスクリプトの高速化 / シェ
イプアップを続けている。
キーワード：ビックデータ、解析、データベース

コラム

マイコンのネットワーク対応

計算科学技術三係

松尾純一

今時のマイコンのトレンドといえばネットワーク対応である。
初めから有線ポートを有しているものや、モジュラージャックを結線すると使えるようになる
ものなどがある。プログラムを行う際にもネットワークライブラリを組み込むだけで PING 応答な
どの処理は特に書かなくても処理してくれるようになっているものが多い。
図1

せっかくコンパクトなマイコンなのだからネットワークは無線接続としたいところだが、現状で対応しているものは無いように思う。しかし、前述の有線対応マイコンに少々手を入れてやると無線ネットワーク対応となものがある。
例えば、昨年登場した 3000 円程度で LAN ポートを備える Linux ベースのマイコン Raspberry
Pi や、5000 円程度で LAN ポートをを備える Arduino 系マイコンの GR-SAKURA だ。
Raspberry Pi は USB ポートを備えており、通常はキーボードやマウスを接続するために使用するが、そこへ USB 無線 LAN モジュールを挿せばよい（図１）。
GR-SAKURA は XBeeWIFI という無線モジュールをさせるように基盤にコネクタが装備されているので、亀の子状に XBeeWIFI を接続すると比較的簡単に無線 LAN の機能が追加できる（図２）。

図2

また別な方法として無線有線ブリッジを別途用意し、それを通して有線機器を無線化する方法もある。
無線対応のマイコン。なんだか、ムズムズしますね。

キーワード：無線 LAN、マイコン

分子科学研究所技術課報告 201261

技術レポート 低温技術班

山手地区ヘリウム液化システムのトラブルと
その解決
水川

哲徳

低温技術係

キーワード：ORS、ガスマネージメントパネル、トラブル

を吹き飛ばす事を試みた。

はじめに山手地区のヘリウム液化システムは平成 16 年に導入さその結果、エラーが消え、正常に運転が再開できた。

れ、10 年目に突入しようとしている。大きなトラブルは導入後 2 年以内に集中した。24 年度には液化機起動に影

液化圧縮機の昇圧トラブル

響を与えるトラブルが 2 件発生したので、それについて報

（１）状況

告する。

液化圧縮機の吐出圧（図 1 の PI101）が所定の圧力（約0.87 MPa）に速やかに到達せず、異常に時間を費やすよ

ORS のトラブル

うになった。通常、起動後 5 分程度で所定の吐出圧に到達（1）状況するのだが、30 分以上、場合によっては 1 時間かかるよ

液化機起動直後、ORS(1) 油面 H というアラームが出てうになった。

停止した。この ORS は液化圧縮機から油とともに送られ

図 1 に示すように一旦バッファー圧（PI203）まで昇てきたヘリウムガスを分離し、ガスをヘリウム液化機に送圧し、そこでかなりの時間とどまり、その後、所定の値まり、油を液化圧縮機に戻す働きをしている。

で昇圧するという挙動を示している。図 1 より PI100 の

今回のトラブルは実際に油面が上昇したのではなく、セ挙動と関係あるようである。

からである。

1

0.03

0.8

0.025
0.02

0.6
0.4

PI101

0.2

PI203

0


0.015
0.01
0.005

PI100




᫬้

0


図 1 トラブル時の昇圧状況 Figure 1 ࢺࣛࣈࣝ᫬ࡢ᪼ᅽ≧ἣ

෗┿ 1

ORS

写真 1

ORS

（２）対応
液化圧縮機を単独で運転し ORS 内部を充圧した状態でドレインバルブを手動で開き、センサーに付着している油62

分子科学研究所技術課報告 2012

図 2 正常時の昇圧状況
Figure 2 ṇᖖ᫬ࡢ᪼ᅽ≧ἣ

P I100 (MPa)

じ高さにある ORS(2) のセンサーは異常を検知していない

P I101, PI203 (MPa)

ンサーに油が付着しているだけと判断した。何故ならば同PI100 の 圧 力 は 液 化 の フ ロ ー 図（ 図 3） よ り、
PRV242 及び V245（写真 2）の設定に依存する。

おわりに液化機設置後、現在までに発生したトラブルのほとんど
はデータを細かく考察することにより原因の究明が可能であった。今後もデータを重視して行きたいと思う。

図3

液化機フロー図V245（バネ式ストップ弁）は系内のガスをバッファタ
ンクに逃がす際に用いられる。また、PRV242（ダイヤフラム式減圧弁）はバッファタンクから吸入ラインへガスをチャージする際に用いられる。

（2）対応
液化運転開始後 PRV242 及び PV245 の挙動をチェックした。すると、PRV242 の設定値を示す PI202 が、本
来 0. 07 bar であるところが -0.2 bar を示していた。また V245 の設定値を示す PI200 の値も本来の設定値から大きくずれていた。これらの調節をしたところ速やかに液化圧縮機の吐出圧が昇圧し所定の圧力に到達した。

写真 2

PRV242 と PV245

分子科学研究所技術課報告 201263

技術レポート 学術支援班

赤外・ラマン分光法による電子状態の研究
売市

幹大 学術支援係

キーワード：分光法、電荷移動塩、相転移、電子状態

ルの帰属を行った。スペクトルの温度依存性と合わせるこ

はじめに
様々なテーマで他大学との協力研究を行った。赤外とでそれぞれのドナーの電荷分離の状態と相転移の関係に反射およびラマン分光法、Ｘ線結晶構造解析、磁化率測ついて明らかにした。4 )（平松ら、2011 年 ISCOM。石川定を用いて電荷移動塩の電子状態を明らかにした。それら、2011 年 ISCOM。中野ら、2011 年 ISCOM。石川らの成果は国内の学会および国際学会 ISCOM 2011 やら、2012 年化学会春季年会。中野ら、2012 年化学会春ICSM2012 で発表され、あるものは論文誌に掲載された。

季年会。森ら、2012 年化学会春季年会。石川ら、2012
年 ICSM。中野ら、2012 年 ICSM。石川ら、2012 年分

アルカリ -TCNQ 系電荷移動塩のヨウ素吸蔵

子科学討論会。森ら、2012 年分子科学討論会。）

持田（神戸大）らはアルカリ金属ヨウ化物と TCNQ の固相反応を適用し、ヨウ素を含む３成分系の TCNQ 塩のナノテクノロジープラットフォーム

合成と、ヨウ素の脱着に基づく物性転換の実現を行ってき

ナノプラット事業の立ち上げに伴い、これまで機器センた。３成分系の電荷移動塩（M-TCNQ-I）のラマン測定にターの管理していた FT 赤外と顕微ラマン分光装置を支援

より TCNQ およびヨウ素の電荷を見積もり、ヨウ素脱着

要素として担当することになった。また、これまで機器セ1)

反応における挙動を明らかにした。 （持田ら、2012 年

ンターの施設利用者の対応もナノプラットの施設利用者に化学会春季年会。持田ら、2012 年分子科学討論会。）

移行してきた。新規ユーザーの拡大に努めており、ラマン
分光器の利用者数は順調に増加している。

非局在型一重項ビラジカルの強い分子間相互作用の実験的解明
久保（阪大）らはこれまでにフェナレニルという不対電子と  共役系を融合させることで高い非局在化能を有する
安定な一重項ビラジカル種の研究を行ってきた。その中でも結晶中で  一次元鎖を形成した化合物は分子間の不対電子環相互作用の働いていることが構造解析の結果予測された。電子スペクトルの測定を共同研究で行い、溶液中よりも大幅な低エネルギー領域に吸収を与えることを明らかにした。またπ共役系の長さを変えた類縁体と比較する
ことで固体中の分子集合体としての長波長シフトとビラジ
カル性の関係が明らかになった。2 ,3 )TTF および TTP 類縁体の振動スペクトル
TTF や TTP の類縁体およびそれらのラジカル塩につい■ 参考文献
1) A. Funabiki et al., J. Mat. Chem., 22, 8361 (2012)て分子振動に関する情報を得るためラマンスペクトルを測

2) T. Kubo et al., JACS, 133, 14240 (2011)

定した。この結果に対し中野、石川（京大）らおよび森（東3) A. Shimizu et al., Chem. Commun., 48, 5629 (2012)大物性研）らのグループが振動解析に基づき振動スペクト

4) S. C. Lee et al., Chem. Commun., 48, 8623 (2012)64

分子科学研究所技術課報告 2012

分子科学研究所技術課
Activity Report 2012
発行年月

平成 25 年 5 月

発大学共同利用機関法人 自然科学研究機構

行

分子科学研究所

技術課〒 444 - 8585
愛知県岡崎市明大寺町字西郷中 38
デザイン

原

印

株式会社コームラ

刷

田

美

幸

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