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CONTENTS

巻頭言 ……………………………………………………………

1

2011 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

技術レポート・
技術課活動レポート ……………………………… 17

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、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 36 名（平成 24 年 4 月時点）

機器開発技術班

電子機器・ガラス機器技術班

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

大峯
おおみね

巖
いわお

[ 分子科学研究所・所長 ]分子研に再び就任してあっという間に 2 年がたった。創共同研究者にとって、技術職員の支援が研究遂行の大きな設以来 37 年となる分子科学研究所の研究の将来像を所員支えであり、共同研究の要となっていることは明らかであと一緒に定めようとしているところである。この間、様々ろう。技術職員は日常的な業務に加えて常に最先端の学問なことで研究所の研究者、事務職員と話す機会があったが、を学び、研究を支えていってもらいたい。

技術職員とは今まで直接接する機会があまりないのが気になっている。

ところで、日本全体が、今何か沈みつつある感じを持たれているのではないかと思う。テレビ、白色家電などの落分子研に戻ってくる前、16 年間のほとんどを名古屋大

ち込み、大手電器業界の凋落、鉄鋼、造船しかりと、韓国、学で過ごした。ひょんな切っ掛けから学部長、理事（副総中国に抜かれたと報道がつづいている。そして自動車もい長）として 7 年間、理学研究科、また大学の管理運営に携

つか同じ道をたどるかもしれない。しかし、このような流わることとなった。理学部長の時は現場との交わりがありれは、曾ての日本がアメリカの家電、自動車業界を追い抜

まだ良かったが、理事になってからは、研究現場から離れ、いていったのと同じである。成熟したものは、いつかは衰

本部組織の中にあって、大学の中の「人間社会が起こす」

退する。日本がこの状態から抜けだすためには、「特徴あ様々な問題と朝から晩までつきあってきた。また大学を取る技術」をもつ中小の企業が多数生まれ育っていくようなり巻く社会環境の対処にヒートアップを繰り返す執行部

上昇気流をつくることが求められている。「特徴」とは新と、本部を取り巻く教員たち、その間にあって途轍もなくしい本質的なものが備わることであり、「分子の知恵」は忙しい日々であった。それでも、時間が少し空くことがあ

その特徴を作っていく一つの大切な要素であろう。分子科

り、その時、よく訪れたのは、化学科のガラス工作室の野学研究所の技術課によって、超精密レーザー分光・分子マ

田さんの所である。あの大きなガラス工作用回転機、またニピュレーション装置など、分子科学に関わるいくつかの

青・オレンジ色の炎が懐かしい。野田さはどんなに忙しく

最先端計測装置を、次の世代の先端技術として定着させる

とも、学生、事務長、教員みんないつも Welcome である。

ことが、それへの大切な寄与の一つとなろう。

いつも何人かがガラス工作室の隣の部屋のテーブルを囲ん

また、研究所の運営に関わる情報技術の確立も、技術者でいた。すると、うまいお煎餅と、お菓子、お茶がでてくの大きな役割の一つである。研究所の運営の仕方を見るとる。そこには、学問をはじめようとする学生の悩み・希望

非効率的なものが多い。平時の効率的・弾力的な対応、緊があり、また、ものを作る人の芯がある。年々、学生は変急時の迅速な対応のためには、的確なる情報伝達 ･ 処理がわっていく、教員もしかりである。そのような中にあって、鍵となる。それを支えるためには、事務組織とカップルし野田さんの部屋は、日本屈指のガラス工作であると同時に、た、新らたな職種をつくることも考えられる。

化学科の人々心のよりどころであり、研究をする者の
郷

故

であった。
自然が穏やかにおこなっている営み、エネルギー変換、

このように、技術職員のかかわる仕事は、先端科学を支え、新しい科学技術の萌芽を確実に育て、また組織運営の要となる、広汎かつ非常に重要なものである。と同時に、物質変換は分子の働きによるものである。我々は、そのよ

分子研の技術職員の部屋が、名大化学のガラス工作室のような「分子の知恵」によって支えられている。そのような「分うな、所員の心のよりどころとなる大切な場の一つになる子の知恵」にたいする新しいサイエンスを全国の研究者とことを期待している。

ともに作ることがこの研究所の使命である。全国からくる

分子科学研究所技術課報告 2011

1

2011 年度ハイライト

機器開発
技術班
担当施設：装置開発室
http://edcweb.ims.ac.jp/

機械グループは、機械系技術を基盤として研究者から要求される実験機器の設計・製作を、5 名の技術職員と 2 名の技術支援員の 7 名で行っています。
『日常の実験研
究に必要な部品及び機器の設計・製作に迅速に対応すること』『分子科学の新展開に必要な新しい装置および技術を開発すること』を業務の柱として研究者と技術者との密接な対話により、独創的な研究のできる実験機器を提供することを心がけています。

製作依頼
2011 年度の製作依頼は、例年並みの 277 件の利用がら研究者との綿密な打ち合わせを行いながら設計・試作をありました。依頼内容は、スピーディーな対応が求められ繰り返す、以下のような開発的要素を含む製作課題も多くる部品製作や装置の改良のほか、実験装置の構想段階か

行っています。

レーザー開発研究機器の設計・製作

多チャンネルバイオセンサー製作用
７軸調整ステージの開発

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、 また 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まで、研究者と協力して行い、3 点発光プラグ型レーザモジュール（左写真）やマ
イクロチップレーザーなどのレーザー研究機器を製作しました。

技術レポート P.22

-XAFS 用セルの製作

アンジュレータ用マルチワイヤ補正コイルの製作

蛍光 XAFS 用に使用するために窓の立体角の確保、高温での使用、密閉性の確保、蛍光スペクトルを妨害しない構造材料の選定などの研究者からの要求に対して、透過窓材の強度評価、各種構造材料に対する溶接やロウ付け、継ぎ手構造などの製作方法の試作検討を行い、μ -XAFS 用セルを完成させました。

任意の磁場分布を発生させる
ための、マルチワイヤ補正コ
イルの製作を行いました。銅製のフラットワイヤーを精度よく配列させる製作方法や、
アンジュレータ内真空ダクトの上下面への正確な設置方法の提案、組み立てジグの設計・製作を行い真空ダクトへの設置を行いました。
技術レポート P.18

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の製作製作しているマイクロ流路ミ
キサーは、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ます。機械加工では製作することが出来ない幅
10 ミクロン、深さ 50 ミクロ
ンの微細な流路構造が必要なため、フォトリソグラフィーと PDMS モールディングにより製作を行っています。装置
開発室では、このようなフォ
トファブリケーションによる微細加工技術を新たな支援技術として展開しています。
技術レポート P.20

2分子科学研究所技術課報告 2011

神経細胞のシグナル伝達などの研究に利用されるセンサー
用 PMMA 基板の所定の位置には、X 線リソグラフィーによるφ1 〜 2ミクロン程度の微細貫通孔の加工を行います。そのため、X 線マスクとPMMA 基板との位置合わせを正確かつ簡便に行うことができる 7 軸調整ステージの開発を行いました。

マジックミラーの製作
マジックミラーは、線光源である放射光（SR）を 1 点に集光するための非球面・非対称の集光鏡です。今回製作した
マジックミラーはテラヘルツ
SR の集光で利用されるもので10 ミクロン以下の形状精度が求められています。
技術レポート P.24

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

施設利用

技術開発

分子科学研究所で展開される共同研究・共同利用を通じ日々進歩する最前線の研究に対して、常に新しい工作て全国の研究者への製作支援を行い、分子科学を中心とす技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います。

る幅広い領域の学術研究に貢献しています。
2011 年度施設利用申請課題一覧
申請課題名

MgF 2 非球面レンズ−超精密加工―機関【前 期】

光学結晶材料の超精密加工に関する

マイクロ波イメージング

核融合科学研究所

技術開発は、他機関と継続的に実施してきました。今年度

高集光効率回転楕円体鏡の製作

京都大学

は真空紫外放射光を使用したサブミクロンスケールの顕

視覚と触覚の感覚統合による素材弁別の神経メカニズ
ムについての研究

生理学研究所

微分光での用途が期待される、MgF 2 非球面レンズの製作

固定表面反応の in − situ 赤外吸収分光のための片持ち梁型試料ホルダーの改造

東京大学という所内ニーズも見つかり、ナノレベルの要求精度に応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開発

核融合科学研究所

グラフェン分子読み取りデバイス開発

横浜国立大学

電子ビーム溶接における異種金属の接合・ものづくり
教育のための試作装置の製作・開発

名城大学

【後

−レーザー加工機開発―期】

マイクロ波イメージング

核融合科学研究所

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開発

核融合科学研究所

多チャンネル光神経電子集積回路素子の PMMA 基板
開発・微細貫通孔形成の精度向上

名古屋大学

時間分解電子運動量分光装置のための超音速分子線源
および画像観測イオン検出器の開発

東北大学

ものづくり教育のための試作装置の製作・開発

名城大学

固定表面反応の in − situ 赤外吸収分光のための片持ち梁型試料ホルダーの製作えるために加工条件の検討に取り組んでいます。

3 年前より取り組み始めたフェムト秒
レーザー加工機開発では、製作依頼を受けてマイクロメートルオーダーの微小な磁性薄膜の作製に使用される蒸着マスク製作を行うなど、具体的な成果が得られました。
TOPICS

レーザー加工装置

リソグラフィー室を新設

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開発

主要設備
マスクアライナー

既存の赤外吸収分光装置に組み込むため、限られた空間内で動作可能な特殊な移動機構、かつ熱的・機械的に安定な試料ホルダーの製作を行いました。申請者との緊密な連携のもと、3 次
元設計、有限要素法解析などを行い、設計・試
作検討を繰り返し行い、市販にないオリジナル
な試料ホルダーの開発に協力しました。

核融合炉や加速器などの大型超電導マグネットに使用される、新しく開発された Nb 3 Sn 超電導線材の曲げ歪みに対する臨界電流特性測定用
プローブの開発を行っています。せん断応力の発生しない純曲げ機構の提案、プローブ全体の詳細設計・製作、曲げ機構動作検証までを一貫して行っています。

ミカサ MA- 10

スピンコーター

ミカサ MS-A 100

プラズマクリーナー

PDC- 32G

スクライバーSC- 100

走査型プローブ顕微鏡

SII SPA- 400

マイクロスコープ

斎藤光学 SKL-Z 200 B

超純水製造装置

ザルトリウス アリウム H 2 0

技術レポート P.25

分子科学研究所技術課報告 2011

3

2011 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は、分子科学研究所の研究施設・装置開発室にあって、所内外の分子科学分野の先駆的な研究に必要な実験装置の開発を行っています。

CPLD を用いた NMR 用 2 チャンネル
高速高分解能 A/D ボードの製作

電子機器開発技術係は、基盤技術の育成および先端的なNMR（Nuclear Magnetic Resonance）とは、強い磁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。

場に置いた試料（正確には原子核）にラジオ波領域の電磁近年では、大規模集積回路設計製作技術、機器組み込みマ

波を照射すると、共鳴した試料（の原子核）から放出されイコン応用技術、カスタム・ロジック IC 設計技術に重点る信号を検出して分析する実験手法です。これを医療に応を置いて取り組み、その成果は本誌の技術レポートや技術用したものが MRI（Magnetic Resonance Imaging）です。

研究会等で報告されています。

NMR 実験で検出する信号は微弱なので、高速高分解能

ガラス機器開発技術係はガラス部品の加工による科学の A/D 変換器で繰り返し測定することでノイズの影響を機器の製作に加え、安全衛生管理室の安全衛生管理者とし抑え、精度を高められます。一方、信号は振幅と位相を示て週に 1 度、明大寺地区と山手地区の実験室の巡視を行いすサイン成分とコサイン成分に分離するため、A/D 変換器

所内の快適な職場環境作りのための業務を行っています。

は 2 回路同時に動かす必要があります。また、A/D 変換器
を出来る限り高速に動かすには、複数ある制御信号を不必

微小容量測定回路の製作

要に引き延ばさず手早く順序良く送信する必要があります。

容量を直接ディジタル

このような複雑な制御信号を送信する回路には、CPLD

値に変換する容量ディジ

や FPGA といったプログラマブルデバイスが適してい

タルコンバータと呼ばれます。今回使用した A/D 変換器の変換速度は最高 1 . 5

る 専 用 IC を 使 用 し、 微

MSPS ですが、CPLD を使用することで約 90 % の変換速小容量測定回路の試作を度を実現すると共に仕様変更にも柔軟に対応できる制御回

行 い ま し た。 こ の IC は路を構築しました。

測定範囲± 4 pF の容量技術レポート P.29

を測定精度4 fFで極めて高精度に測定することを可能とします。ICの使用に当たってはマイコンとのインターフェースが必要となり、その間は 2 線による双方向シリアル通信
である I 2 C 通信方式が採用されています。ここでは dsPIC
マイコンを用いたインターフェース回路を中心に、試作回路による微小容量の測定結果などについても報告します。
技術レポート P.27

4

分子科学研究所技術課報告 2011

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 オペアンプ集積回路の評価試験及び機能性回路（デジアナ混載 LSI）の設計

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。

多チャンネル光神経電子集積回路開発

昨年度の技術課 Activity Report で CMOS アナログ集積回路の試作について報告しました。今回は、製作した名古屋大学の宇理須恒雄教授からのLSI が設計時の仕様を満たしているかを確認するために特申請であるこの課題は、バイオセンサのためのイオンチャンネル電流測定回路の性評価を行いました。
この試験結果では、オペアンプの周波数特性が設計した

多チャンネル化に加え、測定回路に容量補正機能を付加することで測定器の機能

値よりも大幅に低下していることが判明しました。そこで向上を目的とするものです。

その原因を考察し、性能向上のための対策を施した上で 2

今回は 4 チャンネル分の電

回目の CMOS 集積回路の試作設計を行いました。
今回は、オペアンプを用いた機能性集積回路として三流測定回路と容量補正回路を含むアナログ信号処理回路を設計・製作しました。

角波発振回路の設計も同時に行いました。発

多チャンネル高電圧高周波・低周波
ハイブリッドマイクロコンピュータ
制御電源の開発

振回路はオペアンプと論理ゲート、スイッチ

東邦大学の菅井俊樹准教授からの申請である本課

ング回路の組み合わせ

題は、原子数の異なるクラスターなどを気相移動度で構成されています。

によって分離し、それらを高周波と低周波を重畳した電場により長時間にわたって保持するための装置

技術レポート P.31

です。この目的のためには、高周波として数十 KHz〜数 MHz, 1 KVpp、低周波として数 Hz 〜数百 Hz,
出張報告

KYT 講習受講報告

技術課活動レポート P.59

数 V 〜 100 V の電源が必要となります。また、それら電源回路のパラメータ設定および制御は、ホスト・

私は 11/9 〜 11/11 に核融合科学研究所で開催された、東海北陸地区国立大学法人等技術職員合同研修（複合領域コース）に参加しました。研修の中心であった KYT（危険予知訓練）講習は、旧国鉄時代に始まり多くの企業に取り入れられている労働災害防止訓練の中核をなすものです。KYT訓練の概要と研修内容について報告します。

発表報告

パソコンとオン・ボードのマイコン間のデータ通信で行います。現在、4 チャンネル分のプリント基板を設計し開発を進めています。最終的には 10 チャンネ
ル分の電源回路を開発する予定です。

2011 年度の研究会発表は以下のとおりです。

第 6 回自然科学研究機構技術研究会「地磁気キャンセラーの製作」

平成 23 年度静岡大学技術報告会「VHDL と CPLD を用いたカスタムロジック回路の製作手法」

豊田 朋範
豊田 朋範

北海道大学低温科学研究所技術部セミナー「磁気キャンセラーの製作」

吉田 久史

分子科学研究所技術課報告 2011

5

2011 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/

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ター

レーザー開発研究センタに所属する技術職員 7 名によってに所属する技術職員はセンター所有の共通機器管理やセン構成されています。主な業務は放射光の供給支援、利用支

ターに関わる業務全般を担当しながら、光分子科学研究領

援、レーザ技術支援です。

域の研究グループに対してレーザー関連の技術支援を行っ《放射光供給支援》安定したシンクロトロン光を供給するています。また、数サイクルレーザー用自己相関計や凝縮ための加速器の運転、管理、保守を主な業務としています。

系でのコヒーレント制御を目指した計測システムの構築な

コヒーレントシンクロトロン光発生・自由電子レーザー実

ど、装置開発業務も行っています。

技術レポート P.40

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。
《放射光利用支援》シンクロトロン光を利用し、質の高い観測実験に関与できるように維持、保守、改良、開発、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、
液体ヘリウムなど寒剤準備、真空機器・観測計器の管理・更新や観測用プログラムなどの製作・更新・実験機器の開発・製作などの業務を行っています。真空技術・制御技術・
放射光ビームライン光学技術・低温技術・機器設計技術などが必要とされます。
2011 年度活動報告
2011 年 5 月

国際会議 STAC 5-AMDI2 参加（横浜市）

8月

職場体験（岡崎市立常磐中学生 2 名）

8月

職場体験（岡崎市立額田中学生 1 名）

9月

信州大学機器分析技術研究会参加（長野市）

9月

分子科学討論会参加（札幌市）

11 月

東海北陸合同技術研修（複合領域）参加（核融合研）

12 月

職場体験（豊田市立藤岡中学生 1 名）

12 月

中部 SR 光施設見学（瀬戸市）

2012 年 1 月

6

機構技術研究会参加（天文台）

6月

放射光学会参加 （鳥栖市）

3月

九州工業大学情報技術研究会参加（飯塚市）

3月

分子研技術研究会参加・開催協力

分子科学研究所技術課報告 2011

自己相関計の構成

見学の対応
UVSOR では、総務課企画評価係と技術課学術支援班を通して外部からの見学を受け入れています。見学者は、35 ｍ四方の蓄積リング室を一望できる歩廊（テラス）に上り、職員からの説明を受けます。昨今、広報活動の重要性がクローズアップされつつあるなかで見学者は増加傾向にあり、特に夏休み期間は高校からの見学が大変多くなってきています。最近は、一般企業からの見学も増えつつあります（ほかに、文科省などの視察を受けることも大変重要で、これも広い意味での見学としてカウント
しています）。平成 23 年度には、延べ 500 人以上の見学者
が UVSOR を訪れました（なお、
UVSOR は今年の秋に行われる
一般公開の際にも自由に見学することができます）。

スタッフ Information
堀米 利夫

HORIGOME, Toshio

蓮本 正美

HASUMOTO, Masami

山崎潤一郎

YAMAZAKI, Junichiro

中村 永研

NAKAMURA, Eiken

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

量子ビーム基盤技術開発のための環境構築

UVSOR ではレーザーと電子ビームを用いた光発生とその実用化を目指した研究計画が、2008
年度に量子ビーム基盤技術開発プログラムに採択され、加速器光源グループはその研究遂行のために必要な加速器の改造を進めてきました。今年度は春期に 2.5 ヶ月間、秋期に 1 週間共同利用運転を停止し、加速器関連の改造と同時にビームラインの移設を合わせて行い、実験・研究が可能な環境を構築しました。これら改造においては、共同利用実験に影響がでないように作業を進めることが強く求められます。そのためには綿密な作業工程と事前の精密な設計と準備が必要でした。特に、技術職員は作業内容を把握し工程表を作成して、改造・整備作業を積極的に進めました。
新設されたベンディングダクト

主な整備作業
A. 加速器改造 技術レポート P.34
・可変偏光アンジュレーター 2 基を電子蓄積リング S 1 長直線部に設置
・2 基のアンジュレーター間にバンチング用電磁石の設置
B. ビームライン移設 技術レポート P.37
・THz ビームライン（BL1B）の新設（B1 及び B 2 ダクトの更新）
・BL 1A を BL 2A に移動、BL 1B を BL3B に新設移動量子ビーム基板技術開発用挿入光源

真空部品のリサイクル（再生）UVSOR では、技術支援員と協力の下、真空部品のリサイクルを心掛けています。ビームラインの移動解体などによって真空フランジ・短管・
小型チェンバなどの再生利用できる部品が多くストックされています。しかし、再生利用するには修理・洗浄など、時間と手間が掛かります。
部品リサイクルは機能確認後（修理が必要なものも多々ある）、中性洗剤による流水洗浄、超音波純水洗浄（40℃、1 ｈ以上）
、真空乾燥
（100℃、24 ｈ以上）
、部品によっては真空パック包装の工程で行い、保管しています。リサイクル品にはマークを付け新品購入品との区別を心掛けていますが、リサイクル品の洗浄度は新品と遜色ない状況にあります。ただし、超音波洗浄器の大きさなど保有する設備から全てをリサイクル部品とするには限界があります。

出張報告

中部シンクロトロン光利用施設（中部 SR）見学

昨年暮れ（12 月）に、建設が進められている中部シンクロトロン光利用施設（中部 SR）
を見学しました。
中部 SR は、実験ホールの中心に直線加速器、ブースターシンクロトロン（周長 48 ｍ）、
その外周をエネルギー 1.2GeV の電子蓄積リング（周長 72 ｍ）の加速器群を配置し、その周りを遮蔽壁が覆う構造と成っていました。蓄積リングには超伝導偏向磁石を配置し、
硬 X 線領域の放射光を発生させることが予定されています。UVSOR に比べ偏向電磁石や、真空ダクトなど加速器の構成エレメントがコンパクトであることに技術の進歩を感じます。
ビームライン関係では、当初 6 本の設置が計画されており、すでに 2 本のライン設置が進んでいました。今年中（2012 年）にはビーム供用が予定されているそうです。
平成 24 年 4 月からは中村永研氏がこの施設でご活躍されます。

ホール中心シールド壁外観（この中に加速器群が設置されています）

分子科学研究所技術課報告 20117

2011 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セ(3) 分子分光

ンターの小型機器が統合されて平成 19 年 4 月に発足した

ナノ秒およびピコ秒パルス光波長可変レーザー、高感度研究施設で、所全体で共通で利用する NMR や ESR 等の汎蛍光分光光度計、顕微ラマン分光装置、円二色性分散計、用測定装置を有しています。これらの設備は所内はもとよ可視紫外分光光度計、赤外分光計、各種小型機器

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、所内限定で※詳しくは http://ic.ims.ac.jp/ をご覧ください。

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。（発足当時の名称は「化学系研究設備有効(1) 化学分析

活用ネットワーク」）このプロジェクトは全国の大学の所

NMR( 400, 500, 600MHz), 質量分析計 (MALDI-

有する各種汎用測定設備を相互に利用することで設備の有TOF-Mass), 有機微量元素分析装置、蛍光Ｘ線分析装置、

効活用を目指すものでコンピュータネットワークを利用し熱分析装置

た設備の予約システムを構築しています。

出張報告「2011年度 信州大学 機器・分析技術研究会」に参加
9 月に信州大学にて開かれた「2011 年度 信州大学 機器・分析技術研究会」に参加し「3 価リン化合物の構造解析における条件検討」という題目でポスター発表を行いました。当研究会は文部科学省所轄の大学共同利用機関法人、国立大学法人および独立行政法人国立高等専門学校機構に所属する技術系職員
が技術研究発表、討論を通じて技術の研鑽、向上を図ると共に相互の交流と協力により技術の伝承をふまえ、学術振興における技術支援に寄与することを目的としています。今回の発表では、酸化しやすい 3 価のリンを含む化合物において、イオン化法の異なる質量分析から得られる結果の相違を発見し、その証明において他の分析機器を用いて構造を確定させたという内容でした。当研究会を通じて有意義な情報交換ができ、今後の業務に役立てたいと考えています。
（牧田 誠二）8

分子科学研究所技術課報告 2011

出張報告

ラマン分光法に関するセミナーに参加
７月に開催された、ラマンセミナー「カーボン材料分野への最新ラマン分光法の応用」に参加しました。ラマン分光法はグラファイト、ダイヤモンド、フラーレンなどのカーボン材料の構造分析に有用であり、特に近年では、カーボンナノチューブの直径や電気的特性の評価に使われています。このセミナーでは、多くのカーボン材料の測定例を見ながら、ラマンスペクト
ルが示す特徴をおさえることができました。また、SiC の結晶
評価や Li イオン電池の解析など、最新の分析事例も見ることができました。さらには、ラマン分光法とともに広く用いられている赤外分光法との違いや、メリット・デメリットなどの基礎的なことを確認する講演もあり、非常に有意義なセミナーでした。このセミナーで得た知識を、機器センターでのこれからのサポートに役立てていきたいと思います。
（齊藤 碧）

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

機器センターで新たに導入された装置を以下に紹介します。

400MHz 核磁気共鳴装置（担当：中野 路子）
平成 23 年 8 月に、基本測定に頻繁に使用されている
Lambda400 が ECS400 という新機種に更新されました。マグネットの磁場は同じ 9.4 テスラですが、ここ十数年の間に大きく技術は進歩し、測定感度は上昇し、磁場勾配（PFG：Pulse Field Gradient）を使った様々な応用測定も間単にできるようになりました。オプショ
ンで Autotuning ユニットおよび低温 VT ユニットがついていますので、多核測定や -150℃までの低温測定も可能です。

技術レポート P.43

電子スピン共鳴装置（担当：藤原 基靖）
電子スピン共鳴（Electron Spin Resonance：ESR）
法とは、磁場中に置かれた不対電子のエネルギー準位間遷移を観測する分光法です。一定のマイクロ波を照射しながら磁場を掃引していくと、電子スピンのエネルギー
準位とマイクロ波のエネルギーが等しくなった時に共鳴吸収が観測されます。この共鳴磁場や吸収強度などから、物質の電子状態や構造情報を得ることが出来ます。ESR
装置は、有機ラジカルや遷移金属などの物性分野の他にも、材料、放射線線量、酸化還元・触媒反応の分野でも利用されます。機器センターでは、3 台の ESR 装置を所有しており、H22 年 3 月には Q-band パルス ESR 装置、H24 年 3 月には X-band CW-ENDOR 装置が追加されました。これら多くの ESR 装置が所外公開されており、全国的にも貴重な施設となっています。

技術レポート P.46

分子科学研究所技術課報告 20119

2011 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/

岡崎情報ネットワーク管理室業務

計算科学技術班は、計算科学研究を支える HPC(High
Performance Computer) や 研 究 活 動 に 不 可 欠 な

自然科学研究機構岡崎キャンパス全体の情報ネット

ICT(Information and Communication Technology) 機

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

SINET 等の外部ネットワークとの接続、Firewall を始めの立案、調査、分析、研究に携わる情報工学系の技術集団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であり、現在 7 名の班員によって構成されています。主な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業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

分子科学研究所職員の情報通信に関する相談や調査のとどまらず、生理学、基礎生物学にも開かれた計算科学窓口となり、情報通信サービスの運営管理を始めとして、研究の共同利用に供している HPC の管理・運用を主軸と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

して、ハードウェア環境およびオペレーションシステム・

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

ミドルウェア等のソフトウェア環境における技術調査、アを行っています。

プリケーションのプログラミング、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

最先端のキャンパス間通信

キャンパス間通信に 100Gigabit Ethernet を導入しました。これは世界的に見てもまだ導入事例が少ない最先端の通信規格です。詳細は技術レポート（P. 49）を御覧下さい。

2011 年度発表一覧

次世代ナノ統合シミュレーション
ソフトウェアの研究開発
第５回公開シンポジウム

分子科学研究所技術研究会

2012 年 3 月に開催されたナノ・ライフ公開シンポジウム
で以下の発表をしました。

手島史綱

スーパーコンピュータの更新

内藤茂樹

ネットワークサーバのリプレースブレードからクラスターへ

岩橋建輔

フリーな実装を使った RFID の活用

澤技術研究会講演のライブ配信と双方向放送の実施報告

水谷文保

密結合環境の開発

岩橋建輔

科学技術計算プログラム用入力支援ツール
Nano-Ignition

10

分子科学研究所技術課報告 20112012 年 3 月に開催された技術研究会で以下の発表をしました。
水谷文保

昌孝

vSMP によるマルチノード間スレッド並列環境の実現

松尾純一

ポートスキャンお断り装置

長屋貴量

X Window 高速リダイレクトソフトを使う意義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

TOPICS

大規模システムの更新
本年度の一番のトピックは、計算科学研究センターの HPC システムと岡崎キャンパス全体の情報ネットワークの 2 つの大規模システムの更新があったことです。詳細はそれぞれの活動レポートを参照下さい。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、特に日常使用する情報機器ということで、システム入れ替え時のサービス停止期間を極力減らすことや、導入後の安定運用のために細心の注意を払っています。

技術レポート P.51

重量級機器の搬入にはクレーンが使われましたクラスタ演算サーバ

高速 I/O 演算サーバとディスク装置

床下に配線される電源ケーブル。
これでも半分です。

設置時には多くの作業員が力を合わせて
１ラックづつ接続します

搬入口より背が高い機器は、結局人力で斜めにして入れました

分子科学研究所技術課報告 201111

2011 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

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。

寒剤の供給業務は主に以下に掲げる項目があります。

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

液体ヘリウムの供給――高分解能核磁気共鳴装置・電子ス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

ピン共鳴装置・各種物性機器など、超電導マグネットを有ができるのが特徴です。

した実験機器の運転には必要不可欠な冷媒です。

液体窒素の供給

液体窒素の供給――主にサンプルの冷却用に用いますが、

セルフサービス方式 ――ユーザー自身が液体窒素を汲み出

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

すシステムとなっています。

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供給の予約は特に必要なし――勤務時間内であれば好きなられるなど使用用途は幅広いです。

時間に汲み出すことができます。

高圧ガス製造施設の管理――寒剤は高圧ガス保安法の対象

液体窒素の汲み出しは完全自動化――分子研ではすでにとなる物質なので、高圧ガス製造施設としての保安の管理

25 年ほど前から自動化に対応しています。両地区共通のも重要な業務となっています。

バーコードによる管理情報の読み取り方式を採用。 操作

液体ヘリウムの供給

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。

とができるのが特徴です。

明大寺地区の供給体制――現在は、更新されたヘリウム液

高圧ガス製造施設の管理

化機リンデ社製 L280 により製造された液体ヘリウムを研

液体ヘリウム製造装置、ヘリウムガス回収装置、液体窒素貯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槽は何れも高圧ガス保安法に則り有資格者が管理をしています。

してフリーに使用できる体制を取っています。また、研究

ヘリウム液化機の更新

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

明大寺地区のヘリウム液化装置は平成 23 年 11 月に更制を整えて研究者の利便性を図っています。

新が行われました。液化機・液化用圧縮機・液体ヘリウム

山手地区の供給体制――8 年目を迎えるヘリウム液化機リ貯槽・バッファタンク・ガスバッグ・回収用圧縮機・中圧ンデ社製 TCF20 は大きな故障もなく安定的な供給を担っ

ガスドライヤー・ガスホルダーおよび周辺装置が、ほぼ全ています。NMR への液の供給が 9 割を超えるため供給ロて一新されました。新装置の主な特徴は、今までの機器とスも少なく、ヘリウムガス回収純度低下によるトラブルも比較して省エネ型になっています。具体的には、ほぼ同じ皆無です。明大寺地区同様、共通容器の持ち出しはフリー

液化率に対して、液化用圧縮機の電動機が旧型 410KW にの体制で利便性を図っています。

対し、新型では 160KW の能力で実現できる等、今の時代

液体ヘリウムの持ち出し自動化システム――ヘリウム容器に相応しい環境エコロジーを意識したものとなっています。

の持ち出しは、『液体ヘリウム供給自動システム』により

12

分子科学研究所技術課報告 2011

技術レポート P.55

2011 年度ハイライト

学術支援班
スタッフ Information

担当施設：広報室、史料編纂室、研究室

賣市 幹大

URUICHI, Mikio

南野

MINAMINO, Satoshi

智

原田 美幸

HARADA, Miyuki

寺内かえで

TERAUCHI, Kaede

中村 理枝* NAKAMURA, Rie* 技術支援員

学術支援班は 4 名の技術職員が広報室、史料編纂室、研究室にて、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。
研究室
学術支援班では様々なテーマで各大学との共同研究・

広報室
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

く伝えることの重要性が益々増加しています。このようなべき役割を担っております。分子研・研究室では赤外反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

射およびラマン分光法、X 線結晶構造解析、磁化率測定なれており、技術職員が 2 名配置されています。主な業務内

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

容は以下のとおりです。

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

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

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ます。これらの支援には機器センターに所属する共通機器

各種作成：出版物、ポスター・ホームページ等も利用しており、分野領域を超えて若い研究者達がそれま

その他：見学対応、学会発表ポスター印刷、写真撮影等で触れたことのない測定機器や分析法に対する知見を広

今年度の新たな試みの一つとして、イベント情報配信

げる役も果たしております。それによって得られた成果はサービスをはじめました。分子研主催の市民公開講座・分

国内外での学会で発表されております。

技術レポート P.58

子科学フォーラムや自然科学研究機構シンポジウム等市民向けの情報をメールで配信することにしました。配信の頻度は、開催日の１か月前と１週間前に送付することを基本としています。登録は分子研ホームページから出来る他、ポスターやリーフレットに掲載している QR コードからも行っていただけます。
まだ、登録者数は 80 名程度ですが、フォーラムの定員が 200 名（溢れることもありますが）であることを考慮

TOPICS

分子研レターズ表紙

分子科学コミュニティー誌である分子研レターズを作成しています。年２回の発行ですが、特に表紙の作成は、いつも悩まされます。着任当初は写真を並べるだけの表紙でしたが、54 号の全面リニューアルを皮切りに、表紙に悩む日々が始まりました。試行錯誤を繰り返し、最新号である 65 号は今までになく柔らかい印象に仕上げることが出来ました。「読みたい！」いやせめて「読んでみよーかなあ」と思っていただける
表紙を作るために、表紙を巡る日々は続きます。（原田 美幸）

すればまずまずでしょうか。科学関係のセミナーが少ない
岡崎市です。少しでも多くの方にご参加いただけるよう、
次年度も広報活動に力を注いでいきます。
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（史料）が失われないよう、関連史料をできるだけ収集・保存するため、アーカイブズ活動を進めています。学術支

分子科学研究所技術課報告 201113

平成23年度の技術課について
技術課長

鈴井

光一

技術課は研究所の技術職員を一つの集団として組織したもので、技術分野に応じて 7 つの技術班があります。班は主として所の研究施設などに対応して組織され、技術職員は各施設で技術業務を行っています。本誌「かなえ」は平成 23 年度の各班の業務内容や成果を紹介しています。このページでは、技術班や研究施設ごとではなく、技術課として実施した活動を紹介します。

機構技術研究会

受入研修

自然科学機構 5 研究機関に所属する技術職員のための研

全国の大学や研究機関の技術職員を受け入れ、技術課の究会で、平成 23 年度は国立天文台が中心となって開催さ

職員と互いの技術向上および交流を目的として、平成 23れました。法人化以降毎年続いて第 6 回目となっています。

年度は以下の受入研修を行いました。

この研究会は機構内の様々な技術分野に携わる技術者が一堂に会して開催するため、参加者は異分野の技術にはなかなか深く入り込めず、研究会として常に内容や形態が模索

所

属

名

内

名古屋大学

大西 崇文

型彫放電加工技術研修

全学技術センター福田 高宏

ヘリウム液化機運転研修

松下 幸司

ヘリウム液化機運転研修

松岡博

ヘリウム液化機運転研修

小林 和宏

ヘリウム液化機運転研修

千葉

レーザー光による量子干渉

されていました。そこで、この回は各研究機関共通のテーマとして「研修について」を取り上げ、テーマセッション氏

容が設けられました。開催後のアンケートでは賛否ありましたが、なるべく参加者が共有できる有意義な研究会を目指

岩手大学

寿

工学系技術室実験についての研修

した試みとしては効果的でした。また、この研究会では自藤崎 聡美

広報活動の実務研修

然科学研究機構の技術職員全員が参加できるよう、イン武田 洋一

溶接技術に関する研修

ターネット中継で機構内の研究機関や天文台の野辺山やハ

舞鶴高専

ワイなど 7 カ所を双方向で参加できる環境を作り、後から教育支援センター

眞柄 賢一

技術研究会

見られる VOD も提供できるようにしました。これには前準備も含め分子研の計算科学技術班が中心となって活躍し

3 D 表示技術研修
マネジメント研修

名古屋大学からは、新人研修の一環で分子研の装置開発室で延べ 5 日間の加工技術研修を行いました。また理学部ました。
以下に研究会での分子研からの技術発表について示しのヘリウム液化装置の管理・運転をする専任者が退職のた
め、現在は他部署からの応援で運転業務を担う体制となっます。

ているそうで、液化装置の運転業務の研修を受入研修で実

第 6 回自然科学研究機構技術研究会
会期：2011 年 5 月 26 日〜 27 日
主催：国立天文台技術系職員会議 会場：国立天文台三鷹キャンパス

施しました。ちょうど分子研に新しいヘリウム液化装置がテーマセッション

受講してもらいました。

分子科学研究所技術職員の研修について
研究所紹介

鈴井光一

技術セッション

導入されたばかりで、その導入講習のタイミングに合わせ岩手大学からは 3 名を 3 日間、それぞれの専門技術を高める研修を行い、舞鶴高専からは延べ 13 日間（土日も岡磁気キャンセラーの製作

豊田朋範

分子研レーザーセンターにおける装置開発業務の紹介

岡野泰彬

磁気物性測定装置の紹介

藤原基靖

HD 品質のライブ配信の実用性

澤昌孝

崎に滞在）の研修を行いました。内容は専門技術に関する研修および、特に舞鶴高専の眞柄氏は技術職員組織の運用について生理研や基生研にも出向いて意見交換を行ったりしていただきました。岩手大学、舞鶴高専の研修者からは、分子研だけが受け入れるのではなく相互に受け入れていく

14

分子科学研究所技術課報告 2011

事が重要であるとの認識で、これからの若い技術職員の専ところで、研究会の冒頭に述べさせて頂きましたが、こ門技術に関する研修や交流を促進させるよう働きかけていの技術研究会が分子研で発足してから 36 年経過しましただけるとのこと。今後の発展に期待したいと思います。

た。持ち回りの研究機関や大学など、これまでに関係された方々の努力でここまで続き、歴史も出来上がってきまし

技術研究会

た。より良い研究会にしようと全国から集まって議論もさ

KEK、核融合研、分子研、各大学での持ち回り開催のれます。そういった過程を経て現在の技術研究会となり、技術研究会は、平成 23 年度は分子研で開催する年でした。

それを踏襲する形で今回の技術研究会を準備しました。数

3 研究機関と大学とで持ち回り開催ですので、前回の開催年前からですが、古くから研究会で一緒になる旧知の人々

から 6 年ぶりとなります。昨年度の 3 月に熊本大学で開催と話をしてみると、かつては教えられたり教えたりする刺された総合技術研究会の直前に、光技術班の山崎係長を実激のある研究会だったと言います。また、その頃が懐かし

行委員長とする委員会を立ち上げ、開催準備に取りかかり

い、そういった技術研究会にしてほしいという声も聞きまました。概略は以下の様になっています。その他詳細は、

す。まったく同感で、例えば分科会ももう少し分野を絞り技術研究会 Web ページがまだ残されていますので参照し込むなり、研究会のスタイルを変えることで解決すると思て下さい。

います。ただ、これだけ全国規模になった今では、そう簡

https://www.tech.ims.ac.jp/ws2011/

単には行かないのが実情です。どうやら技術研究会の意義

今回の参加状況は 44 機関から約 240 名の参加者があり、として何を求めるかの方向が分化していると思います。今分子研で開催するにはこの規模が最大で、これ以上の大きな

回、開催担当機関で準備する側として、そのあたりを明確

研究会は分子研で開催することは困難であろうと感じます。

にできなかったことが反省点の一つでした。

第 18 回分子科学研究所技術研究会
会期：2012 年 3 月 8 日（木）〜 9 日（金）会場：岡崎コンファレンスセンター

開催分野
機械・ガラス工作技術（機械・ガラス・セラミック工作技術）
回路技術（計測・制御技術、アナログ・デジタル信号処理技術）
極低温技術（低温機器装置の維持・管理、低温技術）
情報・ネットワーク技術（システム運用管理、情報処理、通信技術）
装置運用技術（加速器等研究施設関連技術、実験装置の設計）
その他
ポスターセッション

TOPICS

特別講演

情報交換会

施設見学

ゴーヤ節電

電気の無い生活などあまり気にしたこともなかったと思うのですが、1 年前の震災による原発事故から、「節電」は誰もが意識するようになりました。2011 年 5 月に中部電力の浜岡原発が停止することが決まった際に、所内で夏場の節電の対策事項を考えてもらうよう皆さんから様々なアイデアを出して頂き、出来る事項から実施しました。募ったプランの中に、エアコン効率を良くするために建物の南側壁面にゴーヤを栽培するというのが数件あり、やはり出たかと思いましたが、さすがに実施とまでは行きませんでした。次の夏に向けて電力需要を抑える節電対策をまた準備しないといけません。ゴーヤに朝夕と水やりして世話をする、今度はこれも実施事項に入れて見ようかなと考えてます。まずは所長室のエアコン室外機の回りから始めてみるか。

分子科学研究所技術課報告 201115

技術課セミナー

験装置のキーとなる要素部品の製作技術を機械加工の範囲

昨年度に引き続き「技術課セミナー」を開催しました。

で対応してきました。その頃、フォトリソグラフィー技術

以前より不定期に開催を行ってきましたが、今後は定例行

は手を出そうにも設備を整えることもできないため、別分事として定着させるようにして行く予定です。平成 23 年

野の技術として棲み分けていました。最近になって研究グ度は「フォトリソグラフィー技術の基礎と応用」として、ループから一部設備を譲り受け、マイクロ流路などの微細下記に示すように所外より講師を 2 名招き、合わせて 4 件

構造物を手がけるようになり、従来からの機械加工技術との講演で開催しました。

融合させることで、実験装置製作の支援技術の幅が広がっ

このセミナーは機器開発班が中心となって活躍しましてきています。今回は、フォトリソグラフィー技術を基礎た。機器開発班（装置開発室の機械工作グループ）がこれから学ぶことと、実際の実施例とその実績を紹介する企画まで製作技術として持ち合わせていた機械加工技術に、新としました。

たな手法として取り入れようとしているのが、このフォト

参加者は所内外の技術職員および教員と、岡崎商工会議リソグラフィー技術です。この技術はそもそも半導体製造所に後援をお願いし、呼びかけて頂いた近隣の企業からも技術と共に発展し、今ではかなり成熟した技術ですが、そ数名参加され合わせて約 50 名の充実したセミナーとなりの半導体製造以外にも様々な応用がされています。装置

ました。

開発室では 7 〜 8 年ほど前から「マイクロ加工」として実

その他研修等技術課セミナー「フォトリソグラフィー技術の基礎と応用」
開催日：2012 年 3 月 27 日（火）究会等以外に「放送大学による職員研修」「東海・北陸地「マイクロ波イメージング計測の開発」

区国立大学法人等技術職員合同研修」にも参加しています。

核融合科学研究所

教授

長山好夫「フォトエッチングの基礎と展開する加工技術製品例の紹介」
東洋精密工業（株） 回路基板事業部

部長

井上晴夫

「生体分子反応の実時間観察を可能にする溶液混合装置の開発と応用例」
分子科学研究所

生体分子機能助教

木村哲就「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」
分子科学研究所

16

平成 23 年度の技術課の職員は研修として、前述した研

分子科学研究所技術課報告 2011

研装置開発室高田紀子

また、奨励研究（科研費）の採択、所長奨励研究費（所内制度）による研究活動も行われました。さらに、研究施設ごとに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。

技術レポート
機器開発技術班
アンジュレータ用マルチワイヤ補正コイルの製作と設置

近藤

聖彦

18

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

高田

紀子

20

LIGA プロセス位置合わせ用 7 軸調整ステージの設計製作

水谷

伸雄

22

マジックミラーの製作

青山

正樹

24

一軸試料ステージのばね機構の製作

矢野

隆行

25

微小容量測定回路の製作

吉田

久史

27

CPLD を用いた NMR 用 2 チャンネル高速高分解能 A/D ボード製作
CMOS オペアンプ集積回路の評価試験及び機能性回路（デジアナ混載 LSI）の設計

豊田
内山

朋範
功一

29
31

量子ビーム技術開発に向けて〜電子蓄積リング改造（2）

山崎潤一郎

34

ビームライン移設

中村

永研

37

数サイクルレーザー用パルス評価装置の製作

岡野

泰彬

40

電子機器・ガラス機器開発技術班

光技術班

コラム

UVSOR 高度化のための複合機能型偏向磁石の設計 林 憲法

42

BL3B におけるエンコーダ値・Top-Up 表示について 酒井 雅弘

機器利用技術班
400MHz NMR 装置（JEOL ECS400）

中野

路子

43

電子スピン共鳴装置

藤原

基靖

46

コラム

昭和の香り 山中 孝弥

48

超短パルス、ピコ秒波長可変レーザー

上田正

計算科学技術班
ネットワーク機器の更新および増強

内藤

茂樹

49

スーパーコンピューターの更新

手島

史綱

51

コラム

IC カードを使うフリーなソフトウェア開発はどこまでできるか？ 岩橋 建輔
ライブ配信する際の注意点

澤

54

昌孝

新スパコンと GPGPU における行列計算時間の比較調査

長屋

貴量

低温技術班
更新されたヘリウム液化機 L280 について

高山

敬史

55

売市

幹大

58

正明

59

学術支援班
赤外・ラマン分光法による電子状態の研究

技術課活動レポート
東海北陸地区国立大学法人等技術職員合同研修 ( 複合領域コース ) における KYT 講習受講報告
コラム

職場体験での自然放射量の測定

蓮本

正美

永田

61

KYT トレーナー研修会に参加して 近藤 直範

分子科学研究所技術課報告 201117

技術レポート 機器開発技術班

アンジュレータ用マルチワイヤ補正コイルの
製作と設置
近藤

聖彦 機器開発技術二係

キーワード：アンジュレータ、電子ビーム寿命、補正コイル

はじめに

mm 間隔に加工されたアクリル製冶具を用いた。図 4 に示

UVSOR には、様々な偏向状態の光を発生させることがすように、この冶具の各溝に 14 本のフラットワイヤ、そのできる挿入光源として、図 1 に示す長さ 3 ｍ程度のアン

両側にポリイミドシートを設置後、厚さ 0.07 mm、幅 38

ジュレータが導入されている。しかし、このアンジュレー

mm のポリイミドテープを使用して、この 2 種類の部材を図

タは縦偏向モードにて運転した場合、蓄積リングの電子ビーム寿命が極端に低下することが確認されている。これは、電子ビームが不均一な磁場中を蛇行運動することによって、あたかも多極磁場成分中を運動しているかのような挙動となり、その運動が不安定になるためだと考えられている。そのため、この多極磁場成分の補正には、アンジュレータ内真空ダクトの上下面に図 2 に示す複数本の銅製フラットワイヤを設置し、それぞれのワイヤに異なる電流を流すことにより、任意の磁場分布を発生させ、電子の運動を補正する方法が有効であることが知られている。
UVSOR においてもこの方法を導入することとなった。こ図1

アンジュレータの外観

図2

マルチワイヤ設置簡略図の複数本のフラットワイヤをマルチワイヤと呼び、補正コ
イルとして機能させるため、これを真空ダクトの上下に設置する。このペアのマルチワイヤを総称してマルチワイヤ
補正コイルと呼ぶ。この製作と設置について報告する。

マルチワイヤの製作
マルチワイヤは図 2 に示すように 14 本のフラットワイヤとポリイミドシート、これらを結合するポリイミドテープで構成される。フラットワイヤの形状は長さ 3000 mm 程度、厚さ 0.3 mm、幅 3 mm である。また、上下のマグネットは可動することができ、その間の距離は最小 24 mm まで接近できる。これと真空ダクトの厚さ 22 mm を考慮すると上下のマグネットを最接近させた時の真空ダクトとマグネットの隙間は 1 mm となる。これにより、マルチワイヤの厚さは最大で 1 mm 未満でなければならない。ただし、本製作の設計においては、マルチワイヤとマグネットが接触しないように安全を考慮し、その厚さを 0.5 mm 未満にした。
フラットワイヤを精度良く平行かつ等間隔に並べて固定するため、図 3 に示す長さ 3000 mm、幅 3 mm の溝が 1

18

分子科学研究所技術課報告 2011

図3

アクリル製冶具

4 に示す冶具の端側から順に固定する方法でマルチワイヤのライドさせ、マルチワイヤの長手方向側を引っ張ること製作を行った。このシートは、テープが冶具に接着するのをで、このたるみを抑えた。たるみを抑えた状態でマグネッ

防ぎ、冶具からの取り外しを容易にするために用いた。そのトサポートを真空ダクトにゆっくり接近させ、マルチワイ

後、電流を流すための被服電線をフラットワイヤの両端にハヤが真空ダクトに接触した位置で、これを停止しポリイミ

ンダ付けし、電流制御器と接続できるようにした。

ドテープを使用してマルチワイヤを真空ダクトに固定した。
その後、固定したテープが剥がれないように注意しながら、

マルチワイヤの設置

アルミニウム製ロッドをマルチワイヤから取り外すことに本設置においては、2 つの設置条件があった。一方は、より設置を完了した。

既設のアンジュレータの真空ダクトにマルチワイヤを設置おわりにすることであった。このため、設置作業スペースに制約があり設置手順を十分に考える必要があった。

長さ 3000 mm 程度、幅 110 mm、厚さ 0.5 mm 程度

特に注意した点は、3000 mm 程度の長さを有する剛のマルチワイヤを 2 個製作し、これらを真空ダクト上下に設

性の小さいマルチワイヤをアンジュレータの隙間から真空置して、補正コイルとして機能するようにした。この製作しダクトまで、そのままの状態で挿入するとフラットワイヤ

たマルチワイヤ補正コイルを励磁することにより、電子ビー

が折れ曲がり、ダクトに密着させ固定することが困難にな

ム寿命が大幅に改善されることが確認された。また、アンることであった。そこで、長さ 3000 mm、幅 150 mm、

ジュレータマグネットとマルチワイヤをそれぞれ励磁した 2

厚さ 10 mm の板上にマルチワイヤを固定し図 5 に示すよ

つの条件で、電子ビームの位置とチューンシフトの関係を調うに、この板と一緒にマルチワイヤをアンジュレータ内真べ、両者を比較することにより設置精度の確認を行った。そ空ダクトまで搬送した。これにより、フラットワイヤの曲の結果、0.5 mm 程度の精度で設置できていることがわかっがりを抑えることができ、真空ダクトとマルチワイヤの隙た。今後、マルチワイヤを励磁するための電源制御装置の導間を極小にすることができた。

入と諸調整を経て、ユーザー利用時に稼働される予定である。

他方は、磁場の補正精度をより良くするために、マグネッ

謝辞

ト中心とマルチワイヤ中心が一致するように、マルチワイヤ
を真空ダクトに設置する必要があった。この設置の位置決め

この製作と設置にあたり、UVSOR の林技術職員、禿子

精度を向上させるため、マルチワイヤの両側に図 4 に示す位

技術支援員、装置開発室メンバーの協力を得て行うことが置決め用のアルミニウム製ロッド（152 mm× □ 10 mm）

できた。ここに深く感謝の意を表す。

を等間隔に 8 本ずつ取り付けた。また、これらを固定する
位置決め冶具（図 6 参照）を 8 個製作し、図 7 に示すように、これらをマグネットサポートに固定すると、マルチワイヤ中
心がマグネット中心と一致するように設計を行った。これにより、マグネットサポート上に等間隔に設置した 8 個の位置決め冶具に 8 本のアルミニウム製ロッドをそれぞれ固定するだけで、位置決めを容易に行うことができた。
ダクト下面の設置は、自重によりマルチワイヤが下方にたわむため、図 6 に示す冶具中央のロングプレートをス

図5

設置作業の様子

図6

図4

位置決め冶具製作に使用した部品

図7

位置決め冶具の設置図

分子科学研究所技術課報告 201119

技術レポート 機器開発技術班

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
高田紀子 機器開発技術二係

キーワード：フォトリソグラフィー、マイクロ流路ミキサー、エッジビード、SU-8、PDMS

木

マイクロ流路では、ほとんどの場合溶液は層流で流れる村助教から製作依頼を受けて、2 液混合のマイクロ流路ミ

ため、混合は拡散によってのみ起こる。十分な混合を行う

キサーの製作を行った。マイクロ流路ミキサーとは、2 種

ため混合部分の幅は小さい方が望ましく、幅 10 m で製類の溶液をマイクロ流路内で混合させ、混合による化学反作を行っている。また、蛍光強度を強くするには流路深さ

応や物質の構造変化を調べるのに利用されている。マイクは深い方が良く、深さ 50 m での製作を行っている。まロスケールであることの利点には、少量のサンプルでかつた、顕微鏡観察用に、目盛を 25 m ごとに、さらに数字

迅速に実験できることが挙げられる。今回製作を行うミキを 100 m ごとに 1 〜 99 まで記している。

今年度は、分子科学研究所

生体分子情報研究部門

サーは、蛍光強度変化および蛍光寿命測定によって、タン
パク質の構造変化を検出するために使用するものである。

製作方法
装置開発室では現在フォトリソグラフィーの設備を有

マイクロ流路ミキサーの構造しており、2 年程前からマイクロ流路パターンの製作に取マイクロ流路ミキサーの構造を図 1 に示す。φ 2 mm

り組んでいる。フォトリソグラフィーとはもともと半導体の穴から A と B2 種類の溶液を注入し、それぞれが流路をの分野で発展してきたもので、フォトレジストと呼ばれる

流れ中心まで来たところで、幅 10 m、長さ 50 m の混

感光性有機膜に光を照射することで、基板上にパターンを合部分で拡散による混合が起こる。そして次の幅 50 m、転写する技術のことである。利点としては、同じ面に対し長さ 10 mm の観察部分で蛍光顕微鏡観察を行うものであては、一度の露光で同時にミクロンレベルの加工が可能なる。

点を挙げることができる。今回のミキサーに必要な幅 10⁐ᾮm の微細構造は、通常の機械加工では製作
m、深さ 50ᾮ䛰䜑㒊ศ䠄ʔ2mm㽢4⟠ᡤ䠅⁐ᾮA䜢ὀධ

㉥ᯟෆᣑ኱
が困難であるため、フォトリソグラフィー技術を用いて製⁐ᾮB䜢ὀධ

4mm

4mm⁐ᾮA䜢ὀධ
4mm

11mm

作を行った。

ΰྜ㒊ศᖜ
製作工程を図 2 に示す。工程は大きく分けて、
（1）フォ
⁐ᾮ

ほᐹ㒊ศ

トリソグラフィーによるレジストパターンの製作、（2）PDMS での成型、（3）PDMS 流路へのガラスとコネクタの接着、の 3 つに分けることができる。各工程において実

⁐ᾮA

ほᐹ

験条件や手順を考える必要があるが、特に ( 1) のレジスト

㉥ᯟෆᣑ኱

⁐ᾮ

パターンの製作に関しては詳細な条件検討が必要で、その最適化に最も多く時間を要した。ここではその内容につい

ΰྜ㒊ศ
ᖜ10ʅm
ほᐹ㒊ศ
ᖜ50
ᖜ50ʅm

⁐ᾮB

て報告する。

フォトリソグラフィー実験条件の検討
⺯ග㢧ᚤ㙾
ほᐹ
⁐ᾮA

図1

20

マイクロ流路ミキサーの構造

分子科学研究所技術課報告 2011

フォトリソグラフィーでは、レジスト塗布、ベーク、露光、現像の各工程において、レジストの膜厚に応じて条件が異なる。大まかな条件はレジストのデータシートに記載されているので、それを基に、最適な条件を検討する必要140

䐟 䝅䝸䝁䞁ᇶᯈ䛾䜹䝑䝖䞉Ὑί䐤 ◳໬ᚋ䚸PDMS䜢䝺䝆䝇䝖䝟䝍䞊䞁䛛䜙䛿䛜䛩䛣䛸䛷ᆺ䜢䛸䜛䐥 䝁䝛䜽䝍᥋⥆䛾䛯䜑䛾✰䜢ຍᕤ䛧䛯䝇䝷䜲䝗䜺䝷䝇䜢䚸
PDMSᖹ㠃ഃ䛻᥋╔䛩䜛

120䝇䝷䜲䝗䜺䝷䝇

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100
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䝺䝆䝇䝖⭷ཌ(ʅm)

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60
40

䝺䝆䝇䝖 t50.9ʅm
20

䐢 ⌧ീᾮ䛻ᾐ䛡䜛䛣䛸䛷䚸ឤග㒊௨እ䛾䝺䝆䝇䝖䜢㝖ཤ䠄௒ᅇ䛿䝛䜺ᆺ䜢౑⏝䠅䐧 䝁䝛䜽䝍䜢✰௜䛝䛾䝇䝷䜲䝗䜺䝷䝇䛻᥋╔๣䛷᥋╔䛩䜛఩⨨ྜ䜟䛫䛾䛯䜑䚸Ɍ0.2mm䝽
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䛾PDMS䜢䝺䝆䝇䝖䝟䝍䞊䞁䛻ὶ䛧㎸䜐

䐨 䝽䜲䝲䞊䜢ᢤ䛝䚸PDMS䝟䝍䞊䞁ഃ䛻䜹䝞䞊䜺䝷䝇䜢᥋╔䝁䝛䜽䝍ᇶᯈ᩿㠃䛾ගᏛ㢧ᚤ㙾ほᐹ䞉䝺䝆䝇䝖ཌ䛥䛾 ᐃ

0
0

5

図3

10
15
୰ᚰ䛛䜙䛾㊥㞳(mm)フォトレジストの膜厚分布䝣䜷䝖䝬䝇䜽

マイクロ流路ミキサーの製作方法

25

䜶䝑䝆䝡䞊䝗㝖ཤ䛺䛧䠄SampleNo.110628Ͳ01)䜹䝞 䜺䝷䝇
䜹䝞䞊䜺䝷䝇

図2

20

9.7ʅm

䜶䝑䝆䝡䞊䝗㝖ཤ䛒䜚䠄Sample No. 111005Ͳ04)䝣䜷䝖䝬䝇䜽

䝣䜷䝖䝬䝇䜽

10.0ʅm
4.0ʅm

9.7ʅm

がある。
䝺䝆䝇䝖䝟䝍䞊䞁

フォトリソグラフィーの工程の中で、最も問題になった䝺䝆䝇䝖䝟䝍䞊䞁
14.3ʅm䝺䝆䝇䝖䝟䝍䞊䞁
12.1ʅm

12 9
12.9ʅmのがレジストの厚さムラである。特に、表面張力の影響で基板の端でレジストが盛り上がるエッジビードとよばれる

䝺䝆䝇䝖㧗䛥䠖41.0ʅm

現象が、今回のような厚膜レジストでは顕著に表れる。レ
ジスト塗布後、フォトマスクとレジストを密着させた状態䝺䝆䝇䝖㧗䛥䠖31.0ʅm䝺䝆䝇䝖㧗䛥䠖50.4ʅm䝺䝆䝇䝖㧗䛥䛿䚸Olympus㢧ᚤ㙾↔Ⅼ㊥㞳䛾ᕪ䛷

図4

ᐃ䛧䛯್

レジストパターンの形状に対するエッジビード除去の効果で露光するコンタクト露光を行うため、このようなエッジ
ビードの発生はパターンの精度を下げる原因となる。
実際、どの位置にどの程度の高さのエッジビードが生じているのかを把握するため、レジスト塗付後の基板を切断件の検討やフォトマスクの洗浄を行う等して、レジストの
高さ 50 m に対して幅 10 m の突起パターンを形状精度+3 m 程度で製作できることが分かった。

し断面を顕微鏡観察することで、膜厚分布を確認した（図3）。レジストは SU-8 3025 を使用し、スピンコートの

今後の予定

回転数と保持時間を調整することで、厚さが 20 m、30

今後は、レジストパターン形状精度の向上、PDMS 成

m、40 m、50 m となるように基板に塗付した。そ型条件や接着方法の最適化、さらにレジストの基板に対すの結果、いずれの膜厚においても、基板中心から 15 mm

る密着性の向上を図っていく。さらに、タンパク質の反応の辺りからエッジビードが生じ、レジストの膜厚が厚いほ

開始時間におけるバラツキを抑制することを目的としたマ

どエッジビードの高さが高いことが分かった。

イクロ流路ミキサー Ver.2 の製作に取り組む予定である。

エッジビードを除去するには試薬で余分なレジストを溶解する等の方法があるが、試薬の滴下量や滴下位置等のノウハウが必要となるため、今回は単純に基板ごとダイヤ
ペンで切断することでエッジビードの除去を行った。

最後に今年度は、いくつかの部屋に散らばっていたフォトリソ
グラフィーの設備が、化学試料棟の 208、209 号室にまエッジビード除去の効果を図 4 に示す。エッジビードをとまりました。スピンコーターや超純水製造装置なども新除去していない場合、幅 10 m 間隔のラインアンドスペー

しく購入し、徐々に実験環境が整いつつあります。2 月にスのマスクパターンが、レジストパターンでは幅 14.3

は、北海道大学のオープンファシリティ制度で公開していm まで広がっていることが分かる。また、幅 4 m の流るレーザー描画装置でマイクロ流路パターン製作のための路構造に関しては幅 12.1 m まで広がり、さらにパター

条件検討を行ったり、3 月には、分子研技術課の主催で「フォンの縁がギザギザになっている部分が多く見られた。それ

トリソグラフィーの基礎と応用」という題目で技術課セミに対してエッジビードを除去した場合では、パターンの広ナーが開催され、勉強や交流の機会もできました。まだまがりが 9.7 m から 12.9 m と完全ではないが多少抑えだ課題はたくさんありますが、話し合いをしながら進めてられ、また、縁のギザギザもほとんど見られなくなった。

行けるところが良い点かと思っています。もしご興味や用その他にも、塗付したレジストの乾燥（ソフトベーク）条

途がございましたら、いつでもお問い合わせください。

分子科学研究所技術課報告 201121

技術レポート 機器開発技術班

LIGA プロセス位置合わせ用
7 軸調整ステージの設計製作
水谷伸雄 機器開発技術一係

キーワード：7 軸調整機構、手動式、分割式、放射光エッチング

はじめにが、近年の工業製品は外観の美しさに反し改造や追加工が本ステージは、生命錯体分子科学研究領域、生体分子情難しく、構造上の問題もあり装置開発室で古くから使用し報部門、宇理須恒雄教授（平成 23 年 4 月より名古屋大学ていた工具顕微鏡の鏡筒部分を流用した。また、
放射光エッ

革新ナノバイオデバイス研究センター特任教授）の依頼にチングは、兵庫県立大学のニュースバル放射光実験施設をより設計製作した。宇理須教授のグループと装置開発室は、利用するため手軽に持運べるサイズを目指し調整機構は全

これまでに 1 チャンネルの培養型プレーナーパッチクランて手動式で最小限の調整量にとどめた。顕微鏡とステージ

プバイオセンサー（以下バイオセンサー）を開発してきた。

は分割式とし、ステージ単体での使用も考慮した（図 1）。

しかし、1 チャンネルのバイオセンサーでは一度に得られるシグナルに限りがある。そこで、一度に多くのシグナルを得る為に 16（4 × 4）チャンネルのバイオセンサーの開発が求められた。

16 チャンネル培養型
パッチクランプバイオセンサー
16 チャンネルバイオセンサーの開発に当たり、1 チャ
ンネルのバイオセンサーで使用している Si 基板の加工上

図1分割した顕微鏡とステージの課題である製作時間とコストの低減、及び量産を考慮して、プラスチック材料（PMMA）を使用することになった。厚さ 0.2 mm の PMMA 板はホットエンボス加工によ仕様
システム全景を図 2 に示す。

り升目状にならんだ 16（4 × 4）個のくぼみが熱成型される。くぼみは 100 m × 100 m の正方形で残膜厚さ 10
m 以下を目指す。この基板はさらに、16 箇所の薄膜部分の中央にφ 1.5 〜 2 m の貫通穴が必要になるが、この穴の加工手段として LIGA プロセスの放射光エッチングを応用する。放射光エッチング用マスクには、ステンレス枠に張られたポリイミドメンブレン上の金薄膜に 16 個のφ 1. 5 〜 2 m の穴があいたものを使用する。今回製作したステージは、上述の PMMA 基板とマスクを 10 m 以
下の精度で位置あわせし固定するための装置である。

図2

システム全景顕微鏡を含む全体の寸法は、幅 542 mm、奥行 300

ステージ設計にあたり設計にあたり研究室所有の何台かの顕微鏡が提示され、これらを用いて（改造して）低予算での製作が求められた

22

分子科学研究所技術課報告 2011

mm、高さ 303 mm となり、ステージ単体での寸法は、幅 542 mm、奥行 160 mm、最大高さ 94.5 mm で、中央には 60 mm × 60 mm の開口部を持つ（図 3）。

図3

ステージ単体図5

メンブレンマスク調整機構

図6

メンブレンマスク調整機構

移動部分には、スライドガイド、クロスローラーベアリ
ング、ボールスプラインが組み込まれ X 軸の早送り機構とZ 軸以外はマイクロメーターヘッドにより微調整する。
顕微鏡
対物レンズ 10 倍、接眼レンズ 10 倍で、接眼レンズ内のクロスワイヤーにより PMMA 基板とマスクの位置合わせを行う。焦点調整部にある専用ポストにダイヤルゲージを取付ける事で Z 軸移動量の読取も可能である。
PMMA 基板用調整機構
ステージ左側に PMMA 基板用調整機構を備え、ホット
エンボス加工された PMMA 基板はアクリルベースに接着
後、アルミ板を介してネジ止めされる。中央には φ44mm の開口部がある。X 軸はハイリードネジ（L=6 mm）
による早送り機構（移動量 140 mm）とマイクロメーター
ヘッドによる微調整機構（± 3 mm）を併せ持ち、Y 軸（±6 mm）θ角（± 3 .5°）の調整が可能である。図 4 にアルミ板を取付けた状態の PMMA 基板用調整機構を示す。
図7

位置合わせの様子

使用状況（おわりに）
設計時には持運びを考慮して PMMA 基板とマスクの位
置合わせ専用設計であったが、後にマスク全体の観察にも使用可能なように市販の X-Y ステージを顕微鏡ベースとステージの間に組込んだ（図 8）。対物レンズの倍率も 20 倍の物に交換し、現在は兵庫県立大学に常駐する廣瀬氏に
図4

PMMA 基板用調整機構

よって、ニュースバル BL-11 での放射光エッチング実験に用いられている。

メンブレンマスク調整機構
ステージ右側にはメンブレンマスク調整機構を備え、ス
テンレス枠に設けられた 8 箇所の M2 ネジにより取付ける。
中央にはφ 44 mm の開口部がある。X 軸は PMMA 基板
用調整機構と同様の早送り機構（移動量 145 mm）と微調整機構（± 3 mm）を持ち、Y 軸（± 6 mm）Z 軸（5mm）θ角（± 4.5°）の調整が可能である（図 5. 図 6）。
PMMA 基板とマスクの位置合わせの様子を図 7 に示す。

図8

市販の X-Y ステージを組込んだ状態

分子科学研究所技術課報告 201123

技術レポート 機器開発技術班

マジックミラーの製作
青山 正樹
機器開発技術班

キーワード：非球面形状、切削加工

࣐ࢪࢵࢡ࣑࣮ࣛࡢ〇స࣐ࢪࢵࢡ࣑࣮ࣛࡢ〇స࣐ࢪࢵࢡ࣑࣮ࣛࡢ〇స
位置座標点を求めた。さらにボールエンドミル工具の回転中
マジックミラーは、線光源である放射光（SR）を1点に集光するための非球面・非対称の集光鏡であり、今回心部が切削に関与しないように、ワークを 15 度傾斜させて製作するマジックミラーはテラヘルツ SR の集光で利用さ加工を行うため、15°Y 軸周りに回転移動させた座標点を加れるもので 10 ミクロン以下の形状精度が求められている。

工経路指令値とした。各座標点間隔は直線移動送りで加工をマジックミラーを装置開発室に設置されている NC フライ行う。そのため形状誤差を必要精度以下にするため、X 軸方

ス盤により製作を行ったので加工結果について報告する。

向の座標点は 2 mm ピッチ、Y 軸方向は 0.1 mm 間隔で座

材質には残留応力除去熱処理を施した、アルミニウム合
金 A5052 を用いた。工具には超硬ボールエンドミル φ 6mm を使用した。

標点を求めた。指令座標点は約 20 万点に及んだ。
加工後の形状測定結果を図 2 に示した。X 軸（長手）方向、
Y 軸方向ともに約 20 ミクロンから 30 ミクロン程度の形

今回製作を行ったマジックミラーの外観写真を図 1 に示す。

状誤差が生じている。長手方向には、加工により生じた加大きさは 270 mm × 150 mm、最大厚み部は約 47 mm と工歪みの影響によるものと思われる形状誤差が、また Y 軸なっている。曲面形状を加工する時は、形状表面の各座標点方向の形状誤差については、送りネジ反転に起因するものに工具経路を指令すると工具 R 形状の影響による干渉のためと考えられる。今後誤差要因ついては検証を行う予定であ

曲面形状が正しく加工されない。そのためミラー表面非球る。切削加工後は、形状精度を悪化させないように、必要

面式から各座標点における X 方向（長手方向）の傾きを求め、最小限の手磨きによる研磨加工を行いマジックミラーを仕

各座標表面の法線方向に工具半径分だけオフセットさせた座上げた。図 3 に研磨加工後のミラー外観写真を示した。現標値を求めた。次に Y 軸方向の傾き分だけその座標点を移動

在さらに形状精度の向上を目的に、熱処理工程を追加する

させて X 軸方向、Y 軸方向ともに工具干渉を起こさない工具など仕上げ加工工程の見直しを行っている。

150mm

24

270mm

図1

マジックミラー形状図

図3

マジックミラー外観写真

分子科学研究所技術課報告 2011

図2

切削加工後のミラー形状精度

技術レポート 機器開発技術班

一軸試料ステージのばね機構の製作
矢野隆行

機器開発技術一係

キーワード：微細加工、ばね機構、CAE

はじめにmm、幅が 9 mm となり切削加工を行うためには直径 1 . 2

本課題は、東京大学物性研究所との施設利用（課題名：

mm 以下刃長 9 mm 以上の刃物が必要となり加工も困難

固体表面反応の in-situ 赤外吸収分光のための片持ち梁型で、さらに通常の切削加工では加工歪の影響が懸念される

試料ホルダーの製作）として採択された課題である。シリためワイヤ放電加工を選択した。

コンなどの固体表面で原子・分子が反応し化学結合を形成すると微小な歪みを発生することがわかっており、その発製作上の問題点

生する歪みをリアルタイムに精密測定すること、および予製作上の問題点は、使用するばね構造がコイル型ではなめ外部から力を加えて反応の制御をめざす試料ホルダーがいため、ばね定数などの算出が困難であり、どのような構提案された。外力を加える方法としては片持ち梁型の構造造にするとどのぐらいの強さのばねになるか、というのがを採用することになり、高温対応でしかも熱膨張が少なく考えにくいことである。そこで実際に設計・製作したばね

非常にコンパクトなばね機構が必要となった。ここでは一構造を使って実験を行い、ばね定数と変位量を求めた。ま

軸試料ステージのばね機構の製作に関して報告する。

た３次元 CAD SolidWorks にバンドルされている設計・製造支援ツール SimulationXpress を使って構造解析を行

ばね機構の構造と材質

い、2 つの結果を比較し、その信頼性を検討することにし今回使用する材料は、スーパーインバーである。鉄た。なお、スーパーインバーは非常に高価でサイズによっ

63%、ニッケル 32 %、コバルト 5 % で構成されており、ては入手が困難なものもあるので、この実験にはステンレ

鉄と比較して熱膨張係数が約 100 分の 1 と非常に小さいス（SUS304）を使用した。

のが特徴である。
この材料を用いてコイルばねを参考に図 1 に示すような

実験方法

形状でステージを移動させる構造をとった。中央のステー

実験は、図２に示すようなばね構造にアルミニウム合金

ジ部分をなるべく平行に移動させるため、ばねの接続部分

製のアングルを取り付け、その上に分銅を乗せ、電気マイはステージを中心に点対象とした。また加工方法は、ばね

クロメータで変位を計測した。結果を図 3 に示す。

構造のばねとばねの間隔が 1.2 mm でばねの厚さが 0 . 6

図1

解析対象のステージ部品

図2

実験方法

分子科学研究所技術課報告 201125

技術レポート 機器開発技術班

まとめと今後の課題
今回限られた空間にばね構造を持った一軸試料ステー
ジを製作するため、構造解析ソフトウェアを使用して形状を検討した。またシミュレーション結果の妥当性を検討するため、テスト用の実機を製作し、実際の動きを検証した。
これにより、低熱膨張材料を使用した非常にコンパクトなばね構造を製作することができた。
しかし、今回使用した構造解析ソフトウェアは、解析方法にかなりの機能制限があり、部品単位での解析作業し
図3

ばね構造の変位量と荷重の関係

か行えなかった。次回はより高度な解析を行える ANSYS
Design Space によって解析を行い、装置全体の構造解析を行う予定である。

実験結果
構造解析ソフトウェアでは、図１の中央部分に位置する
可動部分に 1. 2 N の力を矢印方向に加え、この部分の変位量を計算した。結果を図 4 に示す（ただし、変形のスケー
ルは 70 倍に拡大した）。
実験の結果、今回製作したばねのばね定数は 約 20 N/
mm となり、1. 2 N の荷重をかけたとき変位量は、0.06
mm となる。またコンピュータでの構造解析の結果から同量の荷重をかけた場合、可動部分の変位量は 0 .05706
mm と算出された。
この 2 つの結果は実験での様々な誤差等を考慮すると妥

図4

構造解析ソフトウェアによる結果

当であり、その信頼性は充分であると考えた。
次に実際に使用するスーパーインバーの物性値を入力して構造解析を行った。計算結果を図５に示す。これにより 1 . 2 N の荷重をかけたとき変位量は、0 . 04019 mmとなった。これによりスーパーインバー製のばね定数は
29 .858 N/mm と算出された。今回このばねに力を加える New Focus 製のピコモーター（Model 8301 -UHV）
は、最大出力が 22N であるので、最大移動量として 0.737
mm が期待できることになる。

図526

分子科学研究所技術課報告 2011

構造解析ソフトウェアによる結果（スーパーインバー）技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

微小容量測定回路の製作
吉田久史

電子機器・ガラス機器開発技術班

キーワード：容量デジタルコンバータ、I 2 C 通信、dsPIC マイコン

図１は AD7747 の代表的な応用回路を示す。AD7747

はじめに
平成 22 年度の施設利用課題である「走査トンネル顕微の入力容量範囲は± 8.192 pF（簡易的に ±8 pF と表記）

鏡用増幅回路」に関連し、探針と試料間にある微小容量のであり、シングルエンドの回路構成では 0 〜 8 pF の測定

測定方法について相談を受けた。測定対象となる容量の大範囲となる。ここで、内蔵された 2 つの CAPDAC（コモン

きさは数十 pF 程度であると予想され、微小容量を高精度

モード容量）を設定することで、入力範囲の変更が可能とに計測する必要がある。そこで、アナログデバイス製の容なる。図のように、CIN(-) に接続された CAPDAC(-) を 0

量ディジタルコンバータ（CDC）と呼ばれる専用 IC を用に、CIN(+) に接続された CAPDAC(+) を 8 pF に設定した時、いて微小容量測定回路を試作した。これは、入力端子に接入力範囲は 0 〜 16 pF となる。また、CAPDAC の設定値

続したコンデンサの容量を直接ディジタル値に変換する集は最大17 pFであり、この時の入力範囲は9 〜 25 pFとなる。

積回路である。測定範囲としては 8 pF 程度の微小容量であるが、精度 4 fF の高精度な測定が可能となる。CDC の使用に際しては内部レジスタの設定やデータの読み出しを行う必要があり、マイコンとのインターフェースは不可避
2となる。本稿では、この間の通信方式である I C 通信を中心に試作回路による微小容量の測定結果などを報告する。
図1

AD7747 の代表的な応用回路

容量ディジタルコンバータ
表 1 は、分解能 24 bit の高精度タイプの CDC シリーズ

マイコンとのインターフェースの基本性能を示している。今回使用した AD 7747 は、シ

CDC の各種設定とデータの読み出しは、内部の 19 個

ングルエンド（一方の端子が接地）入力の容量センサと（レジスタ・アドレス :0x00 〜 0x12）のレジスタを介してデザインされ、フローティング用には AD7745/

して行われる。この時の通信プロトコルである I C 通信は、

AD7746 がある。これらは単一電源（2.7 V 〜 5.25 V）

SCL（クロック）と SDA（データ）の 2 線による双方向シで動作し、他に外付けする部品を殆ど必要としない。また、

リアル通信である。一般的に、マイクロプロセッサがマス内蔵 AD 変換器の入力はマルチプレクサ入力であり、コンターとなってデータ転送メッセージを開始し、アドレス指デンサだけでなく電圧や内蔵の温度センサを入力とするこ定されたスレーブがメッセージに応答してアクノリッジをとも可能である。内蔵温度センサによる温度測定は、分解返す。図 2 に AD 7747 のデータ転送プロトコルを示す。

能 :0.1℃で精度 : ± 2℃である。

2

AD7747 のアドレスは書き込みの場合 0 x90、読み出
表1

容量ディジタルコンバータ

項目

更新レート

チャンネル数 測定範囲 コモンモード容量

最小分解能

精度

直線性

AD 7745

90 SPS1± 4 pF

Max. 17 pF

4 aF

4 fF

0 . 01 %AD 7746

90 SPS2± 4 pF

Max. 17 pF

4 aF

4 fF

0 . 01 %AD 7747

45 . 5 SPS

1± 8 pF

Max. 17 pF

20 aF

10 fF

0 . 01 %分子科学研究所技術課報告 201127

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

図2

データ転送（書き込み / 読み出し）プロトコル2

しの場合 0x91 で固定であり、複数の CDC を一つの I C
インターフェース上で使用することはできない。レジス
タへのデータ書き込み ( スレーブアドレスの LSB=0) 時は、マスターがスタートビットに続きスレーブアドレス、レジ
スタアドレス、データ、ストップビットの順で送信する。
この時、各データの区切りでスレーブはアクノリッジを返して受信が完了したことを示す。データの読み出し（スレー
ブアドレスの LSB=1）時は、スレーブアドレスを受信した AD7747 が指定されたレジスタのデータを SDA ライ

図3

試作した微小容量測定回路

ンに送信し、マスターは SCL クロックを出力してそのデー
タを読み取る。スレーブはマスターからのアクノリッジを受け取ると次のデータを SDA ラインに送信する。この読み出し動作は、マスターがノーアクノリッジ、ストップビッ
2

トを送信することで終了する。AD7747 の I C 通信の通信速度は、最大 400 Kbps である。
試作回路は、マイクロチップ製のワンチップマイコン
dsPIC30F 4012 を使用し、プログラムは MPLAB C30
2

コンパイラで開発を行った。dsPIC 30 F4012 は I C 通信

2

リスト 1

I C 通信モジュール初期設定

リスト 2

データ書き込みプロトコル

モジュールを内蔵し、C 30 コンパイラにはそのモジュー
ルをサポートする関数ライブラリがある。その関数を使って前述の転送プロトコルを実現したプログラムの一部をリ
スト 1,2 に示す。

おわりにチップ積層セラミック・コンデンサ 1 pF 〜 6 pF（許容差 :0.25 pF）を用いて、試作回路で測定した結果を表2 に示す。試験容量の絶対値を計測していないが、測定した値はいずれも許容誤差範囲内に収まり、データのばらつ
きも約± 15 fF と極めて安定した結果が得られた。しかしながら、測定ケーブルの浮遊容量の影響で配線に触れただ
けで数百 fF の変動があった。容量の絶対値を正確に測定したい場合には、ケーブルの配線を固定し、既知のコンデ
ンサ等を用いて測定値の校正を行う必要がある。
表228

試験容量測定結果

試験容量

1 pF

2 pF

3 pF

5 pF

6 pF

測定値

1 . 16 ~ 1 . 18

2 . 03 ~ 2 . 06

3 . 18 ~ 3 . 21

5 . 05 ~ 5 . 08

5 . 82 ~ 5 . 84

分子科学研究所技術課報告 2011

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

CPLD を用いた NMR 用
2 チャンネル高速高分解能 A/D ボードの製作
豊田朋範

電子機器開発技術係

キーワード：NMR、A/D 変換器、CPLD、VHDL、シーケンス制御

いるが、NMR では DC レベルから広範囲の周波数を対象

はじめに
NMR の原理は、強磁場中の試料に RF パルス波を照射し、にした高精度の A/D 変換が求められることと、A/D 変換

共鳴した原子核が放出した運動エネルギーを FID（Freeの周期が測定対象によって異なることから、逐次変換型のInduction Decay：自由誘導減衰）信号として受信するものを使用した。

ことである。FID 信号はフーリエ変換などの演算を行うた
め、最終的には PC に取り込む。

CPLD は Xilinx 社の XC9572XL-VQ64-7C を用いた。
内蔵するマクロセルは 72 個と現在のプログラマブルデバ

FID 信号は微弱で様々な周波数成分が混在する信号であ

イスの中では小規模であるが、マクロセルを多く消費する

るため、高速高分解能で差動入力タイプの A/D 変換器が演算回路や多段カウンタが少ないため、今回の用途には十必要である。また、FID 信号は A/D 変換前に位相敏感検分である。

波器でコサイン成分とサイン成分に分離するため、A/D

ブロック図を図 2 に示す。

変換器は 2 チャンネル必要である。

CPLD は 100 MHz 水晶発振器で駆動して、2 個の A/D

今回は北海道大学大学院理学研究院の河本充司准教授

変換器を同時に制御する。

らと共同で、CPLD を用いて 2 つの高速高分解能 A/D 変換

A/D 変換器は CNVST 入力を ’L’ にすることで A/D 変換

器の信号制御を行う A/D ボードを製作した。CPLD の回が開始され、A/D 変換中は BUSY 出力が ’H’ となる。A/D

路構築には Xilinx 社の ISE Webpack を、ハードウェア記変換が完了すると BUSY が ’L となって、データ読み出しが述言語は VHDL を用いた。

可能になる。CNVST 入力のパルス幅は最小 15 nsec で最大 70 nsec、BUSY 出力が ’H’ の時間、すなわち A/D 変換

回路構成

時間は最大 520 nsec である。

今回製作した A/D ボードの全体像を図 1 に示す。

A/D 変換器は 2 bit の MODE 入力により、データの出

A/D変換器はAnalog Devices社の1.5 MSPS（Normal

力形式を 18 bit パラレル、16 bit × 2 組（後半の 16 bit

Mode 時）, 18 bit 分解能で差動入力の AD7641BSTZ

は上位 14 bit が ’0 ’）、8 bit × 3 組（最後の 8 bit は下位 6を用いた。高速な A/D 変換にはパイプライン型が適して

bit が ’0 ’）、シリアルの 4 つから選ぶことが出来る。今回

図1製作した A/D ボードの全体像

図2製作した A/D ボードのブロック図

分子科学研究所技術課報告 201129

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

は配線を減らすことと変換速度の向上を両立させるために、
8 bit × 3 組の出力形式とした。この時、3 組のデータの切り替えは、2 bit のセレクタ入力信号 A0,A1 で行う。
2 つの A/D 変換器からの 8 bit データは CPLD を介して戻って A/D 変換とデータ出力を繰り返す。
構築したシーケンス制御による A/D 変換速度は 750
nsec ≒ 1.33 MSPS となった。また、CPLD のマクロセル
使用率は 84% となった。

40 pin の出力コネクタに集約される。クロストークや外部ノイズの影響を抑えるため、片側 20 pin を全て GND

まとめにすることで、フラットケーブル接続時に信号線と GND

CPLD を用いることで、高速かつ安定した時間間隔で遷が交互に並ぶようにした。残りの 20 pin には、2 バイト

移するシーケンス制御回路を構築できた。今後もプログラのデータと、データ読み取り用の同期クロック SCLK を接

マブルデバイスと VHDL を用いたディジタル回路の幅を続した。PC などの外部機器は SCLK の立下りエッジで A/

広げていく所存である。

D データを読み取る。

CPLD による A/D 変換器のシーケンス制御信号の構築
A/D 変換器の 8 bit × 3 組のデータ出力シーケンスを
図 3 に示す。最大 1.5 MSPS の変換速度に近づけるには、
BUSY 出力が ’H’ → ’L’ になってからのデータ読み出し時間
である A0,A1 の保持時間を不必要に長くしないことが必要である。また、A0,A1 の切り替え後最大 20 nsec のセ

図 3 AD7641BSTZ の A/D 変換・
8 bit × 3 組データ出力シーケンス

トリングタイムが存在するため、この期間は待機することも必要である。
このようなシーケンス制御を VHDL で構成するには、図4 のような状態遷移図を描いて、それに基づいてステート
マシンを構成するのが適切である。
まず、電源を投入するか RESET 入力を ’L’ にすると ’INIT’
で制御信号を初期化する。A 0 と A 1 は共に ’L’ になる。次に外部トリガ信号 TRIG が ’L’ になるまで ’WAIT̲T’ で待機する。
TRIG 入力が ’L’ になると、CNVST 信号を生成して 2 つの A/D 変換器の BUSY 出力が ’H’ になるまで ’WAIT̲BH’ で待機し、2 つの BUSY 出力が ’L’ になるまで ’WAIT̲BL’ で待機する。
こ こ か ら デ ー タ を 順 次 選 択・ 転 送 す る。 最 初 は
A 0=A1=’L’ な の で 上 位 2 バ イ ト が 選 択 さ れ て い る。
READ̲H1 ’でSCLKを’H’にして20 nsec待機する。続いて’READ̲H2’ で SCLK を ’L’ にして 20 nsec 待機する。この過程で SCLK が ’H’ → ‘L’ と変化するので、SCLK の立下りでデータを読み取れば安定したデータを読み取れる。
続いて ’SET̲A1’ で A0=’H’、A1=’L’ として中間 2 バイ
トを選択し、’READ̲M1 ’ と ’READ̲M2 ’ で上位 2 バイトと同様の手順で SCLK を ’H’ → ’L’ としてデータを出力する。
最後に ’SET̲A2 ’ で A0=’H’、A1=’H’ として下位 2 バイトを選択し、’READ̲L1’ と ’READ̲L2’ でやはり同様の手順
でデータを出力する。
20nsec 待機した後 A0=A1=’L’ とし、’WAIT̲BH’ に30

分子科学研究所技術課報告 2011

図4

AD7641BSTZ 制御の状態遷移図

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

CMOS オペアンプ集積回路の評価試験
及び機能性回路（デジアナ混載 LSI）の設計
内山功一

電子機器開発技術係

キーワード：VDEC、デジアナ混載 LSI、オペアンプ、三角波発振器、論理ゲート、Stream Out

はじめに昨年度エレクトロニクスセクションでは、VDEC（東京大学大規模集積システム設計教育研究センター）の試作サービスを利用して CMOS アナログ LSI の試作を行った。LSI の設計環境の構築から第 1 回の試作までの報告は、Activity Report 2010 に掲載しているのでそちらを参照
されたい。今年度の LSI 設計を行うにあたり、前回試作した LSI の評価試験を行った。この試験結果を元に、問題点の解決や性能の改善案を検討し2回目のLSI試作設計を行っ

写真 1

LSI テスト基板（上）、評価用回路基板（下）た。そこで今回行った評価試験の結果と、今年度製作した
CMOS アナログ LSI の設計について報告する。

第 1 回試作 LSI の仕様試作した LSI の仕様を表 1 に示す。試作 LSI は特性の異なる 3 種類の差動入力オペアンプを 5 個ずつ（1 種類のみ
10 個）の計 20 個集積している。また、位相補償用のコンデンサとして内部に MIM キャパシタを用意しているため外付けする必要が無い。また、入出力用のパッドにはク

図1

ランプダイオードを接続し、ESD 対策用の保護回路としている。

20 dB オペアンプ波形図

ろ、出力振幅は最小で 50 mVP-P であったため、60 dB の
表1

アンプに通すと出力が飽和してしまい波形が歪んでしまう。

第 1 回試作 LSI 仕様

アンプ 1

アンプ 2

アンプ 3

ゲイン（dB）

20

40

60

帯域幅（KHz）

2700

900

120

このため、減衰率 34 dB のアッテネータで入力信号レベ
ルを 1/50 にした。また、バイアス電圧源も安定度の高い基準電源 IC を用いて製作した。これらの回路は、テス
ト用回路基板として製作を行った（写真１）。この基板を用いて再度行った動作試験で得られた波形図を図１に示す。

評価試験

紙面の都合により 20 dB のオペアンプの動作波形のみで評価試験を行う前に、LSI の動作確認をするためにオシあるが、10 mVP-P の入力に対して 10 倍の 100 mVP-P のロスコープによる波形観測を行った。テスト基板を用いて出力波形が観測された。同様に 3 種類の回路全ての波形観

20 dB、40 dB、60 dB のオペアンプから 1 回路ずつ抽測を行い、アンプとして正しく動作していることを確認し出して動作確認を行った。最初は出力波形が歪んだり電源た。

電圧近くまで振り切れたりと正しい動作が得られなかった。

オペアンプの動作確認ができたので、続いて評価試験を

この原因は、適正なバイアス電圧や入力信号を加えていな行った。評価試験は、周波数特性とＤＣ特性の測定を行っかったことであった。試験に用いた発振器を確認したとこた。周波数特性の測定結果は、DC ゲイン / 帯域幅の表

分子科学研究所技術課報告 201131

技術レポート 電子機器・ガラス機器開発技術班

出力段の PMOS
カレントミラーの PMOS
式1
図２

＝2

出力段の NMOS
テイル電流源の NMOS

飽和領域で動作させるための
MOSFET のゲートサイズ比

左：DC 特性（20 dB）、右：DC 特性（40 dB）

記でそれぞれ、22 dB / 470 KHz、40 dB / 150 KHz、に問題が残る。また、この場合帯域幅も減少し 92 KHz と

62 dB / 30 KHz となり設計仕様と比べて帯域幅がかなりなるが、前出のオペアンプよりも若干高い周波数まで使用低減していることがわかった。その原因は、測定に用いた可能である。今回設計したオペアンプも前回と同様の差動同軸ケーブルの寄生容量（約 100 pF）が過大な容量負荷

入力オペアンプである。評価試験で問題になった容量性負となっていると考え、シミュレーションにて検証を行った。

荷のドライブ能力不足は、オペアンプの出力段に使用すシミュレーションの結果は、評価試験とほぼ同じ周波数特る MOSFET の個数を増加することで対応している。また、性となった。これにより帯域幅が低下している原因が特定

オペアンプの DC 特性を改善するため、上述の条件式を満できた。次に DC 特性の結果を図２に示す。図右に示すよ

たすように各 MOSFET のゲートサイズを設計した。

うに MOSFET のスイッチング動作からしきい値電圧を境

次にバイアス電源の回路図を図 4 に示す。今回設計したに出力が急峻に反転するような結果が得られるはずである。

バイアス電源は帰還回路によって安定化されており、シ

しかし、20 dB のオペアンプについては測定結果に異常

ミュレーション上では変動率が 0 . 014 % に収まっているが見られた。これは設計時に行った MOSFET のパラメー

ことを確認している。

タの最適化において、回路を構成する MOSFET のゲート

また、今回は機能回路の組み込み例として三角波発振

サイズ比を考慮しなかったためであると推測される。この器の設計を行った。三角波発振器は、RC による積分回路、問題を解決するためには、MOSFET のゲートサイズ比を

オペアンプで構成した三角波の振幅の上限下限を判別する

式 1 に示した条件式のように設定し、オペアンプ中の各ト比較回路（コンパレータ）、積分回路の充放電を行う FET

ランジスタを正しく飽和領域で動作させる必要がある。

スイッチ回路の組み合わせにより構成されている。比較回

2011 年度の LSI 試作設計
評価試験の結果を踏まえ、今年度は特性の異なる 2 種類のオペアンプを設計した。どちらのオペアンプも、同軸ケーブルなどの数百 pF の容量性負荷にも対応できるように、出力段のドライブ能力を強化した。また、外部電源として 3.3 V を接続すれば動作可能なように、バイアス電源回路の設計も行った。また、インバータや NAND のデジタルゲート回路の設計も行い、それらとオペアンプを組み合わせた三角波発振器の設計も行った。

図3

オペアンプ回路図

図4

バイアス電源回路図

今回設計したオペアンプの回路図を図 3 に示す。1 つめのオペアンプは位相補償用のキャパシタを内蔵し、DC ゲ
イン 73 dB、帯域幅 12 KHz の特性である。こちらは位相余裕が 72 度確保され、ユニティゲインまで安定に負帰還動作させることが可能である。もう 1 つは外部に位相補償キャパシタを取り付ける DC ゲイン 72 dB、帯域幅
400 KHz の特性である。こちらは位相補償キャパシタを接続しない状態では位相余裕が 17.5 度しかない。そのため外部に２０ pF のキャパシタを接続するのだが、この場合でも位相余裕は 50 度しか確保できないので少々安定度32

分子科学研究所技術課報告 2011

路で使用するインバータおよび NAND ゲートの回路図を路と論理ゲートを組み合わせた三角波発振器の回路図を図

図 5 および図 6 に示す。これらは三角波発振器だけではな

7 に示す。この発振器は発信周波数 308 KHz の三角波とく、それぞれ単体で評価試験を行えるように入出力用の

方形波を出力することができる。

パッドに接続した素子も設計している。次にオペアンプ回

図5インバータ回路図

図6

図7

NAND ゲート回路図

三角波発振回路図

おわりに今回設計した LSI のレイアウト図を図 8 に示す。機能回Stream Out と提出用 web サイトのバージョンが異なる

路として三角波発振器を組み込んだことによりデジタル回ためであった。Stream Out のバージョンを変更して出力

路とアナログ回路が混在することとなったが、時間的制約したところ、無事にデータの提出を行うことができた。今から回路の分離を考慮せずにレイアウトを行っている。こ回設計した LSI は昨年末に完成し、1 月早々に納品された。

れによりアナログ回路の動作になんらかの悪影響を及ぼ

この LSI は、今年度中に評価試験を行う予定である。

すのではないかと想定される。LVS や DRC などのルールチェックにおいては、前回のレイアウト設計の経験が生かされ、今回の設計ではエラーの対処を的確に行うことができた。今回最も問題となったのは、データ提出時に提出
用 web サイトのスクリプトエラーによりデータが提出できなかったことである。提出期限間際でこの問題が起きたため、最悪試作工程に入れない恐れがあった。提出用デー
タに何らかの不具合があると考え再度データ出力を行ったところ、Stream Out でエラーメッセージが確認された。
エラー内容への対応方法がわからなかったため、VDECのメーリングリストに質問することで迅速に解決方法を知ることができた。原因は、デフォルト設定されていた

図8

LSI レイアウト図

分子科学研究所技術課報告 201133

技術レポート 光技術班

量子ビーム技術開発に向けて〜電子蓄積リング改造（2）山崎潤一郎

極端紫外光技術二係

キーワード：電流モニター、ビームスクレーパー、アンジュレーター光、バンチング用電磁石、NEG ポンプ

加速器改造後の立ち上げ、調整は順調に進み、6 月上旬か

はじめに
UVSORII では、レーザーと電子ビームを用いた光発生らユーザー運転を再開した。本報告では上記の他に、これとその実用化を目指した研究のために、2011 年春に約に伴う光源リングの機器配置の変更など加速器改造の詳細

2.5 ヵ月間、2011 年 9 月に 1 週間運転を停止し、挿入光について述べる。また 2012 年春に予定されている改造

源の設置および B1、B2 偏向部の真空ダクトを一新した。

についても述べる。

« 電流モニターの更新 »« ビームスクレーパー新規製作 »«B4、B8 偏向部真空ダクト入れ換え »❷❶«B2 偏向部真空ダクト更新 »B4 偏向部Q❸
B8 偏向部

750MeV
電子蓄積リング❸❹«B1 偏向部真空ダクト更新 »« 工事の様子 »❺❻« 可変偏光アンジュレーター設置 »

B1

B8

写真 1

34

分子科学研究所技術課報告 2011

B1

2011 年度に行った電子蓄積リング改造工事

B8

2011 年春に行った電子蓄積リング改造について
2011 年 3 月末から 2011 年 6 月上旬にかけて、B 8 〜
B1 長直線部に可変偏光アンジュレーター設置、電流モニターの更新、新ビームライン建設に伴う B1 および B2 偏向部真空ダクト更新、FEL ビームライン移設に伴う B 4 偏向部真空ダクトと B8 偏向部真空ダクトの入れ替えを行った。アンジュレーター設置においては、計画では 2 台設置を予定していたが、3 月 11 日に発生した東日本大震災の影響により春期に 1 台、秋期 1 台の設置に急遽変更し

写真 2観測されたアンジュレーター光た。アンジュレーター設置工事を除き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、2011 年 6 月に予定通りユーザー運転を再開した。
①電流モニターの更新
Bergoz 社の In-ﬂange 型電流モニターに更新した。
②ビームスクレーパー新規製作

量子ビーム基盤技術開発用ライン関連の改造
レーザー光導入用チャンバー設置に伴う BL7B ライン一部改造
現在ストレージリング B 8 -B 1 間において量子ビーム基

可変偏光アンジュレーター設置に伴いビームスクレー

盤技術開発用ラインを建設中であるが、本ビームライン上

パーを移設した。既存のチャンバーでは移設先のスペース流からレーザー光を導入するためのチャンバーを設計・製が狭くインストールできないため、チャンバーのみ新規製作した（図 1 参照）。レーザー光導入口付近には BL7B 実

作し、ビームを削るための稼働軸は再利用した。

験ラインがあり、レーザー光導入口はその実験ラインを跨③ B4、B8 偏向部真空ダクト入れ換えぐ必要があり、且つレーザー導入光軸高さが 7B 実験ライ

B4-B5 長直線部を用いて開発してきた FEL ラインをンとほぼ同じため、7B 実験ラインとの共用チャンバーが来年度 B8-B1 長直線部に建設する。これまで使用して必須となった。そのチャンバーを設置するためには、一度きた B4 偏向部真空ダクトを再利用するため B8 偏向部に7B ラインの一部を大気開放し、設置後 7B ラインを再立移設した。既設の B8 偏向部ダクトは B4 偏向部に移設し、ち上げする必要が出てきたため、7B ライン共同利用実験

2012 年 3 月末まで使用した後、2012 年 4 月から実施すに影響がないように迅速に対応した。

る加速器改造工事において、BL4B ビームラインの新設に伴い B4 偏向部ダクトを一新する計画である。
④ B2 偏向部ダクト更新

バンチング用電磁石架台設計・製作、バンチング用電磁石設置
量子ビーム基盤技術開発用ラインにおいて、バンチング

B1 ライン新設に伴い、BL1 A ラインを B2 に移設する用電磁石（写真 3）の設置が急務となっていたが、2012

ため新規に製作した。排気系は、旧ダクトは内部にイオ

年 1 月中旬にようやく設置を完了した。今回設計・製作おンポンプセルを搭載していたが、これを排気速度の高いよび設置した電磁石用架台を図 2 および写真 4、電磁石設

NEG ポンプに置き換え、さらにカートリッジ式 NEG ポン

置の様子を写真 5、電磁石設置後の量子ビーム基盤技術開プを別ポートより追加して排気能力を強化した。

発用ラインを写真 6 に示す。2 基のアンジュレーター間の⑤ B1 偏向部ダクト更新

距離が 553 mm と狭小なため、電磁石架台においては寸

テラヘルツ光実験ライン新設および FEL ライン移設に伴法およびアライメント用調整機能を作業性の面から必要最

い新規に製作した。排気系は B2 と同じ仕様とし、テラヘ小限にする必要があり、また電磁石架台および電磁石設置、ルツ光を効率的に集光させるミラーを配置した。

電磁石アライメントや電磁石コイルから電源への配線等の⑥可変偏光アンジュレーター設置作業においても、放射線遮蔽壁が隣接しているため、作業

量子ビーム基盤技術開発のために電子蓄積リング

スペースが人一人立てる程度の極小スペースしか確保でき

B8-B1 長直線部の改造を進めてきたが、2011 年 9 月末

ず、これら設置・アライメント作業はかなり苦労した。

に可変偏光アンジュレーターの設置が完了した。同年 10月上旬に電子エネルギー 600 MeVにてアンジュレーター
光の観測に成功した（写真 2）。

分子科学研究所技術課報告 201135

技術レポート 光技術班

レーザー光

19.0ﾟ

CENTRAL
IMAGE

0.000

mm

mm

0.000

CENTRAL
IMAGE

レーザー光導入用
チャンバー

10
20

0

20

20

10
20

0

20

10

0

0

10

20

0
20

0

0

0
20

改造前（左）と改造後（右）の
BL 7
B ライン
4 象限マスク周り
図図1.1 改造前（左）と改造後（右）の BL7B
ライン
4 象限マスク周り

量子ビーム基盤技術開発用アンジュレーター（可変偏光アンジュレーター）
バンチャー部（バンチング用電磁石）

201.25

写真33. バンチング用
バンチング用
写真
電磁石
電磁石

写真
写真44. 設置されたバンチング用設置されたバンチング用
電磁石架台
電磁石架台

バンチング用電磁石架台設置図
図図
2 2.バンチング用電磁石架台設置図
写真 55. バンチング用電磁石設置の様子
バンチング用電磁石設置の様子
写真設置したバンチング用電磁石

写真 6

36

バンチング用電磁石設置前（右）と設置後（左）の量子ビーム基盤技術開発用ライン

分子科学研究所技術課報告 2011

技術レポート 光技術班

ビームライン移設
中村永研

極端紫外光技術三係

キーワード：CSR、THz 光、マジックミラー、二結晶分光器、直入射分光器発生した CSR は三次元マジックミラー（M0）で横方向

はじめに量子ビーム基盤技術開発の研究として、UVSOR では

288 mrad、縦方向 80 mrad 取り込まれ、平面鏡 M 1 で

FEL 実験と並行して、CSR 発生実験に成功している。こB 1 チャンバーから取り出される。その後、放物面鏡 M2、こで発生した CSR の特性の研究とその利用を目的として

平面鏡 M3 によって放射線遮蔽シールド壁の外に導かれる。

THz ビームラインを BL1B へ新設することとなった。この取り出された THz 光は、フーリエ干渉計でスペクトル範計画に伴い既存ビームランの移設も必要となり、BL1A に囲や強度が測定され、低エネルギー励起光源や、分光実験設置されていた２結晶分光器を BL2A へ移設し、BL1 B のに利用される計画である。

瀬谷浪岡型分光器の使用を中止して、新しく直入斜分光器

ベンディングダクトの設計は、山崎・中村が担当し、光学設計は木村准教授が担当した。マジックミラーの製作

を BL3B へ建設することとした。
BL1B、BL2A 並びに BL3 B のビームライン構築は、共加工は分子研装置開発室の青山技術職員により内作され同利用実験に影響がでないように 1 年以上前から設計と製た。ベンディンダクト等の設置作業は、山崎の指揮のもと作をすすめ 4 月〜 6 月初旬のシャットダウン期間に施行す

UVSOR 職員による作業で設置した。

るように計画を進めた。
本稿では、各ビームラインの概略とあわせて、技術職員の関わりを紹介する。尚、光技術班員の敬称は省略した。

THz ビームライン（BL1B）
ストレージリング内の電子ビームに進行方向に微細構造を作る事により、微細構造に寄与する電子数の二乗に比例する強力なコヒーレント放射光（CSR）が発生する。
CSR は主にテラヘルツ領域（THz）で発生するため、強力な光源がない THz 領域では、CSR の利用が期待されている。

図１

THz-CSR ビームライン（BL1 B）の上面図

UVSOR では、これまでにストレージリングからの CSR の発生に関する基礎的な開発研究を進めてきた [1 ]。その成果を利用するために、CSR 専用のビームラインの設置を計画し、平成２３年度に建設をした。

二結晶分光器の移設（BL2 A）
ビームラインを移設する際、光源点までの距離が変わる場合には、前置集光光学系の更新は避けられない

ビームラインの上面図を図 1 に示す。電子ビームの微細が、BL1A から BL2A への移設に関しては、距離の変化が構造は、偏向電磁石（B1）の上流に設置されたアンジュレー

175 ｍｍと小さかったため（図３）、前置集光光学系をそ

タ内で、強度変調した Ti-Sa laser（繰り返し周波数 : 1のまま移設することとした。

kHz）を周回する電子ビームに当てることで作り出している[ 2]

移設後の、サンプル位置でのフォトン数はおおむね同程。この場合、得られる CSR はバンド幅 1 GHz 程度の度であり、また、ビームサイズについては、光源から前置

準単色光であり、1 THz（〜 4 meV）での平均光子密度お鏡までの距離の伸長の影響は見られず、むしろ若干改善しよびパルス強度は、それぞれ 2 × 10

17ph/s/0.1%b.w.,ていた。

120 nJ/pulse/0.1%b.w. と見積もられている。 B1 で分子科学研究所技術課報告 201137

技術レポート 光技術班

この移設作業に際し、光学系のレイトレースは、一般的な光線追跡ソフトであるシャドウを使用して近藤と中村が再計算した。ビームラインの光軸アライメントと分光器の設置に対する精密アライメントは、近藤が中心となり、堀米・蓮本・中村にて遂行した。
SDD の測定プログラム並びに分光器との同期プログラ
ムは JASRI 所属の為則氏の協力を得て、近藤が立ち上げた。

直入射分光器の建設（BL3 B）
新 し く 建 設 さ れ た 分 光 器 は、 オ フ プ レ ー ン イ ー グ
図２

BL1A から BL2A への移設

ル 型 球 面 回 折 格 子 分 光 器（an off-plane Eagle-type
monochromator）を採用している。

図3

移設前と移設後のミラー配置距離

図5

BL 3 B の光学配置

分光範囲はこれまでと同等であり、強度と分解能を向上させ偏光度も損なわないことを念頭に光学設計をしている。
強度を得るため、偏光電磁石からの光取り込み角を、水平方向 40 mrad，縦方向 14 mrad 取り込む。H23 年 8 月
から分光器の調整と性能評価を始め、12 月より共同利用を開始している。
使 用 可 能 な 波 長 範 囲 は 1・7 eV 〜 50 eV、 フ ォ ト
ン フ ラ ッ ク ス は 0 .8 〜 3 × 0 10 Photons/s/300mA(@E/dE˜ 1000)、分解能は >10000 (G1@6.9 eV)、
>4000 (G3@6.9 eV) であり、サンプル位置でのビー
図4

移設後の二結晶分光器ビームライン

ムサイズは FWHM で 0.5 mm(V) × 0.75 mm(H) である。
このビームラインは、設計から調整まで UVSOR の共同
利用者と協力のもと立ち上げたビームライである。

利用者の利便性の向上を目指して、今回の移設作業に

光学設計は、福井大学と東北大学が中心となり蓮本・中合わせて、エネルギー分散型 X 線検出器、SDD（Silicon

村が協力した。装置設計には、堀米・蓮本・中村が参画しDrift Detector）を用いた蛍光測定が出来るように整備をた。建設では、ビームラインの光軸アライメントとベース行った。

プレート設置を技術職員が行った。分光器設置には、ミラー

SDD は、200 eV 〜数 KeV までの蛍光分光測定ができの形状誤差を加味したレイトレースを再計算し、現場で最るので、本ビームラインにおける部分蛍光収量測定に有用

適な光学配置に変更する作業を技術職員が実施した。分光である。BL2A の二結晶分光器と SDD 測定の同期プログ器の性能評価は、蓮本・中村が中心となり福井大学、神戸

ラムも同時に開発し、蛍光スペクトルを光のエネルギーの大学並びに山形大学の共同利用者と測定・評価を行った。

関数として二次元計測することを可能とした。

38

分子科学研究所技術課報告 2011

ビームラインの駆動プログラムは全て、酒井が担当した。エンコーダーの自動原点捜索プログラムなど幾つかの試みを施した新しいプログラムである。

図6

建設直後の BL3B ビームライン

おわりに今回報告した３つのビームラインについては、平成２４
年１月の放射光学会にて各発表した。また、ベンディング
ダクトについては構造解析を含む内容で、平成 23 年 1 月の放射光学会にて報告している。

参考文献[1] ex. M. Shimada et al., Phys. Rev. Lett. 103, 144802,(2009).
[2] S. Bielawski et al., Nat. Phys. 4, 390 (2008).

分子科学研究所技術課報告 201139

技術レポート 光技術班

数サイクルレーザー用パルス評価装置の製作
岡野泰彬

光計測技術係キーワード：数サイクルレーザー、フェムト秒、パルス評価、自己相関測定、FRAC

おいてもこのような超短パルスレーザーが導入されており、はじめに筆者の所属する分子制御レーザー開発研究センター

数サイクルレーザーに対応した機器整備の必要性が高まっ（レーザーセンター）は光分子科学研究領域と連携して分てきた。このような背景の下、機器開発とともに数サイク

子科学分野における先端装置・方法論の開発研究を行なう

ルレーザー光に対するノウハウの蓄積を目的として、パルことを目的とした施設である。光技術班の技術職員（光計ス評価装置であるフリンジ分解自己相関計の製作を行った。

測技術係）は、センターのミッションである装置・方法論
開発を中心に、共通機器の維持管理、蓄積技術を基にした技術・研究協力の３つを核に相互に関連した立場から装置開発業務に取り組んでいる（図１）。

超短パルス光の特徴とパルス評価法
超短パルス光は、様々な色の光の重ね合わせ（波長の異なる波の山の部分を重ね合わせることでパルス波形になる）に

本稿では、センター内のニーズにより製作した装置の一例

より実現されており、パルス幅の逆数に相当する広いスペクとして、数サイクルレーザー用自己相関計について紹介する。

トル帯域をもっている。この広帯域特性のため、ガラスのような分散媒質（波長によって屈折率が異なる媒質）を透過す
ると、光の色（波長）によって媒質中では光の進む速さが異なるためにパルス幅の広がり（チャープ）が生じる。特に数サイクルレーザーでは、スペクトル幅が 100 nm を超える
ため、分散の影響が顕著になる。そのため、超短パルス光を扱う上ではミラーをはじめとした光学素子の波長特性と分散特性を考慮した光学系の組み上げが重要となる。
一方、超短パルス光の評価には一般に相関計測が用いられる。これは、フェムト秒のパルス波形を直接計測できる

図１

装置開発業務の概要①センター内のニーズによる装置開発と技術蓄積。
②蓄積技術を活用した施設内外への研究支援。
③研究グループと密に連携した先端装置方法論開発。

製作の背景

機器が現状では存在せず、超高速の光検出器でも応答速度
は高々数 10 ps（10 × 10 -12 秒）、最速のストリークカメ
ラでも時間分解能は数 100 fs とフェムト秒の時間変動には追従できないためである。現在、レーザーセンターでは共分子科学の分野では、物質の診断・制御・機能発現をは通機器として、相関法を応用した高度なフェムト秒パルス

じめとして多岐にわたり先端レーザーを用いた研究が行わ評価装置（FROG や SPIDER と呼ばれる機器）を保有してれている。先端レーザーの中でも短パルス性・高強度性をいるが、波長特性および分散特性の点で数サイクルレーザー

持つものに超短パルスレーザーがあるが、近年の技術発展には適用できない。本報告で取り上げる装置では、相関計-15秒）を切る最先端の測法のうち最も基本的な評価法であるフリンジ分解自己相レーザーを市販品として利用することが可能となってきた。

関法（Fringe-Resolved Autocorrelation: FRAC）を採用

このようなレーザー光は、パルス幅内に光の振動電場が数し、専用に設計された市販の広帯域低分散素子を用いるこ

回しかないことから数サイクルレーザーとも呼ばれ、短パとで数サイクルレーザーに対応させた。自己相関法は、ビー

ルス性だけでなく光の振動電場の影響があらわになるなど

ムスプリッターなどにより計測対象のパルスを二つに分岐

極限光としても注目されている。最近では本センター内にし自身のコピーとの間の相関信号を得る。FRAC では、一によりパルス幅が 10 fs（10 × 1040

分子科学研究所技術課報告 2011

おわりに
本報告では、レーザーセンターにおける技(a)

術職員の業務の概要を紹介するとともに、装置開発課題の一つである数サイクルレーザー
用フリンジ分解自己相関計について紹介した。
本装置は、必要に応じて所内へ貸し出しをしており、今年度は総合研究大学院大学の夏の

体験入学プログラムにおいても活用されてい  る。また、装置の分散特性や計測に与える影

図２ （a）FRAC の原理図、（b）製作した小型 FRAC 装置の外観

響などについては参考文献 [3] にまとめてあ方のパルスに光路差をつけ二つのパルスの相対時間をずらるので、興味のある方は参照して頂きたい。

しながら非線形媒質上で重ね合わせ二次高調波を測定する
ことで二次の相関信号を取得する。このとき、どのくらい謝辞の時間パルス同士の重なりが残っているか測ることでパル

本装置の製作をすすめるにあたって、装置評価に際し大ス幅やパルス波形を知ることができる。特に FRAC の場合、

森賢治教授の支援を受けた。また、FRAC 筐体の加工を装パルス間の干渉信号からパルス幅だけでなく位相情報を反置開発室メカトロニクスセクションに、シェイカー制御用

映した信号を得ることができるため、数サイクルレーザーの波形発生器および PMT 用電源の製作をエレクトロニク

[1,2]

。


スセクションの豊田朋範氏に依頼した。ここに関係各位に

次に、製作した FRAC の光学配置を図２(a) に示す。装置

感謝の意を表する。本装置の一部は分子研所長奨励研究費のような超短パルス光の診断に広く用いられている㉸▷ࣃࣝࢫගࡢホ౯౛
は大きく分けて干渉計、非線形光学結晶（BBO：- ホウ酸バリウム）を用いた二次高調波発生系および検出器（PMT：
光電子増倍管）の 3 部から構成される。干渉計の一方の腕にはシェイカー（ここではスピーカー）を配置し、腕の長さをにより製作した。
参考文献[ 1 ] J. M. Diels et al., Applied Optics 23, 1270 (1985).
[ 2] F. Träger (Ed.), Springer Handbook of Lasers and Optics,

連続的に変化させることで二つのパルスの重なるタイミング(Springer, 2007).

を高速でスキャンし制御する。相関信号はオシロスコープな[3] 岡野泰彬 , 超短パルスレーザー用パルス評価モジュールの開どの機器により記録する [3]。図２(b) に装置の外観写真を示

発 , 第 18 回分子科学研究所技術研究会報告集 , 5-09 (2012).

すが、共用装置としての利用を考慮し、突起部を除く本体を118 × 108 × 57 mm 3 とコンパクトな筐体内に納めた。

࠾ࢃࡾ࡟

超短パルス光の評価例
計測対象のレーザー光は市販の数サイクルレーザーから出射した光であり、そのスペクトルを図３(a) に示す。波長650 ‐1000 nm にわたって広帯域なスペクトルを有している。このレーザー光に対し製作した FRAC を用いて取得した相関信号を図 3(b) に示す（青実線）。横軸はシェイカーの移動量に対応した相対遅延時間である。スペクトルを用いてFRAC 信号を解析すると波長成分毎の位相のずれを見積もることができる [ 図 3(a) 青破線 ]。これらの情報からパルス波
形を再構築したのが図 3(c) 青実線である。本測定では見積もられた位相は平坦でなく、再構築された波形には、位相を平坦と仮定した場合の波形（フーリエ限界パルス、黒点線）と比べて、顕著なプレパルスやポストパルス成分が現れている。
このように、計測した FRAC 信号をポストプロセスにより解析することで、位相情報を抜き出しパルス波形を評価することが可能である。

図３ （a）パルス光のスペクトルと (c) の FRAC 信号より見積もったスペクトル位相。（b）計測した FRAC 信号と分散を考慮した計算値。
（c）スペクトルとスペクトル位相より再構築
したパルス波形。

分子科学研究所技術課報告 201141

技術レポート 光技術班

コラム

BL3B におけるエンコーダ値・Top-Up 表示について

極端紫外光技術三係

酒井

雅弘

林

憲志

BL3 B では、回折格子の回転角度を測定するロータリーエン
コーダと回折格子チャンバーの前後駆動の移動量を測定するリ
ニアエンコーダが取り付けられている。今回採用されたエンコーダシステムには、読み取り値を PC へ出力することができるデジタル表示器はないので、エンコーダインターフェイスから直接 PC へ取り込み・表示をすることになった。
図１に示すようにエンコーダの読み取り値は専用インターフェイスから、A, B, Z 相として差動出力される。National
Instruments（NI）社の NI- 6608 カウンターボードはシング
ルエンド入力のため、インターフェイス−カウンターボード間に差動→シングルエンド変換器を入れてレベル変換を行った。
今回のエンコーダは両方ともインクリメントタイプのため、停電復旧などエンコーダを初期化する際にはエンコーダ原点（リファレンス）を通過させてカウンター値（エンコーダ値）をリセットする必要がある。本カウンターボードにはデジタル入出力機能もあるため、原点通過の際パルスが出力される Z 相をデジタル入力にも接続し、デジタル入力による原点通過検知機能も追加した。またマシングループから配信されている Top-Up
シグナルもこのデジタル入力に入れ、Top-Up 中に一時的に測

図1

ブロック図

図2

表示パネル

定（積算）停止を行えるようにした。
図 ２ は BL3B 用 に Labview で 作 成 し た エ ン コ ー ダ 値・
Top-Up 状態表示パネルである。エンコーダ値の背景色が赤色の場合は正常に原点通過がされていないことを示し、青色の場
合は正常に原点通過が行われたことを示している。また入射時には図のように「Top-Up」と赤く光る。これらエンコーダ値・
Top-Up 表示はグローバル変数として他の Labview プログラムでも利用可能となっている。

コラム

UVSOR 高度化のための複合機能型偏向磁石の設計

極端紫外光技術二係

UVSOR 施設は 2003 年に高度化を行い、大幅な低エミッタンス
化や挿入光源用直線部の創出などを果たした。その際ビーム収束系

表1

新旧偏向電磁石のパラメーターのすべての電磁石を更新したが、偏向電磁石の更新については、その後の高度化のために残された。現在、新たな高度化が進行中であり、その一部としてさらなる低エミッタンス化のため偏向電磁石（全8 台）の更新を行うこととなった。新しい偏向電磁石は複合機能型

Bending Radius (m)Bending Angle
K1 (m-1)㻌 (Quadrupole)
K2 (m-2)㻌 (Sextupole)

New (Combined Function)
2.2
45deg
-1.2
-2.43 (x2)

Present
2.2
45deg
0
0

とし、磁極断面形状によって四極磁場を、ビーム進行方向の両端部の磁極形状によって六極磁場を発生する。新旧偏向電磁石のパラメーターを表１に示す。
磁石形状の現状案を図１、図２に示す。四極磁場は defocus に選んであるので、軌道外側に向かって磁極間隙が広がる形状となる。
六極磁場は、水平方向位置によって磁場有効長が変化するように、放物面状に削り込むことによって発生させる。これらの形状は、端部以外の断面形状は２次元磁場解析コード Poisson、両端部の形状
は３次元磁場解析コード Opera 等を用いて設計した。2012 年春のシャットダウン期間に設置する予定である。

42

分子科学研究所技術課報告 2011

図1

磁極断面形状 (Poisson)

図2

磁極端部形状 (Opera)

技術レポート 機器利用技術班

400MHz NMR 装置（JEOL ECS400）
中野路子

機器利用技術二係

キーワード：NMR、スペクトル、PFG

た原子個々の情報（どの原子とどの原子が隣り合っている

はじめに
NMR 装置は、特に合成を行う研究者にとってその構造

か、原子間の距離がどの程度かなど）が得られるので、化を確認する手段として不可欠な装置であるが、高価なため合物の分子構造や組成、物理化学的性質を分析する方法と各研究室で維持するのは難しく、共同利用が重要な役割をして様々な分野で日常的に用いられる。

担っている。機器センターでは共同利用装置として 400
MHz、500 MHz、600 ＭＨ z の 3 台の NMR 装置を管理

NMR 装置は主にマグネット、プローブ、分光計、制御
コンピュータから構成されている。

している。3 台それぞれ特徴があり、測定内容によって使い分けをしている。その中で 400 MHz の NMR 装置は主な仕様と特徴

15 分程度のルーチン測定を主として 1 H、13 C の室温測定(1) マグネットに限定した利用をしてきた。所内 9 グループに利用者がお強力で安定な磁場を作るために超伝導磁石が使われてり、１日平均 15 件程の利用がある、非常に稼働率の高いいる。今回納入されたマグネットはこれまでのものと異な装置である。そのため Lambda400 は老朽化が懸念されり、磁気シールドされているために漏洩磁場が非常に少ていたが、平成 22 年度の予算にて更新されたので、今回ない。マグネットの中心から 1 m 地点で 0.5 mT である。

は新しい装置 ECS400 を紹介する。この装置は山手 4 号

漏洩磁場が少ないことは、より近くに周辺機器を配置する

館 4 階の NMR 室に設置されている（図１）。

ことができるなど多くのメリットがある。
(2) プローブ
プローブは磁石の中心にサンプルを保持するとともに、サンプルに電磁波を与えて、サンプルからの弱い信号を検出する。標準搭載プローブは新設計され、室温プローブとして世界最高感度を実現し、より短時間でSN比がよいデー
タを得られるようになった。
(3) 分光計
共鳴する電磁波をつくってプローブに送信し、プローブ
からの信号を受信する。分光計の性能は、得られるスペク
トルに大きく影響する。JNM-ECS シリーズは溶液 2 チャ
ンネル測定に限定した分光計で、固体測定や 3 チャンネル

図1

ECS400 概観などへの拡張性はないが、その分小型化されているため狭いスペースに設置できる。マルチシーケンサ方式を踏襲し、NMR とはより複雑なパルスを正確に出せるようになったため、非常核磁気共鳴（NMR:Nuclear Magnetic Resonance）に多くの測定法を標準搭載している。また以前はオプショとは磁気モ−メントをもつ原子核を含む物質を磁場の中にンだった磁場勾配電源も標準搭載しており、グラジエント

おき、これに共鳴条件を満足する周波数の電磁波を加えたシムによる自動分解能調整が使えるようになった。磁場勾ときにおこる共鳴現象である。核磁気共鳴装置はこの共鳴配（PFG：Pulse Field Gradient）を使った様々な測定

現象を観測することによって、原子の化学的環境を反映しもできるようになり、特に異種核相関測定ではスペクトル

分子科学研究所技術課報告 201143

技術レポート 機器技術利用班の質が劇的に向上するため、大幅な測定時間短縮が可能と

図 4 は、もっともよく用いられる 1 H の 1 D スペクトルなった。

である。各ピークの化学シフト、積分比やピークの分裂か(4) 制御コンピュータ

ら構造の情報が得られる。サンプルの濃度に依存するが、分光計制御 / データ処理ソフトウェア Delta は少し操作に慣れるのには時間が必要だが、非常に多機能である（図たいていは数分の積算で十分である。
1

H の 1D で十分な構造情報が得られない場合、1 H- 1 H2）。また、JEOL USA のホームページからデータ処理用の相関測定や 13 C の 1D 測定を用いる。図 5 の COSY 測定の Delta を無料でダウンロードできるので、個人の PC では J 結合した 1 H- 1 H 間の相関が得られる測定で、感度はよ

測定データの解析が可能である。Delta は他機種や他社のく、数十分から 1 時間程度で十分である。一方 13 C は天然

NMR データの処理にも対応している。

存在比が 1% であるため、1 H に比べて感度が落ちるので、

図3

図2

低温 VT ユニット

ソフトウェア Delta

■主な仕様
磁場

9.4T

感度（S/N)1

プローブ

TH 5 AT/FG

システム

OS：Windows 7 、Software：Delta 5 . 0 . 1

H ≧ 280、13 C ≧ 190

オプション＜ Autotuning ユニット＞
1

図4

H/ 19 F および 15 N(40 MHz) 〜 31 P(162 MHz) の核種

1

H 1D スペクトル（積算：４回、測定時間：1 分）の自動チューニングが可能なため、簡単に多核測定ができる。
＜低温 VT ユニット＞
液体窒素を利用して -150℃までの低温測定が可能である。液体窒素の入った 10L のメタルデュワとデュワアダ
プタを接続して、液体窒素を加熱して一定量の窒素ガスを発生させ、プローブヒータで加熱制御することによって目的の温度が得られる（図 3）。

測定例
標準サンプル（2％ AGE/CDCl 3）で一般的な測定を行ったので、その結果を下記に示した。

44

分子科学研究所技術課報告 2011

図5

COSY スペクトル（ポイント：1024 × 256、積算：４回、測定時間：30 分）

十分な感度を得るために overnight 程度積算を必要とするのがふつうである。より多くの情報を得るために、13 C に結合している 1 H の数で編集できる DEPT 測定も合わせて測定されることが多い。
次 に こ の 装 置 で お 勧 め し た い の が、 図 6 の 1 H- 13 C
HMQC 測定である。これは直接結合している 1 H と 13 Cの相関が 1 H 観測で得られるため、感度もそれなりによ
く、1 H と 13 C の化学シフト値が同時に得られる。ただしこの測定にはパルス磁場勾配が絶大な効果を発揮する。これまでの Lambda400 にはこの機能がなかった
ために非常にスペクトルの質が悪く実用的ではなかった。
Lambda500 には PFG のオプションがあるが、PFG 専用のプローブに交換する必要があるため、この測定のハードルが高いと感じるユーザーも多かった。その点では、プローブ交換することなく測定できるので、気軽に測定できるようになった。ただし、TH5 AT プローブは 1 H のコイルが外側にまいてあるタイプであり、1 H のコイルが内側に巻いてあるインバースタイプのプローブに比べると 1 H 観測
測定の感度や分解能は劣ることを気に留めておいていただ
きたい。

図6

HMQC スペクトル（ポイント：1024 × 128、積算：４回、測定時間：35 分）

最後に
ECS400 は基本測定が簡便にできるのはもちろんだが、今までできなかった測定も簡単にできるようになったので、様々な応用測定にも挑戦していただきたいと思う。多くの研究者、学生の皆さんに活用していただきたい。

分子科学研究所技術課報告 201145

技術レポート 機器技術利用班

電子スピン共鳴装置
藤原基靖

機器利用技術一係

キーワード：電子スピン共鳴、多重共鳴、時間分解

X-band や Q-band では、1.5 T までの磁場を発生出来る

はじめに
電子スピン共鳴（Electron Spin Resonance：ESR）

電磁石が利用されます。より高周波になると、超伝導磁石とは、静磁場中に置かれた不対電子（電子スピン）を持つも利用されます。

物質が、マイクロ波を吸収して共鳴を起こす現象です。光

(3) キャビティ

（可視、紫外）を用いて試料固有の振動エネルギーや遷移

ブリッジから発振されたマイクロ波エネルギーを貯めエネルギーを観測する光分光装置に対し、ESR 装置では、ておく共振器で、X-band の場合は約 3 cm 四方の空間

電子スピンによって誘起される磁気的なエネルギーを観測です。共鳴条件が満たされるとエネルギーの授受が行わしています。試料の形状（固体、液体、気体）によらず、れ、シグナルが観測されます。測定に応じて、光照射用や非破壊で電子スピンの状態を調べることが可能で、有機ラ

ENDOR 用など、使い分けが可能です。

ジカルや遷移金属などの物性分野の他にも、材料、放射線(4) クライオスタット

線量、酸化還元・触媒反応の分野でも利用されます。

液体窒素や液体ヘリウムなどの気化ガスをヒーターで制御し、極低温から高温までの幅広い温度域での測定が可

装置の概要

能です。また液体ヘリウムをポンピングすることで、ヘリ

ESR 装置は主に、ブリッジ、電磁石、キャビティ、クラウム温度以下の測定も可能です。

イオスタット、コンソールから構成されます（図 1）。

測定例(1)CW-ESR

䝤䝸䝑䝆
䝸䝑䝆

静磁場中に置かれた電子スピンのエネルギー準位はい
䜻䝱䝡䝔䜱

㟁☢▼

くつかに分裂（ゼーマン分裂）します。一定のマイクロ波（Continuous Wave：CW）を加えながら、静磁場を掃引した際、電子スピンのエネルギー準位とマイクロ波のエ䜽䝷䜲䜸䝇䝍䝑䝖
䝁䞁䝋䞊䝹

ネルギーが等しくなった時に起こる ESR を観測します（図2）。この共鳴磁場や吸収強度などから、物質の電子状態

図1

ESR 装置の概要(1) ブリッジや構造情報を得ることが出来ます。
䜶䝛䝹䜼䞊

マイクロ波発振器と検出器を備えます。マイクロ波としhvて 9.4 GHz 帯（X-band）がよく利用されます。より高周
波の 34 GHz 帯（Q-band）、94 GHz 帯（W-band）を用いると、高分解能・高感度で測定出来るようになります。
検出には位相敏感検出器や磁場変調方式などを用いて、高感度で測定出来るようになっています。

☢ሙ(2 ) 電磁石
不対電子に磁場を加えてスピン準位を分裂させます。

46

分子科学研究所技術課報告 2011

図2

ゼーマン分裂と ESR スペクトル(2) 多重共鳴
多重共鳴とは、複数の磁気共鳴を組み合わせた手法のことで、電子 - 核二重共鳴（Electron-Nuclear Double
Resonance：ENDOR）や電子 - 核 - 核三重共鳴（TRIPLE）などがあります。電子スピンと核スピンの相互作用がある系では、複雑なスペクトルになったり、複数が重なって一本の広がったスペクトルになることがあります。これらの手法を使うことで、分解能や検出感度が向上したり、新規知見を得ることが可能になります。ENDOR 測定では、
ESR 遷移を誘起するマイクロ波照射に加えて、核スピン遷移を誘起するラジオ波の照射を行います。図 3 に PNT（perynaphthalene）の測定例を示します。

図4

C 60 の時間分解 ESR スペクトル（T=10K）(4) パルス ESR
通常の CW-ESR では、スピン系を乱さないような弱いマイクロ波を定常的に照射しますが、パルス ESR では、強いマイクロ波をパルス照射してスピン系を倒し、その後の緩和過程・時間変化を観測します。電子スピンの存在や構造などの静的な情報だけでなく、照射するパルス系列を変えることにより、選択的にスピンの動的情報を得ることが出来ます。図5に緩和時間T 2 の測定シーケンスを示します。

図5

緩和時間 T 2 測定シーケンス

おわりに
機器センターでは、3 台の ESR 装置を所有しており、
図3

PNT の CW-ESR スペクトル（上）とCW-ENDOR スペクトル（下）（T=RT）

H22 年 3 月には Q-band パルス ESR 装置、H24 年 3 月には X-band CW-ENDOR 装置が追加されました。これら
多くの ESR 装置およびオプションは所内外に公開されてお(3) 時間分解 ESR
時間分解 ESR 測定は、光照射直後に生じるナノ秒からマイクロ秒領域の短寿命の中間体や反応性の観測に用いらり、全国的にも貴重な施設となっています。今後も、より多様なニーズに対応出来るよう整備していきたいと思います。

れます。CW-ESR 装置に、励起させるためのナノ秒パル
スレーザー、シグナルを観測・積算するためのデジタルオ
シロスコープ、これらを同期させるパルスジェネレータを加えることで測定が可能になります。図 4 に C 60 の測定例を示します。

分子科学研究所技術課報告 201147

技術レポート 機器技術利用班

コラム

昭和の香り

機器利用技術班

山中孝弥

フルークと聞けば少し上等なテスターを連想される方は多くいるだろう。もし高圧電源を思い浮かべられた方がいるなら、昭和に青春時代を過ごされた研究者や技術者の方ではないだろうか。今般、ご縁があってフルークの高圧電源
やニキシー管表示の定電圧電源などを占有させて頂く機会を得た。いずれも分
子研創設期に旧機器センターの小型貸出機器として所蔵されてきたもので、一定の役割を終えて筆者のところへ還御されたと言っていいくらい崇められた機器であった。2012 年の幕開けと同時に、旧知の研究者との実験において、これらの機器を使う機会があったが安定度抜群で左図に示すようにベンゼンのTOF スペクトルを得る活躍をしてくれた。これは正しく「もったいない」を超越した共同利用研究の原点であったと考えている。次の実験が楽しみである。

コラム

超短パルス、ピコ秒波長可変レーザー

機器利用技術二係

上田正

レーザーの特徴の 1 つに単色性がある。特に連続発振の場合には、極めて狭い波長幅となり、その波長は多くの場合レーザー
媒質によって決まる。これに対し、時間幅の極めて短いパルス光が得られる点もレーザーの重要な特徴である。分光実験における超高速時間分解実験に用いる光源には、時間幅が極めて短く、また波長を選択できるパルスレーザーが要求される。それに答えられる光源として、機器センターではピコ秒（10 - 12 秒）の時間幅の波長可変レーザーを所有し、施設利用に供している。
最近では、特殊な装置によって 100 アト秒（10 - 16 秒）領域でレーザー発振が実現されているようであるが、可視光の 1 周期
が 1 フェムト秒（10 - 15 秒）程であることから、理論限界に迫る技術の進歩には驚かされる。しかしながら、時間幅が短くなればなるほど不確定性原理によって波長幅の拡がりは避けられないが、ピコ秒領域ではその両者、つまり時間分解能とエネルギー
分解能の両方において高い分解能が得られるとされている。当センターのピコ秒波長可変レーザーは、再生増幅器内にピコマ
スクを備えており、パルス幅は自己相関法で測定したところ 2 〜 3 ピコ秒であった。波長可変領域については、外付けの非線形結晶を取り替えることで、原理的には紫外光（250 nm 〜）から赤外光（〜 10500 nm）のレーザー光を発振させることができる性能を有している。また再生増幅器出力のピークパワーは、0. 5 ギガワット（１ギガ = 10 9）にも達する。

48

分子科学研究所技術課報告 2011

技術レポート 計算科学技術班

ネットワーク機器の更新および増強
内藤茂樹

計算科学技術三係

キーワード：ネットワーク、仮想化、100GbitEther、ファイヤーウォール

平成 23 年度にネットワーク機器のリプレースおよび新規調達を

下記スイッチの 100 GbE インターフェース

行いました。今回調達した主な機器は以下の通りです。
サーバ機器
・仮想化サーバ : HP Proliant DL580G7
・管理運用サーバ : HP Proliant DL380G7
・予備サーバ : HP Proliant DL360G7
・仮想化ストレージシステム : EMC VNX5300 DPE・バックアップ用ストレージ : DataDomain DD630-12Xi
・仮想化ソフトウェア : VMware vSphere 5
ネットワーク機器
・明大寺地区基幹集線スイッチ : Brocade MLXe-32e・山手地区基幹集線スイッチ : Brocade MLXe-8
・支線ノードスイッチ : 日立電線 Apresia13200-48X
・無線 LAN コントローラ : Aruba6000
・無線 LAN アクセスポイント : Aruba AP-105
・ファイヤーウォール機器 : Palo Alto Networks PA5060

ファイヤーウォール機器

新規サーバー群

サーバ用外部ストレージ（HDD）

明大寺地区基幹集線スイッチ

分子科学研究所技術課報告 201149

技術レポート 計算科学技術班

今回リプレースされるネットワークサーバは、上記の仮想化サーバを 3 台使ってクラスタを組むことにより冗長で 100 例ほどと言うことで、現時点では最先端の機器を導入できたと考えております。

化を行います。そして仮想化ソフトウェアを使って、その上に各サーバをヴァーチャルマシン (VM) として構築して、ネットワーク機器としてはファイヤーウォールもリプ

その上で各種のサービスを提供します。この仮想化に関し

レースしました。今までの機器は基本的にポート単位でのては今までと同じですので、ハードウェアの変更と各ソフ設定ですので、同じポート番号を使う通信の区別が出来ま

トウェアのバージョンアップが今回のリプレースの主目的せん。例えばポート 80 番は一般的に WWW の http 通信になります。ハードウェア自身は、で使われますが、同じポート番号を使った P2P ソフトも・旧サーバ
CPU : Xeon X5355 × 2( 全 core 数 64core)
・新サーバ
CPU: Xeon E7- 4870 × 4( 全 core 数 120core)と強化されています。
一方のネットワーク機器に関しては、平成 21 年度に整存在します。従って WWW 閲覧用にポート 80 番を開けておいたら、P2P でのファイル交換が行われていた、と言うことが起こりえます。今回導入したファイヤーウォー
ルはアプリケーション単位での設定が出来ますので、同じ
ポート番号を使っていても、許可されたアプリケーショ
ンと違うものの通信は遮断されます。ですから同じポー

備したものの増強となります。増強箇所は、

ト 80 番でも、http の設定のみしておけば WWW の閲・明大寺地区 - 山手地区間が 100 GbE 化

覧が可能になり、それ以外の P2P 等の通信は遮断されま・各フロアスイッチ - 基幹スイッチ間が 10 GbE 化す。また通過するパケットと、メーカから提供されるシグ

・全所内的に無線 LAN を整備

ネチャーと呼ばれるパターン・データとを照合し、その通が 主 な 内 容 に な り ま す。 こ の う ち 無 線 LAN に 関 し て信が悪意あるものかどうかを検出する機能があります。こは、今までは UVSOR のストレージリング室と、研究棟のの機能を使えば公開サーバへの外部からの攻撃や、外部

201 号室、301 号室のみでしたが、無線 LAN アクセスポの WWW サーバから送られてくるデータに問題があるか

イントを構内PHS網のアンテナと同程度配置するとによっどうかを検知することが出来ます。この機能によって公開て、建屋内のほぼ全ての箇所での無線 LAN の利用が可能

サーバだけで無く、職員の WWW の閲覧などの外部とのになります。また現在使用しているフロアスイッチの上流

通信をより安全にすること可能となります。

に 10 GbE 対応のスイッチを入れることによって、基幹スイッチとの接続を 10 GbE 化します。10 GbE 対応ス
イッチと現在のフロアスイッチとの間の接続は 1GbE を束ねることにより、4 Gbps から 8 Gbps の帯域で接続します。
もっとも変わったのは明大寺地区と山手地区との接続です。今までは山手地区の各建屋 (1 号館〜 5 号館 ) ごとに
集線スイッチがあり、そこと明大寺地区の基幹スイッチとが 10 GbE で接続されていました。今回山手地区に基幹
集線スイッチを導入し、各建屋の集線スイッチの上流をそこに集め、明大寺地区の集線スイッチとの間を 100GbE
で接続しました。10 GbE × 5 本から 100 GbE へですので、大凡 2 倍の帯域になりました。また使用する光ファイ
バーの芯数も 1/5 に減らすことが出来ました。明大寺地
区と山手地区の間の光ファイバーは、所謂ダークファイ
バーを借りているのでは無く、中部電力さんに電柱の使用料を支払って自前のファイバーを敷設しています。使用芯数を減らすと言うことは、今後の拡張性や芯の断線時のための予備芯の確保という意味で、ネットワークを運用する上で大きな意味があります。この 100 GbE の導入は国内
で 2 例目と言う話であり、メーカの話では納入実績が世界

50

分子科学研究所技術課報告 2011

技術レポート 計算科学技術班

スーパーコンピューターの更新
手島史綱

計算科学技術一係

キーワード：スーパーコンピュータ、超高速分子シミュレータ、消費電力量、vSMP、pNFS、Sandy Bridge

までに調達したスーパーコンピュータの演算性能変遷図で概要
計算科学研究す。これまで、概ね 10 倍以上の性能を有するシステムをセンター（以下、センターとする）では、平成 21 年より調達出来ています。今回も同様な設定でメーカーへの資料

超高速分子シミュレータ（以下、スーパーコンピュータと提供招請を行い、詳細情報の検討を行いました。その結果、する）の更新手続きを始めました。従来の更新では、調達性能では全く問題はありませんが、消費電力量では現有機

性能を 10 倍程度に設定しています。そのまま調達手続きの 3 倍を超えてしまうのがほとんどであり、現有機の電気を進めた場合、性能面では問題ないものの消費電力が増大

代をからみてその増加分は無視することができません。もすることが明確になり、電気代が増大し無視することがでし、この超過電気代をシステム借料から賄うことを想定す

きず、調達性能の目標値を下方修正する必要性がでてきま

ると、確実に調達性能目標値を下方修正せざる得なくなりす。しかし、今回は目標値を下方修正することなく増えるます。性能を下方修正して調達するか、下方修正すること

電気代を考量しながら導入することができました。

なく目標値のシステムが調達可能な時期まで遅らせるかを

自然科学研究機構

岡崎共通研究施設

検討する事になりました。

はじめに
平成 21 年 8 月からスーパーコンピュータの調達（更新）

調達手続き

検討が始まりました。従来から５年毎に更新するスーパー

図 2（グラフ内の赤枠はその次期に導入されていた計算

コンピュータの調達性能は、現有システムの 10 倍程度を機システム名です。計算機システムの消費電力量は青線で目標（ムーアの法則）に設定にしています。図１は、これす。橙線はグリッド実証研究プロジェクトによって導入されたグリッドコンピュータシステム（平成 16 年 1 月から
平成 21 年 3 月まで稼働です）はセンター設立当初から現
行スーパーコンピュータまでの消費電力量の推移を表しています。昭和 60 年 4 月頃は、約 150 Kwh でしたが、平成 6 年 4 月のスーパーコンピュータ更新（NEC SX- 3 導入）

図1

演算性能変遷図

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図2

システムと消費電力量

分子科学研究所技術課報告 201151

技術レポート 計算科学技術班

時から消費電力量が約２倍にはね上がっています。これ

状予算での調達となります。両辺を 1.182 で除算しては、この時期に新棟が完成し、主機室の面積が約 2 倍にな

8.46:2.54（借料 : 電気代）という割合での調達を考えなり、汎用コンピュータとスーパーコンピュータを各々の主

いといけません。つまり、計算機システムにかけられる予機室に設置（コンピュータ価格が下がり調達出来るシステ

算が現状より 84.6% に下げなければいけないことになり

ム構成が大きくなったため）されたためです。今回の調達ます。このことから、電気代が無視出来ない状況が認識さ開始時における現有計算機システムの借料と電気代の割合

れ、あくまで現予算を超過させないことを重視することには、およそ 10:1 ですので、特に消費電力量については深なりました。資料を精査したところ、平成 24 年 1 月頃にく考えていませんでした。

なれば、低消費電力の秀でた次世代スーパーコンピュータ

調達前のスーパーコンピュータは、富士通 PRIMEQUEST「京」の普及機が調達可能であることや Intel の CPU もクと SGI Altix 4700 システムです。両システム共、CPU に

ロック数は落ちるものの低消費電力のものを調達可能かも

Itanium 2(Montecito1.6 GHz) を使用し、各々が 640しれないことが分かってきました。これらのことから、性Core 4 TFLOPS（合計 8 TFLOPS）です。このスーパー

能のみでなく、消費電力（電気代）も重要なファクターでコンピュータの合計消費電力は 192 Kw、発熱量は 203

ありますので低消費電力 CPU（それでも電気代は今の 1 . 5

Kw です。今回の調達では、このシステムの 12.5 倍のから 2 倍程度増加します）の調達を行うため調達時期を100 TFLOPS を目標値に決め資料提供招請を始めました

７ヶ月遅らせることにしました。

が、目標値のものを導入するには電気代が３倍以上になることが分かりました。計算機システム借料と電気代の比導入したスーパーコンピュータ

率が 10: 3 となり、予算的には 13/11=1.182 倍に増え導入したスーパーコンピュータは、図 2 の通り２つのないと目標する性能のシステムを導入する事が出来ませサブシステムから構成されます。「高速 I/O 演算サーバシん。しかし、予算増など見込む事が出来ない現状では、現ステム」の SGI UV1000 システム（図 3）は、CPU に

図3

52

分子科学研究所技術課報告 2011

更新後のシステム構成図

Intel Westmere-EX2.66 MHz（576 Core）、主記憶 9ものです。通常のファイルサーバに比べデータ転送の高速

TB で処理性能は 6 TFLOPS です。特徴としては、I/O 速化が期待できます。この他、次世代スーパーコンピュータ

度が高速（8 GbpsFC × 16）な /work（SGI IS 16000。

「京」開発用サーバとして、普及機（市販品）である富士

ディスク容量 400 TB）ディスクや CPU 間が高速インター

通 PRIMEHPC FX10 が 1 ノード（シングルラックモデル）

コネクト接続（NUMALink5 15 GB/s）の高 SMP 環境あります。これは、CPU に富士通 SPARC64 IXfx（1 , 536が利用可能でジョブの高速化が期待出来ます。このシステ

Core）、主記憶 3 TB、処理性能 20 TFLOPS です。理研

ムは、約１年後の 2013 年 4 月に CPU を SandyBridge-の次世代スーパーコンピュータ「京」利用を考えている利EX にした UV2000 システムに更新されます。主記憶は用者に対してプログラム開発用として提供します。ネッ

8 TB とやや減るものの、Core 数を 1,024、処理性能をトワークスイッチは、Force10 Z 9000 で、40 Gbps×

20TFLOPS、インターコネクトを NUMALink6(53.6

32 ports（10 Gbps × 128 ports で使用）のものです。

GB/s) と大きく性能アップします。
「クラスタ演算サーバ
システム」の富士通 PRIMERGY RX300 システム（図最後に4）は、CPU に Intel SandyBridge2.9 GHz、インタコ

情報を吟味して、電気代を考慮にいれて低消費電力量

ネクタに InfiniBand を使用した、それぞれ 162 ノードの CPU システムを組み合わせて調達することによって、（1 ノード 16 Core

合計 5 , 184 Core）の 2 タイプです。

CPU 性能目標値の 100 TFLOPS を上回るシステムを導入

TypeX は、主記憶 64 GB（1 ノード 4 GB）であり TypeY は、することができました。気になる消費電力量と発熱量は、

主 記 憶 128 GB（1 ノ ー ド 8 GB） で す。TypeY に は、

消費電力量約 340 Kw と発熱量約 320 Kw であり、現行

vSMP というサーバ仮想化ソフトが導入されています。こシステムの約 1.8 倍と約 1.6 倍となり、それぞれ２倍以

れは、一般的な仮想化（単一マシンに複数サーバを構築）内に収まりました。そして、増加する電気代も借料内で納とは違い、「複数のサーバを単一の SMP システムに構築」

めることができました。

するという先進的なものです。この vSMP を使用する事によって、高 SMP 環境が動的に構築する事が出来ます。これらのシステムは、外部ディスク Panasas ActiveStore（1,380 TB）を pNFS マウントして使用しています。このディスクシステムは、ファイルサーバを経由せずにクライアントとストレージが直接パラレルにデータ転送を行う

図4

SGI UV1000

図5PRIMERGY RX 300

図6

PRIMEHPC FX 10

分子科学研究所技術課報告 201153

技術レポート 計算科学技術班

コラム

IC カードを使うフリーなソフトウェア開発はどこまでできるか？
計算科学技術二係 岩橋建輔

交通カードや電子マネーなどで広く普及した IC カードですが、自分で書いたプログラ
ムから IC カードを活用できないものでしょうか。その答えは「最近になってようやくできるようになってきている」です。どのようなものを揃えれば活用できるようになるのかを次に説明します。
パソコン以外の必要なハードウェアはICカードリーダーライターとICカードです。現在日本で入手できる安価なICカードリーダー
ライターは Sony 製 PaSoRi（約 2, 900 円）のみです。IC カードは個人所有の Felica を流用するか、調達コストを考慮して Mifare
Ultralight（1 枚あたり約 100 円）という種類の IC カードを用意します。
ソフトウェアはLinuxとLGPLv3ライセンスの最新のlibnfcを使えば上記のハードウェアでICカードの暗号化されていない情報（カードの識別番号など）を読み取ることができます。IC カードが Mifare Ultralight の場合、40 バイトのデータを書き込むことが可能です。
Felica の公式開発キットは有料なだけでなく法人を代表して契約する必要があり、お手軽な開発環境ではありません。
IC カードを実際に使った応用として、技術職員向けの研究会での受付システムを作成しました。受付で IC カードをかざすことで、IC カードの識別番号を読み取り、あらかじめ準備していた氏名・所属・支払い状況をパソコンの画面に瞬時に表示されます。この受付システムにより、受付での行列はほとんど発生しませんでした。他の応用としては、研究所の一般公開でスタンプラリーの代替として使えるようにしていきたいと考えています。

昌孝

新スパコンと GPGPU における行列計算時間の比較調査
計算科学技術二係 長屋
貴量

昨年 5 月に開催された自然科学研究機構技術研究会で、今年、センターのスパコンが SandyBridge マシンに更HD 品質画像による中継放送をライブ配信 ( ストリーミング )新されたため、行列計算のベンチマークを行った。テスト

コラム

コラム

ライブ配信する際の注意点
計算科学技術一係

澤で行った。中継した際に起きた問題や行った対応などについ内容として、Intel Compiler の MKL に含まれる、BLAS のて紹介する。

sgemm/dgemm 関 数 を 利 用 し、 １ 辺 が 128 〜 32658

中継で重視した点の 1 つは、講演中のプレゼン内の画像・要素ある 2 次元行列の積を計算するプログラムを作成した。

文字を鮮明に見える状態で配信することがあった。プレゼン

この行列計算にかかる時間を 100 回計測して平均値を求

画面を高画質で取り込むには、演者 PC のミニ D-sub15 端

め、昨年度購入 / 調査した GPGPU マシン (CPU : Nehalem、子などからデータを直接入力する方法が最善である。しかし、GPU : NVIDIA Tesla C2070 ) と比較した。

演者の交代で入力元の PC が替わると、中継画面が初期化す

図 は、 計 算 に 最 も 負 荷 が か か る、 倍 精 度 (dgemm) でるなどの問題が起きることが事前テストで判明した。PC か

16thread 並列計算した場合の SandyBridge と Nehalem、

らの入力が途中で変更しないよう、演者が使用する PC を会

及び Tesla C2070 で倍精度の計算を行った場合をプロット

場で予め用意したものに限定することを検討したが、プレゼしたものである。

ン用ファイルが表示ソフトのバージョン違いなどで正しく表

その結果、新システムの SandyBridge は、Nehalem よ示されない危険性があった。そのため、プレゼン画面はプロ

り 1 桁近く高速であり、さらに行列のサイズが大きくなれば、ジェクタで映っているものを HD カメラで撮影し、これを入倍精度計算が高速と謳われた Tesla C2070 とも引けを取ら

力することで対応とした。

ない結果となった。また新システムならば、GPGPU マシン

また、他に中継で重要なこととして、安定した映像を配信のメモリに乗り切らない巨大行列でも計算が実行可能であり、することもあるが、何回かノイズの多い固まった画像を配信

SandyBridge + Intel Compiler の計算処理能力の強さや有してしまった。ストリーミングのエンコード処理は差分圧縮

望性を示す結果となった。

を行っているため、カメラの撮影対象を替えたときなどに入力画面を大きく変化させたことにより、送信 PC のエンコード処理が追いつかなくなったからである。撮影対象を替える
ときは、広角で撮影するなどして、大きな画面変化を起こさないようすることで対応とした。

54

分子科学研究所技術課報告 2011

技術レポート 低温技術班

更新されたヘリウム液化機
L280
について
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高山

敬史

低温技術係

キーワード：省エネ、高効率、最新設計

して精製時はバッファータンクの圧力を最高圧に保持して、

概要
平成 21 年 5 月、分子研明大寺地区の KOBELCO 製ヘリ
ウム液化機が設置後 21 年目にして故障した。その後、概精製器内部の圧力差がある程度生じるまで運転を持続する方式を採用した（写真 1）。

算要求が通り、平成 23 年 11 月に LINDE 製のヘリウム液化機 L 280 が設置された。円高の影響もあり、既存の装置はほぼ希望通り更新することが出来た。本報告では、変更されたヘリウム液化機およびヘリウム液化システム周辺機器を新旧対比しながら詳細に紹介する。

ヘリウム液化機 LINDE L280
KOBELCO 製ヘリウム液化機の能力は液体窒素予冷を用いて、99％以上の不純ガスを使用した内部精製運転において液化率は 160 ℓ /h ほどであった。それに対して

写真 1

LINDE 製のヘリウム液化機 L280 は、同条件で 180ℓ/h前後の液化能力を有する。純ガス運転に限れば、優に液化用圧縮機

ヘリウム液化機 L 280

KAESER DSDX302

200 ℓ /h を超える。更に、液化能力は落ちるが今までは更新した KAESER 製スクリュー型圧縮機は、運転圧力不可能であった液体窒素予冷無しの運転も可能となり、そが 1 MPa 未満となり高圧ガスの対象から外れる。そのたの能力は約 60 ℓ /h である。

め、保安検査が簡素化されランニングコストからの面でもその他の特徴として、液化運転の制御システムが格段に非常に有利である。以前の圧縮機は神戸製鋼所製であった

使いやすくなったことがあげられる。液体窒素予冷を行うか、が、モーター出力は 410 KW と大きく更新した KAESER

あるいは内部精製運転を行うかあらかじめ選択しておけば、製 160 KW と比べれば、今の時代にマッチした省エネ型

パソコン上からボタンのクリックのみで選択した条件のもとと言える。液化能力が向上したのにもかかわらず、消費電液化運転が開始される。これらは、遠隔操作が可能でスマー

力が 1/2 以下に抑えられているのは 20 年の進歩を感じる。

トフォンあるいはタブレット等によりインターネットが使え

液化用圧縮機は水冷方式を採用するが、今回、冷却系

る環境であれば、外部からも運転可能な機能を有する。更に、統のシステムも一新した。旧型の冷却塔は、開放式を採用

停止操作も簡便であらかじめ設定したセットポイントによりしていたが、同時に液化機タービンの冷却も行うことから、自動停止ができる。例えば、回収ガスのカードル圧力が低下

今回は密閉型の冷却システムとした。密閉型の利点は、循して内部精製が出来なくなるのを想定するとか、液体ヘリウ

環する冷却水が外部要因で汚染されることがないのが特徴

ム貯槽が満量に近づきあふれる事態などを想定して前もってでメンテナンスも最小で済む。また、冷却水の制御は、液液化運転を自動的に停止するのに役立つ。

化用圧縮機の運転と連動しているので、その都度電源を純ガスを一時保管するバッファー（中圧）タンクは 10 m

3

3

ON/OFF する手間が省ける。

を 2 基、合計 20 m 室内に設置して内部精製器が再生モー

この圧縮機の特筆すべき点は何と言っても騒音・振動とドに入っても、購入ボンベからの純ガスを消費しない設計

もに今までの圧縮機とは比較にならないほど全てが低レベとなっている。内部精製器の制御方法は、台形制御を採用

ルになったことであろう（写真 2）。

分子科学研究所技術課報告 201155

技術レポート 低温技術班

中圧ガスドライヤー
撤去する前のドライヤーは高圧タイプで 1 塔のみの仕様であったため、連続した液化運転には向いていなかった。
更新したドライヤーは中圧タイプとなり 2 塔自動切り替え方式を採用した。このため、長時間の液化運転にも対応でき再生も自動で行われるので、液化の運転スケジュールに
ドライヤーの運転再生を合わせる必要がない。1 塔当たりの除湿可能時間は 24 時間となる。
ただ、残念なことは塔の再生に窒素ガスを必要とするた
写真 2

め、一回の再生運転で液体窒素が 250 ℓほど消費するこ

液化用圧縮機と油分離器とだ。撤去前のドライヤーは再生時に窒素ガスを使用しな

液体ヘリウム貯槽 WESSINGTON CH4000

い仕様であったため、窒素ガスの消費は特に目につく。な

今までの 3,000 ℓの液体ヘリウム貯槽から 4,000ℓ

お、このドライヤーの再生に要する時間は 12 時間である。

の貯槽へ容量をアップした。液化機からの 3 重管と超伝導液面計およびトランスファーチューブが 2 本刺さった状態

ヘリウムガス回収用圧縮機 C5N 型 50 m 3で、蒸発量は 0.45％となる。その他、予備のアクセスポー

処理量 90 m 3 の C5U 型ブルックハルト製圧縮機は老ト 1 個が備わっている。貯槽の大きさは、以前使用してい朽化のために更新を行った。導入した圧縮機は、同じくブ

た 3,000 ℓとほぼ同じでこれもまた 20 年の歩みの中で、

ルックハルト製の処理量 50 m 3 の C5N 型圧縮機で既存

断熱性能が格段に良くなったことがうかがえる。

のものと同一タイプの型を選択した。タイプを同じ仕様に

ただ唯一の欠点は、超伝導液面計の出来があまり良くな

することにより、消耗品および吸吐弁を他から流用できる

く液化中の液面計測が不安定となり、常に安定して計測でメリットがある。これで、C5N 型の圧縮機を並列運転のきないことは非常に残念である。

2 台体制で運用することとなった。山手地区の回収圧縮機

トランスファーチューブと合わせると同型の圧縮機が 4 台となる（写真 4）。

進化した∩型のトランスファーチューブを 2 本設置して、同時に 2 か所で汲み出すことを可能とした。トランス
ファーチューブは一部にフレキシブルチューブを用いて、スムーズに上下に稼働できることで、充填時においてリフター使用の必要性は全く感じない。開閉のバルブは、空気作動弁を使用しており、新たに導入した液体ヘリウム自動供給装置と連動して動作する。供給元の液体ヘリウム貯槽
内圧によって左右されるが、供給圧 0.02 MPa の時 100ℓを充填するのに要する時間は約 20 分前後となる。これは、回収ラインの配管径を太くしたことにも起因する。

写真 4

回収圧縮機

処理量 50 m 3

トランスファーチューブのヘリウム貯槽内の先端には簡易式逆止弁がねじ込まれていて、オシレーション防止効
果があるので、常時トランスファーチューブは貯槽にセッガスホルダー更新およびガスバッグ導入
ガスホルダーの入れ替えと、ガスバッグの新規導入を行った。ガスホルダーは、老朽化のため同じ容量 50 m 3トした状態である（写真 3）。

のものを作り直すこととなった。ガスホルダーの内部のゴムが亀裂を生じるなど故障した場合を想定して、新たにガスバッグを導入することにした。ガスバッグは以前より空いていた実験室を有効利用して設置されており、容量は41 m 3 を確保し、材質はヘリウムガス透過率の低いスカ
イピアの生地を選択した。ガスホルダーとガスバッグはそ

写真 3

56

分子科学研究所技術課報告 2011

液体ヘリウム貯槽と∩型トランスファーチューブ

れぞれ独立して運用することで運転制御を簡素化し、非常時である計画停電等に備えてヘリウムガスを同時に回収することもできる（写真 5）。

写真 5

ガスバッグ

容量 41 m 3

長尺ガスカードル増設
液体ヘリウム貯槽の容量アップに備えて、長尺ガスカー
ドルの増設を行った。更新されるまでは、75 m 3 ×25 本、60 m 3 × 24 本の合計 3,315 m 3 だったが、60 m 3 を 12本追加して合計のヘリウムガス貯蔵量を 4,035 m 3 とした。今回、設置スペースが十分に確保できなかったため、既存の回収カードルの上部に積み重ねることで 2 階建て風に設置した。
回収可能な容量を増やすことにより、液化機が故障してもその修理期間中、ヘリウムガスは余裕を持って回収できるようになった。

最後に超円高のおかげで、既存の設備を希望通りの仕様で更新することができた。今回更新した設備は、今後 20 年の寒剤供給の安定した運用を想定して作られている。その間、山手地区の液化供給システムが万が一ダウンしても、より強固なバックアップ体制でそれを補うこともできる。その場合は概算要求が通るまでの間、両地区の寒剤供給という大事な一役を担っていけたら幸いである。今回、明大寺地
区のヘリウム液化機を更新するに当たり、ご尽力いただけました関係者の皆様方に大変感謝申し上げます。

分子科学研究所技術課報告 201157

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

はじめに

B3LYP/6-31G(d,p) 法での振動解析に基づき振動スペク

様々なテーマで他大学との協力研究を行った。赤外反トルの帰属を行った。スペクトルの温度依存性と合わせる

射およびラマン分光法、Ｘ線結晶構造解析、磁化率測定をこ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

用いて電荷移動塩の電子状態を明らかにした。それらの成について明らかにした（石川ら、2011 年化学会春季年会 *。

果は国内の学会および国際学会 ISCOM 2011 で発表され、平 松 ら、2011 年 ISCOM。 石 川 ら、2011 年 ISCOM。

あるものは論文誌に掲載された。

中野ら、2011 年 ISCOM。石川ら、2011 年分子科学討論会。平松ら、2011 年分子科学討論会）。

 -ET 2 IBr 2 の強誘電相転移の研究
-ET 2 I 3 は電荷秩序に伴って電気分極することが光学第アルカリ -TCNQ 系電荷移動塩のヨウ素吸蔵

二高調波測定（SHG）により確認されている。それに対持田（神戸大）らはアルカリ金属ヨウ化物と TCNQ のし非常によく似た構造の  -ET 2 IBr 2 では 200 K 付近で半固相反応を適用し、ヨウ素を含む３成分系の TCNQ 塩の導体−半導体転移を起こすだけでなく、磁化率の測定の結合成と、ヨウ素の脱着に基づく物性転換の実現を行ってき

果、200 K 付近だけでなく 160 K 付近にも異常が観測さた。３成分系の CT 塩（M-TCNQ-I）のラマン測定によりれた。この結果と合わせ山本（分子研）らは SHG の測定

TCNQ およびヨウ素の電荷を見積もり、ヨウ素脱着反応と相転移に伴う比熱の異常について検討を行い、IBr 2 塩でにおける挙動を明らかにした 1 )。

は電気伝導度が変化する 200 K 付近ではなく、SHG の活

きて結晶学的に等価な分子が不均化されていること、さら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に２種類の異なる秩序状態が近いエネルギーで拮抗してい久保（阪大）らはこれまでにフェナレニルという不対電

る電荷フラストレーション効果と逐次的に進行する電荷秩子とπ共役系を融合させることで高い非局在化能を有す序転移の関係を明らかにした（山本ら、2011 年化学会春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

季年会 *。山本ら、2011 年 ISCOM）。

でも結晶中でπ−π一次元鎖を形成した化合物は分子間性化が確認される 160 K 付近から強誘電相への転移が起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

ET 2 ReO 4 の電子状態予測された。電子スペクトルの測定を共同研究で行い、溶ET 2 ReO 4 の低温下の赤外・ラマン測定について比江

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島（東工芸大）らと協力研究を行った。この物質が Pc~4

明らかにした。またπ共役系の長さを変えた類縁体と比

kbar、Tc~2 K で超伝導転移する原因について、低温での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ラマンスペクトルで観測された電荷秩序化と電荷ゆらぎのビラジカル性の関係が明らかになった 2 , 3 )。

関係から検討した（比江島ら、2011 年 ISCOM）。

TTF 類縁体の振動スペクトル
BEDT-TTF や EDO-TTF 誘導体およびそれらのラジカ
ル塩について分子振動に関する情報を得るためラマンス
ペクトルを測定した。この結果に対し中野（京大）らが58

分子科学研究所技術課報告 2011

■ 参考文献
1) A. Funabiki et al., J. Mat. Chem., in press
2) T. Kubo et al., JACS, 133, 14240 (2011)3) A. Shimizu et al., Chem. Commun., accepted* 震災のため中止となったが、予稿集発行を以って発表成立となった。

技術課活動レポート

東海北陸地区国立大学法人等技術職員合同研修( 複合領域コース ) における KYT 講習受講報告
永田正明

ガラス機器開発技術係 安全衛生管理室（併）キーワード：ＫＹＴ、合同研修、出張報告

KYT の手順を以下に示します。

はじめに
私は 11/ 9 〜 11/11 に核融合科学研究所で開催された、東海北陸地区国立大学法人等技術職員合同研修 ( 複合領域コース ) に参加しました。1 日目は労働基準法、労働安全衛生法を中心に労働安全衛生に関する講義を受講しました。後の 2 日は中央労働災害防止協会から派遣された講師の指導の下で、KYT 講習を受けました。本稿では研修第 1 段階：図 1 のような作業風景を見て、危険と思われる個所を各自 1 つ以上指摘し、列挙します。
第 2 段階：列挙された危険の中で、重要と思われるものを絞り込みます。
第 3 段階：絞り込んだ危険の回避方法をそれぞれ具体的の中心であった KYT 講習について報告します。

に挙げます。

KYT とは

1 つを選び、「○○する時は△△しよう！ヨシ！」と全員

第 4 段階：一定期間、全員で実行するスローガンとしてKYT とは危険予知訓練の略称で、旧国鉄の蒸気機関車

で 3 回唱和して実行に移します。

の時代に行われた「指さし点検」等が起源であり、中央労働災害防止協会の行うゼロ災害全員参加運動の中核となる

第 1 段階で重要な点は、些細な事でも発言することです。

訓練です。安全な職場環境を作るために中央労働災害防止

起こる被害を可能な限り想定することで、実際に遭遇した協会が昭和 48 年に「ゼロ災害全員参加運動」を提唱した

時の対処の仕方が違ってくると思いました。

のを契機として、多くの企業に取り入れられています。
KYT で重要なことは、(1) 正解は 1 つではないこと (2 )発生するかもしれない危険とその対処法を話し合うことで危険の存在と回避の方法を共有すること−の 2 点です。

第 2 段階では危険の大きさと実行できる対策を話し合い、
危険の回避策を共有することが重要です。
第 3 段階で最適な方法が取れない時は、別の方法を選択することを想定しておきます。
第 4 段階のスローガンは毎回変わっても良く、スローガ

KYT の手順

ンが毎回変わる方が多くの行動目標を正しく実行できます

今回の KYT 講習では 5、6 名でチームを編成し、危険予知と対策立案を行う一連の手順を学習しました ( 写真 1)。

写真 1

KYT 講習の様子

し、他者の作業にも注意喚起できると思います。
一つのテーマのまとめでは各班の代表により作成した

図1

KYT 講習の例題

分子科学研究所技術課報告 201159

技術課活動レポート

スローガンと決定までの経緯が発表され ( 写真 2、3)、講師の講評と助言の後スローガンを三唱して次のテーマに取り組みました。現場では実際の業務に着手します。仕事前の雰囲気作りを考えて、緊張を解すために肯定的に、と講師から助言を受けました。

KYT の実例
KYT 講習の例題に分子研でよく見かける液体窒素の運搬がありましたので、これを題材とした KYT の実例について順を追って解説します。
まず液体窒素の入ったデュワー瓶を手で持って運搬している様子 ( 図 2) を見て、考えられる危険を挙げました ( 第1 段階 )。重くて歩き難い、転ぶと窒素で凍傷をする、靴底が滑ると危険、サンダル履きは靴下に窒素がかかる恐れ
写真 2がある、等が挙げられました。

KYT 講習における発表の様子

次にそれらの中から特に重要と思われるものとして、「重量物の人力運搬は転倒の危険があること」「液体窒素の漏れによって凍傷を負う危険がある」を選びました ( 第 2
段階 )。軍手は液体窒素が浸み込むことで凍傷の危険が高まるため素手より危険である、皮手袋の着用が最適である、靴下に窒素がかからないことが重要だから安全靴がなければ運動靴でも良い、等の意見が交わされました。
次にそれらの回避方法を検討し「ベルトでデュワー瓶を固定して台車で運搬する」「安全靴と皮手袋を着用する」
を挙げました ( 第 3 段階 )。必要な保護具、道具の有無について検討があり、スリッパの時はベルトが無くても台車を用いる、皮手袋が無い時は安全靴と素手でも可とするが台車を推奨する、等が挙げられました。

写真 3

講師による KYT の講評

最後にグループの全員で 1 週間のスローガンとして「液体窒素の運搬時は、ベルトでデュワー瓶を固定して台車で運搬しよう！ヨシ！」と 3 回唱和して実行することにしました（第 4 段階）。

まとめ
KYT 講習は企業の朝礼や作業前に長く続けられている
内容で、最初は恥ずかしさもあり大きな声での指さし点検ができませんでしたが、慣れてくると声も出るし、作業の区切りにメリハリがつくことに気が付き、安全衛生指導などに取り入れていきたいと思いました。
国立大学や研究機関も法人化に伴い労働安全衛生法などの適用対象となり、安全衛生意識の高揚や確立が求められています。講習で学習した KYT の考え方を安全巡視に組み込み、安全な研究環境の構築に寄与していきたいと思
います。

60

分子科学研究所技術課報告 2011

図2

KYT 講習で実例として挙げられた、液体窒素の運搬

コラム

職場体験での自然放射線量の測定

極端紫外光技術一係

蓮本

正美

去年の 3 月に発生した東京電力福島第一原発事故によって大量の放射性物質が放出されてから毎日、新聞に各地の空間放射線量が掲載されている。しかし、その数値が正常値の範囲内なのか、正常値よりもどの程度大きいのかを判断するための材料となる科学的データーをほとんどの人は知らないので、大勢の人々が毎日の生活に不安を抱えて、不要なストレスを背負って生活していると思う。そこで職場体験にきた中学生に、人が普段浴びている放射線量 ( 線 ) を実際に測定することによって、放射線に関する正しい知識の一つとして身につけてもらいたいと思って計画した。自然放射線量 ( 線 ) を測定するのに使用した測定器は信頼性の高い国産のもので、HORIBA 社製の Radi PA- 1000 とクリアパルス社製の Mr.Gamma A2700 を使用した。どちらの測定器も 0 . 01Sv/hに対して毎分 10 カウント以上の感度があり、1 分間の積算値を線量当量に換算して表示している。また、測定する場所の環境によって放射線量が少し異なるので、あらかじめ研究所内のいろいろな場所で測定して、有意な差が見られる場所を数箇所選び出しておいた。今年度は 3 回の職場体験を受け入れ中学生に自然放射線量を測定してもらい、表のような計測値 (Sv/h) が得られた。測定のばらつきを小さくするために 5 回測定した平均値を計測値とした。
12 月 2 日は雨が降っていたために屋外での測定が制限されたので、部屋の中央に置いた 3Kg の肥料の入った袋の上に測定器を乗せて、肥料に含まれているカリ
ウム 40 などの放射性同位元素が崩壊する時に発生する放射線の影響を測定した。
量販店で肥料が山積みになっている上の放射線量は 0 . 1Sv/h であった。今後は自然放射線量の測定に加えて、空気中のラドンをフィルターで集めて霧箱の中に

単位：Sv/h

測定した場所

8 月 5 日測定

8 月 19 日測定

12 月 2 日測定

部屋の中央

0. 051

0. 051

0. 056
0. 066

部屋の壁際

0. 0670. 062

地面の上 10cm

0. 0490. 049地面の上 1m

0. 0450. 046

アスファルトの上 10cm

0. 0690. 069アスファルトの上 1m

0. 0630. 062

新しいアスファルトの上 10cm

0. 0710. 0750. 083

古いアスファルトの上 10 ｃｍ

0. 0580. 0630. 061

家庭菜園用肥料（3kg）の上

0 . 071

入れ、ラドンが崩壊する時に放出される
アルファー線の軌跡を目で見て観察できれば面白いと思うが、どういう方法を用いれば効率よくラドンを採取できるかが課題である。
今年度読んだ原子力発電や放射線に関する本の中で分かりやすくて役に立ったと思うものは以下のものである。
原発のうそ（扶桑社新書

小出裕章） 原発はいらない（幻冬舎ルネッサンス

放射性物質の正体（PHP サイエンス・ワールド

知っておきたい放射能の基礎知識（サイエンス・アイ新書「想定外」を想定せよ ! （NHK 出版

コラム

小出裕章）

山田克哉） 放射線の話（ワック株式会社大朏博善）齊藤勝裕） X 線が拓く科学の世界（サイエンス・アイ新書

平山令明）

畑村洋太郎） 原発のしくみと放射線（ニュートン別冊） 地震列島と原発（ニュートン別冊）KYT トレーナー研修会に参加して

平成 23 年 11 月 9 日〜 11 日に核融合科学研究所で行われた平成 23 年度

極端紫外光技術一係

近藤直範

東海・北陸地区国立大学法人等技術職員合同研修（複合領域コース）に参加した。1 日目は核融合研の安全衛生管理室管理者の講義、研修参加者のプレゼンテーション、施設見学を行い、2、3 日目は中央労働災害防止協会中部安全衛生サービスセンターの講師による KYT（危険予知訓練）トレーナー研修会を受講した。
KYT トレーナー研修会は指差し呼称のやり方から始まりグループで行う KYT、個人で行う KYT、朝礼・終礼の方法などを学んだ。
この研修会は座って講義受ける時間よりも実際に体を動かす実習の時間が多く、理解しやすい講習会だった。
実際の職場において、指差し呼称など作業中に声を出すことは導入が難しいと思われる。KYTは短時間で行うため作業前のミーティ
ング等で導入しやすいと思われる。
これまでも職場の安全対策について考えることはあったが、その場合はまず「対策（結論）ありき」で危険を考えていたように思われる。KYT では第一に「どのような危険が潜んでいるか」を考えるため、危険に対する意識をより高められると思われる。
KYT をグループ作業前に行えば、安全意識を高めるだけでなくグループの団結も高まり作業効率が良くなる効果も得られると思われる。
また KYT はグループで行う方法だけでなく、少人数や個人で行う方法もある。加えて、作業に関する方法だけでなく健康 KY（危険予知）や交通 KYT などもあり、作業者（職員）の総合的な安全対策に有用だと思われる。
この講習で学んだことを生かして常日頃から安全意識を高め、労働災害 0（ゼロ）を継続したいと思う。

分子科学研究所技術課報告 201161

分子科学研究所技術課
Activity Report 2011
発行年月

平成 24 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

本誌記載記事の無断転載を禁じます62

分子科学研究所技術課報告 2011㔞࡚ᾮ