機構長挨拶
大学共同利用法人 自然科学研究機構

自然科学研究機構（NINS）は、宇宙、エネルギー、物質、生命など、自然科学研究分野を担う5つの研究所（国立天文台、
核融合科学研究所、基礎生物学研究所、生理学研究所、分子科学研究所）と、4つの機構直轄センター（新分野創成センター、生命創成探究センター、アストロバイオロジーセンター、国際連携研究センター）で構成され、世界を牽引す
る自然科学研究分野の国際的研究拠点として国内外の大学や研究機関と共同研究を推進しています。
また近年は、研究分野の枠を超えた学際的研究にも重点を置き、独創的、かつ革新的な研究分野の創成を目指すと
ともに、各々の基礎研究分野のさらなる深化を図っています。
本パンフレットは、我々 NINSが培ってきた自然科学研究分野の知識と経験、そして最新の研究成果を、我々を支えて下さっている国民の皆様へいち早く還元するため、産業界の皆様が新たな可能性を掴む足がかりとなれば、との思いを込めて作成しました。我々が担う自然科学研究の成果の中で社会に還元できると思われるものの中から、産業界の皆様が実用化できるものを見出していただくことができましたら幸いです。
NINSは、我々が担う研究の成果と技術を、社会の中においてしっかりと実体を持った、価値ある有用なものへと焼結させるべく、産業界の皆様のお力添えを賜りながら、今まさに大きな一歩を踏み出す瞬間を迎えています。産業界の皆様におかれましては我々との産学連携を通して、イノベーションを生み出すブレイクスルーを見出していただけましたら幸甚です。

01

National Institutes of Natural Sciences自然科学研究機構とは

国立天文台

核融合科学
研究所

National Astronomical
Observatory of Japan

基礎生物学
研究所
National Institute for
Basic Biology

新分野創成
センター
Center for
Novel Science Initiatives

National Institute for
Fusion Science

生理学研究所
National Institute forPhysiological Sciences

アストロ
バイオロジーセンター

Astrobiology Center

分子科学
研究所
Institute for
Molecular Science

生命創成探究センター

国際連携研究センター

Exploratory ResearchCenter on Life andLiving Systems

International Research
Collaboration Center

自然科学研究機構（NINS）は、宇宙、エネルギー、物質、生命等に係る大学共同利用機関（国立天文台、核融合科学研究所、基礎生物学研究所、生理学研究所、分子科学研究所）を設置・運営することにより、国際的・先端的な研究を推進する自然科学分野の国際的研究拠点として、全国の大学等の研究者に共同利用・共同研究の場を提供しています。

問い合わせ先自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

TEL：03-5425-1318･1316

E-mail：nins-sangaku@nins.jp

02

目 次
機 構 長 挨 拶 .............................................................. 1
機 構 の 概 要 ............................................................... 2
研 究 シ ーズ
高出力な中赤外パルスレーザー発振を可能とする新規可飽和吸収体
核融合科学研究所・助教 上原 日和................................... 5
中赤外短パルスレーザーによる
新規樹脂フィルム加工法
核融合科学研究所・助教 上原 日和................................... 6

真空容器内蔵型クライオポンプ
核融合科学研究所・技術部 村瀬 尊則............................. 22
超塑性金属を用いた異材接合における熱応力緩和
核融合科学研究所・助教 能登 裕之................................. 23
大量の水素を溜め込まない
再生不要のクライオポンプ
核融合科学研究所・教授 宮澤 順一................................. 24
液体の安定な自由表面流を生成する仕組み
核融合科学研究所・教授 宮澤 順一................................. 25

小型で高出力な中赤外 Er:YAP レーザーの開発
核融合科学研究所・准教授 安原 亮
核融合科学研究所・助教
上原 日和............................... 7

曲げやすく丈夫で冷やしやすい高温超伝導導体
核融合科学研究所・教授 宮澤 順一 教授 柳 長門
准教授 田村 仁
助教 後藤 拓也
特任研究員 寺崎 義朗................................. 26

鉄道車両・大型建機用の長寿命接点材料の研究
核融合科学研究所・技術部 村瀬 尊則............................... 8

アルミナ分散強化銅のろう付接合方法
核融合科学研究所・准教授 時谷 政行............................. 27

有限要素解析コードを用いた熱、構造、電磁場等の解析
核融合科学研究所・技術部 村瀬 尊則............................... 9

赤外線イメージングビデオボロメーター
核融合科学研究所・教授 ピーターソン バイロン......... 28

マイクロプレートリーダーを用いた多サンプル同時光合成測定装置
基礎生物学研究所・准教授 高橋 俊一............................. 10

赤外線イメージングビデオボロメーター用
金属薄膜検出器
核融合科学研究所・教授 ピーターソン バイロン......... 29

RNA干渉法を用いた新奇害虫防除法の研究開発
基礎生物学研究所・教授 新美 輝幸................................. 11

マイクロ波・ミリ波帯の電気的絶縁導波管
核融合科学研究所・教授 下妻 隆 教授 久保 伸
技術部長 小林 策治................................. 30

AI 視覚による
歩行者・運転者・遠隔操作等の視覚支援ツール
基礎生物学研究所・准教授 渡辺 英治............................. 12
高分子固定化触媒の調製プロセスの確立
分子科学研究所・教授 魚住 泰広.................................... 13「一斉警報通知防災システム」構想の実現に向けた社会実験
分子科学研究所・技術課長 繁政 英治............................. 14

特許複合超電導体及び複合超電導体の製造方法
核融合科学研究所・教授 三戸 利行 教授 高畑 一也
准教授 田村 仁..................................... 17
竪型マイクロ波製鉄炉
核融合科学研究所・准教授 高山 定次............................. 18
自励振動式ヒートパイプ冷却超伝導マグネット
核融合科学研究所・教授 三戸 利行................................. 19
蒸着装置における蒸発源及び蒸着装置
核融合科学研究所・准教授 高山 定次............................. 20
有機化合物の合成方法
核融合科学研究所・准教授 高山 定次............................. 21

03

CONTENTS

National Institutes of Natural Sciences

共用機器
超高熱負荷試験装置（ACT2）
核融合科学研究所・准教授 時谷 政行............................. 33
電解放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）
JSM-7100F
核融合科学研究所・准教授 時谷 政行............................. 34
集束イオンビーム /電子ビーム加工観察装置（FIB-SEM）
nanoDUE'T® NB5000
核融合科学研究所・准教授 時谷 政行............................. 35
透過型電子顕微鏡（TEM）JEM-2800
核融合科学研究所・准教授 時谷 政行............................. 36
高温等方静水圧焼結接合試験装置（HIP 装置）
核融合科学研究所・教授 室賀 健夫 准教授 菱沼 良光
助教 能登 裕之................................. 37
大電力ミリ波発生装置
核融合科学研究所・教授 下妻 隆..................................... 38

名 前 検 索 .................................................................. 39
キーワード検索....................................................... 40

研 究 シ ーズ

SEEDS

NI FS

高出力な中赤外パルスレーザー発振を可能とする新規可飽和吸収体

SEEDS

核融合科学研究所・助教

Keyword

上原 日和

飽和吸収体、受動 Qスイッチング、中赤外パルスレーザー、レーザー加工、ガスセンシング

研究概要
本発明では、中赤外波長域において非線形吸収特性を示す新たな可飽和吸収体、及びそれを用いたレーザー発振器を提供します。可飽和吸収体とは、強度の低い入射光に対して吸収体として働き、強度の高い入射光に対しては吸収体としての能力が飽和し透明体として働く物質のことです。可飽和吸収体を固体レーザー共振器中に導入することで、受動Qスイッチや受動モードロッカーとして動作し、高いピーク出力を有す
る短パルスレーザーが発振します。可飽和吸収体を用いた近赤外波長短パルスレーザーは近年広く普及していますが、一方で、中赤外波長レーザーに適用可能な可飽和吸収体はFe:ZnSe、GaAs系半導体、グラフェン、カーボンナノチューブ等に限られています。最近、波長3μm近傍で発振するエルビウム系固体レーザーが盛んに研究されるようになり、高ピーク出力化のための可飽和吸収体に対する要求が高まっています。
本発明では、波長2.5 ～ 3.2μmにおいて優れた非線形吸収特性を示す新たな可飽和吸収体であるジスプロシウム添加透明材料を提案しています。実施例として、ジスプロシウム添加フッ化カルシウム透明セラミックスを作製し、3μm波長帯における非線形吸収特性を調査しました。
その結果、比較的低い飽和強度で、大きな変調深さを有する非線形吸収が確認され、中赤外可飽和吸収体として利用可能であることを見出しました。さらに、ジスプロシウム添加フッ化カルシウム可飽和吸収体を用いてEr:YAlO3レーザーの受動Qスイッチングを試み、波長2.9μmにおけるナノ秒パルス動作を実証しました。
本発明で提案するジスプロシウム添加材料の優位点として、飽和強度が比較的低く変調度が高いこと、添加濃度の調整によって変調深さが精度よく制御可能であること、吸収極大波長がエルビウム系固体レーザーの発振波長とよい一致を示すことなどが挙げられます。また、グラフェンに代表される波長に無依存な可飽和吸収体と異なり、波長0.97μmの励起光を吸収しないことも大きな利点であり、これにより従来にない
コンパクトかつ高ピーク出力なレーザー発振器の構築が可能です。

想定される応用先・連携先
中赤外波長域には多くの分子の共鳴線が存在します。これを利用した中赤外レーザーの応用範囲は、
分子構造解析や同位体計測、分光測定といった学術分野にとどまらず、レーザー加工やガスセンシングに挙げられる産業応用、呼気診断や血液検査、歯科治療、手術用メス等の医療分野など多岐にわたっています。そのほかにも、爆発物や可燃性・毒性ガスの遠隔検出などの社会的に極めて重要性の高い応用用途が存在します。
そのため、近年では、中赤外波長コヒーレント光源に対する需要が爆発的に高まっており、既存光源の希少な新波長帯レーザーの開発やその小型化・高効率化は重要な課題です。特に、波長3μm近傍には、OH伸縮振動モードに起因する強い吸収バンドが存在するため、この波長のレーザーを用いることで、水分を含有した生体組織やガラス材料、OH基を有する樹脂材料などに対して強い相互作用が誘起され、高品位なレーザー加工が期待できます。
本研究で新たに開発した可飽和吸収体を用いることで、高いピーク出力を有する3μmレーザーの開発が可能になり、レーザー加工分野にブレー
クスルーをもたらすことが期待されます。今後はレーザー加工機メーカー等と連携することで、高スループットな産業用加工光源を世界に先駆けて実現することを目指しています。

アピールポイント中赤外波長、特に3 ～ 4μm域において低光損失かつ優れた変調特性を有する可飽和吸収体は希少です。従来の吸収体の問題点として、可視・近赤外波長域における光吸収が大きいことが挙げられます。一般的に、パルスレーザー発振器において、可飽和吸収体の励起光吸収は性能低下の要因となります。
本発明で提案するジスプロシウム添加材料の優位点として、飽和強度が比較的低く変調度が高いこと、添加濃度の調整によって変調深さが精度よく制御可能であること、吸収極大波長がエルビウム系固体レーザーの発振波長とよい一致を示すことなどが挙げられます。また、励起光（エルビウム系中赤外レーザーの場合は0.97μm）を吸収しないことも大きな利点であり、これにより直線型で長さの短いレーザー共振器の構成が可能になり、従来にないコンパクトかつ高ピーク出力なパルスレーザーの開発が期待されます。Dy:CaF2は、特に、波長2.5 ～ 3.2μmに渡って連続的に大きな吸収断面積を有しており、Er:YAGレーザー、Er:ZBLANレーザーに代表される全てのエルビウム系レーザー、並びにCr:ZnSeレーザー等の様々な3μm帯レーザー発振器に適用可能です。

論文情報• ‌Hiyori Uehara, Weichao Yao, Akio Ikesue, Hiroyuki Noto, Hengjun Chen, Yoshimitsu Hishinuma, Takeo Muroga, and Ryo Yasuhara, “Dy-doped CaF2 ceramics
as a functional medium in broadband mid-infrared spectral region,” OSA Continuum 3 (2020), accepted.
• ‌Hiyori Uehara, Daisuke Konishi, Kenji Goya, Ryo Sahara, Masanao Murakami, and Shigeki Tokita, “Power scalable 30-W mid-infrared fluoride fiber amplifier,”
Optics Letters 44, 4777-4780 (2019).
‌ iyori Uehara, Shigeki Tokita, Junji Kawanaka, Daisuke Konishi, Masanao Murakami, Seiji Shimizu and Ryo Yasuhara, “Optimization of laser emission at 2.8 μm•Hby Er:Lu2O3 ceramics,” Optics Express 26, 3497-3507 (2018).
特許情報

問い合わせ先05

出 願 番 号：特願 2020-058899
発明の名称：可飽和吸収体およびレーザ発振器

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

National Institutes of Natural Sciences

TEL：03-5425-1318･1316

E-mail：nins-sangaku@nins.jp

NI FS

SEEDS

中赤外短パルスレーザーによる
新規樹脂フィルム加工法

核融合科学研究所・助教

Keyword

上原 日和

レーザー加工、積層樹脂フィルム加工、ディスプレイパネル、中赤外レーザー

研究概要
近年、モバイルフォンや車載ディスプレイ用途として積層樹脂フィルムから成るディスプレイパネルが開発、上市されています。
ディスプレイパネルの切断等を高精度に行うために樹脂の吸収特性に適合した新規波長のレーザー光源での加工が要求されています。
我々は PET 樹脂の吸収極大波長 2920nm において高出力で発振する Er:YAP パルスレーザーを独自開発することに成功しました。

核融合科学研究所ヘリカル研究部助教
新たに開発した加工用中赤外レーザー光源は、発振波長 2920nm、パルス幅
90ns、パルスエネルギー 50μ J、ピーク出力 600W であり、当該波長帯の固体レーザーでは世界最高レベルの出力特性を有しています。この光源に加え、中赤外波長用の特殊ミラーや特上原日和
殊レンズ等を用い、ビームスポット半径が 9 〜 10μm で、自動スキャン可能な微細加工システムを構築することに成功しました。

想定される応用先・連携先
中赤外短パルスレーザーによる新規樹脂フィルム加工法
近年、モバイルフォンや車載ディスプレイに対して軽量化や自由形状化といった新たな付加価値が求められており、機能性を付与した積層樹脂フィルムから成るディスプレイパネルが開発、上市されています。本研究で提案・検証する加工法は、ディスプレイ
レーザー加工 積層樹脂フィルム加工 ディスプレイパネル 中赤外レーザー
パネル製造過程で求められる積層樹脂フィルムの高品位かつ高スループットな加工を可能とする新規技術です。今後は、ディスプ

1.

レイパネル製造過程で求められる積層樹脂フィルムの高品位かつ高スループットな加工を実現すべく、本システムを用いた加工技

研究概要

術を世界に先駆けて提供し、産業界と共同で産業グレードの中赤外レーザー加工機の開発を目指します。

近年、モバイルフォンや車載ディスプレイ用途として積層樹脂フィルムから成るディスプレイパネルが開発、上市されています。ディスプレイパネルの切断等を高精度に行うために樹脂の吸収特性に適合した
アピールポイント新規波長のレーザー光源での加工が要求されています。

本研究では、波長 2.92 μ m において高出力で発振するエルビウム添加イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト（Er:YAP）

我々は PET 樹脂の吸収極大波長 2920 nm において高出力で発振する Er:YAP パルスレーザーを独自開レーザーでの加工を新たに提案しました。図 1に示す樹脂材料は、波長 2.8~3.5 μ m において吸収性が高く、特に Er:YAP レーザー

発することに成功しました。新たに開発した加工用中赤外レーザー光源は、発振波長2920 nm、パルス幅
波長の 2.92 μ m では、特異的な吸収特性を有しています。そのため、Er:YAP レーザーは、樹脂フィルム加工用途において優位性

90 ns、パルスエネルギー50
μJ、ピーク出力 600 W であり、当該波長帯の固体レーザーでは世界最高レ
が高く、高品位で高スループットな加工用光源としての応用が期待できます。波長3 μ m 近傍では、Er:YAG レーザーが歯科治療・皮膚治療など医療分野でいち早く実用化されていますが、中赤外レーザーを用いたガラスや樹脂材料等のレーザー加工は十分に実ベルの出力特性を有しています。この光源に加え、中赤外波長用の特殊ミラーや特殊レンズ等を用い、ビ証されていません。今回開発した中赤外レーザー加工システムを用いることで、ディスプレイ材料として一般的なポリエチレンテームスポット半径が9~10μm で、自動スキャン可能な微細加工システムを構築することに成功しました。
レフタレート（PET）を極めて高品位かつ高速で微細加工することが可能となります（加工結果の詳細はお問い合わせください）。
本研究で使⽤する

透過率 (%)

Nd:YAG Nd:YAG、
Er:YAPレーザー
⾼調波
ファイバーレーザー

炭酸ガスレーザー

100

100

80

80

60

60

40

40

20

本研究で使⽤する
Er:YAPレーザー

Er:Y 2O3

Er:YAG

ポリエチレンテレフタレート
ポリイミド
ポリビニルアルコール

図1

20

0

0
1

2

3

4 9

波長 (μm)

10

11

2.7

2.8

2.9

3.0

申請者らが独⾃開発した樹脂フィルムEr:YAPレーザー(波⻑2910~2920 nm)は
（厚さ 0.2mm 未満）の樹脂材料に対して⾼い吸収性を有する。
透過率スペクトルと➡加⼯有⽤性が⾼い
加工用レーザーの波長3.1

波長 (μm)

図 1 樹脂フィルム（厚さ 0.2 mm 未満）の透過率スペクトルと加工用レーザーの波長

論文情報

2.

• ‌Weichao Yao, Hiyori Uehara, Hiroki Kawase, Hengjun Chen, and Ryo Yasuhara, “Highly efficient Er:YAP laser with 6.9 W of output power at 2920 nm,” Optics
Express 28, 19000 (2020).

想定される応用先・連携先• Hiyori Uehara, Daisuke Konishi, Kenji Goya, Ryo Sahara, Masanao Murakami, and Shigeki Tokita, “Power scalable 30-W mid-infrared fluoride fiber amplifier”,

近年、モバイルフォンや車載ディスプレイに対して軽量化や自由形状化といった新たな付加価値が求
Optics Letters, 44, 4777-4780 (2019).

められており、機能性を付与した積層樹脂フィルムから成るディスプレイパネルが開発、上市されていま• Hiyori Uehara, Shigeki Tokita, Junji Kawanaka, Daisuke Konishi, Masanao Murakami, Seiji Shimizu and Ryo Yasuhara, “Optimization of laser emission at 2.8
μm by Er:Lu2O3 ceramics”, Optics Express, 26, 3497-3507 (2018).
す。本研究で提案・検証する加工法は、ディスプレイパネル製造過程で求められる積層樹脂フィルムの高• Hiroki Kawase, Hiyori Uehara, Hengjun Chen, and Ryo Yasuhara, “Passively Q-switched 2.9μm Er:YAP single crystal laser using graphene saturable
品位かつ高スループットな加工を可能とする新規技術です。今後は、ディスプレイパネル製造過程で求めabsorber”, Applied Physics Express, 12, 102006 (2019).

られる積層樹脂フィルムの高品位かつ高スループットな加工を実現すべく、本システムを用いた加工技術を世界に先駆けて提供し、産業界と共同で産業グレードの中赤外レーザー加工機の開発を目指します。
問い合わせ先3.

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

TEL：03-5425-1318･1316

E-mail：nins-sangaku@nins.jp

アピールポイント

本研究では、波長 2.92 μm において高出力で発振するエルビウム添加イットリウム・アルミニウム・06

NI FS

SEEDS

中赤外レーザー，レーザー加工，ガスセンシング

小型で高出力な中赤外
1. 研究概要

我々のグループでは、波長 2.92 μm で発振する極めて小型かつ高出力な固体レーザー発核融合科学研究所・准教授 安原 亮
世界に先駆け開発することに成功しました。
波長 3 μm 近傍には、OH 伸縮振動モードに起因する強い吸収バンドが存在します。
その核融合科学研究所・助教
上原 日和
この波長のレーザーを用いることで、水分を含有した生体組織やガラス材料、OH 基を有す
Keyword 中赤外レーザー、レーザー加工、ガスセンシング
材料などに対して強い相互作用が誘起され、高品位な微細加工が期待できます。
我々の開発したエルビウム添加イットリウムアルミニウムペロブスカイト（Er:YAP）レ
研究概要
は、半導体レーザーを励起光源とした長さ 10 mm 前後の極めて小型な発振器であり、波長
我々のグループでは、波長 2.92μm で発振する極めて小型かつ高出力な固体レーザー発振器を世界に先駆け開発することに成功し
μm において 5 W を超える連続波出力を高いビーム品質で得ることができます。また、受ました。
イッチング、能動 Q スイッチングによるパルス発振動作も可能です。小型で比較的安価な
波長 3μm 近傍には、OH 伸縮振動モードに起因する強い吸収バンドが存在します。そのため、この波長のレーザーを用いることで、ムでありながら、
極めて高い出力を有することから、レーザー加工やセンシング分野にブレ
水分を含有した生体組織やガラス材料、OH基を有する樹脂材料などに対して強い相互作用が誘起され、高品位な微細加工が期待でルーをもたらす革新的なレーザー光源です。
きます。

Er:YAP レーザーの開発

我々の開発したエルビウム添加イットリウムアルミニウム
ペロブスカイト（Er:YAP）レーザーは、半導体レーザー
を励起光源とした長さ10mm 前後の極めて小型な発振器であり、波長 2.92μmにおいて 5W を超える連続波出力を高いビーム品質で得ることができます。また、受動Q スイッチング、能動 Q スイッチングによるパルス発振
動作も可能です。小型で比較的安価なシステムでありな
がら、極めて高い出力を有することから、レーザー加工やセンシング分野にブレークスルーをもたらす革新的な
レーザー光源です。

図1

開発したレーザー発振器
図１ 開発したレーザー発振器

2. 想定される応用先・連携先想定される応用先・連携先
近年、モバイルフォンや車載ディスプレイに対して軽量化や自由形状化といった新たな近年、モバイルフォンや車載ディスプレイに対して軽量化や自由形状化といった新たな付加価値が求められており、機能性を付与値が求められており、機能性を付与した積層樹脂フィルムから成るディスプレイパネルが開市されています。一般的に用いられる PET 樹脂の吸収極大波長は、Er:YAP レーザーの発
Er:YAP レーザーの発振波長 2920nm とよい一致を示します。そこで、PET 樹脂フィルムの加工検証実験をおこなった結果、極め2920 nm とよい一致を示します。そこで、PET 樹脂フィルムの加工検証実験をおこなったて高品位かつ高速な切断加工を実証することに成功しました。
極めて高品位かつ高速な切断加工を実証することに成功しました。
今後は、レーザー加工機メーカーなどと共同で
Er:YAP レーザーを搭載した産業グレードの中赤外レーザー加工機の開発を目指したいと考えています。また、ガスのリモートセンシングや同位体計測応用も視野に入れ、関連企業との連携を検討しています。
今後は、レーザー加工機メーカーなどと共同で Er:YAP レーザーを搭載した産業グレー
赤外レーザー加工機の開発を目指したいと考えています。また、ガスのリモートセンシング
体計測応用も視野に入れ、関連企業との連携を検討しています。
アピールポイントした積層樹脂フィルムから成るディスプレイパネルが開発、上市されています。一般的に用いられる PET 樹脂の吸収極大波長は、我々の開発したEr:YAPレーザーは、半導体レーザーを励起光源とした長さ10mm前後の極めて小型な発振器であり、波長 2.92μm

3.

アピールポイント我々の開発した Er:YAP レーザーは、半導体レーザーを励起光源とした長さ 10 mm 前後
るパルス発振動作も可能であり、熱的加工にとどまらず、高ピーク出力パルスでの微細加工も可能です。小型で比較的安価なシスて小型な発振器であり、波長 2.92 μm において 5 W を超える連続波出力を高いビーム品テムでありながら、極めて高い出力を有することから、レーザー加工やセンシング分野にブレークスルーをもたらす革新的なレーることができます。また、受動 Q スイッチング、能動 Q スイッチングによるパルス発振動
ザー光源です。

において 5W を超える連続波出力を高いビーム品質で得ることができます。また、受動 Q スイッチング、能動 Q スイッチングによ1
論文情報• ‌Hiroki Kawase, and Ryo Yasuhara, “2.92-μm high-efficiency continuous-wave laser operation of diode-pumped Er:YAP crystal at room temperature,” Optics
Express 27, 12213-12220 (2019).
‌
Uehara, Shigeki Tokita, Junji Kawanaka, Daisuke Konishi, Masanao Murakami, Seiji Shimizu and Ryo Yasuhara, “Optimization of laser emission at 2.8 μm• Hiyoriby Er:Lu2O3 ceramics,” Optics Express 26, 3497-3507 (2018).
• ‌Hiroki Kawase, Hiyori Uehara, Hengjun Chen, and Ryo Yasuhara, “Passively Q-switched 2.9μm Er:YAP single crystal laser using graphene saturable absorber,”Applied Physics Express 12, 102006 (2019).

特許情報

問い合わせ先07

出 願 番 号：特願 2018-076779

出 願 番 号：特願 2020-058899

発明の名称：レーザー装置

発明の名称：可飽和吸収体およびレーザ発振器

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

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NI FS

接点材料，異種金属接合，放電プラズマ焼結法
鉄道車両・大型建機用の長寿命接点材料の研究

SEEDS

1. 研究概要
核融合科学研究所・技術部 村瀬 尊則
本研究で対象とする製品は大電流制御スイッチです。これは新幹線等の鉄道や、建設重機等で使用される接点材料であり、一般に銅（Cu）とタングステン（W）の合金や、銀（Ag）と W の合金が使われKeyword 接点材料、異種金属接合、放電プラズマ焼結法ています。この材料は、スイッチ材料として、電気伝導性の良い Cu あるいは Ag と高融点でアーク消耗性の低い W の両方の特性を活かした複合材料です。これらの複合材料と基盤となる母材の鉄製のボ研究概要
ルトとの接合はロウ付けで接合されますが、一般にロウ付け法は接合面積率が低く、接合強度が低いこ
本研究で対象とする製品は大電流制御スイッチです。これは新幹線等の鉄道や、建設重機等で使用される接点材料であり、一般にとから、接合界面において亀裂や剥離が発生し破損の原因となります。
銅（Cu）とタングステン（W）の合金や、銀（Ag）とW の合金が使われています。この材料は、スイッチ材料として、電気伝導性
本研究では、放電プラズマ焼結（SPS）法を用いて上記の異種金属接合を行います。SPS
法では、固
の良い
Cu あるいは Ag と高融点でアーク消耗性の低い W の両方の特性を活かした複合材料です。これらの複合材料と基盤となる母
体間あるいは粒子間に低電圧で大電流を印加することで、粒子間に「火花放電現象」が生じます。この材の鉄製のボルトとの接合はロウ付けで接合されますが、一般にロウ付け法は接合面積率が低く、接合強度が低いことから、接合界面において亀裂や剥離が発生し破損の原因となります。
粒子間放電によって生じる粒子表面の局所的な気化および溶融現象を接合駆動力として利用している
本研究では、放電プラズマ焼結（SPS）法を用いて上記の異種金属接合を行います。SPS法では、固体間あるいは粒子間に低電圧で点に SPS 法の大きな特徴があります。さらに特定の還元雰囲気下で接合を行うことにより、接合を阻
大電流を印加することで、粒子間に「火花放電現象」が生じます。この粒子間放電によって生じる粒子表面の局所的な気化および害する酸化物の生成を大幅に抑制し、比較的短時間で高品質・高強度の異種金属接合を実現します。
溶融現象を接合駆動力として利用している点に SPS 法の大きな特徴があります。さらに特定の還元雰囲気下で接合を行うことにより、これまでの研究で、ロウ付け法と比べて極めて高い有効接合面積が実現できることが分かっています
接合を阻害する酸化物の生成を大幅に抑制し、比較的短時間で高品質・高強度の異種金属接合を実現します。
（図１：画像は接合面積 100 ㎜×100 ㎜の試料の接合界面の欠陥を超音波探傷試験にて可視化したもこれまでの研究で、ロウ付け法と比べて極めて高い有効接合面積が実現できることが分かっています（図１：画像は接合面積 100㎜の）。更にロウ付け面が存在しないことから、熱伝導性および電気伝導性においても優れた高性能接点
×100㎜の試料の接合界面の欠陥を超音波探傷試験にて可視化したもの）。更にロウ付け面が存在しないことから、熱伝導性および電材の製作が期待できます。
気伝導性においても優れた高性能接点材の製作が期待できます。

1
図１ 図 ロウ付け法と放電プラズマ焼結法の接合界面における有効接合面
ロウ付け法と放電プラズマ焼結法の接合界面における有効接合面積（欠陥面積率）の比較
積（欠陥面積率）の比較※超音波探傷試験にて接合界面の欠陥を可視化※超音波探傷試験にて接合界面の欠陥を可視化想定される応用先・連携先
2. 想定される応用先・連携先

本技術は様々な製品の電極材として応用展開が可能です。想定される応用先として、鉄道車両や、建本技術は様々な製品の電極材として応用展開が可能です。想定される応用先として、鉄道車両や、建設重機等の接点材料のみならず、ガス遮断器やタップ切替器、および電磁接触器など大電流を制御する機器類、あるいは放電加工機やスポット溶接機の電極材設重機等の接点材料のみならず、ガス遮断器やタップ切替器、および電磁接触器など大電流を制御する料としても適用が期待されます。これらすべての製品の長寿命化に貢献できます。
機器類、あるいは放電加工機やスポット溶接機の電極材料としても適用が期待されます。これらすべて

1

アピールポイント従来のロウ付け法と比較して接合面積率が高く、接合強度も高いため、接合界面における亀裂や剥離を大幅に抑制します。

特許情報

問い合わせ先特 許 番 号：特許第 6563581 号
発明の名称：ダイバータ用異種金属接合体

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

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08

NI FS

有限要素法、構造応力解析、電磁界解析、流体解析、ANSYS
1.

SEEDS

有限要素解析コードを用いた 核融合科学研究所では、将来の核融合発電を早期実現するために、世界最大級の超伝研究概要する大型ヘリカル装置（ＬＨＤ）を用いて、高温プラズマの閉じ込め研究を行っています
磁場・高熱負荷環境において使用する機器を、十分な信頼性・安全性を確保しつつ、低コス
効率的に研究を推進するため、有限要素解析コード「ANSYS」を用いたシミュレーショ
究開発活動を広範に展開しています。
核融合科学研究所・技術部
例えば、大型ヘリカル装置 LHD の真空容器内部では、「ダイバータ」と呼ばれる狭小使用される真空ポンプがプラズマや周辺機器からの高い輻射熱環境下に置かれます。そKeyword 有限要素法、構造応力解析、電磁界解析、流体解析、ANSYS
ンプには輻射熱を遮るシールドを設置しますが、同時に排気効果を阻害しない十分な開ります。そこで設計チームは、このような相反する設計要求をクリアするため、精緻な３ルを構築し、輻射熱やシールドの冷却性能を考慮したシミュレーションを実施しました。
研究概要
を構造設計に反映することで、厳しい設計要求に応えるデザインを実現し、実際に LHD
核融合科学研究所では、将来の核融合発電を早期実現するために、世界最大級の超伝導コイルを有する大型ヘリカル装置（ＬＨＤ）
しています（参考：https://www.nifs.ac.jp/NIFS-NEWS/pdf/243-2.pdf）[1]。また、大学を用いて、高温プラズマの閉じ込め研究を行っています。LHD の高磁場・高熱負荷環境において使用する機器を、十分な信頼性・では、効率的なプラズマ生成方式を探索するために真空容器中にマイクロ波を導入した
安全性を確保しつつ、低コストで実現し、効率的に研究を推進するため、有限要素解析コード「ANSYS」を用いたシミュレーショ
度分布の評価（図 1）[2]や新概念に基づく核融合実験装置の構造応力解析、プラズマ輻射
ンに基づく研究開発活動を広範に展開しています。
流による電磁力解析（図２）[3]等も行っています。
例えば、大型ヘリカル装置 LHD の真空容器内部では、「ダイバータ」と呼ばれる狭小空間において使用される真空ポンプがプラズ

熱、構造、電磁場等の解析

村瀬 尊則

マや周辺機器からの高い輻射熱環境下に置かれます。そのため真空ポンプには輻射
熱を遮るシールドを設置しますが、同時に排気効果を阻害しない十分な開口も必要となります。そこで設計チームは、このような相反する設計要求をクリアするため、精緻な３D-CAD モデルを構築し、輻射熱やシールドの冷却性能を考慮したシミュ
レーションを実施しました。この計算結果を構造設計に反映することで、厳しい設計要求に応えるデザインを実現し、実際に LHD の実験で運用しています（参考：https://www.nifs.ac.jp/NIFS-NEWS/pdf/243-2.pdf）[1]。また、大学との共同研
究では、効率的なプラズマ生成方式を探索するために真空容器中にマイクロ波を導図1
入した場合の電界強度分布の評価（図 1）[2]や新概念に基づく核融合実験装置の構解析例：‌プラズマ実験装置真空容器内に2.45GHz
図１ 解析例：プラズマ実験装置真空容器内に2.45GHz マイクロ波を入射した時の電造応力解析、プラズマ輻射熱解析、渦電流による電磁力解析（図２）[3] 等も行ってマイクロ波を入射した時の電界強度分布（大学との共同研究）（大学との共同研究）
います。

図2
解析例：‌国際共同プロジェクトとして建設が進められている核融合実験装置（準軸対称ヘリカ
ル 装 置 CFQS）に お け る、CFQS 真 空 容 器に働く大気圧および渦電流の効果を含めた
1
構造応力解析。

図２ 解析例：国際共同プロジェクトとして建設が進められている核融合実験装置（準軸対称ヘリカ
ル装置 CFQS）における、CFQS 真空容器に働く大気圧および渦電流の効果を含めた構造応力解析。

想定される応用先・連携先

2.核融合科学研究所では、主として磁場閉じ込めプラズマ実験装置での適用を念頭に置いて、装置本体、計測機器、プラズマ加熱装想定される応用先・連携先
核融合科学研究所では、主として磁場閉じ込めプラズマ実験装置での適用を念頭に置いて、装置本体、置等の開発を行っていますが、このような大規模で複合的な物理環境を扱う物理シミュレーションは、自動車、鉄道、航空産業な
計測機器、
プラズマ加熱装置等の開発を行っていますが、このような大規模で複合的な物理環境を扱う
ど幅広い産業分野にも適用できます。これにより、少人数のエンジニアでも比較的短時間で多くのデザインを検証でき、その結果
物理シミュレーションは、自動車、鉄道、航空産業など幅広い産業分野にも適用できます。これにより、を機器開発へ迅速にフィードバックできます。また、試作コストが高い、あるいは想定される試験条件を再現するのが困難な場合
少人数のエンジニアでも比較的短時間で多くのデザインを検証でき、その結果を機器開発へ迅速にフなど、物理試験にかかる時間やコストの低減にも役立ちます。
ィードバックできます。また、試作コストが高い、あるいは想定される試験条件を再現するのが困難な
実際の共同研究では、既存あるいは設計中の構造や物理課題に対して、①最適な解析モデル作成、②必要十分な計算メッシュの設場合など、物理試験にかかる時間やコストの低減にも役立ちます。
定、といった手順で計算条件を設定し、計算を実行後に③目的に適した結果表示を行います。また、3D-CAD
モデルの寸法値など
実際の共同研究では、既存あるいは設計中の構造や物理課題に対して、①最適な解析モデル作成、をパラメータとし、複数の設計案をまとめて解析するといったことが可能です。
②必要十分な計算メッシュの設定、といった手順で計算条件を設定し、計算を実行後に③目的に適した結果表示を行います。また、3D-CAD モデルの寸法値などをパラメータとし、複数の設計案をまとめて解析するといったことが可能です。
アピールポイント3.高熱負荷、高磁場等の極限環境における熱、構造、電磁場、流体解析などの豊富な経験と実績があります。
アピールポイント複雑な 3 次元曲面を有するモデルや複合的な物理現象の解析が可能です。
高熱負荷、高磁場等の極限環境における熱、構造、電磁場、流体解析などの豊富な経験と実績があります。
複雑な 3 次元曲面を有するモデルや複合的な物理現象の解析が可能です。

論文情報

Takanori Murase, et al., “Development of In-Vessel Cryo-Sorption Pump for LHD Closed Helical Divertor”, J. Plasma Fusion Res. 93, (2017) 213-221
4. [1]
論文情報[1][2] Takanori
et al., J“Developmentof In-Vessel Cryo-Sorption
Pump for LHD Closed
河「ヘリオトロン
における有限要素法を用いた
NBI プラズマ着火アシスト用マイクロ波の電界強度分布解析」、京都大学工学部電気電子‌ 野星志、Murase,
HelicalDivertor”, J. Plasma Fusion Res. 93, (2017) 213-221
工学科学士学位論文、2019[2] 河野星志、「ヘリオトロン J における有限要素法を用いた NBI プラズマ着火アシスト用マイク[3] ‌Takanori Murase, et al., “Electromagnetic Analysis for Vacuum Vessel of CFQS Quasi-axisymmetric Stellarator”, submitted to Fusion Engineering andロ波の電界強度分布解析」、京都大学工学部電気電子工学科学士学位論文、2019
Design.(submitted)[3] Takanori Murase, et al., “Electromagnetic Analysis for Vacuum Vessel of CFQS Quasiaxisymmetric Stellarator”, submitted to Fusion Engineering and Design.(submitted)
5.問い合わせ先
特許情報

09

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

National Institutes of Natural Sciences

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NIBB

マイクロプレートリーダーを用いた多サンプル同時光合成測定装置

SEEDS

基礎生物学研究所・准教授

Keyword

高橋 俊一

問い合わせ先光合成、マイクロプレート、蛍光酸素センサー、チャンバー、酸素研究概要
光合成活性は光依存の酸素発生速度もしくは二酸化炭素吸収速度で測定することができますが、既存の光合成活性測定装置では一測定で一サンプルの光合成活性しか取得できません。一測定には少なくとも 30 分はかかるため、サンプルが多い場合、測定には多大な時間がかかります。この問題を解決するために、マイクロプレートリーダーと蛍光酸素センサーを利用して、一測定で 24 サ
ンプルの光合成活性測定が行える装置を開発しました。この装置を使うと、従来の一測定と同等の時間（30 分程度）で 24 サンプルの光合成活性測定が可能となります。

想定される応用先・連携先
本装置によって従来の方法では難しかった光合成活性の高い（もしくは低い）植物体（形質転換体や変異体）のスクリーニングが容易となります。そのため、基礎や応用の研究分野での利用が想定されます。大学や研究所の研究機関や、有用植物（遺伝子）の単離を進める企業での利用が見込まれます。

アピールポイント
光合成活性の測定には時間がかかるというのがこれまでの常識でした。しかし、本光合成測定装置（マイクロプレートリーダーを用いた多サンプル同時光合成測定装置）の誕生により、この常識が変わると考えています。この装置では、一測定で 24 サンプルの光合成活性測定が行えます。また、その数を数倍にすることも容易です。そのため、光合成活性を指標にした有用植物体の選別（スクリーニング）を短時間で大量に行うことが可能になります。

特許情報

出 願 番 号：特願 2019-026320
国際出願番号：PCT/JP2020/006028
発 明 の 名 称：測定装置

問い合わせ先自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

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10

NIBB

SEEDS

RNA 干渉法を用いた基礎生物学研究所 教授

新奇害虫防除法の研究開発

新美 輝幸

基礎生物学研究所・教授
RNA 干渉法を用いた新奇害虫防除法の研究開発

Keyword
研究概要

新美 輝幸

問い合わせ先RNA
干渉法、害虫防除法、生物農薬、ナミテントウ、RNA 農薬

RNA 干渉法、害虫防除法、生物農薬、ナミテントウ、RNA 農薬

1.

研究概要

爆発的な人口増加に伴い世界規模での食糧不足が緊迫するなか、農作物の約３分の１
爆発的な人口増加に伴い世界規模での食糧不足が緊迫するが病害虫により消失しており、世界規模での食糧増産を果たす上で、いかに害虫を管理
なか、農作物の約３分の１が病害虫により消失しており、世するかは重要な問題です。従来の害虫管理は、主に化学農薬に頼っており、農薬市場は界規模での食糧増産を果たす上で、いかに害虫を管理するか
世界中で年間約 3 兆円の市場規模に膨らんでいます。化学農薬は人畜に対する安全上のは重要な問題です。従来の害虫管理は、主に化学農薬に頼っ

課題や環境負荷が大きく、害虫は化学農薬に対する耐性を短期間のうちに獲得するため、ており、農薬市場は世界中で年間約3兆円の市場規模に膨らん

次々と新たな作用点を持つ薬剤の開発を余儀なくされています。持続的な農業生産を目でいます。化学農薬は人畜に対する安全上の課題や環境負荷指す上で、これら既存の害虫管理の限界を打破する新たな技術の開発が望まれています。

が大きく、害虫は化学農薬に対する耐性を短期間のうちに獲私達は、RNA 干渉（RNAi）を利用して害虫の生存に必須な遺伝子の二本鎖 RNA を得するため、次々と新たな作用点を持つ薬剤の開発を余儀な摂食させることによる遺伝子阻害法を利用し、標的害虫のみを駆除することが可能な

くされている。持続的な農業生産を目指す上で、これら既存

画期的な方法（RNA 農薬）を発見しました。そこで、この原理を利用した安全で耐性の害虫管理の限界を打破する新たな技術の開発が望まれてい昆虫の出現を許さない非 GM（Genetically Modified）型新奇害虫防除法を開発する

ます。

ため、
（1）非 GM 型新奇農薬としてRNA 農薬の実用化に向けた基盤研究、ならびに

我々は、RNA干渉（RNAi）を利用して害虫の生存に必須な（2）RNAi を利用した高付加価値化した非 GM 型新奇生物農薬の創生に向けた基盤研究

遺伝子の二本鎖RNAを摂食させることによる遺伝子阻害法をを行ってきました。その成果として、（1）害虫の生存に必須のアポトーシス阻害因子

利用し、標的害虫のみを駆除することが可能な画期的な方法（Inhibitor of apoptosis; Iap）由来の二本鎖 RNA をジャガイモ害虫であるニジュウヤホ（RNA農薬）を発見しました。そこで、この原理を利用した安全で耐性昆虫の出現を許さない非GM

シテントウに摂食させたところ、速効的な摂食停止と致死をもたらすことを明らかにしました（図 1）。
（2）RNAi 法を利用して、生（Genetically Modified）型新奇害虫防除法を開発するため、（1）非GM型新奇農薬としてRNA農薬の物農薬としての天敵昆虫利用の際の欠点を補う“
翅なしテントウムシ ” 作出に成功しました。現在、生物農薬として有用な形質をも実用化に向けた基盤研究、ならびに（2）RNAiを利用した高付加価値化した非GM型新奇生物農薬のたらす新規遺伝子を単離し、二本鎖RNA の摂食に基づく遺伝子機能阻害により、様々な高付加価値化した非 GM 型機能改変天敵昆創虫の開発を行っています。生に向けた基盤研究を行ってきました。その成果として、（1）害虫の生存に必須のアポトーシス阻害

因子（Inhibitor of apoptosis; Iap）由来の二本鎖RNAをジャガイモ害虫であるニジュウヤホシテントウに摂食させたところ、速効的な摂食停止と致死をもたらすことを明らかにしました（図1）。（2）RNAi

想定される応用先・連携先法を利用して、生物農薬としての天敵昆虫利用の際の欠点を補う“翅なしテントウムシ”作出に成功し

農業害虫防除、衛生害虫防除、家屋害虫防除、ダニ防除、外来種防除、線虫防除など。
ました。現在、生物農薬として有用な形質をもたらす新規遺伝子を単離し、二本鎖RNAの摂食に基づく遺伝子機能阻害により、様々な高付加価値化した非GM型機能改変天敵昆虫の開発を行っています。

アピールポイント2.

想定される応用先・連携先
農業害虫防除、衛生害虫防除、家屋害虫防除、ダニ防除、外来種防除、線虫防除など。

本研究の独創性は、生体高分子であるRNA を直接農薬として利用する点にあります。原理はきわめて単純であり、二本鎖RNAを害虫が摂食することにより、生存に必須な遺伝子の機能を阻害するRNAi 法に基づいています。これまでチトクロームP450、
V-ATPase などの生存に必須な遺伝子の二本鎖RNA の摂食および二本鎖RNA 発現遺伝子組換え植物を用いた害虫防除法が、さまざ3.

アピールポイント
本研究の独創性は、生体高分子であるを直接農薬として利用する点にあります。原理は害虫の致死率も100%に達していません。我々のこれまでの研究から
iapRNA
遺伝子を標的としたRNA
農薬の効果は絶大であることが明きわめて単純であり、二本鎖RNAを害虫が摂食することにより、生存に必須な遺伝子の機能をらかになっています。
阻害する RNAi法に基づいています。これまで
チトクローム P450、V-ATPaseなどの生存に必須
我々は通常、RNA 農薬の有効量の10,000
倍以上ものRNAを日々食物から摂取していることからRNA
農薬の人体への影響は考えにな遺伝子の二本鎖 RNA の摂食および二本鎖 RNA 発現遺伝子組換え植物を用いた害虫防除法が、さくく、RNA 農薬は従来の化学農薬に比べ圧倒的に安全であり、環境影響も小さいと考えられます。また、標的RNA
配列の選択によまざまな害虫を用いて試みられていますが、これらの従来の方法は防除効果が表れるまでに 1 週間以り標的害虫の特異性を自在に設計でき、従来の農薬では常に問題となる耐性昆虫の出現も抑制できます。
上も要するため速効性がなく、また害虫の致死率も 100% に達していません。我々のこれまでの研究から iap 遺伝子を標的とした RNA 農薬の効果は絶大であることが明らかになっています。
論文情報
我々は通常、RNA 農薬の有効量の 10,000 倍以上もの RNA を日々食物から摂取していること
まな害虫を用いて試みられていますが、これらの従来の方法は防除効果が表れるまでに1週間以上も要するため速効性がなく、また• ‌Ohde, T., Masumoto, M., Morita-Miwa, M., Matsuura, H., Yoshioka, H., Yaginuma, T. and Niimi, T. (2009) Vestigial and scalloped in the ladybird beetle: a
1 18, 571-581.
conserved function in wing development and a novel function in pupal ecdysis. Insect Mol. Biol.,• ‌Chikami, Y., Kawaguchi, H., Suzuki, T., Yoshioka, H., Sato, Y., Yaginuma, T. and Niimi, T. (2019) Oral RNAi of diap1 in a pest results in rapid reduction of crop
damage. bioRxiv, doi: https://doi.org/10.1101/737643.

特許情報

問い合わせ先11

特 許 番 号：特許第 4911731 号

特 許 番 号：特許第 5305489 号

発明の名称：テントウムシ科の昆虫を含む生物農薬

発明の名称：害虫防除方法

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NIBB

SEEDS

AI 視覚による歩行者・運転者・遠隔操作等の視覚支援ツール
基礎生物学研究所・准教授・渡辺英治
AI 視覚による

歩行者・運転者・遠隔操作等の視覚支援ツール

人工知能，視覚，交通事故，大脳，錯覚
基礎生物学研究所・准教授

渡辺 英治

問い合わせ先Keyword1.
研究概要 人工知能、視覚、交通事故、大脳、錯覚
私達は大脳の数理モデルを組み込んだディープニューラルネットを使用して，人の視覚をシミュレー
研究概要
トできるＡＩを開発しました。時に人の知覚は錯覚のようなエラーを起こしますが、本ＡＩではそのよ
私達は大脳の数理モデルを組み込んだディープニューラルネットを使用して，人の視覚をシミュレートできる AI を開発しました。
うなエラーを含めた再現が可能です。例えば、人は動いていない図形であっても動いていると知覚する
時に人の知覚は錯覚のようなエラーを起こしますが、本 AI ではそのようなエラーを含めた再現が可能です。例えば、人は動いていことがあります。本ＡＩではそうした知覚を再現することができます（図参照）。本ＡＩを応用すれば、ない図形であっても動いていると知覚することがあります。本 AIではそうした知覚を再現することができます（図参照）。本 AIを応
人の知覚の特性上必然的に生じる見落としなどの事象を防ぐツールの開発が可能となります。見落と用すれば、人の知覚の特性上必然的に生じる見落としなどの事象を防ぐツールの開発が可能となります。見落としなどは自動車のしなどは自動車の運転などでは事故の原因となるため、これを支援するツールは有用です。人は視覚情運転などでは事故の原因となるため、これを支援するツールは有用です。人は視覚情報に大きく頼って生活をしており、本技術の応用範囲は広いと考えられます。
報に大きく頼って生活をしており、本技術の応用範囲は広いと考えられます。

図1

左図が錯視図形，中央図と右図は AI の予測した知覚上の動きを赤い線で表示しており、人の知覚が再現されている。

図１ 左図が錯視図形，中央図と右図はＡＩの予測した知覚上の動きを赤い線で表示しており、人の知覚が再現されている。
想定される応用先・連携先

2. 想定される応用先・連携先
歩行者やドライバーの視覚支援、路面標識や案内地図などの都市デザイン、遠隔医療などでの遠隔操作の支援、広告デザインの歩行者やドライバーの視覚支援、路面標識や案内地図などの都市デザイン、遠隔医療などでの遠隔操最適化、監視システムの支援など。
作の支援、広告デザインの最適化、監視システムの支援など。
アピールポイント3. アピールポイント
従来技術には、AIによる画像分析があります。こうした画像分析は専門性が高く、人間よりも正確で優れた性能を持ちます。今回
従来技術には、ＡＩによる画像分析があります。こうした画像分析は専門性が高く、人間よりも正確の AI 視覚は、正確性よりも人の感性に近い特性を持つことが特徴です。そのため、人間により近くで寄り添う支援ツールの開発がで優れた性能を持ちます。
今回のＡＩ視覚は、正確性よりも人の感性に近い特性を持つことが特徴です。
可能となります。
そのため、人間により近くで寄り添う支援ツールの開発が可能となります。
4. 論文情報
Watanabe E, Kitaoka A, Sakamoto K, Yasugi M and Tanaka K (2018) Illusory Motion Reproducedby Deep Neural Networks Trained for Prediction. Front. Psychol. 9:345. doi:
10.3389/fpsyg.2018.00345
5. 特許情報
論文情報
機構整理番号：30320006JP1
A, Sakamoto K, Yasugi M and Tanaka K (2018) Illusory Motion Reproduced by Deep Neural Networks Trained for Prediction. Front.
• ‌Watanabe E, Kitaoka 2019-084479
出願番号：特願Psychol. 9:345. doi: 10.3389/fpsyg.2018.00345
発明の名称：画像分類器、画像分類方法及びコンピュータプログラム
特許情報

問い合わせ先出 願 番 号：特願 2019-084479

1

発明の名称：画像分類器、画像分類方法及びコンピュータプログラム

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12

I MS

SEEDS

高分子固定化触媒の分子科学研究所 教授
魚住 泰広

調製プロセスの確立

高分子固定化触媒の調製プロセスの確立

分子科学研究所 教授
魚住 泰広

魚住 泰広

高分子固定化ナノ白金触媒、高分子スルホン酸触媒、酸素酸化、直接エステル化、フロー化学合成

分子科学研究所・教授

高分子固定化触媒の調製プロセスの確立

Keyword

1. 研究概要
本研究では白金触媒およびスルホン酸触媒の大量調製法を確立し，これら触媒を充填した触媒カートリッジ
高分子固定化ナノ白金触媒、高分子スルホン酸触媒、酸素酸化、直接エステル化、フロー化学合成
による連続フロー反応を実施しました。白金触媒ではアルコール類やアルデヒド類の酸素酸化反応によるカルボン酸合成を実施し、続いてスルホン酸触媒を利用しカルボン酸をアルコールとの直接エステル化を実現
1. 研究概要
する連続フロー反応を実施します。これら汎用性に富む新しい触媒の大量調製法を確立し，続いて触媒を利本研究では白金触媒およびスルホン酸触媒の大量調製法を確立し，これら触媒を充填した触媒カートリッジ
用した連続フロー工程を実践することで，触媒の市販化，触媒カートリッジの産業展開，さらには触媒工程による連続フロー反応を実施しました。白金触媒ではアルコール類やアルデヒド類の酸素酸化反応によるカの工業展開に道を拓こうとしています。
ルボン酸合成を実施し、続いてスルホン酸触媒を利用しカルボン酸をアルコールとの直接エステル化を実現
直接エステル化反応はその逆反応（エステルの加水分解）との平衡反応であり，そのため従来の直接エステ
する連続フロー反応を実施します。これら汎用性に富む新しい触媒の大量調製法を確立し，続いて触媒を利ル化工程では平衡定数を超える変換効率を達成することは原理的に不可能です。一方，本触媒を用いた連続
用した連続フロー工程を実践することで，触媒の市販化，触媒カートリッジの産業展開，さらには触媒工程
フロー反応では酸触媒によって進行するエステル化反応生成物が速やかに酸触媒から分離されるため，生成の工業展開に道を拓こうとしています。
物（エステル分子）の酸触媒加水分解を制御することが可能です。すなわち固定化触媒を利用するフロー反
直接エステル化反応はその逆反応（エステルの加水分解）との平衡反応であり，そのため従来の直接エステ
応はエンジニアリングであると同時に基礎科学に立脚した新しい反応制御法を与えうる新技術といえます。
ル化工程では平衡定数を超える変換効率を達成することは原理的に不可能です。一方，本触媒を用いた連続問い合わせ先 ノ白金触媒、高分子スルホン酸触媒、酸素酸化、直接エステル化、フロー化学合成
高分子固定化ナ

研究概要
本研究では白金触媒およびスルホン酸触媒の大量調製法を確立し、これら触媒を充填した触フロー反応では酸触媒によって進行するエステル化反応生成物が速やかに酸触媒から分離されるため，生成

媒カートリッジによる連続フロー反応を実施しました。白金触媒ではアルコール類やアルデ

応はエンジニアリングであると同時に基礎科学に立脚した新しい反応制御法を与えうる新技術といえます。
（１）

物（エステル分子）の酸触媒加水分解を制御することが可能です。すなわち固定化触媒を利用するフロー反

ヒド類の酸素酸化反応によるカルボン酸合成を実施し、続いてスルホン酸触媒を利用しカル

（１）
（２）

ボン酸をアルコールとの直接エステル化を実現する連続フロー反応を実施します。これら汎用性に富む新しい触媒の大量調製法を確立し、続いて触媒を利用した連続フロー工程を実践することで、触媒の市販化、触媒カートリッジの産業展開、さらには触媒工程の工業展開に

図１：触媒調製。高分子担持白金触媒（１）およびスルホン酸触媒（２）

図1

触媒調製。
高分子担持白金触媒（１）およびスルホン酸触媒（２）（２）

図１：触媒調製。高分子担持白金触媒（１）およびスルホン酸触媒（２）

道を拓こうとしています。
直接エステル化反応はその逆反応（エステルの加水分解）との平衡反応であり、そのため従来の直接エステル化工程では平衡定数を超える変換効率を達成することは原理的に不可能です。一方、本触媒を用いた連続フロー反応では酸触媒によって

図２：高分子担持白金触媒酸素酸化反応およびスルホン酸触媒直接エステル化反応によるエステル合成概要

図２：高分子担持白金触媒酸素酸化反応およびスルホン酸触媒直接エステル化反応によるエステル合成概要

図2

高分子担持白金触媒酸素酸化反応およびスルホン酸
触媒直接エステル化反応によるエステル合成概要
1

進行するエステル化反応生成物が速やかに酸触媒から分離されるため、生成物（エステル分子）の酸
1

触媒加水分解を制御することが可能です。すなわち固定化触媒を利用するフロー反応はエンジニアリン
触媒カートリッジを用いた連続フロー
合成システムの概要図

グであると同時に基礎科学に立脚した新しい反応制御法を与えうる新技術といえます。

想定される応用先・連携先

アピールポイント

図3【高分子担持白金触媒】【高分子担持白金触媒】本触媒はアルケンおよびカルボニルの水素化、お応用１：カルボン酸化合物の酸化的合成

よび芳香族クロリドの還元的脱クロロ反応にも利用できます。またいずれ対応するアルコール原料やアルデヒド原料を酸素のみを酸化剤の反応においても連続フロー反応、触媒の回収再利用、生成物への金属とするグリーンな工程でカルボン酸へと誘導します。例えばサ種の非混入を確認しています。これにより不飽和脂肪類の水素化によるリチル酸合成やアニオン性界面活性剤合成に適用可能です。

食品類の品質向上やPCB 汚染水の無毒化などが実現すると考えています。

【高分子担持スルホン酸触媒】【高分子担持スルホン酸触媒】直接エステル化工程では平衡定数を超える

応用２：直接エステル化の高効率化

変換効率を達成することは原理的に不可能です。一方、本触媒を用いた脱水的直接エステル化法によるアクリル酸やサリチル酸のエス

連続フロー反応では酸触媒によって進行するエステル化反応生成物が速テル誘導体合成を高効率で実施可能です。

やかに酸触媒から分離されるため、生成物（エステル分子）の酸触媒加応用１、２はいずれも連続フロー反応で実施可能。

水分解を制御することが可能となります。

論文情報【白金触媒関連論文】⑴ A Nanoplatinum Catalyst for Aerobic Oxidation of Alcohols in Water

Yamada, Y. M. A.; Arakawa, T.; Hocke, H.; Uozumi, Y.
Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 704 –706（査読あり）
DOI: 10.1002/anie.200603900⑵	Aerobic flow oxidation of alcohols in water catalyzed by platinum

nanoparticles dispersed in an amphiphilic polymer
Osako T, Torii K, Uozumi Y.
RSC Advances 2015, 5, 2647-2654（査読あり）
DOI: 10.1039/c4ra14947e⑶	Chemoselective continuous-flow hydrogenation of aldehydes

catalyzed by platinum nanoparticles dispersed in an amphiphilicresinOsako T, Torii K, Hirata S, Uozumi Y.
ACS Catalysis 2017, 7, 7371-7377（査読あり）
DOI: 10.1021/acscatal.7b02604

特許情報⑷	Direct Dehydrative Esterification of Alcohols and Carbozylic Acids with a

Macroporous Polymeric Acid Catalyst
Minakawa, M.; Baek H.; Yamada, Y. M. A.; Han, J.-W.; Uozumi, Y.
Organic Letters 2013, 15, 5798-5801（査読あり）
DOI 10.1021/ol4028495⑸	I n-water and neat batch and continuous-flow direct esterification andtransesterification by a porous polymeric acid catalyst
Baek H, Minakawa M, Yamada Y.M.A, Han J.W, Uozumi Y.
Scientific Reports 2016, 6, 25925（査読あり）
DOI: 10.1038/srep25925⑹	S econd-Generation meta-Phanolsulfonic Acid-Formaldehyde Resin as a

Catalyst for Continuous-Flow Esterification
Hu, H.; Ota, H.; Baek, H.; Shinohara, K.; Mase, T.; Uozumi, Y.; Yamada, Y. M. A.
Organic Letter 2020, 22, 160-163（査読あり）
DOI: 10.1021/acs.orglett.9b04084

特 許 番 号：特許第 5358804 号

出 願 番 号：特願 2018-078643

国際出願番号：PCT/JP2005/022068

発 明 の 名 称：‌メタ-フェノールスルホン酸系樹脂およびその触媒としての利用

発 明 の 名 称：レジン担持白金クラスター触媒

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I MS「一斉警報通知防災システム」構想の実現に向けた社会実験

SEEDS
分子科学研究所 技術課長
繁政 英治

「一斉警報通知防災システム」構想の実現に向けた社会実験

分子科学研究所・技術課長

防災ラジオ，LoRa，災害情報伝達，J アラート

繁政 英治

防災ラジオ、LoRa、災害情報伝達、J アラート

Keyword

1.

研究概要
(1)
防災ラジオの起動に連動して家電製品の制御を開始するシステム
研究概要
我々は、岡崎市や盛岡市などで使用され⑴ 防災ラジオの起動に連動して家電製品の制御を開始するシステムている緊急告知防災ラジオ(以下、防災ラジ
我々は、岡崎市や盛岡市などで使用されている緊急告知防災ラジオ( 以下、オ)の自動起動を常時監視する親機と、
親機
防災ラジオ ) の自動起動を常時監視する親機と、親機からの無線信号をからの無線信号を受け取り，様々な動作を受け取り，様々な動作を開始する子機からなるシステムを既に開発して開始する子機からなるシステムを既に開発います。
しています。
本システムは、例えば、日常生活で使用している
LED 照明器具や TV な
本システムは、例えば、日常生活で使用
どを子機に接続するだけで、J アラートやL アラート、緊急地震速報などしているLED照明器具やTVなどを子機にによる防災ラジオの起動に連動してLED 照明を点滅させる、TV を自動接続するだけで、JアラートやLアラート、

緊急地震速報などによる防災ラジオの起動起動させる等の手段で、緊急情報を素早く伝達し、早期の避難誘導を促に連動してLED照明を点滅させる、TVをすものです。

自動起動させる等の手段で、緊急情報を素
図図1：一斉警報通知システムの概略図
1 一斉警報通知システムの概略図
早く伝達し、早期の避難誘導を促すもので⑴に挙げたシステムについて、親機と子機間の通信範囲を 100m 程度にす。
限った小規模な検証実験を実施しました。また、当初予定していた 2.4GHz 帯の無線は、用途が多く混信が懸念されたため、こ(2) 研究開発の現状と目指すところ
れを LoRa と呼ばれる 920MHz 帯の規格に変更し、通信範囲を 100m から 3km へと格段に拡張しました。この条件下で、親(1)に挙げたシステムについて、親機と子機間の通信範囲を100m程度に限った小規模な検証実験を機・子機の台数を限定した基本動作の確認は完了しており、引き続き実証試験を進めています。
実施しました。また、当初予定していた2.4GHz帯の無線は、用途が多く混信が懸念されたため、本研究では、従来のシステムを拡充し、一台の子機が受け取った情報をさらに別の子機に転送するメッシュ型構造を導入しましこれをLoRaと呼ばれる920MHz帯の規格に変更し、通信範囲を100mから3kmへと格段に拡張した。これにより、通信範囲内で通信障害が発生しても様々な経路でバックアップした通信が可能となるため、信頼性をさらに拡た。この条件下で、親機・子機の台数を限定した基本動作の確認は完了しており、引き続き実証試張・強化できます。このメッシュ型構造を導入した親機と子機を相当数配置したシステムを構築し、実際の災害発生を想定した験を進めています。
広範囲実証試験を行い、自治体や企業とも共同して、システムの実用化に向けた開発と検証を進めています。
本研究では、従来のシステムを拡充し、一台の子機が受け取った情報をさらに別の子機に転送するメッシュ型構造を導入しました。これにより、通信範囲内で通信障害が発生しても様々な経路で想定される応用先・連携先バックアップした通信が可能となるため、信頼性をさらに拡張・強化できます。このメッシュ型構造を導入した親機と子機を相当数配置したシステムを構築し、実際の災害発生を想定した広範囲実・想定する適用先・応用先
証試験を行い、自治体や企業とも共同して、システムの実用化に向けた開発と検証を進めています。
既存の防災ラジオ製造・販売企業、防災関連機器企業、IoT 関連企業
⑵ 研究開発の現状と目指すところ

2. 想定される応用先・連携先
・応用された結果解消される社会課題・技術課題
・ 想定する適用先・応用先
インターネット環境が十分でない過疎地や独居老人の増加により、災害時、或いは急病等緊急時に連絡が遅れ、被害の拡大や既存の防災ラジオ製造・販売企業、防災関連機器企業、IoT 関連企業
発見の遅れが懸念されています。一方、既存の緊急通報装置はインターネット環境の新規導入や維持費が必要であり、利用者・応用された結果解消される社会課題・技術課題の負担となります。本システムの応用により、これらの課題の解決が見込まれます。
インターネット環境が十分でない過疎地や独居老人の増加により、災害時、或いは急病等緊
急時に連絡が遅れ、被害の拡大や発見の遅れが懸念されている。一方、既存の緊急通報装置
はインターネット環境の新規導入や維持費が必要であり、利用者の負担となる。本システムの応用により、これらの課題の解決が見込まれる。
本計画では「LoRa」と呼ばれる無線伝送方式を採用しています。この無線伝送方式を導入することで、通常の通信範囲内で通信障アピールポイント

害が発生しても様々な経路からバックアップした信頼性の高い通信を実現することができます。また無線モジュール間の中継機能も1実装しているため、バケツリレー状の長距離伝送にも展開できることが他にはない強みであると考えています。
本システムでは親機が防災ラジオの起動を検出しますが、検出対象は防災ラジオに限定されず高い汎用性を有しています。住宅用火災警報器や温度センサ、人感センサなどを検出対象とするこで多様な適用が可能です。
本研究で開発したコア基板に接続するモジュールを差し替えることで、接続先の電気的条件を容易に変更することができます。このインターフェースは、Pmod 規格に準拠しており、市販のモジュールも使用できます。

特許情報

出 願 番 号：特願 2019-214632
発明の名称：通知システム、通知システムにおける制御装置、及び通知システムにおける制御方法
特 許 番 号：特開 2020-30719
発明の名称：緊急告知防災ドッキングステーション
特 許 番 号：特開 2018-026807
発明の名称：警報連動型防災システム

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14

特

許

PATENTNI FSPATENT

複合超電導体及び複合超電導体の製造方法

核融合科学研究所・教授
准教授

Keyword

三戸 利行
田村 仁

高畑 一也

複合超電導体及び複合超電導

超電導体、アルミニウム合金被覆、摩擦撹拌接合（FSW）

関連する特許出願番号、特許番号教授

複合超電導体及び複合超電導体の製造⽅法
特願 2013-532612、特許第 6090933 号（2017）＜セールスポイント＞＜セールスポイント＞

セールスポイント ◦強力な電磁力に耐えることができる補強材を複合した超電導体です。
 強⼒な電磁⼒に耐えることができる補強材を複合した◦運転時の性能を最大限に引き出し、超電導体のコスト低減も可能です。
 強⼒な電磁⼒に耐えることができる補強材を複合した超電導体です。
 運転時の性能を最⼤限に引き出し、超電導体のコス
運転時の性能を最⼤限に引き出し、超電導体のコスト低減も可能です。



研究概要

＜研究概要＞

超電導マグネットを強磁場化、⼤型化する

超電導マグネットを強磁場化、大型化すると、超電導体に巨大な力が加わりま＜研究概要＞

す。機械的に弱い化合物超電導体（ニオブ・スズ、酸化物系など）を使う場合には、
超電導マグネットを強磁場化、⼤型化すると、超電導体に巨⼤な⼒が加わります。機械と、超電導体に巨⼤な⼒が加わります。機械的に弱い化合物超電導体（ニオブ・スズ、酸

機械的に強い金属と複合化する必要が生じます。私たちは金属複合化の方法として、アルミニウム合金の補強部材を超電導体に被せ、その被覆部材を摩擦撹拌接化物系など）を使う場合には、機械的に強い

的に弱い化合物超電導体（ニオブ・スズ、酸合（FSW）によって接合する方法を、古河電気工業㈱、㈱UACJ と共同で開発しました。

⾦属と複合化する必要が⽣じます。私たちは化物系など）を使う場合には、機械的に強い

⾦属複合化の⽅法として、アルミニウム合⾦の⾦属と複合化する必要が⽣じます。私たちは補強部材を超電導体に被せ、その被覆部材

⾦属複合化の⽅法として、アルミニウム合⾦の12T において 5kA の電流容量を持つ補強部材を超電導体に被せ、その被覆部材
アルミニウム合金被覆超電導体

応用事例・使用用途など

を摩擦撹拌接合（FSW）によって接合する
⽅法を、古河電気⼯業(株)、(株)UACJ と大口径で強磁場の超電導マグネットへの応用が期待されます。例えば、超電導エネ
共同で開発しました。

ルギー貯蔵装置などの電力応用、高磁場 MRI などの医療応用、核融合、高エネル
ギー物理などのエネルギー応用に適しています。

を摩擦撹拌接合（FSW）によって接合する
⽅法を、古河電気⼯業(株)、(株)UACJ と

12 T におい

共同で開発しました。

ニウム合⾦被ニウム合⾦被覆超電導体＜応⽤事例・

12 T において 5 kA の電流容量を持つアルミ＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

⼤⼝径で強磁場の超電導マグネットへの応⽤が期待されます。例えば、超電導エネルギ
12T において100kA の電流容量を持つ
ー貯蔵装置などの電⼒応⽤、⾼磁場 MRI
アルミニウム合金被覆超電導体

⼤⼝径で⽤が期待されー貯蔵装置などの医療応などのエネルギなどの医療応⽤、核融合、⾼エネルギー物理研究内容

12 T において 100 kA の電流容量を持つアなどのエネルギー応⽤に適しています。

ルミニウム合⾦被覆超電導体
超電導体は、電力を消費することなく銅の 10 倍以上（単位面積当たり）の電流を流すことができ，コイル化することにより強力な磁場を発生することができるため、電力応用、医療応用、産業応用、エネルギー応用と幅広い分野で利用されています。
<キーワード> 超電導体, アルミニウム合⾦被覆, 摩擦撹拌接合（
12 T において 100 kA の電流容量を持つア
一方で、今後の更なる普及が期待される化合物超電導体（ニオブ・スズ、酸化物系など）は、歪みが加わることで性能が変化し、ルミニウム合⾦被覆超電導体

引張に対しては 1％に満たない歪みで永久的ダメージを引き起こすことが知られています。超電導体をコイル化しマグネットとし<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2013-532612、特て使用すると、電磁力によって超電導体に引張力が加わり、性能が劣化する可能性があります。そこで、導体に機械的に強い補強<キーワード> 超電導体, アルミニウム合⾦被覆, 摩擦撹拌接合（FSW）
部材を付加する、つまり複合化する方法が一般的に用いられます。
<研究者名> 装置⼯学・応⽤物理研究系 三⼾利
本研究では、補強部材にアルミニウム合金、接合方法に摩擦撹拌接合（FSW）を採用し、ニオブ・スズ超電導体を被覆することに<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2013-532612、特許第 6090933 号（2017）
核融合システム研究系 ⽥村仁
成功しました。FSW を使うことにより、また接合部とケーブルの間に保護用の薄板を置くことにより、内部の超電導体（ケーブル）にダメージを与えることなく接合を行うことができます。これが一般的な溶接を用いた導体複合化と比較したときの大きなメリッ<研究者名> 装置⼯学・応⽤物理研究系 三⼾利⾏、⾼畑⼀也
トです。また、ケーブルにダメージがないことは、実際の電流通電試験においても確認しています。

補強部材と超電導体の間には熱収縮の差があり、冷却によって歪み（熱歪み）が加わり、超電導性能が劣化します。本研究では、
核融合システム研究系 ⽥村仁

A-100

大学共同利用機関法人 自然科学研究

ケーブルをニオブ・スズ生成熱処理後にアルミニウム合金被覆することによって、熱収縮差を緩和し、性能劣化を大幅に緩和できることを見出しました。これをリアクト・アンド・ジャケット法と名付けました。さらに、ケーブルに歪みを予め加えた状態でア
ルミニウム合金を被覆することにより、その後の熱歪み、電磁力による歪みを制御する方法を考案しました。この方法により、最大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所
も性能が高くなる状態で運転することが可能となり、設計段階では、ニオブ・スズ超電導体の量を削減することでコスト低減を図ることができます。

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NI FSPATENT

竪型マイクロ波製鉄炉

竪型マイクロ波製

核融合科学研究所・准教授 高山 定次
竪型マイクロ波製鉄炉＜セールスポイント＞

高純度鉄、マイクロ波加熱
・⾼エネルギ効率で溶融銑鉄を製造することができます＜セールスポイント＞
関連する特許出願番号、特許番号 特許第 5699265 号（2015）

Keyword＜研究概要＞・⾼エネルギ効率で溶融銑鉄を製造することができます。

セールスポイント ◦高エネルギ効率で溶融銑鉄を製造することができます。

＜研究概要＞

研究概要

これまでの⾼炉製銑法に代わり、より⾼エネル

マイクロ

これまでの⾼炉製銑法に代わり、より⾼エネル
マイクロ波加熱連続製錬炉例（１）ギ効率で溶融銑鉄を製造することができ、またこれまでの高炉製銑法に代わり、より高エネルギ効率で溶融銑鉄を製造することがで所謂都市鉱⼭から貴⾦属等を回収すること
き、また所謂都市鉱山から貴金属等を回収することができる竪型マイクロ波製錬炉をギ効率で溶融銑鉄を製造することができ、また提供する。

所謂都市鉱⼭から貴⾦属等を回収することができる竪型マイクロ波製錬炉を提供するができる竪型マイクロ波製錬炉を提供する

マイクロ波加熱連続製錬炉例⑴マイクロ波加熱連続製錬炉例（２）応用事例・使用用途など

マイクロ波加熱連続製錬炉例（２）高純度製鉄製造＜応⽤

⾼純＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

⾼純度製鉄製造

研究内容
マイクロ波が導波管 32 からシリカ窓 31 を介してアプリケータ 27 内に照射される。
導波管 32 から導入されるマイクロ波は、盛り上がり部 29 の外縁側の斜面の内張 28により反射され、その後、内張 28 にて反射を繰り返して、炉床部 26 上の原料粉末

マイクロ波加熱連続製錬炉例⑵及び溶融銑鉄に吸収される。

マイクロ波がアプリケータ 27 内で、接地された導電性物質からなる内張 28 にて反 <キーワード> ⾼純度鉄、マイクロ波加熱射しつつ、炉床部 26 上の粉末原料に吸収されることによって、粉末原料が加熱されて溶融し、精錬反応が生じて、溶融銑鉄と原料との混合物 40 が生成される。 <キーワード> ⾼純度鉄、マイクロ波加熱<関連する特許出願番号、特許番号> 特許第 5699265
また、原料供給管 22 からは原料粉末が連続的にアプリケータ 27 内に供給されており、この原料粉末にもマイクロ波が吸収されて加熱される。

<関連する特許出願番号、特許番号> 特許第 5699265 号（2015）
従って、アプリケータ 27 内に供給された原料粉末に効率的にマイクロ波が照射され、原料粉末はマイクロ波を吸収して発熱する。

<研究者名> 装置⼯学・応⽤物理研究系

マイクロ波は、アプリケータ 27 内に閉じ込められるので、漏洩が極めて少なく、効率的に原料粉末の加熱に供される。これにより、原料粉末を効率的に加熱して、精錬反応を生じさせることができる。

<研究者名> 装置⼯学・応⽤物理研究系

⾼

⾼⼭定次

A-1
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大学共同利用機関法人 自然科学

E-mail：nins-sangaku@nins.jp

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所 18

NI FSPATENT・⾃励振動式ヒートパイプ（OHP)を⽤いた冷却技術の自励振動式ヒートパイプ

・⾼熱負荷運転にも対応可能となる⾼温超伝導マグネ

・超伝導磁気エネルギー貯蔵装置や液体⽔素貯蔵装

冷却超伝導マグネット＜研究概要＞

⾼温超伝導は低温超伝導に⽐べて冷却は楽になるものと⼀般的には誤解されている。し核融合科学研究所・教授
かし、運転温度の上昇に伴って、超伝導マグ
ネットを構成する材料の熱拡散率はむしろ低Keyword 超伝導、自励振動、ヒートパイプ、液体水素、貯蔵、磁気浮上、超伝導磁気エネルギー貯蔵下するため、固体熱伝導のみに頼るとマグネット内で発⽣した熱は外部に伝わるのに時間が関連する特許出願番号、特許番号 特許第 5424107 号（特願 2009-241397）かかることになり、マグネット内の発熱を除去しづらい状態となる。結果として熱暴⾛や巻線
内のホットスポットの発⽣等、マグネットの焼損
セールスポイント ◦自励振動式ヒートパイプ（OHP) を用いた冷却技術の活用
トパイプ冷却超伝導マグネットにつながる危険な状態に陥りやすい。個体熱◦高熱負荷運転にも対応可能となる高温超伝導マグネットの冷却⽅式
伝導に頼らない⾼温超伝導(HTS)マグネット◦超伝導磁気エネルギー貯蔵装置や液体水素貯蔵装置などの新しい冷却⽅式として⾃励振動式ヒートパ
イプ(OHP)を巻線内に組み込むことにより、⾼を⽤いた冷却技術の活⽤
い熱輸送特性の実現と同時に、⾼い熱拡散
研究概要
率による応答の早さを実現することができる。
る⾼温超伝導マグネットの冷却⽅式
高温超伝導は低温超伝導に比べて冷却は楽になるものと一般的には誤解されている。しかし、運や液体⽔素貯蔵装置など

三戸 利行

National Institute for Fusion Science

て冷却は
ている。し
伝導マグ
むしろ低
とマグネッ
に時間が
を除去し
⾛や巻線
トの焼損
。個体熱
マグネット
式ヒートパ
により、⾼
い熱拡散
できる。

OHP転温度の上昇に伴って、超伝導マグネットを構成する材料の熱拡散率はむしろ低下するため、固は、ヒートパイプ内に⾃発的に発⽣する
体熱伝導のみに頼るとマグネット内で発生した熱は外部に伝わるのに時間がかかることになり、⾃励振動を利⽤して熱を輸送する熱輸送素⼦である。気液
2 相の作動流体で満たされたマグネット内の発熱を除去しづらい状態となる。結果として熱暴走や巻線内のホットスポットのヒートパイプ流路は、加熱端と冷却端の間を発生等、マグネットの焼損につながる危険な状態に陥りやすい。個体熱伝導に頼らない高温超伝導
繰り返し折り返した構造をしている。加熱端と冷却端の温度差によって、⾃励振動が発⽣(HTS)マグネットの新しい冷却方式として自励振動式ヒートパイプ(OHP)を巻線内に組み込むこと
し、加熱端から冷却端に素早く効率的に熱をにより、高い熱輸送特性の実現と同時に、高い熱拡散率による応答の早さを実現することができる。
輸送することができる。
OHP は、ヒートパイプ内に自発的に発生する自励振動を利用して熱を輸送する熱輸送素子である。気液 2 相の作動流体で満たされたヒートパイプ流路は、加熱端と冷却端の間を繰り返し折り返した構造をしている。加熱端と冷却端の温度差によって、自励振動が発生し、加熱端から冷却端に素早く効率的に熱を輸送することができる。
＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

OHP
動作原理図
OHP
動作原理図

OHP は、
⾃励振動
⼦である
ヒートパイ
繰り返し
冷却端の
し、加熱
輸送する

＜応⽤事

燃料電
環境に優
な研究へ
究でこれ
⽤し、早
素の効率
トを⽤い
持するこ
等の災害
貯蔵技
に組み込
貯蔵装
要な⾼熱

<キーワード>超伝導、⾃励振動、ヒートパイプ、液体⽔素、貯蔵、磁気浮上<本技術の応⽤例>
応用事例・使用用途など
燃料電池⾞の市販が開始されるなど、地球<関連する特許出願番号、特許番号>
環境に優しい⽔素社会の実現に向けた新た
特許第 5424107 号（特願 2009-241397）
燃料電池車の市販が開始されるなど、地球環境に優しい水素社会の実現に向けた新たな研究への取組が求められている。核融合研
燃料電池⾞の市販が開始されるなど、地球環境に優しい⽔素社会の実現に向けな研究への取組が求められている。核融合研られている。核融合研究でこれまでに開発された技術を最⼤限に活⽤し、早期の課究でこれまでに開発された技術を最大限に活用し、早期の課題解決が必須とされている水素の効率的な貯蔵方法として、HTS
マグ
究でこれまでに開発された技術を最⼤限に活<研究者名> 装置⼯学・応⽤物理研究系
⽒名
素の効率的な貯蔵⽅法として、超伝導コイルを⽤いた磁気浮上で、液体⽔素容器
⽤し、早期の課題解決が必須とされている⽔
ネットを用いた磁気浮上で、液体水素容器を支持することで、低熱侵入かつ高効率で、地震等の災害にも強い、安心・安全な液体かつ⾼効率で、地震等の災害にも強い、安⼼・安全な液体⽔素貯蔵技術の確⽴
素の効率的な貯蔵⽅法として、HTS マグネッ
水素貯蔵技術の確立を目指す。OHP
を巻線内に組み込むことにより、超伝導磁気エネルギ－貯蔵装置や磁気浮上用
HTS マグネット
トを⽤いた磁気浮上で、液体⽔素容器を⽀
液体⽔素を貯蔵する際、最も重要となるのは、安全性を確保しつつ、いかに熱負荷
は、対となる⾼温超伝導（HTS）コイルを⽤いて断熱真空中で液体⽔素容器を持することで、低熱侵⼊かつ⾼効率で、地震に必要な高熱負荷特性を達成することができる。
持材からの伝導による侵⼊熱を極限まで低減する。更に断熱真空層に中間温度等の災害にも強い、安⼼・安全な液体⽔素
大学共同利用機関法人 自然科学研
り、輻射による⼊熱も最⼩に抑えることができる。この際、液体⽔素容器側に取付け貯蔵技術の確⽴を⽬指す。OHP を巻線内流モードで運転され、地上側に設置した⽀持
HTS コイルは制御電源に接続されてに組み込むことにより、超伝導磁気エネルギ－
研究内容が⼀定になるように⽀持
HTS
マグネットの電流値が制御される。更に、地震等の災貯蔵装置や磁気浮上⽤ HTS マグネットに必器の振動を抑制する免震制御を実施し、⾼度の安全性を同時に確保する。
要な⾼熱負荷特性を達成することができる。
液体水素を貯蔵する際、最も重要となるのは、安全性を確保しつつ、いかに熱負荷を低減できるかにある。ここでは、対となる高将来の安⼼で効率的な液体⽔素の⼤量備蓄を可能にする⽅策として、図に LNG
温超伝導（HTS）コイルを用いて断熱真空中で液体水素容器を磁気浮上させることにより、支持材からの伝導による侵入熱を極限

40 m 級の球形タンクを想定した磁気浮上の例を⽰す。タンクの内容積は 33,500まで低減する。更に断熱真空層に中間温度のシールド板を設けることにより、輻射による入熱も最小に抑えることができる。この際、重量は約 2,000 t、タンクの空重量が 1,000 t のため、浮上させる総重量は 3,00
⽔素、貯蔵、磁気浮上、超伝導磁気エネルギー貯蔵
対の磁気浮上⽤コイルを配置し、⾚道⾯に横揺れ防⽌⽤の補助コイルを配置した
液体水素容器側に取付けた浮上 HTSコイルは永久電流モードで運転され、地上側に設置した支持
HTSコイルは制御電源に接続され20 K とすると、現在市販されている Bi2223 多芯テープ線材を⽤いても、上記の貯て、液体水素容器の浮上位置が一定になるように支持 HTS マグネットの電流値が制御される。更に、地震等の災害発生時には、液が可能なレベルにまで HTS 線材の性能は上がってきている。
1397）

体水素容器の振動を抑制する免震制御を実施し、高度の安全性を同時に確保する。
A-1008

物理研究系 ⽒名 三⼾利⾏

将来の安心で効率的な液体水素の大量備蓄を可能にする方策として、図にLNGタンカー

40mF 液体水素貯蔵タンク
横揺れ防止用補助
コイル対等で用いられる直径 40m級の球形タンクを想定した磁気浮上の例を示す。タンクの内容

積は33,500m3、貯蔵できる液体水素の重量は約2,000t、タンクの空重量が 1,000t のた
関法人 自然科学研究機構
核融合科学研究所
め、浮上させる総重量は3,000tになる。ここでは、底部に4対の磁気浮上用コイルを配置し、赤道面に横揺れ防止用の補助コイルを配置した。HTSコイルの動作温度を20Kとすると、現在市販されているBi2223多芯テープ線材を用いても、上記の貯蔵タンク用
HTSコイルの設計が可能なレベルにまでHTS線材の性能は上がってきている。

磁気浮上用コイル対

図

超伝導コイルによる液体水素磁気浮上

図 超伝導コイルによる液体⽔素磁気浮上

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当研究所は、この技術・特許についてライセンス供与、共同研究、学術指NI FSPATENT

蒸着装置における蒸発源

蒸着装置における蒸発源及び蒸着装置における蒸発源及び蒸着装置＜セールスポイント＞
蒸着装置

・実⽤性に秀れた蒸着装置における蒸発源及び蒸着
核融合科学研究所・准教授
高山 定次＜セールスポイント＞

Keyword

蒸着装置、マイクロ波加熱
・実⽤性に秀れた蒸着装置における蒸発源及び蒸着装置です。

関連する特許出願番号、特許番号

特許第 5578345（2014）＜研究概要＞

装置のセールスポイント ◦実用性に秀れた蒸着装置における蒸発源及び蒸着装置です。

オーバーシュートが⼩さく蒸着レートコントロー

オーバーシュートが⼩さく蒸着レートコントロー
装置の側断⾯図
ルが容易で、蒸着材料を短い加熱時間で所ルが容易で、蒸着材料を短い加熱時間で所

定温度に到達させることができ、また基板全体＜研究概要＞

研究概要

オーバーシュートが小さく蒸着レートコントロールが容易で、蒸着材料を短い加熱時間で所定温度に到達させることができ、また基板全体に短時間に蒸着しタクトタイム に短時間に蒸着しタクトタイムを短縮する事が定温度に到達させることができ、また基板全体を短縮する事が可能な極めて実用性に秀れた蒸着装置における蒸発源及び蒸着装置を提供する。

に短時間に蒸着しタクトタイムを短縮する事が可能な極めて実⽤性に秀れた蒸着装置にお可能な極めて実⽤性に秀れた蒸着装置における蒸発源及び蒸着装置を提供する。

ける蒸発源及び蒸着装置を提供する。
装置の側断面図

応用事例・使用用途など

要部の拡⼤斜視図

蒸着装置

＜応⽤

蒸着装

＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

要部の拡⼤斜視図

蒸着装置

要部の拡大斜視図

研究内容
マイクロ波照射部８から容器２にマイクロ波を照射すると、マイクロ波吸収体が発熱して容器２が加熱され、この容器２を介して間接的に若しくは直接蒸着材料１が加熱される。
マイクロ波吸収体として、炭化物セラミックス（例えば SiC 焼結セラミックス）を用いる場合、炭化物セラミックスの発熱効率は極めて高いため、短時間で所定温度まで蒸着材料１を加熱することが可能となる。また、熱応答性も高いため、急速加熱後のオー<キーワード> 蒸着装置、マイクロ波加熱

バーシュートが小さく所定温度に到達した後の蒸着レートコントロールが容易となる（例えば抵抗加熱方式や誘導加熱方式の場合、急速加熱後の温度のオーバーシュートが大きく、これが安定するまでの時間が極めて長い。
）。従って、蒸着材料１の加熱制御を極<キーワード> 蒸着装置、マイクロ波加熱

めて容易に且つ応答性良く行うことが可能となり、蒸着開始までの加熱時間を極めて短くすることが可能となる（抵抗加熱方式の<関連する特許出願番号、特許番号> 特許第 5578345

1/100、誘導加熱方式の１／ 10 程度）。

また、容器２の上面部７に設けた蒸着材料通過孔６の開口面積は蒸着材料収納本体部５に収納される蒸着材料１の蒸発面に比し小<関連する特許出願番号、特許番号> 特許第 5578345（2014）

装置⼯学・応⽤物理研究系 ⾼<研究者名>
さく（蒸着材料通過孔６の開口面積の総和を蒸着材料１の蒸着面に比し十分小さく設定した場合には所謂クヌーセンセルとなり）、各蒸着材料通過孔６からは一様な（均一な）蒸発した蒸着材料１の分子流が夫々基板３の成膜面４に照射されて付着することになり、

装置⼯学・応⽤物理研究系 ⾼⼭定次

均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜可能となる。
<研究者名>

即ち、容器２に収納される蒸着材料が面状に広がった状態で蒸着材料１の分子流を直接基板３の成膜面に付着させるのではなく、

A-1

蒸着材料通過孔６を複数介して面状に基板３の成膜面４に付着させ成膜することで、短時間で広範囲に成膜可能でそれだけ生産タ
クトタイムを短縮可能となるのは勿論、均一な膜質且つ膜厚を有する薄膜を成膜可能となる。

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20

NI FS

有機化合物の合PATENT

有機化合物の合成方法＜セールスポイント＞

・⽣分解性プラスチックに応⽤でき、従来の技術より短

有機化合物の合成⽅法

核融合科学研究所・准教授

高山 定次

生分解性プラスチック、マイクロ波加熱＜セールスポイント＞

Keyword＜研究概要＞
特願 2012-248337、特許第 6070091号（2017）
⼀般に、原料の重合度に応じて重合反応
・⽣分解性プラスチックに応⽤でき、従来の技術より短時間製造が⾒込めます。

関連する特許出願番号、特許番号を変化させながら段階的に重合を⾏わせるた
セールスポイント ◦生分解性プラスチックに応用でき、従来の技術より短時間製造が見込めます。
めの反応槽を数段にわたって設置させる必要がある。また、200〜240℃程度の⾼温で反＜研究概要＞

研究概要

⼀般に、原料の重合度に応じて重合反応

一般に、原料の重合度に応じて重合反応を変化させながら段階的に重合を行わを変化させながら段階的に重合を⾏わせるたせるための反応槽を数段にわたって設置させる必要がある。また、200 ～ 240℃

めの反応槽を数段にわたって設置させる必要程度の高温で反応させる必要がある。

応させる必要がある。
本発明は、より温和な条件で、短時間で簡本発明は、より温和な条件で、短時間で簡素に目的の有機化合物を得ることが素に⽬的の有機化合物を得ることが可能な

可能な有機化合物の合成方法を提供することを目的とする。

有機化合物の合成⽅法を提供することを⽬がある。また、200〜240℃程度の⾼温で反応させる必要がある。

的とする。

本発明は、より温和な条件で、短時間で簡＜応⽤

素に⽬的の有機化合物を得ることが可能な応用事例・使用用途など
有機化合物の合成⽅法を提供することを⽬

サトウ

サトウキビ、トウモロコシ、生ごみのでんぷんを抽出し発酵させた乳酸を結合的とする。
（重縮合）させて得られる自然にやさしいプラスチック

抽出し

せて得
＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

サトウキビ、トウモロコシ、⽣ごみのでんぷんを抽出し発酵させた乳酸を結合（重縮合）さ研究内容せて得られる⾃然にやさしいプラスチック

国立大学法人名古屋工業大学、大学共同利用機関法人自然科学研究機構核融合科学研究所及び中部電力株式会社は共同で、ポリ乳酸をマイクロ波の非熱的効果を使って素早く製造する技術を開発した。ポリ乳酸とは、サトウキビ、トウモロコシ、生ごみのでんぷんを抽出し発酵させた乳酸を結合（重縮合）させて得られる自然にやさしいプラスチックで、石油由来でないプラスチックとして普及が期待されている。本技術は、プラスチック産業の材料製造工程の低温化・短時間化を実現し、省エネルギーへ大きく貢献<キーワード> ⽣分解性プラスチック、マイクロ波加熱する可能性がある。

名古屋工業大学、核融合科学研究所及び中部電力は、還流（温度一定）条件で乳酸（名古屋工業大学分担）の重縮合に、マイクロ波（核融合科学研究所分担）を用いることにより、成功。この過程でマイクロ波の非熱的効果を明らかにするという学術的知見も<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2012-24833得られた。また、シングルモードマイクロ波共振器を用いて、マイクロ波を電気成分と磁気成分に分離、各成分がポリ乳酸合成に与える影響を調査し、電気成分が化学反応の促進に、より有効であることを解明した。
■マイクロ波とは<キーワード> ⽣分解性プラスチック、マイクロ波加熱<研究者名> 装置⼯学・応⽤物理研究系

⾼

電磁波の一種。一般的には電子レンジで食品などを温めることに使われている。近年、化学反応についても新規加熱法として注目されている。

<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2012-248337、特許第 6070091 号（2017）■非熱的効果とは大学共同利用機関法人 自然科学

装置⼯学・応⽤物理研究系 ⾼⼭定次

マイクロ波化学において、マイクロ波加熱を用いて合成する場合に起きる、熱では説明できない現象を指す。マイクロ波化学は<研究者名>
研究の歴史が浅く、正確な定義はあいまいではあるが、非熱的効果に関する過去の報告例の多くは熱伝導速度による熱的な効果として考えられており、さらなる調査が期待されていた。

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A-10

NI FSPATENT

真空容器内蔵型クライオポンプ

核融合科学研究所・技術部

Keyword

村瀬 尊則
真空容器内蔵型クライオ

真空容器、クライオポンプ、ソープションポンプ、内蔵型、無機接着、活性炭

関連する特許出願番号、特許番号＜セールスポイント＞

真空容器内蔵型クライオポンプ
特願 2014-209086、特許6021276（2016）

・真空容器内に直接設置できるため、⾼排気コンダクタンスを・有機接着剤を使⽤しないため、⾼真空で清浄な製造環境＜セールスポイント＞
セールスポイント ◦真空容器内に直接設置できるため、高排気コンダクタンスを実現。

＜研究概要＞◦有機接着剤を使用しないため、高真空で清浄な製造環境を構築可能。
・真空容器内に直接設置できるため、⾼排気コンダクタンスを実現。

吸着型クライオポンプは、活性炭などの吸着・有機接着剤を使⽤しないため、⾼真空で清浄な製造環境を構築可能。

研究概要

材を 20K 以下の極低温に冷却することで⽔＜研究概要＞

素やネオンなどの⾮凝縮性ガスを吸着する真吸着型クライオポンプは、活性炭などの吸着吸着型クライオポンプは、活性炭などの吸着材を 20K 以下の極低温に冷却することで水素材を 20K 以下の極低温に冷却することで⽔やネオンなどの非凝縮性ガスを吸着する真空ポンプです。従来の吸着パネルでは活性炭を素やネオンなどの⾮凝縮性ガスを吸着する真有機接着剤により冷却基板に接着していましたが、真空中への有機ガスの放出や経年劣化

空ポンプです。従来の吸着パネルでは活性炭
を有機接着剤により冷却基板に接着していましたが、真空中への有機ガスの放出や経年劣

空ポンプです。従来の吸着パネルでは活性炭の問題があり、ゲートバルブを介して真空容器外で使用せざるを得ませんでした。そこで化の問題があり、ゲートバルブを介して真空容を有機接着剤により冷却基板に接着していま
私たちは、新たに無機接着方式の吸着パネルを発明し、真空容器内に内蔵可能なクライオ

ポンプを開発しました。

器外で使⽤せざるを得ませんでした。そこで私したが、真空中への有機ガスの放出や経年劣化の問題があり、ゲートバルブを介して真空容発明し、真空容器内に内蔵可能なクライオポ
大型ヘリカル装置（LHD）内部に適用

器外で使⽤せざるを得ませんでした。そこで私

応用事例・使用用途など

大型ヘリカ

たちは、新たに無機接着⽅式の吸着パネルを大型ヘリカル装置（LHD）内部に適用ンプを開発しました。

たちは、新たに無機接着⽅式の吸着パネルを＜応⽤事例・使この無機接着発明し、真空容器内に内蔵可能なクライオポ
この無機接着方式を採用することで、核融合実験装置のみならず、半導体や液晶ディスプ
ンプを開発しました。
レイといった高真空で清浄な環境が要求される製造現場においても適用可能です。また経＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

年劣化による活性炭の脱落も少ないため、通常数年ごとに必要となるメンテナンスコスト

この無機接着⽅式を採⽤することで、核融合を大幅に削減することができます。

実験装置のみならず、半導体や液晶ディスプ

年劣化によるレイといった⾼真空で清浄な環境が要求され

常数年ごとにる製造現場においても適⽤可能です。また経幅に削減する

新開発無機接着方式による吸着パネル

実験装置のみレイといった⾼る製造現場に

年劣化による活性炭の脱落も少ないため、通新開発無機接着方式による吸着パネル
常数年ごとに必要となるメンテナンスコストを⼤

研究内容<キーワード>真空容器、クライオポンプ、ソープションポンプ、内蔵型、幅に削減することができます。

クライオポンプは、極低温の固体表面に気体分子が凝縮または吸着する性質を利用して真空容器内の気体を排気する真空ポンプで新開発無機接着方式による吸着パネル
す。吸着型のクライオポンプは吸着材を冷却基板上に貼り付ける際、従来の方式では、エポキシ系の有機接着剤を用いて貼り付け<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2014-209086,特許
る「有機接着方式」が採用されてきました。しかし有機接着剤は、運転停止中（非冷却中）に有機ガスを放出して真空容器を汚損する、<キーワード> 真空容器、クライオポンプ、ソープションポンプ、内蔵型、無機接着、活性炭

有機接着剤の経年劣化により吸着材が剥離する、などの問題があるため、真空容器内に内蔵するようなクライオポンプには使用す<研究者名> 技術部装置技術課 村瀬 尊則ることができませんでした。ここで、有機接着剤を用いない、ろう材を介した無機接着方式ならば、有機接着剤のデメリットを解<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2014-209086,特許 6021276(2017)

消できますが、一方で吸着材とろう材の接触だけでは、ろう材が十分に吸着材へ侵入せず、結果として濡れ性の低下を招き、吸着材の剥離が発生する問題がありました。

<研究者名> 技術部装置技術課

村瀬 尊則

本研究では、上記の種々の問題を解決するため、以下に示すような新しい無機接着方式を開発しました。まず、吸着材の一端にス
E-1001
大学共同利用機関法人 自然科学研究
パッタ成膜処理を施し、原子レベルの膜粒子と、吸着材の多孔質ナノ構造とが強固にかみ合う金属層を形成させます。金属層には吸着材と相性の良いチタンと、ろう材との相性の良い銀を選定しました。これにより吸着材とろう材の濡れ性が大幅に改善するた
め、十分な接着強度を発生させることに成功しました。その結果、吸着材の露出面積を大きく確保することができ、吸着排気能力

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所の高いクライオ吸着パネルが製作できます。また、本方式では有機接着剤が必要ないため、真空容器内を汚損するガス放出の恐れがなく、真空容器内を清浄に保つことが可能となります。
つぎに、ろう材としてインジウム等の低融点金属合金を用いて吸着材と冷却基板を接着させます。このとき、吸着材と冷却基板を130 ～ 250℃の温度域で接着させるため、純銅製の冷却基板は、製造時の加熱による変形が起きないのはもちろんのこと、十分な材料強度が確保でき、高圧のヘリウムガス等の冷媒を基板内に直接導通して冷却する直接冷却方式を採用することも可能となります。
本研究の吸着パネルを応用すれば、清浄かつ高真空を必要とする半導体や液晶ディスプレイなどの製造にも貢献できると考えています。

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22

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超塑性金属を用いた異材接合における熱応力緩和

超塑性⾦属を⽤いた異材接合にお超塑性⾦属を⽤いた異材接合における熱応⼒緩和
核融合科学研究所・助教 能登 裕之＜セールスポイント＞

Keyword＜セールスポイント＞

異材接合、熱応力緩和、超塑性中間材、相変態誘起クリープ変形
・ 熱応⼒緩和技法として幅広く応⽤可能であり、従来の接関連する特許出願番号、特許番号

・ 熱応⼒緩和技法として幅広く応⽤可能であり、従来の接合よりも⾼強度化が可能です。
・ ⾼熱負荷下における除熱機器のための拡散接合など、幅
特願 2015-048318、特許第6300323号（2018）・ ⾼熱負荷下における除熱機器のための拡散接合など、幅広い分野での応⽤が可能です。
＜研究概要＞

セールスポイント ◦熱応力緩和技法として幅広く応用可能であり、従来の接合よりも高強度化が可能です。

変態超＜研究概要＞

核融合炉において、タングステン(W)と鉄鋼材
変態超塑性⾦属を中間材とした

W/鉄鋼材

核融合炉において、タングステン(W)と鉄鋼材料(ODSS)の接合が求められる部位も想定さ
W/鉄鋼材料拡散接合後の曲げ強度に及料(ODSS)の接合が求められる部位も想定されている。しかしながら、Wと Fe は⼤きく熱膨及ぼす後熱処理の影響れている。しかしながら、Wと Fe は⼤きく熱膨
核融合炉において、タングステン (W)と鉄鋼材料 (ODSS)の接合が求められる部位
張係数が異なるため、接合後の冷却中に⼤も想定されている。しかしながら、W と Fe は大きく熱膨張係数が異なるため、接合張係数が異なるため、接合後の冷却中に⼤後の冷却中に大きな熱応力に晒される。このような状況では、脆性的な挙動を示す
W
きな熱応⼒に晒される。このような状況では、(5)
脆性的な挙動を⽰す
W に⻲裂が⼊りやす
364◦高熱負荷下における除熱機器のための拡散接合など、幅広い分野での応用が可能です。

CP-1

CP-2

CP-3

CP-4

377 478500(4) 375400

287 373(10)

Bending Stress (MPa)260
く、接合強度が著しく低下する。そこで、これら(5) 290300

異材間に特殊な熱サイクルを加えた場合にの200

み超塑性が発現する⾦属（S50C）を中間
100

AVERAGE0
み超塑性が発現する⾦属（S50C）を中間
変態超塑性金属を中間材としたW/ 鉄鋼材料拡散接合後の 材として配置し、熱応⼒緩和を⾏った。

曲げ強度に及ぼす後熱処理の影響

応用事例・使用用途など

中間材が相変態に晒される時間が<研究内容>
高い除熱機構を備えた装置では、金属学的特性の大きく異なった材料を接合する場合接合強度に与える影響

600
500

800
きな熱応⼒に晒される。このような状況では、
600に亀裂が入りやすく、接合強度が著しく低下する。そこで、これら異材間に特殊な熱脆性的な挙動を⽰す W に⻲裂が⼊りやす
サイクルを加えた場合にのみ超塑性が発現する金属（S50C）を中間材として配置し、く、接合強度が著しく低下する。そこで、これら
熱応力緩和を行った。
異材間に特殊な熱サイクルを加えた場合にの材として配置し、熱応⼒緩和を⾏った。

C
800

CP-1

CP-2
CP-3
Insert materials

Bending Stress (MPa)

研究概要

400
300

260
(5) 29

200
100
0

CP-1

MAXIMUM

CP-4

中間材が相変態に晒される時間が＜応⽤事例・

接合強度に与える影響＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

⾼い除熱機

⾼い除熱機構を備えた装置では、⾦属学的特性の⼤きくがある。しかしながら、そのような接合では、接合後に高い熱応力が発生することが［関連分野］ 本発明は、中間材を⽤いて、脆性材料と⾦属材料を拡散接合した後の冷却段階において発ある。しかしな
特性の⼤きく異なった材料を接合する場合が懸念される。そのような熱応力の緩和技法は核融合炉ダイバータの他、冷却系統を持⽣する熱応⼒を除去する緩和技術に関するものである。この技術が適⽤される装置・製品は、⾼温の物質を冷後に⾼い熱応ある。しかしながら、そのような接合では、接合つ発電所やエンジンといった部位への応用も可能であると考えている。
却する除熱システムおよびそれを⽀える構造体が考えられる。
る。そのような
後に⾼い熱応⼒が発⽣することが懸念されダイバータの他［背景技術］ この分野の熱応⼒緩和技法としては、従来、異材両者に対し、濡れ性を有する「ろう材」が中る。そのような熱応⼒の緩和技法は核融合炉
間材として⽤いられてきた。しかしながら濡れ性に依存するろう付け接合では⾼強度化が困難であった。さらに⼀ンジンといった
ダイバータの他、冷却系統を持つ発電所やエ般に⽤いられるろう材は低融点合⾦が⽤いられるが、接合体製造後の⾼温下における使⽤が制限されるほか、中間材が相変態に晒される時間がえている。
接合強度に与える影響 ンジンといった部位への応⽤も可能であると考
接合⺟材とは⼤きく化学組成が異なる中間材となるため、接合部での機械的特性が⺟材とは⼤きく異なってしまえている。 異材接合,熱応⼒緩和,超塑性中間材,相変態誘起<キーワード>う。そこで⾼い接合界⾯強度が図ることができる拡散接合法を試みた。その⼀⽅で、直接の拡散接合では⾮常

研究内容に⼤きな熱応⼒が発⽣することが明らかになった。
［関連分野］ 本発明は、中間材を用いて、脆性材料と金属材料を拡散接合した後の冷却段階において発生する熱応力を除去する緩<キーワード> 異材接合,熱応⼒緩和,超塑性中間材,相変態誘起クリープ変形<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2015-048318、特和技術に関するものである。この技術が適用される装置・製品は、高温の物質を冷却する除熱システムおよびそれを支える構造体［本研究のポイント・効果など］そのため熱応⼒緩和のために炭素鋼を中間材として使⽤することを提案した。そが考えられる。

の中間材は⺟材となる鉄鋼材料（ODSS）と近い特性を持つにもかかわらず特殊な熱処理下で⾮常に容易に<関連する特許出願番号、特許番号>
特願 2015-048318、特許題 6300323 号（2018）
能登 裕之<研究者名> 核融合システム研究系［背景技術］ この分野の熱応力緩和技法としては、従来、異材両者に対し、濡れ性を有する「ろう材」が中間材として用いられて変形する変態超塑性という現象を引き起こすことが知られている。この超塑性変形特性を接合後の後熱処理間きた。しかしながら濡れ性に依存するろう付け接合では高強度化が困難であった。さらに一般に用いられるろう材は低融点合金がで応⽤し、異材間の熱⼒緩和を⾏った。図１には温度履歴に伴う接合体に発⽣する熱応⼒の様⼦と後熱処核融合システム研究系 能登 裕之<研究者名>
用いられるが、接合体製造後の高温下における使用が制限されるほか、接理による緩和の概念を⽰す。

F-1005合母材とは大きく化学組成が異なる中間材となるため、接合部での機械的特性が母材とは大きく異なってしまう。そこで高い接合界面強度が図るこ

大学共同利用機関法人 自然科学研究とができる拡散接合法を試みた。その一方で、直接の拡散接合では非常に大きな熱応力が発生することが明らかになった。

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所［本研究のポイント・効果など］ そのため熱応力緩和のために炭素鋼を中間材として使用することを提案した。その中間材は母材となる鉄鋼材料（ODSS）と近い特性を持つにもかかわらず特殊な熱処理下で非常に容易に変形する変態超塑性という現象を引き起こすことが知られている。この超塑性変形特性を接合後の後熱処理間で応用し、異材間の熱力緩和を行った。
図１には温度履歴に伴う接合体に発生する熱応力の様子と後熱処理による

図１、接合プロセスにおける温度履歴と熱応⼒緩和概念
図1 接合プロセスにおける温度履歴と熱応力緩和概念

緩和の概念を示す。
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大量の水素を溜め込まない

⼤量の⽔素を溜め込まない再⽣不再生不要のクライオポンプ
Keyword＜セールスポイント＞

核融合科学研究所・教授 宮澤 順一
⼤量の⽔素を溜め込まない再⽣不要のクライオポンプ
・クライオポンプと拡散ポンプの⻑所を併せ持つ⼤排気量超
クライオポンプ、分子拡散ポンプ、超高真空排気ポンプ、連続運転
・⼤量の⽔素を溜め込まず、再⽣運転も不要です。

＜セールスポイント＞
関連する特許出願番号、特許番号 特許第 6578593 号（2019）＜研究概要＞

・クライオポンプと拡散ポンプの⻑所を併せ持つ⼤排気量超⾼真空ポンプです。

超⾼真空ポンプとしては冷却パネルに⽔素をセールスポイント ◦クライオポンプと拡散ポンプの長所を併せ持つ大排気量超高真空ポンプです。

・⼤量の⽔素を溜め込まず、再⽣運転も不要です。
◦大量の水素を溜め込まず、再生運転も不要です。 凝縮させるクライオポンプが主流ですが、⽔素貯留量が多いこと、再⽣運転が必要なこと、
原理図＜研究概要＞

研究概要

超⾼真空ポンプとしては冷却パネルに⽔素をヘリウム排気が困難なこと、などが問題となる凝縮させるクライオポンプが主流ですが、⽔素
すが、水素貯留量が多いこと、再生運転が必要なこと、ヘリウム排気が困難なこ場合があります。本発明の新型クライオポンプ

超高真空ポンプとしては冷却パネルに水素を凝縮させるクライオポンプが主流でと、などが問題となる場合があります。本発明の新型クライオポンプでは、凝縮貯留量が多いこと、再⽣運転が必要なこと、では、凝縮した⽔素を機械的に掻き落とすことした水素を機械的に掻き落とすことで水素貯留量を大幅に低減し、再生動作を不で⽔素貯留量を⼤幅に低減し、再⽣動作を要としました。水素の一部を超音速ジェットとして循環し、拡散ポンプとして機不要としました。⽔素の⼀部を超⾳速ジェット

ヘリウム排気が困難なこと、などが問題となる場合があります。本発明の新型クライオポンプ
能させることでヘリウムの排気も可能としました。
では、凝縮した⽔素を機械的に掻き落とすこと
で⽔素貯留量を⼤幅に低減し、再⽣動作をとして循環し、拡散ポンプとして機能させること
でヘリウムの排気も可能としました。
CAD 図の例（カザマエンジニアリング㈱）不要としました。⽔素の⼀部を超⾳速ジェット

応用事例・使用用途など

として循環し、拡散ポンプとして機能させること 原理図
でヘリウムの排気も可能としました。

核融合炉、プラズマ実験装置、超高真空実験装置、超高真空分析装置など、クリーンな真空が必要な装置において、従来型クライオポンプやターボ分子ポン
CAD 図の例（カザマエンジニアリング㈱）プ、拡散ポンプの代替として使用できます。磁場中でも運転可能です。

http://www.keg.co.jp

http://www.keg.co.jp＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞＜応⽤事例・

核融合炉、

装置、超⾼

が必要な装

ターボ分⼦ポ核融合炉、プラズマ実験装置、超⾼真空実験 できます。磁装置、超⾼真空分析装置など、クリーンな真空が必要な装置において、従来型クライオポンプやCAD 図の例（カザマエンジニアリング㈱）ターボ分⼦ポンプ、拡散ポンプの代替として使⽤
http://www.keg.co.jp

できます。磁場中でも運転可能です。

研究内容<キーワード> クライオポンプ, 分⼦拡散ポンプ, 超⾼真空排気ポン［関連分野］ 核融合プラズマ実験や材料分析など、超高真空を必要とする各種物理・化学実験分野。
［背景技術］ 大きな排気量が得られる超高真空ポンプとして、冷却パネルに水素を凝縮させるクライオポンプ、高速回転タービン<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2015-112781
で排気ガス分子に運動量を与えて排気するターボ分子ポンプ、油や金属の蒸気を噴出させて、それらの運動量を排気ガス分子に与えて排気する拡散ポンプが用いられています。

<研究者名> 核融合システム研究系
宮澤［従来技術の課題］ 例えば核融合炉での真空排気を考えた場合、従来型真空ポンプでは不十分な可能性があります。クライオポ

順⼀<キーワード> クライオポンプ, 分⼦拡散ポンプ, 超⾼真空排気ポンプ, 連続運転

ンプは水素の貯留量が多いこと、再生運転が必要なため連続運転が難しいことが大きな課題となっています。核融合炉では水素同位体が核融合してできるヘリウムを「灰」として排気する必要がありますが、ヘリウムは低温で凝縮しにくく、かつ固体にはなら<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2015-112781

ないため、クライオポンプでは排気が難しいことも課題です。ターボ分子ポンプは、核融合炉付近の強磁場中での運転が難しいことと、排気速度がクライオポンプに比べ小さいことが課題となっています。拡散ポンプは高真空側への油や金属の蒸気拡散があり

大学共同利用機関法人 自然科学研究<研究者名> 核融合システム研究系
宮澤 順⼀
えること、特に金属を用いる場合、水銀は採用できず、常温で液体の金属は高価で、低融点の金属はヒータが必要になる上に配管詰まりの懸念があることが深刻な課題です。

［本研究のポイント・効果など］ 本発明の新型クライオポンプは、凝縮した水素を機械的に掻き落とすことでポンプ内の水素貯留

F-100

量を大幅に低減し、再生動作を不要としました。排気する水素の一部を超音速ジェットとして循環し、拡散ポンプとして機能させることでヘリウムの排気も可能となっています。高速回転部がないため、磁場中で使用することもできます。核融合炉での真空排

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所
気以外にも、プラズマ実験装置や各種分析装置などの超高真空装置においてクライオポンプやターボ分子ポンプ、あるいは拡散ポンプの代替となる真空排気ポンプとして用いることができます。
問い合わせ先自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

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24

NI FSPATENT

液体の安定な⾃由表⾯流を液体の安定な自由表面流を液体の安定な⾃由表⾯流を⽣成する仕組み

生成する仕組み＜セールスポイント＞
Keyword＜セールスポイント＞

核融合科学研究所・教授
宮澤 順一
・⽔や薬品、液体⾦属などの⾃由表⾯流を安定に⽣成・⽔や薬品、液体⾦属などの⾃由表⾯流を安定に⽣成できます。
・耐熱壁、化学実験、アロマ蒸散、オブジェなど、幅広い
自由表面流、ダイバータ、気液反応促進、蒸散促進、オブジェ
・耐熱壁、化学実験、アロマ蒸散、オブジェなど、幅広い応⽤が可能です。

関連する特許出願番号、特許番号

特願 2015-112782＜研究概要＞
らせん柱入りメッシュ管（左）、色付
液体の自由表面流には幅広い用途があ
セールスポイント ◦水や薬品、液体金属などの自由表面流を安定に生成できます。
き水を流した様子（中）、透明なメッ
液体の自由表面流には幅広い用途がありますが、安定な自由表面を生成する◦耐熱壁、化学実験、アロマ蒸散、オブジェなど、幅広い応用が可能です。
シュ管に LED を入れて光らせた様子
りますが、安定な自由表面を生成するのは意外に困難です。例えば蛇口から（右）のは意外に困難です。例えば蛇口から研究概要
出てくる水道水は、流量が少なければ出てくる水道水は、流量が少なければ液体の自由表面流には幅広い用途がありますが、安定な自由表面を生成するのは 安定しているように見えますが、実は 1
安定しているように見えますが、実は 1
意外に困難です。例えば蛇口から出てくる水道水は、流量が少なければ安定してメートル位で液滴になってしまいま
メートル位で液滴になってしまいま
いるように見えますが、実は 1 メートル位で液滴になってしまいます。大流量です。大流量ではバシャバシャと飛び散
はバシャバシャと飛び散りが大きくなるのはご存知のとおりです。この研究では、す。大流量ではバシャバシャと飛び散
りが大きくなるのはご存知のとおりで小流量から大流量まで、自由表面流を安定に作り出す仕組みを考え出しました。
りが大きくなるのはご存知のとおりです。この研究では、⼩流量から⼤流量ます。この研究では、⼩流量から⼤流量まで、⾃由表⾯流を安定に作り出す仕組みをで、⾃由表⾯流を安定に作り出す仕組みを考え出しました。
らせん柱入りメッシュ管（左）、
考え出しました。

らせん
き水を
シュ管
（右）

応用事例・使用用途など 自由表面流に熱負荷を与えた場合のシミュレーション例
安定な自由表面流では、実効的に液体の表面積を増大させることができます。

自由表面流に熱負荷を与えた場合の＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞
シミュレーション例
安定な自由表面流では、実効的に液体＜応⽤事

核融合炉やプラズマ実験装置で受熱機器（ダイバータ）として高熱負荷に耐える、の表面積を増大させることができま＜研究概要＞

色付き水を流した様子（中）、
透明なメッシュ管に LED を入れて光らせた様子（右）化学実験で気液反応を促進させる、加湿器やアロマ発生器で液体の蒸散を促進す。核融合炉やプラズマ実験装置で受熱機させる、あるいは自由表面を発光させ癒し効果のあるオブジェとして用いるな器（ダイバータ）として高熱負荷に耐え

ど、幅広い応用が可能です。

る、化学実験で気液反応を促進させる、加湿器やアロマ発⽣器で液体の蒸散を促進
自由表面流に熱負荷を与えた場合のシミュレーション例

させる、あるいは自由表面を発光させ癒し効果のあるオブジェとして用いるな

研究内容［関連分野］ 核融合炉、プラズマ実験、化学実験、環境機器、芸術

ど、幅広い応用が可能です。

安定な
の表面

す。核

器（ダイ

る、化

加湿器

させる

癒し効果

ど、幅

<キーワード> 自由表面流, ダイバータ, 気液反応促進［背景技術］ 液体の鉛直自由表面流れをつくるには、①穴やスリット等から液体を自由落下させる、②並べたナイフエッジ等の固<キーワード> 自由表面流, ダイバータ, 気液反応促進, 蒸散促進, オブジェ

体の間に液体を流す、③板状あるいは棒状の固体に沿って液体を流す、等の方法が考えられますが、いずれも数 m 以上の長さに<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2015-112782<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2015-112782

渡って安定な自由表面流れを得ることは困難でした。

［従来技術の課題］ 例えば液体をパイプに沿わせて鉛直方向に流しても、表面張力によって流体が集合し、パイプが露出してしまいます。液体の流量を増やすことである程度まではこの問題を回避できますが、液体が周囲に飛び散るという別の問題が発生します。
<研究者名><研究者名> 核融合システム研究系

核融合システム研究系
宮澤 順一［本研究のポイント・効果など］ 本研究ではパイプの周囲にワイヤーをらせん状に巻きつけ、さらにその周囲をメッシュで巻いた「らせん柱入りメッシュ管」を発明しました。パイプの周囲に設けられたらせん構造によって液体はパイプの周方向に運動し、パイプ全体を覆うように流れます。液体に与えられる遠心力による液体の飛散は、らせん構造の周囲に巻いたメッシュで防ぎます。液

宮澤

F-10

体は遠心力によってメッシュから滲み出し、重力によって下方へと流れる自由表面を形成します。らせん柱入りメッシュ管に用いる材料には、セラミック被覆やメッキなどの腐食防止対策を施すことも可能です。ヒーター及び熱電対を内蔵させることで温度制御を行うこともできます。核融合炉における超高熱負荷ダイバータへの適用、液体金属からの水素同位体抽出、気液反応促進、蒸大学共同利用機関法人 自然科学

散促進などといった幅広い応用が考えられます。大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所
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NI FS

曲げやすく丈夫で冷やしやすい⾼温超伝導導体

PATENT・複雑形状や⼩型の⾼温超伝導コイルが容易

曲げやすく丈夫で冷やしやすい＜セールスポイント＞

・核融合を始め、医療や物性など、幅広い分野
宮澤 順一 教授 柳 長門
高温超伝導導体
・複雑形状や⼩型の⾼温超伝導コイルが容易に製作できます。
准教授
助教
核融合科学研究所・教授

田村 仁＜研究概要＞

特任研究員

Keyword

寺崎 義朗

後藤 拓也

テープ状の⾼温超伝導線材を 10~20 層に・核融合を始め、医療や物性など、幅広い分野での応⽤が可能です。

高温超伝導導体、小型強磁場電磁石、医療用マグネット、物性研究用マグネッ
ト、プラズマ実験用マグネット、核融合炉用マグネット重ねたものをフレキシブルチューブ等で束ねて導＜研究概要＞特願 2017-232731
関連する特許出願番号、特許番号

WISE 導体（模擬）の構成（左）と、曲げ
体とし、これでコイルを製作してから全体を低融た様⼦（右）。写真のポリイミドテープは絶縁点⾦属で含浸して固めて⽤いるという
WISE

テープ状の⾼温超伝導線材を 10~20 層にWISE 導

た様⼦（

が必要な

⽀えありま

セールスポイント ◦複雑形状や小型の高温超伝導コイルが容易に製作できます。

数はフレキ

WISE 導体（模擬）の構成（左）と、曲げた様子（右）。写真のポリイミドテー

重ねたものをフレキシブルチューブ等で束ねて導が必要な場合を想定したもので、無くても差し◦核融合を始め、医療や物性など、幅広い分野での応用が可能です。
(Wind
and Impregnated Stacked Elastic
体とし、これでコイルを製作してから全体を低融
⽀えありません。⾼温超伝導テープ線材の枚
tapes)
導体を発明しました。コイル巻線時に研究概要
点⾦属で含浸して固めて⽤いるという WISE
数はフレキシブルチューブの内径によります。
はとても曲げやすく、低融点⾦属で固めた後はテープ状の高温超伝導線材を 10~20 層に重ねたものをフレキシブルチューブ等で束ねて導体とし、これでコイルを製作してか
(Wind
and
Stacked
ら全体を低融点金属で含浸して固めて 用Impregnated
い る と い う WISE
(WindElastic
and
コイル全体で⼒を⽀えるために⾮常に丈夫で、Impregnated Stacked Elastictapes)
tapes)導体を発明しました。コイル巻線時に導体を発明しました。コイル巻線時
線材同⼠の隙間が⾦属で埋められているためにはとても曲げやすく、低融点金属で固めた後はコイル全体で力を支えるたはとても曲げやすく、低融点⾦属で固めた後はめに非常に丈夫で、線材同士の隙間が金属で埋められているため冷やしやす
冷やしやすい、という特徴があります。
い、という特徴があります。 コイル全体で⼒を⽀えるために⾮常に丈夫で、プは絶縁が必要な場合を想定したもので、無くても差し支えありません。高（上）低融点⾦属含浸前、及び（下）含浸＜応⽤事

温超伝導テープ線材の枚数はフレキシブルチューブの内径によります。
冷やしやすい、という特徴があります。

後の直線 WISE 導体（総研⼤ 松永信之介

WISE 導⽒のご厚意による）。実験ではどちらも同じ電流（上）低融点⾦属含浸前、及び（下）含浸 ＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞
まで通電できました。これは低融点⾦属を含浸し応用事例・使用用途など
後の直線 WISE 導体（総研⼤ 松永信之介
WISE 導体は冷凍機を⽤いて熱伝導で冷却
WISE 導体は冷凍機を用いて熱伝導で冷却することができるため、小型装置で強い磁場が必要な場合などに適しています。小型でても超伝導性能は劣化しないという結果です。
⽒のご厚意による）。実験ではどちらも同じ電流 することができるため、⼩型装置で強い磁場が強力なモータへの応用も考えられます。レーストラック型コイル、あるいはすることが線材同⼠の隙間が⾦属で埋められているため野球のボールの縫い目のような形のベースボールコイル、ドーナツへ螺旋状まで通電できました。これは低融点⾦属を含浸し必要な場合などに適しています。⼩型で強⼒ても超伝導性能は劣化しないという結果です。

なモータへの応⽤も考えられます。レーストラックに巻いた形のヘリカルコイルなど、複雑な形をしたコイルでも容易に作ることができます。

（上）低融点金属含浸前、及び（下）含浸後の直線 WISE 導体（総研大 松永信之介氏のご厚意による）。実験ではどちらも同じ電流まで通電できました。
これは低融点金属を含浸しても超伝導性能は劣化しないという結果です。

型コイル、あるいは野球のボールの縫い⽬のよ
うな形のベースボールコイル、ドーナツへ螺旋状

必要な場

なモータへ

型コイル、

うな形のベ

に巻いた形

たコイルで

に巻いた形のヘリカルコイルなど、複雑な形をし<キーワード>⾼温超伝導導体, ⼩型強磁場電磁⽯, 医療⽤
ズマ実験⽤マグネット,
核融合炉⽤マグネットたコイルでも容易に作ることができます。

研究内容<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2017-232731<キーワード> ⾼温超伝導導体, ⼩型強磁場電磁⽯, 医療⽤マグネット, 物性研究⽤マグネット, プラ［関連分野］ 核融合、プラズマ実験、材料科学、医療［背景技術］ 核融合炉への適用を目指して、高温超伝導マグネットの開発が進められてきました。これまでに開発されてきている

ズマ実験⽤マグネット, 核融合炉⽤マグネットのは、基本的に最初から固く、丈夫に作ってある高温超伝導導体です。これをどうやって曲げるか、曲げても超伝導マグネットと<研究者名>

しての性能は劣化しないか、あるいはどうやって冷やすか、について研究が行われてきました。

<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2017-232731

核融合システム研究系 宮澤順⼀

装置⼯学・応⽤物理研究系 柳⻑［従来技術の課題］ 核融合プラズマを閉じ込めるため、ドーナツへ螺旋状に巻いた形のヘリカルコイルが使われます。最初から丈夫に作った導体では、このような複雑形状のコイルをどうやって作るのかが課題でした。小型の装置で高温超伝導による強い磁場を<研究者名> 核融合システム研究系

宮澤順⼀、⽥村仁、後藤拓也

使って実験したいという場合や、小型モータに適用したいという場合など、高温超伝導導体を小さい曲率半径で曲げる必要がありま

F-100

大学共同利用機関法人 自然科学研
す。最初から固く丈夫に作ってある高温超伝導導体では、複雑形状や小型のコイルに適用することが難しいという課題もありました。

装置⼯学・応⽤物理研究系 柳⻑⾨、寺崎義朗［本研究のポイント・効果など］ 本研究で発明した WISE 導体は非常に曲げやすく、複雑形状や小型のコイルを容易に作成することができます。コイルには強い電磁力がかかるため頑丈さが求められます。WISE 導体は低融点金属で固めてあり、コイル全体で電磁力を受け止める強固な構造となっています。線材に低融点金属が密着していて隙間がなく、熱伝導特性が高いため、冷却し大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

やすいという特徴もあります。WISE 導体と一緒に冷却配管をコイルに仕込むことで、より早い冷却が可能となります。この場合、冷却配管が鉄筋の役割を果たし、より強い電磁力に耐えられるようになるため、発生できる磁場が更に増加できるという効果も期待できます。
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アルミナ分散強化銅のろう付接合方法

時谷 政行［アルミナ分散強化銅のろう付接合⽅法］
核融合科学研究所・准教授

Keyword

耐熱機器、鋳造用冷却板、ろう付、溶接、耐磨耗、アルミナ分散強化銅

関連する特許出願番号、特許番号［アルミナ分散強化銅のろう付接合⽅

特許第6528257号、＜セールスポイント＞ 特許第6606661号、国際出願番号 PCT/JP2019/27101＜セールスポイント＞

・アルミナ分散強化銅と他の⾦属を、「⼤⾯積で確実に接合」できます。
セールスポイント ◦アルミナ分散強化銅と他の金属を、「大面積で確実に接合」できます。

・アルミナ分散強化銅と他の⾦属を、「⼤⾯積で確実に◦耐磨耗製と高い除熱性能を兼ね備えた大面積の除熱機器製造が可能です。
・耐磨耗製と⾼い除熱性能を兼ね備えた⼤⾯積の除熱機器製造が可能です。
・耐磨耗製と⾼い除熱性能を兼ね備えた⼤⾯積の除研究概要＜研究概要＞®
GlidCop に代表されるアルミナ分散強化銅は、耐磨耗性と高い熱伝導率を兼ね備え
GlidCop®に代表されるアルミナ分散強化銅た銅合金ですが、溶接性が悪いために用途が限られることがありました。本研究で開は、耐磨耗性と⾼い熱伝導率を兼ね備えた発した「アルミナ分散強化銅のろう付接合方法」を用いれば、アルミナ分散強化銅を銅合⾦ですが、溶接性が悪いために⽤途が限＜研究概要＞

GlidCop®に代表されるアルミナ分散強化銅
は、耐磨耗性と⾼い熱伝導率を兼ね備えた銅よりも融点の高い全ての金属と大面積で確実に接合可能です。接合界面の接合率
られることがありました。本研究で開発した「アル銅合⾦ですが、溶接性が悪いために⽤途が限

また、接合部はマイクロスケールの溶接のような状態となるため、ろう付にもかかわば、アルミナ分散強化銅を銅よりも融点の⾼い

ミナ分散強化銅のろう付接合⽅法」を⽤いれは極めて高く、液体やガスなどの漏れのない完全リークタイトな接合部が得られます。
ミナ分散強化銅のろう付接合⽅法」を⽤いれらず繰り返し接合熱処理が可能です．

全ての⾦属と⼤⾯積で確実に接合可能です。接合界⾯の接合率は極めて⾼く、液体やガスなどの漏れのない完全リークタイトな接合部が得られます。また、接合部はマイクロスケー
ルの溶接のような状態となるため、ろう付にもか

応用事例・使用用途など

かわらず繰り返し接合熱処理が可能です．

連続して高い熱を除熱する必要がある全ての構造物に適用可能です。例えば、鉄鋼おられることがありました。本研究で開発した「アルば、アルミナ分散強化銅を銅よりも融点の⾼い
全ての⾦属と⼤⾯積で確実に接合可能です。接合界⾯の接合率は極めて⾼く、液体やガスなどの漏れのない完全リークタイトな接合部が得られます。また、接合部はマイクロスケー
本技術の特徴ルの溶接のような状態となるため、ろう付にもか本技術の特徴本

かわらず繰り返し接合熱処理が可能です．

＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞＜応⽤事例・使⽤

よび非鉄金属分野では、耐磨耗性を要する鋳造用冷却パネルへの応用が考えられます。

連続して⾼い熱を除熱する必要がある全ての 連続して⾼い熱をまた、高エネルギー加速器分野のビームターゲットの製造にも応用できる可能性があ

構造物に適⽤可能です。例えば、鉄鋼および 構造物に適⽤可ります。右記の図は、実際に製造した核融合炉用超高熱流プラズマ対向機器試験体の⾮鉄⾦属分野では、耐磨耗性を要する鋳造 ⾮鉄⾦属分野で写真と CAD 図です。

⽤冷却パネルへの応⽤が考えられます。また、 ⽤冷却パネルへの⾼エネルギー加速器分野のビームターゲットの ⾼エネルギー加速製造にも応⽤できる可能性があります。左記 製造にも応⽤での図は、実際に製造した核融合炉⽤超⾼熱 の図は、実際に製流プラズマ対向機

流プラズマ対向機器試験体の写真と CAD

図です。

図です。

研究内容

<キーワード> 耐熱機器、鋳造⽤冷却板、ろう付、溶接、耐磨耗、アル<キーワード> 耐熱機器、鋳造⽤冷却板、ろう付、溶接、耐磨耗、アルミナ分散強化銅［関連分野］ 鉄鋼、非鉄金属、高エネルギー加速器、原子力、核融合<関連する特許出願番号、特許番号> 特許第 6528257 号、 特願［背景技術］ ろう付接合、マイクロスケールの溶接<関連する特許出願番号、特許番号> 特許第 6528257 号、 特願 2019-77877

国際出願番号 PCT/JP2019/27101

国際出願番号 PCT/JP2019/27101［従来技術の課題］ アルミナ分散強化銅は、優れた耐磨耗性、機械的強度、熱伝導率を兼ね備えていることから、従来より幅広い<研究者名> 核融合システム研究系

時⾕ 政⾏

用途への応用が考えられてきました。一方で、溶接性の悪い金属として知られているため、接合を伴う場合にはその利用を諦める<研究者名> 核融合システム研究系 時⾕ 政⾏
必要もありました。
［本研究のポイント・効果など］ 本技術を用いることで、大面積の接合を伴う構造であっても、アルミナ分散強化銅の利用が可能

F-1009

大学共同利用機関法人 自然科学研究機となります。アルミナ分散強化銅同士の接合、アルミナ分散強化銅よりも融点が高い各種金属材料との接合において、大面積での大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

完全リークタイトな接合が実現できます。また、通常のろう付接合法では、ろう付を行った接合部をもう一度同じ熱処理温度まで昇温した場合、先に接合した接合部は劣化しますが、本技術の場合、ろう付接合部がマイクロスケールの溶接に近い状態で接合が完了しますので、１つの機器製造時に同じろう付熱処理を繰り返し適用する「多段階ろう付接合」が可能です。
「多段階ろう付接合」
を利用すれば、例えば、アルミナ分散強化銅に任意の冷却流路を予め切削加工した後で完全リークタイトな蓋を施工し、その後で鉄鋼材料の継手を接続することもできます。つまり、冷却性能を最大限に高める冷却流路設計が可能となり、高効率で機能性の高い冷却機器の製造が可能となります。
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赤外線イメージングビデオボロメーター

PATENT

核融合科学研究所・教授

ピーターソン バイロン

Keyword

ボロメーター、イメージング、輻射

関連する特許出願番号、特許番号

⾚外線イメージングビデオ

⾚外線イメージングビデオボロメーター
特願 2000-006635
特許第 3390913 号（2003）＜セールスポイント＞＜セールスポイント＞
セールスポイント ◦数百チャンネルでの輻射光のイメージング計測が可能になります。
・数百チャンネルでの輻射光のイメージング計測が可能にな◦放射線環境下での計測など、幅広い分野での応用が可能です。
・数百チャンネルでの輻射光のイメージング計測が可能になります。
・放射線環境下での計測など、幅広い分野での応⽤が可・放射線環境下での計測など、幅広い分野での応⽤が可能です。

研究概要＜研究概要＞
ボロメーターは、幅広い波長の輻射光の総パワーの計測に利用されています。赤外線

イメージングビデオボロメーターは、輻射光を、ピンホールを介して金属薄膜に投影し、ボロメーターは、幅広い波⻑の輻射光の総パ
薄膜の温度上昇を赤外線カメラで計測することで、イメージング計測を行います。
ワーの計測に利⽤されています。⾚外線イメー
薄膜部分からピクセル（チャンネル）を分割するマスクを取り除くことで、検出可能面
ジングビデオボロメーターは、輻射光を、ピンホ積が増え、高精度での計測が可能になります。
ールを介して⾦属薄膜に投影し、薄膜の温度上昇を⾚外線カメラで計測することで、イメー
ジング計測を⾏います。
薄膜部分からピクセル（チャンネル）を分割す＜研究概要＞

ボロメーターは、幅広い波⻑の輻射光の総パ
ワーの計測に利⽤されています。⾚外線イメー
ジングビデオボロメーターは、輻射光を、ピンホールを介して⾦属薄膜に投影し、薄膜の温度上昇を⾚外線カメラで計測することで、イメー
ジング計測を⾏います。
薄膜部分からピクセル（チャンネル）を分割す

金薄膜検出器と無酸素銅フレーム
るマスクを取り除くことで、検出可能⾯積が増（黒化処理して利用する）
るマスクを取り除くことで、検出可能⾯積が増応用事例・使用用途など

え、⾼精度での計測が可能になります。

金属薄膜の熱的特性をピクセルごとに較正し、2 次元熱拡散方程式を解くことで、赤外え、⾼精度での計測が可能になります。
⾦薄膜検出器と無酸素銅フレーム

線カメラの温度画像データから薄膜に吸収された輻射光の総パワーを計測することがで＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

きます。

⾦属薄膜の熱的特性をピクセルごとに較正

また、薄膜の構造が非常にシンプルであるため、放射線環境下での計測も可能です。

し、2 次元熱拡散⽅程式を解くことで、⾚外線カメラの温度画像データから薄膜に吸収された輻射光の総パワーを計測することができま
す。

研究内容

<研究内容>

赤外線イメージングボロメータ―による
輻射光 2 次元分布の計測例

また、薄膜の構造が⾮常にシンプルであるた

⾚外線イメージングボロメータ―による輻射光 2 次め、放射線環境下での計測も可能です。
⾚外線イメージングビデオボロメーターは、ピンホールを⽤いたボロメーターカメラと⾚外線カメラにより、輻射光のイ
⾚外線イメージングボロメータ―による輻射光 2 次

⾦薄

＜応⽤事例

⾦属薄膜の

し、2 次元

線カメラの温

れた輻射光
す。

また、薄膜

め、放射線

赤外線イメージングビデオボロメーターは、ピンホールを用いたボロメーターカメラと赤外線カメラにより、輻射光のイメージン
元分布の計測例
メージング計測を⾏う装置です。しかし従来の装置では、薄膜をピクセル（チャンネル）に分割するマスクが必要な
元分布の計測例

グ計測を行う装置です。しかし従来の装置では、薄膜をピクセル（チャンネル）に分割するマスクが必要なため、薄膜上の検出可ため、薄膜上の検出可能⾯積が減少し空間分解能が低下するという課題がありました。
<キーワード> ボロメーター, イメージング, 輻射<キーワード> ボロメーター, イメージング, 輻射
能面積が減少し空間分解能が低下するという課題がありました。
この課題に対し、⾚外線イメージングボロメータ―では、薄膜に対しての 2 次元熱拡散⽅程式を解くことで各ピ

この課題に対し、赤外線イメージングボロメータ―では、薄膜に対しての 2 次元熱拡散方程式を解くことで各ピクセル上の輻射光<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2000-006635
クセル上の輻射光による熱量を求めるアルゴリズムを考案しました。その結果、各ピクセルを熱的に分離するマスクを<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2000-006635 特許第 3390913 号（2003）
による熱量を求めるアルゴリズムを考案しました。その結果、各ピクセルを熱的に分離するマスクを取り除くことができ、薄膜上取り除くことができ、薄膜上の検出可能⾯積を約 60％増加することに成功しました。また、ピクセルのサイズや数をの検出可能面積を約 60％増加することに成功しました。また、ピクセルのサイズや数を変えることができるため、感度や空間分解
変えることができるため、感度や空間分解能を計測対象に合わせた柔軟な計測が可能です。
<研究者名> ⾼温プラズマ物理研究系 ピーターソ
能を計測対象に合わせた柔軟な計測が可能です。 <研究者名> ⾼温プラズマ物理研究系 ピーターソン バイロン

H-100

大学共同利用機関法人 自然科学研
大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

赤外線イメージングボロメータ―の概要
⾚外線イメージングボロメータ―の概要

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NI FS

赤外線イメージングビデオボロメーター用

PATENT

⾚外線イメージングビデオボロメーター

金属薄膜検出器＜セールスポイント＞
核融合科学研究所・教授
ピーターソン

Keyword

バイロン

ボロメーター、イメージング、輻射、エネルギースペクトル・従来よりも⾼感度の輻射光のイメージング計測が可能に
⾚外線イメージングビデオボロメーター⽤⾦属薄膜検出器
特願 2007-045711＜セールスポイント＞

関連する特許出願番号、特許番号

特許第4696250 号（2011）
・放射線環境下での計測など、幅広い分野での応⽤が可

セールスポイント ◦高従来よりも高感度の輻射光のイメージング計測が可能になります。
＜研究概要＞

・従来よりも⾼感度の輻射光のイメージング計測が可能になります。
◦放射線環境下での計測など、幅広い分野での応用が可能です。
ボロメーターは、幅広い波⻑の輻射光の総パ

研究概要

・放射線環境下での計測など、幅広い分野での応⽤が可能です。

ワーの計測に利⽤されています。⾚外線イメー

ボロメーターは、幅広い波長の輻射光の総パワーの計測に利用されていま＜研究概要＞

ジングビデオボロメーターは、輻射光を、ピンホす。赤外線イメージングビデオボロメーターは、輻射光を、ピンホールをボロメーターは、幅広い波⻑の輻射光の総パ介して金属薄膜に投影し、薄膜の温度上昇を赤外線カメラで計測すること

ールを介して⾦属薄膜に投影し、薄膜の温度で、イメージング計測を行います。
ワーの計測に利⽤されています。⾚外線イメー

上昇を⾚外線カメラで計測することで、イメー

金属薄膜を多層構造とすることで、輻射光のパワーから薄膜の温度上昇へ

ジングビデオボロメーターは、輻射光を、ピンホ

ジング計測を⾏います。

の変換効率を約 40% 改善、高感度計測を実現しました。ステンレス薄膜を熱絶縁層として用いることで、熱伝導による損失を低減しています。
ールを介して⾦属薄膜に投影し、薄膜の温度

多層構

⾦属薄膜を多層構造とすることで、輻射光の薄多層構造（ステンレス＋金＋炭素）のパワーから薄膜の温度上昇への変換効率をジング計測を⾏います。薄膜検出器と無酸素銅フレーム

ステンレス薄上昇を⾚外線カメラで計測することで、イメー多層構造（ステンレス＋⾦＋炭素）の
約 40%改善、⾼感度計測を実現しました。

⾦属薄膜を多層構造とすることで、輻射光の応用事例・使用用途など

薄膜検出器と無酸素銅フレーム

薄膜を多層構造にすることで、ピクセルを熱的に分離しています。
可視、パワーから薄膜の温度上昇への変換効率を

熱伝導によ

＜応⽤事例

紫外、極端紫外及び、高エネルギー粒子束を含む広い波長領域のボロメー

ステンレス薄膜を熱絶縁層として⽤いることで、タ―計測が可能です。 膜厚を変更することで、測定対象の輻射や粒子エネ

熱伝導による損失を低減しています。

薄膜を多層＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

可視、紫外

約 40%改善、⾼感度計測を実現しました。

ルギーの分別が可能です。 また、薄膜の構造が非常にシンプルであるため、放射線環境下での計測も可能です。

に分離して薄膜を多層構造にすることで、ピクセルを熱的 ⼦束を含む

実験とシミュレーションによる較正用レーザー照射時の温度分布

研究内容に分離しています。

<研究内容>

測が可能で可視、紫外、極端紫外及び、⾼エネルギー粒
実験とシミュレーションによる膜厚を変更

⾚外線イメージングビデオボロメーターは、ピンホールを⽤いたボロメーターカメラと⾚外線カメラにより、輻射光のイ

⼦束を含む広い波⻑領域のボロメータ―計
赤外線イメージングビデオボロメーターは、ピンホールを用いたボロメーターカメラと赤外線カメラにより、輻射光のイメージン
較正⽤レーザー照射時の温度分布。
メージング計測を⾏う装置です。しかし従来の⾚外線イメージングビデオボロメーターでは、薄膜への⼊射パワーのグ計測を行う装置です。しかし従来の赤外線イメージングビデオボロメーターでは、薄膜への入射パワーの多くがフレームを通し
多くがフレームを通して損失して薄膜の温度上昇に費やされないため、感度が低下するという課題がありました。

測が可能です。

て損失して薄膜の温度上昇に費やされないため、感度が低下するという課題がありました。

この課題に対し、新しい⾚外線イメージングボロメータ―⽤⾦属薄膜検出器では、熱絶縁層となる薄膜上に、実験とシミュレーションによる膜厚を変更することで、測定対象の輻射や粒
この課題に対し、新しい赤外線イメージングボロメータ―用金属薄膜検出器では、熱絶縁層となる薄膜上に、互いにギャップを介
互いにギャップを介して配置された複数の輻射吸収層を積層した多層構造を⽤いています。輻射吸収層での熱して配置された複数の輻射吸収層を積層した多層構造を用いています。輻射吸収層での熱伝導による損失は熱絶縁層により従来よ較正⽤レーザー照射時の温度分布。

⼦エネルギ

また、薄膜

め、放射線

⼦エネルギーの分別が可能です。
伝導による損失は熱絶縁層により従来より約 40%抑制されるため、⾚外線イメージングボロメータ―の感度を向り約 40% 抑制されるため、赤外線イメージングボロメータ―の感度を向上させることが可能です。
上させることが可能です。

<キーワード>ボロメーター, イメージング, 輻射, エネルギースペクト
また、薄膜の構造が⾮常にシンプルであるため、放射線環境下での計測も可能です。
<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2007-045711<キーワード> ボロメーター, イメージング, 輻射, エネルギースペクトル<研究者名> ⾼温プラズマ物理研究系

ピーターソ<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2007-045711 特許第 4696250 号（2011）
赤外線イメージングボロメータ―の概要
⾚外線イメージングボロメータ―の概要<研究者名> ⾼温プラズマ物理研究系
問い合わせ先29

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

National Institutes of Natural Sciences

ピーターソン バイロン

H-10

大学共同利用機関法人 自然科学研
TEL：03-5425-1318･1316 E-mail：nins-sangaku@nins.jp

NI FSPATENT

マイクロ波・ミリ波帯のマイクロ波・ミリ波帯の電気的絶縁導波管
マイクロ波・ミリ波帯の電気的
電気的絶縁導波管
核融合科学研究所・教授 下妻 隆 教授 久保 伸
技術部長
＜セールスポイント＞
小林 策治＜セールスポイント＞

マイクロ波、ミリ波、導波管、コルゲート導波管、絶縁、誘電体被覆、気密性・ 不要モードの発⽣や外部への電磁波の漏洩を抑えつ・ 不要モードの発⽣や外部への電磁波の漏洩を抑えつつ、伝送路を直流的に絶縁でき関連する特許出願番号、特許番号 特願 2007-082689 特許第 4825981号（2011）

Keyword

る導波管を提供します。

る導波管を提供します。

セールスポイント ◦不 要モードの発生や外部への電磁波の漏洩を抑えつつ、伝送路を直流的に絶縁でき・ 導波管内部の気密性が確保でき、内部を真空にし・ 導波管内部の気密性が確保でき、内部を真空にしたり、耐放電性のガスを充填でき、る導波管を提供します。

伝送パワーを向上できます。
◦導 波管内部の気密性が確保でき、内部を真空にしたり、耐放電性のガスを充填でき、伝送パワーを向上できます。

伝送パワーを向上できます。

研究概要＜研究概要＞＜研究概要＞

ミリ波帯

ミリ波帯での電気的絶縁導波管外観図

マイクロ波からミリ波帯の⼤電⼒の電磁波をマイクロ波からミリ波帯の大電力の電磁波を長距離伝送するオーバーサイズコル
マイクロ波からミリ波帯の⼤電⼒の電磁波をゲート導波管伝送系において、直流的に絶縁が必要なときに、電磁波の漏洩や⻑距離伝送するオーバーサイズコルゲート導不要モードへのモード変換を極力抑えられる絶縁導波管を提供します。

波管伝送系において、直流的に絶縁が必要

⻑距離伝送するオーバーサイズコルゲート導波管伝送系において、直流的に絶縁が必要なときに、電磁波の漏洩や不要モードへのモーなときに、電磁波の漏洩や不要モードへのモード変換を極⼒抑えられる絶縁導波管を提供

ド変換を極⼒抑えられる絶縁導波管を提供します。

ミリ波帯での電気的絶縁導波管外観図します。
応用事例・使用用途など
ミリ波発生系と反応炉などの入射対象系との電位が異なるため、直流的に絶縁を絶縁導波管の断⾯図

絶縁導波管の断⾯図＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

取りたい場合があります。本絶縁導波管はその様な系において数百ボルト程度の耐圧で絶縁をすることができます。さらに、導波管中を伝搬するミリ波の漏洩は、-60dB 程度以下に抑えられるのでメガワット伝送でも安全です。

＜応⽤事例

ミリ波発⽣

ミリ波発⽣系と反応炉などの⼊射対象系との電位が異電位が異なるため、直流的に絶縁を取りたい

場合があり場合があります。本絶縁導波管はその様な系において数において数百ボルト程度の耐圧で絶縁をする

ことができまことができます。さらに、導波管中を伝搬するミ

リ波の漏洩

リ波の漏洩は、-60dB 程度以下に抑えられる

のでメガワ

絶縁導波管の断面図

のでメガワット伝送でも安全です。

研究内容<キーワード> マイクロ波、ミリ波、導波管、コルゲート導波管、絶対象とする電磁波の波長領域はミリメータ領域、すなわち周波数として 100 GHz 程度以上、伝送パワーレベルとしてはメガワット級を想定しています。 このような電磁波の低損失長距離伝送には、伝送パワー密度の制約と損失の大きさより、通常の矩形の基本<キーワード> マイクロ波、ミリ波、導波管、コルゲート導波管、絶縁、誘電体被覆、気密性<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2007-082689

導波管は使用できず、オーバーサイズ（波長に比べて直径が十分大きい）の円形コルゲート導波管を用い、伝送モードとしては低損失の HE11 モードを使用します。 さらにこのコルゲート導波管は管壁に形成されている溝構造の寸法を適当に選択することによ<関連する特許出願番号、特許番号> 特願 2007-082689
特許第4825981 号（2011）<研究者名>
プラズマ加熱物理研究系
下妻 隆

り数十 GHz に渡る広帯域での低損失伝送を可能にします。このような広帯域伝送が可能な円形コルゲート導波管では、構造寸法が波長に依存する従来のチョークフランジ構造の使用は適当ではありません。

<研究者名> プラズマ加熱物理研究系

加熱技術課

⼩林 策治

下妻 隆、久保 伸、
本絶縁導波管は、このような導波管系において、電位の異なる部分を直流的に絶縁するための導波管ですが、絶縁体として硬質ア
加熱技術課

⼩林 策治

ルマイト加工した金属スペーサを用いたところに特長があります。これにより、シール材に金属 O リングが使用できるため、超高真空や高温使用にも対応できます。また、電磁波の漏洩は -60dB 以下に抑えられ、簡単な電磁波遮蔽を施すだけで、漏洩波は人体に安全なレベルまでに低減することができます。このような絶縁導波管は、マイクロ波やミリ波を用いた焼成炉、反応炉や核融合

R-10

装置の電子サイクロトロン共鳴加熱システムにおいて使用可能です。

大学共同利用機関法人 自然科学研

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所
問い合わせ先自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

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30

共用機器FACILITYNI FS

FACILITY

超高熱負荷試験装置（ACT2）

超⾼熱負荷試験装置

核融合科学研究所・准教授＜セールスポイント＞

Keyword

時谷 政行

超高熱負荷、電子ビーム、強制冷却・電⼦銃を利⽤して 100kW までの超⾼熱負荷試験が可能
超⾼熱負荷試験装置(ACT2)

関連する特許出願番号、特許番号
セールスポイント・冷却⽔循環ポンプによる試験体の強制冷却が可能です。

＜セールスポイント＞◦電子銃を利用して 100kW までの超高熱負荷試験が可能です。

◦冷却水循環ポンプによる試験体の強制冷却が可能です。
・電⼦銃を利⽤して 100kW までの超⾼熱負荷試験が可能です。
＜装置概要＞
・冷却⽔循環ポンプによる試験体の強制冷却が可能です。

装置概要

電⼦衝撃カソード⾃⼰加速型電⼦銃により、

電子衝撃カソード自己加速型電子銃により、最大で 100kW の電子ビーム熱負荷試験 最⼤で 100kW の電⼦ビーム熱負荷試験がが可能です。冷却水循環ポンプによる試験体の強制冷却を行いながら、試験体温度＜装置概要＞
計測や高速カメラによる表面観察など各種計測が可能です。

可能です。冷却⽔循環ポンプによる試験体の電⼦衝撃カソード⾃⼰加速型電⼦銃により、 強制冷却を⾏いながら、試験体温度計測や最⼤で 100kW の電⼦ビーム熱負荷試験が ⾼速カメラによる表⾯観察など各種計測が可可能です。冷却⽔循環ポンプによる試験体の 能です。
強制冷却を⾏いながら、試験体温度計測や⾼速カメラによる表⾯観察など各種計測が可能です。
<研究内容>［関連分野］

応用事例・使用用途など＜応⽤事例

熱負荷試験時の写真

耐熱機器開発、原⼦⼒材料

耐熱機器開

耐熱機器開発［背景技術］
材料を高温に保持させることによる微細組織制御とそれによる新材料開発

など

材料を⾼温

＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

電⼦ビーム応⽤
熱負荷試験時の写真

制御とそれに耐熱機器開発［従来技術の課題］など

材料を⾼温に保持させることによる微細組織

従来は電⼦銃の能⼒不⾜で⻑時間安定した熱負荷試験を実施することが困難でしたが、本機器に採⽤さ制御とそれによる新材料開発
熱負荷試験時の写真れている電⼦銃はパワーと安定性に優れており、余裕のある加熱試験が可能となっています。

など

研究内容
［関連分野］ 耐熱機器開発、原子力材料［本研究のポイント・効果など］<キーワード> 超⾼熱負荷、電⼦ビーム、強制冷却［背景技術］ 電子ビーム応用［従来技術の課題］ 従来は電子銃の能力不足で長時間安定した<関連する特許出願番号、特許番号>

熱負荷試験を実施することが困難でしたが、本機器に採用され<キーワード> 超⾼熱負荷、電⼦ビーム、強制冷却ている電子銃はパワーと安定性に優れており、余裕のある加熱<研究者名> 核融合システム研究系試験が可能となっています。

時⾕政⾏<関連する特許出願番号、特許番号>［本研究のポイント・効果など］ パワーと安定性に優れた電子銃と冷却水循環ポンプによる試験体の強制冷却機能を有しているので、設計・製作した耐熱機器に対して、強制冷却を行いな<研究者名> 核融合システム研究系

がら超高熱負荷試験を行うことができます。

時⾕政⾏

F-20

大学共同利用機関法人 自パワーと安定性に優れた電⼦銃と冷却⽔循環ポンプによる試験体の強制冷却機能を有しているので、設計・製作した耐熱機器に対して、強制冷却を⾏いながら超⾼熱負荷試験を⾏うことができます。

問い合わせ先33

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

National Institutes of Natural Sciences

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

TEL：03-5425-1318･1316

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本件技術ご利⽤のご案内

当研究所は、この技術・特許についてライセンス供与、共同研究、学術指導などをさせていただく⽤NI FS

FACILITY

電解放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）
JSM-7100F

核融合科学研究所・准教授
時谷 政行
電解放出型⾛査電⼦顕微

Keyword

電解放出型⾛査電⼦顕微鏡(FE-SEM)
走査型電子顕微鏡（SEM）、ナノ構造解析、組成分析
電解放出型⾛査電⼦顕微鏡(FE-SEM)＜セールスポイント＞
JSM-7100F
JSM-7100F

関連する特許出願番号、特許番号＜セールスポイント＞＜セールスポイント＞

セールスポイント ◦ナノレベルで材料の表面観察ができます。
・ナノレベルで材料の表⾯観察ができます。
◦高分解能組成分析ができます。
・ナノレベルで材料の表⾯観察ができます。
・⾼分解能組成分析ができます。
・⾼分解能組成分析ができます。

装置概要

JSM-7100F

・ナノレベルで材料の表⾯観察ができます。
・⾼分解能組成分析ができます。
＜装置概要＞

電解放出型⾛査電⼦顕微鏡(FE-SEM)とエ＜装置概要＞＜装置概要＞ X 線分析装 (EDX) 機能により、電解放出型走査電子顕微鏡 (FE-SEM)とエネルギー分散型
電解放出型⾛査電⼦顕微鏡(FE-SEM)とエ

ネルギー分散型 X 線分析装(EDX)機能によ

ネルギー分散型 X 線分析装(EDX)機能によ
長時間にわたって変動の無い安定した電流値で連続分析が可能です。

り、材料表⾯のナノ構造観察とナノ組成分析

材料表面のナノ構造観察とナノ組成分析の高精度同時解析が可能です。
電解放出型⾛査電⼦顕微鏡(FE-SEM)とエ

ネルギー分散型 X 線分析装(EDX)機能によ
10cm Φ規模の大型サンプルも加工なしでそのまま分析が可能です。
り、材料表⾯のナノ構造観察とナノ組成分析
り、材料表⾯のナノ構造観察とナノ組成分析の⾼精度同時解析が可能です。
の⾼精度同時解析が可能です。
⻑時間にわたって変動の無い安定した電流
⻑時間にわたって変動の無い安定した電流値で連続分析が可能です。
値で連続分析が可能です。

の⾼精度同時解析が可能です。
⻑時間にわたって変動の無い安定した電流値で連続分析が可能です。
10ｃｍΦ規模の⼤型サンプルも加⼯なしでそのまま分析が可能です。
10ｃｍΦ規模の⼤型サンプルも加⼯なしでそ10ｃｍΦ規模の⼤型サンプルも加⼯なしでそのまま分析が可能です。
www.jeol.co.jpのまま分析が可能です。

応用事例・使用用途など
新材料開発、

タングステン表⾯のナノ構造解析例
タングステン表⾯のナノ構造解析例<研究内容>

ナノレベルの表面観察による材料の寿命評価など［関連分野］
ナノ材料開発、トライポロジー、原⼦⼒材料

www.jeol.co.jp
www.jeol.co.jp

タングステン表⾯のナノ構造解析例＜応⽤事例＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞
新材料開発、
新材料開発、
ナノレベルの表⾯観察による材料の寿命評価
ナノレベルの表⾯観察による材料の寿命評価
など
など

新材料開発

ナノレベルのなど［背景技術］
タングステン表面のナノ構造解析例

電⼦顕微鏡、電⼦ビーム応⽤

研究内容<キーワード> ⾛査型電⼦顕微鏡(SEM)、ナノ構造解析、組成分<キーワード> ⾛査型電⼦顕微鏡(SEM)、ナノ構造解析、組成分析［関連分野］ ナノ材料開発、トライポロジー、原子力材料<関連する特許出願番号、特許番号><キーワード> ⾛査型電⼦顕微鏡(SEM)、ナノ構造解析、組成分析［本研究のポイント・効果など］［背景技術］ 電子顕微鏡、電子ビーム応用 <関連する特許出願番号、特許番号><研究者名> 核融合システム研究系<関連する特許出願番号、特許番号>［本研究のポイント・効果など］<研究者名> 核融合システム研究系 時⾕政⾏
ナノレベルでの表面観察、高分解能組成<研究者名> 核融合システム研究系 時⾕政⾏
分析が可能です。

時⾕政⾏

F-200
F-200

大学共同利用機関法人 自然科学研究
大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所
大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

問い合わせ先ナノレベルでの表⾯観察、⾼分解能組成分析が可能です。

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

TEL：03-5425-1318･1316

E-mail：nins-sangaku@nins.jp

34

NI FS

集束イオンビーム/電⼦ビーム加⼯

FACILITY

nanoDUE'T
集束イオンビーム /集束イオンビーム/電⼦ビーム加⼯観察装置(FIB-SEM)
電子ビーム加工観察装置（FIB-SEM）＜セールスポイント＞
nanoDUE'T® NB5000
nanoDUE'T® NB5000

核融合科学研究所・准教授
・バルク材料から TEM 観察⽤薄膜⽚(10μmx10μm
時谷 政行

Keyword＜セールスポイント＞
・材料の表⾯微細構造、表⾯組成、結晶⽅位、を観
集束イオンビーム（FIB）、透過型電子顕微鏡（TEM）試料作成、ナノ３次元構造解析

関連する特許出願番号、特許番号＜装置概要＞
・バルク材料から TEM 観察⽤薄膜⽚(10μmx10μmx100nm)を作成できます。

Ga イオン銃と電解放出型(FE)電⼦銃のデュ・材料の表⾯微細構造、表⾯組成、結晶⽅位、を観察できます。

セールスポイント ◦バルク材料から TEM 観察用薄膜片 (10μmx10μmx100nm) を作成できます。

アルビーム仕様。マイクロサンプリング機構によ◦材料の表面微細構造、表面組成、結晶方位、を観察できます。
＜装置概要＞
り、⾼精度の透過型電⼦顕微鏡(TEM)試Ga イオン銃と電解放出型(FE)電⼦銃のデュ装置概要料を作成可能です。電⼦線後⽅散乱検出
Ga イオン銃と電解放出型 (FE) 電子銃のデュアルビーム仕様。マイクロサンプリ
アルビーム仕様。マイクロサンプリング機構によ器(EBSD)、エネルギー分散型 X 線検出器
ング機構により、高精度の透過型電子顕微鏡 (TEM) 試料を作成可能です。電子り、⾼精度の透過型電⼦顕微鏡(TEM)試
線後方散乱検出器 (EBSD)、エネルギー分散型 X 線検出器 (EDX) も備え、ナノ(EDX)も備え、ナノレベルの材料加⼯だけでなレベルの材料加工だけでなく、結晶方位解析や組成解析にも利用可能です。また、料を作成可能です。電⼦線後⽅散乱検出
く、結晶⽅位解析や組成解析にも利⽤可能
断続的な Ga イオンスパッタリングにより、EBSD と EDX の深さ方向の連続測定が器(EBSD)、エネルギー分散型 X 線検出器です。また、断続的な Ga イオンスパッタリングに可能です。

(EDX)も備え、ナノレベルの材料加⼯だけでなより、EBSD と EDX の深さ⽅向の連続測定

く、結晶⽅位解析や組成解析にも利⽤可能が可能です。

です。また、断続的なGa イオンスパッタリングに
www.hitachi-hightech.com<研究内容>
より、EBSD と EDX の深さ⽅向の連続測定
応用事例・使用用途など ［関連分野］が可能です。

Ga イオンビームナノ加⼯の⼀例
www.hitachi-hightech.com

透過型電子顕微鏡 (TEM) 用試料作成、半導体の３次元構造解析、生物組織の３次ナノ材料開発、トライポロジー、原⼦⼒材料、⽣物組織観察
元構造解析、新材料開発、材料の寿命評価など

Ga イオンビームナノ加⼯の⼀例［背景技術］

＜応⽤事

透過型

導体の

＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞

元構造

透過型電⼦顕微鏡(TEM)⽤試料作成、半価など

電⼦顕微鏡、電⼦ビーム応⽤、イオンビーム応⽤

導体の３次元構造解析、⽣物組織の３次［従来技術の課題］ Ga イオンビームナノ加工の一例元構造解析、新材料開発、材料の寿命評

価など

研究内容

従来の装置よりも Ga イオンスパッタリングの速度と制度が向上しています。

［関連分野］ ナノ材料開発、トライポロジー、原子力材料、生物組織観察［背景技術］ 電子顕微鏡、電子ビーム応用、イオンビーム応用<キーワード> 集束イオンビーム(FIB)、透過型電⼦顕微鏡(T［本研究のポイント・効果など］［従来技術の課題］ 従来の装置よりも Ga イオンスパッタリングの速度と制度が向上しています。

ナノ３次元構造解析<関連する特許出願番号、特許番号>［本研究のポイント・効果など］
Ga イオン銃と電解放出型電子銃のデュアルビーム仕様です。結晶方位像観察（EBSD）<キーワード>、集束イオンビーム(FIB)、透過型電⼦顕微鏡(TEM)試料作成、高分解能組成分析（EDX）検出器も備え、ナ ナノ３次元構造解析<研究者名> 核融合システム研究系

時⾕政⾏

ノ加工だけでなく、組成や構造解析にも利用<関連する特許出願番号、特許番号>可能です。Ga イオンによるナノレベルの材料
表面のスパッタリングと電子顕微鏡観察を組み合わせることで、ナノレベルの３次元像の撮影・構築が可能です。

問い合わせ先35<研究者名> 核融合システム研究系

時⾕政⾏

大学共同利用機関法人 自然科学

F-20

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

Ga イオン銃と電解放出型電⼦銃のデュアルビーム仕様です。結晶⽅位像観察（EBSD）、⾼分解能組成分
TEL：03-5425-1318･1316 E-mail：nins-sangaku@nins.jp

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

National Institutes of Natural Sciences

析（EDX）検出器も備え、ナノ加⼯だけでなく、組成や構造解析にも利⽤可能です。Ga イオンによるナノレベルの材料表⾯のスパッタリングと電⼦顕微鏡観察を組み合わせることで、ナノレベルの３次元像の撮影・構築が可能

NI FS

FACILITY

透過型電子顕微鏡（TEM）JEM-2800

透過型電⼦顕微鏡(TEM)

透過型電⼦顕微鏡(TEM)
JEM-2800
核融合科学研究所・准教授
時谷 政行
Keyword＜セールスポイント＞

透過型電子顕微鏡（TEM）、ナノ構造解析、新材料開発、材料の寿命評価＜セールスポイント＞
関連する特許出願番号、特許番号

・材料内部の微細構造と元素分布を原⼦レベルで観察で・材料の寿命評価、新材料開発など、幅広い分野での応・材料内部の微細構造と元素分布を原⼦レベルで観察できます。

セールスポイント ◦材料内部の微細構造と元素分布を原子レベルで観察できます。
・材料の寿命評価、新材料開発など、幅広い分野での応⽤が可能です。
＜装置概要＞◦材料の寿命評価、新材料開発など、幅広い分野での応用が可能です。

装置概要

透過型電⼦顕微鏡(TEM)像では、原⼦レベ＜装置概要＞

ルの⾼分解能像を撮影することができます。ま

透過型電子顕微鏡 (TEM) 像では、原子レベルの高分解能像を撮影することがで
透過型電⼦顕微鏡(TEM)像では、原⼦レベ

た、電⼦ビームをナノメートルレベルまで細く絞きます。また、電子ビームをナノメートルレベルまで細く絞ることで、材料内ルの⾼分解能像を撮影することができます。まることで、材料内部に含まれている元素組成

た、電⼦ビームをナノメートルレベルまで細く絞を⼆次元画像で表現することができます。

部に含まれている元素組成を二次元画像で表現することができます。

ることで、材料内部に含まれている元素組成
を⼆次元画像で表現することができます。

www.jeol.co.jp

応用事例・使用用途など<研究内容>

www.jeol.co.jp

構造材料の寿命評価、メカニカルアロイングや拡散接合などで製造した新材料の微細構造［関連分野］

評価など

構造材料の

拡散接合な

ナノ材料開発、トライポロジー、原⼦⼒材料＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞［背景技術］

評価など

構造材料の寿命評価、メカニカルアロイングや電⼦顕微鏡、電⼦ビーム応⽤［従来技術の課題］

研究内容

＜応⽤事例

拡散接合などで製造した新材料の微細構造

超高分解能評価など
TEM 像<キーワード> 透過型電⼦顕微鏡(TEM)、ナノ構造解析、新材料
材料内部の元素分布の画像化の速度が従来装置よりも向上しています。
［関連分野］ ナノ材料開発、トライポロジー、原子力材料［背景技術］ 電子顕微鏡、電子ビーム応用<関連する特許出願番号、特許番号>［本研究のポイント・効果など］［従来技術の課題］ 材料内部の元素分布の画像化の速度が従来装置よりも向上しています。

<研究者名> 核融合システム研究系［本研究のポイント・効果など］

時⾕政⾏

右図中に示すように、JEM-2800 は、1 台で複数の像観察機<キーワード> 透過型電⼦顕微鏡(TEM)、ナノ構造解析、新材料開発、材料の寿命評価能を有しています。これにより、材料内部の微細構造を原子レベルで観察できるだけでなく、材料内部の元素分布を原子

大学共同利用機関法人 自然科学研レベルで画像化することもできます。通常の観察では２次元<関連する特許出願番号、特許番号>
平面像になりますが、３次元トモグラフィ機能を利用すれば、材料内部の微細構造を３次元立体像で観察することができます。

<研究者名> 核融合システム研究系

F-200

時⾕政⾏

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所
問い合わせ先上図中に⽰すように、JEM-2800 は、1 台で複数の像観察機能を有しています。これにより、材料内部の自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

TEL：03-5425-1318･1316

E-mail：nins-sangaku@nins.jp

細構造を原⼦レベルで観察できるだけでなく、材料内部の元素分布を原⼦レベルで画像化することもできます。

36
常の観察では２次元平⾯像になりますが、３次元トモグラフィ機能を利⽤すれば、材料内部の微細構造を３NI FS

FACILITY

高温等方静水圧焼結接合試験装置（HIP 装置）

室賀 健夫 准教授 菱沼 良光 助教 能登 裕之
⾼温静⽔圧焼結接合試験装置(HIP
装置)
⾼温静⽔圧焼結接合試験装置
高温等方静水圧加圧（HIP）、異材接合、焼結

核融合科学研究所・教授

Keyword

関連する特許出願番号、特許番号＜セールスポイント＞＜セールスポイント＞

・⾼温・⾼圧の等⽅加圧によって複雑な形状の異材接合が可能です。
・⾼温・⾼圧の等⽅加圧によって複雑な形状の異材接合が可

セールスポイント ◦高温・高圧の等方加圧によって複雑な形状の焼結や異材接合が可能です。

・特殊な環境下での熱処理が可能になり、先進材料の開発に貢献できます。
・特殊な環境下での熱処理が可能になり、先進材料の開発に◦特殊な環境下での熱処理が可能になり、先進材料の開発に貢献できます。

＜研究概要＞
図１ HIP 装置の概観図＜研究概要＞

研究概要

図１

将来の核融合炉に向けた⾼性能・多機能な特

将来の核融合炉に向けた⾼性能・多機能な特性を有する先進材料の開発が重要である。本
将来の核融合炉に向けた高性能・多機能な特性を有する先進材料の開発が重要である。

性を有する先進材料の開発が重要である。本装置の特徴は、200MPa（約 2000 気圧）の本装置の特徴は、200MPa（約 2000 気圧）までの等方静水圧下において、2000℃まで

Max Condition
装置の特徴は、200MPa（約2000 気圧）のの高温熱処理を可能とするものである（図１）。この装置を用いて、画期的な異材接合
静⽔圧下において、2000℃までの熱処理を可

静⽔圧下において、2000℃までの熱処理を可技術や先進材料の開発を実施している。また、補間設備として図２に示す
Ar ガス循環能とするものである（図１）。この装置を⽤い能とするものである（図１）。この装置を⽤い

HIP 前後のカプセルの様⼦

NIFS-HIP

2000℃ 200MPa

精製機構付の大型グロ－ブボックスや、最近では 300MPa（約3000 気圧）までの冷間て、画期的な異材接合技術や先進材料の開て、画期的な異材接合技術や先進材料の開開発が行われている。

循環精製機構付の⼤型グロ－ブボックスも整備

等方静水圧加圧（CIP）装置も整備している。現在、W/Cuの異材接合や新規 Cu 合金の発を実施している。また、補間設備として
Ar ガス

循環精製機構付の⼤型グロ－ブボックスも整備している（図２）。現在、W/Cu の異材接合や新規 Cu 合⾦の開発が⾏われている。
図1

応用事例・使用用途など

NIFSMax Con
2000℃ 2発を実施している。また、補間設備として Ar ガス
している（図２）。現在、W/Cu の異材接合や新規 Cu 合⾦の開発が⾏われている。

HIP 装置の概観図

図２ Ar ガス循環精製機構付＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞
⼤型グロ－ブボックス

図２ Ar ガス循環精製機構付

⼤型グロ－ブボックス
HIP 装置は、高温度下での不活性ガスの等方加圧という特徴を生かして、種々の材料に＜応⽤事例・使HIP 装置は、⾼温・⾼圧ガスの等⽅加圧といおける焼結・異材接合分野で応用されている。例えば、粉末焼結の困難な材料の高密度

う特徴を⽣かして、種々の材料における焼結・焼結、複雑形状した焼結 - 成型の一体加工、さらにはステンレス銅へのCu の内張接合な<研究内容>

異材接合分野で応⽤されている。例えば、粉ど多岐にわたる。上記の成形技術の他に、金属やセラミックス材料の残留空隙除去などの組織改善にも応用されている。

HIP 前

末焼結な困難な材料の⾼密度焼結、複雑

HIP 装置は、⾼う特徴を⽣かし異材接合分野末焼結な困難［背景技術］国際熱核融合実験炉(ITER)以降の原型炉において、ダイバータのヒートシンク材料として低放射形状した焼結形状した焼結-成型の⼀体加⼯、さらには化フェライト鋼が検討されてきた。しかしながら、その熱伝導性の観点から、フェライト鋼よりも⾼熱伝導性の優れた
SUS 管に銅の他の材料が待望されている。そこで、熱伝導性に優れる銅系材料に注⽬し、耐照射特性や⾼強度特性が付与
図 2 Ar ガス循環精製機構付 SUS 管に銅の内張接合した構造体など多岐 にわたる。上記
大型グロ－ブボックス にわたる。上記の成形技術の他に、残留空された新規⾼機能性銅合⾦の開発を進めている。新規⾼機能性銅合⾦の開発において、これまでに低放射化孔除去などの組

フェライト鋼の⾼温強度や耐照射特性を⾶躍的に向上にさせた「酸化物分散強化（ODS）法」を適⽤した。
孔除去などの組織改善にも応⽤されている。

研究内容<キーワード> 熱間等⽅圧加圧(HIP),異材接合,焼結ODS 法は⾦属⺟材中にナノメートルオーダーの酸化物を分散させることによって機械強度特性や耐照射特性を<キーワード> 熱間等⽅圧加圧(HIP),異材接合,焼結［背景技術］ 国際熱核融合実験炉 (ITER) 以降の原型炉において、ダイバータのヒートシンク材料として低放射化フェライト鋼が向上させている。我々のグループでは、ODS 法の知⾒をもとに機械的合⾦化（MA）法と熱間等⽅加圧検討されてきた。しかし、その熱伝導性の観点から、フェライト鋼よりも⾼熱伝導性の優れた他の材料が待望されている。そこ<関連する特許出願番号、特許番号>
新規酸化物分散強化銅（ODS-Cu）の開発に着⼿した。
（HIP）法による⾼密度焼結を組み合わせた<関連する特許出願番号、特許番号>
で、熱伝導性に優れる銅系材料に注⽬し、耐照射特性や⾼強度特性が付与された新規⾼機能性銅合⾦の開発を進めている。新規⾼
今回 HIP 装置による⾼密度焼結の他に、ppm 以下の低酸素分圧環境下での MA や軟鋼キャプセルへの粉機能性銅合⾦の開発において、これまでに低放射化フェライト鋼の⾼温強度や耐照射特性を⾶躍的に向上させた「酸化物分散強化末充填及び封切作業を Ar ガス循環精製機構付の⼤型グロ－ブボックスにて実施している。
<研究者名> 核融合システム研究系（ODS）法」を適⽤した。ODS 法は⾦属⺟材中にナノメートルオーダーの酸化物を分散させることによって機械強度特性や耐照射<研究者名> 核融合システム研究系

室賀健夫
菱沼良光
能登裕之
［本研究のポイント・効果など］酸化アルミニウム分散銅を⼀例に紹介する。図
3 は、HIP
焼結後の微細組織特性を向上させている。我々は、ODS 法の知⾒をもとに機械的合⾦化（MA）法と高温等方静水圧加圧（HIP）法による⾼密度焼

F-2005

室賀健夫 菱沼良光 能登裕之
及び結晶粒径における合⾦化時間の影響を⽰す。合⾦化の進⾏に従って、結晶粒径は細かくなり、数μm
オー

結を組み合わせた新規酸化物分散強化銅（ODS-Cu）の開発に着⼿した。今回 HIP 装置による⾼密度焼結の前準備として、ppm®

ダーの微細粒と既存の分散強化銅（GlidCop ）とほぼ同等の硬さ値が得られている。Glidcop の粒径と⽐較し以下の低酸素分圧環境下での試料調整や軟鋼キャプセルへの粉末充填及ても⼤きい結晶粒であるにも関わらず、同等の硬さ値が得られたことはMA-HIP 法の新規性を⽰すものである。
自然科学研究機構 核融合
大学共同利用機関法人

び封切作業を Ar ガス循環精製機構付の⼤型グロ－ブボックスにて実施

180［本研究のポイント・効果など］ 酸化アルミニウム分散銅を⼀例に紹介する。図 3 は、HIP 焼結後の微細組織及び結晶粒径における合⾦化時間の影響を⽰す。合⾦化の進⾏に従って、結晶粒径は細かくなり、数μ m
オーダーの微細粒と既存の分散強化銅（GlidCop®）とほぼ同等の硬さ

Vickers hardness, Hv

している。

300gf

図3

37

自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

National Institutes of Natural Sciences

32h

4h

90
Pure
Cu

30
0

0.1

Glidcop™

100 μm250rpm‐32h
950⁰C‐150MPa

1h

60

0

も関わらず、同等の硬さ値が得られたことは MA-HIP 法の新規性を⽰すものである。

8h120

値が得られている。Glidcop の粒径と⽐較しても⼤きい結晶粒であるに問い合わせ先250rpm‐1h

950⁰C‐150MPa
自然科学研究機構 核融合科学研究所
大学共同利用機関法人
150

MA‐HIP(250rpm)(New Process)
0.2

0.3

0.4

100 μm

1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Average grain size, d‐1/2 (μm‐1/2)

図 3、MA による合⾦化時間が HIP 後の結晶粒径に与える影響
MAによる合⾦化時間が HIP 後の結晶粒径に与える影響

TEL：03-5425-1318･1316

E-mail：nins-sangaku@nins.jp

本件技術ご利⽤のご案内
当研究所は、この技術・特許についてライセンス供与、共同研究、学術指導などをさせていただく⽤NI FS

FACILITY

大電力ミリ波発生装置

⼤電⼒ミリ波発⽣

⼤電⼒ミリ波発⽣装置
核融合科学研究所・教授 下妻 隆
＜セールスポイント＞

Keywordマイクロ波、ミリ波、メガワット、加熱、ダミーロード、プラズマ、焼結、化学反応＜セールスポイント＞

各種ミリ波帯のメガワット級発振装置をそろえています。適関連する特許出願番号、特許番号
セールスポイントとによって、⾼密度プラズマの⽣成をはじめ、セラミックや⾦各種ミリ波帯のメガワット級発振装置をそろえています。適当な炉構造体と組み合わせるこ

各種ミリ波帯のメガワット級発振装置をそろえています。適当な炉構造体と組み進、材料表⾯の改質など新しいアイデアを試験するためにとによって、⾼密度プラズマの⽣成をはじめ、セラミックや⾦属の焼結、化学物質の反応の促合わせることによって、高密度プラズマの生成をはじめ、セラミックや金属の焼進、材料表⾯の改質など新しいアイデアを試験するために使⽤できます。

結、化学物質の反応の促進、材料表面の改質など新しいアイデアを試験するため＜研究概要＞に使用できます。

周波数が 77GHz,
154GHz で、154GHz82.7GHz,
ミリ波発⽣装置＜研究概要＞

研究概要

周波数が 77GHz, 82.7GHz, 154GHz で、周波数が 77GHz, 82.7GHz, 154GHz で、出力がメガワット級、数秒パルス

出⼒がメガワット級、数秒パルスから定常運転から定常運転が可能な発振装置（ジャイロトロン）を備えています。導波管が可能な発振装置（ジャイロトロン）を備え切替器で伝送経路を替えることができるので、焼結炉や反応炉などに導いて、各種試験が可能です。

ています。導波管切替器で伝送経路を替えることができるので、焼結炉や反応炉などに導出⼒がメガワット級、数秒パルスから定常運転が可能な発振装置（ジャイロトロン）を備えています。導波管切替器で伝送経路を替えることができるので、焼結炉や反応炉などに導いて、各種試験が可能です。

いて、各種試験が可能です。

各種ミリ波発⽣装置の性能
154GHz ミリ波発生装置＜応⽤事＜応⽤事例・使⽤⽤途など＞（ジャイロトロン発振器）

サイクロト（ジャイロトロン発振器）
サイクロトロン共鳴磁場を印加することで高密度のプラズマを生成できます。

サイクロトロン共鳴磁場を印加することで⾼密度のプラズ

また、材料の高速加熱、セラミックや金属の高密度焼結、化学反応の促進な度のプラズマを⽣成できます。また、材料の⾼速加熱、速加熱、セラミックや⾦属の⾼密度焼結、化学反応の学反応の促進など、従来の電気炉や⾼周波

加熱では加熱では不可能であった加熱が可能になります。

応用事例・使用用途など

各種ミリ波発⽣装置の性能

ど、従来の電気炉や高周波加熱では不可能であった加熱が可能になります。

す。

各種ミリ波発生装置の性能（ジャイロトロン発振器）

研究内容<キーワード> マイクロ波、ミリ波、メガワット、加熱、ダミーロード、
電子サイクロトロン共鳴加熱法 (ECRH) は、プラズマ閉じ込め磁場強度に比例した周波数を持つ強力な電磁波を入射することによって、プラズマを生成、加熱する方法です。核融合装置では、その周波数は 100 ～ 300GHz 帯になります。

<キーワード> マイクロ波、ミリ波、メガワット、加熱、ダミーロード、プラズマ、焼結、化学反応<関連する特許出願番号、特許番号>

核融合科学研究所では、プラズマ中の電子の加熱のため周波数が 77GHz,82.7GHz,154GHz のメガワット級の出力で、数秒から定<関連する特許出願番号、特許番号>

常入射が可能なミリ波装置を保有しています。近年、このようなミリ波帯のパワーを用いて、セラミックや金属の焼結の研究が進<研究者名> プラズマ加熱物理研究系

められており、通常の電気炉では実現できない緻密なセラミックが焼成できることが分かっています。また、ミリ波を使った化学

プラズマ加熱物理研究系 下妻 隆

下妻 隆

<研究者名>
反応の促進などその応用範囲は広がっています。

目的に合った、焼成炉、反応炉を準備いただければ、精密に制御されたミリ波帯のパワーを供給できます。また、高パワーミリ波のコンポーネント製作や取り扱い方についてもアドバイス致します。

R-20
問い合わせ先自然科学研究機構事務局企画連携課研究支援係

TEL：03-5425-1318･1316

大学共同利用機関法人 自然科学研
E-mail：nins-sangaku@nins.jp

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

38

名前検 索NAME SEARCH

A 〜Z

と

PETERSON, Byron Jay

時谷

ピーターソン バイロン.....................................28・29

に

う
上原

日 和 ................................................... 5・6・7

魚住

泰 広 ..............................................................13

伸 .....................................................................30

後藤

拓 也 ..............................................................26

小林

策 治 ..............................................................30

し繁政

英 治 ..............................................................14

下妻

隆 ...........................................................30・38

た裕 之 .....................................................23・37

ひ良 光 ..............................................................37

み三戸

利 行 ..................................................... 17・19

宮澤

順 一 ........................................... 24・25・26

む
村瀬

尊 則 ................................................ 8・9・22

室賀健 夫 ..............................................................37

高橋

俊 一 ..............................................................10

高畑

一 也 ..............................................................17や高山

定 次 ........................................... 18・20・21

安原

田村

仁 ...........................................................17・26

柳亮 ...................................................................... 7

長 門 ....................................................................26

わ

て
寺崎

輝 幸 ..............................................................11

の

菱沼

こ

39

新美

能登

く
久保

政 行 ......................... 27・33・34・35・36

義 朗 ..............................................................26

National Institutes of Natural Sciences渡辺

英 治 ..............................................................12

キーワード検 索

KEYWORD SEARCH

A 〜Z

き

ANSYS ............................................................................. 9

気液反応促進 ..............................................................25

J アラート ......................................................................14

気密性 ............................................................................. 30

LoRa ................................................................................14

強制冷却 ........................................................................33

RNA 干渉法 .................................................................11
RNA 農薬 ..................................................................... 11

あく
クライオポンプ ..................................................22・24

アルミナ分散強化銅 ................................................27

け

アルミニウム合金被覆 ............................................ 17

蛍光酸素センサー .....................................................10いこ

異材接合 ...............................................................23・37

高温超伝導導体 .........................................................26

異種金属接合 ................................................................ 8
イメージング .......................................................28・29
医療用マグネット ......................................................26

高温等方静水圧加圧（HIP）.................................37
光合成 .............................................................................10
高純度鉄 ........................................................................18

え

構造応力解析 ................................................................ 9

液体水素 ........................................................................19

交通事故 ........................................................................ 12

エネルギースペクトル ..............................................29

高分子固定化ナノ白金触媒 .................................. 13

おオブジェ ......................................................................... 25

か害虫防除法 ...................................................................11
化学反応 ........................................................................38

高分子スルホン酸触媒 ...........................................13
小型強磁場電磁石 .................................................... 26
コルゲート導波管 ..................................................... 30

さ
災害情報伝達 .............................................................. 14

核融合炉用マグネット ............................................26

材料の寿命評価 ......................................................... 36

ガスセンシング ....................................................... 5・7

錯覚 ..................................................................................12

活性炭 ............................................................................. 22

酸素 .................................................................................. 10

加熱 ..................................................................................38

酸素酸化 ........................................................................ 13

40

キーワード検 索
しダイバータ .....................................................................25

視覚 ..................................................................................12

耐磨耗 ............................................................................. 27

磁気浮上 ........................................................................19

ダミーロード ............................................................... 38

集束イオンビーム（FIB）.........................................35
自由表面流 ...................................................................25
受動 Q スイッチング ................................................... 5
焼結 .........................................................................37・38
蒸散促進 ........................................................................25
蒸着装置 ........................................................................20
自励振動 ........................................................................19
真空容器 ........................................................................ 22
人工知能 ........................................................................12
新材料開発 ...................................................................36

せ生物農薬 ........................................................................11
生分解性プラスチック ............................................21

チャンバー ..................................................................... 10
中赤外パルスレーザー .............................................. 5
中赤外レーザー ...................................................... 6・7
鋳造用冷却板 ..............................................................27
超高真空排気ポンプ ...............................................24
超高熱負荷 ...................................................................33
超塑性中間材 ..............................................................23
超電導体 ........................................................................ 17
超伝導 .............................................................................19
超伝導磁気エネルギー貯蔵 ................................ 19
直接エステル化 ..........................................................13
貯蔵 ..................................................................................19

積層樹脂フィルム加工 .............................................. 6て絶縁 ..................................................................................30

ディスプレイパネル ..................................................... 6

接点材料 .......................................................................... 8

電磁界解析 ..................................................................... 9

そ

41

ち

電子ビーム .....................................................................33

走査型電子顕微鏡（SEM）...................................34と相変態誘起クリープ変形 ....................................... 23

透過型電子顕微鏡（TEM）試料作成 ............ 35

ソープションポンプ ..................................................22

透過型電子顕微鏡（TEM）.................................. 36

組成分析 ........................................................................34

導波管 .............................................................................30

たな耐熱機器 ........................................................................27内蔵型 .............................................................................22

大脳 ..................................................................................12

ナノ構造解析 ......................................................34・36

National Institutes of Natural Sciences

KEYWORD SEARCH
ナノ３次元構造解析 ................................................. 35

む

ナミテントウ ................................................................11

無機接着 ........................................................................ 22

ねめ

熱応力緩和 ................................................................... 23

メガワット .....................................................................38

ひゆヒートパイプ ................................................................19

有限要素法 ..................................................................... 9ふ

誘電体被覆 ...................................................................30

輻射 .........................................................................28・29

よ物性研究用マグネット ............................................ 26

溶接 ..................................................................................27

プラズマ ........................................................................38
プラズマ実験用マグネット .................................. 26
フロー化学合成 .........................................................13
分子拡散ポンプ ......................................................... 24

ほ
防災ラジオ ................................................................... 14
放電プラズマ焼結法 ................................................. 8飽和吸収体 ..................................................................... 5
ボロメーター ......................................................28・29

り流体解析 .......................................................................... 9れレーザー加工 .................................................... 5・6・7
連続運転 ........................................................................24

ろろう付 ..............................................................................27

まマイクロプレート ....................................................... 10
マイクロ波 ............................................................30・38
マイクロ波加熱 ........................................ 18・20・21
摩擦撹拌接合（FSW）............................................17

み
ミリ波 .....................................................................30・38

42