02「第 3回 レーザプロセッシング助成研究成果発表会」を開催「第 17回 塑性加工助成研究成果発表会」を開催「INTERMOLD 名古屋／金型展 名古屋」
「金属プレス加工技術展 名古屋」に出展

04

大阪産業技術研究所 森之宮センター 物質・材料研究部

06

奈良先端科学技術大学院大学 先端科学技術研究科

08

京都大学 化学研究所 先端ビームナノ科学センター 橋田 昌樹 准教授

10

慶應義塾大学 理工学部・電子工学科

12

大阪大学大学院 工学研究科応用化学専攻

14

近畿大学 理工学部電気電子工学科

研究室訪問

渡辺 博行 研究主任

Yalikun Yaxiaer 准教授

田邉 孝純 教授
燒山 佑美 准教授

津山 美穂 講師

FORUM

16

「各種レーザプロセッシングの現状と発展」

20「塑性加工における素材・金型・潤滑の課題と期待」

「第 3回 レーザプロセッシング助成研究成果発表会」を開催
天田財団は 4月24日、神奈川県横浜市のパシフィコ横浜

京都工芸繊維大学・飯塚高志准教授が「鋼／アルミニウ

で「各種レーザプロセッシングの現状と発展」をテーマにムの突合せレーザ接合材の接合界面の微小構造と成形「第 3回 レーザプロセッシング助成研究成果発表会」を開性」と題して助成研究の成果について講演が行われた。

催した。

研究成果発表会の後には、「各種レーザプロセッシング

発表会は、4月24日から26日まで同会場で開催された光の現状と発展」をテーマにパネルディスカッションが行われた

技術総合展示会「OPIE 19」の併催イベントでもある。天（パネルディスカッションの内容は16 ～ 19 ページに掲載）。

田財団は「OPIE 19」の構成展のひとつである「レーザーコーディネーターは天田財団・片山聖二評議員（大阪大EXPO 2019」にも出展。研究助成活動に関するパネル展

学・名誉教授）、パネリストは岡本准教授、橋田准教授、三示や助成研究成果報告書を来場者に配布するなど、普及

菱重工業㈱ 総合研究所・石出孝フェローアドバイザー、㈱啓発活動を行った。

アマダホールディングス・迫宏上席執行役員（技術研究所

発表会の冒頭、主催者の天田財団・佐藤雅志専務理

所長）の 4 名で、レーザ溶接やレーザ切断、レーザによる微事が天田財団の目的と助成事業での実績などを説明した。

細加工など、レーザ技術の現状や問題点、これからの産業

その後の研究成果発表会では、岡山大学・岡本康寛

利用を中心に議論が行われた。

准教授が「銅の微細レーザ溶接における光吸収特性と溶その後は、奨励賞授与が行われ、天田財団・小原實評

け込み深さの安定化に関する検討」、熊本大学・山﨑倫

議員（慶應義塾大学・名誉教授）から講演を行った 4 名の昭教授が「Mg 合金表面へのレーザー照射による高耐食研究者 1 人ひとりに表彰状が手渡された。

MgO 皮膜形成」、京都大学・橋田昌樹准教授が「フェム天田財団では、次回の「第 4 回 レーザプロセッシング助

ト秒レーザー加工の加工効率向上に関する基礎研究」、

成研究成果発表会」も「OPIE 20」と併催するとしている。

「第 3 回 レーザプロセッシング助成研究成果発表会」には企業の設計・開発担当者
を中心に、約 160 名が参加した

天田財団の目的と助成事業での実績などを説明する天田財団・佐藤雅志
専務理事「第17回 塑性加工助成研究成果発表会」
を開催
天田財団は 6月7日、同志社大学京田辺キャンパス（京主催者挨拶で天田財団・佐藤雅志専務理事は、今回

都府京田辺市）で「塑性加工における摩擦と潤滑」をテーの発表会開催の趣旨や天田財団の目的、2019 年度前期

マに「第 17回 塑性加工助成研究成果発表会」を開催し助成について説明を行い、会場に集まった参加者たちに助た。同発表会は毎年、一般社団法人日本塑性加工学会の成への応募などを呼びかけた。

春季講演会に合わせて開催されている。

2

その後は、東京電機大学・柳田明教授が「ホットスタンピ

ングにおける潤滑特性と影響因子の検討」、日本大学・高行われた（パネルディスカッションの内容は20 ～ 23 ペー

橋進教授が「プレス成形時の高速成形における摩擦特性

ジに掲載）。コーディネーターは柳田教授、パネリストは北村

計測」、鹿児島大学・上谷俊平教授が「冷間アルミニウム

教授、高橋教授、トーカロ㈱神戸工場製造課・舟本幸大氏、押出し製品曲がり量とトライボロジカル制御」、岐阜大学・

大同化学工業㈱第 3 研究室・黒田将文室長の 4 名が務め

王志剛教授が「塑性加工における摩擦法則の構築」と題た。

して、研究成果を発表した。
また、名古屋工業大学・北村憲彦教授による「厳しい条件の塑性加工における潤滑技術開発」と題した特別講演

パネルディスカッションの後には表彰式が行われ、天田財団・中村保理事（静岡大学・客員教授）から研究成果発表を行った研究者に表彰状と副賞が授与された。

では、加工法・条件ごとのメカニズム解明の必要性や型・発表会終了後は、会場を移動して懇親会が開催された。

鍛圧機械・工程などの技術とも連携した潤滑システムの創懇親会会場には、職業訓練法人アマダスクールが毎年開出について説明された。

催する「優秀板金製品技能フェア」で日本塑性加工学会

特別講演の後には、「塑性加工における素材・金型・会長賞を2 年連続で受賞した㈱西野精器製作所（茨城

潤滑の課題と期待」をテーマにしたパネルディスカッションが県）の受賞作品 2 点が展示され、参加者の関心を集めた。

優秀な研究成果として天田財団・中村保理事（中央）から表彰された東京電機大学・
柳田明教授（右）、日本大学・高橋進教授（右から2 人目）、鹿児島大学・上谷俊平
教授（左から2 人目）、岐阜大学・王志剛教授（左）懇親会会場では「優秀板金製品技能フェア」で日本塑性加工学会会長賞
を2 年連続で受賞した㈱西野精器製作所（茨城県）の受賞作品 2 点が展示され、参加者の関心を集めた「INTERMOLD 名古屋／金型展 名古屋」
「金属プレス加工技術展 名古屋」に出展
天田財団は、6月19日から22日まで 4日間にわたりポート
メッセなごやで開催された「INTERMOLD 名古屋／金型（主催：一般社団法人日本金型工業会）なら展 名古屋」（主催：一般社団
びに「金属プレス加工技術展 名古屋」
法人日本金属プレス工業協会）に出展した。同展の出展者
数は 376 社・団体。来場者数は 4 万 171 人となった。
天田財団のブースでは、塑性加工分野やレーザプロセッ
シング分野で助成を行った研究の論文集を希望者に配布するなどの普及啓発活動を行った。

「INTERMOLD 名古屋／金型展 名古屋」「金属プレス加工技術展名古屋」に出展した天田財団のブース

3

研究室訪問 1「ハードメタル部材」の創製を目指す
高エントロピー合金で発現する超塑性の工業的利用を目指す
大阪産業技術研究所 森之宮センター
物質・材料研究部

渡辺 博行 研究主任

そこで大阪技術研では、従来からのさまざまな技術支援に取り組むとともに研究開発から製造まで、企業の開発ス
テージに応じた支援を一気通貫で行うことを目指している。
それぞれの研究所の研究開発力や技術支援力を結集するとともに、「和泉センター」（旧・産技研）が得意分野とする
加工や金属、電気・電子などと、「森之宮センター」（旧・市工研）が持つ化学や高分子、バイオ・食品、ナノ材料などの強みを融合し、さまざまな産業の創出につなげるための機能強化に努めている。

マグネシウム合金の超塑性を研究
渡辺博行研究主任

大阪の多種多様な製造業を支援
天田財団の平成 30 年度「重点研究開発助成（課題研究）」に塑性加工分野で採択された渡辺博行研究主任

発、ならびに加工技術の高度化を通じて、関連業界の技術支援に取り組んでいる。また、各種製品の強度試験や耐久性試験、材料分析、CAE 解析による設計支援などにも広く対応している。

は、大阪府立大学を卒業し松下電工㈱に入社。1996 年

渡辺研究主任が在籍する研究室では、先進加工プロセに大阪市立工業研究所（現・大阪産業技術研究所 森之スを用いたナノスケールの組織制御手法により、鉄鋼・アル宮センター）に入所してからは超塑性の研究を行うようにな

ミ合金・マグネシウム合金などの構造用金属材料の高性能り、「超塑性変形に付随した集合組織制御による高信頼性化に関する研究を行っ

マグネシウム合金の開発」や「高成形性マグネシウム素材てきた。

開発のためのプロセス設計指針の構築」などの研究を行っ

渡 辺 研 究 主 任の主てきた。そして、2003 年に大阪府立大学工学部で博士号な研究内容は、マグネ（工学）を取得した。

シウム合金の実用上の渡辺研究主任が入所した大阪市立工業研究所（市工問題点である加工性を研）は 2017 年、旧・大阪府立産業技術総合研究所（産技改善するために、材料

研）と統合し、大阪の多種多様な製造業を支援するために組織を制御して延性向大阪府と大阪市が共同設置した公設試験研究機関「大阪

上をはかる方法につい

産業技術研究所」（以下、大阪技術研）となった。

ての検討であった。た

その背景としては、産業界で技術的な優位性の確保を

4「森之宮センター」にある物質・材料研究部では、プラス
チック材料・金属材料・複合材料を対象とした新素材の開とえば、組織制御の結

単に自社だけで完結するのではなく、オープンイノベーショ

果、250 ℃付 近の変 形

ンによって達成することが重要視されるようになったことがあ

温 度で数 百 % 以 上のる。そのため、公設試験研究機関も研究開発から実用化・

大きな引っ張り伸び（超製品化までの総合的かつ迅速な技術支援に取り組むととも塑性）が、各種マグネシに、産官学連携によるイノベーション創出拠点として機能すウム合金の押出し材でることが求められるようになってきた。

得られることを研究で明マグネシウムなどの軽金属の押出し加工を行う装置

❶❷❶高エントロピー合金（左）とマグネシウム合金（右）／❷異周速圧延装置について説明する渡辺研究主任

らかにしている。
また、室温において均一変形後に高い局部伸びが得られるような材料組織についても検討している。

成長が抑制できるようにすることで達成できると考えられるので、今回の助成を受けて実証研究を行う。

fcc 単相の高エントロピー合金は、室温で高強度と高靱

今回、天田財団から助成研究として採択された重点研性の両立が可能であるが、微細な結晶粒径につくり込んで究課題のテーマは「ハードメタル部材の創製に向けた高エも高温での結晶粒成長のために超塑性材料としては最適

ントロピー合金の高速超塑性化」で、大阪技術研や国立な組織ではなく、超塑性変形後の室温強度の低下をもたら、神戸大学
研究開発法人物質・材料研究機構（NIMS）

してしまう。

大学院工学研究科・向井敏司教授の研究室がそれぞれ役割分担しながら研究を行うことになっている。
「大阪技術研の職員という立場では、研究をサポートしてくれるスタッフがいないため、おのずと共同研究にならざるを得ません。とくに向井研究室の修士学生が協力してくれているので、とても助かっています」（渡辺研究主任）。

ハードメタル部材の創製が目標
高エントロピー合金は、高強度と高靱性の両立が可能な構造材料として期待されている。通常は、ほぼ等モル比のそこで研究では、主相となるfcc 相の結晶粒径をサブミ
クロンレベルまで微細化し、かつ粒成長を抑制するためのbcc 相が結晶粒界に分散するような組織を得ることを目的とする。
さらに、得られた材料の高温引っ張り特性を評価し、高速超塑性の発現の可否を明らかにすることを通して、高エン
トロピー合金に対して、「室温での高強度・高靱性」と「高温での高速超塑性」を具備させることを目的としている。

産業界への技術移転を見据える

5 成分以上の元素から構成される合金であり、固体では単

これまでの高エントロピー合金の研究は、鋳造まま材、あ相の固溶体を形成しやすい Co20・Cr20・Fe20・Mn20・

るいは均質化熱処理材を評価対象としてきたが、近年は高という5 成分が等量の高エン
Ni20（以下、CoCrFeMnNi）

圧ねじり（HPT）や放電プラズマ焼結（SPS）による組織微トロピー合金がよく知られており、この合金は fcc 単相であ細化やナノ結晶の創出も報告されている。

る。
鍛造で加工された AlCrCoCuFeNiという高エントロピー

しかし、これらの手法では小さな円盤状の試料しか作製できない。

合金は結晶粒径がミクロンオーダーで、巨大な超塑性伸び

本研究では、強歪み加工によるサブミクロンサイズへの結を示す。このことは、工業的に高エントロピー合金を超塑性晶粒微細化を試みるが、強歪み加工の手段として溝ロール

加工するうえで極めて有益である。この AlCrCoCuFeNi

圧延を採用する。これには、長尺で均質な素形材が得られ合金は、fcc 相とbcc 相がほぼ 1：1 の比率（micro duplex

やすいという工業的なメリットがある。

組織）であるため、超塑性変形中に結晶粒成長はほとんど起こらない。しかし、このような相比率では、室温でわずかしか得られない。
1% の引っ張り伸び（超塑性変形前）以上のように、将来の産業界への技術移転を十分に見据えたものとなっている。
そこでこれらの課題を解決し、高エントロピー合金で発現研究では、輸送機器や過酷環境下で使われるようなする超塑性を工業的に利用すること（部材創製）を目指し、「ハードメタル部材」の創製を目指しており、高エントロピー

室温での高強度・高靱性を犠牲にせず、高温で高速超塑合金に対して室温の高強度・高靱性を犠牲にせず、高温性を実現させることに取り組んでいる。実用化に際して検討での高速超塑性を実現することをテーマとしている。これが不可欠である超塑性加工の試行および超塑性加工後のは、組織をサブミクロンレベルまで微細化し、かつ、結晶粒

延性・靭性評価も実施する予定である。

5

研究室訪問 2

生命科学現象の解明を目指した
挑戦的なエンジニアリング
超薄板ガラス製マイクロ流体デバイスの研究開発
奈良先端科学技術大学院大学
先端科学技術研究科

ヤリクン

ヤシャイラ

Yalikun Yaxiaer 准教授
新しい医学・生物学に向けた
生体プロセス工学の研究
ヤシャイラ准教授が在籍する奈良先端科学技術大学院
大学先端科学技術研究科生体プロセス工学研究室は、細川陽一郎教授以下、ヤシャイラ准教授、助教 1 名、特任助
教 1 名、博士研究員 1 名、研究技術員 1 名、博士学生 6名、修士学生 13 名（M2 が 6 名、M1 が 7 名）という構成となっている。
研究室では短パルスレーザや顕微鏡、マイクロ流体チップ技術を駆使して新しい医学・生物学に向けた細胞の操作手法、計測手法、制御手法を開発することを目的に研究

ヤリクン・ヤシャイラ准教授

しんきょう

出身は中国・新疆ウイグル自治区

た細胞やタンパク質などのバイオ試料の超微細・超高速操作技術の開発と研究を推進する。
とくに、超短パルスレーザ（フェムト秒レーザ）を利用した

天田財団の平成 30 年度「重点研究開発助成（課題研

細胞の操作・加工技術では、クラス 1000 のクリーンルーム究）」にレーザプロセッシング分野で採択されたヤリクン・ヤ

内の実験室に数億円以上もの実験設備が設置されるなど、

シャイラ（Yalikun Yaxiaer）准教授は、中国・新疆ウイグル

世界最高レベルの研究施設と研究実績を有している。

自治区ウルムチ生まれ。2006 年 6月、中国・大連理工大学

研究中のテーマとして、下記の 4 つに取り組んでいる。

機械工程学院機械工学部を卒業し、2008 年 4月〜 2010

1. 「ハイスループットセルソーターの開発」 ―マイクロ流

年 3月に、東京農工大学大学院生物システム応用科学府

体チップにある流路中にフェムト秒レーザを集光し、流路専攻修士課程を修了。2010 年 4月〜 2012 年 3月は、富士内を高速に流れる細胞（メートル毎秒）を順次高速に識ソフト㈱に勤務。2012 年 4月〜 2014 年 3月に、大阪大学

別・操作するシステムの構築を行い、世界最高スペック

大学院工学研究科機械工学専攻博士課程を卒業し、博士のシステムを構築した。

（工学）取得。2014 年 4月〜 2015 年 5月に大阪大学特任

2. 「細胞の接着力評価」 ―フェムト秒レーザ誘起衝撃助教、2015 年 5月〜 2017 年 3月に理化学研究所生命シス

力作用時における接着の剥離動態を詳細に解析するこテム研究センター特別研究員を務めた。

とで、接着力を分子レベルで評価する手法の確立を目指

その後、2017 年 4月〜 2018 年 3月には理化学研究所生している。

命システム研究センター基礎科学特別研究員を経て、奈良

3.「機械刺激に対する細胞の生理応答の解明と機能操

先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科の准教授（パルスエネルギー、周作」―レーザ照射のパラメータ（2018 年 5月1日から）と理化学研究所生命機能科学研

波数、集光点と細胞の距離など）と誘導される生理応答究センターの客員研究員（2019 年 4月から）を務めている。

の詳細を明らかにし、細胞機能の時空間制御技術の開現在は、主に「超短パルスレーザーを用いた超薄板ガラ発を目指す。

スのナノスケール加工手法の創成及び応用の開拓」や「超4.「単一細胞への分子導入」―フェムト秒レーザを使用

短パルスレーザーを用いた生体試料の超高速操作手法のし、単一細胞への効率的な高分子導入を試みている。

開発」に関する研究に従事している。

6が行われている。最先端レーザ技術と顕微鏡技術を駆使し

❶

❷

❸

❶超薄型ガラス流体チップ／❷マイクロ流路デバイス／❸生体プロセス工学研究室のメンバー（前列右が細川陽一郎教授、その左がヤリクン・ヤシャイラ准教授）

超短パルスレーザを用いた薄板ガラスの研究

具体的な研究内容としてはまず、薄板ガラスの表面のた

天田財団の「重点研究開発助成」にレーザプロセッシン

わみを抑止しながら平坦に把持する高精度均一牽引治具

グ分野で採択された「超短パルスレーザを用いた柔軟な薄の設計と作製。次に細かい歪みを測定し、加工用レーザの板ガラスのナノ精度加工とその応用」は、ガラス材料という

レンズ焦点調整にフィードバックする制御システムを構築す

材料に着目した研究である。ガラスは物理的・化学的・光る。また、実用化に向けた歩留り改善で、簡便な治具で全学的に優れた特性を有し、高耐熱・高純度・高絶縁・高プロセスに対応させるため、安定把持・洗浄・後表面処理

耐圧が求められる製造プロセス用途として、半導体をはじなど工程に使用する治具の共通化を行い、薄板ガラスのめ幅広い産業で使用されている。とくに極めて薄い板ガラ

損傷リスクを最低限に抑えて加工状態を安定させ、維持でスは、ディスプレイやタッチカバー（高耐久）、指紋センサーきるテフロン治具を設計開発する。

（高い誘電率）、カメラモジュールカバー（高い透過率）、

さらに、ビームスプリッターやマイクロレンズアレイなど光学

IC パッケージ（高帯域での低誘電損失）、薄膜バッテリー素子を搭載した空気中で数個〜数百個の構造体を迅速に（化学的に安定、耐高温）などの応用において極めて高薄板ガラスに加工可能な光学系統を構築する。そして、デい優位性を示し、今後の需要増加が考えられる。

バイスの応用と工程ごとに必要な浅堀り・深堀り・切断・貫またガラス材料は上記の半導体精密製造産業以外に、

通加工をレーザ加工で実現できるようにして、組み合わせに再生医療や創薬をはじめとする生命科学分野にも欠かせよる臨機応変な加工方法を開発する。最終的には自動スない材料である。とくにガラス製マイクロ流路デバイスを利テージと自動フォーカシングシステムを連携した制御システム用することで、高いコストパフォーマンスや、高い実験の再を構築、自動的に設計から臨機応変な加工を実現するソフ

現性・安定性・自動化が可能になり、細胞の培養や分離、

トウエアを開発する計画となっている。

濃度勾配の作製によく使われている。
さらに、米国国立衛生研究所では、人臓器の模倣や動

生命科学分野にも進化が期待される

物試験の代替法として巨額資金が投入され、薬剤のスク

マイクロ流路デバイスは、工学・物理学・化学・生化学・

リーニングや安全性試験への応用が開始されている。こナノテクノロジー・生物工学にまたがる学際的な分野であり、のようなマイクロ流路デバイスに超薄板ガラス（厚み 2 〜 151980 年代初頭に出現した比較的に若い領域である。この㎛）を導入することによりデバイスの性能（透過率や観察・技術分野ではわずか 40 年の間で生み出した実用的応用

測定の精度向上、デバイスの軽量化・小型化・柔軟化）をがさまざまな分野で重要な役割を果たし、革命を起こしたと飛躍的に向上させ、生命科学分野にもこれまでにない進化まで言われている。

をもたらすと考えられる。

そこでヤシャイラ准教授は「超薄板ガラスと短パルスレー

しかし、既存手法では超薄板ガラスの高精度把持困難

ザ加工技術を融合した次世代デバイス加工技術は、マイク（損傷を避けられない）、加工のマイクロメートル精度限界

ロ流路デバイス分野をはじめとするさまざまなデバイス技術（薄さによる材料の自然彎曲が原因のレーザ加工の焦点分野で再度の革命を起こし、生命科学分野にもこれまでにずれ）、生産効率が低い（一度にシングル構造体しかつくれない進化をもたらすことができると確信しています」とレーザない）、加工を臨機応変に対応できない（加工の手法は基と超薄板ガラスの持つ可能性について力強く語ってくれた。

本貫通加工のみ、通常 MEMS の浅堀り・深堀りなどの組

1300 年以上も遡る710 年に都となった平城宮跡のある

み合わせが実現困難）という問題があった。ヤシャイラ教授

西大寺にも近い奈良先端科学技術大学院大学で、時空をの研究ではこの課題解決をはかり、柔軟な薄板ガラスのナ

超えた生命科学の研究が行われていることに、歴史の誘い

ノ精度加工と大量加工方法の開発を目指す。

とつながりを感じた。

7

研究室訪問 3「太陽電池性能向上を目指した
高品位レーザ加工による表面構造付与」国内外にはない共同研究によるユニークな取り組み
京都大学 化学研究所 先端ビームナノ科学センター
レーザー物質科学研究領域

橋田 昌樹 准教授

学第 2 分野）の協力講座として大学院生を受け入れ、教員は研究指導に加え、学部教育や全学共通教育にも寄与している。物理学第 2 分野を志望する大学院生の約 30% 程
度が博士後期課程に進学しており、当該研究室には現在、修士課程 4 名、博士後期課程 1 名が在籍している。

極微細形成を可能にする
複合レーザビーム照射
材料の破壊閾値（ここではアブレーション閾値と呼ぶ）より、わずかに高いフルエンスに調整された近赤外域のフェムト秒パルスレーザを金属材料に複数回照射すると、レーザ
波長λより短い格子間隔の微細周期構造（λ/3 〜λ/1.2）が橋田昌樹准教授形成される。さらに役割の異なる複数のパルスからなる複合

京都大学化学研究所にある高強度レーザ装置
天田財団の平成 30 年度「重点研究開発助成（課題研究）」にレーザプロセッシング分野で採択された橋田昌樹准

大きさをλ/13 程度まで微細化することに成功しており、回折限界以下の極微細構造物を形成する技術が開発されている。

教授が所属する京都大学化学研究所先端ビームナノ科学

これらの成果の一部は橋田准教授が研究代表者としてセンターレーザー物質科学研究領域には、独自に構築した実施した NEDO エネルギー・環境新技術先導プログラム

極短パルスレーザ装置があり、この装置から発振されるレー「新機能性材料創成のための高品位レーザー加工技術

ザビーム（波長：810 ㎚、エネルギー 500mJ/pulse、パルスの開発」の研究により得られたという。

幅 35fs、繰り返し 5Hz）を放物面鏡により数㎛のサイズに短パルスレーザ加工による材料表面への微細周期構造

集光することで、その強度は 10 W/ ㎠に達する。高強度形成には、レーザとプラズマの相互作用が重要な役割を果

短パルスレーザを固体へ照射することで発生する先端ビームたしていることが指摘されはじめた。しかしながら、レーザ（短パルス電子ビーム、イオンビーム、THz 波など）の高品

照射された表面状態変化（表面プラズマの挙動、とくに電質化やビームによる新規計測手法の開発を行っている。

子密度の時間変化）を高速にその場計測する手段がなく、

20

また、10 -10 W/ ㎠の短パルスレーザによる材料の飛形成機構に関係する相互作用物理を調べる技術基盤は

散・剥離現象（アブレーション）の研究や高強度 THz 波と構築されておらず、微細加工の学理解明には至っていない

物質の相互作用により形成される表面微細構造の学理解のが実情である。

11

14

明とその構造物により発現する新機能探索にも取り組んでそこで 2018 年度より文部科学省の光・量子飛躍フラッグ

おり、これまでに基礎研究とその応用に関する多くの研究「先端ビームによる微細構造
シッププログラム（Q-LEAP）

成果を発信してきた。

物形成過程解明のためのオペランド計測」の研究代表者と研究室は理学研究科物理学・宇宙物理学専攻（物理8

レーザパルス照射方式を用いることで、周期的微細構造のして微細加工の学理解明を目指し、その場計測手法の開

❶

❷

❸

❶研究室で独自に構築した高強度短パルスレーザ装置を説明する橋田昌樹准教授／❷特殊空調により温度・湿度を安定的に制御されたクラス1000に対応した研究室で行われる学部学生の実験風景／❸研究室のメンバー。左から橋田准教授、田中陽平さん（M1）、金剛亮太さん（M1）、細川誓さん（M 2）、欄外は古川雄規さん（D 2）発を開始している。

品位レーザ加工の知見から、次世代太陽電池として注目さ最近の成果から照射条件を最適化することで極めて高れている量子ドット太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、有い周期性（均一な周期性）のナノ周期構造が形成されるこ機太陽電池などの開発で重要な表面構造や、界面などをとも見出されている。これらの微細加工技術を産業応用と制御する技術としてその有用性が調べられる。

して利用するためには、表面の幾何学的形状と応用で必要とされる機能の関係を整理することが求められる。

太陽電池性能向上を目指した取り組み

大学や研究機構との共同研究に民間企業も協力
高品位レーザ加工の学理解明と微細構造物の応用に関

今回、天田財団の「重点研究開発助成」に採択されたする研究は大阪産業大学や摂南大学、核融合科学研究

課題研究のテーマは「太陽電池性能向上を目指した高品所、大阪大学、量子科学技術研究開発機構、パネルメー位レーザ加工による表面構造付与」。再生可能エネルギー

カーと連携し、推進している。

として期待されているシリコン太陽電池だが、その変換効学理解明に関する研究では、京都大学理学研究科の大率は 23% 程度であり、各パネルメーカーは変換効率を改善

学院とその場計測手法を開発しつつ基礎データ収集を行っするために努力している。シリコン太陽電池の変換効率はている。その場計測の結果は PIC シミュレーションと対比さ

約 29% が理論的上限と言われており、効率向上に世界のせ、議論している。

パネルメーカーがしのぎを削り、シリコン太陽電池の表面に高品位レーザ加工による微細構造物形成に関する研究

1〜10 ㎛サイズのピラミッド構造や反射防止膜などを付加さでは、橋田准教授らのグループとドイツの研究者らが世界をせ、太陽光の反射率を低減（吸収率を向上）させることによ

牽引している。破壊閾値近傍でできる微細構造物形成やり達成させようとしている。

アブレーション抑制（掘れなくなる現象）は、橋田准教授らのとくにピラミッド構造を付加した太陽電池は鏡面に比してグループが世界に先駆けて発表、最も進んでいる状況だ。

10〜15% の変換効率改善が実現され、すでに実用化され本研究でこの手法が大面積加工に適用され、太陽電池ている。さらに変換効率を向上させるためには、ピラミッド構の性能向上に有効であることが実証できれば、これまでに造の表面に 1 ㎛以下の微細構造を形成させ、波長 600 ㎚

ない高品位加工を実現することから、次世代非熱的レーザ

以下の太陽光スペクトル領域における反射率の低減が課加工法として、新しい機能性付与のための表面処理技術と題のひとつとなっている。微細構造形成されたシリコンはそして進展させることが期待されている。

の結晶性を保持したまま構造形成されなければならない。

また、微細構造形成で重要と考えられている表面プラズ

そこで、本研究では高品位レーザ加工を比較的広い面積

マ密度に関する情報が得られれば、これまでほとんど進ん（数㎠）に実施。均一な微細構造物を形成するとともに太でこなかった形成機構の時間発展が議論でき、相互作用

陽電池パネルとしての発電性能（反射スペクトル計測、顕微物理の詳細が明らかになると考えられるので、回折限界以ラマン分光、ライフタイム計測）を評価する。

下のサイズのナノ微細構造形成を高効率、かつ高精度に微細構造形成には、短波長ナノ秒レーザ照射と橋田准教授らが見出してきた非熱的微細加工を可能にする複合制御が可能となり、次世代産業の技術基盤として非熱的レーザ加工技術基盤の構築が期待される。

レーザ照射を適用し、太陽電池性能向上の観点から得失さらにこの課題研究で対象としなかった材料についてもを比較し、シリコンに対する高品位レーザ加工のための技

最適な条件の抽出が短時間に行えるとして期待されてい術基盤を構築する計画。シリコン太陽電池に適用できる高る。

9

研究室訪問 4「非熱的加工用超高速繰り返し
フェムト秒パルスレーザシードの開発」
研究を通して国際化や人的交流を進めていく
慶應義塾大学 理工学部・電子工学科

田邉 孝純 教授

ギーで動作する光スイッチや、光速を自由に制御可能な光バッファー、光を用いた量子情報処理素子などを実現することを目指している。
現在、電子集積回路における消費電力の増大は深刻な問題になりつつあり、新しい技術による省電力化が求められている。こうした社会的なニーズに対応し、光を使うことで情報処理の超省電力化技術にも挑戦している。
研究室の発足以来、シリカトロイド微小光共振器による強い光閉じ込め効果を利用して、強い光が結晶中やガラス中だけでなく気体などの他媒質を伝搬するときに起こる非線形光学的効果 ― 光カー（Kerr）を低エネルギーで得ら
田邉孝純教授2011 年に発足した若い研究室用してマイクロチップ上で高繰り返し光コムを発生させる研究、そして結晶材料を用いて従来にない共振器性能の実現を目指した研究などに従事してきた。

天田財団の平成 30 年度「重点研究開発助成（課題研

また、低エネルギー光集積回路の実現に貢献すべく、フォ究）」にレーザプロセッシング分野で採択された慶應義塾大

トニック結晶中の非線形光学効果とその利用に関する研究

学理工学部・電子工学科の田邉孝純教授は 1976 年生まなどを行った。ほかにも強い光閉じ込め効果を利用することれ、43 歳の新進気鋭の研究者。2000 年 3月に慶應義塾で超高感度センシングが実現できるので、究極的な高感度大学理工学部・電子工学科を卒業後、2001 年 9月に同大センサーの実現とその応用に向けた研究も行っている。

学理工学研究科総合デザイン工学専攻修士課程を修了。

2004 年 3月に同専攻博士課程を修了している。2004 年 4

高速繰り返しフェムト秒レーザ光源を開発

月には日本電信電話㈱（現・NTT）に入社し、NTT 物性天田財団の平成 30 年度「重点研究開発助成」に採択

科学基礎研究所量子光物性研究部・フォトニックナノ構造された研究は「非熱的加工用超高速繰り返しフェムト秒パ

研究グループに所属。2009 年 4月より同研究所の研究主任

ルスレーザシードの開発」。近年、GHz オーダーの高速繰りに就任。2010 年 4月から慶應義塾大学理工学部・電子工

返しフェムト秒レーザ開発が進むことによって、フェムト秒レー

学科専任講師、2012 年 4月より同准教授、2018 年 4月からザパルスによる加工に新たな進展がみられるようになっていは同教授に就任している。

る。高速繰り返しフェムト秒レーザ光源が開発できれば、以田邉フォトニック構造研究室は、2011 年度に学部 4 年生10れる光双安定に関する研究や、3 次非線形光学効果を利下の 2 つの課題解決にもなる。

が配属された比較的新しい研究室。現在は田邉教授以

1. アブレーション冷却過程による熱損傷フリー加工に必要と下、博 士 学 生 1 名、修 士 学 生 9 名（M2 が 3 名、M1 が 6されるGHz 繰り返し光源として活用できる。

名）、学部学生 6 名の計 17 名のスタッフで構成されている。

2. GHz 超の繰り返しレートの光パルスレーザを加工に用い同研究室では光技術を信号処理に用いることによって、ることで、加工のスループットの劇的な向上が期待できる。

究極的な省エネルギーで動作する光集積回路の実現に向そこで、本研究では 10GHz から数 THz の超高速繰り返

けた研究に取り組んでいる。微細加工技術を利用して光しを実現できるプロセッシング用のシード光源の開発を目指と物質の相互作用を究極的に高めることで、微小なエネルしている。高繰り返しを実現させるためには、共振器長がクラス1000に匹敵する環境の田邉フォトニック構造研究室内の様子

極めて短い微小な光共振器を用いる必要があるので、エルフェムト秒パルスレーザ加工の実験装置究室に滞在し、共同研究を実施している。

ドープシリカトロイド微小光共振器にカーボンナノ
ビウム（Er）

今助成研究でも、ワシントン大学の研究グループに博士

チューブを可飽和吸収体として結合させてパルス化を実現

課程学生が短期滞在し、研究に必要な Sol-gel プロセスをすることを目指している。開発するシード光源は従来素子で研究、習得しており、すでにレーザ発振を確認している。

は実現できない小型化が達成できることに加え、シリコンチッ

このように海外の研究室との共同研究を上手に進めつ

プ上に集積することができる。それにより共振器サイズの異つ、研究室で持っているカーボンナノチューブによる可飽和なる共振器を多数チップに集積、所望の繰り返し周波数を吸収の技術を組み合わせることで、世界初の微小光共振

有する共振器を用いることが可能になる。

器によるモードロックレーザの開発を進めることができる。

研究期間の前半で高濃度 Erドープ膜の生成を成功さ「2011 年に第 1 期生である学部 4 年生を研究室に迎えせ、Erドープシリカトロイド微小光共振器を開発する。その入れて以来、博士学生を含む卒業生を社会に送り出すこと

うえで、そこでレーザ発振を実現させる。海外の研究グルーができるようになりました。まだ若い研究室なので卒業生のプとも協力しながら、モードロックレーザを実現するために必数こそ多くありませんが、輩出できることに誇りに思っていま要となるマルチモード発振可能な Erドープシリカトロイド微す」。

小光共振器の開発を進める。

「我々が取り組んでいる研究分野では、研究の 1 つひと

その後に、モードロックした光パルスが共振器内で高調つの要素が高専門化してきており、すべての技術要素をひ

波を発生させることができることを確認し、光源の高機能化

とつの研究室でカバーするのは容易ではありません。今後を目指す。共振器の分散を精密に設計すれば、単純な 3

は国内外の研究者と協力しながら研究を進めることが、ます

次高調波発生だけなく、青色や黄色などさまざまな波長のます重要となってくると感じています。学生も含めたメンバー

光が得られることはすでにパッシブな共振器で実証しておが研究室に閉じこもることなく、外とつながることができるようり、それをErドープ共振器で実証する。

に今後も国際化や人的交流を進めていきたい」と、田邉教

こうして開発される光源を高度化が進むレーザプロセッシ

授はこれからの抱負を語っている。

ングに適用することで、従来の光源を用いたのでは簡単ではない高繰り返し光パルスを適用した際のレーザアブレーション過程の物理現象の解明だけでなく、従来は困難であった
高スループットでの加工の実現に結びつくことが期待できる。

研究を通して国際化や人的交流を進めていく
田邉フォトニック構造研究室では海外の大学との共同研究を開始し、レーザ光源開発に向けた準備を進めている。これまでも複数の博士課程学生が米国（ハーバード大学、ワシントン大学、パデュー大学など）やドイツ（ミュンヘン工科大学、フライブルク大学）などの研田邉フォトニック構造研究室のメンバー

11

研究室訪問 5

Nd：YAGレーザを用いて生命の起源を探求する
冥王代の地球環境を再現
やきやま

大阪大学大学院 工学研究科応用化学専攻

燒山 佑美 准教授

総勢 25 名となっている。
櫻井教授の方針で研究室はダイバーシティ化が進んでいて、うち 9 名が外国人留学生である。そのため、研究室内の研究発表や討議は英語で行うのが一般的となっている。
同研究室では、主にバッキーボウルと呼ばれるC60 などのフラーレンの部分構造を有する分子群の合成と物性に関する研究や、バッキーボウルを足がかりとした人工フラーレンや
カーボンナノチューブの合成や応用、バッキーボウルの集合体構造に関する理論的評価と物性に関する研究に加え、マトリクス保護による種々の高機能金属ナノクラスター触媒
燒山佑美准教授（左手前）と修士学生のVinsenさん（右奥）

構造有機化学と超分子錯体化学が専門分野
天田財団の平成 30 年度「奨励研究助成」にレーザプロ
セッシング分野で採択された燒 山佑美准教授は、2005 年に大阪大学理学部を卒業し、2007 年に大阪大学大学院

価、金属ナノクラスター触媒を用いた新反応の開発と有機合成反応への応用、金属ナノ粒子のパルスレーザ励起による超高圧超高温局所反応場の化学についての研究を行っている。

冥王代の地球環境を再現する

理学研究科博士前期課程を修了。2008 年 4月〜 2010 年

燒山准教授が今回、「奨励研究助成」に採択された研

3月には日本学術振興会特別研究員 DC2を務め、2010 年

究テーマは「液中レーザーアブレーションを利用した原始的には大阪大学大学院理学研究科博士後期課程（理学）を

酵素様物質の発生」となっている。

修了、博士号を取得。2010 年 4月から韓国・浦項工科大

地球上には約 870 万種の生物がいると推定されており、学校（POSTECH）の博士研究員、同助教を経て、2015

豊かな生命にあふれた惑星と云われている。しかし、誕生

年 4月より現職である大阪大学大学院工学研究科応用化したばかりの冥王代（地球誕生から40 億年前までの 5 億学専攻で准教授（専任）を務めている。

年間を指す）の地球は、温度が 1,000 ℃以上のマグマに覆研究内容・専門分野は、構造有機化学や超分子錯体

われ、生命はとても存在できない環境だった。地球の 46 億

化学、構造有機化学および物理有機化学、無機・錯体化

年の歴史の中で環境は大きく変化し、その中で生命は種の学関連となっている。

絶滅と進化を繰り返し、現在までつながってきている。

研究発表や討議は英語で行う
ダイバーシティな研究室

12の合成や、そのサイズ選択的調製と空気酸化触媒活性評

そのプロセスにおいては膨大なエネルギーが必要だったとされるが、そのエネルギー源として有力な候補のひとつが原始地球地殻中に存在したとされる天然原子炉で発生し燒山准教授が所属する大阪大学大学院工学研究科応た放射線である。これが地下水を介して単純な有機物の用化学専攻物質機能化学コース物理有機化学領域の櫻

化学的進化に必要なエネルギーを供給したと考えられてい井研究室は、櫻井英博教授以下、燒山准教授、植竹裕太

る。放射線と同等のエネルギーは 800 ㎚レーザ照射でも与特任助教、博士課程 3 名（中国人、タイ人、フィリピン人のえることができるとされている。その一方、液中で貴金属に、修 士 課 程は M2 が 6 名、M1 が 7 名（うち 6 名が各 1名）

対してレーザ照射を行うことで貴金属ナノクラスターが得ら

外国人）、さらに学部 4 年生 4 名、秘書や事務方を加えたれることが報告されている。

❷

❶

❸

❶研究のコンセプトを示す模式図／❷液中レーザアブレーションを行う実験装置／❸溶液専用の核磁気共鳴装置（NMR）

そこで燒山准教授は、レーザ照射による高エネルギー供与による初期の原始的な酵素様物質の合成、およびそうした原始的酵素を介した触媒反応による低分子量有機物の
化学進化過程を明らかにすることを考えた。
原始地球を模倣した反応条件としては、1,064 ㎚ Nd：

YAGレーザを用い、30mJ/ ㎠、10Hz の条件で集光径を1.5

複雑化・触媒活性の変化といった「酵素へと至る化学進化」を示すことができれば、世界的に大きなインパクトを与えることができる。

〜 2 ㎜とした液中レーザアブレーションを利用している。ター

そのためには原始地球環境を再現する必要があるが、ゲットには黄鉄鉱や鉄単体を用い、ターゲットを沈める溶液

そうした環境を忠実に再現することは難しい。原始地球のとして鉄硫黄含有酵素のタンパク質部分の部分構造となり

高エネルギー反応場は水和電子・ラジカルなど、特異的な得る有機物を溶解させた水溶液や、ヘキサデシルトリメチル

基質との反応が期待され、化学的にも非常に興味深い。燒

アンモニウムブロミド（CTAB）などの界面活性剤溶液、メタ山准教授の研究は 1,064 ㎚ Nd：YAGレーザを用いること

ノール、
トルエン、アセトンなどの有機溶媒を用いている。こで、原始地球を模倣した環境の創出を可能にするという点

れにより空気中で非常に不安定な鉄硫黄クラスター合成にで非常に独創的といえる。今後、原始生命誕生のカギを握かかる困難を排し、原始的酵素様物質となりうる低分子量

る重要な知見が得られるだけではなく、放射化学と有機化

有機物保護鉄硫黄クラスターの発生を目指している。
これまでの研究の結果より、金属イオンへの配位能を有する化合物が溶液中に存在すると、不純物となる酸化鉄の生成が抑制されることがわかっている。

学とを結びつける新たな学理の形成も可能になることが大いに期待できる。

笑顔を絶やさず研究と育児に奮闘

そこで、最近では配位能を有するペプチドの一種である

46 億年前の地球環境の再現について、目を輝かせて話

グルタチオンや、チオリンゴ酸などを含有する水溶液中でのす燒山准教授は今年 3月に出産、7月から育休を終え研究

レーザアブレーションを行っており、質量分析および電子スに復帰したばかりだ。

ピン共鳴スペクトルからは鉄 - 硫黄結合を有するグルタチオ「大阪大学には女性研究者のために学内に保育園があン鉄単核錯体の生成を強く指示する結果を得るに至っているので、乳児を預けて研究室へ出勤。途中、授乳のためにる。

研究を中断して保育園に出向くという忙しい毎日を送ってい世界的にも大きなインパクトを期待ます」（燒山准教授）。
浦項工科大学校在籍中に知り合ったというご主人は、企

これまでの生命の起源を探求する研究は、アミノ酸の発業在籍の研究者で現在は単身赴任中。そのため、家事・生過程に注目するものがほとんどだった。しかし、単純な有育児・研究・教育と目が回るような日々が続いている。
「近く

機物質が膨大な化学種へと進化し、非平衡状態の複合体に住む実家の両親が助けてくれるので、とても助かっていまを形成し、生命が誕生するという一連の流れを実験的に示す」と語る燒山准教授は子育てに追われながら、研究にもすデータは、未だにほとんどない状況にある。

意欲を燃やしている。

燒山准教授は、初期分子の複雑化と生命誕生には酵素「日本化学会や錯体化学会、近畿化学協会、高分子学が大きな役割を担ったと考え、その中でも鉄硫黄クラスター

会、有機合成化学協会、基礎有機化学会など、私が所属

が酸化還元触媒活性をどのようにして獲得したのか、というしている学会でも女性研究者の数は決して多くはありませことに注目した。こうした研究はこれまでにないものの、タンん。最近、他の学会などで『女性研究者の会』が発足した

パク質中で鉄硫黄クラスターが果たす役割自体は物理化という話を耳にし、心強く感じています。ブームの影響か、学的にも有機化学的にも明らかにされつつある。これらの理系女子も増えてきているので、私も今後はさらにがんばっ

知見を活用し、実験的に鉄硫黄クラスターにおける構造のていきたい」と、明るい笑顔で語ってくれた。

13

研究室訪問 6

高効率レーザピーニングの実現に向けたプロセスを研究
LP 処理技術を成熟させ、産業界への発展を目指す
近畿大学 理工学部電気電子工学科

津山 美穂 講師師となり、「レーザピーニング処理の高効率化」をテーマとした研究を中心に活動している。

LP処理プロセスを系統立てた研究が必要
津山講師が今回、「一般研究開発助成」に採択された研究テーマは「高効率深層レーザーピーニング処理技術の実用化に関する研究」。レーザによる材料加工の最大の特長は、優れた制御性と非接触処理が可能なことにある。
レーザは幅広い分野ですでに利用されているが穴あけや切断、レーザ照射などによって発生する熱を利用した加工
津山美穂講師学部 4 年からレーザ研究に取り組む
天田財団の平成 28 年度「一般研究開発助成」にレーザ
プロセッシング分野で採択された近畿大学理工学部電気

一方、レーザ誘起衝撃波を利用した加工は、「レーザピーと呼ばれる表面処理技術をニング」（Laser peening：LP）
生み出し、熱加工では実現できない金属疲労の改善や応力腐食割れの防止策としても利用されている。LP 技術は金属表面処理技術のひとつである。

電子工学科の津山美穂講師は、同大学理工学部・中野

一般に金属表面処理（メッキ、塗装、熱・機械・化学処

人志教授の「レーザー工学研究室」出身。学部 4 年生から理、合金など）は、工業製品の安全性確保・長寿命化を目

新型レーザの開発やレーザビームを使った新しい機能性材

的とし、部品レベルでの疲労強度・耐摩耗性・耐腐食性を料の開発、パワー半導体を使った電気エネルギーの効率的向上させるために実用化されている。LP は、水中レーザア

な供給、レーザおよび電気エネルギー制御に関する研究にブレーション応用のひとつであり、1990 年代から効果の検取り組んできた。

証・基礎研究がなされ、現在では産業界での実用化も進「祖母が突発性難聴のため感音性難聴となり、補聴器をんでいる。

自分の手でつくりたかったことや、祖父が研究熱心でモノづ

14が主となっている。

ところで今、自動車産業をはじめ多くの産業分野で実用

くりに夢中だったことも影響し、ためらいなく理工学部へ入という化されているのがショットピーニング（Shot peening）

学。さらにレーザビームエネルギーを使った新しい機能材料

噴射加工の一種である。ショットと呼ばれる無数の球を高速を開発したいという思いで、中野先生の『レーザー工学研

で材料に衝突させ、表面に無数の圧痕と表面近傍に加工究室』を志望しました」と、津山講師はレーザ研究をはじめ

硬化・圧縮残留応力を付与する。ショットの運動エネルギーたきっかけについて語っている。

による機械的な表面処理技術である。

研究室では学部、修士課程、博士課程を通してレーザ

これに対して LP は、短パルスレーザ照射によって発生す装置の開発研究やレーザ応用研究、ならびにレーザ関連

る衝撃波を用いてピーニング処理を施す。水中の金属試料周辺技術の開発研究を行った。そして 2014 年 3月、近畿に対して短パルスレーザを集光照射すると、試料表面にア

大学大学院総合理工学研究科エレクトロニクス系工学専

ブレーションプラズマが発生する。発生したプラズマは、金攻博士後期課程を修了後、「レーザーピーニングによる金属試料の周囲に存在する水の慣性により膨張が抑制され属の表面処理に関する研究」という論文で博士号（工学）るため、数十 GPa にもおよぶ高圧力状態となる。この圧力を取得。同年 4月に近畿大学助教に就任、2019 年には講により発生した衝撃波のエネルギーが試料の降伏限界を超

❶

❷

❸

❶レーザピーニング処理を行うYAGレーザ装置とビーム光路系／❷水中の金属試料にパルスレーザを集光照射する実験装置／❸波長1, 064 ㎚（近赤外線）、532 ㎚（可視光・緑）、355 ㎚（紫外線）のレーザ光を出力できるQスイッチNd：YAGレーザ

えると、金属試料に塑性変形が生じ、加工硬化とともに塑

LP 効果の関係性を調査することで LP に望ましいレーザ照性拘束によって試料表面層に圧縮残留応力層が形成され射条件を決定し、実験データベースを構築する。

る。ピーニング効果はレーザビームの直径程度の深さにまで付与可能だと言われている。

また既出の研究におけるレーザ光源は、ナノ秒レーザのみであったため、従来のナノ秒レーザに加え、フェムト秒レー

しかし現在、世界各国で報告されているLP の研究成果

ザを光源とした LP 処理実験を行ってきた。フェムト秒レーザ

は、LP 処理後の材料特性（残留応力、硬度など）を調べによる発生プラズマの圧力は、ナノ秒レーザに比べて極めたものが主となっており、高エネルギー利用効率や深層処て高い。ピコ秒レーザにおけるプラズマとの相互作用に関理などに対するパラメータの条件設定はまったくなされていする情報は極端に少ないため、今後はパルス幅変化に対ない。レーザの制御要素を丹念に条件設定し、LP に関わするピーニング効果、つまりレーザ誘起衝撃波によって生じる多種多様なパラメータを制御する系統的な研究が展開さる塑性変形に起因した加工硬化特性を評価する。

れていないのが現状である。産業応用に適用可能な技術

さらに深さ方向についても、レーザ誘起衝撃波との関係として成熟させるには、LP 処理プロセスを系統立てた研究性を調査し、深層 LP に望ましい条件について明らかにするが必要となっている。

―としている。

LPパラメータの最適化を考察

学生生活は心持ち次第で変わる

LP はレーザエネルギーのみで結果が決まるのではなくレーザ波長や偏光方向、パルス幅、幾何学的なレーザ照研究室をお訪ねした日は試験期間中で、津山講師も試
験監督をするなど多忙な中でのインタビューとなった。

射配置、プラズマ密度、衝撃圧力の通過時間などの多種

津山講師は「10 年前からLP の研究を実施し、学部 4 年

多様なパラメータで、その効果が決まると考える津山講師

生、大学院生への教育研究指導を通じて LP に関わるさま

は、LP 効果は試料表面での力積の大きさによって決定され

ざまなパラメータを変化させた際の硬度変化、ならびに応ることに着目。
「レーザの照射状態」「レーザプラズマの状態」

力変化に関するさまざまなデータを明らかにしてきました」。

「衝撃波の状態」「材料の状態」「プラズマの閉じ込め層」「今後はさらに LP 処理技術を成熟した技術とし、産業界の 5 つの要素によって決定されると考えた。

へ広く発展させるため、高効率 LP の実現に向けたプロセス

さらにこの 5 つの要素には、レーザのピーク強度や金属を系統立てながら研究したい」と研究への熱意を語る。

試料の結晶粒径など、多数のパラメータが含まれているこ

津山講師は、幼少期からピアノを学び、学生時代は吹奏とから、これらのパラメータを「LP パラメータ」と定義し、LP

楽部や軽音楽部で演奏活動も行っていた。今でもピアノにパラメータを制御下においた実験研究を行い、実験データ

向かうことはあるが、「今は研究室で実験しているときが一

ベースの構築とともに、それぞれの最適条件を明らかにする

番楽しい」という。

ことで高効率 LP の条件を確立し、実用的なプロセスとして成熟させることを目指した研究を行っている。

最後に「学生生活は心持ち次第でプラスにもマイナスにもなります。何事にも興味を持って楽しみ、さまざまな知識とすでに各種パラメータに対し、LP に望ましい条件が存在考える力を身につけ、仲間をつくり、自分にとってプラスとなすることを見出しており、今後は多種のレーザ照射条件をる笑顔の学生生活を送ってください」と自身の後輩となる学制御した実験研究を多数回実施し、それらのパラメータと生たちに向けたエールの言葉を述べてくれた。

15

FORUM

「第 3 回 レーザプロセッシング助成研究成果発表会」―
パネルディスカッション「各種レーザプロセッシングの現状と発展」
天田財団は4月24日にパシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
で「第3回 レーザプロセッシング助成研究成果発表会」
を開催。
その中で
「各種レーザプロセッシングの現状と発展」
をテーマとしたパネルディスカッションを行った。
コーディネーターは天田財団・片山聖二
評議員（大阪大学・名誉教授）、パネリストは岡山大学・岡本康寛准教授、京都大学・橋田昌樹准教授、三菱重工業㈱ 総合研究所・
石出孝フェローアドバイザー、㈱アマダホールディングス・迫宏上席執行役員（技術研究所所長）の4人。
レーザ溶接やレーザ切断、レーザによる微細加工など、レーザ技術の現状や問題点、これからの産業利用を中心に産学の両面から議論が行われた。
以下、パネルディスカッションの概要を一部紹介する。
「各種レーザプロセッシングの現状と発展」

行ってきました。また、一部企業とは短パルスレーザを使っ片山聖二評議員（以下、姓のみ） 今回のパネルディスカッ

た穴あけ加工などの共同研究も行っています。

ションのテーマは「各種レーザプロセッシングの現状と発展」

石出孝フェローアドバイザー（以下、姓のみ） 三菱重工ということで、パネリストの方々や会場から活発な意見をい業の石出です。昨年までオープンイノベーション全体を見てただきながら、レーザ加工やレーザプロセッシングを盛り上いましたが、今年からはレーザとAdditive Manufacturingげ、日本の発展につながっていくような討論を目指して始め（ 以 下、AM：積 層 造 形 ）が 中 心 で す。レーザ 関 係 はさせていただきます。

100kW からフェムト秒まで何でもやるといった感じです。

まずは簡単な自己紹介をさせていただきます。司会をさ迫宏上席執行役員（以下、姓のみ） アマダホールディングせていただく私は、3 年前に退官するまではレーザ溶接を主ス技術研究所の迫です。私はもともと金属加工の大学研究に研究しておりました。続いて岡本先生、お願いします。

室を出たのですが、その後すぐにレーザ研究の世界に飛び岡本康寛准教授（以下、姓のみ） 岡山大学の岡本です。

込み、レーザ発振器の開発や CO₂レーザやファイバーレー

私は機械工学研究室で、刃物を使わない加工のひとつとし

ザなどについて、とくに加工の方ではシートメタルの切断をてレーザ加工を担当しています。放電加工や電解加工な中心に研究してまいりました。

ど、さまざまな加工法がある中で、レーザ加工の立ち位置も含めて研究しています。はじめのころは微細加工が多かっ

レーザの高パワー化・高機能化についてたのですが、今はハイパワーの研究も若干行いながら、切片山 まず、レーザの現状について知ることから展開して断や溶接、除去加工なども研究しています。

いきたいと思います。最初にレーザの高パワー化・高機能  橋田昌樹准教授（以下、姓のみ） 京都大学の橋田です。

化がどこまで進むかということになりますが、実際は頭打ちに

私は主にレーザと物質の相互作用という観点から研究を進なりつつある気がしています。2 年程前に IPG が 120kW のめています。原子のレーザ同位体分離などの原子レベルかファイバーレーザ発振器をつくり、200kW や 300kWも言わら、比較的表層のレベルの物理現象についての研究までれればつくれるといった話をしていました。

コーディネーター

パネリスト

天田財団・片山聖二評議員（大阪大学・名誉教授）

岡山大学・岡本康寛准教授

16

京都大学・橋田昌樹准教授

三菱重工業㈱ 総合研究所・
石出孝フェローアドバイザー㈱アマダホールディングス・迫宏上席執行役員（技術研究所所長）

100kW のレーザマシンにはどの程度の能力があるかをす。

調べてみたところ、ステンレスを加工すると2m/ 分という速これらのことを総じて、国プロとしてはブルーレーザの加度で 40 ㎜ほど溶け、ひっくり返すと70 ㎜の貫通溶接ができ工がない状況ですのでおそらく産業界がけん引していく必

ることがわかりました。また低真空中で加工するとスパッタが要があるのかなと思っています。

減り、80 ㎜くらいの溶け込みが可能で、溶け込み深さは 2
つ合わせると150 ㎜になります。

ビーム可変制御について

しかし、なかなか使い道がありません。石出さん、100kW

片山 同じ溶接条件であってもビームモードを少し変えるこも含めた高パワーのレーザにはどんな使い道がありますか。

とによって、良い溶接部をつくれる― そんなことが今、溶

石出

今、産業用で使っている中で最大の出力はおそら

接分野では流行っています。これについてはトルンプやコア

く35kW、そのくらいが制御できるちょうど良いところだと思レイズ、IPG、レーザライン、古河電気工業、プロフィテット、います。私たちが使う100kW はまた別の使用目的がありま

三菱電機など各社で取り組まれています。こういった「ビーす。防衛関係です。米国やドイツでは航空機に 50kW、艦ムモードを変えてより良い加工を」といったことは切断の分

船には 100kW オーバーを積んでいます。日本は防衛と聞く野でも言われていますね。

と引いてしまいますが、セキュリティーなども含めてそういう迫 はい。現在、レーザの切断加工、とくにファイバーレー

分野であればこそ出てくるような技術もあります。

ザの世界では、切断面品質が CO₂レーザより劣るため、各社がビームをシェーピングすることを考えています。

レーザ関連の 3 つのプロジェクトについて

当社はまず、CO₂レーザのように安定して加工できるよ

片山 グリーンやブルーの波長域は以前はパルスレーザでうにしようと考えました。たとえば 3kW の光を3 つ束ねてひしかできませんでしたが、今ではどちらの波長域も連続発振

とつの光を形成するのですが、とくにポイントとしてひとつの（CW 発振）でできるというところまで来ています。この辺り

フィーディングファイバーからビームカプラーを通して、伝送の実際に行われているプロジェクトも含めて橋田先生、コメファイバーに入る。中心を通った光は中心軸を通っていくのントをお願いします。

ですが、レンズをずらすことによって NA（開口数）が大きく

橋田

現在は、レーザ関連では 3 つのプロジェクトが走ってなり、光がリング状になっていく― 原理的にいえば非常にいます。TRAFAM（技術研究組合次世代 3D 積層造形技

簡単な光なのですがこういったものを使い、薄板は高いパ術総合開発機構）の 3D プリンタープロジェクト「三次元造ワー密度で切り、厚板はリングモードで溶融しやすくしてい形技術を核としたものづくり革命プログラム」は、実施期間ます。

が 2014〜2018 年度で、ブルー関連の光を使った新しいディスクブレーキの開発や 3 次元造形に関する技術です。
内閣府戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）革新

もうひとつは、光を最適にコントロールするということです。
光の吸収と入射角の関係でよく言われるのですが、CO₂
レーザは通常わりと細めの光で一番吸収率が高いピークが的設計生産技術の「次世代レーザーコーティング技術の形成されていたため、何も考えなくてもうまく切断することが開発」は、コーティングということで溶かして表面につけるとできました。これに比べてファイバーレーザは、ビームを太らいう技術です。実施期間は今年で終わる予定となっていませる必要があります。そうすることでズーミングのユニットをつす。

くり、最終的に安定した切断ができます。

「高輝度・高効率次世代
それと並行して NEDO では、

ただ BPP（Beam Parameter Product）を変えるだけだ

レーザー技術開発」が 2016 年度から始まっています。このと、厚板を切ったときにベベル角が出て問題になりますが、プロジェクトは成功例も複数生まれていて、そのうちのひとつ

ビームを最適化して太らせることでパワーを注入でき、小さとして kWクラスのブルーレーザを開発して世に出しましょう

なノズルを使うことでアシストガスを低減、速度を速く、ベベといったことも進められています。

ル角を小さくすることができます。

最近のトレンドとして、CWと並行して短パルスレーザのプ

片山 ほかのメーカーでも同様に、ファイバーレーザの切断

ロジェクトも始まっていて、そのひとつに光・量子飛躍フラッ

面品質が改善されてきていると思って良いのでしょうか。

グシッププログラム（Q-LEAP）があります。ここでは短パル

迫

スレーザを使った AI-CPSレーザ加工、学理解明と応用にているようです。日本人は他国に比べて品質を重視する傾ついて研究しています。

向にあります。当社のデータですと、2018 年度の日本のファ他社の情報を確認してみると、やっぱりどこも苦労されそれから次期 SIP の「光・量子を活用した Society5.0

イバー化率は約 60%。ところが海外や北米などは 90% にも実現化技術」では CPSレーザを使った研究が始まっていまのぼります。他国が生産性を最重視する中、日本は生産性

17現在、航空機関連では「Wing of Tomorrow」というエ
アバスの次世代高生産翼開発プログラムが走っています。
米国の場合、こういったジョブショップのような会社が何十台と3D プリンターを並べてこういったプログラムを行っているのが現状です。それに比べて日本はあまりAM 関連のプロ
ジェクトが走っておらず、遅れているとしか言いようがありません。
ただ、レーザ関係全体を見ると特別遅れているわけでは「各種レーザプロセッシングの現状と発展」をテーマに行われたパネルディスカッションの様子ないと私は思っています。実際にさまざまな取り組みを行っているところもあります。それなのに日本が遅れているように見えるのは、メーカーの人たちが AM の話をあまり外に言わないことが理由のひとつだと思います。AM で一番大切なのと面粗さ、品質のすべてを良くしなければならないという考は AM 設計なのですが、それは絶対に外部に出しません。

えがあり、取り残されているところがあります。

なので AMを使ってどんなことをやっているかがあまり外部

片山 ビームモードが改善されて切断面品質も改善していに出てきません。

る状況ということです。石出さんは穴あけ加工などにレーザを使われていると思いますが、その辺りいかがでしょうか。
石出

私たちの工場では、2 つのプリズムを組み合わせて耐久性が求められる航空機の加工
石出

私がお聞きしたいのは、シミュレーションがどの程度穴あけに使ったり、自由な形を描いたりといったことにレーザできているか、どういう形にしたらそういった機能が発現す技術を使用しています。航空機のエンジンの穴あけでは、

るか―それを理解できていないと使う方は困るなというの従来のものに比べ約 10 倍はやく加工できます。

があります。それから広域でやらなければいけないということ

セラミックと金属の穴あけを同時にしなくてはいけないのと、耐久性の問題ですよね。

で、セラミックにショートパルスを使い、その後ファイバーレー

航空機の表面の場合、1 年から数年、雨風にさらされる

ザで穴をあけるといったように同軸で 2 つの光を通していまわけです。氷結防止や蒸気発生器などの電熱線の表面をす。そうすることによって、セラミック部分のクラック発生を防加工するのも大事ですが、そういったものはすべて耐久性

止、短パルスレーザはセラミックのところにだけ当てて、ファイを要求されます。その要求に対してどういったことを行ってバーレーザで穴をあけるといったことをやっています。どんないるかが、使う側としては大変興味があります。

形でも加工ができるので、非常にやりやすいです。

岡本

私の研究室でも撥水性について研究したことがありますが、実験翌日にはもう結果が変わってしまっていました。
AM の現状と日本の状況について片山に分けて評価することできるかといった議論をしましたが、そ化されましたが、最近一番注目されているのは AM で、高れはなかなか難しいところがあります。ケミカルな効果で言う速化や装置の低価格化などを含めて国のプロジェクトも立と、時間がたったときにどれくらい大気にさらされているか、

ち上がっている状況です。

どれくらいの温度・湿度か、それによっても結果が変わってAM について研究されている石出さん、最近の AM の状

きます。ケミカルな効果を超えたうえで機械的な表面構造の況と今後どのようになっていくか、あるいは世界から見た日効果がしっかりと出せれば、使っていけるような領域もあるの本の状況についてコメントをお願いします。

ではないかとは思います。

石出

今年、シーメンスがついに 38 億円をかけて AM 工

しかし、外でゴミが溜まるというのが一番ややこしい。マイ場をつくり上げました。AM 工場とは何かというと、要は 3D

クロ流動みたいなところですと、混ぜたり流速をちょっと遅く

プリンターだけでモノをつくってしまえる工場ということです。

したり、さっと流したりといった濡れ性を制御して攪拌すると工場には 50 台の 3D プリンターが並んでおり、その脇には機

ころでは洗浄と合わせてセットで使うといった話を聞いてい械加工機が並んでいます。なおかつ熱処理などの加工まますが、大型の方ではあまり聞いたことがありません。

で工場内で行うことができます。

橋田

またこの工場では航空機関連も3D プリンターを使い、連続繊維の CFRP でつくっています。

18

他の先生方と、ケミカルな反応と機械的な効果を具体的

表面改質のクラッディングや焼き入れは、一部実用大面積に加工する場合、レーザが安定していないといけません。最近はフェムト秒レーザも安定してきています
ので、そこはクリアできています。また加工が必要なのはごく

FORUM

表層だけで 1 ㎡でも何十円というレベルなので、用途によっ

フェムト秒レーザで加工されるようになってきています。これては応じられるかもしれません。

により昔は 1日かけて行っていたような加工が数秒から数それから長期間持つかというところですけれども、流路の十秒でできるようになっています。今、4W のフェムト秒が、ような液体が流れるものに関しては、やはり削れてしまうなど

100W、400W、1ｋWというように周波数が上がって、高速の問題があります。一部使ったことがあるのですが、何度も加工ができるようになっていくので、今後はそういう意味で使使っているうちに削れ、効果が下がるといったことがありまし

われる状況は整ってくると考えています。

た。ですから、そういう接触面の部分はなかなか難しいところがあると思っています。

周期構造とフェムト秒レーザ

櫻井俊光

片山

土木研究所の櫻井です。雪が道路構造物に

周期構造はピコ秒レーザでも同じようにできると思っ付いてそれが落雪すると車に被害がおよぶということで、雪て良いでしょうか。

がつかないような構造体をつくりたいと当所では考えていま橋田す。撥水面をレーザで表面加工することをSUS で行っていピコ秒でできるものとフェムト秒レーザでできるものがありまるのですが、それでもやはり雪がついてしまうという現状です。ただフェムト秒レーザの方が材料に対して広い範囲です。

すべてのエレメントを調べたわけではありませんが、できやすいです。プロセスウィンドウに関しては、もしどちらのあまり知られていませんが航空機に関しては、すでに日本レーザでもできるということですと、ほぼ変わらないような形にでもやっている研究機関があります。しかし、そこにはレーなっています。ピコ秒レーザでできにくいものなどもあります。

ザ加工は使われていません。

片山ですが、レーザで表面加工したものをさらにコーティング

岡本先生、ガラスとシリコンの接合といった話もやはりフェムト秒レーザでないとできないのでしょうか。

することで撥水性がパワーアップできるということは周知の事

岡本 まずは周期構造のところなんですけど、我々のところ実としてありますので、今後は我々もそういった分野にどんではだいたい 10ピコ秒くらいまではできますが、できる形状

どん参入していった方が良いと思います。

がちがいます。周期構造は最初に筋などが入っているとそ
こに引っ張られてしまい、狙った方向に加工できません。

自動車部品は摩擦損失・機械損失を

これは真上からレーザ加工を打っているんですが、それどれだけ減らせるかが焦点に対してほぼ垂直の面のフラットができると初期の粗さよりも片山

最近、自動車関係でフェムト秒レーザによる加工の低い粗さをつくってくれるという実験結果が出ています。しか実用化といった話が出ていました。キヤノン㈱の井上さん、

し、これは完全なる除去加工ではなくて割断のような感じに

これについて何かコメントはありますか。

なっています。なので、マイクロクラックのようなものを制御す井上晋宏

摺動の摩擦で一番問題になるのが、シリンダー

ることできれいでフラットな面ができるような気はしているのでロッドピストンの摺動部分です。とくにピストンスカートが側面

すが、フェムト秒レーザといってもさまざまなモードがあり、表にあたるときに摩擦損失が出るということで、そこにフェムト

面処理の粗さの影響を受けたりなど、結構ハードルは高い秒レーザで溝を加工することで摩擦が数十 % 減らせるといのではないかと思っています。

う話が出ていました。

橋田 フェムト秒レーザの場合は、P 偏光の場合とS 偏光

今後、自動車は EV（電気自動車）に変わっていくという話の場合でアブレーションの方法が若干ちがうため、岡本先もありますが、まだ数十年はエンジンが残ると思います。そ生がおっしゃったようにミクロンくらいの大きさのものがあるとの中で燃費をどれだけ上げていくかという話題があり、車の引きずられてしまいます。だからそれは最初に除去する必

プロジェクトでも熱効率 40 〜 50%を超えるようなエンジンが要があります。たとえばフェムト秒レーザをコンバインして打出てきています。

つときれいな周期構造ができます。

ただ、ガソリンの消費量を減らすだけではすでに限界にき

これを均一につくれるかどうかは、ビームのプロファイルをていて、摩擦損失や機械損失をどれだけ減らせるかという制御することは迫さんや石出さんの技術を導入することで状況になっています。ピストンリングやピストン、シリンダーボ

比較的安定させることができると思います。先程も述べたと

アなど、機械的な摺動面からエンジンベアリングまで摩擦でおり、フェムト秒レーザの場合は非線形の効果が入ってい損失を受けているさまざまな部分があるので、これからはそて、それがコントロールする深さや表面精度を決めることにういった部分でテクスチャリング加工はかなり重要な位置づなると思います。ですから最後はレーザの安定度がキーにけになってきます。

なります。

ありがたいことに自動車の燃料インジェクターの穴あけが、

片山 ありがとうございました。

19

FORUM

「第 17 回 塑性加工助成研究成果発表会」― パネルディスカッション「塑性加工における素材・金型・潤滑の課題と期待」
天田財団は6月7日、同志社大学の京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
で「塑性加工における摩擦と潤滑」
をテーマに
「第17回
塑性加工助成研究成果発表会」を開催。助成研究成果を発表するとともに、「塑性加工における素材・金型・潤滑の課題と期待」
をテーマとしたパネルディスカッションを行った。
コーディネーターは東京電機大学・柳田明教授。名古屋工業大学・北村憲彦教授、
日本大学・高橋進教授、トーカロ㈱神戸工場製造課・舟本幸大氏、大同化学工業㈱第3研究室・黒田将文室長の4名がパネリストとなり、鍛造板成形の課題や今後への期待などについて途中聴講者からの意見も交えながら活発な討論を行った。
以下、パネルディスカッションの概要を一部紹介する。
「塑性加工における素材・金型・潤滑の課題と期待」

方もできていますが、ボンデはオールマイティーな使い方がで

柳田明教授（以下、姓のみ） 今回のパネルディスカッショ

きるのに対して、一液潤滑剤はそこまではできていません。

ンのテーマは「塑性加工における素材・金型・潤滑の課題

熱間鍛造の場合、暗い黒鉛から白色に変化し、先程のと期待」とさせていただきました。
「素材」
「金型」
「潤滑」

冷間の場合と同様に性能を従来高性能だと言われるものに―この 3 要素は単独で研究されることが多いです。

近づけたい、超えたいという要望が一番多いと思います。

しかし、ホットスタンピングを例に取ると、「素材」に加熱とそして金型に関してはもっと型寿命が長くなってほしい、いう要素が入り表面酸化の問題があるのでメッキやコーティという要望があります。また表面処理は剥離しないようにとングをする、「金型」との相性はコーティングによって変わる

いった用途で使われています。

ことがある、「潤滑」をすると焼き入れに必要な熱伝導が上高橋進教授（以下、姓のみ） 成形技術の中でなるべく摩がる―といったようにそれぞれの要素が影響をおよぼし擦係数を減らして割れなどが起きないようにするには、もちろ合っていることがわかります。

ん適応もあるわけですが、シミュレーションでのデータ入力をそのため、今回のパネルディスカッションでは単独でなく3考えると、材料特性と摩擦特性は必ず入れなければいけな要素を総合的に考えた議論をしていきたいと思っています。

い。材料特性については降伏局面や溶け、さまざまな特性

会場からもご意見などがありましたら、是非コメントをいただも入れる必要がありますが、大きく分けると材料と金型と素けたらと思います。

材間の摩擦があります。シミュレーション適応を考えると普通

まずは鍛造に関する現状の課題についてお話しいただきたいと思います。北村先生、よろしくお願いします。

滑や面圧の評価が必要になってきます。

北村憲彦教授（以下、姓のみ） 冷間鍛造の場合、一液

とくにハイテン材が適応される場合、金型に対しての負荷潤滑剤またはボンデの性能をあげていくことです。今はだいも大きくなります。そこでなるべく潤滑を良くし、負荷を軽減

ぶ性能が上がっていて、それぞれの性能に合わせた使いすることが必要になってきます。ですからハイテン材の深絞コーディネーター

パネリスト

東京電機大学・柳田明教授

名古屋工業大学・北村憲彦教授

20の深絞り用の状況を考えるわけなのですが、そのときに潤

日本大学・高橋進教授

トーカロ㈱神戸工場製造課・
舟本幸大氏

大同化学工業㈱第 3 研究室・
黒田将文室長り加工については、非常に厳しい状況が増えていると言え一液潤滑剤はオールマイティー性に欠けている
黒田将文室長（以下、姓のみ） 一液潤滑剤は化成処理ます。

の多岐にわたる工程に代わって、塗って乾かすだけで簡単
ホットプレス金型への表面処理は確立できていないに加工できるようになるというものですが、これを開発するに柳田あたり、さまざまなラボテストを行っています。

企業の方々からは現在行っている研究内容についてお話しいただけたらと思います。

こちらは後方押出し試験なのですが、面積の拡大が非

舟本幸大氏（以下、姓のみ） 表面処理の事例を3 つ紹

常に大きくできることが特徴で、加工した後の評価や皮膜の介させていただきます。

2 次性能について評価ができるという特性があるためよく利

1 つ目は冷間加工の事例で、対象品はパイプ曲げ、機械用しています。

メーカーの芯金になってます。芯金の耐摩耗性を向上させ

実際、ボンデと比べて当社のアクアルブという一液潤滑剤

る目的で、はじめに TD-VC で実験をやらせていただきましを使用した場合、当社の設定面積拡大率だと1,712%といたが、1 ショット目から異音と皮膜の剥離が発生しました。こう完全にかじってしまうような状態に対して、ほぼ焼き付かなの現象からVC 皮膜は堅さでは優れているが低摩擦特性

い加工ができます。この一液潤滑剤でテーパーカップ試験に劣っていると考え、次のチャレンジで TD 処理の上に DLCをしますと、ボンデが 4 つ目で焼き付くのに対して 5 つ目までを載せ、2 層構造としました。TD 処理の単層に比べたら20

焼き付かずに加工できます。テーパーの分、加工時の抵抗ショットと持ちましたが、これもやはりDLC が剥がれてしまいが大きくなるだろうという考えで実験を行っています。

ました。そこで DLC の付着力が不足していたと考え、TD

そのほかにもスパイクテストや前方軸＋後方ストレートカッ

処理後に面調整を行いながら、工夫した DLCを行いましプ押出し試験、2 段押出し試験など、さまざまな実験を行った。そうした結果、曲げ加工を行うときも無音になり、3,000ているのですが、問題があります。実機との相関性という点ショットも可能となったという実績があります。

で、ボンデがオールマイティーなのに対して、一液潤滑剤は

2 つ目も冷間加工の事例となっています。こちらの対象品は補強ブラケットのプレス金型、相手材は引っ張り強さ

なかなか対応できないケースもあり、オールマイティー性に欠けているのかなと思います。

980MPa で厚みが 1.4 ㎜の鋼板です。こちらも耐摩耗性とまた一液潤滑剤に限らず油性タイプの性能評価がうまく

耐焼き付き性の向上を目指して表面処理を行いました。TDできるようなテストがありません。実際にはリング圧縮試験な処理とCVD の TIC 処理両方やらせていただいたところ、ど、塑性変形の少ない加工しかできていないというのが現数千ショットで焼き付きが発生。基材を確認してみると基材状です。

硬さが若干不足していたことがわかり、基材が座屈して皮膜が剥離、そこに鉄が焼き付いてしまっていました。また、標準化の難しさ

単純に金型の表面が変色していましたので、皮膜の耐熱柳田

温度不足と考え、基材硬さを変えつつ、表面に耐熱温度のな試験をしなくていけないということですね。こういうものが高い TiALNを使いますと14 万ショット以上、加工すること標準化できるかどうかが今後の課題になっていく気がしまができました。

す。北村先生はその辺りどのようにお考えですか。

3 つ目は熱間加工の表面処理事例です。こちらは自動車

北村

加工法に対して単純な試験だけではなく、いろいろ標準化できれば良いのですが、なかなか難しいとい足回り部品の曲げ加工を行っている金型です。相手材がアうのが実状です。摩擦もわかっていませんし、整えられた条

ルミメッキ鋼板、引っ張り強さは 1,500MPa、厚みが 1.6 ㎜

件の範囲での比較は良いかもしれませんが、引っ張り試験です。こちらは耐摩耗性と耐焼き付き性の向上が目的です。

を1 回やってそれで許せる圧縮がこの範囲というようなこと

ダイにはラジカル窒化 +PVD-CrN+PVD-DLC、パンチにはだと思います。摩擦は本質的にあるものなので仕方ないとラジカル窒化 +PVD-TiALN+PVD-DLCを選ばせていた思います。

だきました。こちらは両方とも1 万 5,000 ショットでアルミの焼ただ、今までのやり方のように摩擦試験をするときに、たと

き付きが発生して手入れが必要となってしまいます。手入れ

えば試験片の直径と高さを変えていって理想的に摩擦がゼしている作業者からは「何もしないよりは容易に除去が可能

ロになった場合、どこに行くと推定していくという方法はありだった」とお話しいただいていますが、まだまだ満足できるレます。

ベルではないと私は思っています。

高橋

この辺りがホットプレス金型への表面処理はまだ確立できていないと思うところです。

潤滑剤メーカーさんが世界に潤滑剤を売る場合にはどういう評価方法をして特性を上げるのでしょうか。それから標準化という観点からすると、海外の同業他社の方々

21

はどういった試験方法でお客さまに特性を売っているので従来からの化成処理のボンデに代わる新しい環境対応

しょうか。

の潤滑剤をドイツのメーカーも開発してきています。日本はこ黒田 そこが難しいところだと思います。当社の中でもさまの分野において他国に比べはるかに先行している状態でざまな分野の油剤がある中で、たとえば圧延の場合は単純

20 年くらいの差があります。

に圧延試験をすればそのままご理解いただけると思うので今はボンデのベンチマークが一通り終わって、それぞれすが、鍛造などはこれといった試験方法はないので、どうしの試験方法でどのくらいの摩擦係数が出るかが、概ね納得てもリング圧縮試験など、認知度が高いものになってきます。

できる結果になったところです。ポイントはボンデがどのよう

あとは後方押出し試験など、目で見てわかりやすいものでイな場合でも安定して同じように利かせられ、誰がどういう風

ンパクトを与えるような工夫をするといったところですね。

にやっても決まっているということです。満足できるレベルは

高橋

国内標準も同じですが、国際標準とした場合には標準化する目的や各人によって変わってきます。リング圧縮

いろんな国の方たちにその評価を認めてもらえないといけま（据え込み）で満足できる人もいれば、「それでは差もないせん。たとえば、リング圧縮試験の標準化について「日本がし大したことない」「摩擦で見たいわけでもない」という意見やります」と手を挙げたとします。それに対して最低 5カ国もあり、標準化させるのは簡単ではありません。

が「一緒にやりましょう」とエキスパートを出してくれるかどうか、それが最初の関門になります。
たとえば日本から海外に潤滑剤を売るときに「国際標準」
であることで売りやすくなるのであれば、標準化を提案をし潤滑剤とコーティング
柳田

私も最近潤滑の研究を始めたのですが、学生のス

パンによって研究できる期間にムラがあるため、2 年くらいていくことがひとつのアクションになると思います。提案すると経って実験をやろうとすると潤滑剤の色が変わっている場合いうことはノウハウを持っているということなので、もし海外がもあり、性能が変化しているのではないかと考えています。

標準のデータをつくろうとした場合にも、それまでの蓄積が黒田ない国に比べて日本が優位になります。そういったところで劣化の理由としては熱・圧力・混入物（鉄粉・異種油・ゴの産学連携が潤滑分野でできていないということであれば、ミ）が入り込むことによって成分の変質や重合が起こります。

それを進めていく価値があると思います。

液の粘度が変化、中身反応物や異物が発生し、その結果、

柳田

潤滑性能が低下したり、ワークが汚れたり、洗浄不良やフィ北村先生が参加されているICFG（国際冷間鍛造グループ）では、そういった動きについてはどんな取り組みをされていますか。
北村

現在、ICFG の中で潤滑グループというサブグルー

プに私と静岡大学・早川邦夫教授が参加しています。

潤滑剤も長いこと使っていると劣化が起こります。

ルター詰まりといったトラブルが発生しやすくなります。
ですから使用するうえで日々の状態監視が非常に重要になります。色や粘度、スラッジの量、性能などをご確認いただき、それと併せてフィルタリングなどによって混入物を取っていただくことによって管理ができる。ただ管理するうえでの基準値を超えてしまうと、タンクの清掃や 1 年に 1〜 2 回の潤
滑剤の入れ替え（更液）が必要になってきます。
使用液の潤滑性能は変質やスラッジにより低下します。
そのため、使用液の管理は非常に重要になってきます。今後の課題としては、熱や圧力に強く、低価格の添加剤の適用が必要となっています。併せて更正の低価格な酸化防止剤の適用が重要となります。
これは我々の仕事の範疇から超えてしまうのですが、加工の負荷をできるだけ減らすこと、要は潤滑剤のダメージを抑えるには加工の負荷が低い工程設計や最適な金型表面処理による加工負荷軽減などが重要になってきます。そこで全分野が集まって組み合わさることによって、一社だけでは対応できないような加工性能の向上や潤滑剤の寿命延長などが達成できるのではないかと思っています。

「塑性加工における素材・金型・潤滑の課題と期待」をテーマに開催したパネルディスカッションの様子

22

柳田

舟本さんのところでは、潤滑とコーティングという部分についてどういったことをされていますか。

FORUM舟本

表面処理に求められる特性は 6 個程ありますが、表に扱えるようになったからです。

面処理で比較的簡単に改善できるのは、耐摩耗性・耐酸

リング圧縮や据え込みくらいでは油膜が薄くならなくて焼化性・寸法精度・熱伝導率の辺りです。これに対して耐焼き付かないだろうとは思いますが、リング圧縮でも膜厚を変き付き性と低摩擦性は表面処理では改善が難しい。できな

えればそれなりの差がずっと出てきます。リング圧縮や材料

いことはないのですが、費用が上がってしまったり開発に時ひとつを取っても圧縮特性や摩擦特性に何が効くかをきちっ

間がかかってしまっては意味がありません。

と理解できていないところもありますが、それでも加工ができここまでのお話を聞いていて表面処理と潤滑剤でコラボるのであまり問題になっていません。

レーションして焼き付きにくい潤滑剤をご提供いただきつつ、

たとえば後方押出し試験が厳しいというのは、圧力が高表面処理で形状をつけたりすれば、より相乗効果が出て、よいだけでなく表面積が広がることで間に挟まれた潤滑剤がり金型寿命が延びるのではないかと思いました。

薄くのばされるからなので、それに相当するくらいの薄い潤滑膜を塗って何か別の試験をすればそれで少し統一感が共同研究の必要性と課題
柳田

先程から潤滑と金型を一緒にやった方が良いので出てきます。
ある状況の温度と潤滑剤の膜厚、圧力などというようにはないかといった話が出ているとおり、企業間で協力してそ割り切れたとしましょう。そうすると計算もできるようになります

うしたプロジェクトに取り組んでいく必要があると思います。

し、計算しようという気にもなります。そこを整理して安定し黒田さんはその辺りの共同研究についてどのようにお考えて他のものに左右されない標準的な基準をつくり、そこからですか。

それよりも厳しい条件で良いか悪いか言わなければいけな

黒田い。基準もはっきりしていないのに言っていてもなかなか難し

部品の素材、金型の形状・材質などがある程度成熟して変動要素が少なくなったときにはそういったこともあり

いのではないかと思います。

得るとは思いますが、定まっていない状況では随時組み合
わせの良いものを見つける作業になってしまうため、今のと製品の安定性に貢献することが重要ころ確定させるのは難しいでしょうね。

柳田

舟本

形が同じようになってくれば同じような性能で、コラますか。

ボレーションして表面処理や潤滑剤を提案できると思います

王志剛が、金型は一品一様で使用方法も変わってきます。その都個々の加工技術に適用しようとすると、たとえば摩擦法則が度新しいものを持っていくとなると長いスパンでの共同研究あってそこに当然油やボンデ、一液潤滑剤などを挟むと材が必要となるため、なかなか難しいと思います。ただ、必要

料物性や、スピード・温度の依存性なども入ってきます。

なことだという認識は持っています。

会場の岐阜大学・王先生から、何かコメントはあり
基本的にはベースをつくって、それに摩擦係数やまず圧力依存性を切り出して、そういったものがあるかな
いかということを別にして考えます。たとえば冷間鍛造の場

他のものに左右されない標準的な基準

合ですとボンデや一液潤滑剤などがありますが、圧力依存

高橋

業界を盛り立てるため、もしくは業界が日本対海外性はないんじゃないかと、そうすると摩擦係数という言葉でを考えたときに日本での標準化をした方が良いといったよう

物事を制御できるということになります。そうしたら今度は、な話は産業界の中でも出ていない状況ですか。

摩擦係数そのものは何を変えたら変化するか―といった黒田

ように順番に整理をしていけば、少しずつクリアになっていく

出ていません。たぶん他社でも出ていないと思います。基本的には潤滑剤メーカー各社で「他よりも良いもののではないかと思います。

を」というような開発の仕方になっているということです。な

最終的に我々がやっていることは「モノづくり」なので、いのでラボテストでも表面処理をせずにあえて焼き付かせるよかに使った製品の安定性に貢献するかが重要となります。

うな厳しい条件で実験しています。それで良いものができれ何十万ショット打っても劣化しないような金型、あるいは金型

ば、プラスアルファとして金型の表面処理が加わり、さらに良が少し劣化してしまったときにそれをカバーできるような潤滑い結果になるだろうという考えでやっています。

剤を生み出せるようなコラボを是非お願いします。天田財団

北村にサポートしていただきながら、みんなでチームを組んでより事の本質として、ひとつの標準的な条件や潤滑がどう晒されているか、金型も含めてどうだということに対する統良いものを模索していけたら良いなと思っています。

一的な基準が必要だと思います。

柳田 ありがとうございました。

たとえば圧延がすごく進んだのは油膜厚さ当量が決まり、どういう油膜厚さができていたら同じような条件かが相似的

23

2019 年下期〜 2020 年上期の予定
１．公共展への参加

２．助成研究成果発表会

３．助成事業

Photonix 2019

第 4 回 レーザプロセッシング助成研究
成果発表会

技能検定（工場板金）受検手数料助成

会期：2019 年12月4日～ 6日
場所：幕張メッセ

Laser Solution 2020
会期：2020 年1月20日～ 22日
場所：仙台国際センター※レーザー学会学術講演会に併設開催

OPIE’
20（レーザー EXPO）
会期：2020 年 4月22日～ 24日
場所：パシフィコ横浜

募集期間：2019 年10月1日～ 2020 年 2月29日
助成金額：1, 350 万円

会期：2020 年 4月22日
場所：パシフィコ横浜

国際交流助成（後期）※OPIE'20の公式併設イベントとして開催

募集期間：2019 年10月1日～ 12月20日
助成金額：1, 800 万円

第 18 回 塑性加工助成研究成果発表会
会期：2020 年 6月12日
場所：名古屋工業大学※日本塑性加工学会 春季講演会と同時開催

役員・評議員一覧
役 職
理事長
専務理事

氏 名
岡本

監事

役 職

㈱アマダホールディングス 代表取締役会長 兼 CEO佐藤雅志

公益財団法人天田財団

青山

藤詞郎

慶應義塾

板谷

憲次

（一財）素形材センター 代表理事・副会長・専務理事
元経済産業省 大臣官房付き憲一

ロシア科学アカデミー 外国人会員
電気通信大学 特任教授
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター 特任教授

植田
理事

所 属

満夫

専務理事

常任理事

帯川

利之

東京大学 名誉教授
東京電機大学 特別専任教授

片山聖二

大阪大学 名誉教授
元大阪大学接合科学研究所

千野俊猛

電気通信大学 特任教授
元日刊工業新聞社 代表取締役社長

中村

保

静岡大学

客員教授

吉田

一也

東海大学

特任教授

石橋

和男

元有限責任監査法人トーマツ 監事

重田孝哉㈱アマダホールディングス 常勤監査役

評議員

所長

氏 名

所 属

阿部

敦茂

㈱アマダホールディングス 上席執行役員

石川孝司

名古屋大学 名誉教授
中部大学工学部 教授

小原實

慶應義塾大学阪部

周二

京都大学化学研究所

篠塚

力

篠塚・野田法律事務所

清水伸二

日本工業大学工業技術博物館

堤正臣

東京農工大学

光石

衛

東京大学

吉田

総仁

広島大学 名誉教授
広島大学大学院工学研究科

渡辺一弘

創価大学理工学部

名誉教授
教授
弁護士
館長、客員教授

名誉教授

教授、大学執行役・副学長
特任教授

教授

編集後記
今回の研究室訪問では、より助成者の要望に添った助成プ

性限定採用で採用された教員は、一生その負い目が残ると思う

ログラムを構築することを念頭において、大型助成 4件に加え、ので反対だ」との予想外の回答を得たが、今回訪問した女性

2人の女性研究者を訪問した。

研究者にはそのような考えがなく、「女性であること」と「研究者天田財団ではこれまで助成事業への要望について助成者に意見をお聞きしながら、費用科目流用制限をなくし、一般研究であること」の両方に生きがいを持って、研究生活を楽しんでおられると感じた。

助成においては助成期間を2年か3年か選択できるようにする

また、ほかの訪問先においては助成期間について意見をおとともに、平成 29年度からは若手研究者養成の一助となるべく聞きした。これは継続助成の考えを念頭にヒアリングをしたわけ「若手研究者枠」を設定してきた。

だが、「ほかの助成団体は助成期間は1年で研究に取りかかる

訪問前は、女性であるがゆえに劣悪な研究環境下に置かれとすぐに報告を求められるのに比べ、天田財団では2年またはているなどの意見を想定していたが、実際には2人とも“女性”

3年の助成期間があるためありがたい、ましてや継続助成の考であることによるネガティブな意見がなく、ひとりの女性研究者

えには大いに期待したい」との回答があった。

に至っては「これまで女性であることの利点を活用して研究に邁進してきました」と話されていた。
私が国立大学に勤務していたときに「女性教員限定採用」

このように、天田財団は研究者に寄り添った助成団体であることを日頃から目指しているので、研究者のみなさまから今後もどしどしご意見を頂戴したいと思います。

について現職教員にヒアリングした際には、女性教員から「女

❷
❶
❸

（事務局

萩原）

今回の表紙
❶「第 3 回 レーザプロセッシング助成研究成果発表会」で優秀な研究成果として天田財団・小原實評議員（慶應義塾大学・名誉教授、写真中央）から表彰された岡山大学・岡本康寛准教授（左）、熊本大学・山﨑倫昭教授（左から2 人目）、京都大学・
橋田昌樹准教授（右から2 人目）、京都工芸繊維大学・飯塚高志准教授（右）／❷「各種レーザプロセッシングの現状と発展」
をテーマにパネルディスカッションが初開催された／❸会場を移して行われた懇親会の風景

天田財団ニュース 第 7号 2019年 11月1日発行 発行所：公益財団法人天田財団〒259-1116 神奈川県伊勢原市石田 350 FORUM246 TEL：0463-96-3580

編集：マシニスト出版株式会社 印刷：YAMAGATA 株式会社
FAX：0463-96-3579 https://www.amada-f.or.jp/