分子研技術課
大学院教育

経験を活かす技術導入
技術課

菊地 拓郎

きくち・たくろう／ 2010 年信州大学理学部を卒業後、民間企業 2 社を経て、2018 年
5 月より分子科学研究所技術課機器開発班に特任専門員として採用される。翌年 2 月より技術職員として採用され、現在に至る。のド素人でした（今も素人に毛が生えは往々にしてあることで、何をテーマ

私が分子研に入所したのは 2018 年た程度ですが）。新人研修として、装置にして取り組むかを悩んでいました。

5 月のことで、それまでは民間企業 2開発室のメンバーからそれぞれの専門社で生産技術や技術開発などに携わっ分野を軸に仕事内容などの説明を受けておりました。経験が長いのは自動車ました。装置開発棟 1 階（※現在は改奨励研究のテーマを先輩の技術職関連部品を扱う表面処理（めっき）加修工事のため閉鎖中。2020 年度に新員に相談したところ、分子線スキマー工会社でした。すでに確立された生産工場が稼働予定。）にある汎用機械をはという実験部品が分子科学の分野で使ラインに合わせて、客先の仕様や要求じめとする工作機械の取り扱いやリソわれていることを教えて頂きました。

品質を満たす部品をスケジュール通りグラフィ技術、電子回路についての説

分 子 線 ス キ マ ー（molecule beamに供給するための調整、いわゆる量産明を受け、その後は CAD での図面描き、skimmer）は円錐型の金属部品で、三品の立ち上げを主に担当していました。

旋盤・フライス盤加工などを少しずつ角コーンの先端に小さい穴が開いてい職種の性質上、自らの手で一からモノ身に付けていきました。しばらくしてるような形状をしています。実験では、を作るという経験は少なく、主要業務

所長奨励研究費の応募案内がありまし真空チャンバー内に噴出させた気体をの傍ら実験室でめっき液の調合や条件た。この制度は、技術職員が通常業務先端の小径穴によって選り分けて、分調整をするのがせいぜいでした。それの傍ら自己研鑽のための開発研究を推子群をビームとして一方向へ一定速度

でもめっきに関する基礎的な知識を身奨するもので、申請してみてはどうかで進行させるために使用されます。に付けられたことで、私が持つ技術のと打診されました。面白そうな制度だっ市販のスキマーは、海外で生産され軸の一つとなっています。

たのと、めっき技術の導入の足掛かりており、穴径と大きさをカタログから分子研に応募した際、ちょうど装置にちょうど良いと考え、応募すること選ぶため、組み合わせに制限がありま開発室でめっき技術の導入を模索してにしました。しかし、手段があってもす。加えて肉厚が薄いため、実験で使いたこともあり、縁があって採用してアウトプットが無ければ意味がないの用する際に真空引きによる気圧差でスはじめに職人技の分子線スキマーいただきました。現在は、機械加工の経験を積み重ねつつ、自身の経験を活かしてめっき加工の技術導入を進めています。
本稿では、入所してから取り組んでいるめっき加工について簡単にご紹介します。

所長奨励研究費装置開発室に配属された私は、業務の中心となる機械加工については全く50

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図１ 装置開発室で製作した分子線スキマー

キマーが潰れてしまう不具合が発生すますが、ラボサイズでの生産ならばメは特殊な仕様のため、設計から加工までることがあるそうです。

リットの方が大きいと思われます。

を自ら手掛けて完成させました。
装置開発室の強みは、このような設装置開発室では以前から研究者の要求に合わせて、ステンレス素材の丸棒から切削で肉が厚いスキマーを製作してきた実績があります（図 1）。

めっき装置の設計、組立めっきの経験があるとは言え、現場備を自ら設計して作ることができることにあると改めて感じました。

からは数年離れており、しかも樹脂への前処理の重要性し か し、 そ れ も 熟 練 の 技 術 職 員 にめっきであったので、金属へのめっき、よる手作業のため大量には製作できず、特に電鋳は経験が乏しく、知識として聞専用の装置を製作できたおかげで円また肉厚を薄く、穴径を小さくするのき及んでいる程度でした。しかも、平面錐形状へのめっきを仕上げることがでにも限界があります。

への加工ならまだしも円錐のような立体きました。通常のめっきであればこの

実は、上述の海外製スキマーはニッ形状をムラなくめっきするには加工方法段階で完成ですが、電鋳なので母型かケル電鋳で製造されているようです。電を工夫する必要がありました。幸い、装らめっき剥離する必要があります。ス

鋳を取り入れれば、膜厚やめっきする

置開発室には、電鋳に関する資料や書籍

テンレスはもともと表面に酸化被膜が金属の種類も任意で決められます。まがありましたので、必要な情報を得るこあり、めっきの密着を阻害して剥がれた、装置開発室の設備を用いれば、マとが出来ました。

やすい状態にあります。さらに離型をスター（母型）を任意の形状で切削加めっき設備の基本構成は、めっき槽、助ける手段として、金属間の熱膨張率工が可能であり、加工条件さえ整えばめっき液、電極、安定化電源、めっき治の違いを利用する冷熱サイクルを使い繰り返しの生産にも威力を発揮します。

具の 5 つです。これらにめっきの仕様にました。熱膨張率または温度差が大き今後にも繋がる研究要素もあり、テー合わせ、ヒーターや排気装置などの必要ければ、膨張の差も大きくなり、物理マとして適していると考えてスキマーな設備を追加します。円錐形状への一様的 に 剥 離 で き ま す。 ま ず は 液 体 窒 素作製に取り組むことにしました。

なめっきは、マスターと治具を回転させ（-196 ℃）と熱湯（100 ℃）の温度ることで対策を考えました。治具は母型差を使ってみましたが、なんと剥がれへ給電する役割もあるのですが、回転さませんでした。普通にめっきされてしここで電鋳について少し解説させてせれば当然、コード等がよじれてしまいまったようです。このように表面処理いただきます。電鋳は、電気鋳造の略ます。そこで、銅ブラシを用いることで加工は、適切な前処理を行わないと欲で日本工業規格 (JIS) では、 電気めっ回転と給電を両立させました。そうしてしい結果が得られないことが多々起こ

き法による金属製品の製造・補修又は完成したのが、治具回転式めっき装置でります。

複製法

す ( 図 2-a,b)。

電鋳技術と規定されています。金属イ

今度は母型の表面にクロム酸水溶液オンを含む水溶液を電解により母型に回転機構などの構成部品は、先輩からを濡らす前処理を施しました。こうす

所定の厚さで金属を析出させ、離型すアドバイスを頂きながら適した部品を選ることでより強固なクロムの酸化膜がると電着層が母型と真逆の形で形成さ定し、組み上げていきました。特に治具作られ、より剥離し易い状態になりまれます。ちょうど石膏やシリコン樹脂で型取るのを電気めっきで再現している訳です。電鋳の利点は、1）形状・表面状態を正確に転写できる、2）大きさ・形状に制限がない、3）高純度の金属製品が作れる、4）少量生産・量産にも適している、などが挙げられます。デメ
リットは、a）通常のめっきよりも厚付けになるので時間を要する、b）その分コストが掛かる、c）大量生産には専用の設備が必要になる、などが挙げられ

図 2 -a 自作のめっき装置。

図 2 -b 給電部分と銅ブラシ。

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分子研技術課す。液体窒素は取り扱いに気を付ける

リソグラフィ技術への応用

り、再び機械加工で外形を整える、と必要があるので、氷水（0 ℃）と熱湯

電鋳は厚めっきによる製品作りだけいった具合です。こうすれば、例えば、（100 ℃）で試みました。すると、3でなく、その高い転写性能でパターン入口と出口の口径が異なる異径管や中回ほど冷熱を繰り返したところで簡単を正確に写し取ることが可能です。例

空部品、コルゲートチューブのようなに離型することが出来ました ( 図 3-a,b)。

えば、凹凸を写し取ってスタンプにし蛇腹形状も作製可能となります。今後残る加工は先端の穴開けですが、切たり、溝を型にしてメッシュを作ったの技術習得のひとつとして取り組んで削ではスキマー自体が歪んでしまう恐りすることが挙げられます。現在、取いきたいです。

れがありました。そこで、先端だけをり組んでいるメタルマスクもその応用

分子研は様々な研究が日々行われて溶液に浸し、逆電解で溶解させる手段例の一つで、くり抜きたい形状をレジおり、装置開発において求められる技を取りました。結果として穴は開きまストパターンで作り、電着するとパター術、技能も他種多様です。それらの要したが、エッジが荒くなってしまいまンの形状に沿って穴が出来ます。試作

望に応えるため、これまでの経験とこした（図 3-c）。

では 20 m ほどのギャップにもしっかれから身に付ける技術を組み合わせて、りと金属を析出させることが出来てい新たな価値を生み出せるよう精進してます（図 4）。

行く所存です。

穴径の制御とエッジが綺麗になる穴開け方法の検討は、今後の課題です。
約 2 時間のめっき時間でしたが、膜厚はマイクロメーターの読み取り値で約技術を掛け合わせる100 m であることが確認できました。

電鋳と機械加工の組み合わせは相乗

正確な膜厚の測定方法についても検討効果が高いと考えています。機械加工していきたいと思います。

でマスターを作製し、電鋳で本体を作

図 3-a 電鋳品 ( 左 ) と母型 ( 右 )。

図 3 -b 外観。

図 4 レジストパターンと電鋳の組み合わせ。

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図 3 -c 内面と小径穴。