2015, Sep.
No.

330

CONTENTS
テラヘルツ波による絶縁材料非破壊診断
LiM2015国際会議報告【光と蔭】創造と模倣コピペの時代
主な学会等報告予定【表紙図】模擬剥離欠陥検出(a)模擬サンプル概念図(b)計測信号テラヘルツ波による絶縁材料非破壊診断
李 大治
レーザー技術開発室 本越伸二

レーザーエネルギー研究チーム

テラヘルツ波は、周波数0.1〜10 THz、波長3 mm〜べる。計測系の詳細については、当研究所2015年年報

30μ m程度の電波と赤外光の中間にあたる領域の電磁（pp.1-4）を参照されたい。

波であり、その最大の特徴は光と電波の両方の長所を■ポリマー碍子剥離模擬欠陥検出兼ね備えていることにある。物質中や大気中の伝播特

近年、外被材にシリコンゴムを用いたポリマー碍子

性は電波に近く、指向性を持つことから光にも近いとを適用した電力機器の使用が開始されているが、有機いえる。またテラヘルツ波はプラスチックや紙等に対材料からなるポリマー碍子の外部絶縁性能の経年変化しても透過率が高く、X 線や放射線とは異なり生体へについてはまだ十分な情報が得られていない。特に、ポの危険性もない。このことからテラヘルツ波は現在、リマーブッシングのF R P（繊維強化プラスチック）コア

電子部品や医薬品、文化財などさまざまな対象物の非とシリコンゴム外皮の剥離や水分の侵入については、破壊検査の光源として利用されつつある。当研究所

外観の調査では確認できないことから、非侵襲で内部ではこれまで、電力設備用の絶縁材料内部の非破壊検の剥離等を検出する手法の開発が望まれている。我々

査や、半導体内部に隠された欠陥や劣化の検査など、テは、テラヘルツ波によるポリマー碍子の内部欠陥検出

ラヘルツ波を用いた新しい非破壊・非接触センシングを想定し、シリコンゴムを使用した模擬欠陥検出の測技術の開発を行ってきた。前回本誌にて透過型計測系定を行った。厚さ 1 mmのシリコンゴム平板と厚3 mmを利用した絶縁材料の透過特性評価や内部欠陥イメーのFRP平板を用いて、表紙図(a)のような剥離模擬欠陥ジングなどについて報告した（L a s e r C r o s s N o .309、サンプルを製作した。反射特性の測定結果を表紙図（b）

2013 Dec.）。しかし、実際の電力設備において、材料のに示す。時間波形には 3つのピークが存在し、早い時間透過特性を計測することは難しいため、本稿では、新たから順にシリコン平板表面からの反射信号、シリコンに構築した反射型計測系を用いた実験結果について述

平板裏面からの信号、そしてF R P表面からの信号であ次ページへつづくテラヘルツ波による絶縁材料非破壊診断が確認され、裏面の信号は塩化ビニルの吸収により減少することも分かる。塩化ビニル板とアルミニウム板が密着した図2(b)では、塩化ビニル板裏面の信号とアルミニウム表面の強い反射が重なっている。図2( c ) は塩化ビニル板と銅板との間に空気層を含む模擬剥離欠陥部の信号で、塩化ビニル板の裏面反射（33 ps付近）と銅板の表面反射（38 p s 付近）が完全に分離して確認できる。一方、水を封入した模擬欠陥部では、図2(d)に示す【図1】ケーブル被覆模擬サンプル概念図

ように、銅板表面からの反射は水に吸収されるため、図2(c)で確認できた38 ps付近の信号は確認できなかった。

る。2番目と3番目の信号ピークの時間差は5.3 psであっまた、33 ps付近に存在した塩化ビニル裏面からの反射た。光は空気中（屈折率=1 )では 1 p sで約300 μ m 進行も減少した。これは、塩化ビニルと水との屈折率が近いすることから、シリコン平板とF R P平板間の空気およために反射が減少したことによるものと考えられる。

びテラヘルツ波の反射による往復を考慮すると、隙間■まとめと今後の間隔は 795 μ mと求めることができる。我々の装置

テラヘルツ波反射測定装置を構築し、代表的な絶縁は更に短い時間差まで信号ピークを分離でき、最小で材料の反射特性を研究するとともに、掃引走査装置を100 μm程度の隙間の検出が可能である。

導入することによりサンプルの模擬欠陥検出が可能で■模擬絶縁電線の浸水検出あることを明らかにした。今後は、測定装置の空間分

電力用電線・ケーブルには、架設場所、送電電力量な解能を改善するとともに、具体的な電力設備を想定し、どに応じて多くの種類が存在する。中でも、銅線の周りその劣化診断へのテラヘルツ波の利用と技術的課題にをポリエチレン、架橋ポリエチレン樹脂で絶縁したOE、取り組む予定である。

OC電線や、ポリエチレン層の外側を塩化ビニルにより本研究は、関西電力からの受託研究により実施され耐環境性を向上させたC Vケーブルが広く利用されてた。また実験装置構築および測定解析について、大阪いる。これら絶縁層は、温度により膨張収縮を繰り返

大学レーザーエネルギー学研究センターの北原英明氏

し吸湿する。我々は、銅線と絶縁被覆の間に水が浸透に多大なご指導を頂いた。この場を借りて感謝したい。

した場合を想定し、図1に示すような模擬サンプルを作った。厚さ 0 .4 m mのアルミニウム平板に直径8 mmの穴を 3つ開けた。アルミニウム板の前面に厚さ 2 mmの塩化ビニル板を密着し、後面の 2つの開口部をテープで封じ、そのうち 1つには水を封入した。テープの後ろには銅板を接着した。このように、(a)塩化ビニル板のみ（上開口部）、(b)塩化ビニル板とアルミニウム板（開口部以外）、(c)模擬剥離欠陥（下開口部空気層）と( d )模擬浸水欠陥（下開口部水層）の 4つの異なったサンプルとした。それぞれの部分の反射特性の結果を図2に示した。図2(a)は、塩化ビニル板のみの信号で、塩化ビニル板の表面（10 ps付近）と裏面（33 p s 付近）からの反射ピーク 【図2】サンプルにより反射された時間信号
2

REPORT

LiM2015国際会議報告
主席研究員◆国際会議LiM2015開催される

藤田雅之

E n g i n e e r i n g）、E O S L E（L i g h t E n g i n e e r i n g）、去る 6月22〜25日にドイツ・ミュンヘンの国際会議

Optical Metrology（計測）、ECBO（生体/医療）といっ場でLiM2015（Lasers in Manufacturing 2015）が開た主に 8つの国際会議の集合体であり、いずれかに参加催された。LiMは“World of Photonics Congress”

登録するとすべての会議および展示会に入場できる仕（WoP）と呼ばれる巨大なイベントの一部となってお組みとなっている。

り、2年おきに開催されている。L i Mの参加者は約450◆CFRPのレーザー加工名であった。WoP 全体での来訪者はのべ 30,000人で前LiM2015では、CFRP（炭素繊維強化樹脂）のレーザー回よりも 10％増とのことである。巨大な展示会が併設加工に関する講演が14件あった（独12件、日2件）。独は、されており、出展社数は 1,227と報告されている。WoP

シュツットガルト大学から 3件、ミュンヘン工科大学、は基礎科学をカバーするCLEO-EuropeとEQEC、応用

ハンブルグ工科大学、レーザーセンターハノーバー、フ分野をカバーするLiM（レーザー加工）、EOS（EuropeanラウンホーファーI L Tからそれぞれ 2件、D r e s d e nのOptical Society）主催のEOSMTOC（ManufacturingIWS研究所から1件の講演があった。また、日本からは、

a n d T e s t i n g o f O p t i c a l C o m p o n e n t s）、E O S O F

阪大接合研、レーザー総研から各1件の講演があった。

（O p t o f l u i d i c s）、E O S M O C（O p t o m e c h a n i c a l

研究に用いられるレーザーはパルス幅200 n sの 1 k W -創造と模倣コピペの時代
ジャーナリズムはまこと風の随に全くどの方向に吹くか不安定極まりな……218

い。要するに無責任なのだ。かつて女子のお手本と新聞で讃えられた小保方晴子さんがSTAP 細胞で味噌をつけると、これでもかこれでもかと懲罰のむちがとんでくる。とうとう早稲田大学の博士論文まで掘り出してコピペで作られたことになり、理研は審査料の返還を求めるという始末である。どうも戦後教育が誇りを植え付けず、自虐を旨としたためか、かつての矜持や自負心が若者に無となったのはまことに残念である。
そしてまたまた 2020年東京五輪公式エンブレムをめぐるコピー疑義が一向に収束しそうにない。7月下旬、公式エンブレムのデザインがベルギーのある劇場のロゴに似ているとネットで話題になった。デザイ
ナーの佐野研二郎氏は当然疑惑を完全否定した。世間もたまたま似たデザインになったと大人の受け止め方であった。ベルギーのデザイナーはI O Cを相手取り地元の裁判所にエンブレムの使用差し止めを提訴してきた。
ところが佐野氏はサントリービールの賞品トートバッグのデザインの一部にコピペがあったと謝罪している。このためエンブレムをめぐる状況は一挙に不透明になってしまった。
おそらくデザインが似ているのか、似ていないのか、盗用があったのか、なかったのかは別にして、世間に不信感をもたれた以上、この一件はもう救いようがないのである。もう少し日本人は自信をもってコピペに頼らず自らの頭で独創性を発揮してもらいたいものだ。それにつけても戦後教育は全くよくなかった。
日本の歴史、日本の伝統、日本の民族性を若者にちゃんと伝えなければ初中等教育は落第である。
一言付言。親を大事にするかとのアンケートで日、米、韓、中国の中、日本が最低なのである。米国よりも低い。親を大切にしない国に成り下がったのは偏に若者への教育の間違いである。
文部科学省はこれこそ自覚すべき第一歩だ。文部と科学は別の方がいい。

【名誉所長】
3

CO2レーザー、数kWクラスのCW半導体レーザーやファ度で、この金属面の突起が樹脂に食い込んでいる（アイバーレーザー、ディスクレーザー、1k Wクラスのピンカー効果）。またi w b（I n s t i t u t e f o r M e c h a n i c a l

コ秒レーザー、紫外ナノ秒レーザー、サブナノ秒ファイ

Tools and Industrial Management）の展示ブースでバーレーザーと多種多様である。

は、F R Pの柄と刃を模したアルミの接合が実演され、◆高速加工と高品質加工のトレードオフ作製されたペーパーナイフ状のサンプルが配布されてC F R Pのレーザー加工（切断）には 2つの方向性が見いた。CWファイバーレーザーを集光し 3回、0゜/45゜

えてきた。1つはk WクラスのC Wレーザーを用いていか/90゜と方向を変えながら掃引してアルミ表面を荒らに高速で切断できるのかを探る方向、ただし、熱影響領した後、F R Pと密着させてアルミ側から半導体レー域（HAZ : Heat Affected Zone）は数100μmを許容すザーを照射して熱をかけ接合させていた。HCJ（Heatる。もう 1つは、短波長光や超短パルス光を用いていかConduction Joining）と呼ばれる手法である。にHAZが小さい（＜数10μm）加工を実現できるのかを◆最新動向を俯瞰できる講演会探る方向である。いずれの場合でも、レーザー光の高WoPでは、最新の研究成果を現場でどのように応用で速掃引が不可欠となるが、掃引方法に工夫を凝らすこきるのか、を紹介する”Application Panels”と呼ばれとでH A Zを抑制しようとノウハウが蓄積されてきている講演会が複数のテーマで企画されている。レーザーる。例えば、同じ場所を何度も往復掃引させる（同じ場加工関連では、”Industrial Laser Applications”とい所に熱が溜まりやすい）よりも、切り代を設けて切り代うテーマで 5つの講演会（超短パルスレーザー加工、３Dの両端を先に溝加工してから切り代内部を除去していプリンター、ガラス加工、等）、”Lasers and Optics”とく手法や、1回または複数回の掃引毎に短い冷却時間いうテーマで 3つの講演会（超短パルスレーザー、C W（数10ms程度）を設ける手法などが確立しつつある。

固体レーザーとファイバーレーザー、高出力半導体レー◆金属/FRPの接合が実用化の第一歩かザー）が設けられていた。2時間ほどでそれぞれのトピッ会議ではC F R Pの切断加工が数多く報告されていたが、展示会場では金属と熱可塑性樹脂を用いたF R Pクスに関する最新動向を把握することができる。

◆Phillips 社のハイパワーVCSEL（CFRPまたはGFRP：ガラス繊維強化樹脂）の接合が実”High-Power Diode Lasers”のApplication Panels

用味を帯びて展示されていた。金属とF R Pは金属同士

では、端面発光LDと面発光LD（VCSEL）の現状と将来の溶接のように混じり合うことはなく、金属とFRPを密予測が紹介されていた。代表的な半導体レーザーメー

着させて熱をかけると融点が低い樹脂が先に溶けるこカー 5社から端面発光L Dの高出力化・高輝度動向が紹とになる。したがって、金属とFRPの接合では、溶けた介されるとともに、Phillips社からハイパワーVCSEL樹脂に金属をいかに密着させるかがポイントとなる。の講演があった。直径30 μ m 程度のV C S E L 素子をア

展示会場では、フラウンホーファーI L Tのブースにレイ状に並べて約2mm角のチップを形成し、56チップ

図１に示す様な金属（ドアパネル）とG F R Pの接合サをマイクロチャンネル冷却の基板上（8.6m m ×65m m）ンプルが展示してあった。レーザーで金属側に粗面に配置し、駆動電流10 Aで 400 W 出力のエミッターがを形成して接合している。表面の粗さは数100 μ m 程開発されていた。このエミッター 6個をブロック化し、複数個並べることで 65m m ×2000m mの領域から100 k Wが出力できるとスケーリングが示されていた。
また、122mm×87mm×60mmの 4.8kW出力モジュー
ルのデザインも紹介された。

◆次回の開催予定
次回のWoPは、2年後の 2017年6月26〜29日に開催される予定である。
【図1】金属（ドアパネル）とGFRPの接合例

主な学会等報告予定
10月18日（日）〜22日（木）ICALEO 2015（米国・アトランタ）
藤田 雅之「Evaluating Performance of CFRP Laser Cutting with Ultra-Short Pulses」
Laser Cross No.330 2015, Sep.

掲載記事の内容に関するお問い合わせは、編集者代表 ・谷口誠治までお願いいたします。
（TEL:06-6879-8761, FAX:06-6877-0900, E-mail:taniguchi@ilt.or.jp）