実験/量産用 プラズマ・真空装置メーカーのアリオス株式会社の技術関連ブログ(~2014)

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技術関連2014

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2014.12.19[ マイクロ波プラズマ源とRFプラズマ源の違い① ]

皆様、こんにちは、電気グループのSです。
今回は、マイクロ波プラズマ源とRF(13.56MHz)プラズマ源の違いについて、まとめてみたいと思います。

項 目 マイクロ波プラズマ源 RFプラズマ源
周波数、波長 2.45GHz、約12cm(真空中) 13.56MHz 約22m(真空中)
プラズマ密度 同様な構成では、RFプラズマ源よりも一桁大きくできる。 通常の構成では、マイクロ波より低くなる。
電子温度 <1ev >1ev
プラズマとの結合 主に電界印加(静電結合) 静電結合(CCP)と誘導結合(ICP)の2通り。ICPのほうが高密度プラズマを作りやすい。
給電方式 導波管、同軸管、同軸ケーブル(主に200w以下)
*アリオスでは、同軸ケーブルでは500wまで実績があり。
ケーブルが直径30~40mmと太くなり、取り回しに工夫が必要となる。
同軸ケーブル
*1kwでも直径20mmと細いケーブルで給電可能。
電波漏洩への法規制 ISMバンドだが、電気用品安全法に電子レンジの漏洩電波に関する規制がある。(最大5 mw/cm2,電気用品安全法施行令参照のこと) ISMバンドのため、なし。 但し、人体保護、機器保護などの観点から、防護が必要。
大きなプラズマの作りやすさ やや難、工夫次第
λ/2ごとにムラが出来る可能性がある。波長が短いため、RFよりも大きなプラズマは作りにくい。アリオスでは、直径300mmの製作実績。
容易
λ/2ごとにムラが出来る可能性はあるが、波長が長いのでこれが問題になることは少ない。
イオン源orラジカル源 大きなイオン電流を得やすい。 N (窒素原子) ラジカルについては、RFのほうが得やすい。
価格 構成次第だが、マイクロ波電源+導波管コンポーネントと
RF電源+マッチングボックスの価格差が大きくないため、現状では、あまり変わらない。

次回もお楽しみにいただければ、幸いです。
(技術部 電気系S)
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2014.02.10 [香辛料とナノ粒子]

香辛料がナノ粒子製造という最先端技術に使われるかもしれないという話です。
クローブ
[クローブ:長さ15mmほどの香辛料です。]

クローブは、インドネシア原産の香辛料です。日本名は丁子(ちょうじ)です。
釘に形が似ていることから、この名があります。香りが強烈な香辛料です。カレー粉の香りの主成分といえるでしょう。 正露丸のような薬臭くも感じます。と思って調べたら正露丸の原料でもあるんですね。
このまま(ホール)で使うときは、食材と一緒に煮込んだりして香りを食材に移しますが、クローブそのものは食べる前に取り除きます。 また、粉末にして中華、菓子などに練り込んだりもします。紅茶、コーヒー、ワインなどに浸すとさわやかな感じになります。 クローブは、シナモン、山椒などと一緒に包んで和装用の匂い袋としても使われます。インドネシアではクローブからたばこも作られるそうです。 また、クローブから採られた精油(丁子油、Clove oil)は、殺菌、防腐作用があり、歯科用鎮痛剤としても使われるようです。

クローブの香りのもとはオイゲノールという成分で、クローブ精油(丁子油)の70-95%を占めます。 オイゲノールには還元作用があります。この性質のためか、日本刀などの刀剣類の手入れ、保存などにも使われるようです。 通常のさび止めオイルは空気を遮断してさびの発生を防ぎますが、丁子油には還元作用がありますので、それ以上のさび止め効果があるのかもしれません。 経験的に得られたものでしょうが、丁子油を刀剣類の手入れに使った知恵には驚かされます。

最近では、この還元作用を使い、丁子油で金属塩を還元し金属ナノ粒子を生成したという報告があります(参考文献 1~3)。
参考文献3は、市場で買ってきたクローブを砕いて、抽出液を作り、それに硫酸銅を混ぜて加熱して、銅ナノ粒子を得たという報告です。 銅は酸化しやすい金属の一つですので、金属銅のナノ粒子が生成できた事から考えると、還元力はかなり強いと思われます。 こうした自然にあるものを使い、環境負荷の少ない化学合成は、グリーンケミストリー(Green chemistry)、グリーン化学合成(Green synthesis)などと呼ばれ、研究例が増加してきています。

参考文献
1. Nidhija Roy, Archana Gaur, Aditi Jain, Susinjan Bhattacharya, Vibha Rani , Green synthesis of silver nanoparticles: An approach to overcome toxicity, environmental toxicology and pharmacology 36(2013) 807-812
2. Raghunandan D, Bedre MD, Basavaraja S, Sawle B, Manjunath S, Venkataraman A.Rapid biosynthesis of irregular shaped gold nanoparticles from macerated aqueous extracellular dried clove buds (Syzygium aromaticum) solution. Colloids Surf B Biointerfaces 2010;79:235-40.
3. Ipsa Subhankari, P.L. Nayak"Synthesis of Copper Nanoparticles Using Syzygium aromaticum (Cloves) Aqueous Extract by Using Green Chemistry", World Journal of Nano Science & Technology 2(1): 14-17, 2013, http://www.idosi.org/wjnst/2(1)13/4.pdf


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2013.11.21 [金属ナノ・マイクロ粒子の最新技術と応用]

金属ナノ・マイクロ粒子の最新技術と応用
シーエムシー出版 67,200円
本の表紙
北海道大学の米澤先生に声をかけていただいて、解説本の一項目を執筆させていただきました。担当させていただいたのは、液中プラズマによるナノ粒子生成に関する項目です。内容は、弊社で開発しているマイクロ波液中プラズマのみならず、液中プラズマ技術のレビューとなるように書いてみました。文献を調査する必要が生じて、なかなか時間的に厳しかったです。 是非、購入してくださいなどと個人の方に言えるような価格ではございませんが、機関などでご検討頂けたら幸いです。
出版社の当該ページ。
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2013.11.07 [技術の伝承 分子の発光スペクトル]

続けてで恐縮ですが、またまた古い本の話です。
R. W. B Pearse, A.G.Gaydon The identification of molecular spectra
本の表紙
以前から探していた本です。しばらくぶりに amazon.co.jp で検索したら新品が出品されている! 価格に少々躊躇しましたが、30秒ほど考えてクリックしてしまいました。 分子からの発光スペクトルについて、波長および帰属などが掲載されている本です。 多くの分子スペクトルがまとまった本となると非常に少なくて、 大学のある先生の研究室で見せられてからずっと入手の機会を探しておりました。 分子からの発光スペクトルは、www.nist.gov などでオンラインでデータベース検索できますが、 このデータベースもこれを参考文献としてあげていますし、 こうしたデータベースでは記載されていない帰属についての説明などコメントが付いていることも理解に役立ちます。 この本の初版は、1941年でこの第4版は1976年発行です。 たまに、古書で出てくることがあるのですが、状態を考えるとなかなか手が出せませんでした。
この本は、裏表紙の見返しに、Produced by Amazon Printed in Japanと記されています。 購入後、しばらくしたら、予約受付中となっていたので、おそらく、 オンデマンドで数がまとまったら印刷するというふうにして復刻された本なのであろうと思います。 この類の本にありがちなコピーが悪くて文字がつぶれている等ということもなく、活字のクオリティが再現されている見事な印刷です。 おそらく入手を狙っていたのは私だけではないのだろうと思います。 検索されている回数などを集計して、印刷したら売れると予想して復刻されたのでしょう。 アマゾンの思惑通りの消費行動をとったことには多少悔しい思いもありますが、 それ以上にアマゾンのマーケティングの見事さに感服するとともに、先人の叡智を入手できたことに満足しています。
本の中身
本の1ページ 分子名、帰属などの説明、波高スペクトルの波長と強さなどが記されています。 (編集子ss) img
2013.10.23 [真空に関する古い本]

本の表紙
この本は、真空関連の専門書において、コンダクタンス計算式を示す際に、引用文献として必ずと言っても過言ではないほど示される本であり、 真空排気系でコンダクタンスを精密に議論している参考書です。 アルバックの真空ハンドブックでは、空気で常温を仮定すると、コンダクタンスは~と表せるなどと、 さらりと書かれていますが、様々な条件が重なると、ここから1桁近い差が出ます。 結果的に設計余裕を大幅に見込んでおく必要があり、このことが気になっていました。
本書では、気体の粘性も含め、かなり詳細な議論がなされています。 ある分野の探求が一通り終わると、結果としてその分野の研究者がいなくなり、年を経るに従い、 教科書や参考書の内容に肉付けが無くなり、骨と皮のような式だけが残ります。 結果として、少し複雑な事になると、一から始めるか、もしくはこのようにまだ黎明期の本が残っているならばそれを探し回って、 海外から取り寄せる等といったことが必要になってしまいます。 おそらく、1950年代あたりが、コンダクタンス計算の研究者が存在した最終の年代なのでしょう。 コンダクタンスの計算は、真空装置の基幹技術です。 後世に技術を伝承する努力をもう少し頑張った方が良いのではという気もします。 この本は、結果的にニューヨークの古本屋に注文しました。 SALで送られてきたのでしょうか、注文から20日ほどで到着しました。1962年発行。 状態は良好と書かれていましたが、50年近く前の本です。この程度の損傷なら状態が良いと判断すべきでしょう。
本の中身
粘性流に関する記述のあるページ (編集子ss) img
2013.06.25 [技術の伝承 その2 波形観測用高電圧プローブ]

オシロスコープ用の高電圧プローブを現地調整で持って行かれてしまいましたが、 社内で高電圧の高周波電圧を測定する必要が生じました。それで、昔々に作った高電圧プローブを久々に作りました。 まず、太めの同軸ケーブルを10cmぐらいにカットし、外皮を剥がして、ソールドの編目銅線が見える状態にします。 ここにテフロンなどの薄いフィルムシートを被せ、さらにその外側に、銅箔あるいは編目銅線を被せ、 それぞれからリード線を出し、熱収縮チューブを被せてできあがりです。断面は下図のようになっています。
切断した図
容量分割ですので、直流電圧は伝送できませんが、わりと周波数範囲が広く数十MHzぐらいまで追従します。 外部導体1と2の間の誘電体の厚みと材質で減衰比が変化しますが、うまく選ぶと、100:1ぐらいにすることが可能です。
完成品
このプローブの作り方は、確か30年ほど前に、レーザー関連の技術者から教えて頂きました。当時のレーザーは、窒素ガスなどをパルス放電させて発光させるガスレーザーが主流で、高電圧のパルス電源を使っていました。そうした高電圧パルスを測定するために考案されたものだったようです。 (編集子ss) img
2013.06.13 [図解よくわかる電磁波化学]

編著者より、献本を頂きましたので、ご紹介したいと思います。
堀越 智 編著 図解よくわかる電磁波化学 日刊工業新聞社 \2000(税別)
本の表紙
副題にもあるように、マイクロ波、テラヘルツ、光の波長を使った化学ならびにメタマテリアルを扱っている一般向けの解説書です。 対象としている読者は、化学系ならびに電磁波を扱う学生および研究者などです。
電磁波というと、マクスウエルの方程式など難解な式の羅列で、辟易されている方も多いと思います。 電気屋にとっては、式を見つけて安心するようなところがありますが、一般の方はそうはいかないでしょう。 また、化学系の方は、そもそも大学の科目として、電磁気学があるところが少ないでしょうから、 電磁波の数式を理解する労苦は、想像にあまりあると思います。 電気系の学科でも、電磁気学は多くの学生にとって、鬼門の一つです。 この本には、数式はほとんど出てきません。この点において、 化学系ならびに一般の方でも容易に読み進めることが出来ると思われます。 マイクロ波や光の照射によって、化学反応を促進したり、 特定の反応のみを進めることが出来ます。これらの技術はすでに使用されていますが、 具体的かつ最新の研究の一歩手前当たりまでを網羅して書かれています。 一般受けする話と面白そうなのは、テラヘルツ波による薬物や爆発物の検出、 メタマテリアルによる透明マントの可能性あたりの話でしょうか。 透明マントは、新書版などで、「透明人間になる方法」(PHP)「透明人間の作り方」(宝島社新書)などがありますが、 それらよりも的確かつ専門的な記述がなされています。 これらの技術全体を見渡すには、良い解説書と思います。 (編集子ss) img
2013.05.30 [マイクロ波リークデテクタ]

業務上、2.45GHzマイクロ波を扱った実験を多数行っていますが、予期せぬマイクロ波漏洩を起こすことが皆無ではありません。 その為実験時には、少量ずつマイクロ波を印加して漏洩を確認したりします。 その際、基本的には校正されたそれなりに高価な測定器を使いますが、大型で扱いにも注意を要するので、 簡易的な測定器で代用することもあります。その様に使っている測定器の一つが下記の製品です。 ネット通販等で1万円前後で入手できます。
測定器
この測定器と精密で高価な測定器の表示の違いは、簡易的なこの測定器のほうが、数値が高く出ること。 例えば、校正された測定器が1mW/cm2を表示していたとすると、同じ位置で、2~4mw/cm2といった表示になります。 測定のレスポンスや測定方法が違うので、一概に数倍の数値が表示されるとは断定できませんが、いずれにしても、少なめに表示されることはほとんど無いので、安全サイドに振ってあるという点では、使える測定器かなと思います。 但し、大きめに表示されるということをご存じで無いと、トラブルが起きる可能性はあります。 もし、一般のご家庭で電子レンジの近くで、実際には、電気用品安全法技術基準より小さい漏洩なのに、超えていると誤認識を起こす可能性があります。 また、Wi-Fiなどの無線通信でも、電子レンジと同じ2.45GHzを使っており、このピークパワーは、電気用品安全法技術基準の電子レンジの基準よりも大きくなっています。 この測定器は、Wi-Fiに対しては、その出力がパルス的な発振であるためか、感度が低い印象を受けます。 この測定器は、様々な名前で売られています。CEM DT-2G との表記がありますが販売者によっては全く別の型番がつけられていることがあります。 実際にそうした「同じ形で違う型番」のものを入手した範囲では、ほとんどが同じものでした。しかしながら、当社の製品では無いので、保証はいたしかねます。(編集子ss)
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2013.05.15 [技術の伝承 その1]

伝統芸能に限らず、技術の世界にも、次世代への技術の伝承に関する問題があります。 必要な知識や技術であれば、心配せずとも自ずと次世代に受け継がれるという考え方もあるかと思います。 老人が「伝承しなければならない」と考える技術は、実はすでに不要となりつつある技術なのかもしれません。 次世代には次世代なりの技術があり、老人が自らの技術を次世代でも必要と勘違いしている可能性は多々ありそうです。
そうは書いても、規格品など、現在使われ、近未来も必ず使われる技術はあります。 そのような範疇に入るであろうコンフラットフランジは、意外に正しい設計や扱い方がおろそかになっている部品の一つかもしれません。 1989年に、日本真空協会(現 日本真空学会)の雑誌「真空」に掲載された論文があり、 コンフラットフランジに関する一文としては秀逸と思っておりました。おそらく、そう考えたのは私だけでは無いのでしょう。 この バックナンバーがインターネットで公開されています。 特に若い方々にとっては、意外にご存じないことが良くまとまっているのではないかと思います。
この雑誌が掲載されている データベースがあります。
また、雑誌全号のデータをご希望の方は、 日本真空学会のWebに購入の案内があります。
購入案内のフレームのみは、こちら。
ご参考までに。 (編集子ss) img
2009.02.11 [DC電源のノイズ]

何でもかんでもコストコストで、結果的に少し要求の厳しい製品を選ぼうとすると入手困難な状況に陥ることがあります。
近年は、DC 電源もスイッチングレギュレータが主流となり、 コスト低減のため出力に大きなノイズが乗っている製品が極めて多くなっています。 マイコンチップの駆動などでは、そんな電源でも問題なく使えますが、少し厳しいアナログ回路では、電源のノイズも厳しく管理していかなくては目的にあった製品を作ることが出来ない場合が多々あります。 今回も電源に起因するノイズにまつわるトラブルがあって、出力に 200mV 近いノイズが乗ってしまいました。 市販の組み込み電源やフィルターでは対処できず、結果的にドロッパー型の電源製作を決断しました。 下図は、その電源の出力ノイズレベルです。最大 5mV のノイズが見られますが、これは全て外部からのノイズで、電源を ON/OFF してもノイズレベルは全く変わりません。
ノイズ写真
これ以上落とそうとすると、ノイズカットトランスなどシールド技術を駆使することになりますが、今回はそこまでは不要でした。 おそらく丁寧に製品を探せば、スイッチングレギュレータでもこの程度にノイズを押さえ込んだ製品はあるでしょう。今回は、その時間がなかったので作ってしまいました。 (編集子ss) img
2009.01.12 [pH計を作る]

秋月電子通商のpHメータキットです。5,000 円也。 pH 計としては熱帯魚用のこれよりも安価な製品が存在しますが、壊れたときに買い替えになってしまうので、 修理可能なキットを作ってみました。液中プラズマのpHをリアルタイムで測定するなど、 液中に電界が印加しているような状況で、液中に各種センサーを投入すれば、センサーおよび測定器の破損は、 覚悟せねばなりません。万が一壊れても、破損箇所を特定して部品を交換すれば良いわけで、 そんなときにこういう配線むき出しのキットは便利です。
ご専門分野によっては、前述のプログラムやこういう電子工作はちょっと、、と思われるかもしれませんが、わりと簡単です。 特に大学などの場合は、学生のコンピュータスキルや適応能力が高いことも多く、作れ! と押し付けてしまうと意外にあっさり出来上がってしまうことも多いようです。 なお、測定という作業は大なり小なり被測定系を乱すことがあります。 pH計はもそうした被測定系を乱す作用がある測定器です。pH計のプローブからは、KCl(塩化カリウム)が溶出しています。数~数十ppmオーダーの検量を行っているときは、問題になる量になります。(編集子ss)
pHメータキット img
2008.12.29 [マイコンチップだけの装置]

パルスジェネレータ
パルスジェネレータです。これは、製品というより習作に近いものです。 最近、非平衡プラズマ生成あるいはプラズマ密度の制御のために、電源をパルス駆動することが増えています。 世の中には、測定用途のパルスジェネレータが製品として多数ありますが、 安価なものでは必要な波形が得られなかったり、逆に機能が多すぎて操作が煩雑だったりとプラズマ制御に対して必ずしも最適とはいえないのが状況です。 それで作ってしまえということにもなるわけで、これはそんな過程で製作したものの一つです。 当社の装置には、こうしたマイコン制御の装置もいくつかあります。
さて、パルスジェネレータの場合、御覧の通り中身はほぼ IC 1 個だけです。これは PIC というマイコンチップです。 出力をHにする。一定時間待つ。出力をLにする。一定時間待つ。、、、、 を繰り返すプログラムを作れば、パルスジェネレータが出来上がります。 何らかの条件が整わないとパルスが出ないようにする、 外部のボリュームで時間を変化させるなどといったこともプログラムで容易に実現できますし、 また、お客様の御要望に応じてのカスタマイズや変更も簡単です。 プログラムはさほど難しくありません。 当社では、プログラム経験のない技術系新入社員であっても、 1~4時間のレクチャーで、この程度のプログラミング能力は習得できているようです。(編集子ss)