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試料を浮遊、溶融させ、精度の高い物性値（比熱、熱伝導率）を測定する方法
現状、溶融シリコン、溶融金属等を扱う製造ラインにおいて、その効率化には精度の高い物性値を用いたシミュレーションが必要であるが、十分な物性値はない。 本発明では溶融状態の試料にレーザー光を照射し、温度応答の振幅と位相差から比熱や熱伝導率などの物性値を高精度に測定することを可能にした。本発明では、浮遊溶融による高純度状態を維持し、さらに、超伝導マグネット磁場により試料の振動および回転を抑制させることにより、精度の高い物性値の測定を達成した。
リークの大きいサンプルやナノサイズのサンプルの誘電率を測定可能
誘電体は、各種の電子機器に利用されている。近年の電子機器の小型化により、電子機器に用いられる誘電体が微細化する傾向にある。このため、微細なキャパシタ構造の誘電率を精度よく測定することができる技術の開発が望まれている。また、微細なキャパシタ構造ではない場合でも、誘電体によってはリークパスと呼ばれる局所的に導電率が高い領域の存在によって、通常の電極対（例えば直径１００μｍ以上）から構成されるキャパシタ構造のインピーダンス測定を通じて誘電率を決定することが困難となることがある。 このようなリークパスを有する誘電体に対しても誘電率の測定を可能とする一つの方法として、電極サイズを極端に小さく（例えば、１μｍ以下）し、リークパスの存在位置を避けながら静電容量計測を行なう方法も考えられる。しかしながら、キャパシタ構造が微細になると、寄生容量の影響が相対的に大きくなり、誘電体の静電容量を正確に測定することが難しくなるため、誘電率を精度よく測定することが困難となる。 本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、微小領域の誘電率を精度よく測定することができる誘電率の測定方法に関する。
薄膜やナノ粒子の交流磁化率測定が可能。直流磁化率と交流磁化率の同時測定が可能
磁性材料の磁気特性を測定する従来の交流磁化率測定においては、交流磁化率を交流周波数によって検出することから、不均衡電圧と試料による検出電圧が混雑し、低周波数(< 1 kHz)で薄膜やナノ粒子など少量の試料の測定が不可能であり、生体磁気センシング等には応用できないという課題があった。 また直流磁化率と交流磁化率の測定は、それぞれ測定手法が大きく異なるため、両方の測定モードを備える測定器はあれど、その同時測定は不可能であり、測定に時間を要していた。 本発明では直流磁化率の測定手法である振動試料磁気測定法(Vibrating Sample Magnetometry：VSM法)をベースに、交流磁化率測定と新たな解析手法を組み合わせる。 これにより、側波帯の周波数で交流磁化率の検出を行い、検出感度を向上させて従来測定できなかった少量試料の交流磁化率測定が可能となる。また、直流磁化率と交流磁化率の同時測定も可能となる。従来の測定器に解析手法を組合せるだけで実現できる可能性があることも本発明の大きなメリットである。
低周波から高周波（数十MHz）の幅広い周波数帯で高精度な損失測定が可能
磁性体を用いた電子部品等の小型化のために、透磁率の小さな磁性体を高周波において高精度に損失測定することが求められる。従来、リング状試料に巻線を施し損失測定を行う評価手法においては、高周波での損失測定のために探索コイルの巻数を減らして自己共振周波数を高周波側にシフトさせる必要があるが、巻数を減らすと試料からの漏れ磁束のために損失測定値が過小評価となる問題があった。 本発明は、損失測定の際の透磁率と、別途測定した透磁率との相違を補正することで、巻数に依存せずに低周波から高周波まで高精度の損失測定を可能にする。また、既存の損失測定装置への本発明の追加は、技術的ハードルが比較的低いと考えられる。
回折光を利用し高分解能かつ高精度な絶対位置測定を実現
半導体製造装置用の高精度変位センサとして光学式リニアエンコーダが用いられており、これまでに様々なアブソリュート方式の絶対位置検出手法が実用化されている。しかし、複雑な微細パターンの組み合わせや、複雑な検出光学系が必要となるという問題がある。このため、白色光源と位置検出用の不等刻線間隔を有する回折格子を適用し、分析器のスペクトル情報をもとに、絶対位置を検出する光学式1軸エンコーダが提案されている。しかし、回折格子が直線移動する際の回転運動誤差が絶対位置の検出に影響するという課題がある。 本発明では回折光群のスペクトルを分析することで、1軸ないし2軸方向についての高分解能かつ高精度な絶対位置測定を実現できる光学式絶対位置測定装置、およびその測定方法を提供することが可能となった。本発明では、不等刻線間隔1軸回折格子が、白色光源から生成された白色光束を入射するよう設けられ、回折格子の絶対位置を、分析器で分析した光スペクトルをもとに検出したピーク波長から検出する。
早期にがん細胞のリンパ節転移リスクを評価することができる。
がん細胞のリンパ節への転移の有無は、患者の生存率に大きく影響を与える。転移後の致死率が高いことから、早期にリンパ節転移リスクを評価できることが望ましい。しかし、従来の方法（超音波、ＣＴ、ＭＲＩ、ＰＥＴなど）では、最大短径10mm以下の微小転移巣を同定することは困難であり、早期にリンパ節転移リスクを評価することは困難であった。 本発明者らは、リンパ節腫脹モデルマウスを用いた研究で、がん細胞が所属リンパ節に転移する際、リンパ節内の圧力が上昇するという知見を得た。リンパ節内の圧力を測定することで、早期にリンパ節転移のリスクを評価することができる。
感染拡大予防と経済活動の両立に貢献する
2020年から猛威を振るったSARS-CoV-2では、医療逼迫および経済活動停滞が大きな問題となった。今後発生し得るパンデミックでは、これらの課題を解決しなくてはいけない。 東アジア地域におけるSARS-CoV-2による死亡率は低く、国内感染者の多くも非重症例であることは、未知の重症化抑制因子の存在を想起させる。医療逼迫及び、経済活動停滞を防ぐため上で、感染者の重症化を予測する方法は極めて重大である。 今回発明者らは4種類の風邪HCoV(-229E、-OC43、-NL63、-HKU1)のどのウイルスが、またどの抗原(表面タンパク)で刺激した場合にSARS-CoV-2に対して最大の交差反応性を示すかという点を明らかにすることを目的に、血液収集後にHCoVペプチドとELISPOT技術により非感染者および回復期患者での反応性確認実験を行い、重症化予測式を立てることに成功し、予測法を確立した。加えて、本研究で蓄積されたデータと得られた知見は、今後懸念される新興・再興感染症の対策に生かすうえで非常に有益である。
超音波を用い厚さ数μmの高分子膜の密度を測定。
本発明は、厚さが数μm程度の薄い高分子製などの軟質薄膜に対し、超音波エコーの振幅スペクトルを解析し、超音波が軟質薄膜を通過する際に生じる音響共鳴現象を利用して単体の軟質薄膜の物性値を高精度に測定する方法である。従来法では、基板上に密着した薄膜の物性値を測定することは可能であったが、単体の薄膜を測定することは困難とされていた。本測定方法では、特殊構造の治具に薄膜を保持させ、真空引きすることにより、薄膜を基板に密着させて、超音波測定時に障害となる空気層を完全に除去することにより、音響インピーダンス、密度などの物性値測定が可能となった。
熱電能・電気伝導率・熱伝導率を1つの試料、1つのセットアップで精度高く迅速に測定可能
熱電材料の無次元性能指数ZTの算出には、熱電能・電気伝導率・熱伝導率の3種の物性値を個別に測定する必要があるため、現状は3種類の試料調整や温度依存性の測定に長い時間を要している。 また、ゼーベック効果を利用した従来の縦型熱電変換だけではなく、異常ネルンスト効果を利用した横型熱電変換が注目されている。しかし、横型熱電材料の薄膜試料のZT測定においては、3種の物性値ごとに異なる試料を用意する必要があり、試料の個体差により界面状態が異なるため正確な測定が難しい課題があった。 本発明は横型熱電材料の薄膜試料における3種の物性値の一括測定を達成する測定法に関する。同一試料・一つのセットアップで測定できるため、薄膜試料の個体差の影響を受けず、測定の簡易・迅速化を達成する。
測定範囲を拡大・調整することができ、小型かつ 安価に製造が可能
従来、マイクロやナノ領域における力の測定は、ピエゾ素子のような微小・電気機械システムトランスデューサを用いて行わる。ピエゾ素子センサは、動的な力の検出に適しているが、静的な力を検出することには適していない。これに対し、静電容量センサは、感度や安定性に優れている。また、光学力センサは、その構成が大掛かりで高価であるが、高感度な力の測定を実現できている。しかし、従来の測定装置では、測定範囲が狭く、測定範囲の縮小や測定精度の低下が生じるという課題がある。 本発明によって、測定範囲を拡げることができる高精度な荷重測定装置を提供することが可能になった。本発明は、細長く一端に荷重部が設けられた梁部材と、支持部材と、変位センサを有している。荷重部は針状のチップから成り、一方の板状脚部の表面から垂直に突出するよう固定され、変位センサは荷重部の突出方向の変位を測定できる。荷重部が測定対象物に対して回転運動を起こさないため、荷重部に対する変位センサの配置によって、測定範囲を広く保つことができる。また、本発明は測定範囲をさらに拡げることができる上、測定範囲を柔軟に調整することができ、より高精度な測定が可能となる。
膜厚が10μ未満の両面被膜を同時に精度よく非破壊検査できる
■東北大学技術のご紹介：T11-047 詳細は、お問合せ又はPDFをご覧ください。
サブミクロン以下の空間分解能を有した高周波近傍磁界測定法
GHz級の超高速通信が可能な携帯情報端末（スマートフォン、タブレット等）のRFIC(Radio Frequency IC)においてデジタル回路からアナログ回路に電磁ノイズが混入する問題が深刻化している。従来、ICチップ上の高周波近傍磁界を測定するためには、「高空間分解能」と「GHz帯の測定周波数」を有する測定法が必要であるが、既存の高周波近傍磁界測定法（Shielded loop coil型磁界プローブ、磁気光学プローブ、巨大磁気抵抗型センサー等）は、何れもその条件を満たしていない。 本発明は、磁気力顕微鏡(Magnetic Force Microscope, MFM)探針を用い、場のうなりを利用するBeating Field方式による高周波近傍磁界測定装置に関するもので、具体的には磁界測定の妨げになる電界の分離（除去）を可能とする構成とカンチレバーの駆動部および検出部の変更構成とを追加するものである。
測定対象に機械加工や表面処理を行うことなく、一度の 振動実験・振動解析で9つの独立弾性定数を計測可能
材料の特性を把握するため、基本的なパラメータである弾性定数を測定することは重要である。例えば、棒状などのシンプルな直線形状の物体では、引張試験などにより実験的に弾性定数を得ることができる。近年の3Dプリンタ技術の発展により、今日では多種多様な複雑形状の物体が成形できるようになった。一方で、このような力学的異方性を持つ複雑形状の物体の弾性定数については、従来技術では簡易に測定することが困難であった。 本発明は、力学的異方性を持つ複雑形状の物体の弾性定数について、簡易に測定する方法に関するものである。超音波共鳴法により対象物の 共鳴周波数を求めて実験的に得られる振動モードと、推定振動モードとを比較し、推定振動モードが実験値と一致するよう逆解析的に弾性定数を決定する。この比較について、アルゴリズム的な工夫を施すことで高精度に弾性定数を決定している。本測定方法の最も大きな特徴は、9つの独立弾性定数について、一度の振動実験・振動解析のみで計測できる簡易性である。
被測定物をそのままの形状で、簡単・短時間・高精度に比放射能を測定
放射能測定装置を用いたガンマ線の測定では、食品などの被測定物内でのガンマ線の自己吸収が無視できない為、自己吸収を補正する必要がある。従って、被測定物を細かく砕いてマリネリ容器に隙間なく詰め込み、放射能測定を行っている。しかし、被測定物を切り刻んで詰め込む作業は煩雑で、手間が掛かっていた。また、食品が細かい状態に砕いてしまうため、測定に使用した食品を流通させることができないという課題がある。 本発明によって、食品などの被測定物を細かく破壊することなく、簡単にその被測定物の比放射能を測定することができる非破壊放射能測定装置およびその放射能測定方法を提供することが可能になった。本発明の非破壊放射能測定装置は、ガンマ線検出部と、計数部と、質量計測部と、被測定物の比放射能を算出する算出部を有している。これによって、食品などの被測定物を切り刻むこと無く、そのままの状態で簡単に短時間かつ高精度に放射能測定が行える。
東北大学技術のご紹介（T07-098）：集光精度の高い曲率分布結晶レンズを実現！ Ｘ線強度を高め、装置の小型化、長寿命化が可能！
従来のＸ線用モノクロメータは、分光結晶を弾性的に少し曲げ、その後研磨に よって所定の回折が均一に得られるように仕上げが行われている。しかし、この弾性 限界内で変形させた作成方法では、曲率の大きな曲げができないため、大型の Ｘ線装置にしか用いることができないことに加え、弾性変形結晶の保持における変 形量の安定性、経年変化の問題もある。 本発明によって、入射角範囲が広く、集光精度の高い曲率分布結晶レンズを実 現することが可能となった。本発明の曲率分布結晶レンズは、GeまたはSiの(110) 単結晶板を高温型押し成型により塑性変形させて作られることを特徴としている。 また、本発明のＸ線反射率測定装置は、上記の曲率分布結晶レンズを備えるこ とで広角度での集光が可能となり、Ｘ線強度を飛躍的に高めることができる。
