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産総研 Annual Report 2005-2006
独立行政法人 産業技術総合研究所 2005 2006 ▼ 独立行政法人 産業技術総合研究所 広報部 出版室 〒305-8568 茨城県つくば市梅園 1-1-1 中央第２ TEL：029-862-6217 FAX：029-862-6212 E-mail：[email protected] 産総研 Home Page : http://www.aist.go.jp/ ● 本誌掲載記事の無断転載を禁じます。 C 2007 AIST contents ■ 理事長メッセージ ........................................................................................................................................................... 4 ■ ミッション ...................................................................................................................................................................... 5 contents ■ 組織 ................................................................................................................................................................................... 6 ■ 組織図 ............................................................................................................................................. 6 ■ 役員 ................................................................................................................................................. 7 ■ 人員・予算・施設 .......................................................................................................................... 8 ■ 運営諮問会議 .................................................................................................................................. 9 ■ 研究ハイライト ............................................................................................................................................................. 10 ■ 高品位な単層カーボンナノチューブの量産技術 ..................................................................... 10 ■「糖鎖」研究の３大ツールを世界で初めて開発 ....................................................................... 11 ■ 日本全国のシームレス地質図（20 万分の 1）の公開 ............................................................ 12 ■ たった一個の歯胚の細胞から骨、肝臓を再生 ......................................................................... 13 ■ 熱交換器用の熱電発電モジュール ............................................................................................ 14 ■ 全方向ステレオカメラ搭載のインテリジェント電動車いす .................................................. 15 ■ 木材からディーゼル燃料の連続合成技術 ................................................................................. 16 ■ 有機ナノチューブの大量合成技術 ............................................................................................ 17 ■ ダイヤモンドによる高効率紫外線発光ダイオード ................................................................. 18 ■ 赤い固体酸素ε相の結晶構造を解明.......................................................................................... 19 ■ ライフサイエンス ......................................................................................................................................................... 20 ■ 生命情報科学研究センター ........................................................................................................ 24 ■ 生物情報解析研究センター ........................................................................................................ 25 ■ ヒューマンストレスシグナル研究センター ............................................................................. 26 ■ 糖鎖工学研究センター ............................................................................................................... 27 ■ 年齢軸生命工学研究センター .................................................................................................... 28 ■ バイオニクス研究センター ........................................................................................................ 29 ■ 健康工学研究センター ............................................................................................................... 30 ■ 人間福祉医工学研究部門 ............................................................................................................ 31 ■ 脳神経情報研究部門 ................................................................................................................... 32 ■ 生物機能工学研究部門 ............................................................................................................... 33 ■ セルエンジニアリング研究部門 ................................................................................................ 34 ■ ゲノムファクトリー研究部門 .................................................................................................... 35 ■ シグナル分子研究ラボ ............................................................................................................... 36 ■ 器官発生工学研究ラボ ............................................................................................................... 37 ■ 創薬シーズ探索研究ラボ ............................................................................................................ 38 ■ バイオセラピューティック研究ラボ ........................................................................................ 39 ■ 情報通信・エレクトロニクス ..................................................................................................................................... 40 ■ 次世代半導体研究センター ........................................................................................................ 44 ■ グリッド研究センター ............................................................................................................... 45 ■ デジタルヒューマン研究センター ............................................................................................ 46 ■ 近接場光応用工学研究センター ................................................................................................ 47 ■ システム検証研究センター ........................................................................................................ 48 ■ 情報セキュリティ研究センター ................................................................................................ 49 ■ 知能システム研究部門 ............................................................................................................... 50 Annual Report 05-06 ■ エレクトロニクス研究部門 ........................................................................................................ 51 ■ 光技術研究部門 ........................................................................................................................... 52 ■ 情報技術研究部門 ....................................................................................................................... 53 ■ 超高速光信号処理デバイス研究ラボ ........................................................................................ 54 ■ 強相関電子技術研究センター .................................................................................................... 60 ■ 界面ナノアーキテクトニクス研究センター ............................................................................. 61 ■ ダイヤモンド研究センター ........................................................................................................ 62 ■ ナノカーボン研究センター ........................................................................................................ 63 ■ デジタルものづくり研究センター ............................................................................................ 64 ■ ナノテクノロジー研究部門 ........................................................................................................ 65 ■ 計算科学研究部門 ....................................................................................................................... 66 ■ 先進製造プロセス研究部門 ........................................................................................................ 67 ■ サステナブルマテリアル研究部門 ............................................................................................ 68 contents ■ ナノテクノロジー・材料・製造 .................................................................................................................................. 56 ■ 環境・エネルギー ......................................................................................................................................................... 70 ■ 化学物質リスク管理研究センター ............................................................................................ 74 ■ ライフサイクルアセスメント研究センター ............................................................................. 75 ■ パワーエレクトロニクス研究センター .................................................................................... 76 ■ 爆発安全研究センター ............................................................................................................... 77 ■ 太陽光発電研究センター ............................................................................................................ 78 ■ 固体高分子形燃料電池先端基盤研究センター ......................................................................... 79 ■ コンパクト化学プロセス研究センター .................................................................................... 80 ■ バイオマス研究センター ............................................................................................................ 81 ■ 水素材料先端科学研究センター ................................................................................................ 82 ■ ユビキタスエネルギー研究部門 ................................................................................................ 83 ■ 環境管理技術研究部門 ............................................................................................................... 84 ■ 環境化学技術研究部門 ............................................................................................................... 85 ■ エネルギー技術研究部門 ............................................................................................................ 86 ■ メタンハイドレート研究ラボ .................................................................................................... 87 ■ 地質 ................................................................................................................................................................................ 88 ■ 深部地質環境研究センター ........................................................................................................ 92 ■ 活断層研究センター ................................................................................................................... 93 ■ 地圏資源環境研究部門 ............................................................................................................... 94 ■ 地質情報研究部門 ....................................................................................................................... 95 ■ 標準・計測 .................................................................................................................................................................... 96 ■ 計測標準研究部門 .................................................................................................................... 100 ■ 計測フロンティア研究部門 ..................................................................................................... 101 ■ 実環境計測・診断研究ラボ ..................................................................................................... 102 ■ データ ......................................................................................................................................................................... 104 ■ アクセス ..................................................................................................................................................................... 107 ■ 研究拠点所在地 ........................................................................................................................ 107 ■ つくば本部（つくばセンター）エリアマップ ...................................................................... 108 ■ 常設展示施設 .............................................................................................................................................................. 109 Annual Report 05-06 message message イノベーションハブ機能の確立へ 産業技術総合研究所では、 基礎研究と製品化の間に存在する大きなギャップあるいは悪夢を乗り越える ため、 発見・発明した知識を幅広く選択・適用・融合することにより製品化を目指す研究、これを「本格研究」 と名づけ強力に推進し、パフォーマンスの向上を評価されてきました。2004 年、第 2 期に入った産総研に は、 新たなモデルから生まれる具体的な成果の提示が期待されています。 産総研は研究機関であると同時に我が国のイノベーションの起爆力であることが求められています。 産総研では 「イノベーションハブ」 の概念を第 2 期の中心軸に据え、国民の負託に真正面から応えようとし ています。 イノベーションのメカニズムを時代の変化の中で改めて体系的に捉え、産総研のリソースを活用したイ ノベーション起爆力を設計し、 かつ実践していく必要があります。さらに日本社会の科学技術推進に携わ る多様な人材育成を、産業界、アカデミー、国際の広い視野で設計し、機関間流動が個人と組織の両面から 活性化されるしくみを作っていくことが重要です。 産業セクター、 基礎科学研究セクター、 行政セクターを貫いた、外部との密接なインタラクションによっ て、 産総研は 「持続的発展可能な社会の構築」という人類共通の課題の実現に強力に貢献していきます。 独立行政法人 産業技術総合研究所 理事長 吉川弘之 Annual Report 05-06 mission 産総研では、 「持続的発展可能な社会を構築する」という基本理念のもとに、経済産業政策との整 合性を図りつつ、リスクの高い革新的技術シーズの創出と、実効ある研究成果の市場化を促進す ることを目指し、次の４つのミッションを定めました。 自然と共生した安全・安心で質の高い生活の実現に資する研究開発を戦略的に推進します。 mission 持続的発展可能な社会実現への貢献 産業競争力強化等への貢献 産業技術の革新による産業競争力の強化及び我が国の産業構造変革の推進に貢献します ( イノベーション ハブ機能の強化 )。 産業政策の地域展開への貢献 地域の技術的特性を踏まえた世界水準の研究開発を実施します。また、地域の産学官との連携強化による 地域産業技術の発展に貢献します。 産業技術政策立案等への貢献 産業科学技術動向に関する情報収集・分析により、国が取り組むべき研究開発課題を抽出し、中長期的な 産業技術戦略に関する政策立案に貢献します。 イノベーションハブ 産総研 産業セクター 基礎科学研究セクター 行政セクター Annual Report 05-06 Annual Report 05-06 ● ● ● ● ● ● ● シグナル 分 子 研 究ラボ 器 官 発 生 工 学 研 究 ラボ 創 薬 シ ー ズ 探 索 研 究 ラボ バイ オセラピューティック 研 究ラボ 超 高 速 光 信 号 処 理 デバイス 研 究ラボ メタンハイドレー ト 研 究ラボ 実 環 境 計 測・診 断 研 究ラボ 研 究コア ● アジア・バイ オマスエネルギ ー 研 究コア ● 爆 発 安 全 研 究コア ● 深 部 地 質 環 境 研 究コア 総 合センタ ー ● 地 質 調 査 総 合センタ ー ● 計 量 標 準 総 合センタ ー ● 標準・計測分野 ● 地質分野 ● ナノテクノロジー・材料・製造分野 ● 環境・エネルギー分野 ● 情報通信・エレクトロニクス分野 研 究 コ ア・ 総合センター 研究分野 ● ライフサイエンス分野 複数ユニットから構成される領域を組織として定義し、代表性を付与． 北 海 道センタ ー 東 北センタ ー つくばセンタ ー 臨 海 副 都 心センタ ー 中 部センタ ー 関 西センタ ー 中 国センタ ー 四 国センタ ー 九 州センタ ー 一定の継続性をもった研究展開とシーズ発掘． ボトムアップ型テーマ提言と長のリーダーシップによるマネージメント． 環境安全管理部 管理監 広報部 法務室 情 報 公 開・個 人 情 報 保 護 推 進 室 男女共同参画室 技術情報部門 産学官連携推進部門 知的財産部門 国際部門 研究業務推進部門 能力開発部門 財務会計部門 研究環境整備部門 人間福祉医工学研究部門 脳神経情報研究部門 生物機能工学研究部門 セルエンジニアリング 研 究 部 門 ゲノムファクトリ ー 研 究 部 門 知 能システム研 究 部 門 エレクトロニクス 研 究 部 門 光技術研究部門 情報技術研究部門 ナノテクノロジー 研 究 部 門 計算科学研究部門 先 進 製 造 プロセス 研 究 部 門 サステナブルマテリアル 研 究 部 門 ユビ キタスエネルギ ー 研 究 部 門 環境管理技術研究部門 環境化学技術研究部門 エネルギ ー 技 術 研 究 部 門 地圏資源環境研究部門 地質情報研究部門 計測標準研究部門 計 測フロンティア研 究 部 門 研 究 ラボ 研究拠点 産総研組織図 研究関連・管理 理 事 長 業務推進本部 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 研 究 部 門 企画本部 研究部門 異分野融合の促進、行政ニーズへの機動的対応． 新しい研究センター、研究部門の立ち上げに向けた研究推進． 副理事長 理 事 研 究コア・総 合センタ ー 重要課題解決に向けた短期集中的研究展開 （最長７年） ． 研 究 ラ ボ 研究資源 （予算、人、 スペース） の優先投入． トップダウン型マネージメント． 研 究 ラボ 研究センター 監 事 研究部門 (21) 研 究センタ ー (7) フェロー 産 業 技 術 ア ー キテ ク ト 研 究コー ディネ ータ イノベーション推 進 室 情報化統括責任者 次期情報システム研究開発推進室 先 端 情 報 計 算センタ ー 特 許 生 物 寄 託センタ ー ベンチャー 開 発 戦 略 研 究センター 地 質 調 査 情 報センタ ー 計 量 標 準 管 理センタ ー 生 物 情 報 解 析 研 究センタ ー ヒューマンストレスシグナル 研 究センタ ー 年 齢 軸 生 命 工 学 研 究 センタ ー バイ オニクス 研 究センタ ー 健 康 工 学 研 究 センタ ー 糖 鎖 医 工 学 研 究 センタ ー 生 命 情 報 工 学 研 究 センタ ー 次 世 代 半 導 体 研 究センタ ー グリッド 研 究センタ ー デジタルヒューマン研 究センタ ー 近 接 場 光 応 用 工 学 研 究 センタ ー システム検 証 研 究センタ ー 情 報セキュリティ研 究センタ ー 強 相 関 電 子 技 術 研 究センタ ー 界 面ナノアー キテクトニクス 研 究センタ ー ダイ ヤモンド 研 究センタ ー ナノカ ーボン研 究センタ ー デジタルものづく り 研 究センタ ー 化 学 物 質リスク 管 理 研 究センタ ー ライフサイクルアセスメント 研 究センタ ー パワ ーエレクトロニクス 研 究センタ ー 太 陽 光 発 電 研 究センタ ー 固 体 高 分 子 形 燃 料 電 池 先 端 基 盤 研 究センタ ー コンパクト 化 学 プロセス 研 究センタ ー バイ オマス 研 究センタ ー 水 素 材 料 先 端 科 学 研 究センタ ー 新 燃 料 自 動 車 技 術 研 究センタ ー 活 断 層 研 究センタ ー (3) 研究推進 参 与 顧 問 名誉フェロー 運営諮問会議 organization 評価部 監査室 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● (28) 研 究センタ ー (2) 2007年4月1日現在 organization 役員紹介 2007 年 4 月1 日現在 理事 加藤 碵一 ベンチャー開発戦略研究センター長兼任 研究環境整備部門、地域センター（つく ばセンターを除く） 、地質調査情報セン ター担当 TEL : 03-5501-0821 TEL : 029-862-6025 副理事長 曽良 達生 理事 一村 信吾 つくばセンター所長兼任 男女共同参画室、監査室担当 産学官連携推進部門、知的財産部門、特 許生物寄託センター担当 TEL : 029-862-6025 TEL : 029-862-6415 理事 吉海 正憲 理事 伊藤 順司 企画本部長兼任 技術情報部門担当 産業技術アーキテクト、 イノベーション推進室長兼任 ベンチャー開発戦略研究センター担当 TEL : 03-5501-0803 TEL : 029-862-6025 理事 小林 憲明 理事 山﨑 正和 業務推進本部長兼任 能力開発部門、財務会計部門、研究業務 推進部門、法務室、情報公開・個人情報 保護推進室担当 国際部門担当 TEL : 03-5501-0821 TEL : 029-862-6025 理事 中島 尚正 organization 理事長 吉川 弘之 理事 渡邉 浩之 評価部長兼任 TEL : 029-861-2009 理事 小林 直人 TEL : 03-5501-0821 監事 鈴木 安雄 環境安全管理部長兼任 TEL : 029-862-6371 理事 小野 晃 TEL : 03-5501-0813 監事 中村 勉 次期情報システム研究開発推進室長、広 報部長、情報化統括責任者、つくばセン ター所長代理兼任 先端情報計算センター、計量標準管理セ ンター担当 TEL : 029-862-5986 TEL : 03-5501-0814 Annual Report 05-06 organization 人員 平成 18 年 4 月 1 日現在 常勤職員 3,209 名 ◦研究職員数 2,505 名 ［うちパーマネント］ ［ 2,027 名 ］ ［うち任期付］ ［ 478 名 ］ 704 名 ◦事務職員数 産学官連携制度等による研究員等受入実績 ◦ポスドク 約 650 名 ◦企業から 約 800 名 ◦大学から 約 2,000 名 ◦海外から 約 850 名 ◦その他法人等から 約 950 名 標準・計測分野 ライフサイエンス分野 18% 15% 地質分野 11% 16% 情報通信・ エレクトロニクス分野 17% 23% 環境・ エネルギー分野 ナノテクノロジー・ 材料・製造分野 研究分野別の研究職員構成 予算 平成 18 年度 （単位：百万円） その他収入 3,851 施設整備費補助金 施設整備費 5,800 5,800 外部受入資金 22,486 運営費交付金 収入 98,574 66,437 人件費 35,002 直接研究費 支出 98,574 44,626 13,146 研究関連・管理部門経費 施設 総敷地面積 総延床面積 Annual Report 05-06 平成 18 年 4 月 1 日現在 約 2,513,156.98m2 約 770,971.30m2 産業技術総合研究所運営諮問会議は、国内外各界の指 導的有識者をメンバーとして、研究所の研究活動全般、資 源配分方式・評価システム等の運営および将来の研究所 の向かうべき方向などについて、外部の視点から総合的 に検討を行い、 助言を得ることを目的としています。 第 4 回会議は、 2006 年 2 月 6 日〜 7 日の 2 日間、 「イノベー ションエンジンとしての産総研の第 2 期戦略について」 を 討議内容として、 つくばセンターで開催されました。 会議では、理事長の「第 2 期をスタートして」の説明に 続き委員との意見交換、委員および当所役員によるイノ ベーションハブ戦略に関する討議等、活発な議論が交わ されました。また、3 グループに分かれての研究現場見 学と研究者との意見交換が行われました。 organization 運営諮問会議 メンバー 相澤 益男（議長） 東京工業大学学長 麻生 渡 福岡県知事 伊佐山 建志 日産自動車株式会社副会長 歌田 勝弘 味の素株式会社特別顧問 内ヶ崎 功 日立化成工業株式会社取締役会長 小宮山 宏 東京大学総長 中西 友子 東京大学大学院農学生命科学研究科教授 野中 ともよ 特定非営利活動法人金融知力普及協会理事 Lord Broers Chairman of House of Lords Select Committee for Science and Technology Hans-Jörg Bullinger President, Fraunhofer-Gesellschaft, Germany Geoff Garrett Binglin Gu Richard K.Lester Chief Executive, Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), Australia President, Tsinghua University, China Professor, Nuclear Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology (MIT) and Founding Director, MIT Industrial Performance Center, USA Sakarindr Bhumiratana President, National Science and Technology DevelopmentAgency (NSTDA), Thailand Hratch G. Semerjian Deputy Director, National Institute of Standards and Technology (NIST), USA Annual Report 05-06 highlight highlight 高品位な単層カーボンナノチューブの量産技術 現在市販の単層カーボンナノチューブ （SWCNT）は、純 度あるいは結晶性といった面で高品質なものが極めて少 なく、工業材料としての要件を満たしているとはいえな いために、産業応用を図る上で大きな障害でした。そこ で私たちは、粗生成物の段階でこれまでに無いほどの高 純度低欠陥な、夢の SWCNT 量産プロセスの実現を目指 して 「直噴熱分解合成法」という技術開発に取り組んでい ます。 直噴熱分解合成（DIPS：Direct Injection Pyrolytic Synthesis）法は、触媒を含む炭素原料をスプレーで霧 状にして反応器に導入することによって、流動する気 相中で連続的に SWCNT を合成する技術で、高品質な SWCNT を合成するためには、反応器内部 （反応場）の原 料割合や温度などを最適な状態に精密制御することが 重要であることがわかりました。この DIPS 法によっ て、SWCNT の純度及び結晶性 （グラファイト化度）が飛 躍的に改善され、従来技術と比較して、純度が 50％から 95％以上に向上し、構造欠陥は 10 分の１以下に低減させ ることが可能となりました。また、この高純度低欠陥な SWCNT は、SWCNT の構造材料への応用において従 来必須と考えられてきた表面改質やバインダーなしで、 未精製のまま高強度繊維（SWCNT ワイヤー）の紡糸や SWCNT シートを作製することもできる優れた特性を示 します。 現在私たちは、この高品質 SWCNT を用いて、医療、生 物、化学、複合材料等の幅広い分野での産業応用に関する 研究開発を考えており、特にナノテクノロジーを応用し た複合材料などバルク材料開発において著しい研究の加 速が見込まれます。高品質 SWCNT 量産技術の開発は、 単に SWCNT の品質向上を達成しただけでなく、上述の ように加工プロセスにおいてもこれまでにない画期的な 利点を有することから、これを機会に今後の SWCNT の 産業応用において大きなブレークスルーがもたらされる と期待されます。 DIPS 法で合成した SWCNT 超高純度 SWCNT シートで作った折り鶴 B A Fi be rD ire ct io n 90 µm (Average : 80 µm) 表面修飾やバインダーなしで作った SWCNT ワイヤーの 電子顕微鏡写真（A）と拡大図（B） ナノカーボン研究センター 斎藤 毅 10 Annual Report 05-06 highlight 「糖鎖」研究の３大ツールを世界で初めて開発 2）糖鎖ライブラリの合成 1）の糖鎖合成酵素（糖転移酵素）を利用すると、簡 単にヒト型糖鎖を合成できます。これを自動化するため、 糖鎖ライブラリ自動合成ロボットを作りました。さまざ まな糖転移酵素の組み合わせにより、数百 µg 程度です が目的の糖鎖構造を自動で合成できるようになりました。 3）合成した糖鎖ライブラリを標準品として構造解析技術 を開発 n （ （株） 島津製作所製 多段階のタンデム質量分析（MS ） の AXIMA-QIT-TOF を使用）を行なうと、ほとんどの 糖鎖はそれぞれ独自のスペクトルパターンを示すことが わかってきました。MSn とは、MS/MS を発展させ、前 駆イオンの選択と前駆イオンから生成するイオンの分離 をｎ回繰り返す分析法です。多種多様の糖鎖の MSn スペ クトルを測定した後、MSn スペクトルライブラリを構築 しデータベースに収めました（Cabos DB と命名） 。さら にこのライブラリを活用して、三井情報開発（株）および （株）島津製作所と共同で糖鎖微量迅速解析システムを開 1）ヒト糖鎖遺伝子の網羅的発見と解析 発しました。このシステムを用いると、糖鎖のリンケー 6 年前には 110 種類のヒト糖鎖遺伝子が報告されていま ジ位置や分枝構造はもちろん、グリコシドのα、βやジ した。私たちは、糖鎖遺伝子に特徴的なモチーフ配列と アステレオマーの区別（例えば Gal と Man、GlcNAc と トポロジーを見出し、これをパラメータとして、バイオ GalNAc の区別）まで含めた精密な糖鎖構造が判別可能 インフォーマティクスの技術によりデータベースから新 です。このシステムの特長は、誰でも簡単に測定できる 規な糖鎖遺伝子候補を 105 種類見つけ出しました。これ MALDI 型質量分析計を用い、糖鎖の質量分析の専門家 らをすべてクローニングし、さまざまな系を用いてリコ ンビナント酵素として発現解析を行いました。その結果、 でなくても、フラグメントイオンの詳細な帰属を行うこ となく、わずか 1 ナノグラムの試料から数分で複雑な糖 新規に 43 種類の糖鎖合成に関わる糖鎖遺伝子の解析を終 鎖構造を解析できることです。 了しました。既知遺伝子も含めて、現在、183 種類のヒト 糖鎖遺伝子をライブラリとして整備し、だれでも簡単に リコンビナント酵素として発現できるようになりました。 highlight 生体の多くのタンパク質や脂質は糖鎖修飾を受けてお り、糖タンパク質・糖脂質として存在します。特に、体 液中や細胞膜のタンパク質はほとんどが糖タンパク質で あり、最近では、核タンパク質・細胞質タンパク質も糖 鎖修飾を受けることがわかってきました。糖タンパク質 は、糖鎖修飾が完成されてはじめて生理機能を発揮でき るようになるのですが、多くの研究者は糖鎖の構造や機 能について研究することはありませんでした。それは糖 鎖研究のための基盤技術が開発されていなかったからで す。この 5 年間に私たちは以下の 3 点の基盤技術の開発 を行ってきました。 1）ヒトの糖鎖合成に関わる糖鎖遺伝子の網羅的発見とそ の基質特異性の解析 2）その糖鎖遺伝子をリコンビナント酵素として発現し、 それを用いたヒト型糖鎖ライブラリの合成 3）合成された糖鎖ライブラリを標準品として用い、質量 分析装置による糖鎖構造解析システムの開発 エンザイムキュー合成法 糖鎖ライブラリ 多種類の糖転移酵素 2. 糖鎖ライブラリ合成ロボット 1.糖鎖遺伝子 3. 糖鎖微量迅速解析システム ヒトゲノム 糖鎖MSn スペクトルDB 多段階タンデム質量分析（MSn） 分析試料 質量分析計 糖鎖構造 「糖鎖」研究 3 大ツールの開発 糖鎖工学研究センター 成松 久 （2006.12.1 糖鎖医工学研究センターに改称） Annual Report 05-06 11 highlight highlight 日本全国のシームレス地質図（20 万分の 1）の公開 地質図は、国土の開発・防災・環境保全などには欠か せない基盤情報です。それを利用しやすいものにするた め、日本全域にわたる新しいタイプの地質図 「日本シーム レス地質図 （20 万分の 1） 」を完成させ、研究情報公開デー タベース （RIO-DB） を通じて公開しました。 地質情報研究部門では、縮尺 20 万分の 1 の地質図を長 年に渡って区画ごとに作成してきましたが、作成年に隔 たりがあり、地質学の進歩により解釈が変更されたりす るため、隣接する区画で地質図の地層区分や地質年代の 解釈が異なっていたり、地質境界がずれている場合が多 くみられました。この問題を解決し、より分かりやすく、 使いやすい地質図として作成されたのが、このシームレ ス地質図です。 シームレス地質図とは、全国統一凡例を用いて地質情 報を統一した基準で表現し、それを日本国土全域で連続 化させた地質図です。作成過程では、まず全国規模で利 用できる統一凡例を作成します。次に既存の地質図をベ クトル形式で数値化した後、それぞれの地質属性を全国 統一凡例に置き換えました。そして隣接する区画同士の 地質境界を地理情報システム（GIS）上で連続させました。 この作業はそれぞれの地域の専門家の知識と経験に基づ いて行われました。 シ ー ム レ ス 地 質 図 に は、ホ ー ム ペ ー ジ（http://www. aist.go.jp/RIODB/db084）を 開 設 し た 2003 年 3 月 か ら 2006 年 11 月までに 13 万 8000 件を超えるアクセスがあ りました。また利用に関する問い合わせは、防災や環境 に関する学際的研究への応用から企業における業務利用 まで多岐に渡っています。国土の基盤情報として、今後 もさらなる整備を継続する予定です。 ウェブ上で利用するシームレス地質図 シームレス化のプロセス 全国統一凡例 2005年7月21日現在 凡例の統一 シームレス化 地質境界の連続化 オリジナルの地質図幅 デジタルシームレス地質図 連続ズームで閲覧する シームレス地質図 地質情報研究部門 脇田 浩二 12 Annual Report 05-06 highlight 近年、細胞を用いて難治性疾患の治療を行うという再 生医療分野の研究の進歩はめざましく、種々の分野で臨 床応用研究が開始されつつあります。特に、患者自身の 骨中に存在する間葉系幹細胞を用いた骨・軟骨・心筋の 再生研究はすでに応用段階にきており、産総研において も、世界に先駆けて間葉系幹細胞由来の培養骨を人工関 節に組み込むなど、精力的な応用研究を行っています。 また、これまで骨・軟骨・脂肪組織のみに分化すると考 えられていた間葉系幹細胞が種々多彩な組織へ分化能力 を持つという事実が明らかにされ、さらに骨以外にもこ の間葉系幹細胞が存在することが示唆されつつあります。 私たちは、新たな細胞源として歯の組織（歯胚）に注 目しました。歯胚組織は歯の原基であり、口腔粘膜上皮 と間葉組織の増殖したものです。それが成熟し歯として 完成するまでの前段階として歯胚となります。歯胚はエ ナメル器・歯乳頭・歯小嚢から構成されます。歯胚から 歯の完成にともない、エナメル器はエナメル質、歯乳頭 は歯髄と象牙質、歯小嚢はセメント質・歯根膜・歯槽骨 になります。 今回私たちは、矯正治療前の骨性完全埋伏の親知らず の抜歯の際に破棄される歯胚の間葉系細胞をたった一個 から増殖させ、その細胞を骨細胞・肝細胞・神経細胞へ 分化させることができました。さらに、歯胚細胞を免疫 不全動物に移植し、骨組織（図）と肝臓組織の再生に成 功しました。歯胚組織は歯科治療中に破棄される組織で あることから、従来の医療システムに従った採取経路か ら歯胚細胞の採取が可能と考えられます。また、その細 胞が高い分化・増殖能力を有することから、これまでの 再生医療の課題を解決しうる細胞であると考えられ、今 後のさらなる研究の発展が期待されます。 highlight たった一個の歯胚の細胞から骨、肝臓を再生 増殖 歯胚細胞 セラミック多孔体に播種 シャーレに播種 体外 Ex vivo シャーレ上に形成された骨 体内 In vivo ラット皮下へ移植 セラミックに形成された骨 歯から骨を造るヒト歯胚細胞による骨組織の再生 セルエンジニアリング研究部門 池田 悦子・大串 始 Annual Report 05-06 13 highlight highlight 熱交換器用の熱電発電モジュール 最近、スチームオーブンや食器洗い機など過熱水蒸気 （100℃より高温の水蒸気）の家庭での利用が広がってい ます。しかし、ガス燃焼で直接に熱交換を行う方法では、 部品の熱劣化や火炎温度の低下による一酸化炭素（CO） の発生が問題となります。私たちは、大阪ガス株式会社・ エネルギー技術研究所と協力して、発電に加え、ガス 燃焼型水蒸気発生器の問題解決も可能なパイプ型熱電モ ジュールの開発を試みました。 新たに開発する水蒸気発生器では、天然ガスの燃焼火炎 内でモジュールを冷却するための水を用い、過熱水蒸気を 生成します。そのため、モジュールの表面温度は 1000℃ を超える温度で加熱しなければなりません。つまり、パイ プ型モジュールの熱電素子には、優れた発電特性だけでな く、火炎に対して高い耐久性が要求されます。そこで、私 たちが開発した耐熱性に優れたセラミックス熱電材料を用 いて作製したのが下図に示すパイプ型モジュールです。 このモジュールの全長は 30cm で、64 対の p-n 型セラ ミックス素子対から構成されています。モジュールを元 止め式湯沸かし器に取り付け給湯を行いました。モジュー ル表面は天然ガスの燃焼火炎に曝されており、パイプ中 には湯沸かし器から得られた温水の一部を流しました。 モジュール表面付近は 1000 ～ 1200℃になっており、その 終端からは約 200℃の過熱水蒸気が得られました。また、 1 本のモジュールから 1.3 ～ 1.5V、0.28W の電力を得るこ とができました。 今後、モジュールの改良により発電量を増加できれ ば、電源が必要のない完全自立型蒸気発生器を実現する ことができます。また、セラミックス素子による鋼管表 面の保護効果により熱交換器の寿命を延ばすこともでき、 モジュール表面の温度を水量などで制御すれば、CO や NOx の発生を抑制することも期待できます。このように、 今回開発したモジュールは、ガス機器の安全性、利便性 を高め、日常生活をより快適にするだけでなく、使われ ていなかった高温エネルギーの利用により省エネルギー にも貢献するものと考えています。 30 cm 直接熱交換可能なセラミックス製パイプ型熱電モジュール ナノテクノロジー研究部門 舟橋 良次 14 Annual Report 05-06 highlight 障害者や高齢者の生活の質の向上のための技術開発は 社会的に重要な課題であり、まさに最先端の IT 技術の活 用が望まれる分野です。近年電動車いすの普及により、 従来は外出が困難であった障害者 （ユーザー）でも、自由 に外出できるようになりつつあります。しかし一方で、 衝突や転倒、移動中の突然の体調不良などの事故が増加 しており、走行中に起きるさまざまな危険を検出して安 全な走行を確保する機能と、ユーザーの意図や異常を機 械がキャッチして 「ユーザーを見守る」ための機能の実現 が望まれています。 近年自動車では、追突の危険性を事前に予測して自動 的にブレーキをかけたり、自動的に前走車に追従するな どのインテリジェントシステムが既に実用化されていま す。しかし、道路を走行する自動車と異なり電動車いす は人混みなどさまざまな生活空間での使用が前提となる ため、その実現には次世代のセンシング技術を用いる必 要がありました。 そこで産総研では、前後・上下・左右すべて死角のな い全方向のカラー動画像と 3 次元情報を、同時かつリア ルタイムに取得できる 「全方向ステレオシステム」（佐藤 雄隆研究員らが JST 岐阜県地域結集型共同研究事業で 開発）を電動車いすに搭載し、障害物への衝突や段差から の落下などの危険を未然に防止する機能や、ユーザーの 乗車姿勢やジェスチャなどを認識する機能など、安心で 安全な移動を支援するための様々な機能を持つインテリ ジェント電動車いすを開発しました。 図左のように全方向ステレオシステムはユーザーの頭 上に設置されます。歩行時の目の高さに近いこの位置は、 生活環境中の危険を検出するうえで合理的です。また、 車いすの周囲環境とユーザーの状態を同時に観測するこ とができます。走行中電動車いすは、全方向にわたって 障害物や段差などを検出し、危険が認められる場合には 自動的に減速・停止します。更に、ユーザーの乗車姿勢 が通常と大きく異なる場合に緊急停止する機能や、エレ ベータのボタンなどに手が届かない場合に適切な位置ま で自動的に前進してくれるジェスチャ認識機能などを持 ち、ユーザーを強力にサポートします。 この技術は高性能のロボット技術の福祉機器への応用 と考えることができます。障害者や高齢者が安心して快 適に生活できる社会を目指して今後も技術の高度化を進 めます。 highlight 全方向ステレオカメラ搭載のインテリジェント電動車いす 全方向画像 左は世界地図と同じメルカトル図法で表示したもの。 右は球状に表示したもの。中央にはユーザーが映っている。 インテリジェント電動車いすの外観 画像データを処理するコンピュータは 座席の背もたれ後部に納められている。 下り階段を検出し自動停止 乗車姿勢の異常を検出し緊急停止 右のような状態が続く場合には自動的に携帯電話で 家族などに異常を通知することもできる。 ジェスチャの認識 障害物だけでなく段差の検出も行っているため、 手が届かない場合に手を伸ばし続けていると、 自動的に このような危険なケースでも自動停止することができる。 車いすが微速前進する。 手を戻すか、 障害物に当たる直前で自動的に停止する。 情報技術研究部門 佐藤 雄隆 Annual Report 05-06 15 highlight 近年、CO2 排出の主因とされる化石燃料に代わるエ ネルギーが必要とされています。その一つとして、その 使用により大気中の CO2 濃度を増加させない、いわゆる カーボンニュートラルであるバイオマスエネルギーが注 目されています。一方軽油は、年間 4000 万 kL 使用され ており、われわれが社会生活を営む上で重要です。近年、 硫黄化合物が超低濃度の軽油の使用が望まれています。 木質バイオマスは硫黄含有率が低いため、クリーンな軽 油の製造に適しています。 このような背景から、木質バイオマスによる軽油製造 プロセスの開発が重要ですが、その経済性が上がりませ ん。その理由の一つに、木材の収集コストが高いことが あります。その解決策として、大型プラントへ木材を収 集するのではなく、木材の集積所へ持ち込んで利用でき る可搬型の小型プラントが有望と考えられます。 木質バイオマスから軽油などの液体燃料を製造するに は、ガス化を経由するルートが考えられます。従来のプ ロセスでは、木質バイオマスを高温 （600 ～ 1000℃）でガ ス化し、室温で水などを用いてガスを精製した後、昇圧お よび再加熱工程を経て、ガス中の一酸化炭素と水素から Fischer-Tropsch（FT）反 応 （200 ～ 350 ℃、2 ～ 5MPa） によって炭化水素を合成し、水素化分解を経て軽油を製 造します。この方法は、基本的には定置型プロセスで、小 型化するにはプロセスを単純化する必要があります。 そこで、われわれはガス圧縮・再加熱工程を省略した プロセス、つまりガス化から FT 合成工程までを同じ圧 力で行うことで、ガス圧縮工程を省略しました。また、ガ ス化温度＞ガス精製温度＞ FT 合成温度とすることで、 再加熱工程を省略しました。なお、高温でのガス精製に は水ではなく活性炭を用いています。 図 1 に実験室規模の軽油連続合成装置を示します。ガ ス化原料として米松材を用いました。ガス化温度は 800 ～ 900℃、ガス精製温度は 300℃としました。FT 合成は 担持金属触媒を用い、230℃で行いました。ガス化、ガス 精製、FT 合成という一連の反応を 3 時間連続で行い、 液体生成物回収部内の液体について定性分析を行いまし た。図 2 に合成した液体生成物（炭化水素）のガスクロマ トグラムを示します。軽油に相当する炭素数 10 から 20 の直鎖炭化水素によるピークが観測され、今回開発した プロセスを用いて木質バイオマスから連続的に軽油を合 成できることが明らかになりました。 今後は、軽油収率の向上のため、各工程について（1）高 圧ガス化における一酸化炭素・水素製造技術、（2）活性 炭を用いた高温ガス精製技術、（3）FT 合成触媒の高性 能化の研究開発を行う予定です。 200 200 溶媒 180 180 160 160 140 液体生成物回収部 ガス化部 高温ガス精製部 図 1 実験室規模の軽油連続合成装置 バイオマス研究センター 花岡 寿明 ・ 美濃輪 智朗 16 Annual Report 05-06 mVolts FT合成部 140 軽油相当（C10∼20）の炭化水素 120 120 100 mVolts highlight 木材からディーゼル燃料の連続合成技術 100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 -20 -20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Minutes 図 2 合成した液体生成物（炭化水素）のガスクロマトグラム 55 highlight 生体分子や化学物質などを対象とする分離分析に欠か せない中空シリンダー構造をもつ装置やデバイスの微小 化が進んでいます。しかし、分析デバイスにおいて内径 が 1µm 以下の中空シリンダー構造を直接、材料に微細加 工するのは困難です。興味深いことに、10nm 幅の中空シ リンダー構造をコア部に有する有機ナノチューブが両親 媒性分子の組織化（ボトムアップ技術）により合成でき ます（図 A、B、C） 。しかしながら、ナノチューブを分 子組織化させるためには、これまでナノチューブ重量の 1,000 から 10,000 倍もの大量の水を必要とし、実験室レベ ルではナノチューブ 1 グラム以上の量産化は困難とされ てきました。 私たちは、食品として用いることのできる糖やペプチ ドといった低コストで安全な原材料を親水部および疎水 部に用いた両親媒性分子を新たに設計、合成しました。 さらに、自己集合用溶媒として水溶媒を用いる代わりに、 食用にも使われるエタノールなどの安全な有機溶媒を用 いることで従来の 1,000 分の 1 ～ 10,000 分の 1 という少 ない溶媒使用量で中空繊維状の種々の有機ナノチューブ からなる固体粉末を大量（1 キログラム以上 / 2 リットル） に合成する手法を開発しました（図 D） 。電子顕微鏡観察 により白色固体粉末が、それぞれの分子構造に依存して 決まる内径が 40 ～ 200nm、外径が 70 ～ 500nm、長さが 数 µm の有機ナノチューブから構成されていることを確 認しました（図 E） 。この技術により合成された有機ナノ ® チューブは、現在、 「オーガニックナノチューブ AIST 」 として商標登録されています。 現在、0.6 ～ 0.9nm の内孔をもつ底の抜けたバケツ状の 小分子シクロデキストリンが知られ、それを用いた種々 の薬剤包接品が健康食品分野、化粧品分野、抗菌消臭品 分野で数多く事業化されています。今回開発した有機ナ ノチューブは、シクロデキストリン分子では包接、安定化、 徐放化が不可能な、例えば 10 ～ 50nm 程度の大きさをも つタンパク質・核酸・ウイルス・ナノ粒子などを対象に した新規な包接用有機ナノ素材として期待されます。 highlight 有機ナノチューブの大量合成技術 付記：本研究は（独）科学技術振興機構との共同研究およ び委託研究による成果です。 B 分子充填模式図の一例 A 両親媒性分子 C 固体二分子膜構造 分子組織化 300 nm D オーガニックナノチューブAIST E 電子顕微鏡写真 界面ナノアーキテクトニクス研究センター 清水 敏美 Annual Report 05-06 17 highlight highlight ダイヤモンドによる高効率紫外線発光ダイオード 波長が 350 nm より短い深紫外線領域の光源は、高密 度光記録用光源、蛍光分析などの各種情報センシング、 殺菌・浄水、白色照明、医療・生化学分野などへの幅広 い応用が見込まれ、盛んに研究されています。現在は紫 外線ランプなどが使われていますが、高い電圧が必要な うえ、 小型化が困難などの問題を抱えています。このため、 深紫外線を放射できる半導体発光ダイオードの実現が望 まれています。 産総研では、ダイヤモンドを基板材料として、深紫外 線を発光するデバイスの研究を進めています。ダイヤモ ンドは室温以上でも高密度な励起子を安定に保持するこ とができ、それが崩壊するとき 235 nm 付近の紫外線を 放射することが知られています。これはシリコン等の半 導体材料では極低温でしか観測できない励起子が絡む現 象を、ダイヤモンドは室温以上でも観測できることに相 当します。このダイヤモンドの励起子のもつ優れた特性 を利用することにより、ダイヤモンドが間接遷移型半導 体であるにもかかわらず、室温以上の温度でも動作する 高効率の紫外線発光ダイオードを実現しました。 本研究では、マイクロ波プラズマ化学気相合成法によ り、発光領域となる p 型層と n 型層の界面に結晶性の良 好なダイヤモンド半導体層（i 型層）を挟み込んだ p-i-n 接合構造のダイオードを作製しました。このダイオード は、 （1）電流注入によって、励起子に起因した強い紫外 線発光（波長が約 240 nm）を示す、 （2）発光スペクトル は励起子発光以外の欠陥等による可視領域の発光が大幅 に抑えられている、 （3）200℃以上の高温でも動作可能、 等の優れた特徴をもっています。 これらの特徴から、発光ダイオードの効率の指標にな る内部量子効率が、直接遷移型半導体と遜色ない高効率 が得られることがわかり、間接遷移型半導体は発光ダイ オードには向かないという常識を覆す結果になっている ことがわかりました。これはダイヤモンドが本来持って いる材料物性のポテンシャルの高さを表しています。今 後は、ダイヤモンドの励起子における発光機構のさらな る解明と高い発光効率を持つ実用デバイスの実現に向け て、研究を進めていきます。 光子エネルギー （eV） 1ミリメートル 電流注入用針 型電極 型電極 ナノテクノロジー研究部門 山崎 聡 18 Annual Report 05-06 発光強度 （任意単位） 1.0 6 0.8 5 4 3 励起子発光 型電極 型層 型層 型層 0.6 2 型電極 型層 ＋ 0.4 ダイヤモンド lb（001）基板 0.2 0 200 欠陥による発光 300 400 波長 （nm） 78.8mA, 30V 500 600 highlight 水素、窒素、酸素等の圧力誘起分子解離や金属化の研 究は、固体物理学、地球惑星科学の長年のテーマとなっ ています。なかでも酸素分子 O2 は磁気モーメントを持つ 最も小さな分子であり、磁性と結晶構造の関連に注目が 集まっていました。室温で酸素に圧力を加えると 6 GPa （約 6 万気圧）で固化してβ相という状態をとり、さらに 圧力を増すと 9 GPa でδ相、10 GPa でε相へと相転移し ます。この際分子間相互作用の変化により、固体の色は ピンク（β相） 、オレンジ（δ相） 、赤（ε相）と多様に 変化します。さらに 96 GPa で金属化を起こしてζ相とな り、0.6 K まで冷却すると超伝導特性を示すことが知られ ています。ε相の結晶構造は 1979 年の発見以来、多くの 実験、理論研究にもかかわらず、謎のままでした。 産総研計測フロンティア研究部門、兵庫県立大学、財 団法人高輝度光科学研究センター（JASRI/SPring-8）は 共同で、酸素ε相の結晶構造の解明に挑みました。まず ダイヤモンドアンビルセルという高圧装置を冷却し、液 体酸素を入れた後、圧力を加えて固化させます（兵庫県 立大学が主担当） 。ここで作成できる試料は極めて微量 （直 径 60 µm、厚さ 30 µm 程度）です。それでも SPring-8 の放射光を利用すると、十分な強度と分解能を有する粉 末 X 線回折パターンを得ることができました（JASRI/ SPring-8 が主担当） 。この回折パターン対して構造解析を 行い、酸素ε相の結晶構造を決定することに成功しまし た（産総研が主担当） 。その構造中には O2 が 4 個箱状に 集まった O8 クラスターが存在していることが分かりまし た（図） 。このような箱状のクラスターは、酸素のみでな くあらゆる二原子分子において、理論的にも実験的にも 報告されていないユニークな形態です。 私たちの論文発表からわずか 2 週間後、英国の研究グ ループが単結晶 X 線回折によって酸素ε相の同じ O8 構 造を発表しました。国際競争の激しい分子構造の研究に おいて、私たちは世界に先駆けて固体酸素ε相の構造決 定に成功しました。 highlight 赤い固体酸素ε相の結晶構造を解明 固体酸素ε相の結晶構造（左）と、O8 クラスター（右） 計測フロンティア研究部門 藤久 裕司 Annual Report 05-06 19 Life Science & Technology ライフサイエンス分野 Life Science & Technology 健康で活力のある長寿社会と 質の高い生活の実現をめざして TEL : 029-862-6026 / 6884 研究コーディネータ 栗山 博 24 生命情報科学研究センター（2007.4.1 生命情報工学研究センターに改称） ● 25 生物情報解析研究センター ● 研究コーディネータ 宮本 宏 32 脳神経情報研究部門 ● 33 生物機能工学研究部門 ● 26 ヒューマンストレスシグナル研究センター ● 34 セルエンジニアリング研究部門 ● 28 年齢軸生命工学研究センター ● 36 シグナル分子研究ラボ ● 27 糖鎖工学研究センター（2006.12.1 糖鎖医工学研究センターに改称） ● 29 バイオニクス研究センター ● 30 健康工学研究センター ● 31 人間福祉医工学研究部門 ● 35 ゲノムファクトリー研究部門 ● 37 器官発生工学研究ラボ ● 38 創薬シーズ探索研究ラボ ● 39 バイオセラピューティック研究ラボ ● 急速な少子高齢化社会の到来は、健康長寿社会の実現という新しい課題を提示しており、また、 安心・安全で質の高い生活の実現もこれからの産業社会の目指すべき重要な課題となっています。 ライフサイエンス／バイオテクノロジーはこうした諸課題に対する貢献が期待されています。 産総研のライフサイエンス分野では、大きく以下の 3 つの目標を設定し、研究開発を進めています。 ● ポストゲノム研究を基盤とした医薬、 診断薬の新規シー ズ開発、創薬支援技術開発 ● 高齢社会における健康維持・増進、生活の質の向上に つながる人間科学研究、脳神経科学研究、再生医療研究、 医工学技術の開発 ● 新たな生物機能・生体物質の開発と効率的生体物質生 産のための技術開発 これらの研究を、7 つの研究センター、5 つの研究部門、 4 つの研究ラボの計 16 の研究ユニットで行っています。 各ユニットの成果については、それぞれの研究ユニット 報告の項に譲るとして、ここでは、平成 18 年度に得られ た代表的な成果ならびに話題をご紹介します。 ■新研究ユニットの設立 平成 18 年 4 月から 7 月にかけて、器官発生工学研究ラ ボ、創薬シーズ探索研究ラボ、バイオセラピューティッ ク研究ラボの 3 つの研究ユニットを新規に設立し、再生 医療研究、創薬基盤研究の強化を図りつつあるところで 20 Annual Report 05-06 す。また、同年 12 月に糖鎖医工学研究センターを設立し、 ガンや生活習慣病の診断に役立つバイオマーカー開発に 力を注ぐ予定です。 ■ポストゲノム研究を基盤とした医薬、診断薬の新規シーズ開発、創薬支援技術開発 ●タンパク質ネットワーク大規模解析（生物情報解析研 究センター） 世界最高レベルの感度、スループットを誇る質量分析シ ステムを構築し、2,200 のヒト完全長 cDNA を用いた大規 模なタンパク質ネットワーク解析を行いました。ヒトの細 胞の中には 10 万種類以上の異なったタンパク質が存在し ますが、 タンパク質は相互作用しあい、 グループを作りネッ トワークを形成して働いています。従って、タンパク質の Life Science & Technology 機能を知るには、あるタンパク質がどのタンパク質と相互 作用し、どのようなネットワーク内で働いているかを知る、 タンパク質ネットワーク解析を行うことが重要です。この 解析によって、ガンや高血圧等の様々な疾患関連遺伝子の 機能解析と発症メカニズム解明に成功しており、今後、新 たな治療法や新薬開発のために応用する予定です。 タンパク質ネットワーク大規模解析 質量分析システム 超微量のタンパク質を検出するため、また空気中に存在するタンパク質 の夾雑を防ぐため、スーパークリーンルーム内に設置されました。 ●シグナル分子アゴニストによる血小板増加作用と創薬 支援技術（シグナル分子研究ラボ） 繊維芽細胞増殖因子 FGF5 は、これまで、中枢神経系 や皮膚で発現しているシグナル分子として、神経細胞の 生存を助け、毛周期を制御することが報告されていまし た。この度、その FGF5 のアゴニスト（同様の活性を持 つ物質）に血小板増加作用があることを明らかにしまし た。多種類の FGF5 部分構造ペプチドを化学合成し、特 異的 DNA 合成促進作用を指標として FGF5 アゴニスト を探索しました。その結果見いだしたアミノ酸 13 残基か らなる活性ペプチドは、マウス骨髄細胞のアセチルコリ ンエステラーゼ活性を誘導しました。さらに、血小板前 駆細胞である巨核球コロニー形成活性を示し、マウスに 投与すると血小板増加をもたらしました。現在、ガンの 化学療法による血小板減少症や血小板減少性紫斑病の治 療薬の開発が求められており、これらの結果は、治療薬 開発の新たな切り口になるものと期待されます。 FGF5アゴニストペプチド FGF5アゴニスト rhTPO（陽性対照[Ⅰ]） PDGK VNG SHE ANM 血小板数 （×107 cells/ml） 腹腔内投与 rhIL-6（陽性対照[Ⅱ]） Vehicle（陰性対照） 180 160 140 120 100 80 0 10 20 （日） 実験開始後の日数（矢印で投与） シグナル分子アゴニストによる血小板増加作用 Annual Report 05-06 21 ■高齢社会における健康維持・増進、生活の質の向上につながる人間科学研究、脳神経科学研究、 再生医療研究、医工学技術の開発 Life Science & Technology ● 骨導超音波知覚の解明と重度難聴者用補聴器の開発 （人間福祉医工学研究部門） 非侵襲脳機能計測法を用いて、骨導超音波知覚の存在 や、骨導超音波を利用した音声伝達が可能であることを 世界で初めて客観的に証明しました。さらに、この知覚 現象を応用した重度難聴者のための新型補聴器（骨導超 音波補聴器）の開発に取り組んでいます。難聴が重篤に なると従来型の補聴器の使用は困難になります。しかし、 骨伝導で呈示された 20 kHz 以上の高周波音（骨導超音波） ならば、重度感音性難聴者にも明瞭な音として知覚され ます。現在のところ、開発した骨導超音波補聴器によっ て重度難聴者の半数の方が何らかの音を知覚することが 可能であり、さらに約 3 割の方が単語を同定することが 可能という画期的な成果を挙げています。 ●細胞診断用ナノ粒子（健康工学研究センター） 量子ドットは、半導体の無機材料でできた数ナノメー トルの粒子状の物質で、光をあてると強い蛍光を出しま す。この性質により、量子ドットは新しい蛍光標識物質 として期待されており、例えば、量子ドットで生体分子 を標識すれば、細胞中の特定の遺伝子やタンパク質を高 感度で解析することができるようになります。本研究で は、セレン化カドミウム（CdSe）量子ドットの結晶成長 初期過程における結晶サイズと構造および光吸収特性の 関係を解明することに成功しました。これによって、量 子ドット構造と機能の関係の評価法の確立につながるも のと期待されます。将来的には、量子ドットを用いた生 体分子を 1 分子レベルでリアルタイムイメージングする 技術を開発し、疾患に関係する生体分子を検知して診断 に役立てることを目指しています。 開発された骨導超音波補聴器 A B C D 計算によって推定し、物理的に妥当であることが確認された CdSe の結晶構造 （A）(CdSe)3、 （B）(CdSe)6、 （C）(CdSe)13、 （D）(CdSe)16 ●光を使ったオンデマンド細胞操作技術（バイオニクス 研究センター） 細胞の接着性が光照射によって変化する基材を開発し ました。細胞を利用した医療技術は、機能を失った臓器・ 組織の修復の他、ガンや自己免疫性疾患の治療などへの 応用が期待されています。細胞を医療に用いる場合、目 的に応じて特定の細胞だけを分離・精製しなければなり ませんが、これまで、特定の細胞あるいは細胞群を基質 に接着したままで任意に選抜する技術は存在しませんで した。しかし、この基材上で培養した細胞に特定波長の 光を照射すると、照射部位の細胞接着性を増大させるこ とができました。光照射あるいは接着・脱着操作による 細胞へのダメージはほとんどありません。これによって、 顕微鏡などで観察しながら任意の細胞のみを剥離回収し たり、逆にそれだけを残して他の細胞を除去することが 可能になります。 （左）オンデマンド細胞操作用光照射装置、（中央）本技術による精密共培養、（右）パターン化細胞培養 22 Annual Report 05-06 ■新たな生物機能・生体物質の開発と効率的生体物質生産のための技術開発 クミスクチンはシソ科の植物で、沖縄の代表的な薬草 の一つです。ロスマリン酸やフラボノイドなど多様な成分 を含んでおり、抗酸化活性などが知られています。沖縄県 との共同研究でクミスクチン抽出物やフラボノイドがエン ドセリンの合成を抑制することを見出しました。エンドセ リンはメラニン合成にかかわることが知られています。企 業との共同研究でヒト皮膚 3 次元モデルによる美白試験、 安全性試験などを行い、化粧品原料「クミスクチンエキ ス BG」として実用化しました（特願 2003-307350 ほか） 。 2006 年 5 月から化粧品会社向けに販売中で、これが化粧 品に添加されて消費者に販売されます。 対照 クミスクチン抽出物1%添加 （上）クミスクチン (Orthosiphon stamineus ) （下）クミスクチン抽出物はヒト皮膚３次元モデル実験で UVB 照射によるメラニンの合成を抑制します。 ●密閉型植物工場の建設（ゲノムファクトリー研究部門） 国内での遺伝子組換え技術の産業応用を促進するため に、完全密閉型植物工場システムについて研究・開発し ています。遺伝子組換え植物を用いた有用物質生産が近 年注目を集めていますが、遺伝子組換え植物を生育させ るためには、一定基準以上の生物封じ込めが必要です。 さらに、有用物質生産の中でも医薬品生産は、GMP（製 造管理及び品質管理規則）基準での製造が必要です。現 在は、遺伝子組換え植物の栽培から医薬品原料の精製ま での過程を GMP 基準の閉鎖型施設内で一貫生産する国 内初のモデルシステムの構築を目指しています。 組換え植物育成室 粗抽出・精製室・残渣処理室 Life Science & Technology ●美白化粧品原料の実用化（生物機能工学研究部門） 管理・コントロール部分 系統色区分 栽培エリア A A ∼ D B 栽培室 系統色区分 製剤化エリア C D 出入口 （上）上方から見た完全密閉型植物工場、（下）同、側面から Annual Report 05-06 23 生命情報科学研究センター （2007.4.1 生命情報工学 研究センターに改称） Computational Biology Research Center URL: http://www.cbrc.jp/ TEL: 03-3599-8080 FAX: 03-3599-8081 研究センター長 秋山 泰 Life Science & Technology 研究の概要 出身者、さらに企業研究者も加えた学際的なチーム作り 当研究センターでは、生命情報科学（バイオインフォ マティクス）の方法論を通じて、ゲノム配列情報から、 を進めています。新しい方法論を切り開くために、最 新の情報数理技術の新しい適用法を常に模索するととも タンパク質分子の立体構造・機能、細胞・組織間の相互 に、世界最大級の計算環境（CBRC BlueProtein システム ネットワークに至るまでの幅広い生命現象の解明と産業 的利用を目指しています。我が国における生命情報科学 （22Tflops）など）を活用した大規模で網羅的な研究開発 に力点を置いています。 研究の中核拠点となることを目指し、計算機科学・数学・ 計測などを専門とする研究者と、生物学・生物物理学の 代表的な研究成果 近年、タンパク質の一部にある立体構造を形成しない 領域（ディスオーダー領域）で、機能発現に関与する例 があることが実験的に明らかになってきました。このよ うなディスオーダー領域は高等生物に特に多く見られる 傾向があり、転写調節に関するタンパク質や DNA 結合 タンパク質などに多く存在することが示唆されています。 また、X 線結晶解析や NMR によるタンパク質立体構造 解析において、このディスオーダー領域が結晶化やスペ クトル帰属の妨げになるため、それらを予め取り除き、 解析を容易にすることが求められています。同様にタン パク質立体構造予測においても、立体構造予測できない 可能性が高い領域を予測対象から予め除き、予測を効率 化することが求められています。 本 研 究 で は、 デ ィ ス オ ー ダ ー 領 域 の 特 徴 が そ の 長 さ に よ っ て 異 な る こ と に 着 目 し、 予 測 対 象 を 配 列 全 体、長、短の 3 種類の場合に分けて、それぞれ異なる 手 法 を 用 い る 予 測 法（POODLE-W, L, S） を 開 発 し ま し た。POODLE-L は、2006 年 8 月 10 日 よ り ウ ェ ブ （http://mbs.cbrc.jp/poodle/）で無償公開を開始し、2006 年 10 月よりインハウス版の販売を開始しました。また、 POODLE-S も 2006 年 10 月 20 日よりウェブで無償公開 を開始し、平成 18 年度中には POODLE-W も公開する予 定です。 （http://mbs.cbrc.jp/poodle/） 24 Annual Report 05-06 また、これら POODLE 予測法を用いて、国際的なタン パク質立体構造予測コンテスト （CASP） のディスオーダー 領域予測のカテゴリに参加し、 高い評価（総合評価で 2 位、 長いディスオーダー領域予測で 1 位）を得ました。 ディスオーダー領域の例 正常プリオンタンパク質 PrPc N 末構造（青で示した部分が ディスオーダー領域） 生物情報解析研究センター Biological Information Research Center URL:http://unit.aist.go.jp/birc/ TEL: 03-3599-8102 FAX: 03-5530-2064 研究センター長 渡辺 公綱 大量のゲノム情報に含まれる生物情報の取得、取得に 関する新技術の開発、取得した情報の整理及び統合を生 物科学の立場より推進する事を目的としております。特 に、ポスト・ゲノムシーケンス研究に重点を置き、わが 国が世界に対して優位性を持つ分野（膜タンパク質の立 体構造解析やヒト完全長 cDNA の機能解析、ヒトゲノム 統合データベースの構築）を中心としたタンパク質機能 解析および機能性 RNA の解析を実施し、知的財産権の 取得やデータの公開等を通じて、成果の速やかな産業化 を目指しています。 Life Science & Technology 研究の概要 代表的な研究成果 ●ガン細胞を特異的に破壊するタンパク質の構造解析 パラスポリンは微生物（Bacillus thuringiensis ）の生産 する、ガン細胞を特異的に認識し、破壊するタンパク質 です。ガン診断薬、ガン治療薬、更には、ガン細胞表面 にあるマーカーの検出ツールとしての応用をめざして、 パラスポリンの X 線構造解析を福岡県工業技術センター、 九州大学等と共同して進めています。パラスポリン－ 1 は子宮頸ガンや白血病細胞に特異的に作用し、その立体 構造情報から、ガン細胞表面の特異的マーカーの同定、 ガン細胞を標的とする DDS（ドラッグデリバリーシステ ム）の開発が期待されます。 ●ヒト全遺伝子アノテーションデータベース（H-InvDB） リリース 3 の公開 H-InvDB はヒトの遺伝子と転写産物を対象とした統合 データベースです。H-Invitational プロジェクトで確立し たヒト完全長 cDNA 配列のアノテーション技術を基礎と し、2006 年に「ゲノム情報統合プロジェクト」の成果と して H-InvDB リリース 3 を公開しました。ヒト遺伝子座 の数に換算すると 35,005 件に相当する 167,992 件の転写産 物に対するアノテーション情報を公開しています。アド レスは http://www.h-invitational.jp/ です。 www.h-invitational.jp(hinv.jp) パラスポリン－１の立体構造 H-InvDB リリース 3.6 （2006 年 9 月公開） Annual Report 05-06 25 ヒューマンストレスシグナル研究センター Human Stress Signal Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/hss-center/ TEL: 072-751-9991 FAX: 072-751-9964 研究センター長 二木 鋭雄 Life Science & Technology 研究の概要 現代はストレスの時代といわれ、実際、われわれは常 に多種多様なストレスにさらされています。不安・怒り・ 過労・騒音など、社会・人間生活に伴うストレスをはじめ、 ダイオキシン・ホルムアルデヒド・環境ホルモンなどの 有害化学物質、ウィルス・細菌・紫外線などのストレス にわれわれの身体のみならず、こころの健康までおびや かされています。 当研究センターでは、ストレスを広く生体への刺激、 シグナルととらえ、ストレスに対する生体応答を解明し、 それをもとにバイオマーカーの同定と有効性の検証、測 定デバイスの開発を進めています。ストレス科学の進展、 技術開発において国際的に先導的役割を果たすとともに、 ストレスが関わる総合健康産業の創生、発展に寄与する ことに全力を注いでいます。 代表的な研究成果 細胞、動物、ヒトを用いたストレス負荷実験を行い、 ストレスに対する応答をゲノミクス、プロテオミクス、 メタボロミクスなどの諸技術も取り入れて解析し、コレ ステロールの酸化物など脂質由来のバイオマーカー、さ らにペルオキシレドキシン、DJ-1 などタンパク質変性物 のバイオマーカーの同定に成功しました。現在、抗体、 脂質代謝物 酸化修飾タンパク質 ヒドロキシリノール酸 ヒドロキシコレステロール oxDJ-1 oxPrx アプタマーの作成とその有効性の検証を進めています。 当研究センターの特徴として、マーカーの同定に留まら ず、それをより迅速、定量的に測定するデバイスの開発 も並行して進めています。唾液からストレスマーカーを 測定するラボチップ、光制御ラボ CD のプロトタイプ作 成に成功しました。 OMICS技術による 新規マーカー 計測技術 （容易に迅速に非侵襲的に） 社会への寄与 バイオマーカー 休養を取りましょう 同定、計測 診断、検証 人間・生物への寄与 病院・施設 リポート 健康管理端末 健康情報 未病状態 日常生活の計測 パーソナル・ケア・システム サポート 健康診断 人間ドック 老後のQOL向上 バイオマーカーの開発 唾液でストレスを測るラボチップ（プロトタイプ） 26 Annual Report 05-06 糖鎖工学研究センター （2006.12.1 糖鎖医工学研究センターに改称） Research Center for Glycoscience URL: http://unit.aist.go.jp/rcmg/ci TEL: 029-861-9484 FAX: 029-861-9487 研究センター長 地神 芳文 ヒト糖鎖関連遺伝子の網羅的クローニングおよび糖鎖 構造解析に関する産学官集中型研究等の実績をさらに発 展させるため、糖鎖の関連する各種疾患の早期診断や治 療に貢献する糖鎖機能活用に関する研究を推進します。 特に、予防医療の実現に貢献する基盤技術として、次の 二点に関する研究を重点課題として実施しています。 ● 糖鎖関連のバイオマーカーの探索と同定 ● 糖鎖関連の創薬支援技術の開発 当研究センターは、GG プロジェクトの成果をもとに既 知酵素も含めたデータベース（GGDB）を構築して一般に 公開したほか、酵素による糖鎖、糖ペプチド標準品の合成 とそのMSn解析データベースの構築を加速・充実しました。 これらの研究開発を通じて、世界的レベルにある我が 国の糖鎖工学研究の中核的研究機関を目指すとともに、 糖鎖工学に立脚したバイオテクノロジーの実用化を推進 します。 Life Science & Technology 研究の概要 代表的な研究成果 GPI アンカーという糖脂質によって細胞膜の正しい位 置に繋ぎ留められたタンパク質（GPI アンカー型タンパ ク質）の脂質部分を合成する新たな遺伝子 PER1 を発見 し、この遺伝子が異常になると、GPI アンカー型タンパ ク質が細胞表層のあるべき特定の領域に存在できなくな ることを示しました（図 1） 。この現象は発ガンのメカニ ズムにも関与しているため、ガンの早期発見や治療に道 を開くものと期待されます。 ● ムチンなどのタンパク質にムチン型 O- グリカンを付加 する酵素「pp-GalNAc-T10」の分子構造を X 線結晶構造 解析により解明しました（図 2） 。得られた構造情報から、 この酵素の反応機構や基質タンパク質の認識に関与する 構造的な因子 / アミノ酸残基を明らかにすることができ ました。これらの知見はこの酵素の機能を制御するよう な薬剤開発に役立つものと期待されます。 ● ● LacdiNAc 合成酵素 4GalNAc-T3 のモノクローナル抗体 を作製し、胃粘膜を対象として、胃上皮細胞分化と酵素 発現、そして合成産物糖鎖発現の関係について検討しま した。その結果、4GalNAc-T3 の発現と細胞内局在は細胞 分化依存性であり、それによって LacdiNAc 糖鎖の発現 調節が行われている可能性を見いだしました。 マイクロドメイン 細胞内 マイクロドメイン 細胞内 小胞体 遺伝子が正常な場合 GPIアンカー型タンパク質は細胞膜上の 特定の領域 （マイクロドメイン） に存在できる。 小胞体 遺伝子が欠損した場合 GPIアンカー型タンパク質は細胞膜上の 特定の領域に入れず、細胞外に放出される。 図 1 PER1 遺伝子 図 2 pp-GalNAc-T10 の結晶構造（リボンモデル） UDP-GalNAc（左）と GalNAc-Ser（右）は ball-and-stick モデルで、 活性に必須な Mn イオンは空間充填モデルで表示。 Annual Report 05-06 27 年齢軸生命工学研究センター Age Dimension Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/adrc/ci/ TEL: 029-861-2702 FAX: 029-861-2702 研究センター長 倉地 幸徳 Life Science & Technology 研究の概要 当研究センターは、重要な新研究分野「年齢軸恒常性 調節研究」の確立と知識の産業技術応用開発の基盤「年 齢軸生命工学」の開発という長期目標に向け、現在、基 本的年齢軸恒常性分子機構の徹底検証、統合した年齢軸 恒常性調節機構の理解に向けた解析、そして免疫及び脳 機能の恒常性調節機序の解析を推進しています。 代表的な研究成果 最近同定に成功した年齢軸恒常性調節機構「ASE/AIE 型年齢軸遺伝子調節分子機構」の遺伝子エレメント（ASE 及び AIE）結合肝核タンパク質の機能に関して重要な 成果を挙げております。また、この分子機構が血友病 B Leyden の特異な病理機序に深く関与する事をマウスモデ ルにより証明し、これを通してこの機構がヒトで作動す る事を証明しました。これらの成果は年齢軸生命工学開 発の基盤を強固にするものです。 ● る研究、医薬品評価検証など、多くの基礎、応用研究に とり、貴重なリソースとなります。 膜プロテアーゼ・ヘプシンが前立腺ガンマーカー PSA 生成に重要な役割を果たすことをタンパク化学的にも証 明し、その機能を確定しました。 ● 肝遺伝子及び肝核タンパク質発現の年齢軸一生スパン 変動の網羅的解析を終了しました。 最近、年齢と共に消化管パイエル板内のプラズマサイ トイド様細胞が減少する現象を発見し、加齢により経口 免疫寛容誘導の成立が困難になる相関を示唆し、この現 象の分子機序解明に大きく貢献しました。 核タンパク質の年齢軸変動データベース（DB）を構築 （第一段階） 、 産総研 DB サイト（RIO-DB）に公開しました。 この種としては世界初の DB であり、恒常性調節に関す 先に抗体の親和性成熟の経路選択を初期レパートリー 段階の抗体構造特性で判断できることを明らかにしました が、更に経由する途中の経路の特性も明らかにしました。 ● ● pH5-8, 1month pH5-8, 3month ● ● 1e4 pH5-8, 6month pH5-8, 12month pH5-8, 18month pH5-8, 21month Protein expression level 1000 100 10 1 0.1 1 年齢軸に沿った肝タンパク質発現の解析 28 Annual Report 05-06 3 6 12 Age（month） 18 マウス肝核タンパク質の年齢軸に沿った発現プロファイル 21 バイオニクス研究センター Research Center of Advanced Bionics URL: http://unit.aist.go.jp/rcab/ TEL: 029-861-2987 FAX: 029-855-3833 研究センター長 軽部 征夫 生体を利用或いは模倣することにより化学物質や生体 物質を選択的に分離・計測できる革新的なデバイスを世 界に先駆けて開発することを目標に、デバイスの開発と 実用化に向けた研究を行っています。現在、自動でタン パク質を分離できる全自動二次元電気泳動システムの開 発、糖鎖系情報分子を利用したリシン等毒素タンパク質 の検知チップの開発、細胞の接着・脱着を光で操作しう る技術及び装置の開発を行っています。 代表的な研究成果 バイオニクス研究センター プロテインシステムチッ プチームでは、全く新しいタンパク質検出用蛍光試薬を 開発しました。本試薬の特徴として、試薬単独では蛍光 を発しませんが、試薬とタンパク質を水溶液中で混ぜる と、瞬時に赤色の蛍光を発します。また、電気泳動に Life Science & Technology 研究の概要 よって分離したタンパク質の染色を行ったところ、従来 一晩近くかかっていた操作時間が、本試薬を用いた方法 によって、わずか 30 分で終了しました。このような試 薬を用いることによって、簡便かつ高感度にタンパク質 の分析が可能となりました。 OH O CN CN 化学構造式：タンパク質検出用蛍光試薬 写真：左側 蛍光試薬のみ，右側 蛍光試薬＋タンパク質 （Y. Suzuki, K. Yokoyama, J. Am. Chem. Soc., 127, 17799, 2005） Annual Report 05-06 29 健康工学研究センター Health Technology Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/htrc/ TEL: 087-869-3526 FAX: 087-869-4178 研究センター長 国分 友邦 Life Science & Technology 研究の概要 持続的な健康長寿社会実現への貢献を目的として、人 間生活における健康維持増進に関する技術開発を進めて います。具体的には、病気とは言えないがその直前の状 態（未病）にある患者候補の生理的状況を理解して、発 症を予防する先端的な疾患予知診断技術の確立を目指し ます。合わせて身近な生活圏に存在するさまざまなリス ク要因を軽減する技術の確立を目指しています。将来的 には健康工学研究分野という新研究領域の確立に努力し、 21 世紀における新産業創出への貢献を目指しています。 生活環境（外界） 低減 × 人体内部 内的疾病要因 リスク削減技術 発病 生活環境リスク （健康阻害の外的要因） 生体機能評価 予知診断技術 × 阻止 リスク削減と予知・診断による複合的な疾病予防 代表的な研究成果 当研究センターにおいて、平成 18 年度に開始したいく つかの研究プロジェクトについて紹介します。 先端的研究として、これまで進めてきた高集積型蛍光 検出マイクロチップ技術の成果をより実用化に結びつけ るため、 エレクトロニクス研究部門と連携して NEDO「ナ ノテク・先端部材実用化研究開発」で「Point-of-care バイ オチップ診断装置の研究開発」を大手企業 2 社と進めて います。 ● 30 Annual Report 05-06 地域との連携推進を図るため、センターで開発された 健康リスク因子を選択的に吸着除去する材料を利用する ことにより、災害時等において飲料水の提供が可能な装 置の開発を目的とした「分離機能性ナノ粒子の非接触複 合化による機動的浄水システム開発」 （地域コンソーシア ム）を四国の大学、公設試、企業と進めています。 ● 中小企業対策費プロジェクト「健康寿命延伸に向けた 体調維持管理用の各種計測解析診断装置の開発」におい て、四国の大学、公設試、人間福祉医工学研究部門（つ くば） 、ヒューマンストレスシグナル研究センター（関西） 並びに 3 つの中小企業と連携して研究開発に取り組んで います。 ● 人間福祉医工学研究部門 Institute for Human Science and Biomedical Engineering URL: http://unit.aist.go.jp/humanbiomed/ TEL: 029-861-9488 FAX: 029-861-6636 研究部門長 赤松 幹之 当研究部門では、高度情報化された生活環境の中で少 子高齢化を迎えた社会に暮らす人々が健康長寿で質の高 い社会や生活を実現できるように、生活者としての人間 や生体システムとしての人間の科学的理解に基づき、人 間の特性に適合した製品および生活環境を実現するため の研究開発を行っています。 具体的には、安全・安心な生活環境を創出する機器、 使いやすい製品、健康増進のための機器、患者にとって 安全で負担の少ない医療機器技術、医療高度化の支援技 術などの研究開発を進め、人間生活および医療福祉機器 関連産業の育成・活性化に努め、次のような研究開発を 進めています。 人間生活における認知・行動の計測評価技術の開発 身体機能の回復改善による健康増進技術の研究開発 ● 高次生理機能計測技術と高度診断治療機器技術の開発 ● 長期生体適合性を有する代替治療機器の研究開発 ● 高齢者・障害者のための標準化研究 ● 医療機器ガイドライン策定のための基盤研究 この一年は、これまでに集積してきた高齢者等の感 覚特性データに基づいて技術報告（TR22411）を ISO/ TC159 に提案するとともに、手術ロボットや人工心臓を 対象とした新しい医療機器の承認審査の迅速化を図るこ とを目指し医療機器の技術開発ガイドライン案の取り纏 めを行いました。 ● ● Life Science & Technology 研究の概要 代表的な研究成果 ●タッチ操作機能を備えた触覚グラフィック・ディスプレイ 現在、殆どの情報機器で採用されているグラフィック・ ユーザ・インタフェース（GUI）は、重度視覚障害者にとっ ては大きな障壁となっています。その解消策の一つとして、 グラフィック表現へのアクセスを容易にすることが挙げら れます。従来、スクリーン上のグラフィック表示を凹凸パ タンに変換して伝える装置として、触覚ディスプレイは開 発されてきましたが、重度視覚障害者自身がグラフィック 情報を受発信し、また GUI におけるような直観的な操作が できるようになれば、問題解決に大きく貢献します。 当研究部門では、2.4 mm 間隔の格子状に配列された 1,536 本のピンが昇降する触覚表示機構の底面に、6 軸力センサー を固定して、指あるいは手掌と表示面との接触状態を測定 し、内蔵のマイクロ・コンピュータ処理によって、接触位 実際の接触位置と推定位置の対比（単位は mm） 置、接触力の大きさと方向を即刻推定する装置を試作しま した。これにより、色々な触りかたに応じて、触覚パター ン表示を制御することができます。実用的なインタフェー スを構築するためには、高い位置推定精度と速い応答性が 必要です。開発した装置では、左図に示すような良好な接 触位置推定精度を保つとともに、40 mm/sec 程度の指の動 きにピンが追随して浮上しています。自由描画には遅すぎ る嫌いがありますが、既に改善の目処が得られています。 また、フィールド実験用に簡単なタッチ・インタフェース を構築しましたが、そこには通常の触覚ディスプレイ機能 に加えて、水平分力の大きさと方向に応じて画面が移動す る機能、指で押したところにマウスポインターが移動する 機能、その応用として、指で自由描画や消去ができる機能 などが含まれています。 自由描画例（タイ文字“ゾウ”） PowerPoint での図形操作の様子 Annual Report 05-06 31 脳神経情報研究部門 Neuroscience Research Institute URL: http://unit.aist.go.jp/neurosci/ TEL: 029-861-5069 FAX: 029-861-5842 研究部門長 岡本 治正 Life Science & Technology 研究の概要 当研究部門では脳の構造と機能を理解するとともに、 それに基づいて、安心・安全で質の高い生活を実現する ための技術基盤の確立を目指し産業の振興に資する研究 を展開しています。具体的には、生体分子レベルから脳 の高次情報処理機能に至るまで様々なレベルでの研究を 進め、得られた研究成果をもとに、脳内分子、細胞活動 のイメージング・計測技術の開発、リハビリ促進等のた めの脳組織、機能の修復技術の開発や脳の学習機能を参 考にする柔軟な情報処理のための基盤技術の開発を目指 しています。 今年度から新たな部門重点課題として「機能分子の生体 脳内バイオイメージングに関する研究開発」を開始しまし た。また、 平成 18 年 4 月 1 日付けで、 ニューロテクノロジー 研究グループと視覚情報処理研究グループを新設するとと もに、脳情報工学研究グループを脳機能計測研究グループ へ名称変更を行い、体制の強化を図りました。 代表的な研究成果 脳卒中などにより脳に損傷をうけると重篤な後遺症が残 ることがしばしばありますが、脳には可塑性があるため、 脳損傷後の訓練によって機能的な回復を示す場合もありま す。当研究部門のシステム脳科学研究グループでは、この ような脳機能回復のメカニズムを明らかにし、脳機能の回 復を促進するための技術開発を行っています。 大脳皮質からの主要な運動出力を担う第一次運動野に損 傷を作成し、上肢指運動のリハビリテーショントレーニン グを行ないました。トレーニング課題を行っている時に上 肢の動きを撮影し、課題の成功率を測定することによって、 運動機能の回復を定量的に評価することに成功しました。 その結果、大脳皮質運動野上肢領域の損傷後には重篤な運 動麻痺を生じるものの、その後上肢を用いたリハビリテー ショントレーニングを行うことにより、運動機能の顕著な 回復が見られることがわかりました。また、回復は指の近 位関節から遠位関節の順番で生じること、 損傷から 1 〜 2 ヶ 月のトレーニング期間を経て指の独立した運動と、拇指と 示指の先端を用いたつまみ把握（精密把握）が可能になる ことも明らかになりました（図 1） 。 脳損傷後に機能回復が生じる背景として、失われた 脳領域の機能を代償するような、脳内神経回路の再組 織化があると考えられます。そうした脳機能回復の基 盤となる神経回路変化を明らかにするために、神経突 起の構造変化に関わる神経成長関連タンパク（GAP-43、 MARCKS、neurogranin など）の発現に着目し、脳内に おける脳内神経成長関連タンパクの発現動態を調べまし た。その結果、損傷モデル動物の機能回復直後の脳では、 32 Annual Report 05-06 損傷された第一次運動野の神経細胞は破壊されたままで すが、第一次運動野の前方に位置する運動前野において、 神経成長関連タンパクの発現が正常脳と比べて亢進して いることが示されました（図 2） 。この結果は、損傷領域 である第一次運動野とは別の領域である運動前野におい て、損傷領域の機能を代償する神経回路変化が起きてい る可能性を示唆しています。 エサ把握の成功率 代償的把握 図１ 運動野損傷後リハビリ 過程の行動学的解析 精密把握 損傷後の経過日 損傷部位 （第一次運動野） 50µm 遺伝子発現 （運動前野腹側部） 損傷モデル個体 正常個体 図２ 機能回復にともなう神経回路変化を遺伝子発現により解析 生物機能工学研究部門 Institute for Biological Resources and Functions URL: http://unit.aist.go.jp/brf/ TEL: 029-861-6021 FAX: 029-861-4055 研究部門長 巖倉 正寛 この地球上には何千万種とも何億種ともいわれる多種 多様な生物がいますが、それらの多くは 21 世紀の人類に とって有用なものや、地球保全に役立つものなど、未知 の可能性を秘めた生物資源とみなすことができます。発 酵産物、酵素、抗生物質、生理活性物質、そして種々の 医薬品なども微生物をはじめとする各種の生物の働きに よって作られます。そのような生物資源・生物機能をい かにして人類のために役立てるかが当研究部門に課せら れた大きな課題です。当研究部門では、大きな可能性を もつ生物資源・生物機能を利用することで“持続可能な 循環型社会の実現”に貢献することを最終目標とし、そ の具体的なアプローチとしてバイオ（プロセス）産業の 発展に役立つような技術体系の整備を目指します。 この一年は、未知遺伝子資源の探索と解析、生物共生 における新規機能の理解、生体機能関連高分子およびそ の集合体の機能解明とその利用、高次生命機能としての 生物時計の解析、生物機能を利用した新規デバイスの構 築、生物機能計測方法の標準化研究などを行いました。 Life Science & Technology 研究の概要 代表的な研究成果 ●心疾患マーカー検出用マイクロセンシングチップの開発 脳性ナトリウム利尿ペプチド（BNP）というホルモン が心疾患の予知・予後観察に大きな効果があるとされて います。今回、超高感度なポータブル心疾患マーカー免 疫センサを開発しました。チオール化合物が金表面に吸 着濃縮する性質を利用し、チオール生成酵素標識抗 BNP 抗体より生成されるチオールを金表薄膜面に濃縮させ、 表面プラズモン共鳴法により超高感度に観測します。測 定の迅速化、濃縮反応 効率向上の為、マイク ロ流体チップを開発 し、 血 清 サ ン プ ル 中 の 5 pg/ml（50 m プー ル に 0.005 g 程 度 ） の BNP を 30 分 で 測 定 す 携帯型センサーシステム ることに成功しました。 ●昆虫腸内細菌における宿主との共種分化および縮小ゲ ノム進化 宿主共生体間の共種分化および縮小ゲノム進化は、ミト コンドリアや葉緑体などの共生微生物由来の細胞内小器官 のみならず、アブラムシやツェツェバエなどのさまざまな 昆虫類の細胞内共生細菌において一般的にみられ、共生進 化の分子基盤を理解するうえで注目されている現象です。 しかしこれまでそのような現象は、消化管内にすんでいる 腸内微生物ではまったく知られていませんでした。 私たちは、マルカメムシという昆虫において、単一種の 腸内細菌が宿主の生存に必須であり、宿主と厳密な共種分 化関係にあり、細胞内共生細菌と同様の顕著な縮小ゲノム 進化をしていることを明らかにしました。これらは微生物 ゲノム進化に関する従来の定説を覆す発見です。 マルカメムシは非常にユニークな方法で共生細菌を次世 代に伝えます。母虫は植物上で卵塊を産むときに、共生細 菌のつまった褐色の物体を一緒に産みつけます。孵化幼虫 はただちにこの“共生細菌カプセル”に口吻を突き立て、 中身を吸うことによって感染が成立するのです（下図） 。 ピンセットで簡単に、宿主昆虫と共生細菌を分離したり、 感染量を実験的に操作したり、共生細菌を交換したり、ま た単離カプセルから純粋な共生細菌 DNA を調製してゲノ ムを解析したりというさまざまなアプローチが可能な、共 生研究の新たなモデル系として注目を集めています。 カプセルに口吻を突き立てて共生細菌を接種する マルカメムシ孵化幼虫。青は卵殻、赤は共生細菌 カプセルを示す。 Annual Report 05-06 33 セルエンジニアリング研究部門 Research Institute for Cell Engineering URL: http://unit.aist.go.jp/rice/ TEL: 06-6494-7803 FAX: 06-6494-7862 研究部門長 湯元 昇 Life Science & Technology 研究の概要 当研究部門では、従来の細胞工学技術とナノテクノロ ジー、材料、情報技術を融合させ、①組織・細胞の再生・ 代替技術と②細胞機能計測・操作技術の開発を行ってい ます。①では、再生骨・軟骨を用いた医療技術の標準化 にむけた取り組み、神経回路再生分子評価用の実験動物 の開発、人工高分子材料を用いた運動機能等を代替でき る新規デバイスの基盤技術開発などを行いました。②で は、トランスフェクションマイクロアレイを疾病モデル へ適用拡大するための開発、ナノテクを応用した細胞操 作技術、嗅覚レセプタ応答解析系の開発、マルチ遺伝子 発現解析システムを利用した細胞デバイスの開発、細胞 機能の計測や制御、解析が可能な分子システム、細胞機 能の制御や解明に必要なタンパク質活用・創製技術の開 発などを行いました。 代表的な研究成果 生体分子モーターは、自己組織化のポテンシャルを持 つ効率のよいナノアクチュエータであることから、生体 分子モーターや運動性の細胞を産業的に応用するための 研究を行っています。最近では、滑走バクテリアにより 回転する微小モーターを世界で初めて開発することに成 功しました（図 1） 。 また、生体機能を模倣して、種々の刺激に応答して様々 な性質を大きく変化させる材料を開発しています。最近 では、低電圧で大きく変形する生体の筋肉の様なアクチュ エータ素子を開発する目的で、カーボンナノチューブと イオン液体の高分子ゲル電極が、電圧に応じて変形する 現象を見いだし、そのゲル電極を、電解質ゲルを介して サンドイッチにした構造のアクチュエータ素子（図 2）を 開発しました。このような材料は、将来的には人工筋肉 素子として医療や福祉機器への応用が期待されます。 図２ カーボンナノチューブとイオン液体を用いた高分子アクチュエータ 図１ 滑走バクテリアにより駆動する微小回転モーター（直径約 20 µm） 34 Annual Report 05-06 ゲノムファクトリー研究部門 Research Institute of Genome-based Biofactory URL: http://unit.aist.go.jp/rigb/ TEL: 011-857-8537 FAX: 011-857-8915 研究部門長 鎌形 洋一 当研究部門では、生物機能を利用した有用物質生産技 術を確立し、持続可能な社会の実現を目標として研究を 進めています。すなわち、ゲノム情報を利用した物質生 産技術と生体分子の高度利用技術の確立を目指し、次の 二点を重点課題として研究を進めています。 ●遺伝子組換え植物、微生物による物質生産技術の開発 ●タンパク質、核酸の構造・機能の解析、制御および利用 代表的な研究成果 レポーターアッセイ法は、 遺伝子発現の変動を利用して、 細胞内外の変化を可視化する方法です。たとえば酵母を用 いたレポーターアッセイとしては、現在タンパク質の相互 作用の解析（ツーハイブリッドシステム）や化学物質のバ イオアッセイなどの目的で用いられています。レポーター アッセイ法では遺伝子発現を可視化・定量するために主と して酵素が用いられていますが、測定方法が煩雑であった り、感度が低いなどの問題がありました。そこで、ウミホ タルの分泌型ルシフェラーゼを用いた簡便で高感度な酵母 レポーターアッセイ法を開発しました。 本酵母レポーターアッセイ法は生物発光を利用してお Life Science & Technology 研究の概要 り高感度であるため、サンプルは少量でも測定可能で、96 穴プレートを用いた多検体処理が可能です。また、従来の 酵母レポーターアッセイ法に比較して、測定に必要な作業 が少なくなり、測定時間の大幅な短縮を達成しました（図 1） 。さらに、ほぼ分注操作のみで測定できるため、コロニー ピッカーや分注ロボットを用いた自動化処理が導入でき、 ハイスループット分析が可能となりました（図 2） 。この 技術は、企業との共同研究により、平成 18 年度に製品化 されました。今後、ポストゲノム時代における大規模タン パク質機能解析や環境中の化学物質影響評価などに利用さ れることが期待されます。 光透過率 図 1 CLuc アッセイと従来のアッセイの操作性の比較 本研究で開発した CLuc を用いたアッセイは従来のβ- ガラク トシダーゼを用いたアッセイよりも迅速で、かつ簡便です。 図 2 CLuc アッセイのハイスループット化 本研究で開発した CLuc はラボオートメーションシステムに 対応しており、ハイスループット化が容易になりました。 Annual Report 05-06 35 シグナル分子研究ラボ Signaling Molecules Research Laboratory URL: http://unit.aist.go.jp/sigmol/ci/ TEL: 029-861-6480 FAX: 029-861-6481 研究ラボ長 今村 亨 Life Science & Technology 研究の概要 細胞間のコミュニケーションを仲立ちする分子群であ るシグナル分子は、細胞の増殖・分化・機能発揮の制御 を通じて、様々な生命活動の調節に携わっています。当 研究ラボでは、ゲノムや活性に関する各種情報に基づい て、シグナル分子とその制御分子と推定される候補分子 を選択し、これらの分子が細胞・個体レベルで果たす生 理活性とその発現メカニズムを解明することを目的とし、 得られた知見を活用して、細胞レベル・個体レベルで生 命現象を制御するテクノロジーを開発することを目標と しています。今年度は、シグナル分子 FGF に関する研究 を更に発展させるとともに、シグナル伝達の研究を展開 し、シグナル研究ツール開発を行いました。 代表的な研究成果 ●幹細胞ニッチに存在するシグナル分子 毛髪を作り出す毛包細胞や体表を覆う表皮細胞は、共通 の幹細胞から生じます。この幹細胞のニッチ（巣）は、毛 包のバルジ領域と呼ばれる少し膨らんだ場所に存在するこ とが知られています。シグナル分子遺伝子のうち、毛包を ふくむ皮膚で高レベル発現することを見つけたものについ て、そこから作られるタンパク質の存在場所を抗体で調べ たところ、このバルジ領域に存在することが示されました。 このシグナル分子の幹細胞における機能と、毛包や皮膚の 機能との関係について調べています。 ● DNA チップを用いた化学物質の評価法の開発 シグナル分子のうちエストロゲンに似た活性を示す化 学物質の活性をモニターするために、企業と共同で数百 の遺伝子 DNA をのせた DNA チップとそれを用いた化学 物質評価法を開発し、パラベンやイソフラボンなどの化 学物質や漢方生薬の抽出物などの解析を行いました。さ らに遺伝子機能を取り入れた統計法を開発し、データ解 析法を改良しました。DNA チップ技術は、環境ホルモン の評価、健康食品や漢方薬の品質管理、新規生理活性物 質の探索などに利用可能なだけでなく、動物実験の代替 法としても期待されています。 ●膜タンパク質の輸送メカニズムの解明 膜タンパク質の C 末端が、14-3-3 タンパク質と結合す ることにより、細胞膜への輸送が促進されることを見出 しました。C 末端の結合モチーフ及び 14-3-3 タンパク質 の結合部を同定し、その作用機構を明らかにしました。 幹細胞ニッチに存在するシグナル分子 36 Annual Report 05-06 器官発生工学研究ラボ Organ Development Research Laboratory URL: http://unit.aist.go.jp/odrl/ci/ TEL: 029-861-2575 研究ラボ長 浅島 誠 これまで私たちは、カエルの未分化細胞（アニマル キャップ）やマウス ES 細胞を用い、試験管内での組織・ 器官誘導系の開発を行ってきました。これらのノウハウ を活用することによって、臓器形成メカニズムの解明と 臓器形成ロードマップの作成を目指しています。また、 器官や臓器の誘導再生技術をより高度なレベルに引き上 げたいと考えています。これらの研究を通し、新しい発 生学の研究領域を開拓すると同時に、確立された臓器誘 導技術を医療・創薬へ応用し、ガンや生活習慣病の治療 といった新しい医療応用技術の創成を目指しています。 Life Science & Technology 研究の概要 代表的な研究成果 私たちは、 主にツメガエルとマウス ES 細胞の系を用い、 臓器分化のメカニズムを探ると共に、臓器ロードマップ の作成を行っています。脳・神経系に関しては、神経分 化に関与する新規因子 Dallard が、BMP レセプターのリ ン酸化を抑制することによって BMP シグナルを抑制す 。また、レドックス関連 ることを見出しました※ 1（図 1） 因子 nucleoredoxin が Wnt シグナル経路に関連し、ツメ ガエルの頭部形成に必要とされていることが分かりまし た※ 2。心臓・循環器系については、Xapelin 遺伝子が心臓 形成に関与することを明らかにし※ 3、また、心筋の誘導 系において N- カドヘリンが心筋マーカーとして有効に機 。膵臓の誘導系 能することを明らかにしました※ 4（図 2） に関しては、マウス ES 細胞からアクチビンやレチノイ ン酸を様々な濃度で処理することによって、アミラーゼ を分泌する外胚葉性細胞とインシュリンを分泌する内胚 葉性細胞を作り分けることができました※ 5。 Dullard BMP シグナル 神経分化 図 1 新規因子 Dullard の機能 Dullard は BMP レセプターの脱リン酸化によって BMP シグナルを抑制し、神経分化を活性化する。 A B 103 （参考文献） ※ 2. Funato et al., Nat. Cel. Biol.（2006） ※ 3. Inui et al., Dev. Biol.（2006） ※ 4. Honda et al., Biochem. Biophys. Res.Comm.（2006） ※ 5. Nakanishi et al., Differentiation（2006） 01 02 8.1 55.6 10 2 Flk1 ※ 1. Sato et al., Dev. Cell.（2007） タイプⅡ BMP受容体の 脱リン酸化 タイプⅠ BMP受容体の 脱リン酸化 101 10 0 2.1 33.2 1.0 0.5 03 04 0 N-cadherin −/− +/− +/+ −/+ Flk1/N-cadherin 図２ （A）FACS による N カドヘリン陽性 ES 細胞の分離 （B）各画分における心臓マーカー Isl1 の発現 Annual Report 05-06 37 創薬シーズ探索研究ラボ Drug-Seeds Discovery Research Laboratory URL: http://unit.aist.go.jp/dsd/ TEL: 011-857-8472 FAX: 011-857-8441 研究ラボ長 西村 紳一郎 Life Science & Technology 研究の概要 生命科学分野における基礎研究の成果を広く国民が理 解し認知するには、疾患に対する予防薬・診断薬・治療 薬等の医薬品開発を中心とする具体的な出口との関係や、 それらによって誘導される大きな経済的・社会的波及効 果等を見据えた「基礎から応用・実用化までの一体型本 格研究」の実現が不可欠です。 当研究ラボでは化学的な分子レベルでの研究を指向し、 創薬研究を支援・加速する資源としての独創的な化合物 ライブラリの合成技術と革新的な医薬品候補分子探索技 術を二本の重要な柱として、 「化学とバイオ両分野の第 1 種基礎研究・第 2 種基礎研究の異なるポテンシャルを融 合した本格研究」により医薬品製造業界からの大きなニー ズに応えられる基盤技術を確立し提供することを第一の 目的としています。さらに、この本格研究の実現のため に研究成果を製薬会社等との共同研究開発や導出・技術 移転に進展させることを第二の目的としています。 （本研 究ラボは、平成 17 年度までは糖鎖工学研究センター・糖 鎖自動合成チームとして研究活動を遂行していました。 ） 代表的な研究成果 NEDO プロジェクトにおいて世界に先駆けて開発した 糖鎖自動合成装置（GolgiTM）および電磁波合成技術など を統合したコンビナートリアルケミカルバイオテクノロ ジーを活用して、これまでに作製した癌抗原決定基に関 連するフォーカスド化合物ライブラリや、ユニークな薬 理作用機序が期待される低分子阻害剤群などを核とした 新しい診断技術・予防薬・治療薬開発に有効な創薬シー ズ化合物群を創薬メーカー等との共同研究成果として発 第 5 回グリー 信しています。 （糖鎖自動合成装置 GolgiTM は、 ン・サスティナブルケミストリー賞経済産業大臣賞を受 賞しました。 ） また、磁性体微粒子プローブ等を利用する機能性分子 探索技術を応用して新規な疾患バイオマーカー分子を獲 得して創薬ターゲットの分子設計に活用する研究開発を スタートしました。 糖鎖自動合成装置 GolgiTM 疾患マーカー糖ペプチドライブラリを 500 種類以上合成。 基礎研究・医薬品探索研究での有用性を実証しました。 38 Annual Report 05-06 バイオセラピューティック研究ラボ Biotherapeutic Research Laboratory URL: http://unit.aist.go.jp/btrl/ci TEL: 029-861-3040 FAX: 029-861-2798 研究ラボ長 中西 真人 Life Science & Technology 研究の概要 分子生物学や細胞生物学の成果を応用して開発された 新しいバイオセラピューティック（Biotherapeutic：生 物由来の医療用材料）は、まだ治療法がない難病に対す る革新的医療を実現するための技術基盤として大きな注 目を集めています。当研究ラボは、独創的なバイオセラ ピューティック基盤技術を開発し、その実用化への道筋 をつけることを目指しています。 代表的な研究成果 ●染色体に取り込まれることなく持続発現を可能にする 新規遺伝子治療用ベクターの開発 遺伝子治療では、生体に遺伝子を導入して発現させる ツール（ベクター）がその成否を握っています。染色体 に遺伝子を挿入できるレトロウイルスベクターは、遺伝 子治療のツールとして成果を上げていますが、一方では 染色体へのランダムな遺伝子挿入による副作用が問題と なっています。我々は、細胞質で安定に維持される RNA をプラットフォームとして使うことにより、染色体に遺 伝子を挿入することなく持続的に外来遺伝子を発現でき るベクターの開発に成功しました。本年度は培養細胞で その活性を確認しました。今後は動物実験により生体組 織での有効性を確認する予定です。 ●ヒト細胞の寿命決定機構の解明と、細胞寿命を人為的 に調節する技術の開発 ヒトの組織を構成する細胞の多くはある決まった回数 だけ分裂すると増殖を停止し老化することから、細胞に は自らの寿命を決める遺伝プログラムが備わっていると 考えられています。細胞寿命を決めるメカニズムの解明 は、癌の新規治療法開発や再生医療の実用化などの先端 医療と深い関係がある重要なテーマです。我々は、染色 体末端のテロメアを構成するタンパク質 TRF1 の発現が 細胞の寿命と密接な相関があることを発見しました。現 在、この成果を基に TRF1 を中心とした寿命を決める遺 伝プログラムの解明を行っています。 Annual Report 05-06 39 Information Technology & Electronics 情報通信・エレクトロニクス分野 IT による人の知的活動の支援が もたらす活力ある社会 研究コーディネータ TEL : 029-862-6027 大蒔 和仁 Information Technology & Electronics 44 次世代半導体研究センター ● 50 知能システム研究部門 ● 45 グリッド研究センター ● 51 エレクトロニクス研究部門 ● 47 近接場光応用工学研究センター ● 53 情報技術研究部門 ● 46 デジタルヒューマン研究センター ● 48 システム検証研究センター ● 49 情報セキュリティ研究センター ● 52 光技術研究部門 ● 54 超高速光信号処理デバイス研究ラボ ● 情報通信・エレクトロニクス分野では、IT（情報技術）によって誰もが知的活動を安全に支 援され、それによって新たな価値や産業が産み出される活力ある社会の実現を目指しています。 情報通信・エレクトロニクス分野の概要 情報通信・エレクトロニクス分野では、持続的発展可 能な社会の実現に向けて分野の担うべきミッションとし て、 「IT（情報技術）によって誰もが知的活動を安全に支 援され、それによって新たな価値や産業が産み出される 活力ある社会の実現」を設定しています。 このミッションを実現するために、情報通信・エレクト ロニクス分野の研究開発は次の 4 つを戦略目標とします。 ネット犯罪・詐欺 戦略目標 情報量増加（情報洪水） 情報システムの脆弱性 現実感の喪失 テクノ依存症・不安症 ITで生まれるもの 国際産業競争力 新情報サービス 新IT産業 分野横断・融合技術 知的活動・決断・行動支援 楽しみ・感動・娯楽・安らぎ 一般社会が抱える問題 ストレス 少子高齢化 高失業率 犯罪・事故 自然環境汚染・破壊 自然災害 教育・育児 40 Annual Report 05-06 戦略目標1 知的活動の飛躍的向上を実現するための 情報サービスを創出する 戦略目標2 ロボットと情報家電をコアとした 生活想像型サービスを創出する 戦略目標3 信頼性の高い情報基盤技術の開発により 安全・安心な生活を実現する 戦略目標4 次世代情報産業を創出するために フロンティア技術を開発する 持続的発展可能な社会 電力消費量の増大 ﹁ITによって誰もが知的活動を安全に支援され、それに よって新たな価値や産業が生み出される活力ある社会﹂ IT社会が抱える問題 デジタルデバイド 知的活動の飛躍的向上を実現するための情報サービス を創造する インターネットをはじめとするネットワーク技術の普 及が急激に進み、生活にも不可欠なものになりつつある 状況において、量よりも質としての情報の中身すなわち コンテンツを扱う技術を重点化します。 ロボットと情報家電をコアとした生活創造型サービス を創造する 人間と物理的・心理的に共存・協調するロボット技術、 人間と情報家電の双方向インタラクションを支援するイン タフェース技術およびこれらを構成するハードウェアを高 機能化、低消費電力化するデバイス技術を開発します。 信頼性の高い情報基盤技術の開発により安全・安心な 生活を実現する ネットワーク上の様々な情報資源に対するセキュリ ティ技術、膨大な数と規模のソフトウェアの信頼性と開 発生産性を向上するのに有効な検証技術を確立します。 ハードウェアにおいては、大容量かつ高速に処理し得る 通信技術および情報蓄積技術の高度化を図ります。 次世代情報産業を創出するためにフロンティア技術を 開発する 量子コンピュータ等のチャレンジングな研究課題に向 けて、新機能材料や新物理現象に基づいた革新的ハード ウェアの構築を目的とした電子デバイス技術の開発に取 り組みます。 ■ 産総研産業変革研究イニシアティブの推進 新産業創成への明確なシナリオを持った新しい連携プ ロジェクトとして、産総研では産業変革研究イニシアティ ブを行なっています。大型予算を投入して短期間でプロ トタイプを開発し、目に見える形で成果を発信します。 当分野では、知識循環型サービス主導アーキテクチャの 開発、および、ユーザ指向ロボットオープンアーキテク チャの開発の 2 つのプロジェクトを推進しています。 ●知識循環型サービス主導アーキテクチャ（AIST SOA） の開発 ネットワーク上に存在する無数の知識モジュール、IT サービスを利用者の多様なニーズに応じて統合して、新 しい知識サービスを提供するための情報インフラ技術を 開発します。低コスト化と標準化により普及を図ること 農産物情報 配信サービス エネルギー需給 データベース サービス要求 AIST SOA 金融価格 データベース 利用者 （金融分析、食料需給計画、 （企業、個人） 引越手続き、商品開発、etc） で、知識サービス産業への参入障壁を低減し、新産業の 創成を誘起します。 （グリッド研究センター・情報技術研 究部門） ●ユーザ指向ロボットオープンアーキテクチャ（UCROA） の開発 ユーザの多様なニーズに応えるロボットを、モジュー ルを組み合わせて低コストで効率良く開発できるロボッ トシステム構築のためのアーキテクチャを開発します。 プロトタイプロボットの開発を通じて有効性を社会に示 し、多くの企業が容易に参入できる新たなロボット産業 の創成を目指します。 （知能システム研究部門・情報技術 研究部門・デジタルヒューマン研究センター） さまざまな ユーザのニーズ 結果取り出し 農産物生産 データベース グローバル 気象予測 経済ニュース 配信サービス 経済ニュース ロボット技術モジュール群 規範・仕様 RTミドルウェア ユーザのニーズ 統計分析 金融価格 ユーザ指向ロボットシステム UCROA 統合技術 あれを 取ってくれる ロボットがほしい！ 統計分析 対人サービスロボット ユーザのニーズ ユーザのニーズ 金融分析 サービス Information Technology & Electronics 情報通信・エレクトロニクス分野の研究ハイライト サイバネティック ヒューマン ユーザのニーズ ユーザのニーズ さまざまなロボット技術シーズ 物流支援ロボット ■ 知的活動の飛躍的向上を実現するための情報サービスを創造する ●秋葉原ソフトウェアショーケース開設 愛・地球博で実証した、センシングデータの解析結 果によって来場者に適したコンテンツを配信する統合情 報支援システムを用いて、スマート映像表示装置 VMD （Versatile Media Display） ・情報住宅などのソフトウェア 技術に関する成果発信を効率的に行う場として、秋葉原 ソフトウェアショーケースを開設しました。 （情報技術研 究部門） Annual Report 05-06 41 ●製品設計用デジタルマネキン Dhaiba（Digital HumanAided Basic Assesment）の開発 製品と人間の親和性を設計段階で評価するためのソ フトウェアとして、人体形状・運動データとこれらを 統計処理する技術、関節中心を推定する技術、リアルタ イム姿勢生成技術、手の詳細モデルを統合したシステム 「Dhaiba」のプロトタイプ版を開発しました。 （デジタル ヒューマン研究センター） ●超広帯域ネットワークの帯域予約を自動化 日米の異なる予約管理ソフトウェアを連係動作させた、 日米間のネットワークの帯域の予約の自動化に世界で初め て成功しました。これにより、開発・提案しているネット ワークの帯域を予約するためのインタフェース GNS-WSI 規定の有効性が実証されました。 （グリッド研究センター） 手モデル 形状モデル 動作モデル 統合デジタルマネキン Dhaiba Information Technology & Electronics 自動車 乗降動作 携帯電話 操作 ■ ロボットと情報家電をコアとした生活創造型サービスを創造する ●生活活動支援ヒューマノイドロボットプラットホーム を実現 生活環境内で人間の生活活動を支援するために、知 覚機能と行動機能を拡張したヒューマノイドロボットプ ラットホームを開発しました。これらの技術により、人 間と対話しながら生活活動を支援し、動的に変化する生 活環境でも臨機応変に動き、頼まれたものを自分で判断 し、取ってくるような動作が可能になると期待されます。 （情報技術研究部門・知能システム研究部門・デジタル ヒューマン研究センター） ●家庭生活環境にユビキタス・ロボティクスを実現 家庭内の機器類を無線ネットワーク・ノードとミドル Security System Light ウェア技術を用いて結合し、人へのサービスとロボット へのサービスが可能な新しいロボット空間を構築しまし た。ロボットの実作業（書籍片付け）や、IC タグと顔認 証を統合したセキュリティシステム、変形ロボットの実 現が容易に可能になります。 （知能システム研究部門） ●印刷法によりプラスチック基板上にメモリ素子を作製 極性溶媒に溶解しインク化することができる生体高分 子材料の、分子量や分子構造を制御して、強誘電性を持 つ薄膜の作製に成功しました。それを用いて印刷法によ り強誘電性電界効果トランジスタをプラスチック基板上 に作製し、メモリ特性を確認しました。 （光技術研究部門） ●エピタキシャルシリサイドソース／ドレイン High-k トランジスタ技術を開発 固相エピタキシャル成長した NiSi2 が原子レベルで平坦 な（111）ファセットを形成すること、および不純物原子 が界面に偏析することを利用し、極微細化に適したソー ス／ドレイン形成技術を開発しました。その技術を用い て、ゲート長 6 nm の NMOS/PMOS トランジスタ動作に 成功しました。 （次世代半導体研究センター） フルシリサイドゲート電極 Home Server RFID Reader NiSi2 Si HfAIOx High-k ゲート絶縁膜 TV 42 Annual Report 05-06 RFID Reader 6 nm （111） Robot RFID 10 nm NiSi2 SOl NiSi BOX ゲート ハードマスク ポリシリコン 70nm ソース ドレイン 100nm ●超高集積化を可能とする起立型ダブルゲート MOS ト ランジスタの加工技術を開発 シリコン基板に損傷を与えないソフトな中性粒子ビー ム技術を用いて高精度な微細エッチング技術を確立しま した。それを用いて起立型ダブルゲート MOS トランジ スタを作製し、電子移動度を大きく改善することに成功 しました。 （エレクトロニクス研究部門） 5nm 100nm 60nm 500nm ■ 信頼性の高い情報基盤技術の開発により安全・安心な生活を実現する ガイドラインの適用 1000 より安全なwebアプリケーション構築 ●統合検証環境 Agda の開発 モデル検査法やテスト技法等のシステム検証の要素 技術とその数理的基盤の研究として、ポインタ処理プロ グラムの自動抽象化支援系の実用化を進めており、型 理論に基づく対話型証明支援系 Agda の言語コンパイラ Agate を開発しました。 （システム検証研究センター） 10.0kv 7.8mm × 100k 500nm 22.3 meV 1100 1200 1300 1400 1500 wavelength[nm] Information Technology & Electronics ●高密度高均一量子ドットを用いた半導体レーザを開発 As2 分子線と組成傾斜歪緩和層を用いることにより、 高密度（1×1011 cm-2）かつ高均一（発光スペクトルの半 値幅 23 meV）な量子ドットを世界で初めて開発しました。 これを応用して、光通信波長帯である 1.3 µm で動作する 半導体レーザを実現し、世界最高クラスの光増幅率を実 現しました。 （光技術研究部門） PL Intensity [a.u.] ● Web の安全な設計ガイドラインの策定 Web アプリケーションの基本設計において安全上必須 となる要件を示し、かつ、実装方法について脆弱性を生 じにくくする方法を示すという、発注仕様におけるセキュ リティ要件の示し方のガイドラインをまとめました。 （情 報セキュリティ研究センター） ● スーパーレンズの実用化技術を開発 スーパーレンズの実用化の鍵を握る ROM 型ディスク において、実用レベルのエラーレートである 10-4 台を達 成しました。これにより、動画記録が可能な技術である ことが検証されました。 （近接場光応用工学研究センター） ■ 次世代情報産業を創出するためにフロンティア技術を開発する ●超高記録密度ハードディスク用の高性能 TMR 素子を 開発 酸化マグネシウムを用いた TMR 素子の作製法を改良 し、500 Gbit/In2 以上の超高記録密度ハードディスク用磁 気ヘッドの実現を可能とする、 非常に低い素子抵抗（0.4Ω/ µm2）と高い磁気抵抗比（57 %）を併せ持つ TMR 素子 の開発に成功しました。 （エレクトロニクス研究部門） 250 150 記録密度 250 Gbit/in2 に必要な特性 記録密度 500 Gbit/in2 に必要な特性 MgO-TMR素子 （今回の結果） MgO-TMR素子 （前回の結果） 100 光強度分布 および温度分布 磁気抵抗比（%） 200 ●ナノメートルサイズの微細加工を可能とする卓上装置 を開発 半導体レーザを用いた可視光レーザリソグラフィ法と 熱非線形材料を組み合わせた熱リソグラフィ技術をもと にしたナノ加工装置の開発に成功しました。低コストで、 光ディスクサイズ（直径 12 cm）の大面積な領域に 50 nm のナノ構造体を高速に作製することを可能としまし た。 （近接場光応用工学研究センター） 熱リソグラフィ領域 光リソグラフィ領域 50 CPP-GMR素子 0 0.1 従来型TMR素子（AI-O） 1µm 1 10 1平方ミクロン当たりの素子抵抗 （Ω （µm）2） Annual Report 05-06 43 次世代半導体研究センター Advanced Semiconductor Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/asrc/ TEL: 029-849-1530 FAX: 029-849-1533 研究センター長 廣瀬 全孝 Information Technology & Electronics 研究の概要 当研究センターの研究者は、産業界および大学研究 室からの研究者と一体となって、半導体 MIRAI プロ ジェクト（NEDO 技術開発機構次世代半導体材料・プ ロセス基盤プロジェクト）を推進しています。産学官 の 研 究 者・ 技 術 者 の 幅 広 い 連 携 に よ り、2010 年 に 量 産 開 始 見 込 み の 45 nm 技 術 世 代 お よ び そ れ 以 細 の 半 導体技術に革新をもたらす研究開発課題を選択し、こ れを科学的に解決する技術体系の構築を目指しています。 今年度は、MIRAI プロジェクト第 3 期の開始年度に当た り、高誘電率ゲート絶縁膜薄膜化のための界面制御やト ランジスタ領域の応力および不純物分布のナノレベル計 測技術の研究を推進するとともに、第 2 期までの開発成 果を産業界に技術移転し速やかに実用化することに重点 を置いた研究を展開しました。 代表的な研究成果 ● 新構造トランジスタ及び計測解析技術グループ 走査トンネル顕微鏡（STM）で、 シリコンのポテンシャ ル分布と不純物原子分布を同時にナノメータの空間分解 能で計測する技術を開発しました（図 1） 。 ● 高誘電率材料ゲートスタック技術グループ HfAlON 膜をゲート絶縁膜に用いた MOS トランジスタ で、熱酸化膜に匹敵する高い電子移動度の実現としきい 値電圧の制御に成功しました。 ● 低誘電率材料配線モジュール技術グループ 300 ミリウェーハ上の多孔質層間絶縁膜に対して、空孔 径分布を計測できる装置を開発しました（図 2） 。この装 置は、Selete などのコンソーシアムとの共同研究により、 低誘電率材料の実用化研究に適用しています。 ● リソグラフィ関連計測技術グループ 大口径ウェーハが計測できる EUPS（極端紫外線励起光 電子分光）システムを作製し、1 µm の空間分解能を達成 しました。 ● 回路システム技術グループ LSI の製造後にクロック遅延を適応調整する技術を商用 の低消費電力 LSI に適用し、 低消費電力化を実証しました。 ウェーハ面内累積分布（%） 40 nm ドナー （赤斑点） アクセプタ （青斑点） p 空孔径分布 0.1 0 図１ STM による pn 接合のポテンシャル分布・不純物分布同時計測 ポテンシャルの揺らぎが不純物分布のバラツキに対応することが分 かります。 Annual Report 05-06 99.9 99 90 70 50 30 10 1 .1 .01 2 3 4 5 空孔径 （nm） n＋ 表面ポテンシャル （カラースケール） 44 99.99 3 6 空孔径（nm） 9 図２ 吸着エリプソメトリによるウェーハ面内空孔径分布の測定 この試料では、高い面内均一性が実現されています。 グリッド研究センター Grid Technology Research Center URL: http://www.gtrc.aist.go.jp/ TEL: 029-862-6600 FAX: 029-862-6601 研究センター長 関口 智嗣 研究の概要 して統合するミドルウエア技術の研究開発の他、科学技 術の発展に寄与するグリッドの活用事例やコスト削減、 IT 経営の効率化に貢献するビジネス応用グリッドなど基 礎から応用までを見通した本格研究を推進しています。 代表的な研究成果 先進技術の研究開発を進めると共に、グリッド技術の 実用化に向けて標準化、普及・啓蒙、実証実験などの活 動に取り組んでいます。グリッド技術の標準化は、国際 的標準化団体 Open Grid Forum（OGF）において推進さ れており、当研究センターは標準化仕様の提案などを行 い積極的に貢献しています。遠隔のコンピュータ間の分 散処理をプログラムするための GridRPC ソフトウェア 「Ninf-G」は OGF の標準仕様の推奨ソフトウェアとして 取り上げられています。また米国国立科学財団 NSF の 「グ リッド標準ソフトウエア」にも取り上げられ、実用的な ソフトウェアとして広く普及しています。他にも広域の 分散ファイルシステムを実現する「Gfarm」や、並列プ ログラムを高性能に実現する「GridMPI」などをオープ ンソースとして提供しています。需要変動に対応して技 術計算処理を支援する「GridASP」はユーティリティコ ンピューティングの実現を目指して実証実験を行ってい ます。さらに、衛星情報を利用して地理情報と組み合わ せることで環境・防災などの社会的な課題解決を目指し た地球観測グリッド（GEO Grid）を推進しています。 Information Technology & Electronics グリッドは、現代の情報通信サービスを電気・水・ガ スなどの社会基盤と同じように安定・安全に提供し安心 して利用するための技術です。当研究センターではサー バ・ストレージ・ネットワークなどの情報資源を仮想化 火砕流 到達範囲 シミュレーション 山頂付近の 温度データモニタリング 3D地形と 温度データの 重ね合わせ GEO Grid の利用例 衛星情報と地上観測情報を統合してシミュレーションを行うことで防災軽減への判断情報を提供します。 Annual Report 05-06 45 デジタルヒューマン研究センター Digital Human Research Center URL: http://www.dh.aist.go.jp/ TEL: 03-3599-8201 FAX: 03-5530-2066 研究センター長 金出 武雄 Information Technology & Electronics 研究の概要 「人間」はほとんどの産業システムや製品にとって最 も重要でありながら、最も理解されていない存在です。 人間はシステムの中でも“最も弱いリンク”になってい るのです。当研究センターでは、このリンクを埋めるた めに、人間の機能（生理解剖・運動機械・認知心理）を 観察し、それを計算機上に再現し、その結果を提示する 研究を一貫して行っています。人間機能モデルをベース に、人間機能に合わせて製品を設計する研究、人間行動 を観察し理解する研究、ロボット技術で人を支える研究、 それらの基盤となる人間モデルのソフトウェアプラット フォームを構成する研究を進めています。 こ の 1 年 間 は、 医 療 ト レ ー ニ ン グ を 具 体 例 と し た Dhaiba 開発人間生理反応モデル、住宅内での乳幼児行動 モデル、製品設計に用いる統合人体モデル Dhaiba の開発 を行いました。 代表的な研究成果 局所麻酔下で行なわれる治療中の痛みや不快感は、患 者の負担になるだけでなく、円滑な治療進行を妨げる原 因ともなります。 この研究では、耳鼻科での副鼻腔炎手術を対象とし、 実際の手術中の患者反応（疼痛の訴え、心拍・血圧・呼 吸等の生理指標）と手術操作（粘膜剥離、 骨壁破壊や休憩、 麻酔追加等の操作履歴）を計測・解析し、患者反応を予測・ 再現する確率モデルを構築しています。 実際の手術現場での計測 また、これらの解析結果に基づいて構築した患者反 応モデル（下図右 a）を土台とし、患者さんの疼痛発生 を的確に把握し対処する技術を学ぶ患者反応シミュレー ター（下図右 b）の開発を進めています。 このような具体的課題を通じ、様々な外界刺激に対す る人間の反応を、人間の内部状態変化を可能な限り考慮 しながら、より的確にモデル化する研究を進めています。 解析とモデル化 応用 痛い？ はい・ ・ ・ 関係モデル構築 仮想患者モニタ 手術進行 生理反応 46 Annual Report 05-06 セグメント化、特徴量抽出 仮想手術インタフェース 近接場光応用工学研究センター Center for Applied Near-Field Optics Research URL: http://unit.aist.go.jp/can-for/ TEL: 029-861-2934 FAX: 029-861-2902 研究センター長 富永 淳二 局在光と呼ばれる物体表面近傍にのみ存在する特殊 な光を応用した次世代超高密度光ストレージシステム の研究開発が、世界各国から注目を浴びています。そ の中でも、産総研が民間企業と共同で研究開発を実施 している「スーパーレンズ」方式と呼ばれる光ディス クは、信号強度と優れた超解像性を併せ持っているこ と か ら、 近 年 脚 光 を 浴 び て い ま す。 近 接 場 光 応 用 工 学研究センターではスーパーレンズの研究開発を中心に、 100 GB から 1 TB の記録容量を有する次世代の光ディス クの研究開発と、その技術を利用した局在光応用デバイ スの研究開発に取り組んでいます。 代表的な研究成果 市販の DVD やブルーレイ光ディスクに採用されてい る光学系を用いて、これまで薄膜による光超解像では再 生信号光が微弱で対信号雑音比が確保できないと言われ ていた近接場光と回折光が混在した状態から、ピット長 75 nm の近接場光信号を分離することに世界で初めて成 功し、動画を記録・再生できる十分なエラーレートを確 保することが可能になりました。この技術開発により、 スーパーレンズ方式を用いれば 50-100 GB の光ディスク システムが可能であることを実証しました。さらに、スー パーレンズの派生技術として、酸化白金薄膜の高感度ナ ノ爆発作用を応用して、これまで電子ビームでのみ可能 であった、大きさ 100 nm 以下のピットやパターンの描 Information Technology & Electronics 研究の概要 画を、安価な半導体レーザー光によって高速・広面積で 加工できる新規ナノパターン加工装置を民間企業と共同 で開発し、 商品化しました。この技術開発によって、 光ディ スクのピット加工以外に、直径 10 cm を超える広い面積 をもった基板上へのナノ加工が、研究現場ではなく製造 現場が必要としている加工時間内で実現できます。また、 スーパーレンズの技術開発から生まれた銀ナノ粒子構造 膜の応用展開も加速されており、高感度分子・バイオセ ンサーとして研究開発が行われています。さらには、生 物機能工学研究部門と共同で DVD のシステムを応用し た「バイオ DVD」と呼ばれる、多機能光ディスクの研究 開発もスタートしています。 Annual Report 05-06 47 システム検証研究センター Research Center for Verification and Semantics URL: http://unit.aist.go.jp/cvs/ 研究センター長 木下 佳樹 Information Technology & Electronics 研究の概要 学術的な価値観に基づく科学研究と、技術を応用す る側の価値観にたったフィールドワークの二種類の研究 テーマを設定し、両者の相互作用によって新しい科学技 術活動を生み出すことを目指しています。 科学研究では、システム検証の数理的基礎となる算譜 意味論の研究、対話型検証法として定理証明支援系 Agda の研究開発、自動検証法として様相論理に基づいた抽象 代表的な研究成果 ●科学研究 算譜意味論の研究では、刺激応答システムの仕様記述 と検証のために一階様相 µ 計算の体系を構築し、考察を 行いました。応用事例を収集し、任意有限個数のプロセ スが動いているときのセマフォの相互排他問題を一階様 相 µ 計算によって表現して証明しました。while プログ ラムにポインタ処理独特のプリミティブを設定したもの を PML（Pointer Manipulation Language）と名づけ、そ の意味論を展開しました。 スウェーデンのシャルマース工科大学と共同研究を行 い、対話型定理証明支援系 Agda の開発に参加していま す。Agda の翻訳系 Agate を開発し、Haskell の 1.02 倍程 度の実行時間で Agda プログラムを実行させることがで きるようになりました。 ポインタを扱う PML プログラムの自動抽象化支援系 MLAT を試作しました。ここでは、ポインタを含むメモ リ空間（ヒープ）に関する性質を、 「ポインタで指され る」ことを様相とする様相論理で記述しました。また、 MLAT と Agda の連携のために必要な plug-in を稼動さ せました。これにより、PML プログラムの検証を Agda で行いながら、必要に応じて MLAT によって部分的な自 動検証を行うことが可能になりました。 48 化ツール MLAT や等式付木構造オートマトンに基づいた 検証ツール ACTAS の研究開発を行いました。 フィールドワークでは、企業との共同研究によるソフ トウェア開発現場へのモデル検査技術の導入実験、数理 的検証法を普及させるための研修コースのカリキュラム と教材の研究開発、機能安全に関係したソフトウェア認 証の国際動向の調査などを行いました。 Annual Report 05-06 ●フィールドワーク ソフトウェア開発現場へのモデル検査技術の導入実験 では、ソースコードのモデル検査を行なうための、言語 の自動変換器、及び、スライシングの技法を開発しました。 その結果、2 年前には 2 ～ 3 ヶ月かかっていた検証の期 間を 9 日間に短縮できる、という成果を得ました。 数理的検証法を普及させるため、モデル検査の研修コー スのカリキュラムを作成し、試行を行いました。その結 果得た知見をもとに、 平成 18 年 6 月にモデル検査研修コー スの教科書を出版しました。また、研修コース事業を行 うスピンアウト企業が設立されました。 ソフトウェア認証研究では、機能安全の動きの産官学 の中心として機能しつつあります。平成 18 年 2 月にワー クショップ「機能安全規格と適合認証」を産総研関西セ ンター （池田） にて開催し、 130 名を超える参加者が集まり、 大きな注目を集めました。また、平成 17 年 10 月に「第 二回システム検証の科学技術シンポジウム」を、 隔月で「シ ステム設計検証技術研究会」を、 その他「CVS/AIST ワー クショップ」シリーズなどを開催し、学界と産業界から 多くの参加者を得ています。 情報セキュリティ研究センター Recearch Center for Information Security URL: http://www.rcis.aist.go.jp/ TEL: 03-5298-4722 FAX: 03-5298-4522 研究センター長 今井 秀樹 研究の概要 つのチームが、理論からアプリケーションまでの幅広い 分野を研究しています。さらにこれらのチームが協力し、 多角的な視点からの総合的なセキュリティ技術の研究開 発も行っています。 代表的な研究成果 ●量子情報セキュリティの基盤的研究 量子論において非可換な物理量の測定に関する不確定 性原理は最も重要な帰結であり、その情報理論的表現と もいうべき「情報かく乱定理」について、きわめてシン プルな証明手法で一般的な形にしました。この一般化に より本定理の適用範囲が拡大し、BB84 量子鍵配送の現実 的な条件をカバーできるようになっただけでなく、鍵配 送以外のプロトコルの評価にも用いることが可能となり ました。 盗聴検知！ 量子ビット アリス イブ ボブ zxz... zxz... 古典情報 BB84 量子鍵分配における情報かく乱定理 ● Web アプリケーションの安全設計ガイドライン策定 経済産業省「脆弱性関連情報流通の枠組み構築事業」 の平成 17 年度委託研究として、 「ウェブアプリケーショ ンのセキュリティガイドライン策定に関する調査研究」 を行い、安全設計ガイドライン案を作成して、その実装 可能性および検査可能性について妥当性を検討し、調査 研究報告書をとりまとめました。本成果をもとに要求仕 様書を作成することで、安全な製品調達が容易に行える ようになると期待できます。 Information Technology & Electronics 情報セキュリティ研究センターでは、 「誰もが安心し て利便性を享受できる IT 社会の実現」を目指し、暗号 技術を始めとするセキュリティ基盤技術、ハードウェア セキュリティ、ソフトウェアセキュリティを研究する三 ●鍵漏えいに強い ID ベース暗号アルゴリズムの開発 公開鍵インフラを著しく簡略化する新技術として、公 開鍵証明書が不要な ID ベース暗号の有用性が注目されて います。しかし、鍵の紛失や漏えいがあり得る場合、そ の有用性は大きく損なわれます。我々は、実際頻繁に起 こると考えられるこれらの問題を解決した初の実用的な 方式を提案しました。提案方式は無効鍵のリストを必要 とせず、秘密鍵を紛失・漏えいした場合でも公開鍵を変 更する必要がないため、ID ベース暗号本来の利点を維持 したまま、安全に鍵の無効化や更新処理が可能です。 盗聴者（Eve）の存在が正規ユーザー間の通信にかく乱を与えています。 Annual Report 05-06 49 知能システム研究部門 Intelligent Systems Research Institute URL: http://unit.aist.go.jp/is/ TEL: 029-861-5201 FAX: 029-861-5989 研究部門長 平井 成興 Information Technology & Electronics 研究の概要 人間の行う様々な知的活動や物理的操作を支援あるい は代行する、知能情報処理やロボティクス・メカトロニ クスシステムに関わる技術を知能システム技術と位置づ け、その基礎原理、要素技術、システム化技術の研究開 発に取り組んでいます。具体的なトピックとして、ヒュー マノイドロボット、マニピュレーション、3 次元視覚な どロボットの代表的課題に加え、IT と融合した新しいロ ボットシステム、人間共存ロボットとその安全性に関わ る技術、屋外で働くロボット応用システムの研究などを 進めています。この 1 年間では「産総研産業変革研究イ ニシアティブ」として、当部門が中心となって「ユーザ 指向ロボットオープンアーキテクチャの開発」を開始し ました。複数の次世代型ロボットのプロトタイプ開発を 通じて、ロボット要素技術を RT ミドルウェアで再利用 可能なロボット機能部品としてモジュール化し、これら の組み合わせによって新たなロボット製品が効率良く開 発できる環境を整えるものです。 代表的な研究成果 ● 家庭内の機器やロボット要素等を無線ネットワーク・ ノードとミドルウェア技術を用いて結合し、人にもロボッ トにもサービスが可能な新しいロボット空間を生活環境 内に構築しました。 産総研認定ベンチャー 2 社を含む 4 社の共同開発によ り、当部門で開発したヒューマノイドロボット基盤ソフト ウェアと実時間 Linux を搭載した小型ヒューマノイドロ ボット「HRP-2m Choromet」 （チョロメテ）を発表しました。 ● アザラシ型メンタルコミットロボット「パロ」と人々 分散オブジェクトの標準化団体である OMG において、 一昨年度まで進めてきた国家プロジェクト「ロボットの 開発基盤となるソフトウェア上の基盤整備」 （通称、RT ミドルウェア）の成果である RT モジュールの基本モデ ルを原案とする標準化案が採択されました。 とのふれあいを中心にした、海外ドキュメンタリー映画 「メカニカル・ラブ」の制作がヨーロッパで開始されるな ど、優れたセラピー効果への注目がより高まっています。 Security System Light ● ● Home Server RFID Reader Robot TV RFID RFID Reader uRT-Space 人間生活環境に様々な機器を埋め込み、これらの機器同士を空間機能 モジュールを用いて無線通信で接続し、人間とロボットに対して、物 理的・情報的に支援する環境型ロボットシステムを構築しています。 50 Annual Report 05-06 チョロメテ 高 さ 35 cm、 重 量 1.5 kg で、 20 個のモーターで動きます。足 部に 3 軸力センサ、胴体部に加速 度センサ・ジャイロ、当部門で開 発した実時間 Linux とその上で走 るヒューマノイドロボット基盤ソ フトウェアを搭載しています。 エレクトロニクス研究部門 Nanoelectronics Research Institute URL: http://unit.aist.go.jp/nano-ele/ TEL: 029-861-3483 FAX: 029-861-5088 研究部門長 和田 敏美 知的で安全・安心な生活を実現するための高度情報サー ビス創出に向け、ユビキタス情報ネットワークの中核と なる低消費電力性と高速性・高機能性を併せ持つデバイ ス・集積回路技術、情報機器とユーザ間あるいは情報機 器とネットワーク間のインターフェースデバイスの小型 化・低消費電力化を両立させる技術、さらに、新機能材 料及び新物理現象の発見・解明に基づく革新的な情報処 理ハードウェア構築のための要素技術などの開発・高度 化を通じ、持続的発展可能な社会の実現、産業競争力の 強化に貢献することを目指して、ポスト微細化 XMOS 集 積化トータル技術の開発、高性能トンネル磁気抵抗素子 技術及び強誘電体 FET 技術の研究、液体ヘリウムフリー・ プログラマブル・ジョセフソン電圧標準システムの製品 化研究、バイオチップ技術の開発、量子情報処理の基礎 に関する研究などを行いました。 代表的な研究成果 先端シリコンデバイスグループでは、微細化限界を 打破できると期待されている産総研提案のダブルゲート MOS（XMOS）デバイスの早期実用化を目指して研究を 進めています。東北大学と共同で、新規の中性粒子ビー ムを用いたエッチング（NBE）法による、ダメージレス で原子レベルで平坦な微細チャネル形成方法を開発し、 通常の反応性イオンエッチング（RIE）法によるものよ りも 30 ％ものチャネル電子移動度向上を達成しました （図 1） 。 ● NBE RIE Information Technology & Electronics 研究の概要 機能集積システムグループでは、半導体微細加工技術 を用いて、励起光源と一体化が可能なマイクロ蛍光検出 センサの開発を行っています。バイオ分析に使われる標 準的な色素フルオレセインに対する現状での検出限界濃 度は 7 nM であり、マイクロ流体電気泳動チップと組み 合わせた手のひらサイズのコンパクトなデバイス（図 2） で、高速、高感度、高分解能で DNA 断片の分離・検出 に成功しています。この技術は、家庭用 CD/DVD ドラ イブ程度の大きさで、DNA、RNA、タンパク質、糖鎖な どの高速分析用装置への発展が可能であり、手術や救急 車の緊急医療や災害現場等、医療処置が必要な「その場 （Point-of-Care） 」での高速バイオ分析に道を拓くものです。 ● レーザー光 マイクロ流体電気泳動チップ 5nm 5nm 図 1 NBE 法によるソフトなエッチングで原子レベルの平坦な加工を実現 マイクロ蛍光検出センサ 図 2 マイクロ蛍光検出センサを実装したポータブルな高速 DNA 分析装置 Annual Report 05-06 51 光技術研究部門 Photonics Research Institute URL: http://unit.aist.go.jp/photonics/index.html TEL: 029-861-3490 FAX: 029-861-5627 研究部門長 渡辺 正信 Information Technology & Electronics 研究の概要 21 世紀を安全 ･ 安心で快適な社会とするのに必要な、 高度情報化の推進と新産業創出に寄与するため、光の特性 を最大限に生かすことによる情報・通信システムの高度化、 および情報・通信システムと実世界との情報の授受の高度 化に資する技術の研究開発を推進します。具体的には、超 高速光通信デバイス・信号処理技術を中心とし、超小型光 回路、 通信セキュリティー技術等を開発する「光 IT 技術」 、 情報家電用のフレキシブルディスプレイや入出力素子、光 回路等の研究開発を行う「光インターフェース技術」 、お よび強いシーズ技術をベースに、先端的光技術の開拓、次 世代光技術の育成、 分野融合による新技術開拓等を行う「光 フロンティア技術」の 3 分野につき、重点的に研究開発を 進めています。この一年間は、下記の光 3R 技術を含め、 量子ドットレーザー、プリンタブル有機デバイス、情報家 電用光波制御光部品、超短パルス位相制御、眼底カメラや バイオセンサーの開発を行いました。 代表的な研究成果 大容量光通信ネットワークでは、伝送や処理の過程で 波形劣化した光デジタル信号を、きれいな波形の信号に再 生する 3R 再生（Re-amplification：増幅、Re-timing：タイ ミング再生、Re-shaping：波形整形）する技術が必要にな ります（図 1） 。現在は光信号を電気信号に変換して再生 処理を行い、光信号に戻して送り出していますが、電子回 路の動作速度の限界や光・電気・光変換に伴う消費電力の 増大が問題になっています。当研究部門ではビットレート が 160Gb/s の光デジタル信号を、電気信号に変換するこ となく、光信号のままで処理できる光 3R 再生技術を開発 しました（図 2） 。光 3R 再生では、データ変調された入力 信号からクロック信号を抽出して光ゲートスイッチに入力 し、入力信号を制御光としてクロック信号を変調して、タ イミング再生と波形整形を行います。本研究では、 再生モー ド同期半導体レーザーを用いたクロック抽出と、半導体光 増幅器の相互利得変調を用いた光ゲートスイッチを組み合 わせて、160Gb/s の光 3R 再生を実現しました（図 3、4） 。 試作した装置は半導体デバイスを用いて構築し、将来の集 積化や低消費電力動作に繋がる重要な成果と位置づけられ ます。 EDFA DCF OTDM ×4 Variable Delay Line Mode-Locked Laser Diode 160GHz Clock 160Gb/s Data SOA Photodiode t d 160GHz Clock 160Gb/s Data 0 光増幅 光クロック クロック抽出 光ゲート 図 3 試作した光３Ｒ再生装置 160Gb/s 送信器（左）、光クロック抽出（中）、光ゲートスイッチ（右） 20 40 30 15 20 10 10 5 0 0 0 5 10 15 20 0 5 10 15 Time [ps] 図 1 光３Ｒ再生の原理 52 Annual Report 05-06 Regenerated Data 図 2 光３Ｒ再生装置の構成：クロック抽出（左）、光ゲートスイッチ（右） Amplitude [mW] 出力データ信号 1 1.25 ps DGD 3nm BPF 20 入力データ信号 1490nm Assist Light 図 4 入力信号（左）と再生信号（右）の光サンプリング波形 20 情報技術研究部門 Information Technology Research Institute URL: http://itri.aist.go.jp/default.aspx TEL: 029-861-5413 FAX: 029-861-3331 研究部門長 坂上 勝彦 研究の概要 ることで新たな意味や価値を創造し、人間の安心・安全・ 快適な生活に寄与する知的な情報技術を構築することを 目標としています。 代表的な研究成果 致する品質の高いシステムを作り、なおかつコストを低 減させることができます。 包括フレームワークは、利用者・発注者の主体的な参 画を通じて仕様を明確化し、開発過程を適確に管理する ことにより、開発業者まかせのベンダーロックインを防 ぎ開発作業の効率を高めます。これは、利用者・発注者 にとって上記のような情報システムのコスト低減と品質 の向上をもたらすだけでなく、開発業者においても、作 業をスケジュール通りに進めて労働環境を改善すること につながります。また、開発における大きなリスクの積 算が不要になるため、入札価格も適正化され、入札にお ける技術的な優位性の効果が高まります。また、開発が 計画的に遂行できることにより、実用システムの開発現 場における技術革新が進むと期待されています。 開発プロセス・開発体制・ プロジェクトモニタリングフレームワーク 包括フレームワーク ●●システム ×シ ×ステム ▲▲システム ■■システム ●包括フレームワークと次期情報システム 当研究部門では、先端情報計算センターや他の研究 ユニットと連携して、産総研の新たな業務情報システム （AIST EAI2） の開発を進めています。ソフトウェアフレー ムワークだけでなく、開発プロセス等に関する規程も含む 業務情報システム開発用のオールインワンのパッケージ 「包括フレームワーク」を開発し、これを運用することに よって業務・システムの最適化および情報システムの開発・ 運用を利用者主導で進めている点がその特徴です。 情報技術の専門家でない利用者でも理解しやすい仕様 書の書き方を包括フレームワークにおいて規定すること で、現場の利用者が業務の全体最適化に取り組み情報シ ステムの開発に主体的に参画することを可能にし、精度 の高い仕様書を作ることができます。また、やはり包括 フレームワークに従って利用者がシステム開発に体系的 に関与することで、開発中のシステムの問題点を早期に 発見・修正でき、開発コストを低減することができます。 さらに、発注者が仕様書類を管理することにより、情報 システムの保守の効率が高まります。 また、ソフトウェアフレームワークによって個別シス テムの開発工数を圧縮し個別システム同士を連携させる だけでなく、利用者が主体的に参画して業務全体の最適 化を視野に入れた精度の高い仕様書が作成できます。こ れにより、業務全体の効率を改善し、利用者の要求に合 Information Technology & Electronics 生活世界の具体的な意味内容（コンテンツ）に即して 情報通信基盤技術と知能情報処理技術とを融合した研究 開発を行い、生活世界の意味をデジタル情報化・資源化 （すなわち情報コンテンツ化）し、それを実問題に適用す 仕様改良 発注者 仕様設計 ニーズ 利用者 連携 業務改革 開発 開発者 ソフトウェアフレームワーク システム改良 Annual Report 05-06 53 超高速光信号処理デバイス研究ラボ Ultrafast Photonic Devices Laboratory URL:http://unit.aist.go.jp/updl/ TEL: 029-861-3203 FAX: 029-861-5255 研究ラボ長 石川 浩 Information Technology & Electronics 研究の概要 安全・安心で、快適かつ知的な生活を実現するために、 大量の情報を伝送・処理できる高度な情報通信インフラ が重要になってきています。私たちは、大量の情報を、 小型・省電力で処理するのに必要になる、超高速の光信 号処理を目指した全光スイッチの研究開発を行っていま す。具体的には、160 Gb/s 以上の超高速領域で動作する 半導体量子井戸のサブバンド間遷移を用いた全光スイッ チ、フォトニック結晶を用いた超小型光双安定論理スイッ チなどの研究開発を進めています。 代表的な研究成果 ●サブバンド間遷移スイッチ このスイッチは量子井戸のサブバンド間の電子の遷移 を利用したスイッチで、サブピコ秒からピコ秒の超高速 領域で動作するのが特徴です。InGaAs 系の材料を用いた スイッチと、CdS/ZnSe 系材料を用いたスイッチの開発 を進めています。InGaAs 系スイッチでは、TM モードの 励起パルスで、TE モードの光に大きな位相変調が掛か るという新しい現象がみつかり、そのメカニズムの解明 を行いました。この効果を使い干渉計型の構造を採用す ることで、ピコ秒領域で、低挿入損・高消光比の全光ス イッチを実現できるため、干渉計型スイッチに向けて開 発を進めています。CdS/ZnSe 系スイッチは InGaAs 系の スイッチに比べて応答速度がさらに速いのが特徴で、こ の材料系の限界に近い低エネルギー動作を実現し、500 fs 以下の超高速応答を確認しました。 ●超小型光双安定論理スイッチ フォトニック結晶の微小共振器に光を閉じ込めること で増強される光非線形性を用いた、光双安定動作をする スイッチを目指しています。AlGaAs を用いたエアーブ リッジ型のフォトニック結晶で、微小導波路と微小共振 器を結合させた素子を作成し、Q が 26,000 の素子を製作 して、5 µW の低パワーでの双安定動作を得ました。た だ、この双安定動作は熱効果によるもので、プラズマ効 果を用いた高速の双安定動作に向けて研究を進めていま す。また、関連した技術として、フォトニック結晶と外 部の光回路とを高効率で接続する円盤レンズ構造（図参 照）を開発して、片側で 4 dB、両端面で 8 dB の結合効 率の改善に成功しました。 フォトニック結晶導波路 レンズ部の拡大写真 円盤レンズ 15µm エアーブリッジ型フォトニック結晶導波路と外部光回路との高い光結合 を可能にする円盤レンズ構造 54 Annual Report 05-06 つくばセンターの春景色（2006/4/4 撮影） Annual Report 05-06 55 Nanotechnology, Materials & Manufacturing ナノテクノロジー・材料・製造分野 優れた材料を実用に結びつける 新製造技術の開発 TEL : 029-862-6029 / 6031 研究コーディネータ 五十嵐 一男 65 ナノテクノロジー研究部門 ● 62 ダイヤモンド研究センター ● 67 先進製造プロセス研究部門 ● 66 計算科学研究部門 ● 63 ナノカーボン研究センター ● 68 サステナブルマテリアル研究部門 ● 64 デジタルものづくり研究センター ● Nanotechnology, Materials & Manufacturing 中浜 精一 60 強相関電子技術研究センター ● 61 界面ナノアーキテクトニクス研究センター ● ナノテクノロジー・材料・製造分野では、ナノテクノロジーをキー技術として材料と製造技 術を一体的に取り扱うことで新たな技術へと革新させ、国際競争力を強化するとともに環境と 調和した持続的発展可能な社会の実現を目指します。 ナノテクノロジー・材料・製造分野の目標 ナノテクノロジー・材料・製造分野では、ナノテクノ ロジーをキー技術として材料と製造技術を一体的に取り 扱うことでイノベーションを創出し、国際競争力強化と 21 世紀の高度情報化社会、高齢化社会での安全・安心な 生活、環境と調和した持続的発展可能な社会の実現に貢 献します。 当分野では、 「ミニマル・マニュファクチャリング」コ ンセプトを基本に据え、第 2 期の研究戦略、中期計画を 策定しました。これは、当分野が中心となって独自にコ ンセプト化したもので、生産プロセスにおいて「最小の 資源投入で」 「最小のエネルギー（生産コスト・環境負荷） を用いて」 「最大限の機能を発揮する製品をつくり」 、 「廃 棄の際にも最小限の環境負荷でとどめることができる」 技術体系に対して私どもが名付けたものです。本格研究 の中で展開されるミニマル・マニュファクチャリングコ ンセプトの具体化により、わが国の産業変革が促進され ることが期待されています。また、ものづくり産業の強 化育成に焦点が当てられていますが、これらに関わる研 究開発にも貢献が期待されています。 56 研究コーディネータ Annual Report 05-06 計算科学は当分野のみならず産総研全体の共通基盤技 術として、その重要性がますます高まっています。実験 や実際の製造過程では見えない現象を計算機シミュレー ションによって可視化することで、現象の本質を明らか にすることができます。また、予測や最適化を通してミ ニマル・マニュファクチャリングにも貢献することが期 待されています。 省エネ、省資源 製造プロセスの革新 材料の革新 機能 コスト システムの革新 ミニマル・マニュファクチャリングのコンセプト ナノテクノロジー・材料・製造分野の研究ハイライト ■ ナノ材料技術 ●異種高分子をナノ分散・混合する技術を開発 異種高分子をナノ分散・混合する技術として新たに高 せん断成形加工法を開発しました。この方法では、非相 溶性のポリフッ化ビニリデン（PVDF）とポリアミド 11 （PA11）とを添加剤を使わずに混合し、十〜数十ナノメー トルのサイズの PA11 が PVDF 中に均一に分散している ブレンドを作製することができました。 （ナノテクノロ ジー研究部門） 100nm ●圧電磁石による光の制御 圧電性を持つ磁石表面に微細な溝を周期的に刻み、磁 石の N 極 S 極の反転により回折する光の強度を変化させ ることに成功しました。GaFeO3 の結晶を作製し、表面に 4 マイクロメートル周期で溝（回折格子）を刻みました。 この回折格子に可視光を入射したところ、磁極の向きを 変えることによって実際に回折強度が 2 パーセントも変 化しました。このとき、右と左に回折される光の強度の 片方が強くなり、もう一方が弱くなります。この効果が 偏光と無関係に起きることも実測しました。 （強相関電子 技術研究センター） 5 nm 500 nm 二層カーボンナノチューブ垂直配向体（中央）と 電子顕微鏡写真（左：拡大像、右：二層カーボンナノチューブ像） 磁場変調率 （パーセント） ●高純度二層カーボンナノチューブを合成 99.95%以上の世界最高純度を有する二層カーボンナノ チューブ垂直配向体の合成に成功しました。これらの二 層カーボンナノチューブは、電界効果型ディスプレイ用 の電極上に直接成長させることも可能であり、高輝度低 消費電力型のカーボンナノチューブディスプレイへの応 用が期待できます。 （ナノカーボン研究センター） 回折角度 2 0１ 2 3 Nanotechnology, Materials & Manufacturing 高せん断成形加工により作製したポリマーブレンドの電子顕微鏡写真 4 回折格子 磁場 1 0 0 10 20 30 40 50 回折角度 （度） 磁化を反転させた時の回折強度の変化率 Annual Report 05-06 57 ■ ナノ基盤技術 ●高精度オーダ（N ）法の開発 電子状態の計算負荷は一般にはシステムサイズ N の 3 〜 4 乗ですが、それを N に比例させるオーダ（N ）法 についてクリノフ部分空間法と名付けた方法も開発しま した。この方法は局所数値基底の密度汎関数法（DFT） のコードである OpenMX の一部として公開されました。 これは自由電子を多数存在する金属をも対象にできる特 徴があります。また、液体や半導体などの系を対象に、 軌道の局所性を利用したオーダ（N ）法を有限要素基底 の DFT コードである FEMTECK で達成しました。（計 算科学研究部門） アルミニウム（001）表面上の（10,0）ジグザグカーボンナノチューブ の差電子密度（OpenMX のオーダ（N ）法による） Nanotechnology, Materials & Manufacturing ■ 高品質・省エネ・高速プロセス技術 ●大型ダイヤモンド単結晶の作製に成功 マイクロ波プラズマ CVD を用いて、シミュレーショ ン結果を元に改良した成長装置によって 50µm ／時間を 超える成長速度を実現しました。これによって 6.6 カラッ ト（1.32 ｇ）を超える単結晶ダイヤモンドの作製に成功 しました。（ダイヤモンド研究センター） マイクロ波プラズマ CVD で作製した大型単結晶ダイヤモンド（6.6 カラット） 7 測定温度 77K 6 5 4 3 2 c（MA/cm 2） ●レーザ光を使った高性能薄膜の製造技術を確立 塗布熱分解法技術とエキシマレーザアニーリング技術 を融合させることで酸化物超電導体の特性の改善と製造 プロセスの効率化を図ることに成功しました。成膜速度 が従来の溶液プロセスに比べ約 5 倍に高速化されるとと もに、臨界電流密度（J c）が世界最高級の 600 万 A/cm2 以上に達するエピタキシャル薄膜が作製できました。 （先 進製造プロセス研究部門） 1 0 2 cm 射部 非照 部 照射 c） （高 塗布熱分解法技術とエキシマレーザアニーリング技術を融合させた高性能 薄膜の J c 分布図（レーザ照射部のみ高超電導特性を示す。膜厚 110 nm） 58 Annual Report 05-06 ●電磁振動力で金属ガラスを連続鋳造 電磁振動力によって結晶の芽となる結晶核の生成を抑 制し、合金が持っている金属ガラスを形成する能力（金 属ガラス形成能）を高める技術について研究を行ってい ます。この技術を利用した鉄系合金の金属ガラスバルク 材の連続鋳造装置を開発しました。 （サステナブルマテリ アル研究部門） 超電導マグネット 高周波コイル 誘導溶解 水冷銅溝ロール 交流電源 超電導マグネットによる磁場 ■ ものづくり IT 技術 ●多点支持金型プラットフォーム技術の研究開発 金型とプレス機の間に、金型を多点で支持する機能性 の高い金型台（金型プラットフォーム）を挿入し、プレ ス機間の機差を吸収し、大型プレス金型の成形中の実質 的表面形状や成形圧力分布を調整する技術を開発しまし た。この技術はこれまで技能者が行ってきた金型修正・ 調整作業の一部置き換えや大型順送金型による板鍛造・ せん断の高精度化、広領域微細成形装置への応用などが 期待されています。 （デジタルものづくり研究センター） Nanotechnology, Materials & Manufacturing 金属ガラスバルク材の連続鋳造装置の概念図 金型プラットフォームの支持点制御により製品成形精度を改善した例（自動車ドアパネル） 多点支持金型プラットフォームと自動車ドアパネル Annual Report 05-06 59 強相関電子技術研究センター Correlated Electron Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/cerc/ TEL: 029-861-2500 FAX: 029-861-2663 研究センター長 十倉 好紀 研究の概要 Nanotechnology, Materials & Manufacturing 当研究センターは、近年急速に進展しつつある強相関 電子物理の概念に基づいて、既存のエレクトロニクスの 延長では到達できないような、革新的な量子効果デバイ ス・量子材料の創製を目的としています。強相関電子とは、 多数の電子がお互いに強い影響を及ぼしながら、存在す る状況を指しています。このとき、電子の集団は、ちょ うど分子集団が固体や液体や液晶の形態をとるように、 量子固体－液体－液晶の間を、磁気的、電気的、光学的 な性質を大きく変えながら、相転移を起こします。また、 これら電子集団の相は、ピコ秒（10-12 秒）以内の超高速 の切り替えが可能となります。外部から小さな刺激を入 力して、劇的な電子相変化を巨大出力とする現象を電子 技術として発展させようとするのが、強相関電子技術の 基本的な理念です。 代表的な研究成果 が形成される強相関絶縁体（半導体）のマンガン酸化物 最近、強相関遷移金属酸化物を金属電極で挟んだ強相 関接合に、パルス電圧を加えると、接合抵抗が可逆的に （Sm0.7Ca0.3MnO3：SCMO）と金属電極で構成した素子では、 電流 - 電圧特性に整流性と履歴効果が観測され、CER 効 2 ～ 3 桁も変化し、その抵抗状態が保持される電界誘起 果が発現することが確認されました。さらに、CER 効果 抵抗変化（Colossal Electro-Resistance: CER）効果が見つ かっています。この特性を利用した不揮発性メモリは、 が発現しない LSMO を用いた素子の接合界面に、強相関 絶縁体（半導体）の SCMO を 1 分子層（0.4 nm）以上挿 抵抗変化型不揮発性メモリ（ReRAM）と呼ばれ、将来の 入すると、CER 効果が発現します。これは、CER 効果が ユニバーサルメモリとして注目されています。当センター では、CER 効果の動作機構について研究を進めており、 界面現象であることの直接的な証拠であるとともに、ナ ノメートル・オーダーの界面領域の電気的特性を変化さ 電極金属と強相関絶縁体（半導体）薄膜の界面にショッ せることで抵抗スイッチング特性を制御できることを示 トキー接合に相当する空乏層領域が存在し、その領域へ しています。 の電荷蓄積効果により、可逆でメモリ効果のある抵抗変 化が発現するというモデルを提案しています。このモデ ルの検証実験として、接合界面にショットキー障壁が形 成されない強相関金属のマンガン酸化物（La0.7Sr0.3MnO3： LSMO）と金属電極（Ti）で構成した素子を作製しました。 この素子では、CER 効果の特徴である電流 - 電圧特性 の履歴効果は観測されません。一方、ショットキー障壁 100 10-2 10-4 =0 （LSMO） 10-6 100 10 10-2 -8 10-10 =1 10-4 10-6 100 10-8 I（A） I 10-2 10-4 10-10 =3 100 10-6 10-2 10-8 10-10 100 10-2 10-4 =5 10-6 reset 10-8 set 10-4 10-10 10-6 10-8 10-10 -5 電荷蓄積効果により界面の電子状態が変化 強相関ショットキー界面の電荷蓄積モデル 60 Annual Report 05-06 界面制御 CER 素子 =250 （SCMO） Reverse Forward 0 （v） 5 界面電気伝導特性の変化にともなう 電流 - 電圧特性（CER 特性）の変化 界面ナノアーキテクトニクス研究センター Nanoarchitectonics Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/narc/ TEL: 029-861-4460 FAX: 029-861-4461 研究センター長 清水 敏美 研究の概要 置させる創製システムにより、環境・エネルギー問題や医 療福祉問題を解決するナノ構造材料、ナノ機能素子づくり を検討しています。さらに、単一分子などを対象とした超 高感度、超高解像度の計測・分析手法の開発も行っていま す。この一年間は、オーガニックナノチューブの大量合成 技術の開発、ナノ粒子の結晶構造変化を利用したガスセン サの開発、STM で解析したビピリジン誘導体の二次元構 造変化観察などを行いました。 代表的な研究成果 分子両末端に 2 つの異なる親水基を持つくさび形脂質 を設計・合成し、水溶液中で自己集合させた。その結果、 内表面がアミノ基、外表面が糖水酸基で被覆された内径 約 80 nm のオーガニックナノチューブホストを構築する 手法を開発しました。水溶液の pH 条件を制御すること でカチオン性内表面造を持つナノチューブを得ることが でき、アニオン性の高分子ナノ粒子（20 nm）や球状タ ンパク質フェリチン（12 nm）を包接できることを見い だしました。こうして、静電的なホスト－ゲスト相互作 用により効率的な包接が可能であることを初めて見いだ しました。現在、合目的な内表面をもつテーラーメイド 型ナノチューブの調製とドラッグデリバリシステムなど への応用を目指しています。 OH O HO HO OH H O くさび形脂質分子 N N O 分子組織化 NH2 H Nanotechnology, Materials & Manufacturing ナノメートル（百万分の 1 ミリメートル）という長さ単 位で表される極微の世界で物質を制御し、材料、システム、 デバイスを創造することにより、将来、人工生命体、マイ クロロボット医療、完全循環型社会などの実現が期待され ています。当研究センターでは、東京大学大学院新領域創 成科学研究科と連携しながら、原子・分子という極微な単 位物質を 「部品」 に用いたボトムアップ型ナノテクノロジー の研究開発を推進しています。常温、大気圧に近い温和な 条件下で、必要な微細資源を必要な時に、必要な量だけ配 80 nm 20 nm ポリスチレンスルホン酸粒子 20 nm 100 nm Annual Report 05-06 61 ダイヤモンド研究センター Diamond Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/dia-rc/ TEL: 029-861-2770 FAX: 029-861-2771 研究センター長 藤森 直治 研究の概要 ダイヤモンド研究センターはその名のとおり、ダイヤ モンドを利用した応用技術の研究開発を行っています。 ダイヤモンドは硬さ以外にもさまざまな優れた特性を有 しており、広範な応用が期待されています。その中でも ダイヤモンドが大きなポテンシャルを持つ半導体として の性質や、表面の機能を使ったエレクトロニクス応用を 目指し、さらにこれらの応用展開に必要な大型単結晶を 製造する技術を研究しています。これらの研究開発の成 果を産業へ移転することを目指しています。 Nanotechnology, Materials & Manufacturing 代表的な研究成果 ●ダイヤモンド単結晶基板の開発 ダイヤモンドを気相合成法で大型単結晶基板を作製す ることに取り組んでいます。マイクロ波プラズマ CVD 法 で、プラズマを集中させることによって成長速度を大幅 に向上させ、150 時間で 1 cm を超える厚さの成長を実現 しました。大型化に対応できる装置開発を、プラズマシ ミュレーションの高度化で取り組んでいます。さらに、 加工が困難なダイヤモンドを薄い板状の基板とするため、 イオン注入技術を利用する切断方法を確立しました。こ の様にダイヤモンドを利用するための素材技術の確立を 目指しています。 種結晶 イオン注入を利用し種結晶から分離した気相合成ダイヤモンド単結晶 62 Annual Report 05-06 ●電子デバイス開発 ダイヤモンドが持つ優れた半導体特性を利用して、高 パワーデバイスや電子放出デバイスの研究を行っていま す。p 形ダイヤモンドと金属の接触によるショットキー ダイオードで、250 ℃の高温でも良好な特性を出すこと に成功しました。また、ダイヤモンド表面を吸着物のな い清浄表面とすることで、従来よりも低電圧での電子放 出が可能なことを見つけました。 ●表面機能デバイス開発 ダイヤモンドの表面を DNA で修飾する技術を開発し、 これを使ってダイヤモンドの生体物質センサーの開発を 行っています。リンカー分子を使って、ダイヤモンド上 に DNA が非常に強く固定できることを確認しました。 また、単結晶ダイヤモンド上に規則的に DNA を配列す ることに成功し、定量的な計測が可能なセンサーへの基 礎技術を開発しました。電気化学的なセンサーを中心と して、微量計測に対応できる技術を開発しています。 ナノカーボン研究センター Research Center for Advanced Carbon Materials URL: http://unit.aist.go.jp/nano-carbon/ TEL: 029-861-4551 研究センター長 飯島 澄男 研究の概要 特徴を生かした環境・エネルギー材料及び情報通信材料 の開発を目指します。このため、ナノスペースを利用し たカーボン材料の開発と産業化の可能性を明らかにする とともに､ ナノカーボン材料により、我が国の 21 世紀の 基幹材料としての位置づけを確立し、さらに実用化に向 けて企業との連携により､ アウトカムの実現を図ります。 代表的な研究成果 1050 excitation wavelength（nm） 2002 年 に 発 見 さ れ た 単 層 カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ （SWNT）からのバンド間発光によって、カーボンナノ チューブに、またひとつの魅力が加わりました。この発 見によってナノチューブの光学的応用が議論され始め、 その他にも、各発光ピークの強度からバルク試料中の SWNT の種類（カイラリティー）やその混合比を求める 構造分析法としての期待も高まっています。しかし、主 に検出器の検出波長限界から、通常販売されている蛍光 分析装置では直径約 1.3 nm 以下の SWNT の発光信号の みが検出可能でした。当研究センターでは長波長にも感 度を持つ検出器を用い、励起光源として波長可変レーザー と組み合わせることにより、直径約 1.6 nm までの SWNT を評価できる分光システムを開発しました。これにより、 直径が大きすぎて従来は評価が困難だったレーザー蒸発 法や、アーク放電法で合成された SWNT の分光学的評価 が可能になりました。 1000 1 （17, 3） （12, 10） （15, 4） （16, 2） （13, 8） （14, 6） （13, 9） （11, 10） （14, 7） 950 0.5 （11, 9） 900 （12, 7） （12, 8） （10, 9） （13, 6） （15, 5） （16, 3） 0 850 1500 1600 1700 Nanotechnology, Materials & Manufacturing ナノチューブなどに代表されるナノカーボン材料は、 そのナノスペースにおいて他の物質・材料に見られない ユニークな構造や機能を持っています。当研究センター では、炭素の究極の物性を明らかにするとともに、炭素 系物質・材料が作り出すナノスペースの科学の構築を行 い、これらをベースに環境に適合しやすい炭素系材料の 1800 1900 emission wavelength (nm) アーク放電法で合成された SWNT（平均直径 1.4nm）の 2 次元発光ス ペクトル 各数字の組みは同定された SWNT の構造を示しています。 Annual Report 05-06 63 デジタルものづくり研究センター Digital Manufacturing Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/dmrc/ TEL: 029-861-7090 FAX: 029-861-7129 研究センター長 松木 則夫 研究の概要 Nanotechnology, Materials & Manufacturing 当研究センターでは、高度だが未解明の暗黙的な知識 を明らかにする技術と、形式的ではあるが偏在していた り、原理が理解されていない知識を活用する技術の双方 を、製造現場で使える形で提供することで作業者を支援 し、高度な製造技術の維持・発展が可能となる技術の研 究開発を目指しています。このため、企業現場において、 製造技術の計測、分析、ヒアリング、観察などを実施し、 製造現象の解明とともに、作業者の持つ暗黙的な知識と 形式的な知識の構造の解明に取り組みます。さらに、解 明された知識の体系化と集積化を試み、その有効性を企 業における利用（実験）により検証する、という手順を 繰り返すことで製造技術の本質に迫ります。 代表的な研究成果 ●現場で使える計測技術の開発と作業ポイントの可視化 鋳造では金属を溶融した溶湯を型に流し込むことによ りさまざまな形の製品を作っています。多くの鋳造企業 では熟練技能者による手作業での注湯作業が一般的です。 注湯により鋳物の品質やばらつきは大きく左右され、熟 練者は作業中に微妙に注湯速度を変化させて適切な注湯 作業を行っています。そこで現場で熟練者が行う注湯挙 動を計測する技術を開発しました。熟練者による作業の ポイントの可視化により後継者のトレーニングに利用し たり、注湯作業のばらつき具合を明らかにして品質管理 に役立てることができます。また、このシステムを応用 して、すでに企業に導入されている自動注湯機に設定す るパラメータの最適化ツールへの応用も進めています。 ●技能者の意思決定過程や判断根拠の数値化 熟練作業者の経験や知識などは、その人物固有の属人 的なものであり、それを客観化して他人が共有すること は非常に困難です。そこで、階層分析法やクラスター分 析法などの品質工学や分類統計学で発展してきた手法を 技能分析として用いて、高いレベルの技能者の有する意 思決定過程や判断根拠などを数値化することにより、素 人や非熟練者でも実践できる技術に置き換えるソフト ウェアの開発にも取り組んでいます。たとえば、ステン レス鋼の溶接を行う場合に、もっとも避けなければなら ない欠陥は何で、それを回避するにはどの溶接パラメー タを操作することが有効なのかが定性的 ･ 定量的に表す ことができます。 評価基準からみた代替案 目的からみた評価基準 0.626 0.469 0.235 パルス周波数 溶接速度 クラック割れ数量 レーザパワー アンダーカット深さ アンダーフィル深さ 0 ブローホール クラック割れ数量 Annual Report 05-06 階層分析法結果 アンダーカット深さ 64 0.078 アンダーフィル深さ 自動注湯最適化 0.156 ブローホール 0 レーザ焦点位置 0.156 シールドガス流量 0.313 0.313 ナノテクノロジー研究部門 Nanotechnology Research Institute URL: http://unit.aist.go.jp/nanotech/index_j.html TEL: 029-861-5277 FAX: 029-861-5548 研究部門長 横山 浩 研究の概要 ナノメートル（10 億分の 1 メートル）の極微世界で、 原子・分子精度の物質の構造制御による、超微細、高機能、 そして超低消費エネルギーな新しい材料、デバイス、シ ステムの創造、それがナノテクノロジーです。ナノテク ノロジーは、物質が関わる全ての科学技術の基礎であり、 無限の可能性を秘めています。当研究部門は、産総研に おけるナノテクノロジー研究開発の中心として、ナノメー トルスケールにおける物質研究の新たな手法やコンセプ トの開拓から、生体を含むナノ構造物質の持つ諸現象の 解明と応用、そしてそれらの産業技術への展開までを幅 広く先導していきます。 Nanotechnology, Materials & Manufacturing 代表的な研究成果 ●超微細インクジェットによる立体配線・立体構造形成 技術の開発 必要な量の材料を最小のエネルギーで基板上に配置可 能なインクジェット技術の特性に着目し、各種のナノ材料 を基板上に精密に配置することにより、材料の機能性を 最大限発揮させることが可能になります。当研究部門で は、世界最小レベルのインクジェット技術を開発し、ミク ロンオーダーの配線直接描画や、立体構造の直接形成など に成功しています。図 1 に示すように、層間配線ピッチが 20 マイクロメートル、基板の薄さが 10 マイクロメートル 以下というインクジェット印刷技術で作られた基板として は世界最小レベルのビルドアップ基板を試作し、クリーン ルームなど特殊な施設を必要とせずに微細電子回路の形成 が可能なことを実証しました。また、超微細液滴の乾燥性 の高さを利用することで、任意の形状を作ることが可能に なり、図 2 に示すような超微細マイクロコネクターの試作 にも成功しています。 図２ 超微細マイクロコネクター (a) ソケット （b）プラグ 図１ 超微細ビルドアップ基板 Annual Report 05-06 65 計算科学研究部門 Research Institute for Computational Sciences URL: http://unit.aist.go.jp/rics/ TEL: 029-861-3170 FAX: 029-861-3171 研究部門長 池庄司 民夫 研究の概要 計算科学は産業技術を支える基盤です。当研究部門で は、ナノテクノロジー、バイオテクノロジー、エレクト ロニクス、材料開発、製造技術などの広い分野の技術開 発を促進し、社会的に解決すべき環境問題やエネルギー 問題などに貢献することを目指しています。そのために、 基礎理論、計算手法、計算プログラムの開発からそれら を用いた適用計算の研究を行っています。 Nanotechnology, Materials & Manufacturing 代表的な研究成果 ●カーボンナノチューブの電気伝導率の環境依存性 カーボンナノチューブにどのような張力や静水圧が かかっているかを、電気伝導率の測定から知るという新 しい理論を提出しました。図 1 に示すように軸に平行に 磁場をかけてその電気伝導率を測定することにより、ナ ノチューブの曲率効果や電子散乱の様子がわかり、ナノ チューブの置かれている環境がわかります。このような 実験から効率的に材料特性の理解が深まり、量子効果デ バイス材料としての発展が期待されます。 ●シリコン融液に密度極大 水は 4 ℃で密度が極大になることが知られていますが、 図 2 のように過冷却状態のシリコン融液では約 930 ℃で密 度が極大になることを、長時間の定温定圧の第一原理分子 動力学の計算から明らかにしました。これは、両方の液体 が 4 面体配位を基本にするためです。このように定温定圧 第一原理分子動力学の計算により、実験では測定の困難な 極限環境での種々の性質を知ることができます。 ） 2.65 2.64 Density（ 2.63 2.62 2.61 2.6 2.59 2.58 図１ カーボンナノチューブの電気伝導度とその環境との 相関の測定方法 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Temperture （°） 図２ 定温定圧第一原理分子動力学より求めたシリコン融液の 密度の温度変化（過冷却状態で密度極大が表れる） 66 Annual Report 05-06 先進製造プロセス研究部門 Advanced Manufacturing Research Institute URL: http://unit.aist.go.jp/amri/ TEL: 052-736-7378 FAX: 052-736-7405 研究部門長 三留 秀人 研究の概要 造化プロセス技術に関する研究、3 次元ナノ・ミクロ集 積化プロセス技術に関する研究、ローエミッション製造 技術に関する研究、オンデマンド高効率製造技術に関す る研究、製造における安全・信頼性基盤技術に関する研究、 MEMS ファウンドリ・サービスの実施等を部門の重点課 題として研究を行いました。 代表的な研究成果 ●ステレオファブリック造形技術 省資源と高機能化を実現するために、成形体ブロック からの総削りではなく、精密な構造をもつユニットを組 み立てブロックのように立体的に配置し、結合・一体化 させて多様な形状やサイズをもつセラミック部材を製作 する技術を開発しています。これにより、原料ロスが少 なくなり低コスト化が実現できるほか、小型成形設備で の対応が可能となるなど現場での作業が容易になります。 また、中空構造により部材の断熱性を向上させることが でき、さらには、軽量で精密な構造をもつ大型部材が製 造できるようになります。 14mm ●磁気力顕微鏡を用いたナノマグネティックキャラクタ リゼーション 磁気力顕微鏡は、磁性を有する機能材料や構造材料の ナノキャラクタリゼーションツールとして用いられつつ あります。ここではその定量的な評価手法を確立するこ とを目標に、計測データから磁荷分布を求める逆解析手 法を開発しました。例えば、先進形状記憶合金として注 目されている Fe-Pd の磁気力顕微鏡像の逆解析により、 マルテンサイトのバリアント構造と対応した磁荷像を得 ることができました。今後、マイクロデバイス等の材料 のキャラクタリゼーションを通じてその劣化メカニズム の解明等が期待されます。 Nanotechnology, Materials & Manufacturing 材料技術と製造技術とを一体化することにより、製品 の機能・精度・生産性の高度化、及び製品のライフサイ クル全体における低環境負荷性と機能・生産性の両立が 可能な製造技術の開発をミッションとしており、最小限 の資源・エネルギーの投入で、最大限の機能を発揮する 革新的ものづくり技術（ミニマルマニュファクチャリン グ）を目指しています。このために、マルチスケール構 20mm 10 25mm MFM output arb. unit Φ0.25 -30 20 15 y µm 10 0.2 mm 5 10 15 20 x µm 磁気力顕微鏡像（計測データ） Fe-30.5at.%Pd マルテンサイト相 逆解析 Magnectic charge arb. unit x10-3 1 -3 20 15 y µm 10 5 磁荷像 射出成形によるトラス構造の基本ユニットと それらのアセンブリ 5 0 0 5 10 15 20 x µm 先進形状記憶合金への適用 Annual Report 05-06 67 サステナブルマテリアル研究部門 Materials Research Institute for Sustainable Development URL: http://unit.aist.go.jp/mrisus/ci/ TEL: 052-736-7086 FAX: 052-736-7406 研究部門長 中村 守 Nanotechnology, Materials & Manufacturing 研究の概要 資源・エネルギーの有限性を前提としつつ、社会の持 続的発展を可能とする先進的な材料・素材・部材に関わ る総合的な技術開発を、最新の材料技術を用いて行うこ とを目指しています。当面重点的に取り組むべき緊急課 題として、運輸・民生部門における CO2 排出削減に大き な効果を持つ輸送機器の燃費改善のための車体の軽量化 及び省エネルギー型建築部材の開発を行っています。ま た、近い将来の供給不安が危惧されるレアメタル資源に 関わる対策技術の開発も行っています。 ● 輸送機器の軽量化 輸送機器の軽量化による燃費の改善を図るため、リサ イクルできる実用構造用金属材料として最も軽量なマグ ネシウムを自動車等の主要部分に使用できるようにする ための技術を開発しています。 ● 省エネルギー型建築部材 建物の空調にかかるエネルギーを大幅に削減すること のできる、調光ガラス、木質サッシ、調湿壁等を開発し ています。 ● 供給不安金属資源対策 需要増加と埋蔵資源の極端な偏在によって、近い将来 供給不足が危惧される金属資源について、使用量を削減 する省使用技術やより安定した供給が見込める資源を利 用する代替材料技術の開発を行っています。 代表的な研究成果 ●マグネシウム合金板材の調質圧延によるプレス加工性 改善技術の開発 マグネシウムの結晶では、室温付近において結晶構造 の特定面に沿ったすべりだけが起きます。そのため、圧 延板では、そのような結晶の特定面が板面に平行に配向 した組織（集合組織）が形成され易く、圧延材の室温・ 温間でのプレス成形は困難でした。そこで、集合組織の 形成を抑制して板材の成形性向上を実現する調質圧延技 術として、クロス圧延や異周速圧延の研究開発を行い、 プレス加工性の改善を確認しました。 ●省エネルギー効果に優れた調光ガラスの開発 60cm×70cm のサイズの調光ミラーガラスを試作し、鏡 状態と透明状態のスイッチングを確認しました。このよう な大型サイズの調光ミラーガラスは世界初であり、実際の 窓枠にはめて建築部材としての省エネルギー性能が評価で きる段階にきています。調光ミラー窓ガラスを夏の高温時 に透明な状態から鏡の状態に変化させることで、室内の温 度上昇を大幅に抑えることができ、冷房に用いられる膨大 な量のエネルギーを節約することができます。 （図 1） ●金属加工用ナノ結晶高靭性サーメットの開発 将来の供給不安が強いレアメタルであるタングステン を多量に使用している WC-Co 超硬合金工具の代替材料 として、Ti50C50-20mass％ Ni ナノ結晶サーメットを開発し ました。メカニカルアロイングとパルス通電反応焼結を 組み合わせて、結晶粒のナノ化を実現することで、靭性 等の機械的特性は大きく向上しました。 （図 2） 非平衡化 Ti-C-Ni Ti N C Ti-C-Ni Ti-C-Ni Ti-C-Ni 短時間・低温焼結 Ti-C-Ni 高エネルギー TiC TiC:200-300 nm 微細TiCの複合粒子 図１ 60 cm×70 cm の大型サイズ調光ミラーガラスの試作 68 Annual Report 05-06 1µm ナノ結晶サーメット 図２ Ti50C50-20mass％ Ni ナノ結晶サーメット つくばセンターの秋景色（2006/11/23 撮影） Annual Report 05-06 69 Environment & Energy 環境・エネルギー分野 持続可能な循環型社会の 実現に向けて TEL : 029-862-6032 / 6033 研究コーディネータ 神本 正行 74 化学物質リスク管理研究センター ● 75 ライフサイクルアセスメント研究センター ● 研究コーディネータ 山辺 正顕 81 バイオマス研究センター ● 82 水素材料先端科学研究センター ● 76 パワーエレクトロニクス研究センター ● 83 ユビキタスエネルギー研究部門 ● 78 太陽光発電研究センター ● 85 環境化学技術研究部門 ● 77 爆発安全研究センター ● 79 固体高分子形燃料電池先端基盤研究センター ● 80 コンパクト化学プロセス研究センター ● 84 環境管理技術研究部門 ● 86 エネルギー技術研究部門 ● 87 メタンハイドレート研究ラボ ● 持続可能な循環型社会を目指して、環境汚染や地球温暖化への対応、さらに資源循環の促進 Environment & Energy やエネルギーの安定確保に資する研究開発を進めています。 環境・エネルギー分野における研究開発の概要 豊かで快適な生活を維持していくためには、環境・エ ネルギーに関わる様々な問題を克服し、社会、経済の持 続可能な発展を実現しなければなりません。このために は産業活動に伴う環境負荷を極力低減し、エネルギーの 安定供給を確保する必要があります。産総研では、次の 4 つの戦略目標のもと、環境・エネルギーの研究開発を 推進しています。 1. 環境予測・評価・保全技術を融合し、環境対策の最 適ソリューションを提供する 極微量の環境負荷物質を捕らえる「環境計測・モニタ リング技術」 、また、化学物質リスク、ライフサイクルア セスメント（LCA） 、地球環境影響、爆発安全性等の「評 価技術」 、ならびに大気汚染、水質汚濁、廃棄物の「対策 技術」を開発します。そして、 これら要素技術を融合させ、 計測・評価・対策が三位一体となった新しい環境技術を 提案します。 2. 環境効率を最大化する化学技術を開発し、高い国際 競争力を持つ低環境負荷型化学産業を創出する 副生廃棄物を極小化するファインケミカル製造システ ムや、気体分離膜による省エネルギー型水素製造プロセス 70 Annual Report 05-06 を開発し、化学製品の製造工程における環境負荷の低減を 目指します。長期的には、バイオマスを原料とし、生物由 来の機能性を活かした化学品の製造技術を開発して、石油 に依存した化学プロセスからの脱却を目指します。 3. 分散型エネルギーネットワーク技術により、CO2 排 出量の削減とエネルギー自給率の向上に資する 急増している運輸・民生部門でのエネルギー消費を削 減するには、ユーザーが必要に応じてエネルギーを生産 して使う「需要サイド主導の分散型システム」が有効で す。電力、水素、クリーン燃料、熱等のきめ細かな生産・ 供給システムと、エネルギーを有効に利用する管理シス テムを、一体化する研究を進めます。 4. バイオマスエネルギーの開発により、地球温暖化防 止に貢献する 再生可能資源であるバイオマスの有効利用は、地球規 模の炭素循環を制御するための、最も重要な課題の一つ です。そこで木質系バイオマスを高効率でエタノール等 に転換する技術を開発します。さらに、それぞれのバイ オマスにとって最適な利用方法を示す評価技術を開発し、 バイオマスの市場導入を促進します。 環境・エネルギー分野の研究ハイライト ■ 環境予測・評価・保全技術を融合し、環境対策の最適ソリューションを提供する ● 化学物質のリスク評価・解析用ツールの公開 化学物質の最適なリスク管理を実現するマルチプル リスク評価手法開発の成果として、化学物質暴露による 健康リスクを統一的指標（損失余命）で計算するための ツール（RiskCaT-LLE）を公開しました。また、水系で の化学物質のリスク評価のための暴露解析モデル（AISTSHANEL）を日本の主要な広域水系に拡張し、Ver.1.0 と して公開しました。これらのツールの公開により、多物 質の包括的リスク評価手法への理解が深まるとともに、 水系のリスク評価がより容易になりました。 （化学物質リ スク管理研究センター） 単位 mg /m3 7.000E+00 7.000E+00 ≦ ≦ 3.000E+00 1.000E+00 ≦ 0.000E+00 手筒花火の耐爆強度試験 ● 自動車ボディへ適用した太陽熱高反射塗料の熱負荷解析 ボディ反射率の異なる自動車を用いた計測実験および 開発した「自動車熱負荷モデル」によるシミュレーショ ンにより、熱負荷解析を行い、モデルの妥当性を検証し ました。また、 過去の実験より推定した実 COP （Coefficient of Performance：成績係数）を用いて、カーエアコン稼動 由来の燃料消費量が太陽熱高反射塗料により削減される ことを定量的に示すことができました。 （ライフサイクル アセスメント研究センター ） [凡 例] ＞ ≦ ≦ 壊状況を検討し、筒の安全対策指針を示しました。 （爆発 安全研究センター） 5.000E+00 利根川・荒川水系におけるNEPO濃度 AIST-SHANEL Ver.1.0 の出力結果 52.9 ℃ 46.2 ● 煙火の規則改正に係る技術支援 事故が多発する煙火の安全性向上を目指し、規則を改 正するための技術支援を行いました。特に緊急性の高い 案件として、煙火工場の防爆壁の高強度化、煙火玉皮の 小分割化、手筒煙火の安全化等に関する研究を行い、保 安技術基準改正に必要な保安データを取得しました。一 例として手筒煙火については、異常燃焼等による筒の破 32.7 25.9 19.2 12.5 5.7 -1.0 実車によるボディ反射率の比較計測実験のサーモグラフ画像 （右上）太陽熱高反射塗料車、（左下）標準塗装車 太陽熱高反射塗装車は標準塗装車に比べて表面温度が低い。 Environment & Energy 39.4 ■ 環境効率を最大化する化学技術を開発し、高い国際競争力を持つ低環境負荷型化学産業を創出する パラジウム、白金抽出率の抽出時間依存性 抽出時間短縮 < 5 min 240 min 100 N O N S O TDGAの骨格構造 80 抽出率 / % ● 白金族金属分離回収のための新規抽出剤開発 自動車排ガス浄化触媒など白金族金属含有製品の増加 に伴い、使用済み製品からの金属分離精製プロセスの高 効率化が望まれています。特に、パラジウム／白金の迅 速な相互分離は、長年の懸案事項の一つです。そこで、 配位及び溶液特性に関する研究により分離試薬の開発 を行い、チオジグリコールアミド（TDGA）がパラジウ ムを高速かつ選択的に抽出できることを発見しました。 TDGA は従来型抽出剤に比べパラジウムを 50 倍以上も 迅速に抽出することができます。 （環境管理技術研究部門） 60 新規抽出剤 TDGA 40 パラジウム 20 従来型抽出剤 DHS 白金 0 0 50 100 150 200 250 抽出時間 / min Annual Report 05-06 71 ● 酵母を利用して高機能バイオサーファクタントを開発 酵母と植物油を使って、天然の保湿剤であるセラミド と同様の保湿効果を示す「バイオサーファクタント」と 呼ばれる天然脂質を生産する技術を確立しました。今回 開発した素材は、天然セラミドと同様、優れた保湿効果 を示し化粧品や皮膚外用剤等へ利用できます。本技術に より、従来の天然セラミドに比べコストを 10 分の 1 以下 に低減できます。 また、本素材は他にもユニークな特性 を示し、環境に優しい高機能洗浄剤や、液晶材料にも適 しています。 （環境化学技術研究部門 ） ● 高温水を利用した PET のケミカルリサイクル －原料まで戻すリサイクル－ 持続発展可能な社会を実現するために、限られた資源 を有効に利用する物質循環システムを形成することが重 要です。プラスチック廃棄物も分別回収し、省エネルギー 型でかつ環境負荷が小さい技術により再資源化すること が望まれます。高温の水だけの処理によって、ペットボ トルなどのポリエチレンテレフタレート（PET）製品を 原料モノマーであるテレフタル酸（TPA）とエチレング リコール（EG）に高効率で分解する技術を開発しました。 （コンパクト化学プロセス研究センター） O 100 O O O O 80 0H O ポリエチレンテレフタレート （PET） テレフタル酸 （TPA） + HO 0H エチレングリコール （EG） 100 60 TPA 40 % 80 20 0 HO + H2O n 収率 肌荒れ改善作用（%） 試験濃度：1% EG PET 60 オリゴマー 40 20 オリーブ油 天然セラミド （動物性） 新素材 0 0 10 三次元皮膚モデルにおける保湿効果 20 30 40 反応時間 50 60 70 分 ■ 分散型エネルギーネットワーク技術により、CO2 排出量の削減とエネルギー自給率の向上に資する ● ワイドギャップ CIGSe 系太陽電池の高効率化新技術 ● 触媒表面での水の動的挙動観察を可能とする革新的 Cu(In1-xGax)Se2（CIGSe）に代表される CIS 系太陽電池高 システム 性能化のため、CIGSe 光吸収層の製膜時に水蒸気を照射す 燃料電池の電極触媒（カソード）における電極反応解 ることにより、太陽電池の開放電圧と短絡電流密度両方の 析の一環として、触媒表面での生成水の動的挙動観察を 向上に成功しました。 可能とするため、広帯域赤外光のみならず狭帯域可視光 ワイドギャップ CIGSe も波長可変のフェムト秒レーザーを光源として、世界屈 太陽光 太陽電池において、従 指の性能の和周波発生分光システムを構築しました。金 ー 反射防止膜 AI グリッド電極 来よりも大きな開放電 基板表面上に作製した ODT 自己組織化膜の和周波スペク 高抵抗酸化亜鉛層 透明電極 圧を有しながら 18 % トル（図）のように、サブモノレイヤーレベルの感度を バッファ層 CIGSe層を新規手法 CIGSe （水蒸気照射製膜） ＋ を上回る変換効率を達 実証できました。水の動的挙動評価のみならず、将来は により作製 Mo 裏面電極 成しました。 （太陽光 酸素種の時間分解測定を視野に入れて展開する計画です。 ソーダライムガラス 発電研究センター ） （固体高分子形燃料電池先端基盤研究センター） オン抵抗（mΩ・cm2） ● GaN 系 HFET スイッチング素子技術を開発 集積化に有利な横型素子である MIS 型 AlGaN/GaN の HFET 構造において、消費電力の大幅削減を可能とする 超低オン抵抗性能（0.088 mΩ･cm2）と高耐圧性能（1.7 kV）を実証しました。この成果は家電や自動車、産業機 器で用いられる各種インバータや電力変換器などの省エ ネへの応用が期待されています。 （パワーエレクトロニク ス研究センター ） 72 1.0 2910 cm-1 v （CH2） AS 2850 cm-1 v （CH2） S ODT/Au Au ODT/Au2 0.8 0.6 0.4 2878 cm-1 v （CH3）S 0.2 2975 cm-1 v （CH3） AS 2944 cm-1 v （CH3）FR 0.0 2700 100 2800 2900 3000 3100 Wavenumber / cm-1 10 オクタデセンチオール（ODT）/Au 膜の和周波スペクトル 1 0.1 0.088 mΩ・cm2 0.01 Normalized SF Intensity / a.u. Environment & Energy 1 Annual Report 05-06 10 Lsd（µm） 100 オン抵抗のソース・ ドレイン間距離依存性 触媒 NH3BH3 ＋ 2H20 Pt 3.0 NH4+ ＋ BO2 ＋ 3H2 室温 Pd [Rh(1,5-COD)(µ-CI)]2 水素発生量 2.5 2.0 1.5 1.0 Co、RuO2等の各種触媒 0.5 触媒なし 0.0 0 50 100 150 200 反応時間（分） 250 300 種々の触媒での、 NH3BH3 からの 水素発生経時変化 ● ジメチルエーテル（DME）燃料の市場導入に向けた 実証研究の成果 DME は、燃焼時に黒煙や SOx を出さないクリーンな 合成燃料で、特に輸送用燃料としての普及が期待されて います。企業と共同開発した中型 DME トラックの総走 行距離が大きなトラブ ル も 無 く 13,000 km に 達し、完成度が向上し ました。また、国土交 通省における DME 自 動車車両技術基準作成 にデータを供与し、燃 料用 DME の標準仕様 書（TS）を関連学会と 11th International Exhibition 共に公表しました。 （エ NEFTEGAS 2006 に出展した中型 ネルギー技術研究部門） DME トラック（モスクワにて） ● 超低硫黄軽油製造用の脱硫触媒の実用化に成功 触媒調製用の含浸溶液や製造触媒のナノ構造解析を行 い、軽油の超低硫黄化（S ＜ 10 ppm）を、現行石油精製 設備の変更無しに触媒交換のみで達成できる、脱硫触媒の 商業規模製造技術を確立しました。新脱硫触媒『LX-NC1』 が共同研究先の触媒化成工業（株）によって上市されまし た。平成 19 年から導入される軽油硫黄規制を、前倒しで 達成することに貢献しました。 （エネルギー技術研究部門） ● メタンハイドレート資源の減圧分解生産時における出 砂挙動評価 未固結砂質堆積層であるメタンハイドレート資源から 天然ガスを減圧法によって生産した場合の砂の移動現象 を解析し、出砂による生産障害、坑井内トラブルを評価 しました。メタンハイドレート堆積層の原位置条件にお いて、分解ガス、分解水の流動条件と出砂条件の関係な どを解析し、出砂現象が起こる臨界流速が存在すること、 有効拘束圧が高いほど出砂量は少ないこと、拘束圧が高 い場合は形成された砂粒からなるアーチ構造を介して出 砂が進行することなどを明らかにし、減圧生産手法の有 効性を検証したほか、 出砂メカニズムを評価しました。 （メ タンハイドレート研究ラボ） 0.5 MPa 7.85MPa 3.50MPa 試験コアの出砂・変形現象の X 線 CT 像 （圧力は有効拘束圧、減圧端は上方） 出砂後の層内に形成 されたアーチ構造 ■ バイオマスエネルギーの開発により、地球温暖化防止へ貢献する ● バイオマストータルシステムの基本フローを構築 各種バイオマス原料からエタノールや ETBE（エチル・ ターシャリーブチル・エーテル）および BTL（バイオマス・ トゥ・リキッド）ディーゼル燃料を生産するバイオマス トータルシステムをケーススタディーとして、シミュレー ション技術開発を行いました。物質収支・エネルギー収 支・経済性・環境性を評価する基本フローを作成し、原 料バイオマス調達コストに対する投資回収年を計算した り、感度分析を行うことにより、技術開発の方向性を提 案できるようになりました。また、木材組成や熱力学定 数などのデータベース化により、様々なプロセス設計に 貢献できるようになりました。産総研独自の技術である 非硫酸式水熱メカノケミカル処理法による木質系バイオ マスからのエタノール合成の事業可能性を確認すること ができました。 （バイオマス研究センター） 木材 水 水 第１ 粉砕 熱交換 １ 固液 分離＆ 爆砕 空気 空気 圧縮 灰分 燃焼 水熱 処理 第２ 粉砕 クロマト 分離１ 貯蔵１ 五炭糖 酵素 糖化 熱供給工程 成分分離＆ EtOH製造工程 熱利用工程 BTL製造工程 熱廃棄工程 ETBE製造工程 物理操作 熱電併給工程 水 Environment & Energy ● ポータブル水素発生システムを開発 携帯機器の高性能化により、作動時間への要求が高く なっています。高エネルギー密度の水素発生材料として、 アンモニア・ボラン（NH3BH3）は長期間安定であり、そ の中性水溶液は白金（Pt）等の触媒により室温で加水分 解し、効率よく 8.9 重量％の水素を発生することを見出し ました。アウトドアや非常時の燃料電池用携帯水素源と しての利用が期待されています。 （ユビキタスエネルギー 研究部門） C4留分 (内ETBE) 水 リサイクル水 発電 FT 合成 乾燥 六炭糖 酵素 糖化 炭酸ガス 水 未反応 EtOH 蒸留２ 未反応 C4分離 水 熱交換 ２∼７ 水素化 分解 水蒸気 改質 クロマト 分離２ 六炭糖 EtOH 発酵 炭酸ガス 水、窒素 BTL 蒸留 合成ガ ス洗浄 灰分 五炭糖 チャー EtOH タール 発酵 EtOH 蒸留１ BTL等 合成ガ ス圧縮 炭酸ガス 水 炭酸ガス 炭酸ガス、水 五炭糖 六炭糖 リサイクル EtOH ETBE 合成 C4留分 （内イソブテン） 未分離 ETBE 蒸留 ETBE 反応 蒸留 ETBE バイオマストータルシステムの基本フロー図 Annual Report 05-06 73 化学物質リスク管理研究センター Research Center for Chemical Risk Management URL: http://unit.aist.go.jp/crm/ TEL: 029-861-8257 FAX: 029-861-8934 研究センター長 中西 準子 研究の概要 当研究センターは、化学物質のリスク評価及びリスク 管理に関連する分野における先進的な研究と研究成果の 実際的な適用を通じ、リスク評価を用いた科学的判断に 基づく環境問題の解決を推進し、持続可能な産業の発展 に貢献しています。この一年間は、引き続き、詳細リス ク評価書を作成し、公表するとともに、これまで開発・ 改良してきたリスク評価・解析用ツールを公開し、行政・ 産業・教育の場に普及させています。 Environment & Energy 代表的な研究成果 74 2006 年 1 月に、当センターで開発した RiskCaT-LLE （正式名称：損失余命の尺度に基づくリスク計算機 Risk Calculation Tool for the LLE-based Risk Estimation）を 公開しました。この RiskCaT-LLE は、人が化学物質の 暴露を被った際に生じる健康リスクを、余命の減少、す なわち損失余命として計算するソフトウェアです。ある 化学物質への暴露を考えると、暴露レベルは人ごとに異 なります。また、同じ濃度や量の暴露を受けた場合でも、 個人の感受性の違いにより健康影響の発現の仕方は異な ります。RiskCaT-LLE は、図に示す計算画面で、この ような個人差がある暴露濃度の分布や個人の感受性を統 計的に扱い、集団における健康影響の発症率を計算しま す。さらに、生命表を用いた損失余命の計算を併せて行 い、リスクを損失余命の大きさとして算出することがで きます。 化学物質ごとに異なって発現するがんや非がん性の 様々な健康影響のリスクを損失余命という統一尺度で比 較することは、化学物質を管理する行政のみならず、企 業が化学物質の代替戦略を検討する際に、代替の可否や どの化学物質に代替すべきかなどの判断に寄与するもの といえます。計算の実行を容易にするこの計算ツールに よって、損失余命の尺度によるリスク評価やリスク比較 がさらに普及することを期待しています。 Annual Report 05-06 RiskCaT-LLE における損失余命の計算画面 ライフサイクルアセスメント研究センター Research Center for Life Cycle Assessment URL: http://unit.aist.go.jp/lca-center/ci/ TEL: 029-861-8868 FAX: 029-861-8195 研究センター長 稲葉 敦 研究の概要 ライフサイクルアセスメント（Life Cycle Assessment： LCA）は、製品の環境調和性を評価する手法として多く の企業で広く活用されています。最近では、製品システム の評価だけではなく、冷暖房設備などのインフラストラク チャー、エネルギーシステム、廃棄物処理など社会システ ムに対しても LCA が適用され、環境負荷の小さい街や地 域、社会の実現に向けて LCA を活用する試みが始まって います。持続的な発展をめざし、環境負荷の小さい社会の 実現に貢献するために LCA の普及、発展のための研究を 進めています。具体的には、2005 年 11 月に開発した LCA 実施ソフトウエア「AIST-LCA Ver.4」の普及促進のため、 インベントリデータの拡充を継続し、インパクト手法の更 なる高度化をすすめるとともに国際版化の開発を行ってい ます。また、ライフサイクル思考による企業活動、地域施 策、エネルギーシステムの環境への負荷、影響、効率を評 価する手法の開発のため、企業・産業・国など異なるレベ ルの環境効率評価に向けた指標の開発を進めています。さ らに、日本と密接な関係を有する国々との LCA 研究に関 するネットワークを強化し、国際的に先導的な役割を果た していきます。 近年、わが国で自動車としての価値を失った使用済み 自動車（ELV）の多くが、中古車及び部品あるいは資源 として大量に輸出されています。特に、自動車メンテナ ンス・リサイクル体制が必ずしも十分に整備されていな い東アジア諸国では、日本からの ELV をリユース・リサ イクルする際に、地球温暖化に加え大気汚染、土壌汚染 といった様々な環境問題を生じることが懸念されていま す。このような問題の解決を目指し、適切なリユース・ リサイクルシステムを設計・提示するための LCA 評価 ツールを開発しました。リユース・リサイクルシステム として、日本からの ELV をすべて国内でリサイクルする 国内システムと、輸出先の状況に応じた最適なリユース・ 東アジア（需要サイド） リサイクル政策を導入する国際システムを提案しました。 評価ツールとして、 評価単位を従来 LCA の「製品」から「一 定期間の製品使用」に拡張することにより、輸出先での 第 2 ライフサイクルや各種政策の評価が可能なアプロー チを整備しました。そして、タイ、インドネシアを対象 としてインベントリデータを作成し、具体的なケースス タディを行いました。今回開発した評価ツールは、東ア ジア諸国の自動車環境問題のほか、自動車以外の 1 国内 でライフサイクルが終わらない国際製品、複数のリユー ス・リサイクル政策を組み合わせたシステムといった幅 広い領域での評価に貢献することが期待できます。 日本（供給サイド） 輸出先の状況に応じた 最適なリユース・リサイクル策 相手国の関連制度に 応じた自動車の製造 国際システム CFC−12 SO2 PM2.5（PbSO4） （NM）HC NO2 Pb蒸気 2.00E−01 1stライフサイクル 製造＋使用＋廃棄 国内システム 人間健康への被害量（DALY） 2ndライフサイクル 製造＋使用＋廃棄 温暖化ガス Environment & Energy 代表的な研究成果 1.80E−01 1.60E−01 1.40E−01 1.20E−01 1.00E−01 8.00E−02 6.00E−02 4.00E−02 2.00E−02 0.00E+00 現状 国内システム 国際システム 日本発 ELV の国内システムと国際システムの LCA Annual Report 05-06 75 パワーエレクトロニクス研究センター Power Electronics Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/perc/ TEL: 029-861-4466 FAX: 029-861-5032 研究センター長 荒井 和雄 研究の概要 家電・自動車・電車・各種産業機器に使われているイ ンバータで代表されるパワーエレクトロニクスは、電気 エネルギーを制御するキー技術であり、現在はシリコン パワー素子で成り立っていますが、性能に限界が見え始 めています。当研究センターでは、この限界突破を、シ リコンカーバイド（SiC） 、窒化ガリウム（GaN）ワイド バンドギャップ半導体のウエハ技術からパワー素子の開 発、さらにその素子性能を充分に生かせる回路・実装・ 制御からなるパワーエレクトロニクス統合化技術へと開 発をすすめ、システムメリットを明らかにすることによっ て実現することを目指しています。 Environment & Energy 代表的な研究成果 当研究センターにおけるウエハ技術（SiC 単結晶とエ ピタキシャル成長技術）を基盤に 2 重イオン注入プロセ スを特徴とする低オン抵抗の DIMOS を作製し、変換器 への統合を開始しました。所内プロジェクトのハイテク ものづくりの中間まとめとして、1.0 mm 角の 2 A チップ を並列にしたチョッパー回路によって 400 Ｗモータ稼働 のデモを行いました。SiC パワーデバイスにおいては、7 月から NEDO プロジェクト「パワーエレクトロニクスイ ンバータ基盤技術開発」 （平成 18 ～ 20 年度）を三菱電 機、新機能素子研究開発協会と共同で開始し、インバー タ実証、SiC パワー素子の大容量化、高信頼化、インバー タの高密度化に取り組んでいます。GaN ではパワー素子 への展開が開始されています。HEMT デバイス（AlGaN/ GaN）では、ゲートリークの低減と電流コラップス現象 の抑制が重要な課題です。SiO2、TiO2、SiN 絶縁膜を挿入 した MIS 構造デバイスを作製してこれらの課題に対する 効果を実証し、TiO2 を用いた MIS-HFET で 1.9 kV の耐 圧性能を確認した他、オン抵抗でも 6.9 mW cm2（耐圧 1.7 kV）を実現しています。 ゲート下に絶縁膜を挿入してリークを防止（MiS） Id-Vd SiO2,SiN, TiO2 0.02 SiN : 5 nm Drain Source Al0.25Ga0.75N 15 nm i-GaN 4 µｍ Lg = 4 µm Vg = +2V 2 DEG Drain Current [A] Gate AlGaN/GaN MIS HFETのI-V特性 Lsd = 34 µm 0.015 Vg = 0V 0.01 0.005 耐圧：1.7kV Vg = -2V Vg = -5V Sapphire 0 0 400 800 1200 Drain Voltage [V] GaN-HEMT デバイスにおける最近の展開 76 Annual Report 05-06 1600 爆発安全研究センター Research Center for Explosion Safety URL: http://unit.aist.go.jp/rces/index.html TEL: 029-861-4480 FAX: 029-861-4480 研究センター長 藤原 修三 研究の概要 公共の安全確保ならびに産業保安技術などの向上に貢 献することを主要ミッションとし、化学物質の燃焼・爆 発およびこれに関連する現象全般（自然発火、反応暴走、 高速燃焼、衝撃破壊、高温 ･ 高圧等の高密度エネルギー 状態、爆発による環境影響など）について、安全に係わ る基礎から応用に至るまでの総合的な研究を実施してい ます。具体的には、高密度エネルギー状態での物性測定 ならびに高速化学反応機構の解明、2 次元流体や 3 次元 流体の計算機シミュレーションなどの基礎・基盤的研究、 化学物質の安全性評価（Physical Hazards）と安全利用技 術などの開発研究、公共社会の安全確保や産業保安技術 向上のための社会・行政ニーズ対応研究、爆発物に係わ るテロ対策研究、国際通商などにおける化学物質の爆発 安全に係わる国際化対応研究を実施しています。 次世代燃料として注目されている水素について、取り 扱い上の安全に係わる共通・基盤的なデータ（着火性、 燃焼 ･ 爆発性など）を取得しデータベース化するととも に、2006 年からは水素の燃焼反応抑制のための基礎的な 研究を本格的に開始しました。国民的な娯楽となってい る花火について、原料薬の安全性データベースを整備す るとともに、製造・貯蔵・消費などの安全基準を構築す るのに必要な各種の保安データを取得し、それらが国の 基準（経済産業省の省令、告示等）に反映されています。 打揚煙火の玉皮回収実験 実験前 手筒花火の耐爆強度試験 t = 0 µs 50 µs 100 µs 300 µs t = 0 µs 33 µs 100 µs 着火後、吹き消え 133 µs 着火後、火炎継続 Environment & Energy 代表的な研究成果 ノズルから噴出した水素ガスの着火と火炎伝搬挙動 爆発物の威力評価を通じた火薬取締法改正及び爆発物の 安全な取り扱いのための研究例 Annual Report 05-06 77 太陽光発電研究センター Research Center for Photovoltaics URL: http://unit.aist.go.jp/rcpv/ TEL: 029-861-5110 FAX: 029-861-3363 研究センター長 近藤 道雄 研究の概要 当研究センターのミッションは安価で高性能な次世代 太陽光発電システムの大量普及を加速することです。その ために、4 つの柱となる技術開発課題を設定しています。 ● 太陽電池を超低コスト化するための高効率、高スルー プット、低コスト技術の開発 ● 中立的立場での標準、評価技術の開発 ● システム評価、運用技術の開発 ● 基礎技術の迅速な産業化移転 これらを通じて政府目標である 2010 年 482 万 kW にと どまらず、2020 年および 2030 年には、太陽光発電総導入 量をそれぞれ 35 ギガワット、100 ギガワット、発電コス トをそれぞれ 14 円 /kWh、7 円 /kWh を達成するための 技術開発を先導します。 また、産業基盤を強化し、日本 の太陽光発電産業の競争力を維持するために企業にとっ て重要な標準化技術を確立、維持し、産業界に供給する ことも重点課題としています。 78 Annual Report 05-06 外評価の補正法により、簡便に太陽電池の性能を評価で きる方法を開発し、JIS や IEC 規格に取り入れられるよ うな活動を行っています。また、世界で 4 箇所しかない Qualified Labo. として一次基準セルを試験機関に供給する とともに、WRR（世界放射計測基準）スケールにトレー サブルな基準セル校正技術を開発しました。この基準セ ルは新しい恒久的な標準供給体制のもとで、国際的にも 通用する試験所として供給されます。また、住宅用から 大規模なシステムに設置形態が移行している中、大規模 システムの評価技術、故障診断技術を開発していきます。 当研究センターは、材料開発からシステム実証研究まで 幅広い研究に包括的に取り組む世界でも数少ない研究機 関といえます。 シリコン新材料開発 結晶シリコン太陽電池 1018 （i）Conventional（Low Pressure） 20 passivated wafer unpassivated wafer Lifetime（μs） （ii） High Pressure Depletion 1017 1016 15 10 5 （iii） Novel cathode 1015 0 2 4 6 8 0 -40 -20 0 20 40 Distance （mm） 10 Growth rate（nm/s） 産業化戦略 有機薄膜太陽電池 化合物薄膜太陽電池 Load lock chamber Cu 250 大面積高近似 ソーラーシミュレーター 200 放射照度（uW/cm2/nm） 現在の市場の 90%を占めている結晶シリコン系太陽電池 のコスト削減のための極薄化（50 ミクロン程度）にむけ た非接触スライス技術をプラズマエッチング法を用いて開 発する（名古屋大と共同）とともに極薄ウエーハの表面処 理技術によって高効率化の実現を図ります。アモルファス シリコンをトップセルに、微結晶シリコンをボトムセルに 用いた 2 接合薄膜タンデムシリコン太陽電池が今の薄膜シ リコンの主流ですが、更なる高効率化を実現するには 3 接 合構造が有用と考えられています。3 つの材料の組み合わ せはいろいろ試されていますが、当センターでは微結晶シ リコンの下部にさらに狭ギャップな微結晶シリコンゲルマ ニウムを用いるという独自の技術を開発しています。この 材料はゲルマニウム濃度が高くなると欠陥密度が増えるな どの問題点がありますが、材料とプロセスの両面からその 問題を解決し、薄膜シリコンで 15 ％以上の変換効率を達 成することを目標としています。 太陽光に最もマッチングのいいバンドギャップである 1.3 eV 程度のバンドギャップを持つ高品質な Cu（InGa） Se2 を水蒸気導入という画期的な方法により実現し、18.5 ％の世界最高レベルの変換効率を達成しました。特に開 放電圧では世界最高の値を得ることに成功しました。今 後この高効率化技術を量産可能な技術に発展させること を目指します。新しい材料として有機色素や有機薄膜を 用いた太陽電池の開発においても世界トップレベルの変 換効率を達成しています。 今後の太陽電池の大量普及を支える基盤技術として屋 Defect density（cm-3） Environment & Energy 代表的な研究成果 In 150 100 5０ IEC60904-3 基準太陽光 0 380 500 700 900 波長 （m） 1100 1300 評価・システム Ga Se 固体高分子形燃料電池先端基盤研究センター Polymer Electrolyte Fuel Cell Cutting-Edge Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/fc3/ TEL: 03-3599-8550 FAX: 03-3599-8554 研究センター長 長谷川 弘 研究の概要 約 / 発信を行い、また国際的なトップラボ、大学、企業 との相互交流により燃料電池に関する新たな知識創造の 一翼を担いつつ、若手研究者の育成等に務めていくこと」 を目的として、以下の三つの重点テーマに関する研究活 動に邁進しています。 ● 燃料電池の基幹要素材料である電極触媒の革新的性能 向上とコストポテンシャル向上 ● 多相（層）界面を経ての物質移動現象の解明 ● 燃料電池実作動条件を模擬した環境下での計測技術確立 合わせて、本年度は、実験室セキュリティーシステム 整備、研究設備導入、研究者確保など、研究体制の充実 に注力しています。 代表的な研究成果 時間分解 in situ 振動構造追跡技術の燃料電池触媒反応 への適用 ● メソポーラス構造を有するカーボン材料の電極触媒担 体への適用 ● 水蒸気吸着法を用いた燃料電池構成材料表面特性の解析 ● 走査型プローブ顕微鏡の含水電解質材料高次構造観察 技術への適用 ● FC-Cubic ～ NEDO ～米国立ロスアラモス研究所との 合同ワークショップ開催 ●「安全」と「セキュリティー」とを両立する研究環境 の構築 ● Annual Report 05-06 Environment & Energy 燃料電池技術は、地球環境、エネルギーセキュリティ、 持続的経済成長を同時達成する上で最も期待がかかる重 要技術であり、我が国のみならず世界各国が熱心に国際 競争を展開しています。しかし、 「本格的普及を目指す商 品性確保」への道程は極めて険しく、コストダウンや耐 久性、信頼性、性能向上という多様な要素を満たす革新 的なブレイクスルーが待望されています。 このような背景を受けて、当研究センターは、 「従来 の燃料電池技術に関する限界の打破につながる独創的研 究を遂行することにより、我が国のみならず世界トップ レベルの最先端燃料電池研究センターの一つとして、燃 料電池に関する研究開発をリードし、またその成果を産 業界に普及させること」 、および「トップサイエンスを 活用した研究開発のナショナル機関として、広く情報集 79 コンパクト化学プロセス研究センター Reseach Center for Compact Chemical Process URL: http://unit.aist.go.jp/ccp/ TEL: 022-237-5208 FAX: 022-232-7002 研究センター長 水上 富士夫 研究の概要 当研究センターは、安全な環境の創造、二酸化炭素排 出量削減に貢献するコンパクトな化学プロセス技術の開 発により分散適量生産方式ひいては物質循環システムの 確立に資し、当該分野の国際競争力を高めることをミッ ションとしています。超臨界流体技術と無機系膜技術を コア技術として、多段反応の簡略化、装置の集積化、小 型化をはじめ、物質の高効率分離など、省エネと環境負 荷低減効果の実現をねらっています。本年度には、直接 通電加熱法を用いた高効率超臨界水供給装置の実機とし ての検討、PET の分散リサイクル技術、粘土を主成分と する柔軟な耐熱ガスバリア膜の製品化への歩固めを行い、 企業からの注目を集めています。また、産学官の結集に よる「グリーンプロセスインキュベーションコンソーシ アム」を組織し、研究成果を産業ニーズとマッチングさ せる組織つくりや、大学との研究協力協定、連携大学院 ならびに東北地域の機関とのネットワークの構築により、 迅速な研究成果の普及に努めています。 Environment & Energy 代表的な研究成果 80 超臨界水を用いたコンパクト化学プロセスの実現のた め、高温高圧マイクロリアクターを開発しています。5 本の耐高圧細管からなる基本モジュールの並列化（ナン バリングアップ）による処理量の大幅な増加（最大 100 kg/h）を達成し、直接通電加熱法を用いた高効率超臨界 水供給装置の商品化に一歩近づきました。300 ℃の熱水 により、PET が原料成分のテレフタル酸とエチレングリ コールに効率よく分解する条件を見出し、PET ボトルの 化学リサイクルに道をつけました。また、水を反応溶媒 とし、高速（反応時間 0.1 ～ 10 秒） 、高選択（ほぼ 100 ％） 、 高収率（99 ％以上）に、C-C 結合生成や O- アシル化反応 を起こす新しい合成法を見出し、水の利用による低環境 負荷プロセスとして期待されています。水素貯蔵材料と して有望なシス - デカリン（シス選択性 90 ％以上）を、 従来法に比較して 25 倍の高効率で合成するプロセスを開 発しました。粘土を主成分とする柔軟な耐熱ガスバリア 膜の作製に成功し、アスベスト代替材料として有望視さ れています。さらに企業との共同研究により、長尺フィ ルムの製造法および製造条件を明らかにしました。また、 Annual Report 05-06 膜の透明度を実用透明フィルムレベル（全光線透過率 90 %以上）に高めることに成功し、ディスプレー用フィル ムなど、新しい用途に道を拓きました。 Claist TP Nylon PET PP 200℃で 1 時間加熱後の各種透明フィルムの外観写真 ( 左上が開発品 ) PET、ナイロン、ポリプロピレンは加 熱により、変色や縮みが起こります。 バイオマス研究センター Biomass Technology Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/btrc/ci/ TEL: 0823-72-1947 FAX: 0823-72-1947 研究センター長 坂西 欣也 研究の概要 バイオマス資源の中で最も炭酸ガス固定化能の高い 木 質 系 バ イ オ マ ス か ら の エ タ ノ ー ル・ETBE（Ethyl Tertiary-Butyl Ether）製造、ならびにガス化・ホットガ スクリーニング・FT（Fischer-Tropsch）合成・水素化改 質からなる BTL（Biomass To Liquids）トータルシステ ム開発による BTL-FT ディーゼル燃料製造を二大重点課 題と位置付けるとともに、これらのバイオマス液体燃料 製造プロセスのシミュレーションによるシステム評価を 行うことによって、石油を中心とする化石資源代替を促 進し、かつ循環型エネルギー社会の構築に貢献できる費 用対効果に優れた実用化バイオマス転換プロセスを開発 することを目標としています。 ● 木質系バイオマスの成分分離・水熱メカノケミカル処 ● 種々のバイオマスの物性・化学・生物反応性のデータ 理・酵素糖化の連結によりエタノールの高効率製造およ び ETBE 原料への展開を目指します。バイオマスを酵素 糖化するためには木質の前処理技術が重要です。100 ℃ 以上の加圧熱水を用いた水熱処理およびメカノケミカル 処理を複合化することにより、低コスト・高効率で木質 構成成分を分離する活性化技術の開発において、メカノ ケミカル処理した木質バイオマスでは酵素糖化性が大き く向上することを明らかにしています。 ベースを作成し、バイオマス利活用転換プロセスの経済 性・環境性を評価できるシステムシミュレーション技術 を開発します。特に、バイオマス利活用の基盤となるデー タベースを構築し、バイオマスシステムのプロセスシミュ レーション技術を開発すると共に、シミュレータを用い た最適化と経済性・環境適合性評価を実施し、バイオマ ストータルシステム技術によって経済性に優れたバイオ エタノールおよび BTL ディーゼル軽油製造プロセスを開 発します。 ● 木質バイオマス等のガス化、活性炭を用いる乾式高温 タール・有害物質除去による高度ガスクリーニングおよ び FT 合成・改質触媒反応を連結した新規 BTL 燃料合成 技術を確立します。木質系バイオマス等のガス化では、 副生タールが 0.01 wt%程度と少ないこと、ガスクリーニ ングでは従来の湿式法より高効率の活性炭を用いる高温 乾式法の探索、および FT 反応では、ワックス生成に有 利なルテニウム系触媒を中心とした検討を進めています。 Annual Report 05-06 Environment & Energy 代表的な研究成果 81 水素材料先端科学研究センター Research Center for Hydrogen Industrial Use and Storage URL: http://unit.aist.go.jp/hydrogenius/ TEL: 092-802-0260 FAX: 092-802-0259 研究センター長 村上 敬宜 Environment & Energy 研究の概要 82 水素材料先端科学研究センター（HYDROGENIUS）は、 水素エネルギー社会構築に向けた水素の安全利用技術を 確立しつつ、大容量の水素の輸送・貯蔵を実現するため、 基礎的・科学的知見の深化を目的として、平成 18 年 7 月 1 日に設立されました。 現在、私たちは、エネルギーの多くを化石燃料に頼って いますが、燃料電池をはじめとする水素エネルギーは、環 境汚染や二酸化炭素の排出の少ないクリーンな次世代エネ ルギーとして期待されています。しかし、その実用化には、 まだ多くの課題があり、なかでも水素が各種の材料に及ぼ す影響のメカニズムや、高圧・液化状態の水素の特性を解 明することなどは、避けて通れない重要課題です。 現在、水素をエネルギーとして利用する方法には、ロ ケットの打ち上げなどのように化石燃料の代わりに燃焼 させる方法と、燃料電池など酸素と電気化学反応を起こ させることで電力を得る方法があります。水素エネルギー 社会を実現させる上で、最大の課題は水素の安全性確保 です。特に、水素は原子・分子レベルで貯蔵タンクなど の材料内に侵入し、材料を劣化させる特性（水素脆化） があるほか、高圧・液化された状態の水素がもっている 性質もまだ体系的には明らかにされていません。 こうしたことから、当研究センターは、水素と材料に 関わる様々な現象を科学的に解明し、安全・簡便に水素 Annual Report 05-06 エネルギーを利用できる技術を確立することを目指して、 5 つの研究チームを組織し、研究に取り組んでいます。 また、当研究センターは九州大学の伊都キャンパス内 に立地しており、同大学との密接な連携のもと、世界で も唯一無二の水素材料研究基盤を整備して、先端的研究 を行っていくこととしています。 さらに、各企業などが抱えている水素材料に関する研 究開発の課題に密着し、独自の科学的分析を通じて、問 題解決に積極的に応えていく産業界の「駆込み寺」とし て幅広く貢献していくことも目指しています。 ユビキタスエネルギー研究部門 Research Institute for Ubiquitous Energy Devices URL: http://unit.aist.go.jp/ubiqen/ TEL: 072-751-9550 FAX: 072-751-9629 研究部門長 小林 哲彦 研究の概要 情報通信技術が急速に発展し、ユビキタス情報社会へ の期待が高まっています。これに伴い、ユビキタス情報 技術を支える小型・移動型の新しい電源やエネルギー源 の開発が不可欠となっています。これら「いつでも、ど こでも、だれでも（＝ユビキタス） 」使える新しいエネル ギー技術は、ますます多様化する個人生活においても、 セキュリティーや医療・福祉、生活支援ロボット技術な どでの応用が期待されます。ユビキタスエネルギー技術 は、高効率・高密度であると同時に、生活密着型の観点 から安全性・環境適合性も高い次元で達成されなければ なりません。 当研究部門では、燃料電池や二次電池（バッテリー）を 始めとする新しい小型・移動型のエネルギー供給／電源技 術の研究開発のために材料基礎研究からシステム化研究ま で有機的に取り組み、先導的未来型の技術シーズの発信と あわせて、工業標準や寿命に関わる基礎研究などの産業基 盤的研究成果の発信も行っていきたいと考えています。 燃料電池については、定置式燃料電池（家庭コジェネ レーション用）の長寿命化研究、携帯機器用マイクロ燃 料電池の国際標準化研究、また次世代燃料電池のための 新材料開発に取り組んでいます。電池については、大型 Li イオン電池の長寿命化研究に加え、安全な電池のため の電解質、高容量化のための正極・負極材料などの新材 料開発を行っています。またこれらに共通する「界面機 能材料」のナノ構造解析や理論計算にも力を入れていま す。 ● ● ● ● 新型二次電池用正極材料（鉄 - マンガン系酸化物） 、負 極材料（Si 系複合金属）等の開発 難燃性二次電池を目指す、イオン液体電池、全固体薄 膜電池の開発 燃料電池用 CO 選択酸化電極触媒の開発 固体高分子形燃料電池の劣化メカニズム（Pt 触媒、炭 素表面）の提案 ● ● 携帯機器用マイクロ燃料電池の安全性評価技術の国際 機関への提案 触媒等、界面機能材料のナノ構造と機能に関する基礎 的研究 Environment & Energy 代表的な研究成果 Annual Report 05-06 83 環境管理技術研究部門 Research Institute for Environmental Management Technology URL: http://unit.aist.go.jp/emtech-ri/ci/ TEL: 029-861-8300 FAX: 029-861-8866 研究部門長 原田 晃 研究の概要 84 ● ● 廃棄物が集中する都市域において、再生利用率を増大 させ最終処分量を削減するために、分散型リサイクル 技術の開発に必要な基盤技術の開発、システム評価の 研究を行いました。 これまでの成果に基づき、陸上植生・海洋の炭素吸収 固定能の予備的評価を行い、さらに、現有の大気・海 洋炭素循環モデル、発生源・吸収源推定手法（逆問題 解法） 、二酸化炭素海洋隔離の環境影響予測手法の改 良と高分解能化を行いました。 代表的な研究成果 ● 白金族金属分離回収のための新規抽出剤開発 自動車排ガス浄化触媒など白金族金属含有製品の増加 に伴い、使用済み製品からの金属分離精製プロセスの高 効率化が望まれています。特に、パラジウム／白金の迅 速な相互分離は、長年の懸案事項の一つです。そこで、 配位及び溶液特性に関する研究により分離試薬の開発 を行い、チオジグリコールアミド（TDGA）がパラジウ ムを高速かつ選択的に抽出できることを発見しました。 TDGA は従来型抽出剤に比べパラジウムを 50 倍以上迅 速に抽出することができます。 Annual Report 05-06 パラジウム、白金抽出率の抽出時間依存性 抽出時間短縮 240 min 5 min N O 100 N S O TDGAの骨格構造 80 抽出率 / % Environment & Energy 活力ある経済産業と安全・安心な環境の両立を目指し、 化学物質など有害物質による都市環境の悪化、健康への 影響および地球温暖化などの環境問題への科学技術によ る対応として、次の 4 つの研究開発を重点的に行ってき ました。 ● 従来の環境計測技術にバイオ・ナノ技術を融合させた次 世代環境診断技術を開発するためのプラットフォーム となる装置、センサ類の試作と性能評価を行いました。 ● 大気・水・土壌中の有害化学物質によるリスクをエネ ルギー、資源を節約しつつ削減する技術の開発に向け て、特に小規模発生源対策に資する基礎的知見の蓄積 と基盤技術の確立を図りました。 60 新規抽出剤 TDGA 40 パラジウム 20 従来型抽出剤 DHS 白金 0 0 50 100 150 200 250 抽出時間 / min 白金族金属分離回収のための新規抽出剤開発 環境化学技術研究部門 Research Institute for innovation in Sustainable Chemistry URL: http://unit.aist.go.jp/isc/ci/ TEL: 029-861-4456 FAX: 029-861-4457 研究部門長 島田 広道 研究の概要 持続発展社会を実現するために次の 3 つの技術目標を 掲げ、合成、分離など、化学および化学工学の展開が大 きな役割を果たす産業技術の研究開発を進めています。 ● 環境負荷物質（主として有害物質）排出の最小化 ● エネルギー効率の向上・温室効果ガスの排出量削減 ● 有限資源から循環型資源への原材料転換 具体的には、反応・触媒・プロセス技術として、 a）高選択合成のための化学反応・触媒技術の研究開発 b）有害化学物質削減技術の研究開発 c）プロセス（合成、分離など） 省エネルギー化技術の研究開発を、材料技術として a）生分解性プラスチックの研究開発 b）先進型バイオマテリアル（界面活性剤など）の研究開発 c）低環境負荷高機能材料（フッ素材料、ガラスなど） の研究開発を行っています。 有害化学物質リスク削減を目的として実施している「過 酸化水素を利用したレジスト用エポキシ樹脂原料合成技 術開発プロジェクト」では目標を越える高選択性触媒の 開発に成功し、2009 年度の市場化へ向けて、民間企業と の共同研究を進めています。2006 年度からは高選択合成 のための化学反応・触媒技術として「ナノ空孔反応場お よびその協奏的反応場を利用した機能性化学品合成技術 プロジェクト」を開始しました。このプロジェクトでは 工程の簡略化、廃棄物の極小化を可能とするナノ空孔反 応場、マイクロ波利用加熱などの技術の研究開発を進め ています。 化学産業の大規模省エネルギー化を目指した「内部熱 交換型蒸留塔（HIDiC）プロジェクト」では、2005 年度 に成功したパイロットプラント連続運転成果を基に、実 用化が視野に入る段階となっています（図 1） 。2006 年度 には民間 5 社との研究コンソーシアムを発足させ、応用 展開範囲の拡大を目指しています。また、NEDO、DOE の 2010 年目標値に迫る水素透過流束を示す世界トップレ ベルの性能の Pd 系水素分離膜作成に成功しました。 環境適合性と機能性を併せ持つバイオサーファクタン ト（生体由来の界面活性剤）の研究開発では、高生産菌 の取得や、培養プロセスの改善などにより、大量・低コ スト合成への道が開かれつつあります（図 2） 。同時に、 用途開拓では、バイオサーファクタントが持つ天然セラ ミド様効果を同定し、新しいスキンケア素材として化粧・ 医薬品剤分野での市場化が見通せる状況となっています。 バイオ原料 （植物油） Environment & Energy 代表的な研究成果 微生物 図 2 バイオサーファクタントの生産 図 1 HIDiC パイロットプラント（右側の塔） Annual Report 05-06 85 エネルギー技術研究部門 Energy Technology Research Institute URL: http://unit.aist.go.jp/energy/ TEL: 029-861-5280 FAX: 029-861-5149 研究部門長 大和田野 芳郎 研究の概要 地球温暖化防止と、安定で使いやすいエネルギーの供 給・利用との両立を目標に、次の 4 つの研究開発を行っ ています。 ● 自然エネルギー利用、水素の製造と高密度貯蔵、炭化 水素資源のクリーン化等のクリーンエネルギー技術の 研究 ● 高度なエネルギー材料を駆使して、高性能固体酸化物 ● ● 形燃料電池、熱電変換素子、電力貯蔵キャパシタ等を 開発するエネルギーデバイス・材料技術の研究 種々のエネルギー源と貯蔵・輸送技術を組み合わせて 高いエネルギー利用効率を実現するエネルギーネット ワークの研究 新たなブレークスルーをもたらす革新的、萌芽的エネ ルギー技術の研究 代表的な研究成果 Mg60Ni5-Co-X 373 K 1.5 1 0.5 0 ●固体酸化物形燃料電池の金属インターコネクトの異常 酸化の原因を解明 実機運転で観測される異常酸化（Fe2O3 層の異常成長） が微量のアルカリ（Na、K）に起因することを解明しま した。 ●リチウム 2 次電池用ナノ結晶活物質の量産化プロセス を開発 溶融塩を用いて 10 nm 以下のサイズの結晶性電極活物 質をキログラム級で生産するプロセスを開発しました。 ●システム全体のエネルギー利用効率向上を図るネット ワーク運用法を開発 分散型機器を共有しエネルギーを融通し合うことによ り一次エネルギーを約 15 ％削減できるシステムと運用・ 制御法を提案しました。 86 水素吸蔵量 / mass% ●色素増感太陽電池の高効率化 従来よりも長波長領域の太陽光を吸収する新規な錯体 増感色素を設計・合成し、増感色素としての機能を検証 しました。 （図 2） 2 Annual Report 05-06 0.290 0.300 0.310 0.320 0.330 格子定数 / nm 図１ 水素吸蔵材料の格子定数と水素吸蔵量 20 Current / mA cm-2 Environment & Energy ● Mg 系水素貯蔵材料の開発 室温付近での水素貯蔵に適した結晶格子のサイズがあ ることを実験的に検証しました。 （図１） 15 sc 10 5 0 0 oc = 16.0 mA cm-2 = 0.62 V Fill factor = 0.72 Efficiency = 7.1 % 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Potential / V 図２ 新規錯体 2c を増感剤として使用した電池の I-V 曲線 メタンハイドレート研究ラボ Methane Hydrate Research Laboratory URL: http://unit.aist.go.jp/mhlabo/ TEL: 011-857-8945 FAX: 011-857-8944 研究ラボ長 成田 英夫 研究の概要 持続的経済成長を実現するために、エネルギーの長期 安定供給確保と温暖化ガスの排出抑制が求められていま す。天然ガスは、効率が高く、環境負荷の低いエネルギー 利用が可能なことから、わが国を始め世界各国において 一次エネルギーとしての導入推進が図られています。本 研究ラボは、天然ガスの役割が増大するエネルギー社会 の到来をわが国の中期的未来の姿としてとらえ、その長 期的安定確保、自給率の向上ならびに輸送・貯蔵技術な どの省エネルギー化の実現に向けた研究開発を行うこと によって持続的経済社会の発展に貢献することを目標と しています。このため、メタンハイドレート資源から天 然ガスを安定かつ経済的に採収する生産技術の研究開発 及びガスハイドレートの機能を活用した革新的な省エネ ルギー技術の開発を推進すると共に、産総研の第 2 期中 期計画の中心軸であるイノベーションハブ機能を発揮す るため、産業界及び大学との連携の中核的役割を果たす 活動を行っています。 メタンハイドレート資源開発においては、わが国周辺 海域のメタンハイドレート貯留層特性に適している減圧 生産手法を中心に、分解時の圧密特性、強度特性、浸透 率特性の変化、出砂現象などについて実験室的に解析し、 生産挙動予測技術の信頼性を向上させました。また、こ れまで特許を申請している異種ガス交換法などの新たな 生産手法について、実フィールドでの生産性をシミュレー 3.50MPa ションによって評価し、窒素圧入法によって相当量の天 然ガスが生産されることを解析しました。機能活用技術 については、天然ガスの貯蔵・輸送技術を工業化するた めのキーテクノロジーである自己保存効果について、そ の最適温度を解析したほか、工業化に対し関心の高い企 業と大学を組織した「ガスハイドレート産業創出イノベー ション」を設立しました。 圧入 7.85MPa 圧入 Environment & Energy 代表的な研究成果 生産 生産 出砂によるコア内部の構造変化 X 線 CT による断層像、図内の圧力は有効拘束圧 窒素圧入後の貯留層のメタンハイドレート飽和率変化 （上：45 日後、下：90 日後） Annual Report 05-06 87 Geological Survey and Applied Geoscience 地質分野 地球を良く知り、地球と共生する TEL : 029-862-6034 研究コーディネータ 佃 栄吉 92 深部地質環境研究センター ● 94 地圏資源環境研究部門 ● 93 活断層研究センター ● 95 地質情報研究部門 ● 安心・安全な社会構築のための基盤情報である地質情報の整備を行います。それを基礎にして、 自然災害の軽減、地球環境の保全、資源・エネルギーの開発に関する技術開発・基礎研究を行い、 Geological Survey and Applied Geoscience これらに関わる諸問題の解決に貢献するイノベーション・ハブとしての役割を果たします。 産総研の科学基盤研究の一角を占める地質分野は、2 つの研究センター（深部地質環境研究センター、活断層 研究センター）と 2 つの研究部門（地質情報研究部門、 地圏資源環境研究部門）が研究を担い、地質調査情報セ ンターと広報部地質標本館が研究を支援しています。本 研究分野は国の業務として経済産業省が担当する「地質 の調査」を実施することを最も重要なミッションと位置 づけています。また、 「地質の調査」を基礎として、自然 災害の軽減、資源・エネルギー開発や環境問題の解決、 地下空間の利用に資する研究開発も行っています。上記 の研究ユニット群と支援部門は研究コーディネータを代 表とする「地質調査総合センター（Geological Survey of Japan） 」のもとに連携し、国内・国外に対して、 「地質の 調査」に関する国家代表の役割を果たしています。 安心・安全で持続的発展可能な社会の実現に向け、地 球の過去・現在の情報をもとに、信頼性の高い将来予測 情報を提供します。 地球と共生する 生活に必要な 物資の入手 （産業、資源・エネルギーの確保） 将来・ ・ ・どうなるのか 安全な生活の 場の確保 生活に使った ものの処分 （防災・環境保全） （廃棄物処理・環境汚染） 地球を良く知る 過去・ ・ ・どうだったのか 現在・ ・ ・どうなのか 88 Annual Report 05-06 政策決定に必要な情報 人間産業活動への活用 地質分野の特徴 ● ● ● 複雑な地球システムが抱える諸問題を解決するために は、従来の学問領域で対応するには限界があります。分 野内および分野間の融合的研究を積極的に進めていくこ とが重要であると考えています。地質情報の高度利用、 大都市地域平野部地下地質、土壌汚染、海洋生体機能利 活用などの研究について研究ユニット間の融合的共同研 究として実施しています。 研究対象は複雑系である地球システム（地圏・水圏） という「場」です。 地球の過去および現在の地球システムを理解して情報 化し、その将来変動を科学的に予測し、問題解決に必 要な基礎的資料を提供します。 地球科学を共通的研究基盤とし、工学（地盤工学、地 震工学、資源工学、地殻工学、海洋学）的手法を取り 入れた本格研究を展開します。 環境・エネルギー 地中熱利用 CCS ガスハイドレート 高精度地下探索技術 ナノテクノロジー・ 自然災害・地球環境 材料・製造 モニタリング技術 レアメタル 極限材料開発 土壌・地下水汚染 地球温暖化 メタンサイクル 沿岸・海洋環境保全 海洋生物資源 地質 ライフサイエンス 極限環境微生物探索 GIS利用技術 GEO Grid 地球シミュレーション 地球化学標準物質 地球物質測定・計測技術 情報通信・ エレクトロニクス 標準・計測 白字 : 取組中の課題 青字 : 重点化課題 地質分野の研究領域と他分野との連携 産総研の公的役割は今後ともいささかも変わるもので はなく、国民・社会の期待に積極的に応えていくことが必 要と考えます。資源開発や地球環境問題はもとより、大規 模な自然災害など、全地球的に取り組まねばならない課題 に対する公的機関の役割は、一層大きくなっています。得 られた科学的知識を適切に必要とするところへ伝え、それ が様々な判断に役立てられることによって初めて、私たち が社会に貢献したことになると考えています。 Geological Survey and Applied Geoscience ■ 公的役割をしっかりと認識し、社会的要請への積極的対応 ■ 顧客を意識した研究の展開と地質災害発生時の迅速な対応 当分野では、安心・安全で、持続発展可能な社会の構 築に貢献することを目標に、常に顧客を意識した研究展 開と、地震・火山・土砂災害等の大規模地質災害発生時 における迅速な対応をすることが重要と考えています。 ● 顧客に提供する研究成果の特徴 私たちが顧客に提供する研究成果には以下の 2 種類が あります。 行政・国民・社会への提言・提案 地質情報の整備・提供、地震・火山噴火予測と防災対 策への貢献、環境変動の評価・予測による地球規模環境 問題への貢献、高レベル放射性廃棄物地層処分の安全規 制への貢献。 ● 事業者への技術及び技術情報の提供 資源の調査・評価・開発技術、地圏開発・地圏環境、 沿岸環境保全技術。 ● Annual Report 05-06 89 ● 大規模地質災害発生時における緊急調査の実施と迅 速な情報提供 地震・火山噴火・土砂災害等の大規模な地質災害発生 時には、地質調査総合センターの緊急調査体制のもとで 迅速に現地調査を実施し、効果的に災害対策に役立てら れるよう、現象の科学的情報を、国、地方自治体、関連 機関等に速やかに提供します。2006 年 1 月にイスラマバー ドにおいてパキスタン地質調査所が主催したパキスタン 地震に関する国際会議には職員を派遣するとともに、パ キスタン地質調査所およびオレゴン州立大と共同で、同 地震に伴う地震断層について、現地調査を実施しました。 調査の結果、長さ約 65 km にわたって地震断層が地表に 出現したことを確認し、同地震の地震断層の全容をはじ めて明らかにしました。 現地調査で確認された 2005 年パキスタン地震の地震断層 Geological Survey and Applied Geoscience ■ 国際的研究展開 産総研は地球規模の課題への取り組みや国際的な問題 の解決のため、地質情報の統合と普及により、 “持続可能 な発展”と“人間の安全保障”を両輪とする国際展開を行っ ています。 「地質の調査」の国家代表として、地質調査総 合センターを通じて、欧米先進諸国の地質調査機関との 二国間研究協力や国際機関との連携を、CGMW（世界地 質図委員会） 、ICOGS（世界地質調査所会議） 、UNESCO 等を通じて積極的に行います。UNESCO が提案した国際 惑星地球年（IYPE） （2007-2009）では、地球科学を社会 に普及するための日本の活動の中心になっています。 一方、地理的・経済的に関係が深い東・東南アジア地 域との研究交流を重視し、研究コーディネータが常任副 代表をつとめる政府間組織 CCOP（東・東南アジア地球 科学計画調整委員会）を通じた活動を一層強化していま す。国内でも、アジアで重要な課題を把握し、質の高い 外交を展開するために、加盟国の中で初めて国内支援委 員会を設置しました。産総研は、CCOP で、持続可能な 発展と人間の安全保障を実現するプロジェクトを推進し ています。地質情報の統合と普及のために、新たに GEO Grid プロジェクトを提案しています。また、発展途上国 における人材育成などにも力を入れています。 火山災害のワークショップ 泥流で埋まった遺跡で災害の議論をする参加者（下）、 地元住民の関心も高い（上）。 ■ 地質情報の統合化・共有化とフロンティア研究の推進 持続発展可能な社会の実現のためには、地球の資源や その空間的広がりが有限であることを正しく受け止め、 社会の様々な行動判断の基礎におくべきと考えます。そ のためにはわが国の国土の地質情報はもとより、グロー バルな地球観測・調査情報と有機的に連携した情報管理 システムの構築が必要です。情報の統合化・共有化を進 めることにより、情報品質の向上につなげていきたいと 90 Annual Report 05-06 思います。しかし、既存の技術で得られる情報の統合化 だけで期待に応えることができるとは限りません。的確 に将来を予測し、必要なところに科学的判断を伝え、適 切な提言を行うためには、まだ地球システムの理解は不 十分であると思います。情報の統合化という基盤的整備 と並行して、大規模な地球のフロンティア研究への貢献 も必要と考えています。 最近の研究から ● 土壌汚染現場のリスクを評価するシステムを開発 近年大きな社会問題となっている土壌汚染の健康リス クを個々の現場ごとに定量化できる地圏環境リスク評価 シ ス テ ム（Geo-environmental Risk Assessment System、 以下「GERAS」という。 ）をわが国で初めて開発し、一 般に公開しました。GERAS は、事業所などの自主的な環 境リスク管理、油分や難分解性化学物質のような未規制 対象物質のリスク評価、土壌汚染対策のリスク低減効果 の把握、汚染現場に特有の土壌特性や地下水の流れを反 映させるなど、現場に即したリスク管理ツールとしての 活用が期待されます。 汚染現場（例えば工場） 蒸発 不飽和層 現場の外（例えば住宅地） 移流・拡散 汚染物質 井戸 浸透 地下水 移流・拡散 不透水層 地圏環境リスク評価システム Geological Survey and Applied Geoscience ● 数値地質図「火山地質データベース」の出版 地質調査総合センターでは火山噴火の長期的予測およ び火山噴火災害の軽減のための基礎資料とするため、日 本における活動的火山について、地質学的手法による調 査研究を実施し、それをとりまとめて火山地質図として 出版しています。最近は、従来の火山地質図としての出 版だけではなく、媒体に CD-ROM を用い「火山地質デー タベース」として、 出版することも増えました。今年度は、 「三宅島火山地質データベース」と「岩手火山地質データ ベース」が出版され、火山地質図には盛り込むことので きなかった画像なども含め、インタラクティブに閲覧で きる地質データベースとして活用されることが期待され ています。 火山に関する研究は、国の火山噴火予知計画に基づき、 活動的火山の形成史、噴火履歴などの地質学的・年代学 的研究及び噴火機構、マグマ供給系のモデル化研究など を行っています。 ● 最前線の研究内容・成果の社会への情報発信 産総研の幅広い研究テーマについて、一般の読者の皆 様にも興味を持って読み進めていただけるような本を目 指して新たなシリーズを創刊し、その第一弾として、 「き ちんとわかる巨大地震」を出版しました。地質分野の研 究者の横顔を追いながら、彼らが探求する地震のメカニ ズムに迫ります（左） 。また、地質標本館所蔵標本や、最 新の地球科学的な成果を広く紹介した、地質標本館創立 25 周年記念出版として“地質標本館図録「地球 図説アー スサイエンス」 ”を刊行しました（右） 。 Annual Report 05-06 91 深部地質環境研究センター Research Center for Deep Geological Environments URL: http://unit.aist.go.jp/deepgeo/ TEL: 029-861-3761 FAX: 029-861-3749 研究センター長 笹田 政克 研究の概要 高レベル放射性廃棄物の地層処分は、適切な処分地を 選定して、300 m 以深に設けられる地下施設による隔離 機能（人工バリア）と、それを取り囲む地層による隔離 機能（天然バリア）により、長期間にわたって安全性を 確保しようとするものです。当研究センターでは、国に よる安全規制への技術的支援を目的として、選定される 処分地が長期的に見て十分に安定な場所であり、かつ地 下環境が十分な隔離機能を有しているかを評価するため の研究を実施しています。 この一年間は、安全規制制度の整備を支援する目的で、 地層処分事業の調査・評価にかかる技術資料の作成を行 なうとともに、関連する地質学的、水文地質学的研究を 実施しました。 92 高レベル放射性廃棄物地層処分の安全性を評価する上 で、水を介した核種の移動は考慮すべき重要なプロセスの ひとつです。天然水中には、各種無機物や有機酸等からな る種々のコロイド粒子が存在しますが、それらは多くの場 合表面電荷を持ち、金属イオン等を吸着します。地層中で の核種の移動特性は、コロイドに吸着した場合、元素単独 のイオンと比べて大きく異なる可能性があります。 当研究センターでは、環境中での元素移動へのコロイ ド粒子の関与を調べるため、花崗岩地域を流れる自然河 川で 0.45 µm および 0.025 µm の 2 種の孔径のフィルター を通した水試料を採取し、化学組成を調べました。研究 対象地域には、ウランや希土類元素（超ウラン元素と化 学的性質が類似）に富む花崗岩ペグマタイトが存在し、 それらの元素の挙動の調査に適しています。 0.025 µm で捕捉されるものをコロイド態とし、0.025 µm でろ過した試料中の元素濃度を 0.45 µm でろ過した試料中 濃度に対する比で表すと、コロイドを形成する元素ではこ の値が低くなります。ケイ素、ストロンチウム、ウラン等 は比が 1 に近く、コロイド態での移動はこの河川ではほぼ 無いことがわかりました。これに対し、鉄、アルミニウム、 希土類元素は比が顕著に低く、それらの一部がコロイド態 であることが明らかになりました。また希土類元素は、最 Annual Report 05-06 大で 50 ～ 60 ％がコロイド態であることもわかりました。 この河川においては、鉄およびアルミニウムに富むコロイ ド（水酸化物または有機物など）が形成され、それに希土 類元素の一部が吸着しているものと推定されます。 今後は、地下水等、異なる化学環境の試料も対象とし、 天然環境中のコロイドのサイズ、組成、元素吸着性等の 特性および生成条件等の解明に向けて研究を進めていき ます。 2.0 0.025µm / 0.45µm ratio Geological Survey and Applied Geoscience 代表的な研究成果 1.5 1.0 0.5 0.0 Na Mg Al Si K Ca Sc Ti Mn Fe Co Ge Br Rb Sr Y Mo Pd Sb Cs Ba La Ce Nd Sm Gd Dy Ho Yb U Element ２種の孔径のフィルターろ液中の元素濃度比 活断層研究センター Active Fault Research Center URL: http://unit.aist.go.jp/actfault/activef.html TEL: 029-861-3691 FAX: 029-861-3803 研究センター長 杉山 雄一 研究の概要 全国の活断層や大地震を起こした世界の活断層を調べ、 地震が起きる可能性と地震の規模を予測する研究を行っ ています。また、海域で発生した巨大地震の履歴を地層 に残された地震の記録から明らかにし、東海地震など来 るべき巨大地震と津波の予測に役立てる研究を行ってい ます。さらに活断層の調査結果に基づいて地震の“シナ リオ”を作成し、地震波が伝わる様子や断層のずれによっ て地表が変形する様子を再現し、地震被害の軽減に役立 てる研究を行っています。 この 1 年では、2004 年新潟県中越地震と 2005 年パキス タン北部地震に伴う地表地震断層の調査、糸魚川−静岡 構造線断層帯などの国内主要活断層の調査を行いました。 また、静岡県〜紀伊半島の太平洋岸と仙台平野で、過去 の津波に関する研究を行いました。さらに、東海地域の 自治体、大学、企業と共同で中京圏の地下構造モデルを 作成しました。 代表的な研究成果 ●仙台平野を襲った古代の津波の調査 宮城県沖地震の再来が懸念されている仙台周辺で、地 層中に残されている過去の津波による堆積物の調査を行 いました。その結果、西暦 869 年の貞観地震によって、 津波が当時の海岸から 3 km 以上、内陸に達したことが 明らかになりました。 Geological Survey and Applied Geoscience ● 2004 年新潟県中越地震に伴う地震断層の調査 中越地震の際に高さ 10 cm の段差を生じた魚沼市内の 断層のトレンチ調査を行いました。その結果、この断層 は過去 8 千年間に 2 回、中越地震の時の 10 倍に達する高 さ 1 m の崖を作るような、大きな地震を起こしたことが 分かりました。 仙台市 名取市 仙台空港 岩沼市 亘理町 2004 年新潟県中越地震に伴う地震断層のトレンチ調査 津波堆積物の調査 山元町 貞観津波による堆積物を 確認した地点（図中赤丸） 0 3 km Annual Report 05-06 93 地圏資源環境研究部門 Institute for Geo-Resources and Environment URL: http://unit.aist.go.jp/georesenv/ TEL: 029-861-3633 FAX: 029-861-3717 研究部門長 瀬戸 政宏 研究の概要 持続可能な社会の実現のために必要な、持続的かつ安 定的なエネルギーサイクルの確立と、国民の安心で安全 な生活の確保のための地圏環境の利用・保全、および産 業活動・社会生活の基礎となる天然資源の安定供給に貢 献することを目標に、調査、研究、技術開発を実施して います。現在特に、放射性廃棄物地層処分、土壌汚染評 価対策、CO2 地中貯留、重希土類元素等のレアメタル資 源探査に関わる調査研究や技術開発に重点を置いていま す。さらにこれらの研究の基礎となる地質の調査に基づ く知的基盤情報の構築、発信を行っています。 Geological Survey and Applied Geoscience 代表的な研究成果 ●東海村における塩淡境界面変動の解明 茨城県東海村での大規模陽子加速器建設工事に伴う多 量の揚水によって生じた地下水の変動を、工事の始まる 前から連続的に観測して、海水の浸入による地下水中の 塩水、淡水の境界面変動を初めてとらえました。本研究 により海岸付近における大規模土木工事に伴う揚水によ る影響を小さくするための地下水管理法、そのための地 下水解析法（繰り返し解析法）を確立しました。地下施 設の安定性確保のためには長期間の気候変化などによる 沿岸域地下水流動の変化の予測が重要ですが、平野部を 海側に流れてきた深部地下水は塩淡境界面に沿って上向 きに流動するため、塩淡境界面の長期変動予測への本手 法の応用が期待されます。 ●東アジア鉱物資源図の完成 中国、台湾、北朝鮮、韓国、沿海州、モンゴル、日本 にわたる東アジア地域に分布する 3,000 以上の金属・非金 属鉱床の位置情報、資源種、鉱床タイプ、年代、鉱床規模、 埋蔵量、鉱石鉱物、開発の状況をデータベース化し、300 万分の 1 地質図上にプロットした鉱物資源図を完成しま した。東アジアの主な金属・非金属鉱床の情報が把握でき、 鉱種毎の資源量の把握、鉱床探査地域の選定に役立つこ とが期待されます。今後、中央アジア地域の情報も加え て更に充実することを計画しています。 2003/07/23 1000mg/l 100mg/l 0 100m 2005/04/10 10000mg/l 1000mg/l 100mg/l 0 94 Annual Report 05-06 100m 東海村でとらえられた塩 淡境界の変化 地下 12 m における地下 水の連続観測で示された 塩分濃度の変化 東アジア鉱物資源図 地質情報研究部門 Institute of Geology and Geoinformation URL: http://unit.aist.go.jp/igg/jp/ TEL: 029-861-3620 FAX: 029-861-3742 研究部門長 富樫 茂子 研究の概要 当研究部門は、地質に関する総合的な研究に取り組む 研究部門としての長期的視点に立ち、陸と海の研究を一 元的に実施しています。また、地質調査総合センターの 中核研究部門として信頼性の高い国土の地質情報の知的 基盤を構築するとともに、人類と地球が共生できる国や 国際社会の実現に向けて、次の 3 つの研究領域への取り 組みを戦略的に行っています。 島弧地質海洋研究を基礎に、知的基盤である地質図を 着実に作成し、地質情報の統合を進め、利便性の高い全 国シームレス地質図を Web 公開しました。また、国の要 請に基づき、大陸棚調査・衛星画像情報にも重点的に取 り組んでいます。 ● ● 地震・火山噴火等の地質災害の軽減に資するため、 南海・ 東南海地域の地震地下水観測網の設置や火山ガス組成の 連続測定装置の試験運用を開始し、活断層の応力測定法 の開発や火山地質図・マグマ熱水系の研究を進めました。 ● 都市・沿岸域の地質現象と生態系も含む地質環境の総 合的研究においては、アジアデルタ・沿岸地球化学図・ 瀬戸内やサンゴ礁域の生態系と環境変化等の研究を進め ています。また、関東平野の沖積層の地下 3 次元モデル を提示しました。 代表的な研究成果 480 Villarrica Volcano, Chile 460 100 440 CO2 420 80 0 温度圧力構造の シミュレーションによる再現 地殻断面復元図 Data Logger 5 t = 2.0 m.y. D （km） 10 H20（mmol/mol） Li-ion Batteries t = 1.5 m.y. SO2 8.0 40 20 7.0 0 H20 6.0 SO2（ppm） 60 400 5.0 4.0 16:35 16:40 16:45 16:50 16:55 17:00 17:05 Time（hh:mm） Schist 15 t = 1.0 m.y. Migmatite 25 30 Gneiss 浸透的メルト移流による 高温変成帯形成域 20 0 200 400 600 800 1000 T（℃） 図１ 高温型変成帯形成モデル 5 万分の１地質図幅「砥用（ともち） 」の調査研究に基づき、島弧地質の標 準として、西南日本の白亜紀高温型変成帯の温度圧力構造と地質構造を検 討し、花崗岩マグマの上昇による高温型変成帯形成をモデル化しました。 Air Pump Gas Inlet Barometer Gas Outlet Size : 36×20×15 cm Weight : 4.3 kg Geological Survey and Applied Geoscience CO2（ppm） 500 H2 Sensor H2S-SO2 Sensors IR H2O-CO2 Analyzer 図 2 携帯型噴煙組成観測装置の開発 火山噴煙観測のための各種ガスセンサー類を組み込んだ携帯型装置 を開発し、国内外の大規模火山噴煙の火山ガス組成を明らかにする とともに、火山ガス放出過程モデルを提案しました。 Annual Report 05-06 95 Metrology and Measurement Technology 標準・計測分野 産業を支える共通の「ものさし」と 公共の技術評価軸の提供 TEL : 029-862-6035 研究コーディネータ 田中 充 100 計測標準研究部門 ● 101 計測フロンティア研究部門 ● 102 実環境計測・診断研究ラボ ● 産業技術の発展や国際市場での円滑な経済活動を支え、社会の安全を守るために、計量標準 の研究・開発・供給、計量器の検定、計量にかかわる国際対応や研修を行っています。また先 端的な計測機器開発や実環境下での解析・評価・診断技術の開発を行って公共の技術評価軸を 産業界と社会に提供しています。 96 ● ● ● 国産製品の性能を示す試験データが、国内だけでなく 国際的にも広く認知されることで、産業製品の自由な 国際通商が促進されること 我が国オリジナルでレベルの高い製品や技術が適正に 評価されて、国内外において広い市場を獲得すること 汚染物質の濃度が正しく検知されて環境が適切に保全さ れ、また医療検査の妥当性や食品の安全性、構造物の健 全性が適切に確保されて国民の安全・安心を高めること 標準・計測分野の概要 ■計量標準 Annual Report 05-06 350 戦略的計量標準 300 基本的計量標準 250 200 150 100 50 物理標準の整備計画（年度累計） ２ ０ １ ０ ２ ０ ０ ９ ２ ０ ０ ８ ２ ０ ０ ７ ２ ０ ０ ６ ２ ０ ０ ５ ２ ０ ０ ４ ２ ０ ０ ３ ２ ０ ０ ２ 0 ま で 0 0 ２ ０ ０ １ 0 2 計量標準に関しては、2010 年度までに我が国の産業界 と社会が、先進諸国に比肩する水準で計量標準の供給サー ビスを受けられる状態を目指しています。 産総研第 1 期中期期間においては物理標準、化学標準 ともに基本的な国家計量標準の早期供給を目指して研究 開発と供給体制の強化に努めてきました。第 1 期終了の 2004 年度末には、物理標準と標準物質でそれぞれ 200 種 類を超える計量標準が国内で利用可能な状況を作り上げ ました。この結果、期初の計画を大幅に前倒しした整備 供給数（累計） Metrology and Measurement Technology 計量標準と計測評価技術およびその標準化はあらゆる 科学技術活動、生産、サービス、社会生活において最も 基本となる技術基盤であり、公共の技術評価軸として国 が一元的、組織的に提供することが要請されています。 産業界、規制当局、消費者等が客観的・科学的な根拠に 基づいて適正な試験計測データを取得できるように、計 量標準、標準物質、計測評価技術の基盤を整備すること を目的としています。 その効果として主に次の 3 点が期待されています。 目標の達成を通して、我が国産業界や社会の大きな信頼 を得ることができ、国内供給体制を支える校正試験事業 の創設に大きな役割を果たしました。 2005 年度から開始された産総研第 2 期においては、当 初掲げた基本的な国家計量標準の早期の整備完了を目指 すとともに、産業界や社会のニーズに即応した戦略的な 国家計量標準の柔軟な開発・供給も新たな目標として掲 げました。そして第 2 期における国家計量標準の開発と 供給の年度展開を具体化するとともに、産総研と産業界・ 社会との技術交流を強化するために、産総研研究者と各 界の現場技術者とから構成される 23 個の「計測クラブ」 （http://www.nmij.jp/metrology-club/index.html） が 活 動 しています。計測クラブでは計測の分野ごとに産総研の 標準の整備計画について詳細を提示して議論するととも に、今後必要となる計量標準についてお互いに情報交換 を行います。この活動により、計量標準を必要とする産 業界と計量標準を供給する産総研との間のつながりがよ りいっそう強化されることが期待されます。 認証標準物質 PCB 標準液 ■計測評価技術 計測評価技術に関しては、産総研第 1 期において計測 フロンティア研究部門と実環境計測・診断研究ラボが新 たに設立され、標準・計測分野に所属しました。これを 契機として産総研が我が国において計量標準だけでなく、 計測評価技術の研究開発と工業標準化で主導的な役割を 果たすべきことを明確に打ち出し、これら二つの研究ユ ニットにおいて積極的に計測評価技術とそれらの標準化 の研究開発を開始しました。 産総研第 2 期の開始に当たっては計測評価技術とそれ らの標準化に関する研究戦略を策定しました。先端的計 測評価技術の開発とそれらの規格化を同時並行で進める ことにより、我が国産業の競争力強化と国際市場の獲得 を支援することを戦略的な目標としました。具体的には、 新たな評価軸の開拓に向けた先端的計測ツールの開発と、 産業技術の信頼性確立に向けた計測評価技術基盤の構築 を主要な課題として掲げています。 国際標準化活動においても、計測フロンティア研究部門 の研究者が ISO/TC206（ファインセラミックス）の国際 幹事や、ISO/TC229（ナノテクノロジー）の計測とキャラ クタリゼーション作業グループのコンビナーとして活躍す るなど、国際的に主要な役割を積極的に果たしています。 ■遠隔校正サービス（e-trace） ます。また既存の光ファイバ通信網を利用した長さ標準 器の校正など、さまざまな標準の遠隔校正サービスの技 術開発を行っています。 Metrology and Measurement Technology 校正サービスはトレーサビリティを確保する上で重要 なことです。通常、機器を精密に校正する場合には、校 正機関に校正する機器を持ち込んで厳密に比較すること が必要となります。このような場合には精密な機器を移 動する必要、機器の移動コスト、運搬に伴う機器トラブル、 また普段装置を運用する場所との環境の違い、あるいは トラブルが起こったときのための予備の標準器の確保な ど、さまざまな、不確定な要素が生じる恐れがあります。 信頼性の高い校正サービスを行うためには、このような 不確定要素を極力排除して運用を行うようにしていく必 要があります。 そこで産総研では、校正サービスの質の向上を図るた めに校正を依頼した人のもとで校正される機器を運用す る環境のまま校正を行うことができる「遠隔校正」のサー ビス提供に向けたシステム設計とその開発を行っていま す。現在、時間・周波数では中国にある企業の標準器の 遠隔校正が行われるなど遠隔校正サービスを開始してい GPS衛星 １． 被校正器とGPSの 時刻比較データ 被校正器 標準器 インターネット 産業技術総合研究所 校正依頼者 ２． （GPSを介した） 原子時計と 被校正器物の比較・校正データ 時間・周波数の遠隔校正システム Annual Report 05-06 97 最近の研究から Metrology and Measurement Technology ● ナノメートルの目盛りを持つ“厚さのものさし” ナノメートルオーダーの積層膜構造を用いた材料は多 くの産業で使われています。材料の特性は膜厚の影響を 大きく受けることから、厚さが決定された“ものさし” を用いて材料の厚さを正確に計測・管理することが非常 に重要になります。 “厚さのものさし”となる薄膜・多層 膜標準物質を SI トレーサブルな膜厚計測法を用いて開発 するために、国家角度標準と同様な方法で自己角度校正 が可能なトレーサブル X 線反射率測定装置の開発を行い ました。その結果、GaAs/AlAs 多層膜試料（6 層構造、 各層の膜厚～ 9.5 nm）の膜厚を一分子層厚さ（0.28 nm； GaAs 層）以下の不確かさで決定することが可能となりま した。また、 極薄 Si 酸化膜試料においては標準物質のユー ザが特殊な装置を必要とせずに認証された膜厚を適切に 再現するために表面クリーニング法の検討を行いました。 試料を大気中で 400 ℃、30 分加熱することで表面汚染の 98 ● 熱設計に必要なすべての熱物性を 1 秒以内に測定 ジェットエンジンなどの高温機器の熱設計を行うには 構成材の熱伝導率、比熱、放射率、電気抵抗率を必要と します。現在、これら全ての熱物性値を測定するには膨 大なコストを要することや、測定中に試料が長時間高温 にさらされることで発生する試料汚染や装置劣化が問題 となっています。そこで、金属や炭素材料の上記 4 種類 の熱物性値を 1 台の装置で 1 秒以内に同時測定する「光 通電ハイブリッド・パルス加熱法」を開発しました。こ の方法では、薄板状の試料に大電流パルスを流して 0.2 秒 以内に試料を 1,000 ℃以上の目標温度に到達させた後、即 座に試料の片面に時間幅 1 ms 以下の光パルスを照射しま す。この加熱中に測定された試料温度とジュール熱の時 間変化から、上記 4 種類の熱物性値を導出します。この 方法によりモリブデンやタンタルについての熱物性測定 Annual Report 05-06 考案した段差値算出法 -40 段差上面 -60 -80 -50 -100 Ｚ[nm] 平行 -100 Ｚ[nm] ● ナノメートルの目盛りを持つ“高さのものさし” プローブ顕微鏡などを用いてナノメートル領域の三次 元形状を正確に計測するには、一次元グレーティング（面 方向の長さスケール）や段差標準試料（高さ方向のスケー ル）が長さの標準として供給されることが必要となりま す。現在一次元グレーティングは最小で 50 nm のピッチ の校正が行われています。高さ方向では、触針式段差校 正（0.5 〜 10 µm） 、光学式の段差校正（20 〜 300 nm）を 行っていますが、長さの標準であるレーザ波長を標準と した原子間力顕微鏡（測長 AFM）による校正サービス（10 〜 2500 nm）を新たに開始しました。その分解能は 0.04 nm ですが、校正を行う段差面の粗さは数 nm あり、ど のように定義するかによって与えられる値も異なるため、 従来の規格（ISO 5436-1）を拡張することで表面の形状 の影響を受けにくい校正法を開発しました。 （計測標準研 究部門） -120 -150 -140 -200 50 4 0 段差底面 -160 2 -50 -180 0 -2 Y[µm] -100 -4 X[µm] 平行な最小二乗平面を計算 段差値=2平面間距離 最小二乗平面の当てはめによる段差の校正方法 影響を取り除き、測定精度と同等の再現性で膜厚計測で きることを実証しました。 （計測標準研究部門） 試料形状 評価システム 自己校正機能付き ゴニオメータ トレーサブル X 線反射率測定装置 を行い、2,000 ℃超の温度域においても妥当な結果が得ら れることを確認しました。 （計測標準研究部門） 加熱制御・信号記録用 コンピュータ 電界効果トランジスタ 標準抵抗 光検出器 大容量コンデンサ 半導体レーザ 放射温度計 高速エリプソメータ Ndガラス・レーザ ビーム・サンプラー 電圧プローブ 試料 光通電ハイブリッド・パルス加熱を用いた多重熱物性計測 システムの概略 ● PCB・塩素系農薬類分析用海底質標準物質 正確な環境評価のための組成型標準物質として、PCB・ 塩素系農薬類分析用の標準物質の頒布を開始しました。 PCB（ポリクロロビフェニル）や有機塩素系農薬などの 難分解性有機汚染物質は地球規模で移動して、一部は海 底の堆積物（底質）中に落ち着くこととなります。この ため底質は環境モニタリングの対象として重要ですが、 このような複雑な組成を持つ試料の分析では、測定対象 外の成分による干渉や妨害が起こり得ます。このため適 切な標準溶液によって分析機器の校正を行うだけではな く、主な成分が実試料と類似した組成型の標準物質を実 際に分析することで、分析方法の妥当性の確認や分析技 能評価を行う必要があります。本標準物質の値付けにお いては、一次標準測定法と複数の分析（前処理）手法と を組み合わせることによって、代表的な PCB 同族体や有 機塩素系農薬類について信頼性の高い認証値を付与する ことができました。 （計測標準研究部門） 海底質標準物質 NMIJ CRM 7305-a （ポリクロロビフェニル・有機塩素系農薬類分析用 - 低濃度） ● 卓上サイズのイオン付着・飛行時間質量分析装置 （IA-TOF）の開発 ● 量子ドットを用いた微量タンパク質検出法 量子ドットの集積により抗体によるタンパク質の検出 感度を飛躍的に向上させました。従来用いられてきた有機 系蛍光色素では、退色が速いこと、一部分に多く集まると 蛍光シグナルが減少することなどが問題点となっていまし た。紫外線を当てると強い蛍光を発する量子ドットの表面 に生体分子を結合させる技術を開発し、量子ドットの表面 にタンパク質アビジンや生体分子ビオチンを結合させて、 ひとつの抗体に多数の量子ドットが結合する“サンドイッ チ型”にすることで、強い蛍光シグナルが得られました。 これにより従来有機系の蛍光色素により用いられてきたイ ムノブロット法の検出感度を大幅に向上することが可能と なりました。 （実環境計測・診断研究ラボ） 用した結果、m/z 4,000 程度までの広い質量範囲の高質量 分解能・高精度計測にも成功しています。 （計測フロンティ ア研究部門） リフレクタ イオン化部 試料ガス レンズ 飛行時間質量分析部 検出器 パルス電場加速部 イオン付着・飛行時間質量分析装置（IA-TOF）の概略 Metrology and Measurement Technology 質量分析はさまざまな分野で使われる重要な分析法 で、気体状試料には電子イオン化 - 四重極質量分析法が よく使われます。この場合、イオン化時に試料分子が壊 れてフラグメントが生ずるために前処理が必要であるこ と、また、質量分解能が低い、軽質量の試料しか計測で きないという欠点があります。そこで、ソフトイオン化 と高性能測定を目指し、イオン付着イオン化法（IA）と 飛行時間質量分析法（TOF）を組み合わせた卓上サイズ （約 50 cm × 80 cm）の装置（IA-TOF）を開発しました。 TOF 法は超高真空が要求されるため、気体を用いる IA 法との組み合せが開発課題の 1 つでした。また、TOF 法 では小型装置で高性能を実現することが原理上困難でし た。しかし、 本装置の最適設計と時間分解能の向上などで、 これらの課題をクリアし、混合気体試料をソフトイオン 化してリアルタイムかつ高い質量分解能で計測すること に成功しました。さらに、液体・固体状試料の分析に応 量子ドットが発する蛍光 粒子径 2 nm では青、3 nm では緑色、4 nm では黄色、5 nm では 赤色の蛍光を発します。（励起波長 365 nm） Annual Report 05-06 99 計測標準研究部門 Metrology Institute of Japan URL: http://www.nmij.jp/ TEL: 029-861-4120 FAX: 029-861-4099 研究部門長 田中 充 研究の概要 当研究部門においては、国家標準の高精度化を初めと する技術開発やそれを使った校正・試験の事業、さらに は多分野にまたがる共通基盤技術である計測分析技術に ついて、先導的、先進的に研究開発を進め世界をリード する研究成果を挙げることを目指しています。この活動 を通して、トレーサビリティが保証する測定の信頼性を 誰もがそのコストと時間に応じて選び利用できる国内体 制の実現と運営を技術の立場から主導しつつ、我が国の 経済活動の国際市場での円滑な発展を支援しています。 代表的な研究成果 Metrology and Measurement Technology 当研究部門では、各種計量標準や標準物質に関する標 準整備や次世代の標準に繋がる研究開発などを行ってい ます。ここでは、最新の研究成果の一例として、EU の RoHS 指令に対応するための標準物質の開発について紹 介します。 電気・電子機器中の特定有害物質の使用を禁止する RoHS 指令が 2006 年 7 月から発効しています。規制値を 越える Cd、Cr、Hg、Pb 等を含有する電気・電子機器の 欧州への輸出ができないということで、我が国の産業界 でも、プラスチック等の材料中の重金属等の分析に高い 関心が持たれています。特にプラスチックをマトリック RoHS 指令対応認証標準物質の例（ディスク、ペレット） 100 Annual Report 05-06 スとするトレーサビリティの明確な認証標準物質が求め られてきました。そこで、当研究部門では、プラスチッ クの中でも広く用いられている ABS 樹脂、PVC 樹脂、 PP 樹脂について、規制対象の重金属を均質に含有する候 補標準物質の分析を念頭においた樹脂の分解方法を研究 し、最終的に機器分析方法によって正確に定量する複数 の方法（同位体希釈質量分析法等）を開発しました。均 質性の評価、値付け、不確かさの評価を行ない、認証標 準物質として頒布を開始しました。これを用いることに より、蛍光Ｘ線分析法による分析の精度管理や分析方法・ 分析装置の妥当性確認が行えます。 計測フロンティア研究部門 Research Institute of Instrumentation Frontier URL: http://unit.aist.go.jp/riif/ci/ TEL: 029-861-5300 FAX: 029-861-5881 研究部門長 一村 信吾 研究の概要 当研究部門は、特に“時間的・空間的なゆらぎ（遷移・ 変移現象） ”とそれが産業技術に大きく係わる“信頼性” をキーワードとして取り上げ、それに係わる計測・評価 技術と、そこから派生する制御技術の開発を目指してい ます。この開発にアウトプットの観点から 2 つのアプロー チ法をとり、それぞれを重点目標として設定しています。 一つは、新しい計測・評価装置の開発（ツールの開発） 、 もう一つは計測・評価装置を駆使して得られる知識の開 拓です。 この目標遂行のため、ツール開発に関しては、 ①ナノ物質の計測技術開発 ②活性種の計測制御技術開発 ③光・量子ビームイメージング技術開発 を、知識開拓に関しては、 ④構造体劣化診断・予測技術開発 ⑤移動・拡散現象の計測評価技術 ⑥材料・プロセスの信頼性評価技術 を、それぞれ具体的な重点課題に設定し、研究を遂行し ています。 ツール開発では、本年度から重点課題①に関係して、 「ナ ノ粒子特性評価手法」に係わる研究開発（NEDO からの 受託研究プロジェクト）を開始しました。21 世紀の産業 牽引力として期待されているナノテクノロジーに対して、 これまで扱ったことの無いサイズのナノ物質・構造が生 態系に及ぼす影響が懸念され始めています。これに対し て必要なのは、しっかりした科学技術的知見に基づく判 断基準の提示で、計測・評価技術はその中核を担います。 当研究部門では、透過型電子顕微鏡を用いたナノ物質の 計測技術、及び電子スピン共鳴法（ESR）を用いたナノ 物質の生体内移行性と生体影響の計測技術開発に取り組 んでいます。 受信子（PZT、FBG） どのような複雑形状 でも映像化 同期 A/D 試験体 ビーム走査 レーザー励起超音波 波形収録 同期 ドリル刃を伝わる超音波映像 映像化 同期 パルスレーザー 知識開拓では「安全・安心」に係わる研究開発で、本 年度は大きな進展がありました。来るべき高圧水素社会 に向けて昨年度より開放型の施設整備として進めている、 高圧環境（最高 2000 気圧）下での金属材料の水素脆化評 価研究は、新たに発足した水素材料先端材料研究センター の核の一つとなり、関係するグループの異動がありまし た（重点課題⑤関連） 。重点課題④では、実構造物を伝わ る超音波を映像化できる実質的に初めての技術開発に成 功し、超音波可視化探傷法という伝播映像解析による新 しい非破壊検査手法の確立に向けて大きな一歩を踏み出 しました。今後同技術の標準化を通して、迅速かつ信頼 性の高い亀裂診断法の普及に努める考えです。 Metrology and Measurement Technology 代表的な研究成果 はく離部 PC制御装置 速い・わかりやすい・簡単 1. パルスレーザーで超音波発振点を走査する 方法で3D任意形状の超音波伝播の映像化を実現 健全部 航空機翼ハットストリンガ試験体 （CFRP） を伝わる超音波映像 2. 非破壊検査に応用可能なことを検証 Annual Report 05-06 101 実環境計測・診断研究ラボ On-site Sensing and Diagnosis Research Laboratory URL: http://unit.aist.go.jp/on-site/ TEL: 0942-81-3675 FAX: 0942-81-3802 研究ラボ長 坂本 満 研究の概要 産業及び生活の場での安心・安全に対する社会的な要 請は、今後益々大きくなると予想されます。当研究ラボ では、私達を取り巻く様々な材料・構成部材・産業機器 などの健全性を正しく評価するための計測・診断技術の 開発を中心に据えて、真の安全・安心をもたらす、メン テナンスフリー化技術の実現を目標としています。すな わち、種々の機器が稼動する「現場」において、 「リアル タイム」での状態計測技術の開発により、これまでの時 間管理型の技術から、状態管理型の技術への転換を目指 します。この目的のために、従来にはない新しい計測技 術－実環境計測・診断技術の開発を進めています。また、 平成 18 年度からは九州地域産業の状況を踏まえ、食品・ バイオプロセス計測および半導体プロセスのオンサイト 計測を新規育成課題として設定しています。 代表的な研究成果 発電プラントをはじめ、各種の産業プラントやものづ くり機器設備においては、異常診断や高効率化などのた めに、高温・過酷環境での状況を稼動状態で直接モニタ リングできるオンサイト圧力・振動計測技術が求められ ています。しかし、現状技術では最高 400℃程度での短 時間の計測に留まっています。当研究ラボでは、独自の 窒化アルミニウム圧電薄膜を用いた高耐熱性の圧力セン サ及び振動センサの開発を進め、600℃程度までの長時間 安定性と実用レベルの高感度化を達成し、実機への搭載 試験を含めた計測評価を実施しています。 （図 1） ● 薄く柔軟なシート状圧電センサや可搬型超音波エコー 装置によって、生体の機能・構造を日常生活において計 測する技術の開発を行っています。指先接触での脈波検 出や、超音波信号と接触力情報の組み合わせによる内部 組織の粘弾性推定などを達成しています。また、これら の技術の無侵襲性を活かして、食品配管内の異物残留な どを配管外から検出する技術への応用展開も行っていま す。 （図 2） 独自開発した応力発光体（外部からの機械的応力に反 応して発光する無機系新材料）について、塗料として金 属等に塗布し、応力分布を二次元的に可視化する技術を 開発しています。また、原子間力顕微鏡を利用した応力 発光性能評価装置を開発し、ひとつのナノ粒子からの応 力発光を捉えることに成功しました。 （図 3） ● 図 2 箔状圧電センサによる指先での脈波検出 カンチレバーで荷重 0.4 Voltage / V Metrology and Measurement Technology ● 600℃ 0.2 発光！ 0 100 150 200 Time / µｓ 図 1 高耐熱振動センサによる信号（600℃） 102 Annual Report 05-06 図 3 応力発光性能評価装置 つくばセンターの冬景色（2006/1/22 撮影） Annual Report 05-06 103 data 産学官連携 (2005 年度） 制度名 大学 法人 大企業 中小企業 国 その他 共同研究 395 200 755 463 0 60 委託研究 87 12 19 15 0 26 159 受託研究 15 329 80 33 233 7 697 請負研究 1 13 9 0 3 0 26 技術研修 1,117 43 81 48 0 63 1,352 外来研究員 1,873 559 97 69 70 0 213 1,008 連携大学院派遣教員 ー ー ー ー ー ー 283 技術相談 ー ー ー ー ー ー 4,543 知的財産 国内特許 国外特許 実施 ( 国内 + 国外 ) (2005 年度） 研究発表 1,185 件 誌上発表 6,654 件 登録件数 375 件 口頭発表 12,108 件 出願件数 193 件 著書・刊行物・調査報告 登録件数 158 件 地球科学情報 640 件 計量技術情報・工業標準化 実施契約件数 実施料 工業標準化 プレス発表 (2005 年度） 7件 国内標準（JIS, TS）提案 6件 data 775 件 74 件 207 件 446 百万円 国際標準（ISO, IEC）提案 Annual Report 05-06 (2005 年度） 出願件数 広報 104 計 (2005 年度） 108 件 マスコミ等報道 新聞 TV/ ラジオ 合計 1,849 件 120 件 1,969 件 見学視察対応 4,233 件 地質調査 刊行物名 (2005 年度） 件数 2・0 5 万分の 1 地質図幅 7・6 構造図 1・1 重力図 3・0 空中磁気図 1・0 ②地球科学研究報告 刊行物名 外国人研究者受入実績（制度別） (2005 年度） 受入制度 CD-ROM 7 (2005 年度） 件数 地質調査研究報告 7 活断層・古地震研究報告 1 地質調査総合センター速報 4 地質ニュース 3888 件 図類・冊子 20 万分の 1 地質図幅 数値地質図（CD-ROM 版） 海外出張件数 外国人客員研究員 （内 JSPS/STA フェロー 51 人） ウィンターインスティテュート JSPS サマープログラム 重点研究支援協力員 12 274 10 7 7 34 技術研修 86 共同研究派遣 41 契約職員 計 時間・周波数 受入人数 JICA 研修 その他 計量標準の供給品目数 (2005 年度） 290 7 756 ( 新規受入分、滞在 6 日以上） (2005 年度） 5 長さ・幾何学量 29 力学量 20 音響・超音波・振動・強度 14 温度・湿度 32 流量 13 物性量・微粒子 14 電磁気量 55 測光放射測定 12 放射線 17 標準物質 202 計 413 外国人研究者受入実績（国・地域別） (2005 年度） 国・地域 受入人数 中 国 215 韓 国 105 インド 58 タ イ 38 フランス 35 米 国 33 インドネシア 19 ロシア 18 ドイツ 16 ベトナム 15 バングラデシュ 13 英 国 12 ポーランド 12 カナダ 11 台 湾 11 オーストラリア 10 フィリピン 9 イタリア 8 オランダ 7 メキシコ 7 エジプト その他 42 ヵ国 / 地域 合 計 7 97 756 ( 新規受入分、滞在 6 日以上） Annual Report 05-06 data ①地球科学図 海外出張者 105 data 外国機関との研究協力覚書締結 調印日 data 2005.6.3 106 (2005 年度） 相手先機関 韓国生命科学生命工学研究所 （Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology / KRIBB） 相手先機関所属 国・地域 韓国 2005.7.4 Elkem Solar ノルウェー 2005.7.5 モンゴル科学技術大学 モンゴル 2005.7.13 ノッティンガム大学（The school of Mechanical, Materials and Manufacturing Engineering of the University of Nottingham） 英国 2005.7.18 国家科学技術開発庁ナノテクセンター（National Nanotechnology Center, National Science and Technology Development Agency / NNC, NSTDA） タイ 2005.7.19 ウェールズ大学スウォンジー校（University of Wales Swansea） 英国 2005.7.19 チュラロンコン大学（Chulalongkorn University / CU） タイ 2005.7.20 アイソシリコン（Isosilicon） ノルウェー 2005.8.3 ゲント大学（Ghent University / UGent） ベルギー 2005.8.4 韓国エネルギー研究所（Korea Institute of Energy Research / KIER） 韓国 2005.9.12 国立放射性廃棄物協同機構（National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste/ NAGRA） スイス 2005.9.21 工業技術研究院（the Industrial Technology Research Institute/ITRI） 台湾 2005.10.19 フランス国立衛生研究所（Institut National de la Sante et Recherche Medicale/INSERM） フランス 2005.10.21 オーストラリア国立標準研究所（NMIA） オーストラリア 2005.10.27 国立放射性廃棄物協同機構（National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste/ NAGRA） スイス 2005.11.14 CNRS/STIC フランス 2005.11.24 ベトナム科学院 情報技術研究所（Institute of Information Technology, Vietnam Academy of Sciences/IOIT, VAST） ベトナム 2005.12.5 高麗大学 韓国 2005.12.16 タイ国家科学技術開発庁 金属・材料研究センター（National Metal and Materials Technology Center, National Science and Technology Development Agency/NSTDA） タイ 2005.12.27 Korea Institute Industrial Technology/KITECH 韓国 2006.1.17 工業技術研究院（the Industrial Technology Research Institute/ITRI） 台湾 2006.1.29 タイ科学技術研究院（Thailand Institute of Scientific and Technological Research/TISTR） タイ 2006.1.31 クロード・ベルナール・リヨン第一大学 , 国立科学研究センター（University Claude Bernard Lyon フランス 1/UCBL, CNRS） 2006.1.31 クイーンズランド大学（The University of Queensland/UQ） オーストラリア 2006.2.6 国立標準技術研究所（The National Institute of Standards and Technology/NIST） 米国 2006.2.15 フィンランド VTT（the Technical Research Centre of Finland/VTT） フィンランド 2006.2.20 ノルウェー工科大学電気力工学部（Dept. of Electrical Power Engineering Norwegian University of Science and Technology） ノルウェー 2006.2.24 国立ナノテクノロジー研究所（National Institute for Nanotechnology/NINT） カナダ 2006.3.8 工業技術研究院（the Industrial Technology Research Institute/ITRI） 台湾 2006.3.20 カリフォルニア大学サンディエゴ校／ UCSD 米国 2006.3.24 Indian Institute of Science インド （新規締結分） Annual Report 05-06 access 全国に拡がる産総研のネットワーク 東京本部 〒 100-8921 東京都千代田区霞ヶ関 1-3-1 電話：03-5501-0900 つくば本部（つくばセンター） 〒 305-8568 茨城県つくば市梅園 1-1-1 中央第 2 つくば本部・情報技術共同研究棟 電話：029-861-2000 北海道センター 〒 062-8517 札幌市豊平区月寒東 2 条 17-2-1 電話：011-857-8400 東北センター 〒 983-8551 仙台市宮城野区苦竹 4-2-1 電話：022-237-5211 臨海副都心センター 〒 135-0064 東京都江東区青海 2-41-6 電話：03-3599-8001 中部センター 〒 463-8560 名古屋市守山区下志段味穴ケ洞 2266-98 電話：052-736-7000 関西センター 〒 563-8577 大阪府池田市緑丘 1-8-31 電話：072-751-9601 中国センター 〒 737-0197 広島県呉市広末広 2-2-2 電話：0823-72-1111 四国センター 〒 761-0395 香川県高松市林町 2217-14 電話：087-869-3511 九州センター 〒 841-0052 佐賀県鳥栖市宿町 807-1 電話：0942-81-3600 access 産総研ホームページ http://www.aist.go.jp/ Annual Report 05-06 107 access つくば本部（つくばセンター）へのアクセス プレ バ 常 磐 自動 車道 つくば東 つくば中央 稲荷前 20 分 産総研 つくば東 大角豆 徒歩 1分 徒歩 気象 研究所 産総研 つくば西 6 つくば JCT 徒歩 5分 産総研 つくば東 徒歩 3分 並木 二丁目 3分 産総研 つくば中央 徒歩 1分 つくば牛久 IC 上野 並木 一丁目 洞峰公園 桜土浦 IC 至 物質研究所 20 分 ス 東大通り 西大通り 354 45 分 1,150 円 土浦学園線 つくば西 つくば 道 408 つくばエクスプレス つくばセンター ス つくば駅 （バスターミナル） 鉄 クス 東 ばエ 研究学園駅 関 つく JR 荒川沖駅 線 常磐 20 分 徒歩 5分 山手線 3分 並木大橋 20 分 60 分 上野 秋葉原 御徒町 神田 産総研 南口 常磐線 3分 東京 10 分 環境研究所 秋葉原 牛久 ひたち野 うしく 3分 15 分 荒川沖 常磐高速バス 65 分 1,150 円 羽田∼つくばセンター 高速バス 120 分 1,800 円 羽田空港 成田∼つくばセンター 高速バス 120 分 2,540 円 成田空港 ●つくばエクスプレス利用の場合 「秋葉原駅」から快速で45分「つくば駅」下車 出入口A4へ つくばバスターミナル4番のりばから関東鉄道バス「荒川沖駅（西口）行（並木経由）」または「阿見中央公民館行」に乗車、 「並木二丁目」下車、「産総研つくば中央」まで徒歩3分 ●JR常磐線利用の場合 「上野駅」から60分「荒川沖駅」下車 西口 西口4番のりばから関東鉄道バス「筑波大学中央行」または「つくばセンター行（並木経由）」に乗車、「並木二丁目」下車、 「産総研つくば中央」まで徒歩3分 ●常磐高速バス利用の場合 「東京駅八重洲南口」から「筑波大学／つくばセンター行」（常磐高速バス 約65分 片道1,150円）に乗車、「並木二丁目」 下車、「産総研つくば中央」まで徒歩3分 北門 100m 守衛所 つくば中央 配置図 Ｐ Ｐ 並木二丁目 地質標本館 つくば中央第七 つくば中央第六 つくば本部・情報技術共同研究棟 つくば中央第一 つくば中央第五 つくば中央第二 先端情報計算センター サイエンス・スクエア つくば さくら館 Ｐ つくば中央第三 つくば中央第四 access けやき館 Ｐ 守衛所 産総研南口 Annual Report 05-06 南門 Ｐ ナノ材料実験棟 計量標準管理センター 108 並木二丁目 守衛所 共用講堂 Ｐ 正門 並木大橋 並木大橋 exhibition facilities つくばセンターには、3 つの常時展示施設があります。 ● サイエンススクエアつくば 産総研が行っている最先端の研究成果や、社会への貢献など について紹介しています。 「近未来・体感」をコンセプトにした、 展示コーナーや体験コー ナーで、産総研のサイエンスマインドに触れてください。 休館日：月曜日（祝日の場合は火曜日） ・年末年始 開館時間：午前 9 時 30 分から午後 5 時 お問い合わせは、広報部展示業務室へどうぞ。 TEL：029-862-6215 FAX：029-862-6212 http://www.aist.go.jp/aist_j/museum/science ● 地質標本館 日本唯一の地質に関する総合博物館です。4 つの展示室と中 央ホールでは、地質標本の系統的展示をはじめとして、地球 の姿、歴史、変動のメカニズム、人類と地球の関わりなどの テーマについて分かりやすく説明しています。 休館日：月曜日（祝日の場合は火曜日） ・年末年始 開館時間：午前 9 時 30 分から午後 4 時 30 分 お問い合わせは、地質標本館へどうぞ。 http://www.gsj.jp/Muse TEL：029-861-3750 FAX：029-861-3746 ● JIS パビリオン お問い合わせは、工業標準部へどうぞ。 http://unit.aist.go.jp/collab-pro/indus-stan/jis/guide/pavilion/ TEL：029-862-6221 FAX：029-862-6222 Annual Report 05-06 exhibition facilities 標準化の意義や概要、標準基盤研究の趣旨や内容をご覧いた だけます。常設展示の他、高齢者疑似体験や手動・電動の車 椅子など「見て・聴いて・触れて体験」していただける施設 です。 休館日：土曜日・日曜日・祝日・年末年始 開館時間：午前 9 時 30 分から午後 4 時 30 分 109 独立行政法人 産業技術総合研究所 2005 2006 ▼ 独立行政法人 産業技術総合研究所 広報部 出版室 〒305-8568 茨城県つくば市梅園 1-1-1 中央第２ TEL：029-862-6217 FAX：029-862-6212 E-mail：[email protected] 産総研 Home Page : http://www.aist.go.jp/ ● 本誌掲載記事の無断転載を禁じます。 C 2007 AIST