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　トピックス　

超高精度加工技術動向
～ナノメートルオーダーの加工を支えるのは、計測・評価・工具・材料などの要素技術と加工手法を合わせた技術の積み重ね！

超高精度加工技術とは
ナノテクノロジーという概念が初めて提唱されたのは、半世紀近く前の1970 年代である。当時、ナノテクノロジーを用いた加工の定義は、「加工精度が1nm の製品をつくりだす総合生産技術」とされたが、その定義は、今でも基本的に変わっていない。
ただ、実際には、ナノテクノロジー加工は、その用途・形状の面で極めて限定された加工法であるため、対象物やプロセスによって自ずと異なったものとならざるを得ない。例えば、半導体製造プロセスにおいて、ナノテクノロジー加工は、まさに製造プロセスそのものの中核的技術となる。
今回の記事で取り上げる超高精度加工技術とは、このようなナノテクノロジー加工技術全般を対象にしたナノメートルオーダーの超高精度な加工である。

　内容目次　

《次世代電池シリーズ》
●次世代電池シリーズ（8）Li-S電池の動向 ～市場編2（プレーヤー編）～　（3～28ページ）
～LIB用の高容量硫黄系正極材やベンチャー系の小・中型リチウム
　硫黄電池は早期に事業化が始まり、大容量品は2030年に登場～

1．はじめに
1-1．数年以内にまずベンチャー系製品が登場
【表1．日系企業によるLi-S電池、硫黄系正極材の開発事例】
【図1．OXIS Energy社のLi-S電池の事例（ラミネートセル）】
1-2．2020年代後半に初期市場が立ち上がる
【図・表1．Li-S電池の初期世界市場の見通し（LIB用硫黄系正極単独は含まない）
（金額：2018-2030年予測）】
2．関連企業・研究機関の取り組み
2-1．硫黄系正極事業とLi-S電池のコスト問題
(1）株式会社ADEKA
【図2．SPAN正極セル（左）とSPAN負極セル（右）の充放電サイクル特性】
(2）株式会社ルネシス/東京炭素工業株式会社
【図3．「タイヤ電池®」の研究開発の経緯】
(3）国立研究開発法人科学技術振興機構 低炭素社会戦略センター
【表2．Li-S電池の4モデルの電極性能と硫黄・電解液の使用量】
【表3．Li-S電池とLIBの電池性能と製造コストの現状と展望】
【図・表2．現状のLi-S電池と現行LIBの原材料費に占める電解液とセパレータの比率
（金額ベース、％）】
2-2．注目研究機関の開発動向
(1）国立研究開発法人 産業技術総合研究所 エネルギー・環境領域
【表4．産総研による金属多硫化物正極材の事例】
(2）公立大学法人 大阪府立大学大学院工学研究科（無機化学研究グループ）
【図4．Li2Sベース固溶体正極を用いた全固体電池の充放電曲線（右）とサイクル特性】
(3）学校法人 東京都市大学工学部エネルギー化学科（高分子・バイオ化学研究室）
【図5．ポリ硫化炭素の化学構造と加圧成形サンプル】
【表5．ポリ硫化炭素の主な特長と硫黄系正極材としての利点】
(4）国立大学法人横浜国立大学院工学研究院（渡邉・獨古・上野研究室）
【図6．溶媒和イオン液体のLi₂S₈溶解度（右）と同液体電解質のLi-S電池の充放電特性】
【図7．溶媒和イオン液体におけるLiイオンのホッピング伝導】

《次世代市場トレンド》
次世代先端デバイス動向(4) 量子ドットデバイス　（29～57ページ）
～作製技術の進展により、ディスプレイ、レーザーはもとより、
　太陽電池、更には単一光子源としての応用開発に期待が高まる！～

1．量子ドットとは
【図1．バルク、量子井戸、半導体QDの電子状態の比較】
【図2．GaAs上に形成したInAs QDのTEM写真】
2．QDデバイス機能発現につながるQDの特異的性質
3．QDデバイスの種類
3-1．光デバイス
3-2．情報デバイス
4．QDデバイスの応用事例
4-1．ディスプレイ
4-2．LED
4-3．半導体レーザー
4-4．太陽電池
4-5．生体イメージング
5．QDデバイスの市場規模予測
【図・表1．QDデバイスの国内およびWW市場規模予測（金額：2020-2040年予測）】
【図・表2．QDデバイスの応用分野別WW市場規模予測（金額：2020-2040年予測）】
6．QDデバイスに関連する企業・研究機関の取組動向
6-1．株式会社イノバステラ
【図3．QDナノヒーターのバックグラウンド技術としての光LSI】
【図4．イノバステラが作製したQD】
6-2．株式会社QDレーザ（「QDレーザ」）
【図5．GaAs基板上にInAs QDを形成する模式図】
【図6．GaAs基板上に形成した高密度InAs QDのSEM像】
6-3．国立大学法人京都大学
6-4．国立大学法人電気通信大学
【図7．GaAs基板上に形成した超高密度InAs QDの発光スペクトル幅とQD密度】
【図8．SiOxフィルム上およびSiOx膜内にMBD法で形成したInAs QDの模式図】
【図9．SiOxフィルム上にMBD法で形成したInAs QDの原子間力顕微鏡像】
6-5．国立大学法人名古屋大学
【図10．「Fluclair^TMGreen/Yellow/Red」のリン酸緩衝液中における蛍光写真】
【図11．「Fluclair^TM Yellow」を導入した脂肪組織由来幹細胞画像】
6-6．日立化成株式会社
【図12．日立化成が開発したQDフィルムの外観】
【図13．日立化成が開発したQDフィルムの構成】
【図14．液晶ディスプレイの構造とQDフィルムの使用例】
【図15．発光時間（励起蛍光寿命）の比較イメージ】
6-7．国立大学法人広島大学
【図16．Si QDハイブリッドLEDの写真と模式図】
6-8．国立研究開発法人理化学研究所
(1)半導体qubitによるハイブリッド量子計算
【図17．三重QD構造による電子スピンqubitのハイブリッドデバイス】
(2)半導体量子ビットの量子非破壊測定
【図18．電子スピンqubitの量子非破壊測定】
【図19．繰り返し測定によるqubit測定エラーの低減】
7．QDデバイスの将来展望

●CASEの市場動向（4）：Electric　（58～67ページ）
～EVの開発が自動車市場を変革しようとしている
　そして要は中国市場になる～

1．Electricの2つの分野
1-1．ピュアEV
（1）普及が加速しない理由
①ピュアEVは1回の充電で走行できる距離が短い
②充電設備の普及が不十分
③ピュアEVは車両価格が高く補助金頼み
1-2．HV・PHV
（1）PHVとHVの違い
（2）トヨタがHVなどの無償提供
2．Electricの世界市場の動き
2-1．中国の躍進
【表1．世界のEV（PHVを含む）販売状況（2018CY）】
【表2．世界のLiB出荷状況（2018CY）】
2-2．日本の自動車メーカーの実績と今後の展開
3．Electricの市場規模
3-1．市場動向と市場規模
【図1．国内のElectric市場の各分野の推移予測（2017-2035年度予測）】
【図・表1．国内Electric市場の推移予測（数量：2017-2022年予測）】

《注目市場フォーカス》
●超高精度加工技術動向　（68～88ページ）
～ナノメートルオーダーの加工を支えるのは、計測・評価・工具・材料
　などの要素技術と加工手法を合わせた技術の積み重ね！～

1．超高精度加工技術とは
2．超高精度加工技術を俯瞰する
【図1．超高精度加工技術における研究スキームおよびキーワード】
3．超高精度加工技術の事例
3-1．機械加工
3-2．量子ビーム加工
3-3．フォトリソグラフィー
4．精密加工装置の市場規模推移と予測
【図・表1．精密加工装置の国内およびWW市場規模推移と予測（金額：2018-2022年予測）】
【図・表2．精密加工装置の種類別国内市場規模推移と予測（金額：2018-2022年予測）】
5．超高精度加工技術に関連する企業・研究機関の取組動向
5-1．株式会社エリオニクス
5-2．株式会社エンプラス
5-3．学校法人慶應義塾大学
(1)超精密ナノ切削
【図2．超精密ナノ切削の模式図】
(2)超精密ナノ成形
【図3．超精密ナノ成形の模式図】
(3)レーザープロセッシング
【図4．硬脆材料へ表面テクスチャリングした事例】
(4)マイクロ放電加工
【図5．焼結ダイヤモンドへのマイクロ放電加工の事例】
5-4．国立大学法人埼玉大学
【図6．レーザースライシング装置を模式的に示した図】
【図7．レーザースライシングしたシリンドリカルガラスレンズ（左）加工前、（右）加工後】
5-5．国立大学法人東京工業大学
(1)金属と樹脂とを複合した高剛性・高減衰なパッシブダンパー
(2)定力制御を可能としたボールバニシング工具の開発
5-6．国立大学法人東京大学
(1)精密加工・精密転写技術を組み合わせて、回転体型の高精度X線ミラーの製造技術を確立
【図8．表面転写技術である電鋳により作製された超高精度ミラー】
【図9．回転楕円ミラーによる軟X線集光システムの模式図】
(2)複雑な形状を持つ高精度ミラーによりX線リング集光ビームを実現
【図10．X線がリング状に集光される様子を示した模式図】
(3)高精度な曲面ミラーで軟X線ナノメートル集光に成功
【図11．ナノ精度表面創成システムの構築】
5-7．国立大学法人山形大学
【図12．ナノ微細転写形成の事例】
【図13．微小円盤成形の事例】
【図14．ナノコンポジット材料のマイクロ微細転写成形の事例】
【図15．プラスチック製品の医療分野への応用事例（微細ニードルアレイをプラスチック表面に加工）】
【図16．ナノスケールの高分子ロッドや繊維加工事例】
5-8．ユナイテッド・プレシジョン・テクノロジーズ株式会社（UPT）
(1)3Dエッチング技術
(2)ハーフエッチング及び段彫り
(3)大型エッチング
(4)難削材料エッチング
6．超高精度加工技術の将来展望

●電動二輪車市場　（89～101ページ）
～環境規制の厳格化で電動化が進展！
　自転車はE-bike、バイクは100～125cc相当への対応がカギ～

1．電動二輪車とは
【図1．電動自転車と電動バイクの境界】
2．電動二輪車を取り巻く環境変化
3．電動自転車の特徴
3-1．電動自転車の種類と動向
【図2．改定前と後の中国の電動フル自転車における基準】
3-2．電動自転車の駆動方式
（1）二軸式
（2）一軸式
（3）IWM
【図3．電動アシスト自転車の駆動方式】
（4）電動自転車の市場規模推移と予測
【図・表1．電動自転車のワールドワイド市場規模推移と予測（数量：2017-2020/2025年予測）】
4．電動バイクの特徴
4-1．電動バイクの種類と動向
4-2．電動自転車の駆動方式
（1）IWM
（2）ホイールサイド
（3）オンボード
【図4．電動バイクの駆動方式】
（4）電動バイクの市場規模推移と予測
【図5．内燃式バイクの排気量別生産台数（2017年）】
【図・表2．電動バイクのワールドワイド市場規推移と予測（数量：2017-2020/2025年予測）】

《あとがき》
読者アンケート「興味を持ったレポート」トップ3 予想　（102ページ）