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研究グループ

グループ概要


先進レーザープロセスグループ

研究目標
次世代の効率的なものづくりためのキーテクノロジーとして、レーザープロセス技術に対する期待が高まっています。当グループでは、レーザー技術とプロセス技術の研究者が緊密連携することで、光の特性を活かした新しい製造・加工技術、医工連携技術、それら技術の展開を導く計測評価技術を開発することを目標としています。
重点研究
  • ガラスなどの脆性材料、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）やセラミック基複合材料(CMC)などの複合材料といった難加工材料や薄膜太陽電池などのデバイスをターゲットとしたレーザー加工技術開発
  • 光エネルギーをフェムト秒（1フェムト秒 =1000兆分の１秒）からピコ秒（1ピコ秒 =1兆分の１秒）時間領域に至る超短時間に集中できる超短パルスレーザー光を利用した加工において、パルスの時間幅やエネルギーなど、加工条件を網羅的に探索できる次世代レーザー加工システムとプロセス高速最適化技術開発
  • 医工連携技術として、タンパク質のレーザー3Dプリンティング、歯科治療応用に係るレーザー製膜/転写、人工関節の製造に係るレーザープロセス、各種医用材料のレーザー加工技術
  • 強いレーザー場による物質操作の応用研究として、フェムト秒およびナノ秒レーザーの光電場波形をアト秒の時間領域で精密に制御し、従来のレーザー技術では困難であった高度な計測技術やレーザー加工技術を開拓
  • 生産ラインの表面汚染検査にも適用可能なレーザー誘起ブレイクダウン分光（LIBS）法の高度化

加工用高出力Ybファイバー超短パルスレーザー装置、理科学研究用極短パルスレーザー光源等を開発するレーザー技術、および、ガラス等難加工材料の精密微細加工手法、レーザー転写技術などプロセス技術の蓄積があり、これまで様々な企業、大学、研究機関との共同研究を行ってきました。

各種材料のレーザー加工：ガラスへのレーザーマーキング（左上）と貫通穴形成（左下）、レーザー転写による導電性粒子描画（右上）、金属のレーザー着色（右下）。


パラメータ可変自動加工計測システムによる網羅的加工条件探索 数百点のパラメータ可変加工と顕微鏡計測の所要時間：30分程度



強いレーザー場による物質操作の応用研究

保有技術
  • ガラスなど難加工材料をふくむ種々材料のレーザー微細加工技術
  • 多様なフェムト秒パルスレーザーの設計・作製、パルス特性の制御・評価技術
  • LIBS法に基づいた表面物質組成の迅速検査技術。
  • レーザー転写を利用したナノ/マイクロ粒子やバイオチップのデリバリー技術
主要特許・論文
  • 発明名称：有機薄膜太陽電池，奈良崎愛子、黒崎諒三、佐藤正健、山成敏広、萩原英昭、須田洋幸、国岡正雄、近松真之，特6456685, 2018/12/28
  • 発明名称：Surface structure forming method for zirconia-based ceramics, and zirconia-based ceramics, M. Kakehata, H. Yashiro, I. Matsushima, US10774003B2, 2020/09/15
  • 発明名称：有機薄膜太陽電池，奈良崎愛子、黒崎諒三、佐藤正健、山成敏広、萩原英昭、須田洋幸、国岡正雄、近松真之，特6456685, 2018/12/28
  • 発明名称：チャープパルス増幅装置，吉富　大、鳥塚健二、特6202316，2017/09/08
  • 発明名称：化合物薄膜太陽電池の製造方法及び化合物薄膜太陽電池，奈良崎愛子、新納弘之、佐藤正健、小牧弘典、柴田肇、仁木栄、高田英行、鳥塚健二、特6202308，2017/09/08
  • 発明名称：半導体材料の加工方法及びレーザ加工装置，佐藤正健、新納弘之、奈良崎愛子、丸谷幸利，特 6103529、2017/03/10
  • 発明名称：酸化物ドットパターンの作製方法，奈良崎愛子、新納弘之、佐藤正健、黒崎諒三，特 6041145、2016/11/18

  • “Annealing-temperature dependence of adhesion strength of hydroxyapatite layers coated on zirconia substrates by droplet elimination pulsed-laser deposition scheme”, H. Yashiro, M. Kakehata, Surface and Coatings Technology, 482 (2024) 130679.
  • “Femtosecond laser direct writing of pure three-dimensional fluorescent protein and Its application to physiological pH sensing”, D. Serien, H. Kawano, A. Miyawaki, K. Sugioka, A. Narazaki, Frontiers in Nanotechnology, 5 (2023) 1.
  • “Towards understanding the mechanism of 3D printing using protein: Femtosecond laser direct writing of microstructures made from homopeptides”, D. Serien, A. Narazaki, and K. Sugioka, Acta Biomaterialia, 164 (2023) 139; https://doi.org/10.1016/j.actbio.2023.04.007
  • “Zirconia substrate with periodic surface microstructures enhances osteogenic differentiation of rat adipose-derived stem cells”, M. Yasunaga, T. Watanabe, G. Yano, K. Murotomi, M. Hiramatsu, M. Hirose, M. Kakehata, H. Yashiro, A. Yamazaki, A. Ito, Materials Letters, 332 (2023) 133544.
  • “Investigation of the multielectron dynamics of CO in intense laser fields by the effective potential analysis of natural orbitals”, S. Ohmura, H. Ohmura, T. Kato, S. Koseki, and H. Kono, Chemical Physics Letters, 806 (2022) 140045.; https://doi.org/10.1016/j.cplett.2022.140045
  • “High Immobilization Efficiency of Basic Protein within Heparin-Immobilized Calcium Phosphate Nanoparticles”, M. Nakamura, W. Bunryo, A. Narazaki, A. Oyane, Int. J. Mol. Sci., 23 (2022) 11530.; https://doi.org/10.3390/ijms231911530
  • “Preliminary Study on the Optimization of Femtosecond Laser Treatment on the Surface Morphology of Lithium Disilicate Glass-Ceramics and Highly Translucent Zirconia Ceramics”, M. Inokoshi, K. Yoshihara, M. Kakehata, H. Yashiro, N. Nagaoka, W. Tonprasong, K. Xu, S. Minakuchi, Materials, 15 (2022) 3614.; https://doi.org/10.3390/ma15103614
  • "Comparison of the expansion behavior of atoms and droplets ablated from a β-tricalcium phosphate target under low-pressure ambient H2O gas for hydroxyapatite coating" , H. Yashiro, N. Umebayashi, and M. Kakehata, Jap. J. Appl. Phys., 60 (2021) 066001.; https://doi.org/10.35848/1347-4065/abfadd
  • "Crystalline hydroxyapatite coating by hydrolysis using β-tricalcium phosphate target by pulsed-laser deposition” , H. Yashiro, M. Kakahata, N. Umebayashi, A. Ito, Jap. J. Appl. Phys., 60 (2021) 056601.; https://doi.org/10.35848/1347-4065/abfc31
  • “Study on nonthermal–thermal processing boundary in drilling of ceramics using ultrashort pulse laser system with variable parameters over a wide range”, A. Narazaki, H. Takada, D. Yoshitomi, K. Torizuka, Y. Kobayashi, Appl. Phys. A, 126, (2020) 252. ;https://link.springer.com/article/10.1007/s00339-020-3410-2.
  • ”Sub-optical-cycle attosecond control of molecularionization by using Fourier-synthesized laser fields”, H. Ohmura and N. Saito, Phys. Rev. A 101, 043419 (2020).
  • “Laser-Induced Forward Transfer with Optical Stamp of a Protein-Immobilized Calcium Phosphate Film Prepared by Biomimetic Process to a Human Dentin”, A. Narazaki, A. Oyane, H. Miyaji, Applied Sciences, 10 (2020) 7984; https://doi.org/10.3390/app10227984.
  • "Cell attachment area of rat mesenchymal stem cells correlates with their osteogenic differentiation level on substrates without osteoconductive property,” S. Hashimoto, M. Yasunaga, M. Hirose, M. Kakehata, H. Yashiro, A. Yamazaki, A. Ito, Biochemical and Biophysical Research Communications, 525, 1081 (2020).