施設・設備

この核磁気共鳴分光分析装置（NMR、 Nuclear Magnetic Resonance）は私立学校施設整備費補助金によって整備され、「新規な高機能材料の開発と評価」の研究に広く利用している装置です。NMRは有機化学・無機化学分野において欠かすことの出来ない分析装置となっており、明治大学理工学部においても複数台が運用されています。この装置では主として水素・炭素を対象として測定を行い、それらの元素の状態を調べ解析します。実は、このNMRは私たちの生活の近くにもその測定理論が利用されています。それは磁気共鳴画像法（MRI、 Magnetic Resonance Imaging）と呼ばれ、私たち人間の体内にある水の水素の状態を測定し「体内のどこに水分が多いか少ないか？」などを見ることで、体内に異常が無いかを見るために使われます。
私たちの研究では水に限らず様々な化合物の水素・炭素の環境を測って、「今回の実験ではどの水素が変わったか？」「今回作った化合物は目的通りに作れたかな？」といった事を日常的に調べています。この毎日の測定が積み重なって新しい化合物が生み出されたことが確認され、医薬品や有機LEDの材料、特異な性質を持った高分子として世の中で利用されています。

人が感じ、考えているときの脳活動をリアルタイムで計測する装置です。
複数の脳を同時に計測することで共同作業を行っているときの協調性や一体感など、コミュニケーションや情動にかかわる高次の脳活動の関係性を研究できます。目に見えない感覚を可視化するこの装置は、住空間の評価からリハビリテーション用ロボットの開発まで、さまざまな分野の研究に利用されています。

この装置はＸ線の回折現象を利用して物質の結晶構造を調べる分析機器です。
結晶は規則正しい配列をもっていますが、その間隔を調べることにより測定試料がどのような物質から構成されているかを明らかにすることができます。写真はその装置の概観です。実施、理工学部、特に応用化学科では、各研究室で新たに合成した物質や機能性材料あるいは自然界から採取した鉱物や環境試料などの測定を行い、それらの結晶構造を明らかにして本学の研究推進に役立てています。

この装置は戦略的研究基盤形成支援事業「機能的ナノ構造体の創成と応用」のプロジェクトで使用している透過型電子顕微鏡で、ナノメートルより小さな構造まで観察することができます。「ナノメートル」とは１０億分の１メートルのことで原子数数個分の大きさです。ナノメートルの大きさの粒子をナノ粒子といい、大きな粒子では見られなかった新しい性質が現れます。図は磁石の性質を持つ鉄のナノ粒子をこの電子顕微鏡で観察した例で、原子が並んでできたきれいな格子模様が観察されます。この顕微鏡ではこの小さな粒子がどのような元素から構成されているかということも知ることができます。

この装置は、無線通信システム、光ファイバ通信システムなど、様々なディジタルシステムに使われる高速な電気信号を発生したり評価したりするために使用されます。信号発生部分では、プログラムすることによって10GHzまでの任意の形の信号波形（正弦波、三角波、矩形波、あるいはもっと複雑などんな形の波形でも）を発生することが可能です。評価部分は、まずディジタルオシロスコープからなり、1秒間に1千億回（100 GSample/s）という速さで波形データを内部に取り込みます。これによって高速に変化する波形の情報を表示したり解析したりすることが可能となります。また、「0」と「1」からなるディジタルデータが、雑音などの影響でどれくらいの割合で誤りを起こすか測定することも可能です。

この装置を使うことにより、ディジタルシステムの中を流れる信号がどのような振る舞いをするのかを知ったり、通信システムの場合であれば、遠くまで正しく波形を伝送するためにどのような工夫が必要であるのか調べたりすることが可能となります。この装置を用いた研究により、インターネットを初めとした情報通信ネットワークの高度化・高速化のために貢献しています。

本試験装置は、万能型強度評価試験装置と呼ばれている構造材料の強度や剛性を計測するために用いる装置です。航空構造材料研究室では主に航空機構造等に適用されている炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の強度特性や構造要素の強度剛性を計測するために用いています。特に、高強度CFRP試験片や構造要素供試体については、高荷重を負荷することが必要になるため、300ｋN（30トン）までの力を引張及び圧縮荷重として試験片や供試体に負荷できる装置となっています。また、長い試験片にも対応できるよう、試験機高さを延長し、くさび間(試験片長さ)を約1300㎜まで取ることが可能です。精度の良い測定を行いたい場合は、50ｋN（5トン）のロードセルが同装置に装着できるようになっており、高精度荷重計測にも対応できます。

放電加工機は高電圧が印加された電極と金属加工物との間で生じる放電現象による破壊で，加工物に溝を掘ったり任意の形状に切り取ったりすることができる工作機械です（写真１）。しかしあまり深い穴（溝）を加工しようとすると切断面が垂直にならないことが生じます。

立型フライス盤は切削工具が垂直軸中心に回転しながら加工物を切削する工作機械で，端面削りや型彫りなど様々な加工ができます。このフライス盤は全幅1,015mm，奥行1,250mmそして全高1,340mmと小型で，いわゆる卓上型とよばれる工作機械です。一般に卓上型にはホビー用を目的としたやや華奢な構造で加工精度があまり良くない機械も見受けられますが，この卓上型フライス盤は頑丈で実用的な精度を持っています。

バイオイメージングシステムは、蛍光顕微鏡用モジュールのひとつです。このモジュールは、従来のようにXY方向にスキャンし、二次元画像（平面）を得るだけではなく、Z方向に深度を変えて撮影した断層像を取得することにより、細胞同士の結合や配置を三次元画像（立体）として構築・観察することができます。これにより、幹細胞を用いた組織再生や癌研究の分野など、細胞を立体的に培養する必要のある研究で、立体的に培養した細胞を評価・解析することができるようになりました。

ドラフターは機械図面を製図する時に使用する装置です。機械図面は設計した機械の形状や加工方法を製造者に正しく伝えるために使われるもので、機械技術者にとって必須の技能です。図面では、平行線や垂直線など、角度が決められた直線が多く使われるので、ドラフターは正しく早く図面を描く上で必要です。最近は、作業の容易さからCADと呼ばれるコンピュータを使用した製図が普及していますが、製図規則の習得や大きさの感覚などは手で製図することが学習効果を高めると言われています。機械工学科および機械情報工学科ではその学習効果を重視し、手で学ぶことを続けています。

フライス盤は回転する切削工具で台に固定した加工物を削る機械です。台が左右・上下に移動して面や種々の外形の切削および彫込み加工ができます。NCフライス盤は台の移動がNC式、すなわち数値制御されて、制御盤に加工寸法などを打ち込むかCADなどの図形データを読み込ませることで加工が自動的におこなえます。
フライス盤は部品や機械を製作する工場などでもっともよく使われる工作機械の一種で、このような機械を作る機械はマザーマシンと呼ばれ、機械を開発する技術者はそれがどのような工作機械で作られるかを知っていなければなりません。理工学部では機械系学科の授業カリキュラムにNCフライス盤を使った加工実習を組み込んでいます。
今回導入したNCフライス盤は最大長1250mmまでの加工ができ、従来工作工場では加工不可能であった長尺寸法のものが扱えるようになりました。NCフライス盤の利用は前述のように機械加工の基本であり研究などのための加工にも必要不可欠で、授業による利用以外に学生自身による研究資材の加工や工作工場への加工委託による対応で頻繁に使われています。（写真1）（写真2）
フライス盤加工は機械工作の基本であるため、この機械は既に多くの学生や工場職員により利用されています。さらに様々の加工ができるようオプションが用意されています。このうちヘリカルタップ（ガイダンス機能）、スプラッシュガードおよびマルチクレーンを2019年度に追加導入しました。
ヘリカルタップはタップ加工（ネジ穴加工）を自動的に行う機能です。制御盤から起動できるよう新たに追加されました。従来手動では精度よく仕上げることが困難であったタップ加工が、NCフライス盤のガイダンス機能により簡単に実現できます（写真3）。
このNCフライス盤の切削工具は鉛直方向を軸に回転し、金属加工のために切削油を使うとき工具の回転により油が四方に散乱することがありました。これを防止するオプションであるスプラッシュガードにより、大量の切削油を使う大型の加工物でも安心して加工できるようになりました（写真4）。
導入したNCフライス盤は最大寸法1250mmまでの大型加工物が取り扱えるので利用範囲が広がりました。半面、加工物が大きくなり重量が増加すれば取付け、取外しする際の作業者への肉体的負担や不意の落下による危険が懸念されます。これに対応するため最大1000kgまでの荷重が扱え、不要の際は小さくたためるマルチクレーンを導入しました（写真5）。

本装置は、万能木工機と呼ばれており、木材を切断したり削ったりすることができます。この装置では、３通りの工作を行うことができます。
一つ目は丸ノコ盤で、木材を切断することができます。最大切断厚さは約120mmで、厚みのあるものから薄いものまで幅広く切断する事ができます。
二つ目は手押かんな盤（手動）で、これは木材の削り厚さを0.5mm～5mmで削ることができ、幅は250mmのものまで対応ができます。また、垂直盤を調節することで木材の角に、一定の角度をつけて削ることもできます。
三つ目は自動かんな盤で、モニターに表示される厚みに合わせて、木材を削り出すことができます。これは、0.1mmピッチで削ることができ、幅455mm、厚さ245mmの木材まで対応できます。
自動かんな盤は手押かんな盤とは違い、モーターによって木材が送られるため、より安全な仕組みとなっております。しかし、角の角度は調整できなく直角のみです。
この装置による工作物は、構造材料実験で用いる木材試験体及び治具、授業に用いる教材、建築物の構造体、模型などが考えられます。

主に学部３年生を対象に行っている物理学実験では、半導体試料の温度を様々に変え、ホール係数の変化を決定する実験を行っています。得られるデータから、電子軌道や格子欠陥といった、半導体内部のミクロスコピックな構成要素の振る舞いを理解することができます。常温から液体窒素温度まで試料を冷却して実験を行うことができます。内蔵ヒーターを用いて温度を制御し、目的の温度で固定したまま測定を行うこともできます。
新しく導入されたクライオスタットは可動部や真空配管に工夫がされているため、トラブルが生じにくくメンテナンスも容易です。大人数の学生が繰り返し使用しても真空や配線の不良が生じにくくなると期待されます。実験中に起こる技術的なトラブルに煩わされずスムーズにデータを得ることができるようになり、授業中により深い考察ができるようになると期待されます。

1m×1m×1mの大きさの物まで製作できる大型3Dプリンターです。3Dプリンターによる製作には多くの利点がありますが、その一つに一体成形が挙げられます。
一般に大きい物を製作する時にはいくつかの部品に分けて、それらを組み立てて作りますが、組み立ての作業に時間がかかったり、組み立てることで全体の幾何精度が悪くなったりします。それを一体成形できれば、組み立て作業の時間を減らすことができるうえ、作業の上手や下手もなく、目的の形状を正しく作り上げることができます。
例えば、複雑な形の椅子なども3D-CADでモデルを作れば、繫ぎ目なく自動的に実体物にできるので、そのまま実験・評価をすることができます。さらに、このような3Dプリンターのさまざまの特長を活かして従来にない性能を持つ機械を作り上げようとする動きもあります。その鍵となるのが設計の方法であり、DfAM(Design for Additive Manufacturing)と呼ばれて学術的にも注目されています。
この装置は、模型を直ぐに作る用途だけではなく、新しい設計を研究するための道具としても有用です。

Spartan 18はパソコン上で様々な分子を可視化することができるソフトウェアです。通常，人間の目では原子や分子1つ1つを見ることができず，分子がたくさん集まった気体や液体，固体としてしか見ることができません。このソフトウェアは原子や分子一つ一つをパソコン上で見ることができるため，分子の形や電子状態を詳細に観察することができる。また，化学反応により新しい分子を作りたいとき，このソフトウェアにより化学反応を予測することができます。事前に予測することで，実際の化学実験において無駄なく効率的に欲しい分子が得られるようになります。
コンピュータを利用したシミュレーションはますます重要であるため，応用化学科では講義・化学実験に加えて，ソフトウェアを使用したシミュレーション実験にも力を入れて教育を実施しています。

この落錘試験機(Instron 9450)は、Max高さ1.1mからMax70kgの錘を落とし試験片に衝撃を与え、衝撃力を測定できる装置です。自然落下だけでなく錘を加速させて落とす機構も備えており、最大で1.8kJのエネルギーを試験片に与えることのできる高い性能を備えています。機械工学科機能デザイン研究室では、衝突が起こった際に潰れることによってエネルギーを多く吸収し、人の命を守る構造を研究しています。本試験機を用いることにより、大きな衝撃によって構造が潰れていく過程のデータを測定・記録できるとともに、自動車事故や機械製品の破壊を想定した、より実用的な研究が可能になります。明治大学大学院理工学研究科の機械系研究室との共同利用により、新たな研究領域の開拓、企業との共同研究の推進など、インタラクティブな研究に活用しています。

私たちの身の回りにある物質は原子・分子でできています。石英、鉄、シリコンといった結晶の中では、原子や分子たちが０．１ナノメートル（１メートルの１００億分の１）程度の間隔で、規則正しく整列しています。この原子の並びかたによって、物質の硬さ、電気の伝わりやすさ、磁性といった物質の性質は大きく変わります。有名な例はどちらも炭素原子でできているグラファイトとダイヤモンドです。炭素原子の並び方が違うだけで性質が全くことなります。物質の中で原子がどのように並んでいるかは、エックス線を用いることで測定する事ができます。この装置はエックス線と高圧力発生装置を組み合わせることで、物質を極限状態（高圧力・高温）においたときに、原子の並びがどう変わるかを測定することができます。例えばグラファイトを高圧力高温状態におくことでダイヤモンドを合成することができます。この装置は、極限条件でこれまで知られていなかった物質を合成することや、地球内部の高温高圧力状態を再現し、地球の構造と進化を探る研究に役立てられています。

2021年に新たに導入したCNC/普通旋盤は、汎用旋盤にコンピュータ数値制御と対話型操作ソフトが内蔵されたもので、初心者の学生も容易に円筒形状の加工ができる操作性の良い加工機械です。この旋盤では、円筒形状の部品の外径と内径の切削加工や、ねじ切り、溝加工、テーパ加工、円弧形状の加工ができる他、円弧とテーパを組み合わせた加工や曲線など複雑な形状の高度な加工も行うことができます。ねじ切りや溝加工など熟練者が行う難しい加工は、対話型操作ソフトを使用することにより、学生でも簡単に加工できます。加工できる材料は、鉄、アルミ、ステンレス、真鍮、鋳物、樹脂などです。この機械で加工できる最大サイズは、直径が110 mm，長さが1,010 mmで、比較的長い材料の加工が可能です（形状により加工できないものもあります）。機械サイズはＷ2,905×D1,469×H1,748㎜です。この加工機械は、学生の加工実習や研究で使用する特徴のある様々な部品の加工に使用しています。

インボディ970は、体を構成する基本成分である体水分・タンパク質・ミネラル・体脂肪を定量的に分析でき、体重やBMIだけでは評価しきれない詳細な体成分を正確且つ簡便にフィードバックできる機器です。インボディ970を使用する価値は、学生各々の栄養状態、体のむくみ、身体の発達具合などが縦断的に評価でき、自身の理想とする体成分へと向かっていく過程を可視化できることです。評価者は、この測定結果に基づいて改善すべき体成分の目標をディスカッションの上、明確に決めて、実際に身体変化をモニタリングしながら目標達成まで指導することができます。また、縦断的な測定を行っていくことで、年間におけるフィジカルコンディションのピークを見つけ出すことも可能となります。人生100年時代において、健康寿命を如何に伸ばすことができるかは、現代社会を生きる人間の喫緊の課題であり、学生時代（20代前半）から健康を保つために着目すべき代表的な項目を理解し、自身のコンディションを整える術を会得できれば、社会人となった際にも自ら健康の維持増進にむけたマネジメントができるようになると考えます。

 持続的かつ豊かな社会を実現する高効率なエネルギー利用に資する革新的な有機光電子材料や光触媒の開発が望まれています。より良い特性を持つ、新たな有機光電子材料や光触媒の開発には、作成した材料の光吸収や発光を正確に計測する必要があります。紫外可視光度計 V–770DS は、紫外光から近赤外領域の吸収スペクトルの測定でき、さらにオプションの装着により様々な大きさの粉末試料や懸濁溶液の吸収スペクトルの定温での測定も可能であり、幅広いサンプルを的確に測定できる装置です。蛍光分光光度計 FP–8550ST は、溶液、固体試料ともに、オプションの装着により蛍光絶対量子収率が算出できる高精度な装置です。共に多様なサンプルに対応した拡張性の高い分光計であり、上記の目的の他にも様々な研究に活用できます。