2017 Fiscal Year Research-status Report
電磁力によるトルク計測技術を用いた万有引力定数の精密測定に関する研究
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17K06482
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
西野 敦洋 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40415724)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 力学量計測 / 超精密計測 / キッブルバランス（ワットバランス） / 電磁力 / 万有引力定数 / 基礎物理定数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、キッブルバランス法の原理に基づいた電磁力による超微小トルクの計測技術によって、万有引力定数の精密な評価をすることが目的である。本研究の代表者は、先にプランク定数の絶対測定に関する研究で用いられているキッブルバランス法を応用した電磁力によるトルク発生装置（JSPS科研費1518018K）を開発した。本装置では、電圧測定モード（一様な磁場中に設置された矩形コイルを一定の角速度で回転させ、そのときに生じる誘導起電力と角速度から、矩形コイルを貫く全磁束及び誘導起電力が最大となる角度位置を求める）と、電流測定モード（先述の矩形コイルに電流を流してトルクを発生させる）の2つの実験を行い、国際単位系SIにトレーサブルなトルクを発生させることができる。当該年度はこの装置を基に、超微小トルク発生技術に関する研究開発を行った。以下に研究成果を示す。①一様な磁束密度を形成するためのヘルムホルツコイルを設計及び製作した。②電磁力によるトルク発生装置に対して、精密に微小な電流を供給及びその電流を精密に測定することができる可変電流源を導入し、SIにトレーサブルなトルクとしては世界最小となる27 nN m（相対拡張不確かさ1.7×10^-3（包含係数k = 2））までの微小なトルクの実現に成功した。③同軸上に複数のロータリーエンコーダを配置した、新しい高精度角速度・角度位置決め装置を開発した。この装置と、PCI eXtensions for Instrumentation（PXI）プラットフォームにより構築された電圧及びカウンタの同時計測システムを用いることで、先述の電圧測定モードの実験で、角速度及び誘導起電力、そして誘導起電力が最大となる角度位置をより小さな不確かさでの評価が可能となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当該年度の研究実施計画では、既存の電磁力によるトルク発生装置を改良し、1 nN mまでの超微小トルクの発生とその不確かさ評価をすることが目標であった。現時点までに実現できたトルクは27 nN mまでであるが、一方で、実現トルクの範囲拡大を目的としたヘルムホルツコイルを開発し、1 nN mのトルクを実現するのに必要な磁束密度の確認ができている。さらに不確かさの低減を目的とした高精度角速度・角度位置決め装置を新たに開発するなど、着実に研究を進めることができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
改良した電磁力によるトルク発生装置によって、まずは1 nN m以下の超微小トルクの計測技術の確立を目指す。その際、地磁気の影響等について評価を行い、必要に応じて改善を検討する。万有引力定数の評価装置について、重力源・試験体・モーメントアーム等の材質・質量・形状及び各評価方法を決定し、装置の開発をすすめる。
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| Causes of Carryover |
初年度に製作を計画していた装置等の仕様見直しを図ったため、次年度に製作を行うこととした。
次年度使用額の使用計画については、初年度製作を予定していた装置等について、新たな仕様に基づいて2年目の助成金と合わせて製作することを計画している。
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[Book] はかる2017
Author(s)
西野 敦洋（分担）
Total Pages
21
Publisher
一般社団法人日本計量機器工業連合会
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