産業界で「最も硬い材料の一つ」として知られるタングステンカーバイド（炭化タングステン）。非常に硬くて丈夫な反面、その加工の難しさが長年の課題でした。

しかし今回、広島大学の研究チームが、この超硬合金を3Dプリントで製造することに成功しました。しかも、従来の製造方法で出る大量の廃棄物を減らしながら、極めて高い耐久性を維持できるという、まさに「いいとこ取り」の技術です。

今回は、2026年2月7日に公開された最新レポートをもとに、この技術の何が画期的なのか、分かりやすく解説していきます。

そもそも「超硬合金」とは？なぜ3Dプリントが難しいの？

今回、広島大学先進理工系科学研究科の丸本敬太助教らのチームが成功させたのは、「タングステンカーバイド-コバルト合金」という材料の3Dプリントです。

これは一般的に「超硬合金」と呼ばれ、その名の通りものすごく硬い金属です。その硬さは「1400HV」を超え、サファイアやダイヤモンドといった地球上で最も硬い物質にわずかに及ばない程度という、凄まじい数値を誇ります。

この硬さと摩耗への強さから、金属を削るための「切削工具」や「金型」、さらには建設機械の先端部分などに重宝されています。

しかし、硬すぎるがゆえに大きな弱点がありました。それは、「形を作るのが非常に難しい」ということです。

これまでは「粉末冶金（ふんまつやきん）」という、金属の粉を型に入れて高い圧力をかけ、長時間焼き固める方法で作られてきました。しかしこの方法は、材料の無駄が多くコストがかかる上に、「型」から抜ける形状しか作れないため、デザインの自由度が低いという欠点があったのです。

「溶かさずに軟らかくする」という逆転の発想

そこで研究チームが目をつけたのが、積層造形技術（いわゆる3Dプリンター）です。

丸本助教は声明で次のように述べています。
「超硬合金は非常に優れた材料ですが、タングステンやコバルトといった高価なレアメタルを原材料とするため、使用量の削減が強く求められています。3Dプリント技術を使えば、必要な場所にだけ材料を積み上げることができるため、無駄な材料消費を抑えることができます」

しかし、ただ3Dプリンターで出力すればいいというわけではありません。超硬合金は熱に敏感で、完全にドロドロに溶かしてしまうと、化学的な損傷が起きてしまい、せっかくの強度が失われてしまうのです。

このジレンマを解決したのが、「ホットワイヤー・レーザー照射」という新技術です。

これは、レーザービームと、あらかじめ予熱したワイヤー状の材料を組み合わせる方法です。重要なのは、「材料を完全に溶かしきらない」こと。
材料がくっつく程度にまで「軟らかく」するけれど、完全に液体にはしないという絶妙な温度管理を行うことで、超硬合金としての性能を損なうことなく成形することに成功したのです。

巧みな温度管理で「欠陥ゼロ」を実現

この研究成果は、2025年12月に『International Journal of Refractory Metals and Hard Materials』のオンライン版で発表され、2026年4月の印刷版にも掲載される予定です。

研究チームは、この技術を確立するために、以下の2つの工夫を行いました。

1. ニッケル合金の土台を使用する: ベースとなる層にニッケル合金を挟むことで、安定性を高めました。
2. 厳密な温度制御: コバルトが溶ける温度以上でありながら、金属の結晶粒が粗くなってしまう温度以下という、非常に狭い範囲で温度をコントロールしました。

この精密な制御により、三菱マテリアル超硬工具株式会社との共同研究において、内部にひび割れや空洞といった欠陥のない、完璧な超硬合金を作り出すことに成功しました。

丸本助教は、この技術の将来性についてこう語っています。
「材料を完全に溶かすのではなく、軟化させて成形するというアプローチは非常に斬新です。これは今回の超硬合金だけでなく、他の扱いにくい材料の加工にも応用できる可能性があります」

今後の展望とものづくりへの影響

もちろん、課題がすべて解決したわけではありません。研究チームは今後、より複雑な形状を作れるようにすることや、亀裂の発生をさらに抑える管理方法などに取り組む予定です。

将来的には、この技術を使って実際の切削工具を製造したり、産業用の機械部品の耐久性を向上させたりすることを目指しています。

硬くて加工が難しい材料を、必要な分だけ、自由な形で作り出せる。日本の研究者が生み出したこの技術は、製造業のコスト削減と環境負荷の低減、そして新しい製品デザインの可能性を大きく広げることになりそうです。

ソース

• 3dprintingindustry.com
• interestingengineering.com
• bioengineer.org

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25年間誰もできなかったことが日本で実現

量子物理学の研究者たちが長年挑戦し続けてきた「量子W状態」の測定に、日本の研究チームが初めて成功しました。

京都大学と広島大学の研究者によるこの成果は、2025年9月13日付の学術誌 Science Advances に掲載されました。研究を率いたのは、京都大学大学院工学研究科の竹内繁樹教授です。

量子もつれとは？ ― アインシュタインも驚いた現象

量子もつれ（エンタングルメント）とは、2つ以上の粒子が「見えない糸」でつながっているように振る舞う現象です。

例えば、AとBという2つの粒子が量子もつれを起こしているとき、Aを測定すると、離れた場所にあるBも瞬時に影響を受けます。アインシュタインはこれを**「不気味な遠隔作用」**と呼びました。

この不思議な性質を利用して、

• 絶対に盗聴されない通信
• 超高速の量子コンピュータ
• 粒子を移動させずに情報だけを転送する量子テレポーテーション

といった夢のような技術が開発されています。

GHZ状態とW状態の違い ― 「壊れやすいか」「しぶといか」

量子もつれにはいくつか種類があります。その代表がGHZ状態とW状態です。

• GHZ状態：粒子が強く結びついているが、1つでも粒子を失うとすべてもつれが壊れる。
• W状態：1つの粒子を失っても、残りの粒子がもつれを維持できる。

つまり、W状態は「壊れにくい量子もつれ」であり、通信や計算の現場でエラーや損失があっても強さを保てるため、とても魅力的なのです。

ところが、このW状態を実験で正しく測定することは、25年以上も誰にもできませんでした。

新しい測定方法 ― 光の性質を利用

今回の突破口となったのは、W状態が持つ**「循環シフト対称性」**と呼ばれる性質です。これは、W状態の中で光子（光の粒）の位置を入れ替えても、全体の状態が変わらないという特徴です。

研究チームは、この性質を利用して**量子フーリエ変換（QFT）**を行える光回路を設計しました。QFTは、量子コンピュータでも基盤となる非常に重要な演算です。

実験では、3つの光子を使ったW状態を入力し、その「非古典的な相関」（普通の物理では説明できない結びつき）を見事に識別することに成功しました。

なぜすごいのか？

従来の方法（量子トモグラフィー）では、粒子が増えるほど測定に必要な回数が爆発的に増え、実験はほぼ不可能でした。

今回の新手法では、1回の測定（ワンショット）でW状態を識別できるため、時間も労力も大幅に削減できます。これは量子実験にとって「顕微鏡で一目で見分けられるようになった」くらい大きな進歩です。

応用への道 ― 量子技術を加速させる

この発見は、すぐに以下の分野で影響を持ちます。

• 量子テレポーテーション：より効率的で確実な情報転送が可能に
• 量子通信：損失に強い通信プロトコルの実現
• 量子コンピュータ：W状態を利用した計算手法の発展

竹内教授は「これは理論を証明するだけでなく、量子技術を実際にスケールアップする道を示した」と語っています。

世界的な量子研究競争の中で

この成果は、日本の研究力を世界に示すものでもあります。近年、海外では

• 米ノースウェスタン大学がインターネット回線上での量子テレポーテーションに成功
• フォールトトレラント（誤りに強い）量子計算の進展

などが報告されており、各国が「量子覇権」を競っています。

今回の成果は、日本がその最前線に立ち続けることを強く印象づけました。

まとめ ― 量子の未来を切り拓く第一歩

「W状態の測定成功」は、単に25年越しの難問を解いたというだけではありません。

• 量子の基礎研究に新しい道を開いた
• 量子技術の実用化を早める突破口となった
• 日本が国際競争でリードできることを示した

という3つの大きな意味を持ちます。

量子世界の謎が一つ解き明かされたことで、私たちが「量子インターネット」や「実用量子コンピュータ」を使う未来が、また一歩近づいたのです。

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