vol.

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2012 AUTUMNIMR NEWSCONTENTS
トップメッセージ

所長

新家光雄

研究室紹介

磁性材料学研究部門
電子材料物性学研究部門

センター紹介

強磁場超伝導材料研究センター

研究最前線

高付加価値生体用コバルト－クロム－モリブデン合金の製造技術開発とその事業化

水素化物中で金属イオンが高速で伝導する!

－次世代の全固体リチウム/ナトリウムイオン二次電池の開発を目指して－

金研物語

幸田成康先生の面影 －前編

金研ニュース

東北発 素材技術先導プロジェクト開始のお知らせ
金研ワークショップ「太陽電池材料開発の現在と未来」
報告
平成24年度 計算材料科学研究拠点（CMRI）第1回シンポジウム
第82回東北大学金属材料研究所夏期講習会
金属材料研究所 第123回講演会

編集後記

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所長

新家

光雄

金研の現在とこれから

最近の金研内の様子は、東日本大震災で生じた建物内

教 授 ）を約10 分の壁の亀裂を補修する工事がようやく終了しましたが、工で見 学して頂き

事期間中は、連日のように工事音が所内に響き渡り、東日ました（写 真 2）。

本大震災からの完全復活は、まだ終わっていないという思

平野前大臣は会いに駆られました。

社 勤めをしてい昨今では、大手日本企業の低迷や日本製品の購買力のた時 期に、水 素

低下、国債の格付け低下や貿易赤字から周辺国の動向等、

吸蔵合金関係の我が国の低迷が報道され、Japan as No.1と言われたこと

仕 事 をしておらもある高度経済成長期を経験してきた私にとっては、なん

れたとのことで、とも歯がゆさを感じてしまいます。このような状況を打破

同研究室で実験

し、我が国が世界のトップ集団に返り咲くためには、確固装置を見学され、 4 人目）たる技術立国の地位を高め、維持することだと確信していお帰りになる途中においても、研究室紹介パネルの前で立ます。これには創立以来のものづくりを念頭に、多くの新

ち止まり質問をされ、ことのほか関心を示されていました。

物質・新材料を世に送り出して来た金研のこれからの材料

かなり慌ただしい状況でしたが、金研の宣伝には充分な成に関する研究・開発への期待が高いはずですし、それに答果があったと思います。

えてゆかなければなりません。

写真 2：研究室視察をする平野前文部科学大臣（左からその他、文部科学省文教施設部計画課企画官や、高梨

金研では、これまでにも、多くの方々からの見学・視察に答副所長に対応してもらいましたが、フィンランド首相府長

えてまいりました。今年度になって、特にVIPの方々の金研

官の金研視察がありました。いずれの方々にも金研の材視察が目立っています。先ずは、平成 24 年 5月13日に古川

料の研究・開発のアクティビティおよび成果を高く評価して元久前国家戦略担当大臣が視察に見えました。所長・副頂いています。このような VIP の方々の来所は、金研の広所長の執行部による金研概要説明に始まり、各研究部門

報に大いに役立つとともに、戦略分野への関心を誘発し、パネル展示、主な研究部門の研究成果から生まれた製品

先々の研究・開発資金の獲得にも役立つと思われます。以展示を行うととも

上のような視察の受け入れには、今後の金研の発展を促に、量 子 表 面 界すためには必要なことと考えています。

写真 1：古川前大臣（右から 2 人目）に研究成果を説明する折茂教授（右端）

面科学研究部門

計算材料学センターでは、平成 24 年 7月23日にスーパー

研究室
（齊藤英

コンピューティングシステムの更新を行い、そのお披露目式

治教授）
および水

を挙行しました。計算能力は、更新時において世界70 位に

素機能材料工学

ランキングされ、世界でも有数の計算能力を持ち、計算材

研究部門研究室

料学コミュニティへのさらなる貢献が可能と期待されます。

（折茂慎一教授）

災害復興大型事業の一環として、牧野彰宏教授が進めを見学して頂きまているナノ結晶軟磁性材料の開発を強力に推進するため、した（写真 1）。

所内に超低損失ナノ結晶軟磁性材料研究開発センター（セ

続いて平成 24 年 7月30日には、山中伸一文部科学審議ンター長：牧野彰宏教授）を平成 24 年 7月に設立しました。

官が視察に見えました。この時、私は不在でしたが、同審

産学官連携事業での実用化が求められ、この事業を推進

議官には、量子表面界面科学研究部門研究室（斎藤英治

することが金研の評価を上げることに繋がると期待されます。

教授）および加工プロセス工学研究部門研究室（千葉晶彦

金研は 2016 年に創立 100 周年を迎えるにあたり、概算教授）を見学して頂きました。
平成 24 年 8月19日には、平野博文前文部科学大臣が視察に見えました。まず始めに金研概要説明を5 分で終え、早々に水素機能材料工学研究部門研究室（折茂慎一

要求事項の創出、人材確保等を含め、新たな研究・開発戦略を構築し、新生金研を目指す転換期にあります。
最後になりましたが、今後とも皆様のご支援・ご鞭撻を何卒宜しくお願い致します。

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研
究室紹
介
スピントロニクスを目指した新しい磁性材料の探求とナノ構造化

磁性材料学研究部門

高梨弘毅

磁性材料をナノ構造化すると、電子のスピンに基づく磁気特性と電子の電荷に基づく電気特性（輸送現象）が密接に関係し合うようになります。これは言い換えれば、磁気的信号（磁化）によって電気的信号（電流／電圧）を制御する、あるいは逆に電気的信号によって磁気的信号を制御することが可能になることを意味しています。このことを利用した新しいエレクトロニクス、
それがスピントロニクスです。
最近では、電荷の流れである電流とは別に、スピンの流れ（スピン流）
のみを取り出し、制御することが可能になり、スピントロニクスは新たな発展段階にあります。
本部門では、スピントロニクスに役立つ材料の創製と物理現象に関する基礎研究を行っています。私たちが特に注目している材料は、異なる原子が規則的に配列

図 1：ホイスラー合金（L 21 型）の結晶構造。
３種類（X, Y, Z）の異なる金属原子が規則正
しく配列している。

した規則合金と呼ばれる物質群です。現在スピントロニクスに用いられている磁性材料の多くは、Fe, Co, Ni をベースにした通常の遷移金属合金（パーマロイなど）です。しかし、それでは性能に限界があります。規則合金の研究の歴史は古いです
が、今の目で見ても機能性の宝庫であり、スピントロニクスに役立つ材料がたくさんあります。その中でも、特に私たちが注目している 2 つの規則合金を紹介します。

A ホイスラー合金
ホイスラー合金は、1898 年にドイツのホイスラーが強磁性を示さない Cu と
Mn と Sn を合金化すると強磁性を示すようになることを発見したことから名付けられましたが、今では化学式 X2YZ で表され、図 1 に示す結晶構造を有す
る規則合金を一般的にホイスラー合金と呼んでいます。ホイスラー合金の一部はハーフメタルと呼ばれ、伝導電子のスピンが一方向に完全に揃っている（すなわちスピン偏極率が 100 % である）ことが知られています。スピントロ
ニクス素子の性能は通常スピン偏極率が高いほど高くなります。したがって、

図 2：ハーフメタル・ホイスラー合金
Co（Fe,Mn）
2
Si と非磁性金属 Ag を積層した柱状構造に電流を流したときの磁気抵抗効果曲線。挿入図は柱状構造の模式図（CFMS は
Co（Fe,Mn）
2
Si の略号）。

ハーフメタルはスピントロニクスにとって最強の材料です。私たちは、図 2 に示すように、ホイスラー合金と非磁性金属をナノスケールで積層した薄膜を、さらにナノスケールで柱状構造に微細加工した素子で、従来にない巨大な磁気抵抗効果が得られることを発見し、次世代磁気記録のヘッド材料として期待されています。

B

L 10 型合金
L 10 型合金は、図 3 に示すように、異なる原子が c 軸方向に単原子層ずつ交互に積層した構造をしています。具体的には FePt や CoPt, FePd, MnAl などが挙げられますが、これらは積層方向に非常に強い磁気異方性を示します。磁気
異方性が強いと、ナノスケールにしても熱揺らぎに負けず磁気情報が保たれる
ので、スピントロニクス素子として適しています。私たちは、L 10 型合金をス
ピン流の生成源に用いたさまざまな素子を作製し、巨大なスピンホール効果を発見するなど、新しいスピントロニクス現象の研究に貢献しています。

■磁性材料学研究部門URL

図 3：L 10 型合金の結晶構造。２種類（X, Y）の異なる金属原子が c 軸方向に単原子層ずつ交互に積層した構造を有する。

http://www.magmatex.imr.tohoku.ac.jp/~mml/J0_index.html

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多様化する半導体エレクトロニクスの進歩を目指して電子材料物性学研究部門

松岡

省エネルギー、創エネルギー、安全および利便性の観点から、半導体エレクトロニクスには、従前より遙かに大きな期待が寄せられています。例えば、交通信号機をランプから発光ダイオード（LED）に交換することによって、電力消費量を数分の一に削減できています。さらに、LED の導入によって、疑似点灯がなくなり、安全性向上にもつながっています。また、照明においては、図 1 に示す青色発光ダイオードで知られている窒化物半導体である InGaAlN による白色 LED を用いる
ことによって、従来の蛍光灯に較べて数分の一の省エネ化を実現しています。創エネルギーとしては、高効率化と低価格による太陽電池の大量導入が喫緊の課題となっています。トランジスタの高周波・高出力動作は、自動車の衝突防止やインバータなどに期待されています。これらの期待を担う半導体材料として、ここ十数年間で実用化が進められてきた窒化物半導体が、これらの変革の主役として期待されています。当研究部門では、四半世紀にわたってシステム応用を鑑みながら、窒化物半導体材料とそのエピタキシャル成長技術の開発を進めてきています。

隆志

図 1：青色発光ダイオード

1 InGaAlN 結晶の成長可能な組成域の拡大
InGaAlN の気相成長による成長可能組成域を図 2 に示す。同一温度の 2 本の線に囲まれた領域では、結晶が成長しないことが予測されています。成長温度を高くすることによって、成長可能領域を拡大できます。単に成長温度を高く

図 2：相図すると、窒素が結晶から抜けてしまいます。InGaAlN を構成する材料の中で最も窒素の抜けやすい InN を取り上げ、その成長技術を開発しています。気相成
長は通常減圧下で行われますが、本部門では加圧下で成長できる装置を開発しました。その効果は、図 3 に示しますように、成長島の平坦化と凝集の促進から確認されています。

2 高窒素平衡蒸気圧材料 InN
各種半導体のバンドギャップ・エネルギの温度依存性を図 4 に示します。窒

図 3：加圧化による結晶性改善

化物半導体は、他の半導体に較べて優れていることを明らかにしました。この特性を利用すると、波長多重光ファイバ通信に必要とされている温度安定性に優れた光源の実現が可能となります。

3 結晶の極性制御
従来から実用化されている半導体の結晶構造は立方晶系ですが、窒化物半導体の場合は六方晶系です。そのため、結晶中に分極電界が働きます。分極方向が交互に反転した構造を作製し、分極電界を利用した第二高調波発生による殺菌用紫外光源（波長260nm 近傍）を実現できる結晶の極性制御技術を研究しています。図 5 は、作製した構造と波長 850nmの光源を用いて観測した波長 425nmの第二高調波光です。

図 4：窒化物半導体のバンドギャップ・エネ
ルギの温度安定性

図 5：窒 化 物 半 導体による第二高調波発生■電子材料物性学研究部門URL http://www.matsuoka-lab.imr.tohoku.ac.jp/

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紹介Center Introduction

強磁場超伝導材料研究センター
センター長

渡辺

和雄

本センターは、1981 年に核融合開発研究の一翼を構築するなど多彩な実験が可能となっています。

担うため金属材料研究所に開設された超伝導材料開本センターは全国から強磁場ユーザーを積極的に発施設を前身とする強磁場研究施設です。1986 年

受け入れており、超伝導体の基礎・応用研究、磁性に、超伝導マグネットと水冷常伝導マグネットを組等の固体物性、結晶成長及び化学・生物学的現象にみ合わせることでそれぞれ単独では発生できない極

対する磁場効果、強磁場工学など多岐にわたる約 60

めて強い磁場を発生可能なハイブリッドマグネット〜 80 件の共同利用研究を毎年遂行しています。先を建設し当時世界最高となる 31.1 テスラの定常磁場

般の東日本大震災では、主要設備であるハイブリッを実現して以来、本センターは世界五大定常強磁場

ドマグネットが損傷し復旧に二年を要することにな

施設の一つに数えられ現在に至っています。さらにるなど大きな影響を被りましたが、現在、被災した

90年代には、
高温超伝導体電流リードの導入により、装置の修繕や更新が順調に進んでおり、2013 年 3 月

メンテナンスや運転コストの面で従来大きな負荷とまでにはそれらが完了する予定です。リニューアル

なっていた液体ヘリウムの使用を必要としない無冷されたよりよい強磁場環境のもとでこれまで以上に媒超伝導マグネットの実用化に世界で初めて成功し、活発な研究活動を行っていきたいと考えています。

広汎な研究対象への強磁場利用の普及に大きく寄与

現在、各国で強磁場科学の重要性が再認識され、しました。この無冷媒超伝導マグネットは、化学・欧米、中国において大型施設の建設・整備による大材料プロセスから生命現象にわたる多様な物質・現

規模な強化が相次いでなされています。この現状を象に対する磁場効果を研究する新たな学際的分野を鑑み、最近、我が国でも次世代強磁場施設の整備計

拓くことに重要な貢献をしています。現在では、無画が策定され、日本学術会議の「学術の大型施設計

冷媒超伝導マグネットを用いたハイブリッドマグネッ

画・大規模研究計画のマスタープラン」に取り上げ

トの開発により 30 テスラ級の磁場が手軽に長時間られることとなりました。そこでは、日本の優れた利用できるようになり、本センターではこれらのマ

超伝導線材技術を駆使した省エネルギー型の定常強グネットに電気炉や冷凍機、圧力セルを挿入するこ

磁場施設を建設することにより 50 テスラ発生の実とによって、1200℃の高温、20mK の極低温あるいは現が計画されています。この計画遂行に本センター

15GPa の高圧と強磁場を組み合わせた複合極限環境

は主要な役割を担うことになります。日本全国の強を実現できます。また、光ファイバー用いて強磁場磁場研究者の悲願である次世代定常強磁場施設建設

中で近赤外から紫外領域の光学実験を行う測定系をに皆様のご理解とご協力をいただければ幸いです。

■強磁場超伝導材料研究センターURL http://www.hflsm.imr.tohoku.ac.jp/

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最前

研 究 最 前 線

研究

高付加価値生体用コバルト－クロム－
モリブデン合金の製造技術開発とその事業化
加工プロセス工学研究部門

千葉晶彦“ 生体材料 ”と聞くとバイオテクノロジーを思い浮かべる人が多いと思います。医学・生物学に基礎をおく研究開発分野をイメージすることはTheあっても、“ 古典的 ”金属材料学を想起する人は皆無に近いのではないでFront of

しょうか。そもそも人間の体に金属を埋め込むなんて、恐ろしい気がす
るし、高度に進歩した医療技術のイメージとかけ離れています。虫歯治

Research

療や骨折治療に使う“ チタン” のことは聞いたことがあっても、標題にある“コバルト－クロム－モリブデン合金 ”なんて、いかにも硬くて重そうな金属が人間の体の一部の機能を代替する“ 生体材料 ”としては受け入れられるとは想像すらできないでしょう。しかし、人間の細胞組織には、皮膚のよ
うに柔らかいものから骨のように硬いものまであります。人間の関節は歩いたり走ったりするときに体重の数倍の荷重を支えなければならないと言われており、細胞組織の中でも特に頑丈でなければなりません。金属以外にも高分子、セラミックスなどが生体材料として使用されますが、こと関節機能を代替する材料は医療技術が高度に進歩した現在においても金属合金以外に選択肢はありません。その中でもコバルト－クロム－モ
リブデン合金は人工関節の摺動表面デバイスとして使用される唯一の金属材料なのです。
図1：開発した人工関節用コバルト－クロム－モリブデン
合金丸棒。

コバルト－クロム－モリブデン合金に求められる特性は多岐に渡ります。
人工関節として使用する場合は、長期の使用に耐えるために体内での摩耗粉発生を抑制するための耐摩耗特性の改善、強度向上のための金属組織制御技術などは特に重要となります。これらの研究開発課題は金属加工学、金属組織学を駆使する“ 古典的 ”金属材料科学の本流となる研究課
題であり、当研究部門の得意とする研究テーマです。一般構造用金属材料の開発と同様、人工関節などの医療用金属材料に関する研究開発を基
礎学理と応用の両面において積極的に展開し、整形外科治療などの医療の高度化に対しても金属材料科学が大きく貢献することを示すことにより、金属材料科学の重要性・有用性について広く社会にアピールして行きたいと考えています。
図 1 に示したのは当研究部門が開発した人工関節用コバルト－クロム－
モリブデン合金の丸棒材です。岩手県との間で行われている産学官連携
研究プロジェクトでの長年の事業化の取り組みの成果が結実したもので、
岩手県釜石市の強化プラスチック加工メーカー㈱エイワに製造技術を移転し製品化したものです。図 2 はそのために新設したエイワの金属事業部工場とその加工設備です。国内初の事例であり、製品特性も世界で最も優れているとの評価を国内の医療機器メーカーから得ています。本年 2月には悲願であった国内最大手の医療機器メーカーに販売することができました。これまで人工関節用コバルト－クロム－モリブデン合金は外国からの輸入に頼ってきましたが、エイワでの事業化により国産化が実現

図2：コバルト－クロム－モリブデン合金製造のために新設した㈱エイワ金属事業部工場と新設設備。

■加工プロセス工学研究部門URLしたことになります。このような取り組みによりコバルト－クロム－モリブデン系合金の国内供給拠点として大きく成長し、東北の地域経済の活性化に役立てられるよう、今後も一層の研究開発に取り組んで行きます。

http://www.chibalab.imr.tohoku.ac.jp/

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研究最前

水素化物中で金属イオンが高速で伝導する!

線

The Front of Research－次世代の全固体リチウム / ナトリウムイオン二次電池の開発を目指して－
水素機能材料工学研究部門

松尾 元彰、折茂 慎一

リチウムイオン二次電池はエネルギー密度が高くサイクル寿命も優れているため、これまで携帯電話やノート型パソコンをはじめとする携帯型
情報端末機器や産業用機器に広く用いられてきました。図1に示すように、正極材料（LiCoO2 などの酸化物）、負極材料（黒鉛）、電解質（LiPF6 などを溶かした有機溶媒）などの部材から構成されており、放電により負極材料
中のリチウムイオン（Li+）が引き抜かれ、電解質中を移動して正極材料に吸収されます（充電はその逆反応）。このとき、同時に電子が外部回路を通じて移動することで、電気エネルギーを生み出します。
電気自動車における本格使用など、今後、需要の大幅増が予測されるこのリチウムイオン二次電池ですが、現在は電解質として可燃性の有機溶媒が使われているために、安全性の向上を目指した難燃性の非溶媒系固体電解質の開発が急務となっています。
私たちの研究グループでは、リチウム（Li）とホウ素（B）、水素（H）により構成された LiBH（水素化ホウ素リチウム）
4などの水素化物を、新しい非溶媒系固体電解質として実用化するための研究を進めています。LiBH4 は

図 1：LiBH4 を固体電解質に用いた全固体リチウムイオン二次電池の模式図（市販されているリチウムイオン二次電池では電解質に LiPF6 などを溶かした有機溶媒が使用されている）。全固体ナトリウムイオン二次電池の場
2 BH4（）NH2）
合には、固体電解質として図 2 に示す Na （を用いる。

従来から還元剤として工業利用されていますが、水素密度が高いことを利用した燃料電池用の水素貯蔵材料としての材料開発［1］に加えて、リチウ
ムイオン（Li+）の伝導性が高いことを利用した全固体リチウム二次電池用の固体電解質としての材料開発も世界に先駆けて進めています［2］。例
えば、LiBH4 の結晶構造が斜方晶から六方晶に変化することで有機溶媒
系電解質と同等の高速リチウムイオン伝導率（10 − 3 S/cm）を示すことを見出し、さらに Li+ の占有サイトを多様化することにより室温付近でのイオン伝導性を 10,000 倍も増大させることにも成功しました。また、共同研
究によって実際に全固体リチウムイオン二次電池を作製して電気エネル
ギーを生み出すことも実証しています。
最近ではリチウム以外の様々な金属イオンの伝導性に関する研究にも着手しています。LiBH4 によく似た水素化物に NaBH（水素化ホウ素ナト4リウム）が存在しますが、そのナトリウムイオン伝導率は室温付近で 1 ×
10 − 10 S/cm と非常に低い値を示します。そこで、Na+ がより高速で伝導できるように、空孔を含む新たな水素化物 Na（BH24）（NH2）を合成しました（図 2）。その結果、NaBH4 に比べて約 20,000 倍も高い 2 × 10

−6

S/cm

のイオン伝導率を示すことを明らかにしました［3］。本研究成果は全固体ナトリウムイオン二次電池の開発を大きく加速させるものと期待され

図 2：Na （2 BH4（）NH2）の ナ ト リ ウ ム イ オ ン 伝 導 率 の温度変化と結晶構造。Na （2 BH4（）NH2）では構造内に含む空孔を利用して Na+ が高速移動することにより、NaBH4 に比べて約 20,000 倍も高いナトリウムイオン伝導率を示す。

ます。
【参考文献】［1］S. Orimo, Y. Nakamori, J. R. Eliseo, A. Züttel, C. M. Jensen, Chemical
Review, 107（2007）4111.
［2］M. Matsuo, S. Orimo, Advanced Energy Materials, 1（2011）161.
［3］M. Matsuo, S. Kuromoto, T. Sato, H. Oguchi, H. Takamura, S. Orimo,
Applied Physics Letters, 100（2012）203904.

■水素機能材料工学研究部門URL

http://www.hydrogen.imr.tohoku.ac.jp/
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先達との
出逢い

き ん け ん も の が た り

第二部

幸田成康先生の面影 －前編
東北大学名誉教授

諸住正太郎

この物語は、金研に教授として定科的方面に行くべき人かと思う。強（1933年）に一時使用し、その第1頁に、年まで12年在職し 17 年前に逝去さ

ち理科に居ることを罵るではない。

第一部（長野―1933）と書かれ、裏にれた一名誉教授の現役当時の活動が理科に在ってやはり文科的方面に向

枠囲みがあって、その中には後に出依拠していた思想や理念を尋ねるこ

くべき路を発見すべきと思う。
」との版された著書「改訂金属物理学序論」とにある。その名誉教授とは幸田成

評をそえて、一度ならずその文才をの各章前に挿入された科学者の名言

康先生である。先生が亡くなられた

讃えさせている。そのような才能はの一つマイケル ･ ファラデーのとき、その遺品を整理したところ、論文や専門書の記述にも片鱗が窺わ「自然界に向かって適当な質問を少年時代からの日誌、散文、詩歌なれる。

発することの出来る人は至極簡単な器械を使ってでも其の答えを得るこどとともに、研究や教育に関する言先生は昭和 7年に東京帝国大学理動の記録が研究ノートに書き残され

学部物理学科を卒業後、約 1年間長ていた。筆者にとってみると、その野中学校で教職についてから古河

内容は生前に直接指導を受けた訓え

電気工業株式会社理化試験所［後にや平素交わした言葉とは異なった厳㈶古河理化学研究所と改名］におい

このノート（第一部）には長中3年しさが感じられ、先生自身が自戒をて 10年、北海道大学に 15年、東北大生の科学会の生徒に実験を指導する

含めて書かれておられたのだろうか

学（金研）に 12年、定年後早稲田大学

ためのメモが書かれており、その目と思わせるものがある。

に 7年に亘って材料の研究および教的として「実験に関する材料、装置、育活動に当たるとともに学内の学部方法等について、抜粋即ち他の本よおよび各大学や研究機関を併任してりの写しおよび実験に関する自分自研究指導をなされた。その研究業績

身の思い付き等をのせることとすは世界的にも高い評価を得ており、る。何所までも実験中心で満たされ日本金属学会賞を始め多くの賞を授るノートとすること。
」とし、ノート

与されているが、ここでは、それらの必要性を強調している。このときの業績について詳細に述べるのでは

ノートには、嵌め込み用可融合金など

なく、それらを生み出すに至った研40件の事項について要点を説明して先生は明治の文豪幸田露伴（成行）

究活動および学生指導の理念とも言おり、教える熱心さが感じられる。

と血縁関係にあり、若い頃露伴宅のうべき思想の片鱗を、残された研究

このノートは1934年に古河理化近くに住まい、その謦咳に接する機

ノートに辿って先生の面影を偲んで試験所に入社して、1935年4月に X会に恵まれていた。そのような環境みたい。

線装置など 2、3の器械の使用が可能もあってか第一高等学校理科に在学した多感な時期に文才で頭角を現研究者としての幸田先生

し、作文教科の教師をして「君は文最初のノートは長野中学校の時代とを知っている－ M. Faraday」が記されている。

になって研究を本格的に開始したときに再度開かれ、実験に関するノート記載の重要性を再認識されておら

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れ、「入社以来、実験装置の持たない一年有余が幸いにも去ってどうにか茲に使用し得る器械を二三得た。長
中時代に何の気なしに生徒とともにもてあそんだ X 線の管球がなんと言うことか今は自分の武器の一つとなっている、いやでも其の専門家たらざるを得ない現在だ。
」と記してお２m/m 線の微細構造：a）
a）抗張力試験準備（抗張力とファイバーとの関係）
b）２m/m 線の性能試験
Cu-Cd 状態図：a）焼入れした試料を用い、温度を上げて抵抗変化をみるb）1% のものにつき焼入れ、焼き戻しして電気伝導度を測る。
（65cm 長さ、光輝処理）
100~600℃（100℃おき）合計
12 本
600℃（焼入れのまま）り、X 線による研究が本格化する

ウム合金について研究に着手し、レプリカ法によりすべりに対する析出
粒子の挙動に関する成果を挙げ（図1）、つづいて金研において薄膜試料と撮影技術とを駆使して転位の増殖機構や析出物との相互作用の直接観察による動的映像（図2）を発表して世界的に評価されるとともに、その手法を広く他の合金系に展開させた。

ことが暗示されている。しかし、こかくして実験計画書による実験がのときのノートの内容は研究遂行に1939 年以後も続くが、この年の 1 月

必要な常識を作るためと位置づけに提出された意見書に時効硬化の研され、「軽合金鋳物用耐久型」から始究が新しく加わった。この意見書にまって「簡単な抗張試験器」までのは理化研究所の研究すべき事項とし68 件の事項で占められた。その内容て下表の内容が列挙されており、そは、鋳物砂の水分および粘土分の測れぞれについて説明がなされている。

定法、各種分析法、鍍金・浸炭・七宝焼きなどの表面処理法、電解研磨法、写真処理および定着液判別の方法、圧延、線引き、鍛造などの加工法など多岐多様にわたっており、当時新任研究者教育として必要な実験技術の素養を身につけさせるために実習を含めてこれらの知識を学ばれたものと思われる。
企業の研究機関としては必然的にその会社が製造している材料に関する研究が主要な課題であったであろう。したがって、上述のノートとは別のノートに、同年 1 月に主要な研究課題、2月にその具体的な実験計画
表が下記のように作成されていた。
研究課題
電線の微細構造の研究
圧延真鍮板の X 線的研究
Cu-Cd 銅合金の平衡状態図のX線的研究
実験計画表
電車線：
a）抗張力試験試料を作ること
b）硬度試験（ロックウエル硬度）c）電車線断面積の計算（1）金属材料a） 稀有な金属基体の回収b） 普通金属の純度のよいものを得ること
c） 溶解および鋳造の研究
d） 高温加工ならびに低温加工の研究e） 電気抵抗線の研究
f ） 疲労問題その他 機 械試験法に対する吟味g） 時効硬化の研究
h） 焼結による合金の研究i ） 直接鋳造による線および板の製造方法（2）応用物理a） X線解析法の有機物に対する応用b） スペクトルグラフの応用（定性または定量）c） Ｘ線スペクトルグラフの応用
（定性また
は定量）
d） 真空内の金 属蒸 発またはカソードス
パッタリングの応用
e） 超音波の利用
f ） 電子顕微鏡の利用（3）その他a） 不可視光線感光物の研究
b） 非金属性電熱材料c） 真空用接合剤

図1 Al-Cu 合金中のすべりによって析出粒子（θ' 相）が変形した状態をレプリカ法によ
り示す。
［1］

図２ Al-Ag 合金結晶粒内の発生源から連続的に転位が発生して、粒界に堆積した様子を直接その場観測で示す。
［2］

これらの課題は当面の緊急課題と1939年のノートには、雑誌 “金属 ”

共に将来発展が予期される事項や開の海野氏の巻頭言に感銘されて次の発が期待される装置に関わる研究項部分を書きとめられている。

目が含まれており、その先見性に感動「専心研究しても少しも効果が無させられる。特に、時効析出の研究い場合がある。その研究方法が所謂への電子顕微鏡の応用である。古河

科学的でないからだ。無茶苦茶に研時代に着想し、後年北大でアルミニ

究してもその努力だけ効果が有ると8

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は限らない。要は筋道を立て、科学的に進むにある。科学的に即ち研究の始めに当たりて何所の辺りに力をヂュラルミンの時効（電気抵抗測定）
高温電気抵抗示差熱分析

注ぐべきか、を予め想定してかかるて基礎的なことに話題をとりたいと思います。
」
新しいノートには時効硬化研究関
係や学生指導等多様な教育 ･ 研究業

ことつまり問題の急所を狙うのが大とあり、他に、研究室整備の件や文務に対応の日々が見られる。1945年

切だ。始めから偉大なる発明のみを献などが記載されている。その中にには資源の不足に注意を払いつつ、望まれてもその効果は表れ難い。嘗

復元現象についての講演での原稿の熱処理の方法の改良によりヂュラルて本多先生が仰せられた如く発明は最初の一節と見られる次のような文ミンの性能を向上させるべく研究を研究の副産物である。未知の世界を面があり、復元現象に強い関心をお進められた。

追求してゆく途中に於いて多くの発持ちであったと察せられた。

明発見がその副産物として生まれて「この復元の問題は時効硬化の問

項は学務（勤労動員学生対応など）、

くるのである。科学的に追求せぬと

題の中心問題であり、まして時効硬教務、その他であり、1946年5月新し

労多くして効少ない結果となる。
」

化の理論上より甚だ重要なものといノートへ移行し、記事は学生実験、（金属（1938）12 月号巻頭言より抜粋）

思えます。ところでこの時効硬化現

講義内容等の検討、学務、教務、そのこの年の春から秋までは Al-Cu-

象は現在航空機用材料として用いら他である。

Mg 合金の常温時効の研究が主体のれている各種軽合金の大部分に於い1947年ころには、おそらく学科内のようであり、常温時効に伴う構造性てこれを利用しておるものでありま教官に対する談話的なものであろう

能の変化、同じく相関係、ならびにす。従ってこの点からも時効硬化自か、「先生（大学の教官）
の研究」
につい

析出相による差異などの問題点に対体を理論的に研究するその一部として、次のような講話をなされている。

して、X 線（格子定数、相、歪またはて例えば復元などを研究するという（1）教育手段としての研究が必要

回転）硬度、比重、電気抵抗、膨張なことは重要なことと思えます。これ

大学は目的として教育と研究とがどの測定により研究を進めている。

によって何らかの新しい事実が生みあるが、その第一の目的の大学教育その後ヂュラルミン の二段時効お出されるかも知れないからでありまというものは研究に基礎をおかなくよび復元現象、アルドライの復元す。しかし現在は非常時局でありまてはその効果が薄い。先生が研究をなどを研究されているが、そのほかす。ですから一般的に言ってこうししているという事実による感化は非

ノートには、研究打ち合わせ、研究た理論から生まれ出る結果を待つば常に大きい。その点から大学教育を会、学会出席などの行事が記録されかりでなく、もっと積極的に何等か完成さすためにも先生の研究が必要て い る。1940 年 後 半 に は Al-Cu-Mgの形で応用を求めるという態度もまということが出来る。

合金の実験データおよび文献など、た必要と思います。問題の復元につ（2）研究それ自体のためにも必要

その合間に “ 加工したヂュラルミン

いては既に二三の応用を聞いていま

以上の教育手段としての研究の必

線の熱処理 ” や “ 押出し材の性能の良す。しかし、
翻って考えますと、
まだ、

要性以外に、大学は学問を維持し、好なる理由 ” などの記事が書きとめ

復元は新しい問題であります。言わ育てていく場所であるという意味かられている。1942 年 12 月北海道大学

ばまだ小さい子供でありまして大きら是非共先生方の研究が必要。特にへ転出された。

くなって何になるかよくわかりませ現在の如き会社方面の研究所その他

北大でのノートの書き始めは翌年ん。そう考えますと何か仕事をしろ

が不振の際にはこの点大学の責任はの5月である。学生実験についてのということも無理かと思います。そ大きいと思う。

記事である。

れで先ず暫らく皆さんで力を合わせ（3）研究の表現※

やがて終戦となる。ノート記載事

教育しながら様子を見たいと思いま

研究遂行に対して世間に発表するす。そんな思いながら今日は主としことを目標とするのは邪道であるけ

9

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れども、発表せざる研究は結局文化下が記載されている。

的には無意義と言わざるを得ない。学会等に対する発表、雑誌に対する発表は出来るだけやっていただきたい。
認めさせるということは個人的のみならず学科としても必要なことである。

Ⅰ .Al 合金の時効硬化に関する研究
1 転位と析出粒子との相互作用
2 核生成とその成長
Ⅱ . 鋳鉄のテルル処理に関する研究
Ⅲ . 軸受鋼組織に関する研究
Ⅳ . 金属の脆性破壊に関する研究

1948年1月にこれまでの研究ノートとは別に「久しぶりに日誌を再開す

これらの研究が実行され、更にる。自分の考えを練る為そして発展

1958年 5月東北大学（金研）への転出させてゆく為にこれを利用してゆきにより継続された。

原子炉材料としては U, Th, Zr, Nb, Be, お
よびそれらの合金に重点をおく。
原子 炉 材 料として特に使 用されるようになった材料に重点をおく。
Ⅱ . 将来の研究目標（1）核燃料被覆方法の研究および燃料と被覆材との拡散防止の問題（2）電子衝撃法による Nb の溶解法
（3）粉末法による原子力材料の成型（4）溶接法に関する諸問題
Ⅲ . 当面の設備選定基準（1）比較的低融 点の元素U やBe 更に出来れば Th, Zr に対する溶解が可能なようにする。なお、溶解量は1kg 位とする。
（2）簡単な加工と熱処理（真空溶解）が出来るようにする。なお、簡単な加工性を試
験することが出来るようにする。
（3）材料の組織観察が出来るようにする。
（4）兼担部門でも独立した研究室として備品の設備を考える。
（5）原子力用高純度金属研究に関する設備費で購入されるものを借用する。

たいと思う。
」と書き出されているが、金研では当初金属塑性学部門を担

読書後の感想文が多い。例えば、
林要 :当し、具体的な研究内容は新しい研大学論を読まれてその感想として究対象と北大での研究を包括して下「大学論の中では、“ ともかく真表のようになった。時効硬化の研究

理の探究は無前提を前提とし、前提を始め他の研究もそれぞれ成果を上そのものの吟味から出発するものでげて公表されている。そのうち、一そして、部門創設の趣旨にそってあり、あらかじめ意図されまたは与方向凝固合金の研究は後に早稲田大研究を進め 10 年にして後任者に引きえられた特定の条件を無批判にその学に引き継がれた。

継がれた。その間の主な研究成果はまま承認し前提とすることは許されないのだ。” とある。つまり真理探
究の使命は『研究の自由』によることなしには達成されないのに今やこうした『自由』が失われることを皮肉っている。尚、そこで 1386 年に創立したハイデルベルグ大学の大玄関には ( 生ける精神の為に：demlebendigen Geist) と記されているという－それをナチスがユダヤ人なる故に40余名の教授を追って空文

以下の通りである。
加工法と機械性能：純銅および Cu-Cd 合金線、リン青銅板
X 線的研究：
繊維構造、格子歪、硬銅線、金属板
時効硬化現象（Ⅰ）：
Al-Cu-Sn（Cd,In）､ Y 合金､ ピストン材､ 復元の問題
時効硬化現象（Ⅱ）:
Al-4%Cu（線条組織、電顕組織）
Al-Ag（粒界反 応、電 顕 組 織、硬 化 曲 線 ）Cu 合金（Cu-Cr, Cu-Co、）
塑性：Al の塑性変形、エッチピット、X 線
その他：
軸受鋼、Al 被覆鋼 , Cu-Ge、Mo 合金、
内部酸化合金､ 一方向凝固合金｡
粉末押出し法にしてしまったことを述べている。興味深く感じた。
」と記している。

1. Be の腐食像
2. Be の塑性変形時における介在物の挙動
3. Be-Fe 合金における時効析出挙動
4. Zr の引張性質に及ぼす水素の影響
5. Zr 中の水素の熱拡散現象に及ぼす加工
および添加元素の影響
6. Mo-Ti 内部窒化および Mo － Zr の窒化
7. Mg 粉末押出し材の機械的性質。

以上、研究者としての幸田先生は、生来の卓越した先見性と適切な判断力のもとで、1939年に感銘を受けた
前述の雑誌 “ 金属 ” の巻頭言に記載

一方、1959年に原子炉材料加工学されていた科学的な研究活動をなさ

その後ノートには 1950 年4 月およ部門を兼担され、研究対象が大きくれたと推察される。先生は生前「とび12月に研究に関する記述、研究会・変化し、以下のような目標に向かってにかく何とか研究一途に来られたこ

委員会などの記事、文献、書評など

新しい研究室を整備して発足させた。

とを悦びたいと思う。
」と洩らしておで書かれており、教務および学務などは別フアイルに移された様子である。1952年6 月ごろも同様な記事によって占められている。
1954 年 8 月の研究ノートには、以られた。
Ⅰ . 当面の研究目標
加工性の良い高純度の原子炉材料を得る
為の溶解条件、加工条件の決定。

［1］S. Koda and T. Takeyama, Journal of the Institute of Metals
86（1957）278.
courtesy of Maney Publishing［2］M. NEMOTO and S. KODA, Japanese Journal of Applied
Physics 4（1965）584.
copyright 1965 The Japan Society of Applied Physics※ duralumin の現在の正式表記は「ジュラルミン」ですが、本文では幸田先生のノートにならって「ヂュラルミン」と表記しています。

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金 研 ニ ュ ー ス

東北発 素材技術先導プロジェクト開始のお知らせ 超低損失磁心材料技術領域 研究代表者 牧野 彰宏
平成 24 年 6月より、東北大学を拠点とした研究開発拠点形成事業である、「東北発 素材技術先導プロジェクト」（文部科学省、復興庁）が開始されました。本プロジェクトの「超低損失磁心材料技術領域」におきましては、トランスやモータなどの磁心に使用される軟磁性材料の電力効率を大幅に改善し、地球規模でのエネルギー消費量削減への寄与が期待される、ナノ結晶軟磁性材料の研究開発を進めます。また、革新材料の創出とその実用化を産学官協働で進めることによって、エネルギー問題への貢献を図ると同時に、東北の素材技術を活かした復興に、微力ながら力を尽くしてまいりたいと思います。今後とも皆様方のご支援を賜りますよう、よろしくお願い申し上げます。

金研ワークショップ「太陽電池材料開発の現在と未来」
報告

宇佐美

徳隆

平成 24 年 7月30 日、31日の 2日間にわたり、金研ワークショップ「太陽電池材
料開発の現在と未来」を開催しました。本ワークショップは、材料の垣根を超えた若手研究者のコミュニティーを形成し、基礎科学の観点から太陽光発電が抱える課題の共通理解を進め、将来のグリッドパリティ実現へ向けた新材料や新技術創製に向けた討論を行うことを目的に企画したものです。シリコン、化合物半導体、有機材料、
ナノ構造、評価技術、フィールド研究に関する各セッション後に 30 分間のフリーディ
スカッションを行うことや、JST 研究開発戦略センターの島津博基様の特別講演など、ユニークな試みも行い、46 名の参加者によって終始活発な議論が行われました。
ワークショップ開催にご協力いただきました関係各位に感謝申し上げます。

平成24年度 計算材料科学研究拠点（CMRI）
第1回シンポジウム
計算材料科学研究拠点

拠点長

毛利

哲夫

本年の 6月18 日（月）及び19 日（火）の両日にかけて、計算材料科学研究拠点の平成 24 年度第1回シンポジウム（通算 3 回目）
を金研講堂において開催しました。材料
課題が重点化されてから初の研究会であり、重点課題の遂行のための具体的な方策の検討と、今後予想される特別支援課題の設置に向けて、候補課題の選定をも考慮した研究会となりました。材料科学関連者を主体とするこれまでよりも小規模なシンポジウムであったが、特別講演や招待講演を含めて総計 22 件の発表が行われ極めて内容の密な研究会を行うことができました。また、CREST、JST、新学術領域、
さらには新元素戦略で計算材料科学のプロジェクトが始まっており、今後の連携に向けた情報交換のための発表を行いました。

第82回東北大学金属材料研究所夏期講習会
牧野彰宏

82 回を数える伝統を誇る金研夏期講習会が、今年も7月25日
（水）
～ 27日
（金）
の
日程で金研にて開催されました。例年どおり、２日間の講義と1日の実習という構成にて行われました。講義については、「材料系ものづくり」、「先端的分析」、「エネル
ギー関係技術・材料」の 3 テーマを設定し、3 日目には 6 つの実習プログラム（選択制）
を受講いただき、参加者が熱心に取り組む姿がみられました。全体として43 名の参加者があり、アンケートでも講義、実習共に満足度がたかく「先端的な内容を興味深くきいた」との回答が複数ありました。最後に、ご協力くださった関係の方々にこの場をお借りして感謝申し上げます。

金属材料研究所 第123回講演会 野尻 浩之
5月23、24 の両日、春の金研講演会が開催されました。1日目は、東京工業大学三島良直教授による「構造用金属材料の開発研究における最近の動きー
耐熱材料を中心に」と神奈川大学菅原正教授による「構成的アプローチによる生命システムの再構築」の 2 つの特別講演が行われ、硬軟 2 つの内容に、詰めかけた参加者から活発な質問が寄せられました。その後のポスター発表に続いて、2日目午前は「量子ビームと材料・物質科学」と題して、多元研の佐藤卓
教授及び金研の関連部門 3 つから量子ビーム応用に関して多様な視点からの講演が行われ、午後は「金研 100 年へ―センターのビジョン」として 7 つのセン
ターからの報告が行われ、金研の将来を議論する恰好の機会となりました。

編｜集｜後｜記
震災から2 度目の夏は私が金研に着任して8 年目の夏でしたが、観測史上まれに見る連日の暑さでした。その中で、震災で最も被害の大きかった強磁場センターも、来年 3月にはパワーアップしてリニューアルオープンする予定です。また、この 3 ヶ月間に、新しいセンターの開設と、各種シンポジウムや講習会が開催されました。さらに、金研には各方面からご来訪頂き、活気を呈しております。震災の教訓

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からも昨今のエネルギー問題を身近なものとして、省エネ・創エネ技術の開発を進めています。
わかりや すく馴 染 みや すい “IMR NEWS
Kinken” の編集に努めておりますが、読者の皆様と所員との間の交流の場になればと願っております。紙面の内容にかかわらず、ご意見等頂けましたら幸いです。
（松岡

隆志）

東北大学金属材料研究所
発行日： 2012 vol.69 平成24年10月発行
編 集： 東北大学金属材料研究所 情報企画室広報担当〒980-8577 仙台市青葉区片平2-1-1
TEL：022-215-2144
pro-adm@imr.tohoku.ac.jp
http://www.imr.tohoku.ac.jp/

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