森永正彦

学歴1969 年 3 月

京都大学工学部冶金学科 卒業

1971 年 3 月

京都大学大学院工学研究科修士課程冶金学専攻 修了

1971 年 4 月

京都大学大学院工学研究科博士課程冶金学専攻 進学

1972 年 6 月

同上 休学、渡米 （1975 年 6 月 同上 退学）

1978 年 6 月

ノースウエスタン大学大学院博士課程材料科学専攻 修了、Ph.D.

職歴1978 年 7 月

ノースウエスタン大学 研究員

1979 年 4 月

豊橋技術科学大学工学部 講師

1983 年 4 月

豊橋技術科学大学工学部 助教授

1991 年 9 月

豊橋技術科学大学工学部 教授

1994 年 10 月

名古屋大学工学部 教授

1997 年 4 月

名古屋大学大学院工学研究科 教授

2010 年 4 月

国立高等専門学校機構 岐阜工業高等専門学校
産学官連携総括コーディネーター、客員教授

2013 年 4 月

公益財団法人 豊田理化学研究所

フェロー

個人情報
森永

正彦

（主な公職と民間団体役職歴）
第 57 代 （2008 年度）
2004 年 - 2010 年
2004 年
2010 年- 2010 年
現在

社団法人 日本金属学会 会長
日本学術振興会 産学協力研究委員会「加工プロセスによる材料新機能発現第 176 委員会」 委員長
DV-X研究協会 会長(公益財団法人) 本多記念会 理事

（受
表彰年月日
平成元年 4 月 4 日
平成 3 年 3 月 19 日
平成 13 年 8 月 1 日
平成 20 年 3 月 26 日
平成 20 年 11 月 7 日
平成 21 年 5 月 20 日
平成 22 年 3 月 28 日
平成 24 年 8 月 8 日

表彰業績名称
功績賞
学術賞
学術賞
谷川・ハリス賞
Best Paper Award
Lee Hsun Lecture Award
増本量賞
協会賞

賞）
表彰主体
日本金属学会
永井科学技術財団
DV-X研究協会
日本金属学会17th International Forgemasters Meeting

中国科学院 金属研究所
日本金属学会DV-X研究協会

受賞者
本人
本人
本人
本人
本人他
本人
本人
本人

（公職と民間団体役職歴）（大学等関係）
・非常勤講師（北海道大学工学部、広島大学工学部、名古屋工業大学工学部、九州大学大学院総合理工学研究科、鳥取大学工学部、東京工業大学大学院理工学研究科、岐阜工業高等専門学校）

・外部評価委員（東北大学金属材料研究所、大阪大学接合科学研究所、広島大学大学院工学研究科）
・委嘱教授（東北大学金属材料研究所）（文部科学省関係）

大学設置・学校法人審議会 専門委員

(大学評価・学位授与機構関係)（日本学術振興会関係）

学位審査会 専門委員

特別研究員等審査会 専門委員、科学研究費委員会 専門委員

（経済産業省関係） ・ NEDO 研究評価分科会長
・ NEDO 採択審査会委員長(「水素先端科学基礎研究事業」中間評価および最終評価）(｢燃料電池自動車用水素貯蔵材料｣に関する調査研究)（学協会関連）社団法人 日本金属学会 理事、副会長、会長、DV-X研究協会（財団法人） (公益財団法人)稲盛財団「京都賞」先端技術部門

運営委員、副会長、会長

選考委員(研究・国際会議)(科学研究費補助金)

基盤研究（Ｓ）平成 17 年度―21 年度

研究代表者｢電子密度分布に基づく水素貯蔵材料の統一的な理解と量子材料設計への新しい展開｣

他（国際会議開催）・ The 5th International Conference on DV-XMethod (DV-X2008) 委員長
・ The 4th International Symposium on Designing, Processing and Properties of Advanced
Engineering Materials (ISAEM-2008) 委員長

他

研究成果
森永正彦
1970年代に、米国のノースウエスタン大学において、Ｘ線散漫散乱を測定して、金属酸化物（例：バナジウム酸化物、安定化ジルコニア）の中の結晶欠陥の微細構造を調べた[1-3]。帰国後、1980 年頃に、DV-Xα分子軌道法を用いてジル
コニア（ZrO2）の電子状態を初めて計算し、その明快さに驚いた[4]。これがきっかけになり、「電子レベルからの合金設計」の研究を始めた。後述するように、
New PHACOMP や d 電子合金設計法を提唱し、これまでその普及に努めてきた。
最近では、原子化エネルギーの計算を基に、新しい材料設計を探究している。

1．電子レベルからの合金設計
合金は多成分元素からなる複雑系であるため取り扱いが難しい。合金設計のための最初の計算は、ニッケルクラスター中に合金元素を入れた簡単なもので、「合金元素の個性を表す 2 つの合金パラメータ」を求めた。一つは合金元素と母金属元素の間の結合次数（Bo）であり、他は合金元素のｄ軌道エネルギーレ
ベル (Md ) である。金属学の古い歴史にもかかわらず、合金効果を表すパラメ
ータがなかったので計算から求めたわけである[5]。この合金パラメータは、周期表を反映している電子パラメータであるため、物性の評価に有効である。
この新しいパラメータを用いて、これまで理論的な取り扱いが難しかった遷移金属（鉄, ニッケルなど）の合金固溶体の元素の固溶限を定量的に評価した[6]。
そして、1984 年に、New PHACOMP (Phase Computation:相計算)を提唱した[7]。これは、ニッケル合金中に脆化相（例：シグマ相）を生成させない合金組
成の新しい予測法であり、今では世界に広まっている。これを基に、「ｄ電子合金設計法」を提唱し、その普及に努めてきた[8-10]。
この設計法を用いて、ニッケル基単結晶超合金、フェライト系耐熱鋼をはじめとして、いろいろな合金を開発した[11]。例えば、チタン合金[12,13]の設計にこの方法が使われ、生体用チタン合金[14]や多機能ゴムメタル（チタン合金）[15]が開発されている。
Fig.1 は、「合金設計の木」であり、この木は分子軌道理論の土壌の上に現在もすくすくと成長している。種々の遷移金属の合金のみならず、アルミニウム合
金やマグネシウム合金などの軽合金の果実も実っている[16,17]。

Fig.1

A tree of ally design growing on the basis of molecular orbital theory.

この外、長年の電子状態の計算結果を整理し、電子密度分布についての物質
共通の「ユニバーサルな関係」を発見している。Fig.2 に示すように、最近接原密度が最小値 ρmin を取る位置を rmin (原Electron density vs distanceFig.3 A universal relation between log(ρmin/Z3) andfrom O and Mg nuclei
in MgO.
2(Z/n) rmin. Every material is located on theと定義し、log(ρ/Z3) と 2(Z/n)
minminimum,
Electron density
ρmin rmin（ただし、Z：原子番号、n：主量子数）を
curve and its numerical expression is given in
and the distances, rmin(O) andthe figure.
Z is the atomic number and n is
両子間の電子密度が最小値
ρminを取る位置をr(原子半径またはイオン半径)min Here,rmin(Mg) are defined in this plot.
the principal quantum number.

Fig,2

最近接原子間の電子密度が最小値 ρminを取る位置をrmin (原子半径またはイオ

子間の電子密度が最小値ρminを取る位置をrmin (原子半径またはイオン半径)と定義し、log(ρmin/Z3) と 2(Z/n) rmin（ただし、Z：原子番号、n：主量子数）を両軸にとりプロットすると、Fig.3に示すように、気体・液体・固体を問わず、あらゆる物質が一つの曲線上にのり、その曲線は簡単な式で表される [18]。
２．原子化エネルギーによる材料設計（1）原子化エネルギー
最近の材料科学の分野では、物質の全エネルギー計算がよく行われている。
しかし、Wigner と Seitz が 1955 年に予言したように、全エネルギー計算のみでは、多くの場合、実験から分かっていることを確認しているのみである。全エ
ネルギーのさらなる解析が望まれている。
最近、物質の化学結合を「エネルギースケール」で表現する方法を、研究している。すなわち、エネルギー密度解析法[19]を用いて、電子系の全エネルギーを物質中の構成原子に分配して、各構成原子の「原子化エネルギー」（物質中の構成原子を、気体のようにバラバラにするために要するエネルギー）を求めている。本解析を通して、全エネルギー計算のみでは不明であった「構成原子の顔」が見えてくるので、材料設計に応用できる。エネルギースケールで化学結合を表すので、イオン結合、共有結合などの従来の分類はもはや必要ない。

（2）水素化物への応用
これを水素貯蔵材料として注目されている金属系、無機系、有機系の水素化物に適用し、これらを一枚の「原子化エネルギー図」の中で整理した[20]。面白い図なので、Fig.4 に示す。縦軸は、水素化物中の水素の原子化エネルギー∆EHで、横軸は金属(または炭素)の原子化エネルギー∆EM である。多様な化学結合を持つ全ての水素化物を、この一枚の図の中で比較できる。
例えば、金属系水素化物はこの図の上方にあり、水素の持つエネルギー∆EHが大きい。下方に、無機系（錯体系）水素化物があり、有機系の水素化物(すな
わち炭化水素)もその近くにある。炭化水素（CmHn）(例：シクロヘキサン C6H12)では、実に巧妙な化学結合が形成されている。この分野でよく使われている炭素－炭素間の結合が、1 重、2 重、あるいは 3 重結合であるという表現は、原子化エネルギーを使えば、もはや必要ない。

Fig.4

Atomization energy diagram for hydrides and hydrocarbons.
Every material is plotted on this figure despite the significant
differences in the nature of the chemical bonds between atoms
among them.

この原子化エネルギーのアプローチは、金属酸化物にも適用されている （３(3) 酸化物への応用と触媒解析
金属酸化物 MxOy の原子化エネルギー図を Fig.5 に示す[21]。酸化物イオンが持つエネルギー∆EＯの大きさは酸化物によって違う。例えば、Al2O3 では小さく、
Nb2O5 では大きい。

Fig.5

Fig.3 Atomization energy diagram for metal oxi
Atomizationenergy diagram for binary metal oxides.

Fig.6

Fig.4 y ×∆EO vs. desorption rate of MgH2 with metal oxide
Correlation ofthe
desorption rate of MgH2 with y x ∆EＯ for metal oxides.

マグネシウム水素化物の脱水素化反応（MgH2 → Mg + H2）を促進させるため用いる種々の金属酸化物(例、Nb2O5)の触媒効果を定量的に評価できる[22]。Fig.6に示すように、脱水素化反応速度は、金属酸化物 MxOy 中のｙ個の酸化物イオン（O）が持つエネルギー（ｙｘ∆EO）と共に増加する。このエネルギー値が大きいほど、MxOy 中の酸化物イオン（O）と MgH2 の水素(H)との間の O-H 相互作用が大きくなり、脱水素化が進むものと考えられる[23]。

(4) 各種金属化合物への応用
金属化合物は変化に富む物性を示す。強磁性、強誘電、超伝導、プロトン伝
導、水素貯蔵、触媒活性など、その物性は実に多様である。例えば、ホウ化物
では、超伝導を示すMgB2や超強力磁石のNd2Fe14Bがある。最近、発見された鉄系超伝導体（例： LaFeAsO1-xFx）には、ヒ素、酸素、フッ素あるいはリン等の非金属元素が含まれている。
これらのことを踏まえて、最近、種々の金属化合物（ホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物、フッ化物、リン化物、硫化物）、MｍXｎと略記（M＝Ti, Cr, Fe等の3d遷移金属元素、X＝B, C, N, O, F, P, S 等の非金属元素）に対して、「原子化エネルギー」による解析を始めている。化合物形成に対する各種非金属元素の役割を再評価し、非金属元素側から見た機能性材料の設計基盤を作ることを目指している。

２１世紀においては、従来の試行錯誤の材料開発から脱却して、合理的な「ものづくり」が必要である。特に、電子レベルからの材料設計が、今後、ますま
す重要になる。

参考文献[1] M.Morinaga, J.B.Cohen and J.Faber Jr, X-Ray Diffraction Study of Zr(Ca,Y)O2-x,
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[2] M.Morinaga and J.B.Cohen, The Defect Structure of VOx, II. Local Ionic
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II. Local Ionic Arrangements, Acta Cryst. A36 (1980), 520-530.
[4] M.Morinaga, H.Adachi and M.Tsukada, Electronic Structure and Phase Stabilityof ZrO2, J. Phys. Chem. Solids, 44 (1983), 301-306.
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[9] M.Morinaga, Y.Murata and H.Yukawa, “Hartree-Fock-Slater Method for Materials
Science”, Eds. H. Adachi et al., Part II – 2, Alloy Design Based on the DV-XαCluster Method, Springer (2005), pp.23-48.
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255-306.
[11] M.Morinaga, J.Saito, N.Yukawa and H.Adachi, Electronic Effect on the Ductility of
Alloyed TiAl Compound, Acta Metall. Mater., 38 (1990), 25-29.

[12] M.Morinaga, N.Yukawa, T.Maya, K.Sone and H.Adachi, Theoretical Design of Titanium
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[13] M.Morinaga, M.Kato, T.Kmimura, M.Fukumoto, I.Harada and K.Kubo, Theoretical Designof β-Type Titanium Alloys, Proc. 7th World Conference

on Titanium, San Diego,

California, June 29-July 2, 1992, TMS, pp.217-224.
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[23] H.Hirate, H.Sawai, H.Yukawa and M.Morinaga, Role of O-H Bonding in Catalytic Activityof Nb2O5 during the Course of Dehydrogenation of MgH2, International Journal of
Quantum Chemistry, 111 (2011), 2251-2257.

主要論文・著作物等
森永

正彦（主な著書）
１． 足立裕彦、 森永正彦、 那須三郎、「金属材料の量子化学と量子合金設計」三共出版 (1997).
２． 森永正彦, 「材料システム学」 (分担) pp.324-344、共立出版 (1997).
３． 森永正彦、｢水素吸蔵合金ー基礎から最先端技術までー｣(分担) pp.314-326、エヌ・テイ・エス(1998).
４． 森永正彦、二宮隆二、「マグネシウム技術便覧」(分担) 合金設計、pp.97-104、カロス出版 (2000).
５. 森永正彦、「高分子材料の最先端技術」尾崎邦宏監修、松浦一雄編著、(分担) pp.43-55、工業調査会(2007).
６．森永正彦、古原忠、戸田裕之 編、「金属材料の加工と組織」共立出版 (2010).
７．M.Morinaga, Y.Murata and H.Yukawa, “Materials Design Approaches and Experiences”, Eds. J.-C. Zhao etal., Recent Progress in the New Phacomp Approach”, TMS (2001), pp.15-27.
８. M.Morinaga, Y.Murata and H.Yukawa, “Hartree-Fock-Slater Method for Materials Science”, Eds. H. Adachi
et al., Part II – 2, Alloy Design Based on the DV-Xα Cluster Method, Springer (2005), pp.23-48.
９. M.Morinaga, Y.Murata and H.Yukawa, “Applied Computational Materials Modeling-Theory, Simulation andExperiment-”, Eds. Bozzolo Guillermo et al., Chapter 8: Molecular Orbital Approach to Alloy Design,
Springer (2007), pp. 255-306.
10.

M.Morishita, Y.Muramatsu, K.Ogasawara and M.Morinaga (Guest Editors), Proceedings from the Fifth
International Workshop on DV-Xα Materials Science and X-ray Spectroscopy, International Journal of
Quantum Chemistry, vol.109, No.12 (2009).
著書数 16 冊（主な論文）
1. M.Murakami, O.Kawano, Y.Murakami and M.Morinaga, On the Determination of the Spinodal Temperaturein an Aluminium 6.8 at.% Zinc Alloy, Acta Metall., 17 (1969),1517-1521.
2. M.Hayakawa,M.Morinaga and J.B.Cohen, The Defect Structure of Transition Metal Monoxides, Battelle Conf.
on Defects and Transport in Oxides, 1974, (eds. M. S. Seltzer and R. I. Jaffee), Plenum Press, pp.177-199.
3. M.Morinaga and J.B.Cohen, Determination by X-ray Diffraction of the Interstitial Concentration of Vanadium
Ions in Disordered VOx, Acta Cryst. A32 (1976), 387-395.
4. M.Morinaga and J.B.Cohen, The Defect Structure of VOx, I. The Ordered Phase, VO1.30, Acta Cryst. A35(1979), 745-756.
5. M.Morinaga, J.B.Cohen and J.Faber Jr, X-Ray Diffraction Study of Zr(Ca,Y)O2-x, I. The Average Structure,
Acta Cryst. A35 (1979), 789-795.
6. M.Morinaga and J.B.Cohen, The Defect Structure of VOx, II. Local Ionic Arrangements, Acta Cryst. A35(1979), 975-989.

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Arrangements, Acta Cryst. A36 (1980), 520-530.
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9.

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Soc. Japan, 53 (1984), 653-663.

10. M.Morinaga, N.Yukawa, H.Ezaki and H.Adachi, New Phacomp and Its Applications to Alloy Design,
Superalloys 1984, Eds. M. Gell et al., The Metallurgical Society of AIME, pp. 523-532 (1984).
11. M.Morinaga, N.Yukawa, H.Ezaki and H.Adachi, Solid Solubilities in Transition-Metal Based FCC Alloys,
Phil. Mag. A51 (1985), 223-246.
12. M.Morinaga, N.Yukawa and H.Adachi, Alloying Effect on the Electronic Structure of BCC Fe, J.Phys. F, 15(1985), 1071-1084.
13. H.Ezaki, M.Morinaga, N.Yukawa and H.Adachi, Prediction of the Occurrence of the σ Phase in Fe-Cr-Ni
Alloys, Phil. Mag. A53 (1986), 709-716.
14. M.Morinaga, K.Ohshima, J.Harada, P.Georgopoulos and J.B.Cohen, Report on a Round-Robin Study of
Diffuse X-ray Scattering, J.Appl.Cryst., 19 (1986),188-194.
15. M.Morinaga, K.Ohshima, J.Harada and S.Otani, X-ray Determination of the Atomic Displacements in
NbC0.72, J.Appl. Cryst., 19 (1986), 417-419.
16. M.Morinaga, N.Yukawa, H.Adachi and T.Mura, Electronic Stability Effect on Local Strain in Martensite, J.
Phys. F: Met. Phys., 17 (1987), 2147-2162.
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pp.1601-1606.
18. M.Morinaga, K.Sone, T.Kamimura, K.Ohtaka and N.Yukawa, X-ray Determination of Static Displacementsof Atoms in Alloyed Ni3Al, J. Appl. Cryst., 21 (1988),41-46.
19. M.Morinaga, N.Yukawa and H.Adachi, Electronic Structure of Magnesium Containing Various Alloying
Elements, J. Less-Common Metals, 141 (1988), 295-307.
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Vacancies in NbC0.72, Acta Cryst. A44 (1988), 167-176.
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Phys. F: Met. Phys., 18 (1988), 923-934.
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26. M.Morinaga, M.Kato, T.Kmimura, M.Fukumoto, I.Harada and K.Kubo, Theoretical Design of β-Type
Titanium Alloys, Proc. 7th World Conference

on Titanium, San Diego,

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論文数 265 編（主な特許）
１．フェライト系鉄基合金の製造方法及びフェライト系耐熱鋼（US Patent No.5,888,318）
２．フェライト系耐熱鋼（US Patent No.6,174,385、EP 0778356）
３．強度、耐食性及び耐酸化性に優れたニッケル基超合金（特許第 4266196 号）
４．５Ａ族金属系水素分離膜を使用した水素分離システム（特願 2010-007613）
５．水素分離膜及び水素分離法 （PCT/JP2010/065788）
６．水素分離膜 （PCT/JP2011/070368）
特許件数 30 件