Vol. 60

巻頭記事

MTERE2 60（9）535 〜 612（2021）

2021

まてりあ 60 巻記念企画：Back to 1962

・ 金属素描
特 集
講義
ノート

No.9

〜ニオブ〜

IoT 時代における熱電材料の深化と先鋭化金属製錬の熱力学（第３回）

・ まてりあ 60 巻記念企画：委員会だより
付録

https: //jim.or.jp/

2021 年秋期講演大会プログラム

https://www.jim.or.jp/journal/m/ ［ オンラインジャーナル ］

日本金属学会会報 2021年9月1日発行（毎月1回1日発行）Vol.60 No.9 ISSN 1340-2625

https://www.jim.or.jp/journal/m/

2021
Vol.60No.9

Back to 1962国産初の研究用原子炉が臨界/東洋一の吊橋「若戸大橋」が完成

巻頭企画…………………………………………………………………………………………………………………535

No. 18金属素描

ニオブ(Niobium)

佐々木秀顕 …………………………………………………………539

特集「IoT 時代における熱電材料の深化と先鋭化」
企画にあたって 春本高志 三井好古 ………………………………………………………………541
機械学習を活用した FeAl
Si 系熱電材料(FAST材)の研究 高際良樹 ……………542
X 線吸収端微細構造法によるハーフホイスラー型熱電変換材料の局所結晶構造解析 宮崎秀俊 ………………………………………………………………………………………546
HalfHeusler 規則構造の格子サイト占有に基づく熱電特性制御
木村好里

CHAI Yaw Wang ……………………………………………………………………………550

熱磁気効果をベースとした熱電材料の新展開 水口将輝 …………………………………558
体温を用いたマイクロ熱電発電モジュール技術 菅原 聡 ………………………………562
新進気鋭

極細ピアノ線の高強度化に有効なメゾスケール構造とミクロ組織

講義ノート

金属製錬の熱力学(第 3 回)

権藤詩織 ……567

月橋文孝 ……………………………………………………………572

高温での化学反応によって目的金属を得る金属製錬反応の解析のために必要な化学熱力学の使い方について述べる．第 3 回は平衡状態図，化学反応，化学ポテンシャル状態図について説明する．

60巻記念企画委員会だより

会誌，欧文誌，講演大会，セミナー・シンポジウム，人材育成，広報委員会 …579

思い出の教科書，この一冊

材料工学入門スポットライトスティックスリップ現象における理論周期の導出と検証
保田千代

本会記事

正しい材料選択のために荒田祐希

長谷川誠…………………………………………592

仁木心音…………………………………………………………………………593

会告 ………………………………………………595

新入会員 …………………………………………606

支部行事 …………………………………………600

次号予告 …………………………………………607

掲示板 ……………………………………………601

行事カレンダー …………………………………608

会誌・欧文誌 9 号目次 …………………………605
付録

2021年秋期講演大会プログラム …………………………………………………………………別冊

今月の表紙写真Co 単層膜の断面走査型電子顕微鏡像(上)および Si/Co 多層膜の断面走査型電子顕微鏡像(下)．
(水口将輝 著 560頁 図 4 より掲載)

表紙デザインビーコン コミュニケーションズ株式会社 グラフィックスタジオ
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本会は，本誌掲載著作物の複写に関する権利を一般社団法人学術著作権協会に委託しております．本誌に掲載された著作物の複写をご希望の方は，(一社)学術著作権協会より許諾を受けて下さい．但し，企業等法人による社内利用目的の複写については，
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）
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6
41 乃木坂ビル 3F FAX 03
3475
5619 E
mailinfo＠jaacc.jp http://www.jaacc.jp/
複写以外の許諾（著作物の引用，転載，翻訳等）に関しては，直接本会へご連絡下さい．

No. 18

ニオブ(Niobium)
愛媛大学

佐々木

秀

顕

元素名 Niobium，原子番号 41 ，原子量 92.91 ，電子配置［ Kr] 4d4 5s1 ，密度 8.578 Mg ･m－3( 293 K )，結晶構造体心立方，融点2793 K，沸点5200 K(1)，地殻存在量8 mg･g－1(2)【写真】(a)アディティブ・マニュファクチャリングによる金属ニ
オブ造形物(TANIOBIS GmbH 写真提供)，(b) ITERCS コイル用超電導導体．直径 0.83 mm の線材に 13,000本の Nb フィラメ
株 写真提供)ント(径 2.3 mm)を埋め込み，拡散を利用して Nb3Sn を形成させている(古河電気工業

41 番元素であるニオブは同族のタンタルと化学的性質が類似しており，コルタンと呼ばれる鉱石にはこれらの元素が( Fe, Mn )( Ta, Nb )2 O6 の形で共存している．タンタルの名はギリシア神話のタンタロスに由来しており，ニオブの名称
は 1844 年にドイツのハインリヒ・ローゼによってタンタロ
スの娘であるニオベからつけられた(3)．ただし，ニオブの発見と命名については以下のような紆余曲折があった．
イングランドのチャールズ・ハチェットが 1801 年にアメリカ産の鉱石から新元素を発見し，アメリカ大陸の発見者の名にちなんで新元素をコロンビウムと名付けた(4)．翌年にエーケベリによってタンタルが発見され， 1809 年にはウォラ
ストンによってコロンビウムとタンタルが同一の元素であると誤って判断された(5) ．その後， 1844 年にローゼによりニオブが再発見され， 1864 ～ 1865 年にかけての科学者たちによる調査によってコロンビウムとニオブが同じものであると確認された．このような経緯からアメリカではコロンビウ
ム，ヨーロッパではニオブの名が用いられる状態が約100年も続いたのち，IUPAC が1949年にニオブを正式に採択した．
ニオブとタンタルを含む鉱石から純ニオブを生産する際には，酸化物をフッ酸系の水溶液で溶解し，溶媒抽出でニオブとタンタルを分離する．酸化ニオブは活性金属もしくは水素による還元や溶融塩電解によって金属ニオブにされ，さらに電子ビーム溶解で精製される．現在のニオブの主要な原料は，
1950 年代以降にブラジルおよびカナダで巨大な鉱床が発見されたパイロクロア(( Na, Ca )2 Nb2O6 ( OH, F ))であり，年間ニオブ生産量約 7 万トンのうち 9 割近くをブラジルのCompanhia Brasileira de Metalurgia e Mineracao (CBMM)が占める．
鋼へ添加した少量のニオブが炭化物の析出や組織微細化に

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

より高張力化に大きな効果をもたらすため，現在のニオブ需
要の約 90 を鉄鋼部門が占めている(6) ．鉄鋼用には，酸化ニオブを酸化鉄とともにアルミニウムテルミット反応により還元して得られるフェロニオブが用いられる．鉄鋼以外の用途として，耐熱超合金や超硬合金がある．また，純ニオブ，
ニオブチタン合金およびニオブスズ合金は超電導材料であり，電磁石に用いられる．優れた誘電体である LiNbO3 やKNbO3 は，表面弾性波フィルターを含む圧電素子として利用される．タンタルコンデンサを資源的に豊富なニオブで代替するための開発も行われている．近年はとくに電池の負極材や固体電解質へのニオブの応用が注目されている．
英国の金属学会(現 IOM3 )は 1979 年以降，ニオブに関連する優れた論文を選考して，CBMM 社からの資金援助によりチャールズ・ハチェット賞を贈っている．この賞は現在までの約 40 年間に日本の鉄鋼会社および研究機関へ 7 回授与されており，ニオブを利用した材料特性の向上に日本の技術者・科学者が重要な貢献を果たしてきたことが窺える．

文献( 1 ) 金属データブック改訂 4 版，日本金属学会，丸善，(2004).
( 2 ) R. L. Rundnick, S. Gao: ``The Crust'', Elsevier Ltd., (2004), 1
64.
( 3 ) H. Rose: Ann. Phys., 139(1844), 317341.
( 4 ) C. Hatchett: Philosophical Trans. R. Soc. London, 92(1802),4966.
( 5 ) W. H. Wollaston: Philosophical Trans. R. Soc. London, 99(1809), 246252.
( 6 ) T. I. C. Bulletin: No. 184, Tantalumniobium international
study center, (2021).

次号

金属なんでもランキング No. 16

蒸発熱



公益社団法人日本金属学会への入会のおすすめ
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料分野の学術および科学技術の振興を目的として，学術誌や学術図書の刊行，講演会や講習会の開催，調査・研究，表彰・奨励の事業を行っています．社会基盤材料をはじめエネルギー材料，エコマテリアル，電子・情報材料，生体・福祉材料，材料と社会等の分野でご活躍の研究者，技術者，学生の皆様，当該分野に関心のある方の入会をお待ちしております．
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企画にあたって
春 本 高 志 三 井 好 古

近年，IoT 時代の到来に伴い，様々なモノやセンサーが，ワイヤレスなネットワークに接続されつつある．それに伴い，こうしたモノやセンサーの電源確保は重要な課題である．従来，自己放電の少ない長寿命なコイン型リチウム 1次電池などがこうした用途に用いられてきたが，貴重な資源であるリチウムを使い捨ててしまうため非常に勿体なかった．一方，リチウムを使い捨てない点で優れているリチウム
イオン 2 次電池(充電池)については，小型・高性能化が進んでおり，様々なワイヤレスデバイスへと応用されているものの，2 次電池ゆえに定期的に充電が必要という克服不可能
な欠点を有している．
こうした中，充電の必要がなく，身近な日常に存在するエネルギーを利用して電気を得る方法として「環境発電(エナジーハーベスティング)」が注目されている．この環境発電
は，発電の過程で CO2 を排出しないという点において，脱炭素社会・カーボンニュートラルへ向けての切り札でもある．現在，最も普及している環境発電は「太陽電池」であるが，近年，IoT との整合性において「振動発電」と「熱電発電」の 2 つが特に注目されている．「まてりあ」では，前者の振動発電については昨年(2020年)1 月に取り上げ，特に，身近な振動(機械エネルギー)を電気へと変換する際の要となる逆磁歪材料(機械→磁気変換材料)について精力的に特集し「熱電発電」
は，半導体の一種ではあるものの，た(1)．後者の熱→電気のエネルギー変換に特化した材料である「熱電材料」を用いた発電であり，既に過去 2 回( 2011 年(2) と 2016 年(3) )特集した．従来，この熱電発電は，ある程度大きな，そし・・て，それなりに熱い熱源に取り付けて使用することを前提とし，具体的には，工場のプラントや自動車などで捨てられていた熱の再利用を想定していた．したがって，別名「廃熱発電」とも呼ばれ，付加的に電気を得ることで，系のエネルギ
ー効率を高めるのが従来であった．しかし，熱電材料の研究開発の進展には目覚ましいものがあり，新規材料の探索や微細組織・欠陥量制御，更には，熱電変換デバイス/モジュールの構造最適化により，体温などの微小な熱源からも発電でき得る状況となってきた．したがって，従来の熱電発電(＝廃熱発電)の流れとは一線を画し，将に，環境発電としての熱電発電といえる状況となってきた．
そこで，本特集では，こうした熱電発電における著しい進
展のスナップショットを撮るべく，「 IoT 時代における熱電材料の深化と先鋭化」と題して，一線で研究開発される方に執筆をお願いした．先ず，新規熱電材料の研究開発状況については，「機械学習を活用した FeAl
Si 系熱電材料(FAST材)の研究」と題し，物質・材料研究機構の高際良樹氏にご執筆頂いた．第一原理計算と機械学習の併用による最新の材料探索手法とその成果が記載されている．また，熱電特性向
上に向けての材料組織や欠陥量の制御，設計指針について
は，「X 線吸収端微細構造法によるハーフホイスラー型熱電変換材料の局所結晶構造解析」と題して名古屋工業大学の宮崎秀俊氏，並びに，「 Half Heusler 規則構造の格子サイト
占有に基づく熱電特性制御」と題して東京工業大学の木村好里氏・ Chai Yaw Wang 氏にご紹介頂いた．トレードオフの関係にある各種パラメータを最適化するため，規則化度・サ
イト占有率や付随する局所歪を制御することの重要性についてご解説頂いた．更には，今後進展が期待される熱とスピンの相互作用による熱電変換について，名古屋大学の水口将輝
氏に「熱磁気効果をベースとした熱電材料の新展開」と題してご紹介頂いた．最後に，体温という微小な熱源における熱電発電について，東京工業大学の菅原聡氏に「体温を用いた
マイクロ熱電発電モジュール技術」と題し，熱流や発電効率などの観点から考察・実証した発電モジュールの最適化・設計指針についてご紹介頂いた．
本特集では，熱電材料の研究開発状況，並びにデバイス/
モジュール化技術やその構造について，最新の内容を集めた．本会会員皆様のご参考・契機となれば幸いである．最後に，ご多忙にもかかわらず執筆をご快諾下さいました著者の皆様に，また，ご助力頂きました編集委員会第 2 分野の皆様に，この場を借りて深く御礼申し上げます．

文献( 1 ) 特集「磁歪・逆磁歪材料の基礎と振動発電への応用｣まてり
あ，59(2020), 5.
( 2 ) ミニ特集「「熱を電気に直接変換」熱電変換材料の現状と将来像｣まてりあ，50(2011), 141.
( 3 ) ミニ特集「環境調和型熱電材料の近年の進展と展望｣まてり
あ，55(2016), 301.

春本高志

三井好古

東京工業大学助教(〒1528552 東京都目黒区大岡山 2121) 鹿児島大学准教授(〒8900065 鹿児島市郡元 12135)
Preface to Special Issue on ``Thermoelectric Materials: Recent Progress and Application to IoT Devices''; Takashi Harumoto andYoshifuru Mitsui (Tokyo Institute of Technology, Tokyo. Kagoshima University, Kagoshima)
Keywords: thermoelectrics, decarbonization, carbon neutral, energy harvesting, battery
2021年 7 月27日受理[doi:10.2320/materia.60.541]

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan機械学習を活用した FeAlSi 系熱電材料(FAST 材)の研究
高

際

良

樹

民生利用される際に必要とされる熱電材料の条件は，環境

.

は じ

め

に

調和性とコストに優れることである．現在市販化されている
BiTe 系材料を用いた熱電発電モジュールは，希少元素で構

近年，モノ同士がインターネットでつながる社会( IoT 社

成されるために材料コストが高くなる傾向がある．特に Te会)を支える自立電源の一つとして，熱電発電技術が期待さは 90 以上が Cu の副産物として産出されているが， Cu のれている．現在のところ，各種センサ用電源としてボタン電

リサイクル化が進んでいることから生産量が今後更に低下す

池が主な電源として使用されているが，交換コストやリサイることが懸念される．

クルコストを考慮すると，メンテナンスフリーの自立電源が我々は，資源性およびコストの両面で Bi Te 系既存材料必要とされている．エネルギーハーベスティング技術の内，に代わる新規熱電材料の研究開発を遂行しており，近年，環普及の進む太陽電池に次ぐ出力が期待できる熱電発電技術は境調和性に優れる Fe Al Si 系熱電材料［ F e Al S i

Ther-

有力な候補である．未利用排熱の内， 200°
C以下の温度域がmoelectric Materials］(以下，FAST 材と略す．）を用いた小大部分を占めており，この温度域の排熱を利用してセンサ用型発電モジュール化に成功した(図)．本稿では，主に機械の自立電源として活用することができれば，無駄のないエネ

学習を用いた FAST 材の研究開発事例を紹介する(1)(3)．

ルギーの利用につながる．

図1(左)Fe，Al，Si の原材料と FAST 材を用いた小型熱電モジュール，(右)地殻存在量．

国立研究開発法人物質・材料研究機構エネルギー・環境材料研究拠点独立研究者(〒3050047 つくば市千現 121)
Development of FeAlSibased Thermoelectric (FAST) Materials Using Machine Learning; Yoshiki Takagiwa(National Institute forMaterials Science, Tsukuba)
Keywords: thermoelectric materials, thermoelectric modules, firstprinciples calculation, machine learning, FeAlSi
2021年 5 月28日受理[doi:10.2320/materia.60.542]



特

集

.

計算科学を用いた FAST 材の開発とその特徴

我々が新材料探索の際に課した制約条件は，構成元素が無害かつ低コストであることである．計算科学と合金データベース(状態図)(4)の情報を組み合わせた材料探索を行い，FeAlSi 三元系化合物において所望の電子構造を有する可能性のある新材料を見出した(5)．
Fe Al Si 三元系化合物は， t1 から t11 相の安定相が知られている(4)．第一原理計算を用いた電子構造のスクリーニン
グにより，これらの安定化合物の中で t1 相( Fe3Al2Si3 化合物)がフェルミ準位近傍に 0.2 eV 程度の狭ギャップを形成
し，室温から200°
C程度までの温度域で高い熱電特性を示す
可能性が示された(5) ．また，状態図(4) によると， t1 相の生成域が鉄濃度を一定として Al と Si 方向に広く分布しており，

図2

様々な組成の FAST 材の電気出力因子の温度依存性．
(仕込み組成 Fe36.5Al23.5＋xSi40－x［0x10］）

t1 相の優れた特徴の一つである Al と Si 比の組成調整のみでp 型と n 型半導体の作り分けが可能であるということも明らータを取得し，組成・温度・電気出力因子を機械学習のデー

かにした(6)．

タセットとして用いた．

FAST 材は精密組成調整や最適な合成プロセスの適用に

図は，様々な組成の FAST 材の電気出力因子の温度依より，室温から200°
Cの温度範囲にて IoT 機器が駆動可能な存性を示したものである．出発組成により得られる電気出力発電特性を有する材料であることが実証された(1)(3) ．ま

因子が大きく異なることが分かる(中塗りn 型 FAST 材，

た，フォノン計算からも示唆される比較的低い熱伝導率とモ

中抜き p 型 FAST 材)．一般的に，電気出力因子はキャリジュールの長期耐久性に重要な優れた機械特性も確認され

ア濃度の関数であるため，ある程度の規則的傾向を示すこと

た(1)(7)(8)．一方で，比較的大きな温度差を用いた発電が可能が予想される．このような観点から実験データをみると， x

な中温域での廃熱回収を想定した場合には， FAST 材の適＝0 から2.2までは n 型材料としての挙動を示し，x の増加と用温度範囲を低温側から中温側へと拡張させる必要がある．

ともに電気出力因子の最大値が増加して， x ＝ 2 付近で極大

また，量産化が可能な高性能の FAST 材合成プロセスの確を迎えた後に，減少に転じることが分かる．また x ＝ 3 以上立も必要となる．現在の量産技術としては，真空溶解法，ガでは p 型材料としての挙動を示し，x の増加とともにやはり

スアトマイズ法，そして，放電プラズマ焼結法を組み合わせ

電気出力因子の最大値が増加して，x＝4.5付近で極大値を迎たバルク試料作製プロセスを採用している．

え，その後，減少に転じる．この結果から一見して，実験により既に最適組成が得られているように思われるが，研究目.

機 械 学 習 を 用 い た FAST 材 の 出 力 特 性 向 上 と
適用温度域の拡張

標は FAST 材の適用温度範囲を低温側から中温側へと拡張させ， 500 K 付近での電気出力因子を向上させることにある．図 2 に示すように，電気出力因子の極大を迎える温度

FAST 材は組成の違いにより出力特性が大きく変化するは組成により異なることから，単純にキャリア濃度の調整だ

ことから，最適な組成を実験的に明らかにする必要がある．

けでは電気出力因子の温度依存性までを制御することは難し

一般的に，非化学量論組成を有する物質に対する第一原理計

い．また， FAST 材の場合，組成を0.1 at程度変化させた

算は，構造モデルの構築が極めて煩雑になり，現状ではだけでも，出力因子の絶対値と温度依存性が顕著に変化する

FAST 材の最適組成を予測することは困難な状況である(9)．

ことから，実験的に最適解を得るためには多くの試行が必要

このような背景のもと，我々は「より効率的に」最適組成とされる．

を探索するために，実験と機械学習(ベイズ最適化)を組み合

図 2 に示す様々な組成における電気出力因子の温度依存わせた研究を遂行している．ベイズ最適化とは，ベイズ確率性をデータセットとしてベイズ最適化による機械学習を行っの考え方を用いた推論に基づき未知の関数を最適化する手法

た結果，x＝0.7の組成が次のターゲット組成として予測されであり，その詳細は文献( 10 )を参考にされたい．機械学習

た．実験により x＝ 0.7の試料を作製・評価を行った結果， xを始める際に必要なことは対象となるデータをできるだけ多＝0 の試料と比較して500 K 付近での電気出力因子が15程く収集することである．まずは，様々な組成を有する度向上した．次に， x ＝ 0.7 の測定結果をデータセットに加FAST 材の合成を行った．合成の際には，少量のバルク試

え，再度，同様の試行の後，次のターゲットとして x ＝ 0.9

料作製プロセス(アーク溶解法＋放電プラズマ焼結法)を採用の組成が予測された．また， 0.9 より大きな x の組成では電した(仕込み組成 Fe36.5Al23.5＋xSi40－x )．熱電材料の出力特性

気出力因子が減少することも予想された． x ＝ 0 および x ＝に直結する電気出力因子(パワーファクタ)の温度依存性のデ0.9 の試料の電気出力因子の温度依存性を図に示す． x ＝

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan




図3

機械学習を用いた FAST 材の出力性能向上．

図40.9の試料の電気出力因子は x＝ 0.7 よりもさらに向上し，機機械学習を用いた Co 置換した FAST 材の置換濃度最適化．

械学習による予測データとほぼ一致した．x＝0の試料と比較すると結果として40程度もの特性向上に成功した．x＝0.9の試料が最適組成であることを確認するために，前後の組成

2.5, 3.0, 3.5, 3.7, 4.0, 4.5の 9 個の試料の実験データを用い

x ＝ 0.8 および 1.0 の試料を作製し，電気出力因子を評価した

た．その結果，図の破線に示すように， x ＝ 4 が最も高い

ところ，これら二つの組成を有する試料の特性値は x ＝ 0.9特性を示すと機械学習は予測したが，x＝4.1の試料においての特性値を下回った．このことから，x＝0.9が中温域での出僅かに増加する可能性があることが示された．その後，実験力向上に資する組成であることが，2 回の機械学習と実験のにおいて x ＝ 4.1 の試料を作製して電気出力因子を評価した

試行に加え，追加実験により明らかになった(1)．合成した試が，x＝4.0の試料を下回った．データセットに x＝4.1を追加

料(x＝0.9)は，室温～700 K までの広範な温度範囲での利用

した後に機械学習を行った結果が図 4 の点線である．結果が可能であり，機械学習を併用することにより初めて見出しとして，Co の置換濃度は x＝ 4.0であることが機械学習の結た新組成である．

果からも示され， 750 mWm－1K－1 を 473 K で達成した．こ

x＝1.5以下の組成域は異なる金属相が析出する組成領域での値は，これまで作製された n 型 FAST 材の中で最も高い．

ある．一般的には，金属相が析出することに起因して，ゼー

本稿では， n 型 FAST 材の性能向上に関する取り組みを

ベック係数が顕著に減少することにより，電気出力因子も同紹介したが，今後は p 型 FAST 材に関しても同様に特性向様に低下することが予想される．機械学習が予測した半導体上を目指す．

相と金属相が共存する二相共存領域で特性向上を達成したことは，実験開始前には予想できなかった．以上が機械学習に.

今 後 の 展 望て得られた知見をもとに性能向上のメカニズムを実験的に解明することにより，新たな材料設計指針の構築につながった例である．

FAST 材に対して，室温から700 K までの非常に広範な温度域で使用可能な新組成を見いだすことに成功した．機械学
習が非化学量論組成を示す FAST 材における最適組成の探.

機 械 学 習 を 用 い た FAST 材 に お け る 第 四 元 素置換の最適化索や第四元素置換濃度の決定に効果を発揮したことは今後の熱電材料研究に一石を投じるもので，理論科学，計算科学および実験科学に次ぐ第四の科学としてデータ科学のポテンシ

3 節で述べたように，非化学量論組成を示す FAST 材にャルが明示されたといえる．我々は，民生利用に向けておける組成最適化に成功したことを受けて，熱電材料研究のFAST 材 を 用 い た 小 型 発 電 モ ジ ュ ー ル 化 技 術 を 構 築 し ，

常套手段である置換元素濃度の最適化に機械学習が適用でき

FAST 材の性能向上を目指すとともに，実際のアプリケー

るかを検証した．Co 置換を行った FAST 材を 3 節と同様のションを想定した研究開発を推進していく．

試料作製プロセスを用いてバルク試料を作製した(仕込み組成 Fe38－xCoxAl24Si38［x＝0, 1.0, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 3.7, 4.0,

本稿で紹介した研究開発の一部は，(国研)物質・材料研究

4.1, 4.5］）．なお，この仕込み組成はアーク溶解前にペレッ機構の Zhufeng Hou 特別研究員(現，中科院福建物質結構研

ト化処理を加えることにより変更したものであり，3 節で紹究所)，篠原嘉一博士，徐一斌博士，東京大学の津田宏治教

介した FAST 材の仕込み組成とは異なる(3)．

授との共同研究の成果である．また，国立研究開発法人科学

電気出力因子の最初のデータセットとして x＝0, 1.0, 2.0,



技術振興機構(JST)のイノベーションハブ構築支援事業「情特集

報統合型物質・材料開発イニシアティブ( MI2I )」および日本学術振興会科学研究費補助金［基盤研究(B)，課題番号
17H03421, 20H02469］からの支援を受けた．ここに謝意を

表する．

文

献

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ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
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★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

高際良樹

2009年 東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 博士課程修了
2009 年 4 月2015 年 3 月 東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻
助教
2012年 4 月2013年 3 月 California
InstituteofTechnology, Visiting Associate2015 年 4 月 国立研究開発法人物質・材料研究機構に異動
2020年 4 月現職
専門分野材料物性◎低環境負荷の新規熱電材料の研究開発に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★



X 線吸収端微細構造法によるハーフホイスラー型熱電変換材料の局所結晶構造解析
宮

崎

秀

俊

ある(15)(18) ．この不一致は，放射光粉末回折( SR XRD )測

.

は じ

め

に

定により，ハーフホイスラー化合物中の空孔部位に格子間
Ni が原子欠陥として存在することに起因すると考えられて

工場や自動車から排出される熱を電気に直接変換させるこいるものの(19)(21)，原子欠陥の存在のみでは NZS 合金におとができる熱電変換発電は，電気を発電する際に二酸化炭素

ける低い熱伝導率を説明することはできない．原子欠陥周辺を排出しないことから，脱炭素社会への移行および持続可能の原子配位が歪み，熱伝導率の大幅な低下に寄与しているとな社会を実現するためのカギとなるクリーンな発電技術とし考えられるが，本材料では格子の歪みは観察されていない．

て注目を集めている．熱電変換材料の性能は熱電変換性能

SR XRD 法は，結晶構造中の原子の周期的な配置を調べる

zT を用いて以下の無次元性能指数で評価される(1)．

ための最良の方法ではあるが，この方法では，上述したよう

zT＝sS 2T/k

な結晶中の局所的な格子歪みを確認することができない．原
子欠陥周辺の格子歪みの詳細な変化を調べることができれ

ここで，s は電気伝導率，S はゼーベック係数，T は絶対温

ば，歪み量の制御による熱伝導率のさらなる低減が可能にな

度， k は熱伝導率である．バンドギャップが約 0.3 ～ 0.4 eV

り，より高性能な熱電変換材料の実現が期待できる．

の C1b 型ハーフホイスラー合金は，熱電変換材料として最原子欠陥などの特定の原子の周りの原子配位に関する情報

適なキャリア量(n～1019/cm3)を持ち，高いゼーベック係数を得るための最も強力な実験手法は，放射光のような波長可と高い電気伝導度を示すため， 600 ～ 1000 K 程度の高温で変の光子源を用いた X 線吸収微細構造分光( XAFS )法であの熱電変換材料としてこれまで多くの研究がなされてき

る．元素選択的な XAFS データは， 2 つの部分に分けて扱た(2)(11)．近年では，ナノ構造の析出，相分離，局所的な結われる．(i)XANES(Near Edge XAFS)スペクトルは最近接晶構造の乱れを制御することにより熱伝導率を効率的に低減

原子の種類に強く影響されるため電子的特徴を反映するのにさせる試みが行われており，n 型，p 型ともに高い熱電特性

対し，( ii ) EXAFS( Extended XAFS)スペクトルは広範囲の(zT ＞1.2)が報告されている(7)(9)．このように，ハーフホイ

最近接原子の局所的な周期性を反映する．そのため， NZS

スラー合金は，高温領域で使用される次世代熱電変換材料の合金における EXAFS スペクトルを詳細に調べる事で，原有望な候補物質の 1 つである．

子欠陥周辺の局所的な結晶構造に関する詳細な情報を得るこ

ハーフホイスラー型 NiZrSn( NZS)合金は，優れた熱電特とができる．

性 ， 機 械 的 強 度(12) ， 耐 酸 化 性(13)(14) を 有 し て い る こ と か

最近，筆者らは， XAFS 測定の実験結果とスーパーコン

ら，高温環境下で動作する熱電発電デバイスの開発に向けて

ピューターによる空孔サイトへの格子間 Ni 原子の侵入に伴実用化研究が活発に行われている． NZS 合金では，高い結う局所結晶構造の変化の大規模バンド計算を組み合わせるこ晶対称性にも関わらず，熱伝導率が 1 桁 W / mK 程度であとにより，高い熱電変換性能を持つハーフホイスラー型

り，この低い熱伝導率が高い zT に寄与している．NZS 合金

NZS 合金中に存在する局所歪の観測に成功し，高い熱電変における低い熱伝導率は既存の理論と比較して約半分程度で換性能のしくみを説明することに成功した．本稿では，これ

名古屋工業大学工学部物理工学科准教授(〒4668555 名古屋市昭和区御器所町)
Local Crystal Structure Analysis of HalfHeuslerType Thermoelectric Materials by Xray Absorption Fine Structure Method; Hidetoshi
Miyazaki(Department of Physical Science and Engineering, Nagoya Institute of Technology, Nagoya)
Keywords: thermoelectric materials, halfHeusler alloys, NiZrSn, local crystal structure, Xray absorption fine structure
2021年 6 月25日受理[doi:10.2320/materia.60.546]



特

集

までに著者らが行ってきたハーフホイスラー NZS 合金における局所結晶構造解析の最近の研究成果を紹介する(22)．

( Ni4Zr4Sn4)に対して 2 × 2× 2 のスーパーセルを用いた．計算に用いた格子間 Ni を含む NZS 合金の組成( Ni36Zr32Sn32 )は，XAFS 測定に用いた NZS 合金の組成(Ni34Zr33Sn33)と比.

ハーフホイスラー型 NZS 合金における空孔サイ
トへの原子欠陥による局所歪較的一致している．
Ni の格子間欠陥の歪みが周囲の原子に与える影響を調べるため，バンド計算によって最適な原子位置を決定した．図図( a )と( b )は，バンド計算に用いた NZS 結晶構造のモ

 は， Model 3 にお ける Zr ( 1.0, 1.0, 1.0 )原 子を 基準 に しデルである．空孔サイトにおける格子間 Ni の存在が局所的て，(110)面における各原子が平衡位置からどの程度，ずれな結晶構造に与える影響を評価するために，格子間 Ni を含ているのかを示した結果である．格子間 Ni 周辺の原子は平

まない NZS 合金( Ni32Zr32Sn32 )を Model 1 ，格子間 Ni 原子

衡位置から大きくずれており，格子間 Ni に隣接する Zr 原を含むハーフホイスラー型 NZS 合金(Ni36Zr32Sn32)として周子は平衡位置よりも約 0.9程度と最も大きくずれている．

辺原子の構造緩和を含まない場合を Model 2，構造緩和を含

格子間 Ni 原子周辺の原子の平衡位置からのずれは，格子間む場合を Model 3 として，構造最適化のためのバンド構造

Ni か ら 距 離 が 離 れ る ほ ど 小 さ く な る 傾 向 が あ り ， 5.5 Å

計 算 を 行 っ た ． バ ン ド 計 算 に は VASP code を 用 い(0.55 nm)離れた Sn 原子では約 0.4のずれが観測された．

た(23)(25)．希薄な格子間 Ni が及ぼす局所結晶構造への影響

この局所的な結晶の歪の存在が NZS 合金における熱伝導率を取り扱うために，ハーフホイスラー合金のユニットセル

が理論計算と比較して低いことに関与している可能性が考え
られる．

.

X 線吸収端微細構造法によるハーフホイスラー型
NZS 合金における原子欠陥への侵入元素が及ぼす局所歪の評価

2 章において， NZS 合金においては，空孔サイトへの格

子間 Ni 原子の侵入により，周辺原子の局所的な歪の存在が示唆された．そこで，実験的にこの局所歪の観測を試みるた
めに， NZS 合金に対してあいちシンクロトロン光センター
BL5N1 において XAFS 測定を行った．図にハーフホイス

ラー型 NZS 合金における Zr K 吸収端の XANES スペクト
ルおよびハーフホイスラー構造中の空孔サイトに格子間 Ni
が存在し局所的な歪が生じている際(Model 3)の XANES ス
図1( a ) C1b 型ハーフホイスラー NiZrSn 合金の結晶構造．
図中の面は(110)面を示す．図中の座標は，スーパーセル内の Ni36Zr32Sn32 の相対座標である．(b) さまざまな
ハーフホイスラー構造とその欠陥モデルの原子座標
ハーフホイスラー合金の完全な結晶構造を Model 1，空孔サイトに格子間 Ni を含むが周辺原子の構造緩和を行わない場合を Model 2 ，格子間 Ni 周辺の原子を最適な
原 子 位 置 ま で 構 造 的 に 緩 和 し た 場 合 を Model 3 と した．矢印は，平衡位置から緩和位置への方向を示す．
(オンラインカラー)

図3

図2

Model 3 における Zr( 1.0, 1.0, 1.0 )原子を基準とした，(110)面の周囲の各原子の平衡位置からのずれ．(オンラインカラー)

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

ハーフホイスラー型 NiZrSn 合金における Zr K 吸収端における XANES スペクトル(点線)およびハーフホイスラー構造中の空孔サイトに格子間 Ni が存在し局所的な歪が生じている際の XANES スペクトルの計算値(図1 中の Model 3 鎖線)．同じビームタイムで測定した
Zr 箔(参照試料)の Zr K 吸収端 XANES スペクトルも示している．(オンラインカラー)ペクトルの計算値を示す．NZS 合金の 17998 eV にあるピー

ハ ー フ ホ イ ス ラ ー NZS 合 金 中 の Ni 原 子 の K 吸 収 端

ク“A”は，dp 混成状態に起因するものである(26)．1s→5p

XANES スペクトルの実験結果と理論計算結果を図に示

遷移に対応するメインピークである“B”(Zr 金属18006.6

す．図 5 の“ B”で示される Ni の主要な K 吸収端は， 1s →eV， NZS 合金18008.6 eV)と“ C”(Zr 金属 18022 eV，4p の遷移によるものである．Ni K 吸収端 XANES スペクト

NZS 合金18024 eV)に典型的なスプリットピークが観測さ

ルは 8319 eV から立ち上がり始め，8331.3 eV に弱い肩のよれている．ピーク“ B ”は四面体サイト対称からなる Zr 原

うなエッジを示す(図 5 の“A”で示す)．理論計算と実測の子の 1s→5p 遷移に対応し，ピーク“C”は立方体 NZS 合金

スペクトルはよく一致している．測定データと計算データのの八面体サイト対称からなる Zr 原子 1s→5p 遷移に対応する．

一致により，Ni 周辺の局所結晶構造は Zr と同様に図 1 中のZr K 吸収端の XANES スペクトルの実験結果は，計算値とModel 3 となっていることが明らかとなった．

よい一致を示している．そこで， FEFF 8.2 コード(27)(28) を

Ni K 吸収端 EXAFS スペクトルから抽出したハーフホイ

用いて NZS 合金のバンドギャップを算出したところ，0.395

スラー NZS 合金の EXAFS 散乱強度( x )を， Model 3 から

eV と計算された．この結果は，欠陥のない NZS 合金のバ計算される結果とともに図に示す． Ni K 吸収端から観測

ンド構造計算で得られるバンドギャップ 0.525 eV よりも小された散乱強度は， Zr において観測された散乱強度ほどはさい(29)(32) ．このような挙動は，構造の歪みによってバン一致していない．一般的に，観測原子周辺の原子配置の乱れ

ドギャップが減少することで説明でき(33)(34)，バンドギャッが生じた際に散乱強度の減衰が観測される．つまり， Ni 原

プの観点からも局所歪の存在が示唆される．

子で観測された散乱強度の不一致は， Ni 原子周辺の格子間

XANES 領域よりも高エネルギー側の EXAFS スペクトルには，測定原子の周辺の局所的な結晶構造に関する情報が含まれている．励起された測定原子の内殻電子は，その余剰エネルギーを運動エネルギーとして近隣の原子間を移動する．
この光電子の散乱により，EXAFS スペクトルのテール部分には振動構造が生じる．この振動構造は，干渉の位相が揃っているときは正，位相がずれているときは負となる．スペク
トルの振動領域の情報は，XAFS 解析ソフトである ATHENA や ARTEMIS プログラムを使って EXAFS 領域の振動部分を抽出することで解析した．EXAFS 領域は，主吸収端の約 80 eV 高エネルギー側に位置し， 400 ～ 800 eV のエネ
ルギー範囲内の振動構造を解析した．Zr Kedge EXAFS ス
ペクトルから抽出したハーフホイスラー NZS 合金の EXAFS 散乱強度( x )を Model 3 から計算される EXAFS 散乱

強度とともに図に示す．全体的に測定データと計算データ

図5

ハーフホイスラー型 NiZrSn 合金における Ni K 吸収端における XANES スペクトル(黒点線)および図 1 中のModel 3 から計算されたスペクトルの理論値(赤点線)の比較．(オンラインカラー)

図6

ハーフホイスラー NiZrSn 合金の Ni K 吸収端 EXAFS
スペクトルから計算された散乱強度の実験値と図 1 中の Model 3 から計算された理論値の比較．(オンラインカ

は一致しており， Zr 周辺の局所結晶構造は図 1 中の Model
3 となっていることが明らかになった．

図4ハーフホイスラー NiZrSn 合金の Zr K 吸収端 EXAFS
スペクトルから計算された散乱強度の実験値と図 1 中の Model 3 から計算された理論値の比較．(オンラインカ
ラー)



ラー)

特

集

ポテンシャルの不安定さを強調しており， Ni 原子周辺の局所結晶構造が乱れていることを示唆している． NZS 合金中における Ni 原子は，ハーフホイスラー構造中の 4c サイトおよび空孔サイト 4d サイトを占める格子間 Ni の 2 種類が存在している．ハーフホイスラー構造の構成元素である 4c サ
イト周辺の原子が不安定になる可能性は考えにくいため，空孔サイトへの格子間 Ni 原子の侵入により 4d サイト周辺の原子が不安定になっている可能性が考えられる．その結果，
この局所的な結晶の歪の存在が NZS 合金において，理論計算と比較して低い熱伝導率に関与している可能性が示唆され
る．

.

お わ

り

に

光電子分光法やホール係数の詳細な測定により， NZS 化
合物の移動度および電子質量を検証した結果，構造欠陥がメ
インキャリアの移動度の低下を引き起こし，その結果，ゼーベック係数が増加することが報告されている(21)．本研究により観測されたハーフホイスラー構造中の空孔サイトへの格
子間 Ni の侵入による欠陥構造が作り出す局所歪は，フォノンが関与する熱伝導率の低減のみならず，電子が関与するゼーベック係数の増大にも寄与している可能性が示唆される．
今後，この欠陥構造を積極的に制御する方法が見いだされれ
ば，電子とフォノンの同時制御による更なる熱電変換性能の向上に寄与できると期待される．
本研究は， Osuman Murat Ozkendir 教授(トルコ・ Mersin 大学)，Selen Gunaydin 氏(トルコ・Mersin 大学)，渡邊厚介(現在，九州工業大学)，曽田一雄名誉教授(名古屋大学)，西野洋一教授(名古屋工業大学)との共同研究成果によるものである．また，本研究の一部は，科学研究費補助金基盤研究(C)( 17K06771, 18K04748, 20K05100, 20K05060 )の助成を受けて行われた．ここに感謝申し上げます．

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★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
2009 年 3 月

宮崎秀俊

名古屋大学大学院工学研究科博士課程後期課程修了2009 年 4 月 自然科学研究機構分子科学研究所 極端紫外光研究施設 研究員
2011 年 4 月 名古屋工業大学若手研究イノベータ養成センター テニュアトラック助教
2014年 1 月―現職
専門分野高機能性材料の開発，量子ビームおよび理論計算を用いた結晶・電子状態解析◎ホイスラー化合物を中心に新規熱電変換材料の性能向上および量子ビームを用いた機能性メカニズムの解明に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

Half
Heusler 規則構造の格子サイト占有に基づく熱電特性制御
木

村

好

里
CHAI Yaw Wang
1)
2)

土星の探査を経て 2012 年頃に太陽系外に出て以来，現在も

.

は じ

め

に

航行を続け50年にわたるミッションを RTG が支えている．
温度差を確保することで長期間継続して発電できる熱電変換

廃熱など多様な熱源を利用して温度差で発電する熱電変換のメリットが理解できる．また，熱源の温度や規模を問わなは，原理的に稼働時における CO2 排出ゼロで発電できる技

いことも熱電発電の特徴であり，産業活動や一般生活の廃熱術であり，持続的発展を目標に環境エネルギー問題の解決を利用に限らず，再生可能エネルギー発電やエネルギーハーベ

図る有効手段として広く認識されている．地球上には様々なストなど広い用途に対して期待を集めている．最近では特に規模の熱エネルギーが未利用のまま分散しているが，これら

IoT(Internet of Things)技術とその応用展開を支える独立電を電気エネルギーとして回収できる可能性がある．一般に熱源としての役割に大きな価値が見いだされている．実用化に電材料の性能は，無次元性能指数 zT ＝( S 2s / k ) T を用いては熱電発電モジュールの小型化と高効率化が必要であり，熱評価され，ゼーベック係数(熱起電力)S と電気伝導率 s を大電材料には低温における出力因子 S 2s の向上，厳しい制約

きく，熱伝導 k を小さくすることで zT を向上できる(1)(4)．

の熱マネジメントの基盤としての低い熱伝導率が要求される．

S と s はキャリアを介して基本的にトレードオフの関係にあVoyager ミッションで実証されているように，固体素子

り材料組成の調整による独立した制御は困難である．熱伝導で構成されて機械摺動部を持たない熱電モジュールには，メ率 k はキャリア成分と格子(フォノン)成分の和で表され，ンテナンス不要で長期使用できるメリットがある．使用条件

キャリア濃度を最適化して電気出力を最大にするため，キャによって，温度サイクルの熱応力や機械的な振動による疲労

リアの影響を受けない格子成分の制御は性能改善の鍵とな

破壊，高温での酸化や腐食による材料劣化が実用上の問題とる．目安として zT ＝ 1 以上かつ温度差 250 K 程度の条件になる．従って高性能はもちろん，長期寿命を支える耐久性とより，約10を超える変換効率 h が見込まれる(1)．

信頼性が熱電材料の特性として求められる．これらの観点か

熱電材料研究の長い歴史において，冷却や精密な温度制御

ら，熱膨張係数，耐酸化特性などの物理的，化学的性質が互に使用するペルチェ熱電素子は，例えばレーザー発振機の温いに近くなるように同一材料から N 型と P 型の素子を作り度管理などに実用されて情報社会を支えている．ゼーベック

分けることが有利である．金属間化合物 HalfHeusler は魅

熱電素子による発電に関しては，材料性能とモジュール変換

力的な候補材料の一つである(5)(8)(46)(50)(52)．本稿では，環効率を飛躍的に改善することが永年の課題であり，経済的に境低負荷の元素だけで構成できる合金系として MNiSn(M :低コスト化が必須となる一般用途での社会実装は現状においTi, Zr, Hf )をベース合金として選択し， Half Heusler 規則て進んでいない．熱電発電の技術は宇宙探査船の電源 RTG

構造の各原子サイトと空孔サイトにおける構成元素ならびに(Radioisotope Thermoelectric Generator)という特殊用途に添加元素の占有挙動と熱電特性の関係について議論する．状おいて確かな実績を残している．例えばアメリカ航空宇宙局

態図に基づく相平衡の理解にも焦点をあて，合金組成，規則の Voyager(1 号・2 号)では，1977年の打ち上げから木星と構造と格子欠陥，組織と相界面の体系的な制御による熱電材

東京工業大学物質理工学院材料系1)教授 2)特任准教授(〒2268502 横浜市緑区長津田町4259J319)
Thermoelectric Properties Control based on the Lattice Site Preferred Occupation in HalfHeusler Ordered Structure; Yoshisato Kimura,
Yaw Wang Chai(Department of Materials Science and Engineering, School of Materials and Chemical Technology, Tokyo Institute ofTechnology, Yokohama)
Keywords: materials design, HalfHeusler, ordered structure, thermoelectric, phase stability, substitutional elements, lattice defects, phase separation, Seebeck coefficient, electrical and thermal conductivity
2021年 6 月21日受理[doi:10.2320/materia.60.550]



特

集

料設計の指針を検討する．

MPtSn は P 型のゼーベック係数を有しており， TiPtSn は温度上昇に伴い N 型から P 型に大きく遷移している．ゼー. HalfHeusler の規則構造と熱電特性

ベック係数 S を理論的に考察した報告は多数あり(1)(7)(47)，
例えば Mott の理論式によると状態密度 N ( E)に反比例した

Half Heusler ( HH と 表 記 ) 相 の C1b 型 お よ び Heusler

関 数 で 表 さ れ(3) ， フ ェ ル ミ 面 EF に お け る 状 態 密 度 DOS(FH)相の L21 型の規則構造について単位胞を図に示す．

(Density of state )の傾き［ &N (E )/ &E ]EF に依存して S の値

例えば TiNiSn を Ti サイト( 0, 0, 0 )， Sn サイト( 1 / 2, 1 / 2,が決まる．

1 / 2 )， Ni サイト( 1 / 4, 1 / 4, 1 / 4 )，空孔サイト( 3 / 4, 3 / 4, 3 /S＝4 )とする(53)． NiTiSn ， Ni2TiSn と表記すべきかもしれない

p2 k2B T 1
3 e N(EF)[&N&(EE)]

(1)
E＝ Ef

が，著者が引用してきた慣例に従って本稿では TiNiSn ，kB はボルツマン定数，e は電子の電荷である．価電子帯側のTiNi2Sn と書くことにする． HH 相 TiNiSn の空孔サイトがDOS バンド端に EF が位置すると P 型，伝導帯側では N 型

全て Ni 原子で置き換わると FH 相 TiNi2Sn となる． HH 規

特性となる．ゼーベック係数の値と符号を制御するには，元則構造は相互貫通した 4 つの FCC 副格子として，あるいは素と組成の選択に併せて非化学量論組成と点欠陥の活用を図

相 互 貫 通 し た 2 組 の B1 型 ( NaCl 型 ， Rock salt ) の 副 格 子

ることで電子構造を最適化し， EF 近傍に急峻で非対称な( Ti と Sn ， Ni と空孔)として捉えることができる．単位胞

DOS の分布を作り出すことを考える．ここで同じ VEC＝18

において 2 組の B1 型副格子を内と外どちらに配置しても規でありながら，MNiSn は N 型，MPtSn は P 型(M : Zr, Hf)

則構造としては等価である． Ni と空孔を単位胞の外側， Tiの特性を示すことは興味深い．Ni と Pt は同じ価電子数の第と Sn を内側に収まるように描くと， FH 規則構造は 8 個の10族元素であるが，Ni の 3d 電子と Pt の 4f 電子の違いによ

BCC 単位胞で構成されると捉えることもでき， A2 型(ランって結合における電子軌道の重なりやエネルギーバンド構造

ダム BCC)，B2 型(AB)，D03 型(AB3)，L21 型(AB2C)のよは大きく異なる．総電子数が異なる元素の選択や各サイトのうに規則度の異なる一連の BCC 基調の結晶構造を考えると固溶置換によってフェルミ面と状態密度バンド端の位置が相きには便利である．

対的にシフトすることで伝導タイプが N 型と P 型で遷移す

HH 相は総価電子数 VEC ( Valence electron count ) 16 からることが説明できる．同じ第 10 族 Pd について ZrPdSn と19 を中心に数多くの合金系において金属，半金属，半導体

HfPdSn の HH 相としての報告はあるが熱電特性に関する記などの性質を示す安定相として存在し， VEC が 18近傍では述 は な い(40) ． 実 際 に TiPdSn と ZrPdSn を 作 製 し て み る

半導体の性質を示すとされる(5)(7) ． N 型の優れた熱電特性と，安定な HH 相として存在しないことが分かった． N 型を有する MNiSn(M : Ti, Zr, Hf)は最も多くの研究がなされで あ る NbCoSn(45) に 対 し て Co を 同 族 の Ir で 置 き 換 え たている HH 相である(8)(35)．一方，P 型の優れた熱電特性を

NbIrSn が P 型の特性を示すことが報告されている(40)．

示す HH 相としては TiCoSb など Sb 系などがよく知られており(36)(39)，他に Sn 系でも報告がある(40)(45)．著者は環境に配慮した材料設計の立場から Sn 系に着目し，光学式浮遊帯域溶融 OFZ(Optical floating zone melting)を用いた一方向凝固 DS ( Directional solidification)により，ほぼ HH 単相の組織を有する種々の合金を作製して熱電特性を評価してきた(14)(16)(17)(27)(28)(42)(44)(46) ．図にゼーベック係数の温度依存性を示す．TiNiSn は OFZDS 法による単相合金が作製できず， TiNi 固相/ Sn 液相の拡散反応を応用した粉末焼結法 を 用 い た(27)(28) ． MNiSn と NbCoSn は 優 れ た N 型 ，

図2
図1

HalfHeusler (HH) C1b 型および Heusler (FH) L21 型
規則構造の単位胞．

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia JapanHH のほぼ単相組織を有する種々の HH 合金のゼーベ
ック係数の温度依存性．OFZDS で作製した asgrown
試料の測定． TiNiSn は TiNi 固相/ Sn 液相拡散反応を応用した粉末焼結法で試料を作製．



HH 相の規則構造，電子構造，熱電特性の関連を理解する

うに追記すれば同一の合金系に HH と FH の両相が必ず共ことを目的に第 1 原理計算などを用いた理論的な検討がな存する訳ではない．優れた熱電材料である FH 相 Fe2VAl のされている(48)(51) ．例えば， Ni サイトと空孔サイトが B1

場合には， Fe V Al 三元系において安定相として HH は存型副格子を組む位置関係にあることで Ni3d band が細くな

在しない．

り bonding sub band と anti bonding sub band に分裂し，HH 相 TiNiSn は FH 相 TiNi2Sn と 平 衡 す る こ と か ら ，

フェルミ面 EF がその谷間に位置することでバンドギャップ

OFZDS など溶解凝固法で作製した試料は，やや Nirich のを持つ半導体となることが説明されている(49) ． HH 相の電組成になる．一方，固相 TiNi と液相 Sn の拡散反応界面に子構造と物性を決める鍵となるのは B1 型副格子を組む Ni

は化学量論組成を有する TiNiSn 相を形成できる．これら試サイトと空孔サイトであると言える．実測した電気抵抗率の料を比較した組織観察結果を図に示す．固液反応界面で形

温度依存性から導出したバンドギャップの大きさには幅があ成する化学量論組成 TiNiSn は走査電子顕微鏡では HH の単るが，例えば ZrNiSn で約 0.11 eV，HfNiSn で約 0.21 eV 程相組織として観察されるが，走査型透過電子顕微鏡(STEM:度である(14)．理論的な考察と光電子分光分析など実験的手Scanning Transmission Electron Microscopy)の明視野像(a)法を併せることで規則構造，電子構造，熱電特性の関連を詳で詳細に観察すると Modulatedlike structure と呼称するナ

しく理解することができれば， N 型と P 型の伝導タイプをノ構造が認識できる．高分解能電子顕微鏡( HRTEM: High

制御して作り分ける熱電材料設計が期待できる．

Resolution TEM ) 格 子 像 と 高 速 フ ー リ エ 変 換 ( FFT: Fast
Fourier Transformation)による回折図形(b)，さらに回折図

.




Half Heusler MNiSn ( M : Ti, Zr, Hf )構成元素のサイト占有による組織形成と熱電特性の関係
HalfHeusler 相 MNiSn と Heusler 相 MNi2Sn(M : Ti, Zr, Hf)の規則構造と相平衡の関係

形を逆高速フーリエ変換(IFFT: Inverse FFT)で再構成した格子像(c)により，原子配列が局所的に乱れた領域が観察できる．これは模式的に(d)に示すように，高温(有限温度)では Ni と空孔のペアが入れ替わる格子欠陥がランダムな分布で存在すると考えている．また，詳細な観察によって Ti と

M を Ti, Zr, Hf とする MNiSn 三元系において，HH 相

Sn のペアも同様に入れ替わることが報告されている(52)．Niの空孔サイトに固溶できる Ni 量は極めて小さく，正確に定と空孔，Ti と Sn，どちらも第 2 近接の位置関係であり拡散量分析することは困難であるが，およそ数 at 程度以下とによる入れ替わりは難しいが，空孔を含む前者では比較的容考えられる．固溶限は高温ほど大きいため凝固過程や熱処理易であると考えられる．図 3(a)，(b)で観察されるコントラの冷却過程において Nirich クラスターの形成や FH 相の析

ストは FH 相ナノ粒子の形成ではなく，点欠陥の存在に起因出が起こる(29)(35) ．化学組成の局所的ゆらぎ，熱力学的にする弾性ひずみに由来すると考えられる．溶解凝固で形成し準安定な状態までを考慮すれば，HH 相と FH 相は何らかのた Ni rich TiNiSn の場合は，( h )のように過剰 Ni が空孔を形で必ず共存すると言っても強調しすぎではない．FH は金占有したクラスターのドメイン形成が考えられ，原子配列の属相であるためゼーベック係数を低下させて性能劣化の原因

乱れが小さいように見える( e )，( f )． FFT 回折図形がディとなるが，ナノレベルで適正に制御できれば格子熱伝導を有フューズな(b)では点欠陥がランダムに分布，シャープな(f)効に低減して性能を改善できる可能性がある．誤解のないよ

では点欠陥がまとまったドメインとして分布すると解釈でき

図3



HH TiNiSn 相に形成するナノ構造( modulated like structure )( a )( d )化学量論組成の試料，( e )( h ) Ni rich 組成の試料，(a)，(e)STEM 明視野像，(b)，(f)HRTEM 格子像と FFT 回折図形，(c)，(g)IFFT で再構成の格子像，(d)，(h)形
成する主な点欠陥を説明した模式図．

特集

る．IFFT で再構成した格子像(c)，(g)では原子配列の乱れ

0.156 であり，周期律表で考えると Zr は変則的に大きい．

た部分が強調される．材料設計で意図しなくても，作製プロ

HH の格子定数( a / nm )を比較すると ZrNiSn  0.611 およびセスに依存して HH 相には高密度の点欠陥が形成され，そHfNiSn0.607に比べて TiNiSn0.592は小さく，格子ミス

れらが及ぼす影響を含めた結果として優れた熱電特性が測定

フィットに依存して蓄積される弾性エネルギーを解放するた

されていると言える．

めというサイズ効果が HH 相分離の一因であると考えられ

HH と FH の規則構造は熱力学的に同じ基盤でると考えれる． TiNiSn ZrNiSn HfNiSn 擬三元系において第 1 原理計

ば，FH 相で空孔が規則化して HH が相分離すると解釈でき，算を用いて相安定性を評価した報告では，図 4 の実験結果

NiMnSb ( HH )Ni2MnSb ( FH )擬二元系では Ni2－xMnSb にと比較すると温度や組成の詳細は必ずしも合致しないが，概おいて空孔の規則化が報告されている(54) ．最近接の異種原

ね同じ傾向の HH 相分離が示されている(50)．また TiNiSn

子間に引力が働く規則化と斥力が働く相分離が同一の合金中

ZrNiSn および TiNiSn HfNiSn の擬二元系においてバイノで発現することは一見矛盾するように思えるが，FeAl 系やーダル線とスピノーダル線を計算して相分離の妥当性を検討

CuZn 系では両者が発現することが知られている(55)．最近

した報告がある(51)．

接原子間に引力が働き，第 2 近接原子間には強い斥力が働

HH 相 MNiSn における M サイト相互固溶の効果ならび

く傾向である場合，規則化により相分離が誘起される．一方，に HH 相分離で導入される相界面は組織因子として熱電特

MNiSn 系では空孔サイトへの Ni 固溶限が小さく Ni 組成に性に影響を及ぼすと考えられる(16)(19)(35) ．最も顕著な影響

対する溶解度曲線の傾きが急峻であり，液相が相対的に安定が期待できる熱伝導率の温度依存性を図に示す．OFZDSになる温度域にあたるため HH と FH の溶解度ギャップがで作製した asgrown 試料を用いて測定した．比較のために閉じる頂点部分は状態図には現れないと考えられる．

示 し た 破 線 の HfNiSn と ZrNiSn ( OFZ DS ) ， 一 点 鎖 線 の

MNiSn ( M : Ti, Zr, Hf ) の M サ イ ト 固 溶 と Half Heusler 同士の 2 相分離が熱電特性に及ぼす影響

TiNiSn(前述の反応粉末焼結)に比べると，M サイトを相互固溶させた各合金が低い熱伝導率を有することが分かる(16)(18)(28) ．なお， TiNiSn は熱処理( HP HT )により熱伝

原子の固溶置換により格子熱伝導率を低減させて性能を改

導 率 を 低 減 で き る ． ( Ti0.13Zr0.87 ) と ( Ti0.15Zr0.85 ) 合 金 は善することは熱電材料設計における極めて一般的な指針であZrNiSn 単相組織，( Zr0.5Hf0.5 )合金は M サイト全率固溶，り，熱伝導率の低減が課題である MNiSn の M サイト固溶( Ti0.5Hf0.5 ) と ( Ti0.5Zr0.5 ) 合 金 は HH 相 分 離 で あ る ． ( Ti0.5

に関する研究例は数多くある．当初は M サイトの固溶状態

Zr0.5 ) 合 金 で は 追 加 で HH 単 相 域 で の 熱 処 理 ( HT1 ) 後 にには関心が無く，ランダムに固溶すると思われていた．温度

HH HH の 2 相域で熱処理( HT2 )を施して比較した．凝固に依存して M サイトの固溶状態は変化すること，ランダム過程においては Zrrich と Tirich の HH 相分離となり，大固溶状態からの温度低下に伴い( Zr, Hf ) NiSn と TiNiSn がきな格子ミスフィットを有するシャープな半整合界面が形成

相分離することを著者は明らかにした(16)(19) ．組織観察とし，化学分析プロファイルならびにミスフィット界面転位の組成分析の考察結果をまとめた TiNiSn ZrNiSn HfNiSn 擬

組織観察で識別できる(19)(35) ． HH 単相域温度での Ti と Zr

三元系状態図の 1273 K における模式的な等温断面を図にのランダム固溶状態から 2 相域に冷却保持することによる

示 す ． 原 子 半 径 ( r / nm ) は Ti  0.145 ， Zr  0.160 ， Hf 

HH 相分離では，溶解度曲線に沿った比較的小さい組成差のHH 相同士による整合に近いディフューズな相界面が形成す

図5

図4

HH 相 TiNiSn ZrNiSn HfNiSn 擬三元系状態図の模式的な 1273 K の等温断面図．

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

M サイトを固溶置換した MNiSn(M : Ti, Zr, Hf)合金の熱伝導率の温度依存性．基本的に OFZDS の asgrown
試料で測定．追加で( Ti0.5Zr0.5 ) NiSn では HH 単相域と考えられる 1373 K で熱処理(HT1)後，さらに HHHHの 2 相域と考えられる 1073 K で熱処理(HT2)を施した
後に測定．




ると考えられ， TEM や HRTEM による直接観察は極めてないが， HH 相 ZrNiSn に Co および Ir を添加すると Ni サ

難しい課題である．より高密度に導入でき，効果的なフォノ

イトを置換する代わりに空孔サイトに固溶することを見いだ

ン散乱効果が期待できる後者のディフューズ相界面による熱した(43)(44)．ここで Co と Ir が空孔サイトだけを占有した規伝導率の低減効果は大きいと考えられる．また，ここでは図

則度の高い状態である可能性については確かめられていな

示 して いな い電 気特 性に つい て述 べる と， ( Ti0.15, Zr0.85 )い．拡散対の実験などを参考に， Ni と合わせた過剰原子がNiSn 合金において 700 K で 5.0 mWm－1 K－2 を超える優れ空孔サイトを占有，すなわち Ni と Co または Ni と Ir が Ni

た電気出力因子 S 2 s が達成できる．これは FH 相 Fe2VAl

サイトと空孔サイトの両方をランダムに占有すると考えてい系など電気特性に優れる熱電材料と肩を並べる高い値である．

り，ドーピングなどの電気的チューニングを施さずに実現しM Ni Co Sn 四元系( M : Ti, Zr )状態図の 1273 K 等温正ていることが特徴的である．IoT デバイスの独立電源応用を四面体から HH 相 MNiSn と FH 相 MNi2Sn の化学量論組成目指すためには，低温域で高出力を維持することが必要であを含む濃度断面を切り出した模式的な状態図を図(a)，(c)り，格子サイト原子占有挙動に基づく電子構造制御などによに，対応する M(Ni，Cox)1＋xSn 合金(x＝0～1)の Co 濃度にりゼーベック係数と電気伝導率を最適化することが鍵として依存した格子定数変化を( b )，( d )に併せて示す．準備した考えられる．

合金には多相組織の合金が含まれるが，当該の濃度面外での相平衡についてはタイラインを表記していない． FH 相は

.




Half Heusler 相 ZrNiSn の空孔サイト固溶による熱電特性の制御
MNiSn( M : Ti ， Zr ， Hf )の空孔サイト固溶に関する

相平衡
前節で述べたように MNiSn 三元系 HH 相の空孔サイト

MNi2Sn MCo2Sn 間で連続固溶すると考えられる． Ti Ni 
CoSn 四元系の 1273 K では， HH と FH の相領域が連続する Ti Co Sn 三元系の傾向が強く反映され， TiNiSn 三元系の近傍において HH と FH に 2 相分離が生じる． Zr Ni 
Co Sn 四元系の 1273 K においても ZrNiSn 三元系の近傍

で HH と FH の 2 相 分 離 傾 向 が 見 ら れ ， HH 相 領 域 は FHに固溶する Ni 濃度は極めて小さいが， Ti Co Sn 三元系で

相 Zr(Ni, Co)2Sn の組成方向に延びているが，FH 相とは狭は 1073 K において FH 相から HH 相に組成域が連続していい 2 相領域によって隔てられている．さらに比較として，る相平衡が報告されており(56)，FH 相の Co サイトに空孔がM を Hf とする HfNiSn においては， Co はほとんど固溶せ導入されるか HH 相の空孔サイトに Co が固溶する可能性がず，HH と FH の間には広い 2 相域が存在する．なお，図 6

示唆される． Zr CoSn 三元系では ZrCoSn 組成は六方晶系に示す状態図上の HH 単相領域の脇には N 型から P 型へのの異なる化合物が安定相であり，HH は安定相として存在し熱電特性変化(後述)を記入してある．

図6



(a )，( c)M NiCoSn 四元系( M : Ti, Zr )状態図の 1273 K 等温正四面体から HH 相 MNiSn と FH 相 MNi2Sn の化学量論
組成を含む濃度断面を切り出した簡易表記の状態図，(b)，(d)対応する M(NiCox)1＋xSn，M(NiCo)2－ySn 合金(x＝0～1)に対して XRD で測定した格子定数変化の M(Co, Ir)濃度依存性．Co および Ir の固溶濃度は EPMA を用いて測定した．

特

集




ZrNiSn の空孔サイト固溶が熱電特性に及ぼす影響

HH (または FH )のほぼ単相組織を有する OFZ DS の as になると考えられ，それ以上の固溶量では過剰ドープとなる．固溶する Co 量がさらに増えると二相域を経て，金属的な振る舞いの FH 相 Zr(Ni, Co)2Sn に至る．

grown 試料を用いて熱電特性を測定した．結果から述べる

熱電特性を図 7 に掲載した種々の HH 相について，ホーと， ZrNiSn の空孔サイトに Co および Ir が固溶することにル効果測定から導出したキャリア濃度ならびに電気抵抗率の伴って熱電特性は N 型から P 型に遷移し，格子熱伝導率が

温度依存性から見積もったバンドギャップの値を表にまと大きく低減する．図に(a)ゼーベック係数 S，(b)電気抵抗

めて示す．ゼーベック係数と電気抵抗率(電気伝導率の逆数)

率 s，(c)，(d)熱伝導率 k の温度依存性を示す．(d)では Ir

はキャリア濃度を介して互いに関連し，キャリア濃度は電気添加合金の熱伝導率のキャリア成分と格子成分に分けて示し

抵抗率と熱伝導率に顕著な影響を及ぼす．P 型のゼーベックている．なお，図中凡例の試料名は HH 相の組成式は用い係数の値が大きい合金ほどキャリア濃度は高くなり，これにずに EPMA(Electron Micro Probe Analysis)で実測した Co

伴って電気抵抗率は低減する．また，図 7( d)から分かるよおよび Ir の固溶濃度で表記している．ゼーベック係数がうに，空孔サイト固溶によるキャリア濃度の変化は熱伝導率

700 K 近傍で－ 200 mVK－1 という ZrNiSn の優れた N 型特にも影響を及ぼす． Wiedemann Franz 則 r ･ kcar ＝ LT を用

性は，数 at の Co または Ir の空孔サイト固溶により劇的に P 型へと遷移する．なお， TiNiSn の空孔サイトに Co が固溶する場合にも N 型特性が P 型に遷移することを報告している(45) ． Ni より価電子数が 1 つ少ない Co と Ir は Ni に対する典型的な P 型ドーパントとして働くことは確かであ

表1

ZrNiSn および M ( Co, Ir )が空孔サイト固溶した Zr ( Ni,Mx)Sn(x＝0.2, 0.3)のキャリア濃度とバンドギャップ．

るが，ここでは前述した N 型 HfNiSn と P 型 HfPtSn と同

Alloysx(atM)

Carrier concentration,n /m － 3

Band gap
Eg/eV様の考え方，つまり，空孔サイト固溶による総電子数と電子

ZrNiSn9.48×1025

0.13

0.2Co(5.2Co)
0.3Co(9.6Co)

2.62×1026
6.81×1026

0.19
0.18

0.2Ir(6.1Ir)
0.3Ir(8.3Ir)

2.55×1026
3.82×1027

0.15
0.08

構造の変化に伴いフェルミ面と状態密度バンド端の位置が相対的にシフトすることで N 型から P 型へと劇的に遷移すると理解できる．その効果は Co より Ir でより顕著であり，およそ 6Ir および 10Co ( at )付近で P 型の最適キャリア濃度

図7

Co および Ir が空孔サイト固溶した Zr(Ni, Mx)1＋xSn 合金の(a)ゼーベック係数，(b)電気抵抗率，(c)，(d)熱伝導率の温度依存性．( d )では Wiedemann Franz 則を用いて Ir 添加合金の熱伝導率 k をキャリア成分 kcar と格子成分 klat を算出．
OFZDS の asgrown 試料で測定．HH 相の組成式ではなく EPMA で測定した Co および Ir の固溶濃度で試料名を表記．

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

いて熱伝導率 k ＝ kcar ＋ klat を格子成分 klat とキャリア成分

用の熱電材料開発で培ってきた種々のナノ構造を導入して制

kcar に分けて算出すると， Co と Ir の固溶量の増加に伴う P御する技術は IoT 独立電源を稼働させる低温での熱電特性型キャリア濃度の増大に起因してキャリア熱伝導率は上昇し制御に有効な手段として応用できる．高温用の大型素子ではている．L はローレンツ数であり，ゼーベック係数の実測値安定に維持できない非平衡あるいは準安定プロセスで導入すから算出した ZrNiSn の L ＝ 1.67 × 10－8 V2K－2 を用いているような構造であっても，低温用の微小サイズ素子では有効

る．一方，空孔サイトを原子が占有する固溶体効果によりフに活用できる可能性がある．IoT デバイスの独立電源応用に

ォノン散乱源として極めて有効に働くために格子の熱伝導は向けた熱電材料開発において， Half Heusler 相には多彩な劇的に低減され，全体としての熱伝導率は効果的に低減され材料設計指針に基づき高い性能と出力を実現できる可能性がている．参考までに， 6.1Ir 合金における 1000 K での出力あり，有望な熱電材料の一つとして積極的な社会実装が期待因子 S 2 s ＝ 1.0 mWm－1 K－2 および zT ＝ 0.3 がそれぞれの最される．

大値である． P 型特性を有する HH 相としての性能面ではThomas J. Seebeck によりゼーベック効果が発見されてSb ベース HH が現状では優位にある． Sn ベース HH の環から200年を記念する2021年に本特集が企画され，著者とし

境低負荷というメリットを活かした高性能熱電モジュールをて参画できることは光栄である．

実現することで安全性とリサイクル性という価値を付与できるため，Sn ベース HH において，優れた性能を誇る N 型と本稿で紹介した研究は，科学研究費，企業共同研究，科学同レベルの出力因子 5.0 mWm－1 K－2あるいは60から80

技術振興機構の戦略的創造研究推進事業など様々なサポート程度を目標として種々の特性制御による P 型性能の向上がを受けて実施できました．ここに感謝を申し上げます．ま望まれる．

た，これまで研究を遂行するために共に尽力してくれた研究室の歴代の学生諸氏に心から感謝を申し上げます．

.

お わ

り

に
文

献

Half Heusler 規則構造の各格子サイトにおける構成元素と添加元素の占有挙動が，電子構造の変化，あるいは相安定性に関連して形成する組織の変化を介して，熱電特性に及ぼす影響について検討した結果を紹介した．将来的に IoT の独立電源として低温度域で使用することを想定すると，規則
構造と電子構造の同時制御により，ゼーベック係数の正負，最大値となる温度域の制御法を確立することが望まれる．そのための今後の展望としては， N 型と P 型の間で伝導タイプを遷移させて最適化するメカニズムを理解するために，例
えば光電子分光分析を用いて可視化することで状態密度の理解を深めることが有効な手段であると考えられる．規則構造
が熱力学的に共通基盤である HH と FH では，両者の違いとなる全格子点の 1 / 4 もの空孔サイトの占有挙動を巡って，高温では様々な原因により種々の格子欠陥が導入されることが特徴である．結果として，原子スケールで局所的に形成する格子欠陥，ナノ構造，相界面などは観察と解析の対象として興味深いだけでなく，熱電特性に及ぼす影響とそのメカニズムを理解することがゼーベック係数の制御に特化した
熱電材料設計を深化させる上で重要となる．熱電特性の評価指標となる各々の物性値は，試料全体の平均値として測定されるため，局所的に特徴づけられる格子欠陥や組織因子が及ぼす直接的な影響を精密に解き明かすことは技術的には難しいことが多い．最近の発展がめざましい材料科学アプローチ
Materials Informatics 等を駆使して俯瞰的かつ包括的に整理し，種々の理論計算手法を駆使することで結晶構造，電子構
造，格子欠陥や相界面など組織因子，熱電特性の関係について，マルチスケールにわたりシームレスに理解することが望まれる．同様に原子レベルから組織レベルまで階層的な構造を造り込む作製プロセスに目を向けると，これまで主に高温

( 1 ) 上村欣一，西田勲夫熱電半導体とその応用，日刊工業新聞社，(1988).
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ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
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(52) K. S. Kim, Y. M. Kim, H. Mun, J. Kim, J. Park, A. Y.
Borisevich, K. H. Lee and S. W. Kim: Adv. Mater., 29(2017),
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Gorelenko and P. Rogl: J. Alloys Compd., 387(2005), 251255.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
木村好里
1994 年 東京工業大学大学院総合理工学研究科博士後期課程修了，博士(工学)
主な略歴 Visiting Researcher (Materials Science and Engineering, Pennsylvania University)，科学技術振興機構さきがけ研究員(兼任)現職
2018年 4 月専門分野金属組織学，合金状態図，金属物性工学◎合金状態図に基づくマルチスケール構造制御にフォーカスして，主に金属間化合物をベースとした熱電材料や耐熱合金の設計と創製に関する研究を中心に活動．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

木村好里

CHAI Yaw Wang

熱磁気効果をベースとした熱電材料の新展開
水

.

は じ

め

口

将

輝

に

電子の電荷とスピンの二つの自由度を融合して新しいエレクトロニクスを開拓することを目的としたスピントロニクスとよばれる研究分野は，ハードディスクドライブ( HDD )のセンサーヘッドや磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM )など，いくつかの実用的なアプリケーションを生み出しながら現在でも進展を続けている．特にこの 10 年で，スピントロ
図1

ニクスと熱の相関を取り扱う「スピンカロリトロニクス」の異常ネルンスト効果の模式図．

研究が注目され，スピントロニクスの中でも重要な分野の一つとして認識されるようになってきた(1)(3) ．磁場中におい

な熱電素子への応用が可能になると期待される(5)．熱電素子て金属や半導体に熱流があるとき，電位差あるいは温度差がへの応用のために不可避な要素技術として，大きな異常ネル生じる熱磁気効果は古くから知られている．これらの熱磁気

ンスト効果を示す材料の開発や異常ネルンスト効果の制御方効果の一つであるネルンスト( Nernst )効果は，温度勾配お法の確立などが想定される．筆者らは，このような背景からよび磁場が印加されたときに，双方の外積方向に電圧が誘導

異常ネルンスト効果を活用した熱電応用を目的とし，材料探される現象であり，荷電粒子にローレンツ力が作用すること

索やナノ構造の導入による制御などを試みてきた(6)(10)．本で生じる効果である(4)．特に対象となる物質が強磁性体のよ稿では，特にグラニュラー構造や(11) ，金属と半導体の多層

うな自発磁化を有する場合に付加的に生じる現象は異常ネル

構造(12)などのナノ構造における異常ネルンスト効果の増大

ンスト効果とよばれており，通常は自発磁化の大きさに比例現象について紹介し，熱磁気効果をベースとした熱電材料創して生じる現象であるとされている(図に模式図)．観測さ成の新しい展開について議論する．

れるネルンスト電界(E )は，ネルンスト係数(Q0)，異常ネル
ンスト係数(Qs)，外部磁場(H )，温度勾配(:T )および磁化ベクトル(Ms)を用いて，以下のように表される．
E＝Q0(H×:T)＋Qs( m0Ms×:T).

グラニュラー構造における異常ネルンスト効果の
増大現象

(1)

右辺第一項は外部磁場に比例する正常ネルンスト項であり，磁性材料を含むグラニュラー構造では，スピン依存トンネ

第二項は磁化の大きさに比例する異常ネルンスト項である．

ル伝導や異常ホール効果の変調効果など，特異な電気伝導現

異常ネルンスト効果には，熱電素子として広範に用いられて象が生じることが報告されており，異常ネルンスト効果の増いるゼーベック(Seebeck)素子には無い，いくつかの特長が大効果も期待される．そこで，グラニュラー構造を有する薄あるため，その素子設計を戦略的に行うことにより，高性能膜を作製し，ナノ粒子の形態を変化させた試料で異常ネルン

名古屋大学未来材料・システム研究所教授(〒4648603 名古屋市千種区不老町)
New Developments in Thermoelectric Materials Based on the Thermomagnetic Effects; Masaki Mizuguchi(Institute of Materials andSystems for Sustainability, Nagoya University, Nagoya)
Keywords: thermoelectric materials, thermomagnetic effects, ferromagnetic materials, anomalous Nernst effect, spin caloritronics
2021年 7 月27日受理[doi:10.2320/materia.60.558]



特

集

スト効果がどのように変化するのかを調べた．スパッタ法を

が，Co 領域に分散していることがわかる．MgO の濃度を増用いて Cox(MgO)1－x グラニュラー薄膜を作製した．薄膜の加させると， x ＝ 0.90 の試料では，金属 Co ネットワークの膜厚は 100 nm とし，Co ターゲットと MgO ターゲットのス

中に絶縁性の MgO の領域が多く形成された(図 2 ( c ))．さパ ッ タ リ ン グ 電 力 比 を 変 化 さ せ る こ と に よ り ， x ＝ 0.57,

らに MgO の濃度を増加させると， Co 間の距離やスペース

0.59, 0.63, 0.67, 0.73, 0.77, 0.81, 0.85, 0.90, 0.92, 0.96, 0.98,

が大きくなるとともに，Co の領域が小さくなり，Co グラニ

0.99, 1.00の14種類の試料を作製した．試料の組成比は，電ュールが形成され始めることが分かる．図 2( d)に示すよう

子プローブマイクロアナライザ( EPMA )による分析によりに， x ＝ 0.63 のサンプルでは，隣り合う Co グラニュールが同定した．試料の微細組織を透過電子顕微鏡(TEM)で観察

わずかにつながっており，パーコレーション閾値付近におけした結果を図に示す．図中の明るい部位は Co，暗い部位

るグラニュラー構造に典型的にみられる微細組織を有していは MgO に対応している．図 2(a )は， x ＝ 0.90 の試料の断面ることが分かった．これらの試料について，その異常ネルン

TEM 像であり，膜厚が設計値の 100 nm にほぼ等しいこと

スト効果を室温で調べた．薄膜面内方向に温度勾配を加え，と，表面・界面の平坦性が確認できる．図 2(b)は，x＝0.98

発生するネルンスト電圧を測定した．同時に温度勾配方向にの試料の高倍率断面 TEM 像である．ごく少量の MgO 粒子

生じるゼーベック電圧を測定し，ゼーベック電圧に対する異常ネルンスト電圧の比を異常ネルンスト角( uANE )と定義した．図(a)に示すように，uANE の大きさは，MgO の添加量の増加に従って増加し， MgO を添加していない Co 薄膜における uANE の3.5倍程度にまで大きく増加することが分かった．また，熱勾配の代わりに電流を印加した場合に定義される異常ホール角(uAHE)について同じ試料で調べた結果，図 3(b)に示すように， MgO の添加による uAHE の増加はほとん
ど確認されず，逆に大きく減少したことから，熱磁気効果のみに見られる増加現象であることが明らかになった．この結果は，熱電変換効率が大きく増加するグラニュラー構造のようなナノ構造を用いて素子設計を行うことにより，熱電変換効率を高められる可能性を示している．

.

金属と半導体の多層構造における異常ネルンスト効果の増大現象

薄膜の膜厚をナノメートルのオーダーまで減少させると，異常ネルンスト効果に特異性が生じる．Chuang らは，3d 遷
移金属元素の薄膜試料の膜厚を変えた試料について，室温で
図2

Cox(MgO)1－x グラニュラー薄膜の断面 TEM 像((a) x＝0.90 の低倍率像，( b ) x ＝ 0.98 の高倍率像，( c ) x ＝ 0.90の高倍率像，(d) x＝0.63の高倍率像)．

図3

異常ネルンスト効果の測定を行った．その結果，Fe, Co, Ni
薄膜では，膜厚が 20 nm 以下になると uANE の大きさが，10倍以上の大きさまで増大することを報告した(13) ．これは，Cox(MgO)1－x グラニュラー薄膜における (a) 異常ネルンスト角の MgO 添加量依存性および (b) 異常ホール角の MgO 添加
量依存性．それぞれの図の点線は，MgO を添加していない Co 薄膜における異常ネルンスト角，異常ホール角の大きさを示す．

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan超薄膜において電子構造がバルクのそれと比べて変調を受け層が非磁性層内に生じ，異常ネルンスト効果が増大する効果

る効果などに起因していると説明されている．同様に，膜厚が提案されているが(15) ，バンド構造が変調される効果や界が数ナノメートルである異種の超薄膜を積層した多層膜にお面における散乱の効果も寄与するという報告もあり，議論がいても，異常ネルンスト効果の増大現象が報告されている．

続いている．本研究で観測された増大効果の要因も明らかに

Uchida らは，膜厚が数ナノメートルの Pt および Fe を交互はなっていないが，金属/半導体の多層構造における異常ネに積層した多層薄膜を作製し，温度勾配を薄膜面直および薄ルンスト効果の増大はこれまでに報告が無いため，さらなる

膜面内方向の異なった方向に印加した場合のそれぞれの異常現象の解明が待たれる．いずれにしても，本構造を用いるこ

ネルンスト効果を室温で測定した(14) ．

Pt および Fe 層の膜とにより熱伝導率の低減と異常ネルンスト効果の増大を同時厚や積層数を変化した試料で横ゼーベック係数の大きさの比に達成することができることが明らかになった．この結果較を行ったところ，いずれの温度勾配方向で測定した場合では，金属・半導体のハイブリッドナノ構造を用いて素子設計

も，積層数を増加した場合，横ゼーベック係数が増加する結を行うことにより，熱電変換効率を高められる可能性を示し果が得られた．これは，界面数が増加することにより異常ネている．

ルンスト効果が増大することを示唆している．一方，熱電材

.

料への応用の観点からは， Qs や電気伝導率の増加に加え

ま

と

め

て，熱伝導率(k)の低減も重要である．一般に金属は高い kを有するため，低い k を示す半導体などとのハイブリッド

熱磁気効果の一つである異常ネルンスト効果を活用した熱ナノ構造を設計することは有効な手段である．そこで，低い電応用を目的として，グラニュラー構造や金属・半導体多層

熱伝導率を有するアモルファス半導体層と強磁性金属層から構造のようなナノ構造の導入による異常ネルンスト効果の増なる多層構造に着目し，熱伝導率の低減と異常ネルンスト効

大現象を調べた．スパッタ法を用いて Cox(MgO)1－x グラニ

果の増大を同時に達成することを狙った．電子線蒸着装置を

ュラー薄膜を作製し，ナノ粒子の形態を変化させた試料で異用いて，Si(001)基板上に Co および Si を室温でそれぞれ 20

常ネルンスト効果がどのように変化するのかを調べた．試料

nm ずつ交互に 2 層ずつ積層し，これを Si / Co 多層膜としのナノ構造を透過電子顕微鏡で観察した結果，平均粒径数ナた．参照試料として，20 nm の Co 単層膜も作製した．構造評価には，走査型電子顕微鏡法( SEM )，ラマン分光を用いた．熱伝導率測定には 2v 法を用いた．Co 単層膜および Si/
Co 多層膜の SEM 像を確認したところ，図( a )および( b )に示すように，各層の膜厚が設計値通りに 20 nm で均一に積層されていることが分かった．また，試料の熱伝導率を測定したところ， Si/Co 多層膜は，参照用の Co 単層膜よりも30 倍程度低い熱伝導率を示した．これは，熱伝導率の低い
Si を挿入した効果であると考えられる．これらの試料について，その異常ネルンスト効果を室温で調べた．薄膜面内方向に温度勾配を加え，発生するネルンスト電圧を測定した．
その結果，図に示すように，多層膜の Qs は Co 単層膜のそれと比較して， 2.6倍程度大きい値となった．このように多層膜における異常ネルンスト効果が増大する要因として，磁性/非磁性界面において，近接効果により僅かな磁性拡散

図4



図5

Co 単層膜および Si/Co 多層膜の異常ネルンスト係数．

(a) Co 単層膜の断面走査型電子顕微鏡像および (b) Si/Co 多層膜の断面走査型電子顕微鏡像．

特

集

文

ノメートルサイズの MgO の微粒子が Co 薄膜内にランダム献に分散した形態であることが分かった．MgO の微粒子は，その添加量に応じて互いに孤立している構造から連結している構造まで，様々な形態をとることが明らかになった．異常ネルンスト効果を測定した結果，uANE の大きさが，MgO の添加量の増加に従って増加し， MgO を添加していない Co
薄膜における uANE の3.5倍程度にまで大きく増加することが分かった．また，熱伝導率の低減と異常ネルンスト効果の増大を同時に達成することを目的とし，低い熱伝導率を有する
アモルファス半導体層と強磁性金属層からなる多層構造に着目した．電子線蒸着により Co およびアモルファス Si の多層膜を作製し，熱伝導率および異常ネルンスト効果を調べた．
Si/Co 多層膜の熱伝導率を測定したところ，参照用の Co 単層膜よりも 30 倍程度低い熱伝導率を示した．これは，熱伝導率の低い Si を挿入した効果であると考えられる．異常ネ
ルンスト効果を測定した結果， Si / Co 多層膜の Qs は Co 単層膜のそれと比較して， 2.6倍程度大きい値となった．この結果から，Si/Co 多層膜において熱伝導率の低減と異常ネル
ンスト効果の増大を同時に達成することができることが明らかになった．以上から，熱電変換効率が大きく増加するグラ
ニュラー薄膜のようなナノ構造や金属・半導体のハイブリッ
ドナノ構造を用いて素子設計を行うことにより，熱電変換効率を高められる可能性が示された．
本稿で紹介した研究成果の多くは，筆者の研究グループの( 1 ) G. E. Bauer, E. Saitoh and B. J. van Wees: Nature Mater., 11(2012), 391.
( 2 ) M. Hatami, G. E. W. Bauer, Q. Zhang and P. J. Kelly: Phys.
Rev. Lett., 99(2007), 066603.
( 3 ) K. Uchida, S. Takahashi, K. Harii, J. Ieda, W. Koshibae, K.
Ando, S. Maekawa and E. Saitoh: Nature, 778(2008), 455.
( 4 ) W. Nernst: Ann. Phys., 267(1887), 760.
( 5 ) M. Mizuguchi and S. Nakatsuji: Sci. Tech. Adv. Mater, 20(2019), 262.
( 6 ) M. Mizuguchi, S. Ohata, K. Hasegawa, K. Uchida, E. Saitoh
and K. Takanashi: Appl. Phys. Express, 5(2012), 093002.
( 7 ) Y. Sakuraba, K. Hasegawa, M. Mizuguchi, T. Kubota, S.
Mizukami, T. Miyazaki and K. Takanashi: Appl. Phys.
Express, 6(2013), 033003.
( 8 ) K. Hasegawa, M. Mizuguchi, Y. Sakuraba and K. Takanashi:Appl. Phys. Lett., 106(2015), 252405.
( 9 ) S. Isogami, K. Takanashi and M. Mizuguchi: Appl. Phys.
Express, 10(2017), 073005.
(10) H. Sharma, Z. Wen, K. Takanashi and M. Mizuguchi: Jpn. J.
Appl. Phys., 58(2019), SBBI03.
(11) P. Sheng, T. Fujita and M. Mizuguchi: Appl. Phys. Lett., 116(2020), 142403.
(12) R. Kitaura, T. Ishibe, H. Sharma, M. Mizuguchi and Y.
Nakamura: Appl. Phys. Express, 14(2021), 075002.
(13) T. C. Chuang, P. L. Su, P. H. Wu and S. Y. Huang: Phys. Rev.
B, 96(2017), 174406.
(14) Ki. Uchida, T. Kikkawa, T. Seki, T. Oyake, J. Shiomi, Z. Qiu,
K. Takanashi and E. Saitoh: Phys. Rev. B, 92(2015), 094414.
(15) R. Ramos, T. Kikkawa, A. Anad áon, I. Lucas, T. Niizeki, K.
Uchida, P. A. Algarabel, L. Morell áon, M. H. Aguirre, M. R.
Ibarra and E. Saitoh: Appl. Phys. Lett., 114(2019), 113902.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

Himanshu Sharma 博士研究員および Peng Sheng 博士研究員と，高知工科大学

藤田武志教授，大阪大学

北浦怜旺奈氏，石部貴史助教，中村芳明教授との共同研究によるものであり，各氏に感謝申し上げる．本研究の一部は，科学技術振興機構 CREST 研究(Grant No. JPMJCR1524)，文部科学省
科 学 研 究 費 補 助 金 基 盤 研 究 ( A ) ( Grant No. 17H01052,
19H00853)，国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))(Grant No. 18KK0377)，村田学術振興財団研究助成およびカシオ科学振興財団研究助成の支援を受けて行われた．

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

水口将輝

2003年 3 月 東京大学大学院工学系研究科博士課程修了
2003年 4 月 日本学術振興会特別研究員(DC)2004年 4 月 大阪大学大学院基礎工学研究科特任助手
2007年 3 月 東北大学金属材料研究所助手
2007年 4 月 東北大学金属材料研究所助教
2009年 5 月 東北大学金属材料研究所准教授
2020年 5 月 名古屋大学大学院工学研究科教授
2021年 4 月 名古屋大学未来材料・システム研究所教授
専門分野磁性材料，スピントロニクス◎新規磁性材料開発やスピントロニクス現象の解明と新機能の探究に関する研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

体温を用いたマイクロ熱電発電モジュール技術
菅

原

聡

の電源確保に有効になると考えられる．さらに，発電によっ

.

は じ

め

に

て生じた余剰な電力を蓄電しておくことで信頼性はさらに向上できる．

近年，Internetofhumans (IoH)と呼ばれるヒトを対象とまた，ヘルスケアのための WD では，スマートフォンなした IoT ともいえる電子システムが注目されている(1)(2) ．

どのモバイルデバイスとの併用を前提にすれば，やはり

特に，IoH は高度高齢化社会における重要課題である医療・WD の無線通信を消費電力の低い短距離に限定できる．し介護・ヘルスケアの分野においてその重要性が認識されていたがって，この場合でも体温による熱電発電を電源として利る．今後のさらなる高齢化社会では，病院や専門の施設によ用できる可能性がある．ヘルスケアの分野では， WD の社

る医療/介護から在宅医療/介護への推進が重要(必要)になっ会への普及が必要になるが，体温による発電を用いた WDてくるが，このような状況における医療やケアの質の低下がのバッテリーレス化はその商品価値を大幅に上げると予想さ

懸 念 さ れ て い る ． ま た ， 国 民 の 健 康 維 持 は 個 々 の QoL

れ，WD の社会普及を促進できる．

( Quality of life )の向上のみならず，健康保険など財政にも以上のように，医療/介護およびヘルスケアの分野においかかわる問題になっている．IoH は近い将来に日本が突入すて， IoH は重要な社会システムの 1 つになると考えられ，ることになる極端な高齢化社会における在宅医療/介護や国

その MMI となる WD に体温を用いた熱電発電技術を用い民の健康維持/推進に重要な役割を演ずると予想されている．

ることの期待は極めて大きい．この一方で，現状では課題もウェアラブル・デバイス( WD )はヒトと IoH システムを多く，従来技術だけではその実現は困難である．日本の時計繋ぐマン・マシン・インターフェイス( MMI)として用いらメーカーからは，体温を用いた熱電発電によって駆動する腕

れる．医療・介護目的の IoH に用いられる WD では主機器

時計がすでに発表されている(3)(4)．世界に先駆けた優れた研とワイヤレス(無線)で接続できることに重要な意味がある．

究開発であるが，以上に述べたような WD に応用するには

特に，有線デバイスのように利用者の行動的自由を奪うとい発生できる電力が足りず，この技術だけでは通信機能を大きった問題を生じないことは重要である．しかし，ワイヤレス

く制約するなどの問題を生じ，IoH 応用には適さない．この接続の場合では WD に用いる電源が課題となり，バッテリ

新たな応用に対応できる新しい熱電発電技術が必要になる．

ー切れなどのない信頼性の高い電力供給用電源が必要にな

本稿では， IoH を対象とした WD の電源に用いることがる．このような WD の主な機能はバイタルデータのセンシできる体温をエネルギー源とするマイクロ熱電発電(mTEG)

ングと無線通信であるが，特に無線通信は電力消費が大きモジュール技術について述べる．はじめに，従来技術を応用

い．医療・介護の現場では無線 LAN 等の室内無線中継器のする場合の課題について述べ，次に，この課題を解消し，高利用を前提とできるため， WD は消費電力の小さな短距離

い出力の期待できる新型の mTEG モジュールとその最適設無線を実現できればよい．したがって，体温による熱電発電

計技術について述べる．

を用いて WD に電力供給できる可能性があり，高い信頼性東京工業大学 未来産業技術研究所准教授(〒2268502 横浜市緑区長津田町4259
J314)
Micro Thermoelectric Generator and its Module Technologies Using Body Heat; Satoshi Sugahara (Laboratory for Future Interdisciplinary Research of Science and Technology, Tokyo Institute of Technology, Yokohama)
Keywords: micro thermoelectric generator, wearable device, body heat, internet of humans, thermoelectric thin-film, thermoelectricsoninsulator
2021年 6 月29日受理[doi:10.2320/materia.60.562]



特

集

(頻繁に)昇圧することなく実現できる必要がある．これらを.

従来技術に関する課題実現するためには，出力電力が最大化されるように放熱に対する熱的および負荷に対する電気的な整合がとれるようにゼゼーベック素子を集積化した小型の熱電発電デバイスをーベック素子を設計・集積化できるデバイス構造が必要にな

Micro thermoelectric generator (mTEG)と呼ぶ．この呼び名る．特に， WD の放熱能力に合わせて， mTEG モジュールはこれに放熱用のヒートシンクなどを組み合わせモジュールの熱抵抗を設計できることは重要である． WD 応用では，化したものの総称にも用いられるが，本稿ではゼーベック素

放熱による熱抵抗は一般的な mTEG に用いるヒートシンク

子を集積化し，発電の機能を備えた部分のみを mTEG と呼に比べてかなり高く，従来に比べて mTEG の熱抵抗を高くび，これを実装し，ヒートシンクなどを加えて高効率に発電する必要があるが．これには従来よりも微細化されたゼーベできるようにモジュール化したものを mTEG モジュールとック素子を集積化する必要がある．薄膜の熱電材料を用いる呼ぶことにする．体温を用いた熱電発電では mTEG とモジことは半導体大規模集積回路(VLSI)に用いられるリソグラ

ュールとを一体として考えることが重要になる．

フィなどの微細加工技術の導入を可能とし，さらに，従来技

体温を用いた mTEG モジュールの WD 応用では，短距離術では制約が大きかったゼーベック素子のサイズおよび素子通信を前提にして，1 mW 程度の出力が 1 つの目安になる．

数といった自由度を最大限に活用した設計の最適化を可能と

これは先に述べた腕時計に必要な電力の 100 倍程度にも及する．

ぶ．ヒトから放出される熱流を mTEG モジュールによって

図( a )，( b )に薄膜トランスバース型 mTEG のデバイス

電力に変換することでこの電力を実現する．体温を用いた構造を示す(6)(7)．これは数 100 nm数 mm 程度の厚さの熱電

mTEG モジュールの設計では，恒温動物であるヒトの局所材料薄膜を用いた mTEG の構造で，VLSI 技術に基づく微細的な産熱能力や皮膚近傍の熱抵抗等の理解に基づき設計する加工の導入が容易な構造である．この mTEG では，短冊状必要がある(5) ．従来の mTEG モジュールでは，放熱フィンの n 型および p 型熱電薄膜を交互に並べた構成で，それぞなどのヒートシンクを導入して，放熱の工夫によってれの接続部は交互に高温側および低温側のプレートに接続さmTEG の発電能力を最適化することができる．一方， WDれる．この構造では熱流が薄膜面内となり，薄膜でも容易にへの応用では筐体やリストバンド等をヒートシンクに用いる

熱抵抗を高くできるだけでなく，面内の素子サイズ(短冊のために，放熱能力は限られており，また，これを自由に制御

長軸と短軸の長さ)でゼーベック素子の熱抵抗と電気抵抗をすることも難しい．この場合では mTEG モジュールの熱抵最適化できる．必要とされる熱抵抗を確保するための設計自抗の方を放熱能力に合わせて最適設計することが重要になる

由度が高く．薄膜を用いても高い出力を実現できる．また，が，従来型の mTEG モジュールではゼーベック素子の加工

下側のプレートに Si 基板を用いることで， VLSI における寸法による制約からこれは容易ではない．以上は電気回路に

プロセス技術の導入がより容易になるだけでなく，最先端デおけるマッチングの問題に相当し，前者(従来)は内部抵抗，バイス技術との融合も可能となる．薄膜トランスバース型

後者( WD 応用)は負荷抵抗による最適化に対応し，状況はmTEG の構造は，薄膜の熱電材料だけでなく，近年注目を大きく異なる． WD に適合したヒートシンクによる放熱に集めているナノワイヤ(NW)の熱電材料にも適した構造にな

熱的整合をとることが可能な熱抵抗を有する mTEG を実現するためにはゼーベック素子にさらなる微細化が必要となる．これには，従来のバルク材料の機械加工に基づくゼーベ
ック素子の集積化から，リソグラフィなどによる微細加工技術の導入が容易な薄膜材料を用いたゼーベック素子の集積化への転換が重要となる．また，薄膜熱電材料の利用は設計自由度，量産性，低コスト化，軽量化の観点からも有用である．以上から，体温を用いた熱電発電では，以下の 4 つが重要な課題となる．(i)薄膜に適合した mTEG と WD 応用に適したモジュールのデバイス構造，(ii)恒温動物を熱源とした設計系，(iii)mTEG モジュールのモデリング，(iv)デバイ
ス構造の構造最適化アルゴリズム．以下では，これらの課題について我々の進めてきた研究開発の概要について述べる．

.

新型薄膜 mTEG モジュール駆動に必要な電力(特に短距離無線通信～1 mW 程度)と電薄膜トランスバース mTEG の( a )側面断面構造，( b )上面断面構造．真空/絶縁体ハイブリッドアイソレーショ
ンモジュールの( c )側面断面構造，( d )上面断面構造．

圧(特に CMOS 駆動 0.5 1 V )を，薄膜熱電材料を用いて(オンラインカラー)

体温を用いた mTEG モジュールの WD 応用では，WD の

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

図1




っている． VLSI の先端デバイスで用いられる SOI ( Si on ば図(a)のようになり，熱流は電気回路における電流源に

insulator)基板を利用し， NW トランジスタ技術を流用するよる駆動として表現される(以下では熱流源と呼ぶことにすこ と で ， Si NW に よ っ て 構 成 さ れ る ト ラ ン ス バ ー ス 型

る)． KM は mTEG モジュールの熱抵抗， Kair ′は放熱の熱抵mTEG を実現できる(8)(9) ．同様に，近年，先端トランジス

抗に皮膚近傍の熱抵抗を加えたものである．このモデルではタの分野で研究開発が進んでいる IIIV 族化合物半導体を用

WD の熱抵抗の大きさによって，体温と大気との温度差(電いた III V OI 基板も応用可能である(10) ． InSb や InAs の気回路における電位差に対応する)が変化してしまうが，熱NW 構造は SiNW より優れた熱電物性を有すると期待され源が恒温動物であることを考慮すれば，このモデルは正しくている(11) ．今後はこのような半導体に限らず様々な熱電材

ない． WD による放熱がヒトの産熱能力を越さない限り，料を安定な絶縁体薄膜を介して Si 基板上に構成した Ther-

恒温動物であるヒトは WD の熱抵抗に依らず一定の体温を

moelectrics on insulator ( TEOI )†といったコンセプトが重保っていると考えられるから，体温と大気との温度差は一定

要になると考えられる．

になるはずである．そこで，図 2 ( b )に示すように， KM とWD に適合する mTEG モジュールでは，放熱に用いるヒに常に一定の温度差が加わる系モデルを提案しKair ′

ートシンクに板上のものを用いると仮定し，また WD の装た(6)(7)(12)(13)．この温度差は電気回路のおける電圧源で表現

着される皮膚近傍の熱抵抗も考慮して， mTEG 部の熱抵抗され(以下，温度差源と呼ぶことにする)，恒温動物と大気とをこれらの熱抵抗に整合させると(高い出力が得られるようの温度差を一定に保つことができる．ただし，ヒトの産熱能に設計すると)，ヒートシンクの面積に対して mTEG 部の占力を考慮して，許容される熱流の最大値をこのモデルに課す

有面積は非常に小さくなる．したがってこの極端な状況を実必要がある(7)(12)(13)．

装できるモジュール構造も重要な課題となる．このようなモ

この恒温動物モデルにおける KM を調節して， mTEG モ

ジュール構造では， mTEG 内部(ゼーベック素子間)のみな

ジュールの出力電力 Pout が最大化されるようにデバイスのらずモジュール内全体の熱的なアイソレーションに mTEG

構造を決定するが，Pout は mTEG の電気抵抗 RM にも依存し，の出力は強く依存する．モジュール内を mTEG 内も含めてRM は mTEG の構造で決定される．そして， KM と RM はト

すべて真空とすれば，理論限界に近い高い出力が得られる

レードオフの関係にある．すなわち，都合よく KM を高く，が，作製プロセスとその実装が難しくなる．そこで，図 1

RM を低く設定するようことはできない．そこで，トレード(c)，(d)に示す真空/絶縁体ハイブリッドアイソレーション

オフの関係にある KM と RM を 1 つのパラメータ g ( 0  g を提案した(7)(12)(13)．この構造では mTEG 部(ゼーベック素1)で表現した最適化アルゴリズムを提案した(6)(7)(12)(13)．図

子の集積領域)をモジュール内の限られた領域に制限して，1 に示すように g はゼーベック素子 1 つからなる単位構造の

この領域を熱絶縁体，この領域外を真空でアイソレーション

幅 d のうち，熱電材料の幅が占める割合として定義される．

する．この構造は絶縁体による熱アイソレーションを用いた

g は熱流方向のゼーベック素子の長さに対応しており， KM

mTEG チップを VLSI 技術で作製し，このチップをモジューと RM のトレードオフの関係を表現するのに適している．こル本体に真空封じして実装することで実現できる． mTEGの g によって， KM と RM を表現し， Pout を最大化する g に部は熱絶縁体を用いるため，微細加工プロセスに適合する．

よってデバイス構造が決定される．最適化は，例えば，モジ

また，このモジュール構造は MEMS の分野で用いられていュールのサイズ D，真空封じ壁の高さ H，幅 x，および熱電る真空パッケージ技術を応用できる．図 1(b)に示した

薄膜の膜厚 ts を決めておき(これらは実装形態，機械的強mTEG のサイズは D0×L であるが，長辺 D0 が長いときは，度，デバイスプロセスで決まるところが大きい)， Pout を最図 1( c)のように適当に折り畳んで集積化する．この構造で大化できる mTEG 部の大きさ( D0, L )，素子対数( m0 )，素は，大気へ熱放出を行うために必要となるモジュールの表面

子サイズ( gd )等を g の関数として決定することで，デバイ積に比べて， mTEG の形成に必要な占有面積は十分に小さくできるため，完全な真空アイソレーションに近い熱抵抗の実現を期待できる．また，凸構造の下部プレートを用いることで，モジュールの熱抵抗を減少させてしまう真空封じ壁の影響も抑えることができる．

.

系の設定と最適設計アルゴリズム

mTEG モジュールの最適設計と性能予測を行う場合，人体WD大気からなる系を正しく表現できる系モデルが必要になる．従来の熱電発電は一定の熱流下での発電を前提として設計が行われることが多い．これを回路モデルで記述すれ
図2† 著者による造語

系のモデリング．( a )定熱流源駆動モデル，( b )恒温動物(定温度差源駆動)モデル．(オンラインカラー)

特集ス構造を決めることができる．

た†．また，ここでは mTEG モジュールの性能限界を知るた

この構造最適化アルゴリズムは計算時間が膨大となるためめに Kair ′も最適化した． Kair ′を固定した場合は後述する．

KM および RM には高速計算が可能な集中定数回路(LCC)モ

グ ラ フ の 横 軸 の 各 g に 対 し て Pout を 最 大 化 す る KM, RM,

デルを用いる必要がある． LCC モデルはデバイスの幾何学が得られるように L と m0 が最適化され，素子長 gd ＝Kair ′的形状から決定される素子値を用いて容易に KM および RM

gL/2m0 と電極幅(1－g )d が決定される(図 1 参照)．この構を 表 現 す る こ と が 可 能 で あ る ． 薄 膜 p 型 mTEG で は ，造最適化によって，モジュールを通過する熱流 Q はどの g

mTEG 内の熱絶縁にポーラスシリカ( PS)などの低い熱伝導においてもヒトの産熱限界による熱流に達し，そして，Pout率の材料を用いることで， LCC モデルと高精度の分布定数

は特定の g においてピークを持つ．この g の値から最適構造

回路( DCC )モデルとの出力の誤差も極めて小さくすることを決定できる．この最適構造では mTEG の占有面積 D0 × L

が で き る ． こ の た め LCC に よ る モ デ リ ン グ は 有 効 で あはモジュール(ヒートシンク)の面積 D × D に比べてはるか

る(13)．同様に薄膜トランスバース型 mTEG でも，層間絶縁に小さく，先に述べた WD の系で高い Pout を得るための構膜の熱抵抗に広がり抵抗を用いた LCC モデルでは誤差を比造が実現できていることがわかる．また，トランスバース型

較的小さく抑えることができるが，p 型ほど精度が高くない．

では設計の自由度が高く，このピーク以外でも広い g の範囲

DCC モデルとの差は，ゼーベック素子と引き出し電極の接で， Pout は比較的に高い値を持っている．これとは対照的合部近傍における熱流の回り込みなどに起因するが，このに，薄膜 p 型 mTEG を真空/絶縁体ハイブリッドアイソレー

LCC モデルに簡単な補正係数を導入することで，DCC モデ

ション・モジュールに応用した場合は，構造パラメータは g

ルの結果をより正確に再現できるようになる．したがって，によって大きく変動し，最大の Pout も g によって大きく変トランスバース型でも LCC モデルは構造最適化に有用とな化する(13) ．トランスバース型の持つこのような設計余裕のる(14)．図に薄膜トランスバース型 mTEG モジュールにお高さは熱電材料薄膜の膜厚依存性やコンタクト抵抗依存性にける熱抵抗の LCC モデルを示す(14)．mTEG 内の絶縁層にはも現れ，トランスバース型ではより薄い熱電薄膜や，より高広がり抵抗を用いる．各熱抵抗の値はデバイスの幾何学的的いコンタクト抵抗があっても，高い Pout を得ることができ形状から決定されるが．接触抵抗については別途決める必要

る(14)．

がある．電気抵抗についても同様に LCC モデルを適応でき依存性を示す．この図では横軸の各
図  に Pout の Kair ′る．絶縁層へのリーク電流は容易に小さく抑えることができの値で，構造を最適化してある．また，ヒトの産熱能力
Kair′

るため単純な LCC モデルの使用が可能である．

に よ る 熱 流 限 界 の 制 約 は 外 し て あ る ． Pout は Q と と も にの減少にともない増加するが，Q がヒトの産熱能力内と
Kair′

.

設計結果と性能評価

なるように Kair ′を決める必要がある．アルマイト加工した
平板のヒートシンクを仮定し，これにヒトの皮膚近傍の熱抵提案した薄膜トランスバース型 mTEG・真空/絶縁体ハイの値は D × D ＝ 1 cm2 のモジュール面積
抗を加えると， Kair ′ブリッドアイソレーション・モジュールについて，これまでに述べてきたモデルとアルゴリズムを用いて最適設計を行い，その性能の評価を行った．熱電材料には室温近傍で高い性能指数( ZT )を有する BiTe 系材料( ZT ＝～ 1 )を，熱絶縁には PS を用いた．図に構造パラメータおよび性能指標のg 依存性を示す．図 1 の構造パラメータのうち D, H, x, ts は
前述のように固定してある． mTEG 部の長さ D0 も固定し

図4

出力電力 Pout および設計パラメータの g 依存性．(D＝1cm, H＝5 mm, x＝0.5 mm, D0＝9 mm, ts＝1 mm)(オンラ
インカラー)

図3

薄膜トランスバース型 mTEG・真空/絶縁体ハイブリッ
ドアイソレーション・モジュールの LCC モデル．(オンラインカラー)

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan† 薄膜トランスバース型 mTEG ではこのパラメータの自由度は大きく， D 程度の値からその～ 1 /数 100程度の値であれば，その他の構造パラメータが適切に変化して D0 に依らず最大の Poutが得られる．

涼音，塩津勇作，熊谷颯人，遠藤弘之，佐貫海斗の諸氏とともに行ってきた研究成果に基づく．本研究に携わってきた上
記諸氏の貢献は大きく，改めて感謝する．本研究の一部は，
JST 知財活用支援事業 スーパーハイウェイ の支援を受けたものである．

文

図5

出力電力 Pout および設計パラメータの Kair′
依存性．( D
＝1 cm, H＝5 mm, x＝0.5 mm, D0＝9 mm, ts＝1 mm)(オンラインカラー)で 1000 K / W 程度となり， Q は産熱限界を下回る．このとき，Pout は概ね～10 mW となるから，1 cm2 のモジュールを
100 個程度(～ 100 cm2 )，例えばリストバンド状に実装することで，WD に応用可能な出力～1 mW が得られる．

. ま

と

め

体温を用いた mTEG モジュール技術について，我々の研究開発してきたデバイス技術，設計技術を中心に解説を行った．デバイス構造，設計方法はこの系特有のものともいえるが，これらの根底にある考え方や方法論は熱電材料の特性を最大限に引き出し，ウェアラブルエレクトロニクスといった新たな応用を実現すための基盤となる．材料の物性はもちろ

献( 1 ) D. Metcalf, S. T. J. Milliard, M. Gomez and M. Schwartz:
IEEE Pulse, 7(2016), 3539.
( 2 ) 井上創造，中島直樹情報処理，56 (1995) 870873.
( 3 ) 岸 松雄まてりあ，38 (1999) 755758.
( 4 ) 渡辺 滋，村上 淳，山田信一マイクロメカトロニクス，
44, (2000) 2531.
( 5 ) V. Leonov: IEEE Sensors Journal, 13 (2013) 2284
2291.
( 6 ) T. Kondo, N. Chiwaki and S. Sugahara: Electron Device Technology and Manufacturing Conference, Toyama, Japan, February 28March 2, (2017), paper P14, 201203. 本論文ではヒトの産熱限界を考慮していない．
( 7 ) N. Chiwaki, T. Seino and S. Sugahara: J. Micromech.
Microeng., 28 (2018), 094003/16.
( 8 ) Y. Shiotsu, T. Okubo, H. Kumagai and S. Sugahara: 2019 Joint
International EUROSOI Workshop and International Conference on Ultimate Integration on Silicon, Grenoble, France,
April 13, (2019), paper P14.
( 9 ) H. Kumagai, Y. Shiotsu and S. Sugahara: IEEE International
Conference on Micro Electro Mechanical Systems 2021, Online, January 2529, (2021), paper M136.i.
(10) K. Sumita, K. Kato, M. Takenaka and S. Takagi: Jpn. J. Appl.
Phys. 58, (2019), SBBA03/16.
(11) N. Mingo: Appl. Phys. Lett., 84(2014), 26522654.
(12) T. Seino, N. Chiwaki, S. Yamashita and S. Sugahara: Microand Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS) 2017, Kanazawa, Japan,
November 1417, (2017), paper PT. 70.
(13) Y. Shiotsu, T. Seino, T. Kondo and S. Sugahara: IEEE Trans.
on Electron Devices, 67, (2020), 38343842.
(14) Y. Shiotsu, T. Kondo and S. Sugahara: in preparation.

ん重要であるが†，その物性を最大限に引き出し使いこなす★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

技術も同様に必要不可欠である．また，体温を用いた

1996年 東京工業大学大学院理工学研究科電子物理工学専攻博士課程修了
1996年 東京工業大学大学院理工学研究科電子物理工学専攻助手
2002年 東京大学大学院工学系研究科電子工学専攻助手
2006年より 現職
専門分野集積デバイス・集積回路

mTEG モジュール技術は必然的に VLSI 技術とも整合すること も 述 べ た ． 特 に TEOI は 最 先 端 の ト ラ ン ジ ス タ 技 術 をmTEG モジュール技術に転用させる技術になり得る．

本稿は，近藤剛，千脇那菜，清野稔仁，大久保岳，山下菅原聡★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

† 第 5 節で述べたように WD 応用では ZT ＝ 1 が 1 つの目安ではあるが，実装面積が少し大きい．さらに大きな ZT は実装面積を減らす，または高出力化(長無線距離化)できる．



特

集

極細ピアノ線の高強度化に有効な
メゾスケール構造とミクロ組織
権

藤

詩

織

線径が数 mm から数十 mm のピアノ線(以下，極細ピアノ線

.

は じ

め

に

と称す)においては，伸線加工中の微小な張力・速度変化が破断の原因となるため，伸線時の高度な張力・速度制御が必

軽量かつ高強度な材料の創製は，環境に対する負荷を少し要である． 2 つ目は，その細さゆえ，取り扱いが難しいたでも低減し，持続可能な社会の構築において重要な技術であめ，極細ピアノ線の延性の評価も難しく，延性評価法の確立

る．特に鉄鋼材料の高強度化は目まぐるしい進化を遂げていが必要である．3 つ目は，現行実用材料の主流として流通しる．自動車用鋼板を例に挙げると， 1970年代の 440 MPa 級ている約 q 0.2 mm 以上のピアノ線と比較して，極細ピアノ

鋼板の適用から始まり(1) ，最近では 1500 MPa 級の鋼板が線の伸線時に形成されるひずみ勾配が減少すると考えら実用されている(2)．一方で，鉄の理論強度は 11000 MPa とれ(8)，極細ピアノ線のミクロ組織や機械的性質はこれまでに言われており(3) ，これに最も近い鉄鋼材料が 5000 MPa 近報告されている知見と異なる傾向を有する可能性がある．さくの強度があるピアノ線である(4) ． JIS G 3502 によると，

らに，原子レベルの局所的な情報であるミクロ組織と，線全

炭素量0.6から1.0の高炭素鋼に対応する線材がピアノ線体で評価した平均的な情報である機械的性質を結びつけた理材とされており，ピアノ線やオイルテンパー線，PC 鋼線・解が求められる．本稿ではこれら課題への取り組みについ撚線，ワイヤロープなどの素材となる(5)．これをさらにパテて，成果の一部を紹介する．

ンティングと称される熱処理と，伸線加工と称される，テーパー状の孔に通して縮径させ，長手方向に引き延ばす加工を.

極細ピアノ線の伸線加工

施した材料がピアノ線である(6)．名の通りピアノ弦から，自動車タイヤの補強材であるスチールコード，シリコンインゴ

ノンスリップ型伸線機(9) の導入により 1 つ目の課題を解

ットのスライスに用いられるソーワイヤなど，その用途は多決した．伸線加工時，図( a )に示すように，ワイヤには伸岐にわたる．ピアノ線に繰り返し伸線加工を施し，細径化さ線方向に引抜力 Ff，反対方向に後方張力 Fb とダイスからのせると，著しい加工硬化現象が見られ，高強度化を実現でき反力であるダイス抗力 Fd がはたらく．簡易的に Ffn＝ Fbn ＋

る．ラボスケールでは 7000 MPa にも及ぶ(7) ．一方で，強Fdn ( n はパス数)で表される関係が成り立つ．引抜力は，次度増加に伴い著しい延性の低下が生じる．延性の低下はさら段の後方張力としてワイヤに作用するため，連続的に伸線加なる変形，つまり伸線加工を難しくするため，高強度化と高工を施そうとすると，後段側にて高い張力( Ffn ＝ Fb1 ＋∑ni＝1

延性を同時に実現する伸線加工法の確立が求められ，高延性Fdi)がワイヤにかかり，場合によっては破断に至る．実操業に寄与するミクロ組織の解明が重要である．

にて一般に使用されているスリップ型伸線機では，キャプス

著者はこの解明に取り組むにあたり，次の 3 つの課題にタンと呼ばれる回転体を，その周速がワイヤの速度より速く直面した．1 つ目は，高強度化には細径化が前提であるが，なるように，ワイヤに接触させて回転させる(図 1(b ))．キ

国立研究開発法人産業技術総合研究所研究員(〒3058564 つくば市並木 121)
Mesoscale Structure and Microstructure of Fine Piano Wire for High Strengthening; Shiori Gondo(National Institute of Advanced
Industrial Science and Technology (AIST), Tsukuba)
Keywords: wire drawing, high carbon steel wire, crystal orientation, fiber texture, EBSD (electron backscatter diffraction), microstructure,mechanical properties, ductility
2021年 3 月10日受理[doi:10.2320/materia.60.567]

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan




図1

各伸線加工形態の特徴(a) 連続伸線の基本形，(b) スリップ型伸線機，(c) ノンスリップ型伸線機．

ャプスタンとワイヤとの間に摩擦力 Fk が発生し，ワイヤにの程度縮径したかを表す値であり，この値を横軸としたグラかかる張力を低減できる( Ffn ＝ Fb1 ＋∑ni＝1 Fdi －∑ni＝1 Fki )．しフがよく作成される．上記伸線材最終径での伸線加工ひずみ

かしながら，制御することはできない．また，キャプスタン

は，それぞれ5.12, 5.42, 4.61となる．いずれの熱処理径のピは複数パスで一体構造であるため，各パス独立の回転速度でアノ線においても，伸線加工時の各パスの減面率 Re (＝ 1 －キャプスタンを駆動することができない．張力や速度の制御

d 2n/d 2n－1)は約14，後方張力(応力)は引張強さの 5未満と性が低く，何かの拍子に瞬間的に高い張力がワイヤにかかる

した．線径によらず，後方張力の負荷は伸線加工時のダイスと破断に至るため，細径化を狙った伸線加工には難しさがあ

面圧を減少させ，応力状態を変化させる効果があり，後述すった．一方，図 1( c )に示す極細ワイヤ用のノンスリップ型

る集合組織の形成を制御しうる重大なパラメータであると考線機では，各キャプスタンを独立のモータで駆動する仕組み

えた．したがって，熱処理径 0.444 mm のピアノ線においてが採用されている．アクチュエータでダンサロールにかかるは，後方張力として引張強さの30, 50の応力を負荷した

トルクを制御しながら，角度センサで伸線中のダンサロール

条件においても伸線加工をおこなった．

の角度を検出し，設定した張力，速度となるように，アクチ.

ュエータとモータにフィードバックしている．このような構

延性評価方法の確立

造により，ワイヤに作用する張力は前段の張力の影響を受けず， Ffn＝ Fbn ＋ Fdn との関係が成り立つ．スリップ型伸線機

2 つ目の課題には，一般的な引張試験方法，絞り測定方と比較して，一度にどの程度縮径させるかの指標である減面法，捻回試験方法に対し，極細ワイヤの特徴を考慮した工夫

率や，後方張力，伸線速度などの伸線加工条件の制御性が格を凝らすことで，極細ワイヤの延性評価法を確立し(10)(11)，段に向上し，極細ワイヤをより高速で安定的に伸線できるよ

対応した．引張試験では繊維用のつかみ具を採用した．クロうになった．

スヘッドの移動量を変位とみなしても，非接触伸び計にも劣本研究では，ノンスリップ型伸線機の出力範囲で伸線加工らない精度で伸びを算出できることを明らかにした(10)．破が可能，かつ，ピアノ線の実用材料の中でも特に細いソーワ

面を突合せた状態での極細ワイヤの絞り測定は困難であるたイヤの素材として一般的な太さ( q 0.5 mm 程度)のピアノ線

め，破面一方のみの SEM ( Scanning electron microscope ，と，これより細い，太いピアノ線として，伸線前の熱処理径

走査型電子顕微鏡)観察から絞りを算出する方法を考案しが0.276, 0.444, 0.936 mm のピアノ線を扱うことにした．こた(10)．

れらをそれぞれ0.021, 0.029, 0.093 mm まで，ノンスリップ

上記方法にて極細ピアノ線の機械的性質を評価すると，伸型伸線機を用いて伸線した．ここで，伸線前の熱処理径を線加工に伴い引張強さは増加し，絞りは伸線加工ひずみ 1.5

d0, n パス後の線径を dn とすると，伸線加工により導入されまで増加，その後減少するとの結果を得た．これらは q 0.2

たひずみ e は 2 ln d0/dn と算出される．伸線加工によってどmm 以上で報告されている従来知見と同様な傾向となった．



新 進 気 鋭

一方，一様伸びは伸線初期に急激に減少するが，その後徐々野像からラメラ間隔を測定した．電気抵抗率の測定ではラメに減少したのち，高ひずみ域で増加するとの新しい傾向が得ラの傾きと格子欠陥量を， DSC では格子欠陥量とセメンタられた．これは，3 つめの課題として挙げた極細ピアノ線特

イト分解量を間接的に評価した．伸線加工に伴いラメラ間隔

有の機械的性質に該当する．いずれの熱処理径においても伸が減少，格子欠陥量が増加すると示唆する結果を得た．ま線前のラメラ間隔に大きな差は見られなかったため，引張強た，ひずみ 1.5までにラメラが伸線方向と平行になる傾向，

さの差は非常に小さかった．しかしながら，ひずみ全域に

ひずみ 1.5以上にてセメンタイト分解量が増加する傾向が得て，熱処理径が大きいほど，一様伸びは高い値を示し，絞りられた．図 2 に示した伸線加工に伴うミクロ組織の変化は，は小さい値を示した．また，後方張力を負荷するほど，ひずq 0.2 mm 以上のピアノ線を分析対象とした研究において報み1.5以上での絞りの減少が著しいと明らかにした．

告された知見であるが，最終径が 0.06 mm 程度であれば，従来知見と同様な組織変化をたどると明らかにした．また，

.

高延性に寄与するミクロ組織

伸線時の後方張力の増加に伴い，単位質量当たりの格子欠陥量，セメンタイト分解量がある値に達するまでに必要なひず

機械的性質と同様に極細ピアノ線のミクロ組織を評価し，み量が減少する傾向が得られた．これは，前述した伸線加工

3 つ目の課題に対応した．また，集合組織で特徴づけられる中の応力状態の違いに起因するものと考えられ，他線径にお層構造“メゾスケール構造”の考え方を導入し，局所的な情いても上記の後方張力による効果は発現すると推測される．

報(ミクロ組織)と平均的な情報(機械的性質)の結び付けを試みることで，高延性に寄与するミクロ組織の解明に取り組んだ(12)(13)．






集合組織で特徴づけるメゾスケール構造

図 2 および本研究で得られたミクロ組織の情報はいずれ
も，数 nm から原子レベルの微視的な変化である．一方，結晶方位を単位結晶格子の向きと捉えると原子レベルのミクロ

極細ピアノ線のミクロ組織

ピアノ線は軟質のフェライト相と硬質のセメンタイト相の組織要素であるが，同じ方向に向いた結晶格子の集合体であ

層状組織であるパーライトラメラ組織を有する．前述したパる集合組織の向きと捉えれば，そのスケールは mm に及ぶ．

テンティング処理により，ラメラの間隔は 70 nm 程度となゆえに，集合組織を局所的な情報と平均的な情報を結びつける(7)．コロニーと呼ばれるある程度の固まりごとに，ラメラる中間スケールの組織要素として扱うことができると考えた．

は様々な方向を向く．この状態から伸線加工を施すと，図

ピアノ 線に伸 線加 工を 施すと ，フ ェライ ト結晶 格子 のに示した概略図のように，ラメラ間隔は線径に比例して減少〈 110〉が伸線方向と平行となる〈 110 〉繊維集合組織が形成さし(14) ，ラメラは伸線方向に揃う(15)(16) ．さらにフェライト

れると古くより知られている(25) ．また，最終径が 4 mm 程

相内では，格子欠陥(転位，空孔)量の増加(17)，炭素量の増度の鋼線では，外側に{ 100}から{ 111}が半径方向に垂直な

加(18)(21) ，が生じ，セメンタイト相内では，セメンタイト〈110〉集合組織，内側に{110}が半径方向に垂直な〈110〉集合の分断(22) ，剛体回転(23) ，分解や，アモルファス化(24) が生組織が形成されると報告されている(26) ．伸線材内部においじると報告されている．

て，半径方向の距離に応じて形成される集合組織が異なり，

本 研 究 で は ， 熱 処 理 径 0.444 mm の 伸 線 材 を 対 象 に ，層構造が形成されている可能性があった．しかしながら，既TEM(Transmission electron microscope，透過型電子顕微往の報告された結果では伸線加工ひずみや分析領域が限定的鏡)観察と電気抵抗率の測定， DSC ( Differential

であり，半径方向における集合組織分布と，伸線加工に伴うscanning

calorimetry ，示差走査熱量測定)をおこなった． TEM 明視

推移は体系的に理解されていなかった．
本研究では EBSD( Electron backscatter diffraction ，後方
散乱回折)による伸線材の結晶方位解析をおこない，伸線加工に伴う半径方向における集合組織分布の推移を明らかにし，層構造の特定を試みた(27)．極細ピアノ線の中心を通る
長手断面に非常に近い面が EBSD の分析面となるように，
手動で研磨を施した(28) ．その後，研磨面半径方向全域にて
菊池パターンを取得したのち，中心側から表層にかけて，いくつかの領域に分割してフェライト相の極点図を取得した．
なお，先に述べたセメンタイト相の存在形態を考慮し，セメ
ンタイト相の結晶方位は考えず，フェライト相のみ着目した．分割領域での極点図の一例を図に示す．{110}極点図には，〈110〉が伸線方向に平行であると示すピーク(図中の aに該当)が出現した．{ 111 }極点図では，表層側と中心側ではそれぞれ図中の記号 b と c で示すように，異なる位置に

図2

ピアノ線の伸線加工にともなうミクロ組織の変化に関する報告事例(7)(14)(24)．

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

ピークが表れた．外側では{100}が観察面に垂直であると示




図3

図4

極細ピアノ線(q 0.216 mm，伸線加工ひずみ1.42)の長手断面で取得したフェライト相の{100}, {110}, {111}極点図の一例(12)．

伸線加工ひずみの増加に伴う伸線材半径方向における集合組織の分布の推移(12)．

図5

伸線加工ひずみの増加に伴う半径に対する Secondary層({110}〈110〉－{111}〈110〉)厚さの割合の推移(13)．

図6半径に対する Secondary 層({110}〈110〉－{111}〈110〉)の厚さ割合と，引張試験で得られる一様伸びと絞りの関係(13)．

す極点図，内側では{ 110 }から{ 111 }にかけてが観察面に垂直であると示す極点図が取得され，半径方向に垂直な面が異なる〈110〉繊維集合組織が形成されたと解釈できる．各極点
図のピークから，観察面に垂直な面を読み取り，図に示す
集合組織分布を得た．この分布図より，{100}〈110〉－{111}〈 110 〉と{ 110 }〈 110 〉－{ 111 }〈 110 〉の 2 種の方位群が存在
し，層構造が形成されると明らかにした．推移は以下のように説明できる．伸線初期，半径方向全域に{ 100 }〈 110 〉－{ 111 }〈 110 〉が形成される．伸線加工ひずみの増加に伴い，先に形成された方位群を外側に持ちながら，新たに内側に{110}〈 110〉－{111}〈110〉が形成される．伸線加工に伴い，半径に対して内側の方位群が占める割合が増加するが，ある
ひずみ量まで達すると，減少傾向に転じる．高ひずみ域では，再び外側の方位群が線全体を占める．
図に示すように，伸線材の半径に対する{ 110 }〈 110 〉－{ 111 }〈 110 〉の厚さ割合が最大値をとるひずみ量を境に，それより小さいひずみ域での外側({100}〈110〉－{111}〈110〉)を Primary 層，大きいひずみ域での外側を Subprimary 層，
内側({ 110 }〈 110 〉－{ 111 }〈 110 〉)を Secondary 層と定義し



新 進 気 鋭た．なお，終始外側の層である部位と，一度 Secondary 層

村玲奈氏，三井隆輝氏に深く御礼申し上げます．

となり再度外側の層となった部位では，特性が異なる可能性

文が あ る た め ， 外 側 の 層 を ひ ず み 量 に 応 じ て Primary 層 と献Subprimary 層で区別した．したがって，集合組織で特徴づけられる層構造は， Primary 層単層， Primary 層と Secondary 層の二層構造，Subprimary 層と Secondary 層の二層構

造， Subprimary 層単層の順序で遷移すると説明でき，本研
究ではこれをメゾスケール構造と称した．熱処理径によらず同様な推移をたどるが，熱処理径とメゾスケール構造の関係について，明瞭な相関は見られなかった．一方，伸線時の後方張力を大きくすると，上記遷移が早まる傾向が得られた．


メゾスケール構造とミクロ組織，機械的性質の関係

 で示したミクロ組織， 43 章で示した機械的性質， 4 章
 で示したメゾスケール構造の評価より，メゾスケール構章

造を介したミクロ組織と機械的性質の結びつけを試みた．
メゾスケール構造と機械的性質の関係として，半径に対する Secondary 層の厚さ割合と一様伸び，絞りの関係を図に示す．半径に対する Secondary 層の厚さ割合が大きいほ
ど絞りが増加し，これに反して，一様伸びが減少する傾向が得られた．前述した伸線時の後方張力の増加がメゾスケール
構造とミクロ組織に及ぼす影響を考慮すると，同じひずみ量において，線径に対する Subprimary 層が厚くなると，単位質量当たりの格子欠陥量とセメンタイト分解量が増加すると言える．つまり，「同じひずみ量において，単位質量当たりの格子欠陥量，セメンタイト分解量が小さいほど絞りは大きく，一様伸びは小さい」とのミクロ組織と延性の関係が導かれた．
伸線加工時の変形は，半径方向への圧縮応力が長手方向の伸長を引き起こすとの機構に基づくため，いかに半径方向に縮径できるかが細径化，つまり，高強度化において重要と言える．したがって，絞りの向上に効果のある組織形態(単位
質量当たりの格子欠陥量，セメンタイト分解量が少ない状
態)が，高強度化に効果のある組織と言える．上記の組織形
態は線径に対する Subprimary 層を薄くするような伸線加工法で形成でき，後方張力の低減がこれを実現する方法の一つ
である．

.

お わ

り

に

ピアノ線の伸線加工の研究を通して，高精度な分析機器を( 1 ) http://www.nssmc.com/(accessed on 10th Sep. 2018).
( 2 ) http://www.jfe-steel.co.jp/release/2018/02/180215.html (accessed on 10th Sep. 2018).
( 3 ) http: // www.nssmc.com / company / publications / monthly-nsc /pdf/2009_8-9_191_01_05.pdf (accessed on 13th Aug. 2018).
( 4 ) http: // www.asada-metal.co.jp / PDF / High _ Strength _ S _ F _W.Pdf (accessed on 13th Aug. 2018).
( 5 ) 日本産業規格 JIS G 3502 ピアノ線材．
( 6 ) 日本産業規格 JIS G 3522 ピアノ線．
( 7 ) Y. Li, D. Raabe, M. Herbig, P. P. Choi, S. Goto, A. Kostka andH. Yarita: Phys. Rev. Lett., 113 (2014), 106104.
( 8 ) K. J. Juul, K. L. Nielsen and C. F. Niordson: J. Manuf.
Process., 25(2017), 163171.
( 9 ) 竹本康介塑性と加工，57(2016), 1122
1125.
(10) S. Gondo, S. Suzuki, M. Asakawa, K. Takemoto, K. Tashima
and S. Kajino: Int. J. Mech. Mater. Eng., 13(2018), 5.
(11) S. Gondo, H. Akamine, R. Mitsui, S. Kajino, M. Asakawa, K.
Takemoto, K. Tashima and S. Suzuki: Ex. Tech., 45(2021),
2535.
(12) S. Gondo, R. Tanemura, S. Suzuki, S. Kajino, M. Asakawa, K.
Takemoto and K. Tashima: Mater. Sci. Eng. A, 747(2019),
255264.
(13) S. Gondo, R. Tanemura, R. Mitsui, S. Kajino, M. Asakawa, K.
Takemoto, K. Tashima and S. Suzuki: Mater. Sci. Eng. A, 800(2021), 140283.
(14) N. Guo, B. F. Luan, B. S. Wang and Q. Liu: Sci. China Technol.
Sci., 56(2013), 11391146.
(15) M. Zelin: Acta Mater., 50(2002), 4431
4447.
(16) A. Lamontagne, V. Massardier, X. Kl áeber, X. Sauvage and D.
Mari: Mater. Sci. Eng. A, 644(2015), 105113.
(17) 大藤善弘，浜田貴成鉄と鋼，86(2000), 105110.
(18) J. Languillaume, G. Kapelski and B. Baudelet: Acta Mater., 45(1997), 12011212.
(19) Y. J. Li, P. Choi, C. Borchers, S. Westerkamp, S. Goto, D.
Raabe and R. Kirchheim: Acta Mater., 59(2011), 39653977.
(20) J. Park, S. D. Kim, S. P. Hong, S. I. Baik, D. S. Ko, C. Y. Lee,D. L. Lee and Y. W. Kim: Mater. Sci. Eng. A, 528(2011),
49474952.
(21) J. Takahashi, M. Kosaka, K. Kawakami and T. Tarui: Acta
Mater., 60(2012), 387395.
(22) 2004年日本鉄鋼協会講演論文集，No. 60.
(23) F. Fang, Y. Zhao, P. Liu, L. Zhou, X. J. Hu, X. Zhou and Z. H.
Xie: Mater. Sci. Eng. A, 608(2014), 1115.
(24) M. H. Hong, W. T. Reynolds, T. Tarui and K. Hono: Metall.
Mater. Trans. A, 30(1999), 717727.
(25) M. Ettisch, M. Polanyi and K. Weissenberg: Z. Phys., 7(1921),
181184.
(26) 1980年日本鉄鋼協会第100回秋季講演大会， No. 509.
( 27 ) 権藤詩織，鈴木進補，浅川基男，梶野智史，竹本康介，田島憲一まてりあ，58(2019), 83.
(28) 権藤詩織まてりあ，58(2019), 466.

活用し微視的な情報を得つつも，巨視的な視点，中間スケー★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

ルでの視点も含めた，マルチスケールでの議論の重要性を学

2016年
2019年

んだ．従来の常識に捕らわれず，多方面でのモノの捉え方
が，新しい発見に重要であることを認識した．今後の研究人生にて取り組むどのような研究課題であれ，上記視点を常に意識しながら取り組みたい．最後に，研究活動における大変重要な基本姿勢をご教授賜りました鈴木進補教授，退職されてからも修士論文，博士論文にご助言を賜りました浅川基男

権藤詩織

日本学術振興会特別研究員 DC1
早稲田大学理工学術院 基幹理工学研究科 機械科学専攻 博士課程修了，博士(工学)取得
2019年 4 月 現職
専門分野塑性加工・塑性力学，集合組織◎材料組織学的な観点から塑性加工のプロセスメカニ
ズム解明に取り組む．機械学習を活用した最適加工
プロセス選定の容易化に関する研究にも着手している．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

名誉教授，本研究成果に尽力いただきました赤嶺宏哲氏，種ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan金属製錬の熱力学(第 3 回)
月

.

橋

文

孝

平衡状態図

金属製錬反応の考察には，温度と相の間の平衡関係を示す
平衡状態図が不可欠である．多くの反応は大気圧下(大気圧近傍)で起こるので，報告されている多くの状態図は，1 atm
での，温度と組成の平面図中に安定相が示されている．平衡
状態図上では，平衡状態の物質の相関係が示されているので，そこに表される相関係は，相律をはじめ熱力学の法則に従っていなければならない．状態図を読み取るには，どの相とどの相が平衡しているかを見いだすと理解しやすくなる．
熱力学データが十分に測定されていれば，状態図を作製することができる．逆に，平衡状態図は，熱力学データを集大図9単純化した二元共晶系状態図．

成して図示したものであるから，測定された平衡状態図から
熱力学データを推定することが可能である．近年，計算状態

ここで DH °A f は A の溶融熱，DS°A f は A の溶融のエントロピ

図の分野は非常に発展している．

ー変化である．A の融点 TAm では非常に単純な二元共晶系状態図を例として説明する．複雑TAm＝な状態図でも，また三元系等の成分が増えた場合でも，相の間の化学ポテンシャルが等しいということに基づいた考え方は同じである．
図で表される非常に単純な AB 二元共晶系を考える．
共晶温度以上で，純物質固相である A または B と液相 L が平衡しているとする．純物質固相 A と液相が温度 T で平衡しているので，液相の A の化学ポテンシャルl°＋RT ln alA
mlA＝mA(122)

であるので，( TT )

RT ln a lA＝－DH °A f 1－(127)

Amとなる．理想溶液を仮定すれば(g lA＝1)，( TT )

RT ln x lA＝－DH °A f 1－(128)となる．純物質 A の溶融熱と融点から，液相の A の組成 x lAと温度 T の関係，すなわち液相線が推算できる．成分 B に

(123)

は等しい．

mlA＝msA(126)

Amと固相の A の化学ポテンシャルss°＋RT ln asA＝mA°(固相純物質 asA＝1)
msA＝mA

DH °
Af
D S°
Af

(124)

よって，

ついても同様の関係( TT )

RT ln x lB＝－DH °B f 1－(129)

Bm

が得られ，成分 B 側の液相線が得られる．両者の交点か
l
s
°
－ mA
°
)
RT ln a lA＝－( mAら，共晶組成と共晶温度が推定できる(x lB＋x sB＝1)．これはlsls＝－[(H °A－H °A )－T(S°A － S°A )]＝－[DH °
A f－ T D S °A f]

理想溶液を仮定し液相線のみを考慮した推算であるので，実(125)測の平衡状態図からのずれがある．逆にいえば，実測の状態

東京大学名誉教授
Thermodynamics of Metal Smelting(); Fumitaka Tsukihashi(Emeritus Professor, The University of Tokyo, Tokyo)
Keywords: thermodynamics, metal smelting, chemical potential, equilibrium, activity, solution, phase diagram, chemical potential diagram,basicity, capacity of slag
2020年10月16日受理[doi:10.2320/materia.60.572]



講義ノート

r

Dm＝∑(ni mi)

(132)

i＝1

となる．化学平衡となる条件は，反応系と生成系の化学ポテンシャルが等しいことであるので，r

Dm＝∑(ni mi)＝0

(133)

i＝1

が条件である．第 i 成分の化学ポテンシャルは前述のように，

m i＝ m °i ＋RT ln ai(43)により成分の純物質基準の活量で書き換えることができる．
これを上式に代入すると，
r

r

r

i＝1

i＝1

i＝1

n
i )＋RT ∑ ln a i∑(ni mi)＝∑(ni m°

図10

r

r

i＝1

i＝1

ni
＝∑(ni m°i )＋RT ln _a i

正則溶液近似による異なる温度での活量の推算．

となる．ここで，

i

(134)

r

∑(ni mi)(＝Dm)
図とのずれは理想溶液からのずれを表すので，状態図から活量を推算できる．

i＝1

は反応による化学ポテンシャルの変化，
r)i )(＝Dm°∑(ni m°

図の液相線から，均一液相となっている温度 T での活量を推定する方法を説明する．式(127)から，A の液相線上

i＝1

は純物質の反応による化学ポテンシャルの変化である．

で組成 xk での液相線温度 T から，温度 T ，組成 xk でのr

RT ln _a ni i(＝RT ln K(T, P ))

液相の活量 alA(T)を求めることができ，そのときの活量係i＝1は平衡定数 K(T, P )で表されるので，数(g A( T  ) ＝

alA(T)xk＋RT ln K
Dm＝Dm°)の値は Gibbs エネルギーでルギー変化という．ここで DG °を求められる．
温度 T での活量 a lA ( T )を組成の関数として求めるには，通常 H̃ M
A が測定されていないので，式( 130 )の正則溶液

なく，単位物質量あたりの Gibbs エネルギー(単位 J/mol)であることに注意する必要がある．

近似により，温度 T での活量係数 gA(T )を温度 T での活量係数 gA(T)に換算し，活量 a lA(T)を得る．
H̃ M
A ＝RT ln gA(T)＝RT ln gA(T)(135)

である．ここで Dm °＝ DG °と表し，反応の標準 Gibbs エネ＋RT ln K
DG ＝ D G °(136)

において，化学平衡の条件(130)

同様に A の液相線上で共晶組成までの組成範囲で温度 T

Dm＝DG＝0(137)＝－RT ln K
DG °

(138)

では

での A の活量 a lA(T)を求めることができる．
共晶組成より B 成分側では，同様に式( 129 )により温度が得られる．この関係式により，金属製錬反応を含め種々のT で の B 成 分 の 活 量 係 数 を 組 成 の 関 数 と し て 求 め る ．

化学反応で反応の標準 Gibbs エネルギー変化から平衡定数

Gibbs Duhem の関係を用いて， B 成分の活量係数から Aを求めることができ，製錬プロセスの解析で実用的に大変重成分の活量係数を求め， A 成分の活量を得る．

要な式である．

純 A 組成から共晶組成までと，共晶組成から純 B 組成ま

金属製錬反応で生じる金属液相とスラグ液相の間の反応のでの両者の活量を合わせて，全組成範囲での活量を推算する

平衡を取り扱うには，異なる相間の化学ポテンシャルが等しことができる．

いこと(式(121))を利用して，同一相内にあるものとして取り扱うことで，式(138)を利用して平衡状態を予測すること

.

均一液相内および不均一相間の化学反応ができる．
化学反応が右向きに進行するか，左向きに進行するかはではなく DG の値で判断する． DG ＜ 0 であれば反応はDG °一般に化学反応を(131)

正反応の向きに， DG ＞ 0 であれば逆反応の向きに反応は進とする． Ai を化学種， ni を化学量論係数とする．反応系のは標準状態にある化合物の反応が進行するか行する． DG °n1A1＋n2A2＋n3A3＋…＋nr Ar＝0

化学量論係数を負，生成系の化学量論係数を正として，反応の指標であり，DG °＞0 であっても，活量係数比の項を小さ

系を左辺，生成系を右辺にまとめれば，通常の化学反応式のくして DG ＜0 とする条件を整えることにより，反応を進行形となる．生成系から反応系へ変化したときの系の化学ポテさせることができる．

ンシャル変化はま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

Gibbs Helmholtz の式(式( 139 ))から，式( 140 )の van'tHoff 式が得られる．
d(DTG °)＝－DH °T2

dTd ln K DH °
＝
RT 2
dT

(139)

(140)

この式より吸熱反応( DH °＞0)では，温度の上昇に伴い平衡定数は大きくなり反応は進行する．発熱反応( DH °＜ 0 )では，温度の上昇に伴い平衡定数は小さくなり反応は進まなくなる．このことはルシャトリエの原理に対応している．
先に述べたように Gibbs エネルギー変化 DG は，1 mol あたりのエネルギーである示強性状態量(単位は J / mol )であり，示量性状態量である Gibbs エネルギー(単位は J)と異な
る．
同じ記号で示強性状態量と示量性状態量を混用して用いている場合があるので，注意が必要である．
Gibbs エネルギーの値は，比熱やエンタルピー，エントロ

ピー値のデータから求めることできるが，データ集には
Gibbs エネルギーの値も載っているので，求めたい反応に関与する化合物の Gibbs エネルギーから計算することができ
図 11

る．

酸化物の標準生成 Gibbs エネルギーと温度の関係( Ellingham 図)．

標準生成 Gibbs エネルギーは多くの化合物について測定されデータ集にまとめられているので，化合物の生成反応を組み合わせて，求めたい反応の Gibbs エネルギー変化を計算できる．また，反応の Gibbs エネルギー変化がわかっていれば，反応の平衡定数を求めることができ，各成分の平衡
組成，平衡分圧の見積もりに用いられる．

変化は＝D G °＝－RT lnDm°

a 2M/xyOy
2x/ya M ･P O2()＝RT ln P

O2

(143)

となる．ここで M, MxOy は純物質でその活量基準を純物質

.

化学ポテンシャル状態図とする．
RT ln PO2 を酸素ポテンシャルという．酸素ポテンシャル

酸化反応を考えると，

は RT ln PO2 ，酸素分圧は PO2 であり，異なる量であるが，
2x2
M ＋ O 2( g ) →M xO yyy(141)

しばしば両者を混用して PO2 を酸素ポテンシャルと呼んでいることがあるので，用語の間違いのないように注意が必要である．

＝ DG °＝D H °－T D S °＝－RT ln K
Dm°

は温度の関数であるので，各種物質について測定されDm°

a 2M/xyOy
2x/ ya M ･ PO 2ている酸素ポテンシャルと温度の関係を示す Ellingham 図＝－RT ln

(

)

(142)

の関係から，成分の化学ポテンシャルと温度をパラメータととよばれる図(1)が得られる．
ここに示される標準 Gibbs エネルギー変化は，式(141)のして，共存する相の安定領域を示す図をつくることができように酸化物が生成するときの酸素 O2 1 mol あたりの値でる．相の安定領域が温度，雰囲気を変数として図上でわかるある．この図は各種酸化物の安定性を示しており，図 11 のので，反応プロセスの解析に非常に有用である．組成と温度線の上側では酸化物 MxOy が安定，下側では M が安定相でで表される通常の状態図と基本的に同じであり，状態図を別ある．下方にある反応ほど酸素ポテンシャルが小さく，酸化の切り口から眺めたものと考えればよい．

物が安定に存在する．いいかえれば下方にある物質 M は酸Ellingham 図

素との親和力が大きく，上方にある酸化物を還元することができる．

金属製錬では原料が酸化物であることが多いので酸化物を鉄鋼製錬の製鋼反応で，溶鋼中に含まれる酸素を取り除く

例として説明する．単体，化合物の M が 1 mol の O2 ガス

脱酸プロセスの脱酸材として用いられる Ca, Mg, Al, Ti の線と反応して酸化物 MxOy が生成する反応は式(141)で表されは，図 11 の下方にあり，酸素との親和力が大きいため脱酸る．

材として用いられることがわかる．

平衡状態では式(142)より，反応の標準 Gibbs エネルギー

反応( 141 )の Gibbs エネルギー変化は式( 144 )のように表

講義ノート

される．
＝D H °－T D S °
DG °

(144)

図 11 の各線は，相変態のない温度範囲で，標準 Gibbs エネ
ルギー変化は元素の種類に関わらずほぼ直線で表されている，エントロピー変ことから，反応のエンタルピー変化 DH °の温度による変化が非常に小さいことがわかる．式化 DS °(144)より，図の直線の傾きは反応のエントロピー変化にマ
イナスの符号をつけた値になる．線の傾きはほぼ等しいことから，反応によるエントロピー変化がほぼ等しいことを示している．それぞれの線の表す反応が 1 mol の気体 O2 が消滅する反応であり，気相のエントロピーが固相，液相のエントロピーに比べ非常に大きいために，気相のエントロピー変化
が反応のエントロピー変化に大きく寄与していることを表している．
図の温度範囲で反応物が気相に変態する Ca, Mg では，沸点以上で気体として反応するために，エントロピーの減少変化量が大きくなり，線の傾きは大きくなる．
図11の左側の縦軸は温度 0 K である．式(144)より，各線とと 0 K での縦軸との交点は反応のエンタルピー変化 DH °なる．図 11からわかるように，各反応の DH °の値は負の値
図12となっており，反応は発熱反応である．各反応の酸化反応が酸素分圧の読み取り方法．

発熱反応であることと一致する．
反応
C(s )＋O2( g ) → CO2( g )

(145)

x
1
M＋CO2( g ) →MxOy＋CO( g )yy

では 1 mol の気体 O2 が 1 mol の気体 CO2 となるため，直線の傾きはほぼ 0 となる．

(148)

図11の Ellingham 図上では，反応が平衡になる H2/H2O 比，

反応CO / CO2 比を読み取ることができるように， H2 / H2O 比，(146)

CO / CO2 比の軸も図の周りに示されている． H2 / H2O 比，では 1 mol の気体 O2 が 2 mol の気体 CO となるため，エン2C(s )＋O2( g ) → 2CO( g )CO / CO2 比の読みとり方は酸素分圧の場合と同様であり，トロピーは増加し，図 11 では負の傾きで示される．傾きのH2 / H2O 比を求めるには 0 K の左側の軸上の H 点と図上の大きさの絶対値は 1 mol の気体 O2 が消滅する反応の線の傾反応のある温度での点を結んで，H2/H2O 比の軸との交点のきとほぼ同じである．

値を読めばよい．

反応の酸素ポテンシャルは式(143)で表されるので，金属同様に，CO/CO2 比を求めるには，0 K の左側の軸上の C

および酸化物の活量を 1 と仮定すると，標準 Gibbs エネル

点を起点として直線を引き，CO/CO2 比の軸との交点の値をギー変化から各温度での反応の平衡酸素分圧 PO2 を計算でき読めばよい．

る．Ellingham 図では周囲に酸素分圧の軸が書かれており，

H 点，C 点は酸素分圧を図から直接，読みとることができる．
＝ RT ln PO2
0 K での O 点(左上)は酸素ポテンシャル DG °

(149)

(PP )

(150)

2H2( g )＋O2( g ) → 2H2O( g )

(151)

(PP )

(152)

－2 RT ln
RT ln PO2＝DG °が 0 であるので，O 点を通る直線上では酸素分圧 PO2 が一定となる．その酸素分圧の値が，図の外側の PO2 の軸として示されている．

－2 RT ln
RT ln PO2＝DG °例えば， 1200 °C での Si と SiO2 の反応 Si ＋ O2 ( g )→ SiO2の平衡酸素分圧を求めるには， Si ＋ O2 ( g )→ SiO2 の線上の2CO( g )＋O2( g ) → 2CO2( g )
CO

CO2

H2

H 2O

の反応の線の 0 K の左側の軸との交点である．

1200 °
C の点と左側の絶対温度 0 K の軸上の O 点を結び，延ただし，ここで得られた酸素分圧は，反応物および酸化物

長して酸素分圧の軸との交点の値を読みとればよい．図にが純物質で，それらの活量が 1 という条件での値であり，読み取り方を示す．酸素分圧はおおよそ10－22と読み取れる．

合金やスラグ中の酸化物などのように，成分によりその活量

金属製錬では還元剤として H2 ， CO ガスが用いられ，反応は式(147)，(148)で表される．
x1
M ＋ H 2 O( g ) →M x Oy ＋ H2 ( g )yy

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japanが 1 より小さい場合にはその補正が必要である．
＝D G°＝ DH °－T D S °＝－RT ln
Dm°

(147)

(

a 2M/xyOy
a 2Mx/y･PO2) (142)

より




＋T
RT ln PO2＝DH °(2yR ln a －2Rxy ln a －DS °)M xO yM(153)

酸化物だけでなく，硫化物(図)(2)，窒化物(図)(2)などの化合物についても同様の線図があり，金属製錬反応の考察に利用されている．

となるので，図に示すように M の活量が 1 より小さくな
る場合は線の傾きが大きくなり，MxOy の活量が 1 より小さくなる場合には線の傾きが小さくなる．実操業の解析を行う
ときには，メタル，スラグの成分を考慮して，Ellingham 図
上の線に活量の影響を考慮した線で考える必要がある．
図(2)に破線で示した Al－ Al2O3 の平衡の線は，純 Al ではなく，溶鉄中の Al 濃度の Al と平衡するように換算した線である．純 Al の線に比べて，Al の活量が小さくなり，線の傾きが大きくなる．

図13

線の傾きに及ぼす活量変化の影響．

図15



図14

Ellingham 図の応用．鉄鋼便覧 第 3 版，第 1 巻基礎 図2.7．

硫化物の標準生成 Gibbs エネルギーと温度の関係．鉄鋼便覧 第 3 版，第 1 巻基礎 図1.3．

講義ノート

図18

1273 K での CaSO 系化学ポテンシャル図．

この図は全圧が 1 atm での図である．全圧が増加した場合，2CO(g )→ C(s )＋CO2(g )(156)の平衡反応を表す線は，ルシャトリエの平衡移動の法則か
ら，全圧の増加を緩和する方向，すなわち右向きの反応が起こるので，図17上で線は右側に移動する．
図 16

窒化物の標準生成 Gibbs エネルギーと温度の関係．鉄鋼便覧 第 3 版，第 1 巻基礎 図1.2．

酸化物と硫化物が共存するような場合，二つの成分(酸素と硫黄)のポテンシャルをパラメータとして安定領域を示す
化学ポテンシャル状態図を書くことができる．
一成分系は温度と成分分圧を軸とする二次元の平面で表せるが，二成分系になると温度と二成分の三次元の立体となる
ので，立体的に理解するのは難しくなる．そこで一定の温度
断面での，二成分の分圧を縦軸と横軸として平面上で安定相を表す化学ポテンシャル状態図が用いられる．
例として Ca の化合物として酸化物，硫化物，硫酸化物の存在する CaSO 系を示す．温度 1273 K での化学ポテンシ

図 17

Fe C O 系の還元平衡図(全圧 1 atm )．鉄鋼便覧 第 3
版，第 1 巻基礎 図2.8．

 はそれぞれ式
ャル状態図は図となる．図中の各直線◯◯(157)(161)の反応を表しており，安定相の境界を示してい
る．





◯

化学ポテンシャル状態図＝－1280000＋217T J/mol
DG °

◯

式(142)より
log PO2＝－DS °DH ° 1＋・
2.303R 2.303R T

2Ca(l)＋O2( g )＝2CaO(s )(154)

2Ca(l)＋S2( g )＝2CaS(s )＝－1096000＋207T J/mol
DG °

◯

の関係が得られる． Ellingham 図では酸素ポテンシャル RT

(157)
(158)

CaSO4(s )＝CaS(s )＋2O2( g )＝915500－315.2T J/mol
DG °

(159)

ln PO2 と温度 T の関係が示されている．酸素分圧と温度とに

◯

2CaO(s )＋S2( g )＝2CaS(s )＋O2( g )(160)

分けて log PO2 と温度( 1/ T )の関係を示すのが化学ポテンシ

◯

2CaSO4(s )＝2CaO(s )＋3O2( g )＋S2( g )(161)

は，式(157)( 159)式の DG °から式(160)，( 161)の DG °ャル状態図である．安定な相が領域として示される．
図(2)は鉄鋼製錬における酸化鉄の還元反応で用いられるFe C O 系の酸化還元平衡図である．縦軸は PCO /( PCO ＋
PCO2)比，横軸は温度の化学ポテンシャル状態図である．

反応求めることができる．
各線を表す式は，反応の Gibbs エネルギーデータから求 の反応めることができる．例えば直線◯

2CaO(s )＋S2( g )＝2CaS(s )＋O2( g )2CO( g )＋O2( g ) → 2CO2(g)＝－562000＋171T J/mol
DG °

(155)

から，PCO/(PCO＋PCO2)比は酸素分圧 PO2 に換算できる．

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan(160)の平衡定数はa 2CaS･PO2 PO2＝
K＝ 2
a CaO･PS2 PS2

(162)




である． CaO, CaS はそれぞれ固相で存在するので活量を 1と す る ． あ る 温 度 で 平 衡 定 数 は 一 定 で あ る の で ( DG °＝－RT ln K),
log PS2＝log PO2＋constant

(163)


となり，図 18 では log PS2 － log PO2 平面上で傾き 1 の直線◯で表される．定数値は DG °の値から求められる．このようにして，図 18 の PO2 － PS2 系化学ポテンシャル状態図が得られる．CaSO 系では PO2, PS2 分圧が大きくなると硫酸カル
シウムが安定相になることがわかる．
熱力学データベースソフトウェアーを用いれば元素と温度を指定して化学ポテンシャル状態図を容易に描くことができ
る．

(つづく)

文

献

( 1 ) 日本金属学会，金属化学入門シリーズ 1 金属物理化学，(1996), 81.
( 2 ) 日本鉄鋼協会，鉄鋼便覧 第 3 版，第 1 巻 基礎，丸善，(1981)，図1.2，図1.3，図2.7，図2.8，図3.26，図3.38.
( 3 ) 日本金属学会，講座・現代の金属学製錬編 2 非鉄金属製錬，(1980), 84.
［本稿で熱力学データを引用した文献］
本稿中で使用した熱力学データは，下記文献より引用した．
( 1 ) Steelmaking Data Sourcebook, The Japan Society for the Promotion of Science, The 19th Committee on Steelmaking(日本
学術振興会製鋼第19委員会), Gordon and Breach Science Publishers (1988).
( 2 ) E. T. Turkdogan: Physicalchemistry of High Temperature
Technology, Academic Press (1980).
［参考書本稿の執筆に当たり参考にさせていただいた］( 1 ) J. G. Kirkwood, I. Oppenheim(関 集三，菅 宏訳)化学熱力学，東京化学同人(1965).
( 2 ) I. プリゴジーヌ，R. デュフェイ(妹尾 学訳)化学熱力学 1，2，みすず書房(1966).
( 3 ) 久保亮五大学演習熱学統計力学，裳華房(1998).
( 4 ) 松下幸雄，盛利貞，不破 祐，館 充，森 一美，瀬川清冶金物理化学，丸善(1970).
( 5 ) 増子 J 化学ポテンシャル状態図の作り方，使い方，電気化学，38(1970), 153，236，307.
( 6 ) 大谷正康鉄冶金熱力学，日刊工業新聞社(1971).
( 7 ) F. D. Richardson, Physical Chemistry of Melts in Metallurgy,
vol. 1,2, Academic Press (1973).
( 8 ) 大谷正康，水渡英昭，早稲田嘉夫冶金物理化学演習，丸善(1975).
( 9 ) C. H. Lupis: Chemical Thermodynamics of Materials, North
Holland (1983).
(10) O. Kubaschewski, C. B. Alcook and P. J. Spencer: Materials
Thermochemisty 6th edition, Pergamon Press (1993).
(11) E. T. Turkdogan: Fundamentals of Steelmaking, The Instituteof Materials (1996).
( 12 ) 佐野信雄エリンガム図と化学ポテンシャル状態図，ふぇら
む，1(1996), 847.

(13) N. Sano, W. Lu, P. V. Riboud and M. Maeda: Advanced Physical Chemistry for Process Metallurgy, Academic Press (1997).
(14) H. Lee: Chemical Thermodynamics for Metals and Materials,
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( 15 ) 伊藤公久マテリアルサイエンスの基礎 熱力学，八千代出版(2000).
( 16 ) イリヤ・プリゴジン，ディリプ・コンデプディ現代熱力学，朝倉書店(2001).
(17) D. askell: Introduction to the Thermodynamics of Materials,
Fifth Edition, Taylor & Francis (2008).
( 18 ) 早稲田嘉夫，大藏隆彦，森 芳秋，岡部 徹，宇田哲也編
矢澤彬の熱力学問題集，内田老鶴圃(2011).
(19) P. Atkins，J. de Paula 著，中野元裕，上田貴洋，奥村光隆，
北河康隆訳，アトキンス物理化学(上)第 10版，東京化学同人(2017).
( 20 ) 伊藤公久，平田秋彦，山本知之基礎材料科学，コロナ社(2020).
［熱力学データ集］( 1 ) J. F. Elliott, M. Gleiser and V. Ramakrishna, Thermochemistry
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( 2 ) R. Hultgren, P. D. Desai, D. T. Hawkins, M. Gleiser, K. K.
Kelley and D. D. Wagman: Selected Values of the Thermodynamic Properties of the Elements, Am. Soc. Metal.
(1973).
( 3 ) R. Hultgren, P. D. Desai, D. T. Hawkins, M. Gleiser and K. K.
Kelley, Selected Values of the Thermodynamic Properties ofBinary alloys, Am. Soc. Metal. (1973).
( 4 ) G. K. Sigworth and J. F. Elliott: Metal Science, 8(1974), 298.
( 5 ) O. Knacke, O. Kubaschewski and K. Hesselmann: Thermochemical Properties of Inorganic Substances Second Edition, Springer Verlag (1977).
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Phys. Chem. Ref. Data, Monograph No.9, American Instituteof Physics and American Chemical Society, (1998).
( 7 ) Steelmaking Data Sourcebook, The Japan Society for the Promotion of Science, The 19th Committee on Steelmaking(日本
学術振興会製鋼第19委員会), Gordon and Breach Science Publishers (1988).
( 8 ) Y. Kawai and Y. Shiraishi: Handbook of Physicochemical
Properties at High Temperatures, Iron Stel Inst. Japan (1988).
( 9 ) S. Banya and M. Hino: Chemical Properties of Molten Slags,
Iron Stel Inst. Japan (1991).
(10) I. Barin, Thermochemical Data of Pure Substances, VCH Verlagsgesellschaft mbH (1993).
(11) M. Hino and K. Ito: Thermodynamic data for steelmaking,Tohoku University Press (2010).
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
1982 年 3 月

月橋文孝

東京大学大学院工学系研究科金属工学
専門課程博士課程修了，工学博士
1982年 4 月 東京大学工学部金属工学科助手
1986年10月 東京大学工学部金属工学科講師
1988年 1 月 東京大学工学部金属工学科助教授
1999 年 4 月～ 2020 年 3 月 東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻教授
2020年 6 月 東京大学名誉教授
専門分野金属製錬学，鉄鋼製錬学◎金属製錬，鉄鋼製錬プロセスの物理化学に関する研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

講義ノート


巻記念企画

会誌編集委員会
会誌編集委員会委員長
日本金属学会誌(以下，会誌)は，本会設立の 1937 年に創

佐

藤

英

一

STAGE(2)上で公開されている．

刊された学術論文誌である．図に，「本会の目的は一般金

私は，昨年よりこの会誌の編集委員長を拝命している．そ属に関する理論に重きを置き学術と工業との連絡を密にし両こで改めて知ったのは，会誌の発行が危機的な状況であると者の進歩発展を計るにある」(原文の旧漢字を新漢字に変換)いうこと．各号 4 篇程度の論文掲載がやっとの状態で，そと謳う，初代日本金属学会会長本多光太郎先生による創刊のれを下回ると合本として隔月刊とせざるを得ないということ

辞の冒頭を載せる．その後1960年に欧文誌 Transactions ofであった．図に，年間掲載数，年間投稿数，およびインパ

The Japan Institute of Metals(2000年より Materials Trans-

クトファクター(IF)の推移を示す．2005年頃には年間180篇

actions )， 1962年に日本金属学会報(1994年より まてりあ)ほど(各号 15 篇ほど)掲載していたが，徐々に減少し， 2020

を分離し，金属のみならず関連する幅広い分野の研究成果を

年には年間 52 篇(各号 4 篇強)の掲載にまで落ち込んでい対象とする和文学術論文誌として現在に至っている．また，る．投稿時と掲載時の時間的ずれで投稿数が掲載数を下回っ

2013 年以降は，全巻が金属学会ホームページ(1) および J ている年もあるが，平均して採択率は 80 程度である．幸図1

日本金属学会誌，Vol. 1, No. 1(1937)12.

宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan役に立てるのではないであろうか．
そのような方々のために，会誌の利点を以下のように纏めてみた．
IF の付いた冊子体とオンラインジャーナルの 2 形態の雑誌
投稿・掲載ともに無料
発行後，即時に全論文フリーダウンロードが可能掲載決定後 2 年以内であれば， Materials Transactions への翻訳論文投稿が可能
日本金属学会 新進論文賞(3)の対象
また，世知辛いことではあるが，特に以下のような応募には，学術誌掲載論文が 1 篇でもあると有利になる．
日本学生支援機構奨学金の特に優れた業績による返還免除
図2

日本金属学会誌における年間掲載数，年間投稿数， IFの推移．

日本学術振興会特別研究員 DC1，DC2
そのような学生さんには是非，会誌を活用していただけない
かと期待するところである．

い，IF は低いながら0.3～0.4程度を保っている．

現在，編集委員会では，会誌の魅力を高め，投稿数を増加

近年とみに，大学等での研究者としての評価には一流の国させるために，学会事務局と相談しながら，検討を進めてい際学術誌に掲載された英語論文の数が求められている中で，る．皆様も是非，会誌の発展にご協力をいただければ幸いで国内和文誌の意義を考え直してみる必要がある．そもそもある．

は，自国の言語で科学技術を教育，研究し，成果を発表，議論する場を提供すること，ではないであろうか．物理や天文

文献などの純粋な理学と異なり，工学の一分野である材料工学にとっては，背景にある産業を支えることは大きな命題であり，国際的アカデミアでの活動を主目的としていない企業の技術者や研究者にも，大いに活躍していただくことを期待している．そのような方々の発表の場として，また，将来アカデミアを目指す若者の前段階のトレーニングとして，会誌は

( 1 ) 日本金属学会ホームページ https: // jim.or.jp / PUBS / thesis _j/j_index.html( 2 ) J Stage ホームページ https:// www.jstage.jst.go.jp / browse /jinstmet/list/char/ja( 3 ) 日本金属学会ホームページ https: // jim.or.jp / INTRO / prize.
html(2021年 7 月16日受理)[doi:10.2320/materia.60.579]

委員会だより
巻記念企画

Materials Transactions のランクとインパクトファクター 向上を目指した最近の試み
欧文誌編集委員会委員長

堀

田

善

治

後，ランクは毎年低下している． 2020 年のランクは JIF の

.

は じ

め

に

増加に伴って若干上昇したものの，それでも対象 80 誌中の50 位とかなり低い． Materials Science の材料系学術誌に対「まてりあ」 2021 年 7 月号では，「 Materials Transactions

象を広げると，335誌の中で282位となっている．100に規格の審査基準とインパクトファクター向上について」と題して化した場合，58/80は63位，282/335は84位に相当する．本

お知らせした(1) ． Materials Transactions (以後 MT と表記)

質的に質の充実を図り，JIF とともにランクの向上を図るこの Journal Impact FactorTM (以後 JIF と表記)は図に示すとが必須の課題となっている．

ように，2008年に 1 を下回って以後，0.7程度に低迷してき先の「まてりあ」7 月号では，JIF の向上を目指すために，た(2) ．このような不名誉な状態から脱却すべく，編集委員

ゼロ被引用論文の解消，
 Review/Overview 論文の勧誘，


会・編集事務局では論文審査基準を見直すなど，一丸となっ 新規論文カテゴリ「Current Trends in Research(以後て戦略的に JIF の向上を図ってきた．その結果， 2021 年 6

 共同刊行の充実，の 4 項目を設け
CTR と表記)」の導入，

月に Clarivate Analytics 社より発表された 2020 年の JIF はて，最近の対策をまとめた(1) ．ここでは JIF 向上を目指し

1 を上回り，2000年初めの頃の値に戻った．欧文誌編集委員

た対策について補足し，欧文誌編集委員会の活動をお知らせ

長として，まずはこの回復を素直に受け入れて喜びたい．

する．

JIF 向上にご協力いただいた関係各位に，心よりお礼申し上.

げる．
しかしながら，最近の学術誌は JIF のインフレーション

インパクトファクターワーキンググループ( JIFWG)の活動が大きく，大半が 2 を遥かに超えた状況にある．図 1 に，Metallurgy & Metallurgical Engineering 分野でのランクの欧文誌編集委員会ではインパクトファクターワーキンググ

推移についても追加した(2)．ここでのランクとは，JIF の高ループ(JIFWG)を設けて，被引用状況の調査・追跡，特集い順をいう． 2000 年初めは 10 位と高順位であったが，以号 の 勧 誘 ・ 編 集 ， Review / Overview 論 文 の 勧 誘 ， 論 文 査
読・審査への積極的関与など行っている．特に，被引用数の調査データに基づいて，高被引用論文に証明書(図)を発行することを計画した．証明書は共著者を含め，全員に送るこ

図1

Materials Transactions の 2001 年 以 降 に お け る JIF とMetallurgy & Metallurgical Engineering 分野でのランクの推移(2)．(オンラインカラー)

九州大学名誉教授

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

図2

高被引用論文に贈る証明書(案)の例．(オンラインカラー)




表1

2020年の高被引用数上位10(TOP10)の論文一覧．

. Review/Overview 論文の公募とになっている．MT への貢献度の大きさを称えて贈るものである．表は， 2020年の JIF の向上に貢献した TOP10の論文リストである．ちなみに，最高被引用数は 1 年間で 22となっている．

MT 共同刊行の軽金属学会では， Review / Overview 執筆者の公募を開始した．内容は，軽金属(主にアルミニウム，
マグネシウム，チタン，ならびにこれらを主成分とする合金

. Current Trends in Research (CTR)の現状

や化合物)を対象としたものになる．この公募では公益財団法人軽金属奨学会からの支援を受けて，投稿料の補助と合わ

2020年に開設した CTR では，すでに 8 編の論文が掲載済

せて，執筆料 20 万円が著者に支払われることになっていみ(あるいは掲載決定)状況にある(3)(10)．いずれも MT でのる．申し込みの詳細については，下記案内を参照いただきた

特集号掲載論文および関連論文を特集号企画担当者より紹介

い．

を受け，最近の研究状況をお知らせしたものである．また，https://www.jilm.or.jp/pageMTRjyosei

CTR での 8 編の論文の中には，2019年に論文賞を受賞した

論文 8 編(11)(18)の紹介記事が含まれている(7)．



委員会だより.

特定論文収録集(PASDRA)の発行

表する公式機関誌である．編集は学協会より委嘱を受けた編集委員が担当し，査読者は専門性と信頼を基に選任され，厳MT では独自の試みとして，特定研究テーマの下に掲載された論文を集約した「特定論文収録集( PASDRA:

格に査読が行われる．最近新たな商業的ジャーナルが増えてPapers

きているが，しばしば容易に掲載できる場合がある．いわゆ

Assembled in Specially Designated Research Area)」と称す

るハゲタカジャーナル(捕食学術誌)と呼ばれている類である．

るウェブサイトを作成・公開した．最近では文献探索はイン

MT はこのような新興ジャーナルとは異なり， 1960 年に創ターネットを使って容易に実現できる状況にあるが，より迅刊された歴史ある学術誌であり，論文の内容は学術的に保証

速かつ正確に(洩れなく)関連論文が入手できることが望まれされたものである．業績評価に当たって JIF の高い学術誌ている．また，しばしば多くの学術論文発行社からメールがに公表されることは必然的に望まれるところであるが，一方送り付けられてくるが，単発論文であることも多く，実際にでは学術的な信頼性があっての評価となる．業績評価では，は関連分野のリサーチを自分で行うことが多い．この PAS-

JIF も含めてどのような学術誌に投稿したかが問われること

DRA ではある一定の期間に掲載された論文をまとめ，単行がある．一旦ハゲタカジャーナルで公表すると，その後のキ本あるいは国際会議・シンポジウム議事録の形式で，著者イャリアに致命的な影響を及ぼすことも懸念される．これに対ンデックスやキーワードインデックスを付けてまとめていして， MT は創刊以来 60 年以上の歴史を誇る我が国発の材る．下記ウェブサイトでは，筆者の研究分野より MT に掲

料系学術誌との信頼を得ており，その矜持を失うことなく継載された論文を収録した．このような PASDRA 企画は，動続できることを切に望みたい．

向調査を含めたグループ研究の一環として，あるいは特定プ
ロジェクトの成果集として利用できるものと考えている．この PASDRA アドレスは，MT のホームページを通してアクセスできる状況にある．
https: // www.jim.or.jp / journal / e / special issue / si 01 / index.html

.

共同刊行の現状

MT では論文投稿を共同刊行の学協会で個別に受け付け，審査を進めてきたが， 2021 年 4 月から投稿窓口を一本化した．各学協会の特徴を活かしながら受付・審査を同一の基準とすることで，論文の形式と内容を充実させようというものである．外部から見て質や形式にばらつきがなく，統一感を与えて引き締まった印象にできると信じている．この窓口一本化は，共同刊行学協会の全編集委員会および会員のご理解とともに，幹事の日本金属学会編集事務局と共同刊行学協会
編集事務局の多大な尽力の下に為し得たものである．現在な
お微調整が続いているが，結束を強めて，JIF やランクに関わる厳しい現状を乗り越えることができればと切に願ってい
る．

.

お わ

り

に

MT は金属学会をはじめ， 14 学協会が承認した論文を発

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan文献( 1 ) 堀田善治まてりあ，60(2021), 431434.
( 2 ) https://jcr.clarivate.com/(閲覧日2021年 7 月 5 日)
( 3 ) Z. Horita and K. Edalati: Mater. Trans., 61(2020), 22412247.
( 4 ) T. Yamamoto, M. Yoshiya and H. N. Nhat: Mater. Trans., 61(2020), 24352441.
( 5 ) T. Ohmura: Mater. Trans., 62(2021), 563
569.
( 6 ) R. Suzuki, S. Natsui and T. Kikuchi: Mater. Trans., 62(2021),
905913.
( 7 ) Z. Horita: Mater. Trans., 62(2021), 1046
1051.
( 8 ) T. Kobayashi and T. Ando: Mater. Trans., 62(2021), 1270
1276.
( 9 ) M. Ishimaru: Mater. Trans., 62(2021), 14201423.
(10) Z. Akase, M. Higo, K. Shimada, T. Sato, H. Magara, D. Shindo
and N. Ohno: Mater. Trans., 62(2021), in press.
(11) F. Briffod, T. Shiraiwa and M. Enoki: Mater. Trans., 60(2019), 199
206.
(12) A. Takeuchi, T. Wada and H. Kato: Mater. Trans., 60(2019),
16661673.
(13) A. Takeuchi, T. Wada and H. Kato: Mater. Trans., 60(2019),
22672276.
(14) Y. Shimauchi, S. Ikemoto, S. Ohmori and T. Itoi: Mater.
Trans., 60(2019), 23282335.
(15) T. Ube, A. Kawamoto and T. Ishiguro: Mater. Trans., 60(2019), 525
530.
(16) K. Wu, F. Briffod, K. Ito, I. Shinozaki, P. Chivavibul and M.
Enoki: Mater. Trans., 60(2019), 21512159.
(17) T. Hara, T. Ishida and K. Oikawa: Mater. Trans., 61(2020),
632640.
(18) M. Uenohara, Z. Hanlin, H. Nishio and K. Machida: Mater.
Trans., 61(2020), 782786.
(2021年 7 月12日受理)[doi:10.2320/materia.60.581]





巻記念企画講演大会委員会
講演大会委員会委員長
講演大会委員会では，金属学会の主要活動の 1 つである

御手洗

容

子

れた．

講演大会の企画や講演大会申込数・聴講者数の動向の検証にしかし，金属・材料の基礎を横断的に議論するという本会より，会員にとって魅力ある講演大会を目指している．

の特徴であり重要な役割を果たしにくくなっていったため，

2016 年までは分科会と呼ばれる組織の中で，講演大会につ本会の本来の特徴である基礎・プロセス・材料に共通する研

いては「講演会・講習会事業」として，研究会など学会活動

究議論の場を復活させるべく， 2016年から 2019 年にかけての活性化につながる活動については「調査・研究事業」とし

59代 杉本論(東北大)委員長により再び再編が行われた．分て議論してきた．2009年に，「講演会・講習会事業」は各分科を分野と呼び替え， 9 つの大分類に分け，その中に中分科の幹事以上で構成される「講演大会企画委員会」と委員全

類，セッションキーワード，さらに詳細なキーワードを設置

員で構成される「講演大会委員会」に分かれ，「調査・研究した．立場の異なる研究者・技術者にとっても魅力があり，事業」も同様に，各分科の幹事以上で構成される「分科会企討論の活発化を目指して，第 1 分野材料と社会，第 2 分

画委員会」と委員全員で構成される「分科会委員会」に分か

野物性と電気・磁気関連材料，第 3 分野組織・計算科

れた．「分科会企画委員会」と「分科会委員会」は，2018年

学，第 4 分野力学特性，第 5 分野材料化学，第 6 分にさらに「調査研究推進委員会」と「調査研究委員会」と名野材料プロセッシング，第 7 分野生体・医療・福祉，

前を変え，現在に至っている．

第 8 分野構造材料，第 9 分野エネルギー関連材料と分講演大会の中で重要なものが，講演のセッション構成につ類し，現在に至っている．

ながる専門分野である． 2017 年度まで，金属学会の中で講演大会のプログラム編成は講演大会企画委員会で行わ「分科」という言葉を使って分類されていた．これまで何度

れ，以前は会議室に集まり，講演タイトル，発表者，講演概

か大きな改革が行われてきたが，私の記憶にある改革は 44

要が書かれた紙を見ながらセッションごとに講演タイトルの代花田修治委員長(東北大)及び 45 代村上正紀委員長(京都

紙を貼り付け，座長を決定していった．最後に，座長の重複大)の下で検討され，2001年春期大会から適用された．それが無いか，講演申し込み数とプログラムの講演数が合うかを

以前は，金属材料における基礎的な現象を元に分類され，第確認し，合わないと講演数が合うまでミスを探す．これらの総合分科物性，第総合分科組織，第総合分科力

作業はほぼ 1 日かけて行っていたが，事務局の工夫により学特性，第総合分科材料科学，第分科材料プロセッ

だんだん短時間で行えるようになっていった． 2016 年から

シング，第総合分科工業材料，第 0 総合分科教育・

は Web を使ったプログラム編成となり，空いている時間に環境・新領域，となっていた．これが 2001 年には，イノベ

効率良くプログラム編成ができるようになったものの，各分ーションを意識し，出口志向の分類に大きく変更され，第 1野の委員が集まって議論しながらプログラムを編成する楽し分科エネルギー材料，第 2 分科エコマテリアル，第 3

みがなくなってしまったのは少々残念である．

分科電子・情報材料，第 4 分科生体・福祉材料，第 5

最近の講演大会では，会員にとってより魅力的な大会とす

分科社会基盤材料，第 0 分科教育・環境・新領域，とるために，分野間で協力したセッション企画や，テーマを最なった．この分類をさらに応用・萌芽領域と基礎物性・プロ

先端のホットな話題に焦点を当てた公開シンポジウム，企画

セス領域に分け，基礎物性・プロセスの中にそれまでの分科

シンポジウムなどの企画が多数行われている．また，杉本委のキーワードとなっていた学術的な現象に関するキーワード

員長の下で開始した自動車技術会との合同セッションや，韓が並べられた． 2013 年には 57 代西田稔(九大)委員長によ

国金属学会との国際セッション，アメリカ TMS との間で行り，革新的な材料の開発に不可欠な学理・現象・プロセッシ

われる Young Leader 派遣など，他機関との連携企画も盛り

ング別のセッションの充実を図るとともに，材料別セッショ

沢山である．

ンとのバランスを現状よりも配慮して，分科の分類はそのま

講演大会での講演数は，秋期大会では 1000 件を超えてい

まに，セッションの再構築のみを行った．特に，企業研究た の が ( 図)， 会 員 数 の 減 少 と と も に ， 2014 年 辺 り か ら

者・技術者の要望に応じるため，材料別セッションとそれら1000 件を切るような状態が続いていた．しかし，上記に示を横断する学理・現象・プロセッシング別のセッションに分すような委員会の努力により， 2017年には再び 1000 件を超類して再構築する方針に基づき，再びセッション改編が行わえる講演数になっている．春期大会は 2010 年以前の講演数が 1000件を超えていたのに対し， 2012年(2011年は中止)以東京大学大学院新領域創成科学研究科



降は700800件で推移している．聴講者数については，秋期委員会だより図1

参加者数，講演数の推移．(オンラインカラー)

大会で 1500 人程度，春期大会で 1300 人程度を推移していの機能は回復していった．また，この年の秋期大会の担当はる．秋期大会は北海道，東北，関東，東海，北陸信越，関東北大であり，東北大も甚大な被害を被っていたが，偶然に西，中国四国，九州の各地区を順番に回って開催しており，も，新しい試みとして，従来担当大学で開催していた講演大開催地によっても聴講者数は変化する． 1995 年 12 月 12日～

会を国際会議場を利用する方式として企画していたため，

15 日にはハワイ・ホノルルのヒルトン・ハワイアン・ビレ

2011 年の秋期大会は台風を避けた 11 月に沖縄で開催されたッジで講演大会を開催したときには，講演数 1,296件，参加(図)．講演数は 1497 件，聴講者数は 1890 人と，過去最多者数 1,433名であった．2011年の春期大会は，東日本大震災

講演数 1576 件( 2003 年・北大)，過去最大聴講者数 2012 名のため中止となった．このような事態は，本学会史の中で初( 1988年・阪大)に匹敵するものであった． 2013年の金沢でめてであった．学会事務局がある仙台の被害が甚大であり，の講演大会では，台風が直撃し，航空機，鉄道が運行停止と学会活動が心配されたが，事務局の努力により徐々に事務局なり，大会前日に開催される講演大会委員会にほとんどの委

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan




図2

2011年沖縄大会でのポスター発表．(オンラインカラー)

図3

第 1 回(2005年)託児室 学内をお散歩中(広島大学にて)．
(オンラインカラー)

員が出席できない事態となった．多くの参加者が，台風の移

オリンピック開催を迎えようとしている．感染者数が十分に動とともに動き始めた鉄道を乗り継いで，大会前日の夜中の減少しない中，ワクチン接種が始まったことによる感染拡大到着となった．この時に，災害時における大会運営の判断や鎮静化への期待感もあるが，残念ながら 9 月の講演大会は会員への連絡法について検討が行われた． 2016 年の大阪開

再びオンラインでの開催となった．7 月時点で鉄鋼協会は対催時にも台風に見舞われるなど，講演大会が気候に影響を受

面開催を目指しており，日本金属学会とは開催日も開催形式

けることが多くなってきた． 2020 年にはコロナ禍の影響も異なる別開催となった．これまでも，日本金属学会の記念で，本学会史上初めて感染症による大会の開催中止という判行事としてハワイや沖縄で開催されるときは鉄鋼協会と別で断を行った．私自身が 2019 年度に講演大会委員会の副委員

あったし，また春期大会においても会場の関係で別開催にな

長， 2020 年度から委員長であったため，講演大会に与えるったことはあるが，今回は感染症に対する対応の違いでの別

感染症の影響の大きさを目の当たりにした．正直なところ，開催となった．当学会の個々の講演大会を振り返っても，そ2020 年 1 月頃には，感染症で大会が開催できなくなる事態

れぞれの時代の世相の影響を様々に受けてきたことが見て取に追い込まれるなど想像もしていなかった． 2020 年秋期大れる．

会はオンラインでの開催となったが，これについても，当初個人的な話になるが，私が旧分科会に関わったのは 2005

は開催できるとは全く想像できず，他学会でそのような話が年頃と記憶している．当時の第 0 分科「教育・環境・新領上がっているのを半信半疑で聞いていた．初めてのオンライ域」に参加し，材料が社会に与える影響についての企画を行ン開催ということで講演件数は718件と減少したが，聴講者った． 2011 年には東日本大震災による福島の原子力発電所

は 1369 名で，これ以前の秋期学会よりも若干減少した程度

事故を受け，放射性物質やその取り扱いに関するシンポジウであった．実際に開催してみると，講演スライドがよく見えムを開催した．また，材料教育に関するシンポジウムや，材て，講演がクリアに聞こえること，異なるセッションの移動

料リサイクルなどの環境問題に関するシンポジウムも開催しが楽であること，人気ある講演で聴講者数が多くても，オフた．学会における男女共同参画活動の重要性についても議論ィスから座って聴講できることなど，メリットが多いことがされ，男女共同参画委員会が設置された．男女共同参画のセ分かった．高校生によるポスターセッションも，それ以前のッション企画やシンポジウムを行い， 2009 年からは，講演参加者は開催地付近の高校生に限られていたが，オンライン

大会の昼休みに昼食をとりながら，金属分野出身者のキャリ化に伴い地理的制約が解消されたことにより発表件数が増

アの積み方や子育ての話などを聴くランチョンミーティング

え，高校生にとってもメリットがあることが示唆された．講を行っている． 2011 年からは，女性会員のネットワークを演大会アンケートでも，大会参加者はオンライン開催に概ね作るために，大会期間中に女性会員のつどいの会を開催して満足したという結果になった．一方で，学会の醍醐味である

いる．また， 2005 年に講演大会中の託児室が初めて設置さ人との交流ができない点に不満を抱く参加者も多かった．

れ，広島まで子供を連れて行って大会に参加したことは，個2021 年春期大会では，オンラインでの交流会も試みた．参人的に印象に残っている(図)．

加人数は多くはなく，うまく話ができずに退出した会員も多最後に，この記事を書くに当たり，事務局の皆様，退職さかったが，参加者はそれなりに交流ができたと思う．この原れた斎藤智士氏から情報をいただいたことに感謝いたします．

稿を書いている 2021 年 7 月現在，コロナ禍が始まった当初(2021年 7 月12日受理)[doi:10.2320/materia.60.584]

は予想していなかったが，未だコロナ禍が続く状況下で東京

委員会だより
巻記念企画セミナー・シンポジウム委員会
セミナー・シンポジウム委員会委員長

大 村 孝 仁 前委員長 小 山 敏 幸

セミナー・シンポジウム委員会は，「講演会・講習会事業」

である．これらデジタル化の方向性をコロナ禍以前からすでにおいて講演大会と並ぶ活動に位置付けられ，専門知識の普に念頭に置いて進めている点は，特筆すべきであろう．昨年

及や啓発，教育を目的として，講習会，セミナー・シンポジ

来の予期せぬ急速なオンライン化の流れに対して，今後，柔ウムを企画・運営する活動を行っている． 2013 年 3 月 1 日

軟に対応しつつ，セミナー・シンポジウムの視点から学会活に日本金属学会が社団法人から公益社団法人へ移行した際の動のさらなる充実化を図ることが急務である．また，講習会

事業組織の見直しにおいて，セミナー・シンポジウム委員会などを契機に講師や受講者の会員登録を促進し，会員数増加

は，それ以前における講演大会委員会の下部組織の位置付けへ貢献することも重要なミッションである．

から，独立して活動を行う委員会に格上げされた．これに伴これらのアクションプランに先行して， 2017 年 7 月 7 日って， 2015 年 9 月 15 日には，シンポジウムの名称が「分科には，当委員会の中心活動である金属学会セミナーを充実化

会シンポジウム」から「金属学会シンポジウム」に変更されさせるため，新カテゴリー「特別講座」を追加した．従来，た．これは，「分科会」が調査研究委員会の下部組織である

金属学会セミナーの趣旨は，「研究者・技術者に対する啓発ため，本会事業における整合性に基づく修正である．さらに，

あるいは教育・育成活動の一環であり，専門家同士の研究発2019 年 4 月 1 日の講演大会セッション改編および分野(分表・討論の場であるシンポジウムとは異なる．セミナーにお科)改編に伴い，セミナー・シンポジウム委員会の委員構成

いては，各分野の専門家が定説的・基礎的な理論・原理あるも新分野に合わせて刷新された．講演大会委員会からは独立

いは実験解析方法などを応用面への展開を考慮しつつ，新たしつつも，伝統を重んじつつ，各分野との連携維持・強化をに学ぼうとする研究者・技術者に解説し，その知識向上に資図ったものである．

するという機能を重視する．」と規定されている．すなわち，次に，活動内容については， 2018 年 2 月 2 日に制定され教育を軸足とした基礎的な勉強会を内容とする旨が定められた「日本金属学会 10 年後の目標・アクションプラン」におている．これに対して，昨今，材料科学・工学の学問分野がいて，講習会・セミナー・シンポジウム事業では，主に以下

高度化・細分化・多様化する傾向にあって，基盤内容も厚みの 3 点の内容を推進することとした．

を増す一方であるため，これに対応するための方策として，最新の研究や技術を学べ，次世代を担う人材の教育と育成に

従来型のセミナーに加え，金属学会セミナーの中でも特に基貢献する魅力ある講習会を目指す

礎・基盤的な教育効果に重点を置いたセミナーとして，「特2.

特別講座のメニュー拡大・全国での複数開催

別講座」を新設した(表)．

3.

分科の活性と横断の促進・全国での開催

1.

最後に，当委員会における近々の課題は，「オンライン・

. においては，セミナー・シンポジウム活動をさらに活性

デジタル化」のさらなる推進である．急激なオンライン化の化して学会活動の柱の一つに強化するため，講習会などを定流れに対して，むしろその利点を最大限に活用し，内容の充期的に開催することや，各支部との共催，フェロー制度を活実に加え，参加・登録料を柔軟に設定するなどの方策によ用した講師の充実化，会報「まてりあ」編集委員会との連携

り，参加者数の拡大を目指す．また，オンライン開催によっによるミニ特集・連載講座の開催案内の掲載などを進めていて全国(全世界)どこからでも参加可能となったことから，支る．. においては，支部との連携強化，金属学会セミナー

部開催のシンポジウムとの相互乗り入れも視野に入れて，双(特別講座)のメニュー拡大( 10 年で 10件以上に)を進めると方の活性化を図る．これらを推進するためにはセミナーテキ

ともに，デジタルコンテンツの充実化，講演大会との連携

ストや講演映像のデジタルコンテンツ化が必須であるが，一(前後開催など)， Webinar 配信と映像コンテンツの活用を方で著作権保護への対応も大きな課題となる．これらについ進めている．. においては，分科との連携強化，基盤分野ても，講演大会委員会とも連携を密にして，最適化を進めるのシンポジウムの充実化，若手研究グループ制度の活用のほ方針である(図)．

か，. で掲げたデジタルコンテンツの充実化なども推進中
物質・材料研究機構(2021年 6 月28日受理)[doi:10.2320/materia.60.587]

名古屋大学大学院工学研究科

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan




表1
セ
特別講座

ミ

2000年からのセミナー開催テーマ．
ナ

ー

テ

ー

マ

転位を知る―金属・合金における強度・延性の担い手―

高温酸化腐食の基礎―熱力学・動力学を中心とした腐食の理解―

開催日

2019年 1 月29, 30日
2019年 1 月22日

材料の力学特性向上を目指して―最近の実験・計算手法の進展に基づく本質的な理解―

2018年 3 月 6 日

状態図および相変態の基礎と応用―計算工学の観点から―2018年 1 月15日

特別講座

状態図・相変態の基盤と実践的ノウハウ―CALPHAD 法とフェーズフィールド法を使いこなすために―2017年12月13, 14日

半導体における点欠陥と拡散―基礎と最先端デバイス

2015年11月12日

材料における拡散―基礎および鉄鋼材料における拡散と関連現象

2014年10月24日

次世代永久磁石材料をめざして―磁石材料の微細構造と保磁力―

2014年12月26日

構造材料の元素戦略

2013年 1 月23日

材料科学的アプローチによる太陽電池研究の最前線

2012年10月12日「高温過酷環境を制する耐食材料/コーティングのさらなる挑戦」―最近の耐食性理論と長寿命材料の開発・実用化―

2012年 3 月15日

バルクナノメタル2009年 7 月24日

構造用金属材料の新たな可能性

機能元素のナノ材料科学

2009年 7 月24日

ナノ構造制御した触媒・光触媒の設計・評価・応用

2009年 1 月20日

金属材料と人間との共生―金属材料の色彩と質感の科学と工学―

2007年 4 月17日

水素貯蔵の材料科学―基盤・応用両面での研究展開―

2006年 3 月30日

原子炉材料の照射損傷―高経年化への対応―

2006年11月10日

非シリコン半導体の現状と展望

2006年 3 月29日

環境/エネルギー関連機器用高温耐食材料の保護皮膜の生成と破壊―高温腐食メカニズムの解明と寿命予測技術はどこまで進歩したのか―

2006年 2 月 2 日

マグネシウム合金の製造と加工技術の最先端

2005年 3 月28日

チタン合金の研究・開発の最前線

2004年 8 月23日

最先端スピンエレクトロニクス技術の基礎と応用

2004年 6 月25日

材料強化設計の基礎と応用

2004年 3 月29日

自動車の電動化の進展と望まれる材料特性

2003年 3 月20日

循環型社会における環境・リサイクル技術

2002年11月22日

凝固および結晶成長―理論・シミュレーションと応用

2002年11月15日

先端材料における拡散―基礎と応用

2002年 5 月31日

材料破壊の基礎から応用―信頼性の高い材料の開発・利用にむけて

2001年10月23日

パソコンで学ぶ材料工学

2001年11月22日

エネルギー・環境保全機器材料の高温腐食および防食の基礎と実際

2001年10月23日

2 次電池の高性能化の材料科学

2001年 6 月20日

鉛フリーはんだ実装の基礎と技術

2001年 3 月16日

抗菌剤および抗菌機能化金属材料をめぐる現状と将来

2000年 7 月17日

材料の環境負荷をいかに減らすか

2000年 1 月21日

図1



歴代のセミナーテキストが事務局に保管されている．(オンラインカラー)

委員会だより
巻記念企画

日本金属学会人材育成事業
人材育成委員会委員長

概要
小

林

千

悟

日本金属学会では， 2012 年から人材育成委員会を設置しメリットが挙げられたが，有望学生の発表を聴くことができて，次世代を担う人材を育成することを目的とした各種人材

ないデメリットもあった．アンケート調査結果から，講演大育成事業を企画・実施している．人材育成委員会は 8 名で会最終日に実施した方が参加者の満足度が高い結果となった構成されており，他の委員会とも協力して，以下に説明するため， 2019 年春も講演大会最終日での実施となった． 2015 ～◯
 の事業を実施している．
◯～ 2019 年の実績として，参加企業数は毎回 40 社前後であ 出張講義企業の人材育成に資するため，企業に本会会員◯

り，一方，参加学生数は約80～160名であった．また，学生を派遣し，企業ニーズに合致した内容のきめの細かい講義をが企業をより深く知るために立食の交流会(図)を説明会に実施している．これまでに実施した講義の内容は，鉄鋼材料

続いて開催し，企業と学生との交流を促進している．なお，

組織制御，鉄鋼材料強度学，鉄鋼物理化学，高炉シミュレー

2020 年春は，新型コロナウィルス感染拡大の影響による講ション，鉄鋼における相変態・析出の基礎，合金の状態図と演大会中止に伴い，企業説明会も中止となった．

熱力学，凝固金属の基礎である．今後，金属およびその関連

 小中高生への啓発活動小中高生らに金属材料への興味を◯分野における学術・科学技術・産業，教育・人材育成等に造抱いてもらうために，アウトリーチ活動を積極的に進めてい詣の深い会員であるフェローによる出前講義を増やす予定でる．高校生に対しては，「高校生・高専( 3 年生以下)学生ポある．なお，フェローとは 2019 年に日本金属学会に新設さスター発表」のセッションを 2018 年秋期講演大会から設けれたポストであり，出張講義はフェローが担うこととされるている．第 1 回( 2018 年秋)では 7 件の発表があり，第 2 回

人材育成活動の一つである．

( 2018 年秋)では 12 件，第 3 回( 2020 年春中止) 12 件，第 4 セミナー・講習会金属学の基礎を教授する「特別セミナ◯ー」を開催(セミナー・シンポジウム委員会)しており，若手研究者・技術者の育成に努めている．そして，各支部における講習会を積極的に支援して，各支部地域の材料学分野の発展に寄与している．
 企業説明会大学生(大学院生)と企業とのマッチングを支◯援し，材料分野に携わる人材を増やすことを目的として，春期講演大会時に講演大会参加学生および開催校の学生ならびに鉄鋼協会学生会員を対象とした企業説明会(図)を開催している．2015年春期講演大会の講演大会前日に実施した第 1
回では，参加企業35社，参加学生111名であった．講演大会
前日に実施した場合，学生にとっては自分の講演や聴きたい
講演と時間が重ならないというメリットがあるが，講演発表

図1

企業説明会ブースの様子．(オンラインカラー)

前の準備等で参加が難しくなるデメリットがあった．一方，参加企業にとっては，有望と思う学生の講演を聴きに行くことができるメリットが挙げられる反面，参加する学生が限られるというデメリットがあった．講演大会前日に開催するスタイルで 2017 年春まで実施し， 2018 年春からは講演大会最終日に実施するスタイルに変更となった．講演大会最終日に開催する場合，多くの学生が講演を終えており，落ち着いて
企業説明会に参加できるメリットがあるが，一部の学生は講演と重なってしまうデメリットも生じた．また，遠方からの学生は説明会に最後まで参加出来ないこともあった．企業側には，ブースでの説明時間が長くとれ，訪問学生数が増える愛媛大学大学院理工学研究科物質生命工学専攻

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

図2

交流会の様子．(オンラインカラー)




図3

なるほど，金属みんな，集まれ．(オンラインカラー)

回(2020年秋オンライン)9 件，そして第 5 回(2021年春

れたい．

オンライン)24件と，順調に発表件数が増加している．発表

 理数探究教材の作成高等学校において 2022 年から第 1◯

テーマは必ずしも材料に限定せず，いわゆるフリーテーマと学年に入学した生徒から年次進行により段階的に「理数探究」

して，高校生・高専生が参加しやすいように配慮している．

科目が導入される．材料の面白さを高校生に理解してもら

各支部の研究会等においても高校生がポスター発表できる機

い，材料研究を目指す高校生を増やすことを目的に，「理数会を設けており，ポスター発表の機会を通じて高校生・高専

探究」科目において利用可能な，材料に関する実験事例や解生が日本金属学会の活動を知ることができるようにしてい説等を掲載した教材を学術図書類刊行委員会と共同で作成する．また，高校生向けホームページを作成し，金属の先端分る予定となっている．

野への応用例，金属製品の製造工程，金属の性質等の基礎知 ～◯ の事業活動の他，時代の変化に応じた人材の育
上記◯

識等をわかりやすく解説するとともに，金属に携わる学生，

成を今後も各種委員会と協力して企画・実施し，材料分野で研究者，社員等のインタビューもホームページに掲載し，公活躍する人材の輩出に貢献していく．

開している．本会のホームページ「なるほど，金属みん(2021年 7 月29日受理)[doi:10.2320/materia.60.589]

な，集まれ(http://jim.or.jp/everyone/)」(図)を参照さ

委員会だより
巻記念企画広報委員会
柴広報委員会委員長
意外に聞こえるかも知れないが，広報委員会は本年度から発足したばかりの新米委員会である．よって本稿では，その前段となった広報推進 WG(ワーキンググループ)(2020年発足)の活動内容を紹介したい．
広報推 進 WG は， 会員数 の漸次減 少，年齢 比率の 高齢

表1

田

直

哉

広報委員会メンバー．

委員長

柴田直哉(東京大学)

副委員長

宮本吾郎(東北大学)委員

安東知洋(大同特殊鋼)化，産学連携の停滞，国際プレゼンスの低迷などの危機感を植田圭治(JFE スチール)

ベースとして，前会長である高梨弘毅先生の御発案により発好田誠(東北大学)

足した．本 WG では，本学会の意義と活動内容を国内外に

関谷茂樹(古河電気工業)

しっかりと発信し，科学界における金属・材料分野のプレゼ

高橋有紀子(物質・材料研究機構)

ンス向上と学会員の増員を目的としている．昨年度から活動

中村篤智(大阪大学)

をスタートし，本年度からは広報委員会に活動を継承してい平田秋彦(早稲田大学)

る． WG 委員長は東京大学の柴田が拝命し，委員には学術松田光弘(熊本大学)

界および産業界から気鋭の若手研究者を結集し，本学会の20 年後に対して責任を負う世代( 40 歳代中心)による運営を企図した．
本 WG では，まず本学会の過去・現在・未来を俯瞰し，

最近では委員の息もピッタリと合い，手前味噌ながら，本広報活動における重要な観点を洗い出すべく，委員同士によ

年度中に多くの成果が期待できる状況にあると考えている

る複数回の議論と全会員へのアンケート調査を実施した．ア(表)．本 WG のモットーは，全員が忌憚無くどんどん発

ンケート結果に関しては 2021 年 7 月号のまてりあに詳細に言し，大いに議論して自身の認識を深める，ということにあ纏めているので，そちらを参照されたい(1)．その結果，以下る．これはメンバー構成を 40 歳代中心とした際に意図した

 コーポレート・アイデンティティのの 4 つのサブテーマ(◯ことであるが，オンライン会議にもかかわらず毎回活発な議 情報発信，◯ 広報刊行物，◯
 アウトリーチ活作成と普及，◯

論が行われ，実働も積極的に進んでおり，大変頼もしく感じ動)を立ち上げ，それらを有機的に且つ同時並行で推進してている．また，本 WG を通じて委員全員が学会への愛着を に関しては，これまで本学会には公式のロゴマーク
いる．◯

再認識し，且つ将来への危機感を共有できたことが，現在のが存在していないことから，この機に公募コンペを行い，多高いアクティビティのベースとなっていると考えられる．そくの学会員に御支持頂けるロゴマークの制定を目指していの意味で，広報を考える重要性を一早く提唱され，本 WGる．また，学会キャッチフレーズに関しても鋭意検討中であおよび広報委員会の発足にご尽力された高梨前会長の慧眼に では，ホームページの見直しや SNS ，動画などを活る．◯

敬服するばかりである．また，山村英明事務局長の巧みなハ用した情報発信の拡充を目指した活動を進めており，特にホンドリングにもこの場をお借りして感謝申し上げたい．広報 では，本ームページの全面改訂を一大目標と定めている．◯

委員会の成果についてはもう少しお時間を頂くことになる学会の意義と活動を広く社会・産業界に発信するための媒体

が，委員一同，学会員の皆様のご期待に沿えるよう，精進し では，コ
として，公式パンフレットの作成を進めている．◯て参る所存である．

ロナ禍の中，小中高，企業などへ向けてどのようにアウトリーチを行っていくのかに関して議論を深め，オンラインを活文

献用したチュートリアルや動画配信などの可能性を検討している．

( 1 ) 柴田直哉まてりあ，60(2021), 435440.
(2021年 7 月12日受理)[doi:10.2320/materia.60.591]

東京大学大学院工学系研究科総合研究機構

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan“材料工学入門
正しい材料選択のために”
M. F. Ashby・D. R. H. Jones(著)堀内 良，金子純一，大塚正久(共訳)内田老鶴圃 1985年
横浜国立大学大学院工学研究院

長谷川

図1

誠

手元にある教科書です．購入してから30年ほど経っていますが，表紙に破れがある程度でまだまだ使えています．1999年に増訂版が出ています．原著【英語版】では Fifth edition まで出ていて，全33章で構成されているようです．

この教科書を始めて手に取ったのは大学 1 年生の春，授形に対する抵抗の尺度であることから説明され，その後，応業の教科書として指定され，大学生協の売店で購入した時だ

力やひずみの定義やフックの法則の説明を経て，ヤング率やと思います(図)．当時，進学した先の学科は，生産工学科

剛性率が定義されます．そこから，弾性率(ヤング率)というと言う名称であり，機械工学科と金属工学科が合体してでき特性を理解するには，材料の原子レベルでの理解が必要とのた学科でした．現在は，改組により機械・材料・海洋系学科

ことで，2 原子間のポテンシャルエネルギーからの原子間力と名称が変わり，1 年次からそれぞれの分野の教育プログラや結合の強さ，原子の充填状態を示す結晶構造やミラー指ムにて教育を受けられるようになっていますが，当時は 3数，方向指数などの結晶学に関する説明がなされます．その年次になってから機械系か材料系のコースに分かれるカリキ

後，結晶のヤング率が原子の結合の強さや配置から求めら

ュラムになっていました．受講した講義は，機械系へも材料れ，さらには複合材料におけるヤング率の複合則についての系へも進む可能性のある学生が 1 年春学期にて履修する専話へ進み，最後にヤング率によって決まる設計のケーススタ

門科目として設定されており，そのためか，講義は材料の力ディとして，天体望遠鏡の反射鏡に用いる材料の話がでてき学的性質に着目し，そこからその性質の発現原理を説明してます．

いくような流れだったように思います．

このように，本書は材料が実際の構造物に使われているこ

本書は全 27 章で構成されており，さらに上位の A から Gとを強く意識させるように書かれています．ある材料特性かの項目に関連して章が配置されています．まずは，材料の分らそれを示す基本的な原理やそれにともなう事象，現象を掘類や材料の性質，価格や入手性に基づいた材料の選定方法がり下げて説明するスタイルの教科書はあまり見られず，ユニ「工業材料とその性質」( A から G に先立つ序論に相当)やークな構成で，大学へ入学したてで材料のことを全く知らな「 A ．価格と入手しやすさ」に書かれています．その後，材かった初学者の私にとっては，非常に理解しやすかったと記料の力学的性質である「 B ．弾性率」，「 C．降伏強さ，引張憶しています．学部 1 年時の講義後も 2 年，3 年での講義で強さ，硬さおよび延性」，「D．急速破壊，靭性および疲労」，

内容がわからなかった時に本書に立ち戻ったり，大学院生に「 E．クリープ変形と破壊」，および環境特性である「 F．酸なってからもド忘れした時にちょっと見直したりしていまし

化と腐食」，「G．摩擦と摩耗」についての記述があり，最後た．最近では，もっぱら学部生の授業の序論用に利用したに総括に相当すると言える「総合的なケーススタディ」があり，高校生向けの模擬講義の参考にしたりしています．

るという構成です．

実際の「物」と材料の関連を意識して書かれている本書は，本書の特徴は，おおむね項目毎に力学的性質や環境特性な初学者にとっつきやすい本だと思っています．これから材料

どの材料の特性に着目した説明から始まり，その特性の定義を学ぶことになった大学生や，他分野の工学系の学生や技術を示すとともに，その特性が発現する原理や付随する事象を者が材料を学ぶ必要に迫られたときに役立つのではないかと説明していることです．そして，最後にその特性が支配因子思います．

となるときのケーススタディの話になります．例えば，「 B．

(2021年 7 月26日受理)[doi:10.2320/materia.60.592]

弾性率」の項目では，はじめに，弾性率が材料の弾性的な変

思い出の教科書，この一冊

究を紹介しようと思います．
スティックスリップ現象で生じる音の高さは，物体の固有振動数により決定されます．私たちは固有振動数がスティッ～第 5 回「高校生・高専学生ポスター発表」最優秀賞～

スティックスリップ現象における理論周期の導出と検証

クスリップ現象の周期に影響を与えているのではないかと考え，周期の研究を始めました．スティックスリップ現象の周期を t ＝ t1 ＋ t2 と置き，スティック時間 t1 と，スリップ時間
t2 を決定するための理論モデルを考案しました．そしてゴム板をラジコンカーで水平に牽引することにより現象を起こし(図)，実験から得られた周期と比較して考察を行いました．

岡山県立津山高等学校

保田千代

荒田祐希

初めに t2 がゴム板の固有振動の 3 / 4 周期ではないかと考

仁木心音

えて「固有振動モデル」を作成しました(図)．

私たちはスティックスリップ現象について研究していま

t＝t1＋t2＝x/v0＋3p/2 3EI/mL3

す．この現象は静止摩擦力が作用するスティック(固着)状態

t1 はゴム板の上端が一定の速さ v0 で x 変位したときに，下と，動摩擦力が作用するスリップ(すべり)状態が，交互に表端が最大摩擦力をむかえてすべりはじめるまでの固着時間とれる現象です．私たちがこの現象を知ったのは，学校の椅子して設定しました．E はゴム板のヤング率，I はゴム板の慣を引いた際の不快音の原因を突き止めようと調べていた時の性モーメント， m はゴム板の質量， L はゴム板の固定位置ことです．メカニズムを知ることで興味が湧いてきて，それから下端までの長さです．t2 はゴム板の面に垂直な方向に力が研究をはじめるきっかけになりました．そして私たちを研を加えて変形させたときの復元力から運動方程式を立てて周究にのめりこませたもう一つの要因は紛れもなく「欲望」で期を導出(1)し，その 3/4 周期としました．

した．私たちは，この現象による不快感を軽減する方法を見

しかし結果は，理論周期が実測値の時間を t1, t2 ともにう

つけたいという一心で研究にのめり込みました．その方法をまく説明できていませんでした．そこで私達は，原因を調べ

見つけ，対策を適用した画期的な製品を開発し，メディアのるため実験動画をより詳しく観察してみました．すると，予世界に進出するという夢を描いていたからです．今回の研究測していたよりもゴム板は大きく曲がらないままで跳ね上がでは開発まで及ばなかったものの，現象に対する理解を深めっていることが分かりました．そこでゴム板を鉛直方向に単ることができました．そして，今，私たちの「欲望」は満た

振動するばねに見立てることで，その 1 / 2 周期が床から飛されていると感じています．金属学会誌「まてりあ」に掲載

び上がるまでの時間 t1 と考えることにしました．そしてそしていただき，「興味」がこのような結果に結びついたことの後滞空時間 t2 の斜方投射をしていると仮定して「バウンを大変嬉しく思っています．今回は，未熟ではありますが，ドモデル」を作成しました．

私たちが科学への興味と躍進への欲望をもって打ち込んだ研t＝t1＋t2＝p m/k＋ 8h/g

ここで， k は比例定数，m はゴム板の質量，g は重力加速度の大きさ，h はゴム板の下端の最高点です．
結果は，t1 は誤差の範囲で一致しました(表)．つまり，
t1 は鉛直方向の単振動の周期に関係すると考えれば，実験結果を上手く説明できることが分かりました．ただし t2 に関しては鉛直方向の力をうまく制御できず，単純な斜方投射に
図1

ゴム板でスティックスリップ現象を起こす実験． (オンならなかったと考えられます．
今回の研究ではスティックスリップ現象の周期には物体のラインカラー)図2

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

左固有振動モデル

右バウンドモデル．(オンラインカラー)




表1

バウンドモデルの理論周期と実測値の比較． 10 回のバ
ウンドの平均値として t2 と t を測定し，時間分解能の関係上 t1 は直接測定せず t1＝t－t2 から導出しました．

ハイスクール( SSH )に指定されています．恵まれた環境で私たちは興味のある研究に取り組むことができ，今年度私た
ちだけでなく同級生たちも各種学会で多くの賞を受賞することができました．今年度は新型コロナウイルスの影響によりオンラインでの開催となりましたが，今まで一心一意に行ってきた研究を発表する場をこのように設けて頂き感謝しています．研究発表を行うことでしか味わえない達成感や審査員の方とのディスカッションの時間は本当に有意義なもので，研究することの楽しさを改めて実感しました．審査員の方が私たちの研究に興味を示してくださったり，「この研究は続けるともっと面白いものになる」と励まして下さったりとこ

弾性定数と関連する固有振動は関係ないという結論になっての研究をさらに発展させていくうえで大きなモチベーション

しまいましたが，実験条件によっては関係性が現れるのではとなりました．研究成果が認められることの面白さを是非もないかと考えています．実際，金属学会の審査員の方からっと多くの学生の方に体験してもらいたいと思います．

も，荷重を変えていくことで固有振動が見えてくるのではな

文

いかとのご指摘もいただきました．私たちは，スティックス

献

リップ防止のために，発生する不快音制御の面からアプロー
チしたいと考えているので，今後は実験条件を変えつつ固有( 1 ) 佐藤振動との関係について深めていきたいと思います．
私たちが通う岡山県立津山高等学校はスーパーサイエンス

◇



◇

理連続体の力学，朝倉書店，(2000), 1429.
(2021年 6 月21日受理)[doi:10.2320/materia.60.593](連絡先〒7080051 岡山県津山市椿高下62)◇

スポットライト

本
会

告

会

記

事

2021年秋期講演大会ご案内 ……………………………………595

技術セミナー ……………………………………………………597
オンライン学生キャリアサポートセミナー開催 ……………598
付設展示会オンライン …………………………………………598
第10回女性会員のつどいのご案内 ……………………………598
会費自動振替のご案内 …………………………………………599
永年会員制度について …………………………………………599
終身会員制度について …………………………………………599
第45回技術開発賞募集 …………………………………………599
第72回金属組織写真賞作品募集 ………………………………599

事務局 渉 外 ・ 国 際 関 係secgnl＠jim.or.jp
会員サービス全般account＠jim.or.jp
会費・各種支払member＠jim.or.jp
刊 行 物 申 込 みordering＠jim.or.jp
セミナーシンポジウム参加申込みmeeting＠jim.or.jp
講 演 大 会annualm＠jim.or.jp
総 務 ・ 各 種 賞gaffair＠jim.or.jp
学術情報サービス全般secgnl＠jim.or.jp
調 査 ・ 研 究stevent＠jim.or.jp
まてりあ・広告materia＠jim.or.jp
会 誌 ・ 欧 文 誌editjt＠jim.or.jp

研究集会 …………………………………………………………600
会誌・欧文誌編集委員会からのお知らせ ……………………604
支部行事 …………………………600 新入会員 …………………………606
掲示板 ……………………………601 次号予告 …………………………607
会誌・欧文誌 9 号目次 …………605 行事カレンダー …………………608
投稿規程・出版案内・入会申込はホームページをご利用下さい．

会

告(ホームページもご参照下さい)年秋期(第回)講演大会ご案内ならびに参加申込みについて
秋期講演大会は，月日(火)から日(金)までオンラインにて開催いたします．
尚，参加申込みは，すべてインターネット申込となります．詳細は，下記申込要領をご覧下さい．
〈日

程〉

日

時

行

事

月日(火)ポスターセッション，高校生・高専学生ポスターセッション，
懇親会(ポスター賞発表)月日(水)900～1700

学術講演

月日(木)900～1700

学術講演

月日(金)900～1700

学術講演，女性会員のつどい年秋期講演大会

開催予定の各種シンポジウム

公募シンポジウムテーマ
S1 機能コアの材料科学
S2 ミルフィーユ構造の材料科学
S3 ハイエントロピー合金の材料科学()S4 材料変形素過程のマルチスケール解析()S5 超高温材料の科学技術
S6 ナノ・マイクロスペーステイラリング
S7 水素エネルギー材料
S8 コロナ禍の記録とポストコロナの材料戦略
S9 ワイドギャップ結晶の材料学と高温プロセッシング
S10 マテリアルズ・インテグレーション()―社会実装に向けた取り組み―

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

企画シンポジウムテーマ
K1 材料化学におけるイノベーションの役割と工業製品への展開
Innovations in materials chemistry and their effects on industry II
この企画シンポジウムは，毎年春の講演大会で開催している「水溶液腐食」「高温酸化」「陽極酸化」「めっき・化成処理」「触媒」の各学術分野を包括した公募シンポジウムと対をなし，工業製品としての金属材料の開発・生産の最前線における「材料化学」の役割と研究・開発事例や課題を，主に企業研究者に講演していただくことを趣旨として，2020年度よりシリーズ化している．今年度も，前年度と同様の企画シンポジウムを開催する．材料化学
は，溶液や気体などと金属表面との化学反応を扱う学問分野であるが，応用範囲は，めっき，化成処理，腐食，高温酸化，触媒など広範囲にわたっている．そこで，各産業分野で直面している課題や将来展望を議論することで，基盤となる学理を発展させるヒントや，産学官の連携強化のきっかけとしたい．

次世代パワエレ実用化に向けた酸化物軟磁性材料の現状と課題～さらなる性能向上に向けたマテリアルデザイン～
Current states and issues of soft magnetic oxide materials for next
generated power electronics devices ～Material design for further performance
improvement～
SiC, GaN といった次世代パワー半導体を利用したパワーエレクトロニクスデバイスの実用化に向けて，それらのデバイスに組み込むための既存および新規軟磁性材料に関して，現状と課題を整理しながらそれらの材料開発を進めていくことが強く望まれている．本シンポジウムでは，パワエレデバイ
スの一端を担っていくことが期待される酸化物軟磁性材料として，その代表な材料であるソフトフェライト(バルクから薄膜まで)に焦点を当てる．ソフ
トフェライト材料の特長および最新動向を整理しながら，さらなる性能向上に向けたマテリアルデザインの視点での課題を整理するとともに，また，若手研究者へ新たに本材料の研究に参加しやすい動機付けを提供したい．加えて，デバイス応用の視点から，本材料を含めた軟磁性材料について話題を提
供する．
K2

K3

若手科学者へ贈る研究のヒント～未踏領域へ到達するために～
Gifts from pioneers to young scientists IV: ～To hitch your wagon to star～
第 3 回までは第 1，第 2 分野と共同で開催を行ってきた，人材育成を趣旨とする啓蒙的な内容の企画シンポジウムの第 4 弾であり，今回はさらに第3，第 8 分野とも共同で開催する．独創的な研究成果に到達するためには，どのような姿勢で研究に臨むべきか，また，転機をどのように向かえ成功へ導くのか，著名なベテランにご講演頂き，そのヒントを得ることを目的とする．会員，特に若手研究者への刺激になれば幸いである．講演では，講演者
ご自身の研究に触れつつ，研究者としての心構えや外部資金の獲得に関する話題など，シンポジウム全体として独創的な研究成果に到達するための必要条件を浮き彫りにする．講演後は双方向性の仕掛けとしてパネルディスカッションを設ける．
自動車の大変革を担う材料技術の最新動向
The latest trend of the materials R&D for the revolution of the Automotive
近年の自動車を取り巻く環境は，従来からの課題である環境負荷低減，軽量化，燃費などに加え，電動化，安全性，自動運転などに代表される革新技術への対応も求められ，より複雑化，高度化している．日本金属学会では，多くの材料を利用し日々進化している自動車技術に焦点を当て，その技術の革新を基盤から支える材料技術における最新の動向について，日本鉄鋼協会，自動車技術会と合同でシンポジウムを2018年度から企画してきた．本シンポジウムでは日本金属学会からの講演者に加え，自動車技術会および日本鉄鋼協会から自動車および鉄鋼メーカーの製造関係者ならびに材料研究者も迎えて最新の研究動向を講演していただき，自動車用材料技術の方向性を共有するとともに，講演大会参加者の研究における一助となることを目的とす
る．
K4

参加申込要領インターネットによる大会参加申込期間および URL
(後期(当日)申込)2021年 9 月 2 日～9 月17日

https://www.jim.or.jp/convention/2021autumn_after/

参加申込締切後，参加方法や講演概要ダウンロードについては，下記をご参照下さい．なお，領収書は，決済完了後に申込画面から各自印刷して下さい(WEB 画面講演大会 MyPage よりダウンロード)．

◆大会参加費(講演概要ダウンロード権含む)※年会費とは異なります．
参加費・懇親会の消費税扱については，ホームページ(一覧表 PDF)をご参照下さい．
会

員

資

格

後期(当日)申込(9 月 2 日～会期最終日)
クレジット決済のみ

正員・維持員会社社員，シンポジウム共催・協賛の学協会会員・鉄鋼協会会員(本会非会員)

13,000円

個人会員で2021年 3 月 1 日時点で65歳以上の方

無

学生員

7,000円非会員
 一般

27,000円

非会員 学生(大学院生含む)

16,000円料

お支払後の取消は，準備の都合上ご返金いたしかねますのでご了承下さい．
 65歳以上の個人会員 会員情報に生年月日のご登録がない場合は，課金されますのでご注意下さい．会員情報に生年月日をご登録させて頂きますので，大会参加登録の前に annualm＠jim.or.jp まで会員番号・お名前・ご連絡先・生年月日をお知らせ下さい．
 学生員 卒業予定変更等により会員種別に相違がある場合，事前に会員種別の変更手続きを行ってから，大会参加をお申込下さい．
非会員の(有料)参加申込者には，1 年間の会員資格を付与します．ただし特典は重複して付与いたしません．



本 会 記 事◆支払方法後期(当日)申込はクレジット決済のみとさせて頂きます．また，入金後のご返金は致しかねます．

◆参加方法および講演概要の WEB 公開
講演概要の公開日は，大会 2 週間前の2021年 8 月31日(火)です．
講演大会公開サイトにログイン後，講演概要の閲覧ができます．特許関係のお手続きは，公開日までにお済ませ下さい．
(事前参加申込みの方)参加申込みをされ，参加費を納入された方へは，概要公開日にオンライン参加に必要な参加者個別認
証 ID とパスワードを配信いたします．
(後期(当日)申込の方)参加申込受理通知に記載の「登録番号」および「パスワード」が講演概要閲覧に必要な個別認証 IDとパスワードになります．

◆講演概要集購入について
講演概要集 DVD は作成いたしません．全講演概要は，本大会 Web サイトで公開をします．これまで概要集 DVD のみ購入をされていた方も，通常の参加登録をして頂き，概要の閲覧をお願いします．

◆オンライン懇親会開催案内(金属学会単独開催)
開催日時

月日(火) ～開催方法

オンライン会議ツール Remo(予定)

参加費

無料

参加登録期間
登録方法

事前登録(5 月25日(火)～8 月27日(金))および当日申込

大会参加申込みの際，「懇親会に参加する」で申込下さい．
申込者へは，9 月上旬に会場 URL と参加方法の案内を配信します．

＊この懇親会で，ポスター賞の発表(表彰)を行います．
参加申込・問合先〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432
 0222233685(公社)日本金属学会

FAX 0222236312%

Email: annualm＠jim.or.jp

技術セミナー開催
秋期講演大会(オンライン開催)にて，技術セミナーを開催いたします．各社の最新の技術を解説いたします．是非ご視聴頂
き，皆様の研究開発にお役立て下さい．
主催

公益社団法人企

画株式会社

月日(水)日本金属学会

B 会場

1220～1250

明報社

株〇オックスフォード・インストゥルメンツ

月日(水)A 会場「EBSD 解析ソフト『AZtecCrystal Advanced』の新機能」

1220～1250〇名古屋大学微細構造解析 PF

月日(木)「各種無機材料の電子顕微鏡その場観察と解析例」

1220～1250

荒井重勇

B 会場

株
〇ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン「熱分析と疲労試験～金属材料の物性評価～」
前田美奈子・大塚康城

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japanオンライン学生キャリアサポートセミナー開催
秋期講演大会(オンライン開催)にて，オンライン学生キャリアサポートセミナーを開催いたします．各社の会社概要，今後の採用情報，インターンシップ募集情報，研究開発動向等を解説いたします．学生参加者の皆様には，是非ご視聴頂き，リク
ルート活動にお役立て下さい．
主催

公益社団法人企

画

株式会社

日本金属学会

明報社

1445～1515

株
住友化学

1520～1550株 UACJ

1555～1625株東邦チタニウム月日(金)学生キャリアサポートセミナー会場

1630～1700

文部科学省

1300～1330

株
DOWA ホールディングス

1705～1735株三菱マテリアル1335～1405株住友重機械工業

1740～1810株
住友金属鉱山1410～1440

株
合同製鉄

付設展示会(オンライン版)開催
秋期講演大会ホームペジにて，付設展示会(オンライン版)を開催いたします．金属材料関連各社の製品やサービスの最新情報の他，製品動画や資料を閲覧できます．皆様のアクセスをお待ちしております．
下記大会ホームページよりご覧下さい．

出展企業

https://confit.atlas.jp/guide/event/jim2021autumn/top

株 池上精機〇

開催期間

株〇オックスフォード・インストゥルメンツ

月上旬～月日(金)株 サーモ理工〇
株 新興精機〇株 TSL ソリューションズ〇株〇日本テクノプラス
株 モルシス〇

日本金属学会・日本鉄鋼協会

日本金属学会と日本鉄鋼協会は， 2007 年に男女共同参画
合同委員会を設置し，学会期間中の託児室合同設置，若い会

第
回女性会員のつどいのご案内

日時 年月日(金)～

開 催 法

ZoomURL を掲載いたします．）

員向けのキャリアパスを考えるランチョンミーティング，合同ホームページや育児・男女共同参画等の情報交換をするた内

容音トーク．学会への要望．などなどおける女性会員の活動を支援し，女性会員の増強を目指して
秋期講演大会期間中に開催していた，「女性会員の集い」

参加資格

金属学会・鉄鋼協会女性会員，学生さん

参加申込

申込みは不要です．当日直接，オンラインで入場して下さい．多くの方のご参加をお待ちしておりを今年はオンラインで行います．女性会員同士，気軽に意見ます．

交換をして楽しいひとときを過ごしませんか．
問 合 先
主

催

日本金属学会・日本鉄鋼協会男女共同参画合同委

女性会員の交流・人脈作り．キャリアデザイン意
見交換．仕事場や上司・部下への困ったこと等本めのメーリングリストの開設を行うなど，金属・材料分野にいます．

オンライン(会期前日に大会 WEB サイトに会場

梅津理恵(東北大学)
Email: rieume＠imr.tohoku.ac.jp

員会



本 会 記 事

問合先(公社)日本金属学会

会費の自動振替のご案内

 0222233685

会員サービス係Email: member＠jim.or.jp

2022 年度会費自動振替のご案内を申し上げます．ホーム

ページからのお手続きを宜しくお願いいたします．

第
回技術開発賞「新技術・新製品」記事募集

ホームページ入会・会員→会費支払方法
2022年度会費自動振替申込締切 年月日(金)応募締切年月日(月)問合せ・申込書送付先〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会
 0222233685

会員サービス係

宛FAX 0222236312%

賞の名称

第45回公益社団法人日本金属学会技術開発賞

賞の対象

まてりあ「新技術・新製品」記事に掲載された記Email: member＠jim.or.jp

事(第60巻 1 号から)表

永年会員制度について彰

2022年 9 月の秋期講演大会

申込 URLhttps://gijyutsu.jim.or.jp/entry

詳

まてりあ 8 号 525 頁 or ホームページ→本会賞の細募集
本会では長年にわたり本会の発展に尽された会員の労に報問 合 先いるため，永年会員制度を設けております．自己申告制とな 0222233685

FAX 0222236312%

Email: award＠jim.or.jpっておりますので，該当すると思われる方は，はがき，
FAX 又は E mail にて会員番号，生年月日およびおおよそ(公社)日本金属学会各賞係「新技術・新製品」記事の問合先の入会年を記入の上，本会事務局宛お問合わせ下さいますよ

まてりあ係 Email: materia＠jim.or.jp

うお願いいたします．
申し出られた方について調査確認し，該当者については理

第回金属組織写真賞作品募集

事会に諮り，承認の上ご案内申し上げます．
永年会員制度

応募締切年月日(月)会員歴が継続して 40 年以上でかつ満 71 才以上の会員に対し「永年会員」の称号を贈る．
永年会員は正員会費を免除する．

受付締切

毎年 9 月30日

1.

光学顕微鏡部門

2.

走査電子顕微鏡部門(分析，EBSD 等を含む)(公社)日本金属学会

3.

透過電子顕微鏡部門(STEM，分析等を含む)〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432

4.

顕微鏡関連部門(FIM, APFIM, AFM, X 線 CT 等)

 0222233685

注光学顕微鏡と透過電子顕微鏡写真，走査電子顕微鏡と透永年会員資格付与
問合先

募集部門

毎年 1 月 1 日

Email: member＠jim.or.jp

過電子顕微鏡写真等の組写真を応募する場合，応募者が最も適切と判断する部門を選択して下さい．

終身会員制度について

申込要領

応募は，下記 URL の申込フォームにより説明文を入力し，写真作品データを提出して下さい．

入会歴が 40 年に満たないために永年会員となっていただ

URL https://picture.jim.or.jp/entry

けない方に，満 60 歳以上満 65 歳以下の会員が 70 歳までの会【写真作品】

費を前納いいただくと終身会員の称号を贈り，以降の会費を

 写真データの解像度は， A2 版サイズを前提に 400 dpi 以◯

免除いたします．前納会費の額は 70 歳までの会費の総額に比べて割安となっておりますので，ぜひご利用下さい．
年齢(2022年 1 月 1 日時点)

前納会費 (70歳までの通常会費)

60歳80,000円(110,000円)

61歳

70,000円(100,000円)

62歳

65,000円(90,000円)

63歳

55,000円(80,000円)

64歳

50,000円(70,000円)

65歳

40,000円(60,000円)

ご希望される方は，月日までに，氏名，会員番号，生年上とする．
 写真データは PDF または画像ファイル( jpg など)で提出◯すること．(それ以外はプレビュー表示出来ない)
 写真と図の組み合わせでも提出は可(写真，図への挿入文◯

字は小さすぎないこと)．
 作品には，応募者名，共同研究者名を記載しない．
◯
 応募作品数には制限を設けない．
◯
 他学協会等の同様の賞を受賞してない作品であること．
◯

詳細まてりあ 8 号 526 頁 or ホームページ→本会賞の
募集

問 合 先

〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432

月日を添えて下記連絡先にご連絡下さい．前納会費の請求書(公社)日本金属学会 金属組織写真賞係をお送りします．

 0222233685

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

FAX 0222236312%



Email: award＠jim.or.jp

込みをお待ちしています．また，参加を希望される方は下記

URL: https://picture.jim.or.jp/entry

要領にてお申し込み下さい．

研究会 No. 82“微小領域の力学特性評価とマルチスケールモデリング”日時 年月日(月)場所

オンライン開催(Webex, GatherTown 予定)

共催

新学術領域研究「ハイエントロピー合金」

参加費

無料

定

50名程度

員

2019 年度に発足しました「微小領域の力学特性評価とマ

ルチスケールモデリング」の第三回研究集会を，今秋もオン

講演申込締切 年月日(金)ライン開催いたします．物理，機械，材料などの幅広い分野

参加申込締切 年月日(月)から，実験・シミュレーション・理論などの多様なアプロー
チの取り組み発表をお待ちしております．研究会当日の招待

申込方法

氏
申込先まで件名を［第二回研究会］として，◯講演のほかに，事前に学生・若手研究者を対象としたオンラ 所属，◯
 e mail アドレス，◯ 講演タイト名，◯

インポスター発表会を行い，ポスター賞を授与いたします

ルと著者(講演申込をされる場合)を明記してお申(副賞あり)．今年度は，ショート・プレゼン動画での発表もし込み下さい．

受け付ける予定です．研究会当日には受賞講演も予定してい申込・問合先物質・材料研究機構

阿部太一

Email: abe.taichi＠nims.go.jp

ます．皆様どうぞ奮ってご参加下さい．
日時 年月日(月) 時分～時分(予定)

場所

オンライン＋会場(ハイブリッド)

支部行事

ポスター発表申し込み締め切り10/15(金)第回 ヤングメタラジスト研究交流会
開催のご案内ポスター発表＋審査10/18(月)11/1(月)ポスター賞受賞者決定・発表11/5(金)企画責任者大村孝仁(物質・材料研究機構)

無料

ヤングメタラジスト研究交流会は，関東支部内の大学や企申込・問合先業に所属する若手研究者の交流を目的とし 2004 年に第 1 回

参加費

A. または B. を選択いただき，下記内容をメールにてお申込み下さい．
A.

B.

目が開催されて以降，今年で第 18 回目を迎えます．支部内の若手研究者と研究に熱意ある学生が研究活動の報告を通じ

ポ スタ ー発表 希望 者 ポ スター タイ トル ，発 表者 氏て互いに交流し，連携を深めることで，関東支部の金属材料

名，所属・身分〔若手(35歳未満)or 学生(学部生/修士/

研究がより一層活性化することを目指しております．本年度博士)〕，メールアドレス

は，新型コロナウイルス感染のリスクを考慮して Web 会議

聴講希望者氏名，所属，メールアドレス

ツールよるオンラインにて若手研究者による講演およびポス

問合せ先Email: micromech_ jim＠nims.go.jp“微小領域の力学特性評価とマルチスケールモデリング”
2021

事務局物質・材料研究機構

ターセッションを開催いたします．皆様のご参加をお待ちしております．

井口日

時 年月日(水) ～(参加者数に応じ変更の可能性があります)

研究会 No. 85

第二回

開催形式

状態図・計算熱力学研究会

講演募集

Web 会議ツールによるオンライン形式(Cisco Webex を予定)
スケジュール(参加者数に応じ変更の可能性があります)

近年，カルファド法に代表される状態図・計算熱力学分野

13 : 0013 : 10

開会挨拶・諸連絡は急速に進化を遂げています．本研究会では，この計算熱力

13 : 1015 : 10

ゲスト講演

学分野における最新の研究を共有するとともに，議論を深め

15 : 3016 : 10

ポスターセッション(第 1 部)

ることを目的としています．

16 : 2017 : 00

ポスターセッション(第 2 部)

第二回研究会は，企画セッションとして新学術領域研究「ハイエントロピー合金」に参画されている先生方(神戸大

15 : 3016 : 00, 16 : 3017 : 00
16 : 0016 : 30

講演者との交流・個別質疑コーナー

17 : 1517 : 25

ポスター賞表彰式て「ハイエントロピー合金における短範囲規則化」をテーマ

17 : 2517 : 30

閉会挨拶にご講演いただきます．

講演プログラム

田中先生，名大小山先生，東北大

榎木先生)をお招きしまた，一般講演として，状態図・熱力学に関するご講演を広く募集したいと思いますので，皆様からの積極的なお申し

13 : 1013 : 50

企業交流コーナー

機能性マグネシウム合金の開発
物材機構

構造材料研究拠点 小川由希子

本 会 記 事

13 : 50 14 : 30

ナノインデンテーションにおける pop in 現
象のサイズ分布にみられるべき乗則とそのメカニズムの解析
機械工学 佐藤悠治

東大大学院工14 : 3015 : 10

浮遊した溶融金属に惹かれて物質理工院 渡邉

東工大

参加費

学

無料

参加申込方法交流会に参加をご希望の方は/(金)までに氏〈公募類記事〉
無料掲載募集人員，締切日，問合先のみ掲載．
有料掲載1/4頁(700～800文字)程度．
「まてりあ」とホームページに掲載15,000円＋税ホームページのみ掲載
10,000円＋税〈その他の記事〉 原則として有料掲載．
原稿締切・掲載号毎月 1 日締切で翌月号 1 回掲載
原稿提出方法電子メール(受け取りメールの確認をして下さい)原稿送信先%FAX 0222236312 Email : materia＠jim.or.jp

名，所属， E mail などを下記リンクの登録フォームから公

ご応募下さい．登録フォームへアクセスできない方は，幹事まで直接お問い合わせ下さい．

募◇東北大学大学院工学研究科

https://forms.gle/n9vhH4xeDpgrr3Gh9

ポスターセッションについては，運営の都合上，下記の通り

公募人員

教授名(任期なし)

別途締切を設けます．

所

知能デバイス材料学専攻

属

学生ポスターセッション申込締切/(金)
ポスター仮題とともにご応募下さい．

座専門分野

ポスターアブストラクト提出締切/(金)

教員公募◇

情報デバイス材料学講

電光子情報材料学分野

半導体・金属・酸化物などにおいて，電子・光子・スピン等のダイナミクスや量子物性に起因す

フォーマット(A4 の 3 分の 1 ページ分)は上記の登録フォる新機能の創出とデバイス創成に関する教育と研ーム内よりダウンロードできます．ダウンロードできない究を行う

方は幹事まで直接お問い合わせ下さい．

応募資格

ポスター発表は発表者毎にミーティングルームを開設し，各ミーティングルームに聴講者が入室し，ポスター(横長博士の学位を有し，当該分野の教育・研究に意欲と熱意があり，日本語と英語で講義のできる方

担当授業科目｢学部」固体物性論，電子材料学，量子効果

16 : 9 サイズのスライド 1 枚)を用いたライブでの説明お半導体，材料科学総合学実験，材料科学総合

よび質疑応答を行う方式とします．

学基盤研修，知能デバイス材料学コース研修

実施方法の詳細については，改めて補足資料を配布する予

等

定です．

「大学院」(前期)固体電子論，ナノ構造制御

問合先Email: masuda＠material.t.utokyo.ac.jp

機能発現工学，応用電子材料学，知能デバイ

東京大学大学院 工学系研究科 マテリアル工学専攻

ス材料学修士研修等，(後期)知能デバイス材

増田紘士(第18回ヤングメタラジスト研究交流会幹事)

料学博士研修等
公募締切 年月日(金)着任時期

2022年 4 月 1 日(金)提出書類

 履歴書，
 学位論文題目，
 研究業績概要(A4 主要論文 5 編の別刷り(コピー版 2 頁以内)，
 研究業績リスト，
 獲得外部研究資金(科可)，
 受賞，
 招待講演等，
 教育業
研費等)一覧，
所属学会，
学会活動歴(委績(担当科目等)，
研究活動，社会活動等に関する一員会等)，
今後の研究計画( A4 版 2 頁以内)，
教
覧表，
照会可
育活動に関する抱負(A4 版 2 頁以内)，

◇◇

能な方 2 名の氏名と連絡先(住所，電話，E◇応募者の連絡先(住所，電話，Email)，
mail)

書類送付先

〒9808579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6602
東北大学大学院工学研究科
マテリアル・開発系長

成島尚之

&%
FAX 0227957294
Email: depthead＠material.tohoku.ac.jp

マテリアル・開発系ホームページ上に掲載した「公募提出書
類作成の注意点」「応募書類の提出について」をご確認下さい．http://www.material.tohoku.ac.jp/news/jobs.html
問合せ先

知能デバイス材料学専攻長

武藤

泉

&%
FAX 0227957298
Email: mutoi＠material.tohoku.ac.jp

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan※東北大学は共同参画を推進しており，多様な人材の積極的

女性研究者の積極的な応募を歓迎しており，同等な応募を歓迎しています．本学の両立支援，研究支援等のの能力であれば女性の採用を積極的に検討しま

詳細および共同参画の取組については，下記 URL をご覧

す)

下さい．

所

男女共同参画推進センター WEB ページ

専門分野

無機材料プロセス工学

http://www.tumug.tohoku.ac.jp/

教育担当

大学院無機材料化学，化学工学演習，化学工学

属

化学工学専攻講究
学

験，卒業研究◇理化学研究所 主任研究員公募◇
公募人員

主任研究員名(以下の分野の研究室主宰者，部無機化学，化学工学概論，化学工学実その他関連分野を担当する場合がある
応募資格

1.

各名)

博士の学位を有し，上記の研究と教育に熱意と意欲をお持ちの方

新しい科学の創出をめざす有機化学

2.

新しい科学の創出を目指し，物質創生の観点から理研発の国籍は問わない．ただし，学内の諸業務の遂行が可能な日本語能力を有すること

革新的な基礎反応や合成技術，機能分子などを開発する新規

着任時期

令和 4 年 4 月 1 日

研究室を主宰していただきます．有機物と無機物の境界も含

応募書類

1.

(予定)

履 歴 書 (写 真 貼 付 ， 学 歴 は 高 等 学 校 卒 業 以
降，職歴，賞罰等)様式 1

む幅広い分子群を対象にした，既存の方法や概念と異なる発想による研究を期待します．

2.

研究業績(著書，論文等)様式 2 および主要
論文別刷り

持続可能社会のための広義の無機化学(10編まで，コピ可)

持続可能社会の実現に向けて，物質創生の観点から理研発の革新的な物質群や機能を開発する新規研究室を主宰してい3.

教育歴および学会・社会における活動等様式 3

ただきます．有機物と無機物の境界も含む幅広い物質やシステムを対象にした，既存の方法や概念と異なる発想による研4.

これまでの主要な研究概要(2,000字程度)
様式 4究を期待します．
採用された方には，開拓研究本部の主任研究員として，長5.

教育・研究への抱負(2,000字程度)様式 5

6.

推薦書 1 通または応募者に対して意見を伺え
る方 2 名の氏名・役職連絡先を記載した書類

期的ビジョンに基づき自らの研究を自由に推進するとともに，研究分野や組織の壁を超え，新たな科学の創成を目指し

応募締切

令和年月日(木)(必着)ていただきます．

選考方法

書類審査および面接(模擬授業を含む)による

書類提出先
所

属

応募資格
任

期

応募締切

〒6712280 兵庫県姫路市書写2167

理化学研究所開拓研究本部(埼玉県和光市)

兵庫県立大学工学キャンパス

すぐれた研究業績を有し，上記研究分野を国際的

大学院工学研究科長

総務課気付

川月喜弘 宛に牽引する実力のある方．国籍不問．

(※封筒に「(第 232 号)化学工学専攻教授

無期雇用職員( 60 歳定年)． 65 歳までの再雇用制と朱書きし，簡易書留で郵送すること．なお，原則として応度あり．審査を経ることで， 65 歳まで研究室を募書類は返却しません．また，推薦書以外の応募書類につい応募書類在中」主宰し続けることが可能です．

ては，紙媒体に加え， PDF 形式の電子ファイルを CD もし

2021年 9 月22日(水)正午

くはUSBメモリにて提出して下さい)

そのほか，詳細及び応募方法は，以下の URL で問合せ先

化学工学専攻専攻長

森下政夫

 0792674913(直通)

ご確認下さい．

Email: koubo232＠eng.uhyogo.ac.jp

有機分野
https: // www.riken.jp / careers / researchers / 20210623 _

公募の URLhttp: / / www.eng.u hyogo.ac.jp / outline /2/index.htm

koubo/index.html

無機分野
https: // www.riken.jp / careers / researchers / 20210623 _
1/index.html◇兵庫県立大学大学院工学研究科
教員公募要領(第号)◇
募集人員

募集人員

助教 名

所

機械工学系

属

専門分野

教授 名
(本学は積極的にダイバーシティの推進に努めており，多様な人材の採用に努めております．特に

◇豊橋技術科学大学大学院工学研究科
機械工学系 教員(助教)公募◇

材料・生産加工分野

各種構造・機能材料におけるナノレベルでの組織制御および強度・破壊特性評価に関する分野

応募資格

博士あるいは PhD の学位を有するか着任までに取得見込みの方

本 会 記 事

※日本語を母語としない場合は，学内諸業務がで■第100回

2022年 3 月11日(金)きる日本語運用能力を有する方※教育研究のグローバル化を推進するため，英語■第回 年月日 ～による学生指導補助ができる方が望ましい
採用予定時期

令和 4 ( 2022 )年 4 月 1 日以降できるだけ早
い時期

勤務形態

An 棟 2F★ リ ア ル 講 演 会 ＋ 講 演 の ネ ッ ト 配 信 ( Zoom Webinar &YouTube)のハイブリッド研究会

常勤(任期あり)テーマニッケルやコバルトの現状，将来

任 期 5 年 (採 用 後 5 年 以内 に テ ニュ ア 審 査を 受

午後 200～

け，合格すればテニュア助教(任期なし)となるこ

司会とができる)
令和()年月日(金)(必着)

応募締切
書類送付先

東京大学

生産技術研究所

付研究部門

特任教授

非鉄金属資源循環工学寄岡部徹

講演(各35分＋5 分質疑応答)(敬称略)〒4418580 愛知県豊橋市天伯町雲雀ヶ丘 11

ニッケルやコバルトを中心とする資源の調達や国の戦略等に

豊橋技術科学大学

大学院工学研究科

ついて

機械工学系

伊崎昌伸

系長

経済産業省

資源エネルギー庁

資源・燃料部

鉱物資源課長※「材料・生産加工分野教員(助教)応募書類在中」と朱記し，書留で郵送して下さい
問合せ先コンベンションホール

ニッケルやコバルトの資源の状況や探査の潮流について
独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構

機械工学系 教授三浦博己

 0532446697

Email: miura＠me.tut.ac.jp

資源探査部探査第一課

JOGMEC課長

住友金属鉱山株式会社

金属事業本部

ニッケル営業原料部長

プライム プラネット エナジーソリューションズ株式会社
代表取締役社長

好田博昭

パネルディスカッション

集会

モデレーター

催特任教授

シニア協力員黒川晴正
中村崇

研究交流会・意見交換会(←Web での開催を企画予定)■主 宰 者

東京大学生産技術研究所■協力(一財)生産技術研究奨励会(特別研究会 RC40)■共催

東京大学マテリアル工学セミナー

教授

岡部

徹
■第回 年月日 ～An 棟 2F

レアメタルの環境調和型リサイクル技術の開発

賛

生産技術研究所

生産技術研究所

午後 600～

レアメタル研究会

■開催会場

東京大学

東京大学

◇レアメタル研究会◇

■協

丹羽祐輔

電池ビジネスの課題と戦い方(仮)https://www.tut.ac.jp/about/kyoinkoubo.html

■主

吉川竜太

ニッケルやコバルトの製造と市場について※提出書類や選考方法の詳細については，必ず下記の URLをご参照下さい．

小林和昭

リ ア ル 講 演 会 ＋ 講 演 の ネ ッ ト 配 信 ( Zoom Webinar &研究会

YouTube)のハイブリッド研究会

東京大学生産技術研究所 持続型エネルギー・★チタン関係シンポジウム★(合同開催)

材料統合研究センター

テーマチタンの現状，将来

東京大学生産技術研究所 非鉄金属資源循環工

午後 200～

学寄付研究部門(JX 金属寄付ユニット)

講演依頼中(公社)日本金属学会

午後 600～

他

東京大学生産技術研究所

An 棟 2F コンベン

コンベンションホール

研究交流会・意見交換会(←Web での開催を企画予定)

ションホール■参加登録・お問い合わせ岡部研

レアメタル研究会事務担当

レアメタル研究会最新の情報はホームページをご覧下さい．
宮嵜智子(okabelab＠iis.utokyo.ac.jp)■第97回

2021年 9 月10日(金)■第98回

2021年11月 5 日(金)https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/japanese/rc40_ j.html◇★チタン関係シンポジウム★(合同開催)(関連シンポジウム寄付ユニット特別シンポジウム＊レアメタル研究会ホームページ＊

◇

◇

2021

年11月26日(金))(会場 SHIBUYA QWS (渋谷キューズ)を予定会場変更の可能性あり)■第99回

2022年 1 月 7 日(金)◇掲示板は，本会ホームページにも掲載しておりますのでご利用下さい．
https://jim.or.jp/ → 掲示板 です．

★貴金属シンポジウム(第 9 回)＋新年会★(合同開催)

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

会誌編集委員会からのお知らせ

欧文誌編集委員会からのお知らせ

特集企画の投稿募集
下記テーマに関する特集企画の投稿を募集いたします．

特集企画の投稿募集
下記テーマに関する特集企画の投稿を募集いたします．

多数ご投稿下さいますようお願いいたします．

多数ご投稿下さいますようお願いいたします．

■次世代エレクトロニクスのための金属材料の最先端■Integrated Computer Simulation for Materials
and Process Engineering(Special Issue on Recent Advance of Metallic Materials toward

Next Generation Electronics)

From new materials development to commercialization,

現代のエレクトロニクスにおいては，半導体集積回路技術

the most time/costconsuming step is the migration of aの発展により高機能化と小型化が進んでいる．また，半導体

process from the labscale to the pilot plant or commercial

技術から派生した微小電気機械システム( MEMS )技術は，

scale. Despite decadeslong endeavors to describe material

加速度センサやマイクロマシーンなど展開し，スマートフォ

behavior during manufacturing processes, simulations of

ンに内蔵されている．それらのエレクトロニクスの配線に用

nanomesomacro scale ``microstructural evolution'' ofいる金属材料であるアルミニウム・銅は，現在マイクロメー

materials under various processing circumstances have lessトルからナノメートル領域のサイズで成形・利用されておbeen attended than continuum mechanics modeling to

り，最新の三次元化・多層化においては，錫や銅・ビスマス

describe circumstances experienced by the materials. Thisなどの材料がバンプとして利用されている．更に MEMS の

special issue will address recent advances in scalebridging

機械的構成要素として，金やニッケルなど様々な金属が利用

simulations and characterization to understand, describe, and

されている．従って，この分野での金属材料の用途は広がり

predict the microstructureproperty relationship of newly de-

続けている．この分野で用いる金属材料は小型化と，用途にveloped materials in a lab to industriallevel processes. In

対する高信頼性や高耐久性を両立するために多様な物性を制

general, multiple physical phenomena simultaneously take

御する必要があり，相矛盾するような要求に応える必要に迫place during manufacturing, such as heat transfer, fluid flow,

られている．そのため，リソグラフィー法のための高機能電phase transformation, microstructural evolution, such as

気めっき技術および金属エッチング技術，3D プリンターな

grain refinement, and elastic/plastic deformations under stat-

どの三次元造形技術や，ウェアラブルデバイスのための複合

ic and dynamic loadings, e.g., nanoindentation, severe plastic

材料形成技術，それら全てに用いる微小な金属材料あるいは

deformation, superplasticity, shock, metal 3d printing, etc.

複合材料の材料評価技術など幅広い分野の研究が注目されてHence, integration of multiphysics material simulation

いる．本特集では，以上のような背景の下，次世代のエレク

models of multiple length scales is essential to capture the

トロニクスへ応用を念頭に置いた様々な金属材料技術に関す

processstructuresproperties relations of materials during

る論文を募集する．

manufacturing. This special issue will bring together detailed
analysis, characterization as well as computational modeling上 記 テー マ に 関 す る特 集 を ， 日 本 金属 学 会 誌 86 巻 6 号(2022年 6 月発行)に予定しております．
掲載予定号

第86巻第 6 号(2022年)

原稿締切日

2021年12月 1 日(水)

投稿に際しては，日本金属学会会誌投稿の手引・執筆要領(本会 Web ページ)に従うこと．
通常の投稿論文と同様の審査過程を経て，編集委員会で採否を決定する．
問合せ先(公社)日本金属学会会誌編集委員会
 0222233685
https://jim.or.jp/

Email: sadoku＠jim.or.jp

of materials from atomistic to macroscopic length scales.
This special issue will also cover process optimization techniques such as artificial intelligence (AI), response surface
methodology (RSM), and design of experiments (DOE).

上記テーマに関する特集を，Materials Transactions 63巻
6 号(2022年 6 月発行)に予定しております．

掲載予定号

第63巻第 6 号(2022年)

原稿締切日

2021年12月 1 日(水)

投稿に際しては，日本金属学会欧文誌投稿の手引・執筆要領(本会 Web ページ)に従うこと．
通常の投稿論文と同様の審査過程を経て，編集委員会で採否を決定する．
著者は，投稿・掲載費用をご負担願います．
問合せ先(公社)日本金属学会欧文誌編集委員会
 0222233685

Email: sadoku＠jim.or.jp

https://jim.or.jp/



本 会 記 事日 本 金 属 学 会 誌 掲 載 論 文Vol. 85, No. 9（2021）―論

Takaomi Itoi, Shunichi Kitta and Keigo Okagawa

文―

気液二相流解析による亜鉛合金ダイカストの二重乗り
欠陥予測
不破大樹

櫻木卓也

水林

舞

小林正幸

勝見徹也

Nb30Ti35Co35 合金の圧延熱処理による微細組織変化
浜崎友貴 宮嶋陽司 石川和宏と水素透過度

抵抗スポット溶接重ね継手の引張せん断強度に及ぼす
ナゲット周囲のろう接併用の影響
北村貴典

秋山哲也

植村篤郎

Magnetic Pulse Welding Conditions for High-Tensile Steel of 1 GPa Class and 6061-T6 AluminumAlloy Sheets

三原知夏

ジルコニア式酸素ポンプを用いた極低酸素雰囲気におけるアルミニウム合金のフラックスフリーろう付

Effects of Grain Size and Grain Boundary Stability
on Mechanical and Fatigue Properties of
Nanocrystalline Nickel Thin Films
Yoshikazu Nakai, Ryota Takeshige, Tsuyoshi Hirai and
Shoichi Kikuchi

Dislocation Motion in Al
Mg Alloys in the Creep
Region Characterized by Activation Volume
Hidenari Takagi

Failure Behavior of Cemented Carbide under Impact-Sliding Wear Conditions
D.Q. Tan, X.Q. Yang, Q. He and H.Y. Gao

栗林一彦
伊藤泰永

Experimental Study and Numerical Simulation ofInterfacial Morphology by Electromagnetic Pulse
Welding with Aluminum to Steel

高温における Nd2O3Na2B4O7 擬 2 元系の相関係とネ
オジム磁石のリサイクルへの応用

Luxin Chi, Xinxin Wang, Shifa Liang,
Yang Ran and Yingying Wang

篠田智之

和田浩樹

小澤俊平

荒井誠也

川島健太
山吉知樹

小川和宏

山口勉功

Materials Transactions 掲載論文
Vol. 62, No. 9（2021）―Regular Article―
Microstructure of Materials

Effect of Ball Milling and Spark Plasma Sintering
Cu Basedon Microstructure and Properties of Mn
Damping Alloy
Lin Huang, Xi He, Wei Fei and YongGang Xu

Metallic Silicon Powder Produced by Vacuum
Decomposition of Magnesium Silicide Prepared by
Magnesiothermic Reduction
Seon-Min Hwang, Su-Jin Park, Gwang-Tae Kim,
Ha-Neul Kim, Jae-Woong Ko,
Yong-Ho Park and Dong-Won Lee
Mechanics of Materials

Proposal of Analytical Model of Tensile Propertyof Untwisted Carbon Nanotube Yarn and Estimation of Tensile Property of Carbon Nanotube
Yoshinobu Shimamura, Yudai Yamaguchi, Keiichiro Tohgo,
Tomoyuki Fujii and Yoku Inoue

Effects of Particle Collision Treatments on Fa6Al
4V Alloy with Polishingtigue Strength of Ti
Tatsuro Morita, Atsushi Miyatani,
Marks
Shogo Takesue, Masao Kumagai and Jun Komotori

Dynamically Recrystallized Structure and Mechanical Properties of Mg96Zn2Y2 Alloys Deformed by
Hiromoto Kitahara, Michiaki Yamasaki,
ECAP

Materials Chemistry

Development of the Test Solution for Rapidly
Evaluating the Corrosion Resistance of Copper
Tubes and Investigation for Effectiveness of theInitial Treatment on the Corrosion ResistanceTakashi Iyasu, Hajime Iseri and Natsumi Taniyama

Pitting Corrosion Resistance
Duplex Stainless Steelof

Ta-Bearing

Makoto Kawamori, Junichiro Kinugasa, Yuko Fukuta,
Masaki Shimamoto, Tomoko Sugimura, Yutaro Katsuki,
Natsuki Nishizawa and Mamoru Nagao

Hydrogen Generation from Ammonia-Borane over
B Amorphous Alloys Prepared from AqueousNi
Solution Based on Thermodynamic Prediction of
Hidden Metastable of StateAi Nozaki, Masashi Kuroda, Ryota Kameo,
Hiroshi Ichiwara, Ryo Deguchi and Masao Morishita
Materials Processing

Experimental and Numerical Analyses of Coolingand Intermediate Layer Formation Process at theMagnetic Pulse Welded Al/Fe Joint Interface
Jiedi Li, Shinji Muraishi and Shinji Kumai

Effect of Amount of Fuel for Punchability in
Punchless Impact Punching by Compression IgniMasahito Katohtion
Analysis of Graphite Nuclear in Spheroidal
Graphite Cast Iron and Mechanism of Nodule
Count Increase by Bismuth Oxide
Hiroaki Tsuji, Hiroyuki Chono, Nobuya Yamamoto,
Tokio Kai and Yoshio Igarashi

Yota Nakayama, Masayuki Tsushida, Shinji Ando andYoshihito Kawamura

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan―Current Trends in Research―
Review of“12th Japanese-Polish Joint Seminar on
September 1,
Micro and Nano Analysis (August 29
Manabu Ishimaru
2018)”Engineering Materials and Their Applications

Microstructural Evolution in Magnesium after
Hyper-Velocity Impact of Alumina Projectile
Naoki Fujita, Tatsuya Nakatsuji, Sunao Hasegawa,
Naoko Ikeo, Eiichi Sato and Toshiji Mukai―Express Rapid Publication―
Visualization of Microscopic-Scale Strain Distributions in Martensitic Steel over a Wide Range of
Tensile Strain by Using Digital Image Correlation
Method on Replica Film

Bioactivation of Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia Surface via a Chemical Treatment Processing Using a Calcium-Phosphate Slurry
Mitsuhiro Hirano, Yusuke Konaka and Naofumi Ohtsu

Norimitsu Koga, Motoki Fujita and Chihiro Watanabe

Effect of Lamellar Spacing on Creep Strength ofa-Mg/C14
Mg2Ca Eutectic Alloy

Editor's Announcement

Koji Oishi, Satoshi Araki and Yoshihiro Terada◇◇◇(2021年 6 月22日～2021年 7 月20日)

正

員

岩崎
秀
北原龍之介
佐久田博司
学

生

青木勇太
青山恵太
秋山柚貴
淺井康之介
阿出川 潤
安藤拓澄
飯岡
諒
池ノ本翔馬
石揚
翔
石崎誠太郎
石田和也
石田素子
石野佑樹
一藁大志
伊藤太一
伊比井亜弥音
岩井駿平
岩田知紘
上田峻也
上道捷平
上村
魁
鵜川大輝
内田茉友子
遠藤
稜
及川大地
大久保 龍
大崎慎也
太田知也
大竹善行
大谷
涼
大西啓太
大林浩也
小笠原伊吹



北海道大学
住友重機械工業株式会社
青山学院大学

高橋幸一
土井研児
古垣孝志

日鍛バルブ株式会社
大阪冶金興業株式会社

松尾友紀子
宮本寛幸

名古屋工業大学

高橋
凪
竹内
薫
竹内喬亮
田嶋
晃
田中健治
千島祐也
塚本
晨
津村宙樹
鶴見昂樹
出口
凌
寺門雅文
樋沢美咲
時任史菜
徳富可子
鳥山佳孝
長岡駿弥
中川
奎
仲嶋飛向
中谷勇喜
長野杜春
中村駿介
中村
丞
中元綾乃
鍋田純冶
根本壮弥
野口聖史
野口
大
野崎
萌
能勢二郎
野田航希
萩本隆雅
波頭直輝
濱里恒彦

新居浜工業高等専門学校

大同特殊鋼株式会社株式会社タクマ

員
東京大学
京都大学
筑波大学
名古屋工業大学
千葉工業大学
東京工業大学
群馬大学
九州大学
熊本大学
熊本大学
東北大学
東海大学
名古屋大学
兵庫県立大学
富山大学
東海大学
兵庫県立大学
北海道大学
兵庫県立大学
大阪大学
大阪府立大学
京都大学
奈良女子大学
東京工業大学
千葉工業大学
熊本大学
大阪府立大学
京都大学
名古屋工業大学
神戸大学
名古屋工業大学
大阪府立大学東北大学

岡 部 修 一 大阪大学
岡 本 慶 介 大阪大学
小 野 公 輔 千葉工業大学
郭子 萌 九州大学
勝 井 陽 介 神戸大学
勝山湧太郎 名古屋大学
金 井 宏 喜 芝浦工業大学
金 森 円 花 関西大学
川 島 遼 都 千葉工業大学
北 浦 雄 大 大阪大学
北 野 竜 也 兵庫県立大学
木 村 大 河 茨城大学
グプタ ムリドゥル 大阪大学
國 分 悠 輔 京都大学
小 寺 貴 大 芝浦工業大学
後藤真矢子 名古屋工業大学
齊 藤 大 貴 長岡技術科学大学
坂 井 優 斗 熊本大学
酒 井 諒 二 長岡技術科学大学
坂 口 徳 光 九州大学
佐々木嘉葵 東北学院大学
佐 藤 壮 平 九州大学
佐藤ひかる 秋田大学
佐 藤 諒 一 同志社大学
實 方 涼 二 千葉工業大学
篠原諒 神戸大学
杉 山 爽 平 東京大学
鈴 木 直 尭 神戸大学
関広 太 日本大学
関
裕 俊 足利大学
SONG CHANGJUN 北海道科学大学
高 橋 朋 之 群馬大学
 橋 直 哉 新居浜工業高等専門学校

長岡技術科学大学
東北大学
東海大学
東京工業大学
芝浦工業大学
東京理科大学
九州工業大学
愛媛大学
兵庫県立大学
足利大学
岩手大学
九州大学
東京工業大学同志社大学
九州工業大学
福井大学
山形大学
東北大学
鹿児島大学
神戸大学
東北大学
東京大学
九州工業大学
東北学院大学
東京大学
神戸大学
芝浦工業大学
九州大学
名古屋大学
東京工業大学
京都大学
熊本大学

本 会 記 事

原
知史
平井開都
平岡俊亮
福田琳汰朗
藤井達也
藤本智大
二塚俊洋
星野海大
本宮智之
馬
聚懷
前岡莉歩
前河佳晃
前田潤也
前山
光
牧
直弥

大阪大学
東海大学
大阪府立大学
長岡技術科学大学
東京都立大学
富山大学
東京大学
北海道大学
愛媛大学
九州大学
京都大学
京都大学
富山大学
兵庫県立大学
金沢大学

牧
亮志
町田成海
松岡弘剛
真鍋光喜
三川
陸
水谷洸太
三井
明
三津原晟弘
峯田
陸
宮内
創
宮崎紘平
宮田裕都
宮原佐季
宮本芳宏
村松兼志

熊本大学

YU YUE
謝
昭
鐘
凱文
孫
峰

筑波大学

岡山大学
大阪大学
大阪大学
東北大学
神戸大学
北海道大学
名古屋大学
東北学院大学
香川県産業技術センター
東北大学
名古屋工業大学
千葉工業大学
熊本大学

森 駿太郎
森内理生
森川大地
盛国祐太
保田大河
山口光輝
山崎竣成
山崎萌子
山田理久
山本大貴
吉崎友哉
吉間晴紀
渡邊彩恵
渡邊直樹

東京工業大学
芝浦工業大学
東京理科大学
大阪府立大学
熊本大学
島根大学
千葉工業大学
金沢大学
大阪大学
九州大学
高知工科大学
大阪大学
東北学院大学
東北大学

東北大学

外国一般会員WANG Hui 東京大学

外国学生会員
Kautsar Zulfa Hilmi 筑波大学
Xu Yang Northwestern Polytechnical Univerisityzhenge zhu ningbo university
ZHU Junyu 東京大学

芝浦工業大学東海大学◇◇

まてりあ第巻号
金属なんでもランキング
No. 16 蒸発熱［プロムナード］異分野融合の意味と意義 …………京大 宮野公樹
［最近の研究］コンビナトリアル手法を用いた機能性材料の開発……………………………日大 高橋竜太 川島一裕
無機 2 次元ナノシートが拓く原子層技術………………………………………名大 長田 実
［新 進 気 鋭］Ni 基耐熱合金の金属粉末成形技術の開発
株 日比野真也……………………………川崎重工

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia JapanYan Xinyu 東北大学
LUO FANGFEI 大阪大学呂
徳 桐 北海道大学

東京工業大学◇予告［講義ノート］金属製錬の熱力学(第 4 回)………………………………東大名誉教授 月橋文隆
［実 学 講 座］13 走査型電子顕微鏡を用いた分析手法
1321 後方散乱電子回折法(EBSD)による結晶方位解析……ファインセラミックスセンター 横江大作
―他―
編集の都合により変更になる場合がございます．




行
開催日

事

カ

名称・開催地・掲載号


年月
第24回 XAFS 討論会 (Web 開催)
1～3

1～3
2～4

日本セラミックス協会第 34 回秋季シンポジウム(Web 開催)
第23回日本感性工学会大会(Web 開催)

6～7

第 15 回 プ ラ ズ マ エ レ ク ト ロ ニ ク ス ・ イ ン キ ュベーションホール(Web 開催)

8～9

KISTEC 教育講座「“つける”と“はがす”の新技術―分子接合と表面制御コース」
（川崎）

8 ～10

2021年度工学教育研究講演会(信州大)9

第193回腐食防食シンポジウム 化学プラントにおける炭素鋼製熱交換器の腐食事例と検査適用の実際(Web 開催)

10

第97回レアメタル研究会(リアル講演会＋Web 開催)(本号603頁)

13～17

第 9 回対称性・群論トレーニングコース(つくば)14

第 7 回大型実験施設とスーパーコンピューターとの連携利用シンポジウム」(Web 開催)
2021 年 度 資 源 ・ 素 材 関 係 学 協 会 合 同 秋 季 大 会(Web 開催)

14～16

～


日本金属学会秋期講演大会(オンライン開催)(本号595頁)



技術セミナー(Web 開催)(本号597頁)
オンライン学生キャリアサポートセミナー(Web開催)(本号598頁)




レ
主催

ン

ダ

ー 太字本会主催(ホームページ掲載)
問合先

日本 XAFS 研究会 jxafs24＠gmail.com
https://conference/jxafs.org/
日本セラミックス TEL 033662
5232 fall34＠ceramic.or.jp
協会
https://fall34.ceramic.or.jp/
日本感性工学会
TEL 0336668000 jske＠jske.org
https://www.jske.org/taikai/jske23
応用物理学会プラ TEL 053
4781064
ズマエレクトロニ matsui.makoto＠shizuoka.ac.jp
クス分科会
http://annex.jsap.or.jp/plasma/PE_files/
PE_SS_2021/

レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/index_ j.html
日本結晶学会TEL 0298645196
tyoshimi＠post.kek.jp
http://pfwww.kek.jp/trainingcourse/
高輝度光科学研究 TEL 079158
2785
センター他
jasrievent＠spring8.or.jp
資源・素材学会
TEL 0334020541
info＠mmij.or.jp
日本金属学会TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp
日本金属学会TEL 0222233685 stevent＠jim.or.jp
日本金属学会TEL 0222233685

21～23

第34回計算力学講演会(Web 開催)

TEL 0222233685 stevent＠jim.or.jp
SPring8 ユーザー TEL 0791582785
協 同 体 ( SPRUC ) sp8sympo2021＠spring8.or.jp
他
http://www.spring8.or.jp/ja/science/meetings/2021/sp8sympo2021/
日本機械学会https://www.jsme.or.jp

28

腐食防食部門委員会第338回例会(Web 開催)

日本材料学会29～30

第 7 回若手研究者および技術者のための高温強度講習会(Web 開催)
第342回塑性加工シンポジウム「複合材加工技術の最前線」(Web 開催)

日本材料学会年月1,
2021年度粉末冶金講座(ハイブリッド開催)
12.2～3
第 7 回統合的先端研究成果発表会(ハイブリッド
5
開催)


7～8

第 18 回ヤングメタラジスト研究交流会( Web 開催)(本号600頁)
第 14 回トライボロジー入門西日本講座( Web 開
催)

7～8

第55回 X 線材料強度に関するシンポジウム(Web開催)

8

第 72 回白石記念講座 進化するポリマー―自動車における金属材料との共存共栄―(Web 開催)
第 8 回フラクトグラフィ講習会(京都・ Web 開
催)

12～13
12～15

第 7 回材料 WEEK(京都)13～14

第38回初心者のための疲労設計講習会(京都)13～14

第49回日本ガスタービン学会定期講演会(福岡)



定員
20名

事前参加申込8.27

stevent＠jim.or.jp

女性会員のつどい(Web 開催)(本号598頁)
SPring8 シンポジウム2021(Web 開催)

30

定員
60名

神奈川県立産業技 TEL 044
8192033 manabi＠kistec.jp
術総合研究所
https://www.kistec.jp/learn/researcher/molecular-bonding/
日 本 工 学 教 育 協 TEL 035442
1021
会・川上
kawakami＠jsee.or.jp//
http: www.jsee.or.jp/
腐食防食学会TEL 0338151161
ysm.hng1130033＠jcorr.or.jp
http://www.jweld.jp/

17～18




締切

日本金属学会TEL 0757615321 jimu＠office.jsms.jp
https://www.jsms.jp
TEL 0757615321 jimu＠office.jsms.jp
http://www.jsms.jp/

日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

定員
80名
定員
80名

粉体粉末冶金協会 TEL 075
7213650
https://www.jspm.or.jp/
軽金属奨学会TEL 0662713179
lmfoundation＠nifty.com
http://www.lmfoundation.or.jp/
関東支部

masuda＠material.t.utokyo.ac.jp

日 本 ト ラ イ ボ ロ TEL 033434
1926 jast＠tribology.jp
ジー学会
http://www.tribology.jp/
日本材料学会TEL 0534781035
sakaida.yoshihisa＠shizuoka.ac.jp
http://www.jsms.jp/
日本鉄鋼協会
日本材料学会TEL 0336695933 educact＠isij.or.jp
https://www.isij.or.jp/
TEL 0757615321 jimu＠office.jsms.jp
http://www.jsms.jp/

TEL 0757615325 jimu＠office.jsms.jp
http://www.jsms.jp
日本材料学会TEL 0757615321 jimu＠office.jsms.jp
http://www.jsms.jp/
日本ガスタービン TEL 033365
0095 gtsjoffice＠gtsj.org
学会
http://www.gtsj.org/

9.24
講演
7.23

9.30

日本材料学会

定員60名

本 会 記 事

開催日

名称・開催地・掲載号

主催

問合先

18～20

第62回高圧討論会(姫路)

TEL 07056587626
touronkai62＠highpressure.jp
http://www.highpressure.jp/new/62forum/
日本表面真空学会 TEL 033812
0266 office＠jvss.jp

19～20

ALC'21 Online (13th International Symposium on
Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices, Online)(Web 開催)

23～24

日本銅学会第61回講演大会(Web 開催)

日本銅学会

25～27

第 42 回日本熱物性シンポジウム(北大 or Web 開催)

日本熱物性学会

25～27

第 42 回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム(浜松)26

第 233 回研究会/第 92 回ナノマグネティックス専
門研究会「磁気記録技術の最近の研究動向」(Web 開催)

TEL 0862518046
jstp＠okayamau.ac.jp
http://jstpsymp.org/symp2021/index.html
超音波エレクトロ TEL 042
4435166
ニクス協会
h.nomura＠uec.ac.jp
日本磁気学会TEL 0352810106
https://www.magnetics.jp/event/topical_
233/

26～28

第68回材料と環境討論会(Web 開催)

腐食防食学会27～29

トライボロジー会議2021

27～29

第57回熱測定討論会(Web 開催)

日 本 ト ラ イ ボ ロ TEL 033434
1926 jast＠tribology.co.jp
ジー学会
http://www.tribology.jp/
日本熱測定学会
TEL 0358217120
netsu＠mbd.nifty.com
http://chem.ru.dendai.ac.jp/jccta57/

27～29

第50回結晶成長国内会議(JCCG50)(Web 開催)

日本結晶成長学会 TEL 070
50473339 jccg50＠jacg.jp
https://www.jacg.jp/jp/event/2021/jccg
50/

29～30

第72回塑性加工連合講演会(Web 開催)

日本塑性加工学会 TEL 033435
8301
http://www.jstp.or.jp/

日本高圧力学会

秋

松江(Web 開催)

事前参加
9.10

TEL 0338151161
ysm.hng1130033＠jcorr.or.jp
https://www.jcorr.or.jp/

研究会 No. 85

2 ～19

第419回講習会「高精度高能率加工を支えるオン
マシン/インプロセス計測技術～基礎から最先端
研究動向・最新の活用事例まで～」(Web 開催)

精密工学会

4～6

ICMaSS2021持続性社会のための材料とシステムに関する国際会議2021(Web 開催)

5

第98回レアメタル研究会(東京)(本号603頁)

5～6

第57回 X 線分析討論会(福岡大)82021 年度溶接工学企画講座 ～産業分野のものづくりのトレンド～「自動車関連材料の溶接・接合技術自」～(Web 開催)

ICMaSS2021 未 TEL 0525813241
来材料・システム icmass2021＠intergroup.co.jp
研究所
http://www.icmass.imass.nagoyau.ac.jp/
レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/index_ j.html
日 本 分 析 化 学 会 TEL 092
8716631(内線6218)
X 線 分 析 研 究 懇 xbun57＠fukuokau.ac.jp
談会
https://xbun.jsac.jp/conference/no57.html
溶接学会
TEL 0358254073
jwsinfo＠tg.rim.or.jp
http://www.jweld.jp/

9

2021年度 溶接工学専門講座 溶接疲労強度評価の基礎と応用(Web 開催)

溶接学会

TEL 0358254073
jwsinfo＠tg.rim.or.jp
http://www.jweld.jp/

10

日本希土類学会第39回講演会(横浜)日本希土類学会

12

第242回西山記念技術講座 最近の電気炉技術の進歩―平成30年間を振り返る―(Web 開催)
創 立 70 周 年 記 念 軽 金 属 学 会 第 141 回 秋 期 大 会(Web 開催)

日本鉄鋼協会TEL 0668797352
kidorui＠chem.eng.osakau.ac.jp
http://www.kidorui.org/lecture.html
TEL 0336695933 educact＠isij.or.jp
https://www.isij.or.jp/

12～14

web 参加
10.8

TEL 0368030587
dougakkai＠copperbrass.gr.jp
https://www.copperbrass.gr.jp/年月

研究集会「第二回状態図・計算熱力学研究会」(Web 開催)(本号600頁)

3～6

締切

abe.taichi＠nims.go.jp

TEL 0352265191
https://www2.jspe.or.jp/form/koshukai/
koshukai_form.html
The 16th International Symposium on Advanced 日本実験力学会・ TEL 0253689310
Science and Technology in Experimental 小林(新潟大)
office-jsem＠clg.niigata-u.ac.jp
Mechanics(Vietnam)
http://isem16.imech.ac.vn/

軽金属学会

13

日本機械学会関東支部山梨講演会(山梨大)

15～18

The 7th International Conference on the 粉体工学会
Characterization and Control of Interfaces forHigh Quality Advanced Materials (ICCCI2022)(富士吉田)

17

第79回固体イオニクス研究会(Web 開催)

17～19

INCHEM TOKYO 2021(東京)22～24

第 20 回破壊力学シンポジウム(和歌山県西牟婁郡)

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

https://www.jilm.or.jp/

事前
11.11

日本機械学会関東 TEL 055
2208434
支部
ydc2021tr＠yamanashi.ac.jp
http://society.me.yamanashi.ac.jp/jsme/
2021/

http://ceramics.ynu.ac.jp/iccci2022/index.
html
iccci2022＠ynu.ac.jp

日本固体イオニク TEL 092
8026967
ス学会
proton＠ifrc.kyushuu.ac.jp
化学工学会，日本 TEL 033434
1988 INCHEM＠jma.or.jp
能率協会
日本材料学会TEL 0757615325 jimu＠office.jsms.jp
http://www.jsms.jp/




開催日

名称・開催地・掲載号

主催

問合先

25～26

電気加工学会全国大会(2021)(Web 開催)

28～12.2

The 9th International Symposium on Surface 日本表面真空学会 isss9＠jvssjp
Science (ISSS9)(高松)https://www.jvss.jp/isss9/
研究集会“微小領域の力学特性評価とマルチス 研究会 No. 82
micromech_jim＠nims.go.jp
ケールモデリング”2021(Web 開催)(本号600頁)

30～12.1

シンポジウム「先進自動車製造技術における接合技術2021」(Web 開催)年月
経産省・文科省連携磁性材料・高効率モータープ
1
ロジェクト 「 MagHEM ・ ESICMM 合同成果報告会」(東京)

電気加工学会zaikawa.kouichi＠fitc.pref.fukuoka.jp
TEL 0936910260
http://www.jseme.or.jp/

溶接学会軽構造接 TEL 075
3158472 jaaa＠secretari.jp
合加工研究委員会 https://jaaa.secretari.jp/reg2021/guide/index.html
経済産業省(次世 TEL 029
8513354(内線3725)
代自動車向け高効 HIROSAWA.Satoshi＠nims.go.jp
率モーター用磁性材料技術開発)1～3

第48回炭素材料学会年会(那覇)1～3

EcoDesign2021(奈良)

8 ～10

第47回固体イオニクス討論会(徳島)

9 ～10

第36回分析電子顕微鏡討論会(Web 開催)

9 ～10

2021年度 溶接入門講座～新入社員・構造部材設計技術者のための～(Web 開催)

溶接学会

TEL 0358254073
jwsinfo＠tg.rim.or.jp
http://www.jweld.jp/

9, 10, 16

2021年度計算力学技術者(CAE 技術者)1・2 級の認定試験

日本機械学会

9 ～10

第 20 回キャビテーションに関するシンポジウム(Web 開催)

日本学術会議 第三 部 ( 予 定 ) 第 20
回キャビテーションに関するシンポジウム実行委員会

TEL 0343357616
caenintei＠jsme.or.jp
http://www.jsme.or.jp/cee/
TEL 0222175229(直通)cav20sendai＠grp.tohoku.ac.jp
http://www.ifs.tohoku.ac.jp/cfs/cav20/
index.html

10

第24回生体関連セラミックス討論会(京大)

13～17Materials Research Meeting 2021(MRM2021)(横浜)

日本セラミックス https://www.ceramic.or.jp/bseitai/symposi協会
um/24th_Symp.html
日本 MRSTEL 0362649071
info_mrm＠jmru.org
https://mrm2021.jmru.org/

TEL 0353896359
tansodesk＠bunken.co.jp
http://www.tanso.org/contents/event/conf2021/index.html
エコデザイン学会 ecodesign2021_secretariat＠ecodenet.com
連合
http://ecodenet.com/ed2021/
炭素材料学会
年月
第 99 回レアメタル研究会(東大生産技研 or Web
7
開催)(本号603頁)

8～9

第60回セラミックス基礎科学討論会(熊大)


年月
1 ～14
Mate2022 28th Symposium on ``Microjoining
and Assembly Technology in Electronics''(Web
開催)

年月
第100回レアメタル研究会(東大生産技研 or Web
11開催)(本号603頁)


～


日本金属学会春期講演大会(東京大学駒場キャンパス)(予定)日本固体イオニク TEL 088
6567577
ス学会
nakamura.o.koichi＠tokushima-u.ac.jp
https://www.ssi-j.org/symp/ssij47/index.
html
日本顕微鏡学会
TEL 0117066768
bunseki＠eng.hokudai.ac.jp
https://bunseki-denken.eng.hokudai.ac.jp/

スマートプロセス TEL 066879
7568 mate＠spsmste.jp
学会他
http://spsmste.jp/mate/

レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/index_ j.html
日本金属学会TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp
軽金属学会

http://www.icaa18.org/


～


日本金属学会TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp

日本金属学会秋期講演大会(福岡工業大学)(予定)

◇

11.30

レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/index_ j.html
日本セラミックス kiso60＠chem.kumamotou.ac.jp
協会基礎科学部会 http://www.ceramic.or.jp/bkiso


年月
第 18 回アルミニウム合金国際会議( ICAA18 )(富
4～8
山)



締切

◇

◇

本 会 記 事日本金属学会秋期講演大会は，9 月14日(火)～17日(金)，オンラインにて開催いたします．
後期(当日)申込は，9 月17日まで可能ですので，是非，ご参加下さい．
また，9 月14日(火)1830～のオンライン懇親会へのご参加もお待ちしております．(詳細は本号会
告597頁を参照下さい)今後の講演大会開催日程(予定)2022年春3 月15日(火)～17日(木)秋9 月21日(水)～23日(金)東京大学駒場キャンパス
福岡工業大学◇会報編集委員会より◇
今回のまてりあ60巻記念企画は，Back to 1962年(2 回目)と本会の各種委員会活動記事を特集しました．
この後も本企画をどうぞお楽しみ下さい．
◇

◇

◇

新刊紹介
『プレゼンテーションZen

ガー・レイノルズ 著
2021年

B5変

第 3 版』

熊谷小百合，白川部君江 訳

352頁

丸善出版(株)2021, 2022年度会報編集委員会
委員
長
副 委 員 長
委
員

竹田
修
田中秀明
池尾直子
大野直子
小嶋隆幸
齊藤信雄
鈴木真由美
塚田祐貴
徳永透子
袴田昌高
松垣あいら
盛田元彰
横井達矢

石川史太郎
岡田周祐
小畠淳平
篠原百合
田辺栄司
寺本武司
長岡
亨
本間智之
宮崎秀俊
山本剛久
李
誠鎬

ま て り あ 第巻 第  号（） 発行日
発行所

井田駿太郎
川西咲子
小柳禎彦
佐々木秀顕
島克利
圓谷貴夫
豊木研太郎
春本高志
眞山
剛
山崎由勝

2021年 9 月 1 日

公益社団法人日本金属学会〒9808544 仙台市青葉区一番町一丁目1432
TEL 0222233685 FAX 0222236312

ま て り あ 第60巻 第 9 号(2021)
Materia Japan

発
印
発

行
刷
売

定価(本体2,600円＋税)(五十音順，敬称略）

植木洸輔
木口賢紀
小山元道
佐藤豊人
高山直樹
寺西
亮
永井
崇
藤井
進
三井好古
山中謙太

宇部卓司
北村一浩
齊藤雄太
芹澤
愛
堤
祐介
轟
直人
長谷川 誠
松本洋明
諸岡
聡
吉年規治

大塚
誠
國枝知徳
近藤亮太
鈴木賢紀
趙
研
土井康太郎
永瀬丈嗣
松浦昌志
宮部さやか
山本知一

定価,円(本体,円＋税)送料円
人
所
所

山村英明
小宮山印刷工業株式会社
丸善雄松堂株式会社〒1600002 東京都新宿区四谷坂町 1010Materials Transactions 投稿の手引き
Materials Transactions(Mater. Trans.)への投稿は，次の要件を満たさなければならない．
(1) 英文であり，未掲載および他のジャーナルに投稿中でないことかつオリジナリティがあること(Materials Transactions
審査及び査読規程に定める範囲において，重複を認める場合がある)．
(2) 金属とその関連材料の学術および科学技術の発展に寄与するものであること．
(3) 投稿規程に合致するものであること．
(4) 別に定める執筆要領に準拠して作成された原稿であること．
(5) 論文の著作権を本会に帰属することに同意すること．
(6) 掲載が決定した場合は，この規程に定める投稿・掲載料を支払うこと．
(7) 研究不正行為および研究不適切行為をしないことならびに研究不正行為をした場合は本会の定めるところにより処分
を，研究不適切行為をした場合は本会の定めるところにより措置を受けることに同意すること．
(8) 投稿原稿を作成する基となった生データ，実験・観察・研究ノート，実験試料・試薬等の研究成果の事後の検証を可能とするものを論文掲載後 5 年間保存することに同意すること．

.












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

Mater. Trans. に投稿可能な論文
Regular Article(10頁以内)
金属及びその関連材料の理論，実験並びに技術などに関する学術上の成果を報告し，考察した原著論文で，科学・技術的に質の高い，新規な興味ある内容(結果，理論，手法等)が十分含まれている論文．
日本金属学会誌の学術論文または速報論文に Web 掲載
後 2 年以内であれば，著者および内容が基本的に同一の場合に限り，英訳した論文を投稿できる．その事を脚注に明記する．ただし査読の結果，返却もあり得る．
なお，著者が迅速掲載を希望し，追加費用を負担する場
合は，査読期間短縮を含め迅速掲載のための処理を行う．
Review(15頁以内)
各専門分野の研究開発の背景や最近の状況及び今後の展望等について，重要な文献を引用して，各専門分野の専門家のみならず他分野の専門家や学生等も対象に，その概要を公正にかつわかりやすく解説する論文．日本金属学会誌およびまてりあに Web 掲載後 2 年以内であれば投稿ができる．その事を脚注に明記する．また，日本
金属学会誌およびまてりあ掲載論文と異なる部分がある
場合は，その事を脚注に明記する．
Overview(15頁以内)
単なる一般的な review ではなく，執筆者独自の考えに立って review し，取り上げた問題点の中において自説の位置付けを明確にした論文．ただし，事前に「タイトル」「氏名」「要旨」を編集委員会に提出し，了承を得た後，投稿する方式とする．日本金属学会誌およびまてりあに Web 掲載後 2 年以内であれば投稿ができる．その事を脚注に明記する．また，日本金属学会誌およびまてりあ掲載論文と異なる部分がある場合は，その事を脚注に明記する．
Technical Article(10頁以内)
金属およびその関連材料の実験技術，製造技術，設備
技術，利用技術など，技術上の成果，基準，標準化，データベースなど，および関連する事柄の調査，試験結果を報告した原著論文．
日本金属学会誌もしくはまてりあに Web 掲載後 2 年以内であれば，著者および内容が基本的に同一の場合に限り，英訳した論文を投稿できる．その事を脚注に明記する．ただし査読の結果，返却もあり得る．
Current Trends in Research(10頁以内)
特集企画や受賞論文等を対象にした最近の研究動向について，関連論文を引用し，Graphical Abstract 等を利用しながらその概要をわかりやすく紹介する論文．

Express Rapid Publication(4 頁以内)
速報を要する短い論文．すなわち，新規性のある研究
成果，技術開発に関する新知見，新アイディア，提案
等．最短 2 週間で審査を完了する．迅速掲載のための費用を負担しなければならない．
 Opinion(2 頁以内)

Materials Transactions に掲載された論文に対する意
見，討論またはそれに対する著者からの回答とする．科
学・技術的な発展に貢献できる内容であること．
 その他理事会で決議した分類. 投稿の方法
Mater. Trans. へ の 投 稿 は https: // mc.manuscriptcentral.com/matertrans にて原稿を提出する．
和文掲載済み論文の英訳論文の場合には，和文掲載済み論
文 PDF も送付する．
. 原稿
執筆要領に従って原稿を作成し指定のファイル形式に変換したものを提出する．
3.1 記載内容
 題目・著者名・研究機関，◯
 英文概要・ Keywords，◯

◯
謝辞，◯
文献，◯
 Appendix，◯
表・図説明一覧，
本文，◯
 その後に各別紙の表・図を添付する．
◯
3.2 単位
SI 単位を使用する．
3.3 引用文献・脚注
通し番号で 1,2) ，あるいは 36) のように表し，本文の末尾に一括記載する．著者名，誌名はすべて英語表記する(特に決まっていないものはローマ字表記する)．
. 審査
投稿された論文は欧文誌編集委員会の独自の審査を経て欧文誌に掲載される．編集委員会から原稿の修正を求めら
れ，あるいは返却されることがある．
. 校正
初校は著者の責任で行う．著者校正は原則として 1 回とし，誤植の修正に限る．
. 投稿者負担金
6.1 投稿・掲載費用を支払う(公開日から 1 年間有効の電子ジャーナル購読権 ID/Password を寄贈)．
6.2 カラー図表掲載を希望する場合は実費を負担する．
(1 図表当り1,100円(税込))※オンラインジャーナルのみ(冊子・別刷はすべてモノク
ロ表示)．
6.3 Regular Article の迅速掲載費用11,000円(税込)．
公益社団法人日本金属学会



欧文誌編集委員会

本 会 記 事

2021年 9 月 1 日発行「まてりあ」