hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代水素利用技術の安全性確保のための高温水素環境における材料強度劣化現象の解明

CO2排出抑制策として炭素税や石油・石炭・天然ガスなどに対するエネルギー税の賦課が考えられており,このことは企業の生産活動に対して重荷となる可能性がある.そのため,低炭素技術の確立が急務であり,水素の大規模利用は低炭素化の一つの方向性である.本研究では,大規模水素利用を実現する要素技術であるSOFCや水素ガスタービン,リバーシブル燃料電池などの動作環境である,高温水素中で生じる材料損傷を対象として,試験方法の確立と材料強度評価を目的とした.高温における代表的な材料損傷であるクリープに関して,水素中では寿命が顕著に短くなる報告があり,長時間データの取得や水素の影響メカニズムの解明などが必要とされている.本研究では,(1)600°Cの高温水素中でクリープ試験などの材料試験を行うことができる試験装置を開発し,併せて,(2)高温水素を安全に取り扱うことができる手順を確立した.この成果により,(3)常温から600°Cまでの範囲において,Ar中と水素中で,SUS304鋼とチタン合金の低ひずみ速度引張試験を実施した.最後に,(4)Ar中と水素中でクリープ試験を実施した.(3)は(2)のために実施した.それに加えて,それぞれの結果について学術的な検討を行った.高温では水素脆化が起こらないことが知られており,SUS304では従来の知見どおりの結果が得られた.一方,チタン合金は,600°C水素中では顕著な延性低下を示し,100°C水素中では顕著な延性増加を示した.(2)および(3)の経験を活かして(4)に取り組んだ.Ar環境中のクリープ試験により,長期間,安全に安定に実験が可能であることを確認した.水素中のクリープ試験は,現在も継続中である.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,SOFC, SOEC,水素ガスタービンなどの次世代水素利用機器で共通のキーワードとなる高温水素環境に着目し,現状知見の不足が著しい高温水素中の材料強度劣化について,現象の把握と劣化機構の解明を目的とする.この目的のためには,高温水素中で材料試験を実施できる装置の開発が第1の課題であり,第1年度はこの課題に取り組んだ.高温の水素を取り扱いには,安全の確保が何よりも優先する.そのため,目的や実験条件が本研究とは異なるが,高温と水素の両方が関係する研究を実施している機関(原子力関係)を訪問し,試験機製作の参考とした.さらに,高温の試験を得意とする研究機関を訪問し,高温環境中での計測手法を勉強した.試験装置は,高圧水素中材料試験機の製作に実績のある試験機メーカーと共同で開発にあたっているが,当初の予想よりも技術的に困難であることが次第に明らかとなり,本年度は何とか試験機の導入ができたという段階で年度末を迎えることになった.予定では,年度内に試験機の試運転と試験手順を確立し,数回のSSRT試験を実施することになっていたが,そのスケジュールを果たすことができなかった.次年度に入っても,想定した条件で試験機を稼働するための改良に約2ヶ月を要する見込みであり,今期はまずスケジュールの遅れを取り戻すよう最大限努力する.ただし,この遅れは,高温水素中で材料試験を実施する技術がいかに困難であるかを示すものであり,次世代水素機器の安全性確保のためにはやはり本研究による開発が大いに寄与できるものと考えている.本年度は,実際に高温水素機器を開発中の機器メーカーとも情報交換を行うことができ,次年度の実験条件を決める参考となった.本年度は高温水素中で材料試験が実施できる試験装置の開発と試運転,試験手順の確立が予定したスケジュールであったが,現在の所,想定した試験条件で安定した試験が行えるようには装置的に不十分な状態であり,スケジュールはやや遅れているといえる.試験機の開発の遅れは,高温水素の取り扱いが非常に難しいことに原因がある.試験機を構成するいろいろな要素には開発的要素が含まれており,昨年度立てた予定はいろいろな開発要素がすべて順調であった場合ととらえている.以下に今年度行った開発について述べる.ガスを600°Cまで加熱する方式は高周波,赤外線,鋳込みヒーターなどが考えられたが,均一な加熱と安全性,費用を考慮して,鋳込みヒーターを製作した.水素ではない高温環境であればステンレスシースの熱電対で温度測定が可能であるところ,水素がシースを透過する恐れがあり熱電対に対する影響を検討した.高温水素の漏洩防止の方法については,シール部分を高温部から分離する方式を採用したが,そのためには当初溶接ベローズを採用する予定であったが,部品の性能と試験条件を精査して成形ベローズの採用に踏み切った.これにより,部品製作の期間を大幅に短縮できた.未だ少し時間を要するが,試験機に関わるいろいろな問題については解決の見込みであり,できるだけ早期に試験機を安全に安定して取り扱えるようにして,実験を開始する.SOFCや水素ガスタービンを使用した水素発電、SOECを使用した水素製造などに使用される機器には高温水素環境に曝される構造材料がある。クリープ寿命が水素中では顕著に短くなる報告があるものの、長時間データの取得やメカニズムの解明など、高温水素環境中の材料強度に関する研究が必要とされている。しかしながら、現在のところ、高温水素中で材料試験を実施できる研究機関はみあたらず、新たに実験技術を確立するところから研究開発が必要である。本研究は、高温水素中で材料試験を実施する装置と手順の確立、高温水素中の材料評価、実験結果からのさらなる研究課題抽出を目的とする。

本年度は、第1年度に引き続き高温水素中材料試験機の開発に注力し、600°Cの水素ガス中でSSRT試験ができることを確認し、常温から500°Cまでの水素中・Ar中でSUS304鋼のSSRT試験を実施した。600°C水素中で材料試験を実施できる技術が確立されたことは、本研究の非常に大きい成果である。以下に実験結果の詳細を記す。温度の増加とともに耐力、引張強さが低下した。水素の影響は耐力には見られなかった。常温の水素中では伸びの低下が著しいが、300°Cの水素中では伸びの減少が軽微となり、500°C水素中ではさらに伸びの減少は少なくなった。300°Cではわずかに、500°Cでは顕著に応力ーひずみ曲線にセレーションが見られた。500°Cでは水素中のSS曲線がAr中のものよりわずかに上側に位置しており、水素の影響かどうか今後検討する。破面には水素の影響を顕著に認めることはできなかったが、き裂の発生などに対する水素の影響を明らかにする予定である。500°CのAr中でクリープ試験を実施し、長時間の運転に対しても安全に試験が行えることを確認した。高温水素中の試験実施を可能にするまでに、いくつかの技術開発が必要となり、この開発に予定以上の長時間を要した。例えば、水素ガスの安全な加熱のためにとった方法が、炉の構成材と水素の反応を引き起こすなど、既存の技術では対応が困難であった事象が複数生じ、改めて高温水素環境の材料に対する攻撃性・反応性の高さを認識した。この対策として、新型の発熱体を設計した。年度当初の計画では水素中クリープ試験を開始している予定であったが、実際の進捗はその手前のAr中クリープ試験の実施までとなった。しかしながら、本研究の目的の一つは、高温水素中での材料試験技術を確立することであり、実行により明らかになった課題をクリアしながら、着実に目的達成に近づいている。600°Cの水素を安全に取り扱う技術が確立されつつあるのは、本研究にとってだけでなく、今後の研究・産業界にとっても非常に意義のあることである。なお、現在までに蓄積された知見から、装置はさらに簡素化できる見込みがあるが、高圧ガスのエンジニアリング会社との会議によると、安全に対するコンプライアンスとの整合性が重要であり、実施には検討を深める必要があることを指摘された。現在までに複数の企業から高温水素中の材料損傷に関する技術相談を受けた。このことは、実際に高温水素中の材料強度が製品としても懸念事項であることを裏付けており、本研究の社会的適合性が保証されたものと思われる。CO2排出抑制策として炭素税や石油・石炭・天然ガスなどに対するエネルギー税の賦課が考えられており,このことは企業の生産活動に対して重荷となる可能性がある.
南アジアの紅玉髄製工芸品の流通と価値観－「伝統」を支える社会システムの考察

本調査研究の目的は、インドの東端のナガランド州の紅玉髄製ビーズ・装身具の流通と価値観を、その歴史的背景と今日の現状を調査することで明らかにすることにある。ナガランド地方は東南アジアや中国南部とも接し、古来交易の要所であったと考えられ、限定的ながら数百年ほど前からすでに紅玉髄製ビーズが流通していたことが裏づけられている。しかし近現代では、急速に進んだキリスト教化や中央政府との紛争によって紅玉髄製ビーズをめぐる文化が衰退してしまった。ただしそれでもなお、装身具は先祖から受け継がれてきた家宝として意識され、ナガとしてのアイデンティティの拠り所としてその伝統が保持されていることが確認できた。ガ本調査研究の目的は、インドの東端のナガランド州の紅玉髄製ビーズ・装身具の流通と価値観を、その歴史的背景と今日の現状を調査することで明らかにすることにある。ガ2013年11月26日12月10日〔小磯(学)・村山〕、2014年2月27日3月7日〔遠藤・渡邊〕、同3月14日〔小磯(学)・小茄子川〕の2次にわたる調査で、ナガランド州ディマプル、コヒマ及びコノマ村等村落、及びコルカタやデリーのナガランド州立物産店などを訪れ、紅玉髄製ビーズを中心に装身具に関する聞き込みを実施。加えて、紅玉髄製ビーズが出土した現在発掘中のインダス文明の遺跡ラーキー・ガリー(ハリヤーナー州)を訪れ、この準貴石と人との関わりを考古学的な視点から考察する端緒とした。小磯千尋は渡印せず、古代インドの文献『Ratnapariksha』に基づきながらインド社会で用いられてきた装身具や素材についての情報収集を行った。ナガランドでは、今日なお多くの人々が(男女ともに)日常的に紅玉髄製ビーズを着用する伝統が残る。過去半世紀ほどの間には、代替品として同色・同形で安価なプラスチックやガラス製ビーズが急増している。ただしその事実は、この色と形のビーズへの文化的志向の強さを表してもいる。19世紀以降のイギリス・アメリカの宣教師の活動の結果、今日のナガランドの人口の9割がキリスト教徒となっており日曜礼拝などに参加する敬虔な信者が多い。そして同時にまた、キリスト教浸透以前に遡る、祖父母や親から孫・子へと受け継がれる紅玉髄製ビーズを身に着ける伝統も今なお健在である。それは、キリスト教徒である前に「ナガ」の人間であることの証にほかならない。人々のアイデンティティの拠り所として、紅玉髄製ビーズを初めとする装身具が重要な機能を果たしている現状が明らかとなった。本調査研究の目的は、インドの東端に位置しミャンマーと国境を接するナガランド州(1963年成立)における紅玉髄製ビーズを初めとする装身具の流通とそれを支える価値観の歴史的背景と今日の現状を把握することに主眼を置いた。ナガランド地方は、20世紀半ば以降に活発化した中央政府に対する独立運動や同じく20世紀半ばまで行われていた首狩りなどによって外部の人間の入域が最近まで規制されてきた。こうした点からも、近寄りがたい「秘境」というイメージが抱かれてきた。しかしそこは南アジアと東南アジア、中国南部とが接する土地であり、古くから人と文物が往来する交易の要所であったと考えられる。正確にいつ頃からどのような文化を有する人々が居住してきたかについては情報が不足しているが、少なくとも2500年間に及ぶ東西交流史のなかに位置づける視点を持つ必要がある。ナガランドで用いられてきた紅玉髄製ビーズを初めとする準貴石類やその他の装身具の利用は、そうした交易活動の確実な証拠にほかならない。一方で、過去150年ほどの間に進んだキリスト教化や中央政府との紛争は、ナガランドの紅玉髄製ビーズをめぐる文化の衰退をもたらした。ただそれでもなお、装身具は先祖から受け継がれてきた家宝として意識され、ナガとしてのアイデンティティの拠り所であることが保持されていることが確認できた。キリスト教改宗以前に遡る伝統的な祭りの正装の一部であり、たとえ経済的な理由から紅玉髄がプラスチックに置き換えられたとしても、それを身につける本来の意味や役割は今も失われてはいない。そうした伝統文化の記録を残すことが、本調査の大きな貢献となったと考える。南アジア地域研究夏季休暇中の時期はナガランドは雨季(世界トップの降雨量)で調査には向かず、その他の時期はメンバーの都合が合わず長期にわたる調査期間が取れなかった。これが残念ながら「おおむね順調」とした理由である。ただし現地ではナガランド大学歴史・考古学部の教員2名やその知人の1名からの協力が得られるなど、効率よく複数の村を回り、聞き込み調査を実施して情報収集することができた。メンバー各自の専門性を生かしつつ、以下の主だったテーマについての基礎的な情報が得られている。

1紅玉髄製ビーズの相続・贈与と使用、2各民族集団のビーズの実測図作詞及び形態の比較分析、3伝統文化とキリスト教文化との共存とアイデンティティ、4ナガランド地方のイスラーム教徒と装身具、5集落立地の自然地理学的環境、6インド古代文献に記述された装身具(日本国内で情報収集)。この他、ナガランド大学の教員2名からは、両名がこれまでに発掘調査を行った遺跡からの出土品や民族調査を行った村落における紅玉髄製ビーズの実情についての情報を寄せて頂くことができた。本科学研究費の2014年度に作成する最終報告書では、両名にも論考の執筆の快諾を得ている。短期間の調査であったとはいえ、紅玉髄製ビーズないし装身具を、歴史、考古、民族、宗教や信仰、祭り、工芸、地理など多様な視点から分析する基礎作りが整ったのは、やはり現地を直接訪れることができたからにほかならない。ナガランドは19世紀のイギリスの進出以降、主に欧米の人類学者らによって多数の調査が行われてきた。しかし装身具(とくに紅玉髄製ビーズ)に重点を置いた具体的な調査は無いに等しい。21世紀に入りようやく研究対象になりつつあるといっても過言ではなく、南アジア全域や東南アジアとの交易活動や各々の民族集団における使用例や意識調査の比較など、今後も広い視野の中に位置づけながら研究を深める必要性が改めて認識できた。2013年度の調査期間がきわめて短期で限定的であったため、当初の計画を変更し2014年度もナガランドで再度調査を実施する。初年度の調査では、紅玉髄製ビーズを着けている頻度の高さから老年の男女への聞き取りが多くなった。このため次年度はビーズを身に着けている・いないに関わらず、各々の世代ごとの装身具全般に対する心情を明らかにしたい。また2月下旬に実施されるスクレニ祭りを訪れ、豪華な首飾りで「正装する」場を調査する。今日キリスト教徒である人々にとって、この祭りはキリスト教浸透以前から伝わる「ナガ文化」の伝統を再確認する場でもある。人々が、自らのアイデンティティをどのように捉え祭りを実施しているのかを探る。こうした個別のテーマに関して各村落=点ごとに情報の蓄積を図るだけでなく、地域=面的広がりに視点を置いた調査も試みる。具体的には、コヒマから南に向かうインパール街道沿に位置する複数の集落を順に巡り、紅玉髄製ビーズを日常的に身につけるか否か、祭り用の豪華な首飾りを所有しているか否かなど特定の短い質問アンケートに基づき、これらの事象がどのような空間分布を示すのかを探る。異なる民族集団の分布やコヒマのような拠点集落からの距離との関連性など、ナガランド全土に浸透する装身具文化の現状の一端を明らかにすることが目的である。ナガランド大学の協力者2名は、ナガランドにおける装身具の考古学的・民族学的な出土・使用の集成を行い、広い視野に立ったナガランドにおける装身具文化の総括を行う。さらには、ナガランド地方は歴史的にもイスラーム教が陸路で辿り着いた東端の土地でもあることに着目する。紅玉髄製ビーズに対して独自の文化的な志向をもつイスラーム教徒が、土着の文化と出会いどのような文化変容を受けたのか明らかにする。1遠藤仁(連携研究者)が別件でインドに滞在しており、旅費がインド国内のみとなった。2小磯千尋(連携研究者)が日本にとどまったため、外国への旅費を使用しなかった。3国際線の航空運賃が予定より安く入手できた。これらの理由により、インドへの旅費が予定よりも大幅に少なくなった。科研応募時に計画されていたメンバー全員での会合を設ける目的で、日本国内の旅費に使用する。
都市における樹林地の保全と活用に関する基礎的研究

都市化と樹林地の関係を検討するため、大都市圏業の都市における樹林地の残存状況に着目し、地形や樹林地以外の土地明用との関係から樹林地の分布特性、樹林地に対する影響等について考察し、前年度までに大都市圏内の諸都市の樹林残存特性を明らかにした。本年度はその結果を踏まえ、立地特性の類似する厚木・伊勢公市および日野・町田市の4市を選定し、樹林地残存底性を検討した。調査内容は、地形条件(地形分類・傾斜区分)と樹林地及びそれ以外の土地利用の分布状況を把握し、分布特性を検討した。その結果、地形条件に影響される樹林地やその他の土地利用の分布特性には以下の傾向が認められた。(1)低地においては傾斜03度未満の区域で樹林地以外の土地利用がほとんどを占めている。(2)台地では開発の拡大により樹林地が台地縁辺部の傾斜38度未満の斜面に波状に分布する。(3)丘陵地ではまとまった面積の樹林地が残存する傾向にあるが、傾斜15度未満の部分では樹林が寸断されている傾向がある。(4)山地では樹林地は傾斜20度以上でかなりの面積が残存しているが、傾斜15度未満の山地においては樹林地以外の土地利用が進行して丘陵地と同様に樹林地が寸断状態にある傾向である。(5)傾斜15度未満の山地、丘陵地で大規模な開はが行われ、かなりの面積の樹林地が消失する傾向がある。以上の結果から、都市内樹林地の保全にとって特に重視すべき地域の特性を、地形的側面から明らかにした。さらに前年度に引き続いて、樹林地の自然資源としての質について実地調査を行った。対象地は内陸丘陵型の事例として横浜市緑区および旭区で、臨海丘陵型の事例として小田市の樹林地を選定し実施した。内容で前年度と同様に、植生の構造と小動物の生息状況の関係について、季節的変動も踏まえて現況を把握する事を目的とし、結果は現在解析中である。都市内樹林地の保全について考える場合,まず都市規模(面積,人口など)を働のように考えるかが問題になった.行政区域と都市計画区域の関係,都市計画区域内の市街化線引き(市街化区域と市街化調整区域)と樹林の関係などである.都市内樹林のうち,特に景観的にも重要な役割を果す斜面樹林については,地形条件と強く結びついていることから,事例調査都市として斜面地形を有する丘陵型・低山地型に注目した.可能な限り条件を限定し,概ね全域都市計画区域の市で人口10万人代の都市・丘陵地形により斜面樹林が多少とも変動している地域を把えることとした.事例地域として仙台市とその周辺,横浜西南区部,湘南地区,岡崎市,豊田市,福岡市地区,大阪東部を選び,それぞれ1/10,000地形図,同空中写真,市町統計書,諸計画等の資料を参照し分析した.対象地域全てについては目下分析継続中であり,具体的な結論は見い出し得ないが,最初に実態調査を始めた横浜地区(南区,上大岡周辺)では,既存樹林地の殆んどが斜面樹林から成り,傾斜角も1530度ときつく,他の土地利用に変り難いことから最後まで開発から免がれている.土地所有は都市内土地騰貴に関係し, 80%以上が抵当権設定されているなど,新しい側面が明らかになり,単なる緑の構造等のみからの追求では充分な保全と計り難いことが明らかになった.したがって土地所有者は地区内に居住しても,本当の意味から地区の重要な緑として確保されてはおらず,居住者の緑意識の点から裏づけて当該緑(樹林地)の保全確保を計る必要性が高い.また他の地区の樹林地では,主として市街化調整区域の樹林地が,公共施設建設・開発の名の下に減少する傾向が見らり,さらに63年度にわたり,同地区内の樹林地動向と減少要因の詳細な分析を行わねばならないことが明らかになった.丘陵地形などを中心に樹林が残されている都市のうち、ほぼ全域が都市計画地域に含まれる都市として、関東・中部・近畿の各圈域を中心に基礎資料を収集した結果、相互比較が可能なものとして32都市を取り上げることができた。これらについて、樹林規模・地形条件・土地利用・人口規模・中核都市からの距離といった項目について相互の関連性を検討した結果、樹林の残存規模により都市の性格が異なっていることが明らかになった。各都市における樹林率は約3%約55%と幅があるが、約25%を境界としてそれ以上樹林が存在する都市とそれ以下の都市とに区分された。前者は11都市あり山地・丘陵地を中心とした地形を有し、都市規模が小さく、住宅率・耕地率が低く、内陸部に位置する都市が多かった。後者は21都市あり台地・低地を中心とした地域に存在し、都市規模が大きく、宅地率や耕地率が比較的高く、内陸部と臨海部とに位置する都市がほぼ同数であった。また特に樹林率の低い都市は臨海部に位置する都市であった。また中核都市からの位置により人口密度等の条件が異なり、樹林の存在に影響を与える傾向が明らかになった。つぎに内陸丘陵型の事例として横浜市内陸部において、樹林地の自然資源としての質について実施調査を行った。内容は植生・動物相に関するものであり、植生と小動物の生息の関係についての分析や、水系条件と小動物の生息との関係、といった項目について季節的な相違を考慮した調査を行い、それぞれの項目に関して現在解析中である。

これらの問題を明らかにすることより、都市内樹林地の保全と利用に関して基本的指針を提案することが可能である。都市化と樹林地の関係を検討するため、大都市圏業の都市における樹林地の残存状況に着目し、地形や樹林地以外の土地明用との関係から樹林地の分布特性、樹林地に対する影響等について考察し、前年度までに大都市圏内の諸都市の樹林残存特性を明らかにした。本年度はその結果を踏まえ、立地特性の類似する厚木・伊勢公市および日野・町田市の4市を選定し、樹林地残存底性を検討した。調査内容は、地形条件(地形分類・傾斜区分)と樹林地及びそれ以外の土地利用の分布状況を把握し、分布特性を検討した。その結果、地形条件に影響される樹林地やその他の土地利用の分布特性には以下の傾向が認められた。(1)低地においては傾斜03度未満の区域で樹林地以外の土地利用がほとんどを占めている。(2)台地では開発の拡大により樹林地が台地縁辺部の傾斜38度未満の斜面に波状に分布する。(3)丘陵地ではまとまった面積の樹林地が残存する傾向にあるが、傾斜15度未満の部分では樹林が寸断されている傾向がある。(4)山地では樹林地は傾斜20度以上でかなりの面積が残存しているが、傾斜15度未満の山地においては樹林地以外の土地利用が進行して丘陵地と同様に樹林地が寸断状態にある傾向である。(5)傾斜15度未満の山地、丘陵地で大規模な開はが行われ、かなりの面積の樹林地が消失する傾向がある。以上の結果から、都市内樹林地の保全にとって特に重視すべき地域の特性を、地形的側面から明らかにした。さらに前年度に引き続いて、樹林地の自然資源としての質について実地調査を行った。対象地は内陸丘陵型の事例として横浜市緑区および旭区で、臨海丘陵型の事例として小田市の樹林地を選定し実施した。内容で前年度と同様に、植生の構造と小動物の生息状況の関係について、季節的変動も踏まえて現況を把握する事を目的とし、結果は現在解析中である。
センサ素子の超低周波出力信号を自然エネルギー駆動で処理する集積回路

生体などから得た低周波の信号を,携行可能なシステムで処理し,無線送信するための集積回路設計を目的とし,電源電圧1V未満で動作するように設計している.まず,センサ出力の雑音除去ならびに帯域制限や送受信用のフィルタは0.6Vで動作可能であるとの結論を得ている.0.18μmプロセスによる回路試作では,100kHz帯域,89dBのダイナミックレンジを達成した.次に,アナログ・ディジタル変換回路の設計に取り組み,逐次比較型,ΔΣ型,信号分割型の可能性とその改善を行っている.雑音の大きさや分布の理論解析と検証,それらの抑圧手法の提案をし,いずれの構成も1V程度で使用でき,さらなる低電圧化における問題の解決法も提案している.さらに,ディジタル回路で発生し,基板を伝播してアナログ回路に混入するディジタル基板雑音の低減にも取り組んでいる.適切なモデルと近似で理論解析し,有効な雑音低減手法として,検出領域と打ち消し領域の形状を提案している.生体などから得た低周波の信号を,携行可能なシステムで処理し,無線送信するための集積回路設計を目的とし,電源電圧1V未満で動作するように設計している.まず,センサ出力の雑音除去ならびに帯域制限や送受信用のフィルタは0.6Vで動作可能であるとの結論を得ている.0.18μmプロセスによる回路試作では,100kHz帯域,89dBのダイナミックレンジを達成した.次に,アナログ・ディジタル変換回路の設計に取り組み,逐次比較型,ΔΣ型,信号分割型の可能性とその改善を行っている.雑音の大きさや分布の理論解析と検証,それらの抑圧手法の提案をし,いずれの構成も1V程度で使用でき,さらなる低電圧化における問題の解決法も提案している.さらに,ディジタル回路で発生し,基板を伝播してアナログ回路に混入するディジタル基板雑音の低減にも取り組んでいる.適切なモデルと近似で理論解析し,有効な雑音低減手法として,検出領域と打ち消し領域の形状を提案している.生体などから得た低周波の信号を,携行可能なシステムで処理し,無線送信するための集積回路設計を目的とし,電源電圧1 V未満で動作するように設計している.まず,雑音除去と帯域制限のためのフィルタを検討した.既に研究代表者らが提案した低電圧・低電力用フィルタが,基底信号処理に好適であることに着目している.低周波信号処理に必要な大きな容量値を,ミラー効果の双対原理に基づいて等価的に実現しており,多少の損失が生ずるものの0.6V動作の回路が実現できるとの見通しを得た.次に,フィルタの後段となるアナログ・ディジタル変換回路(ADC)を設計した.低周波信号であるため,逐次比較型や信号分割型を採用している.さらに1サンプルの変換処理に比べ標本化周期が長いことから,変換後に緩衝器や比較器の電源を切ることで電力の削減が図れる. 0.4Vp-pの信号に対して8ビットを出力するとき, 30%程度まで低電力化できた.さらに, ADC出力のディジタル信号を処理する回路が,アナログ回路と同一の集積回路基板上に実現されることを見通し,予想される問題であるディジタル基板雑音の低減にも取り組んだ。複数の雑音源についての低減効果の感度に注目し,さらに適切な近似を導入して理論解析を可能とすることで,非常に有効に雑音低減ができる回路構造を導くことができた.上述をまとめると,目的のシステムを0.8V程度で実現できることがわかった.今後はこれらを統合して具体的な設計をし,実証する必要がある.1V未満の電源電圧で動作し,消費電力が数十μW未満で,110Hzの信号を雑音や他の信号から分離できるダイナミックレンジ70dB以上の集積回路を実現している.自然エネルギーを利用してセンシング信号を計測する集積回路を,現在の製造プロセスの主流であるCMOSにより安価に実現することを目指しており,帯域制限用のフィルタとアナログ・ディジタル変換回路(ADC),ならびにディジタル回路から基板を経由する雑音で変換前の信号が劣化するのを防ぐ機構の設計と試作を行い,評価している.帯域制限用フィルタ0.18μmにおいては,電源電圧0.6Vでの動作を可能とし,さらに89dBもの広いダイナミックレンジを達成した.また,ADCとして,低電圧化に適すると考えられる逐次比較型とパイプライン型の改良を検討した.逐次比較型は,雑音による変動の理論的考察とともに設計・試作を通して,低電圧下での出力雑音の分散が大きく,アルゴリズムによる信号劣化の改善を図っていく必要性を明らかにした.また,パイプライン型においては,低電圧時の素子バラツキの影響を緩和できる信号分割手法に基づき構成し,信号対雑音比を拡大するために容量数の削減と1段あたりの入出力特性の変更で改善した.さらに,ディジタル回路基板雑音の軽減には,従来,雑音と逆相の打ち消し信号を注入していた領域を帯状から点へと変更し,理論的にその有効性を示すことができた.
入浴中急死の病態:高体温による循環不全の実験的研究

入浴に準じたラット入浴モデルを作成すると、41°C以上の水浸加温で死亡が発生した。加温により体温と血圧が上昇し、血圧が下降に転じ(低心拍出量)ショックとなり死亡した。この機序として前負荷減少の可能性が示唆された。前負荷増加が生存時間を延長させる可能性は、入浴前の飲水行動が事故防止に働く可能性を示唆しておる。予防対策の観点から、入浴中の呼吸数モニタリングは有用である。血液生化学的検討から、初期1時間の血管内容量減少、乳酸産生にともなうアシドーシス、カルシムの低下、低血糖が誘発されないこと、などが明らかとなった。水浸加温の中止実験では、中止時の体温により転帰が決定される可能性が示された。また加温中止にともない体温下降と共に低血圧が誘発されることは、今後のプレホスピタル医学にとって重要な新知見である。すなわち、浴槽内では正常血圧であっても、浴槽からの救助にともない低血圧が発生する可能性がある。水浸加温負荷実験においてもサイトカイン変動特にCINC1の上昇が確認された。本研究のサイトカイン変動の観察に用いた実験条件は41°C3時間水浸加温であり、入浴事故の発生条件(入浴から発見・救助まで1時間)とは異なる。気体加温とは異なり、液体加温では、サイトカイン変動に示される全身的炎症反応による臓器障害よりも、高体温負荷に対する初期反応としての血行動態変化が、転帰の決定因子である可能性を否定できない。(1)小動物による入浴負荷実験系の確立Wisterラット(SPF)に腹腔内麻酔(ペントバルビタール、ip)を施行し、ラットを恒温槽に固定する台を作成して、頸部を拘束して水浸・加温(入浴)する実験系を作成した。血圧は頚動脈カニュレーションにより観血的に、体温は頭部に皮膚切開を加え、温度センサー(YSIサーミスタ温度プローブN454)を包埋固定して測定した。計測データはPEG100生体計測システムに取り込み、解析した。45°C以上の水温は、ラットに疼痛刺激を与えるため、加温浴槽には(TAIYO INCUBATOR PERSONAL)を用い、45°C以上の水温負荷を加える場合には、恒温槽水温を45°Cに設定し、その後に水温を上昇させる方法を採用した。(2)温度負荷の生存実験40°Cから50°Cの入浴負荷により頻呼吸、頻脈が認められた。50°Cでは5分で、血圧低下が誘発され、呼吸停止した(N=10)。45°Cでは20分で血圧低下が誘発され、呼吸停止した(N=10)。40°Cでは60分の負荷でラットは麻酔から覚醒し、体動を開始した(N=10)。以上より、ラットの入浴負荷生存実験による臨界温度は41-44°Cに存在することが推定された。また入浴負荷による死亡の血行動態的な機序は、ショックであることが判明した。(3)体位の生存に及ぼす影響入浴負荷では、実験動物の体位が生存に影響を与えた。45°C負荷で、下肢下垂体位の入浴(ヒトの座位入浴に相当)を行うと、10分の負荷で血圧低下、呼吸停止した(N=10)。この結果は、重力の影響により下半身静脈系に血液プーリングが発生し、静脈潅流が低下して血圧低下を誘発するものと解釈された。(4)ショック発生機序の検討、血液生化学、ホルモン、サイトカイン測定により検討中である。1.小動物による入浴負荷実験系の改善昨年度に確立した実験系に以下の改善をくわえた。(1)Wisterラット(SPF)(正常体温38°C)の体温(core temperature)測定部位に食道を選択し、細径温度センサー(YSIサーミスタ温度プローブN454)を食道に留置する方法を採用した。

(2)体温上昇に伴う循環不全の発症と呼吸変動が連動する可能性があることから、小動物・呼吸センサー(スキノス製空気動圧ユニットKM-2100)を用いて実験中の呼吸数変動をモニタリングできるようにした。2.血液生化学的検討入浴前と入浴中のラットの動脈血液ガスの動態を血液分析器i-STAT300F(FUSO)、Lactate Pro(ARKRAY)を用いて測定した。その結果、4145°Cでの入浴時にはPaCO2の低下により代謝性アシドーシス(pH、BEの低下、乳酸の上昇)と呼吸性アルカローシスが発生することが明らかとなった。乳酸値上昇は血圧低下時に認められたが、血圧低下を伴わずに軽度の乳酸値上昇も認められた。実験中に血糖は上昇、Hct、Hgbには変化を認めなかった。3.温度負荷の生存実験40°Cから45°Cの入浴負荷により頻呼吸、頻脈が認められた。41°Cでは100120分でショックのために心肺停止にいたった。一方40°Cでは50分の負荷でラットは麻酔から覚醒し、体動を開始した。以上より、ラットの入浴負荷生存実験による臨界温度は41°Cであることが判明した。さらに、4145°Cいずれの負荷時も、体温42°Cで血圧は最大値を示し、その後は体温上昇にともない血圧が低下することが明らかとなった。4.加温中止実験41°C加温、体温41°Cでは加温中止によりラットは生存するが、43°C加温、体温43°Cではショックとなり死亡した。1)血漿サイトカイン測定対照ラット(n=10)、43°C1時間入浴(n=4)、41°C3時間入浴(n=6)の実験終了時に採血し、遠心分離後に凍結した。サイトカイン測定(IL-1α、IL-1β、IL-6、TNF-α、CINC-1、CINC-3)はELISA法により行った。43°C1時間入浴では優位な変化を認めなかったが、41°C3時間入浴では、IL-1β、CINC-1の有意な上昇を認めた。以上より、ラットへの入浴による高体温負荷は、サイトカイン産生を誘導することが明らかとなった。2)心拍出量測定41°C入浴により体温は36.7±0.1°Cから60分後に40.9±0.1°C、120分後に41.2±0.2°Cに上昇した。平均動脈圧は108.4±9.7mmHgから60分後に158.8±5.8mmHgに上昇し、120分後に133.7±5.2mmHgへと低下した。心拍出量(熱希釈法)は120.3±26.4ml/minから、60分後に94.4±9.6ml/min、120分後に83.6±11.1ml/minに低下した。入浴負荷では初期に血管抵抗上昇、血圧上昇、心拍出量低下が出現し、その後に血管抵抗低下、心拍出量低下、血圧低下が出現することが示された。血管抵抗低下の際に心拍出量が低下する機序として、前負荷の低下が考えられた。3)呼吸数測定入浴(41°C・43°C)による血液温上昇と呼吸数および血行動態変化とを比較した。体温と有意な正の相関を認めたのは呼吸数であった(r=0.782,p=0.000)。心拍出量は弱いながらも負の相関を認めた(r=-0.385,p=0.04)が、心拍数、動脈血圧との相関は認められなかった。温浴の体温上昇を呼吸数により監視する可能性が示された。
赤外線高分散分光観測による活動的銀河核構造の解明

活動的銀河核の「統一モデル」実証の鍵を握る「分子トーラス」の存在と構造を、CO分子線の振動ー回転遷移線の「吸収」によって観測するために、観測的研究と機器開発研究の両者を進めた。観測的研究としては、赤外線天文衛星「あかり」の観測により、活動的銀河核からCO分子の吸収線を検出し、高温・高柱密度の分子雲が存在することを明らかにした。これは、活動銀河核周りの分子雲が、中心核からのX線により加熱が行われていることを示唆している。機器開発研究としては、スペースから高波長分解能観測を実現する「イマージョン・グレーティング」の開発を進め、少なくとも常温では実用に供することができる性能を実証した。本研究は、「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」と「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」の2つの柱から構成される。本研究の第一の柱である「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」については、平成26年度は、赤外線天文衛星「あかり」による特定の天体の観測を詳細に解析し、今後のサーベイ観測解析方法の基礎を築いた。「あかり」の分光分解能では、振動回転遷移の中の個別の回転遷移は区別することができない。したがって、多くの回転遷移を集まりとして観測し、この「集まり」の形から、ガスの温度・量を見積もることとなる。したがって、波長特性の較正精度が大変に重要となる。平成26年度には、この点について、今まで見過ごされていたグリズムの波長特性の詳細を調べ、グリズム2次光の影響を明らかにした。この知見を用いて較正を再度行い、従来よりも信頼のおける波長領域を長波長に拡大し、CO吸収線観測結果の解析の信頼度を飛躍的にあげることができた。これらを通して、平成26年度に、COサーベイ観測のための基礎手法・校正方法を確立した。研究の第二の柱である「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」については、平成26年度には、イマージョン・グレーティング素子そのものを製作し、常温での性能評価を開始した。まず、製作素子の設計を行ない、それに基づいて、CdZnTeグレーティングを製作した。また、グレーティング面に反射用のアルミ蒸着、入射面に所定の反射防止コーティングを施工することができたことを確認した。本研究は、「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」と「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」の2つのテーマから構成される。本研究の第一の柱である「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」については、平成27年度には赤外線天文衛星「あかり」と米国のSpitzer衛星による観測の結果の解析を進めた。そのうち、「あかり」による分光観測については、波長特性の較正精度が大変に重要となる。そのため、平成27年度には、平成26年度に引き続き、波長特性の較正の一環として、今まで見過ごされていたグリズムの波長特性の詳細を調べ、グリズム2次光の影響を詳細に調べ、新たな校正方法を確立した。この結果をまとめて、論文として発表した。この知見を用いて「あかり」の観測結果の再較正を行い、信頼のおける波長領域を従来よりも長波長に拡大することができた。これに基づき、「あかり」の観測データの再解析を含めた。さらに、米国Spitzer衛星の結果も解析した。その結果、CO吸収線の観測結果の解析から、温度で数百Kの高温分子雲が銀河中心核に大量に存在することを明らかにした。研究の第二の柱である「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」については、平成27年度には、イマージョン・グレーティングの常温での性能評価を昨年度から継続して進めた。その結果、ほぼ理論とおりの性能が得られることを実証され、その結果を論文として発表した。この成果を受け、コーティングの予備試験、低温での評価試験の準備を進めた。本研究の第一の柱である「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」については、上記のようにグリズム2次光の影響を含めた新しい較正方法を確立し、これにより、「あかり」搭載分光器を用いたCO吸収線サーベイの波長域の拡大に成功した。これは、当初は期待されていなかった効果を明らかにしたものであり、当初の計画以上に進展した成果といえる。さらに、この結果を用いて、銀河中心核周りの高温分子ガスの存在を明らかにした。これは当初予定していたとおりの進捗である。一方、第二の柱である「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」については、平成26年度に一部未了であった常温での性能評価を、平成27年度に終了させることができた。さらに計画とおり、低温での性能評価の準備を進めた。このように、全体としては、おおむね当初の予定通り順調に研究が進行したと判断している。本研究は、当初の計画とおり、観測的研究である「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」と、機器開発研究である「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」の2つのテーマを軸としており、両テーマの密接な連携のもと、研究を進めている。このうち、観測的研究である「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」については、平成28年度には赤外線天文衛星「あかり」と米国のSpitzer衛星による観測の結果の解析を27年度に続き進めた。そのうち、「あかり」による分光観測については、平成27年度までに確立した「グリズム2次光の影響を含む校正方法」を、より長期間(液体ヘリウム枯渇後のフェーズ3を含む)まで適用し、信頼のおける波長領域を従来よりも長波長に拡大することができた。

これに基づき、「あかり」観測のサンプル数を増やし、そのデータの解析を含めた。さらに、米国Spitzer衛星の結果も解析した。両者をあわせて解析を行った結果、CO吸収線からもとめる温度と柱密度の信頼性を高めることができた。さらに、本結果を補う形で、星形成の指標であるスペクトル線(Brα、PAH)の解析、さらに銀河環境が星形成に与える影響を調べた。一方、機器開発研究である「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」については、平成28年度には、イマージョン・グレーティングの常温での性能評価を昨年度から継続して進めた。その結果、グレーティングとしてはほぼ理論とおりの性能が得られた。ただし、反射コーティングが想定とおりの性能を示しておらず、改善が必要であることがわかった。また、材料自身の透過率の測定とその物理解釈を進め、投稿論文として発表した。本研究の第一の柱である「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」については、グリズム2次光の影響を含めた新しい較正方法を「あかり」観測の全期間に適用し、これにより、「あかり」搭載分光器を用いたCO吸収線サーベイのサンプルの拡大に成功した。これは、当初は期待されていなかった効果を明らかにしたものであり、当初の計画以上に進展した成果といえる。さらに、この結果を用いて、銀河中心核周りの分子ガスの温度と柱密度推定の信頼性を向上することができた。これは当初予定していたとおりの進捗である。一方、第二の柱である「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」については、平成28年度に反射コーティングに問題があることがわかったが、その対策を講じており挽回可能であると想定している。一方、材料の透過率の評価については、新しい知見もあり、当初の想定以上の進捗を示した。したがって、全体としては、おおむね当初の予定通り順調に研究が進行したと判断している。本研究は、観測的研究である「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」と、機器開発研究である「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」の2つのテーマを軸としており、両テーマの密接な連携のもと、研究を進めている。このうち、観測的研究「近傍銀河のCO吸収線サーベイ観測」については、平成29年度には赤外線天文衛星「あかり」と米国のSpitzer衛星による観測の結果を合わせた解析を進めた。そのうち、「あかり」による分光観測については、本研究の中で確立した「グリズム2次光の影響を含む校正方法」を活用した。その結果、中心核からのX線により加熱された高温・大柱密度の分子ガスが多くの活動銀河核に存在することを見出した。その割合は、Type-1では少なく、Type-2で多いという結果となり、AGNの統一モデルと整合性がとれる結果となった。ただし、単なるAGNだけではなく、星形成をともなっている銀河において、高温・大柱密度の分子ガスが多く見出された。このことは、分子トーラスの構造の決定に、星形成が一定の役割を果たしていることを示唆している。さらに、より波長分解能の高い「すばる」の過去のデータを再解析し、時間変動により構造をさぐる新しい手法を開拓した。一方、機器開発研究である「遠方銀河観測を目指した分光器の基礎開発」については、イマージョン・グレーティングの常温での性能評価を進めた。特に、昨年度までの研究により反射コーティングに問題があることが明らかになったため、平成29年度には反射コーティングを改良した。
機能に基づくマイクロディバイスの構造・形状最適化

本研究では,化学工学研究に基づく知見とシステム工学手法および飛躍的に発達した計算機能力を用い,構造までも考慮に入れた新たな設計法の提案を目標としている。目標達成に向けて,マイクロリアクタを対象に,与えられた操作・設計制約を満足する最適な流路構造・寸法・並列化数を導出する手法を開発した。開発した手法では,利用可能な流路構造毎に入出力関係を表すモジュールを作成し,スーパーストラクチャーを構築することにより,設計問題を混合整数非線形計画問題として定式化した。本研究は,これまで蓄積されてきた化学工学に基づく知見とシステム工学手法および飛躍的に発達した計算機能力を用いて,装置構造までも考慮に入れた新たな装置設計法の提案を目標としている.具体的には,特定のマイクロ装置を対象とし,モデルの構築とそのモデルを用いた設計手法の開発,および装置の製作と実験による検証を本補助金申請の期間内での達成目標としている.本年度得られた成果は以下の通りである.1.構造を考慮できる設計用モデルの開発簡単な構造のマイクロ熱交換器およびマイクロ反応器を対象に,処理手順,機能,単位装置をどのように規定すれば,全体が表現できるかを明らかにした.そこでは,混合する流体の衝突角度の異なる混合器を,異なる種類の混合器とみなすべきか,あるいは衝突角度をパラメータとして1つの混合器モデルで表現するか等,様々な可能性を検討した.2.最適設計手法の開発と最適化を実行するソフトウェアの開発1つの処理手順で要求される機能を実現可能な単位装置は,一般に複数存在する.したがって,最終的なディバイス構造の候補の数は,必要な処理手順が増えるにつれ,また利用可能な単位装置の種類が増えるにつれ,指数関数的に増大する.このような状況下での最適解導出法として,考えられるすべての構造を含んだ構造(スーパーストラクチャーと呼ぶ)をまず構築し,最適化により不要な構造を除去する,という手法を採用した.そして,マイクロ熱交換機を対象に,スーパーストラクチャーを用いた構造モデルを導出した.3.設計結果検証用のディバイスの製作と実験による検証上記2で開発したモジュールについて,その入出力関係を実験により検証する.本年度は予備実験として,既存の構造のマイクロディバイスを対象に,滞留時間分布を中心にモデルと実験結果の比較を行った.本研究は,これまで蓄積されてきた化学工学に基づく知見とシステム工学手法および飛躍的に発達した計算機能力を用いて,装置構造までも考慮に入れた新たな装置設計法の提案を目標としている.具体的には,特定のマイクロ装置を対象とし,モデルの構築とそのモデルを用いた設計手法の開発,および装置の製作と実験による検証を本補助金申請の期間内での達成目標としている.本年度得られた成果は以下の通りである.1.構造を考慮できる設計用モデルの開発昨年度は簡単な構造のマイクロ熱交換器およびマイクロ反応器を対象に,処理手順,機能,単位装置をどのように規定すれば,全体が表現できるかを明らかにした.本年度は昨年度の成果をベースに,マイクロ混合器,分配器,マイクロ反応器,マイクロ熱交換器について,何をパラメータにすべきかを検討し,構造を考慮した設計で利用可能なモデルを考案した.2.最適設計手法の開発と最適化を実行するソフトウェアの開発最適な構造の導出法として,考えられるすべての構造を含んだ構造(スーパーストラクチャーと呼ぶ)をまず構築し,最適化により不要な構造を除去する,という手法を採用している.今年度は,合流,反応,熱交換を含む構造に対して,スーパーストラクチャーを用いた構造モデルを導出した.3.設計結果検証用のディバイスの製作と実験による検証上記2で開発したモジュールについて,その入出力関係を実験により検証することを,実験の最終目標としている.本年度は予備実験として,マイクロ混合器を対象に,混合性能評価実験を行った.従来,化学装置の設計法は,与えられた構造下でサイズを最適に定めることが中心であった。本研究は,これまで蓄積されてきた化学工学研究に基づく知見とシステム工学手法および飛躍的に発達した計算機能力を用い,構造までも考慮に入れた新たな設計法の提案を目標とした。具体的には,装置に対する入出力関係が与えられたとき,装置の構造の選定や各部の形状までも変数に加えて最適化問題を解くことにより,望ましい構造・形状・サイズを導出する手法の開発を目指した。22年度の成果を以下に纏める。1)構造を考慮できる設計用モデルの開発複数の装置のCFD解析結果に基づき,構造を表す素子としての設計用モデルを開発した。例えば混合に着目すると,並行接触式,櫛歯式,分割結合式といった操作毎に,入出力関係を表すモデルを作成した。モデルの出力(混合時間,収率等)は,入力(流速,濃度等)および決定変数(サイズ等)の関数で表される。また,実験結果と比較し,設計モデルから得られるシミュレーション結果の妥当性を確認した。

2)最適流路構造導出システムの開発プロセス条件が与えられたとき,操作・設計制約を満たし,目的関数を最大にする流路構造・サイズ・並列化数を導出できるシステムを開発した。1)で作成した設計モデルを用い,スーパーストラクチャーを構築することで,設計問題を混合整数非線形計画問題として定式化した。多段混合・反応プロセスのケーススタディを通して,開発したシステムの有効性を確認した。3)CFDに基づく流路サイズ設計の効率化流路構造導出後の詳細な流路サイズ設計には,現状ではCFD計算を行わざるを得ない。CFD計算負荷を削減するための簡易計算法を開発し,現実的な時間での流路構造最適化と流路サイズ最適化を可能とした。
長周期積層構造を持つ高強度・高延性マグネシウム合金の開発

(2)LPSO構造を生成するTM元素とRE元素のCriteriaを、原子半径差、混合エンタルピー、結晶構造、Mgへの固溶限によって表わすことができた。(3)Mg・TM・RE合金のLPSO構造として、10H、18R、14H、24R構造が存在することを明らかにした。これらのLPSO構造は、原子最密面にTMとREが濃化した2原子層がそれぞれ5、6、7、8周期毎に存在することがわかった。(4)鋳造塑性加工法により、室温で440MPaの降伏強さと6%の伸びを示す合金や高温(473K)で330MPaの降伏強さを示す合金を開発した。また、チップ材の押出固化成形法により、室温で515MPaの降伏強さと3%の伸びを示す合金や高温(473K)で367MPaの降伏強さを示す合金を開発した。(5)LPSO型マグネシウム合金の塑性加工による強化は、比較的高強度なLPSO相へのキンクバンドの形成と、マトリックス相(α-Mg相)の動的再結晶による結晶粒微細化によるものと考えられた。通常の加工硬化とは異なり、長周期積層構造型Mg合金の強化メカニズムは、新しい概念の強化メカニズムであると考えられる。1.急速凝固粉末冶金プロセス研究(1)新規合金組成の探査急速凝固薄帯を用いてMg-Zn-Y-RE合金を探査した結果、Mg-Zn-Y-LaならびにMg-Zn-Y-Er合金において高強度・高延性の急速凝固粉末冶金合金が得られる可能性が高いことがわかった。(2)急速凝固薄片製造装置の開発安全に大量の急速凝固マグネシウム合金粉末が作製できる急速凝固薄片製造装置を設計して導入した。徐冷2次粒子の混入の問題が明らかになったので、その解決に向けて装置の改良を行った。(3)高強度化メカニズムの解明LPSO相の生成過程ならびに加熱に伴う微細構造変化を明らかにするとともに、本合金において4種類のLPSO構造(18R、14H、10H、24R)が存在することがわかった。またLPSO相は材料の機械的性質において一般的には相反する強度と延性の両特性を向上させるユニークな役割を担うことがわかった。2.鋳造強化工プロセス研究(1)新規合金組成の探査Mg-Zn-RE合金において、鋳造した状態で長周期積層構造が形成されるのはREがY, Dy, E、Hoの4種類であるが、REがGd, Tbにおいては、鋳造した状態では長周期積層構造が形成されていないが、500°Cで10時間熱処理することにより長周期積層構造が生成することがわかった。(2)鋳造合金の高次複合押出加工条件の確立Mg_<97>Zn_1Y_2合金をモデル合金として、直接押出加工条件(温度、速度、押出比)ならびにECAE加工条件(温度、速度、パス回数)を調査し、押出加工条件が機械的性質に及ぼす影響を明らかにした。1.急速凝固粉末冶金プロセス研究(1)新規合金組成の探査急速凝固薄帯を用いてMg-Zn-Y及びMg-Zn-Gd合金を探査した結果、RE/Zn比(RE:希土類元素)が1.5となる合金組成において両合金とも高い強度を示すことが明らかとなった。これは、RE/Zn比1.5においてα-Mg相と長周期積層(LPO)構造相の二相合金組織が実現するためであると考えられる。(2)急速凝固薄片固化成形プロセスの最適化速凝固薄片を熱間押出によって固化成形材を作製する際に加熱脱ガス処理を行い、急速凝固薄片表面に吸着したガス成分の除去を行うが、この脱ガス温度を623K以上で行うことにより、高強度が得られることを明らかにした。(3)長周期積層(LPO)構造の形成メカニズム

LPO構造は、Mg-Zn-Y, Mg-Zn-Gd急速凝固薄片固化成形材両合金において観察されたが、Y含有合金においては18R構造が主であり、Gd含有合金においては、14H構造が主であった。また、これらLPO構造は急速凝固時に形成されるのではなく、押出前の加熱脱ガス中もしくは熱間押出中に形成されることが明らかとなり、特に過飽和固溶体から析出するGdを含む14H型LPO構造の分散状況は押出前後の熱処理によって制御することが可能となった。2.鋳造強化プロセス研究(1)新規合金組成の探査Mg-Zn-Y合金への第四元素添加による更なる高強度高延性化を目指して、組成探査を行ったところ、Zr, Caの添加がLPO構造の形成を促進し、高強度化に有効であることが明らかとなった。(2)最適熱処理条件の探査過飽和固溶体から14H型LPO構造が析出するMg-Zn-Gd合金についてTTT線図の作成を行い、LPO形成条件を明らかにした。(3)鋳造合金の高次複合押出加工条件の確立Mg_<97>Zn_1Y_2合金をモデル合金として、ECAE加工条件(温度、速度、パス回数、回転方法)を調査し、押出加工条件が組織の配向性や機械的性質に及ぼす影響を明らかにした。1.急速凝固粉末冶金合金プロセスの研究(1)急速凝固薄片固化成形技術の確立Mg-Zn-Y及びMg-Zn-Gd合金において、薄片の押出固化成形前に573K×10時間程度の熱処理を施し、長周期積層構造を十分に析出させた後に押出固化成形することが、合金の高強炭化に極めて有効であることがわかった。(2)新規合金組成探査Mg-Zn-Y及びMg-Zn-Gd合金を対象にして、急速凝固薄片固化成形材の組成探査を行った結果、第四元素としてLaの添加が結晶粒微細化を促進し、合金の高強炭化に有効であることが明らかとなった。(3)急速凝固材の長周期積層構造の形成過程ならびに強化メカニズムの解明急速凝固材中の長周期積層構造の体積分率の算出方法を提案し、その体積分率と合金の機械的性質の相関関係を調査した。結果、溶質元素比Zn/REを1.5/2に固定しそれらの濃度を高めることにより、長周期積層構造の体積分率がほぼ単調に増加し、降伏応力も上昇することが明らかとなった。2.鋳造塑性加工合金(1)高温時効型Mg-Zn-Gd合金のTIT線図の作成Mg-Zn-Gd合金は、523K以下の温度では、β'相析出による時効硬化が起るが、623K以土の高温域では、長周期積層構造相の析出が起ることが明らかとなった。高速加工を行った際の加工発熱による合金強度の低下を防ぐ目的で、合金組成を探査したところ、Er、Tbといった長周期積層構造相の形成を促進する第四元素の添加が強度低下を抑えることが明らかになった。(3)加工率と押出材の機械的性質の関係調査a-Mg相と長周期積層構造相の二相合金は、低加工率(相当ひずみ1以下)では、加工率の土昇とともに強度も土昇するが、高加工率(相当ひずみ1.3以土)では、加工率の土昇は組織の再結晶組織形成に起因すると考えられる強度低下を招くことがわかった。