大型試料ガス浮遊炉の開発とBaTi2O5ガ ラス準安定相形成機構解明

• Project/Area Number: 25289234
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 依田 眞一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 教授 (00344276)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 良二 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60730223)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2015: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2014: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2013: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: ガス浮遊炉による大型試料作製 / 負圧付加によるガス浮遊炉 / 高屈折率ガラス / 自由表面を利用した準安定相形成 / ガス流数値計算 / アッベ数 / 国際研究者交流 / 大型ガラス形成 / 準安定相 / 国際研究交流」韓国 / ガス流形態数値計算

Outline of Annual Research Achievements

浮遊状態で材料を溶融し、凝固させることで容器が無いために過冷却が生じ、準安定相が生成する。BaTiO系酸化物でガス浮遊炉によるガラス製造実験を行った結果、屈折率が2.3以上のダイヤモンドに相当する高屈折材料が得られた。一般のガス浮遊炉では試料の大きさが最大３mm程度に限定され、実用的な大きさ（カメラレンズ等では６mm直径以上は必要）は得られない。そのため、試料下部からのガス浮遊と共に上部を負圧にすることで浮遊力を増加させ、８mmに近い大きさのバルクガラスを製造する方法を確立することが本研究の目的である。H２５年度には、負圧付加装置を作成し、ジルコニア球（４～１０mm直径）などの実証浮遊試験を行い、その実現性を実証した。また、BaTi2O5試料の溶融・凝固実験を行い、直径４mmまでの溶融試料が浮遊する事を確認した。H26では、大型液滴を浮遊させるための負圧とガス流の条件を流体シミレーションを行い、試料の大きさと負圧、ガス流条件の解析を行った。これは、ガス流速が増すとレイノルズ不安定性から、浮遊試料の制御が困難となるためである。その結果、空気のレイノルズ不安定性は、０．００５MPa程度の低圧を試料上部に付加しても発生せず、大型実験試料は安定した浮遊条件を達成できることが判った。レンズの特性として自然光（多くの波長を含んでいる）に対してほぼ同等の屈折率（色収差）を持つガラスが望まれる。本実験と平行して行っていた酸化物ガラスの製造において、LaTi酸化物系にZrOを添加する事によりこの色収差をある程度変化出来る事が明らかとなった（幅広いAbbe数を持つガラスの創製に成功した）。このため、大型試料作製実験は、BaTi酸化物と合わせて実用化にとっては有望なLaTiZr酸化物系の材料の製造実験も実施し、現状直径7.1mmの回転楕円体形状試料（試料が大きくなると重力のため球形から扁平形状に成る）が作製出来ている。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] High Reflective Index Glass Material Production with Larger Size by Aerodynamic Levitation (2015)
  • Author(s): Shinichi Yoda
  • Organizer: KMS2014
  • Place of Presentation: Seoul
  • Year and Date: 2015-04-16
  • Invited
• [Presentation] Optical properties of La3/2-TiO2-Re3/2 (Re=Dy, Yb) Glasses Prepared by Aerodynamic Levitator (2014)
  • Author(s): Chi-Hoon Lee, Shinichi Yoda, Won-Seung Cho
  • Organizer: #1 Asian Symposium
  • Place of Presentation: Seoul
  • Year and Date: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [Presentation] Microgravit Science-the previous experimental results and its future prospect (2014)
  • Author(s): Shinichi Yoda
  • Organizer: DIMAT2014
  • Place of Presentation: Munster
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-22
  • Invited
• [Presentation] Glass Formation LaTiZrO System by Containless Processing (2013)
  • Author(s): Shinichi Yoda and Masashi Kaneko
  • Organizer: Materials Science &Technology 2013
  • Place of Presentation: Montreal, Canada
• [Presentation] Characteristics of Amorphous YAG Rare-earth Oxide Prepared by Aerodynamic Levitation (2013)
  • Author(s): Chi-Hoon Lee, Shinichi Yoda, and Won-seung Cho
  • Organizer: 121th International Conference on the Structure of Non Crystal Materials
  • Place of Presentation: taly, Treno
• [Presentation] Glass Formation of LaTiZrO system by Containless Processing (2013)
  • Author(s): S. Yoda, M. Kaneko and K.Yono
  • Organizer: 121th International Conference on the Structure of Non Crystal Materials
  • Place of Presentation: taly, Treno
• [Patent(Industrial Property Rights)] ガス浮遊方式による大型試料の浮遊方法及び浮遊装置 (2014)
  • Inventor(s): 依田真一
  • Industrial Property Rights Holder: 依田真一
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-04-01
• [Patent(Industrial Property Rights)] 特許 (2013)
  • Inventor(s): 依田真一
  • Industrial Property Rights Holder: 依田真一
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2013