| 研究課題/領域番号 |
22KK0050
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
祖山 均 東北大学, 工学研究科, 教授 (90211995)
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| 研究分担者 |
久慈 千栄子 東北大学, 工学研究科, 助教 (20839287)
伊賀 由佳 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50375119)
八幡 祥生 東北大学, 大学病院, 講師 (30549944)
矢代 航 東北大学, 国際放射光イノベーション・スマート研究センター, 教授 (10401233)
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| 研究期間 (年度) |
2022-10-07 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
20,150千円 (直接経費: 15,500千円、間接経費: 4,650千円)
2025年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2024年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2023年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
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| キーワード | キャビテーション / サブクール沸騰 / 渦キャビテーション / パルスレーザ / ３Dプリント材 / 縦渦状気泡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
サブクール沸騰やキャビテーションなどの相変化現象では，気相から液相に戻る際に衝撃力を発生する。これまで球状気泡に関する研究が多く行われてきたが，研究代表者は縦渦状気泡が強力な衝撃力を発生する事実を発見しており，本研究では縦渦状気泡に着目し，縦渦状気泡を含む流動キャビテーションを可視化観察する。またインプラント用金属製３Dプリント材の疲労強度がバルク材の半分程度で実用化の障壁になっていることを踏まえ，疲労強度向上機構を解明して，気泡の圧潰衝撃力を３Dプリント材の疲労強度向上に活用する機械的表面改質を確立するとともに，気泡による歯根管内洗浄法を構築して，気液相変化現象の医歯工学への有効利用を図る。
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| 研究実績の概要 |
サブクール沸騰やキャビテーション現象などの気液相変化を活用した機械的表面改質の医歯工学への展開を目指して、渦キャビテーションの圧潰現象を解明するために、東北大学で製作した渦キャビテーション発生装置をEuropean XFELに送付して、European XFELの世界最高輝度のX線を用いて、渦キャビテーションの可視化観察を実施し、渦キャビテーションが微細な多数の球状気泡から構成されているのではなく、比較的大きなカクカクとした気泡で構成されていることを発見した。上記と同様な装置を用いて、SPring-8において渦キャビテーションの可視化観察を実施して、クラウドキャビテーションの一部が渦キャビテーションになる場合と、渦の回転により渦キャビテーションが発生する場合があることを発見した。
気液相変化現象による機械的表面改質を実証するために、生体インプラントに用いられるチタン合金製3次元積層造形材(3Dプリント材)を、東北大学において機械的表面改質で処理して疲労試験を実施し、本機械的表面改質による疲労強度向上を実証するとともに、試験片をオックスフォード大学に送付して、EBSDなどにより試験片を評価して、疲労強度向上機構を解明した。
ＵＣＤＡＶＩＳならびにInstitute for Manufacturing Technology and Production Systems, RPTU Kaiserslauternと国際共同研究を実施して、種々の条件で機械加工したアルミニウム合金の残留応力を、X線回折ならびに機械的方法により比較検討し、cos α法よりもsin2ψ法や２Ｄ法の方が妥当な結果を得られるなどの機械的表面改質や機械加工した表面近傍の残留応力を評価するための好適な方法を示し、さらに機械加工条件により残留応力が異なることを明示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
キャビテーション現象を活用した機械的表面改質におけるキーポイントである渦キャビテーションの構造を解明することができ、さらに、サブクール沸騰やキャビテーション現象などの気液相変化を活用した機械的表面改質による、生体インプラントなどに用いられるチタン合金製3次元積層造形材(3Dプリント材)の疲労強度向上を実証できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
交付申請書の研究計画に記した項目について，令和４年度および令和５年度は順調に実施できたので，令和６年度は，引き続き，交付申請書の研究実施計画に記した項目について
研究を推進する。
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