| 研究課題/領域番号 |
15K13851
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| 研究機関 | 奈良工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
谷口 幸典 奈良工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (10413816)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 粉末成形 / 絞り加工 / 個別要素法 / マイクロフォーミング |
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| 研究実績の概要 |
精神的苦痛を伴わない革新的ながん治療法を微細ものづくり技術で実現することを目指している．体内のがん腫瘍を患者の身体的・精神的ストレスを最小限に止めて効果的に死滅させる磁気温熱治療法として，磁気発熱インプラントを用いる．その実用化を目指すインプラントは，鉄－コバルト粉末を内包したチタンカプセルであり，代表者が発明した特許「箔の絞り加工」にて，粉末を媒介してチタン箔を微細ダイに絞り込む．最終工程にて蓋となるチタン箔を挿入・カシメすることでカプセルとする手法で，微細加工でありながらも大量生産に適している．平成27年度の研究結果から，提案する特殊な加工プロセスにおいてチタン箔が破断することなく長尺なカプセルが成形できる条件を数値解析する際において，個別要素法における粒子物性パラメータのチューニングが重要であることがわかった．平成28年度は，これらパラメータを同定する手法を確立するとともに，微細金型の寸法設計を行った．シミュレーションでは粒子形状を模擬することができないために，定量的なシミュレーションの実現は困難であるが，代表者が提案している金属粉末の一面せん断試験法の実験データやせん断破壊における知見を活用しながら試行錯誤的に実験を行った結果，実際をかなり模擬するパラメータの組合せを抽出できた．ダイ開口径を穴径の1.5倍に，テーパアングルを50～55°とすることが有効であることが明らかとなった．加えて，交流磁場環境内で温度計測可能な蛍光式光ファイバー温度計を新規導入し，生体模擬ファントム内における磁性体の発熱実験装置を作製した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
個別要素法による数値解析において，粒子の相互作用に関する適切なパラメータ設定法として，圧粉体の一軸圧縮破壊試験を行い，シミュレーション結果とのチューニングを図った．これは試行錯誤的に実施するしかなく，設定パラメータとなる垂直およびせん断バネ剛性，粒子接合部のバネ剛性比および引張・せん断強度，内部摩擦係数について，軸方向破壊および半径方向破壊の両者を満たす条件を探っていく必要があり，また実際の粉末粒子数に近い条件での計算を行う必要もあってやや時間を要した．並行して，磁性体発熱装置の構築を行ったが，こちらも加熱コイルの設計に時間を要したことから，予定していた生体模擬ファントム内での温度測定実験についてはまだ計画途上にある．よって研究の進捗はやや遅れているが，シミュレーションによる予測手法が順調に進んでおり，最終年度金型設計については問題なく実施できる見込みであるため，加熱実験も含めて最終年度内に完了できるものと考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
試作カプセルの生産手法は既に確立できているので，発熱特性評価装置が稼働次第，発熱実験を実施する．交流磁場発生装置については，これまで借用していたものが若干のオーバースペックであり，コイルの取り回しが良くないため，別途外部協力機関が有する設備を使用することで効率良く研究を推進していく予定である．
シミュレーションにおいてはパラメータチューニングの最終確認を行っており，終了次第，最適化された加工プロセスの金型設計が可能となる．これにてφ0.8，長さ3mmのチタンカプセルの生産実験を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初，導入設備として蛍光式光ファイバー温度計および専用のセンサを同時購入する予定であったが，センサの価格で予算オーバーとなり，購入できなかった（別途予算で対応した）．また，旅費についても近隣で開催された学会に使用したので宿泊費用が発生しなかった．よって端数として次年度使用額が生じた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
加熱コイルの作成費用が生じる見込みで，ダイセット製作費用とともに使用する予定である．
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