VI. 研究および発表論文


1. 研究課題とその概要
東京大学国際・産学共同研究センター

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第49号 2000年度
2001.8.23


1. 「超音波法によるコンクリート構造物のひび割れ調査に関する研究」(継続)

教授 魚本 健人, 受託研究員 平田 隆祥

 コンクリート構造物の建設に伴う品質管理の高度化, また, 構造物の性能規定化に伴う検査や, 既設構造物の維持管理分野での調査・点検の手法として, 非破壊検査の適用が求められている. 非破壊検査は, 構造物を破壊することなく合理的に測定ができ, その適用範囲も広い. そこで, 各種非破壊検査の適用性や能力を把握し, コンクリート構造物の品質保証や診断を合理的に実施するための方法を考案することが求められている. 本研究では, コンクリート構造物のひび割れ調査法において, 超音波法によるひび割れ深さを正確に計測する方法について実験および解析を行っている.

2. 使用材料が吹付けコンクリートの強度特性に及ぼす影響(新規)

教授 魚本 健人, 受託研究員 平間 昭信

 吹付けコンクリートの強度特性に使用材料が及ぼす影響を把握することを目的に, 実験要因としてシリカフュームなどの混和材および主成分の異なる急結剤について湿式吹付け実験を実施した. その結果, 実験要因とした混和剤および急結剤の種類により吹付けコンクリートの強度発現性が異なることが明らかとなり, 要求される品質を確保するためには材料の選定が重要であることを確認した. また, モルタルに急結剤を添加して議結性状および強度発現性についての室内実験を実施し, 吹付け実験で得られた初期強度の傾向と室内実験における議結性状がほぼ一致することが認められた.

3. 使用材料が吹付けコンクリートの施工性に及ぼす影(新規)

教授 魚本 健人, 受託研究員 石関 嘉一

 本研究は, 吹き付けコンクリートの混和剤に注目し, 結合剤および細骨材の一部をこれらの混和剤と置換することにより混和剤が吹付けコンクリートの圧送性状にどのように影響するか検討した. また, 室内実験においてコンクリート中のモルタルが吹付けコンクリートの圧送性状にどのような影響を及ぼすかレオロジー試験を実施し検討した.

4. ニューラルネットワークによる吹き付けコンクリートの品質推定(新規)

教授 魚本 健人, 受託研究員 細川 佳史

 本研究は各種急結剤・混和剤を使用した施工条件等が異なる吹付けコンクリートの品質を推定することを目的として行ったものであり, 2つのニューラルネットワークを組み合わせることによって, 配合条件, 吹付け条件および練り混ぜ性状から, 実際に吹付け実験を行うことなく, 強度・リバウンド率の推定が可能であることを示した.

5. 極低消費電力・新システムLSI技術の開拓

教授 桜井 貴康, 技術官 川口 博・稲垣 賢一

 従来のトレンドより突出した超低消費電力, 高速LSI技術を実現するために, 大学主導のもと産業界とも連携しながら, 国際的視野に立って, アーキテクチャ, 回路技術, デバイス技術のブレークスルーを創出し, 学術的に体系化して, わが国の競争力の源泉とすることを目的とする.

6. ディープサブミクロン配線のタイミング特性の研究

教授 桜井 貴康, 技術官 稲垣 賢一

 設計ルールのスケーリング(微細化)とチップ面積の増大に伴い, 配線長の増加による配線抵抗および配線容量の急増ならびに微細化によるトランジスタの等価出力抵抗の減少により, LSI内部の信号伝播遅延では配線が支配的になりつつある. また隣り合った配線間(ピッチ)の接近と長距離にわたりそれらが沿うことにより配線間のカップリング容量が増し, クロストークなどのカップリングノイズの問題も浮かび上がってくる. このためタイミング設計においてディープサブミクロン配線の遅延やカップリングノイズを正しく反映することが重要となる. これらの問題を解決するためにCADツール上で配線による伝播遅延特性やクロストークノイズ特性のモデル化を行い, 高速解析アルゴリズムを提案することが目的となる.

7. 超低電圧CMOS回路の研究

教授 桜井 貴康

 携帯機器用システムLSIの基盤技術であるCMOSの超低電圧動作回路技術を開発することを目的とし, 1V以下で200MHz以上の高速動作が可能なシステムLSIを実現できる技術をターゲットとする.

8. ディープサブミクロン世代の設計法の研究

教授 桜井 貴康

 ディープサブミクロン世代LSIで問題となる消費電力や動作遅延の増大などに対処するため, 低電圧回路やパストランジスタ論理回路などの低消費電力, 高性能回路に関する研究を行う.

9. 金属の粒界・界面に関する理論的研究

教授 山本 良一, 大学院学生 呂 広宏・田村 友幸

 金属多層膜は巨大磁気抵抗効果や垂直磁気異方性などの特異な物性を示すことで知られているが, これらの物性は異種金属界面の構造に非常に敏感である. また, バルク材料においても粒界の構造や粒界偏析は機械的性質に大きく影響することが知られている. 本研究においては, 粒界や異種金属界面の原子レベルでの構造と電子構造を理論計算により求め, 界面の構造と物性の関係を明らかにすることを目的とする. また, これらのシミュレーションを仮想実験室に適用する.

10. 金属多層膜の輸送的性質に関する研究

教授 山本 良一, 技術官 神子 公男, 大学院学生 水野 浩行

 Fe/Cr等の金属多層膜は巨大磁気抵抗効果を示すことが発見され, すでにハードディスク用の磁気ヘッドへの応用が始まっている. スパッタ法によって作成したCu/Co多層膜の磁気抵抗効果の大きさは最大で30%以上の値を示し, Cu層厚の関数として振動する. MBE法によって作成したCu/Co多層膜および合金薄膜についても研究を行っており, そのメカニズムについて研究中である.

11. 金属多層膜の垂直磁気異方性に関する研究

教授 山本 良一, 技術官 神子 公男, 大学院学生 水野 浩行

 Pd/Co等の貴金属/遷移金属系の多層膜は垂直磁気異方性を示し, カー回転角が大きいことから次世代の光磁気記録材料として期待されている. これらの多層膜の垂直磁気異方性の起源を探るために, スパッタ法, MBE法によって作成した多層膜の磁気測定, 第一原理電子論による磁気異方性エネルギーの計算を行っている. 異種金属界面の存在と強磁性層内に導入された歪みによる磁気歪効果の二つが垂直磁気異方性の原因であることを明らかにした.

12. セラミックス超格子の力学物性

教授 山本 良一, 客員研究員 許 俊華

 超格子, 多層膜の中にはヤング率, 二軸弾性率, せん断弾性定数, 硬度などが積層周期に依存して増大するものがあり, 実際に工具のコーティング材料として応用されている. これらの現象は, 二つの物質の巨視的な複合則では説明できないものである. 本研究では, TiNやAlNの多層膜を作成し, 工具材料への応用が可能な高性能多層膜材料の開発を目的とする.

13. 金属超薄膜の結晶成長の初期過程に関する研究

教授 山本 良一, 技術官 神子 公男, 大学院学生 水野 浩行

 金属多層膜は巨大磁気抵抗効果や垂直磁気異方性などの興味深い物性を示すが, これらの物性は異種金属界面の構造に非常に敏感である. そこで, 多層膜の界面構造を制御することを目的として, 結晶成長の初期過程に関する研究を行っている. これまでに, 金属の成長中にもRHEED強度振動を観測することに成功しており, サーファクタントエピタキシーに関する研究も行っている.

14. ライフサイクルアセスメントの材料への応用

教授 山本 良一, 大学院学生 本田 智則

 環境負荷を総合的かつ定量的に評価することが低環境負荷材料を開発する上で重要な用件である. LCAはその中でも最も注目を集めている評価法である. しかし, LCAのデータベースおよびインパクト分析について, 各製品を構成する材料の組成および特性まで着目した評価を行うことは困難であり, このような方法は未だに確立されていない. 本研究では環境負荷の評価を, より詳細かつ正確に行うため, 製品の前段階である材料および素材のLCAを開発し, 実際に既存材料, 新材料等に適用することを目的とする. また, 材料特性の一つとして環境調和性を組み込むことを大きな特徴としている.

15. 表面拡散の制御による薄膜のナノ構造制御

教授 山本 良一, 助手 弓野 健太郎, 大学院学生 林 聡史

 分子線エピタキシー法やスパッタ法による薄膜の成長は, 原子, クラスターの表面拡散やクラスターの解離などの複数の素過程より成り立つ複雑な過程である. 従って, 薄膜成長を原子レベルで制御するには, 成長に対する各素過程の役割を明らかにする必要がある. 本研究では, 素過程の制御による薄膜のナノ構造制御手法の開発を目的とする.

16. 射出成形における型内樹脂流動計測システムの開発(継続)

教授 横井 秀俊, 技術官 増田 範通

 基礎計測技術の研究として型内樹脂流動を計測する各種手法の開発と成形現象の実験解析を目的としている. 本年度は, (1)ヒンジ部におけるツヤムラ現象, (2)ガスインジェクション成形過程におけるガス流路形状制御, (3)型締完了前射出開始成形プロセス, (4)厚肉成形における流動, ボイド生成現象, (5)メルトフロント挙動, (6)型内発泡成形過程の検討を行った. また, (7)シース熱電対をエジェクタピン表面に埋め込み, ピン部を通過する樹脂の速度ベクトルを計測するユニットの開発を試みた.

17. 可視化加熱シリンダによるスクリュ設計システムの開発(継続)

教授 横井 秀俊

 石英ガラスを加熱シリンダ内に組み込んだ可視化加熱シリンダと, ホッパ下可視化装置を用いて, 樹脂ペレット可塑化状況の可視化解析を行うことを目的としている. 本年度は, (1)スクリュ径・ペレット形状と可塑化状況, (2)スクリュ形状とペレット挙動, (3)ホッパ口形状とペレット挙動, (4)スクリュ温度と可塑化状況のそれぞれの相関関係について解析を行った. また, (5)ノズル内現象を観察するための可視化装置, および(6)シース熱電対を埋め込んだノズル内部の温度分布計測装置の開発を行った.

18. 射出成形における溶融樹脂温度分布の計測(継続)

教授 横井 秀俊, 助手・特別研究員 村田 泰彦, 博士研究員 金 佑圭

 射出成形は, 断熱材料である樹脂の溶融・流動・冷却固化プロセスと捉えられ, 各過程における温度分布計測は, 極めて重要である. 本研究は, そのための新規計測手法の開発と, 現象解析を目的としている. 本年度は, (1)集積熱電対センサによるキャビティ厚さ方向温度分布計測により, 非晶性樹脂で顕著に現れる, キャビティ中央部よりも両端部においてフローフロントが先行する現象が, 両端部でのせん断発熱の促進によって引き起こされることを実証した. また, (2)従来の集積熱電対セラミックセンサに改良を加え, 耐久性と汎用性を具備した新しいセンサユニットを開発し, 高速射出過程でのノズル流路内流動樹脂温度分布の計測に始めて成功した.

19. 射出成形過程シミュレーション結果検証のためのベンチマークテスト用データベースの構築(継続)

教授 横井 秀俊, 助手・特別研究員 村田 泰彦

 射出成形における流動シミュレータ解析結果の検証に利用するための, 樹脂充填パターンおよび温度・圧力分布の計測データベースを構築することを目的としている. 本年度は, 昨年度に引き続き, 大型三次元可視化金型および水晶圧電式圧力センサを用いて, 横リブキャビティおよび段差キャビティにおける樹脂充填パターンおよび樹脂圧力分布の計測を行った. また, 集積熱電対センサを用いて, 縦リブおよび横リブキャビティ, 段差キャビティにおけるキャビティ厚さ方向流動樹脂温度分布の計測を行った.

20. 共押出成形現象の可視化計測(継続)

教授 横井 秀俊

 共押出成形は, 多層フィルムの重要な成形法の一つとして広く用いられている. 本研究では, 共押出成形におけるフィードブロック, およびTダイ, ダイリップ内の樹脂挙動計測手法の開発と現象解析を目的としている. 本年度は, フィードブロック内可視化装置を用いた可視化観察結果より溶融樹脂の速度分布を計測する手法を確立し, それを用いて粘度の異なる樹脂界面での速度分布遷移状態を観察し, 高粘度/低粘度樹脂の界面にステップ状の速度不連続領域が介在することを明らかとした. また, フィード部の下流側に向かうほどエンカプスレーション現象が顕著に現れることを明らかにした.

21. 超高速射出成形現象の実験解析(新規)

教授 横井 秀俊, 客員教授(東京大)頼 芳雄, 助手・特別研究員 村田 泰彦

技術官 増田 範通, 博士研究員 金 佑圭, CCR協力研究員(東京大)瀬川 憲・長谷川 茂

大学院学生 山田 健央・渡辺 順

 成形品に対する高付加価値の要求がますます高まってきている中, 従来機では不可能だった成形を可能とした超高速成形機が開発され, 新たな成形技術として注目されつつある. 本研究では, 超高速射出成形の成形現象について多面的に実験解析を行い, 不確定因子の多い成形技術, 金型技術の確立と新規な高機能・高付加価値成形品の実現に資することを目的としている. 具体的には, (1)超高速成形;超高速射出成形プロセスの解析, (2)超薄肉成形;超薄肉射出成形技術の系統的な検討, (3)超転写成形;超高速射出成形による超転写技術の可能性検討, 以上の3つを柱にプロジェクトを編成し, 当研究室で開発された可視化計測ツールを最大限活用して, 上記3プロジェクトの実施を行う. 本年度は, 新たに超高速成形実験金型の設計・製作を中心に行った. また, 既存可視化計測ツールを用いて超高速成形条件下における可視化実験を試み, 超高速成形現象の可視化に成功した.

22. セラミックス粉末射出成形の可視化観察(新規)

教授 横井 秀俊, 博士研究員 金 佑圭, 受託研究員 渡辺 義信・渡辺 剛

 セラミックス粉末射出成形では樹脂とは異なる特有の現象が成形機内で発生していると考えられ, 可視化計測技術を駆使してこれを解明することは極めて意義がある. 本年度はホッパ下可視化装置を用いて, セラミックス粉末材料特有のスクリュへの噛込み挙動の観察に成功した. 今後はシリンダ内可視化装置を用いて可塑化現象の観察を試みる.

23. 車両・軌道システムにおける運動力学と制御に関する研究(継続)

教授 須田 義大, 大学院学生 柴野 和彦

技術官 小峰 久直, 研究実習生 和田 学

 高速性, 安全性, 大量輸送性, 省エネルギー性などの点で優れている, 軌道系交通システムについて, 主として車両と軌道のダイナミクスの観点から, より一層の性能向上や環境への適用性を改善することを目標に検討している. 本年度は, 1軸台車の台車構造と走行性能の関係, 模型実験による曲線通過特性, 高速鉄道の曲線通過特性などの検討を行った.

24. マルチボディ・ダイナミクスによるヴィークル・ダイナミクス(継続)

教授 須田 義大, 協力研究員 中代 重幸

研究員 曄道 佳昭, 大学院学生 椎葉 太一・宮崎 純

 マルチボディ・ダイナミクスによる運動方程式の自動生成, さらにダイナミック・シミュレーションなどの自動化は, 宇宙構造物, バイオダイナミクスなどの複雑な力学系において有用なツールである. 本年度は, モデルの低次元化, リアルタイムシミュレーションに関する基礎的な検討を行い, ソフトウエアの開発を行い, ドライビングシミュレータに実装した.

25. コルゲーションの成長・減衰機構の研究(継続)

教授 須田 義大, 助手 岩佐 崇史

研究員 曄道 佳昭, 技術官 小峰 久直

 鉄道レール上の発生するコルゲーション現象(波状摩耗), さらに転がり軸受などに発生するコルゲーションについて, 検討を進めた. 実験装置上における生成機構のモデル化およびシミュレーションを行い, 滑りがコルゲーションの発生・成長に与える影響を検討した.

26. 移動質量を伴うフレキシブル・マルチボディ・システムの研究(継続)

教授 須田 義大, 研究員 曄道 佳明

 レール上に発生するコルゲーションの解明には, レールを弾性支持された梁と見なして, 車輪が弾性接触しながら転がる現象の解明が重要である. 本問題をフレキシブル・マルチボディ・システムとしてモデリングする手法を検討している. 本年度は, 従来からの解析手法に車輪回転の影響を考慮した.

27. セルフパワード・アクティブ振動制御システムに関する基礎研究(継続)

教授 須田 義大, 協力研究員 中代 重幸・中野 公彦

大学院学生 林 隆三

 振動エネルギーを回生し, そのエネルギーのみを利用した外部からエネルギー供給の必要のない, 新しいアクティブ制御を実現するセルフパワード・アクティブ制御について, 研究を進めている. 本年度は, 船舶の動揺装置への適用について検討し, 模型船による水槽試験により, その有用性を実証した.

28. 磁気浮上系における浮上と振動の制御(継続)

教授 須田 義大, 協力研究員 中代 重幸

大学院学生 荘 志忠・和田 貴弘

 永久磁石を併用した吸引式磁気浮上システムにおいて, 浮上のための電流ゼロ制御と防振制御を両立させる手法について検討を行った. 本年度は, 姿勢制御機能を持つ円形断面軌道方式と, その動揺制御手法を考案し, 実験により効果を実証した.

29. 車両空間の最適利用に関する研究(継続)

教授 須田 義大, 助手 岩佐 崇史

技術官 小峰 久直, 大学院学生 平沢 隆之

 快適で効率のよい公共交通機関の実現には, 走行性能の向上, 振動乗り心地特性の改善とともに, 交通空間の効率のよい利用が大切である. 本年度は, アフォーダンス理論の適用, 通勤車両の座席配置評価への適用, 自転車との連携手法などについて検討を進めた.

30. 自動車における電磁サスペンションに関する研究(継続)

教授 須田 義大, 協力研究員 中野 公彦

大学院学生 椎葉 太一・檜尾 幸司

 ITSの進展に伴う自動車における電子化, 情報化の背景を踏まえ, サスペンションの機能向上, 性能向上, 乗心地向上, 省エネルギー化などを目標に, 電磁サスペンションの検討を進めた. 本年度は, 試作した電磁式ダンパーの基本特性を実験およびシミュレーションにより評価した.

31. 鉄道車両における車輪・レール系の知能化に関する基礎的研究(継続)

教授 須田 義大, 研究員 曄道 佳明, 協力研究員 中代 重幸

技術官 小峰 久直, 大学院学生 柴野 和彦, 研究実習生 和田 学

 鉄道車両の曲線追従性の向上, 軌道不整への応答特性の改善, 軌道破壊への柔軟な対処の実現を目標に, センサ機能, アクチュエータ機能, 判断機能を付加する知能化システムの基礎的な研究を進めた. 本年度は, 模型車両の理論検討を行うと共に,1/10スケール試験装置の改良を行った.


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