祖山 均

本研究は，流体機械に致命的損傷をもたらすキャビテーション気泡の崩壊時に生じる衝撃力を，逆転発想的研究により，ショットピーニングのごとく，機械部品の高強度化に活用するキャビテーションピーニングの構築を目的とする。これまでに，キャビテーションピーニングによる圧縮残留応力導入や，平面曲げ式疲労試験などを用いた種々の機械材料の疲労強度向上を実証してきたが，本研究では，トライボロジー特性向上へのキャビテーションピーニングの展開を目的として，機械部品として鋼ローラを取り上げ，キャビテーションピーニングによる鋼ローラの疲れ寿命向上に関する研究を実施する。具体的には，キャビテーションピーニングでは，キャビテーション噴流を用いて加工するので，まずノズル形状などによりキャビテーション噴流を強化した上で，噴射条件などのキャビテーションピーニングの加工条件を最適化する。なお現状ではキャビテーション衝撃力は数値解析で求められないので，実験的に加工条件を最適化するとともに，各因子によるキャビテーション噴流の加工能力を求める実験式を導出する。東北大学において好適な条件のキャビテーションピーニングで処理したローラを，岡山大学において疲れ試験を実施し，キャビテーションピーニングによる鋼ローラの疲れ寿命向上を実証するとともに，圧子押込み試験を用いた逆問題解析により加工面の降伏応力を明らかにしてキャビテーションピーニングによる鋼ローラの疲れ寿命向上の機構を解明する。またキャビテーションピーニングの実用化における信頼性を確保するために，ピーニング面の非破壊評価法を構築する。以上を総括して，キャビテーション噴流に関する流体力学的観点と塑性加工に関する材料工学的観点を融合してキャビテーションピーニングによる鋼ローラの疲れ寿命向上法を構築する。

本研究の目的は，金属材料の水素脆化を抑止するための表面改質の構築を目的とし，(Ⅰ)簡易型水素吸蔵量評価法の構築，(Ⅱ)ミクロ歪・マクロ歪と水素吸蔵量の相関の解明，(Ⅲ)ミクロ歪・マクロ歪と水素脆化特性の相関の解明，(Ⅳ)歪制御による耐水素脆化層の創成，なる４項目に焦点を絞り，研究を遂行する。

ピーンフォーミングのためのキャビテーションピーニングの最適化 塑性加工における歪速度の相違による機械的特性（降伏応力，疲労強度）の解明 衝撃力の計測と材料評価に立脚した塑性加工法の構築

一般には流体機械に致命的損傷を与える「害悪」であるキャビテーション気泡崩壊時に生じる衝撃力を，逆転発想的に，機械部品の強度を向上させる表面改質に有効利用するキャビテーションピーニングを取り上げ，本研究ではキャビテーションピーニングの実用化を目途として，キャビテーションピーニングの高度化を図る。本研究における「キャビテーションピーニングの高度化」とは，キャビテーションの発生領域を制御して，「キャビテーションピーニングの加工能力向上」と，「キャビテーションピーニングの加工領域の集中化」を意味する。具体的には，キャビテーションピーニングに用いるキャビテーション噴流の加工能力について単位時間当たり単位面積当たりの加工能力の２倍以上の向上，キャビテーションピーニングの加工槽圧力が高いキャビテーション数0.02以上の条件において加工能力が２倍以上のノズル形状の設計指針の明示，キャビテーションピーニングによるショットピーニングと同等以上の疲労強度向上の実証，マイクロビッカース硬さを用いたキャビテーションピーニング層の簡易評価手法の構築，キャビテーションピーニングによる特殊鋼の水素脆化抑止の実証を行う。

本発明は流動場によりキャビテーションを発生させており、バイオフィルムの洗浄にはこの流動キャビテーションの崩壊衝撃作用を活用している。効率よく洗浄するには、流動キャビテーションを発生させるノズル形状を最適化する必要がある。キャビテーション流れは、相変化を伴う高レイノルズ数領域の流れなので、数値シミュレーションによりノズル形状を最適化することは不可能である。従って、ノズルを試作して東北大学祖山教授らが開発したキャビテーションインパクトカウンタでキャビテーション衝撃エネルギーを評価して、ノズルを最適化する必要がある。

胃粘液の洗浄に関する研究

流動キャビテーションを用いた口腔内の洗浄に関する研究

キャビテーションピーニングおよびレーザピーニングの相違に関する金属材料学的研究

キャビテーション気泡の崩壊時に生じる物理的作用である衝撃力を，金属材料への圧縮残留応力導入に活用して原子炉の応力腐食割れ抑止法として実用化してきた研究代表者の流動キャビテーションに関する知見を基盤とし，本研究では，流動キャビテーションによる化学的作用を産業的に活用する方法を構築する。従来，超音波キャビテーションを対象とした音響化学という分野があるが，本研究は，超音波キャビテーションよりも桁違いに強力な流動キャビテーションを用い，気泡崩壊時に生じるラジカルに着目して研究を遂行し，キャビテーションによる化学的作用の実用化を図る。具体的には，流動キャビテーションを用いたキャビテーション・リアクターを試作して，気泡崩壊時に生じる微弱発光の分光分析や電子スピン共鳴法によりラジカルを評価して，流動キャビテーションによるラジカルの制御法を構築する。

キャビテーションピーニングによる摩擦磨耗特性向上

キャビテーションは，一般には流体機械に害悪を与える現象であるが，本研究は，逆転発想的研究により，キャビテーションをナマコなどの養殖に害となるプランクトンの殺滅などに活用するなど，代表研究者の有するキャビテーションテクノロジーの養殖への新展開を図る研究である。本研究では，キャビテーションを強力化して制御し，養殖への実用化のための最適条件を明らかにする。

本研究の目的は，原子力プラントにおける応力腐食割れの予防・保全を目途とした溶接部の残留応力の評価である。本研究では，特に，溶接後に用いられる表面処理による表面層の残留応力と，溶接部近傍の残留応力に着目して研究を遂行する。

溶接補修部へ適用できるキャビテーション・ピーニング法の構築

キャビテーション気泡の崩壊衝撃力を強力化してピーニングに有効利用する表面改質装置の開発

代表研究者は，流体機械に致命的損傷を与えるキャビテーション気泡の崩壊時の衝撃力を，逆転的発想により，ショット・ピーニングのごとく，金属材料の強度を向上させる表面改質に利活用するキャビテーション・ピーニングを開発してきている。本ピーニングは，ショット・ピーニングと異なり，ショットを用いないので，固体接触を生じないために加工面の粗さを増大することなく加工でき，疲労強度を従来のショット・ピーニングよりも向上できる利点がある。本試験研究では，これまでのキャビテーション・ピーニングの10倍以上の加工能力を有する次世代キャビテーション・ピーニング用ノズルを開発する。

キャビテーション・ピーニング用多孔ノズルの開発

キャビテーション・ショットレス・ピーニング技術の適用研究

キャビテーション・ショットレス・ピーニングの実用化研究

キャビテーション・ショットレス・ピーニングの研究開発