Elucidating mechanism of energy concentration using liquid-gas phase change and its practical application in the medical and dental engineering

1. 本研究では，液相⇒気相⇒液相の気液相変化現象において，気泡の圧潰時に生じる衝撃力が，従来研究されてきた「球状気泡」よりも「縦渦状気泡」のほうが強力であることを実験的に発見した事実に基づき，縦渦状気泡の圧潰に着目して研究を遂行している。European-XFELにおいてMHzオーダで気泡の圧潰現象を時間・空間的に解明するために，研究代表者がEuropean-XFELに直接出向いて可視化実験の予備試験を行い，東北大学において可視化用観察部を開発した。2. 本研究では，気泡圧潰時の衝撃力を機械的表面改質に活用して生体インプラント用金属製３Ｄプリント材の疲労特性向上を目指している。そのために，東北大学において縦渦状気泡の圧潰衝撃力を用いて金属製３Ｄプリント材の機械的表面改質を行い，研究代表者が当該試験片をオックスフォード大学に持参して，機械的表面改質層の評価を行った。3. 機械的表面改質による疲労強度向上の要因の一つに圧縮残留応力の導入があり，残留応力を正確に評価する必要がある。そこで，カリフォルニア大学デービス校と協力して機械的表面改質層の残留応力の評価法を構築するために，穿孔法とX線回折を用いたsin2ψ法，cosα法，2D法を比較検討し，2D法により局所的残留応力を評価できることを実証した。4. 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ある一因は，未溶融の粒子による表面粗さが著しく大きいことである。本研究では，研究代表者とワシントン大学のSanders教授が開発したCASF(Cavitation Abrasive Surface Finishing)を踏まえ，東北大学において新たな砥粒を用いた表面改質法を開発し，疲労強度向上を実証した。5. 流体／材料連成解析により，気泡形状により圧潰衝撃力が大きく異なることを明らかにした。

1. 本研究では，液相⇒気相⇒液相の気液相変化現象において，気泡の圧潰時に生じる衝撃力が，従来研究されてきた「球状気泡」よりも「縦渦状気泡」のほうが強力であることを実験的に発見した事実に基づき，縦渦状気泡の圧潰に着目して研究を遂行している。European-XFELにおいてMHzオーダで気泡の圧潰現象を時間・空間的に解明するために，研究代表者がEuropean-XFELに直接出向いて可視化実験の予備試験を行い，東北大学において可視化用観察部を開発した。2. 本研究では，気泡圧潰時の衝撃力を機械的表面改質に活用して生体インプラント用金属製３Ｄプリント材の疲労特性向上を目指している。そのために，東北大学において縦渦状気泡の圧潰衝撃力を用いて金属製３Ｄプリント材の機械的表面改質を行い，研究代表者が当該試験片をオックスフォード大学に持参して，機械的表面改質層の評価を行った。3. 機械的表面改質による疲労強度向上の要因の一つに圧縮残留応力の導入があり，残留応力を正確に評価する必要がある。そこで，カリフォルニア大学デービス校と協力して機械的表面改質層の残留応力の評価法を構築するために，穿孔法とX線回折を用いたsin2ψ法，cosα法，2D法を比較検討し，2D法により局所的残留応力を評価できることを実証した。4. 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ある一因は，未溶融の粒子による表面粗さが著しく大きいことである。本研究では，研究代表者とワシントン大学のSanders教授が開発したCASF(Cavitation Abrasive Surface Finishing)を踏まえ，東北大学において新たな砥粒を用いた表面改質法を開発し，疲労強度向上を実証した。5. 流体／材料連成解析により，気泡形状により圧潰衝撃力が大きく異なることを明らかにした。