出版社内容情報
★ナノサイズから航空宇宙分野まで大きく裾野を広げる応用開発の動向を網羅！！
★傾斜機能材料の概念、歴史、製法も詳述！
★第一線で活躍する研究者３９名による分担執筆！
【刊行のねらい】
数年前から（社）未踏科学技術協会傾斜機能材料研究会の事業委員長を拝命しており，常日頃どの様にしたら傾斜機能材料の概念・技術が世の中に浸透・普及するかについて，いささか使い古した頭脳を鞭打って考えている。
私の傾斜機能材料との出会いは1987年に遡る。ちょうどFGMパート?Tプロジェクトがスタートする年であった。当時日本石油の研究所で炭素繊維の開発研究をかなりの予算と人員をかけて実施していたのであるが，C/Cの耐酸化性の付与に苦しめられていたメンバーの一人がこの傾斜機能材料のプロジェクトが立ち上がることを聞いてきた。早速角田の航空宇宙技術研究所を訪問し，プロジェクトの責任者である新野氏を捕まえ，プロジェクトの参加させるよう強談判したのが始まりである。今から思うとずいぶん乱暴なことを言ったものだと我ながら恥ずかしくなるが，藁をも掴む思いで「形振りかまわず」と言ったところであった。以来十数年，未だ
に傾斜機能材料と付き合っている。いや，益々入れ込んでいるといった方が正しいかもしれない。
さて，傾斜機能材料は宇宙開発のような特殊な場所には使うことが出来ても，技術的に難しすぎること，高価すぎることなどから一般産業材料としては難しいといういう風評を耳にするが，その反面，思わぬ分野の研究者・技術者から傾斜機能材料に関する話を聞く。
そこで，数年前から傾斜機能材料の普及を願って，実用化・商品化されている例を企業の第一線の方々に話していただく機会を作ってきた。それが「傾斜機能材料実用化に関するワークショップ」である。今年の9月の開催を入れて4回目になるが，かなりの実用化例があることがわかり，当事者ですら驚いている。
本書はこの傾斜機能材料実用化ワークショップで話された内容を中心にその後我々が知ることができたた傾斜機能材料の実用化例と実用化が予想される技術・製品について記したものである。またそのほとんどが、各分野で今まさに新しい商品を開発されている第一線の研究者・技術者の執筆であり，そのため各項目、紙面から開発のエネルギーや波動を感じ取っていただけると信じている。
従来ともすると同分野の技術のModification，あるいは類似技術を流行のごとく追いかける例が散見された。傾斜機能材料はほとんどの分野で使用することが出来るコンセプトである。したがって，異種分野での応用例を参考に，各分野でそれぞれの技術者・研究者が傾斜機能材料のコンセプトを使って、全く新しい、より良い製品を開発していただけることを目的に，本書を企画・編集した。
日本の匠の世界への傾斜機能材料の浸透を期待したい。 2003年10月 上村誠一
【編集委員】
上村誠一 九州大学 先導物質化学研究所 非常勤講師
野田泰稔 島根大学 総合理工学部 教授
篠原嘉一 東北大学 多元物質科学研究所 助教授
渡辺義見 信州大学 繊維学部 機能機械学科 助教授
【執筆者一覧（執筆順）】
篠原嘉一 東北大学 多元物質科学研究所 助教授
上村誠一 九州大学 先導物質化学研究所 非常勤講師
渡辺義見 信州大学 繊維学部 機能機械学科 助教授
鴇田正雄 住友石炭鉱業（株） 新素材事業部 焼結システム部長（兼 開発センター所長）
野口博徳 長崎菱電テクニカ（株） プラントソリューション部 環境システム課 ＦＡ・リサイクルグループ グループリーダー
武内浩一 長崎県政策調整局 科学技術振興課 課長補佐
山本憲治 鐘淵化学工業（株） ＰＶ事業開発部 研究グループリーダー
今泉 充 宇宙開発事業団 技術研究本部 副主任開発部員
藤田和久 宇宙航空研究開発機構 日本学術振興会 科学技術特別研究員
後藤 孝 東北大学 金属材料研究所 教授
宮崎英敏 東北大学 金属材料研究所 助手
福田隆三 （独）産業技術総合研究所 電力エネルギー研究部門 客員研究員
伊藤義康 （株）東芝 電力・社会システム社 電力・社会システム技術開発センター 主幹
宮崎敏樹 九州工業大学大学院 生命体工学研究科 生体機能専攻 助手
大槻主税 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助教授
亘理文夫 北海道大学大学院 歯学研究科 口腔健康科学講座 物性歯科理工学分野 教授
大西啓靖 (医)寿会 富永病院副院長 大西啓靖記念人工関節研究センター
金 石哲 (医)寿会 富永病院 大西啓靖記念人工関節研究センター
土井口裕一 (医)寿会 富永病院 大西啓靖記念人工関節研究センター
高尾 恭広 (医)寿会 富永病院 大西啓靖記念人工関節研究センター
大豆生田好市 住友大阪セメント（株） 新材料事業部
小幡亜希子 東京医科歯科大学 医歯学総合研究科 生体支持組織学専攻 無機材料
山下仁大 東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 素材部門無機材料分野 教授
大西和彦 関西ペイント（株） ＣＭ研究所 部長
金井 洋 新日本製鐵（株） 技術開発本部 鉄鋼研究所 表面処理研究部 主幹研究員
加納義久 古河電気工業（株） 環境・エネルギー研究所 ナノテクセンター ナノテクチーム長 主席研究員
尾川 元 旭硝子（株） ルキナ事業推進部 材料開発グループ 主席研究員
染野義博 アルプス電気（株） 事業開発本部 技術統括部 主任技師
桐原聡秀 大阪大学 接合科学研究所 助手
宮本欽生 大阪大学 接合科学研究所 教授
山腰茂伸 富士通カンタムデバイス（株） 取締役
土屋敏章 島根大学 総合理工学部 教授
村上正紀 京都大学大学院 工学研究科 材料工学専攻 教授
鷹木 洋 （株）村田製作所 材料統括部 部長
池ヶ谷明彦 住友電気工業（株） アドバンストマテリアル研究所 部長
本間哲彦 三菱マテリアル（株） 筑波製作所 材料開発センター 材料グループ 技師
小川雅央 ミズノ（株） 商品開発部 用具開発課 課長
井上 健 日立金属（株） 冶金研究所 研究員
濱田 糾 松下電工（株） 電器Ｒ&Ｄセンター 主幹研究員
佐藤惇司 シチズン時計（株） MHT開発本部 技術研究所 第六研究室 室長
岡本 修 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 宇宙先進技術研究グループ 主任研究員
熊川彰長 宇宙航空研究開発機構 宇宙推進技術共同センター ロケットエンジン研究開発統括ユニット エンジンシステムチ
ーム リーダー
森谷信一 宇宙航空研究開発機構 宇宙推進技術共同センター ロケットエンジン研究開発統括ユニット エンジンシステムチ
ーム 主任研究員
【構成および内容】
第１章 傾斜機能材料の概観
１．傾斜機能材料の概念 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1 篠原嘉一
１．１ 新規材料創出の時代
１．２ 傾斜機能材料の誕生
１．３ 傾斜機能材料の基本概念
１．４ 代表的な傾斜機能材料
１．５ 自然界に見る傾斜構造
１．６ 傾斜機能材料の展望
２．傾斜機能材料の歴史 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・12 上村誠一
２．１ 傾斜機能材料の起源
２．２ FGMパート?T
２．２．１ 傾斜機能材料開発プロジェクト研究の内容
２．２．２ 材料設計
２．２．３ 特性評価
２．３ FGMパート?Tの第2期
２．３．１ 設計部門
２．３．２ 合成部門
２．３．３ 評価部門
２．４ FGMパート?Uプロジェクト（エネルギー変換型FGM）
２．４．１ 超高効率エネルギー変換システムの原理
２．４．２ 研究スケジュールと研究体制
２．４．３ プロジェクトの成果
２．５ 文部省重点領域研究「傾斜機能材料の物理・化学」プロジェクト
２．５．１ 当プロジェクトの目的
２．６ 傾斜機能材料の量産技術
２．６．１ 大形バルク状セラミックス－金属系傾斜機能材料用全自動型（連続）SPS生産システムと焼結プロセス最適化技術
の開発
２．６．２ 傾斜機能性超硬合金（FGM超硬）の開発
２．７ まとめ
３．セラミックス系傾斜機能材料の製法 ・・・・・・・・・・・・33 渡辺義見
３．１ はじめに
３．２ 気相を用いた製法
３．２．１ CVD法（化学蒸着法）
３．２．２ PVD法（物理蒸着法）
３．２．３ プラズマツイントーチ溶射法
３．２．４ 異種粒子同時溶射法（単一トーチ減圧プラズマ法）
３．２．５ 気体輸送法
３．２．６ プラズマ浸炭法
３．３ 液相を用いた製法
３．３．１ ゾル－ゲル法
３．３．２ スラリー段階添加法
３．３．３ 複合電鋳法
３．３．４ 遊星鋳込み成形法とスラリーコーティング法との併用
３．３．５ 遠心力固相法と遠心力晶出法
３．３．６ 共晶接合法
３．４ 固相を用いた製法
３．４．１ 粒子配列法と粒子噴射法
３．４．２ 薄膜積層法
３．４．３ SHS法（自己発熱反応法、燃焼合成法）
３．４．４ 反応焼結法
３．４．５ 混合粉末遠心成形法と連続組成粉末傾斜積層プロセス
３．４．６ SPS法
３．４．７ マルテンサイト変態法
３．４．８ 原子沈降法
３．５ おわりに
４．斜機能材料の新しい大量生産に向けた製造法・・・・・50
４．１ 放電プラズマ焼結（SPS）法による傾斜機能材料の製造 鴇田正雄
４．１．１ はじめに
４．１．２ SPS法の加工原理と特徴
４．１．３ 傾斜機能材料の合成
４．１．４ 大形バルク状炭化タングステン／コバルト（WC／Co）系傾斜機能材料の製造
４．１．５ 今後の展開
４．２ 遠心分離加工法 野口博徳，武内浩一
４．２．１ はじめに
４．２．２ 技術開発の背景
４．２．３ 技術の概要
４．２．４ おわりに
第２章 エネルギー分野への応用
１．ソーラーセル ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・68
１．１ 多接合シリコン薄膜太陽電池 山本憲治
１．１．１ 薄膜多結晶（微結晶）シリコン太陽電池
１．１．２ 多接合（積層型）薄膜シリコン太陽電池
１．１．３ 大面積多接合薄膜シリコン（ハイブリッド）モジュール
１．１．４ 結び
１．２ 接合太陽電池の材料およびその機能 今泉 充
１．２．１ はじめに
１．２．２ 接合太陽電池の構造
１．２．３ 宇宙用3接合太陽電池
１．２．４ 耐放射線性の改善
１．２．５ まとめ
２．宇宙エネルギー利用システム ・・・・・・・・・・・・・・・・・84
２．１ 太陽光励起レーザーシステム 藤田和久
２．１．１ はじめに
２．１．２ 半導体レーザー材料
２．１．３ 固体レーザー材料の可能性
２．１．４ 産業応用への展望
２．２ 放射冷却材料 後藤 孝，宮崎英敏
２．２．１ はじめに
２．２．２ 放射冷却とは
２．２．３ 選択的放射材料としてのSiOx
２．２．４ SiOx膜のFMG化による選択放射特性の最適化
３．熱電子変換 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・97 福田隆三
３．１ はじめに
３．２ 発電原理
３．２．１ 理想熱発電子発電器
３．２．２ 真空型発電器
３．２．３ セシウム封入型熱電子発電器
３．３ 電極材料とFGM化
３．３．１ FGM化コレクタの開発
３．３．２ W/Sc2O3/W電気絶縁層の開発
３．４ 熱電子冷却
３．５ おわりに
４．熱電エネルギー変換 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・112 篠原嘉一
４．１ 熱電エネルギー変換材料とは
４．２ 熱電材料に求められる特性
４．３ 傾斜構造による高性能化
５．発電プラント ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・119 伊藤義康
５．１ はじめに
５．２ 火力発電システム用材料
５．３ 原子力発電システム材料
５．４ その他のエネルギー機器
６．送変電プラント ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・132 伊藤義康
６．１ はじめに
６．２ 避雷器用酸化亜鉛素子
６．３ ガス遮断器用耐アーク性材料
６．４ 異種金属接合継手
第３章 生体機能分野への応用
１．骨組織修復のための金属材料への表面処理・・・・・140 宮崎敏樹，大槻主税
１．１ 骨組織修復のための人工材料
１．２ 生体活性セラミックスが骨と結合する機構
１．３ 金属材料を利用した骨組織修復
１．４ 生体活性発言に有効な表面構造
１．５ 化学表面処理によるチタン金属への生体活性の付与
１．６ 化学表面処理による生体活性の付与は他の金属材料にも有効か
１．７ まとめ
２．斜機能型人工歯根の開発と課題 ・・・・・・・・・・・・・149 亘理文夫
２．１ 人工歯根（デンタルインプラント）
２．２ 入れ歯と人工歯根
２．３ 天然歯と人工歯根
２．４ 傾斜機能型人工歯根
２．５ 傾斜機能型インプラントの作製方法
２．６ Ti／2OHP傾斜機能型人工歯根
２．７ 新生骨形成
２．８ 結言と課題
３．超長期耐用しうる人工関節に求められる傾斜機能特性
大西啓靖，金 石哲，土井口裕一，高尾恭広，大豆生田好市
３．１ はじめに
３．２ 人工関節置換後の長期間に渡る骨の経年的変化
３．２．１ 摩耗による影響
３．２．２ 骨と人工関節との固着法による影響
３．３ 人工関節の摩耗
３．３．１ 人工股間接
３．３．２ 人工膝間接
３．４ 骨と人工関節との固着
３．４．１ 骨セメントによる固定
３．４．２ セメントレス固定（骨セメントを用いない固定）
３．４．３ 界面バイオアクティブ骨セメント法（Interface Bioactive bone Cement Technique : IBBC）
３．５ 結論
４．電気泳動法による傾斜機能生体セラミックスの作製 ・・174 小幡亜希子，山下仁大
４．１ 電気泳動
４．２ 生体セラミックス
第４章 高分子分野での応用
１．複層形成粉体塗料の開発 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・181 大西和彦
１．１ はじめに
１．２ 複層形成の要因
１．３ 実験
１．３．１ 複層形成粉体塗料の作製
１．３．２ 粉体塗装と評価方法
１．４ 結果
１．４．１ エポキシの硬化方式
１．４．２ アクリル樹脂のSP
１．４．３ エポキシの硬化速度
１．４．４ 粒径分布
１．４．５ 複層形成粉体塗料の形成過程
１．４．６ 複層形成塗膜の物性
２．プレコート鋼板用傾斜構造型塗膜 ・・・・・・・・・・・・・・・190 金井 洋
２．１ はじめに
２．２ 傾斜構造塗膜の形成条件
２．３ 傾斜構造塗膜の構造と塗膜性能との関係
２．４ 傾斜構造形成の機構
２．５ おわりに
３．ポリマーブレンドにおける傾斜機能材料 ・・・・・・・・・・200 加納義久
３．１ はじめに
３．２ 傾斜ドメイン構造
３．２．１ 傾斜ドメイン構造の発見と研究ロードマップ
３．２．２ 傾斜ドメイン構造の研究経緯
３．３ ポリマーブレンドにおける傾斜機能材料の動向
３．３．１ 自然界に見られる傾斜機能材料
３．３．２ 相溶性を利用したポリマーブレンド系傾斜機能材料
３．４ おわりに
第５章 オプトデバイス分野への応用
１．光ファイバー ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・215 尾川 元
１．１ はじめに
１．２ 光伝送の仕組み
１．３ グレーテッドインデックス光ファイバー
１．４ GIプロファイル付与方法
１．４．１ CVD（Chemical vapor deposition）法
１．４．２ VAD（Vapor - phase axial deposition）法
１．４．３ 界面ゲル重合法
１．５ 高帯域化
１．６ 全フッ素GI型POF「ルキナ」
２．多層膜光フィルタとその新たな技術 ・・・・・・・・・・・・・226 染野義博
２．１ はじめに
２．２ 各種フィルタの概要と素子構成
２．３ 多層膜光フィルタ
２．４ 多層膜フィルタの新たな技術
２．４．１ 屈折率傾斜型光フィルタ
２．４．２ 屈折率傾斜型フィルタの成膜
２．４．３ 多層膜光フィルタの設計
２．５ おわりに
３．フォトニック結晶 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・235 桐原聡秀，宮本欽生
３．１ はじめに
３．２ フォトニック結晶の基礎
３．３ フォトニック結晶の構造とその応用
３．４ ダイヤモンド構造とバンドギャップ形成
３．５ 結晶の作製法
３．６ ダイヤモンド構造の電磁波特性
３．７ 傾斜構造を有するフォトニック結晶
３．８ 傾斜構造を応用した電磁波フィルター
３．９ 傾斜構造を応用した指向性アンテナ
３．10 次世代情報通信におけるフォトニック結晶の役割
３．11 おわりに
第６章 電気・電子デバイス分野への応用
１．傾斜面を利用した半導体レーザ ・・・・・・・・・・・・・・・253 山腰茂伸
１．１ まえがき
１．２ 不純物ドーピングの結晶面依存性
１．２．１ ドーピング実験
１．２．２ 面方位依存性のメカニズム
１．３ 半導体レーザへの応用
１．３．１ p，n形不純物の同時ドーピング
１．３．２ 従来の半導体レーザ
１．３．３ 新しいレーザ
１．４ まとめ
２．傾斜構造チャネルによるMOSトランジスタの高性能化・・262 土屋敏章
２．１ スケーリングによらないCMOS高性能化
２．２ チャ優詢琉茲悗?SiGe／Siヘテロ構造の導入
２．３ SiGe／SiヘテロMOSトランジスタ
２．３．１ 歪Siを利用したヘテロMOSトランジスタ
２．３．２ 歪SiGeを利用したヘテロMOSトランジスタ
２．４ SiGe／Siヘテロ界面
３．半導体－金属電極間の傾斜材料 ・・・・・・・・・・・・・・・269 村上正紀
３．１ 次世代ワイドギャップ半導体デバイスの材料課題
３．２ 何故電流の注入・注出が困難か？
３．３ 金属と半導体接触界面の傾斜材料の役割
３．３．１ 電流を流れやすくする傾斜材料形成
３．３．２ 通信用高周波デバイスで傾斜層形成による低Rcの可能性
３．４ まとめ
４．誘電率傾斜基板 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・277 鷹木 洋
４．１ はじめに
４．２ 高周波平面回路の小型化とその課題
４．３ 誘電率傾斜基板による高周波平面回路基板の小型化
４．４ 誘電率傾斜基板の製造方法
４．５ おわりに
第７章 接合・表面処理分野への応用
１．傾斜機能超硬工具 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・296 池ヶ谷明彦
１．１ はじめに
１．２ 切削工具材料の種類と発展の歴史
１．３ 超硬工具への傾斜機能材料の適用
１．４ 傾斜機能超硬合金の開発
１．４．１ 傾斜機能超硬合金の材料設計
１．４．２ 傾斜機能超硬合金の作製方法
１．４．３ 傾斜組成超硬の特性
１．４．４ 傾斜機能超硬の切削性能
１．５ 傾斜機能超硬／鋼接合材料の開発
１．５．１ 傾斜組成超硬／鋼接合材料の材料設計
１．５．２ 傾斜組成超硬／鋼接合材料の作製方法
１．５．３ 傾斜組成超硬／鋼接合材料の特性
１．５．４ 傾斜組成超硬／鋼接合材料の応用
１．６ ダイヤ分散超硬の開発
１．６．１ ダイヤ分散超硬の材料設計
１．６．２ ダイヤ分散超硬の作製方法
１．６．３ ダイヤ分散超硬の特性
１．６．４ 傾斜機能超硬との組み合わせ
１．６．５ ダイヤ分散超硬の応用
１．７ おわりに
２．傾斜機能構造CVDコーティング切削工具 ・・・・・・・・・・297 本間哲彦
２．１ はじめに
２．２ CVDコーティング工具に求められる性能
２．３ CVDコーティング層
２．３．１ CVDコーティング層に用いられる物質
２．３．２ 基体とコーティング層との付着強度の向上
２．３．３ 切削条件にあわせた材料設計
２．４ CVDコーティング用超硬合金基体
２．４．１ 表面傾斜構造をもつ超硬合金製基体
２．４．２ 最近の表面傾斜構造基体
２．５ 最近のCVDコーティング工具
３．傾斜機能を持った超硬合金と鋼の抵抗溶接法による野球スパイクの開発・・・307 小川雅央
３．１ はじめに
３．２ 野球スパイク開発品の構造
３．３ 超硬合金の結合相のスパイク基部への固溶層生成
３．４ 素材選定の工夫
３．５ 衝撃強度の評価方法とフィールドテストの比較
３．６ 新しい野球スパイクの締結方法の提案
３．７ おわりに
４．金型の複合コーティング ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・314 井上 健
４．１ はじめに
４．２ 冷間加工用金型
４．２．１ セラミックスコーティング
４．３ 温熱間加工用金型
４．３．１ 窒化
４．３．２ 浸硫窒化
４．３．３ セラミックスコーティング
４．４ アルミダイカスト用金型
４．４．１ 窒化
４．４．２ セラミックスコーティング
４．５ おわりに
５．傾斜硬度を有するカミソリ刃材料 ・・・・・・・・・・・・・・323 濱田 糾
５．１ はじめに
５．２ 切断メカニズムと刃先構造
５．３ 刃材料の要件
５．４ 何故，傾斜機能材料(FGM)か
５．５ 傾斜機能材料の性能・効果
５．５．１ アルミクラッドステンレス内刃のファイエッジ刃先
５．５．２ アルミクラッドステンレス内刃の実剃り効果
５．６ おわりに
６．ＦＧＭの腕時計外装への応用 ・・・・・・・・・・・・・・・・・332 佐藤惇司
６．１ 緒言
６．２ 装置と処理方法
６．３ 特性
６．３．１ 表面硬度と耐傷性
６．３．２ 表面色
６．４ 表面の状態分析
６．４．１ 結晶構造
６．４．２ 深さ方向濃度分布
６．５ 表面硬化機構
６．６ 腕時計への応用
６．７ まとめ
第８章 熱応力緩和機能分野への応用 岡本 修
１．宇宙往還機の熱防護 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・338
１．１ 宇宙往還機の熱防護
１．１．２ アブレーション冷却による熱防護
１．１．３ スペースシャトルの耐熱構造
１．２ 熱防護システムおよび要素技術の評価実験
１．２．１ 風洞実験と数値シミュレーション
１．２．２ 実突入実験
１．３ 傾斜機能材のTPS応用
１．３．１ HIPMEXによる実験
１．３．２ 傾斜機能材料による耐熱材料の試作と耐酸化コーティング
１．３．３ 傾斜機能材料熱タイルと取付け冶具の一体燒結法
２．宇宙往還機エンジンへのFGMの応用 ・・・・・・・・・・・・348 熊川彰長，森谷信一
２．１ はじめに
２．２ ロケット燃焼器の構造と冷却
２．３ 実用化に向けた研究の現状
２．３．１ 軌道変換用エンジン（OMS）
２．３．２ 姿勢制御用エンジン（RCS）
２．３．３ 熱防御材
２．３．４ 欧米の動向
２．４ まとめ
２．５ おわりに
おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・359 上村誠一
-
- 洋書
- Magellan
