Fukuyama University Repository / 福山大学学術情報リポジトリ

福山大学生命工学部生物工学科

Japanese

生物工学科2021年研究業績

沖, 俊任

44910

オキ, トシタカ

A study of data-driven controller tuning for non-minimum phase systems by using the least squares method

本田, 義典

46842

ホンダ, ヨシノリ

村上, 力丸

46790

ムラカミ, リキマル

9000414824390

行平, 将望

46789

ユキヒラ, マサミ

9000414824389

伍賀, 正典

46792

ゴカ, マサノリ

9000414824394

80467670

重廣, 剛

46843

シゲヒロ, ツヨシ

 
 
 
小型全方位カメラを用いた環境計測デバイスの開発 
～ 里地里山 SALLY プロジェクト ～ 
 
  本田 義典*  村上 力丸* 行平 将望*  伍賀 正典*  重廣 剛** 
 
Development of Environmental Measurement Devices using Omnidirectional Camera  
- Satochi-Satoyama SALLY Project  - 
 
 
Yoshinori HONDA*, Rikimaru MURAKAMI*, Masami YUKIHIRA*,  
Masanori GOKA* , Tsuyoshi SHIGEHIRO** 
 
 
ABSTRACT 
In recent years, the damage caused by birds and beasts in Satoyama landscape has increased, and 
as a countermeasure, we have proposed an environment measurement device using an omnidirectional 
camera that can acquire 360 ° images. In this research, we evaluate the improved device and perform 
recording experiments. 
 
キーワード：里地里山，環境計測デバイス，全方位カメラ  
Keywords: Satochi-Satoyama, Environmental Measurement Devices, Omnidirectional Camera    
 
１．緒言 
近年，里地里山での鳥獣被害は増加傾向にあり，
農林水産省 によると 2019 年の農作物の被害額は，
全国で 160 億円，広島県においては 4.8 億円にもな
る．現在，鳥獣被害の対策として一般的に用いられ
る罠や電柵などは、導入コストや設置の労働コスト
が大きく容易に設置できない．そのために安価で容
易に設置でき，鳥獣被害の対策のできる全方位 カメ
ラを用いた環境情報収集デバイスの開発を提案して
いる．このデバイスを活用し，里地における人と自
然の共存するラインを探るためのシステムとして発
展させていくことを目指している．  
ここで提案しているデバイスはワンボードマイコ
ン (Raspberry Pi3 Model B)のカメラ機能と切削し
た半球ミラーを使用し，360° を一度に見ること が可
能な全方位カメラを搭載している．また，収集した
デー タは Raspberry Pi の内部ストレージ及び外部
ストレージに保存可能である．本研究では，鳥獣被
害の対策のために，24 時間監視が可能な安価で容
易に設置のできる環境計測デバイスとして発展させ，
実用的なシステムとして実現させるための性能評価
試験を行い，実際に運用するためのデバイスとして
開発することを目指した．このプロジェクトコンセ
プトを Fig.1に示す． 
*スマートシステム学科 **ニッコーオートメーション(株) 
- 33 -
 
 
 
 
 
 
 
 
図１ プロジェクトのコンセプト 
Fig.1 SALLY Project Concept 
 
２．環境計測デバイス 
里地里山の鳥獣被害対策プロジェクトを実現する
ために，これまで進めてきたロボティックスワーム
での技術を適用する．コンセプト図では，環境計測
デバイスで取得したデータを蓄積，解析し，鳥獣の
追い払いにドローンを用いる．また，蓄積したデー
タに基づいて，物資の運搬や農作業に群れのロボッ
トであるロボティックスワームシステムを適用し，
総合的に持続可能な里地里山の実現を目指してい
る．本研究では，これまでロボティックスワームを
構成するために製作したロボット（図 1 左下）に実
装した全方位カメラを応用した環境計測デバイスの
製作を行う[1][2][3]． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図２ 試作デバイス  
Fig.2 Prototype Device 
 図２に環境計測デバイスのコンセプトモデルを示
す．これは，本研究室で提案してきたロボットのカ
メラ及びマイコンモジュールに，通信機能と各種セ
ンサデバイスを実装したものである．カメラデバイ
ス用のシングルボードコンピュータとして，
RaspberryPi３modelB を採用しており，通信用モ
ジュールとして ArduinoUno と Wifi モジュールを
搭載，スタンドアローン動作のためにモバイルバッ
テリーを搭載している． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図３ 試作デバイス 第 2 版 
Fig.2 Prototype Device 2 
 
図３に改良した第 2 版の試作デバイスを示す．全
方位カメラによる画像取得のみを目的とし，各種セ
ンサデバイスの搭載を省略した．また，通信機能は
RaspberryPi３に実装されている wifi 機能を利用す
る．外部バッテリーによる給電方式とし，バッテリ
ーを本体と一体化させないことで，小型軽量化，低
コスト化し，全方位カメラで撮影した画像は本デバ
イスのローカルストレージに保存される．また，こ
の改良した試作デバイスでは，サーモカメラの実装
試験を行った[4]． 
- 34 -
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
図 4 サーモカメラ画像 
Fig.4 Thermal Camera Image 
 
 サーモカメラで取得された画像を図４に示す．画像
全体が赤色で塗りつぶされているのは，試作デバイス
で半球ミラーの支柱として使用している透明アクリル
パイプが赤外線を透過しないためである．本研究で提
案している環境計測デバイスは，夜間での運用を想定
しているため，サーモカメラが有効になることが必要
であり，デバイスの再設計が必要となった． 
 
2.1環境計測デバイスの改良 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図５ 試作デバイス 第 3 版 
Fig.5 Prototype Device 3 
 
図５に改良した試作デバイスを示す．これは，縦
横 92×86，高さ 9㎜，重さ 110gである．半球ミラ
ーを支えるのは透明アクリルパイプではなく，3本
の支柱パーツであり，これによって通常のカメラ，
サーモカメラの両方を使用して画像を取得すること
が可能である． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) 全方位カメラ画像 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(b) サーモカメラ画像 
図６ 試作デバイスによる取得画像 
Fig.4 Two type of images 
 
 図 6 に試作デバイス 3 によって取得された全方位カ
メラ画像と全方位サーモカメラ画像を示す．両画像は
同位置にデバイスを設置して撮影されたものであるが，
上下反転をしている．図６(a) では，画面中央にデバイ
スが映る面積が大きくなっている．効率の良い環境計
測のために，カメラと半球ミラーの距離を調節するな
どし，小さくなるようにするべきものである．図６(b) 
では，画面左の人体，画面中央のカメラデバイス，画
面右のノートPCが高温な物体として表示されており，
有効な画像を取得することが可能である． 
 
 
- 35 -
 
３．性能評価 
試作デバイスの評価を以下の点で行った．撮影可
能な距離，24時間連続稼働した場合のデータ容量，
消費電力である．環境計測で用いる場合，なるべく
遠方の物体を撮影できることが望ましい．そのため，
図７で示す実験設定を用いた．試作デバイスは地面
から１m の高さで三脚に固定される．撮影対象は直
径 70 mm のカラーボール，人体である．カラーボ
ールはデバイスの直下から 2 m の距離から 1 m 毎に
離し全方位カメラで取得される画像のピクセル数を
計測する．同様に，人体は 5 m から 10 m まで 1 m 
毎に離してピクセル数を計測する．用いるカメラは
通常の全方位カメラである．  
表１に 70 mm のカラーボールを撮影した場合の
距離に対する画素数の変化を示す．画素数は複数の
計測結果を平均したものである．撮影位置が離れる
とともに画素数は減少し，約５m 離れた地点までの
撮影が可能であることが分かった． 
表２に人体を撮影した場合の距離に対する画素数
の変化を示す．同様に，約 10 m 離れた地点までの
撮影が可能であることが分かった．環境計測の場合，
ネズミやイタチなどの小動物に対しては 5 m 以内で
の撮影が有効であり，侵入者あるいはイノシシなど
の大型動物に対しては 10 m 以上でも撮影が可能で
あることを確認した． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図７ 実験設定 
Fig.7 Experimental Settings 
 
表 1   Color Ball 
Distance (m) Pixels 
2 9.78 
3 7.83 
4 6.16 
5 4.50 
 
表 2  Human Body 
Distance (m) Pixels 
5 122.88 
6 109.62 
7 77.14 
8 68.86 
9 61.71 
10 57.14 
 
 実際の運用を想定し，24 時間でのデータ量を計測す
る．今回の試作デバイスでは，RaspberryPi 用カメラモ
ジュール v2.1 を採用しており，1920×1080 ( 最大 30 
fps) ，1280×720 (最大 60 fps)，640×480 (最大 90 fps) の
設定が可能である．これらの設定で 1 分間の動画撮影
を行い，24 時間撮影時でのデータ量を概算する．各設
定の結果を表 3 に示す．最大の解像度を求める場合，
1920×1080 ，30 fps の設定で 32GBのmicroSDに約 10
時間分の録画が可能である．同様に，データ量を絞っ
た場合では 640×480 ，30 fps の設定で約 116 時間
（4.8 日）分の録画が可能である． 
 
表 3  Data size 
mode fps size (1min) (GB) size (24h) (GB) 
640×480 90 0.0411 59.18 
 60 0.0170 24.48 
 30 0.0046 6.58 
1280×720 60 0.0440 63.36 
 30 0.0150 21.60 
1920×1080 30 0.0411 59.18 
 
 実際に，試作デバイスで 24 時間の録画を行いデータ
量を実測する．通常の全方位カメラは 1280×720，30 
fps に設定する．また，全方位サーモカメラの設定は，
160×120，8fps である．この場合，通常の全方位カメ
ラのデータサイズは 11.20 GB，全方位サーモカメラの
データサイズは 0.686 GB であった．前者では，表 3 に
示した理論値である 21.60 GB の 52% 程度であり，こ
- 36 -
れは夜間消灯時での撮影時においては画面が暗転して
いるためである．通常の全方位カメラに対し，全方位
サーモカメラは夜間消灯時でもコンスタントに環境情
報を取得しており，有効性が確かめられた．図８に通
常の全方位カメラによる昼夜での取得映像の比較を示
し，この場合の撮影時刻によるデータサイズを図９の
グラフに示す．図とグラフから，昼夜による取得画像
の差異が確認できる． 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) 昼間 
 
 
 
 
 
 
 
 
(b) 夜間 
図８ 全方位カメラ 24 時間撮影画像 
Fig.8   Omnidirectional camera 24h images 
 
 
 
図９ 全方位カメラ 時間毎データサイズ 
Fig.8   Hourly Data Sizes 
 
 
  
 
 
 
 
 
(a) 昼間 
 
 
 
 
 
 
 
 
(b) 夜間 
図 10 全方位サーモカメラ 24 時間撮影画像 
Fig.10  Thermal camera 24h images 
 
 
図 11 全方位サーモカメラ 時間毎データサイズ 
Fig.11   Hourly Data Sizes 
 
図 10 に全方位サーモカメラによる昼夜での取得映像
の比較を示し，この場合の撮影時刻によるデータサイ
ズを図 11 のグラフに示す．図 10 (b) から夜間消灯時で
もミラーを通した画像取得ができており，画面中央は
試作カメラデバイスの熱である．グラフからも昼夜変
わらずデータ取得できていることがわかるが，通常の
カメラに対し，画素数，fps 値ともに少なく，昼間の時
間当たりのデータサイズは 5％以下のサイズである． 
- 37 -
 
 次に，実際の運用を想定し，バッテリー消費量を評
価する．試作デバイスにおいて，通常カメラの設定を
1920×1080，30 fps として 1 時間稼働させ，USB tester 
で消費電力を計測した．その結果は，デバイスの消費
電力は約 2W であり，1 時間に消費したバッテリーは 
415mAh であった．このため 24 時間連続運用時に消費
するバッテリーは 9960 mAh であると推測できる． 
 
４．考察 
 予備実験では，市販の全方位カメラに使用される
双曲面ミラーと本研究で試作したデバイスに用いた
半球ミラーの比較を行い，画角に関しては半球ミラ
ーの結果が良好であることを確認している．今回の
実験では，撮影距離に関して，小動物等の情報をカ
メラで得るためには撮影距離 5m 程度までであり，
人間やイノシシなどの大型動物の情報を得るために
は撮影距離が10mでも有効であることを確認した．
また，通常の全方位カメラでは夜間無灯時では画像
を得ることは難しいが，全方位サーモカメラを使用
することで昼夜の差なく情報を得ることが可能であ
る．これらのことより，実際のフィールドでのデバ
イスの使用が可能であると考える．実際に運用する
目的，場所により，画面解像度と fps を設定するこ
とが可能であるが，1280×720，60 fps での運用が
実際的であり，USB メモリ 128GB 程度を組み合わ
せることで 24 時間の撮影データが保存可能である．
この場合，一般販売され入手が容易な 20000 mAh
モバイルバッテリーを電源として利用可能であり，
フィールドでの 24 時間連続しての画像取得が可能
である． 
 
５．結言 
 本研究で，我々は全方位カメラを用いた環境情報
収集デバイスの開発を提案し，デバイスの試作と開
発と性能評価を行った．撮影性能，データ容量，バ
ッテリー消費などの観点から性能は評価され，実際
の運用に十分な性能があることを確認した．撮影し
たデータの保存に関しては，デバイスのスタンドア
ローンでの運用を想定し，システムのmicroSDカー
ドあるいは，外付けの記録装置への保存を想定した
が，デバイスに採用した RaspberryPi3 の持つ wifi
機能を活用し，遠隔地からのリアルタイムモニタリ
ングの機能を発展させることで，運用性を向上させ
ることが期待できる．今後の野外のフィールドにお
ける実際のデバイスの運用に際して，降雨降雪や日
射などの天候に関するデバイスの耐久性の評価，汚
損や盗難などの対策が必要であり，デバイス本体の
デザインを実際の運用からのデータをフィードバッ
クすることで改良発展させていく予定である． 
 
参考文献 
[1] 占部享志，伍賀正典「全方位カメラの作成と移動ロボッ
トのための画像処理に関する研究」第 22回 SICE中国支
部学術講演会論文集，pp.130-131 (2013) 
[2] 伍賀正典，河岡俊広「小型全方位カメラを用いた生態
学的視覚システムに関する研究」第 26 回 SICE 中国支
部学術講演会論文集，pp.65-66 (2017) 
[3] 花見堂大輔，伍賀正典「実機ロボティックスワームを指
向したセンサ統合の検討」第 27回SICE中国支部学術講
演会論文集，pp.93-94 (2018) 
[4] 成松英一, 小枝正直, 上田悦子, 松本吉央, 小笠原司
「全方位サーモグラフを用いた不審者発見システムの開
発」電子情報通信学会技術研究報告. PRMU, パターン
認識・メディア理解 104(447) 19-24 (2004) 
 
- 38 -


Development of Environmental Measurement Devices using Omnidirectional Camera - Satochi-Satoyama SALLY Project -

関根, 康史

46814

セキネ, ヤスフミ

9000310345802

An Estimation of Injury Reduction Effect of Vehicles equipped Safety Driving Support Systems in Pedestrian Accidents occurred in Hiroshima Prefecture

長濱, 照美

47215

The differences between information set approach and “information set”

清水, 洋子

46562

On Kan Chazan's HaoQiShuo 浩気説

都祭, 弘幸

46795

トマツリ, ヒロユキ

9000272271666

20736714

Experimental Study on Compression Characteristics of Wood-core RC Composite Columns

中東, 潤

46815

ナカヒガシ, ジュン

1000040341200

40341200

 
 
 
水素処理によるα型 Ti-5Al-2.5Sn 合金の 
結晶粒微細化と引張特性 
 
中東 潤* 
 
Grain refinement and tensile properties of α-type Ti-5Al-2.5Sn alloy 
by Hydrogen treatment 
 
Jun NAKAHIGASHI* 
 
ABSTRACT 
Hydrogen treatment is one of the grain refinement methods for titanium alloys, α+β type Ti-6Al-4V 
alloys with a grain size of 0.3 to 0.5μm can be easily obtained by this treatment. However, grain 
refinement of α-type titanium alloy by hydrogen treatment has not yet been investigated. The purpose 
of this investigation is to create a fine-grained α-type Ti-5Al-2.5Sn alloy by hydrogen treatment. As 
a result of the experiment, the fine-grained Ti-5Al-2.5Sn alloy with α grain size of about 3μm was 
obtained by the treatment under the optimum hydrogen treatment conditions. It was also found that 
the yield strength of Ti-5Al-2.5Sn alloy was significantly improved by grain refinement. 
 
キーワード：水素，チタン合金，結晶粒微細化，引張特性  
KeyWords：Hydrogen, Titanium alloy, Grain refinement, Tensile property 
 
 
1.緒言 
チタン合金は比重が鉄の約６割と軽量で，かつ比
強度や破壊靱性も高いなど強度特性に優れ，また耐
食性，耐熱性などにも優れていることから，航空機，
化学プラント，土木・建築，海洋などの分野の材料
だけではなく，各種民生品への利用も進んでいる[1]．
そしてさらなる高強度化と，母相が最密六方晶
（Hexagonal Close Packed lattice : HCP）であるが故
の塑性加工性の改善も叫ばれている[1] ．  
 チタンを含めた金属多結晶材料の高性能化，新機
能創出のための手段として結晶粒の微細化が挙げ
られる．結晶粒微細化は，とりわけ延性や靱性を大
きく損なうことなく高強度化することができる他，
合金元素の削減，リサイクル性の向上，材料の軽量
化と節減を通して，省エネルギー・省資源，環境と
の調和等の将来の社会的要請に応えうる方法とし
て期待されている．微細化の目標も粒径が１μm 以
下という微細化をねらいとし，材質も飛躍的な向上
を目的とした研究が多く行われるようになってき
ている．これらの微細組織を有する材料を得る方法
として，強ひずみ加工法である ECAP（Equal Channel 
Angular Press ） 法 [2,3] や 繰 返 し 重 ね 接 合 圧 延
（Accumulative Roll-Bonding，ARB 法）[4]，水素の
吸蔵－排出によって結晶粒の微細化を図る HDDR
（ Hydrogen Disproportionation Desorption 
Recombination）法[5]などがあり，いずれもアルミニ
ウム合金や銅合金，純チタン等に適用することによ
って結晶粒径 1μm 以下の微細粒組織が得られてい
る．チタン合金の結晶粒微細化法として水素処理法
[6,7]がある．いわゆる水素吸蔵―溶体化・マルテン
サイト（α’）化―熱間加工―脱水素処理である．こ
 
*機械システム工学科  
- 111 -
の方法は，素材そのものの成分を変えず，しかもバ
ルクの状態で結晶粒を微細化できるところに特徴
がある．実際にこの処理によってα＋β2 相型 Ti-
6Al-4V 合金のα粒径は 0.3～0.5μm の等軸微細粒組
織となり，常温では高強度化し，そしてある温度領
域では極めて優れた超塑性を示すようになること
がわかっている[6,7]．チタン合金は，常温時におけ
る組織によってα型，α＋β型，nearβ型，β型など
に分類されるが，α型チタン合金についてはまだ水
素処理の適用例はない．そこで本研究では，水素処
理の適用範囲を拡大させることを目的に，α型チタ
ン合金の代表的合金である Ti-5Al-2.5Sn 合金に水素
処理を適用させ，結晶粒微細化を試みた． 
2.実験方法 
2.1 供試材 
供試として，α型 Ti-5Al-2.5Sn 合金熱間押出･焼鈍
材（サイズ：直径 210×厚さ 50mm）を用いた．なお，
本供試材の結晶粒径は約 20μm である． 
2.2 水素吸蔵処理とβ変態点の測定 
まず，所定の水素吸蔵量の材料を得るための水素
吸蔵条件を探索した．目標とする水素吸蔵量は，前
報[6]のα+β型 Ti-6Al-4V 合金が最も微細化する吸
蔵量 0.5wt.％（以下，単に％と記す）を参考とし，
その付近の 0.3～0.7％とした．供試材から厚さ 25mm
×幅 25mm×長さ 50mm の試料を切り出し，それを
水素処理炉（図 1）に挿入，アルゴンガス気流中に
て加熱，1073K に達した時点で水素ガスに置換，保
持した．この時の保持時間を変化させて，所定の吸
蔵量を有する材料の作製を試みた．この結果，Ti-
5Al-2.5Sn 合金を 0.3ks，0.72ks，2.1ks 間保持するこ
とにより，0.3%，0.5%，0.7%の水素吸蔵量を有する
材料が得られた．保持後は再びアルゴンガス気流中
にて冷却した．なお，水素吸蔵量は処理前後の試験
片の重量を計測して求めた．  
 また，水素はβ相安定化元素であるが故に，その
吸蔵量と共にチタン合金のβ変態点は低下する．そ
こで水素を 0%（水素吸蔵なし），及び 0.5%程吸蔵し
た Ti-5Al-2.5Sn 合金（それぞれ 0%材，0.5%材と記
す）のβ変態点を求めた．まず，上述の処理にて得
られた 0%材及び 0.5%材から厚さ 12.5mm×幅
12.5mm×長さ 25mm の試料を切り出し，これを 0%
材は 1123～1423K，0.5%材は 973～1273K に加熱，
3.6ks 間保持した後，水冷した．そして光学顕微鏡に
て組織を観察し，α相，マルテンサイト（α’）相の
分布状態などからおおよそのβ変態点を求めた．  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
（a）外観 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
（b）炉内  
 
図 1 水素処理炉の外観（a）及び炉内（b）  
 
 
図 2 水素処理の模式的熱履歴線図  
 
2.3 水素処理 
水素処理は図 2 に示す通り 4 工程からなっており，
各工程の最適条件を求めることによって，本合金の 
結晶粒微細化を試みることにした． 
①水素吸蔵  
最適水素吸蔵量を求めるために，2.2 節に示す水
素吸蔵処理にて水素吸蔵量の異なる試料（0.3～0.7%）
の試料を準備した．  
②溶体化・マルテンサイト化  
材料内部の成分及び組織の均一化を図るために，
各材料をβ変態点より 100K 高い温度に加熱，保持
して溶体化させた後，水冷してマルテンサイト組織
とした． 
 
- 112 -
③熱間圧延  
最適な圧延温度を調べるために，圧延温度はβ変
態点直下の低い温度から，割れが生じるまでの低い
温度にまで変化させ，圧下率は 80%にて行った． 
④脱水素 
圧延後の試料表面の酸化被膜を除去した後，最終
工程の脱水素処理は，真空中で温度 873K に加熱，
3.6ks 間保持後，炉冷して行った． 
比較のために，0%材も水素処理と同じ熱履歴の熱
処理，熱間圧延，真空焼鈍を行って準備した．  
2.4 組織観察 
2.2，2.3 節の処理によって得られた試料の組織を
光学顕微鏡を用いて観察した．組織観察用試料は，
観察面を鏡面研磨し，その面を硝酸 6％，沸酸 3％，
水 91％の割合の混合液にて腐食させて作製した．  
2.5 α型 Ti-5Al-2.5Sn 合金の常温引張試験  
水素処理によって微細組織化した Ti-5Al-2.5Sn 合
金（微細粒材）の常温引張特性を調べるために，微
細粒材から図 3 に示す JIS14B 号引張試験片（相似
形）を切り出し，初期ひずみ速度：8.3×10-4 s-1 にて
常温引張試験を行った．比較として水素吸蔵を行わ
ず，かつ水素処理と同じ熱履歴で処理をした粗粒材
も準備し，同様に試験した．  
 
 
 
 
 
 
 
 
図 3 引張試験片の形状および寸法  
 
3.実験結果 
3.1 水素吸蔵処理とβ変態点 
水素を吸蔵した Ti-5Al-2.5Sn 合金のβ変態点を調
べるために，水素を吸蔵させた後に，種々の温度に
加熱，水冷した試験片の組織を光学顕微鏡で観察し
た結果を図 4 に示す．0％材は温度 1283K（図 4（a）），
0.5 %材については，1033K（図 4（b））に加熱およ
び水冷することで一面にマルテンサイト相が観察
された．以上のことから，0％材では 1283K，0.5%材
では 1033K 付近にβ変態点があることがわかった．
Ti-H 系平衡状態図[8]より，水素吸蔵量とβ変態点の
低下割合にはほぼ一定の関係がある．よって，0.3%，
0.7％材のβ変態点については，状態図を参考に算出
した．これらの結果をまとめたものを表 1 に示す． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
（a）0%材（加熱温度：1283K）  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
（b）0.5%材（1033K）  
 
図 4 0%材，0.5%材の加熱・水冷後の組織 
 
表 1 Ti-5Al-2.5Sn 合金の水素吸蔵後のβ変態点(K) 
 
水素吸蔵量  0% 0.3% 0.5% 0.7% 
β変態点 1283K 1133K 1033K 933K 
 
3.2 水素吸蔵量と水素処理後の組織 
 水素吸蔵量を 0～0.7％に変化させて水素処理を行
った後の組織を光学顕微鏡で観察したものを図 5 に
示す． 
 まず 0％材，いわゆる水素吸蔵なしで水素処理と
同じ熱履歴で処理したものは，組織が不均一であり，
結晶粒径は後に示す 0.3～0.7%材と比較すると，や
や粗大であった（図 5（a））．0.3％については均一な
組織が確認できるものの，後述する 0.5％材に比べ
やや粗大な組織となっていた（図 5（b））．0.5％材に
ついては均一で粒径 3μm 程度の微細な組織が観察
された（図 5（c））．0.7%材については微細な組織が
確認できるものの，0.5％材に比べ均一性に欠ける組
織となっていた（図 5（d））．以上のことから，最適
な水素吸蔵量は 0.5%であることがわかった． 
 
 
100μm 
- 113 -
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
熱間圧延温度：1223K 圧下率：80％     熱間圧延温度：1073K 圧下率：80％  
（a）0％材                 （b）0.3％材 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
熱間圧延温度：973K 圧下率：80%           熱間圧延温度：873K 圧下率：80% 
（c）0.5%材                                 （d）0.7%材  
 
〔熱間圧延温度：β変態点から 60K 低い温度，脱水素温度：873K〕  
 
図 5 Ti-5Al-2.5Sn 合金の水素処理後の組織に及ぼす水素吸蔵量の影響  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      （a）圧延温度：923K（圧下率 80%）                  （b）973K（80%）  
 
〔水素吸蔵量：0.5%，脱水素温度：873K〕  
 
図 6  Ti-5Al-2.5Sn 合金の水素処理後の組織に及ぼす圧延温度の影響（0.5%材） 
 
100μm 
100μm 
- 114 -
3.3 水素処理後の組織に及ぼす圧延温度の影響 
 Ti-5Al-2.5Sn 合金（0.5%材）の水素処理後の組織
に及ぼす圧延温度の影響を図 6 に示す．過去の研究
[6]により，β変態点より高い温度で圧延を行っても
等軸微細組織は得られないことが既にわかってい
る．0.5%材は 873K では圧延途中で試験片に割れが
生じたため，最適な圧延温度ではないと判断した．
0.5%材をβ変態点よりも低い温度である 923K で行
った場合，均一で粒径：約 3μm の微細な組織が観
察された（図 6（a））．しかしながら 973K で圧延し
たところ，微細ではあるものの，均一性に欠ける組
織が観察された（図 6（b））．よって最適な圧延温度
は 923K であることがわかった．  
3.4 常温引張特性 
 水素処理によって得られた微細粒 Ti-5Al-2.5Sn 合
金（微細粒材）と水素吸蔵を行わずに水素処理と同
じ熱履歴で処理した粗粒 Ti-5Al-2.5Sn 合金（粗粒材）
の公称応力-ひずみ線図を図 7 に示す．粗粒材は降伏
後，公称ひずみの増加と共に応力は上昇した後，低
下して破断した．微細粒材については降伏後，公称
ひずみの増加と共に公称応力はやや低下し，その後
ほぼ一定の値を維持した後に破断した．0.2％耐力は，
粗粒材よりも微細粒材の方が格段に高いことがわ
かった．伸びは粗粒材が 24％あるのに対し，微細粒
材は 22％であった． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 7  水素処理による微細粒 Ti-5Al-2.5Sn 合金（微
細粒材）の公称応力-ひずみ線図  
4.考察 
本研究の結果により，α型 Ti-5Al-2.5Sn 合金は水
素処理によって結晶粒は微細化し，その粒径は 3μ
m 程度になることがわかった．ここではその要因に
ついて，特に水素吸蔵―溶体化・マルテンサイト化
後に生じる微細な針状マルテンサイトに注目して
考察する．  
各種チタン合金に水素を適量吸蔵させ，溶体化･
マルテンサイト化処理した後の組織および水素処
理後の組織を文献から引用して図 8 に示す．これま
での研究において，水素処理によって結晶粒が微細
化するα+β型 Ti-6Al-4V 合金においては，溶体化･
マルテンサイト化後に極めて微細な針状マルテン
サイト組織を示すが，純チタンについてはその組織
を示さず，結果として結晶粒微細化に至らないこと
がわかっている[6]．このことから，この針状マルテ
ンサイト組織と結晶粒微細化との間には深い関連
性があることがわかる．  
次に，この微細な針状マルテンサイトと微細粒組
織との関係を考察する．ここで析出するマルテンサ
イトは水素の過飽和固溶体であり，次の熱間圧延工
程において微細粉砕されることで，微細粒組織の基
地がまず形成される．また，熱間圧延温度は水素化
物が析出する温度領域でもある[9]．よって，微細粉
砕されたマルテンサイトから水素化物が析出，水素
化物の析出には極めて大きな体積膨張を伴う[10]の
で，その周辺には高密度な転位領域が形成される．
そして最終工程の脱水素処理においては，この領域
が再結晶の起点となり，結果として微細再結晶粒が
形成されるもの考えられる．このような観点から，
水素処理による微細化には微細な針状マルテンサ
イト組織の生成が必要であると考えられる．本研究
ではα型 Ti-5Al-2.5Sn 合金に水素処理を適用させ，
結晶粒径約 3μm 程度の，単相型合金としては微細
な組織を得ることができた．この要因としては，α
+β型 Ti-6Al-4V 合金と同様，溶体化・マルテンサイ
ト化後に微細なマルテンサイト組織が形成された
ことが一因であると考えられる．なお，今回得られ
た微細組織を有するα型 Ti-5Al-2.5Sn 合金の結晶粒
径は 3μm 程度であり，α+β型 Ti-6Al-4V 合金と比
較すれば大きな結晶粒径である．これについては２
相型合金のようないわゆる「ピン止め効果」を発揮
する相が存在しないためであると考えられる．  
5.結言 
 本研究では，α型チタン合金への水素処理の適用
範囲拡大を目的として，α型 Ti-5Al-2.5Sn 合金に本
処理の適用を試みた．結果をまとめると以下のよう
になる． 
（1）Ti-5Al-2.5Sn 合金のβ変態点は水素吸蔵量 0％
で 1283K 付近であり，以下，0.3％：1133K，0.5％：
1033K，0.7％：933K 付近にある．  
0
200
400
600
800
1000
0 0.1 0.2
公
称
応
力
（
M
P
a
）
公称ひずみ
微細粒材 
粗粒材 
- 115 -
 
 
 
 
 
 
 
 
 
【水素吸蔵－溶体化･マルテンサイト化後】  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
【水素処理後】 
純チタン[6]       α+β型 Ti-6Al-4V[6]       α型 Ti-5Al-2.5Sn 
 
図 8 水素吸蔵－溶体化・マルテンサイト化および水素処理後の組織  
 
（2）水素処理後の組織に及ぼす水素吸蔵量の影響
について調べた結果，0％材，いわゆる水素吸蔵なし
では結晶粒径は水素処理材と比較すると粗大な組
織となる．0.5％材については均一で微細な組織とな
る． 
（3）0.5％材をβ変態点よりも 110K 低い温度である
923K で熱間圧延を行うことで，均一な等軸微細組織
が得られる．  
（4）上記の条件で水素処理を行うことで，α型 Ti-
5Al-2.5Sn 合金の結晶粒径は約 3μm の微細粒組織に
なる． 
（5）水素処理によって得られた微細粒 Ti-5Al-2.5Sn
合金（微細粒材）の 0.2％耐力は，粗粒 Ti-5Al-2.5Sn
合金（粗粒材）と比較して格段に高い値を示す．伸
びは粗粒材が 24％あるのに対し，微細粒材は 22％
を示す． 
 
参考文献 
[1]例えば，（社）日本チタン協会編，現場で生かす金
属材料シリーズ  チタン，2007 
[2] 橋本敏，ECAP-超微細結晶粒チタンの疲労強度 , 
チタン，50(2)，118(2002)  
[3] 宇都宮裕・李星煕・左海哲夫・齋藤好弘，結晶粒
超微細化法としての強ひずみ加工，塑性と加工，44-
505(2003)，100-105. 
[4]中川惠友 , 金谷輝人 , 寺田大将 , 辻伸泰，ARB 加
工法によるアルミニウム合金の結晶粒微細化と時
効析出挙動，軽金属  69(3), 149-156, 2019 
[5]T.Iwaki, T.Kuriiwa, A.Kamegawa, H.Takamura, 
M.Okada, Grain-Size Refinements of Cu-3mass%Ti 
Alloys by HDDR Treatments in Correlating with Their 
Electrical and Mechanical Properties, Materials 
transactions, 50(3), 499(2009) 
[6]中東潤・高畑公輔・鶴健太郎・住本晃史・吉村博
文・堀村弘幸，水素処理法によるチタン系材料の結
晶粒超細粒化，日本金属学会誌 70-2(2006)，204-211. 
[7]中東潤，水素処理による微細粒チタン合金の引張
特性と歯科分野への応用，チタン，60(3)，206（2016）  
[8]Joanne L.murray, Phase Diagrams of Titanium alloys, 
(1987), 123, ASM International．  
[9] 吉村博文ら，水素吸蔵－加工・熱処理－脱水素処
理によるα＋β型チタン合金の等軸  超細粒化と
力学的性質，日本金属学会誌，56-11(1992)，1352-1359. 
[10]沼倉宏，チタン，ジルコニウム，ハフニウム中の
水素の挙動と水素化物形成，日本金属学会会報，31-
6(1992)，525-534. 
 
- 116 -


Grain refinement and tensile properties of α-type Ti-5Al-2.5Sn alloy by Hydrogen treatment

重永, 章

46909

シゲナガ, アキラ

量子化学計算に基づく N-スルファニルエチルアニリド（SEAlide）の 
N-S アシル基転移反応におけるリン酸塩の役割の解明 
 
重永 章 
 
Org. Biomol. Chem., 18, 9706-9711 (2020). 
 
Theoretical study on reaction mechanism of phosphate-catalyzed N-S acyl transfer of N-
sulfanylethylanilide (SEAlide) 
 
Akira Shigenaga 
 
ABSTRACT  C-Terminally thioesterificated peptides are essential building blocks for chemical protein 
synthesis. To date, many acyl transfer auxiliaries have been developed to enable facile preparation of peptide 
thioesters. We previously developed an N-sulfanylethylanilide (SEAlide) auxiliary, which causes an N–S acyl 
transfer reaction upon addition of phosphate salt to convert a C-terminal amide to a thioester. The mechanism of 
how phosphate triggers the reaction is speculative, and the details are unknown. In this study, the mechanism by 
which phosphate promotes acyl transfer is discussed based on density functional theory (DFT) calculations and 
non-covalent interaction (NCI) analysis. As a result, although the notion that phosphate acts as an acid–base 
catalyst, as speculated in our previous study, was correct, it became clear that two competing reaction pathways 
exist: a previously proposed stepwise pathway and a concerted one. Furthermore, calculation was performed in 
the presence of various additives other than phosphate to uncover the effect of the additives on the stability of 
transition states.  
 
抄録 タンパク質の化学合成において、C 末端をチオエステル化したペプチドの合成は必須であ
る。以前著者らは、簡便なペプチドチオエステルの合成を可能とする補助基として N-スルファニル
エチルアニリド（SEAlide）を報告した。さらに、本補助基の鍵反応が温和な条件下、リン酸塩を加
えることで進行することを発見した。しかし、その反応機構は不明であった。そこで本論文では、
リン酸塩が鍵反応を促進する詳細な機構について、量子化学計算を用いて明らかにした。 


Theoretical study on reaction mechanism of phosphate-catalyzed N-S acyl transfer of Nsulfanylethylanilide (SEAlide)

石津, 隆

40232

イシヅ, タカシ

Development of High-Order Functions Using (–)-Epigallocatechin-3-O-Gallate in Water

Not a member yet