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薄肉ポリプロピレン射出成形品の内部構造と物性発現に関する研究
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）樹脂製品の代表的な製造方法で作製された射出成形品には，経済性や環境性の向上を目的とした軽量化が求められており，この課題の解決策として薄肉化という手法がある．しかしながら，射出成形では溶融樹脂を金型内に射出し冷却-固化するという性質上，金型から樹脂中心部までの距離に比例する冷却速度差やせん断応力の相違より，表層部と内部でスキン-コア構造とよばれる不均一構造が形成される．薄肉成形品は厚肉成形品と異なるスキン-コア構造を形成するため，薄肉成形品における内部構造の形成と物性発現機構を理解することが重要である．本論文では，汎用樹脂であるポリプロピレンを用いて薄肉射出成形品における内部構造と物性発現の関係を理解することを目的とした．成形条件，母材樹脂の構造，材料の複合化が内部構造形成に与える影響を明らかにするため，成形時の射出速度の相違，母材樹脂の分子量と分子量分布の相違，エラストマー(ゴム)添加の有無とその分子量の相違において形成される内部構造を検討した．内部構造の詳細な検討のため，偏光顕微鏡によるスキン-コア構造モルフォロジー観察，示差走査熱量計による結晶化度分布測定，小角X線散乱装置を用いた長周期ラメラの配向分布測定，広角X線回折装置を用いた結晶形態と結晶配向分布測定，そしてレーザーラマン分光法による分子配向分布を測定し，内部構造の相違を明らかにした．この内部構造が成形品内の物性分布に与える影響を詳細に検討するため，微小切削法を用いた成形品内表層からコア層までのせん断応力分布，ミクロトームにより成形品から切り出されたフィルム試料を用いて成形品表層からコア層までの引張特性分布を明らかにした．この物性分布が成形品のバルク物性に与える影響を検討し，最終的に内部構造が物性発現に与える影響を検討する目的で，バルク引張特性と破壊じん性の測定を行った．破壊じん性の測定には，弾性材料の破壊じん性値測定のために用いられる本質破壊仕事(Essential Work of Fracture: EWF)試験を適用した． 第1章では，緒言として薄肉も含めたPP射出成形品の内部構造と物性に関する研究動向を述べ，本研究の学術的な意義と目的を述べた．第2章では，射出速度の相違が内部構造と物性に与える影響について検討を行った．その結果，低い射出速度の試料は高い射出速度の試料に比べ厚いスキン層を形成し，このスキン層は高い分子・結晶配向および長周期ラメラの配向そしてコア層に比べ高い弾性率と降伏応力を有することがわかった．コア層の物性は，射出速度の相違による違いがなかったことから，バルク物性の引張特性および破壊じん性の増大には，スキン層厚の増大つまり高い物性を示す領域の増大が最も影響を与えることがわかった．β晶は破壊じん性を増大させることが知られているが，β晶分率の最も小さい試料が最も高い破壊じん性を示したことから，本章においては配向領域の増大がより大きく破壊じん性に影響を与えることがわかった． 第3章では，母材樹脂の分子量と分子量分布の相違が内部構造と物性に与える影響について検討を行った．その結果，分子量の増大は表層部に厚い分子・長周期ラメラの配向層を形成し，β晶分率を増大させることがわかった．一方，分子量分布の狭小化は表層部に厚い分子・長周期ラメラの配向層を形成させるとともに結晶配向およびβ晶分率を低下させる．これら配向層は高い降伏応力と弾性率を有することがわかったとともに，この配向層の物性の高さではなく，高い物性を有する領域が広い試料が最も高いバルク物性を示すことがわかった．破壊じん性においても，第2章と同様β晶分率の影響は小さく，分子・長周期ラメラの配向が大きく影響していることがわかった． 第4章では，エラストマー添加とその分子量の相違が内部構造と物性に与える影響について検討を行った．その結果，ゴムの添加および添加するゴムの分子量の増大は，成形品の結晶配向とβ晶分率を増大させることがわかった．降伏応力分布では，ゴムを添加すると試料全体の降伏応力は低下するが，添加するゴムの分子量の増大は，この降伏応力の低下を抑制した．また，最表層部の物性はゴムの分子量が変わっても相違は無かった．バルク物性では，ゴムの分子量が変わっても物性がほとんど変化しなかったことから，表層部の物性がバルクの物性に影響を与えることが示唆された．また，ゴムの添加とその分子量の増大は破壊じん性を大きく向上させるとともに，ゴムの添加だけでなく，β晶分率の増大が破壊じん性に影響を与えることが示唆された． 第5章では，以上の検討により得られた成果を統括し，結論とした．薄肉ポリプロピレン射出成形品には，表層に物性が高い領域，コア層に物性が低い領域が存在することが明らかになったとともに，成形品のバルク物性には，表層部の高い物性を示す領域の厚さが大きく影響することがわかった．この高い物性を示す領域の厚さに比べ，コア層の物性差はバルク物性にほとんど影響を与えないことが示唆された．この高物性領域は，高い分子配向，長周期ラメラおよび結晶配向によって形成されている．また，破壊じん性値の増大は，β晶分率の増大だけでなく分子，結晶および長周期ラメラ配向からなる配向層の厚さに強い影響を受けていることがわかった．このことより破壊じん性は，β晶の発現だけでなく表層の配向層厚の増大によっても向上させることができることが明らかになった
Development of Functional Materials Derived from Organoarsenic Homocycles
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）有機ヒ素ホモ環状化合物は不揮発性の出発物質から合成でき、これを用いて合成された1,4-ジヒドロ-1,4-ジアルシニン(DHDA)は安全かつ簡便に合成できる有機ヒ素化合物である。本論文では有機ヒ素ホモ環状化合物からつくられるDHDAを用いた機能材料について及び有機ヒ素ホモ環状化合物を用いた新しい合成法とそれらの特性について述べる。 第1章では、tert-ブトキシカルボニル基を有するDHDAを配位子に用いて得られるジヨード白金(II)単核錯体錯体が発光のベイポクロミズムを示すことを見出した。固体状態で溶媒蒸気の出し入れにより発光のスイッチングが可能であり、取り込み可能な溶媒にも選択性があること等の発光挙動について調査した。 第2章では、メトキシカルボニル基を有するDHDAを配位子に用いて得られるジヨード白金(II)単核錯体錯体が3種類の異なる結晶構造をとり、結晶構造の違いにより発光特性が異なることを見出した。 第3章では、DHDA酸無水物と過剰量の第一級アミンからアミノマレイミドが得られ、得られたアミノマレイミドが凝集誘起発光(AIE)を示すことを見出した。アミノマレイミド誘導体の合成とAIE挙動について調査した。 第4章では、ヒ素ホモ環状化合物を用いた新たな炭素‐ヒ素結合形成手法を開発し、この手法を用いてアルサフルオレンを合成した。ハロゲン化ヒ素は炭素‐ヒ素結合形成に有用であるが、毒性、揮発性の問題で取り扱いが困難であった。ハロゲン化ヒ素であるジヨードアルシン誘導体を、有機ヒ素ホモ環状化合物とヨウ素からin-situで生成でき、安全かつ簡便に炭素‐ヒ素結合を形成できることを見出した。この手法を用いて、π共役系分子であるアルサフルオレンを合成し、これらの光学特性を調査した。 第5章では、ジヨードアルシンの生成を用いた新たな炭素‐ヒ素結合の形成手法を用いて、ジチエノアルソールを合成した。ジチエノアルソールのクロスカップリングによる誘導体の合成及びコポリマー化を行い、それらの光学特性の調査を行った
Analysis of leaf functions in relation to photosynthetic traits in ferns
Get PDF京都工芸繊維大学博士（学術）Ferns are primitive vascular plants emerged from 400 million years ago, when atmospheric CO2 concentration was much higher than present. Although ferns are important group to understand history of land plant evolution and have important role in the current terrestrial ecology, leaf functions of ferns in relation to photosynthesis and their difference from the other vascular plant lineage was not well understood. 35 ferns species including 5 Japanese ferns were used in the present study to analyze the difference in the leaf photosynthetic functions between ferns and other vascular plants. I focused on CO2 diffusion during the process of photosynthesis, mesophyll conductance in particular, because mesophyll conductance may be a key trait to explain the leaf photosynthetic functions of ferns and their difference from that of seed plants. Gas exchange measurements and leaf anatomical analysis using 35 fern species showed that ferns are lower photosynthetic group in vascular plants. Photosynthesis rates were strongly and positively correlated to mesophyll conductance. Mesophyll conductance of ferns positively correlated to the surface area of chloroplast exposing to intercellular air space (Sc), and negatively correlated to cell wall thickness (Tcw). These indicates that low mesophyll conductance with low Sc and high Tcw strongly limits photosynthesis rate in ferns. Moreover, this study suggest that, in land plant’s evolutionary history, plants have increased mesophyll conductivity to adapt to the present low atmospheric CO2 concentration. Regulation of stomatal and mesophyll conductance of ferns to the changes in CO2 concentration were also measured using two fern species. These ferns lacked sensitive control of stomatal conductance to the changes in CO2. In contrast, they rapidly changed mesophyll conductance to the changes in CO2 concentration, which suggested that vascular plants would have response of mesophyll conductance earlier than stomatal response in the evolutionary history. Finally, photosynthetic responses to drought stress were measured using five Japanese ferns with various habitats and life forms. L. thunbergianus, an epiphytic fern, showed high water use efficiency than the other ferns under drought, which indicates that high water use efficiency is one of the adaptative traits for epiphytic ferns, which are subjected to frequent and/or severe drought
A Study to Evaluate and Project Soft Error Tolerance in Radiation-hardened Circuits Using Device and Physical Level Simulations
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）My thesis focuses on projection and evaluation for soft error tolerance in the radiation-hardened circuit by device and physics level simulations. The SERs of various circuit, layout and device structures are discussed. A high accurate Monte-Carlo based simulation methodology is also proposed in this thesis. Firstly, the device and physical level simulations methodology for soft error are described in Chapter 2. In my thesis, the charge generation and collection mechanisms by direct ionization are simulated by TCAD simulator SENTAURUS, and the mechanisms by indirect ionization are simulated by Monte-Carlo based physical-level simulator PHITS. After that in Chapter 3, the parasitic bipolar effects are investigated to suppress MCUs on radiation-hardened dual-modular flip-flops in a 65-nm process. Device simulations reveal that a simultaneous flip of redundant latches is suppressed by storing opposite values instead of storing the same value due to its asymmetrical structure. Then, in Chapter 4, the contributions of layout structures to suppress MCU are analyzed by device-level simulations and neutron-beam tests. Device simulation and experimental results reveal that the ratio of MCU to SEU decreases by increasing the distance between 65-nm process redundant latches. MCU is suppressed effectively by increasing the density of well contacts. Furthermore, in Chapter 5, the SERs (Soft Error Rates) of FD-SOI processes depending on BOX (Buried OXide) regions and body bias are estimated by alpha, neutron-beam tests and a proposed Monte-Carlo based simulations. The simulated results are consistent with the alpha and neutron irradiation experimental results. Simulated results reveal that the SERs are decreased by increasing the thickness of BOX layer. By applying the reverse body bias the tolerance for soft error becomes stronger in SOTB while that in UTBB becomes weaker. Finally, Chapter 6 summarizes the contribution of my thesis
神経振動子を用いたアクティブ動吸振器の設計と特性解析
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）本論文は神経振動子を用いたアクティブ動吸振器について，その設計指標を示し，制振ン効果の評価を行うものである
アルベルティの建築理論における表現媒体を示す言葉と概念についての研究―lineamentumを中心に―
Get PDF京都工芸繊維大学博士（学術）本論分は、アルベルティの建築理論における表現媒体を示す言葉と概念についてlineamentumを中心に詳しく検証するものである。本検証は、アルベルティの絵画理論・彫刻理論におけるlineamentumまたそれに関係する他の言葉と概念に関する考えを参照しながら行われた。結論は以下の通りである。アルベルティの表現媒体を示す言葉と概念は、彼の彫刻理論・絵画理論も横断しながら、輪郭（lineamentum）、図形（limbus）、図面（pictura）など、その後一般化されていく表現媒体の元となる原初的な概念の成立の過程を示すものとして捉えられることがわかった
画家の表現を支える日本製ソフトパステルの色の特徴と材料特性に関する研究
Get PDF京都工芸繊維大学博士（学術）近代西洋画の成熟期といわれる大正から昭和の初めにかけて、パステル画の普及を目指した画家 矢崎千代二は、日本で理想のソフトパステルを製造しようと考えた。その要望を託された間磯之助は、大正8年（1919）、京都で王冠化学工業所を創業し、試行錯誤を繰り返しながら独自の特長をもった日本製ソフトパステル（製品名：ゴンドラパステル）を創り上げた。日本でパステル画が自由に描けるようになったのは、約100年前に画家 矢崎と工人 間が共に日本製ソフトパステル製造に専心した成果であるといえる。しかしながら、日本製ソフトパステル誕生の過程は重要視されないまま、製造技術のみが伝承されてきているのが現状である。そこで本論文では、製造技術に潜む画家 矢崎と工人 間の試行錯誤の過程を暗黙知として捉え、それを明らかにし、将来の日本製ソフトパステル製造の後継者たちが体験として共有できる形とすることを研究の目的とした。 本論文では、暗黙知の解明に2つの観点からのアプローチを試みた。ひとつは歴史的観点から、もうひとつは製品への科学的観点から、絵具と筆両方の役割を兼ね備えた画材であるソフトパステルの物性面・機能面を分析した。これら2つのアプローチによる研究成果を、教示的なテキストではなく、創業者の思いも含めて共有し、家業の物語を自らの体験として語ることによって、日本製ソフトパステルの製造技能が継承されると考えた。 本論文は、第1章の緒論から第8章の結論までの8章構成である。以下に、第2章以降の目的と内容について簡潔に記述する。 第2章では歴史的アプローチとして、矢崎が日本製ソフトパステルに求めた条件と製造を託された間の試行錯誤の過程および完成させた製品の特徴を明らかにすることを目的とした。残存する資料を分析した結果、色ごとに異なる調色を行うことで日本の風土を描くのに適した豊かな色相を、体質顔料に陶石を用いることで崩れないソフトパステルを実現し、さらに使い易くするために通常の三分の一のショートサイズで紙を巻かない斬新なスタイルという独自の開発を行ったことがわかった。 科学的アプローチとして、第3章、第4章では物性面から、第5章、第6章では機能面から分析を行った。第3章では、体質顔料の種類と含有率がソフトパステルの圧縮強度に及ぼす影響および圧縮強度と製品の微細孔構造の関係を明らかにすることを目的とした。体質顔料に陶石と炭酸カルシウムを用いて作製した試験片の圧縮試験を行うとともに、粒度分布、細孔径分布を調べ、走査電子顕微鏡による内部構造の観察を行った。その結果、体質顔料に陶石を用いると、炭酸カルシウムを用いるより明らかに圧縮強度が高くなった。特に陶石含有率72%の時に圧縮強度は最も高くなった。粒度の異なる顔料を混練すると密度が増し、圧縮強度が高くなることがわかった。 第4章では、体質顔料の種類と含有率がソフトパステルの色に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。体質顔料に陶石と炭酸カルシウムを用い、赤・黄・青の有色顔料を混練した試験片の測色を行った。体質顔料に陶石を用いると明度・彩度が低くなるため、抑制的な落ち着いた色をつくりやすく、炭酸カルシウムを用いると明度・彩度が高くなるため、明るく軽快な色をつくりやすいという傾向が認められた。 第5章では、ゴンドラパステルの色揃えの特徴と伝統色との関係を明らかにすることを目的とした。ゴンドラパステル、他社の製品、日本・フランスの伝統色を測色し、比較検討した。その結果、ゴンドラパステルは暖色系統の色相および低明度・低彩度の分布が多く日本の伝統色の特徴と類似していること、さらに時代の変化とパステルの明度・彩度の変化が対応していることも明らかとなった。 第6章では、ソフトパステルの筆としての機能を確かめるため、試験片の圧縮強度と画用紙への着色状態の関係を明らかにすることを目的とした。単色の描き重ね実験の結果から、圧縮強度が低いほど少ない荷重、少ない描き重ね回数で着色するが、微妙な色の変化を求めるには、適度な圧縮強度が必要であることが確認できた。圧縮強度の異なる試験片の重色実験の結果から、後から描き重ねる試験片の圧縮強度が低い場合は、先に描いた圧縮強度の高い試験片の色を隠蔽しやすく、逆の場合は隠蔽しないことがわかった。圧縮強度に差のない試験片どうしは、描く順番による着色状態の差が少なく、先に描いた色と後に描いた色が混じり合い、新たな色をつくりだすことが観察できた。 第7章では、ソフトパステル製造を伝統的家内工業と位置づけ、家業継承のモデル化を目的とした。状況的学習論を援用するとともに、「守・破・離」という伝統文化の継承の考え方を取り入れ、世襲制の意義と継承のあり方についての考え方を構築した。その結果、後継者は職住一体となった環境で子どものうちから家業の正統的周辺参加者となること、技能教育ではなく後継者自らの学習と位置づけることが重要であることがわかった。そうして、家業の歴史を自分のストーリーとして物語り、継承への内的動機付けとすることで、時代の変化に応じたソフトパステルの製造と家業の存在価値の発揮へとつながることが示唆された。 第8章では、本研究で得られた知見をまとめ、家業継承モデルの他産業・他分野への応用と、ソフトパステルの新たな製品開発への展望を述べた
INTEGRATED NEIGHBORHOOD NETWORK BETWEEN URBAN COMMUNITY AND CONDOMINIUMS IN NIMMANHAEMIN-SANTITHAM AREA, CHIANG MAI THAILAND
Get PDF京都工芸繊維大学博士（学術）Chiang Mai has positioned itself to become a creative city since 2012 and is now considering applying for creative city status with UNESCO. Chiang Mai’s creative city plan is an initiative to develop into a city where cultural and creative activities are an integral part of the city's economic and social functioning. Regarding government strategy, the vision and objectives align with Thailand's next national social and economic development plan. This research refers to “Creative city” as a strategy on urban management which is to take a balance on social relations between existing communities and new residential buildings since the extension of the city in 1963 affected the North-Western areas around old city. The first cycle of highway roads has shaped that area to what we now know as the Nimmanahaemin - Santhitham area. This area was managed by following modern city planning and restated for shophouses and single house villages during the 1980s. With rapid economic growth in the last 20 years, area usage has been turning for business purposes and has grown without direction and limit. The author found out conflicts and controversies on this area which are related to urban management such as traffic circulations, zoning, image of the city, and also community relations. These conflicts are caused by urban development without learning locals and analyzing existing communities. Moreover, the increasing number of condominiums in this area has affected community relations and urban management. “Neighborhood network” is an architectural concept from two integrating theories: “Spatial Practice” by Michel De Certeau and “Neighborhood Concept” by Perry Clarence A. Both theories are important studies for analyzing area usage, and developing physical design and social relations toward sustainable design. This research scopes on two field work scales which are urban community and residential buildings on the site. This research attempts to create strategy and application for integrating neighborhood network between the urban community and condominiums in the Nimmanhaemin – Santitham area
A Study on the Mechanical Properties of Kenaf Mat Reinforced Composites
Get PDF京都工芸繊維大学博士（学術）天然繊維は、ガラス繊維や炭素繊維、あるいは、アラミド繊維など、現在、複合材料分野において主力となっている合成繊維の代用候補材料として考えられている。その有力候補として、近年、ケナフ繊維強化複合材料に関する研究が盛んに行われてきている。複合材料の実用化のためには、耐久性も含めその力学特性についての評価が非常に重要であり、ケナフ繊維強化複合材料の研究においても、切り欠き強度、疲労特性、熱劣化特性などの力学特性に関する試験評価が求められている。本研究では、強化材料にニードルパンチケナフマット、樹脂には不飽和ポリエステル樹脂（UP）を用い、ハンドレイアップ成形法でケナフ/UP複合材料を製作し、円孔の有無による物性の違い、低サイクル及び高サイクル疲労特性、熱劣化後の物性試験を実施し、その力学特性及び劣化メカニズムについて考察した。 本論文は、第１章の緒論から第７章の結論までの７章構成である。以下に、第２章以降の目的と内容について簡潔に記述する。 第２章では、曲げ試験において静的及び低サイクル疲労試験を実施した。初期設定荷重が静的強度の５５％以内では、曲げ強度と弾性率には変化はみられなかった。しかし、初期設定荷重を７０％および８５％に付加すると曲げ特性は低下することがわかった。 第３章では、静的及び低サイクル、高サイクル疲労特性に及ぼす円孔の影響について試験を実施した。円孔のある試験片の引張強度は平滑材に比べて２８％低いことが分かった。また、初期設定荷重７０％、８５％の低サイクル疲労及び高サイクル試験では、平滑材と同様に残留引張強度の低下が見られた。応力分布より特性長さを求め、破壊の状況のちがいを観察した。その結果、特性長さ内では繊維の破断、特性長さ外では多くの繊維の抜けが見られた。 第４章では、静的及び低サイクル、高サイクル疲労後の試験片から破壊過程を調査した。低サイクル疲労引張試験後、初期設定荷重７０％、８５％及び高サイクル試験の破断面に繊維束内の破壊であるsplitting及び母材の亀裂が見られた。また、高サイクル疲労引張試験結果から疲労限界は最大荷重の６２％であることが分かった。これは低サイクル疲労引張試験結果と比べてみると、双方に相関がみられた。 第５章では、京都、上海、ハルピン、ナイジェリアで、一年間の環境暴露試験を行い、環境劣化挙動を調査した。一年間での重量変化率は小さく、１.５％以内であった。経年劣化した試験片について、引張、曲げ試験、IZOD衝撃試験を実施した。引張、曲げ強度は低下する傾向にあった。６ヶ月以上の経年劣化した試験片に、繊維と樹脂との接着性が劣化した界面破壊が確認できた。 第６章では、熱サイクル及び熱サイクル後の静的及び低サイクル疲労引張試験を実施した。いずれも引張弾性率及び強度は低下したが、熱サイクル３０回以降、ケナフ複合材の円孔のありなしによる差がみられなかった。 第7章では、各章で得られた知見をまとめ、今後の展望について述べた
Advancing Bioceramic Science in Orthopaedic Surgery - The Case for Silicon Nitride
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）In order for synthetic materials to be applied toward the manufacture of biomedical implants, their short-term and intermediate-term biocompatibility must be tested. Such testing is accepted as a valid proxy for long-term implant performance in vivo, since practical limitations preclude a comprehensive assessment of the long-term interaction of biomaterials with the human in vivo environment. Ideally, any changes in implant biocompatibility and tissue integration should improve favorably over time in vivo. Yet, the present standard for the selection of biomaterials targets bioinert behavior as a desirable attribute. Thus, for example, ceramic bearings in orthopaedic surgery, specifically in hip and knee replacements, are believed to be superior to metal-polyethylene articulations, in part because ceramics are inert and therefore will remain stable after implantation in the body. The fallacy in this belief is that no material is entirely bioinert; acknowledgement of this fact is a key first step in thinking about the development of future biomedical devices. Bioinert behavior should apply not only to the implant, but also to the wear debris generated by implant articulations, or by micromotion of the implant during cyclic physiologic loads. It is well known, for example, that microscopic and submicroscopic wear particles of polyethylene contribute to osteolysis and attendant failures in hip and knee replacements, and that particulate metallic debris from metal-metal articulations in total hips can lead to adverse local tissue reactions. In this thesis, a new approach based on advanced spectroscopic techniques was used to investigate the performance of several advanced bioceramics used in prosthetic joint implants, and to propose a strategy to enhance their longevity in vivo. In a challenge to conventional notions that bioceramics are inert materials, our experiments have shown the opposite, i.e, that surface chemical and structural changes manifest upon ceramic contact with biological fluids. The resulting changes can be either beneficial or detrimental in terms of the predicted long-term behavior of the material in vivo. In particular, the peculiar properties of silicon nitride, a non-oxide ceramic that is widely used in industrial applications, make it an attractive candidate material for artificial joints and other biomedical devices. In distinct contrast to oxide ceramics such as alumina and zirconia, changes induced in the surface chemistry and mechanical behavior of silicon nitride by the in vivo environment may contribute to improved long-term outcomes