Nagaoka University of Technology Institutional Repository

国立大学法人長岡技術科学大学博士（工学）doctoral thesi

長野, 剛

余剰エネルギー再分配を用いた永久磁石同期電動機駆動システムの簡素化に関する研究

山仲, 芳和

非線形力学系に基づく多点探索型最適化手法に関する研究

DAO, VIET LINH

Characterization of rubber degradation systems in rubber-degrading non-filamentous actinobacteria.

于, 洋

                              
論文審査の結果の要旨 
 
                         学位申請者   于   洋 
本論文は、「固体高分子形燃料電池用金属セパレータとしての Ni フリーステンレス鋼の
耐食性評価」と題し、五章から構成されている。第 1 章「緒論」では、本論文の最終ター
ゲットである固体高分子形燃料電池の作動機構からシステムおよびスタックについて説明
し、セパレータ（バイポーラ板）の重要性を述べている。また、セパレータの従来型材料
に触れた上で金属材料の利点を指摘している。これより、ステンレスに表面処理を施した
低価格金属セパレータの創成に利点を見出し、本研究の目的を設定して記述している。 
第 2 章「Ni フリーステンレス鋼の耐食性における Cr 含有量の効果」は、ステンレス鋼が
有する耐食性発現のメカニズムとその限界について調べた。Cr 含有量が 11～24 mass%で異
なる四種のステンレス鋼を用意して、その深さ方向組成分析、X 線回折測定、電気化学腐食
測定、腐食試験前後の表面形状変化の観察、電気抵抗測定を通して、Cr 含有量が耐食性に
果たす役割を研究した。その結果、Cr 量の増加に伴い不働態皮膜の形成が発達して安定な
耐食性を示すようになる。しかし、高度に Cr を加えた 24 mass%ステンレス鋼において
も、11.5 mass%に比べて安定領域の腐食電流密度は 50%減に留まった。この結果は、Cr-H2O
系で生ずる不働態では、飛躍的な耐食性の向上が望めないことを強く示唆し、高機能不働
態の開発を求めている。 
第 3 章「Ni フリーSUS445 ステンレス鋼の耐食性に及ぼす窒素熱処理の影響」は、SUS445
ステンレス鋼に異なる熱処理を施し、その構造変化と耐食挙動を調べている。X 線回折か
ら、窒素熱処理で BCC 構造から FCC 構造へ変化を生ずるとともに、γN相の形成ならびに Al
N, CrN, Cr2N の生成が観測されている。また、GD-OES 測定より、SUS445 表面組成が、Fe, 
Cr 量の低減と C, N, O, Al の増加を生ずることが分かる。さらに、断面 SEM-EDX より、構
造とモルフォロジーの変化を見出した。電気化学測定による腐食電流密度の評価から、窒
素熱処理した SUS445 ステンレス鋼は、未処理材に比べて腐食速度が 1/20～1/100 程度に低
減されることが見いだされた。この時の腐食試験結果は、未処理材で観察される粒界腐食
ならびにピッティング現象が認められずに、安定であることが確認された。 
第 4 章「固体高分子形燃料電池セパレータのための窒素熱処理 Ni フリーステンレス鋼の
耐食特性」では、窒素熱処理ステンレス鋼の高耐食メカニズムを調べた上で、固体高分子
形燃料電池にセパレータとして組み込んで発電試験を行った。窒素熱処理ステンレス鋼の
表面構造を XPS 解析を行い、表面皮膜の主要成分として Cr-O, Cr-N, Cr-N-O を見出した。
そこで、ステンレス上にイオンプレーティングで Cr-N を設けて電気化学測定を行ったとこ
ろ、窒素熱処理ステンレス鋼に匹敵する低腐食電流が観測され、耐食発現機構が提示され
た。さらに、発電試験結果から燃料電池用金属セパレータとしての有用性が認められた。 
第 5 章「結論」では、本研究で得られた知見を総括的にまとめている。 
よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文
として十分な価値を有するものと認める。 
 
                     審査委員主査  梅 田   実   印 
 


Traditional Chinese

Investigation of Corrosion Behavior of Ni-free Stainless Steel for Use of Bipolar Plate in Polymer Electrolyte Fuel Cell

ABENAYAKE, CHARITHMALI CHETHIKA

English

Geospatial Indicators for Community Resilience Assessment to Floods

山田, 博之

 
 
論文審査の結果の要旨  
 
学位申請者	 山田	 博之  
 
本論文は，「しゅう動面に四角穴テクスチャパターンを有するジャーナル軸受の静およ
び動特性に関する研究」と題し，６章より構成されている。第１章「緒言」では，本研究
の背景として，テクスチャによる各種機械要素のしゅう動面の摩擦・摩耗の軽減・抑制効
果，流体潤滑運転条件下でのテクスチャの効果に関する従来の研究とその問題点をレビュ
ーし，本研究の位置づけと目的について述べている．第２章「理論的解析」では，まず従
来の数値解析で用いられている解析モデルを挙げ，その課題を述べている．次に，本研究
の対象となるジャーナル軸受の静および動特性の理論的解析モデルおよび油膜圧力を支配
する基礎方程式，ならびに本解析で導入した，テクスチャを有するジャーナル軸受のすき
ま不連続部で生じる流体の対流慣性や，エネルギー損失に起因する圧力の不連続の評価式
について述べている．さらに算出された圧力分布から求まる軸受の静および動特性の算出
方法を示している．第３章「数値計算」では，数値計算に用いた Control Volume 法および
計算領域の分割方法，計算点の定義などを説明した後，離散値化された基礎方程式の導出
を行っている．そして離散値化方程式を用いた圧力分布の収束解の算出方法，静的平衡点
および動特性係数の計算方法について述べている．第４章「実験的解析」では，まず実験
に用いた軸受特性測定用試験装置の構成と使用した試験軸受の諸元や四角穴テクスチャパ
ターンについて示し，次に静特性の測定手法，および正弦波加振法に基づく動特性係数の
測定方法について詳述している．第５章「結果および考察」では，得られた計算結果およ
び実験結果の比較により本研究で提案した解析モデルの妥当性を確認し，さらに軸受の静
および動特性に及ぼすテクスチャの影響，テクスチャの効果と運転条件，テクスチャパタ
ーンの関係について述べている．また，数値計算に基づいていくつかのテクスチャパラメ
ータの影響について検討している．その結果，テクスチャ付与により，負荷容量および油
膜の連成ばね係数が減少すること，またテクスチャ付き軸受で支持されたロータの振動に
対する安定限界速度が上昇することを示した．さらにこれらテクスチャの影響は，無次元
パラメータであるゾンマーフェルト数およびレイノルズ数が高く，テクスチャの穴数が多
く・穴が深いほど，顕著になることを明らかにした．これらの結果より，軸受内周面の全
域に寸法の小さい穴を多数有するテクスチャパターンを形成することで，高回転速度で用
いられる大型回転機械や，軽荷重の横型回転機械，鉛直軸の縦型回転機械に対する安定性
向上に寄与することを示している．最後に，第６章「総括」では，本研究で得られた結論
を述べている．  
よって，本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく，博士（工学）の学位論文
として十分な価値を有するものと認める．  
 
審査委員主査	 金子	 覚	 印  


しゅう動面に四角穴テクスチャパターンを有するジャーナル軸受の静および動特性に関する研究

永澤, 嘉浩

直接観察による高濃度スラリー中の粒子運動の解明

高柳, 翔

無電極電力抽出に向けた容量結合MHD発電の実証

佐藤, 貴紀

機能的近赤外分光法における頭皮血流アーティファクトの除去に関する研究

HUYNH, NGOC THI

1 
博士論文内容の要旨  
論 文 内 容 の 要 旨 
 
氏 名  HUYNH NGOC THI 
 
Due to limited underground space in the urban area and for saving construction cost, 
multi-circular face shield (MF shield) had been innovated to construct a twin tunnel at once. 
Furthermore, according to the more severe restriction of underground space use, horizontal and 
vertical variation shield method (H&V shield) was innovated, so that the cross section of an MF 
shield tunnel is changed from horizontal multi-circular shape to vertical one or vice versa. The 
H&V shield is manufactured by connecting two articulated shields at their rear bodies and is 
steered by articulation mechanism and copy cutter, which can be operated individually at each 
body. These steering options can generate rotating force around the shield axis, which can realize 
the construction of a spiral tunnel.  
The characteristics of H&V shield method, compared with other type shields, are as follows: 1) 
Tunnel shape and alignment: H&V shield can construct a separate tunnel and a spiral tunnel. In 
the case of a separate tunnel, H&V shield forms a tunnel with a multi-circular cross section at first, 
and two ordinary tunnels with a circular cross section after a specified point along the tunnel 
alignment by separating the H&V shield to two ordinary shields. On the other hand, in the case of 
a spiral tunnel, H&V shield constructs a tunnel with a multi-circular cross section, which is 
changed continuously from horizontal multi-circular shape to vertical one, or vice versa; 2) 
Construction period: H&V shield can shorten a construction period because H&V shield can omit 
an intermediate vertical shaft to separate the body in the case of a separate tunnel, and can 
construct multiple tunnels at once in the case of a spiral tunnel; and 3) Construction cost: H&V 
shield can save a construction cost because H&V shield body can separate without an intermediate 
vertical shaft and a ground improvment in the case of a separate tunnel, and can reduce the 
adjacent distance between two circular tunnels in the case of a spiral tunnel.  
Shield is operated for excavation, steering shield, filling up in the tail void, and segment 
installation mainly. As for steering shield, the shield is controlled by jack, copy cutter and 
articulation mechanism in practice. The jack generates thrust and horizontal and vertical moment, 
which can be determined by jack pattern and shield jack pressure. The copy cutter can carry out 
overcutting with a specified depth and a specified range along the circumference of cutter face. 
The overcutting by copy cutter defines excavation area and reduces ground reaction force at the 
overcutting range, which makes the shield rotate toward the overcutting range easier. The 
articulation mechanism for articulated shield can crease shield with a specified direction and a 
specified angle. The crease of the shield can reduce ground reaction force at curves by fitting the 
shield for its excavation area, which makes the shield rotate easily. 
H&V shield for a spiral tunnel can be controlled by spiral jacks, copy cutter and articulation 
system. The shield jack system including spiral jacks, causes the eccentric forces to generate 
torque to twist an H&V shield around its axis. The copy cutter can reduce the ground reaction 
2 
force at a specified area by overcutting the ground, and the articulation system also can reduce the 
ground reaction force by articulating the front body from the rear body of each shield. Using these 
functions, H&V shield can rotate around its axis and can advance, thus, H&V shield can construct 
a spiral tunnel.  
Recently, a construction project has been planned using H&V shield method. Because of the 
limitation of land use, such as, narrow river and existing structures over the planned route of the 
tunnel, only the spiral excavation mode of this method can construct the tunnel, of which the cross 
section enables the required amount to be discharged. However, this is the first application in 
practice except for the test execution. Therefore, this study aims to examine the H&V shield 
control method before the construction.  
At first, the shield steering parameters, such as, copy cutter operation (length and range) and 
articulation operation (direction and angle), were determined, based on the geometric conditions 
for both bodies of H&V shield independently. After that the jack operation (jack thrust force, 
horizontal moment and vertical moment) were determined, using the kinematic shield model for 
H&V shield. Next, the H&V shield behavior was simulated using the kinematic shield model for 
H&V shield, which has been developed from the one for the single circular shield to simulate 
H&V shield behavior during excavation theoretically based on equilibrium conditions. In the 
simulation process, the ground displacement around the shield was taken into account, and the 
shield operational parameters obtained from the above were also used. In this process in order to 
validate the model performance, the calculated shield behavior was examined from the viewpoint 
of theory, and the H&V shield control method was confirmed by comparing the calculated shield 
behavior with the plan data. Besides, the force acting at the connection point between the left 
body and the right body was calculated for shield design. This paper describes the H&V shield 
behavior at the a curve.  
As a result, the followings were found: 1) The calculated H&V shield behavior is reasonable 
from the viewpoint of the theory and site experience. 2) The calculated shield behavior has an 
overall good agreement with the planned one; 3) The ground displacement is a predominant factor 
affecting shield behavior; and 4) The proposed model can simulate the H&V shield behavior 
reasonably. 
(909 words) 


Study on control and simulation of H&V shield behavior

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