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

奥山, 雄介

1 
様式  
論 文 内 容 の 要 旨 
 
氏 名  奥 山 雄 介  
 
 現在，我が国で使用されている道路，鉄道，上下水道，通信施設などの社会基盤設備の
多くは，高度経済成長期に整備されたものであり，社会生活に欠かせないものとなってい
る．橋梁を例にすると，橋長が 15m を超えるような道路橋はおよそ 15.7 万橋が供用され
ており，その多くは 1960 年～1980 年代に建設されたものである．これらの橋梁がこのま
ま高齢化すると，2030 年代には，建設後 50 年以上経過した橋梁が全体の約半数を占める
こととなる．特に鋼橋に目を向けると，劣化要因の大半は腐食であり，供用期間の経過と
ともに劣化の進行が避けられない．また，近年の財政状況を鑑みるに，限られた財源の中
で，橋梁をはじめとする社会基盤施設を整備していくためには，適切な補修や補強が欠か
せないものであり，維持管理の重要性が広く認識されている．  
本研究は，既設の鋼構造物を延命化させ，かつ，従来工法にくらべて効率的かつ経済的
な補修・補強工法として，炭素繊維シート接着による補修・補強工法について検討したも
のである．これまでに検討されてきた事例では，引張や曲げを受ける部材を対象としたも
のが多い．しかしながら，実橋梁においては，桁端部での腐食損傷事例が多く見受けられ，
これまでに桁端部への適用を検討した事例は少ない．そこで，本研究では，桁端部に発生
した腐食損傷を対象として，炭素繊維シートを用いた補修・補強工法の適用性を明らかと
するために種々の実験を実施した．本論文は，これらの試験の結果から，桁端部に生じた
腐食損傷に対する炭素繊維シート接着工法の設計法，施工法についてまとめたものである． 
第 1 章では，社会基盤設備としての鋼構造物を取り巻く現状から，従来工法に代わる新
たな設計施工法の確立が重要な課題であることを説明し，本研究で対象とする炭素繊維シ
ート接着工法の概要について述べるとともに，適用範囲を広げるための諸課題について示
す．そして，これらの諸課題を解決するために設定した研究目的を明示する．  
第 2 章では，桁端部に生じた腐食損傷を炭素繊維シートを用いて補修・補強する工法を
確立することを目的として，その基礎検討として実施した FRP 接着鋼板の一軸圧縮試験に
ついて述べる．ここでは，炭素繊維シートをはじめとする 6 種類の繊維材料を用いて一軸
圧縮試験を行い，座屈変形に対して剥離することなく追従し，補修効果を発揮できるシー
トの選定を行う．本試験の結果から，大変形による剥離を防止し，かつ高い補修効果を発
揮するための積層方法として，高弾性型の炭素繊維シートを補修材とし，鋼板と FRP の間
に高伸度弾性パテ材を挿入する方法を用いるのがよいということを見出した．  
第 3 章では，鋼橋桁端部の腹板を対象とした炭素繊維シートによる補修効果を検証する
ために実施した鋼桁のせん断座屈試験について述べる．第 2 章で提案した積層方法を用い
ることで，腹板の座屈変形に対しても剥離することなく，補修効果を発揮することを確認
した．また，腹板の補修・補強方法として，断面欠損部に炭素繊維シートを部分的に貼り
付ける「部分貼り工法」と腹板全面に貼り付ける「全面貼り工法」の 2 種類の工法を提案
し，両工法とも十分な補修効果を有していることを確認した．  
2 
第 4 章では，支点部直上の垂直補剛材を対象とした炭素繊維シートによる補修効果を検
討するために実施した十字断面柱の圧縮試験および鋼桁の支点部圧縮試験について述べる．
まず，十字断面柱の圧縮試験により，軸圧縮力を受ける部材に対しても，炭素繊維シート
の厚さを鋼換算することで十分な補修が可能となることを示した．炭素繊維シートの貼り
付け方法として，下フランジへ定着を設ける場合と定着を設けない場合の 2 種類の方法を
検討した．この結果いずれの方法でも，同等の補修効果を有することを確認した．したが
って，施工性の観点から，下フランジとの定着は設ける必要がないということを見出した．
さらに，支点部周辺の垂直補剛材および腹板が損傷した場合を想定した桁の圧縮試験を実
施し，炭素繊維シートの貼り付け方法およびその補修効果について検討した．ここでは，
欠損部位を適切に補修する方法と，いずれかの部位に分散して補修する方法の 3 種類の貼
り付け方法を試みた．この結果，各部材に分散して貼り付ける方法を用いた場合でも，目
標とする強度まで回復させることができることを示した．  
第 5 章では，第 4 章までに得られた知見を基に，炭素繊維シートを用いた鋼橋桁端部の
腐食部補修法について，具体的な設計手法および施工法を明示する．さらに，本手法の妥
当性を検証するために実施した大型試験の内容について述べる．本試験の結果，本研究で
提案する炭素繊維シート接着による補修工法は，実橋梁においても十分な効果があること
を示した．  


Traditional Chinese

炭素繊維シートを用いた鋼橋桁端部の腐食部補修法に関する研究

齋藤, 拓信

（様式４）                             
別 紙 ２ 
論文審査の結果の要旨 
 
                         学位申請者   齋藤 拓信 
 
本論文は「金担持酸化チタン光触媒における活性酸素種の検出とその挙動に関する研究」と
題し６つの章からなっている。 
 序章では、昨今の地球環境を取り巻く問題点を踏まえ、この解決のために酸化チタン光触
媒技術に寄せられている期待、あるいは有用性、現在の動向について、さらに、今後の課題
点にも触れて、本研究の意義や目的が明示されている。 
 第 1 章「序論」では、酸化チタン光触媒の作用原理、生じる活性酸素種、活性酸素種の検
出法や本研究で用いた測定装置の構成について述べている。 
 第 2 章「金担持 TiO2光触媒の反応メカニズム解明」では、金担持酸化チタン光触媒の可視
光照射によって、空気中の酸素から活性酸素種であるスーパーオキシドラジカルと一重項酸
素が生成すること発見している。また、13 種類の酸化チタンを用いて試料を作製し、活性酸
素種生成量の酸化チタン粒子径依存性及び結晶構造依存性を調査した。その結果、酸化チタ
ンの粒子径が大きな試料ほど、活性酸素種生成量が増加すること、また、アナターゼ結晶型
酸化チタンはルチル型に比べ多くの活性酸素種を生成することを見出した。これらの実験結
果から、反応メカニズムを提唱し、粒径依存性は励起電子と正孔の再結合時間が延びるため、
また、結晶型依存性は伝導帯位置の違いから生じることを解明している。 
 第 3 章「反応メカニズムに基づいた金担持 TiO2光触媒の改良」では、第 2 章で提唱した活
性種生成メカニズムに基づいて金担持酸化チタン光触媒の更なる性能向上に取り組んでいる。
励起電子と正孔の再結合抑制が量子収率の向上に繋がることに着眼し、励起電子を安定に捕
捉するために銅イオンの酸化チタンへの担持を考案している。さらに、提案した試料を作製
し光触媒で生成量する活性種を増大させることに成功している。 
 第 4 章「TiO2粒子と一重項酸素の相互作用に関する新たな知見」では、未だ報告のない、
TiO2 による一重項酸素の消光作用を調査している。ポルフィリン色素増感反応によって生成
した 1O2 の寿命の酸化チタン添加による変化を測定し、消光速度定数を見積もっている。そ
れによって、酸化チタンによる活性酸素種の失活作用は実用上考慮する必要がないことが示
されている。 
 終章「総括」では、本研究で得られた成果・知見についてまとめて示されている。 
 このように、本論文では、環境浄化等の分野で注目を集めている可視光応答型光触媒の一つ
である金担持酸化チタン光触媒に注目し、可視光照射によって生じる活性酸素種を直接検出す
ることで反応メカニズムを明確にした。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  野坂芳雄  印 
 
 


金担持酸化チタン光触媒における活性酸素種の検出とその挙動に関する研究

髙橋, 健司

1 
論 文 内 容 の 要 旨 
氏名 髙橋 健司 
 
Sphingobium sp. SYK-6 株は、リグニンの主要な分子間結合を持つさまざまなリグニ
ン由来の二量体および単量体化合物を唯一の炭素源・エネルギー源として生育できる
バクテリアである。SYK-6 株の多様なリグニン由来芳香族化合物代謝に関わる酵素遺
伝子を解明することによって、これら遺伝子を利用したリグニンからの工業原料生産
系の構築や木質バイオマスの効率的な有効利用に資するリグニンの構造改変が可能に
なると期待される。本研究では、これまでに明らかにされていなかったb-5¢結合を持つ
フェニルクマラン型化合物、デヒドロジコニフェリルアルコール  (DCA)の代謝経路お
よび本代謝経路に関与する酵素遺伝子について解析を行った。  
SYK-6 株による DCA の代謝産物の解析から、DCA は初めに B 環側鎖 Cγ 位アルコー
ルがカルボン酸に酸化された DCA-C へと変換され、その後、DCA-C の A 環側鎖 Cγ 位
アルコールがカルボン酸に酸化され、脱炭酸を受けた後にスチルベン型構造を経てバ
ニリンおよび 5-ホルミルフェルラ酸に代謝されることが示唆された。SYK-6 株の遺伝
子ライブラリーから宿主に DCA 変換能を与える酵素遺伝子として、キノヘモプロテイ
ンアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子とアリールアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子
にそれぞれ相同性を示す SLG_05620 と SLG_24930 が単離された。これらの遺伝子産物
は、DCA を DCA の B 環側鎖 Cγ 位がアルデヒドに酸化された DCA-L に変換する活性
を有していた。SYK-6 株のゲノム中には、SLG_05620 および SLG_24930 と相同性を示
す複数の酵素遺伝子が存在し、少なくとも両遺伝子を含む 7 つの遺伝子の産物が DCA
変換活性を有することが示された。一方、DCA-L の酸化に関与する酵素遺伝子として、
SYK-6 株に存在する 21 個のアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子に着目し、各遺伝子産
物の DCA-L 酸化活性を調べた。その結果、4 つの遺伝子産物に顕著な活性が見られた。
これらの中で高い酵素活性を示した SLG_27910の遺伝子破壊株において DCA-L変換の
有意な低下が観察された。以上の結果から、DCA から DCA-C への変換に関わる 2 段階
の酸化反応には、複数のアルコールデヒドロゲナーゼとアルデヒドデヒドロゲナーゼ
が関与すると結論された。  
SYK-6 株の細胞抽出液を用いた実験から DCA-C 変換酵素は、i) フラビンアデニンジ
ヌクレオチドの存在下で活性化されること、ii) 細胞膜と細胞質の両者に局在すること、
iii) DCA 培養時に比活性が約 1.7 倍と低レベルに誘導されることが示された。これらの
情報と DNA マイクロアレイ解析の結果に基づき、候補遺伝子として DCA 培養時に約
2 倍に発現が誘導される 2 つのオキシダーゼ遺伝子 SLG_09480 (phcC) と SLG_09500 
(phcD) を見出した。これら遺伝子の推定アミノ酸配列は、グルコース－メタノール－コ
リンオキシドレダクターゼファミリーに属する酵素と相同性を有し、 reverse 
transcription-PCR解析から両遺伝子が 1つのオペロンとして転写されていることが示さ
れた。phcC 破壊株と phcD 破壊株の DCA-C 変換活性が SYK-6 株と比較して顕著に低下
し、phcC phcD二重破壊株が DCA-C変換活性を失ったことから、これら遺伝子が DCA-C
の変換に必須であることが明らかとなった。phcC および phcD を大腸菌で発現させ、
膜画分を用いて PhcCと PhcDの酵素学的諸性質を解析した。PhcCと PhcDによる DCA-C
2 
変換能を調べた結果、これら酵素は DCA-C の A 環側鎖 Cγ 位アルコールをカルボン酸
に酸化する活性を持つことが示された。キラルカラムを用いた高速液体クロマトグラ
フィー分析から、PhcC と PhcD は、それぞれ (+)-DCA-C と (-)-DCA-C の変換に特異的な
立体選択的オキシダーゼであることが明らかとなった。さまざまなリグニン由来化合
物を用いて基質特異性を調べたところ、PhcC と PhcD は DCA とその誘導体の A 環側鎖
Cγ 位の酸化に特異的に作用することが示された。PhcC と PhcD の大部分が膜に局在す
ることから、両酵素の電子受容体は膜に存在することが推定された。実際に両酵素は
ユビキノン  (coenzyme Q10) 誘導体である CoQ0と CoQ1を電子受容体として利用可能で
あり、加えて DCA 培養時にシトクロム c をコードする SLG_38090 の発現が顕著に誘導
されることが示された。以上の事実から、膜に局在する PhcC と PhcD は DCA-C を酸
化する際にユビキノンに電子を渡し、シトクロム c を経由して呼吸鎖に電子を伝達す
ることが示唆された。  


Japanese

Sphingobium属細菌におけるフェニルクマラン型リグニン由来化合物代謝系の解明

小杉, 祥

1 
様式  
論 文 内 容 の 要 旨 
 
氏 名  小杉 祥  
 
工業・産業の分野において、温度は製品の品質などに関わる重要なパラメータの一つで
あり、これを測定したいというニーズは数多く存在する。例えば、加工プロセスにおいて、
工具や被加工物には平板や円筒など様々な形状があるほか、回転体といった動体もある。
さらに、工具と被加工物は、接触による温度上昇のために接触面近傍に急峻な温度勾配が
発生する。既存の温度計測手法でこれらの表面や内部の温度分布を測定することは容易で
はない。超音波は材料表面や内部を伝搬するため、それらの温度を非破壊に求めることが
できる。さらに、レーザー超音波は超音波の送受信にレーザーを用いるため、センサー等
の設置における空間的、形状的な制限が少なく、また、動体への適用も容易である。そこ
で、本研究では、加熱材料の非接触温度分布モニタリングへのレーザー超音波法の適用に
ついて詳細に検討した。  
第 1 章では、工業・産業の分野における温度計測のニーズや、温度計測手法について説
明するとともに、本論文の目的および位置づけ、構成について述べている。  
第 2 章では、レーザー超音波法の特徴ならびに長所や短所について説明している。特に、
レーザーによる超音波の発生のメカニズムである熱弾性効果とアブレーションについて、
超音波の指向性の観点から説明している。  
第 3 章では、超音波による温度計測の原理を説明するとともに、パルスレーザースキャ
ニングによる簡便な温度分布計測手法について述べている。超音波による温度計測は、超
音波音速が材料の温度に依存する性質を利用しており、伝搬経路上の音速からその経路上
の平均温度を求めることができる。パルスレーザースキャニングによる温度分布計測手法
は、パルスレーザーを材料表面の複数点に照射し、各照射点間の平均温度を求めることで
材料表面の温度分布を簡便に求めることができる。本手法の有用性を確認するために、ア
ルミニウム板の一端を加熱したときの表面温度分布や、裏面加熱と片側冷却により複雑に
変化するアルミニウム板表面の温度分布の計測を行った。その結果、いずれの実験におい
ても超音波法により推定された温度分布は赤外線カメラによる結果とよく一致したことか
ら、本手法の有効性が確認された。  
第 4 章では、超音波計測に差分法を組み合わせた温度分布計測手法について述べている。
この手法は超音波計測に一次元熱伝導方程式の差分法による数値解析を組み合わせること
で一次元温度分布を求めることができる。第 3 章で提案したパルスレーザースキャニング
による手法と比較すると、レーザー照射点が少ない（励起と受信の 2 点）という利点に加
え、高い空間分解能で温度分布モニタリングが可能になるという特徴を有する。また、本
手法は材料表面だけでなく内部の温度分布計測にも適用できることから、様々なアプリケ
ーションへの適用が期待できる。本手法の有用性は、アルミニウム板の一端を加熱したと
きの表面温度分布のモニタリングを行い、赤外線カメラとの比較から確認された。また、
本手法は、レーザー照射点近傍の温度を推定することができるため、加熱面に近い温度を
測定することも可能である。  
2 
第 5 章では、第 4 章で提案した差分法を組み合わせた手法を応用し、レーザー超音波を
用いた回転円柱および中空円筒の内部温度分布計測手法について述べている。この手法は
外面加熱または内面加熱による軸対称温度分布を有する円柱や円筒を対象としている。円
柱では外周を伝搬する表面波の計測、中空円筒では外周を伝搬する表面波と半径方向に伝
搬する縦波の同時計測を行うとともに、円筒座標系の一次元熱伝導方程式を差分法で解く
ことにより、半径方向の温度分布を求めることができる。回転円柱の温度同定において、
円柱回転時の偏心によるレーザー照射位置の変化で伝搬距離が変化するため、温度計測に
大きな誤差が生じる。そこで、円周を時計回りおよび反時計回りに伝搬する二つの表面波
の伝搬距離の合計が円柱一周分になることに着目することで、回転時の偏心の影響を受け
ない高精度な温度計測を可能にした。各手法の有用性はガスバーナーを用いた加熱実験を
通して、赤外線カメラや熱電対との比較より確認した。  
第 6 章では、斜入射バルク波計測による加熱面近傍の温度分布計測手法について述べ
ている。第 5 章では、円柱の半径方向の温度分布を対象としているのに対し、本手法は、
円柱の軸方向の一次元温度分布を対象としている。また、第 4 章で提案した手法で軸方
向の温度分布を求めるためには、超音波の送受信を加熱面に対向する面で行う必要があ
るため、例えば、工作機械のように工具や被加工物を固定する場合、超音波の送受信が
困難となる。本手法では、レーザー超音波によって励起される縦波と横波の指向性に着
目し、パルスレーザーを加熱面に対して垂直な面に照射し、その面から加熱面に対して
斜入射するバルク波を用いて加熱面近傍の温度分布を求めることができる。この手法の
有用性はアルミニウム円柱端面を加熱したときの円柱内部温度分布モニタリングより確
認した。  
第 7 章では、以上の結果をとりまとめ総括としている。開発した手法は、板材や円柱、
中空円筒および回転体といった測定対象に対して、非破壊・非接触に温度分布を測定でき
る。今後、これらの手法が実際の加工プロセス等の温度モニタリングに適用されることが
期待される。  
 
 


レーザー超音波を用いた加熱材料の非接触温度モニタリング

向井, 康博

1	 
様式 3 
論 文 内 容 の 要 旨  
 
氏	 名	 	 向井	 康博  
 
発電用ガスタービンの動静翼は高温の燃焼ガスに曝されるため，酸化防止やメタル温度
抑制を目的として，外表面に耐熱コーティングを施し，また内部冷却孔を設ける場合が多
い．これらによる環境的損傷低減効果は顕著である一方で，破断延性の低いコーティング
の存在や内部冷却に伴う熱応力により，基材表面や冷却孔周囲から熱疲労き裂が発生しや
すい．熱応力によるき裂進展の場合，き裂進展とともに進展速度が減速する可能性が期待
できるため，き裂進展挙動を高精度に予測できれば損傷許容管理の手法が適用できる可能
性がある．  
ガスタービンでは熱効率向上を目的とした燃焼ガス温度の高温化が進められており，近
年の発電用ガスタービン動翼では一方向鋳造により結晶粒を制御した Ni 基超合金が適用
される傾向にある．結晶制御された材料での疲労き裂は個々の結晶粒方位や結晶粒界の影
響を受けて複雑な進展挙動を示す場合があることが知られている．本研究では，疲労き裂
進展の評価手法の高精度化を目指し，結晶構造のシンプルな Ni 基単結晶超合金を供試材と
した疲労き裂進展試験を実施し，進展挙動に及ぼす結晶すべりの影響の評価を試みた．  
第 1章では Ni基単結晶超合金の疲労き裂進展挙動に関するこれまでの研究内容と課題を
整理し，本論文の目的と位置づけについて述べた．  
第 2 章では，Ni 基単結晶超合金を供試材とした疲労き裂進展試験を実施し，温度・方位
が疲労き裂進展挙動に及ぼす影響を明らかにした．その結果，室温では結晶すべり面に沿
ったせん断型き裂進展が主体となるが高温では荷重垂直方向へのモード I 型き裂進展が主
体となること，せん断型き裂進展速度とモード I 型き裂進展速度はそれぞれ，分解せん断
応力拡大係数範囲と弾性異方性を考慮に入れたエネルギー解放率により評価できることを
明らかにした．また，試験片側面においてモード I 型からせん断型へ遷移した際の進展速
度をすべり面に作用する分解せん断応力拡大係数範囲で整理したところ，遷移時の進展速
度はせん断型き裂進展速度のデータバンド内に含まれ，せん断型とモード I 型のうち進展
速度が速い方の破壊形態でき裂進展が生じると考えることにより，試験片側面におけるモ
ード I 型からせん断型へのき裂進展形態の遷移を評価できることを明らかにした．  
第 3 章では，実機においてコーティングを起点として発生する複数き裂の進展挙動の評
価を目的として，Ni 基単結晶超合金を供試材とした複数き裂進展試験を室温で実施した．
その結果，複数き裂の場合もき裂は結晶すべり面に沿ってせん断型で進展することがわか
った．FEM 解析により複数き裂に作用する応力拡大係数の評価式を開発し，せん断型で進
展する複数き裂に適用した．開発した方法を，モード III 応力拡大係数を主な駆動力とし
て進展するせん断型き裂に適用したところ，複数き裂の進展速度は第 2 章で示したせん断
型き裂進展速度データバンド内にプロットされ，開発した方法によりせん断型で進展する
複数き裂を良好に評価でき，複数き裂の成長分布も良好にシミュレートできた．一方で，
モード II応力拡大係数の寄与を受けて進展するせん断型き裂ではモード II応力拡大係数が
複数き裂効果によりあまり低下しないため，単一き裂に近い進展を示すことがわかった．  
2	 
第 4 章では，実機動翼に作用する Out-of-phase 型に近い温度 -荷重履歴が Ni 基単結晶超
合金のき裂進展挙動に及ぼす影響を明らかにするため，200°C-500°C 間と 200°C-800°C 間
の Out-of-phase 型の熱機械疲労き裂進展試験と，比較として 200°C 一定温度での疲労き裂
進展試験を実施した．その結果，単結晶超合金のき裂進展形態は最大引張荷重時の温度だ
けでは決まらないことが明らかとなった．せん断型のき裂進展を示したき裂進展速度は分
解せん断応力拡大係数範囲を用いることで，第 2 章で得られた一定温度試験におけるせん
断型き裂進展速度データバンド内に整理することができ，せん断型き裂進展を示す場合に
は試験サイクル中の温度変動の影響は小さいと推定された．モード I 型き裂進展を示した
熱機械疲労き裂進展データは，弾性異方性を考慮に入れたエネルギー解放率で整理するこ
とにより，第 2 章で得られた一定温度でのモード I 型進展速度のデータバンド内に概ねプ
ロットされた．  
第 5 章では，Ni 基単結晶超合金におけるき裂先端でのすべり変形挙動の温度依存性が γ’
相の強度の逆温度依存性にあると考え，γ/γ’複合構造を考慮した結晶塑性 FEM 解析を実施
した．本章ではまず初めに単軸引張試験で得られた流動応力からユニットセル解析を介し
て γ/γ’両相の強度を逆推定した．次に，γ/γ’複合組織構造を考慮した材料構成式を提案した．
その後，き裂先端でのすべり変形挙動を結晶塑性 FEM 解析により評価した．作成した構
成式を用いて，き裂先端塑性域における γ’相中のすべり変形挙動に及ぼす γ/γ’複合組織の
影響を評価した．その結果，γ’相の強度が上昇する 500°C から 900°C では 111 [110]すべり
変形が抑制された．モード I 型からせん断型へのき裂進展形態の移行は，き裂先端塑性域
において特定のすべり系のすべり変形が顕著に生じた場合に起きると仮定すると，高温に
おいてせん断型き裂進展が生じにくいのは主として γ’相の CRSS の上昇によるものと考え
られた．  
第 6 章では，第 5 章での結晶塑性 FEM 解析により計算されたき裂先端すべり変形挙動の
妥当性確認を目的として，X 線回折法によりすべり変形挙動を測定することを試みた．ま
ず初めに，種々の単軸引張ひずみを負荷した Ni 基単結晶超合金を供試材とし X 線回折測
定を実施し，塑性変形に従い回折 X 線幅が増大することを確認した．次に，繰返し負荷を
与えた Ni 基単結晶超合金の切欠き底に対して，X 線のマッピング測定を実施し，Ni 基単
結晶超合金の切欠き底におけるすべり変形分布の測定を試みた．その結果，(220)面の測定
では切欠きから右下方向（ [110]方向）に半価幅がバンド状に増大する領域が認められた．
この結果は第 5 章での FEM 解析結果を支持するものであり，繰返し負荷に伴って切欠き
底に生じるすべり変形を実験的に明らかにした．  
第 7 章では本研究を総括し，本論文の結論を示した．  
 
 


複合組織を有するNi基超合金の疲労き裂進展機構とその評価

NGUYEN, THU HA

論 文 内 容 の 要 旨 
 
氏 名    Nguyen Thu Ha 
 
Hydrogenated natural rubber (HNR) derivatives may have a potential to be useful for 
various applications under environmentally harsh condition. For instance, the HNR derivatives 
are anticipated to be superior in weather resistance, heat resistance, ozone resistance and chemical 
resistance as well as mechanical properties1,2, since they have functional groups and  saturated 
backbone of hydrogenated cis-1,4-isoprene units. Furthermore, there is an opportunity for further 
improvement of the preparation of HNR derivatives; that is, the hydrogenation must be carried 
out in latex stage, we may establish a solvent free, low volatile, water process as a next generation 
procedure to prepare green soft materials. Therefore, preparation of HNR derivatives in latex 
stage is of significant advantage to develop natural rubber (NR) field. 
Preparation and graft-copolymerization of HNR are performed in latex stage after 
removal of proteins from the rubber with urea and surfactant. Hydrogenation of deproteinized 
natural rubber (DPNR) latex is carried out with palladium catalyst under hydrogen atmosphere. 
The hydrogenated DPNR (HDPNR) is crosslinked with a peroxide followed by graft-
copolymerization of styrene (Sty) and acrylonitrile (AN) in latex stage in order to prepare a graft-
copolymer of crosslinked HDPNR with poly(styrene-co-acrylonitrile) (HDPNR-graft-PSAN). 
Characterization of the products is performed by nuclear magnetic resonance (NMR) 
spectroscopy. The conversion of hydrogenation is investigated with respect to the catalyst feed, 
acidity (pH) and dry rubber content (DRC). In the resulting HDPNR-graft-PSAN, mole fraction 
of AN and Sty is 1.4 and 5.8 mol%, respectively. The graft-copolymer is used to improve 
properties of PSAN as an impact modifier. The Charpy impact strength of crosslinked HDPNR-
graft-PSAN/PSAN is about eight times as high as PSAN. 
Heterogeneous hydrogenation of NR present in dispersoids in latex was studied by latex-
state 13C-NMR spectroscopy in order to understand its mechanism. The hydrogenation was 
carried out in the presence of hydrogen gas and palladium nano-particle as catalyst at 60 to 80oC 
in various reaction times. The hydrogenation conversion estimated from latex-state 13C-NMR 
spectroscopy was found to be linear dependent upon reaction times, which suggested the 0th order 
kinetics of this hydrogenation procedure. The activation energy of the heterogeneous 
hydrogenation of NR latex was calculated from the kinetic constants to be 60.8 kJ/mol. It was 
found that the cis-trans isomerization and chain scission occurred throughout the hydrogenation 
of NR in the presence of hydrogen gas and palladium catalyst in latex stage. 
An attempt to prepare HNR with hydroxyl groups was made by hydrogenation of 
epoxidized natural rubber (ENR) in latex stage after removal of proteins. The hydrogenation was 
carried out by reaction of deproteinized ENR (EDPNR) with hydrogen gas in latex stage with 
palladium black as the catalyst, in which EDPNR was prepared by epoxidation of NR followed 
by deproteinization. Effects of dry rubber content, concentration of surfactant and feed of catalyst 
on the hydrogenation of EDPNR in latex stage were investigated to find the optimal condition for 
achieving the highest conversion. Characterization of the resulting hydrogenated EDPNR 
(HEDPNR) was carried out through NMR spectroscopy and size exclusion chromatography to 
prove introduction of hydroxyl groups into the rubber without chain scission. Mechanical 
properties, thermal aging properties and oil resistivity of HEDPNR were compared with those of 
NR, DPNR and ethylene-propylene-diene rubber. It was found that tensile strength, permanent set, 
thermal resistance and oil resistance of NR were rationally improved by hydrogenation of the 
rubber and introduction of the hydroxyl groups. 
 


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