研究者業績
基本情報
- 所属
- 上智大学 理工学部機能創造理工学科 教授(兼任)理工学研究科委員長
- 学位
- 博士(工学)(早稲田大学)
- 連絡先
- takai-k
sophia.ac.jp - 研究者番号
- 50317509
- J-GLOBAL ID
- 200901007842400948
- researchmap会員ID
- 1000293758
【職歴】
・1990~1999:日本電信電話株式会社にて、通信用材料の研究に従事
(1)コンクリートポール用PC鋼材の遅れ破壊に関する研究、(2)通信アンテナ用超撥水・難着雪材料の開発、(3)光触媒材料の研究開発
・1999~:上智大学理工学部機械工学科(現在、機能創造理工学科)にて、機械・構造材料および機能性材料の研究開発に従事
(1)高強度鋼の水素による遅れ破壊に関する研究、(2)燃料電池システム用材料の水素環境脆化に関する研究、(3)各種金属材料中の水素の存在状態解析と水素の可視化技術の開発、(4)石英系光ファイバの環境脆化機構の解明、など
・2014~2017年:理工学部機能創造理工学科 学科長
・2018~2021年:理工学専攻機械工学領域 領域主任
・2022年~ :理工学研究科委員長
【教育歴】(主な担当講義):
マテリアルサイエンス、エネルギーと材料、材料工学特論、機能創造理工学実験演習2,
Energy & Material、機械工学輪講、理工学概説、持続可能な社会に向けたものづくり:自動車技術
【研究歴】
■主な研究テーマ
高強度鋼の遅れ破壊に関する研究
金属中の水素の存在状態に関する研究
燃料電池システム用高強度ステンレス鋼の水素存在状態と環境脆化
チタン・チタン合金中の水素存在状態解析
石英系光ファイバの環境脆化機構の解明
セラミックスの環境脆化機構解明
■主な学会活動
2005~2007年 日本鉄鋼協会「材料中の水素状態分析法標準化の基盤構築フォーラム」座長
2007~2009年 日本鉄鋼協会「水素脆化研究の基盤構築フォーラム」座長
2007~2012年 腐食防食協会「FIP試験分科会」主査
2009~2013年 日本鉄鋼協会「水素脆化研究の基盤構築研究会」主査
2015~2018年 日本鉄鋼協会「水素脆化の基本要因と特性評価研究会」主査
2019~2021年 日本鉄鋼協会 鉄鋼研究プロジェクト「高強度鋼の水素脆化における潜伏期から破壊までの機構解明」代表
2022年~ 日本鉄鋼協会 「水素脆化評価法に必須の要素技術の抽出」研究会Ⅱ 主査
経歴
3-
2023年4月 - 現在
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2006年7月 - 2009年3月
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1990年4月 - 1999年3月
委員歴
5-
2023年10月 - 現在
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2005年9月 - 2006年3月
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2001年4月 - 2003年3月
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2001年1月 - 2001年3月
受賞
7-
2014年5月
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2008年3月
論文
164-
ISIJ INTERNATIONAL 50(1) 115-123 2010年 査読有り責任著者
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CHEMICAL COMMUNICATIONS 46(41) 7775-7777 2010年 査読有り
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鉄と鋼 95(7) 573-581 2009年2月1日 査読有り責任著者弾性・塑性変形過程における純鉄およびInconel 625の水素放出挙動
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ISIJ INTERNATIONAL 49(12) 1907-1913 2009年 査読有り
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TETSU TO HAGANE-JOURNAL OF THE IRON AND STEEL INSTITUTE OF JAPAN 94(11) 522-531 2008年11月 査読有り
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ACTA MATERIALIA 56(18) 5158-5167 2008年10月 査読有り筆頭著者
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Materials Research Society Symposium Proceedings 1042 40-45 2008年
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Environment-Induced Cracking of Materials 2008年
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TMS 2008 ANNUAL MEETING SUPPLEMENTAL PROCEEDINGS, VOL 3: GENERAL PAPER SELECTIONS 3 217-+ 2008年 査読有り責任著者
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Advances in Materials Science 7(1) 205-210 2007年3月 査読有り責任著者
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ISIJ INTERNATIONAL 47(8) 1131-1140 2007年 査読有り
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American Society of Mechanical Engineers, Pressure Vessels and Piping Division (Publication) PVP 2006 2006年
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材料 54(7) 748-753 2005年7月15日 査読有りA calcium phosphate compound (Hydroxyapatite) has similar composition and crystal structure to an organism bone. Except an absorbent calcium phosphate compound, the composition that resembled apatite and a deposit having configuration generate it on the surface of apatite ceramic in vivo. In other words apatite ceramics does an organism bone and direct bonding through an apatite deposit without causing negativism. Generally this function is named bioactivity. These functions can inhibit ionic elution, roosting, wear and fretting occurring in metal biomaterial, and be extremely important from a point of view to use in vivo. However, ceramics material is extremely inferior in mechanical properties in comparison with metal material. Therefore, an application to locus accompanied by high load is difficult. It is used as bone filling material such as shank or body of vertebra under the present conditions. In other words low load is applied to locus to be accompanied by. Therefore, static load than cyclic load is important when longterm use was considered. However, bioactivity ability of apatite ceramic material and relation of mechanical properties were not clarified. A fatigue characteristic in consideration of organism environment is particularly unclear. Furthermore, it is necessary to evaluate a fatigue characteristic and crack propagation behavior when micro structure changes by apatite and chemical reaction with body fluid. This study, a static fatigue characteristic of apatite ceramics in simulated body fluid environment was examined.
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材料 53(4) 417-423 2004年4月15日 査読有りBiocompatible materials, such as bioactive ceramics and bioactive glasses can be effective in the repair of bone defects during orthopaedics surgery. These materials have been found by observation to exhibit varying degrees of osteoconductive behavior. The hydroxyapatite ceramics and bioactive glass ceramics was known as a highly bioactive ceramics, and replacements of lost bone. However, it is to be inferior to a fracture characteristic in a weak point of apatite ceramics. In the present study, surface structural changes of apatite ceramics with the bioactive function and mechanical property in simulated body fluid were investigated. Sub-micrometer hydroxyapatite ceramics powder was used as starting materials for making hydroxyapatite ceramics. Pressure less sintering was preformed at 1300℃ in O_2 atmosphere using the pre-sintered bodies. Fracture resistance (K_Q) was evaluated by ASTM E399-90 method. And also, fracture resistance tests were performed using compact tension specimens. It has been confirmed by SEM observation, thin-film X-ray diffraction matter and FT-IR reflection spectroscopy that the apatite layer can be reproduced on the surface of the hydroxyapatite ceramic even in a cellular simulated body fluid with ion concentrations nearly equal to those of human blood plasma. As a result, corrosion degradation of hydroxyapatite ceramics were preferentially recognized on hydroxyapatite particle after short time immersion into simulated body fluid. The general tendency of drastic decrease in fracture resistance was recognized in these materials. The fracture resistance of the specimen was found to decrease with increasing corrosion degradation, especially after Sweeks immersion in simulated body fluid. This remarkable degradation in fracture resistance is considered to be caused by crack propagation through corroded pit. However, the specimens after 4weeks immersion into simulated body fluid showed improved fracture resistance compared with those of corroded hydroxyapatite ceramics. There improvements in fracture resistance may be brought about through the mechanics was shown to induce the apatite layer formation on it's surface in some areas between 4 and Sweeks by simulated body fluid.
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材料 53(1) 101-107 2004年1月15日 査読有りMetals are by far the oldest materials used in surgical procedures. Titanium alloys are hoped to be used much more for applications as implant materials in the orthopedic and dental medical fields because of their mechanical properties, such as biocompatibility, corrosion resistance and specific strength compared with other metallic implant materials. The performance of any biomedical material is controlled by two characteristics, biofunctionality and biocompatibility. Biofunctionality defines the ability of the device to perform the required function, whereas biocompatibility determines the compatibility of the material with the body. This biocompatibility is improved by coating the surface in contact with living tissues with calcium phosphates, specially hydroxyapatite. Some of the new implants utilize titanium alloys substructure coated with a thin layer of calcium phosphates ceramics, hydroxyapatite, or the plasma spray technique. Hydroxyapatite coating are designed to produce a bioactive surface promoting bone growth and inducing a direct bond between the implant and the hard tissues. The titanium metal also forms the bone like apatite layer on its surface in simulated body fluid, when it has been previously treated with NaOH aqueous solution to form a sodium titanium hydro gel layer on its surface. In the present study, surface structural changes of Ti-6Al-4V alloys with the alkali treatments and mechanical property in simulated body fluid were investigated. Thus it is expected that alkali treated titanium alloys could also form the bone like apatite layer on its surface in the living body and bond to living bone through the apatite layer. Studies have demonstrated that the bone bonding ability of titanium alloys could be evaluated by testing the titanium alloys in a simulated body fluid. In test results of with apatite coating specimens extremely higher fracture strength, compared with monolithic Ti-6Al-4V alloys whose fracture strength was 60MPa・m^<1/2>. For apatite coating Ti-6Al-4V alloys the general tendencies in the fracture strength depending upon apatite coating were understood as follows. With apatite coating Ti-6Al-4V alloys it is recognized that speculated that this tight bond might be attributed to a graded interface structure between the apatite layer and the substrates.
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MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING 344(1-2) 86-91 2003年3月 査読有り
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ISIJ INTERNATIONAL 43(4) 520-526 2003年 査読有り筆頭著者責任著者
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METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE 33(8) 2659-2665 2002年8月 査読有り筆頭著者責任著者
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材料 50(10) 1068-1073 2001年10月15日 査読有りThe mechanism for fatigue failure in extremely high cycle fatigue in the regime of N > 10^7 is studied on a bearing steel, JIS SUJ2. Special focus was given to the fracture morphology in the vicinity of fracture origin (subsurface non-metallic inclusion) of a heat treated bearing steel (Specimen QT). The particular morphology looks dark during optical microscopic observation. Specimens with short fatigue life of the order of N_f=10^5 did not have such a dark area, ODA (optically dark area). To investigate the influence of the hydrogen trapped by nonmetallic inclusions on fatigue properties, specimens heat treated in a vacuum followed by quenching and tempering (Specimen VQ) were prepared. Specimens VQ contained 0.07ppm hydrogen as compared to 0.80ppm hydrogen for conventional Specimens QT. Specimens VQ had a slightly smaller ODA than Specimens QT. Hydrogen was detected by a Secondary Ion Mass Spectrometer around the inclusion at fracture origin of Specimens QT and Specimens VQ. Thus, it can be concluded that the formation of ODA is closely related to hydrogen trapped by nonmetallic inclusions. Estimations of fatigue limit by the √areaparameter model based on the original size of inclusions for fatigue limit defined for 10^7 cycles are ,10% unconservative. Considering the size of ODA into fatigue limit estimation, the √area parameter model can predict the mechanical fatigue threshold for small cracks without influence of hydrogen. The mechanism of duplex S-N curve is also discussed.
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METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE 32(2) 339-347 2001年2月 査読有り
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LANGMUIR 16(17) 7044-7047 2000年8月 査読有り
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IEICE TRANSACTIONS ON ELECTRONICS E83C(7) 1139-1141 2000年7月 査読有り
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Corrosion Engineering 49(5) 395-406 2000年 査読有り筆頭著者責任著者
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JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS 293 310-316 1999年12月 査読有り
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NTT R and D 48(3) 1999年
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電子情報通信学会論文誌. C-II, エレクトロニクス, II-電子素子・応用 J81 C-2(3) 342-348 1998年3月 査読有り無線アンテナ等の通信装置に雪氷が付着して通信回線に問題が生じることがある.これを未然に防ぐためにはっ水材料の実用化が期待されている.本論文では, 高性能の塗料型はっ水材料による着雪氷の防止性能, 着氷が電波反射に及ぼす影響の軽減について検討を行った.結果は以下のとおりである.(1)水の接触角が150度, 氷の付着力が0.1kgf・cm^-2の新しいはっ水材料を開発した.(2)このはっ水材料を塗装したアルミニウム板では+1.5℃でも雪が明確な摩擦角を示した.(3)試料に着氷が生じている間, 電波反射には影響がなかった.(4)試料上の着氷が融解する際に, アルミニウム板やエポキシ樹脂を塗装したアルミニウム板では電波の反射強度は減少するが, はっ水材料を塗装したアルミニウム板では反射強度は減少しない.
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NTT R and D 47(1) 1998年
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MATERIALS SCIENCE RESEARCH INTERNATIONAL 3(4) 216-219 1997年12月 査読有り
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MATERIALS SCIENCE RESEARCH INTERNATIONAL 3(3) 185-189 1997年9月 査読有り
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表面技術 = The Journal of the Surface Finishing Society of Japan 48(2) 235-236 1997年2月1日 査読有り
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Surface Coatings International Part B: Coatings International 80(4) 1997年
MISC
64書籍等出版物
10講演・口頭発表等
135共同研究・競争的資金等の研究課題
18-
日本学術振興会 科学研究費助成事業 2025年4月 - 2029年3月
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日本学術振興会 科学研究費助成事業 2024年6月 - 2027年3月
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(一社)日本鉄鋼協会 研究会Ⅱ 2022年4月 - 2025年3月
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(一社)日本鉄鋼協会 鉄鋼協会研究プロジェクト 2019年4月 - 2022年3月
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NEDO(委託先:新構造材料技術研究組合) 超高強度薄鋼板の水素脆化挙動評価技術の開発 2018年4月 - 2021年3月
その他
5-
2003年4月卒研生および院生に研究成果を日本鉄鋼協会、日本金属学会、日本機械学会などの講演大会で積極的に発表させ、他大学や企業の研究者と議論を交わすことで、知的向上、プレゼン能力向上を促進している。修士課程修了までに2~3回の外部発表を行っている。
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2003年4月毎回の授業終了後にホームページへ英語で記述した演習問題を掲載し、次回授業までに提出させる。これを半年間繰り返すことにより、科学技術英語および専門用語に慣れ、また、学生の理解度もアップし、さらに、学生の理解しがたい点を次の授業で解説することで、大幅に理解度がアップする。
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2003年4月各授業で使用する図面をインターネットからダウンロードできるようにし、予習および授業中の理解度促進を図っている。また、講義はすべて電子ファイル(主に、ppt)で作成し、最先端の材料技術の応用例などを写真、動画でタイムリーに紹介することで、学生たちに身近に感じてもらいモチベーションのアップを図っている。
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2003年4月学会発表の概要、投稿論文、国際会議のプロシーディングスなど研究成果を発表する際、日本語および英語ともに添削し、学生へ返却し、これを繰り返すことで科学技術論文の書き方を習得させている。
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2003年4月理工学部で授業アンケートをはじめる前から独自に授業評価を行い、授業改善に努めてきた。その結果、例えば「授業が理解しやすかったか:4.6点/5点」、「スライドなどはわかりやすかったか:4.7点/5点」など、学生からある程度高い満足度を得られた。