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機械システム工学部門

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特殊深絞り、複合薄板成形、板鍛造の開発
薄板の材料流れをコントロールする新しい薄板成形技術
金属薄板成形では、一般に変形を板面内の2軸の伸び・縮みで分類します。面内で伸びと縮みが同時に生じるものを「縮みフランジ変形」と呼び、面内2軸で共に伸びる変形を「伸びフランジ変形」と呼んでいます。本研究では、工具やプロセスを工夫することによって、この「縮みフランジ変形」と「伸びフランジ変形」、すなわち材料流れをコントロールして、”少工程”および”少工具”による薄深いシェル形状の成形方法を開発しています。研究者
飯塚 高志 准教授

木材および木材粉末成形、混練型WPC成形
二酸化炭素排出削減と環境保全のためのキーテクノロジー
木質資源の持続的な有効利用は、二酸化炭素排出削減に効果的であるとともに石油系資源や原子力のみに依存しないサスティナブルな社会を形成するために重要な課題です。また、木質資源の計画的な利用は環境保全や災害の予防の意味でも非常に重要となっています。現在、環境に優しい活動として植林のみが注目されていますが、実際は間伐や活動が鈍化した木々の伐採も同様に必要です。木材の産業的な需要を生み出すことが、これらの問題を解決するための一つの手段と考えられます。本研究室では、木質資源の工業的な利用促進を目的に、実用化を目指した木材・木材粉末および混練型WPC(Wood Plastic Composite)の加工プロセスの開発を行っています。研究者
飯塚 高志 准教授

マイクロ工具の製作
微細な穴あけ・溝加工が可能
放電加工によりマイクロ工具を製作します。それを用いて、微細穴あけ加工・微細溝加工などが、切削加工・超音波加工・放電加工により行えます。
●マイクロ工具
WEDG(ワイヤ放電研削)による微細軸形状の加工(図1)
製作されたマイクロ工具の例(図2、図3)
研究者
江頭 快 准教授

高機能表面の創成技術①
高能率鏡面仕上げと極小径穴裏面エッジ仕上げ
切削加工・研削加工・研磨加工・特殊加工などによる鏡面加工技術や微細加工技術は、現在著しい発展を遂げている、最先端の情報・輸送機器やメカトロデバイスなどの先端機械・機器を支えています。また、材料表面に微細構造を形成することで、様々な表面機能の発現が期待されます。たとえば、親水性の向上や摺動面の摩擦低減、マイクロリアクターなどへの応用が挙げられます。
当研究室では、ラピッドローテーション鏡面研削による高能率鏡面加工技術、ふれまわり放電加工によるランダムテクスチャリング、電解放電テクスチャリングによるマイクロパターニングなどの技術によって、さまざまな高機能表面の創成を目指しています(図1)。
研究者
太田 稔 教授
江頭 快 准教授
山口 桂司 助教

高機能表面の創成技術②
ふれまわり放電加工や電解放電加工による微細構造形成
輸送機器をはじめとする多くの機械・機器類において、環境性能が重視されるようになっています。環境性能を向上させるためには、廃棄物・排出物の削減や動作効率の向上などさまざまな対策が考えられます。当研究室では輸送機器等の高能率化を図るために、これまでに培ってきた精密加工技術・微細加工技術を応用し、摺動部の摩擦特性の改善を目指しています。研究者
太田 稔 教授
江頭 快 准教授
山口 桂司 助教

確率論からのアプローチ
画像データに基づいたコンクリートクラックの検出
コンクリート構造物に生じるクラックの発見は、構造物の安全を守る上で極めて重要です。その診断は様々な手法によって行われていますが、検査範囲が広大である場合には目視による検査は多大な困難を伴います。本研究の目的は、コンクリート表面に現れているクラックを、画像情報から自動的に抽出するシステムを構築することです。
本手法は、クラック画像をフラクタル性の強い、尾根状の明度分布を持った図形であると見なし、その尾根の断面形状をなぞる検出関数を用いた尤度比検定を行うことで、クラックの有無を判定します。検出関数の広がりや高さを変えることで、様々な太さのクラックを識別することが出来、また、統計的に処理を行うことでコンクリート面に付着した汚れなどの雑音成分にも強いという特徴があります。コンクリート表面には様々な人工物(パイプ、窓枠、コンクリートの継ぎ目など)が設置されたり表出したりしており、本手法では直線的な人工物の輪郭なども判別し誤検出を極力抑える工夫を行っています。
研究者
澤田 祐一 准教授

加速度の二階微分量の観測
ジャークドットセンサによる構造物の損傷検出
本研究では、加速度の二階微分量を観測するセンサを用いて、亀裂の進展による部材の振動成分を背景雑音と区別して、検出することを目的とします。
このセンサを従来から用いられている加速度センサと区別し、有用性を検証します。
研究者
曽根 彰 教授

形状記憶合金を用いた免震装置
超弾性形状記憶合金線材のばねを用いて
形状記憶効果と超弾性
形状記憶合金は形状記憶効果と超弾性という二つのユニークな性質を持つスマート材料です。このうち超弾性とは、負荷過程において生じた非線形ひずみが除荷のみによって回復するという性質です。また、超弾性形状記憶合金は負荷過程において応力がひずみに対して飽和するという性質を持つので、これをばねとして用いると力の伝達を制限することができると考えられます。
研究者
曽根 彰 教授

RPモデルとCAD/CAMを利用したポンプ開発
RPモデルの遠心ポンプケース内3次元速度場計測
提案技術は、高効率な遠心ポンプ設計・開発環境を提供します。RPモデルの遠心ポンプは、3次元CAD/CAMで設計・プログラムし、透明アクリル樹脂をNCマシンで切削加工することで作成します。デジタルホログラフィ法を用いることで、複雑な形状を持つ遠心ポンプケース内の3次元速度場計測を可能とします。研究者
田中 洋介 助教

VR設計(CAD・CAE・CAM)の強化
RPモデルの時系列3次元応力場計測(1)
提案技術は、VR設計(CAD/CAE/CAM)との集約が可能なホログラフィ法を用いたラピッドプロトタイピング(RP)モデルの時系列3次元応力場計測システムです。本計測システムは、3次元CADデータを基にCAM出力されたプログラムで、RPマシンを用いてトレーサが透明樹脂に分散するRPモデルを作成します。作成したモデルをホログラフィ法により時系列3次元応力場計測を実施します。得られた実験結果は設計システムへフィードバックを行い、高効率な設計開発環境を実現します。研究者
田中 洋介 助教

VR設計(CAD・CAE・CAM)の強化
RPモデルの時系列3次元応力場計測(2)
研究者
田中 洋介 助教

表面改質による機械要素の高性能化
表面改質技術を駆使して地球環境負荷を低減する
ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜は、炭素系硬質皮膜の一つであり、優れたしゅう動性と高硬度を有しています。そのため、様々な機械要素のしゅう動面に適用されようとしていますが、密着性が低いことと高面圧に対して弱いことから、なかなか適用が進んでいません。そこで、高面圧環境下で使用される機械要素への適用を目的に、特に転がり滑り接触に対して、被覆条件を変えて作製したDLC膜の破壊形態を観察することにより、現在、DLC膜の破壊機構の解明に取り組んでいます。研究者
中村 守正 助教

燃料電池内部現象の計測・評価技術の開発
可視化計測による燃料電池セル内物質輸送現象の解明
固体高分子形燃料電池(PEFC)は、次世代の自動車用動力源や定置型分散電源として普及が期待されています。しかしながら、PEFCセルの内部で生じている基本的な反応メ力ニズムや物質移動現象は十分明らかにされておらず、燃料電池の高性能化を実現させるためには、これらの内部現象を把握するための新しい計測評価技術の確立が必要不可欠です。本研究では、PEFCセル内部における物質(水素、酸素、水)の輸送現象を解明するための可視化計測手法の開発を行っています。研究者
西田 耕介 准教授

情報処理技術を応用した実験速度場補正技術
実験で得られた速度場のノイズが除去できます
近年の計測技術の発展に伴いPIVやPTVを用いて速度場計測がなされていますが、信頼性の高い実験データを得るためには実験に伴うノイズを除去する必要があります。また、流体関連機器の性能向上により、より複雑な形状をした流路の実験が必要不可欠になってきていますが、この様な実験においては様々なノイズが混入しやすくなってしまいます。そこで本研究においては情報処理技術を用いることによりノイズを除去する手法を提供します。本手法を用いることにより非圧縮性条件を満足する速度場を得ることができ、さらに、実験では測定することが容易でない圧力場も予測することができます。研究者
西田 秀利 教授

イルカの表皮にヒントを得た流体抵抗低減法
圧力抵抗を抑えつつ摩擦抵抗を低減する表面の開発
■背景
船舶の燃油節減と舶用エンジンの排ガスによる大気汚染防止、水や原油のパイプラインのポンプ動力削減による省エネルギー化が求められています。これらの装置やシステムは長期間運用のため、わずかな抵抗低減でも効果が高くなります。また、メンテナンスをあまり必要としない方法が望まれています。
■目的
摩擦抗力と圧力抗力の計測法を確立し、その方法を用いて摩擦抗力と圧力抗力の増加を抑える新規な表面や物体の開発を目指しています。また、新規な表面や物体の応用の指針の提示も目指しています。
研究者
萩原 良道 教授

希薄高分子水溶液流の研究
摩擦抵抗を減らし、液体を流れやすくする
管内を流れる液体に極微量の高分子を添加すると、摩擦抵抗が大幅に減少します。
すなわち、ポンプ動力を下げることができるのです。
同時に、熱のもれも低下します。
すなわち、管のまわりに巻く断熱材を少なくすることができるのです。
研究者
萩原 良道 教授

冬ガレイなどにヒントを得た氷結晶の成長抑制
食品保存の安全性向上と省エネ化、医療の高度化
■背景
医療分野、バイオテクノロジー分野、食品分野では、水の凝固による細胞や組織の破壊を防ぐことの重要性が高まっています。また、食品・食材の冷凍保存に関して、冷凍の省エネルギー化や解凍時の氷再結晶化による劣化防止が求められています。このような事例では、安全な添加物による氷成長抑制が有効です。
■目的
添加物として有望な不凍タンパク質(Antifreeze protein; AFP)に注目し、非平衡結晶成長過程における氷成長抑制のメカニズムを明らかにします。安全かつ省エネルギー化に有効な、タンパク質あるいはその代替物を特定し、食品や組織の最適な保存方法を確立します。
研究者
萩原 良道 教授

マイクロバブルによる伝熱促進
小さなあわの力で省エネを実現します
鉛直加熱平板における自然対流熱伝達は、様々な伝熱機器における加熱・冷却手段として幅広く利用されています。このため、自然対流熱伝達の大幅な促進は、伝熱機器の高効率化・コスト削減に寄与し、さらにはエネルギの有効活用に伴う地球規模での環境問題にも貢献します。本研究では、液体中の加熱平板自然対流熱伝達を効率よく促進させる方法として、マイクロバブルの利用を提案します。マイクロバブルは温度境界層厚さよりも十分に小さく、境界層内での停滞時間が長いのが特徴です。これにより、壁面近傍で作動液体との局所的相互干渉が大きくなり、熱輸送の大幅な促進が可能となります。研究者
萩原 良道 教授
北川 石英 准教授

血液流れと血管壁の相互作用解析
心血管系疾患の定量的評価を目指して
動脈硬化症に代表される心血管系疾患は、血管壁肥厚および粥種形成を伴う重篤な病気であり、早期発見ならびに適切な治療を施すためには、心血管系疾患の発症と病変部位の進展のメカニズムの解明が必要です。本研究では、動脈硬化症の発症・進展に深く関わっている血管壁面せん断応力の解析や、大動脈弁狭窄症における血液と弁膜との相互作用の解析等を行い、心血管系疾患における症状や進展メカニズムを生体力学的に考察します。研究者
福井 智宏 助教
森西 晃嗣 教授

機械・構造物の健全性モニタリング
き裂の進展やボルトの緩みなど構造の劣化を診断します
機械や構造物などの稼働時振動や人工的な刺激に対する動的応答を調べることにより、対象物を分解したり稼働を停止したりすることなく、稼働状態や損傷・故障などの異常を定量化し、健全性やパフォーマンスを評価・診断する研究を行っています。研究者
増田 新 准教授

実稼働状態における構造物健全性を診断
き裂や剥離を検知する非線形圧電インピーダンス変調法
構造物の表面に貼付した単一のセンサ(圧電素子)によって、き裂、剥離、ボルトの緩みなどの損傷・異常を微小段階のうちに検出するための「非線形圧電インピーダンス変調」に基づく構造健全性の監視診断技術です。構造物におけるき裂・剥離損傷の検出、設備の健全性監視、割れや締結不備などを対象とした製品検査に利用可能です。
■「非線形圧電インピーダンス変調法」とは
き裂や剥離、ボルト継手の緩みなど、接触面の生成や成長を伴うタイプの損傷部位においては、低周波数の振動負荷による面接触圧力の変化によって、接触面における弾性波動の散乱条件が変化します。この非線形効果によって、構造物に貼付された圧電素子の高周波領域における電気アドミタンスが外部負荷に同期して変化し、その結果、定電圧振幅で高周波駆動される圧電素子に流れる電流波形は振幅変調および位相変調を呈します。この効果は損傷の進展に伴ってより顕著になるものであるため、圧電素子を流れる電流波形から取り出した変調情報を用いた指標値により、高感度かつベースラインフリーな損傷検知が可能になります。
■技術の特長
・実稼働状態における健全性診断を可能とする技術です。
・異常を早期から(損傷率5%~)検出可能。
・圧電素子をセンサとして用いているため、構造物への組み込み・埋め込みが可能です。
・基準となる「健全状態のデータ」を必要としません。
■技術の利用分野
・金属構造物の健全性監視
・プラント設備の健全性監視
・コンクリート構造物の健全性監視、地震後のき裂損傷定量化
・複合材料構造物の健全性監視
・ひび割れ、締結不備などをターゲットとした製品検査
研究者
増田 新 准教授

熱画像の逆解析によって隠れた欠陥を定量化
赤外線サーモグラフィによる構造物欠陥検出
赤外線カメラで撮影した構造物表面の温度画像から、剥離など表層内部の空洞欠陥の存在位置および3次元形状を再構成する実用的な定量的診断技術を開発しました。
温度画像を無限平板モデルに周期的に埋め込むことによって熱伝導モデルを大幅に単純化し、安定で高速な逆解析を可能にしています。
さらに、定常熱伝導モデルから非定常熱伝導モデルへの拡張を行うとともに、画像の境界付近に出現する虚像の除去を行う方法を開発し、実問題への適用性を高めています。
研究者
増田 新 准教授

結果の精度とコストは格子によって決まる
CAEのための最適な格子形成技術
特に流体シミュレーション技術においては、使用する計算格子によって、計算結果や計算時間(コスト)が大きく変化します。格子形成のポイントは物理現象(流れ場)に合わせて、また美しく配置することであります。本研究室では最適な格子を形成するための研究開発を行っています。研究者
松野 謙一 教授
山川 勝史 准教授

流体シミュレーションの利用
「流れ」を知り、「流れ」を操る!
「流れ」を操る
「流れ」を制御することで、最適なハード(機器スペック)、ソフト(運転条件)を算出します。通常の実験に対し、コンピュータによる仮想実験では、コスト・実験時間共に大幅に削 減出来、開発スピードアップが期待出来ます。
研究者
松野 謙一 教授
山川 勝史 准教授

デジタルホログラフィ空間計測法①
3次元空間の粒子・気泡群等の時間変化を捉える
デジタルホログラフィは、3次元空間情報をもつ2次元干渉縞パターンを電子カメラでディジタル画像化し、これを計算機で数値的に解析することで、記録された様々な3次元空間情報をオンラインで同時計測することを可能にしました。
○ 数ミクロン~数十ミクロン程度の微小体群の3次元運動を捉えたい
○ 微小体の運動に加え、大きさ・形状・数密度などを同時に定量化したい
このようなご要望にお応えできるのがデジタルホログラフィ空間計測法です。
研究者
村田 滋 教授
田中 洋介 助教

デジタルホログラフィ空間計測法②
繊維状物体の3次元姿勢を単眼で測る
本技術は、単眼で3次元空間分布の時間変化が記録できる3次元空間情報デジタル計測であり、点計測では測定できない繊維状物体の3次元形状および姿勢情報を単眼で捉えた観測ホログラム画像からソフトウェアで提供します。また、計測された3次元形状情報を簡単なパラメーターで表現することにより計算機内で3次元形状を再現することも可能です。研究者
村田 滋 教授
田中 洋介 助教

α+β型チタン合金の高強度化
短時間熱処理により延性・耐力・引張強度の大幅向上
目的
チタン合金のパフォーマンス/コストを向上させるためには、安全性を保障しつつ、さらなる高強度化を実現しなければなりません。そこで、延性を損なうこと無しに、短時間に高強度化を達成できる熱処理法を開発しました。
研究者
森田 辰郎 准教授

短時間の熱処理との組み合わせにより前人未到の疲労強度水準へ
複合表面改質によりチタン合金の耐摩耗性と疲労強度を大幅改善
Ti-6Al-4V合金を代表例とするα+β型チタン合金は比強度(強度/比重)が高く、また耐食性も良好なため、航空・宇宙産業で多用されています。しかし、チタン合金には耐摩耗性に劣り、焼きつきが生じやすいという固有の問題があります。この問題を克服するためにガス窒化などの表面硬化処理をチタン合金に施すと、耐摩耗性が改善する一方で、ぜい弱な表面化合物層の形成や母材部組織の成長により、疲労強度が大幅に低下します。以上を背景とし、チタン合金のさらなる用途拡大を目指して、耐摩耗性の改善と同時に疲労強度を大幅に向上可能な新しい複合表面改質法を開発しました。(特願 2007-30932、特開 2008-195994)研究者
森田 辰郎 准教授

機械要素の設計・製造・評価技術の革新
歯車研究を通して機械工学の神髄を究める
■歯車性能評価試験機設計技術
研究概要:20Nm、5,000rpmまでの試験は現有の動力吸収式試験機で対応できます(ただし試験歯車形状に制限あり)。それ以外については、設計・製作および試験方法 (含.動力循環式、パルセータ) などについて技術相談に応じます。
社会的要請との関連:機械要素への適用を視野に入れて開発された新材料の評価に歯車としての性能がよく用いられるため、種々の材料の歯車としての評価が望まれています。
■歯車仕上げ加工シミュレーション
研究概要:シェービングやホーニング等の歯車仕上げ加工に関するコンピュータシミュレーションプログラム開発を行っており、それらを用いた解析依頼やその経験を生かした新たなシミュレーション開発に対応できます。
社会的要請との関連:工具設計など経験を必要とする職務ができる人材が年々減少してきており、その対策につながるものと期待できます。
■人口知能を応用した歯車設計・製作・検査システムの開発
研究概要:ニューラルネットの学習機能を応用した歯車の騒音評価、歯当たり評価、歯切り加工機のセッティング決定、等のコンピュータプログラムを開発しています。因果関係があることは明らかであるにもかかわらず実験式を見いだせない事象への応用が期待できます。
社会的要請との関連:これまで熟練技能者に頼ってきた業務をコンピュータに置き換えることの可能性が期待できます。
■歯車の設計・製造技術
研究概要:円筒歯車、ハイポイド、およびフェースギヤの設計システムを開発しています。その経験を生かし、これらに限らず他の歯車やその周辺 (軸受など) をも含めて、基本的なところから高度な技術相談まで対応が可能です。
社会的要請との関連:非常に古典的であるが奥の非常に深い機械要素、歯車について十分知識のある技術者が減ってきています。
研究者
森脇 一郎 教授

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京都工芸繊維大学 | 創造連携センター