講師紹介

◆材料力学研究室 小栗 久和 教授

 材料力学研究室では、圧延金属材料の破壊強度異方性に関する 研究を行っています。圧延という工程を経て製造される圧延金属 材料は、結晶粒や介在物が方向性のために、破壊強度が方向に よって異なる性質(異方性)を持ちます。 本研究室では、材料に溶接構造用圧延鋼材とジュラルミンを対象 として、日本機械学会規格で定められた方向の試験片を作製し、 破壊靱性試験と呼ばれる方法で破壊強度を測定しています。この 結果から、各方向の強度の比較と、その原因の究明に取り組んで います。 これまでに得られ実験結果から、同一の材料であっても、方向により 破壊強度に大きな差が生じることが分かっています。これは、材料の 加工方向を工夫することにより、破壊強度が向上することを示してい ます。

コンピュータ制御された材料試験機により、試験片に疲労き裂を導入

圧延鋼材(右側)より試験片を加工し、破壊強度異方性を評価

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◆熱工学研究室 石丸 和博 教授

 機械工学における熱・流体工学を基礎に、化学反応や電荷移動を伴う熱科学現象について分子レベルで解明し、新材料の創製や環境・エネルギー問題解決に応用する研究を進めています。
具体例としては

「光触媒粒子充填層・流動層を用いた誘電体バリア放電によるオゾン生成」 これは、強力な酸化・殺菌作用を有する有用な物質であるオゾンを、酸化チタンの光触媒反応または流動層の混合作用を利用することによって、誘電体バリア放電による一般的なオゾン生成の効率を向上させようというものです。

「熱的非平衡状態下におけるRF放電プラズマによる高機能炭素材料の化学気相合成」 これは、ヘリウムや窒素を混合させることで、比較的高い圧力下で均一なRF放電プラズマを発生させ、このプラズマ化学反応によって高機能炭素材料(ファイバー状炭素等)の合成を効率的に行おうというものです。

「固体高分子形燃料電池(PEFC)の運転コスト低減のための燃料供給法」 これは、通常燃料電池の燃料として用いられる純水素に不純物が加わった状態でも問題なく稼働させるための燃料の供給法について検討しようというものです。

その他、プラズマ、燃料電池に関わる研究を進めています。

光触媒粒子充填型オゾン生成器と内部の放電プラズマ状態

非平衡RF放電プラズマCVD装置と内部の放電プラズマ状態

単セル型PEFCによる燃料電池評価システム

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◆数理設計工学研究室 片峯 英次 教授

 弾性体、伝熱場あるいは流れ場などの領域形状を設計対象にした設計技術は設計現場における重要課題の一つです。
 数理設計工学研究室では、軽量化、強度・剛性最大化、損失エネルギー最小化などの性能改善を目的とした形状設計に対して、最適化数理とCAE技術に基づく実用的な形状最適化の数値解析法を提案しています。図は解析例の一例を示し、左上図は剛性最大化を目的としたフック部材の形状最適化、左下図は手前から粘性流体が流入し、左右から流出する分岐流路の解析結果です。
 また最近では、伝熱と弾性を連成した熱弾性場、流れと熱伝達を連成した熱対流場などの複雑な連成場の形状最適化にも取り組んでいます。

剛性最大化を目的としたフック

エネルギー損失最小化を目的とした分岐流路

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◆計測・制御研究室 山田 実 教授

(1)繰り返し制御
2次元制御理論に基づく繰り返し制御を実際の制御系に適用しています。繰り返しごとに目標軌道が変化しても追従できる繰り返し制御理論も用いています。

(2)MPS法による流体挙動解析
粒子法のひとつであるMPS法の応用して取鍋からの溶湯流出解析をしています。流体の流れ、伝熱、凝固を同時に解析します。MPS法では自由表面・飛散・表面張力の扱いができます。

(3)MATLABによるロボット解析
MATLABの数式処理機能を用いて、ロボットの設計・解析ができるソフトを開発しています。動力学方程式・運動学方程式などの導出ができます。また、パラメータを含んだままの式を導出可能です。

繰り返し制御

取鍋からの流動解析

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◆環境生産システム工学研究室 宮藤 義孝 教授

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◆熱流体工学研究室 山本 高久 准教授

これまで当研究室では、ガスタービン燃焼器など、化学反応が大きく寄与する流れ場のCFD (数値流体力学)解析を行ってきました。右図は浮き上がり現象を伴う水素乱流噴流火炎の 数値解析例ならびに燃料改質器の数値解析例です。これら解析では、乱流現象が化学反応場に 与える影響を評価するため、新たに乱流場に特化した化学反応モデルを新規に導入して解析を行っております。

他方、これまでに培たCFD解析のノウハウを生体内の熱物質輸送現象に拡大、 適用を試みています。右図はCFD解析を用い,ネビュライザなどにより鼻腔内に 導入された薬液エアロゾルが,どのように輸送されて炎症患部に到達するのかを 定量的に評価した解析例です。このような解析では、単にCFDを行うだけではなく、 CT、 MRIなどの医療用画像から3次元幾何形状 モデルを作成・抽出する画像処理技術が必要になります。

燃焼解析例:水素噴流火炎と改質反応器

生体解析例:鼻腔内の薬液ミスト輸送特性

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◆航空宇宙流体力学研究室 中谷  淳 准教授

●研究室の特徴
 当研究室は,『宇宙分野の研究開発を通じた社会貢献』という理念のもと,人工衛星,及び宇宙輸送機に関連する研究に取り組んでいます.
 卒業研究では,JAXAなどが取り組んでいる先端の研究テーマを通じて,宇宙技術者を目指している学生に対する人材育成も行っています.

●研究テーマ
 当研究室では,惑星探査における軌道技術の研究,超小型衛星(CubeSat)の開発研究, そして宇宙ベンチャーとの共同研究を通じたスペースプレーンの開発研究を進めています.
 特に注力しているのは,高知高専,群馬高専を中心とする10高専連携による高専連携衛星 (KOSEN-1)の開発です.岐阜高専は軌道設計,及び熱設計を担当し, 2020年度の打ち上げを目指して学生と共に衛星開発を進めています.

CubeSatモデル(GNT-01B)

地球を周回する人工衛星の軌道

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◆応用物理研究室 河野 託也 准教授

●研究室の特徴
応用物理研究室では,主に光を利用した実験研究を行っています. 光は、機械工学に限らず工学や科学全般に利用されています.

●研究テーマ
・制御された光源の開発(上図):主にレーザー光の波長の制御装置を開発しています.
・制御された光を用いた応用実験:光で原子を検出したり,原子を制御する実験研究を行っています(上図). これらの研究内容は,たとえば3年次の計測工学で学習する原子時計の研究と密接な関連があります. 最近は,微生物の走光性を利用した藻類の運動制御の実験も開始しました(下図).
・学生実験用装置の開発・評価:LEDを光センサとして活用した力学実験装置の開発を行っています.
・科学体験教材の開発:ICT機器とセンサ,プログラミングを利用して,科学や機械工学に関連した 小中校生を対象にした体験教材の開発を行っています.開発した教材は,出前授業や理科教室にて実際に利用しています.

ものつくりに興味がある・作ったものの性能を評価したい,基礎的なことにも興味があるなど…, これらのことが好きだという学生にマッチした研究室です.

原子分光を利用したレーザー光源の周波数制御システムの光学系

 

微生物の運動制御に用いるレーザー光源

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◆材料学研究室 島本(田中) 公美子 准教授

「使い手のニーズに合わせたオーダーメイドの材料研究」
 物質を構成する118種類の元素は、我々の生活に密接に存在し、 身の回りには金属、セラミックス、ポリマーなどあらゆる材料があふれています。 これらの材料は我々の生活を支え、より豊かにするために創製され、 製品として社会に羽ばたきます。不要となった場合には5R (Recycle, Reuse, Reduce, Refuse, Repair)され、社会を循環しています。

 材料研究では、使い手のニーズに合わせたオーダーメイドの材料設計や材料加工、 材料提案により社会貢献を目指します。これまでの研究では、航空機や車両、 精密加工機等の振動下で用いられる部品のために"金属音のしない金属(高減衰能材料)"の 研究開発や、一般市民を守るための高硬度・高強度防弾セラミックス(下記の写真に示す) の研究開発等を行ってきました。また使い手が安心・安全に使用できるようにさまざまな 特性評価を行います。例えば、密度、硬さ、強さ、弾性、破壊靭性、表面粗さ、 トライボロジー特性、高減衰能特性(防振/制振特性)、電子顕微鏡を用いた微視的 観察・元素分析、X線回折装置による組成分析、耐食性、疲労特性、耐衝撃性 等の 評価を選択的に実施します。また、いくら高性能・高機能な材料であっても採算に 合わなければ使用が困難となってしまいます。そのため、工学だけでなく経営学に も触れながら、機械材料を主とする材料設計や創製、加工方法に関する研究を行っています。

 理想を形にするものづくりの難易を実感しながら、自分のためだけではない、 大切な人や環境を豊かにする心優しいものづくりを心掛けています。

 

創製した硬質セラミックスの衝撃試験後の走査型電子顕微鏡写真 (衝撃試験片の中央部から(a)と(b)の二種類の組織が観察された

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◆次世代エネルギー材料強度学研究室 熊田 圭悟 講師

●研究室の特徴
 当研究室は,エネルギー・環境問題解決に向けて,全固体型電気化学エネルギーデバイスの 信頼性・耐久性向上のための研究に取り組んでいます.

●研究テーマ
 当研究室では,固体酸化物燃料電池に着目し,界面強度評価に注力しています.界面は 異種材料間の接合部であり,電気化学反応が起こる場所です.界面がはく離すると, 機能喪失してしまい発電性能が著しく低下します.これまで固体酸化物燃料電池の 界面強度評価は室温に限られていましたが,試験片形状を工夫することで室温から 高温まで評価することに成功しました(右図).

 できる限り,学生に楽しく自由に取り組んでもらえる環境を整えたいと考えています. 一緒に試行錯誤して課題解決を目指しましょう.

電極材料を電解質材料でサンドイッチした全セラミックス型改良4点曲げ試験片

NiO-8YSZサンドイッチ試験片の25℃,400℃,800℃における荷重-変位曲線

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◆塑性加工研究室 加藤 浩三 嘱託教授

 本研究室では塑性加工を研究の対象としています。塑性加工の「塑性」とは金属材料の性質を表す用語です。ばねを引張ると伸びたり縮んだりします が、さらに引張るとばねが伸びきって戻らなくなることを経験したことがありますね。この元に戻らなくなった状態が「塑性」です。塑性加工は金属の塑性を利 用した加工方法で,金属材料に大きな力を加えて、「塑性変形」させて、所定の形状の機械部品を成形する加工方法です。
 本研究室の主な研究設備は2台の圧縮試験機であり、能力250KNと1500KNのものがあります。特に能力1500KNの試験機は、3つの 独立したシリンダが配置されており、あらゆるタイプの塑性加工の研究に対応可能です。研究テーマとして、自動車のホイール製造メーカーさんとの共同研究に 取り組んでいるものがあります。ホイールのディスク部分の塑性成形について、形状の高精度化、あるいは強度向上を目的として、製造プロセスの開発に取り組 んでいます。

小型油圧プレスによる塑性成形実験

大型3動油圧プレス外観写真路

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 磯部 浩一 嘱託教授

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