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ホーム光音響法を利用した熱的性質の計測技術の開発
SDGsの分類
研究テーマ
エネルギー・環境ライフサイエンスものづくり・製造技術ナノ・材料
学科の分類
工学部環境工学科

光音響法を利用した熱的性質の計測技術の開発

工学部

環境工学科

熱エネルギー工学研究室

加賀田翔 講師

熱物性非破壊計測in vivo測定

 近年、エネルギーの有効利用がますます重要さを増しています。エネルギーの変換効率の改善や運転効率の向上には伝熱現象の正確な把握が必要です。また工業製品だけでなく人間も体温を保つ為に発熱し、体内で熱移動が起こり、周囲の環境と常に熱の授受を行っています。最近では人体と外部環境との熱の授受を解明し、温熱環境下における人体の快適性を定量的に評価する試みも行われています。あらゆる場面で生じる伝熱現象を正確に把握するには、対象物の熱的性質を定量的に知る事が必要です。当研究室では光熱変換法の1つである光音響法を利用し、非破壊で迅速、かつ簡便な熱的性質の計測技術の開発に取り組んでいます。

光音響法の概要

 対象物の表面を光で周期的に加熱します。すると表面に周期的な温度変化が生じます。それが表面の空気にも伝わることで空気の圧力が周期的に変化して音が発生します。この音を観測することで対象物の熱的性質を測定する事ができます。

 表面から加熱して同じく表面から測定するので対象物を特別に加工する必要がなく、非破壊であるがままの状態で測定することが可能です。また加熱の周期を変化させることで対象物の深さ方向の情報が得られる特徴もあります。

接触熱抵抗の計測

 金属などの固体材料は接触させても表面のミクロな凸凹によって、完全には密着しません。凸凹による接触面積の減少や、熱伝導率の低い空気の介在によって、接触面で熱の流れが阻害される「接触熱抵抗」が生じます。接触熱抵抗は、高発熱化、小型化が進む電子機器や効率向上が求められる空調機器の熱交換部分などで問題となっており、定量的な接触熱抵抗の把握の重要性が高まっています。

 当研究グループでは、光音響法により接触熱抵抗の存在する2 層材料について光音響信号の位相を解析することで接触熱抵抗を捉えることが可能であることを明らかにしました。現在は接触熱抵抗の定量化への取り組みと円筒材料への適用について研究を行っています。

人体皮膚の熱物性値の生体内測定

 皮膚の熱物性値はこれまで様々な方法で測定が試みられてきましたが、いずれも体外での測定であったり、人体への負担が大きかったりと実用的なものはありませんでした。光音響法は対象物をあるがままの状態で測定することができるので人体に対して非侵襲で測定方法も比較的簡便であるため、皮膚の生体内測定に適しています。

 当研究グループでは光音響法を用いた人体皮膚の熱浸透率の生体内測定を行う技術を開発し、個人差や部位による差、また部位による水分率と熱物性値との相関の有無などを確認する事ができました。今後は人体皮膚の熱伝導率、熱拡散率、熱容量の同時測定に関する研究を行っていきます。

論文

「Evaluation of Thermal Contact Resistance Between Two Solid Surfaces Using Photoacoustic Technique 」(2020)KagataKakeru『INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMOPHYSICS』41(9)

「光音響法による固体接触面の熱抵抗の測定とその評価 」(2015)加賀田翔『日本機械学会論文集』81(823)

「光音響法を用いた皮膚の熱的性質の測定 」(2008)加賀田翔『Thermal science and engineering』16(3)p.87 - 93.

研究者INFO: 工学部 環境工学科 熱エネルギー工学研究室 加賀田翔 講師

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西口 敏司

深層学習を用いた物体領域推定のための学習データの生成支援

深層学習を用いたセグメンテーションのための学習では,物体が写っている画像を物体毎に数百枚から数千枚用意し,画像に写っている物体の輪郭情報を人手でアノテーションする必要があり,労力やコストがかかるという問題がある.一方,RGB-Dカメラは各画素に対応する距離に関する情報も同時に獲得できるカメラである.本研究では,深層学習を用いた物体領域推定(セグメンテーション)のための学習に必要な物体の輪郭情報をRGB-Dカメラを用いて人手によらずに高速に獲得する手法を開発した.

大高 敦

水中での反応に特異的な活性を示す高分子・金属ナノコンポジット

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抵抗発熱を用いた溶接・接合技術

 近年の自動車産業では,車体重量の低減を目的として,車体構造部材に対して強度レベルのが高い高強度鋼板の適用が推進されている.中でも,強度レベルが1000MPaを超える超高強度鋼板が開発され,またその適用が期待される一方で,その接合部において剥離強度である十字引張強さの低下が懸念されている.そこで超高強度鋼板抵抗スポット溶接継手の接合強度向上に寄与する抵抗スポット溶接手法について開発を行った事例を紹介する.

権 淳日

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昔から甚大な地震被害に見舞われた日本では,地震から人命や財産を守るための努力を怠らず続いてきて,現在の耐震技術は世界の最先端となっている。これらを踏まえ,地震により被災した建物を対象として,実験および解析に基づきその損傷量や残存耐震性能を評価する。また,近年の地震被害事例で頻繁に報告されている基礎部分の耐震性能評価に取り組んでいる。

井上 裕美子

VR空間における位置把握と視線との関係

 道に迷いやすい人と,1度で道順を覚えて目的地に移動できる人がいる.道に迷わない空間把握能力の高い人は,実空間においても,VR空間においても,同じように目的地まで迷わず行ける傾向がある.このような人は,どのように視覚情報を得て,道順を記憶し,移動しているのだろうか.これまでの研究で,この点について詳細は明らかではない.そこで本研究では,看板等のある都市部の街並みを模したVR空間内を移動し,目的地まで到達する間の視線を検討した.また,心理的指標の1つとして,移動中の心拍数の変化についても検討した.将来的には,実空間においても,記憶に残りやすい街並みや,空間を移動しながら行う探索型の教育コンテンツやゲームのVR空間において,迷わず進める空間作りの1つの基礎データとなることを期待し,本研究を行った.

森實 俊充

メカトロニクス技術、パワーエレクトロニクス技術を用いた電気機器の効率的な利用法

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