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ホーム非破壊で前処理なくあるがままの材料に使える熱物性値計測技術
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

非破壊で前処理なくあるがままの材料に使える熱物性値計測技術

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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SDGs
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+3
横山 奨

樹脂製マイクロ流体デバイスの量産に向けた拡散接合装置の開発

本技術は、主に金属の接合に用いられていた拡散接合を高分子樹脂に適用することで、医療用ディスポーザブルマイクロ流体デバイスの安価な量産の実現を目標としています。拡散接合は、母材を溶かすことなく接合界面を一体化するため、接合により透明性を損なうことはありません。さらに、多少の凹凸や切削痕が残っていても接合可能です。加工面への後処理も不要で、多種多様な高分子樹脂に対応可能です。現在、商用利用を目指して試作機を開発しており、テストサンプルとしてPMMA製のマイクロ流体デバイスの接合に成功しています。

尾花 将輝

アプリケーションログを対象とした異常動作検出の試み

近年のシステムは様々なサーバ,ネットワーク機器,アプリケーション等のソフトウェアとインフラストラクチャ(インフラ),ままたはクラウドサービスが複雑さに関係しあうシステムが多い.このように複雑化する一方で,ソフトウェア,またはインフラ,クラウド等を環境に合わせて正常に設定する必要がある.しかし,設定項目が多すぎるため,設定ミスによる障害の発生や,更にどの機器に原因が発生したのかがわからない上に特定する事には多大なコストがかかる.複雑なシステムの障害を検出するための第1段階としてソフトとインフラをシームレスにリプレイするログリプレイヤのプロトタイプを開発した

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大塚 生子

イン/ポライトネスと人間関係の周縁化について

通信手段の多様化によるコミュニケーションの機会の増加は、他者との親密な関係を築く機会の増加であると同時に、対立を生み、人間関係の軋轢が生じる機会の増加であるともいえる。 従来、言語使用と人間関係の構築(維持、崩壊を含む)を取り扱うイン/ポライトネス研究は、「円滑なコミュニケーション」を前提とした「相手への配慮」に関心を置き、人を周縁化したり傷つけたりする相互行為には着目してこなかった。 本研究では「ママ友」のコミュニティを集団特性を持つコミュニティのひとつと見なし、相互行為者間の実質的・感情的利害の対立に由来する場面の分析を通して、集団内での他者の周縁化を考察する。

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中西 真悟

ニュートンの二項定理を活用した修正パスカルの三角形の考案

ニュートンの二項定理では、負のべき乗を級数として表現できます。これがパスカルの三角形に活用できることは意外と知られていません。本研究ではフィボナッチ数列とリュカ数列の表現に、この発想が欠かせないことを可視化するとともに、この両数列に関連する数列を修正パスカル三角形が見事に表現してくれることを紹介します。下記に示す修正された三角形をご覧いただきこの考え方のアルゴリズムって美しいなって感動してもらえたら光栄です。

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本田 昌昭

地域資源の活用による都市・地域更新の手法 2

 現在、日本は拡大・成長の時代から、縮小・成熟の時代へと突入したと言える。もはや、スクラップ・アンド・ビルドによる都市更新の時代ではない。本研究室では、これからの時代における都市更新の手法について研究を行っている。身の回りに多く蓄積された「建築ストック」の活用を前提とし、さらには、成長の時代に蔑ろにされながらも命脈を保っている「地域性」を発見・増幅することによって、これからの「共同体」のあり方についても研究・提案を行っている。

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河合 紀彦

VRのための360度全方位画像・映像からの撮影者や動物体の消去

手に持って簡単に撮影できる全方位カメラ(360度カメラ)が普及し、気軽に360度全方位画像・映像を取得できるようになってきました。このような画像や映像は、Googleストリートビューや不動産サイトでの物件内覧といったVRシステムに利用され、ユーザが好きな方向を見回すことができます。しかし、全方位カメラによる撮影では、その撮影者や周辺の動物体も画像・映像中に映り込んでしまうことが多く、そのままの画像をVR用途で使うことはできません。そこで本シーズでは、複数の画像を合成することで撮影者や動物体を全方位画像から消去します。

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近代日本における政党政治の形成と崩壊に関する研究

近現代日本の民主主義のあり方に関心を持ち、近代日本の政党政治について、特に政党政治家の人物研究という観点から研究を行っている。近代日本の政党政治の形成・崩壊過程の中心にあった人物に焦点を当てることで、政策や組織の成り立ちの背後にある教育や社会状況をも含めて近代日本社会を理解できると考える。

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向出 静司

想定を超える大地震下における鋼構造建物の倒壊余裕度の向上

建築基準法の想定を超える大地震に対して,建築物は耐力を保持できる変形域を超えて耐力劣化し,倒壊する懸念がある.本研究者は,一般的な鋼構造ラーメン骨組を対象に,(1)超大変形域に至るまでの構成部材の破壊実験を通じて,その耐力劣化性状を把握すること,(2)超大変形域の挙動を考慮した建物全体の地震応答解析により,その倒壊性状を把握すること,(3)倒壊メカニズムに基づいた倒壊余裕度の評価方法を提案すること,などを実施している.

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羽賀 俊雄

鋳造鍛造によるリサイクルAl-Mg合金の機械的性質の改善

AC7AのようなAl-Mg合金は,鋳造したままで塑性加工や熱処理をせずに良好な機械的性質が得られる.つまり省エネルギーの利点がある.本研究では,AC7A合金機械的性質に対する,鋳造時の冷却速度影響,不純物Feの混入の影響,熱間鍛造の影響について調査した.その結果,Al-Mg合金はFeの混入に対して強いロバスト性,つまり機械的性質の低下が小さいことが明らかになった.

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吉田 哲

高齢者の地域継続居住支援

住み続けてきた街で、高齢期にも健康に生活を継続できることは誰しもが望むことである。そのためには特定のだれかに負担が集中したり、補助金頼みの支援では持続的な支援とならない。こうした前提で、1.高齢者の外出支援のための道路沿い私有地へのベンチの設置、2.介護保険外・訪問型日常生活支援の広域・越境提供の研究(科研費:2022-)、などを進めています。中でも1.では2021年度国土交通省令和3年度(第15回)バリアフリー化推進功労者大臣表彰、京都景観賞、景観づくり活動部門:市長賞(令和2・3年度)、日本都市計画学会関西支部、関西まちづくり賞: 奨励賞などを受賞しており、2019年にはロンドンで Urban Design for Elderly Pedestriansと題した事例報告もしています( UCL-Japan Grand Challenges Symposium “Research Development and Innovative Knowledge Transfer to Super-ageing Society”, JANET Forum 2019, 2019.11.5, Embassy of Japan in the UK)。京都市内の3小学校区で合計60か所のベンチ設置となり、活動は京都市内の隣接区や大阪府、万博などへも広がりつつあります(協力を要請されています)。2023年度から同じ活動をする他地域の活動とも連携を始めており、2024年度は『まちのベンチ』情報交流会を11/30に京都教育大学で開催する予定です←詳細は連絡をください。

地嵜 頌子

GDD-type SBBDの構成法について

2017年より, 組合せ構造の深層学習への応用を研究している. 本シーズでは, ドロップコネクト法に適用される組合せ構造であるspanning bipartite block designの構成法について紹介する.

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羽賀 俊雄

高速ロールキャストしたADC12合金の板成形

国内で最も使用量が多いダイカスト用のアルミニウムダイカスト用合金であるADC12は,強度は高いが延性が低く,板成形には使用することは不可能である.ADC12がダイカスト以外にも使用できれば,リサイクルアルミニウム合金の使用範囲を拡大できると考えられる.ADC12の板成形について調査した例は見当たらない.  本研究では,異径双ロールキャスターにより板に鋳造したADC12を使用して,板の成形性を確認した.ADC12の成分の中で延性(板の成形性)を低下させている元素についても調査した

+1
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.

+2
中西 真悟

セカンダリーの貴金属比が奏でる数理情報デザイン

セカンダリーの貴金属比を類似比と読み替えてお楽しみください.黄金比とピタゴラスの定理を魅了させるケプラー三角形に、一般化されたフィボナッチ数列を応用した新たな貴金属比の類似比の魅力を提案しました。発表後に定義式には第2類似比がカッパー比、第3類似比がニッケル比と1990年代後半に命名されていたことがわかったのですが、命名者も際立った数学的・芸術的魅力は言及しませんでした。一方で、従来の貴金属比の第4貴金属比にもカッパー比、第5貴金属比にもニッケル比が記載されることがあり、名称の由来や情報とその信憑性に確信を持てませんでした。したがって、発表時のコンセプトの通りに従来の第2貴金属比である白銀比、第3貴金属比である青銅比を基準に対比しながら今回の発表を公開して、ご閲覧いただく皆様のご意見を聴くことにしました。科学・技術ならびに芸術の世界に役立つ発展に繋がれば嬉しいです。ところで、白銀比に必要な直角二等辺三角形と、ペル数列の代わりにヤコブスタール数列を活用した貴金属比の類似比には、従来の貴金属比とは導出こそ異なるけれども、とても美しい数理と芸術の可能性が隠されていました。貴金属比の類似比の幾何学的特徴を調べながら、有名な数学者の功績を加えて調和させていくと、その美に魅せられます。下記は、提案から1年間の成果のギャラリーです。ご堪能ください。

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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.

河村 耕史

排CO2ゼロのバイオエネルギー生産システム

再生可能でかつ低炭素社会の実現に貢献する次世代エネルギー生産システムの構築は急務の課題である。これまで、微生物の代謝活動(光合成、発酵、電子伝達)を利用したバイオ燃料の生産技術が個々に追求されてきたが、未だ実用化が難しいものが多い。本研究は、これまで個別に研究開発されてきたバイオ燃料生産システムを統合することで、物質の循環利用構造を構築し、エネルギー変換効率を飛躍的に高めることを目的とした研究と技術開発を行っている。

+2
森内 隆代

イオン選択性電極

 イオンは、生体内で、水分調整や代謝などに大きく関与しています。ヘルスケア分野では、生体イオン濃度で健康状態を調べるウェアラブルセンサも開発されています。当研究室では、社会の求める実用センサーを目指し、「目的のイオンを識別する認識化合物」を設計・合成しています。  そして、実際に用いられているイオン選択性電極としての性能評価や、センサー部となるイオン感応膜の開発を行っています。

馬場 望

鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁で構成される混合構造柱梁接合部の構造性能評価

 現在,倉庫建築や商業施設に実績のある鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁で構成される混合構造において,2021年に日本建築学会より「鉄筋コンクリート柱・鉄骨梁混合構造設計指針」が刊行されたが,(1) 梁が柱に対して偏心する柱梁接合部(偏心接合部),(2) 左右の梁天端のレベルあるいは梁せいが異なる柱梁接合部(段差接合部)に関する設計法は未だ示されていない。  本研究者は,これら各種柱梁接合部の耐震性能を評価するための構造実験および3次元有限要素解析などを実施している。

杉川 智

リアクティブスケジューリングのための数理モデル

システム開発や建設業などのプロジェクトにおいて,スケジュール作成時点では,わからない不確定な事象によってスケジュールの変更を余儀なくされることがある.さらに,昨今の社会では即応性が求められるため,十分に吟味されないままスケジュールを作成し後で変更することもあります.本研究は,それらのスケジュール立案後の変更を考慮したスケジューリングモデルのための基本的な考え方,分類,数理モデルを提案します.本モデルによりスケジュールの変更をふまえた新しいスケジュールを作成すること,新しい解法を提案することが可能になります.

鎌倉 快之

カメラを用いた人の非接触状態計測

カメラの映像から顔や顔のパーツ,身体の動きを検出して生体信号を計測したり,計測した情報を応用するシステムを作成しています.また,計測したデータが,実際のセンサで計測したデータとどのくらい一致するのか,どんな風に違っているのかについて比較,解析しています. カメラを用いたウェアレス(非接触)での計測とその応用について検討しています.

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