大同大学のゼミ・研究室

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斬新な発想と先進の研究は、身近な事象に細心の注意を払うことから生まれる!

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橋本研究室

担当教員 橋本 雄一 教授
学部/学科/コース 工学部 /電気電子工学科
所在地 <本学キャンパス> 愛知県名古屋市南区滝春町10-3

このゼミ・研究室の研究テーマ

技術の革新
  • 再生可能エネルギー
  • イノベーション
持続可能な社会の実現
  • 地球温暖化
  • 環境破壊
多様な人々との共生
  • 国際競争力
関連キーワード
  • エコロジー技術
  • 炭素材料
  • 大気圧プラズマ
  • 表面電子物性
  • 磁化水

ものづくり産業で注目される“ダイヤモンド様炭素素材”とは

近年のものづくり産業においては、部品の高機能化、新機能の付与、製造コストの低減、環境重視が強く求められています。ことに金属材料が過酷な条件に晒される自動車部品、工具部品ではさらなる耐久性と環境に配慮した材料開発の重要性が増しています。その中でも特に注目されているのがDLC(Diamond-like carbonダイヤモンド様炭素)。硬度や耐久性など多くの優れた特性を持ち、半導体基板の材料をはじめ様々な用途に使用され、盛んに研究されています。ものづくり産業のほか、医療用メスの表面にコーティングされたり、身近なところでは男性用髭剃りの刃にも使われています。また、ガスバリア性が高いため、風味を長持ちさせるペットボトル飲料の内膜にも使われています。そんなDLC研究の最前線に立つのが、大同大学工学部電気電子工学科の橋本先生。先生は新たなDLC作製法の試みとして、非常にシンプルな装置で高品質・高性能かつコスト的にも優れたDLC膜をつくることをめざしています。「この研究はさまざまな可能性を秘めていますが、高温下で使用可能な半導体用基板などをコストを抑えて作ることができれば、カーボンニュートラルに大きく貢献する電気自動車の普及が進むと思います」と橋本先生。

“紙ゴミを出さないプリントシステム”を開発!?

橋本先生の研究姿勢の原点は、大手電機メーカーでの研究開発者時代に遡ります。複写機やレーザービームプリンターなどの製品開発を手掛けていた先生は、オフィスから出るゴミの多くが印刷物などの紙ゴミであることに着目。印刷用紙の製造には森林破壊やCO₂排出などの問題を伴うため、紙の消費削減は解決すべき重要な環境課題と考えました。そして、再生紙プロセスを用いない紙のリユース(再利用)プリンティングシステムを開発。そのリユースプリティングのために開発したインクはなんと紅麴色素、つまりカビだったそう!大気圧放電プラズマで発生するオゾンを利用して紅麴色素のインクを消し、白紙になった紙を再利用するというシステムでした。そのオゾンは今、別の一面でも注目を浴びています。新型コロナウイルスの流行で、世界は大きく変化しました。対面授業ができないなど、大学生のキャンパスライフにも大きな影響が出たのは記憶に新しいところです。コロナ禍での対面授業に立ちはだかるのが、教室の消毒です。狭い教室ならまだしも、広い教室を授業が終わるごとに人が消毒するのは手間も時間もかかってしまいます。そこでコロナウイルスを不活性化させる手段として先生はオゾンの利用を考えています。学生が退出したあとに、高濃度のオゾンを発生させれば気体のオゾンが隅々までいきわたり、短時間でコロナウイルスを不活化させる可能性があります。

水はH₂Oではない?超純水を用いた植物育成技術

まだ研究途上ながら、橋本先生は“水”にも着目しています。水の科学式はよく知られている「H₂O」ですが、私たちが使用する水、自然界に存在する水には塩素やミネラルなど様々な物質が溶け込んでいます。そのため純粋な水(=H₂O)は化学式としてしか存在していません。しかし現代の科学技術を用いてH₂Oに極めて近い、高純度の水を作ることはできます。それが「超純水」。半導体部品の洗浄や、医製薬分野で使われています。その超純水をミリガウスという非常に微弱な磁場を用いて処理し、超純水の物性を解明し、植物育成技術に応用しようというのが橋本先生の新たな研究テーマのひとつ。水を分子レベルで制御しその構造を明らかにすることは、水の特異性の解明につながるものと期待されていますが、現在の最先端の研究でも水の構造の多くは解明されていません。近い将来、水分子を制御し、その性質を明らかにすることができれば、生体組織のコントロール(植物育成や医療)や新規の化学反応源(化学工学)への展開が可能となり、科学技術の進歩に加え、SDGs(持続可能な開発目標)の達成に大きく寄与することになります。研究の対象・方法ともに現在進行形で広がっている橋本先生曰く「研究を行う上で重要なのは、まずは様々な事柄に細心の興味と注意を払うこと。さらに結果を裏付ける理由を自由・柔軟に考えること。そして議論を重ねて解決に結びつけていくこと、これが最も大切なことです」

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“難削材”の加工が日本のものづくりをけん引する!先進技術を支える切削加工の研究とは。

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萩野研究室

担当教員 萩野 将広 講師
学部/学科/コース 工学部 /機械工学科
所在地 <本学キャンパス> 愛知県名古屋市南区滝春町10-3

このゼミ・研究室の研究テーマ

技術の革新
  • イノベーション
多様な人々との共生
  • 国際競争力
関連キーワード
  • データサイエンス
  • 難削材
  • 切りくず処理
  • 可視化
  • 生産性向上

日本のものづくり産業の発展に不可欠な“難削材”の切削加工

東海エリアのものづくりで代表的なのは自動車産業、そして他エリアと比べて特徴的なのは航空宇宙産業が盛んなことです。愛知県の航空機部品生産額は全国の約3割を占め、日本の航空宇宙産業の一大拠点となっており、国際戦略総合特区の1つである「アジアNo.1航空宇宙産業クラスター形成特区」に、岐阜県、三重県、長野県、静岡県とともに指定されています。そのロケットのエンジンや航空機の胴体に使われているのが、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)などの難削材と呼ばれる材料です。難削材、あまり聞きなれない言葉かもしれませんが、その名の通り「削りにくくて加工しにくい」素材のことを指します。身近なところでは、キッチンのシンクなどに使われるステンレスも難削材のひとつ。難削材は、耐久性に優れ、過酷な状況下にも耐えうる画期的な材料ですが、一方で、加工の難しさが製造の現場を悩ませており、難削材の開発・使用には、新たな加工法や切削工具の開発・進化が必要不可欠となっています。つまり日本のものづくり産業の発展のために、切削加工の研究はなくてはならない研究と言えるのです。

切削分野は進化し続ける可能性に満ちた研究分野

難削材の加工には、切削加工後の変形の抑制という課題もあります。例えば、固定して加工した難削材が固定を外すとたわんでしまうという現象が起こった場合、難削材の加工品には加工後に直せないものも多々あり、また、変形を修正できたとしても、加工時間の短縮やコスト削減など生産性向上の観点から、初めから変形しないように加工する必要があります。製造現場では、変形しないようにすることがいわゆる“職人の勘”として受け継がれている場合も多く、数値化されていないゆえに、たとえ同じ工作機械を使ったとしても、誰もが常に均一な品質のものを作り出せるとは限らないというのが現状です。これらの課題を改善・解決するのも、切削加工の研究上重要なテーマです。切削分野は長い歴史を持ち、既にさまざまな研究がなされてきたため「終わった研究」などと揶揄されることがありますが、その実、絶え間なく進化する材料やものづくりの技術とともに進化し続ける分野です。工作機械は今や複合機がスタンダードとなり、今まで三軸制御しかできなかったのが多軸制御ができるようになりグンと進化しました。また、金属の3Dプリンターと切削加工機の複合機が登場し、造形しながら形を整え精度の高い製品が作れるようになっています。切削分野は常に進化し続ける分野であり、これからの可能性に満ちた分野であると言えます。

研究成果がそのまま企業の生産性向上につながる手ごたえ

「ものづくりとは、ものすごく簡単にいってしまえば『切る・貼る・曲げる』に尽きます。ものづくりの核ともいえるこれら3分野の発展なくして、イノベーションはあり得ません」と語るのは、大同大学工学部機械工学科の萩野将広先生。専門分野は生産加工学、特に切削加工に関する研究で、航空宇宙関連の材料の切削加工が主な研究テーマ。「切削現象は目で見ることが難しい現象です。そんな中で見えないものを可視化して目で見えるようにすることや、研究で得られた成果がそのまま企業の生産性向上につながったときにやっていてよかったと思います」と萩野先生。ある企業との連携研究で、加工後の材料変形量を約90%も低減させ、切削条件の高速化と変形を修正する工程の廃止に成功。加工時間の短縮による生産性向上を実現したときのことは、先生にとっても特に印象深いそうで、「現場の困りごとを解決できて手応えを感じました」とも。先生は難削材の被削性分析や、切削現象の可視化、切削加工後の材料変形の抑制などの研究のほか、切削によって生じる“切りくず”処理技術の研究にも力を入れています。効率的かつ環境に配慮した切りくずの処理技術を研究することで、資源の有効活用と切削加工の現場環境を良くすることにも貢献したいというのが研究の動機とか。大同大学の卒業生でもある萩野先生、自らの研究だけでなく「今後は、母校から世界で活躍できるエンジニアを輩出することにも力を入れていきたい」とのこと。

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音の研究がさらに進めば、 私たちの生活に大きな革命が起きるかもしれない!

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喜田研究室

担当教員 喜田 健司 講師
学部/学科/コース 情報学部 /情報システム学科
所在地 <本学キャンパス> 愛知県名古屋市南区滝春町10-3

このゼミ・研究室の研究テーマ

技術の革新
  • 情報化社会
  • イノベーション
質の高い人生の実現
  • 音楽・映画・芸能
関連キーワード
  • 音場再生
  • 仮想・拡張現実
  • 信号処理
  • 福祉工学

ライブアルバムは、コンサート会場そのままの音が聞けない!?

録音スタジオではなく、コンサートホールなどで収録された音楽をCD化したもの、いわゆる「ライブアルバム」を聴いたことがある人は多いでしょう。その場の観客の拍手や歓声まで収録されており、ちょっとしたピッチの違いや、歌手であればアレンジの効いた歌い方など、スタジオ収録の音楽とはひと味違う、その場でしか聞くことができない音楽を聞くことができます。「行きたくても都合がつかずコンサートに行けなかった」などといった人でも、まるで自分がその場にいるかのような気分が味わえて、とても便利で魅力的なメディアです。でも、実はそのライブアルバム、実際にコンサートホールで聞く音とは少し、いや、大きな違いがあるのです。「えっ、私はコンサートにいるような気分で聞いていたのに」と思われたみなさん、それは間違いではありません。ライブアルバムは通常の音源とは違う臨場感、つまり“会場の雰囲気”を感じることはできます。しかし、厳密に“音”という意味でいえば、コンサートホールで聞く音とは違う音として私たちには聞こえています。そのキーワードとなるのが「音場」そして「響き」です。

スピーカとイヤホン、そのメリット・デメリットとは

実は収録された音楽には、コンサートホールやライブハウスの「響き」も一緒に録音されています。しかしそれを音楽プレーヤーなどのスピーカを通して聞くときは、空気を伝って音が聞こえてくるため、再生する部屋の響きも加わってしまいます。その響きを消さなければ、完全にその場と同じ音を聞くことはできません。「でも、部屋の響きなんて感じないよ」と思った人は、試しにパチパチと拍手してみてください。すると、パチパチという音のあとに耳に響くものがあるはずです。それが部屋の響き。普段はあまり意識していませんが、吸音材を敷き詰めた無響室でもない限りどこにでも響きは存在するのです。音楽を聞くために無響室を作るというのは多くの人にとって非現実的。そこで役立つのが、その部屋の響きを情報として処理し、コンピューター上の信号処理で部屋の響きを消す方法です。この方法であれば汎用性が高く、より現実的な音場再生の方法であるといえます。イヤホンやヘッドホンで体験するという方法もありますが、この場合、音を聞くことに集中でき、動きまわることができるのは良いのですが、周りの人と「この曲いいね」などと感動が共有できないという問題点があり、頭の中だけで鳴っているような感じがする「頭内定位」という状態になってしまうなどの課題もあります。

音の研究は、世界をもっと便利に、快適に、魅力的に変える!

近年、ウェアラブルでありながらイヤホンではない、高性能の“肩掛け型のスピーカ”が登場しました。肩の位置にスピーカがついているのでイヤホンのように頭内定位になりにくく、肩から耳までの距離が一定に保たれるため、スピーカで音を聞くのに最適とされるスイートスポットもずれにくく、さらに周りの音も聞こえやすいなどのメリットがあります。この肩掛けスピーカを使った音場再生や立体音響について研究しているのが、大同大学情報学部情報システム学科の喜田健司先生です。「肩掛けスピーカなら、動きながら音場再生や立体音響が体験できるため、遊園地などで動きながら洞窟内を探検するアトラクションなどが、一人ではなく複数人でそのワクワクを共有しながら楽しめるようになるでしょう。また、安全面に配慮が必要ではありますが、目が不自由な方などに、目的地の経路や交通状況を音情報として補助的に使っていただくこともできるのではないかと考えています。周りの音もきちんと聞こえるというメリットと、周囲の迷惑になるほどの音量が必要ないのは肩掛けスピーカならではの良さですね」と喜田先生。先生が携わる音場再生の研究は、音楽鑑賞だけでなく、今注目を集めているDX技術や5G、仮想・拡張現実や福祉工学など、私たちの生活の様々な分野に応用が可能な研究分野。その意味で、音の探究は、世界をもっと便利に、快適に、魅力的に変えられる “面白さ”に満ちた研究なのです。

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