力学を駆使して機械の安全安心を探求する

固体力学研究室

濱田 繁 教授，近藤 俊之 准教授，植木 翔平 助教

研究内容
新たに発見した損傷蓄積型
疲労き裂進展現象の解明と予測手法の確立
3Dプリンタを用いて製作される機械要素の合理的製造プロセスと安全設計手法の開発
加工による材質変化を生じた材料の疲労強度設計を例とした部品強度学の構築

新素材の合理的疲労設計を目的とした疲労き裂閉口
現象評価手法の開発

3Dプリンタ材の破壊機構解明
(a)

10μm

(c)

(b)

(c)

2μm

損傷蓄積型疲労き裂
進展現象の解明
金属薄膜の強度の寸法効果

金属薄膜の破壊機構と強度の寸法効果の解明
ナノ観察と微視組織解析に基づく金属薄膜の微視的変形・破壊過程の解明

加工影響域の欠陥近似

金属薄膜の破壊過程の解明

ー構造材料の安全を科学するー
マルチスケール・モーダル損傷解析主幹教授 戸田裕之准教授
髙桑脩助教
藤原比呂

高分解能4D（3D＋時間）イメージング

 水素の局所分布制御による航空機用アルミニウムの水素脆化克服
 変形・破壊挙動の3D/4D解析技術の構築とその自動車用高強度鋼への応用
 オーステナイト鋼のひずみ誘起マルテンサイト変態×水素脆化の3D/4Dイメージング
 原子スケール計算科学による水素固溶への合金元素の影響解明
・ナノ析出粒子・静的強度（引張）・剥離損傷・動的強度（疲労）ミクロ局所特性 ・変形挙動
マクロ力学特性
・延性
・破壊挙動
・靭性
原子分解能透過型 き裂先端ミクロ観察
電子顕微鏡観察第一原理計算MgZN2

AlNi Al,Ti

3次元結晶方位同定

局所水素濃度分布

3次元相変態可視化
破面解析

3次元き裂先端可視化
Interface

原子レベル構造解析

結晶学的解析

マクロ力学解析流体工学講座 流体制御研究室

渡邉 聡 教授
津田 伸一 准教授，高峯 大輝 助教

流体機械の内部流れと関連する複雑流動現象に関する研究
ポンプと不安定現象
次世代型二重反転形軸流ポンプの研究開発
インデューサのキャビテーション不安定現象
多段遠心ポンプに作用する非定常流体力

自然エネルギーの有効利用
サボニウス水車による超小水力の有効利用

キャビテーション
翼周りの非定常キャビテーション流れ
キャビテーションの熱的効果
自動車用トルクコンバータのキャビテーション

気液界面と気泡の微視的プロセス
気液界面における蒸発/凝縮の特性
液体ロケット燃料における気泡の発生過程

流体設計
研究室

教授
准教授
助教

下山 幸治
森 英男
草野 和也

革新的流体機械の創出を目指して✓流体現象の解明

数値計算（スパコン）

実験（光学計測）✓流体機械の設計

最適化（数理科学）

知的化（データ科学）熱エネルギー変換工学研究室〇多孔質体を用いた熱輸送性の限界に挑戦

教授

森昌司，准教授 濱本芳徳，助教 梅原裕太郎〇水素製造（水電解）の高性能化

沸騰現象

研究室
URL

水素気泡

伝熱流動現象の解明

最先端エネルギーシステム＜熱・物質輸送の高効率化＞＜熱・水素エネルギーの有効利用＞〇水素吸蔵合金層における吸脱着現象の解明〇植毛伝熱面上の液流動と熱伝達向上• 単位体積あたりの水素貯蔵量増大• 反応速度の増大• 短繊維の植毛• 植毛表面の薄液膜形成• 熱回収促進500 µm熱流体物理研究室 教授 宮崎康次

准教授

迫田直也

従来の限界を超える熱輸送制御を、ナノ構造を利用して実現し、エネルギー変換や熱制御技術に利用する研究を行っています。
新規冷媒の熱力学性質の解明

ナノ構造による熱輸送制御

ナノ構造の材料の熱伝導率測定

エネルギーハーベスティング
技術への応用

水素ステーションにおける水素の充填技術開発

波長選択的ふく射特性制御
1.0Absorptance (-)

気液平衡測定装置

Deposit film
Particles
Nitrided particles

0.8calc*

TiC
TiN

0.60.40.2
0.0 2

3456 7 8 92

13456 7 8 910

 (m)

反射スペクトル測定装置

太陽光吸収膜の開発
水素ステーションにおける水素充填シミュレーションソフトの開発

熱物理工学研究室教授 河野正道

研究テーマ
高圧ひずみの導入による材料の構造制御と熱輸送特性の研究
レーザー光によるナノ材料の熱物性計測および熱移動現象の計測
気液相変化伝熱（鋼板冷却の高度化を目的としたスプレー冷却）
高温固体表面に衝突する微小液滴の挙動と伝熱

サンプル
ポンプ光
Annealing

プローブ光

400°C
材料の構造が熱・電子輸送現象に及ぼす影響は？
（図は構造が異なるシリコン）

高温固体表面に衝突する微小液滴

レーザー光で固体材料の熱物性を測定する装置

教授
北川敏明
准教授 E.C. Okafor

反応性ガス力学

反応性ガス力学：燃焼など反応を伴う流れを広く対象とする学問体系
研究の目的

効率の向上（省エネルギー化）
環境性の向上（低炭素化，環境影響物質低減）
燃料の多様化（低コスト化，エネルギー安全保障確保）

研究の対象

 輸送機器（自動車エンジン，超音速航空用エンジン，etc.）
 エネルギー機器（ガスタービン，etc.）
 ガス燃焼，液体燃焼，超音速燃焼等の各種燃焼形式

研究テーマ

 燃焼現象の解明，燃焼改善，新燃焼法の開発に関する実験とシミュレーション
再生可能エネルギーからの水素,アンモニアやE-Fuelの燃焼，エンジン内燃焼
粒子状物質（PM）生成，超音速燃焼, 化学反応機構構築 etc.

先端的レーザ計測を中心とする実験研究

大規模コンピューターシミュレーション

反応機構構築乱流火炎伝播解析
バーナー試験
高圧容器
火炎レーザー可視化 新燃料（水素）実験 バーナーの流れ場

エンジン流動燃焼解析

バーナー研究開発

: 森上 修助教 : 安藤 詩音
エンジンシステム研究室 教授

研究内容
希薄予混合気のジェット点火に関する研究
予混合圧縮点火（HCCI）に関する研究
燃料噴霧の蒸発・点火・燃焼に関する研究流れを伴う希薄予混合気の火花点火特性向上
非定常気液混相燃焼の数値シミュレーション
すすの成長過程に関する研究

予混合燃焼

ガソリンエンジン

パルスジェット点火によるHCCI燃焼の点火時期制御

次世代内燃機関

噴霧燃焼のモデル化

ディーゼルエンジン
ガスタービンエンジン

急速圧縮装置

火花点火特性の向上

数値シミュレーション

燃焼場の詳細な解析

機械波動音響学

教授 雉本信哉
准教授 石川諭

3次元空間の能動音響制御
集中系モデルによる大規模音響解析手法の開発
振動のダンピング技術
生体柔軟性の計測及び評価

3次元集中系モデル
生体柔軟性計測実験

無響室内での能動音響制御実験

2次元モデルによる解析結果
磁気ダンパ12

機械力学研究室

井上 卓見 教授

超音波を用いた新しい異常診断技術

森 博輝 准教授

自動車構造の振動解析技術

透過経路©石川歯科医院

歯科用インプラントの緩み診断（モデル，シミュレーション）

振動発電への応用を目指した
共振同調機構の開発

共振同調機構の実験機

自動車ボディの効率的な振動解析方法の研究

自己同期現象の発生原理解明と応用

非線形搬送系のオープンループ制御

自己同期現象を用いた振動ランマ
非線形クレーンシステム

パワーアシスト
認知アシスト腱の振動刺激による運動錯覚・動作変更

リハビリ

動作意図推定運動スキル獲得
練習補助

生体信号／運動の計測・解析

パラレルリンクロボット

ソフト
ロボット

制御工学研究室
山本元司
中島康貴
金田礼人

柔軟把持ハンド教授
准教授
助教

伸縮屈曲マニピュレータ

車椅子介助者の負担評価

腰痛予防能動駆動椅子

ヘルスケア
ロボット
内視鏡手術のためのポインティングディバイス

ヒトの制御
性能評価
滑り転倒リスク評価

立位安定性評価

FESによる把持制御

Human-Centered Robotics Laboratory
人間を中心に考えるロボティクス• 人からロボティクスへ
人の身体が持つ高度な運動知能をロボティクスで実現するための研究• ロボティクスから人へ
筋骨格シミュレーション

人の日常生活支援が可能な柔軟で器用な作業を実現するロボットの研究

柔軟多指ロボットハンド

無段変速マニピュレータ

教授 黒河周平
准教授 林照剛
助教 佐島隆生

加工プロセス講座

精密加工学研究室
研究

超精密加工・光学計測技術による省エネルギーデバイスと機械要素部品の加工技術・製造プロセスの確立を目指して，最先端の加工・計測技術に挑戦

歯車，3次元形状
（計測）

工具摩耗
（計測）

CMP
（加工）

m

レジスト成膜（プロセス開発）

レーザー加工
（加工）

mm

µm

1/103

1

ナノ粒子（計測）

1/106

nm

1/109

加工，計測量の範囲
精度の範囲 (加工・計測）

ギガレンジ加工・計測技術
Ⅰ．超精密加工技術に関する研究(1) 省エネルギーデバイス用材料のCMP(Chemical Mechanical Polishing)（GaN, SiC, サファイア，ダイヤモンド，シリコン，環境コントロールCMP装置，スラリー，パッド，リサイクル など）(2) 機械要素部品の超精密加工と性能評価試験（超高速ホブ切り，高速過渡現象，コーティング工具 など)
Ⅱ．超精密計測技術に関する研究(1) 光学計測（蛍光プローブを用いたナノ粒子の粒径計測，マイクロ・ロータリエンコーダの開発など）(2) 三次元計測技術（超精密三次元座標測定機の測定精度評価技術の開発，歯車全周形状計測システムの開発）
Ⅲ．独創的加工技術・加工機器・測定技術の研究開発
レジスト薄膜の均一塗布技術，低温動作型高効率CO2分離システムの開発，有機EL薄膜成膜装置の開発，微小機
械要素計測，フェムト秒レーザを用いた表面励起加工，超高圧水素タンク製造

材料加工学研究室

教

授：品川一成助教：工藤健太郎

准教授：吉年

ものづくりに向けての多面的なアプローチ

規治

当研究室では, 金属やセラミックス等の「焼結プロセス」について解析およびプロセス開発の両面から研究を行っています．これらの成果は多種多様なアプリケーションへと役立てられています．

解析的アプローチ

粉末冶金プロセスの多様な計算機解析を通じて，焼結メカニズムを理解し工業製品の高精度化や高機能化を実現する．
Phase Field法を応用した焼結時の構造・組織の遷移解析例．

FEMによる部品スケールの焼結解析の例，焼結収縮に伴う部品形状の変化や組織の変化を予測できる．

実験的アプローチ

プロセス開発はものづくりの基礎．常に新しい視点から新規プロセスを設計する．

500 µm

機能性粒子の作製プロセスの開発（左）ガスアトマイズプロセスの高精度化技術開発（右）複雑形状の金属部品を切削加工レスで作製可能な粉末射出成形技術（MIM）（左）粉末圧延プロセスによる組織異方性の制御技術の開発（右）設計工学研究室
澤江

義則 教授，鎗光 清道

准教授，森田 健敬 助教

社会環境や生活様式の多様化とともに，機械システムを構成する機械要素にも，常に機能的進化が求められています
が，それを実現させるには，基礎から応用に渡る幅広い視野と既存の枠に囚われない柔軟な発想が不可欠です．
設計工学研究室では，新しい素材や要素技術，基礎理論を巧みに融合し，ソフトマター，金属・セラミクスなどの多様な材料を用いて，生体内から高圧水素環境まで，様々な場面で用いられる機械要素の高度化を目指した研究開発を行なっています．

人工関節用樹脂材料の摩耗評価技術の確立

関節軟骨の超潤滑メカニズム

歯科インプラント・補綴デバイスの最適設計高含水ハイドロゲルの固液二相潤滑

ハイドロゲル人工軟骨の開発

自己生成炭素膜による固体潤滑

高圧水素インフラに用いる樹脂シール材の摩耗評価

トライボロジー研究室

八木和行教授田中宏昌助教環境・エネルギー・安全のためのトライボロジー
摩擦面の直接観察による複雑な現象の理解，モデル化蛍光法によるグリースの流れ観察

高圧水素配管継手のFEM解析

水素中の摩擦面にできる保護膜の元素分析

テクスチャによる潤滑性能向上

高圧水素中の摩擦試験

潤滑面の油膜厚さの観察

生体機能工学研究室
Biofunctional Engineering Lab.

工藤奨 教授
武石直樹 准教授
佐々木沙織 助教

生体の巧妙かつ精緻な機能を発揮する構造や機構を，機械工学の技術を用いて分子・細胞・組織・臓器・個体スケールで解析・理解し，医学・工学に応用する．
生体模倣材料の作成(硬さと細胞移動)

力学刺激

Time

細胞の遊走機構の解明▶ガン細胞制御
GPU計算・理論解析・
ディープラーニング・
AI・etc.

数値シミュレーション

病変部の分子材料特性

細胞内のガン促進・抑制物質の移動計測
Time

ガン抑制・促進物質移動の解明▶ガン検知・治療へ応用

生細胞実験

血管病変部での血液細胞の流動特性

MEMS技術・遺伝子導入・AI・ライブイメージング・etc.

先天性疾患患者の呼吸性能

流体医工学研究室
山西陽子 教授 ・ 佐久間臣耶 准教授 ・ 鳥取直友 助教
バイオ/メディカルデバイス応用
非定常・非線形現象の応用
動・植物細胞の低侵襲細胞治療の研究

超高速現象の理解と応用“ラボの日常”デスカッション，論文，発表
設計，製作，実験，解析

マイクロ流体・医療応用：針なし注射器

100 μm

新規デバイス・新規応用の提案

基礎から応用までシームレスに研究する
電解誘起気泡の計測・評価システム

高速ビジョンを用いた細胞の操作・計測システム

マイクロ・ナノメカトロニクス

MEMS技術を利用した高剛性・高精度
マイクロ流体チップ

大面積・3次元微細加工

500 μm

微細加工/MEMS

マイクロ流体チップを用いた
高速・高精度な細胞操作・解析

Lab on a chip
Micro total analysis systems

マイクロ・ナノフルイディクス～バイオと機械の融合を通じて，健康・医療分野に貢献する～
Kyushu University, Biomedical Microfluidics Lab.

先端医療デバイス研究室

http://amd.mech.
kyushu-u.ac.jp/

荒田純平 教授
D.S.V Bandara助教

ロボット工学中心とした先端技術の医療応用を目指します
ロボット技術は，機構・センサ・システム統合などの複合的な領域から構成されています．これら技術を医療従事者との連携から改めて見つめ直し，臨床応用可能な新技術へと発展，応用を行います．

世界最小・直径2mmの手術ロボット

臨床試験中の手指リハビリロボット

宇宙衛星軌道上での生体実験用遠隔微細操作ロボット

水素利用プロセス研究室1

佐々木 主幹教授（副学長）、立川 准教授（関連スタッフ： 松田教授、西原教授、谷口教授、野田特任助教、安武特任助教、宮良、瓜生、川畑、藤田 学術研究員、大嶋 技術専門職員（兼）、柴田、板垣、内田 テクニカルスタッフほか）

低温型燃料電池の研究（PEFC）（自動車や商用車の電源）
・触媒材料創製、新材料探索、電池性能評価
・次世代型燃料電池プロトタイプセルの開発
カーボンフリーPEFC
電極触媒（佐々木ほか）

電極反応場（谷口ほか）

高温型燃料電池の研究（SOFC）

実験室（多様な燃料に対応、高い発電効率）
・可逆セルなどの電極評価・設計指針確立
・可視化・ｼﾐｭﾚ-ｼｮﾝ研究

電子顕微鏡室実験棟（NEXT-FC, COI）

水素エネルギー関連の基礎研究
・水電解・水蒸気電解・共電解の研究
・水素センサーなどの水素システム研究

SOFCの可視化（立川ほか）「電池材料・電池セル作製⇒性能・耐久性測定⇒観察・解析」までの一貫した研究手法を、自らの手を動かしながら習得可能！

燃料電池システム研究室
燃料電池・電解研究への世界的要請-

伊藤教授・北原准教授・中島助教
エネルギー・環境問題，地球温暖化©JAMSTEC

燃料電池自動車

船舶用燃料電池

H2
再生可能エネルギー
からの電解水素製造

家庭用・産業用 燃料電池発電©JAXA

航空機用燃料電池

燃料電池/電解(電気分解)セル
機械工学的アプローチ
・熱力学→
・伝熱工学 →
・流体力学 →

出力・入力電圧
熱の管理
燃料・空気・水輸送

多孔質3次元微細構造観察・化学 ⇔ 電気 エネルギー変換
固体高分子形・固体酸化物形（PEFC・PEWE・SOFC・SOEC)
・直接変換なので高効率・メカニカルリンク「レス」

熱・物質・電荷輸送シミュレーション

©JAXA

宇宙探査用
燃料電池・水電解システム
・１＋１＝２？ ・最適化
・これらを支える
計測・解析・診断技術（電気化学，可視観察，物質透過）実測による物性・性能評価

燃料電池・電解セル内部のマルチスケール輸送現象解明に基づいた最適設計指針・新型構造の提案

https://www.mech.kyushu-u.ac.jp/~fcsl/index.html

水素貯蔵システム研究室

松永 久生 教授目的
より安全・安心，経済的な水素貯蔵・輸送・供給のシステムの構築に貢献する．

水素機器の強度設計を高度化するためには，水素ガス中での材料の強度特性の把握が不可欠

研究内容• 水素機器に使用される金属材料の水素環境中での強度特性および水素脆化メカニズムの解明• 研究結果に基づいて，水素材料の選択指針や設計方法を高度化• 科学的根拠に基づく国内規制や国際基準の見直し

In airIn 83 MPa H2

圧力~140MPaの高圧水素ガス中での各種強度試験

高圧水素ガス中におけるステンレス鋼の延性低下より安全，より経済的な水素社会の構築に貢献

Keywords:
水素貯蔵，水素脆化，疲労と破壊，き裂，破壊力学，強度設計，材料選択，規制見直し，国際標準，低コスト化

水素機能材料学研究室
研究テーマ
Oリング用ゴム材料の水素溶解挙動と高圧水素ガス曝露によるブリスタ破壊現象の相関解明
ゴム製Oリングの高圧水素ガスシール挙動解明・破壊挙動解明
水素ガスブロワ用ゴム製ダイヤフラムの開発
高圧水素ガス曝露による高分子材料の構造への影響解明
NBR

シール破壊

断面図

140 mm

5.5 mmSeal breaks after 100MPa,30°C ×25 cycles

破壊
高圧水素ガス曝露によるOリングゴム材料のブリスタ破壊のメカニズム解明

高圧水素ガス容器シール用Oリングの高信頼性ゴム材料の開発
Hydrogen gas

高信頼性高圧ガス
シール設計指針の確立

水素ガス用長寿命
ダイヤフラムポンプの開発

水素曝露後における高分子材料の構造変化測定（IR，ラマン，NMR等）物性変化（材料強度特性，力学特性等）測定[2][1][Solvent (D2O+Aceton)]

12.5

高周波疲労耐性に優れたダ
イヤフラム用ゴム材料の開発

1H NMR[3]

15

ゴム製Oリングの高圧水素ガ
スによるシール挙動解明，破壊挙動評価

107.5
2.5
5
Chemical shift ( in ppm)

0-2.5-5水素エネルギーシステム用高分子材料の分子設計指針の確立28