Ｅ
ものづくり技術

潜熱蓄熱材含有ゼラチンカプセルスラリーの相変化熱伝達促進効果解明に関する研究
情報工学部人間情報工学科 春木直人

E-1
独創

熱エネルギー輸送媒体による熱エネルギー輸送技術での省エネルギー対策の一つに、単位体積あたりの熱輸送量を増大させる技術がある。本研究では、比較的大きな蓄熱密度を持ち、かつ一定温度（融点付近）での熱出力が可能な潜熱蓄熱材を含有された微小カプセルを熱エネルギー輸送媒体に混合させたカプセルスラリーに着目した。特に本研究では、血液内の赤血球のように、自らの変形によって細い毛細血管内でも流動できる性質をカプセルに付与させるため、カプセル材にゼラチンを使用した軟殻カプセルを用いて、熱輸送に関する技術開発を行っている。

１０００ μm

図1 ゼラチンカプセル

図2 ゼラチンカプセルスラリーの流動抵抗

図3 ゼラチンカプセルスラリーの熱伝達

本研究で使用した潜熱蓄熱材ゼラチンカプセルを図1に示す。使用した潜熱蓄熱材は、融点21.8℃、潜熱量175.9 kJ/kgであるヘプタデカンである。図2，3は、ヘプタデカンが固相から液相へ相変化させた場合のゼラチンカプセルスラリー（濃度3.0％）の流動抵抗と平均熱伝達特性を示している。図2より、潜熱蓄熱材が相変化してもその流動抵抗の値は水の流動抵抗値と同じであったが、図3に示した平均熱伝達の測定値では、相変化時の熱伝達率の値が最も高い値を示している。これは、カプセル内の潜熱蓄熱材の潜熱分の熱移動によって、熱伝達値が増加したものと考えられる。
連絡先 ■春木直人 ■ haruki@ss.oka-pu.ac.jp

ミリ波レーダを用いた車内置き去り検知システムに関する研究E-2

情報工学部人間情報工学科 穂苅真樹
〇目的：近年、高齢者や乳幼児が自動車停車時に車内に置き去りになってしまい、熱中症や最悪の場合死に至るといった事故が起きている。本件では、‘誰でも、簡単に’ 車外から車内に置き去りにされ、生存しているヒトを検知するために、透過性の優れた60GHzミリ波レーダによる計測法およびそのシステム化について検討した。
〇実験：図1に実験の概略を示す。60GHzミリ波
レーダをドアガラスの車外側に設置し、乗車の有無で計測し、結果をPCで信号処理した波形を比較した。なお、乗車者には、ラゲッジに体全体を毛布で覆ってもらった。
〇到達点：ラゲッジに体全体を毛布で覆ったヒトが横たわっている場合と無人の場合をレーダで検出し、周波数解析した結果を図2に示す。この結果から、レーダで車内のヒトの有無の検出が可能であることが示唆された。また、ある周波数帯域でバンドパスフィルタで信号処理した結果、心拍、呼吸のような生体信号を抽出できた。

200200150150|Amplitude||Amplitude|

図1 実験システムの概要

10050100500001234567Frequency [Hz](a) 有人89100123456789Frequency [Hz](b) 無人図2 周波数解析結果
連絡先

穂苅真樹 mhokari@ss.oka-pu.ac.jp

10〇今後の方針：①高周波帯ミリ波レーダの導入、②心拍センサ、呼吸センサをリファレンス用として用い、信号処理した波形との比較(解析)、③
様々な車種での実験、④ハンディタイプへの改良

機械式パワーアシストシステムを有する車椅子の快適性の向上と実用化への取り組み
情報工学部人間情報工学科 大田慎一郎
保健福祉学部保健福祉学科 髙戸仁郎

吉田智哉

E-3
重点

車椅子を押してスロープ等の斜面を走行する際、介助者に負担が生じる。この負担を軽減することが可能となれば、病院や在宅において容易に移動可能となる。そこで、本研究では、平地もしくは下りで運動エネルギーをバネによる位置エネルギーへ変換し、上り斜面などで動力が必要な場合に応じて、位置エネルギーを運動エネルギーへ変換できる機械式パワーアシスト
車椅子を検討する。機械式パワーアシスト車いす（図1）はゼンマイバネと歯車で構成され、走行時の動力を保存、利用することが可能な駆動部の機構となっている。
図2、斜面釣り合いを用いたアシスト力の測定実験の結果を示す。この結果より、ゼンマイばねの巻き回数を増加させるとアシスト力が大きくなることがわかった。また、ゼンマイばねの巻き回数が25回を超えた後、補助力の増加率が減少していることがわかる。
今後は、この実験結果、および介助者の特性を再現可能な数理モデルを構築する予定である。

図1

機械式補助機構を有する車いす

連絡先

大田 慎一郎 ota@ss.oka-pu.ac.jp， 吉田髙戸 仁郎
takato@fhw.oka-pu.ac.jp

図2 補助力の測定
智哉 tyoshida@ss.oka-pu.ac.jp

圧力調整器での廃棄エネルギーの回収システム―エアモーターと発電機のパワーマッチング―
情報工学部人間情報工学科 吉田智哉

E-4
独創

高圧ガスの圧力を下げ必要とされる圧力に調整する装置が圧力調整器である。この装置は基本的にはガス通過断面積を絞りで狭め、ガスの流れの仕事率（パワー）を下げる装置である。自動圧力調整器は絞りを出口圧力に応じ自動的に変え所定の圧力にするフィードバック系となっている。ガスが絞りを通過する際には、乱流や絞り面との摩擦によるガスの持つ流体的なエネルギーを散逸している。
本研究はこの散逸エネルギーを回収し電気エネルギーに変換する装置開発の研究である。
日本におけるLPガス需要者は24,000,000所帯と多いため、LPガスの圧力調整器を研究対象とする。
圧力調整における廃棄エネルギーを回収しそれをマイコンメーターの電源として使うと、電池のエネルギーに対してかなりの電力が回収され最新のプロセッサーのフル稼働が可能である。

連絡先

吉田智哉

tyoshida@ss.oka-pu.ac.jp

自然言語処理と対話の研究

E-5

情報工学部情報システム工学科

独創

但馬康宏

コンピュータに言葉を理解させる取り組みは、コンピュータの誕生当初から行われており人工知能研究における究極の目標のひとつである。近年は、高精度の一般質問応答ができるシステムが作られており、まさに「コンピュータが言葉を話し始めた年」となっている。しかし、流暢なことばを出力するようになっても、その内容はデータとして与えた言語情報の断片的な模倣となっており、言語理解、言語処理の課題は現在でも非常に多い。
本研究室では、以下のようなテーマに取り組んでいる。
二人対戦人狼「ギシンアンキ」• LLMによる対話生成
二人対戦人狼「ギシンアンキ」のプレイヤーを作成し、人と対戦する上での情報伝達の工夫を研究した。
•

多人数不完全情報ゲームにおけるコミュニケーションと対話
カードゲーム「お邪魔者」における対話を用いたプレイヤーの作成とカード情報との関連。
•

対話の理解と応答生成
目的別対話における質問応答、対話生成について、特定の場面でのやり取りを想定し、発話の分類、応答の生成を行った。
連絡先

但馬康宏

tajima@cse.oka-pu.ac.jp

コンセントにおける低圧電圧の観測に関する研究
情報工学部情報システム工学科

E-6

徳永義孝

需要家において容易に測定できる電気の量は100V コンセントにおける低圧電圧である。この電圧値を活用することで需要家構内の状況を簡易に推測することが期待される。そこで本研究では需要家として本学の構内設備に着目し、コンセントで測定した電圧に対して、大学構内を模擬した簡略回路を用いて消費電力とともに検討を行った。大学構内のコンセントにおいて低圧電圧(100V)の電圧実効値を2021年11月1日(月) 1時から2022年11月1日(火) 0時まで，30分毎に測定した。
得られた結果のうち1時間ごとのデータを抽出し、図1に示す。欠測時を除く有効範囲のデータにおいて、101.65 V～106.41 V の範囲にあり、101±6 V の範囲内であったことがわかる。大学構内の電気的な状況を簡易に把握するため、図２に示す回路を設定した。構内の配電・変電設備を上位系統とともに抵抗 r (Ω) にまとめ、コンセントで測定した電圧をVL(Ω)、負荷全体の抵抗をRL(Ω)、1 時間当たりの平均消費電力をPL(kW)とし、電源電圧を110V に代表させた。すると、
PL = (110－VL )・VL / (1000 r) (kW) と表すことができ、実際のPL 値と比較したところ、ほぼ類似した傾向が得られることがわかった。

図２ 大学構内の簡略回路
図１ コンセントにおける電圧の観測結果

機械的特性の高い鋳造用新規アルミニウム合金の開発
情報工学部情報システム工学科

福田忠生

E-7

尾﨑公一

この研究の最終目標は、JIS-AC4CH に代わる Si フリーの Al 鋳造合金を開発することである｡合金元素から Si を除くことによって、Si由来の硬い析出物の生成がなくなるため、研磨によって光沢面が得られる鋳造合金となる｡これまでの研究では、合金元素に Si を含まない
JIS-AC7A 合金に Zn を添加した Al-Mg-Zn 鋳造合金が提案されている｡この合金は JIS-AC4CHと同等の静的強度を示すが、疲労特性は劣っていた｡そこで、この疲労特性を改善するために、新しい Al 鋳造合金 Al-Mg-Zn-Cu 系合金を提案し、その特性を評価した｡表 1 に本研究で用いた Al 合金の組成等を示す｡
表 2 に得られた機械的特性を示す｡融点、静的強度、疲労強度などを考慮すると、Zn3.0mass%、Mg 3.5mass%、Cu 1.0mass%を含む JIS-AC7A 系合金が最適という結果を得た｡
表1 試験した Al 合金の組成、液相線温度および固相線温度

連絡先■福田忠生■ fukuta@cse.oka-pu.ac.jp

表2 試験した Al 合金の機械的特性

炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの接合と修復
情報工学部情報システム工学科

E-8

金崎真人

近年、炭素繊維強化プラスチックのマトリクスに熱可塑性樹脂をもちいた、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics：CFRTP）が、モビリティ向けの材料として注目されている。本研究では樹脂の熱可塑性に着目し、CFRTP同士の熱による融着接合や、層間はく離などの樹脂に起因する破壊の修復に関する研究を行っている。このほか、CFRP材料の力学的評価や構造に関する検討も研究活動の一環として取り組んでいる。

熱可塑性樹脂CFRTP積層板内部に発生した樹脂の破壊を熱と圧力によって修復する．同様の技術を用いて板同士の接合も可能．

小さな衝突痕

内部の大きなはく離
連絡先

金崎真人

manato_k@cse.oka-pu.ac.jp

熱可塑性を利用したCF/PA6 積層板の衝撃
損傷修復と残留圧縮強度の実験的評価
金崎真人, 内城千翔, 田中基嗣, 斉藤博嗣,
西川雅章, 北條正樹, 金原勲
日本複合材料学会誌 40(3) 106 117 2014年5月

熱
圧力

はく離溶着・強度回復

赤外多帯域受発光集積デバイス用Ⅳ族混晶半導体に関する理論的研究
情報工学部情報通信工学科 末岡浩治

野田祐輔

狭ギャップ半導体で構築した多帯域赤外光電デバイスをSi集積プラットフォームへ融合できれば、様々な分野における新規情報担体デバイス・システムの革新的発展につながる。
本研究では、多帯域赤外光電デバイスデバイスのためのIV族混晶半導体に関する理論的研究を行う。具体的には、右図で示すようなSnドープ半導体Ge薄膜を計算対象とし、Snの形成エネルギー等を第一原理計算により求める。
Snの形成エネルギーの結果を下図に示す。これより、表面から4層目程度まで表面の影響を受け、Snの形成エネルギーが大幅に低下していることがわかる。この傾向は代表的な半導体Si薄膜と同様である。表面から5層以上内部に入るとSnの形成エネルギーはバルク中の値とほぼ等しくなるが、その値はGe中の方が小さい。この結果は、Sn原子はSiよりもGe薄膜中に取り込まれやすいことを示しており、これは実験結果と定性的に一致する。
連絡先

末岡 浩治 sueoka@c.oka-pu.ac.jp

E-9
独創円形微小共振器の表面ラフネスが共振周波数の統計分布に与える影響

E-10

情報工学部情報通信工学科 福嶋丈浩
共振器の形状とモードの対応関係を調べることは学術的な観点のみならず応用の観点から見ても興味深い研究課題である。通常、数値計算によるモード解析では理想的な形状を仮定する。一方、実際に共振器を製作する際には、共振器の表面にラフネスが生じる。そのため、表面ラフネ
スが共振器モードに与える影響を把握することが重要である。本研究では、表面ラフネスが共振周波数の統計分布に与える影響を有限要素法に基づく数値計算により調べた。図１と図２にラフネスの振幅がゼロの場合と0.1 µmの場合の共振周波数実部の間隔（モード間隔）と共振周波数虚部（モード損失）の統計分布の計算例を示す。ラフネスの振幅がゼロの場合には、共振器が完全な円形になるため対称性の異なるモードが縮退するとともに、全反射によって光が強く閉じ込められるウイスパリングギャラリーモードが現れる。その結果、モード間隔、モード損失ともにゼロ付近の度数が高くなる。一方、ラフネスの振幅を0.1 µmに設定した場合には、カオス共振器（光線の軌道が複雑な振る舞いを示す共振器）と同様にモード間隔が指数分布に、モード損失が対数正規分布に従うことが明らかになった。

図１

ラフネスの振幅がゼロの時の統計分布(a) モード間隔、(b) モード損失

連絡先

福嶋 丈浩 fuku@c.oka-pu.ac.jp

図２

ラフネスの振幅が0.1 µmの時の統計分布(a) モード間隔、(b) モード損失

グルーブガイドによる着脱式マイクロ波アプリケータの検討

E-11

情報工学部情報通信工学科 岸原充佳

独創マイクロ波の導波路として、グルーブガイドが知られている。このガイドは平行平板に溝を設けた構造であり、ガイド内で電磁波の伝搬が可能となる一方で、溝の遮断効果によって外部への放射がない。 本研究では、これと同じモード伝搬が可能で半分の構造からなるハーフモードグ
ルーブガイドを用いた 24 GHz帯マイクロ波アプリケータを検討している。流路はガイド開放端を通して内部へ配置することができる。さらに、流路自体を着脱式にすることができる。

図1にマイクロ波アプリケータの構造を示している。周囲金属の凸状断面の外形をしており、右手前側は開放構造となっている。開放幅はマイクロ波の遮断状態に選ばれるため、外部放射は生じない。そして、Ｕ型の流路が設けられ、図2のようにマイクロ波を遮へいした状態で導波路内の溶媒を加熱することができる。マイクロ波はSMA同軸ポートにより入力される。図3は試作したアプリケータの写真である。流路部分のテフロンは導波路と分割して準備し、後で導波路に差し込むことで完成するようにした。流路が着脱式となるため、異なる流路への交換が容易になる。

図1 アプリケータの構造
図2 温度分布
連絡先 岸原充佳 kisihara@c.oka-pu.ac.jp

図3 試作アプリケータの写真