金沢大学大学院自然科学研究科システム創成科学専攻・機能機械科学専攻・工学部機能機械工学科

機構設計研究室(繊維機械グループ)

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繊維機械グループでは,主として繊維や糸の物性の研究とこれらを加工するときに生じる現象の解析を行なっています.現在,高次加工は職人的技術(know-how)を基に成立しており,技術(加工条件)の伝承,効率的・効果的加工を可能にするために,その技術を理論的に解析しデータベース化することを試みています.また,繊維製品の高付加価値化に伴い製造工程は複雑化しますが,これに対して種々の工程の自動化,高速化技術に関しても研究を行なっています.さらに様々なスケールにおける繊維集合体(たとえば,フィラメントから構成される糸,糸より構成される布,糸より構成される巻糸体)の力学特性について実験と数値シミュレーションを行ない研究しています.

● 触覚センサを用いた回転なぞりによる布の表面特性の評価
 多様な特性をもつ布製品の品質管理や取り扱いにおいて,布製品の重要な評価要素として,布地に触れた際の手触り感があげられる.しかし,その定量的な測定は容易でない.本研究では簡単な構造により布の摩擦係数を測定することのできる触覚センサを提案した.この触覚センサによって,布地表面を測定して得られた客観評価値(計測された動摩擦係数をデータ処理して得られる各種の特性値)と主観的評価値(「風合い」)との結びつきを検討し,手触り感の客観評価法の確立を目的とする.
 
やりがい
 本研究室は,自発的に研究を行う環境があり,自分のペースでコツコツと研究に没頭することができます.毎週のゼミでは,発表に対する質疑,意見交換を先生方はもちろん,同期,先輩,後輩とも行うことができ,発表スキルだけでなく,多方面の意見を聴くことで考え方の柔軟性,コミュニケーション能力が向上でき,充実な時間を過ごせます.一人一人の個性を大切に,それを伸ばすことができる研究室だと思います.
● 組紐技術によるCFRP構造物の開発
 炭素繊維強化複合材料(Carbon Fibre Reinforced Plastic, CFRP)は高い強度と軽さを併せ持ち,航空機やスポーツカーなどへ用途が広がっている.しかし,製造工程は手作業で炭素繊維の束を貼り合わせ,樹脂を含浸させた後,炉の中で何時間も加熱硬化させる(オートクレーブ)ため,高コストとなり,量産には向かない.本研究では組紐技術を用いて強化繊維の構造を形成し(強化繊維プリフォーム),型に樹脂を注入して短時間で硬化させる(RTM成形)方法により,高性能な機械構造物を低コストで作成する技術を確立する.
 
やりがい
・最先端の複合材料について学ぶことができる.
・試行錯誤しながら実験していくので,自分の考えを活かすことができる.
● 回転体周りの空気流れの解析と動力損失低減
 繊維業界において,巻糸体を回転させ糸を巻き取る工程が頻繁であり,これによって消費される動力は膨大であり,このコスト増分が製品に付加されて製品価格を上げている.この消費動力増加の原因として,高速回転の際の周囲流体の攪拌作用が挙げられる.また過去の論文では回転体をカバーで覆うことによって攪拌作用を押さえられるという報告がある.そこで本研究では,流体解析ソフトを用いて,攪拌作用における周囲流体の流れ,カバーによる消費動力低減の効果などを解析し,巻糸体の消費動力低減に最も適切なカバー形状を提案すること目標としている.
 
やりがい
・授業では取り扱わない,流体解析ソフトの解析手法などが学習できる.
・共同研究先の若手技術者と相談しながら研究を進めているので,実用化までのプロセスが見えやすく,簡単なことでも聞きやすい.
・本研究では,繊維の問題のみならず,流体の問題も取り扱っているので非常にやりがいがある.
● 段ボール用結束機における紐貯留機構の挙動解析
 ダンボールを納入する際,ダンボールを紐で束ねて納入する.そこで使用されるのがダンボール用結束機である.この段ボール用結束機の高速化により,紐送り機構内で正常に紐送りができないトラブルが増加しつつある.本研究では,紐送り機構内の紐貯留機構に「補助吸引機構」を付加し,紐の挙動をビデオカメラで撮影し,動画解析ソフト(Dipp-Motion V)を用いて解析することによって,「補助吸引機構」の効果を検討する.
 
やりがい
・動画解析ソフトについて学ぶことができる.
・試行錯誤しながら実験していくので,自分の考えを活かすことができる.
● 高速で走行する糸に対するガイド形状と糸品質の関係
 合成繊維糸の製造における巻取工程では,近年の巻取装置の高速化に伴いガイド(棒状の固体)との接触による摩擦の発生やそれに伴う摩擦熱による糸品質の低下が問題となっています.そこで本研究ではポリエステル糸を用いて,ガイドとその上を屈曲した状態で走行する糸との接触状態を変更することで,糸張力の変化,摩擦によるガイドの温度上昇,またそれらに伴う糸物性の変化を調べることで,摩擦特性を調査し糸品質が低下するメカニズムを探ることを目的とします.
 
やりがい
・サーモグラフィや張力計,引張試験機,高速度カメラなど様々な計測機器を使いこなすことができる.
・実験による測定を主とした研究で,これから発展させていく段階なので,やりがいがある.
・それぞれのパラメータの関係を調べていく上でどんどん自分の考えを取り入れられる.
・共同研究先の若手技術者と相談しながら研究を進めているので,実用化までのプロセスが見えやすく,簡単なことでも聞きやすい.
● 3次元モデルを用いた連続マルチフィラメント糸の伸縮特性シミュレーション
 コンピュータ支援設計(CAD)はあらゆるモノづくりの設計段階で用いられ,繊維製品の設計においても広く私用されるようになってきている.しかしながら,現在実用されている織物CAD・編物CADは,繊維の幾何学的構造のみから構成されているモノがほとんどで,力学的関係を考慮しているものが少ないため,布の大変形や立体的構造に適するものが少ない.本研究では幾何学的構造と力学的関係の両方を組み込んだ編物CADの開発を目指して,まず,糸のループ形状の変形特性を3次元でシミュレーション可能なモデルを作成している.
 
やりがい
・研究を進めるにあたってプログラミングや繊維の知識だけでなく,材料力学や数値解析の知識なども必要となるので,これまで講義で学習したことを復習しつつ研究を進められる.
・C++とOpenGLを使いモデルを製作していく上で,コンピュータの使い方をより知る事ができる.具体的にはLinux上のスクリプト,動画作成ソフトの使い方などといったコンピュータの作業全般に役立つ知識を得ることができる.



Tomotsugu Shimokawa 平成27年5月13日