金沢大学大学院自然科学研究科 機械科学専攻 機能機械コース
金沢大学理工学域機械工学類 機械システムコース/知能機械コース 

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,糸,新素材,布地や布製品のほか,糸の製造に関わる部分)の力学特性について実験と数値シミュレーションによって研究を行なっています.
  本研究室では,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.週に1回行なう合同ゼミでは,発表に対する質疑,意見交換を先生方,グループの学生を交えて行なっています.これは,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の向上が期待できます.

● 触覚センサの繰り返しなぞり動作による布地表面特性の変化
 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の1つに,布地に触れた際の手触り感があげられる.しかし,定性的な手触り感を"定量的"に評価することは容易ではない.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
・理論自体は比較的簡単であるが,その応用の仕方を学び,さまざまな実験・解析を行なえる.
・装置の作成から実験,考察まで一連の流れを自分たちで行なえる.
● 生物に学び組紐技術を応用したCFRP製作
 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.
● 型を用いたCNT紡績糸の結索
 カーボンナノチューブ(CNT)とは炭素で構成されている直径がナノメートルサイズのチューブ状の物質であり非常に良い物性を有する.本研究ではこのCNTが自己組成的に一方向に配列したCNT紡績糸を扱う.このCNT紡績糸はCNTの優れた電気伝導性,熱伝導性などがあり近年注目されている.
 本研究室では2005年から型に紐の結び目経路を形成し,その経路に紐を通して結び目を得る方法を用いた結索装置による経路形成技術の研究を行っており,この方法は理論上あらゆる結び目に対応できる.そこでハンドリングが困難なCNT紡績糸を結索し,糸の物性値に基づいた型製作のための条件に基づいた糸通過シミュレーションの構築を研究の目的とする.その結果,CNT紡績糸の無限に長い糸状物体を得ることができ,その用途の更なる拡大が見込まれる.
やりがい
・結索装置の動作のためにPLC(プログラマブルロジックコントローラ) を用いてシーケンス制御により機械を動かすことで機械の仕組みを知る事が出来る.
・最先端のカメラを用いてCNTを検出するといった新技術に触れることが出来る
● 高速で走行する合成繊維糸とガイドの摩擦特性
 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.
・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.
● スマートテキスタイルとしての金属細線編地の引張特性解析研究 
 スマートテキスタイルとは,周囲の環境の変化に対応して,着用者の好ましい環境に動的に変化,修正するテキスタイル素材であり,人の身体運動をサポートする機能を備えた布地として,医療,福祉,健康分野への応用が期待されている.スマートテキスタイルによるサポートは大まかに分けてセンシング機能によるサポートとアクチュエート機能によるサポートがあるが,現在アクチュエート機能を主としたスマートテキスタイルはあまり存在しない.そこで,本研究では金属糸や形状記憶合金糸を用いて編地を作製し,編地の特性を調査することで,センシング機能だけでなく,アクチュエート機能を備えた編地を作製することを主たる目的とする.
 
やりがい
・医療,福祉,健康分野で注目を集めているスマートテキスタイルのセンシング技術,アクチュエート技術について学ぶことができる.
・自らの手で一から編地を作製するので,自分の考えを取り入れられる場面が多い.
・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,簡単なことでも聞きやすい.



Tomotsugu Shimokawa 平成29年12月1日