当研究室では、産業界や関連する学会と強固なネットワークを構築し、その交流に基づきニーズを重視した研究テーマを選定しています。産業界との先端的な共同研究開発プロジェクトを複数実施しているほか、産学官連携による国家プロジェクトにも積極的に参画しています。特定の企業だけに利益を還元するのではなく、社会全体に利益をもたらす可能性のある研究テーマを遂行することが、私たちのモットーです。

     物理現象は工学的な観点だけでなく科学的な観点からも解析することで、実用化につながることが多いのです。具体的には、有限要素法(FEM)などのコンピュータシミュレーション技術を駆使して、熱解析、応力解析、流動凝固解析などを行います。コンピュータシミュレーションとは、自然現象を数理的にモデル化することです。生産技術に関わる自然現象には、熱伝導、流体の移動、液体から固体への相変化、熱応力の発生、弾性変形、塑性変形、クリープ（粘性）変形などといった様々な現象があります。製造プロセスでは、これらの現象が同時に発生するケースが多く、コンピュータシミュレーションで実際の現象を再現するのは容易ではありません。実際、大きな差異が生じてしまうケースが一般的です。そこで、実験によって実際の物理現象を把握し、その差がモデリングのどの部分で生じているかを検証するのです。これを「バリデーション」と呼びます。また、コンピュータシミュレーションに適用する構成方程式、熱的・物理的特性、力学的特性などを実験的に構築し、取得することも目指しています。そのために、取得する装置や方法がない場合には、独自に装置を開発・製作することもあります。なぜならモデル化、物性、特性値の実験的根拠の妥当性は、計算そのものの信頼性に関わるからです。分析評価についても、SEM(走査型電子顕微鏡)、TEM(透過型電子顕微鏡)、EPMA(電子線マイクロアナライザ)、XRD(X線解析)など、従来からある分析機器を駆使しています。

     実験とシミュレーションの両方を活用することで、製造プロセスにおける実際の現象や様々な不具合発生の予測精度を向上させ、これまで実現できなかった新しいものづくりを実現します。最終的には、当研究室の研究目的である輸送機器や電気システム・各種プラントの高効率化や高信頼性化のための、次世代製造プロセスの構築と最適化に貢献することになります。

パワーエレクトロニクスモジュールは、HEV(ハイブリッド自動車)やEV(電気自動車)に不可欠な半導体であり、システム内のエネルギーを処理、変換、制御します。近年、SiCベースのモジュールが開発され、システムにおける効率的な熱管理は重要な課題となっています。本研究室では、次世代SiCベースモジュールの要求に応えられる新しい接合技術を開発すると同時に、様々な物理現象を考慮した数値シミュレーションによる信頼性検討を行っている。

自動車部品用材料の機械的性質の向上に伴い、Al-Cu、Al-Mg等の非共晶展伸アルミ合金の鋳造への適用が強く求められています。しかし、凝固割れなどの欠陥の発生がその実用化を妨げています。当研究室では、凝固割れ現象を支配する因子の解明を目指し、様々な角度から凝固割れ現象の研究を行っています。

私たちのグループでは、自動車部品の製造において一般的な鋳造・熱処理工程で鋳造部品に発生する残留応力について研究しています。鋳造と熱処理の両工程で鋳造部品に発生する残留応力や変形を予測する目的で、CAE（Computer Aided Engineering）を用いた熱応力解析を行っています。

砂型鋳造は、ディーゼルエンジンのシリンダーヘッドなどの鋳鉄製品、鋳造用金型、工作機械などの製造に用いられる鋳造方法です。その際、鋳造部品の肉厚差による冷却速度の差や砂型の反力により、残留応力や変形が発生します。私たちのグループでは、砂型反力の影響を考慮した熱応力解析を行うことで、鋳物内部の残留応力をより正確に予測しています。

銅合金は耐食性に優れているため、水道用バルブなどの水道設備によく使用されています。水道用バルブの製造には鋳造法が一般的ですが、鋳造法では凝固割れなどの欠陥が発生する可能性があります。本研究室では、FEM(有限要素法)を用いた熱応力解析を行い、銅合金の鋳造欠陥を予測することを目的としています。

タービンブレードは通常、ニッケル基超合金を用いて精密鋳造により製造されます。しかし、凝固割れなどの鋳造欠陥が発生すると生産性が低下し、最終的には製造コストの上昇につながってしまいます。一般的には、経験則から金型の設計を変更することで鋳造割れを回避していますが、経験豊富な熟練工の減少により困難になってきています。私たちのグループでは、この問題を解決するために、凝固亀裂の発生を予測する計算機シミュレーションに着目しています。

自動車のシリンダーブロックやシャシー部品には、アルミニウム合金のダイカストが使われていますが、ダイカスト素材は熱処理が難しいという課題がありました。しかし、新しいダイカスト鋳造法の開発により、一部のダイカスト製品の熱処理が可能となりました。当グループでは、この熱処理に着目し、熱処理プロセスの最適化を目指しています。

軽量で高強度という特徴から、アルミ合金は自動車の車体やシャーシなどの部品に広く使われている。これらの特性をさらに向上させるためには、材料の微細構造の改善が必要である。当研究室では、軽量で加工性に優れたアルミニウム合金を開発するために、アルミニウム合金の微細構造を改善する超音波振動誘導に着目しています。

金属疲労は、繰り返し負荷がかかることにより疲労が蓄積し、最終的に破壊に至る現象です。機械構造物は、引張荷重と圧縮荷重の平均応力がゼロにならない非対称のサイクル疲労が起こる環境で使用されることが多く、クリープ変形が発生してしまいます。当グループでは、疲労とクリープの相関を明らかにするために、新しい疲労データ解析法を提案します。