大久保研究室へようこそ

Welcome to Ohkubo Lab.

東京工科大学工学部機械工学科の大久保研究室では、「レーザー加熱による加速試験」「太陽光励起レーザー」「レーザー加工のコンピューターシミュレーション」等光やエネルギーをサステイナブルな社会に生かすための研究を行っています。

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レーザー加熱による加速試験機の開発

Development of Acceleration testing system using Laser

航空機エンジン等の燃費向上のためには,高温に耐える新しい材料が必要です。本研究室ではレーザーを用いた新しい加速試験機を開発し,最先端の航空機エンジン用の材料開発を促進し,サステイナブルな社会の実現を目指します。

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太陽光励起レーザー

Solar Pumped Laser

太陽光励起レーザーとは「地球上に膨大に降り注ぐ太陽光の光エネルギーを集め、直接レーザーに変換する技術」です。太陽光エネルギーの有効利用により、サステイナブルな社会に貢献する事を目指します。

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レーザー加工のシミュレーション

Numerical Simulation of Laser Processing

レーザーによるものづくりが今後のサステイナブルな社会の実現には必要となりますが、分からない事も多いです。本研究室ではコンピューターシミュレーション(数値計算)によりレーザーによるものづくりの現象解明、最適化を目指します。

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ニュース

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主な研究テーマ

東京工科大学工学部機械工学科の大久保研究室では、「レーザー加熱による加速試験」「太陽光励起レーザー」「レーザー加工のコンピューターシミュレーション」等光やエネルギーをサステイナブルな社会に生かすための研究を行っています。

レーザー加熱による加速試験機

航空機エンジン等の燃費向上のためには,高温に耐える新しい材料が必要です。本研究室ではレーザーを用いた新しい加速試験機を開発し,最先端の航空機エンジン用の材料開発を促進し,サステイナブルな社会の実現を目指します。

太陽光励起レーザー

太陽光励起レーザーとは「地球上に膨大に降り注ぐ太陽光の光エネルギーを集め、直接レーザーに変換する技術」です。太陽光エネルギーの有効利用により、サステイナブルな社会に貢献する事を目指します。

レーザー加工の数値計算

レーザーによるものづくりが今後のサステイナブルな社会の実現には必要となりますが、分からない事も多いです。本研究室ではコンピューターシミュレーション(数値計算)によりレーザーによるものづくりの現象解明、最適化を目指します。

研究紹介

研究概要を画像付きで説明します。
研究業績の詳細はこちら

レーザーによる加速試験機

レーザーによる加速試験機

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サステイナブル社会の実現に向けて,航空機の燃費向上は欠かせません.航空機等の燃費は,高温になればなるほど効率は向上するのですが,それを実現するためには高温に耐えられる材料が必要です.
次世代の航空機エンジン等の材料として ,日本の技術を生かした SiC:炭化ケイ素 のファイバーと SiC のマトリクスを組み合わせた複合材料であるセラミック基複合材料(CMC: Ceramic Matrix Composites) が高耐熱で丈夫な材料として期待されています.
SiC-SiC CMC を航空機エンジンの材料に使うためには,実際に使用する時の高温状態や,高温状態と低温状態を繰り返した状態で材料がその機能を保持出来ているかを試験する必要があります.
従来の炉に入れる試験方法では,加熱にも冷却にも時間がかかってしまいます.そこで,本研究室では材料に直接レーザーを照射することにより,加熱も冷却も短時間で出来る新しい試験装置を開発しています.この試験装置が完成すれば,加熱,冷却を短時間で繰り返す加速試験が可能になります.
オールジャパンの新しい試験装置と新材料開発で,日本の技術革新を促進して行くお手伝いをしたいと考えています.

独自開発のSLT法

独自開発のSLT法

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従来のレーザー加熱では,丸いビームを照射形状に整形しているため様々な制約があったり,水蒸気に吸収されやすいCO2レーザーを使っているためにエンジン内部を模擬した環境での実験が困難だったりという問題があります.
そこで,レーザーで試験片を局所的に加熱することにより,加熱,冷却を短時間で可能とし,加熱と冷却を繰り返す加速試験方法を開発しています.この手法を "Selective Laser Thermoregulation (SLT) 法" と名付けました.
右側がSLT法の構想・概念図です.加湿空気を流したチャンバー内で試験片を水蒸気に吸収されにくいファイバーレーザーで加熱します.レーザーはガルバノスキャナと呼ばれる照射位置を制御する装置で高速に移動させ,塗り絵のように加熱したい部分を加熱します.これなら試験片の変形にも対応出来ますし,様々な形状の物を加熱することが可能です.更に,温度分布の制御もアクティブに行うことが可能となります.
どのようなレーザー照射条件なら思い通りの加熱が出来るかを決定するAIの開発にも取り組んでおり,AIによって超高温の温度分布を形成する,全く新しい仕組みの試験装置の開発に取り組んでいます.

太陽光からレーザーへ

太陽光からレーザーへ

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サステイナブルな社会の実現に向けて、温室効果ガスの問題や枯渇の心配のある化石燃料から太陽エネルギーなどの再生可能エネルギーへの転換が求められています。 そこで、本研究室では使いにくい太陽光エネルギーを使いやすいレーザーへと変換する「太陽光励起レーザー」の研究・開発を行っています。 太陽光をレーザーに変換することにより、宇宙太陽光発電や、レーザー推進、エネルギーサイクルへの応用や、更には月面等の宇宙での加工機など幅広い応用が期待できます。 太陽光励起レーザーはまさに未来のエネルギーと言えるでしょう。
太陽光励起レーザー概要

太陽光励起レーザー概要

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大型のフレネルレンズにより大きな太陽光パワーを集め、その太陽光を二次集光系、三次集光系によりレーザー媒質へと集光することによりレーザー発振を実現します。 地上から見ると太陽は刻一刻と動いているように見えるため、常にフレネルレンズが太陽に正対するように、装置全体は太陽追尾装置の上に構築されています。 このような仕組みにより、実際の太陽光を用いたレーザー発振に成功しています。
他の研究との比較

他の研究との比較

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横軸をレーザー出力、縦軸を効率にして色々な研究を比較したグラフです。 私たちが開発した太陽光励起レーザーは現在ワールドクラスの効率を得ることに成功しています。 他の過去の研究の最高効率の結果と比較すると、レーザー出力は約10倍も大きく、1.5倍大きな効率でのレーザー発振に成功しています。 ※2017年1月に世界一の効率はスペインのチームに追い越されました.追い抜き返さなければなりません!!
レーザー加工と数値計算

レーザー加工と数値計算

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従来の機械加工では、工具の損耗や対象の破壊・変形、更には加工速度が遅いなどの問題がありました。 近年注目されているレーザー加工は、レーザーは光ですので損耗することは無く、一瞬で対象を除去することが可能なため、加工速度が速いのが特徴です。 しかしながら、レーザーの熱により材料が変形・損耗することがあるのですが、現象が一瞬で起こるために何が起こっているのかを実験で把握するのが困難です。 そこで本研究室ではレーザーによる入熱等の最適化を行うために、コンピューターを利用したシミュレーション(数値計算)によって現象の把握や最適化を目指します。
CFRPのレーザー加工

CFRPのレーザー加工

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軽くて丈夫なCFRPは乗り物の材料としては大変優れており、サステイナブルな社会に必須の材料です。 レーザーであれば素早く切れますが、レーザーへの反応が全く違う炭素繊維とプラスチックとの複合材料であるために、レーザーを照射された材料がどのように変化するのかが良く分かっていません。 そのため、本研究室ではコンピューターシミュレーションにより、材料の内部でどのような現象が起こるのかを解析し、最適化を目指します。
レーザーで3Dプリンタ

レーザーで3Dプリンタ

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様々な形状が最低限の材料で一度に成型できるサステイナブルなものづくりの方法として3Dプリンタが現在注目を浴びています。 その中でも、敷き詰めた金属の粉をレーザーで溶かしてから固めることにより、レーザーを照射した部分だけを造形する技術があります。 この技術は材料を無駄にしないサステイナブルな加工方法ですが、レーザーが照射された多数の金属粉は複雑な挙動を示すため、最適化が進んでいません。 そこで本研究室では金属粉末の集合体にレーザーを照射した際にどのようなふるまいが起こるのかをコンピューターシミュレーションによって明らかにし、最適化を目指します。
レーザー推進

レーザー推進

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通常はどんなに強い光を当てても物は動きませんが、レーザーだと物を動かすことが出来ます。これを用いた推進技術をレーザー推進と呼びます。 レーザーは、かなり平行に近い光線ですので、レンズでものすごく小さく集光することが出来ます。つまり、空間的に集中することが可能です。 更に、レーザーはエネルギーを溜めて、一瞬にエネルギーを集中して放出することも可能です。つまり、時間的にも集中することが可能なのです。 これらのレーザーの特徴を利用すると、物(ターゲット)にレーザーを照射すると、その集中されたエネルギーによってターゲットが高温・高圧の蒸気となり、爆発のような現象を起こすことが出来ます。その爆発の力で物を動かすのがレーザー推進の考え方です。 そこで本研究室では水を用いたレーザー推進技術により、物に直接触らずに、高効率に物を動かすことが可能なレーザー推進技術の開発を行います。
水を用いたレーザー推進

水を用いたレーザー推進

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レーザーで効率良く物を動かすにはどうしたら良いのでしょうか? 空気中で泳ごうとしていくら空気をかいても前に進むことは出来ません。これは、後ろに向かってかいている空気が軽いため、体が受ける反作用が小さすぎるためです。 一方で、水中で泳ぐことが出来るのは、後ろにかく水が重いため、体が受ける反作用も大きくなるからです。 つまり、レーザーで重い物を吹き飛ばせば、大きな反作用を得て効率よく物を動かすことが出来ます。 空気中で泳ごうとしたのと同じように、普通の固体にレーザーを照射しても、気体になった一部が吹き飛ぶだけなので、ターゲットは大きな反作用を得ることができません。 しかし、ターゲットの表面に水を付けておくと、水が透明なため、レーザーは水を透過して直接ターゲットに照射されます。ターゲットで生じたガスは、重い水と一緒に吹き飛ぶため、ターゲットは大きな推進力を得ることができます。 このように、水をターゲットに付けることにより、ターゲットだけでなく水も一緒にレーザーで吹き飛ばすことによって、ターゲットが効率良く推進できます。
AIを用いた光学素子の設計

AIを用いた光学素子の設計

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世界中のどこにもまだ無いような、超ハイパワー(エクサW:エクサ=10の18乗)レーザーを作りたいという大きな目標があります。 しかし、そのような世界中のどこにも無いレーザーを実現するためには、世界中どこにもまだ無い光学素子(部品)が必要です。 ですが、当然世界中のどこにも無いわけですから、設計方法も確立しておらず、専門家のノウハウ頼りなのが実情です。 そこで、本研究では、専門家のノウハウをAI(人工知能)で置き換えることを目的として研究開発を行っています。 右側にあるグラフはあくまで例ですが、従来のAIでは、実際の反射率と予測された反射率が全く一致していませんが、本研究で開発したAIは、実際の反射率をかなり正確に予測できるようになりました。 今後は、このAIを更に進化させて、予測ではなく、設計に生かせるように研究を行っていきます。

その他外部サイトでの紹介等

所属プロジェクト・補助金・共同研究等

大久保研究室では学内・学外の他の研究室・研究機関との共同研究を行っています。
また、研究助成金等を頂いて行っている研究もあります。
*ロゴは全てリンクさせて頂いているので、ロゴ単体でアップロードされていない場合は空とさせて頂いています

「セラミックス基複合材料の航空機エンジン部材化技術の開発」のプロジェクトでバーチャルテストに関する研究を行っています。(2018年度〜)

ファイバレーザとガルバノスキャナとAIを組み合わせた超高温超高速加熱試験装置の開発を行っています(2020年度〜)

太陽光励起レーザーについてスズキ財団様よりご支援を頂いています。(2021年度)

太陽光励起レーザー等,光技術の発展に向けて提携して活動しています.(2018年度〜)

レーザーを用いた金属3Dプリンタや,レーザー切断に関する数値計算等について共同研究を行っています。(2012年度〜)

次世代の超ハイパワーレーザーを実現するための、超広帯域・超低分散の光学素子の設計を行っています。(2013年度〜)

人の光センサーである眼について,瞳孔の挙動やピント調整に関する研究の主にデータ処理について共同研究を行っています。(2018年度〜)

Siにフェムト秒レーザーを照射した際の数値計算を行っています。(2020年度〜)

本学のAIプロジェクトにおいて、光学部品の設計に人工知能を活用する研究を行っています。(2017年度〜)


レーザ溶接の数値計算についてスズキ財団様よりご支援を頂きました。(2020年度)

太陽光励起レーザーの研究についてトランスコスモス財団様よりご支援を頂きました。(2019年度)

「革新的設計生産技術」のレーザーコーティングのプロジェクトにおけるイノベーションスタイルのコアメンバーでした。(2015〜2018年度)

レーザーを用いた3Dプリンタ技術に関するコンピューターシミュレーションについてスズキ財団様よりご支援を頂きました。(2018年度)

太陽光励起レーザーに関する国際会議での発表について東電記念財団様よりご支援を頂きました。(2018年度)

CFRPのレーザー加工に関するコンピューターシミュレーションについて天田財団様よりご支援を頂きました。(2015〜2017年度)

日本学術振興会の科学研究費補助金により、太陽光励起レーザーの研究のご支援を頂きました。(2014〜2016年度)

メンバー

本研究室は、所属学生達と非常勤講師と大久保で構成されています。

所属学生達

所属学生達

大学院学部
越地 駿人 (M2)梶川 亮
中尾根 美樹 (M1)石村 祐太
稲村 龍介
岩﨑 裕也
佐藤 礼人
鈴木 大悟
髙橋 優作
田中丸 翔奈
中山 晃洋
西野 神来
堀込 一寿
宗像 宏純
森 大輝
山﨑 拓実

卒業生はこちら

謎の人物

非常勤講師

非常勤講師

その道のプロである方にお願いし、非常勤で学生達の指導や研究室運営を手伝って頂いています。

大久保 友雅

大久保 友雅

准教授:大久保 友雅

よみ:おおくぼ ともまさ
出身高校:東京都立新宿高等学校
出身大学:東京工業大学
出身大学院:東京工業大学 博士(理学)
前職:東京工業大学 機械物理工学専攻 助教
所属学会(あいうえお順):応用物理学会, 日本機械学会,レーザ加工学会,レーザー学会
詳しくはこちらをご覧ください。

連絡先

御用の際にはこちらのフォーム に必要事項をご記入の上ご連絡下さい。

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東京工科大学 大久保研究室

東京都八王子市片倉町1404-1
東京工科大学
大久保居室:研究棟C 205-1号室
学生室兼実験室:研究棟C 107号室

アクセスの詳細

研究室にお越しの際に分かりにくい部分を補足したつもりです

八王子キャンパスへ

八王子キャンパスへ

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  •  JR横浜線「八王子みなみ野駅」からスクールバス(無料)で約5分
    1. 改札を出て右(西口)へ向かって下さい
    2. 階段を昇って直進して下さい
    3. 左手にバス停があります
 
  • JR中央線「八王子駅」からスクールバス(無料)で約10分
    1. 改札を出て左(南口)へ向かって下さい
    2. エスカレーターを降りて左に曲がって下さい
    3. ビックカメラを左手に見ながら進むと右手にバス停があります
 
  • お車でお越しの方は国道16号線から北側の正門からお入り下さい.(西門は入れません)
※スクールバスの時刻表等詳細はこちらをご参照下さい
学内アクセスマップ

学内アクセスマップ

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  1. 八王子駅からバスでお越しの方は,「厚生棟前」,八王子みなみ野駅からお越しの方は「図書館棟前」のバス停(朝以外はここしか停まりません)でお降り下さい.
  2. 神殿のような建物に沿って,中央広場まで出て,左右対称な建物を目指して階段を上がって下さい.
  3. 階段を上ると左右対称な建物の中央に銅像がありますので,それを右手に見ながら左向きに階段を上がって,建物を潜り抜けて下さい.
  4. マクドナルドの看板が見つかるので,マクドナルドの奥の建物が大久保研のある研究棟Cです.
  5. 研究棟Cの205-1が大久保の居室です.学生室兼実験室は107号室です.