金属３Dプリンターとトポロジー最適化を利用した強力超音波振動子の設計手法の開発

• 研究課題/領域番号: 25K07631
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
• 研究機関: 東京科学大学
• 研究代表者: 和田 有司 東京科学大学, 総合研究院, 助教 (40725123)
• 研究期間 (年度): 2025-04-01 – 2029-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2025年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2028年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2027年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2026年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: トポロジー最適化 / 金属3Dプリンター / 強力超音波振動子 / 構造最適化 / レベルセット法

研究開始時の研究の概要

超音波振動子は多彩な用途を有する産業応用上重要な素子である。トポロジー最適化は空隙を含めた材料配置すべてを設計する構造最適化手法である。金属3Dプリンター技術の一般化により、最適化により得られた三次元形状を造形し、試験や実製品への応用が可能になりつつある。トポロジー最適化を用いて超音波振動子を設計すれば、従来の振動子より優れたものが実現できる可能性がある。本研究は空中超音波音源向けの超音波振動子を対象として、金属3Dプリンターとトポロジー最適化を用いた超音波振動子の設計手法の確立を目指す。