2023 Fiscal Year Research-status Report

アディティブマニュファクチャリング技術を利用した次世代吸音材開発

Research Project

Project/Area Number	22K14376
Research Institution	Kindai University
Principal Investigator	菅原彬子近畿大学, 建築学部, 助教 (90878175)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2027-03-31
Keywords	アディティブマニュファクチャリング / 吸音材開発 / 音響メタマテリアル / 3Dプリンター
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，アディティブマニュファクチャリング技術を用いて新たな吸音材を開発しようとするものである．そのため，微細周期構造により音波を制御する音響メタマテリアルに着目する．従来の多孔質吸音材で課題であった重力や湿気等による劣化のない，”かたい”吸音材，そして，高い設計自由度を利用し，使用状況に応じた所望の吸音特性をもつ吸音材の開発を目指す．令和5年度は，2つの要素に着目し，数値解析および実験による検討を行った．一つは，前年度に引き続き，近年，物理学，光学等の分野で着目される”ハイパーユニフォーム”構造に着目した検討を行った．多数の細かいランダム波を含有することによるランダム性と周期性をあわせもつ微細周期構造を提案し，構造体を構成するランダム波の分布が吸音特性に与える影響を検討した．結果として，ランダム波の分布は吸音特性に大きな影響を与え，より大きな吸音特性を得るにはより細かい波を多く含む構造が望ましいことが示された．もう一つは，入射側の面にスリットを有する単位格子からなる微細周期構造に着目し，スリットの個数や幅等の幾何パラメータがJCAPLモデルの輸送パラメータ，ひいては吸音特性に与える影響を検討した．結果より，スリットの幅を小さくする，数を増やす等の処理によって，同じ開口率でもより流れ抵抗が大きくなり，広帯域で安定した吸音率を得られる可能性が示唆された．以上の結果により，微細周期構造の単位格子の内部形状や，特に入射面側の開口形状が流れ抵抗等の輸送パラメータを変化させ，吸音特性も変化させることが示唆された．これにより，本研究の目的の一つである，使用状況に応じた所望の吸音特性を持つ吸音材が実現できる可能性が示唆された．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2種類の微細周期構造を対象に数値解析・実験的検討を進めた．1つめのハイパーユニフォーミティに着目した検討については令和4年度に引き続き検討を行っており，昨年度には不足していた実験的検討やランダム波の分布形状による違いについての検討を進めた．これらの内容について国内会議で1件，国際会議で1件の口頭発表を行い，有益なフィードバックを得た．また，現在論文誌に投稿すべく執筆中である．2つめのスリットを有する単位格子からなる微細周期構造に関する検討については今年度から開始したものであり，数値解析による検討と併せて実験的検討も行い，計算の妥当性や実際の造形物の有用性に関する検討を行った．この内容は，国内会議で2件口頭発表し，2024年度の国際会議でも発表予定である．
Strategy for Future Research Activity	ハイパーユニフォーム構造については，数値解析を用いてランダム波の分布性状と吸音特性の関係をさらに精査する．また，ランダム性により同じ条件で作成した構造でも特性がばらつく可能性があるため，多くの分析を行い，各条件で期待されるパラメータ値や吸音特性を統計的に推定することに取り組む．また，スリットを有する単位格子からなる微細周期構造についても同様に，各条件で期待される吸音特性を推定する回帰式を確立するための検討を数値解析的に行う．これにより，所望の吸音特性を得るためにどのような形状を作成すればよいかという設計指針を提案することを目指す．並行して，現状取り組めていない最適化を用いた吸音機構についての検討を開始する．
Causes of Carryover	本年度の研究では研究発表のための学会発表旅費として科研費を利用したため，想定より樹脂材料を購入するための物品費に予算を割けなかった．樹脂材料の購入に若干足りなかった分で使用額に齟齬が生まれ，次年度使用額が生じた．また，購入日の都合で令和5年度の支払期日に間に合わず，今年度の支出となる物品があった．次年度使用額は，令和6年度の予算と併せ樹脂材料費として用いる予定である．