| Department of Mechanical Engineering [MECHANICAL A], University of Tokyo

3年Sセメスタースターリングエンジン設計演習
［SE演習］

演習の目的: 機械工学は、ものづくりに関する実学に基づく学問です。講義で学ぶ機械系四力学・設計・生産の知識を、実践を通して身につけます。スターリングエンジンは廃熱回収の方法としての応用だけでなく、熱を動力に変換するための熱力学、エンジン内部の流れを制御するための流体力学、適切な材質と形状を選定するための材料力学、往復運動を回転運動に切り替える機構のための機械力学という機械系四力学のエッセンスが組み込まれた教材です。また、それを統合して設計し製作する設計工学・生産工学の実力も身に付けます。

演習の内容: 4～6人1組のグループに分かれ各班オリジナルのスターリングエンジンをデザイン・製作します。
約2週間分の午後の演習の時間を用いて、コンセプトの設計・四力学に基づいた設計・製図・加工・組立・計測の全工程を行います。
コンセプトの設計から全て学生に委ねられているので、「パワーにこだわったもの」「効率化にこだわったもの」「おもしろい動きにこだわったもの」「軽量化にこだわったもの」この様に多種多様なエンジンが製作されます。
実際の加工では旋盤やフライス盤などの大型機械も多く用いるため、教職員やTAが総動員でサポートする機械系の名物演習授業です。設計・製作のみでなく、全学生と担当教職員が集う発表会でコンセプトのアピールポイントや作品の集大成を披露します。
スターリングエンジン演習以外にも、各種実験・計算機の演習が設定されており、実際に「もの」を作る実用的な演習が多いことが、他の工学部にはない機械系の特徴です。
スターリングエンジン演習作品の展示紹介映像 (HASEKO-KUMA HALLサイト）

スターリングエンジンとは？

スターリングエンジンとは、外部の熱を取り込んで動力とする外燃機関です。一般にエンジンと聞くと、自動車のエンジンなど内燃機関をイメージするかと思いますが、スターリングエンジンはさまざまな熱源を利用でき、騒音が少なく、排気ガスがクリーン、などの利点があり発展が期待されています。

3年Aセメスターメカトロニクス演習
［メカトロ演習］

演習の目的: 現代のほとんどの機械製品は、電子制御を用いたものばかりです。スマホなどの情報機器、エアコンなどの家電製品はいうまでもなく、自動車などのモビリティも、生産や生活を支えるロボットも。これらの機械を電子制御する学問のことを、機械工学（メカニクス、mechanics）と電子工学（エレクトロニクス、electronics）を融合させた和製英語でメカトロニクスと言います。本演習では、センサ（光センサ、画像センサなど）、アクチュエータ（モータなどの動力装置）、それらをつなぐプログラミングと電子回路を組み込んだ「メカトロおもちゃ」を、コンセプトから設計し、製作、発表します。この演習を通して、何を作るか（What to）とどう作るか（How to）の両方を発想する創造設計のプロセスを学びます。

演習の内容: 「とにかく面白いメカトロおもちゃ」を約10回の演習時間の中で、チームで協力しながら、自らのアイデア、好奇心、想像力をもとにでゼロからデザイン・製作します。
スターリングエンジン演習がでは、金属加工に基づいた制作であるのに対して、メカトロ演習では、3Dプリンタ、木工やプラスチックのレーザカッタ、手作業での組み立てなど、手段の幅が広がります。2020年より、発表を制作動画としたことで、「メカトロおもちゃ」の機構のアピールだけでなく独自の世界観もデザインする創造設計演習となっています。動画発表に加えて2022年度から復活した現場現物デモ発表会では、日本を代表するものづくり企業からの来賓も招き、投票・表彰も行い、笑いや歓声が絶えない演習です。

過去の作品

Elective Exercises within the Creative Design Exercise, 3rd year, Semester A Fluid Simulation Exercise

演習の目的: Computational fluid dynamics (CFD) is a simulation method that discretizes the governing equations of fluid phenomena (continuity equations, partial differential equations such as Navier-Stokes equations) in time and space, and analyzes the flow field numerically using computers. CFD is one of the indispensable computer-aided engineering (CAE) tools for product design and performance evaluation in the industrial world. The objective of this course is to master the fundamentals of CFD through the analysis of flow around airfoils and flow in microchannels, and to develop a foundation to be able to perform more advanced CFD simulations in the process of research in the future.

演習の内容

In the exercise, students will experience CFD simulation using OpenFOAM. In the analysis of flow around a Joukowski airfoil, students observe how the flow field changes when the angle of attack is changed, and compare the lift and drag coefficients with experimental values to confirm the validity and applicability of CFD. coefficients are compared with experimental values to confirm the validity and applicability of CFD. In the analysis of droplet behavior in microchannels, the effects of channel width, wettability, shear rate, and other factors on the movement of the contact line will be examined, and fluidic phenomena unique to microchannels will be discussed. Through these exercises, students will develop basic and practical skills related to CFD of flow around objects and gas-liquid two-phase flow.

Elective Exercises within the Creative Design Exercise, 3rd year, Semester A Micro Manufacturing Exercise ［MEMS Exercise]

演習の目的: We are surrounded by many things fabricated by nano- and micrometer-scale microfabrication and integration technologies, such as microscopic sensors and switches, integrated circuits, and power and energy generation devices. In this seminar, students learn "micro manufacturing" through understanding the principles and fabrication techniques of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Students will not only learn about the four dynamics and design of mechanical systems, but also survey academic papers and literature to challenge themselves to design, fabricate, measure and evaluate state-of-the-art nano- and micro-devices.

演習の内容

While learning nano- and micro-scale microfabrication and integration technologies, students design and fabricate their own devices using CAD and numerical simulation, and measure and evaluate their performance and functions. Each group will set its own theme, research the latest related academic papers and literature, and design devices by referring to them. While designing detailed device structures, students examine device fabrication and assembly procedures and clean-room processes, and actually fabricate devices in a clean room (photolithography, deposition of metal and polymer films, etching, etc.).