「プチッ」で異物を発見！気泡緩衝材を活用した安全・低コストな非破壊検査システムが開発

2025年12月3日

URLをコピーしました！

気泡緩衝材の破裂音で異物を検出する新技術

身近な梱包材である気泡緩衝材を「プチッ」と潰したときのあの音。実はこの破裂音が、配管内部の異物を安全かつ高精度に検出する画期的な非破壊検査システムの音源として活用できることが明らかになりました。

芝浦工業大学と東京都市大学の研究チームは、電力を必要としない新しい非破壊検査システムを開発。ウェーブレット解析を組み合わせることで、異物の位置を約2%という高い精度で特定可能にしました。これは、高価な検査装置や電力なしで、しかも可燃性物質が存在するような環境でも安全に使える、非常に低コストで環境に優しい手法として期待されています。

より安全で簡便な非破壊検査を目指して

従来の非破壊検査の課題

非破壊検査（NDT: Non-Destructive Testing）は、構造物を壊すことなくその健全性を評価する重要な技術です。配管やタンク、橋梁、機械など、さまざまな設備の保守に欠かせません。

しかし、従来の検査手法では、スピーカー、レーザー誘起プラズマ、火薬、電気スパークといった音源が使われていました。これらは高出力が必要なため、可燃性物質が存在するような危険な環境や、狭い場所での使用には課題がありました。

身近な素材からの着想

こうした課題に対し、芝浦工業大学の細矢直基教授と東京都市大学の矢作修一准教授を中心とする研究チームは、誰もが知っているあの気泡緩衝材に着目。安全で簡便な音響検査の可能性を探り始めました。荷物を開けたとき、つい「プチッ」と潰してしまう、あの身近な行為から、技術革新のヒントが生まれたのです。

気泡緩衝材の破裂音が高精度な音源に

研究チームと音響特性の発見

本研究には、芝浦工業大学の清水俊希氏、稲寺正也氏、そして北海道大学の梶原逸朗教授が参加しました。この研究は、学生の卒業研究として実施されたものです。

彼らは、気泡緩衝材の破裂音が最大40kHzもの周波数成分を含む、再現性の高いインパルス音源であることを発見しました。これは、非破壊検査に通常用いられる高価な音源装置の代わりになり得る、と研究チームは考えました。

細矢教授は、「私たちが目指したのは、小型・安価・安全で、どんな環境でも使える音源です。気泡緩衝材は大量生産されており、電源も不要で、建設現場などでも活用できます」と、その実用性の高さを強調しています。

検証実験と成果

最適な気泡緩衝材の選定とシステム構築

研究チームは、まず様々な気泡緩衝材の音圧、パルス幅、周波数帯域といった音響特性を詳細に評価。非破壊検査に最も適した気泡緩衝材を選び出しました。

次に、この最適な気泡緩衝材を破裂させてインパルス音源を生成し、これをマイクで測定する非破壊検査システムを構築。そして、反射音をウェーブレット解析によって分析することで、配管内部の異物の位置を高い精度で特定することに成功しました。

従来のシステムとの比較と利点

このシステムは、従来のスピーカーやレーザー誘起プラズマ、火薬などを用いたインパルス音源と比べて、以下のような大きな利点があります。

配線の煩雑さの回避
火災リスクの低減
可燃性物質が存在する環境での安全な使用
シンプルな構成
従来装置と同等レベルの測定精度

さらに、気泡緩衝材の大きさや硬さ（フィルム厚）を調整することで、音の強度や指向性を制御できることも判明。これにより、気泡緩衝材が非破壊検査に利用できる音源としての可能性を大きく広げました。

今後の展望：身近な素材から技術革新を

本研究は、まさに身近な素材を科学的に再評価することで、新たな応用を見出す好例と言えるでしょう。

研究チームは今後、温度や圧力条件が異なる環境下での性能評価を進め、携帯型（ハンディタイプ）装置への展開を目指しています。将来的には、より高感度化を図り、複雑な構造や深部の欠陥検出にも対応できるよう、改良を重ねていく予定です。

細矢教授は、「革新は、必ずしも大規模装置や高価な材料から生まれるとは限りません。身近な素材の中に、社会を支える技術の種があります」と語り、今後の発展に期待を寄せています。

研究著者

矢作修一（芝浦工業大学機械工学第二学科2010年度卒業、現東京都市大学准教授）
清水俊希（芝浦工業大学機械機能工学科2021年度卒業）
稲寺正也（芝浦工業大学機械機能工学科2019年度卒業）
梶原逸朗（北海道大学教授）
細矢直基（芝浦工業大学教授）

芝浦工業大学について

芝浦工業大学は、工学部、システム理工学部、デザイン工学部、建築学部、大学院理工学研究科を有する理工系大学です。日本屈指の学生海外派遣数を誇るグローバル教育と、多くの学生が参画する産学連携の研究活動が特長です。東京都（豊洲）と埼玉県（大宮）にキャンパスを構え、2027年にはアジア工科系大学トップ10を目指しています。

詳細はこちら：https://www.shibaura-it.ac.jp/