室蘭工業大学

29

2019

―

目

次 ―

【平成 29 年度 プレ共同研究成果】(1) 新しい有機ゲルマニウム鎮痛薬候補物質の創製研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1
中野

博人、佐藤

克行、関

千草

(2) 超音波検査におけるきず自動検出システムの実現・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3
渡邉

真也、松井

貴志

(3) パイ共役系高分子の電池材料への応用・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・7
馬渡

康輝、Kai Huang(4) 左官アシストロボットの機能改良に向けた課題分析・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11
相津
寺本

佳永、水上

孝司、湯浅

雅人、花島

友典、青柳

直彦、藤平

学、梶原

祥孝、

秀一、福地

求

(5) 水晶振動子センサー上に形成したナノ炭素グラフェン膜の構造・・・・・・・・・・・・・ 13
柴山

義行、山田

真也、小川

健吾

(6) 水産加工品製造時に副生する魚油の活用法の開発のための基礎データの取得・・・・・・・ 16
上井

幸司、横野

洋、高瀬

舞、馬渡

康輝、山中

真也

(7) 品質評価及び産地特定を目指した携帯型ニオイセンサシステムにおける稚内層珪質頁岩によるカラム充填剤の開発・・・・・・・・・・・・20
上村

浩信、渡辺

義範

(8) 人工知能を用いた目的別気象図作成のためのシステム開発・・・・・・・・・・・・・・・ 23
塩谷 浩之、保尊

良真、植松

孝彦、齋藤

【表紙写真】
左上：平成 29 年度

地域共同研究開発センター研究協力会役員会総会(H29,7,10)

右上：北洋銀行ものづくりテクノフェア 2017(H29,7,20)
左下：第 29 回

フロンティア技術検討会(H29,10,27)

右下：機械工業会＆室工大コラボによる高度技術セミナー(H30,2,19)

佳彦、中村

祐介

新しい有機ゲルマニウム鎮痛薬候補物質の創製研究

中野博人*1，佐藤 克行 2, 関 千草 2

1 はじめに2 結果と考察有機ゲルマニウム「3-（トリヒドロキシゲルミル）

第一に，創製した Ge-132 誘導体の抗ウイルス活性プロピオン酸：アサイゲルマニウム（Ge-132）」 A は，

を詳細に明らかにするためには，様々な Ge-132 誘導

免疫賦活作用を有し安全性の確認

体を効率よく好収率で合成し供給できる合成法の開されている水溶性の有機ゲルマニ

発が必要不可欠である。

ウム化合物であり，健康食品・化粧Ge-132 誘導体の合成は，様々な生物活性物質に汎用品の基剤として（株）浅井ゲルマニ

されている炭素—炭素結合形成反応であるマイケル反ウム研究所で製造販売されている。最近，この Ge-132

応の類似反応であるハイドロゲルミネーション反応

が生体内のシス-ジオール部位を有する分子を標的とを用いて行った。トリクロロゲルマン 1 とアクリルして相互作用し，ラクトン型錯体を形成することを共酸誘導体 2, 4-11 とのハイドロゲルミネーション反応

同研究者らは明らかにした（図１）。1,2) 生体内には，による 3-(トリクロロゲルミル)プロパン酸誘導体

このシス-ジオール部位を有する様々な疾病に関与す（Ge-132 誘導体前駆体） 3a-i の合成を検討した（図る分子が存在し，Ge-132 をはじめとしてその誘導体

2）。反応は，クロロゲルマン 1 とそれぞれ対応する鎖がそれら分子の関与する疾病の有効な医薬品候補化

状または環状構造を有するアクリル酸誘導体 2-11 と合物になることが期待される。本研究では上記の知見を用いて行われた。その結果，反応温度や使用する基に立脚し，ウイルス株を選ばない万能型抗インフルエ質の使用量などを検討した結果，室温，12 時間でのそンザ薬としての Ge-132 誘導体 B の創製を試みた。

れぞれの反応において目的の付加体 3a-i を良好な収すべてのインフルエンザウイルスがその表面に糖鎖OH
Clをもっており，その構成糖類のシス-ジオール部位に，O 7OH合成した Ge-132 誘導体を結合させることによりウイO 2ルス活性を失活させることが示唆され，特に環状部位

conc.HClrt, 12 h
77%に Ge 原子を結合させた立体的に嵩張りの大きいOHO

Ge-132 誘導体は，糖類のシス-ジオール部位とより容

Cl
Cl

Cl

OH
O

OH
HO Ge
OH

R

OH

R
+

R
O

Ge-132 誘導体 B

脱水縮合

OH

OH

O

R

H
H

シスジオールをもつ糖類
�（インフルエンザウイルス糖鎖他）

O
H
H

5

R

Ge

OH

O
Ge-132誘導体-シスジオール錯体 C����� （ウイルス活性失活）

"
93%

6

Cl
Ge

O 10

Cl
Cl
OH

conc.HClrt, 12 h
78%

O
3h

Cl
Cl

Cl

O
3g

OH
O
3c

Cl

OH

conc.HCl40, 48 h
75%

O

Ge

OH

OH
Cl O

Cl

Cl

O
3d

AcO

OAc
OAc 11
conc.HCl40, 48 h50%

図1：The form ation of Ge-132 derivative - cis-diol complex

Ge

OH

Cl

OH
O

R

O
3f

O 9

R
O

OH

Cl

Cl
Cl

Ac

HN
Ge

Cl
O

OH
Ge

Cl
Cl

3b

Ge H
1

3e

OH

Cl

1

Cl

R

Ge

O

Cl

Et 2O
rt, 2 h
61%

Cl

"
89%

R

O 8

Cl

ることが期待される。
R

O
3a

"
88%

易に結合（脱水縮合）しラクトン型錯体 C を形成す

OH

Cl

Cl

4

Ge

OH

Ge

Cl

conc.HClrt, 12 h
85%
Ac
HN
OH

OH

Ge

Cl

AcO

OAc
OAc
3i

図2 ：Hydrogerumiration of 1 with 2, 4-11

*1：くらし環境系ユニット

率で合成することに成功した。しかしながら，化合物*2：（株）浅井ゲルマニウム研究所

1

1 と立体的に嵩張りの大きい基質 9 および 11 とのジオール 13 との Ge-132 誘導体 3g,h をインフル

それ

エンザウイルスと反応させ，その抗ウイルス活性スク

ぞれの反応においては，目的の付加体 3g,i が低収率

リーニングを実施する。ウイルス活性評価は以下の方（3g: 42%, 3i: 15%）でのみ得られたが，反応を 40 °C，法（A）により実施した。

48 時間行ったところ，それぞれ収率を向上（3g: 75%,

A. ウイルス不活化確認: 合成された化合物の 50％
組織培養感染量 (TCID50) を Behrens- Karberb 法

3i: 50%）させることに成功した。

によって算出，ウイルス力価により抗ウイルス性

次に，得られた Ge-132 誘導体 3a-i のシス-ジオーを評価した。

ル部位をもつ 2,3-ジヒドロキシフラン 13 との錯体形
成能の評価を行った （表 1）。合成した付加体 3a-i とその結果，Ge-132 誘導体 3g,h に抗ウイルス活性が重水酸化ナトリウムとの置換反応を，重水中，中性あることが示唆された。現在，詳細な再現性スクリー（ pH 7 付近）条件下で行い，付加体 3a-i のクロロ

ニングを行っている。また，Ge132 誘導体 3g,h の基が重水酸基で置換された Ge-132 誘導体 12a-i を

RIG-I シグナルへの影響を比較するために、3pRNA に合成した。得られた 12a-i は単離精製することなく，よる IFNB1 のプロモーターの活性化評価も検討中で糖類と同様のシス-ジオール部位含有分子である化合ある。

物 13 と反応させ，それぞれ対応するシス-ジオール錯
体 14a-i に変換後，それらの 1H-NMR 解析により，錯

3 おわりに体形成能を評価した。その結果，Ge-132 3a に比べて，Ge-132 誘導体 3g および 3h を用いたとき，どちら

新しい作用機序を有する有機ゲルマニウム抗インにおいても錯体形成能の向上が見られた（entries 7,8）。

フルエンザ薬候補物質の創製を目的として，これまで

特に 6 員環構造を有する 3g を用いた場合，錯体形

報告例のない環状構造を有する Ge-132 誘導体の創

成能は 83% と最も大きく向上した（entry 7）。これら製を行い，それらの抗ウイルス活性試験を行った。その結果から，合成した環状構造を有する Ge-132 誘導の結果，ウイルス不活化確認試験により Ge-132 誘導体が優れた抗インフルエンザ活性を有することが期

体 3g,h が抗ウイルス活性を示すことが示唆された。

待される。また，誘導体 3i において良好な収率で付

現在，さらなる抗ウイルス活性試験を実施中である。

加体が得られなかった理由としては， 3i の立体的に

新規 Ge-132 誘導体の合成法の開発およびその抗嵩張りの大きい構造によりジオール 13 との反応がADA 酵素反応阻害作用試験の研究結果は，特許出願

進行しづらかったものと考えられる。

された。3)

表1： Formations of Ge-132 derivative-cis-diol complexes

文献
Cl
R2

Cl

OD

R1
OH

Ge
Cl
R3

NaOD

OH

12

OH

H

H

R3

O

O

H

O

HO

a
b
c
d
e
f

OH

13

R3

O

Ge

R2

O

R1

O

OD

R3

Ge

H

O

comparison withchemical shifts
on 1H-NMR

entry deriv. 12

OD(1) T. Nakamura, Y. Shimada, T. Takeda, K. Sato, M. Akiba, H.
Fukaya. Future Med Chem. 2015, 7(10), 1233-1246.
(2) Y. Shimada, K. Sato, Y. Tokuji, T. Nakamura. Carbohydr.
Res. 2015, 407, 10-15 (2015).
(3) 発明名称：新規有機ゲルマニウム化合物及びこれを含む
鎮痛剤，出願番号：2017-242584，出願日：2017 年 12月 19 日

O

O

12a-i

H

1
2
3
4
5
6

OH

Ge

3a-i

O

R1

DO

D 2O
pH 7.0

O

R2

DO

H

O

R2

O

R1
O

14a-i

14a-i

R1

R2

R3

product 14

forming ability (%) a

H
CH 3
H
CH 3
H
NHAc

H
H
CH 3
CH 3
CH 3
H

H
H
H
H
CH 3
H

a
b
c
d
e
f

58
67
60
70
78
60

7

g

H

g

83

8

h

H

h

78

H

i

44

OAc
9

i
AcO

OAc

aDetermined by 1H-NMR

2

超音波検査におけるきず自動検出システムの実現

渡邉 真也*1，松井 貴志*2

1 はじめに
図 1：超音波センサを用いた検査イメージ図
2 超音波探傷検査

主に発電所などで利用されている鋼管は，安定稼動のため定期的に検査，メンテナンスをする必要があり，その際には超音波探傷検査といった非破壊検査装置が用いられるのが一般的である(1)．例えば，超音波

超音波探傷検査とは，非破壊検査の 1 種であり，超探傷検査では，鋼管内部に超音波センサを走らせ，鋼

音波探傷器より送信した超音波のパルス信号を金属材

管の内側と外側での反射波の差から鋼管の厚みを推定

料などの表面又は内部に伝播させ，反射信号や反射強

しきずの有無を判定する．しかしながら，センサによ度，伝播時間などにより，材料内部のきずや形状などる得られる情報には，表面の粗さや現場の環境，鋼管を非破壊で検査する．

に付着した錆などの影響により大きなノイズ，欠損が本研究では，超音波探傷検査の種類の内，水浸式超生じるため，センサ情報から正しくきずを検出するた

音波肉厚測定検査(1)を扱う．ここでは，水浸式超音波めには熟練した技量が求められる．

肉厚測定 検査の具体的な検査方法及び，発見される

近年の人手不足，労働者の高齢化という背景から，きずの種類，疑似と呼ばれるきずに似たノイズについ検査のための人手の負担を軽減する，究極的には人手て概説する．

をほとんど介さないきず自動検出システムの強く望ま

2.1 検査方法れている．
本研究では．上記の目標を実現するため，日鋼検査

水浸式超音波肉厚測定検査は，図 1 に示すように内サービスとの共同により，できる限り人的負担を軽減

部が水で満たされた鋼管に超音波センサを入れて検査することを目的とした自動きず検出システムの実現をを行う．具体的には，挿入されたセンサは水流によっ目指した．ここれでは，システム開発に関連する鋼管て運ばれ，周囲に超音波を発信するとともに反射され検査の基本事項について述べたあと，作成しているシ

戻ってきた超音波を計測することで鋼管内部の検査を

ステムの概要，現時点での性能について述べる．

実現している．計測する反射超音波には，鋼管の内部で反射され戻ってくる内面反射波と交換の外面の反射により戻ってくる外面反射波の 2 種類あり，それぞれの反射波の時間差から鋼管の厚み（肉厚）および鋼管内の異常を推定することができる．

*1：しくみ情報系領域

本研究で想定する超音波探傷検査装置は，複数の探触子を有するタイプのものであり，一度の計測で管の*2：日鋼検査サービス株式会社

3

複数の周方向に超音波を発して検査を行う．これによ

内面の形状等により，センサーの位置がぶれる．

り， 1 つの超音波探触子を回転することで周全体を管とセンサーの距離が変動するため，管が凹んで検査する方法に比べて高速に検査することができるいる状態に似た波形が出ることがある．
上，素早い検査により水流によるセンサの位置のズレによる影響も低減化することができる．

溶接線
溶接した部分．管が厚くなり，表面に凹凸ができるため，反射波乱れや反射強度の低下が起こる．

2.1 きずの判別および種類

溶接方法や施工者によって表面が変わるため，反本研究では，きずの種類として以下の 4 つを想定

射波の読み取りが難しい．
し，その検出を試みる．

ベンド
鋼管の曲がり部のこと．センタリング不良が起こ



内面孔食

りやすい．また，水流の強いカーブの外側はきず

内面孔食(ないめんこうしょく)は，管の内面にでが出来やすい．


きる小さなきずのことである．内面の反射波が乱

れると同時に外面の反射強度が低下するため，肉熱交換の効率を上げることを目的として，伝熱面厚が計測できなくなることがある．

積を広げるために設けられる突起状の構造．管の外面孔食外面で反射するはずの鋼中を進む超音波がそのま

外面孔食(がいめんこうしょく)は，管の外面にでまフィン内部を伝うので，外面の反射がなくな

きる小さなきずのことである．外面の反射波が乱る．


れて検出しづらくなる．


フィン

内面減肉

気泡
管の表面にできる泡のこと．波形に乱れが生じる

内面減肉(ないめんげんにく)は，管の内面が広い
範囲で削られてできるきずのことである．内面孔

本研究で取り組むきず自動検出システムでは，真食に比べて計測しやすい．

のきずを逃さず，しかし上述の擬似をできるだけ拾わ外面減肉

ないようなシステムの実現が目標となる．

外面減肉(がいめんげんにく)は，管の外面が広い範囲で削れれてできるきずのことである．外面の反射波の乱れも少なく，肉厚が薄くなるため，比3 きず自動検出システム

較的検出しやすい．
基本的に，きずが存在ずる箇所では，計測による推測肉厚値が薄くなる，もしくは反射強度が極端に低下

3.1 概要するなど何らかのセンサ異常が生じるため，経験則に基づき異常箇所を推定することができる．しかしなが本研究では，複数の探触子を有する超音波探傷検査

ら，実際にはきずではいもののきずのようにセンサ異装置の利用を想定し，これまでの知識に基づくルール

常が生じる箇所（ここでは，擬似と呼ぶ）も多数あを組み合わせてきずの箇所を自動で判別するシステム

り，真のきずであるか擬似であるかの判断には相当のを実現する．一般的に，このようなルールに基づき判

知識と経験が必要となる．以下，代表的な擬似および断するシステムをエキスパートシステムと呼び，本研

擬似を生じさせる原因について示す．

究で作成しようとする検出システムも基本的にエキスパートシステムの枠組みに基づいている．



スケール付着以下，作成したエキスパートシステムに基づくきず

水に含まれるカルシウムやマグネシウム，シリカ

自動検出システムの概要について述べる．

などの無機塩類化合物が付着したものや，酸化に

3.2 判別手順

より錆が付着した状態．管が分厚くなり，表面が凸型になる．反射波は乱れが生じ，反射強度も低本研究では，一般的なエキスパートシステムと同下する．
様，プロダクションルールと呼ばれる「A ならば B でセンタリング不良ある」といった If-Then ルールの形式で知識を記述

4

い，システムの精度について検証した．
4.1 対象問題
実験は，熟練した作業員が手動で解析した生の計測データを使用した．本データは，厚さ 3mm の鋼管 1m
を周方向 64 分割，長さ方向に 1mm ピッチで検査したものである．このデータは全て直管部で，50 箇所のし，その条件に基づく判定を行う．プロダクションル

きずが含まれている．

図 2：きず自動検出システムの流れ

4.2 評価指標ールでは，さまざまな条件を複雑に加味して総合的な本実験では，システムの性能を評価するため下記の判断を行う人間と同じ知識は表現できないものの，定3 つの指標を用いた．

量的な知識としてきずでないと判断できる部分の判別[再現率(recall)]といった比較的，単純なルールとして表現できるもの

きずをどれだけ見逃しなく検出できたかの割合．

は容易に実現できるため，一定程度の精度ならば十分

本研究において最も重要な指標であり，すべて検出実現できると判断した．

できたときに「1」となる．

本システムでの判別手順を図 2 および以下に示す．

[適合率(Precision)]
きずと検出したものがどれだけ本当にきずであっ

Step 1) 肉厚値測定

たかの割合．値が高いほど適合している（正解率が波形から，内面反射波と外面反射波を検出し，高い）こととなる．

肉厚を計測する[F 値(F-measure)~]Step 2) 異常検出

調和平均で適合率と再現率を結合した値．高いほ

反射強度，肉厚，周囲の状況から異常(健全でど良い．

ない部分)を検出する

4.2 実験結果と考察

Step 3) きずの種類分別
管の形状を，波形に見られる特徴や異常，その作成したエキスパートシステムに基づくきず自動検連続性から直管部，溶接部，フィン，ベンドの出システムを上記の対象問題に適用した結果，4 種類に判別する・再現率：1.0

Step 4) きず・擬似判別・適合率：0.444

各形状に対応した判別基準で，検出された異常・F 値 ：0.615

をきずと疑似に判別するという結果が得られた．このことから，真のきずは
1 つも見逃すことなく検出することに成功していることが分かった．一方，適合率が 4 割強であることから真のきずと同数以上の擬似を拾ってしまっており，この点についてはさらに改善の余地が残されていることが分かった．

上述の Step から分かるように，まず肉厚値およびセンサ異常を検出し，その情報にもとづき「きず」の疑いがあるかどうか，「きず」と疑われるならばどの種類かの判別を行い，最後，真に「きず」であるかの判別を行うという流れになっている．

5 おわりに4 検証実験

本研究では，超音波センサ情報に基づく鋼管内部のきず自動検出システムを作成した．本システムは，経4.1 実験の概要

験則を含んだ事前知識に基づくエキスパートシステム

3 章で述べたシステムの有効性を検証するため，実であり，段階的に判別を行うことで，より高精度な識際の計測データを用いたシミュレーション実験を行

別の実現を図ったものである．

5

実際の生の計測データを用いた実験により，真のきずを見逃さない一定の性能を持ったシステムであることを検証により確認することができた．
今後は，検出した擬似の割合をさらに低減させるためのシステムの改善について検討を進める予定である．

文献(1) 前田 正広，平澤 英幸，吉川 孝男,” 超音波探傷試験の反射エコー高さに及ぼす塗膜厚さの影響”, 非破壊検査
Vol.61, No.9, pp.480-487, 2012(2) 芦田 一弘，滝下 峰史，坪井 誠也，中村 暢伴，荻 博
次，平尾 雅彦, “点焦点型電磁超音波センサによる探傷とスリット近傍の局所振動”, 非破壊検査 Vol.66, No.9,
pp.437-442, 20176

パイ共役系高分子の電池材料への応用

馬渡康輝*1，Kai Huang*2

アセチレンモノマー分子を設計・合成し，重合反応
1 はじめに（ポリマー合成反応）に供することした．1)

申請者らが研究を進めてきたパイ共役系高分子であるらせん状置換ポリアセチレン（以下 PSA）は，炭素

図 1

材料の一つであるため，リチウムイオン二次電池材料

PSA の Rh 錯体触媒による合成

特に芳香族が置換した一置換アセチレンモノマーは，として応用できるか興味が持たれる．この PSA を用
歪んだジエン分子であるノルボルナジエンが配位した
いて特性を評価するには数種類の有機溶媒に不溶であロジウム有機錯体（以下 Rh 錯体と呼ぶ）を触媒に，る必要がある．しかし，PSA は様々な溶媒に対して比有機塩基のトリエチルアミン（TEA）を助触媒に用い較的高い溶解性を示す．本申請では，共同研究を開始
る系により，非常に高収率で PSA を与える．このたするにあたり核となる PSA の不溶化が，技術的に実め，本研究では，芳香族置換アセチレンに絞って検討
現できることを確認する．
を進めた（図１）．得られたポリマーを溶剤へ浸漬
申請者のこれまでの研究結果から推定し，不溶化
し，分子鎖の切断と高次組織の変化がないことを確認
PSA が得られると期待できる原料となる数種の一置換する．さらに，本研究で複数の不溶化技術を見出すことができれば，共同研究で検討する性能向上に寄与するポリマーの分子設計技術の選択肢が広がり，研究推*1：くらし環境系領域物質化学ユニット*2：Graphene New Materials Technology

7

進が加速できる．

はじめに，最も基本的な芳香族一置換アセチレンモ
ノマーである PA の重合を行った．重合反応は，モノ
2 実験方法マーと Rh 触媒溶液を混合した直後に黒色に変化し，
析出物が生じない均一系で進行した．所定の時間後に

2.1 モノマー合成

重合反応を停止すると，黄色の析出物が沈殿した．こ本研究では４種の一置換芳香族アセチレンモノマー

れは，TOL に溶解していた生成ポリマー（ポリフェニを用いて重合反応を行った．フェニルアセチレン

ルアセチレン，以下 PPA）が溶解度の低い MeOH に（PA）と 4-メチルフェニルアセチレン(4MePA)は東京

対して溶解できなくなったためである．この PPA は化成工業から購入した．2-ナフチルアセチレン(2NA)

クロロホルム（CHCl3）やテトラヒドロフランと 2-フルオレニルアセチレン(2FA)は既報に従い合成（THF）に非常によく溶け，GPC 測定より求められた

した．

数平均分子量は 97,700 であった．以上のように，この2.2 重合反応

PPA は，比較的極性の低い溶媒に分類される TOL や一置換アセチレンモノマーおよび Rh 錯体のトルエ

CHCl3，および比較的極性が高い THF へ溶解すること

ン（TOL）溶液をそれぞれ調製し，TEA を触媒溶液にがわかった．

添加した．両溶液が均一になった時点で二液を室温下次に，PA のベンゼン環に官能基を導入した場合ので混合し撹拌した．30 分後に反応液を大過剰のメタ

溶解度変化を調べるために，PA の４位にメチル基をノール（MeOH）へ添加して反応終了とした．生成し導入したモノマーである 4MePA の重合を試みた．こたポリマーは，グラスフィルターを用いた吸引ろ過での場合も PA と同様に，溶液の色はモノマーと触媒溶

回収し，40℃で一昼夜減圧乾燥した．

液を混合した直後に黒色に変化し，均一系で反応は進行した．反応停止後も同様に生成したポリマー（ポリ3 実験結果と考察4-メチルフェニルアセチレン，以下 P4MePA）は
MeOH に不溶であり，黄色沈殿として得られた．しか3.1 芳香環を１つ有するモノマーの重合体

し，P4MePA は CHCl3 や THF に不溶であり，さらに

8重合反応中は溶解していた TOL に対しても再溶解しトが持つ芳香環の数を２つに増やしたモノマーを用いなかった．この溶解性の変化は PA に導入したメチル

たポリマー合成を行った．芳香環が増えることによっ基の影響であると推定でき，官能基の導入は溶解性をて分子内または分子間で積層して生じるπ-π相互作

大きく変化させる手法として非常に有効であると言え用の強化を不溶化に利用できないかと着想したためでる．さらに興味深いことに，これらの３種の溶媒にある．この考えに基づき，2NA および 2FA を合成

P4MePA を浸すと，その色は黄色から赤黒色に瞬時にし，重合反応を試みた．その結果，両モノマーの重合変化した．この変化はこれまでの研究成果と比較する

反応いずれにおいても，TOL 溶媒中で赤色の析出が生と，らせん構造を形成しているポリマー鎖が，黄色の成した．解析の結果，両モノマーの重合体（P2NA,

場合は伸びたらせん構造，赤色の場合は縮んだらせん

P2FA）であることが明らかになった．両ポリマーは構造であると推定された．2) すなわち，重合後に貧溶

P4MePA と同様に，CHCl3 や THF に対しても不溶であ媒の MeOH によって析出させられた P4MePA は溶液った．以上の結果から，モノマーユニットに芳香環を中でとっていた準安定相である伸びたらせん構造のま２つ導入することがポリマーの不溶化に非常に効果的

まクエンチされて析出した．引き続き比較的良溶媒でであることが明らかになった．また，本検討では２つある Tol などに浸漬したときには，溶媒分子が伸びたの芳香環の連結様式が異なるモノマーを用いたが，いらせんに近づくことで運動性が高まり，その結果，安ずれも同様に不溶化した．このことは，ポリマーの性定相である縮んだらせん構造へ転移したと考えられ能向上に資する分子設計の選択肢を格段に増やす結果る．

であり，今後の性能評価をフィードバックして再度分

3.2 芳香環を複数有するモノマーの重合体子設計するサイクルに非常に有効である．

前項では，１つの芳香環を有するモノマーの重合体について検討した結果，メチル基のように官能基修

4 おわりに飾により溶解性が変化することが明らかになった．しかし，PSA が重合反応中に溶媒へ溶解するため，十分本研究では，PSA の不溶化技術の確立を目指し，そな不溶化技術とは言えない．そこで，モノマーユニッの原料となるモノマー分子に付与する芳香環への官能9基導入と芳香環数の増加について検討した．その結
果，芳香環数の増加が非常に効果的であることが明らかになった．現在は，不溶化できたポリマーの評価を進めるために，共同研究を開始している．従来の炭素材料と性能比較し，らせん状置換ポリアセチレン誘導体が電極材料として有望かどうか検討を進めていく．

文献(1) Tabata, M.; Mawatari, Y. Polym. Rev., 2017, 57, 65.
(2) Mawatari, Y.; Yoshida, Y.; Huang, K.; Tabata, M. Polymers
2019, 11, 94.

10

左官アシストロボットの機能改良に向けた課題分析

水上雅人*1，相津佳永*1,4，花島直彦*1,4，藤平祥孝*1
寺本孝司*1,4，湯浅友典*1，青栁学*2,4，梶原秀一*2,4，福地求*3

2 課題抽出
1 はじめに
2.1 現状把握
近年，高度経済成長期に構築された，橋梁，トンネ

左官アシストは図 1 に示すように，モルタル吹付

ル，道路を始め，農業用設備など各種インフラ設備の機（上図）と左官ならし機（下図）の 2 機から構成

老朽化が顕在化しており，早急な点検・補修が求めらされている．モルタル吹付機はモルタルを吐出するれている．また，日本では急速な少子高齢化を迎えてためのノズルとノズルを上下左右方向に移動させる

おり，インフラ設備の保守・運用・工事施工に関わるための駆動機構とそれを支える支持フレーム筐体か

熟練技術者の不足や，いわゆる３K 作業といわれる，ら主に構成される．また，左官ならし機はモルタル危険を伴う作業に対する若年労働者の敬遠から技術者

を壁面に吹きつけた後，表面を均すために用いられ確保が難しいといった社会課題が大きな問題となってるものであり，均し用のブレードとブレードを振動いる．中でも，土木建設分野では，この傾向が顕著とさせるためのモータ及びブレードを上下方向に移動

なっており，早急な課題解決が望まれている．

させるための駆動機構から主に構成される．

このような社会課題の解決に向けて，ロボット技術を用いた自動点検や補修作業の自動化を試みる取り組
みが各方面で実施されてきている．
この自動化の取り組みに対して，土木建設分野における左官作業に着目し，左官職人の不足，高齢化による工事進行の滞りを解消するため，左官作業を自動化
機械により，補助するロボット「左官アシスト」を株
式会社南組が開発し，実用化を行っている(１)．左官ア
シストを全国の多様な現場への使用に供するためには，小型・軽量化，省電力化が急務となっている．
本プレ共同研究では，現状の左官アシストの機能と性能を調査し，小型・軽量化に必要な自動化機構の課
図１ 左官アシスト外観(２)

題抽出及び機構改良の方針立案を目的とした．

補修作業対象は，直線や曲がり用水路，BOX カル*1：もの創造系領域ロボティクスユニット

バート内壁，トンネル内壁など多様である．補修作業*2：しくみ情報系領域電気通信システムユニット

では，モルタル吹付機のノズル取り付け部を最下段位*3：株式会社 南組

置に設定しておき，ノズルを装着した後，ノズルを用いて，ノズルよりモルタルを吹き付けながら，ノズル*4：ロボットアリーナ事業推進室

11位置を左右上下に駆動機構を用いて，移動させる．吹
付け対象設定面の最上面まで，ノズルを移動し，モルタル吹き付けを実行する．その後，左官ならし機に入れ替えて，ブレードを最下段に設定した位置から，ブレードを振動させながら，上部方向に駆動機構を用いて移動させて，吹き付け面の均し動作を実施する．本
左官アシスト装置は，ノズルやブレードなどの重量物

図２ 3 次元モデル（モルタル吹付機）の作業機構を上下左右に駆動することが必要なため．
支持フレーム筐体は高剛性な構造となっている．

3 次元モデルを用いて．SolidWorks により，静解析

左官アシスト装置に関して，現状把握及び駆動機構

シミュレーションを行った．結果を図３に示す．支持

の軽量構造に関する最適化検討を行うため，現状機器

フレーム筐体では高い安全率を有する剛性の高い構造の動作機構，性能，仕様を実機の動作モニタリング及となっていることが分かった．またノズル及びブレー

び設計図面解析，力学モデリングを行うこととした．

ドなどの可動部の構造が把握でき，駆動用モータの最適化や駆動メカニズムの設計に向けた知見を得た．

2.2 図面解析及び実験環境準備
図面解析及び構造解析シミュレーションによる機構検討を進める準備段階として，2 次元 CAD 図面から 3次元モデルを作成するため，連携ソフトに関する調査を行った．市販ソフトである CAD SUPER（（株）アンドール）の 2 次元 CAD 図面から，3 次元 CAD である SolidWorks 図面への変換を行うツールを用いることとした．詳細な部分は変換がうまく行かないケースも

図３ 応力分布（モルタル吹付機）あったため，2 次元図面を参照し，SolidWorks 上でマニュアル修正を行った．さらに改良機構の検討にあた

4 まとめって，現行左官アシスト機構の支持フレーム筐体の固有振動数及び固有振動モードを把握する必要があるた

左官アシスト装置の現状把握及び駆動機構の軽量構

め，静解析には SolidWorks の静解析機能を用いること造に関する最適化検討を行うため，実機の動作モニタとした．また，今後のモータ駆動部やノズル，ブレー

リングを実施し，現状機器の動作機構，性能，仕様をドなどの可動部の動的解析が機構設計で必要となるた把握した．図面解析及び構造解析シミュレーションのめ，動解析が可能なシミュレーションツールとして，ための計算機環境及びソフトウエア環境を構築し，左市販の有限要素法解析ツールである ANSYS 環境を構官アシスト装置の 3 次元モデル化を実施した．3 次元

築することとした．

モデルを用いた静解析シミュレーションを実施し，支上述の 3 次元 CAD ソフトウエア及び構造解析シミ

持フレーム筐体では高い安全率を有する剛性の高い構ュレーションを実行する環境として，市販の Windows

造となっていることが分かった．またノズル及びブレ

PC をベースとして，高速のグラフィックボード

ードなどの可動部の構造が把握でき，機構系の改良に（NVIDIA 製 GPU 搭載）を付加したシミュレーショ

向けた方針を確認することが出来た．

ン環境を構築した．

プレ共同研究にて，現状把握及び課題の抽出は行えたため，今後は，共同研究にて具体的な機構の提案，

3 構造解析シミュレーション

機構設計を進めていく．
文献

現行左官アシスト装置の 2 次元 CAD 図面から 3 次(1) 株式会社南組ホームページ，

元 CAD で 3 次元モデル作成を行った．モルタル吹付機，左官ならし機の 3 次元モデルの外観を図２に示

http://www.minamigumi.co.jp/maintenance/sakan/(2) 国土交通省北海道開発局ホームページ，

す．本モデル化では，まずは構造の把握を主体とし，支持フレーム筐体は中実構造でモデル化した．

https://www.hkd.mlit.go.jp/ky/jg/gijyutu/splaat000000i2m5att/01.pdf

12水晶振動子センサー上に形成したナノ炭素グラフェン膜の構造
柴山義行*1，山田真也*2, *3，小川健吾*2, *3

本研究では，レイリー型 SAW センサーの新規感応
1 はじめに膜としてのグラフェンの可能性を検討するため，水晶基板上に形成したナノグラフェン膜の構造と物性評価

スマートファクトリー社会の実現に向け，高感度セを行った．

ンサーへの期待が高まりつつある．特に近未来のユビ
キタス社会では，匂いが情報のキーポイントとして着2 実験目されていることから，ファインクリスタル株式会社
ではこれまで，水晶振動子における表面弾性波(Surface

2.1 試料

Acoustic Wave; SAW)の縦波放射を利用したレイリー型

水晶基板上に直接単層グラフェン膜を形成するのはSAW センサーを開発し，微量試料中のタンパク質や抗技術的に難しいため，単層酸化グラフェン分散水溶液

体抗原反応の検知を目的としたバイオセンサーチップ

を水晶基板上にスピンコートし，酸化ナノグラフェンの開発を進めてきた ．感応膜として SnO2 ゾルゲル膜

膜を形成した．単層酸化グラフェン分散水溶液としてを用いたバイオガスセンサーチップでは，ガス雰囲気

E M Japan 社製超高濃度単層酸化グラフェン分散水溶

中に水分子が含まれるとセンサーの感度が大幅に低下

液 G-22S を用いた．本分散液は結晶子サイズ数 100 nmしてしまう．この感度低下は，親水性の SnO2 ゾルゲルのナノグラフェンの周縁に酸素を結合させ，極性溶媒

感応膜に水分子が吸着し，表面弾性波を吸収することに分散させやすくしたものである．周縁官能基の存在が原因であることが判った．大気中の環境下では湿度のため酸化ナノグラフェンは親水性を示す．酸化ナノが一定ではないため，大気中で対象ガスを検知するた

グラフェンを熱処理すると周縁官能基が熱分解し通常めには水分子の影響を受けにくい感応膜を探索する必のナノグラフェンに還元される．この酸化ナノグラフ

要がある．

ェンの還元に伴うナノグラフェン膜の構造変化を調べ(1)

近年，感応膜としてグラフェン膜を使用した，電界るため，スピンコートでナノグラフェン膜を形成した

効果トランジスタ型ガスセンサーの報告(2)がなされた．

後，大気中で 100℃，200℃，300℃でアニールを施しグラフェンとは単層グラファイトのことである．ベン

た試料を作成した．

ゼン環が面内で無限に縮合重合した構造を持つため，化学的には疎水性の物質である．また物理的特性とし2.2 アニールによる構造変化の評価て，機械強度が強い，導電性が高い，熱伝導性が高い，ナノグラフェン膜のアニール処理による影響を調べ

比表面積が非常に大きい(2620 m /g)という特徴 を持るため，透過率の測定によりナノグラフェン膜の層数つ．この疎水性，広大な比表面積という特長は，親水の評価を，光学顕微鏡と原子間力顕微鏡(Atomic Force

性の SnO2 ゾルゲル感応膜に代わる新たなレイリー型

Microscope; AFM)によりナノグラフェン膜の表面状態

SAW センサーの感応膜として大変興味深い．

の評価を行った．またアニールによる酸化グラフェン2(3)の還元の様子を評価するため，走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope; SEM)，X 線電子分光*1：もの創造系領域応用物理学ユニット*2：ファインクリスタル株式会社，*3：株式会社日本製鋼所(X-ray Photoelectron Spectroscopy; XPS)による元素解析，官能基の評価を行った．

13

2.3 アニールによる電気物性変化の評価

より酸化ナノグラフェンが還元され，その際にナノグ

格子欠陥のないグラフェン膜は良導体だが，ナノグ

ラフェン結晶子が水晶基板に対し水平に配向すること

ラフェン膜では荷電キャリアがナノグラフェンの周縁を示している．200℃以上でのアニールによりナノグラ

で大きく散乱されるため電気抵抗が大きく増大する．

フェン結晶子が構造変化を起こす様子は光学顕微鏡画

この電気抵抗はナノグラフェンの周縁の構造，特に官像でも観察された．アニールを施していない試料，及能基の存在に敏感に応答する．アニールによる構造変びアニール温度 100℃の試料の試料では，光学顕微鏡

化が物性に及ぼす影響を調べるため，作成したナノグ

画像に大きな変化は観測されなかった．しかし，アニ

ラフェン膜の電気抵抗の測定を行った．

ール温度 200℃及び 300℃の試料ではナノグラフェン

予備実験の結果から作成したナノグラフェン膜の電結晶子の面内サイズの増加が観測された．また，一部

気抵抗が非常に大きいことが判ったので，配線のリーに色の濃い(透過率の低い)ナノグラフェン結晶子が観ク電流を数 pA 程度まで抑えることの出来る専用のテ測された．これはナノグラフェン結晶子の面間方向のストフィクスチャーを作成し，低電圧 2 端子法で電気サイズが増加していることを示している．これらアニ抵抗の測定を行った．作成したテストフィクスチャーールによるナノグラファイト結晶子の面内及び面間のは，1 TΩまでの抵抗を有効数字 3 桁で測定できること

構造変化は，他の乱層構造カーボンでの結果(3)と良くを確認した．

一致する．
図 2 に，XPS の測定結果を示す．アニールを施していない試料，及びアニール温度 100℃の試料の試料で3 結果と考察は，285 eV 付近と 290 eV 付近に 2 つのピークが観察された．一方，アニール温度 200℃及び 300℃の試料

3.1 アニールによる構造変化と組成の変化
図 1 に，水晶基板上に形成したナノグラフェン膜のでは 290 eV 付近のピークが消失した．一般に炭素材料

AFM 画像(上段)と光学顕微鏡画像(下段)を示す．アニの XPS では，炭素原子同士の一重結合及び二重結合にールを施していない試料，及びアニール温度が 100℃

起因するピークが 285 eV 付近に，炭素原子と酸素原子の試料の AFM 画像では，明るく光った筋状の構造がとの一重結合に起因するピークが 290 eV に観測され観察された．これはナノグラフェン結晶子が水晶基板

る．アニール温度 200℃以上の試料で炭素－酸素結合に対し縦に配向していることを示している．アニールに起因するピークが消失しており，200℃以上でのアニ

温度 200℃及び 300℃の試料ではこのような筋状の構ールで酸化ナノグラフェンの還元が進行することが明造はほとんど消失した．これは 200℃でのアニールにらかとなった．

アニールなし50 μm

100℃アニール

200℃アニール

50 μm

50 μm

300℃アニール

50 μm

図 1：水晶基板上に形成したナノグラフェン膜の，AFM 画像(上段)と光学顕微鏡画像(下段)．

14

1012
1011
1010

R ()

109
108
107
106
105

アニール
なし

100

200

300

図 3：水晶基板上に形成したナノグラ

図 2：水晶基板上に形成したナノグラフェン膜の，XPS．

フェン膜の，室温での電気抵抗．

な構造変化に起因すると思われる．このようなアニー

3.2 アニールによる電子物性の変化

ルによる電気抵抗の減少は他の乱層構造グラファイト

図 3 に，水晶基板上に形成したナノグラフェン膜のでの観測(3)と良く一致する．

室温での電気抵抗のアニール温度依存性を示す．電気抵抗はアニールにより劇的に変化した．アニールを施

4 おわりにしていないナノグラフェン膜は 450 GΩと非常に大きな電気抵抗を示す．グラフェン自身は良導体だが，本水晶振動子を利用したレイリー型 SAW センサーの研究で作成したナノグラフェン膜は，面内サイズ数

新規感応膜としてのグラフェンの可能性を検討するた

100 nm 程度のナノグラフェンが凝集した膜である．

め，水晶振動子上に形成したナノグラフェン膜の構造

そのため電子輸送現象はナノグラフェン間の電子のホとその電気物性の測定を行った．XPS の測定から，

ッピング過程で律速される．アニールを施していない

200℃以上の熱処理により酸化ナノグラフェンが還元

ナノグラフェン膜では，ナノグラフェン周縁が酸素でされることが判った．AFM と光学顕微鏡による観察にターミネートされナノグラフェン間の相互作用が小さ
いため，非常に大きな電気抵抗を示したと考えられる．
アニール温度 100℃の試料では 4.6 GΩと，電気抵抗より，アニールにより構造の秩序化が進行することを確認した．電気抵抗の大きさが 300℃のアニールにより 1/109 となり，ナノグラフェン膜の構造の秩序化がそは 1/100 に減少する．アニール温度 200℃の試料ではの電子物性に非常に大きな影響を与えることが明らか

電気抵抗は 9.1 GΩに上昇したが，これは最初のスピンとなった．

コーティングによって作成したナノグラフェン膜の試

試料作成の際，スピンコーターを利用させてくださ

料依存性に起因し，アニール温度 100℃の試料と 200℃った室蘭工大院工の福田永教授に感謝申し上げる．

の試料とでは電気抵抗に本質的な差はないと考えている．アニールにより電気抵抗が減少したのは，酸化ナ

文献

ノグラフェンの還元及びナノグラフェンの配向性の向上により，ナノグラフェン間の相互作用が増加したためだと考えられる．アニール温度を 300℃まで上昇させると電気抵抗は400 kΩと，
さらに1/104 に減少した．
XPS の測定からこのアニール温度域では酸化ナノグラ
フェンの還元は既に終了しているので，この電気抵抗の劇的な減少は，アニールによるナノグラファイト膜の構造の秩序化によるものといえる．AFM 画像，光学
顕微鏡画像ではアニール温度 200℃と 300℃の試料とには大きな変化は観測されなかったので，よりミクロ

15(1) 小川健吾，鳥越俊彦，澤田研，岩佐達郎，永野宏治，柴山義行，夛田芳広，植杉克弘，福田永，電気学会論文誌 E，135 巻，490-495 (2015)．
(2) 富士通株式会社．ガスセンサ及びその使用方法．特開2017-227561．2016-6-23．
(3) Y. Shibayama, H. Sato, T. Enoki, X. X. Bi, M. S. Dresselhaus,and M. Endo, J. Phys. Soc. Jpn, 69, 754-767, (2000).

水産加工品製造時に副生する魚油の活用法の開発のための基礎データの取得

上井幸司*1，横野洋*2，高瀬舞*3，馬渡康輝*3，山中真也*3

ヒトなどの哺乳動物の体内では ω3 系および ω6 系の脂肪酸は合成することができない．そのため必須栄養素としてこれらを積極的に摂取する必要がある.
一般的に ω6 系に対して ω3 系脂肪酸の比率が高いほど, 炎症を基盤病態とする各種疾患に対して抵抗性があるとされている. 特に ω3 脂肪酸には種々の生物活性を持つことが報告されている.(3)-(6)ところが魚油は不飽和脂肪酸を多く含むため, 酸化の影響を受けやすい.特に不飽和脂肪酸は酸化の影響を強く受け, 劣化する. 油脂を貯蔵する際に空気中の酸素, 光などの作用により不快なにおいを発し, 変色し, 遊離酸が増大する．また，アミン類も魚臭の原因となると考えられており，これらの成分が魚油の新しい製品原料としての活用を妨げている．
以上より，魚油の高付加価値化と有効活用法を見い出すために，魚油の成分構成比と脂肪酸の酸化速度，魚油特有のアミン臭の除去についての基礎的データを習得する．また，新材料としての可能性を追求する．

1 はじめに

魚油は缶詰などの水産加工品の製造過程から出る加工残滓であり, その原料となるのはイワシやサンマなどのアラや市場に出すことのできない規格外の魚である. 魚油の国内の生産量および消費量（輸入含む）はそれぞれ約 78,000 トン, 78,500 トンである.(1)
その用途として，配合飼料に添加されるフィードオ
イルや食品に添加されるマーガリンやショートニン
グ, サプリメントがある. このほかにもバイオディ
ーゼルの燃料としても用いられており, 化石燃料などの再生不可能エネルギーに代わるグリーンエネル
ギーとして注目されているが(2)，その卸値は 10,000
円/t 程度であり，新たな活用法を見出した高付加価値化が望まれている．
魚油には不飽和脂肪酸が多く含まれており，そのなかでも多価不飽和脂肪酸はメチル端から数えた二重結合の位置が 3 番目である ω3 脂肪酸, 6 番目では
ω6 脂肪酸の 2 種に分けられる. リノレン酸や
eicosapentaenoic acid (EPA), docosahexaenoic acid
(DHA)などはω3 脂肪酸であり, リノール酸やアラキ
ドン酸などは ω6 脂肪酸である.

2 実験方法2.1 魚油原料

平成 30 年 6 月に製造し，広洋水産株式会社より提供されたイワシ, サンマ, サケの混合魚油とイワシ油を用いた．

*1：くらし環境系領域化学生物工学ユニット*2：広洋水産株式会社*3：くらし環境系領域物質化学ユニット16

次に a (30℃, 大気下), 条件 b (4℃, 大気下), 条件 c
(30℃, Ar 気流下) における過酸化物価の経時変化を示す (Figure 2).

2.2 魚油の成分構成比と脂肪酸の酸化速度

魚油の構成比は魚油を酸性条件下，MeOH 溶液中,
加溶媒分解し，得られたメチルエステルを GC-MS 分
析した．また，脂肪酸酸化速度は，過酸化物価 (POV)
を酸性でヨウ化カリウムを作用させ、遊離してくる
ヨウ素を滴定法で，酸価 (AV)は油脂を溶解し水酸化カリウム・エタノールにて中和滴定することで求めた．

3 実験結果と考察
Figure 2: Changes on peroxide values (POV) of fish oil stored indifferent conditions (a) 30℃, aerobic condition, (b) 4℃, aerobic
condition, (c) 30℃, argon atmosphere3.1 魚油の成分構成比と脂肪酸の酸化速度

GC-MS による油脂の脂肪酸変化量を内部標準物
質であるトリコサン酸とした内部標準法により測定した (Table 1).

いずれの条件でも保存開始から第 2 週にかけて大幅に上昇し, 酸化速度が最も大きく,その POV の極大は第 4 週目であり, この時点からヒドロペルオキ
シドの分解速度が生成速度を上回っていることが示唆され，酸素非存在下, 低温での保存で POV の上昇を抑制することが示唆された.
次に a (30℃, 大気下), 条件 b (4℃, 大気下), 条件 c
(30℃, Ar 気流下) における酸価の経時変化を示す(Figure 3).

Table 1: The composition of methyl ester of fatty acid derived frommixed fish oil
No.

Retention time (min)Fatty acid methyl ester

Carbon number

Peak area Content (wt%)

1

20.630 Methyl tetradecanoate

14:0

49823429.36

226.655 Methyl hexadecanoate

16:0

10591583

19.90

327.715 Methyl hexadecenoate (cis-9)

16:1:Δ⁹14574972.74

432.350 Methyl octadecanoate

18:0

1401116

2.63

5

33.140 Methyl octadecenoate (cis-9)

18:1:Δ⁹12281292.31

634.770 Methyl octadecadienoate (cis-9,13)

18:2:Δ⁹ ¹²4404840.83

736.855 Methyl octadecatrienoate (cis-9,12,15)

18:3:Δ⁹ ¹² ¹⁵3316810.62

838.295 Methyl eicosenoate (cis-11)

20:1:Δ¹¹

1689166

3.16

9

43.230 Methyl docosenoate

22:1:Δ¹³8079511.53

1043.675 Methyl eicosapentaenoate (cis-5,8,11,14,17)

20:5:Δ⁵ ⁸ ¹¹ ¹⁴ ¹⁷29338355.51

1144.825 Methyl tricosanoate [IS]23:0452312812

49.000 Methyl docosahexaenoate (cis-4,7,10,13,16,19)

22:6:Δ⁴ ⁷ ¹⁰ ¹³ ¹⁶ ¹⁹2568417

4.81

次に a (30℃, 大気下), 条件 b (4℃, 大気下), 条件 c
(30℃, Ar 気流下) における不飽和脂肪酸（DHA）量の経時変化を示す (Figure 1).

Figure 3: Changes in acid values (AV) of fish oil stored in different
conditions (a) 30℃, aerobic condition, (b) 4℃, aerobic condition,(c) 30℃, argon atmosphere

条件 a (30℃, 大気下) では過酸化物価とは異なり, 第 1 週では変化がなく第 2 週目から AV の値が上昇している. これはヒドロペルオキシドが生成された後に分解が始まるための時差によるものであると示唆され，低温や不活性ガス気流下で酸価の上昇を抑制することが示唆された.
以上の結果を踏まえ，さらに酸化の進行を抑制す

Figure 1: Changes of DHA content in fish oil stored in different
conditions (a) 30℃, aerobic condition, (b) 4℃, aerobic condition,(c) 30℃, argon atmosphere17

るため, 魚油内の溶存酸素を除去するために脱気と抗酸化物質を添加し,過酸化物価, 酸価, 脂肪酸量の変化を測定した.
条件 d (脱気, 30℃, アルゴン気流下, 抗酸化物質添加), 条件 e (脱気, 30℃, アルゴン気流下) においてGC-MS 測定から得られた不飽和脂肪酸 (DHA) 量の経時変化を Figure 4 に示す.

下, 抗酸化物質添加), e (脱気, 30℃, アルゴン気流下)のPOV が低く, 脱気により魚油内の溶存酸素を取り除くことで, ヒドロペルオキシドの生成を抑制する
ことが明らかになった. また条件 e と比較して条件
d の POV が低いことが明らかになった. このことか
ら抗酸化剤である亜硫酸ナトリウムを加えることで,POV の上昇を抑制できることが示唆された.
つぎに，条件 d (脱気, 30℃, アルゴン気流下, 抗酸化物質添加), 条件 e (脱気, 30℃, アルゴン気流下)における酸価測定の経時変化の結果を Figure 6 に示す.

Figure 4: Changes of DHA content in fish oil stored at different
conditions (c) 30℃, argon atmosphere, (d) Degassing, 30℃, argon
atmosphere, (e) Degassing, Antioxidant, 30℃, argon atmosphere条件 c (30℃, アルゴン気流下) と比較して条件 d(脱気, 30℃, アルゴン気流下, 抗酸化物質添加), e (脱気, 30℃, アルゴン気流下) の脂肪酸量の減少速度が遅く, 脱気により魚油内の溶存酸素を取り除くこと
で, DHA の減少を抑制することが示唆された.

Figure 6: Changes of acid values (AV) of fish oil stored in different
conditions (c) 30℃, argon atmosphere, (d) Degassing, 30℃, argon
atmosphere, (e) Degassing, Antioxidant, 30℃, argon atmosphere

第 5 週までの結果から, 条件 c (30℃, アルゴン気流下) と比較して条件 d (脱気, 30℃, アルゴン気流下,
抗酸化物質添加), e (脱気, 30℃, アルゴン気流下) のAV が低く, 脱気により魚油内の溶存酸素を取り除くことで, ヒドロペルオキシドの分解による低級脂肪酸の生成を抑制することが明らかになった. また
第 3 週目までの結果では AV の上昇が見られず, 条件 d, e で有意な差は見られなかった. このことから
第 5 週までの実験ではヒドロペルオキシドの分解が行われていないことが示唆された.

つぎに，条件 d (脱気, 30℃, アルゴン気流下, 抗酸化物質添加), 条件 e (脱気, 30℃, アルゴン気流下)における過酸化物価測定の経時変化の結果を Figure5 に示す.

4 おわりに

Figure 5: Changes on peroxide values (POV) of fish oil stored indifferent conditions (c) 30℃, argon atmosphere, (d) Degassing,
30℃, argon atmosphere, (e) Degassing, Antioxidant, 30℃, argon
atmosphere

以上の結果から, 魚油の効果的な保存方法は魚油内の溶存酸素を除去するために脱気を行い, 4℃で冷蔵し, 保存容器内を不活性ガスで置換し, 抗酸化第 5 週までの結果から, 条件 c (30℃, アルゴン気流下) と比較して条件 d (脱気, 30℃, アルゴン気流
18

物質を添加することが有効であると考えられる.
本研究では, 引用文献[7-9] では評価されていなかった脱気をした油脂での酸化試験を行い, その有効性を示すことができた. また, 油脂の保存では用いられることの少ない亜硫酸ナトリウムを添加した酸化試験を行い, その有効性を示すことができた.
本研究成果は高品質な魚油の供給につながるもの
であり，この技術を利用して高品質魚油の新規材料開発へと繋げて行きたい．

文献(1) 一般財団法人日本水産油脂協会 平成 29 年事業報告書(2) D. Madhu, R. Arora, S. Sahani, V. Singh, Y. C. Sharma. J Agric
Food Chem. 2017, 65, 2100-2109.
(3) M. Arita. J. Lipid. 2017, 26, 27-34.
(4) I. Buhari, A. H. Roslida, AM. Mat Jais. J Cancer Sci Ther. 2015,
7, 186-189(5) H. Nemets, B. Nemets, A. Apter, Z. Bracha, R. H. Belmaker. AM
J Psychiatry. 2006, 163, 1098-1100.
(6) R. Torres, F. Pinho, J. A. Duarte, J. M. H Cabri. J Sci Med Sports,
2013, 16, 583-588.
(7) G. Boran, H. Karacam, M. Boran. Food Chem. 2006, 98, 693-698.
(8) H. Wang, F. Liu, L. Yang, Y. Zu, H. Wang, S. Qu, Y. Zhang. Food
Chem. 2011, 128, 93-99.
(9) J. C. S. Ritter, S. M. Budge, F. Jovica, A. J. M. Reid, J Am Oil
Chem Soc. 2015, 92, 561-569

19

品質評価及び産地特定を目指した携帯型ニオイセンサシス
テムにおける稚内層珪質頁岩によるカラム充填剤の開発

准教授 上村 浩信
有限会社 稚内グリーンファクトリー 代表取締役

渡辺 義範

実験の結果から、これらの特性によりカラムの充填剤
1 はじめにとしての可能性を秘めている結果が得られている。稚内地区でも最大級を誇る稚内層珪質頁岩の土地を所有

研究開発の背景と目的する稚内グリーンファクトリーと共同研究を行い、稚近年、食の品質管理・産地のブランド化が進み、商品

内産の稚内層珪質頁岩を用いたニオイセンサ用のカラ価値の尺度が大きく変容している。その中で、以前はム充填剤の開発を行う。

個人差が大きく分析が難しかったニオイが、商品価値

また装置のサイズ面では、当初はシステム全体が A3として認知されてきいる。定量的な分析を行う、市販サイズの大きさくらいであったが、B5 サイズの旅行カのニオイ分析装置は、大型で持ち運びが難しく、一般

バン程度の大きさまでに軽量・小型化の製作を目指す。

にはガスクロマトグラフィー法を用いて判別を行って本研究により、稚内層珪質頁岩に機能材料としてのいるが、検査時間が数時間に及び、測定にかかる消耗付加価値を付けることができ、この携帯型ニオイ情報品が多く、高価な測定となっている。

識別システムと共に、北海道の第一次産業に大きく貢このような背景から、特に第一次産業分野において、献できると考えます。

安価で現場で気軽に簡易分析できる装置の市場ニーズは大きいと考えられる。以前から、非破壊で食品の管3 内容

理・生産地を特定できるニオイセンシングシステムのニオイセンシングシステムは、図 1 に示すように、開発を、酸化物半導体センサを用いて進めてきた。こ乾燥空気が充填されたボンベから、ニオイをサンプルのシステムでは、ニオイ成分の分離を行うカラムが非管に移行させ、その後、数種類の酸化物半導体センサ

常に重要な役割を担っている。市販のカラム充填剤はから発生する信号波形をコンピューターにより解析を非常に高価で 100ｍｌ約 60000 円である。また、本研

行い食品の品質の情報・産地の識別を可能とする。

究で用いられる一部の製品は、販売中止のものがあり、今回使用するセンサは、食品の管理を行うため、食この代替品に代わるものを作る必要性がある。

品内部の劣化や食品に付着した細菌または、異物の影本研究では、道産素材(稚内層珪質頁岩)を用いたカラム響を測定できるものである。このため、センサには、充填剤の開発と、システム装置の小型化を目的とする。

このようなものに適した硫化水素系の酸化半導体を用いる。また、産地の判別には、食品に含まれる揮発性

2 概要の高い成分から低い成分を効率よく識別するために先行研究 3,4)で用いたセンサを用いる。このカラムの目標

充填剤により、使用するセンサの特性が発揮され 食装置に用いるカラム充填剤には、北海道の稚内を産品の判別が可能となる。このほかにも、測定温度とカ地とする稚内層珪質頁岩を用いて開発する。稚内層珪

ラム充填量がデータ取得時の反応性・反応時間に大き藻頁岩は、比表面積が 120 ㎡/g と他産地の珪藻土の約く影響する。これらを適切なシステムとして構成する

4 倍であり、その細孔容積は約 5 倍もある 1,2）
。予備

ために、キャリア流量、キャリアガス、サンプル容量、

20

充填長、固相カラムの温度の設定が重要である。
本研究では、キャリアガスには、安価な空気を用い、キャリアガスの流量、サンプルの容量については先行研究でデータを取得している。今までの研究において、市販の充填剤に処理を施した結果、装置サイズは、B4サイズ程度のシステムを開発した。さらに、より性能の高い充填剤の開発を、細孔容量の大きい稚内産の稚内層珪質頁岩を用いて実施する。
先行試験で、稚内グリーンファクトリーの稚内層珪質頁岩においては、カラム温度を室温よりやや高くするとニオイ成分が分離され、解析可能なデータを取得可能となったが、実環境の測定を考えて、なるべく常図 5 稚内グリーン産の充填剤と市販の充填剤のニ温に近い温度で解析できる様にするために、物理的、オイ成分の解析

化学的な処理を含めた稚内層珪質頁岩の最適化を目的

図 5 は、本研究で開発した測定装置による稚内グリとした前処理を行う必要がある。

ーンファクトリー産充填剤の出力された波形である。
ニオイ資料は呼気ガスを用いた。呼気ガス成分は、品
質管理等の探索にあたり分離成分が早いものと遅く出現する二峰性の波形が見られるためニオイ成分の分離には適当なものと考えられるためである。図 5 の波形

3 結果

は、酸化半導体センサを 2 種類用いたものである。カ
ラムより流れてきたニオイは、分離され下段のセンサを通過し上段のセンサに流れるようになっている。しニオイセンシングシステム

たがって、下段センサが反応した後、上段のセンサに
図 2 は、本研究で開発されたニオイ測定装置である。

反応することになる。センサ数が増えると解析結果が概要は、図 3 のようになり従来よりも小型化し、カラ

増えニオイ成分の情報量が多くなりニオイ成分が判別

ムを中心とした温度の設定ができるようになった。

し易くなる。縦軸は、酸化半導体センサの電位である。
横軸は、反応時間である。波形の最初のピークは、揮発成分の早いものである。5 分以降に見られる後半のピークは、アンモニアガス等の成分である。右図は、市販されている充填剤 (市販されているもの)は、下段
では２段階で分離した波形がみられるが上段では 2 段
階の分離は見られるが波形が低い。一方、稚内産は、
上段下段とも 2 つ以上に分離されている。下段ではガス成分が３段階に分離されている。ニオイ成分より得られた波形が分離したこのことから、今回使用した市
販のものより稚内産の充填剤の方が理論段数※）にお図 2 ニオイ測定装置

いては、同等よりも良いと考えられ ニオイ成分の判

図 4 は、稚内グリーファクトリーの採掘現場（上段）と珪質頁岩(中段・下段）である。この場所から提供された珪質頁岩を資料として用いた。稚内グリーン
ファクトリーの稚内層珪質頁岩（この珪藻泥岩に圧力や熱が自然に加わることで、硬質化したもの）数
種類について物理的、化学的な処理等を行った。その中から充填剤（ニオイ成分を分離できるもの）を探索した。その結果、充填剤に適したものを得ることができた。

別に適した充填剤と推察される。本研究で開発された
カラムの充填剤は測定可能なカラムの充填剤と考えられる。

まとめ
稚内層珪質頁岩によるカラム充填剤の開発について研究を行った。市販の充填剤と比較しても同等・それ21

以上のニオイ成分の分離がなされ、解析可能なデータ用と資源評価に関する研究. 平成 4 年度共同研究を取得できた。今後、カラムの充填剤に適するように

報告書 1993

さまざまな実験環境で測定するために、物理・化学的

2)八幡正弘, 湿度調整材料としての頁岩・珪藻質

な処理を含めた最適化を目的とした開発を行う必要が泥岩の特徴についてーいわゆる”稚内層珪藻土”ある。

の地質鉱物学的特徴ー. 北海道立地質研究所報告,※）理論段数は、カラムの性能の指標です。

北海道立地質研究所. 第 74 号,83-95,2003

理論段数が大きいほど性能のよいカラムといえま

3). Evaluation of food freshness and locality by odor

す。 性能のよいカラムとは、カラム内でのピーク

sensor. Koike, T., Shimada, K., Kamimura, H., andの広がりが小さいものをさす。

Kaneki, N.6.，
Kansei Engineering International，
36 巻，
7 号， (頁 119 ～ 124) ，2011 年

引用参考文献4). 気情報からの腎疾患診断支援を目指したニオ
イセンサーシステムについて. 阿部克成、小池貴行、

1). 野村隆文, 高田忠彦, 皿井博美, 吉田憲司,岡佐々木春喜、上村浩信、金木則明，日本味と匂学

孝雄, 八幡正弘, 庄谷幸夫. 本道珪藻土の高度利会誌，19 巻，3 号，(頁 489 ～ 492)，2012 年

図 3 ニオイ測定装置の概要

図 4 稚内グリーファクトリーの採掘現場（中段）と珪質頁岩(上段・下段)

22

人工知能を用いた目的別気象図作成のためのシステム開発
塩谷浩之*1，保尊良真*2，植松孝彦 *3，齋藤佳彦*3，中村祐介 *3

1 はじめに

2 天気図
2.1 天気図の生成

現代においては，テレビ，新聞，インターネットを

天気図の大元となるデータは気象庁から発表され介していつでも高精度な天気予報を知ることができる。それには各地の観測値（天気，風力と方向，気る。その大元となる情報（高低気圧の位置，各所での圧，気温），低・高気圧の位置と中心気圧，前線の位

気圧，各地点での天気，風力，方向など）を公表する

置などがある。

が気象庁の役目となっている。
気象の状況全体を表す天気の地図は天気図と呼ばれる。1 日に数回，気象情報から天気図に変換する。その作業は気象情報関係の会社において，気象予報士が行っている。気象庁が発表後になるべく早く，しかも見やすい天気図として描き，各地の天気予報の詳細も含
めて，新聞各紙，テレビ局，インターネット関連会社などに提供する。
天気予報を使う側からの要求としては，天気図の見やすさがあり，天気図の調整作業が必要となる。天気図活用の広がりから，多岐にわたる要望が考えられる。
本研究では，人工知能などの情報処理で，最適な天気

図１：天気図記号

図を提供するシステム開発つなげることを目標として(上段）天気記号，（中段）前線，（下段）風力と方向，低気圧，高気圧。

いる。
例えばラジオでは，漁業気通報放送として「石垣島では東北東の風，風力 3，雨，20 h-Pa，18 度」，気*1：室蘭工業大学 しくみ情報系領域*2：室蘭工業大学 工学部 情報電子工学系学科*3：雪研スノーイーターズ

圧情報としては，「北緯 44 度，東経 164 度には，968hPa の発達中の低気圧があり，東北東に毎時 65 キ

23

ロで進んでいます」，等圧線については，「日本付近

2.3 天気図の調整を通る 1016 h-Pa の等圧線は，北緯 57 度，東経 129

1 日数回発表される気象庁のデータから，基本とな度，さらには (43,122), (47,131), (40,146),

る天気図の作成はすぐにできるが，見やすさ調整は別(35,145), (31,141), (27,142), (22,137),作業となる。ここで例を示す。図２データによって自(22,128), (19,115) の各点を通っています」と発表

動生成された状態で，高気圧の中心位置の緯度経度にされる。等圧線については，天気図で必要な間隔で曲よる配置である。中心気圧の位置は正確な緯度経度で線を引くので，ある意味厳密な意味での等圧線とは少あるので，新潟の位置の天気のマークがある関係で重し異なる。

なっている。中心気圧の数値は東京の天気記号と重なっている。

2.2 天気図の利用
理科教育の内容の一つとして，天気図の書き方を教わった記憶のある方は多い。天気図では，日本全体の気圧の状況や，北海道，北日本，東日本，西日本，九州の領域内の各地の天気が表現されており，天気予報の資料としてなじむ深い。
テレビや新聞の天気図では，見やすさは重要である。天気図を利用している顧客は，テレビや新聞だけ

図２：データ作成図で変更が必要な例

ではなく，インターネット業者，雑誌など多岐にわたっている。利用者の目的によって必要とされる天気図

天気図として分かりやすくメディアにおいて説明すにバリエーションがある。それぞれの目的によって，るには，天気状況の説明にふさわしい調整が必要とな

一定期間内に日本に影響がある領域を含む表現領域にる。これは簡易な例であるが，実際には様々な状況が違いがある。また，目的によっては，見やすさを重視ある。例えば，天気図の描く領域の境界に中心気圧がすることもあり，気圧の配置で「低」「高」の記号をある場合にも調整が必要である。描画範囲による調整

どのように配置するかが決まる。全般的に，天気図作も不可欠である。日本列島への経過時間の重要性で描

成者の表現法によるところが多い。

く領域に移動するか，記載範囲外と考え記載しないな

最近では，気象庁のデータからソフトウエアで記号どが考えられる。日本列島においては，都市起点の天配置まで行っているが，見やすさの調整は気象予報士

気記号，風力と風向があり，中心気圧との重なりなどによる調整作業と確認作業に依存している。

の調整は複雑である。

24

3 天気図調整ては Chainer とし，学習時間の高速化のために GPU も

3.1 調整の判定

活用も視野に入れる。

天気図記号の配置調整の方法は，天気図の作成会社

今回は試験研究段階であるので，気象庁からのデーで行っている作業の前後の状況を示すデータがある。

タから簡易画像に変換したもので検討した。入力画像

個別の調整方法のルールを規則化のために，確実な方はモノクロとし，ピクセルごとの画素値は 0 から 255

法としては，作成者個々にインタビューを行って，作とする。学習には新聞社提供用を想定したデータを用

成における留意点などの調整事例を集めることが考えいる。実際に変更が必要は領域（図３左）について，られる。

作成予定の天気図提供システムが出力する例を図３右

個人によって調整方法の異なりがあるが，共通要素に示す。目的に合うように計算構造の最適化を進めをクラスタリング等によって集約などが考えられる。

て，学習性能を向上させるなどの工夫が必要となる。

しかしながら，実業務におけるインタビューにはコストがかかるので難しいため，別なデータ収集方法を考慮する必要がある。今年度は最初の段階であるので，データの構築につなげられるデータ収集を検討につなげられるように，システム化の要件を整理した。

3.2

システム化に向けて

図３：天気図提供用システムの構成

妥当な調整ルールの抽出し，データから AI で判定する機能を実現する機構としては，通常は階層型とし４ おわりにて最小二乗ベースの学習アルゴリズムを用いる。デー
天気図情報処理の検討を行い，システム化に向けてタの質によっては，他の誤差関数との比較も必要とな要件整理を行った。今後は，気象表現に対応するシスる。活性化関数については，判定問題では出力が単純テムとし実際に構築を進める。学習のためのデータのな 0-1 となるのでシグモイド型となるが，グレードや準備については，協力企業と共に天気図の利用と提供数量を求める場合にはランプ型となる。データとのマの状況についての調査と同時並行で進めて，天気図提ッチングから活性化関数を選定する必要がある。デー

供システムの開発につなげる。

タ規模が大きいことが予想されるので，AI の構造の多層化に対応するように深層学習を用いる（１）。中間

文献

層数はデータ数や規模に依存するので，それぞれの状(1) 麻生英樹，多層ニューラルネットワークによる深層表

況で調整が不可欠となる。

現の学習，人工知能学会誌，連載解説，28 巻, 4 号, pp。
649-659 (2018)

システムの作成では，プログラミング言語としては
Python を用いる。学習としてのパッケージツールとし25

国立大学法人 室蘭工業大学