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18年度の手法を用いた肘の可動軌跡推定

肩関節の構図尾を考慮した肘の可動軌跡の推定ᘮ᬴ᎍʴƷ៲˳‫ݡ‬ඥǛؕƴᏟᣀɥጂໜǛҾໜƱƠŴᏅ޻ˮፗƷѣ˺៽ួƱਖ਼‫ܭ‬ƞǕƨᏅ᧙ራɶ࣎Ǜ೅แ҄ƠǇƠƨ

18年度の手法を用いた肘の可動軌跡推定

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資源循環利用を考慮した木質部材に関する研究 (第1報)木材・プラスチック混合物の混練特性

平成19年度研究課題名

木材・プラスチック複合材を成形する際の適当な条件を探索するため，ブナ木粉とポリプロピレンを混合した材料の混練特性について検討しました。木粉粒径，木粉とプラスチックの混合割合，回転速度，設定温度を様々に変えて，時間の経過に伴う混練トルクおよび材料温度の変化を調べ，混練された材料の様子を観察しました。その結果，材料の効率的な混練と熱安定性の兼ね合いで適当な回転速度が存在することが示唆され，また，材料内部の摩擦熱やせん断発熱，木材の熱分解が材料温度の調整に及ぼす影響を把握できました。

プラスチックポリプロピレン

加熱溶融

20

押出成形ローラミキサ木粉粒径0.25〜0.50 mm0.50〜1.00 mm1.00〜2.00 mm

混練トルク (N･m)

木材・プラスチック複合材

20

混合割合木粉:PP＝70:30木粉:PP＝80:20木粉:PP＝90:10

190

10

1805

混練トルク 17002

木粉粒径: 0.50〜1.00 mm混合割合: 木粉:PP＝80:20回転速度: 50 rpm設定温度: 200℃

設定温度180℃200℃220℃240℃

混練開始後2 minにおける混練トルク，材料温度に着目

木材・プラスチック混合物の混練性試験

木粉粒径の影響

混合割合の影響

回転速度の影響

木粉粒径: 0.50〜1.00 mm回転速度: 50 rpm

木粉粒径: 0.50〜1.00 mm混合割合: 木粉:PP＝80:20: 0.25〜0.50 mm: 0.50〜1.00 mm: 1.00〜2.00 mm: 木粉:PP＝70:30: 木粉:PP＝80:20: 木粉:PP＝90:10: 25 rpm: 50 rpm: 100 rpm

1050

混練トルクの低下25 rpmが早い

影響小さい180

200

160

4 6 8 10時間 (min)混合割合: 木粉:PP＝80:20回転速度: 50 rpm

15200

150

ラボプラストミル(東洋精機製作所 (株) 製)

回転速度25 rpm50 rpm100 rpm

材料温度

材料温度 (℃)

混練トルク (N･m)

木粉21025木粉 (ブナ)220240180200220材料温度 (℃)

240

180200220240

混練物の状態25 rpmが良好

材料温度と設定温度の差 (℃)

材料温度と混練トルクの関係

20

木粉粒径の影響

混合割合の影響

回転速度の影響

混合割合: 木粉:PP＝80:20回転速度: 50 rpm

木粉粒径: 0.50〜1.00 mm回転速度: 50 rpm

木粉粒径: 0.50〜1.00 mm混合割合: 木粉:PP＝80:20: 0.25〜0.50 mm: 0.50〜1.00 mm: 1.00〜2.00 mm

15: 木粉:PP＝70:30: 木粉:PP＝80:20: 木粉:PP＝90:10: 25 rpm: 50 rpm: 100 rpm

10

摩擦熱せん断発熱材料の内部発熱大きい

50-5-10木粉の熱分解影響小さい180200

220240180200220

設定温度 (℃)

材料温度と設定温度の差240180200220240

熱分解を考慮すると温度設定は200℃までが適当か平成19年度研究課題名

木製家具における伝統技術の解明−曲げ木工程の指標化−家具の製造工程の課題である高周波乾燥による材内部の焦げを検討するため、乾燥過程にある材の温度測定を行いました。また、最適な乾燥条件の指標化を目的とし、高周波印加電力量や乾燥時間の設定条件を検討しました。
（１）現状の高周波乾燥法では、温度上昇が材間でばらつき、焦げと乾燥不足が懸念されました。
（２）高周波乾燥と乾燥室保持の併用あるいは高周波印加と停止の繰返しにより、焦げを低減することができましたが、次段階では最適な含水率まで乾燥させるための設定条件を見出すことが必要です。
（３）仕上がりが良好な乾燥状態となる設定乾燥時間に見合う高周波出力が計算により求められました。
背景・目的曲げ木加工は職人技で、経験の蓄積に依るところが大きい 目的・曲げ木工程における木材の状態を把握・技術の継承が難しい現状→ 作業時の最適なタイミングの目印の発見・状況や熟練度により不均一な仕上がり曲げ木工程と問題点

高周波乾燥時の温度測定

高周波乾燥

計測器：光ファイバー式温度計150

冷却温度（℃）

問題点：材内部の焦げ・割れ

曲げ

仕上がり良く乾燥させるには？？
・乾燥に必要な熱だけを材に投入し、温度を上げすぎないことが必要

6030

蒸煮 乾燥

0

早くきれいに仕上げる蒸煮・高周波乾燥時 ための条件設定が必要

ナラ材

0

原因は温度では？？
高周波加熱装置で実験

90

30 60 90時間（分）高周波乾燥に必要な熱量乾燥前

乾燥後

潜熱：蒸発させる熱[全乾重量×材比熱＋含水重量×水比熱]×ΔT(g) (cal/g･K) (g)(cal/g･K) (K)[目標脱水重量×蒸発潜熱](g)(530cal/g)乾燥に必要な熱量(cal)＝顕熱＋潜熱1kcal＝1.163Whより、1時間当たりに要する出力が求まる

1520034578中央測温部（深さ2cm）

2637

余熱を利用する試み実験２ 材：ナラ（4×4×26.5 cm）含水率変化：18%→11%設定乾燥時間：30分必要な発振出力：初期10分間195W後期20分間 96W

481温度（℃）

26150

234

中央10050材温の上がり方は材内部が高い傾向

全乾木材 ＋ 含有水分

顕熱：全体を昇温させる熱計算による熱量の当てはめ実験１ 材：ナラ（4×4×26.5 cm）含水率変化：18%→11%設定乾燥時間：30分必要な発振出力：130W1120の温度変化

全乾木材 ＋ 含有水分

山本ビニター（株）社製トランジスタ発振方式周波数：13.56MHz電力調整：0〜3000W

・120℃を超えて約30分経つと材内部が焦げ付く・温度上昇の割りに仕上がり含水率はやや高め

001020時間（分）30分後：目標値まで乾燥＝計算と合致材の中心内部は、うすく焦げていた

305678200

15263748150

温度（℃）

蒸煮

120・約5分で材温は100℃に100・第2段階では内部温度が50やや高めに推移・30分では乾き切らないが0冷却工程で目標値まで乾燥 0・材内部の仕上がりは良好

1020時間（分）30初期に多めの熱を与える余熱の有効性が期待今後の展開

低コスト化、実用化に向けた検討（高周波乾燥時の昇温速度が材の内外で異なることを利用）

岐阜県生活技術研究所

平成19年度研究課題名

上肢支援型起立動作補助装置の開発

起立動作を支援する機能を椅子に付加する目的で、椅子に取り付ける起立補助装置について検討しました。動作のしやすさに効果があると思われる座面の移動軌道について検討するとともに、肘掛けに可動機能を付加することで起立動作支援の効果向上を試みました。また、対象となるユーザを考慮すると椅子に座り続ける時間が比較的長いと考えられることから、座位姿勢を続けることによる生理反応について調査を行いました。今後はこれらの結果をふまえ、商品モデルを提案していく予定です。

研 究 内 容肘掛け可動機構の提案と試作座面の動きと不安感の関係の考察起立補助椅子の動作とユーザの感覚面との対応を明らかにするため、官能検査実験を行いました。
その結果、人は不安感で座面の移動を評価していることがわかりました。

Trochanterionmoving position

Trochanterionfinal position

上肢支援型起立補助試作椅子

試作機のコンセプト

Pattern A

Final seatpositionPattern C

Trochanterioninitial position

Pattern D

Points in evaluation

30Pattern B

2520151050A

Pattern EBCDE

Seat movement pattern

Initial seat position

座面移動パターン

官能検査の結果つぎに座面の移動軌道とユーザの姿勢変化の関係を調べるため、動作測定実験を行いました。それ椅 子 強 度 試 験

肘掛け垂直力試験

肘掛け水平力試験

らの結果を踏まえ、座面上昇にともなう人の姿勢起立するときに肘掛けを使って立ち上がることができるように、肘掛け可動機構を付加した起立補助椅子を岐阜大学と共同で提案し、試作しました。試作した起立補助椅子には強度試験を行い、安全性の評価を行いました。岐阜大学では試作機を福祉施設に持ち込んで臨床実験を行い、普通の起立補助椅子よりも立ち上がりやすいという結果を得ています。変化とユーザの心理的な感覚との対応関係につい研 究 体 制快

適性

安

全の評

価

肘 掛 け の 機 能 設 計

確

認

生活技術研究所

岐阜大学工学部

官学

産学

医性

ＪＩＳ規格適合確認製

造

販

不安感を低減させるためには・膝角度の変化を小さくすること・脊柱湾曲角度の変化を小さくすること・座面の広い面積で身体を支えられるように

起 立 動 作 の 評 価試 作 品 の 製 品 評 価て考察しました。そこから、座面移動にともなう株式会社キタニ

売

起立補助機構の制御起立補助椅子の試作工連

携

岐阜大学医学部

起立動作解

析生

理学的評

価

リハビリ機能実証試験

すること・座面が多くの体重を支えられるようにすること・座面荷重中心の前方移動をより遅くするように座面を動かすことが重要になるとの示唆を得ることができました。

成 果 普 及東京ビックサイトで開かれたHCR2007ました。

国際福祉機器展で機器展示を行い

生活技術研究所研究発表会で研究発表を行いました。

研究成果は研究会を通じて普及しています。

この研究は、文部科学省知的クラスター創成事業「岐阜・大垣地区ロボティック先端医療クラスター」の援助を受けて行われました。
平成19 年度 岐阜・大垣地域知的クラスター成果発表会併設展にて機器展示を行いました。

岐阜県生活技術研究所

平成19年度研究課題名

光で木材を計測する

近赤外分光法を用いて熱処理材の評価について検討しました。近赤外二次微分スペクトル中に、熱処理によって6913cm‑1にこれまで報告されていなかった新たな吸収帯が観察されました。アセチル化木材と比較したところ、リグニン由来のフェノール性水酸基に帰属されると考えられました。また、水酸基領域(7200‑6100cm‑1)を波形分離し、面積比の変化を検討したところ、セルロースの水酸基の熱劣化は非晶領域から始まり、準結晶領域、結晶領域へと続くことが明らかになりました。さらに、熱処理による重量減少とセルロース中の水酸基の減少との間には強い相関が認めらました。
赤外線の発見1800年イギリスの天文学者ハーシェル(Sir FrederickWilliam Herschel:1738‑1822)が、太陽光をプリズムに通していたとき、色のない部分が他の部分より温度が上がることを発見しました。これが赤外線を実験的に見出した最初です。
色のない部分が他の部分より温度が高い！

太陽光

プリズム

ハーシェルの実験

目には見えない光線があるぞ！赤色の外側だから「赤外線」と名付けよう！

赤外線の種類赤外線は波長によって3種類（近赤外線・中赤外線・遠赤外線）に分けられます。
波長 0.75

可視光線

2.525

近赤外線(NIR)

波数 13300中赤外線(MIR)

2000μm

遠赤外線(FIR)

4000

400

マイクロ波

5 cm‑1

近赤外分光学の歴史近赤外光は中赤外光と比べて、測定結果を解釈することが非常に困難だったため、1960年代の後半まで、近赤外分光法は赤外分光法に較べて利点はほとんどなく、利用しにくいという評価をされてしまい、長く眠っていました。そのため、近赤外分光法は"SleepingGiant(眠れる巨人)"と呼ばれていました。
しかし、1968年に夜明けが訪れました。アメリカ農務省のNorrisらが近赤外スペクトルを統計的手法によって解析する方法を見いだしたのです。
その後、1974年にスウェーデンのWoldとアメリカのKowalskiが「ケモメトリックス(Chemometrics：多変量解析を分析化学や分光学に適用する手法)」を誕生させたことにより、近赤外分光法が飛躍的に発達しました。

1500〜600cm‑1は「指紋領域」と呼ばれ、物質の推定に用いられています。

MIRスペクトル木材

NIRスペクトル

セルロース4000

3000

2000

セルローススペクトル全体が曖昧8000

NIRスペクトル

木材への適用木材のNIRスペクトルにケモメトリックスを適用することにより、木材の含水率、繊維傾斜角、強度などの推定が行われています。また、近赤外カメラを用いて、建築廃材の分別も試みられています。
しかし、研究の歴史が浅いことから、スペクトルピークの帰属が正確に行われていないのが現状です。帰属を正確に行うことにより、ケモメトリックスを用いた推定の精度が、今まで以上に増していきます。
そこで、今回の実験で、無処理木材、熱処理木材、アセチル化木材のNIRスペクトルを比較したところ、これまで報告されていないピークが分離されました。

木材10000

近赤外分光法の応用例NIR測定はMIR測定と異なり、非破壊で測定を行うことができます。ミカンの糖度選別機にはNIRが用いられており、1分間に約180個を自動選別しています。

1000

波数(cm‑1)

熱処理木材

波数(cm‑1)

6000

4000

スペクトルの二次微分は、(1)ベースライン補正が不要、(2)ピークの分離が可能、などのメリットがあります。
（但し、スペクトル中のノイズが過大評価されるおそれもあります。）

水酸基(OH)水酸基領域の二次微分スペクトル

アセチル化木材無処理木材10000

8000

6000

4000

(b)ピーク(b)はアセチル化に対して活性熱処理に対して安定(a)セルロースの非晶領域(b)新たに分離されたピーク(c)セルロースの準結晶領域(d)セルロースの結晶領域(e)セルロースの結晶領域

(c)

(d)

(e)

(a)70006500

結 論

リグニン中のフェノール性水酸基に帰属

岐阜県生活技術研究所