工学研究所所報第 34 号目次

巻

頭

言

工学研究所のあり方 ················································ 庄司

総正弘 ··· １

説
松井の式体系とその周辺 ············································ 松井

正之 ··· ２

サプライチェーンネットワークにおける業者選択と利益最大化モデル
正延、中島

健一 ··· ６

カーボンナノチューブ内部の 1 次元的ナノ空間での水の相転移挙動 ······ 松田············································ 松丸

和之 ··· 12

平成 23 年（2011 年）東北地方太平洋沖地震による浦安市の被害調査報告 ································ 山本
神奈川大学 23 号館の地震・台風時の挙動 ····· 大熊

磐余 ··· 22

和司、安井八紀 ··· 25

容範、内田青蔵 ··· 34

武司、島﨑

俊雄、松田

共同研究
植民地朝鮮における朝鮮建築会の住宅改良に関する活動について－機関誌『朝鮮と建築』の住宅関連記事を中心として－ ···· 金

随腐食鉄筋コンクリート部材の性能評価 ························ 盧朝輝、趙衍剛 ··· 43

ニオビウム接合を流れる超伝導電流の磁界特性 ·· 中山

晋、穴田哲夫 ··· 51

本工学部における物理学教育の一端にたずさわって ···················· 大成

逸夫 ··· 62

揺らぎ ···························································· 大野

吉弘 ··· 65

明芳、阿部

想

恩師・正野﨑友信先生と学生たちのはざまで半世紀～～ 切削油剤研究のメッカ ～～ ·································· 石渡

秋二 ··· 69

年次報告 ············································································ 73
神奈川大学工学研究所所報執筆規定 ···················································· 87
編集後記 ············································································ 93

CONTENTS
Preface
How the Research Institute for Engineering should be ·········· Masahiro SHOJI ··· １
Review
An Outline on Matsui’s Equation and its Circumference ······ Masayuki MATSUI ··· ２
Supplier selection in supply chain network····················· Masanobu MATSUMARU

Kenichi NAKASHIMA ··· ６

Phase Transition of Water Confined Inside Pseudo-one-dimensional Nanoscopic Space ofCarbon Nanotubes······································· Kazuyuki MATSUDA ··· 12
Damage in Urayasu City due to the 2011 off the Pacific Coast of Tohoku Earthquake······························· Toshio YAMAMOTO

Iware MATSUDA ··· 22

Response of the 23th building during earthquakes and typhoons·········· Takeshi OHKUMA Kazushi SHIMAZAKI

Hachinori YASUI ··· 25

Joint Research
A Study on the Activities of Cho-Sen Architectural Group for Housing Improvement inColonial Days of Korea·························Youngbum KIM

Seizo UCHIDA ··· 34

Performance Assessment of Corroded Reinforced Concrete Members······································ Zhao-Hui LU Yan-Gang ZHAO ··· 43
Magnetic Characteristics of Superconducting Current through Niobium Junctions················· Akiyoshi NAKAYAMA Susumu ABE Tetsuo ANADA ··· 51
Essay
On an education of university physics ··························· Itsuo OHNARI ··· 62
Fluctuation ··················································· Yoshihiro ONO ··· 65
Half a Century of University Life Warmly Supported by my Respected Professor,Tomonobu
Shonozaki and by my Dear Students～～ Mecca of Cutting Fluid Research ～～·················· Syuji ISHIWATA ··· 69

Annual Reports of the Institute ······················································· 73
Manuscript Submission Instruction ··················································· 87
Letters from the Editors ····························································· 93

1

巻頭言

工学研究所のあり方
庄司 正弘＊How the Research Institute for Engineering should be
Masahiro SHOJI∗
本学に工学研究所が設置されたのは 1975 年，今かられば，標準的であるために特色や魅力に欠けるというこ

約 35 年以前のことであり，当初の設立の目的は学内のともできよう．私は，現在の基本理念は保持しつつも，共同研究を中心とした学際領域の研究を行うこと，新しそろそろ機能の再検討を行い，新しい取り組みを始めて

い科学技術の芽を育てること，等にあったと聞いている．

も良い時期ではないかと考えている．組織としての有り

この間，大学を取り巻く環境，とりわけ工学における大方と，仕事の内容の両面についてである．

学と産業界とのかかわり方は大きく変化してきた．このもう十数年前のことであるが，米国クリーブランドに変化に対応する形で，本学の工学研究所も，基本理念にある NASA の研究所を訪問したことがある．そこで印象変更はないものの，私学研究助成による大型機器の管理的であったのは，工学技術の新しい芽を見出す方法とし運営，産学官の共同研究，知的財産の産業移転なども視て，研究資金と空間を提供し，身分保証をする研究プロ

野に入れた業務も守備範囲に入り，また大学あるいは工ジェクトの公募と実施体制であった．
新しい課題をもち，学全体の科学技術に関連した企画やイベントの立案と実アクティブな若手研究者を公募し，５年ほどの年限を限施も行なうこととなった，と見受けられる．実際，現在って空間を提供，著名な大学研究者を顧問格に迎え，１の工学研究所の行っている主要な業務は，学内共同研究

つのビル（建物）を準備して研究開発を行っていた．その募集とその実施，大型機器の管理運営，講演会企画（若のテーマは NASA でありながら，必ずしも航空宇宙に直者と語ろうシリーズ，工学研究の最前線など），テクノフ

接関連の無いものも許容していた．そして新進気鋭の若ェスタを実施することにあると理解している．

い研究者が数多く活発な研究を行っていた．我が工学研

本学の工学研究所に似た組織は，国立大学を始め多く究所も，こうした研究の推進ができないだろうか．現在の大学で付置研究所としてかなり古くより存在していた．

の特別助手相当の若手研究者とテーマを募集し，空間とその機能はしかし，昭和 40 年後半を境にその前後で大研究費を提供し，関連のある本学教員が研究の助言者・

きく変化した．即ち，古くは工学部の研究は産業界と連協力者となって研究を推進し，優れた成果や研究者を本携するのは悪とされ，学科・研究室に閉じられた形で行学のものとして受け入れるのである．

われていた．そのような状況では，産業への技術移転はもう一つの提案は，組織構成の問題に関するものであ

教員が個別的に密かに行われるのが常態であった．そのる．現在工学研究所は，所長と僅かの支援職員のみを本ために，大学と産業界を結ぶ組織としての付置研究所は務要員に，学科から選出された数名の運営委員で業務が目に見える形で有効に機能し存在価値があった．然るになされている．しかし，運営委員は研究所において実質

昭和５０年代以降になると，事情は全く逆転し，今日の的な研究や管理運営を担う者ではない．これでは実効的ように工学研究は産業界にシーズを提供するもの，あるな成果は期待できない．例えば，２，３年の年限を限り，いはしなくてはならないものとされ，個々の研究室は企各学科・教室から若手教員を派遣して所員を構成し，構業・産業と直接的な係りを，それも積極的な連携をとる

成員はその間，共同研究やプロジェクト研究に専念し，ようになり，それは必然的に付置研究所の存在意義を問

その後学科へ帰るといった形がとれないであろうか．そう問題を生起した．そして周知のように，多くの大学でこでの研究は，当該者の専門分野（学科）の枠にとらわ

付置研究所は統合あるいは廃止されることとなった．これない形も可能であり，また前記の特別研究員とも連携

うした流れの観点に立つと，本学の工学研究所は新たなした先進的な研究も行える利点がある．

流れの時期に創設されていると位置づけられ，現在の業以上は全くの私見，提言であり，独断に過ぎるもので務も標準的なものと思われる．しかし，厳しい見方をすあるかもしれない．しかし，工学研究所は工学部，工学研究科と鼎立して発展すべきものであり，その面からの∗工学部長
Dean of the Faculty of Engineering

期待であることでお許しいただければと思う．

2

松井の式体系とその周辺

3

4

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

松井の式体系とその周辺

5

6

サプライチェーンネットワークにおける業者選択と利益最大化モデル
松丸 正延＊ 中島 健一＊

Supplier selection in supply chain network
Masanobu MATSUMARU＊ Kenichi NAKASHIMA＊

１．緒言∗て，どの業者を選択するかという業者選択問題を扱うこ供給業者―製造業者―卸売業者（物流業者）―小売業とにする．当該企業は業者を選択する場合にあたっては者―顧客（需要市場）の段階的サプライチェーンモデル

多くの情報を利用して，適切な業者を選択したいと言うにおいて，各段階の業者は１企業だけである一本のサプ要望をもつと考えられる．モノの流れによる製品の在庫

ライチェーンはコストを低減させ，利益を拡大するのに量，コスト，販売数，利益率という情報など担当者（意優れているとして多くの企業では用いられている．サプ

思決定者）
はさまざまな情報をもとに取引を行っている．

ライチェーンの各段階の業者を１企業とすることで，大取引業者に関して,「オーダー数が多い」,「支払い遅延

量受注・大量納品が可能になり，割引によりコストを低がない」,「値引きの要求をしない」という業者の評価要減することが出来，利益を拡大することが出来ると考え素の情報も，評価者である当該企業の担当者にとってられるからである．しかしながら，各段階１企業のサプ必要である．これらの評価要素の情報はあいまいであライチェーンは，コストと利益面で優位性を持つ半面，る可能性も排除できない．そこでこれを企業の「業その経路の一部が寸断してしまうと，チェーン全体の流者についてのファジィ・メッセ－ジ」として捉える

れが止まり多大な損失が発生してしまうことが考えられことにし，取引に関する業者の情報を得て評価段階

る.例えば 1995 年 1 月 17 日におきた阪神・淡路大震災でに反応するといった人間の情報処理過程を考える．

はトヨタ自動車をはじめ多くの生産ラインがストップしここでの関心事は，この過程においてどのような情てしまった．また 2007 年 7 月 16 日に発生した新潟県中報処理が行われているかにあるが，漠然性と偶然性

越沖地震で被災した自動車部品メーカー「リケン」の柏の「二面性を持ったあいまいさ」に注目して，これ崎事業所が操業停止したため，この部品を使用しているを捉えていくことにする．

主要自動車メーカーの全 8 社が，全部または一部の生産

本研究では業者選択の評価要素を導入して，取引停止の事態に拡大した．
今年の 3 月 11 日に生じた東日本に関する取引業者の情報を「業者についてのファジ

大震災でもサプライチェーンの寸断によって，生産がスィ・メッセ－ジ」として捉え，多段階サプライチェ

トップしてしまった．このように各段階の製造業が 1 企

ーンにおける業者の利益と取引量の最大化のモデル業であるサプライチェーンは，コストと利益面では優れを提案する．

ているものの，生産ラインスがトップしてしまうというリスクも持ち合わせている．したがって各段階で１企業

２．サプライチェーンの利益構造の業者とだけ取引を行うデメリットを解消し，複数の業

前述したように各段階 1 企業のサプライチェーンは，者と取引をする戦略に切り替える企業が多くなると予想コストと利益面で優位性を持つ．いま各段階１企業のサされる．しかしながら各段階で複数の業者と取引をする

プライチェーンではなく，複数の企業が存在するサプラとなると，今度はどの業者と取引を行ったらよいかとい

イチェーンの企業の売上高，コスト，
利益構造を考える．

う取引業者選択の問題が新たに生じる．本研究では，複

具体的には，供給業者―製造業者のサプライチェーンに数の取引業者が存在する場合のサプライチェーンにおい

おいて，製造業者１社が供給業者 1 社から部品を購入す*教授 情報システム創成学科
Professor, Dept. of Information systems creation

る場合を考えると，製造業者の利益 F (t ) は以下のよう表現できる．

F ( t ) = max {[P ( t ) − I ( t ) ]D ( t ) − C , 0 }(1)

サプライチェーンネットワークにおける業者選択と利益最大化モデル

ただし, P(t) ；時点ｔの販売価格, I (t ) ；時点ｔの変動

7

3.サプライチェーンネットワークの利益構造
複数の企業が存在するサプライチェーンの利益構造を

費， D (t ) ；時点ｔの需要量，, C ；固定費
製造業者はサプライチェーン寸断のリスクを考えて，拡大し、複数の企業が存在するサプライチェーンネット

部品を購入する供給業者を１企業より２企業（供給業者

ワークの利益構造を考える。競合する複数の取引業者か

１， 供給業者２）へと拡大する．製造業者の利益は供給
業者１から 購入した場合の利益 F1 (t ) と供給業者２から購入した場合の利益 F2 ( t ) に区分して表現すると以下のように表せる．

ら安く部品を調達することが基本であるが、コストだけで取引業者を選択するわけではないと仮定する。取引業者にする納期の順守等の評価要素も考慮して、複数の業者が存在する場合にどの業者と取引を行うかを考える．
いま製造業―卸売業（小売業）―顧客(需要市場)の間

F1 ( t ) = max {[P1 ( t ) − I 1 ( t ) ]D 1 ( t ) − C , 0 }(2)F2 ( t ) = max {[P2 ( t ) − I 2 ( t ) ]D 2 ( t ) − C , 0}(3)

ここでいう利益は売上高から変動費及び固定費を控除した営業利益である．いま製造業者が供給業者１と供給業者２から購入する部品の品質は同じであると考えれば，
ここでの問題は，供給業者１と供給業者２からの購入割
合 x を調整することによって，購入費である調達コストの３段サプライチェーンネットワークにおける利益構造を捉えた Nagurny の SCM 均衡モデルを参考にし、モデルの拡張を行う．
3.1 SCM 均衡モデル
Nagurny の SCM 均衡モデルは，製造業―卸売業（小売業）―顧客（需要市場）との間の３段階サプライチェー
ンネットワークモデルにおける利益と取引量を記述したモデルである．製造業を中心とすれば，「２．サプライチ
ェーンの利益構造」は，供給業者―製造業者の関係を述を低減させ，利益 F(t) を増大させることが出来る．した

べたので，製造業の上流工程にあたる．これに対してがって製造業者の利益は以下のように書きなおすことがNagurny の SCM 均衡モデルは，製造業―卸売業（小売業）

出来る．

―顧客（需要市場）の関係を扱っている．製造業の下流

F ( t ) = x ⋅ F 1 ( x ) + (1 − x ) ⋅ F 2 ( t )(4)

上記の供給業者１と供給業者２が国内の業者である場

工程を扱っているが，基本的なサプライチェーンの形は変わらないので，本節以降は，製造業―卸売業（小売業）―顧客（需要市場）の関係を主として考える．

合はそれほど大きな調達コスト削減は期待できないかも

いま複数の業者が存在し，製造業は m = 1,2,...i,しれない．しかしながら，これらの業者が海外である場

卸売業 n = 1,2,... j ,顧客 o = 1,2,...k と仮定する．

合を考えれば，調達コストを下げる効果は大きい．特に最近の為替相場の変動に見られるように，米国との取引における円/ドルやヨーロッパとの取引における円/ユー

１ …

i

…

m

製造業

１ …

j

…

n

卸売業

１ …

k

…

o

顧客（需要市場）

ロに見られる円高は，まさに，調達コストを引き下げる環境としてはチャンスとも考えられる．最近のトヨタ自動車，日産，ホンダの企業行動に見られるように，海外からの部品調達の動きが急である．これは円高を利用した調達コスト低減の動きである．特に韓国のウオン安を

図１ サプライチェーンネットワークモデル

利用して部品調達を行う動きは各社共通している．ただし，この円高は一方では，販売価格を押し下げるものでここで qi は製造業 i の製造量であり，製造コストをあり企業にとって死活問題であるが，ここではこの問題

f i で表現する．製造業 i における製造コストは以下のよにはこれ以上触れない．また(1)式 ，(2) 式，(3) 式，(4)うに表す．

式において取引価格のほかに，需要量 D (t ) を考慮する

f i = f i (q ) ，必要がある．当然のことながら，調達コストを押し下げる要因は，部品１個の値段であるが，調達する需要量に

∀i

（5）

影響する．したがって調達コストを低減させる問題は需また製造業 i と卸売業 j における製造量を qijとし，製造
1jQ
業と卸売業 の製造量ベクトルを とする．製造業 i

要量との関係でも考える必要があるが，指摘するに止めと卸売業 j における取引コストを cij，製造業１の卸売ておきたい．

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

8

業 j にする提示価格を ρ1ij とすると，利益は以下のよう*利益と取引量は次式で表される．

に求められる．

∑ ρ q − f (Q ) − ∑ c (q )
n

n

j =1

*
1ij

1

ij

i

ij

j =1

(6)

ij

上記の製造コスト f i (q )と取引コストcij は，「２．サプ
ライチェーンの利益構造」における変動費 I (t ) である．
したがって上記の利益は売上高から変動費を控除した利益であるので，売上総利益を表している．売上総利益は粗利または限界利益とも呼ばれる．
次に，卸売業 j と消費者k においては，卸売業 j と消

m

n

(

⎡ T

⎛ ∂fi Q1T −1∑∑⎢q +α⎜⎜ ∂q
i=1 j =1

⎢⎣

n

o

ij

[

⎝

) + ∂c (q ) + ∂c (Q ) −γ ⎞⎟ − q ⎤⎥ ×[q − q ]
ij

T −1
ij

ij

∂qij

( (

)

1T −1

i

∂qij

T −1
j

T −1
ij

⎟
⎠

][

)

T

ij

⎥⎦

+ ∑∑ qij +α c jk Q2T −1 + γ Tj −1 − ρ3Tk−1 − qTjk−1 × q jk − q jk
j =1 k =1

T

[

n
o
T
⎡ T
⎤
⎛m
⎞
+ ∑⎢γ j + α⎜ ∑qijT −1 − ∑qijT −1 ⎟ − γ Tj −1 ⎥ × γ j − γ jj =1 ⎣
k =1
⎝ i=1
⎠
⎦

]

]

[

]

o ⎡
⎤
⎛n
⎞
T
T
+∑⎢ρ3k +α⎜⎜∑qTjk−1 −dk ρ3T −1 ⎟⎟−ρ3Tk−1⎥× ρ3k −ρ3k ≥0
k=1 ⎢
⎥⎦
⎝ j=1
⎠
⎣

( )

T

ij

費者 k における取引量 q jk ，卸売業者 jの消費者 k に対（9）する提示価格 ρ 2 j としたときの利益は次式のよう表現す

ここで第 1 項は製造業と卸売業間における最適コスト，

ることが出来る．

第２項は卸売業と顧客間における最適コストであり，こρ 2* j ∑ q jk − c j (Q1 ) − ∑ ρ1*ij qij
m

o

k =1

(7)

i =1

上記の利益も売上総利益は粗利または限界利益と呼ばれる利益を表している．ここで取引量 q jk は，(7)式の利益を最大にするように決定される．(6)式の q ij および(7)式の q jk が，サプライチェーンネットワークモデルのの第 1 項と第２項でチェーン全体の取引量におけるコストが計算される。第３項は各卸売業間での発生コスト，
第４項は顧客側の提示価格 ρ 3 jのもとでのコストが計算される。
この４項の合計がコストの最小化，換言すれば，
利益の最大化となる取引量が決定される。

利益を最大化する取引量である．
4.業者選択現在では，ERP や POS，WMS（倉庫・物流管理システム）

3.2 サプライチェーンネットワークの利益本研究では製造業者は非協力で，競争関係にあると仮定する．
また製造コストと取引コストはそれぞれ固有で，独立し，連続で凸関数であると仮定する．したがってそれぞれの製造業者は，独自に最適生産量と出荷量を決定
し，次式を満たすと考える．製造量ベクトル Q1 は，利益を最大化するように決定される．

( )

( )

n

∀Q ∈ R
1

流れとともに逐次情報が更新され情報とともにモノが流れているといっても過言ではない.しかし,各業者間で業者を選択する際に担当者（意思決定者）は,コストだけではなく,なるべく多くの情報を用いて最高の取引業者を選択したいと考える．
いま,担当者は取引業者に関する情報として「オーダー数が多い」,「支払い遅延がない」,⎡ ∂f i Q1 ∂cij qij*⎤
− ρ1*ij ⎥ × qij − qij* ≥ 0 （8）
+
⎢
∑∑
∂qij
i =1 j =1 ⎣⎢ ∂qij⎦⎥mの普及などにより，製品・資材の在庫や保管場所,モノの

[

]

mn
+

「値引きの要求をしない」という評価要素を用いて業者選択を行うと仮定する．
4.1 トランクイリティ
以下ではファジィ・モデルに広く適用可能な評価基準(8)式により製造業者が生産し、製造業が卸売業に供給する製造量が計算される．ここで，製造コスト

は「連として「多段階トランクィリティ」および「ファジィ・
エントロピーを用いた多段階トランクィリティ」に注目

続で凸関数である」ことを条件としている．連続で凸関数

し，その有効性について検討していくことにする．

fiであることと，
リプシッツ条件を満たすことにより，式(8)(1)トランクィリティによるファジィ・モデルの評価

は微分可能である．
サプライチェーンの上流工程である製

統計的なアプローチによる分析モデルにおいてモデル

造業者の製造量は、卸売業を通じて顧客に供給される量との有効性に関する評価を行おうとする場合，
AIC(Akaike

製造業者―卸売業者の利益と卸売業者―
して決定される。

Information Criterion；赤池情報量基準)が有力な評価基

顧客の利益はサプライチェーン全体を流れる取引量とと準となる．しかしながら，人間や組織のあいまいな意思

もに決定され，最適解がサプライチェーン全体の利益を最決定の問題をファジィ理論によって定式化したモデル

大化する最適な取引量として決定される．
製造業―卸売業（ファジィ・モデル）には，モデルの有効性を評価する―顧客の３段階サプライチェーンネットワークモデルのための汎用的かつ有効な基準はほとんど提案されていな

サプライチェーンネットワークにおける業者選択と利益最大化モデル

9かった．
こうしたファジィ・モデルの評価問題に対して，する場合（これは通常のトランクィリティと同様）の迷Yager は複数の代替案からただ一つの代替案を選択する

い，次に残りの n－1 個の代替案から最良の代替案を選際の「迷い」に注目し，その大きさを定量的に表す評価

択する場合の迷い，さらに n－2 個の代替案から最良の基準「トランクィリティ」を提案している．そして，複代替案を選択する場合の迷いというように，最後の 2 つ数の代替案から最良の（メンバーシップ値が最大の）代の代替案から良い代替案を選択する場合の迷いまで，n替案を選択する際の「迷い」が小さいモデルが，意思決－1 段階を合計しようとするものであり，n 個の代替案

定の容易なモデルであるという意味で「良いモデル」との序列問題を多段階（n－1 段階）の総合的な迷いの小さ考え，この「迷いの大きさ」（正確には「迷いの小ささ」）

さとして捉えている．その際，n 個の代替案を比較する

を(10)式のように定式化している．(10)式の TQ が「トラ場合と 2 つの代替案を比較する場合とでは当然ながら迷ンクィリティ」であり，これが大きいほど意思決定者のいの大きさが異なるため，s 個の代替案から 2 個を比較

迷いが小さく「良いモデル」であることを示している．

する組合せ数（sC2）で各段階を重みづけしている．さ1
TQ =∫∫00 card (α )dα

組合せ数 sC2 を，ファジィ・エントロピー（行動エント

M
Ms

(10)

ただし， M：最大のメンバーシップ値

らに，山下は上記の多段階トランクィリティ(MTQ-1)のロピー）に置き換えることにより，(12)式のファジィ・card(α)：αレベル集合の要素数

エントロピーを用いた多段階トランクィリティ(10)式において，最大のメンバーシップ値 M が大きい

（MTQ-2）を提案している．ファジィ・エントロピーは，ほど，またその M とそれ以外（2 番目以降）のメンバー

代替案 ii の選択確率 Pii に介在する偶然性とメンバーシシップ値との差が大きいほど，トランクィリティ TQ の

ップ値 μ ii に介在する漠然性の両面を考慮した総合的な値が大きくなり，M＝1 で，それ以外のメンバーシップ

あいまいさを表す指標であり，(13)式のように定式化さ値がすべて 0 のときに TQ の値は 1 で最大となる．ここれる．

で注目すべき点は，最大のメンバーシップ値 M と 2 番
目のメンバーシップ値との差のみに TQ の値が依存するのではなく，M の大きさ自体および 3 番目以降のメンバ
ーシップ値にも依存する点である．これにより，最良の（メンバーシップ値が最大の）代替案を選択する際の
「迷

n

MTQ
− 2 = ∑ F (s )∫MTQs =2

MMss1∫ card (α )dα

(12)

00

s

s

i =1

i =1

F (s ) = −∑ pi log pi + ∑ pi {− μi log μi − (1 − μi ) log(1 − μi )}い」を多面的に，かつ定量的に捉えることができる．

(13)
ただし，F (s)：s 個の代替案を判定する際のファジィ・(2)多段階トランクィリティとファジィ・エントロピーを用いた多段階トランクィリティ

エントロピー
したがって，ファジィ・エントロピーが大きいほど人

前項の「トランクィリティ」は，複数の代替案から「た間の意思決定における情報のあいまいさが大きいというだ一つ」の最良代替案を選択する際の評価基準であり，ことになるため，代替案の序列を判定する際の負荷が大n 個の代替案「すべて」の序列を判定するためには，こきい．MTQ-2 の基本的な考え方は，こうした判定の負れとは異なる評価基準が必要である．そこで，松丸・山荷をファジィ・エントロピー（行動エントロピー）によ

下は通常の「トランクィリティ」を n 個の代替案の序列って捉え，s 個の代替案を判定する際の「迷い」に対し問題へと拡張することにより，(11)式のような多段階トてこの負荷 F (s)で重みづけしようとするところにある．

ランクィリティ(MTQ-1)を提案している．

これにより，人間の情報処理過程における偶然性と漠然性の両面（判定の負荷）を考慮した「迷いの小ささ」をn− 1 = ∑ s C2 ∫MTQ
MTQs =2

MMss

∫
00

1
dα
card (α )(11)

定量的に捉えることが可能になるのである．
これらの多段階トランクィリティ MTQ-1 と MTQ-2
により，n 個の代替案から「ただ一つ」の最良代替案を

ただし，s：多段階（n－1 回）の判定過程で対象となる
代替案数
Ms：判定の対象となる s 個の代替案の中で最大のメンバーシップ値(11)式は，まず n 個の代替案から最良の代替案を選択選択する問題のみを取り扱っていた通常のトランクィリ
ティを，n 個の代替案「すべて」の序列を判定する問題，
あるいは n 個の代替案を順番に選択する問題へと拡張することが可能となる．さらに，n－1 段階のプロセスを m
段階目で切れば，n 個の代替案から m 個の代替案を選択

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

10する問題へと一般化することもできる．

である．

本研究では多段階トランクィリティ(MTQ-1)とファジィ・エントロピーを用いた多段階トランクィリティ

1

2

1

2

（MTQ-2）を利用して業者選択を行う．
4.2 業者選択の拡張

製造業

3

卸売業
（小売業）

複数の業者が存在すると，それぞれ納品コストや取引コストが異なるため，最適な業者を選択することが難しくなる．最適な業者を選択することは生産をスムーズに

顧客

1

2

図2

2-3-2 サプライチェーン構造図行うために担当者（意思決定者）にとっては重要な問題であると考えられる．Nagurny モデルでは，コストに注
目しコストが最小になるように取引量を決めている．し製造業は製造コスト fi (q ) を次のように仮定する．

かし，コスト最小は，良い考えであると考えられるが，f1 (q ) = 2.5q12 + q1q2 + 2q1

コストのみに注目してサプライチェーンを構築するのは十分ではない．例えば納期通りに注文した部品が，予定通り納入されなくては生産が出来ない．
そこで本研究では Nagurney モデルをもとに，コスト以外の要因にも注目して業者を選択する問題を考える．具体的には業者を選択する際に，業者選択の評価要素を導入して評価を行う．この際にダミー変数を導入し，評価要素に関する情報を用いて業者選択をするとき δ = 1 と(16)

f 2 (q ) = 2.5q22 + q1q2 + 12q2

(17)

製造業者の卸売業者との取引コストは次のよう仮定す
る．

c11 (q11 ) = q112 + 3.5q11 ， c12 (q12 ) = q122 + 3.5q12
c13 (q13 ) = .5q132 + 5q132
c22 (q22 ) = .5q22+ 3.5q22(q21 ) = .5q212 + 3.5q21
2
c23 (q23 ) = .5q23+ 5q23，c，

21

し，用いない場合 δ = 0 とする．また業者選択の際の意

さらに卸売業者の製造業者との取り扱いコストとして思決定の容易さ（迷いの小ささ）を表す評価基準としては次のよう仮定する．

多段トランクイリティを用いた場合のモデル（以下，多段トランクイリティモデル（EMTQ1）とファジィエント
ロピーを用いた場合のモデル（以下，ファジィエントロ
ピーモデル（EMTQ2））を用いた場合のモデルを提案する．具体的には，意思決定の容易さ（迷いの小ささ）を表す迷いの大きさを計算し業者ごとの選択ウエイトを算

2

⎛ 2
⎞
c1 Q = .5⎜ ∑ qi1 ⎟ ，⎝ i =1 ⎠2⎛ 2⎞
c3 (Q1 ) = .5⎜ ∑ qi 3 ⎟⎝ i =1 ⎠

( )
1

する．

イト rTj を導入した均衡多段トランクイリティモデル

c11 Q 2 = q11 + 5 ，
c21 (Q 2 ) = q21 + 5 ，
c31 (Q 2 ) = q31 + 5 ，∑ ρ (q (1 − δ ⋅ r )) − f (Q ) − ∑ c (q (1 − δ ⋅ r ))
n

j =1

n

*
1ij

1

ij

Tj

i

j =1

ij

ij

（14）

Tj

多段トランクイリティにファジイ理論を援用したファ( )2

また卸売業者と顧客間の取引コストは，次のよう仮定出する．多段トランクイリティを用いた業者選択のウエ（EMTQ1）を次式に示す．

⎞⎛ 2
c2 Q = .5⎜ ∑ qi 2 ⎟⎝ i =1 ⎠
1

( )

( )

c12 Q 2 = q12 + 5

( )
( )

c22 Q 2 = q22 + 5
c32 Q 2 = q32 + 5

ここで Q 2 は卸売業者と顧客間での取引量である．

ジーエントロピーを用いた業者選択のウエイト rFj をまた市場における需要関数を以下のように仮定する．

導入したファジィエントロピーモデル（EMTQ2）を次式

d1 (ρ 3 ) = −2 ρ 31 + 1.5ρ 32 + 1000に示す．

∑ ρ (q (1 − δ ⋅ r ))− f (Q ) − ∑ c (q (1 − δ ⋅ r ))
n

j =1

n

*
1ij

1

ij

Fj

i

j =1

ij

ij

(15)

Fj

d 2 (ρ 3 ) = −2 ρ 32 + 1.5 ρ 31 + 1000
これらの条件のもとで，Nargunry モデル，EMTQ1，
EMTQ2 を利用して業者選択を行う.

5. 数値実験
5.1 数値実験条件

5.2 数値実験結果

製造-卸売（小売業）-顧客の数を 2 社-3 社-2 社と仮定

いま卸売業選択時の評価者である当該企業の担当者

する． 製造業は i = 1,2 , 卸売業 j = 1,2,3, 顧客k = 1,2がいだく業者に対するメンバーシップ値を表１に示す．

サプライチェーンネットワークにおける業者選択と利益最大化モデル

表 1 メンバーシップ値

この結果からわかるように多段階トランクイティ

オーダー数
0.9
0.8
0.9

卸売業１
卸売業２
卸売業３

11

値引き
0.8
0.7
0.5

支払遅延
0.7
0.4
0.1

次に，この情報による業者選択の選択確率を求める．

(MTQ１)とファジィ・エントロピーを用いた多段階トランクイティ(MTQ2）を用いたほうがより適切な業者を選択することが可能となり，コストのみによる業者選択よりも利益を多く獲得することがわかった．

表１のメンバーシップ値を用い，多段トランクイリティ
モデル（EMTQ1）とファジィエントロピーモデル（EMTQ2）を利用した結果を表 3 に示す．表４はその割

本研究では業者選択の評価要素を導入して，取引に関する取引業者の情報を「業者についてのファジ合の結果である．

ィ・メッセ－ジ」として捉え，多段階サプライチェ

表 2 選択確率

オーダー数
0.36
0.44
0.59

卸売業１
卸売業２
卸売業３

6. 結言

値引き
0.34
0.4
0.41

支払遅延
0.3
0.17
0.01

ーンにおける業者の利益と取引量の最大化のモデルを提案した．多数の取引業者から取引業者を選択する問
題と利益及び取引量の最大化の提案モデルの有効性を数
値例により確認した．

表 3 MTQ1，MTQ2 の結果 表 4

卸売業１
卸売業２
卸売業３

MTQ1
1.3
1.4
2.5

rFj ， rTj の結果
rFj

MTQ2
0.77
0.87
1.08

卸売業１
卸売業２
卸売業３

rT j

0.25
0.27
0.48

0.28
0.32
0.4

参考文献
(1) Anna Nagurney，June Dong, Ding Zhang，“A supply chain
network equilibrium model”, Transportation Research Part E
38， (2002) ， p.281–303

多段階トランクイティ(MTQ１)とファジィ・エントロ(2) 松丸正延，山下洋史，“合併企業評価モデルの比較のピーを用いた多段階トランクイティ(MTQ2）と Nagurny

ための多段階トランクィリティ”，
日本経営システム学会

モデルを用いた場合のサプライチェーン全体の最適な取全国研究発表大会講演論文集，pp.49-52，1994

引量による利益を図 3 に示す．

(3)山下洋史，“ファジイ・エントロピーを用いた多段階

千円

Nagurneyモデル

EMQT1

トランクイティ”，山梨学院短期大学紀要，Vol.15，

EMQT2

ループ回数

1000

-1000

pp.100-112(4)Ronald R.Yager，“Measuring tranquility and anxiety in

0
1

2

3

4

5

-2000

，International
decision making:：An application of fuzzy set”

-3000

Journal of General Systems, (1982)，Vol．8，pp.139-146-4000(5)西川智登，清水静江，宮本日出雄，“意思決定過程に-5000おける入力情報に対する判断力の構造”，
日本経営システ-6000

ム学会誌，Vol.No.1，pp.35-41

図 3 利益の均衡点
上記の３つのモデルによる利益の比較を図 3 に示す．

(6)松丸正延，“財務分析・経営分析における経営品質”，「経営品質科学の研究」，
明治大学経営品質科学研究所編，千円
630

中央経済社，(2011)，pp.275-286

620
610
600
590
580
Nagurneyモデル EMQT1

図 4 各モデルにおける利益

EMQT2

12

カーボンナノチューブ内部の 1 次元的ナノ空間での水の相転移挙動松田 和之＊

Phase Transition of Water Confined Inside Pseudo-one-dimensional Nanoscopic Spaceof Carbon Nanotubes
Kazuyuki MATSUDA＊
１．はじめに∗
一般に，分子を原子レベルで制御された微細な細孔には他の系にはない均一性の高い疎水性壁に囲まれた 1 次
元的ナノ空間を有していることが特徴である．

閉じ込められると，その細孔のサイズと幾何学的形状，
さらには細孔壁との相互作用により，分子の運動や配向性が空間的に制御されるため，バルク状態では見られな
い特異な挙動を示す．特に水分子に関しては，地球上のあらゆるところに存在しており，このような細孔に閉じ込められた水も，細胞，たんぱく質，地層などに存在し，これらの物質の性質や機能の発現に深く関与している(1),(2)．これらの発現機構を明らかにするためにも，細孔内での水の挙動を調べることは重要である．これまでの多孔質固体に吸着した水の挙動の研究では，主にゼオライ
ト，シリカグラス，活性炭が用いられてきた．シリカグ
ラスに吸着した水では，細孔径が小さくなるにつれて融点が低下すること，また細孔壁に束縛された水分子は不凍水として振舞うことなどが報告されている(3)．また，
活性炭素繊維に吸着した水は，バルクの水に比較し，秩序化しているとの報告もある(4)．しかし，これら細孔内の水について実験的に得られる情報が限られているために，その相転移挙動や秩序構造については，未解明な部分が数多く残されている．本報では，放射光を用いた精密 X 線回折（XRD）実験と水分子の水素核 （1H, 2H）の核磁気共鳴（NMR）実験により明らかとなった，単層カーボンナノチューブ（SWCNT）内部の水の相転移挙動を紹介する (5)-(9)．SWCNT はグラフェンシート 1 枚を円

図 1 SWCNT のバンドル構造．下図はバンドルの断面の模式図と単位格子ベクトル．点線と実線はそ
れぞれ 2 次元三角格子の（10）面と（11）面を示している．
２．水内包カーボンナノチューブの NMR と X 線回折

筒状に巻いた構造をしており，ナノメートルサイズの直径とミクロンサイズの長さを持つ(10)．このため，SWCNT*准教授 物理学教室
Associate Professor, Institute of Physics

通常，SWCNT は多数本のナノチューブがファン・デル・ワールス力により凝集し，図 1 に示すように 2 次元
三角格子（2 次元六方晶）を組むバンドル構造をとって

カーボンナノチューブ内部の 1 次元的ナノ空間での水の相転移挙動

13

作製された試料では～±2.5 Åであることが XRD 実験

10 peakの結果より示された．したがってこれらの SWCNT 試料×20を合わせると，10.5～26.5 Å程度の直径をカバーしてい

Intensity (arb. units)

D=13.5 A

る．
試料は精製後，空気中酸化の方法によりチューブ端開口処理された．XRD パターンを測定するために，試料は直径 0.5～0.7 mm の石英キャピラリーに詰められ，真空中（～10-2 Torr）において～600 K 以上でよく脱気した後(14)，300 Ｋの真空脱気した純水の飽和蒸気（27 Torr）とともに封入された．実験では窒素ガス噴き付け型の冷凍

G002

機を用いて，キャピラリーの試料部分（キャピラリーの

330K

先端から 1~2 mm）のみを温度制御し，キャピラリーの

300K
100K

他端は常に室温（300 K）に維持された．したがって，キャピラリー内の水の蒸気圧は，室温以上においては 27
Torr，室温以下では試料端の温度の水の蒸気圧（< 27 Torr）

0.5

1

1.5

2

2.5

Q (1/A)に一致する．また，NMR 実験には，上記の平均直径の13.5, 16.8, 20.0, 21.8, 24.0 Åの SWCNT 試料を用い，90°

図 2 水を吸着した SWCNT 試料（平均直径 13.5

パルス法により吸着した水の 1H, 2H 核の NMR スペクトÅ）の粉末 XRD パターンの温度依存性．実線は測ルを測定した(7)．

定結果、点線はシミュレーションの結果を示している．
G(002)は不純物グラファイトの002 回折ピーク．

３．直径の小さなカーボンナノチューブ内部の水の挙動

挿入図は、平均直径の異なる 2 つの試料の 10 ピー
クの温度変化．それぞれ、空の SWCNT のピーク強

３．１ カーボンナノチューブ内部の水の構造度で規格化している．また、Q～2.2 Å 付近のピー-1クの拡大図も図中に示してある．格子の（10）面と（11）面を示している．
いる．実験には，直径制御されたバンドル構造がよく発達した高品質 SWCNT 試料を用いた(11)．このような試料では，1 本のバンドルに含まれる各々の SWCNT の空洞が規則的に配列しているため，X 線回折法により空洞内部の物質の構造を調べることが可能である(12)．実験は，
高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所放射光施設（粉末Ｘ線回折実験ライン BL1B，BL8B）において，
波長 λ＝1.00 Åで行なわれた．
実験には平均直径（D）が D=11.7, 13.0, 13.5, 13.4, 13.8,
14.4, 16.8, 19.4, 21.8, 24.0 Åの合計 10 種類の SWCNT 試料を用いた．これらの試料のうち，比較的小さな平均直径（D=11.7～13.8 Å）の SWCNT 試料はレーザー蒸発法，14.4 Åの試料はアーク放電法にて作製された．また，大きな平均直径（D=16.8～24.0 Å）の SWCNT 試料は改良
直噴熱分解合成法（enhanced Direct Injection Pyrolytic
それぞれの SWCNT
Synthesis: e-DIPS）
にて作製された(13)．
試料の直径分布については，アーク放電法とレーザー蒸発法にて作製された試料では～±1.2 Å，e-DIPS 法にて

図 2 に水を内包した SWCNT 試料（平均直径 D=13.5Å）の典型的な XRD パターンを示す．Q は散乱ベクトルの大きさである．SWCNT バンドルの平均構造に由来するいくつかのブラッグピークを確認することができる．
これらのピークは，図 1 に示すようなバンドル構造の 2次元三角格子で指数付けできる．また，Q～1.9Å-1 に見られる回折ピークは，試料中に混入したグラファイト様
不純物によるものである．
図 2 において，Q～0.45 Å-1 近傍の （10）回折ピークに注目すると，そのピーク強度は室温以上で急激に大きくなり，330 K での XRD パターンは Q のすべての領域
で水がない場合と完全に一致する．図 3 には，平均直径13.5 Åと 11.7 Åの 2 種類の試料で測定された（10）ピーク強度の温度依存性を示す．この変化は，SWCNT バ
ンドルへの水の吸着・脱着が，ある温度において急激にかつ可逆的に起きることを示している．XRD パターンの詳細な解析によると(5),(6)，この（10）ピークの減少は空であった SWCNT 内部に水が吸蔵されたことを示し，得られる室温の平均組成は C7(H2O)である．さらに SWCNTの内径を 10 Åと仮定すると，SWCNT 内の水の密度 0.9

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

10 peak intensity

10 peak intensity (arb. units)1411

2R=13.5A
D=13.5A

0.5
0.5

D=11.7A00300
300

2R=11.7A
320
320
T(K)
T (K)

340

340

図 3 水を吸着した SWCNT 試料（平均直径 13.5,
11.7 Å）の XRD パターンの 10 ピーク強度の温度変化．
g/cm3 が得られる．この値はバルク状態の水の密度に近い．
また，室温付近では水を吸着しても新しいブラッグピー
クは出現しない．したがって，室温付近では SWCNT 内部の水は長距離秩序を持たない液体的状態であることが示唆される．後述するように，この状態では水分子は並進運動していることが NMR 実験の結果より示される．
これらのことから，室温以上での急激な変化は，SWCNT

図 5 アイスピーク A, B の強度の温度依存性．図中にそれぞれの ice-NT の転移温度、300 K (5 員環
ice-NT), 280 K (6 員環), 220 K (7 員環), 190 K (8 員管)を矢印で示してある．▼, ●, ■, ＋はアイスピー
ク B、それ以外はピーク A の強度を示している．
ーク（以後，アイスピークと呼ぶ）が出現する．これは，
SWCNT 内部の水が構造相転移を起こし，
d＝ 2π/Q＝ 2.8～2.9 Åの周期を持つ秩序構造を形成したことをあらわす．
この値は，バルク氷の酸素間の水素結合距離に近い．
さらにアイスピークは，Q の大きな方に裾を引いた，1次元系に特徴的な形をしている．また，第 2, 第 3 のピー
ク強度比に注目すると明らかなように，
低角領域 Q＜1.1

内部の水が液体的状態から気体的状態へ移行する相転移Å-1 の回折パターンが顕著に変化する．これらの XRD挙動であると考えられる．

パターンの解析により，この秩序化に伴って SWCNT 内

一方，低温では，Q～2.2 Å-1 近傍に新しいブラッグピ部の水分子の密度分布が中空のチューブ状に変化したことがわかった．図 2 は，測定結果と均一電子密度の中空円筒モデルに基づくシミュレーション結果との比較も示している(5), (6), (12)．
図 4 に，3 種類の試料についてアイスピークの温度依存性を示す．SWCNT 試料の平均直径により，アイスピークの出現する温度が異なることがわかる．また，平均
直径 D=13.8, 13.5Åの SWCNT でのアイスピークには，出現温度が異なる 2 種類の成分（アイスピーク A，B と呼ぶ）が重なっている．平均直径が異なる 6 種類の試料で得られたアイスピーク A，B の強度の温度依存性を図5 に示す．昇温と降温過程におけるヒステリシスは 5 K
以内では見られていない．
図5 から，
4 つの転移温度 300，
280，220，190 K の存在がわかる．SWCNT の直径は連続的に分布しているにもかかわらず，その内部の水の転図 4 平均直径の異なる SWCNT 試料のアイスピー

移温度がこのように離散的であることは，4 種類の異なクの回折パターンの温度依存性．高温(～300 K)とのる水の秩序構造が存在することを示唆している．また，差をプロットしてある．

アイスピークには，SWCNT の直径依存性が明確にみられる．すなわち，平均直径の大きな SWCNT ほど，よりカーボンナノチューブ内部の 1 次元的ナノ空間での水の相転移挙動

15
2

H NMR

D=13.5 A

f =26.26MHz
0bulk D2O

H =4.2Tex

構造モデル．
低い転移温度の秩序構造が形成される．この事実は，アイスピークの起源が SWCNT 内部の水に秩序化よるもの
であることを保証する．
以上の結果をまとめると，XRD 実験により低温相での水の秩序構造について以下の 3 つが明らかとなった．

290K

285 K
275 K

270K

270 K
265 K

250K

260 K
0

0.5

1

f (kHz)230K

2

図 6 SWCNT 内部に形成された 5 員環 ice-NT のH NMR intensity (arb.units)

295 K

210K

(i) 水は SWCNT 内部にチューブ状に分布している．

νQ∗(ii) 1 次元周期構造を有し，その周期はバルク氷の水素結

170K
simulated

合距離 2.8 Å に近い．
(iii) それぞれ異なる転移温度 300, 280, 220, 190 K をもつ
4 種類の構造が存在する．
これらの特徴は，低温相で水がアイスナノチューブ

190K

-70

-60

-50

-40

f (kHz)-30-20(ice-Nanotube; ice-NT) 構造をとることを強く示唆してい図 7 SWCNT （平均直径 13.5 Å） 試料に吸着しる．ice-NT は n 個の水分子のリング（n 員環）がチューた水 （2H2O）の 2H NMR スペクトルの温度依存性．

ブ軸方向に１次元的に積み重なった構造をしており，バ

点線と破線は、それぞれシングルピーク（ローレンルク氷と同様に各水分子は 4 個の水分子と水素結合で結ツ関数）成分とダブルピーク成分を表す．最下部にばれている．甲賀・田中らは，このような ice-NT が示したスペクトルは、シミュレーションの結果．

SWCNT 内部に形成されることを計算機実験の手法により指摘していた(15), (16)．図 6 に SWCNT 内部に形成された5 員環 ice-NT の構造モデルを示す．また 4 つの転移温度が存在することは，SWCNT の直径に対応し，その内部に形成される ice-NT の直径が離散的であり，かつ各々のice-NT の転移温度が異なることによって理解できる．これらの SWCNT 試料は，直径 10.9 ～15.2 Åの直径をカバーしているので，
SWCNT と ice-NT 間の距離として 3.5Åを仮定すると，ice-NT 直径は 3.9～8.2 Åと見積もることができる．さらに，水素結合距離 2.8 Åを考慮すると，使用した SWCNT 内部には，4 員環（直径 4.0 Å）から8 員環（直径 7.3 Å）の 5 種類の ice-NT が形成されうることがわかる．これは，実験で見つかった転移温度の数
4 にほぼ一致する．それぞれの試料で測定されたアイス
ピークについて，ice-NT 構造に基づく詳しい解析を行った結果，5 員環 (転移温度 300 K), 6 員環（280 K）, 7員環（220 K）, 8 員環（190 K）の ice-NT の存在が明らかとなった(5), (6)．また，赤外吸収測定の結果からも，このような ice-NT 構造の形成が示されている(17)．

３．２ カーボンナノチューブ内部の水の動的挙動
すでに述べたように，小さな直径の SWCNT（D＜15Å）内の水は相転移を起こし，低温で秩序化した ice-NT構造を形成することが，XRD 実験により示された．ここでは，水分子の 1H, 2H 核の核磁気共鳴（NMR）の結果をもとに，SWCNT 内部の水分子のダイナミクス，さらに
ice-NT 構造におけるプロトンダイナミクスについて述べ
る．NMR 測定を行った SWCNT 試料（平均直径 D=13.5Å）では，7 員環，8 員環の ice-NT の形成が，XRD 実験
により確認されている(7)．
図 7 に，平均直径 D=13.5 Åの SWCNT に吸着した水の代表的な 2H NMR スペクトルを示す．また，挿入図に
バルク水の 2H NMR スペクトルの温度変化を示す．両ス
ペクトルともに昇温過程で測定されたものである．2H 核（核スピン I=1）は，核四重極モーメント(2.8×10-3 barns)をもつために 2H 核位置の電場勾配と核四重極相互作用

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

16

(a)

IS x T (arb. units)

D=13.5A

0

0

(b)

Q

4
2
0
1

1

2

(c)

250K

230K

200K

1

H, H NMRH NMR intensity (a.u.)

270K

6

ν * (kHz)

D=13.5 A

H NMR
f =170.82MHz

H NMR
f =26.26MHz0

XRD intensity (arb.units) frozen water fraction (arb.units)

1

2

170K

0.5

150K
0

120K

(d)

-80

-40

0

40

frequency (kHz)図980

SWCNT (平均直径 13.5 Å) 試料に吸着した
1

水 ( H2O) の 1H NMR スペクトルの温度依存性．点線と破線は、それぞれ、液体と固体状態の水からの

0
150

200

250

300

T (K)

図8 (a) 2H NMRスペクトルのダブルピーク型共鳴
線の分裂幅の温度依存性．実線は ν0=1.12 kHz,
T0=365 K としたとき νQ*=ν0 exp(T0/T)の計算結果を示す．(b) 2H NMR スペクトルの積分強度の温度依存性．(c) 1H/2H NMR 強度から見積もった固体状態の水（運動が凍結した水分子数）の割合の温度依存性．
●と○は、それぞれ 1H と 2H NMR の結果を示す．
この試料では280 K 付近からわずかに 6 員環 ice-NTが形成されることが XRD 実験により確認されているが、6 員環 ice-NT が占める割合は非常に小さいた
めに、NMR 強度からはその形成は観測されていな
い．(d) 平均直径 13.5 Åの SWCNT 試料で観測されるアイスピークの強度の温度依存性．▼と ▲はそれぞれ 7 員環、8 員環 ice-NT からのピーク強度、□はそれら 2 つの強度の和を表す．
する(18)．また，水分子の 2H 核位置の電場勾配テンソルの主軸（VZZ = 3.1×1017 V/cm2）は O-H 共有結合の方向を向いている．したがって，水分子の運動が完全に凍結した場合には，2H NMR スペクトルは分裂幅 νQ ～150 kHz（共鳴線幅～200 kHz）のダブルピーク型となる．実際に共鳴線成分に対応する．
バルクの六方晶氷（Ih）では，そのようなスペクトルが報告されている(19)．しかし，本研究で行った 90°パルス法による NMR 測定では，共鳴線幅が 100 kHz 程度以上のスペクトルは観測が不可能であることがわかっている．
したがって，運動が凍結した水分子からの NMR スペク
トルを測定することはできない．水分子が 2H NMR の時
間スケール ～10-6 s に比較し十分速い運動を行っている場合には，共鳴線が先鋭化を起こすことが一般的に知られている(18)．2H NMR 共鳴線幅は，分子内での核四重極相互作用により決まるため，水分子の回転運動が共鳴線の先鋭化を引き起こす要因となる．図 7 にあるように，
バルク水では，液体状態で水分子の回転運動により先鋭化された NMR スペクトルが観測されるが，固体状態では回転運動が凍結しているために共鳴線幅が増大し観測できなくなり，スペクトルが消失している．
SWCNT に吸着した水でも，高温では線幅 10 kHz 程度の先鋭化された NMR スペクトルが観測される．すなわ
ち，SWCNT 内部で水分子が回転運動していることを示している．また後で詳しく述べるように，低温になるに
つれ水分子の運動が等方的な自由回転からわずかにずれカーボンナノチューブ内部の 1 次元的ナノ空間での水の相転移挙動

17ダイナミクスは凍結しており，水素結合の組み替えに要するポテンシャル障壁は～100 K よりも大きいことを示唆している．
次に，高温相での水分子ダイナミクスについて述べる．
すでに述べたように，220 K 以上では，SWCNT 内の水分子は回転運動をしていることは明らかである．ここでは，特に並進運動について議論するために，簡単なモデ
ルとして水分子が ice-NT 構造の各格子点上で，NMR の
時間スケールに比較し十分速い，自由回転をしている場
図 10 互いにエネルギーが等価なプロトン配置を合を考える．この場合，分子内の 1H 核間磁気双極子相
互作用は平均化され消失し，残った異なる水分子間の磁持つ 4 種類の 7 員環 ice-NT の構造モデル．

気双極子相互作用が NMR 共鳴線幅を決める．このモデるために，低温ではスペクトルに構造が現れる．ここでルから計算された共鳴線の半値全幅 24 kHz は，220 K 以

は，2H NMR スペクトルの強度に注目する．NMR スペク上で観測される線幅 6～8 kHz に比較し十分大きい．すな

トル積分強度（IS）は核磁化に比例するために，キュリ

わち，220 K 以上では水分子は 10-6 s に比較し十分速い並ー則に従い降温とともに増大する．したがって，スペク

進運動をしており，SWCNT 内の水は液体的である．こトル強度と温度の積（IS×T）は NMR 観測に寄与する水の結果は，田中・甲賀らによる分子動力学に基づく計算

分子数に比例する量である．図 8(a)に示すように，高温機シミュレーションにより得られた，拡散定数 ~10-5

では IS×T はほぼ一定値をとるが，220 K 以下で減少し

cm2/s と矛盾しない(16)．

ていることがわかる．この 220 K 以下の減少は，一部の最後に 2H NMR スペクトルの構造から得られる，水分水分子の運動が凍結することにより，観測できない大き子の回転運動の特徴について議論する．図 7 にあるような線幅のスペクトル成分が出現したことによると考えらに，観測される 2H NMR スペクトルは，ローレンツ関数

れる．XRD 実験によりこの試料では 220 K 以下で 7 員環で表されるシングルピーク型共鳴線（点線）と線幅の大ice-NT の形成が確認されている．したがって，水分子がきなダブルピーク型共鳴線（破線）の 2 成分に分けるこ

ice-NT を形成することにより，その運動が凍結したと考とができる．水分子が等方的な自由回転運動をしている

えるのが自然である．図 8(c), (d)に示すように，2H NMR

場合，2H 核位置での電場勾配テンソルが運動により平均から見積もった，運動が凍結した水分子数（固体状態の化され消失するために，シングルピーク型スペクトルと水の割合）の温度依存性は，XRD のアイスピークの成長して観測される．実際に，高温ではシングルピーク型スとよく一致している．

ペクトルが観測され，水分子は自由回転運動をしている

図 9 に 1H 核の NMR スペクトルの温度依存性を示す．

ことを示している．一方，水分子の運動が等方的な自由H 核（I = 1/2）の NMR では，共鳴線幅は 1H 核間の磁回転からずれる場合，電場勾配テンソルは回転運動によ

気双極子相互作用により決まり，その相互作用には分子る平均化後も有限の値が残る．したがって，ダブルピー

内の 1H 核間のものに加え，異なる分子間からの寄与もク型スペクトルが観測される．しかし，その分裂幅 νQ*1ある．したがって，水分子の回転運動だけでなく並進運

はバルク氷（Ih）で得られる値 (νQ ~150 kHz) に比較し動によっても，共鳴線の先鋭化が起こり得る．7 員環と 8小さくなる．図に示したように，低温で観測されるスペ

員環の ice-NT 構造の不動格子モデルに基づき 1H 核の双クトルは，
回転運動の相関時間が 10-6 s よりも十分短く，極子磁場を計算すると，それぞれ共鳴線半値全幅 49.1

νQ*= 6.8 kHz として計算した結果でよく再現することが(7)

kHz，48.6 kHz が得られる ．図 9 に示すように，120 Kできる(7)．水は極性分子であるため，水分子と SWCNT

以下では共鳴線の半値全幅～56 kHz が観測される．この壁の相互作用は水分子の向きに依存しているはずである．

ことは，ice-NT の水分子の運動は NMR の時間スケール

このために水分子の回転運動は，完全には等方的ではな

で凍結していることを示している．図 10 に示すように，くなると考えられる．同様の 2H NMR スペクトルは，シice-NT には水素原子位置に関して縮退した構造があり，リカグラス，ゼオライト，生体膜に吸着した水でも観測

水分子が協同的な水素結合ネットワークの組み替えを起されている(20)-(22)．図 8(b)にダブルピーク型共鳴線の分裂(15)

こすことにより，
これらの構造間を移ることができる ．

幅 νQ*の温度依存性を示す．温度が高くなるにしたがって

しかし，実験結果は NMR の時間スケールではプロトン

回転運動がより等方的になるために νQ*は小さくなる．図神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

18に示すように，νQ*の温度依存性は熱活性型の式 νQ*=ν0４．直径の大きなカーボンナノチューブ内部の水の挙動

exp(T0/T) でフィットすることができ，得られる活性化エ
ネルギーは T0 = 365 K ~0.031 eV である．

SWCNT 直径が~15 Åを超えると，内部の水の相転移挙動の様相が変化する．ここでは，大きな平均直径2

H NMR intensity (arb. units.)

H NMR
D=19.4 A（D=16.8, 19.4, 21.8, 24.0 Å）の SWCNT に吸着した水のD=24.0 A

図 11 に平均直径 20.0 Åと 24.0
相転移挙動を述べる(8), (9)．
280 K

280 K

Åの SWCNT 試料で得られた 2H NMR スペクトルの温度

260 K

260 K

と同じように，高温では水分子の回転運動により先鋭化

240 K

240 K

220 K

220 K

210 K

210 K

190 K

190 K

変化を示す．直径の小さな SWCNT（D=13.5 Å）の場合

2されたスペクトルが観測される．すなわち，高温では内-40 -30 -20 -10

0 -40 -30 -20 -10

f (kHz)f (kHz)0

図 11 SWCNT（平均直径 19.4, 24.0Å）試料に吸着
22の H NMR スペクトルの温度依存性．
した水（ H2O）

部の水は液体状態にある．低温では水が液体から固体へ相変化し，水分子の回転運動が凍結するために，約 240 K
以下でスペクトル強度の減少がみられる．図 12 に，スペクトル強度の温度依存性を示す．ここではスペクトル強度が急激に減少し始める温度を TNMR と定義する．図からチューブ直径が大きくなるにしたがい，TNMR が上昇する
傾向が見て取れる．
図 13 に水を内包した平均直径 19.4 Åと 24.0 Åの
SWCNT 試料で測定された XRD パターンの温度依存性
ターンは水を吸蔵していない空の状態での XRD パター

2

H NMR

1

却すると SWCNT は水を内包するために，(10)ピーク強
0.5

D=13.519.4

024.0 A1

0.5

D=13.5S

I x T (arb. units)

ンと一致する．この結果は，高温では SWCNT は水を内包していないことを示している．また，300 K 以下に冷S

I x T (arb. units)を示す．図 13(a)からわかるように，340 K での XRD パ

16.8
0
150

21.8 A
200

T (K)

250

図 12 平均直径が D=19.4, 24.0 Å（上図）と D=16.8,
21.8 Å（下図）の SWCNT 試料で測定された 2H
NMR スペクトル積分強度の温度依存性．実線と点線はそれぞれ昇温過程と降温過程に対応する．比較
参考のため平均直径 13.5 Åの結果も示してある．
矢印はNMR 積分強度の温度変化をもとに決定された 19.4 Åの SWCNT での水の相転移温度を示している．

図 13 水を吸着した平均直径 19.4 Å（上図）と 24.0Å（下図）の SWCNT 試料の粉末 XRD パターンの温度依存性．

カーボンナノチューブ内部の 1 次元的ナノ空間での水の相転移挙動

0.5

19

24.0 A

I/I

vac

21.8
19.4
16.8
13.5
0
150

■ ▲

●▼

200

250

T (K)
図 14 水を吸着した SWCNT 試料の XRD パターンの (10)ピーク強度の温度変化．実線と点線はそれぞ
れ昇温過程と降温過程に対応する．矢印はそれぞれの SWCNT での相転移温度を示す．
度は急激に減少する．これらは既に述べた直径の小さな
SWCNT の振る舞いと同じである．しかし，さらに低温ではまったく異なる振る舞いが観測される．(10)ピーク
強度は温度を下げていくと約 240 K で顕著な増大を示し，再び温度を上昇させると約 240 K で減少し元の値にもどる．
図 14 に平均直径 D=16.8, 19.4, 21.8, 24.0 Åの SWCNT
での(10)ピーク強度の温度依存性を示す．(10)ピーク強度

図 15 SWCNT 内部の水のグローバル相図．■と●はそれぞれ NMR と XRD 実験により決定された相転移温度．また、点線はバルク水の液体-固体相転移温度からの外挿を示している(9)．□と△は、それぞれ塩見らと高岩らによる計算機シミュレーションから得られた相転移温度(24), (25)．挿入図は、それぞれ 5, 6, 7, 8
員環 ice-NT を軸方向から見た構造モデル．

の温度依存性には降温過程と昇温過程でヒステリシスが観測される．この(10)ピーク強度の変化は，SWCNT 内部

５．SWCNT 内部の水のグローバル相図の水の秩序化による，水分子の密度分布の変化では説明することはできない．また，直径の小さな SWCNT で観XRD と NMR 実験の結果から得られた SWCNT 内部の測されたような水の秩序構造を示すアイスピークは観測

水の相図を図 15 に示す．大きな直径領域（D> ~15 Å）

されない．これらの実験結果は，臨界温度以下になるとでは，SWCNT 内部の水は wet-dry 転移を起こし，低温でSWCNT 内部の水が外部に排出され，さらにその排出さ外部に排出され凍結する．図には NMR 実験により求めれた水は，温度が上昇し臨界温度を超えると再びた液体-固体相転移温度TNMR とXRD 実験結果から決定し

SWCNT 内部に移動することを示している．この振る舞

た wet-dry 転移温度 TWD を示してある．従来からグラス

いは一種の wet-dry 転移ととらえることができる．すでキャピラリー内部に形成された氷の融点 Tm は，空洞径 dに述べたように，直径が小さな SWCNT 試料ではこのよが小さくなるにしたがい，バルク状態の氷の融点 273 K

うな wet-dry 転移は観測されない．ここでは図 14 に矢印

から降下することがよく知られている．この場合，融点で示すように，昇温過程において(10)ピーク強度が元の降下 ΔTm K は空洞径に反比例し，ΔTm=273－Tm∝1/d と表値にもどる温度を wet-dry 転移温度（TWD）と定義する．

わされる．SWCNT 内の水の相転移温度 TNMR と TWD の直図から明らかなように，TWD は SWCNT 直径が大きくな

径依存性は，この式により説明することができることかるとわずかに上昇する．また，TWD は NMR 実験から決ら，wet-dry 転移は水の液体-固体相転移が引き金となっ定した水が凍結し始める温度 TNMR とよく一致する．これていると考えられる．この wet-dry 転移のメカニズムには水の液体-固体相転移と wet-dry 転移がほぼ同時に起こ

ついては，今後詳細に議論する必要があるが，直径が大っていることを示している．

きな SWCNT に内包された水は氷を形成する際に不安定な状態となり，wet-dry 転移を起こすのではないかと予測20

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

される．

べる必要がある(26)． n 員環 ice-NT 構造は水分子の 1 次

小さな直径領域（D< ~15 Å）では水は液体-固体相転元チェーン n 本の集合体とみなすことができる．よく知移を起こし，低温で ice-NT を形成することが実験的に明られているように水は極性分子であり大きな双極子モーらかとなった．ice-NT の融点は空洞直径が小さくなるほ

メントを有することから，この水分子 1 次元チェーンはど上昇し，大きな直径領域で観測されるような，従来か強誘電性を示すことが考えられ，Ice-NT の誘電物性は興ら知られている融点降下とは逆の傾向を示す．特に，5

味深い(27)． また，SWCNT は水分子の他にも様々な分子員環 ice-NT では，バルク氷の融点 273 K を大幅に上回っや原子を内包することができる．したがって SWCNT 内ている．この ice-NT の融点の空洞径依存性は，単純に１部の 1 次元的空間を利用した新しいナノ構造体の作製が次元性や界面の効果によるものとは考えにくい．これら

可能であり，これらの物質での新奇物性の発現が期待さの効果は，空洞径が小さくなるほど融点を下げるはずでれる．

ある．この異常な空洞径依存性は，計算機シミュレーシ

本研究は，
真庭豊教授，
柳和宏准教授（首都大学東京），

ョンにより再現されることが報告されている(24), (25)． 筆

片浦弘道博士，斎藤毅博士（産業技術総合研究所）をは

者らは，この SWCNT 直径 D~15 Åを境に変化する融点

じめとする多くの方々との共同研究として行われたものの振る舞いは，バルクから原子スケール領域へのクロス

である．共同研究者の方々に深く感謝いたします．

オーバーが起きたことによると考えている．すなわち，
SWCNT 直径 D~15 Å以下の微細な空洞内では，もはやバルクスケールと同じ構造の氷は形成されず，代わって

参考文献

空洞壁との相互作用の助けを借りた，原子スケール領域(1) V. Buch and J.P. Devlin (Eds.): Water in confining

での新しい水素結合ネットワークが形成される．このとgeometry (Springer, 2002).

き，ice-NT の形成は水の孤立クラスター (H2O)n から考(2) M.S.P. Sanson and P.C. Biggin: Nature, 414 (2001) 156.

えたほうが自然である．n が 5 以下の孤立クラスターで(3) K. Morishige and K. Kawano: J. Chem. Phys., 100 (1999)

は，リング構造が安定であることが知られている(23)．

4867.

Ice-NT 構造は，このような水のリングの１次元結晶と捉(4) T. Iiyama, K. Nishikawa, T. Suzuki and K. Kaneko: Chem.

えることができる．n 員環 ice-NT の融点は，SWCNT 内

Phys. Lett., 274 (1997) 152.

における n 員環クラスターの安定性と密接に関連してい(5) Y. Maniwa, H. Kataura, M. Abe, S. Suzuki, Y. Achiba, H.

ると推測される．

Kira and K. Matsuda: J. Phys. Soc. Jpn., 71 (2002) 2863.
(6) Y. Maniwa, H. Kataura, M. Abe, A. Udaka, S. Suzuki, Y.

６．まとめ

Achiba, H. Kira, K. Matsuda, H. Kadowaki and Y. Okabe:
Chem. Phys. Lett., 401 (2005) 534-538.

SWCNT に吸着した水の構造と相転移挙動について，(7) K. Matsuda, T. Hibi, H. Kadowaki and Y. Maniwa: Phys.

XRD と NMR 実験の結果を紹介した．高温では SWCNT

Rev. B 74 (2006) 073415.

内部の水分子は 10-6 s よりも十分速く並進運動しており，(8) H. Kyakuno, K. Matsuda, H. Yahiro, T. Fukuoka, Y. Miyata,

水は液体状態であることが示された．低温に下げると，

K. Yanagi, Y. Maniwa, H. Kataura, T. Saito, M. Yumura, and S.

水は液体-固体構造相転移を起こし，直径の小さな

Iijima: J. Phys. Soc. Jpn., 79 (2010) 083802.

SWCNT では 1 次元的な秩序構造をもつ ice-NT が形成さ

(9) H. Kyakuno, K. Matsuda, H. Yahiro, Y. Inami, T. Fukuoka,

れる．また直径の大きな SWCNT では，wet-dry 転移を起Y. Miyata, K. Yanagi, Y. Maniwa, H. Kataura, T. Saito, M.

こし，水は SWCNT 外部に排出されることが明らかとな

Yumura, and S. Iijima: J. Chem. Phys., 134 (2011) 244501.

った．この wet-dry 転移温度の SWCNT 直径依存性は，(10) S. Iijima and T. Ichihashi, Nature, 363 (1993) 603.

従来から知られている融点降下と同じ傾向を示すことか(11) H. Kataura, Y. Maniwa, T. Kodama, K. Kikuchi, H.

ら，SWCNT 内部の水の液体-固体相転移と密接に関係しHirahara, K. Suenaga, S. Iijima, S. Suzuki, Y. Achiba and W.

ていることが示唆される．

Kraetschmer: Synth. Met., 121 (2001) 1195.

また，ここで紹介した SWCNT よりさら細い直径 8 Å(12) 真庭豊，片浦弘道，藤原明比古：放射光学会誌, 16程度の SWCNT 内部では，水分子が 1 次元チェーンを形(2003) 296.

成し，非常に高いプロトン伝導度を示すことが理論的に(13) T. Saito, W. C. Xu, S. Ohshima, H. Ago, M. Yumura, and

予測されており，水内包 SWCNT のプロトン伝導度を調

S. Iijima: J. Phys. Chem. B, 110 (2006) 5849.

カーボンナノチューブ内部の 1 次元的ナノ空間での水の相転移挙動21(14) Y. Maniwa, R. Fujiwara, H. Kira, H. Tou, H. Kataura, S.

(21) D. Goldfarb, H-X. Li and M. E. Davis: J. Am. Chem. Soc.,

Suzuki, Y. Achiba, E. Nishibori, M. Takata, M. Sakata, A.

114 (1992) 3690.

Fujiwara, and H. Suematsu: Phys. Rev. B, 64 (2001)(22) M. Kodama, Y. Kawasaki, H. Aoki and Y. Furukawa:

241402(R).

Biochim. Biophys. Acta, 1667 (2004) 56.

(15) K. Koga, R. D. Parra, H. Tanaka and X. C. Zeng: J. Chem.

(23) K. Liu, J.D. Cruzan and R.J. Saykally, Science 271 (1996)

Phys., 113 (2000) 5037.

929 (references therein).

(16) K. Koga, G. T. Gao, H. Tanaka and X. C. Zeng: Nature,(24) J. Shiomi, T. Kimura, and S. Maruyama: J. Phys.

412 (2001) 802.

Chem. C 111 (2007) 12188.

(17) O. Byl, J.-C. Liu, Y. Wang, W.-L. Yim, J. K. Johnson and J.

(25) D. Takaiwa, I. Hatano, K. Koga, and H. Tanaka:

T. Yates, Jr.: J. Am. Chem. Soc., 129 (2005) 3198.

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (2008) 39.

(18) A. Abragam: Principles of Nuclear Magnetism (Oxford,(26) C. Dellago, M. M. Naor, and G. Hummer: Phys. Rev. Lett.,

London, 1961).

90 (2003) 105902.

(19) P. Waldstein, S. W. Rabideau and J. A. Jackson: J. Chem.

(27) F. Mikami, K. Matsuda, H. Kataura, and Y.

Phys., 41 (1964) 3407.

Maniwa: ACS Nano 3 (2009) 1279.

(20) D. W. Hwang, A. K. Sinha, C-Y. Cheng, T-Y. Yu and L-P.
Hwang: J. Phys. Chem., 105 (2001) 5713.

22

平成 23 年（2011 年）東北地方太平洋沖地震による浦安市の被害調査報告山本 俊雄＊

松田 磐余＊＊

Damage in Urayasu City due to the 2011 off the Pacific Coast of Tohoku Earthquake
Toshio YAMAMOTO＊

１．はじめに∗Iware MATSUDA＊＊

行われ，1978 年に日の出・明海地区，1979 年に千鳥・2011 年 3 月 11 日東日本に未曽有の地震被害が発生し港地区，1980 年に高洲地区の埋め立てが完了し，翌年にた．
気象庁発表による地震の概要は以下のとおりである．

千鳥地区に小面積が追加されるが，第二期埋立事業が終

発震時刻 2011 年 3 月 11 日 14 時 46 分
震源

三陸沖，北緯 38.1 度 東経 142.9 度，牡鹿半島の東南東 130ｋｍ付近

了する．埋め立てはいずれも公有海面で行われた．図１は 1953 年応急修正，図２は 2005 年要部修正の 5 万分の 1 地形図である．埋立地の地名は図２に記入されていMw9.0（モーメントマグニチュード）るので参照されたい．図２には，第一期と第二期の埋立

地震名 平成 23 年（2011 年）東北地方太平洋沖地震

事業地区を限る道沿いに，第一期埋立事業当時の防波堤

この地震により，北海道，東北地方，関東地方が大規の名残が見られる．浦安市はこれらの埋立事業により，模な津波による被害を被ると同時に，各地で地震動によ市面積は 4.43ha から 16.98ha へとほぼ４倍に拡大した．

る被害も発生した．地震による直接被害は人的物的被害

人口は，地下鉄東西線の開通に伴い，まず駅周辺で増加

とも阪神・淡路大震災を大幅に上回り，間接被害も福島し始め，第一期埋立事業地には公団による分譲住宅が建

第一原子力発電所のレベル７に達する事故による影響な設されて急増していく．1990 年には，京葉線全線が開通

どで膨大となり，集計には長い年月が必要とされよう．

し，交通の便が良くなるとさらに増加していった．しか被害状況は，国の機関，各種学会，民間組織などで逐次し，バブル崩壊後は，開発が停滞して，現在では空地が報告されて，その量も膨大になっているが，筆者らは，目立っている．一方，舞浜地区には，1983 年に東京ディ

埋立地の液状化現象による被害を受けた千葉県浦安市にズニーランドが開園し，周辺にはホテルや商業施設が建規模ついて報告することにする．
２．浦安市の変貌
浦安市は 1969 年の地下鉄東西線開通後激変し，公有海面の埋め立てと新たな鉄道・道路の開通により，市街地が拡大して行った．埋め立ては第一期と第二期に分かれて行われた．第一期埋立事業では，1968 年に東野・富岡・弁天・今川・鉄鋼通り地区，1971 年に海楽・美浜・
入船地区，
1975 年に舞浜地区の埋め立てがそれぞれ完了
した．第二期埋立事業地は，第一期埋立事業の南西部で*助手 建築学科
Research associate, Dept. of Architecture**関東学院大学名誉教授

Emeritas Prof., Kanto Gakuin Univ.

図１ 浦安市の地形図（1958 年）
1953 年応急修正 5 万分の 1 地形図「東京東南部」
原寸平成 23 年（2011 年）東北地方太平洋沖地震による浦安市の被害調査報告

23

では，弁天，鉄鋼通り，今川，舞浜（以下ディズニーラ
ンドは除く），千鳥で，全町丁目が使用制限を受けた．ガスは，弁天，今川，舞浜の全町丁目で供給が停止された．
全町丁目が供給停止された地域は下水道でも使用制限地
区になった．表１からも読みとれるように，被害地域と埋立時期とには関係が認められない．
現地調査は，3 月 25 日に行い，新浦安駅の南部を調査した．首都高速道路湾岸線より北西部には被害は見当たらなかった．主要な被害は，地下埋設管の破損と電柱の沈下や傾斜によるライフラインの破損である（写真１，
２，３）．明海では，マンホールが２ｍ程度抜け上がった
図２ 浦安市の地形図（2005 年）
2005 年要部修正 5 万分の 1 地形図「東京東南部」
原寸。図１と図２はほぼ同じ範囲を示す。図２の市役所の位置が、図１では東葛飾という字の南側
で水路が海に出る付近。市役所は図１の護岸の外側、すなわち埋立地にあるところもあった．電気，水道，ガス，下水道が使用できなくなり，地震後２週間を経過した調査時点でも，上下水道が使用できない状況であった．ガスと電気についても復旧工事の最中であった．地盤沈下に伴うコンクリー
ト造建物の抜け上がりがかなり深刻で（写真４），沈下量が大きいところでは１ｍ弱沈下し，配管が引きちぎられている建物も見られた．一方，今川と入船地区では木造設された．
2001 年には東京ディズニーシーが隣接地に開家屋の沈下や傾斜が認められた．噴砂の量が多く，自動園し，膨大な数の来園者を集めている．

車のタイヤが埋まっているものも見られた（写真５）．建

浦安市は，1981 年に市制を施行し，現在の人口は 16

物の抜け上がり量が大きいうえに，空地になっている場

万人を越えている．下水道の普及率は 99％を越え，都市

所では，大きな噴砂の跡が見られるのが特徴で，かなりガスの普及率も高い．しかし，市面積の 75％が埋立地での層厚が液状化したものと推定される（写真６）．印象的あるという弱点を持っている．

なのは，埋め立て工事の際に建設された護岸が，埋土の液状化に伴い傾斜し，埋立地盤の脆弱さを示していたこ

３．浦安市の被害状況
浦安市は，今回の地震では震源からはかなり離れていとである．なお，埋立時期と被害との関係は認められなかった．

るため，震度５強の揺れで，地震動による被害は見られなかったが，埋立地盤の液状化現象により甚大な被害を受けた．5 月 9 日の市の発表では，家屋被害は木造住宅
を中心に全壊 8 棟，半壊 470 棟であるが，被害の認定基準が 5 月 10 日に変更になったことにより，数値は変わると考えられる．家屋被害以外では，ライフラインの損
傷に伴う日常生活への影響が多大であった．33,000 戸が断水し，当初は 3 月 17 日には復旧見込みとしていたが，3 月 21 日現在でも約 4,000 戸が断水中で，応急復旧工事が完了したのは，4 月 6 日である．下水道の被害地域は，
3 月 12 日の発表から次第に拡大し，一部の地区を除いて使用制限区域となった．本管の面的な復旧工事が完了したのは 4 月 15 日であったが，一部ではなお個別家屋への取り付け管の補修工事が残されていた．ガスは，供給

表１ 下水道とガス供給の地区別被災状況
地区名
東 野
弁 天
富 岡
鉄鋼通り
今 川
海 楽
美 浜
入 船
舞 浜
明 海
日の出
千 鳥
港
高 洲

埋立完了年
1968
1968
1968
1968
1968
1971
1971
1971
1975
1978
1978
1979
1979
1980

下水道
△
×
△
×
×
△
△
△
×
△
△
×
○
△

ガス供給
△
×
△
○
×
△
△
△
×
○
△
○
○
△

していた京葉ガス（株）の発表では，8,631 戸で供給停

浦安市と京葉ガス（株）のホームページより編集止となり，東京ガス（株）からの救援職員を交えて復旧

×：地区内の全丁目で被災、△：地区内の一部丁目で被災に当たり，3 月 30 日に全戸に供給が再開された．表１に○：被災リストにない

地区別の下水道とガス供給の被災状況を示した．下水道神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

24

写真１ 傾いた電柱 今川２丁目

写真４ 千葉県警 美浜寮 高洲

写真２ 抜け上がったマンホール 明海

写真５ タイヤが埋没した自動車

写真３ 抜け上がったマンホール 切られたアス

写真６ 噴砂で埋まった倉庫 高洲

ファルトが載っている 前方にもある

写真７ 第一期埋立事業時の旧護岸 高洲

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神奈川大学 23 号館の地震・台風時の挙動

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植民地朝鮮における朝鮮建築会の住宅改良に関する活動について－機関誌『朝鮮と建築』の住宅関連記事を中心として－
金 容範＊

内田 青蔵＊＊A Study on the Activities of Cho-Sen Architectural Group for Housing Improvement inColonial Days of Korea
Youngbum KIM＊

１．はじめに∗本研究は，日韓両国の住宅近代化に関する比較研究の一貫として行っているもので，本稿では，韓国住宅の近Seizo UCHIDA＊＊

朝鮮駐在日本人住宅の改良とともに朝鮮人住宅の改良に関しても様々な住宅事業を展開したことも知られている(1)．

代化における思想的な背景として植民時代の生活改善運

こうした観点から，本稿は，これまで断片的にしか知動に注目し，同時代の日本の生活改善や住宅改良運動かられていなかった建築会の住宅改良活動に注目し，建築らの影響を解明することを目的とした．

会の設立初期の住宅事業計画において建築会が目指した

韓国の生活改善運動は，
朝鮮総督府の政策上の運動と，住宅改良活動の方針を示し，こうした住宅改良に関する

朝鮮人自らの論議や社会団体の活動，建築家たちによる動向を機関誌『朝鮮と建築』の記事の分析をもとに明ら住宅改良に関する活動など，様々な主体によって展開さかにすることを目的とした．

れた．このうち，朝鮮人建築家の住宅改良運動に大きな影響を与えたものとして朝鮮建築会(以下，建築会)の活動が挙げられる．

２．朝鮮建築会の機関誌『朝鮮と建築』の概要『朝鮮と建築』は１９２２年６月２５日の創刊号から１９４５

建築会は，植民時代(１９１０-１９４５)の韓国における在年３･４月の合併号まで，合計第２６５号まで発行された (2)．

鮮日本人建築技術者たちを中心にして設立された団体で雑誌の内容は，口絵(巻頭画)，本文，会報，雑報といある．この団体は１９２２年から１９４５年までの２４年間に活う四つの構成が基本となる．口絵では，植民地朝鮮の近発な建築活動を展開しながら，植民地朝鮮に日本近代の代建築物や古建築と欧米や日本などの建築物を含めて合建築文化を伝えるという大きな役割を果したと言える．

計６９５件の写真や図面が掲載されている．本文は，都市

そのため，近代韓国の建築界の動向を把握するには，建計画，住宅問題，建築構造，設備や建築材料，建築法規，

築会は重要な団体といえる．また，建築会の機関誌『朝室内意匠と家具など様々な分野の主題を扱った１,７２０余

鮮と建築』は韓国で発刊された最初の建築雑誌であり，件となっている．また，会報は会員動静，建築会の人事，

韓国の近代建築を研究する上で欠かせない基本資料とし理事会や定期総会の会議録，予算の執行と決算内訳などて多くの研究者に知られているものである．

建築会の運営に関する内容であり，雑報は建築界の様々

また，建築会は創立時から住宅改良の問題を重視し，な事情をまとめたものだが，基本的に日本と朝鮮の建築界を区別した構成をとっている．

*客員研究員，工学研究所
Visiting Researcher, Research Institute for Engineering**教授，建築学科
Professor, Dept. of Architecture植民地朝鮮における朝鮮建築会の住宅改良に関する活動について35

生することになる．建築会創立時の会員数は３６３名で，その内訳は，名誉会員１９名，特別賛助会員２１名，賛助
会員３６名，正会員と準会員を合わせて２８７名であった．
役員の大半は東京帝大の出身の，朝鮮総督府(以下，総督府)営繕課所属の技師であり，また，東京帝大建築学科の現職教授の伊東忠太，塚本靖，葛西萬司，佐野利器，関野貞も名誉会員として参加していた．
図１ 『朝鮮と建築』の表紙．発刊初期の表紙では文字タイトルだ

会員たちも主に総督府と京城府庁，鉄道局，京城高等けだったが，１９３０年から表紙図案懸賞募集が実施され，毎年，工業学校，京畿道庁，朝鮮軍司令部など官の組織に所属

表紙は異なったデザインがみられる．

する人々がほとんどであった．つまり，建築会は官の組織を中心に，民間の建築技術者たちを抱き込んだ団体であり，朝鮮建築界において大きな権威と影響力をもって

３．朝鮮建築会の設立と事業計画いたことが窺える．

建築会の活動が始まった１９２０年代は，朝鮮各地の都市化の中で，近代社会としての都市整備が積極的に展開されていた．京城(現，ソウル)でも朝鮮総督府と京城府の新庁舎(１９２７)が竣工し，京城の都市計画(‘大京城計

３.１ 設立趣旨
建築会の設立趣旨は，発会式の前後に開かれた記念講演の主題から推測することが出来る．

画’)に関する議論が進められていた(3)．それと共に各種

建築会は発会式を記念して３回の講演会を開いた．１９の行政機関の拡充も始まり，教育施設や企業の支社など

２４年３月２８日に東京帝大の黒坂勝美教授(文学博士)は，の近代建築物の需要も増えていた．しかし，当時の朝鮮

京城公会堂で‘文化と建築’というタイトルで最初の講演

建築界は過去の「急施主義」，「拙速主義」に浸って(4)，会を行った．発会式の当日には，中村誠(理事長)の講演

社会的な課題に対して対応できずにいた．
こうした中で，(‘都市計画と生活改善’)を始め，朝鮮総督府監察官であ時代の要請に対応できるように建築界の発展を図るためった時實秋穂の講演(‘現代都市の使命と其改善’)，朝鮮に建築技術者たちが結束し，組織化する必要性があると総督府医院長であり京城医学専門学校長であった志賀潔

いう認識(5)が広がり，建築会が誕生したのである．

の講演(‘日光と建築’)が第２回目の講演会として行なわ

このような機運を受け，１９２２年３月８日に京城在住の日れた(7)．そして，同年５月１８日には，京城都市計画研究

本人建築技術者等１１２人が京城公会堂に集まって創立総会と共同で，大阪工業会々長に就任した片岡安の講演会(6)を開き，同年４月３０日に発会式を行い，建築会が誕(‘生活改善と住宅’)を３回目の講演会として行った．

図２ 朝鮮建築会の発会式記念写真（１９２２年４月３０日）．前列右の４番目から有賀朝鮮殖産銀行頭取，志賀朝鮮総督府監察官，工藤京畿道知事，関野工学博士，吉松京城府尹，佐藤京城都市計画研究会理事，荒井朝
鮮土木建築協会長．そして右上の写真は朝鮮総督府政務総監水野錬太郎の肖像．

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神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

こうした記念講演は，都市や生活をテーマとしたもの

一，建築に関する諸般事項の調査研究であり，建築会が都市計画と生活改善や住宅改良の問題

二，建築に関する重要事項の決議並に其実行促進を重視していることを明確に示すものであった．また，三，会誌其他の刊行

こうした建築会の活動方針は，機関誌『朝鮮と建築』の四，建築に関する講演会，講習会及展覧会の開催

紙面を通じて明確に打ち出された．

五，朝鮮に於ける建築に関する諸般の紹介及応答

発会式以後２ヶ月の準備期間を経て発刊された創刊号の巻頭に「朝鮮建築会趣意」が載せられている．この趣六，其他本会の目的を達成するに必要なる事項(下線は筆者)

意文を抜粋すると，以下の通りである．
このように，建築会の会則には建築諸般の必要な調査…全鮮建築界の堅実なる発展を期せんが為め科学的に組織ある文研究を行い，その結果を機関誌などで発表すること，ま明的都市の建築を設ることの急務なるを覺知し内鮮の文化的生活改た，講演会，講習会，展覧会の開催などが記されており，

善と共に気候風土に適応せる住宅建築の普及を設り以て … 全鮮

啓蒙的な役割を重視していたことが窺える．加えて，政在住の建築技術家は結束して起てり吾人は … 刻下の急務たる都策的な決議事項に関する実行を促しており，朝鮮建築界

市計画，建築法規，家屋政策，住宅改善，建築材料の規格統一，耐における学術と実務を兼備した建築専門団体を目指して

火建築防寒建築の普及等文化的社会的施設の機軸をなすべき問題いたと言えるであろう．

に対しては … 科学的なる研究の結果を社会に発表し … 社会の各方面に其の実行を促し社会文化の発達と市民の福利増進の為めに専ら之が啓蒙の位置に立たんことを期す．… (下線は筆者)

３.３ 研究委員会の設置と活動計画
建築会は，このような会則に従って建築諸般の調査研究を実践するために研究委員会を設置している．建築会

これより建築会は，①「文化的な生活改善の普及」との事業に関する会則第５条と委員会の設置を明記した第②「朝鮮の気候と風土に適する住宅の普及」を設立目的

１１条(「本会の事業を遂行する為め必要に応じ委員会をとし，その普及のために，都市計画をはじめ，建築政策設け委員若干名を置く委員は会員中より会長之を指名や法規，住宅改善，建築材料の規格化など，科学的な調す」)に基づき，１９２２年７月３日の役員会で都市問題，住査研究を行うことを建築会の役割として掲げていたこと

宅問題，材料問題の３部の研究委員会を設置することをが分かる．

決定した(9)．そして，同年１１月１０日の理事会では各研究

この趣意文とともに掲載された中村誠の論説「朝鮮建築界の二大急務」には，都市計画と住宅改良が建築会の会の具体的な活動を求め，１１月１４日に研究委員総会を開催した(10)．

主要課題として紹介されていた．また，朝鮮銀行の営繕委員総会では中村の‘本會今後の進行方針’の演説を始課長であった小野二郎(理事)は「朝鮮に於ける住宅建築

め，様々な委員の講演(11)が続いた．そして，１１月２０日のの改造」と題した論説を通じて住宅改良研究の重要性を理事会では，研究会の名称を便宜上‘１部会(12)’(都市問力説していた．

題)，‘２部会’(住宅問題)，‘３部会(13)’(建築材料および施このように，建築会は設立当初から都市計画と住宅改工法の問題)に変更することと，委員会の幹事を選出する

良の問題を最も重要なテーマ事業として掲げていたのでことを決定した．その後，各委員会はそれぞれ開会式をある．

行い，本格的な活動を開始している．
建築会が設置した研究委員会の中の２部会，すなわち，

３.２ 会則からみた活動方針

住宅問題研究委員会は１１月２５日の開会式で幹事を選出

建築会の会則は，創立総会からその草案が用意されてし，活動計画に関する議論を始めた．開会に出席した委

いたが，前述の設立趣旨の内容は会則の事業計画に関す

員は中村をはじめ, 富野繁一, 今岡態之助, 和田佐一, 勝

る規定にもつながっていた．

又甲太郎, 小野二郎, 野中延喜, 黒田安一郎, 牛尾美佐

全２４条の会則の中で，先ず「本会は朝鮮に於ける建築雄, 加納常務の１０名であり，すでに１１月１０日の理事会

界の堅実なる進展を期する」(第１条)ことを目的とし，本では，笹慶一, 富士貞吉, 原義胤らの３名を嘱託の研究会の名称を「朝鮮建築会と称す」(第２条)と記述されてい委員として追加することが決まっていた(14)．

る．そして，事務所や支部設置(第３条)，会員の資格(第開会式で無記名投票により小野と笹が幹事に選出され４条)(8)に関する規定を示し，第１条の目的に従って建築会

た．研究活動としては，①朝鮮住宅に関する研究資料をの活動方針は次のように明示されていた(第５条)．

収集すること，②文化村建設に関する問題を所管するこ植民地朝鮮における朝鮮建築会の住宅改良に関する活動について

37と，③日本人の住宅問題として衛生を優先する住宅改善期の活動期に住宅改良の論議が活発に行なわれていたこを進めること，④その具体案を小野と笹幹事を中心に提とが分かる．また，日本人住宅の改良に関する記事の推案すること，四つの事項を決議した．

移は全体記事の増減と相関性がみられ，建築会の住宅改

住宅問題研究委員会は，１９２５年の文化住宅敷地調査

良の活動とそれに伴う論議は基本的に日本人住宅の改良会を組織することから活動を開始した．この調査会は，問題に対応していたことが推測される．これに反して，当時の文化村のブーム(15)に対応して，文化住宅建設のた

朝鮮人住宅の改良に関する記事の推移は，全般的な推移

めの敷地購入の方法や施設，具体的な提案などを準備すと少し異なる増減が見られる．いずれにせよ，この機関るために設置された．委員会は京城府内の対象候補地を

誌『朝鮮と建築』上の住宅改良関連記事からみた時代的選定して現場踏査を実施し，敷地の払い下げを出願する

な推移は，建築会の活動内容に反映したものと考えられ(16)

る．そのため，このグラフの記事の増減から建築会の住

そのほか，１９２７年に小冊子編纂委員会が設置され，

宅改良に関する活動状況は，以下の三つの時期に分けるなど，具体的な活動を続けた ．
住宅改良の普及啓蒙の為のパンフレットの発行が計画さことができると考えられるのである．

れた．
パンフレットの存在は確認されてはいないものの，編纂委員会の会議録(17)によると，建坪２０坪,２５坪,３５坪①第１期: 日本人住宅の改良に関する記事が多くみらの３種の住宅に関する平面と立面図，説明文を作成してれる建築会の設立から１９２９年の博覧会のおり，中流階層に適した改良住宅のモデルの提案として発行されたものと考えられる．

改良実物住宅の出品までの時期②第２期: 朝鮮人住宅の改良に関する記事が多くみられ，実物住宅の出品以後１９３７年の創立１５

４. 『朝鮮と建築』からみる住宅改良に関する動向

周年の朝鮮人住宅の設計競技までの時期

建築会のおこなった様々な住宅事業，調査研究，そし③第３期: 戦争の影響を受けることによる時局対策調て報告は，機関誌『朝鮮と建築』に詳細に報告されてい査委員会の設置から建築会の解体までの時

る．口絵，会報や雑報を除いた１,７２０余件の本文記事の期中で，論説や研究，講演，報告に関する記事は６２５件あるが，その中で住宅改良関係の記事は２９８件で，全体の約以下，各時期の活動内容を見ていく．

４８％を占めている．
そこで，『朝鮮と建築』に掲載された住宅関係の記事の動向を見るために記事内容から日本人住宅の改良に関す

４.１ 第１期(１９２２-１９２９)
建築会の設立直後から住宅問題研究委員会が設置され，る記事と，朝鮮人住宅の改良に関する記事に大別し，そ日本人住宅の改良問題を中心に論議が展開された時期との増減を整理したものが，図３のグラフである．

いえる．

このグラフから記事内容の推移をみると，まず，建築

１９２２年３月２３日の役員会で創立記念の住宅設計競技会の創立直後の１９２０年代と，１９４０年前後の建築会の末の実施が決定し(18)，建築会の最初の事業として「改善住図３ 『朝鮮と建築』の本文の中の住宅関連記事の掲載推移(‘論説’と‘研究’項目のみ)

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

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図４ 改善住宅建築図案懸賞募集設計競技(１９２２)の１等案

宅建築図案懸賞募集｣が実施された．
この設計競技は日本
人住宅に適した防寒構造を明確にすることを目的としていた．その結果，防寒構造として煉瓦造の改良住宅案が当選した．このことから朝鮮の気候と風土に適切な構造として煉瓦造の可能性が模索されていたことが分かる．
また，三国利道の１等案は，居間中心形の間取りによる改良住宅案(図４)である．この間取りから同時代の日本で行なわれた文化住宅展覧会の傾向がそのまま建築会の設計競技に反映された様子が窺える(19)．
この設計競技から１９２９年の博覧会までの『朝鮮と建築』に掲載された住宅改良関連の記事の論議では，高津寄章の「日本家屋の研究」(20)や富士貞吉の「日本家屋の衛図６ 朝鮮大博覧会(１９２９)の出品住宅(21)

生的研究」 などの日本人住宅の衛生研究，小野の「朝鮮に於ける住宅建築の改造」(22)，野村孝文の「建築と暖房」(23)，あるいは日本人住宅の暖房法(24)などがあり，防寒住宅の研究や暖房法など研究が活発に展開された様子が読み取れる．特に，防寒住宅研究の中心人物であった小野二郎
や関野貞(東京帝大教授)は，朝鮮住宅の特徴を日本人の住宅に採用すべきことを主張していた(25)(図５)．また，１
９２７年５号の「官舎及社宅特輯号」では，当時の朝鮮に建てられた官舎や社宅の様々な事例を防寒構造の改良住宅のモデルとして紹介していた．
このように，日本人住宅の改良に関する議論は，防寒問題を中心に展開され，その成果は１９２９年の博覧会の実物住宅の出品で実を結ぶことになる(図６)．
この実物住宅は，日本人の改良住宅のモデルとして，
建築会が出品したものであった．出品住宅の平面構成は和洋折衷の中廊下型の住宅に基づいていたが，暖房設備
として温水暖房と温突が採用されており，建築材料も朝鮮産のものが活用されていた．

図５ 小野二郎設計の朝鮮銀行社宅の一例．鉄筋コンクリート造
で温水暖房と温突(オンドル)を備える．防寒住宅のモデルとして『朝鮮と建築』に紹介されており，建築会の住宅見学団が訪れた
評判の良い住宅であった．

一方，この第１期における朝鮮人住宅に関する論議は，

植民地朝鮮における朝鮮建築会の住宅改良に関する活動について

39

朝鮮人住宅そのものの改良ではなく，日本人住宅の防寒

一方，１９３７年の創立１５周年の記念事業として実施さ問題の対策のサンプルとして紹介されたものが多くみられた「内地風」と「朝鮮風」の住宅設計競技で，朝鮮人れる．こうした朝鮮住宅の紹介の中心人物として今和次

建築家吳英燮(オ・ヨウンソプ)と金舜河(キム・スンハ)

郎と南満州高等工業学校の教授であった村田次郎が挙げの設計による朝鮮人の改良住宅案がそれぞれ１等案と２られる.今は，１９２２年９月から１９２４年１１月まで３回の朝等案となった(図７)．また，建築会が開いた１９３８年５月

鮮紀行を通じて朝鮮の中部と北部の民家調査を実施し，の座談会(31)では，当時の朝鮮人住宅の改良研究の先駆者

建築会はその調査内容をもとに２回の講演会を開催したであった朝鮮人建築家朴吉龍(バク・ギルリョン)を中心(26)

として，朝鮮人の生活様式とその改良について論議され．また，村田は，済州島と大邱を中心に朝鮮南部の民家の調査を実施し，その内容を『朝鮮と建築』に連載し

た．

(27)

た ．
こうした朝鮮人住宅に関する調査は，主に防寒構造と４.３ 第３期(１９３９-１９４５)

して適切な朝鮮家屋の構造や材料，温突に関する研究(28)

建築会の活動期にあたる末期の第３期は，建築会の活であり，その成果を日本人住宅に適用することを目的に動が太平洋戦争の影響を受けた時期であった．
建築会は，していたと考えられる.

創立１５周年以後に会員数の大幅な増加とともに，時局にあわせて，時局対策調査委員会を設置し，その傘下に三４.２ 第２期(１９３０-１９３８)

つの部会を設けた(表１)．

第２期は，日本人住宅の改良に関する論議にかわって，朝鮮人住宅の改良の論議が行なわれた時期であった．朝鮮人住宅の改良に関する論議が展開される契機となったのは，建築会の朝鮮大博覧会への住宅出品の後に起った設立以来の朝鮮人住宅の改良研究の軽視に対する建築会の反省であった(29)．
こうした反省を受け，具体的な朝鮮人住宅の改良に関する議論は，１９３１年９月の‘朝鮮式住宅建築改善座談会’から始まった．この座談会では，中村副会長と笹副会長(当時の役職)，京城高等工業学校の教授であった山形静智を中心として行なわれたもので，朝鮮人住宅の問題として，朝鮮人の生活様式を尊重しながら生活上の無駄をはぶくこと，特に男女の区別によって生じる二重生活を廃止することが主に挙げられた．また，生活能率の向上のために温突のユカ座の生活も廃止することが論議された(30)．

表１ 時局対策調査委員会の研究委員会(１９３８)
委員会名
第１部
第２部
第３部

活動事項
施工向上，標準仕様書の作成に関する調査
構造計算規則の作成に関する調査
住宅問題に関する調査

この時期の『朝鮮と建築』では日本人住宅の改良に関する論議と朝鮮人住宅の改良に関する論議がそれぞれ活発に展開されたが，その中でも，とりわけ労働者向きの小住宅や国民住宅の普及という目標に改良の論議が収斂されていた．
新設された第３部委員会は，朝鮮人住宅改良の現実的な解決の為に基礎調査として朝鮮人住宅の現状調査を実施した．
委員会は調査の結果として，「現在京域の付近に於ける一般住宅を基準としてそれの衛生的な改善と各室の連絡及利用に重点を置いて，平面計画を改良する」(下線は筆者)ことを報告した(32)．また，委員会はこの調査をもとに１９４１年の「朝鮮住宅改良試案」を発表したが，これは第２期からその必要性が主張されていた朝鮮人住宅の標準案といえるものであった(図８)．第３部委員会は，
これまでの朝鮮人住宅の改良の論議に基づいて朝鮮人住宅の改良事項として，①各室の連絡を便利にすること，②大庁(注:板の間)は四季を通じて利用し得るようにすること，③大門部屋の廃止，④水道は厨房内に備えること，⑤迷信の打破，⑥敷地の緑化，⑦土地区画整理施行の場合における共同庭園の設置を考慮すること，⑧ブロ

図７ 朝鮮人建築家金舜河(キム・スンハ)が設計した朝鮮風住宅
設計競技(１９３７)の２等当選案．集約された間取りで，大庁を中心に主人室と主婦室が分離されている．

ック割及道路幅を実情に適するように計画することを挙げ(33)，標準案として７種の朝鮮人の改良住宅案を作成した．

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神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

こうした第３期の建築会の住宅改良の活動は，第３部委分かる．そこでは，防寒住宅としての日本人住宅の構造

員会の解散とともに小住宅調査委員会と建築新体制調査の改善と暖房法，温突とペチカ，電熱器など様々な暖房委員会(１９４１)，戦時建築規格作成委員会(１９４２)の活動

設備に関する研究が進められていた．一方，第１期におに引き繋がれ，防空小住宅や戦時住宅規格の制定などのける朝鮮人住宅の改良問題は，機関誌を通じて論議され応急住宅の論議に切り替えられることになる．

ていたが，建築会の具体的な活動としては着手されることはなかった．この時期の朝鮮人住宅の研究は，主に日本人住宅の防寒問題の解決のために朝鮮人住宅の気候的な利点を研究する民家調査を中心に展開されていたといえる．
第２期(１９３０-１９３８)は，朝鮮人住宅の改良に関する建築会の活動が展開した時期である．１９３１年の朝鮮式住宅
建築改善座談会から本格化した論議は，１９３７年の朝鮮風住宅設計競技，１９３８年の「朝鮮人生活様式に関する座談会」に至るまで，
朝鮮人住宅の改良方針を立てることに力が注がれた．その改良方針は，朝鮮人住宅における各

図８ 朴吉龍が設計した朝鮮住宅改良試案の４案(１９４１)．中央の大庁(板の間)を代わりに温突を設け，玄関と廊下を導入して各室の連絡を便利にするのが改良の要点であった．

なお，建築会は，温突実験委員会と温突研究委員会(１９４３)を設置し，温突改良の研究を推進させている．委員会は自ら改良温突の特許を出願し，労働者向きの小住宅の防寒設備として温突を定着させ，温突と畳を併用した‘内鮮一体’の改良小住宅の提案を目指したのである(34)．

室の連絡性を高め，温突の起居様式の衛生と経済性を改善することに焦点を合わせた．ちなみに，こうした朝鮮人住宅に対する建築会の活動は，日本人建築家だけではなく，朝鮮人建築家の参加によって具体的に展開できたと考えられる．
第３期(１９３９-１９４５)は，第２期の朝鮮人住宅の改良の論議に続いて，建築会が３部委員会を新設し，朝鮮人住宅の改良に関する研究をもっと展開していた時期である．
３部委員会は，朝鮮中流住宅調査を実施し，その調査結果に基づいて作成した「朝鮮住宅改良試案」を１９４１年に発表した．この朝鮮人向きの改良住宅案は，植民時代以

５. 結言
本稿では，朝鮮建築会の設立以来，展開されてきた住宅事業とその活動および内容について，主に機関誌『朝鮮と建築』に掲載された記事をもとに明らかにした．その結果，建築会は，設立当初から住宅問題を重視し，住後に韓国人建築家が住宅改良の研究を続けて行う際の基礎となったと考えられる．一方，戦争の影響の下，建築会は時局対策委員会を設置し，住宅問題に関しても，労働者向きの小住宅の普及とその改良案の提案に関する論
議が主に展開されていった．

宅改良に関する活動を積極的に行なっていたことが明らかとなった．また，この住宅事業の展開過程は，『朝鮮と建築』の記事を中心とした内容の推移から以下の３期に区分することができることを示した．すなわち，第１期(１９２２-１９２９)は，建築会が設立の記念事業として住宅設計競技を実施し、直ちに住宅事業を展開し始めた時期である．調査研究に関する建築会の役割を表明し以上のように，時期別の建築会の住宅改良に関する活動の様子を通じて，建築会が存続した全期間にかけて継続的に住宅事業が推進されたことが分かる．今後は，こうした各時期の住宅改良の活動に関する詳細な考察とともに，その中で展開された日本人建築家と朝鮮人建築家によるそれぞれの活動や論議の内容を比較しながら，両者間の影響関係を明らかにすることを課題としたい．

た会則を従って住宅問題研究委員会が設けられ，委員会は衛生を重視する日本人住宅の改良研究を進めることと，

注

朝鮮人住宅の改良のための資料の収集や基礎調査を実施(1) 朝鮮建築界の住宅改良の活動に関する既往研究は，主に『朝鮮することを推進した．第１期の論議の内容によれば，１９と建築』の中で載せられた住宅事例に関する図面や写真，それぞれ

２９年の博覧会に改良住宅のサンプルとして建築会が住の研究テーマに関連する記事の一部を資料として扱って，断片的な宅を出品するまでに，朝鮮の気候と風土に適応できる日活動に注目しており，時間の軸上で活動の全体的な流れをまとめた

本人住宅の普及がもっとも急がれる課題とされたことが成果に止まっている．

植民地朝鮮における朝鮮建築会の住宅改良に関する活動について

41(2) 『朝鮮と建築』は，創刊号から１９３１年１２月(１０輯１２号)まで

９２２-７)，pp.１-８，「現在都市の使命と其改善(下)」，時實秋穗，

は創刊時の編集方針が維持されたが，１９３２年から編集部の交代

前掲書，pp.９-１３，「日光と建築(下)」，志賀潔，前掲書，pp.１４-１

による編集の変化がみられる．縦書きが横書きに変わり，本文の７

構成も記事の主題や内容により，講演，報告，研究，住宅談，感(8) ‘本会は正会員，準会員，名誉会員，特別賛助会員及賛助会員

想，随筆などそれぞれの項目の分類が廃止された．また，すべてを以て組織す．正会員は建築の技術及は業務に従事する者にしての記事を‘本文’の項目とし，その以外の口絵と会報や雑報はそ

学識経験あるもの及特に役員会の承認したるもの．準会員は建築のまま維持された．しかし，このような編集の変化は長く続かず，の技術及は業務に従事するもの．名誉会員は地位学識ある名望家

１９３７年６月(１６輯６号)から雑報欄が廃止された．終戦直前の１９４

及は斯界の権威者．特別賛助会員及賛助会員は本会の趣旨を賛助

４年(２３輯)には口絵も廃止され．本文の記事も徐々に減り，２ヶするもの，’会報，前掲書，p.５５

月分の合併号として発刊された．また，雑報欄は，１９２６年(５輯)(9) 会報，“朝鮮と建築”，１輯２号(１９２２-７)，p.４１の８月号と９月号にのみ，満州建築界に関する記事が加わっていた(10) 会報，“朝鮮と建築”，２輯１号(１９２３-１)，pp.６６-６８が，基本的に日韓両国の情報を収録するという構成が廃刊まで持(11) ‘建築家としての吾人’(笹慶一)，‘住宅問題の帰結’(木村

続された．

靜雄)，
‘吾人技術家の使命’(河野誠），‘市が觀たる大阪住宅傳’(3) 京城の都市計画に関する議論は，京城府庁の建設から始まっ(富野繁一)，‘都市計画と衛生’(越川島吉)

たが，この議論は‘京城都市計画研究会'を中心に行われた．有賀(12) １部会は１９２２年１１月２４日の開会式で中村理事長と河野誠を光豊(殖産銀行長)，賀田直治(京城商工会議所会長)，高山孝行(京幹事に選出し，都市問題の参考資料の調査，京畿道庁の建築物取

城繁栄会々長)などを中心にした本研究会は，水野錬太郎(総督府

締法令の制定，京城府庁舎の建設に関する建議書の提出など，そ政務総監)と朝鮮人貴族であった朴泳孝と宋秉畯を招聘し，京城

してこれらを京城都市計画研究会との協力を通じて行うことを

府の新庁舎建設と都市計画法の制定の促進を総督府に求めた．研

決議した．このような１部会の活動計画は，１９２５年の建築法規具究会は１９２２年５月に京城府庁の新築促進に関する決議案を総督

体案基礎委員会，１９２６年の建築法規案審議会などの調査研究活

府に提出し，１９２６年には京城府の都心再開発を骨子とする京城動に発展し，１９２７年１１月２５日には総督府に市街地建築物令とそ

都市計画案を発表した．この計画で提案された区画整理手法は，の施行規則案を提案するに至った．

以後１９３６年に京城市街地計画令の都心市街地整備手法の基礎に(13) ３部会は１９２２年１１月２７日の開会式で坂本登理事と岩崎徳松なった．

理事を幹事に選出した．材料規格を調査するために朝鮮総督府山(4) 本会創立の趣旨及経過，“朝鮮と建築”，創刊号(１９２２-６)，p.

林課の技師であった齊藤音作を始めとして建築材料の販売業者

２の何人を委員に委嘱することを決めた．建築会の事務所内には，(5) ‘朝鮮に於ては勿論内地に於ても，至る所此の建築上の事に就

材料の陳列場を設置し，その利用方法の普及奨励を促進することて解決を要する各種の問題が多いのである．それ故に今後は住宅と共に将来の役所の建築工事の設計仕様書に適用可能な採用法

改善，生活問題，都市計画に於て其中主なる事項は建築家に待つを研究することを決めた．また，請負業者の資格を調査してその所處が多いのである．内地に於ては現に之に關する学者及技術家等級を定め，請負法の改善を研究するようにした．３部会は委員の集る會が幾つもありまして，其一二に就ては私も關係して居り会の研究の中で材料規格統一，請負法の改善，建築士の資格制定

ます．然るに此朝鮮には是迄此の種の協會の存在しなかつたのはの件について，毎月３回の会議を開くこととして，緊急事項とし

寧ろ遺憾として居つたのであります．
’，本会発会式及祝賀晩餐会て扱うようにした．これら３部会の活動計画は，１９２３年のセメン－水野政務総監の挨拶，前掲書，pp.１０-１１

ト瓦改良法の懸賞募集，京城商工会議所の規格統一案の検討など(6) 当時の朝鮮総督府の技師であった中嶋猛矣が創立総会で開会の具体的な活動につながった．

の挨拶を宣言し，中村誠(朝鮮殖産銀行営繕課長)が議長に選出さ(14) 会報，前掲書，p.６６

れた．中村は会則を議案として可決させ，会員の中から選考委員(15) 京城の文化住宅が建設され始めたのは三坂通(現，龍山区厚２２名を指名して役員の選挙を実施した．選挙の結果，会長は空席，

岩洞一帯)からである．今のソウル駅から南山に上がるのふもと

副会長には岩井長三郎(総督府営繕課長)と中村與資平(朝鮮銀行に日本人の官舎が一つ二つ入り始め，１９２１年の朝鮮銀行社宅が囑託技師)，理事長には中村とそのほか理事１０名を選出した．
，前

建てられて本格的に文化住宅地が形成されて行った．過去の南山掲書，pp.３-４

一帯は旧朝鮮総督府の庁舎を中心に日本人の居住地が形成され(7) 「文化と建築 (一)」，黑板勝美，前掲書，pp.１３-１９，「朝鮮建始め，北側には本町(今の明洞一帯)で，南側には三坂通一帯にそ築會開會式記念講演會」，前掲書，pp.６０-８０，「文化と建築(承前)」，の勢力を広げていった．特に，この三坂通一帯は朝鮮神宮(現，黑板勝美，“朝鮮と建築”，１輯２号(１９２２-７)，pp.２-１０，「都市計南山公園)の下で日当たりのよい丘陵地として住宅地が立地する

畫と建築改善(承前)」，中村誠，“朝鮮と建築”，１輯２号講演会篇(１

最適な場所であった．

42

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

(16) 文化住宅敷地調査委員会のその後の活動は，機関誌『朝鮮と１２-１９，「南鮮民家の家具私見(三)」，４輯７号(１９２５-７)，pp.３２-

建築』にみられない．おそらく文化村の建設計画自体が中止され３９てしまったと推測され，候補地の所在地に関しても確認すること，藤本源市, ２輯４号(１９２３-４)，pp.
(28) 「温突の改造に就いて」

ができない．

４０-４１，「温突の改造の眼目と實行方法」，掛場定吉, 前掲書，pp.

(17) 会報，“朝鮮と建築”，６輯１号(１９２７-１)，p.３２，会報，“朝鮮４１-４２，「朝鮮民家(オンドル室)衛生学的研究(上)」，富士貞吉, ３と建築”
，６輯７号(１９２７-７)，p.３３，会報，“朝鮮と建築”，６輯８号

輯２号(１９２４-２)，pp.１２-１９，「朝鮮民家(オンドル室)衛生学的研(１９２７-８)，p.３０，富士貞吉, ３輯３号(１９２４-３)，pp.８-１６，「温突の改良
究(下)」(18) 本会創立の趣旨及経過，前掲書，p.４に就いて」，掛場定吉, ５輯１１号(１９２６-１１)，pp.２２-２８，「温突(19) １９２２年の「東京平和記念博覧会」では，文化住宅展が会場のの煙突しらべ」，原田實, ８輯１号(１９２９-１)，pp.６-９，「朝鮮温突一郭で開かれた．１４棟の出品住宅は，建坪２０坪，坪単価２００円の始まりに就いて」，村田次郎, ８輯２号(１９２９-２)，pp.１９-２０，

以内，居間・食堂・客間はイス座，実用的な設備といった条件の「朝鮮の家屋建築に關する話」，今村鞆, ８輯６号(１９２９-６)，pp.６

下で集められた．出品住宅の多くは外観が洋風で，大半は家族の-１１

日常生活の場であるイス座の居間を中心に据えた家族本位の住，平山政十, ８輯１０号(１９２９-１(29) 「建築會の出品住宅を觀て」宅で，「居間中心型住宅」と称された．
，内田青蔵・大川三雄・藤０)，pp.２９-３０，「朝鮮建築界に對する吾人の責務-朝鮮式住宅の谷陽悦，“図説・近代日本住宅史”，鹿島出版会，(２００８)，pp.５，中村誠, １１輯１号(１９３２-１)，pp.６-８
改善」

８-５９

(30) 「朝鮮式住宅建築改善座談會(速記)」，“朝鮮と建築”，１０輯１(20) “朝鮮と建築”，１輯４号(１９２２-９)，pp.１８-２５，１輯５号(１９２０号(１９３１-１０)，pp.７-２４

２-１１)，pp.１２-１８(31) 「朴氏を中心として朝鮮の生活樣式に關する座談會」，“朝鮮(21) “朝鮮と建築”，２輯１号(１９２３-１)，pp.３２-３９，２輯２号(１９２と建築”，１７輯７号(１９３８-７)，pp.２６-４６

３-２)，pp.１７-２３(32) 「中流住宅調査第一次報告」，第三部委員會，“朝鮮と建築”，(22) “朝鮮と建築”，創刊号(１９２２-６)，pp.２７-３１

１９輯１号(１９４０-１)，pp.３-３８(23) “朝鮮と建築”，１輯２号(１９２２-７)，pp.３３-３４(33) 「朝鮮住宅改良試案」，第三部委員會，“朝鮮と建築”，１９輯１(24) 「改善住宅と温水暖房」，縫月居士，２輯１号(１９２３-１)，pp.

号(１９４０-１)，pp.１９-２２，XY 生，３輯１１
４７-４８，「住宅 の壁體の構造と冬期保溫 の關係」

(34) 「温突の衛生學的研究」，豊田有康，“朝鮮と建築”，２３輯５･号(１９２４-１１)，pp.１５-２８，「電熱器の家庭化に就て」，前田昌德，

６号(１９４４-６)，pp.２-２３４輯４号(１９２５-４)，pp.１６-２０，「日本家屋の木炭燃焼による暖房法」，日下哲夫，５輯２号(１９２６-２)，pp.１７-１９，「暖房装置の常出典識」，S 生，前掲書，pp.１９-２４，「建物の保溫 に就て」
，德永眞一，

図１－“朝鮮と建築”，９輯１０号(１９３１-１０)・１１輯１２号(１９３２-１

５輯１１号(１９２６-１１)，pp.２-１６，「熱氣爐に就て」，上田淸，前掲

２)・１６輯１１号(１９３７-１１)，朝鮮建築会，表紙

書，pp.１６-１８，「各家庭に暖房装置を普及したい」，芳賀豊吉，

図２－“朝鮮と建築”，創刊号(１９２２-６)，口絵

前掲書，pp.１８-２０，「宮崎式ペーチカ温水暖房に就いて」，宮崎

図４－“朝鮮と建築”，１輯５号(１９２２-１１)，口絵

吉大郎，前掲書，pp.２８-２９，「温水暖房もチト閉口」，井上重禮，

図５－“朝鮮と建築”，６輯５号(１９２７-５)，pp.２７-２８

６輯５号(１９２７-５)，pp.７５-７６，「防寒設備が足りない」，原田勘図６－“朝鮮博覧会記念写真帖”，朝鮮総督府，１９３０

一，前掲書，pp.７６-７７，「朝鮮に最も適する建築材料」，正道善

図７－“朝鮮と建築”，１６輯１１号(１９３７-１１)，口絵

吉，６輯１１号(１９２７-１１)，pp.１１-１３，「家庭用暖房器具の選択に

図８－“朝鮮と建築”，２０輯４号(１９４１-４)， p.２２

就いて」
，手塚吉次郎， 前掲書，pp.１３-１５(25) 「內鮮融和に對する建築家の使命」，小野二郞，３輯１号(１９２

参考文献

４-１)，pp.９-１０，「氣候及地質より見たる日鮮の建築」，関野貞，(1) “朝鮮と建築”，朝鮮建築会，(１９２２-１９４５)４輯１号(１９２５-１)，pp.７-１８(２) “京城市民名鑑”，京城中央経済会，(１９２２)(26) 「朝鮮民家に關する研究一班」，１輯５号(１９２２-１１)，pp.２-１(３)１，「民家と生活」，３輯１０号(１９２４-１０) ，pp.１-１２

会関東支部研究報告集，７１号(２００１），pp.５９７-６００

鄭昶源，“朝鮮建築会の活動について(その１)”，日本建築学(27) 「慶州の家」，３輯９号(１９２４-９)，pp.１１-１８，「大邱の家」，３(４)

輯１０号(１９２４-１０)，pp.１３-１６，「民家一億説」，３輯１１号(１９２４-

会関東支部研究報告集，７２号(２００２)，pp.５６５-５６８

１１)，
pp.２９-３３，「南鮮民家の家具に就いて」，
４輯３号(１９２５-３)，(５) “朝鮮技術家名鑑”， 朝鮮工業協会，(１９３９)

pp.１５-２２，「南鮮民家の家具私見(二)」，４輯５号(１９２５-５)，pp.

鄭昶源，“朝鮮建築会の活動について(その２)”
，
日本建築学

43

腐食鉄筋コンクリート部材の性能評価
盧 朝輝＊

趙 衍剛＊＊

Performance Assessment of Corroded Reinforced Concrete Members
Zhao-Hui LU＊

1. INTRODUCTION ∗Yan-Gang ZHAO＊＊

corrosion current density. In general, because the corrosion rate or

Reinforcement corrosion in concrete is the predominant causal

corrosion current density varies in different structures, it should

factor for the premature deterioration of reinforced concrete (RC)be obtained from site-specific measurement of the structure to be

structures, leading to structural failure (Broomfield 1997).

assessed over as long a period of time as practical. Obviously, theAccording to the well-known Tuutti’s model (1982) as shown inabove method for determining the corrosion rate or corrosion

Fig. 1, the corrosion process in concrete structures includes twocurrent density is unrealistic. Therefore, Ting (1989) and Andrade

phases: initiation and propagation. Recent research has provided

et al. (1993) adopted a constant. Mori and Ellingwood (1994) anda wealth of evidence that for RC structures with load-induced

Frangopol et al. (1997) proposed a time-invariant random

cracks and subjected to constant chloride invasion, as represented

variable to represent it. Recently, Li (2003b; 2004) proposed a

by a marine environment, the initiation of reinforcement

time-variant random variable for modeling the corrosion current

corrosion at the root of cracks occurs within a short period ofdensity. However, a careful examination of the mean value of thetime in service and the initiation time period is negligibly short if

time-variant random variable revealed that it is seriously

service life is considered (e.g., Francois and Castel 2001; Li

underestimated. This is the reason that the corrosion current

2003a).

method grossly underestimates the strength deterioration of RC
flexural members compared with those obtained from destructive
Degree of corrosion

load testing (Li 2003b). It is in this regard that the present paper
attempts to develop a rational stochastic model of the corrosion
Acceptable degree

rate and focuses on the structural strength deterioration as
reinforcement corrosion propagates.

O2, T0, rh
CO2, Cl

The intention of this paper is to present a reliability-based
methodology for performance assessment of corrosion-affected-

Initiation

Propagation

RC structures as exemplified by RC flexural members subjected
Time

Lifetime or time of repair

to chloride-induced reinforcement corrosion. A two-phase modelof service life is developed with the focus on the deterioration ofFig. 1–Tuutti’s service life model.

structural strength due to corrosion propagation. A stochastic
model of the corrosion rate is proposed for representing corrosion

On the contrary, little research has been done on the corrosion

propagation in RC structures. A comparison of the strength

propagation in concrete as measured by the corrosion rate or

deterioration as determined by a destructive load test (Li 2001; Li
2003b) and the present corrosion rate method is undertaken, and*客員研究員 工学研究所（中南大学准教授）
Assoc. Professor, Central South University**建築学科教授
Professor, Dept. of Architecture

it indicates that the corrosion rate method can effectively predict
the strength deterioration of corrosion-affected RC structures. The
time at which a corrosion-affected RC structure becomes unsafe,

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

44

and hence requires strengthening or repair, can be predicted withbe modeled as a time-variant random variable or a stochastic

the aid of the time-dependent reliability method. The

process; S(t) denotes the load effect at time t, which is generally

methodology presented in this paper can be used as a tool by

can be modeled as a stochastic process and is usually assumed tostructural engineers and asset managers in assessing a

be a time-invariant random variable; and G(R, S, t) is the

corrosion-affected concrete infrastructure and making decisions

performance function.

with regard to its maintenance and rehabilitation. Timely
Strength deterioration

maintenance and repairs have the potential to prolong the service
life of corrosion-affected RC structures.
2. RESEARCH SIGNIFICANCE
The strength deterioration of corrosion-affected RC structures
can be determined through two different methods: destructiveTi
Tfload test and nondestructive measurement of corrosion rate. In
Time (year)

practice, however, the strength deterioration can only be
estimated based on the reduction of the cross-sectional area ofFig. 2–Schematic model of life cycles of corrosion-affected

reinforcing bars, and the reduction of the cross-sectional area of

RC structures.

reinforcing bars is mainly depended on the corrosion rate.
Therefore, in order to effectively predict the strength deteriorationof corrosion-affected RC structures, it is necessary to develop a

Commonly, with the performance function of Eq. 1, theprobability of failure, Pf (t), can be determined byrational model of the corrosion rate. With the strength
deterioration, methods of time-dependent reliability are employed

Pf (t) = P[G(R,S,t) ≤ 0] = P[R(t) − S(t) ≤ 0]

to quantify the probability of failure so that the time the structure(2)

becomes unsafe, and hence requires repair, can be determined
Eq. 2 represents a typical upcrossing problem, which can bewith confidence.

dealt with by time-dependent reliability methods.
When Pf (t) is greater than the maximum acceptable risk in

3. FORMULATION OF SERVICE LIFEIn this study, a service life comprising two phases is definedterms of the probability of failure, i.e., Pa, or the reliability index

based on the deterioration of structural strength due to theβ(t) corresponding to Pf(t) is less than the reliability index βareinforcement corrosion in RC structures. As schematicallycorresponding to Pa, then the structure becomes unsafe andshown in Fig. 2, the first phase of the service life of arequires repairs. This can be determined from the following

corrosion-affected RC structure is the time period from theequation:completion of a newly built structure to the initiation of corrosionin the structure, denoted as (0, Ti]. The strength of the structure is

Pf (T f ) ≥ Pa

seen as a constant during this period, and Ti can be predicted onorβ (T f ) ≤ βa(3)

the basis of recent research, such as that of Francois and Castel(2001) and Li (2003a). The second phase of the service life is thewhere Tf denotes the time the structure becomes unsafe.

period from the initiation of corrosion to the final collapse of thestructure (loss of strength), denoted as (Ti, Tf]. Tf can be

4. A STOCHASTIC MODEL OF THE CORROSION

determined once a performance-based assessment criterion is

RATE

established. In the theory of structural reliability, the criterion can

Typical corrosion rates of steel in various environments havebeen reported in recent years. According to Ting (1989), thebe expressed in the form of a limit state function as follows:

average corrosion rate vcorr for passive steel in concrete attacked

G(R,S,t) = R(t) − S(t)(1)

by chloride is about 100

m/year (3.94×10-3 in./year). FromMori and Ellingwood’s research (1994), the typical corrosion rate
where R(t) denotes the structural resistance at time t, which canvcorr is a time-invariant random variable described by a lognormal

腐食鉄筋コンクリート部材の性能評価

45

distribution with a mean of 100 m/year (3.94×10-3 in./year) and athe mean time, the coefficient of variation decreases quickly,

coefficient of variation of 0.5. A time-invariant random variablewhich can effectively reflect the test results obtained by Li (2001,-3

with a mean of 89 m/year (3.51×10 in./year) and a standard

2003b). As time goes on, both the mean and the coefficient ofdeviation of 25 m/year (9.85×10 in./year) for modeling vcorr

variation of corrosion rate tend to be moderate.

-4

was suggested by Frangopol et al. (1997).

Based on theexperimental data obtained under a simulated marine condition

5. DETERIORATION OF STRUCTURAL STRENGTH

for flexural members (Li, 2001), the corrosion current density Icorr

The flexural strength of corrosion-affected concrete members

is assumed to be a time-invariant random variable with thedepends mainly on the total available area of longitudinal rebars

coefficient of variation of 0.2 by Li (2004), which is expressed asin the tension zone. The uniform corrosion of a reinforcing bar in
RC concrete structures is shown in Fig. 4. From the figure, theI corr = 0.3683ln(t) +1.1305(4)

where t = time in years.
If t = 4, 8, and 12 years, the values of corrosion current density
can be readily obtained as 1.6411, 1.7904, and 1.8964 A/cm2(1.5246, 1.6633, and 1.7618 mA/ft2). Using the conversion

total bending reinforcement area as a function of time t, AL(t), canbe expressed as⎧ nπ D 2
L⎪⎪ 4
AL (t) = ⎨t2⎪ nπ [DL − 2 ∫ T vcorr (t) dt ]i⎪⎩
4for t ≤ Ti

(8)for t > Ti

equation 1 A/cm2 (0.929 mA/ft2) = 11.6 m/year (4.57×10-4
in./year) (Li 2003b), the values of corrosion rate can be readily

where DL (cm) (1cm = 0.394 in.) = diameter of a longitudinal

obtained as 19.0364, 20.7687, and 21.9978 m/year (7.5×10-4,

rebar; n = number of bars; Ti = time of corrosion initiation; and-4-4

8.18×10 , and 8.67×10 in./year), which are far from the values
adopted by other researchers above.

vcorr (t) = rate of corrosion.
Substituting Eq. 5 in Eq. 8 produces

As may be appreciated, Icorr can only be obtained fromsite-specific measurement of the structure to be assessed. In thispaper, considering the complexity and randomness of corrosion
propagation in corroded RC structures, a stochastic model of the⎧ nπ D 2
L
for t ≤ Ti⎪⎪
AL (t) = ⎨ 42⎪ nπ {DL − 2[L1t ln t + (L2 − L1 )t − L1Ti lnTi − (L2 − L1 )Ti ]}for t > Ti
⎪⎩
4

(9)

corrosion rate is proposed as

As has been described, the initiation time period is negligibly

vcorr (t) = L1 ln(t) + L2

(5)

short if the service life is considered and as will be shown in theexample that the different values of Ti has only a slight effect on
the structural failure; Ti is suggested to be equal to 1.0 year in thiswhere L1 and L2 are independent time-invariant lognormal

paper. Then Eq. 9 can be simplified as:

random variables with mean values of μL1 = 2.0×10 cm/year-3(7.87×10-4 in./year) and μL2 = 6.0×10-3 cm/year (2.364×10-3
in./year) and coefficients of variation of VL1 = VL2 = 0.2.
The mean and standard deviation functions of vcorr (t) are

μ v (t) = μ L ln(t) + μ L
corr

1

(6)

2

σ v (t) = σ L2 ln 2 (t) + σ L2
corr

1

(7)

⎧ nπ D 2
L⎪⎪
AL (t) = ⎨ 42⎪ nπ {DL − 2[L1t ln t + (L2 − L1 )(t −1)]}⎪⎩
4

for t ≤ 1.0
for t > 1.0(10)
The flexural strength of a RC beam at time t, MR(t), may beapproximately computed as (AIJ 1991)

2

The mean and coefficient of variation of the corrosion rate vcorr

M R (t) = 0.9AL (t)FyL H 0(11)(t) are illustrated in Fig. 3. As can be seen, there is a sharp
increase of the mean corrosion rate in the first time period and inwhere FyL = the yield strength of a longitudinal reinforcing bar;

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

46
and H0 = the effective depth.

Coefficient of variation of vcorr(t)Mean of vcorr(t) (μm/year)

120
100
80
60
40
20
0
0

2

4

6

8
10
Time (year)

1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

0

2

4

(a)

6

8

10

Time (year)(b)

Fig. 3–Corrosion propagation as measured in corrosion rate vcorr(t) (1.0 m/year = 3.94×10-5 in./year).

D or D
Concrete

L

S

Corrosion propagation
Intact area
Rust
Corrosion propagation
Crackingv

Corrosion propagation

corr

(t)dt

Corroded area

Fig. 4–Uniform corrosion of a reinforcing bar in RC concrete members.

In this analysis, the ratio of the mean damaged capacity

are in close agreement with those obtained from the destructive(deterioration strength), μMR(t), to the mean intact capacity

load experiments. This indicates that the present corrosion rate(original structural strength),μMR(0), is defined as the residual

method can effectively predict the strength deterioration of RC

capacity function (deterioration function)

flexural members.
On the other hand, if only stirrups for shear reinforcement are

C R (t) =μ M (t )R

μ M (0)used, the shear strength depends on the reinforcement placed(12)R

perpendicular to the axis of the member. Under uniform
corrosion (also see Fig. 4), the cross-sectional area of a stirrup as
a function of time, AS(t) is given by

According to Eq. 11, the mean flexural strength of thecorrosion-affected RC members at a time t can be calculatedusing the Monte-Carlo simulation (Melchers 1999). A
comparison of strength deterioration as determined fromdestructive load testing (Li 2001; Li 2003b) and that obtained⎧ 2π D 2S⎪⎪ 4
AS (t) = ⎨t
2⎪ 2π [DS − 2 ∫ T vcorr (t) dt ]i⎪⎩
4for t ≤ Ti
for t > Ti

using the present corrosion rate method is shown in Fig. 5. As
can be seen, the results obtained by the present corrosion method

where DS (cm) (1cm = 0.394 in.) = diameter of a stirrup.

(13)Deterioration function

腐食鉄筋コンクリート部材の性能評価

1.0

47

VS (t) =AS (t)FyS H 0

0.9
0.8

S

(18)

where FyS = the yield strength of a stirrups; and S = spacing

0.7

between stirrups.

Destructive load test by
Li (2001; 2003b)
Corrosion rate method

0.6

6. RELIABILITY ANALYSIS OF CORROSION-AFFECTED
0.5
0.4

RC BEAMS
0

2

4

6

Consider a one-story one-bay RC frame located in a marine

8
10Time (year)

environment as shown in Fig. 6. The performance function

Fig. 5–Comparison of strength deterioration determined bycorresponding to the flexural strength failure mode can be
expressed as

different methods.
Again, substituting Eq. 5 in Eq. 13 produces

G1 (X) = 0.9AL (t)FyL H 0 −⎧ 2π D 2
S⎪⎪
AS (t) = ⎨ 4
2⎪ 2π {DS − 2[L1t ln t + (L2 − L1 )t − L1Ti lnTi − (L2 − L1 )Ti ]}⎪⎩4(WD +WL +WS ) 2
L
8

(19)

t ≤ Tiwhere AL(t) is a time-dependent random variable; WD = the deadt > Ti(14)
Similarly, when Ti =1.0 year,

load; WL = the live load; and WS = the snow load. The probability
characteristics of the basic random variables are listed in Table 1.
The time-dependent reliability indexes obtained by using
FORM (Melchers 1999) with respect to the service time are⎧ 2π D 2
S⎪⎪
4
AS (t) = ⎨2⎪ 2π {DS − 2[L1t ln t + (L2 − L1 )(t −1)]}⎪⎩
4

for t ≤ 1.0
for t > 1.0

depicted in Fig. 7a, together with two different times of corrosion
initiation, i.e., Ti = 0.2, 0.6 years. As can be seen from the figure,the reliability index decreases as the reinforcement corrosion in
the RC structure propagates. Also, one can see that the time of(15)
Thus, the time-dependent shear strength isinitial corrosion has only a slight effect on the results.
For the shear strength failure mode, the performance function
is given as

V (t) =VC +VS (t)(16)

A (t)FyS H 0 (WD +WL +WS )7
G2 (X) = H 0 Bα Fs + S−
L (20)S
8
2

In Eq. 16, it is assumed that the shear strength of concrete VC istime-independent.

According to AIJ (1991), VC can becomputed by using the following equation.

where AS(t) is a time-dependent random variable and theprobability characteristics of the other basic random variables arealso listed in Table 1. Here, the factor α is seen as a constant

7
VC = H 0 Bα Fs
8(17)instead of a random variable. According to AIJ (1991), α iscalculated as 1.0 in this example.
Similarly, the time-dependent reliability indexes corresponding

where B = the width of a beam; α = an adjustment factor

to the shear failure mode obtained by using FORM with respect

depending on the ratio of shear span to depth; and Fs = theto the service time are depicted in Fig. 7b, together with twoallowable shear stress of concrete.

different times of corrosion initiation, i.e., Ti = 0.2, 0.6 years.

When only shear reinforce perpendicular to the axis of themember is used, the shear strength due to stirrups is given as

From the figure, one can see that the reliability index decreases as
the reinforcement corrosion in the RC structures propagates. The
reliability index is relatively large for this example because theload effect is relatively small. Again, one can see that the time of神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

48

corrosion initiation has only a slight effect on the results.
From Fig. 7a and 7b, it is not difficult to understand that thebeam is much more likely to collapse from the flexural failure
mode.

H

WD+WL+WS

L/2

L/2(a) A one-story one-bay frame structure(b) The moment and shear diagrams

2-D 18mm (0.709in.)CL

H

2-D 10mm(0.394in.)
3-DDL

H

0

DDS

DD @S
S

L/2

B

(c) Cross-section with maximum moment(d) Longitudinal section of beam

Fig. 6–A corrosion-affected reinforced concrete frame beam.

Reliability index β

Proposed (Ti=1.0yr)
Ti=0.6yr
Ti=0.2yr

2.5
2.0

Reliability index β

7.0

3.0

6.5
6.0
5.5
5.0

1.5

4.5
1.0
0.5

Proposed (Ti=1.0yr)
Ti=0.6yr
Ti=0.2yr

4.0
3.5
0

5

10

15

20
25
Time (year)(a) flexural strength failure mode

0

5

10

15

(b) shear strength failure mode

Fig. 7–Time-dependent reliability indexes.

20
25
Time (year)

腐食鉄筋コンクリート部材の性能評価

49

Table 1–Basic variables and their probability characteristic.
Basic variables

Mean

Standard deviation

Distributions

2.0×10-3 cm/year

4.0×10-4 cm/year

Lognormal(7.87×10-4 in./year)(1.576×10-4 in./year)

6.0×10-3 cm/year

1.2×10-3 cm/year(2.364×10-3 in./year)(4.728×10-4 in./year)B

25 cm (9.843 in.)

0.25cm (0.098 in.)NormalH053 cm (20.866 in.)0.5cm (0.197 in.)NormalL

720 cm (283.46 in.)20 cm (7.87 in.)NormalDL

2.2 cm (0.866 in.)0.1cm (0.0394 in.)NormalDS

1.0 cm (0.394 in.)0.05cm (0.0197in.)Normal

S

20 cm (7.87 in.)2 cm (0.787 in.)NormalFyL

350 MPa (5.07×104 psi)

35 MPa (5.07×103 psi)

Lognormal

vcorr (t) = L1 ln(t) + L2
L1

L2

7.

Lognormal

FyS

250 MPa (3.62×10 psi)

25 MPa (3.62×10 psi)

Lognormal

Fs

1.05 MPa (152.17 psi)

0.21MPa (15.22 psi)

Lognormal

WD

10 kN/m (0.685 kip/ft)

1 kN/m (0.069 kip/ft)

NormalWL

2 kN/m (0.137 kip/ft)

0.8 N/m (0.055 kip/ft)

Lognormal

WS

2.5 kN/m (0.171 kip/ft)

1.75 kN/m (0.12 kip/ft)

Gumbel

PREDICTION

4OFSERVICE

LIFE

OF

CORROSION-AFFECTED RC BEAMS

3

classifies structural deterioration according to external signs, suchas rust spots, concrete cracks, and cover delamination, as well asWith the proposed models of structural strength deterioration,

reduction of the cross-sectional area of reinforcement bars. Amey

it is not difficult to predict the time for corrosion-affected RC

et al. (1998) predict the service life of corrosion-affected concrete

structures to be unsafe once the acceptance criteria is determined

structures using a more simplistic 30% rebar reduction as thein Eq. 3. However, it is quite difficult to decide an acceptable

failure criterion. Li (2003b) takes the acceptable limit for strength

limit for the strength deterioration since the determination of it

deterioration as 0.6 as similarly defined in Eq. 12 and predicts theinvolves social-economical considerations, in addition to risktime at which the structure becomes unsafe using a confidence

analysis for the structure. Clearly, different acceptance criteria

level of 90%. Because the collapse of the frame beam will result

will result in different times for the structure to be unsafe. This isin a serious loss of property and life, the minimum acceptable risk

the risk involved in decision-making. Gonzales et al. (1996)

in terms of the reliability index, βa, is taken as 1.0, and the timeobserve that a damage level of 25% in terms of the reduction infor the structure to become unsafe (failure) Tf, can be predictedcross-sectional area of reinforcement bars seems to be prominent

from Eq. 3, i.e.,

in corrosion-affected RC structures. This observation is based ondata from the Eurointernational Committee of Concrete which神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

50

β (T f ) ≤ βa = 1.0(21)

3. Andrade, C., Alonso, C., and Molina, F.J., “Cover cracking as afunction of bar corrosion: Part I–Experiment test,” Materials andstructures, 26, pp453-464, 1993.

which gives Tf = 20.31 years. It is apparent that, compared with

4. Broomfield, J., Corrosion of steel in concrete, understanding,the time of structural failure, the initial time of corrosion (Ti= 1.0

investigating & repair, E & FN Spon, London, 1997.

year) is negligibly short, as reported by other researchers.

5. Francois, R., and Castel, A., “Discussion on influences ofbending crack and water-cement ratio on chloride-induced

8. CONCLUSIONS

corrosion of main reinforcing bars and stirrups,” ACI Materials

1) A stochastic model of the corrosion rate is proposed. A

Journal, V.98, No.3, 2001, pp276-278.

comparison of the strength deterioration, as determined from a

6. Frangopol, D. M., Lin, K. Y., and Estes, A., “Reliability ofdestructive load test, and the present corrosion rate method

reinforced concrete girders under corrosion attack,” Journal of

reveals that the present corrosion rate method can effectively

Structural Engineering, ASCE, V.123, No. 3, 1997, pp286-297.

predict the strength deterioration of corrosion-affected RC

7. Gonzales, J. A., Feliu, S., Rodriguez, P., Lopez, W., Alonso, C.,

structures.

and Andrade, C., “Some questions on the corrosion of steel in2) A two-phase model of service life is developed. The initialconcrete. II: Corrosion mechanism and monitoring, service life

time of corrosion, i.e., Ti= 1.0 year, is suggested. Methods ofprediction and protection methods,” Materials Structure, V.29,

time-dependent reliability are employed to quantify the

1996, pp97-104.

reliability index (probability of failure) so that at which the

9. Li, C. Q., “Initiation of chloride induced reinforcement

time of a corroded RC structure becomes unsafe and hence

corrosion in concrete structural members-Experiment,” ACI

requires repair (Tf) can be determined with confidence.

Structural Journal, V.98, No.4, 2001, pp501-510.

3) The methodology presented in the paper can be used as a tool

10. Li, C. Q., “Life-cycle modeling of corrosion-affected concrete

for structural engineers and asset managers to assess astructures ⎯ Initiation,” Journal of Materials in Civil

corrosion-affected concrete infrastructure and make decisions

Engineering, ASCE, V.15, No. 6, 2003a, pp594-601.

with regard to its maintenance and rehabilitation.

11. Li, C. Q., “Life-cycle modeling of corrosion-affected concrete
structures ⎯ Propagation,” Journal of Structural Engineering,

ACKNOWLEDGMENTS

ASCE, V.129, No.6, 2003b, pp753-761.

This study is partially supported by a Grant-in-Aid from the

12. Li, C. Q., “Reliability based service life prediction of

Ministry of ESCST of Japan (No. 17560501) and thecorrosion-affected concrete structures,” Journal of Structural

Cooperative research fond from Research Institute forEngineering, ASCE, V.130, No.10, 2004, pp1570-1577.

Engineering, Kanagawa University. The supports are gratefully

13. Melchers, R. E., Structural reliability analysis and prediction,

acknowledged.

Wiley, Chichester, UK, 1999.
14. Mori, Y., and Ellingwood, B. R., “Maintaining reliability of

REFERENCES

concrete structures II: optimum of inspection/repair,” Journal of

1. AIJ, Standard for Structural Calculation of Reinforced

Structural Engineering, ASCE, V.120, No.3, 1994, pp846-862.

Concrete Structures, Tokyo, Japan, 1991. (In Japanese)

15. Ting, S.-C., “The effects of corrosion on the reliability of

2. Amey, S.L., Johnson, D.A., Miltenberger, M. A., and Farzam,

concrete bridge girders.” PhD thesis, 1989, Department of Civil

H., “Predicting the service life of concrete marine structures: An

Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan.

environment methodology,” ACI Materials Journal, V.95, No.2,

16. Tuutti, K., Corrosion of steel in concrete, Swedish Cement

1998, pp205-214.

and Concrete Research Institute, pp17-21, 1982.

51

ニオビウム接合を流れる超伝導電流の磁界特性
中山 明芳＊

阿部 晋＊＊

穴田 哲夫＊＊＊

Magnetic Characteristics of Superconducting Current through Niobium Junctions
Akiyoshi NAKAYAMA＊

Susumu ABE＊＊

１．緒言∗
超伝導は１９１１年カマリン オネスにより，約４.2K
以下で水銀の抵抗値が測定できないほど小さくなるというかたちではじめて発見されている．この超伝導の特徴

Tetsuo ANADA＊＊＊

かしながら，超伝導をより素子数が少なく論理回路等に応用するには，超伝導を使った三端子の構造の素子も望まれている．
超伝導体自体や超伝導デバイスの数値解析については，的な性質としては超伝導体中のオーダパラメータΨの振る舞いをギンツブ(i) 超伝導体内の磁束密度が零（反磁場の効果で磁束線

ルグ-ランダウ方程式により解析するのがほとんどであが超電導体の外へ押し出される）った．しかし，この方法ではジョセフソン接合のトンネ(ii) 直流抵抗の消滅

ルバリアでの電子のトンネル効果をうまく取り込むこと(iii) 超伝導体でつながれた接合間の干渉効果（超伝導ができない等の問題点がある．
ジョセフソン接合の中で，量子干渉計（Superconducting Quantum Interference

特にトンネル型ジョセフソン接合自体の解析は，量子力

Devices）というかたちで利用）

学の中の場の量子論的手法が要求され，これまであまり(iv) オーダパラメータにより表される超伝導状態

おこなわれてこなかった．

(v) 超伝導サンドイッチ構造での超伝導電子（クーパー

本報告では，場の量子論の方法により超伝導接合およ対）のトンネル効果

びより複雑な構造の超伝導構造の解析をし，数値解析もがある．

おこなった．特に，超伝導接合中の（アンドレーフ）束性質(v)について，
イギリスのケンブリッジ大学のジョセフソン氏は２枚の超伝導体で薄い酸化膜を挟んだサン

縛状態の波動関数の解析のための基本的な数値計算方法の開発をおこなった．

ドイッチ構造で電流が流れても電位差が生じないことをまた，ニオブを使った超伝導薄膜堆積，アルミニウム

1962 年理論的に予想し，この現象は翌年実験的に観測さの堆積とその自然酸化プロセスの最適化，及びフォトグ

れている．
以来この構造はジョセフソン接合と呼ばれる．

ラフィーと陽極酸化方法を使った接合部決定プロセスのジョセフソン接合は基本的に二端子の素子である．超改善により，実際に超伝導二端子および超伝導干渉計構

伝導デバイス及び超伝導集積回路は，超伝導体/バリア/造を製作し，その基本特性を測定する．特にその中でも超伝導体の構造である，この２端子のジョセフソン接合

外部から加える磁界に対する超伝導接合の電流電圧特性

を中心的な構成素子として使い，回路的に工夫することと超伝導電流の特性を測定する新しい測定手法を開発しでこれまで種々の超伝導回路が製作されてきている．した．ここでは，神奈川大学工学研究所共同研究の平成 22年度の研究成果を以下報告する．

*教授 電子情報フロンティア学科
Professor, Dept,of Electronics and Informatics Frontiers**准教授 電子情報フロンティア学科
Associate Professor, Dept,of Electronics and Informatics Frontiers***教授 電子情報フロンティア学科

体/常伝導体バリア/超伝導体の構造での束縛状態の波動

Professor, Dept,of Electronics and Informatics Frontiers

バリア/超伝導体を流れる超伝導電流を,数値計算した．

本共同研究では，（１）超伝導接合理解のため，超伝導関数の解析し数値計算した．
基本的な超伝導体/常伝導体（２）実際に，超伝導接合を製作し，その基本特性を測神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

52

定する．このとき種々の接合形状の素子を製作し，その値解析で求めた．

２次元磁界特性を測定比較した．
（３）超伝導接合を磁界

サンドイッチ形の超伝導接合を電流が流れても，二つセンサーとして使用して，超伝導ニオビウム薄膜近傍のの超伝導電極間に電位差は生じない．このとき，２つの磁界を測定する．
（４）
超伝導電流の垂直磁界依存性を測

超伝導体間に電位差なしで，いくらでも大きな電流を流定する．
（５）シングルバリア超伝導接合を組み合わせたせるわけではなくて，流しうるある上限の値がある．２

干渉計の構造を製作し，その基本特性を測定する．

つの超伝導体を下部の超伝導体電極及び上部の超伝導体電極と呼ぶことにすると，この下部超伝導体電極から上

２．超伝導接合構造の数値解析
超伝導のジョセフソン効果は超伝導エレクトロニクスと基礎物理で重要である．ジョセフソントンネル接合では外部磁界により，ゲージ不変な位相差が変調する．
まず，磁界がない状態での超伝導接合特性を以下に調部電極に向かって，接合を電位差なしで流れる電流 i は，
二つの超伝導体電極間の「（ゲージ不変な）位相差γ」のsin に比例し，

i = sinγ(1)

べよう．超伝導デバイスの解析は，超伝導体中のオーダの関係が成り立つ．基準となる下部の電極内の任意の点

パラメータΨの振る舞いをギンツブルグ-ランダウ方程a のオーダパラメータの位相をθ(a)，この点 a から垂直式により解析するのがほとんどであった．しかし，このに酸化膜バリアを横切って，もう一方の上部の電極内に方法では超伝導接合の特にバリア領域での電子のトンネ

入り点 b を考え，その点の位相をθ(b)としている．接合ル効果をうまく取り込むことができない等の問題点があ面を垂直に横切る経路に沿ったゲージによらない「ゲーり，超伝導接合の中で，特にトンネル型ジョセフソン接ジ不変な位相差γ」は，合自体の詳しい数値解析はあまりおこなわれてこなかった．我々は，場の量子論の方法によりトンネル接合の解

γ = θ (b)− θ (a )+析をおこない，数値解析する．実際に超伝導接合を製作

2π
A ⋅ dsΦ0 ∫(2)

して特性測定して得た実験結果と比較できる数値解析モ

である．ここでゲージ不変な位相差γの前半は，上部電極デルを作る．

の点 b の位相θ(b)と，基準となる下部電極の点 a のオー「非常に薄い絶縁膜を挟んで２つの超伝導体があるとダパラメータの位相θ( a)の差である．後半は点 a から垂き，２つの超伝導体の間に電流が流れていても，２つの直に酸化膜バリアを横切って，もう一方の電極の点 b ま

超伝導体の間の電位差が０でありうるという現象」が，での経路に沿う電磁場のベクトルポテンシャルAの線積

ジョセフソンにより理論的に予言され，翌年実験により分の項が入っている．さらに，上部電極の点 c と下部電確かめられ，
ジョセフソン効果と呼ばれることになった．

極の点 d を４点 abcd が長方形 abcd になるように考えてこの現象は，言い換えると，一方の超伝導体から他方のみる．このとき，「経路 dc に沿うゲージ不変な位相差γ」

超伝導体へ，電子のみならず，いわば，超伝導電子対（クの，「経路 ab に沿うゲージ不変な位相差γ」に対する差ーパー対）もトンネルするということである．
「非常に薄分Δγは，長方形 abcd に鎖交する磁束ΔΦの 2π/Φ0 倍であい絶縁膜を挟んで２つの超伝導体のある構造」はジョセることになる．数式で書くとフソントンネル接合と呼ばれる．
量子力学の教えによれば，通常の量子井戸には束縛状態が存在する．束縛状態の波動関数は，局在し，無限遠で零に収束するという性質をもつ関数である．超伝導接

Δγ =

2π
ΔΦ
Φ0

(3)

合では，ハトリーポテンシャル U(x)とペアポテンシャルである．特に，長方形 abcd に鎖交する磁束が磁束量子Δ(x)の分布と比較するとわかるように，ペアポテンシャ

Φ0 １ 個 分 で あ れ ば ， 位 相 の 増 分 は 2π で あ る ．

ルΔ (x)が井戸構造をもつといえる．超伝導接合にも束縛

i = sinγ により，接合全体について接合内の各点各状態があり，接合を流れる電流と相関があることが解った．超伝導接合ではいわゆるボゴリューボブ-デュジャン

点での電流値の和をとることにより，与えられた磁界にヌ方程式を基本方程式とする．この基本方程式に従う準おける接合を流れる電流が得られる．
特別な場合として，

粒子の運動を考慮し，超伝導接合の接合部から離れると外部磁界がなければ，この位相差は，接合内で一定で，値が 0 に収束する束縛状態での波動関数の離散的なエネ

特にπ/2 のとき，最大の電流 Ic が接合を流れる．この Ic

ルギー準位と，そのときの具体的な２成分波動関数を数

は接合の臨界の超伝導電流値である．

ニオビウム接合を流れる超伝導電流の磁界特性53成する．パーソナルコンピュータにより GPIB 制御され３．実験

た直流電源によりコイルに電流を流すと，その電流に比例して磁界が生じる．これによりプログラムのファイル

３．１ センサー作製用スパッタリング装置

であらかじめ設定したアルゴリズムで，外部磁界を正確センサー接合の製作のためには，スパッタリング装置に生成することが可能となる．ニオビウム超伝導薄膜試を使う．装置は以下の構成である．試料交換はロードロ

料を x-y 平面，センサー接合を y-z 平面に平行に位置さック室の内部空間の真空を破ることでおこなうことがでせた例を下図に示す．この相対位置の設定状況では，例

きる．排気はターボポンプ７台，ドライポンプ７台，イ

えば Hz 磁界はニオビウム超伝導試料薄膜に垂直で，セオンポンプ１台，チタンサブリメーションポンプ２台でンサー接合の面に平行になる．

ある．ドライポンプとターボポンプ下部を除いて装置全
体はベーキングパネルに覆われて，１５０度までのベー４．測定結果キングが可能である．現在１０５度までしかベーキング
できないスパッタリング用水晶振動子を使用しているため，通常１００度で数時間のベーキングにより，真空内
壁のガス出しをおこなっている．

４．1

磁界特性の接合形状依存性

外部から磁界を加えることにより，サンドイッチ型超伝導接合を流れる超伝導電流は変調するこのサンドイッ
チ型超伝導接合の酸化膜バリア自体を横切る経路に沿ってのゲージ不変な位相差は，両方の超伝導電極の位相の差に，経路に沿っての電磁場のゲージポテンシャルの線積分の項を足したものである.その結果，ゲージ不変な位
相差はバリア内部の磁界の向きに垂直な方向に空間的に変調する.この変調周期は加える磁界の大きさに反比例する.このようなわけで，超伝導ジョセフソントンネル電流の変調特性から，トンネルバリアそのものの一様性等を診断することができる[1].これまで quartic polynomial
形[2,3]やｘ線解析のための normal-distribution-function 形[4] の接合について調べられてきている.ただし，このような磁界特性は外部磁界を一次元方向に走査して調べられてきているのが現状である.これに対して我々は２方向，３方向に外部磁界を走査し，Ic-H (Hx, Hy) 特性を調べることを提案していて，実際に数値解析と，さまざま

図１．実験のセットアップ

素子に加える外部平行磁な接合形状の素子製作，実験により測定に成功している.

界は３対の円形コイル[ヘルムホルツコイル]で生成する．

２方向に外部磁界を走査したとき，接合に流れる超伝

コイルは GPIB 制御された電源により電流が流され，そ導電流が変調される様子を，長方形の接合を例に考えての電流に比例して磁界が生じる．これにより設定した外みる.この超伝導接合が長方形の場合の Ic-H (Hy, Hz)磁界

部磁界を正確に生成することが可能となる．上図の例で特性の数値解析結果を下の図 2 の a)に示し，その a)のは，ニオビウム超伝導薄膜試料は x-y 平面，センサー接Ic-H (Hy, Hz)磁界特性の各点 b),c),d)e),f)での，実際の接合合の面は y-z 平面に平行に位置する．Hz 磁界はニオビウ

内においてどのように電流が流れているかを，周りの同ム超伝導試料薄膜に垂直で，センサー接合の面に平行にじ記号で対応する b),c),d)e),f)の長方形の図中に示す.赤いなる．磁束はニオビウム超伝導試料薄膜に侵入でき，セ

領域と紫の領域はそれぞれ，正および負の向きに電流がンサー接合により検出可能である．

流れていることを示す.長方形接合中の電流の分布はこれらの図からも解るように，外部磁界に垂直な向きに空間変調していると考える. 例えば図 c)のように磁界が上

３．２ 磁界特性測定装置

向きであれば，接合中の電流は横方向に変調され，図 e)

円形コイル[ヘルムホルツコイル]を３対使い，ｘ，ｙ，のように磁界が左向きであれば，接合中の電流はそれとｚ（東西南北および垂直上下）方向の外部平行磁界を生垂直な上下方向に変調されるというわけである. 長方形

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

54

接合の全領域での和が接合自体の電流となるので，数値以上は数値シミュレーションであるが，実際に素子を計算で求めた和が a)に示す磁界特性ということである.

製作し，測定した[5-12]. 図 3 は，長方形の接合の Ic-H (Hx,

b)

c)

d)

Hy)磁界特性の測定結果である. 数値解析した図 2 の結果との一致は良いといえる. 実際に作製した接合では，

300

レジストの角が丸くなり，接合自体も丸みを帯びているa)e)

ことにより，特性そのものもやや実験結果の方が丸みを

b

c

e

d

帯びている.

f)
正六角形の形状の接合も製作した. 図 4 にしめすよう

fに，この正六角形の形状の接合の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性の測定結果では，正六角形の対称性が観測された. すな

Hy(A/m) -300
-300

わち，正六角形の角である 0 度, 60 度, 120 度, 180 度, 2400

300 Hx(A/m) 度, 300 度の向きに磁界を加えたときに，尾根の形状とな
る Ic-H (Hx, Hy)磁界特性が観測された.

図 2．長方形の接合の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性 a) Ic-H (Hx,Hy)磁界特性の数値解析結果と b),c),d)e),f)は a)の磁界特性の各点での，長方形接合中の電流の分布を示す.赤い領域と紫の領域はそれぞれ，正および負の向きに電流が流れていることを示す.長方形接合前領域での和が接合の電流となる．電流分布は，外部磁界の方向と垂直に空間変調される.

図 4．正六角形の形状の接合の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性の測定結果
正三角形の形状の接合も製作した. 図 5 にしめすよう
図 3．長方形の接合の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性の測定結果に，この正三角形の接合形状の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性の数値解析した図 2 の結果との一致は良いといえる. やや測定結果でも，正六角形の対称性が観測された. すなわ

実験結果の方が丸みを帯びているのは，実際に作製した

ち，正三角形の角を通る 0 度, 60 度, 120 度, 180 度, 240 度,接合の形のかどの丸みを帯びていることの反映であろ300 度の向きに磁界を加えたときに，尾根の形状となる

う.

Ic-H (Hx, Hy)磁界特性が観測された.

ニオビウム接合を流れる超伝導電流の磁界特性55

超伝導量子干渉計の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性の測定結果
を図 7 に示す．図 7 の右上の差し込み図からもわかるよ
うに超伝導量子干渉計では，２つの超伝導接合の下と上の電極が超伝導電極で並列に接続されている．この座標設定では，大きな超伝導ループが Hx 方向の磁束を捕獲するので，Hx 方向の感度が良くなる．

図 5．正三角形の形状の接合の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性の測定結果
このような Ic-H (Hx, Hy)磁界特性を説明するには，いわゆる滑車モデルの発展形である，「円筒滑車モデル」が直感的な描像を得やすいと判断される. 図 6 は円筒滑車モデルである. この図において，左の a)は正三角形の辺に垂直に磁界を加えた場合，右側の b) は正三角形の辺に平行に磁界を加えた場合である.
図 7．超伝導量子干渉計の Ic-H(Hx, Hy)．磁界特性の測定

両者の対応関係を以下に示す.

結果

超伝導接合の場合⇔円筒滑車の場合
最大超伝導電流値⇔最大引っ張り力(滑車ほぼ静止)

４．２

超伝導接合の形 ⇔円筒表面の重りの形

磁界センサーとして接合自体を使っての超伝導薄膜の近傍磁界の測定

超伝導接合の位相⇔滑車軸からの角度
それぞれ a) b)の滑車の右に示す数字は角度(位相)を表

次に，まず，簡易に接合自体を磁界センサーとして，

す. よって，円筒滑車自体のバランスはとれているとし超伝導薄膜に近接して接合を置いた，図１の測定系でのて，図 a)のように，三角形の重りが円筒側面に張り付い

センサー接合の Ic-H (Hy, Hz)磁界特性の測定結果についていると考えてみるとよい. 左の図 a)で説明すると，正て述べる．測定系において，この接合形状依存性センサ

三角形のある辺に垂直に磁界を加えているので，その辺ー接合の面は y-z 平面に平行に位置する．Hz 磁界はニオに垂直に接合各点の位相が変わる. 左奥に示す縄が鉛ビウム超伝導試料薄膜に垂直で，センサー接合の面に平直下向きに引っ張る力を徐々に徐々に大きくしていった

行になる．

ときに，どの値までバランスをとれて滑車が定常回転しニオビウム超伝導薄膜試料がない場合に，
Nb/AlOx/Nb
超伝導トンネル接合センサーを流れる超伝導電流 Ic のない状態でいるかの類推が成り立つ.

Ic-H (Hy, Hz)磁界特性を図 8 に示す．2 方向にフラウンホa)b)π/2=3π/62π/6ーファーパターンの形の依存性特性となっている．

π/2=3π/6
2π/6

π/6

π/6

0

0

− π/6
− 2π/6− π/2= − 3π/6

− π/6
− 2π/6− π/2= − 3π/6

図 6．正三角形の形状の接合の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性の円筒滑車モデル

56

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

図 8．ニオビウム超伝導薄膜試料が近くにない場合に，
Nb/AlOx/Nb 超伝導トンネル接合センサーを流れる超伝
導電流 Ic の Ic-H (Hy, Hz)磁界特性
ニオビウム超伝導薄膜試料がある場合に，
Nb/AlOx/Nb
超伝導トンネル接合センサーを流れる超伝導電流 Ic のIc-H (Hy, Hz)磁界特性を図 9(a)に示す．ニオビウム超伝導薄膜試料のマイスナー効果により，磁束線を超伝導薄膜試料外部に追い出し，その分接合のある点での磁界が外部から加えたものに比べて小さくなっている．その結果，Ic-H (Hy, Hz)磁界特性は，図 8 の特性と比べて Hz 方向に延びた特性である．
同じくニオビウム超伝導薄膜試料がある場合に，Hzを三角形の形で 0 から最高値 Hzmax まで増加し，再び 0に戻したあとに接合センサーの Ic-H (Hy, Hz)磁界特性を調べた，Nb/AlOx/Nb 超伝導トンネル接合センサーを流れる超伝導電流 Ic の Ic-H (Hy, Hz)磁界特性を図 9(b)-(f)に示した．ここで Hz を三角形の形で加える順序を図 10に詳しく示す．図 9 (b)では Hzmax=1000[A/m], 図 9 (c)では Hzmax=2000[A/m], 図 9 (d)では Hzmax=3000[A/m],
図 9 (e) で は Hzmax=4000[A/m], 図 9 (f) で は

Hzmax=5000[A/m]である. 図 9(b)-(f)は図 9 (a)と比べて全体に磁界特性は Hz 負方向にシフトしている． 図１０に示すように，その Hz 方向のシフト量は最高値

Hzmax がそれぞれ(1000)-(2000)-(3000)-(4000)-(5000A/m)に対応して，(0)-(-20)-(-120)-(-320)-(-600A/m)であった.
図 9．ニオビウム超伝導薄膜試料が近くにある場合に，
Nb/AlOx/Nb 超伝導トンネル接合センサーを流れる超伝
導電流 Ic の Ic-H (Hy, Hz)磁界特性 [Hz を三角形の形で 0 か
ら最高値Hzmax まで増加し，再び0 に戻したあとのIc-H (Hy,Hz)磁界特性] Hz の加え方は次の図１０を参照
図 (a) は 初 期 状 態 を 示 す ． (b)Hzmax=1000[A/m],(c)Hzmax=2000[A/m],(d)Hzmax=3000[A/m],(e)Hzmax=4000[A/m], (f)Hzmax=5000[A/m].その Hz 方向のシフト量
は最高値 Hzmax が(1000)-(2000)-(3000)-(4000)-(5000A/m)に対応して，それぞれ(0)-(-20)-(-120)-(-320)-(-600A/m)である.

ニオビウム接合を流れる超伝導電流の磁界特性

図 10 ．垂直磁界 Hz の加え方 (a)初期状態 (b)-(f) 垂
直磁界 Hz を三角波状で増加減少させた後，２次元磁界特性を測定した．

図 11 ．垂直磁界 Hz の加えた後での図９から読み取れる

Ic-H (Hy, Hz)磁界特性のシフト量．

57

58

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

これまでの磁界特性を説明するための磁界のモデルを考えてみよう．ニオビウム薄膜試料は，測定している液体ヘリウム温度 4.2K では超伝導状態を示している．超伝導状態では，完全反磁性(マイスナー)効果を試料は示すが，ニオビウム薄膜試料に対して平行な Hy 磁界方向については，薄膜試料から磁束線は排除されるにも関わらず，図 12(a)からも明らかなように，その磁束線軌跡の乱れは少なく,外部から加えた Hy 磁界値と同じ値がそのまま，センサー位置でも測定される． 図(b)の超伝導試料に外部磁界が垂直な場合はこの値が 2000A/m 以下であるなら，薄膜試料の完全反磁性(マイスナー)効果により磁束線が排除され，その結果，センサー位置での磁界の値は，外部から加えた Hz 磁界値の半分くらいの値が，センサー位置（図中の 点 JS で示す位置）で測定される．
超伝導試料薄膜がある場合の図 9(a)の Ic-H (Hy, Hz)特性を，超伝導試料薄膜がない場合の図 8 の Ic-H (Hy, Hz)特性と比較すると，特性は約 2 倍に Hz 磁界方向に伸びた形をしているので，センサー位置（図中の 点 JS で示す
位置）で，Hz 磁界は半分に減少していると考えられるわけである．さらに Hz 磁界値の最大値が 2000A/m を大きく超えるようになると，その形状効果から，磁束線が超伝導試料薄膜に侵入し， Hz 磁界を取り除いても，図(c)に示すように，一部の磁束線は超伝導試料薄膜に捕獲されたままになると考えられる．一度，ニオビウム超伝導薄膜試料に磁束が捕獲されると，一般に，ニオビウム超伝導薄膜試料の近傍のセンサー位置での磁界は，超伝導薄膜試料に磁束が捕獲された磁界と，ヘルムホルツコイ
ルにより外部から加えた磁界の和になる．図(d)に示すよ
うに，センサー位置で，超伝導薄膜試料に捕獲された磁束による磁界と，外部から加えた磁界のセンサー位置での和が相殺した場合，接合センサー自体に加わる実質磁界が零となる．このように考えることにより，センサー
位置で Hz 上向き磁界となるような磁束が超伝導薄膜試料に捕獲された場合，特性は Hz 下向きにその分シフトしたものとなることが解る．

図 12 ．磁界モデル (a)サンプル薄膜試料と平行に外部磁界を加えた場合，(b)-(f) 垂直磁界 Hz を加えた場合，(b)では 2000A/m 以下で，薄膜のマイスナー効果が完全である場合(c) 薄膜に磁束が捕獲されたときの様子．
(d)(e)(f) 薄膜に捕獲された磁束による磁界と，垂直外部磁界 Hz の合成磁界．(d)より(e)(f)の方が大きな垂直外部磁界 Hz を加えている．

ニオビウム接合を流れる超伝導電流の磁界特性

４．３

59

磁界 Hz の振動法による超伝導接合の超伝導電流の復活
トンネル接合の超伝導薄膜に垂直に磁界 Hz を印加し，超伝導接合自体を流れるジョセフソン電流の垂直磁界
Hz 依存特性を測定した.
測定対象の接合は DC マグネトロンスパッタリング法
で Nb と Al 薄膜を作製した Nb/AlOx/Nb 接合素子である．ヘルムホルツコイルを使い接合に対して独立に３方向の磁界を印加した．
図 13 は Nb/AlOx/Nb 超伝導トンネル接合を流れる超伝導電流 Ic の Hz 磁界依存特性を示す．おおよそフラウン
ホーファーパターンの形状であるが，少なからず行き帰りが異なり履歴現象が見られる．

図１３．Nb/AlOx/Nb 超伝導トンネル接合を流れる超伝導
電流 Ic の Hz 磁界依存特性
この履歴を詳しく調べるため，次に Hz 方向の磁界を(a):(0)-(+200A/m)-(0)-(-400)-(0)，(b):(0)-(+600)-(0)-(-800)-(0)，(c):(0)-(+1000)-(0)-(-1200)-(0)，(d):(0)-(+1400)-(0)-(-1600)-(0)，(e):(0)-(+1800)-(0)-(-2000)-(0)，の形で増減し，それぞれ Ic-Hz 特性を測定した結果を図１4 に示す．このとき，特に Hz 磁界が０に戻った時の超図１４．Nb/AlOx/Nb 超伝導トンネル接合を流れる超伝導Hz 磁 界 を

伝導ジョセフソン電流の値は図１５に示すようにそれぞ

電 流 Ic の Hz 磁 界 依 存 特 性

れ (0.59mA)-(0.51)-(0.48)-(0.39)-(0.43)-(0.57)-(0.75)-(0.71)-(0)-(+200A/m)-(0)-(-400)-(0)-(+600)-(0)-(-800)-(0)(0.73)-(0.75)-(0.13)である．観測される Ic-Hz 特性上の Ic-(+1000)-(0)-(-1200)-(0)-(+1400)-(0)-(-1600)-(0)-(+1800)-

変化の履歴現象は電極超伝導薄膜への磁束の捕獲と解放(0)-(-2000)-(0)と変化させたときの Ic の値変化を示す．

自体[6]が履歴をもつためと解釈される．

60

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

図１５．垂直磁界 Hz=0 でトンネル接合を流れる超伝導電流 Ic の 履 歴 Hz 磁 界 は 図 １ ４ に 示 す よ う に(0)-(+200A/m)-(0)-(-400)-(0)-(+600)-(0)-(-800)-(0)-(+1000)-(0)-(-1200)-(0)-(+1400)-(0)-(-1600)-(0)-(+1800)(0)-(-2000)-(0)と変化させたときの Ic(0)の値変化を示す．
次に図１６では，図１４の結果に続き，超伝導電流 Icの復活を目的に，垂直磁界 Hz を振動させた．具体的には
図１６(a)-(f)において Hz 方向の磁界を(a):(0)-(+200A/m)-(0)-(-400)-(0)，(b):(0)-(+600)-(0)-(-800)-(0)，(c):(0)-(+1000)-(0)-(-1200)-(0)，(d):(0)-(+1400)-(0)-(-1600)-(0)，(e):(0)-(+1800)-(0)-(-2000)-(0)，(f) :(0)-(+1800)-(0)-(-2000)-(0)，と変化させた．このとき，特に Hz 磁界が０に戻った時の超伝導電流 Ic(0)の値は図１７に示すようにそれぞれ(0.15mA)-(0.20)-(0.06)-(0.10)-(0.07)-(0.54)-(0.60)-(0.50)(0.59)-(0.44)-(0.05)-(0.64)-(0.74)である．このように，接合に垂直な Hz 磁界を振動させることで，超伝導電流 Ic の値を初期の大きな値に復活させることができた．

図１６．Nb/AlOx/Nb 超伝導トンネル接合を流れる超伝導
電 流 Ic の Hz 磁 界 依 存 特 性

Hz 磁 界 を(0)-(+200A/m)-(0)-(-400)-(0)-(+600)-(0)-(-800)-(0)-(+1000)-(0)-(-1200)-(0)-(+1400)-(0)-(-1600)-(0)-(+1800)(0)-(-2000)-(0) -(+2200)-(0)-(-2400)-(0)と変化させた.こニオビウム接合を流れる超伝導電流の磁界特性の各々のシークエンスでの Ic の値変化を示す．

61

び復活の現象を調べた．
このような共同研究の機会を与えてくださった工学研究所所長および工学研究所に感謝する．
参考文献[1] A. Barone and G. Paterno, "Physics and Applications of the Josephson
Effect," Wiley-Interscience, New York, (1982)[2]R.L. Peterson, Cryogenics, Vol. 31, Pages 132- ( 1991)[3]J. G. Gijsbertsen, E.P. Houwman, B.B.G. Klopman, J. Flokstra, H.
Rogalla, D. Quenter, S. Lemke, Physica Vol. C249, Pages 12- (1995)[4]K. Kikuchi, H. Myoren, T. Iizuka, S. Takada, Appl. Phys. Lett., Vol.77,

図１７．垂直磁界 Hz=0 でトンネル接合を流れる超伝導電流 Ic の 履 歴Hz 磁 界 は 図 １ ６ に 示 す よ う に

Pages.3660- (2000)[5]Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe, Tatsuyuki Morita, Makoto Iwata,(0)-(+200A/m)-(0)-(-400)-(0)-(+600)-(0)-(-800)-(0)and Yusuke Yamamoto, IEEE Trans.Mag.,Vol.36, Pages 3511-(2000)-(+1000)-(0)-(-1200)-(0)-(+1400)-(0)-(-1600)-(0)-(+1800)-[6]A.Nakayama, S.Abe, T.Shoji, R.Aoki, and N.Watanabe, Physica Vol.

(0)-(-2000)-(0)-(+2200)-(0)-(-2400)-(0)と変化させたとき

B329-333, Pages 1493- (2003)の Ic(0)の値変化を示す．

[7]Norimichi Watanabe, Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe, Kunimori
Aizawa, J. Appl. Phys., Vol.97, Pages 10B116 1- May (2005)

５．結言
本報告は工学研究所の共同研究の平成２２年度の研究[8]N.Watanabe, A.Nakayama, S.Abe, K.Aizawa, J. Appl. Phys., Vol. 97,
Pages 10B116- (2005)

成果報告である．これまで述べたように，超伝導電流の[9]Akiyoshi NAKAYAMA, Susumu ABE, Tetsuya SHIMOYAMA,

磁界特性の接合形状依存性を調べた．また，磁界のセン

Norimichi WATANABE,

サーとして超伝導デバイス素子を使用して，超伝導薄膜

J.Phys.Conf.Ser.Vol. 43 Pages 1092- (2006)

試料近傍の磁界を測定した．その結果，超伝導薄膜試料[10] N.Watanabe, A.Nakayama, S.Abe, J. Appl. Phys., Vol. 101, Pagesの完全反磁性効果[マイスナー効果]を確認できた．超伝

09G105- (2007)

導薄膜試料に垂直に 3000A/m 以上の磁界を加えた場合[11] N.Watanabe, A.Nakayama, S.Abe, et.al, J. Appl. Phys., Vol. 103,の薄膜試料への磁束の捕獲と，それにともなう磁界特性

Pages 07C707- (2008)

Hsu Jui-Pang and Yoichi OKABE,のシフトを観察した．また，超伝導電極薄膜に垂直に加[12] N.Watanabe, A.Nakayama, S.Abe, et.al,, J. Appl. Phys., Vol. 105,

える磁界を振動させて，超伝導接合の電流の減少，およPages 07E312- (2009)

62

本工学部における物理学教育の一端にたずさわって大成 逸夫＊On an education of university physics
Itsuo OHNARI*

神奈川大学に専任講師として職を得て以来，約４０

教養部が廃止された当時に「近未来における少子高齢

年に渡って本工学部学生に物理学の講義を担当してき化に伴う１８歳人口の減少」について大学教育関係者

ました．担当任務の教育内容は通常の理科系大学の 1,2

が繰り返し予言・予測していたことです．少子高齢化

年生に対する標準的な物理学の内容です．物理学実験の問題に加えて，
文部行政が積極的に進めた[ゆとり教実習を含めて総勢１０数人（非常謹講師を含めればお育]が現状に至る進行を加速しました．
大学行政に秀でよそこの２倍です）で工学部５学科の学生に対して物た大学はこのことに対処する十分な準備を進めており理学の教育を行っています．物理学といっても古典物ました．本学ではその準備が遅れていましたので，そ理学を主とする内容で，各種の教科書が出版されていの荒波にまともに襲われ，兼ねて予言されたとおりのますから特段に難解な思考を必要としませんが，この現象が眼前に生じたのです．この現象の因果関係につような担当は，毎年同じ内容の講義や実験をくりかえ

いて私は大筋次のように理解しています：

しますので，ややもするとマンネリズムに陥りがちで

18 歳人口の減少（人口動態の問題）

すが，毎年学生は入れ替わりますし，さまざまな環境→

その都度変化がありました．工学研究所所報に適さな大学は最低合格点を下げて入学者数の確保（私立大学経営の問題）

や状況の変化がありますので，教育に対する心構えも→ 理科嫌いの学生も理工系に入学．

い話題かもしれませんが，私がこの４０年に渡って最かくして，大学の格付けのバロメータとされているも時間と神経をつかいましたのは物理学教育なので，偏差値は本学工学部では急落し，並の高等学校からのこの欄をお借りして短い私見と感想を述べさせていた本学に対する評価も極端に下がりました．

だきます．

一昔前に，受験勉強で腕を上げた学生がチャレンジの高目標として最難関の医学部を選ぶという現象があ１．理科離れ，物理嫌い

りました．医学部の教授が，生物学も勉強してこない

もっとも最近深刻な問題に遭遇しました．ここ数年で医学部に進むとは何事か，と嘆いておりました．こ間に見られている新入学生の学力の低下です．１クラの問題と逆さまの問題に対応するのかも知れません．

スの中で，高等学校で物理を履修してこなかった学生

工学を学んで将来どれかの分野で活躍することを目や，履修はしたことがあるが，物理学の考え方がさっ

指す学生にとって，「数学の素養と物理学の常識」は最ぱり身に付いていない学生が大半を占めています．世

低限の必須事項であるとの確信を私は持っていました

間で言う「物理離れ」，［理科離れ］などと称されていので，個人として出来る限りの授業の改善を尽くしてる現象の具体的な現れでありましょう．この現象はおきたつもりです．私が心がけたのは，「定義や約束ごと

よそ２０年前に「設置基準の大綱化」の問題で全国の1に基づいて順序良く一歩一歩考えれば，だれでも理解*教授 物理学教室
Professor, Physicsできる」と考えることに自信を持たせる努力を心がけました．

本工学部における物理学教育の一端にたずさわって

２．講義をしてみて判ること

63

での授業内容にもついて行かれないのでは，引いてはある日の授業風景を描写してみましょう．物理学の卒業資格も得られないのでは，さらには就職活動にも講義は初めの方は力学です．初学者に対する物理学の支障が起こるのではなどと心配ごとは尽きません．

講義内容はいわば「国際的な標準」がありますので，本学でも，入学したけれども物理学，数学の力が覚

あまり思考の順序を入れ替えたり，天下り的な授業は束ない学生に対する補習授業が行われました．
しかし，しませんでした．しかし，物理学は数理的な側面が強通り一遍の補修授業を用意しても，残念ながら，それいので，微分・積分学やベクトル解析も同時に講義にを必要とする学生には殆ど役に立たなかったのではと含ませなければなりません．これらの事柄は講義の進考えています．
事実ほんの数年間だけ開講しただけで，行とともに自然に現れるように仕組んであります．し聴講者がいなくなってしまったので，閉講せざるをえたがって，力学の本論である「ニュートン力学の基礎なかったのです．もしやるならば，学生一人一人に一法則」を始める前に何回かの準備的な授業を必要とし対一対応の対面授業（これは膨大な時間と労力が必要

ます．

です）
をやるだけの覚悟が教員にも学生にも要ります．

高等学校で物理を履修していない学生にとってはニ

無論文字通りの一対一の面接授業は，沢山の学生が存ュートン力学のイロハをこの時に初めて履修が始まる

在するので，不可能です．せめて対話型の授業ができのです．この部分はニュートン力学の根幹に関わるこるまでに教員を増やし受講生数を減らすことができなとなので，可能な限り平易に，噛んで含めるように説いだろうか，と考えていました．

明します．そしてニュートン力学の基礎法則の本質的理解を促す興味深い問題を練習させてその日を締めく
くります．

３．難しい話を易しく語る．
物理学や数学の分野には国内国外に優れた教科書が聴講した学生のうち，何人が「新知識を得たと感じあります．しかし，そのどれをとっても分厚く読み手

た」か，その逆に何人の学生が「まったく詰らぬ退屈があります．したがって，これらの教科書のどれか一な授業」と思ったのかは判然としませんが，その双方つを熟読すれば，かなりの知識や考え方を習得するでの多数が存在することは確かです．もう少し詳しく，あろうと考えられますが，おそらく辛抱して最後まで

聴講学生の表情やショートテストや中間テストの答案

読み通す学生は少ないでありましょう．現代の風潮かから見ると次のようになっています．だいたい 3 割くも知れませんが，学生たちが好むのは「わかる何とか」らいの学生が「理解し納得している」
ように思えます．

とか「スピード理解の何とか」というたぐいの「手軽4 割くらいが「面倒だが覚えなければ仕方あるまい」

な読みもの」です．

と感じているらしくまじめな顔をしています．2 割はこういうのを読んで手っ取り早く内容を理解したが「退屈でつまらぬ授業」と感じているらしい．そしてる傾向がありますが，おそらくその目的は達せられな

最後の 1 割は「目は開いているが，耳には教師の声がいでしょう．

さっぱり聞こえていない」らしい．最後の２例はノー大学１,２年生向けの講義でニュートン力学といっ

トもメモも取っていない様子から学ぼうという意欲がても，その内容は基本的だが簡単明瞭な部分に限られないと判断せざるを得ません．

ている．若干アドヴァンストなコースに進めば難問が一昔前に理工系の大学に進んでくる学生ならば当た沢山控えています．簡単な振り子の問題でも振れ角がり前の常識にしている事柄さえ，現在ではあからさま大きくなった場合とか，さらに鉛直面内でぐるぐる回に説明しなければなりません．たとえば，物質は原子

りだす場合などたちまち，現代的な問題の一つ「ソリからできていることなどの科学的な常識，三角関数やトン」に行き着いて楕円関数のお世話になります．惑

円錐曲線などの初等数学，有効数字や平方根を開くな

星の運動の問題でも，２重星のめぐりを運動する衛星

どの数値計算法，帰納法や三段論法や対偶命題などのの軌道を求める問題（制限３体問題）は現在流行のカ

初等ロジックなども最初から説明しなければならない

オスに行き着きます．また，力学の問題は決定論です

ことがあります．これらを説明するにはそれなりの時から，飛翔体イトカワの飛行経路を予測できても，木間を要します．したがって，大学のカリキュラムとしの枝から落下する木の葉が地面のどこに落ちるかを予て用意してある内容の十分な説明時間が不足するだけ測できません．アドヴァンストコースにいる学生にこではなく，予定している内容を終了できません．不本の種の講義をすることはやりがいあることであります．

意ながらこのような講義を継続していたら，専門課程

だが微分学や積分学にすら覚束ない１,２年生に対し

64

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号ては無理であります．けれども，１,２年生に対する入が出来るかどうか？」といいます．学生は怪訝な顔を門的な講義であってもあえて十分に説明するに値するして「覚えなかったら何もわからない」と言いたそう

有意義な問題が多々存在します．たとえば機械工学でです．そこで私は「その公式とやらを何も見ずに始めは「ダッシュポット付きの振動子」と呼ばれている問から導いて御覧なさい．成り立ちが解かって納得すれ

題です．これは電気工学で「ＲＬＣ直列閉回路に流れば決して忘れないよ」と言います．

る電流」を与える微分方程式と同等の式で記述されま

数学や自然科学を学ぶのに，丸暗記させようとする

す．どちらも定数係数の２回線形斎次方程式で，この（初等中等教育の）やり方は大変不適切でありましょ双方の方程式は１,２年生の物理学で導けます．だが，う．沢山の事柄を丸暗記すること，を勉強することとこの方程式を解くことに進むとき，多くの学生は「何勘違いしているらしいのです．丸暗記式の勉強のやりを解くのか」が不明であります．２次方程式が頭にこ方から学生を脱却させ，学生自身に興味と関心を持続びりついているから数値を求めることと誤解しているさせるには，教員であるこちらにも気分と時間の余裕

学生が多いので，微分方程式は「関数を求めることでがなければなりません．

すよ」と強調しなければなりません．そして，学科の先生にこの問題について尋ねますと，すぐにラプラス

５．もう一つの困難．

変換を持ち出して説明してくれます．未だ微分，積分

数学教室のスタッフが近年中に大挙して平塚キャン

学も覚束ない１年生にラプラス変換は使い切れません．

パスに移籍してしまうことが計画されています．そこ

もっと簡単に，私は各項を足して０になるためには，

で，彼らの仕事の一部を肩代わりしなければならない

全項が同じ関数でなければならない．それで１回微分ことになりそうです．したがって，来年度以後物理学したものも２回微分したものも０回微分の関数に等し教室のスタッフには教育改善を行うような余裕ができいのは指数関数しかないことを言えばよい，のでありないかも知れません．物理学の他に数学をも担当する

ます．他にも鶏肉を切るに牛刀をもってする類の事柄のです．数理工学や数理物理を専門とするものならばが沢山存在することでしょう．

始終数学を使用しますので数学を身近に感じています
が，そのことと，数学の教育に携わってそれを旨くこ

４．覚えようとすること勿れ，理解し納得することをなせるかどうかは別のことです．餅屋は餅屋に任せて試みよ．

おきなさい，という格言を忘れてしまったのでしょう

生真面目な学生が良く次のような質問をしてくる．

か．このような不都合が惹起することは，ことの初め「先生，それは公式ですか？ そしてそれを 覚える

から十分に予想されていました．自らの利益を求めてのですか？」

横紙破りの要求を行う方も勿論だが，理系学問と教育高等学校で物理を習うとたくさんの数式が出てくるのあり方について実践的なことを知らずにそして，そので，それらを正確に記憶していないと速やかに問題の後の人員やカリキュラムの準備や計画を立てずに，が解けません．そうしなければ入試に失敗することを大量の教員の配置換えを了承した責任ある上層部の見意味します．一昔前の受験界では数学ですら暗記科目

識は本学の歴史に深く刻まれるでありましょう．このに入っていたやに聞いています．それは問題をパター

件は工学部にとって軽くは無い自傷でありましょう．

ン分けしてそれぞれの解法を覚えていなければ，制限

本工学部が長い時間をかけて培ってきた活力を減じて時間内で正解に達しない，のだそうです．この流儀がいるばかりではありません．本工学部の地位をも貶め

学生たちに染み込んでいて，
上記の質問になるらしい．

ている側面があります．ひょっとしてこの件が本工学

そこで，私は「覚えたければ覚えなさい，だけど丸覚部の死に至る病の引き金にならないことを願うばかり

えしたって一ヶ月後や一年後にはっきり思い出すこと

です．

65

揺らぎ
大野 吉弘＊

Fluctuation
Yoshihiro ONO*

この世の森羅万象すべて変化する，だから，人は怠らず努力してその事象の根源を考察しなさい，というある．我々はこの定常的な変化の平均値(直流分)をとり，その周りの変化分を揺らぎと呼んでいる．

のが，お釈迦様の究極の教えにある．変化する森羅万

周期的に変化する現象の測定結果の波形は工学の分象の現れの 1 側面である物理工学的現象はニュートン

野ではフーリエ変換による処理を施し，平均値と変動

力学によれば時計仕掛けの機械の如く，因果律によっの成分即ち三角関数(の無限級数和)の和で表すことがて，一方向に向かって時間の経過と共に何らかの結果多い．三角関数は平均値の周りの揺らぎの成分を表すに至る．そうであれば世の中味も素っ気もない．が，意味を持っていると考える事ができる．たとえば時間

実際は必ずしもそのようではなく，現象の変化する様

的に正負に振れる矩形波は，平均値はゼロであるが，を仔細に観察すると何らかの定常的な変化の周りを揺揺らぎの項である正弦波を足し合わせると矩形波が現らぎながら進行している．

われる．揺らぎの中にこそ現象の変化を生起する要因

揺らぎとは一体何だろうか？身近な例では再生可能が潜んでいると考えられる．

エネルギーの代表である太陽光エネルギーは短時間でフーリエ変換による級数展開式はデータを 1 周期でも日照条件によって電気出力は揺らいでいるし，長時

積分してその平均値をとるので，本来もっている情報間においても緩やかな揺らぎを持っている．風力発電の殆どが失われてしまう．それゆえフーリエ変換からの風車に至っては，風況次第である．このことは自然得られるパワースペクトルから，もとの現象を再現す

現象の揺らぎを示している．筆者の研究する燃料電池

ることは殆ど不可能である．しかし，揺らぎを表す項の例では電極反応に関わる物質の，時間的幾何学的なは無限級数和であるのでその項に関する意味・内容に疎密の変動が発電電圧或いは電流の変化（揺らぎ）にこだわって考えれば，又何かしら新しい知見を得る事影響している．イオンの移動経路が，そこを経由してが出来るのではなかろうか？

移動するイオンの動きに影響され，緩やかに揺らぐのが理解される．

燃料電池の研究から揺らぎに興味を持った訳であるが，そのように考えればもう少し興味の赴くところを高速道路では自動車は車線の中を左右にゆらゆらと変えてみたいと思っていたところ，大成先生から専門

揺らぎながら走行している．運転者の心の揺らぎが反の話はしなくていいから，何か書けという指示を頂い映されているのであろう．この揺らぎが過大になるとた．最近大学院生に「音楽を嗜めばフーリエ変換……

事故に至る．揺らぎは単に自然現象に限らず生物の動…は怖くない」という副題の下にフーリエ変換の講義

作にも現われる．そうして見ると揺らぎは森羅万象のをしていたので，それを元に 1 文を書かせて頂くこと変化を齎す根源的な要因であろうと考えられる．1とした．

このような現象に現われる揺らぎの変動は緩やかな音楽を取り上げた理由は，フーリエ級数展開式はラ経過のものもあれば，極めて早い変動を呈するものもプラスの方程式を満足する調和関数でもある．調和*教授，電子情報フロンティア学科

Professor,Dept,of Electronics and Informatics Frontiers(harmony)という言葉自体音楽に関係する内容をもっている．式中の三角関数は振動を表現するので，振動＝空気振動＝楽音‡ ·調和と結び付けたもの

66

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

である．聊か牽強付会の思いがするが．本稿はそれをい．あとはこの操作，即ち次に G を根音として完全 5

基に，フーリエ変換よりもむしろ楽音（特に趣味とす度を繰り返して協和する音を決めていく．ピタゴラス

るピアノ）の揺らぎの方に力点をおいて，日頃良く聴の音律は完全 5 度と 8-5+1=4 の完全 4 度とから構成

く音楽の中の揺らぎとはどの様なものであろうかと考されることになる．このようにして決まる音律で，F#えて，書き留めたものである．

を F として得られる音率をピタゴラス音律と呼んでい今日世界を席巻している 12 音平均律をベースとする．

る西洋音楽は，完成された体系に基づいて構成されて天空の調和（harmony）を元に得られたピタゴラス

いる様に思われるが必ずしもそうではない．音楽の解音律は中世の教会音楽を発展させてきた．グレゴリウ

説書によれば，人類の音階・音程或いは音律はメソポ

ス頌歌がその例である．

タミア或いはアッシリァの時代に遡ることができ，今ピタゴラス音律は１オクターブという長さを 3 ÷ 2日に至るまでそれが洋の東西を問わず共通するものでという操作で分割し最終的に 1 オクターブ上の音に到mnある事が述べられている．古代の音律を数学的な観点

達するものであるが，この条件を満たす (m , n )の組み合から考察し，体系を構築しようとした最初の人がピタ

わせは存在しない．
即ち分割は完成しないことになる．

ゴラスの定理で知られる古代ギリシァの哲学者ピタゴ

かろうじて(m,n)=(12,18)の組み合わせが何とか２にラスであるとされる．

近い近似値を与える．ｍを多くすることは１オクターピタゴラスは，天空はその間隔が調和音程（整数比）

ブ中の音を増やすことになるが，和音を見出すことのとなる幾つかの層となっていて，この比率の秩序に基

不便さ，それよりも楽器を作ること，演奏がより一層づく運行によって微妙な音楽が生ずる(但し人間の耳困難になる，等から，12 音が最終的に選択されたのでには聞こえない！)．それゆえ音楽における調和音は音あろう．ピタゴラスは古代の音律を天空の調和というによって生じたのではない，という学説を唱えた人で考えから数学的に規定しようとしたので，分割が完成

ある．ピタゴラスは音楽における尺度の基礎をなす協

せず 1 オクターブから少しはみ出す不都合は放置した

和音は簡単な整数の比率から得られると考えた．こののかもしれない．しかし，ピタゴラス音律の和音は大ような数学的に簡単な整数比であらわされる和音は聴

変美しく耳に入り揺らぎを感じない．

いても不快にはならない（協和する），という信念であ

ピタゴラス音律ではオクターブの分割が不均一であろう．
そこで一弦琴を用いて協和する音を探し出した．

るので，転調や移調が出来ない例が多い．これはピタ

協和する和音とは音程の異なる 2 つの音である．一端

ゴラス音律が１オクターブを 12 の音程に分割したとに一定の重さの錘をつけ，片端を固定した一定長さのきに出現した所謂ピタゴラスのコンマ（1 オクターブ

一弦琴を作れば，弦に乗る振動の基本周波数(音の高上の音が 2 倍の周波数を越す，例として，A：440 Hzさ)は決まる．弦に乗る振動波の波長は基本波の整数倍

は 892 Hz になる）
，あるいはリンマの発生（全音あるのものが無限といえるほどあるが，普通は振幅が小さ

いは半音の幅が異なるところがある），
たとえばハ調でく，エネルギーが小さいので減衰が早い．しかし揺らいえば，ミとファ，シとドの全音は間に黒鍵が無いこぎの成分は既に発生している．

とから分かるように，
他の全音とは異なり幅が小さい．

弦の材料，太さ，張力などの要素があるので，どの周波数（基本波）を基準とするのかは分からないけれおよび長 3 度和音（C-E），の響きの悪いこと，などの難点を克服できないからである．

ど，協和する比の関係を見出すのがピタゴラスの音律

西洋音楽の歴史はこのピタゴラス音律の不完全を如である．周波数が 2 倍の関係にある音は同じであると何に合理的に解決するかの努力の歴史である．それをするオクターブの考えが導入される．従って弦を倍々一挙に解決したのが，協和音とは何の関係も無く機械の関係で分割しても新しい音は生まれない．ピタゴラ

的に一オクターブを 12 の音に均等分割する 12 音平均

スは弦を 1：2 に分割し，その長さの弦の音は元の長律である．そしてその普及拡大を支えたのがピアノでさの弦の音と協和するとした．周波数は 3 倍となるのある．今日の音楽は 12 音平均律というシステム（ソで，２から飛び出すので弦の長さを倍にする（周波数フトウェア）と，ピアノというハードウェアによっては半分になり同じ音として認識される）．元の音，即ち支配されているといっても過言ではないと思われる．

根音を仮に C（ド）とすれば，こうして得られる最初

しかし，この 2 つの登場によって，それまでの和音のの協和する音は元の音の 3/2 倍の高さとなり G(ソ)で

音楽では極力排除された不協和と整数比ではない揺らある．これを完全 5 度と呼ぶが，これは唸りを生じなぎの要素が許容されるようになった．

揺らぎ

67

１オクターブは本来８を意味するが，今日ピアノに

産業革命の成果を取り入れ鉄のフレームを採用したこは１オクターブの間に 12 個のキーがある．半音階でとにより強度が増し，ハンマーの打撃に耐える高張力

ある黒鍵は音階を構成する音に認められないでいたとの鋼鉄製の弦を張り，現在では 20 ton を越す弦の張いわれる．しかし，ショパンは黒鍵を指の救い主とよ

力に耐えることができる．1 音 3 弦に出来た所以であんで大切にしていた．
練習曲に黒鍵というのがあるが，る．
単純に考えると，弦の張力に弦の伸びを乗ずると，

あれは黒鍵に対する感謝の曲であろうか！実際ピアノ

発するエネルギーの大きさになるから，現在のピアノ

演奏で黒鍵がなければ指の負担は大変重くなる．ショは当初のピアノの 26 倍のエネルギーを放出する能力

パンの音階の練習は黒鍵の多い曲(ロ長)から始まってを得ている．大音量に於いて，ピアノに匹敵する弦楽

最後に一番難しいハ長にいたる方法であったと言われ器はないであろう．3 弦にした根本的な理由は 12 音平

る．5 本もしくは 10 本の指で 1 オクターブ 12 個の鍵均律の実現のためであるとしても．

盤を操作するのであるから，特にピアノ音楽は早い音

ハンマーの運動エネルギーを弦の振動エネルギーにの流れ（ゆらぎながら）の中に和音が旋律を奏でなが変換するが，強度に優れた鋼線の採用と弦数を 3 本とら移行していくので十分な練習を積まなければならなした事によってピアノは大音量と独特の音色を確保でい訳である．

きたのであろう．ハンマーで弦を叩いた瞬間の最大音

音楽の楽音は弦楽器であれば，弦の振動を楽器によ

はパッドの機能により速やかに減衰し残響を残さない．

り空気の振動に変換する．管楽器であれば，唇の振動

振動のエネルギーが最大である基本波のみが残り，もしくはリードの振動を管内空気の振動に変換し，空高調波は速やかに消滅するように考えられる．これが気の振動は耳に入り鼓膜を刺激し骨を伝わって脳によ

揺らぎの成分が沢山あるにも関わらず，ピアノの音，

り音として処理される．これだけ色々の要素を経由し特に和音が綺麗に聞こえる大きな理由であろう．

て聴くのであるから，電池の例で考えるまでも無く楽ピアノの 1 音は低音を除外すれば多くの場合，複数

音には音源の揺らぎと途中経路での揺らぎが関与して弦の振動の和である．半年に 1 回ピアノの調律をしている．

もらっているが，調律師の方に色々と伺うと，3 本弦

弦は一般に両端を固定されている構造であるから，の中央弦を基準に微妙に加減するが，その加減は調律これに乗る波（振動）には制約があり弦の長さの整数

師によって異なる（腕の見せ所である）．一方すべて同倍の長さの波しかない．ピアノの弦は c3 型の場合（コ

じに調律するよう要求する演奏家もいるので，ピアノンサート用の大型ピアノでも大体同じである），
最低音

は 1 台 1 台すべて異なる音質をもっている．隣り合うA（27.5 Hz）から Bb(116.5 Hz)までの 10 音は，張力

全音１度の周波数は 12 音平均律により 1.059 倍の関と長さの関係から１音は１弦．c2(130.8 Hz) から係で平均化されているが，調律はこれを少しずらしてBb(233 Hz)までの 16 音は，１音２弦．それ以上の高いる．1 音 2 弦では音は互いに響きあうだけであるが音部分の１音は 3 弦となっている．この構成が，ピア（うなりもあるが），3 弦では中央弦を挟んで左右 2 本

ノの音を弦楽器や管楽器の音とは異なる特色（大きなの弦の微妙な調律の違いによる音の揺らぎがある．従

揺らぎと大音量）のあるものとする大きな原因であろって，１音が複数弦のピアノの音は本来は澄んだ音でう．

はない．今日音の基準音 A は 440 Hz で音叉により得

ピアノの弦がどうして 1 本，2 本或いは 3 本なのかられる．
ピアノの調律は中央の弦 c5 当たりから始める．

は，浜松市にある楽器博物館所蔵の楽器の歴史を見学

後は協和する 5 度，4 度，ピタゴラス音律には無かっに行って理解した．ピアノ以前の鍵盤楽器にチェンバた長 3 度の響きを確認しながら弦の張り具合を調整し

ロ或はクラブサンがあるが，既に 1 音 2 弦の構造となていく．2 本或いは 3 本の弦(異なる張力で張られた)っている．低音弦は１弦である．2 弦としたのは音量の音の振動は基本的には 2 つもしくは３つの弦から得を増すためである．チェンバロは筐体が木製であるたられる成分を含んでいるので，整数倍でない高調波がめ，弦の張力を大きく出来ない上，弦をつめで引っか多く含まれる．ピアノの調律は基本的には複数弦は 1く構造のため，2 弦以上には出来なかったのであろう．

音そのものも揺らぎのある音であり，更に和音も或る博物館には，イタリア人クリストフォリにより 1720

意味では和音から僅かでも外れにしている．高調波は年代に始めて製作された元祖ピアノの復元モデルが陳一般に振幅が小さく，ハンマーが弦を叩いた瞬間から列されている，すべて木製で重量は 60 kg 程度である．

パッドの効果もあり，急速に減衰するので唸りを生ず

弦の張力の総和は 750 kg である．ピアノはその後，るなどの効果は比較的抑制される．この合成された基68

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

本波による和音およびそれらの高調波からの揺らぎが長さ（管あるいは弦）に乗る波のエネルギーに依存す

本来は雑音を含んでいるにも関わらず，心地よい楽音

るから振幅を大きく大音量にするには，大きな楽器ととなるのは不思議な感じがする．

するか，楽器の数を増やすか弦の数を増やすかとする

古いピアノではペダルにウナコードがつけられていことが求められる．和音の演奏の集大成である管弦楽る．これは作曲家が一弦にして演奏をせよ，という指団構成はその典型である．ピアノは１音の弦の数が１示をしたときに使用されるもので，やはり，澄んだ綺から 3 弦である上に 10 本の指で演奏するから 10～30

麗な音にする為なのであろう．ベートーベンの熱情ソの弦から音が放出される．これは音楽全体の揺らぎを

ナタの第 2 楽章の最初の部分は 1 弦もしくは 2 弦で構発生しているとも云える．

成されている C1 弦の当たりを中心に書かれていて，心の揺らぎを絶え間なく表現している作曲家はシュ

大変荘厳であると同時に和音の響きが美しい．これをーベルトではないだろうか？常に心の揺らぎが音楽の1 オクターブ上で演奏すると何とも軽い響きになっ流れに現われているような気がしてならない．音階にてしまう．ピアノの低音領域はベートーベンの時代にはフラット b（半音下げる） とシャープ #(半音上げ拡大したが，彼はこれを大変喜んで特に低音を意識しる) の 2 つの半音記号がある．古い音律では，たとえた曲を残している．

ば G#と Ab は異なる音である．現在はこの 2 つによるバイオリンやチェロの演奏で左手でビブラートをか操作は異名同音を作るだけのような印象があるが，そけている．このビブラートはピアノの３弦の響きに対の差は音楽の印象に大変な効果をもたらしている．半

応すると考えがちであったが，どうやら違うようであ音下げると音に深みと重々しさが加わる．半音上げる

る．バイオリンの弦は弓の動きにより激しく振動し空と音に鋭さとナイーブさが生まれる．シューベルトの

気を揺り動かすが，ビブラートをかける指の動きはず

楽譜は#と b が頻繁に現れては消え，消えては現われ

っと遅くそれによる音は聞こえない（20 Hz 以下の音

る．ピアノ曲の Impromtus などは聴いていても和音は一般に聞こえない）．
それではなぜビブラートをかけの移ろいに揺らぎを聴きとる．まさに揺らぎの音楽でるのであろうか？ピアノであればキーを叩くと同時にある．一方ピタゴラス音律による和音は，教会音楽で3 弦が鳴り響くから音は濁って聞こえる（調律師でなあるポリフォニィー(polyfonie)の曲で聴けば誠に心にいと分からないレベルであるが）．
バイオリンの音はビ染入る響きである．ポリフォニーの曲は美しい旋律とブラートをかけてもこのような音にはならない．指の和音であるが，連続して聴いていると，しばらくする

遅い動きによる揺らぎは直接耳には響かなくても音楽と疲れやすいのは揺らぎの成分が乏しい為なのであろ

全体を通して超低周波の音として何かしら聴覚を揺る

うか？揺らぎも程ほどにあることがやはり大切なのでがせているのかもしれない．

あろう．大音量のピアノの音の個々の音の微細な揺ら

ピアノの音は 12 音平均律で数学的に規定された音階が古代の和音を取り入れながら修正され，更に揺らぎを加えているようなものである．ピアノの特徴はそれだけであろうか？楽器の放つ音のエネルギーはそのぎと，演奏全体の大きな揺らぎとが相乗してピアノ音楽を今日の地位に到達させたのであろう．
揺らぎとは不思議なものである．

69

恩師・正野﨑友信先生と学生たちのはざまで半世紀～～ 切削油剤研究のメッカ ～～石渡 秋二＊

Half a Century of University Life Warmly Supported by my Respected Professor,
Tomonobu Shonozaki and by my Dear Students～～ Mecca of Cutting Fluid Research ～～Syuji ISHIWATA＊

１．恩師・正野﨑友信先生との出会い∗

２．切削油剤研究のメッカ，正野﨑友信研究室

昭和２１年９月，神奈川大学工学部機械工学科に切削

第２次世界大戦後，正野﨑先生は国家規格 JIS・切削

油剤研究のメッカとなる，正野﨑友信研究室が誕生しま

油 剤 (JISK2241-1961) ， JIS ・ 切 削 油 剤 試 験 方 法

す．その時，私はこの世に生を受けました．２２年後，(JISK2251-1961)の制定委員長になります．この規格の基先生と私は神奈川大学機械工学科で会います．正野﨑先になっているものは，神奈川大学機械工学科正野﨑研究

生は機械工学科の就職係，私は機械工学科内海滝夫研究室において，先生と学生が一所懸命，研究，実験を重ね

室の４年生．大学の研究室での助手にあこがれていた私て作ったものが主体をなしています．パソコンもデジカ

は，他大学の助手に応募しようと就職係の正野﨑先生をメも無い時代，JIS に掲載された写真(図１，２，３)は，訪れます．

学生が研究室で一所懸命切削実験，写真撮影をし，冬の『君は神奈川大学の助手ではいけないのかネ？』

冷たい水道の水に手を浸し，苦労して現像したものです．

この言葉が二人の運命を決定づけます．

鋼を削ると工具刃先の先端に層状をなした被削材本体の『神奈川大学にも助手の募集があるのですか？』

硬度より，はるかに高い硬度の物質が付着します．これ『無いことはないよ．
』

がたえず生成脱落を繰り返しながら，真の刃先に変わっその時，先生には二人のお弟子さんがいました．

て切削にあずかるので，切削性，仕上げ面精度，工具寿日吉博先生と重松日出見先生です．お二人とも既に教授命にいろいろな影響を及ぼします．

で，お年も５０代，４０代でした．正野﨑先生は手足と成って働いてくれる若い助手がほしかったのです．先ほどの一言のために，私の面倒を見なければならなくなりました．でも，正野﨑先生と私は，馬が合うというので
しょうか，他の人が羨むほどの師弟関係が続きました．
研究発表も一所懸命致しました．先生は私を全国各地の機械加工工場に連れて行ってくれました．たくさんの技
術者，技能者にお会いし，現実の精密加工を勉強させて

図 1 構成刃先

図２ 軽油

図３ 極圧油くれました．そこで，精密加工を行うためには，工場の整理，整頓，清掃が重要であることを知りました．

図１が構成刃先です．切削加工における癌です．この構成刃先は切削条件によって変化しますが，切削油剤の*助教 機械工学科
Assistant Professor, Dept. of Mechanical Engineering

種類によっても変わります．切削油剤の大きな作用の一神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

70

つは，構成刃先の制御作用です．図２は切削油剤として軽油を使用して削ったときに出来た構成刃先です．図３
は切削油剤として極圧油を使用した場合です．同じ被削材を同じ工具で切削しても構成刃先が出来ていません．
更に，現在バイブル的存在になっている切削油剤，研削油剤の基本特性と加工性能を図４，５，６に示します．
これらも第１・正野﨑研究室(現・工藤研究室)，第２・

図７ 二次元切削モデル

図８ せん断面正野﨑研究室(現・石渡研究室)において，先生と学生が何年もかけて実験して得た成果です．これら実験結果よ３．正野﨑友信先生の疑問

り，切削油剤の作用効果は図７に示す工具すくい面，逃

正野﨑先生は，朝，登校されると私と一緒にお好きなげ面に油剤が浸入し，そこでの潤滑効果により摩擦を減

コーヒを飲みながら研究のお話をします．先生が常に疑

少し，加工性能を向上させると言うことになっています．

問に思っていたことがあります．
それは自分が提唱して，

これは，日本においては正野﨑先生の主張となっていま

世間の人が信じていることに対する疑問です．先に述べす．そのため，切削油剤は表面張力と粘度が基本的に重ましたように，切削油剤は工具のすくい面，逃げ面に入要な要因です．

って，そこを潤滑し摩擦を低減させ，切削状況を向上させる．しかし，大変高圧高温のすくい面，逃げ面に油や水が本当に入って効果を及ぼすのかと言う疑問です．先生の助手になった途端，私に，それを実験的に証明するように言われました．又，切り屑の自由面からせん断面(図８)に切削油剤が進入し，せん断面における内部摩擦に寄与しているのではないか．これも実験的に証明するように言われました．何年もかかりましたが，工作物から切り屑になるところ，せん断面に切削油剤が浸入し，

図 4 切削油剤の表面張力と仕上げ面粗さ

再溶着を防ぎ，せん断面を潤滑し，内部摩擦を改善し，切削性能を向上させることを確認しました．それは，二つの方法で確認できました．
・工作物表面への切削油剤の塗布による効果．
・圧縮ねじり試験による潤滑油の圧縮ねじり面への浸入の確認です．
４．学生たちの研究4-1．手の脂はよく削れる(昭和４７年・出沢功君の研究)

図５ 切削油剤の粘度と仕上げ面粗さ

乾式二次元切削で，きれいに削った銅の面に小さなゴミが落ちていました．
出沢功君は，
それを取り除こうと，指で払い落としました．きれいな銅の面の一部が手の脂で汚れてしまいました．又，削り直しです．その時，切削抵抗測定機の記録計が動いていました．指で触れたところの切削抵抗が大きく減少していたのです．切り屑を探してみると，指で触ったところが薄く長くなっていました．４月から半年頑張ってきましたが，１０月になって，失敗が元で油剤の塗布効果を実験的に確かめた瞬間
です．その様子を図９，切り屑を図１０に示します．

図６ 研削油剤の表面張力と研削量

恩師・正野﨑友信先生と学生たちのはざまで半世紀71と思いました．実験をやってみて驚きました．そのベタ
ベタしている日本酒が一番金属を弱くするのです．それも合成２級酒より，１級酒，更に特級酒がよいのです．
(当時，日本酒はこのようにクラス分けされていました)
最も効果が大きかったのは，古来から日本にある日本酒・剣菱です．何で日本酒が効果があるのかと思い，日本酒に関する本を図書館で探して勉強してみました．日
本酒は微生物の発酵によって出来たものですから，分析しきれないくらいの物質が含まれていることがわかりま
図９ 油剤塗布効果の実験モデル

した．エチルアルコールは言うに及ばず，潤滑効果の高い脂肪酸も含まれているのです．こういったものがせん

被削材の表面に薄く油を塗布することによって，その部断面に浸入し，せん断面に吸着して，滑り面の再溶着を分の切削抵抗が大きく減少し，切り屑が薄く長くなりま防ぎ，摩擦を減少させる．

す．すなわち切削性能が著しく向上します．

一般に金属は塑性変形すると加工硬化します，これは滑ったときに滑り面周辺に転位が密集して生じ，いわゆるディスロケーションロッキングを起こし，滑りにくくする．切削油剤が滑り面に溶着することによって格子欠陥である転位の発生を少なくし，加工硬化を押さえると考えられます．
人も金属もアルコールには弱いようです．

図１０ 切削油剤の塗布効果による切り屑形状
4-3．掃除機でガスタンクの研磨
4-2．金属は日本酒にメロメロ(平成３年・小島徹也君の研究)(昭和５２年・岩崎三夫君の研究)

小島君は東海道線で通学していました．上り電車が横岩崎三夫君はせん断面への油剤の浸入を確認するため

浜駅近くに来ると，左手に球形の大きなガスタンクが見に，圧縮ねじり実験を考えました．これは卓上ボール盤

えてきます．ちょうどペンキの塗り直し作業中，錆落とを改造した実験装置です．上から圧縮力を加え，ゆっく

しをしていました．大きな球の錆落とし，小島君は大変

り回転ねじりを行います．すると材料は圧縮力が大きくだナーと思いました．そこで思いつきました．真空を利なればなるほど、なかなか壊れません．しかし，そこに用して研磨をすれば球の上も横も下も苦労せずに錆を落

わずか潤滑油を塗布すると直ぐにねじ切れてしまいます．

とすことが出来る，研磨できるのではないか．真空研磨

圧縮ねじり面に潤滑油が浸入しているのが確認できまし

研究の発想です．直ぐに報告がありました．大きな真空た．これで切削加工におけるせん断面への油剤の浸入をポンプを購入するのか，工具はいいものがあるのか，とモデル実験で確認することが出来ました．この効果を別

問い合わせました．すると，古い掃除機でいいですし，名，切削加工における切削油剤のレビンダー効果とも言

日曜大工センターに行くと，いいものがたくさんありまいます．

すので，自作をしますとの返事です．見事に図１１のよアルコールもレビンダー効果のある物質として知られ

うな真空研磨装置，図１２の研磨工具が完成しました．

ています．そこで学生たちは考えました．飲むアルコー

それらを機械に取り付け，研磨してみた結果を図１３にル，
お酒で実験してみようと．飲み屋さんの裏口に行き，示します．なかなかの成果です．

お酒の空き瓶をもらってきました．その中には，今まで飲んだことも見たこともない，世界のお酒の瓶がいっぱいありました．むろん日本のお酒もあります．空き瓶ですが，瓶の底に少しお酒が残っています．圧縮ねじり実
験をするには十分な量です．
実験をする前に思ったのは，口の中に入れると直ぐに口いっぱいに広がる，高級ブラ
ンデーが浸透性がよく，一番効果があるのではないか．
ベタベタしている日本酒は一番効果が無いのではないか

図１１ 真空研磨の概念図

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

72

4-5．金魚も喜ぶハイポでステンレスがピカピカに(平成２３年・横尾直樹君の研究)
横尾直樹君は加工液で環境に優しく，人畜無害なものはないかと色々考え，調べていました．チオ硫酸ナトリ
ウム，通常ハイポ，金魚屋さんで売っています．水道水にハイポを入れると金魚の水として直ぐに使用できます．
それを常に金魚は飲んでいるのですが，無害です．直ぐ
図１２ 真空研磨工具に購入し，色々な金属を被削材として放電加工実験をしました．
やはりステンレスがピカピカに仕上がりました．
電子顕微鏡で見てみると数十ミクロンほどのステンレスの結晶か浮き出て見えます．

図１４ 脱イオン水による放電仕上げ面

図１３ 真空研磨結果
4-4．入浴剤でステンレスがピカピカに(平成１１年・五十嵐隆之君の研究)加工液としてバスクリンはどうでしょうか．五十嵐君の発言です．君の家では使っているのか．はい，冬用と夏用どちらがいいですか．お母さんにお願いして両方少

図１５ 硫酸ナトリウム水溶液による仕上げ面

しもらってきて下さい．早速，バスクリンを脱イオン水に溶かして放電加工実験をしました．今までたくさんの
金属，加工液を使用して実験をしてきましたが，何か，この結果は今までのものとは違います．バスクリンの成分は何なのか．五十嵐君はメーカーへ電話して聞きました．メーカーも親切に教えてくれました．重曹と硫酸ナ
トリウム．重曹はさわやかさに効果があり，硫酸ナトリ
ウムは保温効果がある．それぞれ薬品として購入して放電加工実験をしてみました．ベース液として脱イオン水

図１６ ハイポ水溶液による放電仕上げ面で加工した仕上げ面を図１４に示します．典型的な放電仕上げ面で，高温で溶融した金属が飛び散り，クレータ

５．おわりにーが出来ています．
重曹水溶液の結果は良くありません．

恩師亡き後，世界的な物理学者・本学物理学教室

硫酸ナトリウム水溶液はステンレスだけピカピカの仕上

渡邊靖志先生のお近くに接することが出来，温かいご指げ面(図１５)になりました．鏡面状態です．放電加工は導を賜りましたこと，有り難く感謝に堪えません．

爆発的な現象ですから，ピカピカの鏡面には通常仕上がりません．この研究は，以後１０年続きました．

先生におかれましては，
お身体ご自愛いただきまして，益々のご活躍，ご健勝をお祈り申し上げます．

73

2010 年度（平成 22 年度）工学研究所年次報告
１．人事
１）運営委員
山村

博

教

授

機械工学科

所

長

林

憲玉

教

授

電子情報フロンティア学科

山口

栄雄

教

授

物質生命化学科

佐藤

憲一

教

授

情報システム創成学科

北岡

正敏

教

授

建築学科

重村

力

教

授

物理学教室

大成

逸夫

教

授

電子情報フロンティア学科

新中

新二

教

授（所長指名）２）研究所客員教授
沼田

俊一（2010.4～2011.3）

小嶋英一（2010.4～2011.3）

大熊武司（2010.4～2011.3）

佐藤祐一（2010.4～2011.3）

坂田

弘安（2010.4～2011.3）

杉原

淳

塚田

敏郎（2010.4～2011.3）

南部

洋子（2010.4～2011.3）（2010.4～2011.3）

西和夫（2010.4～2011.3）

藤田正則（2010.4～2011.3）

許瑞邦（2010.10～2011.9）

武田重喜（2010.10～2011.9）

李杰（2010.10～2011.9）

３）研究所客員研究員
武田重喜（2007.10～2011.9）

小国

力

大和

裕幸（2008.10～2010.9）

坂野匡弘（2009.10～2010.9）

久保

登

岩瀬

弘和（2009.10～2010.9）

龍重法（2008.10～2010.9）

徐

剛

石倉

理有（2008.10～2010.9）

蘆朝輝（2009.10～2011.9）

石川博敏（2008.10～2010.9）

周建東（2009.10～2011.9）

Tomasz kujej（2009.4～2012.3）

金容範（2010.4～2011.3）

北島創（2008.10～2010.9）（2009.10～2010.9）（2009.10～2010.9）

４）研究所特別研究員
小川隆博（2007.10～2009.9）

黄亮（2008.10～2010.9）（2010.10～2012.9）

５）研究所職員
教務技術職員

萩原

健司

技術員

八高

優勝

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

74
２．予

算

平成 22 年度の予算・決算額を表－１に示す。
表－１
業

務

項

（単位：千円）目

予 算 額研究所運営費

3,187

2,949

大型共同設備管理運営

4,600

工学研究所共同研究*

12,750（特）テクノフェスタ（特）若者と語る
合計*工学研究所共同研究内訳

決 算 額

共同研究代表者

予算額（千円）

4,740

中山

教

授

3,850

12,675

堀野

准教授

4,000

2,800

2,716

趙

教

授

4,000

223

223

内田

教

授

900

23,56023,303

計

12,750３．共同研究／プロジェクト研究平成 22 年度の工学研究所共同研究／プロジェクト研究を表－２に示す。
表－２
共同研究
人間工学視点に基づく安全円滑な平面交差交通システムの構築－カーブミラーの視認性向上による交差点視環境改善－

超電導粒子干渉計のオンチップ・アレイ化による高感度磁束計の製作

堀野 定雄／情報システム創成

中山 明芳／電子情報フロンティア

鉄筋コンクリート構造物の残存寿命予測法に関する研究

趙 衍剛／建築

戦前期の韓国における住宅の近代化に与えた日本の影響について

内田 青蔵／建築

プロジェクト研究

Ａ

高周波回路の解析・設計理論の整備と対応ソフト開発－固有モードに基づく厳密な等価回路を適用して－Ｂ

建築鋼構造のリユースシステムに関する研究

Ｃ

大気環境化学研究所

穴田 哲夫／電子情報フロンティア

岩田 衛／建築井川 学／物質生命化学

75

Ａ

高性能高分子膜材料の開発と評価

西久保 忠臣／物質生命化学

Ｃ

高安心・超安全交通研究所（ＫＵ－ＷＩＰＦ）

堀野 定雄／情報システム創成Ａ2020 年の電子デバイスを想定した電子回路の研究

島 健／電子情報フロンティア

Ｃ

防災まちづくり支援研究センター

荏本 孝久／建築Ｃ

地元住民と協力して実施する町づくり研究所の創設と運営

山家 京子／建築Ａ

ディジタル生産システムにおける CAE と品質工学の適用

Ａ

構造物の耐震安全性及び耐久性の評価方法に関する研究

趙

衍剛／建築

Ａ

振動エネルギー流れに基づくシステムの評価と設計

山崎

徹／機械

Ａ

高性能熱電発電材料の開発「暮らしの中のサイエンス」連続講演会
テーマ：快適で環境にやさしい住宅内環境を創りだすために―住宅を新築・改築・購入する前に知っておこう―
場

所：KU ポートスクエア
2010 年 11 月 6 日（土）15:00～17:00

暖かく、涼しい温熱環境を創りだすために
神奈川大学工学部教授
第2回

岩本

靜男

2010 年 11 月 13 日（土）15:00～17:00

健康でさわやかな空気環境を創りだすために
東京理科大学工学部教授

倉渕正敏／情報システム創成

山村 博／物質生命化学

４.講演会

第1回

北岡

隆

氏

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

76
第3回

2010 年 11 月 20 日（土）15:00～17:00

安全で快適な水環境を創りだすために東京大学名誉教授
第4回

鎌田

元康

氏

2010 年 11 月 27 日（土）15:00～17:00

静かで目にやさしい音・光環境を創りだすために
神奈川大学工学部准教授

安田洋介「科学と工学の最前線」連続講演会
テーマ：ロボット研究の最前線
場

所：神奈川大学横浜キャンパス

第1回

2010 年 10 月 9 日（土）13:00～16:00

1 ヒューマノイドロボットの現状
神奈川大学工学部教授

林憲玉

2 ＲＴミドルウェアと国際標準化活動
産業技術総合研究所統合知能研究グループ長
筑波大学連携大学院教授
第2回

神徳

徹雄

氏

2010 年 10 月 23 日（土）13:00～16:00

1 宇宙ロボットの現状と将来
宇宙航空研究開発機構(JAXA)
有人宇宙環境利用ミッション本部主任開発員

上野

浩史

氏

2 知能ロボットから昆虫ロボットへ
工学院大学大学顧問

三浦

宏文

氏

「若者と語る」シリーズ講演会
テーマ：脳と心とインターネット
場

所：神奈川大学セレストホール

2010 年 7 月 21 日（土）16:20～17:30
東京大学名誉教授

養老

孟司

氏

５．神大テクノフェスタ２０１０―暮らしと環境の未来

エコ・テクノロジイ―

日時：2010 年 10 月 15 日（金）12:00－17:30
場所：神奈川大学横浜キャンパス 2 号館演習室・1 号館 804 室・3 号館 301 室
実施内容
１）講演会（1 号館 804 室・一部 3 号館 301 室）
工学部重要機器報告会 3 件、テーマ講演会 4 件
特別講演『電気自動車用リチウムイオン電池の開発動向』

佐藤２）研究ポスター発表（2 号館演習室）
工学部重要機器10 件

大学院生によるポスター発表・作品展示
３）企業展示51 件

19 社、1 法人、1 同窓会（2 号館演習室）

４）研究相談窓口（2 号館演習室）
５）懇親会（10 号館 3 階学生ラウンジ

18:00－19:30）

祐一（神奈川大学名誉教授）

77
６．大型装置使用実績
平成 22 年度の大型装置装置使用実績を表－３に示す。

表－３

（時間）

研究室名

TEM

SEM

XRD

TF-XRD

XPS

ICP

CCD

機械工学科

0

83.5

244

0

0

0

0

17

97

0

0

336

1708

工藤研究室

231

竹村研究室
電子情報フロンティア科

0

83.5

13

449

140

大野研究室

1.5

中山研究室

19

平手研究室

408.5

山口研究室

20

物質生命化学科

373.5

井川研究室
池原研究室

311

17
140

67
30

1469

694.5

317.5

59.5
89.5

240
15

小野研究室

40

小出研究室

71.5

43

8

佐藤(憲)研究室
内藤研究室

46
195.5

5.5

西久保研究室

71.5

42.5

引地研究室
松本研究室

324
88.5

山村研究室
化学教室

150.5

亀山研究室

114.5

394

49

210

65.5

969

645.5

36.5

24

46

65.5

0

0

8

1.5

3.5

川口研究室

66

9.5

24

田島プロジェクト

84.5

35

38

理学部

0

8

0

森研究室

0

8

0

8

149

0

72.5

山口研究室
合計時間

1338

49
49

76.5
524

889.5

1918.5

711.5

563.5

344

1757

78

工学研究所だより

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

79

80

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

81

82

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

83

84

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

神奈川大学工学研究所所報 第 34 号

85

87

神奈川大学工学研究所所報執筆規程
1978 年（昭和 53 年）2 月 ５日
改訂 1988 年（昭和 63 年）4 月 13 日
改訂 1990 年（平成 ２年）7 月 18 日
改訂 1991 年（平成 ３年）5 月 29 日
改訂 1994 年（平成 ６年）1 月 26 日
改訂 2005 年（平成 17 年）1 月 27 日

１．投稿資格４．提出期日投稿筆頭者は原則として神奈川大学工学部属教職員とする．ただし原稿を編集委員会が依嘱する場合はこの限りではない．また連名者については制限しない．
２．記事の種類巻

頭論

説 学問・技術・本研究所の事業・動向などに

内容概要（1 頁以内）〕をつけることができる．

骨子として，著者の一連の研究をまとめ，これにその分野における地位を明らかにするような解説を若干つけたもの．
共同研究報告 発足時点では〔共同研究の紹介〕，中間時点

論説・随想 原則として 4 頁以内．
総説・トピックス・その他の記事 原則として 8 頁以内．
６．原稿の書き方
原稿の書き方は，この〔規程〕ならびに〔神奈川大学 工学研究所 所報 執筆要領〕による．
７．原稿の責任と権利

では〔共同研究の現況〕，研究終了または一掲載された論文などの内容についての責任は著者が負う

段落の時点では〔共同研究の成果要約〕とものとする．またその著作権･編集出版権は〔神奈川大学

して，その現状が報告される．

工学研究所〕に属する．

説 総合論文と略同一性格の記事であるが，解説的色彩の強いもの．

ト ピ ッ ク ス その時々のトピックスについての展望あるいは解説．
想 研究・開発などの思い出，意見，感想，経験談など．
国際交流研究 学外（国内，国外）における研究・講義・出張に関する経験談など．
特

総 合 論 文 原則として 20 頁以内．和文の場合は〔欧文内容概要（1 頁以内）〕
，欧文のときは〔和文関する論説，意見．

随以下の頁数はすべて〔刷り上り〕のものを示す．

言

総 合 論 文 専門の学協会などに発表された研究論文を総その年度により定める．
５．頁数

集 その号の特集として特別記事を設けること
がある．

３．用語
用語は和文とする．
ただし総合論文に限り欧文でもよい．
また〔英文目次〕作成のため，原稿には〔英文題目〕のほか〔著者氏名〕および〔職名，所属〕の英語名をつける．

８．採否
原稿の採否および分類は〔神奈川大学 工学研究所 編
集委員会〕において行う．
９．原稿の提出先
原稿の提出先は〔神奈川大学 工学研究所 事務室〕とする．そこで受領した日を原稿受付日とする．
１０．その他（１） 原稿の枚数が規定限度を超過する場合は委員会の承認を要するが，状況により超過分の実費を徴することがある．
（２） 図が印刷に不適当な場合は，専門家に依嘱して書直すことがある．この場合の経費は著者負担とす
る．

89

工学研究所所報執筆要領
工学 太郎＊

研究所 花子＊＊Making Reports of Research Institute for Engineering
Taro KOUGAKU＊

Hanako KENKYUJO＊＊

１．緒言∗

３．記号及び単位の書き方□この工学研究所執筆要領は，このファイル自体が所報□諸記号の字体は次のとおりとする．

原稿のテンプレートになっているので，著者が別にタイ

（種 別）

（字 体）

（例）

プしてある原稿をこの様式内にペーストすれば，以下に数学的演算記号立 体

sin，sinh

記載する体裁の原稿が作成される．

単位記号

立 体

cm，kg，MΩ□テンプレートファイルは工学研究所事務室から著者あ

ベクトル量

斜体ゴシック

速度 V，力 F

量記号斜 体

周波数 f，長さ l

化学記号

立 体

H2O，BaTiO2てにメールにより送付する．
□原稿は，テンプレート（A4 版）に従って執筆し，提出の際は，印刷した原稿（ハードコピー）とそのデジタル□文字の大きさは表 1 に示すとおりとする．

データ（ファイル）を提出する．ファイルは MS Word（Windows または Mac）または TEXとする．
□原稿記載の順序は，標題，本文，文献，付録，である．

４．図，写真及び表の作成□図，写真及び表が単段（片側）に収まらない場合は 2段（両側）にまたがって書くことができる．

２．本文及び原稿の体裁全般□図，写真及び表の横に空白ができても，その空白部に本文レイアウト（１ページあたりの文字数）□A4 版用紙を用い，は本文を記入しない．

は，25 字×45 行×2 段=2250 字とする．ただしタイトルのみは1□図，写真，表と本文及び図表相互の間は１行余白をと段組である．

る．

□MS Word の“ページの設定”の“文字数と行数”のタブ中の□図，写真，表の見出しは本文と同一言語とする．図及

設定はフォントサイズ８，段数２で文字数 26，行数 45 とし，び写真の見出しはその下に，表の見出しは上に書く．

“余白”のタブ中の設定は上45 下40 左34 右34 としてある．

□図，表中の記号類は，小さすぎて判別不能にならない□和文文字はMS 明朝，英文文字はTimes New Roman とする．

ようにする．また，複雑な記号類は，大きめに描くよう

ただし，記号などにSymbol を用いることが出来る．

にする．

□本文，図，表及び式は原則として左右の段にまたがら□写真は本文に貼るだけでなく，写真のファイルを添付ないように書く．

する．

□小数点は〔．
〕を用い，カンマ〔，〕を用いない．
□句読点は〔，
〕
〔．
〕とし，
〔、
〕
〔。
〕を用いない．
□脚注はなるべく避ける．

５．数式□数式エディタを用いて記載する．
□式は単列に書くように整形する．
□字体は Times New Roman を使う．ただし，Symbol は*教授 機械工学科
Professor, Dept. of Mechanical Engineering**助手 建築学科
Research associate, Dept. of Architecture

使用できる．
□数式は原則として文章の行の中に入れない．やむを得ず挿入する場合には，1 行高さを守る．

90
例１〔分数式の例〕□本文は著者原稿から図，表，脚注を除いてコピーし，…これは ( a + b) / ( c + d ) の形を取る．

テンプレートにペーストする．その後で，図等のスペー

例２〔指数式の例〕

スを作ってテキストボックスを挿入し，その中に図など…電流は i = I exp( − t / x ) の形となる．

をペースト，あるいはファイルからの挿入をする．

□文中でなく，式を別行にする場合には，次のように書□第 1 ページの脚注（著者所属など）には，直接入力しいても良い．その結果，〔上例の式〕は次の形を取る．

ても，コピーした内容をペーストしても良い．ただし、

例１〔分数式の例〕

MS Word の制限により、脚注の機能を先頭の“1．緒言”…その結果，これは次式の形を取る．
a+bc+dの後ろに見えないように白文字で“＊”をつけてある．

(1)

ここを削除すると脚注も消えてしまうので注意が必要である．
（標題下の著者名に脚注の機能をつけるべきだが，その場合は脚注が両段にまたがってしまうため，この形

例２〔指数式の例〕

式を採用した）…その結果，電流は次式の形となる．

□このテンプレートについて不明な点がある場合は，工i = Ie−t / x(2)

学研究所 事務局に問い合わせる．

６．文献記載方法

８．結言□文中の文献引用は，引用箇所に文献ナンバーを上付き□校正は著者に依頼するので，校正刷りが到着後，速やカッコでつける．

かに校正を済ませて，工学研究所 事務室まで返送する．

□参考文献（References）はナンバーに（ ）を付して本

校正は，内容が著者提出のハードコピーと一致すること

文末に列記する．

を確かめるものであって，変更を加えることはできない．

引用文献は原則として以下の A，B のように記載する．

□著者の責任による修正が生じた場合には，その修正に（A）雑誌の場合

必要な実費を徴収する．

(No.) 著者名，
“標題”
，雑誌名，巻－号（発行年-月）
，p.
ページ．
例

表１ 文字及びサイズ(x) 赤坂憲夫，青山幸夫，宮下俊夫，“広帯域増幅器の特

題目

MS 明朝

14 ポ

，p.1125．
性”，電子通信学会誌，52－192（1977-8）

著者名

MS 明朝

10 ポ

欧文題目

Times New
Roman

12 ポ

欧文著者名

Times New
Roman

9ポ

MS 明朝

8ポ

本文の各節・小項目

MS ゴシック

8ポ

図・表の見出しMS ゴシック

7ポ

参考文献・脚注

MS 明朝

7ポ(x) E. W. Euller and R. F. Stoessel, “……”, Mech. Engng.,
90-3 (1968-3), p.42．
（B）単行本の場合(No.) 著者名，
“書名”
，発行所名，（発行年），p.ページ．
例(x) 田部浩三，竹下 誠，“塩酸触媒”，産業図書，（1976），
p.1225．

本文

７．原稿作成上のヒント□このテンプレートは Windows MS Word 97 で作成してある．著者が別に書いた原稿をコピーペーストすれば，自動的に割付が決定する．
□Word からコピーペーストする際，書式情報無しのテキストのみをペーストするには，コピーした後にメニューの“編集”から“形式を選択して貼り付け...”を選択し，“テキスト”を選ぶ．

参考文献□第 1 ページ標題部分は 1 段組である．この部分では，(1) 工学太郎，研究所花子，“執筆要領”，工学研究所所

項目ごとにコピーペーストが必要である．

，p.126．
報，27 号（2004－11）

91（雑誌の場合）Electronics and Informatics Frontiers(2) 工学太郎，研究所花子，“工学研究所所報 27 号”工電子情報フロンティア，p.126．
学研究所，（2004）

Material and Life Chemistry

物質生命化学

（単行本の場合）

Information Systems Creation

情報システム創成

Architecture

建築学

付録

Mathematics

数 学［参 考］研究所所報の配布

Physics

物 理

刷上がった所報は以下の各者に 1 部宛贈呈する．

Chemistry

化 学（１）本学理事および工学部所属教職員．

Biology

生物学（２）理，工学部を有する国内の大学またはそれに準ずProfessor

教 授

Professor Emeritus

名誉教授（３）官公庁の研究機関．

Associate Professor

助教授（４）主要の学協会．

Lecturer

講 師（５）民間の主要研究機関．

Research Associate

助 手（６）その他委員会が認めたもの．

Technical Assistant

技術員

Graduate（M.C.）

大学院（博士前期課程）

Graduate（D.C.）

大学院（博士後期課程）

Research Student

研究生

る学校．

［資 料］英文用語一覧

Research Institute for Engineering

工学研究所

Science Reports of Research Institute for Engineering

Dean

工学研究所所報

Chairman of Dept. of …

学部長
学科主任

Faculty of Engineering

工学部

Abstract

Department（Dept.）of

学 科

注：工学部，助教授，助手，技術員，研究生などについ概 要

Mechanical Engineering

機械工学ては種々の呼称があるが，上記のように統一する．

93

編集後記

地震、雷、火事、親父が古来わが国では庶民の４つの恐怖であったが、近年では地震、台風、津波、原発とでもすべきでしょうか？

現代文明生活がこの４つのうち、３つに襲われて、わが国はひどい目にあっています。この中で工学研究所所報第 34号を予定期日までに刊行することが出来ました。ご多忙のおり、原稿をお寄せくださいました先生方に厚く御礼申し上げます。所報を通して工学研究所および所員の研究活動を発信できるよう編集しました。総説には新任の先生とその研究分野を紹介できるよう力作をいただきました。また共同研究の欄には協力的かつ継続的になされている研究を門外漢にもわかりやすく解説いただきました。随想欄には長らく本工学部に勤務された方の印象を書いていただきました。そして何ヶ月ごとに発行された工学研究所だよりも掲載いたしました。
研究分野が異なるばかりでなく、個性もそれぞれに違う先生方があつまって、共通の理解の下に一つの研究所を運営することは並大抵のことではないと感じています。
冊子一つ作るにも多かれ少なかれこのことが影響してきます。現段階では原稿さえあれば、手書きではなくワードかテフでかかれていれば印刷屋さんで機械的に編集ができるらしいので、この点は大変簡便な作業で編集終了となります。しかし、このやり方に慣れっこになってしまうと、いずれのときか大いなるデッドロックに遭遇するかもしれません。災難は忘れたころにやってくる。
物理学教室

大成

逸夫

工学研究所
工学研究所 所長

所報（No. 34）

山村 博

工学研究所 所報 編集委員会
委 員 長

大成

逸夫 （物理学教室）委

工藤邦男 （機械工学科）

員

山口栄雄 （電子情報フロンティア学科）

新中

新二 （電子情報フロンティア学科）佐藤

憲一 （物質生命化学科）

中島

健一 （情報システム創成学科）

安田洋介 （建築学科）

SCIENCE REPORTS（No. 34）
ofInstitute for Engineering (KANAGAWA University)

Research
Director of the Institute

Hiroshi YAMAMURA

Chief Editor

Itsuo OHNARI(Dept. of Fhysics)

EditorKunio KUDOU(Dept. of Mechanical)

Shigeo YAMAGUCHI(Dept. of Electronics and Informatics Frontiers)

Shinji SHINNAKA(Dept. of Electronics and Informatics Frontiers)

Kenichi SATO

(Dept. of Material and Life Chemistry)

Kenichi NAKASHIMA(Dept. of Information Systems Creation)

Yousuke YASUI(Dept. of Architectonics)

神奈川大学工学研究所所報第34号
2011年12月15日

印 刷

2011年12月20日

発 行

編集兼発行者〒221-8686

印

刷所

神奈川大学工学研究所
横浜市神奈川区六角橋 3-27-1

共立速記印刷株式会社
東京都千 代田区 飯 田橋 3-11-24

RESEARCH INSTITUTE FOR ENGINEERING
KANAGAWA UNIVERSITY
3-27 Rokkakubashi, Kanagawa-ku, Yokohama, 221-8686, Japan