工学研究所所報第 38 号目次
巻

頭

言

工学研究所について考える ············································ 横澤
総

勉 ···

1

伸行 ···

3

説
天からの無限の恩恵を受け取る― 新型太陽電池および関連材料の研究開発 ―···························································· 松木

マンガンをベースにした酸素貯蔵材料：応用に向けた材料開発と材料テーラリング···························································· 本橋輝樹 ··· 17

共同研究
小型電気自動車のための CFRP ボディと車両制御の融合技術開発···· 林

憲玉、竹村

兼一、山崎

徹、中村

弘毅、加藤木秀章、高山

英一 ··· 22

外部磁界の２次元走査による超伝導ジョセフソン接合と超伝導量子干渉計の電流電圧特性の変調 ········ 中山

明芳、阿部

晋、穴田

哲夫 ··· 30

人間はどこまで速く走れるか？-四足走行の挑戦- ··········· 宇佐見義之、衣笠 竜太 ··· 39
多光子イオン化過程を利用する新反応開発 ················ 岩倉いずみ、赤井昭二 ··· 45

プロジェクト共同研究
高周波回路の解析・設計理論の整備と対応ソフト開発················ 許

瑞邦、武田

重喜、穴田

哲夫、平岡

高安心超安全交通研究所（KU-WIRF）の活動 ··············· 松浦

隆晴、陳

堀野

定雄、大和

裕幸、久保

登、石川

博敏、龍

春樹、森

春平 ··· 53

重法、石倉

みどり

理有、北島

創 ··· 55

防災まちづくり支援研究センター························ 荏本孝久、大熊丸川比佐夫、天国

武司、島崎

和司、佐藤

孝治

邦博、栗山 利男、露木延夫、植山

利昭 ··· 58

地元住民と協力して実施する町づくり研究所の活動を振り返って·························· 内田

青蔵、重村
中井

力、山家
邦夫、小幡

京子、曽我部昌史
知之、香山

篤美 ··· 60

コンクリート中性化深さ測定における呈色範囲の時間変化に関する研究·················································· 齊藤隆典、趙衍剛 ··· 62

豊和、片岡利介 ··· 64“新たな低炭素エネルギー社会に対応した新型電池の開発”·························· 松本

太、池原

飛之、田邉

時間-周波数分析を用いたヴァイオリン駒構造振動伝搬モデルの検討·························· 山崎

徹、中村

弘毅、伊東

圭昌、田中

俊光 ··· 67

多分岐ポリマー系ナノハイブリッド材料の開発と応用···· 横澤

勉、池原

飛之、小出

芳弘、山田

保治、花畑

誠、工藤

宏人 ··· 69

直接駆動型ペルチェ素子を用いた DNA 増幅装置の開発·························· 山口
刺激応答性材料の開発 ·············· 亀山

栄雄、鈴木

温、井上

敦、石田

良仁、川口

和仁、安積

良隆 ··· 73

春馬、上田

充 ··· 74

渉、吉田

曉弘、中澤

順

敏広、赤間

弘、星野

真樹 ··· 76

仁華、齋藤

美和 ··· 78

グリーンイノベーションの基盤となるナノ構造制御触媒の開発研究················ 引地

史郎、内藤

周弌、上田

Shigeo T. Oyama、宮尾ナノ構造材料合成における水媒体の影響に関する研究 ········ 金

車両等に装備するためのポリカーボネート窓の表面改質に関する研究························ 新中

新二、井上

成美、大越

昌幸、野尻

秀智

植田

博臣、岩井

和史、中村

先男 ··· 79

陽一、林晃生、Sangkee Min ··· 81

超精密加工による高品位表面の創成に関する研究····································· 中尾
テクノサークル活動報告
環境科学テクノサークル活動報告 ···························· 井川

学、南齋

勉 ··· 83

映像記録型ドライブレコーダーによる安心安全快適自動車運転サークルの活動················································ 松浦

春樹、堀野定雄 ··· 85

テクノサークル「けんちくをつくる会」活動報告 ······················ 三笠

友洋 ··· 88

テクノサークル KURAFT 活動報告 ····································· 中村

弘毅 ··· 90「神奈川大学宇宙ロケット部」活動報告 ································ 高野
随敦 ··· 93

想神奈川大学に勤務させていただいて ·································· 伊藤

勝悦 ··· 95

神奈川大学４１年間における光波・電磁波回路の研究 ·················· 穴田

哲夫 ··· 99

ねじ雑感 ·························································· 細川

修二 ··· 103

研究雑感 ― 学生時代と最近 3 点 ···································· 松井

正之 ··· 105

なぜか「災害と離島」に深く関わることになった ························ 重村

力 ··· 108

春風馬堤の曲を枕に、思いつくまま ···································· 吉田

稔 ··· 115

年次報告 ············································································ 117
神奈川大学工学研究所所報執筆規程 ···················································· 122
編集後記 ············································································ 127

CONTENTS
Preface
Proposal to Research Institute for Engineering ············· Tsutomu YOKOZAWA ···1

Review
Receiving Infinite Benefit from Empyrean:Research and Development of Novel
Photovoltaics and Related Materials ······················· Nobuyuki MATSUKI ··· 3
Manganese-Based Oxygen Storage Materials: Materials Development and Tailoring forPractical Applications ···································· Teruki MOTOHASHI ··· 17
Joint Research
Development of Vehicle Control and CFRP Chassis for Micro Electric Vehicles···················· Hun-Ok LIM Kenichi TAKEMURA Toru YAMAZAKI
Hiroki NAKAMURA Hideaki KATOGI Eiichi TAKAYAMA ··· 22
Modulation of Current-voltage Characteristics of Superconducting Josephson Junctions andSuperconducting Quantum Interference Devises by Two-dimensional Scanning of External
Magnetic Field ··········· Akiyoshi NAKAYAMA Susumu ABE Tetsuo ANADA ··· 30
How fast human can run? a possibility of quadrupedal running···································· Yoshiyuki USAMI Ryuta KINUGASA ··· 39
Development of Novel Reaction using Multiphoton Ionization·········································· Izumi IWAKURA Shoji AKAI A ··· 45
Project Research
Construction of high frequency circuit analysis/synthesis theory and development of thecorresponding software ········· Jui-Pang HSU higeki TAKEDA etsuo ANADA
Takaharu HIRAOKA Chun-Ping CHEN ··· 53
Kanagawa University, The Research Institute for Well-Informed and Risk-FreeTransportation ·················· Haruki MATSUURA Midori MORI Sadao HORINO
Hiroyuki YAMATO Noboru KUBO Hirotoshi ISHIKAWA
Sigenori RYU Masatomo ISHIKURA Sou KITAJIMA ··· 55
Institutional Center of Regional Constitution Support for Disaster Preparedness············· Takahisa ENOMOTO Takeshi OHKUMA Kazushi SHIMAZAKI
Koji Sato Hisao MARUKAWA Knihiro AMAKUNI
Toshio KURIYAMA Nobuo TUYUKI Toshiaki UEYAMA ··· 58
On Activity of the Institute for Town Planning to Carry Out in Cooperation with Local
People ························ Seizo UCHIDA Tutomu SHIGEMURA Kyoko YAMAGA
Masashi SOGABE Kyouko YAMAGA Kunio NAKAI
Kazuo NISHI Tomoyuki OBATA Atumi KAYAMA ··· 60
Study on the Coloration Time History of the Concrete Neutralization Measurement························································ Takasuke SAITO Yan-Gang ZHAO ··· 62“Development of Novel Battery towards New Low Carbon Energy Society”·········································· Futoshi MATSUMOTO Takayuki IKAHARA
Toyokazu TANABE Toshiyuki KATAOKA ··· 64
Modelling for Vibration Transmission through Violin Bridge from String to Body by using
Time-Frequency Analysis ························ Toru YAMAZAKI Hiroki NAKAMURA
Yoshiaki ITOH Toshimitsu TANAKA ··· 67

Development and Application of Nano Hybrid Materials from Hyperbranched Polymers················· Tsutomu YOKOZAWA Takayuki IKEHARA Yoshihiro KOIDE
Yasuharu YAMADA Makoto HANABATA Hiroto KUDO ··· 69
Development of direct-current driven DNA amplification system···· Shigeo Yamaguchi Tadzunu Suzuki Kazuhito Inoue Yoshitaka Azumi ··· 73
Development of stimuli-responsible Materials ····················· Atsushi KAMEYAMA
Yoshihito ISHIDA Haruma KAWAGUCHI Mitsuru UEDA ··· 74
Development of Nano-structure Controlled Catalysts for Green Innovation···································· Shiro HIKICHI Shuichi NAITO Wataru UEDA
Akihiro YOSHIDA Jun NAKAZAWA Shigeo T. Oyama
Toshihiro MIYAO Hiroshi AKAMA Masaki HOSHINO ··· 76
Study on Influence of Water in Nanostructure Material Synthesis·································································· Ren-Hua JIN Miwa SAITO ··· 78
Study on Surface Reforming of Polycarbonate Windows for Vehicles························ Shinji SHINNAKA Narumi INOUE Masayuki OKOSHI
Hidetoshi NOJIRI Hiroomi UEDA Kazufumi IWAI Sakio NAKAMURA ··· 79
Study on Generation of Advanced Surfaces by means of Ultra-Precision Machining Processes····································· Yohichi NAKAO Akio HAYASHI Sangkee MIN ··· 81
Techne Circle Report
Reports on the Activities of Environmental Science Techno-circle······························································ Manabu IGAWA Ben NANZAI ··· 83
Activity of Techno-Circle Study Group on Well-Informed, Risk-Free and Comfortable
Car-Driving by Means of An Image-Recording-Type Video Driving Recorder···················································· Haruki MATSUURA Sadao HORINO ··· 85
Reports of Annual works of theTechno Circle “Tsuku-Ken”··············································································· Tomohiro MIKASA ··· 88
Activity Reports of the Techno Circle KURAFT ····················· Hiroki NAKAMURA ··· 90
Activity Reports of “Kanagawa University Space Rocket Club”················································································· Atsushi TAKANO ··· 93
Essay
Memories in Kanagawa University ·············································· Shouetsu Itou ··· 95
Study on microwave and light-wave planar circuits for forty-one years at Kanagawa
university ··············································································· Tetsuo ANADA ··· 99
Thoughts of Screw Thread ···················································· Shuji HOSOKAWA ··· 103
Researcher’s Essays: Student age vs. Recent-3 ··························Masayuki Matsui ··· 105
I found myself involved deeply in “Disaster and Island” ········ Minoru W. YOSHIDA ··· 108
Tears in Heaven ··························································· Tsutomu SHIGEMURA ··· 115
Annual Reports of the Institute ······················································· 117
Manuscript Submission Instruction ··················································· 122
Letters from the Editors ····························································· 127

1

工学研究所について考える

巻頭言

横澤 勉＊

Proposal to Research Institute for Engineering
Tsutomu YOKOZAWA＊

私が神奈川大学に着任したのが 1991 年 4 月，
バブル経また，工学研究所を産学連携の場として，企業人のリ

済の最後のころである．翌年には工学研究所運営委員を

カレント教育や中小企業の技術問題の解決を行うことも任され，その半年後に上記タイトルで工学研究所所報を提案された．工学研究所の話からはやや離れるが，どの苦しみながら書いた．冊子が手元になくて確認できない先生も今後大学にとって大学院教育がいかに重要になるが，工学研究所運営委員全員が書かされた様子である．

かについて熱く語っていた．

本学着任前は大学の附置研究所に勤務をしていたので，さて 1992 年に提案した 23 年後の現在，以前の提案を神奈川大学のこともよくわからずに次の 3 つの疑問点・

基にもう少し可能性のありそうな提案を考えてみた．

問題点を挙げた．

１）学際領域の産学共同研究の基盤としての工学研究所

１）工学研究所に研究室がない．

現在行われているプロジェクト研究がこれに当てはまる

２）工学研究所からの発表論文がない．

のかもしれないが，研究予算がないことからあまりイン

３）境界領域は学内共同研究で行えるか？1

センティブではない．そこで工学研究所からの研究予算

これに対して私は以下の提言をした．

および企業からの共同研究費または委託研究費をもとに

１）工学研究所の建物を作る．

複数学科の教員と企業研究者からなるプロジェクトを立２）境界領域を専門とする教員を採用して，工学研究所

ち上げる．例えば企業がある研究目的のために大学とのに研究室を設置する．

包括共同研究契約の申し出があった場合に工学研究所が３）工学研究所において研究を中心とする大学院教育を中心になって工学部教員の専門に基づいて研究者をコー行う．

ディネートして工学研究所からも予算を付けてプロジェ

４）工学部の関与しない独立した研究所とする．

クト化すると研究のアクティビティーおよび神大の工学今となっては無理な提案をした感がする．

研究所の知名度が上がると思われる．

1993 年には各運営委員の提案をもとに同内容で座談

２）大学院生の研究スペースとしての工学研究所

留会が開かれ（出席者：三宅工学部長，濱野工学研究所長，

学生や社会人を含めて大学院生を今よりもっと増やせた

遠藤，寺尾，横澤運営委員，大成（司会）
（敬称略）
）
，そ

場合（これは工学研究科の宿題であるが），現在の学部生の記録が工学研究所所報に掲載された．それを見ると私の人数に基づいた研究室では手狭であり，研究を安全にの提案もそれほどずれていたわけではなく，共通認識と行うのに支障をきたすようになる．その場合に大学院生

しては，工学研究所の建物を作り，専任の教員と職員をの多い研究室が使える研究スペースを工学研究所に設置配置し，研究を中心とした大学院教育を行う，といった

し，利用できるようにする．工学研究所の建物やスペー

まだバブル時代を反映したようなものであった．さらにスがないと実現できないことかもしれないが，現在の学

具体的な提案としては，工学研究所の建物がなくても工部生の人数の 1/3 でも大学院生が在籍するようになれ

学部教員は工学部の研究室において，ある期間，工学研

ば，研究の安全上，大学にスペースの要求はできるはず究所の仕事を主として研究に専念する，といったものも

である．

あった．

３）博士後期課程修了者を採用する工学研究所*委員長，工学研究科

Dean, Graduate School of Engineering

博士後期課程修了者を工学研究所がポスドクとして採用し，独立した研究を行わせて研究者としてのトレーニングを行わせる．そして次の研究職を目指してもらう．これに2

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

よって工学研究所の研究アクティビティーが高くなると神奈川大学工学部は，人的資源および研究経費に恵まもに博士後期課程修了者が研究職に従事できる機会が増れた，研究アクティビティーの高い大学として専門家にえるであろう．このような博士後期課程修了者をポスドは認められてきた（残念ながら社会一般とは言えないが）．

クとして大学が雇用する制度は，全学の大学院政策委員

しかしながら大学院生の漸減とともにその特徴である研会でも検討されている．

究アクティビティーも座談会が行われた時と比べると残４）工学研究所における共同研究の論文発表において，

念ながら低下してきたように思われる．工学研究所を上

著者の所属を工学部だけではなく，工学研究所との兼任手に活用したインセンティブなシステムを作り，研究のを明記する．

活性化および大学院の充実化を望む．

これはすぐにでもできることであり，工学研究所のＰＲのためにぜひ行ってもらいたい．

3

天からの無限の恩恵を受け取る― 新型太陽電池および関連材料の研究開発 ―松木 伸行

Receiving Infinite Benefit from Empyrean:
Research and Development of Novel Photovoltaics and Related Materials
Nobuyuki MATSUKI＊

１．緒言

となっている．

人類の文明はエネルギーの獲得手段開発とともに発展

地球から約 1.5×108 km の距離に位置する太陽は，水し，そして，エネルギー資源の獲得を巡って紛争・戦争

素・重水素とヘリウム 3 による陽子―陽子連鎖核融合反すら起こってきた．エネルギーの獲得争いが起こる原因

応によって 5800 K の黒体輻射温度に相当する約 6.2×は，森林や地下埋蔵化石燃料など従来の主要なエネルギ

1010 kW/km2 もの莫大な表面輻射エネルギーを放出してー資源の供給量，埋蔵量が限定されていることに帰着さいる．太陽光のエネルギー密度は地球の大気圏外直近到れる．特に化石燃料の大量消費は大気中 CO2 濃度を上昇

達時には面積平均約 1.4 kW/m2 であり，大気によりそのさせ，地球高温化と気候変動を引き起こすとともに硫黄30%が宇宙空間へ反射されて最終的に地表・海洋面に到分から発生する SOx を原因とする酸性雨をもたらし，い達するエネルギー密度は面積平均約 1.0 kW/m2 となる．

まや人類の永続を脅かすほどの地球環境悪化を招いてい

なお，
地表面が受け取るトータルの太陽光エネルギー
（1．

(1)

25×1014 kW）のうち 47%が地表で熱となり，約 23%がる ．
地球環境を健全に保ちつつ人類が恒久的に発展・存続

海洋で蓄積される．一方，風・波・海水対流など自然のしていくためには，(1) 地球環境を悪化させることなく循環に寄与する割合は約 0.2%，そして生命活動で消費さ(2)消滅できない廃棄物を排出することなく，かつ (3) 枯れる割合にいたってはわずか 0.02%にすぎない．すなわ

渇のおそれのないエネルギーでなければならない．化石

ち，我々人類の文明活動を維持するに余りある膨大な太燃料エネルギーは(1)~(3)を満たさず，また核分裂原子力

陽光エネルギーが利用されずに打ち捨てられている，とエネルギーの場合は(2)，(3)を満たすことができない．海いってもいいだろう．しかしながら，地表面における 1.0

水に含まれる三重水素を原料とする核融合エネルギーはkW/m2 という太陽光エネルギー密度は決して高いとはい(1)，(2)を満たし，(3)もほぼ満たすといってよいが，現在

えず，また時刻と天候によってその値は常に変動する．

のところ技術的に実現できる目途が立っていない．現在

したがって，この希薄で不安定な太陽光エネルギーを如の技術で(1)~(3)を実現可能なエネルギーとしては再生可

何にして効率良く受け取り，最大限に利用するかという能エネルギー（Renewable energy）が最も有望である．再点に人類の英知が集約される必要がある．

生可能エネルギーの主なものとして，太陽光・風力・水

太陽光エネルギーの利用法としては，太陽光発電・太力・波力・潮汐力・海流力・バイオマス・地熱が挙げら

陽熱発電・太陽熱利用に大別される．太陽光発電は太陽れる．これらは，地熱エネルギーを除き全て太陽から放電池により太陽光を直接電気に変換する方式であり，設射されるエネルギーを源として直接的・間接的に発生し備が簡便でメンテナンス負荷も低く各家庭にも設備可能ている．すなわち，太陽は地球上の大気・海洋循環およである．太陽熱発電は，太陽光を反射鏡によりボイラー

び生命活動を発生・維持させている全てのエネルギー源

塔に集光し，オイルなどの 1 次媒質を加熱してその熱により水から蒸気を発生させて蒸気タービンを通じて発電*准教授 電気電子情報工学科
Associate Professor， Dept． of Electrical， Electric and Information
Engineeringする方式であり，特に直達日射量が多い地域に適してい
る．太陽熱利用としては，いわゆる「温水パネル」とし

4

神奈川大学工学研究所所報て家庭，プール施設，浴場施設などで温水を供給する目

ンデム）化
3.

的で普及している．
筆者は，これまで太陽光発電に資する太陽電池の効率に筆者が進めてきた太陽電池関連研究についてその一部を紹介する．

生成した電荷の分離 ： p-n 接合やショットキー接合による内部電界の形成・バンドオフセット構造を向上させるための基礎研究を行ってきた．本稿では，太陽電池の歴史，現状および課題について概説したのち第 38 号による逆方向飽和電流の低減
4.

分離した電荷の外部への取り出し：良好なオーミ
ック接触

上記の機能が全て引き出されることにより，太陽電池が最高効率を達成することができる．しかし，1 つの機

２．太陽電池の歴史と現状および課題

能でも不十分な場合，理想的な特性を得ることができな

2.1 太陽電池の歴史

い．
太陽電池の高効率化は，機能が不全な部分の解明と，太陽電池とは，光：photon を電気：（の素である）electronに変換するデバイスである．
「光電変換素子」としての開機能を強化する要素技術の開発を併進することによって達成される．

発の歴史は 19 世紀に遡る．1839 年，A. E. Becquerel（ベクレル，仏）は電気分解槽への光照射時に起電力が発生

2.3 各種太陽電池の発展と課題するという光化学電池の原理を初めて発見した．1876 年

表 1 に，現在実用化されている，または実用化が期待には W. G. Adams と R. E. Day（アダムスとデイ，英）とされ研究発展段階にある太陽電池を材料の分類に従ってによって Se（セレン）と金属との接触によって起電力が系統的に示した．変換効率は文献(3)に拠る．

発生する現象が見出され，これを応用して 1883 年には C．
E. Fritts（フリッツ，米）が Se に金を蒸着し世界初の無結晶シリコン（Si）太陽電池：

機光電池を開発している（この光電池の光電変換効率は

Si p-n 接合太陽電池は，上記の各機能に関する改良を1%程度であるが，1960 年代までカメラの露出計など広進めることで徐々に変換効率を向上させてきた．1954 年

く利用されてきた）．1900 ~ 1940 年代には量子力学が著の発明時に 4%であった変換効率は 45 年かけて 25%まで

しい発展を遂げ，金属・半導体内の電子状態を解明する向上した．1960 年代以降，単結晶 Si の精錬技術が向上

固体物性物理の確立へ繋がる礎が築かれた．その流れのし，重金属含有量や転位密度の低下によりバルクのキャ中で，1941 年には米国 Bell 研究所の R. S. Ohl（オール，

リア寿命が増大するのに伴い，表面キャリア再結合が太米）によって Si p-n 接合太陽電池が提案され基本特許が陽電池効率向上のための律速となってきた．そこで，表取得された．1947 年には同研究所の W. Shockley，J.

面キャリア再結合を低減させるための「パッシベーショ

Bardeen，W. Brattain（ショックレイ，バーディーン，ブン（不活性化）」(4) 技術開発へ研究の基軸がシフトしていラッテン，米）によって初めて点接触型トランジスタがった．パッシベーションには，Si 表面の未結合手（ダン発明され，金属―半導体接合のみならず半導体 p-n 接合

グリングボンド）を終端しミッドギャップに形成されるに対する理論的な考察も行われた．そして 1954 年，ベル欠陥準位密度を低減させ，また，表面近傍にバンドベン

研究所の G. Pearson，D. Chapin，C. Fuller（ピアソン，シディングによる内部電界を形成しキャリアを欠陥リッチ

ャピン，フラー，米）により Si p-n 接合太陽電池が実証な表面に寄せ付けないようにする，という 2 つの効果が(2)された（変換効率約 4%） ．翌年には早くも日本電気中含まれる．
このパッシベーションは，
Si 表面に熱酸化膜，

央研究所の林一雄博士らにより変換効率 6 ~ 8%の Si p-na-Si1-xNx:H（アモルファス窒化シリコン）膜，a-Si:H（水接合太陽電池が再現実証されている．

素化アモルファスシリコン）膜などを製膜することによ

2.2 太陽電池に必要な 4 大機能

膜 a-Si:H をパッシベーション膜とした太陽電池はり実施されてきた．このなかでも，特に 10 nm 厚の極薄
さて，太陽電池の変換効率は以下に示す 4 つの機能に

a-Si:H/c-Si ヘテロ接合太陽電池とよばれており，三洋電より規定される．それぞれの機能に対して，それらを増機（株）（現：パナソニック）によって 1990 年代から開強させるための対応技術も併記する．

発が始められ，2014 年に世界最高効率の 25.6%を達成し1． 光の導入と閉じ込め（表面反射の低減と実効光路長の増大）：反射防止膜・テクスチャ構造
2． 半導体での電荷（電子・正孔）生成 ：低欠陥材料
開発・複数のバンドギャップ材料による複層（タた(5)．Si p-n 接合太陽電池の理論効率限界は 30%と予想されており，前述の太陽電池に必要な各機能が限界近くまで引き出されているといえよう．
単結晶 Si よりも安価に大量生産できる多結晶 Si を用5

天からの無限の恩恵を受け取る ― 新型太陽電池および関連材料の研究開発 ―いた Si p-n 太陽電池は結晶内に存在する粒界欠陥によっ1960 年，単結晶 CdTe 上に半透明金属膜を堆積した CdTeて宿命的にキャリア寿命が低下し最高変換効率も 20.4%

太陽電池が発表され，1969 年にはじめて薄膜によると単結晶 Si 系に比べて低い値ではあるが，現在実質的にCdS/CdTe 太陽電池が開発された．Cd, Te は人体に有毒な市場で最もシェアの高い太陽電池となっている．

物質であり，特に日本では Cd 汚染による公害病の記憶により忌避感情が存在する．
松下電池工業は 2000 年まで

GaAs 太陽電池：
Si が間接遷移型半導体であり直接遷移型の GaAs などと比較すると光吸収係数が低いものの太陽電池としてのシェアがもっとも高い理由は Si の豊富さにあり，低コスト化のポテンシャルが高いという点にある．しかしながら，Si p-n 太陽電池は高エネルギー粒子照射，すなわち宇宙放射線被曝により空孔欠陥が発生し著しく特性劣化するため，人工衛星・宇宙船の電源として適していない
ことが，宇宙開発の進展に伴って明らかになった．そこ
で，宇宙用電源としての GaAs による太陽電池開発が，民生用とは別の路線で（すなわち低コスト化は考慮されずに），ひたすら高効率を目指して極めて欠陥の少ない結晶薄膜が作製可能な分子線エピタキシー法による開発が行われてきた．その結果，GaAs 系太陽電池の 5 接合セル（有効面積：1 cm2）で現在太陽電池の中で最高効率である 38.8%が達成されている．

CdTe 太陽電池の開発を進めてきたが，前述の理由により事業化は難しいと判断され中止した．一方，米国 First
Solar 社は使用済み太陽電池の自社回収制度などの整備によって CdTe 太陽電池の事業化を拡大しつつ開発を継続し，2014 年には 17.5%のモジュール変換効率を達成している．1974 年，Wagner らは CuInSe（CIS）を CdS と組み合わせることにより変換効率12%の薄膜太陽電池を開発し，これは現在 CuInGaSe（CIGS 太陽電池）として実用化するに至っている．
1975 年，Spear と LeComber らにより a-Si:H（水素化ア
モルファスシリコン）への置換ドーピングが成功すると(7)，翌年には Carlson らにより a-Si:H 太陽電池が開発された．
「薄膜シリコン太陽電池」の誕生である．1973 年の石油ショック後に通産省工業技術院（当時）により策定されたサンシャイン計画の一環では薄膜シリコン太陽電池が次世代太陽電池になると見込んで開発ターゲットと薄膜太陽電池：された．しかし，40 年余りにもわたる国内外の基礎研究

Si や GaAs のバルク太陽電池では，材料の使用量が太にもかかわらず，ランダムネットワークでの物性におい陽電池に本来必要な量以上に多く，生産量の増大に伴って未だ解明や制御ができない点が多い．このことが障壁て材料資源が不足・枯渇する懸念も考えられた．
そこで，となり，a-Si:H における光劣化現象（Staebler-Wronski

単結晶半導体に代わる省材料・低コスト化を指向した薄effect ともいわれる：光照射によって特性が劣化し，150

膜半導体材料による「薄膜太陽電池」の開発も CdS 薄膜ºC 程度の加熱アニールによって回復する可逆的現象）は太陽電池の登場(6)（1954 年）を端緒として行われてきた．

未解決であり，また太陽電池緒変換効率が 10％程度で結II-VI 族半導体である CdTe は，
バンドギャップが 1.5 eV

晶 Si 系太陽電池と比較して低止まりとなっている．こので太陽光スペクトルとの整合性が非常に良く，また，可ような弱点があるものの，a-Si:H は極めて均質に大面積

視光領域において5 × 105 cm-1 以上の高い光吸収係数を有の半導体薄膜を安価に形成できるという大きな利点があするため早くから太陽電池材料として着目されていた．

り，電力供給用太陽電池としてよりも液晶ディスプレイ

表1

各種太陽電池の分類

太陽電池の材料・形式
バルク太陽電池

薄膜太陽電池単結晶 Si
多結晶 Si
III-V 族化合物（GaAs, InP）
多結晶薄膜 Si
水素化アモルファス Si（a-Si:H）
Si 系
微結晶 Si（c-Si）
無機系
a-Si:H／c-Si タンデム
II-VI 族化合物系（CdTe）
カルコパイライト系（Cu-(In, Ga)-(S, Se)）
色素増感
有機系
有機半導体
有機無機ハイブリッド（ペロブスカイト）

開発段階
実用化済
試験段階
実用化済
試験段階
実用化済
実用化済
実用化済
試験段階

小面積最高効率(3)
(%)
25.6
20.8
38.8

モジュール最高効率(3)
(%)
22.9
18.5
24.1

21.2
10.2
11.8
13.6
21.0
21.0
11.9
11.0
15.0

12.3
17.5
17.5
8.8
8.7
-

6

神奈川大学工学研究所所報第 38 号を駆動する薄膜トランジスタ用の材料として工業的に発デム化によってより高効率化が可能であると考えられて展を遂げた．また，a-Si:H は薄膜太陽電池の発電層材料

おり，Si とペロブスカイトとのタンデム化による太陽電としては現在のところ他の薄膜太陽電池用無機材料を凌池の理論限界効率は 29.8~35.0%と推算されている(14)．こ駕する優れた物性を得られていないが，前述のようにのように，ペロブスカイト太陽電池は簡便なプロセスで

a-Si:H/c-Si ヘテロ接合太陽電池への適用，すなわち，結高効率のものが得られるという特長がある一方，大気中晶 Si 表面のパッシベーション層として非常に優れた物の酸素や水分への曝露により著しく特性劣化を起こすと性を発揮することがわかった．この経緯から，a-Si:H はいう決定的な弱点があり，
これはまだ解決されていない．

「過去の材料」ではなく今後もより詳細に研究していく

CH3NH3PbX3 の有機基を疎水性の高いものへ置き換えるべき材料として再認識されつつある．

ことによって耐久性を向上させたという報告もあり，今1980 年代から，有機半導体とその応用電子デバイスに関する研究は盛んになった．当然のことながら太陽電池への応用も検討され，1986 年には Tang らによって初めて有機薄膜太陽電池が実証された．有機半導体はキャリアの拡散距離が極めて小さく nm オーダーであるため，
通常の p-n 接合構造ではキャリア分離と収集の効率が極めて低い．この問題を改善するアイディアとして，1995
年に A. J. Heeger らによって p 層とn 層が互いに複雑に混合し侵入しあった「バルクヘテロ接合構造」が提案され後の発展と改善が最も期待されている太陽電池のひとつである．
３．太陽電池および太陽電池材料開発への取り組み
筆者は，太陽電池に関連する研究として，以下のテーマについて取り組んできた．
I. 新型太陽電池の開発
I-1. 電界効果型アモルファスシリコン太陽電池(15)~(19)(8)，変換効率飛躍的に向上した．その後も有機半導体自I-2. 水分解太陽電池(20, 21)体の開発が精力的に続けられ，2015 年現在では東芝（株）

I-3. 透明導電性高分子と III-V 族窒化物とのヘテロにより変換効率 11.0%が達成されている(9)．
近年，薄膜太陽電池材料の中で新星のごとく現われ注
目されているのは，ハロゲン化メチルアンモニウム鉛（CH3NH3PbX3, X=I, Br, Cl）
で有機無機複合ペロブスカイ
ト（以下．ペロブスカイト）とも呼ばれるイオン結晶か接合による新型ショットキー太陽電池(22)~(28)II. 太陽電池関連材料の開発
II-1. アモルファスシリコンの新規製膜法(29, 30)
II-2. フレキシブル結晶基板上における III-V 族窒化物薄膜のヘテロエピタキシャル成長(31)ら成る薄膜材料である．同ペロブスカイトの最大の特徴
は簡便で低コストの溶液塗布プロセスにより作製可能であるという点と，1 V を超える高い開放電圧が得られるというところにある．
同ペロブスカイトは 1990 年代より
非線形光学特性や量子閉じ込め効果を示す発光材料として研究されていたが，2006 年，桐蔭横浜大学 宮坂力教

III. 太陽電池関連材料の評価技術開発
III-1. レーザー結晶化薄膜多結晶シリコンにおける粒界電気特性の計測(32)~(33)III-2. アモルファスシリコン/単結晶シリコンヘテロ
接合太陽電池の構造・物性評価(34)~(37)

授の研究グループが色素増感型太陽電池の増感材料とし

本稿では，I-1.の電界効果型アモルファスシリコン太陽て用い，初めて太陽電池材料としての適用を提案・実証

電池の開発(15)~(19)と III-2.アモルファスシリコン/単結晶シ

した(10, 11)．その後，同研究グループはオックスフォード

リコンヘテロ接合太陽電池の構造・物性評価(35)~(37)につい大学の H. J. Snaith 博士の研究グループと共同研究を行った結果，ペロブスカイトを溶解させ特性劣化を引き起こす原因にもなっていた電解液を廃して固体の有機正孔輸
送材料 Spiro-OMeTAD に置き換えることにより，有機無機ハイブリッド型太陽電池では 2012 年当時最高効率の10.9%を達成した(12)．この時点から国内外でのペロブス
カイト型太陽電池研究開発フィーバーが始まり，現在までに変換効率 20.1%が達成されている (13)．ペロブスカイ
トの光学的バンドギャップは 1.55~1.60 eV で光吸収端波
長は約 800 nm であるので，光吸収端がより長波長にある Si（同約 1100 nm）や CIGS（同約 1200 nm）とのタン

図 1 電界効果型 a-Si:H 太陽電池（FESC）の構造

天からの無限の恩恵を受け取る ― 新型太陽電池および関連材料の研究開発 ―て取り上げ，その研究内容の一端を紹介する．

４．電界効果型アモルファスシリコン太陽電池の開発
4.1 電界効果型アモルファスシリコン太陽電池の概念
電界効果型太陽電池（Field-Effect Solar Cell: FESC）は，
絶縁または強誘電体によるゲート構造を有する太陽電池
であり，電界効果によって強制的に光生成キャリアの分離を促進することで，水素化アモルファスシリコン

7

台の PLD がゲートバルブを介して接続された複合薄膜
4分割マスク
基板上の4領域に異なる
条件で製膜する場合に使用
FESC a-Si:H用マスク
2 mm角のa-Si:H領域製
膜に使用（a-Si:H）内のキャリア再結合確率と劣化率を抑制することで変換効率向上を図るために提案された(15)~(19)．図 1に，検討された FESC の構造を示す．

FESC 櫛型電極マスク
真空蒸着／PLDでの櫛型電極形成に使用

4.2 FESC の作製プロセスとデバイス特性
この構造を真空中でマスクを使って一貫して形成する(a)

ため，図 2 に示すプロセスフローを検討した．このプロ
セスでは，a-Si:H の堆積手法としては化学気相堆積（CVD），そして櫛形電極や金属電極の堆積手法として
はパルスレーザー堆積（PLD）を用いることとした．これを実現するため，図 3 に示すような 2 台の CVD と 1(b)
図 4 (a)コンビナトリアルマスク および (b)コン
ビナトリアルマスクホルダー
堆積システムを構築した(17, 18)．この複合薄膜堆積システ
ムは，真空中で図 4(a)に示すような 4 分割マスク，a-Si:H
用マスク，櫛型電極マスクを交換することによって，外図 2 FESC の作製プロセス。製膜する材料ごとに(i)~(vi)のステップを示している。

部に基板を取り出すことなく連続して図 2 で示した作製プロセスを行えるようになっている．このプロセスを可能にするのが図 4(b)で示したコンビナトリアルマスクホ
ルダーである．このホルダーは，試料を輸送する試料ホ
ルダー部分と，マスクを交換・輸送するマスクホルダーが嵌合する構造となっており，さらに回転方向がバヨネ
ット（ガイドピン）で規定されるようになっている．その結果，試料に対して数 10 m 以内の精度でマスク合わせを行なうことが可能である．
上記のシステムによって，

図 3 FESC を作製するための複合薄膜堆積システム（コンビナトリアルデバイスプロセスシステ
ム）

1 回の実験で 4 つの異なる条件，44 個の FESC セルを作製できる．前述の複合薄膜堆積装置とコンビナトリアル
マスクホルダーを総合してコンビナトリアルデバイスプ

8神奈川大学工学研究所所報第 38 号

以上のように，多種類のデバイスを同バッチで一貫して行えるコンビナトリアルシステムの開発を通じ，FESCの実証に成功した．今後も，本 FESC の機構を a-Si:H の
みならず他の太陽電池材料にも拡大適用し，太陽電池高効率化のさらなる可能性を検討する．
５．a-Si:H/c-Si ヘテロ接合界面ボイド構造の解析
5.1 a-Si:H/c-Si ヘテロ接合太陽電池の長所と課題(a)

日本発の水素化アモルファスシリコン／結晶シリコン（a-Si:H/c-Si:H）ヘテロ接合太陽電池（Si-HJSC）(38)は，

100 m200ºC 以下での低温プロセスが可能である，高温動作時

TCO
comb
electrodeの変換効率低下度が低いなどの優れた特性を有し，上述のように 2014 年には Si 系太陽電池の中では最高となる
25.6%の変換効率を達成したことでさらに普及への期待が高まっている．Si-HJSC では，c-Si 表面上にプラズマAl back electrode(a)(b)
図 5 (a) 最適化された FESC の構造 および (b)透明導電性酸化物櫛型電極

2

Current(mA/cm) 2)
Current
density(mA/cmby the field-effect (%)

SC
JSC increment
ratio (%)

Enhancement of J

10
10

55

00
00 100
10 20020 30030 40040 50050Interlayer
thickness (nm)Interlayer
thickness

結果高効率を達成している(5)．

VF = +40 V

7変換効率をさらに理論限界近く（29.4%(39)）まで高め

6

るためには，a-Si:H/c-Si 界面の状態を解析し，欠陥形成54VF = -10 Vの要因を解明する必要がある．a-Si:H の電気特性は，水

3
2
1
0
-1

10 nm 程度の a-Si:H 層が Si 表面欠陥を終端・不活性するとともにバンドオフセットを形成することで逆飽和電流値の低減が 750mV という高い開放電圧を実現し，その

8
15
15

化学気相成長（プラズマ CVD）法によって堆積した膜厚

素終端がされていない欠陥であるダングリングボンド（Dangling-bond: DB, 未結合手）密度，SiH2 結合密度おVF = -10 ~ +40 V,
10 V step

-0.5
0
0.5
Voltage
Voltage(V)(V)

よびマイクロボイドの密度と密接な相関がある．これら
1

図 6 (a) 短絡電流密度に関する電界効果増大率のinterlayer（中間層）膜厚依存性および(b) FESCの電界効果電流―電圧特性の物性は電子スピン密度，赤外吸収および陽電子消滅法
や X 線構造解析によって評価できるものの，十分な精度のデータを得るためには 1 m 以上の“厚膜”が必要ある．
そのため，10 nm 程度の膜厚しかない Si-HJSC の a-Si:H層の定量的な評価は極めて困難であった．

ロセスシステムとみなされる．同コンビナトリアルデバ

本研究では，サブ nm 膜厚の測定感度を有し，かつ非

イスプロセスシステムによって，a-Si:H の膜厚，ドーピ

破壊の方法として広く薄膜材料の物性評価に用いられて

ング量，a-SiN:H 絶縁層の製膜条件など様々な最適化をきた分光エリプソメトリー(40)を用いて a-Si:H/c-Si ヘテロ行うとともに，櫛型電極の材料を金属ではなく透明導電接合界面のマイクロボイド構造を解析できないか検討を性酸化物に置き換えるなど太陽電池構造の改良を行った．

行ってきた．分光エリプソメトリーから得られる情報はその結果，最終的に図 5 に示す構造に最適化された．こ光学定数のみであり，マイクロボイド構造を直接決定すのコンビナトリアル最適化の過程で，中間層（interlayer）

ることはできない．そこで，材料中の欠陥構造を探る手の導入により電界効果が増大されるという知見が得られ段として有効な陽電子消滅法(41)を a-Si:H の厚膜（150nm）

た．図 6(a)は電界効果による短絡電流密度の中間層厚さに対して適用することで，あらかじめマイクロボイド構依存性を示しており，中間層の膜厚増加とともに短絡電造と光学定数との相関を調べ，その相関関係を基に分光

流密度の増大率が大きくなっていることがわかる．このエリプソメトリー測定をサブ nm ~ 10 nm の膜厚領域にようにして構造最適化された FESC は，図 6(b)に示すよ

おけるマイクロボイドを決定する手法としての確立を目

うに絶縁層へのゲート電圧印加によって電流―電圧特性指している．本稿では，a-Si:H/c-Si ヘテロ接合界面近傍が変化し，短絡電流値の明確な増大を示した．

における a-Si:H 内ボイド構造について陽電子消滅と分光

天からの無限の恩恵を受け取る ― 新型太陽電池および関連材料の研究開発 ―9

陽電池における最大の発明は i 層の挿入にあり，そのた

エリプソメトリーの結果を交えつつ考察する．

め開発した三洋電機（現：Panasonic）では Heterojunction
a-Si:H/c-Si ヘテロ接合太陽電池の構造と特性

5.2with Intrinsic Thin layer の意味を込めて「HIT」という登録

図 7 に(a)Si-HJSC の基本構造（a）および (b)エネル

商標がなされた．なお，c-Si 基板上に a-Si:H p 層，n 層をギーバンドダイアグラムを示す（世界最高 25.6%の変換直接堆積する限り，a-Si:H 層欠陥を介して逆飽和電流が効率を有する Si-HJSC の構造は「バックコンタクト型」

増加するために開放電圧や曲線因子（FF）を増大させる(5)．a-Si:H 層は高抵抗（光であり，図 7 とは異なっている ）ことは難しいことが知られている．表 1 に HIT 太陽電池

照射時 ~105 ·cm）であるため，Si p-n 接合太陽電池とはおよびオーストラリア・ニューサウスウェールズ大異なり，電流収集のための透明導電膜（材料：In2O3:Sn（UNSW ）が開発した“Passivated emitter, rear locally(ITO)や ZnO:Al，膜厚：~ 70 nm）が必要となる．光入射

diffused (PERL)”型 Si p-n 接合太陽電池特性との特性比較

側のa-Si:H p-i/c-Si と裏面側のc-Si/a-Si:H i-n の2 つのヘテ表を掲載する．Si-HJSC は，UNSW-PERL と比較して特ロ構造により構成される，図 7(a)で示した構造はダブルに開放電圧と FF が高い値となっており，a-Si:H によるへテロ接合とも呼ばれる．a-Si:H i 層は p 層，n 層と比較

Si 表面パッシベーションと逆飽和電流阻止の効果が非常してダングリングボンド（未結合手）欠陥密度が 1 桁～2に大きいことがわかる．

桁低く 1015 cm-3 台であり，i 層を c-Si 表面に堆積することでパッシベーション（表面欠陥不活性化）効果をもた

5.3 分光エリプソメトリー（SE）の原理と a-Si:H/c-Si

らすとともに，バンドオフセットの形成による逆飽和電太陽電池構造評価への適用

流密度の低減効果が発現する．a-Si:H/c-Si ヘテロ接合太図 8 にエリプソメトリーの原理図を示す．平坦基板上の薄膜に対して，基板に対しある角度をもって光線を

70 nm

10 nm

ITO

a-Si:H

p

Light
tio
n
fle
c
Re

EV

振幅の場合，すなわち入射-反射平面に対して 45º傾いた同位相直線偏光を薄膜に入射させる（45º傾いた同位相直100 ~ 500 m

10 nm

c-Si(n)a-Si:HInterface
defective
regioni

70 nm

ITO Agh

すことにより得られる）．薄膜に入射した直線偏光は，薄膜原子による電子振動再輻射の異方性により，s 偏光・pn

偏光の位相と振幅が入射時とは変化して反射される．すehると，入射時には直線偏光であったものが，反射時には

ehRecombination pass

Absorption（parallel），垂直な偏光成分は s 偏光（senkrecht：垂直（独語））とそれぞれ呼ばれる．s 偏光と p 偏光が同位相で同線偏光は 45º回転させた偏光子（偏光板）に入射光を通ie面である入射-反射平面に平行な偏光成分は p 偏光

(a)

e
EC

a-Si:H (i)a-Si:H (n)Al back contact

FZ n-type c-Si
(1-2 ·cm)

a-Si:H (p)a-Si:H (i)

Ag
Ag
Ag
Ag

TCO(In2O3:Sn,
or ZnO:Al)

入射させることを考える．入射光線と反射光線を含む平回転する楕円偏光となる．反射した光がどのような楕円h偏光であるかは，偏光子を通して反射光を測定すること

Output current
passにより，反射光強度の偏光子回転角度依存性から決定で(b)
図 7 Si-HJSC の (a) 基本構造および(b)エネルギーバンドダイアグラム

きる．反射楕円偏光（elliptic polarization）の波長依存性から薄膜の膜厚や光学定数など求める方法なのでSpectroscopic Ellipsometry（分光エリプソメトリー：SE）と呼ばれる．

表 2 Si-HJSC（図 2）および UNSW-PERL 太陽電池とSE は，直接評価法ではなく間接評価法である．測定された SE スペクトルから直接構造・光学定数が求まるの特性比較
UNSWPERL

Si-HJSC(HIT)

セル面積 (cm )

4

101.8

開放電圧 Voc (mV)

706

750

短絡電流密度 JSC (mA/cm )

2

42.7

37.4

曲線因子 FF
変換効率 (%)

0.828

0.832

25.0

24.7

2

のではない．図 9 に，エリプソメトリーによる光学定数・構造決定の概念図を示す．仮定した構造・光学定数モデ
ルを基に計算される SE スペクトルが，測定 SE スペクトルに近づくように徐々にモデルの方を修正していき，最終的に計算スペクトルが測定スペクトルと一致するようになったときのモデルに使用された構造・光学定数モデ

10

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

Samplep-polarization(Parallel)

Ellipse(n, k, , d)

Eis

Eip

s-polarization(Senkrecht: Vertical)

Incidence: Linearly-polarized

E rs
E ps

Reflection:
Elliptically-polarized

図 8 エリプソメトリーの原理図(3) 楕円化した
偏光の計測(2) 位相・振幅変化(1) 直線偏光
入射(E)=1(E)-i (E)：
誘電関数

光学モデル

s偏光
d

film(E)(4) モデルの光学定数・構造を変化させて計測結果にフィッテング
? 光学定数・構造の決定

d’

薄膜

’film (E) ’bulk (E) bulk(E)p偏光シミュレーション
薄膜
基板
計測結果

基板

図 9 エリプソメトリーによる光学定数・構造決定の概念図
ルが，求めるべき構造・光学定数となる．より詳しくは元素（22Na など）の+崩壊や高エネルギー光子による陽参考文献(40)を参照されたい．

電子・電子対生成によって発生した陽電子のエネルギーを電磁的に調整して 0 ~ 20 keV の単一エネルギーを有する陽電子ビームを形成する．この陽電子ビームのパルス

5.4 陽電子消滅法の原理
3

陽電子消滅法は，物質中の単一原子空孔から数 10 nm

を材料に照射すると，イオン化やフォノンの励起によりに至る大きさの空隙（ボイド）を，高感度（≥ 1016 cm-3）

運動エネルギーを失った後に電子と対消滅し約 511 keV

かつ非破壊で定量評価できる手法である(41)．放射性同位の線を放出する．この放出線のエネルギー分布や減衰

ボイド中の陽電子－電子対消滅

バルク中の陽電子－電子対消滅

ボイド 線

線

陽電子(線源 22Na)
熱化過程(10-12 s)

+

-

+

バルク中で
対消滅

線 511 keV± E

熱化過程(10-12 s)

ドップラー
拡がり

線エネルギー
(a)

カウント

j
・
ﾎ・ 短寿命
(・
g

・
・
E
・
J
・

ボイドの中心で対消滅-

線 511 keV±E

ドップラー拡がり

ボイド中電子の運動量 ：小ドップラー拡がり
：小
陽電子寿命
：長

バルク中電子の運動量 ：大ドップラー拡がり
：大
陽電子寿命
：短
g
・ ピーク幅：大
・
E
・
J
2 E
・

+

陽電子
(線源 22Na)t

ピーク幅：小2E

線エネルギー

カウント(対数）+a-Si:H

a-Si:H

長寿命(b)

図 10 陽電子消滅法の原理 (a)バルク中 および (b) ボイド中の陽電子－電子対消滅t天からの無限の恩恵を受け取る ― 新型太陽電池および関連材料の研究開発 ―11時定数が，原子空孔・ボイド構造に依存して変化するこた Si 原子空孔数－陽電子寿命の相関曲線 (43, 48)を a-Si:Hとを利用して原子空孔・ボイド構造を解析する．

に適用することによってボイドサイズを求めた．この詳図 10 に陽電子消滅の原理を模式化して示す．図細については次の章で述べる．

10(a)：ボイドのないバルク中では価電子の運動量は大きく，そのため対消滅時の線エネルギーに対するドップラ

5.5 a-Si:H/c-Si ヘテロ接合近傍のボイド構造解析

ー効果が大きい．その結果，線のスペクトル幅が拡がる．

図 11 に，a-Si:H/c-Si ヘテロ接合太陽電池における表

また，電子密度も高いため，単位時間当たりの対消滅確面近傍構造模式図および a-Si:H ネットワークにおけるボ率が高くなり陽電子寿命が短くなる．図 10(b)：ボイドのイド―SiH2 複合構造模式図を示す．Si(111)表面でのある物質中では，陽電子は原子核の陽子から斥力を受け

a-Si:H i 層の CVD 堆積では成長初期に不均一な島状成長るため，原子密度の低いボイドへと集まってくる．そしとなるため，ボイドリッチな構造になっていると考えらて，ボイド内に陽電子がトラップされると，バルク中にれ，界面近傍のみ SiH2 量が異常に多いことがその間接的比べると希薄で運動量の小さい価電子雲と対消滅する．

な証左となっている(49)．a-Si:H p 層は，成長時において

このとき，線エネルギーに対するドップラー効果は小さ

BH3 ラジカルによる表面水素引き抜き反応の異常亢進にく，スペクトル幅は狭くなる．また，電子密度は平均的

よって成膜速度が増大し，結果的にボイドを多く含む膜に低いため，単位時間当たりの対消滅確率は減少し陽電構造となっている．このような a-Si:H の成長過程は成長

子寿命が長くなる．原子空孔の種類・サイズ・密度と中 in-situ 分光エリプソメトリー法（SE）と in-situ 減衰全線スペクトル幅や陽電子寿命との関係は，加速陽子の照反射フーリエ変換赤外分光法（ATR-FTIR）との併用によ射によって空孔欠陥構造を定量的に制御した参照試料にり詳しく調べられ(49)，ボイドを含む a-Si:H 膜に対する誘よる検量線の決定や(42)，第一原理計算により求められて電関数モデルも確立された(50)．

(43)

SE ではボイドを含む a-Si:H を Bruggeman の有効媒質

いる ．
a-Si:H は，より低温で製膜するほどボイドの体積分率近似により誘電関数を決定しているため，体積分率は算が増大することが以前からよく知られていた．小角 X 線

定できるがボイドの直径など微細構造を直接知ることは散乱により解析されたボイド直径 Dvoid は，製膜基板温度できない．しかし，もしボイドの直径と光学定数とが単Ts = 250 ºC の場合に 0.68 nm であったが Ts = 40 ºC まで低純な相関関係を持っており，かつそれが普遍的に成り立下すると 0.96 nm まで増大するという結果が得られていつならば，その「検量線」を用いることにより，SE で決る(44)．a-Si:H 中ボイド構造の陽電子消滅による研究は定した光学定数からボイド直径を決定することが可能と1980 年代から行われているものの(45-47)，ボイドの定量的なる．本研究では，その「検量線」である相関関係を導な大きさ・密度を作製条件に対して系統的に示した例は

き出し，それを用いて a-Si:H の厚さ方向におけるボイドない．この理由としては，a-Si:H 中ボイドに対するドッ構造の推移を求めることを行った．

プラー拡がりスペクトルおよび陽電子寿命の第一原理計
算結果が得られていなかった点が挙げられる．

5.6 a-Si:H/c-Si ヘテロ接合試料作製方法および評価方法

本研究では，結晶 Si への陽子照射による定量的欠陥

W19 mm×L50 mm×t0.28mm の鏡面 FZ-Si(111)基板生成実験と第一原理計算による理論を合わせて推定されを RCA クリーニングプロセスにより化学洗浄・表面水図 11 a-Si:H/c-Si ヘテロ接合太陽電池における表面近傍構造およびボイド- SiH2 複合構造の模式図

12

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

素終端した上へプラズマ CVD 法により a-Si:H 層 を 150

この式による平均ボイドサイズ（原子空孔数）と陽電

nm 厚製膜し，a-Si:H/c-Si ヘテロ接合構造を作製した．製

子寿命との関係を図 16 に示す．(2)式に(1)式を代入する

膜時圧力は 6.5 Pa，RF 出力は 13 mW/cm2 とした．膜中ボイド構造を系統的に変化させた試料を複数作製するため，
基板温度（Ts）は 80, 130, 180, 130, 280 ºC とした．プラ
ズマ CVD 装置には J. A. Woollam M-2000 回転補償子型エ
リプソメータが設置されており，基板面垂直線から 70ºとなっている．製膜中，実時間で SE データを取得した．

15



2

20

陽電子寿命は，（国）産業技術総合研究所の陽電子欠陥測

22.1
Ts低下

 2peak低下（光吸収低下）5

ク 53 nm）として測定した．

05.7 実験結果および考察

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

図 12 に，製膜基板温度 Ts の異なる 5 つの a-Si:H に対Photon energy (eV)

して SE 測定の結果決定された誘電関数 の虚数部，すな

図 12 2 スペクトルの Ts 依存性

わち光吸収に関与する要素である2 スペクトルを示す．Ts28が低下するにしたがって，スペクトルピーク高さが低下すが急激に低下し，膜構造が疎となりボイドの体積分率が増大してい

25

2

peak

peak

として 1000/Ts に対してプロットした結果（図 13）から，温度の低下に伴い  2

低ボイド
体積分率
（密）

27 280 230
26180

なわち光吸収が低下していることがわかる．2 スペクトルpeak

280 C230 C180 C130 C80 C

10定装置により陽電子エネルギーを 2 keV（侵入深さピー

27.6

Subst. Temp. (Ts)25の入射角・反射角で Si 基板表面を in-situ 観察可能な構造のピーク高さを  2

2peak

30

130

24
23

ることが明瞭にわかる．
図 14 に，陽電子寿命測定の結果を示す．線計測カウ

Ts(ºC) = 80

22

ント数は直線的に減衰しており，途中での屈曲や湾曲は見

1.5

2.0
2.5
3.0
1000 / Ts (K)られない．このことは，a-Si:H 膜中のボイドサイズが均一であり，複数のサイズが混在しているのではないことを示

高ボイド
体積分率
（疎）

peak
図 13  2 の 1000/Ts 依存性している．Ts が低いほど陽電子寿命が長寿命化し，ボイド
peak

れた陽電子寿命を  2に対してプロットしたものが図15 である．興味深いことに，両者の間には線形の関係が成り立っていることがわかる．そこで，最小二乗フィッテ
ィングによりその線形関係を求めると次の式が得られる．

  19.1   2peak  825.2

(1)

1000
10

Normalizedcountsnormalized counts

サイズが増大していることがわかる．このようにして得ら)=E = 2 keVTs (ºC P3
P4
80
P5
180
P6

10
10-1-1
10-2-2
10
10
10

-3
-3

230
280

Incident energy= 2 keV(depth ~ 53 nm)

00

次に，
陽電子寿命からボイドサイズを算定する方法と

1122(ns)3 ps)Timetime(×10

33

して，本研究では Tuomisto(43) と Amarendra(48)らの第一原

Ts (Cº)Positron lifetime (ps)

理計算と実験とに基づく相関性により，平均ボイドサイ

80
130
180
230
280

404.0 ± 0.6
347.7 ± 0.6
317.9 ± 0.5
304.9 ± 0.5
298.1 ± 0.5ズ（原子空孔数）NVSi と陽電子寿命との間に次の式が成り立つとした：
N Vsi 5 .1
 289 .2  1   210 .5 

(2)

図 14 陽電子寿命測定結果

13

天からの無限の恩恵を受け取る ― 新型太陽電池および関連材料の研究開発 ―peak

ことによって， 2から直接 NVsi を求める次の(3)式がNVsi は Si 原子空孔数であるから，この原子空孔クラスタ
によって形成されるボイドが球形と仮定してその直径
Dvoid を算出する式を求める．原子空孔クラスタの体積は

得られる：

 
15.1
 1
NVsi  5.1  32.2   peak  

2
 

(3)

原子空孔数 NVsi×Si 原子 1 個の体積 VSi であるので，球の直径と体積の関係から次の式(4)が導かれる：

P o s itr o n life tim e (p s )Dvoid  6 NVsi  VSi /  1 / 3400

上式を用いて，Dvoid と のグラフに再構成すると図 17 が得られる．図 17 中には過去の研究において小角 X 線散乱で得られたボイドサイズが比較のために示してあり，本研究350で得られたボイドサイズが過去の小角 X 線散乱で得られた値のオーダーにあるということがわかる．この結果で重

300
250

peak

要なことは， 2

 = -19.2· 2peak + 828.1

20 22 24 26 28 30
2peak

図 15 陽電子寿命と  peak との関係
2

(number of vacancy)

10
8

4
2
0

示し，10 nm 以下で急激な増大を示している．10 nm とい

230 ºC

う膜厚は，ちょうど a-Si:H/c-Si ヘテロ接合太陽電池の
a-Si:H 膜厚と同等であり，a-Si:H i 層膜厚が 4 nm より薄く

300

400

Average void diameter
Dvoid (nm)した場合には効率が急速に低下するという以前の研究結果(49)とも合致する．このボイド直径が急速に増大する「臨界膜厚」は Ts によって異なるが，Ts が低いほど臨界膜厚が増大している，などの系統性がみられるわけではない．こ

1.0
0.8

したがって，上式を用いれば SE 解析によって得られたれも 10 ~ 150 nm の範囲ではボイド直径は一定値の傾向をLifetime (ps)
図 16 平均ボイドサイズと陽電子寿命との関係

0.9

(5)

示す．製膜基板温度の異なる 3 つのデータにおいて，いず

280 ºC200

Dvoid  0.0532   2peak  1.91

直径に変換し再プロットした，ボイド直径の膜厚依存性を

130 ºC180 ºC

い求まった式は，次のように簡潔になる：

おける SE 解析結果から得られた を式(5)によってボイド

5.1
 289.2  1   210.5 

6である．図 17 のプロットへ最小二乗フィッティングを行

図 18 に，a-Si:H の堆積初期から 150 nm の種々の膜厚にTs = 80 ºC
NVsi 

が Dvoid とも線形関係にあるということ

によってボイド直径を推算することが可能である．

12
Average void size NVsi

(4)

小角X線散乱測定による結果範囲

0.7
0.6
0.5
0.4

Dvoid = -0.0532· 2peak + 1.91

0.3
20 22 24 26 28 30
peak

2

peak
との関係
図 17 平均ボイドサイズと  2

図 18 a-Si:H/c-Si ヘテロ接合における a-Si:H ボイド
直径の a-Si:H 膜厚依存性

14神奈川大学工学研究所所報のことは，10 nm 以上の膜厚領域における平均ボイドサイ
ズが Ts と良い相関を示していることとは対照的であり，
a-Si:H/c-Si ヘテロ接合界面近傍のボイド構造はTs だけではなく基板表面の初期状態にも依存している可能性を示唆している．

第 38 号

Photovolt., 4, (2014), pp.1433-1435.
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a-Si:H/c-Si ヘテロ接合に対して陽電子消滅と分光エリ(8) L. Smilowitz, N. S. Sariciftci, R. Wu, C. Gettinger, A. J.

プソメトリーによる解析を行い，陽電子寿命およびボイド

Heeger, F. Wudl, S. E. Shaheen, “Photoexcitation

peak

サイズが光学定数  2と線形相関をもっていることを明らかにした．また，ボイドサイズと 2peakとの線形相関性

Spectroscopy of Conducting-polymer–C60 Composites:
Photoinduced Electron Transfer”, Phys. Rev. B, 47 (1993)
p. 13835.

を利用して，c-Si 上に堆積された a-Si:H におけるボイドサ(9) M. Hosoya, H. Oooka, H. Nakao, T. Gotanda, S. Mori, N.

イズの膜厚依存を 1 nm ~ 150 nm の広い膜厚範囲にわたっ

Shida, R. Hayase, Y. Nakano, M. Saito, “Organic thin filmて算出することができた．
本研究により，
a-Si:H 膜厚 10 nm

photovoltaic modules”, Proc. of the 93rd Annual Meeting

以下の領域において，ボイドサイズが急激に増加している
ことが初めて定量的に明らかになった．

of the Chemical Society of Japan, (2013), pp. 21–37.
(10) A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka, “Novel
Photoelectrochemical Cell with Mesoscopic Electrodes
Sensitized by Lead-halide Compounds (2)”, 210th ECS

6. まとめMeeting, Cancun, Mexico, (2006), Abstr.-No.397.

本稿では，太陽光の恩恵とそれを活用する手段として(11) A. Kojima, K, Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka,の太陽電池の歴史，現状や課題について述べ，また，筆“Organometal Halide Perovskites as Visible-Light

者がこれまで取り組んできた太陽電池と評価法の開発に

Sensitizers for Photovoltaic Cells”, J. Am. Chem. Soc.,

関連するテーマのなかから 2 つを取り上げて紹介した．
今後も，太陽電池および関連材料に関する研究を基軸とした再生可能エネルギー利用を促進する新規デバイス
や要素技術開発，基礎的な物性の解明を深化させること

131, (2009), pp. 6050-6051.
(12) M. M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. N. Murakami, H.
J. Snaith, “Efficient Hybrid Solar Cells Based on
Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites”,
Science, 338, (2012), pp. 643-947.

を目指す．また，工学研究所における多様な設備と研究(13) J. H. Noh , S. H. Im, J. H. Heo, T. H. Mandal, S. I. Seok,

者・技術者の方々との交流の機会を活用させていただく“Chemical Management for Colorful, Efficient, andことにより，自身の研究の幅も拡げていきたい．

Stable Inorganic–Organic Hybrid Nanostructured Solar
Cells”, Nano Letters, 13, (2013), pp. 1764-1769.

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17

マンガンをベースにした酸素貯蔵材料：
応用に向けた材料開発と材料テーラリング
本橋 輝樹＊

Manganese-Based Oxygen Storage Materials:
Materials Development and Tailoring for Practical Applications
Teruki MOTOHASHI＊

１．緒言
化石燃料の枯渇や地球温暖化などの重大問題を背景に，トへの元素置換に基づく応用を目指した材料テーラリン
グ研究を紹介する．

省エネルギー化および次世代エネルギー生産が人類の最重要課題となっている．酸素は最も身近な元素でありエ

２．マンガンをベースにした新規酸素貯蔵材料

ネルギー・工業・バイオなどあらゆる分野の化学反応に関与していることから，酸化還元反応の精密制御を実現

２．１．ダブルペロブスカイト型 BaYMn2O5+

する酸素貯蔵材料 (oxygen storage materials) と呼ばれる物質が注目され始めている．酸素貯蔵材料とは，構成元素の価数変化に伴う顕著な酸素吸収放出を特徴とする機能性材料である．その代表物質であるセリア・ジルコニ

Ba

ア固溶体 (CZ) は，酸素過剰／欠乏状態において酸素をY

吸収／放出することにより酸素分圧の変動を抑制し，自Mn
O

動車排ガス中の CO，NOx，炭化水素を効率良く燃焼浄化
これまでに CZ とその関連物質が広く研究されてする(1)．

O5 型

きたが，新しい応用分野の開拓には CZ とは化学組成や

O6 型結晶構造が根本的に異なる新規材料の開発が強く望まれ

図 1. BaYMn2O5+の結晶構造. 酸素量  = 0（左, O5 型）および る．

= 1（右, O6 型）.

セリウム (Ce) の価数変化を利用する CZ の他にも，多彩な価数状態を示す遷移金属を含む物質が高性能酸素

BaYMn2O5+は，ペロブスカイト構造の A サイトをイオ

貯蔵材料の候補となり得る．我々のグループでは，マンン半径の大きな Ba と小さな Y が交互に積層したダブルガンを主成分とする酸素貯蔵材料の探索研究を行い，2ペロブスカイト構造をもつ（図 1）．Y 層内の酸素は還種類の新規材料：BaYMn2O5+ (2,3) および Ca2AlMnO5+ (4)元雰囲気中で容易に脱離し， 値が 0（O5 型）から 1（O6を開発した．本稿では，これら材料の結晶学的特徴およ型）の範囲で変化する．つまり，BaYMn2O5+はマンガン

び酸素吸収放出特性を報告する．注目すべきは，両材料

価数変化 (+2.5 ~ +3.5) を伴いながら大きな酸素不定比

とも酸化還元種としてマンガンを含むものの，互いに全性を示す．本物質は，超巨大磁気抵抗 (CMR) 効果を示

く異なる温度・雰囲気応答性を示すことから別分野へのすペロブスカイト型マンガン酸化物 Ln1-xAExMnO3（Ln =応用が期待される点である．また，これらの材料につい

希土類元素, AE = Ca, Sr）と組成・構造が類似するため，て実用化を達成するには，用途に合わせた酸素吸収放出

その磁性および電気特性についての研究が盛んに行われ特性の制御が不可欠である．本稿では，金属イオンサイてきた*教授 物質生命化学科
Professor, Dept. of Materials and Life Chemistry(5-7)．一方で，温度やガス雰囲気に対する酸素吸収

放出は詳しく調べられていなかった．

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

熱重量 (TG) 分析により，BaYMn2O5+が 500 C 以下

BaYMn2O5+

の温度で酸素／5%水素のガス切換に応じて多量の酸素
1を吸収放出することが明らかになった．この実験では，

2

500C



18

3

in O2

cycle
98

99

100

合成直後の試料を酸素気流中で室温から 600 C の温度
w

範囲で加熱冷却し，続いて同じ条件で 5% H2 / 95% Ar 混合ガス気流中での分析を行った．酸素気流中において，試料重量が 200 C 付近から増加し始め，390 C 以上で飽
1wt%

和した．
この重量増加は酸素量変化によると考えられる．



増加率は 3.75 wt %であり，O5 型から O6 型への酸素量変in 5% H2/95% Ar



化に期待される増加率 3.85 wt %とほぼ一致する．続いて0還元雰囲気下での分析では，200, 490 C で重量減少（酸

50
1950
Time
Time /(min)min

素放出に対応）がそれぞれ開始および完了した．分析後の試料重量は分析前の値と完全に一致しており，酸素が可逆に吸収放出したことを強く示唆している．
5

w / %

O6 form3

in 5% H2/ 95% Ar

Ca2AlMnO5+は，酸素欠損ペロブスカイト構造の一種であるブラウンミラーライト (BM) 型をとる． = 0 の
w = 3.75%

組成ではBサイトのAl, Mnがそれぞれ四面体および八面

1体配位を形成して交互に積層し，BM 型構造の一般式
in O2

-1
0

気ガスを酸素5%水素に切り替えて 100 サイクル繰り返した.

２．２．ブラウンミラーライト型 Ca2AlMnO5+

390°C

2

0

図 3. BaYMn2O5+の 500C における TG データ. 10 分間隔で雰囲
100 サイクル後でも特性の劣化が全く見られない.

scan rate: 1°C / min
4

2000

A2B2O5 となる（図 4）．低温・酸化雰囲気中では Al 四面

490°C

O5 form100

体層に過剰酸素を取り込み，マンガン価数が+3 から+4
200
300
400
Temperature / °C

500

600

へ変化するとともに最大で = 0 ~ 0.5 の酸素不定比性を示す．本物質については，酸素定比相 ( = 0) および酸

図 2. BaYMn2O5+の TG 分析結果. 合成直後の試料を酸素気流中

素過剰相 ( = 0.5) の合成とそれらの磁気特性が過去に600 C 以下の温度範囲で加熱冷却し, 続いて同じ温度条件で 5%報告されていたがH2 / 95% Ar 気流中での分析を行った.

吸収放出の応答性は研究されていなかった．

(8-10)，温度やガス雰囲気に対する酸素

続いて，温度を 500C に固定し，ガス雰囲気を O2 と
5% H2 / 95% Ar 混合ガスで交互に切り替えながら
BaYMn2O5+試料の TG 分析を行った．試料重量が酸素中で即座に増加し，5% H2 / 95% Ar 混合ガスでは重量が減少した．注目すべきは，酸素吸収放出現象が 10 分間隔のCa

ガス雰囲気変化に応答できるほど高速なことに加え，完Al

璧なサイクル特性を示す点である．

Mn
O

本材料のユニークな酸素貯蔵能により，様々な酸素関連分野での応用が期待される．既に本材料が炭化水素を初めとする揮発性有機化合物 (VOC) の燃焼反応におい
(2)

(a)

(b)

て高い触媒活性を示すことが判明している ．また，そ図 4. Ca2AlMnO5+の結晶構造. (a) 酸素定比相 ( = 0) および (b)の極めて優れた酸素吸収能力＝酸素還元反応 (ORR) 活

酸素過剰相 ( = 0.5).

性を考慮すると，本材料が SOFC の電極材料として応用できる可能性がある．

酸素定比相 ( = 0) 試料について，室温から 900 C の
温度範囲において TG 分析を行った（図 5）．窒素気流
中（図中点線）では試料の重量（つまり酸素量）は実質

マンガンをベースにした酸素貯蔵材料：応用に向けた材料開発と材料テーラリング

19

上変化しないのに対し，酸素気流中（実線）では劇的な

このように，本材料では高酸素濃度においても温度変変化が観測された．酸素気流中で温度を上げると 200 C

化のみで顕著な酸素吸収放出が起きるのが特徴である．

付近から重量が増加し始め，300 C で極大値の 3.0 wt %このユニークな特性に着目し，低温での酸素吸収プロセ( = 0.45) に達した．さらに温度を上げると約 650 C でスと高温での酸素放出プロセスを組み合わせた酸素ガス

重量が急激に減少し，それ以上の温度でほぼ初期重量に

濃縮への応用が期待される(4)．酸素ガス濃縮技術は，燃戻る挙動が観測された．続いて酸素気流中で試料を冷却

焼温度の高温化による生産性向上を通じて省エネルギー

すると，酸素吸収による大きな重量増加が 550 C で見ら化に貢献する．

れた．500 C 以下で酸素放出は見られず，重量値は 2.7
３．応用を目指した材料テーラリング(11)wt % ( = 0.41) で飽和した．

我々が開発したマンガン系酸素貯蔵材料は，従来材料

w / %

3.5
3.0

in O 2 (heating)in O 2 (cooling)in N 2 (heating)

2.5

scan rate: ±1°C/minの CZ とは根本的に異なる化学組成・結晶構造を有しており，CZ では実現が困難だった新たな応用分野を開拓する可能性を秘めている．これら新規材料の応用を目指

2.0

すには，用途に合わせた「オンデマンド」酸素吸収放出

1.5

特性へのチューニングが不可欠である．BaYMn2O5+およ1.0

び Ca2AlMnO5+はいずれもペロブスカイト型を基本とし0.5た結晶構造を有しており，その柔軟な骨格構造により各

0

金属サイトへ様々な元素置換が可能だと予想される．特

-0.5
0

200

400

600

800

に，酸素吸収放出サイトに隣接する金属，すなわち

1000

Temperature / °C

Ca2AlMnO5+では Al サイトへ
BaYMn2O5+では Y サイト，

図5. Ca2AlMnO5+における900 C以下でのTG曲線. 実験は酸素の元素置換による酸素吸収放出特性への影響を調べるこ

気流中（実線）および窒素気流中（点線）で行った.

とは意義深い．

図 5 の TG データより，本材料では 550 ~ 650 C の狭

３．１．BaYMn2O5+の Y サイトへのランタノイド置換

い温度範囲で酸素量が劇的に変化することが判明した．

BaYMn2O5+の Y サイトをよりイオン半径の大きなラ

この酸素量変化は不連続であり，低温の酸素過剰相 ( 

ンタノイド Ln = Gd, Nd, La で置換した BaLnMn2O5+ ( 

0.4) と高温の酸素定比相 (  0) の間で起こる一次相転0) を合成し，その酸素吸収放出挙動を調べた．Ln3+イオ移に起因すると考えられる．したがって，本材料ではガン半径はY, Gd, Nd, La の順で大きくなることが知られてス雰囲気を変化させることなく小さな温度変化のみで顕おり（それぞれ 8 配位において 0.1019, 0.1053, 0.1109,

著な酸素吸収放出を引き起こせると期待され，実際，図0.1160 nm ），X 線回折実験により各相の格子定数が同6 のように酸素気流中または空気中 500 ~ 700 C の間でじ順列で増大することを確認した．酸素気流中で昇温し温度サイクルすることにより 2.7 wt %もの酸素が可逆にながら試料重量を計測したところ，試料間の酸素吸収挙

吸収放出した．

動に大きな差が見られた（図 7）．Ln = Y 試料が約 200 C

3.5
3.0

in O2

w / %

La 試料では 80 C 付近から酸素吸収することが判明した．

300

1.0

200

0.5

100
in air0

増加の開始温度がイオン半径とともに系統的に低下し，

600
400

1.5

-0.5

以上で酸素吸収するのに対し，Gd, Nd, La 試料では重量

700
500

2.0

0

800

Temperature / °C

2.5

200

0
400
600
Time / min

800

(12)

1000

続いて，一定温度において酸素分圧を変化させた際の酸素量を TG 分析により調べた．この実験では，各試料を 700 C に保ちながら酸素分圧を段階的に低下させ，それぞれの酸素分圧下における飽和重量から  値を見積もった．図 8 に示すように，Y 試料では酸素分圧の低下に伴い飽和酸素量が小さくなり，P(O2) = 102 Pa で  値
が 0.90 から 0.55 へ急激に減少した．これは低酸素分圧下

図 6. Ca2AlMnO5+の酸素気流中および空気中（いずれも実線）でにおいて，酸素吸収相 (  1) と酸素放出相 (  0) の中の温度サイクル時の TG 曲線. 試料温度は点線で示した.

間相に相当する部分酸素放出相 (  0.5) が出現するこ20

神奈川大学工学研究所所報第 38 号とを示している．一方，Gd, Nd, La 試料の酸素放出挙動

ウ素滴定で酸素量を求めたところ，全ての試料でその値は明らかに異なり，酸素分圧低下に伴う酸素量の減少がはほぼ 5.0 であった．

大幅に抑えられ，また Y 試料のような部分酸素放出相が得られた Ca2Al1-xGaxMnO5+について，等温での酸素吸見られなかった．特に，La 試料の酸素量は今回の酸素分収挙動を TG 分析により調べた．この実験では，試料温圧範囲ではほぼ一定であった．この結果は，大きな（小度を 400 C に保ちながら雰囲気を窒素から酸素に切りさな）Ln3+イオンを含む BaLnMn2O5+ほど酸化（還元）替えて重量変化を計測した（図 9）．x = 0 ~ 0.5 試料ではが容易であることを表しており，先に述べた昇温時にお

酸素中において過剰酸素量（重量増加値より計算）が速ける酸素吸収実験の結果（図 7）と一致している．

やかに増加し  = 0.40 ~ 0.45 で飽和するのに対し，Ga 全置換した x = 1 試料 (Ca2GaMnO5+) では酸素吸収速度が

5
La Nd

4

Gd

大幅に低下することが判明した．酸素吸収速度に影響をY与える結晶粒径には試料間で大きな違いが見られないことから，Ga 置換に伴う酸素吸収速度の低下は本質的であw / %

3

り，Al-O/Ga-O 化学結合の違いに起因する可能性が示唆

2

される．

1

0.5

-1
0

100

200
300
T / °C

400

Excess oxygen content 0500

図 7. 酸素気流中, 昇温時における BaLnMn2O5+ (Ln = Y, Gd, Nd,La) の TG 曲線（昇温速度 1 C min-1）.
1.0

x=0

0.3

x = 0.3

x = 0.5

0.2
0.1

x = 1.0

0
0

0.9
0.8

10

20

30
40
Time / min

50

60



図9. Ca2Al1-xGaxMnO5+ (x = 0, 0.1, 0.3, 0.5, 1.0) の400 Cでの等
温TG 曲線. データは雰囲気を窒素から酸素に切り換えて測定し

0.7

た.

Ln = La
Ln = Nd
Ln = Gd(Taskin et al.)Ln = Y

102

103
P(O2) / Pa

104

0.5
105

図 8. 等温 TG データに基づく 700 C での BaLnMn2O5+ (Ln = Y,
Gd, Nd, La) の酸素量  と酸素分圧 P(O2) の関係. Ln = Gd のデ(13)

ータは Taskin らの報告を基にプロットした.

Excess oxygen content 

0.6
0.5 1
10

x = 0.1

0.4

0.4
0.3
0.2

x = 0.5

0.1

x=0

0
0

100

３．２．Ca2AlMnO5+の Al サイトへの Ga 置換
Ca2Al1-xGaxMnO5+ (0  x  1) の単一相試料を全固溶範
囲で合成することに成功した．X 線回折実験より，全て

x = 0.1

200

300 400
T / °C

500

600

700

の試料は斜方晶系の BM 型構造をもつことを確認した．

図 10. Ca2Al1-xGaxMnO5+試料の酸素気流中での TG データ (x = 0,

Ga 置換に伴う格子定数変化は異方的であり，Ga 量 x と0.1, 0.5).

ともに積層方向である b 軸長のみが顕著に変化した．この振る舞いより，Ga 置換に伴う結晶構造変化は主に四面次に，各試料について酸素気流中における温度変化時

体 (Al,Ga)O4 層の厚さ増大に由来すると考えられる．ヨの酸素吸収放出を計測した（図 10）．Ca2AlMnO5+ (x = 0)
では昇温時に過剰酸素量が 200 C 付近から増加し，
450 ~マンガンをベースにした酸素貯蔵材料：応用に向けた材料開発と材料テーラリング

21

640 C でプラトーとなり，それ以上の温度で急激に減少った．この強い酸素吸収能は，本材料を還元剤や酸素除した．その後の降温時には 610 C で過剰酸素量が再び増去などへ応用する上で非常に有効である．一方，Ga 置換

加し，酸素放出することなく低温で  値が飽和した．

した Ca2Al1-xGaxMnO5+における動作温度の低温化は，本Ga 置換した x = 0.1 でも似たような挙動が見られたが，材料を酸素ガス製造／濃縮技術へ応用する際に好ましい．

昇温時の酸素放出および降温時の酸素再吸収の開始温度がやや低下した．さらに，酸素吸収放出温度の低下は高謝辞

濃度 Ga 置換試料でより顕著になり，x = 0.5 試料では 80

本稿の研究成果の一部は，以下の助成を受けて実施しC 以上の低温化を達成した．一方，全置換した x = 1 試

ました．ここに感謝の意を表します．科学研究費補助金

料では酸素吸収速度が極端に遅く，温度変化時の開始温（課題番号 22750181, 26288104, 15K13793），平成 23 年度

度を正確に決定することができなかった．

稲盛財団研究助成，
平成 25 年度池谷科学技術振興財団単年度研究助成．

５．まとめ
多量の酸素を高速可逆に吸収放出する機能性材料：酸
素貯蔵材料の開発研究において，マンガンを主成分とす

参考文献(1) J. Kašpar and P. Fornasiero, J. Solid State Chem., 171 (2003) 19-29; J.

る 2 種類の新規材料：ダブルペロブスカイト型

Kašpar, P. Fornasiero and N. Hickey, Catal. Today, 77 (2003) 419-449.

BaYMn2O5+およびブラウンミラーライト型 Ca2AlMnO5+

(2) T. Motohashi, T. Ueda, Y. Masubuchi, M. Takiguchi, T. Setoyama, K.

を見出した．これらは従来材料である CZ とは異なる酸

Oshima and S. Kikkawa, Chem. Mater., 22 (2010) 3192-3196.

素吸収放出特性を示すことから，CZ の適用が困難な新(3) 本橋輝樹, 上田拓, 鱒渕友治, 吉川信一, 滝口真, 瀬戸山亨,

たな応用分野を開拓する可能性を秘めている．

大島一典, 燃料電池 10-1 (2010) 145-148.

興味深いことに，両材料とも酸化還元種としてマンガ(4) T. Motohashi, Y. Hirano, Y. Masubuchi, K. Oshima, T. Setoyama andンを含むものの，互いに全く異なる温度・雰囲気応答性

S. Kikkawa, Chem. Mater., 25 (2013) 372-377.

を示す．これは両者間でマンガンの（平均）価数が異な(5) J. P. Chapman, J. P. Attfield, M. Molgg, C. M. Friend and T. P. Beales,

り，BaYMn2O5+では 2.5 ~ 3.5 価，Ca2AlMnO5+では 3 ~ 4Angew. Chem. Int. Ed., 35 (1996) 2482-2484.

価の範囲で変動することに起因する．前者はマンガンが(6) F. Millange, E. Suard, V. Caignaert and B. Raveau, Mater. Res. Bull.,

低価数に片寄っているため，強力な酸素吸収能をもつ反34 (1999) 1-9.

面，酸素放出には還元ガスを必要とする．一方，後者は(7) M. Karppinen, H. Okamoto, H. Fjellåg, T. Motohashi and H.

その逆の特性を示し，酸素吸収能がやや弱いものの小さYamauchi, J. Solid State Chem., 177 (2004) 2122-2128.

な温度スイングのみで顕著な酸素吸収放出が発現させる(8) A. J. Wright, H. M. Palmer, P. A. Anderson and G. Greaves, J. Mater.

ことができる．

Chem., 12 (2002) 978-982.

これら新規材料の応用を目指すには，用途に合わせた(9) H. M. Parmer, A. Snedden, A. J. Wright and C. Greaves, Chem.

「オンデマンド」酸素吸収放出特性へのチューニングがMater., 18 (2006) 1130-1133.

不可欠である．両材料とも金属イオンの層状構造をもっ(10) E. V. Antipov, A. M. Abakumov and S. Y. Istomin, Inorg. Chem., 47ており，明確な「酸素吸収放出サイト＝活性サイト」を(2008) 8543-8552.

有するのが特徴である．本研究では，このような活性サ(11) T. Motohashi, M. Kimura, T. Inayoshi, T. Ueda, Y. Masubuchi, andイトに隣接する金属を同価数元素置換することにより，

S. Kikkawa, Dalton Trans. 44 (2015) 10746-10752.

酸化還元種であるマンガンを変えずに酸素吸収放出特性(12) R. D. Shannon and C. T. Prewitt, Acta Cryst., B25 (1969) 925-946.

が可能なことを示した．

(13) A. A. Taskin, A. N. Lavrov and Y. Ando, Appl. Phys. Lett., 86 (2005)

BaLnMn2O5+では，La などイオン半径の大きな Ln 種を選ぶことにより酸素吸収能が向上することが明らかにな

091910/1-091910/3.

22

小型電気自動車のための CFRP ボディと車両制御の融合技術開発
林 憲玉＊ 竹村 兼一＊ 山崎 徹＊
中村 弘毅＊＊ 加藤木 秀章＊＊ 高山 英一＊＊＊

Development of Vehicle Control and CFRP Chassis for Micro Electric Vehicles
Hun-Ok LIM＊ Kenichi TAKEMURA＊ Toru YAMAZAKI＊
Hiroki NAKAMURA＊＊ Hideaki KATOGI＊＊ Eiichi TAKAYAMA＊＊＊

１．はじめに
近年，様々な電気自動車(Electric Vehicle: EV)が市場に普ブラーフレーム構造の金属部材を接合することができる部材を開発する必要がある．

及しつつある．EV は内燃機関自動車と比較し，車両を構

また，自動車は一般的にホイールベースやトレッドを長成する部品点数が少なく，排気ガスを車両から排出しない

くすることで安定化し，短くすることで小回りが利く．そため環境負荷が小さい．また，電気モータはトルク応答がのため，小型自動車は都市部において小回りが利くといっ内燃機関に比べて速いため，発生したトルクを高速かつ正た利点がある一方で，姿勢が不安定になりやすく，ピッチ

確に制御でき，自動運転などの車両制御技術が応用しやす

ングやローリング振動が発生しやすい．しかし，電気モーい．しかし，航続距離は内燃機関自動車に劣り，充電にかタの即応性を利用した姿勢安定化制御によってこれらの振かる時間が長いなどの課題があるため，一度の走行が短い

動を抑えることが期待できる．

都市交通への応用がより適していると考えられる．

さらに，車両を小型化することによって冗長性が少なくこのような背景から EV の中でも，近距離，短時間でのなり，利用範囲が限定されてしまうことも生産性の点から使用に限定した 1 人から 2 人乗りの新しい移動手段としては問題となる．MEV の用途としては，手軽さを活かして小型 EV(Micro Electric Vehicle: MEV)が注目されている．一主婦や高齢者の買い物や送迎や，省スペースで小回りが利

般生活における車での一日当たりの移動距離は，約 6 割がくことを活かした配達など業務での使用，観光地での観光

半径 10km 圏内となっており，車両に搭乗する人数も 2 人

客の移動手段，カーシェアリングなどが想定される．これ

以下が大半を占めている．また，国土交通省は軽自動車よらの需要に対応するためにはベースのプラットフォームはり小型で 1 人もしくは 2 人乗りの自動車の新たな車両規格

共有しながら目的ごとにバリエーションが必要である．つ(1)の導入を決定 している．
しかしながら，小型電気自動車普及を妨げる障害が数多まり，低コストで設計変更が容易な構造で小ロット多品種生産を実現することが望まれる．

く存在する．
まず，
軽自動車よりも小型な車体であるため，

現在市販されている電気自動車開発は，制御システム設

衝突に弱い．車体の小型軽量化と高剛性化を両立するため計における明確なプラットフォームが存在しないため，開には複合材料などの新素材の利用が必要不可欠である．キ発の手法や手順は各企業の裁量に任されている．
そのため，ャビンに比強度及び比剛性に優れる炭素繊維強化プラスチ

大学など外部の機関や一般人が制御システムに変更・改良

ック(CFRP)を用いることで，軽量かつ高い安全性を有するを施すことは困難である．そこで，制御プログラムを一定

小型電気自動車を製作することが可能になると期待されての範囲に分けてモジュール化することにより，複数の制御いるが，キャビンに用いる CFRP と車体を構成するチュープログラムの統合・開発を容易にする「汎用制御プラット*教授 機械工学科
Professor, Dept. of Mechanical Engineering**助手 機械工学科
Research associate, Dept. of Mechanical Engineering*** 高山自動車 Takayama car

フォーム」を考案する．
このように，小型電気自動車が普及するにはクリアすべき課題がいくつかある．そこで，本研究では車両の定員 2人まで，半径 10km 以内の短距離走行を想定した小型電気自動車の開発を目的とする．しかし，前述のようにクリア小型電気自動車のための CFRP ボディと車両制御の融合技術開発

23

すべき課題がいくつかあるため，各研究室の特長を活かしてそれぞれの課題に取り組む．
本報では，2013-2014 年度の工学研究所共同研究として行った小型電気自動車開発のための要素技術研究について報告する．制御工学，材料力学，振動工学の観点から，以下 6 つのテーマに取り組んだ．
1)制御モジュール構築（林研究室）
2)車両ピッチング制御に関する検討（林研究室）
3)CFRP と金属部材を接合可能な部材の設計・製作・評価（竹村研究室）4）温湿度・振動複合環境シミュレーターによる新素材の減衰特性の評価（山崎研究室）
5)小型自動車の試作プラットフォーム製作（林研究室・高山自動車）6)学生フォーミュラ車両製作を通じた学生の実践的ものづ
くり能力の向上（山崎研究室）

図 1 汎用制御プラットフォーム概要図
以上の三種類のモジュールで汎用制御プラットフォームが構成される．三種類のモジュールの中で，車両モジュールに姿勢安定化制御を組み込み，次節で詳しく説明する．

２．制御用モジュール構築
車両制御の統合・開発を容易にするための汎用制御プラットフ

３．車両のピッチング制御に関する検討

ォームを考案する．その汎用制御プラットフォームの概要を図 1

ここでは，ホイールベースの短い車両の問題点の一つであるピに示す．ハードウェア入出力に関連する部分とそうでない部分をッチング振動について，駆動モータによる制御を行いその有効性切り分けることで，センサ等ハードウェアの交換・追加を容易にを検討する．

する．ハードウェア入出力に関連しない部分を役割に応じて3 段

3.1 車両姿勢安定化制御モデル

階に分割する．

最適レギュレータを用いて走行中に発生するピッチング振動を入出力に関連しない3 つの制御モジュールの詳細を以下に述べ抑制する．自動車を安定化させるために，図2 のような自動車モる．一つ目は走行環境モジュールである．このモジュールでは，

デルを考え，状態空間方程式を組み立てる．モデルの状態方程式

車両周辺の状況を考慮した上で車両の行動を決定するための役割を式(1)と(2)に示す．式(1)の左辺は重心点の垂直方向の変位と速度，を担う．ドライバーが運転する車両だけでなく，周囲を走行してピッチ軸周りの角度と角速度から構成される4 次元の状態変数でいる別の車両や障害物に基づいた制御を行う．二つ目は車両全体ある．また入力はタイヤ軸でのトルクT を意味する．

の状態を制御するためのモジュールである．走行環境モジュールから出力された車両周辺の状態から，必要と判断した車両の推進力を実現しつつ車両を制御するのに必要なトルクを出力する．トラクション制御などはこれに該当する．三つ目はモータ・電動パ
ワーステアリング・ブレーキなど機構のモデルに基づいた制御モジュールである．車両全体を制御するため，指示されたタイヤ軸
トルクを発生させるのに必要なモータトルクを機構のモデルベー
ス制御により算出し，動力のモータに送る．
図 2 自動車モデル

24

神奈川大学工学研究所所報0
 Z  
K  Kr    f
Z
 
M
0
  K f  Kr     L
I






1
C f  Cr

0

L

M
0

K  K 
f

r

2M
0

  L C  C   L K  K 
f

r

I

2

f

r

2I

0



第 38 号

機体はアルミフレームで構成されている．駆動には，左右の後C  C   Z   0 

 Z
0
2M
     0 T1    1 
C f  Cr     L2
   I 
2I


輪に一つずつ搭載しているブラシレスDC モータ使用している．ス

テアリングには，サーボモータを使用し，ラックとピニオンを介(1)

手できなかったため，ばねとダンパーの両方の性質を持つ，サミ

L

f

r



して前輪を操舵する．またサスペンションは適しているものが入ニ社製の「防振ダンパーばね」を使用した．センサやコントロー

1
0
y
0

0

0 0 0  Z   0    1 0 0  Z  0 T
0 1 0    0     1 
0 0 1    
I 

(2)

実際の自動車と構造が異なるが，モデル上は第 3.1 節で導出した

る．状態変数と入力の両者のバランスをとるために評価関数 J を用い，状態変数と入力にかかる行列Q とR をそれぞれ調整する．
行列Q は4 次元の対角行列である．行列R は入力の次元と同様に自動車モデルと同様である． 制御用ハードウェアには，実際の小型電気自動車にも搭載可能な，日本ナショナルインスツルメンツ社の CompactRIO と LabVIEW を使用する．パソコンにルータを接続し，CompactRIO に接続された無線LAN 子機と無線通信を行って制御する．アクチュエータやセンサ等の入出力には1 次元である．
1 T T
x Qx  u T Ru dt
2 0

振ダンパーばねを装着する事で，自動車のサスペンションの機能を再現している．この防振ダンパーばね用いたサスペンションは，

これらを基に最適レギュレータを用いてコントローラを設計すJラ，バッテリなどのハードウェアを搭載したアルミ板の四方に防CompactRIO に付随するA/D コンバータやD/A コンバータ，D I/O(3)等を使用する．
姿勢安定化制御の有用性を検証するために，直線走行における姿勢安定化制御実験を行う．ステップ状の指令トルクを入力とし制御システムはフィードバック制御を用いない，最適レギュレータのみを使用した開ループ型のフィードフォワード制御である．
制御システムを図3 に示す．そして走行時に発生した状態変数の変位は加速度センサとジャイロセンサで検出し，評価に用いる，て与えた際に，姿勢安定化制御を用いた時と用いない時に生じる振動の比較を行う．
3.3 姿勢安定化制御実験
実験では，状態変数を構成するZ 軸方向の変位と速度，ピッチ軸周りの角度と角速度を検出した．その値に高速フーリエ変換を施してパワースペクトルにまとめた．それぞれの状態変数のパワースペクトルを図5(a)～(b)に示す．

図 3 姿勢安定化制御システム
3.2 移動ロボットを用いた実験
ピッチング制御の有効性を示すためモータを動力とする移動ロ
ボットを製作し実験を行った．移動ロボットの外観を図4 に示す．

(1) Z 軸変位

図 4 自律走行ロボットの外観(3) ピッチ軸角度変位
図5 状態変数のパワースペクトル25

小型電気自動車のための CFRP ボディと車両制御の融合技術開発

状態変数の変化が，最適レギュレータの効果によって抑えられ

表 1 CFRP 及び金属材料の物性値.

ているのがグラフから読み取れる．
状態変数の変化が8[Hz]付近にYoung's
Shear
Tensile Yield Failure
Poisson's
modulusmodulus strength strength strain
ratio
(GPa)
(GPa)
(MPa) (MPa) (%)
E X 65.3 ν XY 0.3 G XY 12.1 σ X 502
CFRP E Y 16 ν YZ 0.3 G YZ 12.1 σ Y 82.4
1.78
E Z 65.3 ν XZ 0.1 G XZ 49.5 σ Z 502
202
0.3
202
570
S45C
345
20
206
0.3
206
608
S50C
363
18
0.3
197
480
SUS304 197
255
40

集中しているため，ほぼ意図通りの周波数帯の変位を最適レギュ
レータで抑制できている事が確認できる．
４．CFRP と金属部材を接合可能な部材の設計・評価
自動車などの機械製品に軽量高剛性な CFRP を利用する
場合，金属材料と CFRP の接合方法，その強度が問題になる．提案する小型電気自動車用車体フレーム(図 7 参照)にも軽量化のため CFRP を活用し，また部品によっては金属

4.1.2 境界条件

材料が用いられる．そこで，接合部材の設計・製作・評価

境界条件を図 9 に示す．拘束条件は角パイプ両端の断面を行った．車体総重量は 750kg，前面部の接合箇所は 6 箇を選択し，Z 軸を中心とした回転自由度以外すべて拘束し所を想定する．なお，設計には SolidWorks 2010 を用いた．

た．荷重を算出する際，式(4)を用いた．荷重条件は丸パイ設計した接合部材を図 8 に示す．丸パイプ(S45C)と接合部

プ断面に垂直な荷重を 8680N 負荷させた．

品(S50C)は溶接し，接合部品と角パイプ(CFRP)はボルト接

F

合する．

M V
SN

(4)

F：荷重，M：質量 750kg，V：衝突速度 50km/h，
S：衝突時間 0.2s，N：接合箇所

CFRP
Joint
sectionY

Load point

XZ

図 7 EV 用車体フレーム

Constraint

Joint section
parts (S50C)

図 9 境界条件
4.2 解析結果

Square pipe
(CFRP)

Circle pipe
(S45C)Bolt(SUS304)

CFRP 製角パイプと金属部材をボルト接合させた部材の相当応力分布を図 10 に示す．接合部材の最大相当応力は78.9MPa であり，構成材料である S50C の降伏応力の 22%程度であった．

図 8 接合箇所

Maximum equivalent stress:78.9(MPa)4.1 接合部材の解析方法

Y4.1.1 使用要素及び物性値

X

本研究では，汎用有限要素法解析ソフト ANSYS 14.0 をZ用いて解析を行った．要素は 3 次元要素 Solid186(6 面体形状，20 節点)とした．節点数は 185584，要素数は 114420 である．接合部材に用いる材料の物性値を表 1(2), (3)に示す．繊
維体積含有率は 45%とした．
図 10 相当応力分布

26

神奈川大学工学研究所所報4.3 接合部材の製作と荷重試験

第 38 号思われる． そこで，減衰を増大させた金属材料，自然にや

CFRP 製角パイプを成形する際，型を用いてハンドレイ

さしい新複合素材について，試験片を用意し，これら試験アップ法により成形した．成形条件として，成形温度は片の温度による減衰の変化について，時間‐周波数分析を90℃，成形時間は 3hrs とした．CFRP 製角パイプの寸法は用いて試みた．

外径は縦 80mm，横 40mm，内径は縦 66mm，横 26mm，長5.2 温湿度・振動複合環境シミュレータ

さは 460mm とした．成形した CFRP の重量は 820g，繊維振動シミュレーションシステムと共に恒温恒湿槽を設計・

体積含有率は 41%であった．

製作している㈱IMV から，図 6 にその概観を示す温湿

CFRP 製角パイプと金属部材をボルト接合させた部材(図11 参照)を用いて，荷重試験を行った．

度・振動複合環境シミュレータを導入した．
導入したシミュレータの特徴は，以下の通り．
(a) 集中管理：振動のほか温度・湿度を含めたシステム全体の制御と管理が可能．
(b) 槽底直結方式：振動発生器を直接，恒温恒湿槽内の床に接続する方式であるため，振動発生器と供試品の連結を行う軸の付け替えの煩わしさや加振のロスが無い．
(c) 移動機構を標準装備：振動発生器に供試品を設置する
際，移動機構により，恒温恒湿槽内での供試品の取り付けが不要であるため作業効率が良い．また，振動シミュレー

100mm

ションシステムと恒温恒湿槽をそれぞれ単独で使用することもできる．

図 11 接合部材(d) 省エネ機能：冷凍機能力の積極制御により，無駄なエ

試験本数は 2 本とし，クロスヘッドスピードはネルギーを低減し，省エネ効果が期待できる．

0.1mm/min，試験荷重は 8680N とした．また，試験荷重に到達後，1 分間荷重を保持した．作製した接合部材の荷重－変位線図を図 12 に示す． 8680N を 1 分間負荷させた場
合，接合部材は破壊せず，ボルト接合が可能な部材を作製することができた．
10000

Load(N)

8000
6000
4000

図13 温湿度・振動複合環境シミュレータ外観
2000
05.3 実験条件
0

1

2

3

Displacement (mm)
図 12 荷重－変位線図

図 14 に温湿度・振動複合環境シミュレータの振動部に，金属試験片および複合材試験片をそれぞれ片持ち状態で設置した状態を示す．この状態において，庫内の雰囲気温度を-30 度，10 度，30 度，50 度，70 度として，振動台自５．新素材の減衰特性の評価
5.1 金属材料の特性（剛性，減衰）は，実社会環境下においては温度や湿度による影響は小さく，無視しうるものと思われる．一方，樹脂材料や自然素材の複合材料は，温度や湿度の影響を大きく受け，剛性や減衰が変化しうるものと体をインパルス信号で励振し，その際の試験片の振動応答
を加速度計により測定した．測定した加速度波形は，時間―周波数分析を行い，第 1 次固有振動数およびその振動数における対数減衰率を求め，減衰比を算出した．

27

小型電気自動車のための CFRP ボディと車両制御の融合技術開発

測定した加速度波形は，時間―周波数分析を行い，第 1次固有振動数およびその振動数における対数減衰率を求め，減衰比を算出した．算出した温度ごとの減衰比を図 16 に示す．

図14 試験片加振状況
図16 温度変化による減衰比の推移
5.4 減衰評価結果と考察
金属試験片および複合材試験片の測定および分析結果の例

金属材料の減衰比は温度によってほとんど変化しないのとして，インパルス励振時の時刻歴データを図 15(a)，時に対して，複合材料の減衰比は 40 度付近で急激に下がって

間－周波数分析結果を図 15(b)，それより抽出した第 1 次いることが分かる．

共振振動数での時刻歴データを各図 15(c)にそれぞれ示す．
６．小型電気自動車試作車 105 型の開発
6.1 試作車両概要
本研究において製作した小型電気自動車「105 型」の仕様を表2に，外観を図17 に示す．
表 2 105 型の主な仕様(a)時刻歴波形

全長2490[mm]

幅1290[mm]

高さ

1680[mm]

ホイールベース

1730[mm]

車両重量

450[Kg]

最高速度

サスペンション
前輪

ディスクブレーキ

駆動方式(b) 時間－周波数分析結果

60[km/h]
MR 方式(Mid-motor Rear-drive)
ストラット式

ブレーキ

後輪

ドラムブレーキモータ

DC ブラシレスモータ

バッテリ

鉛蓄電池 12V/42Ah×6鉛蓄電池 12V/28Ah×1

シャシの設計方法には，製作が容易で安価かつ汎用性に優れる
フレーム構造を採用した．動力には三相ブラシレス DC モータを使用する．駆動方式は，モータから出力された動力をディファレ(c)抽出した第 1 次共振振動数での時刻歴データ
図 15 減衰分析例

ンシャルギアとドライブシャフトを介して後輪に伝達する方式を採用している．制御には，National Instruments 社のCompactRIO を

28

神奈川大学工学研究所所報ハードウェアに，付随する同社のグラフィカル言語 LabVIEW を
ソフトウェアに使用する．

第 38 号

今回設計した小型電気自動車では，シャシ上部をフラットに保つことで，車種展開の際にキャビン・フロント・リアモジュール
設計を制約しないように考慮した．また，重心を下げるために，モータやディファレンシャルギア，バッテリなどの重量のある機器をシャシフレーム内に配置した．また，車両重量の半分近くを占めるモータとバッテリを車体中央に配置することで，車体の安定性の向上を図った．

図17 小型電気自動車（105 型）
6.2 車体（ボディ）
車体の構造は衝突に耐えることができ，小規模な工場での製作を考慮した結果，鋼管を組み合わせて車体を構成するチューブラーフレーム構造を採用した．溶接ロボットやプレス加工などが使
図 19 シャシの構造

えないため大量生産には向かないが，溶接機やパイプ加工機といった簡易な製造設備で製作でき，車体は軽量で高い剛性・強度を持たせることができる．

７．学生の実践的ものづくり能力の向上

また，少量多品種生産を容易にするためにモジュール毎に分割

本研究のような車両開発はアイディアだけでなくそれを実現す

して設計を行える構成にした．この車両は図18 のようにシャシフる製作技術，あるいはその両者をつなぐ実践的な能力が必要不可

レーム・フロント・キャビン・リアの四つのモジュールに分けて欠である．しかし，最近の工学系大学では，実習や設計・製図な設計を行っている．そのため，設計変更やモデルチェンジを行う

どのカリキュラムが減少しており，欧米に比べ，ものづくりの機際に変更が必要なモジュールのみを設計することで用途に応じた会が不足している．今回の研究においても試作車両は外注して製車両フレームの開発が可能となっている．

作しているが，車両の完成は業者に依存してしまい，また設計変更などを反映するには時間とコストがかかる．そこで，学生のものづくりの経験値を高めることで今後の研究を円滑に進めるべく，
学生フォーミュラのEV 車両を題材とし，設計・製作を行った．
7.1 学生フォーミュラ大会概要
学生自らがチームを組み約1 年間で1 人乗り小型レーシングカ
ーを開発・製作することによって，学生がものづくりの本質やそのプロセスを学び，ものづくりの厳しさ・おもしろさ・喜びを実感することを目的としている．年に1 度開催される全日本大会では，走行性能だけでなく，車両のマーケティング，企画・設計・製作，コスト等のものづくりにおける総合力を競う．米国ではものづくり実践教育の場として1981 年から大会が開催され，日本で図 18 車体を構成するモジュール

も米国「Formula SAE®」のルールに準拠し，2003 年から全日本 学生フォーミュラ大会を開催している(4)．

6.3 シャシ

7.2 車両製作の概要

シャシの構造を図19 に示す．シャシはモータやバッテリなどの設計については鋼製パイプの溶接によるフレーム構造など，前駆動部品を収め，車両特性を決める重要な部分である．
そのため，章で提案した車両と共通点が多くあるため，ここでは主に加工に

特に汎用性が求められる部分であり，シャシを共通化することでついて述べる．フレーム構造の溶接は専門の企業の方の指導を受モデル展開を行う際に，開発期間と製作時間の大幅な短縮や生産けて行った（図20 参照）．溶接ひずみの発生しにくいトラスの組数の増加によるコストの低減が可能になる．

み方など，設計時点で考慮すべき点についても指導を受けた．

小型電気自動車のための CFRP ボディと車両制御の融合技術開発

29

８．まとめ
車両制御の統合・開発を容易にするための汎用制御プラットフォームも開発し，そのプラットフォームには，姿勢安定化制御則を組み込んだ．モータを動力とする自律走行
ロボットを利用した走行実験により，姿勢安定化則の有効性が確認できた．
また，小型電気自動車のキャビンに用いる CFRP 製角パ
イプと金属部材のボルト接合可能な部材を設計・評価し，接合部材の開発を行った．その結果，設計した部材の相当
図20 フレーム製作の様子（溶接作業）
駆動系を含む電気系統の配線については，電気電子情報工学専
攻の大学院生が主体となって設計製作を行った（図21 参照）．電気自動車は高電圧・高電流を取り扱うため設計や作業中に留意すべき点が多く，Formula SAE®のルールに書かれた安全基準や，電気車検担当の審査員の指導に従って製作を進めた．

応力は構成材料である S50C の降伏応力の 22%程度であった．また，作製した接合部材に 8680N を 1 分間負荷させた場合では破壊せず，ボルト接合が可能な部材を作製することができた．
温度や湿度の影響を大きく受けやすい樹脂材料や自然素材の複合材料の特性を，温湿度・振動複合環境シミュレー
タを用いて解析した．その結果，金属材料の減衰比が温度によってほとんど変化しないのに対して，自然素材を用いた複合材料が温度上昇と共に急激に減衰比が減少する特性を見出した．
1～2 人乗りの MEV 試作車両「105 型」の設計開発を行った．外注部品製作の遅れにより現時点で車両は完成していないが，車両が納入され次第，走行実験を行う．
学生フォーミュラ大会仕様の車両設計・製作を通じて学
生のものづくりに対する理解を深めることができた．工程管理など今後改善すべき課題があるものの，1 台の電気自動車を走行可能な状態にまで自作したことで，設計から製

図21 駆動系配線確認
予定から大幅に遅れたものの完成した車両を図 22 に示す．設
計・製作において多くのことを学んだ一方で，工程管理の拙さな
ど，改善すべき点も多く，それについては今後の活動で検討すべ作に至る過程で注意すべき点などに気づくことができ，今後の研究に役立てられることが期待できる．
なお，本報は 2013 年度および 2014 年度工学研究所共同
研究の成果を再編集したものである

き課題である．学生フォーミュラの活動についてはテクノサーク
ルとしても継続予定であり，本年度の課題については来年以降の参考文献

活動で改善していく．

(1) 加藤敦宣，社会イノベーション研究 Vol.7，(2012－2)，
p.29．
(2) 足立廣正，長谷川照夫，日本複合材料学会誌 Vol.30，(2004－3)，p.120．
(3) 山部昌，小森昌宏，日本設計工学会北陸支部研究発表
会論文集，(2007)，p.21．
(4) 全 日 本 学 生 フ ォ ー ミ ュ ラ 大 会 ホ ー ム ペ ー ジ
http://www.jsae.or.jp/formula/jp/ (2015 年 10 月 16 日アクセス)

図22 完成車両外観

30

外部磁界の２次元走査による超伝導ジョセフソン接合と超伝導量子干渉計の電流電圧特性の変調

中山 明芳＊

阿部 晋＊＊

穴田 哲夫＊＊＊

Modulation of
Current-voltage Characteristics of Superconducting Josephson Junctions
and Superconducting Quantum Interference Devises
by Two-dimensional Scanning of External Magnetic Field
Akiyoshi NAKAYAMA＊

Susumu ABE＊＊

１．緒言

Tetsuo ANADA＊＊＊

挟んだサンドイッチ構造で電流が流れても電位差が生じ超伝導は１９１１年カマリン オネスにより，約４.2K

ないことを 1962 年理論的に予想し，この現象は翌年実験

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的に観測されている．以来この共同研究で扱うような超うかたちではじめて発見されている．
この超伝導の 特徴

伝導体を２つ弱く結合した構造は「ジョセフソン接合」

的な性質としてはと呼ばれる．ジョセフソン接合は基本的に二端子の素子(i) 超伝導体内の磁束密度が零（反磁場の効果で磁束線である．超伝導デバイス及び超伝導集積回路は，３端子が超電導体の外へ押し出される）のトランジスタ素子ではなく、超伝導体/バリア/超伝導(ii) 直流抵抗の消滅体の構造を基本とする２端子のジョセフソン接合を中心(iii) 超伝導体でつながれた接合間の干渉効果（超伝導的な構成素子として使っている。論理回路動作は、この量子干渉計（Superconducting Quantum Interference

２端子素子を元に回路的に工夫することで得られ、超伝Devices）というかたちで利用）

導集積回路への応用が研究されている[1,2]．

(iv) オーダパラメータにより表される超伝導状態

我々のグループでは，ニオビウム金属を使った超伝導(v) 超伝導サンドイッチ構造での超伝導電子（クーパー薄膜堆積，バリア層用のアルミニウムの堆積とその自然対）のトンネル効果

酸化プロセスの最適化，及びフォトグラフィーと陽極酸等がある．

化方法を使った接合部決定プロセスの改善により，実際

このうち性質(v)については，
イギリスのケンブリッジに超伝導二端子および超伝導干渉計構造を製作し，その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基本特性を測定している。さらに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と超伝導電流の特性を*,***教授 電気電子情報工学科
Professor, Department of Electrical and Electronics and Information
Engineering**准教授 電気電子情報工学科
Associate Professor, Department of Electrical and Electronics andInformation Engineering

測定する新しい測定手法を開発してきている。
2．実験

31

外部磁界の２次元走査による超伝導ジョセフソン接合と超伝導量子干渉計の電流電圧特性の変調

2.1 素子製作用スパッタリング装置

図２に示すサンドイッチ形の超伝導接合を電流が流磁界センサーを応用とめざす超伝導接合の製作のためれても、二つの超伝導電極間に電位差は生じない．このには、マグネトロンスパッタリング装置を使う．試料交

とき、２つの超伝導体間に電位差なしで，いくらでも大換はロードロック室のみの真空を破ることにより短時間きな電流を流せるわけではなくて，流しうるある上限のでおこなうことができる。主排気はターボ分子ポンプと値がある．２つの超伝導体を下部の超伝導体電極及び上ドライポンプである[3]。

部の超伝導体電極と呼ぶことにすると，この下部超伝導

2.2 磁界特性測定装置

体電極から上部電極に向かって，接合を電位差なしで流図１に示すように円形コイル[ヘルムホルツコイル]を３対使い、ｘ、ｙ、ｚ方向の外部磁界を生成する．パー
ソナルコンピュータにより GPIB 制御され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。プログラムファイルであらかじめ設定したアルれる電流 i は，二つの超伝導体電極間の「（ゲージ不変な）位相差」の sin に比例し、i  sinの関係が成り立つ[6]．

ゴリズムにより、外部磁界を正確に生成し、デジタルオ
シロスコープで電流-電圧特性を計測することが可能となる[4,5]。

図 2．正方形接合
超伝導体の Nb でサンドイッチされた構造の中間の薄い
アルミニウム酸化膜の正方形接合面のそれぞれの辺に平行に Hx,Hy 成分を有する磁界 H を外部よりヘルムホルツ
コイルで加えると、光の回折と同じように、Hx,Hy 成分に対する依存性はフラウンホーファーパターンになる。
図 1．超伝導接合の磁界測定装置
液体ヘリウム中の超伝導接合のそれぞれの辺に平行に

Hx,Hy 成分を有する磁界 H を外部よりヘルムホルツコイルを使い加えることができる。
3．外部磁界による超伝導電流の変調「非常に薄い絶縁膜を挟んで２つの超伝導体があるとき，２つの超伝導体の間に電流が流れていても，２つの超伝導体の間の電位差が０でありうるという現象」が，図 3．超伝導量子干渉計の構造

ジョセフソンにより理論的に予言され，翌年実験により

図２に示した超伝導接合が左右にあり、上側電極同士、確かめられ、
ジョセフソン効果と呼ばれることになった．

下側電極同士を超伝導体でつなぐと、干渉計の構造とな

この現象は，言い換えると，一方の超伝導体から他方のる。
外部磁界の Hx,Hy 成分の向きは単一接合の場合と同じ超伝導体へ，電子のみならず、いわば、超伝導電子対（クで、接合の辺に平行である。特に Hx 成分は干渉計のルーーパー対）もトンネルするというわけである．

プ C と鎖交する磁束を決める。

32

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

図２に示した単一の超伝導接合を二つ使い、接合の上析のための normal-distribution-function 形[9] の接合

側電極同士、下側電極同士を超伝導体でつないでループについて調べられてきた。
。これに対して我々は２方向、構造にしたのが、超伝導量子干渉計である（図３）。この３方向に外部磁界を走査し、Ic-H (Hx, Hy) 特性を調べる

量子干渉計の構造で外部磁界の影響を以下説明する。図ことを提案していて、実際に数値解析と、さまざまな接３で基準となる左接合の下部の電極内の任意の点 a のオ

合形状の素子製作、実験により測定に成功しているーダパラメータの位相を(a)，この点 a から垂直に酸化[10-20]。

膜バリアを横切って、上部の電極内に入り点 b を考える．

超伝導量子干渉計では、左右の接合の超伝導電流の位

その点の位相を(b)としている．左接合面を垂直に横切

相差が加える外部磁界により感度高く変調されることにる経路に沿ったゲージによらない「ゲージ不変な位相差なる。超伝導ループ C に鎖交する磁束が0 の整数 n 倍

」は，のとき、干渉計の電流は 2Ic となり、逆にループ C に鎖   b     a  2A  ds  
0 である．ここでゲージ不変な位相差の前半は、上部電極

交する磁束が0 の整数（n+1/2）倍のとき、干渉計の電流は小さくなる。
４．超伝導量子干渉計を流れる超伝導電流の点 b の位相(b)と、基準となる下部電極の点 a のオー
ダパラメータの位相( a)の差である．後半は点 a から垂２方向に外部磁界を走査したとき、接合に流れる超伝

直に酸化膜バリアを横切って、もう一方の電極の点 b ま

導電流が変調される様子を、正方形の接合を例に考えて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

みる。製作した正方形の接合の構造を図１に示す。素子

分の項が入っている．さらに、右側接合の上部電極の点はマグネトロンスパッタリング法により成膜したそれぞ

c と下部電極の点 d を４点 abcd が長方形 abcd になるよ

れ 200,5,50nm のニオビウム/アルミニウム-アルミニウ

うに考えてみる．このとき、経路 dc に沿うゲージ不変

ム酸化膜/ニオビウムのサンドイッチ構造である。アルミな位相差の、経路 ab に沿うゲージ不変な位相差に対す

ニウム酸化膜は、アルミニウム薄膜堆積後、酸化室で純る差分は、長方形 abcd に鎖交する磁束の 2/0 倍

酸素を導入して表面を酸化し形成した。図 2 に示す L×

であることになる。数式で書くと

L=50μm×50μm の接合寸法および図３の超伝導量子干渉計の構造は、ポジレジストとコンタクト式マスクア






2

0

ライナーを使ったフォトリソグラフィー後での溶液中の

陽極酸化法で決めた[21]。また、超伝導量子干渉計構造の第１層目のベース電極と最上部のワイヤリング電極は、である．特に、長方形 abcd に鎖交する磁束が磁束量子

フッ酸、硝酸、水からなる緩衝液での化学エッチング法

0 １ 個 分 で あ れ ば 、 位 相 の 増 分 は 2 で あ る ．

により形成してる。このワイヤリング層に 25μm の太i  sin

さのアルミニウム線を超音波ボンディングして、素子特により、単一の接合の接合内の各点での電性が４端子法で測定できるようにする。
測定においては、

流値の和を接合全体でとれば、与えられた磁界における外部磁界 H(Hx, Hy)をパラメータとして特定のステップ

単一接合を流れる電流が得られる．以上をまとめると、で変化させ、各々の外部磁界において超伝導接合もしく(i)接合間の電流は（ゲージ不変な）位相差の sin に比例は干渉計の図４に示す電流電圧特性（I-V 特性）をデジする。(ii)この位相差のは電磁場のベクトルポテンシャ

タルオシロスコープで取り込む。測定時のオフセットをル A の項を含むので、外部磁界により、磁界と垂直に接考慮する必要があるが、この図４の I-V 特性の 0V での合電流は空間変調する。(iii)特別な場合として、外部磁

電流ステップが超伝導電流 Ic である。

界がなければ、この位相差は、接合内で一定で、特に/2

測定は GPIB (General Purpose Interface Bus)システムでのとき，最大の電流 Ic が接合を流れる。この Ic は接合の制御され、最大 3000A/m の磁界を発生させることができ

臨界電流値とも呼ばれる。この変調周期は加える磁界のる Hx 及び Hy 用ヘルムホルツコイル対と、最大 8000A/m

大きさに反比例する。超伝導ジョセフソントンネル電流の磁界を発生させることができる Hz 用ヘルムホルツコの変調特性から、トンネルバリアそのものの一様性等をイル対に、直流電源により電流を流した。素子に加える

診断することができる[4,5]。これまで外部磁界を単に一

外部磁界を階段的に変化させることで２次元的磁界特性

次元方向に走査してquartic polynomial 形[7,8]やｘ線解測定をおこなった。
測定は液体ヘリウム中4.2K である。

外部磁界の２次元走査による超伝導ジョセフソン接合と超伝導量子干渉計の電流電圧特性の変調

33

図４．超伝導量子干渉計の電流-電圧特性

図３に示す干渉計の接合間の距離 L を 50、150、250μm と変えることで、磁束捕獲断面積[ループ C の面積]が異なる超伝導量子干渉計を作成した。図５に Ic-H(Hx,Hy)特性を示す。図５の(a1-c1) は Hy＝０固定での Ic-Hx
curves 変調特性であり、 (a2-c2) は Ic-H(Hx, Hy) 変調特性である。(a1,a2) L=50m、 (b1,b2) L =150m、(c1,c2) L =250
m である。 外部磁界の Hx 成分と Hy 成分はそれぞれ-800 < Hx < 800(A/m) と-40 < Hy < 40 (A/m)の範囲で走査した。
超伝導量子干渉計を流れる全電流 I は左接合の電流と右接合の電流の和である。

I  I L  I R . 
IL と IR はそれぞれ
I L,R  

I sin(

JuntionArea 0

20 d2 0 dHyx H x y   ( junctioncenter ))dxdy,00
となり、接合電流は、各接合中で外部磁界と垂直に空間変調している。
図５．接合間隔の異なる超伝導量子干渉計を流れる超伝図 5(a1), (b1), (c1)より、捕獲断面積の異なる３種類の導電流の外部磁界変調特性

干渉計の超伝導電流の変調の数 N を調べた結果を図 6 に示す。-800 < Hx < 800A/m の範囲で変調の数 N は、接合間距離に直線的に依存することがわかる。接合を貫く磁の場合 7:5、L =150μm の場合 7:15、L =250μm の場合

束と干渉計ループを貫く磁束の比はそれぞれ L =50μm

7:25 であり、図６での直線グラフの縦軸とのオフセット

34

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

25A/m は接合自体を磁束が貫いていることに対応する。

ップの電流値がこの Ic の値を超えたときのみ、観察でき磁界を加えない場合に接合端から内部に超伝導電流が流ることになる。I I-V 特性上で有限電圧 Vr n をパラメータれる範囲はジョセフソンの侵入長と呼ばれる。ここで使として決めて、その前後±20μV の領域を測定の窓とし用している接合のジョセフソンの侵入長は 40μm であてこの領域の最大と最小の電流値の差 Istep をステップ長

り、接合の一辺は 50μm なので、外部磁界を加えない状と定めることとした。測定結果を図７に示す。

態では接合内で一様に接合電流が流れているとみなせる。

図 7 の(a)は Ic-H (Hx, Hy) 特性、(b)-(o)は共振ステップ
Istep の外部磁界(Hx, Hy) 依存性である。それぞれ左列は円形接合、中央と右列はそれぞれ、L が 150μm と 250μmの干渉計の特性であり、外部磁界の変調範囲はそれぞれ-800< Hx <800 と -800< Hy <800(A/m)である。図(b)-(o)は測定電圧 Vr がパラメータである。(a)の円形接合の Ic-H
(Hx, Hy) 特性は(Hx, Hy)面上でサブピークも中央のピーク
も円対称性をもつことがわかる。干渉計では超伝導電流が流れる領域の形は２つの離れた正方形の形であり、２つの点と正方形接合の畳み込みであるとみなせる。２つの点のフーリエ変換は等間隔の縞である。よってこの畳み込みのフーリエ変換は、正方形のフーリエ変換と等間隔縞の単純な積となる。図 7 から広範囲の-800< Hx <800、-800< Hy <800 (A/m)の領域での Ic-H (Hx, Hy)特性は単一の円形接合の Ic-H (Hx, Hy)特性と似ている。これは、干渉計の２つの接合のフォトリソグラフィー過程で数μm 接合の角が丸まってしまったことが一因である。
平面回路モデルで有限電圧の共振ステップを考察する。
大越、三好の提案した平面回路モデルは、インダクタン
ス素子 L と容量素子 C から構成される[24,25]。 超伝導

図 6．SQUID 変調の数 N の接合間距離 L 依存性

量子干渉計の共振ステップを解析するため、図 8 に示す

1、2 を下部電極、上部電極への磁界のロンドン侵入長の V(x, y)は左右の接合領域では上下の電極間の電圧であように超伝導版に改良したモデルを使う。各点 a(x, y)で[17,18]、tb を接合酸化膜の厚さとすると、和[=1+2+tb] はり、接合と接合の間の厚い絶縁膜 NbOx の場所では、上単一接合の変調特性から 176 nm と調べられている[8]。

のワイヤリング層と下のベース電極の間の電圧を表す。

干渉計の変調特性は等間隔とみなせるが、測定時の雑音

この電圧 V(x, y)は位相の時間変化に等しく[第２ジョセ

により特に (a1) でいくつかの変調が隠れてしまっていフソンの式] ;ることがわかる。測定結果より干渉計の磁束捕獲ループ
C の垂直長さが 251 nm と求まる[22,23]。このループ C の
垂直長さ 251 nm と和[=1+2+tb] の 176nm の差(75 nm)V 0 ,
2  t 

は、干渉計を構成する中央の厚い酸化膜(陽極酸化によるとなる。式中の位相差は上の電極[カウンター電極もしNbOx)の実際の厚さ 60nm と良い一致を示す。 図 5(b)のくはワイヤリング電極]と下のベース電極の間の位相差大きな変調周期は接合自体の変調であり、この値 200A/mである。

もロンドン侵入長から計算される値とよく一致する。
５．超伝導量子干渉計の有限電圧での共振ステップ
図４に示す超伝導量子干渉計の I-V 特性上の有限電圧での共振ステップの特性を調べた。 I-V 特性では、ゼロ電圧に超伝導電流 Ic のステップがあるので、共振ステ

35

外部磁界の２次元走査による超伝導ジョセフソン接合と超伝導量子干渉計の電流電圧特性の変調

I 0 sin   C

V

 divJt

と電荷保存の式となる。

図 7．二次元磁界変調特性 (a)超伝導電流の特性、(b)Vr=0.12mV より(e) 0.24mV での共振電流ステップの磁図 7(f)-(j) 前図の続き：共振電流ステップの磁界特性界特性。共振ステップの現れる電圧 Vr をパラメータとし(b)Vr=0.28mV より(j)Vr=0.44mVている。
超伝導接続部では厚い酸化膜の両端であるためジョセフ
図 8 中の J = [Jx, Jy]は接合部(超伝導接続部)のカウンター(ワイヤリング)電極の下表面を流れる２次元電流であり、
以下単に電極電流 J と略すことにする。接合部では、ジョセフソン電流と浮遊容量を充電する電流および電極電流 J の発散の和は零であり、式で書くと

ソン電流は流れず、浮遊容量を充電する電流も極めて小さく

divJ  0

が成り立つ。モデルの垂直面内のループについてのファ
ラデーの電磁誘導の法則の式は

36

神奈川大学工学研究所所報第 38 号dJ
L gradV,
dt

たように両接合の位相差は同時に増えている。次に図 9

これらの式に使われる、div と grad は通常の３次元でな転移{C}では磁束転移(a)の数が磁束転移(b)の数より１だ

く、図 8 中の記号を使い２次元 x-y 面内で定義され、

け多く、量子計の鎖交磁束は=(N+1)0 から=N0

divJ 
 

x 
x 
 J x  x  , y   J x  x  , y  / x

2 
2 
 
 

y 
y 
  J y  x, y    J y  x, y   / y

2 
2 
 

の{B}で示したように磁束転移(a) と磁束転移 (b)の数が同じであると、鎖交磁束は=(N+1)0 のままである。

に減る。鎖交磁束が=N0 になった後、転移{D}では磁束転移(a)の数が磁束転移(b)の数と同じで、=N0 のままである。転移より{B}{C}{D}は恒久的でない転移である。
定常的な外部磁束の下では、図で線{D}もしくは{D}で示されるように、同位相で両接合の位相差が増える。



gradV V (x  x, y)  V(x, y) / x, V (x, y  y) V (x, y) / y
と定める。

図 9．超伝導量子干渉計の左接合の位相差と右接合の位相差の変化
図８．超伝導量子干渉計の解析用平面回路モデル

図７(c)の (1) ()でしめされたところで(nx, ny)=(1,0)と(-1,0)のモードが観察される。ここで対(nx, ny)の nx と ny

この図8のモデルを使い電圧モードを考える。
Istep-H (Hx,はそれぞれ x と y 方向に接合を鎖交する磁束量子の数をHy)特性の測定において Hx と Hy は＋800から- 800A/mま示す。図７(c)で(1) で示されるモード(1,0)のときの接合で変えている。図 9 は=(N+1)0 から  =N0 へ干渉の磁束分布と接合電流分布を図 10 に示す。図 10 の上側

計の鎖交磁束を減らしたときの、左接合と右接合の平均は t=０のときで、下側は t=T1/2 [T1: 共振の周期]のときの的な位相差  L 、  R の時間変化を示している。干渉計

分布である。上側電極の下表面の電極電流と下側電極の上表面の電極電流は大きさ同じで向きが反対であるのでの遷移モードは(a)左接合の磁束転移、 (b) 右接合の磁束上側電極の電極電流を説明する。図 10 では接合バリア

転移、(c)両接合の電圧モードである。磁束転移において領域を x 方向に磁界が貫いていて、共振がなければ電極転移(a) では  L が 2だけ増え、転移(b)では が 2だけ

電流 J1 は一様で、上部電極の下表面を右方向（− y 方向）に流れ、反磁性電流として上部電極への磁界侵入を防い増える。モード(c)では両方の接合の位相差が同時に増えでいる。モード(1,0)共振状態では定在波は y 方向に片方る。鎖交磁束が=(N+1)0 のとき、図 9 の{A}で示しの接合内に一波長分立つことになる。両接合の分布は同外部磁界の２次元走査による超伝導ジョセフソン接合と超伝導量子干渉計の電流電圧特性の変調

じなので、左接合側で説明すると、共振状態自体に対応

37

内部に時計回りにあり、電極電流は各接合の中心へと流する電極電流 J2 は t=０のとき各接合領域外向き、t=T1/2れる。t=T2/2 のときは１磁束量子が反時計回りにあり、のときは内向きに流れる向きであるとする。t=０のとき

電極電流は各接合で中心から外向きである。実際の磁束は、電流の和 J = J1+ J2 は接合の左半分の領域 [Ly/2 > y

分布は、外部磁界と共振状態の磁界の和であり、図 11>0] では右向きに流れ、接合の右半分の領域 [Ly/2 > y >0]のように t=0 では磁束線は各接合で左下側に曲がり、t=では J はほぼ零である。磁界分布は不均一であり磁束はT2/2 では磁束線は各接合で右上側に曲がる。接合電流も接合の左半分に偏り磁束量子１個分貫いている。t= T1/2

磁束分布と位相差 分布から図 11 のように求まる。こののときは、電流の和 J = J1+ J2 は接合の右半分の領域(1, 1) 共振モードでも、ベース電極からカウンター電極[Ly/2 > y >0] では右向きに流れ、接合の左半分の領域に流れる電流の領域がそれと逆向きの領域よりも各接合[Ly/2 > y >0] では J はほぼ零である。t= T1/2 のときは、において広いので、全電流は上向きになる。
このように、

磁束は接合の右半分に磁束量子１個分貫いている。

平面回路モデルを使うことで、共振モードが解析できる。

図 10．モード(1,0)共振状態の磁束線分布と接合電流分
布 上側 t=0 のとき、下側 t=T1/2 のとき（T1:共振周期）

図 11．モード(1,0)共振状態の磁束線分布と接合電流分
布 上側 t=0 のとき、下側 t=T２/2 のとき（T２:共振周期）

図７(e)で（） で示されるモード(1,1)のときの接合の磁図 12．最大共振ステップ電圧 VM の外部磁界依存性

図(g)-(j)より(Hx, Hy)
共振の電圧 Vr が 0.3mV 以上では、束分布と接合電流分布を図 11 に示す。図 11 の上側は t=

平面で等方的に共振ステップは生じている。電磁波の速０のときで、下側は t=T2/2 [T2: 共振の周期]のときの分布度 c が接合電流分布の位相速度と一致したとき、I-V 特である。外部磁界は図で斜め左上向きである。共振(1,1)

性上に共振ステップが現われる。図 7 で最も大きな共振モード自体では、t=0 のとき 1 量子磁束が各接合バリア

ステップが現われる電圧 VM は加え外部磁界 H に線形に

38

神奈川大学工学研究所所報1493.

依存している。

V M  cd 0 H

第 38 号



図 12 はこの共振ステップが現われる電圧 VM の外部[10] Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe, Tetsuya Shimoyama,
Norimichi Watanabe, Hsu Jui-Pang and Yoichi Okabe, J. Phys.
Conf. Ser. 43 (2006) 1092.

磁界依存性を、円形接合、正方形接合、干渉計の場合に[11] Norimichi Watanabe, Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe,

ついて示している。この比例関係からバリア厚さ tb とバ

Kunimori Aizawa, J. Appl. Phys. 97 (2005) 10B116.

リア材料比誘電率r の比 tb/r は 0.092nm と求まる。この[12] Norimichi Watanabe, Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe,

比 tb/r は干渉計の接合のスイッチング速度を決める重要

J. Appl. Phys. 101 (2007) 09G105.

な量である。
このように図 12 の共振ステップの現われる[13] Norimichi Watanabe, Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe,

電圧 VM の外部磁界 H 依存性の線形関係からこの比 tb/r

Sho Kawai, Yohei Nishi, Koji Masuda, J. Appl. Phys. 103

を決めるやり方は信頼性の高いものであるといえる。

(2008) 07C707.
[14] Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe, Norimichi Watanabe,

６．まとめ

J. Appl. Phys. 111 (2012) 113907.

スパッタリングによりNb/AlOx/Nb 接合２個から構成さ[15] Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe, Norimichi Watanabe,

れる SQUID を製作した。この SQUID の電流電圧特性

Microelectron. Eng. 108 (2013) 163.

から零電圧における超伝導ジョセフソン電流の二次元磁[16] Akiyoshi NAKAYAMA, Susumu ABE, Norimichi

界変調特性を測定した。また、有限電圧での電流共振ス

WATANABE,

テップを測定し、平面回路モデルを使って解析した。な

Nanotechnology 12 (2012) 5016.

お、
図 1、
3-12 は文献[26] 図２は文献[14]より引用した。

[17] Norimichi Watanabe, Akiyosi Nakayama, Susumu Abe,

本共同研究の機会を与えてくださった神奈川大学工学

Yoichi

OKABE,

J.

NanoscienceandMitsunori Suda, Yohei Nishi, Koji Masuda, Chisato Sugaya, J.

研究所および工学研究所所長、共同研究審査委員会に感Appl. Phys. 105 (2009) 07E312.

謝いたします。

[18] Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe, Norimichi Watanabe,
Yoichi Okabe, J. Nanoscience and Nanotechnology 12 (2012)

参考文献

5021.

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Aoki, and Norimichi Watanabe, Physica B329-333 (2003)

39

人間はどこまで速く走れるか？-四足走行の挑戦宇佐見 義之＊

衣笠 竜太＊＊

How fast human can run? a possibility of quadrupedal running
Yoshiyuki USAMI＊

Ryuta KINUGASA＊＊

１．はじめに□

人間や動物は最高どのくらいまで速く走ることができるだろうか？ 現在最速のスプリンターはウサ
イン・ボルトであり、その速さは 8.91m/s である（20.15.8.30 現在）。一方、最速の動物はチーターであって、30m/s もの速さで陸上を疾走する。尚、本研究では陸上動物の最高走行速度を議論する。水中における最速の動物は 30m/s もの速さで海中を泳ぐことのできるカマスである。陸上と水中の最高速
度が一致するのは、おそらくは偶然の一致であろう。

□動物が出す最高速度と体重の関係を図１に掲げる。最高速度を出すチーターは、この図で見ると体重としては真ん中ほどに位置している。筆者の一人（宇佐見）が行っている大型恐竜の走行の研究では、

図１ 哺乳類の最高走行速度と体重の関係。最速の動物

大きくて体重が重い動物の運動性能を調べている。

はチーターで秒速 30m もの速度で走ることができる。体

その領域では、体重が重くなると走行速度が遅くな

重が重くなるに従い、最高速度は小さくなる。

る。これは体重が身長の３乗で増えるのに対し、筋肉の力はその断面積に比例し、身長の２乗に比例するからと説明される。しかし、この関係が平易に説明されている場合はほとんど見られないので、この稿ではこの点についての説明からはじめることにする。
２．現生動物の最大走行速度は？
動物が出す最高速度と体重の関係を図１に掲げる(1)。
最高速度を出すチーターは、この図で見ると体重としては真ん中ほどに位置している。
*准教授 物理学教室
Assistant Professor, Inst. of Physics**准教授 人間科学部
Assistant Professor, Faculty of Human Science

図２ 動物の最高走行速度 (body length/s) v.s.
対数（体重）

40

神奈川大学工学研究所所報

ここで、最高速度と体重には、何かの数式関係が存在す

第 38 号の全体像の中にあてはめて考えたのが図４である。

るだろうか？試みに最高速度 (body length/s) v.s.対数（体重）というグラフを描いてみる（図２）。このグラフを見ると、なだらかな曲線を描き、明白な直線関係は無いと言える。再び試みに、対数（最高速度）.v.s.対数（体重）というグラフを描いてみたのが図３である。

図４ 宇佐見が研究している T.Rex の体重と速度の領域
この図をみると、体重 1000kg の恐竜であれば、秒速 17mという人間に比べて速い速度で走ることも可能であるこ
図３ 動物の最高走行速度 v.s.対数（体重）とがわかる。他方で体重が成体の T.Rex の体重である
6000kg ほどになると秒速 10m くらいが限界のようにもこの図を見ると、体重が 200kg くらいまでの領域では直思えてくる。とは言え、秒速 10m という走行速度は人間

線関係が成り立っているように見えるが、それを超えるに比べて言えばかなり速い。人間の最高走行速度は秒速と、その直線関係は破れる。Garland によれば（式１）の10m ほどであり、一般の人間の最高走行速度はこれよりような関係があるとされている (2)。

かなり遅い。よって、このデータからは、一概には重い
T.Rex は速くは走れないと簡単には言えない、ということ

log10 vmax  a  b log10 M  c ( log10 M ) 2（式 1）がわかる。図４中で黒星印は 3000kg の体重で 12m/s の速度を想定している。ティラノサウルス科のダスプレトサ

ここで M は体重、vmax は最高速度であり、係数はそれぞ

ウルスはこの程度の質量であり、人間より速く走れたとれ a=1.47832, b=0.25892, c=0.06237 だそうである。

を想定している。現生動物のデータからの推測では、こ考えるのも不可能ではない。白星印は 4000kg で 13m/s

総じてみて、体重の全領域に渡って、簡単な数式で表の程度までは許容されるのではないかというところであせる関係は残念ながら無いと言える。一方で、体重がる。白い四角は 6000kg の T.Rex を想定し、走行速度が300kg までくらいまでの領域ではべきの関係があると言14m/s とした場合である。現生動物のデータからの類推えよう。このことは何を物語っているのだろうか？図１

として言えることは、この速度領域は苦しいと言えるかのグラフをみると、
かなり非一様な関係があると言える。

も知れない。

この関係において、300Kg のところまでべきの関係があるということは、ある種、驚くべきことのように思える。

３．筋肉は最大どのくらいの力を出すことができるか？

他方で 300Kg を超えると、このべきの関係は崩れる。この辺の関係性を理論的に考察した研究は存在しないよう個体としての動物の運動能力は図 1-3 に示すように、あに筆者には思える。また、(式 1)の関係が生理的・数理的る程度の規則性があることが知られている（いまの場合にどのような意味を持つかも、判然としていないと思えのデータは哺乳類であるが）。それでは、その運動を生じる。

させる筋肉の最大に出せる力はどの程度なのであろう

筆者の一人（宇佐見）は重い恐竜の走行能力について研究を行ってきた。それを、このような動物の走行能力か？

人間はどこまで速く走れるか？ - 四足走行の挑戦 -この疑問の近代的な問いかけは 1846 年に Weber が唱えたことに遡る(1,3).。

41

共通なので、筋力の最大値は共通で一定であろう、という考えである。そこで、その値σ（最大筋力ストレス）

図５ 人間の各部位で測定された最大筋力ストレスσ[N/cm2]。各データは文献(1)にある。
筋肉を構成するものはサルコメアと呼ばれる小さな単位を測定する試みが１９世紀後半より百数十年に渡ってなからなる。ここに含まれるアクチンとミオシンというタされてきた。その結果は測定によってσが 15[N/cm2]程度

ンパク質分子のスライディング収縮運動により筋力が発から 100[N/cm2]程度まで非常に大きなばらつきを持った生する。ここで、サルコメアが並列につながると筋力は値として報告されてしまうということになった。そのよ

強くなっていく。しかし、直列につながっても力は増さうな中で、ごく僅かな研究者がσは果たして一定なのだない。このことにより、筋力は、その断面積が大きくな

ろうか？ということに疑問を呈してきた(4)。最近の一つ

るにつれて増大することになる。このことは、現代の分の考えによれば、力/断面積を指標とするのではなく、ト子生物学の知見によりわかっていることだが、少し驚く

ルク/体積を指標としようとする提案がある。確かに、現ことには Weber の頃より筋力が断面積に比例して増大す

代では筋肉の形は MRI で三次元の立体のオブジェクトることが提唱されていた。もう一つの考え方は、筋力がとして直接測定できてしまうので、筋肉を円筒形と仮定

体積に依存するとする考え方であるが、この考え方は約し、断面積と力を考えようという平均化の考えに無理が150 年前より支持されていない。そこで、筋肉が出す最あるという論にはかなりの合理性がある。そのように、大の力を最大筋力ストレス(Maximum Muscle Stress)と呼新しい一つの考えでは体積とトルクを考えるものがある

び、その値を測定しようとする試みがなされてきた。

が、ここでは百数十年に渡って行ってきたσの測定がど

更に、もう一つの信仰に近い考えがこの分野には散見される。それは、筋力発生の分子機構が全ての生物種でのようにまとめられるかを示したい。その結果が図５で
ある。

42

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

一般に最大筋力ストレスσは 20~70[N/cm2]の範囲にある

ろうか？それらを説明する宇佐見による仮説が図７であとされる文献が多い。しかるに図５をみると、Elbow

る。まず、サルコメアを単位として構成される筋肉の力

図６ 各生物グループの Tetanic Tention P0 [N/cm2]。
での測定結果はもっと大きく 50 [N/cm2]から 150 [N/cm2]

は通常我々が考える力より遥かに大きい（図７左上）。そまで分布している。なかでも最大なのは Mandible で 180

して、各生物グループが進化を遂げるにあたって、適応[N/cm2]までに達している。

が起こり、それぞれの生息環境に合わせて出せる力の適ところで、筋繊維を生体から摘出し、そこにテタヌス刺応が起こる。このプロセスは、素材としてのサルコメア

激と呼ばれる電気パルス信号を与えて筋収縮の力を測定が出せる最高の力より下位に位置する（図７中段）。そしする、という手法の筋力測定法がある。そのデータはて、人間の場合はどうかというと、甲殻類(Crustaceans)

Tetanic Tension と呼ばれる。
単位はさきの最大筋力ストレ

よりも遥かに小さい Tetanic Tension のところでの適応がこの方法によれば人間以外の動スと同じ N/cm になる。

起こった。更に、人間の各部位を構成する筋肉グループ

物の筋力も測定することができる。120 に及ぶ論文のデのなかでも適応が起こり、最大筋力ストレスσが大きいータを要約した結果が図６である (1)。この図をみると、グループ Mandible(顎)から Ankle（足首）までの幅広い適哺乳類の Tetanic Tension は全動物種の中で一番小さな部

応が起こった。このように考えて、最大筋力ストレスσ

類に入ることがわかる。一方、大きい方は甲殻類が一定との考えを捨てることを筆者は提案する。

2(Crustacean)である。一般に動物の筋肉の Tetanic Tention
は 10~25 N/cm2 である場合が多いが、甲殻類の Tetanic
Tension は非常に大きいことが知られている。その値は４．人間の最高走行速度は最大でどのくらいか？
（四足走行の可能性の探究）

100 N/cm2 を超え、200 N/cm2 に達する場合もある。これら、図５、図６の動物種による Tetanic Tention の違いや部

これまでの節で説明したように筋肉の力の最大値は、か位による最大筋力ストレスの違いは何によるものなのだ

なり大きい。
これは実は次のような事実にも潜んでいる。

人間はどこまで速く走れるか？ - 四足走行の挑戦 -43

すなわち、我々人間の筋力の最大値は結構大きいのであ

いのに、自分はこんなもんだと思い込む。これは自分のる。自意識がここまでが最大と思って出した力は、実はせいというより、社会がそのように抑圧をかけて、その筋力の最大値よりもかなり小さい。例えば、エイッ、ヤ

ようなことを信じてしまうようになった結果だと筆者にッ

図７ 動物の筋力の進化モデル（宇佐見）(1).

ツ等かけ声を掛けると、ここまでが最大と自分が思ったは思えてならない。あらん限りの力を込めて、何かに集力よりも大きな力が出る。これは、火事場の馬鹿力とい中すれば人間はすごいことができるのではないか？このう諺として日本人の間では暗に浸透している考え方であことは広く知られ、また伝えて良いことである。更に余り、また事実でもある。この現象は実は脳が制御をかけ談的なことを書くが、終戦を知らずに３０年ジャングルて、筋力の最大値が低いように抑制をかけているのであで過ごした後に帰還した小野田寛郎少尉は、人間は生きる。このことは関連する分野でよく知られている。例えるか死ぬかとなった時には異常な能力を発揮すると述べば腕相撲をやった場合、火事場の馬鹿力的なものを出している(5)。敵が銃を撃った時にその弾痕が見えるようにてしまうと、腕の骨が折れてしまうのである。そこで脳なり、それを実際に避けることができる、と述べている。

がそうならないように抑制をかけて、最大の筋力は実際

これが真実かどうかはわからないが、人間が自分が思っのそれより小さいとの暗示をかけるのである。

ているよりも高い能力を持っていることは確かである。

余談的なことを少し書くが、脳が実際の身体の能力よ

筆者らは、人間が四足で走る能力について研究をはじりも抑制をかけてしまう、ということは非常によくあるめた。
四足走行の競技は最近は毎年行われるようになり、ことである。日本人の人間形成や発達という現象の中に

そのスコアの改善は目覚ましい。筆者らは四足走行の運も、そのようなことが多々ある。本当の能力は実際は高動のモーションキャプチャを行った。そのデータを使っ44

神奈川大学工学研究所所報第 38 号て、四足走行の最高速度がどのくらいになるかの動力学(1983) 199: 157-170.

計算をはじめている。現状は、プログラミングの途上に(3) E. Weber, “Wagner's Handwörterbuch der physiologie”.

あり、来年にはその結果がでるものと思われる。

Braunschweig, Vieweg, 1846.
(4) T. S. Buchannan, “Evidence that maximum muscle stress is



文献 ぶ

not a constant: differences in specific tension in elbow flexors(1) Y. Usami, “Biomechanics for Bipedal Dinosaurs: How fastand extensors”, Medical Engineering & Physics (1995)17:

T-Rex run?”, CreateSpace 2014.

529-536.

(2) T. JR. Garland, “The relation between maximal running(5) 小野田寛郎, “わがルバン島の30 年戦争”, 日本図書セ

speed and body mass in terrestrial mammals”, J. Zool. Lond.

ンター(1999).

45

多光子イオン化過程を利用する新反応開発
岩倉 いずみ＊赤井 昭二＊＊Development of Novel Reaction using Multiphoton Ionization
Izumi IWAKURA＊

１．緒言

Shoji AKAI＊＊測定に用いるパルスレーザー光の強度分布はガウス型で『単色性
1960 年にレーザー光発振が報告されて以来 1，あるため，k = 0.441 である．また，パルスレーザー光が高く，高強度であり，かつ位相制御が可能』というレの周波数νは，光速 c と波長  を用いて，ν = c/ とーザー光の特色を活かした反応の開発が志向されてきた．

表せるため，例えば中心波長が 630 nm の可視-パルスレ

これまでに，電子励起に対する制御は多々報告されていーザー光のパルス時間幅を約 5 fs に圧縮するためには，る 2．また，多光子イオン化過程に関する種々の研究もパルスレーザー光のスペクトル波長幅を半値全幅で 100

3報告されている ．本研究では，液体試料に可視-極限的

nm 以上に広げる必要がある．

超短パルスレーザー光を照射し，試料を活性化させることで反応させる，
新反応開発を目的として研究を行った．
本年度は，
主に可視-極限的超短パルスレーザー光発生装置を構築した．
２．可視-極限的超短パルスレーザー光の発生装置の概略
パルスレーザー光が光として存在するためには，パルス時間幅内で光電場が一回以上波打つ必要がある．中心波長が 630 nm の可視光の場合，
光電場振動の一周期は，
2.1 fs ( 630 nm / 3 x 108 m/s = 2.1 fs )である．パ
ルス時間幅の圧縮においては，実験的には光電場振動の二周期程度までにしか圧縮できない．そのため，パルス
時間幅 約 5 fs の可視-パルスレーザー光は可視-極限的超短パルスレーザー光である．パルスレーザー光のパル
ス時間幅を極限的に圧縮するためには，フーリエ限界の式 (1) が示すように，パルスレーザー光スペクトルの波
長幅を広帯域に広げる必要がある．
Δt・Δ ν≧ k(1)

Δ t：パルスレーザー光のパルス半値全幅（s）
Δ ν：パルスレーザー光スペクトルの半値全幅（Hz）
k：ビームの強度分布ごとに決まる定数*准教授 化学教室
Associate Professor, Dept. of Chemistry**准教授 物質生命化学科
Associate Professor, Dept. of Material and Life Chemistry

図1. 可視5-fs パルスレーザー光発生装置

46

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

Ti:サファイアレーザー光（中心波長：800 nm，パルス

常光を照射した場合には，透過した光のスペクトルは媒

時間幅：100 fs， 繰り返し周波数：1 kHz，パルスエネ

質を透過する前と同じである．一方，媒質が吸収できな

ルギー：3 mW，偏光方向：縦）を光源として用いて，い波長域の高強度なパルス光を照射した場合には，パル

図１の装置を構築した 4．可視-極限的超短パルスレーザ

ス光の単位時間当たりの光子密度がある閾値を超えると，ー光は以下４つの過程を経て発生させる．①高強度紫外

媒質入射前後でパルス光のスペクトルが大きく変化する．

（400 nm）パルスレーザー光（NOPA-励起光）の発生．

これは，入射した光子の光電場によって媒質を構成する②広帯域-可視パルスレーザー光（NOPA-種光）の発生．

分子中の電子が振動し，パルス光が透過するまでの間に③非共直線光パラメトリック増幅器（NOPA）を用いる種

媒質の屈折率が大きく乱されることによる．屈折率が大光の 2 段階増幅（増幅光の発生）．④増幅光のパルス幅圧

きく乱された媒質を透過すると入射光のスペクトル幅が縮．以下それぞれの過程について詳細を記す．

広がる．この非線形な物理現象を用いて非常に線幅の狭いパルスレーザー光（中心波長 ： 800 nm，スペクトル３．高強度紫外パルスレーザー光（NOPA-励起光）の発生の半値全幅 ： 10 nm）を，可視領域に広がったパルスレ

4: noncollinear
非共直線光パラメトリック増幅（NOPA

ーザー光（波長領域：450 ～ 750 nm）に変換した（図２）．

optical parametric amplifier ）の励起パルスレーザー
光には 400-nm パルスレーザー光を用いた．
光源から発振される 800-nm パルスレーザー光をビームスプリッター（図１BS）により２分し，β-BBO 結晶（図１BBO1：Type1，
カット角 29°，厚さ 0.4 mm）に集光することで，第二次高調波である 400-nm パルスレーザー光を発生させた．
次に，光路長 100 mm の石英片を透過させることで，パル

図２. 広帯域-可視パルスレーザー光のスペクトル

ス時間幅を広げた．パルス時間幅を広げることにより，
NOPA システムを用いて，長い時間領域において種光を増本実験において使用したパルスレーザー光（中心波幅することが可能になる．また，パルス時間幅を広げ尖長：800 nm，パルス時間幅：100 fs）の場合，パルスレ

頭値を下げることにより，BBO 結晶（図１BBO2）にダメーザー光が800 nm進むと光電場が１回振動する．
光速は，ージを与えることなく集光可能になる．更に，400-nm 光

3 x 108 m/s であるため，2.7 fs で 800 nm 進行する．

のみを反射する誘電体多層膜ミラー（図１M1〜M4）を用すなわち，2.7 fs 間に 800-nm 光の光電場は１回振動すいてパルスレーザー光を反射することで，400-nm 光に変るため，100 fs 間では，37 回振動する．一方，厚さ 1 mm

換されずに残った 800-nm パルスレーザー光を排除した．

のサファイア板を透過する間に 800-nm 光の光電場は1250 回振動する．このように光がサファイア板を透過す

４．広帯域-可視パルスレーザー光（NOPA-種光）の発生
前述したように，パルス時間幅が約 5 fs の可視-パル

ると，非常に激しく媒質分子中の電子が揺さぶられるため，媒質の屈折率が大きく乱される．

スレーザー光を発生させるためには，スペクトルの半値

自己位相変調により発生する白色光のスペクトル形や全幅が 100 nm 以上の広帯域可視-パルスレーザー光を種

安定性はサファイア板に集光するパルスレーザー光の強光として利用する必要がある．すなわち，スペクトルの度・パルス時間幅・スペクトル幅・周波数・断面積およ裾が200 nm以上広がったパルスレーザー光を種光として

び集光面積・媒質の屈折率（一次の屈折率, 三次の屈折用いる必要がある．光源（中心波長 800 nm の単色光）の率）
・媒質の厚さなどによって変化する．光源の強度を強パルスレーザー光を厚さ 1 mm のサファイア板（図１Sa）

くすると，白色光の強度は向上し，スペクトル幅も広がに集光することで自己位相変調により発生させた白色光る．しかし，光源の強度が閾値を超えるとアイドラー光（波長領域 ： 450 ～ 750 nm，パルス幅 ： 約 100 fs）

が発生し，白色光のスペクトル形が振動する．種光のスを種光として用いた．

ペクトル形および強度が不安定であると，NOPA システム

自己位相変調は非線形な物理現象の一つである．自然により増幅したパルスレーザー光も同様に不安定になる．

光などの通常光とパルス光との違いの一つとして，単位

そのため，強度およびスペクトル形が安定する範囲内で，時間当たりの光子密度がある．ガラス板や石英板などの高強度な可視-パルスレーザー光が発生するように，
光源媒質に通常光が入射すると，ガラスと空気の屈折率が異の強度および集光面積を調整して白色光（種光）を発生なるため光は屈折する．媒質が吸収できない波長域の通させた．

多光子イオン化過程を利用する新反応開発発生させた白色光のような，広帯域パルスレーザー光
が媒質を通過すると，短波長光は長波長光よりも屈折率47て二段階増幅し，広帯域に広がる高強度白色光を発生させた．

が高いため，短波長光は媒質内を進む速度が長波長光よりも相対的に遅くなる．その結果，短波長光は遅れ，長５．非共直線光パラメトリック増幅器（NOPA）を用いる

波長光は先に進む正のチャープ(時間的なずれ)が生じる

種光の 2 段階増幅（増幅光の発生）

（図 3）
．

前述したNOPA-励起光とNOPA-種光がBBO結晶中で焦点を結ぶように焦点距離を調整した．このとき，NOPA-励起
光は焦点距離が長いレンズ（図１L1）を用いることで，焦点における集光面積を広げた．一方，NOPA-種光は焦点距離が短い凹面鏡（図１C1）を用いることで，焦点における集光面積を小さくした．これは NOPA-種光の焦点が，

図 3 広帯域-可視パルスレーザー光の媒質通過に伴う正のチャープNOPA-励起光の焦点で覆われるように調整するためである．また，NOPA システムを用いて種光を増幅するためには，NOPA-励起光と NOPA-種光のなす角を正確に 6.5°に本システムにおいても，サファイア板や BBO 結晶を通して BBO 結晶（図１BBO2：Type1，カット角 31°，厚さ 1過する際に，
パルス内で波長ごとに時間的な遅れが生じ，mm）に入射させる必要がある．そのため，図５に示すよ

パルス時間幅が伸びる．図１に示す NOPA システムでは，

うに角度を調整した．

種光と励起光が時間および空間的に重なったときにのみ，
種光が増幅されるため，正のチャープにより種光のパル
ス幅が広がると，ポンプ光と時間的に重なる波長領域が狭くなり，増幅可能なスペクルの半値全幅が狭くなる．
また，
本システムにおいては NOPA システムにより増幅した種光（一段階増幅パルスレーザー光）を，もう一度 NOPA
システムにより増幅する（二段階増幅パルスレーザー光）．
一段階増幅パルスレーザー光は一段階目の増幅の際にBBO 結晶を透過し，種光よりもさらに正のチャープが生じたパルスレーザー光である．そのため，二段階目の増幅においては，より増幅できる波長領域が狭くなる．このような問題を回避するために，チャープ鏡対（図１Ch鏡）を 3 往復させることで負のチャープ（短波長光が先

図 5 NOPA システムの模式図に進み，長波長光が遅れて進む）をつけた．
このように，NOPA-励起光と NOPA-種光のなす角 6.5°
で BBO 結晶に入射した 2 つの光は結晶に入射するとき各々異なった屈折率で屈折する．その結果，結晶中では
NOPA-励起光と NOPA-種光のなす角 3.7°で空間的に重なる．この条件でのみ，スペクトル波長領域が広がった可視光である NOPA-種光が広い波長領域において増幅され，
図４ チャープ鏡による負のチャープ

一段階増幅パルスレーザー光が発生する．このとき，NOPA-励起光である 400 nm パルスレーザー光のエネルギ

このチャープ鏡対は浅い部分の層には短波長光を高効

ーは保存されるため，増幅した波長と 400 nm のエネルギ

率に反射するコーティングが施されており，逆に深い層ー差に相当する光（アイドラー光）も放出される．例えには長波長光を高効率に反射するコーティングが施され

ば，400 nm（25000 cm-1）のパルスレーザー光を NOPA-ている誘電体多層膜鏡である．そのため，波長ごとに光励起光に用いて 500 nm（20000 cm-1）の光を増幅したと路差が生じ，
負のチャープをつけることが可能である（図する．この場合，NOPA-励起光の残りのエネルギーである

4）．
このように負のチャープがついた種光を NOPA によっ2000 nm（5000 cm-1）の光が放出される．各波長に対応

48

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

してこのアイドラー光が発生するため，500 ～ 700 nmの光が 400-nm 光で増幅された場合には，約 930 ～ 2000
nm の波長領域に広がった近赤外パルス光が放出される．
このように発生したアイドラー光が凹面鏡（図１C2）に入らないように注意して，一段階増幅パルスレーザー光
を凹面鏡で一段階目の増幅光路と重ならないように下方向にずらしてもう一度 BBO 結晶（図１BBO2）に集光した．
一段階目の増幅後に BBO 結晶を透過した NOPA-励起光は凹面鏡（図１C3）で反射し，一段階増幅パルスレーザー
光の焦点に重なるように BBO 結晶（図１BBO2）に集光した．
このように NOPA システムにより二段階増幅すること

図 7 回折格子および，可変形鏡による各波長の光路長差調整で 525 〜 725 nm にブロードした可視広帯域パルスレー
ザー光（二段階増幅パルスレーザー光）を得た（図 6）．

７．ポンプ･プローブ測定系の構築
二段階増幅パルスレーザー光のパルス時間幅を測定するために，ポンプ･プローブ測定系（図８）を構築した．
広帯域-可視パルスレーザー光をビームスプリッター（図８BS）によりポンプパルスレーザー光とプローブパルス
レーザー光に 2 分した．ビームスプリッターから BBO 結晶（図８BBO3）までのポンプパルスレーザー光とプロー
ブパルスレーザー光の光路長が等しくなるように，メジ

図 6 二段階増幅パルスレーザー光のスペクトルャーを用いて光路長を大まかにあわせた．ポンプパルス
レーザー光の光路長に遅延ステージを挿入し，微調整可

６．広帯域-可視パルスレーザー光のパルス時間幅圧縮

能にした．

図1に示すNOPAシステムにより発生させた二段階増幅

図８に示す本測定システムにおける原点信号は，
可視-パルスレーザー光のパルス時間幅を，回折格子および，

ポンプパルスレーザー光と可視-プローブパルスレーザ

可変形鏡を調整することにより，圧縮する．NOPA システ

ー光の焦点が BBO 結晶（図８BBO3：Type1，厚さ 0.01 mm）

ムにより増幅された二段階増幅パルスレーザー光は鏡上で空間的・時間的に重なるように２つのパルスレーザ（図１M5）の上を通り，回折格子へと進む．広帯域光をー光を集光し，和周波として得られる紫外領域の光であ

回折格子で反射すると，波長ごとに異なった角度に反射るパルスレーザー光を確認する必要がある．しかし，260される．この進行方向に対して横方向に広がったパルス

nm 付近の光は目視できないため，発生の有無の確認が困

レーザー光を凹面鏡（図１C4）で反射し，幅広い平行光難である．そのため，二段階増幅パルスレーザー光と同にして，可変形鏡に照射する．可変形鏡は複数の鏡が横じ光路に 800-nm パルスレーザー光を飛ばすことで，に並んだ長方形の鏡であり，パソコン制御によって各鏡800-nm 光の和周波である400-nm 光を目視で確認した後，の奥行きを調整できる鏡である（図７）．そのため，鏡ご

二段階増幅パルスレーザー光を用いて再度調整することとに異なった波長の光を反射することで，パルス時間幅にした．

を圧縮できる．可変形鏡で反射されたパルスレーザー光

図１を用いて詳細を説明する．BBO 結晶で発生させたは同じ光路軸上の下方向を進行する．さらに鏡（図１M6，

NOPA-励起光は，400-nm 光のみを反射する誘電体多層膜

M7）で反射し，ポンプ･プローブ測定システムへと入射す

鏡（図１M1〜M4）によって反射される．この誘電体多層る．このとき，回折格子の反射角度を変えることで，凹膜鏡は 400-nm 光の反射率のみが高く，その他の波長の光面鏡で反射されて可変形鏡へ入射される位置を調整し，は透過するため，変換漏れした 800-nm 光は鏡を透過する．

可変形鏡の各チャンネルで反射するタイミングを調整しこの 800-nm パルス光を鏡（図１M8）で反射して，二段階た（図７）．このように，回折格子の反射角と，可変形鏡

増幅パルスレーザー光と同じ光路を進むようにフリッパの組み合わせによって波長ごとの光路長差，および，反ーミラー（図１M9）の角度を調整した．フリッパーミラ

射するタイミングを調整し，二段階増幅パルスレーザー

ーとは取り外しが可能な鏡である．この時，800-nm パル

光のパルス時間幅を圧縮した．

スレーザー光は非常に高強度であり，BBO 結晶にダメー多光子イオン化過程を利用する新反応開発

49

ジを与えるので，アイリス（図８I2）の径を最小に絞り

つまり，パルス幅が短くなると和周波は高強度になる．

減光した．
減光した 800-nm パルスレーザー光がアイリス

そこで，和周波の強度を確認しつつ，可変形鏡，回折格の中心を通るように鏡の角度を調整した．次に，ビーム子を調整し，パルス時間幅を圧縮した．実際に構築したスプリッター（図８BS）でポンプパルスレーザー光とプ装置を図９に示す。

ローブパルスレーザー光に分け，それぞれの光路を進行した 800-nm パルスレーザー光が BBO 結晶中（図８BBO3）において焦点を結び，空間的に重なるように調整した．
焦点を重ねた状態で遅延ステージを前後させ，800-nm パ
ルスレーザー光同士が時間的に重なる条件を探した．遅延ステージを動かしながら BBO 結晶の角度を回転させ，800-nm 光に適切な角度を探した．その結果，プローブパ
ルスレーザー光の光路に対して結晶の角度を約 45°にしたときに，
和周波である 400-nm 光を確認することができた．この和周波を検出器に入射し，ポンプパルスレー
ザー光とプローブパルスレーザー光の透過光はアイリス（図８I3）で遮断した．

図８ ポンプ・プローブ測定系

この状態で図 8 のフリッパー鏡を取り外し，二段階増

図９ 構築したレーザー装置

幅パルスレーザー光を BBO 結晶（図８BBO3）に集光した．
800-nm パルスレーザー光により和周波を発生させる場

和周波の強度が最大になるように調整し，遅延ステー

合と，二段階増幅パルスレーザー光により和周波を発生

ジをパソコン制御で動かし，原点の±50 fs の時間領域させる場合とでは BBO 結晶への入射角度が異なる．そのについて和周波の強度を計測し，パルス時間幅を測定しため，BBO 結晶を回転させて分光器のスペクトルを確認

た．
その結果，
約 10 fs であることが確認できた（図 10）．

しつつ，和周波が発生する角度を探った．その結果，二段階増幅パルスレーザー光により和周波が発生する BBO
結晶の角度は 800-nm パルス光を用いた場合よりも 37°
垂直に近い 8°であった．
二段階増幅パルスレーザー光の和周波が確認できたので，ポンプパルスレーザー光およびプローブパルスレー
ザー光は時間的･空間的に重なっていることが確認できた．
和周波の強度は両パルスレーザー光の時間的･空間的重なりに依存している．また，集光するパルスレーザー
光の尖頭値の高さが高い程，和周波の強度は強くなる．

図 10 パルス時間幅の測定

50

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

毎日の温度・湿度の変化により，チャープのしかたがthe mixture was cooled to room temperature. The reaction was

変わるため，これらの調整は毎日必要である．今後，チthen quenched by addition of ice, and stirred at 0 °C for 1 h.

ャープの評価を行い，さらにパルス時間幅を圧縮するた

During this treatment, 1 was precipitated as brownish white

めのチャープ鏡を作成する予定である．

solid (crude pentacetate). The precipitation was filtered andwashed with water until the odor of the acetic acid disappeared.

８．様々な保護基を有する糖基質の合成

The crude product was purified by recrystallization with EtOH

様々な保護基を有する糖基質として図 11 の化合物を

to afford 1 (86.6 g, 80% yield); mp 132-135 °C (colorless

選定し，合成することとした．この基質は，酸や光に耐

prisms); IR (KBr disk) 1755, 1740 cm–1; 1H NMR (500 MHz,性の高いエーテル型保護基(ベンジル基)と，異なる 2 つCDCl3)  J = 5.71 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 5.24 (dd, J = 9.8, 9.4 Hz,の反応性基，カルバメート基（N-フェニルカルバモイル

1H), 5.16-5.10 (m, 2H), 4.29 (dd, J = 12.6, 4.6 Hz, 1H), 4.11

基）とチオエーテル基（フェニルチオ基）が共存し，結(dd, J = 12.6, 2.3 Hz, 1H), 3.84 (ddd, J = 9.8, 4.6, 2.3 Hz, 1H),

合種が異なることで，選択的な結合のみを脱保護できる

2.11 (s, 3H), 2.09 (s, 3H), 2.03 (s, 6H), 2.01 (s, 3H); 13C NMR

ものと考えた．

(125 MHz, CDCl3) J = 170.7, 170.2, 169.5, 169.4, 169.1, 91.8,
72.9, 72.8, 70.3, 67.9, 61.6, 20.9, 20.8, 20.7.
Phenyl 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-thio-β-D-glucopyranoside (2).6
Under an argon atmosphere the pentaacetate 1 (50 g, 128mmol) was dissolved in anhydrous CH2Cl2 (500 mL) and
BF3•Et2O (21.0 mL, 166 mmol) was added at 0 °C. At –5 °C
thiophenol (21.0 mL, 192 mmol) was added dropwise, and thereaction mixture was allowed to warm to room temperature.
After consumption of starting pentaacetate 1 saturated sodium
bicarbonate solution was added until all BF3 was hydrolyzed.
The organic layer was washed with water and saturated sodium
bicarbonate solution three times. The combined organic layer
was dried over MgSO4, filtered, concentrated in vacuo. The
resulting residue was purified on a column of silica gel with

図 11 様々な保護基を有する糖基質の合成

hexane-EtOAc (3:1-2:1 v/v) to give -thio glycoside 2 (45.6 g,
81%yield);

colorlessneedles(hexane-EtOAc),

mp

まず，よく乾燥させた D-グルコースを無水酢酸と酢酸

115-117 °C; IR (KBr disk) 1748 cm–1; 1H NMR (CDCl3, 500

ナトリウムで完全アセチル(Ac)化して 1 を得た後，三フMHz) δ 7.51-7.29 (m, 5 H, PhH), 5.17 (dd, J = 9.2, 9.2 Hz, 1H,

ッ化ホウ素-ジエチエルエーテル錯体を触媒にフェニルH-3), 5.05 (dd, J = 9.7, 9.6 Hz, 1 H, H-2), 4.95 (dd, J = 9.2, 9.6

チオ(SPh)グリコシド 3 を選択的に得た．次いで，3 の Ac

Hz, 1H, H-4), 4.70 (d, J = 9.9 Hz, 1H, H-1), 4.21-4.18 (m, 2H,

基を Zemplén の条件で除去，6 位を選択的にトリフェニ

H-6a,b), 3.80-3.65 (ddd, 1H, H-5), 2.08, 2.07, 2.01, 1.98 (eachルメチル(Tr)基で保護し 4 を得た．得られた 4 の水酸基

s, 12H, COCH3); 13C NMR (CDCl3, 125 MHz) δ 170.3, 170.1,

をベンジル(Bn)基で保護した後，Tr 基を 60％酢酸水溶液

169.2, 169.0, 133.7, 128.7, 85.9, 76.2, 74.4, 70.3, 68.5, 62.3,

で除去して 5 を得，最後にフェニルイソシアネートとピ

20.9, 20.8.

リジンで N-フェニルカルバモイル(Car)基を導入し，目的とする糖基質 7 を合成した．
Penta-O-acetyl-β-D-glucopyranose (1).5
To a gently refluxed Ac2O (280 mL, 3.0 mol) containing
anhydrous sodium acetate (12 g, 0.14 mol) was slowly added
powdered D-glucose (50.0 g, 0.28 mmol) over a period of 15
min. After the mixture was heated to reflux for more 10 min,

図 12 化合物 2 の 1H NMR スペクトルチャート

多光子イオン化過程を利用する新反応開発

51

Phenyl 1-thio-β-D-glucopyranoside (3).7

Phenyl 2,3,4-tri-O-benzyl-6-O-(N-phenylcarbamoyl)-1-

To a solution of tetra acetate 2 (10.0 g, 22.7 mmol) in methanol

thio--D-glucopyranoside (7).

(200 mL) sodium methoxide-methanol solution (5 mL of 1 M

A mixture of 5 (1.01 g, 1.29 mmol) in 70% acetic acid solution

solution) was added and stirred at room temperature for 1 h.

(50 mL) was stirred at room temperature for 12 h. After

After consumption of starting tetra acetate 2 on TLC with

consumption of 5 on TLC with hexane-EtOAc (2:1 v/v), thehexane-EtOAc (2:1 v/v), the mixture was neutralized by ion

mixture was concentrated in vacuo. The resulting residue wasexchange resin (Dowex 50W-X8, H+ form), filtered off, andpurified on a column of silica gel with hexane-EtOAc (2:1-1:1

concentrated in vacuo to give 3 (6.05g, 98% yield), which wasv/v) to give 68 (642 mg, 92 % yield). Next to a solution of 6

used without further purification; mp 103-105 °C; IR (KBr

(501 mg, 0.923 mmol) in dry pyridine (20 mL) was addeddisk) 3405, 1583, 1480 cm–1; 1H NMR (500 MHz, CD3OD) δphenyl isocyanate (0.12 mL, 1.1 mmol) at 0 °C and stirred for7.56 (m, 2H), 7.26 (m, 3H), 4.59 (d, J = 9.8, 1H), 3.86 (dd, J =1 h. After completion of the starting compound on TLC with

12.0, 1.8 Hz, 1H), 3.38 (dd, J = 8.6 Hz, 1H), 3.30 (m, 2H), 3.26

hexane-EtOAc (2:1 v/v), the mixture was evaporated in vacuo.

(dd, J = 12.0, 5.4 Hz, 1H), 3.21 (dd, J = 9.7, 8.7 Hz, 1H); 13C

The resulting crude crystal was purified by recrystallization

NMR (125 MHz, CDCl3) δ 135.3, 132.8, 129.7, 128.3, 89.4,

with hexane-EtOH to give 79 (532 mg, 87% yield); []D25

82.1, 79.7, 73.8, 71.4, 62.7.

+8.9° (c 1.51, CHCl3); mp 131-132 °C (hexane-EtOH,
colorless needles); IR (KBr disk) ν 3369 cm–1 (NH), 1703 cm-1

Phenyl 2,3,4-tri-O-benzyl-1-thio-6-O-triphenylmethyl-β-D8(C=O); 1H NMR (600 MHz, CDCl3)  7.55-7.06 (m, 25H,

glucopyranoside (5).

PhH), 6.55 (br s, 1H, CONH), 4.94, 4.87 (each d, 2H, J = 10.8

A solution of 3 (1.0 g, 3.67 mmol) and triphenylmethyl

Hz, OCH2Ph), 4.93, 4.75 (each d, 2H, J = 10.2 Hz, OCH2Ph),

chloride (1.33 g, 4.77 mmol) in pyridine-CH2Cl2 (50 mL, 1:1

4.85, 4.62 (each d, 2H, J = 10.2 Hz, OCH2Ph), 4.67 (d, 1H, J =v/v) was stirred at room temperature for 24 h. After completion

10.2 Hz, H-1), 4.44 (br d, 1H, J = 12.0 Hz, H-6), 4.34 (m, 1H,of starting compound on TLC with CHCl3-MeOH (8:1 v/v),H-6’), 3.74 (br dd, 1H, J = 9.0, 9.0 Hz, H-5), 3.57-3.53 (m, 2H,

the reaction mixture was poured into brine and extracted with

H-3, H-4), 3.50 (dd, 1H, J = 10.2, 9.0 Hz, H-2); 13C NMR (150

CHCl3. The combined organic layer was washed with water,MHz, CDCl3)  138.2, 137.8, 137.5, 133.3, 132.4, 129.1, 128.8,

dried over MgSO4, and concentrated in vacuo. The resulting

128.5, 128.5, 128.5, 128.4, 128.3, 128.2, 127.8, 123.5, 118.5,

residue was purified on a column of silica gel with EtOAc to

87.6, 86.7, 81.0, 77.2, 77.1, 75.8, 75.5, 75.0; Anal. Calcd forgive phenyl 1-thio-6-O-triphenylmethyl-β-D-glucopyranoside

C40H39NO6S (661.81) C, 72.59; H, 5.94; N, 2.12, found C,(4)8 (1.51 g, 80% yield). To a mixture of 4 (1.0 g, 1.94 mmol)

72.21; H, 5.60; N, 1.99; HRMS (ESI-TOF) calcd for C40H

and NaH (312 mg, 7.8 mmol dispersed in 60 % mineral oil) in

39

NO6S m/z [M+Na]+ 684.2396, found 684.2376.

dry DMF (30 mL) was added dropwise benzyl bromide(BnBr) (0.83 mL, 7.0 mmol) at 0 °C. The resulting mixture
was stirred at room temperature for 5 h. Excess BnBr and NaH
was quenched with Et3N (0.5 mL) and methanol (1 mL),
poured into brine, extracted with EtOAc. The combinedorganic layer was washed with brine, dried over MgSO4, andconcentrated in vacuo. The resulting residue was purified on acolumn of silica gel with hexane-EtOAc (3:1 v/v) to give 5
as a yellow syrup (1.27 g, 83% yield); 1H NMR (500 MHz,CDCl3) δ 7.16-7.52 (m, 35H, PhH), 4.56-4.93 (m, 6H,
OCH2Ph), 4.31 (d, 1H, J = 10.2 Hz, H-1), 3.74 (dd, 1H, J = 9.5
Hz, H-3), 3.58-3.69 (m, 3H, H-6, H-6’, H-4), 3.45 (dd, 1H, J =9.5 Hz, H-2), 3.26 (m, 1H, H-5); 13C NMR (125 MHz, CDCl3)

 138.3, 138.1, 137.6, 133.8, 131.9, 128.9, 128.8, 128.5, 128.4,
128.2, 128.1, 127.8, 127.6, 127.4, 126.9, 87.3, 86.8, 86.5, 80.8,
78.8, 76.7, 76.0, 75.4, 75.0, 72.1, 62.4.

図 13 糖基質 7 の 1H NMR スペクトルチャート

９．可視-極限的超短パルスレーザー光照射による 新反応開発
糖基質 7 の弱酸性メタノール溶液を試料として，光励起による電子励起状態の反応，加熱による電子基底状態

52

神奈川大学工学研究所所報第 38 号の熱反応，および，可視-極限的超短パルスレーザー光照

次に，
可視-極限的超短パルスレーザー光をレーザー光

射による反応を比較検討した．まず，合成した糖基質 7

その結果予想に反し，強度 3x1011 W/cm2 程度で照射した．

の紫外-可視吸収スペクトルを測定した．図 14 に示すよ

光路上に結晶が析出した(図 15a)．得られた結晶は細か

うに，糖基質 7 は 290 nm よりも短波長側に吸収を有していカビ状の針状結晶であった(図 15b)．この結晶のいる．そこで，糖基質 7 を 1 光子励起可能な 266 nm の1

10-ns パルスレーザー光（Nd:YAG レーザー光の 4 倍波）

定し，解析したところ，この結晶は環状トリアセタールを照射し，光反応を検討した．反応後の溶液の 1H-NMR ス

体であると推定された．また，推定される環状トリアセ

ペクトルを測定した結果，3 種類全ての保護基の脱保護

タール体は，新規化合物である．

H-NMR および 13C-NMR スペクトルと MASS スペクトルを測

反応と糖基質7の6員環自体の開環-分解反応の進行が確認された．次に，糖基質 7 の弱酸性メタノール溶液を４時間加熱還流することで，熱反応を検討した．予想に反し，いずれの基の脱保護反応も糖自身の開環反応も進行しなかった．

図 15. 光路上に析出した結晶

１０．今後の課題
上述したように，
可視-極限的超短パルスレーザー光の強度により，
生成物が異なることが見いだされた．
また，いずれの場合にも，光反応とも熱反応とも異なる生成物が得られることが示された．今後は，各々の反応の誘起
図 14 糖基質 7 の紫外-可視吸収スペクトル

過程を解析していくと同時に，環状トリアセタール体の高効率な合成手法を開発していく予定である．

さらに，可視-極限的超短パルスレーザー光照射による反応を検討した．糖基質 7 の弱酸性メタノール溶液を光

参考文献

路長10 mm の石英セルに入れ，
図８BBO3 の位置に固定し，(1) T. H. Mayman, Nature, 187 493 (1960).

レーザー光強度 4x1011 W/cm2 程度で照射した．反応前後(2) I. Iwakura, S. Kato, R. Hino, A. Fukumoto, K. K.-Orisaku,の溶液をドライアップし，重クロロホルム中での 1H-NMR

Y. Koide, RSC Advances 3, 5354 (2013).

スペクトルを比較した結果，カルバメート基の脱保護反(3) T. Yatsuhashi, N. Nakashima, J. Azuma, J. Phys. Chem. A

応が進行していることが示唆された．この結果は，可視-117 1393 (2013).

極限的超短パルスレーザー光を照射すると，光反応とも(4) A. Baltuska, T. Fuji, T. Kobayashi, Opt. Lett., 27, 306

熱反応とも異なる反応が進行することを示している．

(2002).

確認のため，糖基質 7 の弱酸性メタノール溶液に 532(5) N. Michihata, Y. Kaneko, Y. Kasai, K. Tanigawa, T.

nm の 10-ns パルスレーザー光を照射したところ，266 nm

Hirokane, S. Higasa, H. Yamada, J. Org. Chem. 2013, 78(9),の 10-ns パルスレーザー光を照射した場合と同様，３種

4319-4328. (Compound 1)

類全ての保護基の脱保護反応と糖基質 7 の 6 員環自体の(6) A. P. Dieskau, B. Plietker, Org. Lett., 2011, 13(20),開環-分解反応が進行した．この結果は，532 nm の 10-ns

5544-5547. (Compound 2)

パルスレーザー光を照射すると，２光子励起反応が進行(7) F. P. Boulineau, A. Wei, J. Org. Chem., 2004, 69(10),することを示している．これらの結果は，可視-極限的超3391-3399. (Compound 3)

短パルスレーザー光をレーザー光強度 4x1011 W/cm2 程度(8) A. Agarwal, Y. D. Vankar, Carbohydr. Res. 2005, 340(9),で照射することにより，多光子励起を含む光反応とも熱

1661-1667. (Compound 4-6)反応とも異なる反応が進行していることを示しており，(9) S. Akai, R. Tanaka, H. Hoshi, K.-I. Sato, J. Org. Chem.

その結果，カルバメート基のみが脱保護されたと考察さ2013, 78(17), 8802-8808. (Compound 7)

れる．

53

高周波回路の解析・設計理論の整備と対応ソフト開発
許 瑞邦 2

武田 重喜 2

穴田 哲夫 1

平岡 隆晴 3 陳 春平 3

Construction of high frequency circuit analysis/synthesis theory
and development of the corresponding software
Jui-Pang HSU2

Shigeki TAKEDA2

Tetsuo ANADA1

１．プロジェクト研究の概要

Takaharu HIRAOKA3

3

Chun-Ping CHEN

電子機器の高周波化，高速化に伴い，使用する周波数

際：担当は陳春平特別助教．
上記研究課題にそって５年間の研究成果を統括すること

或いはマイクロプロセッサの動作クロックが数 GHz に近で，文科省科研費の取得など大きな成果を上げることがづいている現在，モノリシック集積回路化に適したマイできた．その研究成果の一部を報告する．

クロストリップ線による２次元的平面回路，共平面回路

２．次世代モバイル通信超広帯域デバイスの開発と実用等といった電磁波波回路が頻繁に利用されているが，超化における電磁環境評価

広帯域マイクロ波回路の設計理論はほとんど確立されて(1) UWB バンドパスフィルタの合成理論と実際いないため，統一的な設計理論を開発することが望まれ

今日，携帯電話はコンピュータなみの性能へと進化し，ている．また高周波用プリント基板から外部への放射・

通信速度への要求は「Kbps」から「Mbps」へと進化を遂

漏れによる電磁界分布の視覚的観測や温度分布（回路のげ，今後，更に「ワイヤレス＆モバイルの通信速度／処

発熱状態）も同時にシミュレーションすることができれ理能力の向上，無線による RFID，通信技術と ICT 技術をば，回路の特性解析・評価・改善，漏れを防ぐ手段の発

高度に融合させることで，一段の飛躍を遂げるとともに見，更には新しい概念の回路の開発にも大変有意義であると考えられる．このような観点から， Maxwell の方程
式の境界値問題に対する汎用的な設計法を開発し，実際のデバイスへの応用を考えて研究プロジェクトを組織した．以下に各担当者の役割分担を簡潔に述べると，（１）平面的導波路，回路の固有モード展開による理論の展開と整備：担当は許 瑞邦 客員教授．
（２）平面回路理論による回路合成と実際：担当は武田重喜客員教授（企業で多くの実装経験をもつ）．
（３）Maxwell 方程式の FDTD 法による数値解法の開発と応用：担当は穴田哲夫教授．
（４）平面回路の固有モード展開法に遺伝的アルゴリズの導入：担当は平岡隆晴助教．
（５）平面回路的 UWB 通信用帯域通過フィルタの開発と実1 教授 電気電子情報工学科
Professor, Dept. of Electrical and Electronic Information
Engineering
2 客員教授 工学研究所
Guest Professor, Research Institute for Engineering
3 助教 電気電子情報工学科
Assistant Professor, Dept. of Electrical and Electronic
Information Engineering

周波数資源の枯渇がおおきな問題となりつつある．さらに無線による社会システムの電磁環境にも注意を払わなければならない．米国連邦通信委員会が周波数帯域
3.1GHz～10.6GHz 帯の民生利用を認可して以来，USA，日本を始め，欧州やアジア各国に於いても超広帯域通信技
術の実用化に向けて研究開発が活発化しており，近距離
且つ超高速の情報伝送を無線で行う手段として，UWB（超広帯域）無線通信技術（UWB 無線システム）が注目されている． 特に，マイクロ波帯（3.1～10.6 GHz）を用いる超高速 WPAN（wireless personal area network），超低消費電力のセンサネットワークと，準ミリ波帯（22 ～29 GHz）及びミリ波（77 ～ 81 GHz）を用いた車載近接
レーダ(自動車事故防止用）としての応用について多くの企業が研究開発を行っている．しかし，UWB 通信を実用・量産・商用化するにはさらなる研究開発すべき課題が多いのが現状であり，そのひとつに，超広帯域(UWB)帯域通過フィルタと既存通信システムへの電磁環境問題があげられる．屋内・屋外のスペクトルマスクを完全にクリアした超小型 UWB バンドパスフィルタは，現時点では実現

54

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

されていない．筆者等は従来設計理論とは異なり，短絡

本的な対策が求められている．このような現状で PCB をスタブ，平行結合線路，ステップインピーダンス共振器

診断する方法として，PCB 周辺に分布する電磁界を非接構造(SIR)の設計に便利な等価回路を導出，
この等価回路触プローブセンサーで測定し，その波源（電流あるいはに基いて，中心周波数6.8GHz，
通過帯域3.1～10.6GHz (比電荷）を可視化する事が極めて有効であると考えられる．

帯域幅 110%)，リップル幅 0.20dB のチェビシェフ特性をまた同時に放射電磁界の抑圧と特定など，EMC/EMI の観持つ超広帯域帯域通過フィルタを合成理論に基いて設計

点から意味あることである．更に，コンピュータの高性可能であることを見出した．また実際に設計したフィル

能化に伴って，FDTD 法などを応用した電磁波シミュレー

タを試作し，測定・評価した結果，比帯域 110％，周波タが盛んに研究され，理論解析が困難な複雑な回路構造

数帯域共に米国連邦通信委員会のスペクトラルマスクのに対しても，電磁界シミュレーションが可能となってき仕様を屋内・屋外共に満足する見通しが得られた．さらた．その一方で，数値計算で得られたシミュレーションに群遅延特性は帯域内で 0.4±0.1ns の良好な特性を実結果の信頼性が問われるようになってきている．

現している．当プロジェクトで採用した平行結合線路，

その中でも，当プロジェクトにおいて開発した高周波電先端短絡スタブとステップインピーダンス型共振器を用

界及び磁界プローブは特筆すべき一つとして注目されいたマイクロストリップ構造は，他の研究者も個々に用いているが，非常に強い結合，線間のギャップは 0.1mm以下（実際的実現不可能）であるのに対して，筆者等は，先端短絡スタブ，結合線路と非対称ステップインピーダ
ンス型共振器の便利な等価回路を用いることで，結合線路間のギャップの拡大に成功し，実際に実現可能な設計値を得ており，簡易的に試作し，ネットワークアナライている．
３．光波平面回路の研究
短ミリ波・光波領域における研究に関して多層超薄膜導波路のアイデアは，マイクロ波と同じように単一伝搬モー
ド且つ単一偏波動作の実現を目指して，２種類の異なる誘電体を１０層に多層化することによって実現した．

ザで測定した結果，良好な特性を実現できた．

４．これまでの研究成果
新しい通信システムの UWB 通信（超広帯域通信）に（２）電子機器からの電磁雑音のモデル化と電磁干渉メ

おけるフィルタの研究成果を IEEE-IMS, EuMW, APMC

カニズムの解明（シミュレーションソフトの整備）の国際会議にて発表している．また本プロジェクトにおUWB フィルタを組み込んだ PCB ボードや電子機器からいて２度の科研費（20560339 及び 24560423）を得るこ

漏洩する不要電磁放射の測定法として，高周波電界と高とができた．研究範囲は，マイクロ波，ミリ波，短ミリ周波磁界を測定する必要がある．これまでに電界に関し

波，テラヘルツ波，光波と広範囲にわたっており，新しては，
ほぼ数 100MHz からミリ波帯まで測定可能な超小型いデバイスや回路を見出しているが，５年間を一区切り

電界プローブを開発してきた．測定結果は電子情報通信として，研究成果の一部をまとめて報告書としたい．そ学会のマイクロ波研究会や産業界との共催マイクロ波のの他の研究成果については，別の機会に報告する．

Tutorial 講座でも発表してきたが，測定精度および得られた結果の分解能などは世界の最高水準にあると言って参考文献も過言でない．さらに，高周波用磁界プローブの開発に[1] 基盤研究 C（研究課題番号：20560339），次世代モバも成功し，まだプリミティブな試作段階であるが，測定

イル通信超広帯域デバイスの開発と実用化における結果の一部を国際会議にて発表している．
またユビキタスネットワーク社会の到来とともに，通信システムのみならず，衝突防止レーダー，複数台のハ
イビジョン TV カメラ用としても Ultra Wide Band (UWB)
無線システムが期待されているが，回路素子の高周波駆動による小型化のみならず，PCB 基板上の LSI の高密度化などますます高速動作化しており，これらの電子機器からの不要電磁波による様々な電磁環境・相互干渉問題を引き起こすことが予想される．機器の扱う周波数が上がると，従来からの遮蔽対策だけでは対応することが困難となってきており，基板自体の誘電率（誘電体材料は
周波数分散を持っている），高周波回路パターンなど根

電磁環境評価， 研究期間 ： 2008 年度～2010 年度[2] 基盤研究Ｃ（研究課題番号：24560423）：ミリ波・サブミリ波帯におけるフォトニック結晶構造を応用した電磁波回路の解析と応用． 研究期間 ： 2012 年 4 月 1
日～2015 年 3 月 31 日
[3] Noda, Y. Takamori, H. , Kamiji, Y. , Chen, C.P. ,Anada, T., “Contactless electromagnetic field
mapping system on planar circuits in EMC/EMI
investigations”, pp. 784 – 789, 2011,EMC Europe
2011 York.
[4] Takamori, H. , Chen, C. , Kamiji, Y. , Anada, T.
“Study on error suppression in broadband
characterization of complex EM-parameters”,
pp.801 – 804,2011 York.

55

高安心超安全交通研究所（KU-WIRF）の活動
松浦 春樹＊ 森みどり＊＊ 堀野 定雄＊＊＊ 大和裕幸＊＊＊＊ 久保 登＊＊＊＊石川博敏＊＊＊＊ 龍 重法＊＊＊＊ 石倉理有＊＊＊＊ 北島 創＊＊＊＊＊

Kanagawa University, The Research Institute for Well-Informed and Risk-FreeTransportation
Haruki MATSUURA* Midori MORI** Sadao HORINO*** Hiroyuki YAMATO**** Noboru KUBO****
Hirotoshi ISHIKAWA**** Sigenori RYU**** Masatomo ISHIKURA**** Sou KITAJIMA*****
1. プロジェクト研究 C：KU-WIRF の設立理念
開業以来 50 年間乗客人身事故ゼロ記録更新中の新幹線に比べて、自動車交通は同時期（1964-2014）死者約 45万人強と安全成果が極めて不十分で課題山積である。日本
ではこの 10 年間、G（行政）・I（産業）・A（学術）・P（国民）コラボレーションで事故件数、負傷者数、死亡者数は減少傾向にある（図１）が、事態はまだ深刻だ。
ヒューマンエラーの複合要因である「４M」(Man 人間、Machine 機械、Media 環境、Management 管理)のうち Media（環境）と Management（管理）には情報不足状態が含まれる。
情報不足状態を「不安状態」、その逆を「安心状態」と定義
すれば、交通機関における情報伝達性を「安心性」尺度として用い「高安心」な交通機関を目指せる。
他方、新幹線の様な絶対的安全性を担保する交通機関
を「超安全」交通機関と定義し、高安心・超安全交通実現に効果的な、完全な無リスク状態実現を自動車交通で最も先進的情報収集技術として注目される映像記録型ドライブレ
コーダー活用（当時の運輸省内設置、運輸技術審議会で堀野提唱、1999）の大規模データ分析で行う計画でスタートしたのが、当プロジェクト研究 C 高安心超安全交通研究所（KU-WIRF）である。
２． KU-WIRF 命名に込めた熱意
昨今、用語「安心・安全」はインフラ気味で、その本

図１交通事故の現状 死者：4,113 人、負傷者：711,134 人、人身事故：573,842 件（国土交通省、2014）
来価値が希薄化している。そこで、我々は上述理念で「神奈川大学高安心超安全交通研究所」と命名した。
「高安心」の英訳”Well Informed”は、情報不足状態「不安状態」の逆「安心状態」を示す。情報が的確、タイムリー、過不足なく与えられると人は安心する。「超安全」英訳”Risk Free”は新幹線の様な絶対的安全性を担保する、リスクから完全解放された状態を指す。
初対面の名刺交換で興味ある経験をしている。日本語名
刺を渡す日本人と英語名刺を渡す外国人の反応が異なる。
外国人は何をする人か直ぐに解ってくれる。わざわざ親指を突き出して「そうそう、その通り」と相槌を打つオランダ人もいる。日本人の多くは「高」と「超」に抵抗があるらしく「これはどう意味ですか？」と訊く方が多い。そう言う時は英語名
刺も渡すと納得して貰える。この様に、英語名 KU-WIRF を広める努力が徐々に奏功したか、認知されつつある様だ。

*教授 経営工学科
Professor, Dept. of Industrial Engineering**准教授 経営工学科
Associate Professor, Dept. of Industrial Engineering***客員教授 工学研究所
Guest Professor, Research Institute for Engineering****客員研究員 工学研究所
Guest Researcher, Research Institute for Engineering*****特別研究員 工学研究所
Special Researcher, Research Institute for Engineering

３．KU-WIRF の沿革と研究組織
当プロジェクト研究 C は、2008 年設立（所長：堀野定雄）、
3 年毎更新で 2 期目 2011 年、所長交代（松浦春樹）、現在 3期目半ばである。研究課題は一貫して「映像記録型ドライブ
レコーダーによる大規模データ収集システム構築と事故原

56

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

因の究明」で科学的交通事故激減を目指し活動中である。
人間工学、システム設計学、組織経営、事故データ分析、
ドライブレコーダデータ収集・システム設計開発などに豊富な経験を持つ専門家を客員研究員などとして招聘、効率よく研究を進めて来た。その所属内訳は本学3 名（松浦春樹、
森みどり氏、堀野定雄）の他に他大学 2 名（大和裕幸氏、久保 登氏）、研究機関 2 名（石川博敏氏、北島 創氏＊）、民間企業 2 名（龍 重法氏、石倉理有氏）を客員研究員 5 名、特別研究員１名＊で招聘、構成している。
３．ドライブレコーダー：交通事故激減への貢献度

図２ 早朝 5:29、生活道路無信号交叉点出会い頭、若い女性自転車一時不停止でタクシーと衝突！！

映像記録型ドライブレコーダー（DR）はメモリー技術の長足進歩で初期のトリガー型から常時記録型へ業務用個人用共に普及した。事故分析視点からの関心は、急加減速、急ハンドル、衝突事故場面の記録性能で、①環境：前方映像、GPS 地理データ、②車の状況：速度･加速度変動、③運転者の操作状況：ウィンカー、ブレーキなど多岐に渡る。
DR が出来ることのハイライトは、①事故過程の詳細分析とそれによる事故原因解明、②効率的な事故処理推進、③
運転者安全教育活用で、各論的には、（１）事実発見に顕著な効果挙げる「虫瞰図」的タスク分析や時系列分析が出来ること（図２．図３）、（２）事故/ニアミス分析の迅速化や映像活用で実況見分図作成の迅速化、（３）事故/ニアミス発生メ
カニズムとリスク要因の解明、例えば、リスク要因上位（8 割）

図３ 早朝（5:29）一時不停止で交差点突入若い女性自転
車と衝突（時速 30k/h）。タクシー事前減速、軽傷で済む。

は①合流・車線変更、②追突、③出会い頭が占める事が既に判明しているなど、（４）事故の相手当事者の 1/3 は自転

４．KU-WIRF の主な活動実績

車・歩行者などの交通弱者で、彼等がマナーを守れる環境

KU-WIRF が自負できる活動実績は積極的学外発信活

再設計が急務であるとか公道利用者として公平な権利・義動である。2009 年以来、毎年 1 回開催を続け、今回で第 7務分担を図る諸政策実施が急がれるなど、（５）安全教育に回目となる「ドラプリ」、ドライブレコーダー応用実践シンポジ

活用、換言すると事故未然防止に有効である。

ウムである。喜ばしいことに、今や日本で唯一のドライブレ

早朝の出会い頭事故（図２、図３）では、この種不測事態

コーダー専門シンポジウムとして広く認知されるに至った。

を想定して、タクシーは交叉点に接近中減速３０キロで衝突

今回、「ドラプリ 2015」は話題沸騰中の自動運転に着目、した。不幸にして衝突した自転車は転倒するが、タクシー低「ドライブレコーダーと自動運転（高度運転支援）」をテーマ

速のおかげで衝撃は小さく直ぐに自力で立ち上がり、なんに 2015 年 12 月 1 日、日本大学理工学部駿河台校舎 1 号と運転者が下車して接近すると一目散に逃げた。不幸な事

館 6F、ＣＳＴホール（ＪＲ中央・総武線 御茶ノ水駅 徒歩 3

故でも被害軽減に有効な係わり方が検証できた。

分）を会場に開催する。本学ホームページも広報協力頂い

最近はデジタルタコグラフと一体化し通信技術と連動してておりが、恒例の国交省基調講演に始まり、自動運転に関クラウドコンピュータ処理するビッグデータ化も進んでいる。

する国内外動向やドライブレコーダーの役割と進化のあり

データ収集とデータ活用は独立した技術課題であるが今や方を考える。参加費無料（資料代 3000 円）、展示会、交流会

ICT（情報通信技術）と人間工学の協働は必須である。それを企画、関心ある方々の積極的参加をお待ちしている。

を裏付ける最新の大型トラック急ブレーキ多発地点ビッグデ

そもそものきっかけは、KU-WIRF 設立記念シンポジウム

ータ横断的分析研究では、道路インフラ環境のハード面、「交通事故と予防安全～ドライブレコーダーとその応用技術

ソフト面の良否が運転者ヒューマンエラーを誘発する事が～」（2009-7）である。中島学長（当時）と許工学研究所長（当鮮明になって来た。従来の教育訓練偏重から脱却して、道時）の強力なご支援を頂き、セレステホールに学内外から約路インフラ整備に資源投入する方が効果的と判って来た。

160 名の熱心な参加者が集まり熱い討論を行なった。内容

57

高安心超安全交通研究所（KU-WIRF）の活動

がユニークで印象的だったのか、1 号館 8 階交流会場は超

活動目標は、ドライブレコーダー技術を交通安全の向上に

満員で立錐の余地なく、手を伸ばす乾杯グラスがお互いに資するための 3 方策：①利用者に分かり易い機能や性能のぶつかる程だった。この席で初面識を得た多くの産業人か表示によってドライブレコーダーの更なる普及を促進するこら「来年はいつやるのか」と聞かれ「その予定はありません」と、②ドライブレコーダーのデータを交通安全に利活用すると答えると、ぜひ継続をと強く促され 2 回目以降を企画する

方策を検討すること、③安全運転支援技術の効果を強化す運びとなった。今振り返ると、これは多くの賛同者に囲まれる方策を検討することであり、これらは KU-WIRF 活動とも符て、幸運に恵まれたとしか言いようがない。

合しており強いコラボレーションが継続中である。

初回から 6 回目まで「運輸現場におけるドライブレコーダ

KU-WIRF のもう一つの研究活動実績は、全事故件数のーの予防安全技術の効果的な手法」（2009）、「大量データ

1/4 を占める出会い頭事故を防止する筈のカーブミラーがの自動検出技術を用いた安全教育への活用方法」（2010）、機能不全を起こしていた問題への解決策提案である。我々「交通事故の劇的削減～ドライブレコーダー活用実践～」のフィールド研究で全国225 万基カーブミラーの 2/3 が機能（2011）、「多様化するドライブレコーダー応用」（2012）、「ド不全に陥っている事が判った。抜本的設置改善研究を行い、ライブレコーダーのビッグデータ」（2013）、「高齢者とドライ

最終知見を判り易く整理して国交省道路局へ提言（2010-3）、

ブレコーダー」（2014）をテーマに開催、好評を得た。

全国展開された（図４）。これに関してはカーブミラー角度調

その後、KU-WIRF が母体となり純民間組織ドライブレコ

整簡便法に関する特許も取得した。

ーダー協議会を学外に設立（http://www.jdrc.gr.jp/、初代会
長：堀野定雄、2010-12）、2 年前から共同主催の形で運営し５．まとめている。協議会試算ではマイカー装着も含めて 500 万台普今後も、積極的に安全を諸外国に輸出する精神で、社会及したと見る（2014-4）。

発信できる研究活動を推進していく方針である。各方面か

ドライブレコーダー協議会小林敏雄 3 代目会長が掲げるらのご指導ご鞭撻を期待する次第である。

水平角
俯角

+9°

+6°

+3°

最適解

-3°

-6°

-9°

-9°

水平角
俯角

-6°

-3°

ｶｰﾌﾞﾐﾗｰ
ﾁｪｯｸ
最適解
探求ﾏﾄ
ﾘｯｸｽ

最
適
解

+3°

+6°

+9°

図４ カーブミラー角度調整簡便マトリックス法。問題のカーブミラー鏡像を見て、マトリックス真中の最適解を目指して水平角、俯角を適宜調整する。全国 225 万基カーブミラーを所管する国土交通省道路局地方道環境課に提言、採用された（2010-3）。

58

防災まちづくり支援研究センター

荏本 孝久＊
大熊 武司＊＊
島崎 和司＊
佐藤 孝治＊＊＊
丸川 比佐夫＊＊＊＊
天国 邦博＊＊＊＊
栗山 利男＊＊＊＊
＊＊＊＊
＊＊＊＊
露木 延夫
植山 利昭

Institutional Center of Regional Constitution Support for Disaster Preparedness
Takahisa ENOMOTO* Takeshi OHKUMA** Kazushi SHIMAZAKI* Koji Sato***Hisao MARUKAWA**** Knihiro AMAKUNI**** Toshio KURIYAMA****
Nobuo TUYUKI**** Toshiaki UEYAMA****

１．プロジェクト研究の概要

した災害危険度マップの作成と防災カルテを作成し、合自然災害に対する減災や防災活動として、防災まちづ

わせて防災リスクママネジメントのための実践的な地域

くりを地域および住民などが連携して組織的に活動でき

防災教育プログラムの開発、セミナー・講演会開催を中る環境が必要である。特に、防災情報の情報共有化と人

心的な目標としてきており、これまでの３年間に亘って的・組織的ネットワークの構築が重要で、その中心的な実施してきた。これらの成果は開設しているＵＲＬ上に

母体は地域の大学が地域社会への貢献、研究情報の還元

公開してきている。

として取り組み支援すべき研究活動である。このためのここに申請するプロジェクト研究Ｃは、これまでの成研究センターとして本研究センターを創設した。研究セ

果を基盤として研究成果をより工夫を重ねて地域住民がンターの目標として、地域特性を考慮した災害危険度マ

活用し易い災害リスクマップの開発、地域防災活動の支ップの作成と防災カルテを作成し、合わせて災害リスク

援プログラムおよびテキストの開発、セミナーの開催、マネジメントのための実践的な地域防災教育プログラム

連続講座の開催により、より充実した地域連携型の防災の開発、セミナー・講演会開催を中心的な目標とした。

まちづくり支援のための研究センターを目指すものであ2011 年 3 月に発生した東日本大震災以降、地域の防災る。

まちづくりの重要性は益々高くなり、その期待も大きくなっている。また、地域からの要望も大きい。このよう

２．研究成果の概要

な状況の中で防災研究成果の地域還元は社会貢献・地域

2-1 災害危険度マップ作成と防災カルテ

貢献として極めて重要となっている。
当初より研究センターの目標として、地域特性を考慮

神奈川県を対象として、事前に防災情報を集約した地
震防災情報プラットフォームを整備して、防災情報の共有化とネットワークの構築を進め、防災まちづくりを支*教授 建築学科
Professor, Dept. of Architectual Engineering**客員教授 工学研究所
Guest Professor, Research Institute for Engineering***教授 経済学部経済学科
Professor, Dept. of Economics, Fac. of Economics****学外研究者
Researcher of Outside the Univ.

援する種々のツールを開発することを目的とする。
(1)地震災害リスクの抽出と評価の高精度化(2)地震災害リスクの視覚化のための詳細ハザードマッ
プの作成(3)地震防災情報プラットフォームの構築(4)防災まちづくり支援ツールの開発

防災まちづくり支援研究センター

研究期間内に実施した研究と成果を以下にまとめる。
①

細密メッシュマップによる神奈川県市区町村 GIS
防災マップの整備に関する研究：・研究目的を達成するためには「新しい防災マップ」②

59

作成し防災意識の向上を計る。
③地域防災活動支援のためのセミナー、講演会の開催：
地域防災活動を支援するために、自治体や自主防災組
織・自治会が開催するセミナー、講演会の企画・運営やとして詳細な地震災害ハザードマップを作成するこ

講師派遣などで協力し、「防災塾・だるま」の事業活動でとが必要であり、その GIS 環境を構築した。

培った知識・技術を普及している。

市町村別地震ハザードマップの作成：④「防災塾・だるま」ＨＰの維持管理：

・既に作成した「微地形区分図」と「地盤増幅率図」「防災塾・だるま」の活動事業や防災情報を公開して、を活用して、市町村の「建物分布」や「人口分布」

活動の進展に伴う発信情報の質的・量的な充実を計る。

など社会統計資料を組合わせて、10 タイプの想定地震に対する詳細な「震度分布図（地震動マップ）
」と

③

３．まとめ

「建物倒壊危険度図（建物危険度マップ）」を作成し工学研究所プロジェクト研究 C （2012 年度～ 2014た。これらのマップを地震防災情報プラットフォー

年度）により実施したプロジェクト研究「防災まちづく

ムとしてインターネット上で公開した。

り支援研究センター」について成果をまとめた。この研

地震防災カルテに関する研究：

究では、先行した 2005 年度～2009 年度（5 年間）に実施

・防災カルテを神奈川県内の各市区町村へ適用するたした文部科学省・学術フロンティア研究事業の成果とめ、GIS 環境を構築した。実際に主要都市である横2009 年度～2011 年度（３年間）に実施した工学研究所プ浜市・川崎市に適用して防災カルテを作成した。

ロジェクト研究C での研究成果に基づいて継続的に実施④ GIS による空間解析を用いた外水氾濫時の避難所のしてきたもので、1995 年阪神・淡路大震災、2004 年新潟選定に関する研究―相模川水系中小河川を対象に―

県中越地震や 2007 年新潟県中越沖地震など大規模な地

・近年の気候温暖化に伴う気象災害が頻発する状況で、震災害を受けた被災地の災害発生直後の混乱を軽減し、住民の関心が高い洪水災害に関する分析を実施した。

災害を出来るだけ最小化する重要性を考慮して、大学が地震災害同様 GIS 環境を構築することで分析が可能

地域社会に貢献することを目的として実施した。本研究であることを確認した。

に基づいて支援研究センターの骨格は構築できた。しか⑤GIS 空間分析機能を活用した広域地震被害情報の分析評価に関する研究し、2011 年 3 月には東日本大震災が発生し、巨大津波による災害で膨大な被害が広域的に発生するという想定外・2011 年東日本大震災において津波災害は顕著であの災害が発生し、
新たな視点の導入が必要になっている。

った。この津波災害に関して建物被害の発生要因を

この点に関しても、今後も十分な取り組みが重要である

分析することが将来の津波災害の予測に重要であると考えている。

ことから、GIS の空間分析機能を活用して検討した。
参考文献
2-2 地域防災教育プログラムの開発と展開
地域防災教育プログラムは、
2005 年～2009 年に実施し１）栗山 利男，荏本 孝久，山本 俊雄，露木 延夫，「地
域防災活動支援を目的とした防災カルテに関する基礎的た文部科学省・学術フロンティア研究事業において構築

研究」，地域安全学会梗概集 No.26, 2010. 6

された地域の一般市民の方々との防災研究および実践活２）文部科学省・学術フロンティア研究事業報告書「災動組織である「防災塾・だるま」との共同事業として展害リスク軽減を目的としたソフト・ハード融合型リスク

開した。主な活動内容は、以下のようになっている。

マネジメントの構築に関する研究（研究代表：荏本孝久）①防災塾・だるま「定例会」等の運営：

2005 年～2009 年」，2010 年 3 月

毎月１回（毎月末金曜日午後）開催し、前半は会の運

３）神奈川大学共同研究報告書「地震防災情報プラット

営に関する意見交換を行い、後半は公開講演会として意ホームを活用した防災まちづくり支援ツールの構築に関識向上を計る。

，
する研究（研究代表：荏本孝久）2010 年度～2012 年度」②「実践的防災まちづくりコーディネーター養成講座」

2013 年 3 月の開催：
毎年秋期に 6 回程度の講座を開催している。この事業の運営には運営委員会を組織してテーマとプログラムを

60

地元住民と協力して実施する町づくり研究所の活動を振り返って
内田 青蔵＊重村 力＊
山家 京子＊
曽我部 昌史＊
中井 邦夫＊
小幡 知之＊＊
香山 篤美＊＊On Activity of the Institute for Town Planning Practice of Town Planning in
Cooperation with Local People
Seizo UCHIDA＊
Tsutomu SHIGEMURA＊
Kyoko YAMAGA＊
Masashi SOGABE＊
Kunio NAKAI＊
Tomoyuki OBATA＊＊
Atsumi KAYAMA＊＊

１．プロジェクト研究の概要

年 1 月、突然亡くなられてしまった。

町づくり研究所が、工学研究所プロジェクト研究としそこで、本稿では町づくり研究所の研究報告に代わって承認されたのは 2006 年からであり、今年度においてはて、これまで西先生を中心に精力的に行われてきた町づや 10 年が過ぎようとしている。

くりの活動を簡単に振り返り、西先生の業績の一端を紹ところで、この町づくり研究所を立ち上げ、精力的に活動を展開してきた中心人物が、神奈川大学名誉教授の介することで、研究報告の代わりとしたい。
２．町づくり研究の実績

西和夫先生である。西先生は、建築学科で建築史研究室

西先生は、在職時代に研究室主体ですでにいくつかのを構え、多くの卒業生を世に送り出した。その卒業生た町づくりに関する活動を進めていた。以下、西先生が係

ちが、各地で活動し始める中で、再び西研究室を訪ねるられた活動を見てみたい。

機会が増えたという。その理由の多くは、古くから伝わ研究室主体で行った町づくりの代表的活動として、る建造物が取り壊される状況を変えるために、歴史的建2000 年から始められた平戸の町並み調査がある。2005

造物を用いながら町おこしができないかという相談のた

年までに町並み調査が行われ、町並みを形成する建物のめだったという。西先生は、こうしたことから OB・OG

重要性が住民に周知され、また、建物の維持・修理のたたちとともに古い建物を調査を行い、それらの価値を明めの補助制度もこの間に整えられた。また、建物の保存

らかにし、地元住民に価値を伝え、住民と一緒にそれらだけではなく、住民の生活そのものも継承すべきである

を活用しながら疲弊した町を活性化させる新しい町づくとし、年中行事やその際の料理などの調査も行い、とりりの道を模索する活動を展開し始めた。そして、その活わけ「おくんち」の際には町屋すべてが参加して町を演

動をより本格化するために、工学研究所内に町づくり研

出するといった、
行事の復活などにも積極的に係られた。

究所を設置したのである。西先生の定年後は、代表は山そして、平戸の町づくりとしてかつてのオランダ商館復家、内田が担当したが、その中にあって西先生は客員教

原にも係り、平戸の歴史的建造物所有者と町づくりを模授としてより積極的に町づくりに係ってきた。しかしな索する人々のネットワークづくりなどにも寄与した。

がら、この中心的活動を担っていた西先生が、今年 2015

この平戸の調査と並行して、2002 年から島根県江津本
庁の町並み調査を行っている。調査の結果、町中には貴*教授 建築学科
Professor, Dept. of Architecture**客員研究員 工学研究所
Guest Researcher, Research Institute for Engineering

重な歴史的建造物が点在していることが明らかになり、
地元では町の保全のための活動が調査を起点に開始された。
2005 年からは、長崎県と壱岐市の依頼を受け、壱岐勝地元住民と協力して実施する町づくり研究所の活動を振り返って

61

本浦の町並み調査を行っている。その調査には、失われ的建造物である高松城と小田原城の調査も行っている。

つつある建物や町並み、さらには、周辺の自然環境など

３．結びにかえての状況を把握し、新しい町づくりの資料として生かそう

西先生は、ご自分が手掛けられた町づくりに関する活とする目的があった。建物の調査とともに、生活に係る動内容を、2009 年 11 月 14 日に神奈川大学日本常民文化

重要な要素として井戸と生活の関係を分析し、また、住研究所主催の第 13 回常民文化研究講座の中で詳しく紹民の人々の生活に係るものとして祭礼や朝市なども調査介された。この講座は、シンポジウムと展示からなるもし、その重要性を指摘している。

ので、シンポジウムのタイトルは「町をつくる、人をつ

また、同じ 2005 年から 2008 年度まで岐阜県各務原市

くる―祭礼・年中行事そして町並み」というものであっからの依頼により、各務原市の歴史的建造物の調査を行た。まさしく、紹介した西先生の町づくり調査が終始一っている。その調査をもとに貴重な歴史的建造物 8 件 17

貫して行われていたことがそのまま表現されていること

棟は、国の登録有形文化財に登録された。また、調査結がわかる。すなわち、これまでの町並み調査では、町並果をもとに、町並みの修景事業や街道を走る水路の復原

みを構成する建物調査が主眼で、建物の調査に終始するなどの検討も行われており、まさしく町づくりのためのきらいがあった。そのため、報告書も建築専門家しかわ

成果をあげている。

からない用語を並べたてたものが多かったのである。し一方、こうした調査に相前後し、2004 年から 2009 年

かしながら、西先生の調査では、建物調査とともに、年までの 6 年間、長野県長野市教育委員会の協力のもとで、中行事や祭礼の調査、さらには、その地域の特産物や地

松代町の町並み調査を行っている。調査を行ったのは 95

元の料理や地酒なども調べ、その地域ならではの生活を件 164 棟の建物で、2009 年に報告書が刊行されている。

把握し、それを大切に継承していくことをめざしたので

この調査をもとに、松代では町づくりに関する NPO がある。町や町並みの主役は、表に見える建物ではなく、誕生し、地域の建物や庭などの歴史的資産の見直しの活あくまでもその建物で生活する人々であり、その人々の動が展開された。この活動の中で、2007 年松代の「松真生活そのものが大切であるという熱い思いが込められて館」内に「神奈川大学・松代町 町づくり研究所」が開いるのである。

設され、調査とともに、学生と住民の交流や住民への調査報告会などが行われた。

また、展示内容は、各地区で行った調査内容やその成果をまとめた写真パネルをもとにしたもので、2009 年 10

さらに、2006 年から山形市長井商工会議所と長井町づ

月 27 日から 11 月 26 日まで 1 か月間学内で展示された。

くり NPO センターの協力を得て、長井市中央地区の歴そして展示会終了後には、そのパネルをもとに調査地で史的建造物の調査を実施し、併せて、神奈川大学と長井巡回展が行われた。

NPO が共同で「町づくり研究所」を設置し、活動を行っ

いずれにせよ、学生と住民を巻き込んだ手法を用いたている。また、長井も平戸と同様に様々な年中行事や祭

町づくり研究所の活動は、西先生の突然の逝去により、礼がある。そこで、長井でもこうした住民活動としての終止符を打たざるを得なくなった。ただ、それでも今後祭礼や行事を重視し、町づくりに欠かせない貴重な資料

は、これまでの西先生のご遺志を継ぎながら、新たな町として調査を行っている。

づくりの活動を進めたいと考えている。具体的には、もなお、西先生は、神奈川大学日本常民文化研究所の委

う少し新しい町や今回の災害後の町づくりといったもの

託研究として、岐阜県高山市の町並み調査並びに景観要を対象とした活動を展開したいと考えている。これまで

素の調査も行っている。この調査は 2008 年から 2011 年の町づくりにかかわる調査・研究を積極的に手掛けてきまで行われた。調査目的は、2005 年に近隣 9 町村と合併た西先生に改めて敬意を表し、ご冥福をお祈りしたい。

した高山市が、合併して高山市に編入された高山市市街
地とその周辺の関係を見直すためのもので、具体的には、
農山村民家の調査と重要な歴史的景観要素として高山市の中心地域に点在する「秋葉様」と呼ばれる防火の神様を祭った小さな社の調査であった。調査から、この「秋葉様」
が普段から住民によって大切に扱われていること、＜参考文献＞
西和夫「町をつくる、人をつくる―祭礼・年中行事そして町並み」『歴史と民族』
神奈川大学日本常民文化研究所
論集 27 pp.127-153 平凡社 2011 年。

高山市中心地の歴史的景観要素として重要なものである※本稿は、上記の西先生ご自身が書かれた参考文献をことを明らかにしている。また、その後は、町づくりに

もとに、簡単に西先生の町づくりに関する活動をま直接かかわるものではないが、町づくりの核となる歴史とめたものである。

62

コンクリート中性化深さ測定における呈色範囲の時間変化に関する研究齊藤 隆典＊

趙 衍剛＊＊

Study on the Coloration Time History of the Concrete Neutralization Measurement
Takasuke SAITO＊

Yan-Gang ZHAO＊＊

１．序論
コンクリートの中性化反応は二酸化炭素がコンクリー
ト内部に侵入し炭酸化反応を引き起こすことにより生じ、本来アルカリ性であるコンクリートの pH を下げる現象であり、劣化減少の一つである。この中性化の進展具合を測定する方法としては、フェノールフタレイン溶液による呈色法を用いて目視により測定を行うことが一般的である。しかしながら、この方法では呈色範囲が時間経

図１ 目視測定の概要

図２ 撮影の様子

過に伴って変化することが知られており、計測条件によっては正確な測定結果が得られない可能性があることが既往の研究 1）においても指摘されている。
そこで本研究ではこのような背景を鑑み、デジタルカ
メラによる撮影画像データを解析する手法を用いて、コンクリート中性化深さ測定における呈色範囲の時間変化について検討することを目的とする。
(a)撮影画像
２．コンクリート中性化深さ測定方法
２．１ 目視による測定方法(b)画像解析結果

図３ 画像解析による中性化深さ測定の一例
２．２ 画像解析による測定方法

目視による中性化深さ測定の概要を図 1 に示す。本研

本研究ではデジタルカメラにより試験体を撮影し、そ究では、JIS A 1152_2011 2）に基づき、試験体を割裂後、の画像データを解析することで中性化深さを計測する方フェノールフタレイン 1％溶液を割裂面に噴霧し、図 1法を用いる。撮影は図 2 に示すようにデジタルカメラとのように未呈色部分 7 箇所の中性化深さについてノギ

試験体が平行となるように配置して実施した。試験体にスを用いて測定し、その平均値を求めた。また、測定位

フェノールフタレイン溶液を噴霧後 20 秒間ドライヤに置に骨材がある場合等では、JIS に基づき、その両端のよる乾燥を行った後、割裂面を撮影した。また、呈色範

中性化位置を結んだ直線で補間し測定を行った。

囲の時間変化を捉えるため、
10 秒毎のインターバル撮影を 5 分間実施し、連続画像データを取得した。

*助教 建築学科
Assistant Professor, Department of Architecture**教授 建築学科
Professor, Department of Architecture

撮影した画像データを用いて画像解析からコンクリー
トの中性化部分を判定するため、本研究では Lab 表色系を採用する。Lab 表色系による色情報に基づき中性化の63

コンクリート中性化深さ測定における呈色範囲の時間変化に関する研究判定を行い、フェノールフタレインの赤紫色の発色を識別し、未呈色部分を中性化部分と判断する。本研究では撮影画像の呈色部分について任意の 10 点から Lab 値を測定し、中性化領域の閾値として、0 < L < 120, 145 < a <174, 100 < b < 135 を設定した。尚、画像解析では図 3 に

表１ 中性化深さ測定値の比較
試験体
No.
001

経過時間
(sec)

目視測定
(mm)

画像解析
(mm)

0

34.64439.16760

23.92823.266示す未中性化部分の面積をコンクリート試験体の直径で除した値を平均中性化深さとして算出した。これらの判定条件を用いてコンクリート割裂面の撮影画像から中性化深さの平均値を求めた。
３．測定結果および考察
３．１ 画像解析結果の妥当性の検証
本研究では 8 物件 126 本の試験体について中性化試験
および画像解析を行った。その一例として昭和 55 年竣
図４ 中性化深さの時間変化と減少割合

工の物件についてペンキ仕上げ、室内壁から抜き出した
48 本について検討を行った。
画像解析の計測結果の妥当性を確認するため、目視測定結果および画像解析結果の程度に差が生じる要因としてコンクリートに含まれる骨中性化深さの平均値を測定し比較した。尚、撮影開始直材やセメントの量との関連を推測し、各種コンクリート

後と 60 秒後の中性化深さ測定を行っている。計測結果

材料特性との関連性を検討した。その結果、現状では減の一例を表１ に示す。
この表より目視および画像解析の少割合が大小と材料特性のいずれのパラメータとも関連

中性化深さ計測値は概ね対応していることが分かる。他は認められなかった。今後、更に計測する試験体数を増の試験体においても両者の誤差は15%程度の範囲に収まやし、継続して検討する必要があると思われる。

っており、画像解析の計測値は概ね妥当であると言える。
３．２ 画像解析結果

４．結論

図 ４に画像解析による中性化深さ測定における解析

本研究ではコンクリート中性化測定におけるフェノー

結果を示す。点線は 10 本の試験体における試薬噴霧後

ルフタレイン呈色範囲の変化から中性化深さの時間変化の経過時間と中性化深さの割合、また実線は 10 本の試を画像解析により捉えた。得られた結果を以下に示す。

験体から求めた中性化深さ減少割合の平均値を示す。な・画像解析による手法は目視測定結果との比較から、概お、グラフの横軸は経過時間、縦軸は次式で表す、中性

ね妥当な中性化深さを測定できることが確認された。

化深さの減少割合を示す。この図に示すように、数値の・画像解析を用いた中性化深さ測定の結果、フェノール

大小は見られるが、いずれの試験体も試薬噴霧後に中性

フタレイン溶液噴霧後、呈色範囲の変化により中性化

化深さは減少することが確認できる。また、試験体によ深さが時間経過に伴い減少することを明らかにした。

り中性化深さの減少の程度は異なり、試薬噴霧 300 秒間

・中性化深さは試薬噴霧直後の変化が大きく、その後もまでに 2 割未満の減少が見られる減少割合の小さい試験

中性化深さの減少は続くが、およそ 180 秒から安定し体と 2 割以上の減少が見られる減少割合が大きい試験

た数値となることが確認された。

体に分かれる。減少割合が大きい試験体では試薬噴霧

・試薬噴霧後に中性化深さの時間変化割合の大小が見ら

300 秒後までにおよそ 3 割から 5 割の減少が見られ、
多

れ、この差が生じる要因について検討したものの、本いものでは 7 割の減少が見られた。中性化深さ減少割合

計測では材料特性との関連は見られなかった。

が小さい試験体では試薬噴霧 300 秒後までに 1 割程の減少が見られた。試薬噴霧後の時間経過と中性化深さ変

参考文献化の傾向としては、減少割合の大きさに関わらず、いず(1) 佐藤周之, 内田健一郎, 横井克則, 野中資博, フェノールフタ

れの試験体でも試薬噴霧後 30 秒間の減少が最大であり、レイン法によるコンクリート中性化の詳細評価技術に関する

およそ 180 秒後まで緩やかな中性化深さの減少が見ら

基礎的研究, コンクリート工学年次論文集, Vol.31, No.1, (2009),

れることが分かった。

p.2023-2028

フェノールフタレイン溶液噴霧後に中性化深さ減少の(2) JIS A 1152_2011, コンクリートの促進中性化試験

64“新たな低炭素エネルギー社会に対応した新型電池の開発”
松本 太 1・池原 飛之 2・田邉豊和 3・片岡利介 4“Development of Novel Battery towards New Low Carbon Energy Society”

Futoshi MATSUMOTO・Takayuki IKAHARA・Toyokazu TANABE・Toshiyuki KATAOKA

1.

緒言

奈川県と地元企業を巻き込んだ神奈川大学オリジナルの

近年の温暖化問題から二酸化炭素を可能な限り排出し新型電池開発プロジェクトであり、現在は神奈川大学と神ない低炭素社会への移行が我々の社会の重要な課題とな

奈川県産業技術センターとの共催という形で運営を行っっている。エネルギーを効率的に使う方法の一つとしてリている。この“神奈川大学オープンラボ”事業は本プロジ

チウムイオン電池，燃料電池などが注目されてきており，

ェクトのメンバーが実行委員を務め、プロジェクトの客員

数年ぐらい前から幾つかの自動車会社が電池だけで動く

教授の先生方が講演者・企業との相談を担当するなど様々

電気自動車を売り出しているが，市場への普及は進んでおな場面で協力をいただいている。オープンラボを使って実らず，ハイブリッド車がまだまだ主流である。その理由は，

習、共同実験を行った企業は 2 年半で 20 社になる。

私たちの生活を支える様々な用途に対して電池性能がまだまだ追いついていないこと，電池の値段が高いことが挙げられる。そこで本プロジェクトでは，学内外の様々な電池の専門家を”新しい電池を開発”するという目的に，研究グループを組織し，これまでにない新しい考えを導入した新型電池を創成することを最終目標に研究活動を行ってきている。
２．研究活動“神奈川大学オープンラボ事業”
この研究プロジェクトの大きな特徴は、2 年半前から行っている“神奈川大学オープンラボ”事業とのリンクによFig. 1

オープンラボ講演会の風景

る産学連携の試みである。
“神奈川大学オープンラボ”事
業は 2012 年度神奈川県大学発政策提案事業から始まる神
1: 准教授 神奈川大学工学部物質生命化学科
Associate Professor, Dept. of Material and Life
Chemistry, Kanagawa University
2: 教授 神奈川大学工学部物質生命化学科
Professor, Dept. of Material and Life Chemistry,
Kanagawa University
3: 特別助教 神奈川大学工学部物質生命化学科
Assistant Professor, Dept. of Material and Life
Chemistry, Kanagawa University
4: 特 別 助 教 神 奈 川 大学 工学 部 物 質生 命化 学 科
Assistant Professor, Dept. of Material and Life
Chemistry, Kanagawa University

その中には本学の卒業生が関与した企業が 2 社あり、共同研究をきっかけに本学の学生が就職したケースが 2 件ある。また、2 カ月に 1 回のペースで勉強会を兼ねた講演会を開催し、現在まで 15 回を数えるが、聴講生はのべ 1000
人を超える盛況である(Fig.1)。現在のところオープンラボの参加企業と神奈川大学で 2 件の研究外部資金(サポイン、
ちば中小企業元気づくり助成事業)を共同で取得することができている。このプロジェクトは今年度から神奈川県の企業に限定せず、広く全国からの希望者を募る形に変更を行い、今後も活動を続けて行く予定である。研究論文や著

“新たな低炭素エネルギー社会に対応した新型電池の開発”

65

書も企業との共同研究による成果とし発表できる段階のものがいくつか出てきている。1-3) また我々のプロジェク
ト内の研究からも論文が発表されている。4)３．固体高分子形燃料電池用電極触媒開発 -金属間化合物触媒の応用固体高分子形燃料電池の電極触媒は数nm径の白金ナノ粒子(Pt NPs)を高表面積のカーボン材料に高分散担持させたカーボ
ン担持Pt NPs触媒が用いられる。
しかし、長時間の使用により、

Fig. 4 ギ酸の酸化反応に関するサイクリックボルタムグ
ラム. 0.5 M ギ酸+ 0.1 M H2SO4, N2 雰囲気下, 電極回転速Fig. 2 TiO2/CSCNT 上での PtPb NPs の合成スキーム

カーボン担持体が酸化されPt NPs が担持体から脱落し、電池性能の劣化を導くことが重大な問題となっている。その解決法として、近年、カーボンナノチューブ(CNT)にPt NPs を担持させる方法が報告されるようになってきている。この理由は、CNTが酸化されやすいグラフェンエッジ部分の割合が低いことによるが、その反面、Pt NPs を高分散で担持させることができないという、欠点を有する。そこで本研究では、グラフェンによって作られるカップ構造が積み重なった構造を有するカップスタ

度: 200 rpm, 掃引速度:10 mV/s.
とTiO2の前駆体であるTitanium(Ⅳ) isoproxide, H2Oを添加後に乾燥させ 450℃焼成の工程を複数回繰り返すことでカーボンナノ
チューブ表面にTiO2を担持させた（Fig. 2）。Pt NPs はH2PtCl6
前駆体の光電着法により担持した。その後、ポリオール法を用
いて PtPb NPs を TiO2 上に形成した。Fig. 3 に合成した
Pt/TiO2/CSCNT のSEM, TEM 像を示す。TiO2/カーボンナノチューブ表面にPt NPs(粒子径5~10 nm)が高分散に担持されていることが確認できる。Fig. 4 に合成した PtPb/TiO2/CSCN,
Pt/TiO2/CSCNTおよび市販のPt/バルカンカーボン(VC)のギ酸の酸化反応に関するサイクリックボルタモグラムを示す。
PtPb/TiO2/CSCNT は他のサンプルに比べて、同じ電位でより大
きな酸化電流を示していることから、合成した
PtPb/TiO2/CSCNT はギ酸の酸化反応に関して高い活性を有していることが確認できた。本プロジェクトでは様々な金属間化合物の触媒活性に関する研究を行っている。5-14)

Fig. 3 合成した Pt/TiO2/CSCNT の(a) SEM および(b) TEM
像

４．次世代空気電池開発のための電極触媒および電解質
膜の合成と電池性能
本研究テーマは2012-2014年度の工学研究所共同研究
奨励金の助成により本格的研究に着手した研究テーマでックカーボンナノチューブ(CSCNT)のグラフェンエッチ面を利用して触媒を担持し、その後、熱処理によって、CSCNT のエッジ面を無くし、耐酸化性を有する構造にする方法を用いた。
これまで我々はカーボン担持体上に金属酸化物を担持させ、その上にPtPb NPs を固定することにより、従来のPt より優れた触媒活性が得られることを報告している。本年度の研究では
PtPb NPs/TiO2/CSCNT 合成と電極触媒活性評価を試み、優れた触媒活性を得ることができた。2-プロパノール中にCSCNTあり、その後、2年間、申請時の共同研究メンバーで研究を行っている。ここでは我々が担当している電極触媒について説明する。空気電池は正極(空気極)活物質として
空気中の酸素分子を用いて還元反応を行うことによって発電することから，従来のリチウム電池の10倍以上のエ
ネルギー密度を示す新型電池として最近注目されている。
しかしながら，充放電に高い過電圧を要することから発電効率が低いことがこの電池開発の大きな問題となって

66

神奈川大学工学研究所所報いる。
この問題を解決するためには 正極における酸素の還元反応及びその逆反応の両方を触媒する材料(Bifunctional catalyst)の開発が求められている。我々は安価な材料としてMnO2に着目し、結晶構造の違いによるBifunctional触媒活性について、あるいはMnO2の一部を異種遷移金属イオンで置換することで、Bifunctional catalyst
としての性能の向上を図ることを目的として検討を行ってきている。15) その中からいくつか有能な触媒も見つかってきている。その他、Bifunctional catalystとして、それぞれの触媒反応に特異的な性能を示す触媒を複合化して、Bifunctional機能を発揮させる方法についても検討を行ってきている。16) 電極触媒以外の研究成果については昨年、一昨年の工学研究所所報中の我々の研究プロジェクトの報告を参照していただきたい。17-18)
参考文献(1) Toshiyuki Wakao , Takao Gunji , Arockiam John Jeevagan ,Yasumasa Mochizuki, Shingo Kaneko, Kunihito Baba,
Mitsuhiro Watanabe, Yusuke Kanda, Koh Murakami, Masaya
Omura, Genki Kobayashi, Futoshi Matsumoto, Stable
Charge/Discharge Cycle Performance of a LiFePO4 CathodePrepared with a Carboxymethyl Cellulose Binder, ECS
Transactions, Electrochemical Society, Inc., 58 (25),19-25(2014).
(2) 金子信悟，横溝美衣子，望月康正，嵐田敏彦，笹元貴弘，
田邉豊和，松本 太，マグネトロンスパッタ法により作製したリン酸リチウムオキシナイ トライド 固体電解質薄膜のイオン伝導性に及ぼす導入ガス中窒素濃度の影響，表面技術, inpress (2015).
(3) 松本 太, 郡司貴雄, 金子信悟, 渡辺充広, 村上 更, 粗
面化アルミニウム集電体を用いたリチウム二次電池用 正極/
水系バインダー薄膜の作製と性能評価, 「LiB の高容量・高耐久化のための電極-電解液（質）の界面制御技術と解析・評価法」, 技術情報協会編，p.100-105.
(4) Shingo KANEKO, Bingbo XIA, Qian ZHANG, Guoqing
FANG, Weiwei LIU, Hongdan SUN, Futoshi MATSUMOTO,
Yuichi SATO, Junwei ZHENG, and Decheng LI, High-Rate
Capability of Lithium-Rich Layered Li1.2Ni0.18Mn0.59Co0.03O2
Cathode Material Prepared from Size-Regulated Precursor Fine
Particles, Electrochemistry, 82(6), 438-443(2014).
(5) Francis M. Auxilia, Toyokazu Tanabe, Shinsuke Ishihara,
Govindachetty Saravanan, Gubbala V. Ramesh, Futoshi
Matsumoto,Xu
Ya,
Katsuhiko
Ariga,
Arivuoli
Dakshanamoorthy, Hideki Abe, Interleaved Mesoporous Copper
for the Anode Catalysis in Direct Ammonium Borane Fuel Cells,
Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 14, 4443-4448(2014).
(6) Ramesh, Gubbala, kodiyath, Rajesh, Tanabe, Toyokazu,
Fujita, Takeshi, Matsumoto, Futoshi, Ishihara, Shinsuke, Ueda,
Shigenori, Yamashita, Yoshiyuki, Ariga, Katsuhiko, Abe,
Hideki, Pt3Nb Intermetallic Nanoparticles: Highly Stable and
CO Tolerant Anode Electrocatalyst for the Oxidation of Ethanol
and Formic Acid, ChemElectroChem, 1(4), 728-732(2014).
(7) Takao Gunji, Govindachetty Saravanan, Toyokazu Tanabe,
Takashi Tsuda, Masahiro, Miyauchi, Genki Kobayashi, Hideki
Abe and Futoshi Matsumoto, Long-term Stable

第 38 号

Oxygen-Reduction Performance of Titania-supported PtPb
Nanoparticles, Catalysis Science and Technology, 4, 1436-1445,(2014).
(8) Nor A. Fadil, Govindachetty Saravanan, Gubbala V. Ramesh,
Futoshi Matsumoto, Hideki Yoshikawa, Shigenori Ueda,
Toyokazu Tanabe, Toru Hara, Shinsuke Ishihara, Hideyuki
Murakami, Katsuhiko Ariga, and Hideki Abe, Synthesis andElectrocatalytic Performance of Atomically Ordered Nickel
Carbide (Ni3C) Nanoparticles, Chem.Comm., 50, 6451-6453(2014).
(9) Takao Gunji, Toyokazu Tanabe, Arockiam John Jeevagan,
Sho Usui, Takashi Tsuda, Shingo Kaneko, Govindachetty
Saravanan, Hideki Abe, Futoshi Matsumoto, Facile Route for
the Preparation of Ordered Intermetallic Pt3Pb-PtPb Core-Shell
Nanoparticles and Its Enhanced Activity for Alkaline Methanol
and Ethanol Oxidation, J. Power Sources, 273, 990-998(2014).
(10) Hideki Abe, Hideki Yoshikawa, Naoto Umezawa, Ya Xu,
Govindachetty Saravanan, Gubbala V. Ramesh, Toyokazu
Tanabe, Rajesh Kodiyath, Shigenori Ueda, Nobuaki Sekido,
Yoko Yamabe-Mitarai, Masahiko Shimoda, Takahisa Ohno,
Futoshi Matsumoto and Takayuki Komatsu, Correlation
between the surface electronic structure and CO-oxidation
activity of Pt alloys, Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 4879-4887(2015).
(11) Takao Gunji, Toyokazu Tanabe, Govindachetty Saravanan,
Shingo Kaneko, Hideki Yoshikawa, Yoshitaka Matsushita,
Nobuaki Sekido, Ya Xu, Shigenori Ueda, Hideki Abe andFutoshi Matsumoto, Enhanced activity for oxygen reduction
reactions by carbon-supported high-index-facet Pt-Ti
nanoparticles, Electrochemistry, 83(1), 7-11 (2015).
(12) Arockiam John Jeevagan, Takao Gunji, Naoyuki Sawano,
Govindachetty Saravanan, Taiki Kojima, Shingo Kaneko, Genki
Kobayashi, Futoshi Matsumoto, “Two-Step Microwave
Synthesis of Highly Dispersed Ordered Intermetallic PtPb
Nanoparticles On Carbon Black”, ECS Transactions,Electrochemical Society, Inc., 58(21), 25-31(2014).
(13) Arockiam John Jeevagan, Takao Gunji, Toyokazu Tanabe,
Shingo Kaneko, Futoshi Matsumoto, "Photocatalytic Activity of
Pd-Au Alloy Nanoparticle Co-Catalyst/TiO2 for Acetic Acid
Decomposition", ECS Transactions, Electrochemical Society,
Inc., 64(25),9-16 (2015).
(14) T. Gunji, K. Sasaki, A. J. Jeevagan, T. Tanabe, S. Kaneko,
F. Matsumoto, Enhanced Oxygen Reduction Reactions andStable Long-term Activity on TiO2-supported Dealloyed PtCu
Nanoparticles in Acidic Aqueous Solutions, ECS Transactions,Electrochemical Society, Inc., 66(39),1-8 (2015).
(15) Arockiam John Jeevagan, Yukiko Suzuki, Takao Gunji,
Govindachetty Saravanan, Yuta Irii, Takashi Tsuda, Toshiaki
Onobuchi, Shingo Kaneko, Genki Kobayashi, Futoshi
Matsumoto, "Electrocatalytic Oxygen Reduction andWater-Oxidation on Transition Metal Ion-Doped MnO2, RuO2
and IrO2 in Alkaline Aqueous Solutions", ECS Transactions,Electrochemical Society, Inc., 58(20), 9-18 (2014).
(16) Takao Gunji, Keisuke Sakai, Yukiko Suzuki, Shingo
Kaneko, Toyokazu Tanabe and Futoshi Matsumoto, Enhanced
Oxygen Reduction Reaction on PtPb Ordered Intermetallic
Nanoparticle/TiO2/Carbon Black in Acidic Aqueous Solutions,
Catalysis Communications, 61, 1-5 (2015).
(17) 神奈川大学工学研究所所報第 36 号, p.87 (2013).
(18) 神奈川大学工学研究所所報第 37 号, p.68 (2014).

67

時間－周波数分析を用いた
ヴァイオリン駒構造振動伝搬モデルの検討
山崎 徹＊

中村 弘毅＊＊

伊東 圭昌＊＊＊

田中 俊光＊＊＊

Modelling for Vibration Transmission through Violin Bridge from String to Body
by using Time-Frequency Analysis
Toru YAMAZAKI＊

Hiroki NAKAMURA＊＊

１．プロジェクト研究の概要

Yoshiaki ITOH＊＊＊

Toshimitsu TANAKA＊＊＊を確認，検証してきた．また，機械にまつわる各種の振現実の物理現象には必ず何かしらの非線形性が含まれ動・音響分析を実施し，対象機械の現象把握，特性の評ていると言えるが，機械製品の設計など非線形性を考慮

価，モデル化などへの活用，心電波形の基礎的な検討(3)せずに便宜上線形として扱うことが多い．そのような場を行ってきた．そこで本報告では，別途の研究(4)で明ら合においても，どのような，どの程度の非線形性が含まかにしたヴァイオリンの駒構造の振動伝搬特性が一方向れているかを把握しておくことは重要である．各種現象となっていることのメカニズム解明に時間－周波数分析把握のためには，測定を行い，測定データを周波数分析技術を活用した事例を紹介する．

することが多い．周波数分析技術として，FFT（高速フ２．ヴァイオリン駒構造の振動伝搬メカニズムの解明

ーリエ変換）が主に用いられる．しかし FFT は時間平均

2.1 ヴァイオリン構造結果となるため，特に衝撃的な現象などの分析には注意

図１にヴァイオリンの全体と断面模式図を示す．
表板，が必要である．瞬時的な現象の分析には，ウェブレット

裏板と側板で構成され，駒と表板は弦によって押しつけ解析やフィルタ処理技術が有効であり，著者らはデジタるように設置されている．また表板には一本の力木が長ルフィルタを用いた三次元周波数分析（時間－周波数分

手方向に設置され，裏板との間に魂柱が挿入されている．

析）
手法を開発し，
それに基づく振動モデル化法の開発，

2.2 振動伝搬性状

疾病診断のための心電波形分析，などへの応用について検討を行っている(1-3)．

弦から駒を介して本体へ伝わる振動伝搬を調べると，
振動入力と応答の相反定理が成立しない周波数域を確認

これまでに，デジタルフィルタを用いた時間－周波数
(1)

(2)

した（図２）．このことと振動エネルギー伝搬解析手法の分析技術の開発として，線形振動 ，非線形振動 の時間

実験 SEA を用いた検討結果（駒を介して表板へ入力され－周波数分析結果の捉え方，FFT やウェブレットなどそる振動入力パワーは無限系への入力パワーと周波数分布の他の信号処理手法との比較を行い，開発手法の優位性が類似する）から，何らかの非線形性によって一方向の振動伝搬となっていることと推測した．

*教授 機械工学科
Professor, Dept. of Mechanical Engineering**助手 機械工学科
Research Associate, Dept. of Mechanical Engineering***客員教授 工学研究所
Guest Professor, Research Institute for Engineering

2.3 時間－周波数分析によるメカニズムの仮説の導出
非線形現象の詳細検討として，駒の弦と接する個所をインパルスハンマで打撃し，そのときの表板の応答を加68神奈川大学工学研究所所報第 38 号

応答点

駒
■

表板

駒
側板

表板

駆動点

魂柱

力木

側板

■

裏板

図１ ヴァイオリン構造

0.2

Plate-Bridge

1000

Intensity[W]Accelerance[m/s2/N]

Bridge-Plate

図４ 簡易試験体（二つのブロックをひも留め）

100
10
1
0.1

0

1000

2000
Frequency[Hz]

3000

4000

図２ ヴァイオリンの駒と表板の振動応答例

it    s t   vt   k 2 x1  x2  x1  x 2 
2

0

-0.2

0

0.001

0.002
0.003
Time[s]

0.004

0.005

図５ 簡易試験体の一方向振動伝搬測定結果例した．このことから，駒構造を介する振動伝搬特性は，Frequency[Hz]

接触状態の衝突現象による振幅依存の非線形現象であると言える．この振動伝搬は一方向にのみへのエネルギー
伝搬特性を有する．各種機械の振動伝搬制御への駒構造の活用が期待できる．
４．お わ り に
本報告では，時間－周波数分析技術を用いて，ヴァイTime[s]
図３ ヴァイオリンの振動応答の時間－周波数分析結果

オリンの駒構造の振動伝搬メカニズムを考察し，今後のモデル化および機械製品の低振動・低騒音化へ有益な知
見を得ることができた．また，振動特性を FFT で評価す

速度により測定した．その時刻歴波形を開発した時間－

ると時間平均結果となることから，衝撃応答の正しい評

周波数分析を行った結果を図３に示す．応答が線形の場

価，非線形現象の抽出ができない．このことを理解した

合には，時間によって図の z 軸の値が大きなピークの周上で，一度は測定データを時間－周波数分析し，そのう波数が一定となるのに対し，図３の結果では図中に矢印

えで FFT を用いることが望ましいと言える．

で示すところなどで，時間による周波数の変化，すなわ

今後は，時間－周波数分析技術を種々の現象解明に役

ち，非線形性が確認できる．別途の検討と共に，ヴァイ

立てると共に，各種の従来手法で FFT の代替とすること

オリンの駒構造を介した振動伝搬は，振幅依存の非線形で新たな発展を目指す．

性を有することと言える．

参考文献



３．簡易試験体による検討

振幅依存の非線形性であること，そもそも駒と表板は接着されていないことから，衝撃による現象であることと思われた．そこで，二つのブロックを押しつけ固定した試験体（図４）を用いた検討を実施した．図２と同様に相反定理が不成立となること，図３と同様に時間－周(1) 伊東圭昌，山口尚人，山崎徹，“デジタルフィルタによる時間−周波数分析を用いた振動解析に関する基礎的検討”，日本機械学会論文集 C 編，79 巻 801 号，pp.1633-1646，2013-5(2) Y.Itoh, T.Imazu, H.Nakamura, T.Yamazaki, “TIME-FREQUENCYANALYSIS WITH DIGITAL FILTER FOR NONLINEAR SYSTEM
CHARACTERIZATION IN MECHANICAL VIBRATIONS”, Proc. ofThe 22th International Congress on Sound and Vibration, 1009, 2015-7(3) 伊東圭昌，山崎徹，永井基，藤井智恵子，”デジタルフィルタ

波数分析による時間による周波数の変化を確認した．まを用いた時間－周波数分析による心電波形の可視化”， 可視化情

た，ブロック間の瞬時振動インテンシティの測定結果（図報全国講演会講演論文，D210，2015-10（発表予定）

５）から，衝突時は負の値を示し，その後は常に正の値，(4) 伊東圭昌，今津卓，中村弘毅，山崎徹，〝ヴァイオリンの駒

すなわち，一方向へのエネルギー伝達であることを見出

構造から学ぶ機械の静穏化技術の開発“，日本機械学会[No.15-7]
Dynamics and Design Conference 2015 USB 論文集，529.pdf，2015-8

69

多分岐ポリマー系ナノハイブリッド材料の開発と応用
横澤 勉＊
池原 飛之＊
小出 芳弘＊
山田 保治＊＊
花畑 誠＊＊
工藤 宏人＊＊＊Development and Application of Nano Hybrid Materials from Hyperbranched Polymers
Tsutomu YOKOZAWA＊
Yasuharu YAMADA＊＊

Takayuki IKEHARA＊
Yoshihiro KOIDE＊＊＊
Makoto HANABATA
Hiroto KUDO＊＊＊

１．プロジェクト研究の概要
デンドリマーや多分岐ポリマーは，樹木状構造をもつ

HBPI-NRA HBD 膜の合成と CO2 透過特性について検討した．

高機能高分子として近年その開発が注目されている 1,2）．
一般に，特異な分子形状（数 nm～数十 nm の分子径を持２．結果と考察つ球状分子）に起因して分子内に多数の空孔を持ち，多HBPI は ， 芳 香 族 カ ル ボ ン 酸 二 無 水 物

くの溶媒に対して溶解性が良く，またその溶液は低粘度（4,4’-(hexafluoroisopropylidene) dipthalic anhydride：6DFA) と芳香である．また，一分子内に多くの末端基を持ち，表面，族トリアミン（1,3,5-tris(4-amino phenoxy)benzene：TAPOB）とを内部骨格やコアに機能性基を導入することで多機能高分

N,N-dimethylacetoamide (DMAc)中で縮合重合することにより合子となる．一方，Noria（NRA）は一分子内に 24 個の水成した．PI の前駆体である多分岐ポリアミド（HBPAA）膜は，酸基を有するラダー型環状化合物で，分子内に空孔を有高 分 子 鎖末端 に シ ランカ ッ プ リング 剤

する構造的特徴がある．いずれの物質も分子内に空孔を（3-aminopropyltrimethoxysilane：APTrMOS) を導入してPET 上有する特異な分子構造から，分子の吸着や透過の制御がにキャストし成膜した．得られたHBPAA 膜を窒素雰囲気下で可能で高性能分離材料として応用が期待される．

熱イミド化（100 ℃/1 h→ 200 ℃/1 h→ 300 ℃/1 h）し，HBPI

我々は，多分岐ポリイミド－シリカハイブリッド（HBPI-SiO2 HBD）膜が高い CO2 透過性と CO2/CH4 分離
選択性を示すことを見出した 3)．また，Noria は環構造径膜を調製した．
Noria は，レゾルシノール（resorcinol）と1,5-ペンタジアール
5)（1,5-pentanedial）との縮合反応により合成した（図1） ．

が約 3Åで，CO2 に対して高い選択的吸着能を有することが報告されている 4)．以上の結果から，HBPI に Noria
をハイブリッド化させた HBPI-NRA HBD 膜は，優れたCO2 分離膜になることが期待される．
本研究は，高効率な CO2 分離膜の開発を目的に
図1 Noria の合成法
*教授 物質生命化学科
Professor, Dept. of Material and Life Chemistry**客員教授 工学研究所
Guest Professor, Research Institute for Engineering***准教授 関西大学工学部
Assistant Professor, Faculty of Engineering, Kansai
University

HBPI-NRA HBD 膜はシランカップリング処理下，前駆体（HBPAA-APTrMOS）にNoria を添加してハイブリッド化した70

神奈川大学工学研究所所報

H2N

O

F3C

CF3

O

O

O

O

O

NH2
O

+

O

第 38 号

25℃, 3hr
N2 flowO

Anhydride-terminated
HBPAA

DMAc

NH2

6FDA（3.0mmol）
in DMAc（40m）
25℃, 1hr
N2 flow
OCH3
Si OCH3H2N

TAPOB（1.6mmol）
in DMAc（20ml）
Hybridization
25℃

Silane-terminated HBPAA(HBPAA-APTrMOS)HBPAA–NRA HBD

Noria

OCH3

APTrMOS（0.40mmol）
Imidization
Membrane formation（Casting on PET）
Drying（85℃, 3hr）

① 100℃, 1hr② 200℃, 1hr③ 300℃, 1hr
N2 flow

HBPI-NRA HBDMembrane

図 2 HBPI－NRA HBD 膜の合成法
後，HBPI 膜と同様の方法で製膜した．HBD 膜はNoria 含有量

また，HBPI 膜および HBPI-NRA HBD 膜のα(CO2/CH4)とが20 wt%までは自立膜として製膜できたが，Noria 含有量が30P(CO2)，α(O2/N2)とP(O2)の関係をそれぞれ図4 および図5 に示

wt%の膜は収縮が激しく自立膜にならなかった．合成スキーム

す．

を図2 に示す．
気体透過測定は，測定圧力：76 cmHg（1 atm），25 ℃で定熱分解温度（Td）：353.8℃

容法（vacuum-pressure method）によりCO2，CH4，O2およびN2を用いて行った．
多分岐ポリイミド－シリカハイブリッド（HBPI-SiO2 HBD）
膜は高いCO2透過性とCO2/CH4分離選択性を示し，シリカ含有

388.6℃

量の増加とともにCO2透過速度とCO2/CH4分離選択性の両方が向上する特性を示すが，これは HBPI の大きな自由体積分率（FFV）とゾル－ゲル法で合成されたシリカのナノ細孔に起因した分子篩効果によるものと考えられる 6)．Noria もCO2に対して高い選択的吸着能を有することから，高透過膜である HBPI

図3 Noria のTG－DTA 曲線（N2雰囲気）にハイブリッド化することでCO2の選択分離膜になることが期待される．

Noria の導入によって CO2 の他 CH4，N2 および O2，すべて

図3 にNoria のTG－DTA 測定結果を示す．Noria の熱分解温の気体透過係数（P）は低下している．Noria の導入によって各度は約354 ℃（窒素雰囲気下）で，熱安定性はそれほど高くな

気体の溶解度係数（S）は増加しているが拡散係数（D）の低下

い．

が大きく，透過係数（P）が低下する結果となっている．O2/N2 のHBPI 膜およびHBPI-NRA HBD 膜の気体透過係数，拡散係

理想分離係数（α(O2/N2)）は Robeson の upper bound に沿って数および溶解度係数を表1 に，各種気体に対する理想分離係数

上昇しているが，α(CO2/CH4)，α(CO2/N2) および α(CO2/O2) はを表2 にまとめた．

やや増加しているがほとんど変化していない．CO2 が関係する

多分岐ポリマー系ナノハイブリッド材料の開発と応用

71

表 1 HBPI 膜および HBPI-NRA HBD 膜の気体透過係数，拡散係数および溶解度係数

表2

HBPI 膜および HBPI-NRA HBD 膜の各種気体に対する理想分離係数

理想分離係数（α）が大きく変化していないことから，Noria
による CO2 透過の制御が考えられるが，その効果は小さく限定的である．
Noria の CO2 吸着能は圧力依存性があり CO2 圧力の増加とともに吸着量が増大する．本検討における気体透過測定
は1 気圧（76 cmHg）の差圧で測定しており，Noria の吸着効果を十分発揮できない条件で行った可能性も否定できない．CO2
圧力の高い条件（5～10 atm）で透過測定し，Noria の吸着効果を確認することが必要と思われる．

図 5 HBPI 膜および HBPI-NRA HBD 膜の α（O2/N2）とP(O2)の関係（0：HBPI 膜，20：HBPI-NRA HBD 膜）．
３．結論
Noria が CO2 に対して高い選択的吸着能を有することと，多分岐ポリイミド－シリカハイブリッド膜が高い
CO2 透過性と CO2/CH4 分離選択性を示すことからNoria－多分岐ポリイミド－シリカハイブリッド膜を作製し，その気体透過特性を検討した．その結果，いずれ
図 4 HBPI 膜および HBPI-NRA HBD 膜の α（CO2/CH4）の気体に対しても透過係数は低下したが，各種気体の理．
と P(CO2)の関係（0：HBPI 膜，20：HBPI-NRA HBD 膜）

想分離係数は多分岐ポリイミド－シリカハイブリッド膜
より若干向上することを見出した．今後は多分岐ポリイ
ミド以外の多分岐ポリマーを用いてハイブリッド材料の72

神奈川大学工学研究所所報第 38 号開発を検討する予定である．

Ch.2[8], 143, Wiley & Sons Ltd (2010).

参考文献

Angew. Chem. Int. Ed. 48, 5492 (2009).

1) 青井啓悟，柿本雅明 監修，『デンドリティック高分子－多分岐5) H. Kudo, R. Hayashi, K. Mitani, T. Yokozawa, N. C. Kasug, T.

4) J. Tian, P. K. Thallapally, S. J. Dalgarno, P. B. McGrail, J. L. Atwood,が構造が拡げる高機能化の世界』，エヌ・ティー・エス (2005).

Nishikubo, Angew. Chem. Int. Ed., 45, 7948 (2006).

2) C. Gao, D. Yan，Prog. Polym. Sci., 29, 183 (2004).

6) M. Miki, H. Horiuchi, Y.Yamada, Polymers, 5, 1362 (2013).

3) T. Suzuki, Y. Yamada, J. Sakai, K. Itahashi, Membrane Gas Separation,

73

直接駆動型ペルチェ素子を用いた
DNA 増幅装置の開発
山口 栄雄* 鈴木 温** 井上 和仁*** 安積 良隆****Development of direct-current driven DNA amplification system
Shigeo Yamaguchi*, Tadzunu Suzuki**, Kazuhito Inoue***,and Yoshitaka Azumi***１．プロジェクト研究の概要
一般的な、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）法では、熱サイクルを実施する。しかしながら、現実の熱サイクル
は、形状が崩れており、１）温度上昇下降速度が小さく、
２）温度変化部分で丸みを帯び、３）オーバー・アンダ
ーシュート、及び４）保持温度精度が低いという問題を含んでいる。この根本原因は、PCR 装置に内蔵されているペルチェ素子が、セラミックス製絶縁板を挟んで間接的に DNA 試薬を導入したウェルブロックを冷却加熱していることにあることを我々は見出した。そこで、上記の問題を克服するため、熱サイクルを正確かつ高速を実現できる、i)熱応答性の極めて高いペルチェ素子の開発、ii)高速高精度動作に対応した駆動電源の開発、及び iii）
ウェルブロックを直接熱駆動できる新構造を提案し、研究を行ってきた。
２．実験結果
我々は、金属性ウェルブロックを PN 半導体間に直接挟む電流→熱直接駆動構造を提案してきた（図１）。この構造では、ウェルブロックに直接電流（±３０Ａ、±０．
３Ｖ）を流し、PN と金属との界面で直接ペルチェ効果
による冷却加熱を行う構造を採用するため、ウェルブロック部で電流が直接熱に変換され高速の熱応答を得るこ*教授 電気電子情報工学科
Professor, Dept. of Electrical and Electronic Information
Engineering**客員研究員 工学研究所
Guest Researcher, Research Institute for Engineering***教授 理学部生物科学科
Professor, Dept. of Biological Sciences****准教授 理学部生物科学科
Associate Professor, Dept. of Biological Sciencesとができる。これにより、高速高精度な DNA 増幅の実現が期待できる。開発した専用電源の回路図（図２）とPCR システムの構成図を以下に示す（図３）。

74

刺激応答性材料の開発
亀山 敦＊

石田 良仁＊＊

川口 春馬＊＊＊

上田 充＊＊＊Development of Stimuli-responsible Materials
Atsushi KAMEYAMA＊

Yoshihito ISHIDA＊＊

１．プロジェクト研究の概要

Haruma KAWAGUCHI＊＊＊

Mitsuru UEDA＊＊＊

表 1. 安息香酸エステル誘導体の構造と熱転位反応

熱，電場，光などの外部刺激に応答する刺激応答性材
料は，一体成型後に微細な構造を構築する素材として，また動的な材料(ケモメカニカル材料)として注目されている．刺激応答性材料の本質は，分子レベルの変化が集積されて，マクロスコピックな変化が得られることである．
本プロジェクト研究では，熱転位反応を基盤とする屈FT-IR スペクトルより確認され，示差走査熱量計(DSC)により測定された熱転位温度(Tr)は115～161 ℃の範囲で折率増加材料，および光で体積が変化するハイドロゲルあった．次に，光学材料として用いられるポリメチルメ

微粒子の基礎研究を推進している．

タクリレート(PMMA)に対して 1-3a を 30 wt%含むフィ

２．熱応答性屈折率変化材料の開発

ルムを調製し，フィルム内に均一分散した 1-3a の熱転位

熱や光刺激によって屈折率が変化する透明ポリマー材

反応について検討を行った．それぞれのフィルムを料は光回路への応用が検討されている．しかし，その多80 ℃で加熱した結果，
熱転位反応の転化率は加熱時間にくは光化学反応により屈折率が低下する材料であり，屈対して直線的に増加した．PMMA 中に分子分散している

折率が増加する材料についての報告例は非常に少ない．

1-3a はその結晶状態よりも低い温度で S-アシル体からすでに我々は，側鎖に芳香族複素環を有する線状およびN-アシル体に転位することが明らかになった．また，熱多分岐ポリマーのフィルム中で，芳香族複素環の熱転位

転位反応の速度は 3a>1a>2a の順であり，これは安息香

反応(S-アシル体から N-アシル体への変化)が起こり，フ酸 エ ス テル の p- 位 の 置 換 基 の電 子 吸 引性 の序 列

ィルムの屈折率が 0.01 程度大きくなることを報告した(1)．

(CN>H>OCH3)と一致した．この転位反応は，カルボニル

一般に，屈折率変化が 0.01 程度あれば屈折率変化材料と炭素(C=O)に対する窒素原子の不対電子の求核反応によして利用することができる．しかし，芳香族複素環の構
造と反応性，および屈折率変化の相関関係は明らかになっていない．そこで本研究では，上記ポリマーの参照化合物として，安息香酸誘導体を合成し，前述の課題について詳細に検討した．
安息香酸エステル誘導体 1-6a の熱転位反応の進行は*教授 化学教室
Professor, Dept. of Chemistry**特別助教 化学教室
Assistant Professor, Dept. of Chemistry***客員教授 工学研究所
Guest Professor, Research Institute for Engineering

図 1. 1-3a 含有 PMMA フィルムの加熱前後での屈折率変化．

刺激応答性材料の開発

75

り進行する(2)ことから，CN 基の場合，より C=O の反応性が高められていると考えられる．
次に，屈折率変化材料としての特性を調べるため，1-3a
を 50 wt% (1-2a)，または 30 wt% (3a)含む PMMA フィル
ムを調製し，80 ℃で 1 h 加熱し，加熱前後でのフィルムの屈折率をプリズムカップラーにより測定した(図 1)．いずれのフィルムについても波長範囲 633～1558 nm で屈折率が増加し，1-2a (50 wt%)のフィルムでは，加熱後に0.011-0.012 増加した．今回利用している刺激は熱である
が，赤外線レーザーを用いることで位置選択的に屈折率変化を誘起することも可能である．
３．光応答性ハイドロゲル微粒子の開発

図 4. SPA 含有ハイドロゲル微粒子の光応答性．

が会合し，水に不溶な物理架橋点を形成したためだと考えられる．
ゲル微粒子に対して水中で可視光(>400 nm)を照射し架橋されたポリマー網目中に多量の水を保持したハイたところ，ゲル微粒子の体積は収縮し，特に SPA 導入量

ドロゲルは生体適合性があり，様々な応用展開が期待さが 1 mol%の微粒子において最も大きな体積収縮が見られている．また，刺激応答性を有するハイドロゲルはケれた(図 4)．この体積収縮は疎水性の閉環体の生成による

モメカニカル材料として注目されている．

が，SPA の導入量が高い微粒子の場合，物理架橋点によ

スピロピランは疎水性の閉環体と親水性の開環体の 2種類の状態を取ることが知られており(3)，一般に水中でりゲルの柔軟性が損なわれ，体積変化が小さくなったと考えられる．

は開環体が優位に存在する．また，閉環体に対する UV

一方，UV 光 (254 nm)を照射したところ，予想に反し光照射により開環体が生成し，これは可視光照射によりてゲル微粒子は膨潤せずに収縮した．これは UV 光照射

閉環体に戻る(図 2)．

により生成した開環体の平面性が高く，芳香族部分の分子間 π-π 相互作用により会合し，物理架橋点が形成されたためであると考えらえる．
今後は，可逆性に優れた光応答性ハイドロゲル微粒子の合成し，その光反応性を明らかにする予定である．

図 2. スピロピランの光化学反応．

そこで本研究では，新しい光ケモメカニカル材料の開発を目的とし，スピロピランアクリレートモノマー(SPA)と 親 水 性 の ポ リ (N- イ ソ プ ロ ピ ル ア ク リ ル ア ミド)(PNIPAM)からなるハイドロゲル微粒子を合成し，光照射に伴う膨潤・収縮挙動を検討した．
ハイドロゲル微粒子は H2O/DMSO 溶媒中で所定量のSPA と NIPAM，架橋剤である N,N’-メチレンビスアクリ
ルアミド(MBAM)，
重合開始剤(V-50)を用いた沈殿重合により合成した(図 3)．得られたハイドロゲル微粒子の直径
はSPA 導入量の増加に伴い1098 nm (0 mol%)から315 nm(10 mol%)へと低下した．これは，一部の疎水性の閉環体

参考文献(1) M. Miyasaka, A. Higurashi, A. Kameyama, Chem. Lett. 2011, 40,
1363-1365.
(2) J. H. Lee, S. H. Park and H. Lee, Bull. Korean Chem. Soc. 2007, 28,
1211-1214.
(3) R. Klajin, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 148-184.

発表論文(1) Y. Ishida, Y. Kawabe, A. Kameyama, J. Photopolym. Sci. Technol.
2015, 28, 201-205.

学会発表(1) Y. Ishida, Y. Kawabe, A. Kameyama, The 32nd International
Conference of Photopolymer Science and Technology, B1-14,(Chiba, 2015-6).
(2) A. Kameyama, K. Iwasa, Y. Ishida, H. Kawaguchi, Polymer
Networks Group Meeting & Gel Symposium 2014, P5d (Tokyo,
2014-11).
(3) 安田明日美，石田良仁，上田充，安藤慎治，亀山敦，第 63 回
高分子学会年次大会，1Pd100，(愛知，2014-5)．
(4) 岩佐克己，石田良仁，川口春馬，亀山敦，第 63 回高分子学会
年次大会，1Pb104 (愛知，2014-5)．
(5) 安田明日美，奥嶋由紀，石田良仁，上田充，亀山敦，安藤慎治，第 22 回ポリマー材料フォーラム，23PB23 (東京，2013-11).
(6) 石田良仁，川辺優也，亀山敦，第 22 回ポリマー材料フォーラ
ム，23PB11 (東京，2013-11).

受賞(1) 安田明日美，第 22 回ポリマー材料フォーラム(2013 年 11 月，東京)，優秀ポスター賞．
図 3. 光応答性ハイドロゲル微粒子の合成．

76

グリーンイノベーションの基盤となる
ナノ構造制御触媒の開発研究
引地 史郎＊ 内藤 周弌＊＊ 上田 渉＊ 吉田 曉弘＊＊＊ 中澤 順＊＊＊Shigeo T. Oyama＊＊＊＊ 宮尾 敏広＊＊＊＊＊ 赤間 弘＊＊＊＊＊＊ 星野 真樹＊＊＊＊＊＊Development of Nano-structure Controlled Catalysts for Green Innovation
Shiro HIKICHI＊ Shuichi NAITO＊＊ Wataru UEDA＊ Akihiro YOSHIDA＊＊＊ Jun NAKAZAWA＊＊＊
Shigeo T. Oyama＊＊＊＊ Toshihiro MIYAO＊＊＊＊＊ Hiroshi AKAMA＊＊＊＊＊＊ Masaki HOSHINO＊＊＊＊＊＊

１．プロジェクト研究の概要

に，化学反応による物質変換(物質生産や環境汚染物質の□将来にわたる持続的成長社会の発展を図る上で必須な，無害化等)やエネルギー変換の効率向上に資する触媒の安定的なエネルギー供給体制の構築と低炭素社会の実現

高性能化は，グリーンイノベーションを推し進める上でを目指したグリーンイノベーションは，第四期科学技術

重要な研究課題である．そこで本研究では，グリーンイ

基本計画の柱のひとつである．エネルギー問題の解決にノベーションの基盤となる高性能触媒の開発を行う．具は太陽光に代表される再生可能エネルギーや水素・バイ

体的には，触媒活性点およびその周辺の構造をサブナノ

オマス等の代替エネルギーを軸とする新たなエネルギー～ナノスケールで精緻に設計・制御することで，金属元変換システムの開発が急務である．一方で既存のシステ素が持つ触媒性能を極限まで引き出すことや，天然の高ムにおける主要なエネルギー源である化石燃料資源のよ性能触媒である酵素と同様に，様々な機能を併せ持つ触り一層の効率的活用を図る必要があるが，化石燃料資源

媒デバイスの構築を可能とし，これによりエネルギー変は我々の生活を支える様々な有用化学物質の原材料でも換・再生可能エネルギー創出効率の向上やグリーン化学

ある．従って化石燃料資源を有効活用する上で，炭化水合成の達成に資する革新的触媒技術の確立を目指す．

素類の化学変換効率の向上を図りつつ，エネルギーの過2014 年4 月より三か年の計画で開始した本プロジェク

剰消費や環境負荷物質排出を抑制した環境調和型物質変ト研究では，バイオマス資源の有用化学物質への変換に換プロセスを構築することは喫緊の課題である．

有効な触媒(1-4)や，酵素の活性点構造に想を得た環境調和“革新的触媒技術に関する研究開発の推進”が科学技

型酸化プロセスに適用するための触媒(5-7)の開発を進め

術基本計画の中でも謳われていることからも伺えるようている．
以下本稿ではこれまでの成果の概要を紹介する．

*教授 物質生命化学科
Professor, Dept. of Material and Life Chemistry**名誉教授 工学研究所客員教授
Professor Emeritus***特別助教 物質生命化学科
Assistant Professor, Dept. of Material and Life Chemistry****教授 東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻
Professor, Dept. of Chemical System Engineering, School ofEngineering, The University of Tokyo*****教授 山梨大学燃料電池研究センター
Professor, Fuel Cell Nanomaterials Center, University of
Yamanashi******主任研究員 日産自動車総合研究所
Senior Researcher, Nissan Research Center, Nissan Motor
Corporation

２．バイオマス資源の有効活用のための新規触媒の開発
バイオマス資源の中でも入手しやすいものの一つが，糖類の発酵により得られるエタノール(バイオエタノー
ル)である．植物体に由来するバイオエタノールは，大気中の CO2 が固定されて生じた，いわゆる“カーボンニュ
ートラル”な代替エネルギー資源に位置付けられ，現状
では石油製品と混合して内燃機関の燃料に用いられている．しかしエタノールを直接燃焼するのではなく，化学変換により水素や各種有機化合物の原料とすることができれば，より広い意味での“石油代替資源”となる．そグリーンイノベーションの基盤となるナノ構造制御触媒の開発研究

77

こで本研究ではエタノールと水の反応による水素製造プ

や銅から構成されていることから，同様の構造を触媒設

ロセス構築に向けた基礎研究として，種々の担体に 8-10

計に反映させていくことで，酵素と同様な活性を有しな族金属を担持した担持金属触媒の反応特性を解析し，水がらそれよりも安定性に勝る人工的な触媒素子，すなわ

素生成反応の活性・選択性支配因子の解明を試みた．

ち“人工酵素”が構築できるものと期待される(5)．

200 ºC 加圧下において，TiO2(チタニア)及び Al2O3(ア

本研究ではカルボン酸で細孔壁の表面を化学修飾したルミナ)を担体とし，これに 8-10 族の貴金属(Ru，Rh，Ir，

メソ多孔性シリカを担体とし，これに酵素の活性点構造Pt)を担持した一連の触媒をエタノール水溶液に作用さに類似した鉄錯体触媒活性点を構築することに成功した．

せたところ，エタノールは水と反応して酢酸へと転換さ

この触媒を用いることで過酸化水素に由来する酸素原子れるとともに水素，二酸化炭素およびメタンを与えた．

を飽和および不飽和炭化水素に導入することができる(6)．

目的物である水素および副生成物であるメタンの生成効

さらに酸素分子に由来する酸素原子を炭化水素に導入す

率は触媒の担持金属元素および担体の種類に応じて異なることを目指し，開発した固定化錯体触媒における金属っていた．またチタニアを担体とする担持金属触媒に対の配位環境に類似した Fe 錯体種の酸素分子活性化能をして 7 族元素である Re を第二金属成分として添加した検討した．その結果，Fe(II)種が可逆的に酸素分子を結合触媒を開発し，それらの反応特性の解析および活性点構して酸素分子を 1 電子還元した状態を検出し，さらにこ造の解明を試みたところ，主金属と Re からなるナノサの 1 電子還元種がある種の有機化合物から水素原子(水イズの複合金属種がエタノールの脱水素を促進し，さら素イオン+電子)を引き抜いて，酸化活性種の前駆体であに ReOX 層と主金属の複合種が，反応中間体であるアセ

る Fe(III)-OOH 種を与えることを見出した(7)．

トアルデヒドから酢酸への転換を促進することを見出した(1)．また上記のチタニア担持触媒により，バイオオイ

４．結言

ルの主成分である酢酸と水の反応による水素と二酸化炭

本研究課題は，触媒性能向上のための普遍的な課題の素への変換，すなわち酢酸の液相完全改質反応が進行す解決を目指したものであり，ここで確立される方法論はることを発見した(2, 3)．以上の成果は，来るべき水素エネ

あらゆる触媒に適用できると考えられる．すなわち，本ルギー社会の構築に向け，その基盤となる非化石燃料資研究で開発する“ナノ構造制御触媒”は，バルクからフ源からの水素製造プロセスの基盤となる触媒を設計・開ァインケミカルズにいたる化学物質合成プロセス，新エ

発していく上での基礎となる重要な知見である．

ネルギープロセス，環境浄化システムなど，あらゆる触さらにエタノールを有用化学物質に転換するための触媒プロセスに適用できる可能性がある．また本研究で開媒開発にも取り組んでいる．アルミナに Ru を担持した発する触媒材料や触媒構築技術は，電極やセンサー等，

触媒は，2 分子のエタノールの脱水縮合により 1-ブタノ

種々のボトムアップ型ナノ構造機能材料の構築にも応用ールを与えるのに対し，この触媒に第二金属成分として可能であり，関連する研究分野への波及効果は大きいとLewis 酸性を示す第二金属(Re，Mo，Sn)を添加したもの予想される．

では，酢酸エチルが高選択的に生成することを見出した．

参考文献

中でもアルミナに Sn を含浸担持し，いったん焼成した(1) T. Nozawa, A. Yoshida, S. Hikichi, S. Naito, Int. J. Hyd. Energy , 40

後に同じ物質量の Ru を担持した触媒が，最も高収率かつ高選択的に酢酸エチルを与えた．この触媒では，Ruと Sn の双方の還元が進み，また Ru と Sn が単一のナノ粒子を形成していることが明らかになった(4)．

(2015) 4129.
(2) T. Nozawa, Y. Mizukoshi, A. Yoshida, S. Naito, Appl. Catal. B:
Environ.., 146 (2014) 221.
(3) 野澤 寿章，吉田 曉弘，中澤 順，引地 史郎，内藤 周弌, 第115 回触媒討論会, 1B03 (2015 年 3 月).

３．環境調和型酸化反応触媒の開発
石油や天然ガス(メタン)などの炭化水素資源を有用化
学物質に変換する触媒として，現在のところ最も高効率なものは天然の触媒である酵素である．とりわけ，大気中に存在する酸素を，極めて安定なメタンに導入することでアルコール(メタノール)に変換するメタン水酸化酵
素は，“究極の触媒”といえる．この酵素の触媒活性点はタンパク質を構成しているアミノ酸残基に保持された鉄(4) 石川 修平，吉田 曉弘，中澤 順，引地 史郎，内藤 周弌, 第116 回触媒討論会, 2D03 (2015 年 9 月).
(5) 引地 史郎，内藤 周弌，吉田 曉弘，中澤 順，神奈川大学工学研究所所報, 37 (2014) 66.
(6) T. Tsuruta, T. Yamazaki, K. Watanabe, Y. Chiba, A. Yoshida, S. Naito,
J. Nakazawa, S. Hikichi, Chem. Lett., 44 (2015) 144.
(7) F. Oddon, Y. Chiba, J. Nakazawa, T. Ohta, T. Ogura, S. Hikichi,
Angew. Chem. Int. Ed., 54 (2015) 7336.

78

ナノ構造材料合成における水媒体の影響に関する研究
金 仁華＊

齋藤 美和＊＊

Study on Influence of Water in Nanostructure Material Synthesis

Ren-Hua JIN＊

１．研究の背景

Miwa SAITO＊＊の金属酸化物の設計と合成である．特に，水の水素結合

生物の多くの機能は基本的に水媒体中発現される．タの変化とその媒体中での分子が示す挙動についての相関

ンパク質，DNA のような生体高分子からアミノ酸，ビタ

性有無を調べながら，水素結合がチューニングされた水ミンなどの低分子まで，水を介して分子が組織化された中での分子間相互作用と高分子会合体について検討する．

り，情報が伝達されたりする．従って，水の影響は多く

さらに，金属酸化物が水中で形成する際の水の構造要の分子機能の発現においては無視できない要素である．
当研究代表者は，ポリエチレンイミン骨格を有する水溶性高分子を設計し，その高分子が水中で自己組織化し，因と金属酸化物構造・結晶との相関性を調べる．
ここでいう，水素結合のチューニングは，磁場，電場，
高圧による水の活性化を指す．

一定の形状を伴う結晶性構造体に成長する際、かならずエチレンイミン単位に 2 分子水が結合することを見出し

３．検討内容た．即ち, その構造体成長には水そのものが深く関わり,

本プロジェクト研究により，杉原 淳氏を工学研究所

水媒体条件を変えることで，構造体の形状を変化させた客員教授として迎え，同氏が調製した活性化水を用い，りすることができる．

以下の件について検討した．

このようにして得られた構造体を水性媒体中に分散し1)種々の構造が設計されたポリアミン系親水性ポリマー

たまま，それを鋳型に用いることにより，その構造体をを用い，活性化水中での自己組織化についてコピした金属酸化物のナノ構造体を効率的に合成するこ

2)キラル構造を有するポリアミン系親水性ポリマーの活とができる．

性化水中での円二色性挙動について
3)活性化水中での鋳型構造体により誘導される金属酸化２．研究の目的と課題

物の特徴について

本プロジェクトの目的は，水を変化させた条件下，有機系高分子の自己組織化挙動の検討及びその水媒体中で４．検討結果上記の件について検討した結果，残念ながら，活性化*教授 物質生命化学科
Professor, Dept. of Material and Life Chemistry**助教 物質生命化学科
Assistant Professor, Dept. of Material and Life Chemistry

水を用いることによる有意な結果が得られなかった．以上の結果を踏まえ，本プロジェクト研究については 2015
年３月をもって終了とした．

79

車両等に装備するためのポリカーボネート窓の表面改質に関する研究
新中 新二＊
井上 成美＊＊
大越 昌幸＊＊
野尻 秀智＊＊
植田 博臣＊＊＊
岩井 和史＊＊＊
中村 先男＊＊＊

Study on Surface Reforming of Polycarbonate Windows for Vehicles
Shinji SHINNAKA＊
Narumi INOUE＊＊
Masayuki OKOSHI＊＊
Hidetoshi NOJIRI＊＊＊＊＊＊＊＊
Hiroomi UEDA
Kazufumi IWAI
Sakio NAKAMURA＊＊＊

１．プロジェクト研究の概要

２．実験方法近年，発達の目覚ましい電気自動車の分野では，エネ

厚さ 3 mm のポリカーボネート板上に，厚さ 4 µm のア

ルギー効率改善のための重量軽減の検討が必須である．

クリルプライマーをコーティングした後，シリコーンハ

車両を構成する部品の中で，窓ガラスの占める重量割合

ードコートを膜厚 5～8 µm の範囲にてコーティングした．

は大きい．これを，プラスチック（主としてポリカーボ

その後，波長 172 nm の Xe エキシマランプを照射して，

ネート等）で置き換える事は，車体重量の軽量化，すな

シリコーンハードコート層の表面改質を行った．表面改

わち電気消費量の低減につながり，航続距離の増加をは質層の化学組成をフーリエ変換赤外分光光度計（FT-IR）

かることができる．

の ATR 法を用いて測定した．耐摩耗性は，テーバー摩耗

ポリカーボネートは耐衝撃性において優れた特徴を有試験（ASTM D1044）により調べた．図 1 にテーバーするが，引っ搔き傷等がつきやすく，耐薬品性，耐候性

摩耗試験機（東洋精機製 TS）を示す．またテーバー摩においても問題があり，透明性が損なわれやすい．

耗試験の回転数は 1000 回転，荷重は 500g，，摩耗輪は

我々はこれ迄，高分子材料であるシリコーンゴムに真CS-10F typeⅣを用いた．

空紫外レーザーである 157 nm の F2 レーザー光を照射す
るとシリコーンゴムがガラスに改質される事を見い出して報告しているAb ra s iv e W he el s

1-2)

．

本プロジェクトではこの技術を応用して，ポリカーボ
ネート表面に，プライマーを介し，液体シリコーンを塗布して真空紫外光を照射することでその表面をガラス化することにより，ガラス並みの表面硬度を有する車両用
軽量窓を開発する事を目的とする．

*教授 電気電子情報工学科
Professor, Dept. of Electrical and Electronic Information
Engineering**客員教授 工学研究所
Guest Professor, Research Institute for Engineering***客員研究員 工学研究所
Guest Researcher, Research Institute for Engineering

Sa mp l e
図 1 テーバー摩耗試験機

80

神奈川大学工学研究所所報第 38 号(a)(b)

Intensity (arb. unit)

fused silica
6000 mJ/cm²

25 mm

ΔHaze : 5.8 %

(c)

(d)

ΔHaze : 1.3 %ΔHaze : 1.2 %2000 mJ/cm²
0 mJ/cm²

3800

ΔHaze : 41.9 %3000 mJ/cm²

3300

CH3

Si-O-Si
Si-CH3

2800
2300
1800
Wavenumber (cm⁻¹)

1300

800

図 2 赤外分光分析（FT-IR）スペクトル(a)ポリカーボネート，(b)シリコーンハードコート(c)Xe エキシマランプ照射シリコーンハードコート，(d)ガラス

図 3 テーバー摩耗試験後の試料

３．表面改質層の化学組成
図 2 は Xe エキシマランプをシリコーンハードコートに照射したときの試料表面の赤外分光分析（FT-IR）スペ(a)ポリカーボネートのみの場合，摩耗輪の跡がはっきり

クトルを示している．
Xe エキシマランプの照射量は2000，と示され ΔHaze の値は 41.9 %であった．一方，シリコー

3000，6000 mJ/cm²とした．Xe エキシマランプ未照射のンハードコートが施されたポリカーボネートでは， (b)

試料には，1270 cm-1 に Si-CH3 結合のピークが，2970 cm-1のように，摩耗輪の跡が薄くなっていることがわかる．

に CH3 結合のピークが認められた．また，1025 および

さらに Xe エキシマランプを照射すると，摩耗輪の跡は1100 cm-1 にシロキサン結合を示す 2 つの Si-O-Si 結合がさらに薄くなって，ΔHaze の値は 1.3 %まで低くなり，(d)見られた．一方，Xe エキシマランプを照射すると，Si-CH3のガラスと同等な値となった．このように，Xe エキシマ

および CH3 結合のピークは減少し，Si-O-Si 結合のピーク

ランプを照射してシリコーンハードコートの表面にSiO2形状が変化してくることがわかった．この時，照射量が改質層を形成することにより，高い耐摩耗性を発現でき多くなるに従って，Si-CH3 および CH3 結合のピークが減ることが分かった．

少しているのは Xe エキシマランプの照射により最表面から，その下層に SiO2 改質層が徐々に形成されることに

４．まとめ

より，SiO2 改質層の厚みが増しているためである．参照

シリコーンハードコートがコーティングされたポリカ

試料として測定した合成石英ガラス（SiO2）板と比べる

ーボネートに，Xe エキシマランプを照射することにより，と照射量 6000 mJ/cm2 のシリコーンハードコートとほぼ表面に SiO2 改質層を形成することができ，その改質膜が同じスペクトルが得られた．したがって，Xe エキシマラ

テーバー摩耗試験において，ガラスに匹敵する耐摩耗性

ンプ照射によって，ポリカーボネート上のシリコーンハ

を示すことを明らかにした．

ードコートを SiO2 に改質できることが明らかとなった．
次に，Xe エキシマランプで改質された試料の耐摩耗性を調べるために，テーバー摩耗試験を行った（図 3）．テ５．参考文献(1) H. Takao, H. Miyagami, M. Okoshi, and N. inoue:

ーバー摩耗試験の値は試料の摩耗試験前後の Haze（曇“Microlenses fabrication on silicone rubber using F2 laser”, Jpn.

価）値を測定し，その差分を ΔHaze として示している．

J. Appl. Phys., Vol.44, No.4A (2005) pp.1808-1811.

すなわち，ΔHaze 値が大きいほうが摩耗による擦傷が多いことを示しており，耐摩耗性が良い試料の ΔHaze 値は低い値となる．

(2) M. Okoshi, T. Kimura, H. Takao, N. inoue and T.
Yamashita: “Photochemical modification of silicone films
using F2 laser for selective chemical etching”, Jpn. J. Appl.
Phys., Vol.43, No.6A (2004) pp.3438-3442.

81

超精密加工による高品位表面の創成に関する研究

中尾 陽一＊

Sangkee Min＊＊＊林 晃生＊＊

Study on Generation of Advanced Surfaces by means of Ultra-Precision Machining
Processes
Yohichi NAKAO＊

Akio HAYASHI＊＊

１．プロジェクト研究の概要
超精密切削ならびに研削加工は，従来から各種光学部

Sangkee MIN＊＊＊

2.1 超精密工作機械の高精度化のための高度機械要素
技術の研究開発品に代表される先端システム用の部品加工に用いられて

超精密工作機械のナノオーダレベルの高精度な運動創いる．この種の加工には，高性能切削あるいは研削工具

成には，静圧案内のさらなる高精度・高機能化が必要にに加え，超精密工作機械が必須であり，当該分野の研究なっている．本プロジェクト研究では，機械要素技術と開発が進められている．従前より，平面，球面，非球面制御技術に関する研究を行い，高精度案内装置の開発をといった比較的単純な形状で構成される加工面が創成さ行う．本研究プロジェクトが対象とする超精密加工分野

れてきている．他方，最近では，微細かつ精密な三次元では，形状精度が数十 nm，加工面粗さは数 nm 程度と形状の創成が期待されつつあり，医療分野，さらには航極めて高度な加工精度が要求されている．

空宇宙分野等への応用が期待されている．

超精密工作機械の主要な構成要素は，回転要素である

一方，微細かつ精密な三次元形状のさらなる加工技術

スピンドルと直動運動要素である直動テーブルである．

の向上には，
以下に示す研究が必要不可欠になっている．

いずれに対しても，高い運動精度と支持剛性が必要不可(1)

超精密工作機械の高精度化のための高度機械要素

欠である．さらに，超精密工作機械の温度変化に対して技術の研究開発

も工作機械構造の高い安定性，すなわち高い熱剛性が必

超精密加工技術の開発要になっている．

(2)

本プロジェクト研究では，これらの研究を推進し，高研究代表者は，高い加工精度実現に向けて，従前より，品位な微細かつ精密な三次元形状創成を目的にするもの

高精度スピンドルと直動テーブルの開発を行っている．

である．

本プロジェクトの開始後，図１に示す水静圧軸受が組み込まれた高剛性スピンドルを開発(1)した．このスピンド

2. 本プロジェクト研究の実施状況

ルの特徴の一つは，水静圧軸受に変位制御機能を組み込
むことが可能であり，これまでに行った予備実験によっ*教授 機械工学科
Professor, Dept. of Mechanical Engineering**特別助教 機械工学科
Assistant Professor, Dept. of Mechanical Engineering***客員教授 工学研究所
Guest Professor, Research Institute for Engineeringて，サブミクロンオーダの分解能で変位制御が可能になることに加え，目標変位を零に設定することによって，軸受剛性の無限大化が図れることも確認している(2)．
さらに，これまでの研究で開発したウォータドライブ
ステージに対しては，テーブル姿勢の制御手法について

82

神奈川大学工学研究所所報研究を行い，
基礎実験によってその有効性を示している．
(3)

図２は実験結果 の一例であり，外部荷重によってテー第 38 号

切り込み量が微小であるため，十分な切削現象の理解がなされていない．

ブル姿勢が変化しても，提案する制御手法によって，姿本プロジェクト研究おいては，新たに加工現象の観察

勢変化の抑制が実現されている．今後，制御系の改良を装置を開発し，これまでに単結晶ダイヤモンドバイトで図りながら，実加工時に適用する予定である．

被材料を切削する際の切り屑の排出現象の可視化が行えるようになっている(4)．開発した本装置を利用して，単結晶ダイヤモンドバイトによる延性材料に対する微細加工の検討を行っている．具体的には，微細切削における切削比の測定手法を考案し，実際に測定実験を行うとともに，提案手法による測定結果が従来手法による測定結果とよく一致し，本手法によれば，従来手法のように切り屑厚さを測定することなく，切削比を測定可能になることを明らかにしている．
3. 今後の展望

図１ 開発した水静圧高剛性スピンドル

本研究プロジェクトは，開始１年目であり，現在はまだ本格的な研究に着手する準備段階にある．今後，次世代超精密工作機械への応用に適した高性能スピンドルと直動テーブルシステムを開発した上，従来では困難であったサファイア，シリコンウエーハ，ガラスに代表される難削材に対する超精密加工技術の確立を目指して研究を進める予定である．これによって，マイクロオプティ
ックス，マイクロエレクトロニクス，医療分野，さらには航空宇宙分野における技術進展に貢献したいと考えている．

図 2 ウォータドライブステージの姿勢制御性能
参考文献
2.2 超精密加工技術の開発
マイクロオプティックス，マイクロエレクトロニクス，(1) Kohei Nagasaka, Akio Hayashi and Yohichi Nakao,‘Design of spindle supported by water hydrostatic bearings’,

医療分野，航空宇宙分野に代表される，先進科学技術分

Proceedings of 30th ASPE Annual Meeting (to be presented).

野においては，従来では使用される機会がなかった，新(2) 山田康雅，栗原健太，山田晃平，林晃生，鈴木健児，

材料に対する超精密加工が要求される状況にある．多く

中尾陽一，”対向式水静圧スラスト軸受の変位制御系の検の場合，これらの材料は，従来からの加工技術の適用が討”, 日本機械学会 2015 年度年次大会講演論文集，

困難な難削材料であり，新たな加工技術や加工戦略が必S1310103.

要になっている．そこで，本プロジェクト研究では，代(3) Satoshi Shibata, Yusuke Torii, Akio Hayashi, Kenji Suzuki

表的なサファイヤなどに代表される材料の加工技術開発

and Yohichi Nakao, ‘Trial study on attitude control of waterを行っている．

driven stage, Proceedings of the 8th International Conference

超精密加工や微細切削加工分野においては，単結晶ダ

on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (to be

イヤモンドバイトに代表される高性能切削工具によってpresented).

加工が行われる．この場合，加工時における加工現象の(4) 坂田脩，熊田汰一，林晃生，中尾陽一, “ハイスピー

理解は，加工条件の選定，ひいては加工戦略を立案する

ドカメラによるダイヤモンド旋削加工の可視化”, 日本ために必要不可欠である．一方，サファイアに代表され機械学会 第 54 回学生員卒業研究発表講演会前刷集.

る材料は，難削材料であるため，従来，実用的な加工方法が確立されていない．しかも，本研究プロジェクトが研究対象とする超精密加工あるいは微細加工においては，

83

環境科学テクノサークル活動報告
井川 学＊

南齋 勉＊＊

Reports on the Activities of Environmental Science Techno-circle
Manabu IGAWA＊

１．サークル結成まで

Ben NANZAI＊＊

最初の集合をある日の昼休みに設定し、授業講堂の一

物質生命化学科の前身である応用化学科では工業分析室を確保して井川と南齋が待っていたところ、何人か集研究部や有機合成研究部等、研究室ごとのクラブ活動がまってきてホッとしたものだった。その後も学内に宣伝学科創立初期に結成され学生による自主的活動が行われビラを貼ったりサークル員となった学生が周りに声かけていた。2011 年時の工学研究所長であった故山村 博先したりして、初年度は物質生命化学科で 9 名、電気電子

生は学生のこの自主活動の歴史に注目され、同様な学生

情報工学科から 1 名の学生が集まった。

主体の「テクノサークル」を発足させることにより、学2011 年の当時は全国に飛散した放射性物質による汚生が活性化することを願われた。そして、この趣旨のサ染が大問題になっていた。そこで、サークルの活動内容

ークルの一つとして、環境科学関係のテクノサークルをとして生活圏の放射線量を測定することを課題とし、手結成することを我々に依頼された。著者の一人である井分けして六角橋、平塚、中山の 3 キャンパスと横浜駅や川は 1978 年に工業分析研究室を主宰する田中正雄教授

鎌倉駅の周辺の放射線量を測定した。開始時は測定器のの下に助手として本学に赴任したが、当時も工業分析研

注文が全国で殺到した頃で、注文しても簡単に入手でき究部は存続していた。しかし、サロン的な意味はあった

ず、やむなくレンタルの測定器を入手して測定した。ちものの、実際の活動は 1〜2 名が夏休みに研究室の機器をょうどその頃、学内の放射線量についての関心が高まり、使って、河川水を分析する程度であり、その後、自然消分野が近いと思われたのか工学部長や学長から我々に測滅に近い形で無くなり、他の部も同様な形で消滅した。

定依頼があったが、既に測定していた後だったのでデー

このような経緯もあり運営にはかなりの労力を要するこ

タを渡し、皆さんから喜ばれた。

とが予想されたため消極的にならざるを得なかったが、山村先生の熱意に動かされて引き受けた。

サークルとして最初に迎えた神大フェスタにおいては原発の事故について調べたことと、測定結果に基づく放工学研究所の新しい取り組みとして 2011 年度に予算

射線量分布図を展示した。誰もが初めて迎えるフェスタが付いてその年の 5 月にテクノサークル募集が開始されであり、最初の対外的な発表でとまどうことは多かった

た。応募して正式に認可された後にサークル員の勧誘がが、見学者からの質問も多く、準備したサークル員も充始まるが、既に新しい年度は始まっている。やむなく井実感を感じていたようであり、1 年目としては幸先良い川が本人の 1 年生向けの授業で自ら説明し、環境科学の滑り出しであった。

松本安生先生にご協力いただき先生の授業でビラを配布
し、新 1 年生を勧誘した。

2012 年度は、新入生勧誘から始まり、工学部以外の学部からも新たな学生が入って一層にぎやかになった。学部が違うとやはり観点も違うのでより活発な活動となっ２．サークルの活動た。2 年目は神大フェスタだけではなくテクノフェスタにも参加した。放射線量の測定はなお続けたが、横浜と*教授 物質生命化学科
Professor, Dept. of Materials and Life Chemistry**特別助教 物質生命化学科
Assistant Professor, Dept. of Materials and Life Chemistry

川崎の間を流れる鶴見川の川沿いの分布や底泥の深さ方向の分布について調べた。また、神奈川県の上水源の一つである酒匂川について、その上流から下流までの水質

84

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

調査についても取り組みを開始した。私達の研究室では丹沢山塊への大気汚染物質の沈着量測定を 1988 年から継続している。初期にはモミの立ち枯れが顕著な大山について観測してきたが、最近ではブナの立ち枯れが激しい丹沢山塊南端の鍋割山でも観測している。鍋割山は酒匂川の源流域にあたるので、丹沢山塊で多量の汚染物質が沈着し、森林が衰退し水質の悪化につながることの全体像が今後の調査により把握できることが期待される。
この他、きのこの放射性物質の取り込みについて文献調査した内容等についても興味深くまとめられた。
これらの調査は主には夏休みの長期休暇期間中に行っているが、授業期間中は週に一度昼休みに集まって、勉強会を行っている。サークル員が順番に興味ある科学的

写真 12012 年の神大フェスタ会場のポスター発表掲示

写真 2

河川水試料採取風景

写真 3

テクノサークルの集合写真（2013 年度）

なテーマについて調べてきて、みんなの前で発表するというスタイルである。中には、非常に鋭いテーマ設定もあり、私たちも面白く聞かせていただいた。最近の発表
では、蝶はなぜ長時間飛翔を続けられるか、雨傘の種類と雨よけの課題、といった直接環境問題ではないが日常
生活あるいはありふれた自然現象に科学の視点で切り込む話がなされ、いずれも斬新で印象深いものだった。これらの発表は毎年冊子としてまとめられ、2012 年から神大フェスタにおいて配布を行なっている。
2013 年度の調査は基本的には 2012 年度のものを踏襲したが、放射線については土壌粒子径による放射線量の違い等、より詳細なものを行った。2014 年度になると、神奈川水再生センター、資源循環局、廃液処理プラントなどの様々な処理施設や物質・材料研究機構（NIMS）
や海洋研究開発機構（JAMSTEC）などの研究所訪問もサークル活動の一つとなり、行った後には報告会を行なうとともに、結果は神大フェスタでも報告した。2015 年
度の調査では、タバコの副流煙による環境汚染という新たなテーマにもチャレンジした。
3. サークル活動の今後
サークル活動はまずは部員の確保と、活動内容の明確化が重要であろう。現在、発足時に比してメンバー数は多くはないが、週に一度の集まりに文系学部も含めた
様々な学部学科のサークル員が集まってくる。研究室で行う研究ではないので、研究テーマの設定が難しいが、学生が知的に刺激し合い、その中で友情が生まれる場として有効であろう。より適切な研究・調査テーマが設定され、学生諸君がイキイキと活動するようなサークルになることを願っている。

85

映像記録型ドライブレコーダーによる
安心安全快適自動車運転サークルの活動
松浦 春樹＊ 堀野 定雄＊＊

Activity of Techno-Circle Study Group on Well-Informed, Risk-Free and Comfortable
Car-Driving by Means of An Image-Recording-Type Video Driving Recorder
Haruki MATSUURA＊

ドラレコ・テクノサークルの誕生
若者の車離れが続いている。交通事故の大半は一般ドライ
バーが惹起しており、テクノサークル開始（2011）から 4 年間、事故件数は 90 万から 57 万件（2014）まで減少したが、激減には一般車事故削減が必須である。それにはドライブレコーダ
ーの一般車普及が鍵であると官民一致して認識している。
明日の社会を担う若者ドライバーが在学中、学部の壁を超えてサークル活動で仲間と一緒に楽しく新技術を習得、社会で活用してくれたら本望との想いで応募、承認された当テクノ
サークルは生活の中で安心・安全・快適な自動車運用技術に関心ある学生対象に、学内組織 KU-WIRF（高安心超安全交通研究所、所長：松浦春樹）有志とドライブレコーダー協議会（顧問：堀野定雄）有志の支援で組織した。開始時、学生 9 名（工、人間、経）、4 年後 2015 年同じく 9 名（工、経、法、外、他
大学）、教員 3 名、社会人 6 名、顧問 3 名に成長した。
社会人、顧問はドラレコ開発・実践活用、自転車活用促進の日本の代表的人材で、社会で交通安全指導的役割を果たす人材育成を視野に学生支援と学生中心運営に徹している。

Sadao HORINO＊＊

1.

※画像はHPより引用

図１ ドラドラ（ＪＡＦ-Mate 社）とリンレコ装着自転車（○）

２． ドラレコ・テクノサークルの組織、活動手順
サークルは、KU-WIRF のプロ運転者対象に蓄積した事故
原因・対策などの知的資源を活用し、学生対象に運転を可視化するドラレコ新技術を実地伝授し、ドライブレコーダ
ー装着がシートベルト装着と同様、安全運転必須条件と認識してもらう狙いを込めて活動している。
会員の愛車にドラレコ搭載、生活場面でデータ採取、各
自データ持寄り、報告、経験交流する。交流からマイカー
固有の安全指針を導く活動を地道に続けている。
自転車事故多発を背景に、浮穴浩二会員（社会人、UK
コンサルタント代表、”ドラドラ”（JAF-Mate 社製、図１）
回路設計）が米国ラスベガス国際家電ショーで発掘した最*教授 経営工学科
Professor, Dept. of Industrial Engineering**客員教授 工学研究所
Guest Professor, Research Institute for Engineering

図２ リンレコで出来る道路性能評価。片側１車線通学路車
道左端走行時、見えない路面窪み（3cm）で衝撃！（2012）。

86

神奈川大学工学研究所所報

新自転車専用ドライブレコーダー（BVR-01、廉価電池式
小型で映像/音声、速度、GPS 情報を記録）をネットで調達「自転車 Working Group」で自転車通学生、車運転会員も一緒に、自転車・自動車が共生する道路交通に着眼した
フィールド研究を進めて成果を挙げている（図１、表１）。
日本語「チャリンコ」と英語 recorder を合体、「リンレコ」と命名した。主に”ドラドラ”と”リンレコ”を会員に貸与し車、自転車生活の中で自由に記録して貰った。

第 38 号るため車線超えの配慮が要る。
」と改善策を提言した（図３）。
自転車専用ドラレコ、リンレコに注目した神奈川県警は本部に学生を招待、交通総務課長以下署員十数名対象に発表、貴重な県警・神大学術交流が実現した。更に、県警と厚木市が主催した「交通安全こどもサミット」（厚木市立清水小学校、2013-9）で、県警初の試みとしてリンレコ映像を活用した参加型交通安全教育に自転車ドラレコ映像を提供、全面協力し子供たちに生き生きした反応を呼び起こし、
大きな成果を挙げた。
「テクノフェスタ 2014」で初めて、酒井聖紘、萩 綾太（工 3）が自動車活用のポスター発表「映像記録型ドライブレコーダー“ドラドラ”観察から判った交通安全実態ー
無視できない危険運転ー」を行なった。
“ドラドラ”使用経験を整理し、「長所：①高品位画質、②その場で撮影画像確認できる、③取り外してデジカメ仕様で静止画や動画を撮れる。短所：①信号など LED 照明
撮影で点滅する、②夜間撮影時輝度不足で人間の目より暗く写る、③SD カード PC 編集時映像混合が起こる。
」を指摘した。学生の使用経験に基づく貴重な報告である。
成果のハイライトは夜間運転時前照灯のハイビーム操
作とロービーム操作で視認距離が 2.5 倍異なることを路面の白線の数で見事に示したことである（図４）。この知見は意外と広く普及していないのが現状で、対向車がいない場

３． ドラレコ・テクノサークルの活動実績
活動成果は毎年秋の学部、大学院、工学研究所共催の「テクノフェスタ」でポスター発表が義務付けられている。知的成果を判り易く誘目性高く A1 サイズポスター1 枚にまとめるのは卒論準備として恰好の学習場である。
初年度「テクノフェスタ 2012」動画付ポスター発表は反響を呼び、新中新二所長名で発表 2 学生、栄 一真（工 3）と大畠 薫（経 4）が優秀ポスター賞を受賞、全く想定外の出来事で全員驚き、感激した。
学生会員 9 名中たまたま運転免許を保有しない 2 人が自転車通学者で、毎日、通学路でリンレコ継続記録を実施、分析・整理して動画付きポスター発表した。
主な成果の一つは、反対車線がタクシー乗り場で道路が狭く歩道側に寄せて走行中、リンレコがずれる程の衝撃を受け、ハンドルを取られそうになり、
表１ リンレコ（映像記録型ドライブレコーダーBVR-01）の仕様
バランスを崩し車道に出てしまうところを耐えた。下車して調べたら自転車から見えない深さ３cm の窪みを発見した（図２）。
2 人は「今まで何の気なしに歩道を走っていた自転車通学がリンレコ映像を見て自分を客観視でき、反省点が鮮明になった」「軽車両自転車が車道左端を走る決まりは知っているが、自転車に道路環境が良くないのは歩道を走る要因の一つであり、車道は安全でないという経験則が形成され、欧米のように専用レーンが少なく、設置してもなかなか浸透しない道路環境が、今日までの「迷惑自転車：専用道駐車は進路 自動車：自転車が前にいると自転車」生み出している、自転車は妨害。車道側へふくらみ
追い越し難い。避けると車自動車と歩行者に挟まれたいわばグ危険である。
線がふくらみ危険である。
レーゾーン状態でどっちつかずの現状がサイクリストの判断ミスを誘発しているのでは」と結論付けた。事実に基づく学生の力強い主張が共感を呼び、認められた様だ。
「テクノフェスタ 2013」でも自転
車/自動車ドラレコ比較ポスター発
表で好評を博した。発表者（栄 一
真（工 4）、大畠 薫（経卒）、浮穴
浩二（社会人））は「自転車の居場所がない。自転車専用道が整備されても無神経な違法駐車が効果をなくしている。自動車側も前に自転車を発見すると追い越し辛い。接触を避け
図３ 自動車と自転車の共生：複数の提案（2013）

映像記録型ドライブレコーダーによる安心安全快適自動車運転サークルの活動

87で準備中である。学生の意欲は満ちている。
合の夜間運転の安全性確保に不可欠の知識がこの様な形で学生に共有される意義は大きい。
４．今後の課題と発展
２人は「ドラレコで見える危険運転：エゴドライブ」と今後も、データ採取・分析を通して安全な交通共生関係をして「最初ドラドラをつけて運転したとき、あまり危険場
模索し、会員家族の協力を得て高齢者運転、後方視界記録な面は撮れていないと思っていた。が、映像を後々見返してど新しい視点も追加する予定である。更に、若者視点で使用
みると危険場面が日常運転にかなり潜んでいると感じた。
機器の使い勝手改善やドラレコ普及条件も探り、次の社会人
特に、無理な割り込みや自分本位の運転が事故原因になり開発課題として反映する活動も続ける。この様に、テクノサーやすい場面がたくさん観察できた。
」「環境整備と思いやり
クルは世代間コラボレーションでも成果を挙げつつある。
運転で事故減少可能だ。交通事故はゼロにするのは厳しい研究会で出会う学生の目の輝きが新鮮で印象的である事をが減少させることは確実にできる。道路環境整備、違法駐
強調したい。参加の動機付が単位制枠外で、純粋にドラレコ
車をしない、ドライバーひとりひとりの相手を思いやる運やリンレコが好きで関心や興味を共有し、熱意あふれる学生
転が事故を減少させる事につながる。
」と力強く結んだ。
達が学部・学年・大学を超えて仲間意識を醸成しつつある。
「テクノフェスタ 2015」では、高橋綱喜（法 3）、松田 洋（工3）、後藤航太（経 1）が「「リンレコが記録した日常交通におけ
５．故山村所長に感謝る自転車行動と道路環境」と題し、動画付きポスター発表、共若者の理工系離れが社会現象化し、理工系学部の危機、生をテーマに、自転車視点で交通安全上無視できない危険
日本のものづくり産業危機が叫ばれる中、山村 博前工学研
実態を発表した。
究所長は、特別予算申請、新規事業、工学研究所主催「テクノ研究で判った重要点は「自転車断絶」とも言うべきママチャサークル」予算獲得に奮闘された（2011-4）。その趣旨は「技術リとロードバイクで安全実態が異なる事、今後を展望した意欲の共有と物作りの喜びを体験する場とする。」具体策として的発表だ。リスク相違のハイライトは、東神奈川駅近辺にある「１）研究成果・ポテンシャルを社会にアピールするとともに、
Y 字分岐に潜む危険である。自転車は本来車道を右折できな企業との新たな連携を図る。２）専攻間・学科間での学生同士、
いが、道路環境によっては、車線を右に直進する必要がある。
及び教員と学生の交流の場とする。３）参加者が体験できるプ
その場合、車道を横切る必要が起こる。もし、右方向に直進出
ログラムを用意する。」を掲げられた。
来なかったら全く違う方向に行ってしまったり、高速道路に進所長の熱意と行動にも拘わらず道半ば、その発展と成果を入してしまったりする可能性がある。
見届ける事なく急逝された。ご本人が最も無念で悔しい思い
ママチャリは速度が遅く子供や荷物を載せているので後方であろう。故山村所長が蒔かれた種は着実に開花しています
確認に危険が伴う、つまり右方向へ安全に直進するのはほぼよと感謝、ご報告し、この場を借りて謹んでご冥福を祈る。
不可能である。ロードバイクは果敢にも後方確認の上車道を横断して行きたい右方向へ直進する。
次に車道左端走行に邪魔な植栽リ
スクの顕在化である。植栽を避け切れず衝突可能性、衝突時の速度・部位
によっては重篤化の危険性、ママチ
ャリの前に乗せた子供の顔面に激突の危険性、植栽を避けた時、そこに後続車両がいる危険性が顕在化していると報告した（図５）。
ロービーム
ハイビーム
まとめで、「１．自転車の公道を走る
権利：自転車は車道の左端を走る決図 4 前照灯ハイビーム視認距離はローの 2.5 倍：照射白線数(ドラドラ画像、2014）
まりだが（道交法第 17 条第 1 項）、現
実に公道においては排除されている。
問題は自転車の走行ゾーンが曖昧であり、これを改善するためには、自転
車道の整備、根本的な道路設計の見直しが必要。２．道路環境整備の徹
底：道路環境整備がまだまだ行き届いていない道路が多数ある。サイクリストを含む道路利用者の声に広く耳を傾け、早急により良い道路環境を構築することが行政にとっての急務である。」と明快に結論づけた。
今回、報告すべき内容が豊富でテ
クノフェスタだけではカバー仕切れないので、人類働態学会、定例の東日
図５ 横浜周辺の邪魔な植栽の例(2015)
本地方会（2015-12）で発表する予定

88

テクノサークル「けんちくをつくる会」活動報告
三笠 友洋＊

Reports of Annual works of theTechno Circle “Tsuku-Ken”
Tomohiro MIKASA＊

１．活動の背景
学部における建築デザイン教育は，演習科目の中で仮想の建築を設計することが中心となる．実際にものにふれ，それをどのように使って建築をつくるかを考える機会は限られている．現実の設計活動においては，多くの時間とエネルギーをものと向き合うプロセスにかけるし，
それが設計の醍醐味でもあるが，大学の授業の中でその面白さを伝える事はなかなか難しい．こうした意識から立ち上げたのが，建築サークル「けんちくをつくる会」
である．2011 年に設立したけんちくをつくる会(以降つ

写真 1 2011 年度活動「竹の東屋」

くけん)は，毎年建築学科 3 年生を主体とし，さらに 1，2 年生が加わり総勢 30 名程度が参加する．例年春先に引き継ぎが行なわれ，2015 年度で 5 期目を迎えた.
２．これまでの活動テーマ
つくけんの活動目的は，その名の通り建築をつくることである．どこに何をつくるかは学生自身が検討し，その実現のための交渉も基本的に学生が行なう．限られた予算で「建築」と呼べるものを実際につくるのだから，自ずと小規模で仮設的なものになる．当初は神大フェスタの際に、キャンパスの一角にフォリーをつくることからはじめた．2013 年には六角橋商店街の

写真 2 2012 年度活動「外のリビング」

商店会と連携し，夏のイベントの仮設会場をつくった．どのよ
うにつくるかも学生の自由であるが，例年ひとつだけ決めていることがある．それは最初に材料をきめることである．限られた予算と時間と技術でできることは多くない．手に入りやすい材料を使い，その特徴をよく考え，自分たちにつくれる方法を考えることを主題とする事で，建築をつくることそのものの楽しさを感じてもらいたいと考えたからだ．これまで竹、布などがテーマ材料となり、それぞれ材料特性を活かした空間づくりの試みがなされた．(写真1,2,3, 表1)



助教 建築学科
Assistant Professor

写真 3 2013 年度活動「ダンボールを開いたら」

テクノサークル「けんちくをつくる会」活動報告

89

表 1 各年度の建築物の敷地、用途、材料
年度
１期
2011
2期
2012
3期
2013
4期
2014

敷地
旧3号館前
公開空地
東屋前空地
六角橋商店街
六角橋商店街用途
神大フェスタ
休憩所
神大フェスタ休憩所
どっきり闇市ライブ会場
どっきり闇市
ライブ会場

材料
竹
布
ダンボール
紙管＋
3Dプリンター３．2014 年度の活動「紙管のジカン」
2014 年度の学生メンバーは，前年度の活動を引き継ぎ，
六角橋商店街の一角にイベント会場を設営する事を課題とした．神奈川大の学生にとってなじみぶかい六角橋商

写真 4 3D プリンターによるジョイント部材

店街は，戦後の闇市をルーツ※1 とした商店街で，木造アーケードの小道にお店が並ぶ仲見世通りは独特の雰囲気をもつ．商店会の活動は活発で，毎月第 3 土曜日にはドッキリヤミ市場というフリーマーケットイベントが行なわれている．そのヤミ市場の一角で行なわれるライブのためのステージと観客席，掲示板などを設計施工する．
そこで彼らがテーマとした材料は「紙管」であった．
紙管は，サランラップやプリンターロール紙の芯などに使われるありふれた素材である．建築分野では一部著名

写真 5 ライブ会場

建築家がその活用をテーマとしているが，通常建材として利用される事はない．彼らは，紙管を細かく輪切りにして使う方法やたばねて使う方法などさまざまな構法を考えた．なかでも特徴的だったのは, 3D プリンターによるジョイント構造である．3D プリンターは，コンピュータで 3D モデリングした形状を，樹脂を溶かし固めて成形するもので，任意の角度のジョイントをたくさんつくることができる．このジョイントを軽い紙管と組み合わせれば，組み立ても容易だし状況に応じて形をかえる事も可能だ．彼らはこの仕組みで会場の中心となるライブ
ステージをつくり，イベントを成功させた．
実際の制作過程では，3D モデリング技術の習得，3D
プリンターの調整など様々な技術的困難が合ったようだが，その苦労も含めて，材料と技術とデザインの関係に向き合うよい経験となったのではないかと思う．

４．つくけんの活動の成果
サークル設立にあたって期待していた事は，なにより建築の楽しさを感じてもらう事だった．毎年テクノサー
クルの応募時期が来ると，こちらから働きかけるまでもなく学生間でリーダーの引き継ぎが行なわれ，応募申請の相談がくる．１年生のときによくわからないまま参加
していた学生が，やがてリーダーになり先導している姿を見ると，試みとしては成功しているのではないかと思う．活動そのものの水準については，あまり気にしていなかったが，第２期，第３期の活動ではテクノフェスタ
ポスター賞を受賞した．また主要参加メンバーは毎年卒
業設計において優秀賞(1 期 3 名，2 期 3 名，3 期 2 名)を受賞している．本活動の経験がその後活躍に少なからず活きているのであれば幸いだ．

なお2014年度活動に使用した3Dプリンターはレモンホーム株式
会社の協力により提供をうけたものである。

参考文献※1 RAKU review of architectural design course, vol.9, 六

図 1 3D プリンターによるジョイント部材

角橋商店街の歴史，津田良樹，2013

90

テクノサークル KURAFT 活動報告
中村 弘毅＊

Activity Reports of the Techno Circle KURAFT
Hiroki NAKAMURA

１．はじめに最近の工学系大学では，実習や設計・製図などのカリキュラム

・ホイールベースは 1525mm 以上。トレッドは前後の大きい方に対して 75%以上。

が減少しており，そういった状況を鑑みて，学生フォーミュラ大・横転・衝突時などにドライバーを保護するために，コッ

会は，学生自らがチームを組み約1 年間で1 人乗り小型レーシン

クピット回りなどの構造・材料などが詳細規定されている．

グカーを開発・製作することによって，学生がものづくりの本質

・ドライバーの保護用具・シートベルトなどについて規定

やそのプロセスを学び，ものづくりの厳しさ・おもしろさ・喜びされている．

を実感することを目的に掲げている．年に1 度開催される全日本・ブレーキは 4 輪全てに作動し、独立した 2 系統の油圧回大会では，走行性能だけでなく，車両のマーケティング，企画・路を有する．
その他 Formula SAE のルール(2)及び日本大会ローカル規設計・製作，コスト等のものづくりにおける総合力を競う．米国
ではものづくり実践教育の場として1981 年から大会が開催され，則に準拠して製作されていることが必須要件である．

日本でも米国「Formula SAE®」のルールに準拠し，2003 年から全

2.2 競技概要

日本 学生フォーミュラ大会を開催している(1)．また，2013 年から
EV クラスが設立され，駆動ユニット以外はほぼ同じルールで内大会は車検と以下の静的審査 3 種目，動的審査 4 種目の総合得点で競われる．
表 1 競技種目概要

燃機関エンジンの車両と電気モーターで駆動する車両の性能を競っている．
本学学生フォーミュラプロジェクトKURAFT は 2013 年 10 月に設立され，毎年9 月に開催される全日本学生フォーミュラ大会への出場を主な目標として活動している．

静
的
審
査

種目
車検
コスト
プレゼン
テーション

また，地域貢献活動の一環として神奈川県下の中小企業と連携して展示会にて車両展示を行っている．これは神奈
川大学 KURAFT の広報活動であるとともに，支援企業の技術を社会に広めることを目的としている．
２．全日本学生フォーミュラ大会
2.1 大会概要
前述の通り，学生が自ら構想・設計・製作した車両により、ものづくりの総合力を競い、産学官民で支援して、自動車技術ならびに産業の発展・進行に資する人材を育成す

動
的
審
査

デザイン
（設計）
アクセラ
レーション
スキッド
パッド
オート
クロス
エンデュ
ランス
燃費／電費

概要
車両の安全・設計要件の適合性の確認
車両製作コストの妥当性を事前提出書類と当日の口頭諮問により審査
製造・販売を含むビジネスプランを提示するという仮想のシチュエーション
で発表
設計の適切さ・革新性。加工性・整備性など事前書類と口頭諮問により審査
0-75m の直線での加速性能を競う

配点
100

左右の定常円旋回でコーナリング性能を競う
直線・ターン・スラローム・シケインなどを含む約 800m のコースを１周走行し，タイムを競う
オートクロスと同様の周回コースを
22 周走行．タイムと耐久性能を競う
エンデュランス走行時の燃料／電力消
費量を競う

50

ることを目的として毎年 9 月に開催されている．主な設計
要件・安全要件は以下のように定められている．

３．KURAFT の2015 年度活動

・タイヤがカウルで覆われてなく，フォーミュラスタイル

3.1 車両設計・製作の車両．
*助手 機械工学科
Research associate, Dept. of Mechanical Engineering

75

150
75

150

300
100

91

テクノサークル KURAFT 活動報告

車両設計は，加速，旋回競技での目標タイムを設定し，ホイー
ルベースなどの仕様から順に設計を行った．以下主要な仕様を表

3.2 ドキュメントの作成
大会出場要件を満たすため，デザインレポート，コストレポー
トを初め，電気システム診断（ESF），故障モード診断（FMEA）な

2 にまとめる．
表2 車両仕様
全長×全幅×全高
ホイールベース
トレッド
乾燥車重フレーム構造材料・結合方法
モータ・最高出力
バッテリシステム

ステアリングサスペンション
ブレーキ

2400mm×1450mm×1350mm
1650mm
1200mm320kg
鋼管パイプスペースフレーム
STKM13A・TIG 溶接
Motonagy 製ブラシレスモーター
38kW
72V 220Ah
CALB 製リチウムイオン電池
1 モジュール 2×11 セル
ラックアンドピニオン
前後ダブルウィッシュボーン
4 輪・油圧式アウトポードディスク

ど様々なレポート作成に着手した．特に，ESF，FMEA は危険箇所が見つかるごとに設計変更と当該書類の再提出を繰り返し，シス
テムの安全性および信頼性の向上に努めた．
４．第13 回全日本学生フォーミュラ大会
今年度の大会は2015年9月1日～5日の5日間で開催された．
参加校はエンジン車（ICV）81校（うち13校海外チーム），
電気自動車(EV)9校（うち2校海外チーム）であった．
残念ながらKURAFT の車両はブレーキ周りのオイル漏れなど，安全性の不備を指摘され，期間内に車検を通過することができず，
静的審査のみの参加となった．

製作はフレーム構造の溶接から，サスペンション周りの部品まで，一部の購入品を除いて自作している．溶接は昨年に引き続き専門の企業の方の指導を受けて行った（図1 参照）．溶接ひずみの発生しにくいトラスの組み方など，設計時点で考慮すべき点についても指導を受けた．

図4 2015 年度製作車両
５．まとめおよび今後の展望
KURAFT 設立以来初の全日本学生フォーミュラ大会挑戦は車検不通過という悔しい結果に終わった．しかし，車両製作や書類作成を通して実際の会社で行われる設計製
図1 フレーム製作の様子（溶接作業）

作のプロセスを経験し，また近隣企業と連携して展示会への参加をすることでものづくりへの理解を深めた．

駆動系を含む電気系統の配線については，電気電子情報工学専

工程管理など今後改善すべき課題があるものの，1 台の攻の大学院生が主体となって設計製作を行った（図2 参照）．電電気自動車を走行可能な状態にまで自作したことで，設計

気自動車は高電圧・高電流を取り扱うため設計や作業中に留意すから製作に至る過程で注意すべき点などに気づくことがべき点が多く，Formula SAE®のルールに書かれた安全基準や，電でき，今後の研究に役立てられることが期待できる．

気車検担当の審査員の指導に従って製作を進めた．
謝辞
本活動を支援してくださった以下の企業の方々へ感謝の意を表する．
公益財団法人川崎市産業振興財団様，松井工業㈱様，日本モレックス合同会社様，㈱先端技術開発研究所様，㈱オ
ズコーポレーション様，松山工業㈱様，フジテック㈱様，堤工業㈱様，㈱日の出製作所様，㈱西川精機製作所様㈱オートショップ福井様，㈱理研オプテック様，㈱JMC 様，
図2 駆動系回路・配線の様子

ディージャック㈱様，㈱サイマコーポレーション様，㈱SEVCON JAPAN 様，NKN㈱様，日信工業㈱様，㈱キタコ

92

神奈川大学工学研究所所報第 38 号様，㈱SHIFT UP 様，アンフェノール・ジャパン㈱様，NTN

参考文献㈱様，㈱ミスミグループ本社様，㈲渡邉左官店様，Deep stage(1) 全 日 本 学 生 フ ォ ー ミ ュ ラ 大 会 ホ ー ム ペ ー ジ様，㈱レイズ様，匠ソリューションズ㈱様，ウエストレー

http://www.jsae.or.jp/formula/jp/ (2015 年 10 月 16 日アクセス)

シングカーズ様，㈱ザム・ジャパン様，㈱浜正機工様，Race(2) 2015 Formula SAE® Rules

Car Parts 様，㈲松井工具様（順不同）

students.sae.org/cds/formulaseries/rules/2015-16_fsae_rules.pdf

93「神奈川大学宇宙ロケット部」活動報告
高野 敦＊

Activity Reports of “Kanagawa University Space Rocket Club”
Atsushi TAKANO＊

１．緒言
「神奈川大学宇宙ロケット部」はまだ昨年 9 月に設立されたばかりの新しいテクノサークルである。このサークルは、「ハイブリッドロケット」と呼ばれるロケットエ
ンジンを用い、超小型衛星を打ち上げるための超小型ロケットの設計・開発を目的としている。現在、超小型衛星の打上げが各地の大学で行われているが、これらは大型の衛星に相乗りという形で打上げるためその打上げ機
会は限られている。そこで超小型ロケットを開発することで、これら超小型衛星の安価な打上げを実現させることを最終目標としている。従来衛星打ち上げのために実用化されているロケットは、火薬を使用する固体ロケッ
トか、液体燃料・液体酸化剤を使用する液体ロケットの2 種類に大別されてきた。これらは、可燃性の高い火薬や燃料を使用するため、万一破損した場合爆発の危険性が高い。一方、ハイブリッドロケットは燃料にプラスチ
ック樹脂、酸化剤に液体を使用するため、ロケットが破損しても自然に消火する性質を持っている。つまり爆発の危険が無い(1)。そのため、火薬や燃料の運用・管理コ
ストを抑えることができ、従来のロケットに比べ大幅に打上げコストを抑えることができる。これを受けて、当サークルでは機械工学科 航空宇宙構造研究室と共同でハイブリッドロケットの開発、打上げに取り組んできた。
本報告ではこの 1 年間での活動実績を報告する。
２．伊豆大島共同打上げ実験（2014 年 11 月）
2014 年 11 月に伊豆大島で実施された共同打上げ実験に参加した。エンジンは米国からの購入品を用いたが、機体は CFRP
（炭素繊維強化プラスチック）製の円筒殻を自作し採用した。
*准教授 機械工学科
Associate Professor, Dept. of Mechanical Engineering

図 1 1 機目打上げの様子

フィン及びロケット先端のノーズコーンは 3D プリンタで造形した樹脂部品を採用した。機体は全長2.2m、直径150mm であり、同一設計のものを2 機準備した。これは不測の事態による破損などで実験不能とならないよう、互換性・冗長性を確保するための配慮である。打上げは伊豆大島噴火口周りの砂漠で実施された。実験は 2 日に及んだが、1 日目は機体の不具合（酸化剤満充填の目印となる余剰酸化剤排出による白煙が視認できない）により打上げが出来ず、急遽酸化剤排出口の位置を変更するという対策を徹夜で実施し、翌日に打上げた。翌日は10：00 分及び10：30 分の2 ウィンドウ（打上げ可能時間帯）しかない中での打上げとなった。1 機目を無事打上げに成功したものの、機体の捜索に出る余裕もないまま2 機目を打上げた。図1 が 1 機目打上げの様子である。機体は数秒で雲に隠れ目視できなくなったが、軟着陸のためのパラシュートが展開することは目視で確認できた。2 機とも打ち上げに成功したので引き続94

神奈川大学工学研究所所報

き機体の捜索を実施した。1 機目は砂漠からかなり離れた森の

第 38 号

し、時間切れとなり断念した（図 3）。

なかで樹木に引っかかっているところを発見できたが、2 機目打ち上げに成功した 2 機のパラシュートが展開しなか

はそれより手前の背の高い草むらに落ちて埋没したためか発見った原因は現在究明中だが、展開機構駆動回路の電池ができなかった。1 機目に搭載したデータロガーのデータを解析

打上げ衝撃により脱落した可能性が高いと推測している。

した結果、高度は2000m に達し、初参加かつ初打ち上げながら

伊豆大島機体では電池ボックスでの固定に加え脱落防止

当打上げ場所での記録を更新する快挙となった。

のためテープ固定していたものが今回は実施していない
ことが 3 機目打上げ前に判明した。また、打上げ準備に

３．能代宇宙イベント（2015 年 8 月）

おいてもトラブルが多く、反省点が多い打上げとなった。

さらに高高度の 4000m を目標として、2015 年 8 月には秋田県能代市で実施された能代宇宙イベントに参加した。ここではより高高度に飛行が可能な海に向かっての打上げ場所が確保されていた。海に打ち上げるため、機体は地元漁協の協力を得て漁船で捜索した。機体の水没を避けるためのフロート、海面を着色するためのシーマーカ、広い範囲を捜索するため無線信号を発信するためのビーコン、防水処置を施したビデオカメラやデータロガーを搭載するなど、先年の伊豆大島での打上げから機体製作の難易度は上がっていた。
搭載機器の増加により、機体の全長は伊豆大島での 2.2m から 2.5ｍに増大した。
これら搭載機器の増加・大型化の中でも目標高度を達成するため、軽量化をさらに推し進めた。CFRP 製胴体は最も薄いところで 0.28mm と薄肉化を進めた。フィンも3D プリンタ製から CFRP の積層板とすることで強度を確保しつつ厚さを 30mm から 4mm に大幅に削減することで同時に空気抵抗の大幅減を達成し、解析上、最大速
度は音速に迫る結果となった。機体は研究室中心で作成した直径 120mm のものを 2 機と、ロケット部単独で作成した直径 150mm の 1 機の計 3 機を準備した。直径を小さくすることで空気抵抗を減らし、より高高度を目指せるが一方で強度設計・製作・ハンドリング上の難易度も格段に高くなるため、ロケット部オリジナル機体としてはより確実に記録を残せるように伊豆大島で実績のある 150mm を踏襲した。研究室機体 1 機とロケット部機
体 1 機の合わせて 2 機の打ち上げに成功したが、いずれもパラシュートが展開せず海面に激突し、その衝撃で機体は激しく破損した（図 2）。エンジン部分は回収できたが、データロガーが回収できず、正確な記録は不明となった。動画データから飛行時間を計測し、コリレーショ
ン解析を行ったところ、ロケット部機体のおよび研究室

図２ 回収された 1 機目下半分

図 3 打上げの様子

４．結言
能代宇宙イベントでの様々な不具合は、文書に残っていない暗黙知をいかに形式知化するか、という課題を明白にした。また、複雑な打上げ手順を確実に遂行するため文書化を進めても、現地ではそれらでカバーできない
不測の事態が多々発生するため、それらを自律的・自発的に対応できる能力を有する学生の育成の必要性も痛感した。さらに、現在は総合工学コースの学生をリーダとして機械工学科の学生で構成されているが、データロガ
ーやビーコンの高度化など、電気系の知識・技術を持つ学生の育成・確保も課題である。
今後、高度 4000m を越えようとすると購入品のエンジンでは限界があることもわかり、今後の高高度化に向けてエンジンの開発に着手している。また、打上げ場所も限られてくるため、その開拓も急務である。一方で、打上げ場所への移動、宿泊費用などは各種補助金の支援を受けているがまだ大部分が学生の負担によるため、各種支援者・支援企業の確保や成果を社会に還元するアウトリーチ活動などにおいて、マネジメントの能力を持つ学
生の育成・確保も課題となっている。

機体の到達高度はそれぞれ 2402m および 3287m と推定された。詳細な結果は facebook 上(2)で報告の予定である。
3 機目は最終日に打ち上げる予定であったが機体の部品（O リング）取り付け忘れまたは脱落による酸化剤漏れにより打ち上げることが出来ず、翌日の予備日に打上げを試みたが雨天のため高電圧による火花点火不良が発生

参考文献(1) 嶋田徹 他，“平成27年度ハイブリッドロケット研究WG成果
報告書”，JAXA（2015－2），p.1．
(2) 神奈川大学宇宙ロケット部：
https://www.facebook.com/kanagawa.rocket

95

神奈川大学に勤務させていただいて伊藤 勝悦＊

Memories in Kanagawa University
Shouetsu Itou＊

1. はじめに1968 年3 月に秋田大学鉱山学部機械工学科を卒業して，ハゼ釣りに連れていってもらいました．誰が段取りをされたかは分かりませんが，釣ったハゼを岸壁で漁師さんに天婦羅にし4 月から，東北大学工学部機械工学第 2 学科の弾性及びてもらいました．漁師さんにはお魚もさばいて戴きました．天固体の力学講座 (渥美 光 教授研究室) の助手に勤めさ婦羅を食べて，御刺身を食べて，エンドレスにアルコールを飲せて戴きました．勤めて 3 年が過ぎた春の頃でしたが，んだ時の事が今でも思い出されます．

「伊藤君，青森県八戸市に工業大学の設立が準備されて渥美研究室は応用数学の研究室でした．定期的に教授室に呼いるので書類を出して下さい」と渥美先生にご指示戴き，ばれて論文を渡されて研究テーマを指示されます．
その時，「伊

そのようにしました．9 月頃でしたが，「文部省教員組織

藤君，これが出来たら連名で，ASME (アメリカ機械学会) に出

審査で弾性学の助教授として判定されました」との書面

そう」と言われます．これは助手だけではなく，院生の1 年生

を八戸工業大学の設立準備室を通して戴きました．

も言われます．これを言われると院生や助手は燃えるのです．

3 年間の教育・研究実績が審査されて，厳しいと言わASME にうまく掲載されない場合でも，添えられたコメントをれている文部省教員組織審査で助教授に判定された事は検討して，ASME に準ずる国際学術雑誌に再投稿すれば掲載さ驚きでした．これは，渥美先生の研究に対する厳しい指れて行きます．ただし，連名で発表するのは， 院生であれ，助導のお陰である事は明らかであり，素晴らしい先生に指手であれ，大学の学部卒業後の2 年間までです．D1 の院生，3導して戴けて有難かったです．
秋田大学では，「君は万年年目(あるいは 1 年目)の助手からは，論文は単著にして発表さ助手をやるつもりかね」と言った教授もいましたが，「君，せます．このような研究室は渥美研以外には国内には無いのでこの仕事をやりたいの．やるんだったら，一流の人に付はないかと思っています．有名な国際雑誌に単著で論文を出せかなければならない」と言って渥美先生に紹介して戴いると分かると，若手の研究者はさらに燃える事を知っていたのた教授の先生には感謝の気持ちでいっぱいです．

です．あくまでも，院生や助手の将来を考えての事なのです．

八戸工業大学には創設の2年目から14年間お世話にな「渥美研の人たちは仲が良くて羨ましいです」と他の大学のりました．その後，縁があって，神奈川大学工学部機械先生から言われた事があります．渥美研では，先輩には多少の工学科に勤務させて戴く幸運に恵まれました．

敬語は使いますが，特に遠慮する事はありません．その頃の研究仲間の全員が，それぞれ全く異なる研究テーマを持って研究

2. 渥美研究室での 5 年間
渥美研究室の5 年間は研究については厳しく指導されました．

していて競合する事がありません．しかも全員が国際的に良く知られている欧米の一流学術雑誌に，普通に論文を掲載させて恐らく，その厳しさの内容については所属した院生・助手だけ

いく研究室であった事にもよります．当時の研究仲間の全員がが知っているのではないかと思っています．研究に対しては日大学に就職して，全員が教授になりました．

本で最も厳しい研究室ではなかったかと思っています．
しかし，研究から離れると，恐らく，日本で最も過ごしやすい研究室であったと思っています．勤務して数ケ月後の日曜日，塩釜港に*教授 機械工学科
Professor, Dept. of Mechanical Engineering

3. ZAMM への論文掲載
東北大学工学部の機械工学科の図書室には，世界的に有名なドイツの学術雑誌 Zeitschrift für Angewandte
Mathematik und Mechanik が創刊号からそろっていました．何気なく，1942 年，1943 年，1944 年の雑誌を見た96

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

ら，雑誌の厚さは薄くなっていっていましたが，少なく助手になって 1 年目，2 年目は，多くの研究テーマをないアメリカの大学教員の論文も掲載されていました．

渥美先生から提示されましたので，その都度，懸命に勉

この雑誌に論文を投稿したいと思い，渥美先生にお伺い強しました．複素関数論の応用問題，半無限き裂に有用したところ了解されました．院生の 1 年生が私のところとなるウィンナー・ホッフの手法，ラプラス逆変換の手に来て，「伊藤さん，ZAMM に投稿したそうですね．通
ったらどうするの」と言われました．
「通る事は無いだろう」と言いましたが，このような有名な雑誌に私の論文が通る事は無いと思っていました．しかし，幸いにも，この論文はストレートで掲載可になりました(1)． 図 1 に示すような高速で移動する板 (用紙) のパンチによる押しつけ応力を解析した論文でした．

法であるカグニアードデフープ法など，どれも魅力的で優美な手法でした．Howland が解析した円孔を有する帯板の応力集中の有名な論文(3)の数式展開を理解出来る研究者は渥美研究室在籍者だけだと思っています．
板の剛体押しつけ問題の解析論文が ZAMM に載ったので，この手法も守備範囲内にありました．図 1 に示す
0ように，板を押しつけた部分の応力  z z を次式のように級数展開して積分方程式を解くのです．
 z0 z   an Tn ( x / a ) / a 2  x 2

(1)

n 1

ここで，2a は接触長さで，an は未定係数，Tn (x) はチェビシェフ級数です．未定係数 an は最終的にシュミット法で決定されます．
図 1 高速移動する板のパンチによる押し付け応力あるとき，図 2 に示すき裂面の変位をヤコブ級数

Pn(1 / 2, 1 / 2 ) ( x) で次式のようにこの頃から，もしかしたら，筆者もこの世界で生きて行

けるかも分からないと思いました．

v 0   an P2(n1 / 22, 1 / 2) ( x / a )4. き裂と応力拡大係数

級数展開すれば，き裂の問題が解けるのではないかと着

(2)

n 1

渥美先生が研究室の全員に見せたいと思った時の論文想しました．ここで， 2a はき裂長さです．この手法をは全員にコピーをとらせて渡していました．そのような文献(2) の Sih and Loeber が解いた問題と同じ問題に適用

論文の中に，Sih and Loeber のき裂の動弾性問題がありして解いたら，両者の数値計算結果が完全に一致したの

図 2 に示すような割れ傷 (きずの隙間は数ミク
ました ．

です．Sih and Loeber の解法は数式展開が長いのですが，

ロン) に調和振動応力波が入射する場合の応力を解析し変位の級数展開とシュミット法を結合して解く方法は比た研究でした．

較的取り扱いが容易になります．このため，より複雑な(2)き裂の問題も比較的解きやすくなります．
長いき裂に不均質な動的荷重が働く場合の解析を行って ASME に投稿したところ掲載可となってしまいました(4)．ASME には，日本の大学の機械工学科の教員の論
文は 1 年間にゼロ編，あるいは数年間に 1 編程度しか掲載されません．この雑誌に筆者の単著論文が掲載されてしまったのです．日本の大学の機械工学科のほとんどの
図 2 調和振動応力波入射による応力拡大係数

教授はASME に1 編の論文さえも出せずに定年を迎えるのです．

その論文を見たとき，筆者もこのような数式展開の華麗な，そして独創的な論文を書いて見たいと思いました．

5. リーハイ大学とき裂の解析

その後，リーハイ大学の Professor G. C. Sih の研究グルー

き裂 (隙間が数ミクロンの割れ傷) の先端では応力がプは，多くのき裂の動弾性問題を解いてき裂の動的応力

無限大になるので，材料力学的に考えれば，微小なき裂

拡大係数を解明しました．

神奈川大学に勤務させていただいてであっても材料は直ぐに壊れてしまいます．しかし，実際には壊れません．論文執筆とは順序が逆になってしま
いましたが，この辺りの考え方を理解する必要がありました．結局のところ，き裂を進展させるためにはエネル
ギー g c を必要とします．また，き裂が進展すれば，エ97

行って来ました．リーハイ大学に定年があるのか無いのか分かりませんが，最後まで応力拡大係数の研究を続けて一流国際学術雑誌に論文を掲載していました．この点に関しては，
恩師の渥美先生と同じでした．
切れ目なく，
ご定年までご自身で研究されていたお二人の先生の姿は筆者にとっては無言の教えになりました．

ネルギー g e が材料から放出されます．(i) 出て来るエネ
ルギーが消費されるエネルギーよりも小さい g e  g c

6. 神奈川大学と TATの時は，材料は破壊しないで，(ii) 出て来るエネルギー

TAT (Turn Around Time) とは，カードで作成したプロが消費されるエネルギーよりも大きい g c  g e の場合

グラムを窓口に出してから，計算結果を受け取るまでのはき裂が一気に進んで材料は破壊してしまいます．

時間です．八戸工業大学には電子計算機は無く，カード同じ事ですが，応力拡大係数 K I が材料に固有な値でcある破壊靭性値 K I を超えた時に，すなわち，次式

K Ic  K I(3)を満たしたとき，材料は前触れも無く瞬時に壊れるのです．図 3 に溶接を多用して建造されたリバーティ船の破断の写真を示します(出典：http://school.mech.uwa.edu.au)．
静かな港の埠頭に係留されていた船が瞬時に破断したのです．溶接部分に発生した隙間が数ミクロンのき裂の長さが徐々に長くなっても，誰も気が付きません．ある長さになった時に，式(3)を満足してしまって一気に破断したのです．

を郵送で東京大学の大型計算機センターに送って計算結果とカードを郵送で返送してもらっていました．平均のTAT は 10 日程度でした．この不便さを乗り越えるためには，解析を丁寧に行って，プログラムを丁寧に組んで何度も見直す事でした．どんなに努力しても，プログラ
ムのエラーだけを除くためには 5 回程度の計算は必要になります．プログラムにエラーが無くなっても，計算結果が思わしく無い時は，解析のチェックを繰り返します．
何度も解析とプログラムをチェックしても計算結果が出ないのが筆者の行っている理論解析の特徴であって，この点が辛いのです．ここで諦めても良いのですが，諦めたからと言って，次の研究テーマでも同じことが起こる可能性が大となりますので，この判断が難しいのです．
結局，納得出来る計算結果が出るまでは，
解析チェック → プログラムチェック → 数値計算
を何度も何度も繰り返す事になります．応力 (stress, ストレス) を解析している筆者に過大で過酷なストレスがかかるのです．大型計算機センターに歩いて行ける研究

図 3 リバーティ船の埠頭での破断環境を持っている研究者には負けてしまいます．
神奈川大学には大型計算機センターがありました．ただ，直ぐにオーバーフローするのです．学科に隔年で配ベスレヘム（Bethlehem）はニューヨークから西へ約125km に位置するペンシルベニア州東部の都市です．こ
こにリーハイ大学 (Lehigh University) があります．この大学の機械工学科でき裂を有する材料の破壊に関する多くの研究が行われたのです．多くの権威者がいますが，現在の名誉工学部長の Professor Fazil Erdogan についてだけ紹介します．Erdogan 先生は，終戦後まもなくトルコのイスタンブール工科大学修士課程を修了して，リーハイ大学の博士課程に進学しています．Professor G. C.
Sih と一緒に，実用上極めて役に立つ実験も行っていますが，多くはき裂の応力を応用数学的に解析する研究を分される特別予算を振り向けて欲しいとお願いしましたが，うまく行きませんでした．当時の教授の田島 守先生に相談したところ，研究費の援助を快諾して戴き，ワー
クステーションを導入する事が出来ました．このワーク
ステーションに入っているFortran のソフトは4 倍長の複素計算が出来て，しかも 10 の (-5000) 乗から 10 の(+5000) 乗まで計算出来る能力を持っていました．この能力を生かせる研究者はそんなに多くはいないのですが，筆者には頼もしいソフトでした．
勤務させて戴いて分かりましたが，神奈川大学には他
大学には無い素晴らしい点が数多くあります． 1 点だけ

98

神奈川大学工学研究所所報追加で述べれば，事務職員が優しいのです．

第 38 号

修士課程に進学してくれる学生は多くはいませんでしたが，それでも進学してくれる学生がいました．難しい研7. 神奈川大学での研究と教育究テーマであるにもかかわらず，真面目に取り組んでく

慶応大学工学部機械工学科専任講師であった牟岐鹿楼

れて数値計算まで仕上げてくれました．名前は伏せます

先生は California Institute of Technology の Eli Sternberg

が，連名の論文を International Journal of Solids and教授の研究室に移られて，その後， UCLA の教授に就Structures に投稿したら通ってしまった事もありました．

任されました．何故，Cal Tech に移られたのかは分かり

本学の学部生と院生の勉学と研究に対する真摯な頑張りませんが，恐らく Sternberg 教授が牟岐先生の非凡なるには心から敬意を表したいと思っています．素晴らしい解析能力を知っていたからではないかと思っています．

学部生と院生の皆様と一緒に過ごせた事も幸せでした．

牟岐先生は岩手県水沢市 (現在の奥州市) の出身ですが，時々，ロサンゼルスから水沢に帰った時は，帰りに渥美

8. ウルムチとカシュガルへの旅行

先生を訪ねてきました．筆者とは身分違いでしたので紹

ウルムチの新疆工学院 (中国では単科大学を学院と言介してはもらえませんでしたが，女性の技術員はお茶をうのだと思っています) の講師の先生が伊藤研究室に研

お持ちしますので何度かお会いしています．渥美先生も究生として来られました．この少し後に，学長室から電Professor Erdogan も牟岐先生も応力解析が研究の中心で「ウルムチに出張しませんか」と聞かれまし話があって，

した．ある日，この点が牟岐先生との話題になった事がた．筆者の性格としては，普通は断るのですが，何故かあったようです．牟岐先生も「実験と理論解析の両方の

その時は，「費用はいくらかかるのでしょうかと」と聞い研究を行う事は無理と思います」と話しておられたと渥てしまいました．
「費用は大学の負担です」と言われまし美先生からお聞きした事があります．凡人の伊藤には，たので，成り行きで行くことになってしました．公務出元から両方は出来なく，理論解析だけになりました．

張だったとは思いますが，ウルムチ，トルファン，カシ

日本の国立大学の全ての工学部は Thomson Reuters のュガルの 3 都市を訪問する事が出来ました．

Web of Science へのアクセス権を持っています．西久保忠臣先生が工学部長のとき，神奈川大学でもアクセス権を9. 終わりに購入しています．
このサイトに入れるようになってから，

約 30 年前の 4 月 1 日が辞令交付の日でした．4 月なの

キーワードを入力する事によって最新の研究動向を知るに，どことなく暖かい風が頬を撫でていた日でした．
「多事が出来るようになりました．き裂関係の論文を探し出分，神奈川大学に勤めさせて戴いても，力量不足な筆者

して，自分の能力に重なる研究テーマを見出して研究をは勤めきれないだろうな」と思っていました．この不安継続する事が出来るようになりました．材料力学の分野

は見事に的中してしまいました．最初から最後まで，教では ASME に準ずる雑誌である International Journal of

職員の皆様には一方ならぬお世話になりました．心から

Solids and Structures には，論文を何回も投稿して，そし御礼申し上げます．最後に，皆様方のご健勝と工学部のて厳しいコメントを添えられて何回も掲載否で返されま

発展，ひいては大学の発展を心より祈念致しています．

したが，最近は掲載がかなり楽になりました．ASME
Journal of Applied Mechanics は impact factor は約 1.0 程度

文献

ですが材料力学の分野では最高権威の雑誌ですが，雑誌(1) S. Itou, “Indentations of an elastic Cosserat layer bymoving punches”, Zeitschrift für angewandte Mathematik
und Mechanik, 52 (1972-4), 93-99.
(2) G. C. Sih and J. F. Loeber, “Wave propagation in an elastic
solid with a line of discontinuity or finite crack”, Quarterlyof Applied Mathematics, 27 (1969), 193-213.
(3) R. C. J. Howland, “On the stress in the neighborhood of acircular hole in a strip under tension”, PhilosophicalTransactions of the Royal Society A, 229 (1930), 48-86.
(4) S. Itou, “Three-dimensional wave propagation in a cracked
elastic solid”, ASME Journal of Applied Mechanics, 45(1978-12), 807-811.

の主題の流れが少し変わって来ているように思われます．
それでも，時々，応力拡大係数の解析研究の論文も出ますので，この雑誌に論文を掲載出来なくなってきたのは
筆者の頑張りが足らないのが原因と反省しています．
機械工学科では，主として材料力学の授業を担当して来ました．毎回の授業で必ず新しい数式が出てきますので，学生も大変だと思っていますが，学生は負けないで
真面目に勉強してくれました．卒業研究でも，どちらかと言えば理論解析の研究テーマで研究を行ってもらいま
したが，毎日，全員が研究室に出て来て熱心に研究を行ってくれました．研究テーマが理論解析のため難しく，99

神奈川大学４１年間における光波・電磁波回路の研究
穴田 哲夫＊

Study on microwave and light-wave planar circuits for forty-one years
at Kanagawa university
Tetsuo ANADA＊

１．はじめに工場の高周波技術部に配属になり，仕事中であったが私は，あと数か月余りで退職を迎えます．41 年間の大学

1969 年 7 月 20 日，アポロ月面着陸の映像をカラーTV の教員生活で考えていたことの一端を書かせていただきま

固体化の耐久試験用 TV を第１，２応用技術部の皆で見す．1974 年4 月に工学部電気工学科助手，専任講師，助ていた．月面から映像が送られて来るのを見て，益々，教授，教授として41 年勤務したことになります．1995年

マイクロ波通信の重要性を認識し，この分野の仕事を続にはイギリスのシェフィールド大学とノッティンガム大

けたいと強く思うようになっていった．
それから半年後，学に１年間の在外研究をさせていただきました．そのおか

マイクロ波関連の新組織が誕生するといううわさが流れ，げで研究の幅を広げることができ，多くのことを経験して自分も先端的仕事を希望していた．T 社は博士，修士をきました．41年間に楽しいこともたくさんありましたが,もった技術者が多く，自分ももう一度大学に戻ろうと決

学科名称の変更や昨年の工学部内において学科解体危機

心するまで時間がかからなかった．許瑞邦先生の研究室の何とも言えない悲しいこともいろいろと経験しました．

でマイクロ波平面回路の研究をスタートした．この時代

しかし，総合的に言えば，研究生活は大変面白かったと言は，TV の固体化，衛星通信も真空管（進行波菅）からうことができます．平成27年3月31日で神奈川大学の教授

固体化に移行する時で，これまでの集中定数回路や導波を退任するにあたり，なぜ私が光波・電磁波工学の道を選管といった回路から固体に適した低インピーダンスの平んだのか，光波・電磁波回路の研究者としてどのような研面回路がうぶ声を上げたところであり，後のスーパーバ

究をしてきたかについてまとめさせていただきました．何

イザーとなる東京大学大越先生が平面回路の概念を提案

かの参考になれば幸いである．

し，許先生が１次元の電信方程式を２次元の平面回路方

２．研究者としての原点・出発点者の程式に発展させ，また東京大学の大型電子計算機の共同

今から 40 年以上前のことであるが鮮明に覚えている．

利用が開始し，マイクロ波平面回路の研究が本格化した大学４年次の卒業研究は，これまで聞いたこともない，時代である．許先生は，研究者のみならず，熱心な教育

当然習ったこともないマイクロ波，プラズマというキー者でもあり，土曜日には，午前中は，その当時，バイブ

ワードに惹かれて許 瑞邦研究室を希望し，運よく友達

ルといわれた R.E. Colin の Guided Wave を講読し，午後と配属になった許研究室から私の研究者としての原点がは IEEE-MTT の雑誌（マイクロ波の論文）を院生で順番始まったように思う．就職先も先端的仕事ができそうなに読み，院生のつたない英訳と勉強会に付き合って下さT 社に決まり，喜びと不安の中で入社式を迎えたことをった．これは私が助手から教員になるまで続けていただ

思い出す．入社式には 700 名の新入社員のうち，修士がいたおかげで英語には多少の自信をもつことができた．

400 名，残りの 300 名が学部卒と高専卒である．半導体

また東大・大越先生も数か月に１回，色々な大学の先生と平面回路の勉強会を開催し，この分野の発展に大きな*教授 電気電子情報工学科
Professor, Dept. of Electrical and Electronic Information
Engineering

貢献と足跡を残された．これがきっかけで，研究成果をまとめ，博士論文を書いて提出したところ，博士論文を英語で書きなさいと言われ，時間的に困難というと，そ100

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

れでは研究成果を IEEE の論文誌に投稿し，さらに IEEEのコンファレンスで Oral に採録されたら読みましょうということになった．研究成果には自分なりの自信を持っていたので，これなら数か月で達成すると安易に考えていた．先ず，IEEE-IMS 国際会議に投稿し，採択率 40%の枠を乗り越えて採録され，Oral 発表し，初めての本格的なバンケットにも参加し，自分は将来留学したいと思っていたので，有名な先生の隣に座り，留学したいこと(a)

Example of Waveguide-type Iris Coupled Filter(b)

Example of microstrip-type planar circuitを伝えたが軽い返事だった．そこで，自分のスーパーバ
イザーの名前を出すと彼は友達である．いつでも受けいれると言われ，改めてスーパーバイザーの偉大さを再認識した．自分もこうなりたいと心に誓ったものである．
とにかく，これで気を良くし，論文誌も簡単に採録されるであろうと考えていた．早速，日本に戻り，論文を書いて速達で論文を送付した．ところが結果は条件付き採録で，すべての査読者の質問に答えることが条件であると編集者から手紙を受け取った．自信をもっての投稿だ

図１ 導波管回路とマイクロ波平面回路の例

ったのでさすがにショックを受けた．最初は，査読者は支配される境界条件付の電磁気学の世界です．世界中の私の論文の内容をよく理解していないと不満を持ったの大学の先生達が｢電磁気学を学生に理解させるには大変も事実である．しかし，今から思うとこれがあったからである｣とため息をつくほどですし、また私自身も完全にこそ，論文を書く時のコツを覚えたような気がする．す理解しているとは言いがたいほど奥の深い方程式を解かこし脱線するが，採録される論文とはどんなことか考えなければならない．この時期は，まだ図１(a)に示すようてみよう．

な金属による導波管回路で種々の特性を実現していた時（１）査読者が共感するように書くこと．参考文献も大代である．それが進行波菅からガンやインパットダイオ事である．参考文献の著者に査読依頼が行われる

ードによる固体化と共に図１(b)のようなマイクロ波平

可能性がある．実際，参考文献の不足を指摘され面回路による軽量化・集積化が始まったばかりである．

た．

まず， イメージを膨らませるために，回路内の電磁界（２）
こんなに苦労したという姿は見せても意味がなく，分布を知る必要がある．一般論はグリーン関数の固有関主張すべき内容に焦点を当てる書き方が大事であ

数展開で表現できるので，無限個の固有関数がわかれば，る．

解が得られるはずである．しかし，任意の形状の固有関（３）論文のタイトルは興味をそそるように，次にアブ数を得る手法がない．ちょうどこのころから，東大に大ストラクト，結びの書き方を工夫すること．

型計算機が設置され，共同利用が開始していたので，講（４）図面などはきれいに書くこと．

義の無い時間は，計算機センターでパンチカードで作成（５）英語が母国語でない我々は短い文で明瞭に表現すしたプログラムを走らせ，計算結果を＊記号でグラフ化ること（日本人の英語論文はわかりやすいと評価さして表示していた．その後，神奈川大学でもミニコン

れている）
．

NOVA を購入し，プログラム作成と固有値問題を解く問題

さて，41 年間の研究生活をふりかえってみる．
３．マイクロ波平面回路解析と電磁界測定に関する研究に没頭し，平面回路の周波数特性を求められるようになった．さらに神奈川大学に大型計算機センターが開設され，計算結果をグラフで表示できるようになり，雲形定

学部で習った電気回路・電子回路は集中定数回路だけである．宇田新太郎教授の無線工学の講義の中で，八木・宇田アンテナ，導波管回路，マクスウェルの方程式について少し習った程度である．この分野の研究の出発点となったマイクロ波平面回路の解析は何といっても｢マクスウェルの方程式｣という連立ベクトル偏微分方程式に規でグラフを書かなくてよくなった．一方，平面回路内の電磁界分布を知る（測定する）方法としてコレステッ
ク液晶を用いて，電界分布を熱に変換し，色分布として観測する実験を並行して行っていたが，分解能に問題があり，これを改善するために，図２に示す同軸型電界プ
ローブ，微小ループ磁界プローブを開発し，パソコンで神奈川大学４１年間における光波・電磁波回路の研究

101

ステップモータを制御し，平面回路上を掃引することでどんな複雑な形状でも電磁界を測定できるようになった．
図２(c)に直角コーナーからなる共振回路を作製し，FDTD
法によるシミュレーション，
および測定例を示すように，
直角コーナーから電磁界が放射することが知られていたが，実際の観測結果は初めての報告であった．電磁環境（EMC）の国際会議でも高い評価を得るとともにこれは画期的な成果であった．２人の女子卒論生が何回も繰り返し測定してくれた結果であり，心から感謝したい．
以後，
シミュレーション結果を実証するために，電磁界測定は欠かせない装置となった．その後，EMC の関心が高まり，
高周波プリント回路からの電磁界の不要放射が話題となり，本装置は実際の回路からの放射などを測定する装置として発展し，大手の電機メーカーでも模倣した装置が

図２ 電磁界測定と直角コーナーをもつリ市販されるようになるが，本装置は 10 年間ほど活躍した

ング共振器の測定例（上図左：同軸型電界プが，昨今のコンピュータシミュレーション時代になり，ローブ，上図右：ループ型磁界プローブ）

電磁界分布がコンピュータ上で観測可能となり，その役割を終えたが，研究に行き詰ったときなど，測定データ

た時，これからは計算機によるシミュレーション時代がを論文として投稿，また国際会議や学会で発表すること来ることを実感し，その当時ノッティンガム大学の P.B.

ができた．助手から専任講師に昇格したとき，光の研究

Johons 教授が TLM 法を開発し，市販ソフトウエアとしが盛んになり，SEM を改良した微細加工装置を 4000 千万て発売していた．この手法なら大規模光回路の解析が可円で購入し，光回路の作製の研究を始め，多層薄膜によ能であると思って，在外研究を希望し，イギリスへの在る光導波路の提案など順調に移行することができた．し外研究が決まったときに病気で亡くなられたと連絡を受かし，微細加工装置には位置合わせ機能がないため，数

け，急遽，光回路の本や論文を多数発表していたシェフ

十回に１回しか光回路を作ることができず，私の最初のィールド大学のP.C. kendall教授を頼ってイギリスに出発

大学院生には苦労をかけたが，よく耐えて実験を行ってした．NATO の共通の研究課題である光の斜め伝搬の解もらった．教務技術職員の大出氏とＳＥＭの分解掃除と析の競争テーマを与えられた．お前もチャレンジするよ

苦労もあったが，最初の修士の学生Ｔ君には感謝していうに言われ，早速取り掛かった．光回路解析にはる．2005 年には，電子情報フロンティア学科の 11 名のFFT-BPM 法が主流であったが，FDTD 法に興味を持って教員とともに文科省のハイテクリサーチに応募し，５年いたので，FD-BPM 法に斜め座標を導入することで，斜間で５億円の支援を受けて，念願のネットワーク・アナ

め光導波路型回路の解析に没頭し，数週間でプログラム

ラザイザーを 2500 万円で購入し，回路解析，周波数特性を作成，計算に成功した．先方の教授から Great と称賛の測定が容易になった．
またポスドクの研究者が来日し，されたが，領域の端に到達した光波が反射するのを防ぐ

その後，特別助教として共同研究者を得て，一段と研究

境界条件を開発する必要があった．吸収境界条件では十を加速することができた．また昭和５０年代には数十 M分な機能を果たすことができなかった．それでも移動座

バイトのメモリしか使えない時代であったが，最近のコ標と斜交座標を組み合わせて，曲がり導波路，60 度まで

ンピュータの目覚ましい進展によりマクスウェルの方程の斜め光導波路を解析することができ，当時，世界のト式を研究室内で数値的に解く事ができるようになりましップデータとなったことは本当にうれしかった．そのた．マクスウェルの方程式が立てられてから 150 年以上

FD-BPM による計算例を図３に示す．実際に光導波型

過ぎてもいまだに新しい結果が得られるのは，如何にこMMI デバイスに応用し，高次 Pade 近似を用いて計算精の方程式が本質的真理を深く表現しているという意味で度を改良し，国際会議で報告した．当初，２次元モデル

驚くばかりです．

だけであったが，ADI 法を導入し，３次元モデルを計算

４．光回路の FD-BPM 法による研究
ヨーロッパ・マイクロ波国際会議（EuMC）に参加しできるように発展したが，コンピュータの目覚ましい進展を受けて，FDTD 法が光デバイスの解析に適用できるようになり，
10 年間続いた FD-BPM 法の役目を終えた．

102

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

５．光フォトニック結晶による電磁波デバイスの開発
光導波型デバイスは，多くの研究者によって集中的に解析され，微細加工装置をそなえているところは限られた大学と企業の研究所のみである．神奈川大学では PCV
薄膜作製装置で多層薄膜導波路を作製し，ある特定の偏波のみを伝搬する導波路を作製し，学会で注目を浴びたが，その当時，レーザーの出力はあまり大きくなかったので，特定の偏波のみを導波することは電力の半分を捨てることになると理由で，企業との共同研究に発展しなかったが，イギリスの雑誌，国際会議での Oral 発表で研究を終えたが，この動作原理は，その当時は気が付かなったが，１次元のフォトニック結晶そのものであった．
1987 年，Yablonovitch 等により，周期構造の構造パラ

図３ 多重干渉導波路型電力分配回路

メタ，誘電率を適切に選ぶことによって，ある周波数帯の FD-BPM によるシミュレーション

域ではどの方向にも電磁波（光）が伝搬しない性質を持の例

つフォトニックバンドギャップの概念が提案された.
光の研究は，
フォトニック結晶に世界中が注目していた．
我々も，MMI デバイス（多重モードの干渉を利用した電力分配回路）を FD-BPM 法で解析を進めた．その後，大学院生がフォトニックバンドギャップの計算を行ってくれ
た．簡単なモデルは MIT の研究者グループがすでに解析を行っていたが，通信システムに必要なフィルタ回路などの設計に新たな研究の機会を得た．図４に示すようにマイクロ波フィルタの２重縮退モードによる共振器をフォトニック結晶点欠陥共振器に応用することにより，コンパクトなフィルタを実現することができた．さらにフィルタの高減衰傾度を実現するために，入力と出力導波路との結合カップリングを利用して帯域外に減衰極を作り，スカート特性を改善し，これまで実現できなかった特性を可能にした研究論文は大きな反響を得ている．
図４ フォトニック結晶による減衰極を有
６．最後に
これまでの 41 年間の研究生活をふりかえってみると，
光
波・電磁波回路の研究を発展させながらも，およそ 10
年ごとに研究の内容が少しずつ変化しており，時代の流れとともに研究課題もシフトしている．最初はマイクロ波帯，次に光周波数帯，ここ５年間は，電波と光の境界に位置するテラヘルツ周波数にたどりつき，２次元平面回路から３次元立体回路へ一歩踏み出したところではあるが，博士論文のときに将来の研究目標として掲げたテ
ラヘルツ帯のところに到達できたことは本当に感慨深いものがあり，結局，無我夢中で努力していると時代が助けてくれたような気がする．しかし，許教授から与えられた「平面回路の固有モードによる回路合成」という大命題はまだ完全には実現できていない．また学部生や院する高性能フィルタリング特性
生とともに過ごした 41 年間は長いようであっという間の時間であった．神奈川大学の電気工学科，電気電子情報学科，電子情報フロンティア学科，そして，また電気
電子情報工学科と数回の名称変更を経験しながら，卒論や修士論文を完成させて巣立っていった学生の顔を昨日のように思い出されるのは，年をとったからであろうか．
是非，神奈川大学の工学部の発展，電気電子情報工学科
はもっと発展することを願って筆を置きたい．
最後に，４１年間に渡って，大きな病気もせずに，恩師，学科の仲間，そして多くの卒論生，大学院生に支えられて研究生活を送ることができたことに感謝いたします．神奈川大学の潤沢な研究費にも感謝いたします．

103

ねじ雑感
細川 修二＊

Thoughts of Screw Thread
Shuji HOSOKAWA＊

１．はじめに

部に左ねじを加工したねじ棒試験片を用い、両端の回転「宮面ヶ丘に花咲きて、色は匂えど散りにけり…」。私を拘束して引っ張ると中央部分がうまく捩じれる。いつの学生時代に神奈川大学宮面寮の寮生がよく歌っていたもお世話になっている熊倉進先生にその捩じれ角の測定

逍遥歌の１節です。当時、8 号館 5 階から眺めた宮面ヶを手伝っていただき、1 本のボルトに右ねじと左ねじを丘に建つ宮面寮と遠くに見える富士山が、夕日で茜色に持つゆるみ止め部品が出来上がりました。

染まり、とても美しく印象的でした。

花のつるを観察しますと右に巻いたり左に巻いている

半世紀を経た今でも、23 号館 7 階の居室からはときにものを見かけます。調べてみると胡瓜のつるが垣根に巻

夕日を見ることができます。もっとも、宮面寮は大学紛

きつくとき巻き方を替えている。これは風にふかれてつ

争後しばらくして 20 号館に建て替えられ、富士山も周りるが伸びる時、捩じれを相殺するためだろうと書いた書に高い建物ができて僅かに見えるだけです。

物（浅川勇吉著、実験機械工学、現代工学社発行、1966

ねじは古くから身近にあり、現在でも新しい製造技術

年）を見つけました。著者の鋭い観察力や、捩じれ角のによってつくられ、さまざまな分野で多く用いられてい測定法と同じ考え方に驚き、また神秘的とさえ思える植ます。私がそのねじに関わって 30 年以上が過ぎ、これま物の素晴らしさに感動し、自然界の現象に学ぶことの大での経験や折にふれて感じた事を少し記述させていただ

切さを教わりました。

き、その話の一部でも皆様のお役に立てれば幸いです。

ほぼ同じ時期に、ねじ締結に関する著名な G.. H ユン
カー氏の「ねじの弾性限界締付け」についての特別講演

２．花のつるを拝聴する機会を得ました。これまでの常識では、ねじ私が最初に関わったねじの実験は恩師宮田忠治先生のは必ず弾性域内で使用し、弾性限界では危険とされていボルトの高速衝撃引張、そして次がゆるみの問題です。

ました。しかし、ねじを弾性限界まで締付けることで締

当時からねじのゆるみに起因する事故が多く発生し、重付け力は安定し、ドイツではこの研究が進められていま要な問題となっていました。ねじのゆるみ機構の一つとした。今では日本の自動車メーカでもこの締付け方法がして、ねじは引っ張ると捩じれる。このため引張荷重が多く用いられていて、従来の常識にとらわれない物の考繰返し作用すると、ナットは捩じれに伴って次第に回転え方の大事さも学びました。

しゆるむというものです。これを実証するために、ねじ棒の引張りに伴う捩じれ角の測定を試みます。しかし、ねじ棒は両端の回転を拘束して引っ張ると捩じれず、回３．日本最古のねじ探し
織田信長が当時の戦いの方法を一変させてしまった火転を自由にするとうまく引っ張れない。そこで恩師の津縄銃は、1543 年（天文 12 年）種子島南端に漂着した難村利光先生のアイデアで、1 本の棒の上部に右ねじ、下破船上のポルトガル人によって初めてわが国に紹介されたことは良く知られています。
「日本におけるねじの始*准教授 経営工学科
Associate Professor, Dept. of Industrial Engineering andManagement

まり」（日本ねじ工業協会発行、1982 年）等の書物によると、その銃身最終端部の腔孔を閉塞する方法としてねじの機構が発見され、これがわが国におけるねじの始ま104

神奈川大学工学研究所所報りであるということになっております。

第 38 号利用される情報はほんの一部で、大部分はただ消え去っ

この話を知った時は、日本でどうしてねじが生まれなていると思われます。今後も益々技術的進歩と共に情報かったのだろうと不思議に思い、古いねじを探すためには多くなっていくと考えられる。しかしながら、各自に積極的に博物館へと出かけ、動く機構の時計やからくり

は時間、あるいは吸収能力といった制約があるため、必人形に興味を持ち始めました。数年が経過した後「日本要な情報までも失ってしまうことが危惧されます。

ねじ文化史」（村松貞次郎著、日本機械学会誌 83 巻 735

日本工業規格（JIS）は、2011 年現在で約 10200 件の規号 1980 年）に、ねじの歴史が詳細に記されていることが格の適正な内容を維持するため、原則として 5 年以内にわかりました。その論説の中で、ねじは江戸時代製作の見直しが行われ、改正し、新たなニーズに即した JIS が櫓時計にベルを留める箇所にみられ、またからくり師細制定されています。昨年はこのねじに関する部分の JIS

川半蔵頼直著の「機巧図彙」（寛政 8 年、1796 刊）の中

改正原案作成委員会に出席しましたが、情報が多すぎてにも上記の櫓時計とそっくりな図と解説がある程度で、改正に時間を費やしました。そこで、今後は多くの情報

日本の技術史は古代から明治初年のころまで無ねじ文化の中から信頼できるねじに関する技術情報を、うまく利史であったように思われる、と述べられています。

用する方法や設計などの要求に応じることのできるシス

2002 年の冬、山口県岩国市の錦川に架かる錦帯橋（1673 年に創建、2 度の流失、当時の物は 1953 年完成）

テムを、情報の専門家の方からお教えいただければ良いと願っている次第です。

の半世紀ぶりの架け替え作業を見学する機会を得ました。
橋を下から眺めると見事なまでの木組みで、その匠の技

５．近い将来に驚かされ、ねじどころか釘も使っていない美しい橋で

現在はねじ締結部のメンテナンス技術の重要性が指摘す。この橋を見ていると、日本にねじの発想が生まれなされ、締付け力の診断方法の確立が必要とされています。

かった理由の一つに、日本的な木の文化と手先の器用さ

ねじに関する人々なら誰もが、ゆるみや締付け力が簡単

が、結合には木を組み合わせ締付けにくさびを用いるこにわかるねじ部品があればと思い続けている。すでに測とで、回転を要するねじを必要としなかったのかも知れ

量では IC チップをねじの頭に埋め込んだ測量用ハイテ

ない、と思うようになりました。それでも夢を求め、今クねじが開発されているように、1 本 1 本にチップの埋も時々古い絵巻物や版画のある美術館や博物館に足を運め込まれたねじで締付け力を管理する日も近いと思われんでいます。日本のどこかで、古いねじを使っているとます。

思われる物の所在をご存知の方は、ぜひ教えていただきたいと思っています。

最近では企業の方々との交流もあり、軽量化に貢献す
る新しい材料のマグネシウム合金ねじや金属ガラスねじの開発にもかかわっています。これらの研究成果による

４．情報について機能、性能、品質の向上はもちろん、量販店などでは美信長の話の続きとして、1560 年、織田信長が桶狭間でしい色のねじを見かけるようになり、近い将来、ねじは今川義元をうちとったことはよく知られています。この画一や規格と相反する、個性、魅力、感性などの領域と戦いには、梁田（やなだ）政綱から義元が桶狭間で休憩も無縁でなくなってくるように思われます。

中の情報を元に、信長の奇襲が成功し、毛利新助が今川義元の首級をあげています。信長はこの情報を提供した

６．おわりに

梁田政綱には沓掛村 3000 貫の地を賜ったが、義元の首級長い間機械工学科に在籍し、その間に多くの学科の皆をあげた毛利新助の褒美はそれより少なかったとのこと

様方にお世話になり、さらに経営工学科に移った後も、です。この時、すでに信長が情報のいかに尊いかを認識

多くの教職員の方々にお世話になり、本当に有難うござしていたことに当時感心しました。

いました。古くて新しい、そして 1 回転してもわずかに現在はインターネットが普及し、多くの情報を簡単に

1 山だけ進むねじは、古風でスローライフな私の生き方得ることができます。
「ねじ」
をインターネットで調べてに似たところがあります。今後は、このねじと関わるこ

みますと、多くの事柄があらわれましたが、これらの内とも少なくなりそうです。

容をすべてみることはほとんど不可能です。

「山坂越えて返り見る夕日かな」

しかし、最近では情報の過剰化が進み、情報の消費率

技術随想のつもりがお願いばかりで、取り止めのないは低く、インターネット、携帯電話、テレビ、パソコン

お話と駄文をお読みいただく神奈川大学工学部の皆様になどによる情報供給の伸びに消費が追い付かず、実際には感謝申し上げます。

105

研究雑感 ― 学生時代と最近 3 点
松井 正之＊A Researcher’s Essays: Student age vs. Recent-3
Masayuki Matsui＊

１．緒言

うになった．サイバネティクスは，従来の分析的アプローチに神奈川大学でいただいた貴重な教育と研究の機会に感かわるシステムズ・アプローチともいうべき新しい科学的方法

謝いたします．
この 5 年間は，次世代の経営工学は，3M&I論を提供したのみではなく，技術論にも影響を与え，頭脳ロボ系の術(art)であると考えてきましたが，以下は学生時代

ットを人類にもたらそうとしており，今日の情報科学の母体との話と最近の拙著 3 点です．ここで，3M&I 系とは，資なった．戦時中にアメリカで芽生え，N. Wiener によって“サイ源のヒト(労働)，モノ(生産過程)，カネ(資本)と，方法のバネティクス”と提唱されたこの学問は，実は，その背景にお情報(知恵)であり，この個体の 2 重性，ムダ対効率基準，

いて，機械論的人間観から有機体的人間観への転換を意味して個体のロボット化とバランシングなどが問題である．

おり，そういう人間に対する視点という一つの前提条件における変化の上に構築されてきたものである．このことは，人間にA．私の大学での学び「経営工学における人間」
大学における学問は，人間をどう観るかによって変わってく

対する観点の転換が学問に大きな変化を与えたものとして，大事なことだと思う．

る．学びの学問は，その時代の環境を前提(考慮)して受け入れる必要があり，固定されているものではない．環境が変化し続(2) 経営工学における人間 ― ある視点

ける中で，人間(自分)を模索していくことが求められている．

経営工学における人間は，何よりも，経営を構成する重要な

以下の駄文は，私の大学学部時代の学びでの模索例である．

“資源”としてみなされる．この視点を前提として，経営工学(1) 人間 ― この未知なるもの

における技術は開発されているのだが，この“資源”は単なる大学に入学して間もなく，ある当時の教養部の先生から，資源とは大分違っていて，特に現場においてはしばしばこの状

A. Carrel 著｢人間―この未知なるもの｣という文庫本を読むよう態に直面する．すなわち，物体のように一意にコントロールがに薦められた．早速買ってきて読んだのだが，読むにつれて人できないばかりか，時には“資源”としての存在さえ否定し，間というものがわからなくなってきたのを憶えている．けれど

経営を破壊することさえあるのである．

も，何か非常に引きつけられるものがあり，続いて“サイバネ

人間は，抽象的な物体・物質，点では存在しえないし，人間

ティクス(Cybernetics)”という新奇な名前を教えられたのがもとを部分に分けて考えることは無意味なのである．人間は，単なで，その後，3 年生になってこの学問にとりつかれてしまった．

る“資源”であるよりもまえに，生きている，生命ある，考え

ところが，この勉強はやればやるほど解らなくなる感じで，る主体なのである．

同級生や大学祭の経工展(第 1 回)で他人に説明するのも冷汗のある面では，経営工学のあゆみ(特に思想史上における)は，

連続であり，特に，最初の頃はほとんど自分でやる外には教え

機械論的人間観からの脱皮という大きな変化のなかで，技術のてもらえないし，第一，だれに聞いたらよいのかさえ解らなか前提となる人間に対する前提のおき方，すなわち，人間をどのった．そうこうしている間に，共立出版から｢情報科学｣シリー

ような“資源”として考えてきたかの苦難のあゆみがあるようズなるものが出版されるようになって，ほぼ全貌がつかめるよに思える．

*教授 経営工学科
Professor, Dept. of Industrial Engineering

組立ラインのロボット化によるオートメーション時代に入りつ

テイラー時代からホーソン実験へと，そして特に最近では，つあり，生産ラインにおける人間的要因の比重は低下していく106

神奈川大学工学研究所所報第 38 号ことが予想され，人間は肉体労働者から情報的労働者に転換し最初は，自動制御系の理論に対比させて，待ち／在庫のコンていこうとしている．それに伴って，“工業経営学(IE)”から

トロール理論の発展に関わってきた．企業もこの種の入出力系“経営工学(ME)”への脱皮が求められている．

と同様なアナロジーをもっており，しかしながらフィードフォ
ワード系に特徴をもつマネジメント領域があるのではないかと(3) 専門領域との関係いう展望がある．

専門領域というよりも，現在研究している領域といった方が学位研究は，コンベや系の先見制御研究(モダン作業研究)で正確なのだが，経営システムの領域で，特に“経営におけるシあった．
この研究は，
確率的な待ち行列理論アプローチであり，ステムの設計原理”とは何なのか，ということに研究のねらい

その過程で，待ち行列系における2 つの「ムダの公式」と「松を定めている．
当面は，システムの確率論的研究ということで，井の式」が生まれた(1977 年)．

具体的には，｢ある種のコンベヤー・システム設計のための待ち
行列的接近｣についての研究をしている．

最近，この「松井の式」の2 重性が，リトルの公式(1961 年)の拡張形に留まらずに，自然対人工体(ウィーナーの動物対機械

この確率論的システムにおいて人間が含まれる場合には，人ではなく)におけるサンドイッチ理論のベースなどとして期待間またはその集団の行動のランダム性に対してモデルが立てらされており，3M&I 系個体理論の基底(命題)となりつつある．これ，このモデルを解くことによって，ランダム性を吸収するよ

れは，人工体視点での企業ロボット化から宇宙論議への切り口

うな方策や，システムの設計が考えられる．これは，従来の作につながってくるかもしれない．

業研究的アプローチとは違った設計的アプローチである．

他方の「ムダの公式」は，サイクル世界における遅れと溢れOR アプローチにおいて，数学モデルを使う場合には，人間の線形関係であり，入出力公式と同値である．特に，この公式

は単純な行動をもった抽象化されたものとして考えざるをえな

は，
3M&I 系におけるプロセス(サイクル)のベースとして期待さいが，これは別の観点では，単純な前提条件から複雑な現象にれているウィーナー／シャノン情報論のムダ(冗長)対価値(エンおける法則を見出す方法として非常に有効なものである．学問トロピー)とは別視点を切り開く糸口となっている．

の発展は，より単純な前提条件から複雑な条件をもったものに

最近の研究で，効率(ヤセ)対ムダ(デブ)の尺度として，カメレ

進むのであり，また，より単純なシステムの法則を見出すこと

オン基準(メジアン)を提案している．この基準は，ムダが個体は，それ以上に大切なことである．経営システムにおいても，系を循環しているバランシングの均衡点とも考えられて，

もっとこの面での研究がなされるべきであると思う．

3M&I 系において以下のアナロジーが成り立つと思われる．

なお，経営システムにおける人間的要素については，以前のムダ ↔ 限界価値 (利益，冗長) ↔ 血液

職務設計の研究の関係から，経営組織のシステム的把握の問題，

これは，これは，自然対人工体におけるプロセス系の基底(命題)

特にその集合論的研究について，今後とも研究していきたいとを成すとなりつつあるもう一方である．(2015.7.24 記)

思っている．(1969 年12 月16 日 卒業後記)(2) 経営工学100 年から観た社会ムダ学の進歩と次世代
100 年前頃に，時の米国大統領ルーズベルトは，物的資源のB．最近の3 点「新サイバネティクスに向けて」

保全は，国民の効率への大きな一歩に過ぎない，と演説した．

学生時代から約45 年後の現在，今の関心は，N. Wiener のサ

経営工学(IE)は，その国家的要請に答えるものであると，科学

イバネティクス(動物対機械)から新サイバネティクス(自然対人的管理法の父であるF.W.テーラーは，著書でその価値を位置づ

工体等)に向けられている．以下は，最近の3 点である．

けている．

(1) 経営工学対サイバネティクスから3M&I系個体科学への道へ
これまでの約50 年間に及ぶ大学生活の中で，
N.ウィーナーのそれ以来，米国で発達した経営工学は，EU や日本でもIE を用いることによって，製造業における生産性を50 倍に上げている．これに失敗したソビエトは，その後崩壊してしまった．

サイバネティクス(Cybernetics)との出会いから今日までの間，経マネジメントの父であるドラッカーは，この生産性の向上は営工学とか関わりながら，3M&I 系とサイバネティクスとのア経済学者が言う設備投資によるものでなく，テーラーによる仕ナロジーが何かと念頭にあった．

事の革命，ムダへのシステム的取組みの成果と指摘している．

そのためか，これまでの研究生活は，背面でみるとポスト・生産量は機械の能力を超えることはできないのであるが，人間

サイバネティクスに向けられて導かれてきたような一面がある．

や社会の力(モチベーション・イノベーションなど)は，この限

ウィーナーのサイバネティクスは，動物対機械における通信と界を超えさせるものがある．

制御系に着目している．筆者には他の世界にも，特に離散系ならではの別の科学があるのではないかと思えていた．

一方では，サービス業の生産性の向上は，米国では進歩したが，日本ではIE の導入が中途半端であったために非常に遅れて

研究雑感 ― 学生時代と最近 3 点いる(非製造業では米国の1/2 ほど)．この対応は，今後の日本の社会の発展(生産性)にとって重要で，最近注目されて努力が向けられている．
また，東日本大地震の教訓は，ムダ(在庫)はゼロに向かうだ
けではだめで，バッファやストック(貯蔵)としての価値も大切107(3) 未来へ：企業電動機体，CEO ロボットからクラウド社会へ
近い将来において，企業のロボット化やクラウド SCM などの実現も現実化してくるかもしれない．
すでに1948 年にはドミニコ派の神父は，「管理機械」の製作の理論的可能性について述べている．

であることを教えている．これからも，ムダは，絶対的な大小

企業ロボット化には，サンドイッチ理論による企業電動機体

ではなく，社会や環境に応じて決められる相対的な存在(カメレタイプと，経営組織理論による CEO ロボット化が考えられてオン基準)と考えられる．
すなわち，今のムダは，次への進歩の泉である．社会のシス
テム(環境も含めて)が変われば，それなりのムダが生じる．そいる．前者は，マトリックス／3D アプローチによって可能であり，後者は人工知能／IoT ( internet of things )アプローチによって可能とされている．

れは，ムダの循環サイクル(潤滑油として)と考えてはどうか．

両者の違いは，前者がボトムアップとトップダウンの止揚化

これを衰退・退廃ではなく，成長サイクルに向けることが重要による企業全体のバランシング構造を考えているのに対して，である．今ムダのないシステムは，次の環境への適応力に欠け

後者はトップレベルの意思決定の自動化と組織構造に焦点を当る．

てているところである．今後の発展が期待される．

企業の利益も，一種の潤滑油であり，ムダと同様な性質をもまた，クラウド社会としては企業等の個体系のネットワークっている．絶対的な大小ではなく，それ相応の額 (活用分だけ管理問題が当面の課題である．もともと，企業連鎖(SCM)は市の)があるだろう．過ってのソビエトでは，利益の向上にあまり

場の経済／企業ルールに従うものであり，互いを調整するよう考慮が足りなったために，進歩へのサイクルを回すことができ管理者は存在していない．今後のクラウド社会(例えばスマートなかったとも考えられる．

シティ)では，個体中心的アプローチによるクラウド・バランシ

このような二面性をもつ存在としては，在庫(ストック)がよく知られている．在庫は，取り巻く環境(状況)によっては資産ングにより，これは需給系を中心にして可能になると考えられる．下記にあるコラム記事を参照．(2015.8.14 記)にもムダにもなる．たとえば，有限なものは資産価値が高くなるが，無尽蔵と考えられるものはムダに消耗品として扱われる．
企業のムダや利益だけではなく，社会的ムダも，成長への循環サイクルに向けて，回していくことが，社会，経済の進歩に貢献するだろう．今後も経営工学が，その役割をはたしていくことが，社会から(特に，サービス業において)問われている．
最近の話題であるが，日本の潜在力として，女性力が注目されている．これまで，女性のマンパワーという人財を温存(ムダ？)してきたからこそ，次の環境，成長へのこの活用が可能であり，期待できるわけである．この女性力を組み込んだ成長への循環サイクルの確立が急がれる．
自然には，ムダの無いように，ムダが取り除かれた(淘汰された)，ムリのない環境にあった世界があると考えられる．人間の生み出す人工物(社会も含む)には，まだ多くのムダがある場合があり，自然に帰するプロセスへの，ムダ，矛盾のあるサイク
ルを経過していく宿命をもっていると思われる．(2013.2.7 記)

日刊工業新聞コラム記事〈 2014.11.22 (木) 〉

108

なぜか「災害と離島」に深く関わることになった
重村 力＊

I found myself involved deeply in “Disaster and Island”
Tsutomu SHIGEMURA＊

災害と離島

生が大いに評価してくれた。大学に入ると、私は早稲田「災害と離島」と言う言葉を表題にしたのだが、誤解の理工学部の形式的で表面的な共通教養科目の教え方にされないように書いておく。離島の災害問題について、はうんざりしていた。湘南高校や駿台予備校の方が、よ論じようとするのではない。私は、都市の居住や集落空

ほどわくわくするような深い学問の世界を垣間見せてく

間や教育施設の専門家だと自覚して、建築計画や地域計れていた。
そして 65 年の授業料値上げ反対運動に熱中し、画の分野で研究活動を進めてきたつもりだが、気がつい

66 年の秋にはもう学生運動のセクト主義が見えて、それてみると災害からの復興の専門家としても評価されるこにもうんざりしていた。

とになった。またずいぶん多くの島にも関わったことにそんなとき、
クラス委員をしていた私に大学院生の TAなっている。神奈川大学退任にあたって、その背景を振（地井昭夫＝後に広島大学教授）が来た。
「重村君 ぼく

り返ってみたい。

たちは伊豆大島で大火後の復興の都市計画のための調査をしている。だれかその手伝いをしてくれる学生を紹介してくれないか。
」という。二つ返事で「僕が行きます」と答えた。災害と離島のはじまりである。
図 1 伊豆大島

発見的方法
伊豆大島で学んだこと

その頃は江ノ島から大島に東海汽船の航路があり、元1965 年 1 月に伊豆大島の中心集落、元町で大火が起き町の桟橋に下りると、都はるみの「あんこ椿は恋の花」

た。大島は秋冬など澄んだ空気の日に鎌倉の海岸に立つが大ヒットした時期で、「三日遅れの便りを乗せてフネと、水平線の向こうにいつもくっきりと見えている島でエがユ～クウユウク波浮ミ～ナアト」と彼女の気張り声ある。小学校 1 年（1951）の時には三原山が噴火し、鎌が、島中に溢れていた。１週間ほど滞在した。当時はコ倉の海岸から夜、赤々と見え、小学校２年の時にＪＡＬ

ピー機がないので大学二年生の私の仕事は、人間コピーの木犀号の三原山への墜落事故が起き、想像をめぐらし機になることであった。統計書でも図面でも先輩が必要た。そのように大島をこころのどこかでいつも意識してと思ったものは私が書き写す。役場のとなりにある木造いた。元町の大火の時に、私はお茶の水の駿台予備校にの倉庫の 2 階でひたすら書き写しをやっていた。ひっき通う浪人生で、もうすぐ試験が終わって大学生になれる

りなしに役場の女子職員がお茶や果物やお菓子を持ってと思っていたときだから、予備校で受験参考書がいらなくる。後で気づいたのだがモテテいたようだ。学生服のくなったら、きっと困っている大島の高校生に送ろうと私は、うぶでそんなことには一切気づかなかった。当時

小さな運動をした。世界史の村山正雄という尊敬する先の吉阪隆正研究室が調査していたのは、島の環境の中で人々が自覚せずに創りだし、承け継いできた、生活空間*教授 建築学科
Professor, Dept. of Architectureの素晴らしいディーテイルを探し出し、描出し記述し、都市計画に反映することであった。そこに知性を感じ、想像力がかきたてられた。大学の授業よりはるかに面白なぜか「災害と離島」に深く関わることになった109いので、授業には出ず、教科書だけ読んで先輩に教わるが行われる。柳宗悦ら民芸運動の創始者たちが沖縄を絶ことにし、研究室に通ってこの作業を手伝った。のちに賛したように、人々の生活の中に芸術がある。沖縄のガ「発見的方法」と呼ばれるようになったこのポストモダ

ラス工芸＝琉球ガラスもその一つで、戦争直後、生活雑ニズム的方法が、知らぬまに私の身についた。

器が圧倒的に不足する中で、米兵たちが大量消費するビールやコーラの瓶のガラス材を集めて、再生して、ガラ

沖縄との出会いス器を吹いて造り、食器や雑器づくりを始めたことに端

大島で勉強したことは、のちに沖縄で役に立つことにを発し、いまでは重要な民芸品になっている。沖縄が私なった。当時ヴェトナム戦争に協力していた政府の方針たちにあたえたショックは、このように深い伝統の基盤に私たちは反対していたが、沖縄の米軍統治への抵抗運の上に、最先端の現代文化が生きているという事実であ動も極値に達していた。68 年に佐藤栄作が訪米し、沖縄った。そのころ全盛であったプログレッシブ・ロックのが「両三年以内＝within a few years に日本に返還される」

気分とこれは見事に一致した。那覇にロックが聴けるデという日米合意が成立し、実際には 72 年に復帰した。69

ザイン用具店とカフェを兼ねた「ドグラ・マグラ」（75

年に学部を卒業した私はそのまま大学院に進み長く在学年）を沖縄の友人が開店し、私たちが内装をし、壁画「緋することになる（～77 年）。院生になったころ、大島の牡丹ガジュマル」を描いた。

作業を一緒にやった先輩たちと設計事務所を創る話が持ち上がった。私は院生と事務所員を兼任して大学と事務

沖縄の民家所をつなぐということになり、70 年に象設計集団という

しかし大いに問題だったのは、私の専門である建築や

設計事務所ができた。仕事は少なく貧乏であったが、み都市の分野では、伝統と現代の関係が、むしろ不連続に

なで丁寧に仕事をした。そんな頃、南方同胞援護会からなっていることであった。沖縄には赤瓦の伝統的な民家話があった。南方同胞援護会（後の沖縄協会）は、米軍の形式がある。戦争で多く失われたのだが、70 年頃残っ統治下の沖縄地域に政府資金を投下するための、実質的ているものもあり、再建されコンクリート瓦を乗せていな政府機関であった。復帰を迎える沖縄の仕事をするこるものもあった。この民家の形式は日光の熱い直射が強とになり、最初はコザ市に建つ「沖縄子供の国・子供博

く、時に激しい雨が降り、台風時に強風が吹くという、物館」（70～72）の企画と建築設計を行った。

沖縄の自然の災厄に対処しているとともに、涼しいそよ
風をどう家の中に取り込むか、軒先の気持ちのよい日蔭

現代に生きている伝統をどうつくるか、と言うことに応えている。北中城村に

沖縄は周知のごとく大きな島である。沖縄との出会いある重要文化財の民家＝中村家に行くと、外はかんかん

は実に刺激的であった。民謡・三線などの音楽、陶芸・

照りなのに気持ちよく昼寝ができる快適さがある。もち染織などの美術、これらの伝統芸術・芸能が私たちを驚

ろん冷房などなく、十分風土的に合理的な空間構成なのかせたのは、それが過去の伝承ではなく、現代に生きてである。

いるということである。民謡を例に挙げると、那覇には

沖縄の現代建築はこれをキチンと継承していなかった。

いくつもレコード会社があり、どんどん新曲が出ている。

那覇のまちの普通の建築は、日本の他の地方都市の建築

酒席では楽器があれば楽器、なければマッチ箱のようなと変わらず、コンクリートの町並みが続き、日射しの熱

ものまで楽器になり、それが奏でられて、即興の詩が謡を帯びて、歩くと暑くて卒倒しそうな炎天下の風景を現われる。それが踊りとなり、まちの関係ない通行人まで出していた。70 年代はまだ車にも個人の家にもクーラー

もが巻き込まれて踊られる。戦火で焦土と化し、２５％などないので、建物の中での会合は、夏には実にうっとの人口（当時の若い男性が多い）を失った後、戦後の収うしいものであった。島の人が会館で集まって、外に出容所の中でも、黒檀と蛇皮と象牙で造られる三線が入手て、樹木の下で会合をしているという風景によく出会っできないときは、米軍が消費するコーヒー缶＝MJB の空た。

き缶に角材をつけ、針金を張ってカンカラサンシンと言うものを創ったらしい。これは独特の音色がするので、沖縄エコ建築をめざして

いまでも愛用する人がいる。民謡は楽しくも悲しくも歌

建築の内部空間は普通の環境よりも災厄が少なく、よ

われ、ゆっくりとしたのびのある間合いもあれば、カチ

り快適なものでなくてはならない。植物の下が気持ちよャーシのような速い囃子もある。芸術芸能が自分たちのいのならその仕組みを建築が取り込まなければならない。

心の中で生きているからこそ、生活の場面で即興的創造

そう思って沖縄を歩いていると、集落の中はフクギの屋110

神奈川大学工学研究所所報敷林やガジュマル（榕樹）などの照葉樹や相思樹・銀合第 38 号

沖縄らしい地域開発の形

歓・クワディーサ（＝こばていし）などの落葉樹が大き上記のように書くと、沖縄での仕事が順調に展開したな気持ちのいい緑陰をつくり、実に快適であった。名護かのように聞こえるかも知れないが実際はその逆だ。72

市の名護中学校は、不思議なことに屋根に樹が生えてい年沖縄復帰と前後した時期は、オイルショック直前、本て涼しいという噂を聞いたので、見に行くと確かに屋根土でも高度成長の最後のあだ花が列島改造論として開花の上がモクマオの林になっていて涼しい。私たちの師匠していた時期と一致する。沖縄には「亜熱帯のリゾートの師匠にあたるル・コルビュジェがインドで設計したサ

楽園開発を」夢見る不動産業者と開発資本が押し寄せ、ラバイ邸のようでもある。聞けばある時代の教頭の工夫

さまざまな集落の入会地・共有地が見境なく買い占めらだという。
暑いので屋根に土嚢を積み、断熱していたら、れるという現象が始まっていた。私たちは沖縄の自然やそこに実生が生え、やがて生長して林になったという。

集落や沖縄の文化こそが価値で、これをなくしては、沖２階建てで屋根荷重に余力があったからよかった。沖縄

縄の開発はないと考えた。
戦後 27 年間沖縄の意思が反映中の風土に配慮した建築を見て歩き、時に戦前の内務官

されない統治をようやく回復したのだから、いまこそ沖僚の設計者の話を聞くために熊本にまで足を伸ばした。

縄の主体性で沖縄の開発をじっくり着実に進めるべきでそうして沖縄子供の国の次に、ようやくもらった公共建あるというのが私たちの主張であった。当然これとは反

築＝今帰仁村中央公民館（75 年）では、なんとか沖縄の対の意見も存在する。沖縄の人の中にも沖縄をハワイの気候の中で冷房せずに気持ちのよい、公共建築を創ろう

ようにしよう、シンガポールのように古い集落は取り払とした。子供博物館では、屋根スラブからの受熱を防ぐって開発しようとする意見があった。私はこの頃大いにために、沖縄の焼き物で創ったヴェンチレーションブロ

論争をし、新聞にも論陣をはった。まだ 25～6 歳の若さ

ックを屋上に敷き詰め、空気層のある二重の屋根を形成であったのだが、平気で財閥の領袖や政治家や教授たちして涼しい建築をめざしたのだが、地元のやんちゃな高と議論をした。沖縄がよかったのは私のような意見を権校生たちが、足でこのブロックを割れることに気づき、力者が青臭い議論と切り捨てるのではなく、堂々と相手みな割られてしまった。今帰仁村中央公民館は、コンクになって尊重してくれたことである。7３年の新春、沖縄リートの大屋根を無数の柱で支える大空間を創った。風

開発庁から予算を百万つけるからハワイに年度内に行っ通しのよい、十分雨からも守られた大きな日蔭の下に、てきてくれと頼まれた。その頃の私の英語力は低く、2諸々の室は木造で創り、熱的に分離した。さらにこの大週間の調査では後半どうにか意思疎通ができる程度だっ

屋根の受熱をも防ぐために、上にパーゴラのネットワー

たが、なんとか州の局長や市長や教授や銀行幹部と話をクをかぶせ、そこをつる性の植物で覆うことにした。ウ

し、トランク 2 個分の資料をハワイから入手してきた。

ッドローズとブーゲンビリヤを植え、早く生える草本のハワイは、アメリカでも最も計画行政が進んでおり、実ウッドローズがまずネットワークを創り、そこを木本のに緻密な土地利用計画や景観計画を持っていて、また民ブーゲンビリヤが追いかけると言う構成だ。今帰仁村中間と公共の共同事業や役割分担も進んでいる。私たちが央公民館＝芸術選奨・文部大臣新人賞（77 年）。この公学ぶべきはこの計画行政であり、決して見かけの開発で民館も好評を得たがその４年後隣接市の名護市庁舎のコはないことを主張し、乱開発を防ぎ、長期的視野を持つ

ンペに通り、名護市庁舎も沖縄らしいエコ建築として実計画の必要性を訴えた。

現することになった。名護市庁舎＝日本建築学会作品賞(81 年)。

水系を基本とする土地利用計画
その後、さまざまな公的計画を受注することになった。
名護市土地利用計画では、小水系を環境単位とする土地
利用の新しい分析法と計画法を創り上げた。沖縄本島には微細な水系がおびただしくあり、離島のため飲料水や農業用水が常に不足すること、雨量が大きく表土が微細であるためエロージョン＝土砂流出がすぐ下流に及び、珊瑚礁を死滅させる危険がある。
そのため水系を尊重し、急傾斜面を緑地で守りながら保全することは実に大切なのである。これらの水系は実はほぼ沖縄の集落の単位と
写真 1 名護市庁舎も一致し、コミュニティが環境を管理する社会単位とも

なぜか「災害と離島」に深く関わることになった111なっている。共有地の開発は集落懇談会の同意が必要と地区の復興をサポートする組織を作った。阪神・淡路のいう仕組みもつくった。のちに都市計画学会長となった

災害からの復興の最大の論点は、被災時に実質的な救援

日笠端東大教授が名護市を回り、ほかの地域と景観が違がほぼ 48 時間ないままに、住民たちが緊急に創り上げた

うのに気づき、計画書を読み、77 年に日本都市計画学会

助け合い体制や、それ以降ボランティアも加わって行わ賞をいただくことにつながった。表題の災害と離島と言れた被災地の応急支援を、被災地の自助・互助・共助とうことでは、沖縄では大きな自然災害とは出会わなかっ公助の組み合わせに発展させてどう評価し、それをどうたが、自然の過酷な条件をどのように克服し、利点とす

復興の原動力にするのかと言う点である。

るかに腐心した。さらには乱開発・買い占めといういわば社会災害に対応する、法的・技術的・社会的仕組みを創り、どうやって整った環境と景観を創り出すかと言うことを大いに学んだのである。

写真 2 阪神大震災 灘区の学生街 震災直後 この後火事発生

コミュニティに依拠する復興
阪神・淡路では国や県がいわば一方的に被災地域に都市計画や都市再開発を上から押しつけた地区と、地域コ
図 2 名護市土地利用計画 水系によるアナリシス

ミュニティの選択に任せた地区とで復興の成否が著しく異なっている。神戸市長田区や淡路島の富島地区は過大

阪神・淡路大震災との関わりな再開発や区画整理の計画に苦しみ、一方東灘区の復興

さてここから私の自然災害の直接体験について、駆けや淡路島東浦の復興はメニューリストを地域が取捨選択

足で書こうと思う。78 年以降神戸市に居住することにな

して進められた。前者では被災者のコミュニティは、計ったが、95 年阪神淡路大震災と遭遇することになった。

画決定以降、長い年月がかかる計画の実現の前に空中分

94 年 12 月に私は、フィリピンのマニラに呼ばれ、その解し、地域の主体的意思によって復興を進めることはで３年前兵庫県出石町で造った木造の弘道小学校が評価さきなかった。後者では先に述べた被災後の互助共助体制

れ、アジア建築家協議会=ARCASIA で金メダルを受賞し、がそのまま、復興の原動力となり地域の話し合いは順調

タキシードを仕立てて出かけたはずなのだが、その一ヶに進んだ。

月後に起こった震災で体験したことがあまりに鮮烈であこのように自然災害からの被災では、被災地域のコミったために、マニラを含め震災直前の一ヶ月の記憶が脳ュニティの継続が、地域社会のみならず、地域経済の持

裏から完全に消えてしまっている。震災で私の住んでい続にとっても重要である。

た東灘住吉の中古マンションは全壊し、1 階が押しつぶ

9 年後 2004 年中越地震が起きた。中越では阪神の失敗

され、避難階段が壊れ、7 階に住んでいた私はマンショを再現しないよう政策的修正がなされ、例えば仮設住宅

ン内の被災者を捜す過程で転落し足を骨折し、車いす生を造るときもコミュニティをシャッフルしないよう、集活をし、2 年間山手のマンションを借りて避難生活を行

落別に仮設を造り、復興は順調に進んだと言える。私はった。
数千人が死に、東灘区は最も多い犠牲者を出した。

建築学会の中越復興支援委員会の主査として提言をまと私の勤めていた神戸大学では 40 人もの学生の犠牲者をめた。

出し、建築学科だけでも 2 名の学生が犠牲になった。私2005 年の福岡県西方沖地震では博多湾沖の玄界島とたちはマンションの自力再建を模索し、住民中心で自主いう離島が被災し、ここではいろいろ問題はあったが、再建したマンションとして、97 年 3 月に再建されて、後このコミュニティ復興の原則は守られた。

のマンション再建法制化のモデルとなった。東灘区住吉

続けて 2006 年にはインドネシア・ジャワ島でジャワ島

112

神奈川大学工学研究所所報第 38 号中部地震が起きた。インドネシアでは、その１年半前

り、前年にも学生たちと訪問していた。沿岸集落では、12004 年に世界有史最大級のスマトラ沖地震および大津高所移転の成否（明治昭和津波による移転の評価）２防

波が起き、世界中の政府やＮＧＯによる国際支援が行わ

潮堤の成否３避難路の成否４津波防災伝承を調べながら、れた。大変な投資がなされたのだが、各国の住宅建設な

各集落を見て回った。被災の状況は筆舌に尽くしがたい

どがばらばらに行われ、一貫したインフラ再建などが不ひどいものであった。防潮堤の功罪については大いに議十分であって、地域社会が大混乱していた。ジャワ島中論のあるところだ。もっとも大切なことは津波の被害を

部地震の被災地はジャワ島の古都であり大学が集中する

よく知り、避難路を整備することである。昭和の津波以

ジョグジャカルタ市の南方である。ここで政策的影響力

降高所への移転居住が徹底しているところは、被害は劇を持つ学者たちは日本留学経験者が多く、阪神の反省や的に少ない。また津波防災知識が高く、素早く避難した

スマトラの反省から是非コミュニティに依拠した復興をところでも被害は少ない。
悲惨な結果を生んでしまった、行おうと政策提言をした。
収容所のような仮設を造らず、

宮城県石巻市北上川河口の大川小学校の小学生や教師た

すべて現地に仮設を造り、地域隣組 POKMAS に復興メ

ちの被災では、避難方法や緊急体制の準備が足りなかっ

ニューの選択意思決定を任せ、専門家はそれを助言するた。減災と言う課題においても、集落での伝承や備え、と言う仕組みを創った。私たち（神戸大学ＣＯＥ）もこ

コミュニティの共同性が大いに大切である。

れを支援した。ジャワ島中部被災地は、ほぼ 3 年で環境的にも社会的にも経済的にも復興し、コミュニティ復興のモデルとなっている。こうしていやおうなく災害復興の専門家にもなってしまった。
神奈川大学に着任して3年後の2012年日本建築学会から「コミュニティ研究に立脚した災害復興に関する研究」
で学会論文賞をいただくことになった。
東日本大震災とコミュニティの備え
2011 年 3 月 11 日、あの東日本大震災が起き、そして大津波が起きた。建築学会で私の属する農村計画委員会
が、ただちに動こうとしたのは、これが未曾有の集落災

写真 3 東日本大震災 広田湾の防潮堤決壊 ２０１１．４．２

害だからである。数百の漁村集落が被災した。このような集落の災害に対応する法的な復興制度はない。多くの二つの地域での復興支援と広域合併の問題

災害復興の制度は、都市災害を前提にしている。中越は以降、二つの地域で復興に関わることになった。一つ

そうではなかったのだが、大きな河川の河道閉塞が自然は岩手県大船渡市三陸町越喜来地区の四つの集落であり、のダムを形成したためこれを、解決せざるをえず、そのもう一つは宮城県の気仙沼市の離島＝気仙沼大島である。

土砂災害対策に付随して数個の集落の再建がなされた。

どちらも災害抜きで、出会いたかった美しい地域である。

玄界島は福岡市の市域内にあり、復興制度はよくも悪く

大船渡市の越喜来湾に面する地区は 2011 年に何回か集も都市計画制度や公営住宅の制度でなされた。そのため落を回っているときにヒアリングした。越喜来漁協長が復興景観から離島らしい特徴や集落らしい空間は消えて

復興委員会の会長になり、復興計画の策定助言を要請ししまった。

てきたのが発端となり、研究室をあげて集落別の復興計

3 月中に東北に行こうとしたのだが、被災者の救出収画の立案のための調査や計画作業を行った。気仙沼湾に容作業が続いていてなかなか許可が出ない。３月末にな浮かぶ緑の島・気仙沼大島の方は、私の所属する神奈川っていざゆけるとなったら、今度は具体的に、移動・宿大学日本常民文化研究所が、旧大島漁協＝現宮城県漁協

泊・食事・ガソリン補給などが大問題だとわかり、大い

大島出張所が所蔵する明治以来の漁協の資料が浸水流出に悩んだ。福島は関東の、宮城は東北の学者がやるだろしたことを知り、これを修復しようと、大学院歴史民俗うと考え、岩手に行くことにし、八戸工大の友人に４Ｗ

資料学研究科とともに作業を始めたことに端を発する。

Ｄを出動させてもらって南下し、岩手県南部では遠野市

どちらのケースでも、いわゆる広域合併によっていろいを拠点に沿岸各地に往復するというルートに決めた。遠ろな問題が起きていることが明らかになった。大船渡の野市には神奈川大学出身の本田敏秋市長がおり面識があケースでは越喜来（オキライ）という旧村が明治にあり、

なぜか「災害と離島」に深く関わることになった

113

昭和の合併で三陸町の中心になる。そして平成 13 年

れまでの集落構造の文脈から大きく外れず、いわば一段（2001 年）に大船渡市に合併されている。一つ一つの被と高い棚に水平に住居施設が並ぶことを理想とした。防災集落から見ると、最終意思決定がなされる大船渡市議

災集団移転促進事業の定義を少し柔軟に解釈して運用す

会や役所は大変遠いものになるし、行政の方から見てもることでこれが可能となった。一方で港湾に関連した生なかなか実感がわかない。宮城県では 2007 年に県内の産・流通施設は、いやおうなく水際に立地せざるを得な

31 の漁協が合併して一つの漁協になった。そのため、明い。先に述べた安全なレベルへの避難路をたくさん確保

治以来の漁協の文書を保存している日本でも珍しい（おする計画を行った。津波に対する地域全体の防御を防潮

そらく世界でも珍しい）大島漁協文庫の貴重さはなかな

堤だけに期待すると、壮大なものが必要となるが、景観

か県漁協には理解されなかった。地域が復興などのまち

的にも交通的にも海と集落とが極端に断絶されることはづくりに際して、自らの意思決定をできると言うことが漁村集落としては無理がある。ここでは防潮堤の高さをきわめて大切であり、地域社会を束ねる自治体や広域団

極端には高くせず、陸地側に造られる道路や鉄道敷など体にも適正サイズというものがある。

の盛り土を併せて、多重に防御する仕組みを考えた。こ

地域が復興などのまちづくりに際して、自らの意思決

れらの大きな土地利用計画や道路計画は大筋合意を得る

定をできると言うことがきわめて大切であり、地域社会のは簡単だったが、現実の高所移転地を公共的に入手すを束ねる自治体や広域団体にも適正サイズというものがるにはさまざまな困難があり、行政プロセス・民間合意ある。災害からみると、広域合併は行き過ぎである。

プロセスともに難航した上に、ようやく確保した高地斜面から埋蔵文化財が出て、文化財調査を優先せざるをえず、実に時間のかかる事業展開となった。2015 年現在まだ居住が始まっていない高所住宅地が多い。一方低地は土地利用を抑制するべきだが、緑地や生産施設や流通施
設など、一部の公共施設などで利用し、津波の予報が出たときは直ちに避難できるようにしつつ活用するべきである。しかし、被災施設が撤去された後、低地はぽっか
りと穴が空いた状況が続き、ここをどうするかが大問題であった。2013 年からかつて奥尻島や淡路島でも役に立った漁業集落環境整備事業を、東日本向きに改良した漁業集落防災機能強化事業が用いられるようになり、ようやく低地の土地利用について、制度をともなって考え始めることができるようになった。この頃、崎浜集落の低地に仮設の集会所を創ろうと言う話が盛り上がり、おりしもフランス政府のフランス財団の震災への寄付金を受け、私たちの研究室と地域の人々、ＮＰＯが協力して、

図 3 崎浜復興計画原案（重村・三笠研究室）

共同作業を行い、この集会所を創った。
「浜ライン」であ越喜来の復興計画立案と問題点
越喜来の復興計画立案では、居住地や学校などの公共施設をどう高い場所に移転できるかを考えた。越喜来では低地にあった学校や老人施設が無残に被災した。先に述べた昭和の高所移転が功を奏して、今回低被害であったほかの地域を見ると、水平移動距離があまり多くない
直上の高地に居住地を造った集落は成功している。越喜来では今回の津波以前から、高い土地に個別に移転している例がぱらぱらとあり、これらの並びに新しい住居や公共施設がはまるような in-fill 型の高地居住の実現を提写真 4 大船渡市越喜来崎浜 集会イベント施設

案し、はめ込み型の移転という名称とした。すなわちこ浜ラインの建設ワークショップ

114

神奈川大学工学研究所所報第 38 号る。
「浜ライン」
は被災集落のさまざまな会合に自由に活る島で、住宅もまだ復旧していないときに、このいわば発に利用されている。2015 年に神奈川大学建築学科にこ

倉庫に過ぎない建物を優先してつくるわけにも行かない。

の集落から一人の学生が入学した。
「浜ライン」
で被災地

文庫建設候補地は、漁協の仮事務所の敷地内、隣接の借のクラス会ができ、感動して本学に来たという。

地、市の開発センターの駐車場内など転々とした。一方で資料は徐々に大島に戻ってきたが、これを置く場所も気仙沼大島での文庫建設

ない、資料は学校の空き教室や開発センターの倉庫を先に述べた気仙沼大島の文書再生の活動も、簡単な道の転々と移動しながら文庫の建設を待った。文庫の建設地

りではなかった。大島漁協（現・宮城県漁協気仙沼支所

は、2014 年になってようやく確定することができた。復大島出張所）は、明治以来の大島の漁業や村の発展に関興予算でつくられる漁協の新しい集荷場に隣接する土地

わる資料を整理して収蔵していることで有名であり、神を小野寺義久地主が、提供してくれることになったので

奈川大学日本常民文化研究所をはじめ、民俗学者や歴史ある。それから土地登記、農地転用、確認申請などの過家、漁業・漁村の研究者から注目されていた。大津波に程を経て、2015 年ようやく建設が始まった。三井物産環

よって浦の浜にあった旧漁協事務所は被災し、資料は浸境基金の予算の不足分は神奈川大学の予算をあてた。私

水し建物の中に漂っていた。常民研は被災に際し、せめたちの設計を地元の櫻田務棟梁が主要部分を施行し、棟て資料の救出／再生で役に立とうと考え、４月から大学

梁の指導の下、学生が建設に参加し、9 月 26 日仮の竣工

院歴史民俗資料学研究科の院生たちに呼びかけ、資料のを終え、資料は文庫にとまれ収蔵され、今後はこのミニ

救出乾燥清掃整理作業をはじめた。資料は浸水し塩分を図書館で地域と神奈川大学を中心とする研究者が資料を含み土砂ほこりなどを吸着して、その状態は相当悪く、整理・研究する作業が始まる。

高度な処理が必要だった。幸い文化庁の文化財レスキュ
ー事業の対象となり、国立奈良文化財研究所の協力を得られることになり、同研究所に神奈川大学側が出向き、真空凍結乾燥機を使用して再生整理の作業を行うことができた。

写真 6 気仙沼大島 大島漁協文庫

9 月26 日大島公民館で文庫の再生出発を記念するシンポジウム「漁村文化と大島の未来」が開かれ、４名の講師が講演し、私が司会した。地元の郷土史家千葉勝衛、
写真 5 気仙沼大島 夏のワークショップ
神奈川大学大学院生の建設参加

気仙沼市文化財保護審議会の会長山内繁、民俗史家で東北大教授の川島秀一、常民研の安室知の 4 名である。この文庫資料を背景に、気仙沼大島が今後の漁業集落・漁この間、私はこれらを安全に収蔵し、また研究的に閲覧できる施設（大島漁協文庫）が必要と考え、これを創

村史・漁業史・海村民俗の研究の拠点となる期待がうずまいた。

る運動を始めた。幸い三井物産環境基金の震災復興支援

千葉は明治から昭和まで、漁協長・村長として大島をに応募しこの補助をいただくことになった。資金と労働率い、長い闘争を経て、今日の全国にある漁業権の原型

力（研究室の学生たち）はどうにかなるが、これをどこを確立した菅原熊治郎の事績を熱く紹介した。

につくるかと言う点が難航した。漁協はいまやかつての島の漁協ではなく県全体の漁協の出張所という存在に変
わり、漁協そのものの中にはつくりづらい。被災地であ島のコミュニティの文化核が創れたと自負している。

115

春風馬堤の曲を枕に、思いつくまま吉田 稔＊

Tears in Heaven
Minoru W. YOSHIDA＊「やぶいりや浪速を出でて長柄川 春風や堤長うして家

私の母方の祖父は尾張士族であるが、祖母は毛馬で生遠し」と始まり、「藪入りの寝るやひとりの親の側」で閉まれた人であり、私は、幼いころ祖母から、その地域はじる春風馬堤の曲は、蕪村が晩年に書きとどめた長詩で毛馬村と呼ばれていたと聞かされた記憶がある。私は毛ある。

馬ではなく、毛馬の堤から数キロメーターより大阪の中

タイトルに、この詩を持つ小文を理工学について語る

心に近く、私が幼い頃は、大阪市電が通っていた地域で場である神奈川大学工学研究所所報に寄せるとは、いか生まれた。毛馬の堤は、父の休日に、姉と家族の一員でにも場違いで、趣旨をわきまえざるの行いである。しかあったドイツシェパードと共に散歩に出かけた場所であしながら、今回の寄稿は、神奈川大学に今年四月に奉職る。今から５０年以上も前の事である。生きている時代

した新任の私が、所員である先生方に、私の言葉で自身は隔たっているが、私は、蕪村が感じたのと同じにおいを説明する目的に則したものであるとご理解いただきたを毛馬の堤で受け取っていると考えている。蕪村は、幼い。本所報のあるべきスタイルにのっとり、自身の仕事

い頃を毛馬で過ごし、長じて後、七十近くで亡くなるまの場であり、心の場である解析学について記述することで、以後、終生、毛馬を訪れることはなかったとされる。

なく、かかる情緒的な小文を自己紹介とすることについ現実には、訪れることなく、６０歳近くになって書き上ての更なる言い訳として、特殊な数学の言葉をこねくりげたのが春風馬堤の曲である。私は、馬堤とは毛馬の堤

まわし、短文とすることによっては、私は、自分の心をを指していると解釈している。萩原朔太郎が、晩年６０

表現できないと言うことがある。ご理解を賜りたい。

歳近くなって著した「郷愁の詩人与謝蕪村」では、タイ
トル通り蕪村と彼の作品を、郷愁を手掛かりに読み取っ

さて、与謝蕪村は、江戸時代中期の俳人にして画家で

ている。
自身、
極めてシャープな詩を著す萩原朔太郎が、ある。淀川を大阪湾に向かって流れる眺めかたにより、彼の嗅覚に従い、蕪村を郷愁の詩人ととらえることは、その左岸に位置する毛馬（けま）と呼ばれる地域を生地

彼と同じ感受性を蕪村の郷愁に嗅ぎとったと言うことでとするとされる。現在も、この淀川河畔の地域は毛馬とあろう。詩歌句は、読み手の嗅覚により理解され、そこ呼ばれ、大阪市都島区に属する。多くの人が好む彼の代には何の嘘もない。長々と書き連ねられた小説が、その表作として「菜の花や月は東に日は西に」がある。そも欺瞞と無責任を楽しむものであるのとは大きく異なる。

そも、詩歌句において、それぞれの作者の代表作とは、

私は、最近は作り話である小説を読むことができない。

各々の読者による身勝手な解釈と嗅覚によって選び取られる。その了解の上で、私は、「春雨や小磯の小貝濡るほ

郷愁と言うべきものであるかどうかも分からないが、

ど」、「ありがたや箕いっぱいのむかごかな」、「葱買うて

私の生家であった大阪市内の家は、祖母が世を去るより

枯木の中を帰りけり」など、ちから任せでない語りによ

随分と前の遠のむかしに無くなってしまっており、そのる句を蕪村の代表作ととらえている。

事で、むしろ自由ではあるが拠り所のない気持ちが、私にはあるかも知れない。私は、父母、姉、シェパードと

教授 情報システム創生学科
Professor Dept of Information Systems Creation

共に、小学校に上がる前の時期に千葉県に移り住み、中学校に上がる前の年頃まで千葉県内に住んだ。初めに千116

神奈川大学工学研究所所報第 38 号

葉に住んだ頃は、１９６４年の東京オリンピック前の時

幼い坊やを亡くした実生活の中での詩である、一節は「象

代で、海から遠くはない西千葉の借家には、リヤカーにを見せても猫（にゃあ）といひ 鳥を見せても猫（にゃ

アサリや海苔をのせて売るモンペ姿のおばさんが訪ねてあ）だった 最後にみせた鹿だけは角によっぽど惹かれ来ていた。日によって異なるおばさんが来ていたのか、てか何とも云わず

同じ人であったのかは分からないが、ある日、母に、よて、子あらざる者なれども、この詩の心をおしはかるこり高価な海苔を勧めるおばさんの口から、こちらの方がとができる様に思っている。失うものを何も持たず、神「比べてみれば、香りがよい」との言葉が発せられた。

を畏れる必要のなくなった者として、人をもてあそぶ神眺めてた・・・」。私は、独り身に子供心に、モンペ姿のおばさんから、うつくしい言葉がを恨むの心の中で書かれたものであろうか。
中原中也は、

語られることに強い印象をもった。当時の千葉は、まだこの詩を書いた後、長く生きることはなかった。Eric

海から近かったのであるが、陸は、サツマイモ、落花生、Clapton も幼い坊やを失った人であり、それを映す歌とし

小麦の畑ばかりであった様に思う。千葉に移り住んで程て「Tears in Heaven」を作っている。一節は、ないころ、幼稚園に通っていた時期であるが、おいしい“Would you know my name. If I saw you in heaven. Would

落花生をよろこんで食べ、食べ過ぎ、夜になって吐しゃ

you be the same. If I saw you in heaven. ….. Time can break

を繰り返した日があった、母が、諭しながら、必死にな

your heart. Have you (been) begging please. Begging please.

って看病してくれた。また、多分、秋の日であるが、幼….. Beyond the door, there is a peace I’m sure, and I know

稚園から帰り着き、家には上がらずのままの私に、玄関

there will be no more tears in heaven.”。初めの行の you は、先で母が梨をむいてくれたことがあった、何か、偉そう亡くなった天国の息子への呼びかけであるが、後半のに、大人びたことを言って食べた様な気がする。小さな“Have you (been) begging please”の you は、Clapton 自身で借家は、総武線沿いに位置し、先にある踏切から少し坂あると私は読んでいる。神に乞い願っているのである。

道を下った所に線路に向かって建っていた。
幼稚園へは、坊やを帰せと。しかし、最後には、中原中也と異なり、その踏切を越えて通った。雨の日や、雨上がりの日の情

前向きに手もとにある人生に向かって行く気持ちの言葉

景や空気や、この頃の自分の心のあり所がよく思い出さが置かれている。

れる。今も園児達の通っている西千葉にある幼稚園や、当時住んでいた借家の近くを数年前に人と共に訪ねたこ

蕪村は、一人娘を失うことなく、２５歳前後の娘を残とがある。その時の印象を短文として書き留めていた。

して病死したとされる。辞世の句とされているものは、「記憶が映像に近い形で、かなり明瞭になりました。情「白梅に明くる夜ばかりとなりにけり」である。残した景は、ほとんど全て変わっていましたが、余韻や残澤が者全てが幸せな日々のみを持つと願い夢想する（信ずる）

はっきり感じられました。黄色い雨傘を肩に担いで、兵句であると私は読んでいる。これが辞世の句とされてい隊さんに成った設定で、幼稚園からあの緩やかな坂道を

るが、
私には、
「鬼老いて河原の院の月に泣く」
なる句が、下りて帰ってくる坊やの自分が見えました。
」もちろん、

心を定めた歌として特に印象深い。これとても、恋の歌

兵隊さんは、日本の兵隊さんです。

とする解釈もある様であるが。他の蕪村の句に「月に吠える」の表現を含むものもある。

この様な記述は、やはり、ノスタルジーである。郷愁

最後に、西行法師と蕪村の歌をあわせて、「願わくは、を目にうかぶ風景として言葉とした春風馬堤の曲は、萩

月に泣く河原の院の鬼として逝かん」を私の決心とした

原朔太郎によるものより後に与えられた近年の解釈では、い。

これを、恋の歌の一つとするものもあるが、私は私として、より素直に読みたい。蕪村は、四十を過ぎて結婚し、

参考文献

４５歳前後で一人娘を授かったとされ、この詩を著した(1)

尾形仂 校注，“蕪村句集”岩波書店,（1991）のは、彼が６０歳を前にする時期である。１５歳前後の(2)

萩原朔太郎，“郷愁の詩人与謝蕪村”岩波書店，（1988）

命輝く一人娘を故郷の春の風景の中に置いての父親の歌(3)

大岡昇平, “中原中也詩集”岩波書店，（1981）

として、私は読んでいる。次の句も、私は、蕪村が幼か(4)

大岡信, “折々のうた”1990 代の朝日新聞の紙面よりった頃の一人娘に重ねてのものとして読んでいる。
「鶯(5)

Eric Clapton, “Un Plugged”, Warner Music (1992)の鳴くやちいさき口開けて」。
わが子についての詩といえば、この上なく悲しいものがある。中原中也の「また来ん春・・・・・・」である。

1171132014 年度（平成 26 年度）工学研究所年次報告
１．人事
１）運営委員
所

長

機械工学科

新中

新二

教

伊東

弘行

准教授

授

電気電子情報工学科

穴田

哲夫

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

奥野

祥二

助

教

経営工学科

中島

健一

教

授

建築学科

趙

教

授

化学教室

岩倉

いずみ

准教授

情報システム情報学科

杉本

剛

教

授（所長指名）

物質生命化学科

井川

学

教授（所長指名）衍剛２）研究所客員教授
小嶋 英一（2014.4～2015.3）

阿部英樹（2014.10～2015.9）

佐藤 祐一（2014.4～2015.3）

田中

俊光（2014.4～2015.3）

李杰

（2014.10～2015.9）

山田保治（2014.4～2015.3）

許瑞邦（2014.10～2015.9）

上田充

武田 重喜（2014.10～2015.9）

川口

春馬（2014.4～2015.3）

花畑 誠（2014.4～2015.3）（2014.4～2015.3）

内藤周弌（2014.4～2015.3）

堀野 定雄（2014.4～2015.3）

杉原淳（2014.4～2015.3）

伊東

野尻秀智（2014.10～2015.9）

圭昌（2014.4～2015.3）

大越 昌幸（2014.10～2015.9）

Min,Sangkee（2014.10～2015.9）

井上 成美（2014.10～2015.9）
３）研究所客員研究員
大和 裕幸（2013.4～2015.3）

徐

剛

久保 登

（2013.10～2015.9）（2013.4～2015.3）

金徳印（2014.10～2016.9）

重法（2013.4～2015.3）

曾志平（2014.10～2015.9）

石倉 理有（2013.4～2015.3）

西和夫（2014.4～2015.3）

石川 博敏（2013.4～2015.3）

持田由幸（2014.4～2016.3）

龍蘆朝輝（2013.10～2015.9）

Govindachetty Saravanan（2013.10～2014.9）

周建東（2013.10～2015.9）

鈴木

溫

大熊

武司（2014.4～2015.3）

植田博臣（2014.9～2015.10）

岩井和史（2014.9～2015.10）

入井

友海太

（2013.4～2015.3）

４）研究所特別研究員
北島 創（2014.4～2015.3）

秋山 友昭（2014.10～2016.9）（2014.10～2016.9）

５）研究所職員
教務技術職員萩原健司

教務技術職員

金子 信悟

神奈川大学工学研究所所報 第 38 号
神奈川大学工学研究所所報 第 38 号

114
118
２．予

算

平成 26 年度の予算・決算額を表－１に示す。
表－１
業

務

項

*工学研究所共同研究内訳（単位：千円）
目

予 算 額

決 算 額

共同研究代表者

予算額（千円）研究所運営費

2,543

2,011

林

教授

3,500

大型共同設備管理運営

4,000

4,478

中山

准教授

3,500

工学研究所共同研究*

14,00013,980

宇佐見

准教授

2,500

（特）テクノフェスタ

2,790

1,918

岩倉

准教授

4,500

（特）テクノサークル

1,500

1,093

24,83323,480計

14,000合計

３．共同研究／プロジェクト研究平成 26 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
小型電気自動車のための CFPR ボディと車両制御の融合技術開発

マイクロ波回路モデルによる超伝導素子の高周波応答の解析と動作検証

林 憲玉／機械工学

中山 明芳／電気電子情報工学

恐竜と人間の歩行・走行の力学シミュレーションと測定

宇佐見 義之／物理学

多光子イオン化過程を利用する新反応開発

岩倉 いずみ／化学

119
115

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

Ｃ

高安心・超安全交通研究所（ＫＵ－ＷＩＰＦ）

松浦 春樹／経営工学Ｃ

防災まちづくり支援研究センター

荏本 孝久／建築学

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

内田 青蔵／建築学

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／建築学

Ａ

新たな低炭素エネルギー社会に対応した新型電池の開発

松本 太／物質生命化学

Ａ

三次元周波数分析を用いた振動モデル化技術の構築

山崎 徹／機械工学

Ａ

多分岐ポリマー系ナノハイブリッド材料の開発と応用

横澤 勉／物質生命化学

Ａ

高速高精度 DNA 増幅装置の開発

A

刺激応答性材料の開発

A

A

A

A

グリーンイノベーションの基盤となるナノ構造制御触媒の開発
研究

ナノ構造材料における水媒体の影響に関する研究

車両等に装備するためのポリカーボネート窓の表面改質に関する研究

超精密加工による高品位表面の創成に関する研究

穴田 哲夫／電気電子情報工学山口 栄雄／電気電子情報工学

亀山 敦／化学

引地

史郎／物質生命化学

金仁華／物質生命化学

新中

新二／電気電子情報工学

中尾陽一／機械工学116120

神奈川大学工学研究所所報 第神奈川大学工学研究所所報
第 38
38 号
号

４．講演会
「暮らしの中のサイエンス」連続講演会
テーマ：『住まいにおけるリスクマネジメント』
場

所：神奈川大学みなとみらいエクステンションセンター

オーガナイザー：趙 衍剛（神奈川大学工学部教授）●第 1 回2014 年 10 月 25 日（土）13:30～15:00○リスクで考える住まいの安全性神奈川大学工学部 教授●第 2 回

趙 衍剛

2014 年 10 月 25 日（土）15:20～16:50○住宅所有のリスクマネジメント
名古屋工業大学 工学部 都市社会工学科 准教授●第 3 回

小島 貢利

2014 年 11 月 8（土）13:30~15:00○神奈川県の地震危険度－過去の地震から学び将来に備える－
清水建設（株）技術研究所 安全安心技術センター リスク・BCP グループ
●第 4 回

奥村 俊彦

2014 年 11 月 8 日（土）15:20～16:50○すまいの耐震化のススメ －震災からあなたの命を守るために－名古屋大学 大学院環境学研究科 教授

５．神大テクノフェスタ２０１４

森 保宏―くらしと環境の未来―

日時：2014 年 10 月 24 日（金）12:00－17:00
場所：神奈川大学横浜キャンパス 1 号館 804 室・2 号館演習室
実施内容
１）講演会（1 号館 308 室）
工学系講演 2 件
ゲル微粒子のコロイド科学・光学・バイオテクノロジー
水素エネルギー社会の実現を目指すナノ空間触媒

（内藤

（川口

春馬客員教授）周弌客員教授）２）研究ポスター発表（2 号館演習室）
大学院生によるポスター発表・作品展示 49 件
学部生によるポスター発表 12 件
4件

テクノサークルによるポスター発表・作品展示

総計３）実演展示 2 件（宇宙エレベータ・ロボッット）
４）企業展示25 社、1 同窓会（2 号館演習室）

５）研究相談窓口（2 号館演習室）
６）技術・情報交換会（10 号館 3 階学生ラウンジ

17:00－18:00）

65 件

117
121
６．大型装置使用実績
平成 26 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

NCSM

機械工学科

0

68

57.2

0

0

0

0

27.5

65.5

30.5

竹村研究室
寺島研究室

26.7

中尾研究室
電気電子情報工学科

2.5
0

367

27.5
4

24.5

新中研究室
3

平手研究室

316.5

山口研究室

47.5

4

24.5

821

592.2

602.5

291

井川研究室

496

82
23

37

16

上田研究室

13

8.5

81

小野研究室

0

765

528

19

118
64.5

小出研究室

294

89.7

39.5

33

佐藤研究室

7

189.5
22

2.5

引地研究室

43.5

松本研究室

147

横澤研究室
化学教室

0

157

池原研究室

金研究室

0

13

中山研究室

物質生命化学科

13

349

98

220

41

528

370

504.5

269

237.5

1

0

0

0

0

0

19

11
15

24.5

岩倉研究室

1

亀山研究室

15

24.5

三相乳化プロジェクト

0

12.5

12

0

0

0

0

0

合計時間

306

1293

666.4

627

509

765

528

46.5

機械工学科（％）

0.0

5.3

8.6

0.0

0.0

0.0

0.0

59.1

電気電子情報工学科（％）

0.0

28.4

0.6

3.9

2.6

0.0

0.0

0.0

物質生命化学科（％）

95.1

63.5

88.9

96.1

97.4

100.0

100.0

40.9

共通教室（％）

4.9

1.9

0.2

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

三相乳化（％）

0.0

1.0

1.8

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

121
122

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 2015 年（平成 27 年）5 月 20 日

１．投稿資格また〔英文目次〕作成のため，原稿には〔英文題目〕のほ

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

言か〔著者氏名〕および〔職名，所属〕の英語名をつける．
４．提出期日
その年度により定める．
５．頁数
以下の頁数はすべて〔刷り上り〕のものを示す．

説 学問・技術・本研究所の事業・動向などに

総 合 論 文 原則として 20 頁以内．和文の場合は〔欧文関する論説，意見．

内容概要（1 頁以内）〕
，欧文のときは〔和文総 合 論 文 専門の学協会などに発表された研究論文を

共同研究報告これにその分野における地位を明らかにす

論説・随想 原則として 4 頁以内．

るような解説を若干つけたもの．

プロジェクト研究報告・テクノサークル報告 原則として総説・トピックス・その他の記事 原則として 8 頁以内．

段落の時点では〔共同研究の成果要約〕と６．原稿の書き方

して，その現状が報告される．

点では研究の現況，研究終了または一段落の時点では研究の成果要約として，その現状が報告される．
テクノサークル報告 テクノサークルの紹介およびその現状が報告される．
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2 頁以内．

では〔共同研究の現況〕，研究終了または一

プロジェクト研究報告 発足時点では研究の紹介，中間時

随原則として 10 頁以内．

骨子として，著者の一連の研究をまとめ，共同研究報告 発足時点では〔共同研究の紹介〕
，中間時点

総

内容概要（1 頁以内）〕をつけることができる．

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．

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ものとする．またその著作権･編集出版権は〔神奈川大学
工学研究所〕に属する．
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．

122

123

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＊

１．緒言
この工学研究所執筆要領は，このファイル自体が所報

Hanako KENKYUJO＊＊

３．記号及び単位の書き方
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．
テンプレートファイルは工学研究所事務室から著者あ

単位記号

立 体

cm，kg，MΩ

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
A4 版用紙を用い，本文レイアウト（１ページあたりの文字数）
は，25 字×45 行×2 段=2250 字とする．ただしタイトルのみは1段組である．
MS Word の“ページの設定”の“文字数と行数”のタブ中の設定はフォントサイズ８，段数２で文字数 26，行数 45 とし，図，写真及び表の横に空白ができても，その空白部には本文を記入しない．
図，写真，表と本文及び図表相互の間は１行余白をとる．
図，写真，表の見出しは本文と同一言語とする．図及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．
本文，図，表及び式は原則として左右の段にまたがらないように書く．

にする．
写真は本文に貼るだけでなく，写真のファイルを添付する．

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．

124

123

例１〔分数式の例〕

スを作ってテキストボックスを挿入し，その中に図など…これは ( a  b) / ( c  d ) の形を取る．

をペースト，あるいはファイルからの挿入をする．
第 1 ページの脚注（著者所属など）には，直接入力し

例２〔指数式の例〕…電流は

i I exp(  t / x ) の形となる．

ても，コピーした内容をペーストしても良い．ただし、文中でなく，式を別行にする場合には，次のように書MS Word の制限により、脚注の機能を先頭の“1．緒言”

いても良い．その結果，〔上例の式〕は次の形を取る．

の後ろに見えないように白文字で“＊”をつけてある．

例１〔分数式の例〕

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，…その結果，これは次式の形を取る．
ab
cd

(1)

その場合は脚注が両段にまたがってしまうため，この形式を採用した）
このテンプレートについて不明な点がある場合は，工学研究所 事務局に問い合わせる．

例２〔指数式の例〕…その結果，電流は次式の形となる．

i  Ie t / x

(2)

８．結言
校正は著者に依頼するので，校正刷りが到着後，速や６．文献記載方法
文中の文献引用は，引用箇所に文献ナンバーを上付き
カッコでつける．
参考文献（References）はナンバーに（ ）を付して本文末に列記する．

かに校正を済ませて，工学研究所 事務室まで返送する．
校正は，内容が著者提出のハードコピーと一致することを確かめるものであって，変更を加えることはできない．
著者の責任による修正が生じた場合には，その修正に必要な実費を徴収する．

引用文献は原則として以下の A，B のように記載する．
（A）雑誌の場合(No.) 著者名，
“標題”
，雑誌名，巻－号（発行年-月），p.ページ．

表１ 文字及びサイズ

例

題目

MS 明朝

14 ポ

(x) 赤坂憲夫，青山幸夫，宮下俊夫，“広帯域増幅器の特性”
，電

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

子通信学会誌，52－192（1977-8），p.1125．
(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．

本文例(x) 田部浩三，
竹下 誠，“塩酸触媒”，
産業図書，（1976），
p.1225．

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．
第 1 ページ標題部分は 1 段組である．この部分では，項目ごとにコピーペーストが必要である．
本文は著者原稿から図，表，脚注を除いてコピーし，テンプレートにペーストする．その後で，図等のスペー

参考文献(1) 工学太郎，研究所花子，“執筆要領”，工学研究所所報，27 号（2004－11），p.126．
（雑誌の場合）(2) 工学太郎，研究所花子，“工学研究所所報 27 号”工学研究所，

125

124
（2004），p.126．

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

Industrial Engineering and Management

経営工学

付録

Architecture

建築学［参 考］研究所所報の配布

Mathematics

数 学

刷上がった所報は以下の各者に 1 部宛贈呈する．

Physics

物理学（１）本学理事および工学部所属教職員．

Chemistry

化 学（２）理，工学部を有する国内の大学またはそれに準ずる学校．

Biology

生物学（３）官公庁の研究機関．

Professor（４）主要の学協会．

Professor Emeritus

名誉教授（５）民間の主要研究機関．

Associate Professor

准教授（６）その他委員会が認めたもの．

Assistant Professor

助 教

Research Associate

助 手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［資 料］英文用語一覧
Research Institute for Engineering

工学研究所

Science Reports of Research Institute for Engineering
工学研究所所報
Faculty of Engineering

工学部

Dean

Department（Dept.）of

学 科

Chairman of Dept. of …

Mechanical Engineering

機械工学

Electrical and Electronic Information Engineering

教 授

Abstract

学部長
学科主任
概 要

注：工学部，准教授，助手，技術員，研究生などについては種々
電気電子情報工学の呼称があるが，上記のように統一する．

125
127

編集後記

編集委員ならびに工学研究所事務職員のご協力のもと、工学研究所所報第 38 号が刊行となりました。お忙しいところ、進んで原稿をお寄せ下さいました多くの方々に厚くお礼申し上げます。
所報の編集にあたりましては、工学研究所の年間活動および所員の研究分野の紹介
を通して研究のポテンシャルの高さを知って頂けるよう配慮しました。新任の教員には、これまでの研究内容を存分にアピール出来るよう主に総説を執筆して頂きました。
また、本年度をもって退職される教員には随想を執筆して頂きました。さらに、工学研究所共同研究、プロジェクト研究、テクノサークルの成果報告に加えて工学研究所の年間活動が一目で分かる年次報告等も記載しております。産官学と連携して研究活動を行っている教職員の活動や研究成果も可能な限り工学研究所所報に公表することで、産官と工学研究所とのより緊密な関係が確立され、産官学協同研究がさらに発展することを期待しております。
なお、所報はホームページにも掲載されていますので、より多くの方々にお読み頂けるものと思っております。発刊にあたりご協力頂きました方々に改めて敬意を表するとともにご協力に感謝申し上げます。
化学教室

岩倉いずみ

工学研究所 所報（No. 38）
工学研究所 所長

新中 新二

工学研究所 所報 編集委員会
委 員 長 岩倉いずみ （化学教室）
委

員 高野敦 （機械工学科）穴田 哲夫 （電気電子情報工学科）
井川

学 （物質生命化学科）

吉田稔 （情報システム創成学科）

中島 健一 （経営工学科）
趙衍剛 （建築学科）

SCIENCE
Research Institute
Director of the InstituteChief Editor
EditorREPORTS（No. 38）
offor Engineering (KANAGAWA University)

Shinji SHINNAKA
Izumi IWAKURA(Dept. of Chemistry)

Atushi TAKANO(Dept. of Mechanical Engineering)

Tetsuo ANADA(Dept. of Electrical, Electronics and Information

Manabu IGAWA(Dept. of Material and Life Chemistry)Engineering)
Minoru YOSHIDA(Dept. of Information Systems Creation)

Kenichi NAKASHIMA(Dept. of Industrial Engineering and Management)

Yan-Gang ZHAOO(Dept. of Architectonics)

神奈川大学工学研究所所報第38号
2015年11月25日

印 刷

2015年11月30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