工学研究所所報第 35 号目次

巻

頭

言

工学研究所の活動方針 ·············································· 新中

総新二 ··· １

説
カフレスで連続血圧を計測するウェアラブルセンサの開発 ·············· 酒造
心理物理計測の工学的応用 ······························ 中易秀敏、森正樹 ··· ２
みどり ··· ８

量子散乱状態とメゾスコピック系の電気伝導 ··························· 西野 晃徳 ··· 20
疲労損傷評価のための暴風の累積作用時間の簡易評価方法···································· 大熊

武司、安井

八紀、吉江

慶祐 ··· 30

共同研究
人間工学視点に基づく安全円滑な平面交差交通システムの構築－カーブミラーの視認性向上による交差点視環境改善－···························· 堀野定雄、森みどり、久保登、北島

創 ··· 37

ニオブ接合を流れる超伝導電流と有限電圧電流ステップの２次元磁界特性······································ 中山

明芳、阿部

晋、穴田

哲夫 ··· 47

正延、松井正之 ··· 56

品質・環境 ISO と TQM 活動に基づくリーン生産マネジメント···································· 中島

健一、松丸

近代朝鮮における改良温突(オンドル)の開発と商品化に関する一考察－日本人住宅の防寒問題とその改良のテーマとして－ ······ 金
雷雲からの放射線を探る ······ 日比野

随

欣也、有働

慈治、立山

容範、内田

青蔵 ··· 66

暢人、白井達也 ···· 76

想研究を振り返って ···················································· 青木

勇 ··· 80

年次報告 ············································································ 83
神奈川大学工学研究所所報執筆規定 ···················································· 95
編集後記 ············································································ 101

CONTENTS
Preface
Action Policy of the Research Institute for Engineering ········Shinji SHINNAKA ··· １
ReviewDevelopment of Wearable Sensor for Continuous Blood Pressure without Cuff Load······················································· Masaki SHUZO ··· ２Application for Engineering Problem by Psychophysical Measurement··································· Hidetoshi NAKAYASU Midori MORI ··· ８
Quantum Scattering States and Electron Transport in Mesoscopic Systems····················································· Akinori NISHINO ··· 20
Simple Method for Evaluating Cumulative Time of Wind Speed for Estimating Fatigue
Damage ················· Takeshi OHKUMA Hachinori YASUI Keisuke YOSHIE ··· 30
Joint Research
Ergonomics study on the safe and smooth road traffic system at uncontrolled intersections- Improvement of the visual environment at intersections
based on installing traffic convex mirrors with enhanced visibility ············· Sadao HORINO Midori MORI Noboru KUBO Sou KITAJIMA ··· 37
Two-dimensional Magnetic Field Characteristics of Superconducting Current and Current
Steps at Finite voltage of Niobium junctions················· Akiyoshi NAKAYAMA Susumu ABE Tetsuo ANADA ··· 47
Lean manufacturing management based on Quality/Environment ISO and TQM activities···· Kenichi NAKASHIMA Masanobu MATSUMARU Masayuki MATSUI ··· 56
A Study on the Development and Commercialization of Improved Heating System(On-Dol) of
Modern Korea ·································Youngbum KIM

Seizo UCHIDA ··· 66

Search for Energetic Radiation from Thunderclouds···· Kinya HIBINO Shigeharu UDO Nobuhito TATEYAMA Tatsuya SHIRAI ··· 76
Essay
Looking Back on My Research and Development ··················· Isamu AOKI ··· 80

Annual Reports of the Institute ······················································· 83
Manuscript Submission Instruction ··················································· 95
Letters from the Editors ····························································· 101

1

巻頭言

工学研究所の活動方針
新中 新二＊

Action Policy of the Research Institute for Engineering
Shinji SHINNAKA＊


この度，小職は工学研究所長を拝命致しました．本年度の活動方針をお示し，就任の挨拶とさせて戴きます．

員会）の委員長を所長指名の運営委員会委員とさせて戴きました．

工学研究所の役割は，1) 研究所員による研究の推進支

また，小委員会の委員構成は，各小委員会の役割を考援，2) 研究所員による研究の広報，3) 地域の社会・産

慮の上，小委員会個々に決定させて戴きました．
例えば，業との連携，であるとされています．学生教育を組織運研究支援委員会の委員構成は学科・教室間のバランスを営の柱とする本学において，所員研究の広い意味での支重視した構成とし，大型装置管理委員会の委員構成は装援を運営基本にしたユニークな組織が工学研究所といえ置の効果的管理を重視した構成とさせて戴いております．

ます．上記役割を果たすための工学研究所の具体的業務

工学研究所は，共同研究・プロジェクト研究，研究広は，許先々代所長，山村先代所長の指導の下に今日ほぼ

報，講演会の企画・実行，テクノフェスタ支援，テクノ

固まってきており，今後はこれらの斎整とした展開が期

サークル支援等の事業を発展的に展開致します．2012 年

待されております．
小職はもとより微力でございますが，10 月現在，共同研究に関しては，5 件が進行中です．ま

上記方針の下，尽力させて戴く所存でございます．
また，た，プロジェクト研究に関しては，7 件のプロジェクト A

これに際し，工学研究所の運営を，研究所規則に従いつが，4 件のプロジェクト C が進行中です．また，来期につ，少々変えさせて戴きたいと存じます．

向けて，共同研究・プロジェクト研究の既に多数の応募

工学研究所の最高意思決定機関は，所員からこれを委を戴き，これらの選定作業に入りつつあります．研究所

託された運営委員会でございます．本年度の運営委員会

主催の講演に関しましては，広報的観点から，法人広報は，所長 1 名，所属学科・教室から選出された７委員，部の協力を得て，みなとみらい KU ポートで，「暮らしの所長指名の２委員で構成するものと致しました．工学研

中のサイエンス」シリーズを展開しています．今年度の究所には，その運営を斎整と遂行すべく，運営委員会直テーマは「ヒト・モノ・カネのマネイジメント」です．

下の常設小委員会として５小委員会（所報編集委員会，

テクノフェスタは，開催時期の 12 月シフトを始めとし，

自己点検委員会，講演企画委員会，研究支援委員会，大斬新な企画とともに準備が進んでいることは，皆様のご

型装置管理委員会）と，若干の非常設小委員会を設けて存知の通りでございます．テクノサークルに関しては，3います．

件の活動を支援中です．

５小委員会委員長は，必ずしも，学科教室選出の７委

以上，研究所の方針と事業概要を紹介させて戴きまし

員ではございません．運営委員会と５小委員会との意思たが，これらの実効のある展開には，関連委員会のご尽疎通を図るには，５小委員会の委員長を運営委員会に参力のみならず，所員一同のご協力が不可欠でございます．

加させる必要があるとの認識に立ち，特に重要な業務を所員皆様のご協力を改めてお願いし，所長就任の挨拶と担当する２小委員会（研究支援委員会，大型装置管理委させて戴きます．

*所長，工学研究所
Director, Research Institute for Engineering

2

カフレスで連続血圧を計測する
ウェアラブルセンサの開発
酒造 正樹＊Development of Wearable Sensor for Continuous Blood Pressure without Cuff Load
Masaki SHUZO＊

１．緒言フォーム）の開発を目標にプロジェクト（代表 東京大学

現在，高齢化社会の進展によって，全世界で 60 歳以上

山田一郎教授）を進めてきた(2)．本プロジェクトでは，の人口は約 6 億人に達したといわれる．また，慢性疾患

医工連携のチーム体制のもとに，ウェアラブルセンサに患者の数は約 9 億人いるとされ，これに伴い医療費がよる拘束感のないモニタリングを実現することと，複数(1)

年々増加している ．そこで，これまでの受身型の医療のセンサ情報から行動・体調（体の状態），心理・感情（心から先取型の健康管理・予防医療へのシフトによって，の状態）といった人間の高次情報を抽出し，量的ではな

個人の生活の質を向上させるとともに，医療費を抑える

く質的な診断を可能とする分析技術を開発することが主ことが急務となっている．

なねらいである（図 2）．

医療現場からのヒアリングによると，健康管理・予防

生活習慣病の多くは，運動不足，不規則な食事，睡眠医療の課題（図 1）としては，「まずは現状把握」である．

不足，ストレスなどが原因といわれているので，これら

例えば，病院では症状が出ないこともあるので日常生活
におけるデータを取りたい，連続したデータを長時間計測し変動成分を記録したい，問診による患者の主観デー• 高齢化社会が進展• 慢性疾患（生活習慣病）患者が増大• 医療費が高騰

タではなく客観データを取りたいといった要望がある．

健康管理・予防医療へのシフトが急務

現状把握によって，身体・運動・精神などを総合的に測１．まずは現状把握定し，その数値から個性，体質および現在の心身の状態

身体・運動・精神などを身体・運動・精神などを 総合的に測定し、その数値総合的に測定し、その数値から個性、体質、および現在の心身の状態を確認
から個性、体質、および現在の心身の状態を確認を確認できたなら，次に「個人の生活習慣にあった対策の構築」が必要になる．現代人の多彩なライフスタイル

２．個人の生活習慣にあった対策の構築
嗜好や生活習慣にあった多様なプログラムの設定
嗜好や生活習慣にあった多様なプログラムの設定•• 食事療法と運動療法を適切に食事療法と運動療法を適切にこなしているか知りたい。
こなしているか知りたい。
•• こまめに成果を提示すること
こまめに成果を提示すること
によるポジティブなフィード
によるポジティブなフィード
バックを期待したい。
バックを期待したい。

や嗜好に応じた多様なプログラムの設定が必要になるであろう．また，「効果の確認」も重要であり，日常生活の中で効果を継続的に記録・提示し，次の診断にフィード•• 日常生活におけるデータを日常生活におけるデータを
とりたい。
とりたい。
•• 連続したデータを長期間計測
連続したデータを長期間計測し、変動成分を記録したい。
し、変動成分を記録したい。
•• 問診による患者の主観的問診による患者の主観的データではなく、客観的データ
データではなく、客観的データをとりたい。
をとりたい。

３. 効果の確認
日常生活の中で効果を継続的に記録・提示し、日常生活の中で効果を継続的に記録・提示し、次の診断にフィードバック
次の診断にフィードバック

図 1 健康管理・予防医療の課題

バックさせることが期待されている．例えば，運動療法
や食事療法を適切にこなしているか知りたい，こまめに成果を提示することによるポジティブフィードバックを胸部貼付型

期待したいといった要望がある．

き，個人が自ら生活習慣を振り返ることのできる生体・
環境情報処理基盤（人間の日常生活を科学するプラット

一次情報
咀嚼・嚥下

睡眠

発声

食事

加速度

発熱

立座歩走・
階段・乗り物

心電計

腕時計型

加速度

心臓負荷

運動状態・
消費エネルギー

神経バランス

ストレス

温湿度

腕の動き

快・不快

空調環境

恐怖・安心

照度

音響環境

喜怒哀楽

照明環境

屋内外

位置

場所・店

GPS

行動・体調
（体の状態）

体の動き

周囲音マイク紫外線*特任准教授 機械工学科
Associate Professor, Dept. of Mechanical Engineering

二次情報

マイク
温度計

血圧

そこで，H19 年より 5 年間の計画で，日常生活における生体・環境情報を長期間に渡って常時モニタリングで

センサ

周囲環境

図 2 ウェアラブル生体センサと分析技術

心理・感情（心の状態）

環境

カフレスで連続血圧を計測するウェアラブルセンサの開発

3

表 1 血圧の血圧方法の比較

MethodAdvantage

Disadvantage

Sample product name (Maker)

CatheterTrue value, continuous

Invasivevarious type

Cuff pressure,sensitive to soundCuff pressure,sensitive to movement
Cuff pressure,sensitive to movement

水銀柱イメージ・デジタル血圧計 DM-3000（アルス医療器(株)）オムロンデジタル自動血圧計 HEM-7071（オムロンヘルスケア(株)）生体情報モニタ BP-608 Evolution II（オムロンヘルスケア(株)）連続血圧・血行動態測定装置 Finapres
FINOMETER MIDI（(株)モンテシステム）

Korotkoff

Non-invasive

OscillometricNon-invasive

TonometryNon-invasive

Vascular-volume
compensation

Non-invasive, continuous Cuff pressure controlを分析できるソフトウェアモジュールについて開発を進しかし，現状の ABPM では，カフ加圧による上腕の圧めている．本稿では，これらを分析する上で重要な指標

迫を伴うため，これに起因する測定時の姿勢の固定や，となる血圧に注目し，そのウェアラブルセンシング手法

就寝時の不快感などが解消できていない．自由な行動・を紹介する．

姿勢において測定でき，低侵襲に連続血圧を捕えることができるなら，現在の医療に新たな知見をもたらすこと

２．従来の血圧測定手法
血圧測定手法の分類は，侵襲性の有無による観血法（直接法）と非観血法（間接法）や，1 拍ごとの測定の可否ができると考えられる．そこで，脈波伝播速度法に改良を加え，運動時においても連続で測定可能な血圧測定法を考案した．

による連続法と間欠法により大別される．例えば，手術や検査などの際に，カテーテルを血管内に留置して測定

３．カフレス連続血圧測定

されるが，観血法かつ連続法である．一方，医療現場で3.1.脈波伝播速度を用いた血圧算出原理

我々がよく目にする，上腕に巻いたカフに加圧を行い，脈波伝播速度法では，心臓の収縮と血液の駆出のタイ

水銀柱と聴診器を用いて測定する聴診法は，非観血的なミングはほぼ同時であると仮定して，心電の R 波と脈波

間欠法である．この聴診法は一定の誤差を含みつつも，の立ち上がり点の時間差である脈波伝播時間（図 3）か

今日の医療における基本測定法となっている．

ら，収縮期血圧値を算出することで血圧推定を行う．脈手動測定による医療従事者の負担を軽減するべく，これまでに様々な自動血圧測定法が開発されてきた．代表

波伝播速度 v は，Moens-Korteweg の式より，円周方向の血管壁の弾性率 E との関係が示されている(3)．

例としは，コロトコフ法，オシロメトリック法，トノメ
トリ法，容積補償法などが挙げられる．現在，それぞれの特徴を活かした製品が販売されている．これらの利点
欠点を比較し表 1 にまとめた．上述の測定法のいずれもが，病院もしくは家庭の静かで適当な室温の環境において，背もたれつきの椅子に座って数分の安静後などの制
限つき条件下の単回測定を基本としている．

v

x

TPTT

Eh
2 ρr

(1)

また，
血圧と血管弾性の間には経験的に次式が成立する．

E  E 0 e αP(2)

ここで，x は心電と脈波の測定部位の距離，TPTT は脈波

一方で，既知のとおり，血圧は 24 時間の中で常に変動

伝播時間，h は血管壁厚，は血液密度，r は血管内径，している．よって，例えば高血圧患者は日常生活下でのE0 は圧力無時の血管壁弾性率，は血管に依存する係数，

モニタリングを要しているし，予備軍患者においては血P は血管の内圧である．式(1)と式(2)より，TPTT と収縮期圧の変動パターンを捕えることで心疾患などスクリーニ

血圧値 Ps との関係は，a1，a2 を係数として，次式のようングが期待される．こうしたニーズに対して，自由行動に示されることが従来から知られている(4)．

下血圧測定（Ambulatory Blood Pressure Monitoring，
ABPM）機器が開発され，H20 年より保険点数の適用にPs  a1lnTPTT  a 2(3)もなっている．これは，カフを用いた測定法であり，コ

さらに，運動時における妥当性を確保するため，血管内ロトコフ法とオシロメトリック法を併用した電子機器で径の変化に着目し，血管壁面の微小区間（中心角）にある．30 分から 1 時間ごとにセットされたタイマーが起おける力のつりあいの式

動し，カフ加圧と共に血圧測定が行われる．

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

4Prθ  2 E (

r
θ
)hsin
r
2

(4)

いたと考えられる(5)．
本手法においては，個人ごとに運動負荷をかけ事前にを用いて，b1，b2，b3 を係数として，新たな算出式を求

校正式を用意しておく必要がある．健常な若者が対象でめた．

あれば可能であろうが，高齢者や疾患を持つ患者になる
Ps  b1ln(b2 

b3
TPTT 2)(5)ほど，運動負荷の実施は難しくなる．今後は短時間かつ低負荷で行える簡易な校正手法の検討を模索していく必要がある．

3.2.運動時の検証実験
自転車エルゴメータを用いて 160 W の段階的運動負荷

４．ウェアラブル血圧センサの試作，血圧測定時の腕の動きがない状態でカフを課し（図 4）

前章の結果をもとに，ウェアラブルな血圧モニタリン

血圧データを取得した校正データとした．携帯型生体ア

グシステムとして図 6 に示すような装置を試作した．開ンプ（Polymate II, TEAC）を用いて測定した心電と脈波

発時には，ユーザが長時間，日常生活の中で使用するこ信号より脈波伝播時間を算出し，カフ血圧測定時刻の前とを想定し，携帯電話（スマートフォン）や携帯音楽プ

後 30 秒間の中央値をその血圧値に対応した TPTT とした．

レイヤなどの既存の携帯デバイスをベースに，機能を補本実験において脈波信号は耳垂より得た．得られた実験完する形で付属品として取り付け可能であることをめざ

参加者ごとのデータを最小二乗法によって各算出式に近した．よって，今回の試作機は，センサ素子と携帯デバ似し，これを個人ごとの血圧算出式とした．1 例を図 5

イスとの間に制御装置が介在し，ユーザが特別な計測機に示す．

器を携帯していることを意識することなくバックエンド

実験参加者 8 名に対して二乗平均平方根誤差を従来式で計測が実行され，そのデータがいつでもどこでも参照(3)による算出結果と比較したところ，±11.0 mmHg から可能であり，また，そのデータをもとに運動メニューな±9.9 mmHg となり，特に激しい運動時（130 W から 160

どのフィードバックがグラフィカルに受けられるようなでは±9.5 mmHg から±8.5 mmHg となった．
これは，
W）

開発コンセプトを持たせた．

近似には 0 W から 160 W までの全てのデータを使っているが，従来式は安静時から運動時にかけての血管特性変化を表現できないため，極端な状態である安静時・激しい運動時の誤差が大きくなるのに対し，提案式は血管特性変化を表現しているために安定して血圧算出を行えて

図 5 脈波伝播時間により算出した血圧結果

図 3 心電および脈波と脈波伝播時間の関係
160

Exercise load [W]

130
100
70
50
30
10
0
0

4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 47[min]

図 4 段階的運動負荷試験

図 6 ウェアラブル血圧センサの外観図

カフレスで連続血圧を計測するウェアラブルセンサの開発

5

続可能である．
上記のセンサ情報は AD 変換後，一時的にコントロー
ラ内の microSD カードに保存される．iPod とはシリアルケーブルを用いて接続されており，1200 bps の通信が可能である．iPod からは，計測の初期条件の入力や，開始・終了の命令を送信することができる．また，microSD 内

iPod 内へのコピーや，に蓄積されたデータを閲覧したり，外部サーバへのデータを送信することなどが可能である．
図 7 従来の ABPM 装置(左)とウェアラブル血圧センサ（右）を装着している状態の比較
表 2 ウェアラブル血圧センサと既存の ABPM 装置との比較

ABPM(Cuff type)

Cuff oppression ofyes. frequent.
upper arm
Position while
resting pose withmeasuring
relaxed arm
systolic and
Pressure type
diastolic
Minimum interval of
1 minute *measurement

サイズに関しては，従来の ABPM 機器と比較してより可搬性が向上することをめざした．現バージョンの外形
寸法は，横幅：65 mm 縦長：129 mm 厚み：24 mm であWearable bloodpressure sensor

り，ポケットに収納可能である．重さは 230 g（iPod 本noむ）であり代表的 ABPM 機器の 2/3 程度である（装着時any

体 112 g およびリチウムイオン電池（NP-20）18 g を含．計測可能な時間については，1 kHzの状態の比較：図 7）のサンプリング条件で 1 時間の連続測定をめざした．実

systolic
1 second *** Time for inflation and deflation of the cuff is necessary.
** Theoretically beat-by-beat measurement is possible. Normal heart rate
is 60~100 beats per minute.

測で 2 時間の計測が可能である．また，ABPM と同様の間欠測定で，30 分に 1 度の計測頻度を仮定すれば，28時間程度の計測が可能である．
本システムと従来の ABPM 機器との間で異なる点を．なお，ここに示すウェアラブ
いくつかまとめた（表 2）

本試作においては，Apple 社の iPod touch®（以下，iPod）

ル血圧センサの特徴は固定されたものではなく，試験運をターゲットデバイスとし，これに装着可能な補助バッ用の結果を踏まえ，今後の開発過程において，必要があ

テリケースの内部に電子回路基板やデータ処理プロセッ

ればその他の機能も含め，改良されていくべきものと考サなどを収納した（この部分をコントローラとする）
．ユ

えられる．

ーザが携帯するデバイスにコントローラが一体となっているため，例えばユーザは音楽を聞いたり，web ブラウ

５．評価実験

ジングを行ったりしながら計測が実行可能となる．
また，

現在，東京大学医学部附属病院老年病科の医療現場に

iPod との通信を行えるため，計測の制御，
データの閲覧，おいて臨床研究での応用を行っている(6)．高齢者特有のリモートへのデータ送信などが容易に可能である．

超短期血圧変動パターンを捕えること，および運動やス

前節で述べた脈波伝播速度法に用いる，心電と脈波のアナログ信号は 10 bit，1 kHz（最大）でサンプリングさ

トレス負荷時の過度な血圧上昇の連続モニタリングを目標とした．

れる．心電は，市販のホック式電極パッドを使用し，3研究への協力を得られると思われた通院または入院し点式の心電計測が可能である．ヘッドアンプのゲインはている患者に対して十分な説明を行い，同意を得られた

400~2000 倍で可変，入力インピーダンスは 1 MΩ，前段

ものを実験参加者とした．実験には医師が立ち会い，患には 500 Hz のローパスフィルタと 50 Hz のノッチフィル

者へのウェアラブル血圧センサの装着は主に臨床検査技タを設けてある．脈波センサには，エルゴメータなどに師が行った．これまでに，高血圧，糖尿病，認知症など用いられている市販の透過式光電脈波タイプのもの（イの症状を持つ，60～85 歳の実験参加者 55 名からデータ

ヤーセンサ, コンビウェルネス）を使用する．

取得を行っている．

また，従来の ABPM では患者が手書きで行動記録カー

以下に，パイロットスタディの結果の例を提示する．

ドに記入を行っていたが，本モニタリングシステムにお暗記，暗算，歩行，食事などの行動要素を含むよう指示

いては，加速度情報を用いた行動判別で自動記録を行う

参照値として，し，
自由行動させた際の例を図 8 に示す．

ことを想定し，3 軸加速度センサも搭載し，8 bit，1 kHz

カフ式の自動血圧計（NIHON KOHDEN ベッドサイドモ（最大）でサンプリング可能である．オプションでイベ

ニタ BSM2301，OMRON デジタル自動血圧計 HEM-711

ントマーカを入力するための，マニュアルスイッチも接

ファジィ，または，フクダ電子 FM-800）も装着してお神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

6

り，約 5 分間隔で測定しその値も同時にプロットしていとはない，というコメントが多数である．この点は，開る．これらのグラフより，様々な環境の変化やストレス発の方向性が適切であることを示唆していると考えてい下における高齢者の血圧の超短期変動を捕えることがでる．計測部位（胸部と耳垂）から延びるケーブルについきていると考えられる．またカフ血圧の値（図中の白丸）ては，動作の支障になる恐れがあるが，現在開発中の無と比較して，良い相関を示している．

線型のデバイス（図 9）で解決される見込みである．

本スタディの結果により，以下の応用が考えられる．

また，既存の家庭用健康機器でよく問題になるのは，臨床現場においては，動脈硬化の予防のための過度な血ユーザは興味本位で使用を開始するものの，比較的短期

圧変動に配慮した診察が可能になるであろう．また，在間で使用を中断・終了してしまうケースが多いことであ宅においては，介護ヘルパによる高齢者の血圧変動の簡る．こうした問題は本稿におけるウェアラブル血圧セン

易チェックが可能になり，その結果担当医への報告など

サでも生じうるが，装置を利用したサービス全体を検討につながることが期待される．

する中でモチベーションの維持や利用者に本当に有用なものを検討していきたい(7)．データの活用方法の工夫も

６．考察

その対策として考えられる．装置単体でデータの収集と6.1.ウェアラブル血圧センサの方向性

表示のみで完結するのではなく，外部のデータベースとこれまでの実験参加者のアンケートによると，装置自連動してデータをユーザ以外の，例えば医療機関など何

体の使用感は，装置を携帯し持続して血圧を測定するシ

らかのヘルスケアプロバイダがユーザにアドバイス等のチュエーションにおいて，装置を装着していること以外

フィードバックをする仕組みも一案であろう．ウェアラには，測定が行われていることを特に意識するようなこ

ブル血圧センサの情報を外部とやりとりする機能については今後とも検討を進めたい．
6.2.血圧測定結果の考察
今回の評価実験では，収縮期血圧が安定して把握できており，開発中のウェアラブル血圧センサが臨床現場において十分活用可能であることが示された．引き続きデバイスの完成に向けて取り組むことになる．
一方で，いくつかの考慮すべき点も明らかになってきている．全体として，血圧の変動の方向は正しく把握できていると考えられたが，従来型のカフ式血圧計の測定結果と一致しない場合が見られた．心電に比べると耳垂における脈波の到達時刻の検出にはぶれが出やすく，これが血圧の推定値のずれを引き起こす可能性がある．また，脈波伝播速度と血圧の相関はあるものの，血圧推定に影響を及ぼす因子の存在も明らかとなっている(8)．例

図 8 ウェアラブル血圧センサによる計測結果（上：ストレス反応性昇圧に対する有用性が確認された例，下：起立性低血圧に対する有用性が確認された例）

えば動脈硬化の程度は個人差があり，実験参加者ごとでの結果の違いはこうした部分も影響すると考えられる．
こうした影響をどのように吸収していくかは今後の課題
である．

制御・表示用携帯端末

また，本稿におけるウェアラブル血圧センサでは実験
4cm

参加者ごとに測定値の校正を行っている．
上述のように，

脈波センサ

同じ脈波伝播速度でも個人間で血圧の違いがあることから，より正確な値を得るためには適切な校正を行ってい

6cm

心電センサ

く必要があると考えられる．ただ，校正の手順の簡素化
や，相対変動の議論において必ずしも血圧の絶対値が必要ではないケースなどにおける校正の省略化など，使い

図 9 無線型ウェアラブル血圧センサの試作機

勝手の改善は今後も検討が必要である．

カフレスで連続血圧を計測するウェアラブルセンサの開発

７．結言

7

謝辞

本稿においては，運動時においても連続で測定可能な

本研究は科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推

血圧測定法を考案し，また試作したウェアラブル血圧セ

進事業（CREST）の支援によって行った．研究代表者でンサを用いて臨床現場で評価実験を行い有効性の確認をある東京大学大学院新領域創成科学研究科 山田一郎教行った．今後このセンサを実用化に近づけるために，臨授，および東京大学附属病院 今井靖先生，柳元伸太郎先

床的な観点から要求機能を明確にしていく必要がある．

生，飯島勝矢先生らのご指導を頂いた．

引き続き改良を加えながら，センサシステムとしての完成度を高めていきたい．
また，
ウェアラブル血圧センサでは従来の機器に比べ，豊富な情報を得ることができる．この情報を意味のある

参考文献(1) “つながる健康機器に，電機が集まる”, 日経エレクトロニク
ス, vol. 2007 年 7 月 2 日号, pp. 47–71, 2007.

形で医療従事者が理解できるようにするためには，情報(2) http://www.sen.jst.go.jp/theme/theme_h19/Yamada.htmlの解析，整理の工夫が必要である．
「こうした情報のどの(3) T.J. Pedley, “The Fluid Mechanics of Large Blood Vessels”,

特徴が，いかに有用か？」という問題に関しては，当面

Cambridge Univ. Press, pp. 72–87, 1980.

はデータの蓄積と，様々な解析の試みを繰り返しながら，(4) D.J. Hughes, et al., “Measurements of Young’s Modulus of

指標となるようなものを模索していくことになると思わ

Elasticity of the Canine Aorta with Ultrasound”, Ultrasonic Imaging,

れる．理想的には，新しいデバイスが生まれたことによvol. 1, no. 4, pp. 356–367, 1979.

って新しい指標と，それを支える新しいエビデンスが生(5) G. Lopez, et al., “Continuous Blood Pressure Monitoring in Daily

み出される，というポジティブループになることを期待Life”, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and

したい．

Manufacturing, vol. 4, no. 1, pp. 179–186, 2010.

より長期的な展望では，インフラの整備などの課題も(6) 飯島勝矢 他, “高齢者におけるウェアラブル血圧センサーのあるが，こうしたウェアラブル血圧センサがある程度普臨床応用：～認知機能およびストレス感受性からみた血圧短及した段階では，その利用者のデータが定期的に医療機期変動評価への有用性の検討～”, 人工知能学会論文誌, vol.

関等に収集され，個別の患者の血圧管理，治療方針の決27, no. 2, pp. 40–45, 2012.

定に応用されることも期待される．個別の患者の情報と(7) 浅野倫子 他, “気質分類に基づく適切な情報提示法の心理学いう点では，Personal Health Record という概念があり患的検討,” 電子情報通信学会技術研究報告 PRMU, vol. 109, no.

者情報を複数の医療機関が共有できるようになるという

470, pp. 335–340, 2010.

枠組みに発展させる可能性も出てくる．一方，大量のデ(8) W. Lu, et al., “Research on the Main Elements Influencing Blood

ータは臨床疫学研究にも有用な情報源として，医学の発Pressure Measurement by Pulse Wave Velocity”, Frontiers of

展に寄与することも期待される．

Medical and Biological Engineering, vol. 4, no. 3, pp. 189–199,
1992.

8

心理物理計測の工学的応用
中易 秀敏＊


森 みどり＊＊

Application for Engineering Problem by Psychophysical Measurement
Hidetoshi NAKAYASU＊

１．緒言

Midori MORI＊＊

が多い．
一方，
外観検査など視覚情報に基づく判定では，人を対象とする心理や挙動の計測研究には検査の速度と精度が検査員の疲労などの要因によって変(i)アンケートやヒヤリングに基づく主観的計測

動するため，工程全体の中でボトルネックになっている(ii)人間の性能と特性の心理物理量や生理信号の計測(13)-(15)(1)-(4)．

．このこうした現状にあって，画像処理や人工知能を援用しうち(i)に関する研究は，比較的多くなされ(2)-(4)，このた画像理解などの新しい技術を検査の自動化・機械化に分野の重要性が認識され始めている．これに比べ(ii)の導入しようとする試みも盛んに行われている．しかし，分野の研究は，これまで主として医学や生理学および心現段階においては人間による検出能力レベルに到達しての二通りのアプローチが良く用いられている(5)

理学の分野で盛んに研究されているが ，人間の特性をいる自動検査法は極めて少ない．そのため，視覚情報か評価し工学的に応用した研究は少ない．

らの判別能力の客観的評価法の研究は，検査員の技量のこうした中で，1980 年代から始まる Norman が提唱し(7)

評価のみならず，人間の判別機構を知的機械へ移転する

た認知工学研究 は，(ii)に関与する研究として特筆さ研究においては不可欠である．かかる見地から，本稿でれる．たとえば，Card らによる研究(8)では人間の認知・は視覚から得た情報を知識や経験を加えた反応として計

理解・反応プロセスをそれぞれ分離して，コンピュータ

測評価する方法を紹介する．

内のプロセッサを模擬した人間情報処理過程のモデル化がなされている．一方，Rasmussen ら(9)，Reason(10)，２．心理の計測

Hollnagel ら(11)による人間信頼性モデルは，人間行動を

2.1 精神物理学

モデル化しヒューマンエラーの原因究明と防止に貢献しある人にとって「物がどのように見えるか」，「音がている．しかしながら，このモデルも人間固有の非線形

どのように聞こえるか」は感覚と知覚の問題である．感性や心理的要因に支配される人間の非線形性挙動を取り覚においては情報の受容と伝達が中心の問題であるのに(12)入れておらず，そのモデル化には限界がある．

対し，知覚はその人の感覚を基礎に「見えるものが何で本稿ではこうした状況を鑑みて，著者らがこれまで前あるか」，「聞こえるものが何を意味しているか」を意

述(ii)の事柄に寄与することを目的に進めてきた一連の味する．そのため知覚は，その人の知識とこれまでの経研究を紹介する．その研究の主な応用対象は外観検査や験や好み，価値観を幅広く含んだ認知・認識の問題であ欠陥検査であり，工業生産プロセスのうちの検査工程にる．感覚の研究は古くから心理学の分野で発展し，生得

相当する作業である．この作業は生産工程の中では製品説と経験説などのように今日でも盛んに論争が続けられ価値を左右する重要な工程であるため，今日でも検査作ている(16)．ところで，感覚と知覚の研究には二つの側面

業の最終判定は人間の知覚能力に委ねられているケースがある．一つは研究者が自分自身の感覚・知覚経験に基づいて行う主観的方法であり，他方は光や音などの刺激*教授 経営工学科
Professor, Dept. of Industrial Engineering and Management**助教 経営工学科
Research Associate, Dept. of Industrial Engineering andManagementに対する他人または他の動物の行動を観察し，そこに介在する感覚・知覚過程を研究する客観的方法である．
客観的方法の中でも，物理的現象とそれに対応する心理的事象との間の関係を数量的に評価する精神物理学

心理物理計測の工学的応用(psychophysics)は特筆すべき方法である．それは，この9
Real

方法に基づく感覚・知覚の測定法は，刺激強度 x が観察できるかどうか，あるいは 2 種類の刺激 x1, x2 が主観的Controllable
physical valueに同じかどうか，という質的判断と，x1 と x2 のもたらす感覚の大きさや差はどのくらいかといった量的判断が測Threshold,
CV, PSE, ...

れるからである．精神物理学という名称は G. T. Fechnerによるものであり，G. T. Fechner はそれまでに E. H.
Weber により提唱されていた「われわれは物の間の差異

InterfaceStrength of
Stimulus

x

Human
Judge

P = f(x)Detection
Probability

図 2 外部からの刺激に対するヒトの反応そのものを知覚するのではなく，物の大きさに対する差
異の比率を知覚する」とした法則に基づいて，自身の理論を展開し，感覚尺度を作ることを試み，この分野のそ

2.2.2

反応カテゴリー

精神物理学的測定で観察する反応（あるいは判断）はの後の発展に寄与している(17)．

非常に単純なカテゴリーからなる．
被験者が行う反応は，2.2 心理測定曲線

受けた刺激をその知覚特性に応じて，互いに質的に異な

2.2.1

る少数のカテゴリーに分けることである．反応カテゴリ

刺激と反応

ある刺激強度 x 以上では感覚を生じ，ある刺激強度以ーの多くは 2 あるいは 3 種類である．例えば，ごく弱い

下では感覚をもたらさないという境界を刺激閾

光刺激を提示して「見える」，「見えない」のいずれか(stimulus threshold)と呼ぶ．しかしながら，実際には，を報告させたり，二つの音刺激を聞かせて，一方が他方

刺激強度 x の物理量を小さい方から大きい方へ漸増させと比べて，音が「大きい」，「等しい」あるいは「小さてゆく場合，x を検出できたりできなかったりする境界

い」，というような 3 通りの反応を被験者に求める場合は非連続なステップ関数型のように明確なものではなく，が考えられる．

一般に連続的な単調増加の曲線を描く．すなわち刺激強2 つの反応カテゴリーを用いる場合を 2 件法(method

度 x が強くなるにつれて，その検出確率を P と表すと人of two categories)，3 つの反応カテゴリーを用いる場

間の反応は確率的変動を伴いながら徐々に上昇していく合を 3 件法(method of three categories)という．2 件

累積分布関数の形状を示すことが知られている(18)．

法では刺激が「強い」方向と「弱い」方向，3 件法では人間の知覚に対する刺激強度を考えるため，物理量 x

前述の 2 つに加え「わからない あるいは 等しい」といで刺激強度が表わされるとき，その刺激強度を検出でき

う反応カテゴリーを加えた 3 つが一般に用いられる．なる確率を P とすると，次式の関係がある．

お，反応カテゴリーは必ずしも言語的なものでなく，例

P ＝f ( x )(1)

えばスイッチやダイヤルなどの操作であってもよい(19)．

式 (1) の 関 数 は ， 心 理 測 定 関 数 (psychometricfunction)と呼ばれ，x を横軸に，P を縦軸にとって描か

2.3 測定の対象

れる図 1 のような曲線を心理測定曲線(psychometric

2.3.1

刺激閾とPSE

刺激強度x が強くなる方向(Upper)へ漸増するに伴っにされる場合が多いが，観察したいものは反応そのものて，「見える」，「聞こえる」などと判断する反応をUではなく，反応カテゴリーの出現確率やその分布型であ判断，逆に弱くなる方向(Lower)に「見えない」，「聞こる．
ここでは刺激強度 x および検出確率 P の関係を図 2

えない」などと判断する反応をL判断と呼び，「わからなのようにとらえ，制御可能な物理量で表される刺激強度

い あるいは 等しい」(Error or Equal)という反応はE

x に対して人間の反応をその検出確率 P として観察する．

判断と呼ぶ(18)．図3のように横軸にx，縦軸に検出確率P

Detection Probability P

curve)と呼ぶ(18)．刺激と反応の関係は，P を介して問題とすると，刺激強度x の漸増に伴ってU判断の反応を示す

1.0

確率は徐々に増加していき，L判断の反応を示す確率は

P= f ( x )徐々に減少していく．多くの場合は累積正規分布関数に従う曲線が得られる．このとき，ある値を設定した検出確率Pをもたらす刺激強度x をその検出確率での刺激閾0Strength of Stimulus x
図 1 心理測定曲線(stimulus threshold)と定義する．代表的な刺激閾は検出確率P＝0.5 を与える刺激強度xである．
刺激強度x の漸増に伴って，U判断とL判断が等しい確

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

10率で反応する刺激強度x が存在する．その刺激強度x を界からの感覚刺激に対する人間の知覚反応と考えれば，PSE（主観的等価点： Point of Subjective Equality）

この精神物理学的測定法は測定法・評価法を考える上でと呼ぶ(19)．図3(a) は2件法の場合，図3(b) は3件法の場十分活用できる．こうした基本的方針に基づいて，欠陥合を図示している．2件法の場合は確率P＝0.5 を与える検査を行う検査員の識別能力などの特徴を図5に示すよ刺激強度x がPSEとなり，3件法の場合のPSEでの確率はP

うなプロセスによって計量化する．まず人間が２つの対≦0.5となる．

象物を見て感じた違いを回答させる実験をし，人間の反応を数量的に計測して観測値確率を算出したのち，パラDetection Probability P

Detection Probability P

メータ推定によって関数をあてはめてモデル化する．そこから導き出される欠陥検出の閾値などの欠陥検査工程

1.0を設計する上で重要となる心理物理量を求める．
0.5
0

PSE
Strength of Stimulus x(a) Response of 2 categories.

1.0

図5 検査員の識別能力を評価するプロセス
0.5

PSE
ここでは，被験者に提示される画像情報を知覚刺激，0

Strength of Stimulus x(b) Response of 3 categories.

図 3 心理測定曲線上の閾値と PSE

その結果得られる被験者の検出確率と刺激の強さの関係を関数化したものを心理測定曲線と定義している．知覚
刺激として用いられる対象物はオブジェクトと呼ばれる．
実験を通して得られる人間の知覚特性は，その個体が持っている感性の心理表出結果を精神物理学的測定法によ

2.3.2って数量化し，普遍的な関係や個体内および個体間の特弁別閾

比較の基準となる一定の刺激強度を標準刺激，比較の徴を示すものである．ここで対象にしているのはオブジ対象となる刺激強度を標的刺激といい，2つの刺激強度のェクトである欠陥の存在の有無であり，判断の基準とな差異の検出が可能な最小値を弁別閾(difference limen)

る画像と検査対象の画像を比較して人間が知覚により判

(19)

と呼ぶ

0

．例えば，図4のように標準刺激x と標的刺激x

断する状況を想定している．

を比較し，主観的にx0≦xであると検出するときの差Δx＝x－x0 の最小値が標準刺激x0に対する弁別閾である．

3.2 欠陥検出能力を測る知覚評価実験法

Detection Probability P

3.2.1 知覚評価実験法の概要
1.0

図6には欠陥検査で使用するFRP(繊維強化プラスチッ
ク: Fiber Reinforced Plastics)と呼ばれる素材で作ら
Δx0

Difference
limen

x0 x

Strength of Stimulus x

図4 弁別閾

れた構造体から抽出された部材の検査画像を示す．この
図の検査画像が示すように， FRP材の外観検査で発見される欠陥には，気泡，はく離，クレージング，縮みなど
20種類以上のものが挙げられる(20)．一方検査画像上で見いだされる画像は，均一な欠陥のない一様な灰色の画像と，これとは異なる欠陥を含む様々な形状や大きさの介３ 欠陥検査に関わる知覚能力の計量的測定

在物を示す画像に二分される．よって欠陥検出作業は，

3.1 検査作業における知覚認知特性の評価

検査画像内に存在する様々な形状や大きさの模様の中かWeber (1834) やFechner (1860) によって提唱された

ら，構造破損に結びつくような重要な欠陥もしくは将来

精神物理学では，物理的事象とそれに対応する心理的事

それに成長すると思われるものの存在を検査画像内で発象の間の関係を数量的に表現する．人間の知覚特性を外見する作業である．換言すれば，欠陥検出作業における

心理物理計測の工学的応用

11

検査員の検出能力は，正常でない部位の中に存在するオ

具体的な方法は，標準試料図形と各種の刺激強度を持

ブジェクトに関して，それらの欠陥に関する属性の刺激

った標的試料図形の組み合わせを数種類作成し，これら強度（例えば，大きさ，形など）が破損事故を引き起このセットをランダムな順序で複数回提示し，標準試料図

す限界の刺激強度より大きいかを判断する識別能力であ形に比べ標的試料図形の刺激強度が強いあるいは弱いとるといえる．

感じるかを2件法(19)の反応カテゴリーとして回答させる．

表1 に示す値は，図6に示す実際の外観検査画像を画像

このとき，最終的には各段階の刺激強度を持った標的試処理によって計量し，欠陥に含まれる各種の属性情報を料図形と標準試料図形の組み合わせは同じ試行回数で提示したものである．これらの値を得るために欠陥画像の示されるようにする．その結果，各段階の試行回数中に分類を行い(21)，欠陥を分類するためのIF-THENルールを

被験者が標的試料図形の刺激強度の方が標準試料図形の表形式で表現したルールテーブル法により分類を行った

刺激強度より強いと感じた回数を試行回数で除した値を(22)

観測値確率として求め，こうして得られた実験結果から，することができたが，画像に含まれている共通の属性値

被験者の心理測定曲線を統計的推定によって求める．

．その結果，欠陥画像に含まれる欠陥を数種類に分類が何であるかは得られなかった．そこで，画像処理として2値化，ノイズ除去，ラベリング処理等を施して欠陥部を抽出し，その画素モーメントから最も固有値の大きい
固有ベクトルを楕円の長軸方向として算出し，次に大きい固有値の固有ベクトルを楕円の短軸方向として，欠陥部と同一の面積を有する楕円をあてはめ，面積の大きい順にソートした．その結果，表1(a)に示す上位20組の属性値が得られた(23)．これより，欠陥を検出するために利用する図形属性を，長さ(Length)，形状(Shape)，グレー

図 6 Inspection image data.

スケール(Grayscale)の3属性とし，表1(b)に示す各属性の平均値と標準偏差を得た．これらの数値を用いて，亀裂などの刺激強度と同じ強度を人工的に生成できるように工夫した．
上記の考えに基づき，欠陥検出能力を測る知覚評価実
験では，図7に示すように人工的に作成した各属性の刺激強度を次のように定義した．まず図7に示すように，実験
図7 刺激と刺激強度の定義式(36).

において被験者に提示する刺激の特徴を表すものを，楕
円の長軸長さl1, 短軸長さl2 と楕円の濃度vとし，各属性の刺激強度を表す物理量を実験用の属性強度として式(2)で定義する．ここにl1, l2の単位はmm，v は8bit階調(256段階)のグレースケールを白の0から黒の1までの数値としている．刺激強度が強いほど数値が大きくなるよ

人間の知覚特性の差が顕著に表れる部分は標準刺激と標的刺激が知覚として等しい効果を持つとき, すなわちPSE（主観的等価点: Point of Subjective Equality）が含まれる範囲であるため，その範囲を重点的に解析する

う定義している．

ことが重要である(19) ．知覚実験では弱い刺激から強い

x1 =l1 ,x2 = 1－l2／l1 , 0≦l2≦l1
x3 = v , 0≦v≦1 .

3.2.2 刺激強度決定法

刺激に物理量が変化すれば検出確率も0から1へ変化すると仮定しており，代表的な刺激閾である検出確率 0.5と(2)なる点すなわちPSEが含まれるように標的刺激を設計す

こうして，これら3つの属性の刺激強度 x1, x2, x3それる．恒常刺激法の原理により，PSEは標準刺激強度の近辺

ぞれに標準刺激強度と標的刺激強度を生成し，両者をペになることから，標準刺激強度を含む範囲を対象とすれ

アとする試料図形を被験者に提示し，被験者の反応を計ばよい．

測する実験を実施する．被験者の判断は心理的要因によ

いま，オブジェクトに含まれるi番目(i＝1, 2, 3) のり変動するため，被験者の反応を数量的にばらつきも含

属性の標的刺激試料の刺激強度について予め複数の強さめて計測するため，統計的なサンプル実験を行う．

の段階を設定して実験に用いる．第j段階の刺激強度を神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

12

xij と表すとき，この値を各属性の標準刺激強度x0iと階料のサイズは，図8(b)に示すように有効な視力の範囲で差di から式(4)で生成する(37,38)．

ある視野角2度が保持できるようにスケール変換する．薄Lxij  x 0i   j  d i ,2
(i  1,2, 3, j  1,2,, L) ,灰色の円形の背景の中心に検査対象のオブジェクトを配(3)置した．これは，視覚刺激が被験者に提示されて一対比較の像として被験者が感じる際，マッハ効果(24)などの心理的要素が被験者の感覚にできるだけ介入しないように
中央配置のオブジェクトと背景との輝度的要素が被験者

表 1 欠陥検査画像から求めた欠陥データ(a)Result of Attributes by image processing (top 20 of Area).

の感覚にできるだけ介入しないように，中央配置のオブジェクトと背景との輝度差が小さくなるよう配慮したためである．このため，検査に用いる図形の検査対象部位に相当するオブジェクトは図中に示すような濃灰色の楕円形状として，3.2.1項で示した3つの属性，すなわち「長さ」，「形状」，「グレースケール」をそれぞれ変化させたものを薄灰色の背景の上に重ねた画像を試料とすることとした．なお，背景とする円形画像の濃度としては検査画像から欠陥の存在しない正常部位の濃度に相当す
るグレースケール値0.4の薄灰色とした．

(b) Statistical values of attributes.

x 0i  mi  const,

di 

si
zi .
L 1

(4)

式(3), (4)でxij は，属性iにおける第j 段階での刺激強度を示しており，L は段階総数を表している．標準刺激
強度x0iは一定値として表1(b)の平均値miとする．標準刺図 8 検査の資料サンプルと検査条件(36,37).

激強度x0iと標的刺激強度xij の差を階差diの{j－(L／2)}

標的刺激試料の刺激強度xij ( i=1,2,3, j =1,2, … ,倍として設定している．階差di は表1の標準偏差si を変L) については，その段階数L を7段階とした．段階数が換したものとする．なお，階差di の係数 zi は，分解能にあまり多くなりすぎると実験回数が増大して実験の要す関する係数で，階差が小さすぎると判別が困難となり，る時間が長くなり，また少ないと実験データが少なくな

大きすぎると刺激強度の差が顕著になって実験精度が悪るため解析する際の推定精度の低下が懸念されるとの理くなるため，その調整のための係数である．

由から，7段階が適していると判断した．被験者は図8(a)3.2.3

る標的刺激試料の刺激強度を一対比較し，標的刺激試料のように提示された標準刺激試料の刺激強度とL段階あ実験に用いる提示試料の設計

本実験に用いた試料のオブジェクトを設計する数値のの方が刺激強度が強いか弱いかを回答する．7段階の刺激調整には表1の統計量を利用して，人工的に描く属性の刺強度を設定する標的刺激試料について，提示する図形は3

激強度を決定した．この考えに基づいて求めた視覚刺激

つ全ての属性を含めて描画するが，3種類の属性のうち1

試料のサイズの基準と試料提示イメージを図8に示す．試

種類の属性の数値のみを変化させ，他の属性は標準刺激

心理物理計測の工学的応用

13

強度に固定する．このようにして，比較対象となってい＝1,2,3) の刺激強度を設定した．実際の実験においてはる属性以外の属性は標準刺激強度の数値を用いて描画し，極めて微少な刺激強度の変化を与える試料を用いている．

標準試料図形と差異があるのは比較対象の属性のみに限

その数値を表2に示す．図9には人工的に作成して実験に定する．

用いた属性「長さ」の標準試料図形および標的試料図形

オブジェクトに含む3つの属性の標準刺激試料の刺激の見本を示す．なお，この図中で描かれている刺激強度

強度x0i (i＝1,2,3) については，それぞれ表1の平均値

は，説明用として実際のものより強度を誇張して表示しmiとするが，長さの属性のみ前述のスケール変換の影響ている．

があるため，所定の範囲に納まるように調整して長さの3.85倍を施している．また，被験者の本来持っている知

表 2 検査資料に用いた刺激強度値（標準試料と標的試料）

覚特性を精度よく得るためには，人間の知覚特性の適応的分解能は極めて高いため，はじめは見分けることのできないくらいの微細な刺激強度の差を用いる必要がある．
そのため，階差di を決定する係数zi は，本実験では，コンピュータ画面の解像度や色の階調表示も考慮して，可能な限り細かくなるように調整しz1＝0.06, z2＝0.33,

z3＝0.17とした．
オブジェクトの長さを属性として有する提示試料の生成のため，その刺激強度を式(5)のように設定した．ただし，このとき他の属性の刺激強度はその属性の標準刺激強度に固定している．
x1j ＝ x01 + (j－3.5) d1 ( j＝1,2, … ,7),(5)

図 9 検査に用いた 7 段階刺激強度の提示試料

x01＝3.85m1＝17.5，d1 ＝ 0.58,
3.2.4 実験方法
図8(a)の左側にある標準試料図形の刺激強度は一定と

ただし，
x2j ＝ x02 ＝const,

し，これに対して数種類の刺激強度を有する標的試料図

x3j ＝ x03 ＝const.

形を右側に描き，これを被験者に有限回数提示して被験

オブジェクトの形状を属性として有する提示試料の者の反応を観察する．すなわち，図8(a)のように被験者生成のため，その刺激強度を式(6)のように設定した．たに対して左側の標準試料図形と右側の標的試料図形の一だし，このときの他の属性の刺激強度はその属性の標準対比較による刺激強度の差をみた被験者が同一の比較お刺激強度に固定している．

よび標準試料図形の組み合わせ回数に対し何回刺激強度

x2j ＝ x02 + (j－3.5) d2 ( j＝1,2, … ,7),(6)x02＝m2＝0.639， d2 ＝ 0.011,

が強いと回答するかを記録する．これは，段階j の刺激
強度xj に対し，被験者が反復回数N 回中 nj 回刺激強度が強いと反応すれば，この被験者は刺激強度に対して確

ただし，

率pj＝nj ／N で反応したと計測できるからである．よっ

x1j ＝ x01 ＝const, x3j ＝ x03 ＝const.

て，j を有限数設定し，xj を横軸に，観測値確率pj を縦オブジェクトのグレースケールを属性として有する提示試料の生成のため，その刺激強度を式(7)のように設定した．ただし，このときの他の属性の刺激強度はその軸にプロットすれば図5右側の心理測定曲線を計量的に描くための実験結果が得られる．
実験では，3種類の属性i (i =1,2,3)毎に7段階の刺激

属性の標準刺激強度に固定している．

強度をもつ図9に示すような標的試料と標準試料の一対

03xij が標準試料のxi0より“強い”か“弱い”のどちらか比較を行う．このとき，被験者は標的試料の刺激の強さ
x3j ＝ x + (j－3.5) d3 ( j＝1,2, … ,7),(7)x03＝m3＝0.547， d3 ＝ 0.012,
ただし，
x1j ＝ x01 ＝const, x2j ＝ x02 ＝const.
以上のようにして刺激強度の調整を行い，3つの属性xi (iを答えるように教示する．1段階あたりの反復数 N の各段階での標的試料による一対比較でxij≧xi0 と反応する
回数nijが得られるので，nij ／N でPr(xij≧xi0)に相当す
る観測値確率 pij を求める．以下は1つの属性について神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

14の実験方法について述べることとするため，属性を示す

うが「強い」あるいは「弱い」の2

添字i を省略する．

つの反応カテゴリーによる２件法

1属性における試行回数は，段階数Lと反復数N の積でで回答する．

7×30 ＝ 210 回の試行とする．
恒常刺激法に基づく実験

Step 3:x0よりxj のほうが「強い」と反応しにおける標的刺激試料の呈示順序は心理的影響を抑える

た回数 nj をインクリメント（カウために一様乱数を基にしたランダムな順序にシャッフルント）する． ( nj ← nj＋1 )する．採用したシャッフルのアルゴリズムは次のとおり

Step 4:試行回数がL×N 回となるまでである．なおここで用いる乱数はコンピュータ上での擬似乱数(25)であるが1000回以下の試行回数であれば擬似乱数の周期性の影響はない(26)．
(1)

Step 1からの手順を繰り返す．
Step 5:すべての試行を終えたら各水準の観測値確率 pj を求める．

試行回数分の配列T [1] からT [L×N ] までを定義し，各配列には値として1からLまでの数をそれぞれN個ずつ代入する．

(2)

カウンタ用変数aとランダム用変数bを定義し，aの初期値は1とする．

(3)

一様乱数に基づく関数より1からL×N までの乱数を発生させbに代入する．

(4)

T [a] と T [b] との値をスワップ（交換）する．

(5)

カウンタ用変数a をインクリメント (カウン

図 10 検査状況の外観と寸法諸元
表 3 提示試料のディスプレイ内での輝度 (cd/m2).

ト)する．
(6)

カウンタ用変数aがL×N を超えるまで(3)からの手順を繰り返す．

試料の呈示はコンピュータにより制御され，標準刺激試
料と標的刺激試料の一対がコンピュータディスプレイ上

図10に実験風景を示す．実験はこの図が示すように，に表示される．実験データとしては段階毎の観測値確率

あご載せ台に固定された被験者の眼前500 mmの位置に実を得る．1段階あたりの反復回数 N での一対比較で標準

験用の試料提示用ディスプレイを設置し，実験プログラ

刺激試料x0と標的刺激の段階j の試料xjを一対で呈示し，ムにより一対比較実験を行って被験者の反応を記録した．

被験者はx0よりxj の刺激強度のほうが“強い”と反応しなお，実験プログラムでは，表示される試料の大きさがた回数nj が得られるので観測値確率は次式で求められる．

ディスプレイの画面サイズおよび解像度の違いによって変動しないよう，Microsoft社製Visual Basic 6.0の開発

pj ＝ nj / N .

(8)

言語仕様にあるtwipと呼ばれる画面上の長さの単位を用いてコーディングした．この単位はディスプレイの画面

恒常刺激法に基づく実験の手順として，1属性における手サイズや解像度に依存しておらず，1cm＝567twip，1イン順を以下に示す．複数の属性を実験する場合はこの手順

チ＝1440twipと定義されており，すべてのディスプレイ

を属性の数だけ実行する．属性の標的刺激の段階数をL，上で同じ大きさで表示させることができるよう考慮され

試行回数L×N 回の１段階当たりの反復回数をN として，ている(27)．これにより，視野角2度で距離500mmの視野と順序はランダム順とする．予めその属性の標準刺激の試なる直径35 mmの真円の背景上に前述の式で求めた刺激料x0と標的刺激の試料xj をL 段階分用意する ( j ＝ 1,

強度の標準および標的サンプルが図8(a)に示すように，

2, … , L )．

感能検査での一対標的試料として表示できる実験システ
ムとなっている．また，実験環境としてコンピュータデ

Step 1:標準刺激試料x0と標的刺激の段階jィスプレイについてはCRTとLCD等の表示原理の違いや設の試料xj を一対で被験者に呈示す

定によって輝度が異なるため，同じ条件にするために輝る．

度を表3に示す数値の範囲に調整した．

Step2: 被験者はx0よりxj の刺激強度のほ心理物理計測の工学的応用

3.3

実験結果と考察3.3.1

被験者と教示事項

15yˆ j  a  bx j

(11)

実験における被験者は，裸眼または矯正の視力が1.0を当てはめ，そこから逆にから1.5までの，20才から28才までの49人（男44，女5）yˆ j   1 ( p j )とし，実験の目的，内容，回答方法を十分説明したのち同意を得て実施した．実験時の教示によって被験者心理が揺れないように統制するため，被験者には次のように(1)３種類の属性毎に実験があること．

(2)

各属性の反応カテゴリー（2 件法）

j

Pj   (a  bx j )(3) 画面中央付近にウインドウが表示され，の理論確率Pj がパラメータa,bの関数で表されるので，式(13)における正規分布関数のパラメータ推定は式(8)の図形が表示されること．

を尤度関数とする．

各属性の標準刺激より標的刺激のほう
回答はマウス操作で行うこと．
回答する際にはあまり深く考え込まな

L
L
L
Nj !
N n
l (a,b)  log
 nj logPj  (Nj  nj )log(1 Pj ) j j
n
!
(
N

n
)!
j1
j1
j1
j
j
j
L
L
L
Nj !
N n
 log nj log(a bxj )  (Nj  nj )log1(a bxj ) j j
nj !(Nj  nj )! j1
j1
j1

(14）

いこと．
3.3.2

(13)

その中の左に標準刺激，右に標的刺激が強いあるいは弱いを回答すること．
(5)の関係を使って理論確率Pj を求める． 1 ( p ) は標準正規分布の累積分布関数の逆関数を表す．すなわち，統一的に教示した．

(4)

(12)

(6) 実験開始から終了までの時間（見込み）．

なる対数尤度関数をa, bで偏微分した式を零として連立

心理測定曲線のパラメータ推定

方程式の解として最尤推定量が求められる．

実験から1属性あたりL 段階分のデータとして，反復回

ところで，この連立方程式は非線形な方程式になるの数N 回中「強い」と反応（U判断）した観測値 nj ( j = 1,2,

で解析的には解けない．このためこれを解くには数値解… , L)が得られる．「強い」もしくは「弱い」の2件法

法 に 頼 ら ね ば な ら ず ， 式 (15) の 漸 化 式 を 用 い るによる反応カテゴリーの観測値n1,n2,…,nLは，平均pj ,Newton-Raphson法に基づくアルゴリズムで逐次計算を行

分散ｐj (1-pj )の2項分布に従う．

い収束解として解く．そうすればこの収束解は最尤推定量になる(28)．

L

N j!

j 1

n j !( N j  n j )!

P(n1 , n2 ,..., nL )  N n jn

p j j (1  p j ) j.
(9)

上式において，ｐj は式(2)で定義した確率Pの観測値確率とみなすことができ，これを平均と標準偏差をもつ正規分布の累積分布関数による確率で与える．

p j  ( y)  yj

t dt, y j 

x j  xx

  2la 
a   a 2
b   b     2 l  k 1   k  ab

1 2l    l ab   a  .
 2l    l b 2  k  b  k（15）

式(15)の a, b を k 次の値から k +1 次の値に更新する過程では式(15)の値を用いる．この方法は正規偏差で表現
すると直線になる性質を利用して，更新時の新しい正規偏差の候補として式(16)による仮の正規偏差 y’ｊｋ（こ.

れをプロビットと呼ぶ）を用いて直線を当てはめるため，
(10)



ここに，( y ) と  t は標準正規分布の確率密度関数と累積分布関数である．そのため，観測値確率pj が得られた時，これらのデータより母集団分布のパラメータ推定
は最尤推定法で行われる．観測回数njを反復回数Nで除しプロビット法と呼ばれている(19)．

y j k  yˆ j k 

p j    yˆ j k .
  yˆ j k (16)

ここに， ŷ j k はk 次の計算中に当てはめた式(11)の直線

た観測値確率 p j に対応する正規偏差 y j は正規分布

から読みとった正規偏差を表している．

する変量 x j と直線関係を示すため，その推定値は次式

じることを前提としているが，特に熟練者を対象とした人間の感覚実験においては，判別結果にバラツキが生場合には，明確な判別によりバラツキが小さい，あるい神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

16はバラツキがない場合も想定される．その場合は観測値として効いている様子がよくわかる．

確率pj が0または1になるが，それに対応する正規偏差がさて，被験者 49 名に対して得られた心理測定曲線から±∞となるからその計算処理は困難であり，通常の回帰

求まる確率特性値 PSE，PSE と標準刺激との差，標準偏差分析ではこれを除いた残りのデータしか扱えない．とこ(SD)および変動係数(CV)を比較して．これらの心理特性

ろが，ここに示したプロビット法では式(16)によって仮を大別すると 4 種類のカテゴリーに分類できるため，その正規偏差を導入することで±∞となることを回避できる．この特徴によって，観測値確率が0または1になる情報も排除せずに実験から得られた情報全てを含めて計算することができ，人間の感覚実験におけるパラメータ推定法に適している．
3.3.3

心理測定曲線実験結果に当てはめる心理測定曲線のパラメータ推定には既述のプロビット法を用い，推定における収束条件(a) Lengthは10－5以下とした．パラメータ推定における収束計算回数はすべて数回で収束した．プロビット法により推定されたある被験者の心理測定曲線の一例を図11に示す．この図中における縦軸の確率P は，標的刺激試料の刺激強度xij が横軸に示される値をとるときに被験者が標準刺
激試料の刺激強度x0iより「強い」と反応する確率である．
換言すれば，Pは「xij＞x0i」と感じる確率である．心理測定曲線より，標的刺激試料のxij が大きくなるにつれ，(b) Shape

Pも0から1に増加する傾向は，すべての被験者に対し同様であった．しかし，被験者によっては属性の種類によって急激な増加を示す場合とゆるやかな増加曲線を描く場
合があり，そのような傾向を定量的にとらえることができた．
図11には比較のために回帰分析による曲線が描かれている．図中破線で示す回帰分析の曲線よりも，図中実線で示すプロビット法による曲線のほうが0または1の観測値確率が心理測定曲線の推定において，有効な確率重み(c) Grayscale
図 11 実験で得られた心理測定曲線の一例

図 12 実験から得られた典型的な心理測定曲線

心理物理計測の工学的応用

17

れぞれの心理特性曲線の挙動を表す被験者の例を図 12傾向がある個体と，図中被験者(c)のようにきれいに判断に示す．これらの図における縦軸の確率 P は，標的試料

している個体に大別され，これは前述の考察と同様の傾の刺激強度 xij が横軸に示される値をとるときに被験者向を示している．属性x1, x2が空間的な属性であるのに0が標準試料の刺激強度 xi より「強い」と反応する確率で対して属性x3は光学的な属性であり，グレースケールにある．換言すれば，P は「xij＞xi0」と検出する確率であ

関しては個体の視覚特性によって得意な人と不得意な人

る．図の曲線は傾きが大きいほど，すなわち標準偏差がの差が顕著に表れるものと思われる．

小さいほど，その属性に対する被験者の判別精度が高い

さらに，PSEと標準刺激との差を調べると，他の属性にことを示している．属性毎に標準偏差を小さい順にソー比べ「形状」に関する属性x2については，ほとんどの被トして第一四分位以上を判別精度が高いとし，第三四分

験者が正であり4人(8%)だけが負となった．差が正である

位以下を判別精度が低いとした．図 12 の(a),(b),(c)はということは，標準刺激よりも鋭い形状を多くの被験者

いずれかの属性に対して判別精度が高かった被験者のグはPSEとしていることを表している．これは，感覚の大きラフで，(d)はいずれの属性も判別精度が低かった被験さの増加分は元の刺激の強さと刺激の増加分の比に比例者のグラフである．全ての属性について判別精度が高かするとしたWeber-Fechnerの法則に従えば，同じ階差で刺った被験者はいなかった．(a),(b),(c)のようにいずれかの激強度が変化しても鋭い形状の方が感覚的な形状の違い

属性に対する判別精度が高い結果となった被験者が多くはより顕著に出るために，判別しやすい鋭い形状の方向

みられ，図形属性の種類によってその被験者が得意か不に偏ったものと考えられる．

得意かという個体の持つ特徴を計量的に示している．
一方で(d)のような判別精度がすべての属性とも低い

3.3.3

PSE曲線による個体間変動の評価

結果を示す被験者は 4 人であった．このような被験者は，個体間変動を検討するために，被験者49人の心理測定

属性を問わず判断のバラつきが大きいことから，正当な曲線より求めたPSEを小さい順にソートし，それらから平実験参加をしていない可能性も考えられるが，誠意的に均ランク法(29)によって観測値確率を求め，正規確率紙上実験に協力していたことから，その個体の特性としては，にプロットしたものを図13に示す．平均ランクの計算手

この実験が当被験者にとって判別しづらい感覚刺激の一順は次のとおりである．

対比較実験であったと考えるほうが妥当であろう．

Step 1: k 個のデータ（PSE）を小さい順にソート

このように標準偏差の比較によって，その個体の持つして，1から順番に番号iを付ける．

傾向・特性を読み取ることができる．これらの結果は，Step 2: 平均ランク法における確率qiを次式で計本実験方法が各属性に対する被験者の特性が判別精度と算する．

qi ＝ i／(k+1) .

いう計量的な指標で比較できることを示している．

(17)

次に各属性に注目して考察する．変動係数(CV)に注目

Step 3: 横軸にPSEの物理量，縦軸に得られた確率

して分類すると，長さに関する属性x1については，平均に対応する正規偏差yi ＝ Φ－1(qi)をプロ

値を中心として前後に大きな偏りなく分布しているが，ットする．（Φ－1(・)は正規分布の累積分それに対して属性x2とx3は平均値以下がそれぞれ36人

布関数の逆関数）(73%)，35人(71%)で大きく偏っており，変動係数が0.100

Step 4: プロットした点の回帰直線を求め，この線を超える大きな変動を示す被験者はx2が3人(6%)，x3が6から全体の平均値および標準偏差を算出す

人(12%)いた．このことから，図形の「長さ」を比較する

る．

ことには多くの人間が慣れているため個人差はあまりな

図13には被験者集団全体としての平均と標準偏差およびいが，「形状」や「グレースケール」については，変動

その変動係数を図中に示している．前項では標準偏差が係数が非常に大きくなる傾向すなわち判別精度が低くな

小さいほど判別精度が高い点を考察したが，標準刺激強る被験者が存在し，この属性はその被験者にとって不得度と主観的な閾値であるPSEとの差も判別の正確性の指意な属性であることが推察される．よって，「形状」や標となる．図13(b)から，属性x2は他の属性と比較して標「グレースケール」という属性は「長さ」の属性より被験者

準刺激強度近傍に集中しやすいことがわかる．これは，によって個体差が出やすい属性であることが考察される．

「形状」の判別が，人間にとってある程度の差があればまた，グレースケールに関する属性x3については，図他の属性より個体差が出にくい図形属性であることを示

12のように図中の被験者(a),(b),(d)のように属性x2と唆している．すなわち，「形状」を判別するためには，同様に標準刺激との差が微小なところでは判断の揺らぐ

ある程度の差が必要だが，判別結果に主観的な影響は受神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

18

う図式が浮かび上がってくる．では，調和するためにはY

3.0

Sample size: 49
Mean: 17.40
S.D. : 0.633
C.V. : 0.036

0.0
-3.0
15

16

17

18

19

20

判別確率を保証できる閾値を解析的に求めることもでき
れば，自動検査システムの閾値設定に応用できる．そこ
で，熟練者の経験・知識・技量を反映した感覚・知覚に(a) X1
Length基づく閾値分布の特性を抽出できれば，熟練者の知覚特

3.0

Y

どのような形態が考えられるだろうか．欠陥検査では，

Sample size: 49
Mean: 0.650
S.D. : 0.009
C.V. : 0.014

0.0
-3.0
0.6

0.62

0.64

0.66

0.68

0.7

性を活かした欠陥検査工程の自動化システムの開発に寄与できるかもしれない．こうした発想に基づき図14には，熟練者の知覚特性を関数関係で表現し，その関数に基づいた欠陥検出の自動検査システムの閾値チューニングの(b)X2Shape

流れを示している．この図に示すように，熟練者が一般

Y

3.0

Sample size: 49
Mean: 0.543
S.D. : 0.021
C.V. : 0.039

0.0
-3.0
0.5

0.52

0.54

0.56

0.58

0.6

X3 scale(c) Gray

図13 PSEの分布
けにくいという図形属性の特性が推察される．
図13は，非常に重要な情報を提供している．それは，ここで示したPSEの標本分布は個体の変動も含めた特性が評価でき，しかもPSEの統計的性質より，平均値は真の(18)

パラメータの一致推定量であるため，サンプル数を大きくすれば精度が上がり，自動検査の閾値としても利用できる．したがって，欠陥検査工程の機械化に当たり，者と大きく異なる点は，欠陥検査におけるその卓越した
非線形な知覚特性を表す関数形である．個々の熟練者と一般者との相違点を検討することにも本手法は使用でき，集団の傾向を効率的に評価することも可能であるため，
熟練検査員集団全体の知覚特性やその傾向を抽出し，知能機械としての自動検査システムの検出閾値エンジンに
その非線形関数を移植することは不可能ではないと考えられる．
なお，本報では紙面の都合で割愛したが，検出精度を上げるために多属性間の統計的相関関係を利用したマル
チモダリティを利用した検出確率を向上する方法や，精度を落とさず試験回数を少なくして，研究津確率を予測する方法などについては，文献(36),(37)を参照いただきたい．

熟練者の技能や経験を抽出する方法としても有効である
と考える．

謝辞
本稿で紹介した欠陥検査に関わる一連の研究は，滋賀

5 結言
安全・快適・安心を支える技術として重要な役割を果たしている欠陥検査において，優れた能力を発揮する熟練検査員の技能・特性を抽出し，機械に技能移転するた
めには何が必要であろうか．

大学経済学部中川雅央博士ならびに鳴門教育大学林秀彦
准教授との共同研究の成果である．本報をまとめるに当たり研究結果の一部を転載するに当たり快諾いただき感謝する．また，研究の一部は，文部科学省ORC整備事業ならびに科学研究費補助金による経済的援助を受けたことを付記し深謝する．
参考文献(1) 自然の叡智に学ぶ―バイオミメティックスの無限の可能性,
http://wiredvision.jp/archives/200411/2004111003.html.

図14 検査員の知覚特性を利用した自動欠陥検査へ(2) 宮原誠, “深い感性のテクノロジー”, ビジョン技術の実利用ワークショップ(ViEW2003)講演論文集,

熟練検査員の多様かつ高度な欠陥検出は，欠陥に関わ

精密工学会(2003), pp. 74-77.

る事象の正しい認識と，正しい判断によるものである．

(3) 徳永修一, 兼田雅弘, 大崎紘一, “手話の指文字の画

この事象認識と判断という創造的なプロセスを担える媒

像処理による認識に関する研究”, 日本経営工学会

体は人間である．そこから，欠陥検査の知能化・高度化

誌, vol. 43, no. 4(1992), pp. 296-302.

には人間と機械が調和・融合し，相互に関与し合うとい(4) 佐藤淳, コンピュータビジョン－視覚の幾何学－,

心理物理計測の工学的応用

コロナ社，(1992), pp. 1-9.
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inspection system”, Proc. 9th IEEE International
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ROMAN2000) (2000), pp. 52-56.
(23) M. Nakagawa and H. Nakayasu, “Human oriented
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visual inspection”, Proc. 10th Human-Computer
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random field”, Pattern Recognition, vol. 25, no. 10(14)C. Chi and C. Drury, “Limits to human optimization in
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response criterion in an inspection task?”, IIE
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(35) 室津義定, 米澤政昭, 邵暁文, システム信頼性工学,
共立出版, (1996), pp. 93-102.
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(37) H. Hayashi, M. Nakagawa and H. Nakayasu, “Anevaluation

methodofhumanpropertyusing

psychometric function in sensory test”, Journal of theChinese Institute of Industrial Engineers, vol. 24, no.
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(38) 中易秀敏, “物理量としての感性の計測評価法－欠陥検査における知覚特性の評価法－”, 科学と工業,
vol. 81, no. 11(2007), pp. 545-550.

20

量子散乱状態とメゾスコピック系の電気伝導
西野 晃徳＊

Quantum Scattering States and Electron Transport in Mesoscopic Systems
Akinori NISHINO＊

１． はじめにのデバイスではリングを貫く磁場の変化で電気伝導度が前世期初頭に構築された量子力学は，今やニュートン

振動し[5]，
量子ポイントコンタクトと呼ばれるデバイス

力学を「古典」の地位へと追いやり，現代物理学を支え

では電気伝導度が離散値をとる[6]．
これらは古典論ではる一本の柱となったと言ってよいであろう．水素原子に説明できない．さらに重要なことは，そのようなデバイ

束縛されている電子のエネルギーや角運動量が離散的なスを実験室で自在に設計し，制御できることにある．

値をとるという衝撃的な結果は，電子が波の性質を持つ

次々と新しい実験結果が発表される中で，メゾスコピ

ことによって説明され得る．それでは身の回りにあふれック系の電気伝導理論にも大きな関心が寄せられている．

る電化製品の中に流れる電子達は，波のように強め合っ

半導体量子デバイスにおいては，電子はフォノンとの散たり，打ち消し合ったりしているのだろうか？ どのよ

乱が非常に少なく，バイアス電圧下では，系は線形応答

うな測定をすれば，電子が波であることを実感できるの領域を超えて，平衡状態とは「遠く離れた」非平衡状態

だろうか？

にある．従って，平衡系の解析に用いられてきた手法はそのような疑問に答えてくれたのが，メゾスコピック

そのままでは使えない．メゾスコピック系の電気伝導の系の研究である[1-4]．文献によれば，メゾスコピック系

研究は，未だ発展途上の非平衡系の理論を育てる舞台をとはマクロ（巨視的）な系と，ミクロ（微視的）な系の提供しているとも言える．

「中間の大きさ」の系である．原子のようなミクロな系

本解説では，ランダウアー公式を用いて，メゾスコピ

において，電子は波の性質を持つ．一方，金属のようなック系の電気伝導特性を調べる方法について紹介する

マクロな系においては，電子は他の電子や格子振動のフ[1-4] [7-9]．ランダウアー公式とは，ある種のメゾスコ

ォノンとの相互作用により散乱され，波としての干渉性

ピック系の電気伝導度が電子の散乱状態の透過確率に比（コヒーレンス）を失ってしまう．電子が波としての干例する，という実に単純なものである．この公式は，最渉性を保持できる距離はコヒーレンス長と呼ばれ，メゾ

初は現象論的に導入されたが，実験による検証を経て，スコピック系はこの長さより小さい系として特徴付けら

現在では最も「手軽な」電気伝導度の計算方法として受れる．

け入れられている． 尚，オリジナルのランダウアー公式

近年の微細加工技術の進歩により，メゾスコピック系

は相互作用のない場合にのみ適用されるものであったが，を半導体上で作製できるようになった．典型的なデバイ

最近，我々は相互作用系への拡張も成功している[10-11]．

スのサイズは数μm から 100nm 程度で，そのような技術

本稿の構成は以下の通りである：第２節でメゾスコピが現代のナノテクノロジーの礎となっていることは言う

ック系の電気伝導について概説する．２つの半導体量子までもない．このようなデバイスにおける電気伝導は，デバイス，量子ポイントコンタクトと開放型量子ドット

電子が干渉性を保持して流れるコヒーレント伝導であり，を紹介し，そのようなデバイスの電気伝導度を計算する

マクロな系のものとは全く違ったものとなる．リング型

ためのランダウアー公式について説明する．第３節ではポテンシャル障壁の存在下で，量子力学的な散乱状態を*准教授 物理学教室
Associate Professor, Institute of Physics

具体的に構成し，透過確率を計算する．これにより，開放型量子ドットにおける共鳴伝導が説明される．第４節

量子散乱状態とメゾスコピック系の電気伝導

では共鳴伝導を再現するように単純化された開放型量子21ている[12]．

ドットを導入する．この単純化を通じて，二重量子ドッ
ト，相互作用共鳴準位模型の電気伝導を議論する．
２． メゾスコピック系の電気伝導２．１ 半導体量子デバイス
近年の微細加工技術の進歩により，量子ドット，量子細線などのメゾスコピック系を半導体上に作製できるようになった． 図 1 の模式図のような半導体デバイスを考えよう．バンドギャップは異なるが，格子定数は近い
半導体 GaAs と混晶半導体(Al,Ga)As のへテロ接合を作る．その接合界面にはポテンシャル井戸が形成されて電図 2 半導体へテロ接合の界面にできる２次元電子系に子が閉じ込められるため，十分低温ではこの界面を２次電圧をかけて作製された量子ドットの模式図[12]．

元電子系とみなすことができる．このヘテロ接合に図 1のように電極を付け，負の電圧をかけると，２次元電子

これら２つの先駆的な実験以降も，より精密な半導体

系内にポテンシャル障壁が形成される．ここで，ポテン

量子デバイスが作製されている[13-19]．
このようなデバ

シャル障壁間の狭い出入り口は量子ポイントコンタクト

イスの利点は様々なパラメータ領域で電気伝導を調べら(QPC)と呼ばれる．実験[6]において作製された QPC のれることにある．例えば図 2のデバイスにおいて，電極

サイズは約 250nm であり，この場合に期待されるコヒー

C の電圧（ゲート電圧）を調整すると，量子ドットの大レンス長 10μm 程度より十分小さいため，QPC 付近ではきさを変化させることができる．また，電極 1，2 の電圧

コヒーレント伝導が実現される．実際，QPC を通過するを調整すれば，量子ドットと導線の間のポテンシャル障

電流の伝導度はゲート電圧に対して量子化されており壁を変化させることができる．

[6]，これはコヒーレント伝導によって説明される．
２．２ ランダウアー公式
上で見たようなメゾスコピック系の電気伝導度（＝電気抵抗の逆数）の計算方法の１つとしてランダウアー公式が用いられる[1-4] [7-9]．ランダウアー公式が適用されるのは，図 3 のような微小な試料が導線を通じて左右の電極に接続されているような系において，相互作用が無視できる場合である．
電子を量子力学的に扱うことで，コヒーレント伝導が調べられる．図 3 のようにソース―
図 1 半導体へテロ接合の界面にできる２次元電子系にドレイン電圧をかけたとき，ソース側から試料に向けてゲート電圧をかけて作製された量子ポイントコンタクト

入射される電子の１つに着目しよう．デバイス（試料＋(QPC)の模式図[6]．

導線）はコヒーレンス長よりも十分小さいため，電子は波動として振舞い，一部は試料付近のポテンシャル障壁

次に図 2 のような６つの電極 F，C，1，2，3，4 を持で反射され，一部は試料を透過してドレイン側へ進む．

つデバイスを考えよう．電極 F，C，1，2 に負の電圧を

この反射確率を R，透過確率を T=1-R と表すと，電極間かけることで，電子は量子ドットと呼ばれる図の中央付の電気伝導度 G は

近の破線の円で示される領域に閉じ込められる．量子ド

2e 2
(1)
T
h
で与えられる．これがランダウアー公式である．ここでットには電極 F と 3 あるい電極 F と 4 によって形成される導線（量子細線）が左右から接続されており，ソース―ドレイン電圧をかけて電流の測定ができる．実験[12]で作製された量子ドットの半径は約 300nm であり，量子ドット付近ではコヒーレント伝導が実現される．実際，量子ドットを通過する電流には伝導度の共鳴が観測されG

e は素電荷，h はプランク定数であり，因子 2 はスピン自由度による．透過確率 T は 0  T  1 の値をとるため，伝導度に上限値 G0 =2e2/h が存在することが分かる．透過確率 T=1 でも電気伝導度が有限なのは，ランダウアー公式

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

22で与えられる電気伝導度が試料と導線からなるデバイス

た．我々の最近の研究では，量子ドット付近の電子間クの電気伝導度であるからである．このランダウアー公式

ーロン相互作用を考慮すべき場合も，相互作用の効果をは，QPC における伝導度の量子化や，開放型量子ドット取り入れた多電子散乱状態を用いて同様の電流計算が可2における共鳴伝導を再現する．
実は式(1)の係数 G0 =2e /h

能であることを明らかにした[10-11]．これについては第が伝導度の量子化値を与える．

４節で説明する．
３． ポテンシャル障壁による散乱状態
３．１ 単一のポテンシャル障壁
前節の議論から，電気伝導度の計算には電子の散乱状態を調べることが重要であることが分かる．電子が単一のポテンシャル障壁に対してどのように振る舞うかを考えよう．最初に， 図 4 のようなポテンシャル障壁による散乱問題を考える[20]．これは図 1のQPCのx軸方向の運動に

図 3 ランダウアー公式が適用される系．

対応する．運動エネルギーEを持つ電子が，高さVgのポテ
電気抵抗がエネルギー散逸により現れることを思い出

ンシャル障壁に向かって，左から入射されたとする．電子

すと，エネルギーを保存した散乱状態が電気伝導度を決が古典力学に従う古典粒子であるとすれば，エネルギー保

めるというランダウアー公式は奇妙に思える．それでは存則により，E > Vgの場合には透過確率は1となり，0 < E <どこでエネルギー散逸が起こっているのかと言うと，次Vgの場合には透過確率が0となるはずである．しかし，電のように解釈されている[1-2]．
左右の電極は試料部分に子を量子力学的に扱うと異なる結果が得られる．

比べて十分大きいため，試料から少々電流が流れても各々平衡状態を保つと考えられる（そのような時間スケールの測定を考える）．
これは熱力学における熱浴に対応するものであり，熱だけでなく電子の出入りがあることから，電子溜と呼ぶことにする．この左右の電子溜がフェルミ分布で特徴付けられ，左右の電子溜から入射される電子はインコヒーレントであると仮定すると，各入射電子のエネルギーは各々のフェルミ分布に従っているはずである．ここで左の電子溜から入射された電子は試料を通じて右の電子溜に移動するが，この電子が再び試料に入射される際に右の電子溜のフェルミ分布に従ってい

図 4 ポテンシャル障壁による散乱．

るためには，再入射前に右の電子溜で緩和されている必要がある．この緩和の過程でエネルギー散逸が起こる．

電子の質量を m，また ћ = h/(2π) とすると，電子の定

一般に透過確率は電子の入射エネルギーに依存するた常状態（＝エネルギーが一定の状態）を記述する波動関

め，電気伝導度は入射エネルギーE の関数 G(E) となる．
左右の電子溜がフェルミ分布に従っていると仮定すれば，量子ドットを通過する電流はソース―ドレイン電圧 V の関数として

数 ψ(x) は次のシュレディンガー方程式に従う： 2 d 2  V ( x)   ( x)  E ( x).
2
2
m
dx



ここでポテンシャル V(x) は図 4 に従って
0 (| x | a)
V ( x)  V g (| x | a)

(4)

2e 
I (V ) 
dE T ( E ) ( f eV / 2 ( E )  f eV / 2 ( E )) (2)h と与えられる[8]．ここで fμ(E) は逆温度 β，化学ポテンと設定する．このシュレディンガー方程式の解は，ポテ

シャル μ のフェルミ分布関数

ンシャルが一定の領域内では，一定の（実数あるいは純1f  (E) 1  e  ( E-μ )

(3)

である．
ここで説明したランダウアー公式は，相互作用が無視できる場合にのみ電気伝導度，電流の計算が可能であっ(5)虚数の）波数を持つ右向きの平面波と左向きの平面波の重ね合わせで与えられる．従って，エネルギーE の自由
電子平面波を左から入射した場合の波動関数は r, t, A, B
を未知係数として

量子散乱状態とメゾスコピック系の電気伝導e ik1x  r e  ik1x

 ( x)   A e ik 2 x  B e ik 2 x
 ik1xt eの形をとる．ここで23( x  a )( a  x  a )(6)(a  x)2m( E  V g )2mE(7), k2 
である．左から入射したために，領域 a < x には右向きの
k1 

平面波のみが現れることに注意．E -Vg > 0 の場合は k2 が実数となるため波動関数は平面波になるが，E -Vg< 0 の場合はk2 が純虚数となるため波動関数は指数関数的になる．

図 5 単一ポテンシャルに対する散乱状態の透過確率．
ћ= 1，2m = 1， Vb = 10 で障壁の厚みが 2a = 1，2，3 の３未知係数 r，t，A，B は波動関数 ψ(x)とその導関数 ψ’(x)の境界 x =-a，a での連続性により決定される：
 (  a  0)   ( a  0), ' ( a  0)   ' ( a  0).

(8)

これらは４つの未知変数 r, t, A, B に対する連立１次方程式

A e ik 2 a  B e ik 2 a  t e ik1a ,て，反射係数 r と透過係数 t はt(k12  k 22 ) e 2ik1a sin(2k 2 a),(k  k 22 ) sin(2k 2 a)  2ik1 k 2 cos(2k 2 a)
 2 ik1a2ik1 k 2 e(k  k ) sin( 2k 2 a)  2ik1 k 2 cos(2k 2 a)21がある．QPC 付近では y 方向の閉じ込めポテンシャルになるエネルギーに対応する場合は，別のチャンネルとして区別する．入射エネルギーを固定して，ゲート電圧をを与え，これは手計算で扱えるレベルである．結果とし

2
1の運動も考慮し，多チャンネルの効果を取り入れる必要

同じ入射エネルギーであっても，この y 方向の運動が異(9)k 2 ( A e ik 2 a  B e ik 2 a )  k1t e ik1ar

実際に QPC の伝導度を再現するには，図 1 の y 方向

より，y 方向の運動は離散的なエネルギー固有値をとる．

e ik1a  r e ik1a  A e  ik 2 a  B e  ik 2 a ,k1 (e ik1a  r e ik1a )  k 2 ( A e ik 2 a  B e ik 2 a ),つの場合．

下げると寄与するチャンネル数も増加する．１チャンネ
ルあたりの伝導度への寄与の最大値はG0 =2e2/hであるから，十分薄いポテンシャル障壁の場合を考えると，チャンネル数の増加に伴って，伝導度は階段的に増加する．

(10)

これが伝導度の量子化である[6]．

22

３．２ 二重障壁ポテンシャルと得られる．
この散乱状態の透過確率 T(E) は透過係数を t を入射エネルギーE の関数 t(E) としてT ( E )  | t (E ) |2

次に，二重障壁ポテンシャル下での電子の散乱問題を考えよう． 図 6 のような二重障壁ポテンシャルを考え(11)と計算される．図 5 は ћ = 1，2m = 1，Vg = 10 で障壁のれば図 2 の開放型量子ドットの x 軸方向の運動を調べることができる．

厚み 2a を変化させたときの透過確率 T(E)である．入射エネルギーが E > Vg の場合にも，古典粒子のように透過確率は１とはならず，電子の一部は反射されていることが分かる．0 < E < Vg の場合には，電子の一部が障壁を通り抜けて透過する．これがトンネル効果である．トンネ
ル効果でポテンシャル障壁を通り抜ける電流は，当然，障壁が薄いほど大きい．

図 6 二重障壁ポテンシャル．
ポテンシャル障壁が１つの場合と同様に，電子の定常状態を記述する波動関数 ψ(x)に対するシュレディンガー

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

24

固有値 E0，E1，E2，…のみを取り得る束縛状態となる．

方程式は
 2 d 2  V ( x)   ( x)  E ( x)2
 2m dx(12)

エネルギーE > Vb では
ポテンシャル Vb を下げていくと，連続スペクトルをとる散乱状態が現れ，エネルギーE <で与えられる．ここでポテンシャル V(x) は図 6 に従っ

Vb の束縛状態はトンネル効果により障壁の外へしみ出してていく．同時に二重障壁の外にあった散乱状態も障壁内

0 (| x | b)
V ( x)  Vb ( a | x | b)
V (| x | a) dと設定する．波動関数 ψ(x) はにしみ込んでくるが，その際，エネルギー固有値 E0，E1，(13)い．結果として，透過確率 T(E) は E0，E1，E2，…付近

e ik1x  r e ik1x( x  b)
 ik2 x
ik 2 x( b  x   a ) A2 e  B2 e
 ( x)   A3 e ik3 x  B3e ik3 x (a  x  a)
 ik2 x
ik 2 x( a  x  b)
 A4 e  B4 e
t e ik1x(b  x)の形をとる．ここで
k1 
k3 

2mE
, k2 

2 m( E  V d )2 m( E  V b )

E2，…に近いエネルギーを持つ散乱状態ほどしみ込み易でピークを持つ．ランダウアー公式により，これらの透過確率のピークは電気伝導度のピークを与える．このような電気伝導は共鳴伝導と呼ばれる．図 7 のように，ゲ(14)ート電圧 Vd を調整することでこの共鳴伝導の準位（共鳴準位）を動かすことができる．
透過確率 T(E) のエネルギーE = Er でのピークは，透過係数 t(E)の複素平面上での極 Er -i Γr に対応する（この極を共鳴極と呼ぶ）．実際，透過係数 t(E) を共鳴極 E = Er -i

,

(15)


とする．８つの未知係数 r，t，A2，A3，A4，B2，B3，B4

は波動関数 ψ(x)とその導関数 ψ’(x) の連続性を要請することにより決定される．これらの係数の具体形は複雑なので数式処理ソフト(Mathematica)で扱うことにする．
図Γr の近傍でt(E) c
E  E r  ir(16)と展開すると，透過確率がブライト―ウィグナー型（あるいはローレンツ型）のピークを与えることが分かる：
2

T (E)  t(E) | c |2.
2( E  E r )  r

(17)

7 は ћ = 1，2m = 1，a =1.8, b = 2.0, Vb = 10 の場合にゲ

透過係数 t(E) の虚部 Im (t(E)) は量子ドットの状態密度ート電圧 Vd を変化させたときの透過確率 T(E) である．

を意味する．量子ドットと導線に接続することで，状態入射エネルギーE < Vb では，ポテンシャル障壁が１つの密度Im (t(E)) は共鳴準位E = Er を中心に大きさΓr 程度の場合と同様にトンネル効果が起こるが，さらに入射エネ幅を持つため，Γr は準位幅と呼ばれる．

ルギーの特殊値で透過確率のピークが現れるのが分かる．
４． 様々な開放型量子ドットの電気伝導４.１ 模型の単純化
様々なタイプの開放型量子ドットを調べるために，前節で扱った模型を単純化する．前節のポテンシャル障壁
による散乱状態の具体形を書き下すと非常に複雑な形になる．さらに相互作用を考慮するとなると，多電子散乱状態の具体形は数値的に扱うことさえ困難であろう．ポイントは共鳴伝導をいかに単純に再現するかにある．
そこで共鳴準位模型と呼ばれる最も単純な開放型量子ドットを導入する．まず，スピン自由度は無視すること
図 7 二重障壁ポテンシャルに対する散乱状態の透過確にする（従ってランダウアー公式の因子は G0 =e2/h とな

率．ћ = 1，2m = 1，a =1.8, b = 2.0, Vb = 10 でゲート電圧

る）．図 8 のように，２本の導線を折り曲げて配置し，が Vd =0，5，10 の３つの場合．

その間に量子ドットを置く．各導線の原点付近で量子ドットに最も接近するように x 座標系をとる．

透過確率のピークは以下のように説明される．二重障
壁ポテンシャルが無限に高い場合(Vb→∞)には，電子は障壁間に閉じ込められ，いくつかの離散的なエネルギー量子散乱状態とメゾスコピック系の電気伝導25を挟んで接続する．電子はポテンシャル障壁をトンネル効果で透過するとし，ドットと各導線の原点 x = 0 の間の飛び移りの行列要素をt とする．
t は一般に複素数であり，電子の入射エネルギーに依存するが，ここでは実数の定数と仮定する．導線の線形分散により，電子は各導線上を x 軸の正の向きにしか移動しないため，散乱状態を考える際には注意が必要である．導線１から電子が入射される場合を考えると，電子の入射波は導線１の x < 0 の部
図 8 共鳴準位模型における量子ドットと導線１，２の分を正の向きに進み，
原点 x = 0 にある量子ドットで散乱

配置．導線の分散関係を線形化したため，電子は各導線される．散乱後の電子は導線１，２の x < 0 の部分には戻上を正の向きのみに進む．

らず，x > 0 の部分へ進む．つまり，導線１の x > 0 の部
分に存在する電子波は反射波，導線２の x > 0 の部分に量子ドットの単純化存在する電子は透過波と解釈される．

量子ドットは十分小さく，ドット内に存在する共鳴準位の間隔は十分広いと仮定する．低温では共鳴準位のう４.２ 共鳴準位模型

ち１つだけを考慮すれば十分である．ここで前節のよう単純化した共鳴準位模型に対して散乱状態を構成し，なゲート電圧ではなく，ドット内にできた共鳴準位 εd そ

ランダウアー公式により電気伝導度を計算する[10-11]．

のものを系のパラメータとする．

第２量子化されたハミルトニアンを書くとd†H    dx c  ( x) c  ( x)dx
 1, 2導線の単純化
各導線内で電子は自由電子として振舞うとし，導線内(19)の１チャンネルのみを考慮する．このとき分散関係 ε(k)  d d † d  t  (c  (0) d  d † c  (0))

は図 9 のように与えられる．散乱による各電子のエネルとなる．第１項が導線，第２項が量子ドット，第３項がギー変化がフェルミエネルギーEF より十分小さいとす

導線と量子ドットの接続を表すハミルトニアンである．

れば，分散関係をフェルミエネルギーEF 付近で線形近似

スピン自由度は考えないことにする．ここで cℓ†(x) ，cℓ(x)することができる：

は導線の座標 x に電子を生成，消滅させる演算子で，
d† ，

2k 2
(18)
ε(k )  v F (k  k F )  E F .
2m
ここで vF はフェルミ速度である．以下，ћvF = 1，kF = 0，d は量子ドットに電子を生成，消滅させる演算子で反交† 1, 2換関係
{c  ( x), c m ( y )}   m  ( x  y ),†EF = 0 ととることにする． この線形近似により，導線上

†

とになる．

†

{c  ( x), c m ( y )}  {c  ( x), c m ( y )}  0,

を x 軸の正の向きに移動する電子のみを考慮しているこ(20){d , d }  1, {d , d }  {d , d }  0†††を満たす．ここで{A,B}=AB+BA である．
この系に対して，散乱状態を構成し，電気伝導を調べ
g2(x)，
よう．
導線１，２の電子を記述する固有関数を g1(x)，量子ドット内の電子の固有関数を e で表すと，固有状態は†E     dx g  ( x)c ( x)  ed †  0(21)
 1, 2と書ける．
ここで|0〉
は真空状態である．
固有関数をg1(x)，g2(x)，e を決めるためにはシュレディンガー方程式
図 9 導線の分散関係をフェルミエネルギー付近で線形
近似する．


1 d
 k  g  ( x)  t ( x)e  0, (  1, 2) i dx( d  k )e  t ( g 1 (0)  g 2 (0))  0(22)を解けばよい．ここで δ(x) はディラックのデルタ関数で量子ドットと導線の接続
量子ドットと各導線の原点 x = 0 をポテンシャル障壁

ある．導線の分散関係を線形化したために gℓ(x) に対す
る１階微分の項が現れた．この分散関係の線形化のおか神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

26

げで，
前節の式(9)に対応する未知変数と条件式の数が半結果として，反射係数 r(k) ，透過係数 t(k) は，導線１，分になり，容易に解くことができる．このテクニックは

２のいずれから入射する場合もk  dr (k ) ,k   d  it 2相互作用を考慮した場合にも有効である．
導線 1 から波数 k を持つ自由電子平面波を入射，という散乱境界条件t (k ) 

g 1 ( x)  e ikx ,g 2 ( x)  0,

( x  0)(23)の下でこのシュレディンガー方程式を解く．式(22)の第 it 2k   d  it 2(31)で与えられる．
ランダウアー公式により，電気伝導度は G(k) は１式により， x ≠ 0 では

1
t4
1
| t (k ) | 2 2 (k   d ) 2  t 4

1 d
 k  g  ( x)  0
(24)
 i dxであるので，gℓ(x) は波数 k を持つ自由電子平面波（の定となり，前節で見たブライト―ウィグナー型（あるいは数倍）であるが，デルタ関数項のため x = 0 で不連続性を

ローレンツ型）の共鳴伝導を見事に再現する．ここで h =G (k ) (32)

持つ．実際，式(22)の第１式を x = 0- から x = 0+ まで

2πћ = 2π としている．この共鳴伝導は透過係数 t (k) の下積分すると，不連続性の条件
g  (0)  g  (0)  ite

半平面の極k = εd-it 2 に対応していることが直ちに分かる．
(25)を得る．不連続点での値 gℓ(0) はシュレディンガー方程式からは決まらないので，物理的要請から
1g  (0)  ( g  (0 )  g  (0))(26)
2
で決めることにする．式(25)と式(26)を式(22)の第２式に適用し，散乱境界条件(23)を用いると

g 2 (0 )  g 2 (0)  ite  it 2.
k   d  it 2

1

t4

dk
(f
  (k   )  t
2

4

V /2

(k )  f V / 2 (k )) (33)dと与えられる． 特に絶対零度においては，フェルミ分布が得られる．共鳴準位が εd = 0 の場合の電流電圧特性を
図 10 にプロットした．共鳴伝導ではこのような非線形(27)となる．さらにこれを式(25)に適用してk d
g1 (0)  g1 (0)  ite ,k   d  it 2

I (V )  V  2 d  V  2 d  I (V )  t 2  arctan  arctan  (34)
2
2
t
2


 2t





k   d  it 2

電流電圧特性はでき，

 (k   d  it 2 ) e  t  g  (0)  t e

共鳴極と伝導度の共鳴ピークの対応が明白になる．

が階段関数 fμ(E) = θ(μ-E)になるから，容易に積分が実行t( d  k ) e    ( g  (0 )  g  (0))2 t   2 g  (0)  it e 2 t

このように散乱状態の具体形を見ることで，散乱状態のの電流電圧特性が現れる．

(28)

結果をまとめると，導線 1 から波数 k を持つ自由電子平面波を入射した場合の散乱状態は


k d
g1,k ( x)   ( x)  ( x)  e ikx ,k   d  it 2
 it 2ikx
g 2, k ( x )  ( x )e ,k   d  it 2
ek 

(29)

図 10 共鳴準位模型の電流電圧特性．共鳴準位を εd = 0とした場合．

tk   d  it 2

４.３ 二重量子ドット模型と与えられる．ここで θ(x) は
1 ( x  0)
 ( x)  1 / 2 ( x  0)0
( x  0)

共鳴準位模型を拡張して，左右の導線間に２つの量子(30)で与えられる階段関数である. 導線２から自由電子平面
波を入射する場合は添え字 1 と 2 を入れ替えればよい．

ドットが存在する場合を考える．量子ドットを１つから２つに増やしただけであるが，図 11 に示されているよ
うに並列二重量子ドット[15][18]，直列二重量子ドット[17], T 型二重量子ドット[19]など，様々な量子ドットの配置が可能であることが分かる．実際，これらの異な量子散乱状態とメゾスコピック系の電気伝導27る配置は，異なる電気伝導特性を与える．これら全ての（ここで導線の分散関係を線形近似し kF = 0，EF = 0 とと配置を統一的に扱うために，一旦，図 11 の下半分にあっていることに注意）．

るような一般的な二重量子ドットを考えることにする[21]．ここで量子ドット α (=1，2) 内の共鳴準位を εdα と(i) 並列二重量子ドット（図 12）

し，導線 ℓ (=1，2)と量子ドット α の間の飛び移りの行列

２つの量子ドットの共鳴準位に対応する２つの共鳴ピ

要素を tℓα と書いた．

ークが現れる．
左右の導線をつなぐ径路が２本あるため，共鳴準位の差が大きくしても２つの共鳴ピークのピーク
値は 1 に保たれる．一方，２つ共鳴準位の中間のエネル
ギー（図 12 の k = 0 に対応）では，２径路からの電子の波が打ち消し合い，伝導度が 0 となる．

図 11 二重量子ドットの配置．飛び移りの行列要素 tℓ αを特殊値にとることで様々な２重量子ドットが再現される： (i) 並列二重量子ドット：t ' = 0；(ii) 直列二重量子ドット：t12 = t21 = 0；(iii) T 型二重量子ドット：t12 =図 12 並列二重量子ドットの電気伝導度．t11 = t12 = t21 =t22 = 0.

t22 = 1/√2，t ' = 0 と置いた．
(ii) 直列二重量子ドット（図 13）

前節と同様に，散乱状態を††E     dx g  ( x)c ( x)   e d  0(35)
 1, 2
 1, 2と置く．ここで dα † ，dα は量子ドット α に電子を生成，２つの共鳴ピークが現れる．
左右の導線をつなぐ径路は一本しかないため，共鳴準位の差が大きくなるにつれてそれぞれの共鳴ピークのピーク値は減少する．

消滅させる演算子である．シュレディンガー方程式は1 d k  g  ( x)   ( x) t  e  0, (  1, 2) i dx(36)( d  k )e   t  g  (0)  t ' e3  0, (  1, 2)
となる．これは共鳴準位模型の場合と同じ手法で解くことができる．結果として，導線１から波数 k の自由電子
平面波を入射した場合の散乱状態の反射係数 r(k)と透過係数 t(k) はr (k )  1 t (k )   i  ((k   d α  iα α )t1  (i α  t )t1 )t1( k   d1  i11 )(k   d2  i22 )  (i12  t )(i21  t )i  ((k   d α  iα α )t1  (i α  t )t1 )t 2

(k   d1  i11 )(k   d2  i22 )  (i12  t )(i21  t )1
 t t ,2 1, 2

  3

,,図 13 直列二重量子ドットの電気伝導度．t11 = t22 = t ' =1，
t12 = t21 = 0 とおいた．

(37)

で与えられる．一見，複雑な形をしているが，二重障壁
ポテンシャルの散乱状態の計算と比べるとはるかに易し
い． 図 11 で挙げた３つの二重量子ドットの場合の電気伝導度 G(k)/G0 を図 12，図 13，図 14 にプロットした(iii) T 型二重量子ドット（図 14）
２つの量子ドットの共鳴準位の差を大きくするに従って，ファノ型の非対称共鳴ピークが現れる．これは２径路（量子ドット２を通過する径路と通過しない径路）の干渉効果である[22-23]．

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

28

ここで用いた「ランダウアー公式の拡張」は，オリジ
ナルのランダウアー公式よりも強い仮定を必要とする．
左右から入射された多数の電子達は，量子ドット付近の相互作用により多体状態を形成し，反射あるいは透過して左右の電子溜に移動する．実際，厳密解の構成から，
電子達は相互作用により多体束縛状態を形成することが分かる．これらの電子達が，左右の電子溜のフェルミ分布に従うように自由電子状態に緩和されてから再入射されると仮定している．この「ランダウアー公式の拡張」
図 14 T 型二重量子ドットの電気伝導度．t11 = t21 = t ' =1，

が，標準的に用いられている非平衡グリーン関数の方法

t12 = t22 = 0 とおいた．

と等価であるかどうかは自明ではないが，図 15 で得られた電流電圧特性は非平衡グリーン関数を用いて得られ４.４ 相互作用共鳴準位模型

た U の１次の結果[26-27]と一致している．

量子ドット付近に電子間クーロン相互作用が存在する
場合を考える．共鳴準位模型において，各導線の原点 x =５． まとめに代えて0 と量子ドットに同時に電子が存在する場合にのみ，大まとめに代えて，本文で扱えなったメゾスコピック系

きさ U のクーロン反発を感じるとし，式(19)のハミルトの電気伝導理論の発展に関して，いくつか挙げておきた

ニアンに次の相互作用項を加える：

い．

H U  U  c† (0)c (0)d † d .
 1, 2(38)

フィッシャー―リー関係式

このような場合にも，相互作用の効果を含んだ多電子散

電子の透過確率はグリーン関数を用いて表現すること

乱 状 態 の 厳 密 解 を 構 成 す る こ と が で き る [10-11]ができる[28]．この手法は, 複雑な格子構造を持つ試料[24-25]．さらに，この多電子散乱状態を「ランダウアー（例えばカーボンナノチューブ[29]）に導線が接続され公式の拡張」に適用することで，電流電圧特性が調べらている系に対して，
数値的に透過確率を計算する場合に,れる．相互作用パラメータ U の１次まで計算することで特に威力を発揮する．ここで，無限系のグリーン関数の得られた電流電圧特性が図 15 である[10-11]．ここで，計算は一般には困難であるが，相互作用が無視できる場

相互作用を考慮した場合には，線形近似された分散関係

合は，導線の効果を自己エネルギーとして（有限次元の）の低エネルギーカットオフに対して，電流が発散してし有効ハミルトニアンに取り込む方法が知られている

まうため，繰り込み群の手法による処理が必要になる．

[2][23]．

その際現れるエネルギースケールを特徴づけるパラメー

ケルディシュ形式

タを TK と置いた．図 15 より，相互作用が大きくなるに

ランダウアー公式のミクロな導出は，量子ポイントコ

つれて，負性微分伝導度が現れていること，すなわち，

ンタクトや開放型量子ドットのような系に対しては，ケ

電圧を上げると逆に電流が減少してしまうことが分かる．

ルディシュ形式の非平衡グリーン関数を用いてなされている[30-36]．
ここで得られた電流公式は相互作用がある
場合にも適用され，非平衡近藤効果の解析で威力を発揮している．ただし, 相互作用の存在する場合に，無限系のグリーン関数の計算は非常に困難であり，相互作用に関する摂動計算[35-38]，
スレイブボソン平均場理論[21][39-42]，あるいは量子モンテカルロ法[43]等が用いられている．
マスター方程式
インコヒーレント伝導をランダウアー公式で扱うためには，透過確率をマスター方程式を用いて計算する方法

図 15 相互作用共鳴準位模型の電流電圧特性．
相互作用が有効である[44]．ここで，各状態間の遷移率はフェルパラメータ U の１次まで計算したもの．ここで TK は系

ミの黄金則によって計算する．アンダーソン模型におけのエネルギースケールを特徴付けるパラメータ．

るクーロン閉塞等はこの方法で説明される．

量子散乱状態とメゾスコピック系の電気伝導

[21]

謝辞

29

Y. Tanaka and N. Kawakami, Phys. Rev. B 72, 085304(2005).

本稿の研究成果の一部は羽田野直道准教授（東京大学
生産技術研究所），今村卓史助教（東京大学先端技術研究[22]

U. Fano, Phys. Rev. 124, 1866 (1961).

センター），Gonzalo Ordonez 准教授（Butler University）[23]

K. Sasada, N. Hatano, and G. Ordonez, J. Phys. Soc. Jpn.
80, 104707 (2011).

との共同研究によるものです．本稿の研究成果の一部はJSPS科研費若手研究(B)23740301の助成を受けたもので[24]245323 (2009).

す．
[25]

[2]
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C. W. J. Beenakker, Phys. Rev. B 44, 1646 (1991)

30

疲労損傷評価のための暴風の累積作用時間の簡易評価方法
大熊 武司＊

安井 八紀＊＊

吉江 慶祐＊＊＊

Simple Method for Evaluating Cumulative Time of Wind Speedfor Estimating Fatigue Damage
Takeshi OHKUMA＊

Hachinori YASUI＊＊

１．はじめに
近年，材料の塑性変形によるエネルギー吸収能力を利Keisuke YOSHIE＊＊＊における設計風速に対し，どのような位置づけとなるかが解り難いといったこともある．

用した部材を超高層建築物に適用する事例が増加してき

本報告は、文献 2)～4)の考え方を参考に，荷重指針かている．このような塑性変形を伴う部材の風荷重に対す

ら暴風の累積作用時間を簡易に評価する方法を提案し，る安全性は，設計風速に対する安全性の他，累積疲労損

その有効性を示した文献 1)に加筆したものである．

傷度も重要な照査項目である．この風に対する累積疲労
損傷度を評価するためには，対象とする期間に渡る風速の累積作用時間の算定，各風速における応答振幅の算定
および疲労曲線が必要となる．また，この算定する期間には，ダンパーのように取換可能な部材を対象とした期間，積層ゴムのように取換が困難な部材を対象とした期間が考えられるが，現状いずれも法的に特定されるものではない．ここでは，照査の対象期間という意味で照査期間と呼ぶこととする．

２．暴風の最大風速の簡易評価方法
2.1 評価方法の概要
荷重指針には，再現期間 100 年と 500 年の平均風速(それぞれ，U 0 ，U 500 )が風速マップとして示されており，さらに，これら以外の再現期間 r 年に対応する最大風速については，再現期間換算係数 k rw を用いて以下のように算定できるとしている．
U r  U 0 k rw

(1)

k rw  0.63U  1ln r  2.9U  3.9(2)ては幾つかの方法が提案 2),3),4) されているが，近年では，

U  U 500 U 0(3)

その暴風の発生要因を台風と非台風に区分し，前者につこれらの式から，式(1)は以下のように表わすことがで照査期間における風速の累積作用時間の算定方法としいては Monte Carlo 法に基づく台風シミュレーション(以きる． ri  1 Piの気象官署の観測データを Weibull 分布に当てはめ，そ(4)
U r  0.63U 500  U 0 ln r  2.9U 500  U 0   U 0
式(2)の再現期間換算係数 k rw は，年最大風速の漸近極の結果から算定する方法がしばしば用いられている 5)．

値分布として下式(5)の Gumbel 分布を仮定し，再現期間

降，台風シミュレーションと呼ぶ)，後者については近隣

しかしながら，台風シミュレーションを用いるためには，台風データの確率統計的な分析とこの結果の運用が100 年および 500 年の風速がそれぞれ U 0 および U 500 に一致するように近似したものである．

必要となる．また，得られる結果が「建築物荷重指針・

U i  b  ln  ln Fi  a(5)

同解説(2004) 日本建築学会」(以降，荷重指針と呼ぶ)等

Fi  1  Pi

(6)ri  1 Pi(7)*
名誉教授、工学研究所客員教授*
Professor Emeritus** 泉創建エンジニアリング都市環境技術研究所** Izumi Sohken Engineering Co., Ltd.
*** 日建設計*** Nikken Sekkei Ltd.

ここに， N は観測年数あるいは照査期間，ri は i 番目に大きな風速の経験的再現期間， Fi は経験的非超過確率，
Pi は経験的超過確率である．因みに Hazen プロットによる Pi は次式のように表される．

31

疲労損傷評価のための暴風の累積作用時間の簡易評価方法

Pi  i  0.5 Nについて検討するため，この 5000 年の台風シミ(8)ュレーションを 10 組行う．

疲労損傷評価においては，年最大の暴風だけでなく，
年 2 位以下の暴風も考慮する必要があると考えられるた②

概ね日本全国に渡っての情報を得るため，台風

め，荷重指針の再現期間換算係数の定め方を参考にしつシミュレーションの対象地点は，表 1 および図 1

つ，修正 Jansen & Frank 法により経験的超過確率を評価に示す気象官署 29 地点とする．なお，本報告にすることとし，式(6)～(8)の代わりに以下の式(9)～(12)をおいては，伊豆諸島，薩南諸島，大東諸島，先用いる．

島諸島および小笠原諸島を検討対象外としていFi  1  Pi m

(9)

る．これは，この地域の暴風の風速の時間変化

Pi  i  0.5 mN(10)が，ここで対象とする九州以北の地域と異なる

ri  1 mPi(11)と考えられるためである．従って，これらの検(12)m  NS N
ここに， N S は観測年数あるいは照査期間の暴風数， m

討対象外の地域については，ここで提案する暴風の累積作用時間の簡易評価方法においても適は年平均の暴風数であり，式(5)に式(9)を代入すれば以下
U i  b  ln m ln 1  Pi  a

用範囲外である．
③のように表わされる．

るように上空風に対する地上風の風速比を決定(13)する．ただし，基本風速 U 0 マップからの風速の因みに，荷重指針で採用されている式(5)～(8)は，式(9)～(13)において年平均の暴風数 m を 1 とした場合の式に相当する．
式(13)によって算定される再現期間 100 年および 500

再現期間 100 年の風速が基本風速 U 0 と一致す

読み値は 2m/s 刻みとする．
④⑤

10 分平均風速の変動係数を 0.106)とする．
中心気圧が 980hPa 以下で，その中心が検討地点

年の風速がそれぞれ U 0 および U 500 に一致する条件をから 500km 以内に位置した台風の数を台風数与え，荷重指針と同様の形式に書き改めると以下のよう

mT とする．

に表わされる．
U i  U 500  U 0 C i ln ri A  U 500  U 0  B A  U 0 (14)(15)
A  lnln 1  1 500 m  ln 1  1 100 m (16)
B  ln m ln 1  1 100 m 
(17)
C i  ln m ln 1  1 mri  ln ri

再現期間を 10 年～5000 年，年平均の暴風数 m を 1～
10 として，式(14)中の C i A および B A を算定すると以下のような値となり，同式が荷重指針の式(4)と殆ど差異のない式であることがわかる．
C i A  0.61～0.62 ， B A  2.9
したがって，年平均の暴風数 m が自明であれば，照査期間中の i 番目に大きな最大風速 U i の再現期間 ri は式(11)で算定でき，その最大風速 U i は荷重指針による式(4)で得られることになる．
2.2 年平均の台風数 mT
年平均の暴風数について検討するに当たり，まず，台風に限定して検討する．ここでは，台風シミュレーショ
ンを用いて年平均の台風数 mT を算定する．台風シミュ
レーションは以下のような条件のもとに行っている．
①

荷重指針と同質のシミュレーション結果が得られることを確認するため，荷重指針と同様に5000 年の台風シミュレーション 6) を実施する．
ただし，台風シミュレーション結果のばらつき

台風数 mT と共に，荷重指針における U 500 と台風シミュレーションによる再現期間 500 年の風速 U 500 S を比較
して表 1 および図 1 に示す．
表１ 再現期間 500 年の風速と年平均台風数 mT
官署
札幌
青森
秋田
宮古
酒田
仙台
新潟
小名浜
金沢
前橋
水戸
松本
東京
敦賀
鳥取
名古屋
大阪
岡山
広島
和歌山
徳島
福岡
高知
潮岬
大分
熊本
長崎
宮崎
鹿児島

U0
32
32
36
32
36
32
38
34
34
32
32
30
38
34
32
34
36
30
30
40
40
34
40
40
32
34
38
36
42

U 500
36
36
40
36
40
36
42
38
38
36
36
34
42
38
36
38
40
34
34
42
44
38
44
42
36
36
42
40
46

U 500S
36.5
36.6
41.1
36.1
40.7
35.7
42.6
38.1
37.9
35.9
35.4
33.7
42.4
37.9
35.6
37.7
39.8
33.3
33.0
44.2
44.0
37.9
44.2
43.6
35.3
37.7
42.1
39.7
46.0

U 500S ： 台風シミュレーショ ンによる再現期間500年の風速

mT
0.53
0.75
0.90
0.96
1.06
1.23
1.28
1.59
1.51
1.70
1.75
1.69
1.94
1.73
1.61
1.94
1.96
1.79
1.69
2.05
2.03
1.59
2.05
2.35
1.87
1.83
1.71
2.18
2.13

32

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号
50a) 鹿児島

36
36.5
0.53

Ur (m/s)

4030
20○ :荷重指針:台風シミュレーション(平均):台風シミュレーション(最大・最小)

10
0

42
42.1
1.71
46
46.0
2.13

36
35.3
36 1.87
37.7
1.83
40
39.7
2.18

44
44.2
2.05

数値は上から，U500
荷重指針による再現期間500年の風速(m/s)
台風シミュレーションによる再現期間500年の風速(m/s)
U500S
年平均の台風数(個/年)mT:50b) 名古屋Ur (m/s)

4030
20○ :荷重指針:台風シミュレーション(平均):台風シミュレーション(最大・最小)

10
0
50

c) 水戸

40
Ur (m/s)

34 34
33.0 33.3
1.69 1.79

38
37.9
1.59

36
36.6
0.75
40
36
41.1
36.1
0.90
0.96
40
40.7
1.06 36
35.7
42
1.23
42.6
1.28
38
36
38.1
35.9
38
36
1.59
1.70 4237.9
35.4
42.4 1.75
38 1.51 34
33.7
37.9 38 1.69 1.94
36
35.6 40 1.73 37.7
1.61 39.8
1.94
1.96
42
44 44.2
44.02.05
2.03 42
43.6
2.35

30
20
○ :荷重指針:台風シミュレーション(平均):台風シミュレーション(最大・最小)

10
0
50

図１ 再現期間 500 年の風速と年平均台風数
Ur (m/s)

荷重指針における基本風速 U 0 および U 500 共に 2m/s
刻みで読み取っていることを考慮すると，表 1 に示す台
風シミュレーションによる再現期間 500 年の風速 U 500 S
は荷重指針における U 500 に良く対応していると言え，荷重指針の風速マップ作成時に用いられた台風シミュレー
ションと同質の結果が得られていると考えられる．
年平均台風数 mT は，東京より西側の太平洋側では 2.3～1.8 程度の値，北関東，中部地方の内陸部，福井県より西側の日本海側と瀬戸内海地方では 1.7 前後の値，石川県・新潟県および福島県・宮城県では 1.5～1.2 程度の値，
秋田県および岩手県以北では 1 以下の値である．すなわ
ち，本報告で対象とする九州以北における年平均台風数

mT は 0.5～2.3 の範囲の値である．
鹿児島，
名古屋，
水戸および仙台を事例に，照査期間 Nを 250 年とした場合の再現期間 ri と最大風速 U i の関係について，荷重指針と台風シミュレーション結果を比較して図 2 に示す．なお，台風シミュレーションについて
は，10 組の平均，各再現期間に対応する 10 個の最大風速の内の最大値および最小値を併記している．
同図に示すように，荷重指針による最大風速は台風シ
ミュレーションによる最大風速と再現期間 10 年を超えるような領域では良く対応する．
再現期間 10 年以下での差異は，指針式により算定される暴風には台風以外も含まれていること，同式が再現期間 100 年と 500 年の値を通る近似式であることがその要因である．

d) 仙台

40
30
20
10
0

1

10

○ :荷重指針:台風シミュレーション(平均):台風シミュレーション(最大・最小)
100
r (year)

図２ 再現期間と最大風速の算定法による差異

2.3 年平均の暴風数 m
ここでは，年平均の暴風数 m が経験的再現期間等にどの様に影響を与えるかについて検討する．
式(11)に式(10)を代入して整理すると，経験的再現期間
は以下のように表わされる．
(18)
i  1, , N S ri  N i  0.5
すなわち， m  1 の場合には，上位 N 個の再現期間は
暴風数 m に依存しない．さらに，筆者等は荷重指針式(4)が暴風数 m を考慮した式(13)あるいは式(14)と殆ど差異がないことを先に示した．これらを合せて考慮すると，m  1 の場合には，上位 N 個以内であれば，式(18)と荷重指針を用いて算定される i 番に大きな最大風速は年平均の暴風数 m に依存しないことになる．前述したように
九州以北における年平均台風数は 0.5～2.3 であり，冬季から春季にかけての低気圧等を考慮すると 1 を超えるよ
うな値であるとから，
上位 N 個の最大風速は年平均の暴風数 m に依存しないと考えられる．
照査期間 N 年における 1 番目および N 番目に大きな
最大風速の再現期間はそれぞれ 2 N 年および約 1 年である．式(18)の経験的再現期間を用いて式(4)より算定される N 番目に大きな最大風速は，基本風速に対して 6m/s
～12m/s 低く，基本風速の最も小さい 30m/s 場合で 24m/s～18m/s となる．松井等 7) によれば，荷重効果として累積的な影響として考慮するべき項目である疲労損傷度に

33

疲労損傷評価のための暴風の累積作用時間の簡易評価方法

対する等価継続時間は，風速の 9 乗に概ね比例する．こに 10 分平均風速の変動係数を考慮していることの考え方に従うと，基本風速に対する再現期間約 1 年のに対して，成原等 3) の方法では考慮していない．

風速の等価継続時間は 13%～1%と小さく，上位 N 個のこの違いは，風速比でみると，前者に比較して最大風速 U r がある程度精度良く予測できれば，累積疲

後者は高めの値を与えることになる．
本法が式(19)および式(20)に示すように風速比－時間

労損傷度評価には十分と考えられる．

の関係をモデル化しているに対して，成原等 3) の方法で
３．暴風の時間変化の算定法

は超過継続時間－風速比の関係がモデル化されている．

疲労損傷評価においては，暴風の最大風速の予測だけ
1ではなく，風速の時間変化の情報も必要となる．この情報については荷重指針では得られないため，先に求めた

rU

台風シミュレーションの結果から，風速の時間変化をモ

0.8
rUる「極めて稀に発生する暴風」の再現期間が概

0

r U=

1+0.108t

1+0.0114t2.2

合計し，時刻 t  0 の風速に対する比 rU t  を求

r U=

1+0.144t

1+0.0153t2.2

ュレーション結果，波線が式(19)による回帰曲線，実線

1+0.159t

r U=

1+0.0176t2.2

く一致しており，12 時間以降については安全側に評価されている．また，式(20)による回帰曲線は 24 時間全体に渡って台風シミュレーション結果と良く一致している．
因みに，ここに示した簡易評価方法と成原等 3) の方法と

r U=

1+0.0156t2.2

1+0.182tr U=

1+0.0164t2.2

r U=

Exp(0.121t1.2)
水戸
r U=

1+0.0187t2.2
Exp(0.131t1.2)
新潟

1+0.218t

r U=

Exp(0.367t0.70)

1+0.234t
Exp(0.384t0.70)

0.4

0

r U=

1+0.0173t2.2

1
rU=

0.8

r U=

Exp(0.126t1.2)
仙台

1+0.0168t2.2
Exp(0.127t1.2)
秋田

1+0.226trU=

Exp(0.373t0.70)

1+0.216t
Exp(0.361t0.70)

0.6
0.4
0.2
0
0

r U=

1+0.0164t2.2
Exp(0.123t1.2)
6
12
t (h)
青森

r U=
18

24

0

1+0.0155t2.2
Exp(0.119t1.2)
6
12
t (h)
札幌

の違いは，以下の通りである．
① 本法ではその基となった台風シミュレーション

1+0.206t
Exp(0.362t0.70)

0.6

0.2

rU

1+0.172t
Exp(0.329t0.70)

Exp(0.119t1.2)
東京

Exp(0.334t0.70)

1ュレーション結果と風速比の高い 0～12 時間まででは良r U=

Exp(0.122t1.2)
松本
r U=

0.8

同図に示すように，式(19)による回帰曲線は台風シミ

r U=

0.4

0

が式(20)による回帰曲線である．

1+0.0177t2.2
Exp(0.123t1.2)
金沢

0.6

0.2

rU

r U=

Exp(0.311t0.70)

1点の結果を図 3 に示す．なお，図中では○印が台風シミ

1+0.153t
Exp(0.309t0.70)

0.4

0.8

図 1 に示した 29 地点についての算定結果の内，16 地

r U=

Exp(0.299t0.70)

Exp(0.115t1.2)
名古屋
r U=

0

rU

1+0.0124t2.2
Exp(0.103t1.2)
和歌山

0.6

0.2

(19)
(20)

r U=

0.4

1

体を式(20)によって回帰する．

1+0.123t
Exp(0.275t0.70)

0.6

0

風速比 rU t  の高い 12 時間を式(19)で，24 時間全r U=

Exp(0.0967t1.2)
広島
r U=

0.2

rU

1+0.0133t2.2
Exp(0.106t1.2)
鳥取

Exp(0.252t0.70)

1

0.8

rU t   1 C 3 t 2.2  Exp C 4 t 1.2 
ここに， t :時刻(h)

r U=

0.8

各台風の風速を降順に並び替え 3),4)，時刻 t 毎に

rU t   1 C 1 t  Exp C 2 t 0.70 

r U=

0.4
0.2

rU

1+0.120t
Exp(0.272t0.70)

0.6

当する建築物において安全性の検証が求められと 24 時間の内の短い方とする．

④

r U=

高知

目に大きな最大風速の再現期間が概ね 1 年に相める．

1+0.116t
Exp(0.266t0.70)

0.41

その中心が検討地点から 500km 以内である時間③

r U=

1+0.00914t2.2
Exp(0.0878t1.2)
福岡

0.6

象とする．これは，照査期間 N 年において N 番

暴風の継続時間は，中心気圧が 980hPa 以下で，

r U=

2.2
0.2 r = 1+0.0104t
U
Exp(0.0955t1.2)
0

最大風速が再現期間 1 年～500 年の暴風のみを対ね 500 年に相当することを考慮したものである．
②

0.4

0.8
rU

1+0.103t
Exp(0.245t0.70)

0.61

同様であると見なすこととする．

当すること，建築基準法施行令第 81 条の 2 に該

r U=

鹿児島

限定されたものではないが，非台風の時間変化も台風と暴風の時間変化のモデル化手順を以下に示す．

1+0.100t
Exp(0.243t0.70)

2.2
0.2 r = 1+0.00740
U
Exp(0.0804t1.2)0

デル化する．なお，荷重指針における最大風速は台風に

①

rU=

0.8

図３ 風速比の時間変化

18

24

34

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

図 3 に示す風速比－時間の関係を地点別に比較した場

４．累積作用時間の算定例とその有効性

合，南西側から北東側になるにつれて時間に対して風速

ここでは，照査期間 N を 100 年および 250 年として，比が大きく低減する傾向にある．また，係数 C 1 ～ C 4 は，照査期間中の累積作用時間の算定例を示し，台風シミュ

緯度が高くなると大きくなる傾向がある．これらは，九レーション結果に基づいて算定した累積作用時間と比較

州以北では，台風の移動方向がこの方向と概ね一致するすることで，その有効性を示す．

こと，加えて北上するに従って台風の移動速度が速くな
4.1 算定条件の概要

る傾向にあることに関連していると考えられる．
この傾向を踏まえ，概ね日本全国に渡っての係数を簡

最大風速が，照査期間 100 年の場合には再現期間 200

易に評価するため，緯度をパラメータとし，式(21)～(24)年以下，照査期間 250 年の場合には再現期間 500 年以下

によって係数 C 1 ～ C 4 を近似する．図 4 に図 1 に示したである暴風のみを対象とする．簡易評価方法における風全 29 地点の結果を用いて近似した結果を示す．
C 1  min 0.532  0.0192 N ,0.217 

C 2  min 0.444  0.0210 N ,0.375 

C 3  min 0.0565  0.00201 N ,0.0199 

C 4  min 0.196  0.00870 N ,0.135 
ここに，  N は緯度(°)である．

速比の時間変化のモデル式には，安全側の評価となる式(21)(19)，式(21)および式(22)を用いる．なお，松井等 7) の提(22)

案する等価継続時間の考え方から判断すると，最大風速(23)の 60%以下となる 12 時間以降の評価精度は，累積疲労(24)

損傷度の評価精度への影響は小さく，式(19)，式(21)および式(22)を用いても，式(20)，式(23)および式(24)を用い

図 4 に示すように式(21)～(24)は，台風シミュレーショ

てもその差異は小さい．

ン結果を式(19)および式(20)で直接近似して得られる C 1

台風シミュレーションでは，照査期間 100 年の場合に～ C 4 に良く対応している．因みに，風速比の時間変化

は 500 組，照査期間 250 年の場合には 200 組算定し，そは，C 1 ～ C 4 および時間に関するべき数に比較的鈍感でれらの平均値に加えて，松井等 7) が提案する疲労損傷評あり，図 4 に示される近似の程度で十分精度良く風速比価において等価継続時間が最大となる 1 組，および最小－時間関係を表わせることを確認している．

となる 1 組を抽出する．
4.2 累積作用時間の算定結果
鹿児島，名古屋，水戸および仙台を事例に，風速のビ

0.4

ンを 1m/s として算定した各風速の累積作用時間を図 5

C2=0.375
0.3

C2=-0.444+0.0210 N

0.2

C1=0.217

0.1

C1=-0.532+0.0192 Nに示す．

C1, C2

いずれの地点においても，照査期間に関わらず，簡易評価方法による累積作用時間は，台風シミュレーションによる累積作用時間の平均から等価継続時間が最大とな

0
30

る組の累積作用時間の値を取り，妥当な値を示している．
照査期間中で最も高い風速における累積作用時間に着目(1+C 1t)/Exp(C 2t0.70)
35

40

45

緯度 N

すると，
台風シミュレーションによる平均値は 10 分に満たない値となっている．設計との整合性を考えると，照査期間中で最も高い風速の累積作用時間は，台風シミュ

0.2(1+C 3t2.2)/Exp(C 4t1.2)

レーションによる平均値で評価すると危険側に評価される可能性があり，注意が必要である．なお，簡易評価方

C4=0.135

C3, C4

法においては，算定法の性質上，累積作用時間が 10 分を0.1

C3=0.0199

C3=-0.0565+0.00201 N
030

下回ることはない．

C4=-0.196+0.00870 N

35

40
緯度 N

図４ 風速比－時間関係を表わす係数

45

35

疲労損傷評価のための暴風の累積作用時間の簡易評価方法
100000鹿児島(N=250年)

作用時間(min)10000

4.3 等価継続時間
算定地点を鹿児島，福岡．高知，鳥取，名古屋，金沢，

1000

新潟，東京，水戸，仙台，秋田，青森および札幌の計 13100地点について，累積疲労損傷を対象として，最大風速を○:簡易評価方法＋:Typhoon simulation(平均)△:Typhoon simulation(等価継続時間最大)◇:Typhoon simulation(等価継続時間最小)10
1

U 500 とする暴風 1 つの等価継続時間を図 6 に示す．同図に示すように，最大風速を U 500 とする暴風の等価継続時
100000名古屋(N=100年)

作用時間(min)

10000

間は，簡易評価方法では 50 分～70 分，台風シミュレー
ションでは 30 分～45 分であり，簡易評価方法の方が安1000

全側の評価となっている．また，東京における等価継続

100

時間が，簡易評価方法では 59 分，台風シミュレーション○:簡易評価方法＋:Typhoon simulation(平均)△:Typhoon simulation(等価継続時間最大)◇:Typhoon simulation(等価継続時間最小)10
1

では 36 分であることと，松井等 7) が試算した「観測記録より合成した風速記録(羽田，最大風速:42.0m/s)」の等

100000名古屋(N=250年)

作用時間(min)10000

簡易評価方法による等価継続時間 49 分とを比較すると，価継続時間はやや長めで，安全側の評価となっている．

1000

図 7 に照査期間 100 年および 250 年の場合の等価継続

100

時間を示す．同図に示すように，簡易評価方法による等○:簡易評価方法＋:Typhoon simulation(平均)△:Typhoon simulation(等価継続時間最大)◇:Typhoon simulation(等価継続時間最小)101

価継続時間は，台風シミュレーションによって得られる最大の等価継続時間と概ね等しいか，大きめの値である．

10000010000
作用時間(min)

さらに，図 7b)の照査期間が図 7a)の 2.5 倍であることに○:簡易評価方法＋:Typhoon simulation(平均)△:Typhoon simulation(等価継続時間最大)◇:Typhoon simulation(等価継続時間最小)着目して，図 7a)に対する図 7b)の等価継続時間の倍率を1000

比較すると，簡易評価方法による等価継続時間は 2.5 倍

100

よりやや大きめであるに対し，台風シミュレーションに10

よる最大の等価継続時間は 2.5 倍より小さめの傾向にあ水戸(N=100年)

1

る．照査期間が 250 年を超えるような場合には，簡易評
100000

図 8 に図 6 に示した各照査期間における暴風の等価継100続時間を図 7 の最大風速を U 500 とする暴風の等価継続10時間で除した値(以降， U 500 暴風への換算個数と呼ぶ)を水戸(N=250年)

1示す．同図に示すように換算個数は，照査期間 100 年の場合で 3～12 個，照査期間 250 年で 7～22 個で，南側程100000○:簡易評価方法＋:Typhoon simulation(平均)△:Typhoon simulation(等価継続時間最大)◇:Typhoon simulation(等価継続時間最小)10000
作用時間(min)

る．

1000

大きい傾向にある．

1000
100
10

70

仙台(N=100年)

1

100000台風シミュレーションによる等価継続時間 (min)

作用時間(min)

10000○:簡易評価方法＋:Typhoon simulation(平均)△:Typhoon simulation(等価継続時間最大)◇:Typhoon simulation(等価継続時間最小)10000
作用時間(min)

価方法による累積作用時間は過大となることが予想され○:簡易評価方法＋:Typhoon simulation(平均)△:Typhoon simulation(等価継続時間最大)◇:Typhoon simulation(等価継続時間最小)

1000
100
10
1

仙台(N=250年)
0

10

20

30
風速(m/s)

図５ 風速の累積作用時間の算定例

40

50

60
50
札幌

高知

40
東京

30
30

40

50

60

鹿児島

70

簡易評価方法による等価継続時間 (min)

図６ 最大風速を U500 とする暴風の等価継続時間

36

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

台風シミュレーションによる等価継続時間 (min)

480
360

1200
＋:平均
△:等価継続時間最大◇:等価継続時間最小鹿児島⑤ 簡易評価方法で算定される暴風の累積作用時間は，＋:平均△:等価継続時間最大◇:等価継続時間最小

台風シミュレーションの平均値から最大値程度の

鹿児島
高知

高知

240

900
600

東京

値となり，安全側の結果を与え，有効である．

東京⑥ 台風シミュレーションによる累積作用時間の平均

札幌

120

300

0
0

0
0

120

240

360

480

札幌

値は，高風速域でやや危険側の値となる場合がある．
300

600

900

簡易評価方法による等価継続時間 (min)簡易評価方法による等価継続時間 (min)a) N=100年b) N=250年

1200⑦ 照査期間が 250 年を超える場合には，簡易評価手法
による累積作用時間は過大となる可能性がある．
６．おわりに

図７ 照査期間と等価継続時間

文献 1）は、この 9 月に日本免震構造協会から刊行さ500

台風シミュレーションによるU 暴風への換算個数

12
10

30

＋:平均
△:最大
◇:最小

鹿児島

25

高知

8

15

4

10

2

5
2

4

6

鹿児島

長 大熊武司）の付録整備の一環として作成されたもの

20

6

0
0

れた「免震建築物の耐風設計指針」（耐風設計部会：委員

＋:平均
△:最大
◇:最小

8

10

12

0
0

で，
ご議論いただいた関係各位に改めて謝意を表します．

高知

参考文献
5

10

15

20

25

30

1) 安井八紀，大熊武司，吉江慶祐，鶴見俊雄：供用期間

簡易評価方法によるU 暴風への換算個数

簡易評価方法によるU 暴風への換算個数における暴風の累積作用時間の簡易評価方法 そのa) N=100年b) N=250年

1，その 2，日本建築学会関東支部研究報告集 I，pp.421

500

500

図８ 照査期間と U500 暴風への換算個数～428，20122) 大熊武司，中込忠男，丸川比佐夫：強風による鋼構造
骨組の累積疲労損傷 その 1, その 2，日本建築学会大５．まとめ
ここでの検討と提案を事例に適用することで解ったことをまとめると次のようになる．
① 九州以北においての年平均の台風数は 0.5～2.3 程度の値で，台風以外の暴風を含めると年平均の暴風数は 1 を超えると考えられる．

会学術講演梗概集，pp.75～78，1988

3) 成原弘之，泉満，浅見豊：風荷重に対する高層鋼構造
骨組の疲労設計，日本建築学会構造系論文集，第 465号，pp.129～137，1994.11

4) 安井八紀，大熊武司，廣川雅一，吉江慶祐，丸川比佐② 修正 Jansen & Frank 法によって算定した経験的再現

夫：高層建築物の疲労損傷評価に与える強風特性のモ期間を荷重指針に代入して照査期間 N 年におけるデル化の影響に関する研究，その 1 強風特性のモデ

暴風の最大風速を求める方法を示した．この方法にル化，日本建築学会大会学術講演梗概集，pp.185～186，

よって算定される上位 N 個の暴風の経験的再現期
間および最大風速は，年平均の暴風数が 1 以上であれば，年平均の暴風数に依存しない．
7)

2001.95) 日本建築学会：風と地震による繰返し荷重効果と疲労損傷，シンポジウム資料，2003③ 松井等 の提案する等価継続時間の考え方から，照6) 安井八紀，大熊武司，吉江慶祐，片桐純治，廣川雅一：査期間 N が 250 年以内の場合は，上位 N 個の最大

モンテカルロ法を用いた台風シミュレーションに関風速がある程度の精度で予測できれば，累積疲労損する研究，
第 16 回風工学シンポジウム，pp. 441～446，

傷評価には十分と考えられる．

2000④ 提案する暴風の時間変化のモデル式(19)～式(24)は，

7) 松井正宏，大熊武司，田村幸雄，飯場正紀，竹中康雄，

伊豆諸島，薩南諸島，大東諸島，先島諸島および小吉江慶祐：耐風設計で累積的荷重効果を評価するため

笠原諸島を除く日本全土に渡って適用でき，簡易評の強風イベントの等価継続時間，
日本建築学会大会学

価方法として有効である．

術講演梗概集 B，pp.85～86，2011.8

37

人間工学視点に基づく安全円滑な
平面交差交通システムの構築－カーブミラーの視認性向上による交差点視環境改善－
堀野 定雄＊

森 みどり＊＊

久保 登＊＊＊

北島 創＊＊＊＊

Ergonomics study on the safe and smooth road traffic system at uncontrolled intersections- Improvement of the visual environment at intersections
based on installing traffic convex mirrors with enhanced visibility Sadao HORINO＊

Midori MORI＊＊
１ はじめに＊Noboru KUBO＊＊＊

Sou KITAJIMA＊＊＊＊

置・器具を用いたミラー視認性評価フィールド実験，(4)警察庁統計によると，わが国における交通事故は，こコンピュータ上でミラー視界を含む視環境を再現する 3の数年減少傾向が続いている(1)．しかし，2009 年中の発次元コンピュータグラフィクス(3D CG)ソフトウェアを生件数736,688 件，負傷者910,115 人，死亡者4,914 人で，事用いたシミュレーターの開発，(5)開発したシミュレータ

故は依然として深刻な多発状況にある．また，出会い頭ーによる最適な視環境やミラー設置位置の検討，などを事故(199,196 件)は全事故の 1/4(27%)を占め，市街地生活実施してきた(7)(8)．

道路無信号交差点で多発している構造性に変わりはない．

同研究の成果として，これまでのミラー設置・調整法

著者らが行った横浜市鶴見区でのフィールド調査から，は，現場適用が容易な基礎的方法論が不足し，現場作業

無信号交差点における出会い頭事故の要因として，一時は感覚と経験に大きく依存していること，不良な交差点

不停止や安全不確認を誘発する「見えない交差点視環境」

視環境の原因が種々の視覚的障害物や不適切に設置したがあること(2)(3)(4)，見通しの悪い交差点で補助視界を得る

ミラー等にあること，ミラーにより良好な補助視界を得ために有効なカーブミラー（以下，ミラーと略）についる調整範囲（位置・角度）は予想外に厳密である（狭い）て，視認性が低いミラーが多く設置されている実態や良こと，鏡像内に映る接近車両の最遠視認距離はミラー諸

好な視界を得る上で必ずしも充分な設置指針が存在しな

元（ミラー直径・材質等）や対象物（４輪車・２輪車のいこと(5)(6)，などがわかった．

別等）によって変化すること，などが見出された．また，

そこで，2007-2008 年度の工学研究所共同研究におい

現場での設置・調整方法の標準化・簡易化以前に，一定て，全国のミラー（2009 年 7 月現在で約 224 万本設置）の視界・視認性を確保するミラー設置条件検討用の基礎点検および，新設・改修工事に利用できるミラー設置・的データ，特に良好な補助視界を得るために有効な交差調整の標準的簡便法を提案するため，(1)交差点視環境の点ミラーの設置基準が土木工学分野に存在しないことも定量評価，(2)視環境検討用の可搬型組立式ミラー・位置

明らかになった(9)(10)(11)．すなわち，2007-2008 年度共同研

決め用マーカーランプなどの開発，(3)これらの実験装究により，ミラーの視認性評価および適切な補助視界を確保するための設置基準導出の基盤となる研究方法論と*客員教授 工学研究所高安心超安全交通研究所
Guest Professor, , Research Institute for Well-informed andRisk-free Transportation (KU-WIRF)**助教 経営工学科
Research Associate, Department of Industrial Engineering andManagement***客員研究員 工学研究所高安心超安全交通研究所
Guest Researcher, Research Institute for Well-informed andRisk-free Transportation (KU-WIRF)****特別研究員 工学研究所高安心超安全交通研究所
Research Fellow, Research Institute for Well-informed andRisk-free Transportation (KU-WIRF)

多くの基礎的知見が得られた．
本稿は，このような研究成果をふまえて，2009-2010
年度に研究助成を受けた工学研究所共同研究の成果概要を報告するものである．なお，2007・2008 年度共同研究の概要については，工学研究所所報において報告しているので参照されたい(7)(8)．

38神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

２．研究目的および研究計画

交差点カーブミラーの鏡像内の接近車両を認識する距離

2009-2010 年度の研究では，引き続き，ミラーの視認(視認距離)を測定する実車走行実験を行った(図 1）(13)．

性評価方法および適切な補助視界を確保するための諸条

実験条件は，
以下の4要因を組み合わせた16条件とした．
1. ミラー直径 φ・鏡面曲率 R[mm] (2 水準)：

件を明らかにして，ミラーの設置基準，再設計・調整の(1) 小 φ=600, R=2200, (2)大 φ= 800, R=3000

指針を体系化し，交差点視環境設計の人間工学的基盤の整備をはかることとした(12)．あわせて，視認性に問題が2.ミラー材質/反射率 (4 水準)：
(1) A/0.85, (2) B/ 0.80, (3) C/0.80, (4) D/0.60

あるミラーの点検と新設・改修工事に際し現場での設

3. 接近車両 (2 水準)：

置・調整を簡易化，効率化できる標準的方法を提案し，(1)乗用車, (2)原付 (50cc)

ミラーの視認性向上，安全円滑な交差点交通システムの4. 被験者 (2 水準)：実現をはかることを目標とした．
具体的研究計画としては，ミラー視認性の人間工学 3(1)若年者 (大学生, 3 名), (2)高齢者 (60 歳代, 3 名)原則（①ミラー中央に道路が映る，②ミラー像に死角が実験は，被験者からみて優先側道路右方の交差路境

ない，③距離感を支援する路面マークが映る）(2)(3)(4)を満界線 250m 後方から約 40km/h で車両(乗用車，バイク)

たすミラー設置条件(位置・角度)を迅速かつ正確に測を交差点に接近させ，交差点左方コーナーに設置した定・調整する方法について，フィールド研究および 3 次
直線道路見通し 約250ｍ

10ｍ

元 CG ソフトウェアを用いたシミュレーション研究を併用し，実証的研究開発を試みた．すなわち，実際の交差4.25m

点で最小限の交通阻害で安全円滑に実施できることを前2.46m

提条件とし，
下記の 3 つの課題を中心に研究を遂行した．

遮蔽ブロック←Ｓ：車・バイクスタート地点（左方突き当り）

また，必要に応じて，関係行政機関等と連携し協力を得た．
(1) フィールド研究：実ミラーを用いた視認性評価と設置・調整方法の検討

C

Ｃ境界線

被験者

パイロン（10ｍ間隔）

EP（アイポイント）
C境界線から
2.4m、 高さ1.2m

リボンロッド（50ｍ×３）

10m

測定者

4.25m

主道路

B

実験者

Ｎ： 近点

Ｆ： 遠点

：トランシーバー

10ｍ

A

視認距離

Ｅ：合図旗位置Ｂ境界線(2) 3 次元 CG シミュレーション研究：3 次元 CG ソフト

Ｍ：カーブミラー
設置位置

D

ウェアを用いたシミュレーターの構築とミラー設置状
況の検討(3)ミラー視認性評価，ミラー設置条件の体系的整理
３．[課題１] フィールド研究：実ミラーを用いた視認性評価と設置・調整方法の検討
3.1 ミラー視認性評価のフィールド実証実験：ミラーによる接近車両の視認距離測定
3.1.1 研究方法
2007 年度に実施した接近車両視認性評価実験の結果，ミラーの大きさ・曲率や視認対象車両に加えて，ミラー

従道路

図 1 ミラー視認性評価実証実験の実験方法
表 1 車種・ミラー径（大・小）と視認距離 [m]

車種・ミラー
径
乗用車・大
乗用車・小
原付・大
原付・小

最短

平均

最長

89

115

154

62
57
30

89
80
61

145
108
93

材質，
実験条件，
被験者属性など諸要因の効果を検証し，安全視距離について検討することが課題であると確認できた(7)(8)．そこで，各種条件においてミラーによる交差路
接近車両の視認性を評価するため，実際の交差点環境を模擬した実路テストコースにおいて，以下のような条件
で実車走行実験を行った((財)日本自動車研究所(JARI)，2009 年 9 月，天候：快晴) (図 1, 図 2）．
(1)実路テストコースにおけるミラー視認距離の測定
市街地の隅切りのない見通しの悪い無信号交差点を模擬した実路テストコース交差点で，非優先側の交差点境
界線に前端を合わせた乗用車の運転席に座った被験者が，図 2 交差点環境 3 次元 CG シミュレーション：
ミラー鏡像における視界と視認対象車(白円内・乗用車) の大きさ比較(左：小, 90m 地点, 右：大, 110m 地点)

人間工学視点に基づく安全円滑な平面交差交通システムの構築

800φセダン800φセダン視認

600φセダン
600φセダン視認

800φバイク
800φバイク視認

600φバイク
600φバイク視認

89.0m

114.8m

6000

61.0m

79.9m

鏡像面積 (pixel)

5000

39

認距離（平均）が 70-80%程度短く，原付の視認距離は乗用車に比べて，大・小ミラー共に 60-70%程度短かった(乗用車に比して，交差点に近づかないと視認できない)．
4 元配置分散分析の結果，ミラーの大きさ，材質，接4000

近車両の主効果と材質×車両，大きさ×材質×車両の交互3000

作用が，各々1%水準で有意であった．
今回の実測値では，理論的な安全視距離(50km/h 接近

2000

時，交差路境界線から約 60m (9)に対して，いずれの条件

1000

でも平均値では安全な視認距離を確保できている．今回
0
30

40

50

60

70

80

90

境界線からの距離

100

110

120

130

(m)

図 3 ミラー鏡像における視認対象車両の大きさ(3 次元 CG シミュレーション)と視認距離(実測平均値)の実験では，ミラー諸元や車種による視認性の変化も把握でき，ミラーを介して接近車両を安全に発見しうる有効性が確認できた．ただし，道路交通環境，天候，運転タスク等がいずれも好条件であり，本結果を日常運転環
境でのミラー視認性，安全性評価に適用するには，特にミラー鏡像で車両を視認できた距離を実測した．実験用

視認距離の短い原付（バイク）などは，個人差やミラー

ミラーは，「道路反射鏡設置指針」準拠の一般市販品を設置環境での視認性評価と設置条件の検討が重要である．

選択した．被験者は全員運転免許取得者で，矯正視力は(2) 3 次元 CG シミュレーション：ミラー鏡像における視左右とも 1.0 以上であった．

認対象車の大きさと視認距離

なお，今回の実験は実験条件(16 条件)・回数(96 回)が3 次元 CG シミュレーションによれば，ミラー大・小多く，8 種類のミラーを短時間に交換・調整する必要がとも，ミラー視界（鏡面に映る空間的範囲）は同様でああった．そこで，2007-2008 年度研究で独自設計し，市った(図 2．しかし，運転者 EP からみた乗用車・バイク

販のアルミ製伸縮式脚立と特注アルミ製支柱で製作したのそれぞれの見かけの大きさ（ピクセル数）はミラー大・可搬組立型ミラー(3.2 項参照)を使用することで，円滑か小で大きく変わった．たとえば境界線から 60m 地点ではつ効率的に実験できた．

大は小の約 1.7 倍となった．また，当然，乗用車と原付では大きさが異なった（約 3.9 倍）(図 3)．ところが，乗(2)交差点環境 3 次元 CG シミュレーション：ミラー鏡像用車または原付同士で，ミラー大・小における視認可能における視認対象車の大きさ測定

な距離(平均値)での見かけの鏡像の大きさ（ピクセル数）

著者らが開発した3 次元CGシミュレーターを用いて，はほぼ一致した(図 3 の●と◆)．カーブミラー鏡像内の実路テストコースでの実験状況と実験用ミラー視界を再車両の被視認性（視認距離）は，対象車両の実際の距離現した(図 2）．さらに，乗用車運転者アイポイント(EP)の大小ではなく，鏡像内に映る対象車両の見かけの大きからみて，交差点境界線から 10m ごとの地点を走行するさが同一であれば同様になることが示唆された．

車両の鏡像上の見かけの大きさ（ディスプレイ上のピクセル数）を測定した．

3.1.3 まとめ3.1.2 研究結果および考察

車種によって変化するが，市販ミラーにおいては，平均(1)実路テストコースにおけるミラー視認距離の測定

値では安全な視認距離を確保可能であること，3 次元 CG

本研究では，接近車両の最遠視認距離はミラー諸元や各実験条件における接近車両の最遠視認距離実測値は，シミュレーションによる検討から，鏡像内の見かけの大表 1 のようになった．
各条件における視認距離実測値は，

きさが車両の視認可否を大きく左右することを示した．

平均 61-115m，レンジ（30, 154 m）に分布し，視認対象

ミラー諸元，実験条件など諸要因の効果や，実際の交通が乗用車の場合は，大型ミラー（φ= 800)での視認距離は場面におけるミラー視認性の推定，安全視距離確保の方

平均 115m，レンジ（89, 154m）に対し小型ミラー(φ=600)

策については，さらに検討が必要である．

は同 89m（62, 145 m）に分布していた．原付の場合は，大型ミラー視認距離は同 80m（57, 108m），小型ミラーで

3.2 ミラー設置・調整方法の検討：簡便な角度測定と微の視認距離は同 61m（30, 93m）に分布していた．すなわ

調整方法，設置手順，等

ち，乗用車・原付とも，ミラー大に対し，ミラー小は視既設および新設時の簡便・正確なミラー角度測定は意40

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

外に容易ではない．2008 年までに，実験用の可搬組立型
ミラーにおいて，ミラー支柱を 2 分割して上半部が回転可能な「水平角調整型」のものを製作した（図 4）が，
これは角度目盛が 2 度刻みで，1 度以下の調整をするには適当ではない．
俯角については，ミラー背面に傾斜計を当てることで概
ね 1 度単位の計測ができる（図 5）ので，以下のような方法で水平角を概ね 1 度単位で計測する手法を考案した．
（考案した水平角測定方法）
図 6 のように，水平角の基準となる位置（たとえばアイポイント）からミラーを撮影する．この際，基準となる位置そのものではなく，ミラーから見て，その位置を通る延長線上に十分（20ｍ程度）下がって，望遠撮影するとよい．
このミラーの写真から，映ったミラーの像の，天地方向の長さ A（鉛直方向の直径）と，水平方向の長さ B（水図 4 水平角が調整できる実験用ミラー

平方向の直径）を求め，水平角 θ を
θ＝cos-1(B／A)
として求める（図 7，θ＝45°）．なるべく離れたところからミラーを撮影することにより，ミラーを見上げる仰角による A の誤差は無視した．
この方法によれば，ミラーそのものに触れることなく，水平角をおおむね 1 度程度の分解能で計測することができる．
４．[課題２] 3 次元 CG シミュレーション研究：3 次元
CG ソフトを用いたシミュレーターの構築とミラー設
置状況の検討4.1 3 次元 CG シミュレーション法の概要
現在実用化しているコンピューターグラフィックスで

図 5 ミラー背面に傾斜計を当てて俯角を測定するは，三次元物体の表面の表現が非常に進歩していて，木材や塗装面などの通常の表面の他に，ガラス・水などの透過物体，鏡面などの反射面などの表現もきわめて実感的に行える．特に，透過物体や鏡面などの光の屈折や全反射を伴う表面の表現には，レイトレーシングと呼ばれる精密な光線追跡計算を行う．このレイトレーシング表
現を用いれば，鏡面に映った路面や車両等の位置が正確に計算で求められる．

BA

そこで，本研究では，2007 年度より構築を開始したレ
イトレーシングを用いたミラー鏡像および交差点環境のシミュレーションシステムに4.3のような成果を追加した．
4.2 3 次元CG ソフトを用いたミラー設置シミュレーシ
ョン
高速画像処理コンピュータを駆使し，テストコース・

図 6 基準位置の延長線上，遠方より撮影したミラー

41

人間工学視点に基づく安全円滑な平面交差交通システムの構築

実路を対象に，3 次元 CG ソフトウェアを用いたシミュ
レーション環境・手法を実践的に開発した．シミュレー

B

ションの再現性を検証後，典型的な交差点環境におけるA

ミラー設置条件をシミュレーションし，ミラー視認性評
価，調整手順の標準化・簡易化に資することを企図した．
2008 年度までに構築した 3 次元 CG シミュレーターの概要は以下の通りである．
(1)市販の PC 用の汎用 3D グラフィックエンジン（商品名「Shade」）を用いて，ミラー本体（鏡面・支柱含む），
路面，壁・塀・植栽，電柱等の部品を作成した．

図 7 ミラーの水平角の求め方(2)これらを PC 内のシミュレーション空間内に配置して，ミラーの角度調整などを簡単に行えるように操作法を考案した．
(3)実際に PC 内のシミュレーション環境で，ミラーを備えた無信号交差点を作成し，ミラーの位置を変化させる
ことで，非優先側道路のアイポイント（停止線手前に停止した自動車運転者の視点）からどのように優先側の道路・車両等が見えるかを検討した．
この 3 次元 CG シミュレーターを用いて，(1)JARI 実路
テストコースで実施したミラー視認性評価実験の実験状
況と実験用ミラー視界の再現，(2)ミラー設置交差点のミ
ラー鏡像シミュレーション例として横浜市鶴見区芦穂崎

図 8 交差点エディター

地区の市街地交差点，(3)ミラー未設置交差点の例としてい違い等）
を作成していくことに対して，
このツールは，

横浜市港南区日野交差点などでシミュレーションを行っ

図 8 に示すように，「ガイド図」の案内に従って，交差点

た．その結果．交差点に設置されたミラー反射像を，実中心，交差道路（枝）の数，それぞれの枝の角度，幅員，際の道路交通状況に合わせて再現でき，ミラー鏡像にお勾配，枝の長さなどを入力するだけで，シミュレーショ

ける視認距離･死角発生状況を含めて鏡面内実鏡像とン空間にそのまま取り込める形式でのデータを生成する．

シミュレーションの一致度が高く，実用化に充分な性能を備えていることを実証した．

このツールを用いた結果，従来の入力方法より，「交差
点エディター」で作図する方が，作業時間を 1/10 程度に以上の研究成果を踏まえて，本研究では，主として以短縮できた．この「交差点エディター」では，交差点デ下に述べる 3 次元 CG シミュレーター研究開発とシミュータ生成のうち，①「交差点平面図作成」を容易化する

レーション応用事例の拡充・発展を進めた．

ものであるが，①の後に行う，②「塀等を配置し交差点
上面図作成」についても作業容易化ができるようにツー

4.3 3 次元 CG ソフトウェアを用いたシミュレーターのルの改良が必須である．

構築：シミュレーション簡便化ツールの開発(入力

このツールはシミュレーション法の簡便化・利便性向

専用フロントエンドプロセッサ「交差点エディタ

上に有効で，機能拡大で迅速・簡便な交差点安全性の検ー」)

討が可能になる．今後はこの改良も含め，さらに入力容2008 年までの作業では，PC 内にシミュレーションを行いたい交差点形状を生成するのにかなりの手間を要し易化を行い，実際のミラー設置組織現場（道路事務所等）
での利用も目指す．

た．このため，交差点形状を容易に生成できるようにす
る入力容易化ツール「交差点エディター」を外注製作した．このツールを交差点形状生成に応用し，効果を検証した(図 8)．
従来，1 本 1 本の輪郭線を引きながら交差点全体の形
状（幅員，長さ，勾配，交差する道路の中心線同士の食4.4 [事例 1] 右直事故発生交差点における事故原因分
析と視環境改善シミュレーション
ミラーの設置された実交差点で，ミラー視界が不適切だったために発生したと考えられる事故事例を取り上げ，原因の推定や現地交差点の改善方法を検討した (14) (15)．

42

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

4.4.1 研究方法

4.4.2 研究結果および考察

事故概要：県下茅ケ崎市西久保の死角ある無信号・ミ

改善案の検討：構築したシミュレーション環境で交差ラー設置 T 字路で，非優先道路を右折しようとした車が，点環境を再現後，事故原因分析及びミラー設置位置･高右方から来た優先道路走行自転車と出会い頭にぶつかる

さ・角度を変動させ，改善案を検討した．既設ミラーで事故(2009 年 6 月)が起きた．自動車運転者はミラーにはは②優先方向に 9.2m 死角があり間接視界が不十分であ

自転車が映っていなかったと証言した．

る(図 9)．改善策としてミラー(ガラス φ600, R=2000mm)

ミラー設置改善シミュレーション：シミュレーターで位置をx 軸方向へ-4.3m 移動すれば死角を1m に削減でき，

交差点環境を再現し(図 9)，非優先道路で停止中の乗用車

間接視界で 80m の視認距離が確保できる（図 10，11）．

視点(EP)から視認距離=60m 以上，死角(図 9)の三角部分，

シミュレーション環境を用いることで，現場では容易に

長さ 9.2m*最大幅 3.7m)が最小となるミラー設置改善案

実験できない，民家敷地内へのミラー移動の効果を簡単を作成した．

に分析することができた．
道路管理者への提案：当該ミラーを管理する道路管理者（当該交差点のある市役所内）へ改善を提案し，一定の理解を得た(2009 年 12 月)．なお，偶然，調査後に直接・間接視界の死角要因となる生垣と家屋が撤去されて駐車場に変わったため，死角は解消し，問題となっていた状況は改善された．
4.5 [事例 2] 典型的な生活道路交差点におけるミラー
視認性評価シミュレーション：道路幅員，設置位置，等の効果

図9 事故発生交差点上面図 (無信号T字路, 死角あり)

前述の 3 次元 CG シミュレーション手法を用いて，市街地交差点における非優先道路運転者からみたミラー視認性について，道路環境や設置諸元を系統的に変化させて評価し，安全視界の確保に影響を及ぼす要因を検証するとともに，適切なミラー設置条件の検討を行った(16)(17) ．
以下に，その一端を紹介する．

カ ーブ ミラ ー現状

カ ーブ ミラ ー現状

カ ーブ ミラ ー改善案１(デジカ メ撮影)(シミュレーショ ン)(既設位置・角度調整)

俯角=21゜
水平角 --視認距離=10-70m

俯角=21゜
水平角=135゜
視認距離=10-70m

俯角=22゜
水平角=142゜(推定)視認距離=7-70m

図 10 ミラー設置条件の再現と既設位置での改善案
シミュレーション

4.5.1 研究方法
(1)生活道路交差点におけるカーブミラー視認性評価
3 次元 CG シミュレーション手法により典型的な生活道路交差点環境を PC 上に再現し(図 12)，非優先道路の乗用車運転者視点(EP: 路面高 1200mm)からみた視認性が最大となるミラー設置最適解を検証した．ミラー設置

高さ=3300mm
俯角=16゜
水平角=126゜
視認距離=1-80m

最適解とは，鏡像で交差路右方の安全視距離（境界線から 60m 以上：50km/h 走行の優先車発見後，非優先車が衝突回避可能な距離）が確保でき，かつ交差点直近の死角（図 12 の BD 距離）が最小となる条件とした．
(2) ミラー鏡像の視認性評価：道路幅員の検討
非優先道路幅員 3 条件(4, 5, 6m)，優先道路幅員 5 条件
(6, 7. 8, 9, 10m)を組み合わせた計 15 条件の交差点で，交差路右方視界確保のため左コーナー角地 M に設置する

図 11 ミラー設置最適改善案シミュレーション(既設位置から x 軸-4.3m 移動，白黒スケール：道路 10m，交差点内 1m)

ミラー（800φmm, R=3000mm,ミラー鏡面下端高=2.5m）の設置最適解（俯角・水平角，最大視認距離，交差点直近死角距離）を求めた(図 13)．

43

人間工学視点に基づく安全円滑な平面交差交通システムの構築

かった(図 13, 図 14）．直接視界が不良の交差点では，自非優先道路幅員:4, 5, 6 m

転車・バイク全長が直近の死角 2.5m に入り，発見できない危険性がある．また， 12 条件で小型乗用車全長A

M(4.7m)が隠れる死角があり，ミラーのみで直近の視界を優先道路幅員:

確保することは困難である(図 13, 図 14）．

1m

6, 7, 8, 9, 10 m(2) ミラー視認性評価と最適設置解シミュレーション：

1m
C
Y
M

X

ミラー水平設置位置の検討

B

E

D
F
--: 境界線 (AB, BC)
M: カーブミラー (ø800 ㎜ , R=3000 ㎜, ガラス製,
ミラ－下端高 2500mm)
E：乗用車運転者アイポイント( 高さ 1.2 m):塀・壁 (高さ 2.0 m ): 白黒パターンスケール: 0.5 m (0-10 m), 10m (10 m- )死角: ミラー内鏡像で視認できない距離 (B-D)

交差点直近の死角量は，ミラー位置を x 軸, y 軸共にマ
イナス方向に移動すると減少することがわかった(図 15,
図 16）．また，左コーナー12 地点における死角最小値は1.5m，最大値は 7m で，死角 0 の条件はなかった．交差

図 12 3 次元 CG シミュレーションによる生活道路交差点
ミラー視認性の評価方法

12m
非優先道路幅員

10
死

8

角

6

4m
5m
6m

4
2
0
6m

7m
8m
9m
優先道路幅員10m

図 14 ミラー鏡像と道路幅員の関係：
シミュレーション鏡像における死角量分布
DD

図 13 3 次元 CG シミュレーションによる評価：
ミラー鏡像と道路幅員の関係(3) ミラー鏡像の視認性評価：水平位置の検討
次に，非優先道路 4m×優先道路 6m の交差点を対象に，隅切りのない左コーナー角地 M を原点とし，x 軸方向 4
条件(+1, 0 -1,-2m)，y 軸方向 3 条件(+1, 0 -1m)を組み合わ

F

7.5ｍ

非優先：4m優 先：6m(x, y)=(-2m, 0m)
死角(B-D) ：2.5m

D

D

F

F

5.5ｍ

6.5ｍ

非優先：4m優 先：6m(x, y)=(-1m, 0m)
死角(B-D) ：3.5m

非優先：4m優 先：6m(x, y)=(0m, 0m)
死角(B-D) ：4.5m

図 15 3DCG シミュレーションによる評価：
ミラー鏡像と設置位置の関係

せた計 12 地点におけるミラー設置最適解（俯角・水平角，最大視認距離，交差点直近死角距離）を求めた(図 13)．
4.5.2 研究結果および考察(1) ミラー視認性評価と設置最適解シミュレーション：
優先／非優先道路幅員の検討
交差路右方 60m の視認距離確保を必須条件とすると，交差点直近の死角量は優先道路幅に比例して増加し，非M

優先道路幅に反比例して減少する．15 条件中，ミラー内死角の最小値は 2.5m(非優先 6 m×優先 6m)，最大値は11.0m(非優先 4 m ×優先 10m)で，死角 0 になる条件はな

図 16 ミラー鏡像と水平位置の関係：
シミュレーション鏡像における死角量分布

44

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

水平角

-9°

俯角

-6°

-3°

最適解

+3°

+6°

+9°

-9°
●視認距離=0m●死角=10m●視認距離=0m●死角=10m●視認距離=0m●死角=10m●視認距離=0m●死角=10m●視認距離=0m●死角=10m●視認距離=40-80m●死角=10m●視認距離=60-80m●死角=10m●視認距離=0m●死角=10m●視認距離=0m●死角=9.5m●視認距離=0m●死角=8.0m●視認距離=0m●死角=9.5m●視認距離=30-80m●死角=10m●視認距離=20-80m●死角=10m●視認距離=30-80m●死角=10m●視認距離=0m●死角=2.5m●視認距離=0m●死角=3.5m●視認距離=0m●死角=3.0m●視認距離=50-80m●死角=6.5m以上●視認距離=10-80m●死角=9.0m●視認距離=10-80m●死角=10m●視認距離=20-80m●死角=10m●視認距離=0m●死角=1.0m●視認距離=0m●死角=2.0m●視認距離=0m●死角=3.5m●視認距離=10-80m●死角=4.5m●視認距離=10-80m●死角=7.5m●視認距離=10-80m●死角=10m●視認距離=10-80m●死角=10m●視認距離=0m●死角=0.5m以上●視認距離=0m●死角=1.5m●視認距離=0m●死角=2.5m●視認距離=10-40m●死角=4.5m●視認距離=10-80m●死角=6.5m●視認距離=10-80m●死角=9.5m●視認距離=10-70m●死角=10m●視認距離=0m●死角=0m●視認距離=0m●死角=1.0m●視認距離=0m●死角=2.5m●視認距離=10-20m●死角=4.0m●視認距離=10-80m●死角=6.5m●視認距離=10-80m●死角=10m●視認距離=20-80m●死角=10m●視認距離=0m●死角=0m●視認距離=0m●死角=1.0m●視認距離=0m●死角=2.5m●視認距離=0m●死角=4.5m●視認距離=10-20m●死角=8.0m●視認距離=0m●死角=10m●視認距離=0m●死角=10m

-6°
-3°
最適解

+3°
+6°
+9°
図 17 3 次元 CG シミュレーションに基づく鏡像マトリクス
点境界線上の非優先方向乗用車 EP からみたミラー最適

机上で検討できるばかりでなく，交差点視環境改善や危設置位置は，角地 M から x 軸 -2m(左端)，y 軸 -1m(近方)

険要因の検討幅を拡大・効率化でき，ミラー設置最適化地点であった．

や直接／ミラー間接視界の確保により，出会い頭事故削減(3) 交差点直接視界シミュレーション：ミラー鏡像最適に有効であることが確認できた．

案と直接視認性のトレードオフ

また，ミラー設置・点検改修にあたって，本知見をベ

交差点隅切りや歩道がなく，かつ横断歩道や停止線位ースにすれば，設置現場と道路環境が類似したケースを置によっては境界線から 10m 程度手前でミラー確認が参照して設置条件を絞り込み，複数の設置方法を細部に必要となる交差点もある．そのような環境では，左方のわたって検討するなど，毎回最初からシミュレーション

直接視界が不充分で，(2)で検討した最適位置のミラーをを行う必要がなく，効率的かつ精度の高い設置案の計画

直接視認できず，ミラー設置位置に制約が生じることがが可能になる．これにより，安全視認距離の確保，交差

明らかになった．

車両の早期発見を保証し，フィージビリティの高いミラ

以上，適切なミラー設置条件は狭い範囲に分布し，交差点環境・ミラー諸元等のシミュレーションに基づく分ー設置最適解を導くことが可能になる．
シミュレーション法のさらなる簡便化・利便性の向上，

析と事前の充分な設置法検討が重要とわかった．

直接／間接視界の死角解消条件の検討などが今後の課題(4) まとめである．

交差点環境・ミラー位置とミラー鏡像の関係の系統的分析により，交差路視認距離，死角発生への影響，安全4.6 [事例 4]ミラー角度微調整と鏡像変化の系統的シミ

視界確保上重要な要因などが明らかになった．3 次元 CGュレーション：ミラー角度変化による鏡像マトリク

シミュレーション法の活用により，ミラー設置最適案をスの作成とミラー設置最適化への活用

人間工学視点に基づく安全円滑な平面交差交通システムの構築

4.6.1 研究方法

45

た視認性評価とミラー設置・調整方法の検討を行った．

前述のように，ミラーのシミュレーションがミラー設

また，交差点の視環境を正確に再現するシミュレーショ

置の現場でも容易に実施できるようになればよいが，現ン環境を構築し，これを用いて，実際の事故発生交差点

在はまだ実現できていない．そこで，シミュレーションの視環境改善提案や，ミラー設置位置の定量評価，実務の結果を現場で容易に役立てることができるように，図にも使えるようなマニュアルの素材（鏡像マトリクス）

17 のような「鏡像マトリクス」を作成した．この鏡像マの作成などを行った．さらに，このシミュレーション環

トリクスは，標準的な十字路に設置されたミラーについ境への入力容易化のために，「交差点エディター」というて，最適な水平角・俯角のものを中心に，角度を左右・ツールを作成した．

上下へわずかずつ変化させながら，鏡像の映り方がどのように変化するかを表したものである．

この結果，交差点の視環境については，その良しあしを左右する要素が定量的に明らかになり，良好な視界・視認性を確保するミラーの設置条件を検討する基礎的知

4.6.2 研究結果および考察
この鏡像マトリクスを，実際に調整しようとしている

見，特に良好な補助視界を得るために有効な交差点ミラーの指針が得られた．

交差点ミラーの鏡像と照合して，現状で最も近い状況のこれらの成果により，ミラー視認性評価実験やミラー

図と，中心にある「最適」な図との水平角・俯角の差を

視認性シミュレーション，
実平面交差点でのミラー評価，

読み取って，実際の調整の補助とすることを検討した．

ミラー設置現場への応用などを系統的に展開する方法論

本年度研究では，実際のミラー設置または調整に，こと指針の基礎が得られた．

の鏡像マトリクスを用いてはいないが，本研究で構築しなお，2010 年 3 月，国土交通省道路局国道・防災課 ，たシミュレーション環境では，このような，他の手法で同道路保全企画室，同地方道・環境課道路交通安全対策

は非常に手間のかかる改善案も容易に作成でき，鏡像マ

室 は，上述のような著者らの研究成果 (7)(8)(12)を反映し，トリクスの作成は，本研究の有効性を示すよい例といえる．

特に市街地の道路反射鏡の点検，再調整を容易にするための技術資料として，「道路反射鏡の簡易な点検・再調整

５．[課題３] ミラー視認性評価，ミラー設置条件の体の手引き（案）」を作成した．さらに，同省全国各地方整系的整理：ミラー設置・調整用マニュアル開発に向け

備局道路部地域道路課，交通対策課，道路管理課等に通た指針の導出知し，交通事故の一層の削減に向けた取り組みに資する本研究では，2008 年度から引き続き，現場で短時間にため，管内都道府県指定市の道路管理者に対する情報提調整出来るミラー位置決め，設置角度測定・調整簡便法

供，都道府県の管内市町村に対する情報提供を依頼してと標準化手順の基礎的部分を開発・検討し，マニュアル

いる．

の骨子の整備を進めてきた．今後の研究発展として，以これらの取り組みの成果とともに，今後さらに，国・下のような研究課題が考えられる．

県・市町村等の行政組織の協力と連携により，ミラーの(1)ミラー視認性，ミラー設置条件の体系的整理

間接視界不良による出会い頭事故の低減が図られること

道路幅員・勾配・カーブなどによる視環境の変化，良を期待したい．

好な視環境を得るための必要条件などの体系的整理と実施容易なミラー設置基準策定，などを引き続き行う．ま謝 辞た，交差点における直接視界とミラーによる間接視界の本研究を進めるに当たり，人間工学研究室所属の卒業

相補性，連続性確保(隅切り･妨害物効果)について，さら研究生であった，猪股裕二，笹山博樹，廣田祐子，杉山に検討を進める．

洋紀，小野雅史，福永佳洋，渡邉修平，西村洋，野口絵(2)平易なミラー設置マニュアルに対する指針の導出

理香，稲村和也，吉川一茂，栗原崇浩の各氏にフィール

上記にあるように，今後さらに，ミラー設置者（道路ド研究，3 次元 CG シミュレーションなどの実施に熱心

管理者等）が既設ミラーの点検や新設の際，平易に利用な協力を得た．さらに，国土交通省道路局地方道・環境

できるようなマニュアルを構成できるように，マニュア課，関東地方整備局，警察庁，神奈川県警察，横浜市道

ル内容の指針を検討する．

路局，同鶴見土木事務所，同港南土木事務所，川崎市道路整備課，(社)全国道路標識表示業協会，道路反射鏡協

６．まとめ
本研究では，フィールド研究として，実ミラーを用い会，(財)日本自動車研究所，（独）国土技術政策総合研究所，横浜市港南区日野自治会の各氏に，多大の助言や46

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

ご協力を得た．心からの謝意を表すものである．

of the Applied Human Factors and Ergonomics 2nd
International Conference, CD-ROM (2008-7).

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死 者 数 に つ い て ” , http://www.npa.go.jp/toukei/kouki/

故防止”，日本人間工学会誌第 45 巻特別号，(2009-6) ，(2010-2).
(2) M. Mori, S. Horino, S. Kitajima, M. Ueyama, T. Ebara, T.

pp.286-287.

Itani, “Ergonomics solution for crossing collisions based on aョンによる交差点ミラー視認性向上のための設置条件検field assessment of the visual environment at urban
intersections in Japan”, Applied Ergonomics 39, (2008-8) , pp.
697-709.

(11) 久保登，森みどり，堀野定雄，“鏡像シミュレーシ
討”，
日本機械学会論文集C 編，
第76 巻第768 号，(2010-8) ，pp.2154-2159.
(12) 堀野定雄，森みどり，久保登，北島創，“人間工学(3) M. Mori, S. Horino, Y. Inomata, H. Sasayama, Y. Hirota,

視点に基づく安全円滑な平面交差交通システムの構築－“Low-cost and low-technology oriented improvement of visual

カーブミラーの視認性向上による交差点視環境改善－”，

environment at intersections by ergonomic installation of
traffic convex mirrors for preventive safety against crossing
collisions”, Proceedings of the 10th Korea-Japan Joint
Symposium on Ergonomics, CD-ROM, (2007-5).
(4) 堀野定雄，森みどり，猪股裕二，笹山博樹，廣田祐

神奈川大学工学研究所所報，第 33 巻，(2010-11) ，pp.
72-80.
(13) 森みどり，久保登，堀野定雄，“実路テストコース
実車実験に基づく交差点カーブミラーの視認性評価”，
日本人間工学会誌第 47 巻特別号，(2011-6) ，pp.112-113

子，“ミラー視認性改善と出会い頭事故削減－横浜市内(2011-6).

生活道路広域交差点でのフィールド調査－”，
日本人間工(14) 森みどり，堀野定雄，久保登，西村洋，野口絵理香，学会誌第 43 巻特別号，(2007-6)，pp. 62-63.
(5) (社)日本道路協会，“道路反射鏡設置指針”，丸善出版，（1980）．
(6) 国土交通省道路局監修，(社)全国道路標識表示業協会
編,“道路反射鏡ハンドブック”，(社)全国道路標識表示業
協会，（2001）．
(7) 堀野定雄，森みどり，久保登，北島創，平成 19 年度“3DCG シミュレーション法による交差点ミラーの視認性評価”，日本人間工学会誌第 46 巻特別号，(2010-6) ，pp.344-345.
(15) 西村洋，野口絵理香，森みどり，久保登，堀野定雄，“3D CG 鏡像シミュレーション法に基づく交差点出会
い頭事故事例分析”，日本機械学会論文集 C 編，第 77 巻
第 775 号，(2011-3)，pp.604-613.

神奈川大学工学研究所共同研究中間報告“出会い頭事故(16) M. Mori, S. Horino, N. Kubo, “Ergonomics study on the

未然防止の研究－交差点ミラー視認性評価と再設計マニ

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ュアル開発－”，神奈川大学工学研究所所報，第 31 巻，

on visibility simulation approach applying 3-Dimensional(2008-11)，pp.78-84.

computer graphics software”, In: W. Karwowski and G.

(8) 堀野定雄，森みどり，久保登，北島創，“出会い頭事Salvendy (Eds), Advances in Human Factors, Ergonomics, and故未然防止の研究－交差点ミラー視認性評価と再設計マ

Safety in Manufacturing and Service Industries, CRC Press /ニュアル開発－”，神奈川大学工学研究所所報，第 32 巻，Taylor & Francis, Ltd., (2010-7) , pp. 873-882.

(2009-12) ，pp. 77-83.
(9) M. Mori, S. Horino, N. Kubo, S. Kitajima, “Ergonomics
proposal for visibility requirements at urban intersections inJapan for preventing frequent crossing collisions”, Proceedings(17) 森みどり，堀野定雄，久保登，“3DCG シミュレーシ
ョンによる交差点視環境評価－運転者視点の比較－”，
人
類働態学会会報 No.92，(2010-6)，pp.30.

47

ニオブ接合を流れる超伝導電流と有限電圧電流ステップの２次元磁界特性中山 明芳＊

阿部 晋＊＊

穴田 哲夫＊＊＊

Two-dimensional Magnetic Field Characteristics
of Superconducting Current and Current Steps at Finite voltage of Niobium junctions
Akiyoshi NAKAYAMA＊

Susumu ABE＊＊

１．緒言

Tetsuo ANADA＊＊＊

ジョセフソン接合は基本的に二端子の素子である．超超伝導は 1911 年カマリン オネスにより，約 4.2K 以下

伝導デバイス及び超伝導集積回路は，超伝導体/バリア/

で水銀の抵抗値が測定できないほど小さくなるというか

超伝導体の構造である，この２端子のジョセフソン接合たちではじめて発見されている．この超伝導の特徴的なを中心的な構成素子として使い，回路的に工夫すること性質としてはでこれまで種々の超伝導回路が製作されてきている．

(i) 超伝導体内の磁束密度が零（反磁場の効果で磁束線

我々のグループでは，ニオビウム金属を使った超伝導が超電導体の外へ押し出される）

薄膜堆積，バリア層用のアルミニウムの堆積とその自然(ii) 直流抵抗の消滅

酸化プロセスの最適化，及びフォトグラフィーと陽極酸(iii) 超伝導体でつながれた接合間の干渉効果（超伝導化方法を使った接合部決定プロセスの改善により，実際

量子干渉計（Superconducting Quantum Interferenceに超伝導二端子および超伝導量子干渉計構造を製作し，Devices）というかたちで利用）

その基本特性を測定している．さらに外部から加える磁(iv) オーダパラメータにより表される超伝導状態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(v) 超伝導サンドイッチ構造での超伝導電子（クーパー性を測定する新しい測定手法を開発してきている．

対）のトンネル効果
がある．

２．実験

性質(v)について，
イギリスのケンブリッジ大学のジョセフソン氏は２枚の超伝導体で薄い酸化膜を挟んだサン

2.1 素子製作用スパッタリング装置

ドイッチ構造で電流が流れても電位差が生じないことをセンサー接合の製作のためには，マグネトロンスパッ

1962 年理論的に予想し，この現象は翌年実験的に観測さタリング装置を使う．試料交換はロードロック室のみのれている．
以来この構造はジョセフソン接合と呼ばれる．

真空を破ることにより短時間でおこなうことができる．
主排気はターボ分子ポンプとドライポンプである．

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

2.2 磁界特性測定装置
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

48

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

ファイルであらかじめ設定したアルゴリズムにより，外部磁界を正確に生成することが可能となる．

４．正方形接合を流れる超伝導電流の磁界特性
図２に示す正方形の接合形状のトンネル素子接合を流３．長方形接合れる超伝導ジョセフソン電流と，有限電圧での共振によ

外部から磁界を加えることにより，サンドイッチ型超る電流ステップを詳しく調べた結果を述べる．次に電流伝導接合を流れる超伝導電流は変調するこのサンドイッと有限電圧の電流ステップの２次元磁界特性について述

チ型超伝導接合の酸化膜バリア自体を横切る経路に沿っべる．素子はマグネトロンスパッタリング法により成膜てのゲージ不変な位相差は，バリア内部の磁界の向きにしたそれぞれ 300,5,150nm のニオビウム/アルミニウム-

垂直な方向に空間的に変調する．この変調周期は加える

アルミニウム酸化膜/ニオビウムのサンドイッチ構造で磁界の大きさに反比例する．このようなわけで，超伝導ある．
アルミニウム酸化膜は，アルミニウム薄膜堆積後，ジョセフソントンネル電流の変調特性から，トンネルバ

酸化室で純酸素を導入して表面を酸化し形成した．図

リアそのものの一様性等を診断することができる[1]．こに示す L×L=50μm×50μm の接合寸法は，ポジレジス

れまで quartic polynomial 形[2,3]やｘ線解析のためのトとコンタクト式マスクアライナーを使ったフォトリソ

normal-distribution-function 形[4] の接合について調べらグラフィー後での溶液中の陽極酸化法で決めた．

れてきている．ただし，このような磁界特性は外部磁界

測定は GPIB (General Purpose Interface Bus)システムで制を一次元方向に走査して調べられてきているのが現状で御された電源により電流を，最大 3000A/m の磁界を発生ある．これに対して我々は２方向，３方向に外部磁界をさせることができるヘルムホルツコイル対に流した．素走査し，Ic-H (Hx, Hy) 特性を調べることを提案していて，子に加える外部磁界を階段的に変化させることで２次元

実際に数値解析と，さまざまな接合形状の素子製作，実的磁界特性測定をおこなった．測定は液体ヘリウム中

験により測定に成功している．

4.2K である．

２方向に外部磁界を走査したとき，接合に流れる超伝導電流が変調される様子を，長方形の接合を例に考えてみる．図１は，長方形の接合の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性の測定結果である．
この超伝導接合が長方形の場合の Ic-H (Hy,Hz)磁界特性の測定結果を下の図１に示す．外部磁界に垂直な向きに接合電流が空間変調していると考えることにより，数値解析した結果との一致は良い．実際に作製した接合では，レジストの角が丸くなり，接合自体も丸みを帯びていることにより，特性そのものもやや実験結果の方が丸みを帯びている．

図２ 正方形のトンネル素子の構成
ニオビウムの下部電極と上部電極のロンドン侵入長を
1 2とし，酸化膜の厚さを tb とおくと，和 d [=12tb]
が 173 ん m,また，ジョセフソンの侵入長Jが 40μm と求まる．L /J≒1 なので，外部磁界がないときほぼ同じ電流密度で超伝導電流が流れると仮定してよい．
接合内の点を定めたとき，そこでの下部電極と上部電極の超伝導電極間のゲージ不変な位相差は，超伝導電極間の位相の差の項と，接合を横切って電磁場のベクトル
ポテンシャル A を線積分した項の 4πe/h 倍の和である．

図 1．長方形の接合の Ic-H (Hx, Hy)磁界特性の測定結果
数値解析した図 2 の結果との一致は良いといえる. やや
実験結果の方が丸みを帯びているのは，実際に作製した接合の形のかどの丸みを帯びていることの反映であろう.

49

ニオブ接合を流れる超伝導電流と有限電圧電流ステップの２次元磁界特性   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 から垂直に酸化膜バリアを横切って，もう一方の電極の点 b までの経路に沿う電磁場のベクトルポテンシャルAの線積分の項が入っている．さらに，上部電極の点 c と下部電極の点 d を４点 abcd が長方形 abcd になるように考えてみる．このとき，経路 dc に沿うゲージ不変な位相差の，経路 ab に沿うゲージ不変な位相差に対する差分は，
長方形 abcd に鎖交する磁束の 2/0 倍であることになる．数式で書くと「非常に薄い絶縁膜を挟んで２つの超伝導体があると

2

0

き，２つの超伝導体の間に電流が流れていても，２つのである．特に，長方形 abcd に鎖交する磁束が磁束量子超伝導体の間の電位差が０でありうるという現象」が，

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

ジョセフソンにより理論的に予言され，翌年実験により

i  sin により，接合全体について接合内の各点で

図３ ジョセフソン電流の２次元磁界特性

確かめられ，
ジョセフソン効果と呼ばれることになった．

 



この現象は，言い換えると，一方の超伝導体から他方のの電流値の和をとることにより，与えられた磁界におけ超伝導体へ，電子のみならず，いわば，超伝導電子対（クる接合を流れる電流が得られる．特別な場合として，外ーパー対）もトンネルするというわけである．サンドイ部磁界がなければ，この位相差は，接合内で一定で，特ッチ形の超伝導接合を電流が流れても，二つの超伝導電に/2 のとき，最大の電流 Ic が接合を流れる．この Ic は極間に電位差は生じない．このとき，２つの超伝導体間接合の臨界電流値とも呼ばれる．

に電位差なしで，いくらでも大きな電流を流せるわけで電磁場のベクトルポテンシャルA の周回積分はその中はなくて，流しうるある上限の値がある．２つの超伝導を貫く磁束量に等しいので，x 方向に磁界を加えた場合

体を下部の超伝導体電極及び上部の超伝導体電極と呼ぶ

は，接合各部の位相差と電流密度は y 方向に変調される．

ことにすると，この下部超伝導体電極から上部電極に向y 方向に磁界を加えた場合は，接合各部の位相差と電流

かって，接合を電位差なしで流れる電流 i は，二つの超密度は x 方向に変調されることになる．また，その空間伝導体電極間の「（ゲージ不変な）位相差」の sin に比変調波長は，加える磁界の大きさに反比例する．

例し，
i  sin 

の関係が成り立つ．基準となる下部の電極内の任意の点
a のオーダパラメータの位相を(a)，この点 a から垂直に酸化膜バリアを横切って，もう一方の上部の電極内に入り点 b を考える．その点の位相を(b)としている．接合面を垂直に横切る経路に沿ったゲージによらない「ゲージ不変な位相差」は，

50

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

図４ 正方形接合内のジョセフソン電流分布
このように考えて得た接合電流分布を次に示す．x,yはそれぞれ接合バリア領域を x 方向および y 方向に貫く磁束量とする．0 を磁束量子 h/(2e)として，(ではx, y= 0) ,では0, 0) ,  では,0)である．この場合は=で最大の接合電流値をとることになる．
さらに磁界を増やして，
x, yが ()では 0) (では0, 0) ()では,0)である．この

図５ ジョセフソン電流の磁界特性（数値解析結果，図中の記号は一つ前の図の記号と対応している）

３例では，変調周期がちょうど接合寸法になるので，
の値によらず接合電流値は零である．さらに，x,

正方形接合の場合，ジョセフソン電流の接合内２次元

y は(で 0), で0, )になると変調周期が磁界依存性は，
Hx 方向のフラウンホーファーパターンと(2/3)L になり，おおよそ= のとき特性全体からみ

このHy 方向のフラウンホーファーパターンの積となる．

て２番目に大きな極大値になる．また，(ではx, y

ようにして得られた数値解析結果は測定結果をよく説明=0, 0)であるが，おおよそ=において極大

している．

値をとる.

次に電流電圧特性の有限電圧に現れる共振ステップについても測定した．図６にしめすように，電流電圧特性において参照電圧 Vr を決めこの電圧を中心として±20μV の範囲の電流の最大値と最小値の差を電流ステッ
プ高さと定義した．図７にこの電流ステップ高さの２次元磁界依存性を示す．図７において Vr をパラメータとして変えて測定した．

ニオブ接合を流れる超伝導電流と有限電圧電流ステップの２次元磁界特性

図６ 有限電圧の電流ステップの測定
図７はこうして得られた電流電圧特性内の有限電圧での電流ステップの２次元磁界特性を示している．
図８には，有限電圧での電流ステップを生じさせる共振モードの接合内の電圧分布を示す．
図()では鎖交磁束(x, y)=()であり，接合各部の
電圧 V は位相差の時間微分に比例し，電圧 V の定在波は接合内の y 方向に一波長あることになる．一方で図()では鎖交磁束(x, y)=()であり，電圧 V の定在波はや
はり磁束と垂直な方向に変調され，接合内 x 方向に一波長あることになる．外部磁界とこの共振モードの組み合
わせで，実際の共振分布は成り立つ．その結果，位相差がπ/2 の領域が広がり，時間的に平均した結果，上部電極から下部電極の向きに大きな電流が流れ，電流— 電圧
特性上の電流ステップになると考えられる．
さらに，参照電圧 Vr が 0.6 mV 以上の範囲では図７より，共振電流ステップの磁界 H (Hx, Hy)依存性はおおよそ等方的になるようにみうけられる．接合ジョセフソン電流の位相速度がバリア領域の電磁波の位相速度 c と一致したとき共振が発生するので，図９に示すように，特に電圧が比較的大きく空間波長が小さい領域で，最大の電流ステップの現れる共振電圧は外部からの印加磁界の大きさに比例する．その比例定数から，r をバリア層ア
ルミニウム酸化膜のこの周波数領域での等価的な比誘電率として，比 tb/r は 0.16(nm)と求まる．図９に共振電圧が H >500 (A/m) の領域でやや飽和するのは，侵入長の周波数依存性によるとされる．

図７(a-e)有限電圧での電流ステップ

51

52

図７(f-j)有限電圧での電流ステップ

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

図７(k-o)有限電圧での電流ステップ

ニオブ接合を流れる超伝導電流と有限電圧電流ステップの２次元磁界特性

図７(p-t )有限電圧での電流ステップ

図７(u-y)有限電圧での電流ステップ

53

54

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

分子ポンプおよびイオンポンプにより排気し，10−6Pa の良いところに装置内真空度は到達する．
スパッタリングガンは，電気的な絶縁にセラミックを使い，リークなしで，ターゲットを水冷しつつ-300V の電圧を印加することが可能な構造である．スパッタリン
グ用チェンバーに純アルゴンガスを約 1Pa 導入後，300Vの負電圧をターゲットに印加することにより，直流放電が開始する．ニッケルの 90mm のターゲットを使用し，1nm/s の堆積速度でのニッケル薄膜のスパッタリングが可能となった．超伝導ニオビウム電極用薄膜作成も同様なプロセスでおこない，やはり，1nm/s の堆積レートが得られる．ニッケルをバリア領域に有する良質なトンネ
ル接合を得るには至っていない．今後の課題としては，
数 nm の厚さのニッケルを含む磁性薄膜の M-H 磁化特性
等の基本特性を調べ，ニッケルをバリアとする酸化膜作
成条件をさらに詳しく調べていく．熱酸化のみでなくプ
ラズマ放電酸化も試み，トンネル特性を有する素子を得る．そののち，このニッケル薄膜をストリップライン状
図８ 共振ステップの接合内電圧分布に加工し，第３番目の制御電極としてトランジスタ動作をめざして素子製作をおこなっていく予定である．
なお，
図２－図９は文献[13]より引用した．
本共同研究の機会を与えてくださった神奈川大学工学研究所および工学研究所所長，共同研究審査委員会に感謝いたします．
参考文献[1] A. Barone and G. Paterno, "Physics and Applications of the Josephson
Effect," Wiley-Interscience, New York, (1982)[2]R.L. Peterson, Cryogenics, Vol. 31, Pages 132- ( 1991)[3]J. G. Gijsbertsen, E.P. Houwman, B.B.G. Klopman, J. Flokstra, H.
Rogalla, D. Quenter, S. Lemke, Physica Vol. C249, Pages 12- (1995)[4]K. Kikuchi, H. Myoren, T. Iizuka, S. Takada, Appl. Phys. Lett., Vol.77,
Pages.3660- (2000)[5]Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe, Tatsuyuki Morita, Makoto Iwata,

図９ 最大電流ステップが現れる電圧の外部磁界依存性

and Yusuke Yamamoto, IEEE Trans.Mag.,Vol.36, Pages 3511-(2000)[6]A.Nakayama, S.Abe, T.Shoji, R.Aoki, and N.Watanabe, Physica Vol.

バリアとしてはアルミニウムの酸化膜に加えて，磁性薄膜を堆積している．この磁性薄膜の再現性のよい堆積B329-333, Pages 1493- (2003)[7]Norimichi Watanabe, Akiyoshi Nakayama, Susumu Abe, Kunimoriのためには，バックグラウンド真空度を良くする必要がAizawa, J. Appl. Phys., Vol.97, Pages 10B116 1- May (2005)

ある．ベーキングのできない粗挽きドライポンプ，ター[8]N.Watanabe, A.Nakayama, S.Abe, K.Aizawa, J. Appl. Phys., Vol. 97,

ボ分子ポンプ下側（補助ポンプ接続側）半分を除き，装Pages 10B116- (2005)

置全体が 150 度までベークできるようベーキングジャケ[9]Akiyoshi NAKAYAMA, Susumu ABE, Tetsuya SHIMOYAMA,

ットで覆った．スパッタリング用膜厚計の水晶振動子のNorimichi WATANABE,

耐ベーキング温度が 105 度のため，通常 100 度で数時間

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

ベーキングする．ベーキング後，ドライポンプ，ターボ[10] N.Watanabe, A.Nakayama, S.Abe, J. Appl. Phys., Vol. 101, Pages

Hsu Jui-Pang and Yoichi OKABE,

ニオブ接合を流れる超伝導電流と有限電圧電流ステップの２次元磁界特性5509G105- (2007)

Pages 07E312- (2009)[11] N.Watanabe, A.Nakayama, S.Abe, et.al, J. Appl. Phys., Vol. 103,[13]A.Nakayama,S.Abe,N.Watanabe, J. Appl. Phys., Vol.111. Pages

Pages 07C707- (2008)

113907-1- (2012)[12] N.Watanabe, A.Nakayama, S.Abe, et.al,, J. Appl. Phys., Vol. 105,

56

品質・環境 ISO と TQM 活動に基づくリーン生産マネジメント
中島 健一＊

松丸 正延＊

松井 正之＊

Lean manufacturing management based on Quality/Environment ISO andTQM activities
Kenichi NAKASHIMA＊, Masanobu MATSUMARU＊, Masayuki MATSUI＊

１．はじめに 

消費などのように環境に良い影響を与えないマイナス面

環境問題は企業の経営品質，体質改善活動等の推進にを改善することは勿論であるが，良い影響を及ぼす有益

おいて最も重要な課題の一つである．例えば，切削や仕な環境側面を抽出して特定し，それを効果的に有効に改上げ，プレス，鋳物などの廃棄物問題や有害物質に関わ善することも期待される．本稿において，効果的な有効る環境問題が挙げられるが，それらは単に環境問題とし性のある環境側面を，Ｑ（品質）Ｃ（コスト）Ｄ（量，てとらえるべきではなく，生産活動における製品品質問

納期）Ｓ(安全，情報セキュリティ) Ｅ（環境）の総合的題にも大きな影響を与えていると認識すべきである．こな問題点把握とその解決策に関してマネジメントシステのように環境配慮型社会における事業活動では，品質とムパフォーマンスの視点から考察し，それを特定化する

環境を別々の活動としてではなく，一体化して諸問題をための諸問題と，リーン生産システムの継続的改善アプ

解決することが求められている．

ローチを提案する．

環境 ISO において環境側面とは「環境と相互に作用す
る可能性のある組織の活動又は製品又はサービスの要

２．ＩＳＯとＴＱＭ素」と定義され，著しい環境側面は，「著しい環境影響を

2.1 品質保証及び環境保全改善活動

与えるか又は与える可能性がある」と記されている．ま環境保全活動は，品質保証のステップの新商品企画，た環境影響は「有害か有益かを問わず，全体的に又は部

開発計画，製造，販売，サービスに至る段階において，分的に組織の環境側面から生じる環境に対する変化」と顧客満足 を高めながら顧客に保証するとともに企業のして定義されている．環境 ISO の要求事項の中には「環発展にも寄与する（６）．各段階の機能分担へ品質，環境

境側面」の抽出と特定の作業があり，これをどのようにISO の要求事項を取り込むことにより品質保証活動との特定するか，また環境影響をどのように評価するかが環

連携が強まる可能性がある．

境マネジメントシステム構築の鍵になるといえる．

「環境保全活動の主要１０のステップ」

本稿では，品質・環境 ISO と TQM 活動に基づくリーン① 経営者のコミットメント ②環境影響調査 ③環境

生産マネジメントについての検討を行う．ここでは，新側面，及び著しい環境側面の特定目的と目標の設定 ⑤

たな環境側面評価システムについてのガイドラインを議運用管理 ⑥ 改善実行計画 ⑦ 実行 ⑧ 記録管理

論し,さらに実際の企業活動におけるマネジメント活動⑨内部監査 ⑩ マネジメントレビューの事例を示し，提案アプローチの有効性について検証すの主要１０のステップについてPDCAを効果的に有効にる．ここで着目する環境側面は，紙，ごみ，エネルギー

まわすことが求められている．この PDCA のサイクルをまわすことの基本的な考え方，原則として，環境 ISO の*教授 経営工学科
Professor, Dept. of Industrial Engineering and Management

場合は次の４R に従って活動を進めていくことが重要である．

品質・環境 ISO と TQM 活動に基づくリーン生産マネジメント

57①Reduce ：減らすこと

環境側面の問題点が見えてくるようになる．特に環境側②Reuse ：もう一度使用する面の抽出と特定は製造現場では一般的には，①大気への③Recycle ：材料を再生してリサイクルする

放出(排ガス，悪臭) ，②水中への放出(油) ，③特定有(リサイクル)

害物(フロン，トリクロロエタン等) ，④廃棄物管理(プ④Reject ：廃棄ラスチック，研磨カス，紙屑など) ，⑤土壌の汚染(油) ，①→④へ進み，減少→再使用→リサイクル→廃棄と循環⑥省資源，省エネルギー(電気，油，ガス，水等) ，⑦リすることとなる．これらを事業経営に役に立つように前サイクル(切削油，有機溶剤，水の回収等)⑧地域の環境

述の１０のステップに取り込んで活用することが肝要で問題についてのコミュニケーションを図る，といったこあり，特に以下の項目に着目することが望まれる．

とが求められている．このような活動は通常の会社の操①

マネジメントレビュー

業状態だけでなく，停止時，スタートアップ時，予想さ

②

内部監査

れる重大な影響，緊急事態においても考慮して特定する

③

環境側面

ことが重要である．

④

順守評価

⑤

文書管理

⑥

緊急事態対応3.1 環境側面改善と法規制⑦

コミュニケーション等

環境基準を達成するために各種の法的要求事項があり，

３．品質・環境側面評価システム

さらに，今日の循環型社会においては，品質 ISO，環境事業活動を続けていくためには，最低限守らなければな

ISO と TQM とは，お互いに補完し合いながら一体化しらない法規制がある．これらを整理してデータをとってて，マネジメントシステムを効率的かつ有効に運用し，順守し，管理状態に確保しなければならない（１５）．典型(７)

経営に貢献するように活用する必要がある．地球環境問題の解決，改善についても事業経営として最も重要な要素である．省資源，省エネ，グリーン調達，環境対応

７公害と呼ばれている次の法規制は特に重要である．
①大気汚染 ②振動 ③水質汚染 ④騒音⑤振動 ⑥地盤沈下 ⑦悪臭製品の開発等，他社に対して差別化し如何に付加価値を一方，法の順守活動だけでなくこれらの活動について，つけるかが課題となる．このような背景のもと，システ

ＱＣ的反省と再発防止対策が求められる（２）．現状の品

ムにおける環境側面を明らかにして環境負荷を低減し，質・環境問題を製品，事業活動，サービスのなかでとら

環境品質の向上を推進することが求められている．これ

えてみると，①品質・環境評価１０項目の評価体制の確らは品質 ISO，環境 ISO と TQM を融合して進めること

立，②評価基準と汚染の予防，③M の公式の活用，④著

が大切であり，独自性を持って改善活動に取組んでいく

し い 環 境 側 面 の 特 定 ， ⑤ QMS(Quality Management

ことが企業体質を強くする鍵である(３）．

Systems) ，EMS(Environmental Management Systems) ，

2.2 環境側面とその着眼点

TQM(Total Quality Management)により信頼を得ることの品質及び環境と相互に影響する組織の活動，主要プロできる評価体制の確立(１５) ，⑥品質・環境評価の徹底にセスにおいて，環境側面の抽出を行い特定することが求よる社会的信頼性向上を図る，となる．ここで，品質・められている．
その場合,現場においてよく活用されてい環境の環境側面，著しい環境側面の特定を有益な側面をるＭの公式を考慮して検討を行い抽出することによって主体にどのように分類体系化できるかが重要であり，例

効果的な環境側面の特定になる可能性を秘めている．

えば以下の図 1 のように捉えることができる(２１)．

Ｍの公式とは，４Ｍ－３Ｍ＝Ｍ×２の関係である．４
Ｍとは，Ｍan（人）Ｍaterial(材料) ，Ｍethod（方法）Ｍachine（機械）を言い，３ＭとはＭuda（ムダ），Ｍuri（ムリ），Ｍura（ムラ）である．Ｍ×２とはＭouke Ｍoney「儲け(もうけ)」である．特にムダ，ムリ，ムラを撲滅することが重要である．それぞれの M に関して定量的評
価指標が考えられるが,ここでは特に詳細は述べず実務への容易な適用例としてＭの公式を挙げている．
さらに基本原則としては新５Ｓ活動（躾，整理，整頓，清潔，清掃）の推進をすることによってかなりの部分の58

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

3.3 階層別内部監査
内部監査は QMS/EMS が意図したとおりに機能しているか，システムの弱いインターフェースの部分，潜在的な問題点を顕在化して組織のゴールを実現するために内部監査を実施する．内部監査は経営者への情報提供，フィードバックシステムとして機能させる．したがって監査の対象，階層によって監査内容とその深さは異なっていなければならない．主な監査内容をマトリックスで整理すると次のようになる (表１)．
表 1: 階層別内部監査の要素

１
２
３

主な階層別内部監査
項目
方針，目的，目標の有効性
作業手順等の製品品質への有効性決められている内容の実行性
顧客の不満足

◎現場の職長・
作業者層
△

△

○

○

○

管理者層

○

○

製品に対する法・規制
要求事項の遵守性
経営資源の効率性

◎

○

◎

△

◎

△

○

△

◎

△

◎

△

品品質監査は，顧客に不満のない，積極的に満足しても方針，目的，目標の達成度
パフォーマンス指標の全体到達目的，目標への合致性
マネジメントレビュ
ーの有効性再発防止，予防処置の仕組の有効性らう製品に仕上がったかどうかの妥当性の監査を行うも(◎：最も影響している

４５
６７
図 1：品質・環境側面評価システムの概要

８3.2 内部監査と製品品質監査
故障が少なく顧客に喜ばれている製品やサービスを継続的に販売し，顧客が満足することが求められている．製

ので，このように，企業にとって製品品質監査活動は不可欠なものである．新しい時代における品質は，客観的にも主観的にも要求品質が変化してくる．最も重要なことは，「市場の要求品質は何か」をとらえ，要求品質を探って，これを技術的特性にうまく変換して設計品質，製造品質，販売品質，サービス品質，環境品質を高めることである．
今日の大きな課題である環境品質などに対し，的確に対処し得る企業の体質づくりを実現すべきである(1，25)．この活動を製品品質監査として進めることがもっとも重要である．

９
10○：影響している△：やや影響している)
QMS/EMS の有効性と継続的な改善を結び付けてテーマを設定した内部監査により，階層別に監査を行うことによってシステムは効率的な改善がなされる．自らの業務を監査することは不可能であるが，システムが有効に働いているかどうかについては，重要品質項目に絞り込んで監査を実施することが重要であるため，その視点からの対応が肝要である．
3.4 監査員の力量及び評価

顧客満足の視点にたった「製品品質監査項目１０項

各組織体においては，監査員の力量及び評価の面で，（３）としては次のとおりである．
目」

個人の力量の確保と監査チームの力量レベルの向上を行①性能（機能，作業性）②信頼性，耐久性③経済性 ④

う必要がある（１２）．また，管理者層の内部監査を下位職

取扱性，操縦性 ⑤安全性 ⑥居住性，
低公害性，
環境性 ⑦

位の監査員が監査に行った場合には，形式的な監査に陥

保守整備性，解体性，リサイクル性

りやすいし，当該部門に対する専門知識がないと深い監

性，運搬性

⑨外観

⑧搭載性，据付⑩法適合性，遵法性査が期待できない．一方，設計課の監査を製造課長が行品質・環境 ISO と TQM 活動に基づくリーン生産マネジメント

い，製造課の監査を設計課長，検査課長が行うなど後工

アウトプットを重視している条項

程や他の関連部門の人を内部監査員にすると監査を通じ

１ 適用範囲(1.1)：て業務や課題の共有化に役に立ち，教育の場にもなってくる．いずれにしても組織の実態に合わせて効果的な内部監査員の育成，評価が必要であるが，個人の力量のレベルが内部監査のアウトプットに大きく影響する．ここ
で力量とは「知識及び技能を適用する実証された個人的資質及び実証された能力」と定義されている(８)．また，監査員は下記の監査５原則を熟知して，実際の内部監査に適用しなければならない．

59

一貫した製品の提供，顧客満足の向上等
２ 顧客重視(5.2)：
顧客要求事項を満たすこと(7.2.1，8.2.1)等
３ 品質方針(5.3)：
QMS の有効性の継続的改善等
４ マネジメントレビューからのアウトプット(5.6.3)：
製品の改善等
５ 資源の提供(6.1)：
顧客要求事項を満たすこと等

監査の５原則①倫理的行動
②公正な報告③職業専門家としての正当な注意④独立性⑤証拠に基づくアプローチ

６ 製品に関する要求事項の明確化(7.2.1)：
製品に関する法令・規制要求事項，組織が必要とする
追加要求事項等
７ 設計・開発へのインプット(7.3.2)：
機能及び性能に関する事項等
８ 設計・開発の妥当性確認(7.3.6)：

3.5 TQM 統合内部監査計画のポイント
ISO および TQM の観点から，以下の点に注意した内部監査が期待される．
①製品品質監査計画は主要な製品に対して，「製品品質
監査 10 項目」に対して，目的，範囲，責任，資源，手順，
監査員，日程等を明確にして策定する．監査のチェックシートを作成して問題点を抽出する．
②QMS/EMS の内部監査計画は ISO19011（品質及び/又は環境マネジメントシステム監査のための指針）に基
づき組織の規模，性格，及び複雑度によって適切に策定する．特に監査の目的，範囲，及び基準を明確にしなければならない．
③TQM 統合内部監査計画は，アウトプットを重視す
る内部監査とし，Q（品質）C（コスト）(14) D（量，納期）
S(安全，情報セキュリティ) E（環境）等に関する問題点
把握とパフォーマンスのアウトプットが達成しているかを個別に内部監査をするのではなく製品品質監査とマネ
ジメントシステムの監査の中で行うように策定する．これはISO のQMS の規格の中を深めることで達成できる．
ここで注意すべき点は，アウトプットに関して，
ISO9001 の条項で特に明確にしている部分（下記参照）
に対して，計画に入れて策定されているかどうかである．

設計・開発の妥当性確認等
９ 顧客満足(8.2.1)：
顧客の情報の監視等
１０ 製品の監視及び測定(8.2.4)：
製品の特性の監視，測定等
3.6 内部監査の評価指標(パフォーマンス指標)
アウトプットの評価指標を組織の特性，実態にあった効果的な指標として明確にし，常に見直しを行い，現実的なものにしなければ，効果は期待できない．一例として次のような指標がある．
・利益・コスト・販売量 ・製品在庫数
・顧客情報収集件数
・仕様確認書の記載ミス件数 ・検査遵守率
・工程異常による不適合件数・クレーム再発防止対策完了率・開発責任不適合件数
・開発設計起因のクレーム件数・総クレーム件数
・新規開拓成功率・受注獲得率
・新製品投入件数・総ロスコスト・是正処置完了率
・教育訓練計画実施率・重要品質問題解決期間達成率・クレーム処理件数・出荷検査不良率
・出荷検査見逃件数・受入検査不合格率
・出荷ミス件数・外注責任不適合件数
・納期遅延件数・棚卸廃棄額・コストダウン額
・受注処理ミス件数 ・生産能力・設計不具合によるロ
スコスト・製造不具合によるロスコスト
・市場クレームによるロスコスト ・労働災害件数等
・内部監査のコスト対効果(効率性) ・品質コスト等

60

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

これらを結果系，要因系に層別した指標としてまとめる

以上の点を踏まえたマネジメントシステムの構築が求めことが重要である．

られている ４ ．

3.7 TQM 統合内部監査の PDCA の要素
PDCA を回すためには，以下の要素が必要となる．
（１）インプット：
組織の現状，業界の状況(SWOT 分析結果) ，新製
品情報，顧客の苦情，QMS/EMS の過去の内部監査
結果，リスク分析等（２） アウトプット：
統合内部監査報告書，是正処置及び予防処置報告書
等( )3.8 マネジメントレビューの改善
以下のような観点からマネジメントレビューの改善を行うことが必要である．
(1) 品質・環境側面評価のねらいとして，中・長期経営計画における経営方針について，品質・環境・財務・安全などと一体化して発展させるという点が挙げられる．また，QMS，EMS，ベンチマーキング・効率化を含めた経営方針・部門長方針として ISO の要求事項を含んでおり，これらを内部監査でチェック（３）誰が監査を行うか（要員，教育訓練）：
内部監査員（４）何を用いて行うか(設備，資材)：
内部監査計画書，チェックリスト，該当法規等（５）どのように行うか（方法，手順，テクニック）：
ISO の QMS/EMS の規格内部監査手順書(監査基準,頻度,方法,監査員の選定等)（６）結果の活用
パフォーマンス評価指標，QMS/EMS 効果的に実施，維持されているかの評価等について TQM の改善活動の視点から監査するする必要がある．当然事業の運営としてこの活動を行うことによって自動的に ISO の要求事項は満たされているものとする．
(２) 品質・環境側面評価結果は，マネジメントレビューに報告するようにし，ISO の要求事項のマネジメン
トレビューへのインプット，アウトプットに追加するやり方にして，内部監査，マネジメントレビューなどでフォローするようにする (図 2)．
(３) 経営者は経営上の問題点を把握し，自社の製品が顧
客に満足される品質評価体制が出来ているかを確認するため，自らがリーダーシップをもって推進す

また監査で留意する事項として，管理の二面性を考慮しる必要がある(13)．自社の強み，弱みの SOWT 分析をた監査を行うことが肝要である．すなわち，一般に管理行って，環境パフォーマンスの改善を効率よく達成の定義は「ある狙いを設定し，それを実現するための全する活動が必要である．

ての活動」であるが，その特性の一つとして，「現状を（４）インプット／アウトプット項目の着眼点維持する管理」がある．例えば「作業を標準化し，作業

１）QMS のインプット項目

標準を作ったならば，その通りに仕事をしなさい」とい①監査の結果，②顧客からのフィードバック，

うことである．しかし，通常，それは管理者には要求さ③プロセスの成果を含む実施状況及び製品の適れず，むしろ，二つ目の側面である「現状を打破する管合性，④予防処置及び是正処置の状況，⑤前回理」が求められている．すなわち，内部監査を行うときまでのマネジメントレビューの結果に対するフには，多面的な着眼点をもち，現状打破をめざすことがォローアップ，⑥品質マネジメントシステムに鍵となる．

影響を及ぼす可能性のある変更，⑦改善のため

さらに ISO のマネジメントシステムを効果的，かつ有の提案，⑧組織の重要な課題(8,9)

効的に経営に役立たせるようにするためには，QC 的問
題解決法の３つのポイントが重要となる．
①PDCA サイクルがきちんと回っており，自分自身で自己チェックし自分自身で直していくことがきちんとできていること②ファクトコントロール(事実に基づきデータで判断するということ)ができていること③プロセスコントロール（予防処置に軸足を移した先
手管理の PDCA が機能する統合内部監査）ができていること

図 2：統合マネジメントレビューモデル

品質・環境 ISO と TQM 活動に基づくリーン生産マネジメント

61２）QMS のアウトプット項目

境・品質の両面を同時に扱うことによる相乗効果を目指①品質マネジメントシステム及びそのプロセス

した取り組みとなっている．

の有効性の改善，②顧客要求事項への適合に必要な製品の改善，③資源の必要性に関する決定（１）目的及び処置を含むこと．

①地球環境基本方針を基本理念として環境側面，環境

３）EMS のインプット項目①内部監査の結果，法的要求事項及び組織が同意するその他の要求事項の順守評価の結果，②
苦情を含む外部の利害関係者からのコミユニケーション，③組織の環境パフォーマンス，④目

保全問題の改善活動を全社員が推進した．
②公害防止管理者の機能組織と連動し，有機的連携の基に環境保全活動を実施する．
③環境ＩＳＯと品質ＩＳＯとの統合を図りながら環境保全システム再構築する．

的及び目標が達成されている程度⑤是正処置及び予防処置の状況，⑥前回までのマネジメント
レビューの結果に対するフォローアップ，⑦環
境側面に関係した法的及びその他の要求事項を含む，変化している周囲の状況，⑧改善のため（２）基本理念
X 社は企業発展と地球環境保全との調和のとれた関係を基本において，事業活動の推進を図る．
そのために，独創的な技術によって，人々の豊かなくの提案，⑨組織の重要な課題(10,11)

らしと地球環境との調和を実現する製品やサービスを社

４）EMS のアウトプット項目

会に提供するように努める．あわせて企業が地球社会の継続的改善へのコミットメントと首尾一貫させ一員であることを深く認識し，環境保全のための活動のて，環境方針，目的，目標及びその他の環境マ

継続的な推進を図る．

ネジメントシステムの要素へ加え得る変更に関係する，あらゆる決定及び処置を含むこと．
（５）戦略的先手管理アプローチ
品質ＩＳＯ，環境ＩＳＯとＴＱＭの融合は，組織の体（３）行動指針①環境保全に寄与する技術の確立と製品，システムの開発・提供質改善と環境問題の効率的な解決促進に有効活用できる②事業活動の各段階における品質，環境への配慮が，そのためには問題発見能力，企画力，改善の実行力③地域社会への貢献が必要である．結果を見て結果による従来型の改善活動④広報・啓蒙活動の推進

におけるＰＤＣＡサイクルではなく，リスクの回避・問題の未然防止に重点をおいた戦略的なＰＤＣＡサイクル
が今後必要となる．
すなわち，失敗してからあわてて手を打つ「後手管理」（４） 環境保全改善の方向づけ
具体的な環境保全改善の推進方法は次の通りである．
① 環境保全推進活動は「職制」による活動を基本から問題が起こる前に事前に手を打つ「戦略的先手管理」
がこれからの品質管理，ＩＳＯ，ＴＱＭの変革に最も重とし，各工場長が主体と責任を持って推進する．
②

要である．これらの活動を効率的に展開するためには，
品質・環境評価や効果的な内部監査(品質・環境)さらに組織，職制による活動を支えるため「環境保全委員会」を設置する．

③

マネジメントレビューを駆使した具体的な取り組みが望事業活動，製品，サービスが環境に及ぼす影響を管理することによって目的とする環境パフ

まれる．

ォーマンスを達成する．
④

４．X 社における環境問題への取り組み事例

品質ＩＳＯと環境ＩＳＯとＴＱＭを融合し，顧客満足度の向上及び環境技術の向上を図る．

前章にて提案したアプローチをもとに，実際の製造メ⑤

公害防止活動の促進

ーカーX 社において取り組んだ環境保全活動の内容とそ⑥

コストミニマムで出来る環境保全改善推進の成果を以下に示す．

⑦

資源の有効活用及び「ムダなくし管理」の展開⑧

各人が各「環境影響度」の低減並びに改善運動の展開

4.1 QMS/EMS に基づくマネジメントシステムの構築
QMS/EMS の観点から構築されたシステムにおける重要⑨

環境方針に基づく継続的な改善推進

な項目についてまず紹介する．全ての項目において環⑩

コストの削減62

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号⑪

リスクの回避⑫

マネジメント効率の向上と信頼性の確保⑬

環境影響度の低減(7) 環境ＩＳＯの教育の実施⑭

環境問題に対する広範囲の利害関係者の要望(8) 公害防止管理者の計画的育成(6) 品質ＩＳＯのサーベイランスに連動した環境
ＩＳＯの技術指導を関係者に実施

及び社会・経済的ニーズとのバランスの中で環境保全及び汚染の予防活動に対応し適用すべ

また，品質・環境両面を含め以下のような点に注意して

き法規制値の維持管理向上を図りつつ継続的

マネジメントシステムの運用を行った．

な改善を推進する．

(1) 環境保全活動は，日常の仕事の改善の中で定着するような進め方とし，日常管理の徹底を重要な指標となる法規制値の改善管理項目を以下に示す．

主眼において進めた．
(2) 環境ＩＳＯによる環境保全システムの基本

表 2：法規制値の維持管理改善項目
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩

排出水の成分工場周辺の騒音
一般廃棄物，産業廃棄物省エネルギー
悪臭防止
振動規制
大気汚染防止
下水道法
リサイクル
省資源

は品質ＩＳＯの仕組みをベースにして環境特有の項目としての①環境方針②環境側面③法的規制値に対する順守 ④緊急事態への準備及び対応等を融合させて構築した．
(3) 環境パフォーマンスとしての県における公害・環境の法規制の維持・管理の問題点及び県の環境基本条例制定に基づく対応としての現状の測定可能な環境影響の実態の把握を実施した．①法規制に対する管理状態(水質，騒音等) ②産業廃棄物管理 ③各工場環境保全委員会活動 ④品質・環境マニュアル（５）環境保全重点管理項目
主要な環境側面に対する環境保全重点管理項目を以下に示す．

(4) エネルギー等の削減及びリサイクル率の向上に関する改善推進

表 3：環境保全重点管理項目
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩

の作成，制定

公害防止
省エネルギー
省資源・リサイクル
環境負荷低減の生産プロセス・商品開発
商品使用の長期化
特定フロン等の使用削減
物流の合理化
広報・啓蒙・環境教育
地域環境配慮
内部監査(品質・環境)

さらに，新商品開発においては，環境保全型製品開発の要素が求められることになるため，既存の開発体系において，環境保全型製品のライフステージにおける環境評
価方法を確立している(表４)．
また環境保全型製品のライフステージにおける環境評
価方法として，環境側面とライフステージの観点から，
計 54 項目について評価基準を定めて評価を行う．
そして，開発する製品に対して環境影響が少なくなる最小化設計
開発のレビューを行うことにより影響度を把握し，該当しない項目は評価不要となることを確認する(表 5)．

4.2 品質・環境側面に基づく活動の実施「実施項目」については以下のとおりである．
(1) 環境方針に基づく目的と目標の明示(2) 環境保全委員会，公害防止管理活動の推進と関連規定の制定(3) 内部環境監査員の教育・認定(4) 環境保全投資計画策定(5) 法規制維持管理改善による環境パフォーマンスの向上

4.3 環境教育と実施成果
ここでは X 社において上述の環境活動を推進し，さらに現場において水質管理における「油分」の問題について具体的な環境保全教育を行った成果を述べる．
「環境は未来の子孫からの預かり物である」という有名な言い伝えがあるように，環境や資源は，人間が適切に管理することによって初めて持続的に維持することが可能になる．例えば機械加工工程の機械で使用している「油」が漏れたものが床に飛散し，それをフォークリフ

63

品質・環境 ISO と TQM 活動に基づくリーン生産マネジメント

トや作業者の靴に付着し，油の汚染を拡散していても，理した状態でないと河川に排出してはいけない，と取り

機械加工の現場では当たりまえの考え方があった．特に決められている．このように「一人ひとりが自覚して「新それが目に見えるのは，雨が降った時など，工場内の外５Ｓ」を実行して身の回りをきれいにしていくことが，の水溜りなどに油がギラギラ光っている場合である．こ先手管理の第一歩である」との啓蒙活動を行い，公害防れが排水溝に流れ河川に排出されてしまうことになる場止の考え方から，環境保全について社員の意識改革を行合もあった．目薬１滴程度の「油」は約 50ｍｇである．

った．さらに次のような関連事項について啓蒙活動を展

水質の法規制では 1ℓ の水の中にこれの 1/10 の 5ｍｇ以開した．

下（これは仁丹一粒程度の大きさの油滴）の「油」に管
表４： 環境保全型製品開発の基本要素
新商品開発における基本要素
基本ステップ
品質・環境・機能

量・時期

価格・原価

システム

1) 現行商品の現状・動向の調査・予測・分析，
2) 競合商品の現状・動向の調査・予測・分析，相対的位置づけ，
3) 現行商品・関連商品との相対的位置づけ

1

新
商
品
開
発

2

3

調査・企画

1) 商品企画のねらい
1) 総需要予測・
1) 希望販売価格
2) 市場要求品質
販売台数（終身年 2) 許容原価
3) 適用市場・用途・使用条次）
・ライフサイ 3) 投資枠件
クル
4) 投資回収
4) セールスポイント2) 発売時期などの設定など開発方針・
3) 代替スケジュー
差別化計画の設定
ルなどの設定

1) 販売系列
2) 生産系列
3) 開発担当部門
4) 商品別開発責任者などの設定

基 本 計 画1) 開発目標
1) 開発・商品化大日 1) 目標原価の機能別・ブ 1) 生産方式・設備・型の2) 設計基本構想
程ロック別の割付とブレ
計画
3) 企画条件具現の手順・技 2) 試作数量
ークダウン
などの設定
術・方策
3) 実用試験時期
2) 開発予算の設定
4) 部品共通化計画
・方法
3) 採算性の確認
などの設定
などの設定

設
試
試

1) 設計品質の作り込み
・品質表の展開
・デザインレビュー
・市場品質にマッチした試験
2) VA/VE
3)環境評価項目

計作験1) 販売台数2) 発売時期などの確認

1) 目標原価達成の推進
2) 採算性の確認
3) 市場価値評価

1) 生産準備計画
2) 生産準備着手
時期の調整

64

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

表５：環境保全型製品のライフステージにおける環境負荷の評価マトリックス
ライフステージ
A

B

C

D

E

F

資
源
採
取

製
造

流
通

使
用

廃
棄

リ
サ
イ
ク
ル

1 資源の消費状況

1

10

19

28

37

46

2 地球温暖化影響物質の排出状況

2

11

20

29

38

47

3 オゾン層破壊物質の排出状況

3

12

21

30

39

48

4 生態系破壊への影響状況

4

13

22

31

40

49

5 大気汚染物質の排出状況

5

14

23

32

41

50

6 水質汚濁物質の排出状況

6

15

24

33

42

51

7 廃棄物排出・廃棄等の状況

7

16

25

34

43

52

8 有害物質等の使用・排出状況

8

17

26

35

44

53

9 その他の重要な環境負荷の状況

9

18

27

36

45

54

環境評価項目①②

側溝，雨水排水溝に油が浮かないように各職場におにおける「油分」に関して，5 工場において監視測定個

いて発生源で食い止めることを目的として特性要所を定めて，2 年間の油分測定を行った．環境パフォー

因図を活用して検討を行った．

マンス評価の結果を表６に示す．ここで示されている数

運転，試験，組立工程で使用している油が排出水へ

値は，前年度を 100 とした時の翌年度の比率となってい混入しないような各人の作業方法を改善するようる．

に職場環境保全員会で検討した．
③

機械工程の切削油，切粉，スクラップ置場からの油が環境へ影響を及ぼさないように「新５Ｓ」活動を展開し，汚染の予防の意識付け，自覚を行った．

④

職場のフォークリフトのタイヤ，安全靴に付着した油が路面に付着し，雨が降ったとき，雨水と共に側溝に流れることを減らし汚染の予防活動を行った．

⑤⑥

表６：油分に関する環境パフォーマンス評価
工場名
A 工場
B 工場
C 工場
D 工場
E 工場

前年度比率
51％
96％
51％
56％
54%

全社員による廃棄物，ゴミ，汚泥の層別管理の改善と削減活動を行った．

この結果で示されるとおり，全ての工場において低減効

水資源の大切さと水質環境影響について汚染の予

果があらわれており，8 割の工場で約 50％近い低減効果

防方法の改善を行った．

を挙げている．従来の EMS のみではなく，品質に関する

以上のような環境保全教育テキストを作成し，全社員への教育により意識改革を行った．
そして水質への影響を与える度合いが大きい水質管理

管理システムである QMS との統合的なアプローチによる提案マネジメントシステムの有効性が示されているといえる．本事例をはじめいくつかの企業においても，ISO

品質・環境 ISO と TQM 活動に基づくリーン生産マネジメント

マネジメントおよび TQM 活動に基づくリーン生産マネジ

65

by mean of ISO 9000s－, An International Journal Asian
Pacific Management Review, Vol.10, pp. 113-123, 2005

メント構築と運用における成功例が見られる．

(5)栗山仙之助，能勢豊一，金子浩一，ISO 9000s の有効活用に
５． おわりによる設計品質評価システム,オフィスオートメーション学

本稿では，環境 ISO における環境側面をＱ（品質）Ｃ

会誌,1999（コスト）Ｄ（量，納期）Ｓ(安全，情報セキュリティ) Ｅ(6) 栗山仙之助，能勢豊一，金子浩一，新商品開発・商品化プ（環境）の総合的な問題点把握に基づき特定し，品質・ロセスへのISO 9000sの有効活用,オフィスオートメーショ

環境 ISO と TQM の融合による新たな環境側面評価システ
ムについての提案を行った．さらに同アプローチに深く

ン学会誌,1999(7) 栗山仙之助，能勢豊一，金子浩一， TQM 活動と ISO 9000

関わる要因を含んだ実際の企業活動の事例を示し，環境システムの融合, オフィスオートメーション学会誌,2000

パフォーマンスの評価や，影響物質低減効果についての(8)JIS Q 9001：2008(ISO9001) 「品質マネジメントシス

有効性が示された．今後はさらにこれらのフィールドにテム―要求事項」,日本規格協会,2008

おける一般化モデルや，EMS/QMS の統合的なアプローチ(9)JIS Q 9004:2000(ISO9004)「品質マネジメントシステムに加え，問題が起こる前に事前に手を打つ「戦略的先手

パフォーマンス改善の指針」,日本規格協会,2000

管理」によるマネジメントシステムの提言を検討する必(10)JIS Q 14001:2004 (ISO14001)「環境マネジメントシス

要がある．
リーン生産マネジメントが 21 世紀の環境配慮

テム要求事項及び利用の手引」,日本規格協会,2004

型社会における企業マネジメント活動への新たな可能性(11)JIS Q 14004：2004(ISO14004)「環境マネジメントシス

として期待される．

テム ー原則，システム及び支援技法の一般指針」,
日本規格協会,2004(12) JIS Q 190011：2003（ISO190011）「品質及び/又は環

参考文献(1)鈴木和幸著「未然防止の原理とそのシステム」, 日科

境マネジメントシステム監査のための指針」,日本規格協会,2003

技連,2005(2)金子浩一，「組立製造現場の標準化へのISO 9000s の有効活(13)J. M. ジュラン，石川馨，神尾沖蔵，水野滋，監修 東洋レーヨン訳「経営革新のための品質管理」,1966, 日科技連用によるTQM 再構築」
（日本品質管理学会）,1998(3) 金子浩一，中島健一，能勢豊一，ＩＳＯ9000Ｓと TQMの融合による品質経営情報の体系化に関する研究,(14)A. V. ファイゲンバウム著，日立製作所訳「総合的品質管理」 ,日科技連,1966

No.4,(15)ブライアン・Ｌ・ジョイナー著（狩野紀昭監訳，安(4)K. KANEKO, K. NAKASHIMA, T. NOSE (2003) Integration of(16)吉村達彦著「トヨタ式未然防止手法」,日科技連,2002

オ フ ィ ス オ ー ト メ ー シ ョ ン , Vol.26,
pp90-96, 2006

ISO 9000s; 2000 and TQM. －Strategic proactive management

藤元裕訳）第４世代の品質経営（日科技連）,199876雷雲からの放射線を探る
日比野 欣也＊立山 暢人＊

有働 慈治＊＊
白井 達也＊

Search for Energetic Radiation from Thunderclouds
Kinya HIBINO＊
Shigeharu UDO＊＊
Nobuhito TATEYAMA＊
Tatsuya SHIRAI＊

１．はじめに

電子などの荷電粒子が雷雲や雷放電の中で加速されるメ

NASA の高エネルギーガンマ線観測衛星「フェルミ」

カニズムである．雷雲内で高エネルギー粒子が作られてが，2009 年 12 月にエジプト上空を通過中に約 30 ミリ

いることは，天文観測衛星や最近の地上観測装置により秒間に渡り，511keV のエネルギーを持ったガンマ線を明らかであるが，そのメカニズムを探求するにはまだ観検出した(1)．511keV のガンマ線とは，電子・陽電子対測データが不足しているのが現状である．

消滅の際に発生する特徴的な放射であり，どこかで大量

高エネルギー粒子の加速メカニズムの解明は天文学やに反物質である陽電子が生成されたことを示していた．

宇宙物理学の分野では重要な研究テーマとなっていたが，詳細なデータ解析により，陽電子の発生場所はエジプト

最近の研究から意外にも身近な気象現象の中にその謎をから南におよそ 4,500km 離れたザンビアで発生した雷解く鍵が隠されているかも知れないと考えられるように雲であることが突き止められ，雷雲が大量の反物質を発なってきた．本稿では，神奈川大学横浜キャンパスで始生させたことを示唆する貴重な発見として報告された．

めた雷雲からの放射線観測実験の報告と，それに先立ち反物質である陽電子の発生メカニズムに関しては，雷中国チベット自治区羊八井（標高 4,300m）での準備実

雲や雷放電の中で高エネルギー粒子（主に電子）の加速

験からの観測結果を報告する．

が行われ，その粒子が大気中の原子核の近傍を通過する
際の制動放射により，高エネルギーガンマ線を発生させ

２．雷雲からの放射線観測実験

る（この現象は，1990 年代の初めごろに Compton

天文観測衛星で発見された TGF 現象は地球全体で 1

Gamma Ray Observatory (CGRO)という高エネルギー

日当たりおよそ500 事象以上の頻度で起こっていると見ガ ン マ 線 観 測 衛 星 に よ り 発 見 さ れ ， Terrestrial

積もられている．そのうちの幾つかは地上でも捉えられ．次にこの
Gamma-Ray Flash (TGF)と名付けられた(2)）ていたとしても不思議ではない．実際，高山では数例観高エネルギーガンマ線が対創成により電子と陽電子に替測されており，2000 年に落雷現象に同期した 1MeV をわり，その陽電子が地球の磁力線に沿って運ばれて，フ越える放射線が観測されていた(3)．日本においても，柏ェルミ衛星を造っている物質内の電子と衝突して対消滅

崎原子力発電所など北陸に設置された放射線モニタリン

することにより 511keV ガンマ線が発生するという複雑グポストの放射線量が冬季雷雲通過に伴って，増大するなシナリオが考えられている．

という報告もあった(4)．その後，土屋らの理研・東大グ

このシナリオの中で最も理解が進んでいないところは，

ループが柏崎原子力発電所敷地内において本格的な雷雲に伴うガンマ線観測を開始し，2007 年には雷放電と同期*教授 物理学教室
Professor, Institute of Physics**特別助手 物理学教室
Research associate, Institute of Physics

したガンマ線放射を検出し，そのエネルギースペクトルを求めることに成功し，雷雲内での放射線発生メカニズ
ム解明に新たな知見を与えることになった(5)．

雷雲からの放射線を探る

77

理研・東大グループの観測の特徴は，放射線モニタリ
ングポストに較べ，放射線感度が高いだけでなく，荷電粒子とガンマ線との識別や放射線の到来方向の推定，および 40keV から 80MeV までのエネルギー領域に感度があることであった．今回，我々が開発した検出器の特徴
は，BGO 無機シンチレータを用いることにより，さらに高いエネルギー領域を測定できることである．BGO
シンチレータはNaIやCsI と較べて有効原子番号が大き
く密度も高いため，阻止能が高く，単位面積当たりの放射線の光電吸収率が高いため，高エネルギー領域の放射線検出器として優れている．
図 2 製作中の雷ガンマ線検出器．上面以外を遮蔽するように 3台のシンチレーション検出器を取り囲んでいる．黒い光遮蔽シー
トの中にはプラスティックシンチレーターの平版が入っている．

３．チベットにおける雷雲放射線観測
我々は 1989 年より中華人民共和国西蔵自治区羊八井（標高 4,300m）に国際宇宙線観測所を建設し，日中共同研究として超高エネルギー宇宙物理分野の研究を行って(6)

いる ．観測所では，約 3,700 平米の敷地に 789 台のシ
図 1 雷ガンマ線検出器概念図．それぞれのシンチレーション検

ンチレーション検出器を升目上に並べた宇宙線空気シャ

出器ごとに検出できるエネルギー領域を分けて，全体としてダイワー観測装置（図３）を中心に様々な放射線検出器によナミックレンジを大きく取った．

る観測実験を行ってきた．

本実験装置の概念図（図 1）は，40keV~3MeV 領域を
NaI(Ti) ， 300keV~20MeV

領 域 を

CsI(Ti) ，

1MeV~100MeV 領域を BGO と，それぞれのシンチレー
タが検出エネルギー領域を重複させながら，広いエネル
ギー領域をカバーできるように設計した．これらシンチ
レーション検出器は上方から到来する放射線を検出する

図 3 羊八井国際宇宙線観測所全景．白い点状に見えるものがシように，側面と底面には鉛ブロックで囲み，雷雲や雷放

ンチレーション検出器からなる宇宙線空気シャワー観測装置．中電とは関係ないバックグラウンド放射線の遮蔽を行う．

心部に制御室や中性子観測装置などの建物がある．

シンチレーション検出器の上部にはプラスティックシン
チレーターの平板を設置して，上方から入射する放射線

この観測所は標高が高いため雷雲と地面との距離が近の荷電粒子とガンマ線識別を行う．図２は製作途中の実

いこと，さらに他種類の検出器との同時観測が容易に実験装置である．鉛ブロックによる遮蔽はシンチレーショ

現可能であることから，将来的に大規模な雷ガンマ線観

ン検出器ごとではなく，3 台をまとめて取り囲むように測を行うには最適な場所と考えている．我々は 2010 年

した．プラスティックシンチレーターの長方形の平版はより気象モニター，落雷トラッカーや大気電場計をこの

黒い光遮蔽シートで被い，側面よりライトガイドで光を観測所に設置して，予備的データの収集に行ってきた．

集め，光電子増倍管で検出する．

ここでは我々のデータとこの観測所に設置してある理研

本検出器は 6 号館 4 階屋外テラスに雨風を防ぐためにや名大 STE 研の中性子観測装置の観測データから導き

アルミ製の観測箱に収納して設置する．さらに雷雲およ出された雷放射線に関する興味深い結果を報告する(7)．

び雷放電との同期を調べるために，同館屋上に設置した

我々の検出器は，雷雲や雷放電が起こったときの大気

他の放射線検出器群や気象モニターと同時観測を行う．

の電場強度を測定する装置（図 4 右）と理論的に近傍数
百キロメートル以内で起こった落雷を検出する落雷トラ

78

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

ッカー（図 4 左）を観測所の制御室屋上に設置し，24６のような結果を得た．10MeV から 1GeV までのガンマ時間体制でデータ収集を行ってきた．また，赤外線セン線に対して，核子成分の 1/20 から 1/125 とかなり小さい

サーによる雲モニターも敷地内に設置し，これと合わせが感度があることを突き止めた．

て外気温，湿度，照度などの気象のモニターも行ってきた．

この結果，我々は雷雲からの高エネルギーガンマ線を捉えていたという結論に至った．ここで大変興味深い事
実は，雷放電というミリ秒単位の現象でガンマ線が放射されているのではなく，40〜50 分という非常に長時間にわたり 40〜160MeV を越える高エネルギー粒子放射が起こっている可能性を示していることである．最近では，
イタリアのX 線・ガンマ線天文衛星であるAGILE がTGFの観測からガンマ線のエネルギースペクトルが 100MeV(8)までは延びていることを報告しており ，我々の観測結果と矛盾しない．しかしながら，雷雲の中での粒子加速およびガンマ線放射のメカニズムをこの 1 事象から導くことはできない．もっと多くの事象を統計的に解析できるように観測を継続しなければならない．
図 4 三脚に設置された観測装置．右が Boltek 社のフィールドミル型大気電場計，左が同社落雷トラッカー．設置場所は図３中央の制御室屋上．

この地域は例年 5 月から 8 月が雨期にあたり，落雷を伴う激しい雷雨が多く到来する．2010 年 7 月 22 日に観測所上空を通過する激しい雷雨の時には大気の電場強度は激しく変動し，これと同期して観測所内にある理研・
名大 STE 研の中性子観測装置のデータにも大きな変動が記録された．図 5 はこのときの激しい雷雨が通過した
前後の大気電場強度と中性子観測装置の計測数の時間変動である．雷雲内は強い電荷分離が進んでいるため，地上との間に大きな電位差が生じることが図 5(f)から確認できる．この雷雲は下部に負電荷が生じていることが分かる．電場計の短時間のスパイクは雷放電を示しているが，中性子観測装置の計測数にその時間分解能はない．
しかしながら，全体を通して電場強度と強い相関がある
ことが分かる．図５の(a)から(e)はエネルギー領域ごとに分けても，高エネルギー領域まで同様の相関があることを示している．
これらの中性子観測装置は太陽や銀河の宇宙線強度を観測するために設定されている．そのため，宇宙からの10MeV/nのエネルギー以上の一次宇宙線が大気中で核反図 5 2010 年 7 月 22 日の落雷現象に伴う大気電場と観測された応を起こして生成する二次宇宙線の核子成分が検出でき

中性子観測装置の計測数の時間推移（文献 7 より）．(a)〜(e)はる．しかしながら，雷雲や雷放電から陽子や中性子のよエネルギー領域を>40 MeV, >80 MeV, >120 MeV および >160 MeV

うな核子成分が生成されているとは考えにくいので（もで分けた中性子の計測数．(f)は電場強度を示す．破線は推測さ

し本当なら大発見であるが），高エネルギーガンマ線にもれたバックグラウンドの数を表し，データ点の縦軸は１σの誤差感度を持っているのではないかと予想された．それを調を示す．時間は世界標準時である．

べるために，詳細な検出器シミュレーションを行い，図雷雲からの放射線を探る

79

謝辞
チベットにおける雷放射線観測に関しては，日中の共同研究者，特に東大宇宙線研究所の川田和正氏や宇都宮大の堀田直己氏の協力がなければ実現できませんでした．
また，本学の検出器開発に関しては，理研（現在は原研）の土屋晴文氏の助言を頂きました．ここに深く感謝致し
ます．
参考文献
(1)

M. Briggs et al., “Electron-positron beams fromterrestrial lightning observed with Fermi GBM” ,Geophys. Res. Lett. , VOL. 38, L02808, 2011.

図 6 中性子観測装置の粒子ごとの検出効率（文献 7 より）．

(2)

G. Fishman et al., “Discovery of intense gamma-ray
flashes of atmospheric origin” , Science, vol. 264, p.
1313, 1994.

４．今後の展開
今後，安定的に観測を行い，多くのデータを蓄積し，(3)

C. Moore, K. Eack, G. Aulich, and W. Rison, “Energetic

事例を増やす計画である．平地での観測となるために雷radiation associated with lightning stepped-leaders” ,放射線が地表に到達する確率も少なくなるというデメリ

Geophys. Res. Lett., vol. 28, no. 11, pp. 2141–2144,
2001.

ットもあるが，長期観測が期待できる大学内に観測拠点を持つことは重要である．将来的にはチベットなどの高(4)

T. Torii, M. Takeishi, and T. Hosono, “Observation of

地での大規模な観測実験を計画することも視野に入れる

gamma-ray dose increase associated with winterべきであろう．

thunderstorm and lightning activity” , J. Geophys. Res.,
vol. 107, no. 17, p. 4324, 2002.

また，Gurevich らが雷放電のトリガーが高エネルギー
宇宙線による空気シャワーによる可能性を主張している(5)

H. Tsuchiya, T. Enoto, T. Torii, K. Nakazawa, T. Yuasa,(9)．全ての雷放電をこの仮説で説明することは困難だが，S. Torii, T. Fukuyama, T. Yamaguchi, H. Kato, M.

発生頻度的に TGF を引き起こす頻度程度なら有り得るOkano, M. Takita, and K. Makishima, “Observation of

かも知れない．我々は，本学 6 号館に小規模ではあるがan Energetic Radiation Burst from Mountain-Top

空気シャワー観測装置も稼働させており，今度データがThunderclouds” , Phys. Rev. Lett., vol. 102, no. 25, Jun.

蓄積されれば，雷ガンマ線観測データとの照らし合わせ2009.

た解析も行う予定である．

(6)

Tibet ASγ実験プロジェクト公式ホームページ，
URL: http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/em/index-j.html(7)

H. Tsuchiya, K. Hibino, K. Kawata, N. Hotta, N.
Tateyama, M. Ohnishi, M. Takita, D. Chen, J. Huang, M.
Miyasaka, I. Kondo, E. Takahashi, S. Shimoda, Y.
Yamada, H. Lu, J. L. Zhang, X. X. Yu, Y. H. Tan, S. M.
Nie, K. Munakata, T. Enoto and K. Makishima,“Observation of thundercloud-related gamma rays andneutrons in Tibet” , Phys. Rev. D, 2012.

(8)

M. Tavaniet al., AGILE Team, “Terrestrial Gamma-Ray
Flashes as Powerful Particle Accelerators” , Phys. Rev.
Lett., vol. 106, no. 1, Jan. 2011.

(9)

A. Gurevich, “Runaway breakdown and the mysteries oflightning” , Physics Today, 2005.

図 7 雷放電のトリガーが宇宙線空気シャワーという仮説（文献 9
より）
．

80

研究を振り返って青木 勇＊

Looking Back on My Research and Development
Isamu AOKI＊

１．はじまり

ひずみ分布，応力分布等が明らかになれば現象の解明は大学院の修士課程を終えた時点で，前任校の助手に採概ね完結となるのですが，先に述べたようにクリアラン

用されました．研究室主宰教授から当面の研究課題とし

ス近傍材料の狭い領域にひずみが集中するため，現象のて提案された，「せん断加工用工具の摩耗」をその後数年観察，解析は困難とされてきました．近年，数値解析技

間継続して研究することとなりました．摩耗に関わる一術の進歩もあり，またこの分野の研究者も増えたことも

般的な研究は枚挙にいとまがありませんが，せん断加工

あって，実態は少しずつ明らかになってきています．

用工具に限れば類似の研究は少なく，また，加工現場で私はせん断中の材料変形による寸法精度の変化や工具は非常に重要視されることを知り，自分なりに熱心に取の変形に興味があり，主に実験的に検討してきました．

り組み，成果 1)をまとめ，これが博士論文となりました．

当該分野においても解析が欠かせず，幸いにも実現した

地味な課題ではありましたが，行きつ戻りつしながら，共同研究（当時の共同研究者・笹田昌弘博士）で明らか不明な現象を一つずつ細かく調べた経験はその後の研究になってきた部分が少なくありません．次のような事例の礎になったと考えています．

があります．微細なせん断加工ではパンチ，ダイスの整合が問題となります．例えば被加工材料が 0.1mm 程度の

2. 本学で薄板材の場合，クリアランスは数ミクロン程度に抑える

前任校での勤務が丁度十年目で幸いにも本学に採用し必要があり，しかもこの値をせん断輪郭上均一に設定していただき，現在までお世話になっています．この間，

なければなりません．金型部品の加工精度，組立精度を

主にプレス加工の仕事を続けてきておりますが，研究環考えると至難の技といえるのですが，加工自体は不思議境の関係で，微細せん断加工に関する課題を中心としてにも実現できるのです．これに係わり，現場に一つの“伝きました．以前のテーマ同様，現場から多くの問題提起

説”があります．それは，クリアランスが不均等な場合，のある分野ですが，これに関わる研究，
研究者は少なく，

クリアランスが小さい側から大きい側へパンチが「自動そのため，あまり学術的には扱われて来なかった経緯が調心」するというものです．実験的に調べると，この現あります．

象は確かに認められるものの，その機構はわかりにくく，

2.1 せん断加工機構
せん断加工とは図１のようにクリアランスと呼ばれる

せん断力

僅かな隙間を設けた一対の工具，パンチとダイスで材料にせん断変形を与え，これを分離する極めて単純な加工です．しかし，変形が刃先近傍材料に集中することや，

板押さえ

塑性変形後にき裂を伴うなどの理由で現象はかなり複雑です．
この加工では，加工中に生ずる材料変形，ならびに，

パンチ

材料
ダイス

ダイス
クリアランス*教授 機械工学科
Professor, Dept. of Mechanical Engineering

板押さえ

図１ せん断加工

研究を振り返って81

単純にパンチ側面に働く力の大きさだけでは説明がつかて組立部品のかえりを除去する技術の開発を行い，一部ないのです．実験・解析の結果から，この現象はパンチ

は実用に供されました．

刃先に働く垂直・水平の二分力の関与の仕方が原因であかえりなしせん断については以前から幾つかの優れたることが明らかになってきました．このように伝説の正工法の提案がありましたが，箔材を対象とする場合，ク体が見えてきたのです．なお，これらの研究に係わり，リアランスとパンチ食込み量の設定にミクロン台の高精共同研究者（当時）であった高橋俊典博士が以前に開発度が要求されます．ここでは上記の圧電素子駆動技術をしたパンチのたわみ計測法が優れた手法でした．

用いて数十μm 厚の金属箔材のかえりなしせん断に成功

このほか，せん断加工中に生じる工具面上のすべり挙動や，切刃近傍材料の静水圧の大きさと材料拘束条件のしました 3)．
2.3 微細医用処置具の成形影響などが明らかになり，僅かではありますが，プレス

現在，新たな産業の創出がうたわれる中で，医療分野

加工の実務に供せる結果が得られたと考えています．

が注目を浴びています．プレス加工は金型成形ですので

2.2 微細せん断加工

良好に成形する手法さえ確立できれば，同じ形状，同じ

微細せん断加工の研究の一つに微細高速穴あけ技術の精度の製品を安定的に，しかも廉価に提供することが可

開発があります．0.1～0.3mm 程度の金属箔材，樹脂シー

能となります．このような事情で十数年前より医用処置

ト，セラミックグリーンシート等に板厚と同寸法程度の具，特に内視鏡用鉗子の成形技術について研究を進めて穴を高速であける技術であり，具体的な対象は半導体分きました．コストの点もありますが，これからは特に微野になります．この技術開発の要点は，まずは高品位の細な処置具が必要になるとの見込みから，多様な手法を穴あけ技術の確立，ついで大量の加工を行っても工具が試みました．最初は，完成品断面がほぼ円に近いことか

それに耐え得ることの検証，
さらに 1 分間 1500 回以上とら素材として丸線材を用い，三工程で鉗子主要部品を完いう高速化の実現にありました．ドイツにはすでにソレ成される技術を開発しました．ここでは，材料を強く拘

ノイド駆動の高速穴あけ装置があり，優位性の観点から

束した状態では材料にき裂を生じにくいという静水圧のこの速度を越える必要があったのです．本研究では駆動効果を旨く適用したところにポイントありと言えます．

源として圧電素子とその拡大機構を用いること，およびその後，さらなる微細化を目指し，0.3mm の薄板を素駆動方式の工夫による高速化と静穏化，高速駆動であっ材とする成形技術の開発に向けて研究を進める中，高度ても残留振動が生じない技術の確立に加え，材料ステー

な金型技術を有するプレス企業の協力をいただき，15 工

ジの高速移動技術，金型技術，穴あけ技術を洗練するこ程の順送方式で超微細鉗子主要部品を成形できました 4)．

とで，問題をクリアーできました 2)．さらに，本機構に鉗子自体は 0.6mm のワーキングチャンネルで使用可能

おいては，駆動電流のモニタリングでパンチ折れ等の異な寸法です．残念ながら，現在のところ実用には供され常を検知することが可能になっています．この開発ではてはいませんが，本成形は難加工事例を数多く内包する

多分野の技術開発が必要であり，圧電素子，駆動回路，

総合技術としての側面を有していますので，何らかの加金型技術の専門家らの協力があって実現し，現在，実用工に適用できないかと可能性を模索しています．

機が稼働しています．

2.4 すこし趣を変えてせん断加工ではき裂の発生がパンチ，ダイス両刃角よ

思い出のある技術開発例として電磁力を用いた急加りずれた位置で生じるため，かえりと呼ばれる部分が不速・急停止機構があります．コンデンサに充電した電荷

可避的に生じてきます．これは破断した面の延長上に形をコイルに放電させると，これに対向する導体板とコイ成される微小尖りで板厚の1%程度と僅かな欠陥ですが，ル間に衝撃電磁力が発生し，コイルを固定しておくと導製品が機器の中で動作するとき，この部分が脱落すると体板は急加速されます．条件によりますが，数 mm の加大きな障害を引き起こします．このほか，作業者の傷害

速距離で数十 m/s の速度を得ることができます．この原の原因となることもあり，以前から問題視されてきまし

理は物理学の一般的知識として古くから知られ，電磁成た．対策としては，かえりを除去する，またはかえりの形，電磁プレスにも適用されています．後者についてはない加工を行う二つの方法があります．これは使い分け

少ないながらも実用機が製作されています．

が必要で，私は両面から問題解決を図ろうとしました．

この研究に造詣の深いＨ教授と雑談の折，「急加速が

薄板微細部品のかえり取りに関しては，振動輸送技術をできるなら急停止もできるのではないかな．
」というよう用い，製品と研磨剤または研磨布紙の間に相対運動を起な話になり，早速，実験を始めました．何回かの試行実

こさせかえりを除去する方法の提案や，磁気研磨を用い験の後，電磁力で急加速された導体板が反対側の停止用

82

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

コイル 2～3mm 手前で停止する結果を得て，確実に停止

最後になりますが，お世話になった教職員の皆様に御させるべく計算を行い，コンピュータ援用の停止用回路

礼を申し上げます．なかんずく，共同研究者（当時）とを試作し，どのような速度で進んでくる導体板であってして成果を共有する高橋俊典博士（現・埼玉工業大学），

も，ある範囲内であればこれを非接触で急停止させるこならびに最近の十年間，共同研究者（当時）として精力とに成功しました 5)．ここでは，停止コイル直前で導体的に研究を推進され，成果を共有する笹田昌弘博士（現・

板の速度を計測し，この結果に対応する適切な時期に放本学准教授）に謝意を表します．また，本学で助手とし電を開始するのです．

て奉職中，多方面にわたりご指導頂いた日比野文雄博士

さらに本機構を用いた高速往復動機構を製作し，樹脂（現・本学名誉教授）に御礼を申し上げます．

の高速切削できわめて美麗な面を得るなど良好な結果を得ました．実用には至りませんでしたが，ここで得た経参考文献

験や技術の蓄積は，その後行った電磁力利用の打抜きや(1) 青木勇，“せん断工具の摩耗と影響因子”，塑性と加成形の研究に有形無形の支援となっています．

工，27-300（1986-1），pp.140-150．
(2) I.Aoki，M.Sasada, T.Higuchi and T.Yano, “Development of

３．おわりにさしたる成果を得ていない恥ずかしさを顧みず，大層Micropiercing System with Punch-Damage Monitoring System”,
J. Materials Processing Technology, 22-125(2002-9), pp.497

な標題で書き始めましたが，単なる事例紹介に終わって-502.

しまいました．また，紙面上では問題なく進んだように(3) I.Aoki , and M. Sasada, “Burr-Free Microblanking Using

述べた研究も，事実は逆に順調に進まないことがほとん

Piezoelectric Actuator”, Trans. ASME., J. Manufacturing Science

どで，その度になぜかと考え込むばかりでした．大学でand Engineering, 126-3 (2004-11), pp.653-658．

はそのような考える時間が十分あるのはありがたいこと(4) 青木勇，笹田昌弘，小松誠，三池神也，“内視鏡用微です．
大学の環境の良さはほかにもいろいろありますが，，精密工学会誌，71-12（2005-12），
細鉗子の金型成形”

なんといっても若い学生，院生とともに問題に取り組め

pp.1618-1621.

るところや，彼らとの研究成果を自由に発表できるとこ(5) 青木勇，樋口俊郎，“高速移動体の電磁力を利用した

ろにあると思います．そのような環境で長い間，研究（と非接触急停止機構の開発”，精密工学会誌， 55-5 (1989-5),

いってよいか逡巡しますが）できたことに心から感謝し

pp.939-944．

ている次第です．

83

2011 年度（平成 23 年度）工学研究所年次報告
１．人事
１）運営委員
山村

博

教

授

機械工学科

所

長

工藤

邦男

教

授

電子情報フロンティア学科

山口

栄雄

教

授

物質生命化学科

佐藤

憲一

教

授

情報システム創成学科

中島

健一

教

授

建築学科

安田

洋介

准教授

物理学教室

大成

逸夫

教

授

電子情報フロンティア学科

新中

新二

教

授（所長指名）２）研究所客員教授
沼田

俊一（2011.4～2012.3）

西和夫（2011.4～2012.3）

許瑞邦（2011.10～2012.9）

武田重喜（2011.10～2012.9）

大熊 武司（2011.4～2012.3）

李杰

佐藤 祐一（2011.4～2012.3）

堀野定雄（2011.4～2012.3）（2011.10～2012.9）

小嶋 英一（2011.4～2012.3）

大澤康彦（2011.10～2012.9）

杉原淳（2011.4～2012.3）

秦野正治（2011.10～2012.9）

南部

洋子（2011.4～2012.3）

阿部英樹（2011.10～2012.9）

３）研究所客員研究員
大和裕幸（2008.10～2013.3）

徐

剛

久保

登

（2008.10～2013.3）

蘆朝輝（2009.10～2013.9）

龍重法（2008.10～2013.3）

周建東（2009.10～2013.9）

石倉理有（2008.10～2013.3）

金容範（2010.4～2012.3）

石川博敏（2008.10～2013.3）

Tomaszkujej（2009.4～2012.3）（2009.10～2012.9）

川上博司（2011.4～2013.3）

司

宏俊（2011.10～2013.9）

４）研究所特別研究員
北島

創

姜

迎春（2010.4～2012.3）

小島真路（2009.10～2012.9）

秋山友昭（2010.4～2012.3）

菅原淳一（2009.10～2012.9）

黄亮（2008.10～2013.3）（2010.10～2012.9）

５）研究所職員
教務技術職員

萩原

健司

技術員

八高

優勝

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

84
２．予

算

平成 23 年度の予算・決算額を表－１に示す。
表－１
業

務

項

（単位：千円）
目

予 算 額

決 算 額

研究所運営費

2,537

2,115

大型共同設備管理運営

4,000

工学研究所共同研究*

14,000（特）テクノフェスタ（特）若者と語る（特）テクノサークル
合計*工学研究所共同研究内訳
共同研究代表者

予算額（千円）

4,311

中山

教授

3,500

13,970

中島

教授

3,000

3,000

2,556

趙

教授

3,200

223

223

内田

教授

1,300

1,500

1455

日比野 教授3,000

25,26024,630計

14,000３．共同研究／プロジェクト研究平成 23 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

鉄筋コンクリート構造物の残存寿命予測法に関する研究

磁性体材料と超伝導体材料を使った量子効果デバイスの試作

持続可能社会実現のためのリーン生産・物流システムに関する研究

趙

衍剛／建築

中山 明芳／電子情報フロンティア

中島 健一／情報システム創成戦前期における日韓の住宅近代化に関する比較研究

内田 青蔵／建築

雷または雷雲起源放射線の研究

日比野 欣也／物理

85
プロジェクト研究

Ａ

高周波回路の解析・設計理論の整備と対応ソフト開発－固有モードに基づく厳密な等価回路を適用して－穴田 哲夫／電子情報フロンティア

Ｃ

大気環境化学研究所

Ａ

高性能高分子膜材料の開発と評価

西久保 忠臣／物質生命化学

Ｃ

高安心・超安全交通研究所（ＫＵ－ＷＩＰＦ）

堀野 定雄／情報システム創成Ａ2020 年の電子デバイスを想定した電子回路の研究

島Ｃ

防災まちづくり支援研究センター

荏本 孝久／建築Ｃ

地元住民と協力して実施する町づくり研究所の創設と運営

山家 京子／建築Ａ

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Ａ

振動エネルギー流れに基づくシステムの評価と設計

山崎

Ａ

高性能熱電発電材料の開発

山村博／物質生命化学

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

４.講演会「暮らしの中のサイエンス」連続講演会
テーマ：『カガクで健康美』―健康美つくりを支える科学・化学―
場

所：KU ポートスクエア

井川

学／物質生命化学

健／電子情報フロンティア

衍剛／建築

徹／機械

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

86
ｵｰｶﾞﾅｲｻﾞｰ：神奈川大学工学部
第1回

教授

川口

春馬

先生

2011 年 11 月 5 日（土）13:00～16:20

1 健康寿命をのばす秘訣―より長く生き生きと
浜松医科大学教授

瀬籐

光利

先生

2 動いて健康美―運動が細胞を元気づける
東京大学名誉教授
第2回

跡見

順子

先生

2011 年 11 月 12 日（土）13:00～16:20

1 食べて健康美―食品とサプリメントをカガクする
お茶の水女子大学大学院准教授

森光

康次郎

先生

2 肌から健康美―清潔にすること・整えることを通して健康美㈱エフシージー総合研究所

菅沼

薫

先生

「科学と工学の最前線」連続講演会
テーマ：最新光源の話題と暮らしへの展開
場

所：神奈川大学横浜キャンパス

日時：2012 年 1 月 21 日（土）13:00～16:10

1 高効率小型光源開発の現状
神奈川大学工学部教授

渡辺

良男

先生

2 青色防犯灯を科学する：有彩色光照明の課題
奈良女子大学教授

井上

容子

先生

3 新しい光源を用いた照明デザイン
伊藤達男照明デザイン研究所代表

伊藤

達男

先生

「若者と語る」シリーズ講演会
テーマ：夢を持ち続けよう
場

所：神奈川大学セレストホール

日時：2011 年 9 月 28 日（土）16:20～18:00

パデュー大学特別教授

根岸英一

５．神大テクノフェスタ２０１１

先生（2010 年ノーベル化学賞受賞）―暮らしと環境の未来―

日時：2011 年 10 月 14 日（金）12:00－17:30
場所：神奈川大学横浜キャンパス 2 号館演習室・1 号館 804 室・3 号館 301 室
実施内容
１）講演会（1 号館 804 室）工学研究所共同研究報告 4 件、プロジェクト研究報告 3 件
特別講演『安心安全交通システム設計と普及：人間工学応用の GIAP コラボレーション実践』堀野定雄

先生（神奈川大学工学研究所客員教授）

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

57 件

３）実演展示4 件（模型製作ｺﾝﾃｽﾄ、ﾊﾞｰﾁｬﾙ地球史博物館映像、宇宙エレベータ、免震体験車）

４）企業展示12 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）懇親会（10 号館 3 階学生ラウンジ

18:00－19:30）

87
６．大型装置使用実績
平成 23 年度の大型装置装置使用実績を表－３に示す。

表－３

（時間）

研究室名

TEM

SEM

XRD

TF-XRD

XPS

ICP

CCD

機械工学科

0

120

240

0

0

0

0

0

0

0

0

316.5

439.5

262

2461

工藤研究室

240

竹村研究室
電気電子情報工学科

120
0

405

105.5

中山研究室

8

平手研究室

341

90.5

山口研究室

56

15

223

3144

物質生命化学科

524.5

井川研究室
池原研究室

33
17

175
83.5

岡本研究室

1.5

7.5

小出研究室

15

1670

佐藤(憲)研究室
内藤研究室

24
214.5

西久保研究室

32
8

92.5
5

2.5

引地研究室
松本研究室

14
293

山村研究室
化学教室

91.5

亀山研究室

343

743

114

1018

298.5

21

2030

18

71

32

0

0

0

0

70

0

196

0

0

262

2461

3

26

川口研究室

46.5

19

田島プロジェクト

45

26

32

理学部

0

0

0

川本研究室

38

野宮研究室

11

山口研究室

147

合計時間

24

616

819

3521.5

316.5

635.5

88

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

工学研究所だより

89

90

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

工学研究所だより

91

92

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

工学研究所だより

93

94

神奈川大学工学研究所所報 第 35 号

95

神奈川大学工学研究所所報執筆規程
1978 年（昭和 53 年）2 月 ５日
改訂 1988 年（昭和 63 年）4 月 13 日
改訂 1990 年（平成 ２年）7 月 18 日
改訂 1991 年（平成 ３年）5 月 29 日
改訂 1994 年（平成 ６年）1 月 26 日
改訂 2005 年（平成 17 年）1 月 27 日

１．投稿資格４．提出期日投稿筆頭者は原則として神奈川大学工学部属教職員とする．ただし原稿を編集委員会が依嘱する場合はこの限りではない．また連名者については制限しない．
２．記事の種類巻

頭論

説 学問・技術・本研究所の事業・動向などに

内容概要（1 頁以内）〕をつけることができる．

骨子として，著者の一連の研究をまとめ，これにその分野における地位を明らかにするような解説を若干つけたもの．
共同研究報告 発足時点では〔共同研究の紹介〕，中間時点

論説・随想 原則として 4 頁以内．
総説・トピックス・その他の記事 原則として 8 頁以内．
６．原稿の書き方
原稿の書き方は，この〔規程〕ならびに〔神奈川大学 工学研究所 所報 執筆要領〕による．
７．原稿の責任と権利

では〔共同研究の現況〕，研究終了または一掲載された論文などの内容についての責任は著者が負う

段落の時点では〔共同研究の成果要約〕とものとする．またその著作権･編集出版権は〔神奈川大学

して，その現状が報告される．

工学研究所〕に属する．

説 総合論文と略同一性格の記事であるが，解説的色彩の強いもの．

ト ピ ッ ク ス その時々のトピックスについての展望あるいは解説．
想 研究・開発などの思い出，意見，感想，経験談など．
国際交流研究 学外（国内，国外）における研究・講義・出張に関する経験談など．
特

総 合 論 文 原則として 20 頁以内．和文の場合は〔欧文内容概要（1 頁以内）〕
，欧文のときは〔和文関する論説，意見．

随以下の頁数はすべて〔刷り上り〕のものを示す．

言

総 合 論 文 専門の学協会などに発表された研究論文を総その年度により定める．
５．頁数

集 その号の特集として特別記事を設けること
がある．

３．用語
用語は和文とする．
ただし総合論文に限り欧文でもよい．
また〔英文目次〕作成のため，原稿には〔英文題目〕のほか〔著者氏名〕および〔職名，所属〕の英語名をつける．

８．採否
原稿の採否および分類は〔神奈川大学 工学研究所 編
集委員会〕において行う．
９．原稿の提出先
原稿の提出先は〔神奈川大学 工学研究所 事務室〕とする．そこで受領した日を原稿受付日とする．
１０．その他（１） 原稿の枚数が規定限度を超過する場合は委員会の承認を要するが，状況により超過分の実費を徴することがある．
（２） 図が印刷に不適当な場合は，専門家に依嘱して書直すことがある．この場合の経費は著者負担とす
る．

97

工学研究所所報執筆要領
工学 太郎＊

研究所 花子＊＊Making Reports of Research Institute for Engineering
Taro KOUGAKU＊

Hanako KENKYUJO＊＊

１．緒言

３．記号及び単位の書き方□この工学研究所執筆要領は，このファイル自体が所報□諸記号の字体は次のとおりとする．

原稿のテンプレートになっているので，著者が別にタイ

（種 別）

（字 体）

（例）

プしてある原稿をこの様式内にペーストすれば，以下に数学的演算記号立 体

sin，sinh

記載する体裁の原稿が作成される．

単位記号

立 体

cm，kg，MΩ□テンプレートファイルは工学研究所事務室から著者あ

ベクトル量

斜体ゴシック

速度 V，力 F

量記号斜 体

周波数 f，長さ l

化学記号

立 体

H2O，BaTiO2てにメールにより送付する．
□原稿は，テンプレート（A4 版）に従って執筆し，提出の際は，印刷した原稿（ハードコピー）とそのデジタル□文字の大きさは表 1 に示すとおりとする．

データ（ファイル）を提出する．ファイルは MS Word（Windows または Mac）または TEXとする．
□原稿記載の順序は，標題，本文，文献，付録，である．

４．図，写真及び表の作成□図，写真及び表が単段（片側）に収まらない場合は 2段（両側）にまたがって書くことができる．

２．本文及び原稿の体裁全般□図，写真及び表の横に空白ができても，その空白部に□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）

は本文を記入しない．

は，25 字×45 行×2 段=2250 字とする．ただしタイトルのみは1□図，写真，表と本文及び図表相互の間は１行余白をと段組である．

る．

□MS Word の“ページの設定”の“文字数と行数”のタブ中の□図，写真，表の見出しは本文と同一言語とする．図及

設定はフォントサイズ８，段数２で文字数 26，行数 45 とし，び写真の見出しはその下に，表の見出しは上に書く．

“余白”のタブ中の設定は上45 下40 左34 右34 としてある．

□図，表中の記号類は，小さすぎて判別不能にならない□和文文字はMS 明朝，英文文字はTimes New Roman とする．

ようにする．また，複雑な記号類は，大きめに描くよう

ただし，記号などにSymbol を用いることが出来る．

にする．

□本文，図，表及び式は原則として左右の段にまたがら□写真は本文に貼るだけでなく，写真のファイルを添付ないように書く．

する．

□小数点は〔．
〕を用い，カンマ〔，〕を用いない．
□句読点は〔，
〕
〔．
〕とし，
〔、
〕
〔。
〕を用いない．
□脚注はなるべく避ける．

５．数式□数式エディタを用いて記載する．
□式は単列に書くように整形する．
□字体は Times New Roman を使う．ただし，Symbol は*教授 機械工学科
Professor, Dept. of Mechanical Engineering**助手 建築学科
Research associate, Dept. of Architecture

使用できる．
□数式は原則として文章の行の中に入れない．やむを得ず挿入する場合には，1 行高さを守る．

98
例１〔分数式の例〕□本文は著者原稿から図，表，脚注を除いてコピーし，…これは ( a  b) / ( c  d ) の形を取る．

テンプレートにペーストする．その後で，図等のスペー

例２〔指数式の例〕

スを作ってテキストボックスを挿入し，その中に図など…電流は i  I exp(  t / x ) の形となる．

をペースト，あるいはファイルからの挿入をする．

□文中でなく，式を別行にする場合には，次のように書□第 1 ページの脚注（著者所属など）には，直接入力しいても良い．その結果，〔上例の式〕は次の形を取る．

ても，コピーした内容をペーストしても良い．ただし、

MS Word の制限により、脚注の機能を先頭の“1．緒言”

例１〔分数式の例〕…その結果，これは次式の形を取る．
abcdの後ろに見えないように白文字で“＊”をつけてある．

(1)

ここを削除すると脚注も消えてしまうので注意が必要である．
（標題下の著者名に脚注の機能をつけるべきだが，その場合は脚注が両段にまたがってしまうため，この形

例２〔指数式の例〕

式を採用した）…その結果，電流は次式の形となる．

□このテンプレートについて不明な点がある場合は，工i  Iet / x(2)

学研究所 事務局に問い合わせる．

６．文献記載方法

８．結言□文中の文献引用は，引用箇所に文献ナンバーを上付き□校正は著者に依頼するので，校正刷りが到着後，速やカッコでつける．

かに校正を済ませて，工学研究所 事務室まで返送する．

□参考文献（References）はナンバーに（ ）を付して本

校正は，内容が著者提出のハードコピーと一致すること

文末に列記する．

を確かめるものであって，変更を加えることはできない．

引用文献は原則として以下の A，B のように記載する．

□著者の責任による修正が生じた場合には，その修正に（A）雑誌の場合

必要な実費を徴収する．

(No.) 著者名，
“標題”
，雑誌名，巻－号（発行年-月）
，p.
ページ．
例

表１ 文字及びサイズ(x) 赤坂憲夫，青山幸夫，宮下俊夫，“広帯域増幅器の特

題目

MS 明朝

14 ポ

，p.1125．
性”，電子通信学会誌，52－192（1977-8）

著者名

MS 明朝

10 ポ

欧文題目

Times New
Roman

12 ポ

欧文著者名

Times New
Roman

9ポ

MS 明朝

8ポ

本文の各節・小項目

MS ゴシック

8ポ

図・表の見出しMS ゴシック

7ポ

参考文献・脚注

MS 明朝

7ポ(x) E. W. Euller and R. F. Stoessel, “……”, Mech. Engng.,
90-3 (1968-3), p.42．
（B）単行本の場合(No.) 著者名，
“書名”
，発行所名，（発行年），p.ページ．
例(x) 田部浩三，竹下 誠，“塩酸触媒”，産業図書，（1976），
p.1225．

本文

７．原稿作成上のヒント□このテンプレートは Windows MS Word 97 で作成してある．著者が別に書いた原稿をコピーペーストすれば，自動的に割付が決定する．
□Word からコピーペーストする際，書式情報無しのテキストのみをペーストするには，コピーした後にメニューの“編集”から“形式を選択して貼り付け...”を選択し，“テキスト”を選ぶ．

参考文献□第 1 ページ標題部分は 1 段組である．この部分では，(1) 工学太郎，研究所花子，“執筆要領”，工学研究所所

項目ごとにコピーペーストが必要である．

，p.126．
報，27 号（2004－11）

99Electronics and Informatics Frontiers（雑誌の場合）(2) 工学太郎，研究所花子，“工学研究所所報 27 号”工電子情報フロンティア，p.126．
学研究所，（2004）

Material and Life Chemistry

物質生命化学

（単行本の場合）

Information Systems Creation

情報システム創成

Architecture

建築学

付録

Mathematics

数 学［参 考］研究所所報の配布

Physics

物 理

刷上がった所報は以下の各者に 1 部宛贈呈する．

Chemistry

化 学（１）本学理事および工学部所属教職員．

Biology

生物学（２）理，工学部を有する国内の大学またはそれに準ずProfessor

教 授

Professor Emeritus

名誉教授（３）官公庁の研究機関．

Associate Professor

助教授（４）主要の学協会．

Lecturer

講 師（５）民間の主要研究機関．

Research Associate

助 手（６）その他委員会が認めたもの．

Technical Assistant

技術員

Graduate（M.C.）

大学院（博士前期課程）

Graduate（D.C.）

大学院（博士後期課程）

Research Student

研究生

る学校．

［資 料］英文用語一覧

Research Institute for Engineering

工学研究所

Science Reports of Research Institute for Engineering

Dean

工学研究所所報

Chairman of Dept. of …

学部長
学科主任

Faculty of Engineering

工学部

Abstract

Department（Dept.）of

学 科

注：工学部，助教授，助手，技術員，研究生などについMechanical Engineering

機械工学

概 要

ては種々の呼称があるが，上記のように統一する．

101

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３５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先生方に厚くお礼申し上げます。
所報の編集にあたっては、所報を通して工学研究所の年間活動および所員の研究分
野の紹介を兼ね研究のポテンシャルの高さを発信できるよう配慮しました。新任の教員には、これまでやってこられた専門分野の研究を存分にアピールして頂けるように、総説を執筆頂きました。また、本年度をもって退職される教員には大鑑を短く纏めた
随想を執筆頂きました。さらに、工学研究所共同研究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を記載してあります。産官学と連携して研究活動を行っている先生方の活動や研究成果も可能な範囲で工学研究所所報に公表していくことが必要です。これにより、産官と工学研究所とのより緊密な関係が確立されます。工学研究所との緊密な関係の中で産官学協同研究が発展することを期待しています。
なお、所報をホームページにも掲載しましたので、より多くの方々にお読み頂けるものと思います。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。
物質生命化学科佐藤憲一

所報（No. 35）

工学研究所
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

佐藤

憲一 （物質生命化学科）委

工藤邦男 （機械工学科）

員

山口栄雄 （電気電子情報工学科）

奥野

祥二 （情報システム創成学科）

中島

健一 （経営工学科）

安田

洋介 （建築学科）

山崎

教昭 （数学教室）

SCIENCE
Research Institute
Director of the Institute

REPORTS（No. 35）
offor Engineering (KANAGAWA University)

Shinji SHINNAKA

Chief Editor

Kenichi SATO

(Dept. of Material and Life Chemistry)

EditorKunio KUDOU(Dept. of Mechanical Engineering)

Shigeo YAMAGUCHI(Dept. of Electrical, Electronics andShouji OKUNO(Dept. of Information Systems Creation)

Information Engineering)
Kenichi NAKASHIMA(Dept. of Industrial Engineering and Management)

Yousuke YASUI(Dept. of Architectonics)

Noriaki YAMAZAKI(Dept. of Mathematics)

神奈川大学工学研究所所報第35号
2012年11月27日

印 刷

2012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