ISSN 1881 - 2538

サレジオ工業高等専門学校

研

究
第

紀
50

要

号

BULLETINOF
SALESIAN POLYTECHNIC
No. 502 0 2 3 年度

サレジオ工業高等専門学校研究紀要
第 50 号
目次＜特集：国際交流＞
国際会議における研究発表の工学系学生に及ぼす教育的効果
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・山下 健一郎，水谷 浩，塚本 凱・・・ (1)カリタス・ドン・ボスコ・スクールと連携した国際交流プログラムの一事例
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・米盛 弘信・・・ (5)サレジオ高専情報工学科における教育と研究への国際的提携の提案
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・島川陽一，ルイス マルケス・・・ (11)
＜学術研究＞
光電容積脈波を用いた心疾患予防に関する提案
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・三宅 慶実, 吉田 慧一郎・・・ (18)
＜教育研究＞
Raspberry Pi による画像処理を題材としたプログラミング教材の開発
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・宇都木 修一・・・ (22)
実施報告書＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (27)
実施報告書＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (73)
実施報告書＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (111)
実施報告書＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (152)
実施報告書＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (185)＜2018 年度
＜2019 年度
＜2020 年度
＜2021 年度
＜2022 年度

課題研究費
課題研究費
課題研究費
課題研究費
課題研究費

＜2018 年度

教員研究活動報告＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (222)（2019 年度以降は researchmap へ移行）

＜2019 年度
＜2020 年度
＜2021 年度
＜2022 年度

外部資金研究一覧＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (247)
外部資金研究一覧＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (248)
外部資金研究一覧＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (249)
外部資金研究一覧＞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (250)＜サレジオ工業高等専門学校研究紀要投稿規定 / 研究紀要執筆要領＞・・・・・・・・・・・ (251)特集：国際交流

国際会議における研究発表の工学系学生に及ぼす教育的効果
山下 健一郎，水谷 浩，塚本 凱

Educational Effects of Presentations in International Conferences on Engineering Students
Ken-ichiro Yamashita, Hiroshi Mizutani, Gai Tsukamoto

In education programs for engineering students, globalization and internationalization are very important，and many methods to train the internationality are carried out in educational places. And then, participation ininternational conferences can be cited as one of the educations to enhance the internationality of the students．
In advanced course of production system engineering of Salesian Polytechnic, many students present theirinvestigations in international conferences. In this paper, educational effects of the presentations on
engineering students are discussed using several cases.

１．はじめに産業界が工学系学生に期待する資質，能力，知識には，専門的知識や技術だけでなく，主体性，実行力，課題設定・解決能力，社会性・倫理観などの基本的なものから，チームワーク・協調性，意見を発信する能力，異文化理解力，意見を聞く力などのコ
ミュニケーション能力，そして外国語能力や一般教養などがあげられる 1)．こうした資質，能力の育成には，専門知識の教育だけでなく，別の教育プログ
ラムが必要となるため，教育現場では様々な方法が提案され，運用されている．
サレジオ工業高等専門学校の専攻科では，「特別研
究 I・II」という二年間の学術研究を通じて，実行力，解決能力及びコミュニケーション能力など，産業界のニーズに答えられる学生の育成を行っている．また，本学は海外に 1000 以上の姉妹校を持つサレジオ会に所属しており，本科生より「国際性の育成」に力を注いでいる．専攻科では，授業においてエッセ
イ執筆（英語）や海外論文を用いた輪講を行うなど，教育目標に「国際性」を掲げ，教育を行っているが，外国人との会話や，議論を行うなどといった実践の場は多くない．国際性や外国語（特に英語）でのコ
ミュニケーション能力を伸ばすためには，語学教育の強化や海外への留学など種々な方法があげられるが，国際会議での研究発表もその一つとして考えられる．国際会議で発表を行うためには，文献調査，論文執筆，発表資料作成などをすべて英語で行う必要があり，基礎的な英語能力だけでなく，専門的な英語能力も必要となる．また，発表では国内外の学
生や研究者と議論することとなり，単に英語能力だ
けでなく，種々なコミュニケーション能力並びに国際性を養うことができると考えられる．
本稿では，電気工学科の２つの研究室：エネルギ
ー変換研究室（以下，山下研究室）と，電磁波制御
研究室（以下，水谷研究室）での取り組みを紹介し，国際会議における研究発表の工学系学生に及ぼす教育的効果について検討する．

２．エネルギー変換研究室の例
山下研究室では 2018 年度，2019 年度にそれぞれ 1回ずつ，同一の学生（専攻科生）が国際会議において発表を行っている．当該学生は本科生の時にシンガポールやフィリピンでの海外研修，留学生に対する研究発表など，積極的に英語学習に取り組んできた学生であり，英語能力の向上を強く望んでいる．
<２・１>参加した国際会議
当該 学生が参加し た国際会 議は International
Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS)という電気機器，パワーコンバータ，再生可能エネ
ルギーなどをトピックスにもつ電気系の国際会議であり，毎年 500 件を超える発表が行われている．2018
年 10 月に韓国の済州島で開催された第 21 回大会には洋上風力発電システムの研究として Steady-State
Characteristics of a Wind Farm Using a Line-Commutated
Converter High-Voltage Direct Current Transmission-1-

特集：国際交流
System without AC Harmonic Filters というタイトルの論文を投稿し，ポスター発表で参加した．発表の様子を図 1 に示す．当該学生の研究発表を聴講に来た
人数は決して多くはなかったが，その分一人一人に対して時間をかけてプレゼンを行い，有意義な議論を行うことができていた．学生にとっても貴重な経験ができたと思われる．また，この大会では，優秀な論文に送られる「Best Paper Award」を受賞することができた．
第 22 回大会は 2019 年 8 月に中国のハルビンで開催された．前回大会の論文内容から研究を進め，より詳細に洋上風力発電システムの定常特性を明らかにした結果を Steady-state Characteristics of a Series
LCC HVDC System with Power Compensators for Wind
Farms というタイトルの論文にまとめて発表を行った．2018 年度はポスター発表であったが，本大会ではオーラルプレゼンテーションに挑戦して，更に英語能力を向上させたいという当該学生の強い意志から，オーラルセッションでの発表をさせることとした．第 22 回大会の様子を図 2 に示す．前回大会のポスター発表で得た経験を基に，入念な準備をして発表に臨んだ様子で，自信を持って発表を行うことができていた．

図 1． 学生のポスター発表風景（ICEMS2018）

図 2． 学生のオーラル発表風景（ICEMS2019）<２・２> 学生の声
国際会議に参加したことにより，どの様な変化が学生に起きたのかを確かめるため，発表を行った学生にインタビューを行った．その内容を以下に示す．
Q：第 21 回大会のポスター発表を終えた後と終える
前に自身に起きた変化は？
A：本当に様々な面で成長できたと思います．専攻
科 1 年生の時は，まだ研究経験も浅く，国際会議での発表という壁は非常に大きいものでした．この発表を通じて，語学能力はもちろん，何事に対してもあきらめずに努力し続ける姿勢を身に付けることができました．
Q：何が一番大変でしたか？
A：ほとんど全てですね．当然ながら大会の要項や送られてくるメールなども全て英語であり，それらを読むだけでも大変でした．でも，少しずつではありますが，英語の能力が向上していくのを実感できました．
Q：ポスター発表はどうでしたか？
A：ポスター件数もすごく多くて，実際に私の発表を聴講する人は多くはなかったです．でもその代わ-2-

り，一人一人に対してしっかりと時間をかけて説明することができました．何度も苦労しながら説明することにより，語学も大切ですが，伝えようとする
気持ちが一番大切なのだと思うようになり，最後まで頑張ることができました．
Q：他に 21 回大会について何かありますか？
A：論文賞の受賞もあり，これまで以上に研究を積極的に行いたいと思うようになりました．また，語学力のなさから，うまく伝えられなかった悔しさもあり，もっと頑張ろうという気持ちになりました．
Q：第 22 回大会はオーラルセッションでの発表でしたね．なぜオーラルで発表したかったのですか？
A：先ほども言いましたが，もっとしっかりと伝えたいという思いが 21 回大会ではありましたし，
もっと大勢に発表を聞いてもらいたいという気持ちからオーラルセッションを希望しました．
Q：オーラルセッションでの発表ではどのような経験ができましたか？
A：まずは 21 回大会での経験を生かしてしっかりと準備できたことです．ポスター発表では，内容を正確に伝えるためには単に英語を話すのではなく，発音や文章の抑揚などが大切であることを知りました．
そこで，これらを意識しながら発表の準備をしまし特集：国際交流
ミリ波レーダーとして初期の実車搭載を果たした．
研究フェーズから商品開発・量産までを担当した
経験を，これからを担う若い技術者の卵たちの育成に役立てるべく，教員に転身したのである．
O 君は専攻科における研究テーマとして，ワイ
ヤレス給電技術を用いた研究を希望した．この分野の研究テーマは学生たちの人気が高く，毎年多くの学生が希望する．O 君はその第一号である．
研究テーマを決める段階で，研究発表の目標も決めた．
「せっかく研究するのだから，その成果を国際会
議で発表しませんか．
」と勧めると，「是非やりたいです．
」と元気のいい答えを返してきた．早速，目標とす
る国際会議を選定し，その投稿締切日を確認した．
研究内容を決めた後，マイクロ波帯の回路設計，結合器を含む基板レイアウト設計を指導した．O
君は学科でトップクラスの優秀な学生で，当時の本科電気工学科では初めて学ぶ分布定数回路もすぐにマスターし，回路設計も基板レイアウト設計も順調に進んだ．作製した基板の高周波特性の測定もすぐにマスターできた．評価結果は良好であったため，次のステップとして英語の投稿論文を作成するよう指導した．同時に，保護者の方の海外旅行の同意をいただいた．学生が作成した国際会議論文の内容および英語の添削・指導を行った
後，論文を投稿した．この論文は査読付きであったが無事採択された．採択の連絡が来た後，私は航空券とホテルを手配し，O 君にもその方法を伝授した．私が隣に座ってステップ・バイ・ステッ
プで手配の仕方を教えたのだ．特別な方法を伝授したわけではないのだが，後にこの経験が彼を更なる高みへと飛躍させるのであった．
こうして O 君は 2013 年にイタリアのトリノで
開 か れ た 国 際 会 議 2013 IEEE-APS Topical
Conference on Antennas and Propagation in
Wireless Communications (APWC) に参加・発表した．私も研究を指導した共著者であるため同学会に参加した． O 君は緊張していたが，無事発表も終わった．はじめての国際会議であったのでうまくいかなかったこともあったかもしれない．
しかし，今回の国際会議での発表は，必ずや将来
貴重な経験となって，その成果が表れてくると信じている．

た．そのため発表はもちろんですが，発表を行うまでの準備段階ですごく英語力が身についたと自覚しています．

<２・３> 国際会議での研究発表が及ぼす教育効果
インタビューの内容や発表前後の学生の様子を基に国際会議での研究発表が及ぼす教育効果について考察する．先ずは当該学生に英語能力の向上がみられた．第 21 回大会では，拙い表現しかできない場面もあったが，
第 22 回大会のオーラルセッションでは発表だけでなく，質疑応答もしっかりと受け答えができていた．また，自主性の向上がみられた．やや
受け身の部分が発表前には見られたが，1 回目の国際会議での発表を終え，積極的に物事にチャレンジする姿勢がみられるようになった．さらに，自信がついたように思われる．根拠のない自信は学生には不要であるが，根拠のある自信は行動力，協調性，リーダーシップなど様々な面でプラスになる場合が多い．最近は自信がなく，積極性も欠ける学生が多いが，当該学生からはそのような面が見られなくな
った．
３．電磁波制御研究室の例「水谷先生，お久しぶりです．
」
ある日，歩道を歩いていると，突然，信号待ちの車の列から若い男性の声が聞こえてきた．誰かと思い声のした車をのぞき込むと，本校専攻科卒
業生で私の研究室において特別研究を実施した O君であった．
「やあ，久しぶり．どうしてここにいるの？」と語りかけると，「今日はこれから友達の結婚式なのです．
」と O 君．
「またゆっくり遊びにおいでよ．
」と声をかけ，そこでは別れた．信号が変わり，車は私を追い越していった．ナンバープレートを確認すると，間違いなく O 君の現在の勤務地が表示されていた．
O 君は 2012 年当時，専攻科 1 年の学生で，私が本校ではじめて指導した学生である．
私は 2012
年に企業から本校に着任したばかりであり，企業在籍時から一貫してマイクロ波帯・ミリ波帯を中心とする電磁波を利用したプロセス技術・デバイ
ス技術・回路技術に関する研究開発および商品化を行ってきた．企業在籍時に扱った商品は，国産-3-

特集：国際交流
発表の翌日，昼食をとっていると，O 君は突然，「先生はどこにも観光に行かないのですか？」と聞いてきた．私は仕事でここにいるのであるか
ら，当然，「私は国際会議にずっと参加しているよ．
」と答えた．すると，「僕は観光に行ってもいいですか？」と O 君．O 君は自費で参加しているので，どのよ
うにしようが止める権利は私にはない．海外において一人でぶらぶらする経験がいかに刺激的で，若い人に良い経験になるかを私は知っている．是非，行かせてやりたい．しかし，学生の引率で来ている側面もあるので，全く自由にというわけにもいかない．最低限の安全の確保はしなければならないのだ．そこで，「朝と昼，晩の三回の食事には顔を出すように．
また，行き先は必ず告げて行動するように．
」とだけ告げ，それ以外の条件は付けずに O 君を自由に行かせた．
O 君はキラキラと目を輝かせて，異国の雑踏に消えていった．私は心配しながらも，その教育効果の高さを信じ，O 君を信じた．O 君は食事のとき顔をあわせるたびに目の輝きが増し，ますます好奇心の塊と化していった．私の教育理念は，自立した学生を育成することであるが，この時ほど達成感を感じたことはなかった．どんどん O 君が成長して自立していくのを感じることができたからである．
一人で路面電車やバス，登山電車などを乗り継
いで丘の上のスペルガ聖堂まで行った話や，トリノのシンボルともいえるモーレ・アントネッリア
ーナの塔に一人で登った話．一人でお店に入って片言の英語を操りながらお店の人と会話し，紳士服を買った話．その紳士服はアルマーニと書いてあったらしい話．街中でジェラートを購入して食
べたら，さすがは本場の味で最高においしかった話．今となっては全部を思い出すことはできない
が，食事をしながら輝きを増した目をした彼からたくさん話を聞いた記憶がある．
O 君はその後専攻科を卒業し，W 大学大学院に進学した．卒業後，私を訪ねて研究室に遊びに来たときに話を聞くと，なんと O 君は大学院で知り合った友人たちを引き連れて，私が教えた航空券
やホテルの手配の仕方を友人にも伝授して，大学院在学中に再度イタリアを訪れたとのことであっ-4-

た．それを聞いたとき，私はやはりあの時，一人で行動をさせてよかったと心から思った．
その後の O 君は，大学院における就職活動でも大活躍で，複数の有名な会社から内定をもらい，各社から心温まる入社のお誘いを受け，悩みに悩んだ末に現在の会社を選び，就職したのであった．
このような貴重な経験を経て自立した O 君のこれからの一層の活躍を私は信じて疑わない．
私の研究室の専攻科卒業生はまだそれほど多くはないが，大学院修士課程を修了した後の就職活動で，例外なく，複数の有名企業から内定をもらい，悩みに悩んで就職先を決め，人もうらやむ企
業で希望の仕事に就いている．これからも自立した学生を一人でも多く社会に送り出すべく，日々の学生とのかかわりの中で微力ながら貢献してい
きたい．
４．まとめ
本稿では国際会議における研究発表の工学系学生に及ぼす教育的効果について，電気工学科の２つの研究室における指導事例をもとに議論した．国際会
議で発表した学生に共通してみられる点として英語力向上が挙げられる．どの学生も，もともと英語は
不得手であったが文献調査，論文執筆，発表資料作
成，発表と質疑応答、そして旅行の手配まで英語で行うことで英語力が向上したことは間違いない．また英語力ばかりでなく，学生のメンタル面での成長が大きいことも共通する点である．山下研究室の事
例では当該学生が２つの国際会議への参加を通して，それまで研究に対して受け身であった姿勢が能動的な姿勢に変わり自信につながることが報告された．
水谷研究室の事例では，卒業後も進学先や就職活動での自立的な行動に結びつくことが示唆されている．
今後のグローバル化社会の中で活躍する人財育成において，国際会議における研究発表は，工学系学生に高い教育的効果を及ぼすと考えられる．
文献
1)

一般社団法人 日本経済団体連合会， “「高等教育に関す
るアンケート」主要結果”，
https://www．keidanren．or．jp/policy/2018/029_kekka．
pdf

特集：国際交流

カリタス・ドン・ボスコ・スクールと連携した国際交流プログラムの一事例
米盛 弘信

An Example of International Exchange Program in Cooperation with Caritas Don Bosco School
Hironobu Yonemori
In this paper, I introduce a case of the technical education for the overseas short-term student by Japanese
student leaders. In recent higher education institutions international exchanges and overseas internships areactively being conducted, and there are many examples of initiating identity. In 2016, there was a request for
acceptance of short-term international students from the Caritas Don Bosco School (CDBS) in the Philippines
operated by the Salesian family "Caritas Sisters of Jesus: CSJ, Suore Della Darità di Gesù: SCG". The
content is not general language training but production experience related to mechatronics. I repeateddiscussions with the personnel in charge of the CDBS and made plans to build a Win-Win relationship. In
this paper, I introduce the planning and implementation results of the short - term production program thatJapanese students teach directly to Filipino students, and the educational effect.

DBTC）と学生交流が開始された。また，本科 4 年
次には海外研修旅行としてシンガポールへ全学生が渡航し，現地の学生とグループを組んで英語を駆使してコミュニケーション体験をしている 3-4)。近年では，2014 年からモンゴル工業技術大学高専コースと連携を開始している 5)。
以上のような背景の中，2016 年に「イエスのカリ
タス修道女会」が運営するフィリピンのカリタス・
ドン・ボスコ・スクール（以下 CDBS）から短期留学生の受け入れ依頼があった。内容は，他に例がある語学交流ではなく，メカトロニクスに関する製作体験等をしたいというものである。対象は 16～18
歳（日本の高校生に相当）の生徒であり，技術教員とシスターが引率で来校する。筆者は，CDBS の担
当者と協議を重ね，高い教育効果が得られるように計画を練った。
また，本交流は 3 年を経過しており，毎年，交流プログラムの改善を図っている。
本論文では，機械電子工学科の米盛研究室を中心として，日本人学生が直接フィリピン人生徒に技術指導する短期ものづくりプログラムの 3 年間の歩み（プログラム内容と実施結果），
および教育的効果について紹介する。

１．はじめに
サレジオ高専は，1935 年に開校して以来，85 年以上にわたって技術教育を行っている全国で唯一のミッション系高専である。経営母体であるサレジオ会
は，全世界 129 カ国に小中高大 2350 校（2009 年統計）の姉妹校があり，多くの協働者を得て，創立者
ドン・ボスコの教育理念「予防教育法」のもとに，
青少年の教育に従事している。また，サレジアンフ
ァミリーとして姉妹修道会のサレジアン・シスター
ズ「扶助者聖母会」と「イエスのカリタス修道女会」
があり，全世界に 3000 余校のサレジオ会系学校がある 1)。昨今の高等教育機関では，国際交流や海外イ
ンターンシップ等が盛んに行われており，独自性を打ち出した事例が多数見受けられる。サレジオ高専
は，全世界に広がるサレジオ会系学校（サレジアン
ファミリー）のネットワークを活かし，姉妹校およびサレジアンファミリーに属さない一般校等との連携事業を展開してきた。2005 年 5 月には，世界 10
カ国の 12 機関から代表者が来日し，本校において国際サレジオ大学機構（工学グループ：IUS-Eng）設
立会議が開催された 2)。翌年，2006 年にはフィリピ
ンのマンダルイヨン・ドンボスコ工科大学（以下† 本論文は，日本工学教育協会 第 65～67 回年次大会工学教育研究講演会 6-8)，およびサレジオ高専研究紀要 48 号 9)で報告した内容をまとめたものである。

-5-

特集：国際交流

２．初年度（2016 年度）における取り組み
２．１ 体験内容の立案
5 月に CDBS の担当者が本校を訪れ，具体的な内容について協議を行った。その結果，以下の希望を盛り込むことにした。
【CDBS 側の希望】
CDBS の生徒は，理系コース（STEM：Science,
Technology, Engineering, Mathematics）を専攻しているが実際に工作機械等を使用したことがない。そこ
で多くの体験ができるように製作講座では，高専の授業・体験入学の内容をアレンジし，一人ずつ作品（ロボット他）を製作してフィリピンへ持って帰れるものとした。また，機械系実習では，アーク溶接，
グラインダー，シャーリング，ボール盤，ベルトサ
ンダー，バンドソー等を各自で使用する。電子系実習では，基板のエッチングやハンダ付け等を行う。

【サレジオ高専側の希望】
日頃，英語で会話をすることがなく，苦手意識を持った学生が多く存在するので，日本人学生が直接フィリピン人生徒に技術指導を行う。その際，流暢な英会話でなくても単語を発することや絵を描いて身振り手振りして情報伝達して良いことを前提とし，自ら情報を発信する訓練を行う。
以上の希望を来日期間に実施する必要がある。表1 に実施内容のスケジュールを示す。初日は，アイ
スブレークとして，フィリピン生徒と高専生が各学
校紹介・自己紹介を英語でプレゼンテーションを行う。その後，Welcome Party で会食し，校内施設見学（無音響室・加工室，工房他）を行い，高専生が製作した電動バイクや SL 等の試乗体験を実施した。
CDBS 側からの希望で秋葉原へ全員で移動し，高専生ガイドによる部品購入ツアー実施した。翌日から

表 1 実施内容のスケジュール
月日

時間帯
10：00～12：00

8/8(月)

8/9(火)
8/10(水)8/11(木)
8/12(金)8/13(土)

12：00～13：00
13：00～14：30
15：00～18：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～14：30
15：00～16：00

内容【オープニング：アイスブレーク】校長挨拶・両校担当教員挨拶．
フィリピン生徒と高専生の自己紹介．各学校紹介の英語プレゼンテーション．
Welcome Party を開催
校内施設見学（無音響室・加工室，工房他），バイク・SL 等試乗体験
全員で秋葉原へ移動し，高専生ガイドによる部品購入ツアー実施．買い物が終わり次第，現地解散．
【モノづくり実習Ⅰ：フリフリライト】動作の説明，基板のエッチング
基板の穴あけ，ハンダ付け，組み立て，動作確認，マイコンのプログラム書き換え【モノづくり実習Ⅱ：ハイブリッド LED 灯】動作の説明，基板のエッチング
基板の穴あけ，ハンダ付け，組み立て，動作確認【モノづくり実習Ⅲ：トナカイ君ロボット】動作の説明，基板加工機による基板製作
基板の穴あけ，ハンダ付け，組み立て，動作確認【モノづくり実習Ⅳ：ペン立ての製作】グラインダー・シャーリングによる鉄部材の切断，アーク溶接の実習
アーク溶接によるペン立ての製作【実習内容の総括】フィリピン生徒による実習内容のまとめ作業
フィリピン生徒による実習内容の発表【クロージング：お別れ会】学科長挨拶・先方教員挨拶，軽食パーティ

図 1 基板の切断

図 2 ハンダ付けの補修

図 3 基板加工機の説明

図 4 アーク溶接の個人指導

図 5 実習生からのまとめ

図 6 集合写真-6-

特集：国際交流「フリフリライト」「ハイブリッド LED 灯」「トナカ
イ君ロボット」「ペン立て」の製作を通して，機械系・電子系のモノづくり実習を行った。最終日は，フィ
リピン生徒による実習内容のまとめ作業・発表を行い総括とした。最後のクロージングイベントは，軽食パーティを実施した。

の経過とともに打ち解け，必死に相手の話を理解しようとし，さらに伝えようと情報を発信していた。6日間という短い期間に電子回路の基板の製作からアーク溶接まで幅広い内容を実施した。

３．2 年目（2017 年度）における取り組み
３．１ 体験内容の立案
5 月に CDBS の担当者が本校を訪れ，具体的な内容について協議を行った。その結果，2016 年度の結果を踏まえて，以下の希望を盛り込むことにした。
【CDBS 側の希望】2017 年度の実習は，World Robot Summit 2018 への準備になるとありがたい。具体的には，課題に対し

２．２ 実施結果
図 1～4 は実習風景，図 5 はまとめのプレゼン，図6 は両校の参加者である。CDBS の生徒は，好奇心旺盛で非常に熱心に実習へ取り組み，初めて工作機
械に触れているとは思えない上達速度であった。日
本人学生は，スタート時に物怖じして見えたが時間

表 2 実施内容のスケジュール
月日

時間帯
10：00～12：00

3/22(木)3/23(金)3/24(土)
3/25(日)3/26(月)3/27(火)3/28(水)3/29(木)

12：00～13：00
13：00～14：30
15：00～18：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～16：00
10：00～12：00
13：00～14：30
15：00～16：00

内容【オープニング：アイスブレーク】両校担当教員挨拶
フィリピン生徒と高専生の自己紹介．各学校紹介の英語プレゼンテーション
Welcome Party を開催
校内施設見学（シールドルーム・無音響室・加工室・工房他）
全員で秋葉原へ移動し，高専生ガイドによる部品購入ツアー実施．買い物が終わり次第，現地解散【モノづくり体験Ⅰ：自律制御ロボットの製作①】動作の説明，エッチングによる基板の製作
部品のはんだ付け【モノづくり体験Ⅰ：自律制御ロボットの製作②】部品のはんだ付け
各基板の動作チェックと修正，ギヤボックスの製作【モノづくり体験Ⅰ：自律制御ロボットの製作③】動作モーションの決定，PIC マイコンのプログラミング
配線ケーブルの製作【モノづくり体験Ⅰ：自律制御ロボットの製作④】配線ケーブルの製作
ロボットの組立，試走，改良【モノづくり体験Ⅰ：自律制御ロボットの製作⑤】ロボットの外装製作（試走を踏まえた改善）
ロボットへの外装製作(試走を踏まえた改善)，プログラム改良【モノづくり体験Ⅱ：アーク溶接】アーク溶接の練習，キーホルダの製作
ミニロボコン大会【実習内容の総括】フィリピン生徒による実習内容のまとめ作業
昼食パーティ
【クロージング】フィリピン生徒による実習内容の発表，表彰式，教員挨拶，BINGO 大会

図 7 基板の感光図 8 ハンダ付け作業

図 9 アーク溶接の個人指導

図 10 ミニロボコンの様子

図 11 実習生からのまとめ

図 12 参加者とロボット-7-特集：国際交流て，生徒達がアイディアを練り，デザインする経験をしたい。したがって，ロボットを 1 から製作する
実習を希望したい。そして，期間内にモノを製作して完成できる日程感覚も養いたい。
【サレジオ高専側の希望】2016 年度を踏襲し，日本人学生が直接フィリピン
人生徒に技術指導を行う。その際，日本人学生が過去に製作したロボットであれば作業工程がわかるので，授業で取り組んだ製作物の活用を検討する。
以上の希望を来日期間に実施する必要がある。そこで，筆者が担当する 3 年次の創造演習という科目で学生に 1 人 1 台製作させている自律制御ロボット「落ちない君」をベースとし，PDCA サイクルを意識したプログラムとした。表 2 に実施内容のスケジ
ュールを示す。来日期間は，実習内容の高度化に伴い，2016 年度より 2 日増えて 8 日間となった。初日
は，アイスブレークとして，両校の代表者が各学校紹介・自己紹介を英語でプレゼンテーションを行う。
その後，Welcome Party で会食し，校内施設見学（シールドルーム・無音響室・加工室・工房他）を行った。その後，秋葉原へ全員で移動し，高専生ガイドによる部品購入ツアーを実施した。翌日から自律制
御ロボットの製作を行った。7 日目の AM は，2016
年度に評判が良かったアーク溶接実習を設けた。最終日は，CDBS 生徒による実習内容のまとめ作業・発表を行い総括とした。

３．２ 実施結果
図 7～10 は実習風景，図 11 はまとめのプレゼン，
図 12 は製作したロボットと参加者である。2016 年
度よりも製作物の難易度が高いので，作業が滞るのではないかと懸念していたが，CDBS の生徒は，大人たちの心配をよそに順調に製作を進めていった。
特に PIC のアセンブラプログラミングは，日本人学
生よりも平均的に理解が早いと感じた。
本実習では，
PDCA サイクルを意識させるために「C・A」の時間を長めに設定した。ロボットを製作した後，“相手ロ
ボットよりも早く得点する”という観点で動作改善を実施させた結果，ハードウェア面で工夫する生徒
やマイコンのプログラムで工夫する生徒など，様々な行動が見られた。
また，作業速度の早い生徒が少々遅れている生徒に手助けをするなど，人間関係の面でも成長が見られた。8 日間という短い期間にロボットを 1 から製作し，また，2016 年度に評判が良かったアーク溶接を取り入れることで，専門的かつ幅-8-広い講座を実施した。日本人学生は，2016 年と同様にスタート時こそ物怖じして見えたが時間の経過とともに打ち解け，必死に相手の話を理解しようとし，さらに伝えようと情報を発信していた。

４．3 年間の歩みと講習後における両校生徒・学生の成長
筆者は，上述してきたように CDBS の担当者と協議を重ね，国際交流が両校の生徒・学生に有益な機会となるよう思考を巡らせた。表 3 に 3 年間の歩みと成果を示す。初年度の 2016 年度は，多くの体験ができるように 1 日ごとに異なるテーマを実施した。
2 年目の 2017 年度は，World Robot Summit 2018 への準備となるように前年度のような日替わりメニュー
ではなく，全実習期間を通して PDCA サイクルを意
識し，1 つのものを 1 から作り上げる体験を主軸に置くこととなった。3 年目の 2018 年度は，前年度の内容を踏襲しつつ，やる気がある数多くの CDBS の生徒を招聘することを目指し，さくらサイエンスプ
ランへ応募した。その結果，見事採択されて 15 名の若者を招聘できた。
両校の生徒・学生は，表 3 に示したとおり，数多くの活動成果を残している。CDBS の生徒は，初年度の講座を受講した後に International Robot HighSchool 2017 へ出場し IRH 2017 Best Study ReportAward を受賞した。さらに 2 年目には，International
Robot High School 2018 へ出場し，IRH 2018 Best
Study Report Award を 2 年連続で受賞した。また，図13 のロボットを製作して図 14 のように World Robot
Summit 2018 Tokyo へ出場したところ，ジュニア競技
カテゴリー・ホームロボットチャレンジ 2 位へ入賞，
NEDO 理事長賞と日本機械学会 会長賞をダブル受賞する快挙を成し遂げた。
一方，本校の学生は，初年度（2016 年度）の講座の後に国際会議（ISEM2017）の採択が決まり，図15 のように海外の舞台で研究発表を行った。2 回目の講座修了後には，
図 16 のように本校で開催された
ST
1 EAST-ASIA OCEANIA REGIONAL SEMINARON SOLAR ENERGY において自身の研究について
ポスター発表を行った。さらに昨今は，国際会議への参加や海外勤務等を志す学生が増加しており，グローバル社会を意識した人材の育成に寄与している。
以上のように当初の目的が着実に達成されてきている。

特集：国際交流
表 3 3 年間の歩みと成果プラン

カリタス・ドンボスコスクール側

回数/
講習内容
日数
年度
1 回目/ 日替わりテーマの
6
2016
ものづくり

費用

生徒数

自費

8

2 回目/
2017

自律制御
ロボットの製作

8

自費

7

3 回目/
2018

自律制御
ロボットの製作

8

助成金

15

成果
International Robot High School 2017 へ出場⇒IRH 2017 Best Study Report Award を受賞
International Robot High School 2018 へ出場⇒IRH 2018 Best Study Report Award を受賞
World Robot Summit 2018 Tokyo へ出場⇒ジュニア競技カテゴリー・ホームロボット
チャレンジ 2 位
⇒NEDO 理事長賞と日本機械学会 会長賞をダブル受賞
International Robot High School 2019 へ出場

サレジオ高専側
学生数

成果

5

国際会議（ISEM2017）へ参加

6

1ST EAST-ASIA OCEANIAREGIONAL SEMINAR ON
SOLAR ENERGY へ参加

12

国際会議申込みの増加

図 13 WRS2018 出場マシンの製作

図 14 WRS2018 の様子

図 15 国際会議（ISEM2017）へ参加

図 16 1ST EAST-ASIA OCEANIA REGIONAL SEMINAR ON SOLAR ENERGY へ参加

５．おわりに本稿では，CDBS の生徒に対してサレジオ高専の学生が直接技術指導を行う短期ものづくりプログラムの 3 年間の歩み（プログラム内容と実施結果），および教育的効果について報告した。フィリピンの生徒に対して，技術を学んでいる日本の学生が技術指導することは，本校の教育目的である「専門性」「国際性」「人間性」を育む良い教育の場となった。実習
中は，タガログ語・英語・日本語が混じり合い，相手に意思を伝えようと工夫する姿勢が見受けられ，

日本・フィリピン双方の学生・生徒に有益な関係が築けて非常に活発な技術交流になった。また，フィリピンの生徒たちは，
日本人学生のことを“SENPAI（先輩）”と親しみをもって呼び，帰国後も日本のSENPAI を見習って，率先して教員補助や後輩指導を行っていて，人間性が非常に向上したとのお話がシスターから届いた。計画した筆者としては，これら全ての若者の成長を見て望外の喜びを感じている。
今後も様々な面からサレジオ高専ならではの学生教育を遂行する所存である。

-9-

特集：国際交流

謝辞
本取り組みは，イエスのカリタス修道女会のSr.Monica Hamasaki 氏と綿密な打ち合わせのもと計画し，サレジオ高専学校長 小島知博先生のご協力で実施できました。関係各位に感謝申し上げます。
文献
1)

サレジオ高専 HP 内「サレジオ会とは」：
http://www.salesio-sp.ac.jp/main/about_us/salesian.html

2)

小島知博，ルイス・マルケス，吉野純一，市村 洋，大杉 功：“IUS へのサレジオ高専の取り組み”，サレジオ
高専研究紀要，第 33 号，pp.1-10（2007）

3)

石田 毅：
“海外研修旅行の渡航前研修としての英語授業の試み”サレジオ高専研究紀要，
第40号，pp.65-70（2013）4)

冨田雅史，鎌田俊司，石田 毅，安藤 昭，鎌田俊司，
石田 毅：“海外研修旅行の設計とその効果の確認”，サ
レジオ高専研究紀要，第 43 号，pp.47-52（2014）5)伊藤光雅，マルケス A. ルイス，吉野 純一，市村 洋：“アクティブラーニングを活用した高専と海外高等教
育機関連携の職業教育の実践研究－サレジオ高専とモンゴル工業技術大学との物理教育における展開事例－”
第 62 回年次大会（平成 26 年度）工学・工業教育研究講
演会講演論文集，pp.582-583，(2014)6)

米盛 弘信，岩下 真輝，小山 輝，中川 将嘉，福井 直
生，立松 龍一：“日本人学生を指導者とした海外短期モ
ノづくり留学生に対する技術指導－サレジオ高専機械電子工学科とカリタス・ドン・ボスコ・スクール(フィリピン)の一事例－”, 第 65 回年次大会（平成 29 年度）
工学教育研究講演会講演論文集，pp.174-175， (2017)7)

米盛 弘信，小山 和洋，伊藤 開，西原 貴之，辻 涼太，
稲川 遼：“PDCA サイクルを意識した海外短期モノづく
り留学生に対する技術指導－サレジオ高専機械電子工学科とカリタス・ドン・ボスコ・スクール(フィリピン)の一事例－”, 第 66 回年次大会（平成 30 年度）工学教
育研究講演会講演論文集，pp.406-407， (2018)8)

米盛弘信：“サレジオ高専機械電子工学科とフィリピ
ン・カリタス・ドン・ボスコ・スクールにおける国際交流－3 年間の歩みとその成果－”, 第 67 回年次大会（平成31年度）
工学教育研究講演会講演論文集，pp.442-443，(2019)

9)

米盛弘信，岩下真輝，小山 輝，中川将嘉，福井直生，
立松龍一：“海外短期モノづくり留学生に対する技術指導の一事例”，サレジオ高専研究紀要，第 48 号，pp.13-19（2019）-10-

特集：国際交流

サレジオ高専情報工学科における教育と研究への国際的提携の提案
島川陽一，ルイス マルケス

International initiatives for education and research in department ofcomputer science and technology, Salesian Polytechnic
Yoichi Shimakawa, Luis Marques
In order to improve the quality of education, it would be necessary for faculty members to conduct research intheir own specialized fields and expand their perspectives. Faculty staff would acquire and deepen the latest
academic knowledge by attending international conferences in their field of specialization. This leads toattractive classes and an improved quality of the student`s graduation research. Visiting overseas universities
will expand the understanding of educational systems outside Japan. Furthermore, in the case of our college,faculty staff will have the possibility to know the Salesian Society operations around the world. This article
has the tenacity of introducing the international exchange program which the department of computer scienceand technology of Salesian Polytechnic has worked on over the last 10 years. In addition, the research subjectsof the faculty staff and the student`s graduation research are introduced. As well some basic information will
be provided for the realization of joint research with universities affiliated with IUS.
curriculum and the department`s academic
schedule which conciliate with the realization of ahalf-year study abroad program for students.
Chapter 4 presents the research fields andachievements of our faculty members in order torealize collaborative research with faculties of IUS
institutions.
We have expectation that many IUS-related
institutions and their researchers will work
together with our departments in research andeducation grounds. This article pretends to be thebasic material for that achievement.

1. Introduction
In the Department of Computer science andtechnology at Salesian polytechnic Japan, we
encourage exchange programs involving foreign
researchers and the participation in international
academic conferences. Those actions are in orderto improve the actual educational contents andpresentation skills of our faculty members and to
give them the opportunity to investigate andacquire the latest knowledge concerning theirresearch area and subject. In particular, theeducational-research exchange program between
faculty members in IUS-related institutions is
considered a good opportunity to obtainknowledge about the significance of the SalesianSociety and to have an understanding of Don
Bosco's educational philosophy.
In this paper, we make a statement on ourinternational cooperation framework andprospects of our department from the viewpoint ofeducation and research. Chapter 2 enlightens thehistory of international exchange up to date.
Chapter 3 introduces the outline of the

2. Summary of the history of exchange
In the following, we would like to introduce
examples of research and educational exchanges
conducted by the department in the past.
2.1 Don Bosco technical college in Philippines
The Don Bosco technical college, Mandaluyong,
Philippines (in the following, referred to as DBTC)
is one of the leading engineering colleges in
Manila. They have a relatively long history ofinteraction with our department. DBTC has two-11-

特集：国際交流
departments analogous to the Department ofInformation Engineering. Every year in February,
the International Exchange Committee in ourcollage dispatches students and faculty members
from Japan to the Philippines for the purpose ofinternational goodwill. Our department has
dispatched nine faculty members to the previous
mentioned departments since 2007. From thenexchanges became active, and we have been
exploring the possibilities of exchanges in
education and research. Table 1 shows the time of
dispatch, names of faculty members, and numberof our students. Despite the fact that several of
our faculties have been transferred, almost all
faculty staff in our department have participatedin the project and made their presence at DBTC.
Moreover about 2 students from 3rd year in our
department are chosen and dispatched every year.
Every October, DBTC staff are sent to Japan.
Photo 1 shows a group photo of DBTC staff
dispatched to Japan in 2013 joint with our faculty
members. At that time, the head of DBTC came to
Japan at the request of our department.

each faculty in their field is necessary to improve
the quality of education. In order to achieve that
objective, faculty members of our department
would give presentations in English to DBTC staff
to improve a collaborative research matching.
Since 2017 we have stopped sending our faculty
members, for reason that the DBTC staff haschanged significantly. This drastic change, hasmade DBTC no longer actively engaged inresearch and the education exchanges with us
reached its impossibility.

Photo．1 Mutual exchange with the head of DBTC
In 2016, we succeeded in partnering with aJapanese company in Manila for international
internships. The photo.2 was taken in theoccasion of our visit to the company’s facilities ofToyota's local branch in Manila. Toyota accepted
the idea of this internship. However, the student
dispatch was not realized due to poor
arrangement of local staffs regarding thestudent’s accommodation.

Table 1. Faculty staffs dispatched from ourdepartment
Number of student
year
name
2007
Yamanobe Motowo
3
2008
Shimakawa Yoichi
4
2009
Uchida Takeshi
2
2010
Shimizu Testuya
4
2012
Ooshima Masaki
3
2013
Osumi Noriko
2
2014
Shimizu Testuya
2
2015
Toma Miyata
2
2016
Kawamura Harumi
2(In this paper, Japanese names are given in the order offamily name, first name.)

The purpose of dispatching students is toprovide them with the prospect to experience a
different culture. On the other hand, there are
two specific purposes for dispatching faculty
members. One of the reasons is to make a visit toa higher education related institution of theSalesian Association outside Japan. Anotherreason is the sighting and proposal of jointly
research themes among the institutions. We trustthat increasing the international performance of

Photo．2 Company accepting internship-12-特集：国際交流
2.2 Thai-Nichi Institute of Technology in Thailand
Thai-Nichi Institute of Technology is a technicaluniversity in Bangkok, Thailand, aiming to be a
“Japanese-style manufacturing university”. It has
exchange programs in education and research not
only with the Salesian Polytechnic, but also withother national technical colleges in Japan.
In 2016, we proposed joint research on thetheme of environmental impact estimation in
Bangkok, Thailand, and applied for a publicresearch grant in cooperation with a faculty
member of the Department of Information
Science at the Thai-Nichi Institute of Technology.
Unfortunately, the application for the scientificresearch funding based on that research proposal
was not accepted. However, working together forthe proposal has provided us mutual and moreaccurate understanding with regards to theresearch on environment field of each department,
as well the specialization of its members.
Although, the collaborative research has not beenrealized, the student exchange project continues.
Photo 3 was taken when the author visited theInstitute of Technology to discuss researchcooperation in 2016. The person on the left in thephoto is the head of the Faculty of Informatics at
the Thai-Nichi Institute of Technology.

the undergraduate department related to
information technology. In 2018, Shimakawa
visited the university and presented a proposal foran educational research joint project, however, for
the insufficiency of common interest there is no
significant progress at present moment.
3. Our response to internationalization
3.1 Characteristics of curriculum currently used
At the time that our department introduced thecurrent curriculum in 2005, we introduced thesummer and winter semester system in all
subjects except regarding the graduation studies.
We designed this system on the assumption that
IUS institutions and our college would startexchange programs in the future. In the Japanese
academic calendar, the academic year begins in
April and ends in March of the following year. IUS
related organizations are from September toAugust. In the case of subjects that earn credits in
one year, students are unable to take classes forhalf a year after September, so credits cannot be
obtained and a one-year delay occurs whenreturning to Japan. If students earn credits in thespring semester, they will be able to earn credits
for all classes they attend in Japan. Although thiscurriculum has been used for 14 years, nointernational students have been accepted fromother IUS institutions, nevertheless the system
will be maintained and applied in the next
curriculum.
3.2 New curriculum features and academic
calendarIn 2020 we have the plan for introducing thesame credit system as universities. Up to now, wehave applied a credit system specific to colleges oftechnology. Stipulating that the technical college
credit system would be the same as that ofJapanese universities, it would be possible totransfer classes with other higher education
institutions as well as technical colleges, andstudents would be able to smoothly exchange andtransfer credits. The new credit system will beapplied to our fresh man students of next year.

Photo. 3 Visit to the Thai-Nichi Institute of Technology

2.3 Escola Universitaria Salesiana de Sarria inBarcelona, Spain
Escola Universitaria Salesiana de Sarria inBarcelona, Spain, is a small university that plays
an essential role in the IUS. Sarria does not have-13-

特集：国際交流
Through the introduction of this system, a new
curriculum will be taking place in our department.
Within this new curriculum, we have the objectiveof revising the current curriculum and decades
ahead give the proper training to engineers who
would be capable to deal with IT technology in thenear future. Currently, the Japanese governmentis developing a training program for engineers
specializing in artificial intelligence and data
science. This new curriculum is consistent with
the Japanese government program.
Conversely, there are still some future problems
in conducting student exchange programs.
Accreditation of a subject would be difficult if thesubject that earned the credit abroad would notconsistent with the educational policy of theinstitution in the home country. Presently, we are
examining the cases of other institutions in order
to see if this certification system would be possible
to apply. Currently, only a week-long student
exchange project such as the one with thePhilippines is being conducted. We would like tocontinue exploring the possibility of conducting
credit exchange programs in the future.
Student exchange program is considered to be
extremely beneficial for Asian IUS institutions.
Job hunting and graduation studies are thebiggest events for students in the final year. In
Japan, the unemployment rate for young people is
not very large, but in countries where IUS
educational institutions are located, employmentof students is a severe problem. Our college has
an employment rate of almost 100%, and ourdepartment has more than 500 jobs for about 50
fifth graders. We believe that the companies
that recruit our students also provide
opportunities for international students.
Japanese companies are becoming global
companies and want to hire excellent foreigners.
We can give IUS students the opportunity tofind a job at a Japanese company. This is a big
benefit of studying abroad at our college.
There is also possibility of transferring to anational university in Japan after graduatingfrom our collage.

-14-

Undauntedly, if IUS institution’s student study
at our collage, it will be possible to return to workin the local subsidiary of the company in the
future. Even if they wouldn’t have the possibility
to come to Japan, the fact of doing the jointly
graduation with us give them opportunities to geta job at a Japanese company. Our department ishighly trusted by Japanese industry. Furthermore,
we are able to affirm that the employment rate ofour department is almost 100%. For exchange
programs, all international students can use theCareer Center to provide a career path where
they can find employment at a Japanesecompany.
Table 2 shows the general academic schedule of
the Salesian Polytechnic in 2019. Each semester
is composed of 15 times class with a time of 90
minutes per class. In addition, midterms and final
exams are held in each semester. The grade will
be determined by these two tests and additional
reports. Classes will not be held in February,
instead graduation-related proceedings such as
evaluation of graduation studies and grade
determination for each grade will be held in that
period.
Table 2

General academic schedule in 2019

Event

Schedule

Summer semester start date

April 8

Summer semester midterm exam

June 3-7

Summer semester final exam

July 22-26

Summer vacation starts

August 3

Winter semester start date

September 9

Winter semester midterm exam

November 4-8

Year-end vacation period

December24

toJanuary 5
Winter semester final exam

January 15-21

Winter Semester end date

January 29

In many cases, September is the beginning of
the academic year for IUS institutions. There is a
gap of about half a year in the academic schedulecomparing with our collage’s schedule. Related tothis gap, institutions could offer for example

特集：国際交流
language training. Supposing that students use
this half year effectively without thinking, it
would be time wasted. However, if used well thislapsed time, studying abroad could be effective.
The expectation would be that each IUS
institution would give proposes on how to use
effectively this period of time.
4. Research cooperation
4.1 Research field and achievements of our faculty
memberThere are currently 8 full-time faculty members
who belong to our department, of which 5 aredoctoral degree holders. Table 3 shows the
specialization fields of our faculty members. With
the exception of new faculty members, all faculty
members mentor about 7 graduation research
students and around 2 advanced course students.
Table 4 shows the different international
conferences in which our faculty members
participated in the past few years. This as wellshows what kind of field is being studied by eachfaculty member. In the table, 2, 9, and 12 areimage processing, and 6 is an international
conference focusing on signal processing. 7 is on
algorithms. In number 4 of the table, displays
advanced course students who have graduatedfrom our department who have won awards inposter sessions.
Table. 3 Our faculty information and specialties (2018)
Name
Position/Degree, Specialties
Shimakawa Yoichi
Professor/Doctor
Mathematical Engineering,Operations Research
Yamanobe Motowo
Professor/Doctor
Theoretical physics
Utsugi Shuichi
Lecturer/Master
Image measurement, image
processing
Sushida Takamichi
Lecturer/Doctor
Numerical analysis, appliedmathematics
Uchida Takeshi
Professor/Master
Computer architecture
Ooshima Masaki
Associate Professor/Master
Control engineering
Miyata Toma
Associate Professor/Doctor
Signal processing
Kawamura Harumi
Associate Professor/Doctor
Image processing-15-

4.2 Proposal of mutual exchange by graduation
research
Some of our faculty members also haveextended experience of collaboration withindustries, government and academia, also are
currently in a collaborative progression withcompanies and universities. Grounded on thispractice, we believe that joint research with IUS
researchers would be possible. Table 5 shows thethemes of graduation research in 2018.
Graduation research in our department has
numerous fields and different directions
depending on the specialization field of eachsupervisor. There are also ambitious research
themes which challenge new fields of research. A
particular feature of our graduation research
program is the fact that there are many studies
which apply IT technology to engineering issues
in various fields and as well as basic IT technology.
This topic is considered to be a prodigious
possibility of joint graduation research with IUS
institutions.
There is another point that would be positive toemphasize. IUS faculty members who would
collaborate with our faculty members need notnecessarily be specialized in informationengineering or computer engineering. Rather, it isdesirable to have a field that is different frominformation engineering. We hope the fieldprovides applications. If we set up a study thatapplies artificial intelligence to the theme of a
student in the partner engineering department,
there is a possibility that it can be presented
internationally as a cross-sectoral study.
Meanwhile research facilities and funds are notsufficient, we should aim for researches that arecharacterized by its fusion with these different
fields. This is the strength of IUS-related
institutions with a global network of professionals.
We would like to invite joint research that
proposes the application of IT technology to suchspecific applications. In addition, it would be of
our interest to obtain proposals for joint research
not only from technology departments but also
from diverse departments and fields including特集：国際交流
education.
Alternatively, the Japanese government has
begun to execute a policy that emphasizes
artificial intelligence and data science-based
education. Correspondingly, the research subjects
related to artificial intelligence, machine learning,and data science are increasing in our
department.
The department of Computer Science andTechnology department, Salesian Polytechnic has
specialists in areas where AI is currently applied,such as signal processing, image processing, andimage measurement. Some researches lead toelemental technology of automatic driving
technology. Various applications are possible.
At the outset, graduation researches will be
conducted with IUS affiliated institutions. Basedon this, cross-sectoral researches would be
developed and published, and gradually the
number of submissions to journals could be
increased. We strongly recommend this strategy
to IUS institutions in Asia.

to the field of information engineering.
Alternatively, the quality of researches andeducation itself would be improved by theinternationalization of researches on theJapanese prospect. In order to develop aninternationalization of researches and educational
system would be necessary to increase thenumber of international applicants to Salesian
Polytechnic. This is also the branding strategy of
the Salesian name.
According to Don Bosco's philosophy, regarding
many aspects one of the greatest assets would bethat faculty members of IUS institutions growthroughout their researches in their own
specialized fields. Salesian institution’s teacher
network could for sure cultivates the growth oftheir students. We believe that the development of
the Salesians is to develop their educational skills
and expertise. We also propose joint projects toassist the personal development of students. We
sincerely hope for your visit to our collage inTokyo.
Acknowledgement

5. Conclusions
In this article, the international collaboration of
the Salesian Polytechnic Department ofComputer Science and Technology since 2005 was
elucidated focusing on the international
relationship with IUS related institutions. We
systematized the possibilities and issues of credit
exchange for students, and proposed international
joint researches based on graduation research.
We impertinently insist that we would like tobuild a cooperative relationship with researchers
and research themes other than informationengineering. If we could collaborate ininterdisciplinary fields through graduation
researches, our research achievements would
increase and teachers at IUS institutions would
be able to earn degrees. We want to assist young
faculty members from Asian IUS institutions to
obtain additional degrees. In some cases we could
possibly assist them in applying for a doctoral
degree in Japan. It would be possible also to
consider accepting sabbatical staffs from exterior-16-

The authors are very grateful to the staff ofDept. Computer science and technology, Salesian
Polytechnic, who checked the contents of thispaper.
Reference
1) L. Marques and T. Kojima, “ Salesian Polytechnic(Salesio) Tokyo (Japan) and the IUS-EAO Project ofpartnership with Don Bosco Technical College
Mandaluyong (Philippines)”,Salesian Charism andhigher education (Ed. P.Marcelo Farfan,dbd), pp3
66-393, 2019.
2) (社)情報処理学会，大学の理工系学部情報系学科のためのコンピュータサイエンス教育カリキュラム J97，第 1.1 版，
1999 年

特集：国際交流
Table４ International conference where our faculty
members published their papers
City, Host country
Conference name
1. Lisbon,
IEEE 45th Annual Conference of thePortugalIndustrial Electronics Society (IECON
2019)
2. San Francisco, Electronic Imaging 2019
USA
3. Valencia,
The 9th International Congress on
Spain
Industrial and Applied Mathematics(ICIAM2019)
4. Bangkok ,The 9th International Conference on
ThailandIndustrial Engineering and Operations
Management(IEOM2019)
5. Ireland,
30thEuropeanConferenceon
DublinOperational Research(EURO2019)
6. Shanghai,
The 23rd International Conference on
China
Digital Signal Processing (DSP 2018)
7. Tokyo, Japan
13th SIAM East Asian Section
Conference 2018 (EASIAM2018)
8. Valencia ,29thEuropeanConferenceon
Spain
Operational Research(EURO2018)
9. San Francisco, Electronic Imaging 2018
USA
10. Singapore
International Conference on Industrial
EngineeringandEngineering
Management (IEEM2017)
11. Québec ,21st Conference of the International
CanadaFederation of Operational ResearchSocieties (IFORS 2017)12. Santiago,
AIC(International Colour Association)
Chile
2016

A Study on Investment Strategy for Cryptocurrency with
Statistical Methods
Development of a program to expand expressions related to big
numbers
Recognition of drawing lines on three dimensional space
A study on finding the optimal route for a theme park using a
genetic algorithm
Detection of Reverse Running
A performance evaluation method of football players based on
Markov Model
A study on congestion forecast for exhibition booths using an ant
colony optimization method
Verification the number of war death of Mimase-Battle
Relationship between reverse perspective illusion and stereoscopic
perception
AI of Incomplete information game for Game Algorithms
A teaching material of SAGAMIHARA for local patriotism using
3D Models
Simulations of a gravitational lensing
A Study on Handwriting Classification based on Black-White
Density Pattern
A mathematical model of average travel distance for a shared-taxi
Simulation of pop out of books by earthquake
Some Considerations on a flight trajectory of a spear
A Study on the Detection Method of Burrs in Drilling of CFRP
Develop the system that prevents heavy use of conjunction in
novelsA Studies of Assisting Smile Detection with Conversation Content
A Study on the Feature Extraction from Strike Sound in Kendo
Using Wavelet Transform
A forecasting System for Traffic Congestion on QGIS
A time of being tired of automatic composition music using
Cadence
Estimate of required time to calculate using parallel computationon 6 x 5 reversi board
A Study on Golf's Prize Ranking Prediction Using Regression
Analysis
Simulation of a mtion of a particle around a black hole
Applying a genetic algorithm to a signboard layout problem basedon a flow captured location-allocation problem
A study on finding top k shortest paths using a slime moldalgorithm
Investigation of the Implementation of Variable Digital Filters on
Raspberry Pi
Real-Time Detection of Indoor Person Position
Teaching materials using Matumoto-castle 3D model
Simulation of a motion of a particle around a black hole

Table 5 List of graduation research themes (2018)
Restoration of image based on the stochastic model
A comment on a motion of dropping object using parachute"Discussion of the Black-Scholes formula for call/put option value
based on an approximate expression"
Automatic evaluation of Japanese brush character in calligraphy
Effect of Pre-processing Filters in Detection of Burrs on Wood
Using SVM
A Study on overexposure and blackout correction
A Study on Automatic Removal of Target Objects in an Image
Auto classification of character images with Keras
A Congestion Prediction Method using Microblogging Data
A study on accuracy improvement for burr detection using machinelearning with Population Based Training
Orbital calculation of planetary probe
A study on automatic generation of audible alarms using aninteractive genetic algorithm
A study on a system for suggesting feasible layered clothing using
thermal resistance values
A Study on Stock Market Indexes Prediction with Time Series
Analysis
A Study on the Influence of Noise in OFDM
Heuristic approaches to Rectangle Packing Problem"The Dirac brackets of canonical variables of a particle constrainedon a spherical surface－A difference according to initial constraint conditions－"
Removing Shadow from Taken Document Picture Covered with
Shadow
Accuracy of Leap Motion in 3D space

-17-

学術研究

光電容積脈波を用いた心疾患予防に関する提案
三宅 慶実, 吉田 慧一郎

Proposal to prevention method for heart disease using photoplethysmogram
Yoshimitsu Miyake, Keiichiro YoshidaIn current, heart disease is the second cause of death in Japan. The purpose of this study, we
propose the easily prevention method for heart disease from investigate the characteristic ofphotoplethysmogram (PPG). In this study, we measured PPG in both-side fingertips and bloodpressure in both-side arms for two groups of subjects: 1) chronic difference in blood pressure, 2)
non-chronic difference in blood pressure. And, we were performed significance test for the
results between both-side characteristic of PPG and blood-pressure. In group 1, we found thesignificant difference in peak-b value, peak-e value of acceleration plethysmogram (APG),
peak-b/a value, peak-e/a value and interval time between peak of velocity plethysmogram andpeak of PPG. Otherwise, we didn’t find the significant difference in group 2.

１．緒言
平成 30 年度の主な死因別にみた死亡率を見ると，心疾患は全体の第 2 位であったように，心疾患で死亡する日本人が非常に多い 1)．しかし，心疾患は日常生活の中で予防を図り，早期に対応することで死亡リスクを低下させることができると考えられる．
Clark らは，収縮期の左右上肢の 15～20 [mmHg]
以上の血圧差は心血管疾患と関連しており，10[mmHg]以上の血圧差がある場合では，鎖骨下動脈に狭窄を有している場合が有意に多いことを述べている 2) 3)．そのため，慢性的な上肢の収縮期血圧差を早期に発見することが心血管疾患の予防になると考えられるが，日常生活の中で，一般的なカフ型血圧計を用いて左右上肢の血圧を測定することは非常に負担が大きい．そこで本研究では，計測が容易な光
電容積脈波(photoplethysmogram: PPG)を用いて慢性的な収縮期血圧差を早期に発見するための手法を検討し，左右指尖部の PPG を同時計測可能な光電脈波計(Fig.1)を製作，使用して実験を行った．

２．実験
測定前には被験者に深呼吸を行ってもらい，安静状態を保った．測定は，製作した脈波計を用いて左右指尖部のPPGの同時計測を一人につき5回連続(1回あたり約 16 秒の計測)で行った後，左右の手首にて血圧計測を各 2 回ずつ行った．この時，脈波計測
および血圧測定は心臓と同じ高さで行った(Fig.2)．
また，血圧値は 2 回の平均値を左右それぞれの値とし，脈波計測 5 回の結果に対応させた．なお，本実験は時間帯および日時を変えて同一被験者に対して複数回実施した．

Fig.2 計測風景

３．実験結果本研究では，慢性的な収縮期血圧の左右差を有す

Fig.1 光電脈波計

-18-

学術研究
る者と有さない者の 2 つの集団に分け，それぞれで収縮期血圧および PPG の特徴量に有意な左右差が見られるかを有意差検定によって調べ，狭窄の有無が影響を及ぼすPPGの特徴量を明らかにした．
PPGの特徴量はそれぞれ，振幅値，立ち上がり時間，平均値/振幅値，心拍数，速度脈波の最大値から PPGの最大値までの時間，加速度脈波(acceleration
plethysmogram: APG)の a 波～e 波の各波高値，
APG の a 波と b 波~e 波の波高比，APG の a 波~b波までの時間，速度脈波の最大値から PPG の最大値までの時間とした(Fig.3)．
本実験の被験者は 20 代から 80 代までの男女計 6
名(20 代男性 1 名,30 代男性 2 名，50 代女性 1 名，

50 代男性 1 名，
80 代女性 1 名)である．
本研究では，
被験者を慢性的な収縮期血圧の左右差を有する者と有さない者の二つのgroupに区分し，前者をgroup 1，
後者を group 2 とした．この時，80 代女性は再現性

Fig.3 加速度脈波の各波

Table 1 group 1 の有意差検定

Table 2 group 2 の有意差検定

-19-

学術研究
をもって 10 [mmHg]程度の収縮期血圧の左右差を確認できたため，group 1 に区分した．Table 1 にgroup1 の被検者の結果を，Table 2 には group 2 の被検者から得られた結果を示す．
ここで，APG の a 波および b 波は PPG の収縮期前方成分であり，血液の駆出によって生ずる駆動圧
波を反映したものである．また，c 波および d 波は
PPG の後方成分であり，駆動圧波が末梢で反射することで生じる反射圧波が反映されている．e 波は
PPG の拡張期成分である．その結果，group 2 の収縮期血圧に有意な左右差は見られなかった(N=36，
p>0.05)が，group 1 の収縮期血圧には有意な左右差が見られた(N=25，p＜0.001)(Fig.4)．

Fig.7 加速度脈波 e 波の左右有意差検定

Fig.8 e/a の左右有意差検定

Fig.4 収縮期血圧の左右有意差検定

また，APG の e 波及び b 波の波高値，またそれらを a 波の波高値で割った値，速度脈波の最大値の時間から PPG の最大値となるまでの時間に有意な左右差が見られた(Fig.5~Fig.9)．

Fig.9 速度脈波最大値から PPG 最大値までの左右有意差検定

４．考察
昨年度実施した間接圧迫法による疑似狭窄の脈波計測実験 4)では，疑似狭窄側の PPG の波高値が著しく低下することが明らかとなったが，本実験の結果
からは，80 代女性の PPG の波高値に有意な左右差は見られなかった．
これは，慢性的な血圧差を有する 80 代の女性が著
しく波高が低下するほどの重度な狭窄を有していなかったためであると考えられる．そのため，左右指尖部で PPG 計測を毎日行う事は，軽度の狭窄の早期発見につながると考えられる．

Fig.5 加速度脈波 b 波の左右有意差検定

５．結言
本研究の結果から、APG の e 波および b 波の波高値，またそれらの値を APG の a 波の波高値で割った値，速度脈波の最大値から PPG の最大値までの時間に有意な左右差が生じ，鎖骨下動脈狭窄症の早Fig.6 b/a の左右有意差検定

-20-

学術研究
期発見の指標となりうる特徴量であることが示唆された．健常者複数名に対して間接圧迫法による疑似狭窄の脈波計測実験を行う事により，これらの特徴
量を用いた手法の妥当性を検討する．また，クラウドシステムを構築することにより，医療機関へ計測結果を送信し，患者の異変に対して医療機関が早期に対応することが可能となるような仕組みの構築を
目指す．

文献
1)

厚生労働省，
平成 30 年(2018)人口動態統計月報年計(概数)の概況，(2019)2)

Clark CE et al, “Association of a difference in systolic bloodpressure between arms with vascular disease and mortality: asystematic review and meta-analysis”, The Lancet, p905,(2012)

3)

Clark CE et al, ”Inter-arm blood pressure difference andmortality: a cohort study in an asymptomatic primary care
population at elevated cardiovascular risk”, British Journal of
General Practice, p297, (2016)4)

三宅慶実，𠮷田慧一郎，脈波計を用いた心疾患の予防に関する研究，サレジオ工業高等専門学校卒業論文，(2018)

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教育研究

Raspberry Pi による画像処理を題材としたプログラミング教材の開発
宇都木 修一Development of programming teaching materials
based on image processing using Raspberry Pi
Shuichi Utsugi

As represented by the term IoT, the use of information technology is essential not only for softwaredevelopment but also for hardware development. This article describes the development of an introductory
programming material that can learn about hardware control with software. Raspberry Pi was adopted as acomputer environment for learning how to control hardware with software. The Raspberry Pi is small PC but
it can control the hardware easily, so it is suitable as an introduction material. However, if hardware control isrealized too easily with RaspberryPi, which is not suitable for a teaching material. It is necessary to maintainan appropriate level of difficulty as an engineering programming education. The programming materialpresented in this article designed to allow students to experience the control of hardware while learning basic
programming elements such as repeat statement and branches.

１．はじめに我が国において IT 教育の重要性が取り沙汰されて 20 年以上経過し，ついには，小学生にプログラミ
ング教育の必修化に至った．現代の社会においてますます重要となる，人工知能を含めたソフトウェア
技術を維持発展させていくためには，継続的な情報
技術者の育成が欠かせない．さらには，モノのイン
ターネット（IoT）という言葉に代表されるように，
もはや情報技術はソフトウェアエンジニアだけでな
く，ハードウエアエンジニアにとっても欠かせない技術となっており，ソフトウェア，ハードウェア双方に精通する技術者の養成が不可欠となっている．
そのような流れの中では，プログラミング，あるいは，機械設計や回路設計と分野ごとに明確に切り分けられた入門教材だけではなく，それぞれを融合した教材が必要になる．以上の考えに基づき，筆者
は Raspberry PI によって簡単な画像処理とモータ制
御を簡単なプログラミングによって体験できる入門用教材を作成した．具体的にはカメラに映った特定の色の物体を追跡するようにカメラの向きをコントロールするプログラムの作成を通して，プログラミ
ングを学ぶというものである．

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画像処理は一つ一つのピクセル（画素）に対して同様の処理を連続しておこなったり，状況に応じて処理を変化させたりするなど，初歩的な「繰り返し」
や「分岐」の習得に適している．さらに，出力結果を画像で表示させることで，視覚的に理解を促すこともできる．
また，Raspberry Pi は教育用として企図された廉価なシングルボードコンピューターであるが，OS として Linux を搭載し，PC としての一通りの機能を有したうえで，さらに，GPIO（汎用入出力）も有して
おり，プログラミングによる外部ハードウェアの制
御を学ぶことができる．ハードウェアをプログラム
によって制御できるという点については，ワンボー
ドマイコンの Arduino であっても目的に適うが，画像処理，そして人工知能など複雑かつ計算量の多いプログラムを組み込んだ制御への発展を考えると，
Raspberry Pi がより好適であるといえる．
カメラに映った特定の物体を，モータを制御して追跡する Raspberry Pi のプログラムの作成については，その方法を解説している文献 1）や web ページが既にある．しかしながら，これらの文献や web ペー
ジは単にプログラムやハードウェアを動かす方法に

教育研究

図 1 本教材のインターフェース

図 2 本教材の裏側（Raspberry Pi 本体はディスプレイの裏に固定）（Raspberry Pi 本体とその他の部品）

表 1 本教材のハードウェア構成

ログラミング言語として Python を用いる．また，画像処理用のライブラリには Intel によって開発された OpenCV を用いる． ただし，OpenCV は強力な画像処理ライブラリであるがゆえに，教育目的で使用する際には注意を要する．大抵の画像処理が関数呼び出しだけで簡単に行われてしまうために，分岐や繰り返しなどのプログラミングの基本的な能力を培う目的の上では不適切となるためである．したがって，本教材では，基本的には画像の入出力部分に絞って OpenCV の機能を用いることとした．
本教材ではカメラの画像から特定の色の部分を抽出して，それを追跡するプログラムを作成するようにするが，その方法には大きく分けて 3 つの方法が
ある．

PC
カメラ
ステッピングモータ
モータドライバー

Raspberry Pi 3 b+
Raspberry Pi
カメラモジュール
28byj-48
ULN2003
ドライバボード

ついて解説しているのみであり，プログラム教育を意識とした演習教材にはなっていない．本稿で紹介する教材は，あくまでプログラミングの演習教材として成立するよう構成されている．

２．ハードウェア構成
ハードウェアの構成は可搬性を考慮して表 1 のとおりとした．
PC 本体にはRaspberry Pi3 b+を使用し，ディスプレイは Raspberry Pi 公式 7 インチディスプ
レイとして，さらに専用のケースを用いることでディスプレイと本体と一体化した．また，折りたたみ式キーボード，マウスも用意し，これらは Bluetooth
で Raspberry Pi と接続するようにした．
さらに，
電源も モバイルバッテリーを利用すれば，ケーブルレスで Raspberry Pi を稼働させることができ，一般の教室でも演習が可能になる．
カメラには Raspberry Pi 専用のカメラモジュールを用いた．また，モータはステッピングモータ（28BYJ-48）2），モータドライバーはダーリントン・
トランジスタ・アレイ ULN2003 を用いた（図 2)．
これらはカメラも含めて電子工作向きの廉価な部品である．
３．画像処理
画像処理およびモータ制御をおこなうためのプ-23-(a) 単純に特定の色を抽出する．
(b) 特定の色の領域の輪郭を抽出する．
(c) 再帰を用いて特定の色の領域を抽出する．
(a) の方法は，それぞれのピクセルの色をチェッ
クするだけで済むので，計算量を抑えることができるが，追跡対象の物体と同じ色の物体が他にもカメラに映った時に，追跡に失敗するという短所がある．
(b) の方法は，追跡対象の物体と同じ色の物体が複数映った場合でも，個別に分離することができる
ので，最も大きい輪郭を持つものを追跡するようにすることで，追跡を維持することができる．また，処理量も抑えることができるが，プログラミングの難易度が上がってしまい，入門用の課題としては適さないものとなってしまう．
(c) の方法は，再帰プログラミングを理解していれば，簡潔に領域そのものを個別に抽出するプログ
ラムを作成することができる．ただし，再帰プログ

教育研究
表 2 OpenCV と NumPy を使用した場合に，

表 3 画像処理部分のプログラム例

特定の色の領域を抽出するプログラム例

from numba import jit

bgrLower = np.array([0,0,128])

import cv2

bgrUpper = np.array([100,100,255])
img_mask = cv2.inRange(frame, bgrLower, bgrUpper)@jit

frame[img_mask == 255] = [255,0,0]

def test(img):

mu = cv2.moments(img_mask, False)height = img.shape[0]x,y = int(mu["m10"]/mu["m00"]), \width = img.shape[1]int (mu["m01"]/mu["m00"])
wi = 0wj = 0

ラム自体が入門の範疇を大きく超えるうえに，処理量が多く，Raspberry Pi による実時間処理には適さないものとなっている．
以上から，本教材では(a) のプログラムを作成す
るものを基本課題とし， (b) のプログラム作成を発展課題とすることにした．
いずれにせよ，本教材では分岐や繰り返し文などの基本的なプログラム構文を習得することを目的としているが，プログラミング言語として採用した
Python は繰り返し構文であるfor 文やwhile 文の実行には非常に時間がかかるという問題がある．
これは，
Python がプログラムを最適化された実行形式に事前に変換するコンパイラ言語ではなく，プログラムを逐次実行するインタプリタ言語であるうえに，Python がプログラム上で変数の型の指定などを必要とせず，型の推論をおこないながら実行する動的型付け言語であることが理由である．
for 文の実行に時間がかかることは実時間での画像処理にとって極めて致命的である．この問題を回避するには，多次元配列に対する計算を効率的におこなう数値計算ライブラリ NumPy を用いる方法と，
JIT（Just In Time：実行時)コンパイラである Numba
を用いる方法がある．
NumPy は繰り返し文を高速化するのではなく，配列に対する演算を，MATLAB のように for 文を使わずにベクトル化して記述することで，内部で高速に実行するものである．NumPy は OpenCV と組み合わせることで，画像の中から特定の色を持つ領域を抽出する処理は，重心の座標を求める処理を加えても，
for文やif文を使わずに6 行程度で記述することができる（表 2）． しかし，これはすでに述べたように，
繰り返し文や分岐文を習得することを目的とした本
教材の趣旨に反する．
これに対し，Numba は記述したプログラムを Java-24-

num = 0for j in range(height):
for i in range(width):if img[j,i,0] < 100 and img[j,i,1] < 100 \and img[j,i,2] > 128:
img[j,i] = 0,0,255
wi += iwj += jnum += 1
if num > 0:
wi /= num
wj /= num
return img, wi, wj,numのようにコンパイルしながら実行するので，繰り返し文を高速に処理することができる．本教材では，
この Numba を利用して繰り返し文と分岐文を利用した画像処理を行うこととした．
画像処理部分の模範解答としてのプログラムを表3 に示す．Numba は部分的にコンパイルするため，
コンパイルする部分を関数化する必要がある．したがって，作成するプログラムでは，繰り返し，分岐，2 次元配列，関数と，プログラミングの基本要素を全て駆使することになり，演習問題として申し分のない課題となっている．

４．モータ制御使用するモータ 28byj-48 はクローポール式の PM型ステッピングモータで，クローポール数が合計で32 本となっている 3）．したがって，1-2 相励磁によ教育研究
る駆動の場合，モータ本体は 64 ステップで 1 回転となる．さらに，28byj-48 ギア比 1:64 の歯車も内蔵しており，回転軸自体は 64×64 = 4096 ステップで一回転するようになっている．
実際の制御は，28byj-48 のクローポールを励磁する 4 本の信号線を，モータドライバーを介して
Raspberry Pi の GPIO に接続し，その GPIO の出力をPython によるプログラミングで制御することによっておこなう．
プログラム上では，信号の出力パターンを順送りするか逆送りにするかで回転方向を，信号を送る回
数で回転角度を，信号を送る周期で回転速度を制御する．回転速度については，28byj-48 は 1000[Hz]（1000 ステップ／秒）程度までの信号に対応できるので，最速で約 4 秒で 1 回転となる．
ただし，本教材は入門用としているので，モータの制御は回転方向だけとし，画像処理と合わせて次のようなプログラムを作成するものとしている．
(Step1) カメラからの画像をキャプチャし，特定の色を持つピクセルを抽出する．
(Step2) 抽出されたピクセルの分布の重心座標を求める．
(Step3) 画像の中心に対して重心座標が左右のどちら側にあるか判断して，モータの回転方向を定める．
以上のステップをプログラム化するによって，特定の色を持った物体をカメラが追跡するアプリケー
ションを作成できる．このプログラムはおおむね
150 行程度で記述できる．GPIO の出力を制御する部
分から丁寧にプログラムを作り上げていけば，入門用の課題としては十分に歯応えのある課題となる．

５．発展課題理解の早い学生であれば，本教材程度の内容では物足りない場合や，あるいは，さらに高度なプログ
ラム課題を欲することが考えられる．その場合，画像処理の部分では，輪郭抽出で特定の色の領域を抽出することや，テンプレートマッチングによる物体の追跡を実装することが考えられる．また，モータの制御の部分については，簡単な PID 制御を取り入れるということも考えられる．
ただし，この場合は，
画像の取得と処理の実行速度に注意しなければならない．
単純に画像を取得して処理をしてから，モータの制御をおこなう場合，画像のキャプチャ速度に信号出力の周期が影響を受ける．すなわち，画像を 1 フレーム取得してから，1 ステップ分だけモータが回転することになる．実際に画像のキャプチャ速度を
秒間 30 フレームとした場合，モータが 1 回転するまでにおよそ 138 秒を要した．1 回転に 4096 ステップ要するので，秒間 30 ステップであり，秒間 30 フレ
ームにほぼ等しい値となっている．また，キャプチ
ャ速度を秒間 60 フレームとした場合は，約半分の70 秒を要した．したがって，より高速にモータを動
かすには，
画像取得の周期の影響を受けないように，
モータの制御を別々に並行しておこなう必要がある．
そのためには並列処理プログラミングが必要となるので，これを発展課題とすることもできる．
ちなみに，モータの制御と画像処理を並列化した
場合は，約 6 秒で 1 回転した．ただし，モータへ送信する信号の周期を 1000[Hz]以下にするために，回転の 1 ステップごとに 1 / 1000 秒のウェイトを挟んでいる．このウェイトだけであれば，約 4 秒で 1 回転（4096 ステップ）するはずだが，プログラムの起動直後，カメラからの画像を取得するまでに，1 秒程度の時間を要したので，約 6 秒での 1 回転となった．
また，このウェイト時間を調整することで，モータの回転速度を制御できるので，PID 制御を取り入れることができる．この場合は，画像処理よりもシステム制御に重きを置いた課題となる．さらには，並列処理を通信を利用する形に発展させ，画像処理を別の計算機に任せることで，より高度な処理を実現させる課題へと発展もできる．すなわち，本教材
は画像処理を入り口として，より IoT との関わりの深い部分へと学習を進めていくことができるようになっている．

６．おわりに近年注目されている IoT に関する入門教材として，画像処理とモータ制御によって物体を追跡するプロ
グラムの作成を題材とする教材を作成した．
Raspberry Pi を用いることで，マイコンの処理能力では対応できない画像処理にも対応し，ある程度複雑なソフトウェアでハードウェアを制御することを学
べる教材となっている．実際にはインターネットを介した通信プログラムを作成するところまでは教材化していないが，並列処理を発展させる形で通信部分を組み込むことも可能である．

-25-

教育研究
また，本教材を簡略化したものを，中学生を対象としたサレジオ高専の体験入学で使用する予定である．この体験入学での中学生の反応や，高専 1，2年生を対象とした教材の試用によって，本教材をブラッシュアップしたうえで，実際に授業で展開することを予定している．
文献
1) 金丸隆志, 「実例で学ぶ RaspberryPi 電子工作」, 講談社,
pp.181-268, (2015)2) 28BYJ-48 Datasheet – Digikey,
https://www.digikey.jp/ja/datasheets/mikroelektronika/mikroelek
tronika-step-motor-5v-28byj48-datasheet3) ステッピングモーター (28BYJ-48) を分解して仕組みを調べてみた,
https://stupiddog.jp/note/archives/1209-26-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：The Role of Technical Education in the Process of State Building in
Post-conflict Timor-Leste
研究代表者：マルケス・ルイス
小区分：地域研究一般
文出版の打ち合わせ。
2 月 15 日

１．研究計画の概要

Mandaluyong-Donbosco Technical College ‐訪問

技術教育システムによる遠隔教育を推進するには、学生の学習に対する低いモチベーションやイ

2 月 17 日

ンセンティブなどの課題が多い．そのためサレジ

Calauan Don Bosco TVET センター訪問、先生方

オ高専とフィリピン国ドンボスコ工科大学を対象 のインタビュー。
にした、学生ティーティングアシスタントを利用

2 月 18 日

して国際職業人養成を目的とした【技術教育シス

Mandaluyong-Donbosco Technical College で研究

テムの理論研究調査】の 1 モデルを提示する．本 発表
研究は、短期目標としてサレジオ高専と、フィリ 話合い参加
ピン国ドンボスコ工科大学との２校間における教 早稲田大学 - セミに参加‐論文を書く‐参考論文
育システムの構築を目指す．長期目標として、東 を調べる
ティモールなど海外に点在する日本留学のための予備教育プログラムへの波及を目指す .

2018 年 4 月 2019 年～ 2 月

また本

研究は、中央教育審議会分科会による報告である 水曜日のゼミにて研究の進み具合や研究発表「高等教育の多様な機能と高等教育機関の機能別 場所： 14 号館 10 階 1052 室
分化」としての【幅広い職業人養成】において、 時間： 18 ： 15 ～ 21 ： 00
高専としての実践事例として提示するものである．
木曜日に図書館で調べる
２．課題研究の進捗状況及び達成度

論文を書く

本研究計画は、 3 年計画である．本年度は、 2

博士の先生に相談、始動

年度であり、下記の 2 項目の予備調査を実施した．
早稲田大学 - 国際セミナー参加（司会担当）
1）

2017 年 3 月にフィリピンの教育システム

場所： 26 号館多目的講義室、司会：マルケス、を調査するため、ドン・ボスコマンダルイヨ 会場準備統括：田中ン工科大学の教員および学生へのインタビュ

10:00

開会の辞：山田（ 5 分）ーを行い、また、カリキュラムと学校の教育

10:10-11:40

パネル①システムを調査．更にマニラの国際図書館で 発表者： Mely 、利根川、阿部（ 15-20 分× 3
フィリピンにおけるポリティクニックの歴史 人 )と教育システムを調査した．
2）

13:30-15:00

パネル②

2017 年 9 月に東ティモルにて技術教育シス 発表者： Elina 、本多倫、金森（ 15-20 分× 3
テムの調査のために、下記、調査と発表を実 人 )施した．

討論者：坂部、花田（ 5 分× 2 人 )質疑応答(20 分 )
2019 年 2 月 13 日 2 月～ 19 日

15:20-16:50

Research Trip
2 月 13 日

発表者： Rudi 、峯田、宮下（ 15-20 分× 3 人 )パネル③

討論者：滝澤、島崎（ 5 分× 2 人 )Donbosco Technical College と IUS 共同論文の論 （ 20 分）

-27-

質疑応答

16:50

閉会の辞：山田（ 5 分）

３．代表的な研究成果
本研究の成果発表を、学会発表という形で口頭
発表 4 本を行った．
〔学会発表〕（計 4 件）
1.

Luis A. Marques, 「The State Building
Process in Timor-Leste: A Study of the
Theoretical Foundations of Technical
Education 」 (Complex Emergencies andHumanitarian Responde, Union Press,
Chapter 8, pp.147-160), ISBN
978-4-946428-90-6

2.

Luis A. Marques, Tomohiro Kojima, sdb,
「Salesian Polytechnic (Salesio) Tokyo(Japan) and the IUS-EAO Project ofpartnership with Don Bosco TechnicalCollege Mandaluyong (Philippines) 」(IUS 20 Years Book 2018）pp.1-17,
May,2018

3.

Luis A. Marques, 「Theoretical Foundationsof Technical Education and the Part They
Play in its Development Process 」（ 2018
日工教第 66 回年次大会名古屋, pp.53 - 68,
Aug.30.2018

4.

Luis A. Marques, 「Human Rights in EAO(Youth and Human Rights – for an Ethic of
Confidence 」 (V International Seminar –IUS Education Group ),pp.1- 6, Sep.,2018-28-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：任意形状作成可能な色素増感太陽電池の開発検討
研究代表者：井組裕貴
小区分：地球資源工学およびエネルギー学関連
１．研究計画の概要
現在， IoT 化が多くのデバイスで進んでおり，身の回りの様々なエネルギーを獲得するエネルギ
ーハーベスティングが注目されている。その中でも室内灯からでも発電できることや，有害物質を使わないことからDSC(Dye-Sensitized-Solar-Cell)への関心が高まっている。また， DSC は曲面へ

Fig.1 Vacuum bagging deviceの設置を目的としたフレキシブル化の研究が盛んであり，電気泳動法やバインダーフリーによる低温成膜法等の研究が発表されている。しかしながら，曲面への設置を考えた際に，TiO2焼結後に曲面形状に合わせるとTiO2及び導電プラスチックフ
ィルムに過度のストレスが加わってしまい，剥離や破損が生じてしまう可能性が高い。本稿では，
真空バギング法を用いてTiO2の低温低真空での焼結を行い，結晶構造と表面構造の観察を行った。
Fig.2 -80 kPa XRD result

また，作成した DSC の発電特性を測定し，真空バギング法の妥当性を確認した。また， ITO( インジウム酸化スズ ) フィルムを用いて曲面形状の
DSC を作成し，平面形状と曲面形状の発電特性を比較した。
２．課題研究の進捗状況及び達成度
本年度における進捗状況，達成度を以下に項目別に示す。

Fig.3 -40 kPa XRD result①

焼結方法

TiO2ペーストを FTO ガラスに塗布し， Fig.1 の ーク角は 2 θ＝ 25.28 °に対し，全ての試験片の装置により真空処理を行う。真空度はゲージ圧で 最大ピーク角が 2 θ＝ 25.30 °～ 25.32 °の範囲
-40kPa と -80kPa の低真空とした。焼結温度は に見られた。その他のピーク角においてもアナタ
60 ℃， 70 ℃， 80 ℃， 90 ℃， 100 ℃，

ーゼ型の結晶構造と一致していることから，アナ

110 ℃， 120 ℃とした。

ターゼ型の結晶構造が確認できたと言える。しか②

しながら， -80kPa での 80 ℃， 90 ℃， 100 ℃，

結晶構造Fig.2 にTiO2の XRD 結果を示す。試験片は作製-40kPa での 80 ℃， 90 ℃での試験片では， 2した中で， 60 ℃及び 70 ℃の試験片は焼結処理 θ＝ 19.16 °でアナターゼ，ルチル，ブルカイトを行った後も粘性が残っており，焼結が十分に出 どの結晶構造にもないピークが見られ，今後ピー
来ていない結果となった。アナターゼ型の最大ピ クの原因を特定する必要がある。

-29-

③

表面構造

にガラス基板からTiO2の剥離が生じるケースが発SEM での表面観察の結果を Fig.4 に示す。低温 生した。これは真空吸引によって電極とTiO2の間低真空下で焼結を行ったすべての試験片において に空気層が生じ，その隙間に色素溶液が流れ込み
従来の大気圧 420 ℃の試験片に比べ，多孔質とな 剥離が発生した可能性が高いと思われる。
っている事が確認できた。また焼結温度が上昇する事により，TiO2の粒径の肥大化が見られた。

今年度は真空バギング法による低温焼結を試み，
結晶構造，表面形状，発電特性から妥当性が確認

80 ℃では粒径が 0.5 ～ 1 μ mに対し， 100 ℃で できた。今後は真空度と温度の関係性を明確にし，は 1 μ m を超える粒径となっているため焼結後の 低温焼結に最適な条件の断定および発電効率低下
粒径は焼成温度に依存していると言える。今回作 の原因を解明する予定である。
製した中で低温低真空下 -80kPa ， 80 ℃で作製した試験片が最も多孔質になる結果が得られた。 ３ . 代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 1 件）
1)

八木貫太，井組裕貴，「低温低真空下でのTiO2焼結による色素増感太陽電池の検討 」，
サレジオ工業高等専門学校研究紀要，査読有り，第 49 号（投稿中）-80kPa80℃-80kPa 100 ℃〔学会発表〕（計 2 件）
1)

八木貫太，井組裕貴，「真空バギング法におけるTiO2の低温焼結の提案 」， 第 10 回大学
コンソーシアム八王子学生発表会プログラム-40kPa90 ℃

Atmospheric pressure

集， p.52 (2018-12)

420 ℃

2)

Fig.4 SEM result④

井組裕貴，織田豊一，「色素増感太陽電池一体型模型の実験教育への検討 」， 第 79 回応

発電特性

用物理学会秋季学術講演会，査読無し，
19a-PA1-1(2018-9)

Fig.5 Characteristic of I-V and P-V
低温低真空下で作製した DSC において， IV
特性および PV 特性が得られた (Fig.5)。大気圧下で焼結を行ったセルと比較すると， Jsc において低温焼結 DSC は 10~20% の低下，曲面形状
DSC においては 10%ほどの値となった。また，
Voc では低温焼結 DSC は 25%ほどの値，曲面形
状 DSC は 20%ほどの値となった。これらの値の差の要因としては，真空引きによりTiO2焼結体とガラス電極との間に隙間が生じ，電子の移動を阻害したと考えられる。また，焼結後の色素吸着中-30-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：パンチルトズームカメラに対するカメラキャリブレーション研究代表者：宇都木修一
小区分：知覚情報処理関連
１．研究計画の概要
本研究は，画像計測や画像認識にとって重要な ２．課題研究の進捗状況及び達成度
カメラの向き，位置，焦点距離などのカメラパラ
メーターを求めるキャリブレーションにおいて，

本研究ではパンチルトズーム機能を持つ
Panasonic 製の BB-SC384B ネットワークカメラ

カメラパラメーターが連続的に変化する場合にお を用いてカメラキャリブレーションをおこなった．
いても，その正確性を保証する手法の実現を目指 まず，ズームを用いない最も広角な状態においてす．具体的には，ズームなどによるカメラパラメ カメラパラメーターを算出し，その正確性をステーターの変化を多項式に当てはめ，カメラパラメ レオ視による距離計測によって評価した．計測対ーターが連続的に変化するような場合にも，対応 象までの距離を 1[m] から 5[m] まで 1[m] 単位することを目指している．

で変化させたところ，いずれの場合においても相カメラパラメーターの変化を多項式にあてはめ 対誤差を 1 ～2[%]程度に抑えていることを確認しる際には，各パラメーターの独立性と誤差に気を た．これは，視差（画素）に換算すれば横幅配る必要がある．カメラパラメーターを求める際

1280 画素の画像に対し，誤差を 1 ～ 2 画素程度には， 3 次元座標が既知のサンプル点をカメラで に抑えていることを示している．しかしながら，実際に撮影した場合と，カメラパラメーターを用 レンズ歪みの大きい画像の四隅の部分では，距離いて計算によって推定した場合の画像上のサンプ

5[m] の物体に対し，視差のずれが最大で 4 画素，

ル点の位置の差が最小となるように，カメラパラ 相対誤差が 15[%] 程度にまで及んだ．レンズ歪み
メーターを求める．この問題は非線形の最小二乗 に対する補正が十分でないことが明らかになった問題となるが，このとき，従来は複数のパラメー ため，別途歪み補正用のサンプル点の取得をおこ
ターをまとめて別の変数に置き換えることで，線 なうなどの対応を検討している．
形に近似して解くことが多い，しかし，その場合

次に，望遠（ズーム）機能を用いて焦点距離をは，それぞれの誤差を合算して最小化するように 変化させたときのカメラキャリブレーションにつ
最適化問題を解くことになり，全体としての誤差 いて，評価をおこなった． BB-SC384B は 32 倍は最小であっても，関係のないパラメーターに誤 までの光学ズームが可能であるが，望遠倍率が高差が吸収されてしまうことによって，個々のパラ いとキャリブレーションをおこなうことが困難とメーターの正確性が保証されない．したがって， なるため，現段階ではズームは最大で 9 倍程度とそれぞれのカメラの状態において求めたパラメー することにとした．実際にはズームパラメーター
ターは，そのカメラの状態において最適なパラメ を， 0.003 ， 0.009 ， 0.015 ， 0.021 ， 0.027 のーターであっても，パラメーターの変化を多項式

5 段階に変化させてカメラパラメーター算出し，にあてはめる際には不適切となる恐れがある．

こちらも，ステレオ視による距離計測でその正確この問題に対しては，それぞれのパラメーター 性を評価した．ズームパラメーターは 0.003 が最の性質を考慮してパラメーターを独立に求めるこ も広角（ 1 倍 ）， 0.027 が最も望遠（約 9 倍）ととで，可能な限り各々の誤差の影響を限定して， なっている．距離計測の例として物体までの距離多項式にあてはめることを試みる．具体的には消 が 1[m] のときと 5[m] のときの計測結果を表 1
失点を用いてカメラの回転量を求めることで，非 および表 2 に示す．ズームパラメーターを 0.27と線形の最小二乗問題を簡略化し，できるだけ個別 したときには距離 1[m] の物体を両方の画像内ににパラメーターを求める方法を用いる．

同時に捉えることができなかったため，計測不能-31-

表1 物体までの距離1[m]の時の計測結果
ズーム

計測距離 [mm]

相対誤差 [%]

0.003

0.021

998.631002.4999.65992.210.137
0.237
0.0349
0.779

0.027

計測不能

計測不能

0.009
0.015

表2 物体までの距離5[m]の時の計測結果
ズーム

計測距離 [mm]

相対誤差 [%]

0.003

4722.64982.05005.65004.64963.9

5.55
0.360
0.112
0.0922
0.723

0.009
0.015
0.021
0.027

図2 歪みパラメーターの変化とした．
今回の計測結果ではズームしない最も広角な状態で，距離5[m]の物体に対し相対誤差が5[%]となっているが，視差に換算すれば 2 画素程度であり，それほど大きなずれとはなっていない．これに対し，望遠した場合には誤差が大幅に小さくなって

図3 カメラの横方向移動量の変化

焦点距離はズームパラメーターの変化に伴ってばらつくことなく変化しており，問題なく多項式へいる．広角な場合は量子化誤差の影響が大きいが，のあてはめをおこなうことができる．歪みパラメ
望遠することによってその影響を小さくできるこーターも比較的ばらつきを抑えて変化しているのとがわかる．ただし，サンプル点の移動を手作業で同様に，こちらも多項式へあてはめることを考でおこなっているため，キャリブレーションをおえることができる．これらに対し，カメラの横方
こなう際の状況によって，結果が変化することが向の移動量はばらつきが大きく，多項式へのあて考えられる．今回の計測では偶然良い結果が出た
はめは適切でないと考えられる．ただし，このば可能性があるため，キャリブレーション作業をで
らつきはサンプル点の撮影時の誤差の影響を受け
きるだけ自動化し，複数回試行して統計的に評価ていることも十分考えられる．あるいは，計測にすることが今後必要となってくる．
影響のない範囲のばらつきである可能性もあるの
次に，ズームパラメーターの変化に伴うカメラ
で，多項式のあてはめへの可否を検討する前に，パラメーターの変化について代表的なものを示す．
こちらの場合も同様に，キャリブレーションを複数回おこない，統計的に評価する必要がある．
以上を踏まえ，今後本研究はカメラキャリブレーションを統計的な側面から評価する予定である．
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計１件）[1] 宇都木修一，鈴木寿，“消失点を利用した角
図1度の算出に基づくカメラキャリブレーショ

焦点距離の変化ン”

電子情報通信学会

PRMU研究会，技術研究報告， PRMU2018-132 ， pp.99-104 ．

-32-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：ろう接によるシリサイド系熱電変換モジュールの作製と耐熱性の評価
研究代表者：加藤雅彦
小区分：複合材料および界面関連
１．研究計画の概要
エネルギーハーベスティング技術の一つとして、廃熱を電気エネルギーに直接変換できる熱電発電

FeSi2が注目されている。本研究では、 400 ～ 800 ℃程度の高温大気中で使用できる鉄シリサイド (FeSi2) 、マンガンシリサイド (MnSi1.73) 、マグネシウムシリ

MgO

サイド (Mg2Si) 等の熱電素子に着目し、ろう接による熱電変換モジュールの工業的な製造方法を開発することを目的とする。従来のモジュールでは、図 1100μm

活性金属ろうで接合した FeSi2/MgO の断面

絶縁基板上への電極形成としてメタライズ工程が必要であったが、本研究では絶縁基板上に活性金属ろう ( 東京ブレイズ製 TB-608T) をパターニング
して素子を接合し、ろう材をそのまま電極として用いるモジュールを考案した。絶縁基板にはシリ
サイド系熱電素子と熱膨張係数の近いアルミナ(Al2O3)、マグネシア (MgO) を用い、接合界面の観察や熱電特性の測定によって最適な接合条件を検討する。また、長時間の耐熱試験や温度サイクル試験により熱安定性の評価を行う。

図2

600 ℃耐熱試験後の FeSi2 接合体の内部抵抗の変化率

２．課題研究の進捗状況及び達成度
昨年度の研究において、 FeSi2 焼結体と Al2O3

内部抵抗に大きな変化は見られなかったが、 p 型

基板の接合体の耐熱試験を行ったところ、 500 ℃ 接合体は、短時間で一旦増加し、その後は同程度
では接合状態および内部抵抗の変化はほとんど見 の値に保たれた。この原因として、界面での拡散られなかったが、 600 ℃では基板が剥離してしま 層の影響が考えられたため、 SEM-EDX 分析を行った。そこで今年度は、 Al2O3 よりも熱膨張係数 ったが、ろう材の成分 (Ag, Cu, Ti) が過剰に拡散しが若干大きい MgO 基板を用いて FeSi2 焼結体と ているような有意なデータは得られなかった。
の接合を試みた。 Ar 雰囲気中、 820 ℃で接合し次に、 p 型と n 型一対のπ型モジュールを作製た接合体の断面写真を図 1 に示す。接合界面は隙 し、 500 ℃で 16h までの耐熱試験を行い、 V-I 特
間なく接合されており、 MgO 基板、 FeSi2 焼結 性を測定した。4h後まではほとんど変化がなかっ
体内部ともにクラックは観察されなかった。さら たが、8h後では出力が低下し内部抵抗も増加した。
に 600 ℃で耐熱試験を行ったところ、 128h後も剥 さらに耐熱試験を続けたところ、接合層付近にお離しないことが確認され、 MgO は FeSi2 モジュ いて素子の破断が確認された。SEM観察の結果、ールの基板として有用であることがわかった。

図 3 に示すように、素子側面に液相のろう材が表接合直後に対する 600 ℃耐熱試験後の内部抵抗 面張力によって形成したエッジ部から破断していの変化率を図 2 に示す。 n 型接合体は、128h後も ることがわかった。破断の要因として、 V-I 特性
測定で素子の高さ方向につけた大きな温度差によ

-33-

2mm

図3

500 ℃で 16h 耐熱試験後に破断したモジュールの SEM 写真

り生じた熱応力が素子の強度を超えたことが考えられる。このことから、熱応力を緩和させるような素子の形状や複数対とすることによるモジュー
ル全体の強度の向上が有効であると考えられる。
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計２件）(1) 大嶋俊一 , 井上裕之 , 加藤雅彦 , 桑折仁 , 小林隆秀 , MgO 基板にろう接した FeSi2 の熱安
定性 , 第15回日本熱電学会学術講演会予稿集 ,
査読無 , p.151(2) Hitoshi Kohri, Takuma Kurishima, Masahiko Kato,
Synthesis of tungsten disilicide and its potential as athermoelectric material, Abstracts of the 37th
International Conference on Thermoelectrics, 査読
無 , sciencesconf.org:ict2018:197287(PDF)〔産業財産権〕○出願状況（計１件）
名称：熱電素子の製造方法
発明者：小林隆秀 , 井上裕之 , 加藤雅彦
権利者：株式会社テックスイージー
学校法人育英学院
種類：特許出願
番号：特願 2018-218700
出願年月日：平成30年11月21日
国内外の別：国内-34-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 25 日現在

研究課題名：レジャーダイビングにおける減圧症予防に関する研究研究代表者：吉田慧一郎

小区分：計測工学関連
ムロン社製， HEM-6324T) を用いて， SpO2 と心１．研究計画の概要

近年、アクティビティの多様化により海におけ 拍数、血圧の取得を各ポイント ( 各合目 ) で行い、るレジャー人気が高まりつつある。その中でも、 解析を実施した。
日本の豊かな海の自然を生かしたスキューバダイ
装着
位置

ビングやシュノーケリングなどの人気が高まっている。比較的浅い海面で実施されるシュノーケリ
ングに対してスキューバダイビングでは、最大水センサー部

深 40 [m] まで潜水を行う。そのため、ダイビング
中はダイバーの身体に深度に応じた水圧がかかり、潜水病の発生リスクが高くなる。現在、減圧症予
防には減圧表を用いた方法とダイビングコンピュータを用いた方法があるが、どちらも減圧症の発症リスクが少ない潜水時間 ( 無減圧潜水時間：
図1

NDL) の算出は潜水時間と潜水深度より推定され

登山実験風景るものであり、実際の体内窒素量を測定し反映し
図 2 に実験結果を示す。既製品での取得データ
そこで本研究では、潜水時における減圧症の早 では 7 合目 (2740 [m]) から 8 合目 (3100 [m]) にか期発見を行い、減圧症の非侵襲的なリアルタイム けて SpO2 は徐々に低下し始め、 8 合目～ 9 合目
たものではない。

モニタリング装置を開発することを目的とする。

(3600 [m]) にかけて急激に低下している。この時、心拍数は 7 合目から 8 合目にかけて上昇し、 8 合

目～ 9 合目にかけては一定の値を保っている。こ
進捗および達成度は項目別に以下に示す。また、れは、高度上昇に伴う酸素濃度低下が関係してい本研究では開発した機器の性能評価を行うために ると考えられる。次に試作機での取得データでは、
２．課題研究の進捗状況及び達成度

潜水の他に登山時における生理学的パラメータの7 合目から 8 合目にかけて心拍数がゆるやかに上取得も行った。登山時は潜水時と同様に血中の酸 昇し、 8 合目～ 9 合目にかけて心拍数は急激に上素量の変化が大きく、本研究で想定している潜水 昇し、その後減少している。 SpO2 での変化は、における生理学的パラメータ変化と関連が考えら

8 合目中盤以降，低い値が継続持している。このれる。

ように、既製品と試作機では 8 合目～ 9 合目にお①

いて SpO2 の変化が高度上昇に伴い低下する点で

登山実験

登山時の標高の上昇に伴う生理学的パラメータ 一致した。また、心拍数計測において、既製品との変化を調べるため，富士山 5 合目 ( 標高 2305 試作機とでは各ポイント良い一致が見られた。こ[m]) ～富士山頂 ( 標高 3776 [m]) を吉田ルートで れにより、本研究で作製した試作機は良い精度で登山を行った ( 図 1) 。実験では、試作機を被験者 計測が可能であると考えられる。また、試作機での上腕部に装着し、登山時における生理学的パラ は 8 合目～ 9 合目において心拍数の急激な増減がメータ (SpO2, 心拍数 ) の連続計測および、既製品 確認された。高度上昇に伴う心肺機能の動作が既のパルスオキシメータ (dretec 社， OX-101 およ 製品と比較してより詳細な生理学的パラメータのび日本精密計測株式会社製,BO-600)、血圧計 ( オ 取得の可能性が示された。

-35-

図2
②

登山における生理学的パラメータの変化解析を行った。図 4 に本実験で得られた結果を示

潜水実験

ダイビング時の水深の低下に伴う生理学的パラ す。
Minimal Blood Pressure [mmHg]

メータの変化を調べるため、沖縄県沖合ナガンヌ
島周辺でダイビングを行った。実験では、試作機を被験者 2 名の左手首部に装着し ( 図 3) 、ダイビ
ング時における生理学的パラメータ (SpO2 ，心拍数 ) の連続計測および試作機器の性能評価を行う
ため比較として既製品のパルスオキシメータ(dretec 社， OX-101 および日本精密計測株式会社
製， BO-600) ，血圧計 ( オムロン社製，HEM-6324T) を用い、 SpO2 と心拍数、血圧の取Dive.3
Dive.4

Maximal Blood Pressure [mmHg]

Arterial Oxygen Saturation [%]得を潜水前後で行い、解析を実施した。

Dive.2

Dive.2
Dive.3
Dive.4

Heart Rate [bpm]図3

潜水 実 験 風 景

図4

ダイビング前後の変化

本実験では，計 4 本のダイビングを行った。 1
本目 (Dive.1) では，試作機を用いたダイビング時

図 4 より、 Dive.2 においては潜水前後においてにおける生理学的パラメータの連続計測および試 最低・最高血圧ともに低下が確認される。一方、作機の性能評価を行ったが、試作機の防水性能不 Dive.3 においては潜水前後で最低・最高血圧とも足により試作機内部に海水が侵入してしまい、試 に上昇がみられる。また、 Dive.2 -3 の潜水後の最作機による潜水中の生理学的パラメータの連続計 高血圧が 140~150 [mmHg] 周辺に収束していること測は行えなかった。

が確認された。

2~4 本目 (Dive.2~4) では、既製品を用いたダイ ③ 達成度および展望ビング前後における生理学的パラメータの取得と本実験において、登山中における生理学的パラ-36-

メータの取得が可能であることが確認された。これらの結果より、空気中での運動下における生理学的パラメータの取得より健康をより簡便にする機器の開発等の可能性が示された。
しかしながら、潜水試験においては機器の水没により潜水中の生理学的パラメータの取得が今回は出来なかった。試作機の防水性能向上が課題となる。
現在、防水性能を向上し小型化した測定機器を作製し ( 図 5) 、実験を行っている。改良型試作計
測機器における実験では、水深 18 [m] における防水性能が確認され、潜水時における生理学的パラメータの取得を行うことが出来た。取得された実験結果の解析を行い、潜水時における生理学的パラメータ値の変化より身体における潜水病の予兆等の調査を実施している。また、回路の小型化およびモニタリング機能の実装を行っていく予定である。

図5

改良型試作計測機器

３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 1 件）
1)

住吉佑基，吉田慧一郎，「レジャーダイビン
グにおける減圧症の予防に関する研究 」，サ
レジオ工業高等専門学校研究紀要，査読有り，第 49 号（投稿中）〔学会発表〕（計 1 件）
1)

住吉佑基，吉田慧一郎，「レジャーダイビン
グにおける減圧症の予防に関する研究 」，日本福祉工学会第 22 回学術講演会，査読無し-37-課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：LPWA を活用した沿岸観測ネットワークによる港内の立体的な流向推定法の検討
研究代表者：吉田

将司

小区分：地理学関連
１．研究計画の概要

ネット回線を用いてさらに広域的な観測が可能か

港内の河口域近辺は、沖合からの潮汐の変動や、試験する。この実験は富山で実施できない可能性
河川からの淡水の流入による特異な海流が形成さ もあるが、学内での試験は可能である。最後に③れている。これら海流の解明は災害予測や漁業な では、観測した海水温データをもとに各地点・各ど、幅広い分野での貢献が期待されている。しか 層の水塊を立体的に可視化し、潮汐や風向データ
し、実時間的に変動する海流や潮流を詳細に把握 と合わせて流向推定を実施する。
するシステムは現在確立されていない。研究代表
者らはこれまで沿岸域を多点多層観測する為に、 ２．課題研究の進捗状況及び達成度
富山新港内で沿岸センサネットワークの構築を行 ①富山新港における水温の多点多層での定期観測ってきた。昨年度は LPWA 規格の無線モジュール による季節変動特性の把握（達成度 90%）を導入し、観測範囲の広域化を実現した。さらに多点多層での定期観測をするために、実地での多点多層での観測に成功し、沿岸域環境における 運用試験を富山高等専門学校臨海実習場の海上に
表層別の水温変化を電子地図上でリアルタイム表 て、 2018 年 9 月 5 日から 9 月 7 日の三日間実施
示できる地理情報システムが構築できた。また水 した。基地局は臨海実習場に設置した。観測ノー
温変動と潮流変動の関係性も示唆された。そこで ドは、河口付近から沖合にかけて 4 箇所（ A ～本研究は、さらなる広域化の基礎検討及び、港内D ）設置した。図 2 は観測を実施した場所を

海水温の時間変動の観測結果から付近海流の流向 Google Earth 上に表示したものである。 A ノード
は基地局から約 1.9km 付近の見通しでない一番遠を推定する方法について検討する。

これまでの研究成果により、無線センサネット 方に配置されている。図１はノードの内部構成をワークを用いて沿岸域の多点多層における海中情 示す。
報の時間変動を観測する技術が得られた。本研究期間ではこの技術をさらに洗練・充実させつつ、以下の内容を実施する。
①富山新港における水温の多点多層での定期観測による季節変動特性の把握②複数のLoRa-WANゲートウェイを用いた観測地
点の広域化に関する検討③新港内における水塊構造の把握と流向推定法の検討
まず①では、 9 月に富山新港において海水温の観測実験を実施する。昨年度の 9 月に実施した結果との再現性を検証するとともに、今年 3 月に実験した結果との比較から季節変動特性を把握する。
次に②では、昨年度１か所だったLoRa-WANゲー
トウェイ（基地局）を複数個所設置し、インター

-38-

図１

ノードの内部構成

上がり始めると水温が徐々に上がった。水深1.0m では両年とも潮位にほとんど左右されることなく同じような水温分布となった。これは台風による大雨で表層に淡水が多く流入した影響が大きいことが要因と考えられる。両年とも水深が深くなるほど水温が高くなり、深くなるほど水温の変動が穏やかになる傾向が見られた。

潮汐の変動

今回は 2017 年 9 月と 2018 年 9 月の観測結果のみ比較した。 3 月実験の観測場所や条件が若干異なっていたため、季節変動は比較できなかった。

淡水の流入
図2

設置したノードの配置
LAN

LAN

LAN

ハブ

LAN

Web server

DHCP server

POSTでサーバー
へデータを送信沖合

ES920LR〇〇〇〇

ES920LRGW_N1（基地局1）
N1へ
データ送信

ノード1

ES920LR〇〇〇〇

ES920LRGW_N2（基地局2）
N2へ
データ送信

ノード2

ES920LR〇〇〇〇

ES920LR〇〇〇〇

4本のサーミスタを接続

4本のサーミスタを接続

図 4 ES920LRGW を活用したネットワーク構成②複数のLoRa-WANゲートウェイを用いた観測地
点の広域化に関する検討（達成度 70%）
まずシステムの動作試験として、 Local Area
Network を構築した。図 3 は実験に使用したネッ
トワークの構成を示す。DHCP server はWeb
server とゲートウェイモジュールに対して IP ア
ドレスの割り当てに使用している。ノード 1 ・ 2は各ゲートウェイ(ES920LRGW_N1及び _N2) に対応した通信帯域と帯域幅を設定していることと図3する。また、各ノードには 4 本のサーミスタから

2017年と2018年の水温変化（上：0.2m、中：0.5m、下：1.0m）取得した温度データをゲートウェイへ送信する。
ゲートウェイはノードから受信したデータを

図 4 は 2017 年と 2018 年の同日における、水温の時刻変動を示す。水深 0.2m では全体的にPOST 通信にてWeb serverへ送信する。Webserver では各ゲートウェイにて受信されたデータ

2017 年の方が、気温は低いが水温は高い傾向が を IP アドレスごとに管理する。また、最新の受見られた。水深 0.5m では気温ではなく潮位に沿 信データを画像ファイルにて保存することで、リった変動が多くみられた。両年とも設置後潮位が アルタイムな観測データの可視化を実施した。ノ-39-

ードに設置されているサーミスタ（ 4 本）の温度

ンサネットワークにおける受信システムの分布をチャンネルごとに表示することに成功した。

GUI化に関する検討 ，”

この結果から、 LAN によって複数台の基地局をジウム 2018 ビギナーズセッション，

GPS/GNSS シンポ

Web serverにより管理することが可能となった。

Nov,2018.
今後は LAN だけでなく、インターネット上で [3] 内村哲也，吉田将司，“ LPWA を用いた沿岸利用できるように試験を実施する予定である。

域環境観測の多点広域化についての検討 ，”
電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会，
p77,Mar,2019.

③新港内における水塊構造の把握と流向推定法の検討（達成度 30%）

[4] 池畑裕太郎，千葉元，吉田将司，島崎清寿，

研究協力者である千葉教授が昨年度実施した富“富山新港（伏木富山港新湊区）内の海洋環

山新港内全域での CTD での水塊構造観測結果か

境調査 ，” 日本航海学会第 139 回秋季講演会，ら、海水と河川水から構成される港内の水塊構造

K139-08,Oct,2018.

は、河川に近い海域の上層では低塩分で低密度、下層では高塩分で高密度の異なった水質の水塊が存在していることが確認できた。次に同時期の港外の観測結果との比較を行い、港内の下層における水塊の水温・塩分・密度の値が、富山湾の中層とほぼ同一であり、双方の水塊が結合されていることが分かった。また、港内中央の海域で CTDと ADCP を併用した観測を行った。 CTD 観測で確認された上層の低塩分水層と、下層の高塩分水
層では、ADCP 観測により流向流速が異なることが確認された。
ただし、今年度の実験では ADCP の不調により、観測結果との比較を行うことができず、観測シス
テムを用いた構造把握及び流向推定方法の検討には至らなかった。
３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 2 件）
[1] 内村哲也，吉田将司，“ LPWA を利用した
海中空間情報取得システムの検討 ，” 電気学会次世代産業システム研究会，査読無，IIS-18-064 ， Nov, 2018.
[2] 吉田将司，千葉元，“無線センサネットワー
クによる淡水と海水の混合海域の観測 ，”サ
レジオ高専紀要，査読無，Vol.48,pp1-5,Feb,2019.
〔学会発表〕（計 4 件）
[1] 藤森拓哉，吉田将司，千葉元，“富山湾沿岸域における水温分布の季節変動特性の解析 ，”第 10 回大学コンソーシアム八王子

学生発表会要旨集， Dec ， 2018.
[2] 柴田健吾，吉田将司，“ LPWA を利用したセ-40-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 25 日現在

研究課題名：IoT を活用したローカル内 AI 分析と土壌モニタリングによる根の可視化システム研究代表者：𠮷野純一
小区分：情報ネットワーク関連
１．研究計画の概要

が高コスト 」、 「解析データ量が不十分」の３つ

本研究は、 IoT を活用した農業支援を事例とし が原因として挙げられる。そこで本研究では土壌て、首都圏近隣に在住する農業従事者の知恵を活 センサの低コスト化を図り、解析・可視化方法を用して高専生との連携によって農業生産の担い手 新たに構築し評価する。土壌センサの開発から期に対して生産性向上、圃場を管理するシステムを 待できることは、次の 7 点である。
構築するものである。農家の継承で高齢化が進む ①追肥の深さを制御できる。
中、口伝伝承による暗黙知の農業技術の伝達では ②生育中の根の範囲を推定できる。
なく、形式知による農業技術の推進のため IoT 端 ③灌水量に対する水分分布がわかる。
末 (Sigfox) を使用した気温、日射量、土壌水分、 ④降雨に対する灌水量との置き換え推定
土壌温度などを「見える化」し、技術習得に活用 ⑤節水できる灌水制御できるノウハウ構築を行う。またセンシング技術 ⑥収穫時期の推定
や過去のデータに基づくきめ細やかな栽培や営農 ⑦発芽時期の灌水タイミング
者の有益な知見との融合等により、ローカル内
AI 分析と土壌モニタリングによる根の可視化を ２．課題研究の進捗状況及び達成度
行い農作物のポテンシャルを最大限に引き出し、(1) 土壌について

多収・高品質生産を実現する。

土中の水分量の適正量は、作物、地域、季節ご本研究は、首都圏近隣に在住する農業従事者の とに異なり、農業従事者の経験則を頼りに行って知恵を活用して高専生との連携によって農業生産 いた。そのため、経験則を可視化するために、シの担い手に対して生産性を向上させるため、次の ステムによって作物の育ち方をリアルタイムに把(1) ～ (3) が研究目的である。

握する必要がある。従来は、誘電率法の土壌セン
サで 1 区画の畑及び 1 畝に数台使用し、水分変化(1) 露地栽培を含めた屋外、屋内すべての圃場で、を可視化、モニタリングできるシステムであった。
栽培に必要な土壌のデータを取得し、作物の この方法であると、データ量が足りず、解析に繋育つ環境を可視化する。

がる整合性が取れない。そこで、直流抵抗式のセ(2) 農家の継承で高齢化が進む中、口伝伝承によ ンサを使用し、多数センサを一株ごとの根の周辺
る暗黙知の農業技術の伝達ではなく、形式知 環境に対して配置することで、根の周辺の水分変による農業技術の推進のため IoT 端末化を可視化する仕組みを検討した。直流式土壌セ(Sigfox) を使用した気温、日射量、土壌水分、ンサは、仕組みが安価であり、誘電率法と比較す
土壌温度などを「見える化」し、技術習得に るとコストが 10 分の 1 以下であるため、一株の周辺に 10 倍以上の土壌センサを設置し細分化を活用できるノウハウ構築を行う。
(3) 土壌センサ開発行うことができる。この配置方法によって、一株室内栽培では、データをもとにハウス内の温度 単位で集中的に詳細なデータを出し、作物に対す調整や CO2 濃度のコントロール、灌水制御や養 る栽培技術の定量化に繋がる。
肥のコントロールを行なっている。しかし、未だに栽培技術の定量化及び最適化のための解析が進(2) センサ評価

んでいないのが現状である。その理由は、土壌デ

土壌センサの設置は、平均的に作物が根を生やータに関する「土中の水分ムラ 」、 「土壌センサ す深さ 30cm までを想定する。設置しやすく、詳-41-

細に多量実装するために、深さ方向に 4cm 間隔で ３．代表的な研究成果
8 つ一体型で設計した。図 1 はそのセンサ設計図 〔学会発表〕（計 8 件）である。図 2 はセンサ配置想定図である。このセ (1) 酒井

健瑠 , 邊見

穣，安永

寿，吉野

純

ンサを図 2 のように畝間の方向に 5cm 間隔で 4 本一，“Sigfox とローカル内分析による設置することで 32 箇所の水分データをもとに土細分化センシングシステムの構築，”電子情

中水分量を可視化することができる。データは、

報通信学会総合大会「情報・システムソサイ

与えた水分量に対して土中水分量の分布をセンサ

エティ特別企画土壌

学生ポスターセッション予稿集」， ISS-P-008,p.65, March 2018. 査読無データから可視化することができる。

(2) 安永寿，吉野純一，“同時多点観測可能(3) まとめな直流抵抗式土壌水分センサを活用した AI

従来法である誘電率法の水分センサより直流抵による灌水技術の定量化システム，”

電子

抗式土壌センサを使用することで低コストかつ土

情報通信学会ソサイェティ大会講演論文集，中を詳細化した可視化が可能となる。細分化する

B-18-23,p.307, September 2018. 査読無ことで従来のように水分ムラで解析に至らない場 (3) 邊見

穣，安永

寿，吉野

純一，“同時多

合でもデータ解析ができ、降雨量に対する土中水点観測可能な直流抵抗式土壌水分センサを活

分浸透率、蒸発散率など新たな知見を得られると用した複数本設置による浸透傾向の可視考えられる。また、土中水分量の時系列変化を得

化，”電子情報通信学会ソサイェティ大会講ることができ、根が生えている箇所の推定にもつ

演論文集， B-18-24,p.308, September 2018.

ながる。さらに、地域ごとの地質の考慮をせずと査読無

も作物に対しての生育の傾向が見られる。

(4) 安永寿，吉野純一，“同時多点観測可能

な土壌水分センサを活用した土壌内水分の浸透および AI による根の伸長成長の可視化，”

日本生物環境工学会講演要旨集，

P3-15,p.208-209, September 2018. 査読無(5) 渡辺周 , 吉野純一 , “温湿度センサによる農業支援システムの検討，”

第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集,
図１

直流抵抗式土壌水分 セ ン サ設計

p.48-49, December 2018 ．査読無(6) 露木啓人 , 吉野純一 , “露地栽培におけ第 10 回る直流土壌水分センサの検討，”

大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集,
p.50-51, December 2018 ．査読無(7) 森

タケル , 吉野純一 , “Sigfox を用いた農業支援システムの一検討，”

第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集,
p.104-105, December 2018 ．査読無(8) 宮田凱人 , 吉野純一 , “Sigfox を活用した見守りシステム，”

第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集 ,p.106-107, December 2018 ．査読無図2

土壌 セ ン サ配置想定図-42-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 27 日現在

研究課題名：機器への実装を考慮した阻止域可変 FIR フィルタの設計法に関する研究研究代表者：宮田統馬
小区分：計測工学関連
１．研究計画の概要
ベルトコンベアライン上を移動する物品の重量を、そのライン上で計測を行う動的重量計測機が広く用いられている。これまでに、申請者は計測精度を維持し高速な計測を実現するために、阻止域の特性が可変なディジタルフィルタの設計法を提案した。この設計法では 64 ビットといった大きな語長を用いるが、組み込み機器に実装する際には小さなビット数に係数を丸める必要があるた
め、フィルタの特性劣化につながり高精度な計測が望めない。
本研究では，ヒューリスティック解法を用いた阻止域の複数要素が可変な直線位相 FIR フィル
タの多項式係数の削減を考慮した有限語長設計法と実装法の開発を達成することを目標とする。

図1

めに、-1 から 1 の範囲で正規化を行い与える。故llに、  ,   の値は l , l が高次となった場合に小さl

本研究において多項式係数の削減を考慮した設計法の開発は、下記のとおり完了した。
本研究で扱った可変フィルタの理想特性を図 1に示す。この可変フィルタは阻止域の一部に高い減衰量を持ち、可変パラメータ  ,  によりその位従って、可変パラメータが多数かつ高次で構成される項がフィルタ係数全体に与える影響は小さいと考えられる。このことを利用して、式(2)のフィルタ係数を、
Y1

置と大きさが可変である。タイプ I の直線位相 FIRと下式となる。
(1)i =0

このとき、フィルタ係数 h は可変パラメータの値に応じて変化させるために、L

h(i,  ,  ) =   g (i, l , l ) lY2h(i,  ,  ) =   g (i, l , l ) y1  y2

(3)

b −1
b −1

K
−
y
if
K
−
y j  Lb


j

j =1
j =1

Yb = 
b −1
 L if K − y  L

b
j
b

j =1


(4)

y1 = 0 y2 = 0

フィルタの振幅応答は 2N をフィルタ次数とする

Ll

られているため、    の値はさらに小さくなる。

２．課題研究の進捗状況及び達成度

Nl

くなる。また、式(2)より   ,   は積によって与えl

H ( ,  ,  ) = 2 h(i,  ,  ) cos(i )理想特性として与え直す。ただし、 B は可変パラメータの数であり、 Yb  0 の場合は Yb = 0 とし、 b − 1 = 0 のlとき Σ の項は零値とする。また、L1 = L 、L2 = L(2)である。このとき K は、l = 0 l = 0

Bと定義する。ただし、 L , L は多項式次数である。

K   Lb

次に多項式係数の低減法について述べる。

(5)

b =1

式(2)のフィルタ係数において、可変パラメータの値は、可変させる要素によって大きく異なるたであり、多項式次数の総和よりも K の値を小さくすることによって多項式係数の低減を行うことが-43-できる。本研究では、組込機器への実装を考慮するために多項式係数を 0,1 で表し加えて上記の削減法を適用し、遺伝的アルゴリズムを用いて可変フィルタの設計を行う。個体の適応度はフィルタの特性が等リプル特性(ミニマックス近似)となる
ように設定した。
実際に上記の手法を考慮した設計法を用いてフィルタの設計を行った。設計したフィルタの使用
は、フィルタ次数 2 N = 50 、通過域端正規化周波数  p = 0.1 、通阻止域端正規化周波数 s = 0.2 、多項式次数 L = L = 2 、多項式係数を削減するパラメータを K = 2 とした。また、高い減衰量部分を

図2

振幅特性 (  = 0.4 、  = 10 )図3

振幅特性 (  = 0.44 、  = 100 )幅  = 0.2 とし、可変パラメータを変化させる範囲
を  = 10～100 、  = 0.36～0.44 とした。
図 2 と図 3 に、SDP 法を使用した無限語長設計法で得られたもの、SDP 法で得られたものを単純に 16bit で丸めたもの、提案法によって得られた可変フィルタの振幅特性を示す。これらの図より
パラメータの値に従って特性が変化していることがわかる。また、提案法を使用することで単純に係数を丸めたフィルタより阻止域の減衰量が改善できていることが確認できる。表 1 に設計時に評価点として設定した  における最大誤差の値を示す。この表より明らかなように、数値的にも提案法を用いることで単純に係数を丸めたものと比較すると良好な結果が得られることがわかる。
また、実装方法に関して考察する。今回の設計表1法で得られるフィルタは、多項式係数の削減を行っていない場合と構造的には大きな変更は行っていない。その結果、farrow を用いることで乗算器を削減できることからリアルタイム性を考慮した実装ができるものと考えられる。
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計１件）[1] Toma Miyata，Hidehisa Asou，Naoyuki Aikawa，
Design Method for FIR Filter with Variable
Multiple Elements of Stopband Using Genetic
Algorithm ， 2018

IEEE

23rd

International

Conference on Digital Signal Processing (DSP)，
査読有，3Q-3-44- = 10 = 56
 = 100

最大誤差の比較

16bit に丸めたもの

提案法

0.006200.005370.01094

0.00903

0.01866

0.00951

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：高校期の運動部員におけるキャリアチェンジに関する検討－男子バレーボール部員を対象として－研究代表者：高野 修
小区分：スポーツ心理学

キーワード：学校運動部活動、スポーツ・キャリアチェンジ

１．研究計画の概要の尺度であるスポーツ行動診断検査を追加し、被本研究は、高校期の男子運動部員のうち、バレ 験者のスポーツ行動と対比してその要因を検討でーボール部に所属している生徒・学生を対象とし、きる質問紙を作成することができた。
特に高校入学後に初めて同種目に取り組んだ部員 【②作成した質問項目の妥当性を検証するためのに対して、それまでに取り組んできた競技を断念 予備調査の実施】
して新たな種目を始めたきっかけを明らかにする

本校バレーボール部員を対象に作成した質問紙ものである。研究代表者の勤務校近隣の中学・高 を用いて予備調査を実施した。対象者のうち半数
校男子バレーボール部の登録数は現在高校の方が 以上は中学校在学時にサッカーや野球といった他多い状況にあり、このことからも高校期より新規 の球技系運動部に在籍していたことから、今回のにバレーボールを始めた者が多いことがわかる。 調査対象として望ましい学生である。質問項目のこれらの部員が自身の競技種目を変更する、いわ 妥当性について統計学的な検証は実施できていな
ゆるスポーツ・キャリアチェンジに至った経緯を いが、「中学校にバレーボール部がなかった」
調査することで、高校生の部活動選択における必 「高専入学を機に新しいことを始めてみたかっ要条件を確認することに繋がると考えている。

た」などの記述が見られ、こちらの仮説通りの結すでに多くの調査において、高校期より新しい 果が得られた。
スポーツ競技に取り組むきっかけとして「新しい 【③効果が検証された質問紙を用いての本調査】事にチャレンジしたかった」という要因が挙げら

明確な効果が検証できた訳ではないが、予備調れているが、この点が競技意欲との相関において 査で用いた質問紙を使用して関東信越地区の高等
中学－高校期に同じスポーツ競技に取り組んだ運 専門学校 4 校ならびに東京・神奈川地区の高等学
動部員と何らかの違いがあるのかを明らかにする 校 4 校の男子バレーボール部員に対し本調査を実施した。各校の協力により 100 名を超える調査デことが本研究の主な目的となっている。

ータを収集することができた。
２．課題研究の進捗状況及び達成度【④データ分析ならびに競技非継続要因の抽出】

本研究では以下①～③のプロセスを経ることにようやく本調査が終了したばかりで調査データ

より、高校生および同年代の生徒・学生が新しい の分析には着手できていない。次年度早々にはデスポーツに取り組もうと考えたきっかけや要因を ータ分析を完了させ、運動部に所属する学生・生
明らかにし、また、それらと競技意欲や競技志向 徒が中学期から高校期に移行する際に種目を継続性との相関を検証することによって同じ種目を継 もしくは変更する要因を明らかにしていく。
続した生徒・学生との違いを解明することを目指した。

３．代表的な研究成果【①競技非継続要因を明確にするための質問紙の 〔雑誌論文〕（計１件）[1] 高野修 , 庄司直人 , 水野基樹：「リーダーの作成】
先行研究を基に中学期から高校期に移行したタ

リーダーシップ能力と運動部員の活動意欲とイミングで、運動部活動に所属しながらも新たなの関連」 , 働態研究のツール集 ,pp.79-83, 人

種目を始めた学生・生徒が何をきっかけにそれま

類働態学会 ,2019

で取り組んだ種目の継続を断念したのか、その要因を見い出す質問項目を設定した。その後、既存-45-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：欠陥エンジニアリングによる赤外発光チタニアの合成と発光メカニズムの解明
研究代表者：黒木雄一郎

小区分：無機材料および物性関連
１．研究計画の概要

２．課題研究の進捗状況及び達成度

酸化チタンは多様な用途に使われている代表的

添加したクロムは、酸化雰囲気などの特殊な環な機能性材料である。最近、クロムを添加した酸 境下では 6 価クロムになる可能性があり、安全性
化チタンが紫外線励起により赤外発光を示すこと において不安がある。従って、実用化には安全性が報告された。有機分子を用いた蛍光体では得ら の高い材料でセキュリティインクを作製する必要れない超巨大なストークスシフトは、太陽電池用 がある。昨年までの課題研究にて、図 1 に示すよ
波長変換材料や不可視セキュリティインクとして うにクロムを添加していない酸化チタン粉末やアの応用が期待できるが、発光強度の増大や波長チ ルミニウムを添加したものを熱処理することでもューニングが必要である。これまでの実験結果か 赤外発光が得られることを明らかにした [1] 。無ら、この赤外発光は、クロムイオンが形成するエ 添加の酸化チタンの発光強度は、クロムを添加しネルギー準位ではなく、酸化チタンの真性欠陥に たものよりも約 5 分の 1 で、アルミニウムを添加よるものと予想している。本研究では、酸化チタ したものより 2 倍の発光強度であった。以上の結ン結晶における真性欠陥構造をラマン散乱測定、 果より、クロム無添加試料でも赤外発光を示した
極低温フォトルミネッセンス測定および第一原理 ことから安全性の高い無機セキュリティインクの計算により解析するとともに、赤外発光メカニズ 可能性が示唆された。
ムを解明することを目的とする。これまで述べて[10 ]

きた予想を元に、 XRD およびリートベルド解析に

20

+2

R. T.

よる結晶構造の精密化、電気伝導度・ラマン散
乱・極低温PL測定よる欠陥構造の推定、および電Cr : 0075[at%]15

Intensity / a. u.

子状態計算を行い、赤外発光のメカニズムを解明する。欠陥構造を推定することで、欠陥に起因したエネルギー準位とその密度のコントロールが可能となる。また、より効率的な欠陥の導入方法に関する指針を得ることで、発光強度の増大や発光波長のチューニングなど実用化に資する試料の合105Al : 0.1[at%]成が可能になる。さらに、表面状態の制御により、インクとした場合の散媒分散への安定性の制御な無添加
0

ども期待できる。「欠陥エンジニアリング」によ700

り実用的な赤外発光を示す酸化チタンを合成する

800

900

1000

Wavelength / nm

ための指針を得るために本研究課題では様々なク
ロム濃度や処理条件で試料を合成し、 XRD 、リー

図1

室温における種々の試料の赤外発光

トベルト解析により試料の結晶構造の精密化を行うとともに、極低温での発光特性を調査し、局所的欠陥構造を推定する。

また、クロム添加、アルミニウム添加および無添加の全ての試料で同じスペクトル形状であった。
従って、得られた発光はクロムイオン特有のもの
ではなく、結晶内の真性欠陥が関係しているものと考察した。

-46-

次に、低温PL測定の結果からは、いずれの試料も250K～室温において発光強度が急激に低下する
Intensity / a. u.

ことを明らかにした。作製した粉末試料の中で最も高い発光強度を示したクロム添加酸化チタンの30K でのスペクトルを図 2 に示す。
+2

[10 ]

15

10

3

10

2

10

1

10

0

ピーク1
ピーク2
ピーク3
ピーク4
ピーク5

30K

Cr:0.075at%

0.01

0.02

0.03

Intensity / a. u.

T-1 / K-1

②

図3

10

のアレニウスプロット

④

①

5

表1
③

⑤

1.4

1.5

ピーク名
ピーク 1
ピーク 2
ピーク 3
ピーク 4
ピーク 5

1.6

Photon energy / eV

図2

クロム添加酸化チタンの各発光ピーク強度の活性化エネルギー

01.3

クロム添加酸化チタンの各発光ピーク強度

クロム添加酸化チタンの 30K での発光スペ

クトル

活 性 化 エ ネ ル ギ ー [eV]
0.313
0.352
0.043
0.026
0.332

図 2 のスペクトルを 5 つのピークに分離した後、0.352 eV

各ピーク強度のアレニウスプロットを行った。更
1.18 eV[5]ークの活性化エネルギーを求めた。

𝐼=

𝐼0
1 + 𝐴𝑒𝑥𝑝

−𝐸a
𝑘B 𝑇

VO∙∙

1.50 eV(1)

3 eV
1.47 eV′′′′VTi

ここで I0 は0[K]における発光強度、 A は任意定数、0.352 eVEa は発光の活性化エネルギー [eV]、 kB はボルツマ
ン定数 1.38064852 × 10-23 [m2 kg s-2 K-1] 、 T は測
定温度 [K] を示す。図 3 にクロム添加酸化チタン

図4の各発光ピーク強度のアレニウスプロットを示し、位
表 1 にそれらの活性化エネルギーをまとめた。図3 より、発光強度が急激に変化しているグループ( ピーク1,2)と緩やかに変化しているグループ( ピーク3,4)があった。表 1 より、赤外発光強度が最も高いピーク 2 の活性化エネルギーは0.352[eV] であることがわかった。

EC?

に、 (1) 式をフィッティングすることで各発光ピ

1.15 eV[6]?

EV

発光に寄与する酸化チタンのエネルギー準

Nowotny らのグループは、1000℃で熱処理した
無添加酸化チタンにおいて最も高濃度の真性欠陥′′′′)
は 2 価の酸素空孔(VO∙∙ ) と 4 価のチタン空孔(VTiであることを報告している [2] 。また、 4 価のチ
タン空孔は価電子帯上 1.15eV にアクセプター準位を形成すると報告している [3] 。 Cronemeyer らのグループは、 2 価の酸素空孔が伝導帯下端より
1.18eV下にドナー準位を形成すると報告している[4] 。以上の報告と本研究で得られた活性化エネ
ルギーより予想した酸化チタンの真性欠陥のエネ-47-

ルギー準位を図 4 のように提案する。ここに示すように、本課題研究で得られた酸化チタンの赤外発光は、 2 価の酸素空孔と 0.352[eV] の活性化エ
ネルギーを有するアクセプター準位、もしくは 4価のチタン空孔とドナー準位が関与した赤外発光である可能性が示唆された。
参考文献[1] 菊池優宏 , 黒木雄一郎, 大学コンソーシ

アム八王子学生発表会 , 要旨集 (2017) 172[2] J. Nowotny, Energy Environ. Sci.,1 (2008)
565[3] F. M. Hossain, G. E. Murch, L. R. Sheppard
and J. Nowotny, Adv. Appl. Ceram , 106(2007) 95[4] D. C. Cronemeyer, Phys. Rev., 113 (1959)
1222
３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計１件）[1] 黒木雄一郎, , 澤蒔音, ,“ 近赤外発光を示す酸化チタンの合成とセキュリティインクへの応
用 ” , セラミックス , 査読無し ,53 (2018),,88 -888.
〔学会発表〕（計１件）[1] 澤蒔音, , 黒木雄一郎, ,” 熱処理した無添加酸化チタンにおける赤外発光メカニズムの検討 ”
日本セラミックス協会第,11回秋季シンポジウ
ム講演予稿集,, (2018),1W08.

-48-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 28 日現在

研究課題名：リン酸三カルシウム/ポリ乳酸複合材料の分子配向及び力学的特性に及ぼす延伸の影響研究代表者：坂口 雅人
小区分：材料力学および機械材料関連
表面における配向係数の評価を行った． Fig. 2 に

１．研究計画の概要
本研究では完全生体吸収性プラスチック複合材

FTIR によって評価した各延伸温度における配向係数を示す．ここで， 0 ～10 %，20～30 %，40～

料 (PBPC : Perfectly Bioabsorbable Plastic

Composites) を用いた骨固定デバイスの適用領域 50 %はそれぞれ Fig. 3 に示す試験片の長さを拡大を目指した． PBPC としてリン酸三カルシウ

100 % としたときの長手方向の測定位置A, B, Cに

ム / ポリ乳酸 (TCP/PLA) 複合材料を対象として， 対応する．この結果，延伸温度60～ 80 ºC の配向
押出延伸による分子配向によって力学的特性の向 係数は未延伸の -0.159 となっており，ほとんど配上を試みた．このために，延伸した粒子充填複合 向していないことが示された．一方で，延伸温度
材料における母材分子配向挙動の解明と粒子充填

50 ºC で延伸した試験片の測定位置40～50 %にお複合材料の力学的特性に及ぼす延伸の影響を通し いて配向係数が 0.294 であることが示された．して完全生体吸収性プラスチックス (PBPC) の力学 かし，引張強度とは異なり，延伸温度との明確な的特性に及ぼす延伸の影響を解明することを目的 相関は見られなかった．これは配向係数の評価がとした．このために，各条件で延伸した試験片表面のみであることが原因と考えられる．

TCP/PLA 複合材料の配向係数の測定によって母 材料表面に生じる応力は平面応力状態となるため，
材分子配向挙動を調査した．そして，より短期間 材料内部よりも低くなる．このため，材料表面でで成形条件を最適化するために延伸や配向制御に は加熱により軟化した部分への荷重が伝達されずよって生じる分子配向のシミュレーションを行っ に配向が低くなったと考えられる．
た．

以上より，延伸によって引張強度を向上させることができ，延伸温度が低いほど配向係数が増加

２．課題研究の進捗状況及び達成度

し，引張強度が向上した．しかし，配向係数は最本年度は卒研生・サポート学生と研究協力者で も低い延伸温度 50 ºC においてのみ増加したため，ある小林先生，荻原先生及び当該研究室学生の手 延伸温度との明確な相関はみられなかった．
を借りて下記に示す調査を行った．
２－１ . 延伸したポリ乳酸の力学的特性調査
本研究の基礎調査としてポリ乳酸単体に対して引張による延伸を行い，力学的特性を調査するた
めに引張試験を行った．延伸条件として延伸温度に着目し，延伸温度を 50, 60, 70, 80 ºC に変化させて延伸を行った．
延伸したポリ乳酸の引張試験において得られた
応力 - 時間線図を Fig. 1 に示す．この結果，延伸
温度とともに引張強度は低下し，延伸温度 80 ºC
では未延伸試験片よりも引張強度が低いことが示 Fig. 1 Tensile stress – time curves of drawn PLA

specimens which drawing at 50 to 80 ºC.

された．
延伸によって生じる分子配向を評価するためにフーリエ変換赤外線分光計 (FTIR) を用いて試験片-49-

Fig. 2 Orientation function of drawn PLA specimens

which drawing at 50 to 80 ºC.
Fig. 4 True compression stress – strain curves of PLA
and TCP/PLA billet.
Table 1 Mechanical properties of PLA and TCP/PLA
billet which heated to 130 ºC.

Fig. 3 Schematic view of drawn specimen.

Elastic Modulus [MPa]Yield Stress [MPa]２－２ . PLA と複合材の円筒形ビレットの押出延 n Value
伸の解析結果を説明
Poisson’s Ratio
2-1 において，延伸による分子配向によって強PLA Billet

TCP/PLA Billet

5.22

181.9

0.0964

4.57

0.487

0.282

0.156

0.344

度が増加することが示された．そこで，骨固定デ(2) FEM を用いた押出延伸における変形挙動シミ
バイスの成形時の延伸手法である押出延伸におけ ュレーション
る配向挙動をシミュレーションするために有限要
Table 1 の値を用いてFEMにより押出延伸によっ
素法 (FEM) と分子鎖ネットワークモデルの連成解 て生じるひずみを求めた．押出延伸では円筒形ビ析を行った．
レットを絞り出すように変形させることによって延伸を行う．そこで， Fig. 5 に示すように計算負(1) PLA 及び TCP/PLA ビレットの高温下圧縮試験 荷を軽くするために軸対称モデルを用いて，弾塑連生解析に先立ち，押出延伸での材料物性を延 性解析を行った． Fig. 5 のモデルの寸法は延伸比伸温度下での圧縮試験により取得した．圧縮試験 ごとに Table 2 に示す寸法に設定し，塑性領域におは押出延伸を行うことができた最も低い延伸温度 ける構成式は n 乗硬化則を用いた．
である 130 ºC で行った．試験片には PLA 単体とPLA 単体の押出延伸においてFEMにより得られ
TCP の含有率15 mass%の TCP/PLA 複合材料を直径 た軸方向真ひずみのコンター図を Fig. 6 に示し，
6 mm ，長さ 10 mm に成形した円筒形ビレットを TCP/PLA 複合材料におけるコンター図を Fig. 7 に使用した．この結果得られた真応力 - 真ひずみ線 示す．また，各コンター図の軸方向中央部分の軸図を Fig. 4 に示し，ここから得られた力学的特性 方向真ひずみの半径方向分布を Fig. 8 に示す．
及び周方向と長手方向のひずみ測定から得られた
ポアソン比を Table 1 にまとめる．

Fig. 6 ～ 8 より，延伸比とともに延伸したビレッ
トに生じるひずみが大きくなることが示された．
また，半径方向のひずみ分布を比較すると延伸比
1.3 ～ 4 において半径方向位置 0 mm の中心軸付
近よりも2.5 mmの表面部分においてより大きなひずみが得られることが示された．これは押出延伸
により延伸する際の材料の流動距離が中央部分よりも表面部分の方が長いために引き延ばされたた-50-

めと考えられる．

Fig. 5 Geometry of simulation model.
Table 2 Dimension of modeling for extrusion ratio 1.3 to
8.

Fig. 7 Contour view of axial true strain in extruded

Extrudsion

l

d1

d2

d3

R

Ratio

mm

mm

mm

mm

mm

1.3

30

7.5

7

2

21

9

8.5

3

16

11

10.4

6

0.5

4

13

13

12

8

7

17.5

17

TCP/PLA billets (15 mass%) at extrusion 1.3 to 8.

Fig. 8Axial true strain distribution in extruded PLA and
TCP/PLA billets.
(3) 分子鎖ネットワークモデルを用いた押出延伸における配向挙動シミュレーション(2) において得られたひずみから分子鎖ネット
ワークモデルの一つである擬似アフィンモデルを用いて配向係数を算出した． Fig. 8 のひずみ分布に対して擬似アフィンモデルを適用し，配向係数
分布を算出した結果を Fig. 9 に示し，各成形条件
Fig. 6 Contour view of axial true strain in extruded PLA
billets at extrusion 1.3 to 8.

での平均を取り，配向係数の測定値と比較した結果を Fig. 10 に示す．ここで，配向係数 1 は分子鎖がすべて延伸方向に配向した完全配向状態を示し，配向係数 0 は分子鎖がランダムな方向に配向した-51-

無配向状態を示す．この結果，配向係数は延伸比

荻原慎二，分子動力学法を用いたポリ -L- 乳

とともに増加し，延伸比 8 において 0.8 以上と非酸力学的特性に及ぼす分子鎖変形挙動の影響，常に高い配向状態を示した．また， Fig. 10 で延伸

日本複合材料学会誌，査読有， Vol. 45 ，pp.

比 2 における配向係数の解析値と実験値と比較す

34 - 40.

ると解析値は実験値よりも高い傾向が示された．
これは配向緩和が原因と考えられる．高分子材料 〔学会発表〕（計 4 件）をガラス転位温度以上に加熱するとミクロブラウ (1) 坂口雅人，後藤広夢，平織炭素繊維強化ポリン運動により分子鎖が動きやすくなり，延伸によ乳酸の力学的特性に及ぼす母材結晶化度の影って配向することができる．しかし，分子鎖を配響，山梨講演会講演論文集，査読無， DVD

向させるとエントロピーが減少するため，延伸後

データでの配布に荷重が除荷されると無配向状態に戻ろうとする．(2) 坂口雅人，小林訓史，自己強化ポリ乳酸スクこのために配向係数が減少したと考えられる．従リューの強度に及ぼす延伸前成形手法の影響，って，今後は分子動力学解析によって配向緩和挙

日本機械学会 M&M材料力学カンファレンス

動を調査する必要があると考えられる．

講演論文集，査読無， PDF データでの配布(3) Masato Sakaguchi, Mao Otsu, Satoshi Kobayashi,
Analytical Comparison of Orientation Behavior inPoly(lactic acid) Billet and -tricalcium Phosphate/Poly(lactic acid) Composite Billet in Extrusion,
Sixth International Conference on Multifunctional,
Hybrid and Nanomaterials ，査読無，P1.033,
Sitges, Spain, March 2019(4) 坂口雅人，井田裕基，小林訓史，エポキシ接着剤を用いた炭素繊維強化プラスチックスと異種材料の接着特性における硬化剤の影響，
日本機械学会関東支部

第25期総会・講演会

講演論文集，査読無， PDF データでの配布
Fig. 9 Orientation distribution in extruded PLA and※ (3) に関しては要項集等がないため，著者名，

TCP/PLA billets.

発表タイトル，学会名，査読の有無，講演番号，
講演場所，講演年月を記載

Fig. 10 Comparison between analytical and experimental
orientation function.
３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計１件）(1) 畑健輔，坂口雅人，喜多村竜太，小林訓史，-52-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 26 日現在

研究課題名：ループ式多端子直流送電を用いた次世代洋上発電システムの研究研究代表者：山下健一郎

小区分：地球資源工学およびエネルギー学関連
１．研究計画の概要

力発電装置を提案する。本件等では同発電装置の当該研究では次世代洋上風力発電システムとし 構成や動作について検討を行い，実現可能性調査て期待されている直流直列接続方式の風力発電シ を行う。
ステムの一つとしてループ式多端子直流送電シス
テムを提案し，同システムについて種々な検討を ２．課題研究の進捗状況及び達成度
行っている。先行研究では提案システムの実現可

各研究計画についての進捗状況及び達成度は以能性調査のひとつとして，供試装置を製作し，基 下のとおりである。
本的な定常特性を明らかにした。当該研究では①
達成度 100%「システムの無効電力の調整範囲や動作可能範囲 ①などに関する検討 」， ②「自励式同期発電機を用システムの動作範囲等について検討を行った結

いた風力発電装置の過渡特性解析や制御系の設

果，高調波除去のために採用した三巻線変圧器の計 」， 及び③「マグナスタービンを用いた越波式 巻数比を調整することにより，無効電力の供給範
波力発電装置の提案・開発」を行った。以下，詳 囲やシステムの動作可能範囲が拡大することなど
細を説明する。

が明らかとなった。また，同研究成果については国際会議（ ICEMS 2018 ）で発表した。

①システムの無効電力の調整範囲や動作可能範囲などに関する検討

達成度 50%②

本システムはサイリスタインバータを採用して供試装置を製作し，実験を行った結果，自身でいるため，信頼性が高い反面，高調波が発生する 発電した電力の一部を用いて自己励磁することが問題や転流失敗による動作範囲の制限を受ける問 できた。しかしながら，低電圧，大電流時には発題が生ずる。前者については先行研究で提案した 電機の漏れインダクタンスにより，ダイオード整特殊三巻線変圧器の働きにより，高調波を完全に 流回路（発電機出力を直流電力に変換するために除去することができる。当該研究では同変圧器の 用いる）の転流が瞬時に行なわれない電流重なり
定常特性に及ぼす影響について実験だけでなく， が大きくなるため，これによる高調波ひずみによ理論を含め検討を行う。

って励磁できる範囲が制限されることが分かった。
同研究成果の一部は合同研究発表会にて発表した。

②自励式同期発電機を用いた風力発電装置の過渡 このような致命的な問題が生じたため，制御系の特性解析や制御系の設計設計等を行うことはできなかったが，同問題の改

自励式同期発電機を用いた風力発電機について 善法や本発電装置の特性解析については引き続き検討を行うため，供試装置を作製し，実験的な検 検討を行い，次年度の学会等で発表する予定であ討を行う。また，制御系の設計等についてはシミ る。
ュレーションソフト PSIM を用いて検討を行う。
③③マグナスタービンを用いた越波式波力発電装置の提案・開発達成度 30%越波式波力発電装置の開発にあたり，本装置の主要部分であるマグナスタービンについて再検討

マグナス効果により駆動するマグナスタービン を行った。先行研究で開発したマグナスタービンを用いた新しい波力発電装置として，越波式の波 のブレードの自転には電気的な動力が必要である-53-

ことから，簡略化，信頼性の向上を目的に，簡易な機械式のブレード回転機構を提案した。同シス
テムについては次年度の学会や展示会で発表する予定である。
３．代表的な研究成果
本研究における主要な研究成果として，次の項目があげられる。①ではシステムの供試装置，変圧器の巻数比を変えた際のシステムの動作特性。
②では発電システムの供試装置，同発電システム
が低電圧時（低風速時）に動作困難になるという問題点の抽出。③マグナスブレードの新しい機械的な回転機構。
〔学会発表〕（計１件）[1] Ken-ichiro Yamashita, Gai Tsukamoto, andShoji Nishikata, ”Steady-State
Characteristics of a Wind Farm Using a
Line-Commutated Converter High- Voltage
Direct Current Transmission System without
AC Harmonic Filters,” 2018 21stInternational Conference on Electrical
Machines and Systems (ICEMS), Oct 7-10,
2018

-54-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：金ナノ粒子を用いた赤外レーザ表面改質によるオンデマンド成膜プロセスの開発研究代表者：山口

貢

小区分：材料加工および組織制御関連
速度 5 mm/s ，デフォーカス 0 mm の条件でレー

１．研究計画の概要

携帯機器・自動車用のコネクタ，スイッチなど ザ照射を行い，金ナノ粒子焼結膜を形成した．
の電気接点部品上への表面処理について，金ナノ

レーザ焼結後の金ナノ粒子膜をマイクロスコー

粒子を用いたインクジェット技術およびレーザ表 プで観察した後，曲げ戻し‐ピール試験を行い，面改質を組み合わせた新しい成膜プロセスの開発 金ナノ粒子膜と基材との密着性を評価した．
を目的とする．本年度は，「①赤外レーザによる

図１に曲げ戻し‐ピール試験後の焼結膜の拡大

電気接点材料上への金ナノ粒子焼結膜形成の検像を示す．図中の破線は曲げ戻し領域を示す．ま

討 」， 「②レーザ焼結過程における金焼結膜の結 た，図は 50 ℃で仮乾燥した後に各種条件でレー晶構造変化と電気的特性との関連性の解明」の二 ザ照射した時の結果である．レーザ出力 20 W で点を追究する．本プロセスを実用化させることにより，電気接点部品の低コスト製造を実現させ，

P = 20 W

P = 40 W

海外に対する価格競争力を強化する．
２．課題研究の進捗状況及び達成度
２．１

赤外レーザによる電気接点材料上への金
50 m

ナノ粒子焼結膜形成の検討（達成度 60%）50 m
P = 50 W

P = 30 W

本研究では，電子機器用のコネクタなどのばね材料として広く用いられているリン青銅板材（ JIS C5210 ， 25 × 20 × 0.25 mm ）を基材として用いた．基材表面には，金ナノ粒子膜への下50 m

地銅の拡散防止のために電気ニッケルめっき（厚さ 0.8 ～ 1.5 µm) を施した．

図１

金ナノ粒子分散液には，ハリマ化成グループ株

50 m

曲げ戻し‐ピール試験後の焼結膜外観（仮乾燥温度 50 ℃）

式会社製金ナノ粒子ペースト（NPG-J）を用いた．
金ナノ粒子ペーストに含まれる金ナノ粒子の平均P = 20 W

P = 40 W

粒径は 7 nm ，含有率は 57 mass% であり，粘度は 7.5 mPa ・ s である．レーザ装置には，パッシ
ブ冷却式ファイバカップリング型高出力半導体レーザを用いた．本装置は，最大出力 100 W ，波長915 nm の赤外レーザ照射が可能である．

50 m

50 m
P = 50 W

P = 30 W

本研究では，まず基材に4 µLの金ナノ粒子ペーストを塗布し，スピンコーター（ 2000 rpm × 1
min ）を用いて薄膜を形成した．その後，ホットプレートを用いて仮乾燥（ 50 ～ 100 ℃× 5
50 mmin ）を行った．仮乾燥は金ナノ粒子ペースト中の溶媒を除去することが目的である．仮乾燥後の金ナノ粒子ペーストに，出力 20 ～ 50 W ，照射

-55-

図２

50 m

曲げ戻し‐ピール試験後の焼結膜外観（仮乾燥温度 100 ℃）

は，試験後に焼結膜は殆ど剥離し，密着性は劣悪 し，治具を用いて曲率半径 R=1 mm のエンボス加であった．レーザ出力の増加に伴い試験後に残留 工を施した試料をオス型，板状試料をメス型としする焼結膜の幅は広くなり， 30 W では 460 µm ，た．エンボス加工試料では，基材上に下地ニッケ
40 W では 580 µm であった． 50 W では，焼結 ルめっきを施し，その後 0.3 wt%Co 金めっき (0.1 ，膜は優れた密着性を有するものの，基材表面に熱 0.5 µm厚 ) および金焼結膜を形成した．また板状試料では，下地ニッケルを施した基材上に 0.3

影響が発生した．

wt%Co 金めっき(0.5 μ m 厚 ) を形成した．エン

図２に曲げ戻し‐ピール試験後の焼結膜の拡大像を示す．図中の破線は曲げ戻し領域を示す．ま ボス加工を施した試料を，もう一方の板材試料にた，図は 100 ℃で仮乾燥した後に各種条件でレー 一定荷重を加えて摺動することにより，コネクタザ照射した時の結果である．レーザ出力の増加に のオスおよびメス端子が繰り返しはめあう状態を伴い，密着性は良好になる傾向にあり， 30 W で 簡易的に再現できる．試験時に試料に加える荷重
は 480 µm ， 40 ～ 50 W では 750 µm の膜が残 は 20 gf とした．また，ステージの摺動速度は 1留した．しかし， 40 W 以上では焼結膜に変色がmm/s ，摺動距離は 1 mm とし，摺動回数 500 回発生し， 50 W では熱影響が顕著であった．

まで評価を行った．接触抵抗の測定は四端子法を

これらの結果から，レーザ出力 30 ～ 40 W の 用い，測定電流は 10 mA ，開放電圧は 60 mVの条
場合に外観および密着性に優れる焼結膜が得られ 件で評価を行った．摺動回数の増加に伴う金ナノ
ることがわかった．また，仮乾燥温度が高い場合 粒子膜の接触抵抗値の変化を測定し，電気金めっに，曲げ戻し‐ピール試験後の残留膜の幅が大き き膜との比較を行った．
くなった要因については，仮乾燥時に金ナノ粒子

図３に金焼結膜および電気金めっき膜の接触抵

ペーストに含まれる溶媒成分が多く除去できるこ 抗値の比較を示す．図は，焼結膜（0.3 µm）およとにより，レーザ照射時に金ナノ粒子同士の焼結 び電気金めっき膜（0.1 µm，0.5 µm）が施されたの進行が促進されたと考えられる．

エンボス加工試料を用いた場合の結果である．ま以上の結果に加えて，焼結膜の SEM および断 た，図中の破線は下地ニッケルめっきの接触抵抗
面観察を行い，焼結状態，断面性状やピンホール 値を示している．図より，下地ニッケルめっきのの有無などを観察する予定であったが，達成でき 接触抵抗は 43 m Ωと大きく，表面に酸化皮膜をなかった．

形成しており，低荷重での電気接点として適していないことがわかる．摩耗試験初期段階では，焼２．２

レーザ焼結過程における金焼結膜の結晶 結膜の接触抵抗値は 20 m Ω程度と大きいものの，

構造変化と電気的特性との関連性の解明（達成度 往復回数の増加に伴い 5 m Ω程度と一定となり，40% ）電気金めっきと同程度となる．また，往復回数

電子機器用のコネクタなどの電気接点用途に要500 回においても接触抵抗値は小さい．これらの求される性能は，種々の使用条件に対応する接触機能を満たすこと，またそれを長期間にわたり保持する信頼性にある．コネクタなどの接点部品では低接触抵抗，耐摩耗性および耐食性などの特性が要求される．したがって，焼結膜の各種評価を行い，電気接点としての実用性を検討した．
本研究では，まず焼結膜の耐摩耗性および電気的特性の評価を行った．耐摩耗性評価においては，
往復運動摩耗試験，電子機器用コネクタ試験方法などを基にし，往復走行型の摩耗試験機を用い，電気接点部品の評価に用いられる挿抜試験を模した形式で評価を行った．また，耐摩耗性試験に併せて，四端子法を用いて接触抵抗の評価を行った． 図３
比較
まず基材からオス型とメス型の二つの試料を作製-56-

焼結膜および電気めっき膜の接触抵抗の結果より，焼結膜は電気金めっき膜と同程度の優れた電気特性を有することがわかる．
以上の結果に加えて， X 線光電子分光法（XPS）および X 線回折法（ XRD ）により，焼結膜の元素分析，結晶構造解析を行い，各種レー
ザ照射条件が金ナノ粒子のバルク化過程におよぼす影響について明らかにし，接触抵抗などの電気的特性との関連性を解明する予定であったが，達成できなかった．
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 1 件）
[1] 橋本晴亀 , 山口貢, “金ナノ粒子を用いた電気接点材料へのレーザ焼結プロセスの検討 ”,
第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表
会 , D113.

-57-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：異なった刺激を用いた自律神経活動制御方法の解明
研究代表者：森 幸男
小区分：感性情報学
１．研究計画の概要

かにすることはできないという問題点があった。

本課題研究は、人に癒しや快適さをもたらすと そこで、先行研究として、非可聴領域（超音波領されている２つの方法（ 1/f ゆらぎ刺激、磁気刺 域）における 1/f ゆらぎを刺激として用いて、刺激）を用いて、人の自律神経活動を制御する方法 激暴露時の自律神経活動を計測し検討を行ったを明らかにすることを目的として３つの点に着目[8] 。ここでは、刺激音として、図１のように、して実施した。本研究によって、自律神経活動の 40kHzの超音波正弦波を搬送波としたときの 1/f制御効果に学術的な意義を与え、人の健康維持や ゆらぎを振幅変調して生成した。また、比較のた増進といった分野への貢献を可能とする。本年度 め、白色雑音で振幅変調した刺激と変調なしの刺の研究では、①生体リズムと同期した刺激によっ 激を作成し、これらを各々120secずつ、休息を入てLF/HF尺度を小さくすること明らかにした。② れながら、平均の音圧 100dB 以上となるように被音刺激（ 1/f ゆらぎを含む）が自律神経活動を制 験者に提示した時の心拍変動を計測した。心拍変
御できるかについて、学校図書館において音刺激 動データよりLF/HF尺度を算出し、自律神経活動を BGM として用いて、図書館利用の目的（読書、を比較した。なお、被験者は 19 ～ 22 歳の男性
自習、休息）の促進効果を主観評価および実際の30 名である。また、順番の影響が出ないように

作業量の客観的データの視点から検討した。③交 被験者毎ランダムに提示順を変更した。結果を図
流電気磁気曝露によって、磁気曝露中と曝露後に ２に示す。図から、 1/f ゆらぎを刺激として用い
副交感神経が優位になることを皮膚電位活動、心 た場合、被験者のLF/HF尺度が大きくばらついた
拍変動活動から明らかにした。以下これらについ ことがわかる。このことは 1/f ゆらぎが被験者にて簡単に紹介する。

対して何らかの効果を与えることを示唆していると考えられた。しかしながら、自律神経活動が優

２．課題研究の進捗状況及び達成度

勢になるようなゆらぎの与え方については未解明

2.1であり、さらなる検討が必要となった。

1/f ゆらぎ刺激が及ぼす自律神経活動

昨年度までに、 1/f ゆらぎを有する音源による
自律神経活動については検討してきており、その例として文献 [1] のような成果を発表した。しかしながら、可聴域の音源では音楽に対する嗜好の影響によって、 1/f ゆらぎそのものの効果を明ら

図１

1/f ゆらぎ刺激

図２

-58-

刺激ごとの LF/HF 尺度値

示する。提示中による影響が出ないように、※印がつけられている区間をランダムに入れ替えて実験を行う。被験者の胸部に装着し他心拍センサから心拍変動を計測し、LF/HF尺度を算出する。
図４に各刺激に対するLF/HF尺度値を示す。また、表１に各区間の中央値と四分位範囲を示す。
表から、Synchronous 区間の中央値と四分位範囲が最も小さい値を示していることが分かる。これはこの区間の中央値と分散が他の区間よりも小さいことを表している。すなわち、心拍と同期した
トーンピップ信号を提示するとLF/HF尺度が低く
図３なる。また分散が小さいため、被験者全員の被験者の心拍に同期した刺激音を

LF/HF尺度が小さくなることを明らかにした。

生成するシステム
そこで、人の生体リズムに同期したゆらぎ信号

2.2

音刺激による自律神経活動を刺激音として用いることで、自律神経活動が制

ここでは、学校図書館において音刺激を BGM御できるのではないかと考え、その検証実験を行 (Background Music) として用いて、図書館利用のうことにした。図３に本研究で作成した実験シス 目的（読書、自習、休息）の促進効果を自律神経
テムを示す。被験者は心身ともに健康であると申 活動の計測と主観評価、および実際の作業量の客
告した 19 ～ 22 歳の男性 20 名である。無響音 観データから検討する。ただし、自律神経活動の室内にある簡易ベッドの上で半座位の体勢になり、計測装置が数量的に不足していたため、本年度は被験者の耳元において音圧レベルが 100dB 以上と まず主観評価と作業量のデータを基に検討を行っなるように刺激音を提示する。刺激音は次のよう た [2],[5],[6] 。
なシーケンスで提示する。
被験者は、 10 代の男性 8 ～ 12 人を対象としSynchronous ※→Rest→ No-modulation ※た。条件をそろえるため、測定時聞は 15:00 から→Rest→ synchronous

行い、被験者の疲労を避けるため 2 日聞に分けてこれらは各区間120secである。Restは休息区間、 行った。測定場所は、本校の図書館の窓側 4 人掛
Synchronous は被験者の心拍と同期したトーンピ けの席とした。スビーカーは被験者に向けて設置
ップ信号を提示、 Asynchronous は被験者以外の し、音量を暗騒音より少し大きく調整した。使用
心拍に同期したトーンピップ信号を提示、 Noした BGM は、先行研究で作業をしやすいと感じ
modulation は一定間隔でトーンピップ信号を提 たクラシック音楽に着目した。さらに、提示音源を単純な曲調（気分が高揚する音源）と複雑な曲
調（気分が抑制される音源）という視点で分類した。この分類は谷口の提案した感情価測定尺度(AVSM: Affective Value Scale of Music)[9] を用いた。音源の提示時聞は 5 分である。作業課題として読書と計算課題とした。図４、５に読書課題、
図３

表１

計算課題の結果を示す。グラフの縦軸はばらつき

刺激ごとの LF/HF 尺度値の影響を防ぐために中央値を取る。図から、各区間の中央値と四分位範囲

BGM がない方が作業しやすいという結果になっ

区間

中央値

四分位範囲

た。また、 BGM がある場合では、高揚下位の音Synchronous

0.618

0.622

源においてそれぞれの作業量が促進される結果とAsynchronous

1.245

0.983

なった。これらの結果は先行研究 [10] の結果を支

Rest

0.975

1.212

持しておらず、現段階では特徴を明確にすること

No-modulation

0.719

0.996

ができていない。今後、さらなる検討を行う必要-59-

た。数人での被験者による測定を行った。被験者には仰向けになってもらい、腕に皮膚電位計を装着した。そして、胸部に心拍センサを取り付け、首の後ろに交流電気磁気治療器を設置する。実験
シーケンスを図６に示す。実験開始と同時に心拍センサと皮膚電位計の測定を行う。図６に実験シーケンスを示す。なお、本実験では測定を安定させるため次のような実験条件を設けた。なお、被験者は 7 名である。
図４

読書課題時の尺度値と読書量の(1) 被験者が心身共に健康体である事

中央値の関係(2) 静かでなるべく音が入らない部屋で行う(3) 実験中なるべく体を動かさないよう指示(4) 被験者には実験中眠らないよう指示(5) 実験前、実験中に磁気を曝露することを隠す
ここで、 (2) ， (3) は被験者への刺激を防ぎ、刺激による数値への影響を抑えるための条件である。
また、副交感神経は睡眠によって大きく影響する
ため、 (4) の条件が必要となる。なお、先入観を排除するため (5) の条件を設けた。

図５

図７に SPL の変化を示す。図から、最初の磁気計算課題時の尺度値と計算量の曝露前の安静時間である section 1 では SPL の中

中央値の関係央値が 3.68[mV] になっているが、磁気曝露中であ

がある。
2.3

る section 2,3,4 に渡って徐々に低下していることがわかる。また、磁気曝露後でも同様に低下し磁気刺激と自律神経活動

本研究では、また、もう一つの刺激として磁気刺激（交流式電気磁気）に注目し自律神経活動について検討する [4] 。交流式電気磁気には血流改善効果がある事が報告されている。しかし自律神経活動との関係は解明されておらず、検討が望まれている。そこで、本研究では、交流式電気磁気の曝露による副交感神経活動の測定を皮膚電位活
動 (SPL) と心拍変動解析 (LF/HF尺度 ) との変化か
ら検討した。
本研究では、交流式磁気治療器を用いて交流式
電気磁気を曝露した時の、生体信号の変化を心拍ていることが確認できる。すなわち磁気曝露を行ってからすぐに反応し、副交感神経が優位になっていることがわかる。また、図８に LF/HF 尺度の変化を示す。図から、 section 1 と磁気曝露中のsection 2,3 では LF/HF 尺度の中央値は比較的高値を示し、ぱらつきも大きい。しかし、 section
4 からは LF/HF 尺度の値が低下し、ぱらつきも少なくなった。同様に磁気曝露後の section 5,6 でも中央値が低値で安定している。このことから、磁気曝露により時間差があるものの副交感神経が優位になることがわかる。
以上のことから、次のような知見を得た。

センサと皮膚電位計を通して観測する実験を行っ(1) SPL の変化から、磁気曝露中と曝露後に副交感神経が優位になる。
(2) LF/HF 尺度の変化から、磁気曝露中から曝露後にかけて副交感神経が優位になる。
ただし、本実験からでは実際の自律神経活動がどのようなっているのかが解明できていない。今後
さらなる実験を行い、交流磁気暴露と自律神経活

図６

磁気曝露の実験シーケンス動を解明する必要がある。

-60-

pp.183-186, 2018-09.
[2] 多田大希 , 中島竜馬 , 渡邉

志 , 白濱成希 ,中谷直史 , 冨田雅史 , 森

幸男, " 生体リズムに同期した刺激音による自律神経活動の治療システム ", 日本福祉工学会第22回学術講演会
講演論文集 , 査読無 , 303, 熊本高専（合志）,pp.45-46, 2018-11.
[3] 笠原淳一 , 森

幸男 , " 交流式電気磁気曝露による自律神経活動の一考察 ", 日本福祉工学会
第22回学術講演会講演論文集 , 査読無 , 304,
熊本高専（合志） , pp.46-47, 2018-11.
[4] 飯田莉玖 , 熊澤匠真 , 宮本和典 , 和田初枝 ,図７森SPL の変化幸男 , "図書館における目的作業を促進す

る BGM の一検討 ", 日本福祉工学会第22回学術講演会講演論文集 , 査読無 , 606, 熊本高専（合志） , pp.115-116 (2018-11)[5] 和田初枝 , 小川修二 , 飯田莉玖 , 宮本和典 ,森幸男 , "図書館利用における教育効果を高める音環境に関する一検討 ", 平成30年度工学教育研究講演会講演論文集（第66回年次大会） , 査読無, 3E08, 名工大, pp.458-459 ,2018-08.
〔その他〕（計 4 件）
[1] 第31回エイクレス研究会講演
図８

物理的刺激（ 1/f ゆらぎ音、磁気暴露）によ

LF/HF 尺度の変化

る自律神経活動について , アルカディア市ヶ谷 , 2018-11.

３．代表的な研究成果[2] Hiroki Tada, Yuta Samaki, Naruki Shirahama,〔雑誌論文〕（計１件）

Satoshi Watanabe, Yukio Mori, "Behavior of[1] Satoshi Watanabe, Ryouichi Takaue, Fenghui Yao,

autonomic nervous system derived from 1/f

Yuji Matsumoto, Hiroyuki Tsukamoto, Naruki

fluctuation sound sources in ultrasonic range",

Shirahama, Naofumi Nakaya, Yukio Mori, "Effects

Proceedings of the 5th IIAE Internationalof 1/f fluctuation music listening on autonomic

Conference on Intelligent Systems and Image

nervous system activity", Journal of the Institute ofProcessing 2017 (ICISIP2017), Hawaii, USA, 査読

Industrial Applications Engineers, 査読有, Vol.6,
No.2, pp.86-91, 2018-04.

有,SS1-2, pp.339-344 (2017-09)[3] 小川修二 , 田村陸王 , 和田初枝 , 森

幸男 ,"BGM を利用した図書館における目的作業促〔学会発表〕（計 5 件）

進の検討 ", 第30回バイオメディカル・ファジ[1] Hatsue Wada, Riku Iida, Shuji Ogawa, Kazunoriィ・システム学会年次大会講演論文集 , 査読

Miyamoto, Yukio Mori, "A consideration of effectof sound environments in libraries", Proceedings of
the 6th IIAE International Conference on Intelligent

無 , BMFSA2017-10, pp.33-36, 2017-11[4] 谷口高士，音楽と感情，第 5 章，北大路書店,

Systems and Image Processing 2018 (ICISIP2018),
Matsue, Shimane, Japan, 査読有, SS2-2,-61-

pp.89-117 (1999)

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：Eye Tracker を用いた日本語話者向け英語教材における効果的な日本語使用法の策定
研究代表者：真島顕子
小区分：外国語教育関連
１．研究計画の概要験を進めた。

本研究は、本科 1 ～ 3 年生（高校課程）を対象

結果として、被験者は (a)(b) どちらのワークシに、英語教材（特にワークシート）における最も ートにおいても、出題者の意図に沿った順で情報
効果的な日本語使用方法（割合）を、 Eyeを得ることができていることが分かり、問題を指Tracking System を使用して策定することを目的 摘することができなかった。また、「効果的な日とする。文部科学省は、高校課程における英語に 本語の使用方法（割合 ）」 という基準設定が不明
よる英語の授業（All English）を推進しているが、瞭で、分析自体が困難であること、視線情報を蓄
実質的な英語力向上に顕著にはつながっておらず、積されることが被験者にとって予想以上に抵抗が授業内容や方法について議論の余地が未だ十分に あることだということが分かった。
残っている。高校では取り扱う内容や文法項目がそこで、文字の割合が多いワークシートだけで高度になるため、高校教員は教材の使用方法や授 なく、筆者が所属する研究グループがこれまでに業の進め方について苦労をしている。本研究では、制作した ICT 教材も研究対象に含めることで、文日本語の使用を前提とした英語授業における日本 字の割合が比較的少ない環境における使用言語の語の使用割合ではなく、高校課程で求められてい 割合分析が可能かどうか模索した。しかし、る、All Englishに近い学習環境における、理解のEyeExpert は背景画が変化する環境での分析が難サポートとしての日本語の効果的な使用について しいことが分かったため、データを蓄積すること研究する。

ができなかった。
従って今後は、「効果的な日本語の使用方法

２．課題研究の進捗状況及び達成度（割合 ）」 の定義をより明確にすることを課題と

教材使用者の視線分析を行うため、 FUJITSUすることとした。また、先述の ICT 教材についての EyeExpert を使用し、実験を行った。現在授業 まとめ、学会及び論文発表を行った。
で使用している日本語表記のないワークシート(a) と、日本語表記のある市販のワークシート

３．代表的な研究成果(b) を用いて視線分析を行った。

〔雑誌論文〕（計 1 件）

EyeExpert は、ディスプレイ上の視線推移情報 [1] 真島顕子, 李盛姫, 川村春美, 大墨礼子 ,を収集する機器である。そのため、机上のワーク

ICT 教材デザインの一考察 , 全国高等専門学

シートを見ている視線の推移を追うことができな

校英語教育学会研究論集 , 査読有 , 第 38 号,

い。そこで、紙媒体のワークシートを画面上に貼

81-90, 2019

り付けた状態で実験を行った。画面上にワークシートデータを表示して実験することも可能であっ 〔学会発表〕（計 1 件）
たが、紙媒体のワークシートから得る印象と異な [1] 真島顕子, 李盛姫, 川村春美, 大墨礼子 ,った印象を得る危険性があったため、ワークシー

ICT 教材デザインの一考察, 全国高等専門学

トを直接貼り付ける方法を採用した。また、ワー校英語教育学会第 42 回研究大会要網, 査読

クシートが画面に貼り付けられているため、解答

無 , 10, 2018

を直接書き込むことができないので、被験者には口頭で解答してもらい、解答の正誤確認をした。
また同時に、解答時の心理状態を確認しながら実-62-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：開放量子系のダイナミクスにおける散逸とデコヒーレンスの制御研究代表者：真島 裕樹
小区分：数理物理および物性基礎関連
１．研究計画の概要

仮想的な自由度は，減衰に対する増幅，あるいは

我々は， Celeghini-Rasetti-Vitiello （ 1992 ） 元の系を時間反転した系と解釈することが可能での正準量子化の手法を拡張することで外力のある ある．我々は，自由減衰系の正準量子化の過程で散逸系を量子化し，散逸系の不安定な基底状態の 以下の事実を示した．自由減衰系のラグランジア
特徴づけを行った（ 2011 ）． これに対し，ンをルジャンドル変換して得られるハミルトニア

Galley （ 2013 ）は散逸系の量子化には自由度の ンは，減衰振動子系のハミルトニアンとは異なる．
倍化が本質的であることを示し，我々の手法の正 つまり，減衰振動子系のハミルトニアンにおいてしさを裏付けた．また，近年の共振器量子電磁力 質量ゼロの極限を取っても，自由減衰系のハミル学や回路量子電磁力学（回路 QED ）の理論・実 トニアンは得られない．また，自由減衰系を正準験に関する発展により，超強結合領域の理解が大 量子化し，正準変換により振動子表示に移行する
幅に進んでいる．そこでは，弱結合領域では無視 ことにより，減衰係数とバネ定数の比が直接的にできたカイラル項が本質的な役割を果たすが，こ ハミルトニアンの係数に現れ，この比の大小が系のカイラル項こそが量子系の散逸を支配すること の時間発展を支配する．さらに，量子化されたハを，申請者は以前の研究で指摘した．本研究では，ミルトニアンの固有値を解析すると，その中に複古典散逸系を正準量子化し，エントロピー変化を 素固有値が現れることが自然に導かれる．
見積もることで，ミクロなエネルギー損失（熱）

この事実から，我々は次の結論を導いた．真空に対する直観的な描像を与えることを目指すとと （基底状態）が不安定となる．これは，有限系でもに，回路 QED における強結合領域における量 も真空の非同値表現が存在することを示唆する．
子系の基底状態に関する性質を明らかにする．

また，ハミルトニアンはエルミート共役に対して散逸系を正準形式で扱うためには，ラグランジ 不変であるにも関わらず，非エルミートであるこ
アンの自由度を倍化し，仮想的な自由度は時間反 とを許容する．このことから，量子散逸系では，転する必要がある．私たちはこのラグランジアン ユニタリー変換と正準変換を区別する必要があるを正準量子化し，散逸系の量子論を求める一般的 ことがわかった．
な枠組みを与えた．本研究では，このようにして以上の結果の回路 QED への応用は，今後の課得られた散逸系の量子ハミルトニアンに，我々が 題である．
得た関係式（ entropy-Liouvillian relation ）を適用し，エントロピー変化を見積もる．これにより，３．代表的な研究成果
ミクロ系の熱（エネルギー損失）に対する直観的 〔学会発表〕（計 1 件）な描像を与えることができる．また，強結合領域 [1] 真島裕樹，質量ゼロの散逸系の量子化，日本が現れる回路 QED の基底状態を考察し，その時物理学会第 74 回年次大会（ 2019 ）， 査読

間発展，その中でも最も重要な基底状態の安定性

無，講演番号 16pS-PS-31

を明らかにする．
２．課題研究の進捗状況及び達成度
自由減衰系では質量が有限な減衰振動子系と同様に，自由度を倍加することで，時間を陽に含まないラグランジアンを構成することが可能である．

-63-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 29 日現在

研究課題名：マルチ光源下画像における灰色仮説判定条件の検討
研究代表者：川村春美
小区分：知覚情報処理関連
１．研究計画の概要のサイズが大きくても仮説を満たさない場合があ

複数の光源が照射する環境下における画像から，る一方，サイズが小さくても仮説を満たす場合も灰色仮説に基づいて照明光色を推定する手法を検 ある。即ち，小領域のサイズを固定にすることで討する。従来より，画像を格子状に分割し，各小 灰色仮説を満たす小領域の数を減らしている可能領域に対して一種類の照明光色推定法を適用する 性があると考えられる。
手法が主流であるが，適用条件が考慮されていないことが問題であった。昨年度までは，一種類の2.2 今年度の検討内容

みの照明光色推定手法の中でアルゴリズムが単純小領域に分割する際のサイズを複数種類とし，な灰色仮説に着目し，この仮説を満たす小領域を 分割サイズの異なる個々の画像から得られた照明
対象に手法を適用する手法を提案してきた。今年 光色を統合することで最終的な結果を求める。
提案手法の全体構成を図 1 に示す。提案手法は，度は，小領域のサイズや仮説の判定条件手法と推定精度への影響を明らかにすることを目標とする 全体で 5 つの処理，即ち， (a) 複数のサイズからなる小領域への分割， (b) 灰色仮説を満たす小領と同時に実画像に適用し推定精度を評価する。

域の抽出， (c) 得られた各小領域からの局所照明
２．課題研究の進捗状況及び達成度

光色の推定， (d) 局所照明光色のクラスタリング，

2.1 昨年度検討の課題

および (e) 各画像から得られた照明光色の統合か

画像を小領域に分割する際のサイズを固定して ら構成される。
いたが，実際には適切なサイズは不明である。一小領域に分割する際，画像内での小領域のサイ

般的には，小領域のサイズが大きいほど色数のバ ズは固定とする。以下の処理では，異なるサイズ
リエーションが豊富になり灰色仮説を満たすと判 に分割された画像毎に局所照明光色の推定からク定される傾向が高くなる。しかしながら，小領域 ラスタリングまでの処理を行う。各小領域の R,

画像内では小領域のサイズは固定(c)局所照明光色の (d)クラスタリング
推定(r11,g11,b11)
・・・

小
領
域
毎
に
灰
色
仮
説
判
定

(r1n,g1n,b1n)(r21,g21,b21)
・・・

画像(b) 小領域の抽出(r2m,g2m,b2m)(rk1,gk1,bk1)
・・・

・・・

(a) 小領域への分割(rkt,gkt,bkt)
仮説を満たす小領域

小領域毎に
照明光色推定図 1 ：提案手法の構成-64-

illum11
illum12
illum21
illum22(e)統合

illum1

illum2

illumk1
illumk2
照明光色推定照明光色のクラスタリングG, B成分毎の標準偏差に対し，少なくとも二つ以 式 (2) は，推定照明光色 illumest と照明光色の真値
上が閾値よりも大きい場合に灰色仮説が適用可能 illumcor から推定誤差θの計算式である。θが小さであると判定する。局所照明光色は，上記判定で いほど，推定精度が高いことを表す。
適用可能となった小領域の平均の色として求める。

 (illum est , illumcor )  illumest  illum cor  = cos−1 

ここでは，二種類の光源を前提とするため，局所照明光色の結果を k-means を用いて二つのクラス(2)

実験結果を表 1 （白色光源）および表 2 （赤系

タに分割する。この処理により，小領域のサイズが異なる画像毎に二種類ずつ照明光色が得られる 光源）に示す。表中の各数値は推定誤差θであり，ので，対応する照明光色同士を平均し，最終的な 色偏り画像とは 6 種類の画像を適用した際の推定結果が得られる。

誤差の平均である。

提案手法の有効性を確認するため，モンドリア

表1

ンパターンの画像を用いて照明光色の推定精度を

画像
ベース画像
色偏り画像
平均

評価する。モンドリアンパターンとは，様々なサイズの色紙を貼り合わせたようなパターンのことである。実験では，各領域の色（画素値）をSimon Fraser大学のサイト上の実験評価用データ

表2セットから表面反射率，照明光の分光特性，カメ算する。画像サイズは 512 × 512 画素とする。

(1)
上式では，ρ i( λ ) はシーン中の i 番目の物体
Camc( λ ) はカメラの分光感度特性であり，右下

従来手法
1.7°
13.4°
11.7°

提案手法
0.7°
11.2°
9.7 °

赤系光源の推定誤差（角度°）

画像
ベース画像
色偏り画像
平均

ラの分光感度特性を取得し，式 (1) に基づいて計の表面反射率， E( λ ) は照明光の分光分布，

白色光源の推定誤差（角度°）

従来手法
1.1°
16.3°
14.1°

提案手法
4.3°
10.4°
9.5°

表 1 ， 2 より，従来手法では，モンドリアンパ
ターンの色の偏りがあると，推定誤差が大幅に大きくなるが，提案手法では，従来手法と比較し誤の C はカラーチャネル R, G, B を表す。なお，積 差の増え方が小さい傾向が見られる。
分範囲Ωは可視光範囲であり波長λでの積分をした結果が画素値に対応する。
実験では，白色光源と赤系光源を図 3 に示す強度分布に従って，モンドリアンパターンに照射した画像を用いる（図 2 ）。 モンドリアンパターン

2.3 今後の課題
従来手法よりも推定誤差は小さいもののまだ十分な精度とは言えない。今後は，仮説判定条件の改善と光源種類が未知の場合の手法の検討が必要
は，平均すると灰色になるもの（ベース画像）に である。
加え，平均が赤，緑，青，赤紫，シアン，黄になるようにバイアスをかけた画像（色偏り画像，計

３．代表的な研究成果
6 種類）も用いる。なお，小領域は正方形とし， 〔学会発表〕（計 2 件）
１辺は 8, 16, 32, 64, 128, 256 ピクセルとする。
[1] Harumi KAWAMURA, Multiple Illuminants’
推定誤差は，照明光の色を 3 次元空間のベクト
Color Estimation using Layered Gray-World
ルと見なし，推定値と真値とのなす角とする。
Assumption, Proc. of IS&T International
1

1

白色光源

0

63

127

383

511

相対強度

相対強度

Symposium on Electronic Imaging 2019, 査
赤系光源

読有 , 3066560, pp.94.1-94.5[2] 川村春美，複数レイヤ型灰色仮説判定による
複数光源下画像からの照明光色推定手法の提x案，画像電子学会研究会予稿集，査読無，

水平方向の座標

図 2 ：実験画像

1803 ， pp.103-109

図 3 ：光源の空間強度分布-65-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 31 日現在

研究課題名：コッククロフト-ウォルトン回路を用いたパワーLED 式人工太陽光の点灯回路に関する検討
研究代表者：米盛

弘信

小区分：電力工学関連
１．研究計画の概要

回路の周波数を変動させた際のリップル率を示す。

本研究の最終目的は，室内における太陽光発電 抵抗値を変化させたとき，全ての周波数でリップの実験で必須となる人工太陽光をパワー LEDによ ルが増加することがわかった。さらに，出力電圧って実現することである。人工太陽光は，太陽光 変動・最大出力電流・リップル率の 3 つの観点かと近似したスペクトル成分を有し，かつ照射ムラ ら 10kHz で駆動させた場合に最も優れた出力が得を低減することが重要である。照射ムラを抑える られると判明した。
には，パワー LED を直列接続することで各パワー
LED に同一の電流を流すことができるため，発光 【全波整流型 CW 回路の多段接続】
全波整流型 CW 回路を高周波駆動した結果，駆強度を一律にできる。しかし，直列接続はパワー

LED の個数に比例して順電圧が高くため，点灯さ 動周波数を 10kHz とした場合に低い電圧変動，低せるには商用電源以上の電圧が必要となった。そ リップル率，高電流値の出力となることを明らか
こで，容易に直流高電圧が得られるコッククロフ にした。しかし，目標値であるパワー LED の駆動
ト - ウォルトン回路（ Cockcroft – Walton Circuit ： に必要な条件を満たしていない。そこで，出力電以下， CW 回路）を応用して点灯回路が実現でき 圧の増大を目標とし全波整流型 CW 回路を多段接ないか検討した。一般的に， CW 回路はμ A ～続して目標値が達成できるか検討を行った。

mA オーダの電流しか出力できずパワー LEDを点図 4 に周波数が 10kHz の場合の電圧変動を示す。

灯させるには不十分である。すなわち，本研究を 段数の増加に伴い電圧変動が大きくなることがわ
達成するためには， CW 回路の高電流出力を実現 かった。また，段数を増やした場合，最大でする必要がある。本課題は， CW 回路の出力電流

314V 出力されることがわかった。図 5 に周波数増大に取り組み，光源を評価する。ここでは，が 10kHz の場合の出力電流を示す。段数を増加さ

CW 回路の出力電圧・電流の目標値を 280V ・せると出力電流の増大に伴い出力電圧の変動が大600mAとする。

きいことがわかる。図 6 に周波数が 10kHz の場合のリップル率を示す。 3 段と 4 段の場合にリップ
ルが抑えられていることがわかった。また， 3 段

２．課題研究の進捗状況及び達成度

研究目標を達成するために，本年度は以下に示 と 4 段の結果から，段数が増加するとある程度のす項目について取り組んだ。代表的な成果の中か 段階で飽和するのではないかと示唆される。
以上のように全波整流型 CW 回路を多段接続さら重要なものを概説する。なお，詳細は研究成果

せ，周波数を 10kHz 一定として負荷抵抗を変化さの論文等を参照されたい。

せた際の出力電圧変動，リップル率を明らかにし【全波整流型 CW 回路の高周波駆動】

た。実験結果より，全波整流型 CW 回路は段数を

図 1 に CW 回路の周波数を変動させた際の電圧4 段にしたときが高出力電圧，かつ低リップル率変動を示す。抵抗値を変化させたとき，全ての周 となり，最も良い結果が得られた。
今後は，実際にパワー LED を接続して点灯実験

波数で電圧が変動することがわかった。また，最大で 90V の出力が得られることがわかった。図 2を行い，フリッカ等の評価を行う予定である。

に CW 回路の周波数を変動させた際の出力電流を示す。抵抗値を変化させたとき，全ての周波数で出力電流が増加することがわかった。図 3 に CW

-66-

図1

CW回路の電圧変動

図4

周波数 10kHz 時の電圧変動

図2

CW回路の出力電流

図5

周波数 10kHz 時の出力電流

図3

CW回路のリップル率

図6

周波数 10kHz 時のリップル率

３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 2 件）
1.

幅野岬太，米盛弘信：“全波整流型コックク 2.

幅野岬太，米盛弘信：“全波整流型コックク

ロフト - ウォルトン回路の高周波駆動に関す

ロフト - ウォルトン回路の高周波駆動 ”，

る一検討 ”， 第10回大学コンソーシアム八王

2018年（第36回）電気設備学会全国大会講演

子学生発表会プログラム集，pp.90-91

論文集， p.431 ，福井市地域交流プラザ(2018-12)(2018-09)-67-

課題研究費実績報告書
平成 31 年 3 月 19 日現在

研究課題名：単精度浮動小数点数環境にも有効な Thick restart Lanczos 法の改良研究代表者：木村欣司

小区分：数値計算手法
１． 研究計画の概要

𝑄𝑅 分解を適切に実装する。提案法の性能を調べ

自然科学の問題や工学の問題は、大規模疎行列 るために、単精度浮動小数点演算における数値実の指定した条件を満たす固有値と固有ベクトルの 験を行う。TRL法における三重対角化の際に、みを求める問題に帰着できる場合が多い。 Thick

LAPACK のSLARTGを採用すると、収束しない

restart Lanczos 法 (TRL 法 ) は、その目的を達成 場合がある。そこで、本稿で紹介した Givens 回する計算法である。クリロフ部分空間の生成とリ 転の複数の実装方法の中の最も適切な方法を三重
ッツ値・リッツベクトルの計算を交互に行い、所 対角化の際に採用する。これを従来法として比較
望の固有値と固有ベクトルに収束させる。しかし、実験を行う。 Givens 回転に基づく𝑄𝑅 分解を導
単精度浮動小数点数のような丸め誤差を多く含む 入する。𝑚 × 𝑛(𝑚 ≥ 𝑛) の行列𝐴 を𝑄𝑅 分解する環境では、収束が極端に遅くなるタイプの入力行 ことを考える。はじめに、 Givens 回転という直列が存在する。その原因は、クリロフ部分空間の 交変換を導入する。
生成とリッツ値・リッツベクトルの計算の両方において誤差が混入し、それが悪影響を及ぼすためである。前者については、誤差を考慮した計算法が知られているが、後者については知られていな

𝐺𝑘(𝑖𝑘 ,𝑗𝑘 ) =いため、後者の計算法の改良を行う。単精度浮動小数点数における収束の履歴が、倍精度浮動小数

1
0
⋮

0
⋱
0

⋯
0
cos(𝜃𝑘 )

⋮
⋮
(0

⋮
⋮
0

−sin(𝜃𝑘 )
⋯
⋯

⋯

⋯
⋯
sin(𝜃𝑘 )

0
⋮
⋮

0
⋮
⋮

cos(𝜃𝑘 )
0
⋯

0
⋱
0

⋮
0
1)

⋱
⋯

点数における収束の履歴とほぼ一致する程に丸め ここで、𝑐𝑜𝑠 (𝜃𝑘 ) は、第(𝑖𝑘 , 𝑖𝑘 ) 成分と第(𝑗𝑘 , 𝑗𝑘 ) 成
誤差の影響を受け難くなる改良法をTRL法に導入 分、𝑠𝑖𝑛(𝜃𝑘 ) は、第(𝑖𝑘 , 𝑗𝑘 ) 成分、−𝑠𝑖𝑛 (𝜃𝑘 )は、第
し、多くのテスト行列を入力行列としたとき、収 (𝑗𝑘 , 𝑖𝑘 ) 成分に、それぞれ存在する。
束が極端に遅くなるタイプの行列が存在しないよ⋮⋮𝑥𝑖𝑘√𝑥𝑖2𝑘 + 𝑦𝑗2𝑘
𝐺𝑘 (𝑖𝑘 , 𝑗𝑘 ) =
=
,
⋮
⋮
𝑦𝑗𝑘
0
( ⋮ ) ()⋮

うにする。
２． 課題研究の進捗状況及び達成度得られた研究成果について、以下に紹介する。
はじめに、 Givens 回転に基づく𝑄𝑅 分解につcos(𝜃𝑘 ) =いて、TRL法のリスタート時に適した方法を紹介

𝑥𝑖𝑘√𝑥𝑖2𝑘 + 𝑦𝑗2𝑘する。石田らは、 Householder リフレクタを用い, sin(𝜃𝑘 ) =𝑦𝑗𝑘√𝑥𝑖2𝑘 + 𝑦𝑗2𝑘

た𝑄𝑅 分解を用いて部分特異値分解の計算結果を ここで、cos( 𝜃𝑘 ) , sin(𝜃𝑘 ) を計算する際には、修正することで、 AIRLB 法におけるリスタート

LAPACK のxLARTGを用いる場合が多い。このを改良している。一方、本稿では、 Givens 回転 変換を用いると、行列の中に任意の 2 つの行またに基づく𝑄𝑅 分解を用いて、TRL法を改良する。 は列の特定の 1 つの成分を 0 に変換できる。この提案法では、まず、 Givens 回転に基づく𝑄𝑅 分

Givens 変換を行列𝐴 の左から複数回作用させる

解を用いて固有ベクトルを再直交化し、リスター ことで、上三角行列𝑅 を手に入れることができる。
トアルゴリズムで利用する。固有ベクトルの再直 𝑅 を得るまでに使った Givens 回転を逆の順番で交化のために、対角優位行列の固有ベクトルに対 合成することにより、直交行列𝑄 を手に入れるこする局在化の知識を用いて Givens 回転に基づく とができる。特定の 1 つの成分を0 にする戦略に-68-

は、さまざまな選択肢がある。ここで、TRL法における、収束の終盤に現れる𝑆𝑚 について考える。
収束の終盤に現れる𝑆𝑚は、対角成分以外の成分の値が絶対値の意味で非常に小さい行列である。
𝑆𝑚 に対する固有値分解は、𝑆𝑚 𝑌𝑙 = 𝑌𝑙 𝐷𝑙 と表せる。ここで、𝐷𝑙 : = [𝛾1 … 𝛾𝑙 ] と𝑌𝑙 ∶= [𝒚1 … 𝒚𝑙 ] は、それぞれ固有値と固有ベクトルを並べた行列である。特に、TRL法においては、収束の終盤に現れる𝑆𝑚 は対角行列に近づく。さらに、後述のAlgorithm 2 の 5 行目「Extract the required
eigenvalues 𝜸1 , … , 𝜸𝑙and the eigenvectors

𝒚1 , … , 𝒚𝑙 」のために、𝑌𝑙 の順序を適切に並び替える操作も行われる。この固有ベクトルを並べた行
列𝑌𝑙 に対する𝑄𝑅 分解の戦略は、収束の終盤では、𝑌𝑙 も対角成分以外の成分の値が絶対値の意味で非常に小さい行列になることを考慮すると、
𝐺(𝑛, 𝑛 + 1) ⋯ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)
図 1.

×⋯

Algorithm 1 ： Givens 回転の実装方法

× 𝐺(2,3) ⋯ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)
LAPACK のxLARTGに対する Algorithm 1 の利× 𝐺(1,2) ⋯ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)𝐴 = 𝑅とする。ここでは , 添え字𝑘 を省略した。最下段 点は、次の通りである。 Algorithm 1 によって計の𝐺(1,2), ⋯ , 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1), 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚) は、第1列目の非対角成分を0 にすることを目的としてい算されるcos( 𝜃𝑘 ) , sin(𝜃𝑘 ) ならびに √𝑥𝑖2𝑘 + 𝑦𝑗2𝑘 は、る。最下段から 1 つ上の𝐺(2,3), ⋯ , 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 −下の不等式1), 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚) は、第2 列目の非対角成分を0 に

0 ≤ cos( 𝜃𝑘 ) ≤ 1,
0 ≤ sin(𝜃𝑘 ) ≤ 1,することを目的としている。最上段の𝐺(𝑛, 𝑛 +1), ⋯ , 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1), 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚) は、第𝑛 列目のmax(|𝑥𝑖𝑘 | , |𝑦𝑗𝑘 |) ≤ √𝑥𝑖2𝑘 + 𝑦𝑗2𝑘

非対角成分を0 にすることを目的として計算する。
この戦略では、𝑄 は次のように計算できる。

を満たす。よって、上記の性質を要求される演算、

⊤

⊤

⊤

具体的には、TRL法における三重対角化において

⊤

⊤

⊤

重要な役割を果たす。逆に、上記の性質を要求さ⊤⊤

𝑄 = 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚) 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1) ⋯ 𝐺(1,2)× 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚) 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1) ⋯ 𝐺(2,3)

れない演算、具体的には、後述の Algorithm 2 の×⋯× 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚) 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1) ⋯ 𝐺(𝑛, 𝑛 + 1)⊤

8 行目においては、計算精度が高い LAPACK の

TRL法における固有ベクトル𝑌𝑙 は、𝑌𝑙 そのもので xLARTGを選択する。下線部の内容は、「 3. 代はなく、 Givens 回転を並べた上式を𝑄 として採 表的な研究成果」で紹介する Aoki らのプロシー用できる。計算機上で Givens 回転を計算する場 ディングスの内容と異なっており、本稿のオリジ
合、 LAPACK のxLARTGを用いる戦略以外にも、ナルの成果である。
次に、 Givens 回転に基づく𝑄𝑅 分解の方法を

オーバーフローやアンダーフローを考慮した
Algorithm 1 を採用する場合もある。 Algorithm

利用した新しいTRL法のリスタート戦略について

1 の 12 行目と 17 行目の二重下線部分において、紹介する。固有値分解におけるレイリー商
融合積和演算を採用することができる。

𝜌=を定義する。

-69-𝒙⊤𝑖 𝐴 𝒙𝑖
‖𝒙𝑖 ‖22𝜌 は、計算された固有ベクトルを𝒙𝑖とする場合、構成される。ここで、𝑌𝑙 は𝑚 × 𝑙 の行列である。
新しい戦略では、𝑌𝑙𝜌 = 𝑎𝑟𝑔 min‖𝐴𝒙𝑖 − 𝑧 𝒙𝑖 ‖22を直交化するために、𝑌𝑙 =𝑄𝑅 とする Givens 回転を用いた𝑄𝑅 分解を用い𝑧を満たす。この際、𝜌 は𝐴 の固有値𝜆𝑖 (𝑖 = 1, … , 𝑛)る。直交行列𝑄 を新しい𝑌𝑙 とすると、に非常に近い値となる。このレイリー商を利用し𝒀𝒍 ← [𝒚𝟏 , 𝒚𝟐 , ⋯ , 𝒚𝒍 ],た実装の詳細については、以下の通りである。

𝒀𝒍 = 𝑸𝑹,

TRL法では、小さい行列𝑆𝑚 の固有値分解が内部

𝒀𝒍 ← 𝑸(1)

で実行され、その結果を用いて、リスタートが行 と表される。𝑆𝑚 𝑌𝑙 = 𝑌𝑙 𝐷 を満たすために、レイリわれる。計算誤差を考慮しない限り、計算誤差に ー商をもちいて、[𝐷𝑙 ]𝑖,𝑖 を計算する。
[𝑫𝒍 ]𝒊,𝒊 ← [𝒀⊤𝒍 𝑺𝒎 𝒀𝒍 ]𝒊,𝒊よって得られる固有ベクトルは直交行列である。

(2)[𝐷𝑙 ]𝑖,𝑖 をレイリー商を用いて再定義する理由は以

しかし、実際には、計算誤差が含まれるため、Lanczos 法における Lanczos ベクトルの直交性が 下の通りである。直交性が改善された式 (1) の𝑌𝑙と Algorithm 2 の 5 行目で計算された固有値によ悪化する。この問題を回避するために、小行列

𝑆𝑚 の固有ベクトルの再直交化を用いてリスター り定義される𝐷𝑙 : = [𝛾1 , ⋯ , 𝛾𝑙 ] を用いて、トする方法を提案する。本稿では、 Givens 回転
𝑤: = ‖𝑆𝑚 𝑌𝑙 − 𝑌𝑙 𝐷𝑙 ‖22に基づく

𝑄𝑅 分解によって、固有ベクトルを列 を定義する。𝑌𝑙 の直交性を改善することによって、直交行列と上三角行列に分解することにより、高 固有値分解の精度の指標𝑤 が大きくなる問題点がい直交性を持つ𝑆𝑚 の固有ベクトルを計算する。 ある。この問題を避けるために，𝐷𝑙
Algorithm 2 は、その実装方法である。

を式 (2) のレイリー商を用いて再定義する。さらに，TRL法において成立する式
𝑉𝑚⊤ 𝐴𝑉𝑚 = 𝑆𝑚 ,𝐴𝑉𝑚 𝑌𝑙 = 𝑉𝑚 𝑆𝑚 𝑌𝑙 + 𝛽𝑚 𝑣𝑚+1 𝒆⊤𝑚 𝑌𝑙⊤= 𝑉𝑚 𝑌𝑙 𝐷𝑙 + 𝛽𝑚 𝑣𝑚+1 𝑒𝑚
𝑌𝑙 ,より、𝑉̃𝑙 : = 𝑉𝑚 𝑌𝑙 , を定義すると、
𝑉̃𝑙⊤ 𝐴𝑉̃𝑙 = 𝑌𝑙⊤ 𝑆𝑚 𝑌𝑙 = 𝐷𝑙が導出される。ゆえに、𝐷𝑙 は、𝑆𝑚 の固有値であるという以外にも、𝑆𝑚 の𝑌𝑙 に対するレイリー商、または、𝐴 の𝑉̃𝑙 に対するレイリー商と解釈できる。
𝑆𝑚 の𝑌𝑙 に対するレイリー商を計算することは、数学的には、𝐴 の𝑉̃𝑙 に対するレイリー商を計算することに相当するため、式 (2) をもちいて[𝐷𝑙 ]𝑖,𝑖を計算することは、精度の向上に寄与する。
新しいリスタート戦略を用いた TRL 法の実装
では、
𝑉̃𝑙 : = 𝑉𝑚 𝑌𝑙 ,𝜼: = 𝒆⊤𝑚 𝑌𝑙 ,の計算を以下のようにおこなう。𝜼 の計算は、𝑉̃𝑙の計算の一部として解釈できるため、ここでは省略する。
𝑉̃𝑙 ∶= 𝑉𝑚 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)⊤ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)⊤ ⋯ 𝐺(1,2)⊤
図 2.

× 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)⊤ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)⊤ ⋯ 𝐺(2,3)⊤

Algorithm 2 ：新しいリスタート戦略による TRL 法の実装

×⋯× 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)⊤ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)⊤ ⋯ 𝐺(𝑙, 𝑙 + 1)⊤

従来の方法では、𝑙 本のベクトルが固有ベクトル によって実装される。𝐺(𝑎 − 1, 𝑎) の作用は、
𝒚1 , … , 𝒚𝑙 から抽出され、それによって、行列𝑌𝑙 が

LAPACK の xROT を利用して計算する。さらに、-70-𝐷𝑙 ← 𝑌𝑙⊤ 𝑆_𝑚𝑌𝑙 の計算は、並べた行列𝑌𝑙 の再直交化を行う新しいリスタート

𝐷𝑙 ← 𝐺(𝑙, 𝑙 + 1) ⋯ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)戦略を採用する方法との比較実験を、単精度浮動×⋯小数点演算環境において行った。両者とも、TRL

× 𝐺(2,3) ⋯ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)法における三重対角化において、本稿のAlgorithm 1 の Givens 回転の実装を採用した。

× 𝐺(1,2) ⋯ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)⊤⊤

× 𝑆𝑚 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚) 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1) ⋯ 𝐺(1,2)⊤

さらに、新しいリスタート戦略を採用する方法に× 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚) 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1) ⋯ 𝐺(2,3)

おける𝑄𝑅 分解においては、 Givens 回転の実装

×⋯として LAPACK のSLARTGを選択した。実験環× 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)⊤ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)⊤ ⋯ 𝐺(𝑙, 𝑙 + 1)⊤

境として、 CPU ： Intel® Core™ i3-6100 、

⊤

⊤

⊤

として実現する。漸化式として具体的に記述する

RAM ： 16GB 、 OS ： Linux Fedora 31 、ライと、

ブラリ： Intel Math Kernel Library 2020 を利用

𝑋

(0)

𝑋

(1)

𝑋

(2)

した。数値実験のために採用した大規模疎行列は、≔ 𝑆𝑚 ,≔ 𝐺(𝑚 − 1, 𝑚)𝑋(0)

解き難い行列として有名な𝑛 = 1000000 次元の 3⊤

𝐺(𝑚 − 1, 𝑚) ,≔ 𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1)𝑋
⋮

(1)

⊤

重対角行列である。対角成分を0 、上下の非対角𝐺(𝑚 − 2, 𝑚 − 1) ,成分を1 とする。この行列の固有値は、となる。上記の計算にも LAPACK の xROT を利用することができる。𝐺(𝑎 − 1, 𝑎) の𝑋

(𝑖)

に対する

左右からの作用の計算で
(𝑖)

(𝑖)

(𝑖)

2cos (𝑖𝑛+1𝜋) (𝑖 = 1, ⋯ , 𝑛) である。2 と−2 の付近に固有値のクラスタが存在する。問題の難度を上(𝑖)

は , 𝑋𝑎−1,𝑎 , 𝑋𝑎,𝑎−1 , 𝑋𝑎−1,𝑎−1 , 𝑋𝑎,𝑎を除くすべての要

げるため、絶対値の大きいほうから𝑙 個の固有値とそれに対応する固有ベクトルを求める問題とす

素の計算に関しても、 xROT を用いて実装できる。る。求める固有値の数は、𝑙 = 5
一方で、𝑋

(𝑖)

は常に対称行列であるから、実装のAlgorithm 2 に存在するパラメータ𝑚 は、𝑚 =際には、その対称性を維持するように計算しなけ 10
ればならない。以上の要求を考慮し、(𝑖)𝑝𝑝 = 𝑋𝑎−1,𝑎−1,個とする。

と設定する。比較の項目として、計算時間、𝑙‖𝐴𝑥𝑖 − 𝜆𝑖 𝑥𝑖 ‖2 、
反復回数、固有値分解の精度𝑚𝑎𝑥𝑖=1

固有ベクトルを並べた行列𝑋 の直交性‖𝑋 ⊤ 𝑋 − 𝐼‖𝐹を採用する。実験結果を表 1 に記載する。

(𝑖)𝑝𝑞 = 𝑋𝑎−1,𝑎 ,表 1. 数値実験結果(𝑖)𝑞𝑞 = 𝑋𝑎,𝑎 ,(𝑖)

𝑋𝑎−1,𝑎 = cos(𝜃𝑘 ) × sin(𝜃𝑘 ) × (𝑞𝑞 − 𝑝𝑝)+𝑝𝑞 × (cos(𝜃𝑘 ) − sin(𝜃𝑘 ))× (cos(𝜃𝑘 ) + sin(𝜃𝑘 )),
(𝑖)

(𝑖)

反復回数

29601

3930

‖𝑋 ⊤ 𝑋 − 𝐼‖𝐹−4

3.59 × 10−4

9.69 × 10−4

3.26 × 10−4

5.79 × 10

数値実験の結果から、すべての比較項目におい(𝑖)𝑋𝑎,𝑎 = sin(𝜃𝑘 ) × sin(𝜃𝑘 ) × 𝑝𝑝
−2 cos(𝜃𝑘 ) × sin(𝜃𝑘 ) × 𝑝𝑞
+ cos(𝜃𝑘 ) × cos(𝜃𝑘 ) × 𝑞𝑞,

349.13 秒− 𝜆𝑥𝑖 ‖2(𝑖)

+2 cos(𝜃𝑘 ) × sin(𝜃𝑘 ) × 𝑝𝑞
+ sin(𝜃𝑘 ) × sin(𝜃𝑘 ) × 𝑞𝑞,

提案法

2121.59 秒

𝑙‖𝐴𝑥𝑖
𝑚𝑎𝑥𝑖=1

𝑋𝑎,𝑎−1 = 𝑋𝑎−1,𝑎 ,𝑋𝑎−1,𝑎−1 = cos(𝜃𝑘 ) × cos(𝜃𝑘 ) × 𝑝𝑝

従来法
計算時間

て、提案法が従来法に勝っていることがわかる。
この理由として、𝑌𝑙 の再直交化と[𝐷𝑙 ]𝑖,𝑖 のレイリー商を利用した再定義が重要な役割を果たしていると考えられる。
最後に、本研究の成果についてまとめる。本稿
では、大規模疎行列の部分固有値分解を計算する

を用いて計算をおこなう。

ための TRL 法の改良法を提案した。改良法では、
数値実験結果を紹介する。リスタート時に再直 TRL法の内部で生成された小行列𝑆𝑚 の固有ベク
交化を行わない従来法と、𝑆𝑚 の固有ベクトルを トルに対して再直交化を行った後、リスタートを-71-

行う。数値実験結果より、本稿の方法を用いることで、反復回数と計算時間が減少することを確認できた。以上より、本研究の目的は、達成できたと言えるだろう。
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計１件）[1] Masana Aoki, Masami Takata, Kinji Kimura,
Yoshimasa Nakamura, Improvement of theThick-Restart Lanczos Method in Single
Precision Floating Point Arithmetic using
Givens Rotation, Proceedings ofInternational Conference on Parallel andDistributed Processing Techniques andApplications, 2019, 149-155.

-72-

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：曲面形状太陽電池の開発および高効率化研究代表者：井組

裕貴

小区分：地球資源工学およびエネルギー学関連
ゴムチューブ内に熱電対を通している。

１．研究計画の概要
現在様々な太陽電池の研究開発が行われているが、曲面形状に合わせた太陽電池の製作や設置が難しいのが現状である。しかし、エネルギーの有効利用やエネルギーハーベスティングの面から曲面形状の利点は大きい。様々な研究機関が色素増感太陽電池（ DSC ）を用いてフレキシブル化の研究を行い、曲面形状化を達成している。しかし

図1ながら、既存の方法だと曲面形状化および曲面形

低温低圧焼結装置
PC状への設置の際に、曲げストレスが発生しTiO2の剥離が生じる可能性が高い。TiO2の剥離は発電効率に直接的に影響を及ぼすため、剥離の抑制が重要となる。申請者はTiO2焼結後の曲げによる剥離や破損の軽減をするため、真空バギング法により低真空下におけるTiO2焼結を確認した。しかしな

図 2 真空チ ャンバ ーを用い た低温低 圧焼結 装置

がら、同方法による焼結方法はTiO2の焼結時に破損や剥離の発生が起こりやすい。また、低真空処

従来型の実験装置と真空チャンバー型実験装置

理時に空気の流れからTiO2薄膜と基板との間に隙間が生じ、剥離が起こりやすい環境である可能性 で低温低真空焼結 (-80[kPa] 、 80[ ℃ ]) したTiO2が考えられる。それらの点から焼結方法の改善お の表面構造を図 3 に示す。両方ともポリエチレン
よび焼結後の評価、実際に曲面形状 DSC による グリコールの焼結が確認でき、多孔質化ができて発電評価を行う。また曲面型太陽電池の高効率化 いる。従来型は深度が深く、ポリエチレングリコを目指し、 DSC と同じようにTiO2焼結をするペ ールの消失が確認できた。これは、従来の方法はロブスカイト太陽電池（PSC）に注目し、同方法 鉄板を型にして使用しいたため、熱伝導性がよく、におけるTiO2焼結を行ったPSCの作成を行う。本 測定温度以上の熱が加わっていたものと思われる。
研究においての取り組みを以下にようにまとめる。チャンバー型においても深度は従来型までいかな
いものの、多孔質化に成功したと言える。

①曲面形状で低温焼結可能な焼結装置の開発②結晶構造及び画像から発電効率低下の原因検討③低温低真空焼結装置による円環型 DSC の開発④低温低真空TiO2焼結をしたペロブスカイト太陽電池の作成

図 3 従来 （左） 及びチャン バー型 （右） の SEM
２．課題研究の進捗状況及び達成度に よる表 面形状 比較①曲面形状での低温焼結装置開発
従来の装置は図 1 に、開発した真空チャンバー
XRD の結晶構造を図 4 に示す。ピーク角が従
実験装置は図 2 となる。真空チャンバーの外側に 来の方法と新たな方法ではほぼ同じ場所に生じてリボンヒーターを巻き付けて加熱する。温度測定 いるため同一の結晶構造であり、アナターゼ型のには熱電対を使用し、密閉を維持するために真空 結晶構造である。発電特性の測定による結果は図-73-

5 となる。従来型の焼結方法を基準にし、チャンバー型の焼結方法の発電効率は減少しているのが、SEM 時と同様の現象が生じているためと考えられる。そのため、焼結温度の最適化により解決できる可能性が高い。そのため、チャンバー型低温
低真空焼結装置の開発に成功したといえる。

図7

SEM に よ る 表 面 形状 比 較③低温低真空焼結装置による円環型 DSC の開発

図 4 XRD 比 較

真空チャンバー実験装置におりTiO2の焼結を行い、円環形状 DSC を作成した。 ITO-PEN フィ
ルムを電極に使用し、設計ソフトおよび 3D プリンタにより円環形状を設計・出力（図 8 、 9 ）を行った。その結果、図 10 の IV ・ PV カーブが得られ、円環型 DSC の開発に成功した。しかしながら、 FF が 0.1 、変換効率は 0.1 ％台という結果が得られた。効率低下の原因として、正極と
図5

IVおよびPV比較

負極の ITO フィルム間の不均一性、色素吸着時に②結晶構造及び画像から発電効率低下の原因検討 おけるTiO2の剥離、光源から発生する熱による電真空度を -80[kPa] 、焼結温度を 80[ ℃ ] と解液の揮発などにより、効率の低下が発生したも120[℃ ] にした時の XRD による結晶構造が図 6のと思われる。特に色素吸着時に剥離が発生し、になる。どの焼結条件も同じピーク角で最大ピー

ITO 上に不安定な固定状態であることが確認されクがあることを確認でき、アナターゼ型の結晶構 た。剥離は FTO ガラスよりも顕著のため、TiO2造であると言える。表面 SEM と断面 SEM が図 焼結時に ITO の成分が反応し、電極への固定化が7 である。焼結温度が上昇するにつれTiO2の粒径 阻害された可能性が高い。
が肥大化する傾向がみられた。また、大気圧下で焼結を行った試験片と比べ、焼結体内部に隙間が発生し、電子の移動が阻害されやすくなったと考えられる。断面 SEM から、焼結温度が 80[ ℃ ]から120[℃ ] にかけて粒子同士が結合し、薄膜表面の凹凸がなだらかに焼結していく傾向が確認できた。これにより、TiO2の密度が変わり効率が変図9

円環型 DSC

図8

色素吸着

図 10

円 環 型 太 陽 電 池 の IV 及 び PV 特 性

動したと考える。これらの原因が作用し、発電効率の減少が生じたと言える。

図6

XRD に よ る 結 晶 構造 比 較-74-

④低温低真空TiO2焼結をしたペロブスカイト太陽 ３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 4 件）

電池

真空チャンバー実験装置におりTiO2の焼結を行 1.

井組裕貴，藤澤圭祐：“円環型色素増感太陽い、PSCの作成を行った。ペロブスカイト層は電池の試作 ”， 第80回応用物理学会秋季学術

XRD を用いて結晶構造を測定した ( 図 11) 。今講演会予稿集，査読なし（ 2019-9 ）
2.

回作製した試験片最大ピーク角はそれぞれ 2 θ

八木貫太，井組裕貴：“真空バギング法にお=14.12[ ° ] 、 28.5[ ° ] 、 31.92[ ° ] となりペ

けるTiO2の焼結状態の観察 ”， 第80回応用物

ロブスカイトの結晶構造と一致した。 SEM によ理学会秋季学術講演会予稿集，査読なし

りペロブスカイト層の表面形状の観察では、ペロ（ 2019-9 ）ブスカイト溶液の焼結は黒い空間が多数見られ焼 3.

田中皇弥，井組裕貴：“真空バギング法を用

結面は不均一性が確認できた ( 図 12) 。このこといたペロブスカイト太陽電池の提案 ”， 第11からペロブスカイト層の不均一性から光の吸収率

回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨
集，査読なし（ 2019-12 ）が低下し発電効率が低下したと考える。また、
4.

P-V 、 I-V 特性の測定を行った結果 ( 図 12) 、

藤澤圭祐，井組裕貴：“色素増感太陽電池に

PSCの発電が確認できたが、低温低真空焼結によおける焼結方法に関する研究 ”， 第11回大学

るPSCは高温焼結PSCに対して発電効率はコンソーシアム八王子学生発表会要旨集，査80.2[%] 減と著しい減少という結果になった。今読なし（ 2019-12 ）後ペロブスカイト層の均一性向上やTiO2焼結時の焼結条件の最適化が必要である

図11

図 12

ペロブスカイト層の XRD 結果

50倍レン ズ ( 左 ) 及び 100 倍レン ズ( 右 ) での観察

図13

PSC の I-V 及び P-V 特性-75-

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：カメラの状態変化に適応可能な距離計測手法に対する精度評価
研究代表者：宇都木 修一
小区分：知覚情報処理関連あるが，本研究では 1 倍～ 7 倍までの範囲で検証

１．研究計画の概要

画像を用いた計測には，レーザーなどを用いた をおこなった． BB-SC384B はズームパラメータ
能動的な計測に比べ，計測可能な距離の範囲が大 ーを変化させることで望遠状態を変化させることきいという利点がある．さらに，画像を用いるこ ができ，0.0033， 0.0065 ，0.0100，0.1350，とで点ではなく面による計測をおこなうことがで 0.0166，0.0201，0.0233の 7 段階変化させることきるので，複数の物体までの距離を同時に計測で で，倍率を 1 ～ 7 倍まで変化させた．また，消失きるという利点がある．特にカメラのズーム機能 点を用いたカメラキャリブレーションでは，カメを用いることでより遠方の物体に対する精密な計 ラの光軸方向に正確に移動するサンプル平面が必測が期待できる．

要となるが，電動アクチュエーターを用いること

正確な画像計測をおこなうためには，カメラの で，このサンプル平面をミリメートル単位で正確
向き，位置，焦点距離などのカメラパラメーター かつ自動で移動させることとした．
を求めるキャリブレーションの性能が重要となる． また，サンプル平面の撮影はいずれの望遠状態
特に，カメラが望遠状態にあるときには，わずか でも同様の画像が得られるように，望遠倍率が低なカメラの回転が，撮影される画像に多大な変化 い場合は，近い距離から間隔も詰めて，望遠倍率を及ぼす．本研究では消失点を利用することによ が高い場合は，遠い距離から間隔を開けてサンプ
り，正確に回転量を求めることのできるキャリブ ル平面を移動させるようにした．具体的には望遠
レーション手法を開発している．そこで，このキ 倍率が 1 倍の時はカメラとサンプル平面の距離をャリブレーション手法を用いて，向きや望遠倍率 168[mm]から258[mm]まで 3[mm] 刻みで変更しななどのカメラの状態が変化したときのカメラパラ がら 31 回撮影し，望遠倍率 7 倍のときは，メーターを求め，各々の状態において計測した距1460[mm] から 2030[mm] まで 19[mm] 刻みで変離の精度の検証をおこなうこととした．

更しながら 31 回撮影した．

また，カメラの状態は連続的に変化するが，全撮影したサンプル平面の画像を用いてカメラキての状態に対して逐一キャリブレーションをおこ ャリブレーションをおこない，得られたカメラパ
なうには，膨大な作業が必要となる．そこで，ま ラメーターのズームパラメーターに対する変化をず代表的な状態に対してのみキャリブレーション 表したグラフが図 1 から図 4 である．ぞれぞれ，をおこない，その変化を多項式に当てはめた．そ 焦点距離𝑓𝑢 ，レンズ歪み𝑘 ，光軸方向の移動量𝑇𝑧
うすることで，キャリブレーションをおこなって 横方向の移動量𝑇𝑥 の変化である．得られたパラメ
いない状態のパラメーターも，その多項式から推 ーターはばらつきが少なく，多項式へのあてはめ
定することで得られるようにし，推定したパラメ が可能であった．図 1 から図 4 における曲線はパーターを用いた際の画像計測の精度について検証 ラメーターの変化に対して 2 次関数を当てはめたをおこなうこととした．

結果である．

２．課題研究の進捗状況及び達成度

ターを用いてステレオ視による距離計測をおこな

キャリブレーションで得られたカメラパラメー
本研究では Panasonic 製の BB-SC384B ネット った結果を示す．矩形の書かれた平面をカメラか
ワークカメラに対して，まず，望遠倍率を変化さ ら 1[m] ， 3[m] ， 5[m] ， 10[m] の距離に置き，せてキャリブレーションをおこなった．
BB-SC384B は 18 倍までの光学ズームが可能で

-76-

表1

fu [pixel]

10000

距離計測の相対誤差
距離

1[m]

3[m]

5[m]

10[m]

1倍

0.72[%]

1.50[%]

2.30[%]

3.33[%]

2倍

0.38[%]

0.58[%]

1.08[%]

2.07[%]

3倍

0.25[%]

0.41[%]

0.55[%]

2.42[%]

4倍

0.23[%]

0.25[%]

0.59[%]

1.51[%]

5倍

0.45[%]

0.23[%]

0.45[%]

1.13[%]

6倍

0.63[%]

0.30[%]

0.83[%]

1.95[%]

7倍

0.76[%]

0.35[%]

0.40[%]

0.95[%]

5000

0
0

0.01

k

図1

倍
率

焦点距離の変化

2
1
0
-1
-2
-3

表2
0.01

ズームパラメーター
図2

0.02

レンズ歪みの変化

180
150
120
90
60
30
0

倍
率

0

0.01

1[m]

3[m]

5[m]

10[m]

1倍

2.47[%]

2.84[%]

2.98[%]

4.18[%]

2倍

0.23[%]

0.65[%]

1.37[%]

1.57[%]

3倍

0.53[%]

0.76[%]

1.56[%]

3.08[%]

4倍

0.37[%]

0.37[%]

0.35[%]

1.01[%]

5倍

0.64[%]

0.50[%]

0.56[%]

0.78[%]

6倍

0.43[%]

0.29[%]

0.56[%]

1.19[%]

例えば，倍率 1 倍で距離 10[m] に対する計測をお

0.02

ズームパラメーター
図3

こなった場合は，視差が 1[pixel] ずれるだけで6[%]近い誤差が出ることになる．

光軸方向の移動量の変化

次に，あてはめた多項式から推定したカメラパ0

Tx [mm]推定値を用いた距離計測の相対誤差
距離0Tz [mm]0.02

ズームパラメーター

ラメーターを用いて，距離計測をおこなった結果
を表 2 に示す．表 1 と比較すると，誤差わずかに-30大きくなる傾向が見られるが，多項式からカメラパラメーターを得た場合でも，十分に正確な計測ができており，多項式のあてはめによるカメラパ

-60
0

0.01

0.02

ラメーターの推定も，有効に機能するという結果

ズームパラメーター
図4が得られた．
本研究により，消失点を用いたカメラキャリブ

横方向の移動量の変化

レーション手法を用いることで望遠倍率を変化さそれぞれの望遠倍率のときにカメラから矩形の頂点までの光軸方向の距離を 4 回計測し，その相対誤差の平均値を求めた．得られた結果を表 1 にま
とめる．倍率 2 倍以上の場合，距離 5[m] までであれば，おおむね相対誤差1[%]以内を達成している．また，距離 10[m] の場合でも，倍率を上げる
ほど誤差が小さくなるという傾向が見られた．一方で，倍率 1 倍の時は距離 3[m] 以上の場合，誤せた場合においても，十分な距離計測をおこなえることが確認できた．カメラの向きを変化させた場合に対する調査については今後着手する予定である．
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計１件）[1] 宇都木修一，鈴木寿，情報処理学会第 82 回差も大きくなっていくが，これは，倍率が低いた
めに量子化誤差の影響が大きくなるためである．

-77-

全国大会講演論文集，査読無， Vol.2 ，pp.69-70 ．

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：脈波計を用いた心疾患の予防に関する研究研究代表者：吉田慧一郎

小区分：計測工学関連
PPG を同時計測可能な反射型 PPG センサモジュー

１ . 研究計画の概要

左右上肢の慢性的な 10 [mmHg] 以上の収縮期血 ルを用いて、左右指尖部の PPG を約16秒間取得し圧差が心血管疾患による死亡リスクと有意に関連 た。センサ部には緑色光の反射型 PPG センサ
していることが Clark らによって報告されている
1)(BH1790GLC

ローム社 ) を使用した。自作した。また、このような血圧差を有する場合には鎖 反射型 PPG センサモジュールを図 1 に示す。

骨下動脈の狭窄が考えられるが、心疾患予防として、日常生活でカフ型血圧計を用いて毎日左右上肢の血圧差を測定するのは負担が大きい。本研究では、計測が容易な PPG(Photoplethysmogram) を用い、鎖骨下動脈に狭窄を有しているか否かの判別を行い、鎖骨下動脈に狭窄を有している場合には医療機関へ連絡を行うクラウドシステムの構築を目指す。
２ . 課題研究の進捗状況及び達成度

図1 自作した反射型 PPG センサモジュール

本研究では、 PPG を用いた鎖骨下動脈狭窄の有本実験では PPG の特徴量である、 PPG の振幅値、無を判別するために、鎖骨下動脈と関連のある
PPG の特徴量を調査した。また、提案手法の計測

PPG の立ち上がり時間、 PPG の平均値から振幅値精度を明らかにするために、左右の収縮期血圧の を割った値、心拍数、 VPG-PPG (Velocity
左右差を用いた既存の手法と提案手法の健常者に

photoplethysmogram) ピーク間時間、対する計測精度の比較を行った。提案手法の計測

APG(Acceleration photoplethysmogram) の a~e 波の振精度については、既製品である透過型 PPG センサ 幅値および b~e 波と a 波の比、および収縮期血圧モジュールと自作した反射型 PPG センサモジュー についてそれぞれ左右で有意差検定を行い、ルで比較を行った。以下に項目別に今回行った実group1 のみで有意差が見られる特徴量を調べた。

験の詳細を示す。

その結果、 group1 においては収縮期血圧に左右で実験①：狭窄と関連のある PPG の特徴量の調査

有意差が見られた (p<0.001) が、 group2 においては

本実験では、鎖骨下動脈における狭窄と関連の 有意差が見られなかった (p>0.05) 。一方で、 PPG
ある PPG の特徴量を調査するために、被験者を慢 の特徴量で有意差が見られたのは、 APG-b 波高、性的な収縮期血圧差を有する者 (80 代女性 1 名 )APG-e 波高、 APG-b 波高を APG-a 波高で割った値と有さない者 (20 代 ~50 代の男女 5 名 ) の 2 つの(APG-b/a) 、 APG-e 波を APG-a 波で割った値

集団に分け、前者を group1 、後者を group2 として、(APG-e/a)、およびAPG-PPGピーク間時間の平均値
それぞれにおいて収縮期血圧および PPG の特徴量 であった。各被験者左右の収縮期血圧の平均値をに有意な左右差が見られるかを t 検定によって調 図 2 に示し、 group1 のみにおいて左右で有意差が見られた特徴量の平均値について図3~図 7 にそれべた。この際、80代女性は再現性をもって10[mmHg] 程度の収縮期血圧の左右差を確認できた ぞれ示す。
ため、慢性的な収縮期血圧差を有する者に区分した。また、本実験では、自作した左右指尖部の-78-

p<0.001

P<0.001

図2 各被験者区分の左右収縮期血圧の平均

図6 各被験者区分の APG-e/a の平均値

値

p<0.05p<0.001

図3 各被験者区分の APG-b 波高の平均値

図7 各被験者区分の VPG-PPG ピーク間時
間の平均値
このことから、 group1 において左右で有意差がP<0.001

見られた 5 つの特徴量は、鎖骨下動脈における狭窄と関連があり、狭窄の早期発見に有用な指標となりうることが示唆された。しかしながら、本実験は少ない被験者数で行ったため、本実験で明らかとなった 5 つの特徴量を用いて狭窄の有無をどれほど正確に判別できるかが明らかとならなかった。そこで、本研究では、健常者を対象とした場

図4 各被験者区分の APG-e 波高の平均値

合における計測精度を明らかにするための検討を行った。
実験②：健常者を対象とした場合における提案手
法と既存手法の計測精度の比較検討

p<0.05

本実験では、20代男性 1 名に対して、図 1 に示した自作した反射型 PPG センサモジュールと既製品である透過型 PPG センサモジュール (IWS920
東京デバイセズ ) を用いて異なる日時で11回の左右指尖部の PPG の計測および左右上腕での血圧計測を実施し、被験者の条件を一定にした際の計測
結果のばらつきから 2 種類の PPG センサモジュー

図 5 各 被 験 者 区 分 の APG-b/a の 平 均 値

ルと既存手法の計測精度を比較することで、提案手法を同一ユーザーが使用することを想定した場-79-

合において、既存手法を上回る精度での計測が行 った特徴量は、 APG-b/a およびVPG-PPGピーク間えるかを検討した。また、20代 ~50 代の狭窄を有 時間のみであった。このことから、提案手法は同さない健常な男性12名 (20 代男性 8 名、30代男性 一ユーザーを対象として適用することが望ましい
2 名、40代男性 1 名、50代男性 1 名 ) に対して左 と考えられる。図 8 より、同一被験者を対象とし
右指尖部の PPG を計測した後に、左右上腕での血 て計測を行った場合、反射型 PPG センサモジュー
圧計測を実施し、その計測結果のばらつきを比較 ルと透過型 PPG センサモジュールの変動係数に大することで、異なる使用者に対して提案手法が従 きな差は見られなかった。したがって、提案手法
来手法を上回る精度で適用することが可能である には、より簡便に計測を行う事が可能な反射型かを検討した。本実験では、実験①で明らかとな

PPG センサモジュールを使用することが望ましい

った狭窄の早期発見に有用であると考えられる 5と考えられる。

つの特徴量を計測対象とし、計測精度の比較を行うにあたって、ばらつきの度合いを表す変動係数 ３ . 達成度および展望を用いた。健常な同一被験者 (20 代男性 1 名 ) に

本研究では、実験①として鎖骨下動脈における対して異なる日時で提案手法および既存手法を用 狭窄の早期発見に有用な指標となりうる特徴量がいて計測を行った場合の変動係数を図 8 に示し、 明らかとするための検討を行った。その結果、
20代 ~50 代の異なる被験者に対して異なる日時で

APG-b 波高、 APG-e 波高、 APG-b/a 、 APG-e/a 、

提案手法および既存手法を用いて計測を行った場 およびVPG-PPGピーク間時間で慢性的な収縮期血合の変動係数を図 9 に示す。

圧差を有する被験者においてのみ有意な左右差が

図 8 より、同一の被験者を対象とした計測では、見られたことから、これらの特徴量は鎖骨下動脈
既存手法に対し、反射型、透過型共に変動係数が における狭窄の早期発見に有用である可能性が示
全ての特徴量において下回っていることが分かる。唆された。実験②より、提案手法は同一の個人をまた、図 9 より、異なる被験者に対して提案手法 対象として適用することが望ましく、センサにはを適用した場合では、既存手法の変動係数を下回 より簡便に計測を行える反射型を用いる事が望ましいという事が明らかとなった。しかしながら、実験②では健常者のみを対象として実験を行った
ため、実際に狭窄の有無判別をどれほどの精度で行えるかまでは明らかとなっていない。そのため、現在は実験①で明らかとなった 5 つの特徴量を用いて、鎖骨下動脈で疑似的に狭窄を再現した場合
において狭窄の有無の判別を行う事が可能であるかの検討を行っている。今後は姿勢などの計測条
件によって計測精度に差異が生じるかを検討する
図8

健常な同一被験者を対象として計測を行った場合の変動係数とともに、医療機関と計測結果を共有するためのクラウドシステムの構築を行っていく予定である。
４ . 代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 1 件）
1)

三宅慶実 , �� 田慧一郎，「脈波計を用いた心疾患の予防に関する研究」 , サレジオ工業高等専門学校研究紀要 , 査読あり第51号 ( 投稿
中)〔学会発表〕（計 2 件）
図9

健常な異なる被験者を対象とし

1)

三宅慶実 , �� 田慧一郎 , 「脈波計を用いた心疾患の予防に関する研究」 , 日本福祉工学会て計測を行った場合の変動係数

第22回学術講演会 , 査読なし

-80-

2)

三宅慶実 , �� 田慧一郎 , 「光電容積脈波による鎖骨下動脈狭窄症の早期発見のための指標の検討」 , 第 2 回日本未病システム学会総会 ,
査読なし

参考文献
1)

Christopher E Clark et al ，“Inter-arm bloodpressure difference and mortality: a cohort study inan asymptomatic primary care population atelevated cardiovascular risk”, British Journal of
General Practice ，66(2016)646-81-課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名： LPWA ネットワークを用いた沿岸環境観測用遠隔監視システムの構築研究代表者：吉田

将司

小区分：情報ネットワーク
１．研究計画の概要

２．課題研究の進捗状況及び達成度

港内の河口域近辺は、沖合からの潮汐の変動や、①周防大島における海水温の時刻変動特性の観測
図 1 は夏季におけるノード B の水温変動と，気河川からの淡水の流入による特異な海流が形成されている。これら海流の解明は災害予測や漁業な 温・潮位との比較結果を示す。左図が気温との比
ど、幅広い分野での貢献が期待されている。しか 較，右図が潮位との比較である。図中の破線がそし、実時間的に変動する海流や潮流を詳細に把握 れぞれ気温、潮位である。この図から，夏季は潮するシステムは現在確立されていない。研究代表 位よりも気温の影響が大きいことが示唆される。
者らはこれまで沿岸域を多点多層観測する為に、 しかし気温が低下した場合，潮位変動の影響が若富山新港内で沿岸センサネットワークの構築を行 干見られた。気温の影響が大きい原因として，観ってきた。昨年度は LPWA 規格の無線モジュール 測期間中は晴れて日射が強く気温が上昇し，水温を導入し、観測範囲の広域化を実現した。さらに も上昇したためだと考えられる。図 2 は冬季にお多点多層での観測に成功し、沿岸域環境における けるノード A の水温変動と，気温・潮位との比較
表層別の水温変化を電子地図上でリアルタイム表 結果を示す。左図が気温との比較，右図が潮位と示できる地理情報システムが構築できた。そこで の比較である。図中の破線がそれぞれ気温、潮位
本研究は、さらなる広域化と可視化を目的として、である。冬季は夏季と異なり潮位が大きく影響し複数の LPWA 基地局からの情報を Web Server で ている。しかし表層部の 0.2m で一部気温の影響
集約し、遠隔監視可能なシステムを構築する。ま を受けていた。また冬季の水温変動は潮位が低い
たその運用試験を新たに瀬戸内海の周防大島で実 時に，表層（ 0.2m ）と中層（ 1.0m ）の水温差施することにより、効果測定を行う。

が拡大した。これらの結果から，周防大島汽水域

これまでの研究成果により、無線センサネット における海水温の季節変動特性は一般的な傾向とワークを用いて沿岸域の多点多層における海中情 一致していることが確認できた。
報の時間変動を観測する技術が得られた。本研究期間ではこの技術をさらに洗練・充実させつつ、以下の内容を実施する。
①周防大島における海水温の時刻変動特性の観測②複数の LoRaWAN ゲートウェイを用いた観測地
点の広域化

図1 ノード B （夏季）の水温と気温（左）及び潮汐（右）

まず①では、９月に研究協力者が在籍する大島
商船高専のある、周防大島において海水温の観測実験を実施する。干満の差が大きい瀬戸内海での時刻変動特性を観測し、昨年まで実施していた同時期の富山の場合と比較する。次に②では、LoRa WANゲートウェイ（基地局）を複数個所設 図2 ノード A （冬季）の水温と気温（左）及び潮置し、インターネット回線を用いてさらに広域的 汐（右）な観測試験を実施する。

-82-

が設置可能であり，監視局で異なる基地局からの情報を同時に表示することができる。
本システムは複数の場所での測定及び遠隔監視を想定しているため，基地局の数が多くなる。そこで今回は複数の基地局でのデータ取得実験を行った。図 5 は今回の実験で構成した構成図である。
ノードからテストデータを基地局に送信しそこから保存用 php ファイルへ POST 通信を行い， DBに保存する。そして表示用 php でデータ表示を行
図3 冬季における各ノードからの受信電界強度っている。
図 6 は表示用 php ファイルの表示結果である。

図 3 は冬季の基地局における受信電界強度特性 保存用 php ファイルを基地局ごとに分けることでを示す。図中の破線は潮位である。冬季の受信電 基地局間では混信がなくデータの受信を行うこと
界強度は潮位の周期で増減する傾向が顕著に見ら ができた。
れた。この理由は 2 波モデルで説明できる。受信アンテナが固定されているのに対し，送信アンテ
ナ高さが変動するためである。また A と B が逆相関係を示しているが，これは距離の違いによる偶然と考えられる。この図から， 1 日の受信電界強度が 20dB 以上変動しているため，観測システムの回線設計時のマージンは 20dB 程度必要である
ことが判明した。さらに遠距離にノードを設置する場合には，中継器を加えたマルチホップが必要であると考えられる。また夏も受信電界強度は同
じような傾向を示したが，冬季ほど変化していなかった。以上の結果から，富山と同様に，季節や

図4

観測システムの構成図

設置場所の違いにより，水温変動の傾向が変化す
ることが確認できた。しかし，富山よりも潮汐差が大きいため、その傾向が大きく表れていた。
②複数の LoRa WAN ゲートウェイを用いた観測地点の広域化
図 4 は観測システムの構成を示す。このシステ
ムは複数のノードと基地局及び監視局で構成されている。ノードからGPSの位置，時刻及び水深別の水温のデータを基地局へ送信し，基地局の受信

図5

実験構成図

システムによりファイル出力のための変換処理を行う。処理したデータは受信システムの画面上に表示される。そして同時にファイル出力を行う。
基地局で出力したファイルはサーバーにアップロードされる。ファイルは監視局上でブラウザ上に表示及びダウンロードできる。以上の手順により，本システムはノードから送信された位置情報と水温のデータ処理を行い，リアルタイムでデータ表示が可能である。またLoRa WANは複数の基地局

-83-

図6

観測システムの構成図

以上の実験結果から， POST 通信を用いた方法
により，遠隔でのデータ取得のリアルタイム化が可能となった。また取得実験により複数の基地局からのデータ取得も確認できた。しかし，以前より課題となっている学内ネットワーク環境下でのデータアップロードができなかった。今後の予定
としては学内環境下でのネット接続の対策を行う。
３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 2 件）
[1] 柴田健吾，吉田将司，“センサネットワーク
におけるオンラインシステム構成の検討 ”，
電気学会次世代産業システム研究会，査読無，IIS-19-059 ， Nov ， 2019 ．
[2] 吉田将司，柴田健吾，千葉元，“周防大島汽水域における海水温観測システムの検討 ”，
電気学会知覚情報 / 次世代産業システム合同研究会，査読無， IIS-20-049 ， Mar ， 2020 ．
〔学会発表〕（計 1 件）
[1] 菊地将矢，吉田将司，千葉元，“沿岸センサ
ネットワークによる周防大島の観測 ”， 第11 回大学コンソーシアム八王子学生発表会
要旨集， Dec ， 2019.

-84-課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 27 日現在

研究課題名：アジア太平洋地域における「保護する責任」規範の伝播に関する研究研究代表者：宮下大夢
小区分：国際関係論関連
察した。第 2 フェーズでは、予定していたとおり

１．研究計画の概要
本研究では「保護する責任（ Responsibility to

ジャカルタで開催されたAPPAP年次会議に参加し、Protect ）」 概念の伝播に焦点を当て、アジア太平 APPAPの最新の取り組みに関する資料収集および
洋地域における「虐殺予防ガバナンス」の構築に 関係者への聞き取り調査を実施した。
第 3 フェーズでは、上記の調査結果を踏まえて、ついて考察した。「保護する責任」は大量虐殺な

どの深刻な人権侵害・人道危機に対する国際社会 なぜアジア太平洋地域の市民社会組織が国境を越の対応を見直すために2001年に提唱され、2005年 えて連帯し「保護する責任」を推進しているのかに国連総会で承認された規範的概念である。直近 について考察した。本研究の成果は「国際開発学の事例では、2017年 8 月にミャンマー軍によって 会・人間の安全保障学会2019共催大会」で報告す
少数民族ロヒンギャへの虐殺が行われ、70万人以 ることを予定していたが、同大会の「難民と教上の難民が隣国バングラデシュに流出する深刻な 育」をテーマとするパネルセッションへの登壇を
人道危機が発生した。国際連合が中心となって積 依頼されたため、他の学会等で報告を行う必要が極的に虐殺の予防・対応に取り組み始めたのは冷 生じた。そこで、2020年 3 月に東京大学で開催が戦終結以降であり、21世紀の世界では効果的な予定されていた公開ワークショップ「地域から読「虐殺予防ガバナンス」の構築が重要な課題とな み解く保護する責任」にて、本研究の成果を発表っている。

するように研究計画を変更した。しかし、新型コ本研究では、以下の 3 つのフェーズに分けて研 ロナウィルスの感染拡大の影響で上記のワークシ究を計画した。第 1 フェーズでは、アジア太平洋 ョップの開催が延期されため、研究会にて報告し地域の市民社会組織（研究機関および非政府組た。事態が収束した後に改めて報告を実施する予織）が「保護する責任」と虐殺予防の推進を目的 定である。
に設立した「虐殺予防のためのアジア太平洋パー
トナーシップ（Asia Pacific Partnership for Atrocity

３．代表的な研究成果

Prevention: APPAP ）の設立過程を分析する。第 2〔学会発表〕（計 1 件）

フェーズでは、2019年 8 月にジャカルタで開催さ 1.
れるAPPAP年次総会に参加し、資料収集および聞

Hiromu Miyashita, Ensuring Human Security of
Refugees in Japan: HSF’s Educational Support for

き取り調査を実施し、設立以降のAPPAPの取り組

Rohingya Children, 国際開発学会・人間の安全

みとその影響について考察する。第 3 フェーズで保障学会2019共催大会（国際開発学会第30回

は、本研究の総括として2019年12月に東京大学で記念全国大会）2019年11月17日開催される「国際開発学会・人間の安全保障学会
2019共催大会」にて研究成果を発表する。

〔著書〕（計 1 件）
1.

明石純一、宮下大夢、ゴメズ・オスカル「第12章

２．課題研究の進捗状況及び達成度

外国人」NPO法人「人間の安全保障」

第 1 フェーズおよび第 2 フェーズでは、期待どフォーラム編、高須幸雄編著『 SDGs と日本

おりの研究成果をあげることができた。第 1 フェ

―誰も取り残されないための人間の安全保障

ーズでは文献調査を中心に行い、APPAPの設立に指標』明石書店、2019年、 217-230 頁。

おいて重要な役割を果たした市民社会組織に焦点を当て、どのような動機や目的があったのかを考-85-

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：減衰量を指定可能な阻止域可変 FIR フィルタの設計法の開発
研究代表者：宮田統馬
小区分：計測工学関連
１．研究計画の概要
これまでに、申請者は高速高精度な計測を実現するために、阻止域の一部に高い減衰量を有し、かつ、阻止域の特性が可変なディジタルフィルタの設計法を提案してきた。加えて近年、さらなる計測制度の向上を狙って通過域に平坦特性を有する阻止域可変フィルタの設計法を開発した。しかしながら、これまでに提案してきた可変フィルタ
では、高い減衰量を得るために直接的に減衰量を指定するのではなく、帯域にかける重みにより減衰量を制御していたために、狙った減衰量を得る

図1

ことの難しさがあった。本研究では、高い減衰量

理想特性の値を直接的に指定可能な阻止域の特性が可変な タイプ Ⅰ の直線位相可変 FIR フィルタの振幅特性
直線位相 FIR フィルタの設計法の開発を行うこと は、を目的とする。具体的には、通過域・阻止域ともに等リプル特性を有する阻止域可変フィルタと、
通過域平坦かつ阻止域が等リプルの阻止域可変フ
ィルタの設計法の確立を行う。

N

H ( , ,  , )  h(0, ,  , )  2 h(i, ,  , ) cos i

(2)

i 1

L

L

L

h(i, ,  , )     g (i, ,  , ) l   
l

l

(3)

l  0 l  0 l  0と表せる。ただし 2N はフィルタ次数、また 、
２．課題研究の進捗状況及び達成度
1
本研究で扱うフィルタの所望特性を図 に示す。 、 は多項式次数、 g は多項式係数であり本設図に示すような阻止域の一部に高い減衰量を持た 計法ではこの係数を求める問題に帰着される。ませることで、阻止域全体を高減衰量としたフィル た、式 (3) の可変パラメータは、各パラメータのタよりもフィルタリング時間を低減することが可 値が振幅特性に反映されるように、元の値から -1
能となる。さらに、高減衰量部分に存在するノイ から 1 の範囲で正規化して与える。このとき、式ズなどの変化に対応するために、可変パラメータ (2) の可変フィルタの設計問題は等リプル特性を、 、 により、高減衰量の位置と大きさ ( 本 得るために、ミニマックス近似とする必要がある。
研究では dB で与える ) 、さらに阻止域端周波数 これまでの設計法では、誤差関数に重み関数を付可変とする。ここで、この可変フィルタの理想特 与することで、高い減衰量を実現していた。しかしながら、その方法では狙った減衰量を得られな性は、い場合がある。そこで、本研究では、以下のよう
1 0     P
な設計問題を考える。
0     (1) min  ( , ')D ( , ,  , )  
0       sub. to e( , ,  , ')2   ( , ')0       (4)
0     ,     ,となる。
     
はじめに、高い減衰量の値を直接的に指定可能
e( , ,  , ') 2   '      な通過域・阻止域ともに等リプルな可変フィルタ
ただし、 e は誤差関数、の設計法について示す。両帯域が等リプルかつ、(5)e( , ,  , ')  D( , ,  , )  H ( , ,  , ')-86-

 min(6)

 'min  10 20

 max

 'max  10 20

Magnitude [dB]であり、 は最大許容誤差である。このとき、 2つめの制約条件が高減衰量の値を直接指定するものである。ただし、理想特性が dB で与えられていないために可変パラメータ [dB] は、可変でき
る範囲を
から
として、
 '  [ 'min , 'max ]と再定義する。最終的に本研究ではこの設計問題
を半正定値計画問題として定式化を行う。
本方法を用いて設計を行い提案法の有効性を確認する。設計した可変フィルタの仕様は、フィルタ次数を 2 N  50 、多項式次数 L  L  L  2 、

図2

振幅特性   0.19、 =0.39、 =-70

図3振幅特性   0.20、 =0.40、 =-80

図4

振幅特性   0.21、 =0.41、 =-90化角周波   0.19 ~ 0.21 と設定した。また、高い
減衰量部分を   0.2 、可変パラメータを変化させる範囲を   0.39 ~ 0.41 、   90 ~ 70 とそれぞれ設定した。ここで、図 2 から 4 に提案法によって得られたフィルタの振幅特性を示す。これらの図より、図 1 に示すようなフィルタが設計できており、可変パラメータの値によって特性が変化していることが確認できる。また、高い減衰量部分に注目すると、指定した減衰量が得られることが確認できる。
次に高い減衰量の値を直接的に指定可能な、通Magnitude [dB]

通過端域正規化角周波数  P  0.1 、阻止域端正規

過域が平坦かつ阻止域が等リプル特性の非可変のFIR フィルタの設計法について述べる。低域通型特性を有する、このフィルタの振幅特性は、M

 1  cos  
H 0 ( )  1   H1 ( )2NH1 ( )  h(0)  2 h(i) cos i

(8)

i 1

と表される。ただし、 2N はフィルタ次数、 M は平坦度、 h はフィルタ係数を表す。また、式 (7)により通過域の特性は保証されているため、設計時は阻止域の近似を考えればよい。故に、前述の方法と同様に図 1 を理想特性としたとき、設計問
題は高い減衰量部分を指定した減衰量を得られる
ように定義すると、
min 

sub.to e( ) 2       ,       Magnitude [dB]

(7)

(9)

く理想特性は零値となるため、式 (7) そのものと2 つめの制約条件が高減衰量の値なる。ここで、e( )   '      を直接指定するものである。さらに本設計法も前定義できる。ただし、 は最大許容誤差である。
述の方法と同様に半正定値計画問題として定式化
加えて、 e は誤差関数であるが、このフィルタはを行う。
上述のとおり、阻止域の特性のみを考慮すればよ
本方法を用いて次のような仕様の非可変フィルタの設計を行った。フィルタ次数を 2 N  40 、平2-87-坦度 M  5 、阻止域端正規化角周波   0.25 と設定した。また、高い減衰量部分は   0.15 とし、
  0.6 、   80 とした。その振幅特性を図 5 に示す。図 5 より得られたフィルタは通過域が平坦で阻止域が等リプルの特性が得られていることがわる。また阻止域の高減衰部分について指定の減衰量となっていることが確認できる。
現在、通過域平坦かつ阻止域等リプルの阻止域
可変フィルタの設計法について上記の方法に基づき開発をほぼ完了させおり、設計結果について検証中の段階である。

0

1

-20

10-3

0

-40

-1

-60

0

0

0.2

0.4

0.6

Normalized Frequency [図5〔学会発表〕（計１件）[1] Toma Miyata ， Takahiro Natori ，Naoyuki Aikawa ，A Design Method for
Linear Phase FIR Filters with Multiple
Variable Factors in the Stopband andSpecified High Attenuation，The 45th
Annual Conference of the IEEE Industrial
Electronics Society (IECON 2019) ，査読有， pp.43-47

-88-

0.1

0.8

1

-80
-100

３．代表的な研究成果

0.05

振幅特 性

rad/sec]

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 26 日現在

研究課題名：増淵恒吉の「確かな国語教育」論に関する研究研究代表者：後藤志緒莉
小区分：教科教育学および初等中等教育学関連
年 8 月に全国大学国語教育学会が発行している研

１．研究計画の概要
本研究の目的は、増淵恒吉の「確かな国語教究誌（査読あり）に論文を投稿し、採択の成果を育」論の生成過程と、戦後初期の高等学校の国語 収めることができた。上記の論文は、 2020 年 4
教育史における増淵の「確かな国語教育」論の意 月刊行予定の『国語科教育』第 74 集に掲載され味を明らかにすることである。

ることとなっている。

増淵は、昭和 32 ・ 33 年頃を中心に「確かな国語教育」を主張していた。「確かな国語教育」 ３．代表的な研究成果
論は、増淵の考える「国語教育」を明らかにする 〔雑誌論文〕（計１件）
上で留意しておかなければならない主張であると [1] 後藤志緒莉 , 戦後転換期における増淵恒吉国考えられるが、これまでの研究で増淵の「確かな語教育の変容――昭和 30 ・ 31 年度頃の授国語教育」について実証的に論じた研究は無い。

業の変化を中心に―― , 国語科教育第 87 集 ,増淵はなぜ「確かな国語教育」を主張したのか。

査読有り

※印刷中

また、「確かな国語教育」論は、増淵の国語教育論の全体と、戦後の高等学校の国語教育の歴史に 〔学会発表〕（計１件）
おいてどのような意味をもつものであったのか。 [1] 後藤志緒莉 , 増淵恒吉の「確かな国語教育」
論の生成過程に関する研究――昭和 30 ・本研究では、増淵の論考だけではなく、昭和
31 年の東京都立日比谷高等学校での授業の記録

31 年度の授業の変化を中心に―― , 国語教や、当時の日比谷高校の生徒の作成物を活用し、育史学会第 63 回例会 , 査読無し

「確かな国語教育」論の生成過程と「確かな国語教育」論の歴史的な意味を明らかにする。
２．課題研究の進捗状況及び達成度
増淵恒吉の「確かな国語教育」論の生成過程と戦後初期の高等学校の国語教育史における「確かな国語教育」論の意味を明らかにするために、今年度は以下の 2 点について検討を行った。
第一に、 1950 年代の増淵の授業実践と、当時の学習者が書いた感想文等の資料をもとに、増淵がどのような国語の授業を行なっていたのかを実証的に明らかにした。
第二に、同時期の国語教育界の動向と、当時の国語教育の動向に関する増淵の言説をもとに、1950 年代の増淵の教育実践の特色とその後主張された「確かな国語教育」論とが関連するものであることを明らかにした。
上記の研究内容については、 2019 年 7 月の国
語教育史学会で口頭発表を行い、その後、 2019-89-

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：炭素繊維強化熱可塑性プラスチックスの母材結晶構造及び力学的特性に及ぼす樹脂含浸の影響研究代表者：坂口雅人
小区分：材料力学および機械材料関連
太洋製( ) を用いて大気圧，( , 0(ºC で約(, 時間以上

1. 研究計画の概要

近年，地球温暖化の改善のために温室効果ガス 絶乾された．
( CF/PLA 板の成形は自作のホットプレスを用い排出量の軽減が求められている．温室効果ガスの排出量削減手法の一つとして輸送機器の軽量化に た加熱圧縮成形により行った．常温の金型に(Fgg(
よる燃費向上が挙げられる．このため，比強度， (1 に示す様に(PTF

シート，平織基材，ポリ乳酸

比剛性の高い炭素繊維強化プラスチックス(CFRP) ペレットを配置した．この金型をホットプレスにが輸送機器の構造材として注目されている．

セットして成形温度まで加熱し，金型が成形温度

本研究では成形性やコストの点から強化材に平 に達したら成形圧力を負荷した．成形圧力を負荷
織の炭素繊維，母材に熱可塑性樹脂を用いた炭素 した後，( , 0(ºC 以下になるまで成形圧力を維持し，繊維強化熱可塑性プラスチックス( CFRTP) に着目 冷却した．積層構成は(00 f とし，繊維質量含有率
した．従来の研究において，熱可塑性プラスチッ 約(50(a t，( 110(a a ×( 110(a a の寸法で成形しクスは溶融粘度が低いために炭素繊維への含浸性 た．また，成形温度は(200(ºC ，成形圧力は(2 5(が低く，また，母材となる樹脂の力学的特性は結 (PP t として成形を行った．
晶化度や分子配向のような高次構造に依存するこ成形した(CF/PLA 板における母材の結晶化度をとが報告されている．一方で，(CFRTP のような複 変化させるために(2 つの方法の比較を行った．一
合材料において層間強度や曲げ強度において母材 つは成形時の冷却速度の変更を行った．これはホの力学的特性に依存することが報告されている． ットプレスの自然冷却による徐冷とホットプレス
従って，本研究課題の核心をなす学術的な「問 内部に水を流すことによる急冷の二種類を行った．
い」として“(CFRTP の含浸率は母材高次構造及び もう一つの方法としてアニーリングを行った．ア
力学的特性にどのような影響を及ぼすのか”を設 ニーリングは成形した(CF/PLA 板を常温の金型に定した．この問いに答えるための基礎調査として，セットし，ホットプレスを用いて熱処理温度(130(
今年度は平織(CFRTP の力学的特性に及ぼす結晶化 (ºCに加熱し，熱処理温度に達してから( 000(a gn 静度の影響について調査を行った．

置することによって行った．

2. 課題研究の進捗状況及び達成度
2-1. CF/PLA 複合材料の引張特性に及ぼす成形時の冷却速度及び熱処理の影響
2-1-1. 実験方法①

試験片成形
本研究ではフィラメント数(3000本の炭素繊維束( トレカ糸(T300-3000 ，東レ製( ) を用いた平織基
Fgg(1(Lt yoru(of(PTF ( eeu 0(ctebon(fgbee(ceo (uexugle(

材とポリ乳酸(( PLA)( Ingeo(3001D ，(atur ee(o oes

製( ) を母材樹脂として用いた(CF/PLA 板を成形し (tn ( PLA(pelleu (when(CF/PLA(wt (a ol e
た．使用したポリ乳酸の数平均分子量と重量平均
分子量はそれぞれ約(7, 0000 ，約( 1550000 ，ガラス ②転位点と融点はそれぞれ約( , 3(ºC ，約(1, 0(ºC であ

引張試験成形した(CF/PLA 板の力学的特性を調査するたった．このペレットは成形前に乾燥炉( FF -50 ， めに引張試験を行った．試験片は(00(a a ×(10(a a-90-の寸法に切り出され，タブとしてアルミニウム板 が短いと含浸する前に樹脂が凝固する．このため
が評価部長さが(50(a a になるように接着された． に炭素繊維に負荷が伝わらず，引張強度と弾性率
試験機には万能試験機( AS -1000A ，( II PA DUが低下したものと考えられる．そこで，(CF/PLA

製( ) を使用し，クロスヘッドスピー 板の断面観察を行い，含浸率を調査した．この結ド(0 5(a a /a gn で試験を行った．

果，徐冷した(CF/PLA 板では含浸率が(01 0( であるのに対して，急冷では含浸率が(, 0 1( と比較的③

結晶化度測定低いことが示された．

(CF/PLA 板の母材結晶化度を調査するために示以上より，(CF/PLA 板の弾性率に及ぼす結晶化

差走査熱量測定( D C ) を行った．試験機には示差 度の影響が小さいと考えられる．また，冷却速度
走査熱量計( D C -00 ，( II PA DU

製( ) を使用し，が上昇した際の力学的特性の変化は含浸率の変化

加熱速度(10(ºC/a gn，目標温度(230(ºC として行った．が原因と考えられる．
得られた(D C 曲線から結晶化エンタルピー Hc と融解エンタルピー Ha を算出し，下式に代入する
ことによって結晶化度 c を算出した．
𝜒𝑐 =Δ𝐻𝑐 +Δ𝐻𝑚

1

135

1−𝑤𝑓

( 1)

ここで値(135(J/g は無限大の結晶厚さを有する(PLAの理論的な融解エンタルピー，w f は平織基材の重量含有率( 約(50(a t

)

である．

2-1-2. 実験結果及び考察
引張試験において得られた応力 - ひずみ曲線を(Fgg(2 に示す．また，(Fgg(2 から得られた引張強 Fgg(2(The(coa pteg on(of( uee (-( uetgn(cr eve (gn(度と弾性率を(Fgg(3 に示す．(Fgg(2 と(3 より冷却 ( pecga en(wguh( gffeeenu(coolgng(etue(t n (tn net lgng
速度が上昇すると破断伸びは増加する一方，引張強度と弾性率は低下した．一方，アニーリングの有無による比較において引張強度と弾性率の有意な変化は見られなかった．次に(D C において得られた結晶化度を(Fgg( に示す．この結果，結晶化
度は冷却速度の上昇とともに低下し，アニーリン
グによって増加することが示された．
(Fgg(3 よりアニーリングの有無により引張強度には有意差が見られなかった．これは試験片の引張負荷が主に炭素繊維によって保持されているためと考えられる．また，平織基材における繊維のうねりによって母材の力学的特性の変化が反映されやすいと考えた弾性率においても有意差が見られなかった．(Fgg( よりアニーリングにより母材の結晶化度が約(10( から(3 ( まで上昇したことか Fgg(3 The(coa pteg on(of(uen gle( ueenguh(tn (elt ugc(
ら，引張強度及び弾性率に及ぼす母材の結晶化度 a o r lr (gn( pecga en(wguh( gffeeenu(coolgng(etue(t n ((tn net lgngの影響は極めて小さいと考えられる．
一方で，冷却速度で比較した結果，引張強度と弾性率は冷却速度の上昇によって低下した．これは母材高次構造の影響ではなく，炭素繊維への樹
脂の含浸率の違いが原因と考えられる．冷却時間-91-

することで試験を行った．試験条件としてクロス
ヘッドスピードを約(0(a a /a gnとした．
2-2-2. 実験結果及び考察(Fgg(0 に曲げ試験における応力 - ひずみ曲線を示し，(Fgg(0 から得られた曲げ強度と曲げ弾性率を(Fgg(, に示す．また，( 2-1-1( ③と同様の方法で得られた各試験片の結晶化度を(Fgg(7 に示す．こ
れらの結果，曲げ強度と弾性率は熱処理時間とともに低下し，結晶化度は上昇した．また，破断後の試験片の端面観察を行った結果，ほぼすべての試験片において圧縮面付近での破壊が見られた．
(CFRP において圧縮荷重は主に母材樹脂の強度
Fgg( ( The(coa pteg on(of(cey utllgnguy(gn( pecga en(wguh(に依存する．このことから，曲げ強度の低下はア( gffeeenu(coolgng(etue(tn (tn net lgng

ニーリングによる結晶化度の上昇によって(PLA が脆化したことが原因と考えられる．一方で，過去

2-2. CF/PLA 複合材料の曲げ特性に及ぼす熱処理 の研究において，坂井ら (1) は母材としてポリアミ
時間の影響ドを用いた(CFRP 積層板において，アニーリング

2-2-1. 実験方法

による結晶化度によって曲げ強度と弾性率が向上①

することを報告している．これは結晶化による樹成形方法( 2-2 では( 2-1 と同じ平織基材とポリ乳酸を用い 脂収縮により，繊維・樹脂界面の接着強度が向上
た(CF/PLA 板を成形した．ただし，( 2-2 ではしたためと考察している．これらの傾向の違いは(CF/PLA 板の含浸率を向上させるため，フィルム 母材樹脂の収縮率の違いが原因と考えられる．ポスタッキング法による成形を行った．
フィルムスタッキング法は(Fgg(5 に示す様に(PTF

リアミドの収縮率は約(1 0 ～(2 2(であるのに対し，ポリ乳酸の収縮率は約(0 (と小さい．このシート，平織基材，ポリ乳酸フィルムを配 ため，結晶化による樹脂収縮による界面の接着強置し，その後は( 2-1 と同様の手順で加熱圧縮成形 度向上よりも樹脂の脆化の影響が大きく影響したする成形方法である．成形条件は成形温度(200(ºC ，と考えられる．
成形圧力(2 5(P Pt とし，加熱圧縮後は水冷による以上より，曲げ試験において圧縮面での破壊が急冷を行った．また，積層構成は(00 f とし，繊維 見られたことから，(CF/PLA 複合材料の曲げ強度
質量含有率約(50(a t，( 110(a a ×( 110(a a の寸 は母材樹脂に依存することが示唆された．また，(CF/PLA 複合材料の曲げ強度は結晶化によって低法で成形した．

成形した(CFRTP 板における母材の結晶化度を変 下した．これはポリ乳酸の結晶化による収縮率が化させるためにアニーリングを行った．熱処理温 小さいことが原因と考えられる．
度は(130(ºC とし，熱処理時間を(3 5(h0(, (h0(1 (h に変化させて行った．

参考文献
1)

坂井( ( 建宣(0(a r e( tf gth0(Bgnug( ht a r ga 0( 福嶋遼太(0( 蔭山健介，炭素繊維強化ポリアミドの② 3点曲げ試験(CF/PLA 板の力学的特性を調査するために(3 点結晶化が静的曲げ特性に及ぼす影響，日本複曲げ試験を行った．試験片は(00(a a ×(10(a a 切り合材料学会誌，(2010，(ool ( 5 ，(pp (223-220

出され，両端支持間距離(0 55(a a の治具にセットされた．試験中に生じるひずみを測定するために試験片中央部の引張面にひずみゲージを接着した．
試験機には万能試験機( P-500a -L550 ，(IPA DA

製( ) を使用し，試験片中央の圧縮面に荷重を負荷-92-

Fgg(5(Lt yoru(of(PTF ( eeu 0(ctebon(fgbee(ceo (uexugle ( Fgg(7(The(vtegtugon(of(cey utllgnguy(gn(CF/PLA((tn ( PLA(fgla (gn(fgla - utcsgng(a euho(coa po gue(whgch(weee(tn net le (foe(0(uo(1 h3. 代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計(3 件）(1) (Pt tuo( ts t gr chg0(Yo hgsg(Pguros t0( t uo hg((oo bty t hg0(hgnig(Fgghtet0(“Antl y g (of(oegenutugon((behtv goe(gn(poly ltcugc(tc g )(bglleu( r egng(exuer gon((r gng(t(fgngue(elea enu(a euho (tn (chtgn(neuwoes ((a o el”0(Pe chtn gctl( nggneeegng(Jor entl0査読有(020100(ool (00(I r e(50(p (10-003 0(2) 古島剛，坂口

雅人 ，” 生体吸収性マグネ

シウム合金およびプラスチックの加工技術 ”， ((日本塑性加工学会会報誌「ぷらすとす 」，査
Fgg(0(The(ben gng( uee (-( uetgn(cr eve (gn(CF/PLA(

読有，( 20200(ool (30(ao (250(pp (13-17( coa po gue(whgch(t nnet le (foe(0(h0(3 5(h0(, (h(tn (1 (h(3) ( tuo hg(oobt yt hg0(
Jgtxgtn(S tn 0(To hgso(F t t(&(
(Pt tuo( ts t gr chg0(“ ffecu(of(Coa ptugbglgzg
ng((Agenu(on(uhe(Fgbee-Pt uegx(A he gon(t n ((Pe chtn gctl(Peopeeuge(of(Lggnocellr lo e(Fgbee((Regnfoece (Polyolefgn”0(A vt nce (Coa po gue(
( Pt ueegtl 0(gn(Pegnugng〔学会発表〕（計(10件）(1) 坂口( ( 雅人，中野

秀秋，小林

訓史，

(TCP/PLA 複合材料の力学的特性に及ぼす延伸の影響，年次大会，査読無，(PDF データでの配布．
(2) 後藤( ( 広夢，坂口( ( 雅人，(CF/PLA の力学的Fgg(, (The(vtegtugon (of(ben gng( ueenguh(tn (elt ugc(

特性に及ぼす結晶化度の影響，年次大会，査a o r lr (gn(CF/PLA(coa po gue (whgch(weee(tn net le (foe(

読無，(PDF データでの配布．

(0(uo(1 h(3) 坂口雅人，後藤広夢，平織炭素繊維強化

ポリ乳酸の曲げ特性に及ぼす母材結晶化度の影響，山梨講演会講演論文集，査読無，(PDF
データによる配布．
(4) 坂口( ( 雅人，黒澤( ( 暢雄，小林( ( 訓史，  型-93-

リン酸三カルシウム( / ポリ乳酸複合材料の力学的特性と母材高次構造に及ぼす引張延伸の影響，機械材料・材料加工技術講演会講演論
文集，査読無，(PDF データによる配布．
(5) 小椋( ( 陸，坂口( ( 雅人，成形方法の違いによるポリ乳酸製骨固定スクリューの力学的特性調査，第(11回大学コンソーシアム八王子学生
発表会要旨集査読無，(PDF データによる配布．
(6) 後藤( ( 広夢，坂口( ( 雅人，炭素繊維( / ポリ乳酸複合材料の力学的特性に及ぼす母材結晶化度の影響，第(11回大学コンソーシアム八王子
学生発表会要旨集査読無，(PDF データによる配布．
(7) 黒澤( ( 暢雄，坂口( ( 雅人，  型リン酸三カルシウム( / ポリ乳酸複合材料の引張延伸，第(11回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨
集査読無，(PDF データによる配布．
(8) 吉田( ( 拓未，坂口( ( 雅人，ポリ乳酸フィルムの力学的特性に及ぼす結晶サイズの影響，第(11回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集査読無，(PDF データによる配布，ポスタ
ー発表優秀賞．
(9) 小林( ( 優斗，坂口( ( 雅人，ポリ乳酸の引張延
伸による延伸温度の影響，第(11回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集査読無，(PDF データによる配布．
(10) 若山( ( 隼，黒澤( ( 暢雄，坂口( ( 雅人，ジュラ
シックロボットを作ろう！，第(11回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集査読無，(PDF データによる配布．
〔図書〕（計１件）(1) 炭素繊維およびその繊維複合材料における分析試験，評価解析に関する最新事例集(“ 第(3
章

第(3 節

(CFRTP における母材の高次構造解析とその機械的物性評価について(” ，坂口( (雅人，後藤( ( 広夢，技術情報協会，(2010，(pp (, 2-,5 ．

-94-

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 26 日現在

研究課題名：次世代洋上風力発電システム用の自励式巻線形同期発電システムの開発研究代表者：山下健一郎

小区分：電力工学関連
１．研究計画の概要①

供試風力発電装置（ 2kVA ）の製作
（達成度 70%）

本研究では洋上風力発電システムのための低コ

2kVA の巻線形同期発電機に前論文で提案・試

ストで高効率な風力発電装置の提案／開発を行う。

筆者らは、洋上変電所が不要な次世代の洋上風 作した変圧器を組み込み、製作したサイリスタコ
力発電所として、直列ループ式の直流送電システ ンバータ、ダイオードブリッジを接続した風力発ムを用いた洋上風力発電システムの研究を行って 電模擬装置を構築した。しかしながら、変圧器電いる。一般に洋上風力発電所の風力発電装置は同 圧のひずみにより、コンバータが適切に転流でき
期発電機、変圧器並びに発電機出力を制御する整 ないことが明らかとなった。これについては別の流器（コンバータ）等で構成されており、発電機 方法を現在検討している。また、サイリスタコンには永久磁石同期発電機（ PMSG ）や、巻線型同 バータ以外の励磁方式について検討するための供期発（WRSG）が用いられている。中でも、自身 試装置の開発も一部行った。
の発電電力の一部を励磁用の電力として用いる「自励式のWRSG」は PMSG と同様に励磁用の電 ②シミュレーションモデルの構築源が不要で、希土類を使用しないため、持続可能（達成度 100% ）シミュレーションソフト（ PSIM ）を用いたモな社会を見据えた風力発電機として期待されている。同発電機は励磁電流の調整により発電機出力 デルの開発を完了した。同モデルは発電機出力や電圧を制御できるため、主整流器には安価で堅牢 実効値の他、電圧や電流の波形も計算することがなダイオード整流回路を用いることができる。し できる。
かしながら、発電機の漏れインダクタンスが大きい場合（インダクタンスが小さいほど鉄機械とな ③

提案する風力発電システムの定常特性解析

り、高価になる ）、 電圧波形ひずみが増大するた（達成度 70%）

め、広い範囲で適切な励磁電圧を維持することが提案方式の有用性を②で構築したシミュレーシ

できない問題点を有する。本研究では、負の等価 ョンモデルで確認したが、①の供試装置が未完成
インダクタンスを有する変圧器を用いた、主整流 のため、実験的検討は未達成である。提案方式を器で生ずる高調波を除去できるシステムを提案し、採用した風力発電システムに関する研究成果につ幅広い制御範囲を有する風力発電装置を提案／開 いては、次年度開催予定の国際会議 ICEMS2020
で発表する予定である（ digest 投稿済み。現在査発する。

読中であるため、詳細は割愛する ）。 また、同風
２．課題研究の進捗状況及び達成度

力発電装置を有する直列ループ式の直流送電シス

当該研究では①供試装置（ 2kVA ）の製作、② テムを用いた洋上風力発電システムについて、供シミュレーションモデルの構築、③提案する風力 試装置を対象に動作範囲やシステム容量に関する発電システムの定常特性（システム各部の電圧・ 検討を行った。これらの成果については国際会議
電流波形、種々な運転状況における制御範囲の確

ICEMS2019 にて発表を行った。また、実用規模

認など）について供試装置を用いた実験的検討並 の風力発電装置を想定したシステム全体の種々なびにシミュレーションモデルを用いた理論的検討 計算結果（定常特性）については、現在投稿中のを行った。以下，詳細を説明する。

内容であるため、詳細は割愛する。

-95-

〔学会発表〕（計 2 件）

３．代表的な研究成果

本研究における主要な研究成果として，次の項 [1] Ken-ichiro Yamashita, Gai Tsukamoto, Shoji
Nishikata, “Steady-state Characteristics of a Series

目があげられる。

LCC HVDC System with Power Compensators for①

サイリスタ励磁方式を用いた風力発電システ

Wind Farms,” The 22nd International Conference on

ム供試装置、チョッパ回路を励磁回路に用いElectrical Machines and Systems (ICEMS2019),

た風力発電システム供試装置、 PWM コンバ

Harbin, China, Aug., 2019 （査読無し）

ータを励磁回路に用いた風力発電システム供 [2] Ken-ichiro Yamashita, Fujio Tatsuta, Shoji
Nishikata, “Experimental Studies on a

試装置（一部）

Current-source Converter-based Wind Power Plant②

PSIM を用いたシステムの瞬時波形シミュレ

Composed of Series-connected Wind Turbineーションモデル

Generators and Synchronouscompensator-commutated Thyristor,” IEEE Energy③

提案方式の有用性（動作範囲が著しく拡大すConversion Congress & Expo (ECCE2019),

るなど ）、 同風力発電システムを用いた風力

Baltimore, MD, USA, Sept., 2019（査読無し）

発電所の定常特性など-96-

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：粘性差を伴った 2 成分混合系対流における過渡的停滞領域の解明
研究代表者：小林和也
小区分：数理物理および物性基礎関連
１．研究計画の概要

さらにコロイド溶液の実効的な粘性率はコロイド

流体を下面から加熱した際に上面・下面の流体 の体積分率によって変化することが知られている。
に密度差が生じ、レイリー・ベナール対流（熱対 したがって、体積分率を制御することによって系流）が生じる。この対流について、これまで 1 成 の実効的粘性率を変化されることができる。その分系だけにとどまらず、 2 成分混合系においても 結果、ある濃度において TSD 形成が起こることを様々な研究が行われてきたが、混合する 2 成分間 発見した。この結果は TSD 形成の本質が粘性の濃の分子ダイナミクスに強い非対称性（運動性の違 度依存性の強さというパラメータによって支配さい）を伴う場合における対流現象に関する研究は れていることを示している。これらの結果は論文
あまり行われていない。最近、申請者らの先行研 にまとめて、近々、投稿を予定している。
究によって、ある値以上の粘性差を有した溶液混合系の対流中において、上昇流付近に過渡的に流 ３．代表的な研究成果
れが停滞する領域（ TSD ） が動的に形成されるこ 〔学会発表〕（計 4 件）とが明らかになった。しかしながら、現象の本質 (1) Ryoko Sinohara, Kazuya U. Kobayashi, Marie的解明にはまだ至っていない。そこで本研究では、
Tani and Rei Kurita,“Transient stagnant

domain in a thermal convection of a binary
mixture”, Grand Views of Soft and Liquid
Matter Physics, No.66, Tokyo Japan (March
2020) [ 査読有]

この過渡的な停滞領域 (TSD) 形成の物理的なメカ
ニズムを系統的な実験を通して明らかにする。このメカニズムを明らかにすることによって、例えば、カオスや乱流といった状況における熱輸送ダ

イナミクスにおける動的非対称性の効果など、今 (2) 小林和也, 栗田玲, “大きな粘性差を伴った後の非平衡物理の発展性が大きく期待できると考混和性 2 成分流体系の熱対流”日本流体力学

えている。

会年会 2019 講演論文集, 東京 , (2019 年 9月). [査読無 ](3) 篠原良子, 小林和也, 栗田玲 , “2 成分混合

２．課題研究の進捗状況及び達成度
本研究課題で取り扱う 2 成分系の場合、 1 成分

対流における過渡的停滞領域形成のレイリー系とは異なり、密度以外に濃度の変数が存在する。

数依存性 ” 日本流体力学会年会 2019 講演

そこで、粘性の濃度依存性を切り口に TSD 形成の論文集, 東京 , (2019 年 9 月). [査読無 ]メカニズムを探った。具体的には 2 成分の混合比 (4) 篠原良子, 小林和也, 栗田玲 , “2 成分系対を変化させた際の TSD 形成の有無や頻度といった流における過渡的停滞領域形成のレイリー数

情報を明らかにした。その結果、ある混合比以下

依存性 ” 第18回になると TSD 形成が起こらなくなることを確認し東京 , (2019 年 8 月). [査読無 ]た。さらに、様々なシリコンオイルの組み合わせによって、混合比を変化させた際に普遍的に TSDが形成されるための粘性の濃度依存性の強さの下限値を決定することに成功した。
さらに、コロイド - 水分散系に着目し、この系において TSD 形成が起こるかを調べた。コロイド
粒子は通常球形をとっており内部自由度を持たず、-97-

関東ソフトマター研究会,

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：外的刺激を用いた自律神経活動の制御方法の検討
研究代表者：森 幸男
小区分：感性情報学
１．研究計画の概要

ータ（時間間隔や強さ）や被験者数をより精人が癒しや快適さを感じる時の自律神経活動は、査して検討することにより、ゆらぎの効果が副交感神経が優位になった状態であることが知ら明らかにできると考えられる。次年度以降のれている。またこうした癒しや快適さをもたらす

研究課題として検討する必要がある。

特定の音楽や自然環境には、振幅や周期のゆらぎのスペクトルに 1/f 特性を示す「 1/f ゆらぎ」が次に、実際の音環境に実装した音刺激に関含まれているとも言われている。申請者らは、先して述べる。本研究では実際の音環境として行研究において、 1/f ゆらぎが人の自律神経活動

図書館における学習スペースを想定した。こに影響することを明らかにした。また、血流を制の学習スペースにおいて、 1/f ゆらぎ音源を御する磁気刺激が自律神経活動に影響することも

背景音楽 (Backgroud Music, BGM) として提明らかにした。これらの結果から、外的刺激によ示した場合と、個別音環境（イヤホンによるって自律神経活動を制御する可能性の示唆を得た。

個別提示、パラメトリックスピーカによる音

そこで、本研究は、２つの刺激（ 1/f ゆらぎ刺場限定範囲提示）として提示した場合につい激、磁気刺激）を用いて、人の自律神経活動を制て、被験者の読書作業量の促進効果について御する方法を定量的な観点から明らかにすることそれぞれ検討した [2][3] 。

を目的として実施した。

本研究から、次のような知見を得た。
(a)

被験者の嗜好として読書が好き嫌い問わず、 BGM がある方が読書に熱中できる

２．課題研究の進捗状況及び達成度という傾向を得た。すなわち、 BGM あ

本研究の目的を達成するために、以下の３点に着目し検討した。

りの方が目的作業の促進ができると期待できる。

①

1/f ゆらぎが自律神経活動を制御できるかを(b)

被験者の嗜好として読書が好きな人はイ

定量的に明らかにする。（ 2019 年度～

ヤホンで BGM を提示したときの方が読2020 年度）

書に熱中する人が多いことが分かった。
また、読書が嫌いな人はパラメトリック

本研究では、 1/f ゆらぎの効果を定量的にスピーカによる BGM 提示の方が読書に調べるために、機械的な振動刺激と実際の音熱中していることが分かった。なお、男環境に実装した音刺激を用いた。

女混合で計測を行ったが差はみられなか

まず、機械的な振動刺激に関して述べる。

った。

先行研究で得られた示唆から、被験者の心拍以上のように図書館の学習スペースによる変動、他者の心拍変動、一定間隔の振動にそ

音環境についてはある程度の傾向を得ること

れぞれ同期したパルス振動刺激を用いて、脈ができた。しかし、どのような音楽が作業を波計測から客観的データ解析を行い、関係性促進するのか等、実践的な知見を得ることはを検討した [1] 。

できておらす、さらなる検討が必要であると本研究からは、 1/f ゆらぎが自律神経活動を制御できるという明確な結論を得ることはできなかった。しかしながら、刺激のパラメ-98-

考えている。

②

磁気刺激が自律神経活動を制御できるかを定 ３．代表的な研究成果
量的に明らかにする。（ 2019 年度～ 2020

〔学会発表〕（計 3 件）

年度）

[1]

村上慶仁，中谷直史，白濵成希，渡邉志，森幸男，心拍と同期した刺激による自律神

先行研究 [4] により、磁気に影響しない自律

経活動について，日本人間工学会関東支部

神経活動の計測が必要であることが分かったた

第 25 回卒業研究発表会，査読無， C-2-3 ，め、本研究では、自律神経活動の計測方法とし

千葉工大（新習志野 ）， pp.104-105，
2019-12.

て皮膚電位を用いた。市販の磁気治療器による交流電気磁気刺激に対する自律神経活動の変化[2]

熊澤匠真，和田初枝，森幸男，図書館における読書作業と BGM の関係性について，

から、その関係性を検討した。
本年度は、先行研究の内容についてさらなる

日本人間工学会関東支部第 25 回卒業研究検討を進めたが、現在のところ発表できる成果

発表会，査読無， C-3-1 ，千葉工大（新習志野 ）， pp.108-109， 2019-12.

を得ていない。計測に時間が必要であることが大きな原因である。計測を効率的に計画しなが[3]

渡邊真璃弥，和田初枝，森幸男，図書館にら実施し、来年度成果を発表できるようにしたおける個別音響空間の読書熱中度に関するい。

検討，日本人間工学会関東支部第 25 回卒業研究発表会，査読無， C-3-2 ，千葉工大③（新習志野 ）
， pp.110-111 ， 2019-12.

音刺激と磁気刺激における自律神経活動の制
御方法の確立（ 2021 年度）〔その他〕
前述の①、②の成果を基にして、定量的な観[4]

笠原淳一，森幸男，交流式電気磁気曝露に点による自律神経活動の制御方法を音刺激と磁よる自律神経活動の一考察，日本福祉工学

気刺激において検討する予定である。

会第22回学術講演会講演論文集，査読無，304 ，熊本高専（合志）， pp.46-47，
2018-11.

-99-課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：量子 Rabi 模型における超強結合領域の解析研究代表者：真島 裕樹
小区分：数理物理および物性基礎関連
１．研究計画の概要

時間であっても⟨0|0(𝑡)⟩ → 0（𝑉 → ∞ ）となり，

光と物質の相互作用を量子力学的に記述する量 真空の非同値表現が存在することがわかった．
子 Rabi 模型において，解析の容易さと実際の相上で述べた対向回転項の効果とは別に，超強結互作用の強度から，従来は量子 Rabi 模型に回転 合領域における量子 Rabi 模型は物質の効果が繰波近似を施した Jaynes-Cummings 模型（ JC 模 り込まれた光子によって記述されることが，超対型）が扱われてきた．ところが，半導体基板上に 称量子力学の知識を用いると示せる．このとき，作製した人工原子（超伝導電気回路）を用いる回 相互作用はコヒーレント状態を作るため，この繰路量子電磁力学（回路 QED ）では，人工原子と り込まれた光子の基底状態の時間発展は⟨0|0(𝑡)⟩2マイクロ波光子の相互作用を非常に強くすること → 𝑒 −𝑔𝑡 となり，通常の強結合状態と比較してゆが可能であり， JC 模型では現象を理解すること っくりとした崩壊となることがわかった．
が難しくなってきた．すなわち，量子 Rabi 模型

量子 Rabi 模型の熱力学的性質については今後のハミルトニアンに現れる JC 項に対して対向回 の課題である．
転項（ JC 模型では無視する）を無視することができなくなったため，量子 Rabi 模型そのものに ３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 1 件）

向きあう必要が生じている．

この問題を追究するに当たり，開放量子系の理 [1] Hiroki Majima, Quantum Instability in the
論および熱場の量子論の２つ観点からのアプロー

Ultrastrong Coupling Regime of the Dicke

チを試みる．開放量子系の理論の観点からは，量

Model, JPS Conf. Proc. 査読有 , 30 巻 ,子 Rabi 模型の散逸や基底状態の不安定性に関す

011025 頁

る知見を得ることができる．また，熱場の量子論の観点からは，エントロピー変化を求めることに 〔学会発表〕（計１件）
より，量子 Rabi 模型における発熱を評価するこ [1] Hiroki Majima, Quantum Instability in the
Ultrastrong Coupling Regime of the Dickeとができる．

Model, International Conference on Strongly
Correlated Electron Systems 2019,

２．課題研究の進捗状況及び達成度
Dicke 模型を含む一般化された量子 Rabi 模型

September 23 - 28, 2019, Okayama
Convention Center, 査読有における状態の不安定生を考察した．
はじめに， Dicke 模型で生じるのと同様に，超強結合領域における量子 Rabi 模型でも超放射相転移が起こることを示した．
この相転移が起こる原因の一つとして，量子Rabi 模型に含まれる対向回転項の存在が考えられる．そこで，対向回転項が基底状態の時間発展に与える影響を考察した．その結果，真空残存確率振幅⟨0|0(𝑡)⟩ が，結合定数を𝑔 として𝑒 −𝑔𝑡 と振る舞い，長時間極限（𝑡 → ∞ ）では⟨0|0(𝑡)⟩ → 0となることを示した．また，熱力学極限では有限-100-

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：自己相似的な数理構造をもつ複素点列とその最適点配置問題の研究研究代表者：須志田隆道
小区分：応用数学および統計数学関連
１．研究計画の概要

限乗法群であり、一つの固定された複素数の冪乗

ひまわりの頭状花序を観察すると、無数に存在 によって各点の座標が決定される。複素数の演算
する種が螺旋状に配置されていることに気づく。 によって点の配置が決定されることから、演算を
ひまわりのような植物の葉や種などの配置は葉序 変更すれば、さらに複雑な数理構造をもつ点列をと呼ばれている。植物は細胞壁をもつ細胞組織と 考えることができる。巨大数の分野で定義されてして形成されるが、螺旋の数や連続して生成され いるものを参照すると、冪乗はハイパー 3 演算子
る 2 つの原基（葉や種などのもとになる細胞）の と呼ばれており、加法はハイパー 1 演算子、乗法
角度（回転角）を計測すると、多くの植物におい はハイパー 2 演算子と呼ばれている。本研究では、て、螺旋の数がフィボナッチ数であり、回転角が 冪乗の次の演算子である超冪乗（ハイパー 4 演算
黄金角（およそ 137.5 度）であることが報告され 子）で点の配置が決定される複素点列を考える。
超冪乗点列は Galidakis によって、複素力学系ており、葉序は非常に美しい数理構造を有するということが知られている。

の手法を用いた研究が行われている。超冪乗点列

葉序の数理的な研究は 19 世紀前半に始められ、は固定する複素数に応じて、螺旋模様が 1 つの場
葉序の数理構造を理解するための単純な円筒モデ 合だけでなく、複数の螺旋模様がクラスタとして
ルが提案された。 Bravais 兄弟らは円筒モデルに 得られる場合がある。 Galidakis はどの複素数をおいて、螺旋の数が回転角の連分数展開の近似分 固定すればクラスタの個数が何個できるかを固定数に関係していることを示した。その後、 20 世 した複素数から判別するための条件を導出し、ク紀前半に G van Iterson は円筒モデルを複素対数 ラスタの収束点の座標を求めることに成功した。
函数によって移すことで得られる対数螺旋上の複本研究のねらいの一つ目は、複数のクラスタが素点列を母点集合とする円板充填（サークルパッ 存在する場合に、収束点を中心として、螺旋上にキング）モデルにおいて定義される螺旋の数の分 存在する連続している 2 つの複素数の偏角がどの岐過程を示したvan Iterson diagramを示し、 20

ような値に収束するか、それぞれのクラスタで計

世紀後半に、 Rothen と Koch によって分岐過程 算される偏角の値は同じ値であるかどうかを示すにおいて回転角の連分数展開で得られる近似分数 ことである。ただし、ここでの偏角は主値をとるの分母が螺旋の数であることを示した。申請者は ものとする。さらに、同一の偏角に収束するよう
日詰明男氏（造形作家・龍谷大学）が考案した対 な複素数はいくつ存在するかを明らかにすること
数螺旋上の複素点列を頂点集合とする三角形螺旋 である。対数螺旋上の複素点列の問題では、 2 点
タイリング（フィボナッチ・トルネード）を出発 間距離で定義された指数型のポテンシャル関数の点として、日詰氏と山岸義和氏（龍谷大学）との 最小化問題の解として、エネルギーが最小の方向
共同研究として、対数螺旋上の複素点列を頂点集 に収束すると、黄金比やフィボナッチ数で記述さ合とする幾何学モデル（タイリング・ボロノイ

れるパターンが最も安定であることが数値的に示

図・円板充填）における数学的な性質を網羅的に されている。本研究のねらいの二つ目は、超冪乗証明する研究を行い、ボロノイ図において定義さ 点列においてもエネルギー最小化問題を扱い、どれる螺旋の数の分岐過程を示す分岐図の双対グラ のような配置が安定かどうかを調べることである。
フがvan Iterson diagramであることを数学的に証明した。対数螺旋上の複素点列は、一つの複素数 ２．課題研究の進捗状況及び達成度で生成される原点を除いた穴あき複素平面上の無-101-

本研究の第一のねらいである複素数の比の収束に関して、極限点周りの漸近挙動を数学的に取りさらに、ネットワーク上で管理された計算機群

扱い、偏角の収束値を表す数式を計算によって導 を同時に動作させるためのアプリケーション開発
出することに成功した。さらに、複素関数のイテ に取り組み、課題研究費で購入した計算機と既存
レーションを計算することによって、一つの複素 の計算機の全てを使用した並列処理が可能となり、数を固定した場合に複数のクラスタが存在する場 作業の効率化を図ることができた。特に、今回開合においても、全ての偏角が同じ値に収束するこ 発した並列計算プログラムの設計は本研究だけでとを数学的に証明した。図 1 は偏角が同じ値に収 なく、その他の数値計算プログラムにも適応する束する例を示している。

ことができ、汎用性が高いものとなった。
エネルギー関数の最小化問題に関して、本年度は数値計算を行うことに留めた。図 3 に示されたように、クラスタ数が 1 つのときについてクラス
タサイズを評価する関数を定義して、エネルギーをヒートマップで表した。この結果から大きいクラスタを作り出す複素数が図 2 （左）のクラスタ
数 1 の領域の境界であることを特定することがで

図1.（左）-1+iと固定して得られる点列 . （右） きた。一方で、クラスタサイズが最も小さくする
複素数は 1 であることは自明であるが、 1 の近傍

偏角の主値が同じ値に収束する様子 .

でのエネルギーがどのように評価されるか、領域
同じ偏角の値に収束する複素数の集合に関して の境界上でのエネルギーの分布が均一であるかど
は、数値計算によって算出した。共同研究者の米 うかといった数学的な問題があるため、それらを
華真典氏（サレジオ工業高等専門学校専攻科）が 今後の課題とする。
開発した Python でのプログラミングコードを用

さらに、ハイパー 3 演算子の対数螺旋上の複素いることで、単一の計算機の複数のスレッドを同 点列と同様に、指数関数型のエネルギー関数を点時に扱った計算が可能になり、計算時間を削減し 同士の距離を用いて定義したものを考えると、図て、複素数の集合を描画することができた。図 23 に示されたように、領域の境界付近において、は同じ偏角の値に収束する複素数の集合を表して エネルギーの分岐構造が観察できる。この分岐構
おり、同じ偏角の値に収束する点列を作り出す複 造はvan Iterson diagramと同様に、収束する偏角
素数が複数存在することが数値計算によって確か の連分数展開の近似分数と密接な関係があると推められた。この数値計算をヒントにして、同じ偏 測できるため、今後の課題としてエネルギーの分角の値に収束する複素数の個数を集合論的に明ら 布の詳細について研究を行う。
かにするための数学的研究が望まれる。

図 3. 図 2 （左）の太枠部分における指数関数型
図2.（左）クラスタの個数で分類された複素数の のエネルギー関数の分布図. グレースケールでエ集合 . 1, 2, 3, 4 とラベリングされた領域で複素 ネルギーの値を表しており, 黒色は高く, 白色は数を固定するとラベルと同じ数だけのクラスタが 低いことを示す. ただし, クラスタ数が 1 の領域出現する . 太枠は図 3 に表示される範囲を示す .

以外は白色で塗りつぶしている . エネルギーが低（右）収束する偏角の値に応じてグレースケール いところ ( 白色部分 ) に分岐構造が観察できる .
で示された複素数の集合 .

-102-

３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計１件）[1] 米華真典 , 須志田隆道 , ハイパー 4 演算子で定義された複素点列の等角性について , 第17 回計算数学研究会 , セッション3-3, 査読
なし

-103-

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 27 日現在

研究課題名：光源の空間分布特性を考慮した光源色推定手法の検討
研究代表者：川村春美
小区分：知覚情報処理関連
キーワード：色彩恒常，視覚情報処理，光源色推定
１．研究計画の概要

また，この理論では，シーン中に存在する照明光

複数種類の照明光がシーン中に存在している場 の種類についても影響を受けずに反射率の情報を合の画像から照明光の色を推定する手法に関する 推定できると言われている．そこで本研究では，検討を行う．推定にあたっては，画像上における 陰影がある画像を対象として Retinex 理論による
照明光と物体色の空間的変化の違いに着目した手 反射率推定の可能性を検討する．陰影のある画像法である Retinex 理論をベースとする． 2 種類の とは，同一シーン内に照明があたっている日向領
光源下で作成した CG 画像に Retinex 理論を適用 域と当っていない日陰領域が存在する画像であり，した際の推定精度を検証し課題を明らかにすると 日向，日陰を 2 種類の照明と見なす．本稿で対象
同時に，光源種類を 3 種類に拡張する手法につい とする日陰とは，図 2 に示すように光源からの光ても検討する．また，実画像に適用し推定精度を が十分に届かない領域にお評価する．

いて生じる陰の領域（灰色領域）であり，光が物体か

２．課題研究の進捗状況及び達成度

ら遮蔽されることによって(1) 既存研究と課題

生じる影（図 2 の斜線領域）

光源

陰

3次元物体
影

カラー画像から照明光色を推定する手法の中で と区別する．
図 2 ：陰と影の違い
1)
上述したように， Retinex 理論では，画像の画
Retinex 理論 は古くから提案されており，改良
素値の強度変化を物体領域の境界と見なす手法で手法も多岐に渡っている．この理論では，照明光あるため，図 2 のように同一物体領域内に陰があの空間的な強度変化よりも物体領域の境界によるると別の物体領域として見なされることが想定さ
強度変化の方が大きいことを利用し，物体の反射れる．
率の情報からなる画像を生成することが主眼であ (2) 提案手法
る．即ち，画像の画素値変化の大きい部分を物体
陰領域は日向領域と明るさは異なるが色味の成領域の境界と見なし，緩やかな変化を照明光強度 分は変化が小さいと考えられる． R, G, B の各画によるものと見なし反射率の計算から除外するこ 素値は明るさの成分を含んでいることから RGBとによって物体領域毎の相対的な画素値の比率を 色空間を，色相，彩度，明度からなる色の三属性
反射率とする．図 1 は，右側にいくほど照明光強 の空間に変換し，色相に基づく手法を提案する．
度が大きくなる画像から緩やかな変化を除去する 色の三属性からなる色空間として本研究ではことで反射率を得る様子を示したものである．
CIELAB2) を用いる．その理由は，色味成分と明
200

100

0

物体領域

画素値

200

画素値

画素値

300

0
緩やかな変化を除外

画素値

100

覚する色の差と色空間上の 2 色の距離とが対応し100

画像の水平位置ている（均等色空間）という特徴があるからであ
画像の水平位置

光源成分

る．CI ELAB*
は，明るさを表す明度指数CAと，色味を表すクロマティクネス指数C* とC* から構成される．クロマティクネス指数の組み合わせによっ500

るさ成分が理論的に独立であり，また，人間が知

画像の水平位置て色相C と彩度C を式 (1), (2) によって定義する．

図 1 ： Retinex 理論による反射率推定の概念

-104-

強度

輝度Y

y

* * *
CA
C C 色空間においてC* とC* からなる平面上に 照明スタンドを用いる．
条件 A の結果を図 7 に示す．ピンク，黄，緑，
色 C を射影した図を図 3 に示す． b*
色Cb
青の
4 種類の紙製ファイルを被写体とし，昼光色
ここで，色相C はC* 軸とのなす
光源下の日向領域（□）と影領域（●）の反射光
角（C ～Cπ ）で表し，彩度C はHを xy 色度座標上に示す． 0.45
昼光色の場合a*a0
原点と点CI との距離とする．
黄
図 8 より，被写体の色に緑0.4
図 3 ： a*b* 平面の色相 関わらず，全体的に影領
0.35
青域の反射光が右上，即ち，𝑏
ピンク
H = arctan ( )………………
(1)0.3
日向𝑎
黄方向にシフトする傾向
影領域
0.25が見られる．この傾向はS = √𝑎2 + 𝑏 2………………
(2)
0.25
0.35
0.45
x
電球色の場合も同様であ式 (1) による色相 H の差が大きい場合に物体領 る．
図 7 ：日向と影領域の色域の境界であると判定する．
条件 B の結果を図 8 ，図 9 に示す．図 8 は，照(3) 実験
明光との水平距離に対する輝度Y (cd/m2)，図 9 は，
CG で作成した画像に上述した手法を適用する．照明光との水平距離に対する色度の変化である．
図 4 の画像は，複数の色領域をランダムに貼り合 図 8 より，照明光によらず距離が遠くなるほど輝500
昼光6200度が小さくなる傾向
わせたパターン（モンドリアンパターン）に，図
電球3000400が見られる．一方，
300
5 のように空間的に強度変化のある照明光を照射 図 9 ではｘ，ｙ色度200
して作成したものである．なお，照明光は左から 共に距離が離れる程，
100
赤系照明，右側は白色照明とし強度変化をつける 小さくなる，即ち，
0
0
20
40
青味が強くなる傾向
ことで右側を陰領域とする．
光源からの距離（平面上）が見られる．
図 8 ：光源からの距離に対する輝度

昼光

画像の水平方向の位置

図 4 ：実験画像

図 5 ：照明光強度分布

入力

60

画素値

画素値

80

40

1

101 201 301 401 501

画像上の水平方向の位置

0

20

40

光源からの距離（平面上）(5) 今後の予定
陰影画像からの推定反射率にある揺らぎの原因を明確化し，光源種類の増加と実画像への適用を行う予定である．

出力

60

参考文献

40

1)

L.C. CA n d,CJ.CJ.CMcI n n,C“AightnessC ndCRetinex
Theory,”CJ. O. S. A., vol.61, no.1, pp.1-11, 1971.

20

20

40

図 9 ：光源からの距離に対する色度変化

なっているのに対し，右側は左右の差がなくなっ80

20

光源からの距離（平面上）方向の画素の値である．左側は全体に右下がりにており，陰による影響を取り除いた反射率が得ら

0.32

0.31
0

側）と処理結果（右側）の画像の y=200 上の水平

れていることを意味する．

0.31

0.3

実験結果を図 6 に示す．この図は実験画像（左

昼光

0.33

y

x

0.32

1

101

201

301

401

501

画像上の水平方向の位置

2)“色の表示方法－ L*a*b* 表色系および L*u*v*
表色系，” JIS ハンドブック色彩，日本規格

図 6 ：画素値の変化

協会（編）， pp.355-357, （財）日本規格協会，(4) 実環境の測定
以下の観点で物体表面からの反射光を測定する．
A ：同一物体上での日向と影領域の反射光

東京， 2009.

３．代表的な研究成果
B ：照明光との距離に対する反射光〔学会発表〕（計１件）
測定は，一辺が 60cm の立方体内部の床面に被写体をおき，上部から照明光を照射する．測定器 [1] 川村春美，陰影画像からの照明光色と物体色の分離方法の一考察，電子情報通信学会，画はコニカ・ミノルタ製 CS-200 ，照明は昼光色，
昼白色，白色および電球色の 4 種類を照射可能な像工学研究会技術報告 IE2019-105, pp.41-46-105-課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 12 日現在

研究課題名：多段接続したコッククロフト-ウォルトン回路の高周波駆動に関する検討
研究代表者：米盛

弘信

小区分：電力工学関連
10kHz の実験で得られた結果と同条件のシミュレ

１．研究計画の概要

本研究の最終目的は，室内における太陽光発電 ーション結果を比較して整合がとれるか確認する。
の実験で必須となる人工太陽光をパワー LEDによ そして，確認後にメインとなる回路解析を行う。
って実現することである。そこで，容易に直流高 シミュレータで解析する CW 回路の交流電源は，電圧が得られるコッククロフト - ウォルトン回路 周波数： 10kHz ，電圧： 282Vpp 一定とした。解（ Cockcroft - Walton Circuit ：以下， CW 回路）を 析は，全波整流型 CW 回路を 1 段から 4 段までの応用してパワー LEDの点灯回路が実現できないか 各段数において，負荷抵抗を 100 Ωから1kΩまで検討した。一般的に， CW 回路はμ A ～ mA オー

100 Ωステップで変化させて行った。出力電圧とダの電流しか出力できずパワー LEDを点灯させる 出力電流は，負荷抵抗の両端波形から測定した。
図 1 に電源周波数 10kHz 時の出力電圧と出力電には不十分である。すなわち，本研究を達成する

ためには， CW 回路の高電流出力を実現する必要 流の関係を示す。図 1 より，段数の増加に伴い出がある。ここでは， CW 回路の出力電圧・電流の 力電圧と出力電流が大きくなることが分かった。
目標値を 280V ・ 600mA とする。

2 段以上の段数で目標とした出力電圧が得られる

本課題は，多段接続した CW 回路に入力する交 ことが分かった。
流の周波数に着目し，高周波化した際の直流出力性能を評価するために，以下の 2 項目について取 【スイッチング回路を付加した
CW 回路の高周波駆動】

り組んだ。
➢

図 2 に実験回路を示す。本来は，商用電源を双電子回路シミュレータLTspiceを用いて全波整

流型 CW 回路を 1 段から 4 段まで接続した場 方向スイッチによって直接AC-AC変換をして高周波数にしたいが，動作を簡単化するために，図 2合の出力電圧と出力電流を明らかにする。
➢

スイッチング回路を付加した CW 回路を提案 では商用電源を一旦直流にしてから高周波交流へし， 5kHz ， 7.5kHz ， 10kHz の高周波パルス 間接的に変換している。
本実験では， 5kHz ， 7.5kHz ， 10kHz の高周波で駆動させたときの出力電圧と出力電流，おパルスを全波整流型 CW 回路に入力したときの出よびリップル率を明らかにする。

力電圧と出力電流，およびリップル率を明らかにする。高周波パルスは， 1 次側トランスに接続し

２．課題研究の進捗状況及び達成度

研究目標を達成するために，本年度は以下に示 たスイッチング回路を用いて生成する。実験は，す項目について取り組んだ。代表的な成果の中か 先行研究 † と比較するため 100Vpp-50Hz 一定としら重要なものを概説する。なお，詳細は研究成果 た。また，負荷抵抗は， 200 Ωから1kΩまで 100の論文等を参照されたい。

Ωステップで変化させた。出力電圧と出力電流は負荷抵抗の両端波形から測定した。スイッチング
素子は， n-ch Power MOS-FET を用い，Duty比50％【シミュレータによる
全波整流型 CW 回路の動作解析】
本解析では， CW 回路の段数を変化させた際の出力電圧と出力電流を電子回路シミュレータ LT†

幅野岬太，大島穂高，米盛弘信：“全波整流型コッククロフト — ウォルトン回路の高周波駆

spiceによって明らかにする。はじめに，シミュレ 動 ”， 2018年 ( 第36回 ) 電気設備学会全国大会
ーションの妥当性を確認するために， 100Vpp講演論文集 , p,431(2018)-106-

でスイッチングを行う。ゲート回路は，フォトカ
プラ (TLP250) を使用し，ゲート抵抗10Ωを接続した。なお， CW 回路は高電圧が加わることから各素子は高耐圧のものを用いている。
図 3 に周波数を 10kHz ， 7.5kHz ， 5kHz に変動させたときの出力電圧と出力電流を示す。図 4 に各周波数における負荷抵抗の変動に対するリップ
ル率を示す。図 3 より，最大出力電圧は負荷抵抗
1kΩ，周波数 10kHz 時に得られた出力電圧
97.2Vpp となっている。最大出力電流は負荷抵抗
200 Ω，周波数 10kHz 時に得られた出力電流

図3

周波数を変動させたときの281mAとなった。

出力電圧と出力電流

図 4 より負荷抵抗が小さいほどリップル率が大きくなり，負荷抵抗が大きいほどリップル率が小さく安定することが分かった。
本実験に供した回路で測定した 10kHz の実験結
果と先行研究 † による交流電源 100Vpp - 10kHz で行った実験結果を比較すると出力電圧と出力電流，およびリップル率は近似した値であることを確認した。したがって，図 2 の回路方式で全波整流型
CW 回路を高周波駆動させることにより，パワー
LED の駆動条件である電圧： 300V ，電流：600mA，リップル率： 1% 未満が実現できる見込みが得られた。
図4

各周波数における
負荷抵抗の変動に対するリップル率

３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 3 件）
1.

中川湧貴，米盛弘信：“全波整流型コックク
ロフト - ウォルトン回路を用いた室内実験用
光源の点灯回路に関する一提案 ”， 2019年（第 1 回）電気設備学会学生研究発表会プロ
グラム・予稿集，査読なし， pp.56-57 ，東京
電機大学 (2019-12)

図1

電源周波数 10kHz 時の2.

中川湧貴，米盛弘信：“スイッチング回路を付加したコッククロフト - ウォルトン回路の出力電圧と出力電流の関係

高周波駆動に関するー検討 ”， 第11回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集
CD-ROM ，査読なし（ 2019-12 ）3.

中川湧貴，米盛弘信：“シミュレータによる
全波整流型コッククロフト - ウォルトン回路の動作解析 ”， 2019年（第37回）電気設備学

図2

会全国大会講演論文集，査読なし， p.543 ，

スイッチング回路を付加したCW回路

福岡工業大学 (2019-08)-107-課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 20 日現在

研究課題名：多点観測可能な直流抵抗式土壌センサを活用した IoT による潅水技術の定量化シ
ステム
研究代表者：𠮷野 純一
小区分：計測工学関連能である。三次元的な可視化の模索として (b) の１．研究計画の概要

本研究は、従来のセンサネットワークでの農業 設置方法で実験を行った。結果からの分析及び再支援システムではなく、Sigfox を活用したもので 設計へのフィードバックはこれからである。
ある。 Sigfox は、低価格・低消費電力・長距離伝送を特長としたグローバル IoT であり、農業支援システムとしての実例は今のところない。ネットワーク圃場でのセンサから得たデータを Sigfox によって収集し、クラウドへデータを格納して、セキュリティを勘案しつつ、農業従事者が農作業中
でも使い勝手の良く、手軽にどこからでもアクセス可能なシステムとする。低コストで多数設置することで従来よりも短期間で核心的なデータを取得、分析可能にする。将来的には、誰でもどこでも、ブランド品種などを栽培できるようにする。
農業従事者は、データを数値としてではなく、

図1 センサ設置方法一例

可視的に把握でき、農作業の判断材料に生かすことができる。また、環境の異なる地域でも作物が ３．代表的な研究成果
育つかをシステムで取得した土壌データから知る 〔学会発表〕（計 4 件）
(1) 澤田陸志 , 吉野純一 , “土壌水分浸透センサ

ことができる。
本研究は、根域における土壌のモデル化をするの電極に着目した腐食度合の検討 ，”

第ために多点観測できる土壌水分センサの開発、設11 回大学コンソーシアム八王子学生発表会

置方法を検討する。また、根域における同時多点

要旨集 , C125, December 2019 ．査読無観測可能な直流抵抗式土壌センサの製作をし、電 (2) 酒井健瑠 , 吉野純一 , “ Sigfox を用いたセン
極サイズの特性評価および多点観測土壌センサのサネットワークシステムの構築 , ”第 11 回評価を行う。

大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集,
C123, December 2019 ．査読無(3) 川島爽義 , 吉野純一 , “ドローンを事例とし

２．課題研究の進捗状況及び達成度
根域における土壌のモデル化をするための土壌

た飛行時間延長の一検討 ，”

第 11 回大学

水分浸透センサは、試作品を完成させ、その評価

コンソーシアム八王子学生発表会要旨集 ,を行っており、継続中である。作物を栽培するた

B127, December 2019 ．査読無めに必要な水分量は , 品種や土壌の性質などによ (4) 吉野純一，黒木雄一郎，米盛弘信，加藤聖隆 ,って異なり、その指標は農業者の経験やノウハウ“産学官連携による教育活動の一事例－相模であるため暗黙知である。この指標を定量化する

原市と企業との連携事例－ ，”ために製作した土壌水分浸透センサを使用し土壌育協会第 67 回年次大会講演論文

内水流をリアルタイムで測定した。また図 1 は土集 ,pp.142-143, September 2019. 査読無壌水分浸透センサの設置方法の一例である。 (a)は土壌内水流を二次元的な可視化 (x,y 方向 ) が可

-108-

日本工学教

課題研究費実績報告書
令和 2 年 3 月 31 日現在

研究課題名：剣道競技における打突中の対人的動作技能の特性研究代表者：大野達哉
小区分：体育および身体教育学関連
１． 研究計画の概要と『出ばな技 』、 身体移動の主な出力を担う『左剣道競技（以下，「剣道」という）では，規定 下肢』と、身体移動の指標として『体幹（腰の試合場内で 2 名の選手が竹刀を持って対峙し， 部 ）』 の動作を対象に研究を行うことは非常に価互いに攻防を繰り返しながら有効打突を取得し合 値が高いことが明らかとなった（達成度 100 ％）。
う 1 対 1 の攻防一体型競技である．その動作は約2 ｍ以内の至近距離で，競技者の身体移動と竹刀 ２）対象動作の具体的分析
による攻防動作を介し，約 0.4 秒以内に高速かつ参加者は，競技レベルの高い選手 10 名（上級

連続して展開されている（奥村・吉田． 2006 ）． 群）と中程度の選手 10 名（中級群）とした．個
そして，剣道の熟錬選手は約 10cm の単位で距離 人技能と対人技能を比較するために，課題 1 ：跳の詰め引きを行う（Okumura.et al., PLoS ONE,

び込みメンと課題 2 ：出ばなメンの 2 つの課題を2012 ）という報告からも，時間的制約の中，正 設定し、課題をモーシャンキャプチャシステムで確で合理的な動作の遂行が求められる．すなはち，記録した。
選手は厳しい時間制約のもと、素早く正確に打突するために合理的な動作が求められる。また、静止している相手を打突する閉鎖技能や個人技能だ
けではなく、動く相手を打突する開放技能や対人技能の習得が競技の熟練過程において極めて重要になる。なかでも、剣道では多くの個人技能と対人技能を必要とする技が存在するため、我々は選手の実際のニーズや競技現場の現象を把握し、実図１：実験設定と座標系

際にどの技を対象に分析を実施するべきかを明確にする必要性が高い。

各群の動作時間（総動作時間、身体移動時間、本研究の具体的計画として、はじめに１）選手、 左下肢（股・膝・足関節角度）
ニーズの予備調査と競技現場の現象の整理を行っ 竹刀操作時間 ）た。続いて、２）対象動作の具体的分析を実施し、と腰（移動距離，上下動，移動速度）の動作のキ３）結果を指導現場へ還元する知見を得ることを ネマティクスデータを算出した．各分析項目で算出したキネマティクスデータを，動き出しから打目指すよう計画した。
撃までの時間を 100 ％として， 3 次スプライン関
２．課題研究の進捗状況及び達成度数を用いた内挿補間により規格化した．その後、

１）選手ニーズの予備調査と競技現場の現象整理

SPSS Statistics Ver. 26 （IBM社製）を用い、各事前の調査の結果、選手は『メン』の『仕掛け 課題の群間の差異は t 検定を実施し、跳び込み面技』について技能改善を期待しており，特に競技 ×出ばな面の課題間の動作の差異には群が繰り返
現場での使用頻度としては『跳び込み技』次いで しなし，課題が繰り返しありの 2 要因混合計画分『出ばな技』が多いことが整理できた。なお，動 散分析を実施した．交互作用が得られた場合は，作実行中に、最も技能を改善したいポイントは事後検定として Bonferroni 法を実施した．全ての『左下肢』及び『体幹』であった。つまり、選手 分析で有意水準を 5 ％未満，有意傾向の水準をや競技的ニーズからも『メン』の『跳び込み技』 10 ％未満とし，動作の微細で重要な相違を積極-109-

的に検証できるようにαレベルを設定し、統計的分析を行った（達成度 90 ％ ）．
３）結果を指導現場へ還元する知見を得ること
動作分析の結果から、競技の指導や実践のために有益な情報 4 つを得ることができた。これらの情報を本学剣道部員へ教授し、簡易的な映像の即時フィードバックシステムを用いて運動学習を繰り返し行えるよう環境を整備した。しかしながら、新型コロナウイルスによる影響もあり、現在実施は困難なため、実践への還元へはいたっていない（達成度 30 ％ ）。
３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計１件）[1] 大野達哉・中村充・鷹見由紀子・岩本貴光・
関伸夫・川井良介・碓氷典諒・奥村基生：大学剣道選手の面の跳び込み技と出ばな技における腰・左下肢動作の相違、武道学研究（原著論文として令和元年 11 月 16 日に受理）-110-課題研究費実績報告書
令和３年３月１５日現在

研究課題名：国家建設における技術教育の役割－紛争後国家の東ティモールを事例にして－研究代表者：マルケス．ルイス
小区分：地域研究一般
１．研究計画の概要
The complexity of systemic changes and the
dynamism of the economic, ecological and social
upheavals and challenges, which we are facing inthe 21st century are altering the view of how todesign Technical Education. This research
approaches innovation policy, both national andinternational, for the future of Technical
Education in Timor-Leste and it calls for new
answers.
２．課題研究の進捗状況及び達成度
Online contacts with Technical Educations
Institutions in Timor-Leste, for a survey of theTechnical Education System.
３．代表的な研究成果
Data analysis and Conclusion of Pd.D.
Dissertation.
〔雑誌論文〕（計 1 件）
[1] Yoichi Shimakawa, Luis Marques, サレジオ
高専情報工学科における教育と研究への国際的提携の提案 , サレジオ工業高等専門学校研究紀要〔図書〕（計 1 件）
[1] Marcelo Farfan,Villagómez R. María Sol,
Soffner Renato, Rocchi Alessio and Luis
Marques (edts.) 「 Desafios de la
Educacion Salesiana ： Experienias y
Reflexions desde de las IUS 」 .
IUS-Educacion Grupo. Universidade
Politecnica Salesiana.
ISBN.978-9978-10-409-5. (2020)-111-

課題研究費実績報告書
令和３年 ３月 ３１日現在

研究課題名：曲面型太陽電池における真空低温焼結条件の解明
研究代表者：井組裕貴
小区分：地球資源工学およびエネルギー学関連
１．研究計画の概要

方向の流線のため，焼結に影響を及ぼしていると現在様々な太陽電池の研究・開発が行われてい 考えられる．焼結の真空度を変えても流れ分布にるが，エネルギー有効利用やエネルギーハーベス 大きな変化はみられていないため，真空度におけ
ティングを考慮すると，曲面形状化は重要な要素 るチャンバー内環境の変化は大きくないことが分となる．申請者は色素増感太陽電池（以下 DSC） かった．今後，引き続き解析を進め，最適な焼結やペロブスカイト太陽電池（以下 PSC ）に注目し，環境の構築を行う．
フレキシブル性に優れ，曲面形状可能な太陽電池の開発検討を行い，新たな TiO2 の焼結方法として低真空焼結法を提案した．この方法により導電フ
ィルムの形状作製後に低真空低温で TiO2 を焼結できるため，焼結後の曲げによるストレスや破損を軽減することが可能である．しかしながら，焼結
後に TiO2 の剥離や表面構造の変化が生じ，発電効a率の低下に繋がっていると考えられる．大きな影b
図1

響の一つとして，真空吸引による負圧により TiO2

チャンバー内流れ分布a:-80kPab:-120kPaの膜厚が負圧方向に引っ張られ，膜厚内部に変化が生じている可能性がある．そのため，流体解析 ②曲面形状への塗布専用のディップコータの開発
を通して真空度および真空吸引速度よるチャンバ

従来はペースト塗布時にスキージー法により塗ー内の可視化を行う．また，焼結後に平面形状か 布を行っていたため，曲面的塗布時に膜厚にムラら曲面形状への形状変化を抑えるため，曲面形状 が生じること，膜厚の細かな制御が困難であり，のまま TiO2 ペーストを塗布可能なディップコータ 焼結の条件の解明まで至らなかった．そのため，を開発する．これにより，曲面形状化での焼結に マイコンとステッピングモータを使用し，安価か加えて，更なる薄膜化および多孔質化が可能にな つ曲面形状への塗布専用のディップコータの開発ると期待できる．

を行った．

２．課題研究の進捗状況及び達成度①チャンバー内の焼結環境の可視化
チャンバー内の真空ポンプによる吸引により発生した負圧により， TiO2 ペースト間にギャップが生じ，剥離の要因なっている可能性がある．そのため，チャンバー内の CFD 解析を行った．解析ソ
フトは Ansys 社製の Fluent を用いた．図 1 は解析結果である．流入速度は 5m/s，真空度はそれぞれ-80kPa ， -120kPa で解析を行った．解析の結果，

図2

デップコータと試験片保持機構

チャンバー内に大きな渦が生じ，特に試験片を置 開発したデップコータの外観や機構，諸元を図 2
くチャンバー下部に三次元の大きな渦が発生して と表 1 に示す．試験片固定支持部を任意の距離おいるのが確認できた．下から上方向へ TiO2 の剥離 よび角度で稼働させることにより，曲面形状での

-112-

表1

なった．可能にすることを目的とした．今後，こデップコータ諸元の装置を使用し，最適な焼結条件の解明を進める．

装置サイズ

230[mm]×220[mm]×510[mm]

試験片最大寸法50[mm]×50[mm]３． 代表的な研究成果〔学会発表〕（計１件）

TiO2 塗布を可能にしている．また，膜厚とステッ 1.

鈴木裕貴，井組裕貴： “ 曲面形状焼結 DSC用

ピングモータの回転数の関係を図 3 に示す．回転ディップコータの開発および発電性能 ” ，第数を変化させることにより，膜厚の制御が可能と12回大学コンソーシアム八王子学生発表会要なり，任意の厚さでの塗布が可能となった．

旨集，査読なし（ 2020-12 ）

回転速

図3

回転速度における膜厚変化

度と膜TiO2 焼結試験片の膜厚均一性を測定した結果が
図 4 および表 2 となる．膜厚が最小の時は膜厚の厚の関最大値と最小値の差が 0.3μm であり，膜厚最大時は 2.8μm となった．スキージー法では 5.2μm の膜係厚さがあるため，ディップコーティングを行うことにより，最小でも50％の膜厚安定性が得られる
ことがわかった．

a

b
図4

a:低速時

c

膜厚分布

b:高速時

表2

c:スキージー

膜厚比較

低速時

高速時

スキージー

最小値

0.96

30

13.3

[ ㎛ ]

最大値

1.26

32.8

5.2

[ ㎛ ]

開発したディップコータにより，曲面形状でのTiO2の焼結や膜厚制御およびムラの軽減が可能と-113-

課題研究費実績報告書
令和３年 ３月 ３１日現在

研究課題名：限定空間内における非接触形状計測研究代表者：宇都木 修一
小区分：知覚情報処理関連
１．研究計画の概要
本研究は，限られた空間の上下左右および奥側からステレオ視による計測をおこない，リアルタ
イムで手や道具などの位置と形状を計測すること
により，物体に対する遠隔操作や仮想空間内の物体に対する操作を可能にする入力装置の実現を目指した．
手指の動きの追跡をおこなう装置には大まかに分けて接触方式のものと非接触式方式のものに分けられる．接触方式は主にセンサーのついたグロ

図 1. ステレオ計測システム

ーブを手に着用することで，指の曲げ具合などの状態を取得することができるが，手の位置や傾きを計測するには積分処理が必要となり，十分な精度が得られないという難点がある．
非接触方式の場合，固定された外部のセンサー
から手の状態の計測をおこなうので，接触方式に比べて手の位置や傾きを正確に取得できるが，逆に指の曲げ具合など手指の形状を正確に計測するには，手指の形状モデルを導入して推定するなどの工夫が必要になる．いずれの方式にしても，手指の計測に特化することになる．

図 2. ステレオ計測システム間におけるこれらに対し，本研究では手指だけではなく，カメラキャリブレーション

使用する道具や作業対象も計測可能な入力装置の作成を目指した．本研究で作成する入力装置も非 ョンをおこなった．それぞれのステレオ計測シス
接触方式であるが，カメラを使うことで簡便に全 テムにおいて， 1 枚のサンプル平面を基準点から方向からの計測を実現し，さらに，形状モデルを 300[mm]の位置から600[mm]の位置まで 10[mm]用いた推定に依存しないことで，手指だけではな ずつ光軸方向に移動させながら 31 枚撮影したもく，道具などのあらゆる物体を対象とした入力を のを用いてカメラキャリブレーションをおこなっている．また，ステレオ計測システム内の 2 台の実現することを目指した．

カメラで同時に同じサンプル平面を撮影すること
２．課題研究の進捗状況及び達成度

で，それぞれのカメラの焦点距離や歪み係数など

まず，カメラ 2 台で構成されるステレオ計測シ の内部パラメーターだけではなく，カメラ間の位ステムをアクリル板に 2 つ固定した計測装置を作 置や角度などの外部パラメーターを同時に求めた．
成した（図 1 ）． 2 つのステレオシステムの光軸 カメラキャリブレーションのアルゴリズムには，は互いに垂直に交差している．

消失点を利用する方式を用いている．

この装置で正確な計測をおこなうために， 4 台

次に 2 つのステレオ計測システム間の相対的なのカメラそれぞれに対してカメラキャリブレーシ 位置や角度を計測するために， 4 台のカメラで同-114-

時に同じサンプル平面を撮影してカメラキャリブ
レーションをおこなった． 4 台すべてのカメラから撮影できるように，サンプル平面はステレオ計
測システムの間をそれぞれのステレオ計測システ
ムと 45 °（あるいは -45 °）の角度をなすようにしたうえで，基準点からの距離が，500[mm]の 図 3. それぞれのステレオ計測システムにおける位置から 2000[mm] まで 50[mm] ずつ移動させた

矩形の撮影（図 2 ）． このとき，求めるのはステレオ計測シ
ステム間の相対的な位置と角度のみなので，すでに求めた内部パラメーターを用いて，画像の歪み補正などをおこなったうえで，カメラキャリブレーションをおこなった．
ステレオ計測システム間でのカメラキャリブレーションで求めた外部パラメーターは，実際にはカメラキャリブレーションにおける基準点を原点とするワールド座標系を，それぞれのステレオ計
測システムの座標系に変換するための回転行列と平行移動ベクトルに相当する．したがって，それぞれのステレオ計測システムで計測した 3 次元座

図 4. 計測結果のズレの時間変化

標を逆変換することで，共通するワールド座標系に射影し，統合することができる．

（モーションブラー）と，動画撮影時に記録処理

ステレオ計測システムで正確な計測をおこなう が追い付かなくなることで生じるコマ落ちが挙げことができ，ワールド座標系に対するステレオ計 られる．これらのズレの原因は，ハードウェアの測システムの外部パラメーターも正確に求めるこ 性能を向上させることで抑えることができるが，とができるのであれば，ワールド座標系の同一の 計測にそれほど精密性を求めないのであれば，計点を別々のステレオ計測システムで計測したうえ 測値に対して時間方向の平均を取ることでも抑えで，ワールド座標系に射影すれば，全く同一の座 ることができる．
標に射影される．逆にズレが生じれば，その度合
いが計測システムの計測の正確性を表す．

また，物体が静止している理想状態でも20[mm] 程度のズレが生じているが，これについそこで，構築した計測システムの正確性を確認 ては，キャリブレーションの際のサンプル平面のするために，白い紙に印刷された赤い矩形を 2 つ 撮影方法を変更することによって，改善できる余のステレオ計測システムで同時に撮影し（図 3 ）， 地がある．今回はステレオ計測システムの角度の計測によって求めた，その矩形の頂点の 3 次元座 算出に重点を置いたため，サンプル平面の移動量
標をワールド座標系に射影した際に生じるズレを を多めにとったが，それとは別に，平行移動量の計測した．矩形を印刷した紙を上下左右に 10 秒 算出に重点を置いた近い距離での撮影データもさほど移動させ，動画として撮影をおこなっている．らに加えることで，正確性を向上させられること
また，撮影開始時に LED を点滅させることで， が期待できる．
動画のスタート時点の同期をとっている．

今回の課題研究では，計測のずれが想定よりも各頂点で計測されたズレの平均値の時間変化を 大きく出た為，実際に手指の形状計測にまで到達表したものが図 4 である．矩形が停止していると することができなかったが，上記の問題点を解決
きはズレの大きさも 20[mm] 程度であったが，矩 することで，より正確な計測を実現できる余地が形が移動すると，ズレが大きくなり， 60[mm] 近 ある．
いズレが出ることもあった．
物体が移動している場合にズレが大きくなる原 ３．代表的な研究成果
因として，移動物体を撮影した際に生じるブレ

該当なし．

-115-

課題研究費実績報告書
令和３年３月３０日現在

研究課題名：高専学生による運動中の生体情報計測を通じた研究・教育力向上に関する研究研究代表者：吉田 慧一郎
小区分：高等教育学関連
その際に得られた実験結果の一例を図 3 に示す。

１．研究計画の概要
近年の高齢化社会の加速やアクティビティの多SpO2 および HR は実験開始後から試験コースの様化に伴い、アクティビティ中における事故が増 起伏のアップダウンに伴う運動量の変化に合わせ加しており、簡便に動脈血酸素飽和度 SpO2 およ て変動していることが分かった。また、 SpO2 がび心拍数 HR などの生体情報を運動下でリアルタ 低下した際に HR が増大し、血中の酸素濃度を一イムに計測する技術が必要とされている。また、 定に保持しようとする動きも見られた。
一方で高等専門学校 ( 高専 ) においても学生側、企業側の双方から医療・福祉分野への関心は高まっており、高専教育で習得した知識・技術の医療・福祉分野への応用が求められている。そこで、本研究では高専学生、特に卒業研究等を開始していない学年が主体となり、生体情報計測機器の開発を目的として実施した。
２．課題研究の進捗状況及び達成度

図1

作製した試作機 ( 耳たぶ式 )本研究では光学センサを用いた学生の生体情報計測技術の向上を目標として、①生理学的パラメータの 1 つである動脈血酸素飽和度 SpO2 および心拍数 HR を運動下でリアルタイム計測を行う為の計測機器である耳たぶセンサ式の計測機器を製作し、計測機器で得られた結果の比較検討の実施。
②携行型分光器を用い、分光情報から食物の劣化度の定量評価を行う指標の模索の実施。以上の 2
種類の研究を行った。
研究を進めるにあたり、専攻科 2 年生・卒研生が本科生の機器製・実験の指導を行い、本科 3 年

図２

運動実験の様子

図３

運動実験結果生ならびに 4 年生が中心となり研究を実施した。
下記に行った実験を示す。
①

耳たぶ式計測機器を用いた歩行実験
耳たぶ式の計測装置は 3D プリンタで作製したセンサ取り付け用治具を用いて耳たぶにセンサを装着し、計測を行う。取り付け用治具はクリップ式になっており、耳たぶを挟み込む形で固定する( 図 1) 。実験は、サレジオ高専近辺の尾根緑道にて計測を行った。約 5 [km] のコース ( 片道
2.5[km] 往復 ) を約 55[min] で歩行した ( 図 2) 。

-116-

②

携行型分光器を用いた食物劣化度の定量評価

法の検討

これら①②の研究は学生が主となり実施した。
これら研究成果をまとめ、 4 件の学外の学生発表

携行型分光器を用いた研究では、一般家庭や小 を行った。それにより、本研究題目である生体情
規模な飲食店でも使用可能な携行型分光器を用い 報計測を通じた研究・教育力の向上が達成されたた食物の劣化度の非侵襲的検査方法の提案を行う と考える。
ことで、 SDGs 達成への手助けとなるようなシステムの検討を目標として、日常生活内における

３．代表的な研究成果

様々な食物の日ごとの劣化情報の可視化を行った。 〔学会発表〕（計 5 件）
携行型分光器は 3D プリンタで製作したケース (1) 吉田慧一郎，菅野峻矢，「汎用一眼カメラを内に固定し、光源を白色 LED(OSPW5111A-Z3) と用いた運動時における血行動態変化の可視化

して反射光強度を分光器で取得した ( 図 4) 。実験に関する検討 」， 日本福祉工学会第 24 回学は携行型分光器を机上に固定し、各対象を分光器術講演会，講演論文集，査読無， pp39-40(2) 住吉佑基，吉田慧一郎，「新しい生活様式下

採光部に接触させ分光反射率を計測した。

における生理学的パラメータのリアルタイム
計測に関する検討 」， 日本福祉工学会第 24回学術講演会，講演会講演論文集，査読無，pp41-42(3) 菅野峻矢，吉田慧一郎，「汎用一眼カメラを用いた熱中症予防技術開発に関する検討 」，
第 21 回計測自動制御学会システムインテグ
図４

携行型分光器

レーション部門講演会，予稿集，査読無，pp1520-1521(4) 伊藤倫太郎，住吉佑基，吉田慧一郎，「運動結果を図 5 に示す。共に、波長 500 [nm] から
700 [nm] の可視光領域での分光反射率の結果であ時における体調不良早期発見システムに関する。 1 日目において、分光反射率では高波長側にる研究 」， 第 21 回計測自動制御学会システ

なるにつれて反射率が高くなる傾向がみられた。

ムインテグレーション部門講演会，予稿集，加えて、波長 560 [nm] において特徴的なピークが査読無， pp1527-1528

みられた。このピークは豚肉ロースの組織中に残 (5) 米山竜平，住吉佑基，伊藤倫太郎，吉田慧一っていた酸素化ヘモグロビンの光吸収を反映した

郎，「携行型分光器を用いた日常生活内におものであると考えられ、組織内に酸素が多く含まける食物の劣化度の検討 」， 第 12 回大学コ

れ、新鮮な状態であると判断できる。対して、11ンソーシアム八王子学生発表会，プログラム

日目では波長 560 [nm] 付近でのピークは抑えられ、集，査読無， p60

脱酸素化ヘモグロビンの光吸収を反映したものとなっている。そのため、11日目の豚肉ロースは劣化がかなり進んだ状況となっていると考えられる。

図５

食物劣化の推移 ( 豚肉ロース )-117-

課題研究費実績報告書
令和３年３月２２日現在

研究課題名：高専生の快適感が向上する学習環境の検討－温熱環境と温冷感と知的生産性の視点から－研究代表者：吉田 将司
小区分：家政学及び生活科学関連
１．研究計画の概要

握する．

本研究の目的は，学校内の温熱環境を把握し， ③
学生の衣服内気候・運動強度 METs の測定と学習

衣服内気候による体調変化検出
最後に屋内外の静穏時及び運動時における学生

効率・知的生産性の関係性を調査する．その結果 の衣服内気候を観測・可視化する．衣服内温湿度と学生の温冷感・快適感に対する主観評価と比較 や鉛直方向の加速度，心拍数から，各条件下におし，高専在学学生に対する「快適な学習環境」に ける学生の体調変化を検出するための傾向を明らついて知ることである．学習温熱環境をモニタリ かにする．図 2 は取得情報を遠隔地で表示するシングし IoT 技術を活用して集約できれば，学校内 ステムの例を示す．別の場所から情報を取得できの温熱環境の変動特性が実時間で「見える化」さ れば，体育や校外活動，部活動などで学生・教員
れ，適切な空調制御方法の検討が可能となる．本 の主観だけでない客観的・定量的なデータが得ら
研究ではこれらの手法を採用してモニタリングさ れ，安全管理の一助となる．
れている温熱環境下の学生の温冷感や快適感など

ただし，今年度は学内での研究活動に大きな制の主観評価を行い，机配置や建物の方角，年齢や 約が生じたため，①と②については観測と解析方性差などの点から多角的に分析する．また学習効 法の構築を中心に実施し，③については実施しな率や知的生産性の評価から，温熱環境との関係に かった．
ついて検討する．最後に屋外・屋内の運動時・静穏時における，学生の体調変化を検出する方法について検討する．今年度に実施を計画している研究内容を以下に説明する．
①

学内観測ネットワークの構築
まず学内温熱環境観測ネットワークを構築・拡張し，教室等の温熱環境（気温・湿度・ CO2 濃度）をモニタリングする．結果は市販の観測機器（ WBGT 計）と検証する．図 1 はモニタリングシ
ステムの可視化例を示す．図のように不快指数等
を箱庭等で可視化することにより，学生に視覚的

図1

可視化システムの例

図2

遠隔表示システムの例に注意喚起する．また気象条件による建物への影
響を確認するために，温熱環境を twitter などでWEB 配信するシステムを構築する．
②

温冷感及び快適感アンケートと観測結果の解析
次に、昨年度実施した学生に対する服装や温冷感，快適感のアンケートと学内温熱環境観測結果の解析を実施する．多変量解析手法を用いた統計的処理から，アンケート結果の年齢・教室の場
所・性差などの違いから快適性に関する傾向を把-118-

２．課題研究の進捗状況及び達成度①

学内観測ネットワークの構築
今年度は数か所昨年度と観測場所を変更して室内の温熱環境観測を実施した．表 1 は観測場所一覧を示す．変更した理由は，校舎の方角と階層及び部屋の使用目的別に解析するためである．なお，
今年度は室温と湿度の観測データを蓄積することにとどめ， CO2 の観測と WBGT 計との比較は実施しなかった．

図3

データ収集及び表示システムの概要

次に温熱環境の可視化のための WEB 配信シス
テムを構築した．このシステムについては，本研究室で実施している他の観測用センサネットワー
クとの共有化を検討した．図 3 は各観測ネットワ
ークのデータ収集とその表示用システムの概要を示す． LoRa モジュールにて送信された観測デー
タは，基地局で受信されインターネットを通じて
外部サーバにて蓄積される．その結果は表示用
php ファイルが生成されて， WEB 上にて確認す

図4

基地局の構成図ることができる．図 4 は新たに構築したデータ収
集用の基地局の構成を示す．基地局はこれまでノート PC を利用していたが，小型で移動や複数化
及びインターネット接続が容易なRaspberry Piに変更した．図 5 は WEB 上の表示画面の例を示す．
このシステムにより，ノードから取得した情報をリアルタイムに定期更新し，表示できるようになった．ただし今年度は研究時間の都合上，現在の学内観測ネットワークの実装はできず，昨年度屋外に設置した微気象観測ノードのみこの表示システムを実装した．
箱庭に関しては，観測場所変更に伴う LED 点灯
位置の変更及び若干の改良を実施した．
表1

観測場所一覧

ノードNo. 変更前 変更後
1
303
306
2
320
320
3
グランド
303
4
図書館 図書館
5
401
401
第一アリーナ 第一アリーナ
6
7
306
206
8
310
241
9
422
422
10
228
228
AAC1
屋上
屋上

図5
②

WEB の表示画面の例

温冷感及び快適感アンケートと観測結果の解
析
昨年度の研究では，温冷感評価のアンケート調

査の結果から室内温熱環境の改善を図ることで学
生の学習効率が上昇することが分かった．今年度
はさらにアンケート項目を人間生活環境系に則した形式に変更して clo 値及び快適度調査を実施す-119-る予定であった．しかし遠隔授業を中心とした年
間授業であったため，実施しなかった．
そこで，今年度は昨年度に学内温熱環境観測シ
ステムで取得したデータの再解析を実施した．学
内温熱環境観測システムは本校の北東，南西の建物における 1 階から 4 階までの教室および校庭，
図書室に温湿度センサを取り付けたノードを設置
して校内の温熱環境を観測している．このシステ
ムで測定した各教室の温湿度データを用いて教室の温湿度が変化の傾向を統計的に解析する．昨年

図6

温湿度の変化 (303,310)

度も解析を実施していたが，データ量が多かった
ため，曜日，時間を限定して平均値を算出し，定性的な傾向を確認したのみであった．今年度はソフトウェアの Python を導入し，データベースと効率的な解析手法の構築を行うこととした．
まず回収したデータを統合し，データをノードごとに分けて 1 時間平均を計算するプログラムをPython で作成した．その後，室内に人がいる確率が高い時刻である， 13:00~14:00 のデータのみを取り出し月平均を求めた．今回は 3 階の南西側教室

図7

温湿度の変化 (321,310)(321) ，北東側教室 (310) 及び研究室 (303) について室温と湿度の月平均値の移動を比較した．

３．代表的な研究成果

図 6 は本校の 303 （研究室 ）， 310 （教室）に 〔学会発表〕（計 2 件）
おける月平均の温湿度分布を示す．実線が 303 ， [1] 柴田健吾，吉田将司，“ LoRa と外部サーバ
破線が 310 である．この図から研究室と教室の温を利用した遠隔地センサネットワークの監視

湿度平均値の移動は異なっていることが分かった．

システムに関する研究 ”， 第12回大学コンソ

また冬季において 310 教室は室温が低く，研究室ーシアム八王子学生発表会要旨集， D122 ，(303) と比較すると11月と12月は約 3℃ の違いがDec ，2020．

見られた．一方，湿度は若干高めの傾向があった．[2] 大庭康平，吉田将司，“学内温熱環境観測シ
図 7 は南西側の 321 教室と北東側の 310 教室を比ステムを利用した校舎の温熱環境の調査 ”，

較した温湿度分布を示す．図の点線が 321 ，破線

第44回人間－生活環境系シンポジウム報告集，が 310 である．この図から教室の温湿度平均値はpp.65-66 ， Dec ，2020．

同じような移動を示すことが分かった．しかし南西側と比較して北東側は夏季の平均室温が約 1℃高く，冬季は約 2℃ 低いことが確認できた．この結果から昼間における方角，教室，研究室による温湿度の季節変動特性の違いが確認できた．
今後は 1 日を通じた温湿度平均値分布及び，今年度実施できなかった clo 値及び快適度アンケー
トを実施する予定である．
③

衣服内気候による体調変化検出
前述の通り，今年度は研究時間の都合上実施できなかった．

-120-

課題研究費実績報告書
令和３年 3 月 15 日現在

研究課題名：アジア太平洋地域における残虐行為の予防ガバナンスに関する研究研究代表者：宮下大夢
小区分：国際関係論関連
本研究の最終成果は 2021 年度に開催するシン

１．研究計画の概要
本研究の目的は、アジア太平洋地域におけるポジウム（新型コロナウイルスの影響を受け、「残虐行為の予防ガバナンス」の構築について、2019 年度から開催が延期されている）にて発表

国家、政府間国際機構、非国家主体の相互作用に した上で、書籍として出版する予定である。
着目して考察することである。
2016年にアジア太平洋地域の主要な研究機関と ３．代表的な研究成果
非政府組織（ NGO ）が「残虐行為の予防のため 〔図書〕（計 2 件）のアジア太平洋パートナーシップ」（Asia Pacific1.

宮下大夢，難民問題をめぐる ASEAN の地域

Partnership for Atrocity Prevention: APPAP ）という国

ガバナンス―ロヒンギャ難民危機への対応を境を越えた市民社会のネットワークを設立した。

事例に，山田満・本多美樹編著，アジアにおAPPAPの設立目的は当該地域における「保護するける「非伝統的安全保障」協力に基づく平和責任」（ Responsibility to Protect ）規範の推進と残構築―イシューとアクターからみる安全保障

虐行為の予防である。2021年 3 月現在、APPAPはの位相，明石書店，2021年 6 月刊行予定

29の研究機関・ NGO で構成されている。

2.

Yasunobu Sato, Hiromu Miyashita et al., (eds., as

アジア太平洋地域にはミャンマー軍による残虐

chairs), Refugees, Migrants and Issues Related to

行為によって74万人以上の難民が発生したロヒン

Education, Employment: Seeking to Ensure Human

ギャ問題が存在しており、残虐行為の予防に取りSecurity, Journal of Human Security Studies, 10(1),組むAPPAPに関心が寄せられている。そこで、本Special Issue 2021, Forthcoming May 2021

研究では国際関係理論の一つである社会構成主義の分析概念を用いて、 APPAPが当該地域における 〔その他〕（計 2 件）
「残虐行為の予防ガバナンス」の構築においてど 1.

宮下大夢，人間の安全保障の理論と実践―のような役割を果たしているかを明らかにする。

「誰も取り残されない」社会の実現に向けて，
SYNODOS Academic Journalism，2020年12月（ https://synodos.jp/international/23969 ）２．課題研究の進捗状況及び達成度
本研究は 3 つのフェーズに分けて実施する。第 2.

宮下大夢（翻訳 ）， 第10章

未来への回帰，

1 フェーズに該当する 2020 年度は、最新の研究

アレクサンダー・ベッツ，ポール・コリアー

動向を整理しながら「残虐行為の予防ガバナン（滝澤三郎，岡部みどり，佐藤安信，杉木明

ス」の概念整理と本研究で用いる分析枠組みの構子，山田満監訳 ）， 保護―崩壊する難民制度

築と精緻化を行った。

を立て直す，明石書店，2021年 8 月刊行予定

そして、 APPAP がどのような戦略を用いて「保護する責任」の推進と残虐行為の予防に取り組んできたかを調査するために、 APPAP の年次総会やワークショップに参加した。具体的には、2020 年 9 月 22 日に開催された年次総会と 2 月
22 日に開催されたワークショップである。どちらも新型コロナウイルスの影響で Zoom を用いたオンラインでの開催となった。

-121-

課題研究費実績報告書
令和３年３月２９日現在

研究課題名：減衰量を指定可能な阻止域可変 FIR フィルタの多項式係数の削減に関する研究研究代表者：宮田統馬
小区分：計測工学関連
１．研究計画の概要
これまでに、申請者は高速高精度な計測を実現するために、阻止域の一部に高い減衰量を有し、かつ、阻止域の特性が可変なディジタルフィルタの設計法を提案してきた。しかしながら、これまでに提案してきた可変フィルタでは、高い減衰量を得るために直接的に減衰量を指定するのではな
く、帯域にかける重みにより減衰量を制御していたために、狙った減衰量を得ることの難しさがあった。近年、高い減衰量の値を直接的に指定可能な阻止域の特性が可変な直線位相 FIR(Finite

図1

Impulse Response) フィルタの設計法の開発を行った。そこで、本研究では実時間処理を考慮して多項式係数すなわち乗算器の削減を考慮した設計法
及び実装法について研究を行う。

所望特性
N

H ( , ,  , )  h(0, ,  , )  2 h(i, ,  , ) cos i

(2)

i 1

L

L

L

h(i, ,  , )     g (i, ,  , ) l   
l

l

(3)

l  0 l  0 l  0

２．課題研究の進捗状況及び達成度

本研究で扱うフィルタの所望特性を図 1 に示す。と表せる。ただし 2N はフィルタ次数、また図に示すような阻止域の一部に高い減衰量を持たL , L , L は多項式次数、 g は多項式係数であり本せることで、阻止域全体を高減衰量としたフィル 可変フィルタの設計は、この係数すなわち係数乗
タよりもフィルタ次数が削減できるため、フィル 算器の値を求める問題に帰着される。また、式(3) の可変パラメータ  ,  ,  は、各パラメータに、高減衰量部分に存在するノイズなどの変化に の値が振幅特性に反映されるように、元の値から対応するために、可変パラメータ  ,  , により、 -1 から 1 の範囲で正規化して与える。さらに、本
タリング時間を低減することが可能となる。さら高減衰量の位置と大きさ ( 本研究では dB で与え 可変フィルタの設計問題は等リプル特性を得るたる ) 、さらに阻止域端周波数可変とする。ここで、めに、ミニマックス近似とする。これまでの設計法では、誤差関数に重み関数を付与することで、この可変フィルタの理想特性は、

1 0     P
0     D ( , ,  , )  
0       
0       

高い減衰量を実現していた。しかしながら、その(1)

方法では狙った減衰量を得られない場合がある。
そこで、本研究では以下のような設計問題とする。

min  ( , )となる。ただし、  は高い減衰量部分の帯域幅で sub.to e( , , , ') 2   ( , )あるが、本研究では可変させない。
0     ,     ,

(4)p

タイプ Ⅰ の直線位相可変 FIR フィルタの振幅特     性は、e( ,, , ')2   '      
ただし、 ,  , -122-

は -1 から 1 の値に正規化した可変パラメータであり、 e は誤差関数、

p 1
p 1

 K   y j if K   y j  L p
j 1
j 1

Yp  
p 1
 L if K  y  L

p
j
p

j 1


(5)
e( , ,  , ')  D( , ,  , )  H ( , ,  , ')であり、  は最大許容誤差である。このとき、 2つめの制約条件が高減衰量の値を直接指定するものである。ただし、可変パラメータ [dB] は、(14)

式 (4) の設計問題において許容誤差として扱うた として与え直す。ただし、 P は可変パラメータのめに可変できる範囲を  min から  max として、数であり、 Yp  0 の場合は Yp  0 とし、 p  1  0
 '  [ 'min , 'max ]のとき Σ の項は零値とする。また、 L1  L 、
 min

(6)

 'min  10 20

L2  L 、 L3  L である。このとき K

 max

は、

P

K   Lp

 'max  10 20

(15)

p 1

と定義している。最終的に式 (4) の設計問題を半であり、多項式次数の総和よりも K

正定値設計問題として以下のように定義する。
min dx T
(7)

の値を小さ

くすることによって多項式係数すなわち、実装のsub.to U (x)  0

際に必要な乗算器の数を削減することが可能とな

ただし、d  [11 0 0] (8)x  [ (1 , 1 )  (M  , M ) g]
U( x)  diag[ ( , ,  , ' )る。また、フィルタの構造について着目すると高



1

1

1

次の多項式係数が削減されるのみで、削減前のも(9)のと比較して大きな変化はない。故に、可変パラメータのべき乗の計算が削減可能な Farrow 構造を1

  (M ,M  , M  , 'M )用いることができるため、さらなるリアルタイム(10)

処理が望めると考えられる。

 ' (1 ,1 , 1 , '1 )

実際に上記の手法用いてフィルタの設計を行っ ' (M ,M  , M  , 'M )]た。設計した可変フィルタの仕様は、フィルタ次  ( ,, , ')  ( , )e( ,, , ') 0 (11)e( ,,  , ')1

 ' ( ,, , ') 'e( ,, , ')0e( ,, , ')1

であり、数を 2 N  50

、多項式次数 L  L  L  3 、通過端域正規化角周波数 P  0.1、阻止域端正規化角周

波   0.19 ~ 0.21 と設定した。また、高減衰量部分(12)

M は周波数の評価点数、 M  , M  , M は可変パラメータの評価点数である。

を   0.2 、可変パラメータを変化させる範囲を  0.39 ~ 0.41 、   90 ~ 70 とそれぞれ設定し、多項式次係数削減のパラメータを K=6 と設定した。

図 2 ～ 4 に得られたフィルタの振幅特性を示す。
次に、多項式係数の削減について述べる。可変 これらの図より多項式係数の削減を行っても、可フィルタにおいて、各フィルタ係数は式 (3) に示 変パラメータの値に対応して振幅特性が変化し、すとおり、可変パラメータをべき乗したものと多 かつ等リプル特性が維持されていることが確認で項式係数 g を乗算したもの和となっている。加え きる。次に、多項式係数を削減行った場合と行って、本研究では各可変パラメータを -1 から 1 で正 ていないものとで減衰量の比較を行う。設計例に規化して与えている。故に、 l , l , l が高次とな おいて多項式係数の総数は、削減を行ったものはll
ると  l     の値は小さくなる。従って、可変パ 2754であり、行っていないものは3264であり約ラメータが多数かつ高次で構成される項がフィル 15.6% の削減を行っている。まず、多項式係数のタ係数全体に与える影響は小さいと考えられる。 削減を行い設計した可変フィルタの減衰量を示す。
このことを利用して、式 (2) のフィルタ係数を、 可変パラメータの値を図 3 の振幅特性と同様なも
Y1

Y2

Y3

h(i, ,  , )     g (i, y1 , y2 , y3 ) y1  y2 ' y3
y1  0 y2  0 y3  0(13)のに設定した場合の減衰量は、高減衰量とした帯域は -80.02dB であり、そうでない帯域は -47.06dBであった。次に、多項式係数の削減を行っていな
い場合は、高減衰量とした帯域は -80.46dB であり、そうでない帯域は -46.91dB となった。故に、多項-123-

式係数の削減を行っても遜色のない減衰量が得ら ３．代表的な研究成果れており、効率的に多項式係数の削減が行われて 〔学会発表〕（計１件）
いることが確認できる。

[1] 宮田統馬 , 相川直幸，多項式次数の削減を考慮した減衰量を指定可能な阻止域可変直線位
相 FIR フィルタの一設計法，電学制御研資，

Magnitude [dB]

査読無， CT-21-041 ， pp.31-36

振幅特性  0.19,  =0.39,  =-70

振幅特性

  0.20,  =0.40,  =-80

Magnitude [dB]

図2

Magnitude [dB]

図3

図4

振幅特性

  0.21、 =0.41、 =-90-124-

課題研究費実績報告書
令和３年３月３１日現在

研究課題名：学生の統率力向上を目指した体育授業の検討～主体的なスポーツ活動実践のために～研究代表者：高野 修
小区分：身体教育学
科ごとの平均値を算出し、対応のある t 検定を実

１．研究計画の概要

本研究は、本校学生を対象に主に高等専門学校 施した。なお、全ての分析で有意水準を 5 ％未満
生（以下高専生とする）が卒業後の社会生活にお に設定した。
いて自ら主体的に運動・スポーツ活動を実践でき

その結果、学年全体の体育自己効力感尺度の合る能力の獲得を目指した体育授業の検討を行うも 計得点には有意な差がみられ、Post得点が Pre 得のである。特に運動に関心が薄い高専生が、生涯 点よりも有意に増加した ( 図 1) 。
を通じて自発的に身体を動かす機会を持つことは自身の健康を保持増進させる観点からも重要であり、また勤務先のレクリエーション活動をはじめ他者との関わり合いの中で運動・スポーツ活動を実践するためには相応のコミュニケーション能力も求められる。
かねてから高専生のコミュニケーションやリー
ダーシップに関する能力についてはその向上が求められると様々なデータを基に述べられており、学生自身もこれらについて苦手意識を持つ者が多い。身体的な部分はもとより、運動・スポーツ活動を通じて良好な人間関係を構築できるメンタル
スキルを獲得するために、本研究では体育授業を通じて学生の統率力（リーダーシップ）の向上を図る取り組みの検討を行うことを目的としている。
図 1 ． 5 年生全体の Pre-Post 比較
２．課題研究の進捗状況及び達成度
本校本科 5 年生を対象に調査を行った。対象者

また、学科ごとの体育自己効力感尺度の合計得の授業効果（学生個人の体育自己効力感の変化） 点には全学科に有意な差がみられ、学年全体の結について、既存の体育自己効力感尺度（ 10 項果と同様にPost得点が有意に増加した ( 図 2) 。

目 ) を用いた質問紙を通して年度はじめ (Pre) とこれらの結果から、学生自身が計画・運営を行学年末 (Post) にそれぞれ回答させたものを集計し う方式の授業は、学生個人の体育自己効力感尺度て分析を行った。分析項目は、学年全体及び学科 に正の効果を与えていた。つまり、学生の自信をごとの Pre-Post 間の得点比較となっている。この 向上させ、より前向きに取り組むことができ、ソ
2 つの時期を分析することにより、学生の授業前 ーシャル・スキルを高めることに寄与する可能性
後の変化が明確となるになると仮定した。また， があると考えられる。
体育自己効力感尺度各 10 項目の合計得点にて評

教員側からみた授業の様子は、どのクラスにお価することで自己効力感の全体的な傾向が明確に いても学生が協力的に取り組んでいたことから、なると仮定した。

授業を運営する際、協調性の重要さについて認識

統計処理には SPSS Statistics Ver.27を用いた。 できる機会になったと感じている。年度最初の授
Pre-Post 間の合計得点の比較は、学年全体及び学-125-

図 2 ．各学科の Pre-Post 比較
業でこの点については教員側からレクチャーしていることも要因となってはいるが、学生側も意欲的に行動に結び付けてくれたことが大きい。
また、授業後に学生に自由記述での省察を行ってもらったところ、日頃から課外活動等に積極的に取り組んでいる学生ほどポジティブな記述が多い印象を受けた。一方で、ネガティブな記載をする学生も原因を明示して改善策を提案するなど前向きな姿勢を見せてくれたことは授業効果として大きいものがあると評価できる。
このことから、学生自身が運営するスタイルの体育授業を実践することにより、自己効力感を高めソーシャル・スキルや社会人基礎力の向上に結び付く可能性があるという結論が得られた。
以上の通り、計画していた調査はコロナ禍により予定していたサンプル数は得られなかったものの、当初の仮説を検証するに十分な結果を得ることができたと判断している。
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 1 件）
[1] 大野達哉・高野修・鎌田俊司： ” ソーシャ
ル・スキルの向上を目的とした体育授業が学
生の自己効力感に及ぼす影響：生涯スポーツを意識した授業づくり ” ，第 9 回
地区高等専門学校

関東信越

体育・スポーツ研究会

研究報告 2 ， (2021)-126-課題研究費実績報告書
令和３年 月 日現在

研究課題名：ルチル型酸化チタンにおける真性欠陥の安定性評価
研究代表者：黒木雄一郎
小区分：無機材料および物性関連
１．研究計画の概要

はレナードジョーンズ型を採用し、分子動力学シ

酸化チタンは多様な用途に使われている代表的 ミュレーションソフトであるLAMMPS(Large-scale
な機能性材料であり、顔料や光触媒の他にもクロ atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)
ム添加により赤外発光を示すことが報告されてい を用いて最小化計算、スタートアップ計算およびる。申請者は赤外発光を示す酸化チタンをセキュ MD計算を行った。図 1 に各原子間に働く VdW 、クリティインクとして実用化するための過程で、こ ーロン力およびその合成ポテンシャル曲線を示す。
の発光がクロム添加によるものではなく、ルチル

Ti-Cr 間では、陽イオン同士のクーロン斥力が支型酸化チタンの真性欠陥に起因する可能性を見出 配的となることが示された。また、O-Cr間では、した。一方で酸化チタンという良く知られた材料

VdW とクーロン力の合成によりポテンシャルが極のバンド構造や真性欠陥と光触媒などの機能性の 小点 ( 結合距離に相当 ) を持つことが示された。
発現については現在も活発に議論されており、今後も系統的な学術的研究の推進が望まれている。

1000

Potential Energy / kcal/mol

チタンにおける欠陥のエネルギー準位を実験的に明らかにするとともに、理論計算による局所的欠陥構造の電子状態および安定性の解析・評価を行

Potential Energy / kcal/mol

Coulomb

本申請では、極低温 PL 測定によりルチル型酸化

500

VdW
0

Total
-500

500

Total
VdW

Coulomb

い発光種を推定することを目的とする。効率的な

-1000
0

欠陥の導入方法に関する指針を得ることで、発光

5

10

0
0

r/Å

強度の増大など、セキュリティインクの実用化に(a) 斥 力(Ti-Cr)

資する試料の合成が可能となる。

図1

２．課題研究の進捗状況及び達成度

1000

5

10

r/Å

(b) 引 力 (O-Cr)

各原子間のポテンシャルエネルギー(2) 添加物を考慮したMD計算

本年度はコロナウイルス感染症の影響により実結晶モデル構築アプリである Atomskを用いて作験時間が大幅に減縮されたため、理論計算による 成した酸化チタンにクロムを0.1%添加したモデル
欠陥の安定性および格子定数の変化に関する評価 を図 2 に示す。これは単位胞を各軸方向に 8 倍しを中心に研究を推進した。特に、クロムの添加に た 8 × 8 × 8 モデルである。各原子の電荷は、酸より真性欠陥である酸素空孔が生成される可能性 素とチタンについては形式電荷を、クロムについを検討するために、基本的な結晶構造およびクロ ては実験的に得られた有効電荷 (+1.647) を設定し
ムを添加した場合の結晶構造の変化について調査 た。粒子数、体積、温度一定の条件（ NVT アンサ
した。

ンブル）と粒子数、圧力、温度一定の条件（ NPT
アンサンブル）の両方について計算を行った。シ(1) 初期構造とポテンシャルファイルの準備

ミュレーション温度は1000℃とした。本報告では、結晶構造の可視化ソフトである VESTA を用いて より実際の実験条件に近い NPT アンサンブルの結初期結晶構造を構築した。これまでの実験により、果を示す。（図 3(a)(b) ）クロムを添加した酸化チタンの母体結晶はルチル型であることがわかっている。酸化チタンにおける各原子のファンデルワールス (VdW) エネルギー-127-Cr(0.1%)

シミュレーションステップ数の増加に応じて、トータルエネルギーは -2757 ～ -2754 kcal/mol の間で変化し、密度は約 2.8 g/cm3 を中心に振動する様子が観測された。
次にクロムの添加量に対する格子定数の変化を調査した。図 2 の a 軸方向に注目した結果を図 4
に示す。

図2

Simulation cell / Å

41.7

クロムを 0.1 ％添加したモデル

41.5

+3

[×10 ]

Total Energy / kcal/mol

-2754

41.3
0

1

2

Substitution ratio / ％
-2755

図4

クロム添加量と a 軸長の関係

初期構造におけるシミュレーションセルの a 軸-2756

長は 37.18 Åであった。クロム添加量を増加させると1.2%の時に a 軸長が大幅に増加し、 41.32 Å-2757となったが、その前後の添加率では大きな変化は

0

50000

100000

Number of steps

見られなかった。 a 軸長はクロム添加量の増加に
より単調増加すると予想していたが、予想に反し(a) トータルエネルギー

た結果が得られた。この急激な変化の要因については、ポテンシャルに起因するものとシミュレー
ション条件の双方が考えられるが、現在のところ

2.82

明らかにはなっていない。今後の継続的な検討が必要である。
Density / g/cm

3

2.81

３．代表的な研究成果〔その他〕（計 1 件）

2.8

[1] Yuichiro Kuroki, A Study on the Infrared
Emissive Rutile-type Titanium Oxide, インド
ALAGAPPA 大学物理学科における Webiner

2.79

会議（ZOOM）, June 10, 2020, Time: 11:30
0

50000

a.m. – 12:30 p.m. IST

100000

Number of steps(b) 密度図3

MDシミュレーションの結果-128-

課題研究費実績報告書
令和３年 3 月 31 日現在

研究課題名：炭素繊維強化熱可塑性プラスチックスの界面接着性に及ぼす
大気圧プラズマと結晶化収縮の影響に関する調査研究代表者：坂口雅人
小区分：材料力学および機械材料関連
れた．常温の金型に(Rg. (1 に示す様に()P R シー

１．研究計画の概要

近年，地球温暖化の改善のために温室効果ガス ト，平織基材，( ) ) フィルムを配置した．この金排出量の軽減が求められている．温室効果ガスの 型をホットプレスにセットして成形温度まで加熱
排出量削減手法の一つとして輸送機器の軽量化に し，金型が成形温度に達したら成形圧力を負荷しよる燃費向上が挙げられる．そこで，比強度や比 た．成形圧力を負荷した後，( 0(ºF 以下になるま剛性が高い，炭素繊維強化プラスチックス(CF RP)

で成形圧力を維持し，冷却した．積層構成は(00f]

が輸送機器の構造材として注目されている．特に とし，繊維質量含有率約(50(a sss ，( 110(a a ×
母材に熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化熱可塑 ( 110(a a の寸法で成形した．また，成形温度は性プラスチックス(CF RPP) は(F RP ) よりも成形性 (000(ºF ，成形圧力は(0 5(P ) s として成形を行った．
やコストの点で優位性がある．
一方で(F RPP) は母材の炭素繊維への含浸性や炭素
繊維と母材樹脂の接着性が低く，炭素繊維の力学的特性を十分に発現できていない．そこで，本研
究では炭素繊維と母材間のぬれ性や接着性を向上させる手法として大気圧プラズマ処理と結晶化収縮に着目した．そして，本研究課題の核心をなす学術的な「問い」として( プラズマ処理と樹脂収縮に両立による(F RPP) の力学的特性向上効果は両立をするのか( を設定した．この問いに答えるた
めの基礎調査として，今年度は①炭素繊維への熱 Rg. (1(Lsyout(of() PR ( seets,(csrbon(fgber(cross(textgles(
可塑性樹脂の含浸率と界面強度に及ぼす大気圧プ (sn ()) (fgla s(gn(fgla -stsckgn. (a etho
ラズマ処理の影響，②(F RPP) の力学的特性に及ぼす母材結晶化度による樹脂収縮の影響解明につい ２－１－２．大気圧プラズマ処理(F RPP) における含浸率と繊維・母材界面強度にて調査を行った．

及ぼす大気圧プラズマ処理の影響を調査するため
２．課題研究の進捗状況及び達成度に，成形前の平織基材に対して大気圧プラズマ処

２－１．成形方法理を行った．大気圧プラズマ処理は雲母板に固定

２－１－１．(FR/) ) 複合材料の成形した平織基材にプラズマ照射装置(CTP110,( サーフ

本研究ではフィラメント数(3000本の炭素繊維束 クリーン製( を用いてプラズマを照射して行った．
( Cトレカ糸(P300-3000 ，東レ製( を用いた平織基 プラズマ照射部の酸素量を制御するためにアルゴ
材とポリプロピレン(C)) (Cノバテック( )) (CF， ンと酸素の混合気を吹き付けた．大気圧プラズマ

日本ポリプロ製( を母材樹脂として用いた(F R/) )板を成形した．使用した( ) ) の融点は約(1

処理条件はアルゴンと酸素の流量をそれぞれ( 5((ºF で (L/a gn と(500(a L/a gn とし，転送台の送り速度をあった．このペレットは成形前に乾燥炉(CFR -50 ，(0 (a /a gn一定とした．そして，プラズマ照射時間
太洋製( を用いて大気圧，( 00(ºF で約(0 時間以上 を(10(s ，(00(s ，( 0s に変化させるために，転送台をそれぞれ(5 回，(10回，(00回往復させた．

絶乾された．
(F R/) ) 板はフィルムスタッキング法により成形さ-129-

２－１－３．アニーリング(F RPP) の力学的特性に及ぼす母材結晶化度の影

𝜒𝑐 =Δ𝐻𝑐 +Δ𝐻𝑚

1

238

1−𝑤𝑓

( C1

響を調査するために，成形した(F R/) ) 板に対してアニーリングを行った．アニーリングは成形した ここで値(03 (/ /. は無限大の結晶厚さを有する( ) )(F R/) ) 板を熱処理温度(130(ºF に加熱し，熱処理時 の理論的な融解エンタルピー (1 ，w f は平織基材の間(3 5(h，(0(h ，(1 (h 静置することで行った．

重量含有率( C約(50(a sss

２－２．実験方法

２－３．実験結果及び考察

２－２－１．三点曲げ試験

２－３－１．炭素繊維への熱可塑性樹脂の含浸率(F R/) Lである．

板の力学的特性を調査するために三点 と界面強度に及ぼす大気圧プラズマ処理の影響

曲げ試験を行った．試験片は(00(a a ×(10(a a 切り

大気圧プラズマ処理を施した炭素繊維を用いて出され，両端支持間距離( 55(a a の治具にセット 成形した(FR/) ) 板の曲げ試験における応力 - 時間
された．試験中に生じるひずみを測定するために 曲線を( Rg. (0 に示す．また，( Rg. (0 より得られた試験片中央部の引張面にひずみゲージを接着した．各処理時間ごとの曲げ強度，曲げ弾性率を( Rg. (3試験機には万能試験機(CP-500N-L550 ，(MPAに示す．これらより，曲げ弾性率に及ぼす大気圧製( を使用し，試験片中央の圧縮面に荷重を負荷 プラズマ処理の影響はほとんど見られない一方で，することで試験を行った．試験条件としてクロス 曲げ強度は(00(s の大気圧プラズマ処理によってヘッドスピードを約(0(a a /a gnとした．

(00 ( 増加することが示された．また，大気圧プ
ラズマ処理の有無による断面の比較と断面画像より得られた含浸率を( Rg. ( と(5 に示す．これらよ２－２－２．含浸率測定

プラズマ処理時間による炭素繊維の含浸性を評 り，大気圧プラズマ処理による断面や含浸率の変価するために，含浸率測定を行った．成形した化はほとんど見られなかった．

(F R/) ) 板をエポキシ樹脂( C主剤：( 0 ，三菱ケミ

大気圧プラズマ処理による曲げ強度の向上はプ

カル製，硬化剤：トリエチレンテトラミン，東京 ラズマ処理による炭素繊維表面の酸化が原因と考
化成工業製( に埋め込み，常温大気中で(10時間静 えられる．辻岡ら ( 0 の調査において，電解酸化処
置して硬化させた．その後，(F R/) ) 板を切断し， 理を施した(FR/ エポキシ複合材料の界面せん断強
切断面を粒度(8 00，(81000 ，(81500 ，(80000 のエ 度は炭素繊維表面の酸素原子量とともに増加する
メリーペーパーを用いて研磨した．その後，粒度 ことを報告している．このため，大気圧プラズマ(3 μ(a の金属磨き材( Cピカール，日本磨料工業

処理により，炭素繊維表面が酸化して曲げ強度が製( を用いてバフ研磨を行った．その後，マイク 向上したと考えられる．
ロスコープ(CHX -5000 ，(T E NF

製( を用いて断面観察を行った．撮影した画像の横繊維束の面積に対する樹脂の含浸領域の面積比を計算することで含浸率を求めた．なお，含浸・未含浸領域は明度によって区別し，面積比を算出した．
２－２－３．結晶化度測定
アニーリングによる(F R/) ) 板の母材結晶化度を調査するために示差走査熱量測定(CACF を行った．
試験機には示差走査熱量計(CACF- 0 ，
( CXM
P AU

製( を使用し，加熱速度(10(ºF /a gn， Rg. (0(Cen gn. (stress(–(testgn. (tga e(curves(of(目標温度(030(ºF として行った．得られた(ACF曲線 (sta oshhergc(hressure(hlssa s(treste (F R/) ) (coa hosgtes
から結晶化エンタルピー Hc と融解エンタルピー
Ha を算出し，下式に代入することによって結晶化度 c を算出した．

-130-

２－３－２．(F RPP) の力学的特性に及ぼす母材結晶化度の影響
アニーリングした(FR/) ) 板の曲げ試験における応力 - 時間曲線を( Rg. ( に示す．また，( Rg. ( より得られた各処理時間ごとの曲げ強度，曲げ弾性率を( Rg. (0 に示す．この結果，(FR/) ) 板の曲げ強度と弾性率はアニーリングによって低下し，(3 5(hで最も低い値となった．また，(ACFによって得られた結晶化度を( Rg. ( に示す．この結果，結晶化
度はアニーリングによって増加し，(3 5(hで最も高い値を示した．そこで，曲げ特性と結晶化度の関Rg. (3(P elstgonshgh(between(hlssa s(grrs gstgon(tga e(sn (係を( Rg. (0 に示すようにプロットした．この結果，

ben gn. (hrohertges(of(sta oshhergc(hressure(hlssa s(

曲げ強度と弾性率は結晶化度とともに低下するこ(treste (F R/) ) (coa hosgtes hlssa s(grrs gstgon(tga eとが示された．
一方で，過去の研究において，坂井ら ( 3 は母材としてポリアミド(C)を用いた(F RP) 積層板において，アニーリングによる結晶化度によって曲げ強度と弾性率が向上することを報告している．これは結晶化による樹脂収縮により，繊維・樹脂界(1) ( ) lssa s(Mrrs gstgon(Pgae(0(s面の接着強度が向上したためと考察している．結晶化による( )の収縮率は約(1 0 ～(0 0(であるのに対し，(() ) の収縮率は( 1 0 ～(0 5 とほとんど違いがない．一方で，( ) ) は極性が小さいために
炭素繊維との接着性が低い．従って，本研究の条(2) ( ) lssa s(Mrrs gstgon(Pgae(00(s件において，炭素繊維と( ) ) 間の界面接着強度はRg. ( (F ross(sectgon(of(sta oshhergc(hressure(hlssa s(

結晶化による収縮による力学的な接着強度の向上( treste (F R/) ) (coa hosgtes

よりも化学的な作用による接着強度の低下の方が支配的であることが示唆された．

Rg. (5(P elstgonshgh(between(hlssa s(grrs gstgon(tga e(sn (ga hre. nstgon(rstgo(of(sta oshhergc(hressure(hlssa s(

Rg. ( (Cen gn. (stress(–(testgn. (tga e(curves(of(a strgx(gn(( treste (F R/) ) (coa hosgtes(snnesle (F R/) ) (coa hosgtes-131-

２－４．まとめ
本研究では①炭素繊維への熱可塑性樹脂の含浸率と界面強度に及ぼす大気圧プラズマ処理の影響，②(F RPP) の力学的特性に及ぼす母材結晶化度による樹脂収縮の影響解明について調査を行った．
調査①の結果，大気圧プラズマ処理時間(00(s において，曲げ強度が(00 ( 増加することが示された．これは大気圧プラズマによる炭素繊維表面の酸化が原因であると考えられる．また，②の結果，曲げ強度と弾性率は結晶化度とともに低下することが示された．これは( )) の極性が小さいために
炭素繊維との接着性が低いためと考えられる．これより，炭素繊維と( ) ) 間の界面接着強度は結晶
Rg. (0(Cen gn. (stren. th(sn (a o ulus(of(snnesle (F R/) ) (化による収縮による力学的な接着強度の向上より(coa hosgtes

も化学的な作用による接着強度の低下の方が支配的であることが示唆された．
従って，今後は大気圧プラズマによる炭素繊維
表面の酸化について調査する．同時に，本研究で使用している母材樹脂における結晶化による樹脂収縮率を測定する．この結果から結晶化による界面接着強度の向上がどの程度となるかシミュレー
ションを行う．
参考文献
1) (M(Tgrshenbsua ,(U (. (. glchgnsky,(C (rr oten,(Xest((sn (entrohy(of(fusgon(of(holyhrohylene,(/ ournsl(of((shhlge (holya er(scgence,(10,(Hol ( ,(hh (( 0003-0030
Rg. ( (F rystsllgngty(of(a strgx(gn(snnesle (F R/) ) (2)(coa hosgtes

辻岡則夫，前川善一郎，濱田泰以，北條正樹，
炭素繊維表面酸化処理およびサイジセグ剤処
理の界面接着への影響，材料，(Hol (，(hh (( 1 3-1 0 ，(1000．
3)

坂井( ( 建宣(,(Nur(Csfgsh,(Cgntg(Chsa su ga ,( 福嶋
遼太(,( 蔭山健介，炭素繊維強化ポリアミドの結晶化が静的曲げ特性に及ぼす影響，日本複合材料学会誌，(0010，(Hol ( 5 ，(hh (003-000

３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計(5 件）(1) Ps ssto(Csks. uchg,(Po tokg(Asgkoku,( ffect(of(Ps trgx(F rystsllgngty(on(Pe chsngcsl() rohertges(gn(F srbon(Rgber(P egnforce () olyhrohylene(sn () olyClsctgc(scg ,( 5n (Mnternstgonsl(F onference(sn (Rg. (0(P elstgonshgh(between(snneslgn. (tga e(sn (ben gn. (xho(on((hrohertges(of(F R/) ) (coa hosgte( CM
F F F 0001(Hgrtusl ( rchgve,( 査読無,(3 00 1 ,(-132-

vsnce (F ersa gcs(sn (F oa hosgtes(

(Hgrtusl(Pe etgn. ,(Rebrusry( –10,(0001(2) 坂口( ( 雅人，赤須雄大，平織炭素繊維( / ポ

リプロピレン複合材料の含浸率に及ぼす成形時間の影響，日本機械学会関東支部

山梨講

演会(0000，査読無，() ARデータでの配布．
(3) 坂口( ( 雅人，後藤広夢，平織炭素繊維( / ポ

リ乳酸複合材料の曲げ特性に及ぼす熱処理時間の影響，プラスチック成形加工学会( ( 第(31回( ( 年次大会，査読無，()AR データでの配布．
(4) 大黒( ( 元暉，坂口( ( 雅人，炭素繊維( / ポリプ
ロピレン複合材料の力学的特性に及ぼす母材
結晶化度の影響，第(10回大学コンソーシアム
八王子学生発表会，査読無，() ARデータでの配布．
(5) 福地( ( 遼太郎，坂口( ( 雅人，炭素繊維強化ポ
リプロピレン((CF R/) ) の機械的特性に及ぼす
大気圧プラズマ処理の影響，第(10回大学コンソーシアム八王子学生発表会，査読無，() AR
データでの配布．
( (C 1 に関しては要項集等がないため，著者名，発表タイトル，学会名，査読の有無，講演番号，
講演場所，講演年月を記載〔図書〕（計１件）(1) (F RP ) /F RPP) の界面制御，成形加工技術と部材応用，( 第(3 章

第(3 節

ポリ乳酸を母材とした炭素繊維強化プラスチックスの引張特
性と曲げ特性に及ぼす母材結晶化の影響( ，
坂口( ( 雅人，後藤( ( 広夢，技術情報協会，(0000，(hh (00- 3 ．

-133-

課題研究費実績報告書
令和３年３月１５日現在

研究課題名：自営 LPWA 無線の小山ヶ丘地区周辺におけるカバレージに関する研究研究代表者：三輪賢一郎

小区分：通信工学関連
１． 研究計画の概要

り，その北側はさらに小高い丘陵となっているが，〇背景南側の橋本駅方面へはさながら扇状地のように下2020 年 4 月から，我が国でもついに高速大容 っており，その高低差は最大６０ｍにもなる．周量・低遅延・多端末を標榜する５Ｇサービスがス 辺は住宅街であるが，低床の住宅に加えて中規模
タートし， Society5.0 呼ばれる社会へのパラダイ の集合住宅も点在しており，バリエーションに飛ムシフトがいよいよ現実のものとなりつつある． んでいる．したがって， LoRa 通信の環境としてその中核をなす IoT 分野においては，世界の IoT

は必ずしも理想的とは言えず，そのカバレージ範

デバイス数が本年中にも３００億個に到達すると 囲も均一とはならないことが考えられる．このよの予測もあり，様々な産業分野において IoT 化が うに，高低差のある複雑な地形でかつ変化に富む
急激に進展することが見込まれる．

建築物が林立している状況は我が国の郊外の環境

ここ数年の IoT 化の進展と共に，その基盤とな の典型とも言え，今回本研究において小山ヶ丘地
るテクノロジーとして低消費電力で広域に通信が 区における LoRa 通信のカバレージ範囲を顕在化
可能な LPWA （ Low Power Wide Area ）が研究か し，周辺地域の伝搬環境のファクトデータを蓄積
ら実用まで広く用いられるようになってきている．することには大きな意味があると考えられる．まLPWA は伝送ビットレートこそ低いものの，低消 た，将来の本学における本格的な IoT 研究に備え費電力でかつ長距離伝送が可能な通信規格であり，て，本学周辺における IoT 研究環境を把握しておIoT の実現には不可欠な技術である．数ある

くことは有用であるとも考えられることから，今LPWA 規格の中でも， LoRa Alliance において仕 回本研究において小山ヶ丘地区における LoRa 通様が策定されている LoRa 規格は，そのカバレー 信のカバレージ範囲を顕在化し，周辺地域のジは最大 10 km にも及び，さらに自前で柔軟な運 LPWA 無線の伝搬環境のファクトデータを蓄積す用が可能であることから，広範囲に配置されたセ ることを試みることとした．
ンサ等の情報収集に適しており，研究用／商用をLPWA の研究開発が本格化してきたのはここ数問わず幅広く使われるようになってきている．ただし，そのカバーする通信範囲は，適用する地域 年のことであり，特に LoRa についてはこの２～の地形や周辺の建築物の状況等によって大きく違 ３年の間に論文数が急増している．その内容は基ってくる．例えば埼玉郊外におけるカバレージ評 礎研究と応用研究に大別され，そのうち基礎研究
価実験では約 6 km 程度のカバレージが可能であ には，ゲートウェイの最適配置問題を解くもの
ることが報告されているが，対して都心のビル街[1] ，メッシュネットワークに拡張するもの [2]における調査では 1 km 程度のカバレージにとど 等がある．応用研究としては， LoRa を用いた降まっている．したがって実運用の前にその地域で 雨センサーシステム [2] ，レンタサイクル管理シの LoRa 通信の可用範囲について一定の調査が必 ステム [2] ，バスロケーションシステム [3] ，稲作管理システム [4] ，院内の医療機器管理システず必要である．

本学（サレジオ高専）の立地する町田市小山ヶ ム [5] ，徘徊見守りシステム [6] など，多数提案
丘地区における LoRa のカバレージ範囲に関する されている．
ファクトデータは今のところ存在していない．本

本研究と同じように LoRa のカバレージ範囲に

学（サレジオ高専）の立地する町田市小山ヶ丘地 フォーカスしてフィールド検証したものとしては，区は，丘陵地の中腹とも言えるロケーションであ 大学キャンパス内やその周辺で実施したもの-134-

[5][7] ，郊外の比較的平坦な地形で実施したもの トーン（研究計画スケジュール）を示す．
[8] ，山岳地域で主にリーチャビリティを確認したもの [9] 等が存在している．しかしながら，丘 【 7 月】機材選定／発注
陵を含む多様な変化に富む住宅街でのファクトデ 【 8 月】実装／環境構築作業
ータと言えるものは無く，本研究の意義は決して 【 9 月】動作試験／予備試験【 10 ～ 11 月】フィールド実験，データ取得

小さくないと考えられる．

【 12 月】データ整理／分析【 3 月頃】対外発表〇目的
本学（サレジオ高専）の立地する小山ヶ丘地区

における LoRa 通信のカバレージ範囲を顕在化す ＜文献＞
ることにより，今後の同地区における IoT の実運 [1] 趙子健ほか，“ LoRa 電波伝搬評価と基地

局配置の最適化手法の研究 , ”信学技報,用に資するためのファクトデータを蓄積する．

加えて，本研究を通して，本学学生に対しこれ
ICM2018-03, pp. 33--38, 2018
ら実験に用いる IoT 機器の一部を自作させること [2] 山本寛，“ LoRa を活用した広域センサネッ
により， IoT や LPWA 通信に対して造詣を深めて

トワークシステムの研究開発 , ”信学技報,
CQ2019-71, pp. 73--78, 2019[3] 保下拓也ほか，“ LPWA を用いた IoT バスロ

もらうことも併せて狙う．
〇方法

ケーションシステムのための位置情報圧縮手

まず，基地局となる IoT ゲートウェイと，移動端末となるGPSセンサをそれぞれ実装する．移動法の提案 , ”情報処理学会第 80 回全国大会,
pp. 3-421--3-422, 2018

端末からは IoT ゲートウェイに対して定期的に現 [4] 袖見樹子ほか，“稲作管理システム , ”情報
在地の位置情報（緯度／経度）を送信するように処理， vol. 58,No.9,

pp. 810--813, 2017

しておき，周辺地域を移動端末を持って網羅的に [5] 坂元律矛ほか，“ LPWA 通信を用いた可搬型
移動する． IoT ゲートウェイ側では，移動端末か医療機器管理システムの提案と実装 , ”情報

ら受信した位置情報を地図上にプロットすること

処理学会第 81 回全国大会, pp. 4-653--4-654,

により周辺地域の LoRa 通信のカバレージ範囲を2019

可視化できるようにしておくことで， LoRa 通信 [6] 加藤学，“高齢化社会の屋外徘徊行動の監
視 , ”電気設備学会誌, vol. 37, No. 10, pp.

のカバー範囲の特定が可能となる．
本研究は，当研究室の教員１名と当研究室に配713--715, 2017

属する学生２名で実行する．学生２名はそれぞれ [7] 三好夏生，“ 920MHz 帯 LoRa 通信の半波
IoT ゲートウェイと移動端末（ＧＰＳセンサ）の

長間隔での電波伝搬測定結果 , ”信学技報,

構築を主に行う．教員は主にフィールド実験の計

RCS2019-406, pp. 411--412, 2019

画と立案，ならびに研究の実行にかかる総合的な [8] 高橋幹，國澤良雄，神谷尚保，新保宏之 ，”調整を行う．フィールド実験とその結果の評価・

アンライセンスバンドを使用する LPWA

分析は，教員と学生２名の総力で実施する．

（ Low Power Wide Area ）規格の最新動
向 ，” 電子情報通信学会誌，Vol. 102, No. 5,

pp. 388--392, 2019
本研究のスケジュールとしては，実験機材が揃 [9] 湯瀬裕昭ほか，“山間地における LPWA を活〇実施スケジュール

い次第すぐに環境構築に着手し，次いで研究室で用した防災通信に関する研究 , ”情報処理学の動作試験とフィールドでの予備試験を経て，本会第 80 回全国大会 , pp. 4-419--4-420, 2018

番の調査実験へと進む．その後，データの分析を行い，学生が主体で卒業論文として纏める．また，
ファクトデータを広く公表するべく，電子情報通信学会の総合大会において対外発表を実施する．
以下に，研究の実行に係るおおよそのマイルス-135-

２．課題研究の進捗状況及び達成度〇実験環境の構築
まず本調査実験に必要となる， LoRa 通信に対応した基地局（IoT ゲートウェイ）と移動端末（GPS センサ）とを準備した．
基地局には Dragino 社製IoT ゲートウェイ
LG01-JP を採用し， ThingSpeak に対してデータのアップロードを行うためのプログラム（オープンソース）を実装して構築した（図 1 左 ）． 基地局
用のアンテナは付属のものをそのまま用いることとし，本校の4 階建て校舎の3 階部分の中庭に基地局とともに設置した．

図2

調査実験の全体像

移動端末には， Dragino 社製の LoRa mini DevにGPS モジュール（ AEGYSFDMAXB ）を搭載し，基 〇調査実験の結果
地局ならびに ThingSpeak に対応したデータ生成

今回の調査実験においては，帯域幅を 3 種類を可能にするためのプログラム（オープンソー（7.8 kHz,125 kHz,500 kHz ）， 拡散率を 2 種類ス）を実装して構築した（図 1 右 ）．

（ 7 ，12）の計 6 条件にて実験を行った．うち，最もカバレージ範囲が広範囲となった実験条件（帯域幅 7.8 kHz ，拡散率12）での結果を図 3 に示す．地図上にピンのイメージで示した箇所が，LoRa通信が確認された地点である．

図1

基地局（左）と移動端末（右）本調査実験の全体の流れを図 2 に示す．
まず本学周辺において移動端末が獲得する緯度・経度等のデータが LoRa 通信により基地局で受信される．それらの位置情報のデータは基地局からインターネットを介して， IoT クラウドサー
ビスである ThingSpeak にアップロードされることになる． ThingSpeak においては，取得したデー
タの整理，グラフによる可視化が実行される．さらにそのデータを加工して Google Earth に入力することにより，LoRa通信が成立した地点が地図上にマッピングされる．伝搬距離や障害物等の影響

図3

LoRaカバレージ調査結果

により LoRa 通信が途切れると，移動端末からの緯度・経度の情報を基地局側で受信することが出

上記より，今回の実験条件における最大通信距来なくなるため，このことから LoRa 通信のカバ 離は 400 ｍ程度であり，そのカバレージ範囲は東ー範囲が特定できることになる．

南東方向と西北西方向に偏向している結果となった．これには，本学の建物形状が影響していると考えられ，基地局を設置した 3 階中庭の北側と南側に突き出ている校舎の 4 階部分が，電波の南北方向への伝搬に大きな影響を与えたとみられる．
このように，今回の調査実験では，本学周辺に-136-

おけるLoRa通信範囲のおおよその特定は行えた． ３．代表的な研究成果
しかしながらそのカバー範囲は当初の予測よりも以下の通り．

狭い範囲にとどまっており，また通信エリアの形状も偏っていることから，丘陵地におけるLoRaカ 〔学会発表〕（計１件）
バレージのファクトデータとしては不十分なもの [1] 吉田龍紀 , 横川颯汰 , 三輪賢一郎, ”サレジオ
高専周辺における LoRa 通信のカバレージ調となった．

査,” 電子情報通信学会

2021 年総合大会 ,査読無し , 通信講演論文集1, pp. 439,

〇まとめと今後の展望

B-15-24, March. 2021.

本研究を通して本学（サレジオ高専）周辺のLoRa通信のカバレージ範囲をおおよそ明らかにした．現条件では，その最大通信距離は 400 ｍ程度であり，本学の建物形状の影響によりその伝搬方
向は東西方向に偏っていることが示された．このように，今回の調査実験では本学周辺におけるLoRa通信範囲のおおよその特定は行えたが，丘陵地におけるLoRaカバレージのファクトデータとしては不十分なものとなった．
次年度以降，今回顕在化した課題や問題点を基に実験方法を見直したうえで，より正確な調査を実施する必要があると考えられる．それら，改良変更を検討すべき点を以下に示す．
①

基地局設置場所の見直し
本学３階中庭は基地局の設置場所として不適切であることが判明したことから，基地局の設置場
所を屋上などへ変更することを検討する．
②

移動端末の移動方法の見直し
今回は移動端末の移動に自動車を用いたが，自動車のボディが電波の送受信に影響を与えたこととも考えられることから，移動端末の移動手段を
自転車や徒歩へ変更することを検討する．
③

可視化ツールの整備
地図上に受信電界強度を表示できるように，可視化プログラムの拡張を検討する．
以上を踏まえて，引き続き次年度以降において，本学（サレジオ高専）周辺の LoRa通信のカバレー
ジ範囲についてのより網羅的な調査を実施する予
定である．

-137-

以上

課題研究費実績報告書
令和３年３月２２日現在

研究課題名：相互誘導リアクトルを用いた洋上発電システム用自励式発電装置
研究代表者：山下 健一郎
小区分：電力工学関連
１．研究計画の概要

２．課題研究の進捗状況及び達成度

本研究では「洋上発電システム」のための「広当該研究では，①シミュレーションモデル
（ PSIM 、 MATLAB 、 Scilab ）の構築、②構築

範囲動作が可能なサイリスタ励磁方式の発電装置」を提案し、その性能や有用性を検証する。次 したシミュレーションモデルを用いた提案方式の世代の洋上発電システムは遠洋の発電所で得られ 有用性の確認、③研究室サイズの供試装置の製作、た電力を直流で地上のグリッドへ送電する方式が ④供試装置を用いた実験的検討を行った。以下，主流になると考えられており、種々な方式の研究 詳細を説明する。
開発が行われている。同分野で普及が進んでいる
洋上風力発電においては既に直流送電方式を採用 ①シミュレーションモデルの構築したシステムが実現されている。この様なシステ（達成度 100% ）ムに用いる発電機としては、信頼性が高く、定期シミュレーションソフトとして、 MATLAB /的なメンテナンスが不要な永久磁石同期発電機

Simulink / Simscape を購入し、同ソフトを用い（ PMSG ）が多く用いられているが、 PMSG を用 たシミュレーションモデルを構築した。提案シスいた場合、レアアースの価格変動に基因してコス テムは風力発電機となる自励式の同期発電機が研トが増加すること、直流送電と連系し、発電機を 究対象となるため、同期機の残留磁束を考慮する
制御するための電力変換器（主変換器）にキャパ 必要がある。構築したモデルには残留磁束を考慮シタが用いられるため、主変換器においては定期 した励磁回路が組み込まれており、自励式同期発的なメンテナンスを必要とする問題がある。一方、電機の種々な検討を行うことができる。また、未巻線形同期発電機（WRSG）を用いた場合、主変 発表であるが、さらに詳細な検討を行うことがで換器にシンプルで高効率なダイオード整流器を用 きるように励磁回路に磁気飽和を考慮したモデルいることができ、発電機励磁用の小容量整流器に も構築した。
サイリスタ整流器を用いればキャパシタも不要となる。さらに、同期機をブラシレス交流機とすれ ②構築したシミュレーションモデルを用いた提案
ば、発電機もメンテナンスフリーとなる。この様 方式の有用性の確認な利点を持つサイリスタ励磁方式の巻線形同期発（達成度 100% ）電機であるが、主変換器のダイオード整流器とサシミュレーションモデルを用いて、提案システ

イリスタ整流器が干渉するため、十分な動作範囲 ムの有用性の確認を行った。基本方式では同期発を確保できない問題のあることが明らかとなった。電機励磁用のサイリスタ整流器が主変換器となる
本研究課題では、ダイオード整流器と干渉せず、ダイオード整流器の転流の影響を受け、低風速域
十分な動作範囲を確保できる励磁回路としてリア において動作できなくなる問題があったが、提案クトルの相互誘導を利用する新しいタイプのサイ システムにおいては、新たに導入した相互誘導を
リスタ励磁方式を提案し、シミュレーション及び 有するリアクトルの働きにより、これを改善でき試作機を用いた実験的検討により、その性能や有 ることがシミュレーションにより明らかとなった。
用性を検証する。本研究課題により、直流送電連系用の主変換器に信頼性の高いダイオード整流器 ③研究室サイズの供試装置の製作（達成度 70%）を持つ発電装置を実現することができる。

シミュレーション結果を基に 2kVA の供試装置-138-を製作した。しかしながら、製作した供試装置は 〔学会発表〕（計 3 件）
2 つの整流器の転流に基因する高調波ひずみによ [1] Ken-ichiro Yamashita, Fujio Tatsuta, Hiroyaって正確なサイリスタ整流器のゲート信号を生成

Sugimoto, Shoji Nishikata, Improvement of

できない問題のあることが分かった。これによりDynamic Performances of a Current-source

限定された範囲でしか運転できないことから、同Converter-based Wind Power Plant

問題を解決することのできる制御回路を作製する

Composed of Series-connected Wind Turbine

こととした。

Generators, 23rd International Conference
on Electrical Machines and Systems(ICEMS2020), 査読有 ,④供試装置を用いた実験的検討（達成度 70%）2020 年 11 月

[2] Ken-ichiro Yamashita, Yuzuki Yamamoto,
Shigetaka Kobayashi, Performance

上記③の供試装置製作において問題が生じたた
め、限定された範囲での実験のみを行った。同実

Improvement of a Wind Turbine Generator

験により、限定された範囲ではあるがシミュレー

Based on Self-excited Synchronous

ション結果と同様に、提案した方法によってシスGenerator for Series-connected Wind Power

テムの動作範囲を改善できることが分かった。

Plants, 23rd International Conference on

３．代表的な研究成果

Electrical Machines andSystems(ICEMS2020), 査読有 , 2020 年〔雑誌論文〕（計 1 件）

11 月

[1] Ken-ichiro Yamashita, Gai Tsukamoto, Shoji[3] Fujio Tatsuta, Ken-ichiro Yamashita, Hiroya

Nishikata, Steady-State Characteristics of a

Sugimoto, Shoji Nishikata, Basic Studies on

Line-Commutated Converter-BasedPower Fluctuation Smoothing ofHigh-Voltage Direct Current Transmission

Series-connected Wind Power Plant, 23rd

System for Series-Connected Wind PowerInternational Conference on Electrical

Plants, IEEE Transactions on Industry

Machines and Systems (ICEMS2020), 査読有 ,Applications, 査読有 , Vol.56, 4,2020 年 11 月

pp.3932-3939, 2020 年 7 月-139-課題研究費実績報告書
令和３年３月３１日現在

研究課題名：視線検出システムを利用した読解プロセスと読解力の関係調査研究代表者：真島顕子
小区分：

学習法
の総合結果とリスニング問題の結果では、 IBA で１．研究計画の概要
本研究は、視線検出システム（ Fujitsu,

高い点数を取得した学生（ 900 点以上、 17 名）

EyeExpert ）を使用して学生の文章読解プロセス は正の相関が、低い得点を取得した学生（ 750 点を調査し、読解プロセスと読解力の関係を分析す 以下、 21 名）には低い相関が見られたことから、ることを目的とした。調査では、英語による読解 日本語の読解能力と英語運用能力にある程度の相力が日本語による読解力と関係していると仮定し、関が見られることが確認できた。一方、リーディ
日本語読解力資料ではリーディングスキルテスト ング問題では、両方のグループでほぼ同程度の相（以下、RST）のサンプル問題から得た結果と、 関係数が算出されたことから（表 1 ）、 本校の英英語読解力資料では英検 IBA テスト（以下、語カリキュラムにおいてリーディング力強化対策

IBA ）の結果を使用し、本科 2 年生の英語と日本 検討の余地の可能性を見出した。
語の読解力の相関を見る。そして、読解力ごとに受検生をグループ分けし、視線検出システムを用 表 1

IBA スコア上位層と下位層の RST スコアといて読解プロセスを比較検討し、読解力と読解プ の相関
ロセスの関係を分析する計画を立てた。RSTサン
プル問題は、インターネット上で入手できるサンプル問題から 10 問選出して作成したもので、総合900点以上750点以下リーディング リスニング

.47
-.14

.22
.14

.48
-.27

IBA は、公益財団法人日本英語検定協会が提供する IBA テスト C （ 1100 点満点）を利用した。

上記の点に加え、結果から得た考察を論文にまとめ、発表した。

２．課題研究の進捗状況及び達成度

視線検出システムを用いた読解プロセスと読解

今年度は、新型コロナウィルス感染拡大防止対 力の関係分析調査では、 2020 年度 8 月に取得し策として、サレジオ工業高等専門学校では、前期 た TOEIC IP スコアを元に、点数層が異なる 5 名
は遠隔授業を実施した。筆者の校務と遠隔授業対 の学生を選定し、日本文と英文の長文をそれぞれ応により、RSTと IBA の相関調査・分析を前期の3 分間で文章を被験者が読む視線の形跡を、うちに十分に進めることが難しかった。後期は対EyeExpert を用いて追跡した。 1 分半経過した時面授業へと切り替えることができたが、感染者数 点で問題を提示し、内容理解についても確認をしの再増加等の懸念があり、対面調査も継続するこ た。今後は実験によって取得したデータを分析すとができるか不明な状況であった。従って、後期 る予定である。
開始時に、 EyeExpert の調査対象者を TOEIC IP
テストを用いて 4 年生から選出し、できるだけ早 ３．代表的な研究成果
期に日本文と英文の読解プロセスを調査するよう 〔雑誌論文〕（計 1 件）
計画を変更した。また同時に、計画通り、昨年度 [1] 真島顕子 , 日本語の読解力が英語運用能力に
2 年生に実施したRSTサンプル問題から得た結果

与える影響‐日英テスト結果比較の一考察‐ ,と、 IBA 結果の相関を分析した。

全国高等専門学校英語教育学会研究論集 , 査

まず、RSTと IBA の相関分析では、全体としても（ 184 名 ）、 被験者の所属学科別データにも、弱い正の相関が見られた（ r =.31 ）。 また、 IBA-140-

読有 , 第 40 号 , 61-67.

課題研究費実績報告書
令和３年 4 月 1 日現在

研究課題名：多種類の細胞による組織形成を理解するための数学的枠組みの構築
研究代表者：須志田 隆道
小区分：応用数学および統計数学関連
１．研究計画の概要

種類の細胞の初期配置をランダムに与えた場合に個々の細胞は細胞内における物質等の内在的な ついて，自己組織的に細胞塊が形成され，実験観変動によってランダムな方向に運動することがし 察と同様に集団的な回転運動を示し，細胞選別がられているが，誘引物質が与えられるとその濃度 行われる様子を数値シミュレーションの結果とし勾配の高い方向に運動すること（走化性を示すこ て示すことができた．
と）が知られている．例えば，細胞性粘菌では単後半では，自己駆動粒子モデルの結果を踏まえ細胞生物としてランダムな運動を行うが，飢餓状 て，細胞膜を考慮に入れた細胞形状の変形や細胞態になると cyclic AMP と呼ばれる化学物質を拡散 内在的な物質の偏りによる細胞極性の形成を考慮
し，集団的に形成される cyclic AMP の濃度勾配の したよりリアリスティックな数理モデルの構築を高い方向に運動することで，周囲の細胞が集まり，目指した．細胞形状を表現する方法の 1 つとして，細胞塊を形成する．さらに，細胞塊内において， フェーズフィールド法（ Nonomura, PLOS ONE,
集団的な回転運動を行いながら，予定柄細胞と胞 2012）と呼ばれる反応拡散方程式を用いた数学的子細胞の 2 つの集団に細胞選別が行われることが な枠組みが知られている．本研究では，多細胞集報告されている（ Fujimori et.al., PNAS, 2019 ）． 団を取り扱うマルチフェーズフィールドモデルを本研究での主なねらいは，細胞性粘菌などの走 新たに構築する．現段階において，構築済みの自化性を示す細胞が細胞塊を形成するまでの過程や 己駆動粒子モデルの細胞機能をマルチフェーズフ
その後に示す集団的な回転運動を記述する数学的 ィールドモデルにおいて記述することに成功してな枠組みを構築し，集団運動を引き起こす本質的 いる．また，細胞形状を考慮したモデルは集団運な機能の抽出やさまざまな細胞種において観察さ 動だけでなく，代表者らが行った先行研究
れる集団運動の分類を行うことである．数学的な （ Sato et.al., submitted ）にて扱った細胞集団
枠組みの構築では，はじめに細胞を粒子として見 が示す多角形のタイリングパターンの形態形成をなすことで簡易的に集団運動を議論することがで 理解することにも役立つと期待される．
きる自己駆動粒子モデルから構築を行い，その後， 一方で，マルチフェーズフィールドモデルの数
細胞内在的な物質の変動および細胞形状を考慮し 値計算法では，計算コストの削減が大きな問題とたフェーズフィールドモデルを構築する．両者の して挙げられる．基本的に反応拡散方程式は連立枠組みにおいて，集団運動の検証を数値シミュレ 一次方程式の問題に帰着した状態で数値計算を行ーションとして示し，モデルに導入されたパラメ うが，扱う細胞数や数値計算の精度を考慮すると，ータを変更することで，どのような仕組みが集団 大規模な連立一次方程式を扱うことになる．本研
的な回転運動を起こすかどうかなどを整理する． 究においては，ネットワーク上で管理された複数台の計算機を同時に用いる並列分散処理を導入す
２．課題研究の進捗状況及び達成度ることで，大幅な計算量削減に成功している．

はじめに，細胞性粘菌が細胞塊を形成する際に，集団的な回転運動によって 2 つの細胞集団に選別 ３．代表的な研究成果される現象について，先行研究（ Akiyama et.al.,〔学会発表〕（計１件）

DGD, 2017）を参考にして，細胞間相互作用を記 [1] 前田楓太，須志田隆道，第 12 回大学コンソ
述するポテンシャルエネルギーの形状関数を新たに導入した自己駆動粒子モデルを提案し， 2 つの-141-

ーシアム八王子学生発表会 , 査読なし,
E124, 2020.

課題研究費実績報告書
令和３年３月３１日現在

研究課題名：陰影下における物体色の推定方法研究代表者：川村春美
小区分：知覚情報処理関連
１．研究計画の概要

光源であり、電球色は夕焼けのような橙の色であ

画像処理分野においてシーン中の物体の色（反 る。また、被写体は、鏡面反射の少ない木製の積射率に相当する）を取得することは、照明条件の み木とし、それぞれ、赤、緑、青、黄色に着色さ影響を受けない画像を得ることができるという点 れたものを用いる。昼光下および電球光下の赤いで重要な技術の一つである。しかしながら、画像 積み木の画像を図 2 に示す。なお、積み木の形状の色（画素値）には照明光の色が含まれており物 は 4 色とも同じとする。一眼レフのデジタルカメ
体の色を分離するには逆問題を解く必要がある。 ラ（ Canon 、EOS Kiss X8i）により、上記照明光
本研究では、この逆問題を解く代わりに陰影領域 下の積み木のシーンを黒背景下で撮影し、日向領では色相成分はほとんど変化しないことを利用し、域、陰領域および影領域の色（画素値）を比較す
色相変化を物体の違いとみなすように Retinex 理 る。画素値は、上記 3 種類の領域を目視で判断し、論 (1) を変更することで物体の色を推定する手法を 手動で選択した領域内の平均値とする。
検討する。
昨年度までは、無彩色光源下の陰を含む画像を対象としていたが、今年度は、有彩色照明下のシーンを対象とし、手法の有効性を検証する。さらに Retinex 理論のみでは照明光色の影響がシーン(a) 昼光下

全体に均一に及んでいる場合には分離できないこ(b) 電球光下
図2 実験画像

図 3 は、赤い積み木を対象に、昼光下（図3(a) ）、 電球光下（図 3(b) ）の画像から得られた、除去する。また、物体の遮蔽による影と光源が直 日向領域 ( ● ) 、陰領域（○）および影領域
接的に照射しないことによって生じる陰との違い （×）平均画素値をR-G軸上にプロットしたものの有無を実際の画像を取得し検証する。
である。この図より、陰と影領域の RGB 画素値
は完全には一致しないが、昼光下、電球光下共に
２．課題研究の進捗状況及び達成度
ほとんど同じであることが分かる。なお、この傾(1) 陰影領域の画素値特性
向は積み木の色に依らない。
とから既存の照明光色推定手法である灰色仮説に基づいて照明光色の推定を行った上でその影響を陰影には、光源からの光が直接的に照射しないことによって相対的に暗くなる陰と、光源からの光が前面にある物体に遮蔽されて生じる影の 2 種類がある（図 1 ）。この 2 種類の画素値にお(a) 昼光下ける特徴を実際の画像

図3 日向、陰影領域の平均画素値を用いて調査する。

以上のことから、陰と影は色として同じ扱いに光源には、複数の光できることが分かった。
(2) 陰影シーンからの物体色推定の検証

源色の切り替えが可能
な LED 照明（山田照(b) 電球光下

図1 陰と影の違い

有彩色光源下の陰影を含む画像を Retinex 理論

明、 Z-N1100 ）を用い、昼光色（色温度 6200K ） および灰色仮説に基づいて物体の反射率からなると電球色（色温度 3000K ）とする。昼光色は白色 画像（白色光源下における画像）に変換する手法-142-

の有効性を検証する。
Retinex 理論とは、画像の色が照明光と物体の色から構成されることを前提とし、空間的に緩やかな変化は照明光の変化によるもの、急峻な変化
は物体領域の境界によるものと仮定することで照
明光色の影響を取り除いた物体の反射率からなる(a) 強度分布

画像を得る手法である。しかしながら、物体境界(b) 照明光種類

図 5 実験で用いた照明光の判定に輝度を用いているため、同一の物体領域

図 4 の画像に、オリジナルの Retinex 理論を適に陰影が存在する場合には物体境界と見なされる 用した結果 ( 図6)と、提案手法を適用した結果という課題がある。そこで、陰影領域においては、 ( 図7)を示す。なお、図 7 は、白黒印刷での見え明るさ（＝輝度）は変化するが色相はあまり変化 やすさのため 1 .25 倍の明るさに補正した画像でしないという特性を利用することで照明光色の影 ある。図 6 では、画像中央に縦のライン、即ち、響を除去した物体の反射率からなる画像を得る。 陰影の境界が残っており、全体にオレンジがかっ
一方、照明光の空間的な分布が一定である場合 ており照明光色の影響が残っている。一方、図 7には照明光色の影響を完全に除去できるとは限ら では、画面中央の陰影による境界がなく、かつ、ない。そこで、照明光色の影響を除去するため、 全体に照明光色の影響が除去されている。
灰色仮説を利用して照明光色の推定を行った上でその影響を除去する。灰色仮説とは、シーン中の全ての物体の色を平均すると灰色になるとする仮説であり、この仮説が成立する場合には、画像の平均値を照明光色とみなすことができる。
複数の色紙を組み合わせたパターン（以下、モンドリアンパターン）に左側から照明光を照射し、

図 6 Retinex 適用

図7 提案手法の結果

右側に影が生じるよう

表１に推定照明光色と真値を各色を RGB 空間上に画像を作成する（図のベクトルとみなした際のベクトル間のなす角を4 ）。 照明光は図 5(a)誤差として示す。いずれも誤差は照明光色に依らの示すように、左端のず、誤差が10°前後となった。

強度を１とした時、中表１

央に向かって線形に減
少し、中央の位置から右端までは一定の強度

図4 実験画像例とする。この場合、右側が影領域に見える。また、

推定結果

照明光

角度（°）

タングステンランプ

10.2

3500 K昼光＋フィルタ

11.84700 K昼光＋フィルタ

11.6

照明光は、図 5(b) に示すように、タングステン電球（実線 ）、 色温度 3500 K の昼光に青フィルタ[ 参考文献 ]をかけた光源（点線 ）、 および 4700 K の昼光に (1) Land, E. H. and J. J. McCann, “Lightness and青フィルタをかけた光源（破線）の計 3 種類を用
retinex theory,” Journal of the Optical Society ofいる。図 4 の画像は、モンドリアンパターンにタAmerica, vol.61, pp.1-11, 1971.

ングステン電球（橙色）を左側から照射したシミュレーション画像であり、ここでは、白黒印刷で ３．代表的な研究成果の見えやすさのため実際の画像を 1.25倍の明るさ 〔学会発表〕（計 1 件）に補正した画像を示す。

[1]

Harumi KAWAMURA ，Recoveringreflectance of a partially shaded image undercolored scene illuminant ，Proceedings ofthe International Colour Association (AIC)
Conference 2020 ，査読有， p.458-143-

課題研究費実績報告書
令和 3 年 3 月 31 日現在

研究課題名：力学的境界条件下での全変動流方程式の時間大域解の適切性とその応用研究代表者：中屋敷 亮太
小区分：数理解析学関連
１．研究計画の概要

すれば、より多くの数理モデルに対して有効な数「全変動流方程式」は画像処理問題を起源とす 学解析であるといえる。
る様々な数理モデルへの応用が見られる偏微分方

以上を踏まえ本研究では、基礎研究の位置づけ

程式である。本研究の大きな目標は、全変動流方 として、力学的境界条件下での全変動流方程式の程式が現れる様々な数理モデルに適用できる統一 初期値問題に対して数学解析を行う。特に力学的的な数学理論を構築することである。

境界条件を含む方程式において時間局所的な先行

例えば全変動流方程式を含む数理モデルとして 研究が活発に行われている中で、数理モデルの現「結晶成長の数理モデル」が挙げられる。金属材 象として大事となる、十分時間が経過した「定常料は一般的に原子が規則正しく配列した結晶構造 状態」に関する数学的な結果はまだ少ないため、を持っている。しかし実際はすべて同じ構造を持 具体的な研究目標として次の 4 つを設定した。
っているわけでなく、物質内において原子配列が(1) 時間大域解の存在

乱れる領域をもつ。結晶成長の数理モデルは多結(2) 時間無限大での漸近挙動晶体である金属の平均的な方向場の動きを再現す(3) 解の時間的変化における収束オーダーることで、金属材料の特性から生じる様々な諸問(4) 応用問題と定常問題との関連性

題を解決する目的として作られた数理モデルであこれらの基礎研究を発展させたうえで、全変動る。近年では数学的な観点からも数値実験の有効 流方程式の初期値問題に対する一般化を目指して性や最適性を示すために、このモデルに対する研究を行う。
様々な理論解析が進められている。特に数値実験等で得られた結晶成長が安定する状態、すなわち ２．課題研究の進捗状況及び達成度
時間無限大での結晶成長の挙動や定常問題に対す
本研究の要となる手法として「抽象発展方程式
る数学的な考察が、実際の現象との適合や現象の の一般論」の枠組みを用いた。発展方程式の理論
制御に役立つと考えられている。
はとても強力であるため、数学解析の確実性を保これらの問題に対して、従来の数理モデルでは 証できるだけでなく応用の適用範囲も広い。その数学的な解析の容易さなどから「 Dirichlet 型」や ため本研究の目的を達成するために用いる手法と「 Neumann 型」といった境界条件が課されること して有効かつ合理的であると考えられる。これまが多い。しかし実際の現象では、結晶と結晶の間 での研究から全変動流方程式の適切な解のクラスに動的な力が働くことが多いため従来の境界条件 が力学的境界条件と適合するかという問いが考えではより正確な現象の再現を実現することが難し られた。これに対して力学的境界条件を非斉次い。この問題を解決する一つの方法として「力学

Dirichlet 型境界条件の「拡張」として捉え直して的境界条件」と呼ばれる境界条件を課すことを考 考えた。問題自体を拡張（極限）問題として捉ええた。固定境界上で時間発展する放物型偏微分方 直すことで「可解性」「システムの連続依存性」
程式で与えられた境界条件によって、現象をより などの定性的性質を抽象発展方程式理論より得る
リアルに再現する狙いがある。また力学的境界条 ことに成功している。本研究の最大の独自性であ件は、設定したパラメータに対して極限移行など る「力学的境界条件」を課すことであり、さらにの操作を施すことによって従来の境界条件を統一 近似議論の有効性という観点から抽象発展方程式
的に捉えなおすことができるのではないかと考え による理論を構築した点である。以下、 1 ．で挙られる。境界条件を含めた統一理論の構築に成功 げた 4 つの研究目標に対して、進捗状況及び達成-144-

度を述べる。

えた勝手な力によって結晶成長を制御できないか(1) 時間大域解の存在という思想に基づくものである。具体的には近似概ね達成されている。システムを単純な形に限 システムからの接近および抽象発展方程式による定し、先行研究[Nakayashiki / AMSA(2018) ] の一 議論から「最適制御の存在」「近似問題との関般化を目標に着手した。特に非線形発展方程式の 連」「最適制御になるための必要条件」等を明ら意味で「時間大域的な弱解」を定義し「可解性」 かにし、共同研究者とともに論文執筆および雑誌の証明に取り組んだ。ここでは時間離散化法（ =への掲載まで行った。

方程式の時間微分を線形補完によって近似し、楕

今後の課題として、一般多次元の場合の考察も

円型偏微分方程式の手法により解を構成してから 視野に入れている。また今年度は上記 (1)(2)(3)
極限移行する方法）を使用した。初期値関数によ を踏まえて「定常問題の考察」も課題として挙げる評価および定義した弱解の一意性を抽象発展方 ていたがこちらは未着手である。定常問題に関し
程式の一般論に従い証明を行った。

ても主に 1 次元に関する結果が多く一般多次元に(2) 時間無限大での漸近挙動

ついても課題である。

概ね達成されているといえる。漸近挙動を証明するためには、方程式の支配エネルギーの消散性 ３．代表的な研究成果を評価する「エネルギー不等式」の証明が必要不 〔雑誌論文〕（計 2 件）可欠ある。発展方程式の一般論を含む先行研究等 1)

Shodai Kubota; Ryota Nakayashiki; Kenの従来の方法を用いてエネルギー不等式を証明し、Shirakawa, Optimal control problems for 1D

時間離散系から極限移行によって連続系の解の漸parabolic state-systems of KWC types with

近挙動に関する結果を得た。

dynamic boundary conditions, Advances in(3) 解の時間的変化における収束オーダー

Mathematical Science and Applications, [ 査

現在、未達成の課題である。大域解の時間収束

読有 ], 29 (2), pp.583--637 (2020.11).

の時間定量オーダーに関するもので、今後着手予 2)

Yoshikazu Giga; Ryota Nakayashiki; Piotr

定である。証明の大まかな方針として比較性原理

Rybka; Ken Shirakawa, On boundaryを用いた証明法を考えているが、定量オーダーのdetachment phenomena for the total

定義として比較関数を独自に定義しなおす必要がvariation flow with dynamic boundaryあるため、ある程度の計算と検証が必要になるとconditions, Journal of Differential Equations,

考えられる。別の境界条件を課した場合の結果の[ 査読有], 269 (12), pp. 10587—10629

先行研究が適応できないか、もしくは別の関数を(2020.12).

用いることでより良いオーダーが導出できないか検討中である。

〔学会発表〕（計 1 件）

(4) 応用問題と定常問題との関連性

1)

現在進行中の課題である。力学的境界条件下に白川

健 ; 久保田

翔大 ; 中屋敷亮太，

Optimal temperature controls for 1D KWC

察した。本研究の目的である「力学的境界条件下

type systems with dynamic boundary
conditions, 日本数学会 2020 年度年会 ( 実関での全変動流方程式に関する統一的な数学理論の数論分科会 ) ， [ 査読無 ] ， 2021 年 3 月

構築」の背景や狙いには上記のような数理モデル

18 日 .

おける「結晶粒界運動の数理モデル」について考の数理解析学的な分析があげられる。
本研究に関連した上記の数理モデルに関する今
年度の数学的な結果として、 1 次元定常問題に対する力学的境界条件つきの「最適制御問題」についての研究に取り組んだ。ここでの「最適制御問
題」はコスト関数と呼ばれる汎関数の最小元を与える関数を見つけることである。ここで見つかる最小元は実際の現象では外力に相当し、外から与-145-

課題研究費実績報告書
令和３年 3 月 31 日現在

研究課題名：コッククロフト-ウォルトン回路の高出力化に関する検討
研究代表者：米盛

弘信

小区分：電力工学関連も大きくなることがわかった。これは， CW 回路

１．研究計画の概要

本研究の最終目的は，室内における太陽光発電 のキャパシタンスが影響しており，容量を小さくの実験で必須となる人工太陽光をパワー LEDによ すると改善されることがわかった。
って実現することである。本研究では，容易に直流高電圧が得られるコッククロフト - ウォルトン
回路（ Cockcroft – Walton Circuit ：以下， CW 回路）を応用して点灯回路が実現できないか検討した。一般的に， CW 回路はμ A ～ mA オーダの電流しか出力できずパワー LED を点灯させるには不十分である。すなわち，目的を達成するためには，
CW 回路の高電流出力を実現する必要がある。本
課題では，スイッチング回路を付加した CW 回路を構成し，高出力化を目指した特性評価を行った。
(a) 負荷抵抗を変動させた際の出力 I-V 特性
２．課題研究の進捗状況及び達成度
研究目標を達成するために，本年度は以下に示す項目について取り組んだ。代表的な成果の中か
ら重要なものを概説する。なお，詳細は研究成果の論文等を参照されたい。
【シミュレーションによる動作解析】
本解析では，全波整流型 CW 回路の段数を変動させた際の出力電圧と出力電流，およびリップル率を電子回路シミュレータLTspiceによって明らか(b) 負荷抵抗を変動させた際のリップル率にする。

図1 CW回路を段数変動させた際の出力特性

図 1 は， CW 回路の段数を変えた際の出力特性を示す。図 2 は， CW 回路 1 段時に負荷抵抗を変 【実機による動作確認】
動させた際の出力電圧波形を示す。図 1(a) の I-V

本実験回路は , 高周波トランスを介して全波整特性より，最大出力電圧： 356.7V ，最大出力電流型 CW 回路に電力を伝達する方式を採用してい流： 1331mA を得た。また， CW 回路 2 段の 500

る。本実験では , 全波整流型 CW 回路 2 段を接続

Ωでは，出力電圧： 317.4V ，出力電流： 634.4mAすることで出力電圧の増加を目指す。

であった。これは，使用するパワー LEDの駆動条

図 3 は， CW 回路の段数を変動した際の出力特件である目標値に到達したことを示す。図 1(b) の 性を示す。図 3(a) の I-V 特性より， CW 回路 2 段
リップル率より，負荷抵抗が大きくなるにつれて 時で最大出力電圧 :9.5V ，最大出力電流 :58.9mA
リップル率が低減することがわかった。図 2 より，を得た。また， CW 回路 1 段は最大出力電圧 :5V
出力波形からリップル率の低減が確認できるとと であった。この結果より， CW 回路の段数増加にもに，負荷抵抗が大きくなるとオーバーシュート 伴い , 損失はあるが倍電圧に昇圧されたことが確-146-

認できた。図 3(b) のリップル率より，負荷抵抗が大きくなるにつれてリップル率が低減することがわかった。しかし , 本提案回路におけるリップル率は最小で2.8%であるため , 目標値であるリップ
ル率 1 ％未満は得られなかった。

(b) 負荷抵抗を変動した際のリップル率
図3 CW回路を段数変動した際の出力特性
３．代表的な研究成果(a) 負荷抵抗 100 Ω時の出力電圧波形〔学会発表〕（計 5 件）
1.

中川湧貴，米盛弘信：“高周波駆動した全波
整流型コッククロフト - ウォルトン回路の動作試験 ”， 2020年（第 2 回）電気設備学会学
生研究発表会プログラム・予稿集，査読無，A-4 ， pp.7-8 ，八王子市学園都市センター(2020-12)2.

千葉

穣，米盛弘信：“交流電池に接続する

コッククロフト - ウォルトン回路の出力特性 ”， 2020年（第 2 回）電気設備学会学生研(b) 負荷抵抗 500 Ω時の出力電圧波形究発表会プログラム・予稿集，査読無， A-7 ，pp.13-14 ，八王子市学園都市センター(2020-12)3.

千葉

穣，米盛弘信：“交流電池に接続する

コッククロフト - ウォルトン回路に関する基礎研究 ”， 第12回大学コンソーシアム八王子
学生発表会要旨集，査読無， Q127
（ 2020-12 ）優秀賞(c) 負荷抵抗1kΩ時の出力電圧波形

4.

図2 負荷抵抗を変動させた際の出力電圧波形

中川湧貴，米盛弘信：“実機による全波整流型コッククロフト‐ウォルトン回路の高周波駆動に関するー検討 ”， 第12回大学コンソー
シアム八王子学生発表会要旨集，査読無，Q221 （ 2020-12 ）5.

中川湧貴，米盛弘信：“シミュレータによるスイッチング回路を付加した全波整流型コッククロフト - ウォルトン回路の動作解析 ”，
2020年（第38回）電気設備学会全国大会講演
論文集，査読無， pp.4-5 ，東京電機大学(2020-08)(a) 負荷抵抗を変動した際の出力 I-V 特性-147-

課題研究費実績報告書
令和 3 年 3 月 31 日現在

研究課題名：構図とそのメッセージに関する研究研究代表者：李 盛姫
小区分：デザイン学
１．研究計画の概要の向きには何らかの関連性があるはずだが，先行

美術やデザインなどで画面や空間を作り上げる 研究でははっきりと明らかにされていない．構図
ときに，画面がバランスよく見えるように配慮す が伝えるメッセージ性，また構図から我々が受けることを「構図」と呼び，その構図を決める一つ る印象について明らかにしていく．
の要素であるモチーフの向きによって，画面や空間全体から受ける印象が変化し，時にはモチーフ ２．課題研究の進捗状況及び達成度の向きから制作者の意図が推察できる．我々消費

美術やデザインなど画面や空間を作り上げると者が目にするデザインの事例から，多く使われて きに，構図設定のステップでは画面がバランスよいるモチーフの向き，構図を調べ，構図が何かを く見えるように配慮する．構図を決める一つの要伝える事，構図から何かが伝わる事を明らかにす 素であるモチーフの向きによって，画面や空間全る．それにより，モチーフの向きが持つ意味や， 体から受ける印象や意図が伝わる．構図は人に何広く構図自体が持つメッセージ性を，デザイン教 かをみて欲しいときに指差しをするのと同じよう育における教科用図書として活用することを目的 に，クリエーターの意思が反映されている．我々とする．

消費者が目にする機会の多いデザイン事例から多2020 年新型コロナウイルスの感染が日本にも く使われているモチーフの構図を調べ，構図が伝広がり，姿を描き写すと感染封じにつながると信 える事，構図からメッセージが伝わる事を明らか仰される妖怪が話題となった．特に全国各地で報 にする．分析方法として新聞広告を用いた．新聞
道された代表的な妖怪に「アマビエ」が挙げられ 広告は他の媒体より写真やイラスト表現が多く使る．アマビエは 1846 年瓦版に類する刷り物に絵 われ，向きに関する構図を明確に分析できる利点と文で記されており，肥後国（現、熊本県）の海 がある．新聞広告の中から 1931 年から 2019 年に現れた際に「病がはやる．私を写し人々に見せ までの毎日広告デザイン賞を分析対象とする．当よ」と言って消えたとされる．ここで注目したい 新聞広告賞は日本国内で新聞社が主催する広告賞のは，妖怪が写し出された向きである．向きには，の中でも最も長い歴史を持ち，一般部門の他に実正面・横・後ろ向きや真上・真下，やや斜め向き 際に新聞に掲載された広告を作品として審査する
等，様々な向きがある．アマビエの胴体はやや正 部門もあり，多角的な分析が可能であるためであ面，顔は右向きの真横で描かれてある．また，山 る．受賞作品からモチーフの構図分析が可能であ
梨県には「ヨゲンノトリ」という予言獣が伝わり，る事，単体のモチーフで構成されている事，向き
黒と白の二つの頭を持つ鳥は，右向きの真横に近 が明確である事，人物である事を条件として 10い構図で描かれてある．感染封じという人の願望 作品を選び， 5 作品を取り上げる． 10 作品の内，を表現するのに，横向きの顔が意味するものは何 正面向きが半分を示す 5 作品，横向きが 4 作品，
だろうか．さらに，洞窟壁画でも人間や動物が横 後ろ向きが 1 作品あった．下記，図 1 左画像は第を向いた構図で描かれている事が多いのは共通理

3 回（ 1933 年）商工大臣賞「髪洗い花王シャン

解として多くの人に共有されているだろう．さら プー」

齋藤梅夫の広告作品である．液状シャンにスコープを広げれば，舞台演劇においては人物 プーの初登場が 1930 年頃で花王石鹼（現在の花の向き（左右）によりその人物の感情を表すとい 王）がシャンプーを発売したのが 32 年である．
う活用もされているという．デザインにおいても，伝えたいメッセージと構図，中でも特にモチーフ-148-

で行く企業のメッセージを伝えている．視線の後ろは過去を表し，全面に広く余白をとった素直な構成に比べて，複雑なねらいが込められている印
象もしばしば受ける．

図1

構図分析 1 （正面顔）

1930 年は和装で髪をまとめて結い上げている女性が主流だった時代だが，ハイヒールに洋装，短い髪というハイカラないでたちのモダンガール（モガ）が流行した時代でもあり，特に長い髪をさらりと下ろしている人は少なかく髪を洗うことを指す「せんぱつ」ではなくて「あらいがみ」と読み，日本国語大辞典（小学館）では「洗った髪図2

構図分析 2 （横顔）を結わないで、そのまま解きさげたもの」という．
5 日に 1 回の頻度や男はシャンプーを使っていな

図 2 右画像は第 86 回（ 2018 年）広告主参加

かった時代だったため，時代を真っ直ぐに先取る 作品部最高賞，西野亮廣最新刊『新世界』である．
象徴としてターゲットイメージを描き，下ろした 本の表紙デザインと連動させ，著者本人の横顔をサラサラの髪になる商品のアピールとして，真正 大きく配置している．左右の余白を均等にせず，面向きの女性にメッセージを託していると考えら 後ろを狭くして，前を広くとり自然で素直な空間
れる．また， 1876 年頃制作されたルノワールの 落ち着いた表情になるため石膏デッサンなどの基「青い服を着た若い女」三重県立美術館所蔵のよ 本的な描写の構図ではよく使われる手法である．
うに絵画ではモチーフを見る角度で伝わるものが しかし，ここで注目したいのは，横向きである．
違うとされ，同じ高さをきりっと見つめると，乱 旧石器時代の人々が豊猟を願って描いたラスコー
れのない，理性的な強さが表現できる．しかし， 洞窟の壁画の動物たちのように横向きに配置して中立的な高さのため，表情が乏しく，曖昧になっ ある．目前の馬をモチーフに作品として描いていたりする．図 1 中央画像は第 44 回（ 1976 年） るのではなく，近い内に出会いたい狩りの情景を
公共福祉広告の部特選，テーマ「住む」の広告作 願い，イメージして表現しているかのように，こ品である．キャッチコピー「子どもたちのいる老 の作品のにも未来，新世界に対するねらいを横向人ホーム．おばあちゃんのいる保育園 ．
」 に登場 きに託していると考えられる．
するおばあちゃんを真正面向きに配置し和やかに

学生の実証実験では，本校デザイン学科 1 年生

訴え掛けている．図 1 右画像は第 45 回（ 1977

実技課題，自画像を描いてもらい検証をおこなっ

年）公共福祉広告の部特選，テーマ「教育」の広 た． 43 被験者に対し最も多い向きはやや斜め横告作品である．叱られている子供真正面全体像を 向きに正面視線であった．横向きや後ろ向きはゼ
モチーフとして捉えている．やや見上げる視線は，ロの意外の結果となった．
明るい希望や，憧れ，尊敬を表すとされている．
この場合はしっかりとお叱りを受け止め反省する
姿勢を構図で伝えている．図 2 左画像は第 78 回
（ 2010 年）経済産業大臣賞「キッコーマンしょうゆ」発売 50 周年アニバーサリー広告作品である．キッコーマンの卓上びんを擬人化し可愛らしいビジュアルに落とし込み，白い雪の背景を歩く子供の姿が印象的に映る．また，これからも歩ん

-149-

表1

自画像における構図分析

３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計1 件）[1] 芸術工学会 2021 年秋期大会にて発表予定〔その他〕（計1 件）[1]

Jilin Animation Institute （中国）特別講義
予定， 2021 年夏休み頃-150-

課題研究費実績報告書
令和３年３月３１日現在

研究課題名：Double-Pass Background Oriented Schlieren 法による超音速流中の高感度かつ境界層を含む密度分布計測に向けた実験装置の構築
研究代表者：廣瀬裕介
小区分：流体工学関連
Udagawa, T. Inage, S.Kubota, K. Fujita, K.

１．研究計画の概要
本研究では，超音速流中にある円錐や球体とい

Ohtani, H. Nagai, Qualitative Density

った超音速飛行が考えられる模型周りに発生する

Measurement of Wake Region behind

密度変化を境界層も含めた高感度定量計測するこre-entery capsule: Improvements in Accuracyとを実現する．そのため，Background Orientedof 3D Reconstruction by Evaluating the

Schlieren 法を改良した新たな計測法である

View-Angle of Measurement System,

Double-Pass Background Oriented Schlieren

ICFD2020, CRF-57 , Sendai, Japan(October（ DPBOS ）法を考案した．本研究では考案した

2020)

新たな計測手法に関する実験を遂行するための装 2.

山岸雅人 , 田島滉大 , 門脇大介 , 長谷川廉 ,置の構築し，その性能試験を実施することを目的

小澤直輝 , 廣瀬祐介 , 稲毛達郎 , 太田匡としている．

則 , ”高感度定量密度場計測法の開発と風洞
実験”宇宙航行の力学シンポジウム(2020.12)

２．課題研究の進捗状況及び達成度
上述した装置の具体案として，バリスティック 3.

倉田亮佑 , 廣瀬裕介 , 空き瓶パルスジェット

レンジと衝撃風洞の 2 種類が挙げられ，両者ともエンジンの燃焼時間向上を狙った実験 , 第構築を進めている．

12 回大学コンソーシアム八王子学生発表会 ,まず，バリスティックレンジについて説明する．

E122, 2020年 12 月 5 日

これは電気エネルギにより飛翔体を射出する装置 4.

森田迅亮 , 廣瀬裕介 , 電磁加速を用いたバリのことを表しており，本年度は回路設計のみなら

スティックレンジの開発 , 第 12 回大学コンず飛翔体加速用のレールや電気エネルギ貯蓄用のソーシアム八王子学生発表会 , F128, 2020 年

大型コンデンサを使用して実際にバリスティック

12 月 5 日

レンジを構築した．また，大型コンデンサ動作確
認用実験を実施し，電気エネルギの充放電が正常 〔受賞〕（計 1 件）に実施されていることを確認した．今後，更なる 1.

森田迅亮，廣瀬裕介，電磁加速を用いたバリ

事前準備を終えて，射出実験をする予定である．

スティックレンジの開発，第 12 回大学コン

衝撃風洞とはタンクに貯蓄した高圧ガスを急激に放出することで衝撃波を発生させる装置である．
本年度は配管設計を実施したため，今後は配管の接続を実施し，動作確認や性能試験を実施する予定である．
しかしながら，両者とも予定をしていた実際の動作や性能試験は未実施のため，今後も継続して同研究テーマに従事する予定である．
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 4 件）
1.

M. Yamagishi, Y. Yahagi, M. Ota, Y. Hirose, S.

-151-

ソーシアム八王子学生発表会，準優秀賞

課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 31 日現在

研究課題名：電動カート用教育利用を目的する汎用性有する自動運転システム研究代表者：井組裕貴
小区分：教育工学関連
１．研究計画の概要

２．課題研究の進捗状況及び達成度
図 1 のように各センサを電動カートに取り付け

本校の電気工学科では１年次科目の電気工学基礎において，工学基礎教育やものづくり教育，電 制御を行った．認識のために使用するセンサはス
気エネルギーの体験的学習による実践的な技術者 テレオカメラと LiDAR ，超音波センサとし，育成を目的とした「電動カートの製作」を導入し Jetson TX2と PC を車載し使用する．
ている．この授業を通して，問題解決を導くための論理的思考力や創造性，能動的に学ぶ積極性や体験を通した知識の定着性，グループ内で意思疎通を図るためのコミュニケーション力の向上を期待している．しかしながら，車離れが進んでいる
昨今，アトラクションの車やカートを運転したことが無い学生がおり，パニック時にブレーキ操作
やハンドル操作を過度に操作してしまい事故が発

図1

電動カートの 3Dモデルおよび実機生する危険性がある . 有用な教材として要求されることは安全性と信頼性であり , 事故が起きる前

物体認識についてに未然に防ぐ必要がある . その信頼性のボトルネ

は YOLOv3 のアルゴックとなっている運転未経験学生の運転時に自動リズムを使用し，表運転レベル 3 のシステムを付与させ，カート側が

1 のクラス数を学習自動的に「止まる」 , 「避ける」ことで衝突を回させた．認識させる

避することが期待でき , 安全性の向上や教育効果

クラスは，令和二年への反映が可能である . また，将来的にはカメラ

度から過去十年間のやセンサなどの外観認識システムやモータ , アク

警察白書記載の統計

チュエータなどの制御システムを組み合わせ , そ

データを基に，特にれぞれのセンシングを行い , 電動カートを利用し重大事故に繋がりや

表1

認識リスト

ての自動運転システムの体験型授業を考えている． すい原因を抜粋してこれにより , 今後の技術として必要な ADS を自 いる．学習枚数は 12000 枚以上で，各クラス平均
ら考え , 自ら手を動かし , 実装し「動く」「止ま して 500 枚を目安に学習させた結果，図 2 のようる」「曲がる」の体験を通して学習・理解が可能 に認識が可能となり，平均適合率は80%程となっである．また，実際にそれらのセンシングしたカ た．
ートを体験することで，体感をもって自動運転の基礎技術を自分の知識に落とし込むことができる．
そこで，本研究では教育的利用を前提とした各班で製作する電動カートに取り付け可能な汎用性を有したシステムを検討し，機械学習による画像認
識や画像処理， LiDAR を使用した SLAM や測距を行い , それらの情報を使用した操舵や制動を行うシステムの構築を目指す．

-152-

図2

標識の画像

LiDAR については， SLAMTEC の Rplidar S1/vel_publisher と /cmd_vel では， LiDAR からを使用し，周辺の認識を行った． ROS melodic 環 の出力を受け，制御の閾値や動作基準を定めてい
境下で Rplidar を動作させ，図 3 の点群データを る． /yolo_id のノードと /cmd_vel のノードを基に制御を行った．また，今回の制御には用いて/fusion_data のノードに出力し， /serial_node へいないが， Hector SLAM による地図形成が確認 の入力をまとめ，それぞれの閾値によってできた ( 図 4) ．

Arduino を動作させる．このノード入出力により，電動カートの操舵および制動が可能となった ( 図
7) ．

図3

点群データ

図4

Hector SLAM

操舵および制動の制御はアクチュエータ

図7(Firgelli FA-35S-12-4) を使用した．前左輪にアクチュエータを取り付け，ロッドを用いて左右輪

電動カ ートへ の実装

本研究では，電動カートにおける自動運転レベの接続を行った．制動に関しては，安全性の観点 ル 3 の制御を目的として各班が製作した車体に取からドライバー操作用のフットブレーキと緊急時 り付けが容易な汎用性のあるシステム開発を行っ制動用の自動ブレーキの 2 系統とした．制御用自 た． ROS 環境下において画像認識や LiDAR か
動ブレーキは前左右両輪の機械式ブレーキをそれ らの情報を基にアクチュエータによる操舵や制動ぞれのアクチュエータで制御を行った．動作の流 ができ，自動運転レベル 3 の教育的利用の基礎とれとして， ROS melodic 環境下で YOLO やなるシステムが開発できた．

Rplidar のノードを動作させ，得られた出力値をArduino にシリアル通信で送信し，制御を行った ３．代表的な研究成果( 図 5) ．

〔学会発表〕（計 1 件）
(1) 井組裕貴，風間俊哉，他“高専導入教材としての簡易電気自動車キットを用いたものづ
くり教育”第69回年次大会・工学教育研究講
演会 ,(2021), 査読なし
図5

認識・制動・制御の流れ

一連のノード入出力の例は図 6 のようになる．
画像認識した対象の Bounding Box のサイズから距離を算出し，閾値によってカートの制御が可能となった． /darknet_ros からのノードを /yolo_idのノードに送り，対象の距離算出をしている．

図6

各ノードの入出力-153-

課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 31 日現在

研究課題名：104 番元素 Rf の硫酸塩錯体同定に向けた第 4 族元素の TBP による抽出研究代表者：横北卓也
小区分：無機・錯体化学関連
１．研究計画の概要（以下10pt ）。

２．課題研究の進捗状況及び達成度

超重元素 ( 原子番号 104 番以降の元素群 ) のラ

(1) Zr と Hf の H2SO4 溶液中の化学種同定

ザホージウム (Rf) の硫酸塩錯体の化学種を同定 達成度 : 30%
Zrと Hf の H2SO4 溶液中の化学種同定のため、することを目指して研究を行う。我々の研究により、 Rf と硫酸イオンとの錯形成が、相対論的量 Zr及び Hf の TOA/H2SO4 系の溶媒抽出を行った。
子化学計算による予測よりもはるかに起こりにく 抽出化学種に含まれるTOAの数を調べるため、いことが明らかになった。しかし、 Rf の硫酸錯

H2SO4 濃度を一定とし、Zr及び Hf の分配比の形成ついての定量的な議論にまでは至っていない。TOA濃度依存性を調べた。また、抽出化学種を同さらなる研究により Rf の硫酸塩錯形成について 定するため、抽出試料の ESI-MS 測定を行いフラの定量的な議論が行うことができれば、 Rf の化 グメントの化学種の同定を行った。これらの結果
学的性質解明に加え、現在の相対論的量子化学計 を基にZrと Hf の H2SO4 中の陰イオン化学種を推算の課題発見に役立ち、将来的な量子化学計算分 定した。
野への波及効果も期待できる。 Rf の硫酸塩錯形

また、以前取得したRf、Zr、 Hf 、 Th の成を議論する上で、 Rf 及びその比較となる同族

H2SO4 系の陰イオン交換の結果と J. Inorg. Nucl.

元素の Zr 及び Hf の化学種を詳細に調べていく

Chem. 26, 965 (1964) 、 Inorg. Chem. 46, 5882, (2007)

ことが重要である。

の報告を基に、Rf、Zr、 Hf 、 Th と硫酸イオン

まず、同族元素の Zr と Hf の硫酸塩錯体を推 との錯形成反応における全安定度定数の導出した。
定するため、中性錯体を抽出することができるリ ラフな評価ではあるが、Rfの 3 段階目の全安定度
ン酸トリブチル (TBP) を抽出剤とした H2SO4 か 定数が同族元素のZrと Hf に比べて、 1 桁以上小らの溶媒抽出とエレクトロスプレーイオン化質量 さいことがわかった。現在、より詳細な全安定度
分析 (ESI-MS) を行い、フラグメントの化学種を 定数の見積もりを行っており、将来的に論文投稿
基に中性の Zr 及び Hf の硫酸塩錯体を推定する。を予定している。
次に、 Zr 、 Hf 、 Rf の TBP/H2SO4 系の固液

(2) Zr 、 Hf 、Rfの TBP/H2SO4 系の固液抽出

抽出挙動を取得し、 Zr と Hf の抽出挙動を Zr

達成度 : 5%と Hf の化学種の変化を関連付けることで、抽出

本年度は、初年度とのことで、実験に必要な物

挙動から Zr 及び Hf の硫酸塩錯形成を考察する。品の調達を行うことができた。しかし、実験まで
そして、 Rf と Zr と Hf の抽出挙動を比較し、 進めることができなかった。次年度以降、本年度
単一原子でしか存在できない Rf の硫酸塩錯体の 調達した物品を用いて研究を進捗させていく予定
錯形成及び化学種を考察する。

である。

将来的に、本研究により、同定した Rf の化学種を用いて相対論的量子化学計算を行い、実験結 ３．代表的な研究成果
果を反映するような計算パラメータを導き出すこ 〔雑誌論文〕（計 2 件）とで、今後の超重元素化学における相対論的量子 (1) T. Yokokita, S. Yano, Y. Komori, H. Haba,
化学計算の精度向上が可能となり、超重元素領域
Anion- and cation-exchange studies of Zr, Hf,
における特異な電子状態、化学結合への相対論効

and Th using ion-exchange resin and fiber in果の影響を解明を目指す。

H2SO4 media for chemical characterization of
sulfate complex of Rf, J. Radioanal. Nucl.

-154-

Chem., 査読あり, 331, 1127 (2022).
(2) E. Watanabe, Y. Kasamatsu, T. Yokokita, S.
Hayami, K. Tonai, H. Ninomiya, N. Kondo, Y.
Shigekawa, H. Haba, Y. Kitagawa, M.
Nakano, A. Shinohara, Anion-exchange
experiment of Zr, Hf, and Th in HNO3 andquantum chemical study on the nitratecomplexes toward chemical research on
element 104, Rf, Solvent Extr. Ion Exch., 査
読あり , in press.
〔紀要〕（計 3 件）
(1) T. Yokokita, Y. Kasamatsu, E. Watanabe, Y.
Komori, Y. Shigekawa, Y. Wang, D. Mori, H.
Ninomiya, S. Hayami, K. Tonai, K. Ghosh, A.
Shinohara, H. Haba, Anion exchange of Rf in
H2SO4 using the batch-type solid-liquid
extraction apparatus AMBER, RIKEN Accel.
Prog. Rep. 査読あり , 54, 148, (2021).
(2) T. Yokokita, H. Haba, Cation- andanion-exchange behavior and UV-vis
spectroscopy of Zr in HBr for chemical
characterization of bromide complexes of Rf,
RIKEN Accel. Prog. Rep. 査読あり, 54, 151,
(2021).
(3) Y. Kasamatsu, N. Kondo, K. Nakamura, Y.
Kuboki, H. Ninomiya, Y. Shigekawa, E.
Watanabe, Y. Yasuda, K. Toyomura, M.
Nagase, T. Yokokita, Y. Komori, H. Haba, T.
Yoshimura, H. Itabashi, A. Shinohara,
Solvent extraction of Zr and Hf from HCl by
Aliquat 336 using a flow-type extraction
apparatus toward online chemical studies of
element 104, rutherfordium, RIKEN Accel.
Prog. Rep. 査読あり, 54, 150, (2021)〔学会発表〕（計１件）(1) 横北卓也 , 羽場宏光 , Zr 及び Hf のスルファ
ト錯体推定に向けた TOA/H2SO4 系の溶媒抽
出 , 日本化学会第 102 春季年会 (2022), 査読なし , JA01-apm-05.

-155-課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 31 日現在

研究課題名：汎用一眼カメラを用いた運動時における血行動態変化のリアルタイム計測に関する研究研究代表者：吉田 慧一郎
小区分：スポーツ科学関連
１．研究計画の概要
近年の高齢化社会の加速やアクティビティの多様化に伴い、熱中症等のアクティビティ中における事故が増加しており、簡便に身体の血行動態変化に異常がないかをリアルタイムに計測・解析する技術が必要とされている。先行研究では現在までに近赤外線カメラに改造した汎用一眼カメラを用いた運動時における血行動態変化の可視化に関する検討を行っている。しかしながら、現計測・解析システムではリアルタイムでの解析結果を被験者に示すことが出来ていない。そこで本申請研
究では、血行動態変化の可視化をリアルタイムで Fig.1 Modified IR Single-lens Camera with IR
実施、アクティビティ中における異常な血行動態 light projector.
変化を早急に検知した際には被験者に警告するシステムの構築を検討した。
２．課題研究の進捗状況及び達成度
近赤外線撮影は市販の一眼カメラに赤外線カットフィルタの除去改造を実施した EOS RP(Canon
製，撮像素子サイズ： 35mm フルサイズ

(a)

(b)

36.0mm × 24.0mm) および EOS5D Mark

Fig.2 Experimental setup for spectrometry. (a)III(Canon 製，撮像素子サイズ： 35mm フルサ Portable spectrometer. (b) Spectral measurement
イズ 36.0mm × 24.0mm) を用いた。また、近赤外 system.
線撮影では赤外線投光器 ( 秋月電子通商製，
実験では、実験前後においてヒト右足左側面部
AE-LED56V2) を光源とし、使用レンズ (Canon
製， EF24-70mm F2.8L II USM) 前面に波長840に対した画像計測 (Fig.3 (a)) ならびに、同ポイン[nm] 以下の光を遮断する可視光線カットフィル トにおける分光計測 (Fig.3 (b)) を実施した。
タ (FUJIFILM 製， IR フィルター 84 号 ) を取り付け、近赤外線領域での撮影を実施した (Fig.1) 。
分光反射率計測では、携行型分光器 (AT システ
ム製，カラーコンパス MF) を用い (Fig.2 (a)) 、3D プリンタで作製したケース内に固定、白色
LED(OptoSupply 製， OSPW5111A-Z3) を光源と(a)した反射光強度を分光器で取得した (Fig.2 (b)) 。

(b)

分光反射率計測は白色 PTFE シートを基準とした。Fig.3 Experimental condition for

Hemodynamic change measurement. (a) IR
image measurement. (b) Spectral
measurement.

-156-

本計測システムにより得られた実験結果の一例
を Fig.4 ならびに Fig.5 に示す。

今回の課題研究により、汎用一眼カメラを用いて運動時における血行動態変化の可視化が可能であることが判明した。現状の計測システムは実験室の暗室内での設備など測定を一定の場所での計測のため in situ でのリアルタイム計測が行えていない状況である。今後の予定として、可搬性を有し、どこでも測定が行えるように携帯型計測システムへ改良していく予定である。

(a)３．代表的な研究成果(b)〔雑誌論文〕（計 1 件）
Fig.4 Typical near IR image of walking(1) 吉田慧一郎，「汎用一眼カメラを用いた血行experiment in the mid-30s. (a) Before experiment.
動態変化の可視化による熱中症要望技術への(b) After experiment.
応用 」， 日本油化学会オレオサイエンス，
vol.21(2021) ， pp.19-25.
〔学会発表〕（計 2 件）
(1) 吉田慧一郎，佐藤亮太郎，「汎用一眼カメラを用いた携行型血行動態可視化システムに関する検討 」， 日本福祉工学会第 25 回学術講演会，講演論文集，査読無， pp.21-22

(a)

(b)

(2) 佐藤亮太郎，吉田慧一郎，「赤外線カメラ改造を施した汎用一眼カメラによる靴種類別のFig.5 Result of spectral measurement in the
mid-30s. (a) Before experiment. (b) After
experiment.

血行動態変化の定量評価システムの検討 」，
第 22 回計測自動制御学会システムインテグ
レーション部門講演会，予稿集，査読無，Fig.4 に画像計測で得られた近赤外線画像に対し反射率 50%のグレーカードで正規化した結果を、
Fig.5 に分光計測で得られた波長 500-750 [nm] における分光反射率の結果を示す。画像計測では、
血管部分とその他周辺組織の反射率の差が明確に
見え、血管部分の位置・分布推定が容易であることが分かる。また、運動前後を比較すると運動後の血管部分の反射率が運動前より低下していることが分かる。これらの変化は、運動により引き起こされた血行動態変化を反映したものと考えられる。また一方で、 Fig.5 に示す分光計測の結果では、運動を行う前後において、波長560 [nm]付近において分光反射率の変化が見られた。実験前では560 [nm]付近の反射率はなだらかな変化を見せているのに対して、実験後では560 [nm]付近をピークとする波形となった。これは、血液中の酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルのピークと一致しており、運動において血流の変化が生じたものと示唆される。

-157-

pp.1557-1558

課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 31 日現在

研究課題名：周防大島周辺における再生可能エネルギを利用した沿岸多点多層観測ネットワー
クの構築
研究代表者：吉田 将司
小区分：船舶海洋工学
１．研究計画の概要させつつ、以下の内容を実施する予定であるが、周防大島に面する大畠瀬戸は、 5 ～ 7 ノット程 今年度は①と②に絞って実施する予定である。
度の強い潮流が頻繁に発生する海域である。この ①複数の洋上ブイを用いた水温と塩濃度の多点多近隣の小松港海域付近での潮流は非常に予測が難 層観測
しく、船舶の運航に影響を及ぼす場合がある。こ ②インターネットを利用した遠隔監視システムのれら海流や潮流の予測・解明は船舶の航行安全や 構築
地域漁業など、幅広い分野での貢献が期待されて ③再生可能エネルギを利用した洋上ブイの開発検いる。しかし、実時間的に変動する海流や潮流を 討
ピンポイントに把握するためには海上を多点多層

このうち①は、沿岸もしくは沖合の三か所に海観測する必要がある。研究代表者らはこれまで沿 洋環境計測ブイを設置し、水温・塩濃度の鉛直分
岸域を多点多層観測するために、無線センサネッ 布を研究期間中に観測実験を継続する。②は伝送
トワークを構成し、富山新港及び周防大島での観 された情報を基地局である大島商船高専内や研究測に成功したが、 2 ～ 5 日間と短期に留まった。 代表者が在籍する都内でもモニタリングするため
この理由は洋上における電源確保が課題であった。に、 LPWA と外部サーバを利用した遠隔監視シス
そこで本研究は、電源に代表的な再生可能エネル テムを実装し、運用試験を実施する。③は①のブギである太陽光発電だけでなく、地域特性である イに再生可能エネルギである太陽光発電装置を設
強い潮流を生かした小型潮流発電装置を加えた洋 置し長期間観測を実施する。次に小型潮流発電装
上ノードを開発し、複数の LPWA 基地局を通じて 置を製作し、太陽光発電装置からの代替可能性を
Web Server で集約、遠隔監視可能な沿岸センサネ 検討する。①と②が達成後の課題として実施する。
ットワークを構築する。図１は観測システムの概要を示す。

２．課題研究の進捗状況及び達成度①複数の洋上ブイを用いた水温と塩濃度の多点多層観測
昨年度末に制作した水温観測用ノード 3 基、塩濃度観測用ノード 1 基を周防大島に送付し、 4 月～ 5 月まで陸上で試験した。 6 月以降水温観測 1
基と塩濃度観測 1 基が不具合のため本校にて原因調査を行い、塩濃度観測用は回路を再制作した。
9 月に水温観測用 2 基を利用した海上実験を実施した。観測地点候補である笠佐島に 1 基設置した
ところ、無事データ通信を確認することができた。

図1

観測システムの概要

一方、測定した水温データが不安定であったことから原因を調査した結果、使用していたマイコン

これまでの研究成果により、無線センサネット(ESP32) の A/D 変換器およびその関数に問題があ

ワークを用いて沿岸域の多点多層における海中情 ることが判明した。そこでベンダーから提供され報の時間変動を観測することができた。本研究は た修正を行い、その効果を調査した。図 2 は 2 つ
３年間の研究期間でこの技術をさらに洗練・充実 の A/D 変換用関数による測定値の比較結果を示す。

-158-

修正済み関数であるanalogReadMilliVolts()は入力電圧に追従できていることがわかる。そこで再び全ノードを回収し、プログラムの修正およびプロー
ブのチェックを実施した。図 3 は各ノードの水温表示と水温計との比較結果を示す。図のように水温計よりも若干高めの傾向があるものの、 0.7℃以内の偏差に収めることができた。
1 月にノードをすべて周防大島に送付し、海上試験を実施した。図 4 はノードの設置状況を示す。

図5

長期観測時の受信電界強度比較（上： C ノード、下： D ノード）
図2

A/D 変換器の入出力電圧比較
図 5 は10月25日から11月28日までの水温観測用
ノード 2 基から基地局間における受信電界強度を示す。図中の空白期間はデータが受信できていないことを示している。図の期間中の基地局における受信率は、 C ノードが 45.06[%] 、 D ノードが92.46[%] であった。受信率が異なる理由は、設置
環境や発電状況の違いが考えられる。水温観測用
3 基は停止期間も発生するものの、太陽光発電に
より 2 か月以上の連続観測が可能となった。しか
図3

水温比較実験結果し、雨の影響による測定値変化や複数のプローブの異常値が見られた。また塩濃度観測用は通信不良が発生したため、再び回収となった。今年度も現地での実地試験ができず、思うような観測ができなかった。今後は塩濃度観測用および水温観測用ノードの新規作成が必要である。
②インターネットを利用した遠隔監視システムの構築
昨年度まで使用していたデータ取得システムは遠隔で状況把握が可能であったが、案内画面の操作ボタンが小さい、スマホでの視認性が悪い、リアルタイムでデータが可視化できない等の課題が

図4

周防大島でのノード設置状況あった。そこで今年度はこれらを解決する方法として PC とスマホで操作が容易となる画面の開発-159-

及び、リアルタイムに地図表示が可能なシステムを開発した。また、現在本校のネットワーク環境に対応するため外部レンタルサーバを利用しているが、本校で使用しているGoogle driveでデータ管理する手法への移行を検討した。
図 6 はデータ表示用 WEB ページの改善結果を示す。まずディスプレイサイズによって大きさが自動変化し、次にボタンからアコーディングメニ
ューでの画面遷移に変更した。さらに各項目にカーソルが乗ると色が変わるように変更することにより、 PC だけでなくスマホでの操作が容易になった。図 7 はGoogle Java Script APIを利用した遠隔 図 8

Google App Script を利用した遠隔データ

監視システムの構成を示す。現在のシステムを止 処理システムの構成
めずに開発するため、制約条件として、センサからサーバまでの構成を変更しなかった。 Google
java script API を利用すると Google MAP のマップ
データをjava scriptで読み込むことで、 PC とスマホの両方で受信データの地図表示が可能になる。
ただし、開発画面ではなく本運用の場合、 1000リ
クエストあたり 0.76 円かかるため、現在は地図が不鮮明であるが開発状態で運用している。本研究では他にも PC 専用のフリーソフトである QGIS 、
スマホ専用であるがアプリ上で Google MAP のマ
ップデータを読み込むことができる Maps SDK でも同様に開発を検討した。
図9SNS での表示結果の例

図 8 は Google App Script を利用した遠隔データ処理システムの構成を示す。これまでのシステム
は観測、データ収集、データの保存、表示までが自動で行われていたが、保存されたデータのダウ
ンロード、データの整形処理は手動で処理してい図6

表示の改善結果た。そこで本システムでは基地局で受信したデー
タを処理し Google App Script で製作したウェブア
プリケーションへと送信、データの判断と加工を行いスプレッドシートへ書き込むことでダウンロ
ードせずにデータ処理操作が可能になる。また、
2 時間おきに最終データを Slack にて送信、特定のメッセージを LINE から受信した場合に最終データを送信することで SNS によるデータ取得が可能になる。図 9 は LINE および Slack でのデータ
通知結果を示す。上記のように、本研究課題の達図7

Google Java Script API を利用した遠隔監 成度は高い。今後はさらに地図表示機能を加える視システムの構成ことで、従来システムからの換装を目指す。

-160-

３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 1 件）
[1] 中川雅史，吉田将司，他 G 空間情報ソリュー
ションを実現する測位技術調査専門委員会編，
G 空間情報ソリューションを実現する測位技
術調査報告，電気学会技術報告，査読無，第1521号，2022年 1 月．
〔学会発表〕（計 4 件）
[1] 川島爽義，吉田将司，多点多層センシングに対応したセンサデータのリアルタイム可視化システムの検討，測位航法学会 GPS/GNSS シ
ンポジウム2021，査読無，BS-6，Oct , 2021．
[2] 塚本悟朗，吉田将司，開発サイクルを考慮したセンサネットワークシステムの検討，測位航法学会 GPS/GNSS シンポジウム2021，査読
無，BS-2， Oct , 2021 ．
[3] 中野裕紀，吉田将司，沿岸センサネットワー
クにおける観測ノードの改良，第13回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集，査読無， Q233 ， Dec ，2021．
[4] 川島爽義，吉田将司，沿岸センサネットワー
ク可視化システムの検討‐多点多層センシン
グに対応したリアルタイム可視化システム‐，
第13回大学コンソーシアム八王子学生発表会
要旨集，査読無， B117 ， Dec ，2021．

-161-

課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 28 日現在

研究課題名：阻止域減衰量を指定可能かつ通過域に平坦特性を有する可変 FIR フィルタの設計法
研究代表者：宮田統馬
小区分：通信工学関連
１．研究計画の概要
これまでに、申請者は高速高精度な計測を実現するために、阻止域の一部に高減衰量を有し、かつ、阻止域の特性が可変なディジタルフィルタの設計法を提案してきた。加えて近年、さらなる計測制度の向上を狙って通過域に平坦特性を有する
阻止域可変フィルタの設計法を開発した。しかしながら、これまでに提案してきた可変フィルタでは、高減衰量を得るために直接的に減衰量を指定するのではなく、帯域にかける重みにより減衰量を制御していたために、狙った減衰量を得ることの難しさがあった。本研究では、減衰量の値を直接的に指定可能かつ阻止域の特性が可変な通過域に平坦特性を有する直線位相 FIR フィルタの設計

図 1 ：所望特性法の開発を行う。
タの振幅特性、 M
２．課題研究の進捗状況及び達成度と P はそれぞれ通過域と阻止域の平坦度であり、等リプル特性を得るために本本研究で扱うフィルタの所望特性は図 1 のよう 研究では阻止域にも若干の平坦特性を与え、また、に、阻止域の一部に高減衰量を持たせることで、

x は、阻止域全体を高減衰量としたフィルタよりもフィx=ルタ次数が削減できる。これによりフィルタリン

1 − cos 
2(3)

グ時間を低減することが可能となる。さらに、高 である。加えて、式 (1) の H1 ( , )は阻止域にお減衰量部分に存在する大きなノイズの位置の変化 いて高減衰量の位置を変化させるために可変フィに対応するために、可変パラメータ  により、高 ルタとし、可変パラメータを用いた多項式により、減衰量の位置を可変とする。本研究では高減衰量
 を dB で与える。

N /2 LH1 ( , ) = 2 g (n, l ) l cos(n )n=0 l =0

通過域平坦かつ阻止域等リプルの低域通過フィ(4)

ルタを実現する、タイプⅠの直線位相可変 FIR フ とする。ただし、 N はフィルタ次数、 L は多項式
ィルタの振幅特性 H (, ) は、次数、 g (n, l ) は多項式係数である。また、  は 

H (, ) = 1 − (1 − H 0 ( ) ) H1 (, )
p
P


1
M
H 0 ( ) = 1 +  x p  ( M + i − 1)  (1 − x )
p
!
p =1
i =1



(1)

を −1 から 1 の範囲で正規化したものである。これは、本設計法を応用して複数要素を可変させた
際に、小さな可変パラメータの値が大きな可変パ(2)

ラメータの値に埋もれてしまい、反映されないことを防ぐためにこのように与える。

と表せる。式 (1) の第 2 項は高域通過型の特性としている。ただし、 H 0 ( ) は低域通過平坦フィル-162-

次に誤差関数を、E (, ) = D( ) − (1 − H 0 ( ) ) H1 (, )(5)とする。ただし、 D( ) は所望特性である。提案
する可変フィルタの設計問題は、最大許容誤差 を用いて、

minimize s.t. E 2 ( , )  otherwise

E 2 ( , )  (10 / 20 )2

(6)piecewise high attenuationと定義する。式 (6) の 2 つ目の制約条件により指定の高減衰量を実現する。また、式 (1) より通過
域は予め平坦特性と決定しているため、阻止域のみの近似問題である。本設計法において、式 (1)図 2 ： 振 幅 特 性  = 0.72

の右辺の第 2 項はフィルタの全体の特性としては阻止域となるが、前述の通りこの項は高域通過フ
ィルタの特性であるため、所望特性は D() = 1 とする。
最終的に式 (6) の設計問題を半正定値計画問題
として再定義すると、

minimize dxTs.t. U(x) 0(7)となる。ただし、

d = [1 0 0]
x = [ g]
g = [ g (0,0)
g ( N / 2, L)]U(x) = diag[ (,  )  (,  )] ( ,  ) =E ( ,  )E ( ,  )1

10 /20E ( ,  ) ( ,  ) =E ( ,  ) 10 /20

(8)
(9)
(10)
(11)
(12)

図 3 ： 振 幅 特 性  = 0.80
した可変フィルタの設計が行えていることがわかる。

(13)
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計１件）[1]
宮田統馬，相川直幸，通過域平たんかつ指定
上記の手法を用いて可変フィルタの設計を行う。
減衰量を有する阻止域可変 FIR フィルタの設
フィルタ次数 N = 20 、多項式次数 L = 3 、平坦度計法，電子情報通信学会総合大会，査読無，M = 6 、 P = 3 、阻止域端角周波数 0.4 とし、高A-8-13減衰量部分について  = −80 dB 、  = 0.15 、可変
パラメータの範囲を  = 0.7 ～0.8 と設定した。図である。

1 と図 2 に、提案法によって得られた可変フィル
タの振幅特性と、その通過域を拡大したものを示す。図より明らかなように、パラメータの値を変化させても通過域および阻止域がそれぞれ平坦特性と等リプル特性を保ちつつ、高減衰量部分は指定した値を維持し位置が変化することが確認できる。
従って、提案法を用いることで、研究計画に示-163-

課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 31 日現在

研究課題名：e-スポーツの遠隔授業応用に関する検討―VR・携帯アプリを用いた体育実技の展開―
研究代表者：高野 修
小区分：身体教育
１．研究計画の概要【②本校学生のゲーム機器所有率調査】①で想定している e- スポーツを実践するための本研究では以下のプロセスを経ることにより、遠隔形式での体育授業を実施する状況下において デバイス類を体育授業に用いることを前提とするも対面形式で集団スポーツに取り組む時のように、ために、現況で本校学生が所有するビデオ・ PC
学生相互の関わり合いを持ちながらオンラインで ゲーム機器の種類を把握しておく必要がある。ま
の実技に取り組むことができるかどうか検証を行 た、スマートフォンの所有率も確認する。
Nintendo や Play Station 関連の機器をほとんどうものである。

の学生が所有しているのではないかと推察するが、【①身体活動を伴う e- スポーツ競技の調査】

数値的なデータで掌握することによりゲームに用

現在、国内外で多くの e- スポーツ競技会が実施 いる対象メディアの選定に活かしていきたい。
され、オンラインにて場所や距離を問わず参加で 【③調査対象としたアプリ・ソフトの実践】
きることから急速に普及している。また、著名な対象となったゲームソフトおよびスマホアプリ

スポーツクラブが e- スポーツ専門の選手と契約を が体育実技教材として利用できるかどうか、実際行い参入している様子も見られ、メジャースポー にプレイを重ねながら本校学生に利用させた際のツ化する気配すら感じられる。しかし、現在行わ 問題点の抽出を行う。あらかじめ本校 4 ･ 5 年生れている e- スポーツ競技会はオンライン上でコン

10 名程度に協力を依頼し、第 1 アリーナ棟内にトローラーやキーボードを用いた操作にて対戦さ プレイルームを設置して可能であればオンライン
れるものか、実際の空間に画像等を投影して参加 対戦での検証を重ねていく。また、スマホアプリ
者が身体活動を伴って参加する AR スポーツスタ については入手に費用がかからないようであればイルのものがほとんどである。この両者の特徴を 被験者数を増やし、コミュニケーション頻度につ合わせたスタイルの競技を調査し、体育教材とし いて多くのデータを収集できるよう努める。
て利用できる可能性を探る。

学生間の身体能力も考慮し、被験者の選定につ

今日まで、家庭用ゲーム機に接続し運動をする いては可能な限り多様な属性を持たせるよう努めことができるものは多数見受けられたが、通信機 る。それにより、学科・性差・運動競技歴の点に能を有するゲーム機が出始めながらも、オンライ ついて比較検討が行えるようデータ収集を行う。
ンでこれらの機器を通じて対戦をはじめとしたコ 【④実際のプレイを通じた主観的な評価の確認】
ミュニケーションを取ることができるものについ被験者に実際にプレイしてもらった感想を中心て例をあまり見ない。そこで、家庭用ゲーム機を に、体育実技と比較した評価を主観的に行っても中心に身体活動を通じてコミュニケーションが取 らう。基本的には半構造化インタビューにて各被れるものを調査し、実証研究の準備を行う。

験者の感想を集約しまとめる流れを予定している

現時点では、 VR 機器類が普及してきた点も踏 が、本研究では e- スポーツの体育授業への応用に
まえ「 PlayStation VR 」に着目し、同機の対応可 ついて可能性を模索するためのファースト・ステ
能なスポーツソフトを調査対象に含む予定である。ップとすることを目的としている。そのため効果
また、スマホアプリでも気軽にエクササイズを行 測定については次の段階で行うものとし、集約しいながらコミュニケーションが図れるものが出始 たデータを定量化して統計的な視点からの検証はめているので、それらも対象としたいと考えてい 予定していない。
る。

-164-

２．課題研究の進捗状況及び達成度

バーが古く Nintendo 系、 SONY 系いずれのゲー【①身体活動を伴う e- スポーツ競技の調査】

ム機器類も学内ネットワークに接続した際に何らインターネットでの調査を基に体育授業に援用 かの障害が発生することから、安価なタイプかつできそうなオンライン対戦形式での e- スポーツ競 所有率がそれなりにあるハードウェアが妥当と判技を探し出すことを試みたが、残念ながら国内で 断し、先述の「Wii Sports Club」を用いた調査をそのような競技が実施されている現状は確認でき 実施した。先述の通りいずれの種目も Wii リモコ
なかった。

ンプラスを用いたオンライン対戦が可能となってしかし、数年前に任天堂社製 WiiU 用ソフトと おり、実際の体育授業に援用できる部分が多いとして発売された「Wii Sports Club」においては、 見込んで、当該ソフトを用いて 3 学年情報工学科
ユーザーがフレンドやソフト内で所属するクラブ に所属している 4 名の学生の協力を得ながら実際
内の他ユーザーとテニスやベースボールを中心と のマルチプレイに取り組んでもらった。
したオンライン対戦を行う機能が付されており、 【④実際のプレイを通じた主観的な評価の確認】
ゲーム自体も Wii リモコンプラスやゲームパッド

学生にアンケートを取ったところ、ゲームでもを用いて身体動作で進める形となっているため、 体を動かすことができたかという問いに対しては調査対象として望ましいものであった。

「まあまあ」と答えた者が多く、特にボウリング

当初の予定では Play Station VR を用いて PS

は運動量が高かったとのことだった。参加者相互

Move モーションコントローラーを介したスポー のコミュニケーションが取れたかという問いに対ツ対戦を調査対象に挙げるところだったが、しては全員が「結構取れた」と答えている。本校

Play Station 対応ソフトで条件を満たせるものは の体育実技でもカリキュラムに含んでいる「テニ「みんなの GOLF 」程度しか確認できなかった。 ス」「ベースボール」について、ゲームの実施に【②本校学生のゲーム機器所有率調査】

より基本的なルールの理解に繋がるかという問い

今年度前期末に実施した授業アンケートにおい に対しては「おおいにある」「まあある」が半分て、全学生を対象に所有しているゲーム機器の種 ずつという回答となった。全体的な感想としては、類について質問し、回答をまとめた ( 図 1) 。男女 全員が「運動が苦手な学生にとって、スポーツに合わせて 486 名の学生から回答が得られたが ( 回 親しむためにいい材料になると思う 。」 といった答率 61%) 、所有率としては任天堂社製の機器類 趣旨のコメントが得られた。
が高く、 SONY 社製の機器類は高価なことが理由
なのか、あまり普及していない現状が見られた。 ３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 1 件）【③調査対象としたアプリ・ソフトの実践】

上記の調査結果を踏まえて学生の所有率が高い [1] Osamu Takano, Naoto Shoji, Motoki Mizuno,
ハードウェアを用いた調査を行うのが現実的だが、“Sports career changes in senior high school:

Nintendo Switch でオンライン対戦が実施できてA case study of volleyball club members”,

身体活動を伴うコンテンツを有したソフトウェア

JOURNAL OF HUMAN ERGOLOGY, 50(1),が確認できず、また調査を進める中で校内のサー

pp.45-46, 2021
〔学会発表〕（計 2 件）
[1] 高野修 , 大野達哉, “主体性の向上を目的とした体育授業が学生の自己効力感に及ぼす影響について－生涯スポーツを意識した授業づくり－”, 日本アプライドスポーツ科学会第 1 回
大会 , 2022[2] 高野修 , 大野達哉 , 鎌田俊司, “家庭用ゲーム
機器を利用した遠隔授業実践の可能性－身体活動を伴うオンライン対戦をベースとした予
備調査報告－ ”,

第 10 回関東信越地区高専

体育・スポーツ研究会 , 2022

図 1 ．本校学生のゲーム機器所有率 (n=486)-165-

課題研究費実績報告書
令和 4 年 5 月 6 日現在

研究課題名：ルチル型酸化チタンの薄膜化と光学的・電気的特性評価
研究代表者：黒木雄一郎
小区分：無機材料および物性関連
１．研究計画の概要

乱係数をスペクトルに重畳したクベルク・ムンカ

酸化チタンは多様な用途に使われている代表的 係数（スペクトル）からクラマース・クロニッヒ
な機能性材料であり、顔料や光触媒の他にもクロ 変換をする報告が散見されるが、これらは見かけ
ム添加により赤外発光を示すことが報告されてい の吸収係数に過ぎない。これを解決するためにはる。申請者は赤外発光を示す酸化チタンをセキュ 試料の薄膜化が有効である。
R. F. マグネトロンスパッタリングにより TiO2 膜

リティインクとして実用化するための過程で、この発光がクロム添加によるものではなく、ルチル を堆積した。ターゲットには TiO2 粉末を使用した。
型酸化チタンの真性欠陥に起因する可能性を見出 背圧 6.6 × 10-4Pa まで真空引きした後、 Ar ガス
した。一方で酸化チタンという良く知られた材料 を流入し、スパッタリングを行った。ガス圧を0.10 、 0.15 、 0.25 、 1. 0Pa に設定して 4 種類の薄のバンド構造や真性欠陥と光触媒などの機能性の発現については現在も活発に議論されており、今 膜を作成した。図 1 に得られた薄膜の XRD パタ
後も系統的な学術的研究の推進が望まれている。 ーンを示す。スパッタガス圧を減少させることに
本申請では、 R.F. マグネトロンスパッタリング法 より、ルチル相のピークが増大し、アナターゼ相によりルチル型酸化チタンを成膜し、その光学のピークが減少することが確認できた。

的・電気的特性からバンド構造（バンドギャップ
および欠陥のエネルギー準位）を実験的に明らかにすることを目的とする。効率的な欠陥の導入方
法に関する指針を得ることで、発光強度の増大など、セキュリティインクの実用化に資する試料の合成が可能となる。
２．課題研究の進捗状況及び達成度
これまでに、クロム添加、アルミニウム添加および無添加のルチル型酸化チタン粉末試料の合成、室温及び極低温フォトルミネッセンス測定による発光特性の評価、格子欠陥の推定、電子の励起・緩和過程の解明、分子動力学計算による欠陥構造の推定と安定度の評価、等について研究を推進してきた。 2021 年度は以下の 3 点について研究を

図1

推進した。
①

R.F. マグネトロンスパッタリングによる薄膜化（進捗度 80 ％）
光学特性、特に吸収係数の測定や電気特性の評価において粉末試料は不利である。具体的には粒子形状を考慮した散乱係数の波長依存性を測定する必要があり、これは実質的に不可能である。散得られた TiO2 薄膜の XRD パターン

得られた薄膜には干渉色が確認できたことから、全体的に均一な膜厚であることがわかった。膜厚は購入した表面粗さ形状測定機（東京精密、サーフコム 113B ）により求めた。試料の平均膜厚とスパッタガス圧、およびそこから算出したスパッタレート ( 時間当たりの堆積量 ) を表１、および
図 2 に示す。これらの結果よりスパッタガス圧の-166-

減少に伴い膜厚が増大し、またスパッタレートも ②増加することがわかった。

光学特性の評価（進捗度： 80 ％）得られた薄膜試料について、光学的バンドギャップを実験的に明らかにした。 UV-VIS-NIR 分光
表1

スパッタガス圧を変化させた場合の平均 光度計（島津、 UV-365 ）を用い、波長 190 ～2500 nm の範囲で透過率スペクトルを測定した結膜厚とスパッタレートの関係

果を図 3 に示す。スペクトルより、干渉による透過率の増減が確認されたことからも、薄膜試料の膜厚が均一であることが示唆された。またいずれの試料も 330nm 以下の波長で透過率が 0% となったことから、約 3.35 eV の光子エネルギーの基
礎吸収端（バンドギャップ）を有することがわかった。
次に、 フォトルミネッセンス(PL)測定装置を用いて室温での発光特性を調査した。励起光として
波長 325nmの He-Cd レーザーを用いた。図 4 に測定結果を示す。

図2

スパッタガス圧とスパッタレートの関係
図4

TiO2 薄膜試料の発光特性

スパッタガス圧が 0.15から 1.0Pa の条件で作成した薄膜は波長 420nm にピークを有する微弱な可視発光を示した。アナターゼ単相である 1.0Paの薄膜が最も強い発光を示した。アナターゼ相の減少に伴い発光強度も減少したことから、この可視発光はアナターゼ型TiO2に起因するものと考えられる。ルチル型TiO2の回折ピークが最大化した
0.10Pa の薄膜について、逆スパッタリング処理
によりルチル型 TiO2 への酸素空孔の導入を試みたが、赤外発光は確認できなかった。赤外発光の観測に資するだけの酸素空孔を導入する方法として、
水素ガスによる還元雰囲気下での真空プラズマ処
図3

薄膜試料の透過率スペクトル

理が考えられる。

-167-

③

電気特性の評価（進捗度：２０％）
薄膜試料を用いることで電極形成が可能となり、電気特性の評価による格子欠陥の情報が得られる。
2021 年度は、現有の半導体パラメータアナライザ（ HP4156A ）での測定を目指し、本体およびテストフィクスチャの調整と準備を行った。
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 1 件）
[1] 中里桂輔、黒木雄一郎、 R.F. マグネトロン

スパッタリングにより成膜したTiO2薄膜の発光特性、大学コンソーシアム八王子学生発表会、要旨集 (2021) C124-168-

課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 31 日現在

研究課題名：炭素繊維強化熱可塑性プラスチックスの繊維樹脂界面強度に及ぼす
大気圧プラズマ処理と結晶化収縮の影響に関する調査研究代表者：坂口 雅人
小区分：材料力学および機械材料関連
１．研究計画の概要

界面強度への影響について調査した．また，大気

炭素繊維強化熱可塑性プラスチックス( CFRTP)

圧プラズマ処理を施した炭素繊維の表面を観察し，は耐衝撃性，成形コスト，リサイクル性が従来の プラズマ処理による損傷の有無について明らかに
炭素繊維強化熱硬化プラスチックス( CFRTS) より した．
も優れるために注目されている．しかしながら，(CFRTP は母材樹脂の含浸性が低く，炭素繊維と母 ２．課題研究の進捗状況及び達成度
材の接着性が低いために炭素繊維の強度を十分に ①( ( 炭素繊維への熱可塑性樹脂の含浸率と界面強発現できていない．大手らは放電時のシース電圧 度に及ぼす大気圧プラズマ処理の影響( 達成度：を低下させることで炭素材料の損傷を避けて改質 ( 0％( )するプラズマ処理方法を確立している( 電気学会

今年度は大気圧プラズマ処理による曲げ強度の論文誌Ａ((114( 1994) (861)．また，辻岡らは電解酸 向上メカニズムを調査するために，プラズマ処理
化処理を施した炭素繊維を用いて(CFRTSを成形し，後の炭素繊維表面の損傷について調査した．
本研究ではフィラメント数(3000本の炭素繊維束処理による酸素原子量の増加に伴って界面せん断強度が向上することを報告した( 材料( (46( 199) ) ( ( トレカ糸(T300-3000 ，東レ製( ) を用いた平織基(163) ．そこで本研究では(CFRTP の含浸性・接着性 材に対して大気圧プラズマ処理を行った．平織基を向上させる手法として大気圧プラズマ処理によ 材の表面にはサイジング剤が塗布されており，炭る酸化処理に着目した．一方で，熱可塑性樹脂は，素繊維表面の特性に影響すると考えられることか
熱硬化性樹脂とは異なり，結晶性を有している． らアセトンに浸して除去した．大気圧プラズマ処
この結晶化によって樹脂収縮が生じることが知ら 理は雲母板に固定した平織基材にプラズマ照射装れている．この樹脂収縮が(CFRTP に生じると炭素 置( TT110 ( サーフクリーン製( ) を用いてプラズマ
繊維が周りの母材樹脂から締め付けられることに を照射して行った．プラズマ照射部の酸素量を制よって，炭素繊維と母材の接着性が向上すると考 御するためにアルゴンと酸素の混合気を吹き付けえられる．

た．大気圧プラズマ処理条件はアルゴンと酸素のこれらより，本研究では学術的「問い」として 流量をそれぞれ( (/ mi n と( 00(i / mi n とし，印加“(CFRTP の繊維樹脂界面強度の支配因子は何か” 電圧(100(V ，転送台の送り速度を(10(i mi n とした．
を設定し，この問いに答えるために①炭素繊維へ

大気圧プラズマ処理による炭素繊維の損傷を調の熱可塑性樹脂の含浸率と界面強度に及ぼす大気 査するために走査型電子顕微鏡( SEM) による表面圧プラズマ処理の影響，②(CFRTP の力学的特性に 観察を行った．図(1 に大気圧プラズマ処理を施し及ぼす母材結晶化度による樹脂収縮の影響解明を た炭素繊維の観察結果を示す．この結果，大気圧目的とした研究を行った．これらの調査を通して プラズマ処理による炭素繊維表面への損傷が見ら(CFRTP の繊維樹脂界面強度の支配因子を解明し， れないことが示された．
(CFRTP の力学的特性の向上を試みる．

これより，本研究における大気圧プラズマ処理

本研究では上記目的を達成するために(3 年間の 条件では炭素繊維を損傷させずに酸化処理できる研究計画を考えている．(1 年目は適切な成形・処 ことが示されたが，具体的な官能基の変化が明ら
理条件の検討を行い，(CFRTP の強度への影響につ かとなっていない．また，官能基の変化による母いて調査した．今年度は( 年目となり，今年度は 材と炭素繊維のぬれ性や接着性についての調査も母材結晶化による樹脂収縮率を測定し，繊維樹脂 できていない．従って，達成度を( 0% とした．

-169-

( PA ，(P/A ではそれぞれ(16 (Jmg
( ポリプリピレン
ハンドブック，( 01 ) ， 30Jmg( Theei tl((Chtetc ueenatuno(o (Polmi eenc(Mt ueentl (( (i(1) 未処理d(Ed.) (199) ) ，( 13 Jmg( Collond(t d(Polmi ee(Scne ce ( 63( 198 ) (8)

として計算した．

(2)大気圧プラズマ処理

結晶化による樹脂収縮を調査するためにアルキ

図 1 大気圧プラズマ処理の有無による炭素繊維表 メデス法による密度測定を行った．アルキメデス
面の比較画像法では空気中で測定した試験片重量を乾燥重量，
水中で測定した試験片重量を水中重量としてそれ②((CFRTP の力学的特性に及ぼす母材結晶化度に ぞれ測定し，浮力によって生じる重量の違いから試験片の密度を求める．試験片の密度  は乾燥重よる樹脂収縮の影響解明( 達成度：( 90%)

今年度は結晶化による樹脂収縮がどの程度とな 量v

dと水中重量v

w から下式の様に求めること

るかを調査し，樹脂収縮による(CFRTP の力学的特 ができる．
性への影響について考察した．結晶化による樹脂収縮を評価するために結晶化による体積収縮量𝜌=𝑀𝑑
𝑀𝑑 −𝑀𝑤𝜌𝐴𝑞( )v と結晶化前の体積vv0 との比として樹脂収縮率 ここで， Aq は水の密度である．本研究では常温v c を下式の様に定義した．
𝑆𝑐 =

Δ𝑣
𝑣0

=

𝜌0
𝜌

の精製水を使用し，水温から求めた密度を使用した．これを式( 1) に代入することで樹脂収縮率を− 1( ( 1)

求めた．ここで， 0 と  はアニーリング前後の母母材樹脂には汎用樹脂のポリプロピレン( PP)(

材密度である．

( ノバテック( PP(CC6 ，日本ポリプロ製( ) ，エン

図( に( PA ，( PP ，(P/A の各フィルムの密度を

ジニアリングプラスチックスのポリアミド( PA)(示し，図(3 に樹脂収縮率を示す．この結果，( PP( アミラン((CM101) ，東レ製() 生分解性プラスチ と(P/A はアニーリングによって密度が増加し，樹ックスのポリ乳酸(P/ A)( I geo(3001D，(atur ee(

脂化収縮率も未処理と比較して( PP では最大で(o oes 製( ) を使用した．( PP ，( PA ，(P/A の各ペ ().18(% ，(P/A では( 1.3(% に増加した．一方で，レットは平板状の金型に離型シートとして敷いた ( PA は密度や結晶化収縮率の変化は見られない．
( PTFE シートの上に設置され，ホットプレスを用 次に，図(4 に( PA ，( PP ，(P/A の各フィルムの結いて成形温度に加熱し，融解した後，( (s a の押切 晶化度を示す．この結果，( PP と(P/A ではアニー荷重を負荷してフィルムに成形された．成形され リングによって増加し，( PA では結晶化度の増加たフィルムは金型ごとホットプレスから取り出し，は見られなかった．これらより，( PP と(P/A では
ヒートシンク上で冷却した．成形温度は( PP と(P/A では( 00ºC ，( PA では(

アニーリングによる結晶化によって樹脂収縮する

0ºC とした．次に成 ことが強く示唆された．一方で，( PA ではアニー

形したフィルムを結晶化させるために乾燥炉内で リングによる結晶化及び収縮は見られなかった．
(130ºC に加熱し，一定時間静置してアニーリング これはアニーリング温度が原因と考えられる．熱を施した．

可塑性プラスチックスは温度によって結晶化速度

アニーリングを施したフィルムは示差走査熱量 が変化し，( PP と(P/A ではそれぞれ(1 3 ºC と測定( DSC) により，結晶化度が評価された．(DSC (130ºC で最も結晶化速度が高くなる．一方で，は加熱速度(10ºCmi n ，目標温度( 30ºC として行っ ( PA では約(1 0 ºC であるため，本研究のアニーリた．得られた(DSC曲線から結晶化エンタルピー

ング温度(130ºC では結晶化が変化しなかったと考Hc と融解エンタルピー Hi を算出し，下式に代 えられる．
入することによって結晶化度 c を算出した．
𝜒𝑐 =|Δ𝐻𝑐 +Δ𝐻𝑚|
Δ𝐻100( ( 1)

ここで H100 は試験片が無限大の結晶厚さを有す
る際の融解エンタルピーである． H100 は( PP ，

-170-

次に(CFRTP を構成する炭素繊維周りの母材を薄肉円筒と仮定し，樹脂収縮に生じる締付圧力を算出した．この結果，樹脂収縮率と締付圧力は図(に示す様に線形となり，( PP の最大樹脂収縮率() .18(% では( 1.88(MPt の締付圧力が得られる．これより，アニーリングによる樹脂収縮によって繊
維樹脂界面強度の向上が期待できることが示唆された．そこで，( 019年度及び( 0 0年度に報告した(CFmPP 板と( CFmP/ A 板の曲げ強度と弾性率との比
較をそれぞれ図(6 と() に示す．この結果，曲げ強度と弾性率はアニーリング時間とともに低下しており，樹脂収縮が曲げ強度・弾性率の向上に寄与していないことが示された．これは樹脂収縮による炭素繊維の締付圧力によって母材内部に残留応力が生じたことが原因と考えられる．また，結晶化によって弾性率が低下する点は繊維樹脂界面強度が低下したことを示唆している．中尾らは( PE
を接着剤として使用した場合，溶融状態から徐冷
図2 アニーリング時間によるPA，PP， PLA フィル して結晶化度を増加させることで，母材内の不純ムの密度の変化物が界面に析出して接着強度が低下することを報告している(( 高分子，(19( 19)0 ) (4) )．このことか
ら結晶化によって母材内の不純物析出が原因の可能性も考えられる．これらより，今後は母材内部の残留応力及び界面について調査する必要がある．
これらより，年度当初に予定していた樹脂収縮率及び締付圧力の解析を達成しているが，新たに母材内部の残留応力の解明や界面への調査が必要となったことから，達成度を(90% とした．

図3 アニーリング時間によるPAフィルム，PPフィルム， PLA フィルムの結晶化収縮率の変化

図 5 薄肉円筒を仮定した場合の CF/PP 複合材料に生じる締付圧力図4 アニーリング時間によるPAフィルム，PPフィルム， PLA フィルムの結晶化度の変化-171-※( ICACC( 0に関しては要項集を発行していな

い．このため，著者名，発表タイトル，学会名，査読の有無，講演番号，講演場所，講演年月を記
載※日本機械学会では講演論文集を(PDF 形式にて発行している．このため，巻やページがないことから，代わりに講演番号を記載した．

図6 各アニーリング時間における CF/PP 板の曲げ強度と弾性率の変化

図 7 各アニーリング時間における CF/PLA板の曲げ強度と弾性率の変化
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計(3 件）(1) (Mt tuo(Sts t gr chn (Rmouteo(Fr s r chn (E ecu(o((tui o hheenc(hee r ee(hlt i t(ueet ui e u(o ((i echt nctl(heoheeune(t d(ni heeg tuno (o (hltn ((wet ee(ct eoo ( noee(een oeced(holmheohmle e (46 d((I uee tuno tl(Co eee ce(t d(Epho(o (Adet ced(
( Ceet i nc (t d(Coi ho nue( ICACC 0(Vneurtl) (( Aechnee ( 査読無 (3641940 (Vneurtl(Meeun g (( Jt r tem( 0.

(2) 坂口( ( 雅人，大黒

元暉，平田

智哉，平織

炭素繊維強化ポリプロピレンの曲げ特性に及ぼす結晶化収縮の影響，山梨講演会(( 0 1( 講演論文集，査読無，講演番号(C11.
(3) 坂口( ( 雅人，吉田

拓未，小林

訓史，ポリ

乳酸フィルムの引張強度に及ぼす熱処理温度と時間の影響，日本機械学会( 0 1年度年次大会講演論文集，講演番号(J031- 0 .

-172-

課題研究費実績報告書
令和 4 年 2 月 21 日現在

研究課題名：Ｆ０センサの構築に向けた基礎的検討
研究代表者：三輪賢一郎

小区分：知覚情報処理関連
１．研究計画の概要

つつも，同手法の心臓部である復調処理機構に，世界の IoT デバイス数が本年中にも３００億個 計算コストの大きい同期検波方式に代えて，計算に到達すると予測されており，様々な産業分野に コストが小さい非同期検波方式を新たに採用する
おいて IoT 化が急激に進展することが見込まれる．ことで，実環境中のセンサ機器に実装可能な F0
そこで重要になってくるのはセンシング技術であ 推定手法の確立を目指す．
り，現在までに様々な環境センサが開発され，実本研究の方法としては，まずは本手法の耐雑音用化されてきた．しかしながら，音センサについ 性と耐残響性を，主としてシミュレーションによては，その中身は基本的には音圧レベルを測定す り検証する．具体的には， MATLAB 上で本手法るだけのプリミティブなものにとどまっている． のアルゴリズムを実装した上で，白色雑音等を用もし環境センサに基本周波数推定の機能を実装す いた人工的な雑音環境や，人工的に生成された室ることができれば，遠隔における音信号の分析が 内インパルス等を用いた人工的な残響環境の下で，容易になり，遠隔地の野生動物の見守りや異音の 調波複合音等の人工音に対する従来法と本手法と把握など，様々な音情報の把握分析が効果的に行 の F0 推定精度をシミュレーションにより比較検えるようになる．また，音声の生データを通信す 討する．将来的には，本手法と従来手法との計算るのに比べ，基本周波数の数値データのみの通信 時間の比較も実施する．これらの検証結果を評価
は無線帯域の効率的な利用に資するものであり， することで，本手法が F0 センサの要素技術としIoT の通信インフラとの親和性も高まる筈である．て有効か否かを検討する．
基本周波数数（ F0 ）推定の研究の歴史は半世

本研究のスケジュールとしては，計算機の環境

紀に及び，その中で数多くの方法が提案されてき が整い次第すぐにアルゴリズムの実装に着手し，たが，雑音と残響の両方に対して総合的に対応で 次いで確認のための予備試験を経て，評価シミュ
きる手法は未だ確立されていないのが現状である．レーションへと進む．シミュレーション結果はそそこで筆者らは，振幅変調の復調技術を用いてヒ の都度分析を行い，本手法の有効性について検証
トのピッチ知覚を模擬するという今までに無いや を行う．得られた成果については対外発表も行う
り方により，理想的な調波信号に限るという制約 予定である．
は存在するものの，実環境を考慮した手法を提案してきた [1] ．しかしながらこの手法は，復調処 ＜文献＞
理の検波方式として同期検波方式（ダイレクトコ [1] 三輪賢一郎 , 鵜木祐史, "振幅変調音のピッチ
ンバージョン方式）を利用しているため，位相同知覚に基づいた調波複合音の基本周波数推定

期処理が必須となることから，計算量の低減が難法," 電子情報通信学会論文誌Ａ, Vol. J98-A,

しいという根本的な課題を抱えており，計算リソ

No.12, pp. 668-679, 2015 年 12 月

ースの乏しいセンサ機器に実装することは現実的ではない．
したがって本研究では， Raspberry Pi ないしはArduino 程度の計算リソースでの信号処理を前提とした，雑音残響に頑健で，かつ計算コストにも優れた F0 推定手法の基礎検討を実施することとする．実現技術としては，筆者らの手法を踏襲し-173-

２．課題研究の進捗状況及び達成度

法の耐雑音性をさらに向上させられる可能性があ【進捗状況】

る．

本研究においては，（１）

提案法の実装（４）計算時間の比較評価（２）

静音環境における評価

各種F0推定法との計算時間の比較も実施し，提（３）

雑音環境における評価

案法は同期検波方式と比べておよそ 200 分の 1 の（４）

計算時間の比較評価

計算時間となっており，計算コストの大幅な圧縮の順で実施した．今回は，基礎検討という段階で を実現できていることが確認された．一方で，そあることもあり，実際の音信号は使わず，代わり の他の従来法と比べると，その計算時間は依然とに人工的な 10 次の調波復号音を対象信号として，して10倍以上の開きがある．提案法では，対象と各種検証を実施している．以下に，順を追ってそ する基本周波数の全域に渡ってサーチを実施するの進捗状況を示す．

必要があることから，これ以上の計算量の低減はその原理上難しいと考えられる．

（１）

提案法の実装MATLAB 上に，提案法のコンセプトに則って 【達成度】
アルゴリズムを実装する．本研究では計算量の低本研究では，非同期検波方式を用いる提案法が減を目指すことから，復調処理機構に非同期検波

F0 推定法として利用可能性を持つこと，併せてを採用しているが，中でも代表的な二乗検波方式，雑音耐性を本質的に備えていることを確認した．
包絡線検波方式，ヒルベルト変換方式の計 3 方式 さらには，同期検波方式に変えて非同期検波方式の特性を明らかにするべく， 3 種類のプログラム を採用したことにより，計算コストの大幅な低減を並行して実装した．

にも成功した．
未達成なアイテムとしては，提案法の耐残響性（２）の検証が挙げられる．残響を意識した F0 推定手

静音環境における評価

提案法が F0 推定法として利用可能であるか否 法は過去にも研究事例が少なく，耐残響性で提案かを評価シミュレーションにより検証した．

法の優位性を示すことができればそのインパクト検証結果からは，今回提案している 3 手法のい は大きい．さらにその先には，より実環境を意識
ずれの方式においても 100 % の推定精度を達成し した，雑音と残響との混在環境における評価が必ており，これらの方式がF0推定法としてまずは利 要であり，それらの検証を経てはじめて提案法の用可能性を持つことが確認された．

実環境における利用可能性が推し量られることになる．以上については次年度以降に取り組む予定（３）

雑音環境における評価である．

提案法の雑音に対する耐性を，白色雑音を付加

将来的には，本研究での基礎検討を踏まえて実した評価シミュレーションにより検証した．検証 際の音信号を用いた検証に発展させ，最終的には結果から，提案法の雑音耐性は，従来法の中でもF0 センサ構築の研究開発につなげてゆくことが比較的雑音に頑健な SWIPE 法とほぼ同程度期待される．

（ SNR= 0 dB における正答率が70 %前後）である
ことが示された．しかしながら，同期検波方式の ３．代表的な研究成果
推定精度（同98 %）には達しておらず，改善の 〔学会発表〕（計１件）[1] 山川拓真 , 三堀二知加 , 三輪賢一郎, "非同期

余地は残していると言える．
特筆すべき点として，雑音対策を特に施してい検波技術を用いた基本周波数の研究 ," 大学コるわけではない提案法が， SWIPE 法に匹敵する

ンソーシアム八王子

雑音耐性を発揮しているという事実は，提案法が査読無し， Q231, Dec. 2021

雑音に対する耐性を本質的に備えている手法であることを示している．加えて，雑音抑圧処理の付加等，一部アルゴリズムを改良することで，提案-174-

第 13 回学生発表会 ,課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 26 日現在

研究課題名：次世代電力系統の高調波電流を完全に吸収できる同期調相機システムの開発研究代表者：山下健一郎
小区分：電力工学関連
１．研究計画の概要

ョンにより、システムの定常特性解析を行う。

本研究課題は再生可能エネルギーが大量に導入される「次世代の電力系統」のための「高調波電 ２．課題研究の進捗状況及び達成度
流を吸収できる同期調相機システム」を提案し、その性能や有用性を検証するものである。

当該研究で実施した①供試装置の開発、②供試装置を用いた実験的検討、③シミュレーションモ

電力系統の安定性は系統に接続される回転形発電 デルの構築、④実用規模の装置を想定したシミュ
機の回転エネルギーにより支えられている。一方、レーション、それぞれについてその詳細を説明す
再生可能エネルギーを用いた発電装置の多くは蓄 る。
電設備の無い電力変換器を介して電力系統へ接続されるため、同エネルギーの大量導入は系統の安 ①供試装置の開発
定度維持に大きな問題を引き起こすことが懸念さ （達成度 80 ％）れている。また、こうした電力変換器は高調波電サイリスタインバータを用いた装置の開発を完流の発生源となるなど、次世代の電力系統はこれ 了した。また、電圧型インバータ（ IGBT, FET ）までにない様々な課題を有している。

を用いた装置を製作したが、現時点で動作試験を

本研究では電力系統の安定度問題と高調波問題 終えていない状況である。また、電流型インバーを一度に解決することのできる「特殊な三巻線変 タを用いた装置の開発は未着手であるため、引き圧器と同期調相機（ Synchronous Condenser ：続き製作を継続していく予定である。

SC ）を組み合わせた同期調相機システム」を提案し、電力系統へ及ぼす種々な効果について検討 ②供試装置を用いた実験的検討（達成度 50 ％）を行う（実現可能性研究 ）。
本研究の基本的な手法は実験的検討と理論的検完成したサイリスタインバータを用いた装置に討であり、供試装置の製作とシミュレーションモ よる実験的検討を実施した。同実験的検討により、デルの構築が完了したら、シミュレーションモデ 種々な実験条件において所望の波形改善効果が得
ルの妥当性を実験的検討により確認し、シミュレ られることが明らかとなった。なお、他のインバ
ーションモデルを用いて、実用規模のシステムに ータに対する実験的検討については供試装置が完ついて種々な検討を行う。具体的な方法は以下の 成に至らなかったため、未着手となっている。
とおりである。
①

提案システムの有用性を検証するため、実験 ③シミュレーションモデルの構築的検討に必要となる研究室スケールの供試装 （達成度 90 ％）置（ 2kVA 程度）を製作する。

②

MATLAB を用いたシミュレーションモデルを構

同実験装置を基に実験的検討を行い、提案す 築した。インバータ（他励式、自励式の電圧型とるような波形改善効果が得られるのかを検証 電流型）のモデルも予定通り作成し、いずれのイする。

③

ンバータを用いた場合においても所望の波形改善

シミュレーションモデルの構築・改善を行い、効果が得られることが明らかとなった。実験的検
実験的検討との比較により、シミュレーショ 討が不十分であるため、他励式インバータ以外のンモデルの妥当性を明らかにする。

④

妥当性については検討を行うことができなかった。

実用規模のシステムを想定したシミュレーシ 引き続き実施していく予定である。

-175-

④実用規模の装置を想定したシミュレーション（達成度 80%）
実用規模の装置（ 300MW ）を想定したシミュ
レーションを実施した。大規模システムにおいても十分な波形改善効果が得られることが判明した。
引き続き定常特性を明らかにする必要がある。
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 2 件）
[1] Ken-ichiro Yamashita, Daiki Sakamoto,
Mami Tandai, A Synchronous Condenser
System Capable of Eliminating Harmonic
Distortion for Grid-Connected Inverters,
24th International Conference on Electrical
Machines and Systems (ICEMS2021) , 査読有， 2021 年 10 月
[2] Daiki Sakamoto, Syuji Tanaka, Yusaku Mori,
Ken-ichiro Yamashita, Steady-State Characteristics
of a Loop-Type Multi-Terminal HVDC
Transmission System for Series-Connected Wind
Power Plants, 24th International Conference on
Electrical Machines and Systems (ICEMS2021) ,査読有，2021年10月-176-

課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 30 日現在

研究課題名：断片的言語表示を用いた包括的英語指導に関する考察
研究代表者：松尾貴哲

小区分：外国語教育関連
１．研究計画の概要

た。

本研究は、第二言語（以下 L2 ）の発話解釈に

当調査は個別面談で実施、かつ長期的研究への関する考察である。具体的には、断片的な言語表 暫定的位置付けであり、分析に充てられる時間を示で話者の what is said 、つまり発話の「表意考慮して被験者は 10 名のみとした。全受験者の（explicature ）」 を復元できるかを実験調査した うち、準 2 級相当を 4 名、 3 級相当 4 名、 4 級相ものである。その調査結果から、学習者が L2 を 当 2 名を無作為に抽出した。
調査課題は図 1 のようなスライド表示を 6 題、解釈するにあたり、どのようなプロセスを辿っているのかを語用論的に説明することを目標とする。スクリプト付きで聞かせた。ターゲットセンテン
また、英語教育への応用にいくつかの示唆を与え スをブランク表示し「話し手は何を言っていたとることを第二の目標とする。

思いますか？」「なぜあなたはそう思ったのです

まず本研究は、理論の拠り所となる、発話解釈 か？」を共通の質問として調査した。
の理論である「関連性理論（ Relevance
Theory ）」 を概観することから始まる。ひとが発話を理解する普遍的なプロセスが、 L2 のそれにも当てはまるのかを問題提起するとともに、被験者を募って実験調査を行う。結論として、聞き手は断片的な L2 言語表示であっても、話者の「言いたいこと」に到達することが十分に可能であることを主張する。そして、本論の第二の目標

図 1: 実験調査 Phase 1 ＜会話 1 ＞スライドである、英語教育へのいくつかの示唆を与えたい。
自発的なアウトプットを促し、生産的で相互作用

表 1: 実験 Phase1 習熟度と全 6 問の総合得点

的な授業を提供するために、学習者に与えるインプットとしてどのようなものが経済的かつ効果的なのかを示唆的に述べる。
この調査の結果、いくつかの示唆を導くことが
２．課題研究の進捗状況及び達成度できた。まず、数単語のみの断片発話では正しい

関連性理論は、発話の暗示的側面のみならず明 発話解釈を導かない一方で、完全発話では平均発示的側面にも推論の役割が大きく関与すると主張 話長の増長つまり明示的表示の多さが、逆に被験する。発話解釈には「論理形式 」、 「表意 」、

者の推論稼働率を妨げることがわかった。次に、「推意」という 3 つのレベルがあるが、表意に関 表示された語の誤解読により推論の道筋が歪み、していうと、論理形式の解読演算、かつ推論によ 誤った意味論アウトプットへ導かれる事例もみらる命題拡張プロセスが重要な点といえる。ただし、れた。 L2 学習者の誤訳や的外れの回答は、誤っこれらのレベルは全てオンライン上で処理され、 た文脈想定および明示的側面の解読演算の段階で特定の推意が復元されるには、表意が確定されて 発生すると考えられる。
いなければならない。本発表の問題提起は、 L2

次に、断片発語を視覚的に表示した Phase 2 のの解釈もこのような処理で行われるか、から始ま 調査結果を示す。 Phase 1 と比較すると、表 2 にる。この表意獲得について一連の実験調査を行っ 見られるように、被験者全員に得点の向上が確認-177-

され、各級の平均得点率は準 2 が 81%、 3 級 46% 、プットが効果的であるか、そして、学習者のアウ
4 級 17%となった。

トプットをどのように促進すべきかについて、本論はひとつの示唆を与えることを期待している。

表 2: 実験 Phase2 習熟度と全 6 問の総合得点 「英語の授業は英語で」に順応しつつ、リキャス
ト、プロンプトといったオーラル指導への前提として、この研究に意義を持たせたい。断片的な発
この結果は適切なコンテクスト選択に加え、表示 話でも学生や教師は、推論を働かせて意図にたどされた語の解読演算が適切に処理されたかどうか り着くことが可能であり、いわゆるオールイングの差を示している。言語形式を視覚化した場合で リッシュ環境への参加を促すきっかけを提供するは、それらが論理形式として意味論的にアウトプ ものと期待したい。
ットされ、関連性への期待に沿って真偽判定を問える命題まで推論的に拡張されている。結果とし ３．代表的な研究成果て話者の意図した想定に到達できたと考えられる。〔雑誌論文〕（計１件）
最適な関連性を求める諸原理の認知制約が動機と [1] 松尾貴哲，断片的言語表示を用いた L2 発話
なり、 L2 の解釈においても RT が説明する表意解釈に関する一考察 , 全国高等専門学校英語の復元プロセスが同等に稼働していること、しか教育学会研究論集 , 第 41 号 , pp.37-46,

し、学習者の習熟度によって、音声表示と視覚表

2022, 査読有

示で意味論的解読の程度に差が生じることを例証している。

〔学会発表〕（計１件）

本研究は提出した仮説および実験調査から、[1] 松尾貴哲，断片的言語表示を用いた L2 発話

1) L2 解釈において表意復元までの推論プロセス

解釈に関する一考察 , 令和 3 年度第 44 回

は L1 と同等であり、 RT の解釈理論は普遍的とCOCET 研究大会 ( オンライン ) 講演論文集,

いえるが、誤った文脈想定あるいは論理形式の意

2021

味論的アウトプット次第では誤解を導くことがある。 2) どの程度の明示性をもって表意を獲得できるかに関し、概念を記号化（ conceptual
encoded ）する語を明示的（視覚的）に表示すれば、表意が復元されやすい傾向があると結論づけた。
本研究は、発話解釈における推論処理が言語問わず普遍的であることを示唆した。また、 L2 解釈においては、概念をコード化した語の知識獲得、
つまり語彙力の増強こそが正しいコンテクスト選択と推論を導くきっかけとなるのであり、文法などの統語論的な側面は、ある程度は推論で補完できることを示唆している。いわゆる「カタコト英語」が成立する一つの理論的根拠を示すものであり、英語を用いた円滑な会話ターンと授業運営を狙いとする場合、コンテクストの可視化を前提としたうえで、まずは内容語を臆せず発話させることが効果的ではないかと考える。しかしながら、本研究は broken English による英語指導を推奨するものではない。このような課題に向き合い、段階的な英語運用の授業スタイルを確立しようとする中で、初期英語学習者にとってどのようなイン-178-

課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 28 日現在

研究課題名：2×2 次元 切替スイッチの開発（２）～Sub-6 GHz 及び 28 GHz 帯低コスト 2×2 次元切替スイッチの開発～
研究代表者：水谷 浩
小区分：電子デバイスおよび電子機器関連
１．研究計画の概要
本研究では、低コスト基板を用いた Sub-6 GHz
帯及び28 GHz帯 2×2次元切替スイッチを実証することを目的とする。具体的には低コスト基板上に作製した伝送線路の28 GHz帯やミリ波帯での低損失性を評価・実証する予定である。さらに、実証 図 1. 4.5 GHz/28 GHz 帯 2 × 2 次元切替スイッチ
した低コスト基板上の低損失伝送線路を用いたマ の回路図
イクロ波混成集積回路 HIC の設計・試作・ RF 評価を行い、 Sub-6 GHz 帯や28 GHz帯 2X2 次元切替スイッチの低損失動作を実証する。
２．課題研究の進捗状況及び達成度
今年度の目標は、前年度原理実証した低損失伝送線路構造を用いて、 Sub-6 GHz と 28 GHz の
2x2 次元切替スイッチ HIC を設計・試作を行う。
作製した HIC (Hybrid IC) は電気通信大学保有設 図 2. 4.5 GHz/28 GHz 帯 2 次元切替スイッチの写
備のミリ波帯ネットワーク・アナライザ Agilent

真E8364B を借用して S パラメータの測定を DC ～50 GHz で行うことであった。研究は計画通り進捗し、以下の通り、研究目標は概ね達成できた。
前年度の研究にて伝送線路の評価方法が確立されておらず、実証が十分できていなかった FR-4を用いた新しい構造を有する伝送線路の 28GHz
以上のミリ波帯における低損失特性に関し、本研究にて実証を行った。その結果、シミュレーショ
ンで得た結果と同様に、マイクロストリップ線路と逆マイクロストリップ線路、新構造の伝送線路の順に損失が小さくなっていることを確認した。 図 3. 4.5 GHz/28 GHz 帯 2 次元切替スイッチの周
さらに、本研究では、 Sub-6 GHz と 28 GHz の 波数特性
2x2 次元切替スイッチの設計を行った。図 1 に4.5 GHz / 28 GHz 帯 2 × 2 次元切替スイッチの回

図 2 に 4.5 GHz/28 GHz 帯 2 次元切替スイッチ

路図を示した。本研究では、図 1 の回路のうち、 の写真の写真を示した。図 3 はネットワーク・ア
まず SPST 部分、すなわち 2 次元切替スイッチを ナライザを用いて実測した、 4.5 GHz / 28 GHz 帯
28 GHz でも低損失特性を示す新構造を適用した

2 次元切替スイッチの周波数特性である。FETのFR-4 基板上に HICとして作製した。

ゲートバイアスを 0.2 V と -1.0 V で切り替えることにより、スイッチの ON/OFF 特性が切り替わる。
ON/OFF のスイッチ動作をする周波数が 4.5 GHz-179-

以下と 16 GHz 付近で見られる。本来 16 GHz ではなく 28 GHz で切り替わるように設計したのであるが、設計に用いたFETのパッケージ込みの等価回路パラメータのミリ波帯での精度が十分でないことが原因であると考えている。今回のデータから正確な等価回路パラメータを抽出することができるため、次回は精度の高い設計が期待できる。
このように、完全な実証までは至らなかったが、ミリ波帯で FR-4 基板を用いて低損失スイッチ回路を作製することができることが示唆されたことは、大きな成果である。今後、 4.5 GHz/28 GHz
帯 2 × 2 次元切替スイッチ HICの低損失性を実証すると同時に、更なるミリ波回路に適用していく予定である。
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計１件）[1] 石井岳人、水谷浩、「ミリ波アプリケー

ション向け低損失FR-4伝送線路の提案 」、電
子情報通信学会総合大会、 C-2-31 、2022年 3
月、査読無

-180-

課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 31 日現在

研究課題名：交流電池に接続するコッククロフト-ウォルトン回路に関する研究研究代表者：米盛

弘信

小区分：電力工学関連
EDLC の個数を削減できる倍電圧整流回路を用い

１．研究計画の概要

本研究は， AC Biode 社が開発した世界初の交流 てシステムを小型化，及び高効率化を目指す。本電池に接続するコッククロフト・ウォルトン回路 実験では， EDLC の容量を10，50，100Fと変動さ（ Cockcroft – Walton Circuit ：以下， CW 回路）の せて行う。
性能向上を目的としている。 AC Biode 社の交流電
V 1=8.4Vを挿入し， Anode ‐ Biode と Biode ‐ Cathode を
外部の半導体スイッチで切り替えて矩形波を出力するリチウムイオン電池の一種である。本研究のベースになる交流電池は，共同研究先の AC Biode

D1
SiC-MOS-FET1

IR2302Gate Driver

Biode とよばれる両性電極（ AC Biode 社の造語）-

V2=8.4V

12V

Function
Generator社が性能向上に取り組んでいる。申請者は，交流電池に接続する昇圧用の CW 回路の性能向上を主な研究課題とする。一般的に， CW 回路はμ A ～C1-4 +

16.8V

SiC-MOS
-FET2
16.8V

Load

池は，負極（ Anode ）と正極（ Cathode ）の間にC5-8 +

D2-

mA オーダの電流しか出力できず，電気自動車などの大容量用途には不十分である。すなわち，本 図 1

交流電池を模擬した提案システムの構成研究を達成するためには， CW 回路の高電流出力を実現する必要がある。そこで， CW 回路に電気 ➢二重層コンデンサ（ EDLC ）を使用し，大容量化

高効率化したシステムの電力変換効率を評価
本実験は，直流安定化電源を用いてV1 ，V2 共にを図ると同時に， EDLC の内部抵抗の影響，駆動 8.4V一定で提案システムを動作し，電子負荷装置
周波数の影響を明らかにし，設計指針を得る。な によって 0.1C(0.26A) ， 0.2C(0.52A) ， 0.3C(0.78A) のお，本研究の付随課題として，①交流電池用の充 各値で定電流放電した。駆動周波数は， 50Hz ～放電回路の設計，および②性能向上中の交流電池

100kHz の各値でシステム全体の電力変換効率をの代替として，既存のリチウムイオン電池を疑似 算出した。
的な交流電池として使用するための H ブリッジ回

結果より，システム全体の最大効率は 95.0% となった。本電源システムでは， H.B. 回路に使用し路の試作も遂行内容に含まれる。

た MOS-FET の特性により， 10kHz 以上の高周波
２．課題研究の進捗状況及び達成度

帯の効率は減退した。また，倍電圧整流回路に使研究成果の中から代表的な一例を示す。達成度 用したショットキーバリアダイオードは 10kHz 以
としては，概ね順調であった。

上で飽和傾向になった。以上より，本電源システ➢

ムは周波数の最適値が 10kHz 以下であることがわ

提案システムの高効率化

交流電池が特性等の改良を重ねている現在は， かった。
直流電源と 2 石式ハーフブリッジ (H.B.) 回路を用 ➢

積算電力による提案システムの優位性いることで交流電池を模擬する。図 1 は，提案シ

本実験は，リチウムイオン電池 (LiB:3.7V( 満充

ステムである。 H.B. 回路は， SiC タイプ MOS-

電時:4.2V)-2600mAh)を図 1 のように配置し，駆動

FET を採用することで低損失化を図る。さらに昇 周波数は 10kHz で提案システムを動作した。また，
圧回路は，コッククロフト - ウォルトン回路より 小型モビリティの動作を想定して電子負荷装置で-181-

10秒ごとに 0.1C ， 0.2C ， 0.3C の各値をループさせ

ラム・予稿集， B-6 ，査読無， pp.35-36 ，て負荷変動した。 LiB の放電時間はバラツキが生

八王子市学園都市センター (2021-12)

じるため，実験は 3 回行い平均値を算出する。比 （5） 中川湧貴，米盛弘信：“交流電池を模擬す
較実験として従来法は， 4 直接続した LiB に対しる電源システムを搭載した走行車の試作とて上述と同様の負荷変動をさせた際の放電時間と動作検証 ”， 第13回大学コンソーシアム八

積算電力を明らかにし，提案法と比較する。

王子学生発表会要旨集，査読無，P215

表 1 は，従来法と提案法の積算電力，及び駆動（ 2021-12 ）優秀賞受賞

時間の比較である。表 1 より，従来法②と比較し （6） 津田浩平，米盛弘信：“独立型交流電池のて提案法①の積算電力は，より多くの電力量を引Duty 比を変動させた際の充放電特性 ”，

き出した。さらに駆動時間に着目すると，従来法第13回大学コンソーシアム八王子学生発表⑤より提案法④の方が長く駆動したため提案する

会要旨集，査読無，P217（ 2021-12 ）電源システムの優位性を確認した。しかし，電源 （7） 千葉穣，米盛弘信：“交流電池に接続するシステム全体③と従来法②の積算電力を比較した

倍電圧整流回路の動作特性 ”， 第13回大学際に回路の損失によって従来法に劣った。改善案

コンソーシアム八王子学生発表会要旨集，として，倍電圧整流回路に採用しているショット

査読無，P232（ 2021-12 ）優秀賞受賞

キーバリアダイオードを SiC 化することで更なる （8） 中川湧貴，米盛弘信：“ EDLC を用いた全波整流型 CW 回路の充放電試験 ”， 2021年

システムの高効率化を図る。

（第39回）電気設備学会全国大会講演論文
表1

集，査読無， pp.123-124 ，名古屋工業大学

積算電力及び駆動時間の比較（オンライン開催） (2021-09) 全国大会優秀発表賞（9） 千葉穣，米盛弘信：“交流電池に接続する
倍電圧整流回路の出力特性 ”， 2021年（第39回）電気設備学会全国大会講演論文集，３．代表的な研究成果

査読無， pp.147-148 ，名古屋工業大学（オ〔学会発表〕（計10件）

ンライン開催） (2021-09)（1） 中川湧貴，米盛弘信：“独立型交流電池に （10） 津田浩平，米盛弘信：“独立型交流電池のよる電源システムの提案 ”， 第15回高専パ

周波数変動した際の充放電特性 ”， 2021年

ワエレフォーラム，査読無，まちなかキャ（第39回）電気設備学会全国大会講演論文

ンパス長岡 (2022-03) 優秀発表賞受賞

集，査読無， pp.149-150 ，名古屋工業大学（2） 中川湧貴，米盛弘信：“交流電池に接続す（オンライン開催） (2021-09) 全国大会優る昇圧回路に用いる EDLC の容量変動特

秀発表賞

性”
， 2021年（第 3 回）電気設備学会学生
研究発表会プログラム・予稿集， B-4 ，査 〔メディア報道〕
読無， pp.31-32 ，八王子市学園都市センタ （1） 《日刊工業新聞》充電池交流化で容量10％ー (2021-12) 優秀賞受賞

増（3） 千葉穣，米盛弘信：“交流電池に接続する
倍電圧整流回路の周波数特性 ”， 2021年

AC Biode など，充放電システム開発（ 2021/09/01 ）https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00610371（第 3 回）電気設備学会学生研究発表会プ （2） 《 PR TIMES 》 AC Biode とサレジオ高専，
ログラム・予稿集， B-5 ，査読無，電池を交流で使い昇圧回路と合わせ，従来

pp.33-34 ，八王子市学園都市センターのシステムより約 15% 高い容量を得て，電(2021-12)

動バイクにて 10km 超の試験走行（4） 津田浩平，米盛弘信：“独立型交流電池に（ 2022/03/30 ）おける放電特性の経時変化 ”， 2021年（第https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000006.000

3 回）電気設備学会学生研究発表会プログ

084759.html-182-課題研究費実績報告書
令和 4 年 3 月 31 日現在

研究課題名：Background Oriented Schlieren 法の高感度かつ境界層を含む密度分布計測に向けた実験装置の構築と三次元計測法の検討
研究代表者：廣瀬裕介
小区分：流体工学関連
１．研究計画の概要

衝撃風洞とはタンクに貯蓄した高圧ガスを急激

本研究では，超音速流中にある円錐や球体とい に放出することで超音速流や衝撃波を発生させるった超音速飛行が考えられる模型周りに発生する 装置である．昨年度は配管設計を実施したため，密度変化を境界層も含めた高感度定量計測するこ 今年度は動作確認や性能試験を実施した．まず，とを実現する．そのため， Background Oriented

動作確認では衝撃風洞の動作部であるピストン動

Schlieren 法を改良した新たな計測法である

作の確認を実施した．このピストンが動作するこDouble-Pass Background Oriented Schlierenとにより，高圧ガスを密閉，解放することが可能（ DPBOS ）法を考案した．本研究では考案した である．動作確認により，衝撃風洞のピストンが新たな計測手法に関する実験を遂行するための装 正常に動作していることが確認された．性能試験
置の構築し，その性能試験を実施することを目的 では衝撃風洞の動作により得られる超音速流の計としている．

測を圧力センサにより実施し，その実験結果を理論値と比較した．高圧ガスの圧力を0.6 MPaA，放出部圧力を0.1 MPaAとした場合，超音速流のマッ

２．課題研究の進捗状況及び達成度

上述した装置の具体案として，バリスティック ハ数は 1.42 であった．つまり，約 480 m/s 程度のレンジと衝撃風洞の 2 種類が挙げられ，両者とも 流速が計測されたことを意味する．この条件での理論マッハ数は 1.40 であることから，本計測が正構築を進めている．

まず，バリスティックレンジについて説明する．確であることを示している．
これは電気エネルギにより飛翔体を射出する装置

来年度からはバリスティックレンジから飛翔体のことを表しており，本年度はまず不具合があっ を射出することと， DPBOS 法の計測の前段階でたスイッチング回路の改良を実施した．昨年度ま ある BOS法による超音速流の計測を実施する予定
ではスイッチングのためにサイリスタを使用して である．
いたが，より高い電圧に耐えられる絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ（ IGBT ）を採用したと ３．代表的な研究成果
ころ，不具合が解消され，安定したスイッチング 〔学会発表〕（計 1 件）が可能となった．改良した回路を用いて飛翔体の [1] Masato YAMAGISHI, Yusuke YAHAGI, Masanori
射出実験も実施している．コンデンサの充電電圧

OTA, Yusuke HIROSE, Shinsuke UDAGAWA,

は 100V であり，飛翔体サイズは 10 × 10 × 50mm

Tatsuro INAGE, Shigeya KUBOTA, Koji FUJITA,とした．飛翔体と加速用のレールは両者ともアル

Kiyonobu OHTANI, Hiroki NAGAI, Quantitative

ミニウムを使用した．射出実験の結果，レールとdensity measurement of wake region behind reentry

飛翔体の間で通電していることが確認されたが，capsule (Improvements in accuracy of 3D

飛翔体がレールの途中で止まる結果となった．射reconstruction by evaluating the view-angle of

出の際，アーク放電が発生しており，飛翔体とレ

measurement system), Journal of Fluid Science andールがその放電の影響で溶解・固着したことが原Technology, 2021, Volume 16, Issue 3, Pages

因と考えられる．今後，飛翔体の材質やサイズの

JFST0021( 査読あり ).

変更を実施し，さらに，磁石をレールの上下に設置することでより効率的に飛翔体へ運動エネルギ 〔学会発表〕（計 9 件）が与えられる改良を続ける予定である．

[1] Jin NARAYAMA, Masato YAMAGISHI, Yusuke-183-

HIROSE, Masanori OTA, Visualization of droplets

2021年度衝撃波シンポジウム， P-10 ，発表日

due to coughing when wearing a mask by

2021年 3 月10日（査読無し ）．

Background Oriented Schlieren (BOS), ISFV-19,(September 2021) （査読無し） .
[2] Masato YAMAGISHI, Jin NARAYAMA, Masanori
OTA, Yusuke HIROSE, Shinsuke UDAGAWA,
Tatsuro INAGE, Kazuma YOMO, Koji FUJITA,
Kiyonobu OHTANI, Hiroki NAGAI,
Reconstruction of density around a flying sphere in
the ballistic range, ISFV-19, (September 2021) （査読無し） .
[3] Masato Yamagishi, Jin Narayama, Shoki Sato,
Masanori Ota, Yusuke Hirose, Kazuma Yomo, Koji
Fujita, Kiyonobu Ohtani, Hiroki Nagai, Qualitative
Density Measurement of Wake Region behind
re-entry capsule, ICFD2021, (October 2021)（査読無し） .
[4] 長谷佳紀 , 廣瀬裕介 , 無隔膜駆動部を有する
衝撃風洞の構築と性能試験 , 第１３回大学コンソーシアム八王子学生発表会, C117, 2021年
12月 4 日（査読無し ）．
[5] 高坂菜央，片桐優太郎，楢山仁，山岸雅人，

廣瀬裕介，太田匡則，野村将之，藤田昂志，
永井大樹，飛翔体模型近傍領域の高精度密度計測，令和 3 年度宇宙航行の力学シンポジウ
ム，2021年12月20日，21日（査読無し ）．
[6] 山岸雅人，高坂菜央，片桐優太郎，廣瀬裕介，
太田匡則，カメラアレイを用いた

3D-BOS法による衝撃波計測，2021年度衝撃波シンポジウム， 1A2-3 ，発表日2021年 3 月 9 日（査読無し ）．
[7] 片桐優太郎，高坂菜央，楢山仁，山岸雅人，
廣瀬裕介，太田匡則，野村将之，藤田昂志，
大谷清伸，永井大樹，再突入カプセル形状模型まわりの非定常流れ場に対する定量的密度計測，2021年度衝撃波シンポジウム， 3B3-4 ，発表日2021年 3 月11日（査読無し ）．
[8] 井上悠，石橋歩武，村松武明，片桐優太郎，
山岸雅人，廣瀬裕介，太田匡則，稲毛達朗，
宇田川真介，テレセントリック光学系を用いた BOS 法による流れ場の可視化計測， 2021
年度衝撃波シンポジウム， P-04 ，発表日2021
年 3 月10日（査読無し ）．
[9] 村松武明，石橋歩武，井上悠，太田匡則，山岸雅人，稲毛達朗，廣瀬裕介，宇田川真介，-184-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 30 日現在

研究課題名：自動運転レベル 3 車両における独立 4 輪操舵および双方向走行システムの付与
研究代表者：井組裕貴
小区分：機械力学およびメカトロニクス関連
１．研究計画の概要

キディスク，ホイールなどは市販バイク用を流用

現在様々な研究機関で自動運転車両の開発が行 した．上下アームやアップライトはアルミ合金をわれており , 自動運転社会が実現すると交通事故

NC 加工機や旋盤で加工し作成した．

の減少 , 渋滞の削減 , ドライバーの疲労軽減など
社会的影響が非常に大きく期待されている . しかしながら , 自動運転レベル 3 とレベル 4 ， 5 の境界は非常に大きく , 特に前進時だけではなく , 後進時の適切な制御が重要となる．また , 一般的な自動車は前輪が操舵輪であるため , 後進時はジオメトリ的に操舵輪が後輪となる後輪操舵になり ,図 1 設 計 シ ャー シ

複雑な制御が必要である．そこで本研究では , 自

図 2 設 計 足 回り

動運転レベル 3 車両のシャーシ開発及び前後輪に操舵はアクチュエータを使用し，操舵角は最大操舵機能を付与可能なダブルウイッシュボーン式25[°] となる．また，キャスター角が 3[°] キング

サスペンションの開発 ,4 輪操舵による双方向で走 ピンアングルを 6[°] として設計を行った．左側の行可能な自動運転車両の検討 , 画像認識やアクチュエータはアップライトの前側 ( 図 3) に配

LiDAR を用いた認識システムの構築を行い , 障 置し，右側のアクチュエータは車体後側 ( 図 4) に害物回避の前後輪での制動を組み合わせた双方向 配置した．図 5 は開発車両の 3D データとなる．
走行システムの構築を目指す．
２．課題研究の進捗状況及び達成度
車両のサイズは 1 人乗り， 4 輪超小型モビリテ

ィの規格サイズとし，走行領域は本校校内で時速は 30km/h 以下とする．シャーシの基本構造は
CFRP サンドウイッチハニカム構造とし，ハンド
レイアップによって積層を行う． CFRP は3ply＋
アラミドハニカムorアルミハニカム＋3plyの構成とした．サスペンションや足回りのアーム取付部などの強度が必要な個所に対してはフェノール樹
脂材を挿入している．シャーシ下板は金属の平板を型として使用し，サイドのサスペンションパネ
ルは金属板を曲げ加工して型材として使用した．

図3 左前操舵システム

図4 右前操舵システム

図5 開発車両3Dシステム構成は図 6 となる．画像認識にステレ

足回りは走行時における振動や荷重移動から発 オカメラを用い， YOLO や Openpose のアルゴリ
生する誤差を抑えるべく，ロール・ピッチの回転 ズムをベースとして構築を行った ( 図 7) ．ステレ
中心と重心を考慮した非平行ダブルウイッシュボ オカメラは前後に取付，双方行走行時に前後の対ーン式サスペンションを設計した．また，キャス 象を認識できるよう設計をしている．動作環境は
ター角を 3[°] キングピンアングルを 6[°] とした．

Docker 下で Ubuntu や ROS を用いたシステム

サスペンションやブレーキキャリパー及びブレー 環境の構築を行っている．自己位置推定や走行経-185-路作成は LiDAR を使用し， Autoware を介して地図作成や値を取得する ( 図 8) ．図 9 が開発した車両となる．

図6 システム構成abc

図7 画像認識システム
a:動作環境， b:YOLO ， c:Openpose

図 8 経路作 成図 9 開発車 両

自動運転レベル 3 車両のシャーシ開発及び前後輪に操舵機能を付与可能なダブルウイッシュボー
ン式サスペンションの開発 ,4 輪操舵による双方向で走行可能な自動運転車両の検討，認識システムの構築を行い , 一定の成果が確認できた．今後，成果を集約し， 4 輪独立操舵による双方向走行シ
ステムの構築を行う．
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 1 件）
[1] 井組裕貴，認識機能を備えた校内走行用 EVの車両開発を通したものづくり教育，第 70回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集，
17a-PA01-6 ，査読無-186-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 31 日現在

研究課題名： 戦後文学における〈麻薬〉の表象に関する研究研究代表者： 河田 綾
小区分：日本文学関連
１．研究計画の概要

２．課題研究の進捗状況及び達成度

本研究は、医療行為を目的として開発されなが本年度は、戦後占領期におけるヒロポンの表象

ら後に法規制の対象となった薬物のうち、中枢神 について研究する予備調査として、同時期の抑留
経系に作用するものを〈麻薬〉と定義し、それが 体験について描かれた小説の調査及び分析をおこ
戦後日本文学の中でどのように表象されてきたか なった（この成果については、「３．代表的な研を分析するものである。

究成果」の①を参照 ）。 具体的な内容としては、

これまでの先行研究が明らかにしたように、

ウランバートルの収容所での体験を小説として描〈麻薬〉の開発と規制は近代国家の形成と連動す いた清水正二郎（胡桃沢耕史）の作品分析を行い、る形で人々の身体を規定してきた。このような研 「抑留体験を如何にして小説化するか」という問究の蓄積に対し、とりわけ文学分野においては、 題に対する作家の一つの方法論を詳らかにした。
薬物使用によって引き起こされる身体感覚の拡張 そこで明らかになったのは、凄惨な体験を語るたと深化、幻覚作用に伴う現実逃避、デカダンスが めに敢えて「ウソ」や「誇張」を駆使することで、もたらす落伍者意識、中毒症状を通した自己省察 「真相」なるものに対峙しようとする小説家としといった点が分析の対象となってきた。しかし、 ての矜持である。むろん、そのような方法は現在
先行研究の多くは、個別の作家や作品に関する個 的な観点からすれば、プライバシーの侵害や報道
別的な研究が中心となっていて、体系的な分析が 被害の助長へとつながりかねないものであったが、行われてきたとは言い難い。

そうであってなお、一個人としての抑留の記憶をこうした研究状況から、本研究では日本近現代 集団の記憶へと差し替えさせない極めて峻厳な創文学における〈麻薬〉の表象について通時的かつ 作意識が、そこには内在している。これらを明ら
体系的に明らかにしていく。具体的には、戦間期 かにした点において、本論文は戦後の抑留体験にから軍内で使用され戦後に巷間に広まったヒロポ 関する言説のあり方の一つを提示することができ
ン、高度経済成長期以降に若者を中心に広まって たと言える。
いったLSDやシンナー、 1990 年代以降の覚醒剤

また、本年度は上記論文と関連して、同時期のや MDMA や危険ドラッグなど、それぞれの時代 雑誌メディアに関する資料収集及び調査、分析をに流通した〈麻薬〉の表象を分析の対象とする。 行った（この成果については、「３．代表的な研これらの分析を通じて、戦後社会が人々の身体を 究成果」の②及び③を参照 ）。 具体的な内容としいかに規定していったかを明らかにし、同時にて、まず②では、戦後占領期における神奈川県で〈麻薬〉の使用によっていかなる言語表現の可能 の地方総合文芸雑誌に関する出版状況について解性が拓かれたかを考察する。

説をし、特徴的な雑誌について紹介する記事を作

以上を踏まえ、本研究が将来的に目指すところ 成した。また、③では、同時期における『週刊朝としては、近代以降の日本の〈麻薬〉に関する言 日』の総目次の作成及び 1949 年の記事に関する説の変遷とその過程を追いながら、様々な文学テ 解説を行った。これらの調査・分析によって、戦クストの分析を行うことによって、それぞれの時 後占領期の出版状況の一端を明らかにし、ヒロポ
代における〈麻薬〉の語られ方について考察する ンの流行が社会問題として取り沙汰され始めたことである。このような最終目標を見据えた上で、 1949 年の文化状況について理解を深めることが本年度においては、とりわけ戦後文学に焦点を当 できた。てて研究を行っていった。

さらに、次年度刊行予定のものとして、高度経-187-

済成長期の文学・文化に関する論文を 2 本、引揚体験を持つ作家に関する口頭発表を 1 本準備中であり、いずれも同年度中に論文として刊行、または投稿の予定である。
以上のことから、今年度における進捗状況及び達成度としては、及第点は与えられるものと考える。今年度の反省としては、直接的にヒロポンに関する研究を具体的な成果として示すことができなかった点が挙げられる。要因としては、前年度以前から蓄積していた研究テーマを形にすることに時間と労力を割いてしまったため、当初の予定通りに研究を進めることができなかったためである。こうした点については、次年度以降の課題として、引続き本研究を進めていく所存である。
３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 1 件）①

河田綾，われ暁に祈るまじ――清水正二郎／
胡桃沢耕史の諸作品をめぐって，立教大学日本学研究所年報，第 21 号， 2022 年 8 月，
査読無， 30-39〔図書〕（計 2 件）①

河田綾，神奈川県，占領期の地方総合文芸雑
誌事典

上巻

東日本編

北海道～三重県，

金沢文圃閣， 2022 年 6 月， 131-140②

河田綾， 1949 年解説，戦後占領期『週刊朝日』総目次，金沢文圃閣， 2022 年 1 月-188-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 31 日現在

研究課題名：生体情報計測および画像計測を用いた運転時理想姿勢の模索
研究代表者：吉田慧一郎

小区分：スポーツ科学関連
実験では左太腿部に筋電位装置 ( 東京デバイセ

１．研究計画の概要

ここ近年、自動運転化や自転車を用いた環境負 ズ製， IWS940-DEV) を装着し、筋肉を動かした際荷を抑えた移動手段が主流となりつつある。これ に生じる電位変化を取得した。これら各電極は右らの状況変化に伴い、我々には安全に自動車の運 太腿の外側 ( 外側広筋 ) 、太腿の内側 ( 内側広転 ( 自動運転 ) を行いつつ、安全な自転車の運転 筋 ) および、太腿中央部 ( 大腿直筋 ) に装着し、も必要となってくる。そこで本課題研究では、自 ドライビング時における太腿部での筋電位を計測
動車や自転車などの「運転」姿勢に着目し、筋電 した (Fig.2(a)) 。脈波計測では脈波センサ
位計測ならびに脈波計測による「生体情報計測」(BH1792GLC ， ROHM 社製 ) を耳たぶに装着し、と画像計測による「運転時姿勢」を対応させるこ 運転中の脈波を測定した (Fig.2(b)) 。得られた脈波とにより、生体情報計測から姿勢を推測し、理想 データより FFT 解析を行いストレス指標である的な姿勢をサポートするシステム構築を行った。

LF/HF を算出して、運転時のストレス値変化を求

また、「ドライビング」「サイクリング」ともに めた。
生体情報計測システムおよび画像計測を同一化することで、同じ計測システムを用いた比較検討の容易さ、「ドライビング」「サイクリン
グ」以外の運転・運動への応用を目指したシス
テム構築を視野に入れて研究を遂行した。
２．課題研究の進捗状況及び達成度
２．１

ドライビングにおける研究進捗(a)(b)
Fig.2 Experimental setup. (a)EMG electrode.
(b)Pulse wave sensor.

本課題研究において構築した計測システムを
Fig.1 に示す。画像計測ならびに脈波計測・筋電位計測を行い、ドライビング姿勢と生理学的パラメータの関係性からドライビングにおける活性状態を求めた。

画像計測では市販のスマートフォンのカメラ機
能を用いて動画撮影を実施し、得られた結果からOpenPose を用いて腰ならびに膝の角度推定を実施した。画像結果の一例をFig.3に示す。腰部ならびに膝部において時間変化と共に角度の変化が確認された。角度変化は大きいものではないが、時間が経つにつれて腰部ならびに膝部の角度が増大す
る、いわゆる「だらけた姿勢」になっていくことがわかる。また、脈波から算出されたストレス値
も「だらける姿勢」に対応し変化することが確認された。筋電位計測では、ストレス値に対応し変化が緩慢になる等の反応が確認され、生体情報計
測から姿勢を推測し、理想的な姿勢をサポートすFig.1 Measurement Systems.

るシステムの有用性が示された。

-189-

示す。ドライビング時と同様の膝・腰の角度が算出されていることがわかる。これらより、計測シ
ステムの共有化が可能であることが確認された。
２．３

本計測システムの発展例

本課題研究では「ドライビング」「サイクリン
グ」以外の運転・運動への応用を目指したシステ
ム構築を視野に入れて研究を遂行した。その発展例として「ライディング」における計測結果を
Fig.5 に示す。このように、「ライディング」姿
勢においても本システムを用いて角度推定が可能であることが確認できた。「ライディング」は姿
勢の良し悪しが安全運転に直結するため、本提案手法を発展させることで、正しいライディング姿
勢を学ぶツールとしての活用も可能であることが示唆された。

Fig.3 Typical result of image measurement byOpen Pose. Time course by OpenPose analysis
during driving.
２．２

サイクリングにおける研究進捗

本課題研究では、「ドライビング」と「サイクリング」時の生体情報計測システムおよび画像シ
ステム計測を同一化することを目標としている。
そのため、 2.1 で用いた計測システムを使用し、サイクリング時における生体情報計測ならびに画像計測システムに適用した。サイクリングにおいてサイクリングポジションの計測のため 3 本ロー
ラ ( モッズローラー， MINOURA 製 ) を使用し、画像計測を行った。Fig.4に得られた結果の一例を

Fig.5 Applications of the proposed method byOpen Pose during riding.
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 2 件）
(1) 阪口大翔，吉田慧一郎，「画像計測ならびに生理学的パラメータを用いたドライビング姿
勢による活性状態の定量評価方法の模索 」，
第 23 回計測自動制御学会システムインテグ
レーション部門講演会，講演論文集，査読無，pp1880-1881 ．
(2) 岡本優人，吉田慧一郎，「サッカーシュート
時における画像解析ならびに筋電位計測を用いた理想フォームの模索 」， 第 23 回計測自Fig.4 Typical result of image measurement byOpen Pose. Time course by OpenPose analysis
during cycling.

動制御学会システムインテグレーション部門
講演会，講演論文集，査読無， pp1793-1794 ．

-190-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 31 日現在

研究課題名：周防大島における海洋情報観測ネットワークシステムの構築研究代表者：吉田将司

小区分：船舶海洋工学関連
１．研究計画の概要

システムを実装する。まずは新規設置となる伊保

周防大島に面する大畠瀬戸や、この近隣の小松 田港周辺海域の基地局に適用し、その運用実績に
港海域付近での潮流は非常に予測が難しく、船舶 より大畠瀬戸周辺海域の基地局も交換することとの運航に影響を及ぼす場合がある。しかし山口県 する。運用結果が思わしくない場合は、従来の基の海洋情報提供範囲からは外れており、周辺の海 地局システムを伊保田港周辺海域に増設する。
流や潮流の予測・解明は船舶の航行安全や地域漁業など、幅広い分野での貢献が期待されている。 ２．課題研究の進捗状況及び達成度変動する海流や潮流をピンポイントに把握するた ①複数の洋上ブイを用いた大畠瀬戸周辺海域およめには、海上を多点・多層・実時間で観測する必 び伊保田港周辺海域の水温と塩濃度の実時間・長要があるが、従来はすべてを満たすように観測さ 期観測
れていなかった。そこで本研究は、再生可能エネ

まず大畠瀬戸に面する大島商船高専の浮桟橋へルギである太陽光発電を活用した観測ノードと基 常設するための、新たな塩分濃度観測ノードと水地局を、 LPWA を利用して Web Server でデータ 温観測ノードを製作した。また水温観測ノードのを集約、遠隔監視可能な沿岸海洋情報センサネッ 内 1 基のプローブを 5m から30mへ延長した。こトワークを構築する。次に、この観測システムを の水温観測ノードを伊保田港付近の沿岸へ、塩分
周防大島の大畠瀬戸周辺海域および伊保田港周辺 濃度観測ノードを浮桟橋へ設置した。図 1 に設置
海域に適用し、海水温及び塩濃度・海流の短期間 した塩分濃度観測ノードを示す。また図 2 ～図 5
及び長期間の変動特性を調査する。

はそれぞれ伊保田港付近および浮桟橋付近のシス

本研究は１年間の研究期間でこの技術をさらに テム構成図およびノード設置状況を示す。設置後、洗練・充実させつつ、以下の内容を実施する。

浮桟橋に設置した水温観測ノードは電力低下や藻①複数の洋上ブイを用いた大畠瀬戸周辺海域およ の付着による異常値を除いて安定して動作した。
び伊保田港周辺海域の水温と塩濃度の実時間・長 しかしプローブを延長した水温観測ノードは異常期観測値を出力した。また塩分観測ノードは長期の送受②インターネットを利用した遠隔監視および表示 エラーが発生した。そのため、塩分濃度観測ノーシステムの構築とクラウド化

ドはアンテナ高を上げて再設置した後、浮桟橋へ

このうち①は、大畠瀬戸及び伊保田港周辺海域の 設置した。現在浮桟橋にて海水温と塩分濃度の実２か所以上の定点に、海洋環境観測ブイもしくは 時間・長期観測を継続中である。
次に観測結果として図 6 と図 7 は冬季における陸上に観測ノードを設置し、水温・塩濃度の鉛直分布の観測実験を継続する。もし代表者及び補助 海水温と潮位及び気温の関係を示す。冬季の海水者が現地で実験不可能となった場合には、遠隔に 温は潮位による影響が強く、気温による影響は弱よる会議および研究協力者により実験を代行し、 まるっていると考察できる。また、冬季は水深が
データ解析を代表者らが実施する。

浅いほど海水温が低くなる傾向にあった。これは②は観測データを遠隔でモニタリングするために、海水温が気温よりも高いためだと考察できる。まLPWA を利用した遠隔監視システムを構築する。 た、塩分濃度観測ノードは、アンテナ高を高くす
次にこれまで外部サーバを利用していたデータ収 ることで長期的に観測することができるようにな集部分を Google drive に移行し、スプレッドシー った。 11 月末の塩分濃度は海面付近では激しくト上に Google Earth をリンクさせたデータ可視化 変化して、海中付近では安定していた。しかし-191-

12 月末の塩分濃度は、海面付近では安定しており、海中の塩分濃度が激しく変化していた。なぎさ水族館付近に設置した水温観測ノードは、設置
後 2 週間程度は観測できていたが 3 週間目からは浸水が始まり、異常値を出力した。よって伊保田
港周辺の長期観測は現在のところ通信状態の確認のみとなっている。

図4 伊保田港付近のノード設置状況

図1

製作した塩分濃度観測ノード

図5
図2

浮桟橋付近のノード設置状況

伊保田港付近のシステム構成図

図6 冬季における海水温と潮位
図3

浮桟橋付近のシステム構成図-192-

図7 冬季における海水温と気温②インターネットを利用した遠隔監視および表示システムの構築とクラウド化

図9

新しい基地局の概観

図 8 は昨年度構築した目的別観測システムのフローチャートを示す。ノードから送信されたデー
タを基地局で集約し、 Google 社が提供する Google
ドライブ内の指定したスプレッドシートへ書き込む。データの処理は Web アプリケーションにて行う。この図中の「長期観測システム」の基地局を本研究用に製作した。図 9 は製作した新しい基地
局の概観を示す。新しい基地局の構成は、データ受信用の LoRa モジュールとデータ処理及びアップロード用のマイコンであるM5StickCのみで構成される。校内で試験した後に、伊保田港近辺の陸奥記念館にて実装し、実験した。しかし校内実験では現れなかった基地局側 LoRa のデータ競合などによりほとんどデータ受信ができなかった。そ 図10

伊保田港付近（陸奥記念館）における基地のため、予定通り従来の基地局システムを陸奥記 局の設置状況
念館に設置した。図10は陸奥記念館における基地
局の設置状況を示す。基地局の換装は今後の課題 ３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 3 件）となった。

[1] 塚本悟朗，吉田将司，クラウドを用いたフィールドモニタリングシステムの開発と運用に向けた検討，測位航法学会全国大会， No.9 ，2022 ．
[2] 中野裕紀，吉田将司，センサネットワークを用いた周防大島の浅海域における海水温と塩分濃度の調査，測位航法学会GPS/GNSSシン
ポジウム 2022 ， BS-10 ， p229 ， 2022 ．
[3] 石川雄斗，吉田将司，千葉元，沿岸センサネ
ットワークを用いた秋季の水温特性の観測，
第 14 回大学コンソーシアム八王子学生発表会， D115 ， 2022 ．

図8

観測システムの構成-193-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 29 日現在

研究課題名：阻止域減衰量を指定可能かつ通過域に平たん特性を有する阻止域の複数要素が可変な FIR フィルタの設計法研究代表者：宮田統馬
小区分：通信工学関連
１．研究計画の概要
これまでに、申請者は高速高精度な計測を実現するために、阻止域の一部に高い減衰量を有しかつ、阻止域の特性が可変なディジタルフィルタの設計法を提案してきた。加えて近年、さらなる計測制度の向上を狙って通過域に平たん特性を有しかつ、高減衰量部分を直接指定可能な阻止域可変フィルタの設計法を提案した。しかしながら、得られるフィルタは高減衰量部分の位置のみが可変であり、ノイズの大きさなどが変化する場合には対応できないといった問題がある。本研究では、減衰量の値を直接的に指定可能かつ、阻止域の複

図 1 ：所望特性

数要素が可変な通過域に平たん特性を有する直線
位相 FIR フィルタの設計法の開発を行うことを目 と表せる。ただし、式 (1) の第 2 項は高域通過型の特性である。また、 H 0 ( ) は低域通過平たんフ的とする。
ィルタの振幅特性、 M
２．課題研究の進捗状況及び達成度と P はそれぞれ通過域と阻止域の平たん度であり、等リプル特性を得るた

本研究で扱うフィルタの所望特性は図 1 に示す めに本研究では阻止域にも若干の平たん特性を与ように、阻止域を等リプル特性とし一部に高減衰 え、 x は、量を持たせる。このような特性とすることで、阻止域全体を高減衰量としたフィルタよりもフィルx=

1 − cos 2(3)

タ次数が削減でき、フィルタリング時間を低減す である。加えて、式 (1) の H1 ( , ,  ) は阻止域におることが可能となる。さらに本研究で扱う可変フ いて高減衰量の位置を変化させるために可変フィィルタは、高減衰量部分に存在する大きなノイズ ルタとし、可変パラメータを用いた多項式により、の位置や大きさの変化に対応するために、 2 つのN /2 L L
l
l
=
H

,

,

2
g (n, l , l )    cos(n ))可変パラメータ  と  により、高減衰量の位置と1(

n = 0 l = 0 l = 0

値をそれぞれ可変する。加えて、高減衰量の値に対応する可変パラメータ  は dB で与える。

(4)

通過域平たんかつ阻止域等リプルの低域通過フ と与える。ただし、 N はフィルタ次数、 Lィルタを実現する、タイプⅠの直線位相可変 FIR
フィルタの振幅特性 H (, ,  ) は、H ( , ,  ) = 1 − (1 − H 0 ( ) ) H1 ( , ,  )
m
M


1
P
H 0 ( ) = 1 +  x m  ( P + p − 1)  (1 − x ) m =1 m! p =1


(1)

と

は多項式次数、 g ( n, l , l ) は多項式係数である。
また、  と  は可変パラメータ  と  を 0 から 1
Lの範囲で正規化したものである。これは、複数要素を可変させた際に、小さな可変パラメータの値が大きな可変パラメータの値に埋もれてしまい、(2)

反映されないことを防ぐためにこのように与える。
次に誤差関数を、E (, ,  ) = D( ) − (1 − H 0 ( ) ) H1 (, ,  )

-194-

(5)

と定義する。ただし、 D( )は所望特性である。

提案する可変フィルタの設計問題は、最大許容誤差  を用い線形計画法に帰着させると、

minimize s.t. −   E ( , ,  )  otherwise− 10 /20W ( )  E ( , ,  )W ( ) 10 /20W ( )piecewise high attenuation(6)となる。式 (6) の 2 つ目の制約条件により指定の高減衰量を実現する。ただし、 W () は高減衰量とした帯域の変化に対する制約条件の差を少なくするための重みである。また、式 (1) より通過域

図 2 ： 振 幅 特 性 ( = 0.65 ,  = −68)

は予め平たん特性と決定しているため、阻止域のみの近似問題である。本設計法において、式 (1)の右辺の第 2 項はフィルタの全体の特性としては阻止域となるが、前述の通りこの項は高域通過フ
ィルタの特性であるため、所望特性は D() = 1 とする。
上記の手法を用いて実際に可変フィルタの設計を行う。ここでフィルタの仕様は、フィルタ次数N = 18 、多項式次数 L = L = 3、平たん度 M = 6 、P = 3 、阻止域端角周波数 0.4 とした。さらに、
高減衰量部分について減衰量の範囲を

 = −65～ − 80

dB 、その幅を  = 0.15 、移動範囲

を  = 0.65 ～0.70 とし、制約条件中の重みを

図 3 ： 振 幅 特 性 ( = 0.70 ,  = −77)

W () = 300 と設定した。

図 2 と 3 に、提案法によって得られた可変フィルタの振幅特性と、その通過域を拡大したものを示す。これらの図より明らかなとおり、可変パラメータの値を変化させることでその値に対応する
ように、高減衰量の値とその位置が変化することが確認できる。加えて、そのときの振幅特性は、通過域および阻止域がそれぞれ平たん特性と等リプル特性を有していることがわかる。したがって、本方法を用いることで、図 1 に示す可変フィルタの設計を行えるといえる。今後の課題として、重み W () の効率的な決定法の確立があげられる。
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計１件）[1] 宮田統馬，相川直幸，指定減衰量と阻止帯域が可変な通過域平たん FIR フィルタの設計，
電子情報通信学会総合大会，査読無，A-8-16-195-課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 31 日現在

研究課題名：チタン合金の熱酸化過程における欠陥構造の分析は光学測定により可能か？
研究代表者：黒木雄一郎

小区分：無機材料および物性関連
１．研究計画の概要【方法】
64 チタン粉末 (Carpenter Additive 社製 ) を

酸化チタン（TiO2）は多様な用途に使われている代表的な機能性材料であり、顔料や光触媒の他 アルミナボート上に 2.00g 秤量し、飛散防止のたにもクロム添加により赤外発光を示すことが報告 めにプロパノールを滴下し、乾燥させた。その後、されている。申請者は赤外発光を示す酸化チタン 電気炉により熱処理を行った。熱処理は大気中でをセキュリティインクとして実用化するための過 昇温速度を 4 ℃/minとし、目標温度に到達後 2 h
程で、この発光がクロム添加によるものではなく、温度を維持しその後炉冷を行った。熱処理温度はルチル型酸化チタンの真性欠陥に起因する可能性

100 ～ 600 ℃間で 100 ℃ずつ変化させ、計 6 つのを見出した。一方で酸化チタンという良く知られ 試料を作製した。作製した試料に対しＸ線回折測た材料のバンド構造や真性欠陥と光触媒などの機 定を行うことで物質の同定を行った。また、酸化能性の発現については現在も活発に議論されてお の度合いとの相関が予想される光学測定を実施しり、今後も系統的な学術的研究の推進が望まれて た。
いる。本申請では、金属粉末を原料とする三次元 【結果】図 1 に作製した試料を示す。図 1 より、熱処理

造形で利用された後の余剰な粉末について、その熱履歴の分析技術として、各種光学測定技術の応 を行った 64 チタン粉末のうち 300 ～ 500 ℃のも用を検討する。

のは未処理と比較して色調が連続的に赤褐色へと変化した。また、 600 ℃で熱処理を行った試料は

２．課題研究の進捗状況及び達成度

色彩が黒く変化し、アルミナボートの形状に焼結【目的】した。未処理および熱処理後の 64 チタン粉末にチタン合金 Ti-6Al-4V( 以下 64 チタン ) は軽量 おけるＸ線回折プロファイルより、 600 ℃で熱処でありながら高い強度を持ち人体への悪影響が少 理した試料からルチル型 TiO2 のピークを確認しない合金である。これらの特性から同合金は医科 た。したがって、熱処理によって 64 チタンの熱歯科分野をはじめ、構造材など幅広い用途に用い 酸化を再現することができた。
られている。特に近年では 64 チタンを成型材とした 3D プリント技術が注目を集めている。
パウダーベッド法による 64 チタンの造型は真空中もしくは Ar 雰囲気中で行われるが [1] 、
64 チタンの主金属であるTiは極めて活性が高い。したがって、チャンバー内のわずかな残留

図 1 大気中で2h熱処理を施したTi64の外観

酸素でもレーザー照射箇所周辺において熱酸化が生じる可能性がある。造型により受ける 64 チタ

続いて光学測定と酸化の度合いとの相関についンの熱履歴は解明されておらず、成型の度に残留 て検証を行った。ルチル型TiO2が酸素空孔と関係
酸素の影響を受ける 64 チタン粉末材料を再利用 する赤外発光を示す [2] ことから、フォトルミネ
できる回数はわかっていない。本研究では、 64

ッセンスによる発光の観測によって試料に含まれチタン粉末を大気中で熱処理することで熱酸化を るTiO2の検出が可能であると考た。しかし、その疑似的に再現し、光学特性の変化から酸化の定量 予想に反してTiO2を含む 600 ℃の試料は赤外発光的な評価方法を模索した。

を示さなかった。そこで、熱処理温度によって試-196-

料の色調が変化したことから、小型分光反射率測定器による光反射率を測定した。図 2 に示す結果
より、各試料の反射率は熱処理温度に従って低下した。 700nm 以上の長波長側ではすべての試料について反射率が連続的に低下しており、 64 チ
タンにおける酸化の度合いと反射率との相関が示
唆された。

図2

大気中で2h熱処理を施したTi64の光反射率【結論】
チタン合金 Ti-6Al-4V の粉末を大気中で熱処理することでTiO2を得ることができたことから、
Ti-6Al-4V の熱酸化を再現することができた。また、試料の熱酸化の度合いを光反射率によって系
統的に評価する手法の提案に至った。欠陥準位の解析等、更なる検討を継続する必要があり、達成度としては 80 ％と評価した。
【文献】[1] Bartlomiej Wysocki, Piotr Maj, Ryszard Sitek et al,“Laser and Electron Beam Additive Manufacturing
Methods of Fabricating Titanium Bone Implants”,
Appl. Sci, 7(2017)657[2] Y. Kuroki and M. Sawa, PACRIM13 (2019)28-P-S28-15
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 1 件）
(1) 中里桂輔 , 黒木雄一郎 , チタン合金

Ti-6Al-4V の熱酸化挙動と光学特性の評価 ,第 14 回大学コンソーシアム八王子学生発表
会要旨集 , C113.

-197-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 17 日現在

研究課題名：リン酸三カルシウム/ポリ乳酸複合材料の力学的特性に及ぼす延伸及び界面処理条件の影響研究代表者：坂口 雅人
小区分：材料加工および組織制御関連
結果を図 4 ～ 6 に示す．これより， 0 phc と 24

１．研究計画の概要
ポリ乳酸 (PLA) とリン酸三カルシウム (TCP) のphc では TCP と PLA の界面がはく離している様子

複合材料は生体吸収性，骨伝導性， X 線透過性の が観察されたのに対して 6 phc では TCP と PLA の点から骨固定デバイスの材料として注目されてい 間にフィブリル状の構造が見られた．さらにフーる．しかしながら，力学的特性が低いために適用 リエ変換赤外線分光法 (FTIR) により得られたIRス
部位が低負荷部位に限定されている．本研究では ペクトルを図 7 に示す．これより，ステアリン酸
TCP 粒子に対する界面処理と PLA に対する延伸を(Sa) における 2918cm-1 の CH2- 非対称伸縮振動ピー

組み合わせたハイブリット強化手法を提案した． クと 2848 cm-1 の CH2- 対称伸縮振動ピークがステア
そして， TCP/PLA 複合材料のハイブリット強化手 リン酸量とともに増加することが示された．これ
法における成形条件の相互作用を明らかにするた らより，界面処理によって TCP 表面にステアリン
めに界面処理量及び延伸比を変化させて力学的特 酸が付着していることを確認し，ステアリン酸を性を調査する．また，ハイブリット強化の短所と 介して TCP と PLA が結合していることが示唆されして成形工程数の増加が挙げられる．そこで，実 た．
次にステアリン酸量 0 phc の試験片で比較する

用化に向けて成形手法の簡略化及び押出型鍛造にと図 2 より，延伸比とともに引張強度が増加し，よる成形工程数の削減を試みる．

延伸比 1.5 (DR1.5) で 29.7 MPa と約 1.6 倍に増加した． Leenslag らの調査において， PLA 繊維を延伸

２．課題研究の進捗状況及び達成度①

ハイブリット強化した TCP/PLA 複合材料の力 比約10で延伸した結果，引張強度を最大で約21倍
学的特性に及ぼす界面処理条件及び延伸条件 の約 2.1 GPa まで向上したことが報告されている．
の影響を解明 ( 達成度： 60 %)

これより， TCP/PLA 複合材料のバルク体を低延伸

今年度は TCP/PLA 複合材料の力学的特性に及ぼ 比で延伸しても引張強度が向上できることが示さ
す界面処理量と延伸比の相互作用を明らかにする れた．
ために，ステアリン酸の量を 0 phc, 6 phc, 24 phc のステアリン酸量 6 phc の試験片を引張延伸した3 条件で TCP 粒子表面の処理を行った．そして， 結果，図 2 より延伸によって引張強度が増加し，界面処理した TCP から TCP/PLA 複合材料を成形し，延伸比 1.3 (DR1.3) で約 50.4 MPa と 0 phc の未延伸
延伸比 1.3 と 1.5 で引張延伸した．なお， TCP 含 試験片と比較して約 2.7 倍に増加した．これより，有率は30 mass%一定とし，ステアリン酸量 [phc]

界面処理及び延伸によるハイブリット強化によっはTCP100 gあたりの質量として定義した．

て各手法単体よりも高い強度が得られることが示

界面処理及び延伸によりハイブリット強化した された．一方で，延伸比で比較すると DR1.5 の引
TCP/PLA 複合材料の力学的特性を調査するために 張強度は DR 1.3 よりもわずかに低い．これは延伸引張試験を行った．引張試験によって得られた応 比の変化が小さいために試験片の個体差が原因と
力 - ひずみ線図を図 1 に示す．また，図 1 から得 考えられる．そこで，今後はステアリン酸量及びられた強度と弾性率を図 2 と 3 に示す．

延伸比をより大きく変化させて力学的特性の変化

未延伸の試験片で比較すると，界面処理によっ を調査する必要がある．
て引張強度が 0 phc の 18.6 MPa から 6 phc の 28.0

以上より，界面処理及び延伸によるハイブリッ

MPa と約 1.5 倍に向上することが示された．この ト強化によって力学的特性が向上することが示さ
時の試験片の破面を電子顕微鏡によって観察した れた．一方で，延伸比やステアリン酸量の試験点-198-

数が少なく，相互作用についても十分に明らかとなっていない．このため，達成度を 60% とした．

図4 ステアリン酸量 0 phc で界面処理された未延伸 TCP/PLA 試験片の引張試験後の破面
図1 界面処理及び延伸によりハイブリット強化された TCP/PLA 複合材料における応力ひずみ線図

図 2 ハイブリット強化された TCP/PLA 複合材料の 図5 ステアリン酸量 6 phc で界面処理された未延強度における界面処理量と延伸比の影響

伸 TCP/PLA 試験片の引張試験後の破面

図 3 ハイブリット強化された TCP/PLA 複合材料の弾性率における界面処理量と延伸比の影響
図6 ステアリン酸量 24 phc で界面処理された未延伸 TCP/PLA 試験片の引張試験後の破面-199-

る．また，工程 (2) 後の試験片の外観も 80 ºC のゾル状態から粉状に変化した．
次に工程 (3) において真空炉を使用して， 40ºC，ゲージ圧 -0.06 MPa にて絶乾を行った．この際の TCP の質量変化を図 9 に示す．この結果，
TCP 質量は処理温度に関わらず，時間とともに減少し，処理温度 80 ºC では約 200 時間，処理温度
90 ºC では約16時間で質量の変化が見られなくなった．これは工程 (2) において残留したエタノー
ルが揮発したためと考えられる．また，処理温度
では 80 ºC では TCP 質量は約 72.8% まで低下したが， 90 ºC では約 83.3% となった．これは残留エ
タノール量の違いが原因と考えられ，工程 (2) 後の試験片の外観観察結果とも対応する．以上より，処理温度を 80 ºC から 90 ºC に変更することによって工程 (2) と (3) の時間をそれぞれ75分と16時間に短縮することができることが示された．
図7 ステアリン酸で界面処理された未延伸

次に圧縮成形について検討を行った．圧縮成形の手順は下記の 4 工程に分けられる．工程 (1) ：TCP/PLA 試験片のIRスペクトル試験片を金型にセットする．工程 (2) ：ホットプ②

ハイブリット強化した TCP/PLA 複合材料の成 レスを用いて 200 ºC の成形温度に加熱して融解さ
形コストの低減 ( 達成度： 80 %)せる．工程 (3) ：試験片を 0.3 MPa の成形圧力にハイブリット強化した TCP/PLA 複合材料の成形 加圧する．工程 (4) ：加圧したまま，常温まで冷工程は界面処理，混練，圧縮成形及び延伸と成形 却する．また，圧縮成形によって成形した板は試工程が多い．そこで，今年度は特に時間のかかる 験片形状に加工する必要がある．これらの工程は界面処理及び圧縮成形に着目し，成形工程の見直 試験片の板を成形するのに約 6 時間かかるものの，
しと簡略化を行った．

一度に約10本の試験片が成形できた．従って，試界面処理の手順は下記の 3 工程に分けられる． 験片 1 本あたりの成形時間は約30分であった．し工程 (1) ：ウォーターバスを用いて処理温度に加 かしながら，プラスチック製品は一般的に射出成熱したエタノールにステアリン酸を溶解させ，形によって30秒程度で一つの製品が成形される．

TCP 粒子を加えて撹拌する．工程 (2) ：ロータリ そこで，本研究においても手動射出成形機を導入
ーエバポレーターを用いてエタノールを蒸発させ して試験片の成形を行った．射出成形の手順は以る．工程 (3) ：界面処理された TCP を絶乾して， 下の 3 工程に分けられる．工程 (1) ：試験片をエタノールを完全に揮発させる．これらの工程に200 ºC の成形温度に加熱して融解させる．工程

おいて本研究室では工程 (2) を約 3 時間，工程(2) ：金型に試験片を射出する．工程 (3) ：常温(3) を約 2 週間をかけて行っていた．

まで冷却する．これらの工程は約 1 時間程度かか

工程 (2) の乾燥条件を検討した結果，処理温度 り，一度に 1 本の試験片が成形できた．従って，の影響が最も顕著に示された．そこで，図 8 に処 試験片 1 本あたりの成形時間を短くすることはで理温度によるエタノール質量の時間変化を示す． きていない．これは試験片の加熱と冷却に時間がこの結果，処理温度を 80 ºC では60分後もエタノ かかっており，それぞれ約30分程度が必要となっールの質量変化はほとんど見られない一方で，処 ている．そこで，今後は水冷装置を整備して冷却
理温度 90 ºC では処理時間とともにエタノール質 速度の向上を図るとともに加熱部位を小さくする
量が減少し，75分で質量の変化が見られなくなっ 改造を施すことにより，成形速度の向上を図る．
た．これは処理温度をエタノールの沸点以上に変また，成形した試験片の力学的特性の比較を行更したことにより，蒸発が進んだためと考えられ った．ステアリン酸の量を 0 phc, 6 phc, 24 phc の 3-200-条件で TCP 粒子表面の処理を行い，界面処理した
TCP の含有率を30 mass% 一定として TCP/PLA 複合
材料を成形し，射出成形と圧縮成形によって試験片に成形した．そして，引張試験を行い，得られた引張強度と弾性率を図10と11で比較した．この結果，射出成形の試験片の強度が顕著に低い．これは射出成形機内部での不純物の混入が原因と考えられる．
以上より，界面処理及び圧縮成形に着目して，成形工程の見直しを行った．この結果，界面処理
温度を 90 ºC に上げることで，処理時間を約 2 週 図 10 圧縮成形及び射出成形した界面処理
間から約 2 日に短縮することができた．一方で，TCP/PLA 複合材料における引張強度の比較

圧縮成形と射出成形を比較した結果，試験片 1 本あたりの成形時間を軽減することができず，不純物の混入による強度の低下が見られた．これより，射出成形の優位性を確認することができなかった．
これらより，達成度を 80% とした．

図 11 圧縮成形及び射出成形した界面処理
TCP/PLA 複合材料における弾性率の比較③

押出型鍛造を用いた TCP/PLA スクリューの成形 ( 達成度： 60 %)ハイブリット強化を施した TCP/PLA 複合材料の

図8 界面処理温度によるエタノールの質量変化の比較

適用例として，骨固定スクリューが挙げられる．
そこで，本年度では「押出型鍛造」により成形した TCP/PLA スクリューの力学的特性に及ぼす鍛造
条件の影響を解明するために TCP 含有率 (0 mass% ，15 mass%， 30 mass%) ・変形形状 ( 延伸比 1.3 ，4 ， 8) を変化させてスクリューを成形し，せん断試験を行った．スクリューの成形は工程 (1) ：TCP と PLA を用いて混練，工程 (2) ： TCP/PLA 複合材料を円筒形状にキャスト成形，工程 (3) ：融点以下の加熱により軟化させて押出型鍛造，の 3工程でスクリューに成形した．
押出型鍛造により成形したスクリューのせん断

図9 界面処理条件及び絶乾方法による TCP 質量の 試験におけるせん断応力 - 試験時間線図を図12～
時間変化の比較

14に示し，これらから得られたスクリューのせん
断強度を図15に示す．なお，比較のために工程(2) にてスクリュー形状を成形した．この押出型-201-

鍛造を施していない試験片を図12～14では「 without Forging 」， 図15では ER1 として表記した．この結果，押出型鍛造を施すことによって
TCP 含有率に関わらず，せん断強度が向上した．
せん断強度は延伸比とともに向上し，延伸比 4 以
上ではほぼ一定となった．これは延伸比の増加による大変形を加えることによって母材中の分子鎖が軸方向に配向したためと考えられる．そこで，成形したスクリューの軸方向断面に対して偏光
ATR-FTIR を行い，配向係数を調査した．この結果得られた配向係数を図16に示す．この結果，配 図 12 TCP 含有率 0 mass% の熱間鍛造 TCP/PLA スク
向係数は TCP 含有率に関わらず，押出型鍛造によ リューのせん断応力 - 時間線図って増加が見られた．
TCP 含有率で比較すると， ER1 の鍛造をしていない試験片では TCP 含有率とともにせん断強度が低下した．これは応力集中限である TCP 粒子が増加したことが原因と考えられる．一方で，未鍛造(ER1) と延伸比 4 (ER4) のせん断強度を比較すると 0 mass% ，15 mass%，30 mass%のスクリューのせん断強度は延伸比 4 においてそれぞれ約 2.0 倍，
2.2 倍， 2.8 倍と TCP 含有率とともにせん断強度の向上率が増加したことが示された．これは TCP
粒子は押出型鍛造において変形しないことから，相対的に母材の変形量が増加したことが原因と考 図 13 TCP 含有率 15 mass% の熱間鍛造 TCP/PLA スク
えられる．同様の傾向は本研究グループの引張延 リューのせん断応力 - 時間線図
伸でも見られていることから，延伸手法に関わらず TCP 含有率の増加とともに強度の向上率が増加することが示された．
以上より，押出型鍛造により成形した TCP/PLA
スクリューのせん断強度に及ぼす TCP 含有率と延伸比の影響を調査した結果，延伸比とともにせん
断強度が向上し， TCP 含有率とともに押出型鍛造によるせん断強度の向上率が大きくなることが示された．また，せん断強度と配向係数に一定の層間も見られた．一方で，配向係数の測定データが不足しており，押出型鍛造による強度向上メカニ
ズムを完全には説明できていない．このため，達 図 14 TCP 含有率 30 mass% の熱間鍛造 TCP/PLA スク
成度を 60% とした．

リューのせん断応力 - 時間線図

-202-

Processing 2022 (ICM&P 2022), Proceedings,
P2-14.
(4) Kazuma Saiki, Masato Sakaguchi, Effect ofAddition Amount on Mechanical Properties ofDrawn Composites Consisting of Surface Modified
Tricalcium Phosphate and Poly(lactic acid), The
Japan Society of Mechanical Engineers
International Conference on Materials & Processing
2022 (ICM&P 2022), Proceedings, P2-06.
(5) 才木一眞，坂口雅人，リン酸三カルシウ

図 15 各 TCP 含有率と延伸比における熱間鍛造

ム / ポリ乳酸複合材料の力学的特性に及ぼす

TCP/PLA スクリューのせん断強度の比較

延伸における延伸比の影響，日本機械学会
2022年度年次大会講演論文集，講演番号J131p-01.
(6) 荒川陸，坂口雅人，押出型鍛造によって成形した TCP/PLA 骨固定スクリューの力学的特性に及ぼす延伸比の影響，日本機械学会
2022年度年次大会講演論文集，講演番号J131p-03.
(7) 才木一眞，坂口雅人，リン酸三カルシウ

ム / ポリ乳酸複合材料の力学的特性に及ぼす
ステアリン酸処理と引張延伸の影響，プラス
チック成形加工学会第33回年次大会予稿集，
講演番号 A-202.

図 16 各 TCP 含有率と延伸比における熱間鍛造(8) 荒川

TCP/PLA スクリューの配向係数の比較

陸，坂口雅人，押出型鍛造によって成形した TCP/PLA 骨固定スクリューの分子配３．代表的な研究成果向に及ぼす成形条件の影響，プラスチック成〔学会発表〕（計 8 件）

形加工学会第33回年次大会予稿集，講演番号(1) Masato Sakaguchi and Satoshi Kobayashi,

SP1-8.

Deformation and molecular orientation analysis oftricalcium phosphate / poly(lactic acid) composite※ ICACC 2023 に関しては要項集を発行していな

screws molded by extrusion die forging, 47nd

い．このため，著者名，発表タイトル，学会名，International Conference and Expo on Advanced

査読の有無，講演番号，講演場所，講演年月を記

Ceramics and Composites (ICACC2023) Archive,載

査読無, ICACC-P054-2023, Florida, USA, January, ※日本機械学会及びプラスチック成形加工学会，
2018.
(2) 有松大学コンソーシアムでは講演論文集を PDF 形式に宏之，坂口雅人，ステアリン酸によ て発行している．このため，巻やページがないこるリン酸三カルシウムの表面処理におけるエ とから，代わりに講演番号を記載した．
タノール蒸留条件の検討，第15回大学コンソーシアム八王子学生発表会，講演番号 A123.
(3) Masato Sakaguchi, Nobuo Kurosawa and Riku
Arakawa, Effect of forging conditions onmechanical properties and molecular orientation of
TCP/PLA screw, The Japan Society of MechanicalEngineers International Conference on Materials &-203-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 17 日現在

研究課題名：Ｆ０センサの実現に向けた基本周波数推定法の検討
研究代表者：三輪賢一郎

小区分：知覚情報処理関連
１．研究計画の概要

つつも，同手法の心臓部である復調処理機構に，世界の IoT デバイス数が本年中にも 300 億個に 計算コストの大きい同期検波方式に代えて，計算到達すると予測されており，様々な産業分野にお コストが小さい非同期検波方式を新たに採用する
いて IoT 化が急激に進展することが見込まれる． ことで，実環境中のセンサ機器に実装可能な F0
そこで重要になってくるのはセンシング技術であ 推定手法の確立を目指す．
り，現在までに様々な環境センサが開発され，実本研究の方法としては，まずは本手法の耐雑音用化されてきた．しかしながら，音センサについ 性と耐残響性を，主としてシミュレーションによては，その中身は基本的には音圧レベルを測定す り検証する．具体的には， MATLAB 上で本手法るだけのプリミティブなものにとどまっている． のアルゴリズムを実装した上で，白色雑音等を用もし環境センサに基本周波数推定の機能を実装す いた人工的な雑音環境や，人工的に生成された室ることができれば，遠隔における音信号の分析が 内インパルス等を用いた人工的な残響環境の下で，容易になり，遠隔地の野生動物の見守りや異音の 調波複合音等の人工音や楽器音に対する従来法と把握など，様々な音情報の把握分析が効果的に行 本手法との F0 推定精度をシミュレーションによえるようになる．また，音声の生データを通信す り比較検討する．並行して，本手法と従来手法とるのに比べ，基本周波数の数値データのみの通信 の計算時間の比較も実施する．これらの検証結果
は無線帯域の効率的な利用に資するものであり， を評価することで，本手法が F0 センサの要素技
IoT の通信インフラとの親和性も高まる筈である．術として有効か否かを検討する．
基本周波数数（ F0 ）推定の研究の歴史は半世紀に及び，その中で数多くの方法が提案されてき ＜文献＞
たが，雑音と残響の両方に対して総合的に対応で [1] 三輪賢一郎 , 鵜木祐史, "振幅変調音のピッチきる手法は未だ確立されていないのが現状である．

知覚に基づいた調波複合音の基本周波数推定

そこで筆者らは，振幅変調の復調技術を用いてヒ法," 電子情報通信学会論文誌Ａ, Vol. J98-A,

トのピッチ知覚を模擬するという今までに無いや

No.12, pp. 668-679, 2015 年 12 月

り方により，理想的な調波信号に限るという制約は存在するものの，実環境を考慮した手法を提案してきた [1] ．しかしながらこの手法は，復調処理の検波方式として同期検波方式（ダイレクトコ
ンバージョン方式）を利用しているため，位相同期処理が必須となることから，計算量の低減が難しいという根本的な課題を抱えており，計算リソースの乏しいセンサ機器に実装することは現実的ではない．
したがって本研究では， Raspberry Pi ないしはArduino 程度の計算リソースでの信号処理を前提とした，雑音残響に頑健で，かつ計算コストにも優れた F0 推定手法の基礎検討を実施することとする．実現技術としては，筆者らの手法を踏襲し-204-

２．課題研究の進捗状況及び達成度

今回，提案法は，耐雑音性を向上するために新本研究は，下記の項目ごとに実施した．

たに機能を付加したため，計算時間は昨年度の結果よりも 10 倍ほど増大する結果となった．

（１）耐雑音性の向上（２）耐残響性の評価（３）計算時間の評価（ 4 ）楽器音での評価（４）楽器音での評価

提案法の楽器音に対する適性を検証した．対象とした楽器音は，アイオワ大学の Webサイトで公

以下，順にその結果と進捗を述べる．

開されているピアノ (Piano) ，オーボエ(Ob)，ト
ランペット (Tp) ，ファゴット (Fg) ，チューバ（１）耐雑音性の向上
提案法の耐雑音性を向上させるため，下記に示(Tub) ，コントラバス (Cb) の各音源を静音環境のまま用いた．その評価結果を図 2 に示す．

すプログラムの改造を実施した．
①

観測する調波の数を 3 組から 8 組に増加②

雑音除去機構の付加

図１にそれらの結果を示す．ただし，対象信号は

正答率 [%]

理想的な調波複合音である．
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

提案法（昨年度）
SWIPE
FreeDAM

図2

提案法：3組

各楽器音のF0推定結果

提案法：8組提案法：3組(+NR)

図 2 の結果から，一部の楽器音については正答

提案法：8組(+NR)

0[dB]−5[dB]−10[dB]率が 100 ％に達しておらず，さらなる改良が必要

SNR

図1

であることが明らかとなった．

雑音環境におけるF0推定結果【結論】

図 2 より，①の改良により正答率が最大で約本研究では，提案法の耐雑音性を大幅に向上さ

14 [%] 向上した．また，②の改良により，正答率 せることに成功した．一方で，耐雑音に資する機がさらに最大で約 10 [%] 強の向上が確認できた． 構を付加したことにより，計算時間は 10 倍に増大した．また提案法は，楽器音のようなリアルな（２）耐残響性の評価

音信号に対しては，課題があることが確認できた．

提案法の耐残響性について評価を実施するため

なお，耐残響性の評価に関しては今年度は準備のテストプログラムについて検討を行った．評価 作業にとどまり，評価シミュレーションについて
シミュレーションについては，次年度以降に持ち は次年度以降に持ち越しとなった．
越すこととなった．
３．代表的な研究成果〔学会発表〕（計 2 件）

（３）計算時間の評価

提案法の計算時間について，計測を実施した結 [1] 山川拓真，三輪賢一郎，“耐雑音性を備えた果を表 1 に示す．
表1
手

基本周波数推定法に関する研究 ，” 大学コン

計算時間の比較法

SWIPE
FreeDAM
提案法（2021年度）
提案法（2022年度）

ソーシアム八王子

読無し， D122 ， 2022 年

計算時間
31秒

第 14 回学生発表会，査[2] 金子昌平，三輪賢一郎，“非同期検波方式による楽器音の基本周波数の推定に関する研

128,000 秒

究 ，” 大学コンソーシアム八王子

620 秒

第 14 回

学生発表会，査読無し， PG4-12 ， 2022 年

7,500 秒-205-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 30 日現在

研究課題名：マグナス効果を用いたポイント・アブソーバ型波力発電装置
研究代表者：山下健一郎
小区分：電力工学関連
１．研究計画の概要（以下10pt ）。

に、タービンの出力特性を把握する。

本研究課題では、台風が多発する海域でも利用できる波力発電装置として「マグナス効果を用い ③シミュレーションモデルの構築： MATLAB

たポイント・アブソーバ型波力発電装置」を提案／ Simulink を用いたシミュレーションモデ

し、同発電システムのシミュレーションモデルのルを構築する。

構築並びに供試装置の開発を行い、これらを用いた理論的検討並びに実験的検討により、システム ④

導出したシミュレーションモデルを用いた理の諸特性を明らかにするとともに同発電装置の有論的検討：上記②の実験的検討と並行してシ用性を明らかにする（実現可能性研究 ）。 同研究

ステムの動作特性等について理論的検討を行成果により、海洋再生可能エネルギー分野で遅れう。最終的には、得られたシミュレーションをとっている日本の研究開発を加速させることがモデルを用いて実用規模のシステム（例えば0.1MW ※ 100 台のウェーブファームを想定できると考える。
本研究の基本的手法は供試装置の開発、供試装したシステム）を対象に理論解析を行う。

置を用いた実験、シミュレーションモデルの開発
及びこれを用いた理論的検討である。具体的な方 ２．課題研究の進捗状況及び達成度
法は以下の通りである。

当該研究で実施した①供試装置等の開発、②供試装置を用いた実験的検討、③シミュレーション①「供試マグナス波力発電装置」（以下供試装 モデルの構築、④シミュレーションモデルを用い置）と「計測システム」の開発：供試装置は た理論的検討、それぞれについてその詳細を説明
学内に設置したプール（ 1.5m × 1.5m ×する。

1.5m ）で使用できるサイズとし、 2 台の水中発電機（ 500W × 2 台）とマグナスタービ ①供試装置の開発
ン等で構成される。海洋での利用も考慮し、 （達成度 60 ％）ベアリングなどの回転部については海洋汚染

供試装置については試作機を完成させ、いくつを防ぐため、潤滑油を必要としないセラミッ かの動作実験を実施したが、始動することができク製のものを使用する。また、マグナスブレ なかったため、種々な改良を行った（各種ギヤ比
ードおよびタービンの制御に必要となる電力 の調整、ブレード径の変更等 ）。 また、得られた変換装置（ 2 台の水中発電機にそれぞれ接続 結果を基に、新たな供試装置を設計した。計測シする）の開発も行う。「計測システム」は装 ステムについては、加速度センサを用いた波の計
置の上下速度、タービンやブレードの回転速 測装置の開発に着手したが完成には至らなかった。
度、発電機出力等を同時に計測できるもので、将来的にはフィールド実験にも使用する予定 ②供試装置を用いた実験的検討
である。

（達成度 50 ％）
供試装置による実験的検討を複数回実施した。

②

供試装置を用いた実験的検討：製作した供試 同実験的検討により、ブレードの回転に必要なエ装置と計測システムの動作試験を上述した学 ネルギーを確保するためにはギヤなどの機械損失内プールで実施する。得られた実験結果を基 を低減する必要のあることが分かった。また、円-206-

筒型ブレードの抗力が比較的大きいことが明らか ３．代表的な研究成果となった。

〔学会発表〕（計２件）[1] Ken-ichiro Yamashita, Taiki Tsuchikawa,③シミュレーションモデルの構築

Seina Takekoshi, Development of a Point（達成度 100 ％）Absorber Wave Energy Converter with

MATLAB を用いたシミュレーションモデルを構

Magnus Effect-Based Turbine Generator,

築した。同モデルを用いて、システムの基本的な動作特性を把握すること可能となった。実験結果

25th International Conference on Electrical
Machines and Systems (ICEMS2022) , 査読で明らかとなった抗力についてもその影響をシミ

有 , 2022 年 11 月
[2] Taiki Tsuchikawa, and Ken-ichiro Yamashita,ュレーションモデルに反映した。

BASIC CONTROL OF A POINT ABSORBER④シミュレーションモデルを用いた理論的検討

WAVE ENERGY CONVERTER WITH MAGNUS（達成度 70%）

EFFECT-BASED TURBINE GENERATOR, Grand構築したシミュレーションモデルを用いて基本的な動作特性や共振時の出力特性などを計算した。
予定をしていたウェーブファームに関する計算は達成できなかった。

-207-

Renewable Energy (GRE 2022), 査読無，2022年
12月

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 31 日現在

研究課題名：日本語の推論能力と英語運用能力の相関関係調査及び現行英語プログラムの教育効果検討
研究代表者：真島顕子
小区分：外国語教育関連
１．研究計画の概要表している可能性もある。係り受けや照応のよう本研究は、学習者の母語である日本語による推 な抽象的な構造関係を学習者が理解し、知識を定論能力に着目し、英検 IBA テスト（以下、 IBA ） 着させることに、オンライン授業では難しさがあとリーディングスキルテスト（以下、RST）の結 るということなのかもしれない。
RST偏差値と IBA スコアそれぞれの上位層及び果を比較することで日本語の読解力と英語運用能力の相関を確認することを目的とした。また、現 下位層のみの結果の相関係数を調査したが、 p 値
在サレジオ工業高等専門学校（以下、本校）の英 が高く、明白な相関を表す係数はどの層にも現れ
語授業内で行われている教育上の工夫が、認知的 なかった。
側面から有効であるかどうか検証することを計画推論能力に注目してみても、上述と同様に、全体としては弱い正の相関（ r = 0.18 ～0.27, p <した。

IBA 結果は、テスト全体の相関を求めることに 0.05）を表し、各試験の学力層ごとの相関係数は、
加えて、リーディング部門、リスニング部門など、明白な相関を示すものではなかった。
上記の調査結果をまとめ、真島（ 2023 ）とし部門ごとの相関も調査する。また、RSTは推論以外に、係り受け解析や照応解決、イメージ同定な て論文発表した。しかし、RSTと IBA 結果に全体
ど、７項目の能力を測ることができるが、テスト で弱い相関があり、個別には相関を確認すること
項目ごとの相関結果も算出し、英語力との相関結 ができなかった具体的な要因を、相関係数を調査
果と比較する。

することだけでは結論付けることが困難であった。
従って、本校の英語教育の有効性に関しては、有

２．課題研究の進捗状況及び達成度

効性を評価する基準として結果をどのように活用

RSTと IBA の結果を用いて相関関係を調査した することができるか、継続的に検討することが、ところ（全体 ）、 全ての項目において相関係数が 今後の課題となった。
0.08～ 0.41と、弱い正の相関を示した。 P 値が0.05を超えている現 3 年生のイメージ同定の結果 ３．代表的な研究成果を除外すると、相関係数の範囲は 0.16～ 0.41とな 〔雑誌論文〕（計１件）
る。全体として弱い正の相関を示していることは [1] 真島顕子， 2023 ，リーディングスキルテス興味深い。全体的に 0.2 以上の値を表しているもトを用いた推論能力と英語力の相関調査，全のが多いが、現 2 年生の係り受け解析と照応解決

国高等専門学校英語教育学会研究論集，査読の結果は 0.35～ 0.41と、他の係数より少し高い値

有，第 42 号， 31-39を表している。
係り受け解析と照応解決は、 1 年国語授業にて 〔学会発表〕（計１件）
通年で取り組み、理解を深めるようトレーニング [1] 真島顕子，リーディングスキルテストを用いを重ねる項目である。RST実施時期が 2 年次春とた推論能力と英語力の相関調査，全国高等専

いうことを考えると、 1 年次の国語授業における門学校英語教育学会第 45 回研究大会要綱，

取り組みが、英語力にもプラスに影響している可査読無， 34

能性を考えることができる。また、現 3 年生は2020 年度入学生であるため、前期をオンライン
授業で過ごしたことが、現 2 年生の結果との差を-208-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 31 日現在

研究課題名：非エルミート量子系のダイナミクスとエントロピー生成研究代表者：真島 裕樹
小区分：数理物理および物性基礎論関係
１．研究計画の概要

子ダイナミクスを記述する運動方程式に適用する

開放量子系やトポロジカル相，共鳴・散乱問題，ことにより，運動方程式の各項がエントロピー変不安定系等，ダイナミクスが非エルミート演算子 化にどのような影響を与えるのかを明らかにした．
で記述される非エルミート量子系が注目を集めている．このような系の時間発展は非エルミートな ３．代表的な研究成果
ハミルトニアンで生成されるため，ユニタリー性が破れる．また非エルミート演算子は一般に複素固有値を持ち，また対角化が困難であることも多い．そのため，非エルミート量子系の時間発展の一般論，特のその熱力学的な性質については未解
明な部分が多い．この問題に対しては，ミクロな熱力学第二法則の一つの表現と期待されている「ゆらぎの定理」をはじめとする定性的な理解は一部で進んでいるが，肝心のダイナミクスとの直接的な関係は明らかではない．申請者らはこれまでの研究において，統計力学的状態の時間発展を記述する運動方程式とエントロピーの定義のみから，エントロピー変化に関して種々の恒等式が成立することが明らかにしてきた．本研究課題では，
非エルミート量子系の運動方程式を導き，その運動方程式に対して上記恒等式を適用することで，
非エルミート量子系でエントロピー変化が生ずる仕組みを解明する．
２．課題研究の進捗状況及び達成度
広いクラスの非エルミート量子系において，密度行列の規格化定数（分配関数）を詳細に分析した結果，規格化定数に起因する項が運動方程式に加わる可能性があることがわかった．古典論において，相空間体積とエントロピー変化には密接な関係があることが知られている．量子系における分配関数は相空間体積に相当することから，この結果は非エルミート量子系におけるエントロピー
変化のミクロな表現を与えたことになる．
また，系のエントロピー変化と，系のダイナミクスを記述する Liouville演算子との間に成立する
一般的な関係式を非エルミート量子系の非平衡量-209-

研究成果は査読付英文論文誌に投稿予定である．

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 24 日現在

研究課題名：双方向増幅器を用いたゲイン・スイッチの開発
研究代表者：水谷浩

小区分：電子デバイスおよび電子機器関連
１．研究計画の概要
IoT （ Internet of Things ）の時代では 5G（第 5 世代）以降の高速移動体通信システムでは、
ミリ波帯の利用が検討されている。想定される
TDD （時間分割複信）方式の RF フロントエン
ドには送受切替スイッチが用いられている。スイッチはミリ波帯では挿入損失が増大するため送信電力で損失を補う必要がある。また、送受信間分離が低下するため通信品質を劣化させる点が問題となる。スイッチがゲインを呈することで通信品
質劣化の問題点は一気に解決する。従来の技術は、単純にスイッチの後に増幅器を付加したものであり、通信品質を本質的に改善するものではなかった。これに対し本研究では、双方向増幅器の増幅方向を切り替えることで、ゲインを有するスイッ
チとして機能させる点で、通信品質の低下要因を改善できる利点がある。本研究は、利得を供する
新しいスイッチを提案し、その原理実証を行うことを目的とした。
２．課題研究の進捗状況及び達成度
今年度の研究の進捗は以下の通りである。 28
GHz帯で動作する複数の双方向増幅回路を提案した。 GaN の大信号デバイスモデルを用いた回路設計を行った結果、所望の動作を得ることができた。 IC を試作して RF 評価すると、設計通りの良好な結果が得られた。今後、結果をまとめて、
特許出願、国際会議、雑誌論文等の必要な対外発表を行う予定である。
３．代表的な研究成果
査読付き国際会議に研究成果を投稿する予定で
ある。

-210-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 23 日現在

研究課題名：低彩色背景下における色付き影の除去手法
研究代表者：川村春美
小区分：知覚情報処理関連
b に近いが、影除去を行うと c の色は a に合わせ

１．研究計画の概要

影が光源と同じ方向にある物体（以下、遮蔽物 る処理を行うからである。本研究は上記 3 点を解体）の色味の影響を受けている場合の影除去手法 決することを目的とする。
を提案する。遮蔽物体の彩度が高い場合には、相互反射により影に色味が映り込むため、影になっ ２．課題研究の進捗状況及び達成度ていない領域（以下、日向領域）とは明るさの他 (1) 色領域の分割に色味が異なるという特徴がある。そのため、既影領域は遮蔽物体の色味の影響を受けているが、存の影除去手法[ 1] を適用すると、遮蔽物体の色 彩度は元々の日向領域に近いと考えられる。そこ
味の影響を受けた影領域をうまく除去することが で、色の三属性の一つである彩度に着目する。色の三属性（色素 H 、彩度 S 、明度 V ）は式 (1) にできないという課題がある。

既存手法では、画像を類似の色領域に分割し、 基づいて変換し、彩度と明度からなる 2 次元空間
影領域に対応する日向領域のペアを見つけた上で、で k-means によるクラスタリングを行う。
影領域の色を日向領域の色に合わせることによって影を除去する。影領域と日向領域の画素値は𝑉 = (𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛 )/2
𝑉𝑚𝑎𝑥 = max{𝑅, 𝐺, 𝐵} , 𝑉𝑚𝑖𝑛 = min{𝑅, 𝐺, 𝐵}

RGB 空間では概ね 1 本の直線上にのるという特徴 ( 図 1) がある。これは、影領域と日向領域とは

𝑉𝑚𝑎𝑥 −𝑉𝑚𝑖𝑛

明るさは異なるが RGB の比率がほとんど変化しないことを意味する。この特徴を用いて RGB 空
間の色ベクトルが類似するものを日向と影のペアと判定する。影領域の色𝑆={2−(𝑉𝑚𝑎𝑥 +𝑉𝑚𝑖𝑛 )Bは、図 1 の陰領域のクラR

スタを RGB 空間内の色

図 1 RGB 空 間 の 日ベクトルに沿ってシフト

向・影領域(V ≤ 0.5 の時）(V > 0.5 の時）

𝐺−𝐵𝜋∙
𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛 3
𝐵−𝑅
𝜋 2𝜋
∙ +
𝐻=
𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛 3
3
𝑅−𝐺
𝜋 4𝜋
∙ +
{𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛 3
3

日向領域
a
影領域 b
G
c
d

を日向領域に合わせるにさせる。

𝑉𝑚𝑎𝑥 +𝑉𝑚𝑖𝑛
𝑉𝑚𝑎𝑥 −𝑉𝑚𝑖𝑛

⋯⋯ [

])

(𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝑅の時)
(𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝐺の時)
(𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝐵の時)

昼光下で撮影した赤い積み木の画像（図 2 ）にクラスタ数を 3 としてク

しかしながら、この手法には以下の課題がある。ラスタリングを行うと影
一つ目は、類似の色領域に分割すると、影の領域 と遮蔽物体の領域を分離の一部が遮蔽物体と同じ領域になるという点であ することができた（図 3 ）。
る。二つ目は、影領域の色は遮蔽物体の色味の影 なお、図 3 では RGB 空
響を受けているため、 RGB 空間で日向領域に近 間でのクラスタリングをい色ベクトルにはならないため、影と日向のペア 行う既存手法の結果も、を正確に得られないという点である。三つ目は、 比較のため示す。既存手影を除去した領域と元々の日向領域の間に擬似的 法（図 3(a) ）では、影領

図2 実験画像なエッジが生じるという点である。この理由は、 域の一部が遮蔽物体と同じ色領域に分割されてい図 1 において影領域の c は画像上では日向領域の る。

-211-

かになったが、明度差は残ったままである。フィルタのサイズを複数段階に変化させたが結果は大差なかった。また、図 5 において、積み木で挟まれた影領域の一部にあった赤味が図 6 では目立たなくなっているという副次的な効果も見られた。
なお、上記(1)~(3)に関し、同一の被写体で光源の色を電球色に変えた画像においても同様の結果(a) 既存手法(b) 提案手法が得られた。

図3 クラスタリング結果
以上、影領域に遮蔽物体の色味が反映されてい(2) 影と日向領域の対応付け
影と日向領域は、同一の物体領域であれば彩度が近いことから、 (1) で得られた３つのクラスタ（暗い領域、中程度の明るさの領域および明るい領域）においてすべての組み合わせの中から彩度の差が小さいクラスタ同士を影領域と日向領域のペアと判定する。さらに、明度が高い方を日向領域、低い方を影領域のクラスタとする。図 4 に対応付け後の結果を示す。暗い領域を影領域、明るい領域を日向領域と判定された。
この対応関係に基づいて、影領域と判定されたクラスタの色を日向領域のクラスタの色に合わせた結果（影除去結果）を図 5 に示す。

る場合に、日向・影領域では彩度の変化が小さいという特性に着目し影領域を除去する手法を提案した。実画像に適用した結果、 (1) 影と遮蔽物体
領域の分割、 (2) 影と日向領域の対応付けについては効果が見られたが、 (3) 影除去によって生じた擬似輪郭の除去に関しては目立った効果は得られなかった。その理由は、影領域の色を色空間内
で色ベクトルに沿って日向領域の色に平行移動させることで影除去を行っているためである。メディアンフィルタは注目画素を周辺 N × N 画素の中央値に置き換える処理であり、画像内の孤立点等を除去する効果はあるが、図 5 の画像のように明度差のある領域が数画素に及ぶ幅をもっている（面積が大きい）場合には効果が小さい。また、

日向領域

幅が狭かったとしても、輪郭が目立たなくなるだけであり、本質的に遮蔽物体がない場合の日向領
域の色を再現していることにはならない。この(3) の課題については、画像空間上での隣接関係を考慮した手法の検討が必要である。

影領域
図4 影、日向の対応付け

図5 影除去結果[ 参考文献 ][1] 馬場雅志，椋木雅之，浅田尚紀 ，” 色分布の

(3) 擬似輪郭の除去

クラスタ解析による実写画像からの陰影除図 5 の影除去結果における擬似輪郭は、日向の色に合わせた影領域が、元々の日向領域よりも明去 ”， 画像電子学会誌，vol.33, no.4-B,

るくなったために生じたと考えられる。この擬似pp.531-538, 2004

輪郭は主に明度方向の違
３．代表的な研究成果

いであることから、明度成分にメディアンフィル〔学会発表〕（計１件）

タを適用する。なお、既[1] 川村春美，高彩度物体による色つき陰影の抽存手法では、 RGB の出と除去手法の検討，第 50 回画像電子学会

個々の成分にメディアン

年次大会，査読無， G6-1

フィルタを適用している。
メディアンフィルタ適

図6 メディアンフ

用後の結果 ( 図 6) より、

ィルタ適用結果

擬似輪郭の輪郭線が滑ら-212-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 31 日現在

研究課題名：臨機応変な交通政策を可能にする現況再現性の高い道路リンクの交通量を推定する方法
研究代表者：島川陽一
小区分：社会システム工学関連
１．研究計画の概要

データが必要であり、これは課題研究費では購入

本研究では現在の状況に近い交通量（以下現況 することができないため、実施をあきらめた 。）
テーマ①で使用する PT 調査データについては交通量）を推定する方法を開発する。公的な政府統計を用いる従来手法を基礎として，近年得られ 首都圏で調査が実施された平成17年と22年のデー
るようになった新しいデータを活用する。従来の タを以前採択された科研費で入手済みである。申交通量推定手法ではある時点の起終点交通量を経 請者の以前の研究ではこのデータを用いて首都圏
路別に道路リンクに配分することにより各リンク 全ての道路ネットワークに配分してきた。この方の交通量を推定している。推定リンク交通量は元 法がそれほど精度よく推定できないことは申請書になる起終点交通量を調査した時の交通量と考え でも述べた通りである。本研究ではこれを市区町てよい。申請者が行ってきた研究では実測リンク 村単位の部分的な道路ネットワークに時間別に配
交通量を用いて現況再現性を向上させているが現 分することとした。スケジューリングの考え方を況の再現とは言い難い。そこで本研究では衛星画 応用して行う。本年度の研究では実際に時間帯別像から得られるタイムラグの小さいデータで現況 の配分まではできなかったが、代表的なスケジュ
交通量を推定する。既存の方法では数か月から数 ーリング手法である Max-Plus を交通の問題に応用
年前の交通状況しか推定できないが，提案手法で する予備的な検討は行った。〔雑誌論文〕で示しはこのタイムラグは数時間となる。この研究によ た論文はこの成果である。
サブテーマについては専攻科 2 年生の反町拳志って交通事故・工事や交通規制による道路のサービスレベルの日常的変化や自動車に起因する大気 朗君を中心に進めた。携帯電話の位置と加速度情
汚染物質の排出量の日々の変化の把握だけでなく，報から統計的な傾向と補正方法についての知見を臨機応変な交通安全政策の実施にも利用すること 得るのが目的である。位置情報については NTT よが可能になる。

りかなり詳細なデータが販売されているが、これ以上に示した研究の目的を達成するために本研 は高額のため利用できない。そこで SNNで流通し
究は 2 つのテーマと 1 つのサブテーマで構成した。ているテキストデータに含まれる統計的傾向と補テーマ①は従来手法を基礎に現況再現性を向上さ 正の方法について検討を行った。この方法だと予せる方法の検討と限界を明らかにすることを目的 算があまりかからないためである。〔学会発表〕とする。テーマ②では衛星画像を用いて現況交通 に示した発表論文はこの成果である。（発表内容
量を推定する方法の開発が目的である。サブテー は非常に好評で表彰された。また、フルペーパー
マでは IoT 機器によるデータ取得の過程で発生す で投稿をすすめられているが、まだ着手できている誤差の性質を明らかにする。 PT 調査の傾向誤 ない 。
）
差の性質を明らかにする実測調査も行う。

最後に配分された研究予算の使用状況を報告しておく。研究予算からは国際会議参加のための必２．課題研究の進捗状況及び達成度

要経費の一部を支出した。未使用に終わった約28

前節で研究全体の概要及び研究の構成を示した。万円は返納した。
この計画は科研費をベースとした 3 年間の研究計画であったのですべては着手できなかった。実際 ３．代表的な研究成果に研究として進めたのはテーマ①とサブテーマで 〔雑誌論文〕（計１件）
ある。（テーマ②については高解像度の衛星写真 [1] Kyohei Sagawa, Yoichi Shimakawa, Hiroyuki Goto,-213-

Two-level priority scheduling framework in a
max-plus linear representation, SICE Journal ofControl, Measurement, and System Integration, 査
読有, 14/ 2, 97-103(DOI
10.1080/18824889.2021.1894886)〔学会発表〕（計１件）[1] Kenshiro Tammachi, Taiki Otsuka,Yoichi
Shimakawa, Hiroyuki Goto, A Proposal for a
Method to Evaluate the Impact of SNS on theMarket, Proceedings of the International
Conference on Industrial Engineering andOperations Management Manila, 査読有,
ID.26Philippines, March 7-9, 2023

-214-

課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 31 日現在

研究課題名：交流的に使用する電池とコッククロフト-ウォルトン回路による電源容量向上，および実証試験
研究代表者：米盛弘信
小区分：電力工学関連
HYBRID 200F 3.8V）を 2 並 6 直接続して，従来の１．研究計画の概要
本研究は，世界初の独立型交流電池に接続する

2 倍の容量とした。

昇圧型整流回路（コッククロフト - ウォルトン回路や倍電圧整流回路）の性能向上，および提案する電源システム（交流電池 + 倍電圧整流回路）を
小型モビリティ等へ実装した際における駆動時間の評価を目的とする。目的達成のために，交流電池部におけるスイッチング回路の最適化，および倍電圧整流回路の高性能化を図る。そして，従来の直流方式と比較して，電池に蓄電されたエネル
ギーを最大限使用できることを示す。
図1

小型ロボットへ搭載した電源回路

２．課題研究の進捗状況及び達成度
研究成果の中から代表的な一例を示す。達成度
としては，概ね順調であった。
➢

小型移動体へ実装した際における評価
図 1 は，小型移動体（自作ロボット）へ搭載した電源回路である。実験に供した自作ロボットは，
市販のロボット掃除機のように特定のエリア内を自動で走行し続ける小型移動体である。交流電池
は，放電能力 50C の 2 セル LiPo 電池（ GTFOR
製 : 定格電圧7.4V，充電上限電圧 8.4V， 5200
mAh）を 2 直接続し，その中間電位を Biode として再現する。次に，電源の正電源側をハイサイド(a) 2 個直列による電圧変動

MOS-FET ，負電源側をローサイド MOS-FET によりスイッチングする。スイッチング素子には，インフィニオン（ BSC012n06NSATMA1 ）を使用した。ゲート制御は，ゲートドライブIC（ IR2302 ）によりハイサイド，ローサイドのゲー
ト制御を行う。また，デッドタイムはゲートドラ
イブ IC(IR2302) により約 540nsec が設けられている。ゲートドライバに入力される信号は，マイコン（PIC16F1827）により生成された 10kHz の矩形波信号を使用する。以上の回路で発生した矩形波
交流は， EDLC を使用した倍電圧整流回路で昇圧・整流・平滑が行われた後，直流出力される。
倍電圧整流回路の構成は， EDLC （ AP LITH(b) 交流電池を模擬した電源回路の電圧変動
図2

-215-

電圧変動試験による実験結果

図 1 の回路評価として，実験用のロボットを自 図 4 の改良した電源と比較実験を行う。
図 5 は，従来の電源回路と改良した電源回路に作して動作実験を行う。電池は満充電されたリチ

ウムイオン電池（4.2V）を使用する。 2 本直列の て負荷試験を行った結果である。改良した電源回
電池， 2 本並列の電池＋電源回路，それぞれのロ 路では，従来の電源回路と比べ 0A 時から1.5A時
ボットを30分間動作させて電圧の変動を記録する。までどの電流値においても 1.5V以上高くなってい記録には，自作したデータロガーを使用する。

ることがわかる。したがって，ダイオードの順方

図 2 は，ロボットを動作させている際のバッテ 向電圧による電圧降下を軽減することができた。
リ電圧である。 (a) は 2 本直列にした際のバッテ また，従来の電源回路に比べ，より多くの電力を
リ電圧， (b) は 2 本並列＋電源回路のバッテリ電 取り出すことができた。
圧である。 (a) に比べ (b) では電圧の減少が緩やかであることがわかる。したがって，長時間駆動には (b) が適することが示唆される。
➢

交流電池部におけるスイッチング回路の最適化
図 3 は，新たに考案した同期整流型の電源回路である。同回路は，従来の電源回路における倍電圧整流回路のダイオードをスイッチング素子に変え，ハーフブリッジインバータに同期して整流を行う回路である。回路の動作としては，インバー

図3

考案した同期整流回路

タのハイサイド側（SW1）を導通させると同時に整流回路の上側のスイッチング素子（SW3）を導通させる。同様に，インバータのローサイド側（SW2）を導通させると同時に整流回路の下側のスイッチング素子（SW4）を導通させる。この回
路によりダイオードの順方向電圧による電圧降下を克服できると考えた。しかし，回路規模が大きくなるという問題や，スイッチング素子が増える
ことにより損失が大きくなる問題が想定される。

図4

簡略化した回路

図5

比較実験の結果

そのため，回路の簡略化を行い，図 4 のような回路構成とした。回路の構成としては，上側のスイッチング素子（SW1）を導通させ上側のコンデン
サを充電する。同様に，下側のスイッチング素子（SW2）を導通させ下側のコンデンサの充電を行う。上側，下側のスイッチング素子を交互に導通させることで，バッテリの並列的な使用を実現する。
図 4 に示す簡略化した電源回路を実際に製作し，負荷試験を行う。スイッチング周波数は 10kHz に設定し， duty 比は 50% とした。電源は直流安定化
電源（ TEXIO OW18-3AD ）を使用した。直流安定 ➢

従来の直流方式と比較

化電源の設定は負電圧・正電圧ともに CV ：図 4 の交流電池を模擬した電源回路と自作の

5V ・ 3A とした。電子負荷（ GWINST- EK

DC-DCコンバータ（変換効率：負荷電流 0.5A時

GPP-4323）を用いて 0A から1.5Aまで 0.1 A ずつ

85% ， 5A 時 73% ）を用いて比較実験を行う。実

電流を上げていったときの電圧変動を記録する。 験内容は，以下の (1) ～ (3) とし，電子負荷を用
図 1 の従来型電源回路でも同様に負荷試験を行い，いた負荷変動試験を行う。そして， 3 つの方法で-216-取り出すことができた電力量 [Wh] を比較する。
電子負荷の設定は負荷変動モード (0.5A ・ 1s ，
1.0A・ 1s ，1.5A・ 1s) に設定した。使用するバッ
テリはリチウムイオンバッテリ（ KEEPPOWER
製）定格 3.7V2000mAh とした。以下に詳細な実験条件を示す。
(1) 実験 1 （直列接続方式）
リチウムイオンバッテリを 2 本直列接続して
7.4V・ 2000mAh とし，放電電力量を測定する。
(2) 実験 2 （DC-DCコンバータ方式）
リチウムイオンバッテリを 2 本並列接続して
3.7V・ 4000mAh とし，DC-DCコンバータで

図8交流電池を模擬した電源回路の測定結果(1) 直列接続方式 : 12.13Wh

7.4Vに昇圧した際の放電電力量を測定する。 (2) DC-DCコンバータ方式 : 10.62Wh(3) 実験 3 （交流電池を模擬した電源回路）(3) 交流電池を模擬した電源回路 : 14.04Wh

リチウムイオンバッテリを 2 本直列接続し，

すなわち， (3) の提案回路が最も多く電力を得中間電位を Biode とする。そして，交流電池 ることができた。
を模擬した電源回路でバッテリを等価的に並 ➢列使用した際の放電電力量を測定する。

倍電圧整流回路に使用する EDLC の選定
本実験では，高効率な電源システムを実現する

図 6 は直列接続時の測定結果，図 7 はDC-DCコ ために，倍電圧整流回路に使用する 1000F-10 直列
ンバータを使用し昇圧した際の測定結果，図 8 は の EDLC の特性を調査し，先行実験で調査した交流電池を模擬した電源回路を使用した際の測定

400F-9 直列の EDLC の特性と比較することで，結果である。以下の (1) ～ (3) に取り出すことのEDLC の選定方法を確立する。
図 9 に倍電圧整流回路の C が 1000F-10 直 EDLC

できた電力量を示す。

使用時の電力変換効率，図10に 400F-9 直 EDLC 使用時の電力変換効率を示す。図 9 を見ると，10kHz 時が最も高効率であり，他の周波数は全体的に効率が低いことがわかった。また，図10の400F-9 直列の EDLC を使用したときと比べて変換効率の最高値が低いことがわかった。
異なる EDLC を使用した際に変換効率が変わる
理由として，各 EDLC の ESR が関係していると思われる。そこで， NF 回路製 FRAで ESR を測定し，変換効率と ESR の関係を明らかにする。測定の結図6

直列接続時の測定結果

果， 1000F10 直ユニットの場合， 10kHz 付近の
ESR が低くなっており，図 9 の最も電力変換効率が高い周波数と一致した。一方， 400F9 直ユニットの場合は，高周波になるにつれて ESR が増加しており，図10の電力変換効率の高低順と一致していた。すなわち，提案回路で高効率化を実現する
ためには， ESR が低い EDLC を使う必要があるということがわかった。また，交流電池のスイッチ
ング周波数は，倍電圧整流回路に使用する EDLCの ESR が低い周波数を選定すべきであることが明らかになった。

図7

DC-DC コンバータの測定結果-217-

Conversion Efficiency[%]100

八王子市学園都市センター

95(5) 津田浩平，米盛弘信：“交流電池を用いた電90源システムの動作特性 ”， 第14回大学コンソ

85
80

10kHz

1kHz

100Hz

100kHzーシアム八王子学生発表会要旨集， PA7-19，
査読無（ 2022-12 ）優秀賞

7570(6) 荒巻匡洋，米盛弘信：“独立型交流電池にお6560ける交流直接充電時の経時的な充電特性 ”，
0.0

図9

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Load Current[A]

3.0

3.5

4.0

第14回大学コンソーシアム八王子学生発表会
要旨集， C128 ，査読無（ 2022-12 ）(7) 新倉1000F-10 直EDLC使用時の電力変換効率100

Conversion Efficiency[%]（ 2022-12 ）径，米盛弘信：“倍電圧整流回路の入出力電力に及ぼすスイッチング周波数の影

95響 ”， 第14回大学コンソーシアム八王子学生

9085

発表会要旨集， D136 ，査読無（ 2022-12 ）80(8) 松崎恵太，米盛弘信：“交流電池を模擬した

75

10kHz
100Hz
10Hz

70
65
60

電源回路の改良 ”， 第14回大学コンソーシア

1kHz
5kHz

ム八王子学生発表会要旨集， C124 ，査読無（ 2022-12 ）

0.0

図10

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Load Current[A]

3.0

3.5

4.0

(9) 津田浩平，米盛弘信：“交流電池に接続する
倍電圧整流回路の電力変換効率 ”， 2022年

400F-9直EDLC使用時の電力変換効率（第40回）電気設備学会全国大会講演論文集，
査読無， pp.226-227 ，関西大学（ 2022-09 ）(10) 荒巻匡洋，米盛弘信：“独立型交流電池にお３．代表的な研究成果

ける交流直接充電時の充電波形 ”， 2022年〔学会発表〕（計13件）(1) 津田浩平，米盛弘信：“交流電池に接続する（第40回）電気設備学会全国大会講演論文集，

倍電圧整流回路の改善案 ”， 2022年（第 4査読無， p.410 ，関西大学（ 2022-09 ）全国回）電気設備学会学生研究発表会プログラ

大会優秀発表賞

ム・予稿集， B-2 ，査読無， pp.29-30 ，八王 (11) 新倉子市学園都市センター（ 2022-12 ）準優秀

径，米盛弘信：“倍電圧整流回路に使用する電解コンデンサの選定 ”， 2022年（第40回）電気設備学会全国大会講演論文集，査賞(2) 荒巻匡洋，米盛弘信：“疑似的な交流電池に読無， p.411 ，関西大学（ 2022-09 ）対して交流直接充電を行った際の充放電特(12) 松崎恵太，米盛弘信：“交流電池を模擬した性 ”， 2022年（第 4 回）電気設備学会学生研

電源回路の設計 ”， 2022年（第40回）電気設究発表会プログラム・予稿集， B-4 ，査読無，備学会全国大会講演論文集，査読無， p.414 ，pp.33-34 ，八王子市学園都市センター

関西大学（ 2022-09 ）（ 2022-12 ）準優秀賞(3) 新倉(13) Kohei TSUDA, Hironobu YONEMORI ：“A径，米盛弘信：“倍電圧整流回路に使Proposal of Charge/Discharge Circuit for

用する静電容量の異なる EDLC の比較 ”，

Stand-alone AC Battery and Charge/Discharge

2022年（第 4 回）電気設備学会学生研究発表

Characteristics ”， International Power会プログラム・予稿集， B-3 ，査読無，Electronics Conference 2022 （IPEC2022 ），pp.31-32 ，八王子市学園都市センター

ECCE ASIA, Student Poster Competition ，（ 2022-12 ）16-1P23 ，査読無， Himeji ， Japan(4) 松崎恵太，米盛弘信：“交流電池を模擬した
電源回路の積算電力による比較 ”， 2022年（第 4 回）電気設備学会学生研究発表会プロ
グラム・予稿集， A-6 ，査読無， pp.11-12 ，-218-（ 2022-05 ）課題研究費実績報告書
令和 5 年 3 月 31 日現在

研究課題名：Background Oriented Schlieren 法の高感度かつ境界層を含む密度分布測定に向けた実験装置の構築と測定装置に関する検討
研究代表者：廣瀬裕介
小区分：流体工学関連
１．研究計画の概要

次に，衝撃風洞に関して記述する．衝撃風洞と本研究では，超音速流中にある円錐や球体とい はタンクに貯蓄した高圧ガス（現在はコンプレッった超音速飛行が考えられる模型周りに発生する サにより圧縮した空気）を急激に放出することで密度変化を境界層も含めた高感度定量計測するこ 超音速流や衝撃波を発生させる装置である．昨年とを実現する．そのため， Background Oriented

度の実験により，本風洞の衝撃波マッハ数が 1.4

Schlieren 法を改良した新たな計測法である程度である実験結果が得られている．本年度はこDouble-Pass Background Oriented Schlieren 法を考案 のマッハ数を向上させるための先細末広ノズル
した．本研究では考案した新たな計測手法に関す （ラバルノズル）の設計と設置に力を入れた．まる実験を遂行するための装置の構築し，その性能 た，今後，ノズル背後に設置する模型周りの衝撃試験を実施することを目的としている．

波を可視化するためのシュリーレン法の構築にも挑戦した．

２．課題研究の進捗状況及び達成度

先細末広ノズル（ラバルノズル）の設計には上述した装置の具体案として，バリスティックNASA の MOC Nozzle Simulator

レンジと衝撃風洞の 2 種類が挙げられる．各装置 （ https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/mocno
za.html ）を使用した．このシミュレータはノズルに関する進捗状況を以下に記す．

まず，バリスティックレンジについて説明する．の入口直径やマッハ数を入力することにより，理
これは電気エネルギにより飛翔体を射出する装置 想的な加速長さを考慮したノズルをシミュレートのことを表しており，2020年度まではスイッチン することが可能である．今年度は出口マッハ数をグのためにサイリスタを使用していたが，より高2.0 として設計をした．この設計したノズルはい電圧に耐えられる絶縁ゲート型バイポーラトラ

3D CAD である Autodesk Inventor により三次元デンジスタ（ IGBT ）を採用したところ，不具合が ータに変換し， 3D プリンタにより製作した．ノ解消され，安定したスイッチングが可能となった．ズル出口のマッハ数測定のために，レイリーのピ改良した回路を用いて飛翔体の射出実験も実施し トー公式を応用したところ， 3.0 前後のマッハ数ている．コンデンサの充電電圧を 150 V ，飛翔体 が測定された． 3.0 というマッハ数が測定されたのサイズを 5 × 5 × 5 mm とした．加速用のレー 原因として，ノズル入口に必要な貯気槽が形成さ
ルはアルミニウム，飛翔体は銅を採用したことに れていないと考えた．これはノズル入口にラップ
より，昨年度発生した溶着による減速を可能な限 フィルムを設置することにより解決可能なため，り防いだことにより，射出に成功した．飛翔体の 来年度はラップフィルムの設置を検討している．
速度はハイスピードカメラで撮影したところ約

シュリーレン法とは流体の可視化法の一つであ

35 m/s であることがわかった．使用しているコン り，流体の密度変化に伴う屈折率変化を取得する
デンサは定格が 400 V であるため，来年度は 400

方法である．この手法は光源，凹面鏡，カメラなV での充電と射出と実施する予定である．また， どによって光学系が構築され，凹面鏡の焦点距離
レール間距離が現状，操作者の「感覚」で調整す により測定感度が，凹面鏡の直系により測定範囲る必要がある．この調整を電子的・機械的に制御 を制御可能である．しかし，シュリーレン法は定し，同条件で実験できる環境づくりの構築も検討 性的な測定法であるため，具体的な密度変化・屈している．

折率変化の数値は測定不可である．一方で，本手法は感度が高い測定法として知られている．今年-219-

度は凹面鏡の焦点距離が 500 mm において測定可 [4] 森田迅亮，米盛弘信，廣瀬裕介，電磁加速を能な範囲を取得することを目的とした実験を実施

用いた小型バリスティックレンジの開発及びした．測定対象はエアコンプレッサからの空気の性能試験， 第 34 回電磁力関連のダイナミクス ，流れ，ろうそくに加熱された空気の流れ，ジメチ

11C1-3 ，発表日2022年 5 月11日．

ルエーテル（エアダスタ）の流れである．結果と [5] 山岸雅人 , 廣瀬裕介 , 太田匡則 , 広範囲密度
して，ろうそくに加熱された空気の流れ，ジメチ

場計測へ向けた 3D-BOS 法の基礎特性 , 第54ルエーテルの流れは可視化可能であることが分か

回流体力学講演会／ 第 40 回航空宇宙数値シミった．エアコンプレッサからの空気の流れは他のュレーション技術シンポジウム , 1A10, 発表

条件と比較して密度変化が小さいことが可視化不日2022年 6 月29日．

可の理由として考えられる．しかし，構築したシ [6] 杉田隼斗，廣瀬裕介，超音速飛翔体のためのュリーレン光学系を衝撃風洞の出口に設置するこ

光センサによる速度計測装置開発， 第 14 回大とを検討しているため，現在よりも測定感度を向学コンソーシアム八王子学生発表会 , C131,

上させる必要がある．感度向上のためには凹面鏡

2022年12月 3 日．

の焦点距離を伸ばす必要がある．また，衝撃風洞 [7] 木村駿斗，廣瀬裕介，超音速流中にある円錐の高圧ガスの種類を空気からヘリウムなどの空気模型周りの温度分布シミュレーション， 第 14とは密度が異なる気体を採用する必要がある．来

回大学コンソーシアム八王子学生発表会 ,年度は改良したシュリーレン光学系をノズル出口

C133, 2022 年12月 3 日．

に設置し，流れを可視化することを計画している．[8] 河地悠馬，廣瀬裕介，空き瓶パルスジェットエンジンの性能試験， 第 14 回大学コンソーシ

アム八王子学生発表会 , C135, 2022年12月 3 日．

３．代表的な研究成果〔雑誌論文〕（計 1 件）

[9] 山岸雅人，廣瀬裕介，太田匡則，細野陽太，[1] Y. Hirose, M. Yamagishi, S. Udagawa, T. Inage, Y.

大谷清伸，永井大樹，弾道飛行装置を用いた

Tagawa and M. Ota, Double-Pass Imaging

再突入カプセル模型周りの密度場計測，2022

Background-Oriented Schlieren Technique for

年度衝撃波シンポジウム ， 2A1-1 ，産業技術

Focusing on Measurement Target, Experiments in

総合研究所，2023年 3 月．
[10]
森田迅亮，廣瀬裕介，電磁加速を用いた小型
Fluids(2023/3/10 提出，査読有 ).
バリスティックレンジの性能試験， 第 14 回大学コンソーシアム八王子学生発表会 , PA3-07,
2022年12月 3 日．
〔学会発表〕（計13件）[11] 渡辺堅信，東條将也，⻑⾕川蒼，⽯橋歩武，[1] Jinsuke Morita, Hironobu Yonemori and Yusuke
⼭岸雅⼈，廣瀬裕介，稲⽑達朗，宇⽥川真介，
Hirose, Development and Performance Test of
太⽥匡則，⽔素 / 空気を燃料とした PDE の連
続運転に向けた試⾏実験および光ファイバー
Ballistic Range using Electromagnetic Acceleration,
による⽕炎の検出，2022 年度衝撃波シンポジ
IPEC2022, 査読無, 16-1P13, Himeji, Japan (Mayウム ， P-08 ，産業技術総合研究所，2023年 32022).
月．
[2] Masato Yamagishi, Yusuke Hirose, Shinsuke[12] 井上悠，⽯橋歩武，本多航樹，⼭岸雅⼈，廣瀬裕介，太⽥匡則，稲⽑達郎，宇⽥川真介，Udagawa, Tatsuro Inage and Masanori Ota
光軸を傾けて設置したテレセントリック BOS“Three-Dimentional Densyty Measurement Using
光学系による矩形断⾯衝撃波管内を伝播する
Simultaneous Multi-Angle Bos Measurement
⾮定常衝撃波の可視化計測の試み，2022 年度
System in A Supersonic Wind Tunnel” PSFVIP-13.
衝撃波シンポジウム ， P-11 ，産業技術総合研究所，2023年 3 月．
[3] Yutaro Katagiri, Nao Kosaka, Masato Yamagishi,[13] ⽯橋歩武，井上悠，本⽥航樹，⼭岸雅⼈，廣Yusuke Hirose, Masanori Ota, Masayuki Nomura,
瀬裕介，太⽥匡則，稲⽑達郎，宇⽥川真介，Koji Fujita, Kiyonobu Kiyota and Hiroki Naga
Background Oriented Schlieren 法において観測
対象のデフォーカスが密度場再構築に与える“High Accurate Density Measurement of Transonic
影響，2022 年度衝撃波シンポジウム ， P-12 ，Flow Field Around The Reentry Capsule Model”
産業技術総合研究所，2023年 3 月．
PSFVIP-13.

-220-

〔その他〕（計 2 件）
[1] 第14回大学コンソーシアム八王子学生発表会
座長・審査員[2] 2022年度衝撃波シンポジウム

座長

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2018年度 教員研究活動報告【一般教育科（理系）】伊藤光雅【口頭発表・ポスターセッション】
1) 伊藤光雅, サレジオ高専でのプロジェクト活動を通したグローバル人材育成教育, PMI 日本フォーラム 2018(学術総合センター) 第 74 回年次大会, No.E-2, p.44, 20182) 伊藤光雅, 市村洋, セルゲレン・ムンフ・オチル, スマートビデオ会議サービスを用いたサレジオ

高専とモンゴル高専との物理学の遠隔授業の事例展開, 日本工学教育協会, 第 66 回工学教育講演会（名古屋工業大学）, 講演番号 3F17, 2018【その他】
1） 伊藤光雅, 高専と海外教育機関連携のアクティブラーニングを用いた職業教育の実践と成果分析,
日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(C) 課題題研究番号 15K01048, 2017 年度実績
報告書, 20182） 伊藤光雅, 高専と海外教育機関連携のアクティブラーニングを用いた職業教育の実践と成果分析,
日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(C) 課題題研究番号 15K01048, 研究成果報告書, 2019

真島裕樹【口頭発表・ポスターセッション】
1) 真島裕樹, 質量ゼロの散逸系の量子化, 日本物理学会第 74 回年次大会, 16pS-PS-31, 2018小林和也
【論文・研究紀要】
1) Kazuya U. Kobayashi, Rei Kurita, Unstable yet static initial state: A universal method for studying

Rayleigh-Taylor instability and lock exchange, Physical Review Fluids 4, 013901, 2019, 査読有【口頭発表・ポスターセッション】
1) 小林和也, 栗田玲, 液体系・粉体系における重力不安定性の共通性, 日本物理学会

2019 年第 74

回年次大会, 14aG109-5 , 20192) 小林和也, 栗田玲, 液体系・粉体系におけるレイリーテイラー不安定性の共通性, 第 8 回 ソフト

マター研究会, P21, 2018
3) Kazuya U. Kobayashi, Rei Kurita, Close relation for the gravitational instability between a physical gel andgranular material, Soft matter physics: from the perspective of the essential heterogeneity, P13, 2018

-222-

4) Kazuya U. Kobayashi, Rei Kurita, Thermal convection dynamics in a well-mixed two component fluidwith concentration dependent viscosity, International Conference on Advances in Physics of Emergent
orders in Fluctuations, B63, 20185) 小林和也, 栗田玲, 複雑流体における初期不安定性の直接観察, 日本物理学会

2018 年秋季大会,

11aM201-11, 20186) 小林和也, 栗田玲, Lock exchange の無撹乱実験, 日本物理学会

2018 年秋季大会, 12aPS-100, 20187) Kazuya U. Kobayashi, Rei Kurita, Experimental observation of an initial instability in complex fluids, The

1st international Symposium on Water on Materials Surface 2018, C-15, 20188) Kazuya U. Kobayashi, Rei Kurita, Unusual thermal convection in a well-mixed two component fluid withlarge viscosity difference, Designer Soft Matter, Poster Presentation 07, e-Booklet p.63, 2018【その他】
1) 小林和也, 栗田玲, 複雑流体における重力不安定性の初期過程観察, 第 17 回 関東ソフトマター研究会, 2018-223-

2018 年度 教員研究活動報告【一般教育科（文系）】
高野修【論文・研究紀要】
1) 高野修, 高等専門学校生運動部員におけるアサーション・スキルの特徴に関する研究―東京都内

高専運動部員を対象として―, 東京体育学研究, (9), p.63, 2018, 査読無2) 水野琳也, 高野修, コート設営における支援器具開発の試みに関する研究, バレーボール研究,20(1), p.76, 2018, 査読無【雑誌・記事】
1) 高野修, 庄司直人, 水野基樹, リーダーのリーダーシップ能力と運動部員の活動意欲との関係, 働

態研究のツール集, pp.80-84, 2018, 査読無真島顕子【論文・研究紀要】
1) 真島顕子, 李盛姫, 川村春美, 大墨礼子, ICT 教材デザインの一考察, 全国高等専門学校英語教育

学会研究論集, 第 38 号, pp.81-90, 2019, 査読有【口頭発表・ポスターセッション】
1) 真島顕子, 李盛姫, 川村春美, 大墨礼子, ICT 教材デザインの一考察, 全国高等専門学校英語教育

学会第 42 回研究大会要綱, p.10, 2018

マルケス・ルイス【論文・研究紀要】
1) Luis A. Marques, The State Building Process in Timor-Leste: A Study of the Theoretical Foundations ofTechnical Education, Complex Emergencies and Humanitarian Responde, Union Press, Chapter 8, pp.147160, 2018, 査読無2) Luis A. Marques, Tomohiro Kojima, Salesian Polytechnic (Salesio) Tokyo (Japan) and the IUS-EAO

Project of partnership with Don Bosco Technical College Mandaluyong (Philippines), IUS 20 Years Book
2018, pp.1-17, 2018, 査読無【口頭発表・ポスターセッション】
1) Luis A. Marques, Theoretical Foundations of Technical Education and the Part They Play in its

Development Process, 日工教第 66 回年次大会, pp.53-68, 2018-224-

2) Luis A. Marques, Human Rights in EAO (Youth and Human Rights – for an Ethic of Confidence, VInternational Seminar – IUS Education Group, pp.1- 6, 2018

山舘順
【口頭発表・ポスターセッション】
1) 山舘順, 内田百閒の初期文章における鉄道, 日本技術史教育学会関西支部 2018 年度研究講演論文集, pp.18-20, 2019,2) 瀬井隼人, 山舘順, 氏家和彦, 大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集, pp.76, 20183) 山舘順, 芥川龍之介「トロッコ」と豆相人車鉄道, 日本技術史教育学会 2018 年度全国大会・研究

発表講演論文集, pp.43-45, 20184) 山舘順, 京漢鉄道と芥川龍之介, 日本技術史教育学会 2018 年度総会・研究発表講演論文集, pp.31-

33, 2018【学内報】
1) 山舘順, 内田百閒と軽便鉄道,サレジオ工業高等専門学校総合メディアセンター報, 第 8 号, pp.17-

20, 2019, 査読無2) 安部多久見, 山舘順,これからの義務教育について, サレジオ工業高等専門学校総合メディアセン

ター報, 第 8 号, pp.9-10, 2019, 査読無【その他】
1) 山舘順, 図書館の本棚から「ちくま日本文学 1 内田百閒」から「特別阿房列車」, サレジオ工業高等専門学校総合メディアセンター報, 第 8 号, p.25, 20192) 山舘順, 図書館の本棚から「ちくま日本文学 1 内田百閒」から「サラサーテの盤」, サレジオ工業高等専門学校総合メディアセンター報, 第 8 号, p.24, 20193) 山舘順, メディア博物館探訪 NHK 放送博物館, サレジオ工業高等専門学校総合メディアセン
ター報, 第 8 号, p.23, 20194) 山舘順, メディア博物館探訪 日本ラジオ博物館, サレジオ工業高等専門学校総合メディアセン
ター報, 第 8 号, p.22, 20195) 山舘順, メディアにむしばまれる若者たち第三回「青少年とインターネットの事例から」, 東洋大学エクステンション講座 B, 20186) 山舘順, メディアにむしばまれる若者たち第四回「ライトノベルの事例から」レジメ, 東洋大学
エクステンション講座 B, 20187) 山舘順, 書評『知覚の宙吊り』, 技術史教育学会誌, 第 20 巻第 1 号, pp.44, 2018-225-

後藤志緒莉【論文・研究紀要】
1) 後藤志緒莉, 増淵恒吉研究の現在, 国語教育史研究, 第 19 号, pp.1-4, 2019, 査読無2) 幸田国広, 後藤志緒莉, 勝見健史, 坂本樹, 藤波利奈, 田中稜, 増淵恒吉文庫目録（抄）について〔資料〕つくば国際短期大学増淵恒吉文庫蔵書目録（抄）, 国語教育史研究, 第 19 号, pp.18-50,
2019, 査読無3) 後藤志緒莉, 増淵恒吉の文学教材指導理論に関する研究―「山月記」報告の「挑戦」の内実と動機を軸に―, 早稲田大学大学院教育学研究科紀要 別冊, 第 26 号-1, pp.129-140, 2018, 査読有【学内報】
1) 後藤志緒莉, 「読むこと」の指導に関する一考察, サレジオ工業高等専門学校総合メディアセン

ター報, 第 8 号, pp.13-14, 2019, 査読無【その他】
1) 後藤志緒莉, 増淵恒吉研究の現在, ことばと教育の会第 353 回月例会, 20192) 幸田国広, 後藤志緒莉, 増淵恒吉の国語教育論の生成と展開, 国語教育史と実践に学ぶ会第 208

回研究会, 2018

宮下大夢
【著書】
1) Hiromu Miyashita, Chapter 6, The Rohingya Issue and an ASEAN-Style Practice of R2P, Complex

Emergencies and Humanitarian Response, Union Press, pp.105-122, 2018
【論文・研究紀要】
1) 宮下大夢, 「保護する責任」規範の現地化―カンボジアによる R2P 担当官の設置を事例に, グローバル・ガバナンス, 第 4 号, pp.68-79, 2018, 査読有【口頭発表・ポスターセッション】
1) 宮下大夢, ロヒンギャ問題への対応に関する比較分析―外部アクターによる政治的圧力と建設的関与に着目して, 日本国際政治学会 2018 年度研究大会プログラム, p.72, 2018【その他】
1) 宮下大夢, ロヒンギャ問題と保護する責任―ミャンマー文民政権および外部アクターの対応に着目して, 日本国際政治学会院生研究会, 2018
2) Hiromu Miyashita, Norm Localization of the Responsibility to Protect in Southeast Asia: Making Mass

Atrocity Prevention More Effective, Public Lecture, Organized by Cambodian Institute for Cooperation andPeace, 2019 March-226-

2018年度 教員研究活動報告【デザイン学科】
比留間真【雑誌・記事】
1) 比留間真, ル・コルビュジエ 絵画から建築へ－ピュリスムの時代・メゾンドミノ模型縮尺 1/30, 東京新聞, 2 月 14 日日刊, p.19, 2018, 査読無【口頭発表・ポスターセッション】
1) 田中大智, 比留間真, コンビニを用いた災害時休憩ステーションの提案, 第 10 回大学コンソーシ

アム八王子学生発表会要旨集, p.99, 20182) 鳥居虎太郎, 比留間真, 日本文化への関心を高める空間の提案, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集, p.99, 2018【その他】
1) 比留間真, メゾンドミノ模型縮尺 1/30, 国立西洋美術館開館 60 周年記念ル・コルビュジエ 絵画から建築へ－ピュリスムの時代展, 東京, 2018李盛姫
【論文・研究紀要】
1) 真島顕子, 李盛姫, 川村春美, 大墨礼子, ICT 教材デザインの一考察, 全国高等専門学校英語教育

学会研究論集, 第 38 号, pp.81-90, 2019, 査読有【雑誌・記事】
1) 李盛姫, 中尾研史, 新マンホールふたデザイン, まちだ広報, 第 1889 号, pp.1-2, 2018, 査読無2) 李盛姫, 中尾研史, 新マンホールふたデザイン決定, GESUIDO 通信, 第 4 号, p.1, 2018, 査読無3) 李盛姫, 中尾研史, マンホールふたの新たなデザインが決定しました, 町田市 Web, 更新日 2018

年 9 月 11 日, 査読無4) 李盛姫, 中尾研史, 町田市の新マンホールふたデザイン, 東京新聞 Web, 更新日 2018 年 9 月 11 日,

査読無5) 李盛姫, 中尾研史, 町田市新マンホールふたデザインに投票しよう！, LIVING まちだ・さがみWeb, 更新日 2018 年 8 月 2 日, 査読無6) 李盛姫, 仲子祐希, その他, ICT 教材における UI デザイン考察, 芸術工学会誌, No.77, pp.052-053,

2018 , 査読有-227-

【口頭発表・ポスターセッション】
1) 真島顕子, 李盛姫, 川村春美, 大墨礼子, ICT 教材デザインの一考察,

全国高等専門学校英語教育

学会第 42 回研究大会要綱, p.10, 20182) 小嶋音色, 李盛姫, 多摩織復興ブランディング, 2018 年度日本デザイン学会秋季企画大会学生プ

ロポジション, 20183) 仲子祐希, 李盛姫, その他, ICT 教材における UI デザイン考察, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会, 口頭発表 No.C137, 2018
【学内報】
1) 李盛姫, 中尾研史, 町田市マンホールふたの新たなデザインに採択, News, サレジオ工業高等専門

学校広報室, 第 141 号, p.03, 2018, 査読無【その他】
1) 李盛姫, 田口敦子, その他, お店の看板まち歩きイベント, 景観マチ・だより#町田で発見, 町田市,

第 1 号創刊特別号, p.8, 2018, 査読無2) 李盛姫, 田口敦子, その他, ワークショップ「お店の看板まち歩き」, 町田市, 2018 年 10 月 28 日

（ファシリテータとして参加）

氏家和彦【口頭発表・ポスターセッション】
1) 大掛千佳世, 氏家和彦, 印刷メディアにおけるイラストの手法-水墨画の表現を活用した印刷メデ

ィアへの展開-, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集, B123, 20182) 木村留華, 氏家和彦, 中学生向けの化学学習のための教材, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学

生発表会要旨集, C136, 20183) 関可南子, 氏家和彦, 幼児（3～5 才）と保護者を対象にした食育ツール, 第 10 回大学コンソーシ

アム八王子学生発表会要旨集, C132, 20184) 中村悠見, 氏家和彦, 複合素材による製品パッケージの分別対策, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集, B122, 20185) 田畑孔暉, 氏家和彦, 認知症予防のための遊具, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要

旨集, T001, 20186) 長谷川歩未, 氏家和彦, 外来種問題に対する認知度向上のためのツール, 第 10 回大学コンソーシ

アム八王子学生発表会要旨集, B121, 2018【その他】
1) 大友優希, 氏家和彦, 小山ガーデン MAP パンフレット提案, 採用, 東京都, 20182) 髙橋瑠璃, 氏家和彦, 八王子国際交流フェスティバルポスター提案, 採用, 東京都, 2018-228-3) 中島春香, 高橋瑠璃, 松田優衣, 佐々木彩佳, 小縣茉以, 髙田麻似, 山口陽楓, 氏家和彦, 地域貢献型情報誌「アレサ」制作, 発行, 東京都, 2018

坂元愛史
【口頭発表・ポスターセッション】
1) NAGAO Akemi, SAKAMOTO Yasufumi, playground equipments for children to be familier with theperiodic table, 日本化学会春季年, 講演番合 3E4-25, 20192) 河村麻希, 坂元愛史, 近所付き合い活性化による活性化によるコミュニティの形成, 第 10 回大学

コンソーシアム八王子学生発表会, 展示発表 No.T002, 優秀賞, 20183) 大久保葵, 坂元愛史, クールビズが暑いと感じる個人向けの製品, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会, 口頭発表 No.C128, 20184) 星明里, 坂元愛史, 愛情を再確認できるベビーベッド, 2018 年度日本デザイン学会秋季企画大会

学生プロポジション, 2018【その他】
1) デザイン学科5年立体系学生14名, 長尾明美, 坂元愛史, 立体周期表の作品展示(5点), 一橋大学小平国際キャンパス内放送大学多摩学習センター, 東京都, 2018～192) デザイン学科1年 小林梨乃, 指導 坂元愛史, ころころどーむ, 夢・乗り物アイデアコンテスト

2018 交通・物流部門賞 優秀賞, 一般社団法人日本機械学会 第27回 交通・物流部門大会(TRANSLOG2018), 東京都, 20183) デザイン学科1年 長野美穂, 指導 坂元愛史, OCTOPUS, 夢・乗り物アイデアコンテスト2018 交

通・物流部門賞 優秀賞, 一般社団法人日本機械学会 第27回 交通・物流部門大会(TRANSLOG2018), 東京都, 20184) デザイン学科1年 平井香帆, 指導 坂元愛史, 卵エレベーター, 夢・乗り物アイデアコンテスト

2018 交通・物流部門賞 優秀賞, 一般社団法人日本機械学会 第27回 交通・物流部門大会(TRANSLOG2018), 東京都, 20185) デザイン学科1年 山﨑ひとみ, 指導 坂元愛史, 医療用エレベーター（来院専用）, 夢・乗り物ア

イデアコンテスト2018 交通・物流部門賞 優秀賞, 一般社団法人日本機械学会 第27回 交通・物流部門大会 (TRANSLOG2018), 東京都, 20186) デザイン学科1年 瀧川早月, 指導 坂元愛史, Bun-Bunヘリカー, 夢・乗り物アイデアコンテスト

2018 交通・物流部門賞 特別賞, 一般社団法人日本機械学会 第27回 交通・物流部門大会(TRANSLOG2018), 東京都, 20187) デザイン学科1年 今村杏, 指導 坂元愛史, 子ども用電気自動車

ChiLco, 夢・乗り物アイデアコ

ンテスト2018 交通・物流部門賞 優秀賞, 一般社団法人日本機械学会 第27回 交通・物流部門大会 (TRANSLOG2018), 東京都, 2018-229-8) 花活布プロジェクト, 新井彩実, 木下シエナ, 木村希, 町田萌, 斉藤天雅, 高橋真希, 坂元愛史, 花

活布用壁掛けプレートの提案と展示, 第15回国際フラワー＆プランツEXPO（IFEX）, 千葉, 20189) 花活布プロジェクト, 新井彩実, 木下シエナ, 木村希, 町田萌, 斉藤天雅, 高橋真希, 坂元愛史, 花

活布用壁掛けプレートの提案と展示, アグリビジネス創出フェア2018, 東京, 2018

谷上欣也
【口頭発表・ポスターセッション】
1) 掛野さくら, 谷上欣也, 乳児のためのベビーチェアとテーブル, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集, C131, 20182) 高澤心太, 谷上欣也, 主婦向けの買い物用バイク, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会

要旨集, B111, 2018【その他】
1) 伊藤万央 他 3 名, 谷上欣也, 織田豊一, 応用技術センタープロジェクト, 第 15 回全国高等専門学

校デザインコンペティション 2018 in 北海道, ""長ら風呂"", 指導教員, 空間デザイン部門出品, 釧路市観光国際交流センター, 北海道, 20182) 上野心 他 3 名, 谷上欣也, 織田豊一, 応用技術センタープロジェクト, 第 15 回全国高等専門学校

デザインコンペティション 2018 in 北海道, ""いんなーらくたま"", 指導教員, 創造デザイン部門
出品, 釧路市観光国際交流センター, 北海道, 20183) 櫻井詠大 他 2 名, 谷上欣也, 織田豊一, 応用技術センタープロジェクト, 第 15 回全国高等専門学

校デザインコンペティション 2018 in 北海道, ""愛川 おやじネス"", 指導教員, 創造デザイン部門
出品, 釧路市観光国際交流センター, 北海道, 20184) 山本啓太 他 2 名, 谷上欣也, 織田豊一, 応用技術センタープロジェクト, 第 15 回全国高等専門学

校デザインコンペティション 2018 in 北海道, ""よるかん半島"", 指導教員, 創造デザイン部門出品, 釧路市観光国際交流センター, 北海道, 20185) 佐藤玄弥 他 5 名, 谷上欣也, 織田豊一, 応用技術センタープロジェクト, 第 15 回全国高等専門学

校デザインコンペティション 2018 in 北海道, ""ATLAS"", 指導教員, 構造デザイン部門出品, 釧路市観光国際交流センター, 北海道, 20186) 櫻井詠大, 谷上欣也, 織田豊一, 応用技術センタープロジェクト, 第 15 回全国高等専門学校デザインコンペティション 2018 in 北海道, ""Modern. TOKYO"", 指導教員, プレデザコン部門創造デ
ザインフィールド優秀賞, 釧路市観光国際交流センター, 北海道, 20187) 梅木千夏 他 1 名, 谷上欣也, 織田豊一, 応用技術センタープロジェクト, 第 15 回全国高等専門学

校デザインコンペティション 2018 in 北海道, ""HAKKEN"", 指導教員, プレデザコン部門創造デ
ザインフィールド出品, 釧路市観光国際交流センター, 北海道, 2018-230-8) 気仙龍ノ介 他 1 名, 谷上欣也, 織田豊一, 応用技術センタープロジェクト, 第 15 回全国高等専門学校デザインコンペティション 2018 in 北海道, ""HUMAN"", 指導教員, プレデザコン部門 AM デ
ザインフィールド優秀賞, 釧路市観光国際交流センター, 北海道, 2018

西野隆司
【口頭発表・ポスターセッション】
1) 中家実咲, 山上茉穂, 西野隆司, アップサイクルのブランド化, 2018 年度日本デザイン学会秋季企画大会学生プロポジション, 20182) 佐藤 伶, 西野隆司, おいしいの視覚化, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会, ポスター

発表 P032, 20183) 新倉萌乃, 西野隆司, ストレスを解消するプロダクト, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発

表会, ポスター発表 P034, 20184) 中家実咲, 山上茉穂, 西野隆司, アップサイクルのブランド化, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会, ポスター発表 P037, 20185) 齋藤徹太, 西野隆司, 環境へ与える傘の廃棄問題, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会,

ポスター発表 P036, 20186) 岩﨑桃子, 西野隆司, 音楽の可視化, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会, ポスター発

表 P055, 2018-231-

2018年度 教員研究活動報告【電気工学科】
加藤雅彦【口頭発表・ポスターセッション】
1) 大嶋俊一, 井上裕之, 加藤雅彦, 桑折仁, 小林隆秀, MgO 基板にろう接した FeSi2 の熱安定性, 第 15回日本熱電学会学術講演会(TSJ2018)予稿集, p.151, 2018
2) Hitoshi Kohri, Takuma Kurishima, Masahiko Kato, Synthesis of tungsten disilicide and its potential as athermoelectric material, Abstracts of the 37th International Conference on Thermoelectrics (ICT2018),
P.116(PDF), 2018
【特許】1) 熱電素子の製造方法, 特願 2018-218700, 小林隆秀, 井上裕之, 加藤雅彦, 2018 年 11 月 21 日出願,

国内

水谷浩
【口頭発表・ポスターセッション】
1) H.Mizutani, R.Ishikawa, and K.Honjo, A Novel Reconfigurable GaN Filter MMIC with Active Reflector,

2018 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), pp.1-3, 2018, 査読有
2) 水谷浩, 本城和彦, 多機能 SPDT デバイスの提案, 電子情報通信学会ソサイエティ大会, C-2-4,

20183) 中丸靖崇, 水谷浩, 瀬下拓也, 石川亮, 本城和彦, 多機能 SPDT デバイスの実証, 電子情報通信学会ソサイエティ大会, C-2-5, 2018

山下健一郎
【論文・研究紀要】
1) Ken-ichiro Yamashita, Yoshiki Kameda, and Shoji Nishikata, A Harmonics Elimination Method Using a

Three-winding Transformer for HVDC Transmission Systems, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRYAPPLICATIONS, Vol.54, Issue 2, pp.1645-1651, 2018, 査読有【口頭発表・ポスターセッション】
1) Ken-ichiro Yamashita, Gai Tsukamoto, Shoji Nishikata, Steady-State Characteristics of a Wind FarmUsing a Line-Commutated Converter High-Voltage Direct Current Transmission System without AC
Harmonic Filters, International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS2018), 2018-232-2) 塚本凱, 山下健一郎, 直流送電システムにおける特殊三巻線変圧器の高調波除去効果に及ぼす巻数比の影響, 電気学会産業応用部門大会, Y-126, 2018
3) Ken-ichiro Yamashita, Shoji Nishikata, Dynamic Performance Analysis of a Wind Turbine Generator

System Using Self-Excited Synchronous Generator for Current-Source Type Wind Farms, International
Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM2018), 2018

渡邉聡
【その他】
1) 篠嵜省吾, 鳥居優介, 八木下和哉, 上田俊樹, 澤井風我, 渡邉聡（指導教員）, 応用技術センタ

ープロジェクト活動, ソーラープレーンプロジェクト, 2017年度日本高専学会活動奨励特別賞受賞（「日本初有人ソーラープレンの開発」に対して）, 2018

風間俊哉
【口頭発表・ポスターセッション】
1) 井組裕貴, 風間俊哉, 斉藤純, 簡易電気自動車キットを用いたものづくり教育 - 自己評価アンケ

ートに基づく授業改善に向けた取り組み -, 日本工学教育研究会第 66 回年次大会講演論文集,
pp.92-93, 20182) 新山彰, 風間俊哉, チェビシェフリンクを用いた多様な運動モードを実現する２足歩行ロボットの提案, ロボティクス・メカトロニクス講演会 2018, 2P1-L09, 2018

井組裕貴
【口頭発表・ポスターセッション】
1) 八木貫太, 井組裕貴, 真空バギング法における TiO2 の低温焼結の提案, 第 10 回大学コンソーシア

ム八王子学生発表会要旨集, p.52, 20182) 上出隆大, 椎名丈, 井組裕貴, 八王子市における超小型モビリティの提案, 第 10 回大学コンソー

シアム八王子学生発表会要旨集, p.53 20183) 井組裕貴, 色素増感太陽電池一体型走行模型の実験教育への検討, 第 79 回応用物理学会秋季学術講演会講演論文集, 19a-PA1-13, 20184) 井組裕貴, 風間俊哉, 斉藤純, 簡易電気自動車キットを用いた ものづくり教育- 自己評価アンケ

ートに基づく授業改善に向けた取り組み -, 日本工学教育研究会第 66 回年次大会講演論文集,
pp.92-93, 2018

-233-

泉吉紀
【論文・研究紀要】
1) 酒井英男, 泉吉紀, 名古屋岳秀, 野垣好史, 卜部厚志, 噴砂の磁化による古地震の年代推定－御館

山館跡と四方背戸割遺跡において, 情報考古学, 日本情報考古学会, 第 24 巻, pp.1-9, 2019, 査読有【口頭発表・ポスターセッション】
1) 泉吉紀, 酒井英男, 野原大輔, 千光寺における探査研究, 日本情報考古学会第 41 回大会講演論文集, pp39-44, 2018【その他】
1) 泉吉紀, 富山の文化財を対象とした探査研究, 日本測量調査技術協会 GIS 部会, 富山, 2018吉田慧一郎
【論文・研究紀要】
1) 三宅慶実, 沢田翔吾, 吉田慧一郎, 電気系学生による生体情報計測に関する研究, サレジオ工業高等専門学校研究紀要第 48 号, pp.21-25, 2019, 査読無【口頭発表・ポスターセッション】
1) 伊藤嶺太, 吉田慧一郎, 菅野峻矢, 画像処理による非接触義手制御技術の開発, 日本福祉工学会第22 回学術講演会講演論文集, pp.63-64, 20182) 住吉佑基, 吉田慧一郎, 運動下における生理学的パラメータのリアルタイムモニタリングに関する研究日本福祉工学会第 22 回学術講演会, 講演論文集, pp.53-54, 20183) 三宅慶実, 吉田慧一郎, 脈波計を用いた心疾患の予防に関する研究, 日本福祉工学会第 22 回学術講演会講演論文集, pp.55-56, 2018
【学内報】
1) 菅野峻矢, 吉田慧一郎, 赤外線カメラ化された汎用一眼レフカメラの生体計測に関する研究, サ

レジオ工業高等専門学校総合メディアセンター報, 第 8 号, pp.5-8, 2019, 査読無-234-

2018年度 教員研究活動報告【機械電子工学科】
森幸男【論文・研究紀要】
1) Satoshi Watanabe, Ryouichi Takaue, Fenghui Yao, Yuji Matsumoto, Hiroyuki Tsukamoto, Naruki

Shirahama, Naofumi Nakaya and Yukio Mori, Effects of 1/f fluctuation music listening on autonomic
nervous system activity, Journal of the Institute of Industrial Applications Engineers, Vol.6, No.2, pp.86-91,
2018, 査読有【口頭発表・ポスターセッション】
1) 多田大希, 中島竜馬, 渡邉志, 白濱成希, 中谷直史, 冨田雅史, 森幸男, 生体リズムに同期した刺激音による自律神経活動の治療システム, 日本福祉工学会第 22 回学術講演会講演論文集, 303,
pp.45-46, 20182)

笠原淳一, 森幸男, 交流式電気磁気曝露による自律神経活動の一考察, 日本福祉工学会第 22 回学術講演会講演論文集, 304, pp.46-47, 20183) 飯田莉玖, 熊澤匠真, 宮本和典, 和田初枝, 森幸男, 図書館における目的作業を促進する BGM の一検討, 日本福祉工学会第 22 回学術講演会講演論文集, 606, pp.115-116, 20184) 渡邉志, 白濵成希, 池上郁子, 塚本博之, 松本有二, 中谷直史, 森幸男, 保健センター活動へのメ

ンタルコミットロボット「パロ」の導入の試み, 日本福祉工学会第 22 回学術講演会講演論文集, 609,
pp.121-122, 20185) Hatsue Wada, Riku Iida, Shuji Ogawa, Kazunori Miyamoto, Yukio Mori, A consideration of effect ofsound environments in libraries, Proceedings of the 6th IIAE International Conference on Intelligent
Systems and Image Processing 2018 (ICISIP2018), SS2-2, pp.183-186, 2018
6) Naofumi Nakaya, Satoshi Watanabe, Yukio Mori, Naruki Shirahama, Takayuki Abe, Kazuo Aoki,

Experimental study on unintended needle dislodgement detection circuit using a non-invasive-type sensor,
Proceedings of the 6th IIAE International Conference on Intelligent Systems and Image Processing 2018
(ICISIP2018), SS2-3, pp.187-192, 20187) Satoshi Watanabe, Toshiro Tsuruta, Naruki Shirahama, Naofumi Nakaya, Yuji Matsumoto, Hiroyuki

Tsukamoto, Yukio Mori, Visualization of subjective evaluation for the participation attitude to the internetof male college students based on visual analog scale, Proceedings of the 6th IIAE International
Conference on Intelligent Systems and Image Processing 2018 (ICISIP2018), SS2-4, pp.193-199, 2018-235-8) Naruki Shirahama, Satoshi Watanabe, Naofumi Nakaya, Yukio Mori, A proposal for new subjective

evaluation analysis method using the visual analog scale, Proceedings of the 6th IIAE International
Conference on Intelligent Systems and Image Processing 2018 (ICISIP2018), SS2-5, pp.200-204, 20189) 和田初枝, 小川修二, 飯田莉玖, 宮本和典, 森幸男, 図書館利用における教育効果を高める音環境に関する一検討, 平成 30 年度工学教育研究講演会講演論文集（第 66 回年次大会）, 3E08, pp.458-459,
201810) 冨田雅史, 森幸男, 雑賀高, エンジニアリング・デザイン教育における知的財産情報の活用, 平成

30 年度工学教育研究講演会講演論文集（第 66 回年次大会）, 1F05, pp.118-119, 2018【その他】
1) 森幸男, 貢献賞受賞, バイオメディカル・ファジィ・システム学会, 20182) 森幸男, 物理的刺激（1/f ゆらぎ音、磁気暴露）による自律神経活動について（招待講演）, 第３

１回エイクレス研究会講演, 2018

𠮷野純一
【口頭発表・ポスターセッション】
1) 渡辺周, 𠮷野純一, 温湿度センサによる農業支援システムの検討, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集, pp.48-49, 20182) 露木啓人, 𠮷野純一, 露地栽培における直流土壌水分センサの検討, 第 10 回大学コンソーシアム

八王子学生発表会要旨集, pp.50-51, 20183) 森タケル, 𠮷野純一, Sigfox を用いた農業支援システムの一検討, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集, pp.104-105, 20184) 宮田凱人, 𠮷野純一, Sigfox を活用した見守りシステム, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発

表会要旨集, pp.106-107, 20185) 安永寿, 𠮷野純一, 同時多点観測可能な土壌水分センサを活用した土壌内水分の浸透および AI による根の伸長成長の可視化, 日本生物環境工学会講演要旨集, pp.208-209 ,20186) 安永寿, 𠮷野純一, 同時多点観測可能な直流抵抗式土壌水分センサを活用した AI による灌水技術の定量化システム, 電子情報通信学会ソサイェティ大会講演論文集, p.307, 2018.
7) 邊見穣, 安永寿, 𠮷野純一, 同時多点観測可能な直流抵抗式土壌水分センサを活用した複数本設置による浸透傾向の可視化, 電子情報通信学会ソサイェティ大会講演論文集, p.308, 2018

黒木雄一郎
【雑誌・記事】
1) 黒木雄一郎, 澤蒔音, 近赤外発光を示す酸化チタンの合成とセキュリティインクへの応用, セラ

ミックス, Vol.53, pp.485-488, 2018, 査読無-236-

【口頭発表・ポスターセッション】
1) 八木勇太, 黒木雄一郎, 分子動力学計算を用いた水和物の融解挙動の解析, 日本セラミックス協会2019年年会予稿集, 1J17, 20192) 澤蒔音, 黒木雄一郎, 二酸化チタンの真性欠陥と赤外発光の関係, 第10回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集CD-ROM, pp.162-163, 20183) 花岡優哉, 黒木雄一郎, フォトルミネッセンス励起スペクトル測定システムの構築, 第 10 回大学

コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.164-165, 20184) 鹿毛涼太, 井上裕之, 黒木雄一郎, R. F.マグネトロンスパッタリングにより成膜した Mg2Si 膜の熱電特性評価, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.166-167,
20185) 樋口凱斗, 黒木雄一郎, 小型簡易分光反射率測定器の製作, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学

生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.176-177, 20186) 村山 大地, 坂口 雅人, 加藤 聖隆, 黒木雄一郎, プラズマによる PTFE の表面処理と FTIR による振動解析, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.178-179,20187) 山口達也, 加藤 聖隆, 黒木雄一郎, 大気圧プラズマ処理装置におけるプラズマ密度分布の分光計

測, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.180-181, 20188) 小泉響輝, 黒木雄一郎, 酸化銅を用いた光伝導セルの作製, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学

生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.182-183, 20189) 八木勇太, 黒木雄一郎, 酢酸ナトリウム 3 水和物における第一原理分子動力学計算, 第 10 回大学

コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.184-185, 201810) 八木勇太, 黒木雄一郎, 分子動力学計算を用いた水和物のエネルギー及び融点の解析, 日本セラミックス協会第 31 回秋季シンポジウム予稿集, 1V09, 201811) 澤蒔音, 黒木雄一郎, 熱処理を行った無添加酸化チタンにおける赤外発光メカニズムの検討, 日

本セラミックス協会第 31 回秋季シンポジウム予稿集, 3W04, 2018

冨田雅史
【口頭発表・ポスターセッション】
1) 深澤拓真, 冨田雅史, 時間管理が困難な人向けの視覚化タイマ付きスケジュール表の開発, 第 10回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集, B116, p.36, 20182) 多田大希, 中島竜馬, 渡邉志, 白濱成希, 中谷直史, 冨田雅史, 森幸男, 生体リズムに同期した刺激音による自律神経活動の治療システム, 日本福祉工学会第 22 回学術講演会講演論文集, 303,
pp.45-46, 2018-237-3) 冨田雅史, 森幸男, 雑賀高, エンジニアリング・デザイン教育における知的財産情報の活用, 平成

30 年度工学教育研究講演会講演論文集（第 66 回年次大会）, 1F05, pp.118-119, 20184) 山口陽楓, 向谷美優, 冨田 雅史, 児童向け講座の指導書, 平成 30 年度工学教育研究講演会講演論

文集（第 66 回年次大会）, 3B08, pp.378-379, 20185) 向谷美優, 澤田陸志, 鈴木翔太, 大黒元暉, 山口陽楓, 冨田雅史, 出前授業のコンテンツ開発と実施, 平成 30 年度工学教育研究講演会講演論文集（第 66 回年次大会）, 3B09, pp.380-381, 20186) 渡邉志, 杉山岳弘, 白濵成希, 中谷直史, 冨田雅史, 森幸男,観光資源「西浦の田楽」の印象についての Visual Analog Scale の応用による主観評価視覚化解析, 観光情報学会第 15 回全国大会, C2-2,
pp.55-56, 2018吉田将司
【論文・研究紀要】
1) 吉田将司, 千葉元, 無線センサネットワークによる淡水と海水の混合海域の観測, サレジオ高専

紀要, Vol.48, pp1-5, 2019, 査読無【口頭発表・ポスターセッション】
1) 水口葵, 吉田将司, 衣服内気候の測定による体調変化の検出法の検討, 電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会, p.48, 20192) 内村哲也, 吉田将司, LPWA を用いた沿岸域環境観測の多点広域化についての検討, 電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会, p.77, 20193) 廣瀬匠海, 吉田将司, センサネットワークを用いた夏季の学習環境調査に関する研究, 電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会, p.43,20194) 西良介, 吉田将司, 小型自律走行車を利用した投擲物回収の検討, 電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会, p.52, 20195) 浪江宏宗, 久保信明, 岡本修, 入江博樹, 吉田将司, 齊藤詠子, 安田明生, 準天頂衛星みちびきを併用した測位実証実験, IEICE 技術報告, SANE2018-170, Vol.118, No.418, pp.99-103, 20196) 水口葵, 吉田将司, 学内における暑熱環境観測システムの検討 －衣服内気候測定による個人の体調変化の観測－, 電子情報通信学会 HCG シンポジウム 2018, B-6-3, 20187) 廣瀬匠海, 吉田将司, 学内における暑熱環境観測システムの検討 －学内環境下における不快指数を用いた暑熱環境の評価－, 電子情報通信学会 HCG シンポジウム 2018, B-6-4, 20188) 相川未弥, 吉田将司, センサネットワークを用いた学内暑熱環境の観測, 第 10 回大学コンソーシ

アム八王子学生発表会要旨集, P020, 20189) 久保琳太郎, 吉田将司, GPS 測位による 30m バウンディング走の動作解析,

シアム八王子学生発表会要旨集, C114, 2018-238-

第 10 回大学コンソー10) 長野優, 吉田将司, 自律航行における屋内外測位方式有効性判別法の検討, 第 10 回大学コンソー

シアム八王子学生発表会要旨集, C115, 201811) 野田祐基, 吉田将司, 運動強度の変化による衣服内温湿度の測定, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集, B136, 201812) 藤森拓哉, 吉田将司, 千葉元, 富山湾沿岸域における水温分布の季節変動特性の解析, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要旨集, P010, 201813) 西良介, 吉田将司, 小型自律走行車の陸上競技への応用に関する研究, GPS/GNSS シンポジウム

2018, ビギナーズセッション, P-06, 201814) 長野優, 吉田将司, 自律航行における屋内外測位方式有効性判別法の検討, GPS/GNSS シンポジウ

ム 2018, ビギナーズセッション, P-12, 201815) 柴田健吾, 吉田将司, LPWA を利用したセンサネットワークにおける受信システムの GUI 化に関する検討, GPS/GNSS シンポジウム 2018, ビギナーズセッション, P-14, 201816) 内村哲也, 吉田将司, LPWA を利用した海中空間情報取得システムの検討, 電気学会次世代産業

システム研究会, IIS-18-064, 201817) 池畑裕太郎, 千葉元, 吉田将司, 島崎清寿, 富山新港（伏木富山港新湊区）内の海洋環境調査, 日

本航海学会秋季講演会, 139-08, 201818) 吉田将司, 山賀雅人, GPS 活動量計を用いた陸上競技長距離走解析の検討, 測位航法学会全国大会,

2018

米盛弘信
【論文・研究紀要】
1) 米盛弘信, 岩下真輝, 小山輝, 中川将嘉, 福井直生, 立松龍一, 海外短期モノづくり留学生に対する技術指導の一事例, サレジオ高専研究紀要, 第 48 号, pp.13-19, 2019, 査読無2) Masayoshi Nakagawa, Hironobu Yonemori, A study on the audible frequency area noise emanating from apan when the IH cooker is fed by the power source including harmonics, International Journal of Applied
Electromagnetics and Mechanics 59, IOS Press, pp.1421-1430, 2019, 査読有
3) 堂坂辰, 大江信宏, 中島幸一, 米盛弘信, 井上雅裕, 神戸英利, 小泉寿男, IoT プロトタイプシステ

ムの第三者視点からの検証方式とその実装評価, 電気学会論文誌 C, Vol.138, No.6, pp.743-754,
2018, 査読有
【雑誌・記事】
1) 米盛弘信, 相手を思いやる心・頑張る心, 日本工学教育協会 工学教育, Vol.66, No.5, pp.107,

2018-05, 査読無-239-

【口頭発表・ポスターセッション】
1) 幅野岬太, 米盛弘信, 全波整流型コッククロフト-ウォルトン回路の高周波駆動に関する一検討,

第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.90-91, 20182) 久保達実, 米盛弘信, 渦電流探傷試験の適用用途拡大を目指した磁性非磁性金属負荷時の共振特性, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.92-93, 20183) 森山瑛斗, 米盛弘信, IH クッキングヒータで加熱した各鍋から発する可聴領域騒音, 第 10 回大学

コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.94-95, 20184) 齋藤虎大, 米盛弘信, PV モジュールの設置角度および帯電防止剤の塗布が表面汚染に与える影響,第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.118-119, 20185) 笠原鷹, 米盛弘信, 異なるバスバー形状の PV モジュールが放射する電磁波に関する検討, 第 10回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.120-121, 20186) 野田聖人, 米盛弘信, 中古 PV モジュールの再利用を目的とした発電システムの検討, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.122-123, 2018, 準優秀賞
7) 稲川遼, 米盛弘信, 移動体への非接触給電における磁束密度分布の均一化に関する検討, 第 10 回

大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.274-275, 20188) 伊藤開, 米盛弘信, PV モジュールより発生するノイズの抑制に向けた検討―電磁誘導を用いた抑制法における抑制率向上に向けた検討―, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラ
ム集 CD-ROM, pp.276-277, 20189) 小山和洋, 米盛弘信, 蛇行走行を想定した非接触給電におけるコイル形状および共振コンデンサを挿入した場合の給電電力の関係, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集
CD-ROM, pp.278-279, 201810) 西原貴之, 米盛弘信, PV モジュールから放射されるノイズの抑制法に関する一提案, 第 10 回大学

コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.280-281, 201811) 辻涼太, 米盛弘信, IH クッキングヒータ用 AC-AC 直接変換回路の提案―温度変化時による消費電力の評価－, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会プログラム集 CD-ROM, pp.286-287,
201812) 小山和洋, 米盛弘信, 蛇行走行を想定した非接触給電におけるコイル形状と給電電力の関係, 2018

年, 第 36 回電気設備学会全国大会講演論文集, pp.21-22, 201813) 稲川遼, 米盛弘信, 移動体を対象とした非接触給電に関する検討, 2018 年, 第 36 回電気設備学会

全国大会講演論文集, pp.99-100, 201814) 西原貴之, 米盛弘信, スイッチング動作が PV モジュールから放射されるノイズに与える影響,2018 年, 第 36 回電気設備学会全国大会講演論文集, pp.264-265, 201815) 伊藤開, 米盛弘信, PV モジュールから発生するノイズにおける電磁誘導を用いた抑制法の検討,

2018 年, 第 36 回電気設備学会全国大会講演論文集, pp.266-267, 2018-240-16) 辻涼太, 米盛弘信, IH クッキングヒータ用 AC-AC 直接変換回路の温度制御, 2018 年, 第 36 回電気設備学会全国大会講演論文集, pp.395-396, 201817) 幅野岬太, 米盛弘信, 全波整流型コッククロフト-ウォルトン回路の高周波駆動, 2018 年, 第 36 回

電気設備学会全国大会講演論文集, p.431, 201818) 齋藤虎大, 米盛弘信, 5 年間屋外暴露した光触媒塗布 PV モジュールの評価, 2018 年, 第 36 回電気設備学会全国大会講演論文集, p.435, 2018, 全国大会発表奨励賞受賞
19) 笠原鷹, 米盛弘信, 異なる PV モジュールから放射されるノイズに関する一検討, 2018 年, 第 36 回

電気設備学会全国大会講演論文集, p.437, 201820) 野田聖人, 米盛弘信, PV モジュールの再利用を目的とした発電システムの提案, 2018 年, 第 36 回

電気設備学会全国大会講演論文集, p.439, 201821) 久保達実, 米盛弘信, 渦電流探傷試験の適用用途拡大を目的とした基礎検討, 2018 年, 第 36 回電気設備学会全国大会講演論文集, p.441, 201822) 森山瑛斗, 米盛弘信, IH クッキングヒータにおける鍋サイズと騒音の関係, 2018 年, 第 36 回電気設備学会全国大会講演論文集, p.444, 2018, 全国大会発表奨励賞受賞
23) 小山和洋, 米盛弘信, 後輩学生の学力におけるモチベーションアップを目的とした個別指導, 第66 回年次大会, 平成 30 年度工学教育研究講演会講演論文集, pp.372-373, 201824) 杉山大季, 安部多久見, 米盛 弘信, 相手に伝える力を向上させるための活動－まちだ未来ビジネ

スプランコンテスト＆マーケット 2017 への参加－, 第 66 回年次大会, 平成 30 年度工学教育研究
講演会講演論文集, pp.374-375, 201825) 中川湧貴, 杉山大季, 岩下真輝, 米盛弘信, ものづくり活動を通した技術継承とソーラーバイクレ

ース in 浜松 2017 への参加－バイクに搭載する回路製作を通した技術の習得－, 第 66 回年次大会,
平成 30 年度工学教育研究講演会講演論文集, pp.376-377, 201826) 米盛弘信, 小山和洋, 伊藤開, 西原貴之, 辻涼太, 稲川遼, PDCA サイクルを意識した海外短期モノづくり留学生に対する技術指導－サレジオ高専機械電子工学科とカリタスドンボスコスクール,
フィリピンの一事例－, 第 66 回年次大会, 平成 30 年度工学教育研究講演会講演論文集,
pp.406-407, 201827) 小山和洋, 米盛弘信, 走行中の非接触給電を想定したコイル形状の検討, 第 30 回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集, pp.440-443, 201828) 辻涼太, 米盛弘信, IH クッキングヒータ用 AC-AC 直接変換回路の提案, 第 30 回「電磁力関連のダ

イナミクス」シンポジウム講演論文集, pp.458-461, 201829) 稲川遼, 小山和洋, 米盛弘信, 移動体への非接触給電における給電電力量の改善に関する検討, 第30 回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集, pp.462-465, 2018

-241-

坂口雅人
【論文・研究紀要】
1) 畑健輔, 坂口雅人, 喜多村竜太, 小林訓史, 荻原慎二, 分子動力学法を用いたポリ-L-乳酸の力学的特性に及ぼす分子鎖変形挙動の影響, 日本複合材料会誌, Vol.45, No.1, pp.34-40, 2019, 査読有
2) Masato Sakaguchi, Satoshi Kobayashi, Yoshikazu Teranishi, Effect of argon ion-implantation onmechanical and degradation properties of bulk-shaped poly(lactic acid), Journal of Biomechanical Scienceand Engineering, Vol.13, No.3, p.18-00239, 2018, 査読有
3) 坂口雅人, 小林訓史, 押出延伸におけるポリ乳酸ビレットの配向挙動解析, サレジオ高専研究紀

要, Vol.48, pp.7-11, 2019, 査読無【口頭発表・ポスターセッション】
1) 坂口雅人, 井田裕基, 小林訓史, エポキシ接着剤を用いた炭素繊維強化プラスチックスと異種材料の接着特性における硬化剤の影響, 日本機械学会関東支部総会講演会講演論文集, 2019.25 巻,
20192) Masato Sakaguchi, Mao Otsu, Satoshi Kobayashi, Analytical Comparison of Orientation Behavior inPoly(lactic acid) Billet and-tricalcium Phosphate/ Poly(lactic acid) Composite Billet in Extrusion, Sixth

International Conference on Mulifunctional, Hybrid and Nanomaterials, P.1.033, 20193) 坂口雅人, 小林訓史, 自己強化ポリ乳酸スクリューの強度に及ぼす延伸前成形手法の影響, M&M

材料力学カンファレンス, 2018 巻, 20184) 坂口雅人, 後藤広夢, 平織炭素繊維強化ポリ乳酸の力学的特性に及ぼす母材結晶化度の影響, 山梨講演会講演論文集, 2018 巻, pp. 25-26, 2018-242-

2018年度 教員研究活動報告【情報工学科】
島川陽一【論文・研究紀要】
1) Hiroyuki Goto, Yohei Kakimoto, Yoichi Shimakawa, Lightweight Computation of Overlaid Traffic Flowsby Shortest Origin-Destination Trips, IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics,
Communications and Computer Science, Vol.E102, No.1, pp.320-323, 2019, 査読有
2) 小林貴, 島川陽一, 鹿島茂, 細街路交通量推計時の細街路区分の提案, 交通工学論文集, Vol.4,

No.3, 特集号 p.A_26-A_33, 2018, 査読有【口頭発表・ポスターセッション】
1) Taku Tanichi, Yoichi Shimakawa, A classification of transport mode on a smartphone based on a neuralnetwor, Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Operations
Management, ID092, 2019
2) Tatsuya Komiya, Yoichi Shimakawa, Hiroyuki Goto, A study on a routing problem focusing on freighttransportations, Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Operations
Management, ID093, 20193) Shun Odahara, Yoichi Shimakawa, Assessment of accessibility to a facility using a Geographic

Information System: Case study of a food desert problem in a suburban area of Tokyo, Proceedings of theInternational Conference on Industrial Engineering and Operations Management, ID094, 20194) Yohei Kakimoto, Hiroyuki Goto, Yoichi Shimakawa, Prommas Panote, Location model minimizing

distances between EV charging stations, Proceedings of the International Conference on Industrial
Engineering and Operations Management, ID111, 20195) Nozomi Yoshimura, Gaku Miyai and Yoichi Shimakawa, Applying a genetic algorithm to a signboard

layout problem based on a flow captured location-allocation problem, Proceedings of the International
Conference on Industrial Engineering and Operations Management, ID233, 20196) Yuki Satoh, Yoichi Shimakawa, Mathematical Model of Average waiting time for an Elevator Based on

Stochastic Process, Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Operations
Management, ID271, 20197) Yohei KAKIMOTO, Hiroyuki Goto, Yoichi Shimakawa, and Hirotaka Takahashi, Analysis of Location

Model for Charging Facility considering Driving Distance, 29th European Conference on Operational
Research (EURO 2018), ID TB-03, 2018.

-243-8) Yohei KAKIMOTO, Hiroyuki Goto, and Yoichi Shimakawa, A practical routing model in terms of

reliability of arrival time to destination, 29th European Conference on Operational Research (EURO 2018),
ID WB-32, 2018

大島真樹
【口頭発表・ポスターセッション】
1) 大那海人, 大島真樹, Keras を使ったキャラクター画像の自動判別, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会要プログラム集, p.81, 20182) 都筑天音, 大島真樹, 三増合戦の戦死者数の検証, 第 10 回大学コンソーシアム八王子学生発表会

プログラム集, p.88, 2018

川村春美
【論文・研究紀要】
1) 真島顕子, 李盛姫, 川村春美, 大墨礼子, ICT 教材デザインの一考察, 全国高等専門学校英語教育

学会研究論集, 第 38 号, pp.81-90, 2019, 査読有【口頭発表・ポスターセッション】
1) 吉田薫史, 川村春美, 画像認識を用いた料理レシピ検索方法の提案, 2019 総合大会, 電子情報通信学会, D-12-5, p.41, 20192) 川村春美, 複数レイヤ型灰色仮説判定による複数光源下画像からの照明光色推定手法の提案, 第288 回研究会, 画像電子学会, pp.103-109, 20193) Harumi kawamura, Multiple Illuminants' Color Estimation using Layered Gray-World Assumption,

Electronic Imaging 2019, IS&T, pp.COLOR-094-1-094-5, 20194) 真島顕子, 李盛姫, 川村春美, 大墨礼子, ICT 教材デザインの一考察, 平成 30 年度研究大会（第 42回）, 全国高等専門学校英語教育学会, pp.81-90, 2018

宮田統馬
【口頭発表・ポスターセッション】
1) Toma Miyata, Hidehisa Aso, Naoyuki Aikawa, Design Method for FIR Filter with Variable Multiple

Elements of Stopband Using Genetic Algorithm, The 23rd International Conference on Digital Signal
Processing (DSP 2018), 1191 3Q-3, 20182) 木村宇量, 宮田統馬, 樽本祥憲, 名取隆廣, 相川直幸, 阻止域の一部で指定の減衰量を有する可変FIR フィルタの設計法, 電子情報通信学会技術研究報告, Vol.118, No.182, SIP2018-57, pp.1-5, 2018-244-

宇都木修一【口頭発表・ポスターセッション】
1) 宇都木修一, 鈴木寿, 消失点を利用した角度の算出に基づくカメラキャリブレーション, 電子情報通信学会技術研究報告, Vol.118, No.459, pp.99-104, 2019【学内報】
1) 宇都木修一, 三次元計測を利用した 3D コンテンツ制作の試み, サレジオ工業高等専門学校総合メディアセンター報, 第 8 号, pp.15-16, 2018, 査読無須志田隆道【論文・研究紀要】
1) Takamichi Sushida, Shintaro Kondo, Kokichi Sugihara, and Masayasu Mimura, A differential equation

model of retinal processing for understanding lightness optical illusions, Japan Journal of Industrial andApplied Mathematics, 35(1), pp. 117-156, 2018, 査読有
2) Yoshikazu Yamagishi and Takamichi Sushida, Archimedean Voronoi spiral tilings, Journal of Physics A:

Mathematical and Theoretical, 51(4), 045203, 2018, 査読有【口頭発表・ポスターセッション】
1) 須志田隆道, 山岸義和, 一般アルキメデス螺旋格子による葉序的なボロノイタイリング, 日本数学会 2019 年会, トポロジー分科会, 19, 20192) 須志田隆道, 山岸義和, 一般アルキメデス螺旋格子による葉序的なボロノイタイリング, 2018 年

度応用数学合同研究集会, A7-3, 20183) 須志田隆道, 一般アルキメデス螺旋格子による葉序的なボロノイタイリング, 2018 年軽井沢グラ

フと解析研究集会 II, 解析系: 集団ダイナミクス, 3, 2018
4) Takamichi Sushida and Yoshikazu Yamagishi, Phyllotactic Voronoi tilings on the generalizedArchimedean spiral lattices, RIMS cooperative research, Tilings, quasiperiodicity and related topics, 4,20185) 須志田隆道, 山岸義和, 一般アルキメデス螺旋格子による葉序的なボロノイタイリング, 日本応用数理学会 2018 年度年会, ポスター講演, 22, 20186) 牧田渉, 岸田健太, 須志田隆道, 山岸義和, 粘着円充填, 日本応用数理学会 2018 年度年会, ポスタ

ー講演, 16, 20187) 須志田隆道, 一般アルキメデス螺旋格子による葉序的なボロノイタイリング, 第 12 回応用数理研

究会, 6, 2018
8) Takamichi Sushida, Hitomi Mori, Sumire Ishida, Kazuya Furusawa, Hisashi Haga, and Masakazu Akiyama,

A self-propelled particle model for representing collective cell migrations, 13th SIAM East Asian Section
Conference 2018 (EASIAM2018), Parallel Session 1, 1, 2018-245-9) Takamichi Sushida, Hitomi Mori, Sumire Ishida, Hisashi Haga, and Masakazu Akiyama, A mathematicalmodel for understanding three-dimensional collective rotational migrations, The 19th RIES-HOKUDAIInternational Symposium, Poster session, 44, 201810) 須志田隆道, 森瞳, 石田すみれ, 古澤和也, 芳賀永, 秋山正和, A mathematical model of collective

cell migrations toward understanding three-dimensional morphogenesis, 日本発生生物学会 第 51 回大会, P3-1F-165, 201811) 山岸義和, 須志田隆道, アルキメデス螺旋格子上のボロノイタイリング, 日本数学会 2018 年会,

トポロジー分科会, 17, 2018【その他】
1) 須志田隆道, 反応拡散方程式による網膜情報処理の階層モデルと残像錯視, 反応拡散系のパターン形成とその応用, 岡山大学, 20192) 須志田隆道, ショウジョウバエ胚の後腸捻転現象に対する三次元バーテックスモデル, 数理科学と生命科学の融合, 北海道大学, 2019.
3) 須志田隆道, 反応拡散方程式による網膜情報処理の階層モデルと残像錯視, 反応拡散系の理論と応用 〜現状と未来〜, 北海道大学, 2018-246-

2019年度 外部資金研究一覧
研究費種類

研究者名

学科

テーマ

採択年

期間

備考

科研費
基盤研究(C)

真島顕子

一般教育科

ICT教材等教材媒体の認識差を活用した高専生対象CLIL
型総合英語プログラム開発

2019年

3年

新規

科研費
基盤研究(C)日本大学分担

大野達哉

一般教育科

対人競技における道具の身体化の仕組みに関する研究

2019年

3年

新規

科研費
新学術教育研究明治大学分担金

須志田隆道

情報工学科

3次元形態を表現する数学的基盤の構築

2019年

5年

新規

科研費
スタート支援

小林和也

一般教育科

粒体系・液体系の重力不安定化現象におけるパターン形成
2019年
および輸送現象の普遍性探求

2年

新規

科研費
奨励金

和田初枝

教育支援課

図書館の教育・研究効果の促進と生活支援の場創出する
新しい個別音響空間の検討

2019年

1年

新規

東京都
私学財団

宇都木修一

情報工学科

ラズベリーパイと画像処理を利用したプログラミング教材の
開発

2019年

1年

新規

株式会社
節句田

坂元愛史

デザイン学科

花活布の新しい使い方の研究と目的に則したデザインの開
発

2019年

1年

新規

科研費
基盤研究(C)

島川陽一

情報工学科

都市を持続的に成長させるための道路ネットワークの構造の解明と輸送計画の立案

2018年

4年

継続

科研費
基盤研究(C)
法政大学分担金

島川陽一

情報工学科

自然の地形がもつ幾何的特性を生かした地形モデルの表
現と標本化

2018年

4年

継続

科研費
基盤研究(C)

米盛弘信 機械電子工学科

ＰＶモジュールから発するノイズの低減を目的とした吸収材
およびアンテナ技術の応用

2018年

3年

継続

科研費
基盤研究(C)
工学院大学分担

加藤雅彦

電気工学科

ナノ積層イオン電導体を用いた熱電変換モジュールの発電
特性

2018年

3年

継続

科研費
若手研究

須志田隆道

情報工学科

葉序のパターン形成を理解するための数理モデリングとその幾何学的研究

2018年

4年

継続

天田財団

坂口雅人 機械電子工学科

延伸及び界面処理を用いた型リンサンカルシウム/ポリ乳酸複合材料のハイブリット強化手法の開発

2018年

2年

継続

科研費
基盤研究(C)水谷浩

メタマテリアル技術を用いたリオンフィギュラブルＲＦスイッチ
2017年
の開発

3年

継続

一般財団法人ＷＮＩ気象文化
創造センター

吉田将司 機械電子工学科 靴も内～服は内、外伝～

2019年

1年

新規

一般財団法人ＷＮＩ気象文化
創造センター

冨田雅史 機械電子工学科 必殺！！快適遊び人

2019年

1年

新規

子どもゆめ基金

米盛弘信 機械電子工学科 ものづくり教室2019ふりふりライト

2019年

1年

新規

子どもゆめ基金

米盛弘信

機械電子工学科 ものづくり教室2019トナカイくんロボット

2019年

1年

新規

子どもゆめ基金

山口貢

機械電子工学科 ものづくり教室2019ジュラシックロボ

2019年

1年

新規

サイエンスラボ

2019年
吉野純一 機械電子工学科 サレジオ高専サイエンスラボ2019 ～マグネシウム空気電池の製作～

1年

新規

八王子助成

林田遙香

2019年

1年

新規

廃炉ロボコン

冨田雅史 機械電子工学科 廃炉創造ロボコン 「シューティング☆スター」

2019年

1年

新規

(株)ニッシン

黒木雄一郎 機械電子工学科 教育研究支援

2019年

1年

新規

ひらめきときめきサイエンス

黒木雄一郎 機械電子工学科 身の回りの色のふしぎ！ ～フルカラーLED調光器の製作と光の三原色に関する実験
2019年

1年

新規

ひらめきときめき
サイエンス

2019年
米盛弘信 機械電子工学科 来て！見て！聞いて？ソーラー発電の不思議＝光無線通信とハイブリッドLED灯の製作

1年

新規

電気工学科

機械電子工学科 ロボット教室 2019 in サレジオ

-247-

2020年度 外部資金研究一覧
研究費種類

研究者名

学科

テーマ

採択年

期間

備考

科研費
基盤研究(B)

伊藤光雅

一般教育科

高専教育の輸出と高専大学連携のgPBLを用いた継続可能な理工系人材育成と成果分析

2020年

4年

新規

科研費
挑戦的研究(萌芽)富山大学分担泉吉紀

電気工学科

土器・陶磁器の破片の磁化を用いる年代推定、製品復元の
2020年
研究

3年

新規

科研費
挑戦的研究(萌芽)富山大学分担泉吉紀

電気工学科

堆積土の帯磁率異方性による水害痕跡調査法の開発と災害シナリオ解明への挑戦

2020年

3年

新規

科研費
基盤研究(B)
サレジオ高専分担

泉吉紀

一般教育科

高専教育の輸出と高専大学連携のgPBLを用いた継続可能な理工系人材育成と成果分析

2020年

4年

新規

株式会社
節句田

坂元愛史

デザイン学科花活布と人間との疑似的なコミュニケーションに向けたデザ
イン研究

2020年

1年

新規

AC Biode
株式会社
共同研究

米盛弘信 機械電子工学科 独立型交流電池と付随する電気回路の基礎研究開発

2020年

3年

新規

科研費
基盤研究(C)

真島顕子

一般教育科

ICT教材等教材媒体の認識差を活用した高専生対象CLIL
型総合英語プログラム開発

2019年

3年

継続

科研費
基盤研究(C)日本大学分担

大野達哉

一般教育科

対人競技における道具の身体化の仕組みに関する研究

2019年

3年

継続

科研費
基盤研究(C)

島川陽一

情報工学科

都市を持続的に成長させるための道路ネットワークの構造の解明と輸送計画の立案

2018年

4年

継続

科研費
基盤研究(C)
法政大学分担金

島川陽一

情報工学科

自然の地形がもつ幾何的特性を生かした地形モデルの表
現と標本化

2018年

4年

継続

科研費
基盤研究(C)

米盛弘信 機械電子工学科

ＰＶモジュールから発するノイズの低減を目的とした吸収材
およびアンテナ技術の応用

2018年

3年

継続

科研費
若手研究

須志田隆道

情報工学科

葉序のパターン形成を理解するための数理モデリングとその幾何学的研究

2018年

4年

継続

科研費
基盤研究(C)
工学院大学分担

加藤雅彦

電気工学科

ナノ積層イオン電導体を用いた熱電変換モジュールの発電
特性

2018年

3年

継続

子どもゆめ基金

米盛弘信 機械電子工学科 ものづくり教室2020ふりふりライト

2020年

1年

新規

子どもゆめ基金

米盛弘信 機械電子工学科 ものづくり教室2020トナカイくんロボット

2020年

1年

新規

子どもゆめ基金

冨田雅史 機械電子工学科 ものづくり教室2020お茶運びロボット

2020年

1年

新規

八王子助成

継田夏海 機械電子工学科 ロボット教室 2020 in サレジオ

2020年

1年

新規

廃炉ロボコン

冨田雅史

2020年

1年

新規

2020年

1年

新規

機械電子工学科 廃炉創造ロボコン「DCMD」

株式会社
アディック

米盛弘信 機械電子工学科 教育研究支援

工業所有権
情報研修館
知財人材部

冨田雅史

機械電子工学科 知的財産権

2020年

1年

新規

一般財団法人ＷＮＩ気象文化
創造センター

吉田将司

機械電子工学科 鳴き虫

2020年

1年

新規

-248-

2021年度 外部資金研究一覧
研究費種類

研究者名

株式会社
節句田

坂元愛史

学科

テーマ
花活布の若年層への販売に関して、使い方及びターゲット
デザイン学科 ユーザーに魅力的な本体、付属物、販促物についてデザイ
ン提案する

採択年

期間

備考

2021年

1年

新規

WIN気象文化
創造センター

吉田将司 機械電子工学科

学内温熱環境観測用センサネットワークを利用した学習環
境の快適度調査

2021年

1年

新規

科研費
基盤研究(B)

伊藤光雅

一般教育科

高専教育の輸出と高専大学連携のgPBLを用いた継続可能な理工系人材育成と成果分析

2020年

4年

継続

科研費
若手研究

横北 卓也

一般教育科

Rfのハロゲン化物錯形成の系統的議論に向けた第4族元素
2020年の臭化物錯形成の研究

3年

継続

科研費
挑戦的研究(萌芽)富山大学分担泉吉紀

電気工学科

土器・陶磁器の破片の磁化を用いる年代推定、製品復元の
2020年
研究

3年

継続

科研費
挑戦的研究(萌芽)富山大学分担泉吉紀

電気工学科

堆積土の帯磁率異方性による水害痕跡調査法の開発と災害シナリオ解明への挑戦

2020年

3年

継続

科研費
基盤研究(B)
サレジオ高専分担

泉吉紀

電気工学科

高専教育の輸出と高専大学連携のgPBLを用いた継続可能な理工系人材育成と成果分析

2020年

4年

継続

2020年

3年

継続

AC Biode
株式会社
共同研究

米盛弘信 機械電子工学科 独立型交流電池と付随する電気回路の基礎研究開発

科研費
基盤研究(C)

真島顕子

一般教育科

ICT教材等教材媒体の認識差を活用した高専生対象CLIL
型総合英語プログラム開発

2019年

3年

継続

科研費
基盤研究(C)日本大学分担

大野達哉

一般教育科

対人競技における道具の身体化の仕組みに関する研究

2019年

3年

継続

科研費
基盤研究(C)

島川陽一

情報工学科

都市を持続的に成長させるための道路ネットワークの構造の解明と輸送計画の立案

2018年

4年

継続

科研費
若手研究

須志田隆道

情報工学科

葉序のパターン形成を理解するための数理モデリングとその幾何学的研究

2018年

4年

継続

科研費
基盤研究(C)
工学院大学分担

加藤雅彦

電気工学科

ナノ積層イオン電導体を用いた熱電変換モジュールの発電
特性

2018年

3年

継続

黒木雄一郎 機械電子工学科 教育研究支援

2021年

1年

新規

一般財団法人ＷＮＩ気象文化
創造センター

きゅうそくん
冨田雅史 機械電子工学科 ～気象及び加速度センサーを使用した急速タイミング通達
装置

2021年

1年

新規

八王子助成

横須賀文香 機械電子工学科 ロボット教室 2021 in サレジオ

2021年

1年

新規

JSTさくらサイエンスプラン

米盛弘信 機械電子工学科 さくら招へいプログラム代替オンライン交流

2021年

1年

新規

廃炉ロボコン

冨田雅史 機械電子工学科 廃炉創造ロボコンロボット製作

2021年

1年

新規

工業所有権
情報研修館
知財人材部

冨田雅史

機械電子工学科 知的財産権

2021年

1年

新規

子どもゆめ基金

米盛弘信

機械電子工学科 ものづくり教室2021トナカイくんロボット

2021年

1年

新規

子どもゆめ基金

米盛弘信

機械電子工学科 ものづくり教室2021ふりふりライト

2021年

1年

新規

㈱ニッシン

-249-

2022年度 外部資金研究一覧
研究費種類

研究者名

学科

テーマ

採択年

期間

備考

科研費
基盤研究©
（一般）

須志田隆道

情報工学科

エネルギー最適化による細胞集団の形態形成モデルの数理的研究とその展開（2022年度～2026年度）

2022年

5年

新規

科研費
基盤研究(B)

伊藤光雅

一般教育科

高専教育の輸出と高専大学連携のgPBLを用いた継続可能な理工系人材育成と成果分析（2020年度～2023年度）

2020年

4年

継続

科研費
若手研究

横北 卓也

一般教育科

Rfのハロゲン化物錯形成の系統的議論に向けた第4族元素
2020年の臭化物錯形成の研究（2020年度～2022年度）

3年

継続

科研費
挑戦的研究(萌芽)富山大学分担泉吉紀

電気工学科

土器・陶磁器の破片の磁化を用いる年代推定、製品復元の
2020年
研究

4年

継続

科研費
挑戦的研究(萌芽)富山大学分担泉吉紀

電気工学科

堆積土の帯磁率異方性による水害痕跡調査法の開発と災害シナリオ解明への挑戦（2020年度～2022年度）

2020年

3年

継続

科研費
基盤研究(B)
サレジオ高専分担

泉吉紀

電気工学科

高専教育の輸出と高専大学連携のgPBLを用いた継続可能な理工系人材育成と成果分析（2020年度～2023年度）

2020年

4年

継続

科研費
基盤研究(C)日本大学分担

大野達哉

一般教育科

対人競技における道具の身体化の仕組みに関する研究（2019年度～2022年度）

2019年

4年

継続

科研費
基盤研究(C)

島川陽一

情報工学科

都市を持続的に成長させるための道路ネットワークの構造の解明と輸送計画の立案（2018年度～2022年度）

2018年

5年

継続

AC Biode
株式会社
共同研究

米盛弘信

2020年

3年

YDKﾃｸﾉﾛｼﾞｰｽﾞ
共同研究

宮田統馬

情報工学科

機械学習を活用した移動体検知･識別に関する研究

2022年

1年

新規

株式会社
節句田

坂元愛史

デザイン学科

花活布の魅力を高める付属デザインと説明ツールのデザイ
ン

2022年

1年

新規

天田財団

坂口雅人

機械電子工学科

リン酸三カルシウム/ポリ乳酸複合材料の力学的特性に及ぼす延伸及び界面処理条件の影響に関する調査

2022年

3年

新規

㈱ニッシン

黒木雄一郎

機械電子工学科

教育研究支援

2022年

1年

新規

八王子助成

千葉 幸喜

機械電子工学科 ロボット教室 2022 in サレジオ

2022年

1年

新規

日本電気協会新聞部

米盛弘信

機械電子工学科 エネルギー教育活動支援

2022年

1年

新規

JSTさくらサイエンスプラン

米盛弘信

2022年
機械電子工学科 海外短期モノづくり留学生に対するロボット関連教育と技術修得

1年

新規

2022年

1年

新規

2022年

1年

新規

（2020年度～2023年度）

JSTさくらサイエンスプラン マルケスルイス

機械電子工学科 独立型交流電池と付随する電気回路の基礎研究開発

国際交流

理科教材製作を活用した高専-企業連携によるグローバル理工系人材教育

継続（現物支給）

工業所有権
情報研修館
知財人材部

冨田雅史

機械電子工学科 知的財産権

一般財団法人ＷＮＩ気象文化
創造センター

吉田将司

機械電子工学科 「SOY-System 2nd」

2022年

1年

新規

ひらめきときめき
サイエンス

米盛弘信

2022年
機械電子工学科 来て！見て！聞いて？太陽光発電の不思議～光無線通信とハイブリッドLED灯の製作～

1年

新規「Ev.Salesiorama Ver.2.0」-250-

サレジオ工業高等専門学校

研究紀要執筆要領

研究紀要投稿規程(1) 紀要に掲載する論文は、「学術論文」「教育論文」（目的）「特集」「研究ノート」と４種類あります。このう

第 1 条 この規定は、サレジオ工業高等専門学校研究紀

ち、「学術論文」、「研究論文」、及び「特集」の原

要の論文投稿に関する必要な事項を定めることを目的

稿フォーマットは同じです。
「研究ノート」のフォとする。紀要は本校で行われた研究及び教育の成果を、ーマットは、これらのものと一部異なります。以下要領をよくご確認の上、執筆してください。

社会に向けて発信することを目的として発行されるも(2) 「学術論文」「教育論文」の原稿は未発表のものにのである。
（投稿の資格）限ります。二重投稿とみなされるものは受理でき

第 2 条 投稿者は本校専任教員に限る。ただし、本校専ません。
「研究ノート」と「特集」の内容は、新規任教員との連名者、本校関係者で研究委員会（以下「委性を問いません。いずれの論文も、原稿の一部が員会」という）が認めたものはこの限りではない。

すでに発表されているもについては、脚注等に明（執筆要領）

記してください。
「特集」の内容は、研究委員会が第 3 条 原稿は、別に定める「執筆要領」に従って執筆指定するテーマについて、執筆者のこれまでの取する。

り組みも含めた内容についてご執筆頂くものです。

（原稿の提出）「研究ノート」の内容については、テーマは指定

第 4 条 原稿は、完全な形で委員会に提出されたものにしませんが、各部署もしくはセンター毎の取り組

限って受け付ける。

みをご報告いただくものとします。
(3) 原稿は本委員会が配付する電子ファイルテンプレ（原稿の校正）ート（Microsoft Word で作成）を利用してくださ

第 5 条 委員会は、原稿の校正を著者に要求することがある。校正は必要最小限にとどめ、ページ数が増減すい。
(4) 原稿は A4 判縦置き 1 ページに、1 段組の場合はるような大幅な修正は認めない。

44 字×45 行、 2 段組の場合は 22 字×45 行また（別刷り）

は 23 字×45 行を基本とし、刷り上り 4 頁以上、

第 6 条 別刷りは発行しない。執筆者には刷り上がり原10 頁以内とします。
「研究ノート」の場合のみ刷稿の PDF を配布する。

り上がり 2 頁とします。

（複製権・公衆送信権）
第 7 条 著者は、研究紀要に掲載された論文等に関する複製権及び公衆送信権の行使を、サレジオ工業高等専(5) マージンは、左右 22mm、上 25mm、下 30mm とします。
(6) 見本（テンプレート）に示したように、原稿第１門学校に委任する。共著の場合、投稿代表者は、共著
者全員に複製権及び公衆送信権の行使をサレジオ工業

ページ目の見出し部分に和文タイトル、和文氏名、高等専門学校に委任することを説明し、許諾を得たも英文タイトル（Title）、英文氏名（Name）、英文アのとみなす。また、論文中に写真等を掲載している場

ブストラクト（Abstract 150 語程度、和文アブスト

合には、投稿代表者は、原著作権者に対して、複製し、ラクトもつける場合は、英文アブストラクトの下

公衆送信することの許諾を得ることとする。許諾が得に 200 字程度で記載）を書いてください。
「研究ノられない場合は、投稿時に委員会に申し出るものとすート」の場合には、英文アブストラクトは必要あ

る。

りません。
(7) 文字サイズは和文タイトルを 16 ポイント、英文タ（改廃）第８条 この規定の改廃は、研究委員会及び AMC の審イトルを 12 ポイント、和文氏名、英文氏名、英文

議を経て校長が承認しなければならない。

アブストラクト、章立ての見出しを 11 ポイント、附則

トで記載してください。
（全文英文の場合はタイト

本文を 10。5 ポイント、文献及び注記は 9 ポイン
ルを 16 ポイントにしてください。
）

この規定は、令和元年 9 月 1 日より施行する。

-251-

(8) 使用書体は、章立ての見出しはゴシック体、和文(15) 本文中の引用文献は、該当箇所に上付文字で「1）、タイトル、和文氏名、本文、文献、注記は明朝体、

2）

英文（本文中も含む）はタイムスニューローマン

示し、本文の最後に一括して番号順に列挙し、原（Times New Roman）、センチュリー（Century）ま則として下記の①または②のように記載してくだたはこれらに類似の文字を使用してください。

さい。

書体には「太字（Bold）」の適用はしないでくださ

引用文献等の見出しは「文献」としてください。

い。また、P 明朝、P ゴシック等のプロポーショナ

番号がつかない参考文献等は、「文献」の最後にまルが適用されている書体は使用しないでください。

とめて記載してください。

、
・・・」のように右肩に片カッコで小さく番号を(9) 共著者の所属は、氏名に上付文字で「*1、*2、・・・」① 雑誌等の場合のように右肩にアスタリスクと番号を示し、第１ペ著者（編者）、標題、雑誌名、巻、号、頁、発行

ージ下方に横線を引き、その下に共著者の所属機関

年

名を明朝体 9 ポイントで記載してください。本校所② 著書の場合属の著者には所属機関を示す必要はありません。

著者（編者）、書名、発行所、頁、発行年(10) 章立て等の詳細については、通常投稿されておら(16) 注記を付す場合は、該当箇所に上付文字で「注 1）、注れる学術雑誌等の投稿要領に準じてください。次2）の章立てに移る際は、1 行空けてください。
「研究

示し、本文の最後（文献の後）に「注記」と見出し

ノート」の場合には、「目的」、「取り組み内容」、

を付してしてください。文字の大きさ・書体等は文、・・・」のように右肩に方カッコで小さく番号を「結果」、「今後の展望」が分かるような章立てと献に準じます。
(17) 同一論文内において表記を統一して記載してくださ

してください。
(11) 図、表は原則として横サイズ約 75mm、またはい。
（具体的には、句読点、単位の字体等。
）

160mm とし、マージンをはみ出さずに本文中に貼(18) 原稿は指定の紀要投稿票を添付し、オリジナルフ

付けてください。図及び表はそれぞれを通し番号

ァイル（Word 文書）と PDF ファイルを指定フォとし、図のタイトルは図の下に、表のタイトルはルダに提出してください。また、プリントアウト

表の上に、ゴシック体 10 ポイントで記載してくだしたもの 2 部を提出してください。
(19) ご投稿いただいた論文の原稿提出から印刷までのさい。

流れを図 1 に示します。原稿は、研究紀要の体裁

図・写真・グラフと品位を保つ目的で、研究委員会委員もしくは研究委員会が指名する学内有識者 2 名により校閲を行

図１ タイトル

います。校閲は基本的には 1 回のみとしますが、校閲による指摘事項について不服がある場合は、

表１ タイトル

著者の意思により（原則として 1 回に限り）校閲

表者の変更を認めるものとします。

(12) 写真または画像は本文中に貼付けてください。 写
真または画像は原則として白黒とし、カラーをご希望の場合は（別見積もりの必要がありますので）別途ご相談ください。写真または画像は解像度の高いものを別途、電子ファイルで添付してください。
(13) 数式には Word の数式エディタまたはこれに準ずるソフトウェアで記述し、通し番号を入れてください。
(14) 謝辞を記載する場合は、最終章に含めるか、「文献」の前に見出しを「謝辞」として、文字の大きさ・
図 1 原稿提出から印刷までの流れ

書体等は本文に準じます。

-252-

学術論文 / 教育研究
和文タイトル：明朝体 16pt

研究紀要執筆サンプル□□ □□，△△ △△*１

英 文タ イト ル：Times New
Roman 等 12pt

Preparation of the manuscripts
Yuka Sugawara, Kenichiro Mogi*１

和文氏名：明朝体 11pt
姓名間は全角スペース
共同執筆者間は全角カンマ
英文氏名：Times New Roman 等 11pt
名姓とも冒頭の一文字のみ大文字表記

名姓間は半角スペース、共同執筆者間はRecent Activities for the Intercultural Communication Program of EUSS andSalesian Polytechnic. Recent
半角カンマ+半角スペース、
最後の執筆者
Activities for the Intercultural Communication Program of EUSS and Salesian Polytechnic. Recent Activities
for
名の前に
and
は入れない
the Intercultural Communication Program of EUSS and Salesian Polytechnic. Recent Activities for the Intercultural
Communication Program of EUSS and Salesian Polytechnic. Recent Activities for the Intercultural Communication
Program of EUSS and Salesian Polytechnic. Recent Activities for the Intercultural Communication Program

アブストラクトと章立ての間は２行あける

英文アブストラクト：Times New Roman 等 11pt

章立て：ゴシック体 11pt
１．はじめに原稿は未発表のものに限ります．二重投稿とみなされるものは受理できません．原稿の一部がすでに発表されているものと同一の場合は脚注等に明記してください．
原稿は本委員会が配付する電子ファイルテンプレ
本文：明朝体 10.5pt
ート（Microsoft Word で作成）を利用してください．
原稿は A4 判縦置き 1 ページに，1 段組の場合は 44
字×45 行， 2 段組の場合は 22 字×45 行または 23

字×45 行を基本とし，刷り上り 4 頁以上、10 頁以内とします．マージンは，左右 22mm，上 25mm，下 30mmとします 1）．見本（テンプレート）に示したように，
原稿第１ページ目の見出し部分に和文タイトル，和文氏名，英文タイトル（Title），英文氏名（Name），
英文アブストラクト（Abstract 150 語程度，和文アブストラクトもつける場合は，英文アブストラクトの下に 200 字程度で記載）を書いてください 2）．

図，表は原則として
横サイズ約 75mm，または 160mm
タイトル：ゴシック体 10pt

図１○○○○の○○リー（Century）またはこれらに類似の文字を使用してください．
書体には「太字（Bold）」の適用はしないでください．
また，P 明朝，P ゴシック等のプロポーショナル注１）
が適用されている書体は使用しないでください．
謝辞：最終章に含めるか、謝辞として見出しをつ謝辞
けて記載する。見出し：ゴシック 11pt，文：明
本稿の執筆にあたり，ご指導，ご支援をいただい
朝体 10.5pt
た関係各位に感謝申し上げる．

次の章立ての間は 1 行あける

２．○○○○○○○
文字サイズは和文タイトルを 16 ポイント，英文タ
イトルを 12 ポイント，和文氏名，英文氏名，英文ア
ブストラクト，章立ての見出しを 11 ポイント，本文
を 10.5 ポイント，文献及び注記は９ポイントで記載
してください 3）．
（全文英文の場合はタイトルを 16
ポイントにしてください．
）使用書体は，章立ての見出しはゴシック体，和文タイトル，和文氏名，本文，
文献，注記は明朝体，英文（本文中も含む）はタイ
ムスニューローマン（Times New Roman），センチュ

文献：最後にまとめて記述する。９pt

文献1) 鈴木恒夫, 田口成一, 日本印刷学会誌, 25, 98 (1988)
2) 日本印刷学会編, 「印刷工学便覧」, 技報堂出版, p.95,(1983)
3) T.H.James, “The Theory of the Photographic Process”, 4th Ed.,
Macmillan, New York, p.536, (1977)
注記

注記：文献の後にまとめて記述する。９pt

注 1) プロポーショナル (Proportional):文字毎に文字幅が*1○○○○大学大学院-253-

異なるフォントのこと．

研究ノート和文タイトル：明朝体 16pt

研究紀要「研究ノート」執筆サンプル
英文氏名：
Times New Roman 11pt
名姓とも冒頭の一文字のみ大文字表記
名姓間は半角スペース、共同執筆者間は半角カンマ+半角スペース、最後の執筆者名の前に and は入れない*１□□ □□，△△ △△Preparation of the manuscripts

和文氏名：明朝体 11pt
姓名間は全角スペース
共同執筆者間は全角カンマ

英文タイトル：Times New Roman 等 12pt

Yuka Sugawara, Kenichiro Mogi*１

英文氏名と章立ての間は２行あける

章立て：ゴシック体 11pt

１．目的
本文は 10.5 ポイント明朝体で書いてください．書
体には「太字（Bold）」の適用はしないでください．
また，P 明朝，P ゴシック等のプロポーショナル注1」
が適用されている書体は使用しないでください．

図，表は原則として
横サイズ約 75mm，または 160mm

図１○○○○の○○

本文：明朝体 10.5pt

タイトル：ゴシック体 10pt

次の章立ての間は 1 行あける

２．取り組み内容とその結果「研究ノート」の場合には、「目的」、「取り組み内容」、「結果」、「今後の展望」が分かるような章立てとしてください。

謝辞：最終章に含めるか、謝辞として見出しをつけて記載する。見出し：ゴシック 11pt，文：明朝体 10.5pt

謝辞
本稿の執筆にあたり，ご指導，ご支援をいただいた関係各位に感謝申し上げる．
文献：最後にまとめて記述する。９pt

文献1) 鈴木恒夫, 田口成一, 日本印刷学会誌, 25, 98 (1988)
2) 日本印刷学会編, 「印刷工学便覧」, 技報堂出版, p.95,(1983)
3) T.H.James, “The Theory of the Photographic Process”, 4th Ed.,

３．今後の展望
注記は該当箇所に「注1」，注2」，
・・・」のように上付文字で右肩に方カッコで小さく番号を示し本文の最後（文献の後）に「注記」と見出しを付してください．文字の大きさ・書体等は文献に準じます．

Macmillan, New York, p.536, (1977)
注記

注記：文献の後にまとめて記述する。９pt

注 1) プロポーショナル (Proportional):文字毎に文字幅が*1○○○○大学大学院-254-

異なるフォントのこと．

サレジオ工業高等専門学校研究紀要
令和 5 年 9 月 30 日発行
発行者

小

島

知

博

編集者

研究委員会

発行所

サレジオ工業高等専門学校〒194-0215 東京都町田市小山ヶ丘 4-6-8
Tel:042(775)3020, Fax:042(775)3021

第 50 号

Bulletin of Salesian Polytechnic
No. 50CONTENTS< Special Issue: International Exchange >Educational Effects of Presentations in International Conferences on Engineering Students ･･･････････････････････････････････････(1)

Ken-ichiro Yamashita, Hiroshi Mizutani, Gai Tsukamoto
An Example of International Exchange Program in Cooperation with Caritas Don Bosco School ･･････････････････････････････････(5)

Hironobu Yonemori
International initiatives for education and research in department of computer science and technology, Salesian Polytechnic ･････････････(11)

Yoichi Shimakawa, Luis Marques< Research >Proposal to prevention method for heart disease using photoplethysmogram ･･････････････････････････････････････････････････(18)

Yoshimitsu Miyake, Keiichiro Yoshida
Development of programming teaching materials based on image processing using Raspberry Pi ･････････････････････････････････(22)

Shuichi Utsugi< 2018 Annual Research Reports >･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････(27)< 2019 Annual Research Reports >･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････(73)< 2020 Annual Research Reports >･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････(111)< 2021 Annual Research Reports >･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････(152)< 2022 Annual Research Reports >･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････(185)< List of Research Activities from April 2018 through March 2019 >････････････････････････････････････････････････････････(222)(Transition to researchmap after April 2019)< List of Various Research funds from April 2019 through March 2020 >･･････････････････････････････････････････････････････ (247)< List of Various Research funds from April 2020 through March 2021 >･･････････････････････････････････････････････････････(248)< List of Various Research funds from April 2021 through March 2022 >･･････････････････････････････････････････････････････ (249)< List of Various Research funds from April 2022 through March 2023 >･･････････････････････････････････････････････････････ (250)< Research Bulletin Submission Rules of Salesian Polytechnic / Research Bulletin Writing Instructions >･････････････････････････････(251)