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-