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

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

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

Load Current[A]図9

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

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Load Current[A]図10(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-221-