日本 大学

理工学部

理工研 News
No.

64
Vo l . 25

2013 / 0 3

CONTENTS●理工学部学術賞／■空気混入水流特性に基づく階段状水路の水理設計法の開発■超対称模型と暗黒物質●技術・支援賞／■キャリアアップのための３次元 CAD 専門資格取得支援●第 8 回理工学研究所講演会「東日本大震災復興支援研究プロジェクト」成果発表会の開催報告

受賞研究紹介平成 24 年度

理工学部学術賞

空気混入水流特性に基づく
階段状水路の水理設計法の開発
土木工学科

専任講師

高橋 正行

急勾配水路の傾斜面を階段状にすることで、高速流を水価できるようになった。この評価法を用いて擬似等流区間に路上で減勢できるということは直感的には認識され、古くはついて、これまで全く未解明であった階段状水路の空気混入

ローマ時代から階段状水路が用いられている。
しかしながら、

流のエネルギー水頭を広範囲な水路傾斜角度とステップ高さ

現在に至っても階段状水路の合理的水理設計法は確立されに対して解明することに成功し、同時に空気混入流の水深・ていない状況であった。

流 速 特 性、抵 抗 係 数 に つ い て も 解 明した [J. Hydraulic

階段状水路に流入した流れは、ある程度流下すると水面

Research Vol.50 No.4 pp.427-434]。

から空気が混入し始め、その下流側では空気混入水流とな

不等流区間については、水深の変化は解析的に求められないる（図 1）。階段状水路における空気混入流は、流下方向にと従来考えられていた。しかしながら、開発に成功した空気混入

水面形状が変化する不等流区間（non-uniform aerated

流のエネルギー水頭評価法を拡張することで、空気混入不等流

ﬂow region）と変化しない擬似等流区間（quasi-uniformの水面形方程式の導出に成功した [J. Hydraulic Research

aerated ﬂow region）に分類される（図 2）。

Vol.49 No.3 404-407]。この空気混入流の水面形方程式と階段状水路の水理設計のためには、例えば導流壁の高さを

気相の連続式とを連立させることによって、空気混入流の水深、決めるためには空気混入水流の水深を知る必要があり、下流

流速、エネルギー水頭を解析的に求めることを可能とした。以上

側河川に流れを安全に接続させるためには空気混入流の流速より、擬似等流が生じる高落差の階段状水路から不等流区間のおよびエネルギー水頭の大きさを知ることが重要である。しみの低落差の階段状水路まで空気混入流の特性量（水深、流速、かしながら階段状水路流れは、空気泡の混入と水滴の飛散を全水頭）を解析的に求めることが可能となった。これらの成果を伴う流れであるため（図 -1）、水面を目視によって決めること

統合し、空気混入水流の特性を考慮して階段状水路の水理設計は不可能であり、水深と流速の測定ができず、さらには空気法を開発することに成功した。以上の成果は国際論文誌に15混入したエネルギー水頭の評価法が確立されていなかった。

編登載され、国際的に高い評価を得ることができた。

本研究では 2004 年に空気混入流のエネル
ギー水頭を求めるための理論的手法を開発したが、流速と空気混入率の測定法が国内では得られず、エネルギー水頭の定量的評価ができなかった。そこで 2005 年に空気混入流の測定に実績のあるChanson 博士（クイーンズランド大学）との国際共同研究を通じて、空気混入流の流速と空気混入率の測定法を修得した。これが階段状水路の空気混入水流の系統的実験を実施するための原動力となり、空気混入水流のエネルギーを評

平成 24 年度

図1

階段状水路の一例

図 2 階段状水路における流れの領域区分

理工学部技術・支援賞

キャリアアップのための
３次元 CAD 専門資格取得支援
電子情報工学科

本学では、社会的に認知度が高く、就職にも有利な専門

02

助手

金

炯秀

21 年度より筆者が務め、8 割以上の合格率で多数の資格

資格の試験対策講座を開講し、在学中に資格取得を目指す

取得者を輩出しました。このような課外活動と合格率を上

学 生を支 援して います。この 講 座 の 一 つで ある3 次 元

げるための e ラーニング教材開発や実践形式の模擬試験シCAD 専 門 資 格（CATIA 認 定 技 術 者）講 座 の 講 師を平 成

ステム構築、そして、これらの専門知識を活かし、聞こえの超対称模型と暗黒物質
物理学科

准教授

二瓶 武史

素粒子物理学の「標準模型」と呼ばれる理論は、膨大な実軸と横軸は超対称粒子の質量パラメータで、赤で塗られた

験データを精度良く説明できる優れた理論であり、2012

領域が、観測された暗黒物質の量（全宇宙のエネルギーの年 7 月にヒッグス粒子と思われる粒子が発見されたことで、23％）を再現する部分である。このように、確かに超対称この模型が予言する全ての素粒子の存在が実証された。

模型で暗黒物質の観測値を説明することが可能である。

しかし、標準模型では説明がつかない現象もある。近年

暗黒物質は我々の身のまわりにも存在しているはずで、１の宇宙観測により光を発しない暗黒物質の存在が明らかに

秒間に１cm ²を1 万〜10 万個もの暗黒物質が通過しているなってきたが、標準模型には暗黒物質になりうる粒子は含と見積もることができる。このため、実験室での暗黒物質のまれていない。暗黒物質を説明するためには、新たな未発

直接的な検出を試みる実験も行われている。現在までの直接見の素粒子を含む理論が必要なのである。

検出実験と理論計算の結果を図 2に示す。縦軸は暗黒物質と標準模型を越える理論として現在最も有力視されている

核子との散乱断面積で、横軸は暗黒物質の質量である。実線のが「超対称模型」である。あらゆる素粒子は電子などのよはこれまでの実験から得られている断面積の上限値で、点線

うにパウリの排他律に従うフェルミ粒子と、その制約を受けは近い将来の実験で探索できる範囲を表している。一方、水ないボーズ粒子のどちらかに分類されるが、超対称模型で色の領域が我々の予言であり、断面積に下限値（10-⁴⁸cm ²）はフェルミ粒子とボーズ粒子の間のある種の入れ換えの下があることが示された。この結果は、暗黒物質探索実験が目で物理が不変であること（超対称性）を要請する。この対称指すべき検出感度の指標を与えることとなった。我々の研究性を実現するために、標準模型に含まれる全ての粒子に対が、標準模型を越える新しい素粒子理論を構築する上で何らして、対になるパートナー粒子（超対称粒子）が導入される。

かの示唆を与えることが出来ればと期待している。

受賞研究紹介

理工学部学術賞

平成 24 年度

超対称模型の理論の中に登場する「ニュートラリーノ」と呼ばれる未発見粒子が、暗黒物質の候補としてふさわしい性質を持つ。当 研 究 室では、ニュートラ
リーノが暗黒物質であるシナリオに基づき、超対称模型が暗黒物質に関する観測結果をうまく説明しうるかどうかについて研究してきた。
図 1に示したのは、超対称模型の予言の一例である。図の縦図1

暗黒物質の残存量と質量パラメータ

不自由な方への支援を目指したことが平成 24 年度理工学

図 2 暗黒物質の質量と直接検出の散乱断面積

今後は、昨年度採択の科学研究費助成事業（2011〜2013 年、「一般大学における聴覚障害学生教育支援と専部技術・支援賞に選ばれました。
本 資 格 は、現 在３次 元 CAD で 最 も 注 目 さ れ て い る門資格取得支援用 e ラーニング教材開発」）の研究課題をCATIA の知識とスキルを有することを証明する資格で、遂行し、聞こえの不自由な方への 3 次元 CAD 専門資格取CATIA の開発元であるダッソー・システムズ社が主催する

得支援を行い、研究成果の社会還元・普及を目指します。

全世界共通の公式資格であります。CATIA
は大手航空機・国内外の自動車メーカーな
どの幅広い分野で採用されているので、本資格を取得することにより就職活動で優位に立てると言えます。
今年度は、7 月 23 日からパート・デザイ
ンスペシャリストの講習が始まり、9 月19 日の補講までの間、28 日間（約 200 時間）の講習を行い、180 名が資格を取得しました（合格率は 9 割以上）。

写真１ 平成 24 年度「CATIA 認定技術者」資格認定証授与式後の記念写真

03Testing Center
for Large Structures▶連絡先…担当者／菊池 靖彦

研究紹介

大型構造物
試験センター

電話：047-469-5362
E-mail：office@str.cst.nihon-u.ac.jp
HP：http://www.str.cst.nihon-u.ac.jp

施設保有の主な装置・設備リスト
30MN 大型構造物試験機、テストフロア、多入力振動試験装置、水平加力装置（建研式加力装置）、構造物疲労試験機、棟外試験場
イベント情報オープンキャンパス、キャンパスウォッチング

高強度CFTの構造性能に関する研究

海洋建築工学科

中西・北嶋研究室

３０MN大型構造物試験機を利用した実験
コンクリート充填鋼管（以下 CFT）及され、高強度材料を用いた CFT

縮実験とともにプレーンコンクリート

構造は、鋼管内にコンクリートを充填

柱を超高層建物の高軸力を負担す

柱実験、中空鋼管実験を行った。

することで、鋼管とコンクリートの相る柱部材として使用することで大地

互拘束効果により軸圧縮耐力と変形震に対しても損傷のない構造物の実性能の向上が期待できる構造形式

現を目指した研究が数多く行われるである。近年では高強度材料が普ようになった。しかし、試験機の性能の限界から縮小試験体の使用を強いられ、試験体が寸法に及ぼす影響、すなわち寸法効果の検証はあまり行われていない。そのためにも30MN 大型構造物試験機は非常

写真 3

CFT の破壊状況に有効な装置である。本研 究では、高 強 度 材 料を用いた CFT 柱の構造
性能を明らかにすることを目的として、鋼管の強度･形状･径厚比･寸法をパラメータとして作製した
写真１ 30MN 大型構造物試験機

高強度 CFT 柱の一軸圧

写真 2 プレーンコンクリートの破壊状況

木質集積壁の構造性能に関する基礎的研究

写真 4 CFT 内部のコンクリートの破壊状況

建築学科

岡田・宮里研究室

テストフロアを利用した実験−１
震災時に倒壊の危険性が高い木

地震力などの外力に対しては、引張ズムである。また木材の断面形状を造 住 宅に対する耐 震 補 強 率の向材により束ねられた際に、木材間に台形へと変化させることで、曲面壁上、並びに国内の木材自給率を向生じる摩擦力により抵抗するメカニの形成も可能となり、デザイン自由上させるため、杉の間伐材を利用した新しい耐力壁を提案する。使用する木材は、建築用製材として必要な寸法が取れない間伐材を加工した小断面材を用いる。この材を縦に多数並べて、ケーブルなどの引張材を用いて束ねることにより一体化させ、耐力壁としての性能を期待する。

04

図１ 木質集積壁の構成図

写真１ 水平載荷実験（変形角 1/10）

水平載荷実験を実施した。実験は、り行った。実験結果より、木材間には、この木質集積壁の有用性を把試験体の変形角及び引張材の締め生じる摩擦力の大きさにより、抵抗握することを目的としている。そこで込み強さをパラメータとし、載荷は、性能が向上する傾向などが把握で基礎的な構造性能を把握するため

試験体を取り囲んだ治具を強制的きた。今後は、実規模及び曲面壁に、平面壁の小規模モデルを用いたに平行四辺形に変形させることによを用いた検討などを予定している。

衝撃荷重を受けるコンクリートの材料性能に関する研究

海洋建築工学科

研究紹介

度の向上が期待できる。本研究で中西・北嶋研究室

テストフロアを利用した実験−２
材料や部材に動的な外力が作用が進む一方で、この分野における研未だ衝撃等の動的外力に対する建した場合、それらの挙動や破壊性状究データ及び資料（特に衝撃レベル

物の評価指針は確立されていない。

は、静的な外力を受けた時と異なるでのひずみ速度と材料の強度上昇

本研究は衝撃載荷を受けるコンク

ことは既往の研究からよく知られてい比の関係をまとめた研究）は乏しく、リートのひずみ速度依存性を調べるる。特に衝撃レベルのひずみことを目的として行ったホプキンソン

速 度 の 範 囲（10¹〜10²［1/s］

棒法による衝撃載荷実験であり、材程度）では、材料強度の上昇

料強度に及ぼす衝撃的なひずみ速

φ100
試験体

傾向は、地震レベルと異なり著度の及ぼす影響（図１）を調べた。

しく大きくなることが報告されており、載荷速度やひずみ速度が材料強度や破壊性状に影響を及ぼすことが明らかになりつつ

φ25
試験体

ある。しかし、建築材料の高強度化と合理的設計手法による
建物の高層化、耐久性の向上

写真１ ホプキンソン棒法載荷装置

写真 2

破壊性状

図１ 最大圧縮応力̶ひずみ速度関係

長周期地震動を受ける超高層RC造建物の最下層中柱を対象とした
多数回繰り返し載荷実験
海洋建築工学科 中西・北嶋研究室
テストフロアを利用した実験−３
2011 年 3 月 11 日に発生した東北態で、最大耐力を経験した後、塑性

300ｋN、静地方太平洋沖地震では、首都圏に率が 2 以下のそれほど大きな変形レ

的 450ｋN）

おいても長周期成分が卓越した地

ベルではない範囲で多数回の繰返により多数回震動により、超高層 RC 造建物が継し載荷を受けた時の部材耐力と軸の 繰 返し載続時間の長い大きなゆれを経験し力支持能力の劣化の状況を静的お荷を行った。

た。本研究は、長周期地震動を受よび動的載荷により確認した。加力

けた高層 RC 造建物を対象として、は、水 平 加 力 装 置（写 真１：通 称

その最下層の中柱と外柱を想定し建研式加力装置）を用い、反力壁た柱試験体に定軸力を負荷した状に取り付けたアクチュエータ（動的図1

繰返し載荷履歴

図2

荷重̶変形曲線

写真１ 加力装置

写真２ 最終破壊状況

05

Research Center
for Aerodynamics▶連絡先…担当者／安部 建一

研究紹介

電話：047-469-5361
E-mail：abe@aero.cst.nihon-u.ac.jp
HP：http://www.wtl.rist.cst.nihon-u.ac.jp

空気力学
研究センター

施設保有の主な装置・設備リスト
6 分力天秤（貸出不可）、煙風洞装置（貸出不可）、3 分力吊線式天秤（貸出不可）、熱線風速計、スキャニバルブ、ストロボスコープ、
X-Y プロッター
イベント情報オープンキャンパス、キャンパスウォッチング

膜構造の風荷重下における応答性能の把握実験

建築学科

教授

建築学科

助教

岡田 章
宮里 直也

建築の分野において耐風安全性を明記されていないため、基礎的な風力実験ではレンズ型形状の風圧力確保するために、風洞実験は重要な

圧力データの蓄積を目的として模型分布性状を、柔模型を用いた実験で位置付けにある。特に本研究室の研サイズ・風向・風速をパラメータとしは初期内圧をパラメータとした、膜面究課題の1つである軽量構造、特にた実験を行った。

の変位および内圧変動を把握するこ

膜構造の分野においては、風荷重が二つ目はレンズ型形状の空気膜

設計上の支配荷重となる事例が多構造の風圧力実験、および柔模型を

ここで得られた成果は、学会等でい。このため本研究室では毎年幾つ使用した内部圧力測定実験である。

も発表を行っており、膜構造の耐風かの異なるモデルに対して風洞実験

空気膜構造はその特徴から内圧の設計へ反映させることを目標としていを継続的に実施しており、本年も2つ設定が大きな課題となっており、風圧る。

とを目的としている。

の形状を対象とした風洞実験を実施した。
一 つは HP 曲 面（双 曲 放物面）形状をした張力膜構造に対する風応答を把握するために行った風圧力実験である。HP 曲面形状は複雑な曲面形状をしており、設計用の風荷重指針等に風圧力が写真１ HP 曲面型張力膜構造の実験用剛模型

写真 2 レンズ型空気膜構造の実験用柔模型

垂直軸型風車をモデルとした回転体の後流速度分布特性
回転体としての垂直軸型風車が周的研究をスタートした。効率に関係

りの風環境におよぼす影響を明らかするパラメータには周速比にすることが本研究の最終目的であ（風車の周速度と一様流る。垂直軸型風車は、風の指向性

速度の比）、ソリディティ（風

機械工学科

教授

機械工学科

助教

松本 彰
関谷 直樹

車の受風面積に対する風車ブレードがないため、小型であれ
ば街中での立地も十分可能である。このため、より一層風車周りの風に及ぼす影響に気を配る必要があると考えられる。
当 研 究 室では、昨 年
度より風車効率と風車まわりの流れに関する実験06

図1

大型低速風洞に設置した垂直型風車模型

図 2 風車後流の無次元変動エネルギー TE の周速比λに対する変化
TEu'：流れ方向の変動エネルギー、TEv'：流れに垂直方向の変動エネルギー、TEq'=TEu'+TEv'：合成変動エネルギー平均速度分布特性を調べている。

ギー（風の変動の激しさを示す尺付け角などがある。現在は第一段

昨年の研究で、軸出力が最大となる度）も最小を示していることが分かっ階として、図 1 の模型（ブレード枚数

周速比λ=1.4 付近において、後流た。この結果は、最大効率での運3、翼 型 NACA0018）を使 用し、風の運動量欠損が最小になることを明転が風車後流の変動が小さく、周り

車効率に最も影響すると思われる周らかにした。さらに今年度は、図 2の風環境への影響が小さいこと示し

速比λを変化させ、風車の後流のに示すように、後 流の変 動エネルている。

自動車模型の空力特性と車体周り非定常流れの計測

機械工学科 専任講師

研究紹介の全投影面積の比）、ブレード取り

鈴木 康方

本研究では自動車の燃費や乗り分布である。本試験のうち、模型の行ったことになり、境界層が薄くなる

心地に影響する車体周り流れの特上部形状を一部変更した際の模型とともに流れのはく離が抑制されるこ性とそれが空気力特性に与える影響

周り流速分布計測の様子とその結果とがわかった。この結果および計測・の解明を目的として、大型風洞によの一例を、それぞれ図 1および図 2

分析された空気力、壁面静圧などのる実験を行っている。特徴は実車のに示す。計測結果は I 型プローブを特性をもとに、自動車の空力特性の1/4スケール相当の模型の使用と最用いた熱線流速計によるものであり、さらなる改善に対して有効な流れ場

大 40m/sでの高い風速条件により、

Case1に比べて形状変更を行ったの制御について明らかにすることを実車に流れの条件で模型試験を実

Case2では、受動的に流れの制御を目指している。

施していることである。計測内容は模型に作用する空気力 6 分力（主に3 分 力）、模 型 壁面 平 均 静 圧、模型壁面静圧変動、
模 型 周り近 傍 流
れ、後 流 の 流 速

図1

自動車模型設置状態の概観

図 2 模型周りの流れ方向流速の平均流速分布 ( 左 )と流速変動分布 ( 右 )ダクト内における垂直軸形風車の特性

電気工学科

教授 鈴木 勝行

電気工学科

教授 塩野 光弘
助手

直井 和久

現在、商業用風力発電の主流はの増加をもたらすと考えられる。本めにダクト内の風速分布を計測する

水平軸形風車の一種であるプロペ研究では風車への増速効果を狙っと共に、ダクト内に風車を設置した

ラ風車が用いられている。その一方たダクトを提案し、ダクトが風車出力

場合の風車特性を測定し、受風面で垂直軸形風車は独立電源の確保に及ぼす影響を検討している。今積に対する最適なダクトの断面積をが可能な小形の用途に適する風車

回は写真 1に示すように風洞内にダ実験によって明らかにすることを目として注目されている。揚力型の垂クトを設置し、増速効果を調べるた的としている。

直 軸 形 風 車 は、
風 向 に 対して無指向性であり、高効 率という利 点が ある。風 の 持
つ エネルギーは風 速の3乗に比例するため、風車の受 風 面における風 速を増 速できれば 発 電 出 力

写真 1

風洞内に設置したダクトと風車

写真 2

風洞施設と実験の様子

07Center for
Creative Materials Research▶連絡先…担当者／清水

繁

研究紹介

電 話：03-3259-0432
E-mail：bunseki@chem.cst.nihon-u.ac.jp

材料創造
研究センター

HP：http://www.cac.rist.cst.nihon-u.ac.jp

施設保有の主な装置・設備リスト
ガスクロマトグラフ質量分析装置（GCMS）、高速液体クロマトグラフ質量分
析装置（LCMS）、フーリエ変換核磁気共鳴装置（FT-NMR）、X 線小角散乱／広角回折装置（SAXS/WAXS）、元素分析装置（EA）、飛行時間型質量分析装置（MALDI-TOF-MS）、電子スピン共鳴測定装置（ESR）、高分解能フーリエ変換型核磁気共鳴装置（500MHz）、熱分析装置（TG-DTA,
DSC, TMA）、走査型プローブ顕微鏡、レニショー顕微ラマン装置、エネル
ギー分散型 X 線分析装置付走査型電子顕微鏡、動的光散乱測定装置

レーザ誘起分光分析によるミミズ土壌汚染評価と圧電素子ノズルによるナノ・マイクロバブル生成

電気工学科

教授

鈴木

薫

ミミズは土中の重金属や放射性ナノ・マイクロバブル（Nano Microを目指している。NMB 発生のため圧物質などに強い耐性を示し、これら

Bubble: NMB）は数十マイクロメート

電素子ノズルを作製した。これは穴を捕食した後、体内で生物濃縮す

ル以下の気泡である。通常のバブル系 20umのノズルをレーザと集束イオることが報告されている。我々はミミは水面で破裂消滅するが、NMBはンビームで加工し、圧電素子に取付けズの捕食物質を分析しミミズ土壌汚

浮力が弱くかつ互いを反発し合うたたものである。圧電素子の振動によっ

染センサーの応用を目指している。

め水中に滞留・圧縮消滅する。我々てバブルの発生効率向上が確認され分析方法はレーザ誘起分光分析法

はNMBを安定的に発生させ水質改ている。発生したバブル粒径を動的である。これは数十ミクロンまで集

善やメタンハイドレード製造への応用

光散乱装置によって分析をしている。

光したレーザ光をミミズに照射しアブレーションプルムと呼ばれる微小プラズマ発光を発生させ、この発光を分光分析することでミミズの捕食物質の同定をする。同時にレーザ照射時にミミズから摘出される分泌物を顕微ラマン分光測定によって解析を行っている。

図 1 自由電子レーザを照射されたアブラミミ 図 2 レーザと集束イオンビームで加工した圧電素子ノズル
ズのアブレーションプルムの発光と分泌物
によるナノ・マイクロバブルの発生

複合糖質の新規構造解析法確立鈴木 佑典

糖タンパク質や糖脂質などの複にわたる複合糖質の生理機能を解性剤、生体由来の塩、およびその合 糖 質 は、発 生、分 化、成 長、細明するためには、多彩な構造を詳

他夾雑物は、複合糖質の各種分

胞増殖、癌化、老化、細胞間認識、細に解析する必要性がある。しか析を妨害することから、精製には専ウイルスの感染などの様々な生理機し、これら複合糖質の分離精製に門的な知識と多大な時間と労力が能に関与している。このような多岐使用されることがある各種界面活必要である。この問題を解決する

図 1 界 面 活 性 剤 除 去 前 の 糖 脂 質 の 高 速 薄 層クロマトグ ラフィー
（HPTLC）及び MALDI-QIT（四重極イオントラップ）-TOF MSスペクトル。検出されているのは全て界面活性剤由来ピーク。

08

物質応用化学科 助教

図 2 ジクロロエタン抽出後の糖脂質の HPTLC 及び MALDI-QIT-TOF
MSスペクトル。▼: 糖脂質由来ピーク。

の質量分析装置と比較して、多少を評価しながら、他の複合糖質の出による複合糖質の精製法を検討の塩や夾雑物が含まれているサン

精製に応用可能な方法の開発を進し、その結果、ジクロロエタン抽出

プルにおいても高感度に測定可能

めている。そして、現在、上記の方により簡便かつ迅速に糖脂質からなマトリックス支援レーザー脱離イオ法等を用いて、神経幹細胞上の糖界 面 活 性 剤（Triton X-100を 含

ン化飛行時間型質量分析計

脂質の機能解明研究に関しても並む）を除去可能であることを明らか（MALDI-TOF MS、材料創造セン

行して進めている。

にしている（図 1、2）。現在は、他

ター設置）を使用して、様々な条件

木質系バイオマスの直接液化による石油代替燃料の製造
バイオマスはカーボンニュートラル

するため系外から副原料を投入するであるため地球温暖化防止に有効必要がなく、環境負荷の低い液体

なエネルギー資源である。ただし、燃料を効率的に製造できる。熱分固体であるためハンドリング性が悪解によって液化油を効率的に製造

いこと、酸素を含むためエネルギーするためには木質バイオマスの熱分密度が低いことからそのままでは効解機構を明らかにする必要があり、率的にエネルギー利用できない。ま

材料創造研究センターのガスクロマ

た、国内賦存量が多い木質系バイ

トグラフ質量分析装置（GCMS）を

オマスは収集コストが嵩むことから

用いて液化油中の化合物の同定を未利用なものが多い。そこで、木質行い、反応機構の解明に関する検系バイオマスと溶媒を混合して温和討を行っている。本プロセスによりな反応条件で熱分解し、軽油相当得られた液化油は軽油と混合しての液化油を製造する方法（図 1）に（図 2）既存のディーゼルエンジンでついて検討を行っている。この際、使用することを想定した研究を進め

溶媒は木質系バイオマスから得られている。

た液化油の一部を循環させて使用

ナノ細孔を利用した抵抗変化メモリの開発

物質応用化学科

助教

研究紹介

ために、我々は様々な有機溶媒抽

角田 雄亮

図 1 循環溶媒を用いた木質系バイオマスの液化プロセス概念図

図 2 循環溶媒を用いた際に得られた液化油と軽油の混合燃料

物理学科 教授

高瀬 浩一

我々の研究室では、数ナノ秒で読ら、スイッチング毎に無作為にフィラメいる。図 1は、用いた多孔質材料断

み書き可能な抵抗変化メモリの研究

ントが選択されるためだと考えられて

面 の 電 子 顕 微 鏡 写 真 で、直 径を行っている。このメモリは、絶縁いる。そこで、我々の研究室では、40nm の細孔が形成されていること

体を2 つの金属で挟んだ構造をしてフィラメントが形成される空間を多孔がわかる。図 2は、この多孔質材料

おり、電圧を印加すると、はじめは、質材料の細孔で制限し、フィラメント

を用いて作成したデバイスの電流̶

電流は流れないが、ある電圧で絶の数や種類を抑制することで、スイッ電圧特性で、スイッチング電圧の比

縁破壊が起こり、金属状態に移行す

チング電圧のばらつき低減を試みて較的良好な再現性が得られている。

る。その後、電圧をゼロに戻し、再び電圧を印加していくと、また元の絶縁状態にもどる。すなわち、このメモリは、デバイスの抵抗状態を記
憶するメモリである。実用化に向けて克服すべき問題の一つは、抵抗状態が変化する電圧の各スイッチン
グ毎のばらつきを抑制することである。ばらつきの原因は、絶縁破壊時に、電極下部に作成された導電性の異なる無数のフィラメントの中か

図１ 多孔質物質の断面 SEM 写真

図２ デバイスの電流̶電圧特性09

Advanced Materials
Science Center▶連絡先…担当者／中川 活二

研究紹介

電話：047-469-5600
E-mail：office@amsc.cst.nihon-u.ac.jp
HP：http://www.amsc.cst.nihon-u.ac.jp

先端材料
科学センター

施設保有の主な装置・設備リスト
電界放射形透過電子顕微鏡、電界放射走査形電子顕微鏡、X 線光電
子分光装置、収束イオンビーム加工装置、振動材料型磁力計、SPM、
X 線マイクロアナライザー、エリプソメータ、薄膜スパッタリング装置
イベント情報オープンキャンパス、キャンパスウォッチング等で見学、「材料科学に関する若手フォーラム」の定期開催

MEMS技術と積層セラミック技術による
ｍｍサイズ超小型発電機

教授

内木場 文男

ボタン電池よりも小さい発電機を必要となり、コイルが長くなり、巻数

内部抵抗を低減することができた。

開 発した。約３mm 角 の 容 積 にも制限されていた。そのため、出力

また、ヘリカル構造のために、巻回MEMS 技術にるエアタービンに積電圧が小さくなり、内部抵抗によっ数を多くすることができた。MEMS

層セラミックによる磁気回路を組みて大きな電流を取り出すことができ

エアタービン部はシリコン 7 層で形合わせて1.5mVAクラスの発電量となかった。

成し、この中に磁石を配置したロー0.5Ωという従来にはない低内部抵

この研究においては、磁性体セラタを配した。磁気回路は 18ターン

抗を実 現した。従 来 の MEMS 発

ミック材料の内部に銀導体を配し、とした。図にその構造を示す。出力

電機においては磁性材料を用いる

ヘリカル巻線構造にすることによっは回転にスピンドルを用いて38 万ことはなく、また、平面を基本とするて、これらの問題を克服した。磁力RPMで評価したもので 1.5mVA のスパイラル巻線が用いられてきた。

線は磁性体内部に誘導されるため、出力を得た。

この場合、ロータ部から発する磁力

短い導体長でコ線を取り込むために大きな面積がイルを形成でき、

図１ MEMSマイクロエアタービンの発電概念と構造

図 2 MEMSマイクロエアタービン発電機のタービン部（a）と磁気回路部（b）の詳細

陽極酸化法による絶縁膜の低温成長

10

精密機械工学科

半導体集積回路において必要不化反応が起きる

可欠な絶縁材料であるシリコン酸化現象を利用した膜は、一般に熱酸化法（1000℃程

酸 化 法である。

度）により成膜される。一方、集積超純水中でシリ回路の微細化、構造の複雑化に伴コン基板に対しいプロセス温度の低温化が望まれて陽 極 酸 化をている。そこで本研究では陽極酸行った結果、室化法に着目した。陽極酸化とは、温で 成 膜 可 能

電解液中で対向させた基板間に電であることを確

圧を印加することにより、陽極で酸認した。ただし、

図1

電子情報工学科 教授

ESCA（X 線光電子分析装置）

高橋 芳浩

図 2 高圧水蒸気中での陽極酸化装置目的に、高圧水蒸気中での陽極酸できることを見出した。また、陽極

化 膜に比 べ 劣ることもわかった。

化装置を試作し、数気圧の水蒸気

酸化後に負電圧を印加すると絶縁ESCA（X 線光電子分析装置）など

中での陽極酸化を試みた。その結特性が改善可能であることも確認しにより組成を評価した結果、SiO₂で果、200℃程 度の低 温において酸た。現在、低温成長可能で、かつあることを確認した一方、水分の混化膜成長が可能であり、純水中で良質な絶縁膜の実現を目指して更入も確認された。そこで膜質改善をの成長膜に比べ膜質が大幅に改善なる検討を続けている。

フェムト秒パルスレーザーを用いた
超高速スピン計測と制御

電子情報工学科 准教授

スピンの超高速制御、超高速磁果として、本センターにおける、磁性化（集 団スピン）反 転 は、情 報 記

超薄膜作成検討、超短時間磁化応

塚本新能 ³）なプロセスが存在する事を実証した。これらはフェムト秒（10-¹⁵ 秒）

録、スピントロニクスにおいて重要な

答計測、さらに国際共同研究を経

時間スケールでのスピン制御が可能

課題として挙げられる。本研究でて、種々の新奇なスピンダイナミクス

であることを示し、飛躍的超高速情は、超短パルスレーザーを用いる事を発見、報告している。フェリ磁性

報記録・処理や新たな光物質間相で、物理的に重要な超高速の磁化

GdFeCo へ適切な光照射条件下に互作用理解への道を切り開くものと応答の分析を可能とし、物理的において、単一超短パルス光照射によ期待される。

興味深い現象を明らかにしてきた。

る歳差磁化反転誘起が可能 ¹）、ま1）J. Appl. Phys. 109（2011）07D302、

各種構造・物理分析、試料作成・た反転過程で過渡的強磁性状態の2）Nature, 472（2011）205、3）Nature

加工施設が集約された本センター

出現 ² と外部磁場無で磁化反転可Communications 3（2012）666

）

研究紹介

絶縁特性や界面特性は高温熱酸を研究拠点とする事で、科学技術振興 機 構（JST）の「さきが け」研 究、科学研究費補助金等外部助成も得ることができ、多くの研究成果と供に設備拡充を果たしてきた。近年の成図１ フェムト秒パルスレーザ利用全光型超高速磁化現象
計測システム（挿入図：光源ユニット中再生増幅器）

図 2 超短パルス光情報記録のデモンストレーション結果。
図中レンズやレーザ・ビーム等は CG 画像。

量子ドットのプラズマ励起を用いたTHz単一光子検出
THz光は、生体分子から放出されDEG）上の量子ドット（QD）と、そのることからバイオや医療分野、宇宙観近傍に配置したアルミ製の超伝導単測、GHz 帯の次の通信技術と、多く

一電子トランジスタ（SET）からなる。

の分野への応用が考えられる。しかし

QDに入 射したTHz 光 子はドットをながらTHz光のエネルギーは数meV

Plasma 励起し、それがために1 電子と小さく、実用的なTHz光検出デバイ

が QD 外へ逃げる。この電荷の変化

ス は Bolometer や Self-assembled 量をSETで読み取り、単一光子検出を

子ドット格子の様な100万以上の光子行う。この構造は、QDのサイズや電の入力に対する検出が一般的であ子濃度を変えることにより受光波長のる。我々は直径 1μm 程度の量子ドッ変調を可能とし、また閉じ込めポテン

トのTHｚ帯 Plasma 励起を用いた、任シャルを変化させ光子励起状態時間

意波長の単一光子の検出が可能なを数μsから数sに変える事ができる。

検出器を追及している。

動作には磁場が不要で、高温動作が検 出 器は GaAs2 次 元 電 子 系（２期待できる。

量子科学研究所 助教

羽柴 秀臣

図 THｚ帯単一光子検出器概要（上）と、その動作原理（左下）。光子の入射はSETコンダクタン
スの変化として現れる（右下）。

11

Research Center for
Environment-Preservation
and Disaster-Resistant City

▶連絡先…担当者／柳崎 尚輝

研究紹介

環境・防災都市共同研究センター

電 話：047-469-5656
E-mail：yanagisaki.naoki@nihon-u.ac.jp

HP：http://www.edpjrc.cst.nihon-u.ac.jp
施設保有の主な装置・設備[ 設備 ] 実験室、大会議室、会議室、計測制御室[ 装置 ] 高速載荷アクチュエータ装置（３台）、反力壁装置、電磁式振動試験装置、地盤免震装置、地盤･構造物水平試験装置、恒温層付二軸圧縮試験装置
イベント情報特になし

制震装置を集中配置した制震構造物の応答性能に関する建築学科 対震構造研究室
基礎的研究
近 年、高 層・超 高 層 建 物では、性化後の 2 次剛性を足した剛性に

建物の多様性・多機能性が必要と同調させた場合の 2ケースについてされ、制震装置を集中的に配置した比較検討した。さらに、振動実験を構造物が求められている。

行い、本研究で提案するシステムの本研究では、制震装置の設置層効果を確認した。

を柔層化することで、大きな減衰性
能を可 能とする弾 塑 性ダンパーと
D.M.モード制御システムを組合せた
制震システムを提案する。以上から、層剛性を低減した場合の剛性負担として、層剛性と弾塑性ダンパーを
合 わ せ た 初 期 剛 性 に 対し、D.M.
モード制御システムを同調させた場
合と、層剛性と弾塑性ダンパーの塑

図1

弾塑性ダンパー

図2

東北地方太平洋沖地震による吊り天井の耐震性と改修方法に関する研究
吊り天井の破損・脱落等の被害されている。

振動実験試験体

建築学科

地震波を用いた地震波加振実験をは、平成 13 年芸予地震や平成 15

本研究では、東北地方太平洋沖行った。そこから地震時の吊り天井

年十勝沖地震、平成 17 年宮城沖地震による1 号館の吊り天井の被害の挙動を確認し、被害の原因や損

地震などの過去の地震でも発生し状況調査を行った。その中で被害傷過程を把握する。その結果を踏まているが、平成 23 年 3 月 11 日に発の大きかった吊り天井を再現した試

え、制震改修方法を提案し、振動実生した東北地方太平洋沖地震でも験体を作成し、1 号館で観測された験によりその制震効果を確認した。

多くの吊り天井の被害が発生した。
震源から遠く離れた、茨城空港や東京都庁、日本科学未来館、九段会館、日本大学理工学部駿河台校
舎 1 号館校舎（以下、1 号館）などの建築物では、構造に被害が無いにもかかわらず吊り天井の破損や落下等の被害が発生した事例も報告

12

対震構造研究室

図1

1 号館被害状況

図2

振動実験試験体テンション構造の設計は、数百年に一度生じる巨大地震などを想現状の設計法では許容されていなが発生した場合の架構の挙動が把い。

握できた。本モデルにおいては、滑定した二次設計レベルの設計荷重

本実験では、これらの現象を意動が生じても構造体の安全性が保に対しても部材が損傷しない範囲

図的に発生させ、BCJ-L2 等の地震

たれており、これらの現象を許容し（弾性範囲内）で設計されることが波や正弦波による強制加振を行い、た設計の可能性が示唆された。今一般的である。このため設計時に地震時及び共振時の振動性状の後、さらに検討を進め、適正な把握想定した荷重レベル以上の荷重が把握を行った。

力に対するガイドラインを提示する予加わった際の架構の性状や、動的

本実験の結果より、従来の設計

荷重下における構造体の安全性に

法では許容されていない滑動現象

研究紹介

ケーブルクランプ金物部の滑動を考慮したテンセグリック・タワーの地震時応答性状に関する基礎的研究
建築学科 空間構造デザイン研究室定である。

ついては論じられることは少ない。
この中でも、テンション材（ケーブルなど）に導入される 初 期 張 力（PS）の 消 失や、ケーブル間で他部材と接合するためにケーブルを掴むように取り付けられる
中間クランプ金物部におけるケーブルと金物の滑動は、

図1

中間クランプ金物

図2

大断面集成材を用いた木造建築物の床衝撃音に関する研究

テンセグリック・タワー振動実験風景

建築学科

建築音響研究室

一般社団法人 木を活かす建築推進協議会

平 成 22 年、法 律 第 36 号「公 共で基本となる合板重ね貼り床構造

ことがわかった。今後は、特に床上建築物等における木材の利用の促（根太床構造）、穴あきPC 版を併用

部 断 面 仕 様 に 着 目し、Lr,H-50〜

進に関する法律」の施行により、今したハイブリッド構造（以下、重量床

Lr,H-55 程度の性能を実現できる仕後益々低層の大スパンによる木造構造）、LVLボックスパネル床構造

様の提案を行って行きたいと考えて建築が普及していくと考えられる。

（高剛性床構造）の 3 種を採用した。

いる。

木造建築物の場合は、低剛性・低実験項目は、床衝撃音，天井裏音

質量のため、遮音性能が低くなる傾

圧，床面のインピーダン

向にあり、特に上下階の床衝撃音

ス，床面から下室の壁，遮断性能を向上させることは非常に天井への伝達振動とし難しいとされている。

た。

そこで本研究では、大断面集成

実験対象とした床断材を用いた木造建築物の床衝撃音

面仕様は、全て実現性について、実大モデルを用いて検討を考慮し、大スパンを想を行った。実大木造モデルには図定した仕様であり、目的に示すスパン6m×6m の 2 方向ラーとした重量床衝撃音遮メン構造を用いた。床構造は、実断 性 能 は Lr,H-60 及 び

用性を考慮し、木質系床構造の中Lr,H-65 程 度は 得られる図

実大木造モデル13

Research Center for
Micro-Functional Devices

研究紹介

マイクロ機能デバイス
研究センター▶連絡先…担当者／内木場 文男

電 話：047-469-6193
E-mail：office@mdc.cst.nihon-u.ac.jp

HP：http://www.mdc.cst.nihon-u.ac.jp

施設保有の主な装置・設備リスト
クリーンルーム、ICP エッチング装置、プラズマ CVD 装置、両面コン
タクトアライナー
イベント情報オープンキャンパス、キャンパスウォッチング

有機半導体を用いて作成する
フレキシブル太陽電池の研究

精密機械工学科 教授

西岡 泰城

有機半導体を利用した太陽電池を改善することになどにより太陽電150℃のものが最大の変換効率を示

は、液体状の原料をプラスチック基

池の特性改善を試みている。図 1

している。最近は、これらの研究に板上に塗布することによって作成でには、太陽電池としての動作を確認

加えて、新しい有機半導体材料を用きる。このために、低価格、大面積、したデバイスの写真である。使用しいた太陽電池などを試作し、世界レ

かつフレキシブルな太陽電池が実た有機半導体は、MDMO-PPV お

ベルの発電効率 6％を示す素子を試現できると期待されている。当研究

よび PCBMと略称される有機材料

作することにも成功した。

室では、新しい有機半導体を合成である。これらを有機溶媒中で撹拌したり、有機半導体の製造技術などして作成した溶液をペット基板上に塗布して素子を作成した。本研究では、これらの素子の熱処理条件を最適化して、太陽光中での変換効率を
1.35%まで改善した。図 2は太陽電池の起電力と発生電流の関連を示したものである。発電効率は、この特性曲線とx 軸、ｙ軸に囲まれる面

図 1 フレキシブル有機太陽電池の写真

積に比 例しており、熱 処 理 温 度が

図2

人工頭脳で動く世界最小の6足歩行ロボットの開発

熱処理による発電特性の向上

精密機械工学科 助教齊藤健蟻や蜂などに代表される小型の捕食活動などに代表される、高度でた（図 1）。ロボットの歩行を制御す

昆虫は、常に外界からの情報を感複雑な機能を持つロボットの実現がる人工頭脳については、6 足の脚を覚器（センサ）でキャッチし状況に難しい。そこで我々は小型の昆虫を動かす2.5mm 角サイズの回路の設応じて最適な判断を下すなど、小さ

手本に、人工頭脳で自らが判断し計が 終 了し（図 2）、その 測 定とロな体で驚くほど高機能である。しかて動く数 mm サイズの超小型ロボット

し、現在のロボット技術では昆虫のの開発をおこなっている。超小型ロボットの実現には、ボディの微細加工、制御する人工頭脳、小型の駆動機構、電源やセンサなどの開発が必要である。ロボットのボディは、
マイクロ機能デバイス研究センターの得意分野であるMEMS 技術を用いて微細加工を行い、昆虫と同じ6 足

図１ 開発した五円玉の穴にすっぽりと収まるサイズの 6 足歩行ロボット

14

歩行が可能な五円玉の穴にすっぽりと収まるサイズのロボットが完成し

図 2 6 足の脚を動かす2.5mm 角サイズの回路新たに開発中であるが、匂いセン物の開発を今年中に実現したいとる。ロボットの電源やセンサなどはサを搭載し、餌によっていく人工生

考えている。

地雷探査用四足歩行ロボットのための
ニューラルネットワークモデルの構築

電子情報工学科

研究紹介

ボットへの搭載を進める予定であ

教授

佐伯 勝敏

現在、世界 120カ国に1 億個の地

私は、アナログ 回 路で 構 成した能で、ロボットの歩行に適した低周波雷が埋没していると言われており、地ニューロンモデルを用い、四足歩行ロ

数歩行パターンの生成・移行が可雷が原因で 20 分に一人の割合で亡ボットを制御する低周波数リズムの能であることをシミュレーションにてくなっている。私は、火薬から発生生成が可能な介在細胞集団モデル

確認した。

する匂い分子や窒素酸化物（NOx）

で CPGの構築を行った。その結果、

今後、集積回路化したモデルの動に反応する匂いセンサの開発（「理0.18μmデザインルール 2.5mm 角の作確認を、マイクロ機能デバイス研究

工研 News」No.61 参照）を進めるとCMOS ICチップにおいて全体の約

センター内の半導体パラメータ装置

同時に地雷探査用四足歩行ロボッ

1/4の占有面積で 1チップ集積が可を用いて検証する予定である。

トを制御するCPG（Central Pattern
Generator）の開発を行っている。
生体においてCPGは脊椎中の介在細胞集団で構成され、上位中枢からの刺激、末梢からの感覚フィード
バック、ニューラルネットワーク構造により運動パターンを生成している。脊椎動物の歩行運動の特徴は定型的な四肢の運動パターンであり、要求された速度に対するエネルギー消費が最小になる歩行パターンが適用される。

図1

介在細胞集団モデル

図2

電子ビームリソグラフィを利用した近接場光利用
熱アシスト磁気記録

2.5mm 角 ICチップのレイアウトパターン

電子情報工学科教授

中川 活二

将来の高密度磁気記録を実現すの上下に、局所加熱した熱により記表面プラズモン用アンテナを磁気る一手法として「熱アシスト磁気記

録された磁区が形成される。このヘッドに組み込んだ未来の超高密録」と呼ばれる手法を研究している。

手法で、記録感度のアンテナ形状度磁気記録システム実現に向け、関この手法では、10nm 程度のサイズ依存や、アンテナによる加熱部分と連企業と協力しつつ研究を進めてに光を集光する必要があり、普通のアンテナとの相対的位置関係を実いる。

レンズでは集光できない。そこで、ナ

験的に調ノメートルサイズの金属アンテナを形べ、必 要 な成し、局在表面プラズモンと呼ばれアンテナ形る局在した光を生成して熱アシスト

状・構造の磁気記録を実現する。その基礎的研究を進め実験のために、マイクロ機能デバイス

ることが 可センターのクリーンルームにて、電子

能 で あ る。

ビーム露光と現像プロセスを実施し、現 在 は、こ写真 1に示すAu パターンを形成し、のような 近フェムト秒レーザ記録を試みた。Au

接場光を生アンテナの端部および数字マーカー

成する局在

図 1 磁気力顕微鏡によるAuアンテナを配置した磁気記録薄膜上観察像。
（a）: 表面凹凸増。
（b）: 磁区観察像。

15

Center for
Manufacturing Technology▶連絡先…担当者／柳平 和寛

研究紹介

電話：047-469-5511
E-mail：yanagi@tech.cst.nihon-u.ac.jp
HP：http://www.tech.cst.nihon-u.ac.jp

工作技術
センター

施設保有の主な装置・設備リスト
汎用および NC 旋盤・フライス盤、交流アーク溶接機、可傾式ルツボ
炉、木材加工機、エンジン特性実験装置
イベント情報オープンキャンパス、キャンパスウォッチング

エネルギー回生機構付きエアモータの開発

機械工学科 教授

自動車等から排出する二酸化炭

することができる。写真 1 は、自転2に示す。この動力計は三相電動素を削減し、地球温暖化を防止す

車 駆 動 用 に 設 計、製 作した エア

誘導モータを発電機として作動する

ることは急務である。そこで本研究モータである。本エアモータは、財ことでエアモータの動力を吸収し、では、圧縮空気をエネルギー源とし団法人 JKA の研究補助事業の資三相電動誘導モータによってエアて作動するエアモータを移動体の動金援助を得て茨城鋳工株式会社にモータを圧縮機として駆動すること力源とすることを提案している。エ

て作製したものであるが、部品の改で回生性能も測定することができアモータとは、空気圧縮機サイクルを修、改造に関しては工作技術センる。エアモータの駆動は実証するこ

逆作動して動力を発生するものであターに依頼した。

とができたものの性能を更に改善す

り、またエアモータを空気圧縮機としエアモータの出力特性及び回生るため、写真 2に示した吸気バルブて作動することで制動時に車両運性能を測定するために、工作技術

機構実験装置によってバルブ機構

動エネルギーを圧縮空気として回生センターにて作製した動力計を写真の摩擦低減を目指す。

写真１ エネルギー回生機構付きエアモータ

写真２ 三相誘導モータ式電気動力計と吸気バルブ機構実験装置

超小型人工衛星を用いた先端研究の宇宙実証
ここ2、3 年、数 kg 級の超小型人工衛星を大学や研究所の先端研究などが挙げられる。

航空宇宙工学科 教授

宮崎 康行

実験や宇宙ステーションでの展開実

さて、膜面構造は大型宇宙構造

験など日本が世界に先駆けて宇宙の宇宙実証ツールとして利用する提物の構造様式としての利用が見込ま実証に成功している。ただし、打ち案が海外では多くなり、国際会議でれており、ここ2 年ほど、惑星間航行

上げリソースの制限により、展開中のも超 小 型 衛 星に特化したセッションが組まれるようになってきた。例 としては、
各 種デバイスの他、
フォーメーションフライ
トや展開構造の実証

16

吉田 幸司

図1

衛星構体

図2

衛星分離機構JAXA の H-IIAロケットの平成 25 年

軽量で機器搭載性、組み立て・分の取得には至っていない。

度相乗り副衛星に選定された。衛

解性に優れたものにする必要があ

そこで、筆者らは 20cm 立方で 7kg

星構体および衛星をロケットから分る。また、製作精度・組立のアライ

弱の超小型人工衛星で 1.5m 級膜

離・放出する機構（バネで衛星をメント・表面処理等にも細心の注意

面の展開実験を行い、詳細な運動

押し出すびっくり箱方式を採用）はを払う必要があり、左下の写真のよ

解析・形状推定を行うことを提案し、打ち上げ時の荷重条件を満たし、うなものを開発している。

ガスパフＺピンチによる高温プラズマ発生

量子科学研究所 教授

高杉 恵一

Ｚピンチはプラズマ中に大電流をである。直 径 28cm の大 型のもの

ハ3 程度の超音速ガスジェットを真流し、自己磁場によるピンチ効果でで、200ｋＡ程度の電流を制御する

空中に噴射し、電極間に孤立した

高エネルギー密度を発生させるしくことができる。将来的には 4 台並列

ガス分布を形成する。放電はガスみである。200ｋＡの電 流で 200Ｔに接続して、800ｋＡの放電を行うこ柱の外側から発生し、ガスを電離しの磁場と16 万気圧の磁気圧を発とを計画している。

て中心軸上にピンチする。中空に生し、プラズマを１千万度に加熱す

図 2 は中空円環状のラバルノズ

ることができる。高温のプラズマはルで、ノズル径は 3cmである。マッ研究紹介

三次元形状の詳細な時系列データすることによって、より強いピンチが達成できる。

強 力な軟Ｘ線 光 源となる。このような特殊な装置は一般に市販されておらず、個別に設計し工作する必要がある。高速
大電流を扱う技術はノウハウの塊であり、工作技術センターはそれを適切にサポートしてくれる。研究の要となっている2 つの工作を紹介する。
図 1 は放電ギャップスイッチ

図1

200ｋＡ放電ギャップスイッチ

図2

中空円環状ラバルノズル

振盪式高速向流クロマトグラフ装置の製作と分離効率の検討
薬学部薬学科薬品分析学研究室 教授 四宮 一総J 型 高 速 向 流 クロマトグ ラフ

付加した新たな力野でカラムの回転を設置している点が特徴的で、カラ（HSCCC）は、テフロンチューブをコを行う振盪式 HSCCCを工作技術

ムはメリーゴーランドの木馬のようにイル状に巻き付けて作製したカラムセンターとの共同研究により製作し垂直方向に振盪しながら水平方向が横に自転しながら更に同じ方向にた。本装置はカラム下部に端面カムに回転する。振盪の距離や回数は公転する装置である。二相溶媒の異なる形状のカムを設置することで一方の相を固定相、他方の相を移自在に変更することが可能である。

動相とし、カラム内で二液相の攪拌

二種類の糖誘導体を試料に用いてと分相、移動相の移動が繰り返され

分 離 を 検 討 し た 結 果、振 盪 式

る間に物質は分配係数の大きさでHSCCCでは振盪運動により通常の分離される。J 型 HSCCCではカラJ 型 HSCCCと比較してカラム内でのムは水平方向に惑星運動するため、二液相の攪拌が促進され、低い自カラム内の二液相に対して力学的な公転速度で分物理量は水平方向にしか作用して離効率が改いない。そこで、より一層の分離効

善されること率の向上を目的として、水平方向のがわかった。

惑星運動に垂直方向の振盪運動を

図1

振盪式高速向流クロマトグラフ装置

図2

カム

17

Multipurpose Test Track
for Automotive Vehicles▶連絡先…担当者／中山 晴幸

研究紹介

電話：03-3259-0929
E-mail：shikenro@adm.cst.nihon-u.ac.jp
nakayama@trpt.cst.nihon-u.ac.jp
H P ：http://www.wtl.cst.nihon-u.ac.jp

交通総合
試験路

施設保有の主な装置・設備リスト
１）交通総合試験路 幅 30m、全長 610m 密粒アスファルト・コン
クリート 縦断勾配なし ２）注意喚起電光掲示板３箇所（予約データにより自動点灯） ３）安全対策掲示板２個 ４）運搬用組み立て式リ
アカー ２台 ５）カセットガス発電機 HONDA EU9iGB 900W １
台 ６）パイロン（カラーコーン） ７）スライドバー

パーソナル・モビリティー・ヴィークルの走行性能と活用に関する研究セグウェイをはじめとしたパーソナ

社会交通工学科 助教

石坂 哲宏

また、写真 2では現在、JAXA（宇宙

障害物のない環境下で、走行挙

ル・モビリティー・ヴィークル（PMV、航空研究開発機構）で開発が進め動に影響を与える特定の要因を容一人乗りで手軽に利用できる交通手

られている高精度単独測位（LEX−

易に設定できる交通総合試験路は段）が、近い将来、日本の街の中でPPP）の低速交通手段への応用の走行性能を把握するうえで非常に便

短距離の移動を担う社会が到来す可能性を明らかにすることを目的とし利であり、今後も様々な実験を通しることが見込まれている。社会交通て、JAXAと協働して交通総合試験て、PMV の将来性を検証していく予工学科では多数の教員が、交通総路で実験を実施した。

定である。

合試験路においてPMVの走行の安全性を検証する実験から、まちの中での活用方策の提案に至るまで様々な研究を行ってきている。
私どもの研究室では、PMVが歩行者を追い抜く際の走行挙動を明らかにして安全性の検証を交通総合試験路に歩行空間を模して設置して、実験・検証を実施した（写真 1）。

写真 1

走行挙動に関する実験

写真 2

交通総合試験路におけるセグウェイの走行実験

18

LEX-PPP に関する研究

社会交通工学科 助教

西内 裕晶

社会交通工学科では 6 台のセグ

究で、セグウェイの加速、減速、蛇学）、Vol.68, No.5（土 木 計 画 学 研

ウェイを保有しており、研究、教育、行、急停止の動作について走行試

究・論文集 29 巻）に掲載された。

地域貢献のために利用されている。

験を実施した。ビデオ画像から抽今 後も、セグウェイに代 表される

セグウェイとは、体重移動すること出したセグウェイの走行軌跡を解析

パーソナルトランスポーターの走行により移動をする新しいノリモノであすることにより、セグウェイの交通工空間のあり方に関する研究を継続るが、わが国の公道では未だ走行学的な位していく予定である。

が許可されていない。そこで、当学置付けを明科の研究グループでは交通総合試

確にするた

験路を活用し、セグウェイの走行特めの解析を性を明らか にするため の 研 究を行った。こ行っている。近年では、学外の研の成 果は、

究グループとの共同研究も盛んに土木学会

行っており、最近では、筆者と立命論 文 集 D3

館大学の塩見康博講師との共同研（土木計画

写真 1 実験に使用したセグウェイi2（基本モデル） 写真 2走行実験のビデオ画像

運転者の挙動と整体負担の両面から検討
精密機械工学科人間工学研究と生 体 負 担、報 知 音については、面から検討する上で、交通総合試

室 で は、「機 械・人 間・環 境」に歩行者を想定した道路環境の面か

験路を有効活用している。近々で係わる人間工学的諸問題の研究をら検討している。その成果は、日本

は、平成 24 年度理工学部学術講している。特に人間特性を考慮し人間工学会、日本音響学会、日本

演会で、「自動車運転時における疲た広義の交通環境と人間の問題と交通科学協議会等や本学理工学

労感の計測と評価」、「自動車報知して、「自動車運転時における人間部学術講演会で報告した。特に車音に関する研究」と題して成果を報の疲労の計測と評価」を取りあげ

は、走行に伴う音と振動刺激が存告した。

た。また、近年問題となっている走在する複合的な環境でありその両研究紹介

自動車運転時の生体負担の計測と電気自動車等に付加する
報知音の研究精密機械工学科 教授 町田 信夫

行音の静かな電気自動車やハイブリットカーに付加する報知音の研 究 を 始 め た。
交通総合試験路
では、自 動 車 の
運 転 操 作（発進、制 動、危 険
回 避 等）における運転者の挙動

写真１ 各種運転操作時の生体負担の測定実験

写真２ 自動車報知音の聴取実験

防災教育および消防・防災訓練
12 月 21 日 午 後 1 時〜4 時 に か

社会交通工学科 助手

斉藤 淳平

連絡訓練、
（2）救助・救護活動訓に離着陸し上空指揮訓練が行われ

けて、13 号館と交通総合試験路に

練、（3）各機関調整訓練、（4）トリ

た大掛かりな訓練は、交通総合試て船橋校舎防災教育および消防・

アージ訓 練、（5）ヘリ誘 導・連 携

験路だからこそ実現した訓練だっ

防災訓練が行われた。主催は、日

訓 練、（6）上 空 指 揮 訓 練、
（7）機

た。なお、船橋校舎の教職員約 40

本大学理工学部、船橋市消防局、体説明である。

名も負傷者役として参加した。

参加機関は千葉市消防局警防部

特に、千葉市消防局警防部航空航空課、千葉県警船橋東警察署、課の消防防災ヘリコプター「おおと船橋市立医療センター、船橋市消り」による、救助活動訓練や滑走路

防 団の計 6 機 関 消 防車救急 23 台、ヘリコプ
ター１機、人 員 141 名である。
訓練は、船橋市に震度 5 強の地震が発生、建物倒壊等により多数の負傷者が発生し、甚大な被害が出たとの想定で実施された。訓練

写真 1

救急車とヘリコプターとの共同訓練風景
船橋庶務課］

項目は、（1）情報収集 ［写真提供

写真 2 13 号館からのヘリコプターによる救出訓練［写真提供 社会交通工学科 西内・吉川（M1）］19第 8 回理工学研究所講演会「東日本大震災復興支援研究プロジェクト」
成果発表会の開催報告
平成 24 年 11 月28日（水）13：30から、駿河台校舎 1 号館 121 会議室において「東日本大震災復興支援研究プロジェクト」の成果発表会が開催されました。支援
研究プロジェクトは6 つのテーマで構成されており、講演会は各プロジェクト代表者の活動報告と2 ないし3 件の主要な成果報告を組み合わせた形式で実施されました。
プロジェクト①（代表：岸井隆幸（土木））では宮城県石巻市における復興まちづく
り支援と半島部における地域コミュニティ再生への地域・大学連携による復興計画の実践について、プロジェクト②（代表：古橋剛（建築））では「構造物被害と地盤災害」に関連する課題のうち仮設建物の室内外の環境問題と近年対地震対策として数多く採用されるようになった制震補強建物の被災状況について、プロジェクト③（代表：増田光一（海建））では「津波対策」として津波避難ビルの実態調査に基づく問題点と建築物に作用する津波外力について、プロジェクト④（代表：下川澄雄（社交））では「災害に強い交通管理・運用システムに関する研究」として救援物質の供給方法、震災時におけるバス運行の実態、水上空港ネットワークによる復興支援構想について、プロ
ジェクト⑤（代表：泉隆（子情））では「災害時情報提供」における情報センシングと情報システムについて、プロジェクト⑥（代表：仲滋文（物理））では原子力被害に関する、
マスメディアで配信された情報のアーカイブ、関係者へのイン
タビュー調査、住宅等の除染法（物理：浅井朋彦）について活動報告が行われました。
当日は、学術講演会も同時に開催されたこともあり、多くの聴講者が熱心に討論にも参加し活発な意見交換が行われました。

南浦和

駿河台キャンパス

新松戸

上野

高田馬場
御茶ノ水

●材料創造研究センター

船橋キャンパス

西日暮里

池袋

飯田橋
新宿

九段下

新御茶ノ水
神保町

小川町

柏
至松戸

秋葉原

錦糸町

本八幡

●大型構造物試験センター

船橋日大前

勝田台

北習志野
西船橋

東葉勝田台

新津田沼

理工研 News

No.64

Vol.25

2013/03

発行人：安田 邦男
発 行 日 ：平成 25 年 3 月 11 日
編集長：櫻川 昭雄
発行 ：理工研 News 編集委員会
編集委員 ：古橋 剛、坪井 塑太郎、篠田 之孝、塚本 新
幹
事 ：若槇 智也、土屋 玲子

20

舞浜

南船橋

●環境・防災都市
共同研究センター●工作技術センター

大手町
東京●先端材料科学センター●マイクロ機能デバイス研究センター

津田沼
京成津田沼

渋谷

●空気力学研究センター

蘇我→●交通総合試験路

日本大学理工学部研究事務課〒101-8308 東京都千代田区神田駿河台 1-8-14
TEL.03-3259-0929 FAX.03-3293-5829
http://www.kenjm.cst.nihon-u.ac.jp/
E-mail：skenkyu@adm.cst.nihon-u.ac.jp