17秋田工業高等専門学校

地域共同テクノセンター報技術・研究シーズ集

独立行政法人 国立高等専門学校機構

秋田工業高等専門学校

目

次

ごあいさつ
秋田工業高等専門学校

校長

植松

康 … …………………………………… 1

共同研究等成果の概要（掲載内訳）…………………………………………………… 3
令和元・2年度 ………………………………………………………………………… 4
研究紹介（科研費・特許・研究助成・その他）（掲載内訳）… …………………

33

専攻科特別研究の概要

令和元年度（掲載内訳）…………………………………

47

専攻科特別研究の概要

令和2年度（掲載内訳）… ………………………………

67

卒業研究テーマ一覧
令和元年度 … ………………………………………………………………………
令和2年度 ……………………………………………………………………………

79
85

技術・研究シーズ紹介（掲載内訳）………………………………………………… 91
機械系 … …………………………………………………………………………… 93
電気・電子・情報系 … …………………………………………………………… 99
物質・生物系 … …………………………………………………………………… 110
土木・建築系 … …………………………………………………………………… 119
一般教科自然 … …………………………………………………………………… 129
外部資金受入実績一覧（過去5年間）… …………………………………………… 132
テクノセンター関連記事
令和元・2年度 地域共同テクノセンター活動総括 …………………………… 133
秋田工業高等専門学校地域共同テクノセンター規則 … ……………………… 137
秋田工業高等専門学校産学協力会関連記事
秋田工業高等専門学校産学協力会 令和元・2年度事業報告 ………………… 140
秋田工業高等専門学校産学協力会規約 … ……………………………………… 143
秋田工業高等専門学校グローカル人材育成会 令和2年度事業報告 ………… 145
秋田工業高等専門学校グローカル人材育成会規約 … ………………………… 146
技術相談・共同研究等を申請するには … ………………………………………… 149
編集後記
秋田工業高等専門学校 地域共同テクノセンター長

宮脇

和人 …………… 176

施設概要 … …………………………………………………………………………… 177
アクセス … …………………………………………………………………………… 178

ごあいさつ地域共同テクノセンター報技術・研究シーズ集2021発刊に当って秋田工業高等専門学校


校長

植

松

康

国立高専は5年制の高等教育機関として昭和37（1962）年より全国に順次設置されてきました（秋田高専は昭和39年設置）。当時は高度経済成長期であり，高専は中堅技術者の養成機関として我が国の経済発展に大きく貢献しました。ものづくり大国日本の礎を作ったともいえます。しかし，その後産業構造の変化，技術の高度化，少子化の進行，社会・産業・地域ニーズの変化等，社会状況の大きな変化に伴い，高専のミッションも変化しました。高専機構のミッション再定義によれば，「義
務教育終了直後の志ある青少年に対して，継続的な5年間以上の優れた教育環境を提供することにより，専門的かつ実践的な知識と世界水準の技術を有し，自立的，協働的，創造的な姿勢で地域と世界が抱える社会の諸課題に立ち向かう，科学的思考を身につけた人材を養成する」とあります。
高専のカリキュラムの大きな特色は，数ある工学系教育機関の中でも，実験や実習，インターン
シップに非常に多くの時間を割いていることです。最近では，日本社会全体のデジタル化に向けた
デジタル教育にも力を入れています。ロボットコンテスト（ロボコン）やプログラミングコンテス
ト（プロコン）をはじめとする様々なコンテストや卒業研修を通して，自ら学び，自ら考え，社会の様々な課題にチャレンジできる創造力を養っていることです。そのため，就職先企業はもとより，進学した大学（大学院）からも高い評価を頂いています。
高専のミッションの中でも特に重要なのは社会連携です。
「今後の学校におけるキャリア教育・
職業教育の在り方について」（平成23年1月31日中央教育審議会答申）においても，「地域における
産業界等との連携による先導的な職業教育の取組の促進等，教育内容・教育方法の充実や地域及び我が国全体のニーズを踏まえた新分野への展開等のための教育組織の充実等」が求められています。
人口減少の著しい秋田県における秋田高専の役割は特に大きいと感じています。社会連携の推進を図るためには，産業界や地方公共団体との連携を強化すると共に，共同研究・受託研究等を推進する必要があります。秋田高専では，教育研究機能の向上と地域経済の活性化の推進を図る拠点として「地域共同テクノセンター」を設置し，様々な活動を行っています。例えば，秋田高専産学協力会との共催で技術講演会等を開催したり，「あきた産学官連携フォーラム」において研究シーズを紹介したりしています。
このような地域共同テクノセンターの活動を紹介するとともに，教職員の研究内容を広くアピールするため地域共同研究センター報を隔年で発刊しています。このセンター報では，共同研究等の成果に加え，教職員がもつ研究・技術シーズ，本校が所有する設備や装置が紹介されています。ご一読いただき，本校の産学連携の活動内容をご理解いただきますようお願いいたします。また，本
シーズ集が本校と地域企業との共同研究のきっかけとなれば幸いです。
―1―

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要
令和元・2年度

掲載内訳
区分

研

究

テ

ー マ

学

科

・

氏

名

頁

系・ 池田

洋

4

共同

周期構造を有するミリ波／テラヘルツ派デバイスの新規構造の
電気・電子・情報系・ 伊藤
創出と試作および評価方法の確立

桂一

7

寄附

非線形状態オブザーバによるスイッチトリラクタンスモータの
電気・電子・情報系・ 中沢
位置センサレス制御

吉博 10

受託

秋田県の農林水産物を活かした秋田県オリジナル・スピリッツ
物 質・生 物 系・ 上松の開発に係る基盤研究

仁 12

寄附

「注意の引きやすさ」に着目した視覚的な高速道路逆走防止対土木・建築系・ 長谷川裕修 15
策の評価に関する研究

受託

環境中に放流された排水由来GHGs排出メカニズムの解明と排
土木・建築系・ 増田
出量算定方法の検討

周平 19

寄附

「下水処理水の無希釈利用を核とした無施肥型水稲栽培手法の
土木・建築系・ 増田
開発と生態影響評価」に関する研究

周平 22

共同

自動運転車の制御方策立案に向けた交通容量代理変数としての土木・建築系・ 葛西
潜在車頭時間推定の試み

誠 25

共同 車両追従挙動における決定論的カオス性判定の基礎的検討

土木・建築系・ 葛西

誠 28

寄附 ICT建設技術教育のためのUAVを用いた3次元測量教材の導入

土木・建築系 葛西

誠 30

共同 次世代半導体基板研磨システムに関する研究開発

共同：共同研究
受託：受託研究
委託：委託研究
寄附：奨学寄附金

―3―

機

械

研究年度

令和2年4月〜令和3年3月

研究テーマ

次世代半導体基板研磨システムに関する研究開発
本

研究組織

校

企業・機関

区分

研究者名

池田

企業・機関名秋田県産業技術センター

研究者名

共同研究

洋

久住

孝幸

主任研究員

中村

竜太

研究員， 越後谷正見

研究員

１．研究成果の概要
現在，環境負荷の低減並びに省エネルギー化が喫緊の課題とされ，グリーンイノベーションが加速している。そこで，各種照明機器に使用される光源として，電球，蛍光灯からLEDへの置き換えが進んでいる。しかしながら，LED基板の材料として主に使用されているサファイア
は化学的，機械的に安定な難加工性材料として知られ，基板の製造コスト上昇の一因となっている。特に遊離砥粒研磨技術を原理とする基板の研磨工程では，ポリシングパッドと工作物相互の回転運動の速度（周速）差によって研磨が進展するが，この回転運動によって研磨加工面（研磨界面）のスラリー，あるいはスラリーに内在する砥粒が遠心力よって飛散し研磨効率が大きく低下することが知られている。本研究では，サファイア基板の研磨工程の中でも，基板の表面粗仕上げ加工であるオイルベーススラリーを用いたラッピング加工の高効率化を目指した「電界ラッピング技術」の創出を目指し本技術の基礎評価を進めている。電界ラッピング技術は，
電界砥粒制御技術をラッピング加工に適用することによって迅速な研磨加工を可能とする新しい技術である。本論では，これまでの基礎評価において得られた良好な研磨特性を示す電界条
件を基に，研磨条件の一つである砥粒濃度に着目し，電界環境下における砥粒濃度が研磨特性に及ぼす影響について評価したのでその内容について報告する。
２．電界砥粒制御技術とラッピング加工
いる．電界ラッピングによる加工模
電界砥粒制御技術は，研磨領域に砥粒を配置
式図を図 1 に示す．
制御する技術として開発され，迅速な研磨技術として提案されている。たとえば，シリコンオ
３．実験方法
イルにダイヤモンド砥粒を分散させたスラリー
図 2 に研磨実験の様子を示す．研を平行電極間に注入し交流電圧を印加したとき，磨装置は，市販のビューラー社製研
吸引力は主にダイヤモンドに作用する。その結磨装置に絶縁処理を施した研磨加工
果，砥粒は電極間にて往復運動する。このよう部に高電圧を印加できる機構を追加
な電界下における砥粒の運動特性を利用するこ
した．さらに研磨界面に効率よく電とによって研磨領域外への遠心力による砥粒飛界を与えるために専用に開発したア散を抑制することができる。
ルミ製の研磨ヘッドを取り付け，定一方，ラッピングとは遊離砥粒を用いた研磨
盤 に は ポ リ ッ シ ン グ パ ッ ド IC1000
加工の一つであり，銅や錫などの軟質金属定盤を貼り付けた．また，研磨実験は，上に砥粒を散布し，工作物を所定の形状や寸法
工 作 物 と し て ， 直 径 φ 22.7 mmに能率よく仕上げる加工法である。今回は，金（t=0.3mm）のサファイア基板 3 枚
属定盤の代わりに硬質樹脂定盤を採用し散逸しを研磨ヘッドにワックスで貼付け固てしまう砥粒を電界によって配置制御する加工

図1
図 1 電界ラッピング技術の概要
電界ラッピング技術の概要

定させ，回転速度は 60min -1 とした．
技術「電界ラッピング技術」を開発している。
スラリーは，粘度 10cSt のシリコン
電界ラッピングによる加工模式図を図1に示す。
オイルに平均粒径 2.4µm のダイヤモ
３．実験方法ン ド 砥 粒 を 0.1~0.5wt% に 調 整 し ，
図2に研磨実験の様子を示す。研磨装置は，市
2ml/min でポリシングパッド上に滴下

した．

―4―

４．結果と考察

研磨実験の様子図 図2
2 研磨実験の様子

8.5

量 mg/h

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）

8

7.5

○
●

無電界
電界有

共 同 研 究 等

図 2 研磨実験の様子

8.5

研磨除去量 mg/h

定させ，回転速度は 60min -1 とした．
スラリーは，粘度 10cSt のシリコンオイルに平均粒径 2.4µm のダイヤモ
共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
ン ド 砥 粒 を 0.1~0.5wt% に 調 整 し ，
2ml/min でポリシングパッド上に滴下
販のビューラー社製研磨装置に絶縁処理を施し
した．
た研磨加工部に高電圧を印加できる機構を追加○

無電界

び 10Hz のとき，研磨除去量が無電
磨除去量が無電界を下回っている領域がある。
界と比較し大きく下回っている．
とくに，3Hz，および10Hzのとき，研磨除去量

5
4

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

周波数 Hz

図4
図  周波数と研磨除去量の関係
周波数と研磨除去量の関係  図図5
電極間における砥粒の様子 電極間における砥粒の様子

4/hいると考えられる。なお，2kV以降は研磨ヘッ
定した．図より，無電界より高い
ドと定盤の間で発生する放電により研磨除去量
研磨除去量が得られる周波数はが減少したと考えられる。従って，本実験にお
1Hz，および 8Hz であることがわ
ける最適な印加電圧は2kVであるといえる。次かる．このとき，砥粒の固有振動に，図4に印加周波数と研磨除去量の関係を示
数と一致，あるいはそれに近い状す。このとき，電圧は最も電界効果が得られた態となるいわゆる共振状態とな
2kVに設定した。図より，無電界より高い研磨
り，研磨界面に砥粒が一定量留ま除去量が得られる周波数は1Hz，および8Hzでると考えられる．複数の共振領域あることがわかる。このとき，砥粒の固有振動が存在するメカニズムについて数と一致，あるいはそれに近い状態となるいわ
は，今後，観察実験を通して明ら
ゆる共振状態となり，研磨界面に砥粒が一定量かにしていく．一方，3Hz 以降で， 
留まると考えられる。複数の共振領域が存在す
研磨除去量が無電界を下回っているメカニズムについては，今後，観察実験を通る領域がある．とくに，3Hz，およ
して明らかにしていく。一方，3Hz以降で，研

6

3

研磨除去量

で最大の吸引力がスラリーに作用し４．結果と考察ていると考えられる．なお，2kV 以降
印加周波数1Hzに設定し研磨実験を行った時は研磨ヘッドと定盤の間で発生するの印加電圧と研磨除去量の関係を図3に示す。
放電により研磨除去量が減少したと
1.5 kVまでは電界による吸引力が小さいことか考えられる．従って，本実験におけるら研磨除去量は無電界の場合と同等であるが，最適な印加電圧は 2kV であるといえ2kVのとき約20%増加した。しかしながら2kVる．次に，図 4 に印加周波数と研磨除以降では研磨除去量は減少に転じていることか
去量の関係を示す．このとき，電圧はら，2 kVで最大の吸引力がスラリーに作用して最も電界効果が得られた 2kV に設

研磨除去量 mg/h

8した。さらに研磨界面に効率よく電界を与える●
電界有
４．結果と考察
ために専用に開発したアルミ製の研磨ヘッドを7.5
取り付け，定盤にはポリッシングパッドIC1000
印加周波数 1Hz に設定し研磨実験
7を貼り付けた。また，研磨実験は，
工作物として，を行った時の印加電圧と研磨除去量
直径φ22.7mm（t=0.3mm）のサファイア基板の関係を図 3 に示す．1.5 kV までは電
6.5
3枚を研磨ヘッドにワックスで貼付け固定させ，界による吸引力が小さいことから研
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
回転速度は60min-1とした。スラリーは，粘度
磨除去量は無電界の場合と同等であ
電圧 kV
 図
10cStのシリコンオイルに平均粒径2.4µmのダ 電圧と研磨除去量の関係
図3
電圧と研磨除去量の関係 
るが，2kV のとき約 20%増加した．し 図  電圧と研磨除去量の関係 
イヤモンド砥粒を0.1~0.5wt%に調整し，2ml/ 
7
かしながら 2kV 以降では研磨除去量minでポリシングパッド上に滴下した。
は減少に転じていることから， 2 kV

3.5
3
2.5
2

〇 無電界 ■ 8Hz ● 1Hz

このことについて，電極間付近のが無電界と比較し大きく下回っている。このこ
1.5とについて，電極間付近の砥粒の様子を示す図
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
砥粒の様子を示す図 5 を用いて説
砥粒濃度 wt%5を用いて説明する。共振周波数1Hzより高い
明する．共振周波数 1Hz より高い
周波数領域では，電界の極性変化に追従できな周波数領域では，電界の極性変化  図6
図  電界有無における砥粒濃度と研磨除去量の関係
電界有無における砥粒濃度と研磨除去量の関係 い砥粒が研磨界面外周部のエッジ部分でチェーに追従できない砥粒が研磨界面外ンクラスターを形成する。この砥粒群により研磨界面に新しい砥粒の流入を抑制することで砥
周部のエッジ部分でチェーンクラ
粒が減少し，研磨除去量が無電界を下回ったと推測している。3Hz，および10Hzで同現象が顕スターを形成する．この砥粒群により研磨界面に新しい砥粒の流入を抑制するこ著に現れた理由については今後解明していく。
とで砥粒が減少し，研磨除去量が無電界を下回ったと推測している．3Hz，およ
図6は無電界電界有無における砥粒濃度と研磨除去量の関係を示す。電界を印加した時の研磨
び 10Hz で同現象が顕著に現れた理由については今後解明していく．
図 6 は無電界電界有無における砥粒濃度と研磨除去量の関係を示す．電界を印―5―加した時の研磨除去量については，電界効果が得られた周波数
1Hz，および 8Hzとした．電界有無にかかわらず砥粒濃度の増加に伴って研磨除去量が上昇する

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
除去量については，電界効果が得られた周波数1Hz，および8Hzとした。電界有無にかかわらず砥粒濃度の増加に伴って研磨除去量が上昇するが，周波数1Hzでは，砥粒濃度0.3wt%以降において砥粒濃度を増加させても，研磨除去量の上昇が見られない。これは，研磨界面における砥粒数が飽和状態になるためと考えられる。また，電界効果は，砥粒濃度0.1wt%，および0.5wt%のとき約10%程度，周波数1Hzを印加し砥粒濃度0.3wt%のスラリーを使用した場合約55%となり，砥粒濃度の依存性があることがわかった。このことから，砥粒濃度は電界効果に影響を及ぼすといえる。

―6―

研究年度
研究テーマ

共同研究

周期構造を有するミリ波／テラヘルツ波デバイスの新規構造の創出と試作および評価方法の確立

本
研究組織

区分

令和元年6月～令和2年3月

校

企業・機関

研究者名

伊藤

企業・機関名秋田県産業技術センター

研究者名

桂一

長岡技術科学大学
佐々木友之

研究背景および目的
ミリ波／テラヘルツ波デバイスの開発と高性能化はこれからの高度情報化社会において喫緊の課題であり，特にこれまで未踏の周波数であったテラヘルツ波帯に対応するデバイス開発はまだまだ発展途上にある。ミリ波/テラヘルツ波デバイスの特徴として，メタマテリアルに代表されるような周期構造（メタ構造）を有する場合が多く，周期構造を構成する単位構造の形状によってその性能や機能が大きく左右される。本研究では周期構造を有するミリ波／テラヘル
ツ波デバイスの性能改善を目的に，トポロジー最適化を用いた単位構造の新規形状の開発を試みた。
液晶テラヘルツデイバスの概要とトポロジー最適化
近年，サブ波長の単位構造を無数に集結させることによって所望の誘電率及び透磁率を実現することができる電磁メタマテリアルと，電磁波をアクティブに制御することができ，THz帯においても屈折率異方性を有する液晶（LC: Liquid Crystal）を組み合わせた伝搬制御デバイスが研究されており，特にクロススロット型のデバイスはLC単体を超える複屈折を有し，応答速度に関する有用性が報告されている。本研究ではFDTD法（時間領域差分法）を用いて，図1に示すような偏波変換を行う液晶デバイスの形状設計を目的としており，設計性能とその有用性について検討した。
本研究ではOn/Off法を用いたトポロジー最適化により形状設計を行った。FDTDセル単位でonとoffの2つの状態を与えて液晶デバイス形状を表現するが，セルの組み合わせ数は膨大で，最適化された形状は試作困難な形状になってしまう可能性が高い。それを防ぐために，正規化
ガウス関数ネットワーク（NGnet: Normalized Gaussian Network）を用いたトポロジー最適化を行い，滑らかな境界を持つ液晶デバイス形状が得られるようにした。今回は最初にメタマ
テリアルの単位構造にスポットを当て，従来型のクロススロット型と最適化を行った形状の設計性能について比較する。その後，メタマテリアルデバイスとしての性能について比較を行い，最終的に液晶デバイスの試作に向けて設計の改良を行った。
解析および設計に用いたFETDの解析領域のイメージを図2に示す。領域の中心に液晶デバイ
スを設置して解析を行った。クロススロット型の液晶デバイスと比較して方位角を大きくすることを本研究では目的とした。解析中心周波数は0.6[THz]で，1セルは5[μm]とし，解析領域は3次元で，864×54×54セルとした。解析領域全体を囲うように吸収境界条件のPMLを挿入した場合は単位構造のみの特性の解析や設計が可能である。周期境界条件を導入した場合はメタ構造の状態で解析および設計が可能となる。入射波として面波源で正弦波変調ガウシアンパル
スを与え，45°の角度で斜め偏波を入射した。解析領域内に観測点を設け，透過波を観測した。
LCは正常屈折率n0=1.54，異常屈折率ne=1.69とした。これは周波数1[THz]でのネマチック液
晶5CB（4-ペンチル4’-シアノビフェニル）での値である。本研究ではLCの異方性を比誘電率テンソルとして与えることで表現する。設計結果の液晶領域内を空気（比誘電率1.0）で満たした
場合は形状によって異方性が見られず，液晶を満たした場合のみ異方性が見られることが設計の条件となる。本研究では液晶デバイスの偏波変換性能を方位角の大きさにより設計能力の評価を行った。
―7―

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
液晶テラヘルツデイバスの新しい単位構造の設計
最初は単位構造だけの形状最適化を行い，得られた形状を元に周期境界条件を導入して無数に並べたメタ構造にした場合について検討した。しかし，単体で設計した単位構造をメタ構造としたときに性能向上が見られないことが分かった。そこで，周期境界条件を導入した状態，
すなわちメタ構造にした状態で単位構造の形状最適化を行った。
最適化条件は液晶テラヘルツデバイスの厚さを1セルとしてNGnetの基底数nをn=3，5，7と変更してそれぞれメタマテリアルの単位構造の形状最適化を行った。各基底数において最適化
した形状の方位角ψの解析結果を表1に示し，図3にn=7の最適化形状を示す。of1は液晶を内包した場合，of2は液晶を内包していない場合（空気を内包している状態）の方位角である。どの基底数においても液晶を内包していない場合，形状の等方性は保たれていることが分かる。そして，ψの変化量がガウス基底数nの増加に伴って増加する傾向がみられた。
周期境界条件を導入した状態での最適化結果より，どの形状も単位構造を先に最適化してからメタマテリアルとした場合の偏波変換性能を超える性能が得られた。n=5とn=7で最適化した形状は，クロススロット型を超える偏波変換性能が厚さ1セルで得られるということが分かった。提案手法で形状生成することによって，既存の形状がもつ性能を上回る性能を付与出来るということが示された。
液晶テラヘルツデイバスの試作に向けた設計
液晶デバイスを試作するにあたり，デバイスの厚さはスパッタリングとめっきを組み合わせて石英ガラス基板上に金属膜を生成するが，その厚さは1[μm]が限界値である。そのため，形状最適化の際の厚さは1セルとしていた。形状作製には直径10[μm]程度の紫外線ビームを用いたフォトリソグラフィで行うため，1セル5[μm]単位でLCと金属をonとoffで表現していた前項までの手法では最適化で生成される形状が細かすぎるため，作製するのは難しい。少なくても
10[μm]のドットの組み合わせで形状が表現できるようにしなければいけないため，形状の再設計について検討した。
2×2セルのグループでonとoffを用いてLCまたは金属が与えられるように周期境界条件を導入した状態で粗くモデリングを行って，形状の最適化をするように変更した。各基底数においてって増加するということはなく，今回の最適化で得られた結果のψの最大値の最小値の最適化した形状の方位角ψの解析結果を表4に示し，図4にn=7の最適化形状を示す。粗く最適
差は 1[deg]に満たないほどである。したがって，52[deg]付近の値がこの条件の最適化に化を行った場合，ψの変化量がガウス基底数nの増加に伴って増加するということはなく，今回よる収束値と考えることができる。
の最適化で得られた結果のψの最大値の最小値の差は1[deg]に満たないほどである。したがっ以上の結果より，どの基底数で最適化した形状においてもクロススロット型を超える偏て，52[deg]付近の値がこの条件の最適化による収束値と考えることができる。
波変換性能を付与できたことから，本研究で提案した設計手法の有効性を確認すること
以上の結果より，どの基底数で最適化した形状においてもクロススロット型を超える偏波変換性能を付与できたことから，本研究で提案した設計手法の有効性を確認することができた。
ができた。また，２倍粗くモデリングをして最適化を行っても，設計性能が担保されている
また，２倍粗くモデリングをして最適化を行っても，設計性能が担保されているということがということが示された。今後は設計結果について試作を行い，測定による確認を行う予定示された。今後は設計結果について試作を行い，測定による確認を行う予定である。
である。
PML

Excitation surface

Incident wave

0

偏波変換のイメージ
図図1
1 偏波変換のイメージ

132

LC device Observation point
PML

Transmitted wave

432

x[cell]732 864

図22 解析領域
解析領域
図

表 3 周期境界条件導入時に最適化した形状 表 4 粗くモデリングを行って最適化したの解析結果
形状の解析結果―8―

of 1[deg]of 2[deg]of 1[deg]of 2[deg]

0x[cell]732 864

図 2 解析領域

表表3
3 周期境界条件導入時に最適化した形状
周期境界条件導入時に最適化した形状の
解析結果果
の解析結

of 1[deg]of 2[deg]n =3

48.71345.000n =551.94645.000n =754.33245.000表表44 粗くモデリングを行って最適化した
粗くモデリングを行って最適化した形状の解析結果
形状の解析結果

   周期境界条件導入時の最適化形状 (n=7)

図 3 周期境界条件導入時の最適化形状
(n=7)

―9―

図4

of 1[deg]of 2[deg]n =352.38745.000n =551.59245.000n =751.66145.000

粗くモデリングを行った場合の最適(n=7)
図 4 化形状
粗くモデリングを行った場合の最適化形状(n=7)

共 同 研 究 等

図 1 偏波変換のイメージ共同研究等成果の概要（令和元・2年度）

図3

432

132

研究年度

区分

令和3年1月～令和3年12月

奨学寄付金等非線形状態オブザーバによるスイッチトリラクタンスモータの位置センサレス制御

研究テーマ

本

研究組織

校

企業・機関

研究者名

中沢

吉博

企業・機関名公益財団法人津川モーター研究財団

研究者名

電圧
センサ

v ++
-

Gψ
^

1 Ψ
s
R
^
L(θ)

電流

1 i^ + ^L(θ)^^

W (θ,i)
^

θ

i センサ
+
-

i=const Te

Gθ

Gω
1 ++
Jm

^
1 ωm ++
s

推定位置
^

1 θm
s

Bm

回転子位置 θ[°(elec.)]

研究成果の概要
2018年に経済産業省が電動垂直離着陸機（eVTOL），所謂“空飛ぶクルマ”を定義し，2023
年には実用化するロードマップを発表した。これによりeVTOLの実用化・量産化に向けた取組が日本でも本格化し始めた。現在のeVTOLには高効率・軽量な永久磁石型同期モータが採用されている。永久磁石の熱減磁を防ぐためにジスプロシウムが使われるが，埋蔵量が少なく産出
国との政治的な要因により価格が金よりも高い時期があり，今後eVTOLの量産化段階で問題になると予想される。またeVTOL用モータケースは空冷用の穴があり，離着陸時に地面の砂鉄が舞い上がり，ネオジム磁石に砂鉄が蓄積してギャップが詰まる。ドローンにおいてはこれが原因で墜落する事故がすでに起きている。そのため，定期的にモータを分解掃除する必要があり，eVTOLの安全面や維持コスト面で大きな問題になると予想される。そこで，スイッチトリ
ラクタンスモータ（SRM）がeVTOL用モータとして適していると考えられる。永久磁石がない
ためブロワで簡単に砂鉄を除去できる。またSRMは鉄と銅だけで構成されているため，低コス
トかつリサイクルも容易である。SRMを駆動させるためには位置センサが必要になるが，位置センサが砂や砂鉄により故障し墜落する危険性があるため位置センサレス化が必要とされている。本研究の目的は非線形状態オブザーバを用いることによりSRMの位置センサレス制御を実現し，堅牢・低コストかつ安全性の高いeVTOL用SRMドライブを開発することである。
SRMの位置センサレス制御としてインダクタンスがロータ位置に応じて変化することを利用した方法がある。このインダクタンス特性のみを利用した方法の問題は，非対向位置からステー
タ極とロータ極が重なり始めるオーバーラップ角までインダクタンスの変化が小さいため，ロー
タ位置推定精度が極めて悪くなる。また，電流ピークを検出してロータ位置を推定する方法は

間欠的な位置情報しか得られないため，eVTOLのような高度なモータ制御が必要な用途に適さない。これまで線形と仮定した回路方程式から状態オブザーバを構築したため，高負荷領域においてロータ位置推定誤差が非常に大きい問題がある。したがって，高負荷領域でも高精度

360
270
180
90
0

非線形性を考慮した状態オブザーバ
図図1
1 非線形性を考慮した状態オブザーバ

実値

0

0.1

時間 t [s]

推定値

0.2

0.3

図3
図 3 線形状態オブザーバによる推定回転子位置
線形状態オブザーバによる推定回転
2.5
1.5

100 A

1.0
0.5
0.0

子位置

0A

2.0

0

回転子位置 θ[°(elec.)]

増分インダクタンス[mH]

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）

60 120 180 240 300 360
回転子位置 [ (elec.)]

図 2 増分インダクタンス
増分インダクタンス
図2

360
270
180
90
0

実値

0

0.1

時間 t [s]

推定値

0.2

0.3

図4
図 4 非線形状態オブザーバによる推定回転子位置
非線形状態オブザーバによる推定回

転子位置― 10 ―

なロータ位置推定を可能とするため，非線形を考慮した状態オブザーバを構築した（図1）。また，SRMは他のモータと比較して深い飽和領域で動作するためインダクタンスはロータ位置と相電流の関数である増分インダクタンスとなる。図2は有限要素法磁場解析ソフトにより解析した結果である。図3に線形状態オブザーバによる推定回転子位置を示す。また，図4に非線形性を考慮した状態オブザーバによる推定回転子位置を示す。動作点はどちらも低速，軽負荷である1000rpm，0.1Nmの結果である。図3では推定位置が0.2sほどで実値に収束しているが，図4
では0.1s程度で収束できている。非線形性を考慮することにより推定精度を高めるだけでなく，応答性も高めることが可能である。

― 11 ―

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
研究年度
研究テーマ

受託研究

秋田県の農林水産物を活かした秋田県オリジナル・スピリッツの開発に係る基盤研究

本
研究組織

区分

平成30年9月～令和2年3月

校

企業・機関

研究者名

上松

仁，西野

智路

企業・機関名秋田県醗酵工業株式会社1，秋田県立大学2，
秋田県総合食品研究センター3

研究者名

佐々木達也1，野下浩二2，進藤昌3，杉本勇人3

１．秋田スギの香りを商品にする
秋田県は県土の約3分の1が秋田スギの人工林でおおわれている。都道府県別のスギの人工林
面積は断トツで日本一である。スギは日本の固有種であることから，秋田県は世界で一番，スギが多く植えられている地域と言える。そこで，この秋田県の世界一を秋田県産ブランドとして国内外に発信してインバウンド需要も含めて秋田県の経済を活性化する為と，香りを楽しん
で日々の生活を豊かにしたいという需要に応える為に，秋田スギの香りの商品化を考えた。
木の香りは，数十種類の香り成分（揮発性物質）が特定の組み合わせと割合で混ざり合った
天然物である。樹種によりその香りを構成する香り成分の含量が大きく異なる。人は木の特有の香りをイメージ（先入観）と共に記憶することができる。そのイメージは，例えば，森の中
で木の香りを感じた時の清涼感として記憶される。森で香る秋田スギの香りは葉から放出され，スギは山に一番多く生えている木であることから，森林浴として感じる香りである。好ましいイメージを持った香りは商品として有用である。スギの葉は一年を通して行われるスギの間伐の際に採取される。秋田県では秋田県森林組合連合会から新鮮な秋田スギの葉が購入できる。
秋田スギの香りの入れ物として蒸留酒のジンを選び，秋田スギの葉を香り付け植物（ボタニカル）に用いたジンを「Akita Dry Gin」と定義してその開発を行った。
２．クラウドファンディング（Makuake）による開発資金の調達
秋田高専（上松，西野），秋田県立大学（野下），秋田県総合食品研究センター（進藤，杉本（秋田高専卒業生）），秋田県醗酵工業株式会社（安田，佐々木）で産学官連携プロジェクトを結成し，秋田高専が代表実施機関になって県が企画した「平成30年度アクティブ・リサーチャー支援事業」に応募して採択されジンの開発を開始した。
支援事業ではクラウドファンディングにより開発資金の調達を行うので，2019年１月から3月にかけてMakuakeによりインターネット上でプロジェクトの宣伝を行い，賛同していただいた出資者から開発資金を募り目標金額の150万円を調達することができた。Makuakeの応援コ
メント欄には，秋田を応援したいと言う出資者からの多くの励ましの言葉が寄せられた。
３．「森香るクラフトジン」（Akita Dry Gin）の開発
ジンは農業由来の96％以上のエタノール（日本では原料用アルコールが適用）にボタニカルを漬け込み，それを単式蒸留器で蒸溜したお酒（酒税法上はスピリッツに分類）で，加水してアルコール分は通常40～50％である（図１）。ジュニパーベリー（セイヨウネズの実）が第一の香りであることがジンの条件である。ジンが他のお酒と異なるのは実際の製造工程に発酵を必要としない点である。その為，ワインやウイスキーの香りが「〇〇の様な香り」と連想する香りでしか表現できないのに対し，ジンの香りは使用した「ボタニカルの香り」で表現できる。
人はジンの香りの中から記憶している香り（香り成分の組み合わせ）を識別してその香りを認識することができる。したがって，秋田スギの葉をボタニカルとしたジンは秋田スギの香りがするお酒である。
ジンの試作および試験製造は税務署の酒税法上の許可が必要なので，それぞれ総合食品研究センターと秋田県醗酵工業（株）で行った。秋田の森の季節の香りの移ろいをジンの香りで表― 12 ―



― 13 ―

共 同 研 究 等

３．「森香るクラフトジン」（$NLWD'U\*LQ）の開発
共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
ジンは農業由来の％以上のエタノール（日３．「森香るクラフトジン」（$NLWD'U\*LQ）の開発
糖蜜
↓本では原料用アルコールが適用）にボタニカルを
ジンは農業由来の ％以上のエタノール（日現した「森香るクラフトジン春，
夏，秋」の開発を行っ
糖蜜
水
漬け込み、それを単式蒸留器で蒸溜したお酒（酒本では原料用アルコールが適用）にボタニカルを 酵母 → （発酵） ←↓た。
「夏」は秋田スギの香りがするベースとなるジンで，もろみ
酵母 → （発酵） ← 水
税法上はスピリッツに分類）で、加水してアルコ
さらにそこにバラの香り（ローズウォーター）を加え漬け込み、それを単式蒸留器で蒸溜したお酒（酒
↓
もろみ
て「春」
，
秋に甘く香るカツラの木の香り（マルトール）ール分は通常40～50％である（図１）。ジュニパ
税法上はスピリッツに分類）で、加水してアルコ
連続蒸留 ↓
を加えて「秋」とした。
「夏」はボタニカルを新鮮なーベリー（セイヨウネズの実）が第一の香りであ↓ール分は通常 40～50％である（図１）
。ジュニパ
連続蒸留
原料用アルコール
秋田スギの葉，ジュニパーベリー，コリアンダーシー
ることがジンの条件である。
ジンが他のお酒と異ーベリー（セイヨウネズの実）が第一の香りであ↓↓ド，アンジェリカルート，
オレンジピール，
レモンピー
原料用アルコール実
なるのは実際の製造工程に発酵を必要としないることがジンの条件である。ジンが他のお酒と異（浸漬）
ボタニカル →  ← 水↓際
ルの６つとし，仕込み量，アルコール浸漬条件（濃度実点である。その為、ワインやウイスキーの香りがなるのは実際の製造工程に発酵を必要としない
↓
の
（浸漬）
ボタニカル
→


←
水
際
と時間）
，
単式蒸留器による蒸留方法（カットポイント）「〇〇の様な香り」と連想する香りでしか表現で単式蒸留 ↓
点である。その為、ワインやウイスキーの香りが製のについて試行錯誤を重ね，秋田の森で感じる秋田スギ↓
きないのに対し、ジンの香りは使用した「ボタニ「〇〇の様な香り」と連想する香りでしか表現で単式蒸留造製
工（加水調整） ↓の香りを更に引き立たせるように，スギの木材の香り
造
カルの香り」で表現できる。人はジンの香りの中きないのに対し、ジンの香りは使用した「ボタニ程↓工を除き，青葉アルコール（後述）の香りを調整して理（加水調整）
から記憶している香り（香り成分の組み合わせ）
カルの香り」で表現できる。人はジンの香りの中ジン
程↓想的な製造条件を設定することができた。
を識別してその香りを認識することができる。
しから記憶している香り（香り成分の組み合わせ）ジン
図１．日本のジンの製造法
「春」と「夏」を出資者への返礼品とし選び，2020
たがって、
秋田スギの葉をボタニカルとしたジンを識別してその香りを認識することができる。
し図１．日本のジンの製造法
図１．日本のジンの製造法
年2月に秋田県醗酵工業（株）で試験製造を行った。
は秋田スギの香りがするお酒である。
たがって、秋田スギの葉をボタニカルとしたジン
最初のAkita Dry Ginであるので「1st Akita Dry Gin
ジンの試作および試験製造は税務署の酒税法は秋田スギの香りがするお酒である。
（春），（夏）」とラベル（デザイン：鎌田あかね）して上の許可が必要なので、それぞれ総合食品研究セ
ジン の 試 作 お よ び 試 験 製。さらに，6月25日に
造は税務署の酒税法3月に出資者に発送した（図２）
ンターと秋田県醗酵工業（株）で行った。秋田の上の許可が必要なので、それぞれ総合食品研究セ
秋田県醗酵工業（株）から「夏」の市販品として「秋
森 の 季田杉GIN」
節の 香 り（46度，500ml）が発売された（図３）の 移 ろ い を ジ ン の 香 り で 表 現 し 。秋
ンターと秋田県醗酵工業（株）で行った。秋田のた「森香るクラフトジン春、夏、秋」の開発を行
森の季節の香りの移ろいをジンの香りで表現し田スギの香りを山に行かなくても何時でもどこでも楽った。「夏」は秋田スギの香りがするベースとなた「森香るクラフトジン春、夏、秋」の開発を行しめるようになった。
図２．1st Akita Dry Gin（返礼るジンで、さらにそこにバラの香り（ローズウォった。「夏」は秋田スギの香りがするベースとな品）のラベル
図２．1stAkita
Dry Dry
Gin（返礼品）のラ
図２．1stAkita
Gin（返礼４．AkitaDry Ginで秋田スギの香りを楽しむーター）を加えて「春」、秋に甘く香るカツラのるジンで、さらにそこにバラの香り（ローズウォ
ベル品）のラベルAkita Dry Ginを 開 発 す るに 当 た り ２ つ の「夏」はボタニ
心配が木の香り（マルトール）を加えて「秋」とした。
ーター）を加えて「春」、秋に甘く香るカツラのあった。それは，色々な香りが含まれているジンの香
カルを新鮮な秋田スギの葉、ジュニパーベリー、コリアンダー
木の香り（マルトール）を加えて「秋」とした。「夏」はボタニりの中から秋田スギの香りを認識できるだろうかとい
シード、アンジェリカルート、オレンジピール、レモンピール
カルを新鮮な秋田スギの葉、ジュニパーベリー、コリアンダー
うことと，秋田スギの香りがジンの香りとしてふさわの６つとし、仕込み量、アルコール浸漬条件（濃度と時間）、単
シード、アンジェリカルート、オレンジピール、レモンピール
しいか，である。
式蒸留器による蒸留方法（カットポイント）について試行錯誤の６つとし、仕込み量、アルコール浸漬条件（濃度と時間）、単
2004年に嗅覚受容体の遺伝子の発見にノーベル医を重ね、秋田の森で感じる秋田スギの香りを更に引き立たせる式蒸留器による蒸留方法（カットポイント）について試行錯誤
学生理学賞が授与されて以来，動物が匂いを認識し記ように、スギの木材の香りを除き、青葉アルコール（後述）のを重ね、秋田の森で感じる秋田スギの香りを更に引き立たせる
憶するメカニズムが急速に解明されつつある。それに香りを調整して理想的な製造条件を設定することができた。
ように、スギの木材の香りを除き、青葉アルコール（後述）のよると，香りはイメージと共に記憶することができる。
「春」と「夏」を出資者への返礼品とし選び、
年  月に香りを調整して理想的な製造条件を設定することができた。
記憶した香りは弱くても感じること（検出）ができる。
秋田県醗酵工業（株）で試験製造を行った。最初の Akita Dry Gin「春」と「夏」を出資者への返礼品とし選び、
年  月に幾つもの香りの中から記憶した香りを探し出すことであるので「1stAkita（株）
Dry Gin（春）、（夏）」とラベル（デザイ
秋田県醗酵工業で試験製造を行った。
最初の Akita Dry Gin（識別）ができる。したがって，秋田スギの香りを森
ン：鎌田あかね）して3 月に出資者に発送した（図２）。さらに、であるので「1stAkita Dry Gin（春）、（夏）」とラベル（デザイ
林浴のイメージで記憶していると，Akita
Dry
Ginを
図３．市販された「秋田杉GIN」
 月 口に含むとまず秋田スギの香りを認識できると共に，
日に秋田県醗酵工業（株）から「夏」の市販品として「秋図３．市販された
ン：鎌田あかね）して 3 月に出資者に発送した（図２）。さらに、*,1」
田杉 GIN」
度、PO）が発売された（図３）。秋田スギの 「秋田杉図３．
 月（
 日に秋田県醗酵工業（株）から「夏」の市販品として「秋市販された
森林浴のイメージによる癒し効果が期待できる。秋田スギの香りの癒し効果（α波電位/β波電
香りを山に行かなくても何時でもどこでも楽しめるようになった。
田杉 GIN」（ 度、PO）が発売された（図３）。秋田スギの 「秋田杉 *,1」
位の上昇）は，既に総合食品研究センターの進藤さんが実証している。
香りを山に行かなくても何時でもどこでも楽しめるようになった。
秋田スギと市販ジン9点の香り成分（テルペン類）を液体クロマトグラフィー飛行時間型質量分析装置（LC-QTOFMS）で分析した（図４）。どのジンにも主にジュニパーベリー由来の共通した香り成分が含まれている。分かりやすいように共通成分に線を引いた。図４から分かるように，秋田スギの葉の香り（○，数字添付）には分析したジンに共通な香り成分が含まれていた。
このことは，秋田スギの香りがジンの香りとしてとても相性が良いことを示している。さらに，
秋田スギの香りには分析したジンには含まれていない「みどりの香り」と呼ばれる生茶葉にも共 同 研 究 等

時間型質量分析装置（LC-QTOFMS）で分析した（図４）。どのジンにも主にジュニ
パーベリー由来の共通した香り成分が含まれている。分かりやすいように共通成分に線を引いた。図４から分かるように、秋田スギの葉の香り（○、数字添付）には分析したジンに共通な香り成分が含まれていた。このことは、秋田スギの香りがジンの香共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
りとしてとても相性が良いことを示している。さらに、秋田スギの香りには分析した含まれる青葉アルコールが含まれていた。青葉アルコールにも癒し効果があることが証明されジンには含まれていない「みどりの香り」と呼ばれる生茶葉にも含まれる青葉アルコている。
ールが含まれていた。青葉アルコールにも癒し効果があることが証明されている。


図４．秋田スギの葉の香りの
LC-QTOFMS
分析
図４．秋田スギの葉の香りのLC-QTOFMS分析
５．
「秋田杉 *,1」が東京ウイスキー＆スピリッツコンペティション（7:6&）で「最高金賞」を受賞
５．
「秋田杉GIN」が東京ウイスキー＆スピリッツコンペティション（TWSC2021）で「最高金賞」を受賞
2021 年が３回目のコンペティションで、ジャパニーズジンが最高金賞を受賞するのは初めてである。実行委員長の土屋守さんが総評で次のように述べている。
「「秋田
2021年が３回目のコンペティションで，ジャパニーズジンが最高金賞を受賞するのは初めてである。実行委員長の土屋守さんが総評で次のように述べている。
「「秋田杉GIN」は，秋田杉
杉 GIN」は、秋田杉の葉を用いたジンで、その森林浴のような爽やかな森の香りが、の葉を用いたジンで，その森林浴のような爽やかな森の香りが，ブラインドでも高く評価されブラインドでも高く評価された。産学官という、３団体協業のプロジェクトで、県をた。産学官という，３団体協業のプロジェクトで，県をあげて調査・研究，そして製造にあたっ
あげて調査・研究、そして製造にあたった成果が正しく評価されたと思う。ジャパニた成果が正しく評価されたと思う。
ジャパニーズジンの新たな可能性，
そしてチャレンジ精神が，ーズジンの新たな可能性、そしてチャレンジ精神が、ジンの未来を築くかもしれな
ジンの未来を築くかもしれない。
」この総評は本プロジェクトを総括するのにふさわしい内容でい。」この総評は本プロジェクトを総括するのにふさわしい内容であった。
あった。

― 14 ―

研究年度
研究テーマ
研究組織

区分

令和2年4月～令和3年3月

奨学寄付金等「注意の引きやすさ」に着目した視覚的な高速道路逆走防止対策の評価に関する研究

本

校

企業・機関

研究者名

長谷川裕修

企業・機関名公益財団法人高速道路調査会

研究者名

１．はじめに高速道路における逆走事故は2018年に32件発生し，その死傷事故率は40%超と高速道路での事故全体に比べて著しく高い。また，逆走を開始後，事故発生前に確保された逆走事案は200件発生しており，逆走防止対策の重要性は高い1）。現在，高速道路会社等道路管理者は各種の逆走防止対策を実施している。種々の対策の中から利用者の注意を引き付ける効果的な対策を明らかにしていくことが重要である。本研究では，高速道路における逆走対策のなかでも，特に事例の多い視覚的な対策について注意の引きやすさに着目し，検討を行った。具体的には対策実施箇所の撮影映像を視聴する実験を行い，その際に実験参加者の視線データをTobii社製の眼鏡型視線計測装置であるトビーグラスを使用して取得する。さらに，実験参加者の視線デー
タから注視状況を把握し，注意の惹きやすさを強調した顕著性強調画像との比較を行う。最後に実験実施後のアンケート調査で実験参加者の対策実施箇所の認識状況を把握し，対策の効果を評価する。
２．研究方法2）（1）研究対象
NEXCO東日本にご提供いただいた秋田県内高速道路の逆走防止対策実施状況の資料を基に，研究の対象箇所として視覚的対策の最も多いICを選定し（以下，「IC1」），比較対象として対象
ICと近接するIC（以下，「IC2」）の二箇所を対象に，本線IC手前からICを降りるまでの映像をそれぞれ撮影した。撮影ではGarmin社製の360度撮影可能なアクションカメラGARMIN VIRB
360とFEIYU TECH社製の電動手振れ補正ジンバルFeiyu Tech G360を軽トラックの荷台に固定し，順走する車両の後方を撮影した。カメラの位置や高さはドライバーの目線に合わせ地面から120cmとなるように設定した。
撮影した映像を逆走映像に近い映像表現にするため，以下の手順で撮影した映像を編集した。 
１．映像全体を逆再生動画に変換
２．ICごとに映像の前後の不要箇所を削除
３．実験の説明や注意を含めた実験用動画を作成
実験ではIC1とIC2の映像を続けて視聴してもら
実験の説明や注意を含めうため，どちらのICの映像を先に見たかによる実験参加者への順序効果を制御するため，ICの登場た実験用動画を作成
順序を入れ替え，一方を実験動画A「前：IC2，後：
IC1」もう一方を実験動画B「前：IC1，後：IC2」
実験では ,& と ,& の映像を続とした二種類の映像を作成した。動画内にある逆走防止対策は路面上の矢印標示，
進入禁止標識，【逆けて視聴してもらうため，どちら
走とまれ】看板，ガードレールの矢印標示の4種類である（図1）。このうち，【逆走とまれ】看板はの ,& の映像を先に見たかによる
IC1にのみ設置されている。
（2）実験概要
実験参加者への順序効果を制御
本研究では，視覚的な対策について「注意の引図1 動画内に出現する逆走対策
きやすさ」に着目し，対策実施箇所の映像を用いするため，,& の登場順序を入れ替
図 1 動画内に出現する逆走対策
― 15 ―

え，一方を実験動画 $「前：,&，後：,&」もう一方を実験動画 %「前：,&，

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）て対策の効果を評価することを目的として，動画視聴実験を行った。実験参加者に対しては，実験開始前に研究の目的や方法，倫理的配慮や個人情報の取扱いについて説明を行い，参加の同意を得た。なお，実験実施時には実験参加者にバイアスを与えないために，ドライバーの運
転時の視線を計測するという偽の研究目的で説明をした。この点についての倫理的配慮として，
実験後に参加者に対して本来の実験目的を説明するとともに，偽の研究目的を提示した理由を説明し，そのことに対する同意を得た。なお，本研究で実施した映像視聴実験は筆者が所属する秋田工業高等専門学校のヒト生命倫理委員会において審査を受け，その承認のもとに実施している。
実験時には没入感を向上させるため，レーシングハンドルとフットペダルを設置したレーシ
ングコックピット全体を黒色のテントで覆い，31.5インチモニタに実験用動画を表示した。実験参加者はTobii社製の眼鏡型視線計測装置Tobii pro glasses 2（以下，トビーグラスと記す）を装着し，実験動画を視聴中の視線を計測した。
実験参加者は秋田工業高等専門学校に在籍する学生8名であり，いずれの参加者も普通自動車免許を保有している。実験はトビーグラスを装着した参加者1名ずつがレーシングコックピットに着席し，実験動画AまたはBを視聴する。映像の割り当てについてはどちらの動画も視聴者人数が同じになるようランダムに割り当てた。実験は2021年2月8日に6名，9日に2名の実験を行った。
動画視聴後は本来の研究目的を伝え，逆走防止対策の認識状況および個人属性のアンケート調査を行い，最後に全日本交通安全協会「認知・判断力診断セルフチェック版3）」によって認知・判断力検査を実施した。いずれの参加者も認知・判断力に問題はなかった。
（3）アンケート調査項目
アンケート調査では個人属性に加えて，以下の5項目からなる映像視聴実験での逆走防止対策の認識状況について尋ねた。
１．逆走に気が付けたか否か
２．それぞれの逆走防止対策についてどの程度印象に残っているか：「強く印象に残っている」「印
象に残っている」「あまり印象に残っていない」「印象に残っていない」。この時，参考資料として図2に示した4つの対策画像に加えて，動画中には出現しないLED発光体の画像も提示した。
３．逆走に気が付くきっかけになった対策
４．逆走に早く気が付けたか否か：「思う」「少しはそう思う」「あまりそう思わない」「思わない」
５．実際に映像のような場面で逆走してしまう可能性：「思う」「少しはそう思う」「わからない」「あまりそう思わない」「思わない」（4）顕著性マップ
人が画像等を見た時に注意が集まりやすい場所を画像特徴量から推定した画像のことを顕著性マップという。顕著性マップの推定に用いられる計算モデルは1985年にKochとUllman
によって提案された概念モデルを1998年にIttiらが実装したものをはじめとして，多くのモデルが提案されている。本研究ではディープラーニング技術を応用したCorniaら4）のSaliency
Attentive Model（SAM-ResNet）を用いた。
（5）視線計測データ
動画視聴中に装着したトビーグラスで測定した視線データを用いて，分析対象箇所における注
視データをTobii社の視線計測解析ソフトウェアであるトビープロラボの機能を用いて作成した。解析ソフトウェアは以下の手順により注視データを作成する。
１．測定によって得られた視野映像中に別途撮影した分析対象箇所の静止画像が映り込んでいる時間を画像認識技術によって特定し，その間の視線データの座標を背景画像上の座標に対応付けする
２．視線移動速度が100°/s以下の状態が60 ms 以上継続する場合を注視とするTobii I-VT
― 16 ―

（Attention）フィルタ）を適用し，注視状態から次の注視への移動をサッカードとする



３．結果と考察
（1）結果






策についてどの程度印象に残っ
逆走に気がつけたか否かについては，IC1は7
路面上の矢印標示
進入禁止看板
名がはい，1名がいいえと答えた。また，IC2で ,&ガードレールの矢印標示【逆走とまれ】看板ているか尋ねた結果を図  に示/('発光体対策なし
は8名全員がはいと答えた。IC1とIC2にある逆印象に残っていない
あまり印象に残っていない
走防止対策についてどの程度印象に残っている
印象に残っている
強く印象に残っている






す．映像中には出現していないか尋ねた結果を図2に示す。映像中には出現して路面上の矢印標示,&
進入禁止看板いないLED発光体の印象も比較のために尋ねた。
ガードレールの矢印標示【逆走とまれ】看板/(' 発光体の印象も比較のため対策なし
実験参加者が最も印象に残った逆走防止対策は/('発光体印象に残っていない
あまり印象に残っていない
路面上の矢印標示であった。次に印象に残って印象に残っている
強く印象に残っている
図2
逆走防止対策の印象に尋ねた．実験参加者が最も印いるのは進入標識であり，ガードレールの矢印
図 2 逆走防止対策の印象
標示，【逆走とまれ】看板，（映像中には出現しない）LED発光体と続いた。
【逆走とまれ】看板は，象に残った逆走防止対策は路面上の矢印標示であった．次に印象に残っている
映像中に出現するIC1よりも出現しないIC2の方が印象に残ったという結果となった。
早く逆走に気がつけたか否かについては，IC1では5名がそう思う，2名が少し思う，1名が逆走
そのもに気が付いていないので無回答であった。また，IC2では5名がそう思う，3名が少し思のは進入標識であり，ガードレールの矢印標示，【逆走とまれ】看板，（映像中
うと答えた。

実際に逆走する可能性については，IC1では1名がそう思う，3名が少し思う，2名があまり思には出現しない）/(' 発光体と続いた．【逆走とまれ】看板は，映像中に出現
わない，1名が思わない，1名がわからないと答えた。また，IC2では1名がそう思う，2名が少し思う，3名があまり思わない，1名が思わない，1名がわからないと答えた。
する ,& よりも出現しない ,& の方が印象に残ったという結果となった．
逆走に気が付くきっかけになった対策は，IC1では6名が路面上の矢印標示，1名が【逆走と図  に視線データと顕著性マップによる逆走防止対策実施箇所の分析結果をまれ】看板，1名は逆走そのもに気が付いていないので無回答であった。また，IC2では7名が早く逆走に気がつけたか否かについては，,& では  名がそう思う， 名が少
路面上の矢印標示，1名が進入禁止看板であった。
図3に 視 線 デ ー タ とし思う， 名が逆走そのもに気が付いていないので無回答であった．また，,&
顕著性マップによる逆走防止対策実施箇所のでは  名がそう思う， 名が少し思うと答えた．
分析結果を示す。図中の1行目はIC1の映像か
実際に逆走する可能性については，,& では  名がそう思う， 名が少し思う，
ら抜粋した画像の分析
結果で，路面上の矢印
 名があまり思わない， 名が思わない， 名がわからないと答えた．また，,&
標示・進入禁止標識・【 逆 走 と ま れ 】 看 板・では  名がそう思う， 名が少し思う，
名があまり思わない， 名が思わな
ガードレールの矢印標
図3 逆走防止対策実施箇所の分析結果
図 3 逆走防止対策実施箇所の分析結果
示 の4種 類 全 て の 対 策が実施されている箇所である。2行目はIC2の映像から抜粋した画像の分析結果で，路面上の矢い， 名がわからないと答えた．
示す．図中の  行目は ,& の映像から抜粋した画像の分析結果で，路面上の矢印標示・進入禁止標識・【逆走とまれ】看板の3種類の対策が実施されている箇所である。それ
ぞれのICのゲイズプロットは，視線データを取得出来た7名分のデータを全て重ねて表示してお逆走に気が付くきっかけになった対策は，,& では  名が路面上の矢印標示，  種類
印標示・進入禁止標識・【逆走とまれ】看板・ガードレールの矢印標示のり，図中の円は注視の位置を，円の大きさは注視継続時間の長さを，円のそばに表示されている数字は注視の順番を，円同士を繋ぐ線がサッカードを，それぞれ表している。図4より，以下
 名が【逆走とまれ】看板，
名は逆走そのもに気が付いていないので無回答で全ての対策が実施されている箇所である．
行目は ,& の映像から抜粋した画の4点がわかる。
１．IC1の顕著性は，「逆走止まれ」看板≒ガードレールの矢印標示＞進入禁止看板＞路面上のあった．また，,&では  名が路面上の矢印標示， 名が進入禁止看板であっ像の分析結果で，路面上の矢印標示・進入禁止標識・【逆走とまれ】看板の  種
矢印標示の順に高い
２．IC1の注視は，路面上の矢印標示＞「逆走止まれ」看板＞進入禁止看板＞ガードレールの矢た． 類の対策が実施されている箇所である．それぞれの ,& のゲイズプロットは，
印標示の順に長い
３．IC2の顕著性は，路面上の矢印標示＞進入禁止看板＞ガードレールの矢印標示の順に高い
視線データを取得出来た  名分のデータを全て重ねて表示しており，図中の円― 17 ―

は注視の位置を，円の大きさは注視継続時間の長さを，円のそばに表示されて共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
４．IC2の注視は，路面上の矢印標示≫進入禁止看板≒ガードレールの矢印標示の順に長い（2）考察
顕著性は彩度と輝度が高く目立つ色であったり，彩度が低くても周囲とのコントラストがはっきりしていたりする場合に高くなる傾向がある。図4に示したように顕著性の高い箇所に注視が集まる傾向が強い。これらは顕著性の概念から自明ではあるが，実道路環境を撮影した映像視聴によって確認できたことに大きな意義がある。
顕著性による評価は路面上の矢印標示を過小評価する場合もあるが，アンケート結果によると最も印象に残った逆走対策は路面上の矢印標示であり，逆走に気が付くきっかけになる対策
も路面上の矢印標示であった。これは，他の対策に比べて路面上の矢印標示は長い区間に連続的に対策が実施されているため，瞬間的な注意の惹きやすさが低かったとしてもいずれかのタイミングでドライバーが逆走に気が付く，という効果が発現している可能性を示唆するものである。この仮説が正しければ，殊更に注意を惹くような派手な対策を実施することなく，景観に配慮しつつ効果的な対策が検討可能となる可能性がある。この観点からの検討を今後の課題としたい。また，
有効に機能した路面上の矢印標示は積雪時には見えなくなることが想定される。
このような積雪寒冷地に特有な状況下での有効な対策の組み合わせを提案することが必要となる。
逆走の当事者となる年齢層を考えると，高齢者を主な対象として研究を実施する必要がある。
しかし，本研究ではCOVID-19の影響により高齢者を対象とした実験を実施することができなかった。今後の状況次第ではあるが，高齢者を対象とした実験を実施し，より現実の課題に対する実効性のある知見を得ることが重要であると考える。
謝辞
本研究は（公財）高速道路調査会の令和2年度研究助成を受けて行われたたものです。また，
逆走防止対策実施箇所の選定および撮影に際しては，東日本高速道路株式会社東北支社管理事
業部にご協力いただきました。ここに記して感謝の意を表します。
参考文献
１）NEXCO東日本: 高速道路における逆走の発生状況, https://www.e-nexco.co.jp/activity/
reverse/status.html,（2021年5月6日閲覧）.
２）長谷川裕修，保坂美咲，葛西誠，田村亨：注意の引きやすさに着目した視覚的な高速道路
逆走防止対策の評価，交通工学研究発表会論文集，Vol. 41，pp. 333-339，2021年8月
３）一般財団法人全日本交通安全協会: 認知・判断力診断セルフチェック版
４）Cornia, M., Baraldi, L., Serra, G. and Cucchiara, R. : Predicting human eye fixations
via an LSTM-Based saliency attentive model, IEEE Transactions on Image Processing,Vol. 27, No. 10, pp. 5142–5154, 2018.

― 18 ―



様式２研 究研究年度
年度
令和元年4月～令和4年3月
令和元年４月 ～ 令和４年３月

区 区分
分

受託研究
受託研究

研究テーマ環境中に放流された排水由来GHGs排出メカニズムの解明と研究テーマ
環境中に放流された排水由来 GHGs 排出メカニズムの排出量算定方法の検討

研究組織

本

校

研究者名

増田

周平

解明と排出量算定方法の検討

企業・機関名 東洋大学
企業・機関
研究組織
本校
研究者名 研究者名
山崎 宏史

増田 周平

企業・機関 企業・機関名
東洋大学
１．はじめに
研究者名
山崎宏史，
亜酸化窒素（N2O）などの温室効果ガス（GHGs）
排水処理分野は二酸化炭素，
メタン（CH4）
１．はじめにの排出源であり，発生量削減のための対策が必要とされている。特に，未処理の生活排水もし
排水処理分野は二酸化炭素，メタン（CH4 ），亜酸化窒素（N 2 O）などの温室効果ガス（GHGs）の
くは排水処理後の放流水に由来するCH
4およびN2Oの排出量は，排水処理分野全体の30％を超排出源であり，発生量削減のための対策が必要とされている。特に，未処理の生活排水もしくは排える。しかし，それらに関する情報は乏しく，排出量を推定するための排出係数は制定されて水処理後の放流水に由来する CH 4 および N 2 O の排出量は，排水処理分野全体の 30％を超える。
いない。そこで本研究プロジェクトでは，水環境に放流された生活排水に由来するメタン及び
しかし，それらに関する情報は乏しく，排出量を推定するための排出係数は制定されていない。そこ
亜酸化窒素の生成・発生機構を解明し，それらの発生量を算定するための排出係数の開発を目で本研究プロジェクトでは，水環境に放流された生活排水に由来するメタン及び亜酸化窒素の生的としている。その中で，研究分担者は３つあるサブテーマのうち，「サブテーマ２：下水処理成・発生機構を解明し，それらの発生量を算定するための排出係数の開発を目的としている。そのプロセスからの溶存態GHGsの流出機構解明」を分担し，下水処理場内での溶存態GHGsの生成・中 で， 研 究 分 担 者 は３ つあるサブテーマのうち， 「 サブテーマ２ ： 下 水 処 理 プロセスからの溶 存 態
流出機構の解明を目的として研究を行った。
GHGs の流出機構解明」を分担し，下水処理場内での溶存態 GHGs の生成・流出機構の解明を目
２．方法的として研究を行った。
実下水処理場において，溶存態GHGsの動態を解明するための調査を行った。改造オキシデー
ションディッチ法（A処理場）および二段式嫌気好気活性汚泥法（B処理場）を対象とした。こ
２．方法
れらの処理場において，溶存態亜酸化窒素（装置A），ガス態CH4及びガス態亜酸化窒素（装置B）
実下水処理場において，溶存態
GHGｓの動態を解明するための調査を行った。改造オキシデーシの連続モニタリング装置を設置し，その挙動を連続的にモニタリングした。
ョンディッチ法（A 処理場）および二段式嫌気好気活性汚泥法（B 処理場）を対象とした。これらの処
A処理場においては，2019年10月から11月にかけて装置Aを設置し，採水調査を4回実施した。
理場において，溶存態亜酸化窒素（装置 A），ガス態 CH 4 及びガス態亜酸化窒素（装置 B）の連続B処理場においては，2019年12月から2020年2月にかけて装置Aおよび装置Bを設置し，採水調
モニタリング装置を設置し，その挙動を連続的にモニタリングした。
査を3回実施した。
A 処理場においては，2019 年 10 月から 11 月にかけて装置 A を設置し，採水調査を 4 回実施し採水調査においては，
連続モニタリング装置を設置していないユニットの溶存態GHGs（CH4，た。B 処理場においては，2019 年 12 月から 2020 年 2 月にかけて装置 A および装置 B を設置し，反応槽から放流に至る溶存態GHGs濃度の時空間変動を評価した。具体的には，
N2O）を測定し，採水調査を 3 回実施した。
最終沈殿池，砂ろ過，塩素消毒，オゾン消毒ユニットを対象として，各プロセスにおける溶存採水調査においては，連続モニタリング装置を設置していないユニットの溶存態 GHGs（CH ，N2 O）
態GHGs濃度を定量した。溶存態GHGsは，採取した溶液を現地にて前処理を行い，ヘッドスペー 4を測定し，反応槽から放流に至る溶存態 GHGs 濃度の時空間変動を評価した。具体的には，最終スガスを直ちに採取したのちに，実験室においてCH4はGC-FID，N
2OはGC-ECDにより分析し沈殿池，砂ろ過，塩素消毒，オゾン消毒ユニットを対象として，各プロセスにおける溶存態
GHGs 濃た。

写真１
写真１
装置装置A設置状況
A 設置状況

     

写真２
2O測定
写真２ 最終沈殿池における溶存態N
最終沈殿池における溶存態
N 2 O 測定

３．結果
A処理場における平水時および雨天時の反応槽内の溶存態N2Oの典型的な経時変化を図1に示す。これより，平水時においては早朝および午前中にかけて濃度の上昇が見られた。なおこれ
らの時間帯は，いずれも流入量の増加が著しい時間帯であり，流入量の変動が反応槽内の溶存― 19 ―

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）

に採取したのちに，実験室において CH 4 は GC-FID，N 2 O は GC-ECD により分析した。
共 同 研 究 等

３．結果
A 処理場における平水時および雨天時の反応槽内の溶存態 N 2 O の典型的な経時変化を図 1 に共同研究等成果の概要（令和元・2年度）示す。これより，平水時においては早朝および午前中にかけて濃度の上昇が見られた。なおこれらの態N時間帯は，いずれも流入量の増加が著しい時間帯であり，流入量の変動が反応槽内の溶存態
2O濃度の上昇を引き起こす可能性が示された。また，A処理場の反応槽は3時間ごとに溶存
N2O
酸素（DO）条件が変化し，特に反応槽への排水流入地点近傍のDO濃度は，正午以前3時間は約濃度の上昇を引き起こす可能性が示された。また， A 処理場の反応槽は 3 時間ごとに溶存酸素
1 mg/Lであったのに対して，正午以降3時間はほぼゼロであった。そのため，午前中において（DO）条件が変化し，特に反応槽への排水流入地点近傍の DO 濃度は，正午以前 3 時間は約 1は流入負荷の上昇とDOの存在によって硝化脱窒反応が促進され，
N2Oが生成されたのに対して，
mg/L であったのに対して，正午以降 3 時間はほぼゼロであった。そのため，午前中においては流入DOが欠乏していた時間帯では脱窒の促進によりN2Oの還元が進み，濃度が低く保たれたと考え
負荷の上昇と DO の存在によって硝化脱窒反応が促進され，N 2 O が生成されたのに対して，DO がられる。
欠乏していた時間帯では脱窒の促進により N 2 O の還元が進み，濃度が低く保たれたと考えられる。

図１2O濃度の推移
図１ A処理場における溶存態N
A 処理場における溶存態
N 2 O 濃度の推移

次に，Ｂ処理場における反応槽以降の溶存態GHGsの測定結果を図２に示す。これより，溶次に，Ｂ処理場における反応槽以降の溶存態 GHGs の測定結果を図２に示す。これより，溶存態
存態N2O濃度は最終沈殿池で増加し，その後変動した。それに対して，溶存態CH4濃度は最終
N 2 O 濃度は最終沈殿池で増加し，その後変動した。それに対して，溶存態 CH 4 濃度は最終沈殿池
沈殿池で増加し，その後砂ろ過プロセスで大きく減少し，放流水にはほとんど含まれなかった。
で増加し，その後砂ろ過プロセスで大きく減少し，放流水にはほとんど含まれなかった。これより，最これより，最終沈殿池においては溶存態GHGsが生成している状況が示された。
終沈殿池においては溶存態 GHGｓが生成している状況が示された。
より詳細な評価のため，各プロセスの滞留時間を考慮し，水塊を追随して採水を行った結果
より詳細な評価のため，各プロセスの滞留時間を考慮し，水塊を追随して採水を行った結果を図を図3に示す。これより，溶存態CH4は図2同様に，砂ろ過施設以降では減少することが確認さ3 に示す。これより，溶存態 CH 4 は図 2 同様に，砂ろ過施設以降では減少することが確認された。一れた。一方で，溶存態N2O濃度はオゾン処理（接触時間15分，排オゾン制御：0.5g/Nm3）の
方で，溶存態 N 2 O 濃度はオゾン処理（接触時間 15 分，排オゾン制御：0.5 g/Nm3）の前後で，平均前後で，平均で1.3～2.4倍増加していた。二次処理水のオゾン処理によるN
2Oの生成は管見で 1.3～2.4 倍増加していた。二次処理水のオゾン処理による N 2O の生成は管見では報告されていでは報告されていないものの，二次処理水中に含まれる窒素成分とオゾンが反応することで，ないものの，二次処理水中に含まれる窒素成分とオゾンが反応することで，N 2 O が生成している可能
N2Oが生成している可能性が考えられる。
性が考えられる。

図２

B処理場における溶存態GHGsの挙動

図２ B 処理場における溶存態 GHGｓの挙動― 20 ―

図３

Ｂ処理場における砂ろ過およびオゾン処理における溶存態GHGsの挙動

図３ Ｂ処理場における砂ろ過およびオゾン処理における溶存態 GHGs の挙動
４．まとめ
４．まとめ
本研究では下水処理場における溶存態GHGsの動態に着目して調査を行った。溶存態GHGs
本研究では下水処理場における溶存態 GHGｓの動態に着目して調査を行った。溶存態 GHGs はは放流水に含まれる状態で河川などに流入後，ただちにガス化することが見込まれることから，放流水に含まれる状態で河川などに流入後，ただちにガス化することが見込まれることから，下水処
下水処理場由来のGHGs発生とみなすべきものと考えられるが，それに関する情報は不足して理場由来のＧＨＧｓ発生とみなすべきものと考えられるが，それに関する情報は不足していた。本研
いた。本研究では，下水処理場内の溶存態GHGsの増減を明らかにし，特にN2Oは反応槽以降
究では，下水処理場内の溶存態 GHGs の増減を明らかにし，特に N 2 O は反応槽以降の消毒プロセの消毒プロセスでも生成されることが明らかになった。今後はこれらの知見を基に，放流水にスでも生成されることが明らかになった。今後はこれらの知見を基に，放流水に由来する排出係数を由来する排出係数を開発する予定である。
開発する予定である。

― 21 ―

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
図２ B 処理場における溶存態 GHGｓの挙動

共 同 研 究 等

研究年度
令和２年１１月 ～ 令和３年１０月
共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
研究テーマ
研究年度
令和2年11月～令和3年10月

区 分

奨学寄附金等

区分 奨学寄附金等「下水処理水の無希釈利用を核とした無施肥型水稲栽培手法の「下水処理水の無希釈利用を核とした無施肥型水稲栽培手法
研究テーマの開発と生態影響評価」に関する研究
開発と生態影響評価」に関する研究

本 校 研究者名
増田 周平
研究組織
本校
研究者名
増田 周平
研究組織
企業・機関名 住友財団
企業・機関
企業・機関
企業・機関名
住友財団
研究者名
研究者名
１．はじめに１．はじめに本研究の大きな社会的背景として，下水道資本研究の大きな社会的背景として，下水道資源
源の農業への活用促進がある。21世紀の人口の農業への活用促進がある。21
世紀の人口爆発
爆発は，アジア・アフリカ地域などの低所得国
は，アジア・アフリカ地域などの低所得国での人口での人口の急増を予測している。それらを支えの急増を予測している。それらを支える農業生産シる農業生産システムは，低コストの肥料供給，
ステムは，低コストの肥料供給，環境保全・ 循環型
環境保全・循環型農業である必要があり，下水農業である必要があり，下水道資源の農業栽培活
道資源の農業栽培活用は，その課題に大きく貢用 は， その課 題 に大 きく貢 献 できる可 能 性 を秘 め献できる可能性を秘めている。
ている。
下水処理水は，稲の生育に必要な窒素・リン・
下水処理水は，稲の生育に必要な窒素・リン・カ
カリウムなどの栄養塩を豊富に含み，年間を通リウムなどの栄養塩を豊富に含み，年間を通して安して安定的な水質・水量が見込める有用な資源
定的な水
質 ・水量が見 込める有 用 な資源である。
である。しかし現状では，その積極的な活用は
しかし現状 では， その積 極 的 な活 用 はなされてい
なされていない。その要因として，従来の研究
理水投入による影響を評価した。。
ない。その要因として，従来の研究では，環境負荷
では，環境負荷の評価，非常時の水源としての
また，2021
年度は上記の項目に加え，環境負荷要素として温室効果ガス排出量を月に２～３回の評価，非常時の水源としての価値，安全性の確価値，安全性の確保などに注目した研究が行わの頻度で測定した。水田においてガス捕集用チャンバーを設置し，チャンバー内の温室効果ガス（メ保などに注目した研究が行われてきたものの，これれてきたものの，これらの取り組みにおいては，タンおよび亜酸化窒素）濃度の変化量を測定することでガスの発生速度を定量した。
らの取り組みにおいては， 温室 効 果ガスを含 む環
温室効果ガスを含む環境負荷の削減，常時利用
図1 本研究の背景と狙い
境負荷の削減，常時利用を想定した技術開発，生を想定した技術開発，生態系への影響評価など
３．結果の評価が不十分であったことが挙げられる。そのため，態系への影響評価などの評価が不十分であったことが挙げられる。そのため，農家や消費者にとっ2020 年度における水稲の生育特性の結果を図 2 に示
農家や消費者にとって本技術のインセンティブが不明て本技術のインセンティブが不明瞭であり，その普及の妨げになっていると考えられる。
す。なお，A
区が対照区，B 区および C 区が下水処理水
瞭であり，その普及の妨げになっていると考えられる。
そこで本研究ではこれらの研究シーズと問題提起をふまえ，下水処理水の無希釈利用を核としたを投入した区画であり，2020年度の対照区は主食米でそこで本研究ではこれらの研究シーズと問題提起をふま
酒造好適米の栽培技術の開発と評価を目的として，研究に取り組んでいる。
あるあきたこまちである。これより，B区および C 区においえ，下水処理水の無希釈利用を核とした酒造好適米の栽ては元肥としての化学肥料を投入せずに下水処理水の培技術の開発と評価を目的として，研究に取り組んでいる。
２．方法
みで栽培を行ったが，水稲 は問題なく成長し，分げつも
秋田市内に位置する農業集落排水処理施設に隣接する水田において，2020 年度は 0.1 アール・良好であった。
２．方法
1 区画，2021 年度は約 35 アール・４区画の水田において，下水処理水を灌漑用水として用いた水
次に，玄米品質を表１に示す。これより，千粒重および秋田市内に位置する農業集落排水処理施設に隣接
稲栽培を行った。品種は酒造好適米である秋田酒こまちとして，化学肥料で栽培した区画を対照区
す る 水 田 に お い て，2020年 度 は0.1ア ー ル・1区 画，
整粒歩合は醸造に適する基準を満たしたのに対して，粗とし，それ以外の区画に下水処理水を異なる負荷で導水して実験を行った。
2021年度は約35アール・４区画の水田において，下タンパク質は平均で10％と高く，醸造基準を満たすこと
生育特性として，草丈・茎数・SPAD 値の値を両区で定期的に測定し，それらの違いを評価した。さ水処理水を灌漑用水として用いた水稲栽培を行った。
ができなかった。これは，実験における下水処理水の投らに収穫物について，収量，醸造特性（千粒重，整粒歩合，タンパク質含有量など），安全性（重金
品種は酒造好適米である秋田酒こまちとして，化学肥入量が過剰であり，窒素の供給量が多すぎたためと考え
属含有量）を中心に評価した。また，実験前後における土壌の微生物群集構造を解析し，下水処料で栽培した区画を対照区とし，それ以外の区画に下られる。さらに，玄米及び土壌の重金属含有量の結果を表 水処理水を異なる負荷で導水して実験を行った。
2 に示す。これより，カドミウム及び銅の含有量は，玄生育特性として，草丈・茎数・SPAD値の値を両区
米・土壌いずれも各種基準値よりも低く，安全性に問題で定期的に測定し，それらの違いを評価した。さらにがないことも確認された。上述したように，2020 年度の結
収穫物について，収量，醸造特性（千粒重，整粒歩合，
果では比較的下水処理水の投入量が過剰であったにもタンパク質含有量など），安全性（重金属含有量）を拘わらず，重金属含有量は極めて低かった。
図2
生育状況
図
2 生育状況
中心に評価した。また，実験前後における土壌の微生表 1 玄米品質― 22 ―

表 2 土壌および玄米の重金属
含有量

タンおよび亜酸化窒素）濃度の変化量を測定することでガスの発生速度を定量した。

れた。上述したように，2020年度の結果では比較的下水処理水の投入量が過剰であったにも拘
表 2 土壌および玄米の重金属
わらず，重金属含有量は極めて低かった。
表 1 玄米品質
表1

玄米品質

含有量
表2
土壌および玄米の重金属含有量

次に，実験前後の土壌における微生物群集構造を解析した結果を図３に示す。これより，下
次に，実験前後の土壌における微生物群集構造を解析した結果を図３に示す。これより，
下水処
水処理水の投入にともなう微生物群集構造の変化は見られず，下水処理水が短期的に土壌中の理水の投入にともなう微生物群集構造の変化は見られず，下水処理水が短期的に土壌中の微生
微生物群集構造に悪影響を及ぼさないことが確認された。
物群集構造に悪影響を及ぼさないことが確認された。

図3
実験前後における土壌の微生物群集構造の変化
図 3 実験前後における土壌の微生物群集構造の変化
４．まとめ― 23 ―
本研究により，下水処理水の無希釈利用により，化学肥料を用いずに水稲を栽培できることが示された。ただし，品質については改善の余地があり，品質向上のための下水処理水の投入方法が課

共 同 研 究 等

３．結果2020 年度における水稲の生育特性の結果を図 2 に示
共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
す。なお，A 区が対照区，B 区および C 区が下水処理水を投入した区画であり，2020 年度の対照区は主食米で物群集構造を解析し，下水処理水投入による影響を評価した。
。
あるあきたこまちである。これより，B
区および
C
区におい
また，2021年度は上記の項目に加え，環境負荷要素として温室効果ガス排出量を月に２～３ては元肥としての化学肥料を投入せずに下水処理水の回の頻度で測定した。水田においてガス捕集用チャンバーを設置し，チャンバー内の温室効果
みで栽培を行ったが，水稲 は問題なく成長し，分げつも
ガス（メタンおよび亜酸化窒素）濃度の変化量を測定することでガスの発生速度を定量した。
良好であった。
次に，玄米品質を表１に示す。これより，千粒重および３．結果
整粒歩合は醸造に適する基準を満たしたのに対して，粗2020年度における水稲の生育特性の結果を図2に示す。なお，A区が対照区，B区およびC区
タンパク質は平均で 10％と高く，醸造基準を満たすこと
が下水処理水を投入した区画であり，2020年度の対照区は主食米であるあきたこまちである。
ができなかった。これは，実験における下水処理水の投これより，B区およびC区においては元肥としての化学肥料を投入せずに下水処理水のみで栽培
入量が過剰であり，窒素の供給量が多すぎたためと考えを行ったが，水稲は問題なく成長し，分げつも良好であった。
られる。さらに，玄米及び土壌の重金属含有量の結果を次に，玄米品質を表１に示す。これより，千粒重および整粒歩合は醸造に適する基準を満た
表 2 に示す。これより，カドミウム及び銅の含有量は，玄したのに対して，粗タンパク質は平均で10％と高く，醸造基準を満たすことができなかった。
米・土壌いずれも各種基準値よりも低く，安全性に問題
これは，実験における下水処理水の投入量が過剰であり，窒素の供給量が多すぎたためと考えがないことも確認された。上述したように，2020 年度の結られる。さらに，玄米及び土壌の重金属含有量の結果を表2に示す。これより，カドミウム及び果では比較的下水処理水の投入量が過剰であったにも銅の含有量は，玄米・土壌いずれも各種基準値よりも低く，安全性に問題がないことも確認さ拘わらず，重金属含有量は極めて低かった。
図 2 生育状況

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
４．まとめ
本研究により，下水処理水の無希釈利用により，化学肥料を用いずに水稲を栽培できることが示された。ただし，品質については改善の余地があり，品質向上のための下水処理水の投入方法が課題として挙げられる。一方環境影響としては，土壌や玄米中に有害物質の蓄積は見られなかった。さらに，下水処理水により土壌中の微生物群集構造は悪影響を受けないことが示された。
2021年度の結果は現在解析中だが，水稲の生育状況は概ね順調であり，土壌サンプルや温室効果ガスなどのデータについても順調に獲得できている。今後は品質の向上と環境負荷の低減を可能とする，下水処理水の活用方法の開発に向けて研究を進める予定である。

― 24 ―

研究年度
研究テーマ
研究組織

区分

令和元年7月～令和2年3月

共同研究

自動運転車の制御方策立案に向けた交通容量代理変数としての潜在車頭時間推定の試み

本

校

企業・機関

研究者名

葛西

誠

企業・機関名豊橋技術科学大学

研究者名

松尾幸二郎

１．はじめに単路部渋滞を引き起こす交通容量上のボトルネックがなぜ，どのようにして生じるのかを説明しようとすることは，効果的な渋滞対策立案に必要であろう。必ずしも全てのサグがボトル
ネックとはならないことを考えると，縦断勾配変化と交通容量との関係，あるいは縦断勾配変化と車頭時間との関係は必ずしも簡単ではないことが想定される。地点での静的な車頭時間がボトルネックを生じる可能性だけではなく，何らかのダイナミクスが介在している可能性もあり得よう。
本研究は，地点固有の潜在的な車間時間が存在する，と考えることが妥当であるのかどうかを実験的に検証することを目的とする。単路を繰り返し走行して得られる車間時間データを元に，地点固有の潜在的な車間時間があるモデルと地点によらず潜在的な車間時間が一定と仮定する場合のモデルを仮定し，予測性能を比較検討する。

90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

0.040
車間時間の次元の量

地点速度 [km/h]

２．データ
単路部として秋田市内の自動車専用道路である秋田中央道路を選択した。ここを2019年7月12日（金），9月11日（水），9月18日（水），10月11日（金）の13-16時の時間帯に繰り返し走行した。全て非渋滞流であった。運転者は1名で普通運転免許取得後15年以上経過しており，日常的に自動車を運転している。ビデオカメラを自動車内部に設置し，ビデオ映像に移る車内の速度計から速度を判読し，映像に移る前方車のみかけの幅を計測した。なお，前方車の車幅を車種によらず一定とみなすことで，前方車のみかけの車幅の逆数を速度で除した値が車間時間に相当する次元の量となる。判読は道路側方におよそ50m間隔で設置されている消火器を通過するタイミングで行なう。このようにして観測された速度データ図-2に，車間時間データの一部を図-3に例示する。

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
消火設備の通し番号
1回目
7回目

2回目
8回目

3回目
9回目

4回目
10回目

5回目
11回目

0.035

0.030
0.025
0.020
0.015
0.010

0.005
0.000

6回目
12回目

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
消火設備の通し番号

1回目
7回目

図-2 東行きの速度
東行きの速度
図-2

2回目
8回目

3回目
9回目

4回目
10回目

5回目
11回目

6回目
12回目

図-3 東行きの車間時間
東行きの車間時間
図-2地点によって潜在的な車間時間が異なるのかどうかを検討するために，簡単に想定されうる
いくつかのモデルを仮定し，予測性能を比較することで検討する。
Model-1では，潜在的な車間時間が地点によらず不変であると仮定する（図-4）。Model-2では，に想定されうるいくつかのモデルを仮定し，予測性能を比較することで検討す
地点固有の潜在的な車間時間は，進行方向に沿ってなめらかに変化する，すなわち進行方向にる．
関する（空間的な）1階差分が白色雑音にしたがう，と仮定する（図-5）。
Model-1 では，潜在的な車間時間が地点によらず不変であると仮定する（図Model-3は，Model-1を基本とするが，走行毎に「地点固有の潜在的な車間時間」から一定
4）．Model-2 では，地点固有の潜在的な車間時間は，進行方向に沿ってなめらかの偏差が生じる（1回の走行を通じて常に車間時間が長くなるか短くなる）と仮定する（図-6）。
に変化する，すなわち進行方向に関する（空間的な）1 階差分が白色雑音にしたがう，と仮定する（図-5）．
― 25 ―

Model-3 は，Model-1 を基本とするが，走行毎に「地点固有の潜在的な車間時

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）

共 同 研 究 等

Model-3 は，Model-1 を基本とするが，走行毎に「地点固有の潜在的な車間時間」から一定の偏差が生じる（1 回の走行を通じて常に車間時間が長くなるか
共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
短くなる）と仮定する（図-6）．Model-4 は Model-2 を基本とし，空間的になめ
らかな変動をする地点固有の潜在的な車間時間から，走行毎に一定の偏差が生Model-4はModel-2を基本とし，空間的になめらかな変動をする地点固有の潜在的な車間時間
じる（1 回の走行を通じて常に車間時間が長くなるか短くなる）と仮定する（図から，走行毎に一定の偏差が生じる（1回の走行を通じて常に車間時間が長くなるか短くなる）-7）と仮定する（図-7）
上記を式で表せば，以下の通りとなる：
上記を式で表せば，以下の通りとなる：
𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛 = 𝑥𝑥
(Model-1)
𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛 = 𝑥𝑥𝑙𝑙
(Model-2)(Model-3)𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛 = 𝑥𝑥 + 𝑟𝑟𝑛𝑛
𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛 = 𝑥𝑥𝑙𝑙 + 𝑟𝑟𝑛𝑛 (Model-4)
𝑥𝑥𝑙𝑙 − 𝑥𝑥𝑙𝑙−1 ~𝑁𝑁(0, 𝜎𝜎𝑤𝑤 ) (Model-2 and Model-4)
𝑟𝑟𝑛𝑛 ~𝑁𝑁(0, 𝜎𝜎𝑟𝑟 )𝑌𝑌𝑙𝑙,𝑛𝑛 ~𝑁𝑁(𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛 , 𝜎𝜎𝑌𝑌 )

(1)

(2)
(3)
(4)

(Model-3 and Model-4):地点𝑙𝑙固有の車間時間，
ここに，𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛 :走行回𝑛𝑛地点𝑙𝑙における車間時間の推定値
𝑥𝑥：地点に依存しない車間時間（定数），𝑟𝑟𝑛𝑛：走行回𝑛𝑛に固有の車間時間の系統的, ,：標準偏差．
なずれ，𝑌𝑌𝑙𝑙,𝑛𝑛 ：走行回𝑛𝑛地点𝑙𝑙における車間時間の測定値
𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛𝑥𝑥

図-4 Model-1

進行方向

𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛

𝑟𝑟𝑛𝑛

𝑥𝑥

進行方向

𝑥𝑥𝑙𝑙

進行方向

図-6 Model-3𝜇𝜇𝑙𝑙,𝑛𝑛𝑙𝑙𝑥𝑥𝑙𝑙

図-5 Model-2
図-5 Model-2

進行方向

𝑟𝑟𝑛𝑛

𝑙𝑙

図-7 Model-4
図-7 Model-4

パラメータ推定にはベイズ推定を
パラメータ推定にはベイズ推定を行なうソフトウェアであるstanを使用する。
このソフトウェ
行なうソフトウェアである stan を使用する．このソフトウェアはハミルトニア
アはハミルトニアン・モンテカルロ法による事後分布の推定を行なうものである。
ン・モンテカルロ法による事後分布の推定を行なうものである．
対象区間における東行きの計12回走行分のデータに対してパラメータ推定を行なった結果を表
対象区間における東行きの計 12回走行分のデータに対してパラメータ推定-1に示す。
を行なった結果を表-1に示す．
WAICの順序は小さい順にModel-3，Model-4，Model-1，Model-2である。予測能力が最もWAIC の順序は小さい順に Model-3，Model-4，Model-1，Model-2 である．予高いモデルはWAICが最小のModel-3である。すなわち，地点固有の車間時間が地点によらず不測能力が最も高いモデルは WAIC が最小の Model-3 である．すなわち，地点固変である，と仮定するモデルが支持される。
有の車間時間が地点によらず不変である，と仮定するモデルが支持される．
Model-1とModel-2を比較すると，Model-2での仮定：「地点固有の潜在的な車間時間が進行
Model-1とModel-2を比較すると，Model-2での仮定：「地点固有の潜在的な方向に沿ってなめらかに変動する」より，Model-1での仮定：「地点固有の潜在的な車間時間は車間時間が進行方向に沿ってなめらかに変動する」より，Model-1 での仮定：
地点によって不変である」の方がより説明力が高いことを意味する。Model-3とModel-4の違「地点固有の潜在的な車間時間は地点によって不変である」の方がより説明力
いも，やはり地点固有の潜在的な車間時間が進行方向に沿ってなめらかに変動するか不変であが高いことを意味する．Model-3 と Model-4 の違いも，やはり地点固有の潜在るかであり，地点によらず不変であるとの仮説が支持される。
的な車間時間が進行方向に沿ってなめらかに変動するか不変であるかであり，
なおModel-1とModel-3（Model-2とModel-4）との違いは，地点固有の潜在的な車間時間か地点によらず不変であるとの仮説が支持される．
ら走行毎に一定の偏差が生じると仮定するか否かである。Model-3（Model-4）の方がWAICは
なお Model-1 と Model-3（Model-2 と Model-4）との違いは，地点固有の潜在小さいため，走行毎に一定の偏差が生じると考えるほうが妥当であると言える。これらのことから，少なくとも潜在的に車頭時間は地点によらず不変であることが推測でき，交通容量が地的な車間時間から走行毎に一定の偏差が生じると仮定するか否かである．
Model-3（Model-4）の方が WAIC は小さいため，走行毎に一定の偏差が生じると考えるほうが妥当であると言える．これらのことから，少なくとも潜在的に― 26 ―
車頭時間は地点によらず不変であることが推測でき，交通容量が地点の固有変

WAIC (2×サンプル数×WAIC)

Model-1-3.80(-3441)― 27 ―

Model-2-3.78(-3425)Model-3-4.36(-3946)

Model-4-4.33(-3922)

共 同 研 究 等地点によらず不変であるとの仮説が支持される．
なお Model-1 と Model-3（Model-2 と Model-4）との違いは，地点固有の潜在的な車間時間から走行毎に一定の偏差が生じると仮定するか否かである．
Model-3（Model-4）の方が WAIC は小さいため，走行毎に一定の偏差が生じる
共同研究等成果の概要（令和元・2年度）と考えるほうが妥当であると言える．これらのことから，少なくとも潜在的に点の固有変数ではなく，何らか複雑な車両間の相互作用等によって定まっている可能性が示唆
車頭時間は地点によらず不変であることが推測でき，交通容量が地点の固有変される。
数ではなく，何らか複雑な車両間の相互作用等によって定まっている可能性が示唆される．
表-1WAICWAICによる各モデルの予測性能の評価
表-1
による各モデルの予測性能の評価

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
研究年度

令和2年7月～令和3年3月

研究テーマ

車両追従挙動における決定論的カオス性判定の基礎的検討

研究組織

本

校

企業・機関

区分

研究者名

葛西

企業・機関名豊橋技術科学大学

研究者名

松尾幸二郎

共同研究

誠

1．はじめに
単路部ボトルネック現象を確率共鳴の文脈で理解し，また確率共鳴の観点で対策をすることを最終的な狙いとする。単路部ボトルネック現象は車両挙動の累積で生じるが，この車両挙動のモデル化に課題があるため，例えばある道路線形の区間がボトルネックとなるか否かを予測することが未だ困難である。車両挙動のうち交通流に対して支配的な追従挙動には非線形性があることが知られており，この非線形性に由来する定性的な性質として，時系列カオス的性質があるかあるいは確率共鳴的現象であるかといった性質をこれまで考慮したモデル化はない。
この理由は，単路部ボトルネック部におけるミクロ的な車両挙動観測が元来困難であったこと，
上述の非線形的な追従挙動の性質の理解が不十分であったこと，に帰着すると考えられる。本
年度の課題は，1）UAV（ドローン）を活用した車両挙動データの取得の試行，2）カオス時系
列解析によるリアプノフ指数の推定，3）2台前方車両からの影響が追従車の追従挙動に及ぼす影響，の3つの小課題に分割できる。3）は割愛し，1）および2）について以下に述べる。
2．UAVを用いた車両挙動観測
国道23号豊橋バイパスが単路部ボトルネックを有し好適な観測位置であり準備を進めていたが，新型コロナウイルス感染症拡大抑止の観点から現地観測ができず，代替として撮影条件が類似な秋田高専から150m程度離れた4車線一般街路を撮影する（図1）。射影変換パラメータの推定によって映像に映る各車各位置のデータを測地座標系上のデータに変換する。追従挙動データを取得した結果，ほとんどの追従車が相対速度が負のまま加速度が正の状態を継続している

ことが確認された。一般には，相対速度が負であれば加速度も負値をとるがそうなっておらず，
この区間特有の挙動，すなわち信号交差点の下流に位置するため希望車間距離に縮めようとして加速している状況が観測さえたと推認できる。このような考察が可能であったことは，従来手法よりも広範囲を観測できるUAVの観測手法が活きたためといえる。


図 1図1UAVUAVから横山金足線を撮影
から横山金足線を撮影

図 図2
2 取得データの1例
取得データの1例


3．追従挙動におけるカオス性の推定
3. 追従挙動におけるカオス性の推定
2013年に取得されたドライビングシミュレータによる実験データを活用し，追従挙動にカオ2013 年に取得されたドライビングシミュレータによる実験データを活用し、ス性があるか否かを判定する。簡易的に1次元時系列データに対する軌道上の点の拡大率として追従挙動にカオス性があるか否かを判定する。簡易的に 1 次元時系列データにのリアプノフ指数（図3）を求めると，カオス性が認められたのは車群後方車または減速波・加対する軌道上の点の拡大率としてのリアプノフ指数（図 3）を求めると、カオス性が認められたのは車群後方車または減速波・加速波面通過時の急加減速時― 28 ―であることが判明した。よって車群の前半車両についてはカオス的性質を呈す

4＋

リアプノフ指数

引き延ばし率大

2
0

-2
-4

＋

0

－

秒

200

400

－
1-2台目のリアプノフ指数

38-39台目のリアプノフ指数

図3リアプノフ指数の推定例
リアプノフ指数の推定例
図 3

― 29 ―

共 同 研 究 等

追従挙動にカオス性があるか否かを判定する。簡易的に 1 次元時系列データに対する軌道上の点の拡大率としてのリアプノフ指数（図 3）を求めると、カオス性が認められたのは車群後方車または減速波・加速波面通過時の急加減速時共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
であることが判明した。よって車群の前半車両についてはカオス的性質を呈す
るのは時空間的に限定的で確率共鳴的制御が成立する可能性があり、自動運転
速波面通過時の急加減速時であることが判明した。よって車群の前半車両についてはカオス的車の制御によって一般車が低速域に突入しないような走行を促すことが有効性質を呈するのは時空間的に限定的で確率共鳴的制御が成立する可能性があり，自動運転車の制御によって一般車が低速域に突入しないような走行を促すことが有効である可能性がある。
である可能性がある。

共 同 研 究 等

共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
研究年度

令和2年4月～令和3年2月

研究テーマ

ICT建設技術教育のためのUAVを用いた3次元測量教材の導入

研究組織

本

校

企業・機関

区分

研究者名

葛西

企業・機関名一般財団法人

研究者名

松尾幸二郎

奨学寄附金等誠
日本国土開発未来研究財団

1．はじめに
土木・建築系3年生が受講する測量実習Ⅱにおいて、UAV測量に関する項目を設けることを目的として実習要素の構築を行なった。これらの要素は1）UAV飛行の基礎知識、2）航行経路の設計、3）対空標識の地上測量、UAVの自動航行、4）点群処理ソフトウェアによる点群処理、である。以下にそれぞれ詳記する。
1）飛行に必要な法規の理解、飛行に関する機体などの力学を1回分の授業とする。2）に関して、UAV飛行経路の設計のためのソフトウェア（Litichi）を導入し、秋田高専グラウンドを対象として、UAVの画像センサの解像度を考慮し、飛行経路の進行方向への重複率（オーバーラップ）
等を与件として経路設計を学生への課題とした。図1に教材の1部を示す。3）対空標識の測地
座標系座標値確定のための地上測量、設計した飛行経路を飛行させる（ただし、飛行操作は民間資格保有者の葛西が担当する）。写真群を購入の高性能デスクトップパソコンおよび点群処理
ソフトウェアTerramapperに取り込む。写真間の相互標定および接続標定の手続きまで行なう。
4）対空標識のソフトウェアへの認識および測地座標値の打ち込み、点群の生成を行なわせる。
一連の流れが可能であることを確認するため、数回のテストの後、2021年2月1日に測量実習担当の教職員および技術職員と共同で2）～4）を通しで実行し、問題なく4）の点群生成まで可能であることが確認できた。その後、2月5日の測量実習Ⅱの授業において、一連の操作の概要の説明と、生成された点群データの3次元データを受講学生に見せることができ、好反応であった（以上図2に示す）。本格的な上記実習メニューは2021年度からの実施であるが、それの準備として一連の流れの確立、また測量成果としての点群データ生成の紹介を学生に行なえ、UAV
測量の概要を理解させることの感触を十分につかんだ。
飛行高さと解像度
4000 pixel
36 mm

1pixelが地上で1cm以下となる高度を求めよう

3000 pixel
写真座標系の1pixelは26.7mm36/4000 [mm/pixel]

焦点距離f=48mm

高度 H mxm?

よって、
48 : (36/4000) = H : 10
H = 48*10*4000 / 36
H = 53.3 [m]オーバーラップとサイドラップ
進行方向

オーバー
ラップ

写真の縦幅X [m]を求める
3000 pixel
26.7mm 48 : 26.7 3= 50×10 : X×103
X = 26.7×50÷48
X = 27.8 [m]焦点距離f=48mm

進行方向

高度
H = 50 [m]

よって、
53.3m以下の飛行高度であれば良い。

1 [cm]

高度H = 50 [m] と設定したとする

4000 pixel
36 mm

Ym?
X [m]

1 [cm]

写真の横幅Y [m]を求める
48 : 36= 50×103 : Y×103
Y = 36×50÷48
Y = 37.5 [m]オーバーラップとサイドラップ

以下の条件で、飛行速度を求めよ。
オーバーラップ 90%
写真撮影間隔 2秒
写真の縦幅 X = 27.8 [m]進行方向

以下の条件で、サイドラップ長さ
進行方向 を求めよ。
サイド サイドラップ 60%
ラップ 写真の横幅 Y = 37.5 [m]サイドラップは60%以上

2秒で27.8÷(1－0.9）＝2.78 [m] 移動すればよいから、
2.78 ÷ 2 = 1.39 [m/s] = 5.0 [km/h]

サイドラップ長さ37.5 ×（1－0.6）＝15 [m]図図11 作成した教材の一部作成した教材の一部― 30 ―

サイドラップは60%以上
サイドラップ長さ37.5 ×（1－0.6）＝15 [m]共同研究等成果の概要（令和元・2年度）
図 1 作成した教材の一部

上段左：点群処理の一例 上段右：解析中の様子
図図2
2 上段左：点群処理の一例
上段右：解析中の様子
下段：UAV 自動航行経路設計法の講義中の様子

下段：UAV 自動航行経路設計法の講義中の様子― 31 ―

共 同 研 究 等

2秒で27.8÷(1－0.9）＝2.78 [m] 移動すればよいから、
2.78 ÷ 2 = 1.39 [m/s] = 5.0 [km/h]

研
究
紹

究

紹

介

研

介

掲載内訳
区分

研

究

テ

ー マ

学

科

・

氏

名

頁

科研

回復期における上肢片麻痺患者のためのリハビリロボットの開機
発とリハビリ効果

系・ 木澤

悟 34

科研

フライングキャパシタを活用したクロス結線式インターリーブ
電気・電子・情報系・ 安東
コンバータ

至 35

科研

秋田県の農産物を活用した革新的なフレーバード・スピリッツ
物 質・生 物 系・ 西野の開発に係る研究

智路 37

科研

適度にスマートなIoT建築デザインが能動的活動を促す参加型
土木・建築系・ 井上
まちづくり実証研究

誠 38

科研

嫌気性微生物を用いた創エネルギー・低炭素型下水処理システ
土木・建築系・ 増田
ムの開発

周平 39

土木・建築系・ 山添誠隆 40

科研 CIMと交通事故特性からみた子どものモビリティのあり方の検討 土木・建築系・ 葛西

誠 41

科研 除荷を受けた泥炭の長期沈下挙動に関する実験と解析
科研 雪崩被災者検索を目的とした高機能型RFIDタグの開発

械

技術教育支援センター・ 松田

英昭 42

科研

学習障害を持つ学生が直感的に理解できる事前学習および安全技術教育支援センター・ 佐々木智征 43
教育のための教材開発

科研

UAV空撮とシミュレーションモデルを組み合わせた水処理教育
技術教育支援センター・ 大友のための実践型教材の開発

渉平 44

技術教育支援センター 渡部秀崇 45

科研 入力より高い電圧出力に適した一線共通型単相電圧調整器
科研：科学研究費助成事業― 33 ―

様式４
様式４

研究紹介
研究紹介
研究紹介

回復期における上肢片麻痺患者のためのリハビリロボットの回 復 期 に お開発とリハビリ効果
ける上肢片麻痺患者のためのリハビリロボットの開発とリハビリ効果
リハビ
リ効果
研究者名
機械系 知能機械コース
木澤
悟
研究テーマ
回復期における上肢片麻痺患者のためのリハビリロボットの開発と

研
究
紹
介

機械系 木澤 悟
機械系 木澤 悟
研究種目名：基盤研究（ｃ）
研究機関：令和 2 年度～令和 4 年度
課題番号 20K12749
研究種目名：基盤研究（C）
研究機関：令和2年度～令和4年度
課題番号20K12749
研究種目名：基盤研究（ｃ） 研究機関：令和 2 年度～令和 4 年度 課題番号 20K12749
１．はじめに１．はじめに日本は高齢化の影響もあり，脳卒中による後遺症として患者の約  割は片麻痺である．そ１．はじめに日本は高齢化の影響もあり，脳卒中による後遺症として患者の約  割は片麻痺である．そのため，片麻痺上肢のリハビリテーションにロボットの利用が期待されている．従来型のリ
日本は高齢化の影響もあり，脳卒中による後遺症として患者の約6割は片麻痺である。そのたのため，片麻痺上肢のリハビリテーションにロボットの利用が期待されている．従来型のリハビリロボットは大型な装置であるため，術後の急性期の処置に使われるのが主流である．
め，片麻痺上肢のリハビリテーションにロボットの利用が期待されている。従来型のリハビリ
ハビリロボットは大型な装置であるため，術後の急性期の処置に使われるのが主流である．
ロボットは大型な装置であるため，術後の急性期の処置に使われるのが主流である。そのため，
そのため，回復期の患者が継続的かつ反復的なリハビリを行うことは不可能であり，ロボッ
そのため，回復期の患者が継続的かつ反復的なリハビリを行うことは不可能であり，ロボッ
回復期の患者が継続的かつ反復的なリハビリを行うことは不可能であり，ロボットを使ったリトを使ったリハビリ効果を長期的に評価できない．そこで本研究は，医師のニーズに基づきトを使ったリハビリ効果を長期的に評価できない．そこで本研究は，医師のニーズに基づきハビリ効果を長期的に評価できない。そこで本研究は，医師のニーズに基づき狭小な施設等の狭小な施設等の机上で利用可能な上肢用卓上型リハビリロボットを開発する
狭小な施設等の机上で利用可能な上肢用卓上型リハビリロボットを開発する
机上で利用可能な上肢用卓上型リハビリロボットを開発する。
２．これまでの研究成果
２．これまでの研究成果
２．これまでの研究成果
先行研究では，ロボットの座標，軌道の指示やゲームを前方に設置したディスプレイに表先行研究では，ロボットの座標，軌道の指示やゲームを前方に設置したディスプレイに表先行研究では，ロボットの座標，軌道の指示やゲームを前方に設置したディスプレイに表示
示することで，使用者に体感的なフィードバックを与えるというためのシステムも開発し示することで，使用者に体感的なフィードバックを与えるというためのシステムも開発しすることで，使用者に体感的なフィードバックを与えるというためのシステムも開発していたていた図 1）．患者の対面に設置されるディスプレイには，GUI が描画される．これにより，ていた図
1）．患者の対面に設置されるディスプレイには，GUI が描画される．これにより，
図1）。患者の対面に設置されるディスプレイには，GUIが描画される。これにより，ソフトウェ
ソフトウェア上に患者の随意運動の軌跡を表示することが可能である（図 2）．GUI では，
ソフトウェア上に患者の随意運動の軌跡を表示することが可能である（図2）．GUI では，
ア上に患者の随意運動の軌跡を表示することが可能である（図2）。GUIでは，例えば表示され例えば表示される円をはみ出さないようにトレースする等，患者が自発的に訓練に取り組
例えば表示される円をはみ出さないようにトレースする等，患者が自発的に訓練に取り組る円をはみ出さないようにトレースする等，患者が自発的に訓練に取り組むための目標設定と，
むための目標設定と，その目標を達成したときの視覚的な演出を組込み，長期のリハビリにむための目標設定と，その目標を達成したときの視覚的な演出を組込み，長期のリハビリにその目標を達成したときの視覚的な演出を組込み，長期のリハビリにおいて患者がモチベーショ
おいて患者がモチベーションを維持できるシステムを目指した．
ンを維持できるシステムを目指した。
おいて患者がモチベーションを維持できるシステムを目指した．

上肢リハビリロボットシステム
図 1図1
上肢リハビリロボットシステム
図 1 上肢リハビリロボットシステム

図2 システム内のGUI
図２ システム内のGUI
図２ システム内の GUI

３．現在までの成果
３．現在までの成果
３．現在までの成果
AR型HMDは，現実空間を視認することが可能であるため，機器の外形や周囲の状況を把握
AR 型 HMD は，現実空間を視認することが可能であるため，機器の外形や周囲の状況をAR 型 HMD は，現実空間を視認することが可能であるため，機器の外形や周囲の状況をすることができる。そこで，マイクロソフト社のHololens2を用いてAR型のリハビリテーショ
把握することができる．そこで，マイクロソフト社の Hololens2 を用いて AR 型のリハビリテ
把握することができる．そこで，マイクロソフト社のHololens2 を用いて AR 型のリハビリテ
ンロボットシステムを開発した（図3）。図4はリハビリメニューの一例である。
ーションロボットシステムを開発した(図 3)．図 4 はリハビリメニューの一例である．
ーションロボットシステムを開発した(図 3)．図 4 はリハビリメニューの一例である．
HoloLens2
HoloLens2

図３ 図3
HoloLens2を用いた卓上リハビリ     図 4 図4リハビリメニューの一例
HoloLens2を用いた卓上リハビリ
リハビリメニューの一例
図３ HoloLens2 を用いた卓上リハビリ     図 4 リハビリメニューの一例― 34 ―





研究紹介



フライングキャパシタを活用したクロス結線式インターリー
ブコンバータフライングキャパシタを活用したクロス結線式インターリーブコンバータ

研究テーマ

電気・電子・情報系

電気エネルギーシステムコース

安東

電気・電子・情報系 電気エネルギーシステムコース

安 東

課題番号19K04361

介― 35 ―

紹

研究種目名：基盤研究（C） 研究期間：平成３１年度～令和３年度 課題番号 19K04361
1．まえがきまえがき
入力力率の改善や電源電流の歪みの解消，さ
入力力率の改善や電源電流の歪みの解𝑆𝑆1 ~𝑆𝑆4 ：Reverse
らに高効率化を達成するソフトスイッチング
𝐿𝐿𝑎𝑎 = 𝐿𝐿𝑏𝑏 = 0.4 mH
消さらに高効率化を達成するソ
ソフトスイblocking type IGBT
𝐿𝐿𝑎𝑎1 = 𝐿𝐿𝑏𝑏1 = 30 𝜇𝜇H（以下，SSW）機能を備えたSSW-PFC回路が提𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓 = 𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓 = 5000 𝜇𝜇F
ッ チ ン グ 以下，6 6 : 機能を備えた 6 6 : 3)&
𝐶𝐶𝑆𝑆 = 0.033 𝜇𝜇F
案されている。本研究は，完全SSWは維持し，回路が提案されている本研究は完全 6 6 :𝐶𝐶 = 1500 𝜇𝜇Fは 維 持 し フフ ラ イ ン グ キ ャ パ シ タ 以 下 ，𝑅𝑅 = 200 Ω
フライングキャパシタ（以下，FC）を追加す
𝑣𝑣𝑠𝑠 = 100 Vrms
) & を追加すること で高
高 い 昇 圧 率 を実現しることで高い昇圧率を実現したクロス結線式コ 𝑉𝑉𝑜𝑜 = 400 Vたク
ク ロ ス 結 線 式コンバータを提案し試作
ンバータを提案し，試作機での実験的検証を行機での実験的検証を行う主回路と制御手法
う。
主回路は図  に示すように昇圧用リア
クトル L a L b と直列接続した  つのスイッ
2．主回路と制御手法
チダイオードを一組とした昇圧回路 を 
つ並列に接続し各組のスイッチの中点に主回路は図1に示すように，昇圧用リアクト
図1 主回路構成
ス
ナ
バコ
バ
コ
ン
デン
デ
ン
サ
 C s を接続した構成を基
図  主回路構成
ルLa，Lbと直列接続した2つのスイッチ，ダイ本とするこれに ) & である C faC fb とリア
オードを一組とした昇圧回路を2つ並列に接続
クトル L a1  L b1 をク
ク ロ ス 結 線 状に組み込し，各組のスイッチの中点にスナバコンデンサ
んでいる
制御は出力電圧 V o と指令値との偏差にCsを接続した構成を基本とする。これにFCで3, 補 償 を 施 し リ ア ク ト ル 電 流 指 令 値 i ref 
あるCfa，CfbとリアクトルLa1，Lb1をクロスとしリアクトル電流 i ai b のピークを追従
結線状に組み込んでいる。
させるようスイッチ S 1〜 S 4 の 212)) を切り替えている動作は図 のように(a) S 1
制御は出力電圧Voと指令値との偏差にPI補とSを21
しリアクトル電流
i a を増加さ2
償を施しリアクトル電流指令値irefとし，リアせ(b) S 2 を 2)) し C s を充電する(c)電源 v s
クトル電流ia，ibのピークを追従させるようスと C fa の充電電圧を加えて
L a のリアクトル
エネル ギーが負荷側へ転送されるこれにイッチS
1〜 S4のON，OFFを切り替えている。
よって) & を活用した高
高 い1昇
圧2率
が得られ
とS
をONし
リア
動
作 は 図2のよ う に，（a）Sる(d)他組のリアクトル電流 i b の増加のた（b）S
クトル電流iaを増加させ，
2をOFFしCsをめのスイッ
チ ン グ に よ
っても
う一方の
充電する。
（c）電源vsとCfaの充電電圧を加え) & C fb にも充電をするこのように各組の位相をずらして同様の動作を行うことでてL
aのリアクトルエネルギーが負荷側へ転送さ
イ ン タ ー リ ー ブ 制 御 に よ り 電 源 電 流 歪 みれる。これによってFCを活用した高い昇圧率の低減も可能となる
が得られる。
実験結果（d）他組のリアクトル電流ibの
図 図2
 6:SW動作と回路動作
動作と回路動作図  に各部の電圧電流波形を示す測定増加のためのスイッチングによってもう一方の時のv
s は 9 UPV V o の指令値は 9 とし
FC（Cfb）にも充電をする。このように各組のた図   とその拡大図  より i a と i b の
位相をずらして同様の動作を行うことで，インピーク値は i ref に追従しイ
イ ン タ ー リ ー ブ
制御が正しく行われているまた  より
ターリーブ制御により電源電流歪みの低減も可v s と i s はほぼ同相で，入力力率は 以上能となる。
を達成している  より S 2 の 2)) 後v s2 は
緩やかに立ち上がり  に示す臨
臨 界 モ ー ド
3．実験結果制御と合わせて 6 6 : が実現されている結果すべての動作で完全
6 6 : が達成され V o
図3に各部の電圧，電流波形を示す。測定時も 9 一定である事を確認した のvsは50Vrms，Voの指令値は200Vとした。図むすび
3（1）とその拡大図（2）よりiaとibのピーク)& を活用したク
ク ロ ス 結 線 式高効率コン
各部の電圧，電流波形
図 図3
 各部の電圧，電流波形
バータは，高高 い 昇 圧 率 の確保すべての素
値はirefに追従し，インターリーブ制御が正し
子での 6 6 : の達成イ
イ ン タ ー リ ー ブ
ブ制御による電源電流歪 みの低減が可能であり有効性を試作機によって確認できたǤ

至究

研究種目名：基盤研究（C） 研究期間：平成31年度～令和3年度

至

研

研究者名

研究紹介
く行われている。また，（3）よりvsとisはほぼ同相で，入力力率は99%以上を達成している。
（4）
よりS2のOFF後，vs2は緩やかに立ち上がり（2）に示す臨界モード制御と合わせてSSWが実現されている。結果，すべての動作で完全SSWが達成され，Voも200V一定である事を確認した。
研
究
紹
介

4．むすび
FCを活用したクロス結線式高効率コンバータは，高い昇圧率の確保，すべての素子でのSSWの達成，インターリーブ制御による電源電流歪みの低減が可能であり，有効性を試作機によって確認できた。

― 36 ―

様式４
研究紹介




秋田県の農産物を活用した革新的なフレーバード・スピリッツの開発に係る研究
秋田県の農産物を活用した革新的な研究者名

フレーバード・スピリッツの開発に係る研究
物質・生物系
マテリアル・プロセス工学コース 西野 智路
マ テ リ ア ル ・ プ ロ セ ス 工 学 コ ー ス  西野智路

２．研究結果２．研究結果 粕取り焼酎をベース・スピリッツとするには，粕取り焼酎の香り成分の中で酵母により
粕取り焼酎をベース・スピリッツとするには，粕取り焼酎の香り成分の中で酵母により付加付加された吟醸香（酢酸イソアミルとカプロン酸エチル）が邪魔になる。そこで，活性炭された吟醸香（酢酸イソアミルとカプロン酸エチル）が邪魔になる。そこで，活性炭カラムにカラムによる除去条件の検討を行った。その結果，顆粒状活性炭カラムに粕取り焼酎を流よる除去条件の検討を行った。その結果，顆粒状活性炭カラムに粕取り焼酎を流すことにより，すことにより，日本酒の吟醸香として知られるカプロン酸エチル，カプリル酸エチル，カ
日本酒の吟醸香として知られるカプロン酸エチル，カプリル酸エチル，カプリン酸エチルなど
プリン酸エチルなどの香り成分を除去することができた（図１）。それにより，お米本来のの香り成分を除去することができた（図１）。それにより，お米本来の香りが感じられる秋田県
香りが感じられる秋田県産ベース・スピリッツを得ることができた。
産ベース・スピリッツを得ることができた。
 種々の秋田県産のボタニカルを検討した中から，乾燥ヨモギ葉ならびに乾燥ホップの毬
種々の秋田県産のボタニカルを検討した中から，乾燥ヨモギ葉ならびに乾燥ホップの毬花を花を選定し，ベース・スピリッツに浸漬したエキスを蒸溜して香り成分の GC-MS 分析を選定し，ベース・スピリッツに浸漬したエキスを蒸溜して香り成分の GC-MS 分析を行った。
行った。その結果，固相マイクロ抽出法とヘキサン抽出のいずれにおいても，ヨモギからその結果，固相マイクロ抽出法とヘキサン抽出のいずれにおいても，ヨモギからはユーカリプ
はユーカリプトールとカンファー，ホップからはミルセンが主要な成分として検出された。
トールとカンファー，ホップからはミルセンが主要な成分として検出された。ユーカリプトー
ユーカリプトールはジンの主要なボタニカルであるジュニパーベリーやコリアンダーシー
ルはジンの主要なボタニカルであるジュニパーベリーやコリアンダーシード，また先行研究でド，また先行研究で用いた秋田スギ葉から検出されておらず，ヨモギが新しいボタニカル
用いた秋田スギ葉から検出されておらず，ヨモギが新しいボタニカルになりうることが示唆さになりうることが示唆された。また，ミルセンはジュれた。また，ミルセンはジュニパーベリーや秋田スギ葉
ニパーベリーや秋田スギ葉からも検出されるが，いずからも検出されるが，いずれもα-ピネンなど他の香り
れも
α-ピネンなど他の香り成分と混合した状態で見成分と混合した状態で見出された。ホップからは α-ピ出された。ホップからは α-ピネンなど他の成分はほネンなど他の成分はほとんど見出されず，ジュニパーベ
リーや秋田スギ葉とは異なるホップ特有の香り付けが可
とんど見出されず，ジュニパーベリーや秋田スギ葉と能であることが分かった。その結果をもとにして，ヨモは異なるホップ特有の香り付けが可能であることが分ギ葉とホップの毬花からの蒸溜液をブレンドしてフレーかった。その結果をもとにして，ヨモギ葉とホップのバード・スピリッツのレシピを開発した。また，開発し毬花からの蒸溜液をブレンドしてフレーバード・スピ
たフレーバード・スピリッツをベースとし，さらに，そリッツのレシピを開発した。また，開発したフレーバの他のボタニカルで香味を整える手法を考案した。
ード・スピリッツをベースとし，さらに，その他のボ
タニカルで香味を整える手法を考案した。
３．おわりに
３．おわりに
これまでコストなどの問題から，どの酒造メーカーでも取り組まれていなかった粕取り焼酎をこれまでコストなどの問題から，どの酒造メーカーでも取り組まれていなかった粕取り
ベース・スピリッツに変えていく手法を開発した。さらに，秋田県産の原料とボタニカルにこだ焼酎をベース・スピリッツに変えていく手法を開発した。さらに，秋田県産の原料とボタ
わり，これまでに当開発グループで見出してきた分析法やノウハウを活かして開発したフレー
ニカルにこだわり，これまでに当開発グループで見出してきた分析法やノウハウを活かし
バード・スピリッツとその製造法は新規性があり，秋田県産ブランドを高めていくことになるとて開発したフレーバード・スピリッツとその製造法は新規性があり，秋田県産ブランドを考える。また，季節ごとの秋田県産のボタニカル，あるいは県内外の特産物をボタニカルとして高めていくことになると考える。また，季節ごとの秋田県産のボタニカル，あるいは県内用いて香り付けすることで，さらに魅力あるものになる潜在能力を有していると評価された。
外の特産物をボタニカルとして用いて香り付けすることで，さらに魅力あるものになる潜在能力を有していると評価された。
― 37 ―

介取り除いたアルコールをベース・スピリッツとして用いる手法を開発した。さらに，GC-MS
ルコールをベース・スピリッツとして用いる手法を開発した。さらに，GC-MS分析に基づいて香りを評価しながら秋田県産の香り付け植物（ボタニカル）により香り付けしたフレーバード
・
分析に基づいて香りを評価しながら秋田県産の香り付け植物（ボタニカル）により香り付
スピリッツのレシピを開発し，試験醸造を行い，官能評価をした。
けしたフレーバード・スピリッツのレシピを開発し，試験醸造を行い，官能評価をした。

紹１．はじめに１．はじめに秋田の豊かな自然の香りを楽しめる，既存のお酒のカテゴリーに捕らわれない香り付け
秋田の豊かな自然の香りを楽しめる，既存のお酒のカテゴリーに捕らわれない香り付けしたした蒸留酒（フレーバード・スピリッツ）の開発を目的として研究を行った。秋田県産の蒸留酒（フレーバード・スピリッツ）の開発を目的として研究を行った。秋田県産の原料にこ原料にこだわるため，酒粕を蒸溜して得られる粕取り焼酎から不要な香りを活性炭によりだわるため，酒粕を蒸溜して得られる粕取り焼酎から不要な香りを活性炭により取り除いたア

究

物質・生物 系

研

研究テーマ



様式４






研究紹介

適度にスマートな IoT 建築デザインが能動的活動を促す
適度にスマートなIoT建築デザインが能動的活動を促す参加
参加型まちづくり実証研究
研究テーマ
型まちづくり実証研究 土木・建築系 空間デザインコース 井上 誠

研
究

研究者名
土木・建築系 空間デザインコース 井上誠
研究種目名：基盤研究（C） 研究期間：令和２年度～令和４年度 課題番号 20K12524
研究種目名：基盤研究（C） 研究期間：令和2年度～令和4年度 課題番号20K12524

紹
介

１．緒言
１．緒言
スマートホームやビルディングは生活環境に関わる自動化や省エネルギーについての便益を主
スマートホームやビルディングは生活環境に関わる自動化や省エネルギーについての便益をな目的としている．しかし，過度な利便性追求が生活を受動的なものへと導く場合もある．
主な目的としている。しかし，過度な利便性追求が生活を受動的なものへと導く場合もある。
単に完全自動化や全能的 AI 化を目指すのではなく，IoT を建物・敷地の情報発信やシェア活
単に完全自動化や全能的AI化を目指すのではなく，IoTを建物・敷地の情報発信やシェア活用
用のために使うことで，人々の手間の余地を残し，能動的な行動を促し，やりがいのある持続可能のために使うことで，人々の手間の余地を残し，能動的な行動を促し，やりがいのある持続可
なまちづくりを実現することを目指す．
能なまちづくりを実現することを目指す。
実在の地域の建物や空き地に IoT・ICT 機器を設置し，環境情報や画像を SNS 等で人々と情報
実在の地域の建物や空き地にIoT・ICT機器を設置し，環境情報や画像をSNS等で人々と情報共有をし，建物・敷地・物品をシェア利用し，活性化することで，能動的活動を促す．その状況を共有をし，建物・敷地・物品をシェア利用し，活性化することで，能動的活動を促す。その状
定量的・定性的に調査分析し，提案手法の有効性を示す．
況を定量的・定性的に調査分析し，提案手法の有効性を示す。
２．研究方法
２．研究方法【実証実験１】構成：温度，気圧，光，加速度，磁気の各【実証実験１】構成：温度，気圧，光，加速度，磁気の各センサモジュールをシングルボードコンピュータ（図センサモジュールをシングルボードコンピュータ（図１）に１）に接続し，情報をインターネットに上げる。あたか
接続し，情報をインターネットに上げる．あたかも人格をも人格を持ったようにIoT建築ボットが状況をSNS等に投持ったように IoT 建築ボットが状況を SNS 等に投稿する
稿する（図２）。これらを見た利用者は建築物の状況を知（図２）．これらを見た利用者は建築物の状況を知り，建り，建築物に対して能動的に働く。例えば建具の開け締
築 物に対して能 動 的に働く． 例えば建 具の開け締めをめをし，換気をする等。
し，換気をする等．
【実証実験２】スマートキーにより建物，空き地や備品【実証実験２】スマートキーにより建物，空き地や備品ををシェアし，IoT及びブロックチェーン技術により予約等シェアし，IoT 及びブロックチェーン技術により予約等のの管理をすることで共同利活用する。
管理をすることで共同利活用する．
実証実験として，IoT装置を設置する建築物は，秋田市実証実験として，IoT 装置を設置する建築物は，秋田
土崎湊地区にある土蔵等とする。土壁を風雪から守るた
市土崎湊地区にある土蔵等とする．土壁を風雪から守る
めに，建物の中に入れ子状になった内蔵もある。この内ために，建物の中に入れ子状になった内蔵 もある．この
蔵の問題の一つ目は覆いにより蔵内の湿度が高く，カビ内 蔵 の問 題 の一 つ目は覆 いにより蔵 内 の湿 度 が高 く，が発生しやすいこと，二つ目は文化財指定を考慮するとカビが発 生 しやすいこと， 二 つ目 は文 化 財 指 定 を考 慮
十分な屋内消火栓設備設置が困難であることである。次すると十分な屋内消火栓設備設置が困難であることであに，この内蔵の課題は，まちづくりのための歴史的建造
る．次に，この内蔵の課題は，まちづくりのための歴史的物としてのアピールである。内蔵は外側の建物に覆われ建造物としてのアピールである．内蔵は外側の建物に覆ているため，道路からの外観ではその存在が分かり難い。
われているため，道路からの外観ではその存在が分かり難い．

図1 センサモジュールとシングル
図１
センサモジュールとシング
ボードコンピュータの例。

ルボードコンピュータの例

図２
土蔵のツイート
図2 ,R7
IoT土蔵のツイート

３．何をどのように、どこまで明らかにしようとするのか
実験の対象者は，建築物の所有者，地域住民，見学者，まつり観光客，クルーズ船乗客とする。
３．何をどのように、どこまで明らかにしようとするのか
建築物等のツイート等に対してや，シェアや地域仮想通貨による建物・空き地・備品の共同利
実験の対象者は，建築物の所有者，地域住民 ，見学者，まつり観光客，クルーズ船乗客とす用による対象者の反応や行動を観察，調査する。
る．建築物等のツイート等に対してや，シェアや地域仮想通貨による建物・空き地・備品の共同利
ネット上の動向と現実の行動を定量的，定性的に分析を行い，どの様なIoT建築デザインが参用による対象者の反応や行動を観察，調査する．
加型まちづくりに有効であるかを明らかにする。
ネット上の動向と現実の行動を定量的，定性的に分析を行い，どの様な IoT 建築デザインが参加
型まちづくりに有効であるかを明らかにする．

― 38 ―

様式４
様式４

研究紹介








嫌気性微生物を用いた創エネルギー・低炭素型下水処理シス
テムの開発
嫌気性微生物を用いた創エネルギー・低炭素型下水処理システムの開発
嫌気性微生物を用いた創エネルギー・低炭素型下水処理システムの開発
研究テーマ

土木・建築系

土木・建築系 国土防災システムコース
国土防災システムコース
増田 周平
土木・建築系 国土防災システムコース

増 田 周 平増 田 周 平図１ 図１
メタン濃度の時間変動
メタン濃度の時間変動
図１ メタン濃度の時間変動

図２ 図２
亜酸化窒素濃度の時間変動
亜酸化窒素濃度の時間変動
図２ 亜酸化窒素濃度の時間変動― 39 ―介

写真２
排気ガス捕集チャンバーの設置
写真２
排気ガス捕集チャンバーの設置
写真２ 排気ガス捕集チャンバーの設置

紹

写真１ ガスモニタリングの様子
ガスモニタリングの様子
写真１
写真１ ガスモニタリングの様子

究研究種目名：基盤研究（A） 研究期間：令和元年度～令和3年度 課題番号 19H01160
研究種目名：基盤研究（A） 研究期間：令和元年度～令和３年度 課題番号 １９H０１１６０
研究種目名：基盤研究（A） 研究期間：令和元年度～令和３年度 課題番号 １９H０１１６０
１．緒言
１．緒言
本研究では嫌気性消化プロセスを基本とした革新的低炭素型下水処理システムの開発を目的
１．緒言本研究では嫌気性消化プロセスを基本とした革新的低炭素型下水処理システムの開発を目的とした研究プロジェクトにおいて，下水処理場における温室効果ガスの動態把握について取り本研究では嫌気性消化プロセスを基本とした革新的低炭素型下水処理システムの開発を目的とした研究プロジェクトにおいて，下水処理場における温室効果ガスの動態把握について取り組ん組んだ。下水処理プロセスからは，強力な温室効果ガスであるメタンおよび亜酸化窒素が発生とした研究プロジェクトにおいて，下水処理場における温室効果ガスの動態把握について取り組んだ。下水処理プロセスからは，強力な温室効果ガスであるメタンおよび亜酸化窒素が発生することすることが知られているものの，それらの時間変動特性は明らかにされていない。そこで本研だ。下水処理プロセスからは，強力な温室効果ガスであるメタンおよび亜酸化窒素が発生することが知られているものの，それらの時間変動特性は明らかにされていない。そこで本研究では，下水究では，下水処理場において連続モニタリングを行い，これらの温室効果ガスの高頻度データが知られているものの，それらの時間変動特性は明らかにされていない。そこで本研究では，下水処理場において連続モニタリングを行い，これらの温室効果ガスの高頻度データの獲得を目的としの獲得を目的として調査研究を行った。
処理場において連続モニタリングを行い，これらの温室効果ガスの高頻度データの獲得を目的として調査研究を行った。
て調査研究を行った。
２．研究方法
２．研究方法
本研究では，マルチガス分析計（堀場製作所）を用いて実下水処理場においてメタンおよび２．研究方法
亜酸化窒素の連続モニタリングを行った。生物反応槽から排気されるガスを収集し，メタン及本研究では，マルチガス分析計（堀場製作所）を用いて実下水処理場においてメタンおよび亜本研究では，マルチガス分析計（堀場製作所）を用いて実下水処理場においてメタンおよび亜び亜酸化窒素濃度を毎分測定した（写真１，写真２）。
酸化窒素の連続モニタリングを行った。生物反応槽から排気されるガスを収集し，メタン及び亜酸
酸化窒素の連続モニタリングを行った。生物反応槽から排気されるガスを収集し，メタン及び亜酸
化窒素濃度を毎分測定した（写真１，写真２）。
化窒素濃度を毎分測定した（写真１，写真２）。
３．結果
結果の一例として，A処理場におけるメタンおよび亜酸化窒素濃度の時間変動を示す。これ
３．結果
３．結果
より，これまでは明らかにされていなかった実処理場での温室効果ガスの時間変動を詳細に明結果の一例として，A 処理場におけるメタンおよび亜酸化窒素濃度の時間変動を示す。これより，
結果の一例として，A 処理場におけるメタンおよび亜酸化窒素濃度の時間変動を示す。これより，
らかにすることができた。また，A処理場を含む複数の異なるシステム構成の処理場で同様の
これまでは明らかにされていなかった実処理場での温室効果ガスの時間変動を詳細に明らかにす
これまでは明らかにされていなかった実処理場での温室効果ガスの時間変動を詳細に明らかにす調査を行い，時間変動特性がシステム構成や運転条件に応じて変動することを明らかにした。
ることができた。また，A 処理場を含む複数の異なるシステム構成の処理場で同様の調査を行い，ることができた。また，A 処理場を含む複数の異なるシステム構成の処理場で同様の調査を行い，本調査で得られた知見は下水処理場における低炭素化に資する知見であり，
今後はこれらのデー
時間変動特性がシステム構成や運転条件に応じて変動することを明らかにした。本調査で得られタを基にした効率的なモニタリング戦略の構築や温室効果ガスの削減方法の開発が課題として
時間変動特性がシステム構成や運転条件に応じて変動することを明らかにした。本調査で得られた知見は下水処理場における低炭素化に資する知見であり，今後はこれらのデータを基にした効挙げられる。
た知見は下水処理場における低炭素化に資する知見であり，今後はこれらのデータを基にした効率的なモニタリング戦略の構築や温室効果ガスの削減方法の開発が課題として挙げられる。
率的なモニタリング戦略の構築や温室効果ガスの削減方法の開発が課題として挙げられる。

研

研究者名

研究紹介
研究テーマ

除荷を受けた泥炭の長期沈下挙動に関する実験と解析

研

研究者名

土木・建築系

究

研究種目名：科研費

国土防災システムコース

山添誠隆

基盤（C） 研究期間：令和元年度～令和４年度

課題番号19K04607

紹介

１．はじめに
東北・北海道に広範囲に分布する泥炭地盤は超軟弱土であるため，建設工事に際しては，圧密促進および残留沈下低減を図るためにプレロード工法がしばしば用いられる。しかし，改良
後に再び生じる長期沈下は経験的な方法で予測を行っているのが現状で，種々の施工法には対応していない。そこで，本研究では除荷を受けた泥炭の継続変形の予測を目的に，その端緒として，除荷を伴う系統的な長期沈下試験および定ひずみ速度圧密（CRS）試験を実施し，除荷
泥炭の圧密と粘塑性挙動を明らかにした。また，ひずみ速度に着目した圧縮則であるisotach概念の適用性を調べるとともに数理モデル化し，試験結果の再現解析を行なった。
２．実験
北海道内で採取した高含水・繊維質な不攪乱泥
炭試料に対して，除荷を伴う長期沈下試験およびCRS試験を実施した。両試験とも供試体寸法および排水条件は，地盤工学会基準に従った。長期圧密試験では，プレロードに相当する上載荷重Δpを一定時間載荷した後に一部荷重を撤去し，沈下量を約1ヶ月計測した。CRS試験は，圧密中に基準ひず
み速度に対して（圧縮）ひずみ5%毎にひずみ速度を1倍，1/10倍，10倍に変化させた。
図1は長期圧密試験から求めた（圧縮）ひずみ増
図1 長期圧密試験から求めたΔε−logt関係
分と時間の関係の一例である。図中のOCR（=(p0+とFEM解析結果：Δpの載荷時間10minΔp)/pf，p0，pfは圧密前後の圧密圧力）は過圧密比を表し，圧密後の圧密圧力（pf）は同一とした。この図から，除荷後の泥炭は一旦膨張し，その後体積変化が生じない平衡状態が続いた後，再沈下に転じている。また十分に時間が経過したあとは，同じひずみ増分（ひずみ速度）に収斂していることがわかる。また，圧密中にひずみ速度を変化させたCRS試験の結果から，泥炭の応力ひずみ関係はひずみ速度によって一意に決まり，isotach則の有効性も明らかになった。
３．解析
2章で述べた実験結果を踏まえて，粘塑性変形にisotach則を適用する超過応力型のCam-clay
モデルを有限要素法（FEM）に組み込んだ。試験によって求めたパラメタを用いて室内試験の再現解析を行った結果を図1の実線に示した。これからFEM解析結果は，載荷時の圧密沈下から除荷時のリバウンド，再沈下挙動までの一連の圧密挙動を比較的良好に捉えることができる
ことがわかった。
４．まとめと今後の展開
本研究より，人為的に過圧密履歴を受けた泥炭の再沈下挙動は，粘性の圧縮則であるisotach則に従う可能性が高いこと，また超過応力型Cam-clayモデルによって再沈下挙動を含めた沈下予測が可能であることが示唆された。今後は，実地盤への適用を通して，開発した予測法の有効性を実証するとともに，従前の経験的な方法では対処困難であった新工法（例えば真空圧密工法）への適用も行っていく予定である。
― 40 ―

研究紹介

CIMと交通事故特性からみた子どものモビリティのあり方
の検討

研究者名

香川高等専門学校 宮崎 耕輔，豊橋技術科学大学 松尾幸二郎，
福岡大学 吉城 秀治，秋田工業高等専門学校 葛西誠
課題番号20K04743

究研究種目名：基盤研究（C） 研究期間：令和2年度～令和4年度

研

研究テーマ

紹

２．文献調査によるCIMの概念の整理（1）CIMと子供の成育への影響との関連
CIMについては，子供の健康，身体的発達，社会的発達，精神的発達において，極めて重要な要素であるといわれている。たとえば，子供の移動自由性が低下すると，子供の健康と発達に影響を及ぼすことが明らかにされている。さて，子供が自由に移動できることによる短期的なメリットとしては，子供が一人で移動できることから得られる社会的利益，ならびにこれに関連する幸福，さらには，日常生活における自己決定に対する感覚が養われる。一方，長期的には，子供が自由に移動できることから得られる健康上のメリットも考えられる。
（2）CIMを評価する既往の指標
CIMという概念に関する研究は，英国において始められた。CIMの実態を把握するため，英国のPolicy Studies Institute（PSI）によって，1971年に英国を対象とした実態調査が行われた。
CIMの評価指標として，大人の自動車運転免許のように，子供の活動が大人の許可を得ているという考え方を用いて，「License」と称した。そして，6つのLicense（The license to crossmain roads alone, The license to walk places other than school, The license to travel
home from school independently, The license to use buses/trains alone, The license to goout after dark, The license to cycle alone on main roads）を用いた。以降，1990年には英国と西ドイツにおいて，2010年には，英国とドイツを含む世界16ヵ国において，6つのLicenseの調査を行っており，経年比較，あるいは国際間比較が行われた。
３．今後の進め方
本研究では，英国における6つのLicenseを基本として，日本全国を対象としたマクロ調査，
ならびに対象地域を限定したミクロ調査を実施する方向で進めている．そして，地域特性のみ
ならず，親の子供時代の経験が現在の価値観に影響しているのではないかという視点．そして，
CIMが高くなると，どのような良いことがあるかという視点などを中心に分析を行う予定である。

― 41 ―

介

１．はじめに子供の移動自由性（Children Independent Mobility; 以下「CIM」と記す）とはTranter andWhiteleggによると，”The freedom of children to travel around their own neighbourhoodor city without adult supervision” と定義されており，子供が大人からどの程度独立した移動が許容されているかという考え方である。本研究では，一見トレードオフにも思えるCIMの高さと安全性の高さの両立を図る方法を明らかにすることを最終目標とする。特にCIMに着目した子どもの交通行動を把握することを目指し，その手法について検討するとともに，子どもの交通行動と交通安全との関係性を明らかにすることを目的とする。そのため，『交通安全の視点』
ならびに『CIMの視点』の２つの視点から分析を行い，①子どもの交通行動を踏まえた交通事
故特性の把握，②交通安全の視点を踏まえたCIMの定義と実態把握，③CIMと交通事故の関係性の検討を行なう。本稿では，CIMの定義と実態把握について，これまでの取組みと今後の方向性について報告する。

雪崩被災者探索を目的とした高機能立体型 RFID タグの開発
研究紹介

技術教育支援センター

松 田 英 昭研究種目名：奨励研究
研究期間：令和 2 年度
課題番号 2 0 H 0 0 9 3 1
研究テーマ
雪崩被災者探索を目的とした高機能立体型RFIDタグの開発
研

研１．研究の目的
究者名技術教育支援センター

松田

英昭

究
紹
介

本研究では RFID（Radio frequency identifier）と呼ばれる電波を用いて RF タグの情報
研究種目名：奨励研究
研究期間：令和2年度 課題番号20H00931
を通信できる技術に着目し，ドローンに代表されるマルチコプタとRFID を組み合わせて RF タグを身に着けている雪崩被災者を探索するシステムを提案する。RF タグは受１．研究の目的
信電波をエネルギーとして動作するため電源が不要であり，一般的な形状としてはカ
本研究ではRFID（Radio frequency identifier）と呼ばれる電波を用いてRFタグの情報を通ード型やシール型といった小型なものが主流であり，携帯性も申し分ない。しかし，そ信できる技術に着目し，ドローンに代表されるマルチコプタとRFIDを組み合わせてRFタグを身の一方で送受信可能な距離が短く，雪中での減衰も大きいことが課題となるため，雪に着けている雪崩被災者を探索するシステムを提案する。RFタグは受信電波をエネルギーとし中の微弱な電波をとらえることができる小型で高利得な RF タグを開発する。被災者がて動作するため電源が不要であり，一般的な形状としてはカード型やシール型といった小型な携帯している RF タグが，どのような姿勢でいても送受信できるようにオムニ指向性を実ものが主流であり，携帯性も申し分ない。しかし，その一方で送受信可能な距離が短く，雪中現することが課題となる。今回は立体的な RF タグの放射特性を明らかにするために電での減衰も大きいことが課題となるため，雪中の微弱な電波をとらえることができる小型で高磁界解析を行った。
利得なRFタグを開発する。被災者が携帯しているRFタグが，どのような姿勢でいても送受信できるようにオムニ指向性を実現することが課題となる。今回は立体的なRFタグの放射特性を明２．研究成果らかにするために電磁界解析を行った。

本研究では三角の誘電体基板上にラインアンテナを構成し、それを組み合わせてオム
ニ指向性アンテナの開発を目指す。今回は Altair 社 FEKO を用い、誘電体基板上にメ２．研究成果アンダラインアンテナを作成して遠方界の放射パターンについて電磁界解析を行った。
本研究では三角の誘電体基板上にラインアンテナを構成し、それを組み合わせてオムニ指向
メアンダラインアンテナとは、導線を折り曲げてクランク上にした構造のことで，モノポー性アンテナの開発を目指す。今回はAltair社FEKOを用い、誘電体基板上にメアンダラインアン
ルアンテナと同様の放射特性を持ち銅線の段数，縦線の間隔，ピッチを変えることによテナを作成して遠方界の放射パターンについて電磁界解析を行った。メアンダラインアンテナとは、導線を折り曲げてクランク上にした構造のことで，モノポールアンテナと同様の放射特ってモノポールアンテナより共振振動数を低くできる特徴がある。FEKO を使用すること性を持ち銅線の段数，縦線の間隔，ピッチを変えることによってモノポールアンテナより共振によりモデリングしたアンテナを立体的に配置し FEM（有限要素法）による高精度な解振動数を低くできる特徴がある。FEKOを使用することによりモデリングしたアンテナを立体的析が期待できる。図 1 にメアンダラインアンテナの解析モデルを，図 2 に解析結果を示に配置しFEM（有限要素法）による高精度な解析が期待できる。図1にメアンダラインアンテ
す。1 枚の電源を逆にすることで電波の干渉がなくなり電波強度，範囲も大きくなった。
ナの解析モデルを，図2に解析結果を示す。1枚の電源を逆にすることで電波の干渉がなくなり
複数枚のアンテナを設計する場合，配置場所や給電にも配慮する必要があることが分
電波強度，範囲も大きくなった。複数枚のアンテナを設計する場合，配置場所や給電にも配慮かった。最終的には 8 枚の最適な配置について検討する予定である。
する必要があることが分かった。最終的には8枚の最適な配置について検討する予定である。

図1

上部（4枚）の解析モデル

図 1 上部（4 枚）の解析モデル

図2 対向2枚（逆電源）の放射パターン
図 2 対向
2 枚（逆電源）の放射パターン― 42 ―







学習障害を持つ学生が直感的に理解できる事前学習および学習障害を持つ学生が直感的に理解できる事前学習および

研究紹介
研究テーマ

学習障害を持つ学生が直感的に理解できる事前学習および安
安全教育のための教材開発
安全教育のための教材開発
全教育のための教材開発

研究者名

技術教育支援センター

技術教育支援センター
技術教育支援センター 佐々木
佐々木智征
智征
研

佐々木智征

究

研究種目名：奨励研究
研究期間：令和元年度
課題番号
研究種目名：奨励研究
研究期間：令和元年度課題番号19H00189
課題番号19H00189
19H00189
研究種目名：奨励研究
研究期間：令和元年度

２．VRによる旋盤事故体験システム
２．VR
２．VRによる旋盤事故体験システム
による旋盤事故体験システム
旋盤加工での事故において締付け不足による材料の飛散や切りくずの飛散によるケガ，また旋盤加工での事故において締付け不足による材料の飛散や切りくずの飛散によるケガ，また衣旋盤加工での事故において締付け不足による材料の飛散や切りくずの飛散によるケガ，また衣衣類等が巻き込まれることによるケガが多い。そこで模型を使用したチャックハンドルの外し類等が巻き込まれることによるケガが多い。そこで模型を使用したチャックハンドルの外し忘れ（図類等が巻き込まれることによるケガが多い。そこで模型を使用したチャックハンドルの外し忘れ（図忘れ（図１），材料の飛散（図２），刃物のチャックへの接触，回転中に巻き込まれる様子など
１），材料の飛散（図２），刃物のチャックへの接触，回転中に巻き込まれる様子などの事故の様子
１），材料の飛散（図２），刃物のチャックへの接触，回転中に巻き込まれる様子などの事故の様子の事故の様子を360°カメラによって撮影した。この動画は編集ソフトを用いて，撮影者やつなをを360°カメラによって撮影した。この動画は編集ソフトを用いて，撮影者やつなぎ目の不可視化
360°カメラによって撮影した。この動画は編集ソフトを用いて，撮影者やつなぎ目の不可視化
ぎ目の不可視化処理を行うことで，よりリアルなVR体験ができるシステムとした。
処理を行うことで，よりリアルな処理を行うことで，よりリアルなVR
VR体験ができるシステムとした。
体験ができるシステムとした。

図１
チャックハンドル外し忘れによる
図１
チャックハンドル外し忘れによる事故の様子
図１
チャックハンドル外し忘れによる

図２ 締め付け不足による材料飛散の様子
締め付け不足による材料飛散の様子
図２
図２
締め付け不足による材料飛散の様子

事故の様子
事故の様子

３．安全教育システムの開発
３．安全教育システムの開発
３．安全教育システムの開発
職員の機械加工作業の様子を360°カメラにより職員の機械加工作業の様子を
職員の機械加工作業の様子を360°カメラに
360°カメラに撮影し，それと同時に視線計測装置を用いて加工より撮影し，それと同時に視線計測装置を用いてより撮影し，それと同時に視線計測装置を用いて時の視線を計測した。得られた視線のデータをVR
加工時の視線を計測した。得られた視線のデー
加工時の視線を計測した。得られた視線のデー
動画と組み合わせ，図３のように動画内に注記とタをタをVR
VR動画と組み合わせ，図３のように動画内
動画と組み合わせ，図３のように動画内
一緒に表示させることで,どこに注目してどこが注に注記と一緒に表示させることで,どこに注目してに注記と一緒に表示させることで,どこに注目して意すべきポイントかが一目で理解できるシステム
どこが注意すべきポイントかが一目で理解できる
どこが注意すべきポイントかが一目で理解できるとした。
システムとした。
システムとした。

職員の視線
職員の視線

図３
VR
による安全教育システム
図３
図３
VRVRによる安全教育システム
による安全教育システム

４．今後の予定
４．今後の予定
４．今後の予定
今後は教材を用いて事前教育を行い，教材を使用した場合と使用しない場合とでどの程度理
今後は教材を用いて事前教育を行い，教材を使用した場合と使用しない場合とでどの程度理解力に違いがあるのかデータの収集を行っていく。
今後は教材を用いて事前教育を行い，教材を使用した場合と使用しない場合とでどの程度理解力に違いがあるのかデータの収集を行っていく。
解力に違いがあるのかデータの収集を行っていく。

― 43 ―

介

線計測装置を用いて職員の動作や視線を可視化した教材の開発を行い，一定の成果を上げてきや視線計測装置を用いて職員の動作や視線を可視化した教材の開発を行い，一定の成果を上げ
線計測装置を用いて職員の動作や視線を可視化した教材の開発を行い，一定の成果を上げてき1) 1)1）。しかし，最近では多動性などの行動障害がみられる学生が増えてきており，今までたてきたた 。しかし，最近では多動性などの行動障害がみられる学生が増えてきており，今まで以上に安。しかし，最近では多動性などの行動障害がみられる学生が増えてきており，今まで以上に安全教育の必要性が増してきている。そこで以上に安全教育の必要性が増してきている。そこで360°カメラを用いて旋盤作業における危険
全教育の必要性が増してきている。そこで360°カメラを用いて旋盤作業における危険な動作と安360°カメラを用いて旋盤作業における危険な動作と安全な動作を撮影し，可視化を行った。また視線計測装置を用いて作業中の職員の視線をデータな動作と安全な動作を撮影し，可視化を行った。また視線計測装置を用いて作業中の職員の視全な動作を撮影し，可視化を行った。また視線計測装置を用いて作業中の職員の視線をデータ
線をデータ化し，
VR動画と組み合わせることで誰でも直感的に理解できる教材の開発を行った。
化し，VR化し，VR動画と組み合わせることで誰でも直感的に理解できる教材の開発を行った。
動画と組み合わせることで誰でも直感的に理解できる教材の開発を行った。

紹

１．背景
１．背景
１．背景
工作機械を使用した実習では常に危険と隣り合わせであり安全教育は必要不可欠である。秋工作機械を使用した実習では常に危険と隣り合わせであり安全教育は必要不可欠である。秋工作機械を使用した実習では常に危険と隣り合わせであり安全教育は必要不可欠である。秋田高専でも工作技術や安全面の教育を行っており，その指導法として，モーションキャプチャや視田高専でも工作技術や安全面の教育を行っており，その指導法として，モーションキャプチャや視田高専でも工作技術や安全面の教育を行っており，その指導法として，モーションキャプチャ







ＵＡＶ空撮とシミュレーションモデルを組合わせた水処理教育のための

研究紹介

研究テーマ

実践型教材の開発
UAV空撮とシミュレーションモデルを組合わせた水処理教
育のための実践型教材の開発
技術教育支援センター 第三班 大 友 渉 平

研
究

研究者名
技術教育支援センター 第三班 大友 渉平
研究種目名：奨励研究 研究期間：令和 2 年度 課題番号 20H00886
研究種目名：奨励研究 研究期間：令和2年度 課題番号20H00886

紹介

１．はじめに１．はじめに高度技術者の育成を担う高専教育において，座学で得られた知識を現場で使える実践的
高度技術者の育成を担う高専教育において，座学で得られた知識を現場で使える実践的な知な知識に昇華させるシステムは必要不可欠である．中でも下水処理場終末処理場 処理場
識に昇華させるシステムは必要不可欠である。中でも下水処理場終末処理場(処理場)のメカニのメカニズムは，規模の大きさとプロセスの複雑さから，簡明な教材の必要性が非常に高
ズムは，規模の大きさとプロセスの複雑さから，簡明な教材の必要性が非常に高い。これらのい．これらの背景に鑑み，本研究では，処理場の維持管理に必要な実践的知識を習得でき背景に鑑み，本研究では，処理場の維持管理に必要な実践的知識を習得できる教育教材として，る教育教材として，処理フロー全体を平面的に可視化できる映像教材，処理場の管理を疑処理フロー全体を平面的に可視化できる映像教材，処理場の管理を疑似体験できるシミュレー
似体験できるシシ ミ ュ レ ー シ ョ ン 教材を作製した．対象とした処理場は，秋田県で最も処理
ション教材を作製した。対象とした処理場は，秋田県で最も処理量が多い流域関連下水道の終量が多い流域関連下水道の終末処理場である$ 処理センターと，日本で最多の処理形式で末処理場であるA処理センターと，日本で最多の処理形式であるオキシデーションディッチ法
あるオキシデーションディッチ法の反応槽（無終端水）を採用する 2 処理センターである．
の反応槽（無終端水）を採用するO処理センターである。
２．教材方法と成果
２．教材方法と成果
映像教材は，0DYLF=RRP（'-,社製）を使用して 8 $ 9 空 撮 を行い，データを編集して映像教材は，Mavic
2 Zoom（DJI社製）を使用してUAV空撮を行い，データを編集して約30分の動画とした（図１）。処理場の概況と簡易的な説明を同時表示し，重要なポイントは再生速度
約 分の動画とした（図１）．処理場の概況と簡易的な説明を同時表示し，重要なポインを遅くした。秋田工業高等専
トは再生速度を遅くした．秋
門学校（秋田高専）の学生に
田工業高等専門学校（秋田高
映像教材を使用してもらった専）の学生に映像教材を使用
後に，実際に処理場で調査をしてもらった後に，実際に処行った際は，注意事項や処理
理場で調査を行った際は，注場の説明を短縮することがで
意事項や処理場の説明を短縮
き，効率的な調査を行うことすることができ，効率的な調ができた。
査を行うことができた．
シミュレーション教材とシミュレーション教材としし て， 処 理 場 の 調 査 デ ー タて，処理場の調査データと管と管理データをモデリングソ
理データをモデリングソフト
フトに実装し，実際の処理状
図１映像教材の一コマ
映像教材の一コマ
図１
に実装し，実際の処理状態を態を反映するモデルを構築し反映するモデルを構築した．
た。当初はモデリングソフト
当初はモデリングソフトとしとして，フリーソフトであるて，フリーソフトで
AQUASIM（Eawag製）あのる
使$48$6,0（(DZDJ製）の使用を用を試みたが，秋田高専の学試みたが，秋田高専の学生が生 が 使 用 す る 際 に， デ ー タ
使用する際に，データのエクのエクスポートに手間取る
スポートに手間取る場面が多場面が多かったため，現在はSUMO（Dynamita社製）
をかったため，現在は
6802
使用している（図２）。
（'\QDPLWD社製）を使用している（図２）．
図２シミュレーション教材
シミュレーション教材
図２

― 44 ―



研究紹介

研究テーマ









入力より高い電圧出力に適した一線共通型単相電圧調整器
入力より高い電圧出力に適した一線共通型単相電圧調整器
入力より高い電圧出力に適した一線共通型単相電圧調整器
技術教育支援センター 技術職員 渡部 秀崇

L2

1

1

2

L1

L2

f

1

1

2

2

2

i1

SA,SB:ON
SA,SB:OFF

i1

S5:ON
S6:ON

制御する機能を有している．
する機能を有している。
提案する主回路
図図1
1 提案する主回路
算するかしないかで出力電圧を電源電圧の2 倍以上にi1i1
図 図2に入力電圧vin＞0のときの回路動作を示す。図2
2 に入力電圧 vin＞0 のときの回路動作を示す．図 2(a)vinvin
制御する機能を有している．
（a）のようにS2とS3をONし，Vdcの電圧の状態によっのようにS2 と vin＞0
S3 を ON
し，Vdc の電圧の状態によっ
図2 に入力電圧のときの回路動作を示す．図
2(a)
vin
vin
v
てSAとSBの同時ON/OFF期間を制御することで入力
v
て
SA
と
SB
の同時
ON/OFF
期間を制御することで入力のように S2 と S3 を ON し，Vdc の電圧の状態によっ力率の向上とVdc一定電圧制御を実現する昇圧チョッ
v
(a)
(b)
v
て
SA と SB の同時
ON/OFF 期間を制御することで入力力率の向上とVdc 一定電圧制御を実現する昇圧チョッパ動作を実現する。また，図2（b）のようにS5をON/
図 2 vin＞0 における回路動作
パ 動 作 を 実 現Vdc
する
． ま た ， 図 2(b) の よ う に S5 を(a)(b)
力率の向上と一定電圧制御を実現する昇圧チョッOFF（S6をOFF/ON）することで出力電圧は電源電圧
図 図22 vin＞0における回路動作
vin＞0における回路動作
ON/OFF(S6をOFF/ON)することで出力電圧は電源電圧にVdcを加算したり電源直送で出力パ動 作 を 実 現 す る ． ま た ， 図 2(b) の よ う に S5 をにVdcを加算したり電源直送で出力し，電源電圧以上
し，電源電圧以上に制御することができる．Vdcの可変制御も施すことで電源電圧以上でON/OFF(S6を OFF/ON)することで出力電圧は電源電圧にVdc を加算したり電源直送で出力に制御することができる。Vdcの可変制御も施すことで電源電圧以上で歪みの少ない出力電圧を
歪みの少ない出力電圧を得ることができる．なお，vin＜0の場合も同様である．
し，電源電圧以上に制御することができる．Vdcの可変制御も施すことで電源電圧以上で得ることができる。なお，vin＜0の場合も同様である。

歪みの少ない出力電圧を得ることができる．なお，vin＜0の場合も同様である．
SA,SB:ON
S1
SA,SB:OFF
S5

SA,SB

S2

S1

S6
S5

oL

SA,SB

S2

S6

S5:ON
S6:ON
S1

SA,SB

S2

S6
S5

S1

oL

SA,SB

S2

S6

oL

３．実験結果３．実験結果
図3図3にvin=50Vrms，vo=100Vrms，Vdc指に vin=50Vrms, vo=100Vrms, Vdc 指令値 80V
令３．実験結果
0
一定時のR
負荷の実験結果を示す．出力はオー
値80V一定時のR負荷の実験結果を示す。出力
図 3 に vin=50Vrms, vo=100Vrms, Vdc 指令値 80V
プンループのPWM 制御であるが入力電圧の 2 0はオープンループのPWM制御であるが入力電圧
一定時の
R 負荷の実験結果を示す．出力はオーの2倍の出力電圧が確認できる。また，理論通倍の出力電圧が確認できる．また，理論通り
プンループのPWM 制御であるが入力電圧のvoL
2
りvoL＝vin+vdcとvoL＝vinのように電源電圧に
＝vin
+vdc
と
voL＝vinのように電源電圧にDC倍の出力電圧が確認できる．また，理論通り voL
DC電圧を加算したり，直送し出力しているのを
電圧を加算したり，直送し出力しているのを確＝vin+vdc と voL＝vin のように電源電圧に DC確認できた。なお，（c）より昇圧回路により電 0認できた．なお，(c)より昇圧回路により電源電電圧を加算したり，直送し出力しているのを確
源電流は正弦波状に制御され，Vdcは80V一定に流は正弦波状に制御され，Vdc
は 80V 一定に制 0認できた．なお，(c)より昇圧回路により電源電制御されていることを確認している。
御されていることを確認している．
流は正弦波状に制御され，Vdc
は 80V 一定に制

oL

voL

vo
vo

vin

20A

50V

0

20A

50V

0

vin

50Hz

(a)

50Hz

vin
(a)
vin

iin
iin

(c)

S5

100V

5A

100V

vo
vo

(b)

vo
(b)

10A

50V

0

10A

50V

0
50Hz

voL 5A50Hz
50Hz

vo 10A 50V
io 10A 50V
io

(d)

50Hz

50Hz
50Hz
図 3
図3R 負荷における実験結果
R負荷における実験結果御されていることを確認している．
(c)
(d)
４．むすび
４．むすび
 理論およびシミュレーションどおり動作し，入力電圧に対して2 倍の出力電圧を出力で
図 3 R 負荷における実験結果
理論およびシミュレーションどおり動作し，入力電圧に対して2倍の出力電圧を出力できるこ４．むすび
きることを確認した．今後は，入力電流歪みの改善や L-R 負荷での実験，出力電圧の制御とを確認した。今後は，入力電流歪みの改善やL-R負荷での実験，出力電圧の制御を行っていく
を行っていく予定である．
理論およびシミュレーションどおり動作し，入力電圧に対して 2 倍の出力電圧を出力できることを確認した．今後は，入力電流歪みの改善や
L-R 負荷での実験，出力電圧の制御予定である。
を行っていく予定である．

― 45 ―

介

L1

f

紹

1

f

究

1

f

研

研究者名
技術教育支援センター 技術職員技術教育支援センター
渡部 秀崇
技術職員 渡部 秀崇
研究種目名：奨励研究  研究期間：令和元年度 課題番号 + 
研究種目名：奨励研究 研究期間：令和元年度 課題番号19H00249
研究種目名：奨励研究  研究期間：令和元年度 課題番号 + 
１．研究の目的
１．研究の目的
本研究の目的である入力より高い電圧出力に適した一線共通型単相電圧調整器は，安全
１．研究の目的
本研究の目的である入力より高い電圧出力に適した一線共通型単相電圧調整器は，安全性を性を考慮し，入出力線の一線を共通とする構成であり，DC
電圧を一定に制御すると共に，本研究の目的である入力より高い電圧出力に適した一線共通型単相電圧調整器は，安全考慮し，入出力線の一線を共通とする構成であり，DC電圧を一定に制御すると共に，可能な限
可能な限り入力力率の改善を図る AC 昇圧機能と，入力電圧にDC 電圧を加算するかしな性を考慮し，入出力線の一線を共通とする構成であり，DC
電圧を一定に制御すると共に，
り入力力率の改善を図るAC昇圧機能と，入力電圧にDC電圧を加算するかしないかで出力電圧いかで出力電圧を入力電圧の 2 倍以上に制御する機能を有している．本研究では、シミュ可能な限り入力力率の改善を図る
AC 昇圧機能と，入力電圧に DC 電圧を加算するかしなを入力電圧の2倍以上に制御する機能を有している。本研究では、シミュレーションを行うととレーションを行うとともに実機を試作してその有効性を確認した．
いかで出力電圧を入力電圧の2 倍以上に制御する機能を有している．本研究では、シミュ
もに実機を試作してその有効性を確認した。
レーションを行うとともに実機を試作してその有効性を確認した．
i
S3 , S 4 : Reverse Blocking Type IGBT
L
1
２．システム構成
Vdc
２．システム構成
S3
iLin
Type IGBT
S3 , S 4 : Reverse Blocking
Si A1
S5
S1
図
1
に提案する主回路を示す．本回路は安全性を考
２．システム構成
図1に提案する主回路を示す。本回路は安全性を考
i
i
io
Vdc
C
S3
C
iin
慮し，入出力線の一線を共通とする構成であり，
DC
SA
L
vin
L
S5
慮し，入出力線の一線を共通とする構成であり，DC電S1
図 1 に提案する主回路を示す．本回路は安全性を考
i
i ic io
S2
負C
S6
電圧を一定に制御すると共に，可能な限り入力力率のS
B
vo
圧を一定に制御すると共に，可能な限り入力力率の改
voL C
SC
4
慮し，入出力線の一線を共通とする構成であり，
DC
荷
L
vin
L
ic
S2
改善を図る
AC
昇圧機能と，電源電圧に直流電圧を加負善を図るAC昇圧機能と，電源電圧に直流電圧を加算す
S6
電圧を一定に制御すると共に，可能な限り入力力率の
SB
vo
voL C
S4
荷
図
1
提案する主回路
算するかしないかで出力電圧を電源電圧の2倍以上にるかしないかで出力電圧を電源電圧の2倍以上に制御改善を図る AC 昇圧機能と，電源電圧に直流電圧を加区分□□システム工学専攻

研究テーマ□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

研究者名

□□工学科

□□□□

専攻科特別研究の概要

田中悠貴 ・ 野澤正和 54

クロス結線式高効率コンバータの動作モードに基づく入力電寺田
源歪低減のための設計法

蒔人 ・ 安東至 55

船木周平 ・ 野澤正和 56

生産 フライングキャパシタを活用したクロス結線式高効率コンバータ 舩木

友也 ・ 安東

至 57

生産

状態オブザーバを用いたスイッチトリラクタンスモータの位
松永星来奈 ・ 安東
置センサレス制御

至 58

生産

ミリ波ホーンアンテナ用誘電体レドームのトポロジー最適設
三浦計に関する研究生産 パルス管冷凍機動作時の作動流体挙動の可視化観測
生産

生産 急速冷却による生体組織の凍結保存時の伝熱特性の改善

生産 マイクロ波帯散乱電磁波による物性分析法の研究
環境

智章 ・ 駒木根隆士 60
智路 61

白川

光聖 ・ 井上

誠 62

減圧技術を用いたイミン誘導体の無溶媒および無触媒合成：
田口
含フッ素イミン類と光学活性イミン類の合成を目指して

水保 ・ 横山保夫 63

田口

元香 ・ 井上

誠 64

酒造好適米栽培における下水処理水の最適利用手法の開発に竹田向けた実験的検討

壮太 ・ 増田周平 65

流星 ・ 野池

基義 66

環境 秋田市における過去の風景に関する空間と記憶の定量的研究
環境

桂一 59

液相法を用いた酸化亜鉛微粒子蛍光体の調製と蛍光特性に関五十嵐千夏 ・ 西野する研究

環境 秋田市中心市街地の都市的ヴォイド空間に関する研究環境

渡辺悠介 ・ 伊藤

環境 微生物が生産する有用物質の生合成に関する研究― 47 ―

樋渡

究

アンテナ用誘電体レンズの形状設計への機械学習の導入に関□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
生産
大森 宇栄 ・ 伊藤 桂一 51
する研究□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
拡張現実を用いた上肢用リハビリロボットの開発と動作解析□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
生産菊地 大輔 ・ 木澤
悟 52
の精度検証
□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
生産 境界要素法を用いたミリ波クラック検知システムの解析的検討 佐藤 海斗 ・ 伊藤 桂一 53

研

悟 49
生産
Kinectによる看護動作における腰部負荷推定システムの開発 伊藤 幸来 ・ 木澤□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
電界スラリー制御技術を適用したスモールツールによる高効□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
洋 50
生産
大橋 儀宗 ・ 池田
率研磨技術の開発□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

別

令和元年度

特

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
掲載内訳□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
区分
研 究 テ ー マ
専攻科生 ・ 指導教員 頁□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
スイッチトリラクタンスジェネレータを用いたマイクロ水力□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□至 48
生産
阿部 栞太 ・ 安東
発電システム□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
スイッチトリラクタンスジェネレータを用いたマイクロ水力
発電システムスイッチトリラクタンスジェネレータを用いたマイクロ水力発電システム

研究テーマ
研究者名

生産システム工学専攻 阿部 栞太・安東
至
生産システム工学専攻 阿部 栞太
創造システム工学科 電気・電子・情報系 安東 至 中沢 吉博

3. 電圧PWM制御によるマイクロ水力発電システム
シミュレーションモデル

１．研究背景以下に電圧PWM制御によるSRGを用いたマイクロ水力発電システ
ムのシミュレーションモデルと各諸量を示す。
水力タービン部

q G

別

Pmech

T 増
速
機

÷

+
1
Vdc

idc

iL
vL

C

R.E.

研
究

h

-

1
TW

SRG

T’

d
dt

ωm

hl

有効落差 1  h

dq
dt

 dt

Pmech

θm

PI

h0

76
a
9.915

θ*0a, θca*

Switching
Logic(120°)

-

ωm* +

負荷
抵抗

RL

θ*0b, θcb*b

θ*0c, θcc*

PWM

βs

長

所

定格出力 Pbase

60 W

定格流量 qbase

0.004 m3/s

定格落差 hbase

6m

水路の断面積 A

0.071 m2

水路の長さ L

12 m

解決すべき技術課題

堅牢，安全性が高い（衝撃による磁石割れがない）

供試SRジ
ジェネレータ

制御条件

効率がやや悪い（同期機＞SRモータ＞誘導機）

b
aとbが60°配置

Unit: [mm]a
供試SRモータ

水力タービン

水力発電設備の概要
SRジェネレータの特徴

βrc

電圧PWM制御によるマイクロ水力発電システム

c

10.5

0.2375

流量 q

機械出力

落差h

74
37.55

÷

sb, sbksa, saG

sc, sckG

ゲート開度

最大ゲート信号 Gmax

0.97518

最小ゲート信号 Gmin

0.01

ゲイン k

0.96518

電源電圧 Vdc

24V（定格電圧）

固定子/回転子極数

6/4

定格出力 Pn

180 W

定格電圧 Vn

24 V

巻数

40 turns/pole

巻線抵抗 R

0.088 Ω @20°C

コア長

50 mm

固定子極弧 βs30.25 °(mech.)

回転子極弧 βr32.43 °(mech.)

高速回転（～100,000rpm）（磁石や巻線がない）

低力率

メンテナンスフリー（ブラシレス）

トルクリプル
磁気騒音が大きい

通電方式

120°通電（0120°）

AHBインバータモデル

PSIM

低コスト（レアアースフリー）（SRモータ＜誘導機＜同期機）

位置センサが必要

計算ステップ

10 μs

その他モデル

MATLAB Simulink

4．シミュレーション結果

２．水力タービンモデル

h ：落差〔m〕
Tw：水開始時間〔s〕

PWMブ
ブロック(PID制
制御部)

1. 2
ゲート信号G[p. u.]

非線形の水の導管の簡単なモデルを考える。流量qの変化率dq/dtは

1
0. 8

G=1

0. 6

G=0.5

0. 4
0. 2
0
0

1

2

時間t[ s]

ここで，水開始時間TWは4

比例制御(P)

1

積分制御(I)1

微分制御(D)0

フィルタ係数(N)100

5

水力タービン側ゲート信号

qbase：定格流量〔m3/s〕
hbase：定格落差〔m〕
g ：重力加速度〔m/s2〕

L：水路長〔m〕
A：水路の断面積〔m2〕

12 00

80 00
S RG回転数N[ min -1 ]L qTw    base
 A  hbase g

3

60 00

S RG回転数N[ min -1 ]dq 1  hdtTw

シミュレーションソフト

G=0.5

G=1

40 00
20 00

10 00
80 0

1

2

20 0

3

4

0

5

SRG回転速度3
発電電力Pg[pW ]

G=0.5

G=1

2
1

0. 5

÷

q G

G=1

G=0.5

10
5
0

0

1

2

3

4

5

0

1

2

3

発電電力Pg[W]

発電電力Pg[W]

G=0.5

G=1

30

 dt

落差h

20
10

dq
dt

0

Pmech

水力タービンモデル+
1

2

時間t[ s]

3

4

5

35
30
25
20
15
10
5
0

G=1

0

5

G=0.5

1

2

時間t[ s]34(d)速度指令値 5000 min-1(c)速度指令値 2000 min-1

SRGの発電電力

5．まとめ

有効落差 1  h

1
TW

1

4

時間t[ s](b)電圧PWMによる速度制御

40

機械出力

5

15

0

0

kG

流量 q

20

(a)速度制御無し

上記4つの式より水力タービンモデルが得られる。

4

25

2. 5

‫ܩ‬௠௔௫ ：最大ゲート開度〔p.u.〕‫ܩ‬௠௜௡ ：最小ゲート開度〔p.u.〕3(b)電圧PWMによる速度制御

時間t[ s]1k
Gmax  Gmink

2
時間t[ s](a)速度制御無し

ゲインkの値はゲート開度の最大値Gmax，最小値Gminを用いて以下のよ
うに求められる。

G

1

時間t[ s]

1. 5

ゲート開度

G=0.5

40 0
0

0

Pm  hq

qG h

G=1

60 0

0

ゲート開度G〔p.u.〕を用いてタービンの流量qを表す。また，
タービン出力Pmは発電電力Pg[W ]特

出力が100kW以下であるマイクロ水力発電は，規模が小さく構造も簡単なことから，今まで活用されてこなかった水路などの水資源の有効利用という観点から注目されている。
本研究は，スイッチトリラクタンスモータ（SRモータ）を発電機として使用したマイクロ水力発電について研究を行う。SRモータは次世代の省エネ・省資源モータとして実用化が期待されており，近年ではサイクロン掃除機への応用が進んでいる。
現在，SRジェネレータおよび水車タービンのモデリングを行い，それらモデルを用いた過渡シミュレーションにより励磁タイミングとSRジェネレータ
効率，出力の関係について基礎的な検討を行っている。また可変速マイ
クロ水力発電システムとは水車側のトルクが一定でも発電機側の操作により可変速が可能となる発電システムである。

SRジェネレータによるマイクロ水力発電システムを構築し電圧PWM制御による可変速制御を行い，発電特性についてシミュレー
ションを行った。それによりゲート開度を変更せずにSRジェネレー
タの回転速度が一定になることが確認でき，SRジェネレータの回転速度を一定に制御することで負荷抵抗にかかる発電電圧および流れる
発電電流を安定させ，発電電力を一定に出力することができた。

― 48 ―

5

専攻科特別研究の概要（令和元年度）

Kinectによる看護動作における腰部負荷推定システムの開発

研究テーマ.LQHFWによる看護動作における腰部負荷推定システムの開発

研究者名

生産システム工学専攻
伊藤 幸来・木澤伊藤幸来
悟〇生産システム工学専攻
機械系 知能機械コース 木澤悟

はじめに動作中の転倒リスク

一般に，人体の重心の水平位置が支持基底面の外側にはみ出た場合，転倒のリスクが発生

教員の不足等により新人看護師の育成が不十分
自己学習を行うための評価システムが必要

支持基底面とは…

全身の座標データから重心を算出
両足の座標データから
支持基底面を算出

L1

L2

L3

L4
L5

L6
L7

L8

本システムで算出した支持基底面

被験者の重心理想重心位置右足

左足

全身の座標データから重心を算出
両足の座標データから支持基底面を算出.LQHFWY
3&

システムの外観図

実験

𝑖𝑖=1

𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝑎𝑎𝑖𝑖 × 𝐿𝐿𝑖𝑖

2

4
[s]

6

8

時間ごとの腰部負荷の推移

[mm]
𝑛𝑛

0

60
50
40
30
20
10
0

0

*DS

2

4
[s]

6

8

直立時を°としたときの前傾角度80

座標データを用い，上肢をつのセグメントに分割する．両腰の中点をモーメントの中心とし，そこから各セグメントまでの水平距離を
モーメントの腕𝐿𝐿とする．各セグメ
ントに加わる鉛直下向きの力は，
被験者の質量𝑚𝑚𝑚𝑚×係数𝑎𝑎で求められる．ここでの係数𝑎𝑎は，被験者の質量に対する各セグメントの質量を歩合で示したものである．これより，腰回りのモーメント𝑀𝑀は，作用点数𝑛𝑛 として次式で得られる．
𝑀𝑀 = ෍

120
100
80
60
40
20
0

[°]

[Nm]

.LQHFWによる関節推定

支持基底面

理想重心位置から実際の重心位置までの
距離 *DS を算出

三次元座標を取得

腰部負荷の算出

支持基底面

被験者の重心理想重心位置から
実際の重心位置までの距離の算出

被験者

座標の取得に失敗した場合カラーマーカをトラッキング

座標データより再現

究・腰部負荷
・動作中の転倒リスク
・理想重心位置から
実際の重心位置までの距離・前傾角度を推定・算出

直立時の人体の支持基底面

被験者の重心が支持基底面からはみ出た場合，
ディスプレイ上に警告を表示

システムの概要
利用者の看護動作を.LQHFWで撮影

支持基底面

研

研究の概要

.LQHFW Yを用いた自己学習を行うための評価システム
を開発する

右足

左足

別

.LQHFW Y

・多機能センサデバイス
・安価
・小型・関節推定機能を持つ

物体を支持している基底となる面

特

自己学習の効果の確認・評価のためのモーションセ
ンサが必要であるが，従来のものは高価であり，学生個人で所有することが難しい.LQHFWY 0LFURVRIW社 を採用

60

青：正しい看護動作
オレンジ：誤った看護動作

40
20
0

0

2

4
[s]

6

8

被験者がベッドメイキングのエア動作を行った場合の測定データ

理想重心位置から
実際の重心位置までの距離

被験者に正しい看護動作と誤った看護動作を行ってもらい、それぞれの腰部負荷，前傾角度，理想重心位置から実際の重心位置までの距離を比較した．全ての評価項目において、正しい看護動作は誤った看護動作と比べて値が小さくなった．以上より，本システムは看護動作の正誤によって腰部負荷，前傾角度，理想重心位置から実際の重心位置までの距離が異なることを示した．

― 49 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

電界スラリー制御技術を適用したスモールツールによる高効率研磨技術の開発

研究者名

電界制御技術を応用した儀宗・池田
新たな加工
研生産システム工学専攻
大橋
Ak技it術
aの
In洋
du究s開
tri発
al Technology Center
生産システム工学専攻2年
年 大橋儀宗
機械系
池田 洋

研究背景

スモールツールの創成研磨
ｽ ﾗﾘ ｰ

ｽﾓｰﾙﾂｰﾙ

ｽﾗ ﾘ ｰ

ｽﾓｰﾙﾂｰﾙ
非球面ﾚﾝｽﾞ

半導体ウエハ平坦化修
正部分

図2 半導体ウエハの平坦化研磨仕上げ
工作物表面の平坦性を効率よく確保

最近の光学デバイスは低価格化，および市場投入サイクルの短縮化が要求される

パワー半導体用材料において，SiウエハからSiCウエハ(難加工性材料)への置き換えが進展

特

図1 非球面レンズの研磨仕上げ
工作物を目標の形状，表面粗さに精密に仕上げる

別研
究

ツール回転速度を大幅に増加させ，迅速な研磨加工を実現させる必要あり
スモールツールの創成研磨に電界スラリー制御技術を適用した「電界創成研磨技術」の開発
電界下におけるスラリー挙動観察実験

電界創成研磨技術の開発
移動方向

研磨パッド

スリップリング

スラリー

スモールツール
スラリー飛散
電圧

電極
電
吸
界
引
電極

工作物
定盤

電極
(内部)

図3 電界制御技術の模式図

無電界 E=0kV(a)無図4 電極内蔵型スモールツールの外観

電界創成研磨技術の原理

無電界では，パッド中心部溝へのスラリー流入が確認できないが，電圧印加により，パッドの溝全体へのスラリー流入を確認できた．このことから，電界の吸引力が有効に作用し，研磨界面のスラリー分布が拡大したといえる．

迅 速研磨の ために ツー ル回転 速度を増 加させ ると ，遠心 力の影 響で研磨 界面からのスラリー飛散が促進され，研磨速度が低下する．
そ こで，ツ ール， およ び定盤 に電極を 内蔵し ，電 圧を印 加する ことで電 極間に電界を発生させ，その吸引力でスラリー飛散を抑制する．

電界創成研磨技術を適用したスモールツールの研磨特性
表 1 実 験 条件

4864

研磨速度 mg/h

0.1
0

0

1

2

3

4

0

500

1000

1500

2000

2500

まとめと今後の予定

0.1

32

0.2

ツ ール回転速度 rpm
電 圧 kV
図7 印加電圧と研磨速度の関係（64Hz）） 図8 ツール回転速度と研磨速度の関係（E=4kV，，64Hz）
）

0.05
16

0.3

0.1

0.15

0

0.4

0.15

0.2

数ンタ
Hzー
秋田県産業技周術波セは電界有の結果を示す

0.5

0.2

0.05

は無電界，
0.6

研 磨速度 mg/h

研磨速度 mg/h

Siウウ エハ(2inch)COMPOL120
スラリー
ml/min0.12
スラリー供給量
ﾎﾟﾘｳﾚﾀﾝ
研磨パッド(MH-N15A)
min
60
研磨時間
kPa
13.1
研磨圧力
rpm
500~2500
ツール回転速度
rpm
30
定盤回速度
1~4
電圧 kV
8~80
電界条件
周波数 Hz
波形
矩形波
0.25

0

図6～
～8に
において，

0.25

工作物

(b) 電界有 E=5kV,40Hz

図5 電界有無における研磨界面のスラリー挙動（ハイスピードカメラにて撮影）

80

図6 周波数と研磨速度の関係（E=4kV））

電界創成研磨技術の基本特性をスラリー挙動観察実験，および研磨実験の実施により評価した．以下にその結果を示す．
スラリー挙動観察実験より，電圧を印加することで研磨界面のスラリー分布が拡大．
(1)ス
(2)周
周波数を8～～80Hzでで変化させた結果，研磨速度の周波数依存性を確認．64Hzで
で研磨速度
が最大．
印加電圧増加によりスラリーに作用する吸引力が増加し，研磨速度が上昇．
(3)印
(4)電
電圧印加により，無電界より高いツール回転速度領域での研磨が可能．
今後は，実験条件をより広範囲，且つ細分化し，本技術のスラリー運動特性，および(5)今研磨特性の更なる評価を行う．また，各研磨条件，および電界条件が表面精度に及ぼす影響を明らかにする．

― 50 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）

アンテナ用誘電体レンズの形状設計への機械学習の導入に関する研究
機械学習を援用したアンテナ用誘電体レンズの形状設計に関する研究

研究テーマ
研究者名

生産システム工学専攻年
大森 桂一
宇栄
生産システム工学専攻
大森 宇栄・伊藤電気・電子・情報系 伊藤 桂一

概要

特

ミリ波センサ用ホーンアンテナに誘電体レンズを装荷し，高性能化する研究が試みられており、レンズ形状の設計にトポロジー最適化が用いられている>@。文献>@ではトポロジー最適化に遺伝的アルゴリズムを用いたた
め、自由度の高い設計が可能な一方で、通常のコンピュータでは一週間程度かかるなど計算負荷が高いというデメリットがある。この課題を改善するためにニューラルネットワークを用いた判別器を作成し、低評価の個体
をレンズ形状から判断して計算をスキップする手法を提案する 図 。
本研究では学習データの生成と判別器の作成を行い、その性能を検証した。

別研

'学習データの作成

図 判別器の概要図

究

誘電体レンズ形状のトポロジー最適化において、図 左）の誘電体レンズ画
像とその時の目的関数（2) （評価値のことで文献>@では利得の最大化）が得られる。両者を紐づけすることで学習データとする。今回用いた判別器では次元画像を識別するため、'の誘電体レンズをスライス画像を並べることで'化する手法について検討した。
トポロジー最適化で得られたレンズ形状のデータは数値としてW[Wファイルに保存されている。誘電体レンズをスライスした断面画像データを一枚のSEPファイルとして出力させ、その出力をPRJULI\コマンドにより画像データに一括変換して図 右 の学習データに変換した。

図 誘電体レンズ 左 と学習データ画像 右

判別器の学習及び検証

ランク付けの例

Rank5

累積 累積
2)
2)
個体数 割合上限
下限
900
5% 2.39E-03 1.28E-03

Rank4

1800

10% 1.28E-03 1.10E-03

Rank3

2700

15% 1.10E-03 9.73E-04

Rank2

4500

25% 9.72E-04 8.01E-04

Rank1

18000 100% 8.00E-04 5.75E-06

ランク

0.5

10

1

0.5

0

20

Epoch

acc
loss
val acc
val loss
10

20

Epoch
図学習の正確さと損失の推移
上 '画像枚 下 '画像全体表 目的関数の分布表 開発環境

正解のランク

検出されたランク

表

acc
loss
val acc
val loss0

acc/loss(％)

学習におけるカテゴリにつのランクを設定し、2)の値からランクごとに閾値を設けて判別することとした。今回、トポロジー最適化の計算過程で得られた出力結果から作成した個の個体データを用意し、トポロジー最適化によって作成された個体のが最適化前の個体の半分の評価値である
ことから、もっとも2)が低いランクとなる5DQNについてに設定し、残りのつのランクはそれぞれ程度の個体をとることとした>@。表に今回ランク付けの例を示す。
今回学習層の構築については、既に構築されている9**という画像認識のモデルを出力層のみ誘電体レンズに対応するように改変した転移学習の手法を用いて学習を行った。転移学習を用いることにより、ニューラルネット
ワークの導入が容易になる上、既に学習されているため効率化が期待できる。
構築の際に用いた環境を表に示す。
今回、学習用データ枚、検証用データ枚、(SRFK数として、学習を行った。図 下 に学習過程での正確さと損失の推移を示す。正確さは徐々に向上しているが、損失はを下回ることができなかった。'断面画像枚に対して学習したときの結果は図 上 であるため、判別器の性能よりも学
習データの不足の影響が大きいと考えられる。
判別器の識別能力について検証するために5DQN～の画像を枚計枚入
力・予想し、横軸を正しいランク、縦軸を実際に検出されたランクとして表に示す。全体として正答率は低かったが、学習データが多いところは比較的正答率が高かったため、学習量を増やすことで効率改善が期待できる。

acc/loss(％)

1

Rank1

Rank2

Rank3

Rank4

Rank5

Rank1

15

2

4

1

1

Rank2

3

5

1

3

4

Rank3

0

7

9

5

5

Rank4

1

6

5

7

9

Rank5

1

0

1

4

1

平均

正答率(%)

75

25

45

35

5

37

参考文献
[1]三浦悠介、 煤賀司、田中将樹、伊藤桂一、”ミリ波ホーンアンテナ用誘電体レンズの試作と評価”、H31電気学会全国大会、3003(2019) [2]佐々木他、電気学会静止器回転機合同研究会、SA-17-081、RM-17-112(2017)― 51 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）

拡張現実を用いた上肢用リハビリロボットの開発と動作解析
の精度検証

研究テーマ

拡張現実を用いた上肢用リハビリロボット開発と動作解析の精度検証

研究者名

専攻科 生産システム工学専攻
生産システム工学専攻
菊地 大輔・木澤 菊地悟大輔
創造システム工学科

機械系・知能機械コース 木澤 悟（指導教員）

１. はじめに

３．Kinect v2を利用した動作解析

研究背景〇上肢の各関節の位置情報を得ることで関節の運動学・動力学的変量を算出⇒モーションセンサ装置の利用〇小型で安価なKinect v2（Microsoft社）を使用〇Kinect用のカラーマーカを各関節に貼付⇒高精度なVICON用のマーカも取り付け測定値を比較〇ロボットを把持し直径250㎜の描円運動を5周分測定
手先

肘

ロボット

〇長期リハビリにおけるモチベーション維持手段の保有

モニタ〇上肢運動を各関節で解析するシステムの保有

手首

KinectマーカとVICONマーカの併用

２. 開発した上肢用リハビリシステム

被験者

モータ
（前後左右に4機）

6軸力覚センサ（グリップ付け根）

𝑀𝑀𝐸𝐸

ARマーカ

Linux Board PC

図1 卓上型無線上肢リハビリロボット

ユーザインタフェース

通信・制御

実行

実行

ロボット位
置

550

粘性・慣性値を基にインピーダンス制御⇒モータが駆動

1400

400

1350

350

1300
10

20
30
40
計測時間[sec]

0

50

50

３.２.３ 肘関節モーメント

運動学的変量
関節可動域の評価に利用

動力学的変量
関節周りの筋力の評価に利用

VICON

1.6

Kinect

15
0

0

10

20
30
40
計測時間[sec]

VICON

Kinect

0.8
0.0
-0.8
-1.6
0

50

10

20
30
計測時間[sec]

40

50

図10 肘関節モーメント

図9 肘関節角度

３.２.４ 実験結果における誤差

ロボットの操作を反映

表１ 測定誤差

関節座標[mm]
平均絶対誤差(MAE)
50mm/マス
図4 ユーザインタフェース

20
30
40
計測時間[sec]

３.２.２ 肘関節角度

図2 ソフトウェアの概要

図3 システム全体図10

図8 肘関節Y座標-15

システム全体図

Kinect

1450

-30

操作

VICON

1500

450

30

モニタ画面(Unityにより構築)

共有

1550

Kinect図7 肘関節X座標

ローパスフィルタで微小な力を取り除く⇒操作精度の向上

粘性・慣性情報

図6 実験風景300

ロボットと通信開始
力覚センサ情報取得

共有

力ベクトル

ユーザインタフェースで仮想の粘性・慣性値を設定

VICON

500

0

力覚情報

X

３.２．実験結果（一例）
３.２.１ 肘関節座標〇Unityとロボットの通信・制御プログラムの並列処理〇拡張現実(AR)用マーカでロボットの自己位置を反映〇患者の自発的な運動を促進するためのGUI

WEBカメラによる認識

KinectKinect v2

水平面

図5 上肢3リンクモデル

ソフトウェアの構成

ARマーカから位置情報を取得
諸情報をディスプレイ表示

𝒀𝒀

オムニホイール（前後左右に4輪）

250[mm]𝜃𝜃𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒 , 𝑦𝑦𝑒𝑒

Y座標 [mm]究

肩関節モーメント[Nm]研〇安価で可搬性があり，容易に上肢のリハビリが可能

X座標 [mm]

別リハビリシステムのコンセプト

３.１．動作解析の精度実験

関節角度[deg]

特〇上肢片麻痺患者のためのリハビリテーションロボットは「高価・大型・据え置き」が一般的〇上肢の機能回復には膨大な訓練時間が必要⇒リハビリ患者のモチベーション維持が課題〇上肢機能は複雑で多彩⇒各関節の運動学・動力学的変量を解析し上肢機能を評価

X

Y

3.3

4.9

関節角度
[deg]

関節モーメント
[Nm]

1.5

0.04

計測座標はKinectの有する性能(誤差5~10mm程度)の範囲で妥当な精度
運動学・動力学的変量もVICONの値を良く追従しており良好な精度― 52 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

境界要素法を用いたミリ波クラック検知システムの解析的検討
境界要素法を用いたクラック検知システムの解析的検討

研究者名

生産システム工学専攻
佐藤 桂一
海斗
生産システム工学専攻
佐藤 海斗・伊藤電気・電子・情報系 伊藤桂一

本研究の目的・解析モデル①→アンテナの指向性について検討
・解析モデル②→マルチコプターへの搭載時を想定

要素
節点

観測点

70mm

21mm

70mm

12mm

スロットアレーアンテナモデル X

解析モデル①（7cm）

解析モデル②(50cm)

解析結果の可視化要素

領域

アンテナ指向性の比較

上記の解析条件における二次元電界分布について
電界強度の計算を行った。凹みに当たった反射波が散乱して電界分布が乱れる様子を確認できる。

解析モデル①における計算結果と同じ環境で行った実験の測定結果との比較を行った。壁面を左右に移動させ、凹み幅を0～5mmに変化させることにより観測点における電界強度を電圧比として算出した。指向性が鋭い導波管スロット
アレーアンテナの方が検知範囲が狭く、位置推定能力が優れていることを確認できた。
クラック位置1.2

1

クラック位置

0.8
0.6
Slit width
0 mm (without slit)
3 mm(mesurement)
5 mm(mesurement)
3 mm(calculation)
5 mm(calculation)

0.4
0.2

(a)凹みなし(b)凹み幅：3mm
スロットアンテナ計算結果の例(解析モデル①)

Voltage ratio

Voltage raito

1

0
- 30

- 20

0.8
0.6
Slit width
0 mm (without slit)
3 mm(mesurement)
5 mm(mesurement)
3 mm(calculation)
5 mm(calculation)

0.4
0.2

- 10
0
10
Location[mm]2030ホーンアンテナの測定結果と計算結果

0
−30

−20

−10

0
10
Location [mm]2030導波管スロットアレーアンテナの測定結果と計算結果

マルチコプター搭載に関する検討まとめ
本研究では、クラック検知におけるアンテナの指向性の比較によって、より指向性の鋭いアンテナの方が正
確なクラックの位置推定が実現できることを示した。また、アンテナ‐クラック間距離50㎝の場合、3mm以上のクラックを検知可能であることも確認できた。
今後は実測を行い、計算値との比較を行うとともに、
ミリ波の特徴の一つである透過性に関する検討を行いたいと考えている。

5
Slit width
0mm
1mm
3mm
5mm

検知○

4

15

10

Slit width
0mm
1mm
3mm
5mm

検知○

Detectable range[cm]30Electric field intensity(a)凹みなし(b)凹み幅：3mm
送信アンテナ角度10degの計算結果の例（解析モデル②）

解析モデル②において凹み幅を0～5ｍｍに変化させたそれぞれの解析条件中のX軸上の電界強度について比較を行った。凹み幅0、1ｍｍの電界強度の値が変わらないのに対し、3、5ｍｍでは値が大きく変化している箇所が見られ、凹み
幅3mm以上のクラックに対して検知が可能であることが確認できた。また、アンテ
ナ角度が大きくなるほど検知範囲は大きくなることが分かった。

Electric field intensity

037.69mmまたはホーンアンテナモデル

節点

境界・節点間隔：0.18㎜
・要素・節点数：1200～4200
・波源の周波数：76GHz
・計算環境：Windows10
CPU：Core-i7
・計算時間：約15～210秒

3

2

5

1

0
−20 −15 −10

−5

0

5

Distance[cm]

10

15

20

0
−20 −15 −10−50
5Distance[cm]1015(a)アンテナ角度10deg(b)アンテナ角度0deg
観測点位置と受信強度の関係― 53 ―

20

0

5Inclination of antenna[deg]10アンテナ角度ごとの検知範囲

究Y

解析対象の境界を離散化し、要素といわれる
直線の集まりで近似してモデリングすることで各要素の交点を求める計算方法。
境界部分のみを計算することにより数値解析が行えるため、無限領域を取り扱うことができる。

研

導波管スロットアレーアンテナ(指向角7deg)、ホーンアンテナ(指向角20deg)と壁面（金属）、
クラックを想定した凹みのモデリングを行い、アンテナとクラック間のY方向距離を7㎝(解析モ
デル①)及び 50㎝（解析モデル②）に設定して計算を行った。

別

境界要素法とは解析モデル・解析条件

特

ミリ波はその空間分解能と直進性の高さから距離センサや障害物センサとして用いられている。また、高い透過性も有しており、壁紙などで隠れた
コンクリートクラックの検知への応用も報告されている。従来のミリ波クラック検知は極近距離での測定が一般的であるが、距離が離れても簡易的に測定できれば車載用またはマルチコプター用のクラック検知システムを開発することが可能となる。遠距離でのクラック検知において、クラック検
知能力は使用する電波の波長に依存するが、クラックの場所を精度よく推定するためには、主ビームの幅が狭い指向性アンテナが必要であると考えられる。本研究ではアンテナ指向性とクラック位置推定能力の関係を明らかにすること、システムをマルチコプターに搭載することを想定して飛行高度の下限値である高度50㎝における遠距離からのクラック検知の可能性について検証することを目的とする。数値解析には大規模空間でも容易に解析が可能である境界要素法を用いた。

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

パルス管冷凍機動作時の作動流体挙動の可視化観測

研究者名

パルス管冷凍機動作時の作動流体挙動の可視化観測
生産システム工学専攻
田中 悠貴・野澤 正和
生産システム工学専攻 田中悠貴
機械系 機械システムコース 野澤正和
◆研究背景・目的

現在，冷凍機は宇宙工学や超伝導，医療等幅広い分野で利用されている．蓄冷式冷凍機の一種であるパルス管冷凍機は膨張部に摺動部が無いことが特徴であり，それ故に他の冷凍機と比べ，低振動，コンパクト，長寿命化が期待できる．よって近年研究が盛んであるが，その一方で冷凍機内の作動流体挙動に関する研究や文献は少ない．
これまでパルス管冷凍機の冷却特性に影響を及ぼす条件について明らかにしてきた．本研究では，パルス管部に設けた可視化観測が行える矩形管流路を用い，流路にトレーサ粒子を導入することで，作動流体挙動を観測し，パルス管冷凍機の作動流体挙動と冷却性能の関係を明らかにした．また，可視化観測で得られた連続画像を用いて，PIV解析を行い，粒子の平均速度を導出した．

特① コンプレッサ ⑥ バッファータンク
② 電磁切替弁 ⑦ 蓄冷器
250

150

100

50

図3 実験装置◆実験方法
本研究では，パルス管高温端（蓄冷器から120 mm付近）に注目して可視化観測を行った．
矩形パルス管流路にトレーサ粒子を導入し，パルス管流路の背部に設置した光源から強い光をあて，冷凍機動作時の粒子の挙動をハイスピードカメラで撮影する． 実験時の供給部圧力は0.2 MPa，
開放部圧力は-0.05 MPa，もしくはドライポンプを取り外して大気開放とする．またイナータンスチューブの状態は無し，もしくはϕ3とし，作動周波数は1，2，4 Hzとする．
本研究では，パルス管蓄冷器から高温端へと流動する過程を「膨張過程」，高温端から蓄冷器へと流動する過程を「圧縮過程」
として区別し，PIV解析を行った．

Average velocity of particles (mm/sec)⑤ ドライポンプ ⑨ イナータンスチューブ
長さ ：1 m
内径： ϕ1 ~ ϕ 6

300

200

0

0.2

250
200
150
100
50
0

1

0

0.2

0.4
0.6
Nomalization time (-)0.81(B) 電磁弁開放部負圧(-0.05MPa)(A) 電磁弁開放部大気開放
図6 膨張過程における粒子の平均速度(イナータンスチューブ無し)
180

180

160

160

140
120
100
80
60
40
20

0

0.2

0.4
0.6
0.8
Nomalization time (-)

COM P-1,2,4HZ-W O-PT AVE^2-NOMAL

140
120
100
80
60
40
20

1

(A) 電磁弁開放部大気開放

0

0.2

0.4
0.6
0.8
Nomalization time (-)1(B) 電磁弁開放部負圧(-0.05MPa)

図7 圧縮過程における粒子の平均速度(イナータンスチューブ無し)

図5 可視化時の粒子の様子（パルス管高温端付近）

φ3 NEGATIVE -0.05MPa

600
500
400
300
200
100
0

図4 可視化実験系の模式図

0.4
0.6
0.8
Nomalization time (-)

Average veocity of particles (mm/sec)④ データロガ⑧ パルス管流路(流路断面 9.5×9.5 mm)

0

0.2

0.4
0.6
0.8
Nomalization time (-)

1

φ3 NEGATIVE -0.05MPa

700

Average velocity of particle (mm/sec)③ 電源装置Average velocity of particle (mm/sec)

究

◆実験装置

2)各開放部圧力及び各イナータンスチューブ内径での粒子平均速度
図8より，イナータンスチューブを取り付けることにより，膨張過程，
圧縮過程双方において平均粒子速度が速くなった．このことから，イナータンスチューブを取り付けたことによりパルス管内の流動が激し
くなり，作動流体の流速の減衰が不十分となっていると考えられる．
表1 実験条件

Average velocity of particles (mm/sec)

研

◆実験結果
表1に本研究で行った実験条件をまとめる．
実験で得られた結果を図6及び図7，図8に示す．横軸は各過程の時間経過を各過程に要した時間で規格化した無次元数，縦軸は粒子の平均速度である．各電磁切替弁開放部圧力において同様の平均速度分布が得られた．
1) 作動周波数による粒子の平均速度の変化
図6，7より1 Hzの条件では他の条件と比べ平均速度が遅く，過程の中盤に一様な速度へと達していることから，作動流体が停滞していることが分かる．2 Hzの条件では過程の終わりにかけて単調に減衰し，最終的に一様な速度へと達していることから停滞が少ないことが分かる．4 Hzの条件では過程の終盤においても一様な速度へと達していないことから作動流体の流動が不十分であることが分かる

Average velocity of particles (mm/sec)

別◆パルス管冷凍機の原理
蓄冷式冷凍機の代表例がスターリングサイクルを冷却原理とするものである．スターリング
サイクルの簡易的な基本構成を図1に示す． ピストンによりピストン圧縮を行う圧縮部と蓄冷器，膨図1 スターリング冷凍機の張により冷熱を取り出す膨張部
基本構成からなる．パルス管冷凍機はこのスターリングサイクルを応用
蓄冷器（脱脂綿）したものである．
電磁実験装置はGM型パルス管冷
ガスピストン
切替弁
凍機であり，電磁弁の切り替え
高圧によってパルス管部に振動流が供給され，スターリング冷凍 低圧
イナータンスチューブ
サイクルと同様の流動状態が（位相制御機構）
得られ，冷却が行われる．
図2 パルス管冷凍機の模式図（GM型）

600
500
400
300
200
100
0

0

0.2

0.4
0.6
0.8
Nomalization time (-)1(B) 圧縮過程(A) 膨張過程
図8 2 Hz における粒子の平均速度分布◆まとめ(1) 冷凍機の作動周波数によってパルス管高温端における作動流体挙動が変化することが明らかとなった．パルス管に応じた最適な作動周波数が存在すると考えられ，最適でない作動周波数では，作動流体の停滞や不十分な流動によって冷却性能が低下している．
(2) イナータンスチューブの状態によってパルス管高温端における作動流体挙動が変化することが明らかとなった．イナータンスチューブを取り付けた場合は，取り付けない場合と比べパルス管高温端での流速が速く，過程進行時の流速の減衰が不十分であることによって冷却性能が低下する．

― 54 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

クロス結線式高効率コンバータの動作モードに基づく入力電クロス結線式高効率コンバータの源歪低減のための設計法

研究者名

生産システム工学専攻

動作モードに基づく入力電源歪低減のための設計法
寺田

蒔人・安東

至生産システム工学専攻 寺田 蒔人
指導教員 安東 至

背景・目的

動作モード解析

1 𝜋𝜋− 𝛼𝛼𝑐𝑐𝑐 − 𝛽𝛽𝑐𝑐𝑐
𝜔𝜔𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 2
𝑖𝑖1𝑝𝑝 − 𝐸𝐸ൗ𝑅𝑅
𝐿𝐿
𝑆𝑆𝑆𝑆
ModeⅡ 𝑡𝑡2 =ln
𝑅𝑅𝑆𝑆𝑆𝑆
𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 − 𝐸𝐸ൗ𝑅𝑅
𝑆𝑆𝑆𝑆
1ModeⅢ 𝑡𝑡3 =𝛼𝛼𝜔𝜔𝑓𝑓𝑓𝑓 𝑜𝑜
𝐸𝐸 + 𝑉𝑉𝑆𝑆 −𝜎𝜎𝑡𝑡
𝑒𝑒 1 sin 𝜔𝜔𝑓𝑓 𝑡𝑡1
ModeⅠ最大電流 𝑖𝑖1𝑝𝑝 =𝜔𝜔𝑓𝑓 𝐿𝐿
ModeⅠ

デジタル家電製品に用いられるAC/DCコンバータ
電源側高調波電流の抑制を目的としたPFC（Power Factor
Correction：力率改善）機能
高効率達成のためのソフトスイッチング（SSW）機能
さらに高効率化を見据えて特フライングキャパシタ（FC）） を 活 用 したコンバータの高電圧化（出力電圧400 V））を提案➡ 入力電流波形歪低減のための理 論解析

𝑡𝑡1 =ここで、本解析では次の値を用いている
𝑅𝑅𝑆𝑆𝑆𝑆 + 𝑅𝑅𝐷𝐷
，𝜔𝜔c1 =
2 𝐿𝐿 + 𝐿𝐿1

1

𝐿𝐿 + 𝐿𝐿1 𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓

主回路構成，𝛽𝛽𝑐𝑐𝑐 = tan−1𝜔𝜔𝑜𝑜 2 − 𝜎𝜎𝑜𝑜 2𝜔𝜔𝑓𝑓𝑓𝑓 𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

𝛼𝛼𝑜𝑜 = tan−1𝜔𝜔𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓
𝜎𝜎𝑐𝑐𝑐

究

𝜎𝜎𝑐𝑐𝑐 𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓 𝑉𝑉𝑓𝑓 − 𝑉𝑉𝑆𝑆 − 𝐸𝐸 + 𝑖𝑖𝑓𝑓𝑓𝑓
𝑉𝑉𝑜𝑜
𝑖𝑖𝑓𝑓𝑓𝑓 = 𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 −𝑅𝑅𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜
𝑅𝑅𝐷𝐷
1，𝜔𝜔𝑜𝑜 =
𝜎𝜎𝑜𝑜 =，𝜔𝜔𝑓𝑓𝑓𝑓 =2𝐿𝐿
𝐿𝐿𝐶𝐶𝑓𝑓𝜔𝜔𝑐𝑐𝑐 2 − 𝜎𝜎𝑐𝑐𝑐 2

研𝜔𝜔𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓 𝑉𝑉𝑓𝑓 − 𝑉𝑉𝑆𝑆 − 𝐸𝐸

𝛼𝛼𝑐𝑐𝑐 = tan−1，𝜔𝜔𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 =別

𝜎𝜎𝑐𝑐𝑐 =

𝜎𝜎𝑜𝑜 𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 + 𝜔𝜔𝑜𝑜 2 𝐶𝐶𝑓𝑓 𝑉𝑉𝑜𝑜 − 𝐸𝐸 − 𝑉𝑉𝑓𝑓𝑅𝑅𝑆𝑆𝑆𝑆1，𝜔𝜔 =𝜎𝜎 =，𝜔𝜔𝑓𝑓 = 𝜔𝜔 2 − 𝜎𝜎 2
2𝐿𝐿
𝐿𝐿𝐶𝐶𝑆𝑆

𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓 = 𝐶𝐶𝑓𝑓 //𝐶𝐶𝑆𝑆 ， 𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 ：電流指令値， 𝐸𝐸：電源電圧， 𝑉𝑉𝑜𝑜 ：出力電圧，

𝑉𝑉𝑆𝑆 ：スナバコンデンサの初期電圧， 𝑉𝑉𝑓𝑓 ：FCの初期電圧，

𝑅𝑅𝑆𝑆𝑆𝑆 ：スイッチング素子のON抵抗， 𝑅𝑅𝐷𝐷 ：ダイオードのON抵抗

電源電流歪 低 減

昇圧用リアクトル：2個
個，FC：：2個
個，IGBT：：4個
個，スナバコンデンサ：1個個

入力電流制御：臨界モード，インターリーブ方式
ZVS，
，ZCSを
を 適 宜 使 い 分 け て ソ フ ト ス イッ チ ン グ

リアクトル電流はインターリーブ方式の特徴を生かせるよう，
180 degの位相差で動作させることが望ましい【条件1】】𝒊𝒊𝟏𝟏𝟏𝟏 が 𝒊𝒊𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓 に比べて十分小さいこと【条件2】】 𝑳𝑳 の充電時間と放電時間の差が最小であること

3.0

2.0

ModeⅠ： スナバコンデンサ 𝐶𝐶𝑆𝑆 の放電
ModeⅡ： 昇圧用リアクトル 𝐿𝐿 𝐿𝐿𝑎𝑎 , 𝐿𝐿𝑏𝑏 の充電
ModeⅢ： 負荷側への電力放出およびFCの充電

ー 𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = 5.0 A

1.0

リアクトル電流波形を三角波状にできる0.0

𝑡𝑡3 / 𝑡𝑡1 + 𝑡𝑡2 + 𝑡𝑡3

0.49

0.47
0.46

0.2

0.4

0.6

0.8

― 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 5000 𝜇𝜇F― 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 3000 𝜇𝜇F― 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 2000 𝜇𝜇F― 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 1000 𝜇𝜇F

0 . 52
0 . 510.5

0 . 49

0.45

ModeⅡ

0.5

𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = 12.5 A

1

0 . 470

𝐿𝐿 mH

FCの容量を大きく・Lを小さく※ スナバコンデンサの充電にかかる時間（ModeⅣ）は非常に短く，リアクトル電流に大きな影響を与えないため考慮していない― 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 5000 𝜇𝜇F― 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 3000 𝜇𝜇F― 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 2000 𝜇𝜇F― 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 1000 𝜇𝜇F

0 . 48

0.44

0

𝐿𝐿 mH

1.0
0 . 53𝑡𝑡3 / 𝑡𝑡1 + 𝑡𝑡2 + 𝑡𝑡3

0.0
0.5

0.48

ModeⅠ

𝐿𝐿 が0.3 mH以上の時、𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 より𝒊𝒊𝟏𝟏𝟏𝟏 は十分小さく，ー 𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = 12.5 A

𝑖𝑖1𝑝𝑝 A

動作モード

0.5

𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = 5.0 A

1

𝐿𝐿 mH

放電割合が0.5に近づく

𝑖𝑖𝑎𝑎 と 𝑖𝑖𝑏𝑏 の位相差を180 degに近づけられる

条件A: Cf =3000µF, L=0.3mH

条件B: Cf =1000µF, L=0.1mH

ModeⅢ
理論解析で求めて設計値を用いることで入力電流歪が低減されていることが確認できた

結論

ModeⅠにおける最大電流 𝑖𝑖1𝑝𝑝 が十分に抑えられ，入力電流波形を三角波状にできるFCの容量が大きく，L が小さいほど，入力電流波形の位相差を180 degに近づけることができる
インターリーブ結線を有用に活用できる― 55 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

急速冷却による生体組織の凍結保存時の伝熱特性の改善

研究者名

急速冷却による生体組織の凍結保存時の伝熱特性の改善
生産システム工学専攻 船木 周平・野澤 正和
生産システム工学専攻 船木周平
機械系 機械システムコース 野澤正和
◆研究背景

究

• 細胞外凍結
細胞外で水分が凍結し、細胞が脱水収縮し電解質濃度が上昇するため、細胞を損傷させる。

• 膜沸騰時の様子
図ᵔに沸騰時の様子を示す．銅角棒の位置を白破線で示している．
メッシュ無しの場合，銅角棒下部で発生した大量の蒸気が常に銅角棒の近傍にあり，上昇するにつれて大きく成長している．メッシュ有りの場合，銅角棒下部で発生した少量の蒸気がメッシュに接触しながら上昇している．上昇するにつれて蒸気泡はわずかに成長し，銅角棒の上部では蒸気泡の離脱がみられた．
図ᵏ 凍結保存における冷却速度と生存率の関係
ᵆ棚沢一郎「生体の凍結保存に関する研究」ᵇ• 細胞内凍結
細胞内で先鋭な氷結晶が成長し、細胞を損傷させる。
• ガラス化
水分が結晶構造を持つ前に瞬間的に冷却されるため、氷結晶が成長しない。そのため細胞はほとんど損傷しない。
凍結時に生存率を向上させるためには、細胞内の水分をガラス化させることが望ましい。そのため、細胞内の冷却速度を増加させる必要がある。

◆実験方法・器具
可視化用光学窓付きのクライオスタット内に試料を直立させつつ，可視化するための治具（図ᵐ）を固定する．液体窒素を充填した後に試料を鉛直方向に落下させ，試料周辺に発生する膜沸騰の様子を
高速度カメラを用いて撮影した．試料は銅角棒（10×10×48mm）を用い（図ᵑ），メッシュは1inchあたり60meshのステンレス製メッシュ（図ᵒ）を用いた．実験は試料をメッシュで覆ったものと覆っていないもの
を用いて行った．撮影速度は2000fpsである．

• 解析結果得られた可視化画像について，蒸気泡が黒く表示されるため，解析領域における輝度値ごとのピクセル数を求めることで気泡の量を定量的に計測することを試みた．図ᵔにおいて，銅角棒の上面から20mm下の地点を解析領域として赤線で示している．
可視化動画の輝度値による解析結果を図ᵕ，ᵖに示す．輝度値が低いほど青い色に近づくので，青色に示されている領域が大きければ，蒸気泡の量やサイズが大きいと言える．図を比較すると，メッシュ有りの場合よりもメッシュ無しの場合のほうが青色で示されている領域が大きいことから，蒸気泡の量が多いと言える．
また，解析領域を銅角棒から3mm
離れた位置に設定して同様に輝度値による解析を行った．メッシュ無しの場合，輝度値の低いピクセル数が多く，蒸気泡が上昇するにつれて増加しており，蒸気泡が大きく成長していると言える．メッシュ有りの場合，輝度値の低いピクセル数が少なく，蒸気が少ないことがわかる．したがって，メッシュにより蒸気膜が薄くなることが確認できた．
図ᵔ 沸騰時の様子

図ᵐ アクリル製治具

図ᵑ 銅角棒輝度値

研

冷却速度によって凍結様式は異なる。
冷却速度が低い段階だと、細胞外凍結、中程度だと細胞内凍結、高いとガラス化
となる。

輝度値
ピクセル数

別

◆実験結果

◆冷却速度と生存率の関係

ピクセル数

特

現在，iPS/ES細胞の長期保存には凍結保存が用いられている．しかし，解凍後における生存率が低いという問題がある．この問題を解決するためには，冷却速度の改善や凍結防止剤の毒性低下が有効だと考えられる．冷却速度を改善するには，冷却対象表面に発生する膜沸騰を制御することが必要となる．本研究では冷却対象表面の形状を変化させることにより膜沸騰を制御し，冷却速度を向上させる冷却方法の検討を行う．
これまでの研究で試験部をステンレス製のメッシュで覆うことで冷却速度が向上することが判明した．しかし浸漬時の沸騰の様子は可視化できておらず，ステンレスメッシュの有無による蒸気挙動の変化を明らかにできなかった．今回は液体窒素への直接浸漬冷却時の沸騰状態の可視化を試みた．

時間（ᶑ）

時間（ᶑ）

図ᵕ 輝度値の時間変化
ᵆメッシュ無しᵇ

図ᵖ 輝度値の時間変化
ᵆメッシュ有りᵇ

図ᵒ ステンレスメッシュ◆まとめ
メッシュ無しでは，厚い蒸気層が常に銅角棒を覆っているのに対し，メッシュ有りでは，メッシュによって蒸気挙動が促進され，伝熱特性の促進に繋がっていることがわかった．

◆今後の課題図ᵓ 実験装置の模式図• 可視化と同時に温度計測を行い，その同期をとることで，蒸気挙動と温度変化の関係をより明確にする必要がある．

― 56 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）

フライングキャパシタを活用したクロス結線式高効率コン
バータ

研究テーマ
研究者名

フライングキャパシタを活用したクロス結線式高効率コンバータ
生産システム工学専攻

舩木

友也・安東

研究目的・背景
インターリーブ式ソフトスイッチング 66: 3)&回路

本研究

[1]

6RIW6ZLWFKLQJ

3)&機能

入力力率の改善3RZHU)DFWRU&RUUHFWLRQ

インターリーブ制御>@安東他 電学論 ' 9RO SS >@安東他 電気関係学会東北支連大 ' 5元年

リアクトル電流ia, ib

vinとiin, ia+ibとiin

インターリーブ制御が正しく行われていることを確認

高力率制御と電流の正弦波制御ができていることを確認：フライングキャパシタ )&制御回路構成各SSW状況

出力電圧Vout

電流指令値

出力電圧指令値
Vout_ref

回路動作
1

Da2
La1

ica icb
Cfa Cfb

Lb1
Db1

vcs

S3

S1

ON

vS2

S2

ON

ia

Da2

ica icb
Cfa Cfb

vS2

S2

is

OFF

ia > iref→ S2をOFF

Db2
Lb1
Db1
S3

vcs

ON

Da2

上がり66:達成

La1

ica icb
Cfa Cfb

Lb1
Db1

vcs

S3

S1
S2

S4 vS4
ON

転流しCSを充電

S4 vS4

ONDa2

ica icb

La1
La Da1
ia

S1

OFF

vS2

S2

ON

ia=0 & S2がON→ S2をOFF

ングしており
66:達成

4.結論
インターリーブ制御によって電源電流歪みの改善を確認した

Db2

Cfa Cfb

Lb1
Db1

vcs

S3

・:以上では力率が以上を達成
・出力電圧は負荷に依らず9一定を達成
更なる高効率・高力率化
の達成

Lb
ib

is 時にスイッチ

今後の課題

ON

電源とFC Cfa の充電電圧を加えてLaのエネルギーを負荷側へ出力

OFF

CS

数値データ

OFF

is CS

La1によってiaの立ち上がりが遅れ
66:達成

その他全てのスイッチングにおいて66:を達成
Db2

La Da1

vS2

4

S1

ib

OFF

ON

リアクトル電流iaが増加

La1
La Da1

S2

Lbia

S4 vS4

Lb
ib

3

OFF

is CS

S1,S2,S4をON

2

Db2

La Da1iav が緩やかに立ち以下の動作を,位相をずらしてibに関しても同様に行う

Lb

ib

ia,ibを追従させるよう,∼S4をON,OFF
S1∼

iref

S4 vS4

全てのスイッチング動作において完全SSWを達成していることを確認した

FC Cfb を充電& ibが増加する

電力600W以上では力率98%以上、効率90%以上を維持し、出力電圧200V一定を達成した

ON

is CS

ON

― 57 ―

究

主回路構成

研

3.実験結果2.回路構成・動作

別

電流リプルの低減
電源電流歪みの低減

特従来方式で達成されていた高効率化を達成するための完全66:は維持
フライングキャパシタ )& を追加してさらに高い昇圧率を確保
フライングキャパシタを活用した[2]
クロス結線式高効率コンバータを開発

完全66:

高効率化の達成至

秋田高専専攻科生産システム工学専攻年 舩木友也
担当教員
安東至

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

状態オブザーバを用いたスイッチトリラクタンスモータの位
置センサレス制御

研究者名

生産システム工学専攻位置センサレス制御
松永星来奈・安東状態オブザーバによるスイッチトリラクタンスモータの至National Institute of Technology, Akita College

生産システム工学専攻 松永星来奈
創造システム工学科 電気・電子・情報系 安東至 中沢吉博

U相

固定子

*
*
θ0b
, θcb
Switching sb, sb
Logic
*
*
θ0c
, θcc
sc, sc

V

c

b

3～

ia, ib, ic

va, vb, vc

10.5

βs

特

b
aとbが60°配置
Unit: [mm]

a

別

供試SRM

シミュレーションモデル

W

βr

c

State
observer

固定子とコイル，回転子
U
Turn-onSRM

AHB
Inverterθ^ 推定位置U

W

Turn-on

76
a
9.915

74
37.55

W相

以下にシミュレーションモデルと各諸量を示す。
ターンオン角θ0=0°
Vdc
転流角
θc=120°
電流
電圧
*
*
θ0a
, θca
sa, sa
センサ センサ

0.2375

3.シミュレーションモデルと供試SRM

1.研究背景スイッチトリラクタンスモータ(SRM)は駆動させるために回転子位置に応じて適切な相を励磁する必要がある。そのため位置センサを必要とする。しかし，位置センサ使用によりコスト高になることや，モータ体格が大きくなるなどの問題があるため位置センサレス化が望まれる。
本研究では状態オブザーバを用いて，回転子位置を推定するSRMの位置センサレス制御法についてシミュレーションにより基礎的な検討を行う。
V相

秋田工業高等専門学校

各諸量
V

供試SRM

SRMの動作原理

定格電圧 Vn

24 V

制御条件

究

巻数

40 turns/pole

巻線抵抗 R

0.088 Ω @20 ℃

コア長

50 mm

研究テーマ

0.0，1.0 N·m

負荷トルク制御
電源電圧

24 V（定格電圧）

通電方式

120 °通電（0-120°）
10 μs

計算ステップ

長所解決すべき技術課題

堅牢，安全性が高い（衝撃による磁石割れがない）

効率がやや悪い（同期機＞SRM＞誘導機）

高効率制御

固定子極弧 βs30.25 °(mech.)

AHBインバータモデル

PSIM

高速回転（~100,000 rpm）

トルクリプル

トルク制御

回転子極弧 βr32.43 °(mech.)

その他モデル

MATLAB Simulink

メンテナンスフリー（ブラシレス）

磁気騒音が大きい

トルク制御

低コスト（レアアースフリー）（SRM＜誘導機＜同期機）

位置センサが必要

4.シミュレーション結果
a相電流 ia [A]

位置センサレス制御

SRMは非線形性の強いモータだが，本研究では線形領域のみを仮定する。
線形の電圧方程式：

0.001

0

0

回転子位置θ
[°(elec.)]

0.000510 20 30 40 50 60 70 80 90
回転子位置θ [°(mech.)]

i

ˆ

L(θ)

GΨ ：磁束オブザーバゲイン
v ：相電圧[V]i ：相電流[A]L ：自己インダクタンス[H] R ：相抵抗[Ω]θ ：回転子位置[°(mech.)] Ψ ：磁束鎖交数[Wb]K ：誘導起電力係数

v

巻線

R
Kω

+-

一相分

発生トルクTe [N・m]  s
線形のトルク式：

1 dL( ) 2
Te ( )  i (t )
2 d

1 d
1  2



2 d  L( ) 

0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0
-0.001 0-0.002-0.003-0.004-0.005

5

0

0.2

0.25

0.3

回転子位置θ [°(mech.)]Jm , Bm

1 
1 d  1  ˆ 2 sˆ    Gω (iˆ  i ) Bmˆ  
2 dˆ  L(ˆ)  
J m sˆ 
ˆ Gθ (iˆ  i )

1 i +^
L(θ)
^

1 Ψ
s
R
^
L(θ)
^

Ψ2

i (電流センサ値)1

Σ 12 dθd L(θ) T
^

^

+
-

e

0.45

推定値

0.2

0.25

0.3

0.35
時間 t [s]0.4Te , ω

Gω：角速度オブザーバゲインGθ ：位置オブザーバゲイン

Gω

Bm

SRMの状態オブザーバのブロック線図Gθ
^
1 ω ++s^θ

0.033[A]
0.56[%]

誤差平均

0.342[rad/s]

誤差率

実値

0.33[%]

推定値

最大値

105.25[rad/s]

最小値

104.37[rad/s]
0.882[rad/s]

リップル値

180
90

推定回転子位置
0.2

0.25

0.3

0.35
時間 t [s]

0.4

0.45

実値

60

0.5

0.301[°(elec.)]

誤差平均

0.774[%]

誤差率

推定値

各パラメータ40

磁束オブザーバゲインGΨ

R=0.11720

角速度オブザーバゲインGω

100

0

0.3

0.35

0.4
時間 t [s]

300

0.45

0.5

実値

推定値

推定電流
1.02[%]
推定角速度

0.3

0.35

0.4
時間 t [s]

0.45
実値

360

誤差平均

20.55[rad/s]

0.5

誤差率

19.6[%]

推定値

最大値

188.63[rad/s]

最小値-9.73[rad/s]

270

198.36[rad/s]

リップル値

180
90
0

0.249[A]

誤差平均

0
-300

1000

位置オブザーバゲインGθ

誤差率

150
-150

推定回転子位置
0.2

0.25

0.3

0.35
時間 t [s]

0.4

0.45

実値

20

0.5

19.34[°(elec.)]

誤差平均14.5[%]

誤差率

推定値

各パラメータ1510

磁束オブザーバゲインGΨ

R=0.1175

角速度オブザーバゲインGω

500

位置オブザーバゲインGθ

500

0
0.95

0.96

0.97
0.98
時間 t [s]

0.99

1
推定値

推定電流

0.96

0.97
0.98
時間 t [s]

0.99
実値

360

1
推定値

270

誤差平均

1.834[rad/s]

誤差率2.15[%]

最大値

892.16[rad/s]

最小値

790.72[rad/s]

リップル値

180

101.44[rad/s]
推定回転子位置90
00.95

0.76[%]
推定角速度

820
770
0.95

0.044[A]

誤差平均
誤差率

870

推定位置

1
s

推定電流
誤差平均

0.5

0.45

270

0

5

位置オブザーバゲインGθ

推定角速度

実値

1 ++
Jm

0.5

負荷トルクTL= 1.0 N·m , 回転速度N=1,000rpm

状態オブザーバは，電流・電圧センサにより測定される電流値・電圧値と電流の推定値の誤差より補正し，正確な値を推定する。
上記の式より，以下のSRMの状態オブザーバを用いたブロック線図が得られる。

^

0.4

360

a相電流 ia [A]SRM

機械系の状態オブザーバ：

Gψ

0.35
時間 t [s]誤差率90

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Te ：発生トルク[N·m]ω ：角速度[rad/s]
Jm ：SRMの慣性モーメント 4.02×10-4 m/s2
Bm ：粘性摩擦係 5×10-5 N·m·s++-

角速度オブザーバゲインGω

110

回転子位置θ
[°(elec.)]TJ m s  Bm
e ( )(電圧センサ値)

R=0.11710

負荷トルクTL= 0.1 N·m , 回転速度N=1,000rpm

角速度ω [rad/s]

機械系の運動方程式：

各パラメータ磁束オブザーバゲインGΨ

130a相電流 ia [A]1

角速度ω [rad/s]

0.002
0.0015R ˆsˆ 
  v  GΨ (iˆ  i )
L(ˆ)

推定値

20

実値

角速度ω [rad/s]

増分イ ン ダクタン スL [H]

相電圧の電気系の状態オブザーバ：

L(ˆ)

実値

30

0.0025

v Ri  s
1
i

L( )

iˆ 

シミ ュレ ーショ ン ソ フ ト

以下にシミュレーション結果を示す。

2.SRMの状態オブザーバ

v

180 W

位置センサをつけた状態
SRMの長所と問題点

サーボモータ（負荷用）

定格出力 Pn

回転子位置θ
[°(elec.)]研

回転子

非対称ハーフブリッジインバータ

0.96

0.97
0.98
時間 t [s]0.99

1

負荷トルクTL= 0.1 N·m , 回転速度N=8,000rpm

誤差平均

3.718[°(elec.)]

誤差率2.03[%]

5.まとめ
状態オブザーバを用いた回転子位置を推定するSRMの位置センサレス制御法について，シミュレーションにより基礎的な検討を行った結果，推定電流と推定回転子位置ともに良好な結果が得られた。今後は実際にSRMを動作させ，提案制御が良好なものか確認する。

― 58 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

ミリ波ホーンアンテナ用誘電体レドームのトポロジー最適設計に関する研究

ミリ波ホーンアンテナ用誘電体レドームのトポロジー最適設計に関する研究
研究者名

生産システム工学専攻

三浦悠介・伊藤 生桂一産システム工学専攻 三浦 悠介
電気・電子・情報 系 伊藤 桂 一

本研究の概要

誘電体レドームの設計条件

研

アンテナに装荷するレドーム設計領域の高さは10mmとし、アンテナ開口面からのレドーム設計領域天面の推移量をxとして0～10 mm の範囲で2mmずつずらし、各位置においてトポロジー最適化を行った。

究

ガウス関数:G1(x),G2(x),G3(x)本研究ではFDTD法をG2(x)用いて計算およびモデ G1(x)G3(x)
リングを行う。トポロ
ジー最適化では空間を
入力 x
細かいセルに分割し、
0
そのセル一つずつに各入力に対して正規化
ON/OFF法で物性値を G (x)の影響
のみ存在
正規化ガウス関数:与える。既存の設計法
1.0 b2(x)b (x),b (x),b (x)に比べ、トポロジー最適
b
(x)
b1(x)
3
0.5
化を行うと自由度の高
入力 xい形状設計が可能とな
0
るが、試作困難な市松
各正規化ガウス関数に重み係数wをかけて総和
y(x)=w b +w b +w b
(wが設計パラメータ)
模様が得られる場合が重み付き結合ある。図2のNGnetを用
y(x)
による出力
い る こと でセル を 複 数
入力 x個まとめて制御し、滑ら
0かな形状を得ることがy(x) 0 誘電体
y(x)<0 空気
できる。
1

1

1 1

図2

2 2

2

3

3 3

正規化ガウス関数ネットワーク

誘 電 体 レ ド ーム の 評 価
図4にレドーム設計領
域の推移量とそのときの利得の関係を示す。
x =10 mm（レドーム設計
領域がアンテナの外にある場合）に利得は最大となり、レドームがない
時と比較して4dBほどの 図4利得の向上が確認された。図5に示すこの時の放射パターンより、レドームを装荷することにより指向性が改善しており、レンズ的な収束効果
により利得改善の可能性が示唆される。

別トポロジー最適化の概要

特ミリ波ホーンアンテナの応用例として、河川の水位を測定する水位センサが挙げられる。
水位センサを保護するために必要な誘電体レドームの新しい形状を提案し、利得の向上と外部環境からの保護を両立する誘電体レドームの開発を目指した。
本研究は、76 GHzミリ波ホーンアンテナ(開口面24 mm×18 mm、ホーン長49 mm、図1参照)を対象として誘電体レドームを設計し、その性能の評価を行った。3Dプリンタで印刷可
能な誘電体レドームの形状を設計するために3次元トポロジー最適化を用いた。トポロジー
最適化では，レンズの形状が不連続な要素を含むチェッカーボード状になる可能性がある
図1 設計対象ホーンアンテナ
ため，正規化ガウス関数ネットワーク（NGnet）を用いた。

図3

アンテナモデリングと設計領域

誘 電 体 レ ド ーム の 試 作
利得が最大となった推移量10mmにおける最適化結
果よりレドームを作製。図6(a)に最適化結果のopenGL
表示、図6(b)に３Dプリンタで試作した結果を示す。
レドーム装荷時の放射パターンの測定結果と計算結果の比較を図7に示す。両者は良好に一致することを確認した。

(a)最適化結果(b)試作
図6 レドーム形状最適化結果と試作

レドーム設計領域の推移量と利得向上

図5 H面放射パターンの比較― 59 ―

図７ レドーム装荷時のH面放射パターンの比較

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

マイクロ波帯散乱電磁波による物性分析法の研究

研究者名

マイクロ波帯散乱渡辺
電磁波に よる物性分析法の研究
生産システム工学専攻
智章・駒木根隆士
生産システム工学専攻 㻝㻤㻝㻝㻜㻝㻟 渡辺 智章

㻝 㻚 㻌研 究 背 景 お よび 目 的〇ケプストラム分析

特物性分析

侵襲的な前処理（サンプリング等）が必要
非接触化により，工程の単純化，時間短縮，安全性の確保

散乱波法[1]

電磁波による非接触な誘電体特性評価法
物性と誘電率には強い関係があるため，誘電率を反映したスペクトラムで分析を行う

別

水質汚染度やコンクリートの品質の指標
簡便で迅速な非接触の分析手法が必要

研
究

レイリー散乱の条件（𝑎𝑎 ≪ 𝜆𝜆）の下， 濃度の増加に反し，比誘電率は減少
放射電界中の球状誘電体の散乱波の電界強度𝐸𝐸𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 は，

直線的に減少する
10%以下が優良

λ ：電波の波長 [m]

＋＋＋


図1

－－－

𝐸𝐸𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅

図5

純水の受信電力スペクトラム

ケプストラム分析により，微細な構造を除去し散乱波成分を抽出

電波吸収体
試料

ド

NaCl水溶液の誘電率[2]𝜀𝜀𝑟𝑟 ：誘電体の比誘電率 𝑎𝑎 ：球の半径>P@
𝐸𝐸𝑠𝑠 ：散乱体の位置の電界強度 >9P@
𝑟𝑟 ′ ：散乱体と散乱波受信点の間の距離 >P@

送信波の漏れ成分と，アンテナ
不整合および同軸線不整合による反射成分の干渉が原因（図6）シール㻞㻚㻌散乱波法による濃度推定法
散乱波の電界強度

受信電力スペクトラム（図5）には，周期的な構造が見られる

ケプストラム領域（図7）において，各反射成分を
ローパスリフタリングし，干渉を除去（図5，赤線）

NaCl水溶液の濃度推定手法のために，散乱波スペクトラムの測定・分析を用いた非接触な物性分析法を検討する

𝜀𝜀𝑟𝑟 − 1 2𝜋𝜋 2 3 𝐸𝐸𝑠𝑠)( ) 𝑎𝑎𝜀𝜀𝑟𝑟 + 2 𝜆𝜆𝑟𝑟𝑟

駒木根 隆士㻠 㻚 㻌分 析 方 法

NaCl濃度𝐸𝐸𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 = (

指導教員

𝜀𝜀𝑟𝑟

送信波

アンテナ

サーキュレータ

送信波

ル
ー
ム

散乱波

壁

アンテナでの反射波

面同軸線での反射波

散乱波

漏れ

干渉

発
振
器
側

スペクトラムアナライザ側

図6

差分電力内での干渉

図7

純水のケプストラム〇差分電力スペクトラム

各試料に対して同様のケプストラム処理を施し，空の容器単体の散乱波電力スペクトラムを差し引く（図8）濃度に対して複雑な応答を示すため，差分電力の平均値を指標として導入（図9）10%まで上昇傾向

22.5 %で極値

図2

NaCl水溶液の濃度と比誘電率の関係

散乱波放射原理

散乱波の電界強度は比誘電率の関数となっているため，
NaCl水溶液の比誘電率と濃度の関係（図2）を用いて，散乱波の測定から濃度を推定することが可能となる

図8

各試料の差分電力スペクトラム

図9

濃度と平均受信電力の関係㻡 㻚 㻌考 察㻟 㻚 㻌測 定 方 法〇10 %まで受信電力が増加する原因
・NaCl濃度が高いと水の実質的な体積が減少する
水の電磁波吸収量が低下し，散乱強度が強まる
比誘電率の変化より水の体積変化が散乱波に強く影響を及ぼすため，受信電力が増加した

図3〇22.5 %の極値の原因
・高濃度領域では分子間に強い相互作用があり，分極の状態は単純でない
高濃度領域での散乱波特性の解明が必要

容器外観
図4

測定配置図

被測定試料： 11類の濃度※のNaCl水溶液と純水・測定時間の経過に伴い測定値が増加する傾向がある
測定順のランダム化が不十分であり，測定値に影響を及ぼした

・2.5～25.5 %の10種（2.5 %間隔）と飽和NaCl水溶液（26.0 %）・容量100 cm3の円柱状の樹脂製容器（図3）に封入

測定方法：※質量パーセント濃度

・電波吸収体でシールドルーム壁面の反射波を抑制㻢 㻚 㻌ま と め ・ 今 後 の 課 題＜まとめ＞NaCl濃度10 %以下の平均散乱波電力のリファレンス
データを作成し，本手法を施した測定値を照らし合わせることで，濃度推定が可能

・周波数を2.0～2.5 GHz（1.96 MHz間隔）で変化させスペクトラムアナライザで散乱波を受信
・ランダムな順序で測定[1] T.Komakine et al．，“A Novel Estimation Method of Dielectric Permittivity by using Scattered Waves”,
IEEJ Trans.Fm, Vol.131，No.4，pp.277-282，2011.
[2] N.Gavish et al., “Dependence of the dielectric constant of electrolyte solutions on ionic concentration:
A microfield approach”, Physical Review E, Vol.94, Iss.1, 012611, 2016.

＜課題＞高濃度領域での散乱特性を解明し，濃度と相関のある
複数のパラメータの抽出による，より広範囲の濃度推定― 60 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）

液相法を用いた酸化亜鉛微粒子蛍光体の調製と蛍光特性に関する研究
液相法を用いた酸化亜鉛微粒子蛍光体の調製
環境システム工学専攻
五十嵐千夏・西野 智路と蛍光特性に関する研究

研究テーマ
研究者名
Process Engineering Lab.

（環境システム工学専攻） 五十嵐 千夏，（物質・生物系） 西野 智路

NIT, Akita College

酸 化亜鉛微粒子への蛍光発光特性の機能付与について検討し，とくに最適な粒子径ならびに光学的特性を有する酸化亜鉛微粒子を得るため，(1) 液相法を用いた酸化亜鉛微粒子において反応条件が粒成長挙動に お よ ぼ す 影 響 に つ い て 明 ら か に す る こ と ， (2)キャッピング材を用いた粒子サイズの制御によって望
みの蛍光色を有する酸化亜鉛微粒子を得ること (3)酸化亜鉛薄膜の低抵抗化のために添加するAlやSnについて，それらの添加物が酸化亜鉛微粒子の蛍光特性におよぼす影響について明らかにすることを目的とした。

Wet Chemical Method(1)

Na/Zn, etc.

(2)

TEOS capping(3)

特Al, Sn doping

Table 1 Literature values

𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 2 = 𝐵𝐵 ℎ𝜈𝜈 − 𝐸𝐸𝑔𝑔

𝑒𝑒𝑒𝑒

∗

= 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑔𝑔𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 +

60
40

300

320

340
360
Wavelength [nm]

380

0 min
5 min
10 min30 min60 minFig.1 Transmission spectrum
in each reaction time.

600
400
200
0

400

3.4

3.6
3.8
Photon Energy hn [eV]Fig.2 Optical bang-gap in each reaction time.

▼ non addition

酸

化亜鉛系透明導電膜において，低抵抗化のために添加しているAl，Snが蛍光特性に対しておよぼす影響について検討した。

Al: 0%

0% 1%(10min) (240min)

5% 7% 9% 10% 15%

Particle Size [nm]

UV

8.5

[F/m]

[-]

8.854 × 10−12

𝜀𝜀0

Na/Zn
1.0
1.2
1.4

0

10

20
30
40
50
Reaction Time [min]

60

70

5

4

0

60

120
180
Reaction Time [min]240

6(10min)(240min)

Sn
Al

5

4

3
Sn:0% 0% 1% 3% 5% 7% 10% 15% 30%

蛍光特性を維持したままで粉末化

TEOS未添加TEOS90min添加TEOS10min添加

Fig.5 Effect of the addition time of TEOS
on particle size.

Fig.4 Effect of addition time of TEOS on the fluorescent properties.

蛍光発光輝度向上の検討
Al, Sn additives

𝜀𝜀

4

3

(10 minutes later)(90 minutes later)

酸化亜鉛微粒子をTEOSで覆う

[-]
[kg]

9.109 × 10−31

𝑚𝑚0

Fig.3 Effect of mole ratio of NaOH
to Zn(AcO)2 on particle size.

Particle Size [nm]御できないか試みた。

TEOS: Tetraethyl orthosilicate, Si(OC2H5)4

[-]

0.59

6

Capping additives 反 応過程において，TEOS添加により酸化亜鉛微粒子表面をTEOSで覆うことで粒成長挙動ならびに蛍光特性を制▼ TEOS addition

[C]

0.26

5

3

4

粒子径制御法の検討

UV

𝑒𝑒

𝑚𝑚ℎ∗

6

[J･s]

1.602 × 10−19

𝑚𝑚𝑒𝑒∗

−1

1) L. E. Brus : J. Chem. Phys., 79 [11], pp.5566-5571 (1983) スペクトルから粒子径を算出

800

20
0

𝐸𝐸𝑔𝑔 = ℎ𝜈𝜈ħ2 𝜋𝜋 21
1
1.8𝑒𝑒 20.124𝑒𝑒 4
1
1
−
+
−
+
2𝑟𝑟 2 𝑚𝑚𝑒𝑒∗ 𝑚𝑚0 𝑚𝑚ℎ∗ 𝑚𝑚04𝜋𝜋𝜋𝜋𝜀𝜀0 𝑟𝑟 ħ2 4𝜋𝜋𝜋𝜋𝜀𝜀0 2 𝑚𝑚𝑒𝑒∗ 𝑚𝑚0 𝑚𝑚ℎ∗ 𝑚𝑚0

[eV]

3.2

1.055 × 10−34ħParticle Size [nm]

0 min
5 min
10 min30 min60 min80

Value

𝐸𝐸𝑔𝑔𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏

1000(αℎν)2 [eV2/cm2]

Transmittance [%]100

If 𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼 2 = 0

Constant

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

Al, Sn concentration [%]Fig.7 Effect of the Al, Sn addition
Fig.6 Fluorescent properties
on particle size.
of ZnO particles.

― 61 ―

究

バンドギャップエネルギーを求めた。さらに，バンドギャッ
プエネルギーの粒径依存性を表す有効質量近似式 1)を用いて，酸化亜鉛微粒子の粒子径を算出した。

研

吸 収スペクトルデータを用いて，直接遷移・間接遷移理論
による吸収係数とバンドギャップエネルギーの関係から，

別→ 蛍光観察, 粒成長挙動の追跡

粒成長挙動の追跡

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

秋田市中心市街地の都市的ヴォイド空間に関する研究

研究者名

環境システム工学専攻

白川

秋田市中心市街地の都市的ヴォイド空間に関する研究

光聖・井上

誠

環境システム工学専攻 2 年 白 川 光聖
土木・建築系 鎌田 光明
平面ヴォイドにおける同規模都市との比較分析

対象都市抽出
15 都市

平面ゲシュタルト図作成
駐車場ゲシュタルト図

定量・視覚的比較分析
6 グループ・6 都市を抽出

相関分析
建物 × 駐車場疎密度の 2 軸プロット図

秋田市中心市街地の現状

空洞化が目立つ

空き空間に価値を付加し新たな空間を生み出す都市の有様が求められている
秋田市の詳細な分析

特秋田市中心市街地における年代変遷の分析

断面ヴォイドの分析
ボリューム付加主要駅

階高3.5m異なる年代建物ゲシュタルト図

1km

H13

現地・ネット調査

H25

空き空間測定定量的・視覚的分析

別断面ゲシュタルト図作成

赤 - 増加 青 - 減少

ヴォイド可視化

建物量の偏り階数別・用途別分析

9グリッドに分割

2km
駐車場ゲシュタルト図

1. 背景・目的

秋田市の現状を把握し、基礎資料を得る
測定範囲

図2

断面ゲシュタルト図

図3

測定範囲
表1

秋田市では少子高齢化や人口流失などが問題になっており、若者の都会への流出も止まらない現状となっている。中心市街

研究フロー

各都市の測定データ
1000

究地においては、アーケード商店街の縮小や小規模店舗の撤退により魅力的な歩行空間が失われている。そのため、「空き家」「空きビル」などの利用されていない空間が増えているのが現状である。このような社会の変化に対応するために歩行空間としての魅力的な都市空間、空き空間に800

価値を付加し新たな空間を生み出す都市の有様が求められている。しかし、秋田市を空間に関する客観的な視点により分析した研究は見られず、
まちづくりの具体的な計画が不足しているのが現状としてある。これより、本研究では秋田市中心市街地の現状をより明確にするために「都市的ヴォイド空間」の作られ方を定量的に捉えることにより、今後の中心市街地の計画を示唆する基礎資料を得ることを目的とする。本研究の分析において用いられる「図」と「地」の考え方はゲシュタルト理論注 1,2,3) の一部であり、複雑な都市の対象を絞り込んで分析する方法とし

駐車場規模(㎡/個)

研

図1

600

400

200

て用いられる。そのため、本研究では「建物」と「空地」の分布を視覚的に捉えることで街路空間の作られ方を解析するのに有効な資料を得る。
2. 研究フロー・研究方法
平成 28 年度の秋田市の人口 313,668 人を 100% として人口比が ±10% の範囲に当たる中核市を抽出し、全 15 都市の主要駅を中心とした駐車場ゲシュタルト図を作成した ( 図 1)。これを基に駐車場面積、駐車場全個数、
駐車場疎密度 ( 図像面積 / 全範囲面積 )、平均駐車場規模 ( 図像面積 / 全個数 )、駐車場台数 ( 図像面積 / 駐車場 1 台面積 ) の 5 項目の測定を行い、定量的・視覚的な分析を行った ( 図1)。そして駐車場ゲシュタルト図・建物ゲシュタルト図の相関分析を行うことで他都市との比較の中での秋田市の相対的な位置づけを把握する。
次に対象を秋田市に絞り詳細な分析を行っていく。
「秋田市中心市街地活性化基本計画区域」を範囲に設定し、全建物量を測定する。これを基に H13 年、H25 年度の建物ゲシュタルト図を作成し、建物全面積、建物全棟数、建物疎密度 ( 図像面積 / 全範囲面積 )、平均建物規模 ( 図像面
積 / 全個数 ) を測定することで平面プランの変遷を捉える。さらに建物ゲシュタルト図に階高 3.5m としボリュームを加え、現地・ネット調査
により「空き空間」を測定し、可視化を行うことで断面ゲシュタルト図を作成する ( 図 2)。これらを階数別・用途別に分析を行うことで、都市断面の関係を「ヴォイド空間」により定量的に捉える ( 図 3)。

0

2

0

4

6

8

10

駐車場疎密度(%)

図4

駐車場規模・疎密度の 2 軸プロット図

図6

駐車場規模と疎密度 - 那覇市

3. 平面ヴォイドにおける同規模都市との比較分析
3-1. 定量的分析
2km×2km 範囲内に存在する駐車場全面積、駐車場全個数、駐車場疎密度、平均駐車場規模、駐車場台数を算出した。その結果を表１に示す。各都市の測定データから定量的分析を行った結果、郡山市では全ての値が大きいことから、駐車場規模が大きい駐車場が多く存在していることが分かった。秋田市・那覇市では、駐車場個数が多く、平均駐車場規模が小さいことから、小規模な駐車場が多く存在していることが分かった ( 表 1)。
3-2. 駐車場規模と疎密度
全 15 都市の駐車場規模と駐車場疎密度の 2 軸プロット図を図 10 に示す。この 2 軸プロット図上でのまとまり 図 5 駐車場規模と疎密度 - 秋田市
より、大きく 6 つのグループに分けられた。密・中型 , 密・大型 , 中・小型 , 中・中型 , 疎・小型 , 疎・中型の 6 つである ( 図 4)。本研究では、各グループの中で、その特徴が顕著に見られた都市を代表都市として 1) 秋田市 2) 那覇市 3) 高槻市ついて比較分析を行う。密グループに関して 1）密・中型：秋田市では、範囲内の平均駐車場規模は 668.212 ㎡ / 個であり、駐車場疎密度は 7.000％であった。東側に小規模な建物、西側に大規模な建物が分布しており、それに伴い駐車場も東側は小規模な駐車場が疎に、西側は大規模で密に分布していることが分かった ( 図5)。中グループに関して 2）中・小型：那覇市は、秋田市との人口比は 1.0 である。得られた結果としては、平均駐車規模は 453.987 ㎡ / 個であり、駐車場疎密度は 5.073％であった。那覇市は、港や空港が周辺に存在し、駅近辺には商店街が存在している。そのため、緑地を抜かした範囲において駐車場が密に分布していることが分かった。( 図 6)。3) 疎・小型：高槻市は、秋田市との人口比は 1.1 である。得られた結果としては、平均駐車場規模は 569.276 ㎡ / 個であり、駐車場疎密度は 3.046％であった。高槻市は、高槻駅、高槻市駅に挟まれており、駅を囲むように小規模な駐車場が疎に分布していることが分かった。また、他の都市よりも駐車場が小さく、少なく分布していることが視覚的にみても明らかである ( 図 7)。
3-3. 駐車場 × 建物の相関分析
全 15 都市の駐車場疎密度と既往研究で得られた建物疎密度の 2 軸プロット図を図 17 に示す。この 2 軸プ
ロット図上のまとまりから４つの傾向がみられた。建物ゲシュタルト図を赤色に、駐車場ゲシュタルト図を黒色に示す ( 図 8)。1) 建物疎密度
図 7 駐車場規模と疎密度 - 高槻市
が高く、駐車場疎密度が高い都市。郡山市が対象となり、建物規模に合った駐車場が分布していることが分かった ( 図 9)。2) 建物疎密度が高く、駐車場疎密度が低い都市。高槻市が対象となり、駐車場の規模が小さく疎に分布していることから、車を利用しなくても各建物にアクセスできる街路形成がされていることが考えられる ( 図 9)。3) 建物疎密度が低く、駐車場疎密度が低い都市。下関市が対象となり、北側は小規模な建物が密に , 駐車場が疎に分布し、南側は大規模な建物 , 駐車場が密に分布していることが分かった ( 図 10)。このことから、機能が北と南で分かれていることが分かった。4) 建物疎密度が低く、駐車場疎密度が高い都市。秋田市が対象となり建物の密度と比べ、駐車場としてのヴォイド空間が多いことが分かり、歩行空間として使用できない平面ヴォイド空間が多く、都市の歩行空間としての囲まれ感や連続性に乏しく、都市空間としての奥行きが少ないといえる ( 図 10)。
4．秋田市中心市街地のおける年代変遷の分析
4-1. 定量的分析
秋田市中心市街地の各年代において 180000 ㎡範囲内存在する建物全面積、建物全棟数、建物疎密度、平均建物規模を算出した。その結果を表 2 に示す。各年代の測定データから定量的分析を行った結果、建物疎密度は H13 年度と H25 年度はそれぞれ 23.833%、
23.833% とそれほど変わらない値を示しているが、建物全個数は 1081 棟から 938 棟と減少しており、平均建物規模は 249.284 ㎡ / 棟から287.289 ㎡ / 棟と増加していた。このことから年数が経過するにしたがって、小規模な建物の個数が減少していき、大規模な建物がの比率が増 図 9 駐車場 × 建物 - 郡山市 , 高槻市
表 2 H13 , H25 測定データえていったことが考えられる。したがって、H13 年度は小規模な建物が多く、建物に直接アクセスする傾向が強かったが、H25 年度になると大規模な建物が多く、各建物に車でアクセスする傾向が強くなったことが考えられる。
4-2. 建物個数と面積
H13 年度から H25 年度の間に新たに建てられた建物の棟数は 77 棟であり、増加した建物面積は 35672.596 ㎡であった。
それに対し、H13 年度から H25 年度の間に減少した建物の棟数は 195 棟であり、減少した建物面積は 34683.721 ㎡であった。図からも読み取れるように秋田駅前を中心に大規模な建物が新たに建てられることとなったが、駅北や中通など広範囲で多数の小規模な建物が減少することとなった。このことより、約 20 年間の間で比較しても歩行空間としての連続性が失われ、平面的なヴォイド空間が増えることにより、都市としての奥行きが少なくなったといえる。
4-3. 建物量の偏りの変遷
建物疎密度など、都市を一定の範囲で測定してきた。疎密度や建物規模などを明らかにしていく上で、その分布

N1

N2

N3

C1

C2

C3

S1

S2

S3

(4)

(1)

(3)

(2)

図8

駐車場 × 建物に関する 2 軸プロット図

図 10

駐車場 × 建物

- 下関市 , 秋田市に都市により偏りがあると考えられ、ゲシュタルト図からもそれは読み取ることができる。本研究では、秋田市中心市街地のゲシュタルト図を
9 つのグリッドに分割して建物量の偏りの変遷を明らかにしていく。グリッド部分は上から順に North side : N、Center : C、South side：S とし、右から 1、2、3 と定義する（図 11）。また、H13 年度と H25 年度のグリッドで分割した建物ゲシュタルト図とグリッドごとの建物量を表したレー
ダーチャート図を図 12 に示す。N1,N2,C1( 大町周辺）において、それぞれ N1 が -4048.415 ㎡ ,N2 が -5627807 ㎡ , C1 が -5627.807 ㎡と建物量が大きく減少していることが分かった。図からも読み取れるように大規模な建物だけでなく、小規模な建物が密に減少していることが分かった。
C2 , C3 において、それぞれ C2 が＋5973.474 ㎡ ,S3 が＋8646.492 ㎡と建物量が大きく増加していることが分かった。これらはアルヴェや AUなど大規模施設が建てられたことが要因であると考えられる。
5．断面ヴォイドの分析

図 11

グリッド分割図 12-1

フローチャート

5-1. 定量的分析
空き店舗・空きオフィスなど利用されていない空間を断面的なヴォイド空間と定義した。建物ゲシュタルト図に先行研究より階高 3.5 ｍとしボリュームを加え、ネット調査と現地調査によって断面ヴォイドを把握する。その後断面ヴォイドを可視化することにより、
断面ゲシュタルト図を作成した（図 13）。秋田市中心市街地活性化基本計画区域の範囲に存在する建物全体積、建物全面積、断面ヴォイド体積、断面ヴォイド棟数、空隙率、階数空隙率を算出した。その結果を表 3 に示す。秋田市中心市街地において断面ヴォイドの測定データから定量的分析を行った結果、測定範囲において断面的な空隙率は全体の約 8.38％であった。
5-2. 階数別分析
定量的な分析を行った結果、中心市街地の範囲において、断面的な空隙率は全体の約 8.38％であることが分かった。建物の全体積、個数は階数が高くなるにつれて数値が減少している。1 階の断面的なヴォイド空間の体積と空隙率は 53240.5 ㎡、1.3％が得られた。

N1

N2

N1

N2

C1

C2

C1

C2

それに対して、2 階は 61096.9 ㎡、1.5％。3 階は 57193.4 ㎡、1.4％の値が得られた。このことから、2 , 3 階がアクセスしにくいため「空き空間」になりやすい問題が明らかになった。また視覚的な分析を行った結果、川反・通り町・駅北周辺は 3F までの低層のヴォイド空間が存在していることが分かり、中央通り・中小路周辺では低層から高層まで幅広いヴォイド空間が存在していることが分かった。
5-3. 用途別分析
断面ゲシュタルト図において、住居系を赤、オフィス系を青、店舗系を緑とし色分けをし、用途別の断面ゲシュタルト図をS3作成した（図 14）。定量的な分析を行った結果、住居系の断面ヴォイドの割合が 41% ともっとも高く、次に店舗系が 28%、オフィス系が 25% であった。視覚的な分析より、駅北はマンションや住居などの住居系がメインに存在していることが分かった。川反は居酒屋などの店舗系がメインに 図 12-2 建物ゲシュタルト図 増加部分
存在しており、繁華街としての特徴がみられた。中央通り周辺 , 大町は、住居・オフィス・店舗が入り混じって存在しており、中央通りに関して秋田駅に近づくと店舗・オフィスなどの商業系がメインに存在しており、秋田駅から遠ざかるとマンションなどの住居系がメインに存在していることが分かった。

図 12-3

建物ゲシュタルト図 減少部分

6．まとめ
都市的ゲシュタルト図を用いて、秋田の中心市街地のヴォイド空間について定量的・視覚的分析を行った。その結果、①駐車場規模・駐車場疎密度の比較分析により秋田市においては東側に小規模で疎な駐車場、西側に大規模で密な駐車場が存在していることから東側は居住、西側は商業と秋田駅を境に機能が分かれていることが分かった。
②駐車場疎密度・建物疎密度の相関分析において 4 つの傾向がみられた。
秋田市においては、平面的なヴォイド空間が多く、比較的都市機能の奥行きが少ないことが分かった。
③年代変遷の分析から秋田市中心市街地の変遷において都市の偏りというものは大規模建物の建設や建物がなくなることにより存在する平面ヴォイドの存在に起因していることが分かった。
④断面ヴォイドの階数別分析において建物全体積における断面的な空隙率は 8.38％の値が得られた。
⑤断面ヴォイドの用途別分析において住居系の都市断面ヴォイドの割合が 41% と最も高い割合となった。これらの結果よりヴォイド空間を用い、視覚的または定量的に分析を行

図 23

断面ゲシュタルト図

うことで、秋田市中心市街地の変遷と現状を客観的に捉えることが可能となり都市のマスタープランやそれに付随する具体的なアクションプラン。さらには、「都市の働き方」や「都市の交通問題」に直決する資料として活用できると考える。
注釈
注 1) 高橋鷹志 . かたちのデータファイル－デザインにおける発想の道具箱 . 外部空間の設計 . 彰国社 1975,30p
注 2）芦原 義信 . 外部空間の設計 . 彰国社 ,1975,21-24p
注 3）R・ヴェンチューリ―. ラスベガス . 鹿島出版会 ,1978, 42-57p
注 4）日本建築学会 . コンパクト建築設計資料集成 . 丸善出版株式会社 ,2005,96p
参考文献
1) 那須恒敏 , 本間里美 , 位寄和久 : 中心商店街のブロック別衰退化要因分析 , 日本建築学会研究報告 . 九州支部 . 計画系 ,p297-300,2016-03, 一般社団法人日本建築学会
2) 佐藤有香 , 恒松良純 : 仲小路の心理評価を用いた分節化に関する研究 , 学術講演梗概集 . 建築計画Ⅰ,2007, p1101-1102, 一般社団法人日本建築学会
3) 恒松良純 , 鎌田光明 : 季節の違いにおける仲小路の心理量分析 , 学術講演梗概集 . 建築計画Ⅰ,2008,p751-752 , 一般社団法人日本建築学会
4) 白子美貴 , 積田洋 , 鎌田光明 : ゆらぎを用いたボリューム分散モデルの心理評価の分析 , 学術講演梗概集 . 建築計画Ⅰ ,2013,p5358-5359, 一般社団法人日本建築学会
5) 二瓶哲也 , 積田洋 , 小林美紀 : 景観の眺望による沿岸都市の空間構造の研究 , 学術講演梗概集 . 建築計画Ⅰ, 2014,p5366-5367, 一般社団法人日本建築学会― 62 ―

表3

図 24 断面ゲシュタルト図
断面ヴォイド階数別の測定データ

S3

専攻科特別研究の概要（令和元年度）

減圧技術を利用した完全無溶媒，無触媒条件
減圧技術を用いたイミン誘導体の無溶媒および無触媒合成：
含フッ素イミン類と光学活性イミン類の合成を目指して下でのイミン類の合成法の開発

研究テーマ
研究者名

環境システム工学専攻○田口水保
1 横山保夫2
田口
水保・横山

保夫

1Environment Systems Engineering Course, National Institute of Technology, Akita College.
2Department of Chemical and Biological Engineering, National Institute of Technology, Akita College.

H
1

:

1

neat
s o lv e n t-fre ec a ta ly s t-fre e

+
R

H 2O

H

N

u n d e r v a c . (> 0 .1 m m H g )3 .0 hR'RH
E x c e lle n t Y ie ld

Scheme. Solvent- and Catalyst-free Syntheses of Imines

Typical Experimental Procedure 2(p-Tolualdehyde with Benzylamine)
To a stirring p-tolualdehyde (1.20 g, 10.0 mmol) was added
dropwise benzylamine (1.07 g, 10.0 mmol) at 25 OC. After 2.0
hours, the reaction system was connected to a vacuum pump, thepressure was reduced to >0.1 mmHg (13.3 Pa) and stirred for 3.0
hours to give the desired pure compound as a white solid in 97%
yield (2.03 g) without any purification.

Table 1. Solvent- and catalyst-free syntheses of iminesO+ R'NH 2
R

H

Entry

N

1) solvent-free, 1.5 h2) under vac., 3.0 h

R

R'

1
H 3C

H 3C

H 3C

H 3C

H 3C

H 3C

H 3 CO

H 3C

H 3 CO

H 3C

H 3 CO

H 3C

2Table 2. Effective syntheses of various benzylated imimesR'O+ H 2OR

H

Isolated yield (%)

Entry

99

1

H

Isolated yield (%)

97

100

3

99
F

4

99
Cl

99

6

+ H 2OR

H 3 CO

99

5

R

2

98

4

2) under vac., 3.0 h

CH 2 Ph

H 3C

99

3

+ PhCH 2 NH 2
HRN1) solvent-free, 2.0 h

5

100
Br

98

This paper : Suzuki S., Taguchi M. and Yokoyama Y. et al.
Green Sustain. Chem., 2019, 9(4), 105-118.

― 63 ―究R

R 'N H 2

Typical Experimental Procedure 1(p-Tolualdehyde with o-Toluidine)
To a stirring p-tolualdehyde (1.20 g, 10.0 mmol) was added
dropwise o-toluidine (1.07 g, 10.0 mmol) at 25 OC After 1.5 hours,
the reaction system was connected to a vacuum pump, the pressure
was reduced to >0.1 mmHg (13.3 Pa) and stirred for 3.0 hours togive the desired pure compound as a pale yellow clear oil in 99%
yield (2.06 g) without any purification.

研

+

R'

N

別

O

特

Introduction
In our previous reaction system, it was found that target imines could be obtained in good yields by removing water under reduced pressure
conditions.3 We also found that this reaction proceeded rapidly in the initial stage, but its rate decreased with the passage of time. Although thisreaction system gave target products in good yields, the purification of the target product was required, such as the column chromatography using
hexane/ether combination or the recrystallization using dichloromethane/hexane combination. Thus, our previous system was not a complete solventfree synthesis system. Therefore, we tried two methods in order to improve this point. One was exactly mixing (1:1, substance ratio) aldehydes andamines and the other was employing lower pressure (>0.1 mmHg, previous method: 1.0 mmHg) at the pressure reducing technique to remove waterand unreacted materials perfectly. Actually, it was found that pure target imines were obtained in excellent yields without any purification usingorganic solvents, when we tried improved reaction methods (Scheme).
3Suzuki S. and Yokoyama Y. et al. Green Sustain. Chem., 2018, 8(2), 167-179.

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

秋田市における過去の風景に関する空間と記憶の定量的研究

研究者名

環境システム工学専攻

田口

元香・井上

誠

⛅⏣ᕷ࡟࠾ࡅࡿ㐣ཤࡢ㢼ᬒ࡟㛵ࡍࡿ✵㛫࡜グ᠈ࡢᐃ㔞ⓗ◊✲⎔ቃࢩࢫࢸ࣒ᕤᏛᑓᨷ  ᖺ ⏣ཱྀࠉඖ㤶ᅵᮌ࣭ᘓ⠏⣔ࠉ㙊⏣ග᫂ᅗ ࠉᛮ࠸ฟㄪᰝࡢᵝᏊ


特ᅗ ࠉ⛅⏣㥐๓ᗈᑠ㊰


ᖹᡂ  ᖺ






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
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専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

酒造好適米栽培における下水処理水の最適利用手法の開発に
酒造好適米栽培における下水処理水の向けた実験的検討

研究者名

環境システム工学専攻

最適利用手法の開発に向けた実験的検討
竹田 壮太・増田 周平

１研究背景・目的

環 境 シス テム 工 学 専 攻
指導教員

竹田 壮太
増田 周平

３結果・考察▼生育特性

特▼環境負荷低減

資源循環型・環境保全型農業

処理水を用いた酒米栽培における処理水の適正な利用法(投入量等)は？

目的

処理水を活用した酒
酒米栽培手法の総合的評価

２１ 実験方法 ～実験条件～▼生育×品質×処理水投入量■粗タンパク●SPAD

究

課題

R＝0.967

基準値：6.5～8.0✓強い相関✓ 適 正 投 入 量 ： 1- 5（ g N / ㎡ / 期間 ）
▼環境影響

▼玄米品質

下水処理水(農業集落排水) × 酒米(秋田酒こまち)
実験条件
ID

1
2
3
4

灌漑※
実験 肥 投入負荷
種類 料 NH4- N(ｇ/㎡) 前半 後半
パ 化
イ 成
間
ロ
欠
間欠
ッ
ト
プ
連
ラ
下
続 連続+
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水
間欠
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L
F

（1）パイロットプラント試験▼限界投入量の評価

38%
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14%
減
65%
減

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処
理
水

H
N

■原水■水路終端

78%
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599
732
117
73

ポ
ッ
ト

29
化
成

＠下新城南部農業集落排水処理施設※ID3 ： 連続→間欠→間欠※ID4 ： 連続→連続→間欠（2）ポット試験▼適正投入量の評価✓栄養塩除去率（N：38-78%，P：14-65%）✓整粒歩合 ：3,4,Ｈ,Ｎ＝一等米✓千粒重：負荷に応じた傾向 →灌漑方法・栽培面積

間間欠
欠による滞留時間の差

基準値範囲内5※中干し以前が前半,以後が後半

＠秋田高専ビニールハウス

２２ 実験方法 ～栽培日程～✓K: 茎数大 → K大✓望まれる環境的栽培条件→間欠灌漑→流下方向に長い栽培面積▼主要元素分析結果
試料
土壌
玄米✓基準値（As以外）
元素
Cu
Cd
Pb
As
Cd
→ 約1/3000～1/40
mg/kg µg/kg mg/kg mg/kg µg/kg
単位
実験開始時 2.75 118.11 85.04 4.77 －※As → 約1/4
実験終了時 3.79 39.53 0.13 4.34 25.21→ 減少傾向
基準値
125 150000 150 15 400→ 蓄積なし
法規制
1）
2）
2）
1）
1）

２３ 実験方法 ～調査・分析方法～

研【卒業研究】下水処理水を用いた酒造好適米（酒米）栽培
【品質】醸造に適した玄米が栽培可能
【安全】重金属の蓄積なし（玄米・土壌）
【特色】カリウム含有量の増加（清酒液量，味への影響）✓ID1 VS ID2 → 元肥基準投入量 ＝ 不十分✓ID2，4 栄養 VS 生殖 → 処理水投入により生育改善✓IDH＝N＞L → N以上の投入量で生育に与えられる影響少別▼非常用灌漑水
▼栄養塩の利活用※1）農用地土壌汚染防止法 2）土壌汚染対策法

４結論
✓生育
処理水の継続投入により，一定水準まで向上✓品質
粗タンパク ： 投入量適正値 1～5gN/㎡✓品質
整粒歩合，千粒重 ： 基準値を充足✓安全性
3年間の栽培で重金属の蓄積ほぼなし✓環境影響 除去率（P：14～65%，N：38～78%）✓限界投入量【X】 （栽培可能な全期間の投入量）
元肥投入量【5ｇN/㎡】 ＜ 【X】 ＜ 【ID3：600gN/㎡】✓適正投入量 （生育時期に応じた投入量）
栄養成長期：連続灌漑→幼穂形成期：1～5gN/㎡ →以降：間断灌漑― 65 ―

専攻科特別研究の概要（令和元年度）
研究テーマ

微生物が生産する有用物質の生合成に関する研究

研究者名

環境システム工学専攻

微生物が生産する有用物質の生合成に関する研究
指導教員

樋渡
流星・野池 基義 環境システム工学専攻 樋渡流星
秋田工業高等専門学校
秋田工業高等専門学校

物質工学科

1. 背景

5 . 陰 イ オ ン 交 換 カ ラ ムを 用 い た 精 製

平成27年度卒業研究において、上松研究室の佐藤里咲氏によって発見された。

[目的]

[実験]
青い色素を生産する放線菌をＩＳＰ2固体培地およびＩＳＰ2液体培地に植菌し、30℃、一晩,培養した。

特[結果]
一晩培養後、青い色素の生産が確認された。
数日培養後、青い色が消えた。

別研[ＩＳＰ２組成]
Yeast extract
Malt extract
Dextrose
Agar

野池基義

Diaion PA306Sは、強塩基性陰イオン交換樹脂である。この樹脂を用いて精製を行った。
[実験手順]
１）合成吸着樹脂Ｄｉａｉｏｎ HP20で精製した時の素通り画分を1000 ml流した。
２）水を3500 ml流し、カラムを洗浄した。
３）ギ酸‐水（1：99）溶液を1000 ml用いて、色素を溶出させた。

0.08%
0.2%
0.08%
2%

究

一晩培養後

[実験結果]
赤紫色の色素が溶出した。
NMRによる構造解析を行ったが物質を同定することはできなかった。
色素は、数時間後に色が消えた。
溶液を中性にしても消えた色は戻らなかった。

数日後

2. 菌の同定

溶出した色素6. TLCによる培養液中のアミノ酸分析[目的]
培養液中のアミノ酸の分析

青い色素を生産する放線菌の同定を行った。菌の同定では、
16s rRNAをコードするDNAの塩基配列を調べた。
[塩基配列データ] 解析塩基数： 732bp
GGACGAACGCTGGCGGCGTGCTTAACACATGCAAGTCGAACGATGAACCTCCTTCGGGAGGGGATTAGTGGCGAACGGGTGAGTAACACGTGGGCAATCTGCCCTT
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AGCTTGTTGGTGGGGTAATGGCCCACCAAGGCGACGACGGGTAGCCGGCCTGAGAGGGCGACCGGCCACACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAATATTGCACAATGGGCGAAAGCCTGATGCAGCGACGCCGCGTGAGGGATGACGGCCTTCGGGTTGTAAACCTCTTTCAGCAGGGAAGAAGCGAAAGTGACGGTACCTGCAGAAGAAGCGCCGGCTAACTACGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGTAGGGCGCAAGCGTTGTCCGGAATTATTGGGCGTAAAGAGCTCGTAGGCGGCTTGTCACGTCGGATGTGAAAGCCCGAGGCTTAACCTCGGGTCTGCATTCGATACGGGCTAGCTAGAGTGTGGTAGGGGAGATCGGAATTCCTGGTGTAGCGGTGAAATGCGCAGATATCAGGAGGAACACCGGTGGCGAAGGCGGATCTCTGGGCCATTACTGACGCTGAGGAGCGAAAGCGTGGGGAGCGAACA
Accession

分類名２）あらかじめ展開槽を展開溶媒で飽和させておき、TLCプレートを溶媒に浸した。

相同性(%)

KF772651.1

Streptomyces sp.

100

KF772641.1

Streptomyces sp.

100

AB222067.1

Streptomyces sp.

99

AB184254.1

Streptomyces fradiae subsp. acinicolor

100

AB184525.1

Streptomyces senoensis

99

KR085952.1

Streptomyces cirratus

99

AB222068.1

Streptomyces sp.

99

NR_043356.1

Streptomyces cirratus

99

MF686458.1

Streptomyces fradiae

99

LC005093.1

Streptomyces sp.

99３）溶媒の展開が終わったら、プレートを取り出し、ニンヒドリンを塗布し、ドライヤーで加熱した。

展開された培養液中のアミノ酸[実験結果]

Streptomyces fradiae subsp. acinicolorである可能性が高いことが分かった。

3. 合成吸着樹脂を用いた色素の精製[実験手順][実験手順]
１）TLCプレートに青色が付き始める前後の培養液をスポットした。またトリプトファン
溶液もスポットした

サ ンプル 素 通 り ３０％ ６０％ １００％

青色色素を生産するにつれて、培養液中のトリプト
ファンが減少していることが確認されたことから色素生産にはトリプトファンが使われている可能性が示唆された。

[展開溶媒組成]n-ブタノール：酢酸：水=4:1:1

7. 青色色素の生合成

１）培養液を遠心分離を行い（4℃ , 6000rpm,
15 min）、上清を回収した。

放線菌AHA1は培養液中に青色色素を生産することから、菌体外に色素の合成に関与する酵素を分泌し、この酵素の働きにより培養液に含まれる物質が化学反応を起こすことによって青色色素が生成することが考えられる。その検証のため以下の実験を行う。

２）上清をディスクフィルター（0.45 μm)でろ過した
３）合成吸着樹脂Diaion HP20をカラムに充填
した。
４）サンプルを2 カラム体積（ＣＶ）流した。
５）水を5 CV流した。
６）30%メタノールを2 CV流した。
７）60%メタノールを2 CV流した。
８）100%メタノールを2 CVで洗浄した。
９）それぞれの画分を回収した。

溶出した画分
[実験結果]

4. 赤紫色の色素の同定[反応溶液組成]Trp : トリプトファン溶液[目的]
合成吸着樹脂Ｄｉａｉｏｎ HP20で精製を行った30%メ
タノールで、赤紫色の色素が溶出された。この色素の同定を行った。

① : 0.1 M
Ｔｒｉｓ-HCl (pH 7.5)
0.05 mM トリプトファン
菌体外酵素[実験手順]
１）30%溶出画分をエバポレーターで濃縮した。
２）ナス型フラスコに移して凍結乾燥した。

Ｔｒｉｓ-HCl (pH 7.5)
ISP2培地
菌体外酵素③ : 0.1 M
0.05 mM

Ｔｒｉｓ-HCl (pH 7.5)
トリプトファン
水

分取HPLCで回収した画分

３）凍結乾燥したものを再び水に溶かし、分取HPLCを行った。
４）目的の画分を凍結乾燥し、1 mgの化合物が得られた。これをNMRおよびLC-MSで構造解析を行った。

ISP2 : ISP2培地[実験結果]NMRにより、トリプトファンであると同定した。

② : 0.1 M

トリプトファン

― 66 ―

T rp

Tｒｐ

①

②

③

I SP2

TLCによるアミノ酸分析

特専攻科特別研究の概要

別

令和2年度

研
究

掲載内訳
区分
生産

研

究

テ

ー マ

専攻科生 ・ 指導教員

状態オブザーバによるスイッチトリラクタンス発電機の位置
安杖
センサレス制御頁

海人 ・ 安東

至 68

生産 次世代半導体基板研磨システムの開発

遠藤

大輔 ・ 池田洋 69

生産 極低温流体を利用した医療用伝熱機器の流動・伝熱特性

児玉明優 ・ 野澤正和 70

生産 極低温流体を利用した医療用伝熱機器の流動・伝熱特性

小林

凌 ・ 宮脇

和人 71

生産 THz液晶デバイスのトポロジー最適化に関する研究佐藤裕汰 ・ 伊藤桂一 72

生産 極低温機器の性能向上を目指した最適冷却法の検討

鈴木

和也 ・ 野澤正和 73

生産

トポロジー最適化を用いたミリ波アンテナ用誘電体カバーの滝田
形状設計

和真 ・ 伊藤桂一 74

生産

積層型圧電素子を用いた弾性ヒンジ刃物台による精密加工の戸嶋研究

慈音 ・ 宮脇和人 75

藤島佑太 ・ 宮脇和人 76

環境 湖沼由来の温室効果ガス排出量の定量化および削減手法の開発 石井

武文 ・ 増田周平 77

生産 手押し台車を利用する動作の評価― 67 ―

専攻科特別研究の概要（令和2年度）

状態オブザーバによるスイッチトリラクタンス発電機の位置センサレス制御研究テーマ

状態オブザーバによるスイッチトリラクタンス発電機の位置センサレス制御
研究者名
生産システム工学専攻 安杖 海人・安東至Nat ional Instit ute of Technology, Ak ita College

秋田工業高等専門学校 生産システム工学専攻
安杖 海人

1．研究背景と目的

秋田工業高等専門学校

3．シミュレーションモデルと供試SR発電機
Vdc=24V
電圧
SR発電機 センサ

再生可能エネルギーに期待が高まっている

電流センサ

回転速度 N [rpm]iLg
vLg

va, vb, vc

特風力発電や小水力発電に用いられるギアレス
発電機は低速で多極化が必要である。
構造が単純で安価なスイッチトリラクタンス発電機（SR発電機）に着目
所

負
荷
抵
抗

6 ゲート

^
推定位置 θ

*
*
θ0a
, θca

①低速・低負荷
1,000rpm, -0. 1Nꞏm

究

研究テーマ
高効率制御

高速回転（～100,000rpm）

トルクリプル

トルク制御

メンテナンスフリー（ブラシレス）

磁気騒音が大きい

トルク制御

T-N曲線における検証動作点
供試SR発
発電機
180 [W]

定格出力 Pn

シミュレーションモデル

24 [V]

定格電圧 Vn
制御条件

巻数

40 [turns/pole]

電源電圧24 [V]（定格電圧）

巻線抵抗 R

0.088 [Ω] @20°C

通電方式

120 [°] 通電（180-300°）

コア直径

76 [mm]

計算ステップ10 [μs]

コア長

50 [mm]

位置センサレス制御

4．シミュレーション結果
目的
状態オブザーバを用いて回転子位置を推定するSR発電機の位置センサレス制御法についてシミュレーションにより基礎的な検討を行う.

オブザーバゲイン

2. SR発電機の状態オブザーバ
線形電圧方程式

状態方程式

自己インダクタンス
L[mH]研

解決すべき技術課題③高速・低負荷
8, 000rpm, -0.1Nꞏm②低速・高負荷
1,000rpm, -1. 0Nꞏm**
スイッチング θ0b
, θcb
ロジック
*
*
θ0c
, θcc
(120°)

ターンオン角θ0=180°
転流角
θc=300°効率がやや悪い（同期機＞SRモータ＞誘導機）

低コスト（レアアースフリー）
位置センサが必要（SRモータ＜誘導機＜同期機）

ia, ib, ic

信号

状態
オブザーバ

堅牢，安全性が高い（衝撃による磁石割れがない）

R

 v
s 
L( )


v Ri  s = L( )i

出力方程式

s : 微分演算子v   vavb

vc i  ia

ib

ic 

i=

T

1
 (4)
L( )

   a  b  c 

2.0sˆ R ˆ
  v  GΨ (iˆ  i )
L (ˆ)

0.5
0.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

1 ˆ
iˆ 

L(ˆ)

Gψ
v (センサ値) ++
-

電流センサ

電圧センサ

(4)

1

^

1 Ψ
s

112.55[rad/s]

最小値

96.86[rad/s]

回転速度N=1,000rpm 負荷トルクTL= -0.1
Nꞏm

誤差平均

0.30[°(elec.)]

誤差率0.42[%]

出力方程式s  

SRM
Jm , Bm

電磁トルクTeは線形トルク式を使用
1 dL( ) 2i
2 dTe , ω

1
i

L( )

^

Ψ

1 
1 d  1  ˆ 2    Gω (iˆ  i )  Bmˆ  
J m 
2 dˆ  L (ˆ)  

電流センサ

電流センサ

(7)

Te
+
-

100

位置オブザーバゲインGθ

145

1～15 A

0.1

誤差平均
誤差率

-0.3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
回転子位置θ [°(mech.)]6.67[%]

1iΣ 12 dθd L(θ)

+

Gω

Gθ

^

誤差平均

112.07[rad/s]

誤差率106.56[%]

最大値

283.92[rad/s]

最小値-623.78[rad/s]

リップル値

^

-

1 ω ++s^i (センサ値)-339.862[rad/s]
推定回転子位置θ

回転速度N=1,000rpm 負荷トルクTL= -1.0 誤差平均
Nꞏm
誤差率

116.13[°(elec.)]
156.4[%]

推定位置

1
s

^

θ

5.まとめ

Bm

^ ： 推定値

0.156[A]推定角速度ω

-0.5

1 ++
Jm

ブロック線図

電気系
電流

1

L(θ)

R

^

^

Ψ2

i センサ

i +^

^

•

線形状態オブザーバを用いて回転子位置を推定する
SR発電機の位置センサレス制御法についてシミュレーションにより基礎的な検討を行った•

低負荷の-0.1Nmではどの回転速度においても推定回転子位置は良好な結果が得られた•

今後の課題として高負荷においても位置推定ができるように非線形を考慮した状態オブザーバの構築を行う

機械系

Gψ
^

1 Ψ
s
L(θ)

0.3
-0.1

^

機械系の状態オブザーバsˆ 
ˆ Gθ (iˆ  i )0.117 (=抵抗R)

角速度オブザーバゲインGω

推定電流iaJm： 慣性モーメント [kgꞏm2]
Bm：粘性摩擦係数
ω： 角速度 [rad/s]
θ： 回転子位置 [°]1 d  1  2
Te ( )   (6)
2 d  L( ) Gω： 角速度オブザーバゲイン
Gθ： 位置オブザーバゲイン

磁束オブザーバゲインGΨ

0.5

1 
1 d  1  2   Bm   J m 
2 d  L( )  s 

15.68[rad/s]

オブザーバゲイン

状態方程式

  s

v ++-2.71[%]

最大値

推定回転子位置θ

ブロック線図T
J m s  Bm (5)e ( )

電圧センサ

3.01[rad/s]

誤差率^

機械系の運動方程式

sˆ 

i +-

誤差平均

L(θ)

^ ： 推定値
GΨ ： 磁束オブザーバゲイン

Te ( )  ^

1.01[%]

リップル値

i (センサ値)

^

L(θ)

R

0.0021[A]推定角速度ω

Ψ： 鎖交磁束 [Wb]
L： 自己インダクタンス [H]

(3)

0

誤差率

1.0

T

電気系の状態オブザーバ

5

位置オブザーバゲインGθ

誤差平均

1～15 A

1.5

SR発電機の自己インダクタンス

v： 相電圧 [V]i： 相電流 [A]R： 相抵抗 [Ω]0.117 (=抵抗R)

角速度オブザーバゲインGω

推定電流ia

回転子位置 θ [°(mech.)]T

磁束オブザーバゲインGΨ

2.5

SR発電機の等価回路

電磁トルク Te [Nꞏm]

別

長

AHB
インバータ

RL

軸トルク Ts [N・m]

環境問題が深刻になり

1

Σ 12 dθd L(θ) T
^

^

+
-

Gω
1 ++
Jm

e

Bm

Gθ
^
+
1 ωm +
s

推定位置
^

1 θm
s

SR発電機の状態オブザーバ― 68 ―

専攻科特別研究の概要（令和2年度）

次世代半導体基板研磨システムの開発

研究テーマ
講演番号

T19-SP-03

kitイ
a In
du基
str板
ialの
Te研
chn磨
olo特
gy 性
Center
電界砥粒制御技術を適用したサフAァ
ア

研究者名

生産システム工学専攻

遠藤

大輔・池田

洋

・秋田工業高等専門学校 生産システム工学専攻 遠藤 大輔, 池田 洋
・秋田県産業技術センター 久住 孝幸 ，越後谷正見，赤上 陽一
LED用半導体基板

研究背景

単結晶サファイア

高硬度，高い化学安定性
サファイア基板製造プロセス

遊離砥粒研磨技術

難加工性材料

特

インゴット

研磨工程

ウェーハ

別

表面粗仕遊
上 離砥粒
表面
終仕上
研最磨
ラ ップ

研削
工程

CMP

研

切断
工程

外周
形成

究

オイルベーススラリー 水ベーススラリー
電界砥粒制御技術を適用したサファイア基板向け
高効率ラッピング技術の開発→加加工時間の短縮，加工コスト低減

難加工性材料のため研磨加工に長時間必要(Siに比べ，40倍の加工時間がかかる)

電界砥粒制御技術

砥粒分布の観察実験イメージ

電界印加時のスラリーの流れ

電界砥粒制御技術（オイルベース）

ハイスピードカメラ

スラ リ ー

電界サファイア基盤

サファイア 研磨ヘッド

往復運動
電
極

吸引力

吸引力

AC

電
極

電界
定盤

実験結果
絶縁流体
(ｼﾘｺﾝｵｲﾙ):
誘電率2.5砥粒(ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞ):
誘電率6
誘電率に差

A
C

電界を印加することによって，研磨界面の砥粒分布を向上→研磨効率向上 ・ 工作物の表面品位向上

電界で砥粒に吸引力が作用→砥粒の配置を制御

電界砥粒制御技術を適用したサファイア基板の研磨特性(1)電圧と研磨除去量の関係
除去量(mg)

除去量(mg)

電界有

8

無電界
7.5
7
6.5
0

実験装置
ブラシ(GND側）

0.5

1

1.5

電界有
無電界

回転軸

研磨ヘッド(電極)ブラシ(+側）定盤(電極)
秋田県産
業技術センター砥粒

チェーンクラスター形成
電極

A
C
電極
チェーンクラスター時の砥粒の様子

02

電圧(kV)

絶縁体

7
6.5
6
5.5
5
4.5
4

電界有

チェーンクラスター(2)周波数と研磨除去量の関係

8.5

電界無

電界を印加することによって,研磨界面の砥粒分布拡大

12

周波数(Hz)

3

4

5

6

7

8

9 10

除去量が無電界を大きく下回っている

チェーンクラスターが研磨界面の外周に発生し、壁を作ってしまう↓砥粒の研磨界面への流入が抑制され、除去量が減少。

まとめ
1.

電界による吸引作用がスラリーの飛散を抑制し，スラリーの研磨界面への流入量を増加させる．

2.

サファイア基板の除去量は電圧上昇に伴い増加し，且つ1Hz,8Hzで除去量が高い値を示すことか
ら，今回の実験では，良好な除去量が得られる最適な電界条件は電圧が2kV,周波数が1Hz,8Hzであると考えられる．

3.

3Hzおよび10Hzでは研磨界面外周部のエッジの部分にチェーンクラスターが発生し，砥粒の流入が抑制されたことが推測され，除去量は減少した． 8Hzにおいては砥粒のチェーンクラスターが崩壊した際に電界効果が回復したことによって，除去量が向上したと考えられる．

― 69 ―

専攻科特別研究の概要（令和2年度）
研究テーマ

極低温流体を利用した医療用伝熱機器の流動・伝熱特性

極低温流体を利用した医療用伝熱機器の流動・伝熱特性
生産システム工学専攻 児玉 明優・野澤 正和

研究者名

秋田工業高等専門学校
野澤研究室 生産システム工学専攻2年 児玉明優
◆研究背景・目的

特現在，癌やイボの治療の一つとして凍結外科療法が有り，クライオプローブを用いて腫瘍を凍結・壊死させている．施術の精度向上のために，クライオプローブの先端を細くすることが要求されている．そのため，極低温流体の狭小流路における流動・伝熱特性の知識が必要となる．これまでクライオプローブを模擬した二重円管流路や可視化観測可能な矩形断面の狭小流路を製作し，熱伝達特性や流動状態の観測を行ってきた．しかし，液体窒素を用いた狭小流路実験の場合は実験回数の制限や熱侵入の影響を考慮して実験する必要がある．
そこで本研究の目的は数値解析を用いて狭小流路内の液体窒素の流動状態を明らかにする．数値解析結果の精度検証のため，メッシュ数の異なる3つのモデルを用いることによって適切なメッシュを検討し，常温の水 (293 K) と液体窒素 (77 K) のそれぞれの物性値を設定することにより，極低温流体の場合における流動特性を考察した．

別◆OpenFOAMの概要◆結果と考察研
究OpenFOAM (Open source Field Operation And Manipulation) とは，
GNU General Public Licence (GPL)のもとで公開されているオープン
ソースの数値流体力学 (computational fluid dynamics: CFD) ツー
ルボックスである．オブジェクト指向プログラミング言語C++で開発された偏微分方程式ソルバー開発用のクラスライブラリであり，C++のシンタックスをフルに活用して，高い記述性と拡張性を実現している．

①メッシュの検討◆流体解析の手順
ソルバーの選択OpenFOAMにおける計算条件
ケースディレクトリの作成
設定手順及び計算実行は次の通りである．
ソルバーは一般解析と異なり，メッシュの設置
問題ごとにソルバーが分かれているため，解きたい問題に合った
物性値の設定ものを選ぶ．
メッシュは解析領域を分けるも重力の設定のであり，これによりコンピュー
ターで数値解析ができるようにな
乱流モデルの設定
る．
離散化スキームは有限体積法
境界条件の設定による離散化の形式を決めるもので計算精度と安定性を加味しながら決定する．
離散化スキームの設定
代数方程式ソルバーは離散化
したときに得られる代数方程式の代数方程式ソルバーの設定
解法を決定するものである．
圧力-速度連成手法はSIMPLE法，PISO法，PIMPLE法などがあり， 圧力-速度連成手法の設定
解析したい流体によって使い分計算の制御の設定
ける．
計算制御設定を終えたら，計算を実行し，その計算結果を評価計算の実行するためにParaViewによって後処理を行う．
結果の評価

図3 液体窒素のY軸
軸方向流速分布 (2.00 s)

・メッシュの格子が0.05 mmの条件（図3©）において，0.2 mmや0.1mmで確認できなかった細かな流動構造が確認できた．
したがって，メッシュの格子は0.05 mm以下に設定するのが望ましいと言える．
②液体窒素と水の流動状態の違い(a) Y = 0.0005 m(a) 液体窒素(77 K)(b) 水(293 K)

図4 液体窒素と常温の水のY軸軸方向流速分布〇ｙ軸方向の流速分布（図4）・液体窒素は水と比較して，流路の底部までジェットが生じている．
・水の計算結果では，流動が左右非対称となった．
〇ｘ軸方向の流速分布（図5）・液体窒素のほうが大きい流速となった．
・液体窒素は，流路下部まで渦が発達していることが確認できた．

(b) Y = 0.0015, 0.0020 m

図5 液体窒素と常温の水のX軸軸方向流速分布

図1 OpenFOAMにによる計算の一連◆実験方法・条件◆まとめ

解析モデルを図2に，計算条件を表1に示す．
表1 計算条件

図 2 解 析 モ デル

計算格子間隔 Δx =Δy (mm)

0.2

総格子数

32840

0.1
0.05
11487 45055
86
自動調整
計算時間間隔(最大クーラン数1.0)
空気(293K)
1.51×10-5
動粘性係数ν
水(293K)
1.00×10-6(m2/s)
液体窒素(77K)
2.02×10-7
空気(293K)1.21
密度
水(293K)
1000
ρ(kg/m3)
液体窒素(77K)
808
乱流モデル
標準k-εモデル
1.0 m/s，(77K，
inlet
293K)
outlet1,2
大気圧
境界条件
walls
壁面，non-slip
front and back
壁面，non-slip① メッシュの検討
1メッシュ当たり0.05 mm でY字の分岐流れや，グラフの分布が大きく異なって表れた．
② 流入流体による流動挙動の比較
液体窒素と水の計算結果の比較により，物性値の違いによる流路
内の流動状態の違いが確認できた．

◆今後の課題
1)実験結果との比較を行う．
2)数値解析によって得られた数値データを用い，渦度を算出して流動状態および加熱による影響の考察を行う．

― 70 ―

専攻科特別研究の概要（令和2年度）

National Instituteof Technology, Akita College
極低温流体を利用した医療用伝熱機器の流動・伝熱特性

研究テーマ
研究者名

移動する運動補助装置を利用した時の人体への振動評価
生産システム工学専攻

小林

凌・宮脇

和人

小林 凌 宮脇 和人 斉藤 亜由子 小林 義和 木澤 悟
秋田工業高等専門学校 生産システム工学専攻

研究目的
日本では今現在,65歳以上の高齢者人口が平成29年度時点で27.7％を超える超高齢化社会であり,運動器疾患を抱えている人々が急増している.
秋田県でも高齢化人口は年々増加傾向にあり,平成30年7月時点で36.3％となっている.加齢による運動器疾患は,多くの疾患が積み重なり発生することが多い.それらの症状を表す概念がロコモティブシンドロームである.通称ロコモの国内推計患者数は予備軍も含めると4700万人にも上り,国民病と言える.対策方法のひとつとして継続的に体を動かし筋肉を維持することが挙げられるが,年齢を重ねると運動を億劫に感じる人は多くなる.このことから手軽に運動を行いつつロコモの予防につながる装置を開発しようと考え,本研究室ではこれまでに全身運動を行う機器としてローイング型の運動装置と負荷調節機能を加えた運動補助機器を開発した.そこで,開発した装置を用いて実際に使用した際の使用者の健康に対する影響を平地
走行時の振動計測により評価した.

特

実験方法

別
研

開発した移動型の運動補助機器は,図1に示すように座席の前方にある左右2本の支柱に接続されたハンドルを握り,支柱下部に備えられたフット
レストに足部をのせて前後に漕ぐことで前輪が駆動するようになっている. この移動型の運動補助機器の座席に加速度ピックアップ(リオン社 PV62)を設置し，被験者をその座席に着席させる．被験者には前述の使用方法に従って機器を前進させて，その時に発生する振動を計測した.加速度
ピックアップから3ch振動入力プリアンプ(リオン社 VP-80)を介して三軸振動計(リオン社 VM-54)へと振動データが入力されるようになっている.(図2)
これにより補正加速度実効値(RMS)等を算出することができる.計測時間は30秒間である.図２に運動装置の仕様を示す.
表１ 移動型運動補助装置の仕様

究

図１(b)側面

図１（a）正面

図2 測定システム

実験結果

走行実験によって得られた３軸振動合成値,日振動曝露量,補正加速度実効値（RMS）による評価を試みた．開発した運動補助機器に被験者が乗員し，平地走行時の振動計測によって得られた３軸振動合成値av[m/s2]の最大値と最小値より，１日の全身振動暴露の許容時間t[hour]を求めたものを表2に示す．被験者5名による結果でavが最大値のとき，最短で平地では1.3時間暴露されても問題ないことを意味する．高齢者介護施設等でのリハビリで用いる場合,20~60分の使用が想定される為，本実験で実施した平地の状態での使用であれば使用者への健康に対する影響は充分
問題ないものと考えられる.計測により得られた被験者Cの補正加速度実効値のグラフを図３に示す.また車いすで同様の実験を行ったときの図４と比較したところRMSの傾向がほぼ一致しているためRMSの観点からも体に曝露される振動はほぼ問題ないと言える.
被験者Ｃ
0.45

0.4

0.4

0.35

0.35

0.3

各軸方向のＲＭＳ[m/s²]

実際の現場での使用を考えると平地走行だけ
でなく斜面走行における振動も測定する必要がある.また,現段階では直進することしかできないた
め将来的に実用的なものにするためにはステアリ
ング機能を有する必要がある.

各軸方向のＲＭＳ[m/s²]

今後の課題

被験者C(車椅子)

0.45

0.25
0.2
0.15
0.1

0.2
0.15
0.1

0.05
0

0.3
0.25

0.05

0

5

10

15
計測時間[sec]

20

X

25

Y

Z

30

図３ 運動装置におけるRMS

0

0

5

10

15
計測時間[sec]

20

X

25

Y

Z

30

図４ 車いすにおけるRMS

表2 走行実験で得られた全身曝露振動の許容時間

お問い合わせ先 秋田工業高等専門学校 機械系知能機械コース 宮脇和人 E-mail: miyawaki@akita-nct.ac.jp
TEL: 018-847-6036
所在地： 秋田県秋田市飯島文京町1-1― 71 ―

専攻科特別研究の概要（令和2年度）

THz液晶デバイスのトポロジー最適化に関する研究
THz液晶デバイスのトポロジー最適化に関する研究

研究テーマ
研究者名

生産システム工学専攻

佐藤佐藤裕汰
裕汰・伊藤
指導教員 伊藤桂一

研究背景

LCを組み込んだメタマテリアル

テラヘルツ波の伝搬を制御するための能動素子の開発は，
テラヘルツ波応用の発展のために急務である。

特①サブ波長の単位構造を無数に集結させて作製した
電磁メタマテリアル
所望の有効誘電率及び有効透磁率を実現することができる有望な素子として期待
負屈折率等の特性を示すものが提案，実証

別[1]基礎的検討として…
最初にLC単体を大きく超える複屈折を有するクロスス
ロット型の偏波変換性能について，メタマテリアルの単位構造のみにスポットを当てて解析した場合と，メタマテリアルとした場合の結果について検討した研
究②外場に応答し，電磁波をアクティブに制御することができ，光学異方性を示す液晶(Liquid Crystal：LC)
テラヘルツ帯においても異方性を示すことが示され，能動テラヘルツデバイス用の有望な材料となっていて，高機能化が求められる解析条件と解析結果
PML

励振面

液晶デバイス

観測点
PML

LC

[2]液晶デバイス形状の最適化
次にクロススロット型の偏波変換性能を超える性能を得ることはできないかメタマテリアル液晶デバイスの形状設計を行い，試作に向けて検討した
クロススロットのパラメータを変動させた時の式(1)より求めた方位角ψの値について検討

270μm

270μm

0

132

432

z

732 864𝜓𝜓𝜓𝜓 = tan−1 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑧𝑧𝑧𝑧

(1)

𝑦𝑦𝑦𝑦

170μm
x

d

x[cell]図1 解析領域(単位構造の場合)

𝐸𝐸𝐸𝐸

metal

透過波

入射波

桂一

w

y

図2 クロススロットの寸法

・解析中心周波数：0.6[THz]・1セルのサイズ：5[μm]・解析領域：864×54×54セル
・領域を囲うように吸収境界条件のPMLを挿入(単位構造の解析)
・x-y平面とx-z平面に周期境界条件を導入(メタマテリアルの解析)・面波源で正弦波変調ガウシアンパルスを与え，45°の角度で斜め入射・x軸上の中心に液晶デバイスを配置
・LCの比誘電率テンソルは，𝜀𝜀𝜀𝜀𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝜀𝜀𝜀𝜀𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦 = 2.3716，𝜀𝜀𝜀𝜀𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧 = 2.8561
・図2において，スロット長l=170[μm]で厚さd=15[μm]と固定し，幅w を変化，幅w=50[μm]に固定し，厚さd を変化させた

図3 ψとdの関係

図4

ψ とwの関係

どちらも厚さdを大きく，幅wを小さくする
ことでψが大きくなるという結果が得られた

NGnetを用いたトポロジー最適化

液晶デバイスの偏波変換性能向上を目指し，厚さ1セル，2×2セルのグループでLCまたは金属が与えられるように形状の最適化をした目的関数として，ψを最大化する①トポロジー最適化
ように設定した・THz液晶デバイスの性能を最大限得る

z③液晶デバイスの生成ことができる形状を求める
・滑らかな形状を得るためにNGnetを用いる (a)液晶デバイスにはNGnetのガウス基底
y・複数のガウス関数を設計領域内に配置し， 数n×nを等間隔になるように配置し
図6 液晶デバイスのて単位領域”F”を定義する
空間を滑らかに分割して，ON/OFFで
図7 𝜓𝜓𝜓𝜓と𝑛𝑛𝑛𝑛の関係
最適化形状
1/8の領域のみonとoffの設定をする
形状を表現する(緑色:金属，水色:LC)(b) 最適化形状がLCを内包していない. ②NGnet
場合は等方的となるようにするため，
どの基底数においても既存の形状で・設計領域内に重なりを持たせてガウス最適化したFを軸対象となるように基底を配置し，正規化を行う
あるクロススロット型を超える偏波
コピーする
・重み係数wを乗算し，座標ごとに総和を
試作時に液晶の漏れを防ぐために，変換性能を付与することができ，とったものが NGnetの出力yとなる
デバイス端を4セル金属と設定して液晶形状の等方性も保たれていた。
y ≥ 0：ON→金属 y < 0：ON→液晶
デバイスの形状とした
・wをμGAにより最適化する：y ≥ 0：y < 0

図5 NGnetの出力イメージ(a)ガウス基底の配置例(b)Fの配置

図6 設計領域の設定― 72 ―

NGnetを用いたトポロジー最適化
はTHz液晶デバイスの形状設計に有効であり，十分な設計性能を有していることが示された。

専攻科特別研究の概要（令和2年度）
研究テーマ

極低温機器の性能向上を目指した最適冷却法の検討

研究者名

液体窒素の蒸発・凝縮現象に関する基礎研究
生産システム工学専攻
鈴木 和也・野澤 正和
秋田工業高等専門学校
野澤研究室 生産システム工学専攻2年 鈴木 和也◆研究背景

極低温流体を用いた超伝導機器の冷却において，冷却性能の向上とそれに伴うコスト抑制は実用化の際に重要となる．近年，開発が進められている医療用MRIでは，熱サイフォン効果を利用して蒸発により生じたヘリウムガスを，凝縮させることで再度冷却に使用し，外部に放出されるヘリウムガスを減少させる冷却系の採用が検討されている．
本研究では，極低温流体として液体窒素を用いることによって，低温の窒素ガス雰囲気における蒸発・凝縮現象の伝熱・流動特性を明らかにする．今年度は凝縮現象可視化のための試験部の製作および装置の動作観測を行った．

特

◆実験結果

◆自由対流熱伝達と凝縮熱伝達の発生機構

蒸発実験及び凝縮実験で得られた結果を図7～図11に示す．
-80
蒸発実験
t=0sect=50sec
・加熱中のヒータ近傍の温度分布-90t=100sec

別

t=150sec

T,℃

t=200sec
図7より，加熱開始50sec後までは温t=300sec
t=350sec-100度境界層が発達していないことが分かる．その後，100sec以降では，ヒータ近-110
傍に温度勾配が生じ始める．200sec以-120
降では，温度分布が相似形となった．
・流動状態の評価
-130
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
グラスホフ数Grを用いることによってposition,mm
評価した．
図7 加熱中の時間毎の温度分布
図8から，2回の加熱においてGrは加 1.2 x10
熱開始直後に急激に上昇していること
1 x10がわかる．温度分布が十分に発達するとGrの変化は小さくなり，その後減少す 0.8 x10
Tる傾向となる．このような傾向になる原
0.6 x10因として、加熱円柱まわりの温度境界
滴状凝縮が生じる際は，発生した水膜がすぐ合体して落下し，その層が関係していると考えられる．加熱開 0.4 x10
後方に新鮮な固体面を生じる可能性が高くなるので，熱伝達率は
始直後の温度境界層が未発達の段階
膜状凝縮よりも高くなる．
500
1000
1500
2000
では，円柱近傍に非定常的に熱移動が 0.2 x10 0t,sec
発生するため，自由対流による駆動力
図8 グラスホフ数の時系列変化
が大きくなる．
105◆実験方法・装置
・熱伝達特性の評価
蒸発実験
104
ヌセルト数Nuおよびレイリ―数Raを用
温度計を円柱下端から26mmの位置に設置する．円柱表面温度を いることによって評価した．
103
T1とし，水平方向にそれぞれ,1,2,3,mm離れた位置での温度を
図9中に藤井による，伝熱面熱流束一EXP.
T2,T3,T4とする．クライオスタット下部の液体窒素の自然蒸発により， 定の場合における局所ヌセルト数の近Fuziiの式
102
窒素ガスを充鎮する．
似式との比較を示す．実験結果は，曲線よりもNuが大きい値であった．これは101
温度境界層が十分に発達しておらず，
加熱円柱
非定常状態だったことが考えられる．ま
100 5
10
106
T1 T2 T3 T4Raた，ヒータの加熱による自由対流の他
メモリ
図9
局所ヌセルト数の変化に，液体窒素の蒸発による対流の効果
クライオ
ハイコーダ
も含んだ結果であると考えられる．
26
mm
スタット
6

5

Gr

1

5

Nu

5

SUS管(Φ12, t1.0)
SUS管(Φ100.,t1.5)
銅管(Φ12,t1.0)

T2
T1

図4 実験装置系

図5 実験装置模式図

T,℃

T3

凝縮実験
・試験部の観測
図10に冷却時における試験部の観測
写真を示す．今回，円柱周りに水蒸気が固化することは観測できた．したがっ
図10 冷却時における試験部て，実験装置が正常に作動することは0確認できた．しかし，液体空気を生成す
T4
ることはできなかったため，今後は液体-50
窒素を減圧して，より低温で実験を行う．
・冷却中の温度分布-100
図11は凝縮界面近傍の温度分布を示-150したものである．0 mmを凝縮界面としている．凝縮界面から遠ざかるにつれて，温度勾配が緩やかになっていく．図から， -200 0 1 2 3 4 5 6 7
position,mm
温度境界層厚さが1mm以下であること
図11 冷却時における円柱近傍のが確認できた．

T4

60 mm
30 mm

8

図6 試験部模式図

温度分布

◆まとめ

◆謝辞

・液体窒素の凝縮実験により，実験装置の動作確認ができた．
・温度境界層の発達区間は試験部表面から1mm以下であることがわかった．

本研究を行うにあたり，実験装置の製作をして下さった
技術教育支援センターの方々に深謝申し上げます．

― 73 ―究

65

図2 実験装置系
図3 試験部模式図
凝縮実験
温度計を円柱下端(T1)，円柱下端から30mm(T2),円柱下端から60mm(T3),円柱近傍(T4)の合計4点に設置する．上方から液体窒素を供給し，T4の位置を変動させることにより，温度計測を行う．

研・自由対流熱伝達
静止流体中に温度差が生じた時，比重の差による浮力の影響で，自然に相対的な流れが生じる現象．
・凝縮熱伝達気相への伝熱によって気相から吸熱されることによって相変化が生じ
る現象．
・膜状凝縮
凝縮液が冷却面を濡らして液膜となり，これが面に沿って移動し，
（a）底部
(b)上部
下流になるほど厚くなる状態．
図1 自由対流可視化写真
・滴状凝縮(シュリーレン法)
冷却面の濡れやすさに影響され，面上に滴となって凝縮する状態．

専攻科特別研究の概要（令和2年度）

トポロジー最適化を用いたミリ波アンテナ用誘電体カバーの形状設計
トポロジー最適化を用いたミリ波アンテナ用誘電体カバーの形状設計

研究テーマ
研究者名

生産システム工学専攻

滝田滝田和真和真・伊藤
指導教員 伊藤桂一

桂一

研究背景

特
別

ミリ波センサは自動車の衝突回避用センサ，水位センサなど高精度測定に有用。ミリ波センサの設計においてアンテナはキーデバイスとなり、アンテナへの小型化、高利得化、高効率化の要求は高い。
特に，ミリ波センサを屋外で使用した場合、アンテナを保護するカバーが必要となるが、誘電体カ
バーはアンテナ特性に影響を与えるため、誘電体カバーを装着した状態でのアンテナ設計が必要。

研
究アンテナを保護しながら放射特性を改善する誘電体
カバーを開発することが本研究の目的。

図1

従来型

図2

半球追加型

従来型の平板誘電体カバーに半球を追加する
ことにより利得増加を確認。本研究では半球追加型よりも利得を改善する新規構造の設計をポ
ロジー最適化により行う。
設計領域

解析モデルと解析条件

3.84mm / 辺

8スロット導波管スロットアレーアンテナ用の誘電カバーを設計する。
誘電体板に立方体のトポロジー最適化の設計領域を各スロット上に設け設計領域た。１つ設計して残りはコピーして設計する。
誘電体層
計算条件
•
励振周波数 f=76ＧＨｚ（波長λ=3.95mm），TE10モード，CW波•
セルサイズ⊿=0.08 mm ／ 吸収境界条件：PML（8層）
t = 1.6mm
誘電体カバー寸法
導波管スロットアレーアンテナ寸法
w = 5.6mm
誘電体カバー幅w=5.6 mm•
導波路寸法 2.54×1.27 m（WR10） ••誘電体カバー厚さt=1.6mm•
導波路波長λg=6.24mm
Slot•
誘電体カバーの長さl=31.2mm•
スロット数：８
Waveguide•
誘電正接tanδ=3×10-3•
アンテナ幅W=20 mm
W
•
比誘電率ε
=2.6
•
スロット長=2.00 mmr→PLA（ポリ乳酸）を想定•
スロットオフセット=0.48 mm•
スロット間隔=3.12 mm
図３ トポロジー設計領域と•スロット開口面壁厚=0.24mm
導波管スロットアレーアンテナ

NGnetを用いたトポロジー最適化
NGnetとは正規化されたガウス関数を基底関数として用いた関数近似器であり、それぞれのガウス基底の重み係数を変化させることにより空間を滑らかに分割して誘電体(on)と空気(off)を設定できる。最適化結果がチェッ
カーボード状になりにくく，試作可能な形状が得られる。
トポロジー最適化結果を図5，図6に示す。最適化されたカバーは図1，図2の従来型，半球追加型と比較しても利得を改善するカバーを設計することができた。

図5

誘電体カバーのトポロジー最適化結果（左：上面，右：背面）― 74 ―

図4

トポロジー最適化のイメージ

図6

H面放射パターンの比較

専攻科特別研究の概要（令和2年度）

National Instituteof Technology, Akita College
積層型圧電素子を用いた弾性ヒンジ刃物台による精密加工の
研究テーマ

研究
圧電素子と弾性ヒンジを用いた表面テクスチャ創成加工の基礎的実験

研究者名

生産システム工学専攻

戸嶋

慈音・宮脇

和人

戸嶋 慈音，宮脇 和人
秋 田 工 業 高 等 専 門 学 校 生 産 シ ステム工 学 専 攻

１．緒言
エネルギー損失問題，環境保全の観点から機械システムの摩擦損失低減のための表面テクスチャリング技術が利用されるようになっている．表面テクスチャリング技術とは表面に微細な凹凸を付加する加工技術のことであり，主に摺動面の表面機能を向上する際に使用される．テクスチャリングのくぼみによって摩擦粉などの異物を捕捉することによる部品寿命の増加，流体動圧効果の負荷容量が増加することによる摩擦力の低減，油だまり効果が期待される．本研究では将来的にマシニングセンタへの取り付けを考慮した，積層型圧電素子の基礎実験として，3軸方向に粗動アクチュエータを使用し，レーザ顕微鏡による切削面評価を行った．

３ ．研究結果
切削時に圧電素子に印加する電圧を決定するため，静電容量方式非接触微小変位計とプローブを用いて変位を測定した．図3のように表面テクスチャの凹凸深さは本来，切込み方向の振動振幅により決定づけられ，振幅が大きいほど振動による切り込み量は増える．
しかし，振動する工具が前進する際に，工具逃げ面によって凸部を押しつぶすことによって創成されるため，振幅よりもテクスチャは低くなる．このような理論に基づき，実際に創成されるテクスチャの高さを1 μmになるように印加する正弦波の値を表1のように決定した．
圧電素子に正弦波を印加して加工を行う前に，粗動アクチュエータのみを利用して表面粗さRz=0.02を目標とした平面出しを行った．平面を出した後，送り方向以外の粗動アクチュエータの軸を固定し圧電素子に印加しながらテクスチャリング加工実験を行った．また，同時に力センサによる背分力の測定を行った．加工実験後は速やかにレーザ顕微鏡による観察をした．図4にレーザ顕微鏡で撮影したテクス
チャの様子と深さとピッチ間距離の計測地点を示す．観察するテクスチャとして被削材を10 mm加工したうちの中心付近240 μm間の連続する25個を抜き出し，それぞれ高さ，ピッチ間の距離を計測した．その後，不偏標準偏差を計算することにより，テクスチャ精度評価を行った．図5に創成したテクスチャの高さの分布を示す．標本平均は1.01 μm，不偏標準偏差は0.08であった．これにより，圧電素子を利用した微動アクチュエータの繰り返し精度が高いことを示す一方，塑性変形を伴う加工が含まれることから，ばらつきが大きい箇所が含まれていると推察する．
Probability density function

6

4

2

0

0.5

1

Texture height µm

Fig.3 Texture generation
principle

Fig.4 Texture measurementpoint― 75 ―

Fig.5 Texture height

1.5

究

Fig.2 Elastic hinge tool post

研

Fig.1 Precision positioning apparatuses

Work piece material A2017
10 mm×120 mm×6 mm
Cutting tool
Sumitomo Electric Industries
DA1000feed speed
50 μm/sWave type
Sine wave
applied voltage
19.5 V
Frequency
5 Hz

別Table.1 Experimental conditions

特2 .実 験 方 法
図1に精密位置決め装置を示す．粗動アクチュエータとしてボールねじとリニアガイドから構成される三軸駆動ステージに，Z軸方向に積層型圧電素子を内蔵した刃物台を組成したデュアルサーボ機構を採用している．積層型圧電素子は高応答，高分解能，小型等の特徴を有する反面曲げ方向の応力に弱いという特徴がある．対策として刃物台に弾性ヒンジを設け，切削抵抗に耐えることが可能な構造とした．目標テクスチャ寸法は超音波振動切削による表面テクスチャ加工を参考に，将来的な人工関節摺動部等の数十ナノオーダーの精度が求められる加工も考慮し，ピッチ間隔10 μm，深さ1 μmとした3)．圧電素子の変位量が1 μmになる電圧を静電容量センサで測
定後，ファンクションジェネレータ(Taktroni社AFG1022型)とアンプを利用して積層型圧電素子に正弦波を印加しながら，X軸方向に粗動
アクチュエータで送り切削した．加工時には力センサ(ナノコントロール社製GA901)による切削抵抗の測定，被削材はレーザ顕微鏡(オリンパス社製LEXT OLS4000)を利用して切削面の観察，測定評価を行った．実験条件は表1に示す．

専攻科特別研究の概要（令和2年度）

National Instituteof Technology, Akita College
手押し台車を利用する動作の評価
研究テーマ
研究者名

手押し台車を利用する動作の評価

生産システム工学専攻

藤島

佑太・宮脇

和人

藤島 佑太 宮脇 和人
秋田工業高等専門学校 生産システム工学専攻

研究目的
工場など生産現場や運送業、ショッピングモールなどで台車がよく使われているがその台車を押している動作を工学的に評価している事例は少ない。そこで、本研究は工場などで使われている一般的な台車を利用している様子を三次元動作解析装置と床反力測定装置
を組み合わせたシステムを用いて解析することで台車を押す人の下肢にどのような影響が現れるのかを評価する。

特
別
研
究

研究方法
動作の解析には、三次元動作解析装置(Vicon Bonita 10 カメラ8台 図1)と床反力測定装置(Kistler 9286 2枚)と自作の歩行路を用いて実験を行った。三次元動作解析装置は、主要な関節35点にマーカーを取り付け(図3)、そのマーカーを赤外線カメラで撮影し、マーカーの動きを追跡することで様々な動きを座標データとして測定することが可能である。床反力測定装置は、床反力の測定が可能である。歩行路
は、床反力測定装置と床との高さの差を無くし、スムーズに台車を移動することができる。
実験条件は、二つの床反力測定装置の交点を原点とし、左右方向をX軸、前後方向をY軸、上下方向Z軸とした（図2）。被験者は健常男
性3名(年齢19～20歳，身長171.5±4.5cm，体重63±10kg)である。測定は台車に何も乗せない（0㎏）状態で押す場合と荷重を乗せた（100㎏）状態で押して歩く動作と、同様に0kgと100kgで台車を押し始める動作の計4パターンを計測した。歩行動作では、歩幅は約55cm、
70bpmのリズムで、姿勢は特に定めず被験者の押しやすい姿勢で台車を押してもらい、動作を評価した。

図1 VICONの測定環境

図2 実験の様子と座標軸

図3 反射マーカの貼り付け位置

研究結果
マーカは全身の35点に貼り付けて測定を行い、今回は特に下肢の運動に着目した。右足の各関節に加わる関節モーメントの測定結果を下図に示す。グラフの正の値が関節を屈曲させようとするモーメントで、負の値が関節を伸展させようとするモーメントである。台車に荷重を乗せない場合(0kg)と100kgの荷重を載せた場合の押し始めの動作の関節モーメントを示している。図4の足首関節モーメントでは、最大値が100kgの方が大きく出ている。また、0kgと100kgの両方とも正の値が大きく出ているため足首を曲げるための大きなモーメントが発生していることが分かった。
図5の膝関節モーメントでは、100kgの荷重を押す場合負の値が大きく出ているため、押し始める際に、重いものを乗せた状態のほうが膝関節に大きなモーメントが発生していることが分かった。
図6の股関節モーメントでは、100kgの荷重を押す場合の方が正の値が大きくが出ている。しかし、負の値の最大値は0kgの荷重を押す
場合とほとんど同じである。これは屈曲するためのモーメントは100kgの荷重を押す場合の方が大きく加わっているが、伸展させるモーメ
ントは両方とも同じくらいであった。

図4 右足首関節モーメント

図5 右膝関節モーメント― 76 ―

図6 右股関節モーメント

専攻科特別研究の概要（令和2年度）
研究テーマ

湖沼由来の温室効果ガス排出量の定量化および削減手法の開発

研講演番号：
究者名
L-60

N₂O排出特性の日変動特性に及ぼす流入負荷および降雨の影響
環境システム工学専攻
石井 武文・増田 周平

55th Ann. Conf.
of the JSWE, Kyoto

秋田高専 ○石井武文、東北工業大 北條俊昌、秋田高専 大友渉平、県南環境保全セ 柴田悟、秋田県大・生資 高階史章、東北大院 李玉友、秋田高専 増田周平*
背景

実験方法
 課題
各処理場の諸元
O処理場
H処理場
T処理場
日変動特性の把握の必要性
処理方式
標準活性汚泥法（OD槽）
二段式嫌気好気活性汚泥法
標準活性汚泥法（硝化促進）• どの時間帯に発生？
汚水流入量（㎥/日）
約8,600（H27年度年報値）
約15,500（H27年度実績）
約30,000（H30年度実績）• 発生メカニズムの解明
機械攪拌
間欠曝気
EFの精度の不足
曝気方法
連続曝気
下水処理由来の排出量精緻化が必要 • 処理方式・降雨等のEFの（２つの撹拌機が3h毎に稼働）（3h曝気，1h非曝気）→排出係数（EF）の算出
調査期間
2019/10/12～11/24
2019/12/9～2020/2/29
2020/3/17～8/6
場合分けの必要性
研究の目的：３つの処理場にて溶存態N₂O（DN₂O ），ガス態N₂O（GN₂O）濃度を連続モニタリングし，処理場ごとの日変動特性の違いおよびそれに影響を及ぼす要因を考察
反応槽概略図 撹拌機B センサー 撹拌機A
 O処理場とT処理場におけるEFシミュレーション値と連続モニタリングによるEF算出値
結果および考察。
流入
GHGs排出量
亜酸化窒素（N₂O） の削減が必要• CO₂の約265倍のGWP• オゾン層破壊効果

GN₂O濃度 ppm

mgN/㎥
EF

グラブサンプリングの最適な時間の推定が可能
事前の連続モニタリングによりサンプルの代表性の向上
 O処理場における降雨とDN₂O濃度の関係 • 降水量が多いとDN₂O濃度が増加
1.2→降雨による不明水の増加に伴うDOの上昇
1→好気性脱窒の促進
R² = 0.4507
0.8 各反応槽NH₄⁺負荷量あたりのGN₂O変換率

0.6
0.4
0.2
0

0

20

40

直前連続降水量（mm）

60

80

期間中全体EF
O処理場
H処理場
T処理場

gN2O-N/gNH4+-N(%)
0.182 ± 0.029 反応槽全体
0.421 ± 0.299 最終反応槽
2.385 ± 1.996 最終反応槽

謝辞 本研究は（独）環境再生保全機構の環境研究総合推進費（JPMEERF20192002）およびJSPS科研費 19H01160の助成を受けて実施した。

第55回日本水環境学会年会（2021.3.10-12, 京都)

ライオン賞応募ポスター― 77 ―

究

GN₂O (ppm)

500

研

1000

0:00

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

• AM : 低濃度を推移 PM : 正午付近から上昇，高い値を推移し早朝に減少

9:00

0:00

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

• 反応槽流入NH₄⁺負荷量
vs GN₂O→ r = 0.85 (P < 0.01 ）好気性脱窒の促進

8:00

8000

7:00

6000

Suitable

0
6:00

20.0

0.0

4000

NH₄⁺-N負荷量 g：nitrification：denitrification•：nitrifierdenitrification •

5:00

2000

1500

Overestimation

0.0
4:00

0

N2

Suitable

50.0

3:00

4月13日

0.0

100.0

2:00

4月12日
4月16日

R² = 0.7256

10.0

Underestimation

1:00

4月11日
4月15日

N₂O

20.0

NO3-

150.0

2000

O・連続モニタリングEF値

Overestimation

200.0

0:00

4月10日
4月14日

NO2-

0:00

40.0

23:00

 T処理場の日変動特性

22:00• 6:00, 12:00, 18:00, 0:00にピーク発生• 撹拌機の稼働に応じてDN₂O濃度変動（A稼働で増加）

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0:00

0.0

NH4+

T・連続モニタリングEF値

O・シミュEF

O処理場

0.4

T・シミュEF値

250.0
mgN/㎥

0.8

（流入流量あたり）の比較

EF• 撹拌機の稼働→DO上昇
好気性脱窒の促進• 撹拌機の停止→DO減少
従属栄養脱窒の促進

10/30

T処理場

10/29
11/2

mgN/L

×

10/28
11/1

別

DN₂O mg-N/L

1.2

流出

10/27
10/31

降雨の影響下平均DN₂O：撹拌機Aの稼働時間

特× O処理場の日変動特性

卒業研究テーマ一覧
令和元年度

卒
業
研
究

― 79 ―

卒業研究テーマ一覧（令和元年度）■機械系
卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名
宮

脇

和

人

移動型運動装置の評価

宮

脇

和

人

BMIに関する基礎的研究

宮

脇

和

人

台車を押す動作の評価

宮

脇

和

人

全身運動補助装置の評価

宮

脇

和

人

ドローン飛行特性に関する基礎研究

若

生

昌

光

マイクロ波照射によるスラグ中燐の回収

若

生

昌

光

塩焼石灰の特性

若

生

昌

光

スプレー冷却適用肌焼鋼逆変態処理での必要冷却時間、応力発生および変形挙動への冷却水温の影響

磯

部

浩

一

ミストスプレー冷却適用肌焼鋼逆変態処理での必要冷却時間、応力発生および変形挙動への冷却水温の影響

磯

部

浩

一

業

病理診断における患部組織の標本作製自動化に関する基礎研究

池

田

洋

研

電界砥粒制御技術を適用したサファイア基板の研磨特性

池

田

洋

究

Kinoveaを用いた看護動作の解析に関する研究

木

澤

悟

上肢リハビリロボットにおける機械インピーダンス特性に関する研究

木

澤

悟

Lego Mindstorms EV3を用いた倒立２輪ロボットのモデル化と制御

木

澤

悟

Unityを用いた人間の動作解析に関する研究

木

澤

悟

Open Simを用いたスポーツ自転車乗車時の運動解析

小

林

義

和

Open Sim と従来法を用いた障がい者用自転車の動作解析の比較

小

林

義

和

液体窒素中の多孔質金属からの沸騰現象

野

澤

正

和

生体組織の凍結保存時の冷却性能の改善

野

澤

正

和

極低温流体中の自由対流熱伝達および流動特性

野

澤

正

和

狭小流路における液体窒素の伝熱・流動特性

野

澤

正

和

アルペンスタイルとフリースタイルにおけるスノーボードターンの特性推定に関する研究齋

藤亜由子

地磁気自動計測機の開発とカルマンフィルタを用いた地磁気パラメータの推定に関する研究

齋

藤

亜由子

スノーボード用雪面反力計測システムの軽量化と計測に関する研究

齋

藤

亜由子

スノーボードターンにおけるスノーボーダーの視線行動に関する研究

齋

藤

亜由子

マルチコプター利用技術に関する基礎研究（ローター気流中の障害物の影響）

今

田

良

德

切削加工時におけるCNC旋盤加工空間内で発生している空気流特性

今

田

良

德

卒

PZTを利用した微動刃物台の評価― 80 ―

卒業研究テーマ一覧（令和元年度）
卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名

加工空間形状とチャック近傍流れとの関係

今

田

良

德

加熱円柱後流の計測（U0=1.5m/s，Δθ=255℃）

渡

部

英

昭

卒
業
研
究

― 81 ―

卒業研究テーマ一覧（令和元年度）■電気・電子・情報系
卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名

音声変換のための音源パラメータ抽出手法

駒木根

隆

士

両耳聴3D音源移動感覚制御に関する研究

駒木根

隆

士

建築材の塩分含有量の散乱マイクロ波による計測

駒木根

隆

士

水の散乱マイクロ波特性の評価

駒木根

隆

士

室内における携帯端末用マイクロ波電力伝送システムの検討

駒木根

隆

士

畳み込みのパワースペクトルのテンプレートマッチングへの応用

武

井

由

智

上位者集合にのみ敏感な未知順列関数の例題からの学習

武

井

由

智

遺伝的アルゴリズムを用いた8分配給電部の性能改善

伊

藤

桂

一

ミリ波導波管スロットアレーアンテナ用誘電体カバーのGAを用いた形状設計

伊

藤

桂

一

スロットとFSSを組み合わせた周波数選択性スロットアンテナの開発

伊

藤

桂

一

卒

GPIBを用いた高周波自動測定システムの構築

伊

藤

桂

一

業

ΔΣ変調を適用した直流電動機のPI制御について

山

崎

博

之

研

KiCadを用いたパワーメータの設計

山

崎

博

之

究

3Dプリンタによるミリ波帯レンズアレイの設計

田

中

将

樹

ミリ波帯誘電体レンズアンテナの設計および試作

田

中

将

樹

ミリ波帯2次元フォトニック結晶構造の試作

田

中

将

樹

分割リング共振器構造によるミリ波帯メタマテリアルの製作方法の検討

田

中

将

樹

煙の写真からのトゥーンレンダリング調画像の生成

竹

下

大

樹

両替システムのための硬貨識別手法の実装

菅

原

英

子

SOMを用いた液状診断に関する研究

菅

原

英

子

音声識別技術のエンターテインメント分野への応用

菅

原

英

子

インバータ回路の製作とFPGAによるSRM制御回路の開発

中

沢

吉

博

d-q座標系に基づくSynRGモデルの構築に関する検討

中

沢

吉

博

機械学習による自然な文の作成

カラベス アンドラデ
エドアルド

機械学習を用いた物体の位置の認識

カラベス アンドラデ
エドアルド－計測・演算ブロックの設計－― 82 ―

卒業研究テーマ一覧（令和元年度）■物質・生物系卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名

セルラーゼを生産する放線菌の探索とAR52株について

上

松

仁

セルラーゼを生産する放線菌の探索とAF39-2株について

上

松

仁

新規糖質米の酵素化学的解析

伊

藤

浩

之

深海微生物のセルロース分解に関する研究

伊

藤

浩

之

LBL法による多機能薄膜の形成

伊

藤

浩

之

セルロースナノファイバーの応用に関する調査研究

佐

藤

恒

之

Study of Advanced purification of C3 and C4 gases

佐

藤

恒

之

Glucose Oxidase を用いた時間温度依存型インジケーターの開発

榊秀次郎

分子シャペロン能を有する温度感受性ポリマーの合成

榊秀次郎

西洋ワサビ過酸化酵素標識抗体（HRP-IgG）の凍結・融解安定化

榊

秀次郎

複合素子の熱伝導性に関する研究

丸

山

耕

一

卒

樹脂素材のNiめっきプロセスにおける表面コート剤の影響

丸

山

耕

一

業

銅シード相を活用した無電解めっきに関する研究

丸

山

耕

一

研

導電性高分子微粒子に関する研究

丸

山

耕

一

究

異なる硫酸濃度で作製した酸化グラフェンのレーザー顕微鏡を用いた観察

石

塚

眞

治

Hummers法による酸化グラフェン合成の硫酸濃度依存性

石

塚

眞

治

異なる硫酸濃度で作製した酸化グラフェンとその還元物の赤外分光法を用いた観察と比較

石

塚

眞

治

微量金属添加物を添加した酸化亜鉛微粒子の蛍光特性

西

野

智

路

均一沈殿法を用いた酸化亜鉛微粒子の調製法の検討

西

野

智

路

液晶セルの作成と分光光度計を用いた特性評価

西

野

智

路

pH 調整を目的とした薬液注入システムの構築

西

野

智

路

Environmentally friendly imine synthesis using the less reactive amine

横

山

保

夫

Perfect solvent- and catalyst-free syntheses of imine derivatives using
the pressure reduction technique

横

山

保

夫

炭素繊維の銀めっき過程に及ぼす前処理条件の影響

野

中

利瀬弘

チタン複合化イモゴライトの色素吸着挙動

野

中

利瀬弘

ポリアニリンの粒子形状に及ぼす合成条件の影響

野

中

利瀬弘

フェライト系セラミックス廃材からの金属の分離

野

中

利瀬弘

放線菌AHA1が生産する青色色素に関する研究 野

野

池

基

義

放線菌が生産する赤色色素に関する研究

野

池

基

義

― 83 ―

卒業研究テーマ一覧（令和元年度）■土木・建築系卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名

表面を改質処理した再生粗骨材によるコンクリートの強度特性

桜

田

米代川における流況の経年変化とその特徴について

佐

藤

悟

Unit graph法による河川流量予測とピーク流出率への降雨強度の影響につ
いて

佐

藤

悟

秋田高専と周辺地域のためのPFIによる職員宿舎建替え案

井

上

誠

秋田市土崎湊エリアリノベーションの起点となる内蔵の利活用計画

井

上

誠

コンパクトシティの基点となるアーバンコンプレックスの提案
ル・アゴラ広場の再開発─

井

上

誠

─緑屋ビ

良

治

卒
業
研
究

天然ヤシ繊維フィルターの長期利用を目的とした素掘型農業濁水処理シス
テムの検討

金

主

鉉

八郎湖に設置された消波工内のマコモ群落が水質・底質に及ぼす影響の基
礎的検討

金

主

鉉

マイクロプラスチックが水生生物に及ぼす影響に関する文献調査

金

主

鉉

単棟および連棟配置時に建物に作用する津波荷重の検討

寺

本

尚

史

地震応答加速度を用いたRC構造物の損傷推定に関する検討

寺

本

尚

史

巨大地震時における中低層RC造建物の耐震性能に関する検討

寺

本

尚

史

有限要素法解析による竿灯の親竹の曲げ挙動についての検討

寺

本

尚

史

メディア形態による交通安全KYT教材効果の違い

長谷川

裕

修

酒米栽培における下水処理水の投入負荷量が生育特性および環境負荷に及
ぼす影響

増

田

周

平

無終端水路における連続データを用いた溶存態N2O濃度の変動特性解析

増

田

周

平

アイソタックモデルを用いた泥炭地盤の長期圧密沈下挙動の整理

山

添

隆

士

サンプリング方法が泥炭試料の物理・力学特性に与える影響

山

添

隆

士

生活道路での歩行位置が自動車に追い越される際の危険性認知に与える影
響の検討

葛

西

誠

緑・まちのにぎわいが地価に及ぼす影響

葛

西

誠

単路部におけるボトルネック位置と縦断線形の関係

葛

西

誠

同一区間繰り返し走行データを用いた地点固有車間時間の推定

葛

西

誠

秋田市における過去の風景に関する空間構成要素の定量的研究

鎌

田

光

明

秋田市の界隈性に関する空間心理と指摘量の相関研究

鎌

田

光

明

風圧力を考慮した竿燈親竹の曲げ挙動についての検討

中

嶋

龍一朗

橋梁点検への既製品ドローン活用についての検討

中

嶋

龍一朗

― 84 ―

卒業研究テーマ一覧
令和2年度

卒
業
研
究

― 85 ―

卒業研究テーマ一覧（令和2年度）■機械系
卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名

移動型の力センサと動作解析装置を利用した歩行動作測定

宮

脇

和

人

可搬型のモーションキャプチャーの精度評価

宮

脇

和

人

動作解析装置を利用した投球動作の評価

宮

脇

和

人

圧電素子により微小に変位する刃物台を利用した切削加工の評価

宮

脇

和

人

2次元相変態力学解析による鋳片熱処理時の変形及び応力発生挙動へのγ粒
サイズの影響解明

磯

部

浩

一

3次元相変態力学解析による鋳片熱処理時の変形及び応力発生挙動へのγ粒
サイズの影響解明

磯

部

浩

一

病理診断における患部組織の標本作製自動化に関する基礎研究

池

田

洋

LED用サファイア基板の高効率ラッピング研磨技術の開発

池

田

洋

シリコンウエハ向けスモールツールによる高効率研磨技術の開発

池

田

洋

卒

上肢リハビリロボットにおけるリハビリテーションソフト開発

木

澤

悟

業
研

VIVEトラッカーを使った位置情報取得のキャリブレーション方法の構築と位置精度検証木澤悟

究Pythonを用いたAIによる倒立振子の識別

木

澤

悟

Hololens2を用いたARによるリハビリテーションソフト開発

木

澤

悟

筋電実験と筋骨格モデル解析の比較

小

林

義

和

回転型および直動型リハビリ自転車の筋張力解析

小

林

義

和

卓球ラケットとボールとの衝突時の相互運動解析

小

林

義

和

パルス管冷凍機の作動流体挙動の解明

野

澤

正

和

狭小流路を流動する液体窒素気液二相流の伝熱・流動特性

野

澤

正

和

生体組織の凍結保存時の伝熱特性の改善

野

澤

正

和

極低温流体の凝縮時の伝熱・流動特性

野

澤

正

和

樹園地の雪害を考慮したマイクロビークルの２Dスキャニングに関する研究

櫻

田

陽

サイバーハウスの浴室環境における頭部認証の性能改善

櫻

田

陽

精密位置決め装置の平面減衰機構のシミュレーション

櫻

田

陽

精密位置決め装置の制御系設計

櫻

田

陽

平面減衰機構の拘束板と粘弾性体の特性評価

櫻

田

陽

CNC旋盤切削加工時における空間流挙動に関する研究

今

田

良

德

マルチコプター利用技術に関する基礎研究（搭載物の位置と推力の関係）

今

田

良

德

加熱円柱後流の計測（U0=2.5m/s，Δθ=200℃時の平均場）

渡

部

英

昭

カプセルを用いた独楽の逆立ち現象の基礎研究

上

林

一

彦

― 86 ―

卒業研究テーマ一覧（令和2年度）■電気・電子・情報系
卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名

負荷急変に対応可能な並列インバータの高速応答制御

安

東

至

フライングキャパシタを用いたPWMコンバータの動作モード割合による入力電流波形改善法

安東

至

電界測定用散乱波プローブの高効率化のための検討

駒木根

隆

士

劣化油評価のための散乱マイクロ波ケプストラム分析手法

駒木根

隆

士

屋内局所領域での放射界無線電力伝送システムの検討

駒木根

隆

士

マスクを装着した音声の周波数領域音響特性評価

駒木根

隆

士

単調論理式で記述されたアクセス構造を実現する秘密分散法の実装

武

井

由

智

ミリ波位相測定環境の構築に関する検討

伊

藤

桂

一

被災者探索用オムニ指向性立体RF-IDタグの設計

伊

藤

桂

一

ミリ波クラック検知システムの測定環境の構築に関する検討

伊

藤

桂

一

卒

負の屈折率を有するミリ波帯メタマテリアルの設計および試作

田

中

将

樹

業

ミリ波帯フォトニック結晶への液晶適用の検討

田

中

将

樹

研

ドローンによる空撮映像シミュレータの開発

竹

下

大

樹

究

アイロンビーズの図案生成アプリの開発

竹

下

大

樹

なまはげ太鼓のライティングシミュレータの開発

竹

下

大

樹

煙の動画のトゥーンアニメーション変換に関する研究

竹

下

大

樹

大電力クライストロン駆動用高圧パルス電源の性能評価

坂

本

文

人

赤外自由電子レーザー光の回折効果による光と外部境界面の相互作用

坂

本

文

人

コヒーレント放射光発生過程における相対論的電子ビームの集群効果の解析

坂

本

文

人

非侵襲油劣化評価のためのニューラルネットワーク識別法に関する研究

菅

原

英

子

散乱マイクロ波スペクトルを用いた油劣化評価に関する研究

菅

原

英

子

FPGAによるA/DおよびD/Aコンバータ制御回路の実装

中

沢

吉

博

A/Dコンバータインターフェース回路の開発

中

沢

吉

博

マイクロコントローラ及びHaar-like特徴量を用いた物体検出システムの構築

カラベス アンドラデエドアルド

機械学習による複数の音声の識別

カラベス アンドラデ
エドアルド

機械学習を用いた手話の映像から日本語のテキストへの変換

佐

藤

貴

紀

生体アシストシート材の特性に関する研究

佐

藤

貴

紀

― 87 ―

卒業研究テーマ一覧（令和2年度）■物質・生物系卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名

新規糖質米におけるイソアミラーゼの酵素化学的解析

伊

藤

浩

之

Sphingobacterium sp. V-54 由来デキストラン分解酵素相同遺伝子の機能
解析

伊

藤

浩

之

光合成細菌を用いたイオン導電性高分子

伊

藤

浩

之

アクチュエータに関する研究

伊

藤

浩

之

セルロース／イオン液体型イオン導電性高分子アクチュエータに関する研究

伊

藤

浩

之

分子シャペロン能を有する温度感受性ポリマーの合成

榊

秀次郎

アミラーゼを用いた時間温度依存型インジケーター（TTI）の開発

榊

秀次郎

食色素を用いた時間温度依存型インジケーター（TTI）の開発

榊

秀次郎

導電性接着剤の合成

丸

山

耕

一

卒

酸化グラフェン膜の合成

丸

山

耕

一

業

ポリアニリン粒子の組織制御

丸

山

耕

一

研

酸化グラフェン複合ポリアニリン粒子の合成

丸

山

耕

一

究

樹脂メッシュへのニッケルコーティング

丸

山

耕

一

赤外吸収分光法を用いた反応液の希釈時間が与える黒鉛酸化過程への影響
の検討

石

塚

眞

治

レーザー顕微鏡を用いた反応液の希釈時間が与える黒鉛酸化過程への影響
の検討

石

塚

眞

治

酸化亜鉛系透明接触センサに関する研究

西

野

智

路

噴霧熱分解法を用いた透明導電膜の調製とその応用例に関する研究

西

野

智

路

有機合成実験と分子シミュレーションを組み合わせた化学教育法の開発

横

山

保

夫

高純度C3ガスの調製に関する研究

横

山

保

夫

難燃性ガス開発における実験的アプローチ

横

山

保

夫

結晶加工廃液のリサイクル

野

中

利瀬弘

高分子フィラー材の開発

野

中

利瀬弘

導電性高分子の形状制御に関する研究

野

中

利瀬弘

有用物質を生産する放線菌の探索に関する研究

野

池

基

義

トウゴマ由来脂質分解酵素に関する研究

野

池

基

義

カルボキシメチルセルロースを用いたイオン導電性高分子アクチュエータ
に関する研究船木憲

治

カルボキシメチルセルロースの化学修飾法の開発

船

木

憲

治

― 88 ―

卒業研究テーマ一覧（令和2年度）■土木・建築系卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名
誠

BIMと三次元画像を用いた歴史的建造物の記録に関する考察

井

上

誠

歴史的建造物を記憶に残すための試行―塩乃湯ライトアップ計画―

井

上

誠

身近なまちにおけるバーチャルマイクロツーリズムの提案

井

上

誠

蔵の温湿度環境のためのIoT活用の予備的実験

井

上

誠

国内の市販食塩に含まれるマイクロプラスチックの存在について

金

主

鉉

素掘型濁水処理システムにおける天然ヤシ繊維フィルターの長期利用と処理性能の検討金主鉉

八朗湖内消波工内に定着したマコモ群落が水質・底質に及ぼす影響の現地調査と室内実験金主鉉

制震ダンパーを設置した木造住宅の地震応答解析～連続地震時の建物被害
の検討～

寺

本

尚

史

飯島地区における地域まるまる耐震診断結果及び新旧簡易耐震診断法の比
較検討

寺

本

尚

史

等価線形化法を用いた靭性型および強度型低層RC造建物の巨大地震時の損
傷評価

寺

本

尚

史

耐力および階高の違いに着目した中低層RC造建物の地震時被害の検討

寺

本

尚

史

単棟及び連棟配置時に建物に作用する津波荷重の三次元数値流体解析

寺

本

尚

史

スペースシンタックス理論を用いた通学路の安全性評価

長谷川

裕

修

見通しの悪い生活道路交差点部の安全性評価指標の検討

長谷川

裕

修

教育効果の持続性に着目した交通安全KYT教材の評価

長谷川

裕

修

生活道路単路部における歩行者の視線分析

長谷川

裕

修

注意の引きやすさに着目した視覚的な高速道路逆走防止対策の評価

長谷川

裕

修

無終端水路における撹拌機の運転操作が亜酸化窒素生成におよぼす影響

増

田

周

平

脂肪酸分析を用いたマルタニシの食性調査による下水処理水投入水田の環
境影響評価

増

田

周

平

下水処理水を活用した酒米栽培の生育特性および玄米品質の評価

増

田

周

平

下水二次処理水の塩素消毒工程におけるN2Oの生成特性評価

増

田

周

平

異なるサンプリング方法により採取された繊維質泥炭の物理・力学特性

山

添

誠

隆

荷重除荷を受けた泥炭の長期沈下挙動とアイソタック則による解釈

山

添

誠

隆

荷重除荷履歴を受けた泥炭の長期沈下挙動と解析

山

添

誠

隆

地域別アトラクティビネスと人口増加との関係におけるゲーミフィケー
ション

葛

西

誠

2台前方の車両挙動が追従挙動に与える影響

葛

西

誠

究

― 89 ―

研

上

業

井

卒

グローバルな女性人材育成を目標とする秋田高専女子寮整備計画

卒業研究テーマ一覧（令和2年度）
卒 業 研 究 テ ー マ 名

担当教員名

カオス時系列解析による追従挙動データにおけるリアプノフ指数の推定

葛

西

誠

UAV（ドローン）映像による交通流解析の試行

葛

西

誠

子どもの独立性（Children's Independent Mobility（CIM））と社会経済指
標との関係

葛

西

誠

庭園的要素による露天風呂の空間構成要素と心理評価の研究

鎌

田

光

明

秋田市における過去と現在の風景に関する空間心理構造の比較研究

鎌

田

光

明

幼保施設を対象とした都市における子供の遊び空間と子連れ空間のシーケ
ンシャル分析

鎌田光

明

既製品ドローンを活用した橋梁点検のための色調補正についての検討

中

嶋

龍一朗

節構造を考慮した竿燈親竹の曲げ挙動についての検討

中

嶋

龍一朗

卒
業
研
究

― 90 ―

技術・研究シーズ紹介
掲載内訳
主

な

キ

ー ワ ー ド

名・

教

授・ 宮脇

和人 93

機 械 系

電界，CMP，スラリー，硬脆材料，研磨レート，砥粒，SiC，教
ガラス，サファイア，研磨装置

授・ 池田

洋 94

機 械 系

バイオメカニクス，ロボット，ニューラルネットワーク，
教
FES

授・ 木澤

悟 95

機 械 系

リハビリテーション，歩行解析，自転車運動，筋骨格モデル
解析，運動解析，FES（機能的電気刺激）准教授・ 小林

義和 96

機 械 系

工作機械，チャック，空気流，熱移動，可視化法，数値解析，
講
ドライ加工，セミドライ加工機 械 系 福祉工学，バイオメカニクス，工作機械

氏

師・ 今田

名

頁

良徳 97

機 械 系 薄膜配線，腐食推定，伝熱解析

准教授・ 佐々木崇紘 98

電気・電子・情報系 高効率，電力変換器，インバータ，UPS，チョッパ

教

授・ 安東

至 99

電気・電子・情報系

データマイニング，ランダムアルゴリズム，公開鍵暗号関連
技術，乱数，学習アルゴリズム

教

授・ 武井

由智 100電気・電子・情報系

導波管スロットアンテナ，誘電体レンズ，FDTD法，トポロ
ジー最適化

教

授・ 伊藤

桂一 101

電気・電子・情報系 電気機械変換工学，誘導電動機，極数切換，空間高調波

准教授・ 山崎博之 102

電気・電子・情報系 ミリ波デバイス，液晶准教授・ 田中将樹 103

准教授・ 竹下大樹 104

講師・ 菅原英子 105

電気・電子・情報系

原子力工学，ビーム物理学，二次元有限要素法電磁場解析，
准教授・ 坂本
流体シミュレーション

文人 106

電気・電子・情報系

電気機器，スイッチトリラクタンスモータ，位置センサレス
制御，高効率・力率制御

吉博 107

電気・電子・情報系

パターン認識，人工知能，ニューラルネットワーク，深層学習，
助
機械学習

電気・電子・情報系

コンピュータグラフィックス，流体のビジュアルシミュレー
ション，ユーザインタフェース

電気・電子・情報系 自律再構成，故障補償，ディジタル回路設計

講

師・ 中沢

カラベス アンド教・108
ラデ エドアルド

電気・電子・情報系 生体信号，信号処理，多変量解析，パターン認識，人工知能

助

教・ 佐藤

貴紀 109

物質・生物系 同化デンプン代謝，酵素機能改変，分子育種

教

授・ 伊藤

浩之 110― 91 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

職

主

な

キ

ー ワ ー ド

職

名・

教

授・ 榊

教

授・ 丸山

耕一 112

物質・生物系 表面反応，化学蒸着，電子分光，表面組成解析，表面形状解析

准教授・ 石塚眞治 113

物質・生物系 酸化物セラミックス，液相合成法

准教授・ 西野智路 114
保夫 115

物質・生物系 高分子，機能性高分子，酵素，検知，臨床診断
物質・生物系

磁性体，誘電体，磁気工学，材料物性，光学実験，電気化学
実験，マイクロプローブ実験

氏

名

頁

秀次郎 111

物質・生物系

有機合成，希土類元素化合物，14族元素化合物，有機フッ素化合物

准教授・ 横山

物質・生物系

塩化揮発，カーボクロリネーション反応，レアメタル，リサ
イクル，金属二次資源准教授・ 野中利瀬弘 116

物質・生物系 酵素，微生物の二次代謝産物，イソプレノイド

准教授・ 野池基義 117

物質・生物系 有機合成，触媒反応，セルロースナノファイバー，イオン液体

講

師・ 船木

憲治 118

物質・生物系 建築設計，都市及び地方計画，多目的最適化，IoT

教

授・ 井上

誠 119

物質・生物系 高度処理，バイオマス，生態系影響評価

教

授・ 金

主鉉 120

准教授・ 寺本尚史 121

物質・生物系

鉄筋コンクリート構造，架構解析，サブストラクチャ・オン
ライン実験

物質・生物系

交通安全，生活道路，通学路，交通安全教育，視線計測，准教授・ 長谷川裕修 122
VR，脳活動計測，慣性センサ，R

技 術・ 研 究 シ ー ズ

物質・生物系 温室効果ガス，メタン，亜酸化窒素，下水道，河川，間接発生

准教授・ 増田周平 123

物質・生物系 泥炭地盤，地盤変形，長期沈下，FEM准教授・ 山添誠隆 124

物質・生物系 交通流，渋滞，サービス水準，暫定2車線

准教授・ 葛西誠 125

土木・建築系 建築構造，建築風工学

講

師・ 丁

威 126

土木・建築系 空間計画，景観計画，建築・都市計画，環境心理

助

教・ 鎌田

光明 127

土木・建築系 構造力学，鋼構造，維持管理工学，耐候性鋼材

助教・ 中嶋龍一朗 128

一般教科自然 触媒設計，不均一触媒，バイオマス，水素，CO2

准教授・ 趙明 129○技術・研究シーズの情報は，秋田高専COC+事業HP（http://akita-nct.coop-edu.jp/scholar）に掲載されております。

QRコード― 92 ―

技術・研究シーズ紹介
研
究
タイトル

機械系

知能機械コース

所属： 秋田工業高等専門学校 機械工学科
人間動作測定技術を用いた福祉機器，リハビリ機器
所属： 秋田工業高等専門学校 機械工学科の開発

研究タイトル：人間動作測定技術を用いた福祉機器、リハビリ機器の開発
研究タイトル：人間和人
動作測定技術を用いた福祉機器、リハビリ機器の開発
宮脇氏
名E-mail miyawaki@akita-nct.ac.jp
MIYAWAKI Kazuto

教授宮脇和人 ／ MIYAWAKI Kazuto学 位E-m博士（工学）ail：miyawaki@akita-nct.ac.jp
氏名：
宮脇和人 ／ MIYAWAKI Kazuto
E-mail：miyawaki@akita-nct.ac.jp
職名：
教授 日本機械学会，精密工学会，ライフサポート学会，日本福祉工学会，
学位：
博士（工学）
所属学会・協会
職名：教授
学位：
博士（工学）
バイオメカニズム学会，日本設計工学会，日本人間工学会
日本機械学会、精密工学会、ライフサポート学会、日本福祉工学会、
所ー
属学
会ー
・協ド
会： 日本機械学会、精密工学会、ライフサポート学会、日本福祉工学会、キ
ワ
福祉工学，バイオメカニクス，工作機械
バイオメカニズム学会、日本設計工学会、日本人間工学会
所属学会・協会：
バイオメカニズム学会、日本設計工学会、日本人間工学会
・福祉工学，リハビリテーション機器や福祉介護機器の設計開発
福祉工学、バイオメカニクス、工作機械
技キー
術ワー
相ド： 談
キーワード：
福祉工学、バイオメカニクス、工作機械
・座圧や足圧，モーションキャプチャーを用いた人間動作の計測
提供可能技術・福祉工学、リハビリテーション機器や福祉介護機器の設計開発
技術相談
・精密な位置決めの研究
・
福
祉圧
工や
学足
、圧
リハ
ビー
リテ
シキ
ョン
機チ
器ャ
やー
福を祉
・座
、モ
シー
ョン
ャプ
用介
い護
た機
人器
間の
動設
作計
の開
計発
測
技術相談
提供可能技術： ・座圧や足圧、モーションキャプチャーを用いた人間動作の計測
・
精
密
な
位
置
決
め
の
研
究
研究内容
提供可能技術：・精密な位置決めの研究
職氏名：名

人間の足に作用する力や，足の裏の圧力，おしりにかかる圧力，または，各関節がどのよう

電動歩行器
電動歩行器
電動歩行器

立ち上がり補助椅子
立ち上がり補助椅子
立ち上がり補助椅子

ソソーラーパネル付き電動車
ーラーパネル付き電動車いす
ソーラーパネル付き電動車いす
人間動作測定技術
人間動作測定技術

足圧測定
足圧測定
床反力計
床反力計

ローイング型リハビリ機器
ロローイング型リハビリ機器
ーイング型リハビリ機器

動作解析
動作解析

コンピュータマネキン
コンピュータマネキン

人間の動作や生理的データを定量的に計測し評価する

人間の動作や生理的データを定量的に計測し評価する
人間の動作や生理的データを定量的に計測し評価する

提供可能な設備・機器：提供可能な設備・機器：

名Co.
称・型
番（メUK）／ーカー） F-scan（Nitta Co. Ltd.）／ BIG提供可能な Vicon370（Oxford Metrics
名称・型Ltd.
番（メーカー）
Vico設備・機器
n370 （Oxford MMAT（Nitta
etrics Co. Ltd. UKCo.
)
F - scan ( Ni tt a C
o. Ltd.) Co. Ltd.）Ltd.）／床反力計 9286（Kistler
Japan

Vicon370 （Oxford Metrics Co. Ltd. UK)
B IG - M A T ( N i t t a C o . L t d . )B IG - M A T ( N i t t a C o . L t d . )F-scan (Nitta Co. Ltd.)
床反力計 9286 (Kistler Japan Co. Ltd.)
床反力計 9286 (Kistler Japan Co. Ltd.)― 93 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

研究内容：
研究な軌跡で変化するかを計測する人間動作測定技術を利用して，身体に適合した機器設計開発を内容：
人
間の足に作用する力や、足の裏の圧力、おしりにかかる圧力、または、各関節がどのような軌跡で変化するかを実施しています。
人間の足に作用する力や、足の裏の圧力、おしりにかかる圧力、または、各関節がどのような軌跡で変化するかを計測すここで対象とした機器は高齢者が自立支援するための福祉機器であり，具体的には，立ち上る人間動作測定技術を利用して、身体に適合した機器設計開発を実施しています。
計測する人間動作測定技術を利用して、身体に適合した機器設計開発を実施しています。
こがり補助椅子，電動歩行器，腕動作支援装置の開発設計です。これらの機器の設計には高齢者
こ で 対 象 とし た 機 器 は 高齢 者 が 自 立支 援 す る た め の 福 祉 機 器で あ り 、 具 体的 に は 、 立ち上 が り 補 助 椅子 、 電 動 歩
こ こ で 対 象 とし た 機 器 は 高齢 者 が 自 立支 援 す る た め の 福 祉 機 器で あ り 、 具 体的 に は 、 立ち上 が り 補 助 椅子 、 電 動 歩の残存機能をうまく使わせ，足りない部分だけを機械が補助するパワーアシストの技術が重要
行器、腕動作支援 装置の開発 設計です。これらの機器 の設計には高齢 者の残 存機能をうまく使 わせ 、足りない部分 だ
行器 、
腕動作支援 装置の開発 設計です。これらの機器 の設計には高齢 者の残 存機能をうまく使 わせ 、足りない部分 だとなりますが，どのような補助がどのような効果を持つという情報はあまり知られていません。
け を 機 械 が補 助 す る パ ワ ー ア シ ス ト の 技 術 が 重要 と な り ま すが 、 ど の よ う な 補 助 が ど の よ う な 効 果を 持 つ と い う 情 報 はけを機
械 が補 助 す る パ ワ ー ア シ ス ト の 技 術 が 重要 と な り ま すが 、 ど の よ う な 補 助 が ど の よ う な 効 果を 持 つ と い う 情 報 はそこで，人間の動作を計測することで，どの程度の負担軽減が必要であるかを定量的に求め，
あ ま り 知ら れ て い ま せ ん 。そ こ で 、 人 間の 動 作を 計測 す る こ と で、 ど の 程 度 の負 担 軽 減が必 要 であ るか を 定量 的に 求あまり知ら れ て い ま せ ん 。そ こ で 、 人 間の 動 作を 計測 す る こ と で、 ど の 程 度 の負 担 軽 減が必 要 であ るか を 定量 的に 求
高齢者が必要としている補助のシステムを開発しています。
め、高齢者が必要としている補助のシステムを開発しています。
今までに開発した福祉介護機器
め、高齢者が必要としている補助のシステムを開発しています。
今までに開発した福祉介護機器
今までに開発した福祉介護機器

技術・研究シーズ紹介

機械系

所属： 機械工学科
知能機械コース

電界援用による新たな硬脆材料向け研磨システムの開発

研究タイトル：電界援用による新たな硬脆材料向け研磨システムの開発
研
究
タイトル

氏名：
職名：

池田
洋
IKEDA Hiroshi

池田 名
洋 ／ IKEDA Hiroshi
氏
教授

職

名

所属学会・協会：教授
日 本 機 械学会 ，精 密 工学会

E-m
ail：
E-mailikeda@akita-nct.ac.jp
ikeda@akita-nct.ac.jp

学位：

博士(工学)
博士（工学）

学位

所属学会・協会
キーワード：
電界，C日本機械学会，精密工学会
MP，スラリー，硬脆材料，研磨レート，砥粒，SiC，ガラス，サファイア，研磨装置

・電界を援用した各種硬脆材料（ガラス，ＳｉＣ，Ｓｉ，サファイア等）の高効率ＣＭＰ技術開発
キ ー ワ ー ド 電界，CMP，スラリー，硬脆材料，研磨レート，砥粒，SiC，ガラス，サファイア，研磨装置
技術相談
・電界制御システムを組込んだ研磨装置の開発
磨装・電界を援用した各種硬脆材料（ガラス，SiC，Si，サファイア等）の高効率CMP技術開発
置を含む各種装置のメカ・電装設計開発全般
提供可能技： 相・研談技 術術
・電界制御システムを組込んだ研磨装置の開発
提供可能技術・研磨装置を含む各種装置のメカ・電装設計開発全般
研究内容：

研究内容
電界制御電界制御技術とCMP技術を融合した新しい研磨技術のスラリー運動特性と研磨特性
技 術 と C M P 技 術 を 融 合 し た 新 し い研 磨 技 術 の ス ラ リ ー 運 動 特 性 と 研 磨 特 性

技 術・ 研 究 シ ー ズ【研究概要】【研究概要】
技術革新などで産業の発展を支える電子材
技術革新などで産業の発展を支える電子材料には，シ
料には，シリコンやガラスなど様々な基板がリコンやガラスなど様々な基板がある．最近では，世界ある。最近では，世界的なスマートフォンや的なスマートフォンやタブレット端末の台頭，そして映タブレット端末の台頭，そして映像の高詳細
像の高詳細表示化などによって，ガラス基板の市場需要表示化などによって，ガラス基板の市場需要は年々拡大しており，さらに成長が期待されている．一は年々拡大しており，さらに成長が期待され
方，世界規模で省エネルギーの機運が高まり，
特にパワーデバイスにおいて，従来のシリコン半導体からSiCている。一方，世界規模で省エネルギーの機
図1
電界スラリー制御技術の原理
図 1 電界ｽﾗﾘｰ制御技術の原理を使った次世代半導体への置き換えが加速し，実用化へ運が高まり，特にパワーデバイスにおいて，向けた技術開発が進んでいる．
いずれの基板においても従来のシリコン半導体からSiCを使った次世代
その特性を十分に発揮させるためには，無歪みの平滑鏡
半導体への置き換えが加速し，実用化へ向け面にすることが大前提となり，最終仕上げ加工としてた技術開発が進んでいる。いずれの基板におは，一般的に CMP（Chemical Mechanical Polishing）技
いてもその特性を十分に発揮させるためには，術が採用されている．しかし，通常のCMP 技術は回転
無歪みの平滑鏡面にすることが大前提とな運動を伴うため，研磨界面からのスラリー飛散によってり，最終仕上げ加工としては，一般的にCMP研磨効率が低下するという問題を有している．
本研究で
図2
図 2 電界有無におけるスラリー飛散の様子
電界有無におけるｽﾗﾘｰ飛散の様子（Chemical Mechanical
Polishing）技術が採は，この技術課題を解決するため，電界を研磨界面に印加することによってスラリーが有効に工作物に作用し用されている。しかし，通常のCMP技術は回得る供給技術，すなわち電界スラリー制御技術を開発
転運動を伴うため，研磨界面からのスラリー
し，高効率 CMP
技術の創出を目指している．
飛散によって研磨効率が低下するという問題【原理とその効果】
を有している。本研究では，この技術課題を
図 1 に電界スラリー制御技術の原理を示す．研磨領域解決するため，電界を研磨界面に印加するこに電界を印加することによって縦方向に吸引力が作用とによってスラリーが有効に工作物に作用しし，スラリーの飛散を抑制する．
電界有無におけるスラ
得る供給技術，すなわち電界スラリー制御技
リー飛散の様子を図2 に示す．このスラリー飛散抑制効
図3
図 3 印加周波数と除去量の関係
印加周波数と除去量の関係術を開発し，高効率CMP技術の創出を目指し
果が研磨界面のスラリー分布を拡大させ，研磨速度の向上を図ることが可能となる．
（図 3）一方，電界印加にている。
図4 研磨後の工作物表面状態
よって，工作物の表面品位（表面粗さ）を維持しつつ研
図 4 研磨後の工作物表面状態【原理とその効果】
磨速度を向上させることが分った．
（図 4）
図1に電界スラリー制御技術の原理を示す。研磨領域に電界を印加することによって縦方向に吸引力が作用し，スラリーの飛散を抑制する。電界有無におけるスラリー飛散の様子を図2に示提供可能な設備
・機器：（公開記事の有無を付記願います）
す。このスラリー飛散抑制効果が研磨界面のスラリー分布を拡大させ，研磨速度の向上を図る
名称・型番（メーカー）
ことが可能となる。
（図3）一方，電界印加によって，工作物の表面品位（表面粗さ）を維持しつつ研磨速度を向上させることが分った。
（図4）
提供可能な
設備・機器

― 94 ―

技術・研究シーズ紹介
研
究
タイトル
氏

機械系

知能機械コース

Kinectを用いた上肢リハビリ支援システムの開発
所属： 機械工学科
木澤悟

KinKIZAWA
ect を用いた上肢リハE-mailビリ支kizawa@akita-nct.ac.jp
援 システム の開 発
Satoru名

博士（工学）
氏名：木 澤 悟 ／KIZAWA Satoru
E-mail：kizawa@akita-nct.ac.jp
所属学会・協会 日本機械学会，日本福祉工学会，日本臨床バイオメカニクス学会
職

名

教授

職名：

学

教授

位

学位：

博士（工学）

会・協バイオメカニクス，ロボット，ニューラルネットワーク，FES
会： 日本機械学会，日本福祉工学会
キ ー 所
ワ属
ー学ド
キーワード：・リハビリテーション機器の設計開発
バイオメカニクス，ロボット，ニューラルネットワーク，FES

技 術 相 談提供可能技術・制御機器の応用・リハビリテーション機器の設計開発
技術相談 ・MATLAB/SimulinkおよびScilab
・制御機器の応用
提供可能技術：・MATLAB/Simulink および Scilab

研究内容

Kinectはマーカレスで人間の身体の関節情報を推定する機能を持っているが，逆にマーカーを取り付けた任意の位置情報を取得することは難しい。そこで，モーションキャプチャーとしての機能を構築するために，任意の位置に貼り付けたマーカーの位置情報を取得するための機研究内容：
能を開発した。さらに，開発したKinectシステムを上肢リハビリ装置に組み込み，システムを
Kinect はマーカレスで人間の身体の関節情報を推定する機能を持っているが，逆にマーカーを取り付け駆動制御するセンサーの役割とともに各関節の運動情報を取得することを検討した。
た任意の位置情報を取得することは難しい．そこで，モーションキャプチャーとしての機能を構築するた

図１ 制御システム
図２
上肢支援リハビリシステム
図１ 制御システム
図２
上肢支援リハビリシステム〇研究成果
・Kinect V2 を応用して任意に指定したマーカの 3 次元位置情報の取得に成功した．
〇研究成果
・マーカを上肢の各関節に貼付することで，モーションキャプチャーとしての機能が得られた．
・Kinect V2を応用して任意に指定したマーカの3次元位置情報の取得に成功した。
・Kinect はモーションセンサー機能と同時に制御装置の位置制御にも利用可能である．
・マーカを上肢の各関節に貼付することで，モーションキャプチャーとしての機能が得られた。
・VICON による精度の比較実験から最大誤差は 5mm 程度に抑えられ，安価なモーションセンサーとしての応・Kinectはモーションセンサー機能と同時に制御装置の位置制御にも利用可能である。
用が期待できる．
・VICONによる精度の比較実験から最大誤差は5mm程度に抑えられ，安価なモーションセン
サーとしての応用が期待できる。
提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）
回転型 2 ﾘﾝｸ倒立振子実験装置（リアルテック）

提供可能な
設備・機器

回転型2リンク倒立振子実験装置（リアルテック）― 95 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

めに，任意の位置に貼り付けたマーカーの位置情報を取得するための機能を開発した．さらに，開発した
Kinect システムを上肢リハビリ装置に組み込み，システムを駆動制御するセンサーの役割とともに各関節〇実験装置の運動情報を取得することを検討した．
図１に開発した制御システムの基本構成を示す。主に駆動制御，力覚センサー，Kinectから構成される。また，携帯性を考慮してノートPCを基本に全てのデバイスがUSBで接続されてい〇実験装置る。
図１に開発した制御システムの基本構成を示す．主に駆動制御，力覚センサー，Kinect から構成される．
図２はKinectを上肢支援リハビリ装置に組込んだシステムである。マーカーは手首，肘，肩また，携帯性を考慮してノート PC を基本に全てのデバイスが USB で接続されている．
および装置の位置情報取得のために装置本体に設置した。
図２は Kinect を上肢支援リハビリ装置に組込んだシステムである．マーカーは手首，肘，肩および装置の位置情報取得のために装置本体に設置した．

所属： 機械系
研 究 タ イ ト ル： フレ イ ル（ 筋力 低 下 高齢者 ） の た め のリ ハビ リ テ ー シ ョ ン の 高度化 と ト レ ー
技術・研究シーズ紹介 機械系 知能機械コース
ニ ン グへ の 応 用
研
究
タイトル

フレイル（筋力低下高齢者）のためのリハビリテー
ションの高度化とトレーニングへの応用
所属： 機械系

小 林
／
小林
義和義 和
E-E-mailmail：kobay@akita-nct.ac.jp
研究タイ
トル：フレイル（Yoshikazu
筋力低下高齢者）のためkobay@akita-nct.ac.jpのリ ハビ リ テ ーシ ョ ン の 高度化 と トレ ー
KOBAYASHI
職名：
准教授
学位：
博士（工学）職 ニン
名グへ
学 位 博士（工学）准教授の応用
日 本 機 械 学 会 ， バ イ オメ カ ニ ズ ム 学 会 , 日 本 臨 床 バ イ オ メ カ ニ ク ス 学 会 ，
日本機械学会，バイオメカニズム学会,日本臨床バイオメカニクス学会，福祉工学
所属学会所属学会・協会
・協会：
福祉工会，秋田医学会
学会，秋田医学会
氏名：氏KOBA
名YASHI Yoshikazu

小 林 義 和KOBAYASHI Yoshikazu／

テーション， 歩行歩行解析，解析， 自転車運動，
自転E車， 筋
骨格モデルc解析 ，運動解析，FES（機能的キ ー ワ ーリハ
ド ビリ
リハビリテーション，（機能的電気刺激）-m運
ail動：筋骨格モデル解析，
kobay@akita-nct.a運動解析，FES.jp

キーワード： 氏名：

電気刺激）

技 職
術名：相 准談教授
・
提供可能技術学位：

博士（工学）

技 術・ 研 究 シ ー ズ

研究内容：
日 本 機 械 学 会 ， バ イ オメ カ ニ ズ ム 学 会 , 日 本 臨 床 バ イ オ メ カ ニ ク ス 学 会 ，技術相談 所属学会
・ ・協会：
福祉工学会，秋田医学会
・提供可能研究内容
技術：
日本における高齢者人口は増加しており，
2017 年度には総人口の 28.7%
リハビリテーション， 歩行解析， 自転車運動， 筋骨格モデル解析，運動解析，FES（機能的日本における高齢者人口は増加しており，2017年度には総が 65 歳以上となっている．加齢に伴い，筋肉の力が落ちる，内臓機能の低キーワード：
電気刺激）下など心身ともに虚弱状態になるフレイルの高齢者が増加する．日本の65
人口の28.7%が65歳以上となっている。加齢に伴い，筋肉の・
歳以上全体の研力が落ちる，内臓機能の低下など心身ともに虚弱状態になる
11.5%がフレイルであると言われており，フレイル患者は年
究
内容：
技術相談
・
齢が上がると共に有症率が上昇し健康余命も少なくなる（図1）．フレイル
フレイルの高齢者が増加する。日本の65歳以上全体の11.5%
・
提
供
可
能
技
術
：
になるといわゆるフレイルサイクルにより筋肉の減少に伴い筋力が低下
日本における高齢者人口は増加しており，2017 年度には総人口の 28.7%がフレイルであると言われており，フレイル患者は年齢が上し，バランス障害，歩行速度の減少が生じる．さらに，転倒から移動困難
ががると共に有症率が上昇し健康余命も少なくなる（図1）
65 歳以上となっている．加齢に伴い，筋肉の力が落ちる，内臓機能の低。フとなり，障害を生じて，要介護となってしまう場合もある（図2）．
下など心身ともに虚弱状態になるフレイルの高齢者が増加する．日本の65
レイルになるといわゆるフレイルサイクルにより筋肉の減少
本研究では，
フレイル患者・フレイル予備軍の方の筋力低下を抑制するた
歳以上全体の 11.5%がフレイルであると言われており，フレイル患者は年に伴い筋力が低下し，バランス障害，歩行速度の減少が生じ齢が上がると共に有症率が上昇し健康余命も少なくなる（図1）．フレイル
めに，筋力を詳しく調べる．具体的には，コンピュータ内に数学的に人体
北村明彦：東京都健康長寿医療センター研究所 2020
る。さらに，転倒から移動困難となり，障害を生じて，要介になるといわゆるフレイルサイクルにより筋肉の減少に伴い筋力が低下モデルを構築した筋骨格モデル解析（図）を行う．様々な姿勢，動作形態
図 1 フレイルと健康余命の関係
し，バランス障害，歩行速度の減少が生じる．さらに，転倒から移動困難
護となってしまう場合もある（図2）。
図1
フレイルと健康余命の関係などを変更したときに，関節や筋肉に発生する筋張力の大きさを調べることなり，障害を生じて，要介護となってしまう場合もある（図2）．
とで，適切なリハビリテーション，トレーニング効果などを提案できると
本研究では，フレイル患者・フレイル予備軍の方の筋力低
本研究では，フレイル患者・フレイル予備軍の方の筋力低下を抑制するた考えている．
下を抑制するために，筋力を詳しく調べる。具体的には，コンピュータ内に数学的に人体モデ
めに，筋力を詳しく調べる．具体的には，コンピュータ内に数学的に人体
北村明彦：東京都健康長寿医療センター研究所 2020
 現在行っている運動は，
 車いす取り付け型自転車 図    スポーツ
ルを構築した筋骨格モデル解析（図3）を行う。様々な姿勢，動作形態などを変更したときに，モデルを構築した筋骨格モデル解析（図）を行う．様々な姿勢，動作形態
自転車  ポールウォーキング（ポール：杖を併用した歩行，図 ），  台
図 1 フレイルと健康余命の関係
関節や筋肉に発生する筋張力の大きさを調べることで，適切なリハビリテーション，トレーニなどを変更したときに，関節や筋肉に発生する筋張力の大きさを調べるこ
車を押す動作  立ち上がり動作・着座動作 である．
とで，適切なリハビリテーション，トレーニング効果などを提案できるとング効果などを提案できると考えている。
考えている．
現在行っている運動は，（1）車いす取り付け型自転車（図3）（2）スポーツ自転車（3）ポー 現在行っている運動は，  車いす取り付け型自転車 図    スポーツ
ルウォーキング（ポール：杖を併用した歩行，図4），（4）台車を押す動作（5）立ち上がり動作・
自転車  ポールウォーキング（ポール：杖を併用した歩行，図 ），  台
着座動作 である。
車を押す動作  立ち上がり動作・着座動作 である．

フレイルサイクル： 国立長寿医療研究センター

図 2 フレイルサイクル

図３ 筋骨格モデルによる自転車の解析

図 4 ポールウォーキング実験の様子

提供可能な設備フレイルサイクル：
・機器： 国立長寿医療研究センター（公開記事の有無を付記願います）
図 2 フレイルサイクル
図2
フレイルサイクル

図3
筋骨格モデルによる自転車の解析
図３名
筋骨格モデルによる自転車の解析
称・型
番（メーカー）

ポールウォーキ
図 4図4
ポールウォーキング実験の様子
ング実験の様子

Vicon （３次元動作解析システム）

供可
床反力計（キス提ラー
92能86な） 設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）

Vicon （３次元動作解析システム）

提供可能な
床
反力計（キスラー 9286）
設備・機器

Vicon（3次元動作解析システム）／床反力計（キスラー― 96 ―

9286）

所 属 ： 機械工学科研究タイトル：

技術・研究シーズ紹介

所 属 ： 機械工学科

機械系

機械システムコース

工作機械加工空間内の空気と熱の流れ
研
究

氏名：

タイトル
今田
良徳 ／工作機械加工空間内の空気と熱の流れ
KONDA Yoshinori
E-mail：械加工空間内の空気と熱の流れ
職名：
講師
学位：
工学修士
今田 良徳
氏

名

／所K属
O学
ND会A・協Yo会
sh：inor日
i 本
E-学m会
ai，
l：精密工学会
KONDA
Yoshinori
機械

E-mail

名工作
講師
学，位
士学
機械
チ：ャック，空工
気学
流修，熱移動位，可工学修士
視化法，数値解析，ドライ加工，セミドライ加工

キーワード： 職

・チ学
ャ会
ック 技
術
日本機械学会所属学会・協会，精 密 工日本機械学会，精密工学会
技術相談
提供可能技術：・機械装置設計と製作
・可視化法と数値解チャック，析
工作機械，
空気流，熱移動，可視化法，数値解析，
ドライ加工，セミドライ加工

工作機械，チャキック，空気流，熱移動，可視化法，数値解析，ドライ加工，セミドライ加工
ー ワ ー ド・ チ ャッ ク 技 術・チャック技術
技 術 相 談・機械装置設計と製作
・機械装置設計と製作
提供可能技術・可視化法と数値解析
・
可
視
化
法
と
数
値
解
析
研究内容： 空気の流れに注目した工作機械加工空間形状設計に関する研究
研究内容

空気の流れに注目した工作機械加工空間形状設計に関する研究

工作機械加工空間で生ずる空工作機械加工空間で生ずる空気流と熱気流と熱に関わる問題に着目し，
流れ
に注目した
工作機械
加工空間形状設計に関する研究に関わる問題に着目し，空気流制御による空気流制御による加工空間形状

加 工 空 間 形 状設計法の確立に取り組んでいま
設 計 法 の 確 立 に取り組んで間で生ずる空気流と熱います．加工空間内空気流は加工工程毎に徴的な流れ挙動を精査

応用事例 応用事例

連付けることで加工空図3にCNC旋盤加工空間任意断面の空気流挙動を示します。一般的な加工空間（図3（1））では，
加工空間形状設計へ応用

旋盤加工空間任意断面の空気流
す．図 3 に CNC
チャックからの流速の大きい空気流（図3（1）中A部）が広範囲に空間下方を流動し，テールストッ
挙動を示します．一般的な加工空間（図3(1)）
ク付近を通って空間中央（図3（1）中B部）まで到達します。一方，空気流制御を施した加工空間（図3（2））では，空間下部の空気流動が低減され，堆積切屑の巻き上がりを抑制します。
では，チャックからの流速の大きい空気流（図3(1)中 A 部）が広範囲に空間下方を流動し，ﾃｰ

盤加工空間任意断面の空気流

ﾙｽﾄｯｸ付近を通って空間中央(図 3(1)中 B 部)まで

一般的な加工空間（図到達します．一方，空空3(1)）
気流制御を施した加工空らの流速の大きい空気流（図間（図 3(2)）では，空間下部の空気流動が低減

範囲に空間下方を流動し，ﾃｰされ，堆積切屑の巻き上がりを抑制します．

(1)空気流制御なし
図３(2)空気流制御あり

CNC 旋盤加工空間の空気流制御効果（数値解析結果）

空間中央(図 3(1)中 B 部)まで供可能な設備・機器：，空空気流制御を施した加工空，空間下部の空気流動が低減

巻き上がりを抑制します．

名称・型番（メーカー）（2）空気流制御あり（1）空気流制御なし(1)空気流制御なし(2)空気流制御あり

図3

図３

CNC旋盤加工空間の空気流制御効果（数値解析結果）

CNC 旋盤加工空間の空気流制御効果（数値解析結果）

提供可能な
設備・機器

名称・型番（メーカー）― 97 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

す。加工空間内空気流は加工工
し，空気流制御による
程毎に逐次変動し複雑な様相を逐次変動し複雑な様相を呈していますが，呈していますが，様々な可視化法の確 立可に取り組んで様々な可視化法（例えば図 1）による空気法（例えば図1）による空気流
空気流は加工工程毎に図１ ﾀﾌﾄ法による可視化
図２ MC加工空間内の空気流MC 加工空間内の空気流
流観察と数
数値解
析（図 2）を用いることで，
図2
観察と数値解析（図2）を用いる 図1 タフト法による可視化-1）（ 数 値 解 析 に よる ）（主軸回転数n=5000min（数値解析による）（ 主 軸 回 転 数 n = 5 0 0 0 m i n-1 ）相を呈していますが，加工空間内で起きている現象を把握することで，加工空間内で起きている現象を把握することが可能でことが可能です．
特徴的な流れ挙動を精査
えば図 1）による空気す。特徴的な流れ挙動を精査し，図１ ﾀﾌﾄ法による可視化
図２ MC 加工空間内の空気流
図し，
2）空気流問題と関連付けることで加工空を用いることで，加工空間形状設計へ応用
空気流問題と関連付けることで（数値解析による）間形状設計を行います．
-1（主軸回転数 n=50 00min ）ている現象を把握する
加工空間形状設計を行います。

技術・研究シーズ紹介

機械系

創造システム工学科

所 属 ： 創 造 シス テム 工 学 科 （ 機 械 系 ）研 究 タイ ト ル ：
研
究
タイトル

薄膜配線の高信頼化と最適設計

薄膜配線の高信頼化と最適設計

佐々木崇紘
氏氏
名： 名佐々木崇紘 ／ SASAKI TakahiroE-mailE-masasaki@akita-nct.ac.jp
il ：sasaki@akita-nct.ac.jp
SASAKI Takahiro
職名：
助教
学位：
博士（工学）
職
名 准教授
学 位 博士（工学）所属学会・協会： 日本機械学会
キ所属学会・協会
ーワード：

日本機械学会
薄膜配線、腐食推定、伝熱解析

キ ー ワ ー ド・薄膜配線の作製
薄膜配線，腐食推定，伝熱解析
・電気抵抗法による腐食推定
・・薄膜配線の作製
有限要素法による伝熱解析
・電気抵抗法による腐食推定
・有限要素法による伝熱解析

技術相談
提技
供可術
能技相術：談提供可能技術

技 術・ 研 究 シ ー ズ

金属薄膜配線の次世代透明導電膜への応用
研究内研究内容容： 金属
薄膜配線の次世代透明導電膜への応用
透明導電膜とは透明かつ導電性を有する材料であり，タッチパネル，電子ペーパー，太陽電池などに用いられています。従来の材料よりも柔軟性があって割れにくく，供給が安定し，低透 明 導 電 膜と は 透 明 かつ導 電 性 を 有す る 材 料 で あり 、 タッ チ パネ ル 、 電 子 ペー パ ー 、 太 陽電 池 など に用 い ら れ て います。従抵抗である金属を用いて，図のような格子状薄膜細線をガラスやアクリル等の基板上に配する来の材料よりも柔軟性があって割れにくく、供給が安定し、低抵抗である金属を用いて、図のような格子状薄膜
細線をガ
ラ スやアクリ ル等 の基板上に 配するこ とで 次世代透明 導電膜に期 待されていま す 。しかし微 細な金属は 高密
ことで次世代透明導電膜に期待されています。しかし微細な金属は高密度な電流によって発生
度な電流に よ っ て 発 生 す る ジ ュー ル 熱 で の 溶 断 や 長 期 の 大 気 腐 食 に よ っ て 材 料 の 特 性 が 変 化 し て し ま い、 機 器 の 誤 動
するジュール熱での溶断や長期の大気腐食によって材料の特性が変化してしまい，機器の誤動作や故障を 引き 起こして しま う 懸念があ り ま す。そ のため 金属 薄 膜 配 線 格 子の信頼性 を 高め 、最適設計を 可能に する作や故障を引き起こしてしまう懸念があります。そのため金属薄膜配線格子の信頼性を高め，することは重要であります。
最適設計を可能にするすることは重要であります。
信頼性を高めるための手段として電気抵抗法による腐食推定を考えています。電気抵抗法は原理が単純明快でかつ信頼性を高めるための手段として電気抵抗法による腐食推定を考えています。電気抵抗法は材料の腐食劣化による導電性への影響について直接知ることができます。
原理が単純明快でかつ材料の腐食劣化による導電性への影響について直接知ることができます。
ま た最適 設計を するため の手 段として 有限 要素法に よ る 伝 熱 解 析 を 考え て いま す 。 格子 の幾何 学的寸法 に よ る温 度
また最適設計をするための手段として有限要素法による伝熱解析を考えています。格子の幾上昇ならびに電気抵抗への影響について調査をします。
何学的寸法による温度上昇ならびに電気抵抗への影響について調査をします。

図．図次次世代透明導電膜に期待される格子状金属薄膜細線
世代透明導電膜に期待される格子状金属薄膜細線

提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）

特に無し

提供可能な
設備・機器

― 98 ―

技術・研究シーズ紹介

電気・電子・情報系

電気エネルギーシステムコース

研
究
タイトル

高効率高品質電力供給システムの開発と応用

氏

名

安東
至
ANDO Itaru

E-maili-ando@akita-nct.ac.jp

職

名

教授

学

博士（工学）

位

所属学会・協会

電気学会，計測自動制御学会，IEEE

キ ー ワ ー ド

高効率，電力変換器，インバータ，UPS，チョッパ

技 術 相 談提供可能技術・コンバータ/インバータ
・UPS（無停電電源装置）
・チョッパ

研究内容

コンバータ/インバータに代表される半導体電力変換器による高効率高品質電力供給システムの開発とその応用に関する研究を行っている。一般的なブリッジ形電力変換器の高効率制御法から新しい

主回路構成，センサレス制御，ソフトスイッチングを導入した高効率化手法を研究開発するとともに，UPS（無停電電源装置）やCT等の医療機器用電源，実験用電源装置などへの応用も行っている。

一般的な単相ブリッジ形電圧形電力変換器は，出力電圧の変化に関わらず一定の直流電圧を確保し，PWM制御等のスイッチング制御と出力フィルタにより高品質な出力電圧を供給している。スイッチン
グ周波数の増加は損失と電磁ノイズを増加するが，出力フィルタの小形化を可能にする。一方，出力電圧に応じた直流電圧を確保するチョッパ回路や電源電圧を利用した出力制御は電力変換器の過度な変換負担を軽減し，効率の上昇とフィルタの小形化を達成できる。これより，本研究では出力電圧に適した回路構成に変形可能で，入出力の１線を共通とし安全性を高めた出力フィルタの小型化を可能にする電力変換器の提案を行い，シミュレーションと実験により開発を行っている。
（参考文献：平成29年度電気関係学会東北支部連合大会2A07）○ロスレススナバを組み入れたインターリーブ式ソフトスイッチングPFC回路のセンサレス制御法
小容量アクティブ整流器はロスレススナバと臨界モード制御の活用により比較的簡単な回路で構成できる反面，電流不連続による入力フィルタの大型化が課題であった。提案したインターリーブ方式
ソフトスイッチングPFC 回路はこれらを改善できる一方で，ソフトスイッチング実現のためにセンサ数の増加が懸念されていた。本研究ではセンサレス制御の実現による高い安全動作性能の確保を実現する。
（参考文献：安東他 電気学会論文誌D, vol.135, No.12, pp1217−1224, 2015）

提供可能な
設備・機器

― 99 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ○GICを用いた電子回路モデルによるコンバータの三相電流復元とセンサレス制御
温湿度変化の激しい屋外の使用や振動の多い劣悪な環境下で使用する電力変換器はゲイン不平衡等を含むセンサの故障が電力供給に大きな影響を与え，コスト削減と合わせてセンサレス制御化が望まれている。本研究は，GIC（Generalized Immittance Converter）を用いた電子回路モデルにより，直流電流センサのみで三相電流を簡単に復元し，三相電流センサレス正弦波コンバータを実現する手法を開発するとともに，本モデル手法による他のブリッジ形電力変換器のセンサレス制御への応用を検討することである。開発する三相電流復元手法はコンバータをインピーダンス等価変換し，制御回路の電力レベルで電子回路モデルを構成して三相電流を復元し，また，実機とモデルの各直流電流の差から実機とモデル間の使用素子パラメータ誤差を補償することで事前のスイッチング情報を必要とせず，また，復元困難期間もなく，復元電流の正確性を確保できる。
（参考文献：平成29年度電気関係学会東北支部連合大会2A08，科研費H28〜 H30，16K06251）○出力電圧に適した回路構成を有する入出力１線共通型電力変換器

技術・研究シーズ紹介
研
究
タイトル

電気・電子・情報系

ビッグデータから知見を発掘する数理ツールの研究

武井 由智
氏
名
研究タイTAKEI
トル： Yoshinori
職

名

情報・通信ネットワークコース

教授

所属： 電気情報工学科
E-mailytakei@akita-nct.ac.jp

学

博士（工学）

位

ビッグデータから知見を発掘する数理ツールの研究

所属学会・協会
氏名：
武井 LA，電子情報通信学会，情報処理学会，ACM，SIAM，AMS，IEEE由智／ TAKEI Yoshinori
E-mail：ytakei@akita-nct.ac.jp

職名：
准教授
学位：
博士 (工学)キ ー ワ ー ド データマイニング，
ランダムアルゴリズム，
公開鍵暗号関連技術，
乱数，
学習アルゴリズム
所属学会・協会： LA, 電子情報通信学会, 情報処理学会, ACM, SIAM, AMS, IEEE技 術 相 談
ーワ
：
提 供キ可
能ー
技ド術

・ランダムなデータ（数値，テキスト，画像）からの規則性発見のためのアル
データマイニング、ランダムアルゴリズム、公開鍵暗号関連技術、乱数、学習アルゴリズム
ゴリズム
・複数データ相互の類似性検出アルゴリズム

・ラ ン ダ ムなデータ （数 値、テキス ト 、画像 ） から の規則 性 発 見のため の アルゴリ ズム ・
技術相談
研究内容
・複数データ相互の類似性検出アルゴリズム
提供可能技術：算法（アルゴリズム）の分野において，ビッグデータから有用な知見をあぶり出す「データマイニング」のための数理的なツールの開発を中心として，次のような研究を手掛けて来ていMin算法（アルゴリズム）の分野において、ビッグデータから有用な知見をあぶり出す「データマイニング」のための数理的なhashと呼ばれるドキュメントの小さな要約データからドキュメント間の類似性を推定する手法
ツの根幹となる「最小値独立置換族」に対し，無駄のない構成を与えています（下図左）ールの開発を中心として、次のような研究を手掛けて来ています。◆ドキュ メント類似度の高速判定に用。◆波形
いられる最小値独立置換族の最適構成： Min-hash と呼ばれるドキュメントの小マルチメディアデータ加工の基礎となさな 要約デ ータ からド キ ュメ ン ト間の 類似性 を 推モーメントによるディジタルフィルタの閉じた公式：
定する手法の根幹となる「最小値独立置換族」に対し、無駄のない構成を与えています(下図左)。◆波形モーメンスペ
トに よるディジタルフィルタを簡単に構成できます。◆疎フーリエ表現アルゴリズムの実装：
るクトルの偏ったデータを簡潔に表現することができる疎フーリエ表現アルゴリズムを実装しまデ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ の 閉 じ た 公 式 ： マ ル チ メ デ ィ アデ ー タ 加 工 の 基 礎 と な る ディ ジ タ ル フ ィ ル タ を 簡 単 に 構 成 で き ま す 。
◆
疎フーリエ表現アルゴリズ ムの実装： スペクトルの偏っランダムに集めた複数設問のたデータ を簡潔 に表現 することができる疎フーリの回答か
エ表 現アルした。◆未知論理関数の学習アルゴリズム：
YES/NOゴら，ターゲット設問のYES/NOがどのように決まっているかをあぶり出すことができます。◆
リズ ムを実装 しまし た。◆ 未知論 理関 数の学 習アルゴリズ ム： ラ ンダムに集め た複数 設問の YES/NO の 回答 から偏りの少ない逆数型擬似乱数発生器：有限体上の逆数変換の応用により，格子構造という有害、ターゲット設問の YES/NO がどのように決まっているかをあぶり出すことができます。◆偏りの少ない逆数型擬似な規則性を排した乱数列を出すアルゴリズムです。◆順列に対する未知の選好をあぶり出すた
乱 数 発 生 器： 有 限 体 上 の逆 数 変 換 の応 用 に より 、 格 子 構 造 と いう 有 害 な 規 則性 を 排 し た 乱数 列 を 出 す アル ゴ リ ズ ム でめの帯域制限フーリエ変換アルゴリズム：
す。◆順列に対する未知の選好をあぶり出すための帯域観測者が順列に関して感じている隠れた選好を非制 限 フ ー リ エ 変 換 アル ゴ リ ズ ム ： 観 測 者 が 順 列 に 関 し て 感 じ
可換フーリエ変換（下図右）の応用によりあぶり出します。工程の順と品質の関係のあぶり出て いる隠 れた選好を 非可換フ ーリエ変換（下図 右）の応 用によりあぶり出し ます。工程 の順と品 質の関係のあ ぶり出しにしにもなぞらえられます。
もなぞらえられます。
研
究内容：ます。◆ドキュメント類似度の高速判定に用いられる最小値独立置換族の最適構成：

技 術・ 研 究 シ ー ズ

提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）

ハードウェアとしては特になし

提供可能な
設備・機器

― 100 ―

所属： 秋田工業高等専門学校 電気 ・ 電子・ 情報 系
技術・研究シーズ紹介 電気・電子・情報系 情報・通信ネットワークコース
研 究 タイ ト ル ：
研
究
タイトル

アンテナの電磁界解析と最適化設計
アンテナの電磁界解析と最適化設計
氏名：
職名：

伊藤 桂一
／ I桂一
TOH Keiichi
伊藤
名ITOH Keiichi
教授

氏

職・協会名
所属学会
：

E-mail：itok@iakita-nct.ac.jp
itok@iakita-nct.ac.jp
学位：
博士（工学）
学位教授
博士（工学）
電子情報通信学会，日本 AEM 学会，日本シミュレーション学会，他
E-mail

キーワー所属学会・協会
ド：
導波管電子情報通信学会，日本AEM学会，日本シミュレーション学会，他
スロットアンテナ，誘電体レンズ，FDTD 法，トポロジー最適化
・アンテナの電磁界解析
キ ー ワ ー・最ド適化
導波管スロットアンテナ，
トポロジー最適化
技術相談
設計（トポロジー最適化） 誘電体レンズ，FDTD法，提供可能技術：・電波暗室を利用した放射パターン測定などのマイクロ波・ミリ波測定
・アンテナの電磁界解析
技 術 相 談・最適化設計（トポロジー最適化）
提供可能技術・電波暗室を利用した放射パターン測定などのマイクロ波・ミリ波測定
研究内容： 研究内容
アンテナアンテナの最適化設計と主ビームの狭角化および広角化レンズの開発の最適化設計と主ビームの狭角化および広角化レンズの開発

イクロ遺伝的アルゴリズム）を組み合わせた設計手法を提案しています。図
【設計例1 導波管スロットアンテナの設計】
1 に示すようにサイドローブ比 20dB となるように小型球形誘電体レンズ装
時間領域有限差分（FDTD）法と進化型計算手法の一つ
荷 導 波 管 スロ ッ ト アレ ーア ン テ ナ の 低サ イ ド ロ ー ブ 設 計 を 行 っ た結 果 ， レ ン
であるμGA（マイクロ遺伝的アルゴリズム）を組み合わズの寸法を考慮に入れたビームフォーミングを実現しました（図 1 参照）。
せた設計手法を提案しています。図1に示すようにサイド
ローブ比20dBとなるように小型球形誘電体レンズ装荷導【設計例２ 誘電体レンズ形状のトポロジー最適化】
波管スロットアレーアンテナの低サイドローブ設計を行っ
誘 電体レ ンズを アンテ ナ に 装 荷す るこ とに より ，主 ビー ムのビ ーム幅を 広た結果，レンズの寸法を考慮に入れたビームフォーミング
く（広角化），または狭く（狭角化）する技術について研究しています。3 次元を実現しました（図1参照）。
ト ポロジー 最適化 を導入することにより ， 設計者 の知見に依存しない 誘電設計例（低サイドローブ設計）
目的関数はサイドローブ比-20 dBに設定

アンテナ中央部のスロット間の間隔は広く，端部では狭くなる
間隔狭い

間隔広い

間隔狭い

放射パターンと設計結果

図1
低サイドローブ設計の設計結果
図
1 低
サイドローブ設計の設計結果

体レンズの形状設計が可能になります。正規化ガウス関数ネットワーク
図2 トポロジー最適化レンズ【設計例2 誘電体レンズ形状のトポロジー最適化】
図2 トポロジー最適化レンズ（主ビームのビーム幅の狭角化）（NGnet）を用いる
こ
と
に
よ
り
，
従
来
よ
り
も
収
束
効
果
の
高
い
レ
ン
ズ
の
設
計
が
で
誘電体レンズをアンテナに装荷することにより，主ビー（主ビームのビーム幅の狭角化）
きます。複雑な構造ですが 3D プリンタによる試，または狭く（狭角化）する技術について研究しています。3次作も可能です（図 2 参照）。
ムのビーム幅を広く（広角化）
提供可能な設元トポロジー最適化を導入することにより，設計者の知見に依存しない誘電体レンズの形状設
備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
計が可能になります。正規化ガウス関数ネットワーク（NGnet）を用いることにより，従来よ
名称・型番（メーカー）
りも収束効果の高いレンズの設計ができます。複雑な構造ですが3Dプリンタによる試作も可能
電波暗室
3D プリンタ（MUTOH 社製，他）。共用）
コンパクトレンジです（図2参照）（12GHz 帯/76GHz 帯
ミリ波測定用コンポーネント（発振器，ハーモニックミキサ，他）
電波暗室／コンパクトレンジ（12GHz帯/76GHz帯共用）／放射パターン測定用回転台／放射分布測定用
x-yスキャナ／電圧定在波比測定システム／3Dプリンタ（MUTOH社製，他）／ミリ波測定用コンポーネ
放射分布測定用
x-y スキャナ ント（発振器，ハーモニックミキサ，他）
設備・機器

放射パターン測提供可能な
定用回転台
電圧定在波比測定システム― 101 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

マイクロ波／ミマイクロ波／ミリ波領域において導波管スロットアンテ
リ 波領 域にお い て 導波管 スロット アン テナ を中 心に ア ンテ
ナを中心にアンテナの最適設計を行っています。遺伝的アナの最適設計を行っています。遺伝的アルゴリズムなどの進化型計算手法を使った設計ルゴリズムなどの進化型計算手法を使った設計法を取り入
法を取り入れているため， 新規アンテナ でも設計指針を提案れているため，新規アンテナでも設計指針を提案することすることができます【設計例１】。
レンズの収ができます【設計例1】束性という長所は活かし。
ながら， アンテナを 保護する 小型のレンズの収束性という長所は活かしながら，アンテナを
誘 電体 レンズ（レ ドーム として の役 割もある） があれ ば， 過酷 な自 然環 境 下
保護する小型の誘電体レンズ（レドームとしての役割もあで も 使用できる
高効率なアンテナを開発することができます。本研究ではアる）があれば，過酷な自然環境下でも使用できる高効率なン テ ナ お よ びア ン テ ナ に 装荷 す る 誘 電体 レ ン ズ （ レド ー ム） の 形状 を 最 適設計する技術をアンテナを開発することができます。本研究ではアンテナ開発することを目標としています。特に，誘電体レンズの形状
およびアンテナに装荷する誘電体レンズ（レドーム）のを 変え るだけ で アンテナ の 特性を 変え ることがで き れ ば， 一つ のア ンテナ を形状を最適設計する技術を開発することを目標としていま多用途に使うことができます【設計例２】。
す。特に，誘電体レンズの形状を変えるだけでアンテナの特性を変えることができれば，一つのアンテナを多用途に【設計例１ 導波管スロットアンテナの設計】使うことができます【設計例2】。
時間領域有限差分（FDTD）法と進化型計算手法の一つである μGA（マ技術・研究シーズ紹介

電気・電子・情報系

電気エネルギーシステムコース

研
究
タイトル

極数切換誘導電動機の特性算定について

氏

名

山崎 博之
YAMAZAKI Hiroyuki

E-maileyama@akita-nct.ac.jp

職

名

准教授

学

博士（工学）

位

所属学会・協会

電気学会，IEEE

キ ー ワ ー ド

電気機械変換工学，誘導電動機，極数切換，空間高調波

技 術 相 談提供可能技術・誘導電動機の特性測定技術
・電気機械統一理論による，誘導電動機等解析法

研究内容

PAM方式を適用した極数切換誘導電動機の特性算定法に関する研究

PAM方式極数切換誘導電動機は，１：２以外の速度比で極数を切換えることができる特徴がある。
一方，起磁力高調波の影響が大きく，高調波非同期トルクを発生しやすい問題がある。

技 術・ 研 究 シ ー ズ

本研究では，一般的な整数スロット巻誘導電動機にPAM方式を適用した場合の極数切換誘導電動機のインダクタンス行列を，対象座標軸上に展開し，対象座標軸上における電圧方程式から，空間高調波を考慮した等価回路を導出している。空間高調波を考慮した等価回路定数は，実験により直接求めることができないため，PAM方式適用前の，一般的な誘導電動機の試験により，一般的な等価回路定数を求め，一般的な等価回路定数から変換することによってPAM方式を適用した場合の誘導電動機の等価回路定数を導出する方法を明らかにしている。
整数スロットを基本としたPAM方式極数切換誘導電動機の特性算定例は以下のようになる。
１） 3の倍数次を含まない極数への切換の場合
8極整数スロット巻誘導電動機をPAM方式によって10極へ切換える場合
２） 3の倍数次を含む極数の切換の場合
8極整数スロット巻誘導電動機をPAM方式によって6極へ切換える場合
6極整数スロット巻誘導電動機をPAM方式によって8極へ切換える場合
整数スロット巻誘導電動機をベースにPAM方式を適用した場合，切換える前後において電動機のバランスが良くないこと，少ないコイル数で多極機を実現したいことなどから，分数スロット巻誘導電動機に対してPAM方式を適用し，多極機へ切換える場合について，設計法，及び特性算定法について研究を行っている。多極機の固定子が実現できると，例えば多極同期電動機の固定子としても転用でき，
小型でコンパクトな低速電動機を実現できる可能性もある。
分数スロット巻誘導電動機をPAM方式によって極数を切換える場合について設計例と起磁力高調波について検討を行った例が，8極から14極へ切換える場合についてであるが，その結果，14極の成分が非常に優勢になるように設計することができている。また，分数スロット巻8極の誘導電動機をベースにPAM方式を適用して10極，14極，16極，20極へ切換える場合のコイルの設計法についても明らかにしている。
特性算定法については，分数スロット巻8極の誘導電動機を10極，14極，16極，20極へ切換える場
合について空間高調波を考慮した等価回路を導出している。それぞれの極数について対応するために，
巻線係数の一種であるConnection factorを導入することによって，各極数への対応ができるように工夫している。また，等価回路定数は，整数スロット巻誘導電動機をPAM方式によって切換える場合と同様に，8極時の等価回路定数を，切換えた後の高調波を考慮した等価回路の諸定数に変換する方法を提案している。
現在，分数スロット巻8極の誘導電動機を14極へ切換えた場合の実機による特性測定結果と，提案する特性算定法によるシミュレーション結果を比較検討し，本手法に対する検討を行っている。
提供可能な
設備・機器

― 102 ―

技術・研究シーズ紹介

電気・電子・情報系

電気エネルギーシステムコース
所属： 秋田工業高等専門学校 電気・電子・情報系

研
究 液晶を用いた準光学的なミリ波偏向デバイスに関す
タイトル
研究タイトルる研究：田中 将樹
TANAKA Masaki
氏
名：田
中 将樹 ／ TANAKA Masaki 学 E-mail：
tanaka@akita-nct.ac.jp
職
名 准教授
位 博士（工学）
職名：
准教授
学位：
博士（工学）
所属学会・協会 電子情報通信学会，応用物理学会
所属学会・協会： 電子情報通信学会，応用物理学会
氏液晶を名用いたミリ波帯制御デバイスに関E-mailする研究tanaka@akita-nct.ac.jp

キキーー
ワーワド：ー ド
技術相
術談 相 談技
提供可能技術
提供可能技術：研究内容

ミリ波デバイス，液晶
ミリ波デバイス，液晶・ミリ波帯の計測
・ミリ波帯の計測
・液晶の電波領域利用
・液晶の電波領域利用
・FDTD 法による電磁波シミュレーション
・FDTD法による電磁波シミュレーション

液晶を用いた準光学的なミリ波偏向デバイスに関する研究

液晶材料は低消費電力、軽量・小型、低コストなどの特徴から、主に液晶ディスプレイ等の研究内容： 液晶を用いた準光学的なミリ波偏向デバイスに関する研究
可視光領域で応用されているが、ミリ波やマイクロ波のようないわゆる電波の周波数領域にお液晶いても比較的大きな電気光学効果を有することが確認されており、この周波数領域における制材料 は低消 費 電力 、軽量 ・ 小 型 、低 コス ト な どの 特徴 か ら 、主 に液 晶デ ィス プレ イ 等の 可視光 領 域で 応用さ れて い るが、ミリ御デバイスへの応用が試みられている。また、液晶は可視光領域と比較してミリ波領域におけ
波 やマ イ ク ロ 波 の よ う な い わ ゆ る電 波 の 周 波 数領 域 に お い て も 比 較 的 大 き な 電 気 光 学 効果 を 有 す る こと が 確 認 さ れる損失は小さいことから、数波長程度の比較的大きな実効長を有するデバイスに適用することが可能である。一般に、ミリ波領域は比較的波長が短いことから光学的な手法を適用することにおける損失は小さいことから、数波長程度の比較的大きな実効長を有するデバイスに適用することが可能である。一般に、が可能であることは良く知られており、プリズムやレンズ等の準光学的なデバイスが報告され
ミ リ 波 領 域は比 較 的 波長 が短 い こ とか ら 光 学 的な 手 法を 適 用す る こと が 可 能で ある こ と は 良く 知 ら れ て お り 、 プ リ ズ ム やレ ンている。本研究ではネマティック液晶の電気光学効果をミリ波領域に適用し、準光学的なミリズ 等 の準 光学的 な デ バ イ ス が 報 告さ れて い る 。 本 研究で は ネマ テ ィ ッ ク 液 晶 の 電 気光 学 効果 を ミ リ 波領 域 に適用 し 、 準 光学
波帯制御デバイスを開発することを目的として、ミリ波帯における積層型液晶レンズやフレネ的な ミ リ
波帯制御デバイスを開発することを目的として、 ミリ波帯における積層型液晶レンズやフレネル型レンズ、フォトニック
ル型レンズ、フォトニック結晶、メタマテリアル等を提案する。
結晶、メタ図1は積層型液晶プリズムの構造を示す。液晶分子を駆動するための電極を兼ねた金属基板とマテリアル等を提案する。
図 1液晶層が交互に積み重ねられた構造となっている。この構造の液晶プリズムに電圧を印加する
は 積 層 型 液 晶 プリ ズ ム の 構 造 を 示 す 。 液 晶 分 子 を 駆 動 す る た め の 電 極 を 兼 ね た 金 属 基 板 と 液 晶 層 が 交 互 に 積 み 重
ことにより、3～4°程度の偏向角の変化が得られた。また図2は、サブ波長オーダの格子周期をねられた構造となっている。この構造の液晶プリズムに電圧を印加することにより、3～4°程度の偏向角の変化が得られた。
また図持つ積層型液晶レンズおよびフレネルゾーンプレート型液晶レンズのセル構造を示す。シミュ
2 は、サブ波長オーダの格子周期を持つ積層型液晶レンズおよびフレネルゾーンプレート型液晶レンズのセル構造をレーションにより、誘電体の誘電率の変化によってミリ波の収束効果が得られたことから、各
示 す 。 シ ミ ュ レー シ ョ ン に よ り 、 誘 電 体 の 誘 電 率 の 変 化 に よ っ て ミ リ 波 の 収 束 効 果 が 得 ら れ た こ と か ら 、 各 パ ラ メ ー タ の 最 適 化
パラメータの最適化を行って素子の設計および試作を行っている。
て おり 、この周波数 領域における 制御デバイ ス への応用が試 みられて いる。ま た、液晶は 可視光領域と 比較して ミ リ 波領 域



図1
積層型液晶プリズム
図2
液晶レンズのセル構造   図 
積層型液晶プリズム                    図 
液晶レンズのセル構造

提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）

提供可能な
設備・機器

― 103 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

を行って素子の設計および試作を行っている。

所属： 電気情報工学科
技術・研究シーズ紹介 電気・電子・情報系 情報・通信ネットワークコース
研究タイトル：研
究
タイトル

流体アニメーション制作システム
流体アニ
メーション制作システム
氏名：
職名：

竹下 大樹
／ T
AKESHITA Daiki
竹下大樹
名TAKESHITA Daiki
講師

氏

E-mail：E-mail学位：

take@akita-nct.ac.jp
take@akita-nct.ac.jp
博士（工学）

職・協会
名： 准教授
所属学会
情報処理学会，芸術科学会，学ACM位，IEE博士（工学）E Computer Society

クス，流体シミュレーション，ユーザインタフェース
キーワー
ド：
コンピACM，IEEEュータグラフィッ
所属学会・協会
ComputerSociety，芸術科学会

・流体アニメーション
キ ー ワ ー ・ドッー
クス，流体のビジュアルシミ
ュレーション，ユーザインタフェース
技術相談
粒子コンピュータグラフィ法による流体シミュレ
ション・格子・流体アニメーション法による流体シミュレーション
提供可能技術：技 術 相 談・粒子法による流体のビジュアルシミュレーション
提供可能技術・格子法による流体のビジュアルシミュレーション
研究内容： 研究内容
流体アニ
メー シ ョ ン 制 作 シ ス テ ム
流体アニメーション制作システム

技 術・ 研 究 シ ー ズ

流体シミュレーションを利用した煙，爆発，流体シミュレーションを利用した煙、爆発、水のアニメー
水のアニメーションの制作手法に関する研究をションの制作手法に関する研究を中心に行っています。図中心に行っています。図1，2，3は研究室の学生
1，2，3 は研究室の学生と行った研究成果の画像です．
煙の CG と行った研究成果の画像です。
には Stable Fluid という計算モデルに Vorticity
Fluidという計算モデルに
Confinement煙のCGにはStableという渦度を強化する手法を実装した格子法
によるシミュレーションを用いました．
爆発と水の CG には
Vorticity Confinementという渦度を強化する手粒子法を用いています．
気体のアニメーションに粒子法を用法を実装した格子法によるシミュレーションをいた研究例は多くありません．
爆発の流体シミュレーション用いました。爆発と水のCGには粒子法を用いて
図図１
1．煙のCG（右図は圧力場）
煙のCG（右図は圧力場）には圧力勾配の計算を粒子間に働く斥力を仮定することでいます。気体のアニメーションに粒子法を用い近似計算した独自の計算モデルを用いており，計算量は従来た研究例は多くありません。爆発の流体シミュ
手法よりも軽減されています．水のシミュレーションにはレーションには圧力勾配の計算を粒子間に働く
Position Based
Fluids と呼ばれる計算モデルを採用しまし斥力を仮定することで近似計算した独自の計算た．こちらの手法は StableFluid と並び，CG の分野では著
名な計算モデルです．
煙と水の CG の画像生成には OpenGL
モデルを用いており，計算量は従来手法よりもを用いており，爆発のCG については POV-Ray というフリ軽減されています。水のシミュレーションにはーソフトを用いました．水のCG のプログラムについてはPosition Based Fluidsと呼ばれる計算モデルをOpenMP による並列化処理を行っています．これについて採用しました。こちらの手法はStableFluidと並は Cuda による GPU を用いた並列化処理を実装する予定で
び，CGの分野では著名な計算モデルです。煙とす．
水のCGの画像生成にはOpenGLを用いており，
最近の研究成果として，粒子法の境界条件に関するものを
爆 発 のCGに つ粒子法で気体を表現する際にはシ
い て はPOV-Rayと い う フ リ ー ソ
論文誌に掲載しています．
図
2．爆発の
CG
図２
爆発のCG
ミュレーション空間に粒子を満たした上で，シミュレーショフトを用いました。水のCGのプログラムについンを行うことになりますが，気体の運動に伴い，空間外に流てはOpenMPによる並列化処理を行っています。
出する粒子が発生します．その際，不足した粒子をシミュレ
これについてはCudaによるGPUを用いた並列化
ーション空間構成面から流入させることで粒子数を補う必処理を実装する予定です。
用がありますが，従来は試行錯誤で流入位置，方向，速度，最近の研究成果として，粒子法の境界条件にタイミングを決定していました．
この論文における研究では関するものを論文誌に掲載しています。粒子法
流入粒子の位置，方向，速度，タイミングを自動で決定する
水のCG（簡易表示）
図図３
3．水のCG（簡易表示）で気体を表現する際にはシミュレーション空間方法を提案しています．
に粒子を満たした上で，シミュレーションを行うことになりますが，気体の運動に伴い，空間提供可能な設外に流出する粒子が発生します。その際，不足した粒子をシミュレーション空間構成面から流備・機器：
名称・型番（メーカー）
入させることで粒子数を補う必用がありますが，従来は試行錯誤で流入位置，方向，速度，タ
イミングを決定していました。この論文における研究では流入粒子の位置，方向，速度，タイ
ミングを自動で決定する方法を提案しています。

提供可能な
設備・機器

― 104 ―

技術・研究シーズ紹介
研
究
タイトル

電気・電子・情報系

情報・通信ネットワークコース

自律再構成ハードウェアシステムの構築
所属： 電気情報工学科研究タイトル： 菅原 英子
氏
名
SUGAWARA Eiko

E-mailume56@akita-nct.ac.jp

自律再構成ハードウェアシステムの構築
名 講師
学 位 博士（情報科学）職

氏名：

菅原 英子／SUGAWARA Eiko
E-mail：ume56@akita-nct.ac.jp
電子情報通信学会
職名：講師
学位：
博士（情報科学）ー： ド 電自律再構成，故障補償，ディジタル回路設計
所属キ学ー
会・ワ
協会
子情報通信学会
所属学会・協会

提供可能な設備・機器：
提供可能な
名称・型番（メーカー）
FPGAボード（Xilinx社製FPGA搭載，東京エレクトロンデバイス他）
設備・機器
FP GA ボード(Xilinx 社製 FPGA 搭載、東京エレクトロンデバイス他)― 105 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

キー技
ワー術ド： 相 談 自・ハードウェアシステムの故障補償
律再構成、故障補償、ディジタル回路設計
提 供 可 能 技 術 ・ハ・FPGAを用いたディジタル回路の設計・実装
ードウェアシステムの故障補償
技術相談
・ F P GA を 用 い た デ ィ ジ タ ル 回 路 の 設 計 ・ 実 装提供研究内容可能技術：自律的な故障補償が可能なハードウェアニューラルネットワークシステム
ニューラルネットワークはパターン認識やデータマイニングなど様々な場面で利用されている。一般にはソフトウェアシミュレーションにより実行されるが，ニューラルネットワークの研究内容ハードウェア化（専用システム構築）は汎用計算機によるソフトウェアシミュレーションに比： 自律的な故障補償が可能なハードウェアニューラルネットワークシステム
べ高速実行が可能になる，他機器への組み込みが容易になるなどの利点があり，研究・開発がニューラ行われている。ニューラルネットワークに限らず，ハードウェアシステムを設計する場合，現
ル ネ ッ ト ワ ー ク は パ タ ー ン 認 識 や デ ー タ マ イ ニ ン グ な ど 様 々 な 場 面 で利 用 さ れ て い る 。 一 般 に は ソ フ ト ウ ェ ア シ
ミュレーシ在の技術ではハードウェア上に発生する故障は避けられず，何らかの故障対策が必要不可欠でョンにより実行されるが、ニューラルネットワークのハードウェア化（専用システム 構築）は汎用計算機によるソフトウェある。本研究では，故障補償機構を組み込むことで外部の計算機を用いずに自律的に故障を検
ア シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に 比 べ 高 速 実 行 が 可 能 に な る 、 他 機 器 へ の 組 み 込 み が 容 易 に な る な ど の 利点 が あ り 、 研
究・開発が
行 われている 。ニューラルネ ットワークに限らず、ハードウェアシス テムを設計する場合、現在 の技術では ハ出・補償する階層型ニューラルネットワークシステムを提案し，ハードウェア化に適した階層
ードウェア上に発生する故障は避けられず、何らかの故障対策が必要不可欠である。本研究では、故障補償機構を組型ニューラルネットワークの構成・実装法，自律的な故障補償を実現するための補償アルゴリ
み 込む ことで外 部の計 算機を 用 いずに自 律的に故 障を検 出・補 償する階層 型ニューラルネッ トワ ーク シス テムを提 案
ズムやハードウェア構成法について研究をおこなっている。また，ニューラルネットワークをし、ハードウェア化に適した階層型ニューラルネットワークの構成・実装法、自律的な故障補償を実現するための補償ア
利用したパターン認識なども扱っている。
ルゴリズム
やハードウェア構成法について研究をおこなっている。また、ニューラルネットワークを利用したパターン認識
図1に提案するシステムの構成を示す。階層型ニューラルネットワークのハードウェアシステ
なども扱っている。
ムとは，複数の演算素子が階層型のネットワーク
図 1 に 提案 す る シ ス テム の 構 成を 示 す 。 階 層 型ニ ュ ー ラ ル
ネットワーを形成する処理システムであり，演算素子（ニュークのハードウェアシステムとは、複数の演算素子が階層型のロン）ネット，
ワメモリ
ークを（結合重み）形成 する 処理シス（ニューロン間結合）
テム で あ り 、 演算 素，
配線子（ニューで構成される。故障補償手法として，予備回路を用
ロン ） 、 メ モ リ （ 結 合 重 み ） 、配 線 （ ニ ュ ーロ ン 間 結 合 ）で 構 成さ れる。故障補償手法として、予備回路を用いて故障
いて故障箇所を物理的に切り離す冗長手法と，結箇 所を物理的に 切り離 す冗 長手法 と、結 合重み の更 新により合重みの更新によりネットワークから故障の影響
ネットワークから故障の影響を取り 除く重み学習手法の二つを取り除く重み学習手法の二つがある。本システがある。本システムでは、予備ニューロン回路による故障補
ムでは，予備ニューロン回路による故障補償(冗長償(冗長手法)と GA processor による結合重みの更新(学習手processorによる結合重みの更新(学習法)を組み手法)とGA合わせた故障補償機構を階層型ニューラルネットワ
手法)を組み合わせた故障補償機構を階層型ニューーク回路に組み込む。比較的少量の故障発生時には、故障箇所を中ラルネットワーク回路に組み込む。比較的少量の間層および出力層に配置した予備ニューロン回路に切り替える
ことにより、短時間で故障箇所を取り除くことができ
故障発生時には，故障箇所を中間層および出力層る。また、に配置した予備ニューロン回路に切り替えること
予備回 路以上の故 障が発生し た場合には 、故障 ニ
ューロンを除いたネットワーク構成での結合重みを再学習 すにより，短時間で故障箇所を取り除くことができることで故障の影響を取り除くことができる。
る。また，予備回路以上の故障が発生した場合には，故障ニューロンを除いたネットワーク構成での結合重みを再学習することで故障の影響を取り除く 図１ 階層型ニューラルネットワークシステム
図 1 階層型ニューラルネットワークシステムの概要の概要
ことができる。

技術・研究シーズ紹介

電気・電子・情報系

所属： 電気情報工学科
電気エネルギーシステムコース

研究タイトル：
研
究タイトル

高輝度・高品質電子ビームの生成と計測

高輝度・高品質電子ビームの生成と計測

坂本文人
文人
氏氏名： 名坂本／Fumito Sakamoto E-mail Esaka@akita-nct.ac.jp-mail：
saka@akita-nct.ac.jp
SAKAMOTO Fumito
職名：
助教
学位：
博士（工学）
職
名 准教授
学 位 博士（工学）所属学会・協会：
日本加速器学会，ビーム物理研究会，日本原子力学会 他
所属学会・協会 日本加速器学会，ビーム物理研究会，日本原子力学会 他
キーワード：

キ ー ワ ー ド

原子力工学，ビーム物理学，二次元有限要素法電磁場解析，流体シミュレーション
原子力工学，
ビーム物理学，
二次元有限要素法電磁場解析，
流体シミュレーション

技技術相
術談 相 談
提
供
技 ：術
提供可可
能能
技術

二次元有限要素法による電磁場解析，レーザーアブレーション法による薄膜生成
二次元有限要素法による電磁場解析，レーザーアブレーション法による薄膜生成

研究内容
レーザーアブレーション法を用いたマルチアルカリ光陰極の開発
ザーアブレーション法を用いたマルチアルカリ光陰極の開発
研究内
容： レー

技 術・ 研 究 シ ー ズ

図１ 様々な光陰極材料の量子効率と寿命の関係
様々な光陰極材料の量子効率と寿命の関係
図１

ILCやXFEL，ERLなどの次世代線形加速器の電子源である光陰極高周波電子銃の陰極材料に
ILC や XFEL，ERL などの次世代線形加速器の電子源である光陰極高周波電子銃の陰極材料には，図１に示は，図１に示すように高量子効率かつ高耐久性が必須の条件である。近年陰極材料として注目すように高量子効率かつ高耐久性が必須の条件である．近年陰極材料として注目されているマルチアルカリ化合されているマルチアルカリ化合物は，約10%という高量子効率を実現する新材料と期待されて物は，約10%という高量子効率を実現する新材料と期待されているが，生成方法の技術的な手法が確立されているが，生成方法の技術的な手法が確立されていない。さらには，光電子発生や経時劣化機構いない．さらには，光電子発生や経時劣化機構も解明されていない．そのため安定的な高量子効率・高耐久の光も解明されていない。そのため安定的な高量子効率・高耐久の光陰極生成までには至っていない。
陰極生成までには至っていない．
当 研究 室の こ れ ま で の 研 究 に よ り 開 発 し た 流 体 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン コ ー ド に より ，レ ー ザ ー ア ブ レ ー シ ョ ン 法に よる マル チ
当研究室のこれまでの研究により開発した流体シミュレーションコードにより，レーザーア
アルカリ化合物の成膜が可能なことを示した。今後は、実験的アプローチにより高輝度・高品質電子ビーム源の開発を
ブレーション法によるマルチアルカリ化合物の成膜が可能なことを示した。今後は、実験的ア実現させる。特に，量子効率が最も高いと期待されるマルチアルカリ化合物である Cs,K,Sb 化合物に着目し，レプローチにより高輝度・高品質電子ビーム源の開発を実現させる。特に，量子効率が最も高い
ーザーと期待されるマルチアルカリ化合物であるCs,K,Sb化合物に着目し，レーザーアブレーション
アブレーシ ョン法を応 用したマル チアルカリ 化合物生成 と光陰極と しての特性 評価が可能 な製造・評価
システムを構築し，光陰極としての特性を解明する．これにより高量子効率・高耐久光陰極の実現につなげる．
法を応用したマルチアルカリ化合物生成と光陰極としての特性評価が可能な製造・評価システ
ムを構築し，光陰極としての特性を解明する。これにより高量子効率・高耐久光陰極の実現につなげる。
提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）

二次元有限用方法電磁場解析コード（自作）サ ー モカ メ ラ

YAG レーザー(1064nm,532nm,266nm)

レーザー温度計

オシロスコープ
提供可能な
光電子設備・機器
増倍管

二次元有限用方法電磁場解析コード（自作）／サーモカメラ／ YAGレーザー（1064nm，532nm，266nm）／レーザー温度計／オシロスコープ／光電子増倍管／高感度CCDカメラ

高感度 CCD カメ ラ

― 106 ―

技術・研究シーズ紹介

電気・電子・情報系

電気エネルギーシステムコース

研
究
タイトル

スイッチトリラクタンスモータの制御について

氏

名

中沢 吉博
NAKAZAWA Yoshihiro

E-mailnakazawa@akita-nct.ac.jp

職

名

講師

学

博士（工学）

所属学会・協会位

電気学会，米国電気電子学会（IEEE），英国電気学会（IET）
所
属： 電気・電子・情報系

キ ー
ワタイ
ートル
ド： 電気機器，研究
スイッチトリラクタンスモータ，
位置センサレス制御，
高効率・力率制御

・スイッチトリラクタンス機の制御
技 術 相 談 ・シミュレーション用回転機モデルの構築
提 供 可 能 技 術 ・VHDL言語によるFPGAを用いたモータコントローラの実装
氏名：
中沢吉・有限要素法による回転機コアの磁場解析
博／NAKAZAWA Yoshihiro
E-mail：nakazawa@akita-nct.ac.jp

スイッチトリラクタンスモータの制御について

職名：
講師
学位：
博士（工学）
研究内容 スイッチトリラクタンスモータの位置センサレス制御
所属学会・協会： 電気学会，米国電気電子学会（IEEE），英国電気学会（IET）

近 年， レ ア ア ー ス を 使 用 し な い ス イ ッ チ ト リ ラ ク タ ン ス モ ー タ（SRM：Switched
キーワード： Motor）が次世代の省エネ・省資源モータとして注目されている。SRモータは回
電気機器，スイッチトリラクタンスモータ，位置センサレス制御，高効率・力率制御
Reluctance・スイッチトリラクタンス機の制御
転子に巻線がないため，堅牢，低コスト，高回転に耐え，また永久磁石がないために熱減磁や技術相談
・シミュレーション用回転機モデルの構築
磁石割れの問題がない。原理上，回転子を励磁するためのエネルギーが必要なため，永久磁石提供可能技術：・VHDL 言語による FPGA を用いたモータコントローラの実装
型同期モータと比較して効率および力率面で劣る。しかし，誘導モータよりも効率が高いため，・有限要素法による回転機コアの磁場解析
誘導モータに代わる安価な動力源として普及が期待されており，近年では超高速回転可能であ研
究内容： スイッチトリラクタンスモータの位置センサレス制御
る特徴を活かしてサイクロン掃除機に応用されている。また，堅牢で熱に強い構造のためハイθon, θoff

SRM

スイッチングロジック(120°通電)
AHB
インバータ

推定位置 θ^回転子位置θ
[ (mech.)]θon, θoff

電圧
センサ

角速度ω
[rad/s]電流センサ

θon, θoff

500
300
100
-100

位置
センサ

状態
オブザーバ

360
270
180
90
0

位置センサ信号は不要

図1 位置センサレス制御システム
図 1 位置センサレス制御システム

提供可能な設備・機器：
提供可能な
設備・機器

0

0.02

0.04

0.06

0.08

実値

0

0.02

0.04
0.06
時間 t [s]

0.1

推定値

0.08

図2 始動時の回転子位置推定結果
図 2 始動時の回転子位置推定結果（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）― 107 ―

0.1

技 術・ 研 究 シ ー ズ

近年，レアアースを使用しないスイッチトリラクタンスモータ（ SRM：Switched Reluctance Motor）が次世代の省エネ・ブリッドショベルや航空機，自動車など，エンジンからの熱の影響を受けやすい場所の発電機
省やコンプレッサー等への採用が進んでいる。
資源モータとして注目されている。 SR モータは回転子に巻線がないため，堅牢，低コスト，高回転に耐え，また永久
磁石 がな いため に 熱減磁や 磁石割れの 問題がな い。 原理上， 回転子を励磁 する ため のエネルギーが必 要なため ， 永SRモータを駆動させるためには，回転子位置に応じて適切な相を励磁する必要があるため位久 磁石 型同期 モ ータ と比較 して 効率 およ び 力率面 で劣 る 。しか し， 誘 導モ ータよ り も効 率が高 い ため ，誘導 モ ータに 代
わ置センサを必要とする。しかし，位置センサによりコスト高になることや，モータ体格が大きる安価な動力 源として普及 が期待され ており ，近年 では 超高速 回 転可能であ る 特徴を活か して サイ クロン掃 除機 に応くなる問題があるため位置センサレス化が望まれる。本研究では図1に示す状態オブザーバを用 さ れ て いる 。 ま た ， 堅 牢 で 熱 に 強 い 構 造 の ため ハ イ ブ リ ッ ド シ ョ ベ ル や 航 空 機 ， 自 動 車 な ど ， エ ン ジ ン か ら の 熱 の 影
響用いて回転子位置を推定するSRモータの位置センサレス制御法について研究を行う。状態オブを受けやすい場所の発電機やコンプレッサー等への採用が進んでいる。
SR モ ー タ を 駆 動 さ せ る た め に は ， 回 転 子 位 置 に 応 じ て 適 切 な 相 を 励 磁 す る 必 要 が あ る た め 位 置 セ ン サ を 必 要 と す
ザーバはSRモータの電気系および機械系の線形状態方程式から構築する。電流センサ値と推定る。しかし，位置センサによりコスト高になることや，モータ体格が大きくなる問題があるため位置センサレス化が望まれる電流値の差にオブザーバゲインを乗じた項により推定回転子位置を実値に収束させる。
。本研究では図 1 に示す状態オブザーバを用いて回転子位置を推定する SR モータの位置センサレス制したがっ御法についてて，原理上オブザーバによる方法は収束に時間がかかる問題があるが，オブザーバゲインを最研究を行う。状態オブザーバは SR モータの電気系および機械系の線形状態方程式から構築する。電流センサ値と推適に設計することにより各状態の推定誤差を素早く補正し，正確な回転子位置を推定すること
定電流値の差にオブザーバゲインを乗じた項により推定回転子位置を実値に収束させる。したがって ，原理上オブ
ザ ー バ に よ る 方 法 は 収 束に 時 間 が かか る 問 題 があ る が ， オ ブ ザ ー バ ゲ イ ン を 最 適 に 設計 す る こ と に よ り 各 状 態 の推 定ができる。図2は無負荷状態における始動時のシミュレーション結果である。推定回転子位置に誤差を素早く補正し，正確な回転子位置を推定することができる。図 2 は無負荷状態における始動時のシミュレーション
結ついては始動時に推定誤差があるが，時間とともに推定誤差が小さくなり実値に収束させるこ
果 で あ る 。 推 定 回 転 子 位 置 に つ い ては 始 動 時 に推 定 誤 差 が あ る が ， 時 間と と も に 推 定誤 差 が 小 さ く な り 実 値 に 収束さとができている。
せることができている。

技術・研究シーズ紹介

電気・電子・情報系

情報・通信ネットワークコース
所属： 電気・電子・情報系 情報・通信ネットワークコース

研
究研究タ
イトル：人工知能を用いた脳活動パターンの分析
タイトル 人工知能を用いた脳活動パターンの分析

カラベス アンドラデ エドアルドE-mail carabez@akita-nct.ac.jp
CARABEZEDUARDOカ
ラベス ANDRADE
アンドラ デエドアルド ／
氏名：E-mail：carabez@akita-nct.ac.jp
ARABEZ ANDRADE EDUARD学
O 位 博士
職
名 C
助教
職名：
助教
学位：
博士
氏

名

所属学会・協会

所属学会・協会：

パターン認識，人工知能，ニューラルネットワーク，深層学習，機械学習
パターン認識、人工知能、ニューラルネットワーク、深層学習、機械学習
・畳み込みニューラルネットワーク
・畳み込みニューラルネットワーク
技 術 相 談技供術可相能
談 技 術 ・ブレインコンピュータインタフェース・ブレインコンピュータインタフェース
提・事象関連電位・事象関連電位提供可能技術：キ ー ワ ー ド

キーワード：

研究内容

研究内私は自然からアイデアを得たアルゴリズムにおおいに興味があり，一つの例は脳の構造を模容：した人工ニューラルネットワークで，特に医療応用やコンピュータ科学等の（人工知能，機械
私は自然からアイデアを得たアルゴリズムにおおいに興味があり、一つの例は脳の構造を模した人工ニューラル
ネットワークで、特に医療応用やコンピュータ科学等の(人工知能、機械学習、深層学習アルゴリズム等)多くの学習，深層学習アルゴリズム等）多くの専門分野にわたるトピックやプロジェクトに興味があ
専門分野にわたるトピックやプロジェクトに興味があります。
これまで、私の研究はヒトの生理学的信号を医療ります。これまで，私の研究はヒトの生理学的信号を医療の専門家や患者の方をサポートするの専門家や患者の方をサポートするツールの作成に使う方法を探すことに注力してきました。
ツールの作成に使う方法を探すことに注力してきました。

技 術・ 研 究 シ ー ズ

最近では，私は畳み込みニューラルネットワーク（CNN）という特別な形の人工ニューラル
最近では、私は畳み込みニューラルネットワーク(CNN)という特別な形の人工ニューラルネットワークを用いネットワークを用いて脳活動に関わる研究を行っており，脳活動と深層学習の研究を続けたいて脳活動に関わる研究を行っており、脳活動と深層学習の研究を続けたいと考えています。特に、人々がごく特と考えています。特に，人々がごく特殊な刺激を受けた後にみられるパターンをどのように理解，殊な刺激を受けた後にみられるパターンをどのように理解、認知し分類を行うかという事について続けていきた
認知し分類を行うかという事について続けていきたいです。
いです。
様々な研究分野でCNNの適用が増加するにつれて，CNNの構造と関連するパターンに注目した結果が現れ始めた。それらの結果によると，脳波（EEG）といったデータを解釈するのに様々な研究分野で
CNN の適用が増加するにつれて、CNN の構造と関連するパターンに注目した結果が現れ始めた。
それらの結果によると、脳波(EEG)といったデータを解釈するのに CNN における限界も含まれていたが、CNNにおける限界も含まれていたが，CNNの層において行われる標準的な処理（プーリング，
CNN畳み込み）を変更することによってモデルの性能を向上させる可能性があります。
の層において行われる標準的な処理(プーリング、畳み込み)を変更することによってモデルの性能を向上させる可能性があります。

目的のアプリケーションとしてはブレインコンピュータインタフェース（BCI）というユーザーの脳波等の検出目的のアプリケーションとしてはブレインコンピュータインタフェース（BCI）というユーで機械・コンピュータ等のコントロールができるシステムを開発することです。
ザーの脳波等の検出で機械・コンピュータ等のコントロールができるシステムを開発すること提供です。
可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）
提供可能な
設備・機器

― 108 ―

技術・研究シーズ紹介
研
究
タイトル

電気・電子・情報系

生体信号の分析と応用

佐藤 貴紀
氏究タイ
名トル：
研
SATO Takanori
職

助教

名

氏所属学会・協会
名：佐藤 貴紀 ／ SATO Takanori
職名：助教

キ ー ワ ー ド

所属学会・協会：

所属： 電気・電子・情報系

E-mailtakanori@akita-nct.ac.jp

学

博士（工学）

位

E-mail：takanori@akita-nct.ac.jp

学位：
博 士 (工 学 )生体信号，信号処理，多変量解析，パターン認識，人工知能

・機能的近赤外分光法を用いた実験・計測
生体信号、信号処理、多変量解析、パターン認識、人工知能
・生体信号の分析手法
・機能的近赤外分光法を用いた実験・計測
・生体信号の分析手法
機能的近赤外分光法における高精度な脳活動評価手法の提案

技 術 相 談提供可能技術キーワード：

研究内容
技術相談
提供ヒトの脳や身体から計測される様々な生体信号には，医療や工学の分野で利用可能な有用な可能技術：

右手運動時のfNIRS信号への提案手法の適用結果
図図右手運動時の fNIRS 信号への提案手法の適用結果

提供可能な設備・機器：
提供可能な
設備・機器

（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）― 109 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

情報が多く含まれています。しかしながら，生体信号では目的とする信号が多大なノイズに埋もれていることが珍しくなく，そのような信号から精度良く目的の信号のみを推定する分析手
研究内容： 機能的近赤外分光法における高精度な脳活動評価手法の提案法が必要不可欠です。私の研究では，計測した生体信号から有用な情報のみを抽出する分析手
ヒト の脳や身体から計測される様々な生体信号には、医療や工学の分野で利用可能な有用な情報が多く含まれてい法の提案と，その情報を用いた医療・工学的応用を目的としています。
ま す 。 し か しな が ら 、 生 体信 号 で は 目的 と す る 信 号が 多 大 な ノ イズ に 埋 もれ て い る こ と が 珍 し く な く 、 そ のよ う な 信 号から
私はこれまで，特に機能的近赤外分光法（fNIRS）と呼ばれる，脳内の血流信号を計測する
精 度 良 く 目 的 の 信 号 の み を 推 定 す る 分 析 手 法 が 必 要 不 可 欠 で す 。 私 の 研 究 で は 、 計 測 し た 生 体 信 号 か ら 有 用 な 情報
ことで脳活動を評価可能な装置の分析手法について研究してきました。従来fNIRSでは脳血流のみを抽出する分析手法の提案と、その情報を用いた医療・工学的応用を目的としています。
私は以外にも頭皮での血流変化も計測してしまうために擬陽性の脳活動評価をしてしまうことが問
こ れ ま で 、 特 に 機 能 的 近 赤 外 分 光 法 (fN I RS) と 呼 ば れ る 、 脳 内 の 血 流 信 号 を 計 測 す る こ と で 脳 活 動 を 評 価 可
題とされてきましたが，本研究では頭皮血流のみを追加計測することで通常の信号から頭皮血能な装置の分析手法について研究してきました。従来 fNIRS では脳血流以外にも頭皮での血流変化も計測してしまうた
めに擬流の影響を除去する手法を提案しました。結果として，頭皮血流が大量に混入し脳活動部位の陽性の脳 活動評価を して しま う ことが問題とさ れて き ま し たが、 本研究で は頭皮血流 のみを 追加 計測する こと で通常の同定が困難な計測信号に対しても，提案手法を適用することで脳活動の機能的局在性が改善さ
信 号か ら頭 皮血流 の 影響を 除 去 する 手法 を 提 案し まし た 。 結果 とし て 、頭 皮血流 が 大量に 混 入 し脳 活動部 位 の同定がれました（下図）
困難な計測信号に。対しても、提案手法を適用することで脳活動の機能的局在性が改善されました (下図)。
今後は今後は，生体信号に関する研究も続けつつ，本研究で培った信号処理・機械学習技術を他分、生体信号に関する研究も続けつつ、本研究で培った信号処理・機械学習技術を他分野の信号へも発展させて いく 予定です。
野の信号へも発展させていく予定です。

技術・研究シーズ紹介

物質・生物系

バイオ・アグリ工学コース

研
究
タイトル

酵素機能改変による植物の生産性向上

氏

伊藤 浩之
ITO Hiroyuki

研究タイトル：名

所属： 物質工学科

E-mailotih@akita-nct.ac.jp

職
名 教授
学 位 博士（農学）
酵素機能改変による植物の生産性向上

氏名：

所属学会・協会 日本植物生理学会，日本農芸化学会，日本生物工学会，日本応用糖質科学会
伊藤浩之 ／ ITO H
iroyukiE-mail：otih@akit a -nct. a c. jp

職名：教
キ授ー ワ ー ド

学位：
博士（農学）
同化デンプン代謝，酵素機能改変，分子育種

技 術・ 研 究 シ ー ズ

日本植物生理学会，日本農芸化学会，日本生物工学会，日本応用糖・植物酵素の微生物発現・精製・解析
所属学会・技協会術： 相 談
・酵素機能変換
提 供 可 能質技科
術学会
・植物形質転換キーワード：
同化デンプン代謝，酵素機能改変，分子育種
研究内容 デンプン生合成関連酵素の機能改変と植物生産性向上への応用
・ 植物酵素の微生物発現・精製・解析
技術相談
本研究では，植物の生産性向上に結びつくデンプンの量的改変とデンプンのカスタムメイド
・ 酵素機能変換
提供可能技術：を可能にする質的改変を最終的に目指している。この目的を達成するためには，デンプン生合
・ 植物形質転換成に関わる酵素群の機能を明らかにし，生合成機構の詳細を理解することが必須である。
研究内容： デン植物の生産性向上を目指すためのターゲットとして同化デンプン代謝に着目した。
プン生合成関連酵素の機能改変と植物生産性向上への応用
植物のソース器官で固定された炭素は，トリオースリン酸（TP）に変換されショ糖合成に利用される（図本研究では，植物の生産性向上に結びつくデンプンの量的改変とデンプンのカスタムメイドを可能にする質的改変を1）。ショ糖はシンク器官へ転流され，エネルギー源として用いられる。光合成の進行によりショ
最終的に目指している。この目的を達成するためには，デンプン生合成に関わる酵素群の機能を明らかにし，生合成機
糖合成が飽和すると，TP は同化デンプン合成に回される。このことは，同化デンプンが夜間の構の詳細を理解することが必須である。
炭素源としてだけでなく，昼間の過剰な TP の一時的なシンクとしても働くことを示している。
植物の生産性向上を目指すためのターゲットとして同化デンプン代謝に着目した．植物のソース器官で固定された炭
したがって，同化デンプン代謝能を強化することができれば，シンクへの炭素フラックスの増
素は，トリオースリン酸(TP) に変換されショ糖合成に利用される（図 1）。ショ糖はシンク器官へ転流され，エネルギー加を導くと考えられ，植物の生長や生産性増加が期待される。
源として用いられる。光合成の進行によりショ糖合成が飽和すると，TPは同化デンプン合成に回される。このことは，同
同化デンプン蓄積量を操作するためのターゲットには，ADP-グルコースピロホスホリラーゼ
化デンプンが夜間の炭素源としてだけでなく，昼間の過剰なTP の一時的なシンクとしても働くことを示している。したが（AGPase）を選択した。AGPase
は，デンプン合成の鍵酵素であり，基質である
ADP-グルコーって，同化デンプン代謝能を強化することができれば，シンクへの炭素フラックスの増加を導くと考えられ，植物の生長ス（ADPG）を供給する。その酵素活性はアロステリックに調節され，同化デンプン合成速度や生産性増加が期待される。
同化デンプン蓄積量を操作するためのターゲットには，ADP-グルコースピロホスホリラーゼ(AGPase) を選択した。
を支配している。そこで，アロステリック感受性の低下した機能向上型AGPaseを作ることがで
AGPase は，デンプン合成の鍵酵素であり，基質である
ADP-グルコース (ADPG) を供給する。その酵素活性はアロ
きれば，同化デンプン合成量を増加させることができると期待された。
ステリックに調節され，同化デンプン合成速度を支配している。そこで，アロステリック感受性の低下した機能向上型
大腸菌における植物AGPase発現系の構築，ランダム変異，部位特異的変異，逆遺伝学的手法
AGPase を作ることができれば，同化デンプン合成量を増加させることができると期待された。
などを駆使して，最終的にシロイヌナズナ葉AGPaseの３種のin vitro機能向上型酵素を作製することに成功した。この機能向上酵素を発現する植物を作成したところ，同化デンプン代謝能
大腸菌における植物
AGPase 発現系の構築，ランダム変異，部位特異的変異，逆遺伝学的手法などを駆使して，最の強化をもたらし，同化デンプンの回転率（最大蓄積量と最小蓄積量の差）が野生型株の1.1〜
終的にシロイヌナズナ葉
AGPase の３種の in vitro 機能向上型酵素を作製することに成功した。この機能向上酵素を
1.3 倍に増加した。また，形発現する植物を作成したところ，同化デンプン代
図 1 炭水化物 代謝
図 2 同化デ ン プ ン 代謝
CO
解糖系
謝能の強化をもたらし，同化デンプンの回転率
質転換植物の中には，二酸化TP
転流Triose-P
Triose-P（最大蓄積量と最小蓄積量の差）が野生型株の光合成
炭素固定能（＝光合成能）や
貯蔵
Pi
ショ 糖
カ ルビ ンデン プ ンCOサイ ク ル1.1〜1.3 倍に増加した。また，形質転換植物の個体あたりの種子数（＝生産
Hexose-P
同化
中には，二酸化炭素固定能（＝光合成能）や個デン プ ンATP性 ） が 野 生 型 株 の1.2倍 程 度
セルロ ースHexose-P
AGPaseソ ース 器官シン ク 器官
2Pi
PPi
体あたりの種子数（＝生産性）が野生型株の1.2に増加したものが見いだされ
ADPG
ATP
図 3 機 能改変 酵素遺伝子の 導入
倍程度に増加したものが見いだされた。これらのた。これらの結果は，機能改NADPH
SUCROSE
STARCH
結果は，機能改変
AGPase の発現が同化デン
変AGPaseの発現が同化デンプ
光転流
プン代謝能の増加に寄与し，生長や生産性を向maltoseン代謝能の増加に寄与し，生or
glucose
上させる可能性を秘めていることを示唆している。
葉緑体
長や生産性を向上させる可能細胞質性を秘めていることを示唆し
野生型株
形質転換体
ている。
提供可能な設備・機器：
提供可能な
大型恒温振とう培養機・G-BR-200（タイテック株式会社）
名称・型番（メーカー）
2

2

設備・機器

大型恒温振とう培養機・G-BR-200（タイテック株式会社）― 110 ―

技術・研究シーズ紹介
研

物質・生物系

バイオ・アグリ工学コース
所属： 物質工学科

究研究
タイトル：酵素フィルム（酵素含有機能性高分子フィルム）
タイトル
榊 秀次郎 （酵素含有機能性高分子フィルム）
酵素フィルム名E-mail sakaki@akita-nct.ac.jp
SAKAKI Shujiro

氏

氏名：

榊秀次郎／SAKAKI Shujiro
E-mail：sakaki@akita-nct.ac.jp
学 位 博士（学術）
教授
職名：
教授
学位：
博士（学術）
所属学会・協会
高分子学会，日本化学会
所属
学会・協会： 高分子学会，日本化学会
職

名

キー
ード
分子，機能性高分子，酵素，検知，臨床診断
キワー
ワ： ー ド 高
高分子，機能性高分子，酵素，検知，臨床診断
・・高分子合成，高分子物性評価技術
高分子合成，高分子物性評価技術
技 術 相 談 ・・酵素の有効利用技術
酵素の有効利用技術
技術
提相
供談
可 能 技 術 ・・有害物質の分解
有害物質の分解・臨床診断，臨床検査
提供可能技術：研究内容

・臨床診断，臨床検査＜検知フ〈検知フィルム，温度・時間インジケーター〉
ィルム，温度・時間インジケーター＞
概 要概要
酵素フィルムにより生じた生成物を特定の試薬にて発色させることにより、様々な物質の“検知フィルム”への応用が可能
酵素フィルムにより生じた生成物を特定の試薬にて発色させることにより，様々な物質の“検になります。また、酵素は特定の温度，特定の時間にて基質を分解することが可能なので、温度と時間の双方を目視に知フィルム”への応用が可能になります。また，酵素は特定の温度，特定の時間にて基質を分解て観察可能な“温度・時間インジケーター”への応用が可能になります。
することが可能なので，温度と時間の双方を目視にて観察可能な“温度・時間インジケーター ”
応用可能な用途への応用が可能になります。
・揮発性有機化合物（VOCs）の検知フィルム
応用可能な用途・シックハウス症候群の検知フィルム
・揮発性有機化合物（VOCs）の検知フィルム
・温度＆時間履歴が目視にて観察可能な（温度＆時間インジケーター）
・シックハウス症候群の検知フィルム
カップラーメンの食べ頃シール（テープ），医薬品の温度履歴記録シール（テープ）・温度＆時間履歴が目視にて観察可能な（温度＆時間インジケーター）
カップラーメンの食べ頃シール（テープ），医薬品の温度履歴記録シール（テープ）提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）Gel Permeation Chromatography (GPC)システム
提供可能なマイクロプレートプレートリ
ーダPermeationーGelChromatography（GPC）システム／マイクロプレートプレートリーダー
設備・機器― 111 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ〈有害物質の分解，有害物質への変換〉
研究内容：
概
要
酵素は基質特異性および触媒活性を有するタンパク質であり，洗剤や医薬品や食品加工や有＜有害物質の分解，有害物質への変換＞
概 要 害物質の分解などが可能であり，様々な分野で利用されています。しかし酵素は，熱・有機溶
剤により容易に変性してしまうので，繊維化やフィルムに加工することは困難であり，更に水酵素は基質特異性および触媒活性を有するタンパク質であり、洗剤や医薬品や食品加工や有害物質の分解などが可分の無い気相中の基質を分解することはできません。
能であり、様々な分野で利用されています。しかし酵素は、熱・有機溶剤により容易に変性してしまうので、繊維化やフィそこで本研究の酵素を含有した機能性高分子フィルム（酵素フィルム）を用いると，気相中ルムに加工することは困難であり、更に水分の無い気相中の基質を分解することはできません。
そこで本研究の酵素を含有した機能性高分子フィルム（酵素フィルム）を用いると、気相中の有害物質を安全な化合物やの有害物質を安全な化合物や有益な化合物に分解することや，有益な化合物に変換することが有益な化合物に分解することや、有益な化合物に変換することが可能です。
可能です。
有 害 物質
応用可能な用途
応用可能な用途・インフルエンザウイルス分解マスク
・インフルエンザウイルス分解マスク
酵素フィルム・空気清浄器フィルター・空気清浄器フィルター・シックハウス症候群原因物質（ホルムアルデヒド）分解塗料・分解壁紙
安全な化合物 or・シックハウス症候群原因物質（ホルムアルデヒド）分解塗料・分解壁紙
有益な化合物

技術・研究シーズ紹介

物質・生物系

マテリアル・プロセス工学コース

研
究
タイトル

磁性体と誘電体のナノ構造・機能性制御

氏

名

丸山 耕一
MARUYAMA Koh-ichi

E-mailmaruko@akita-nct.ac.jp

職

名

教授

学

博士（工学）

位

所属学会・協会

日本応用物理学会，日本表面科学会，日本物理学会，米国電気化学会

キ ー ワ ー ド

磁性体，誘電体，磁気工学，材料物性，光学実験，電気化学実験，マイクロプローブ実験技 術 相 談提供可能技術・材料合成（各種めっき法，ゾル-ゲル法，マイクロプローブによる液中成長）
・材料評価（磁気光学，電気光学，固体電極の電気化学実験，X線・放射光実験，SPM実験）
・計測法（光学実験のソフト・ハード制御）

研究内容

研究領域
⑴ 磁性体（金属，酸化物），誘電体（酸化物），半導体（導電性高分子）の薄膜や微粒子を合成⑵ 複合材料等の異種相の界面に発現する現象を材料機能性へ応用する研究⑶ 光学実験・電気化学実験を中心とした，材料の機能性評価と,これに付随する，装置開発，
計測法・解析法開発

技 術・ 研 究 シ ー ズ

研究手法
秋田田高専の実験室では，各種化学合成法による試料作製のほか,⑴ 可視光・近赤外光領域の，磁気光学効果・電気光学効果を光の旋光性や強度を計測するハードとソフトのシステムの構築⑵ 高分子等凝縮系物質の複屈折特性を可視化するための偏光レーザ干渉法，表面プラズモン分
光（SPR）法計測システムの構築⑶ マルチフェロイック材料の磁気分極，電気分極に基づく，磁歪効果，誘電歪，圧電歪等を制御する機能性材料開発⑷ 各種電気化学計測（i-V計測，QCM計測，EIS計測）法と，各種マイクロプローブ計測（STM，AFM，MFM，EFM）法とにより，金属，酸化物，高分子，およびこれらの複合体のナノ領域の電極反応と，ピエゾ応答による誘電体の電気分極反転との制御⑸ XRD（X線回折）法による，結晶構造解析に加え，
KEKやSPring-8などの放射光実験施設での，XMCD（X線磁気円二色性）実験，XRMS（X線共鳴磁気散乱）実験
提供可能な研究・技術の根拠となる成果
丸山耕一他，エチレングリコール溶媒によるゾル-ゲルコバルト酸ランタン微粒子の合成と相の定量化，日本素材物性学会誌28, 1/2, 6-10, 2017
S. Abe, K. Maruyama, te al., Optical Response of Magnetic and Piezoelectric Materials
to External Fields, e-J.Surf.Sci.Nano.10 503-508 2012
E. Arakawa, K. Maruyama INTERNAL MAGNETOSTRICTION OBSERVED BY X-RAY
DIFFRACTION IN IRON, INTERMAG issue of IEEE Transactions on Magnetics 41, 37183720，2005
丸山耕一他，Fe77.8Si8.8B13.2C0.2/Fe80Si7B13 ２層薄帯の磁気特性に及ぼす熱処理の影響，日本
応用磁気学会誌25，743-746 (2001)
丸山耕一他，定電流パルス電析法によるCoおよびCo-Ni合金膜形成の初期過程の観察，表面科学21，488-495 (2000)
提供可能な プローブ走査型顕微鏡（Agilent Co. Ltd., 5100型 AFM/SPMシステム）／分光エリプソメーター（大塚電子，FE-50S）／電気化学計測装置（北斗電工製装置＋PC制御自作システム）／可視領域
設備・機器 磁気光学効果・電気光学効果計測装置（自作装置）― 112 ―

技術・研究シーズ紹介
氏

名

石塚

職

名

准教授

物質・生物系眞治

マテリアル・プロセス工学コース
E-mailishiduka@akita-nct.ac.jp

学

博士（理学）

位

所属学会・協会

応用物理学会

キ ー ワ ー ド

表面反応，化学蒸着，電子分光，表面組成解析，表面形状解析

技 術 相 談提供可能技術・個体表面構造解析
・個体表面元素分析
・有機薄膜形成

研究内容

超高真空中にて，加熱したシリコン表面にアンモニアやエチレンガスなどを反応させ，その表面をオージェ電子分光（AES）やX線光電子分光（XPS），走査電子顕微鏡（SEM），トンネル
電子顕微鏡（STM），原子間力顕微鏡（AFM）などの手法で測定し，表面での化学反応や，表面に形成される窒化物，炭化物の形成・成長機構の解明を行ってきました。
現在はシリコン表面，金属表面の酸化反応，窒化反応の機構や極薄酸化膜，窒化膜の成長機構を解明する研究しております。

技 術・ 研 究 シ ー ズ

提供可能な
設備・機器

オージェ電子分光装置AAS-200（日電アネルバ）／スピンコーター MS-A100（ミカサ）／赤外吸収スペクトル測定装置FT/IR-4600（JASCO）― 113 ―

所属： 物質工学科
研究タイトル：

機能性酸化物セラミックスの液相合成
物質・生物系 マテリアル・プロセス工学コース

技術・研究シーズ紹介

氏名：
西野 智路 ／NISHINO Tomomichi
E-mail：研職名：究 准教授
学位：
博士（工学）
タイトル 機能性酸化物セラミックスの液相合成
所属学会・協会： 化学工学会，日本セラミックス協会，日本工学教育協会
キーワ名ード西野：氏

智路
酸化物セラミックス，液相E-mail
合成法
NISHINO
Tomomichi
・酸化亜鉛微粒子ならびに酸化亜鉛膜の調製と評価に酸位化チタン膜の調製と評価
職技術相
名談 准教授 ・酸化チタン微粒子ならび学
博士（工学）
・
提供可能技術：所属学会・協会 化学工学会，日本セラミックス協会，日本工学教育協会
キ内ー
ド性酸
酸化物セラミックス，液相合成法
研究
容：ワ ー
機能
化物セラミックスの液相合成に関する研究
技 術 相 談 ・酸化亜鉛微粒子ならびに酸化亜鉛膜の調製と評価
提 供機能性酸化物セラミックスの材料設計を目的として，液相合成法を用いた合成プロセスの確立と，そのプ
可 能 技 術 ・酸化チタン微粒子ならびに酸化チタン膜の調製と評価

ロセス解析に関する研究を行っている。 とくに，熱処理過程における材料の化学的ならびに物理的構造変研究内容 機能性酸化物セラミックスの液相合成に関する研究
化を速度論的に解析した反応機構の解明，微量添加物が微細構造や電気特性におよぼす影響を明らかに

技 術・ 研 究 シ ー ズ

機能性酸化物セラミックスの材料設計を目的として，液相合成法を用いた合成プロセスの確することを行っている。 これらの要素技術をもとに，セラミックス薄膜，多孔質セラミックス，光触媒材料など
立と，そのプロセス解析に関する研究を行っている。とくに，熱処理過程における材料の化学の材料開発を試みている。
的ならびに物理的構造変化を速度論的に解析した反応機構の解明，微量添加物が微細構造や電酸化物セラミックスとしては，多様な光・電子機能を有することから，蛍光体，バリスタ，センサー，透明電気特性におよぼす影響を明らかにすることを行っている。これらの要素技術をもとに，
セラミッ
クス薄膜，多孔質セラミックス，光触媒材料などの材料開発を試みている。
極など幅広い応用が期待されている酸化亜鉛と，化学的に極めて安定な材料である酸化チタンに着目してい酸化物セラミックスとしては，多様な光・電子機能を有することから，蛍光体，バリスタ，
る。 酸化亜鉛や酸化チタンの液相合成法を用いた調製と特性評価および光電極材料や環境浄化材料へのセンサー，透明電極など幅広い応用が期待されている酸化亜鉛と，化学的に極めて安定な材料応用に関する研究を行っている。 とくに，微粒子の複合化や薄膜の多孔質化などにより，機能付与ならびにである酸化チタンに着目している。酸化亜鉛や酸化チタンの液相合成法を用いた調製と特性評
機能向上に向けて取り組んでいる。
価および光電極材料や環境浄化材料への応用に関する研究を行っている。とくに，微粒子の複合化や薄膜の多孔質化などにより，機能付与ならびに機能向上に向けて取り組んでいる。

Addition Time

Reaction Time

0min

10min

30min

60min

90min 100min 150min 180min 240min

non Addition
TEOS Addition(10minitus later)
TEOS Addition(90minitus later)

図 1 酸化亜鉛複合材料の調製

図１

酸化亜鉛複合材料の調製提供可能な設備・機器：
名称・型番（メーカー）
紫外・可視分光光度計 V-515 （日本分光）

提供可能な
設備・機器

（公開記事なし）

紫外・可視分光光度計V-515（日本分光）― 114 ―

技術・研究シーズ紹介

物質・生物系

バイオ・アグリ工学コース

研
究
タイトル

高効率有機合成反応の開発とその応用

氏

横山 保夫
YOKOYAMA Yasuo

名

職
准教授
研究タ名
イトル
：

E-mail

所属： 物質工学科
yokoyama@akita-nct.ac.jp

学

博士（理学）

位

日本化学会，有機合成化学協会
高効率有機合成反応の開発とその応用

所属学会・協会

氏名
保夫有機合成，希土類元素化合物，14族元素化合物，有機フッ素化合物／YOKOYAMA Yasuo
E-mail：yokoyama@akita-nct.ac.jp
キー： ワ 横ー山ド
職名：

准教授 ・有機化合物の効果的な合成法の立案及び，試験的合成
学位：
博士(理学)

技 術 相 談の測定及び，データ解析
所属学会・協会： ・核磁気共鳴スペクトル，GC-MS
日本化学会，有機合成化学協会
提供可能技術キーワード：

研究内容

・希土類元素化合物，14族元素化合物，有機フッ素化合物の取り扱い
有機合成，希土類元素化合物，14 族元素化合物，有機フッ素化合物

・有機化合物の効果的な合成法の立案及び，試験的合成
希土類元素化合物を用いた新規有機合成反応の開発とその応用

・核磁気共鳴スペクトル，GC-MS の測定及び，データ解析
技有用な有機化合物を効果的に合成することを目的とする有機合成の分野においては，還元を基本とす
術相談
・希土類元素化合物，14 族元素化合物，有機フッ素化合物の取り扱い
提
供
可
能
技
術
：
る反応を用いる場合が非常に多い。例えば，官能基の変換や炭素－炭素結合形成は代表的なものであ

SmI2

SmBr2

Mild Reduction
Sm3+/Sm2+= -1.55 V (THF)-2.1 V (HMPA)Long Ionic Radius (0.96 Angstrom, M3+)
Coordination Number = 8-12
Easy Operation (Syringe Work)
Stable (Under Inert Gas)

Mild Reduction (Slightly Strong)
Sm3+/Sm2+= -2.07 V (THF)-2.6 V (HMPA)Long Ionic Radius (0.96 Angstrom, M3+)
Coordination Number = 8-12
Easy Operation (Syringe Work)
Stable (Under Inert Gas)VS

私は，この臭化サマリウム(II)の特徴を生かした有機合成法として，以下の手法の開発に成功している。
私は、この臭化サマリウム(II)の特徴を生かした有機合成法として，以下の手法の開発に成功している。
１）シクロプロピル化反応１） シ
クロプロピル化反応 （殺虫（殺虫剤などの農薬の合成に用いることができる）
剤などの農薬の合成に用いることができる）
２）特定の保護基の選択的脱保護化（抗菌剤などの医薬，殺虫剤などの農薬の合成に用いることができる）
菌剤などの医薬，殺虫剤などの農薬の合成に用いることができる）
２） 特
定 の保護基の選択的脱保護化 （抗３） 構
造 的に 単純 な 含フッ 素有 機 化合 物を ビ ルデ ィ ング ブ ロッ ク とす る 有 機フ ッ 素 化 合物 の効 果 的な 合成 法 （ 液晶材３）構造的に単純な含フッ素有機化合物をビルディングブロックとする有機フッ素化合物の効果的な料などの機
能性材料，抗がん剤などの医薬，殺虫剤などの農薬の合成に用いることができる）
合成法（液晶材料などの機能性材料，抗がん剤などの医薬，殺虫剤などの農薬の合成に用いることができる）
提供可能な設備・機器：

III（Bruker-Biospin) ／ガスクロマトグラフ付
提供可能な 核磁気共鳴スペクトル測定装置（NMR）Avance
名称・型番（メーカー）
質量分析計（GC-MS）PARVUM2（Shimadzu）／赤外吸収スペクトル測定装置（FT-IR) FT/IR設備・機器
核磁気共鳴スペクトル610（JASCO)
測定装置(NMR) ／分子モデリングソフトウェア
Avance III (Bruker-Biospin) ガスクSPARTAN’16（Wavefunction
ロマトグラフ付質量分析計（GC-MS）Inc.）PARVUM2 (Shimadzu)
赤外吸収スペクトル測定装置(FT-IR) FT/IR-610 (JASCO)

分子モデリングソフトウェア SPARTAN’16 (Wavefunction Inc.)― 115 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

るが，そればかりでなく，炭素－ヘテロ原子結合形成，転位を伴う化合物の骨格変換あるいは，官能基の保護－脱保護等非常に多岐に亘っている。これらの反応は利便性が高いものが多く，医薬や農薬，
研究機能性材料として用いられる様々な有機化合物の合成に広く用いられている。しかしながら，還元系
内容： 希土類元素化合物を用いた新規有機合成反応の開発とその応用
有用な 有 機化 合 物を 効果 的 に 合 成す る こ とを 目的 と す る有 機合 成 の分 野に お い ては ，還 元を 基 本とす る 反 応を 用い反応のうち，最も頻繁に用いられていると考えられる，“還元剤を用いる手法”に関しては，生物毒性
る 場 合 が 非常 に 多 い 。 例え ば ， 官 能 基の 変 換 や 炭素 － 炭 素 結合 形 成 は 代表 的 な も のであ る が ， そ れば か り でな く， 炭の高い金属元素含有化合物を使用する場合が多く，生成物中の痕跡量の金属化合物の残留による毒性
素 － ヘ テロ 原子 結 合形 成，転 位を 伴う 化合 物 の骨 格変 換あ る いは， 官 能基 の保護 － 脱保 護等 非 常に 多岐 に 亘 っ て いる。この発現が特に医薬分野で懸念されるとされている。この点に鑑み私は，生物毒性がほとんど無いとされらの 反応は利便 性が高いも のが多く，医 薬や農薬，機 能性材料とし て用いられる様々な有機化合物の合 成にれている，希土類元素化合物を用いる有機合成反応の開発を行っている。希土類元素化合物の利用は，
広く用
いら れて い る 。し かし なが ら ，還元 系 反応 のう ち ，最も 頻繁 に 用 い ら れて い る と考えら れる ，“ 還元 剤を 用 いる手法”に有機合成の分野ではそれほどメジャーではない。これは希土類元素自体が，これまであまり有機合成
関 しては ，生物 毒性の 高い金属元 素含有化合 物を使用する場合 が多 く，生成物中 の痕跡量の 金属化合物 の 残
留による 毒 性の 発 現 が特に 医 薬分 野で 懸 念さ れ ると さ れて い る。 こ の 点 に 鑑み 私 は ，生 物毒 性 が ほとん ど 無 い と されの分野では顧みられなかったばかりでなく，その価格が比較的高いためであった。しかし現在，そのている，希土 類元素化合物を用いる有機合成反応の開発を行っている。希土 類元素化合物の利用は，有機合成の分
価格はリーズナブルなものとなっており，積極的に利用することが十分に可能となっている。私が希野 で は そ れ ほ ど メ ジ ャ ー で は な い 。 こ れ は 希 土 類元 素 自 体 が ，こ れ ま で あ ま り 有 機 合 成の 分 野 で は顧 み ら れ な かっ た
土類元素化合物の中で特に注目しその利用法の開発を行っているのは，サマリウムの低原子価化合物
ば かり
でなく，その価格が比較的高いためであった。しかし現在，その価格はリーズナブルなものとなっており，積極的である。このタイプの化合物として有名な有機合成試薬としては，ヨウ化サマリウム（II）が知られてに利用することが十分に可能となっている。私が希土類元素化合物の中で特に注目しその利用法の開発を行っているのは，
サマリ
ウムの低原子価化合物である。このタイプの化合物還元力が低すぎるといった欠点を有するため，として有名な有機合成試薬としては，ヨウ化サマリウ
いる。
この化合物は様々な有機合成に用いられているが，
ム(II)汎用性は今一つであることは否めない。そこでこの点を解決し，サマリウム化合物の都合の良い性能が 知ら れ て い る 。 この 化 合 物 は様 々 な 有 機合 成 に 用 いら れ て い る が ，還 元 力 が 低す ぎ る と い っ た 欠 点 を 有 する た
め ，汎 用 性 は 今 一 つ で あ る こ と は 否 め な い 。 そ こ で こ の 点 を 解 決 し ， サ マ リ ウ ム 化 合 物 の 都 合 の 良 い 性 能 は その ま ま ではそのままである物質として，臭化サマリウム（II）に注目し，これを用いた有機合成反応の開発を現ある物質として，臭化サマリウム(II)に注目し，これを用いた有機合成反応の開発を現在行っている。
在行っている。

技術・研究シーズ紹介

物質・生物系

マテリアル・プロセス工学コース

研
究
タイトル

塩化・還元反応による形態変化を利用した金属資源の選択的分離プロセスの開発

氏

名

野中利瀬弘
NONAKA Risehiro

E-mail

職

名

准教授

学

研究タイトル：位

nonaka@akita-nct.ac.jp
所属： 秋田工業高等専門学校 物質工学科
博士（工学）

化学工学会，粉体工学会，資源・素材学会，日本エネルギー学会ほか

所属学会・協会

塩化・還元反応による形態変化を利用した
塩化揮発，カーボクロリネーション反応，レアメタル，リサイクル，金属二次資源

キ ー ワ ー ド

金属資源の選択的分離プロセスの開発

技 術 相 談 ・塩化揮発法による二次資源からの金属分離
・組成分析
提氏
供名可
能
技
術
・液相還元によるナノ材料合成：
野中 利
瀬弘／NONAKA Risehiro E-mail：nonaka@ipc.akita-nct.ac.jp

職名：

研究内容

准教授

学位：

博士（工学）

金属二次資源の化学形態解明と組成変化を利用した分離精製技術の開発

所属学会・協会：

化学工学会，粉体工学会，資源・素材学会，日本エネルギー学会ほか

技 術・ 研 究 シ ー ズ

近年，レアメタルのような希少資源を含む産業廃棄物の循環利用と併せて，ユビキタス元素
キーワード：
塩化揮発，カーボクロリネーション反応，レアメタル，リサイクル，金属二次資源を用いた代替材料の研究開発が推進されており，ここ10年以内で先端材料用の原料としての
技術相談
・塩化揮発法による二次資源からの金属分離 ・組成分析
ベースメタル需要が著しく増大することが予想される。例えば亜鉛は，液晶ディスプレイに使提供可能技術：・ 液 相還 元によ る ナ ノ 材 料合 成
用されるインジウム系薄膜を代替する透明導電膜や薄膜太陽電池，既存のガリウム系LEDに代わる高輝度紫外線LEDとしての実用化が検討されている。また，鉛はハンダなどでフリー化が研究
内容： 金属二次資源の化学形態解明と組成変化を利用した分離精製技術の開発進められている一方，その電気的特性を代替する材料の開発および普及は未だ進まず，PZT圧
近年，レアメ タルのような希少資源を含む産業廃棄物の循環利用と併せて，ユビキタス 元素を用いた代替材料の研電材料や鉛蓄電池用電極としての需要が十数年程は継続すると予想される。今後，海外依存し究開発が推進されており，ここ 10 年以内で先端材料用の原料としてのベースメタル需要が著しく増大することが予想されるない先端材料の開発および資源循環・転換技術の開発は，世界に先駆けて行っていくべき課題．例え ば亜 鉛は ， 液晶デ ィ ス プレ イに 使用 され るイ ン ジウム 系薄 膜を 代替す る 透明 導電 膜や 薄膜太 陽電 池， 既存のガの一つと言える。
リウム系 LED に代わる高輝度紫外線 LED としての実用化が検討されている．また，鉛はハンダなどでフリー化が進められている一方，その 電気的特性 を代替する材 料の開発およ び普及は未 だ進まず，PZT 圧電材料 や鉛蓄電池 用
本研究ではこれまで，多元素の同時分離を少ないステップで達成し，液処理量や設備コスト
電 極 として の需 要 が十 数年 程 は継 続す る と 予 想され る ．今 後 ，海 外 依存 しない 先 端材 料の 開 発お よび 資 源循 環・ 転 換を低減し得る塩化・還元揮発反応を利用した二次資源中レアメタルの分離精製技術の開発を行っ
技術の開発は，世界に先駆けて行っていくべき課題の一つと言える．
てきた。例えば超硬工具スクラップのWリサイクル工程で発生するレアメタル含有浸出滓に対本
研 究 で は これ ま で ， 多 元 素 の 同 時 分 離 を 少 な い ス テ ッ プ で 達 成 し ，液 処 理 量 や 設 備 コ ス ト を 低 減 し 得 る 塩 化 ・ 還 元
揮発反応を添加剤による形態変化と塩化利用した二次資源中レアメタルの分離精製技術の開発を行ってきた．例えば超硬工具スクラップの W リサイ
して，・
還元揮発法とを併用し，70%以上の分離率を達成した（Fig.
クル1,2）
工程。さらに，難分離性の鉛や亜鉛を含む溶融飛灰に対して塩化・還元反応を適用した研究もで 発 生 す る レ ア メ タ ル 含 有 浸 出 滓 に 対 し て ， 添 加 剤 に よ る 形 態 変 化 と 塩 化 ・ 還 元 揮 発 法 と を 併 用 し ， 70% 以 上の分離率を達成した（Fig. 1, 2）．さらに，難分離性の鉛や亜鉛を含む溶融飛灰に対して塩化・還元反応を適用した研究
継続的に行っており，これまで未解明であった溶融飛灰中亜鉛の初期組成と塩化揮発反応に伴も 継 続 的 に 行っ て お り ， こ れ ま で 未 解明 で あ っ た 溶融 飛 灰 中 亜鉛 の 初 期 組成 と 塩 化 揮 発反 応 に 伴 う 形態 変 化 ， 亜 鉛のう形態変化，亜鉛の存在形態と各々の揮発分離挙動の詳細，そして共存するカルシウムや反応存在
形態と各々の揮発分離挙動の詳細，そして共存するカルシウムや反応促進剤の影響を明らかにしている．
促進剤の影響を明らかにしている。
Nb richW and Ti rich

Cooling zone Gas outlet

1273
773
273

0

10
20
30
40
Distance from center of electric furnace [cm]50

Fig. 1 Color distribution of volatles in the reactor tube during chlorination( WCR - Cl2 system, terminal temp.: 1273 K, holding time : 0 h )【関【関連特許】
連特 許】
特許第 5223085，菅原勝康，菅原拓男，野中利瀬弘，“塩化揮発法によるレアメタルの分離精製方法”
特許第5223085，菅原勝康，菅原拓男，野中利瀬弘，“塩化揮発法によるレアメタルの分離精製方法”

提供可能な設備・機器：

ICP発光分光分析装置・Optima8300（PerkinElmer）／イオンクロマトグラフィー・ICS-2000，1500（Dionex）／ X線回折分析装置・
名称
・型
番（メーカー）
SmartLab（Rigaku）／熱分析装置・Thermoplus
EVOⅡ（Rigaku）／蛍光X線分析装置
・Supermini200（Rigaku）／3Dレーザー
FE-SEM, EDS・JSM-7800F（JEOL）／全自動元素分析装置・2400Ⅱ（PerkinElmer）
ICP 発光分光分析装顕微鏡・LEXT
置・Optima83OLS4000（Olympus）／
00（PerkinElmer）
3D レーザー顕微鏡・LEXT OLS4000（Olympus）
提供可能な
設備・機器

イオンクロマトグラフィー・ICS-2000，1500（Dionex）
X 線回折分析装置・SmartLab（Rigaku）
熱分析装置・Thermo plus EVOⅡ（Rigaku）

FE-SEM, EDS・JSM-7800F（JEOL）― 116―動元素分析装置・2400Ⅱ（PerkinElmer）
全自技術・研究シーズ紹介

物質・生物系

バイオ・アグリ工学コース

所属：

研
究
タイトル

微生物が生産する二次代謝産物の生合成機構の解明

氏

野池 基義
NOIKE Motoyoshi

研究タイトル：微生物が生産する二次代謝産物の生合成機構の解明
名E-mail

氏名：名 野池基義 ／ NOIKE Motoyoshi
職
学
准教授
職名：

noike@akita-nct.ac.jp

mail：noike@akita-nct.ac.jp
位 E-博士（工学）

准教授

学位：
博士（工学）
日本農芸化学会
所属学会・協会： 日本農芸化学会
キーワワ
ー： ド 酵素，微生物の二次代謝産物，イソプレノイド
キーード
酵素、微生物の二次代謝産物、イソプレノイド
所属学会・協会

・酵素の機能解析
・酵素の機能解析
・微生物の二次代謝産物の生合成機構の解明
・微生物の二次代謝産物の生合成機構の解明
提供可能技術： ・糸状菌を用いた有用物質の生産・糸状菌を用いた有用物質の生産

技
技術術
相談相 談
提供可能技術
研究内容

放線菌や糸状菌は，抗生物質や生理活性物質など様々な二次代謝産物を生産する。本研究では，
研究微生物が生産する有用な二次代謝産物について，その生合成に関与する遺伝子のクローニング，
内容：

酵素の詳細な機能解析を行うことを目的とする。
放線菌や糸状菌は、抗生物質や生理活性物質など様々な二次代謝産物を生産する。本研究では、微生物が生産する有用な二次代謝産物について、その生合成に関与する遺伝子のクローニング、酵素の詳細な機能解析を行うことをこれまでに著者らは，放線菌Streptomyces cirratusが生産するペプチド系抗生物質，フェガ
目的とする。
ノマイシンの生合成機構の解明を行い，ペプチドを求核剤として用いる新奇ペプチドリガーゼ
これまでに著者らは、放線菌を見い出した（図）。1） Streptomyces cirratus が生産するペプチド系抗生物質、フェガノマイシンの生合成機構の解明を行い、ペプチドを求核剤として用いる新奇ペプチドリガーゼを見い出した（図）。1)
また，抗がん剤のリード化合物として期待される糸状菌Phomopsis amygdaliが生産するジテ
また、抗がん剤のリード化合物として期待される糸状菌 Phomopsis amygdali が生産するジテルペン配糖体であるフシ
ルペン配糖体であるフシコクシンの生合成の生合成機構を明らかにした。2）
コクシンの生合成の生合成機構を明らかにした。2)
技 術・ 研 究 シ ー ズ

図フェガノマイシンの生合成機構

図 フェガノマイシンの生合成機構【参考文献】【参考文献】
１）Noike, M et al. Nature Chemical Biology, 11, 71-76（2015）
1) Noike, M et al. Nature Chemical Biology, 11, 71-76 (2015)２）Noike, M et al. PLoS ONE, 7, e42090（2012）
2) Noike, M et al. PLoS ONE, 7, e42090 (2012)

提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）

提供可能な
設備・機器

― 117 ―

所属： 創造システム工学科 物質・生物系
研 究 タイ ト ル ：技術・研究シーズ紹介

物質・生物系

創造システム工学科

有機合成による新規材料開発とその応用

研
究
氏
名：
船有機合成による新規材料開発とその応用
木憲治 ／ FUNAKI Kenji
E-mail：funaki@akita-nct.ac.jp
タイトル

職名：

講師

学位：

博士（工学）

船木 憲治
氏属学名
所
会・協会： 日本化学会，有機合成化E-mail学協会 funaki@akita-nct.ac.jp
FUNAKI Kenji
キーワード：

有機合成，触媒反応，セルロースナノファイバー，イオン液体

技術相談
所属学会・協会
提供可能技術：・有機化合物の合成手法の提案および構造解析
・セルロースナノファイバー
日本化学会，有機合成化学協会
・イオン液体・遷移金属錯体
有機合成，触媒反応，セルロースナノファイバー，イオン液体

職

名

講師

キ ー ワ ー ド

学位

博士（工学）

・有機化合物の合成手法の提案および構造解析
相セル談
ロー・セルロースナノファイバー
スナノファイバーの表面修飾による高機能化
提 供 可 能 技 術 ・イオン液体
・遷移金属錯体

研究技
内容術：

近年，セルロースナノファイバー（CNF）という新しい天然材料が注目を集めている。CNF
は天然高分子の研究内容 セルロースナノファイバーの表面修飾による高機能化

近年，セルロースナノファイバー（CNF）という新しい天然材料が注目を集めている。CNF一つであるセルロース分子鎖が高い結晶化度をもって数十本あつまることで構成されており，直径4 nm～100は天然高分子の一つであるセルロース分子鎖が高い結晶化度をもって数十本あつまることで構成されており，直径4 nm ～100nmかつ100以上の高アスペクト比を持つ非常に細長いファイ度も高いという性質からＰＰやＰＥなどの汎用ポリマーへの複合化，およびガスバリアフィルムなどへの応用がバー構造を有している。さらに非常に軽く引張強度も高いという性質からPPやPEなどの汎用ポ期待されている。しかしながら，CNF
はファイバー表面に無数の水酸基（OH 基）を持つ親水性材料であるた
リマーへの複合化，およびガスバリアフィルムなどへの応用が期待されている。しかしながら，
CNFはファイバー表面に無数の水酸基（OH基）を持つ親水性材料であるため，その応用の幅をめ，その応用の幅を広げるには表面修飾による疎水化などの改質が必要となる。また，CNF
自身に特定の機能
広げるには表面修飾による疎水化などの改質が必要となる。また，CNF自身に特定の機能を持を持たせる際にも，表面
OH 基を足掛かりとした機能分子の導入が重要となる。したがって，CNF の活用にはたせる際にも，表面OH基を足掛かりとした機能分子の導入が重要となる。したがって，CNFの
表面 OH 基に対する修飾反応の開発が欠かせない技術といえる。現在，CNF の簡便で高付加価値な表面修飾反
活用には表面OH基に対する修飾反応の開発が欠かせない技術といえる。現在，CNFの簡便で高応の開発と機能導入に関する研究を行っている。
付加価値な表面修飾反応の開発と機能導入に関する研究を行っている。
nm かつ 100 以上の高アスペクト比を持つ非常に細長いファイバー構造を有している。さらに非常に軽く引張強技 術・ 研 究 シ ー ズ

図１．CNF表面修飾を用いた応用に関する概略図
図１．CNF 表面修飾を用いた応用に関する概略図

提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）

提供可能な
設備・機器

― 118 ―

技術・研究シーズ紹介

土木・建築系

空間デザインコース

研
究
タイトル

建築設計・公園緑地・キャンパスマスタープラン・
まちづくり

氏

名

井上
誠
INOUE Makoto

E-mailinoue@akita-nct.ac.jp

職

名

教授

学

博士（工学）

位

所属学会・協会

日本建築学会，人工知能学会，IEEE，秋田県建築士会

キ ー ワ ー ド

建築設計，都市及び地方計画，多目的最適化，IoT

技 術 相 談提供可能技術・建築計画・設計（住居，教育文化，医療，社会福祉に関する施設）
・ランドスケープデザイン（外構，公園緑地，街路），アーバンデザイン
・キャンパスマスタープラン，まちづくり（歴史的建築物を含む）
・2D-CAD，3Dモデラ，3Dプリンタ，BIMの導入

研究内容

建築設計及びまちづくりに関する方針
・建築単体ではなく周辺環境を含む都市デザインとして捉える。
・地域性，風土，歴史的背景に対して十分に配慮する。
・利用者と住民との交流や地域貢献を考慮したものとする。

設計案
・「秋田市市街地に建つ土蔵のあるすまい」第27回秋田の住宅コンクール優秀賞。
・「まつり通りに面する家：伝統的空間を通じて都市から個室へ」
・「八幡浜市大島交流拠点施設（仮称）デザイン設計競技案」
主な教育
・Jw_cad，SketchUp，3Dプリンタ，Revitを用いた設計指導。
・「秋田を創る新たな文化施設」設計指導。

提供可能な
設備・機器

3DプリンタFLASHFORGE

CreatorPro― 119 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

これまでの実務内容
・街路樹維持管理に関する設計，積算，監理。
・教育大学及び附属幼稚園・小・中学校施設に関する設計，積算，耐震診断，施工監理。
・高等専門学校（学生寄宿舎を含む）施設に関する設計，積算，耐震診断。
・総合大学及び附属病院施設に関する設計，積算，施工監理。
・医科大学及び附属病院，附属保育園施設に関する設計，積算，施工監理，大学移転計画。
・秋田工業高等専門学校キャンパスマスタープラン及び施設整備案の策定。

技術・研究シーズ紹介
研
究
タイトル
氏
職

土木・建築系

国土防災システムコース

循環型社会に適応した埋立地浸出水の窒素除去法の所属： 環境都市工学科
開発

循環型社会に適応した埋立地浸出水のE-mail kim@akita-nct.ac.jp
KIM Juhyun
窒素除
去法の開発
研 究 タ金イ ト ル ：主鉉
名

名
氏名：

教授

金 主鉉 ／ KIM Juhyun

学

位 博士（工学）
E-mail：kim@akita-nct.ac.jp

職名：准教授土木学会，日本水環境学会，日本水処理生物学会，農業農村工学会
学位：
博士（工学）
所属学会・協会
所属学会・協会： 土木学会、日本水環境学会、日本水処理生物学会、農業農村工学会
キ ー ワ ー ド 高度処理，バイオマス，生態系影響評価
キーワード：
高度処理，バイオマス，生態系影響評価

・高濃度有機性排水の高度処理
・ 高濃度有機性排水の高度処理
術相相
談 談
技 技術
・バイオマスの有効利用
・ バイオマスの有効利用
提供
可可
能能
技技術
提供
術：
・ 水圏生態系影響評価
・水圏生態系影響評価

研究内容 循環型社会に適応した埋立地浸出水の窒素除去法の開発
研究内容： 循環型社会に適応した埋立地浸出水の窒素除去法の開発
研究の狙い
浸出水中の窒素除去に必要なメタノールに代わる炭素源かつ付着担体として「草本系バイオマスの実用性」に注目し、ベンチ
スケール実験装置を用いた現場実験を行った。なお草本系バイオマスにはアルカリ処理ヨシとアルカリ未処理ヨシを使用した。

背景
埋立地浸出水中のアンモニア性窒素は、生物学的な硝化・脱窒法が一般的であるが、メタノール、リン酸などの薬剤が必要
秋田県環境保全センター(C区)では11年間で埋め立てられた廃棄物 の総量に対する含窒素廃棄物の割合は25 %にも及ぶ。
 埋め立て完了後も、約40 mg/Lの窒素成分が流出しているため、埋め立て地浸出水からの窒素除去は、高効率でかつ低コストの処理技術が求められている。

埋め立て地浸出水技 術・ 研 究 シ ー ズ

検 討事項
新規高密度充填材の検討
これまでの実験より水温28℃をピークに水温低下とともに脱窒能力は低下することがわかった。そこで、前年度の実験によるヨシの充填率を25％から42％に引き上げ、窒素除去能を比較・検討を行った。

実 験 装 置 ・ 実 験 条件

新規高密度充填材の製作

NO2 -NNO3 -N

アルカリ処理済のヨシ

数回プレス

アンモニア
酸化処理水
（= 硝化液）上向流式脱窒装置

現場の硝化槽
反応槽に充填
(977.8 g / 本)

横流式脱窒装置NO2 -NNO3 -N

圧縮して銀筒へ充填

実験結果

ア
アルカリ処理ヨシ充填カラム法では高い窒素除去能が示され、流入原水の平均硝酸濃度 46.9 mg/Lにに対し、処理水は平均で4.8mg/Lでで、ベンチスケール現場実験より実用性を確認した。
提供可能な設備・機器：
名称・型番（メーカー）
原子吸光光度計（島津製作所）

イオンクロマトグラフ分析システム（島津製作所）

全有機炭素計（島津製作所）
蒸発光散乱検出システム（島津製作所）
原子吸光光度計（島津製作所）／イオンクロマトグラフ分析システム（島津製作所）
提供可能な
紫外可視分光光度計（島津製作所）／全有機炭素計（島津製作所）／蒸発光散乱検出システム（島津製作所）紫外可視設備・機器

分光光度計（島津製作所）― 120 ―

技術・研究シーズ紹介
研
究
タイトル
氏
職

土木・建築系

空間デザインコース

実地震時挙動を再現した構造実験手法（サブストラ
クチャ・オンライン実験手法）
所属： 秋田工業高等専門学校 環境都市工学科

寺本 尚史
E-mail teramoto@akita-nct.ac.jp
Naofumi
研究タイTeramotoトル：
実地震時挙動を再現した構造実験手法
名
名

准教授

博士（工学）(サブストラク学
チャ位・オン
ライン実験手法)

日本建築学会，日本コンクリート工学会，日本土木学会

所属学会・協会

キ ー
ワ： ー 寺
ド 本鉄筋コンクリート構造，架構解析，サブストラクチャ・オンライン実験
氏名尚史 ／ Teramoto Naofumi
E-mail：teramoto@akita-nct.ac.jp

学位：
博士（工学）
技 職
術名：相 准談 教授
・建築物を対象とした構造解析・耐震工学の関する分野
提供
可
能
技
術
所属学会・協会・構造実験手法： 日本建築学会、日本コンクリート工学会、日本土木学会
キーワード：
鉄筋コンクリート構造、架構解析、サブストラクチャ・オンライン実験
実地震時挙動を再現した構造実験手法の開発（サブストラクチャ・オンライン実験手法）
・建築物を対象とした構造解析・耐震工学の関する分野
サブストラクチャ・オンライン実験手法とは，柱・梁などの建物を構成する構造部材を対象
技術相談
・構造実験手法とした構造実験と，コンピュータを使って行う構造解析を組み合わせた方法であり，通常の構・提供可能技術：造実験と比べ，より実際に近い状態の構造部材の挙動・損傷を把握する事が出来る実験手法で研
究内容： 実地震時挙動を再現した構造実験手法の開発(サブストラクチャ・オンライン実験手法)
あり，以下に示す二種類の実験方法が挙げられる。
研究内容

試験体B

油圧ジャッキ（４本）

油圧ジャッキ
（４本）

ロードセル

油圧ポンプ

油圧ポンプ

コントローラコントローラ

実験制御用
コンピュータ(1)

実験制御用
コンピュータ(2)

制御用以外

歪ゲージ

試験体A

計算機による架構解析

変位計

制御用

並行稼働
試験体による実験

データロガー
全体管理・架構計算用
コンピュータ

実験システムの概要

計測用
コンピュータ

サブストラクチャ擬似動的実験手法のイメージ

提供可能な設備・機器：
提供可能な
設備・機器

名称・型番（メーカー）― 121 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

・サブストラクチャ・オンライン漸増載荷実験手法
サ構造物の一部の架構を試験体による構造実験，その他の架構をコンピュータによる架構モデ
ブストラクチャ・オンライン実験手法とは、柱・梁などの建物を構成する構造部材を対象とした構造実験と、コンピュールとし，Ai分布等の静的加力を架構に漸増載荷し，その時の試験体の挙動を詳細に再現する実タ を 使 っ て 行 う 構 造 解 析 を 組 み 合 わ せ た 方 法 で あ り 、 通 常 の 構 造 実 験 と 比 べ 、 よ り 実 際 に 近 い状 態 の 構 造 部 材 の 挙動験手法である。
・損傷を把握する事が出来る実験手法であり、以下に示す二種類の実験方法が挙げられる。
・サブストラクチャ・オンライン漸増載荷実験手法
・サブストラクチャ・オンライン仮動的実験手法
構造物の一部の架構を試験体による構造実験、その他の架構をコンピュータによる架構モデルとし、Ai 分布等の静的架構モデルに関しては漸増載荷実験と同様とし，地震時の応答計算をコンピュータ上で行い，加力を架構に漸増載荷し、その時の試験体の挙動を詳細に再現する実験手法である。
その時の架構の応答状態をコンピュータから構造実験の加力システムにオンラインで伝達し，・サブストラクチャ・オンライン仮動的実験手法
損傷状況などを詳細に再現する手法である。
架構モデルに関しては漸増載荷実験と同様とし、地震時の応答計算をコンピュータ上で行い、その時 の架構の応答状態をコンピュータから構造実験の加力システムにオンラインで伝達し、損傷状況などを詳細に再現する手法である。
具体的な適用方法としては，例えば建物に地震の揺れや津波による外力が作用する時の状態
具 体 的 な 適 用 方 法 と し て は 、 例 え ば 建 物 に 地 震 の 揺 れ や 津 波 に よ る 外 力 が 作 用 す る 時 の 状 態 を コン ピ ュ ー タ 上 で 計をコンピュータ上で計算し，被害が予想される部位にどのような力が加わり，どのように壊れ算る可能性があるかなどを実験で確認・検証することなどがある。この実験手法を使えば，現在
し、被害が予想される部位にどのような力が加わり、どのように壊れる可能性があるかなどを実験で確認・検証する
こ行われているよりも現実的な構造実験が可能となり，新たに開発した耐震補強工法などの性能となどがあ る。この実験手法を使えば、現在行われているよりも現実的な構造実験が可能となり、新たに開発した耐震補強工法などの性能を正確に把握することが可能である。
を正確に把握することが可能である。

技術・研究シーズ紹介

土木・建築系研
究タイトル

生活道路・通学路の交通安全を目指して

氏

名

長谷川裕修
HASEGAWA Hironobu

E-mail

職

名

准教授

学

所属学会・協会

NO IMAGE

位

博士（工学）

土木学会，交通工学研究会，日本都市計画学会，日本交通学会，アジア交通学会
所属： 土木・建築系

キ ー ワ ー ド 交通安全，生活道路，通学路，交通安全教育，視線計測，VR，脳活動計測，慣性センサ，R研究タイトル： ・交通安全教育教材の作成と評価
技 術 相 談 ・視線計測データの収集と利活用
提 供 可 能 技 術 ・アンケート調査（計画・設計・実施・集計・統計解析）
・データ解析環境Rを用いたデータ分析（仮説検定・多変量解析・データマイニング）と可視化
氏名：長谷川裕修/HASEGAWA Hironobu E-mail：（公開を希望する場合のみ記入）
研究内容 慣性センサ・視線計測による通学路の歩行者行動分析
職名：
准教授
学位：
博士（工学）

生活道路・通学路の交通安全を目指して

技 術・ 研 究 シ ー ズ

通学路を移動中の児童・生徒・学生（以下，通学生と記す）の安全は，交通安全に関する最土 木 学会 ， 交通 工 学研 究会 ， 日 本都 市計 画 学会 ， 日本 交 通学 会 ，ア ジ
所属学会・協会：も重大な問題の1つです。2012年4月に京都府亀岡市で発生した登校中の児童らの列に自動車がア交通学会突入する事故を始め，登下校中の児童等が死傷する事故が連続して発生したことを受けて通学
キーワード：
交通安全，生活道路，通学路，交通安全教育，視線計測，VR，脳活動計測，慣性センサ，R路の緊急合同点検が実施され，その後も定期的な合同点検の実施・対策立案・対策実施・対策
・交通安全教育教材の作成と評価
効果の把握・対策の改善からなる通学路安全確保のためのPDCA
サイクルの推進が継続されて技術相談
・視線計測データの収集と利活用
・
ア
ン
ケ
ー
ト
調
査
（
計
画
・
設
計
・
実
施
・
集
計
・
統
計
解
析
）
提供可能技術：います。しかし，これらの検討は主に学校やPTA，道路・交通管理者によるもので，実際に道・データ解析環境 R を用いたデータ分析（仮説検定・多変量解析・データマイニング）と可視化
路利用者が「どのような経路」を「どのように見て・行動しているか」という観点からの検討が不十分でした。
研究内容： 慣性センサ・視線計測による通学路の歩行者行動分析
以上の問題意識に基づき，スマートウォッチに登載されたGPSで測定した経路位置・歩行速
通学路を移動中の児童・生徒・学生（以下，通学生と記す）の安全は，交通安全に関する最も重大な問題の 1 つです．
2012
年 4 月に京都府亀岡市で発生した登校中の児童らの列に自動車が突入する事故を始め，登下校中の児童等が死度および眼鏡型デバイスに搭載された加速度・角速度センサで測定した頭部挙動によって通学傷する事故が連続して発生したことを受けて通学路の緊急合同点検が実施され，その後も定期的な合同点検の実施・対路歩行時の「ただ歩いている」「注意しながら歩いている」「ただ止まっている」「注意しながら
策立案・対策実施・対策効果の把握・対策の改善からなる通学路安全確保のための PDCA サイクルの推進が継続され止まっている」という特徴的な歩行挙動を把握する技術を開発しました（図1）。
ています．しかし，これらの検討は主に学校や PTA，道路・交通管理者によるもので，実際に道路利用者が「どのような経また別の研究では，通学路の安全性に関わる行動として注視行動（図2）に着目し，普通運転
路」を「どのように見て・行動しているか」という観点からの検討が不十分でした．
以上の問題意識に基づき，スマートウォッチに登載された GPS で測定した経路位置・歩行速度および眼鏡型デバイス
免許の有無と道路環境への慣れ不慣れが歩行者の注視行動に与える影響を検討して以下の2点をに搭載された加速度・角速度センサで測定した頭部挙動によって通学路歩行時の「ただ歩いている」「注意しながら歩い明らかにしました。1)「免許有り--慣れ」群は進行方向から反対方向までの広い範囲を平均的なている」「ただ止まっている」「注意しながら止まっている」という特徴的な歩行挙動を把握する技術を開発しました（図 1）．
時間で注視しており，他群よりも望ましい注視行動を取っている。2)注視行動の類似度を表現
また別の研究では，通学路の安全性に関わる行動として注視行動（図 2）に着目し，普通運転免許の有無と道路環境する指標のうち，全体的な注視の傾向を表すベクトル（形状），注視対象の探索が大域的か局所への慣れ不慣れが歩行者の注視行動に与える影響を検討して以下の 2 点を明らかにしました．1)「免許有り--慣れ」群は進行方向から反対方向までの広い範囲を平均的な時間で注視しており，他群よりも望ましい注視行動を取っている．2)
的かを表す長さ，情報を入手するのに要する時間を表す継続時間の3つの指標において，免許の注視行動の類似度を表現する指標のうち，全体的な注視の傾向を表すベクトル（形状），注視対象の探索が大域的か局有無と道路環境への慣れの有無の交互作用が有意な影響を与える（図3）。
所的かを表す長さ，情報を入手するのに要する時間を表す継続時間の 3 つの指標において，免許の有無と道路環境へ
本稿で紹介した研究以外にも，実写VRを活用した交通安全教材の開発と評価，生活道路無信の慣れの有無の交互作用が有意な影響を与える（図3）．
本稿で紹介した研究以外にも，実写 VR を活用した交通安全教材の開発と評価，生活道路無信号交差点部の安全性
号交差点部の安全性評価など地域や学生の交通安全に寄与することを目的とした研究に取り組評価など地域や学生の交通安全に寄与することを目的とした研究に取り組んでいます．
んでいます。

図 1慣性センサによる歩行挙動分析
慣性センサによる歩行挙動分析
図1

図図2
2 注視行動の可視化結果
注視行動の可視化結果

図 3 注視行動の類似度指標
図3
注視行動の類似度指標

眼鏡型視線計測装置・Tobii Pro グラス2（Tobii）／視線計測データ解析ソフトウェア・Tobii Pro Lab（Tobii）／眼鏡型眼電位計測装置・JINSMEME（JINS）／ガルバニック皮膚反応計測装置・Shimmer3
GSR+ Unit（Shimmer）／360度全天球動画提供可能な設備
・機器：（公
開記事の有無を付記願います）
提供可能な撮影アクションカメラ・VIRB 360（Garmin）／360度カメラ用ジンバル・G360（Feiyu Tech）／視覚実験用顎台（あごのせ台）
・・RCZ01他（STRASSE）／ VR用ヘッドマウントディスプレイ・
設備・機器 TKD－UK1（Namoto）／レーシングコックピットおよびテント等
名称・型番（メーカー）
Oculus Quest 2（Facebook）／脳活動計測装置・HOT-2000-VR（NeU）

眼鏡型視線計測装置・Tobii Pro グラス 2（Tobii）
視線計測データ解析ソフトウェア・Tobii Pro Lab（Tobii）

360 度カメラ用ジンバル・G360（Feiyu Tech）
覚実験用顎台（あごのせ台）・TKD－UK1（Namoto）― 122視―眼鏡型眼電位計測装置・JINS MEME（JINS）

レーシングコックピットおよびテント等・RCZ01 他（STRASSE）

ガルバニック皮膚反応計測装置・Shimmer3 GSR+ Unit（Shimmer）

VR 用ヘッドマウントディスプレイ・Oculus Quest 2（Facebook）

技術・研究シーズ紹介

土木・建築系

国土防災システムコース

研
究
タイトル

水環境における温室効果ガスの動態解析

氏

名

増田 周平
MASUDA Shuhei

職

名 准教授
研究タイトル：E-mail学

位

masuda@akita-nct.ac.jp

所属： 環境都市工学科

博士（工学）

所属： 環境都市工学科

所属学会・協会 International Water Association，土木学会，日本水環境学会，日本下水道協会
研究タイトル：

水環境における温室効果ガスの動態解析

氏名：

増 田 周 平 ／ MA S U D A S h u h e i

キ ー ワ ー ド
職名：E-mail：masuda@akita-nct.ac.jp

温室効果ガス，メタン，亜酸化窒素，下水道，河川，間接発生
水環境における温室効果ガスの動態解析

准教授
学位：
博士（工学）
・下水処理場におけるメタン，亜酸化窒素の排出量の実態把握および削減方策の提案
氏
名
：
増
田
周
平
／
M
A
S
U
D
A
S
h
u
h
e
i
E
m
a
i
： 環境学
ma会s，u日
da本
@a下k水
ita道
-n協c会
t.ac.jp
属学会
技 術 所相談・協会： International Water Association, 土木学会，日本l水・下水処理場におけるLCCO
評価とCO
削減方策の提案
2
2
職
名：：
准教
博，士
工発
学生
）
提 供 可キ能術ドー技ワー
温授室効果ガス，メタン，亜酸化窒素，学下位
水：道，河川間（接・公共用水域（河川・流域）におけるメタン，亜酸化窒素の排出量の実態把握

In理
ter場
natに
ionお
alけ
Waる
teメ
rタ
Asン
so，
ci亜
ati酸
on,化
土窒
木素
学の
会，
本量
水の
環境
日本
会方策の提案
所属学会・協・会
下：水処
排日出
実学
態会
把，握
お下
よ水
び道
削協減
技術相キ
談ーワード： ・下水処
おガけスる，メ
LC
評酸
価化
と窒
CO素
減水
方道
策，の
2削
研究内容
温理
室場
効に果
タCンO，2 亜
，下
河提
川案
，間接発生
提供可能技術：・公共用水域（河川・流域）におけるメタン，亜酸化窒素の排出量の実態把握
・下水処理場におけるメタン，亜酸化窒素の排出量の実態把握および削減方策の提案
１．下水処理場におけるメタン・亜酸化窒素の動態解析
技術相談
・下水処理場における LCCO2 評価と CO2 削減方策の提案
下水処理プロセスにおいて発生するメタン（CH4）および亜酸化窒素（N2O）は，強力な温提供可能技術：・公共用水域（河川・流域）におけるメタン，亜酸化窒素の排出量の実態把握
室効果ガスであり，その排出量の把握と削減策の実施が急務とされている。本研究では下水処
研究内容：

理場の水処理プロセス・汚泥処理プロセスで発生するメタンおよび亜酸化窒素を実測し，年間
１．下水処理場におけるメタン・亜酸化窒素の動態解析
排出量を明らかにするとともに，その削減策について検討した。
下水処ロ容セ：スにおいて発生するメタン（ＣＨ４）および亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は，強力な温室効果ガスであり，その排
研理
究プ内
1）
出 量 の 把握 と削減策の実施が急務とされている．本研究では下水処理場の水処理プロセス・汚泥処理プロセスで発生 。排結果の一例
として，Ｍ処理場における温室効果ガスの排出量とその内訳を示す（左下図）
１．下水処理場におけるメタン・亜酸化窒素の動態解析
す
る
メ
タ
ン
お
よ
び
亜
酸化窒，焼却由来のN素を実測し，年間排2出量を明らかにするとともに，その削減策について検討した．
出量は電力消費のCO
下水処理プロセ2ス
において発生するメO，水・汚泥処理由来のCH
タン（ＣＨ４）および亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ4）の順に高かった。これより，Mは，強力な温室効果ガスで あり，その排結果の一 例 1）として，Ｍ処理場に おける 温室効 果ガスの排 出量とその内 訳を示す（左下図）．排出 量は電力消 費のＣ処理場における温室効果ガス削減対策は，電力消費量の削減および焼却由来のNOを削減するこ
出量の把握と削減策の実施が急務とされている．本研究では下水処理場の水処理プロセス・汚泥2処
理プ ロ セ ス で発生
Ｏ ２ ， 焼 却 由 来 の Ｎ ２ Ｏ ， 水 ・ 汚 泥 処 理 由 来 の Ｃ Ｈ ４ の 順 に 高 か っ た． こ れ より ， Ｍ処 理 場 に おけ る 温 室 効 果 ガ ス 削 減 対 策するメタンおよび亜酸化窒素を実測し，年間排出量を明らかにするとともに，その削減4策について検討した．
とが有効であると考えられた。また，水・汚泥処理プロセスにおけるCH
排出量は反応槽で卓越しは，電力消費量の削減
および焼却由来のＮ Ｏを削減すること が有効であると考えられた．また，水・汚泥処理プロセ ス
結果の一例 1）として，Ｍ処理場にお２ける温室効果ガスの排出量とその内訳を示す（左下図）．排出量は電力消費のＣており（右下図）におけるＣＨ４排出，反応槽で微細気泡方式を採用することで，排出量を削減できると考えられた。
量 は反応 槽で 卓越して おり（右 下図） ，反 応槽で 微細 気泡方 式を採 用する こと で，排 出量を 削減 でき

0.0035

DN2O (mg/L)

DN2O (mg/L)

２．河川環境における亜酸化窒素の実態調査
Bafumi２．河川環境における亜酸化窒素の実態調査
0.003
強力な温室効果を持つＮ２Ｏは，自然環境中において強力な温室効果を持つN
2Oは，自然環境中におToyo
生物学的硝化・脱窒作用を受けて発生する．人為的活動
0.0025 0.0035
２．河川環境における亜酸化窒素の実態調査
Bafumi
いて生物学的硝化・脱窒作用を受けて発生する。
によって自然環境中に放出された反応性窒素は，地下
Ikawa
0.002 0.003
強力な温室効果を持つＮ２Ｏは，自然環境中において人為的活動によって自然環境中に放出された反応
水 域，河 川，河 口な どに お い てＮ２Ｏへ と変化し ，大 気中
Toyo
生物学的硝化・脱窒作用を受けて発生する．人為的活動
0.0015 0.0025
Babameに放出される．この過程は間接発生と呼ばれ，その排出 2O
性窒素は，地下水域，河川，河口などにおいてN
によって自然環境中に放出された反応性窒素は，地下
Ikawa
0.001 0.002
係 数の精 緻化 が求められ ている．以上を ふまえ ，本 研究へと変化し，大気中に放出される。この過程は間接
Mitane
水 域，河 川，河 口な どに お い てＮ２Ｏへ と変化し ，大 気中
では八郎湖流域を対象に，Ｎ２Ｏの排出係数を明らかに
0.0005 0.0015
Babame発生と呼ばれ，その排出係数の精緻化が求められに放出される．この過程は 間接発生と呼ばれ，その 排出North drainage
するため，通年調査を実施した．
0.001
係 数の精 緻化 が求められ てい る ．以上を ふまえ ，本 研究 0
canalている。以上をふまえ，本研究では八郎湖流域を対Mitane調査の結果，溶存態Ｎ２Ｏ濃度には季節変動が見らSouth drainage
でOの排出係数を明らかにするため，通年調は八郎湖流域を対象に，Ｎ２Ｏの排出係数を明らかに
0.0005象に，N
2 に濃度が高くなる傾向にあった．この原因とし
れ，初夏
canal
North drainage
するため，通年調査を実施した．
0
canal
査を実施した。
て ，田 畑への施 肥の影 響が 考えられ た．また，亜 硝酸 性
seasonal
variationof ofthe
2O concentration
調 査 の 結 果 ， 溶 存 態 Ｎ ２ Ｏ 濃 度 に は 季 節 変 動 が 見Fig.
ら The
Fig.2.The
seasonal
variation
DNDN
O
concentration
2
South drainage
窒素・硝酸性窒素との間に相2関が見られた．
調査の結果，溶存態NO濃度には季節変動が見れ，初夏に濃度が高くなる傾向にあった．この原因とし
canal
られ，初夏に濃度が高くなる傾向にあった。この原て ，田 畑への施 肥の影 響が 考えられ た．また，亜 硝酸 性
Fig. The
seasonal
variationof ofthe
2O concentration
Fig.2.The
seasonal
variation
DNDN
2O concentration
窒田畑への施肥の影響が考えられた。また，
素・硝酸性窒素との間に相関が見られた．
因として，亜硝酸性窒素・硝酸性窒素との間に相関が見られた。

提供可能な
設備・機器

― 123 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

Ｏ ２ ， 焼 却 由 来 の Ｎ ２ Ｏ ， 水 ・ 汚 泥 処 理 由 来 の Ｃ Ｈ ４ の 順 に 高 か っ た． こ れ より ， Ｍ処 理 場 に おけ る 温 室 効 果 ガ ス 削 減 対 策
ると考えられた．
は，電力消費量の削減および焼却由来のＮ ２Ｏを削減すること が有効であると考えられた．また，水・汚泥処理プロセ スに お ける Ｃ Ｈ４ 排 出 量 は 反 応 槽 で 卓 越 し て お り （ 右 下 図 ） ， 反 応 槽 で 微 細 気 泡 方 式 を 採 用 す る こ と で ， 排 出 量 を 削 減 で きると考えられた．

技術・研究シーズ紹介

土木・建築

国土防災システムコース

研
究
タイトル

泥炭地盤の変形予測手法の開発と適用

氏

名

山添 誠隆
YAMAZOE Nobutaka

E-mailyamazoe@akita-nct.ac.jp

職

名

准教授

学

博士（工学）

研究タイトル：

所属： 環境都市工学科

位

泥炭地盤の変形予測手法の開発と適用

地盤工学会，土木学会
山添誠隆
E-mail：yamazoe@akita-nct.ac.jp
YAMAZOE Nobutaka
キ ー ワ ー ド 泥炭地盤，地盤変形，長期沈下，FEM
職名：
准教授
学位：
博士（工学）
・泥炭地盤の変形解析
技 ・協
術会：相 地談盤工学会，土木学会
所属学会
・軟弱地盤対策工
提供可能技術・堤防浸透照査
キーワード：
泥炭地
盤，地盤変形，長期沈下，FEM
氏名：

所属学会・協会

・泥炭地盤の変形解析
プラスチックボード工法で改良された泥炭地盤の変形挙動
・
軟弱地盤対策工
技術相談 北海道・東北には，泥炭地盤という植物遺骸が未分解で堆積した高圧縮性の地盤が広範囲に・堤防浸透照査
分布している。この泥炭地盤上に構造物を建設すると，過剰間隙水圧の消散に伴い非常に大き提供可能
技術：
な沈下が長期間に渡り生じる。このような軟弱地盤の対策工として用いられるプラスチックボー
研究内容： ドドレーン工法（以下PBD）は，プラスチック樹脂製のドレーン材（排水材）を地盤内に鉛直
プラスチックボード工法で改良された泥炭地盤の変形挙動
方向に打設し（図1）
北海道・東北には，泥炭地盤とい，圧密排水距離を水平方向に短縮させることで圧密促進と地盤の強度増加
う植物遺 骸が未分解 で堆積した高圧縮性の地 盤が広範囲に 分布して いる。この 泥を図るものである。PBD工法は安価で，改良効果が非常に高いことから，近年，泥炭地盤でも炭 地盤 上に構
造物 を建設 す ると ，過剰 間隙 水圧の 消散 に伴い非 常に 大きな 沈下 が長期 間に 渡り生じ る 。 この ような 軟
弱 地 盤 の対策工として用いられるプラスチックボードドレーン工法（以下 PBD）は，プラスチック樹脂製のドレーン材（排積極的に用いられている。
水材）を地盤内PBDは通常，正方形に配置・打設されるため，地盤変形解析においては，本来三次元的な取に鉛直方向に打設し（図 1），圧密排水距離を水平方向に短縮させることで圧密促進と地盤の強度増加を図るものでり扱いが必要となる。関口によって提案されたマクロエレメント法はPBDの集水・排水効果をあ る 。 P BD 工 法 は 安 価 で ， 改 良 効 果 が 非 常 に 高 い こ と か ら ， 近 年 ， 泥 炭 地 盤 で も 積 極 的 に 用 い ら れ て いる。
二次元平面ひずみ条件下でも考慮できる解析手法である。この手法を用いてPBDで改良された
PBD は通常，正方形に配置・打設されるため，地盤変形解析においては，本来三次元的な取り扱いが必要となる。関
泥炭地盤上に建設された道路盛土を解析した結果が図2の変形図である。解析結果は原位置で計口によって提案されたマクロエレメント法は PBD の集水・排水効果を二次元平面ひずみ条件下でも考慮できる解析手
測された変形とほぼ一致することを確認しており，PBDを適用した泥炭地盤の変形予測が可能法である。この手法を用いて PBD で改良された泥炭地盤上に建設された道路盛土を解析した結果が図 2 の変形図である。解析結であることがわかる。
果 は 原 位 置 で 計 測 さ れ た 変 形 と ほ ぼ 一 致 す る こ と を 確 認 し て お り ， P BD を 適 用 し た 泥 炭 地 盤 の 変 形 予 測が可能であるこPBDの設計において重要なパラメータが圧密速度に関わる水平方向圧密係数である。しかし，とがわかる。
この値は圧密係数の異方性やPBD打設時におけるPBD周辺地盤の乱れ，ドレーンの折れ曲げや
P BD の 設 計に お い て 重 要 な パ ラ メ ー タ が 圧 密 速 度 に 関 わ る 水 平 方 向 圧 密 係 数 で あ る 。 し か し ， この 値 は 圧 密 係 数 の異方性や PBフィルター部への土粒子の流入等によって，決めることは容易ではない。今後の研究では，実D 打設時における PBD 周辺地盤の乱れ，ドレーンの折れ曲げやフィルター部への土粒子の流入等によって，決めるこ施工の逆解析を通じて，その値を詳細に調べるとともに、実際の効果に基づいた設計法の確立とは容易ではない。今後の研究では，実施工の逆解析を通じて，その値を詳細に調べるとともに、実際の効果に基づいた設計法の確立を目指している。
を目指している。
研究内容

技 術・ 研 究 シ ー ズ

図２
道路盛土の解析結果（変形図）(単位：m)
図
2 道
路 盛 土 の 解 析 結 果 （ 変 形 図 ） ( 単 位 :m )PBDの打設状況
図 図１
1 PBD
の打設状況

提供可能な設
備・機器：
提供可能な
設備・機器

名称・型番（メーカー）― 124 ―

技術・研究シーズ紹介
研
究
タイトル

㻌

土木・建築系

高速道路交通流のサービスについて

所属：㻌 土木・建築系㻌 空間デザインコース

葛西
誠
氏
名
研究タイトルKASAI：㻌
Makoto職

名

空間デザインコース

准教授

E-mailkasai@akita-nct.ac.jp

学

博士（工学）位㻌㻌

高速道路交通流のサービスについて㻌

㻌

所属学会・協会
氏
名 ：㻌 㻌 㻌 葛 西 㻌 誠㻌 ／㻌 㻷㻭㻿㻭㻵㻌㻹㼍㼗㼛㼠㼛㻌㻱㻙㼙㼍㼕㼘：㻌
土木学会，交通工学研究会

㼗㼍㼟㼍㼕㻬㼍㼗㼕㼠㼍㻙㼚㼏㼠㻚㼍㼏㻚㼖㼜㻌㻌

職 名 ：㻌

博士㻔工学㻕㻌

㻌准教授㻌

キ ー ワ ー ド

学 位 ：㻌

交通流，渋滞，サービス水準，暫定2車線

㻌

所属学会・協会：㻌 土
木学会、交通工学研究会㻌
・交通流の速度の予測技術
技 術 相 談提ー供
能：㻌技 術キワ可ード

・統計モデルの構築，多変量解析

㻌

交通流、渋滞、サービス水準、暫定 㻞 車線㻌
・交通流のモデル化
・交通流の速度の予測技術㻌

100
80
60
40
20
0

175

185

195

205

いわき 四倉
広野 なら
中央 PA
はPA
いわき四倉

215

常磐
富岡

225

実測値(15%タイル値)400-600pcu/h

235

浪江 kp

245

255

265

進行方向

275

南相馬 南相馬 相馬 新地
鹿島SA

285

295

山元 鳥の海PA

予測値(15%タイル値)400-600pcu/h

305

20
15
10
5
0
-5

縦断勾配[%]

速度[km/h]

H27常磐道(下り) 400-600pcu/h

亘理

縦断勾配[%]

推定された路線別交通量別のパラメータ値を活用すると，新たに付加車線を設置した場合に 推定された路線別交通量別のパラメータ値を活用すると、新たに付加車線を設置した場合にその下流の暫定車線区間の速度がどの程度上昇するかが予測可能となる。
その下流の暫定2車線区間の速度がどの程度上昇するかが予測可能となる。
㻌㻌㻌㻌 供可能な設備・機器：㻌 㻌提㻌
名称・型番（メーカー）㻌
㻌
㻌
㻌
㻌
提供可能な
㻌
㻌
㻌
設備・機器
㻌
㻌
㻌
㻌㻌
㻌
㻌㻌
㻌
― 125
―
㻌㻌

技 術・ 研 究 シ ー ズ

技術相談㻌 暫定2車線高速道路における地点速度の予測
・統計モデルの構築、多変量解析㻌
提供地方部に多く存在する暫点2車線高速道路は一部の追越車線設置箇所（付加追越車線という）可能技術：㻌 ・交通流のモデル化㻌
を除き追越しができない。したがって前方を走行する車の影響を受け希望する速度での走行が㻌
研究内
容：㻌 暫定 㻞 車線高速道路における地点速度の予測㻌
できず地点速度が変動しやすい。利用者のサービス向上を図るために付加追越車線の新規設置が考えられる。付加追越車線設置に伴なって付加追越車線区間下流の地点速度がどの程度とな㻌
地方部に多く存在する暫点
2 車線高速道路は一部の追越車線設置箇所（付加追越車線という）を除き追越しがるかを予測する手法，すなわち暫定2車線高速道路における地点速度予測手法の開発が期待されできない。したがって前方を走行する車の影響を受け希望する速度での走行ができず地点速度が変動しやすい。
る。
利用者のサービス向上を図るために付加追越車線の新規設置が考えられる。付加追越車線設置に伴なって付加追
これまでの研究では，暫定2車線区間を進行するにつれて徐々に速度が低下する傾向と，勾配
越車線区間下流の地点速度がどの程度となるかを予測する手法、すなわち暫定 2 車線高速道路における地点速度のきつい上り坂ほど速度が低くなり，また下り勾配がきついほど速度が上昇しやすい傾向が明予測手法の開発が期待される。
らかとなっている。これらの傾向をもとに速度予測式を提案した。
これまでの研究では、暫定
2 車線区間を進行するにつれて徐々に速度が低下する傾向と、勾配のきつい上り坂
ほど速度が低くなり、また下り勾配がきついほど速度が上昇しやすい傾向が明らかとなっている。これらの傾向
提案したモデル式は全国4つの暫定2車線区間路線の速度データ（速度プロファイルデータ）をもとに速度予測式を提案した。
をもとに検証された。検証結果の一例を下図の通り示す。実測値に対して推定速度が十分に接提案したモデル式は全国 4 つの暫定 2 車線区間路線の速度データ（速度プロファイルデータ）をもとに検証さ近しており交通量レベル中程度の400-600pcu/hでの推定値は実測値の変動をよく捉えているこ
れた。検証結果の一例を下図の通り示す。実測値に対して推定速度が十分に接近しており交通量レベル中程度のとが見てとれる。
400-600pcu/h での推定値は実測値の変動をよく捉えていることが見てとれる。
研究内容

研 究 タイ ト ル ：大スパン曲面屋根に作用する非定常空気力の技術・研究シーズ紹介
土木・建築系 国土防災システムコース
特性と発生機構に関する研究
氏研
名： 究 大スパン曲面屋根に作用する非定常空気力の特性と
丁 威 ／ Ding Wei
E-mail：tei85@akita-nct.ac.jp
職タイトル
名：
講師
博士（工学）
発生機構に関する研究 学位：
所属学会・協丁会：

威E-mailキーワード： Ding Wei
建築構造、建築風工学
氏

名位
講師 ・建築物の風荷重と耐風学設計
技術相談
・流体数値解析(CFD 解析)
所属学会・協会 ・構造物の耐津波設計
提供可能技術：
職

名

キ容ー
研究内
： ワ ー ドtei85@akita-nct.ac.jp
博士（工学）

建築構造，建築風工学

・建築物の風荷重と耐風設計
近年，多目的ホールやスポーツ施設など大スパン屋根を有する構造物が各地に建設されている。
このような大技 術 相 談・流体数値解析（CFD解析）
提供可能技術
スパン構造物は，軽量かつ剛性が低くなることから設計時には一般に風荷重が支配的となる。また 、屋 根 が 風
・構造物の耐津波設計によって変形や振動するため，風による直接的な力だけでなく，屋根の振動によって発生する付研究内容

技 術・ 研 究 シ ー ズ

加 的 な 空近年，多目的ホールやスポーツ施設など大スパン屋根を有する構造物が各地に建設されてい気力，すなわち「非定常空気力」が作用する。この非定常空気が屋根を空力的に安定化る。このような大スパン構造物は，軽量かつ剛性が低くなることから設計時には一般に風荷重させる場合もあれば，逆に不安定化される場合もある。したがって，空力不安定振動の発生が懸が支配的となる。また、屋根が風によって変形や振動するため，風による直接的な力だけでなく，
念 さ れ屋根の振動によって発生する付加的な空気力，すなわち「非定常空気力」が作用する。この非ている。その非定常空気力を定量的に把握できれば、屋根と風との相互作用を考慮した合理 的 な定常空気が屋根を空力的に安定化させる場合もあれば，逆に不安定化される場合もある。した耐風設計が可能となる。
がって，空力不安定振動の発生が懸念されている。その非定常空気力を定量的に把握できれば、本 研 究 で は 、 大 空 間 構 造 の 基 本 形 と し て 二 次 元 円 弧 屋 根 を 対 象 と し  境 界 層 乱 流 中 に お い て 逆
屋根と風との相互作用を考慮した合理的な耐風設計が可能となる。
対称 1 次モードで屋根を振動しているとき，屋根面に作用する非定常空気力の特性を風洞実験と本研究では、大空間構造の基本形として二次元円弧屋根を対象とし，境界層乱流中において逆対称1次モードで屋根を振動しているとき，屋根面に作用する非定常空気力の特性を風洞実
CFD 数
値流体解析により把握し，空力剛性係数並びに空力減衰係数として評価した。次に、この験とCFD数値流体解析により把握し，空力剛性係数並びに空力減衰係数として評価した。次に、ようにして得られた空力剛性係数と空力減衰係数を、屋根に対して行われる通常の動的応答解析
このようにして得られた空力剛性係数と空力減衰係数を、屋根に対して行われる通常の動的応の 中 に答解析の中に組み入れる方法を提案した。
組み入れる方法を提案した。

図
1 風洞実験の様子図1
風洞実験の様子

提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）

提供可能な
設備・機器

― 126 ―

技術・研究シーズ紹介

土木・建築系

空間デザインコース

所属： 環境都市工学科
研究
建築・都市空間に関する定量的分析
タイトル
研究タイトル：建築・都市空間に関する定量的分析

鎌田 光明
Mitsutoshi KAMADA

氏

名

職

鎌田 光明／
氏名
名： 助教
M it s u t os h i K A MA D A

E-mail学

kamada@akita-nct.ac.jp

il：ｋamada@akita-nct.ac.jp
位E-ma博士（工学）

職名：
助教
学位：
博士(工学)
所属学会・協会 日本建築学会，人間・環境学会（MERA）
所属学会・協会： 日本建築学会, 人間・環境学会(MERA)
ーワー
ードド
：
キ ーキワ

空間計画, 景観計画, 建築・都市計画, 環空間計画，景観計画，建築・都市計画，環境心理所境属心：理環境都市工学科

景観評価，建築・都市空間の分析，まちづくり・ワークショップ，景観シミュレー

景市
観空
評間
価に
, 建
都定
市量
空的
間分
の析
分析, まちづくり・ワークショップ, 景観シミュレーション,
技 術
相研
ル：建築・都
関築
す・る
技究
術タ
相イ
談ト談
ション，心理評価・物理量を用いた空間の定量的な分析，建築計画・都市デザ
提 供提
可供能
技
術
可能技術：
心理評価・物理量を用いた空間の定量的な分析, 建築・都市デザインイン

研究内容 建築・都市空間の研究
鎌田 光明／
研究氏
内名
容：： 建築・都市空間の研究
M it s u t os h i K A MA D A
職名：助教

E-mail：ｋamada@akita-nct.ac.jp

学位：

博士(工学)

所属学会・協会：

日本建築学会, 人間・環境学会(MERA)

キーワード：

空間計画, 景観計画, 建築・都市計画, 環境心理の差し手の練習風景やお囃子の音色で満たされる都市の範囲を調査・分析し，可視化しました。

の街路空間の研究」、「秋田市中心市街地の図と地の研究」、「秋田竿燈祭りの準備空間における風景と音景の広がり
これらの研究は，秋田市の都市構造を読み解く資料となり，魅力的なまちづくりや新たな観光の研究」などを行なっています。例えば、地区のイメージの研究では、実際の地区の住所と人々のイメージ上の地区の資源について模索するものであります。
提供可能な設備・機器：（公開記事の有無を付記願います）
範囲を比較分析することで、秋田市のイメージ上の都市構造を明らかにしました。また、竿燈祭りの研究では、出竿全実践活動としては，新しい施設のあり様を示す建築・都市のデザイン提案や，行政や市民と38 町内の差し手の練習風景やお囃子の音色で満たされる都市の範囲を調査・分析し、可視化しました。これらの研究
名称・型番（メーカー）の協力のもと中心市街地のまちづくりを行なっています。
「まち」はそこに住んでいる人々が共は、秋田市の都市構造を読み解く資料となり、魅力的なまちづくりや新たな観光資源について模索するものであります。
通の意識をもって育てていくべきものであります。人々の意識と研究活動やデザイン活動が結実践活動としては、新しい施設のあり様を示す建築・都市のデザイン提案や、行政や市民との協力のもと中心市街地
びつくよう，実際のまちの人々との活動を大切にします。豊かな「まち」は，住民・学・官・のまちづくりを行なっています。「まち」はそこに住んでいる人々が共通の意識をもって育てていくべきものであります。
産が密に結びつき，高い意識の上で育まれます。豊かな秋田の空間を創造する，これからもそ
人々の意識と研究活動やデザイン活動が結びつくよう、実際のまちの人々との活動を大切にします。豊かな「まち」は、
住民・学・官・産が密に結びつき、高い意識の上で育まれます。豊かな秋田の空間を創造する、これからもその一端を担の一端を担う活動を行います。
う活動を行います。

提供可能な
提供可能な設備・機器：
設備・機器（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）― 127 ―

技 術・ 研 究 シ ー ズ

景観評価, 建築・都市空間の分析, まちづくり・ワークショップ, 景観シミュレーション,
技術相談
建築・都市空間は様々な要素が複雑に絡み合い形作られています。人々は空間を体験することによって、様々な空間提供可能技術：
心理評価・物理量を用いた空間の定量的な分析, 建築・都市デザイン
建築・都市空間は様々な要素が複雑に絡み合い形作られています。人々は空間を体験するこの雰囲気を感じます。それは快さであったり、あたたかさであったり、落ち着きであったり、引き込まれる感覚であったとによって，様々な空間の雰囲気を感じます。それは快さであったり，あたたかさであったり，り、あるいは落ち着かない感覚であったりします。様々な要素が総合的に空間の性質を形成するのです。
落ち着きであったり，引き込まれる感覚であったり，あるいは落ち着かない感覚であったりし研
究内容： 建築・都市空間の研究
複雑な空間をそのまま分析すると、読み取りが難解で答えに行き着くのが困難でしょう。そこで、定量的な分析を行ます。様々な要素が総合的に空間の性質を形成するのです。
い、複雑な空間を読み解いて行きます。具体的には、空間を構成する物理的な側面をエレメントに分解し、空間の作ら複雑な空間をそのまま分析すると，読み取りが難解で答えに行き着くのが困難でしょう。それ方を分析します。次に、空間から感じる人々の心理的な感覚を、様々な形容詞を用いて定量的に求めます。この分析
こで，定量的な分析を行い，複雑な空間を読み解いて行きます。具体的には，空間を構成するにより、それぞれ「物理量」と「心理量」が得られ、2つの量の相関関係を分析することにより、どんなエレメントがどのような心理に影響するのかが見て取れます。さらに踏み込んで分析すると、どのような空間をデザインすると、実際に体験し物理的な側面をエレメントに分解し，空間の作られ方を分析します。次に，空間から感じる人々
た時にどのような感覚になるのかが、あらかじめ予測できるようになります。つまり、感覚的なデザインを、定量的に表すの心理的な感覚を，様々な形容詞を用いて定量的に求めます。この分析により，それぞれ「物ことが可能であり、客観的な指標として建築・都市空間を語る極めて有効な資料となります。このような手法を用いて、理量」と「心理量」が得られ，2つの量の相関関係を分析することにより，どんなエレメントが様々な空間を分析しています。
建築・都市空間は様々な要素が複雑に絡み合い形作られています。人々は空間を体験することによって、様々な空間
どのような心理に影響するのかが見て取れます。さらに踏み込んで分析すると，どのような空
近年、秋田を対象にした研究としては「秋田の地区のイメージの研究」、「秋田の都市域の研究」、「秋田市中心市街地の雰囲気を感じます。それは快さであったり、あたたかさであったり、落ち着きであったり、引き込まれる感覚であった間をデザインすると，実際に体験した時にどのような感覚になるのかが，あらかじめ予測できの街路空間の研究」、「秋田市中心市街地の図と地の研究」、「秋田竿燈祭りの準備空間における風景と音景の広がり
り、あるいは落ち着かない感覚であったりします。様々な要素が総合的に空間の性質を形成するのです。
るようになります。つまり，感覚的なデザインを，定量的に表すことが可能であり，客観的なの研究」などを行なっています。例えば、地区のイメージの研究では、実際の地区の住所と人々のイメージ上の地区の複雑な空間をそのまま分析すると、読み取りが難解で答えに行き着くのが困難でしょう。そこで、定量的な分析を行指標として建築・都市空間を語る極めて有効な資料となります。このような手法を用いて，様々範囲を比較分析することで、秋田市のイメージ上の都市構造を明らかにしました。また、竿燈祭りの研究では、出竿全
い、複雑な空間を読み解いて行きます。具体的には、空間を構成する物理的な側面をエレメントに分解し、空間の作らな空間を分析しています。
38
町内の差し手の練習風景やお囃子の音色で満たされる都市の範囲を調査・分析し、可視化しました。これらの研究
れ方を分析します。次に、空間から感じる人々の心理的な感覚を、様々な形容詞を用いて定量的に求めます。この分析
近年，秋田を対象にした研究としては「秋田の地区のイメージの研究」「秋田の都市域の研究」，，
は、秋田市の都市構造を読み解く資料となり、魅力的なまちづくりや新たな観光資源について模索するものであります。
により、それぞれ「物理量」と「心理量」が得られ、2つの量の相関関係を分析することにより、どんなエレメントがどのよう実践活動としては、新しい施設のあり様を示す建築・都市のデザイン提案や、行政や市民との協力のもと中心市街地「秋田市中心市街地の街路空間の研究」，「秋田市中心市街地の図と地の研究」，「秋田竿燈祭りのな心理に影響するのかが見て取れます。さらに踏み込んで分析すると、どのような空間をデザインすると、実際に体験しのまちづくりを行なっています。「まち」はそこに住んでいる人々が共通の意識をもって育てていくべきものであります。
準備空間における風景と音景の広がりの研究」などを行なっています。例えば，地区のイメーた時にどのような感覚になるのかが、あらかじめ予測できるようになります。つまり、感覚的なデザインを、定量的に表す
人々の意識と研究活動やデザイン活動が結びつくよう、実際のまちの人々との活動を大切にします。豊かな「まち」は、ことが可能であり、客観的な指標として建築・都市空間を語る極めて有効な資料となります。このような手法を用いて、ジの研究では，実際の地区の住所と人々のイメージ上の地区の範囲を比較分析することで，秋住民・学・官・産が密に結びつき、高い意識の上で育まれます。豊かな秋田の空間を創造する、これからもその一端を担
様々な空間を分析しています。
田市のイメージ上の都市構造を明らかにしました。また，竿燈祭りの研究では，出竿全38町内
う活動を行います。
近年、秋田を対象にした研究としては「秋田の地区のイメージの研究」、「秋田の都市域の研究」、「秋田市中心市街地

所属： 環境都市工学科
所属： 環境都市工学科
技術・研究シーズ紹介 土木・建築系 国土防災システムコース
研究タイトル：研究タイトル：
研
究
タイトル

耐候性鋼橋梁の腐食環境と腐食評価
耐候性鋼橋梁の腐食環境と腐食評価
耐候性鋼橋梁の腐食環境と腐食評価
氏名：
中嶋龍一朗 ／ NAKAJIMA Ryuichiro E-mail：nakajima@akita-nct.ac.jp
中嶋龍一朗
氏
ail：
nakajima@akita-nct.ac.jp
氏名： 名 中嶋龍一朗 ／ NAKAJIMA Ryuichiro
E-mailE-m
nakajima@akita-nct.ac.jp
職名：
助教
学位
：
修士（工学）
NAKAJIMA Ryuichiro
職名：
助教
学位：
修士（工学）
所会・協会： 土木学会
職属学名学 位 修士（工学）助教
所属学会・協会： 土木学会
キーワード：
構造力学，鋼構造，維持管理工学，耐候性鋼材
所属学会・協会
土木学会
キ
ーワード：
構造力学，鋼構造，維持管理工学，耐候性鋼材
技
談ー ド
キ術
ー相ワ
技
術
相
談技術：
提供可能
提
可能相
技術談
：
技供術
提供可能技術・橋梁を対象とした構造解析の分野
構造力学，鋼構造，維持管理工学，耐候性鋼材
・橋梁を対象とした構造解析の分野
・耐候性鋼橋梁の適用性判定
・耐候性鋼橋梁の適用性判定
・橋梁を対象とした構造解析の分野
・耐候性鋼橋梁の適用性判定

研究内容： 耐候性鋼橋梁の腐食予測に関する研究
耐候性鋼橋梁の腐食予測に関する研究
研究研究内容内容： 耐候性鋼橋梁の腐食予測に関する研究
耐候性鋼材とは，緻密なさび層により腐食因子の透過を防ぎ，さびの進展を抑制するという耐候性鋼材とは，緻密なさび層により腐食因子の透過を防ぎ，さびの進展を抑制するという特徴を持つことから，特徴を持つことから，架設橋梁全体の鋼重に対する割合は20％ほどを占める。
耐候性鋼材とは，緻密なさび層により腐食因子の透過を防ぎ，さびの進展を抑制するという特徴を持つことから，架設橋梁全体の鋼重に対する割合は20％ほどを占める．
この耐候性鋼材を適用可能な環境の指標として，年平均飛来塩分量による規定や，鋼材曝露
架設橋梁全体の鋼重に対する割合は20％ほどを占める．
この耐候性鋼材を適用可能な環境の指標として，年平均飛来塩分量による規定や，鋼材曝露試験片による現地
試験片による現地曝露試験による腐食減耗量の規定が示されている。桁内の複雑な腐食環境は
この耐候性鋼材を適用可能な環境の指標として，年平均飛来塩分量による規定や，鋼材曝露試験片による現地曝露試験による腐食減耗量の規定が示されている．桁内の複雑な腐食環境は橋梁が架設されるまで観測することが橋梁が架設されるまで観測することができない。
曝露試験による腐食減耗量の規定が示されている．桁内の複雑な腐食環境は橋梁が架設されるまで観測することができない．
このため，図-1に示すように既存の桁内に複数の調査器具を取り付けることにより，桁内のできない．
このため，図-1に示すように既存の桁内に複数の調査器具を取り付けることにより，桁内の飛来塩分量，腐食減
飛来塩分量，腐食減耗量の関係について，調査を行なっている。写真-1に，実際の取り付け状
このため，図-1 に示すように既存の桁内に複数の調査器具を取り付けることにより，桁内の飛来塩分量，腐食減
耗量の関係について，調査を行なっている．写真-1に，実際の取り付け状況を示す．
況を示す。
耗量の関係について，調査を行なっている．写真-1 に，実際の取り付け状況を示す．

技 術・ 研 究 シ ー ズ：飛来塩分捕集器具と曝露試験片設置箇

図-1 観測機器の設置例：飛来塩分捕集器具と曝露試験片設置箇
所図１
観測機器の設置例
図-1 観測機器の設置例
所

計測器具取り付け状況
写真１写真-1
計測器具取り付け状況
写真-1 計測器具取り付け状況

秋田県由利本荘市における複数の既設の橋梁を対象に，耐候性鋼材の腐食環境についての調
秋田県由利本荘市における複数の既設の橋梁を対象に，耐候性鋼材の腐食環境についての調査を実施した．そ秋田県由利本荘市における複数の既設の橋梁を対象に，耐候性鋼材の腐食環境についての調査を実施した．そ査を実施した。その結果，図-2に示すように，飛来塩分量は観測した月毎に結果が変動し，冬の結果，図-2 に示すように，飛来塩分量は観測した月毎に結果が変動し，冬季は増加，夏季は減少傾向にあることの結果，図-2に示すように，飛来塩分量は観測した月毎に結果が変動し，冬季は増加，夏季は減少傾向にあること
季は増加，夏季は減少傾向にあることがわかった。これは，日本海側から吹く季節風の影響とがわかった．これは，日本海側から吹く季節風の影響と考えられる．
考えられる。
がわかった．これは，日本海側から吹く季節風の影響と考えられる．
また，図-3 に示すように，離岸距離と桁内の飛来塩分量の関係についても，ある程度の相関がみられた．離岸距離
また，図-3に示すように，離岸距離と桁内の飛来塩分量の関係についても，ある程度の相関
また，図-3に示すように，離岸距離と桁内の飛来塩分量の関係についても，ある程度の相関がみられた．離岸距離が長くなるほど，飛来塩分量が減少する．しかし，桁内に付着する飛来塩分量は，橋軸，桁高，周辺環境にも影響をがみられた。離岸距離が長くなるほど，飛来塩分量が減少する。しかし，桁内に付着する飛来が長くなるほど，飛来塩分量が減少する．しかし，桁内に付着する飛来塩分量は，橋軸，桁高，周辺環境にも影響を受けることが考えられる．このため，桁内付着塩分量を予測する際には，他のパラメータを導入することで，より現地
塩分量は，橋軸，桁高，周辺環境にも影響を受けることが考えられる。このため，桁内付着塩受けることが考えられる．このため，桁内付着塩分量を予測する際には，他のパラメータを導入することで，より現地の環境に近い値を得られるものと考えられる．
分量を予測する際には，他のパラメータを導入することで，より現地の環境に近い値を得られの環境に近い値を得られるものと考えられる．
るものと考えられる。

図-2 桁下飛来塩分量の月ごとの推移

図-3 離岸距離と飛来塩分量の関係

桁下飛来塩分量の月ごとの推移
図２図-2桁下飛来塩分量の月ごとの推移

離岸距離と飛来塩分量の関係
図３ 図-3離岸距離と飛来塩分量の関係

提供可能な
設備・機器

― 128 ―

技術・研究シーズ紹介
研
究
タイトル

一般教科自然エネルギー関連の金属触媒の設計

所 属 ： 秋 田 工 業 高 等 専 門 学 校 創 造 シス テム 工 学 科 一 般 教 科 自 然 科 学 系

氏
名 趙
研 究 タイ ト ル ：職

創造システム工学科

明

准教授

名

E-mailmingzhao@akita-nct.ac.jp

学

博士（理学）

位

エネルギー関連の金属触媒の設計

氏所属学会・協会
名：
職キ名ー
： ワ准ー
教授
ド
所技属学
協会談：
術会・相
提供可能技術キーワード：

趙 ／ 明

E-mail：mingzhao@akita-nct.ac.jp

学位：
博士（理学
）
触媒設計，不均一触媒，バイオマス，水素，CO2・有機反応のための触媒設計
なし
・バイオマス変換のための触媒設計
・H生成とCO
水素化用の触媒設計
触媒2設
計、不均2一触媒、バイオマス、水素、CO2Design・有of機Metal
Phosphide
Nanomaterials
for Selective and Durable Catalysis
反応のための触媒設計
技Currently
術相談
バイオマス変換のための触媒設on
計 the development of palladium-based
my ・researchmainlyfocuses・H2 生their
成と Capplication
O2 水素化用のas
触媒
設計
提nanomaterials
供可能技術：
andheterogeneous
catalysts and electro-catalysts.
研究内容

Amorphous materials have been widely researched in heterogeneous catalysis and研究内
容：next-generation
Design of Metbatteries.
al PhosphiMyde Nresearchanomaterpartiallyials for Sfocuses
elective on
andtheDurfabrication
able Catalysofis highfor

Electro-oxidation of methanol
J. Mater. Chem. A 2019, 5179 (Inside Cover).
Appl. Sur. Sci. 2019, 441
Chem. Mater. 2014, 1056.

Heterogeneous catalysis formolecule transformations
ACS Appl. Mater. Inter. 2017, 34804.
Chem-Asian J. 2016, 461.
Chem-Asian J. 2019, 407.
Synlett 2018, 209.

106Pd

Palladium-Based Alloys andPhosphides Nanomaterials：
Fabrication and Application

Hydrogen evolution from
Water Electrolysis
Nano 2019, 14, 1950059 (Cover paper).
Int. J. Hydrogen Energ. 2019, 44, 31053.

提供可能な設備・機器：
提供可能な
設備・機器

（公開記事の有無を付記願います）
名称・型番（メーカー）

なし― 129 ―

Heterogeneous catalysis forbiomass molecule
transformations

技 術・ 研 究 シ ー ズ

quality (e.g., monodisperse and high surface area) amorphous alloy nanomaterials.
CurrenItlyinvestigate
my research themaincorrelations
ly focuses on thbetween
e developmthe
ent compositionof palladium -basanded namorphology
nomaterials andofthPd-M-P
eir application asheterognanoparticles
eneous catalyst(NPs)s and toelecobtain
tro-catamorphous
alysts. Amorphalloy
ous mNPs.
ateriaThels havelectronice been wideinteractions
ly researchedbetween
in heterogeneous
catalysis and for next-generation batteries. My research partially focuses on the fabrication of high -quality (e.g.,
metal and phosphorous atoms are studied. The materials can be used as highly selective
monodisperse and high surface area) amorphous alloy nanomaterials. I investigate the correlations between theheterogeneous catalysts for hydrogenation, reduction, oxidation, and tandem reaction.
composition and morphology of Pd-M-P nanoparticles (NPs) to obtain amorphous alloy NPs. The electronicinteracWith
tions bthe
etwegrowing
en metal energy
and phoscrisis
phorourelateds atoms to
arefossil
studiefuels,
d. The manymate riastudies
ls can bhave
e usedbeen
as hidone
ghly selective
also focusesheterogon
enetheous evolution
catalysts foofr hyrenewabledrogenation, energy
reductionsuch, oxidas
atiohydrogenn, and tandegas.
m reaMyctionresearch.
Withonthethegrowdevelopment
ing energy crisiofs reefficient
lated to fandossil durable
fuels, manelectro-catalysts
y studies have beenfor
doncommercializatione on the evolution ofof
renewableenergyhydrogensuch as hydevolutionrogen gas. (HER).
My reseaTorchacceleratealso focuseswateron thedissociation
development oandf effiweaken
cient and the
durabadsorption
le electro -catalysts
for comenergy
mercialiof
zatihydrogenon of hydroon
gen catalyst
evolution surface,(HER). ToIaam
ccelenowrate water dissocmulti-compositional
iation and weaken the aPd-M-P
dsorption energy
designingof hydrnanomaterials
ogen on catalystfor
surfalkalineace, I am andnow dneutral
esigningHER.
multi-compositional Pd-M-P nanomaterials for alkaline and neutral
H E R.

関 連 資 料

関連
資料

― 131 ―

区
科学研究費助成事業
奨

学

寄

附

金

共

同

研

究

受

託

研

究

合

計

外部資金受入実績一覧（過去５年間）

単位：千円

分

令和元年度

令和２年度

15

17

申 請 数
採択件数
金

額

件

数

金

額

件

数

金

額

件

数

金

額

件

数

金

額

平成28年度 平成29年度 平成30年度

54
23

58

17

61

15

61

57

30,613

18,237

19,78032,11332,258

7,866

10,744

7,743

16,006

21,676

2,861

797

3,103

1,490

5,672

5,701

12,272

4,900

21,7351,510

47,04142,05035,526

71,344

61,116

10

7

4

44

13

4
2

関
連
資
料

― 132 ―

36

10

9

1

35

79

5

3

102

19

13
3

52

令和元年度

秋田高専地域共同テクノセンター活動総括

実施月日

事

業

内

容

5月29日（水）令和元年度 技術講演会・第24回秋田高専COC+講演会（合同開催）
演題：中小建設業者が取り組むICT（情報通信技術）最先端と若者へのメッセージ
講師：株式会社小原建設 代表取締役専務 小原 学 氏（産学協力会共催）（会場：秋田高専 大講義室）

6月6日（木）

令和元年度第1回地域共同テクノセンター運営委員会開催
H30活動報告／ R元年度計画（案）／ワンストップサービス（仮称）／センター報16号・研究シーズ集について／その他

9月4日（水）科研費説明会
講師
校長
機械系 教授電気・電子・情報系

教授

植松
池田
伊藤

康
洋
桂一

10月9日（水）10日（木）

科研費相談会校長
植松

12月4日（水）令和元年度知的財産権セミナー特別講演会・第27回COC+講演会（合同開催）
講演：「特許入門」
佐々・藤盛特許事務所 代表弁理士 佐々 健太郎 氏（会場：秋田高専 大講義室）

12月5日（木）あきた産学官連携フォーラム2019
テーマ ｢あきた発、超スマート社会構築に向けたイノベーション｣【基調講演】「エナジートランスフォーメーションを支える電子部品」
TDK（株）電子部品ビジネスカンパニー CEO執行役員 佐藤茂樹 氏【講演１】「xRで作るBeyond 5G時代の秋田のビジネスチャンス」
秋田大学 大学院理工学研究科 数理・電気電子情報学専攻
教授 水戸部 一孝 氏
【講演２】
「スマート社会を支えるエレクトロニクス“周波数は財産なり”」
秋田大学 産学連携推進機構 機構長 倉林 徹 氏【研究シーズ・連携事例・技術ニーズ展示 本校の出展】「歩行動作計測におけるウェアラブルモーションセンサの装着位置と精度に関する研究」
創造システム工学科 機械系 准教授 齊藤 亜由子

康地域共同テクノセンター長

関
連
資
料

― 133 ―

宮脇和人

実施月日

事

業

内

容

「状態オブザーバによるスイッチトリラクタンスモータの位置センサレ
ス制御」
創造システム工学科 電気・電子・情報系 助教 中沢 吉博「秋田スギを使った「森香るクラフトジン」の開発」
創造システム工学科 物質・生物系 教授 上松 仁
「秋田県内での耐候性鋼材の橋梁への適用について」
創造システム工学科 土木・建築系 助教 中嶋 龍一朗（会場：秋田市民交流プラザ「アルヴェ」1Fきらめき広場，2F多目的ホール）（主催：あきた産学官連携フォーラム実行委員会2019，秋田科学技術協議会，
秋田大学産学官連携推進協議会）（幹事校：秋田大学）
令和2年
1月16日（木）第1ブロック（北海道・東北地区）高等専門学校テクノセンター長等会議（担当校：仙台高専）

1月20日（月）県内企業を知る会（産学協力会協賛）（会場：秋田高専 第一ゼミナール室・第二ゼミナール室・中会議室・談話ホール）
参加企業：55社
参加学生：116名

産学協力会
研修会

第77回研修会 技術講演会共催（5月29日）
第78回研修会（9月6日）
第79回研修会（11月26日）

秋田県産学連携

事務局：産学官ネットワーク事務局
センター長又は総務課職員が参加。
高専事業等のPR，県内情報の収集コーディネーター
関会議＆秋田産学官連

ネットワーク運営

資会議

料― 134 ―

令和2年度

秋田高専地域共同テクノセンター活動総括

実施月日

事

4月28日（火）第1ブロック研究推進ボード会議（第1回） WEB会議
参加者：宮脇和人 地域共同テクノセンター長

6月17日（水）令和2年度第1回地域共同テクノセンター運営委員会開催
令和元年度実績報告／令和2年度計画（案）／担当役割分担／その他

6月23日（火）第1ブロック研究推進ボード会議（第2回） WEB会議
参加者：宮脇和人 地域共同テクノセンター長

7月8日（水）技術講演会
演題：｢産学官連携による新素材開発への取組｣
講師：株式会社宮城化成
代表取締役
小山 昭彦 氏
（会場：秋田高専 大講義室）

7月〜9月

科研費検討会（各系で実施）

9月2日（水）科研費説明会（秋田高専主催）
講師：植松 康 校長，木澤 悟 教授，長井 栄二 准教授，
大友 渉平 技術職員
内容：科研費採択率向上のための申請書の書き方のポイントや工夫についてのレクチャー
会場：会議室A

9月23日（水）科研費説明会（高専機構主催）WEB配信
講師：第1部 新井 宏之 氏，第2部 豆佐 哲治 氏
内容：第1部 事務担当者向け，第2部研究者向け

  9月30日（水）10月  1日（木）第1ブロック研究推進ボード会議（第3回）
参加者：宮脇和人 地域共同テクノセンター長会 場：鶴岡高専
第1ブロック科研費獲得（研究力）向上強化に向けたWS
対面とWEBによる開催
参加者：池田 洋教授，櫻田 陽准教授，
中沢 吉博講師，佐々木 崇紘助教
会 場：鶴岡高専

業

内

容

関
連
資
料

― 135 ―

実施月日

事

業

内

容

関

科研費相談会（秋田高専主催）
相談員：植松 康 校長，宮脇
会 場：会議室B

11月5日（木）

令和2年度第2回地域共同テクノセンター運営委員会開催
ホームページ更新について／科研費検討会の取り組み状況について／研究活動基本方針の取り組みについて

12月2日（水）知的財産権セミナー（会場：秋田高専 大講義室）
講師：佐々・藤盛特許事務所 代表弁理士 佐々
演題：「特許入門」

1月8日（金）第1ブロック研究推進ボード会議（第4回） WEB会議
参加者：丸山耕一 地域共同テクノ副センター長

1月18日（月）県内企業を知る会（産学協力会協賛）
会場：大講義室
参加企業：22社
参加学生：34名

2月9日（火）県内企業を知る会（産学協力会協賛）
WEB面談
会場：テクノコミュニティー，テクノラボ
参加企業：31社
参加学生：30名

3月26日（金）

令和2年度第3回地域共同テクノセンター運営委員会開催
研究活動等及び地域貢献活動の実施状況踏まえた問題点等について中止

あきた産学官連携フォーラム2020（秋田大学，秋田高専共催 幹事校：秋田県立大学）

産学協力会
研修会

第80回研修会 技術講演会（7月8日）
第81回研修会（新型コロナウイルス感染拡大防止のため中止）
第82回研修会（新型コロナウイルス感染拡大防止のため中止）
第83回研修会（新型コロナウイルス感染拡大防止のため中止）

秋田産学官
ネットワーク

令和2年度秋田産学官ネットワーク 第1回幹事会
参加者：総務課職員（工藤 奈緒美総務課長補佐）
令和2年度の人員体制（案）について／会則改正（案）について／
令和元年度事業実施状況について／令和2年度事業計画（案）について／来年度以降の体制・活動について
会場：秋田大学
高専事業等のPR，県内情報の収集等

連

10月1日（木）～2日（金）
6日（火）

和人

教授

健太郎 氏

動画配信

資
料

― 136 ―

秋田工業高等専門学校地域共同テクノセンター規則

（趣旨）
第１条

秋田工業高等専門学校学則（昭和３９年規則第１号）第５２条の２第２項の規定に基づく秋田工業高等専門学校地域共同テクノセンター（以下「テクノセンター」という。）の組
織運営についてはこの規則の定めるところによる。

（目的）
第２条

テクノセンターは，秋田工業高等専門学校（以下「本校」という。）と民間等外部の機関（以下「民間機関等」という。）との連携を推進して教育及び研究の進展を図るとともに，共同研究及び技術相談等を推進することにより，地域産業の振興，活性化に寄与することを目的とする。

（業務）第３条

テクノセンターは，次の各号に掲げる業務を行う。

（１）テクノセンターの管理・運営に関すること。
（２）民間機関等との連携による教育及び研究の進展に関すること。
（３）民間機関等との共同研究，受託研究等に関すること。
（４）民間機関等に対する技術開発相談及び学術情報の提供に関すること。
（５）民間機関等との技術協力に関すること。
（６）民間機関等の技術者に対するリフレッシュ教育に関すること。
（７）その他センターの目的を達成するために必要な事項（センター長等）テクノセンターに，地域共同テクノセンター長（以下「センター長」という。）を置く。

３

センター長は，テクノセンターの業務を掌理する。

４センター長の任期は２年とし，再任を妨げない。ただし，センター長に欠員が生じた場合

第４条の２

テクノセンターに，副地域共同テクノセンター長（以下「副センター長」という。）

を置く。
２

副センター長は，本校教員のうちから校長が任命する。

３

副センター長は，センター長の職務を補佐する。

４

副センター長の任期は１年とし，再任を妨げない。ただし，副センター長に欠員が生じた

場合の後任者の任期は，前任者の残任期間とする。
第４条の３

テクノセンターに，地域共同テクノセンターコーディネーター（以下「コーディネーター」という。）を若干名置く。
２コーディネーターは，校長が委嘱する。

３

コーディネーターは，本校と国若しくは地方公共団体又は民間企業等と連絡調整し，研究― 137 ―

料の後任者の任期は，前任者の残任期間とする。

資センター長は，本校教員のうちから校長が任命する。
連

２

関

第４条

成果の社会還元の促進を図る。
４コーディネーターの任期は１年とし，再任を妨げない。ただし，コーディネーターに欠員が生じた場合の後任者の任期は，前任者の残任期間とする。

（運営委員会）第５条

テクノセンターの運営に関する事項を審議するため，秋田工業高等専門学校地域共同

テクノセンター運営委員会（以下「委員会」という。）を置く。
２

委員会に関する事項は，別に定める。

（専門委員会）
第６条

委員会に，テクノセンターの事項に関し，実施方法の検討，その他専門的事項を処理させるため，専門委員会を置くことができる。
２

専門委員会に関し必要な事項は，別に定める。

（庶務）
第７条

委員会の庶務は，総務課において処理する。

（雑則）
第８条

附

この規則に定めるもののほか，テクノセンターに関し必要な事項は，別に定める。

則

この規則は，平成１２年４月１日から施行する。

附

則

関

この規則は，平成１６年５月７日から施行し，平成１６年４月１日から適用する。

連
資

附

則

料

１

この規則は，平成１６年９月３日から施行し，平成１６年４月１日から適用する。

２

平成１６年度中に委嘱されるコーディネーターの任期は，第４条の２第４項の規定にかかわらず，委嘱の日から平成１７年３月３１までとする。

附則

この規則は，平成１７年４月１日から施行する。

附

則

１

この規則は，平成１７年１２月５日から施行する。

２

平成１７年度中に委嘱される副センター長の任期は，第４条の２第４項の規定にかかわらず，平成１８年３月３１日までとする。

― 138 ―

附則

この規則は，平成１９年４月１日から施行する。

附則

この規則は，平成２０年１月７日から施行する。

附則

この規則は，平成２８年４月１日から施行する。

附則

この規則は，平成３１年４月１日から施行する。

関
連
資
料

― 139 ―

秋田工業高等専門学校産学協力会
事 業 名

令和元年度事業報告

実施月日

事

業

内

容

令和元年5月29日（水） 技術講演会
14：30～
演題：「中小建設業者が取り組むICT（情報通信技術）
於：秋田高専
最先端と若者へのメッセージ」
講師：株式会社小原建設代表取締役専務 小原 学 氏

第1回 役 員 会・定期総会

令和元年6月4日（火）15：30～
於：ホテルメトロポリ
タン秋田

平成30年度事業報告・決算書（案）及び令和元年度
事業計画・予算書（案）についての審議，規約の改正，
その他

第2回 役 員 会・定期総会

令和元年6月4日（火）16：15～
於：ホテルメトロポリタン秋田

役員の改選について，次年度の新規事業導入に向けて，その他，及び交流会

会報第64号

令和元年8月1日発行

令和元年度定期総会報告，研修会等報告，新規入会
企業紹介，新任教員紹介

第78回研修会（秋田高専COC+
事業共催）

令和元年9月6日（金）14：00～
於：（株）五洋電子
道の駅てんのう内
天王温泉くらら

地区講演会（県北地区）
工場見学，会社紹介：（株）五洋電子 人事総務部部長 当房 義幸 氏
講演：
1.「ウェアラブルモーションセンサを用いた補講計測」
秋田工業高等専門学校 創造システム工学科
機械系 准教授 齊藤 亜由子 氏
2.「状態オブザーバを用いたスイッチトリラクタン
スモータの位置センサレス制御」
秋田工業高等専門学校 創造システム工学科
電気・電子・情報系 助教 中沢 吉博 氏

第3回役員会令和元年10月17日（木） グルーピングについて，専攻科改組における県内企
15：30～
業ニーズ調査について，秋田高専グローカル人材育
於：カレッジプラザ
成会について，その他

第4回役員会令和元年11月6日（水） 産学協力会への入会について
メール審議

関

第77回研修会（地域共同テクノセンター・秋
田 高 専COC+事
業共催）

連
資
料

― 140 ―

事 業 名

実施月日

事

業

内

容

令和元年11月26日（火） 地区講演会（県央地区）
13：40～
工場見学，会社紹介：
於：（株）
三井光機製作所（株）三井光機製作所 秋田工場
カレッジプラザ製造部係長
阿部 忠 氏
開発部研究員 高嶋 茂樹 氏
講演：
「高速・高精度精密位置決め制御技術の応用展開」
秋田工業高等専門学校 創造システム工学科
機械系 准教授 櫻田 陽 氏
研究発表：
1.「スイッチトリラクタンスジェネレータを用いたマイクロ水力発電に関する研究」
秋田工業高等専門学校専攻科
生産システム工学専攻１年 安杖 海人
2.「酸化亜鉛微粒子の粒成長挙動と光学特性について」秋田工業高等専門学校専攻科
環境システム工学専攻２年 五十嵐 千夏

会報第65号

令和2年2月20日発行

研修会等報告・講演要旨，新規入会企業紹介，インターンシップ体験談ほか

会員企業紹介パンフレット

令和2年3月発行

産学協力会会員企業の紹介

産学協力会会長
賞

令和2年3月14日（土）
卒業証書・修了証書授与式

受賞者：生産システム工学専攻

船木

周平 君

関

第79回研修会（秋田高専COC+
事業共催）

連
資
料

― 141 ―

秋田工業高等専門学校産学協力会
事 業 名

令和2年度事業報告

実施月日

事

業

内

容

第1回役員会

令和2年7月1日（水）メール会議

令和元年度事業報告・決算書（案）及び令和元年度
会計監査報告，令和2年度事業計画・予算書（案）についての審議，その他

定期総会

令和2年8月3日（月）メールにて報告

令和元年度事業報告・決算報告及び令和元年度会計
監査報告，令和2年度事業計画・予算の報告，その他
技術講演会「産学官連携による新素材開発への取組」
株式会社宮城化成
代表取締役 小山 昭彦 氏

会報第66号

令和2年8月25日発行

令和2年度役員会報告，研修会等報告，新規入会企
業紹介，新任教員紹介

あきたグローカ
ル技術研究会（秋田高専グローカル人材育成会
合同イベント）

令和2年12月10日（木） 基調講演
・11日（金）
1.「コロナ禍で東京多摩地域と長野茅野市とのテレオンライン開催
ワークの試み」東洋システム株式会社
代表取締役社長 飯田 哲郎 氏
2.「産学連携の取組」
東新工業株式会社取締役 豊田 稔 氏
技術研究会
ニーズ・シーズ提供企業：アキモク鉄工株式会社，
株式会社小滝電機製作所，三共光学工業株式会社，
秋田化学工業株式会社，インスペック株式会社

会報第67号

令和3年3月15日発行

あきたグローカル技術研究会等報告，新規入会企業
紹介，新任教員紹介，学生のインターンシップ体験談

会員企業紹介パンフレット別冊

令和3年3月発行

産学協力会会員企業の紹介（新規入会企業）

産学協力会会長
賞

令和3年3月20日（土）
卒業証書・修了証書授与式

受賞者：生産システム工学専攻

第2回役員会

令和3年3月30日（火）
メール会議

産学協力会会長の選任について

関

第80回研修会
令和2年7月8日（水）（地域共同テク
14：35〜ノセンター主催） 於：秋田高専

連
資料― 142 ―

佐藤裕汰 君

秋田工業高等専門学校産学協力会規約


資料― 143 ―連

 （経費）

関
 （目的）
第１条 本会は，秋田工業高等専門学校に協力するとともに，会員相互の連携を密にし地域産業の発展に資することを目的とする。
 （名称）
第２条 本会は，秋田工業高等専門学校産学協力会と称する。
 （事業）
第３条 本会は，第１条の目的を達成するため，次の事業を行う。
 一 秋田工業高等専門学校の教育研究の充実に関すること。
 二 地域産業の発展に関すること。
 三 産学協力に関すること。
 四 その他本会の目的達成に必要な事業に関すること。
 （会員）
第４条 本会は，本会の目的に賛同し，会長の承認を得た法人（個人事業主を含む。）及び個人をもって組織する。
２ 法人会員は，秋田県内に本社・支社・事業所等がある企業とする。
３ 個人会員は，秋田工業高等専門学校及び秋田県内の公的研究機関等に勤務する者並びにかつて勤務していた者とする。 （役員）
第５条 本会に次の役員を置く。
 一 会 長  １名
 二 副会長 若干名
 三 理 事 若干名
 四 幹 事 若干名 五 監 事  ２名
２ 役員の任期は２年とし，再任は妨げない。ただし，補欠の役員の任期は，前任者の残任期間とする。
 （役員の職務）
第６条 役員の職務は，次のとおりとする。
２ 会長は，本会を代表し会務を統括する。
３ 副会長は，会長を補佐し，会長に事故あるときは，その職務を代行する。
４ 理事は，会務事項を審議し，これを処理する。
５ 幹事は，会務を遂行する。
６ 監事は，本会の会計を監査する。
 （役員の選任）
第７条 会長の選任は，別に定める。
２ 会長は，副会長，理事，幹事及び監事の役員候補者を選出し，選出された役員は，会員の過半数の同意をもって選任する。
 （参与）
第８条 第５条第１項のほかに参与を置くことができる。
２ 参与は，役員会の推薦で会長が委嘱する。
３ 参与は，会長の要請に応じ，または役員会等に出席し意見を述べることができる。
 （総会）
第９条 総会は，定期総会と臨時総会とし，会長がこれを招集する。
２ 定期総会は，原則として毎年５月に開催し，役員会での議決内容を報告する。
 （役員会）
第１０条 役員会は，会長，副会長，理事，幹事及び監事をもって組織し，必要の都度会長がこれを招集し，議長となる。
２ 役員会は，総会に報告する次の事項を審議する。
 一 事業計画並びに予算決算
 二 規約の改廃
 三 その他重要な事項
３ 役員会は，役員の過半数（委任状を含む。）をもって成立し，議決は，出席者の過半数をもって成立する。ただし，可否同数のときは議長の決するところによる。

第１１条 本会の運営は，会費，寄付金その他の収入をもって充てる。
 （会費）
第１２条 会費は，次のとおりとする。
 一 法人会員 年２０，０００円
 二 個人会員 年 １，０００円
２ 年度途中に加入する場合は，前項に定める会費を納入するものとし，退会による既納の会費は返還しない。
 （会計年度）
第１３条 本会の会計年度は，毎年４月１日に始まり翌年３月３１日に終わる。
 （事務局）第１４条 本会は，事務局を秋田工業高等専門学校に置く。
 （その他）
第１５条 本規約に定めるもののほか，必要な事項は，役員会においてこれを定める。
  （附 則） この規約は，平成４年５月１８日から施行する。
        この規約は，平成６年５月１９日から施行する。
        この規約は，平成９年５月１３日から施行する。               この細則は，平成１６年５月２２日から施行する。
附 則
この規約は，令和元年６月４日から施行し，平成３１年４月１日から適用する。

関
連
資
料

― 144 ―

秋田工業高等専門学校グローカル人材育成会
事 業 名

令和2年度事業報告

実施月日

事 業 内 容 ・ 目 的

令和2年度
第1回役員会

令和2年10月8日（木）web会議

グローカル人材育成会規約（案）と役員（案），
ビジョンと計画，令和2年度事業計画・予算（案）についての審議，意見交換，その他

令和2年度
定期総会

令和2年10月8日（木）web会議

グローカル人材育成会規約と役員，ビジョンと計画，
令和2年度事業計画・予算についての報告，意見交換，
その他

あきたグローカ
ル技術研究会

令和2年12月10日（木） あきたグローカル技術研究会〜11日（金）（秋田高専産学協力会と秋田高専グローカル人材育
Web形式
成会との合同行事である教育プログラム）

採用&就職担当
懇談会

令和2年12月10日（木） 企業の採用担当と秋田高専就職担当との懇談〜11日（金）Web形式

会員企業紹介パンフレット発行

令和3年1月発行

学生による研究発表会

令 和3年2月18日（ 木 ） 秋田高専の研究シーズの発表〜19日（金）web形式

企業による個別面談会

令和3年2月18日（木）〜19日（金）web形式

学生のキャリア教育

令和2年度
第2回役員会

令和3年2月24日（水）web形式

令和3年度事業計画（案）についての審議，
意見交換，
その他

会員企業紹介パンフレット発行

関
連
資
料

― 145 ―

【参考資料３】

秋田工業高等専門学校グローカル人材育成会規約
 （目的）
第１条 本会は，秋田工業高等専門学校と国内外の産業界との連携により、グローバルな視野や経験を活かして地域社会や地域経済に貢献出来る人材，すなわちグローカル人材を育成し持続的に国内外に輩出し、社会貢献及び国際貢献に資することを目的とする。
 （名称）
第２条 本会は，秋田工業高等専門学校グローカル人材育成会と称する。
 （事業）
第３条 本会は，第１条の目的を達成するため，次の事業を行う。
 一 国内外で活躍する人材育成活動に関すること 二 人材育成のための共同教育プログラム遂行に関すること 三 地域のグローカリゼーション化活動に関すること
 四 その他本会の目的達成に必要な事業に関すること （会員）
第４条 本会は，本会の目的に賛同し，会長の承認を得た法人（個人事業主を含む。）をもって組織する。
 （役員）
第５条 本会に次の役員を置く。
 一 会 長  １名
 二 副会長 若干名
 三 理 事 若干名
 四 幹 事 若干名 五 監 事  ２名
２ 役員の任期は２年とし，再任は妨げない。ただし，補欠の役員の任期は，前任者の残任期間とする。
関

 （役員の職務）

連第６条 役員の職務は，次のとおりとする。
２ 会長は，本会を代表し会務を統括する。

資３ 副会長は，会長を補佐し，会長に事故あるときは，その職務を代行する。

料４ 理事は，会長が必要と認めた事項を審議し，本会の運営に当たる。
５ 幹事は，本会の事業が円滑に運営されるよう協力する。
６ 監事は，本会の会計を監査する。
 （役員の選任）
第７条 会長の選任は，任期満了前の役員会にて次期会長を決定する。
２ 副会長，理事，幹事及び監事は会長が委嘱する。
 （参与）
第８条 第５条第１項のほかに参与を置くことができる。
２ 参与は，役員会の推薦で会長が委嘱する。
３ 参与は，会長の要請に応じ，または役員会等に出席し意見を述べることができる。

― 146 ―

 （役員会）
第９条 役員会は，会長，副会長，理事，幹事及び監事をもって組織し，必要の都度会長がこれを招集し，議長となる。
２ 役員会は，総会に報告する次の事項を審議する。
 一 事業計画並びに予算決算
 二 規約の改廃
 三 その他重要な事項
３ 役員会は，役員の過半数（委任状を含む。）をもって成立し，議決は，出席者の過半数をもって成立する。ただし，可否同数のときは議長の決するところによる。
 （総会）
第１０条 総会は，役員会での議決内容を報告し，会員相互の意見交換の場とする。
２ 総会は，定期総会と臨時総会とし，会長がこれを招集する。
３ 定期総会は，原則として毎年５月に開催する。
 （経費）
第１１条 本会の運営は，会費，寄附金その他の収入をもって充てる。
 （会費）
第１２条 会費は，年額１口５０，０００円とし，１口以上納めるものとする。
２ 年度途中に加入する場合は，前項に定める会費を納入するものとし，退会による既納の会費は返還しない。
 （会計年度）
第１３条 本会の会計年度は，毎年４月１日に始まり翌年３月３１日に終わる。

 （事務局）第１４条 本会の事務局は，秋田工業高等専門学校に置く。
関 （その他）

資

連

第１５条 本規約に定めるもののほか，必要な事項は，役員会においてこれを定める。

料附 則
１ この規約は，令和２年１０月８日から施行する。
２ 設立時の役員の任期は，第５条の規定にかかわらず，令和４年３月３１日までとする。
３ 設立時の会計年度は，第１３条の規定にかかわらず，設立日に始まり翌年３月３１日までとする。

― 147 ―

技術相談・共同研究等を申請するには申 請 す る に は― 149 ―

外部資金受入制度のご紹介
共同研究

内

受託研究

寄付金

秋田高専が研究者（教員）

秋田高専が，企業等から秋田高専が企業等から学と研究施設を提供し，企業委託を受けての特定の課題

術研究の奨励や教育の振興

等から研究者と研究経費等を研究します。なお，研究を目的に寄付金を受け入れを受け入れ，双方の研究者に要する経費は委託者の負る制度で，寄付者は研究目が協力して共通の課題を研担となります。

的や教員を指定できます。

→規則・申請書156ページ→規則・申請書164ページ→規則・申請書170ページ

企

企

企

究します。また，高専の研容究者が企業に出向き，企業の研究施設を利用して行う場合もあります。

業

等

業

等

問い合わせ先秋田工業高等専門学校総務課総務係

秋田高専〒011-8511 秋田市飯島文京町1番1号
TEL 018-847-6106

FAX 018-857-3191

E-mail : somu-dv@akita-nct.ac.jp― 150 ―

等

寄 付 金 の 納 付

結

秋田高専

受入れの決定通知

締寄附の申し込みの研究成果の報告約

研究経費の納付契

受入れの決定通知

受託研究の申し込み

結

研究成果の発表等、特許出願

締

共同研究の実施の研 究 員 の 派 遣約

研究経費の納付契み受入れの決定通知

組

共同研究の申し込み仕申 請 す る に は

秋田高専

業

技術相談・共同研究が可能な装置・設備一覧№

装置・設備名称

設置場所

担当者

3Dプリンター

精密測定室

宮脇
木澤

和人
悟

2

動作解析装置

福祉工学研究センター

宮脇
木澤

和人
悟

3

シュリーレン可視化装置

計算力学実験室野澤正和

4

ハイスピードカメラ・FASTCAM

計算力学実験室野澤正和

5

極低温環境用圧力センサ

計算力学実験室

野澤正和

6

電波暗室（Xバンド帯コンパクトレンジ）

電磁波工学実験室Ⅰ

伊藤

桂一

7

ミリ波対応高周波変復調信号アナライザ

電磁波工学実験室Ⅱ

菅原

英子

8

ミリ波発振器（50GHz帯，90GHz帯）

電子物性実験室田中将樹

9

三相交流可変周波数電源装置

電気機械実験室

電気・電子・情報系長10超高速液体クロマトグラフ（UHPLC）

構造解析室

物質・生物系長※11

恒温振とう培養システム

培養室

物質・生物系長※12紫外・可視分光光度計V-515

プロセス工学研究室

物質・生物系長※

13

電気化学計測システム

無機材料実験室

物質・生物系長※14可視光領域磁気光学・電気光学測定装置（自作装置）

表面科学研究室

物質・生物系長※15ガスクロマトグラフ付き質量分析装置

構造解析室

物質・生物系長※16核磁気共鳴スペクトル測定装置（NMR）

機器分析室

物質・生物系長※17

赤外吸収スペクトル測定装置

構造解析室

物質・生物系長※

18分子モデリングソフトウェア

横山研究室

物質・生物系長※19

Gel Permeation Chromatography（GPC）シ
ステム

構造解析室

物質・生物系長※20

3Dレーザー顕微鏡

構造解析室

物質・生物系長※21電界放出形走査電子顕微鏡

表面科学研究室

物質・生物系長※22

イオンクロマトグラフシステム

構造解析室

物質・生物系長※23誘導結合プラズマ発光分光分析システム

物理化学実験室

物質・生物系長※24高感度熱分析－元素分析システム

表面科学研究室

物質・生物系長※

25

X線回折装置

X線室

物質・生物系長※

SA-X2― 151 ―

申 請 す る に は

1

№

装置・設備名称

設置場所

担当者

26

全自動元素分析装置

環境工学研究室

物質・生物系長※27

モルタル全自動圧縮試験機

コンクリート・構造実験室

寺本 尚史
中嶋龍一朗

28

コンピュータ制御万能試験機

コンクリート・構造実験室

中嶋龍一朗

29

原子吸光光度計

衛生工学実験室金

主鉉

30

イオンクロマトグラフ分析システム

衛生工学実験室金

主鉉

31

全有機炭素計衛生工学実験室金

主鉉

32

蒸発光散乱検出システム

衛生工学実験室金主鉉

33

紫外・可視分光光度計

衛生工学実験室金

主鉉・企業等の皆様が、秋田高専の装置・設備等を活用する場合には、担当者（関連分野の教職員）との技術相談等を経て、共同研究等の契約を締結することとなっております。技術相談のお申込みや費用等については技術相談取扱規則をご参照ください。
・装置・設備の情報は、秋田高専COC＋事業HP（http://akita-nct.coop-edu.jp/facility）に掲載されております。
※物質・生物系の装置・設備については以下連絡先へお問い合わせください。
物質・生物系長榊

TEL：018-847-6064

秀次郎
E-mail：otih@akita-nct.ac.jp

QRコード

申 請 す る に は― 152 ―

秋田工業高等専門学校技術相談取扱規則

（趣旨）
第１条

この規則は，独立行政法人国立高等専門学校機構技術相談に関するガイドラインに基づき，秋田工業高等専門学校（以下「本校」という。）において，技術相談の取扱い等に関し必要な事項を定めるものとする。

（定義）
第２条

技術相談とは，企業等における技術的な問題を解決するため，本校の有する研究成果や技術的知識を広く活用する一時的な相談とし，申込者に対する技術的問題解決に向けての支援，及び相互の研究開発等の活性化を図るための技術指導・助言や情報交換に限定するものをいう。

（技術相談の受入）
第３条

技術相談の申込みは，「技術相談申込書」に記入し，地域共同テクノセンターへ提出す

るものとする。

（技術相談の実施）
第４条

地域共同テクノセンターで技術相談申込書の内容を確認し，判断の上，適切な担当教員（以下「担当教員」という。）を決めた後，担当教員が技術相談を実施する。
２

技術相談申込書には，必要に応じて秘密保持及び技術相談の結果生じる知的財産の取扱いについて，契約等の締結をする旨の注意書を付するものとする。
３

担当教員は，技術相談終了後「技術相談報告書」をその都度作成し，地域共同テクノセン

ターに提出するものとする。

（技術相談料）
第５条

初回の相談料は無料とする。２回目以降は，１時間につき５，４００円（消費税を含む。）
また，相談場所が学外である場合の交通費，技術相談の経過で分析等を実施した場合の費用等（以下「必要経費という」。）は相談料とは別に徴収するものとする。
次の一に該当する場合，２回目以降の相談料を１時間につき２，７００円（消費税を含む。）とする。
・公的機関からの申込みの場合・申込者が，申込み時において，共同研究等の申請を前提とする旨の意思表示をした場合・申込者が秋田高専産学協力会会員の場合
・その他，校長が必要と認めた場合
３

相談料及び必要経費（以下「相談料等」という。）の請求方法は，独立行政法人国立高等専
門学校機構会計規則（機構規則第３４号）に則り，調査決定及び請求書の発行により収納す
るものとする。この場合，独立行政法人国立高等専門学校機構債権管理規則（機構規則第１― 153 ―

申 請 す る に は

２１１号）別表１で定める「通知義務者」は「総務課長」とし，また「通知の時期」は「発生した時」とする。
４

いったん納付された相談料等は，本校の都合により受け入れを取り消した場合以外は返金

しない。

（事務）
第６条

技術相談に関する事務は，総務課において処理する。

（留意事項）
第７条

教職員が技術相談の経過で成果有体物の提供を行う場合は，独立行政法人国立高等専

門学校機構成果有体物取扱規則（機構規則第１１９号）に基づき，研究成果有体物提供契約を締結しなければならない。
２

技術相談の結果，共同・受託研究，受託試験等を行うこととなった場合は，速やかに契約締結等の必要な手続きを行い，実施するものとする。
３

技術相談の期間及び指導回数が特定され，かつ，技術指導の対価の他に交通費等の必要経費の徴収が必要となる場合，及び教職員の指導の下に本校の研究設備・機器等を使用する場
合は，独立行政法人国立高等専門学校機構共同研究実施規則（機構規則第４６号）における受入研究者指導料として取り扱うものとし，共同研究（技術指導）契約を締結するものとする。
４

教職員は，技術相談の経過中又は結果として知的財産が生じた場合，発明等届を速やかに本校の知的財産委員会に提出しなければならない。

附則

この規則は，平成２７年４月１日から実施する。

附則

この規則は，平成３１年４月１日から施行する。

附則

この規則は，令和元年５月８日から施行し，平成３１年４月１日から適用する。
申 請 す る に は― 154 ―

令和○○年○○月○○日

技術相談申込書
秋田工業高等専門学校
地域共同テクノセンター長 殿
下記のとおり技術相談を申込みます。
記

企業名等
役 職

    

申
氏 名

印

込
住 所
者
電 話
E-mail担当教職員の希望□ 有  （担当教職員名：○○ ○○）□ 無
具体的にご記入ください。

相談内容― 155 ―

申 請 す る に は

 次の事項について、ご確認の上、同意いただける場合は、レをご記入願います。
□ 技術相談の経過において、担当教職員よりノウハウ等の提供を受けた場合、秘密保持秘 密 保 持契約を締結することに同意する。
※同意いただけない場合、技術相談を実施することができないことがあります。
□ 技術相談の経過又は結果、担当教職員の寄与により知的財産が生じた場合、当校へ書面
知的財産の取扱いにて通知することに同意する。
  ※同意いただけない場合、技術相談を実施することができないことがあります。
※担当・提出先：総務課総務係（TEL018-847-6106）

秋田工業高等専門学校共同研究取扱規則

（趣旨）
第１条

独立行政法人国立高等専門学校機構秋田工業高等専門学校（以下「本校」という。）における独立行政法人国立高等専門学校機構以外の者（以下「民間機関等」という。）との共同研究（以下「共同研究」という。）の取扱については，独立行政法人国立高等専門学校機構共同研究実施規則（平成１６年独立行政法人国立高等専門学校機構規則第４６号）に定めるもののほか，この規則の定めるところによる。

（定義）
第２条

この規則において，次の各号に掲げる用語の意義は，それぞれ当該各号に定めるところによる。
（１）共同研究イ

本校における共同研究
本校において，民間機関等から研究者及び研究経費等を受け入れて，本校の教員等が当該民間等共同研究員と共通の課題について共同して行う研究ロ

本校及び民間機関等における共同研究
本校及び民間機関等において共通の課題について分担して行う研究で，本校が民間機
関等から研究者及び研究経費等，又は研究経費等を受け入れるもの（２）民間等共同研究員
民間機関等において，現に研究業務に従事しており，共同研究のために在職のまま本校に派遣される者をいう。
（３）研究担当者
共同研究の実施にあたり，直接当該研究に参加する本校の教員等及び民間機関等の研究等に従事する者をいう。
（４）研究代表者
研究担当者のうち，当該共同研究計画の取りまとめ等を行う本校の教員をいう。
（５）知的財産権イ

特許法（昭和３４年法律第１２１号）に規定する特許権及び特許を受ける権利，実用新案法（昭和３４年法律第１２３号）に規定する実用新案権及び実用新案登録を受ける

申 請 す る に は

権利，意匠法（昭和３４年法律１２５号）に規定する意匠権及び意匠登録を受ける権利，
商標法（昭和３４年法律第１２７号）に規定する商標権及び商標登録を受ける権利，半導体集積回路の回路配置に関する法律（昭和６０年法律第４３号）に規定する回路配置
利用権及び回路配置利用権の設定の登録を受ける権利並びに種苗法（平成１０年法律第８３号）に規定する品種登録に係る権利及び品種登録を受ける権利ロ

著作権法（昭和４５年法律第４８号）第２条第１項第１０号の２のプログラムの著作物に係る著作権法第２１条から第２８条に規定する著作権

ハイ，ロに掲げる権利以外であって，秘匿することが可能な財産的価値のある技術情報等に係る権利（ノウハウ等）― 156 ―

（６）知的財産イ

特許権の対象となり得る発明

ロ

実用新案法の対象となり得る考案

ハ

意匠権，商標権，回路配置利用権又はプログラム等の著作権の対象となり得る創作ニ

品種登録に係る権利の対象となり得る育成

ホ

その他の技術情報等に係る権利（ノウハウ等）の対象となり得る案出又は創出等（受入の原則）第３条

共同研究は，民間機関等と共同研究を行うことが有益であり，かつ，共同研究を行おうとする者が当該共同研究を行うために十分な技術的能力及び経理的基礎を有すると認められる場合に限り実施するものとする。

（共同研究の申込み）
第４条

共同研究の申込みをしようとする民間機関等の長は，共同研究申請書（別紙第１号様式）を校長に提出しなければならない。

（受入れの決定）第５条

共同研究の受入れは，外部資金受入審議委員会の議を経て校長が決定する。

（受入れの通知）第６条

校長は，共同研究の受入れを決定したときは，共同研究承諾書（別紙第２号様式）に

より民間機関等の長に通知するとともに，共同研究承諾書の写しを添えて契約担当役に通知するものとする。

（契約の締結）第７条

契約担当役は，前条の通知を受けたときは，速やかに次の事項を定めた共同研究契約を締結するものとする。
（１）共同研究の課題（２）共同研究の内容に関する事項（３）共同研究を実施する場所及び方法に関する事項（５）共同研究に要する費用の分担に関する事項（６）共同研究の結果の取扱いに関する事項（７）共同研究の結果が知的財産権の対象となったときのその帰属に関する事項（８）その他必要な事項（共同研究費用）
第８条

本校は，施設・設備を共同研究の用に供するとともに，当該施設・設備の維持・管理に必要な経常経費等を負担するものとする。
― 157 ―

申 請 す る に は（４）共同研究の実施の期間及び解除に関する事項

２

民間機関等は，共同研究費用として，共同研究遂行のため，特に必要となる謝金，旅費，

研究支援者等の人件費，設備費，消耗品費及び光熱水料等の直接的な経費（以下「直接経費」という。）及び共同研究遂行のため，直接経費以外に必要となる管理的な経費（以下「間接経費」という。）並びに受入研究者指導料（以下「研究指導料」という。）を負担するものとする。
３

前項の場合において，共同研究の内容が変更されたときは，共同研究費用を増加又は減少することができる。
４

間接経費の取扱いについては，別に定める。

５

研究指導料の額は，６カ月につき２１万円とし，月割り計算はしない。ただし，民間機関等の資力に応じて減額することができる。
６

本条に掲げる経費は，法令等又は契約に定めのある場合を除き，原則前納とする。

（共同研究における設備等の取扱等）
第９条

納付された共同研究に要する経費により，研究の必要上，本校において新規に取得した設備等は本校の所有に属するものとする。
２

本校は，共同研究の遂行上必要な場合は，民間機関等からその所有に係る設備を受入れることができるものとする。
３

研究担当者及び民間等共同研究員は，民間機関等の所有する特定の設備を使用することが必要であり，かつ，当該設備を本校に搬入することが困難な場合は，研究上必要最小限の期間，当該設備の所在する施設において研究を行うことができるものとする。

（共同研究の中止又は期間の延長）
第１０条

研究代表者は，天災地変その他やむを得ない事由があるため当該共同研究を中止，又はその期間を延長する必要が生じたときは，直ちに所属する系長等を経て，校長に申し出るものとする。
２

校長は，前項の申し出により，共同研究の遂行上真にやむを得ないと認めたときは，民間機関等と協議の上これを中止又は期間を延長することを決定し，その旨を契約担当役に通知するものとする。
３

契約担当役は，前項の通知を受けたときは，当該共同研究契約を解除又は変更するものとする。
申 請 す る に は（研究の完了報告）
第１１条

研究代表者は，当該共同研究が完了したときは，共同研究完了報告書（別紙第３号

様式）を作成し，校長に提出するものとする。

（研究成果の公表）
第１２条

校長は，共同研究による研究成果の公表の時期及び方法について，特に必要があると認めるときは，民間機関等との間で協議して定めるものとする。

― 158 ―

（特許の共同出願）
第１３条

校長及び民間機関等は，研究担当者及び民間等共同研究員が共同研究の結果，共同して発明を行った場合において特許出願を行おうとするときは，当該共同出願に係る特許を受ける権利又はこれに基づく特許権に係るそれぞれの持分等を定めた共同出願契約を締結のうえ，共同出願を行うものとする。
ただし，当該契約書において，独立行政法人国立高等専門学校機構（以下「機構」という。）
が出願する旨の特段の定めをした場合，又は民間機関等及び本校の発明者が，その特許を受ける権利の全てを機構に承継した場合は，この限りではない。

（特許の出願）第１４条

校長は，共同研究の結果，本校の研究担当者が独自に発明を行った場合において，特許出願を行おうとするときは，あらかじめ民間機関等の同意を得なければならない。
２

民間機関等は，共同研究の結果，民間機関等の研究担当者及び民間等共同研究員が独自に発明を行った場合において，特許出願を行おうとするときは，あらかじめ校長の同意を得なければならない。

（優先実施権等）
第１５条

校長は，共同研究の結果得た技術上の成果（以下「研究成果」という。）に係る発明について，民間機関等から機構に承継された特許を受ける権利又はこれに基づき取得した特許権（第１４条の規定により校長が特許出願を行ったもの及び次項に定めるものを除く。以
下「機構に承継された特許権等」という。）を，民間機関等又は民間機関等の指定する者に限り，民間機関等又は民間機関等の指定する者との間で締結する当該機構に承継された特許権等の実施の許諾に関する契約の締結の日から１０年間を限度として優先的に実施させることができる。
ただし，その実施に当たって法令の規定等により官公署の許可を必要とする場合又はその実施による商品化に長期間を要する場合であって，当該優先的実施の期間（以下「優先実施
期間」という。）を延長することが，特に必要であると認められる場合は，校長は，当該許可に要した期間に相当する期間又は当該商品化に要する期間について，３年間を限度として，優先実施期間を延長することができる。
２

校長は，研究成果に係る発明について機構及び民間機関等の共有に係る特許を受ける権利

指定する者に限り，民間機関等の指定する者との間で締結する当該共有に係る特許権等の実施の許諾に関する契約の締結の日から１０年間を限度として優先的に実施させることができる。
ただし，その実施に当たって法令の規定等により官公署の許可を必要とする場合又はその実施による商品化に長期間を要する場合であって，当該優先実施期間を延長することが特に必要であると認められる場合は，校長は，当該許可に要した期間に相当する期間又は当該商品化に要する期間について，３年間を限度として優先実施期間を延長することができる。
３

前２項の場合において，機構に承継された特許権等又は共有に係る特許権等が機構と本校― 159 ―

申 請 す る に は又はこれに基づき取得した特許権（以下「共有に係る特許権等」という。）を，民間機関等のの発明者との共有に係るものであるときは，校長は，あらかじめ本校の発明者の同意を得るものとする。
４

校長は，機構に承継された特許を受ける権利に基づく特許権又は機構が承継した特許権については，共同研究契約の定めるところにより，一定期間は，民間機関等又はその指定する者に限り専用実施権を設定することができるものとする。
５

校長は，第１項，第２項及び前項の規定にかかわらず，農業に関する技術の向上その他の公共の利益（以下「公共の利益」という。）の観点から必要があると認められるときは，その理由を明示した上で優先実施期間の短縮，若しくは優先的実施の許諾又は専用実施権の設定を取り消すことができる。

（第三者に対する実施の許諾）
第１６条

校長は，民間機関等又は民間機関等の指定する者が機構に承継された特許権等を前条に定める優先実施期間の第２年次以降において正当な理由なく実施しないときは，民間機
関等及び民間機関等の指定する者以外の者（以下「第三者」という。）に対し当該権利の実施を許諾することができる。
２

前項の規定は，民間機関等の指定する者が共有に係る特許権等を優先実施期間の第２年次以降において正当な理由なく実施しないときについて準用する。
３

校長は，前条第１項の規定により民間機関等又は民間機関等の指定する者に優先実施権を付与した場合において，当該優先実施権を付与したことが公共の利益を著しく損なうと認められるときは，優先実施期間中においても第三者に対し当該権利の実施を許諾することができる。
４

校長は，第三者が共有に係る特許権等を実施できないことが公共の利益を著しく損なうと認められるときは，第三者に対し当該権利の実施を許諾することができる。
５

前各項の場合において，機構に承継された特許権等又は共有に係る特許権等が機構と本校の発明者との共有に係るものであるときは，校長は，あらかじめ本校の発明者の同意を得るものとする。
６

校長は，第２項及び第４項の規定により第三者に対し共有に係る特許権等の実施を許諾しようとするときは，民間機関等に対し，あらかじめ通知するものとするが，民間機関等の同意を要しない。
申 請 す る に は

（実施料）
第１７条

校長は，前２条の規定に基づいて締結する当該契約書において定める実施料を徴収するものとする。

（規定の準用）第１８条

第１４条から前条までの規定は，共同研究に係る実用新案登録を受ける権利及び実用新案権並びに意匠登録を受ける権利，意匠権等について準用する。
２

第１６条及び前条の規定は，著作権（プログラム及びデータベースに限る）について準用する。
― 160 ―

（事務）
第１９条

共同研究の受入れに関する事務は，総務課において処理する。

（その他）
第２０条

この規則に定めるもののほか，共同研究の取扱いについて必要な事項は，別に定め

る。

附

則

１

この規則は，平成１９年４月１日から施行する。

２

秋田工業高等専門学校共同研究取扱規程（昭和６０年５月１７日制定）は，廃止する。
附則

この規則は，平成２２年４月１日から施行する。
附則

この規則は，平成２５年４月１日から施行する。
附則

この規則は，平成２９年４月１日から施行する。
附則

この規則は，平成３１年４月１日から施行する。
附則１

この規則は，令和元年６月５日から施行し，平成３１年４月１日から適用する。

２

改正後の第７条第２項及び第３項の規定にかかわらず，適用日より前に受け入れた寄附金については，従前の例によることができる。

申 請 す る に は― 161 ―



別紙第１号様式（第４条関係）
                                 令和  年  月  日
 秋田工業高等専門学校長  殿                   申請者 住 所                       名 称                       代表者                印
    同
    研
    究    申
    請
    書              共

 秋田工業高等専門学校共同研究取扱規則に基づき、下記のとおり申請します。                     記
１．共同研究の概要等
 研 究 題 目  研究の目 的  及 び 内 容  研 究 期 間  令和  年  月  日～令和  年  月  日
 本校における 研究担当者

区 分

氏   名

所属・職名

役 割 分 担

研究代表者



研究分担者

申 請 す る に は 派遣を予定し氏   名

所属機関・部局・職 ている民間等

 共同研究員 研究実施場所


秋田工業高等専門学校

民 間 機 関 等 その他参考と 
 なる事項役 割 分 担― 162 ―



２．共同研究に要する経費
                                       （単位：千円）
 直接経費 間接経費

 研究指導料合   計   民間機関等が負担する直接経費の額                     （単位：千円）
諸 謝 金

旅    費研 究 費合   計     直接経費の積算内訳                          （単位：千円）
区   分員 数 諸謝金単  価金  額備  考













 旅  費  研究調査旅費
 研究費  備品費  消耗品費  その他 合   計   民間機関等が派遣する研究員に係る研究指導料                （単位：千円）
研究員の員数

研究指導料単価  カ月 研究指導料

２１０

備  考   民間機関等が提供する設備
名   称

型式・仕様


数  量







― 163 ―備  考

申 請 す る に は

秋田工業高等専門学校受託研究取扱規則

（趣旨）
第１条

秋田工業高等専門学校（以下「本校」という。）が独立行政法人国立高等専門学校機構（以下「機構」という。）以外の者から委託を受けて行う研究で，これに要する経費を研究を委託をしようとする者（以下「申込者」という。）が負担するもの（以下「受託研究」という。）の取扱については，独立行政法人国立高等専門学校機構受託研究実施規則（平成１６年独立行政法人国立高等専門学校機構規則第４７号）に定めるもののほか，この規則の定めるところによる。

（用語の定義）
第２条

この規則において，次の各号に掲げる用語の意義は，それぞれ当該各号に定めるところによる。
（１）研究担当者
受託研究の実施にあたり，直接当該研究に参加する本校の教員等をいう。
（２）研究代表者
研究担当者のうち，当該研究計画の取りまとめ等を行う本校の教員等をいう。
（３）知的財産権イ

特許法（昭和３４年法律第１２１号）に規定する特許権及び特許を受ける権利，実用新案法（昭和３４年法律第１２３号）に規定する実用新案権及び実用新案登録を受ける
権利，意匠法（昭和３４年法律１２５号）に規定する意匠権及び意匠登録を受ける権利，
商標法（昭和３４年法律第１２７号）に規定する商標権及び商標登録を受ける権利，半導体集積回路の回路配置に関する法律（昭和６０年法律第４３号）に規定する回路配置
利用権及び回路配置利用権の設定の登録を受ける権利，種苗法（平成１０年法律第８３号）に規定する品種登録に係る権利及び品種登録を受ける権利並びに外国における上記各権利に相当する権利ロ

著作権法（昭和４５年法律第４８号）第２条第１項第１０号の２のプログラムの著作物及び同号の３のデータベースの著作物に係る著作権法第２１条から第２８条に規定する著作権並びに外国における上記各権利に相当する権利

ハイ，ロに掲げる権利以外であって，秘匿することが可能な財産的価値のある技術情報

申 請 す る に は等に係る権利（ノウハウ等）（４）発明等イ

特許権の対象となり得る発明

ロ

実用新案法の対象となり得る考案

ハ

意匠権，商標権，回路配置利用権又はプログラム等の著作権の対象となり得る創作ニ

品種登録に係る権利の対象となり得る育成

ホ

その他の技術情報等に係る権利（ノウハウ等）の対象となり得る案出又は創出等（受入れの原則）― 164 ―

第３条

受託研究は，本校の教育研究上有意義であり，かつ，本来の教育研究に支障を生ずる

おそれがないと認められる場合に限り受入れるものとする。

（受入れの条件）
第４条

受託研究の受入れの条件は，次に掲げるとおりとする。

（１）受託研究は，申込者が一方的に中止することはできないこと。
（２）受託研究の結果生じた知的財産権は，原則として機構に帰属すること。
（３）前号の知的財産権は，申込者に無償で使用させ，又は譲与することはできないこと。
（４）受託研究に要する経費によって取得した設備等は本校の帰属とすること。
（５）やむを得ない事由により受託研究を中止し，又はその期間を延長する場合においても，本校はその責を負わないこと。
（６）受託研究に要する経費は，当該研究の開始前に納付すること。
２

申込者が国の機関，公社，公庫，公団等政府関係機関，地方公共団体，国立大学法人又は独立行政法人である場合は，前項第４号及び第６号の条件を付さないことができる。

（受託研究の申込み）
第５条
２

申込者は，受託研究申込書（別紙第１号様式）を校長に提出しなければならない。

前項の申込みに基づき，校長は当該研究代表者に受託研究経費積算内訳書（別紙第２号様式）を提出させるものとする。

（受入れの決定）第６条

受託研究の受入れは，外部資金受入審議委員会の議を経て校長が決定する。

（受入れの通知）第７条

校長は，受託研究の受入れを決定したときは，受託研究承諾書（別紙第３号様式）により申込者に通知するとともに，受託研究承諾書の写しを添えて契約担当役に通知するものとする。

（契約の締結）第８条

契約担当役は，前条の通知を受けたときは，速やかに次の事項を定めた受託研究契約（１）受託研究等の課題（２）受託研究等の内容に関する事項（３）受託研究等の研究担当者及び研究代表者に関する事項（４）受託研究等を実施する場所及び方法に関する事項（５）受託研究等の期間及びその解除に関する事項（６）受託研究に係る研究等の結果の報告に関する事項（７）受託研究に要する費用に関する事項（８）受託研究の結果が知的財産権の対象となったときのその帰属に関する事項― 165 ―

申 請 す る に はを締結するものとする。

（９）その他必要な事項（受託研究に要する経費）
第９条

申込者は，受託研究遂行のため必要となる謝金，旅費，研究支援者等の人件費，設備費，消耗品費及び光熱水料等の直接的な経費（以下「直接経費」という。）及び当該研究遂行のため直接経費以外に必要となる経費（以下「間接経費」という。）及び受託料を負担するものとする。
２

前項の場合において，受託研究等の内容が変更されたときは，受託研究費用を増加又は減少することができる。
３

間接経費の取扱いについては，別に定める。

４

受託料は，受託研究等の困難度に応じた金額とし，その金額は次の各号に掲げる額を標準とする。
ただし，委託者の資力に応じて減額することができる。
（１）困難度が普通の場合は，１カ月につき１万円（２）困難度が高い場合は，１カ月につき２万円（３）困難度がきわめて高い場合は，１カ月につき３万円（受託研究の中止又は期間の延長）
第１０条

研究代表者は，天災地変その他やむを得ない事由があるため当該受託研究を中止，又はその期間を延長する必要が生じたときは，直ちに所属する系長等を経て，校長に申し出るものとする。
２

校長は，前項の申し出により，受託研究の遂行上真にやむを得ないと認めるときは，申込者と協議の上これを中止又は期間を延長することを決定し，その旨を契約担当役に通知するものとする。
３

契約担当役は，前項の通知を受けたときは，当該受託研究契約を解除又は変更するものとする。
４

校長は，前３項の規定によって，納付された直接経費に不用が生じた場合は，その不用となった直接経費を申込者に返還するものとする。

（研究の完了報告）
申 請 す る に は第１１条

研究代表者は，当該受託研究が完了したときは，受託研究完了届（別紙第４号様式）を作成し，校長に提出するものとする。

（研究成果の公表）
第１２条

受託研究による研究成果は，原則として公表するものとする。ただし，その公表の時期及び方法等については，必要に応じて申込者と協議するものとする。

（知的財産権の帰属）
第１３条

受託研究の結果生じた発明等に係る知的財産権で，第４条第１項第２号に定めるも― 166 ―

ののほか，当該受託研究等の実施に対する申込者の貢献度合いが特に大であると認められる
場合は，申込者の貢献度を踏まえ，双方が所有するものとする。

（出願等）
第１４条

校長及び申込者は，前条の規定により共有となった知的財産権の出願等を行おうとするときは，それぞれの持分等を定めた共同出願契約を締結のうえ，共同出願等を行うものとする。

（優先実施権等）
第１５条

校長は，受託研究の結果生じた発明等のうち，機構に帰属された知的財産権（以下「機構に帰属された知的財産権」という。）及び機構と申込者の共有に係る知的財産権（以下「共有に係る知的財産権」という。）を，申込者又はその指定する者に限り，実施許諾の契約締結日から１０年間を限度として優先的に実施させることができる。
ただし，その実施に当たって法令の規定等により官公署の許可を必要とする場合又はその実施による商品化に長期間を要する場合であって，当該優先的実施の期間（以下「優先実施
期間」という。）を延長することが特に必要であると認められる場合は，校長は，当該許可に要した期間に相当する期間又は当該商品化に要する期間について，３年間を限度として，優先実施期間を延長することができる。
２

校長は，機構に帰属された知的財産権について，受託研究契約の定めるところにより，一定期間は，申込者又はその指定する者に限り専用実施権を設定することができるものとする。

（第三者に対する実施の許諾）
第１６条

校長は，申込者又はその指定する者が機構に帰属された知的財産権を前条に定める

優先実施期間の第２年次以降において正当な理由なく実施しないときは，申込者及びその指定する者以外の者（以下「第三者」という。）に対し当該知的財産権の実施を許諾することができる。
２

前項の規定は，申込者の指定する者が共有に係る知的財産権を優先実施期間の第２年次以降において正当な理由なく実施しないときについて準用する。
３

校長は，前条第１項の規定により申込者又はその指定する者に優先実施権を付与した場合において，当該優先実施権を付与したことが公共の利益を著しく損なうと認められるときは，

４

校長は，第三者が共有に係る知的財産権を実施できないことが公共の利益を著しく損なうと認められるときは，第三者に対し当該知的財産権の実施を許諾することができる。
５

校長は，第２項及び第４項の規定により第三者に対し共有に係る知的財産権の実施を許諾しようとするときは，特許法第７３条第３項の規定にかかわらず，単独で当該知的財産権の実施を許諾することができる。ただし，校長は第三者に対し実施を許諾したときは，その旨を申込者に通知するものとする。

（実施契約及び実施料）― 167 ―

申 請 す る に は

優先実施期間中においても第三者に対し当該権利の実施を許諾することができる。

第１７条

校長は，前２条の規定に基づき知的財産権の実施を許諾したときは，実施契約を締結するものとし，当該実施契約書で定める実施料を徴収するものとする。

（事務）
第１８条

受託研究の受入れに関する事務は，総務課において処理する。

（雑則）
第１９条

この規則に定めるもののほか，受託研究の取扱いについて必要な事項は，別に定め

る。

附

則

１

この規則は，平成１９年４月１日から施行する。

２

秋田工業高等専門学校受託研究取扱規程（昭和５７年６月２５日制定）は，廃止する。
附則

この規則は，平成２２年４月１日から施行する。
附則

この規則は，平成２５年４月１日から施行する。
附則

この規則は，平成２９年４月１日から施行する。
附則

この規則は，平成３１年４月１日から施行する。
附則

この規則は，令和元年５月８日から施行し，平成３１年４月１日から適用する。

申 請 す る に は― 168 ―

別紙第１号様式（第５条関係）
                            令和  年  月  日

秋田工業高等専門学校長 殿                    申込者 住所
氏名            印受 託 研 究 申 込 書
 秋田工業高等専門学校受託研究取扱規則に基づき、下記のとおり申込みます。

記

研

究

題

目 

研究目的及び内容
希望する研究担当者 
直接経費            円間接経費            円研 究 に 要 す る 経 費受託料円研

令和  年  月  日 ～ 令和  年  月  日究 期  間

研究用物品等の提供 

そ   の   他

― 169 ―

申 請 す る に は計            円

秋田工業高等専門学校寄附金事務取扱規則
（趣旨）
第１条

秋田工業高等専門学校（以下「本校」という。）における寄附金に関する事務の取扱については，独立行政法人国立高等専門学校機構寄附金取扱規則（平成１６年独立行政法人国立高等専門学校機構規則第４５号）に定めるもののほか，この規則の定めるところによる。
（定義）
第２条

この規則において寄附金とは，本校の業務を支援することを目的とする寄附金で，次の各号に掲げる経費に充てるべきものをいう。
（１）学生に貸与又は給与する学資（２）学生に貸与又は給与する図書，機械装置，器具及び標本等の購入費（３）学術研究に要する経費（４）教育研究の奨励を目的とする経費（５）管理・運営の支援を目的とする経費（６）前各号に掲げるもののほか，独立行政法人国立高等専門学校機構理事長が必要と認める経費（受入れの原則）
第３条

寄附金は，教育研究上有意義であり，かつ，本来の教育研究及び寄附の条件に支障がないと認められる場合に限り受入れるものとする。
２

次の各号に掲げる条件が付されている場合は，寄附金を受入れることができないものとする。
（１）寄附金による取得した財産を無償で寄附者に贈与すること。
（２）寄附金による学術研究の結果得られた特許権，実用新案権，意匠権，商標権及び著作権その他これらに準ずる権利を寄附者に譲渡し，又は使用させること。
（３）寄附金の使用について，寄附者が会計検査を行うこととされていること。
（４）寄附申込み後，寄附者がその意思により寄附金の全部又は一部を取り消すことができること。
（５）その他，校長が特に教育研究上支障があると認める条件。
３

前項に掲げるもののほか，地方公共団体からの寄附にかかるものについては，受入れることはできないものとする。ただし，地方財政再建促進特別措置法（昭和３０年法律第１９５号）第２４条第２項の規定に基づき，当該地方公共団体が総務大臣の同意を得たものを除く。
申 請 す る に は（寄附金の申込み）
第４条

寄附金の申込みは，寄附金申込書（別紙第１号様式）によるものとする。

（受入れの決定）
第５条
２

寄附金の受入れは，外部資金受入審議委員会の議を経て校長が決定する。

受入額が１００万円未満の場合は，関係系長等の意見を徴し，受入れの可否を決定するものとする。
（受入れ通知）第６条

校長は，寄附金の受入れを決定したときは，寄附金の受入れについて（別紙第２号様― 170 ―

式）を当該寄附者に送付するとともに，出納命令役にその旨を通知するものとする。
（受入れ）
第７条

出納命令役は，前条の通知を受けたときは，速やかに振込依頼書を当該寄附者に送付するものとする。ただし，少額寄附者に限り現金により収納することができる。
２

受け入れた寄附金の一部を本校における教育研究事業のための間接経費として使用するも

のとする。
３

間接経費の取扱いについては，別に定める。
（使途の変更等）

第８条

校長は，寄附金を受入れたときは，当該寄附金の使途に使用しなければならない。

ただし，次の各号の一に該当する場合は，使途の変更等を行うことができるものとする。
（１）寄附目的が達せられ，残額が千円未満となったものを他の使途に使用する場合。
（２）寄附の対象者が独立行政法人国立高等専門学校機構が設置する学校へ配置換等となったため，当該学校の校長の同意を得て，寄附金を移し換える場合。
（３）寄附金の対象者が国立大学法人等へ転籍等となった場合に，寄附者及び国立大学法人等の長の同意を得て，寄附金を移し換える場合。
（寄附金の保管等）
第９条

寄附金は，校長が指定する取引金融機関等に預託しなければならない。この場合において預託により生じた利子は，寄附金の増加に充てるものとする。
（事務）
第１０条

寄附金の受入れに関する事務は，総務課において処理する。

（その他）
第１１条

この規則に定めるもののほか，寄附金に関する事務の取扱について必要な事項は，別に定める。
附則

この規程は，昭和５９年４月２日から施行する。
附則

この規程は，昭和６１年４月１日から施行する。
則

この規程は，昭和６２年４月１日から施行する。
附則

この規程は，平成３年４月１日から施行する。
附則

この規程は，平成１６年４月１日から施行する。
附則

この規則は，平成１９年４月１日から施行する。
附則

この規則は，平成２９年４月１日から施行する。
附則― 171 ―

申 請 す る に は附

この規則は，平成３１年４月１日から施行する。
附則１

この規則は，令和元年６月５日から施行し，平成３１年４月１日から適用する。

２

改正後の第７条第２項及び第３項の規定にかかわらず，適用日より前に受け入れた寄附金については，従前の例によることができる。

申 請 す る に は― 172 ―

別紙第１号様式（第４条関係）                                    令和  年  月  日

秋 田 工 業 高 等 専 門 学 校 長  殿

                  （寄附者）住 所
                       氏 名               印

寄

附

金

申

込

書

このことについて，下記のとおり寄附します。
なお，当該寄附金の一部を秋田工業高等専門学校の教育研究の発展充実のため，必要な経費として使用することに同意します。
記

寄

附

金

額

円

寄  附  の  目  的
及

び

種

別

該当種別を全て選択してください。 □ 教育支援，□ 研究助成，□ その他寄  附  の  条  件□有 指 定 す る 使 用 者  所属
使 用 者 の 指 定 の 所 属 ・ 氏 名氏名□無
研究担当者等 □ 寄附金の残額を転出先へ移し換えることに同意する。
指定した使用者が
他機関へ転出した □ 寄附金の残額は，秋田工業高等専門学校内の他の教職員に使用者を変更して使用するものとし，秋田工業高等専門学校の業務実施のため，必要に応じて寄附目 的場合の取扱い（右の及び条件を変更することに同意する。
いずれかを選択してください。）

□寄附金の残額は，寄附目的及び条件の範囲内で秋田工業高等専門学校内の他の 教
職員に使用者を変更して使用することに同意する。



□

寄附金の残額は，秋田工業高等専門学校の他の教職員に使用者を変更して使用するものとし，秋田工業高等専門学校の業務実施のため，必要に応じて寄附目的 及 び
条件を変更することに同意する。

い（右のいずれかを □寄附金の残額は，寄附目的及び条件の範囲内で秋田工業高等専門学校の他の教 職
員に使用者を変更して使用することに同意する。

指定した使用者の退職等に伴う取扱 

□

い。）

寄附金の残額の取扱いについては，助成財団等の規定に従うものとする。（研
究 助 成 金 の 場 合 の み 選 択 可 ）使 用 内 訳
使 用 時 期
そ

の

他


担当者名（申請者と異なる場合）
担 当 者 連 絡 先― 173 ―

電話 ：
メール：

申 請 す る に は選択してくださ 

秋田高専

産学協力会のご紹介

本校の産学協力会は，1992年5月に会員企業40社を持って発足しました。この頃は，本校創設か
ら28年が経過し，高専の設置基準が改正されて学校の自由度が拡大し，地元企業の技術振興を積極的に支援できる体制が整ってきました。そこで，これまで県外企業に偏っていた卒業生の就職先を，地元企業の振興という点から高専との交流のパイプをもっと太くする必要が出てきたことが設立の趣旨として挙げられています。
また，産学協力会という名称のなかに官の文字はありませんが，設立時から官である秋田県とは密接に連携し，県の次長，センター長の職にある方々を顧問や参与に迎え，積極的に助言などを得ています。また，県内企業の役員の方々を本会の会長，副会長，理事にそれぞれ迎えて会の運営に携わっていただいております。
現在の主な活動内容としては，産学の最新技術情報を交換し，人的ネットワーク作りに役立つ研修会・交流会が活動の中心に，秋田高専地域共同テクノセンターとの共催により，技術講演会（学生・一般参加者・教職員対象）や，県内企業を知る会（学生対象）等を行っています。
ご質問等ございましたら下記までご連絡ください。
問い合わせ先秋田工業高等専門学校

産学協力会事務局（総務課内）T E L：018−847−6106
E-mail：sangaku@akita-nct.ac.jp

秋田高専グローカル人材育成会のご紹介
秋田工業高等専門学校では，本校内外の知を結集することで持続的社会を構築するグローカル人材の発掘と育成，受け入れにご協力いただける民間企業の皆様によって構成される「グローカル人
材育成会」を創設いたしました。
グローカル人材とは，グローバルな視野や経験を活かして，地域社会や地域経済に貢献できる人
材であり，本会はグローカル人材を発掘・育成し，国内外に輩出する拠点となることを目指します。
また，産業界や海外からも着目されている高専教育のさらなる高度化を図るべく，「高専教育一体化プラン」掲げ，会員企業から役員を選出し協議によって，「産と学の共創的な視点」から「高専教育一体化プラン」をスタートし，現状では会員企業数94社となりました。
現在の主な活動内容としては，産産学連携の契機の場の創出を目的として産学協力会と共催で技申 請 す る に は術講演会の開催や，会員企業様の人材ニーズの共有を目的に，会員企業様の採用担当と秋田高専の就職教員担当との懇談会を行っております。
また，会員企業様にも学生による研究発表会へ参加いただき，共同研究の種を共有することで産産学連携が生まれることを目的とする活動や，会員企業様と学生のキャリア教育支援の協働，産産学連携共同研究プロジェクト形成と学生の採用マッチングの実現を図ることなどを目的に，会員企業様による学生との個別面談会を行っています。
問い合わせ先秋田工業高等専門学校

グローカル人材育成会事務局（総務課内）T E L：018−847−6108
E-mail：coop-edu@akita-nct.ac.jp― 174 ―

※令和4年度より秋田高専産学協力会は，秋田高専グローカル人材育成会へ発展的合流を行います。
詳細については（http://akita-nct.coop-edu.jp/nitac-ghrd）からご確認ください。

インターンシップ受入企業の募集について
秋田工業高等専門学校では本科４年次および専攻科１年次学生を対象に，正規の授業科目としてインターンシップを行っております。
ご承知のように，学生が民間企業，官公庁等で実際に就業体験することにより職業意識を身につけるとともに，学校での講義や実験・実習が社会でどのように活かされているかを自覚し，技術者としての在り方や自発的な研究能力を涵養するうえでインターンシップは，極めて高い効果をあげております。
また，企業と学校との接点が増えることにより，人材の育成や技術者・研究者教育について企業と学校の双方向の意見交換が増え，これがひいては創造的・実践的な人材を育成することにつながると期待できます。
現在本校は，インターンシップのより一層の充実を目指して新しい受け入れ企業を募集しております。
本校学生の受入を是非ご検討いただけませんでしょうか。
本校のインターンシップへ興味をお持ちいただいた皆様，ご質問等ございましたら下記宛にご一報いただければ幸いです。
問い合わせ先秋田工業高等専門学校

学生課教務係T E L：018−847−6018
E-mail：kyomu-dv@akita-nct.ac.jp

申 請 す る に は― 175 ―

編

集

後

記
秋田高専の産学官連携活動

秋田工業高等専門学校

地域共同テクノセンターが平成13年9月に設置されてから20年目を迎え，秋田高専グローカル人材育成会，秋田高専産学協力会，COC+事業と連携して技術講演会，特許講演会などの各種講演会・研修会等を企画・開催し，産学官連携強化につながる活動を推し進めてきました。
令和元年度のトピックスとしましては，5月29日（水）に技術講演会を秋田高専にて開催しました。講師は株式会社小原建設 代表取締役専務 小原 学 氏に「中小建設業者が取り組むICT（情報通信技術）最先端と若者へのメッセージ」というテーマで建設業界のICTへの取り組みに関するご講演をいただきました。秋田高専産学協力会研修会・第９回秋田高専COC+研修会としては9月6日（金）
株式会社五洋電子の工場見学と人事総務部部長 当房 義幸 氏による会社紹介のあとに，秋田高専教員による2件のシーズ発表を行いました。次に，
令和2年度は，コロナ禍ではありましたが7月8日（水）に技術講演会を秋田高専にて株式会社宮城化成 代表取締役 小山 昭彦 氏を講師に「産学官連携による新素材開発への取組」というテーマで開催しました。また，本校内外の知を結集することで持続的社会を構築するグローカル人材の発掘と育成，受け入れにご協力いただける民間企業の皆様によって構成される「グローカル人材育成会」を創設いたしました。グローカル人材とは，グローバ
ルな視野や経験を活かして，地域社会や地域経済に貢献できる人材であり，本会はグローカル人材を発掘・育成し，国内外に輩出する拠点となることを目指します。10月8日に秋田高専グローカル
人材育成会第1回役員会，総会がWeb会議により開催されました。会長にはこの元IHIの榊純一氏が選出され新たな船出となりました。今後の本会の発展に関して皆様の一層のご支援・ご協力をお願い申し上げる次第です。
本テクノセンター報第17報は，令和元年～2年度の地域共同テクノセンターの活動をまとめたものです。本報も皆様に時節を得た適切なる情報公開や活動内容の速やかなる報告をお届けすることを目指して編集いたしましたが，内容の更なる充実・改善を図るために，皆様方の忌悼のないご意
見，ご要望等をお寄せいただきたくお願い申し上げます。本校の持つポテンシャルとシーズの紹介，
企業二一ズの具体的掘り下げなど，双方の融合を図り，そのことにより産学官民連携の実りある成果が生まれてくるものと確信いたしております。今後とも，産学協力会会員をはじめとする産業界の方々，また官公庁，教育研究機関などの関連する方々の更なるご支援をよろしくお願い申し上げます。
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地域共同テクノセンター長― 176 ―

宮

脇

和

人

施

設

概

要

（科学技術教育棟）
地域共同テクノセンターは，テクノコミュニティとテクノラボの2室からなり，科学技術教育棟の1階に開設されています。前者は主に民間等からの技術相談や研修，交流を図る場として，後者は本校教員陣と民間等との研究者が共同して技術開発を行う実験研究の場としてそれぞれ設けられています。
本テクノセンターは，本校教員，学生，地域技術者の三者の交流，研鑽の場となり，新しい技術の芽を育て，新産業の展開にまで結びつけられることが期待されています。

（1階）― 177 ―

学校

所 在 地 略 図A C C E S S
歩〈約25分〉タクシー〈約10分〉
国道7号線

コンビニ
港北小学校

秋

田

自

秋田厚生医療
センター

動

至

車

秋

道

田

中

陸上自衛隊
秋田駐屯地

央

I.C

→

駅

土崎

秋田高専前

徒歩〈約5分〉ポートタワーセリオン

専

秋田厚生医療センター線

高駅

バス〈約30分〉

秋田工業高等
専門学校
飯島中学校

田

田

バス〈約30分〉 飯島コミュニティー 徒歩〈約10分〉
センター入口土崎線（新国道経由）
五城目線 追分線

N

秋田北I.C

飯島小学校

秋

秋

JR奥羽本線

徒

駅
上飯島

土 崎 駅

電車〈約8分〉

至能代↑

GS
横山金足
線

土崎南小学校
パス
バイ
臨海（新国道・土崎経由）

タクシー〈約30分〉

外旭川郵便局
〒

新国

道

↓至本荘

外旭川中学校
外旭川小学校

至

高清水公園

手

形

→

飯島
コミュニティー
センター入口

生協

連

絡

先

秋 田 工 業 高 等 専 門 学 校 総務課総務係〒011-8511 秋田市飯島文京町1番1号

TEL 018-847-6106（直通）

FAX 018-857-3191

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独立行政法人 国立高等専門学校機構

秋田工業高等専門学校

地域共同テクノセンター報 17
技術・研究シーズ集◎発行／令和4年3月◎発行者／秋田工業高等専門学校