熊本県産業技術センター

研 究 報 告第 53 号

平成 27 年度････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････

REPORTS OF
KUMAMOTO INDUSTRIAL RESEARCHINSTITUTE
No.53 2015.4-2016.3････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････

平成 29 年 3 月

熊本県産業技術センター〒862-0901

熊本市東区東町 3-11-38

Published by
Kumamoto Industrial Research Institute3-11-38, Higashi-machi, Higashi-Ku, Kumamoto 862-0901 Japan

表表紙 裏面1

熊本県産業技術センター研究報告第 53 号 （平成 27 年度）
目

次

【論
文】
エネルギー利用の高効率化のための表面形状付与技術の開発 ･･････････････････････ 森山芳生 ･･････
川村浩二
濱嶋英樹
百田 寛
村井 満
ユーザビリティに配慮した「情報の見える化」に関する研究開発 ･･････････････････ 石橋伸介 ･･････
黒田修平
道野隆二

1

6

【研究ノート】
赤外分光分析法を利用した油脂中のトランス脂肪酸定量法の確立 ･･････････････････ 佐藤崇雄 ･･････ 12
藤野加奈子
大王龍一
【転
載】
パーソナルモビリティの価値要素および価値構造の把握 ･･････････････････････････ 石橋伸介 ･･････ 14- クオリティカルテ評価・診断システム構築に関する研究 (5) 曽我部春香
デザイン学研究, Vol.60, No.4, pp. 21-28 (2013)
森田昌嗣
パーソナルモビリティに特化したデザイン評価・診断システムの構築 ･･････････････ 石橋伸介 ･･････ 22- クオリティカルテ評価・診断システム構築に関する研究 (6) 曽我部春香
デザイン学研究, Vol.63, No.2, pp. 1-8 (2016)
森田昌嗣
Improvement of m-Plane ZnO Films Formed on Buffer Layers on
Sapphire Substrates by Mist Chemical Vapor Deposition
Hironobu TANOUE, Masato TAKENOUCHI, Tatsuya YAMASHITA, Shohei WADA,
Zenji YATABE, Shoji NAGAOKA, Yoshihiro NAKA and Yusui NAKAMURA ･････････････････････ 30
Phys. Status Solidi A, in Press (2017)
Chemical Mechanical Polishing of Transparent Conductive Layers using
Spherical Cationic Polymer Microbeads
Shoji NAGAOKA, Naoya RYU, Akio YAMANOUCHI, Tomohiro SHIROSAKI,
Maki HORIKAWA, Hideo SAKURAI, Makoto TAKAFUJI and Hirotaka IHARA ･･･････････････････ 35
Thin Solid Films, Vol. 576, pp. 31-37 (2015)

REPORT OF
KUMAMOTO INDUSTRIAL RESEARCH INSTITUTE
Vol.53(2015.4-2016.3)
CONTENTS【Original papers】
Development of Imparting Surface Texture Technology for Efficient Use of Energy
Yoshio MORIYAMA, Koji KAWAMURA, Hideki HAMASHIMA, Hiroshi MOMOTA and Mitsuru MURAI ･････ 1
Consideration of Userbility-Conscious "Visualization of Information"
Shinsuke ISHIBASHI, Shuhei KURODA and Ryuji MICHINO ････････････････････････････････････ 6【Technical Note】
Application of FT-IR Spectroscopy for the Trans Fatty Acid Determination in
the Processed Food and Oil
Takao SATOH, Kanako FUJINO and Ryuichi DAIO ･･･････････････････････････････････････････ 12【Reprinting】
Grasp of Value Structure and Value Element in the Personal Mobility- A Study on Construction of Quality Chart Evaluation/Diagnostic System(5)Shinsuke ISHIBASHI, Haruka SOGABE and Yoshitsugu MORITA ･･･････････････････････････････ 14
Bulletin of Japanese Society for the Science of Design, Vol. 60, No. 4, pp. 21-28 (2013)
Construction of Design Evaluation/Diagnostic System for Personal Mobility- A Study on Construction of Quality Chart Evaluation/Diagnostic System(6)Shinsuke ISHIBASHI, Haruka SOGABE and Yoshitsugu MORITA ･･･････････････････････････････ 22
Bulletin of Japanese Society for the Science of Design, Vol. 63, No. 2, pp. 1-8 (2016)
Improvement of m-Plane ZnO Films Formed on Buffer Layers on
Sapphire Substrates by Mist Chemical Vapor Deposition
Hironobu TANOUE, Masato TAKENOUCHI, Tatsuya YAMASHITA, Shohei WADA,
Zenji YATABE, Shoji NAGAOKA, Yoshihiro NAKA and Yusui NAKAMURA ････････････････････････ 30
Phys. Status Solidi A, Vol. 214, in Press (2017)
Chemical Mechanical Polishing of Transparent Conductive Layers using
Spherical Cationic Polymer Microbeads
Shoji NAGAOKA, Naoya RYU, Akio YAMANOUCHI, Tomohiro SHIROSAKI,
Maki HORIKAWA, Hideo SAKURAI, Makoto TAKAFUJI and Hirotaka IHARA ･･････････････････････ 35
Thin Solid Films, Vol. 576, pp. 31-37 (2015)

エネルギー利用の高効率化のための表面形状付与技術の開発
森山

芳生・川村 浩二・濱嶋

英樹・百田

寛・村井

満

ものづくり室Development of imparting surface texture technology for efficient use of energy
Yoshio MORIYAMA, Koji KAWAMURA, Hideki HAMASHIMA, Hiroshi MOMOTA and Mitsuru MURAI
近年、風力発電や小水力発電などの自然エネルギーを利用した発電システムが注目されている。これらの発電システムが今後更に普及するためには、少ない流量でも発電できる効率的なシステムの開発が求められている。そのためには、流体抵抗を最適化することが重要であり、固体表面に微細形状を付与することは有効な手段のひとつである。
そこで本研究では、流体エネルギーの高効率化に向けた表面形状付与技術について、表面の形状が流れに及ぼす影響を
数値解析によって確認した。また、摩擦抵抗を最適化するために必要となる微細形状について、切削加工により２種類のリブレットの微細形状加工を行い、形状精度が良好でバリの発生しない切削加工条件の検討を行った。

１． はじめに２．数値解析及び加工技術

流体中に物体を置いた場合、一般的には表面が滑本研究においては、(1) 微細表面形状周辺におけらかな方が流体の抵抗を小さくできるように思える

る流体の挙動や物体に及ぼす影響や形状最適化につが、実際はゴルフボール表面のくぼみ（ディンプル

いて数値解析を用いて明らかにし、(2) 微細形状を加工）にも見られるように、表面に微細な凹凸があ付与するための加工技術について研究を行った。

る方が流体の抵抗が小さくなる場合があり、ゴルフ
ボールも遠くへ飛ぶことができる。これは表面が滑2.1 微細形状における流体現象の数値解析

らかな場合、飛翔しているボールの後部において空2.1.1 円柱周りの流体現象について

気がボールの表面から離れる「剥離」と呼ばれる現低速領域のおける水中での剥離の状況を確認する

象が生じ、剥離の発達に伴って渦が発生してボールため、表1に示す条件にて二次元定常解析を行った。

を後ろに引っ張る力（抗力）が大きくなり失速する。
表面にディンプルがある場合、ボール表面には小さ

表1 解析条件な渦が発生し流体は乱れるが、この乱れにより剥離

物体形状の発生が抑えられ、結果としてゴルフボールはより

流速

0.1m/s

遠くへ飛ぶことが可能となる1)。

乱流モデル

κ-ε

φ30mmの円柱

また、水泳競技で用いられたサメ肌水着やトンボの翅も同様に、物体表面の微細な凹凸により流体の抵抗を小さくし、効率よく動くことができる。
日本文理大学では、トンボの翅の断面をヒントに
微風でも回転する「マイクロ・エコ風車」を開発している2)。
このように、流速2～4m/s程度の低速領域において効率的に流体の力を作用させるためには、流体の剥離による影響を最小化する断面形状や表面の微細形状を最適化する必要がある。

解析結果について速度分布を図1(a)に、流線を図1(b)に示す。図1(a)に示すように、物体後部において流速の遅い領域が確認され、図1(b)では剥離及び剥離に伴う後流の発生も確認される。
次に、物体表面における微細形状の影響を確認するため、表面にディンプルを付与した形状について解析を行った。
解析結果を図2に示す。速度分布を見ると、物体後部における低速領域が小さく、また流線では剥離はまた、実際に製品を作製する場合は、切削加工等確認できない。この解析結果からも、表面の微細形の機械加工で製作できないことも考えられるので事状により、物体表面の乱流発生が促進され流体の剥前に検討し、加工方法を確立しておく必要がある。

離が抑制されていることがわかる。

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 20161

しかし、最後部では後流が発生しており、流れに対して抗力が作用していると思われる。なお、この解析における抗力は0.0075Ｎとなっている。

(a) 速度分布(b) 流線

図1 円柱周りの解析結果

図4 初期形状における速度分布(a) 速度分布(b) 流線

図2 ディンプル周りの解析結果
2.1.2 凹凸を有する平板の形状最適化について
汎用の流体解析システムである「ANSYS Fluent」のアジョイントソルバー（随伴法）機能を用いて、低流速において表面に凹凸の形状を有する平板周り
図5 初期形状における速度ベクトルの表面形状について最適化を行った。
アジョイントソルバー機能とは、流体解析結果に対して、ある目的関数に対する形状変更の感度を計次に、図3の形状について、抗力を目的関数に設定算し、感度の高い領域のメッシュ形状を変形する機

してアジョイントソルバーを実行した。変形部及び能である。

変形領域を設定し、アジョイント計算を実施すると、図3に今回の解析で用いた形状を示す。この形状を図6に示すように目的関数（今回の場合、抗力）に対して効果のある個所を特定し、その部分のメッシュ初期形状として、表面形状の最適化を行った。
なお、今回はアジョイントソルバーの効果を把握

形状を自動的に変形して最適解を探索する。1回の計算で最適解が出ない場合は、この操作を複数回実施できるように片面5mmの凹凸をモデル化した。

する3)。
10mm

10mm
流入 1m/s

100mm

図3 初期形状解析は、1m/sで移動する空気中に図3に示す初期形状の物体を設置した状況をモデルとして行った。図4に速度分布の解析結果を、図5に速度ベクトル図をそれぞれ示す。解析結果を見るとディンプルを有する

図6 変形の影響度表示

ゴルフボールの飛翔の場合と同様、剥離と思われる現象は確認できない。
また、物体表面ある凹部にて小さい渦が発生し、この渦により流体を後方にスムーズに流しているのが確認できる。

2

アジョイントソルバーの操作を行った後の解析結果を図7～9に示す。図7は最適化後のメッシュ形状、
図8は速度分布、図9は速度ベクトルである。

【論文】エネルギー利用の高効率化のための表面形状付与技術の開発

φ8 スクエアエンドミル(a) 角型リブレット形状
図7 最適化後のメッシュ形状

φ1 ボールエンドミル(b) 丸型リブレット形状
図10 2種類のリブレット形状と工具姿勢
2.2.2
図8 最適化後の速度分布

実験装置及び実験方法

実験装置は複合加工機及び立型マシニングセンタ
を使用した。図10(a)の角型リブレットはφ8mmの超硬スクエアエンドミルの角を使用して製作した。また、図10(b)の丸型リブレットはφ1mmの超硬ボール
エンドミルを使用して製作した。加工時の切削油剤
はソリュブルタイプの水溶性切削油を使用した。切削条件は、工具メーカーの推奨条件を参考にして決定した。主な実験条件を表2にまとめる。なお、切削後の加工面の表面形状は、非接触式の表面粗さ・輪郭形状測定機を使用して評価した。

図9 最適化後の速度ベクトル
表2 実験条件
最適化後のメッシュ形状を見ると、ほぼ左右対称の形状となっており、最後部においては下流方向に

工作機械

膨らみ、剥離や後流の発生が抑えられる形状となっている。また、凹部はそのままの状態であるため、切削工具

この箇所が抗力の抑制に作用していることがわかる。
この形状における抗力は0.0057Ｎであり、初期形状の抗力と比較し、24％改善されている。
2.2 省エネルギーのための形状加工技術の開発

切削条件

被削材料

(a) 角型リブレット
複合加工機
オークマ社製 MULTUS B300Ⅱ
超硬スクエアエンドミル
コーティング：なし
直径：8mm 刃数：1枚
切削速度：150 m/min
1刃当り送り：0.08 mm/tooth
切削液：水溶性切削液
アルミニウム合金 A5052

2.2.1 微細形状のモデル
近年、水泳競技などで多く採用されている水着は、
サメ肌表面を参考にした微細形状を付与することで工作機械

流体の摩擦抵抗を減少し大幅に機能を向上させることに成功した。サメ肌表面は、2.1.2の解析に用いた切削工具

リブレットという微細な凹凸形状でできており、最近では各種機械部品への適用も進められている 4),5)。
そこで本研究では、アルミニウム合金A5052を図10

切削条件に示すような方法で2種類のリブレット形状を切削加工し、加工後のサンプルを形状測定機で評価した。

被削材料(b) 丸型リブレット
マシニングセンタ
牧野フライス製作所社製 V33
超硬ボールエンドミル
コーティング：DLC
直径：1mm 刃数：2枚
切削速度：125 m/min
1刃当り送り：0.018 mm/tooth
切削液：水溶性切削液
アルミニウム合金 A5052

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 20163

2.2.3 リブレットの最適加工条件

次に、リブレットの形状精度を確認するために、

角型リブレット形状の加工順序を図11に示す。図1

角型リブレットを0.5mmピッチ、丸型リブレットを11(a)に示す下り方向加工及び図11(b)に示す上り方向

mmピッチで加工した後の加工面の形状精度を表面加工の双方で加工を行ない、加工後の表面状態をデ

粗さ・輪郭形状測定機で測定した。その結果を図13

ジタルマイクロスコープで観察した。その結果を図1に示す。

2に示す。図12(a)に示すように下り方向加工の結果をみると、数カ所バリが発生している。一方、図12(b)に示すように上り方向加工の結果をみるとバリの発生は確認できない。従って、角型リブレット形
状の加工順序は上り方向加工が適していることがわかった。
(a) 角型リブレット(a) 下り方向加工(b) 丸型リブレット(b) 上り方向加工

図13 リブレットの形状測定結果

図11 角型リブレット形状の加工順序

これらの結果から、角型リブレットは設計値どおりの形状加工ができていた。一方、丸型リブレット
は、ボールエンドミルの球面と円筒面のつなぎ部分（図13(b)の赤丸部分）が切削されずに残り、設計値
どおりの形状加工ができない。このことから、リブ
レットのピッチは、ボールエンドミルの球面と円筒面のつなぎ部分を使用しないよう、ボールエンドミ
ル直径より小さくする方が良い。
３． おわりに
流体エネルギー利用効率化を目的に、物体表面に(a) 下り方向加工

おける微細形状の影響を確認するために流体解析を行った。また、微細形状付与のための切削加工を行った結果、以下のことがわかった。
(1) ディンプルのある円形の形状について、乱流発
生による剥離の抑制が確認された。
(2) 凹凸のある平板について、アジョイントソルバ
ーを用いた形状最適化により、24％の抗力低下が図られた。
(3) 角型リブレットの加工順序は上り方向加工が適している。
(4) 丸型リブレットのピッチはボールエンドミル直(b) 上り方向加工

径より小さくする方が良い。

図12 加工表面の観察結果

4【論文】エネルギー利用の高効率化のための表面形状付与技術の開発

謝

辞本研究に使用した機器は、公益財団法人 JKA の補助を受けて取得したものである。ここに記して謝意
を表す。

参考文献
1) 日経テクノロジーonline，スポーツをテクノロジーする，
飛距離を伸ばすゴルフボールディンプル，http://techon.
nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20150803/430560/
2) 日本文理大学，未来を招く研究・開発プロジェクト，https://www.nbu.ac.jp/special/aerospace/project/
3) アンシス・ジャパン株式会社，ANSYS Fluent最適化ツールの紹介
4) 諸貫信行: 微細構造から考える表面機能(2011), 森北出
版.
5) 下村政嗣: バイオミメティクスが拓く技術革新と産業展開, 日本機械学会誌, 117, 1143 (2014) 70-73.

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 20165

ユーザビリティに配慮した「情報の見える化」に関する研究開発	
 石橋	
  伸介*・黒田	  修平*・道野	  隆二**	 *	 技術交流企画室、**産業支援課	
 Consideration	
 of	
 Userbility-Conscious	
 “Visualization	
 of	
 Information”	
 	
 Shinsuke	
 ISHIBASHI*,	
 Shuhei	 KURODA*	  and	
 Ryuji	 MICHINO**	 	 近年、さまざまな情報の見える化に対する要求が大きくなっているが、それらのインターフェイスは取得した数値をそのまま表示するものが多く、各々の領域の専門家ではないユーザーに対する配慮に欠けていた。そこで我々は、情報の見える化を充実させる一方で、伝えるためのデザイン技術の導入を図った。ケーススタディとして、以前我々が開発したセンサーネットワークシステムのハードウェアの一部にオープンソースハードウェアを採用し、スマートデバイスを意識したインターフェイスに改良した。また、ユーザー中心デザインやゲームニクスによるデザイン理論を用いてインターフェ
イスを実装することで当センターの施設見学担当職員が、自身の専門外の施設や設備を見学者に紹介する際にサポートできる見学案内システムを開発した。	
 

	
 
１．	
 はじめに	 	
 装することで、その効果がより発揮され、ビジネス
チャンスが拡がる可能性があると考えられる。	
 近年、農業や生産現場、家庭に至るまで、あらゆ	  そこで本報告では、2章で情報の見える化を実現す

るフィールドでさまざまな情報の見える化が求めらるためのセンサーネットワークについて述べるととれている。これまで全く見ていなかった、もしくはもに、3章でユーザビリティを実現するためのデザイ

ヒトの勘や感覚に頼っていた各々のフィールドの状

ン技術について述べる。さらに4章では、ケーススタ

況を、センサーやカメラなどを用いて明示的にデーディとしてそれらを考慮して試作したシステムにつタとして可視化することで、気づき、課題抽出、改いて述べる。	
 善のきっかけとなる。また、無線を含んだ通信デバ	
 イスを活用することで、遠隔地からの情報の見える

２．情報の見える化の背景	
 化を達成できる。情報技術、通信技術を組み合わせ	 

た情報の見える化によって、省エネルギー化や品質	  本章では、情報の見える化における技術的背景に向上、コスト削減、時間や労力の削減、特定人物へついて述べる。	
 の依存解消などさまざまな効果が得られる可能性が

	
 

ある。	
 

2.1	
 IoT(Internet	
 of	
 Things)の概要	
 	
  しかし一方で、情報の見える化により取得したデ

近年、情報・通信技術、組込み技術といった、情ータをユーザーに提供するフェーズに注目すると、報の見える化を実現するための核となる技術分野で

数値やデータをそのまま伝えるだけの場合が多く、めざましい進歩が見られる。通信分野においては、

ユーザーへの配慮が欠けてしまっているため、情報

光ファイバーによる高速通信網の普及が全国的に進の見える化を実現した価値が大きく損なわれてしま

むとともに、データ通信にも利用できる低価格な携っている事例は少なくない。例えば、東日本大震災

帯 電 話 通 信 網 が 拡 が り を 見 せ 、 さ ら に WiFi やに端を発する電力不足をきっかけに、スマートメー

Bluetooth、Zigbeeといった近距離無線通信規格の標タやスマート家電など省エネを目的とした情報の見準化が進み、比較的安価かつ容易に無線通信が実現える化が注目されていたが、消費電力表示はその時できるようになった。また、計算機ハードウェアにの電力量の数値をそのまま伝えるだけで、その数値

おいては、計算能力の高速化のみならず、小型化、を読み取るユーザー自身が、現在の状況を判断する

省電力化、低価格化などの特徴をもつ多様なハード必要があった。これは情報の提供者がユーザー視点

ウェアデバイスが開発された。それらを支えるデバのユーザビリティに配慮していないため生じること

イスドライバや開発ツールなどのソフトウェア、セである。このような事例から、ユーザーが情報の見ンサーやカメラ、省エネや太陽電池など電源供給なえる化の恩恵を感じるようなインターフェイスを実ど、周辺技術、周辺デバイスの充実を伴って、目的

6【論文】ユーザビリティに配慮した「情報の見える化」に関する研究開発

に応じた情報の見える化が実現しやすい開発環境がが期待できるオープンソースハードウェアが、整ってきている。	
 ArduinoとRaspberry	
 Piである。	
 これらの要素技術を集約する形で、IoT（Internet	 Arduinoは、組込みボードおよび統合開発環境からof	
 Things、「モノのインターネット」）に利用される構成される。組込みボードは、アナログI/O、デジタようになった。	
 ルI/Oなどが実装してあり、AVRマイコン（Atmel社製

IoTは、これまでインターネットに接続されていた

マイクロコントローラ）を採用している。Arduino

主な機器（サーバ、PC、プリンタなど）以外のさまの統合開発環境は、C言語ライクなプログラミング言

ざまなモノ（例えばスマートフォンや家電、自動車、語であるArduino言語でコーディング可能で、統合開センサーなど）がインターネットに接続されるよう発環境内にコンパイラやAVRマイコンへの書込みもになり、モノ同士がインターネットを介して相互に可能となっている。Arduinoによって、デバイスの試

通信、制御しあう仕組みであり、インターネットに作が安価かつ短期間に実装できるようになった。	
 あらゆるモノが繋がることで、新たなサービスや価

ま た 、 Raspberry	  Pi は 、 英 国 の Raspberry	  Pi	
 

値を産んでいく。	
 Foundationによって開発が進められている教育向け	 コンピュータである。Linuxが搭載可能であり、

2.2	
 スマートデバイスの普及	 Raspberry	 Pi	
 FoundationがDebian	
 Linuxをベースとタブレット端末やスマートフォンに代表されるス
マートデバイスは、携帯性の高さやバッテリー駆動

したRaspbianを提供している2）。	
 	
 時間の長さ、直感的なインターフェイスによる利便性の高さから大きな拡がりを見せ、タブレット端末

３．伝える為のデザイン技術	
 	
 の出荷台数は平成27年度にはノート型PCを超えるとデザインと聞くと、パッケージやロゴマーク、キ言われている 1）。今後、スマートデバイスの普及やャラクター、スタリングといったモノの外側を格好

技術的深化、信頼性の向上、大きさや処理能力のバ良く整えることとして理解している人が多い。もちリエーションの充実により、現在ノート型PCを利用

ろん、見た目を良くすることもデザインの一つの役

している現場では、さらにスマートデバイスへの置割ではあるが、モノや情報、サービスが持つ特徴やき換えが進むと考えられる。	
 魅力を相手にわかりやすく「伝える」こともデザイ

一方で、スマートデバイスは角速度やGPSといったンの大きな役割の一つである。本章では、情報の見センサーやカメラに加え、携帯電話網通信、WiFi、える化の実現に不可欠な情報を伝える為のデザイン

Bluetoothなどの無線通信機能を搭載した高機能な技術について述べる。	
 端末である。現在は、個人が利用する端末としての	
 活用が主であるが、これらの機能を用いることで情3.1	
 ユーザー中心デザイン	
 報の見える化や制御用端末としての活用も期待でき

ユーザビリティにおけるデザインの手法に「ユーる。そのため、今後スマートデバイスは、さらに法

ザー中心デザイン3）（UCD	 :	 user	 centered	
 design）

人での活用が拡がり、そのシェアを拡大していく見」がある。これは、技術優先の考え方や作り手の思通しである。

い込みを排除し、ユーザー視点に立ったデザイン設

	
 

	
 

2.3	
 オープンソースハードウェア	
 計を行うことである。	
 	
  UCDでは、まずユーザー観察やインタビューといっセンサーやカメラを活用した情報の見える化が拡たユーザー理解の為の調査を徹底的に行い、そこでがりを見せる一因として、オープンソースハードウ

得られたニーズを満足する為の解決策を探っていく

ェアと呼ばれるデバイスの台頭が挙げられる。オーというプロセスを取る。ただし、あまりに幅広いユプンソースハードウェアは、電子機器の設計や実装

ーザーをターゲットにした場合、ごく平均的な物にについての情報をフリーなライセンスで提供するハ

なるか、誰にとっても使いにくいものになる可能性

ードウェアデバイスである。フリーライセンスで設が高い。商品やサービスのターゲットとなるユーザ

計情報が入手できるため、オープンソース化されてーを絞り込み、明確にイメージした上で調査を行う

いないハードウェアデバイスと比べ、開発にかかることが必要となる。また、調査で得られたニーズやコストを削減でき、比較的安価に高性能なハードウ

課題を横並びに見るのではなく、重要度合いを見極

ェアが開発できるようになる。	
 め、優先順位をつけて、その解決策を取り組むこと

現在、特に広く普及し、情報の見える化でも活用も大切である。さらに、解決策は一度作れば終わり

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 20167

ではなく、ユーザーに評価してもらい改善するとい4.1	
 センサーネットワークシステム	 う作業を繰り返しながら、徐々に完成度を上げてい以前当センターで開発したセンサーネットワーク

く反復のデザインを行う。UCDでは、開発のプロセス

システムの概要を図１に、センサーモジュールを図を作り手だけで進めるのではなく、ユーザー（使い２に示す。センサーモジュールは、実際の運用時を手）が参加し、その生の声を取り入れながら開発を考慮し、柔軟かつ安価な構成としており、PICマイコ

進めていくことが求められる。	
 ン、近距離無線通信（Zigbee）モジュール、温湿度	 センサー、乾電池等からなる。Zigbeeモジュールに

3.2	
 ゲームニクス	 より設置にかかる制約を小さくするとともに、汎用	  ゲームニクスとは、立命館大学のサイトウ・アキ

かつ入手性の良い乾電池を電源として採用した。まヒロ教授が、それまで携わってきたゲーム開発のノた、構成する部品は比較的安価なものを採用し、１ウハウを他の分野に応用する為に体系化した手法でセンサーモジュールあたりの部品価格の合計は平成

4）ある 。ゲームニクスでは、子どもでもわかる直感

26年3月時点で5,000円以下である。	
 的で快適なインターフェイスや遊びながら操作を覚

Zigbeeネットワーク上にあるセンサーモジュール

えてしまうマニュアルレス、時間を忘れて遊んでしで取得したデータは、ゲートウェイを介してTCP/IP

まうはまる演出といった、ゲーム独自のノウハウを、

ネットワーク上のデータベースサーバに格納する。

家電や教育、デジタル機器、ソフトウェア等に適用格納したデータをユーザーに情報提供するためのユ

できる。	
 

ーザーインターフェイス部は、さまざまなデバイス	  ゲームニクスでは、５つに分類された原則のもとで表示可能であるWEBアプリケーションとして実装にさらに詳細なノウハウによって構成されている。	
 している。	
 １）直感的で快適なインターフェイス	 	 ２）マニュアル不要のユーザビリティ	 ３）はまる演出	
 ４）段階的な学習効果	
 ５）仮想世界と現実世界のリンク	 	  １）と２）はアクセシビリティやユーザビリティ
といった操作感に関するノウハウであり、家電やATMといった分野に、３）と４）は思わずはまって、目標を持って集中することに関するノウハウであり、学習や訓練、リハビリなどの分野に応用できる。５）	
 は、実生活における快適性の拡張を意味しており、利便性と感動を高めることに繋げられる。	
 図１	
 センサーネットワークシステムの概要	 	  以上、本研究では、ユーザビリティに配慮した情報の見える化を実現していくにあたり、ユーザー中
心デザインとゲームニクスの２つのデザイン手法を取り入れることで、ユーザーに合わせた情報抽出や情報伝達の手法について検討を進めた。	
 	
 ４．ケーススタディ	
 
	
 
	
 

これまで述べてきた情報の見える化やデザイン技図２	
 センサーモジュール

術を用いて、我々が開発したセンサーネットワーク
システム のユーザーインターフェイス部や一部ハ	
 ードウェアデバイスを見直した。また、新たに施設

4.1.1	 スマートデバイスへの対応	
 

3）

	
 

や設備を見学者に紹介する際にサポートできる見学

センサーネットワークシステムのユーザーインタ

案内システムを開発した。本章では、ケーススタデ

ーフェイスを、スマートデバイスで閲覧しやすい画

ィとしてこれらのシステムについて述べる。	
 面に改良した。WEBアプリケーションとして実装した	
 8

これまでのセンサーネットワークシステムのユーザ【論文】ユーザビリティに配慮した「情報の見える化」に関する研究開発

ーインターフェイスは、主にPCのみの閲覧を考慮しゲートウェイ機能を、専用マイクロサーバからた画面設計であり、スマートデバイスでの利用を考

Raspberry	
 Piに換装したのは、導入、運用にかかる慮していなかった。そこで、PCに加え、スマートデ

コストを低く出来る可能性があるためである。ゲー

バイスでの利用も考慮した画面とし、ユーザビリテ

トウェイ機能そのものはLinux上で動作する独自に

ィ向上を狙った。	
 開発したソフトウェアである。これまで実装してい具体例として、改修前後のセンサーネットワーク

た専用マイクロサーバは、各部品の選択や適切な排システムのトップページ画面を図３に示す。改修後

熱設計など、専用品ならではの構成や設計により、のトップページ画面は、温度変化のグラフに加え湿Raspberry	 Piよりもハードウェア単体の信頼性が高度変化のグラフも併せて表示し、それぞれのグラフ

い。しかし、Raspberry	
 Piは起動OSも含めてストレの配色を変えることでその違いを明確にわかるよう

ージ全てがSDHCカードに保存されるためバックアッにした。画面上部には、後述するオープンソースハプが容易であり、専用マイクロサーバと比べケース

ードウェアを活用したカメラデバイスの監視画像をが工夫しやすい、予備機を確保しやすいなど、保守配置し、その下部に温度、湿度の各グラフを挟んで性や柔軟性はRaspberry	
 Piが高い。保守性や柔軟性

ノードごとの最新の温湿度のデータを別個に表示さの高さを上手く活用しつつ導入価格を低く出来るこせた。監視画像、温度、湿度の各グラフ、ノードごとで、専用マイクロサーバからRaspberry	
 Piへの変との最新の温湿度のデータを表示することで、対象

更によりコストを大幅に下げられる可能性がある。	
 フィールドの最新の状態がトップページ画面で直感

また、Raspberry	 PiにUSB接続のWEBカメラを接続

的に把握出来る。	
 し、ネットワーク越しの監視カメラ機能を実現した。

トップページ画面は、スマートデバイスからの利

オープンソースソフトウェアmotionを利用すること用も考慮している。スマートデバイスの画面長辺がで、新たに特別なソフトウェアを開発すること無く

縦方向の時には、カメラデバイスの監視画像、温度、画像を転送し、フィールドを監視できる。画像サイ

湿度の各グラフ、ノードごとの最新の温湿度データ

ズやフレームレートなどを設定し、ハードウェアに一覧が一画面内に収まる。スマートデバイスの画面与える負荷を調整することで、ゲートウェイ機能と長辺が横方向になるように回転すると、画面サイズの共存も可能である。	
 が長辺に合わせて拡大表示されるため、特別な操作	 をすることなく監視画像や温湿度グラフの詳細を確認できる。	
 
	 

図４	
 開発した Raspberry	 Pi モジュール	
 
	
 
	
 
図３	
 システムトップページ	
 （左・改修前、右・改修後）	
 	
 4.1.2	 オープンソースハードウェアの活用	 今回のセンサーネットワークシステムの見直しでは、ZigbeeネットワークとTCP/IPネットワークを接続するゲートウェイ機能を、専用マイクロサーバからRaspberry	
 Piに換装した。また、新たにRaspberry	
 Piに監視カメラ機能を加えた。開発したRaspberry	
 Piモジュールを図４に示す。	
 4.2	
  見学案内システム	 当センターの施設見学において、見学者の誘導や設備機器の説明などを行う担当者をサポートするためのツールとして、見学案内システムを試作した。	
 システムを開発するにあたり、普段行っている見学案内について問題点や課題、要望等について出し合い、ニーズ分析を行った。その結果、以下のようなニーズがあることがわかった。	
 ・設備機器の担当者が居ない場合でも、ある程度説明できるようにしたい。	
 ・説明を補足する画像や動画などを見せられるようにしたい。	
 熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 20169

・見学者の知識レベルに合わせて説明する内容を変更

ードウェアのRaspberry	
 Piを採用した。Raspberry	
 Pi
が汎用性の高い映像・音声の伝送規格であるHDMIをしたい。	
 ・より詳しい情報を知りたい見学者には、詳細情報を搭載していることに加え、GUIおよびブラウザを利用できるOSが稼働するため、サイネージ制御端末とし提示できる。	
 ・見学コースを設定出来るようにして、要望に応じてて機能できる。	
 画面遷移の設計では、ゲームニクスの「階層構造選べるようにしたい。	
 これらのニーズをもとに、ターゲットの設定、シの徹底」を採用し、初めての人でも迷うことなく安ステム設計、コンテンツ作成、インターフェイスデ

心して使うことが出来るように配慮した。例えば、ザインなどを行った。	
 ②見学案内ソフトウェアにおいて、コンテンツは概１）ターゲットの設定	
 要－詳細の２階層のみに限定した。この設計により、当センターに配置されている設備機器は専門性が見学案内担当者がコンテンツの概要を開いている場

高いものが多いことから、見学案内を行う際、見学

合の次の操作は、そのコンテンツの詳細を表示する

者の専門分野や知識レベル、見学目的に応じて説明（階層の深化）か、前または次のコンテンツを表示

内容を調整する必要がある。そこで、見学案内シスする（隣の階層への移動）かに絞られる。階層構造

テムでもターゲットとなる見学者の属性に応じて表が明快かつ単純なため、コンテンツが増えても操作

示する内容を変更可能なものとする。	
 に迷いが生じない。	
 そのためにはまず、対象となるユーザーの属性を３）コンテンツ作成	
 抽出しグループ分けを行った（図５）。最も多いのは実際に案内で使用するコンテンツ画面の作成を行

企業や大学からの見学で、さらにその中で経営者、った（図６）。まず、情報に一貫性を持たせるため、技術者、研究者などに分かれる。その他に、地元高概要パネル、詳細パネルそれぞれの入力フォーマッ

校生による見学が年に数回、海外からの見学も年にトを作成した。概要パネルは、画像が中心で、文字１回程度実施される。以上のことから、ターゲット

情報は設備名、概要、用途、主な仕様、使用例といとなるユーザーを「一般（企業・大学）」「学生」

った最小限に抑えた。詳細パネルは、文字情報を中「English（海外）」の大きく３つに分け、それぞれ心として、詳細なスペックに加えて、設備の使い方に詳細説明のページを加える事で、専門性の高い説や利用目的、利用状況などを入力することとした。	
 明や質問にも対応できるようにした。	
 入力フォーマットに従い、既存の備品情報に加え	 て、担当者へのヒアリングから得られた実際の使用
例などの情報もプラスした。通常の見学案内で説明するもの中心に各室から５〜９件程度選定し、合計２０件の設備機器のコンテンツ作成を行った。	
 	
 
	
 
図５	
 ユーザーグループ	 	 ２）システム設計	
 次に、見学案内システムのシステムを設計した。
このフェーズでは、シナリオ整理、開発する範囲およびアプリケーションの決定、画面遷移を設計した。	
 １）で絞り込んだユーザーグループに対し、見学
案内システムを活用するシナリオおよびユーザー要
求、システムに必要な機能を整理した結果、開発する範囲を以下の３点に絞込んだ。	
 ①サイネージ再生ソフトウェア（サイネージ用端末）	
 
②見学案内ソフトウェア（タブレット端末）	
 	
 ③コンテンツ入力ソフトウェア（PC端末）	
 上記は全て、特別なソフトウェアのインストール
が不要なWEBアプリケーションによって実現することとした。また、①については、オープンソースハ

10

図６	
 コンテンツ例（上・概要、下・詳細）	
 	 	  ４）インターフェイスデザイン	 	  インターフェイスデザインについては、ゲーム【論文】ユーザビリティに配慮した「情報の見える化」に関する研究開発

ニクス理論を参考に、以下のようなシンプルで分かンクしていない。	
 りやすい、初めてでも直感的に使えるような設計を

・案内画面でも、見学コースや順番、時間配分などの情	
 行った（図７）。	
 報が見られるようにしたい。	
 こうして出てきた問題点や課題は随時修正し、さ【ゲームニクス理論における画面デザイン時の注意点】	
 （一部抜粋）	
 らにユーザーテストを繰り返しながらブラッシュア

・押せるボタンと、単なる情報を区別できるデザインに	 ップしていくことでより完成度の高いシステム構築を目指す。	
 

する。	
 

	
 

・重要なものほどメニューやボタンを大きくする。	
 ５．	
 おわりに	
 ・アプリケーション内のテーマカラーを設定する。	
 	 ・ステージの階層ごとに同色系列で設定する。	
 IoTが拡がりを見せ、情報の見える化に対する期待

・形と色を工夫して、操作感を統一する。	
 や要望がさまざまな分野で大きくなっている。スマ・テキストやページめくりボタン、決定ボタンは画面下	
 ートデバイスやオープンソースハードウェアの普及側配置する。	
 	
 

	
 	
 	
 

は、情報の見える化を加速させる有用なツールである。センサーネットワークシステムと見学案内シス
テムのケーススタディでは、スマートデバイスの更なる普及やオープンソースハードウェアの台頭を見越して見直しもしくは開発した。また、単に得られた情報を伝えるのみではなく、専門家ではないユー
ザーに対しても適切に情報を伝えるためのユーザビ
リティへの配慮を行った。	
 両システムとも、一定のユーザビリティ向上が見られた一方で、さらなるユーザビリティ向上への課題もあり、今後さらに検討、課題解決が必要である。	
 
	
 
	
 
図７	
 画面デザインイメージ	 	 ５）ユーザーテスト	 上記のプロセスで試作した見学案内システムに対してユーザーテストを実施し、使いにくい点やわかりにくい点など課題の抽出を行った。ユーザーテス
トは、実際の見学案内で試験的にシステムを使用し、使用後に具体的な改善点の抽出と問題点、課題の分析を行った。	
 【ユーザーテストによって抽出された課題】	
 ・コンテンツ登録やコース登録の画面で、コース名しか	 ないためパネルの内容がイメージしにくい。	
 ・案内画面で、画面下のサムネイル画像と案内画像がリ	
 

参考文献	
 
	
 
1)	
 2015年度	
 スマートデバイス市場動向調査,	
 株式会社	
 ＩＣＴ総研	 2)	 Raspberry	 Pi	
 Foundation,	 https://www.raspberrypi.org/	
 3)	
 樽本徹也,ユーザビリティエンジニアリング，pp.	
 12-18，2005.10	
 4)	
 サイトウ・アキヒロ,ビジネスを変える「ゲームニク
ス」,2013.6	
 5)	
 道野隆二, 黒田修平, 城戸浩一, ワイヤレスセンサネ
ットワーク（WSN）技術を活用した環境計測システムの開発,	
 熊本県産業技術センター研究報告研究報告第51号(平成24年度)，pp.	
 20-24，2014.3	
 熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 201611

赤外分光分析法を利用した油脂中のトランス脂肪酸定量法の確立	
 佐藤	
  崇雄*・藤野	  加奈子*・大王	
  龍一*	
 *	
 食品加工技術室	 Application	
 o f	
 F T-IR	
 S pectroscopy	 f or	
 t he	
 T rans	
 F atty	
 A cid	 D etermination	
 
in	
 the	
 Processed	
 Food	
 and	
 Oil	
 	
 
Takao	 SATOH*,	
 Kanako	
 FUJINO*	  and	 Ryuichi	
 DAIO*	 	 	  本研究では、食品中や油脂中に含まれる有害物質であるトランス脂肪酸の定量を、赤外分光分析を用いて実施する分析
方法の確立を行った。また、従来から行われているガスクロマトグラフ法との測定結果の比較などをおこない、本法の有効性などを確認した。	
 

	
 
１．	
 はじめに	 	
 を引き起こす摂取量ではないとの観点から表示義務は見送られた。一方、アジア諸国への輸出を行う際

	  トランス脂肪酸は、図１に示すように構造中にトランス型の二重結合をもつ不飽和脂肪酸の総称である。トランス脂肪酸は、天然の動物性及び植物性油
脂や乳にもわずかに含まれるほか、水素を付加して硬化した部分硬化油を製造する過程で発生し、これを原料とするマーガリン、ショートニング、ファッ
トスプレッドなどに多く含まれる。また、製造時にこれらの油脂を使用するパン、ケーキ、ドーナツ、
クッキーといった洋菓子類、スナック菓子、生クリ

は、トランス脂肪酸含有量の測定を必須とする国が増えておりその対応が求められている。トランス脂肪酸の定性定量はガスクロマトグラフ分析が主流であるが、脂肪酸の抽出や誘導体化など工程が煩雑である。本研究では、赤外分光法を利用し、前処理を行うことなく、簡便に油脂類や食品に含まれるトランス脂肪酸の定量法について検討し、ガスクロマト
グラフ分析の結果との相関性についても調査した。
	
 ２．機器分析及び測定結果	
 ームなどにも含有される。一定量を摂取すると LDL
コレステロール（悪玉コレステロール）を増加させるといわれ、近年、心臓疾患や動脈硬化などの疾患を起こすリスクが高まると報告されており、アメリ	 	  種々の食用油、マーガリンなどについて赤外分光
分析及びガスクロマトグラフ分析を行った。測定条
件および前処理方法等を以下に示す。	
 カ、台湾、香港などでは食品表示に義務づけられる	
 等の措置がとられている。

2.1 赤外分光分析法	
 赤外分光分析は、日本分光社製FT/IR-6100にダイ
ヤモンドプリズム付き加熱型１回反射ATRステージを装着して、プリズム上へ油脂を滴下し、以下の測定条件で実施した。	
 	
  積算回数：64	 回	 	  測定温度：65

2	
 ℃	
 	
 

	
  サンプル量：20	
 µl	
 2.2 ガスクロマトグラフ分析法	
 図１	
  トランス/シス脂肪酸の分子構造

ガスクロマトグラフ分析は、前処理として油脂をメチルエステル化した。具体的には、ねじ口試験管に3	
 mg/10	 ml（ジクロロメタン溶液）のノナデカン

	  国内では、日本人の食生活からは直ちに健康被害

12

酸を内部標準として1	
 ml添加し、窒素を吹き付け、【研究ノート】赤外分光分析法を利用した油脂中のトランス脂肪酸定量法の確立

溶媒を留去した後、油脂5~10mgを加え、0.5	
 M水酸
化ナトリウムメタノール溶液1.5	
 ml添加し、100	
 ˚C
で9	
 分間加熱した。放冷後、3フッ化ホウ素メタノール溶液2	
 ml添加し、100	
 ˚Cで7分間加熱した。その後、ヘキサン3	
 ml、飽和NaCl溶液5	
 mlを添加し激しくかき混ぜた後、上澄みに無水硫酸ナトリウムを加え遠心分離後、ヘキサン層をガスクロマトグラフ測定試料とした。その後、アジレントテクノロジーズ社製	
 Agilent7890A	
 GC	
 及び5975C	
 MSDを使用して、以下の測定条件で実施した。	
 	  カラム	
 :	
 HP-88	
 (60	
 m	
 x	
 0.25	
 mm	
 x	
 0.2	
 µm)	
 	
 
	
  注入量	
 :	
 1	
 µl	
 	
 
	
  注入口	 :	 250	 ˚C（スプリット）	
 	  スプリット比：1:20	
 	
  注入口温度	
 :	
 250	
 ˚C	
 	
 
	
  オーブン	
 :	
 100	
 ˚C	
 	
 (4	
 min)	 -3	 ˚C/min	
 ‒	
 240	
 ˚C	
 	
 
	
  	
  	
  	
  	
  	
  (10	 min)	 	  キャリアガス	 :	 ヘリウム	
 	
 
	
  流量	
 :	
 1.0	
 mL/min（コンスタントフロー）	
 	
 	
  検出器温度	
 :	
 230	
 ˚C	
 

	
 
	
 
図３	
  各濃度でのトランス体由来ピーク強度	 	
 図４に様々な油脂サンプルを赤外分光法及びガスク
ロマトグラフ法でトランス脂肪酸の定量を行いその2.3	
 測定結果	
 数値をプロットした結果を示す。その結果、赤外分

トランス体油脂及びシス体油脂の赤外分光分析結光法では標準サンプルの入手困難なトランス体も併果を図２に示す。	
 せて検出するためガスクロマトグラフ法に比べ定量

	 

値が若干高い傾向が確認されたものの、簡便に測定可能な赤外分光法の優位性が示された。	
 
	
 

	
 
	
 
図２	
  トランス体油脂及びシス体油脂のスペクトル	 	 	  966	
 cm -1 近傍にトランス体のC-H変角振動に由来する特異的な吸収ピークが確認できた。このトランス体にのみ確認されたピークを利用して、trans-9Octadecenoic	
 acidで構成されるトリエライジンを標準物質とした検量線の作製を行った。標準サンプ	 ルは、トリオレインとトリエライジンを所定量混合	 することにより調製した。トリエライジン配合率は、

図４	
  FT/IR 法と GC/MS 法の定量値に関する相関図	 それぞれ0	
 %、0.5	
 %、1.0	
 %、	
 2.0	
 %、	
 3.0	
 %、4.0	 %	
 及び5.0	
 %とした。図３に各濃度での966	
 cm-1近傍のスペクトルを示す。このスペクトルから検量線を作成した結果、相関係数は0.99983であった。	
 ３．	
 おわりに	 	
 本法はトランス脂肪酸分析における簡便かつ有効な手段であることが示された。

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 201613

研究論文 ： 論文

パーソナルモビリティの価値要素および価値構造の把握- クオリティカルテ評価・診断システム構築に関する研究 (5)Grasp of Value Structure and Value Element in the Personal Mobility- A Study on Construction of Quality Chart Evaluation/Diagnostic System(5)
●

石橋 伸介

●

曽我部 春香●森田 昌嗣

熊本県産業技術センター

九州大学大学院芸術工学研究院

九州大学大学院芸術工学研究院

Ishibashi Shinsuke

Sogabe Haruka

Morita Yoshitsugu

Kumamoto Industrial

KYUSHU UNIVERSITY

KYUSHU UNIVERSITY

Research Institute

Faculty of Design

Faculty of Design●

Key words: Personal Mobility, Value Structure, Design Evaluation
１

要旨

研究の背景と目的

ライフスタイルや価値観が多様化する中，都市部を中心とし近年，環境問題や省エネルギー，健康・安全への意識の高まて，モビリティのあり方が大きく変化してきている。本研究では，り，ライフスタイルの多様化など人々の価値観が大きく変化しパーソナルモビリティに特化したデザイン評価指標およびデザてきており，モノを所有することそのものに対する価値が薄れ，イン評価・診断システムの構築に向けて，パーソナルモビリティ

人々はモノを通して得られる体験や感動，新たな生活シーンとに対するユーザーの価値構造を把握することを目的としている。

いったコトを重視するようになってきている [ 注１]。実際に，都市部に暮らすユーザーを対象にアンケート調査を実施し，パー

多くの企業が新しい商品開発の必要性を感じているものの，そソナルモビリティに対する意識や利用環境における問題点，課の多くが「市場が見えない」，「作ったはいいが売れない」，「何

題を把握することができた。インタビュー調査では，20 歳以上を作ればいいかわからない」といった悩みを抱えている。こう

40 歳未満の若い世代に着目し，パーソナルモビリティに対するいった市場やユーザー像の急激な変化に対応するため，マーケ

意識の掘り下げを行った。その結果，自転車，自動車，オート

ティングの世界では，ユーザーの好みや考え方，またユーザー

バイそれぞれの価値について，属性，機能的ベネフィット，心本人も気づいていない潜在的なニーズを捉えるためのさまざま

理的ベネフィットを上位下位の関係で図式化することによってな手法が開発されてきている [ 注２，３]。そんな中，「クルマ離構造化することができた。これにより，楽しみや愛着，快適され」や「オートバイ離れ」と呼ばれるように，都市部の若者をといった上位の価値と，機能的，心理的な価値要素との関係性

中心として自動車やオートバイ，自転車といったパーソナルモ

についてパーソナルモビリティの種類によって違いがあること

ビリティに対するユーザーの意識が変化してきている [ 注４～を明らかにした。

６]。その主な要因としては，ライフスタイルの変化から生活での必要性やステータス性の低下，所得の減少による購買力の低下などが考えられている。また，社会全体の動きから見てみる

Summary
At present, lifestyles and values have diversified, mainly inと，これまでの自動車中心の社会から，他のパーソナルモビリ

urban areas, changing the role of mobility. The purpose of this

ティや公共交通機関など多様な移動手段をうまく活用すること

study is to understand the value structure of personal mobility

で，より豊かな社会をめざすモビリティ・マネジメントの観点

for the construction of a design evaluation and diagnostic

から，モビリティには目的地に到達するというこれまでの役割

system. First, we conducted a questionnaire survey of users whoに加え，快適性や安全性はもちろん，環境や福祉，街づくりといっlive in urban areas, and as a result, we were able to understand

た課題や目標，役割が求められるようになってきている。国土

the awareness of personal mobility and the problems of the

交通省では自動車から徒歩も含めた多様な交通手段への「モーtraffic environment. Subsequently, we conducted interviews

ダル・シフト」が一つの目標として掲げられている [ 注７，８]。

that targeted the younger generation aging 20‒30 years, andこのように，ユーザーの価値観が多様化し新たなモビリティのinvestigated their awareness of personal mobility. As a result, we

役割が求められている中で，パーソナルモビリティの開発にはwere able to visualize the value structure of personal mobility ofターゲットとなるユーザーの価値観を把握したうえで新たな価

bicycles, automobiles, and motorcycles by creating a diagram

値を提供できるデザインが必要となっている。

of the relationship between attributes, functional beneﬁts, and著者らはこれまでに，家具や家電製品，駅舎，ショッピングモー

psychological beneﬁts. The results of the analysis revealed that

ルなどの身の回りの商品や空間の価値要素を短いセンテンスで

depending on the type of mobility, the relationship between

表現したデザイン評価指標を構築し，評価実験によって，異な

higher rank value elements and attributes is different.

るユーザーグループ間のズレを可視化することで，新たな商品開発に繋げる為のデザイン評価・診断システムの開発に取り組

14

BULLETIN OF JSSD Vol. 60 No. 4 21-28 2013

デザイン学研究んできた [ 注９～ 12]。ただし，評価に用いるデザイン評価指標は，用の仕方にどのような特徴があるのかを知るため，全ての世帯を

ほとんどが特定の商品群でしか使えないため，その都度指標を構対象としてアンケート調査を実施した。質問内容として，日常的築し，対象とする分野を拡充していく必要がある。その中で，こに利用しているパーソナルモビリティの主な利用目的や利用頻れまでに述べたパーソナルモビリティに関する現状や共同で研究

度，道路環境に関する考え，公共交通機関との関係といった利用を行った企業の声から，パーソナルモビリティに特化したデザイ

状況に関する質問と，パーソナルモビリティを選ぶ際に重視する

ン評価・診断システム開発の意義を見出すことが出来た。

要素，長所や短所といった，価値観や意識に関する質問を行った。

本研究では，ユーザーの自動車やオートバイ，自転車といった調査の方法としては，福岡市内の街頭においてパーソナルモビリ

パーソナルモビリティに対する価値構造を明らかにし，新たな商ティで街を訪れている人にお願いして回答してもらった。調査の品開発に活かすことのできるデザイン評価指標の構築を最終的な結果，10 歳代から 60 歳代までの 100 名の回答を得ることができ目標としている。ただし，デザイン評価指標を構築するにあたった。被験者の属性は，男女比，年齢ともにほぼ均等で，80％以上ては，まず，ユーザーがパーソナルモビリティをどのような目的が福岡市内に居住している。しかし，街頭で呼び止めてアンケー

で利用し，利用環境に対してどのような意識を持っているか，何トに回答してもらったため，利用しているパーソナルモビリティを重視して商品を選んでいるのかといった価値構造を把握する必の内訳については自転車が 79％，オートバイが 21％となり自動要がある。先行研究として，関氏による自動車の価値構造に関す車の利用者については回答を得ることができなかった。ただし，る研究 [ 注 13] では，情報性と使用性という２つの視点から自動

今回の意識調査では，パーソナルモビリティ全体の価値構造を大車の価値構造を分析し新たなデザイン方法論の提案を行っていまかに把握することを目的としており，自動車を含む個別の価値る。また，中川氏らは，パーソナルモビリティと歩行者との親和

構造の把握にについては後述する価値調査で行うこととする。

性についてパーソナルスペースとの関係から研究を行っている

２．１

パーソナルモビリティの利用状況[ 注 14]。他にもパーソナルモビリティそのものの機能的・感性

アンケートではまず，パーソナルモビリティの利用状況につい的な評価や消費者の価値構造の変化についての研究は数多く行わて，主な利用車種や目的，頻度，距離について質問を行った。それているが，自動車やオートバイ，自転車といった多様なパーソの結果，自転車では実用自転車，オートバイでは 50cc 以下のス

ナルモビリティに対して，機能・性能だけでなくユーザーの利用

クーターの割合が高く，利用目的もほとんどが通勤・通学および状況や利用環境に対する意識を含めた多角的な視点からの価値構

ショッピングといった実用的な内容がほとんどであった。それと造についての研究はなされておらず，ユーザーの多様な価値観を関連して，利用頻度はほぼ毎日使う人がほとんどで「毎日」使把握するには至っていない。以上のことから、本研究はこれからう人と「週に４～５日」使う人を合わせると全体の 67％であっの新しいパーソナルモビリティの在り方を模索していく上でも意た。一度に利用する距離についても５km 未満の短かい距離での義のある研究であると考える。

利用が 70％と大半を占めた。さらに，道路環境についての質問

本稿では，ユーザーがパーソナルモビリティに対してどのよう

では「良い」と答えたのはわずか 11％で「ふつう」が 44%，「悪な価値基準を持って選択，利用しているのかについて把握するこい」は 45％と約半数の人が何らかの不満を持っていることがわとを目的として，アンケート調査とインタビュー調査を実施した。

かった。不満の内容について自由記述で質問したところ，「路面アンケート調査では，幅広い年齢層のユーザーの利用状況および状況の悪さ」が 50％，
「専用道路がない」が 26％，
「マナーの悪さ」

利用環境に対する意識について分析を行い，全体的な価値構造のが 20％となっている。

把握を行った。次に，アンケート調査の結果から，スタイリング

次に，ユーザーを年齢や性別，利用している車種，利用頻度，

やカラーリングといったデザインへの意識が高く，多様な価値観

利用距離，道路環境に対する考えなどでグループ分けをして比較を持っている 20 歳以上 40 歳未満の若い世代に着目してインタを行った。まず，年齢による比較では，30 歳未満のグループは，

ビュー調査を行った。これにより若い世代のユーザーが，どのよ

利用目的の約 70％が「通勤通学」で「ショッピング」の割合はうな考え方やこだわりを持ってパーソナルモビリティを選択し，低い。利用距離では，「５km 以下」の短い距離が全体の 40％と多い。

利用しているのかを機能面と心理面それぞれのベネフィットを抽

さらに，道路環境に対して不満を感じている人は他の年代に比べ出し分析することで，その価値構造の可視化を試みた。

て少ないといった特徴が見られた。30 歳以上 50 歳未満のグルー
プは，道路環境に対して「悪い」と感じている人が約 60％と他

２

パーソナルモビリティに関する意識調査
都市部に生活する人々が，パーソナルモビリティの利用状況および利用環境についてどのような意識を持っているかを把握することで，若い世代と他の年代とにどのような違いがあり，また利の年代に比べても多いことがわかった。50 歳以上のグループは，利用目的で「通勤通学」の割合が比較的少なく，「ショッピング」
や「その他」の目的で利用する人が多いことがわかった。
性別による比較をしたところ，利用目的では男性のほとんどが熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 2016

15

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

（１）加速力や最高速度といった走行性能を重視する（２）価格ができるだけ安いものを選ぶ（３）スタイリングが気に入らなければ買わない（４）ブランドやメーカーの知名度、信頼性をまず確認する（５）雑誌やネットの評判や実際の売れ行きが良いものを選ぶ（６）気に入った色がなければ買わない（７）乗り心地の良さや長時間でも疲れないことが一番大事（８）燃費の良さや環境性能の高いものに強い関心がある（９）コンパクトなサイズや軽量であることが大事「通勤通学」であるのに対し，女性は「ショッピング」の割合が（10）運転がしやすくスムーズに操作できること

50％と高い。利用距離では，女性は「２km 未満」の割合が 50％（11）PMとの一体感や運転する楽しさを味わえること

図１と高く，逆に男性は「30km 以下」でも約 15％ほどの人が利用しパーソナルモビリティを選ぶ際の重視項目（全体）
-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

ているなど比較的長い距離を利用している。道路環境について
は，女性のほうが「悪い」と感じている人が多いことがわかった。

（１）加速力や最高速度といった走行性能を重視する

30歳未満（２）価格ができるだけ安いものを選ぶ（３）スタイリングが気に入らなければ買わない

30歳以上
50歳未満

（４）ブランドやメーカーの知名度、信頼性をまず確認する

50歳以上

車種の違いによる比較では，実用自転車は，「ショッピング」
で使っている人が最も多く，利用距離も５km 未満が大半を占め（５）雑誌やネットの評判や実際の売れ行きが良いものを選ぶる。道路環境に対しては「悪い」と感じている人は約 50％。折（６）気に入った色がなければ買わない

りたたみ自転車は，他の車種に比べて利用頻度は低く，利用距（７）乗り心地の良さや長時間でも疲れないことが一番大事（８）燃費の良さや環境性能の高いものに強い関心がある

離も２km 未満が 60％以上と多い。道路環境に対しては，「悪い」（９）コンパクトなサイズや軽量であることが大事と感じている人が 20％程度と非常に少ない。スポーツタイプ自（10）運転がしやすくスムーズに操作できること

転車は，利用目的で「その他」が約 40％と多く，趣味等で使う（11）PMとの一体感や運転する楽しさを味わえること

図２

人が多いことがわかった。また，利用距離も中長距離での利用

パーソナルモビリティを選ぶ際の重視項目（世代）
-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

が多いことや，道路環境に対して「悪い」と感じている人が多2いことなどがわかった。オートバイは，利用年数が「５～ 10 年」

実用自転車
折り畳み自転車
スポーツタイプ
オートバイ（１）加速力や最高速度といった走行性能を重視する（２）価格ができるだけ安いものを選ぶ（３）スタイリングが気に入らなければ買わないの人が比較的多い。利用目的では，「通勤通学」で利用する人が約 80％と非常に多いことなどがわかった。

（４）ブランドやメーカーの知名度、信頼性をまず確認する

２．２（５）雑誌やネットの評判や実際の売れ行きが良いものを選ぶ

パーソナルモビリティを選ぶ際の重視項目

パーソナルモビリティを選ぶ際の重視項目を設定するに当（６）気に入った色がなければ買わない（７）乗り心地の良さや長時間でも疲れないことが一番大事

たっては，まず雑誌調査を実施した。雑誌調査では，自転車，オー（８）燃費の良さや環境性能の高いものに強い関心がある

トバイ，自動車に関する様々なジャンルの一般向け雑誌を過去（９）コンパクトなサイズや軽量であることが大事（10）運転がしやすくスムーズに操作できること

数か月分購入し，そこに書かれた文章からキーワードを抽出し（11）PMとの一体感や運転する楽しさを味わえること

図３

分類整理した。抽出したキーワードで数の多かった上位項目をパーソナルモビリティを選ぶ際の重視項目（車種）
-1

-0.5

0

0.5

選定し，それらを回答しやすい短い文章に再構成して重視項目
1（１）加速力や最高速度といった走行性能を重視する（２）価格ができるだけ安いものを選ぶ（0）（３）スタイリングが気に入らなければ買わない（４）ブランドやメーカーの知名度、信頼性をまず確認する（５）雑誌やネットの評判や実際の売れ行きが良いものを選ぶ

1.52とした。重視項目は，走行性能やスタイリング，価格，乗り心

5km未満

地など 11 項目とし，それぞれを「とてもそう思う」「ややそう5km以上
10km未満思う」「あまりそう思わない」「まったくそう思わない」の４つ10km以上50km未満の選択肢で回答してもらい，それらを点数化（「とてもそう思う」：（６）気に入った色がなければ買わない

２点，「ややそう思う」：１点，「あまりそう思わない」：－１点，「まったくそう思わない」：－２点として合計点の平均を算出）（７）乗り心地の良さや長時間でも疲れないことが一番大事（８）燃費の良さや環境性能の高いものに強い関心がある

して分析を行った。パーソナルモビリティを選ぶ際の重視項目（９）コンパクトなサイズや軽量であることが大事（10）運転がしやすくスムーズに操作できること

として最も重視度の高かった項目は「運転がしやすくスムーズ（11）PMとの一体感や運転する楽しさを味わえることに操作できること」であった。その次には「乗り心地の良さや

図４パーソナルモビリティを選ぶ際の重視項目（利用距離）
-1

-0.5

0

0.5

1

長時間でも疲れない」，「燃費の良さや環境性能の高さ」といっ
1.5

2（１）加速力や最高速度といった走行性能を重視する

普通（２）価格ができるだけ安いものを選ぶ（３）スタイリングが気に入らなければ買わない

悪い

た項目が並び，機能性や快適性に関して重視している人が多い
ことがわかった。逆に「加速力や最高速度」，「ブランドやメーカーの知名度，信頼性をまずは確認する」，「雑誌やネットの評判や（４）ブランドやメーカーの知名度、信頼性をまず確認する

実際の売れ行き」といった走行性能やブランド，口コミに関す（５）雑誌やネットの評判や実際の売れ行きが良いものを選ぶ

る項目はあまり重視されていないことがわかった（図１）。

（６）気に入った色がなければ買わない

次に，ユーザーをいくつかのグループに分け比較を行った。

（７）乗り心地の良さや長時間でも疲れないことが一番大事

年齢別の比較では，30 歳未満のグループはスタイリングやカ（８）燃費の良さや環境性能の高いものに強い関心がある（９）コンパクトなサイズや軽量であることが大事

ラーリングといった見た目のデザインを重視する人が他の年代（10）運転がしやすくスムーズに操作できることに比べて高いことがわかった。また，
30 歳以上 50 歳未満のグルー（11）PMとの一体感や運転する楽しさを味わえること

図５16

パーソナルモビリティを選ぶ際の重視項目（道路環境）

BULLETIN OF JSSD Vol. 60 No. 4 21-28 2013

デザイン学研究

プは乗り心地の良さや環境性能などに対して高い関心を持って表１

ユーザーグループとパーソナルモビリティに関する各要素との関係
属性

）

）

）

全体
30歳未満

価
格
の
安
さ
△

-

-

70

26

4

×

-

-

72

13

16

×

ブ
口
ラ 売
コ
ン れ
ミ
カ
ド 筋
・
・
メ

△
◎

-

-

71

26

3

×

-

-

66

31

3

×

実用自転車

-

30歳以上

87

11

2

×

折り畳み自転車

女

10歳以上30歳未満

100

0

0

×

×

◎

×

男

20歳以上30歳未満
40歳以上50歳未満

23

62

15

×

×

◎

◎

男

-

43

52

4

×

女

-

-

-

-

×
×

車
種 スポーツタイプ自転車
オートバイ
利 ５km未満用
５km以上10km未満
距
離 10km以上50km未満

男

40歳以上

-

-

-

男

20歳以上40歳未満

-

-

-

道
路
環
境

普通

男

10歳以上30歳未満

71

15

15

×

悪い

女

40歳以上50歳未満

70

23

7

×

た
色

×
×

年
30歳以上50歳未満
齢
50歳以上

×

気
に
入

っ

％

走
行
性
能

ー

％

ス
タ
イ
リ
ン
グ

ー

％

（

長
距
離

（

年
齢

重視項目

中
距
離

（

性
別

利用距離
短
距
離

◎

乗
り
心
地
の
良
さ

燃
費
・
環
境
性
能

◎

○

○

運
転
す
る
楽
し
さ

道
路
環
境

◎

悪い

◎

普通

×

◎

◎

非常に悪い

×

○

◎

悪い

×

×

◎

◎

悪い

◎

普通

◎
◎

×
◎

×
×
◎

◎

◎

◎

◎

◎

◎

非常に悪い
普通

◎

悪い

◎

非常に悪い

◎

◎
◎

-

◎

◎

-

×
×

◎
◎

◎

×
×

×

◎

運
転
の
し
や
す
さ

×

×

※性別は比率の多かった方を記入。「－」は差がない場合。

コ
ン
軽パ
量ク
ト
・

◎

普通

◎：非常に重視している、○：重視している、△：ほとんど気にしない、×：まったく気にしないいることがわかった。50 歳以上のグループは，走行性能，スタ

述が 50％と最も多いことがわかった。また，「専用道路がない」

イリング，メーカーの知名度，雑誌の評判といった項目に対してことや自動車や歩行者などの「マナーの悪さ」についても多くのは否定的な意見が多く，運転のしやすさ，操作のスムーズさを重意見が見られた。パーソナルモビリティの長所については，「身視している人が多い（図２）。車種別の比較では，実用自転車ユー

軽さ，小回りが利く」が最も多く半数近くの人から回答を得た。

ザーは乗り心地と運転のしやすさを重視していることがわかっ

また「気軽に乗れる」「維持費・交通費が安い」についても多くた。折りたたみ自転車ユーザーは走行性能に対しての重視度が特の人が長所として回答していたことから，最も身近な交通手段とに低く，サイズや軽さ，運転のしやすさ，スタイリングなどを重して利用されていることがわかった。短所については，「天候に視する傾向にある。スポーツタイプ自転車ユーザーはスタイリン

左右される」が最も多く 31％の人が挙げている。また，「安全性」，

グや乗り心地，運転する楽しさを重視する傾向が強く，価格は重「駐車・駐輪場所の確保」についても多くの人が短所として挙げ視していないことがわかった。オートバイユーザーは価格の安さていた。その他，駐輪場の料金や交通マナーについての意見も見や環境性能のよさに対して他のユーザーよりも重視度が高く，コられた。公共交通機関の長所と短所を見ると，「時間に正確」な

スト面に対して関心が強いことが推測される（図３）。利用距離

こととを長所と捉えている人がいる一方で，「時間が遅れること

では，５km 未満，５km 以上 10km 未満，10km 以上 50km 未満で分がある」と短所で答えている人がいたり，「移動が早い」「楽・疲

けて比較を行った。５km 未満では，運転のしやすさを重視してれない」と長所で答えている一方で，「混雑することがある」といる人が多く，走行性能には全くこだわらないという人が多い。

短所で答えている人がいるなど意見にばらつきが見られ，特に時５km 以上 10km 未満でも，走行性能についてはほとんどこだわり間に関する意見は長所と短所どちらでも多く見られた。これは，がなく，運転のしやすさや乗り心地の良さ，カラーリングを重視

バスと電車のどちらを日常的によく利用しているかで意見が分かしている。10km 以上 50km 未満では，燃費のよさや環境性能，運れているのではないかと推察される。

転のしやすさに加え，運転する楽しさについても重視する人が多２．
４パーソナルモビリティに関する意識調査まとめい（図４）。道路環境に対して，「普通」（「良い」も含む）と感じ

ここまでアンケート結果をもとにパーソナルモビリティについている人と「悪い」と感じている人に分けて比較を行った。普通て利用状況や利用環境，選ぶ際の重視項目，長所や短所についてと感じている人は，運転のしやすさや操作性などを重視している分析を行ってきた。分析の結果を，数値（％）と記号（◎：１点が全体に重視する項目が少ないことがわかった。悪いと感じてい以上，○：0.5 ～１点，△：０～ 0.5 点，×：０点以下）で一覧

る人は，運転のしやすさをはじめ，乗り心地，燃費のよさや環境表にした（表１）。全体的な傾向としてほとんどの人が通勤・通性能，スタイリング，運転する楽しさなど，多くの項目で普通と学やショッピングを目的として，５㎞未満の短い距離で利用して感じている人より重視度が強いことがわかった（図５）。

おり，運転のしやすさはもちろん乗り心地などの実用的で快適に

２．３

利用できることが重視されていることから，日常の足としての役

パーソナルモビリティ，公共交通の長所・短所

道路環境に対する不満や，パーソナルモビリティおよび公共交

割が最も大きいことが分かった。また，ほとんどのユーザーに共通機関の長所・短所に関する自由記述について分析を行った。自通していたのが，加速性や最高速度といった走行性能と，雑誌や由記述の内容をいくつかのカテゴリーに分類し，それらを集計す

ネットの口コミや実際の売れ行きといった情報の２点についてはることで，回答傾向を把握することとした。まず，道路環境に対ほとんど重視されていない。走行性能については，パーソナルモ

して「悪い」と回答した被験者にその理由を尋ねたところ，路面

ビリティはあくまでも日常の足であり，安全快適に利用できれば，が凸凹している，段差が多いなど「路面状況の悪さ」に関する記

必要以上のスピードや他の性能は必要とされていないことが考え

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 2016

17

表２

導⼊
・ラポール形成―会合趣旨説明、協⼒依頼、スタッフ挨拶
・対象者プロフィール、ライフスタイル―⾃⼰紹介（住所、⽒名、出⾝地、家族構成、趣味・関⼼など）

PM（パーソナルモビリティ）利⽤状況／ヒストリー
・PMの利⽤実態／利⽤評価―現在のPMはいつ頃から使い始めたか？
―⾞種・型式・ブランドなど、⽇常での利⽤シーン―購⼊する際のこだわり、現在のPMに対する満⾜度・PMとの接点／現在・過去・未来―PMにまつわる思い出、PMが「あってよかった」「なくて困った」―他のPMとの併⽤や買い替えについて、他のPMが欲しいか

PM関与度／意識・PMイメージ・評価／関与度・マインドシェア

インタビュー被験者一覧

名前

年齢／性別

住所（出⾝地）仕事

利⽤しているPM

A

⼥性

中 国
（遼寧省瀋陽）⼤学院⽣（中国⼈留学⽣）

⾃転⾞

男性

⽇ 本
（飯塚市）

⼤学院⽣

⾃転⾞

C

男性

⽇ 本
（福岡市）

⼤学院⽣

⾃転⾞

D

⼥性

⽇ 本
（福岡市）

⼤学院⽣

⾃動⾞

E

男性

⽇ 本
（福岡市）

⼤学院⽣

⾃動⾞

F

男性

⽇ 本
（福岡市）

⼤学⽣

⾃動⾞

G

⼥性

⽇ 本
（福岡市）

⼤学院⽣

バイク

H

男性

⽇ 本
（熊本市）

⼤学院⽣

バイク

I

男性

⽇本
（⼤野城市）

⼤学院⽣

バイク

B

―PMに対してどんなイメージ・評価を持っているか―PMがなくなったらどうするか？欲しいPMをあげますと⾔われたら？
―あなたとPMとの“いい関係“とは？

し，価値構造を可視化することを目的として価値調査を実施した。

・PMの価値※マインドシェア：消費者の⼼（マインド）に占める企業ブランド
や商品ブランドの占有利率（シェア）のこと。

方法として，自動車，オートバイ，自転車のいずれかを所有し日常的に使用しているユーザーを各３名集め，車種ごとにグループ

その他

インタビューを行った。インタビューでは，前章で行ったパーソ

・⽇常のPM以外のモノに対するこだわり等

図６とそれを選択し利用する際の動機や価値との関係性について考察

ナルモビリティに関する意識調査で得られた世代別や車種別の利インタビューの流れと質問項目

用状況，重視項目から，パーソナルモビリティの利用実態，購入られる。口コミや評判については，自転車やオートバイの購入ス

時の重視項目およびそれに関連する機能や属性に対する満足点・

タイルとして，自動車などに比べ購入する前に雑誌やネットで調不満足点などの質問を行い，さらに，深く掘り下げるために，パー

べて選ぶというよりも，店舗で実車を見て実用性をチェックした

ソナルモビリティとの関与度や意識に関する質問を行った（図上で決めるというパターンが多いのではないかと考え，そのこと６）。また，今回の調査では，若い世代のなかでも経済力に乏しく，からも口コミや評判よりも実際の乗り心地や使い勝手で選ぶ人が特に，クルマ離れやオートバイ離れの傾向が強いと思われる学生多いのではないかと思われる。また，利用環境については多くのに対象を絞り込みデータの収集を行うこととした（表２）。

人が不満や危険を感じており，安全性の向上や駐輪場の充実，専分析方法を選定するにあたり，これまで行ってきたクオリティ

用レーンの整備，交通マナーの向上といったハード・ソフト両面

カルテ評価・診断システムに関する研究で，ユーザーの商品選定・において解決すべき問題点や課題があることがわかった。さらに，購入や日常生活でその商品を利用する際の動機と商品の属性や機利用車種別の比較をしたところ，車種によって利用状況や重視す

能・性能，心理的効果との関係について分析を進めてきたが，そる項目に違いがあることがわかった。例えば，スタイリングやカこには各要素間の上下関係や相互の関係があることがわかっていラーリングといった見た目の印象について重視するユーザーグる。そこで本研究では，パーソナルモビリティの価値観を階層構

ループは，30 歳未満の若い世代，コンパクト自転車やスポーツ

造として可視化することで，ユーザーの潜在的なニーズである上タイプ自転車のユーザー，利用距離は５km 以上 10 ㎞未満がメイ

位の価値要素と具体的な開発要件となる下位の価値要素との関係

ン。運転する楽しさやパーソナルモビリティとの一体感を求めるを明らかにし，デザイン評価指標の構築および評価結果の読み取のはスポーツタイプ自転車のユーザーで長距離での利用が多い。

りに活用できると考える。

道路環境に対しては，30 歳以上 50 歳未満，スポーツタイプ自転

まず，インタビューで得られた発言録を分類・整理する必要が車のユーザー，利用距離は５km 以上 10 ㎞未満がメインというユーあり，仁平京子氏の論文中にある「手段目的連鎖モデルの理論枠

ザーグループが特に厳しい意見を持っている。

組みとラダリング法の調査手法」[ 注 15] が上述の考え方に近く，以上の結果によりパーソナルモビリティに対するユーザーの価インタビューで得られる定性データとの相性も良いため，この手値観について，大まかに把握することができた。また，同じ自転法を用いて発言録を分類・整理することから行った。手順として車というカテゴリーのパーソナルモビリティであっても，タイプ

は，インタビューの発言録から，手段および目的となるキーワーの違いや利用距離の違いなどによって価値観にかなり差があるこ

ドを抜き出し，表現の統一化を実施した後，「属性」，「機能的ベとがわかった。20 歳以上 40 歳未満の若い世代は、スタイリング

ネフィット」，「心理的ベネフィット」に分類する。次の段階としやカラーリングといったデザインへの意識が高く、多様な価値観て，分類した属性，機能的ベネフィット，心理的ベネフィットそを持っていることが確認された。このため、ユーザーの多様な価れぞれの関係を横の繋がり（因果・対立）と縦の繋がり（上位下

値観やその構造を把握していくためのケーススタディとして、20位）の２つの視点から構造化していく必要がある。そこで，『最歳以上 40 歳未満の世代を次章での価値調査の対象とする。

新マーケティングリサーチ・テクノロジー集』より，自由回答や発言録といった定性データの情報を構造化し，新たな発見を見出

３

若い世代のパーソナルモビリティに対する価値調査

すための手法として広く用いられている「因果対立関係分析法」

20 歳以上 40 歳未満の若い世代に着目し，より詳細な利用実態と「上位下位関係分析法」[ 注 16] を組み合わせて，属性から各を把握するとともに，パーソナルモビリティの機能性やデザイン

ベネフィットにいたる「因果」・「対立」の関係と「目的」と「手18

BULLETIN OF JSSD Vol. 60 No. 4 21-28 2013

デザイン学研究段」の関係を可視化した価値構造のマップ（ベネフィットマッ

の違いとして複数人で乗れることから，「家族・音楽がセットでプ）を構築できるのではないかと考えた。因果対立関係分析法

記憶に残る」，「行く工程も思い出」のようなベネフィットがあり，

では，抽出された要素を因果関係キーワード（「だから」，「それ目的地に向かう途中の車内での会話や音楽が思い出として残っによって」）と対立関係キーワード（「がしかし」，「にもかかわているという意見が多かった。走行性能から，「スピード感」や「スらず」）を使ってグルーピングし，グループ間の関係を探ること

リル感」，運転操作から「ミッション大好き」，「操作自体が好き」

で構造化を行う。上位下位関係分析法では，上下関係キーワーというベネフィットが見られたが，これは男性からの意見であっド（「それは主としてどうしたい（なりたい）ため」／「そのたた。逆に女性からは，前から見たときに顔のように見えることめには」）で各要素を照らし合わせながら上下関係を探ることでから，「かわいい」，「愛着」というベネフィットにつながってい構造化していく。以上の手法を用いて，インタビューで得られることがわかった。

た発言録を分析した結果，パーソナルモビリティ毎の価値構造

以上のことから，自動車は他のパーソナルモビリティに比べをベネフィットマップとして可視化することができた。

たくさんの荷物や人を運ぶことができ，車内空間があること，

３．１

比較的長距離の移動が可能なことといった自転車やオートバイ

自転車ユーザーのベネフィットマップ

自転車ユーザーのインタビュー結果から，近場の移動やすぐにないベネフィットがあり，快適で使い勝手の良い自宅の延長に乗れる気軽さから，便利さや快適さから，「日常の足」としてのような存在であることがわかった。また，同乗者との会話やのベネフィットがある。また，自分の体を使うことから，「健康擬人化して見ることで思い出や愛着が強く，運転する楽しさや的」という意識があり，「達成感」が得られるということがわかっ

気分転換できるなど，「楽しい」ことが自動車の価値として重要た。スポーツタイプや高価な自転車，有名ブランドの自転車にな位置を占めていることがわかった（図８）。

対して，「デザイン性」の高さや「スピード感」を感じており，

３．３

オートバイユーザーのベネフィットマップ

それが「いい自転車」というベネフィットにつながっているこ

オートバイユーザーのインタビュー結果から，「コミュニケーとがわかった。さらに，いい自転車に乗ることによって自分のションの手段」，「相棒・友達的存在」，「思い出」，「達成感」の魅力も上がるという意見もあった。シンプルな形状・機能性かように，心理的ベネフィットに関する発言がたのパーソナルモ

ら，自ら修理やメンテナンス，カスタマイズできることから「楽ビリティに比べて多かった。機能面では，「時間が読める」，「渋しむためのツール」としてのベネフィットがあり，前述の達成

滞に巻き込まれない」，「駐車場の心配不要」，「維持費が安い」

感やいい自転車というベネフィットも含めて，「愛着・思い入れ」

といった利便性の良さやコストパフォーマンスの良さがベネにつながっていることがわかった。一方で，価格の安さや利便

フィットとして見られた。また，排気量の小さなものから少し性から，単なる「交通手段」として捉えているユーザーもいる

ずつ大きなオートバイに乗り換えてステップアップする，もしことがわかった（図７）。

くはしたいと考えるユーザーが多く，サイズやタイプなどの「バ以上のことから，自転車は「生活の一部」として，日常的にリエーション豊富」なことや「買い替える楽しみ」といったベ利用されており，天候には左右されるものの，気軽に乗れて経ネフィットが得られた。それに関連して，大きなサイズのオー

済的，さらには健康的といった価値を持っていることがわかっ

トバイには憧れのようなものがあり，そういったオートバイにた。また，実用自転車のような実用的な自転車は，価格や維持「乗っている自分が好き」であったり「目立つ」，「かっこいい」

費の安さといった経済面や機能性を重視した単なる交通手段とというベネフィットにつながっていくことがわかった。乗り方

しての価値と，スポーツタイプのような趣味性の高い自転車は，として「２人乗り，ツーリング」や「自然を肌で感じる」ことで，デザイン性やスピード感が求められ，そんないい自転車に乗る「気分転換」や「コミュニケーションの手段」としての役割があことで自分の魅力を高めたり，メンテナンスやカスタマイズをることがわかった。また，オートバイは生身をさらした状態で通して愛着を感じるという風に，自転車のタイプによって，大運転するため，他のパーソナルモビリティに比べて一体感が強きく異なる価値があることがわかった。

く，「思い出」や「達成感」から，非常に愛着の強い存在となっ

３．２ていることがわかった（図９）。

自動車ユーザーのベネフィットマップ

自動車ユーザーのインタビュー結果から，「時間や天候に左右以上のことから，オートバイは移動力の高さ，維持費の安さされない」，「自分のペースを優先」，「自力で遠出が可能」といっなどから便利な交通手段としての価値がある一方で，サイズやた使い勝手の良さや柔軟性に関するベネフィットが多く見られタイプなどのバリエーションの多さ，さまざまな楽しみ方がでた。また，「服装が自由」，「自宅のような安心感・居心地」といきること，ユーザーとオートバイとの一体感の強さなどから，「楽

うように囲まれた空間があることによって，他のパーソナルモ

しさ」や自分の分身ともいえる「愛着」の強さが大きな価値とビリティにはない独自の価値があることがわかった。もう一つ

して存在していることがわかった。

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 2016

19

心理的ベネフィット○生活の一部○愛着・思い入れ×思い入れはない○乗っている自分の
魅力アップ

○日常の足

×ただの交通手段○楽しむためのツール○達成感○カスタマイズする
楽しみ

○一体感

○いい自転車○快適

機能的ベネフィット○便利○デザイン性○価格の柔軟性○動きやすい○すぐに乗れる○経済的○スピード感○健康的

×盗難の危険性○手続きが簡単

属性
図７

どこでも買える

車検・ガソリン不要

近場だと
楽に行ける

小雨でも乗る

自分で修理・
メンテナンスできる

機能性重視・
シンプルな形心理的ベネフィット○思い入れ
愛着○気分転換できる○日常的、あって当たり前○燃費を伸ばす
努力が楽しい○操作自体が好き○乗車時間が好き○ミッション大好き

機能的ベネフィット○スピード感○近距離での移動に向いている属性

ワゴン系など
大型自動車

○かわいい

○行く過程も思い出○家族・音楽がセットで記憶に残る○自分のペース
優先○時間・天候に左右されない○荷物ありでも
移動可能

マーチなど
軽自動車

○自宅のような
安心感・居心地

○スリル感

○エコ

○飛ばせる

電気自動車

運転操作

走行性能

○服装が自由家からすぐ乗れる

車内空間

前から見ると顔みたい人と乗車できる

自動車ユーザーのベネフィットマップ

心理的ベネフィット○楽しい○苦楽を共にした
相棒・友達的存在○カッコイイ○心地良い○コミュニケーション
の手段

○達成感

○自然との一体感○気分転換になる○思い出いっぱい

機能的ベネフィット属性

20

高い・ブランドもの○楽しい○自力で遠出可能

図９

フレーム細め・
スポーティーな感じ

自転車ユーザーのベネフィットマップ○どこかに運んでくれるイメージ

図８

自分の体を使う○体調管理の目安

○駐車場の
心配不要

○便利

○目立つ

○乗っている自分
は好き○節約可能○買い換える楽しみ○頭を使う

身一つで運転○渋滞に巻き込まれない

どこでも止められる○スピード感○維持費が安い○時間が読める○燃費が良い機能面

金銭面

オートバイユーザーのベネフィットマップ

BULLETIN OF JSSD Vol. 60 No. 4 21-28 2013

デザイン学研究

○2人乗り
ツーリング

○バリエーション
豊富○自然を肌で感じる

乗り方

大きいサイズのバイク

車体の色

125cc、400cc等
サイズの違い３．４

インタビュー調査まとめ

ここまで，自転車，自動車，オートバイと３種類のパーソナル
モビリティの価値構造について，若い世代のユーザーを中心に見てきた。その結果として，楽しさや愛着など共通する価値も見られたが，そこに至る機能的，心理的価値の構造はそれぞれに異な社，p178-180，2010
２）萩原雅之：次世代マーケティングリサーチ，ソフトバンクク
リエイティブ，p24-29，2011３）嶋口充輝：ビューティフルカンパニー －市場発の経営戦略，
ソフトバンククリエイティブ，p100-110，2008

ることがわかった。また，自転車であれば「健康」や「カスタマ４）ネットエイジア株式会社：「ネットエイジアリサーチ自動車

イズ性」，自動車では「自宅のような安心感」，「時間や天候に左に関する調査《２》」，researchTV 内自主調査データ（http://

右されない」，「どこかに運んでくれるイメージ」，オートバイで

www.researchtv.jp/cat14/20080905.php），2008

は「コミュニケーションツール」，「買い替える楽しみ」，「目立つ」，

５）M1・F1 総研：「若者のクルマ離れ…都会で売れない」，レス「自然との一体感」などのように独自の価値観があり，その違い

ポンス HP 内 M1・F1 総研 特別編集記事（http://response.

を属性，機能的ベネフィット，心理的ベネフィットといった因果・対立，上位下位の関係性のなかで構造的に示すことができた。

jp/article/2007/03/09/92363.html），2007
６）日経 BP 社：若者のクルマ離れ，その本質は「購買力」の欠如，日経ビジネスオンライン（http://business.nikkeibp.

４

おわりに

co.jp/article/tech/20090109/182410/），2009

本研究では，まず，アンケート調査からパーソナルモビリティ

７）藤井聡，谷口綾子：モビリティ・マネジメント入門 ‐「人とに対する意識について分析を行い，日常の足としての役割が最も社会」を中心に据えた新しい交通戦略，学芸出版社，12-15，大きいこと，実際の乗り心地や使い勝手で選ぶ人が多いこと，専

2008

用レーンの整備，交通マナーの向上といったハード・ソフト両面

８）国土交通省：モーダルシフト等推進官民協議会「中間とりにおいて解決すべき課題があることがわかった。さらに，利用車まとめ」について，国土交通省報道発表資料（http://www.

種別やユーザーの属性によって利用状況や重視する項目に違いがmlit.go.jp/report/press/tokatsu01_hh_000066.html）2011

あり，それをマトリクスとして表にまとめることができた（表１）。

９）森田昌嗣 , 曽我部春香 , 石橋伸介 , 池田美奈子： 評価者間

次に，インタビュー調査では，20 歳以上 40 歳未満の若い世代の評価のズレに着目したデザイン評価・診断システムのありに着目し，自転車，自動車，オートバイそれぞれの価値について，

方 , 日本デザイン学会研究論文集，Vol.56, No.1, p47-54,

属性，機能的ベネフィット，心理的ベネフィットを因果・対立，

2009

上位下位の関係で図式化し構造化することができた（図７～９）。

10）曽我部春香，森田昌嗣，石橋伸介：デザイン賞の審査公表か

ここでは，若い世代の特徴としてどのタイプのパーソナルモビリら抽出した評価指標を用いた評価委ステムの提案，日本デザティにも「楽しみ」が価値として存在し，単なる乗り物としてで

イン学会研究論文集，Vol.56, No.1, p55-64, 2009

はなく，生活を楽しむためのツールとして捉えていることがわ

11）石橋伸介，曽我部春香，森田昌嗣：クオリティカルテを用いかった。楽しみや愛着，快適さといった上位の価値につながってた空間評価指標と手法の開発，日本デザイン学会研究論文集，

いく機能的，心理的な価値要素には自転車，車，バイクで違いがVol.57,No.1,p85-92, 2010

見られ，独自の価値構造があることがわかった。ただし，今回の12）石橋伸介，曽我部春香，森田昌嗣：公共空間のデザイン評価・研究によって得られた結果は，ごく一部のユーザーの価値構造を診断システムの構築とその活用，日本デザイン学会研究論文表しているにすぎない。今後より多くのユーザーのデータを収集

集，Vol.57,No.4,p25-34, 2010

し，ベネフィットマップをより充実したものにしていく必要があると考える。

13）関徹夫：自動車デザインの価値構造，日本デザイン学会研究
論文集，Vol.40,No.5,p27-32, 1994

今後の展開として，アンケート調査およびインタビュー調査で14）中川智皓，中野公彦，古賀誉章，須田義大，川原崎由博，小得られたパーソナルモビリティの価値構造およびそれを構成する

坂雄介：パーソナルスペースを用いたパーソナルモビリティ・

価値要素をベースとして，パーソナルモビリティのデザイン評価

ビークルと歩行者の親和性評価実験，日本機械学会論文集，

指標を構築し，その有用性を検証するためにデザイン評価実験を実施し，データの収集および活用方法の検討を予定している。
本研究は科研費（22615031）の助成を受けたものである。

76 巻，770 号，p141-147，201015）仁平京子：広告戦略におけるラダリング法の意義―消費者の価値と属性との関連性―，明治大学社会科学研究所，2006
16）株式会社 日本能率協会総合研究所：最新マーケティングリ

参考文献

サーチ・テクノロジー全集，同社発行，p434-442，2007

１）川島蓉子：モノ・コトづくりのデザイン，日本経済新聞出版

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 201621

研究論文 ：

報告

パーソナルモビリティに特化したデザイン評価・診断システムの構築- クオリティカルテ評価・診断システム構築に関する研究 (6)Construction of Design Evaluation/Diagnostic System for Personal Mobility- A Study on Construction of Quality Chart Evaluation/Diagnostic System(6)
●

石橋 伸介

熊本県産業技術センター●

曽我部 春香●九州大学大学院芸術工学研究院

森田 昌嗣

九州大学大学院芸術工学研究院

Sogabe Haruka

Morita Yoshitsugu

Kumamoto Industrial

KYUSHU UNIVERSITY

KYUSHU UNIVERSITY

Research Institute

Faculty of Design

Faculty of Design●

Ishibashi Shinsuke

Key words: Personal Mobility, Value Structure, Design Evaluation

要旨

１．はじめに人々の価値観が多様化し変化の激しい現代においては，潜在的

近年，省エネルギーや環境負荷に対する意識の高まり，健康な価値を掘り起し，可視化することのできるデザイン手法が求め志向，ライフスタイルの多様化などにより，自動車やオートバイ，

られている。本研究では，パーソナルモビリティの価値構造を把自転車といったパーソナルモビリティを取り巻く環境は急速に握し，新たな価値を提供するためのデザイン評価・診断システム

変化してきている。これまでの一般的なマーケティングやデザの構築を目的としている。本稿では，まず，雑誌調査によって抽イン評価の方法では，顕在しているニーズを把握することはで出したデザインの価値要素を整理し，約 600 項目のデザイン評

きても，それを商品化するころには価値観が変化してしまって価指標を構築することができた。次に，評価手法について検討をいるという状況も少なくない。そこで近年，ペルソナやサイコ

行い，実際に開発中のパーソナルモビリティを対象に評価実験をグラフィックといった潜在的なニーズを掘り起こす定性的な調実施した。さらに，評価実験の分析結果をもとにデザインを学ぶ

査手法に注目が集まっており，ユーザーの潜在ニーズを掘り起

学生数名に次世代のパーソナルモビリティについてデザイン提案

こし，新たな価値を提供することが可能なデザイン手法の開発をしてもらい，評価データの有用性について検証した。その結果，が求められている [ 注１～３]。これまでの研究では，パーソナ

異なる立場のユーザーグループ間の評価のズレといった新たな視

ルモビリティに対する意識調査から，パーソナルモビリティを点から商品開発におけるアイディア展開やコンセプトの立案など

選ぶ際の重視項目，利用環境に対する意識などについて調査し，で活用されていることがわかった。以上により，実用化に向けた

若い世代に着目して自動車，オートバイ，自転車それぞれの価課題は多いものの，パーソナルモビリティに特化したデザイン評

値構造をベネフィットマップによって可視化することによって，価・診断システムを構築し，一定の効果を確認することができた。

パーソナルモビリティの機能や性能，デザインといった属性とSummary

それによって提供される価値との関係を把握することができた

Recently, design techniques that can be extracted potential[ 注４]。

needs to be visualized are required. Because people’s values

本稿では，これまでの研究で得られたパーソナルモビリティ

are diverse, change is intense. This study aims to understand theの価値要素と価値構造のベネフィットマップをもとにパーソナ

value structure of personal mobility and builds a design evaluation

ルモビリティに特化したデザイン評価・診断システムの構築を

and diagnostic system. In this study, we could organize the目指す。研究の方法として，まず雑誌調査によるデザイン評価

elements of the design value extracted by the magazine survey

センテンスの抽出を行い，それを分解・統合することによって

and builts a design evaluation index of around 600 items. Next,

評価指標を構築する。次に，パーソナルモビリティに最適な評

we considered an evaluation method, and evaluation experiments

価手法の検討を行い，最後にデザイン評価実験の実施と分析結

were carried out for personal mobility under development in

果を活用したデザイン提案のケーススタディを行い，その有用

practice. In addition, a proposal for next-generation personal性について検証する。

mobility was outlined for students of design based on the analysis
results of the evaluation experiment, and the usefulness of the

２．デザイン評価指標の構築

evaluation data was verified. As a result, it was found that from

デザイン評価を行うに当たって，まずデザイン評価指標の構

a new perspective and evaluation gap between the user groups

築を行った。これまでのデザイン評価で主に用いられてきた形

of different positions, it is utilized in the concept planning and容詞などの単語による表現を用いた場合，そこから得られる結idea deployment in product development. According to the above

果には具体性が乏しく，読み取り方によってどうにでも捉える

discussion, we could construct a design evaluation and diagnostic

ことのできる曖昧なものであった。そこで本研究では，前後のsystem specialized in personal mobility.

文脈がわかる短いセンテンスでデザイン評価指標を表現し，評22

BULLETIN OF JSSD Vol. 63 No. 2 1-8 2016

デザイン学研究

表１

雑誌調査対象一覧

No

雑誌名

表２
ジャンル

性別

年齢層

1 CAR and DRIVER

自動車

男性

30歳以上

2 car magazine

自動車

男性

30歳以上

3 Daytona自動車

男性

30歳以上50歳以下

4 GENROQ

自動車

男性

40歳以上

5 Motor Magasine

自動車

男性

40歳以上

6 月刊自家用車

自動車

男女

20歳以上

7 Girls Biker

オートバイ

女性

20歳以上30歳以下

8 MOTO BEAUTY

オートバイ

女性

20歳以上50歳以下

9 オートバイオートバイ

男性

30歳以上50歳以下

10 風まかせ

オートバイ

男性

50歳以上

11 培倶人オートバイ

男女

30歳以上50歳以下

12 モトチャンプ

オートバイ

男性

30歳以下

13 フリーライドマガジン

オートバイ

男性

20歳以上

14 STREET BIKERS'

オートバイ

男性

30歳以上

15 ScooterDays

オートバイ

男女

20歳以上

16 Bicycle Beauty

自転車

女性

20歳以上40歳以下

17 BiCYCLE CLUB

自転車

男女

20歳以上

18 BICYCLE NAVI

自転車

男女

20歳以上

19 BICYCLE21

自転車

男性

20歳以上

20 funride

自転車

男女

20歳以上50歳以下

21 New Cycling

自転車

男性

30歳以上

22 Tarzan

自転車

男性

30歳以上

23 サイクリングライフ

自転車

男女

20歳以上50歳以下

24 自転車人

自転車

男女

30歳以上

25 PEDAL SPEED

自転車

男女

20歳以上40歳以下

No

デザイン評価指標のカテゴリー一覧

カテゴリー
1 安心・安全2 走行性能3 操作性
4 乗り心地
5 見た目
6 利便性
7 シーン
8 メンテナンス
9 カスタマイズ
10 カラー
11 室内
12 パーツ13 音
14 ファッション
15 ステータス性
16 健康・エコ
17 経済性18 その他

項目数

割合

15
65
43
55
196
31
87
5
7
14
35
11
15
10
13
12
8
15

2.4%
10.2%
6.8%
8.6%
30.8%
4.9%
13.7%
0.8%
1.1%
2.2%
5.5%
1.7%
2.4%
1.6%
2.0%
1.9%
1.3%
2.4%

637

100.0%①センテンスの分解	
優れた実用性とスポーツ性を両立	

優れた実用性がある	
優れたスポーツ性がある	

価結果に具体性を持たせることで，デザイナーが商品デザインを②センテンスの統合	

進めていく中で，問題点の把握や新たな商品開発に直接結びつく

インテリアが開放感にあふれている	

ような手法の構築を目指している [ 注５～８]。

開放的な雰囲気のある室内	

デザイン評価指標の構築方法として，一般向けに販売されている自動車，オートバイ，自転車に関する様々な種類の雑誌を集め，そこに書かれた記事や車種の紹介文の中から，指標の素となるデザイン評価センテンスを抽出し，それらを分解・統合し整理することで指標の構築を行った。

開放的な雰囲気のインテリアである	

広々感のあるキャビンである	
③専門的な表現の平易化	
高速走行時のスタビリティが高い	
図１

高速走行時の安定性が高い	

抽出したデザイン評価センテンスと分解・統合・整理の例

2.1. 雑誌調査からのデザイン評価センテンスの抽出
雑誌調査を行うにあたり，まず雑誌の選定を行った。一般向け

2.3. デザイン評価指標の構築に販売されている雑誌には，同じオートバイでもターゲット層が抽出したデザイン評価センテンスを指標化するため，センテン

年齢や性別などよって分かれているため，できるだけ偏りがない

スの分解・統合，整理を行った（図１）。具体的には，まず，ひように幅広い雑誌を選ぶこととした。また，まずは現代におけるとつひとつのセンテンスを読み込んで，ひとつのセンテンスに複最新の価値要素を集めることが第 1 だと考え，調査時点から過数の価値要素が含まれている場合は２つに分解し，同じ内容のも

去 1 年間に発売されたものを対象とした。

のは統合した。次に，パーソナルモビリティのどの価値要素を評選定の結果，自動車に関する雑誌６種類 22 冊，オートバイに価しているかによってカテゴリー分けを行った。その結果，表２

関する雑誌９種類 32 冊，自転車に関する雑誌 10 種類 29 冊，合に示す 18 のカテゴリーに分けることができた。このカテゴリー

計 83 冊の雑誌を対象として調査を実施した。表１に選定した雑分けによって，パーソナルモビリティを評価する際の大まかな価誌一覧を示す。

値要素を把握することができた。また，専門的な用語やわかりに2.2. デザイン評価センテンスの抽出および整理

くい表現は，誰が読んでも理解できる単語に変換し，平易な表現

デザイン評価センテンスとは，雑誌の中の新車解説文や評価文に修正するとともに，文法を揃えたり，ネガティブな表現はすべなどから，パーソナルモビリティの価値要素を前後の文脈がわかてポジティブな表現に変えることで全体の統一性を高めている。

る短い文章で抽出したものである。抽出の作業は筆者らの３名でこの作業によって，文章の平準化を行い，人によって文章から受行うこととした。抽出するセンテンスの個人差をできるだけなくける印象のズレを出来るだけ少なくし，また，読み取りやすさのすため，事前に抽出練習を行い，お互いのセンテンスを確認しな向上を図った。以上の結果，最終的に 637 項目のデザイン評価

がら，摺合せをしたうえで分担作業を行った。

指標を構築することができた。ただし，今回構築した指標群につ作業の結果，合計 836 のセンテンスを抽出することができた。

いては，これで完成ではなく，デザイン評価センテンスの抽出を

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 2016

23

図２

ＳＴＡＶ i のベネフィットマップ

定期的に実施し，指標の追加をするとともに，指標の表現につい評価指標群とを対応させながら指標を選定する。さらに，作り手てもユーザーの意見を取り入れながら改良していくことで充実さや送り手とやり取りをして，最終的に評価実験で用いるデザイン

せていく必要がある。

評価指標を決定する。
これにより，指標づくりを進めていく上で，作り手や送り手の３．デザイン評価実験

頭の中にあった商品への想いが可視化され，評価実験の目的や課第２章で構築したデザイン評価指標のブラッシュアップとパー

題の明確化やお互いの意思疎通もスムーズに行うことができるよ

ソナルモビリティに適したデザイン評価手法を検討するためデザ

うになり，評価実験で得られたデータを読み取っていく際にも，イン評価実験を実施した。

指標間の関係性を加味することでより詳細な考察を行うことがで

3.1. デザイン評価手法の構築

きるようになると考えられる。

デザイン評価実験を行うにあたり，まず，数ある指標の中から次に，選定した指標を使ってどのように評価していくかの検討

評価対象の商品の特徴や評価の目的に合わせてデザイン評価指標を行った。パーソナルモビリティの価値要素には，見た目からのをどのように選定し評価するかが重要である。これまでのクオリ

印象はもちろん，乗った時の安定感や操作性，室内空間の快適さ

ティカルテ評価・診断システムでは，まず，評価対象となる商品

振動や音といった，数値的な情報だけでは判断できない要素が多のコンセプトやターゲット，商品ジャンルを参考に候補となる指く含まれている。そのため，ＣＧや写真，仕様などの情報だけで標を選定し，それをベースにその商品の作り手や送り手にヒアリは評価することができない。そこで，本研究では，対象となるパーングをしながら指標の絞込みや表現の修正を行ってきた。しかし，

ソナルモビリティを用意し，触れたり操作したうえで評価を行う

選定した指標が対象となる商品の価値要素全体からバランスよくこととした。

選べているかどうか，選定した指標間の関連性が不明確であるな

3.2. デザイン評価実験の実施

どの問題点があった。そこで，より効果的な評価結果を得るためには評価指標の選定方法を改善していく必要がある。

前項で構築した評価手法の有用性について検証し評価データを収集するため，デザイン評価実験を実施した。実験では，具体的

そこで本研究では，前稿 [ 注４] で行ったパーソナルモビリティ

なパーソナルモビリティを評価対象として，20 歳以上 40 歳未の価値構造をベネフィットマップとして可視化する手法を応用し満の若い世代を被験者として評価データを収集し分析を行った。

て，評価実験に用いるデザイン評価指標の選定を行うこととした。

3.2.1. 評価対象の選定

その手順として，まず，対象となる商品の作り手または送り手に

評価実験の対象となるパーソナルモビリティについては，熊本

聞き取り調査を行い，そこから得られる商品コンセプトや機能・県が認定したリーディング企業である株式会社サンワハイテック

性能に関する特徴，作り手の想いなどの価値要素をベネフィット

が開発を進めているパーソナルモビリティ「STAVi（スタビィ）」

マップとして表現する。次に，ベネフィットマップの各属性，機を対象とすることとした。スタビィは，もともと高齢者向けの歩能ベネフィット，心理ベネフィットと第２章で構築したデザイン

行補助電動カートとして開発が進められてきたが，次の展開とし

24

BULLETIN OF JSSD Vol. 63 No. 2 1-8 2016

デザイン学研究表３

選定したデザイン評価指標◆見た目から受ける印象の評価
Q１

寸

法 ： W685×L1140×H1090（ｍｍ）

ス テ ッ プ 高 ： 199mm

type Basic

本 体 重 量 ： 82 ㎏（バッテリー含む）
最 高 速 度 ： 前進 4.5 ㎞ /h、後進 2 ㎞ /h
最小回転半径 ： 0.9m
登 坂 性 能 ： 傾斜 10 度（直進）段差乗り越え ： 25mm（助走なし）

見た目から、先進的な印象を受ける

40mm（助走あり）
連続走行距離 ： 20 ㎞
充 電 時 間 ： 8 時間

Q２

見た目から、スピードが出そうな印象を受ける

Q３

見た目から、落ち着いた印象を受ける

Q４

見た目から、アクティブな印象を受ける

Q５

見た目から、安定感のある印象を受ける

Q６

見た目から、楽しそうな印象を受ける

Q７

見た目から、コンパクトなサイズだと思う

Q８

見た目から、乗ってみたいと思う

Q９

見た目から、スタイリングが好きだと思う

使 用 者 体 重 ： 100 ㎏まで※Active も Basic も性能は同じです。

Q10 見た目から、カラーリングが好きだと思う◆試乗した後の評価

図３

イメージパネル（ベーシックタイプ）
寸Q11 乗り降りがスムーズにできるQ12 操作が直観的でわかりやすい

法 ： W685×L1140×H1090（ｍｍ）

ス テ ッ プ 高 ： 199mm
本 体 重 量 ： 82 ㎏（バッテリー含む）

type Active

最 高 速 度 ： 前進 4.5 ㎞ /h、後進 2 ㎞ /h
最小回転半径 ： 0.9m
登 坂 性 能 ： 傾斜 10 度（直進）段差乗り越え ： 25mm（助走なし）
40mm（助走あり）

Q13 乗り心地がいい

連続走行距離 ： 20 ㎞
充 電 時 間 ： 8 時間
使 用 者 体 重 ： 100 ㎏まで※Active も Basic も性能は同じです。

Q14 乗っていて安心感がある
Q15 操作そのものが楽しい
Q16 乗っていてわくわく感がある
Q17 歩いている人とも自然に会話ができるて，観光・レジャー，商業施設での利用や若い世代など新たなターゲットに向けた開発を検討しており，利用シーンや商品コンセプ
ト，スタイリングなどに対するアイディアを模索している。そのため今回のデザイン評価実験の目的とも共通するところが多く，

図４

イメージパネル（アクティブタイプ）

図５

評価実験の様子

企業からの協力も得られたことから評価対象に選定した。
3.2.2. 価値構造の把握と指標の選定
実験の実施にあたり，まず，企業の開発担当者と協議し，評価
実験のテーマを「若い世代が考える近い将来におけるパーソナル
モビリティ（スタビィ）の在り方」ということで設定した。次に，スタビィの商品コンセプトや特徴などについて，同じく開発担当者にヒアリングを行い，開発の動機や開発者の想い，スタビィの特徴となる機能・性能，ターゲットユーザー，想定される仕様
シーンなどについて聞き取りを行った。次にヒアリング結果から，キーワードを抽出し，「属性」「機能的ベネフィット」「心理的ベについて評価してもらうという２段階で評価を行うこととした。

ネフィット」に分類する。最後にキーワード同士の関係性を考慮

従って，図２のベネフィットマップの中から，見た目から受ける

しながらマップ上に配置することでベネフィットマップを作成し印象の評価に関連したキーワードとしてとして，アクティブ，安た（図２）。これにより作り手が，ユーザーにどのような価値を定感，小型・軽量などのキーワードを抽出し，指標群の中からキー提供しようとしているのかを，商品の「属性」，「機能的ベネフィッ

ワードと関連性の高い 10 項目を選定した。試乗した後の評価指ト」，「心理的ベネフィット」というる３つの視点からスタビィの標についても同様に , 乗降性，操作性，コミュニケーションなど

価値構造を可視化し，価値要素間の関係を把握することができた。

のキーワードをもとに７項目を選定した（表３）。また，企業か

まず，立ち乗りできることによって高い目線を保持したまま移動

ら観光地や商業施設でのレンタルを想定して，１時間あたりのレすることができ，快適性の向上やアクティブな気持ちにさせるこ

ンタル料金についてユーザーの意見を聞きたいとの要望があったとへとつながっている。また，スタイリッシュなデザインから積ため，PRICE2 を使った質問項目を追加した [ 注９]。さらに，ス

極的に乗ってみたいという気持ちにさせたり，昇降シートの採用，

タビィやパーソナルモビリティに対する考え，被験者属性に関す

小型・軽量化，ジョイスティック操作などによって，行動範囲のる質問などを追加して評価実験を実施した。

拡大，安心感や楽しさといったベネフィットへと繋がっていき，

3.2.3. デザイン評価実験の実施

最終的には生活の質を向上するという価値の提供を目指していることがわかった。

デザイン評価実験は，九州大学の大橋キャンパス内の広場を借りて実施した。アクティブタイプのカウルを装着したスタビィの次に，作成したベネフィットマップをもとに評価指標の選定を実車１台と，ベーシックタイプのカウル部分，基本的な仕様及び行った。評価実験では，まず，見た目から受ける印象をもとにスアクティブタイプとベーシックタイプそれぞれのイメージを印刷

タイリングや安心感，走行性能などについて質問し，その後，実したパネルを設置し，キャンパス内の学生を中心に評価をお願い

際に試乗してもらったうえで，乗降性や操作性，乗り心地などした（図３，４, ５）。実験の結果，74 名からの評価データを収集

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 201625

（a） ベーシックタイプの評価結果（b） アクティブタイプの評価結果

図６

見た目の印象に関する評価結果

図７

試乗後の評価結果することができた。74 名の内訳は，性別では男性 54.1％，女性感のある」で高い評価となった。アクティブタイプでは，「先進45.9％，年齢では，20 歳代が 85.1％，国籍では日本人 61.1％，的な」「スピードが出そう」「アクティブ」「楽しそう」で高い評

留学生 38.9％となった。

価となった。特に，「スピード」「落ち着いた」では両極端の評価となっていることがわかった。また，アクティブタイプは「楽し４．評価データの分析と考察

そう」「コンパクト」「乗ってみたい」でベーシックタイプよりも評価データの分析では，各項目の各選択肢（思う，やや思う，

評価が高かった（図６）。

あまり思わない，思わない）の度数分布を割合で示し，肯定的な次に，グループ別の比較を行った。性別およびパーソナルモビ

意見と否定的な意見との割合を比較することで，評価を行った。

リティを所有しているかどうかによる比較では，両者間に大きなまた，被験者を性別，国籍（日本人学生 or 留学生），パーソナル

差は見られなかった。国籍による比較では，全体的に留学生の評

モビリティを所有しているかどうかの３つのカテゴリーでグルー価が高く，「先進性」「コンパクトさ」「楽しそう」「乗ってみたい」

プ分けを行い比較した。

「スタイリング」などで比較的評価が高かった。

4.1. 見た目の印象に関する評価

以上の結果から，スタビィの見た目から受ける印象として，先まず，ベーシックタイプとアクティブタイプの比較を行った。

進的で楽しそう，乗ってみたいと感じている人が多いことが分

その結果，ベーシックタイプは「先進的な」「落ち着いた」「安定かった。また，国籍の違いによって見た目から受ける印象に大き26

BULLETIN OF JSSD Vol. 63 No. 2 1-8 2016

デザイン学研究

な違いがあることが分かった。

ロセスをプレゼンテーション資料としてまとめることで，どう4.2. 操作性，乗り心地などに関する評価反映されているかを評価することとした。

試乗後の評価では，「乗り降りがスムーズにできる」「操作がはじめに，若い世代のスタビィに対する評価結果について，

直観的でわかりやすい」「操作が楽しい」「歩いている人とも自分析者の思考が入りすぎないようにするため，詳細な考察を加然に会話ができる」などの項目で特に評価が高かった（図７）。

えずに学生たちに説明して，各自気になった分析結果を自由に

グループ別の比較では，性別では「乗り心地」「操作の楽しさ」

解釈し，アイディア展開やデザインコンセプトを考える際の参「わくわく感」で女性の評価が高い。国籍では「操作が分かりや考とするように伝えた。学生たちは日本人学生４人と留学生（主すい」「操作の楽しさ」で留学生の評価が高かった。パーソナルに中国からの留学生）４人で，協議の結果日本人学生は各自でモビリティを所有しているかどうかでは，全体的にパーソナル

１つずつ提案を行い，留学生はチームで提案を行うこととなっモビリティを持っていない人の評価が低く，特に「乗り心地」「安た。日本人学生は現在もしくは近い未来の身近な生活の中にお心感」では差が大きかった。一方で「乗っていてわくわく感がけるパーソナルモビリティの新しいあり方について提案してもある」については逆に評価が高かった。

らった。留学生チームには，自分の国（中国）におけるパーソ

以上の結果から，乗降性や操作性，会話のしやすさといった

ナルモビリティの新しいあり方について提案をしてもらった。

要素では高い評価を得ているが，わくわく感については若干低【提案１】評価結果における「歩いている人とも自然に会話がでめであることがわかった。また，性別やパーソナルモビリティ

きる」「乗り降りがスムーズにできる」という結果に着目し，コの所有の有無での比較から，女性はパーソナルモビリティを所

ミュニケーションの活発化や気軽に乗ることのできる場での利有していない人が男性と比較して多かったことから，普段こう用という２つの視点から，大規模な団地内における移動手段といった乗り物にあまり乗っていない人ほど，わくわく感や操作しての提案を行っている（図８）。また，パーソナルモビリティの楽しさをより感じていることがわかった。

を敷地内の移動手段とし，自動車の駐車場を敷地の外側に配置

4.3. パーソナルモビリティに対する考え方することで，敷地内を大きな庭として利用し，歩車分離による

パーソナルモビリティに対する考え方を前稿の意識調査でも安全性の向上と住居者同士のコミュニケーションの促進を図っ用いた 11 項目について質問し分析を行った。その結果，全体ている。

の傾向として，「運転のしやすさ」「乗り心地の良さ」「燃費」「コ【提案２】提案２では，評価結果から使いやすさに関して高評価

ンパクトさ」「スタイリング」等の項目で重視している人が多いであり，逆に心的印象については評価が低いという読み取りかことが分かった。逆に，「走行性能」「売れ行き，評判」についら，実務的，実用的なシーンでの利用に向いているという考察ては他の項目に比べ重視度はやや低い事が分かった。グループを行っている。そこで，“ 働く現場を考えた，次世代のリフター ”

別の比較では，性別による差はほとんど見られなかった。国籍というコンセプトを立て，病院や図書館などにおける作業を効による比較では，「走行性」「売れ行き，評判」「乗り心地」で留率化，負担軽減のための機器の提案を行っている（図９）。また，学生の重視度が比較的高く，「スタイリング」「カラーリング」

先進の医療現場やスタイリッシュな建物のイメージ合わせたデについては日本人学生の重視度がやや高いことが分かった。パー

ザインにすることで，施設全体のイメージアップにもつながる

ソナルモビリティの所有の有無では，全体に所有していない人という提案を行っている。

の重視度が低く，特に「走行性」「価格の安さ」「スタイリング」【提案３】「乗ってみたいと思う」という評価の低さから，買い「運転する楽しさ」などで重視度が低いことが分かった。

物をしている親子連れをターゲットに，カラフルな外観や二人以上の結果から，若い世代のスタビィに対する評価およびパー

乗り，荷物置き，子どもの興味を引く遊びの機能などを付加す

ソナルモビリティに対する考え方について把握することができることで，思わず乗りたくなるようなパーソナルモビリティをた。また，留学生との比較から，国の違いによって評価や考え提案している。

方に大きな違いがあることがわかった。

【提案４】「わくわく感がある」という評価で，パーソナルモビ
リティの所有の有無により評価に差があったことから，パーソ

５．評価データの有用性に関する検証

ナルモビリティに対する感度（経験）が低いと乗った時のわく評価実験によって得られた分析結果が，実際のデザインプロ

わく感が高いという仮説から，子どもが楽しめる移動手段の提セスにおいてどのように利用されるのか，また，その有用性に案を行っている。また「操作のわかりやすさ」「会話のしやすさ」

ついて検証を行った。方法としては，九州大学の学生に協力しという評価結果から，子どもが移動を楽しみながらコミュニケーてもらい，評価実験の分析結果をもとに，若い世代が考える新ションが取れるパーソナルモビリティというコンセプトを設定

しいスタビィのデザインを提案をしてもらい，そのデザインプ

し，ショッピングセンターやテーマパーク，病院などでの利用

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 2016

27


住宅
住宅

提案例【病院】

住宅


住宅

住宅

・リフトによって腰の負担を軽減
・歩きながらでも会話しやすい
・簡単に操作可能

住宅

図８

日本人学生による提案１（スタビィによる団地の新たなあり方の提案）ਛ࿖ੱ⇐ቇ↢䈏STAVi䈮ኻ䈜
䉎㜞䈇⹏ଔ

図９

日本人学生による提案２（働く現場を考えた，次世代のリフターの提案）ṽญᳯἥ౏࿦䈲ਛ࿖ᱞṽᏒṽญ࿾඙䈱឴ሶᳯᴪ䈇䈮䈅䈦䈩䈇䉎౏࿦䇯

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28

留学生による提案（中国の観光地（公園）におけるレンタルサービスの提案）

BULLETIN OF JSSD Vol. 63 No. 2 1-8 2016

デザイン学研究350䋭450౞/ᤨ
350
450౞/ᤨ

を想定したパーソナルモビリティを提案している。

600 項目を構築することができた。また評価手法では，作り手【提案５】留学生チームは，「中国でのスタビィの展開提案」といの対象に対する考え方をベースとしたベネフィットマップを作成うテーマでアイディア展開を行い，「先進的」「乗ってみたい」「楽し，それをもとに評価指標を選定し評価するという手順を踏むこ

しそう」「スタイリングが好き」「操作そのものが楽しい」など多とで，評価結果から作り手と受け手との間の評価のズレ，つまりくの項目で評価が高かったことから，日本よりも中国での展開の求める価値のズレを把握することが可能となった。これにより，可能性を示唆したうえで，中国市場におけるニーズ調査の結果もデザイン提案を行う際にこれまでと違った視点からのアイディア

踏まえ，「観光」，「学園都市」，「マンションギャラリー」の３つ展開やコンセプト立案，さらには，機能や性能に関する直接的なのシーンにおけるパーソナルモビリティのあり方を，具体的な方課題の抽出などが効果として期待できる。学生たちによるデザイ

向性も交えて提案している（図 10）。

ン提案による検証では，アイディア展開やコンセプト立案におい各学生のプレゼンテーション資料の中に，今回の評価結果をどて効果的に活用されていることを確認することができた。

のように使って最終的なデザイン提案につなげていったのかを記

今後の課題としては，今回構築した評価指標はパーソナルモビ

載してもらい，その内容から考察を行った。いずれの提案においリティの価値全体におけるごく一部を指標化したにすぎず，また，てもコンセプト立案の段階で評価結果のデータを活用しているこ指標の内容も時代の変化に応じて大きく変わっていくと予測されとがわかった。今回は与えられたテーマが曖昧なものだったため，る。そのため，デザイン評価センテンスの収集を継続して行い，評価結果から得られたスタビィの特徴や問題点から，テーマや利指標の充実と更新を進めていく必要がある，また，分析方法や分

用シーンを絞り込んでいき，そこに自らの体験や他からの情報を析結果の可視化の方法についてもより実用的なものにしていくた

加えて，コンセプトの立案へと繋げている。また，ユーザーグルー

めデザイナーなど作り手へのヒアリングを行い課題の抽出し改良

プ間の評価のズレからターゲットユーザーを絞り込んでアイディを進めていく。

ア展開している例も見られた。さらに，具体的なデザインを考え

本研究は科研費（22615031）の助成を受けたものである。

ていく際に，見た目の印象や乗り心地の評価結果をもとに機能の追加や改善策の提案へとつなげている例もあった。以上のことか

参考文献

ら，デザイナーがアイディア展開や具体的な提案を行う際に，評

１）棚橋弘季：デザイン思考の仕事術，日本実業出版社，22-

価実験によって得られたデータが効果的に活用されていることがわかった。また，コンセプトや具体的デザインを裏付ける資料として数値データを利用することによって，提案内容の説得力を高める効果も期待できる。なお，学生たちの提案を，スタビィを開発した企業の担当者に見せたところ，これまで社内では出てこな
かった発想や切り口からの提案があり非常に参考になったとの評
価を得ることができた。
一方で，今回は若い世代の価値観にもとづいた評価結果であっ31，147-150，2009２）樽本徹也：ユーザービリティエンジニアリング，オーム社，
20-64，2005
３）萩原雅之：次世代マーケティングリサーチ，ソフトバンクク
リエイティブ，24-29，2011４）石橋伸介，曽我部春香，森田昌嗣：パーソナルモビリティの価値要素および価値構造の把握，デザイン学研究，60，4，
21-28，2013

たにも関わらず，実際のデザイン提案では高齢者や子育て世代な

５）森田昌嗣，曽我部春香，石橋伸介，池田美奈子： 評価者間

どをターゲットとした提案があり，本研究がターゲットとするの評価のズレに着目したデザイン評価・診断システムのありユーザー層との間にズレが見られた。これは，学生たちに与えた方 , デザイン学研究，56，1，47-54，2009

課題のテーマが曖昧であったこと，提示した評価データを説明す

６）曽我部春香，森田昌嗣，石橋伸介：デザイン賞の審査公表かる際に世代に関する記述を明確にしなかったことなどが要因と考ら抽出した評価指標を用いた評価委ステムの提案，デザインえられる。今後，同様の評価実験や評価データの分析を行う際には，ターゲット層の明確化や分析結果の表現方法などについて改良していくことが課題である。

学研究，56，1，55-64，2009７）石橋伸介，曽我部春香，森田昌嗣：クオリティカルテを用いた空間評価指標と手法の開発，デザイン学研究，57，1，
85-92，2010

６．おわりに
本研究では，パーソナルモビリティに特化したデザイン評価・
診断システムの構築に向け，若い世代に着目して，パーソナルモ８）石橋伸介，曽我部春香，森田昌嗣：公共空間のデザイン評価・
診断システムの構築とその活用，デザイン学研究，57，4，
25-34，2010

ビリティに対する価値構造の把握とそれにもとづいた評価指標お９）株式会社 日本能率協会総合研究所：最新マーケティングリ

よび評価手法の構築を行った。その結果，評価指標に関しては約

サーチ・テクノロジー全集，同社発行，434-442，2007

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 201629

Improvement of m-plane ZnO ﬁlms
formed on buffer layers on sapphire
substrates by mist chemical vapor
deposition

solidistatusphysicaPhys. Status Solidi A, 1–5 (2017) / DOI 10.1002/pssa.201600603

awww.pss-a.com

applications and materials science

Hironobu Tanoue1, Masato Takenouchi1, Tatsuya Yamashita2, Shohei Wada1, Zenji Yatabe3,
Shoji Nagaoka4,5, Yoshihiro Naka1, and Yusui Nakamura*,5,6
1

Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University, 860-8555 Kumamoto, Japan
Faculty of Engineering, Kumamoto University, 860-8555 Kumamoto, Japan
3
Priority Organization for Innovation and Excellence, Kumamoto University, 860-8555 Kumamoto, Japan
4
Kumamoto Industrial Research Institute, 862-0901 Kumamoto, Japan
5
Kumamoto Institute for Photo-Electro Organics, 860-0901 Kumamoto, Japan
6
Faculty of Advanced Science and Technology, Kumamoto University, 860-8555 Kumamoto, Japan
2

Received 13 August 2016, revised 1 December 2016, accepted 12 December 2016
Published online 11 January 2017
Keywords buffer layers, mist chemical vapor deposition, sapphire, substrates, thin films, ZnO* Corresponding author: e-mail yusui@cs.kumamoto-u.ac.jp, Phone: þ81 96 342 3842, Fax: þ81 96 342 3842

The crystal quality of ZnO ﬁlms grown by mist chemical vapor
deposition (mist-CVD) was improved by introducing ZnO
buffer layers on sapphire substrates. The ZnO ﬁlms weregrown by high-speed rotation-type mist-CVD with a ZnCl2
aqueous solution, which provided uniform epitaxial layers over
2-inch wafers. To grow the ZnO buffer layers, it is necessary toform small grains of polycrystal. Therefore, we attempted to
grow the ZnO buffer layers using a Zn(CH3COO)2 aqueous
solution, which provides a small grain size of about 100 nm. By
using the buffer layers, the full width at half-maximum of an
X-ray v-rocking curve for the ZnO ﬁlm was reduced from
0.698 to 0.388, showing improvement of the crystal quality.

ß 2017 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

1 Introduction Recently, gallium nitride (GaN)based light-emitting diodes (LEDs) have been widely usedin light sources of illuminations and back lights ofdisplays [1, 2]. However, the GaN LEDs include minor
metals of In and Ga, and metal organic chemical vapor
deposition (MOCVD) is necessary to fabricate the LEDs,
which need expensive high-purity toxic gases and lowvacuum conditions. It is essential to utilize abundantmaterials and a simple growth system toward low-cost ZnObased LEDs [3–5]. To realize this target, combination ofZnO material and mist chemical vapor deposition (mistCVD) [6, 7], which is similar to spray-CVD [8–10], is aneffective method. In mist-CVD, a source solution is
atomized by an ultrasonic vibrator and mist is transferred
to a substrate in a furnace by a carrier gas, and many kinds ofoxide thin ﬁlms are formed at atmospheric pressure in a
simple system. However, when cold mist comes into contact
with the substrate, the cold mist is gradually heated, which

produce temperature gradient on the substrate. Thistemperature gradient results in a ﬁlm-thickness distribution
and also ﬁlm-quality distribution. Therefore, it is important
to improve the uniformity of the ﬁlms.
Toward a commercial products of ZnO LEDs, it isvaluable to apply high-speed rotation of substrates to mistCVD. The boundary-layer theory in ﬂuid dynamics suggeststhat when a disk rotates at a high speed keeping laminar
ﬂow, uniform temperature and concentration of the gas are
expected on the rotating disk surface [11, 12]. Already, thishigh-speed rotation-type systems have been used in CVD or
MOCVD for Ge, Si, group III–V material such as
AlGaInP [13–15]. Recently, a couple of companies haveapplied this method to MOCVD systems for mass
production of GaN-based devices and realized highuniformity. Therefore, it is important to create high-speed
rotation-type systems also for mist-CVD as a nextgeneration low-cost ﬁlm-formation method. We have
ß 2017 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

30

solidistatusphysicapssa2

H. Tanoue et al.: Improvement of m-plane ZnO films formed by mist-CVD

developed high-speed rotation-type mist-CVD, which
provides uniform ZnO epitaxial ﬁlms over 2-inch sapphire
substrates [16]. At present, a technical barrier to realize
ZnO-based LEDs is to form p-type ZnO. After any
breakthrough regarding the barrier, mass production of
ZnO-based LEDs at low cost would be necessary, which
could be realized by the high-speed rotation-type mist-CVD.
In this study, we improved the crystal quality of theuniform ZnO epitaxial ﬁlms by introducing ZnO buffer
layers [17, 18], since there are fewer reports on formation of
the buffer layers by mist-CVD. In addition, we focused on
the formation of nonpolar m-plane (10–10) ZnO ﬁlms on
sapphire substrates, since high emission efﬁciency is
expected from quantum-well layers. This is because noelectric ﬁeld in the quantum wells is formed on nonpolar
ZnO planes such as m-plane or a-plane [19–21], where
recombination probabilities of electrons and holes are large.
In contrast, a strong electric ﬁeld is formed on a polar ZnO
plane such as the c-plane, where the recombination
probability becomes small because the wave functions ofelectrons and holes are shifted from each other. To form the
m-plane ZnO ﬁlms, we used m-plane sapphire substrates
with domain-matching epitaxy [22, 23] since both lattice
constants are very different from each other.
2 Uniform ZnO ﬁlms formed by high-speed
rotation-type mist-CVD
2.1 Experimental Figure 1a shows the conventionaltype mist-CVD system, where mist ﬂows parallel to thesubstrates. In the case of this system, the ﬁlm thickness is not
uniform on the substrate due to variation of surface
temperature because the cold mist comes into a hot reaction
region and is gradually heated. To resolve this problem, we
have developed a high-speed rotation-type mist-CVD
system as shown in Fig. 1b. In this system, mist ﬂows
perpendicular to the rotating substrates, and uniform
thickness is expected to be formed when experimental
conditions based on boundary-layer theory in ﬂuid
dynamics are satisﬁed. In these systems, aqueous solutions
including Zn are atomized and the mist of the solution istransferred with a N2 carrier gas to the hot reaction region,
forming ZnO ﬁlms on substrates. In the conventional-type
mist-CVD system, ﬁlm thickness usually increases along thedirection from the inlet to the outlet on the substrates
because the mist temperature is lower at the inlet and higher
at the outlet. In contrast, in the high-speed rotation-type
mist-CVD system, uniform thickness is expected. In thegrowth of the ZnO ﬁlm, a ZnCl2 aqueous solution withconcentration of 0.1 mol L1 and N2 carrier gas with ﬂow
rate of 5 L min1 were used, and the growth duration was
1 h. The concentration of 0.1 mol L1 was an appropriate
intermediate value because much mist cannot be formed due
to high viscosity in the case of a denser solution andthe growth rate of ZnO is too small in the case of a dilute
solution. The carrier gas of N2 was used for two reasons. The
ﬁrst reason is that easy and safe treatment is possible. The
second reason is that O2 gas is not necessary as an oxidant
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Figure 1 (a) Conventional-type mist-CVD system. (b) Highspeed rotation-type mist-CVD system.

for Zn because the main oxidant is H2O in the mist. After
preparation of samples, we characterized the thickness
variation of the samples by a step proﬁler and the crystal
quality of the samples by X-ray diffraction (XRD) in u–2u
and w scanning modes. The ﬂow rate of the carrier gas(5 L min1) was determined to position the deposition areaof ZnO just on the substrate in the furnace. In the case of too
small a ﬂow rate, the deposition area would be at the inlet
side of the furnace, while the deposition area would be at theoutlet side of the furnace in the case of too large a ﬂow rate.
2.2 Results and discussion Figure 2 shows the ZnO
ﬁlm thickness distribution formed by the high-speed
rotation-type mist-CVD system. In the case of no rotation(0 rpm), the ﬁlm was thicker at the center of the substrate,
because the amount of incident mist was highest at thecenter. With rotation speeds of 100 and 300 rpm, the ﬁlms
were thicker at the edge of the substrate than at the center.
This was probably because mist incident on the center
moved to the edge as a result of centrifugal force caused byrotation of the substrate. The mist moved to the edge andprobably absorbed thermal energy along the edge, whilethermal decomposition and chemical reaction of the mist
were enhanced near the edge. This is a similar mechanism tothat for the standard-type mist-CVD mentioned above. In
contrast, uniform thickness was obtained at a rotation speedof 1000 rpm. Thickness variation was less than 2% from theaverage thickness over the 2-inch substrate [16], whichwww.pss-a.com

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 201631

Original
Paper
Phys. Status Solidi A (2017)3

this w scan measurement, the ZnO (10–11) and sapphire(11–20) planes were used as the monitoring planes, where
Bragg conditions were set to be satisﬁed.
From these results of Figs. 2 and 3, it was shown that the
thickness and crystallographic properties were homogeneous across the substrate, and that the ZnO ﬁlm was
epitaxially grown on the sapphire substrate [16]. In the
direction lateral to the sapphire substrate, four small
rectangular ZnO lattices are formed on one large sapphire
rectangular lattice in the sapphire [0001] direction,
indicating domain-matching epitaxy [22, 23], where thelattice mismatch in the ZnO [0001] direction is 9.7%, andthat in the ZnO [11–20] direction is 0.1%.

Figure 2 Film-thickness distribution formed by high-speed
rotation-type mist-CVD system. At a rotation speed of1000 rpm, uniform thickness of the ZnO ﬁlm is realized.

would satisfy an industrial requirement of a thin-ﬁlm
formation system. In addition, uniform ZnO single-crystal
ﬁlm was successfully formed over 2-inch wafers as
described below. Figure 3a and b show the results of
X-ray diffraction (XRD) in u–2u and w scanning modes,
respectively. From the results of the u–2u scan in Fig. 3a,
only ZnO (10–10), ZnO (20–20), and sapphire (30–30)
peaks are observed at positions of 15, 25, and 35 mm along
the diameter of the 2-inch sapphire substrate, which showsthat only m-plane ZnO was grown on the sapphire substrate.
From the results of the w scan in Fig. 3b, two peaks spacedby 1808 were observed for both ZnO and sapphire, since thecrystal lattices of m-plane ZnO and m-plane sapphire areboth rectangular with two-fold symmetry. The c-axes of
ZnO and that of sapphire perpendicularly crossed each otheron the sapphire substrate, namely ZnO [0001] ||sapphire [11–20] and ZnO [11–20] || sapphire [0001]. In

Figure 3 (a) Results of XRD measured in a u–2u scan. (b) Resultsof XRD measured in a w scan.
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32

3 High-quality ZnO ﬁlms formed on ZnO buffer
layers
3.1 Experimental In our previous report [16], thecrystal quality of ZnO ﬁlms was characterized by full widthat half-maximum (FWHM) in X-ray v-rocking curves,which was a relatively large value of about 0.88. In thisstudy, we introduced buffer layers to improve the crystal
quality. In the case of epitaxial growth of GaN layers on
sapphire substrates, thin amorphous AlN buffer layers
including small grains were grown at low temperatures andthe small grains work as appropriate nucleation centers toenhance lateral growth forming epitaxial layers [1, 24].
However, in the case of ZnO, it is not easy to form
amorphous layer, and polycrystal ZnO layers are formed
even at low temperature. On the contrary, Itagaki et al.
reported that high-quality ZnO ﬁlms were formed by
sputtering deposition on ZnO buffer layers with small-grain
polycrystal [17, 18]. This is probably because small-grain
polycrystal of ZnO worked as the appropriate nucleation
centers since the AlN low-temperature buffers for GaN
epilayers have similarly many nucleation centers. Therefore, we applied this method to mist-CVD by forming smallgrain polycrystal. In the case of a ZnCl2 aqueous solution,
the crystal grain size is larger than several micrometers, but
in the case of a Zn(CH3COO)2 aqueous solution, the crystal
grain size is as small as about 100 nm, which will bereported in a separate paper in detail. This is probably
because migration of Zn species on the sample surface isrestricted by incorporation of carbon contained in theZn(CH3COO)2 solution. In this experiment, concentrationof the Zn(CH3COO)2 aqueous solution was 0.1 mol L1,and ﬂow rate of the N2 carrier gas was 10 L min1. To ﬁnd
an optimum condition, we changed the growth temperatures
for the buffer layers from 500 to 800 8C. For the growth of
the buffer layer, we intentionally used the conventional-type
mist-CVD providing thickness variation, which is appropriate to obtain many data points from one sample.
We characterized the surface morphologies of thesamples by scanning electron microscopy (SEM) not only
for the ZnO ﬁlms on the buffer layers but also the buffer
layers. We also measured XRD in u–2u mode for the buffer
layers and XRD in v-rocking mode for the ZnO ﬁlms toevaluate crystal quality from the FWHM.
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solidistatusphysicapssa4

H. Tanoue et al.: Improvement of m-plane ZnO films formed by mist-CVD

3.2 Results and discussion Figures 4a–d show
SEM images of the ZnO buffer layers grown with the Zn(CH3COO)2 solution at 500 to 800 8C, respectively. Small
grains with about 100 nm size are observed at 600 and
700 8C in Fig. 4b and c, where the estimated thickness of thebuffer layers was typically about 20 nm which is anappropriate thickness as the buffer layer. However, large
grains with about 1 mm size are observed at 800 8C, whichwere formed probably due to the large migration length athigh temperature. On the contrary, noncrystal-like structures are seen at 500 8C, which is probably due to the shortmigration length at low temperature and much contamination by carbon contained in the Zn(CH3COO)2 solution. On
the several type of the ZnO buffer layers shown in Fig. 4a–d,
we overgrew 700-nm thick ZnO ﬁlms at 725 8C using thehigh-speed rotation-type mist-CVD, providing uniform
thickness of ZnO ﬁlms on the ZnO buffer layers withthickness gradient. In the overgrowth, the rotation speed was1000 rpm, growth duration was 30 min, and the

Figure 4 (a–d) SEM images of ZnO buffer layer, where small
grains are observed in (b) and (c). (e–h) SEM images of overgrown
ZnO ﬁlms on the buffer layers, where smooth surfaces areobserved in (f) and (g).
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Figure 5 XRD results of u–2u scan only for ZnO buffer layers,
where strong (10–10) peaks are observed at 600 and 700 8C.
(&: Peak of Au deposited for SEM).

concentration of the ZnCl2 aqueous solution was 0.1 mol
L1, and the ﬂow rate of the N2 carrier gas was 5 L min1.
Figure 4e–h shows SEM images of the ZnO ﬁlms
overgrown on the buffer layers of Fig. 4a–d, respectively.
In these SEM images, Fig. 4f and g show smooth surfaces,
which correspond to the buffer layers with small grains. In
addition, in order to investigate the quality of only the buffer
layer without overgrown ZnO ﬁlms, an XRD u–2u scan was
performed as shown in Fig. 5. In Fig. 5, at growthtemperatures of 600 and 700 8C corresponding to the case ofsmall grains, only ZnO peaks of (10–10) and (20–20) except
for the sapphire peaks were observed, and the peaks of ZnO(10–10) are stronger than other cases at temperatures of 500
and 800 8C. One possible explanation of this result is thesimilarity between the AlN low temperature buffer for GaN
epilayers and the small grains of the ZnO buffer in
Fig. 4b and c, because small grains are included in bothbuffer layers and worked as nucleation sites [1, 24].
Finally, we characterized the crystal quality by FWHM
in XRD v-rocking curves of the overgrown ZnO ﬁlms asshown in Fig. 6. In this XRD measurement, mainly the
crystal quality of the thick ZnO ﬁlms should be evaluatedbecause the thicknesses of the ZnO buffer layers were only
about 20 nm, while that of ZnO ﬁlms were as thick as
700 nm. Figure 6a shows the v-rocking curves of theovergrown ZnO ﬁlms on the buffer layer, where growthtemperatures TB for the buffer are indicated. We plot the
FWHM of the v-rocking curves in Fig. 6b. In the case of 600
and 700 8C, the FWHMs were narrow, showing that highquality ZnO ﬁlms were formed. These growth temperatures
correspond to the case of the small grains in SEM images inFig. 4b and c, the smooth surfaces in SEM images inFig. 4f and g, and strong XRD peaks of only the buffer layers
in Fig. 5.
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熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 201633

Original
Paper
Phys. Status Solidi A (2017)

Figure 6 (a) XRD results of v-rocking curves for ZnO (10–10)
peaks are plotted for the various growth temperatures TB. (b)FWHMs of the v-rocking curves are shown. At a growthtemperature of 700 8C, the minimum value of FWHM is seen,
which corresponds to the buffer layer with small grains.

In particular, in the case of the buffer layer grown at
700 8C, the FWHM of the v-rocking curve has the minimum
value of 0.388, while the FWHM for a ZnO ﬁlm grownwithout the buffer layer was as large as 0.698. These results
indicate that the crystal quality of ZnO ﬁlms was improvedby introducing the buffer layers with small grains.
4 Conclusions The ZnO buffer layers with a small
grain size of about 100 nm were grown by using aZn(CH3COO)2 aqueous solution. On the buffer layer,
ZnO ﬁlms were overgrown by using a ZnCl2 aqueous
solution. The crystal quality of the ZnO ﬁlms wascharacterized by an SEM and an XRD v-rocking curve.
From the results, the FWHM of the ZnO ﬁlms was reduced
from 0.698 to 0.388 by introducing the ZnO buffer layer withsmall grains.
Acknowledgement This work was partly supported by
JSPS KAKENHI Grant Number 15K05991.

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ß 2017 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Thin Solid Films 576 (2015) 31–37

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journal homepage: www.elsevier.com/locate/tsf

Chemical mechanical polishing of transparent conductive layers using
spherical cationic polymer microbeads
Shoji Nagaoka a,b,c,⁎, Naoya Ryu a, Akio Yamanouchi b, Tomohiro Shirosaki a,c, Maki Horikawa a,b,c,Hideo Sakurai b,c, Makoto Takafuji b,c, Hirotaka Ihara b,cabc

Kumamoto Industrial Research Institute, 3-11-38 Higashimachi, Higashiku, Kumamoto 862-0901, Japan
Department of Applied Chemistry and Biochemistry, Kumamoto University, 2-39-1 Kurokami, Chuouku, Kumamoto 860-8555, Japan
Kumamoto Institute for Photo-Electro Organics (Phoenics), 3-11-38 Higashimachi, Higashiku, Kumamoto 862-0901, Japana r t i c l e

i n f oArticle history:
Received 7 May 2014
Received in revised form 15 December 2014
Accepted 15 December 2014
Available online 23 December 2014
Keywords:
Chemical mechanical polishingTransparent conductive oxide
Cationic polymer
Spherical microbeads
Surface morphology
Organic light emitting diodesa b s t r a c t
Spherical cationic polymer microbeads were used to chemically mechanically polish transparent conductiveoxide (TCO) layers without the need for inorganic abrasives. Poly(methyl acrylate) (PMA) was used as thepolymer matrix. Surface cationization of the spherical PMA microbeads was achieved by aminolysis using 1,2diaminoethane. The amino group content of the microbeads was controlled using the aminolysis reaction time.
The surface roughness of the TCO polished using the cationic polymer microbeads was similar to that of TCO
polished with an inorganic abrasive. The microbead-polished TCO layer was slightly thinner than the unpolished
TCO layer. The sheet resistance of the TCO layer polished using the microbeads was lower than that polishedusing the inorganic abrasive. The TCO polishing ability of the microbeads was dependent on their cationicproperties and softness.
© 2014 Published by Elsevier B.V.

1. Introduction
Transparent conductive oxides (TCOs) are widely used as electrolytes in organic electronic devices, including liquid crystal devices,
solar cells, and organic light emitting diodes (OLEDs). TCOs, including
indium tin oxide (ITO), zinc oxide, aluminate zinc oxide, and F-doped
tin oxide are generally formed on substrates by DC magnetron
sputtering, vacuum deposition using resonance heating, or spraypyrolysis [1–6]. Crystalline conductive oxides grow vertically on
substrate surfaces, and tall projections and spiked structures several
tens of nanometers high can form on targets sputtered with TCOs
[7]. ITO is a widely used TCO because of its high conductivity andtransparency. Amaral et al. reported that the surface roughness of
ITO increased with deposition thickness [7].
The inﬂuence of thermal annealing on the microstructure andsurface morphology of ITO has been investigated by Raouﬁ et al., whofound that a higher ﬁlm annealing temperature increased the surface
roughness [8]. Leakage current ﬂows toward spiked structures on ITO⁎ Corresponding author at: Kumamoto Industrial Research Institute, 3-11-38
Higashimachi, Higashiku, Kumamoto 862-0901, Japan. Tel.: +81 96 368 5359; fax: +81
96 369 1938.
E-mail address: nagaoka@kmt-iri.go.jp (S. Nagaoka).

layer surfaces, causing short circuiting between the anode and cathode.
This causes dark spots in OLED displays owing to the resulting absenceof light emission [9,10]. Because rough ITO surfaces promote thegeneration of defects, a smooth ITO surface morphology allows the
preparation of OLEDs with long lifetimes [11–13]. Jung et al. investigated the effects of the mechanical polishing and annealing of ITO surfaces
on OLED performance, and found that the current density andluminance of a device containing highly planar ITO were nearly 10
times greater than those of that containing as-received ITO [14]. However, a comprehensive study on the abrasiveness and surface resistance of
ITO layers remains lacking. ITO layers sputtered during thermal treatment in oxygen plasma contain no surface projections, allowing ﬂat
ITO thin layers to be fabricated [9,10]. However, such treatments tend
to increase the sheet resistance [10], and high ITO sheet resistances
are unfavorable in liquid crystal devices, solar cells, and OLEDs. Because
ITO thin ﬁlms of low sheet resistance and ﬂatness cannot readily beformed by sputtering, newly formed ITO thin layers are typicallypolished when fabricating devices.
In the current study, the polishing of ITO using cationic polymer
microbeads was carried out as an alternative to inorganic abrasive
polishing. The conductive properties of the TCO layer were retained
without damage to the ITO surface. The structure of the abrasive material is shown schematically in Fig. 1. The planarization of the ITO surface

http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2014.12.028
0040-6090/© 2014 Published by Elsevier B.V.

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 2016

35

32

S. Nagaoka et al. / Thin Solid Films 576 (2015) 31–37
Table 1
Aminated polymer microbead sample names and amino group contents.

C NH CH2 CH2
O
NH +
3

In3+

NH3+
O
C NH CH2 CH2Fig. 1. Structure of the abrasive material. Planarization of the ITO surface was promoted by
the chelating effect of the cationic PMA microbeads toward In3+.

was promoted by the chelating effect of the cationic PMA microbeads
toward In3+, and was the driving force for the polishing process.

Microbeads

Reaction time (h)Amount of aminogroup (meq/g)

Swelling degree(wet-ml/dry-g)

PMA
PMA24
PMA48
PMA96
PMA192

0
24
48
96
192

0
1.63
3.84
4.58
5.89

Aggregate in water
2.33
5.53
7.68
16.5

abrasive materials and polishing urethane hard pads (Lam Plan Industries Ltd., Sevenoaks, UK) were used. The ITO layer was stressed at
8.62 kPa, as shown in Fig. 2. Commercial colloidal silica abrasives Si-20(20 nm particle size) and Si-80 (80 nm particle size) (JGC Catalysts
and Chemicals Ltd., Kawasaki, Japan) were also tested for comparison.
Polishing was also carried out using 2-aminoethanol instead of anabrasive, as a control. The ITO layer thickness was measured using spectral ellipsometry (FE5000; Otsuka Electronics Co. Ltd., Osaka, Japan).

2. Experimental
3. Results and discussion
2.1. Preparation of soft chemical mechanical polishing materials
3.1. Preparation of spherical surface-cationized polymer microbeads
Various spherical surface-cationized polymer microbead samples
were prepared by the aminolysis of spherical poly(methyl acrylate)(PMA) microbeads (15 μm, Sekisui Plastics Co. Ltd., Osaka, Japan)
using 1,2-diaminoethane [15], as shown in Scheme 1. The sample
names of the aminated polymer microbeads are shown in Table 1.
PMA spherical microbeads (10 g) were aminated by stirring in 150 mL
of 1,2-diaminoethane at 90 °C for 24, 48, 96, or 192 h. The obtained
microbeads were collected by ﬁltration, washed with water and methanol, and dried under vacuum. The amino group content of the
microbeads was determined by stirring in aqueous 0.05 M HCl for 1 h.
The microbeads were removed by ﬁltration, and the ﬁltrate was titrated
against aqueous 0.05 M NaOH [16]. Fourier transform-infrared (FT-IR)
spectra were collected using a Jasco FT/IR-700 spectrometer (Jasco
Co. Ltd., Tokyo, Japan). The microbeads were observed using ﬁeldemission scanning electron microscopy (FE-SEM; SU-8000; Hitachi
High Technologies, Co. Ltd., Tokyo, Japan). The TCO surface wasobserved using atomic force microscopy (AFM; di Innova; Veeco Instruments Inc., New York, USA). The transparency of the TCO substrate was
evaluated using ultraviolet–visible (UV–vis) absorption spectroscopy(UV–VIS650; Jasco Co. Ltd., Tokyo, Japan). Quantitative analysis of theadsorption of In3+ by the aminated microbeads was performed using
inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES;
iCAP 6300; Thermo Fisher Scientiﬁc K. K., Yokohama, Japan).

The aminolysis of the spherical PMA microbeads was conﬁrmed by
the decreased absorption at 1730 cm−1 [νC = O(ester)] as the aminolysis
reaction proceeded, as shown in the FT-IR spectra in Fig. 3. Absorptionsat 1650 [νC = O(amide)] and 3400 (νN-H) cm−1 also increased with reaction time. The amino group contents of the polymer microbead
samples were estimated to be 1.63 (PMA24), 3.84 (PMA48), 4.58
(PMA96), and 5.89 (PMA192) meqg− 1, as shown in Table 1. The
microbeads were typically spherical, as shown in Fig. 4(b)–(e). The
amino group content and swelling degree of the microbeads areplotted against the aminolysis reaction time in Fig. 5(a) and (b), respectively. Both amino group content and swelling degree increased
with aminolysis reaction time. The swelling degree of PMA192 was
16.5 wet-ml/dry-g. PMA192 had the typical morphology of a highlyswollen gel with a spherical shape, as shown in Fig. 4(e). The unevensurface of PMA 192 was caused by severe swelling and shrinking.
The adsorption properties of the aminated PMA microbeads toward
In3+ were investigated. 100 mg of aminated PMA48 microbeads wereadded to 50 ml of aqueous 1.0 mM InCl3, and the resulting solution
was stirred for 1 h. The microbeads were removed by ﬁltration, andthe In3+ content of the ﬁltrate was analyzed using ICP-OES. The In3+
concentration of the ﬁltrate after adsorption by PMA48 was 0.48 mM.
Thus, the adsorption capacity of PMA48 for In3+ was 0.26 meq/g. The
adsorption capacities of the unmodiﬁed PMA microbeads and colloidal

2.2. Polishing experiments
ITO (thickness: 329 nm; sheet resistance: 4.65 Ω/sq.; Geomatec Co.
Ltd., Yokohama, Japan) was used as the TCO layer. Planarization of the
ITO layer was carried out using a polishing machine with rotatingplates (60 rpm, Lapolish; Tokyo Seimitsu Co. Ltd., Tokyo, Japan). Various

Weight Jig
TCO glass

Rotation

Retainer Ring
Fixation Jig

Slurry of polishing materials

Rotation( CH2 CH )n
CO
O
CH3

( CH2 CH )n
NH2CH2CH2NH2

Aminolysis

CO
Stan Rotation Plate

NH

Balance Plate

CH2
CH2
NH2

Scheme 1. Aminolysis of PMA microbeads using 1,2-diaminoethane.

36

Polishing Pad

Rotary Motor

Fig. 2. Apparatus used to polish the ITO thin layers.

S. Nagaoka et al. / Thin Solid Films 576 (2015) 31–37

33

3.2. Polishing of ITO surface with commercial colloidal silica

a)
b)

c)

d)

e)

νC=O(ester)νC=O(amide)
4000

3000

2000

1500

1000

400

Wavenumber(cm-1)
Fig. 3. FT-IR spectra of PMA microbeads (a), and PMA microbeads surface-aminated for(b) 24, (c) 48, (d) 96, and (e) 192 h.

silica for In3+ were 0.008 and 0.022 meq/g, respectively, indicating little
adsorption capacity toward In3+.
Fig. 6 shows a SEM image and corresponding energy dispersive
X-ray spectroscopy (EDX) map of the surface of the aminated PMA
microbeads after the adsorption of In3+. The PMA48 microbead surface
was covered with In3 + as a result of chelation by amino groups. Thissuggested that the aminated PMA microbeads would be suitable ITO
polishing materials.

a)Table 2 shows the surface roughness (Ra), maximum vertical interval (Rmax), thickness, and sheet resistance of ITO layers (ITO-Sil-20
and ITO-Sil-80) before and after polishing with the commercial colloidal
silica materials. The Ra and Rmax values of the unpolished ITO layer were
3.89 and 45.7 nm, respectively. After polishing with Sil-20 for 4 min,these values decreased to 2.90 and 26.4 nm, respectively. After polishingwith Sil-80 for 4 min, the Ra and Rmax values were 2.41 and 23.9 nm,
respectively.
After 8 min of polishing, the Ra values of ITO-Sil-20 and ITO-Sil-80
were 1.82 and 1.46 nm, respectively, while their Rmax values were18.4 and 17.3 nm, respectively. Thus, the Ra and Rmax values for ITOSil-80 were smaller than those of ITO-Sil-20. Fig. 7 shows AFM imagesof the surfaces of the ITO layers before and after polishing for 4 min.
As shown in Fig. 7(b), the surface of ITO-Sil-20 was ﬂatter than that of
the unpolished ITO. Fig. 7(c)1 and 7(c)2 show the two surface morphologies observed on ITO-Sil-80. In Fig. 7(c)1, the surface morphology appears ﬂat, but scratches and peelings are observed in Fig. 7(c)2.
The thickness and surface properties of the ITO layers were investigated. The sheet resistance of an ITO layer depends on its thickness.
The thickness of the unpolished ITO layer was 329.3 nm, as shown in
Table 2. The thickness of ITO-Sil-20 decreased from 329.3 to 313.2 nm
after polishing for 4 min, and then to 309.7 nm after polishing for a
total of 8 min. The thickness of ITO-Sil-80 decreased to 303.6 nm after
8 min polishing.
The sheet resistance of the ITO layers increased with polishing time.
The sheet resistance of the unpolished ITO layer was 4.65 Ω/sq, while
those of ITO-Sil-20 and ITO-Sil-80 after 4 min polishing were 4.85 and4.99 Ω/sq., respectively. After polishing for a total of 8 min, these sheet
resistances had increased to 5.23 and 5.27 Ω/sq., respectively. Although
the polishing rate of ITO-Sil-80 was higher than that of ITO-Sil-20,
scratching and peeling of the ITO thin layer were observed for ITO-Sil80. Therefore, ITO-Sil-20 was selected for comparison with theaminated PMA microbead-polished samples.
3.3. Polishing of ITO surface with cationic polymer microbeads
The aminated polymer microbeads were adopted as cationic polymer microbeads. The effect of the amino group on polishing was investigated as follows. An ITO layer was polished for 8 min using aurethane hard pad and 4 wt.% 2-aminoethanol without an abrasive(ITO-Pad-AEA). Another ITO layer was also polished using a pad without

b)

6 μm

c)

6 μm

6 μm

e)

d)

6 μm

6 μm

Fig. 4. SEM images of (a) PMA, (b) PMA24, (c) PMA48, (d) PMA96, and (e) PMA192.

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.53. 2016

37

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S. Nagaoka et al. / Thin Solid Films 576 (2015) 31–37b)
Swelling degree (wet-ml/dry-g)

Amount of amino group (meq/g)a)Aminolysis reaction time (h)Aminolysis reaction time (h)Fig. 5. (a) Swelling degree and (b) amino group content of PMA microbeads prepared with increasing aminolysis time.

2-aminoethanol (ITO-Pad). The Ra and Rmax values, thicknesses, andsheet resistances of ITO-Pad and ITO-Pad-AEA are summarized inTable 3. The Ra and Rmax values measured for ITO-Pad were 2.66 and38.3 nm, respectively, and the thickness of the ITO-Pad layer was
328.7 nm. Thus, the Ra and Rmax values did not signiﬁcantly changewith polishing, and there was no change in the ITO thickness. The Ra
and Rmax of ITO-Pad-AEA polished for 8 min were 2.57 and 24.3 nm, respectively, and the thickness of the ITO-Pad-AEA layer was 325.8 nm.
The decreased Ra and Rmax values and thickness were attributed todissolution of the surface of the ITO layer through hydrolysis by the 2aminoethanol in the aqueous solution. The sheet resistances of ITOPad and ITO-Pad-AEA were 4.80 and 5.15 Ω/sq., respectively. Although
the thickness of the ITO-Pad-AEA layer was smaller than that of ITOPad, its sheet resistance was much higher. Larger ITO thicknesses
typically result in lower sheet resistances. The higher sheet resistanceof ITO-Pad-AEA was attributed to the adsorption of 2-aminoethanolon the ITO surface via electrostatic interaction between the ITO andamino groups. The amino groups dissolved the ITO surface, and thenstrongly interacted with residual surface ions. Therefore, the aminogroups immobilized on the polymer microbeads acted as an abrasive
support.
The Ra and Rmax of ITO layers (ITO-PMA24, 48, 96, 192, and ITO-Sil20) polished with the cationic polymer microbead samples (PMA24,
48, 96, and 192) and Sil-20 are summarized in Table 4. The Ra andRmax of the ITO polished using the cationic polymer microbeads andSil-20 were lower than those of unpolished ITO. In the case of the cationic polymer microbead-polished ITO layers, after polishing for 4 min, theITO layer thickness decreased with increasing microbead amino groupcontent. The thickness of ITO-PMA192 was the smallest of the ITO layersa)b)polished using the cationic polymer microbeads. These results indicatedthat amino groups within the microbeads dissolved the ITO surface,because the extent of the thinning increased with amino group content.
The Ra and Rmax of ITO-PMA48 were the lowest among the ITO layers
polished using the cationic polymer microbeads. This indicated thatthe polishing mechanism depended on aminolysis and chelation, andalso on the mechanical strength of the microbeads. PMA192 was too
soft to polish the ITO layer because of its excessive swelling. However,after polishing for 8 min, the thickness of the ITO-PMA192 layer was
the smallest of the ITO samples polished using the cationic polymer
microbeads. This result indicated that PMA192 exhibited the strongest
chelation and hydrolysis capability among the PMA microbead samples,
because these microbeads had the highest amino group content. The
surface of PMA192 had a major impact on the ITO surface, dissolving it
and adsorbing In3 +. The thickness of ITO-PMA192 (315.7 nm) after
8 min polishing was 13.6 nm smaller than that of the unpolished ITO
layer (329.3 nm).
The Ra and Rmax of ITO-PMA48 were smaller than those of ITOPMA192, though the thickness of the former was larger. The sheet
resistance of ITO-PMA192 was the highest of all the polished ITO
samples. This increased sheet resistance was attributed to the adsorption of PMA192, and its contamination of the ITO surface. It is thoughtthat the polymer matrix of the PMA192 microbeads decomposed as aresult of excess amino group content. This was because the PMA192
microbeads were the most swollen and softest among the aminated
PMA and original PMA microbeads. Thus, PMA192 was unsuitable forpolishing ITO.
PMA48 was able to remove the spiked ITO morphology while
retaining the ITO layer thickness. Sufﬁcient mechanical strength of the
microbeads was necessary to remove spiked features from the ITO
surface because of the physical adsorption of the microbeads to them.
Thus, PMA48 exhibited the best spiked feature removal ability of thesamples. A signiﬁcant decrease in thickness was observed for ITOPMA192. As discussed above, the amount of decrease in the ITO layer
thickness depended on chelation and hydrolysis. Table 3 shows thatthe thickness of the ITO-Pad-AEA layer decreased from 329.3 toTable 2
Surface properties and thicknesses of ITO layers polished using colloidal silica.

5 μm

5 μm

Fig. 6. (a) SEM image and (b) corresponding EDX map of the surface of PMA48 after
adsorbing In3+. The dots indicate In. (For interpretation of the references to color in thisﬁgure legend, the reader is referred to the web version of this article.)

38

ITO

Polishing time
(min)

Ra
(nm)

Rmax
(nm)

Thickness(nm)

Sheet resistance(Ω/sq.)ITO-Sil-20

4
8
4
8
0

2.90
1.82
2.41
1.46
3.89

26.4
18.4
23.9
17.3
45.7

313.2
309.7
314.4
303.6
329.3

4.85
5.23
4.99
5.27
4.65

ITO-Sil-80
Non-polished ITO

S. Nagaoka et al. / Thin Solid Films 576 (2015) 31–37

a)

c)-1

b)

c)-2

35

50 nm

0

1.0

2.0

m

3.0

4.0

5.0 0

8 min polishing with Sil20
Ra: 1.82 nm, Rmax: 18.4 nm
Thickness: 309.7 nm
Sheet resistance: 5.23 /sq.

0

1.0

2.0

μm

3.0

4.0

1.0

2.0

m

3.0

4.0

5.0

8 min polishing with PMA48
Ra: 1.86 nm, Rmax: 18.8 nm
Thickness: 322.6 nm
Sheet resistance: 4.95 /sq.

5.0

Fig. 7. AFM images of the surfaces of (a) unpolished ITO, and (b) ITO-Sil-20 and (c) ITO-Sil80 polished for 4 min.

325.8 nm despite the absence of an abrasive. The complete dissolutionof the ITO layer was attributed to hydrolysis by 2-aminoethanol. Thus,
chemical effects signiﬁcantly inﬂuenced the ITO layer thickness.
Fig. 8 shows AFM images of ITO surfaces polished with Sil-20 and
PMA48. After polishing for 4 min, the Ra and Rmax of ITO-Sil-20 were
2.90 and 26.4 nm, and the thickness and sheet resistance were313.2 nm and 4.85 Ω/sq., respectively. The Ra and Rmax of ITO-PMA48
were 2.65 and 23.6 nm, and its thickness and sheet resistance were327.2 nm and 4.76 Ω/sq., respectively. The rate of decrease in the Rmax
of ITO-PMA48 was higher than that observed for ITO-Sil-20. However,the ITO-PMA48 layer was much thicker.

0

1.0

2.0

m

3.0

4.0

5.0 0

4 min polishing with Sil20
Ra: 2.90 nm, Rmax: 26.4 nm
Thickness: 313.2 nm
Sheet resistance: 4.85 /sq.

1.0

2.0

m

3.0

4.0

5.0

4 min polishing with PMA48
Ra: 2.65 nm, Rmax: 23.6 nm
Thickness: 327.1 nm
Sheet resistance: 4.76 /sq.
50 nm

Table 3
Surface properties and thicknesses of ITO layers polished in the absence of an abrasive.
ITO

Ra (nm)Rmax (nm)Thickness (nm)Sheet resistanceΩ/sq.

ITO-Pad
ITO-Pad-AEA
Non-polish ITO

2.66
2.57
3.89

38.3
24.3
45.7

328.7
325.8
329.3

4.80
5.15
4.65

Table 4
Surface properties and thicknesses of ITO layers polished using Sil-20 and cationic polymer
microbeads.
ITO

Polishing time
(min)

Ra
(nm)

Rmax
(nm)

Thickness(nm)

Sheet resistance(Ω/sq.)ITO-Sil-20

4
8
4
8
4
8
4
8
4
8
0

2.90
1.82
2.94
2.60
2.65
1.86
2.45
3.16
2.77
2.44
3.89

26.4
18.4
31.6
27.8
23.6
18.8
23.4
34.0
26.9
22.7
45.7

313.2
309.7
330.4
328.6
327.1
322.6
326.5
323.0
324.5
315.7
329.3

4.85
5.23
4.66
4.87
4.76
4.95
4.71
4.99
5.05
5.16
4.65

ITO-PMA48
ITO-PMA96
ITO-PMA192
Non-polished ITO

1.0

2.0

m

3.0

4.0

5.0

Original ITO surface
Ra: 3.89 nm, Rmax: 45.7 nm
Thickness: 329.3 nm
Sheet resistance: 4.65 /sq.

Polishing time: 8 min

ITO-PMA24

0

Fig. 8. AFM images of the surfaces of unpolished and polished ITO layers using Sil-20 and
PMA48 for 4 and 8 min, respectively.

After polishing for 8 min, the Ra and Rmax of ITO-PMA48 decreased
from 3.89 to 1.86 and from 45.7 to 18.8 nm, respectively. For ITOSil-20, the Ra and Rmax decreased to 1.82 and 18.2 nm, respectively.
Table 4 shows that the sheet resistance of ITO-PMA48 was comparable
to that of unpolished ITO, while the sheet resistance of ITO-Sil-20
increased after polishing. The thickness of ITO-Sil-20 was smaller thanthat of ITO-PMA48, decreasing to 309.6 nm after 8 min polishing. The
thickness of ITO-PMA48 was 322.6 nm, which was slightly smaller
than the thickness of unpolished ITO (329.3 nm). The polishing rate
obtained with Sil-20 was sufﬁciently fast that the ITO thickness was

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Retaining of sheet resistance

Retaining

PMA48
PolishingThickness of original ITO

Si-20

Degradation of sheet resistance

Decreasing

Original ITO thin film
Polishing

Ra and Rmax values in the case of PMA48 are almost
equal to those in Sil-20 polishing.
Fig. 9. Schematic of polishing mechanism of PMA48 microbeads and Sil-20.

not readily controllable. This indicated that colloidal silica was too hard
to be used for polishing the ITO surface. Fig. 9 shows that PMA48 did notdegrade the sheet resistance (i.e., the thickness did not change), because
it removed only the spiked features from the surface. The chemical
polishing by the amino groups was not the only factor important for efﬁcient polishing, as a soft matrix polymer was also necessary. The soft
surface of the aminated PMA helped remove spiked features from the
ITO surface.
1,2-Diaminoethane did not react exclusively with the surface of the
microbeads. It also gradually reacted within the microbeads, particularly with increasing aminolysis time. The amino group content of PMA192
was 5.89 meqg−1, which is close to the maximum amino group content
of PMA. The polishing efﬁciency of PMA48 was the highest among all
the microbead samples. Although the amino group contents of PMA96
and PMA 192 were higher than that of PMA48, their polishing performance, such as retention of sheet resistance upon planarizing, werelower. It is thought that the PMA surface was fully covered withamino groups after aminolysis for 48 h. Therefore, amino groups within
the microbeads were not considered to contribute to polishing.

4. Conclusions
Soft chemical mechanical polishing materials based on sphericalcationic polymer microbeads were used to polish transparent conductive layers. The cationic spherical polymer microbeads were prepared by the aminolysis of PMA using 1,2-diaminoethane. Various
aminated PMA microbead samples were investigated for polishing
ITO, and two commercial colloidal silica abrasives were tested forcomparison. Polishing with commercial 20-nm-diameter silica
increased the ITO sheet resistance by decreasing the ITO layer thickness. Polishing with commercial 80-nm-diameter silica both increased the sheet resistance and scratched and damaged the ITO
layer. Polishing with PMA microbeads aminated for 48 h, planarized
the ITO surface without damaging it, and the initial ITO layer thickness was retained. The ITO polishing rate obtained when using thespherical cationic polymer microbeads was smaller than that forthe commercial colloidal silica. The rate of decrease in the maximum
vertical interval of the ITO was higher when polishing with the40

microbeads than with colloidal silica. The sheet resistance of theresulting microbead-polished ITO layer was lower. The ITO sheet
resistance and surface roughness increased, and the ITO layer thickness decreased, when PMA microbeads aminated for 192 h wereused in polishing. The surface of these microbeads dissolved the
ITO surface and adsorbed In 3 +. These results indicated that thepolishing mechanism was predominantly chemical, such as chelation and hydrolysis, rather than mechanical.
Acknowledgments
This work was supported by the Industrial Technology Research
Grant Program from 2011 to 2014 (Grant for Young Researchers) of
the New Energy and Technology Development Organization. The authors are grateful to Dr. Yoshiro Ohgi for ICP-OES measurements.
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編集委員会
委員長
委 員

熊本県産業技術センター研究報告 第 53 号 平成 27 年度
編集・発行 熊本県産業技術センター〒862-0901 熊本市東区東町 3-11-38
TEL: 096-368-2101（代表）FAX: 096-369-1938

河北 隆生
松尾 英信
黒田 修平

発 行 者：熊本県
所

属：熊本県産業技術センター

発行年度：平成２８年度