独立行政法人 国立高等専門学校機構

弓削商船高等専門学校紀要
第 44 号

第 44 号 令和 4 年 3 月【学術論文】
No.

頁

表題

1

1-5

VGP に対応した環境配慮型潤滑油のゲル化

2

6-9

3

10-14

4

15-18

5

19-22

6

23-30

7

31-36

8

37-42

9

43-49

10

50-55

11

56-59

12

60-66

13

67-75

中和法を用いた石鹸生成抑制に関する研究
Ⅰ ―石けん析出に与える中和法の影響 ―中和法を用いた石鹸生成抑制に関する研究
Ⅱ
滴下法を用いた BDF の作成に関する研究
可視光カメラを用いた液中プラズマ実験監
視システムの開発
船員のメンタルヘルスアンケートから見た学生の船員イメージとギャップ
平行平板間内を流れる十分に発達した層流の 運動方程式の無次元化解析（Part 1）

著者名村上知弘，佐久間

一行，池田

真吾，

佐藤

圭司

秋葉

貞洋，阿部

大二郎，村上

舜哉

秋葉

貞洋，宇田

稔啓，金光

学史

秋葉

貞洋，宇田

稔啓，金光

学史

佐久間
森

一行，高瀬

瑛太郎，山下

ダワァ

友花，長井

ダワァ

の 運動方程式の無次元化解析（Part 2）

ジャンバル

促音の自動挿入アルゴリズムの検証

前田 弘文，山本グ システムの構築
KeTSlide のためのシンタックス・カラーリ
ング（MacOS 編）
中国人日本語教師の来日研修目的 ―PAC分析によるニーズ調査―
高等専門学校一般科目における数学と物理の 双方向性の構築

弘志

ガンバット，横山

田房

友典

久保

康幸

要

弥由美

南郷

頁

毅，牧山

表題

健太

隆洋

著者名

史料紹介 G.E.ルンフィウス 恐怖の地震の
本当の歴史 アンボイナ島およびその周辺の
14

76-83

島々で、1674 年 2 月 17 日に発生した大地
震と、それに先立ち発生した諸地震につい
て

河野

佳春

友花，

オダゲレル，長井【教育・研究報告】No.

知弘

オダゲレル，

平行平板間内を流れる十分に発達した層流

生名フェリー乗車待機レーンのモニタリン

訓史，村上ガンバット，

ジャンバル
横山

玄渉

弘志

1

VGP に対応した環境配慮型潤滑油のゲル化
村上 知弘*, 佐久間 一行*, 池田 真吾*, 佐藤 圭司**

Gelation of environment-friendly lubricating oil for VGP
Tomohiro MURAKAMI*, Ikko SAKUMA*, Shingo IKEDA*
and Keiji SATO**
Abstract
In recent years, environmentally friendly lubricating oils have been required from the viewpoint ofenvironmental protection. Especially in the United States, there are Vessel General Permit(VGP) , andenvironmentally friendly lubricants must be used. In this study, we tried to gel this environment-friendly
lubricating oil. The gelled lubricating oil was observed by SEM, and the greases were compared. From
the SEM results, the lubricating oil gel showed a fractal structure, which is one of the characteristics ofthe gel. Furthermore, it was analyzed by FTIR to investigate how gelation was performed. From theseresults, a typical spectrum was obtained and the data represented gelation was obtained.

１．はじめに2020 年 7 月モーリシャス沖にて、日本船社が所有する船が座礁し、大規模な油流出事故が起きた。このような事故は、定期的に起こり世界的にも大きく報道され、そのたびに世界的な注目を集めている。海洋環境保全の問題は、SDGs (Sustainable Development
Goals（持続可能な開発目標）)の 14 番目の目標である「海の豊かさを守ろう」でも掲げられているように世界が取り組まなくてはならない重要課題の一つである。このような世界的な流れにより海洋環境における規制も年々強化されている。
また、上記のような大事故ばかりでなく、船舶では船尾管や可変ピッチプロペラ，スラスターなどが海水と接しているため、潤滑油の微小な流出は日常的に起こっている。これらに関しても見逃せない状況になってきており、船舶に関して、アメリカの環境庁(USEnvironmental Protection Agency : EPA)が定める汚濁物質防止削減制度でも船舶の航行におけるオイルに関する偶発的な流失を規制している。特に船舶入港規制（Vessel General Permit: VGP）では「環境に配慮した潤滑油」の使用を義務づけている。2008 年から
努力目標としていたが、2013 年 12 月より「アメリカに入港するすべての船舶操船社は海水に接するオイル* 商船学科** 海技大学校

すべての機器に環境に配慮した潤滑油を使用しなければならない」とされ、さらに 2018 年に同規制は延長され継続となっている。このように船舶では環境配慮型潤滑油の使用は絶対条件となりつつある。これまでの非環境配慮型の代表である鉱物油ベースの潤滑油からの転換が急務となっている。
一方、潤滑油は機械を安定して運転させるために摩耗・摩擦を低減させるものであり、機械摺動部間にしっかりと油膜を形成し続ける必要があり、船舶機器に欠かせないものである。通常、油というと燃料油に注目されるが、海と接するという観点で見ると潤滑油の重要性は高い。潤滑油の性能に関して、上述のように油膜の形成保持が需要である。この点を考慮すると液体よりも流動性の少ないゲル化が有効であると考える。流動性が少ないことを考慮するとグリースもがんが得られるが、より液体に近い挙動を示すゲルがり有効であると思われる。
潤滑油のゲル化に関しては、これまでに設楽や大野らを中心に進められてきており、温度による低摩擦性を持ち、液体潤滑油に比べ機械摩擦面との吸着作用が増し、油膜形成状況が向上し、グリースなどと比べても潤滑油として長寿命も確認されている[1-2]。
一方、潤滑油の船舶機関室での使用は陸上で扱う機械と違い、海水との混合という陸上とは異なる環境で
令和 3 年 12 月 30 日受理

弓削商船高等専門学校

紀要の使用となっている。このため舶用機関において、環境配慮型潤滑油の使用に伴うメンテナンスの向上や油水（海水）処理方法が近年の課題の一つとなっている。
ここで油のゲル化に関して、これまで筆者らはいく
つかの油水分離などの観点から吸油性ゲルを作製してきた[3-4]。それらを応用することによって、新しい潤滑油ゲルを作製できると考えた。本研究では海洋環境を守ることと潤滑効果を考えた環境配慮型潤滑油ゲルの作製を試み。これまでの非環境配慮型潤滑油ゲルともにフーリエ変換赤外分光光度計 FTIR を用いて比較検討を行った。

第 44 号（令和 4 年）

2

そこに潤滑油（シェルガデニア 30）を加えて溶解させる。次にイニシエーターとしてアゾビス（イソプチロ
ニトリル）（AIBN）を加え溶解させ、ゲル化させる[4]。
ただし、作製後も室温付近では液体のままであり、低温になるとゲル化する。このゲル化が起こる温度に関しては、架橋剤などの量によって制御できる[5]。

２．実験
２．１ 環境配慮型潤滑油と非環境配慮型潤滑油
ここで環境配慮型潤滑油（Environmentally Acceptable
図２ オイルゲルの構造
Lubricants: EAL）の定義について述べる。環境配慮型潤滑油として成立するためには大きく４つの特色があげら
図３は非環境配慮型潤滑油を前述の方法で配合させれる。
「生分解性があること」、「毒性が極めて少ないこと」、 た試料を低温状態にしたものである。この資料は写真「バイオ・アキュムレーション（生物内の化学物質の貯蓄） にはないが、室温状態では液体に近くゾル状であるが、性がないこと」、「水面での光沢などがないこと」があげら 低温時には写真のように固形化する。白色となり、粉れる。海洋環境を守るためには、上記の条件がそろうこと が吹いているように見えるが固まっている状態である。
が大前提となる。特に工場からの排出規制が厳しくなった しかしながら温度によってすぐに液状に戻り、通常の
現在は、船舶からの排出も注目の一つとなっている。
油のようになり、強い熱可逆性が見られた。
本研究で使用する潤滑油は、図1 に示す環境配慮型潤滑油（600 di jet：MOTUL）（左）と非環境配慮型潤滑油（右）として本校練習船弓削丸で使用している潤滑油を用いた。
図１の左側の少し黒い色をした方が環境配慮型潤滑油である。右側は、現在本校練習船弓削丸で使用している通常の潤滑油である。

図３ オイルゲル（固形）低温(10℃)
２．２ 走査型電子顕微鏡(SEM)
図４に実験に使用した走査型電子顕微鏡(SEM)（ERA-8900FE、株式会社エリオニクス）を示す。図図１ 環境配慮型潤滑油（左）と弓削丸潤滑油（右） 3 に示した試料ゲルを撮影した。試料は、比較のため
1200 倍と 5000 倍で撮影した。
図２に一般的なオイルゲルの構造を示す。主鎖としてアクリル酸オクタデシル(ODA)と架橋剤としてジメ
タクリル酸エチレングレコール(EGDMA)で合成する。

VGP に対応した環境配慮型潤滑油のゲル化3である潤滑油がゲル化していることを視覚的に示して
いる。

図４

SEM

２．３ フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)
環境配慮型潤滑油と本校弓削丸の潤滑油及びそれぞれの試料ゲルを図５に示すフーリエ変換赤外分光光度計(FTIR) (JASCO FT-IR4600）で測定を行い、得られたスペクトルデータからその違いの分析を行った。
その後、環境配慮型潤滑油と非環境配慮型潤滑油に12―ヒドロキシステアリン酸を添加しゲル化を試みた。そして得られた試料を FTIR で測定し、どのような変化が起きているか分析した。

図６非環境配慮型潤滑油ゲル SEM(1200 倍)

図７非環境配慮型潤滑油ゲル SEM(5000 倍)
また環境配慮型潤滑油と本校弓削丸で使用している
非環境配慮型潤滑油を FTIR で測定した結果を図８及び図９にそれぞれ示す。

図５ FTIR
３．実験結果はじめに図 3 に示した非環境配慮型潤滑油ゲルをSEM で撮影したものを図６及び図７に示す。図６の写真は約 1200 倍である。ブロッコリーのような模様を示し、フラクタル形状が見られる。さらに図７に同ゲルの 5000 倍の SEM 画像を示す。倍率を上げてもさらに同様な模様がはっきりと見られ、フラクタル形状が現れていることがわかる。このようなフラクタル構造
はゲルの凝集体で見られる独特な構造であり、本試料

図８ 弓削丸使用の通常潤滑油

弓削商船高等専門学校

紀要

第 44 号（令和 4 年）

4

４．まとめ

図９ 環境配慮型潤滑油
図 8 は、弓削丸で使用している非環境型潤滑油は鉱油ベースであるためごく普通の油と同様な単純なスペクトルを示している。C-H 伸縮振動（3000～2840 cm1 間のピーク）と C-H 変角振動（1500～600 cm-1 間の三つのピーク）が見られることからオクタンが主な構成物質であることが分かる。
一方、図 9 は、環境配慮型潤滑油は複雑な化学合成
油であり、スペクトルに多数のピークが表れており特徴的な 1750 cm-1 付近のピークから C=O 伸縮結合が示されていることが分かる。これによりカルボニル化合物の存在を示し，エステルが含まれると分かる。この
環境配慮型潤滑油をゲル化させ，再度 FTIR で分析した。その結果を図１０に示す。

図１０ 環境配慮型潤滑油ゲル
図 10 では、様々なピールが乱立し、ゲル化の状況を示すが、特にエステル基（-COO-）に由来する特徴的なピークが 1740cm-1 付近に検出された。一方、油の融点は脂肪を構成する脂肪酸によって決まるため、不飽和脂肪酸のように炭素 2 重結合をコントロールすれば，融点がコントロールできることが示唆できた。

一般的に潤滑油は、機械を安定して運転させるために摩耗・摩擦を低減させるものである。そのために機械修道部間にしっかりと油膜を形成し続ける必要がある。また潤滑油の漏えいにより、油膜の形成保持に影響を及ぼすことを考慮するとき、流動性の少ないゲル化が有効である。さらに環境によってグリースより、液体に近い挙動を示すことがゲルでは可能である。
これまで潤滑油のゲル化に関しては、設楽らが常温で半固体のグリース状で、加熱すると液状になる熱可逆性のアミド系ゲル状潤滑油を作成し、潤滑性のみならず低摩擦特性を持つことが報告されてきた[1-2]。また潤滑油をゲル状にすることによって、液体潤滑油に比べ油膜形成が向上し、また漏えいも少なく、液状である海水との油水分離処理も容易になると考えられる。
さらに佐賀大の大野らによると潤滑剤をゲル状にすることによって、機械摩擦面との吸着作用が増し、油膜形成状況が向上し、グリースなどと比べても潤滑油として長寿命も確認されている[6]。
本研究では、潤滑油をゲル化することができた。詳細な議論には至っていないが、ゲル化の状態が明らかに吸水ゲルとは異なり、SEM 画像からも吸水ゲルとは全く異なるフラクタル形状のような構造が見られた。一般的なグリースの SEM 画像で見られる増ちょう剤の形状とも大きく異なる。また同ゲル潤滑油は応
答速度の速い熱可逆性を有しており、作業環境に適応して働くものと考えられる。環境配慮型潤滑油と本校
弓削丸で使用している非環境配慮型潤滑油を FTIR で測定した結果では、弓削丸の潤滑油は鉱油ベースの単
純なスペクトルを示し，C-H 伸縮振動（3000～2840
cm-1 間のピーク）と C-H 変角振動（1500～600 cm-1間の三つのピーク）が見られることからオクタンが主な構成物質であることが分かる．一方，環境配慮型潤
滑油は複雑な化学合成油であり，スペクトルに多数のピークが表れており特徴的な 1750 cm-1 付近のピーク
から C=O 伸縮結合が示されていることが分かる．これによりカルボニル化合物の存在を示し，エステルが含まれると分かる．この環境配慮型潤滑油をゲル化させ，再度 FTIR で分析した．
本潤滑油をゲル化させると温度依存性が見られ，低温度域ではグリース状に固形化される．同ゲルをSEM で観察すると SEM 画像(1200 倍～5000 倍)から倍率を変えてもブロッコリーのような特異なフラクタ
ル形状が見られる．つまり油の融点は，脂肪を構成す
る脂肪酸によって決まるため，不飽和脂肪酸のように炭素 2 重結合をコントロールすれば，融点がコントロ

VGP に対応した環境配慮型潤滑油のゲル化ールできることが示唆できた．
謝辞
本研究の一部は、科学研究費補助金（基盤（C）課題
番号 18K04587）の支援を受けた。ここに謝意を表す。
参考文献[1] 設楽裕治,ENEOS Technical Review,第 53 巻,第 3号,(2011).
[2] 設楽裕治,トライボロジスト, 58 巻,10 号,P 722727,(2013).
[3] classNK テクニカルインフォメーション,No.TEC0986,(2014).
[4] 村上知弘,馬越翔吾,池田真吾,マリンエンジニアリ
ング学術講演会講演論文集, P47-48 (2011).
[5] 村上知弘,池田真吾, 黒川耀工, 鶴村凛太郎,マリン
エンジニアリング学術講演会講演論文集, P139140, (2018).
[6] Toshikazu Ono, Takahiro Sugimoto, Seiji
Shinkai, Kazuki Sada：Nature Materials，6,
P429-433, (2007).

5

6

中和法を用いた石鹸生成抑制に関する研究Ⅰ―石けん析出に与える中和法の影響 ―秋葉貞洋*，阿部大二郎**，村上舜哉***

Study on Suppression of Saponification Reaction
by Acid I―Effect of Neutralization with Acid on the Precipitation Reaction of
Soap―
Sadahiro AKIBA *, Daijiro ABE**,Syunya MURAKAMI***
Abstract
Effect of Neutralization with acid on the precipitation of soap was investigated. Rapeseed oil was mixed
NaOH solution in methanol by a magnetic stirrer, transesterification reaction and saponification reaction
were started. However, transesterification reaction and saponification reaction were started underalkaline condition, it was supposed that transesterification reaction and saponification reaction would be
stopped by neutralization with acid. Therefore, after mixing rapeseed oil and NaOH solution in methanol
by a magnetic stirrer for 20minutes, the mixing oil was neutralized with acid which were 2mol/Lhydrochloric acid or acetic acid by mixing with a magnetic stirrer for 5 minutes. The neutralizing oil wasstanding still in 500ml measuring cylinder for 24hours and soap was separated. The results werediscussed account for the effect of neutralization by acid on the precipitation reaction of soap.

１．はじめにディーゼル機関は経済性，汎用性に優れているため，
陸上，海上を問わず各種機械の原動機として幅広く用いられている．しかし，ディーゼル機関から排出される窒素酸化物(NOx)や粒子状物質(PM : Particu-late Matter)などが原因の環境汚染が大きな社会問題となっており，それら有害燃焼生成物を低減する方法には多段噴射 1)による燃焼改善やエマルジョン燃料 2)，BDF (BDF:Bio Diesel
Fuel)を含む含酸素燃料 3)による燃焼性状改善などがある．さらに近年では，地球温暖化が原因とされる異常気
象による被害に注目が集まり，化石燃料を起因とする二酸化炭素(CO2)への対策も求められている．そして，CO2対策の１つとして注目されているものにBDF がある．
BDF とは油脂をエステル交換 4)した燃料のことであり，油脂に植物性のものを用いれば光合成により大気中のCO2 を吸収することになる．つまりBDF を使用する
ことは大気中のCO2 絶対量の増加を抑制することになり，このサイクルをカーボンニュートラル(Carbon
Neutral)と言う．

しかし，植物油は高粘度であるため植物油とメタノー
ル (CH3OH)でエステル交換を行うことで粘度を低くしている．その際，触媒として KOH (水酸化カリウム)を使用しているため，エステル交換と同時に塩基(アルカリ)性の高い副産物としてグリセリンや石けんが生成されてしまう．そのため，BDF からこの塩基濃度の高い副産物を取り除くために静置分離を行っているが，微量ながらBDF
中に副産物と触媒が残ることになり，BDF を水洗することでそれらを取り除いている．そして，それらの塩基性の高い副産物と洗浄水の処理がBDF 利用の促進を妨げる要因となっている．
これまでの研究において判明していることは，水酸化ナトリウム(NaOH)を用いてBDF 作成を行うと，Na により固形の石けんがBDF 中に析出する．また，植物油にNaOH を混ぜたメタノール溶液を投入・かく拌すると混合液が茶色く変色し，あたりに甘いにおいが立ち込め，
その後，においが薄くなる．そして，反応液をメスシリンダに移して静置すると，まず，容器の下部に茶色いグ
リセリンが沈降，時間の経過とともに石けんが析出して沈殿することである．ここで，反応開始直後に発する甘*商船学科**商船三井オーシャンエキスパート（株）***ケイラインローローバルクシップマネージメント（株）

令和 3 年 12 月 24 日受理

7

中和法を用いた石鹸生成抑制に関する研究Ⅰ―石けん析出に与える中和法の影響 ―いにおいはエステル交換により生成されたグリセリンによるものだと考えられる．また，石けんの析出までにはある程度の時間がかかることから，エステル交換とけん
化 5)には，反応が起こるまでに時間差があるのではないかという仮定をたてた．そこで，けん化反応もエステル交換反応も塩基(OH-)条件下で起こる反応であるから，エス
テル交換反応後すぐに酸を用いてBDF とグリセリンを中和すれば，石けんの生成を抑え，かつ，廃棄物が中性となるので，BDF の利用促進の可能性が広がるのではないかと考えた．
本研究では，NaOH 触媒を用いたBDF 作成において，エステル反応後に反応液を酸により中和をすることで，BDF 中に析出する固形石けんの析出状態について調査し，中和によるけん化反応抑制または石けんの析出の抑制の可能性について考察した.

表 1 実験条件

A．2 分後B．30 分後

図 1 エステル交換反応の様子
２．実験条件および実験方法

表 2 時間経過と石けんの析出

2．１． 実験条件
表 1 に実験条件を示す．原材料としてなたね油 300g に
CH3OH(メタノール)47.6g，触媒として NaOH を 2.9g 用
いた．エステル交換反応は室温で行った．
原材料と触媒の混合には回転数と加熱温度を制御できるホットスターラを用い，回転数を350rpm とした．エス
テル交換反応液の中和には塩酸(HCL：2ml/L)と酢酸を使用した．原料と触媒の計測には電子天秤を用い，特に計測が下1桁まで必要なメタノールと触媒の計測には下2桁まで計測可能な電子天秤を用いた．
3． 実験結果
2．2． 実験方法
3．1． 時間経過と石けん析出状態
図1 にエステル交換反応における，最初と終了間際の反2．2．1．時間経過と石けん析出状態の確認実験
応液の様子を示す．これまでの研究からエステル交換を行
コニカルビーカに入れたなたね油300g に対し，
CH3OH
47.6g に NaOH を 2.9g 完全溶解させた混合液を投入し， うと，以下に記すような事象が起こることが明らかになっスターラで30 分間かく拌した．この時，2 分おきにビーカ ている．まず，なたね油にCH3OH に NaOH を完全溶解したものを投入し，かく拌を行うと BDF とグリセリンが内の様子を目視で確認し，石けんの析出状態を調べた．
生成される．そうすると図のように混合液の色が薄黄色(A)から，茶色(B)に変色し，甘い匂いがたちこめる．し2．2．2．中和による石けん析出状態確認実験
コニカルビーカにいれたなたね油 300g に CH3OH ばらくすると甘い匂いは消え，石けんが反応液中に漂47.6g に対し，NaOH を 2.9g を完全溶解させた混合液を い始める．そして，グリセリンを分離するために反応投入し，スターラで20 分間かく拌した．かく拌後，NaOH 液の静置を行うと，最初はほとんど確認できなかった
2.9g のモル数に相当する HCl (2mol/L) 38.5g または酢酸 石けんが，時間経過とともに石けんの析出量が増え，4.4g を投入し，5 分間かく拌することで中和を行った．そ 容器の下部に沈殿する．
反応開始直後に立ち込める甘いにおいは，副産物のして中和液を500ml メスシリンダに入れて24 時間静置しグリセリンの匂いであると考えられる．また，時間経て，石けんの析出状況を目視で確認した．
過とともに石けんの析出量が増大していくことから，
けん化とエステル交換にはタイムラグがあり，静置分弓削商船高等専門学校

紀要

8

第 44 号（令和 4 年）

H

H

H

H H

H

H

H

H

H

H

O

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H H

H

H

H

H

H

H

O

Na+

親水基

親油基

図 4 石けんの構造モデル

図 2 反応液中の石けんの様子 (24 分後)A,分離した石けんとグリセリン

B,石けんとグリセリンと 2mol/L HCl の混合液

図 5 分離したグリセリンと石けんおよび2mol/L HCl との混合した場合の様子
A，未中和の反応液

B，中和した反応液

図 3 反応液を中和した場合としない場合の石けん析出状態の比較
離中にもけん化反応が進行している可能性があるのではないかと推測した．つまり，石けんが析出する前にけん化反応を止めることができれば，石けんの除去の問題が解決することになる．そのため，反応中の時間経過と石けんの析出の関係を目視で調査した．
表 2 に経過時間と石けん析出の確認結果を，図 2 に石けん析出の様子を示す．大変見にくいが図中の赤丸で囲んだ反射のような白い物体が石けんで，大きさは
約 1 ㎝ほどであった．表 2 と図 2 より，反応開始後 24分が経過した時点で石けんの存在が確認できた．この結果より，中和による石けんの析出防止効果を確かめる実験では，反応時間を 20 分とすることにした．そして，酸で反応液を中和して 24 時間静置させたのちに石けんの析出状態について調査しすることにした．
3．2． 中和による石けん析出状態の確認実験
固形のせっけんが生成，析出するにはいくつかの条件がある．まず，石けんを生成する反応であるけん化が起きること，そして，塩基触媒が固形石けんを作る
反応が起きるものであることである．けん化も塩基下で起こる反応である．そして，けん化はエステル交換と異なり，エステル交換で触媒として用いている
NaOH が油脂と反応することで固形石けんを生成することになる．そのため，反応液中の“OH－”を酸で中和すれば，エステル交換とけん化反応を停止することができるのではないかと考えた．そのため，確実に大量の石けんが析出する触媒量2.9g でエステル交換を行ったのち，反応液を酸で中和した．中和剤として使用
した酸は，2mol/L HCl である．2mol/L HCl を選択した理由は劇物指定(10％超)を受けない濃度(7.0％)であり，比較的入手や保管が容易であるためである．そして，2mol/L HCl と反応液の混合時間は 5 分間とした．
図 3 に中和した反応液(B)と中和していない反応液(B)を 24 時間静置した後の写真を示す．図より，中和していない条件では明らかに石けんが析出しているのに対し，中和により石けんの析出がなくなっていることが分かる．さらに，メスシリンダ下部に沈降しているグリセリン部分の色が透明となっている．以上の結果より，2mol/L HCl の中和がけん化とエステル交換，
石けんの析出になにかしらの影響している可能性があることがわかった．
図 4 に，石けんの構造モデルを示す．石けんとは長い炭化水素の鎖の先に Na が取り付いてできていている．長鎖の部分は油となじみやすい親油基で，Na+が付
着している部分は親水基である．そのため，石けんと石けんの分子の間に油を取り込んで膨張するため，実際の体積と見た目の体積とに差が生じることが多い．
今回使用した酸は 2mol/L の塩酸(塩化水素水溶液)であり，“塩酸”とは溶媒である水に塩化水素(HCl)が溶けたものである．つまり，2mol/L HCl で中和するということは，反応液中に大量の水も混合されたことになる．前述したように，石けんは親水基を持つため，油だ
けでなく水とも相性がよい．つまり，石けんの分子は水によく分散ことになる．また，グリセリン(C3H5(OH)3)は 3 価アルコール(OH)の一種で，グリセ9

中和法を用いた石鹸生成抑制に関する研究Ⅰ―石けん析出に与える中和法の影響 ―リンも水との相性がよく，かつ，BDF に比べ密度が高いので容器下部ある水の中にグリセリンと石けんが分散して存在している可能性が考えられる．そこで，中和していない BDF から分離した石けんとグリセリン
を 2mol/L HCl と混合し，石けんとグリセリンが分散することでグリセリンと石けんが目視できなくなったのかを確認することにした．
図5に分離したグリセリンと石けん(A)と分離したグリセリンと石けんに中和に用いたのと同体積の2mol/L HCl を混合したもの(B)の写真を示す．図 5(B)より，若干の濁りがあるものの石けんとグリセリン(A)が溶けていることが分かる．以上の結果より，2mol/L
HCl による中和によって石けんの析出が確認できなかったのは，中和の効果ではなく，石けんおよびグリセ
リンが 2mol/L HCl の溶媒である水に分散したためだと考えられる．
2mol/L HCl では中和によるけん化反応，または石けん析出の抑制効果が確認できなかった．そこで，入手しやすく，かつ，多量の水を含まない酸である酢酸を用いて反応液を中和することにした．結果を図 6 に示す．図の右側が中和したもの，左が中和していないものであり，酢酸でも HCl と同じように下液は透明になり．石けんの析出はないことが分かった．ここで中和に使用した 2mol/L HCl (1.03g/L @20℃)は 2.9g のNaOH と同じモル数となる 38.5g であり，体積にすると約 38ml，酢酸 (1.05g /l @20℃)も NaOH と同じモル数となる 4.4g ，体積にすると約 4ml となる．グリ
セリンと石けんの混合物の見かけの体積が約 50ml であること，図 5 および図 6 の様子を考慮すれば，体積の約1/10の酢酸にすべてのグリセリンと石けんが分散しているとは考えにくい．以上の結果より酸による中和は，けん化反応の抑制または石けん析出を抑える効
果を持っている可能性があると考えられる．
以上の結果をまとめると，酸を用いた中和により目に見える石けんの析出を抑えられるが分かった．この結果はあくまで，目視による石けんの析出が見られなかったという状態である．今後、実際に石けんが生成されていないのか，または石けんが分散されているだ
けなのかを反応液の成分の分析を行い，反応液中の石けんの有無を確認するとともに，石けんが存在するな
らどのような形で存在しているのか確認する必要があると考えられる．

図 6 反応液を中和した場合(右)としない場
合(左)の石けん析出状態の比較
その仮定に基づき，エステル交換反応中の時間経過と石けんの析出状態の目視確認と，反応液を中和することで石けんの析出の様子の変化を目視で確認した．得られた結果をまとめると，以下のようになる．
・エルテル交換反応を始めると，24 分経過した時点で反応液中に石けんの析出が確認できた．
・エステル交換開始後 20 分経過した反応液を 2mol/L
HCl で中和し，24 時間静置したところ，石けんの析
出は確認できなかった．また，メスシリンダ下部に他沈降したグリセリンの色が中和していない条件とでは明らかに異なり，透明となった．
・中和していない状態で生成したグリセリンと石けんを中和で用いた同容積の 2mol/L HCl と混合したところ，石けんとグリセリンがほとんど目視できなくなった．この結果は，2mol/L HCl の中和により石けんの析出が確認できなかったのは酸による中和の効
果でなく溶媒である水の影響であると考えられる．
・中和に酢酸を用いた場合も 2mol/L HCl と同様に，石けんの析出は確認できず，かつ，グリセリンも透明となった．投入した酢酸の容積は生成したグリセリ
ンと石けんの 1/10 程度であり，石けんとグリセリン
がすべて酢酸中に分散したとは考えづらい．この結果は酸による中和が石けんの生成，もしくは石けんの析出を抑制する可能を示すものだと考えられる．
参考文献[1] 秋葉・西田，日本マリンエンジニアリング学会誌

第 40 (6)， p123，(2005)[2] 島田，日本マリンエンジニアリング学会誌第4． まとめ46(6)，p26， (2011)[3] 段・他 3 名，日本マリンエンジニアリング学会

誌第 41(3)，p117， (2006)
エルテル交換とけん化反応は塩基化で起こる反応であるため，反応液を酸により中和することで石けんの [4] 原田，油脂化学の知識，幸書房，p80,(1980)
生成が抑えられるのではないかという推測を行った． [5] 原田，油脂化学の知識，幸書房，p76，(1980)

10

中和法を用いた石鹸生成抑制に関する研究Ⅱ―エステル交換およびけん化反応に与える中和法の影響 ―秋葉貞洋*，宇田稔啓**，金光学史**

Study on Suppression of the Saponification Reaction
by Acid Ⅱ―Effect of Neutralization with Acid on The transesterification and
Saponification Reaction―
Sadahiro AKIBA * , Toshiaki UDA**，Masashi KANEMITU**
Abstract
Effect of Neutralization with acid on the transesterification and saponification reaction was investigated.
Keeping the quantity of rapeseed oil, NaOH, acetic acid, the mixing period for transesterification andsaponification reaction was varied. After mixing rapeseed oil and NaOH solution in methanol by amagnetic stirrer, the mixing oil was neutralized by mixing with acetic acid for 5 min. The neutralizing oil
was standing still in a 500ml squib type separatory funnel for 24hr and glycerin was separated from BDF,
and quantity of glycerin was measured. To confirm the existence of soap in the neutralizing oil, soap was
separated by CaCl2 solution in methanol. The results were discussed account for the effect ofneutralization by acid on the precipitation reaction of soap.

１．はじめに原料としたBDF を使用するということは，大気中のCO2
絶対量を増加させないことになる．そして，このサイクディーゼル機関は経済性，汎用性に優れているため，
ルをカーボンニュートラル(Carbon Neutral)と言いう．
陸上，海上を問わず各種機械の原動機として幅広く用い
しかし，植物油は高粘度であるため植物油とメタノーられている．これまではディーゼル機関の高効率化，小ル (CH3OH)でエステル交換７)を行うことで粘度を低くし型軽量化が主たる目標とされてきたが，近年これらの目ている．その際，触媒として KOH (水酸化カリウム)を使的に加え，窒素酸化物(NOx)や粒子状物質(PM : Particu用しているため，エステル交換と同時に塩基(アルカリ)性
late Matter)などディーゼル機関から排出される有害な燃 の高い副産物としてグリセリンや石けんが生成されてし焼生成物が原因の環境汚染が大きな社会問題となり，そまい，この塩基濃度の高い副産物を取り除くために静置
れらの有害燃焼生成物を軽減させることが緊急の課題と分離を行っている．しかし，静置分離をしても微量ながなっている．それら有害燃焼生成物を低減する方法に，らBDF 中に副産物と触媒が残ることになる．そのため，触媒やフィルタによる排ガスの後処理 1.2）、層状水噴射 3） BDF を水洗することでそれらを除去しているので，それ多段噴射 4)による燃焼改善やエマルジョン燃料 5)，BDF
ら高塩基性の副産物と水洗水の処理がBDF 利用の促進を(BDF:Bio Diesel Fuel)を含む含酸素燃料 6)による燃焼性状 妨げる要因となっている．
改善などがある．
これまでの研究において判明していることは，NaOH
7)
BDF とは油脂とメタノール(CH3OH)をエステル交換(水酸化ナトリウム)を用いてBDF 作成を行うと，Na にした燃料のことであり，CO2 排出量低減の対策として注より固形の石鹸がBDF 中に析出する．また，植物油に目されている．化石燃料である軽油，重油などはその精
NaOH を混ぜたメタノール溶液を投入・かく拌すると混製過程の途中と燃焼時に排出される二酸化炭素(CO2)が地 合液が茶色く変色し，あたりに甘いにおいが立ち込め，
球温暖化を引き起こすと考えられている．しかし，植物
その後，においが薄くなる．そして，反応液をメスシリ
は光合成により大気中のCO2 を吸収するので，植物油を ンダに移し静置すると，茶色いグリセリンが沈降するた*商船学科**商船学科 5 年

令和 3 年 12 月 24 日受理

11

中和法を用いた石鹸生成抑制に関する研究Ⅱ―エステル交換およびけん化反応に与える中和法の影響 ―め，BDF とグリセリンが分離する．さらに時間が経過するとともに石けんが析出して容器下部に沈殿することである．ここで，反応開始直後に発する甘いにおいはエステル交換により生成されたグリセリンによるものだと考えられる．また，石けんの析出までにはある程度の時間がかかることから，エステル交換とけん化 8)には，反応が起こるまでに時間差があるのではないかという仮定をたてた．そこで，けん化反応もエステル交換反応も塩基(OH-)条件下で起こる反応であるから，エステル交換反応
後すぐに酸を用いてBDF とグリセリンを中和すれば，石けんの生成を抑え，かつ，廃棄物の処理が容易になるので，BDF の利用促進の可能性が広がるのではないかと考えた．
本研究では，NaOH 触媒を用いたBDF 作成において，反応時間を変化させたエステル反応(以降，反応液と記述)を行い，その反応液を中和(以降，中和液と記述)した．その後，中和液を分液ロートに移し替えて24 時間の静置を行い，BDF とグリセリンを分離し，グリセリンの生成質量を比較することでエステル交換反応の促進状況の比較を行った．さらに，中和液中に石けんが存在するかどうかを簡易的に調べるため，中和液から石けんを強制的に分離することのできるCa2+を含んだ塩化カルシウ
ム(CaCl2)・メタノール溶液を中和液と混ぜ，石けんの析
出を目視で調査した．それらの結果を比較することで，酸による反応液の中和がけん化反応または石けん析出を抑制する可能性について考察を行った.

表 1 実験条件
なたね油 (g)

300

CH3OH

47.6

(g)
KOH

触媒

NaOH

(g)
2.9

2.0,2.9

2.9

(g)

3.1

3.1

4.4

反応時間

(min)

5，10，15，20，30

回転数

(rpm)

350

酢酸

反応温度

H
H

H

H

室温

H

H

H

H

H

H

H

H

O

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

O

H

H

H

H

H

H

H

H

H

O

C

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

O

Na

O
C

Ca
C
O

図 1 石けんの構造モデル

混合液と記す)した．この時，CH3OH の蒸発を抑えるため，カップにはステンレス製のふたをした．完全に溶解した混2． 実験方法および実験条件
合液を500mlステンレスカップに入れた300g のなたね油に投入し，エステル交換反応を行わせた．
反応時間は5分，
2．１． 実験条件
10 分，15 分，20 分，30 分とした．反応後，酢酸3.1g を
表 1 に実験条件を示す．使用した原材料はなたね油 反応液に入れたのち，5 分間かく拌して反応液を中和した．
(300g)，CH3OH (47.6g)とした．触媒は NaOH(2.0g)を用 その後，中和液を 500ml スキーブ型分液ロートに移してい，反応時間を5 分～30 分の間で変化させ，そして，エス 24 時間静置し，BDF とグリセリンを分離，グリセリン生
テル交換反応は室温で行った．中和液は酢酸を用い， 成質量の計測を行った．グリセリンとBDF の分離にスキNaOH が 2.0g(KOH が 2.9g)に対し，当量となる酢酸は ーブ型分液ロートを使用したのは、反応液はBDF とBDF
3.1g となる．また，比較対象として，触媒としてNaOH と よりやや色の薄いグリセリンで構成されてため，通常の分
KOH を 2.9g 使用した条件のエステル交換実験を行った． 液ロートや円筒型分液ロートでは分離時に境界面が判別
原材料と触媒，中和液の混合には回転数と加熱温度を制 しにくいためである．
御できるホットスターラを用い，回転数を350rpmとした． また，触媒の種類や触媒や中和液の量により，グリセリ
原材料と触媒の計測には電子天秤を用い，質量計測に下 2 ン生成量等に差が出るか比較する為，触媒としてKOH を桁まで必要な CH3OH と NaOH，酢酸では下 2 桁まで計 2.9g 使用した条件で30 分間反応させ，酢酸3.1g で5 分間測可能な電子天秤を用いた．
中和した実験と，触媒としてNaOH を2.9g 使用した条件
で 30 分間反応させ，酢酸 3.1g と 4.4g で 5 分間中和した
2．2． 実験方法
実験を行い，グリセリン生成量の比較を行った．
2．2．1．反応時間とグリセリン生成量の比較実験
2．2．2．CaCl2 メタノール溶液を用いた石けん分離実験
まず，ステンレスカップにいれた CH3OH 47.6g に
2.1 の条件のうち、触媒にNaOH が2.0g，反応時間が5
NaOH を 2.0g を入れ，完全に溶解するまでかく拌(以降， ～20 分の条件で，酢酸 3.1g による中和液を作成した．石弓削商船高等専門学校

紀要

12

第 44 号（令和 4 年）

表 2 NaOH と KOH におけるグリセリン生成量
触媒

NaOH

KOH

触媒量(g)2.0

2.9

酢酸量(ｇ)

3.1

3.1

0.0

グリセリン量(g)

36.7

37.4

41.3

表 3 触媒量とグリセリン生成量
触媒

NaOH
2.0

酢酸量(ｇ)

3.1

3.1

4.4

グリセリン量(g)

36.7

－

41.6

グリセリン質量（g）

触媒量(g)

2.9

図 3 けん化(上)とエステル交換(下)

40

30
20

10
A, 反応時間 5 分

0
0

10

20

B, 反応時間 10 分30

反応時間（min）
図 2 反応時間とグリセリン生成量
けん検出用試薬として2mol/L CaCl2 メタノール溶液(以降CaCl2 溶液と記す) 13ml を中和液に入れて 10 分間攪拌した．かく拌後，500ml のメスシリンダに入れて 24 時間静D, 反応時間 20 分
C, 反応時間 15 分
置して、石けんの析出状態の確認を行った．
図 1 に Na 石けんと Ca 石けんの構造式を示す．CaCl2
図 4 CaCl2 メタノール溶液を用いた溶液を石けん検出薬に採用したのは，図 1 に示すように，中和液中の石けん析出の様子
図より，時間経過とともにグリセリン生成量が増加し，
Na 石けんではNa に長鎖が1 本であるのに対し，Ca 石けんではCa に2 本の長鎖が取り付くので石けんの分子量が 反応時間が 15 分を超えるとグリセリン生成量が頭打ちと大きくなって，Na よりも石けんが析出しやすくなる．そ なっていることがわかる．反応時間の違いでグリセリン生して，触媒として NaOH が 2.0g (0.05mol ) 使用されて 成量に差が生じている結果より、中和にはエステル交換，けん化反応を停止させる効果があることがわかった．また，いるので，最大で必要量はNaOH の1/2 モルとなる．
この結果からエステル交換等の反応はかく拌時開始後 15分ほどで終わることがわかった．
3． 実験結果
表 2 に反応時間 30 分，NaOH を 2.0g を使用した場合と KOH を 2.9g 使用した場合におけるエステル交換反応
3．1． 反応時間とグリセリン生成量の比較
で酢酸で中和した条件と中和していない条件でのグリセ
図2 に反応時間とグリセリン生成量の関係図を示す．
この実験において基本となるNaOH の質量は2.0g として リン生成量を示す．表より，グリセリンの生成量は触媒がいる．これは一般的に BDF を作成するにあたり使用され 異なっても中和した場合では大きな差はみられないが，触ている触媒KOH の触媒量が2.9g であり，
NaOH とKOH 媒は同じでも中和することによりグリセリン量が減少しのモル数を合わせたためである．また，この実験における ていることがわかる．中和剤の酢酸の密度は 1.05g/L
グリセリンとは，中和液を 24 時間の静置分離により容器 @20℃と BDF より密度が高いため，静置分離すると下部に沈降するはずである．また、これまでの経験から触媒がの下部に溜まった液体を指すものとする．

中和法を用いた石鹸生成抑制に関する研究Ⅱ―エステル交換およびけん化反応に与える中和法の影響 ―13

過剰状態で 24 時間静置すると石けんが分離容器の下部に おいて石けんが析出していることから，けん化とメチ
沈降していることも考慮すると，中和によりエステル交換 ルエステル交換反応は同時の反応であり，これまでのもしくはけん化反応，または石けんの析出(凝集)が抑制さ 実験で観察された時間とともに石けんの析出が増えてれることで，グリセリン生成量が減少している可能性があ いたのは，反応液中の石けんの分子が凝集して目に見ると考えられる．
えるまで成長するのに時間がかかっていただけである
表3 に，触媒量と酢酸量を変化させた場合のグリセリン ことがわかった．そして，この結果は酸により石けん生成量を示す．反応時間は 30 分とした．表より，NaOH の凝集を防ぐ効果を示すものであると考えられる．
が2.9g (0.07 mol)でエステル交換した反応液を酢酸量3.1g(0.05mol)で中和した条件では，分液ロート内に石けんが生
4． まとめじてしまいグリセリンの分離を行えなかった．この結果より中和が不十分であると石けんが析出することがわかっ
エルテル交換とけん化反応は塩基下で起こる反応でた．そして，NaOH を2.0 g (0.05 mol)でエステル交換し あるため，反応液を酸により中和することで石けんのた反応液を酢酸 3.1 g で中和した場合とNaOH 2.9g，酢酸 生成または析出が抑えられるのではないかという仮定
4.4 g (0.07mol)で中和した場合のグセリン生成量を比較す を立てた．その仮定に基づき，反応時間を変化させたと，NaOH が2.9 g の条件のほうが4.9 g グリセリン量が エステル交換反応を行い，グリセリン生成量の変化を増加している(表3)．
調べた．さらに，CaCl2 メタノール溶液を用いて中和し
NaOH が2.0 g の条件に対し 2.9 g の条件では，NaOH た反応液中に石けんが存在するかの簡易的な確認を行
および酢酸の投入量の差は2.2g (0.9g +1.3g) 増加している い，中和液中の石けんの存在の有無を確認した．得らので，NaOH と酢酸がすべてグリセリンのほうへ移行した れた結果をまとめると，以下のようになる．
と仮定しても，グリセリン質量の増加分が触媒と中和液の ・反応時間を変化させたエステル交換反応を行い，反増加質量分より多くなっている．しかし，図3 に示すよう
応液を酢酸で中和した．その結果、反応時間が 15 分に，けん化ではグリセリンと石けんが生成される．言い換までは反応時間が長くなるとグリセリン生成量が増
えれば，NaOH が過濃な状態でエステル交換よりけん化が大することがわかった．この結果より，エステル交換
優勢になれば，生成されたグリセリンと石けんが容器下部とけん化反応は中和により停止できることがわかっに集まることになり，グリセリンのみための質量は増加すた．
ることになる．つまり，NaOH が 2.9g の条件でグリセリ ・反応液の中和に触媒の当量より少ない酢酸を使用す
ン質量が触媒量と酢酸の増加量より大きくなったのは，触ると石けんが析出する．
媒投入量が増えることで塩基濃度が高くなり，エステル交 ・反応時間 30 分，NaOH が 2.0g と 2.9g の条件でエ換よりけん化が優勢となったためだと考えられる．そして， ステル交換を行い，触媒量の当量となる酢酸で中和
この状態で石けんが目視できないのは，酸が分散剤の役目したもののグリセリン生成量を比較すると，2.9g のを果たして石けん凝集を防いでいるためだと推測される． 条件のほうがグリセリン生成量が増加する．そして，
また，KOH が 2.9 g の条件でエステル交換した反応液をグリセリン増加量は NaOH と酢酸の増加量より多く
酢酸 3.1 g で中和すると中和していないときよりもグリセ
なる．グリセリン量の増加は NaOH 過濃状態(塩基性
リン量が減少するのは．前述した酸による石けんの分散効が高くなる)ではけん化反応が優勢になり，析出して果により石けんが BDF の方へ分散されたためだと推測さいない状態でグリセリンのほうへ石けんが移動した
れる．
ためだと考えられる．また，この状態で石鹸が目視できないのは酸が分散剤の役目を果たすことで，石け3．2． CaCl2 メタノール溶液を用いた石けん分離
んの凝集を防いでいるためだと推測される．
3．1 の結果と比較するために，石けん検出試薬とし ・反応時間 30 分，触媒を 0.05 mol の NaOH,と KOHて CaCl2 溶液を中和液に投入，10 分間かく拌して中和でエステル交換反応を行い，反応液を 3.1g の酢酸で液中の石けんを析出させた．反応時間が 5 分，10 分、 中和した場合のグリセリン生成量に変化はほとんど
15 分，20 分の条件における中和液中の石鹸析出の様なかった．また，KOH を用いた条件での反応液を中子( 24 時間静置後)を図 3 に示す．図より，反応時間に和した条件とそうでない条件を比較した場合では，
より石けんの析出状態は違うが，石けんの析出が確認
中和に用いた密度の高い酢酸の分だけグリセリン質
できた．これまでは実験観察の経験から，反応開始か量が増えていなければいけないにもかかわらず，中ら石けんの析出までに時間がかかるため，けん化反応
和した条件でのグリセリン生成量が減少した．このとけん化反応にはタイムラグがあるのではないかと推
結果は，酸による石けんの凝集を防ぐ効果により．石測していた．しかし，試薬を投入したすべての条件にけんが BDF の方へ分散されたためだと推測される．

弓削商船高等専門学校

紀要

・中和液に CaCl2 溶液を加えるとすべての条件で石けんが析出した．この結果は，エステル交換とけん化が同時に起こっていることを示している．そのため，この結果は，酸による石けんの凝集を防ぐ効果を裏付けるものであると考えられる．
参考文献[1] 長山，初めて学ぶ基礎エンジン工学，東京電機
大学出版局， p197， (2008)．
[2] 畑村，自動車エンジン技術がわかる本，ナツメ社， p66，(2009)．
[3] 高崎・他 5 名，日本機械学会論文集，B63-613，
p3165，(1997)．
[4] 秋葉・西田，日本マリンエンジニアリング学会誌
第 40 (6)， p123，(2005)[5] 島田，日本マリンエンジニアリング学会誌第46(6)，p26， (2011)[6] 段・他 3 名，日本マリンエンジニアリング学会
誌第 41(3)，p117， (2006)[7] 原田，油脂化学の知識，幸書房，p80，(1980)[8] 原田,油脂化学の知識，幸書房，p76，(1980)

第 44 号（令和 4 年）

14

15

滴下法を用いた BDF の作成に関する研究
秋葉貞洋*,宇田稔啓**,金光学史**

Effect of Potassium Hydroxide Solution Methanol
Dropping Method on BDF Reaction
Sadahiro AKIBA * , Toshiaki UDA**, Masashi KANEMITU**
Abstract
Effect of KOH solution in methanol dropping method on BDF reaction was investigated. KOH solution
in methanol were dropped into rapeseed oil by tubing pump and the Drop and rapeseed oil were mixed bya magnetic stirrer. The dropping period was 30 min, and the total dropping quantity was 50.5g, and thetotal mixing time was 35 min from the start of dropping, and mixing speed of a magnetic stirrer andtemperature of rapeseed oil and inner diameter of tube and number of tubes were varied. The mixing oil
ｗas standing still in 500ml separatory funnel for 24hr and glycerin was separated from BDF, and thequantity of glycerin was measured. The results were discussed account for the effect of KOH solution inmethanol dropping method on BDF reaction.

BDF とは油脂とメタノール(CH3OH)をエステル交換 4)した燃料のことである．そのため，油脂を植物性のものとディーゼル機関は経済性，汎用性に優れているため，することで，燃焼により排出されたCO2 は短いスパンで
陸上，海上を問わず各種機械の原動機として幅広く用い植物に吸収されることになる．このサイクルをカーボンられているが，ディーゼル機関から排出される窒素酸化
ニュートラル(Carbon Ne-utral)と言い，大気中のCO2 濃物(NOx)や粒子状物質(PM : Particu-late Matter)などの有 度増加の抑制に有効であると考えられる．
害な燃焼生成物が原因の環境汚染が大きな社会問題とな
しかし，植物油は高粘度であり，ディーゼル機関で良り，それらの有害燃焼生成物を軽減させることが緊急の好な燃焼状態を得るためにエステル交換を行うことで粘課題となっている．それら有害燃焼生成物を低減する方度を低くしている．その際，触媒として KOH (水酸化カ1)法には，多段噴射 による燃焼改善やエマルジョン燃料
リウム)を使用しているため，エステル交換と同時に高ア2)，BDF (BDF:Bio Diesel Fuel)を含む含酸素燃料 3)による ルカリ(塩基)性の副産物としてグリセリンや石けんが生成
燃焼性状改善などがある．近年ではそれらに加えて地球されてしまう．この高塩基性副産物を取り除くために静温暖化による環境の変化にも注目が集まり，化石燃料で置分離を行っているが，それだけでは微量ながらBDF 中
ある軽油，重油などの燃焼や製造過程の途中と燃焼時にに副産物と塩基触媒が残ることになる．そのため，BDF
排出される二酸化炭素(CO2)の削減も求められている．
を水洗することで除去しなければならず，さらに塩基性
CO2 は炭化水素が燃焼すると必ず生成するものであり，廃棄物が増えてしまう．つまり，この高塩基性廃棄物のどんなに燃焼の高効率化がすすんでも排出が抑制される
処理をしなければならない手間がBDF 利用の促進を妨げだけで，排出をゼロにすることはできない．そして，化る要因の一つとなっている．
石燃料を使用するということは長い年月をかけて地中に一般的に，化学反応を行うときには溶液が均質な状でためていた炭素を一度に放出することを意味しており，反応を行わせ，エステル交換は塩基性の反応である．そそれを再び地中に戻すのには同じだけの年月が必要となのため，エルテル交換を行うと大量の塩基触媒を使用する．そこで，現在注目されている対策法にBDF がある． る．しかし，選択的に触媒濃度を変化させる，言い換え
１．はじめに*商船学科**商船学科 5 年

令和 3 年 12 月 24 日受理

弓削商船高等専門学校

紀要

れば，未反応のなたね油に未反応の触媒を混ぜたCH3OHを滴下すれば，触媒総量を低減しても局所的には触媒濃度の濃い領域を確保できることになる．そして，廃棄物の塩基濃度が下がれば廃棄物処理が容易になるので，
BDF の利用の促進につながるのではないかと考えた．
本研究ではチューブポンプを用いてなたね油にメタノ
ールKOH 混合液を滴下することにより，OH-濃度の高い混合液の滴になたね油を混合することでエステル交換を行った．そして，BDF 収率に変化が生じるかを調べるた
めに副産物であるグリセリンの生成質量を計測し，混合
パラメータがBDF 作成に与える影響を明らかにすること
で，塩基性廃棄物を削減したBDF 作成の可能性について考察を行った．

16

第 44 号（令和 4 年）

表 1 実験条件
なたね油

(g)

300

混合液比 (KOH：CH3OH)

2.9 : 47.6

混合液滴下量 (g)50.5±2wt％

滴下時間 (min)30

かく拌時間(滴下法) (min)35

チューブ内径 (mm)0.8,1.6

かく拌回転数 (rpm)

350 ,500

反応温度

室温，50℃

2. 実験方法および実験条件
表 1 に実験条件を示す．実験は 500ml ステンレスビー
カに入れたなたね油 300g に対し，CH3OH と KOH を
47.6：2.9 の割合で混合した溶液(以降，混合液と記す)をチューブポンプにより 30 分間で 50.5g 滴下した．そして，実験には内径が0.8mm と1.6 ㎜のチューブを使用した．
かく拌には加熱温度と回転数を設定できるホットスターラを用いた．かく拌時間は滴下時間+5 分間とし，滴下時間の終了間際に滴下された混合液滴がなたね油と反応す
図 1 滴下装置外観
る時間を考慮した．そして，かく拌には長さ 50 ㎜のかく
表 2 混合法と滴下法のグリセリン生成量
拌子を用い，かく拌子回転数は 350rpm と 500rpm とした．また，反応温度は室温と加熱(設定50℃)とした．
グリセリン生成量かく拌終了後，なたね油と混合液を反応させた液(以降，
反応温度
室温
50℃
反応液と記す)は 500cc 分液ロートへ移し，24 時間静置し混合法 (g)41.3
46.3
た．静置後，分液ロートの下液(グリセリン)を分離して，グ滴下法 (g)44.2
47.9
リセリンの生成質量を計測した．
図 1 に滴下実験装置の外観を示す．かく拌時間が 35 分と長いため，混合液中のメタノールの蒸発の影響を抑える必要があった．そのため，混合液を入れる容器は口が絞ら テンレスパイプでチューブ質量を受ける構造にして，計測れている 100ml 三角フラスコを用いた．さらに,チューブ 時に混合液からチューブを引き上げてフラスコの質量のを通す穴をあけたステンレス製の蓋を作成し，フラスコに 計測を行った．
かぶせることで開口部面積をできるだけ小さくした．
滴下によるエステル交換を行った場合(以降，滴下法と記
また，なたね油に滴下した混合液の質量は滴下前後に計 す)の比較対象として，ステンレスカップに入れたなたね油
測したフラスコの質量差から求め，さらに，滴下中もフラ 300g に対しCH3OH 47.6g にKOH を2.9g を完全溶解さスコ質量を5 分おきに計測し，ポンプのコントローラを操 せた混合液を一括投入し，30 分間かく拌してエステル交換
作して滴下質量の調整を行った．この時，できるだけフラ した(以降，混合法と記す)実験を行った．かく拌子回転数は
スコ質量を素早く正確に計測する必要がある．しかし，混 350rpm，反応温度は室温と加熱(設定50℃)とした．
合液にチューブを浸したままフラスコの質量を計測すると，浸したチューブの体積分だけチューブの質量も計測し3. 実験結果てしまうことになる．そして，混合液の減少とともに液にかかるチューブ質量が変化するので，滴下質量の微調整に
表2 に，混合法と滴下法におけるグリセリン生成量を示支障をきたすことになる．そこで，チューブの質量が混合 す．混合法では室温におけるグリセリン生成量が41.3g に液にできるだけかからないよう，スタンドに取り付けたス 対し，加熱(50℃設定)では 46.3g となり，室温でのエステ

17

滴下法を用いた BDF の作成に関する研究

表 3 回転数とグリセリン生成量
滴下法モデル

混合法モデルかく拌子回転数 (rpm)

350

500

グリセリン生成量

44.2

43.8

(g)

表 4 チューブ内径とグリセリン生成量
チューブ内径φ (mm)

0.8

1.6

グリセリン生成量

44.0

44.2

(g)

図 2 反応モデルイメージ
表 5 チューブ本数とグリセリン生成量
ル交換は加熱の89％の生成率となることがわかった．
このチューブ内径×本数
1.6×1
1.6×2
生成率の増加は，化学反応は温度が高いほど反応が促進するためである．しかし，CH3OH の沸点は 64.7℃であり， グリセリン生成量 (g)
44.2
41.2
エステル交換は発熱反応であるため，反応熱により温度上昇を考慮すると，なたね油の加熱温度は余裕を見て50℃ままた，滴下法と混合法を比べると，混合液供給方法以外
でとしたほうが良いと考えられる．
で設定が異なるのは，滴下法のほうがかく拌した時間が 5
表より，滴下法における室温のグリセリン生成量は 分間だけ長いことである．考え方によれば，かく拌時間が44.2g，加熱では47.9g とった．混合法と同じく滴下法でも 5 分伸びれば反応が進むと考えることもできるが，滴下法
加熱することによりグリセリン生成量が増加することが では，滴下時間の後半に滴下された混合液滴ほどかく拌時
わかった．
間が短くなるので，全体的にみれば混合液を最初に一括入
また，室温では滴下法は混合法より7％の改善が見られ， する混合法のほうが混合液となたね油が出会う確率が高かつ，室温滴下法は加熱混合法の95％の収率となった．加 くなると考えられる．そのため，表2 の結果は図2 の滴下
熱条件で混合法と滴下法を比較すると滴下法は混合法よ 法モデルの効果を裏付けるものであると考えられる．
り生成率が 3％改善していることから，滴下法は混合法よ
表3に，室温におけるかく拌子回転数350pm と500rpm
り効率的にエステル交換が可能であることがわかった．
のグリセリン生成量の結果を示す．使用したチューブ内径
図 2 に滴下法と混合法の反応モデルのイメージを示す． は1.6 ㎜である．表より，かく拌子回転数350rpm のとき
黄土色部分がなたね油，濃紺部分が混合液とする．なたね 44.2g，500rpm のとき 43.8g となり，差は 0.9％である．
油300g に対してKOH が2.9g というのは，混合法におい この結果のみを見るならば，回転数はグリセリン生成量にてなたね油と CH3OH が十分にエステル交換を行うのに 与える影響はほとんどないといえる．しかし，前述した滴必要量以上の塩基(OH-)濃度を確保できる量である．すな 下モデルで考えると，混合液滴内のなたね油の拡散スピー
わち，CH3OH にすべKOH をすべて溶かしこむと，混合 ド，言い換えれば，なたね油への混合液の拡散スピードが
液での塩基濃度は過剰な状態となる．そして，なたね油(油 エステル交換反応に強く影響していると考えられる．ここ脂)にKOH はほとんど溶けないので，エステル交換を行う では結果として示していないが，図1 の装置図にあるよう場合にはCH3OH をKOH の溶媒として利用している． にステンレスカップに蓋をして実験中に内部が確認でき
混合法のように，かく拌しながら混合液を一括投入する ないため，実験中にかく拌子の入れ忘れやスターラのスイと，下図のように投入直後はなたね油中に濃い混合液が存 ッチの入れ忘れたため，なたね油に混合液を滴下しただけ
在することになるが，すぐに混合液がなたね油分散して均 の状態になったことがある．この時はほとんどなたね油と一な OH-濃度のもとで反応が起こることになる．しかし， 混合液が混ざらず，エステル交換反応はおこらなかった．
滴下法の場合は，ある程度の間隔で連続して滴下される このことを踏まえると，この回転数の差ではエステル交換
OH-濃度の濃い領域に次々なたね油が送り込まれることで 反応に影響が与えられるほど拡散スピードを増加させる
エステル交換が起こることになる．つまり，1 つの滴で考 ことができなかったため，グリセリン生成量に変化が生じえれば混合液滴中の CH3OH がなたね油とのエステル交 なかったのではないかと推測される．
換で消費されるか，もしくは，混合液滴中のOH-濃度がな
表4にチューブ内径を変化させた場合のグリセリン生成
たね油により希釈されて反応を維持できない濃度となる 量の比較を示す，この時の拌子回転数は 350rpm である．
ことで反応が停止することになる(上図)．しかし，次々の落 表より，内径0.8 ㎜のグリセリン生成量は44.0g，内径1.6下する滴も十分にOH-濃度が高いので，局所的にOH-濃度 ㎜の生成量は 44.2g となり，差は 0.5％であった．この結が高い領域が連続して作られるのでエステル交換反応が 果からグリセリン生成量に対してチューブ内径(滴径)は影促進したのだと考えられる．
響しないといえる．この場合，滴下時間及び滴下量が決ま弓削商船高等専門学校

紀要

第 44 号（令和 4 年）

18

本研究では CH3OH(メタノール)に KOH を溶かした混合液をなたね油に滴下することで，局所的に OH-(塩基)濃度の高い領域を作り，混合パラメータを変化させたエステ
ル交換(BDF の作成)を行った．パラメータが BDF 作成に与える影響について得られた結果を以下に示す．
・内径φ1.6 ㎜のチューブを用いた場合，室温の混合法に対し滴下法ではグリセリン生成量が7％増加した．また，
図 3 滴下位置設定用蓋
常温滴下法のグリセリン生成量は加熱(50℃設定)混合法の生成量の95％となった．加熱条件において，滴下法はっているため内径 0.8 ㎜は内径が小さくなった分，滴下間混合法よりグリセリン生成量が 3％改善した．この結果
隔が短くなる．そのため，1 回の滴下量が減少しても，すから，滴下法はエステル交換に適していることがわかっ
ぐに次の滴が落ちてくるため，滴下位置ではＯＨ-濃度が下た．
がりにくい状態になったため，生成量に変化が現れなかっ・かく拌子回転数，チューブ内径を変化させた条件ではグたのではないかと推測される．
リセリンの生成量に大きな変化は見られなかった．滴下
表 5 にかく拌子回転数 350rpm におけるチューブ内径法の反応効率の改善効果は局所的なOH-濃度の高い領域
1.6 ㎜でチューブ本数を 1 本と 2 本とした条件でのグリセを作ることができること，つまり，混合液の拡散スピー
リン生成量を示す．表より，1 本ではグリセリン生成量がドが重要であると考えられる．かく拌子の回転数を増加
44.2g となるのに対し，2 本では生成量は 41.2g となり，させた条件でグリセリン生成量に変化がほとんどなかっ明らかに本数がグリセリン生成量に影響していることがたのは，回転数が高くなり拡散スピードが増してもエスわかった．
図3に滴下実験で用いた蓋を示す．
滴下実験を行う場合， テル交換を維持できるOH-濃度が維持できるだけの混合液が滴下されたため，チューブ内径を変化させた場合でチューブの位置がずれる影響を防ぐために，ステンレスカ
は，1 回の滴下量が減っても滴下間隔が短くなり，ステップのふたに開けた穴にチューブを挿入することで，位置ル交換を維持できるOH-濃度が維持できるだけの混合液がずれないようにしている．1 本の場合はカップの中央付が滴下されたためだと考えられる．
近にチューブを差し込む穴をあけているのに対し，2 本の条件で図の赤丸に示す穴にチューブを指して実験を行っ ・チューブの本数を2 本とした滴下法と1 本の滴下法を比較した場合，2 本の滴下法のグリセリン生成量は 1 本のた．これは中央付近にある穴を使用すると，かく拌時に液滴下法のものよりも減少した． 2 本の条件と1 本の条件
滴が混ざり合可能性が考えられたためである．
に比べてグリセリン生成量が減少したのは，混合液の滴単純に滴下モデルを適応すると，2 か所同時に反応を行
下場所と滴下間隔が原因だと考えられる．1 本の場合，える2本のほうが1本の条件に比べグリセリン生成量が増
滴下位置はカップのほぼ中央部であるのに対し，2 本の加するはずである．しかし，2 本の条件で生成量が減少する結果となったのは，次に挙げる理由が考えられる．まず， 場合はカップ中央と外縁の中間点付近の 2 か所となるので，かく拌子の回転数が同じ(角速度)であってもなたね油
2 本の条件は1 本の条件に対して1 回に倍の量が滴下されの流速が増してOH-の拡散スピードが増したこと，それるので，滴下の間隔が長くなる．次に，かく拌子回転数(角に加え，30 分間の滴下量が一定としたため，2 本の条件速度)が同じでも滴下箇所が中央より離れることで滴下位
は 1 本より滴下間隔が長くなることにより，エステル交
置のなたね油の周速度(流速)が速くなることである．つま換反応に必要なOH-濃度を維持することが難しかったたり，滴下間隔が長くなることで，混合液となたね油の混合めだと考えられる．
が進みOH-濃度を維持しにくくなること，それに加え,滴下
位置が中央から離れることで，滴下箇所のなたね油の流速
参考文献
が速くなり，さらにOH-濃度を下げたからだと考えらえられる．そしてグリセリン生成量が混合法と同程度となったのは，初期はOH-濃度がすぐに低下するので反応が進みに [1] 秋葉・西田，日本マリンエンジニアリング学会誌
第 40 (6)， p123，(2005)
くく，滴下したなたね油中のＯＨ-濃度の濃度がエステル交[2]
島田，日本マリンエンジニアリング学会誌第換を行うのに十分な濃度を超えたあたりでエステル交換
46(6)，p26， (2011)が進み始めることで，混合法と同じようなグリセリン生成[3] 段・他 3 名，日本マリンエンジニアリング学会量になったのではないかと推測される．
4. まとめ誌第 41(3)，p117， (2006)[4] 原田，油脂化学の知識，幸書房，p80，(1980)

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可視光カメラを用いた液中プラズマ実験監視システムの開発
佐久間 一行*・高瀬 玄渉**

Development of in-liquid plasma experiment monitoring
system by using visible light camera
Ikko Sakuma* , Towa Takase **Abstract
In the in-liquid plasma experimental device at the National Institute of Technology, Yuge College,research has been conducted on the application of chemical reactions occurring at the interface between
the liquid and gas phases. However, since the reaction field including the plasma produced by theexperimental apparatus is very small, the experiments are conducted by repeatedly generating thereactions for a long time to investigate their effects. Therefore, in this study, we developed a system tomonitor the experiments using a simple PC-connectable camera device. By using this system, theexperimenter is notified when a discharge loss occurs during the experiment. The net plasma discharge
time during the experiment can also be measured, which allows for more accurate control of theexperiment time. The developed system has an error rate of about 2 [%] between the net discharge time
and the set experiment time depending on the frame rate setting.

１．緒言
弓削商船高専にある液中プラズマ実験装置[1]では、水中気泡内で発生させるプラズマを用いて液相と気相およびプラズマ相によって形成される高温の反応場を用いた応用研究として、油水分解実験や水素同位体交換反応実験などを行っている。しかしながら、図 1 の写真に実験装置で生成されるプラズマを示すが、

図 1 液中プラズマ放電の様子* 商船学科** 専攻科生産システム工学専攻

電極間距離が 0.5 [mm]、電極直径が 1[mm]と微小であるため、各実験は反応を長時間繰り返し生じさせ、その効果を調べている。このため、実験は最大で 4 時間程度有する場合もある。また、プラズマの生成にはアルゴンなどのガスを液中に注入するため、電極の位置
や気泡のゆらぎによって放電が消失することがある。
したがって、実験中の正味の実験時間を把握するためには、放電を監視する必要がある。一方で、本校の研究室は１名体制が基本であり、長時間実験の実施にはスケジュール調整を工夫して時間を確保する必要がある。このため、実験サンプルを確保するために日を要することが課題としてあった。そこで本研究では、簡易的な PC 接続可能なカメラデバイスを用いて実験の監視を行うシステムの開発を行った。監視システムでは、主にプラズマ放電の発光を計測し、設定時間以上放電が消失した際に実験者に通知を送る仕組みとした。
これによって、実験時間における正味の放電時間の計測ができ、かつ放電が設定された時間以上途切れた場
合に実験の意味が消失するため、そこで実験を打ち切
令和 3 年 12 月 31 日受理

弓削商船高等専門学校

紀要

第 44 号（令和 4 年）

20

図 2 プラズマ監視システムの概要
る判断が可能となる。
また、漏電などによる過電流等の致命的な異常には 図 3 Web カメラを用いたプラズマ監視プログラム
電源回路に停止機構が備わっている。
のフローチャート
２．プラズマ実験監視システムさを持つ点を発光している画素として数えた。この発光画素数に対しても閾値設定を行い、閾値以上の範囲
図 2 に本研究で開発する計測システムの概要を示す。で発光が確認できたときにその画像はプラズマの発光
本計測システムは、液中プラズマ実験装置で生成され があるものとし、設定 FPS による 1 フレームあたりのた水中気泡内のプラズマからの可視発光をパソコン接 時間を発光時間として積算する。これをカメラから送続で使用できるカメラ(Microsoft, LifeCam Studio られる画像ごとに実施し、積算された時間を放電時間
Q2F-00021)によって画像取得し、その画像に対する数 として実験終了に伴うプログラムの終了時に表示させ値解析処理を用いてプラズマの発光を判断し、発光時 ることで、放電時間を表示する。なお、使用したカメ間を計測する。システムは計測中と計測後の動作に分 ラ撮影画素数およびレンズ画角から放電実験においてかれており、計測中には、発光時間の積算とプラズマ 不要な背景が大きいため、予め取得画像のうちの処理
消失時間の積算を行い、設定された時間以上にプラズ 範囲を制限して処理を行った。
マが消失した場合には、実験者に通知を送る仕組みと また、放電が行われないフレームについては、積算さなっており、実験中止の判断を仰ぐ仕組みとなってい れないが、一方で、ある設定時間連続して放電が無いる。また、実験後には、プラズマ放電時間を返すだけ と判断された場合には、プログラムから外部のでなく、グラフとして時間ごとの発光強度を示す。
Pushbullet[3]アプリケーションを通じて実験者に通知
計測プログラムは、プログラミング言語の Pythonを行う。実験終了時には、積算した発光時間、発光強(Ver3.8.6)により記述・実行され、画像処理は OpenCV 度分布グラフが表示される。
[2]ライブラリを用いた。図 3 にカメラ計測システムの また、可視光像の計測においては、実験実施時の時刻
プログラムのフローチャートを示す。プログラムでは、 による太陽光の反射光の影響が大きい。可視光カメラ
まずライブラリのインポートおよびカメラ設定が行わ はスペクトル分解能が無く、計測可能な波長範囲の光れる。次に、実際のカメラで撮影された映像に対する をすべて採光する。しかしながら、太陽光の影響は実繰り返し処理が行われる。カメラは設定された毎秒フ 験時間内で大きく変化することは無いと考えられるた
レーム数(FPS)に従い、像を取得し、PC へと送信する。 め、プログラムにおいて背景光を実験前に一定時間計
本研究で使用した Web カメラは 15 および 30 FPS が 測し、その背景光を差し引きした状態でプラズマ発光
設定可能である。PC では、送られてくる 1 フレームご の計測を行うことで、太陽光などの背景光の影響を最との画像を処理する。プラズマによる発光の有無を判 小化するようにした。
断するために、まずグレースケール処理し、それを踏まえて設定された閾値による 2 値化処理を行う。これにより、グレースケール画像における閾値以上の明る可視光カメラを用いた液中プラズマ実験監視システムの開発

３．実証試験
３．１ 放電監視試験
開発した監視システムを用いて、実際の液中プラズ
マ放電実験の発光を使用した Web カメラ(Microsoft,
LifeCam Studio Q2F-00021)で設定可能な 30 FPS お
よび 15 FPS を使用して 1 時間監視した。図 4 に示すようにカメラを設置し、また反射光が減るように後ろに黒い紙によるスクリーンを置き、実験時には電気を消灯して放電し、監視を行った。１時間実験を行った際の手動計測による正味のプラズマ発光時間と監視シ
ステムによるフレーム処理回数を表 1 に示す。

表 1 1 時間放電の監視結果
フレームレート 総処理フレーム数[フレーム]
[FPS]
30
54053
15
52852

誤差率
[%]
-49.95-2.13

21

ムの処理は、大別するとカメラからのデータ取得と取得した画像データに対する処理の二つの処理があり、特に画像処理に時間がかかっているため、処理落ちしフレームが抜けるため、誤差が生じたと考えられる。
特に 30 [FPS]では、1 フレームの周期は 0.03 [秒]程度であるため、プログラムの改善が必要となる。なお、
本研究に使用した PC のスペックを表 2 に示す。
一方で、Pushbullet による通知機能は問題なく動作した。

表 2 実験に使用した PC スペック一覧
PC メーカー

DELL Vostro 3581

CPU
実装 RAM

Core i3-7020U 2.30 GHz

システム

64 bit OS

16.0 GB３．２ 監視システムによる液中プラズマ実験装置における放電率の計測
30 FPS で監視する場合、1 時間のフレーム数の理論開発した監視システムを使用して、液中プラズマ実値は 108000 フレームである。取得できた総フレーム 験装置の放電実験における放電率の計測を行った。こ数が 54053 フレームであることから、誤差率εは理論 こで、放電率σは、下記のように定義する:
フレーム数を𝑓0 、取得フレーム数を𝑓とすることより正味の放電時間𝑓 − 𝑓0𝜎=× 100 [%]
𝜀=× 100 [%]
設定放電時間𝑓0として求められる。同様に、15 FPS での場合は、理論
フレーム数が 54000 フレームに対して取得フレームが52852 フレームであり、誤差率は-2.13 [%]であった。
これにより、設定フレームレートによる計測誤差の違いが生じていることが明らかとなった。このため、この原因を 1 フレームあたりの処理時間を調べることで調査したところ、1 フレーム目の処理に設定フレーム
レートの周期の 10 倍近くの時間がかかっており、処理落ちしていることが明らかとなった。また、1 フレー

これまでに監視システムと合わせて行った液中プラズ
マ放電実験の結果から、放電率をまとめたものを図 5に示す。特に、水素同位体交換反応実験では、液相に水または重水を用いており、これらは純度が高く導電率が低く、放電が生じにくいことがこれまでの実験でわかっており、これに対して、油水分解実験では界面活性剤等が混入する場合や炭化水素中での実験などで
は放電率はほぼ 100%であるため、監視システムを使用していないため、図 5 には含めていない。実験結果
より、実験時間の伸長にともない放電率が低下してお図 4 プラズマ監視試験時の様子

図 5 液中プラズマ実験装置における放電率弓削商船高等専門学校

紀要

り、最も低い点で 30.5 [%]となっており、これは単純に 3 回に 1 回放電が起きておらず、放電時間が 1/3 程
度になっていることを示す。一方で、放電率の低下は線形にではなく、5000 秒程度までで急激に落ち込み、そこからほぼ横ばいになるような様子を示している。
これは、放電により短時間で電極形状が変形したことで電界が集中する箇所が変わることが原因として考えられるため、電極を使用する際の前処理過程を検討する必要がある。
４．結言
弓削商船高等専門学校において液中プラズマ実験装置を用いた研究の効率化およびプラズマ放電の実験時
間計測を行うために PC 接続の可視光カメラを使用した実験監視システムの開発を行った。監視システムでは、カメラより取得する放電前の背景画像と放電中の発光がある状態の画像とを比較することで放電中であることを判断し、フレームごとの時間を積算すること
で放電時間を計測した。また、放電が消失されたフレームが設定時間以上続いた場合には、実験者に異常通知を送るシステムを組み込み、実験者が常に実験に立ち会う必要がないシステムとした。また、実証実験に使用した環境では、15 [FPS]設定で、誤差率-2 [%]で放電時間を計測できることが明らかとなった。
液中プラズマは液相の条件によって放電が途切れることがあるため、この監視システムを用いて液中プラズマの放電率を計測した。これにより、設定時間が伸長することによって放電率が非線形に低下することが明らかとなり、最も低い放電率が 30 [%]程度であることがわかった。
本研究により、液中プラズマ実験装置を用いた実験において、特に導電率の低い液相を使用した状況で放電を行う場合には設定実験時間と実放電時間との乖離が設定実験時間が長いほど生じるため、プラズマ監視システムを用いた実放電時間の計測が実験時間の管理
および実験の失敗を防ぐためにも有効である。
参考文献[1] 佐久間一行，船舶ビルジ水処理に向けた液中プ

ラズマ実験装置の開発 ，弓削商船高等専門学
校紀要，41 号，pp.7-11，2018[2] OpenCV, https://opencv.org/[3] Pushbullet, https://www.pushbullet.com/

第 44 号（令和 4 年）

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船員のメンタルヘルスアンケートから見た学生の船員イメージとギャップ
森 瑛太郎 *・山下 訓史 *・村上 知弘 **Seafarers Image and Gap of the Students as seen fromthe Seafarer's Mental Health Questionnaire
Eitaro Mori *, Satoshi Yamashita *, Tomohiro Murakami **Abstract
In recent years, youth turnover has become a problem. On the other hands, seafarers’ managementof mental health has become a major issue in the field of sailor training. Therefore, appropriate measures
for their mental health are critical considering their working environment for maritime logistics. To
improve the guidance and practical training of students who will work as seafarers in the future, we
conducted a questionnaire survey on what causes their mental health problems during the voyage.
Considering that many of the factors that cause mental problems are related to human relationships, It
is considered that guidance on communication methods aimed at building smooth human relationships
on board and a training environment simulating a company ship should be incorporated into thetraining.

１．はじめにタルヘルスの対策等の構築が重要な課題となってきている[2]。このため、一般財団法人海技振興センターで厚生労働省（以後厚労省）が令和 2 年 10 月に公表
は、国土交通省と連携して、海技者のメンタルヘルス
した新規学卒就職者の離職状況（平成 29 年 3 月卒業
に関する調査研究専門委員会を開催し、船員のメンタ者の状況）[1]によれば、平成 29 年における新規大卒
ルヘルスに関するわが国初の大規模アンケート調査を
就職者の 3 年以内の離職率は 32.8％、新規高卒就職者 行ったうえ、「船員のメンタルヘルス確保のための手［3］の 3 年以内の離職率は 39.5％となっており離職率が高 引き」 及び「船員版職場環境改善チェックシート」［4］
いことがわかる。ただし、これは厚労省が過去 20 年を作成している。
調べた結果とほとんどかわりはない。つまりバブル期
そこで、一般財団法人海技振興センターが船員に対であろうが、就職氷河期であろうが離職率に大きな変 して行ったアンケートと同様なアンケートを弓削商船化はない。一方、Z 世代と呼ばれる近年の学生たち
高等専門学校（以後本校）商船学科の学生に行い、同は、生まれた時からスマートフォン（以後スマホ）が アンケート結果から両者を比較することによって、学あり、ものごころつく頃から様々な情報を自由にやり 生の考える船員と現状の船員の状況とのギャップがあ取りしているデジタルネイティブである。このような るかを調べた。これにより本校学生が想像する未来像
学生たちと親世代のバブル期・氷河期の世代とは会社 が実際の船員の生活にギャップがないかを調査した。
を辞める理由が少しながら異なることが考えられる。 多くの場合このギャップが大きいために離職してしま
また近年、勤労者等のメンタルヘルスが社会的に大 う。本研究では就職後の定着率を上げることを目標にきな問題になってきており、船員をはじめとした海上 学生が就職後に受けるリアリティショック（理想と実業務を遂行する海技者においても、陸上から離れた閉 際のギャップ）の明確化及び練習船を使ってできる教
鎖的で、かつ仕事と生活が一体となった環境下で業務 育実習を検討した。
を遂行するという特殊性があることなどにより、メン*
練習船弓削丸** 商船学科

令和 3 年 12 月 24 日受理

弓削商船高等専門学校

紀要

第 44 号（令和 4 年）

２．アンケート調査24

表１ 仕事の内容・状態に関する質問
船員の仕事にはどんなイメージをしていますか？

２．１ アンケートの概要
本研究で行ったアンケートでは、海技者のメンタルヘルスに関する船員に実施したアンケート調査を基に船員と学生とが比較できるように本校学生用にアンケートを作成した。質問内容は、2020 年 3 月船員版職場環境改善チェックシートプレテスト調査結果報告書［5］における職業性ストレス簡易調査（57 項目）の内、学生が船員をイメージして回答可能な仕事の内容・状態に関する 17 項目の質問、2019 年 7 月船員のメンタルヘルスに関するアンケート調査報告書［6］における船員の仕事に関する質問（船員の業務性に関するストレス
度合いの把握）29 項目と乗船中のストレス解消法に関する質問 8 項目、メンタルの問題に関する質問 2 項目を実施した。また、独自に職場環境及び人間関係に関する質問4項目を準備し学生にアンケートを実施した。
これらのアンケートは、紙ベースのアンケートのようにホームルームなどを活用せずとも各自好きな時間に実施できるので Microsoft Forms を使用して行った。

選択式
・非常にそう思う・かなりそう思う
・多少そう思う・そう思わない
１ 非常にたくさんの仕事をしなければならない
２ 時間内に仕事が処理しきれない３ 一生懸命働かなければならない
４ かなり注意を必要とする
５ 高度の知識や技術が必要な難しい仕事だ
６ 勤務時間中はいつも仕事のことを考えていなければならない７ からだを大変よく使う仕事だ
８ 自分のペースで仕事ができる
９ 自分で仕事の順番・やり方を決めることができる
１０ 職場の仕事の方針に自分の意見を反映できる
１１ 自分の技能や知識を仕事で使うことが少ない
１２ 部署内で意見の食い違いがる
１３ 他の部署とうまが合わない

２．２ アンケート対象者及び比較船員数
アンケート対象者は、令和3 年度に弓削商船高等専門
学校商船学科に在籍する1 年生から5 年生とした。回答を行った学生は134 名であった。回答率73％であった。
また、比較対象である船員はメンタルヘルス報告書［6］より、外航船員 566 人、内航船員 1208 名、外航と内航の両方に従事する船員 72 名、練習船 72 名の合計
2167 名であった。また環境改善報告書［5］より、外航船員 270 名、内航船員 906 名、外航と内航の両方に従事する船員 211 名、未回答 45 名の合計 1432 名である。

１４ 職場の雰囲気は友好的である
１５ 職場の作業環境は良くない（音、照明、温度、換気など）
１６ 仕事の内容は自分にあっている
１７ 働きがいのある仕事だ

表２ 船員の仕事に関する質問
船員のストレスの要因になりそうなものはなんだと思いますか？
選択式
・非常にそう思う・かなりそう思う

２．３ アンケートの内容
本研究のアンケートは前述しているように一般財団
法人海技振興センター海技者のメンタルヘルスに関する調査研究委員会が公表している内容と同様なものであるため、実際に就職していない学生には練習船実習などの体験などから船員の仕事をイメージして回答してもらった。
質問内容として、大きく 4 項目あり、「仕事の内容・状態に関する」質問、船員の業務性に関するスト
レス度合いの把握として「船員の仕事に関する」質
問、「乗船中のストレス解消法に関する」質問、「メンタルの問題に関する」質問、「人間関係に関する」質
問について、それぞれ表 1－5 に記す。

・多少そう思う・そう思わない
１ 衝突、転覆、座礁等の事故が発生しないよう、気をつかうこと
２ 危険と隣り合わせの仕事であること
３ 危険物貨物の管理に気をつかうこと
４ 船舶を直接運航するための業務のほかに、書類の作成に時間をつかうこと
５ 運航スケジュールがハードであること（用船者の運航計画に余裕がないこと）
６ 船内の限られた環境で、数日、数週間、数月を過ごすこと
７ 常時動揺し、騒音のある環境下で数日、数週間、数月間を過ごすこと８ 限られた人達と職務や生活を職・住を数日、数週間

船員のメンタルヘルスアンケートから見た学生の船員イメージとギャップ

表４ メンタルの問題に関する質問

間、数月間を過ごすこと
９ 船内で他の船員とのコミュニケーションがとれないこと
１０ 船内ではプライベートな時間がとれないこと
１１ 陸上の家族や友人、恋人との連絡手段がないこと
１２ 携帯電話が使えないこと

選択式
１ これまでに練習船（弓削丸や大型練習船）で気分が落ち込んだり、実習を受ける気力が起きない問題が起きたことがありますか？
・あった・それに近いことがあった・なかった
２ 乗船中はメンタルの問題が起きやすいと思います

１３ 陸上の家族や友人と会う機会がないこと

か？

１４ 睡眠時間が 1 日に連続して 7 時間以上とれないこ・起きやすい・ある程度起きやすい・思わないと25

・わからない

１５ 自由な時間が 1 日に 8 時間以上ないこと
１６ 外航船員の方にお伺いします。外国人船員との混乗していること
１７ 外航船員の方にお伺いします。時差の関係で 1 日の時間が変化すること
１８ 酷寒や酷暑のスタンバイ時等は、過酷な長時間労働であること

表５ 人間関係に関する質問
１ 船員の上司はどんなイメージをしていますか？
・怖そう・緊張する（話しづらい）・優しそう・かっこいい２ 理想の船員の上司はどんな人ですか？

１９ 入出港時などは時間制限のある労働となること・仕事面において尊敬できる

２０ 食事は、決められた量以上に食べることができな

・部下の成長を考えてくれるいこと
２１ 食事はメニューが限られていること

・コミュニケーションがとりやすい
３ 円滑に業務を進めるために重要視することは何です

２２ 飲酒の機会が制限されていること

か？

２３ 喫煙の場所や時間が制限されていること

・コミュニケーション・スケジュール管理２４ 運動をする機会が充分にないこと・やる気・操船技術、整備技術

２５ 趣味に没頭できる機会が充分にないこと

４ 船員という職業にハラスメントはあるとおもいます２６ アウトドアの趣味ができないこと

か？

２７ 気の合わない上長と乗船すること・あると思う・それに近いものはあると思う

２８ 気の合わない部下と乗船すること・ないと思う２９ 話などをする船員が限られた人になりがちなこと

３．アンケート結果および考察
表３ 乗船中のストレス解消法に関する質問
船上でのストレス解消としてどんなことをしたいですか？
以下より選択（複数解答可）
１ 携帯電話を使う
２ 趣味や運動を楽しむ
３ プライベート時における他の船員とのコミュニケー
ション
４ 友人、相談相手などをつくる
５ 一人でお酒などを楽しむ
６ 陸上の家族、友人、恋人と連絡をとる
７ 睡眠を十分とる
８ 仕事上円滑なコミュニケーションをとる

３．１ 仕事の内容・状態に関する質問
この質問事項は、上述の報告書より本来船員と陸上の労働者を比較するために実施されたものである。
これらの報告では、船員については仕事の量的負担、質的負担ともに過酷な環境下にあることが改めて示されている。一方、ストレス反応としては「気がはりつめている」「よく眠れない」といったところで陸上の労働者に比べて悪化している項目があったが、「概ねやや良好か変わらない様子であった」と報告されている。
それに対し本研究結果では学生が持つ船員に対するイメージが明確に示された。
船員と学生との比較を図 1 に示す。図 1 は、質問に対する回答の中で、一番高いストレス度を示す回答をグラフにしたものを示した。
図 1④より、学生が「かなり注意を集中する必要が紀要

第 44 号（令和 4 年）ある」という項目が最も選択されており、2 番目に「一生懸命働かなければならない」、3 番目に「高度の知識や技術が必要な難しい仕事だ」、4 番目に「自分のペースで仕事ができる」、5 番目に「非常にたくさんの仕事をしなければならない」の項目に対して半数以上の学生が船員の仕事では高いストレスを受けるであろうとイメージしている。
これは学生が、まだ社船での船の仕事を理解できていないことと学生たち自身が様々な作業を認識していないため、過剰に難しいと感じているあかしであろう。実際の船員の仕事は毎日のルーティーンもあり、常に高等な技術を使っているわけではない。このように船員という仕事を十分にイメージできていないということと練習船で一部知っているという不安から多くの学生にとってストレス度が高いと感じていることがうかがえる。4 番目に選ばれた「自分のペースで仕事ができる」という項目は、学生にとってはまだ船員の仕事のサイクルや仕事のペース、仕事の分量などがつかめていないため自分のペースで仕事ができないのではないかと想像する学生が多かったため上位にあがってきたと推測される。
これは、Z 世代と呼ばれる学生たちの特徴の一つであり、小学校のころから「自分のペース」を大事にされており、社会が「自分のペース」で動いていないことを理解していない結果が明確に表れている。しかしながらマイペースをみんなのペースに変えることは本校の教育でも十分にできるのではないかと考える。こ
の点を実習の観点から考えていくことは必要である。
また、学生のアンケートの結果より船員の方が数値の高かった項目は、「私の職場の作業環境（騒音、照明、温度、換気など）はよくない」、「私の部署内で意見の食い違いがある」、「働きがいのある仕事だ」であった。作業環境については、練習船では日本近海や気象海象を考慮し危険な海域等での実習は行っていない
ため、環境に関してそこまで想像できていないことがわかる。言い換えるときれいな練習船しか知らない学生にとって船員の職場環境は少なからずいいイメージに見えている。しかしながら実際の会社ではそのような環境ばかりではない船もあるため、ギャップが生まれ、大きなストレスを感じて離職につながっているのではないかと推測される。

：学生

弓削商船高等専門学校

26

：船員

①非常にたくさんの仕事をしなければならない

51.5%②時間内に仕事が処理しきれな
い

17.2%

③一生懸命働かなければならな
い

74.6%

④かなり注意を集中する必要が
ある

88.8%

⑤高度の知識や技術が必要なむ
ずかしい仕事だ

63.4%⑥勤務時間中はいつも仕事のことを考えていなければならない

38.1%⑦からだを大変よく使う仕事だ⑧自分のペースで仕事ができる

23.5%
14.4%
41.7%
45.9%
27.8%
24.7%
40.3%
23.1%
60.4%
14.1%

⑨自分で仕事の順番・やり方を決めることができる

45.5%⑩職場の仕事の方針に自分の意見を反映できる

30.6%⑪自分の技能や知識を仕事で使うことが少ない

6.7%⑫私の部署内で意見のくい違い
がある

6.7%

⑬私の部署と他の部署とはうま
が合わない

4.5%

⑭私の職場の雰囲気は友好的で
ある

9.7%

⑮私の職場の作業環境（騒音、照明、温度、換気など）はよく
ない

5.2%

⑯仕事の内容は自分にあっている⑰働きがいのある仕事だ
図１ 仕事の内容・状態に関する質問

10.3%
11.2%
3.2%
7.8%
3.8%
4.7%
20.6%
9.0%
4.3%
2.2%
4.7%

27

船員のメンタルヘルスアンケートから見た学生の船員イメージとギャップ

３．２ 船員の仕事に関する質問
この質問は、船員業務の特殊性に関するストレス度合いを船員及び学生それぞれ示したものである。上位
10 項目について図 2 に船員及び図 3 に学生の結果を示す。前述の報告書［6］の分析では、全体としては、「危
険と隣り合わせ」、「事故が発生しないように気を使う」という船員としての業務に起因する要因が高い。
一方で高ストレス者は、「上司との関係」、「運航ス
ケジュールがハード」、「限られた環境」によるストレスが高いと分析されている。学生と比較した結果では「運航スケジュールがハード」については、船員の順
位は 2 位に対して、学生の順位は 5 位となっており、「上司との関係」については、船員の順位 4 位に対して、学生の順位は 8 位となっている。これも前述のよ
うに船員の仕事の理解不足から学生との船員の結果に差が出ている。運行スケジュールのストレスなどは実際に経験してみないと分からないためこのような結果になったと思われる。これは前項のマイペースであればあるほどつらく感じてくるかもしれない。高ストレス者ほど上記の項目によるストレスが高くなっているのにもかかわらず、学生は実際の仕事のイメージわかないので、船員との差が生まれたと思われる。

３ 危険物貨物の管理に気をつかうこと。

88.8%

２ 危険と隣り合わせの仕事であること。

87.3%

１ 衝突、転覆、座礁等の事故が発生しないよう、気をつかうこと。

４ 船舶を直接運航するための業務のほかに、書類の作成に時間をつかうこと。

５ 運航スケジュールがハードであること（用船者の運航計画に余裕がないこと）。

１８ 酷寒や酷暑のスタンバイ時等は、
過酷な長時間労働であること。

６ 船内の限られた環境で、数日、数週間、数月を過ごすこと。

２７ 気の合わない上長と乗船すること。

１３ 陸上の家族や友人と会う機会がないこと。

８ 限られた人達と職務や生活を職・住を数日、数週間間、数月間を過ごすこと。

80.6%
78.4%
78.4%
78.4%
74.6%
72.4%
71.6%
69.4%

図３ （学生）船員の仕事に関する質問上位 10 項目

63.1%

２ 危険と隣り合わせの仕事であること。

１ 衝突、転覆、座礁等の事故が57.0%発生しないよう、気をつかうこと。

５運航スケジュールがハードであること。
（用船者の運航計画に余裕がないこと）

２７ 気の合わない上長と乗船すること。

４ 船舶を直接運航するための業務のほかに、書類の作成に時間をつかうこと。

３危険物貨物の管理に気をつかうこと。

６ 船内の限られた環境で、数日、数週間、数月を過ごすこと。

１４ 睡眠時間が 1 日に連続して7 時間以上とれないこと。

１８ 酷寒や酷暑のスタンバイ時等は、
過酷な長時間労働であること。

８ 限られた人達と職務や生活を職・住を数日、数週間間、数月間を過ごすこと。

56.6%
52.4%
50.5%
48.9%
46.7%
42.5%
41.8%
39.8%

図２ （船員）船員の仕事に関する質問上位 10 項目

３．３ 乗船中のストレス解消法に関する質問
この質問は、乗船中のストレス解消法に関する質問である。船員に対して実施された調査では、各項目の「非常に」及び「かなり」が選択された回答データが報告されており。学生には同様の 8 項目の質問事項に対し、複数回答可とした。
表よりストレス解消法として、船員と学生どちらも多く選択された項目は、「睡眠を十分とる」や「趣味や運動をたのしむ」であった。一方、「陸上の家族、友人、恋人との連絡をとる」や「仕事上円滑なコミュ
ニケーションをとる」については、学生に比べ船員の方が選択した割合が多くなっている。
これはまだ学生自身が子供であるため、また思春期でもあり親からの独立心が生まれる頃でもあるため、家族への思いなどは大人と違うと思われる。
どちらも上位の睡眠については疲労の回復やストレスの緩和につながる、趣味や運動もストレス解消法として広く一般的にも知られている。ただし船の労働環
境上、陸上での生活のような時間帯で仕事をするわけではないので、十分な睡眠の確保ができない場合ある。さらに船内では陸上のように WiFi 等が整備されているわけでもなく、時間も限られており限られた趣味や運動しかできないといったことでストレスを解消

弓削商船高等専門学校

紀要する方法を制限されることを学生も理解しておくことが必要である。

28

第 44 号（令和 4 年）

これまで自分自身にメンタルの問題（例えば「気分が落ち込
む」「仕事をする気にならない」「常にイライラする」、「怒りっぽくなる」）が起きたことがありますか。

未回答, 1.6%
なかった, 17.9%８

仕事上円滑な

コミュニケーションをとる

７

39%
52%
それに近いことがあっ

78%
75%

睡眠を十分とる６ 陸上の家族、友人、恋人とあった, 39.0%

た, 41.6%46%

図５ 船員の回答

65%

連絡をとる

57%
５ 一人でお酒などを楽しむ

４

友人、相談相手などをつくる

３ プライベート時における他の船員とのコミュニケーション

２

41%
これまでに練習船（弓削丸や大型練習船）で気分が落ち込んだ

51%
45%

り、実習を受ける気力が起きない問題が起きたことがあります
か？

45%
53%

趣味や運動を楽しむ

77%
65%

１

61%
63%

携帯電話を使う

あった
25%
なかった
56%

それに近いことがあった
19%

図６ 学生の回答
学生

船員

図４ ストレス解消法に関する質問

乗船中はメンタルの問題が起きやすいと思いますか。

わからない
10%

３．４ メンタルの問題に関する質問
この質問は、メンタルの問題に関する質問である。
項目１の質問に関しては、学生は練習船実習の経験をもとに回答してもらった。図 5 より船員の 80.6％が「仕事上メンタルの問題が起きたことがある」についてあったもしくはそれに近いことがあったと回答している。学生は 44％が練習船実習においてあったもしくはそれに近いことがあったと回答している。
「乗船中
はメンタルの問題が起きやすいと思いますか」との質問に対しては、おきやすいもしくはある程度起きやすいと回答した船員は 78％、学生は 72％となっている。船員の 80％の人がメンタルの問題が起きやすいと回答しているという事実は、船員という職業は、メンタルの問題が起きやすい職業であるということを明確に示している。これは練習船しか経験していない学生でも十分に理解している証拠であろう。つまり学生自身が理解しているにもかかわらず、それでもギャップが生まれていることが大きな課題であろう。

未回答
1%

思わない
11%

起きやすい
32%

ある程度起きやすい
46%

図７ 船員の回答

乗船中はメンタルの問題が起きやすいと思いますか？

わからない
13%
起きやすい
36%

思わない
15%
ある程度起きやすい
36%

図８ 学生の回答

29

船員のメンタルヘルスアンケートから見た学生の船員イメージとギャップ

３．５ 人間関係に関する質問
この職場環境及び人間関係に関する質問は、学生のみに行った。図 9 より上司のイメージとして「怖そう」や「緊張する」といったネガティブな選択を 91％の学生がしている。図 10 より理想の上司はどんな人かの質問には、56％の学生が「コミュニケーションがとりやすい上司」と回答した。図 11 より円滑に業務を進めるために重要視することは何かの質問には、70％の学生が「コミュニケーション」と回答している。学生たちからみた「コミュニケーションがとりや
すい上司」とは、自分たちの意見を聞いてくれる人という意味であり、相互に話し合えるということではな
いのかとは思える。
また、図 12 より「船員という職業にハラスメントはあると思いますか」という質問には、図 12 より92％の学生が、あると思うもしくはそれに近いものはあると思うと回答している。これらの質問は、まさにイメージであり、実際に働いたことはないので、これまでの学校生活の先輩、また家庭の父親であったり、年配の人を恐れている世代のアンケート調査特有であると思われる。近年、どの会社でもハラスメント研修などを行っており、職員は皆ハラスメントについて一定の理解はある。しかしながらまったくないかというとこのあたりについては職場によって大きく異なるので一概に会社ではとは指導しづらいところでもある。
ただし、どの会社でもひと昔のような状況ではないことは理解させる必要があると思われる。インターンシ
ップなどを経験させ、実際の社船を体験することがいいのではないかと思われる。
近年の学生たちは耐ストレス性がないと言われているが、耐ストレス性がなくとも船員として働ける環境であってほしいという願いも我々にも少なからずある。学生たちの耐ストレス性を身に着けることと同時に会社側にも船員を増やすためにも若者への理解と対策を勧めていく必要があると思われる。

かっこいい
7%
優しそう
2%

仕事面において尊敬できる
23%
コミュニケーション
がとりやすい
56%

部下の成長を考えてくれる
21%

図１０ 理想の上司はどんな人ですか？

（上司、部下がいると仮定して）操船技術、整備技術
7%

やる気
9%

スケジュール管理
14%
コミュニケーション70%

図１１ 円滑に業務を進めるために重要視することは何で
すか？

ないと思う
8%

あると思う
52%

それに近いものはあると思う
40%

図１２ 船員という職業にハラスメントはあると思います
怖そう
51%

か？

４．まとめ
緊張する（話ずらい）
40%

図９ 船員の上司はどんなイメージをしていますか？

本研究では、学生が船員の行ったアンケートと同様の調査を行うことで学生がイメージしている船員の仕事を探ることができた。船員と学生の比較では、船員の仕事について両者ともにアンケート自体に大きな差弓削商船高等専門学校

紀要が出ているわけではなく、表１の仕事の内容・状態に関する質問の結果から、学生自身が船員という仕事は技術的にも体力的にも大変なこと、一生懸命働かないという事がある程度予測できている事がわかった。ただし、アンケ―トの結果から分かるように学生が将来の職場のイメージができていても実際にメンタルの問題が起こる可能性が十分にある。つまり船という特殊な環境で働く上で学生自身がメンタルヘルスの問題とどのようにつきあっていくか考えることが重要である。一般財団法人海技振興センターの行った調査［5］［6］では、若年者のストレス要因としては、上長との人間関係が大きい要因であると報告されている。実際にアンケートでもメンタルに関して船ではメンタルの問題が発生しやすいと船員と学生の両者とも多くの人が回答している。学生たちもまた、船員として働くう
えで人間関係に少なからず不安を抱えているのも事実である。学生たちが就職後、上司や環境はすべてが自分で選べるわけではないため、いかに働きやすくする
ために自分たちがどうすればよいかについて、対応策を知る必要がある。特に高ストレス者の要因として多かった「人間関係」に着目した取り組みが必要と考える。
改善策の一つとして次世代海事人材育成プロジェク
トのキャリア教育での本校が練習船で実施している上級生と下級生による船員の職場を模擬した実習である。上級生を上司、下級生を部下として、合同で実習を実施することで両者のコミュニケーションや船内での共同生活や当直中など学生と生徒間では経験できな
い船員の職場を模した環境のストレスをかけることで、将来の職場で必要とされるコミュニケーションの取り方やストレス耐性を身につけることができると考えられる。
また、船員を目指す学生にとってこのメンタルヘルスの問題については、問題を引き起こす可能性のある要因については事前に把握しその対処の仕方を知っておくこともとても重要なことである。一般財団法人海技振興センターでは、船員のメンタルヘルス確保のための手引き［2］が公表されており、若手船員向けのガイダンスも記載されているため船員としての心構えとして学生へ周知させることも必要であり、実施したいと考えている。
参考文献[1] 厚生労働省 HP，(2021.12.10)
https://www.mhlw.go.jp/stf/houdou/0000177553_00003.html[2] 一般財団法人海技振興センターHP，(2021.1.28)

第 44 号（令和 4 年）

30

https://mhrij.org/Default.aspx?tabid=276[3] 海技者のメンタルヘルスに関する調査研究専門
員会：船員のメンタルヘルス確保のための手引き，（2020.6）[4] 海技者のメンタルヘルスに関する調査研究専門
員会：船員版職業環境チェックシート，（2020.6）[5] 海技者のメンタルヘルスに関する調査研究専門委
員会： 船員版職場環境改善チェックシートプレテスト調査結果報告書，（2020.3）[6] 海技者のメンタルヘルスに関する調査研究専門委
員会：船員のメンタルヘルスに関するアンケート
調査結果報告書，（2019.7）

31

平行平板間内を流れる十分に発達した層流の運動方程式の無次元化解析（Part 1）
ジャンバル オダゲレル*１，横山 友花*２，長井 弘志*１，ダワァ ガンバット*１

Non-dimensional analysis of a fully developed laminarflow between parallel plates (Part 1)
Odgerel Jambal*1, Yuka Yokoyama*2, Hiroyuki Nagai*1, Ganbat Davaa*1
Abstract
We considered three different cases of fully developed laminar flow velocity profile distributions
between parallel plates with the axial movement of one of the plates. The fluid is non-Newtonian and thefluid shear stress is described by the power-law model.
In this report we focused on Case 1 and carried out nondimensionalization of the continuity andmomentum equations to obtain the exact solutions for the velocity field. The position of the maximum
velocity is provided in accordance with the relative velocity of the moving plate and the flow low index of
non-Newtonian power-law fluids.

１． まえがき

主要記号
𝐶

製造過程などの工学的な応用では，多くの重要な流𝑓
体が非ニュートン流体であり，それらの流動特性は重𝐹要である．そのため，非ニュートン流体の流動・伝熱特𝐿性に関する知見が必要とされている [1]．
𝑚
今回は，一方が移動する平行平板間内を流れる非ニ𝑛ュートン流体が十分に発達した層流の運動方程式につ𝑝いて調べた．この問題を詳しく調べることで，ガラス𝑅𝑒 ∗製造過程やプラスチックおよびセラミックス製造過程
𝜌での熱流体問題に応用できる．
𝑢
非ニュートン流体の構成方程式（つまり，せん断応力𝑢∗とせん断速度の関係）は，非ニュートン流体の流れと𝑢m
熱伝達に最も頻繁に使用されている指数測モデル
𝑈(power-law model) によって記述される [2]．
𝑈∗
本論文では，運動方程式の無次元化，流体の最大速度𝑦における位置，およびニュートン法を用いた数値解析
𝑦∗について報告する．これらは，移動平板の相対速度，指𝑧
数測流体での速度分布と摩擦係数の流れ指数の影響を添 字明らかにするために行った．一方が軸方向に運動する
0
平行平板流路内での流体の速度分布について三つの形Lを想定する．流体の速度分布のイメージを図 1 に示す．

積分定数
摩擦係数
無次元パラメータ
チャネルの幅整合性インデックス
流れの指数
圧力
一般化されたレイノルズ数
密度
流体の軸方向速度
無次元速度 = 𝑢/𝑢m
流体の平均速度
移動平板の軸方向速度
移動平板の相対速度 = 𝑈/𝑢m
固定平板に垂直な座標
無次元座標 = y/𝐿
軸方向座標
固定平板
移動平板
令和 3 年 11 月 29 日受理*1 電子機械工学科*2 専攻科生産システム工学専攻

弓削商船高等専門学校

紀要

図１の上図から平行平板流路内に最大速度を存在していること，中図と下図から最大速度が運動する平板上に存在している（速度分布の形が異なる）ことが分
かる．速度分布のこの三形は，それぞれ式(3)のせん断応力の適用の仕方が異なる．今回は，上図の速度分布の形 (Case 1) に絞って理論する．

32

第 44 号（令和 4 年）

ここで，式(1)の左辺のせん断応力 𝜏 は次式の指数法則(power-law model)で与えられる．

𝑑𝑢 𝑛−1 𝑑𝑢𝜏 = −𝑚 | |
| |
𝑑𝑦
𝑑𝑦

(3)

𝑛 = 1 の場合はニュートン流体に相当，𝑚 は流体の粘性係数 (viscosity) と一致する．
摩擦係数 𝑓 と一般化されたレイノルズ数 𝑅𝑒 ∗ は，
それぞれ次式で計算される．

𝑓≡

𝐿
𝑑𝑝
(− )
2
𝜌𝑢𝑚
𝑑𝑧

𝑅𝑒 ∗ ≡(4)2−𝑛 (2𝐿)𝑛
𝜌𝑢𝑚
𝑚

(5)

𝑢m は流体の平均速度であり次式で定義される．
1 𝐿(6)𝑢m ≡ ∫ 𝑢𝑑𝑦
𝐿 0
速度場の解析に際して次の無次元数を導入する．

𝑦 ∗ ≡ 𝑦 ⁄𝐿𝑢∗ ≡ 𝑢⁄𝑢𝑚
𝑈 ∗ ≡ 𝑈⁄𝑢𝑚
𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ≡ 𝐿𝑚𝑎𝑥 ⁄𝐿

図 1 速度分布のイメージ図

(7)
(8)
(9)
(10)

２． ２ Case 1（流体の最大速度が平行平板間内に存在する場合）２． 解析
図 2 に示す物理モデルを考える．流体解析に際して次の仮定を設定する [3]．
⚫ 流れは非圧縮・定常層流で流体力学的に十分発達している．
⚫ 流体は非ニュートン流体で，せん断応力は Ostwald-de Waele の指数法則 (power-law model)で表され，物性値は一定とする．
⚫ 一方の平行平板が軸方向に速度一定で運動している．

図 2 Case 1
この場合には，せん断応力 𝜏 は次式で計算される．

２．１ 基礎式
𝑑𝑢𝑎 𝑛𝜏 = −𝑚 ()
流体の運動方程式とその境界条件は上記の仮定によ
𝑑𝑦
り次式のようになる．
𝑑𝑢𝑏 𝑛𝜏 = 𝑚 (−)
運動方程式：
𝑑𝑦

𝑑𝜏
𝑑𝑝
=−
𝑑𝑦
𝑑𝑧

(1)

𝑢=0

𝑎𝑡

𝑦=0

𝑢=𝑈

𝑎𝑡

𝑦=𝐿

(11)

(𝐿𝑚𝑎𝑥 ≦ 𝑦 ≦ 𝐿)

(12)

(𝟎 ≦ 𝒚∗ ≦ 𝑳∗𝒎𝒂𝒙 )式(11)を適用し，さらに式(7)～式(10)の無次元数を用いると運動方程式と境界条件は次のように変換される．
運動方程式：

境界条件：{(a) 𝟎 ≦ 𝒚 ≦ 𝑳𝒎𝒂𝒙

(0 ≦ 𝑦 ≦ 𝐿𝑚𝑎𝑥 )(2)𝑑 𝑑𝑢𝑎∗ 𝑛() = −𝐹𝑑𝑦 ∗ 𝑑𝑦 ∗

(13)

33

平行平板間内を流れる十分に発達した層流の運動方程式の無次元化解析（Part 1）

境界条件：𝑢𝑎∗ = 0 𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 0(14)

ここで，𝐹 は次式で定義される無次元数である．
𝑓 ⋅ 𝑅𝑒 ∗
𝐿𝑛+1
𝑑𝑝
(15)
=
)≡𝐹
𝑛 (−
𝑛
2
𝑚 ⋅ 𝑢𝑚𝑑𝑧

式(12)を適用し，さらに式(7)～式(10)の無次元数を用いると運動方程式と境界条件は次のように変換される．
運動方程式：
𝑛

𝑑
𝑑𝑢𝑏∗
(−
) =𝐹
𝑑𝑦 ∗
𝑑𝑦 ∗

(19)

最大速度の位置 (𝑦 ∗ = 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 )では速度勾配が零であることから次式の条件が課せられる．
境界条件：

𝑑𝑢𝑎∗
= 0 𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 𝐿∗𝑚𝑎𝑥
𝑑𝑦 ∗

(16)

𝑢𝑏∗ = 𝑈 𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 1(20)

式(13)を式(16)の条件で 1 回積分すると次式になる．

最大速度の位置 (𝑦 ∗ = 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 )では速度勾配が零であることから次式の条件が課せられる．

1
1
𝑑𝑢𝑎∗
𝑛 (𝐿∗𝑚𝑎𝑥 − 𝑦 ∗ )𝑛
=
𝐹
𝑑𝑦 ∗

𝑑𝑢𝑏∗
= 0 𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 𝐿∗𝑚𝑎𝑥
𝑑𝑦 ∗

(17)

(21)

さらに，式(17)を式(14)の条件で積分すると次式の解が 式(19)を式(21)の条件で 1 回積分すると次式になる．
1
1
𝑑𝑢𝑏∗
得られる．
∗
∗

𝑢𝑎∗ =

1
1+𝑛
1+𝑛
𝑛
𝐹 𝑛 [𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 − (𝐿∗𝑚𝑎𝑥 − 𝑦 ∗ ) 𝑛 ] (18)1+𝑛(b) 𝑳𝒎𝒂𝒙 ≦ 𝒚 ≦ 𝑳

𝑑𝑦 ∗= −𝐹 𝑛 (𝑦 − 𝐿𝑚𝑎𝑥 )𝑛(22)

さらに，式(22)を式(20)の条件で積分すると次式の解が得られる．

(𝑳∗𝒎𝒂𝒙 ≦ 𝒚∗ ≦ 𝟏)

1
1+𝑛
1+𝑛
𝑛
𝐹 𝑛 [(1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛 − (𝑦 ∗ −𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛 ]
1+𝑛

(23)

1
𝐹 と 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 の値は不明のままである．それらは以∫ 𝑢∗ 𝑑𝑦 ∗ = 1
下で決定される．
0(26)

𝑢𝑏∗ = 𝑈 ∗ +ここで，𝑦 ∗ = 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 における速度の適合条件より

𝑢𝑎∗ = 𝑢𝑏∗ 𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 𝐿∗𝑚𝑎𝑥(24)

式(26)は，さらに 𝑢𝑎∗ と 𝑢𝑏∗ を用いると次式のように書くことができる．
𝐿∗𝑚𝑎𝑥

であるから，式(24)に式(18)と式(23)の速度を適用すると𝐹 に関して次の第 1 番目の関係式が得られる．

∫

1𝑢𝑎∗ 𝑑𝑦 ∗ + ∫

𝐿∗𝑚𝑎𝑥

0

𝑢𝑏∗ 𝑑𝑦 ∗ = 1

(27)

𝑛

𝐹=[

𝑛
1+𝑛

𝑈

∗

1+𝑛
1+𝑛 ]
{𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 − (1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛 }(25)

なお，いまだ確定していない 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 の値を決定する

式(18)の 𝑢𝑎∗ と式(23)の 𝑢𝑏∗ を式(27)に代入すると，𝐹に関して次の第 2 番目の関係式が得られる．
𝑛

1−𝑈

∗ (1

− 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 )1+2𝑛
1+2𝑛 ] (28)
𝑛
∗
∗
𝑛
𝑛 }
(1
)
{𝐿
+
−
𝐿
𝑚𝑎𝑥
1 + 2𝑛 𝑚𝑎𝑥

𝐹=[

ためには，𝐹 に関して式(25)とは別の関係式が必要である．これは平行平板間を流れる流体の流量バランスから以下のように得られる。
ここで，式(25)と式(28)から 𝐹 を消去すると 𝑛，式(6)を無次元化すると次式が得られる．
𝐿∗𝑚𝑎𝑥 および 𝑈 ∗ に関して次式の関係が得られる.

弓削商船高等専門学校

1+𝑛

紀要

第 44 号（令和 4 年）

34

1+𝑛

𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 − (1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛
𝑈 =
1+𝑛
1+2𝑛
1+2𝑛
𝑛
𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 −{𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 + (1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛 }1 + 2𝑛∗(29)

３. 解析方法

に対してそこでグラフの接線を考え，同じ操作を繰り返していく．上の考え方は次のように定式化される．
平行平板の一方が軸方向に移動する平行平板間の非 ここでは、考える問題を 𝑓： 𝑅 → 𝑅，𝑥 ∈ 𝑅 としてニュートン流体の予測摩擦係数を計算し，非ニュート 𝑓(𝑥) = 0 となる 𝑥 を求めることに限定する．この
ン流体の速度分布を明らかにするために以下の順番で とき，𝑥 の付近に適当な値 𝑥0 をとり，次の漸化式
この研究を進める予定である．
によって，𝑥 に収束する数列を得ることができる場
1) ニュートン法（Newton's method）を用いて式(29) 合が多い．
𝑓(𝑥𝑛 )から 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 を求める．
𝑥= 𝑥𝑛 − ′(A)2) プログラミング言語“Python”を用いて数値解析 𝑛+1
𝑓 (𝑥𝑛 )
用のプログラムを作成し，以下のパラメータや速度を解析する．
図 3 にニュートン法の一手順の概念を示す．図の青 式(28)から無次元パラメータ 𝐹 を求める．
線が関数 𝑓 のグラフで、その接線を赤で示している．
 式(15) を使って（摩擦係数）×（一般化され 𝑥𝑛 よりも 𝑥𝑛+1 のほうが 𝑓(𝑥) = 0 の解 𝑥 につたレイノルズ数）(𝑓 ⋅ 𝑅𝑒 ∗ ) を求める．
いてのより良い近似を与えている [4]．
 式(18)と式(23)を使って速度を求める．
3) 解析で得たデータを利用して速度分布，流体の予測摩擦係数の影響を示すグラフを作成する．
４. ニュートン法
数値解析の分野において，ニュートン法は，方程式系を数値計算によって解くための反復法による求根ア
ルゴリズムの 1 つである．対象とする方程式系に対する条件は，領域における微分可能性と 2 次微分に関する符号だけであり，線型性などは特に要求しない．収束の速さも 2 次収束なので古くから数値計算で使用されていた．
図 3 ニュートン法の一手順
この方法の考え方は以下のようである．
初めに，予想される真の解に近いと思われる値を一５. 結果つとる．次に，そこでグラフの接線を考え，その 𝑥 切片を計算する．この 𝑥 切片の値は，予想される真の解
ニュートン法の式(A)を使って式(29)の 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 を求により近いものとなるのが一般である．以後，この値 める．まず，式(29)を以下のように変化する．

1+𝑛

1+𝑛

1+𝑛

𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 − (1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛 = 𝑈 ∗ [𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 −

1+2𝑛
1+2𝑛
𝑛
{𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 + (1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛 }]1 + 2𝑛(30)

式(30)は 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 に関する式なので以下のように書けることができる．
1+𝑛

1+𝑛

1+𝑛

𝑓(𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) = 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 − (1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛 − 𝑈∗ [𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 −式(31)を 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 で積分すると以下の式が得られる．

1+2𝑛
1+2𝑛
𝑛
{𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 + (1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛 }]1 + 2𝑛(31)

35

平行平板間内を流れる十分に発達した層流の運動方程式の無次元化解析（Part 1）

1
1
1+𝑛
1+𝑛
1+𝑛
1+𝑛 ∗ 1𝑓 ′ (𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) = () {𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 + (1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 )𝑛 } −𝑈 ∗ [() 𝐿𝑚𝑎𝑥 𝑛 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 𝑛 + (1 − 𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ) 𝑛 ]
𝑛
𝑛

(32)

式(31)と式(32)を式(A)に代入し，Python でニュート
参考文献∗
ン法による数値解析プログラムを作成した後， 𝐿𝑚𝑎𝑥を解析した．その結果を表 1 と表 2 に示す．表 2 にあ [1] R. P. Chhabara and J. F. Richardson, Non∗
る 𝑈𝑐𝑟
は Case1 と Case2 の境界を示す臨界値
Newtonian Flow in the Process Industries, 1st∗(critical value) である．式(29)に 𝐿𝑚𝑎𝑥 = 1 と代入す
ed., Butterworth Heinemann, Oxford (1999)∗
ると，𝑈𝑐𝑟 を求める式が以下のように得られる．
[2] T. F. Irvine and J. Karni, Non-Newtonian Fluid
Flow and Heat Transfer, in S. Kakac, R. K. Shah
1
+
2𝑛
∗
𝑈𝑐𝑟
=
1+𝑛
and W. Aung (eds.), Handbook of Single-Phase
Convective Heat Transfer, 20.6-20.9, Chapter 20,
６. 結言
John Wiley & Sons, Inc. (1987)[3] Davaa G., Shigechi T. and Satoru M., Plane
移動平板の相対速度，指数測流体での速度分布と摩Coutte-Poiseuille Flow of Power-Law Non擦係数の流れ指数の影響を明らかにするための準備とNewtonian Fluids, Reports of the Faculty of
して：「層流・乱流，ニュートン流体，非ニュートン流
Engineering, Nagasaki University, pp.29-36,
体，クウェット流れ，ポアズイユ流れ」，「指数測流体」，
Vol.30, No.54 (1999)「平行平板間クウェット・ポアズイユ流れ」，「数値解 [4] ニュートン法，
析のニュートン法」について学ぶことができた．
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8B%E3
今回は「指数測流体の平行平板間クウェット・ポア%83%A5%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%
ズイユ流れ」の数学モデルを作成し，運動方程式を無B3%E6%B3%95
次元変化することができた．

𝑛
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0

-2.0
0.4776
0.46210.45090.44240.43580.43050.4261
0.42240.41930.41670.41440.41230.4106
0.40900.4076
0.40630.40510.40410.4031
0.4022

表 1 最大速度での無次元位置，𝐿∗𝑚𝑎𝑥 (𝑈 ∗ = −2.0~ −0.2)
𝑈∗
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
0.4789 0.4804 0.4820 0.4837 0.4857 0.4878 0.4902
0.4644 0.4668 0.4694 0.4723 0.4756 0.4792 0.4833
0.4537 0.4568 0.4602 0.4639 0.4681 0.4728 0.4782
0.4457 0.4492 0.4532 0.4575 0.4624 0.4679 0.4742
0.4393 0.4433 0.4476 0.4524 0.4578 0.4640 0.4710
0.4343 0.4384 0.4431 0.4483 0.4542 0.4608 0.4684
0.4301 0.4345 0.4394 0.4449 0.4511 0.4581 0.4662
0.4266 0.4312 0.4363 0.4420 0.4485 0.4559 0.4644
0.4236 0.4283 0.4336 0.4396 0.4463 0.4540 0.4629
0.4211 0.4259 0.4314 0.4375 0.4444 0.4524 0.4615
0.4188 0.4238 0.4294 0.4357 0.4428 0.4509 0.4604
0.4169 0.4220 0.4277 0.4341 0.4413 0.4497 0.4593
0.4152 0.4203 0.4261 0.4326 0.4401 0.4486 0.4584
0.4137 0.4189 0.4248 0.4314 0.4389 0.4476 0.4576
0.4123 0.4176 0.4235 0.4302 0.4379 0.4467 0.4569
0.4111 0.4164 0.4224 0.4292 0.4370 0.4459 0.4562
0.4100 0.4154 0.4214 0.4283 0.4361 0.4451 0.4556
0.4089 0.4144 0.4205 0.4274 0.4354 0.4445 0.4550
0.4080 0.4135 0.4197 0.4267 0.4347 0.4438 0.4545
0.4072 0.4127 0.4189 0.4260 0.4340 0.4433 0.4541-0.4
0.49300.48800.4843
0.48140.47910.47720.47570.47430.47320.47220.47140.4706
0.46990.46930.46880.46830.46790.46750.46710.4668-0.2
0.4962
0.49350.49150.48990.4886
0.4876
0.4867
0.48600.48540.48480.48440.48400.4836
0.48330.48300.4827
0.48240.4822
0.48200.4818弓削商船高等専門学校

𝑛
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0

0
0.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.5000

紀要36

第 44 号（令和 4 年）

表 2 最大速度での無次元位置，𝐿∗𝑚𝑎𝑥 (𝑈 ∗ = 0.0~1.6)
𝑈∗
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.5046 0.5106 0.5188 0.5321 0.5681
0.5080 0.5181 0.5319 0.5532 0.5987
0.5104 0.5237 0.5415 0.5681 0.6178 0.8894
0.5124 0.5280 0.5489 0.5791 0.6311 0.7867
0.5139 0.5315 0.5546 0.5875 0.6409 0.7616
0.5152 0.5343 0.5593 0.5942 0.6484 0.7536
0.5162 0.5366 0.5631 0.5996 0.6544 0.7507 0.9798
0.5171 0.5385 0.5663 0.6041 0.6592 0.7498 0.9343
0.5179 0.5402 0.5691 0.6079 0.6633 0.7497 0.9065
0.5185 0.5417 0.5714 0.6111 0.6667 0.7500 0.8889
0.5191 0.5429 0.5735 0.6139 0.6696 0.7505 0.8771
0.5196 0.5440 0.5753 0.6163 0.6721 0.7511 0.8687
0.5201 0.5450 0.5769 0.6184 0.6743 0.7517 0.8626
0.5205 0.5459 0.5783 0.6203 0.6762 0.7523 0.8579
0.5208 0.5467 0.5795 0.6220 0.6780 0.7529 0.8542
0.5211 0.5474 0.5807 0.6235 0.6795 0.7535 0.8513
0.5214 0.5481 0.5817 0.6249 0.6809 0.7540 0.8489
0.5217 0.5487 0.5826 0.6261 0.6822 0.7545 0.8470
0.5220 0.5492 0.5835 0.6272 0.6833 0.7550 0.8453
0.5222 0.5497 0.5843 0.6282 0.6843 0.7554 0.8439

1.6

∗
𝑈𝑐𝑟

1.00000.98600.97520.9666
0.9596
0.95371.09091.16671.23081.28571.33331.37501.41181.44441.47371.50001.52381.54551.5652
1.58331.60001.6154
1.62961.64291.6552
1.666737

平行平板間内を流れる十分に発達した層流の運動方程式の無次元化解析（Part 2）
横山 友花*１，ジャンバル オダゲレル*２，長井 弘志*２，ダワァ ガンバット*２

Non-dimensional analysis of a fully developed laminarflow between parallel plates (Part 2)
Yuka Yokoyama*1, Odgerel Jambal*2, Hiroyuki Nagai*2, Ganbat Davaa*2
Abstract
The present paper is an extension of our previous study. In this report we provide the nondimensional analysis results for Case 2 and Case 3 where the flow maximum velocities overlap with themoving plate velocity. We obtained the exact solutions for the velocity by solving the momentum equation
together with the continuity equation. The integral constant for the exact solution is obtained in accordancewith the relative velocity of the moving plate and the flow low index of non-Newtonian power-law fluids.
These results may be used to clarify the effects of the axial movement on the velocity fields of different nonNewtonian fluid flows and to determine the flow characteristics.

１． まえがき

主要記号
𝐶

製造過程などの工学的な応用では，多くの重要な流𝑓
体が非ニュートン流体であり，それらの流動特性は重𝐹要である．そのため，非ニュートン流体の流動・伝熱特𝐿性に関する知見が必要とされている [1]．
𝑚
今回は，一方が移動する平行平板間内を流れる非ニ𝑛ュートン流体が十分に発達した層流の運動方程式につ𝑝いて調べた．この問題を詳しく調べることによって，
𝑅𝑒 ∗ガラス製造過程やプラスチックおよびセラミックス製
𝜌
造過程での熱流体問題に応用できる．
𝑢
非ニュートン流体の構成方程式（つまり，せん断応力𝑢∗とせん断速度の関係）は，非ニュートン流体の流れと𝑢m
熱伝達に最も頻繁に使用されている指数測モデルによ𝑈って記述される [2]．
𝑈∗
本論文では運動方程式の無次元化，および流体速度𝑦分布と摩擦係数の式内の積分定数を求める数値解析結𝑦∗果について報告する．これは，最大速度が運動する平𝑧板上に存在しているときの Case 2 と Case 3 について
添 字の理論で前論文 (Part1) の続きである．この場合，速0度分布の形が異なる．
L
まず，図 1 に示す物理モデル (Case2) を考える．

積分定数
摩擦係数
無次元パラメータ
チャネルの幅整合性インデックス
流れの指数
圧力
一般化されたレイノルズ数
密度
流体の軸方向速度
無次元速度 = 𝑢/𝑢m
流体の平均速度
移動平板の軸方向速度
移動平板の相対速度 = 𝑈/𝑢m
固定平板に垂直な座標
無次元座標 = y/𝐿
軸方向座標
固定平板
移動平板
令和 3 年 11 月 29 日受理*1 専攻科生産システム工学専攻*2 電子機械工学科

弓削商船高等専門学校

紀要

38

第 44 号（令和 4 年）

𝑢m は流体の平均速度であり次式で定義される．
1 𝐿(6)𝑢m ≡ ∫ 𝑢𝑑𝑦
𝐿 0
速度場の解析に際して次の無次元数を導入する．

𝑦 ∗ ≡ 𝑦 ⁄𝐿𝑢∗ ≡ 𝑢⁄𝑢𝑚
𝑈 ∗ ≡ 𝑈⁄𝑢𝑚
𝐿∗𝑚𝑎𝑥 ≡ 𝐿𝑚𝑎𝑥 ⁄𝐿

図 1 Case 2

(7)
(8)
(9)
(10)

２． ２ Case 2（流体の最大速度が運動する平板上に
存在する）

２． 解析

流体解析に際して次の仮定を設定する [3]．
⚫ 流れは非圧縮・定常層流で流体力学的に十分発達
この場合には，せん断応力 𝜏 は次式で計算される．
している．
𝑑𝑢 𝑛
(0 ≦ 𝑦 ≦ 𝐿)(11)
𝜏 = −𝑚 ( )⚫ 流体は非ニュートン流体で，せん断応力は Ost𝑑𝑦
wald-de Waele の指数法則で表され，物性値は一定とする．
式(11)を適用し，さらに式(7)～式(10)の無次元数を用⚫ 一方の平行平板が軸方向に速度一定で運動して いると運動方程式と境界条件は次のように変換される．
いる．
運動方程式：𝑑 𝑑𝑢∗ 𝑛() = −𝐹𝑑𝑦 ∗ 𝑑𝑦 ∗２．１ 基礎式
流体の運動方程式とその境界条件は上記の仮定によ
り次式のようになる．
境界条件：
運動方程式：𝑢∗ = 0 𝑎𝑡
∗

𝑑𝜏
𝑑𝑝
=−
𝑑𝑦
𝑑𝑧

(1)

𝑢 =𝑈

∗

𝑦∗ = 0𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 1

(12)

(13)

ここで，𝐹 は次式で定義される無次元数である．

𝑓 ⋅ 𝑅𝑒 ∗
𝐿𝑛+1
𝑑𝑝
=
)≡𝐹
𝑛 (−
𝑛
2
𝑚 ⋅ 𝑢𝑚
𝑑𝑧

境界条件：
{

𝑢=0

𝑎𝑡

𝑦=0

𝑢=𝑈

𝑎𝑡

𝑦=𝐿

(2)
式(12)を 1 回積分すると次式になる．

ここで，式(1)の左辺のせん断応力 𝜏 は次式の指数法
則 (power-law model)で与えられる．

𝑑𝑢 𝑛−1 𝑑𝑢𝜏 = −𝑚 | |
| |
𝑑𝑦
𝑑𝑦

(14)

(3)

𝑛 = 1 の場合はニュートン流体に相当，𝑚 は流体の粘性係数 (viscosity) と一致する．

1
1
𝑑𝑢∗𝑛 (𝐶 − 𝑦 ∗ )𝑛
=
𝐹
𝑑𝑦 ∗

(15)

さらに，式(15)を式(13)の条件で積分すると次式の解が
得られる．

𝑢∗ =

1
1+𝑛
1+𝑛
𝑛
𝐹 𝑛 [𝐶 𝑛 − (𝐶 − 𝑦 ∗ ) 𝑛 ]
1+𝑛

(16)

ここで，𝐶 は積分定数である．

摩擦係数 𝑓 と一般化されたレイノルズ数 𝑅𝑒 ∗ は， 式(13)の条件 𝑢∗ = 𝑈 ∗ 𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 1 を式(16)に利用する
それぞれ次式で計算される．
と次式が得られる．

𝑓≡

𝐿
𝑑𝑝
(− )
2
𝜌𝑢𝑚
𝑑𝑧

𝑅𝑒 ∗ ≡

2−𝑛 (2𝐿)𝑛
𝜌𝑢𝑚
𝑚

1
1+𝑛
1+𝑛
𝑛
𝐹 𝑛 [𝐶 𝑛 − (𝐶 − 1) 𝑛 ]
1+𝑛

(4)

𝑈∗ =

(5)

平行平板間を流れる流体の流量バランスから以下のように得られる．

(17)

39

1
1
1+𝑛
1+𝑛
𝑛
∫ [
𝐹 𝑛 {𝐶 𝑛 − (𝐶 − 𝑦 ∗ ) 𝑛 }] 𝑑𝑦 ∗ = 1
0 1+𝑛

(18)

式(18)を積分すると次式の解が得られる．
1
1+𝑛
1+2𝑛
1+2𝑛
𝑛
𝑛
𝐹 𝑛 [𝐶 𝑛 +{(𝐶 − 1) 𝑛 − 𝐶 𝑛 }] = 1
1+𝑛
1 + 2𝑛(19)

式(19)から 𝐹 を求めると次式の解が得られる．
𝑛

1

𝐹=[

(20)

1+𝑛
1+2𝑛
1+2𝑛 ]𝑛𝑛𝑛𝑛+{(𝐶 − 1)
− 𝐶 𝑛 }]
1 + 𝑛 [𝐶1 + 2𝑛(17)式と(20)式より
1+𝑛

1+𝑛

𝐶 𝑛 − (𝐶 − 1) 𝑛
𝑈 = 1+𝑛
1+2𝑛
1+2𝑛 (21)𝑛𝑛𝑛𝐶+ 1 + 2𝑛 {(𝐶 − 1)
−𝐶 𝑛 }∗

２． ３ Case 3（流体の最大速度が運動する平板上に存在する場合）図 2 に示す物理モデルを考える．流体解析に際して仮定は Case2 と同様に設定する [3]．

境界条件：𝑢∗ = 0 𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 0𝑢∗ = 𝑈 ∗ 𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 1(24)

ここで，𝐹 は次式で定義される無次元数である．

𝑓 ⋅ 𝑅𝑒 ∗
𝐿𝑛+1
𝑑𝑝
=
)≡𝐹
𝑛 (−
𝑛
2
𝑚 ⋅ 𝑢𝑚𝑑𝑧(25)

式(23)を 1 回積分すると次式になる．
1
1
𝑑𝑢∗𝑛 (𝐶 + 𝑦 ∗ )𝑛
=
𝐹
𝑑𝑦 ∗

(26)

さらに，式(26)を式(24)の条件で積分すると次式の解が
得られる．

𝑢∗ =

1
1+𝑛
1+𝑛
𝑛
𝐹 𝑛 [(𝐶 + 𝑦 ∗ ) 𝑛 − 𝐶 𝑛 ]
1+𝑛

(27)

図 2 Case 3
ここで，𝐶 は積分定数である．
この場合には，せん断応力 𝜏 は次式で計算される．

𝑑𝑢 𝑛
𝜏 = 𝑚( )𝑑𝑦(0 ≦ 𝑦 ≦ 𝐿)

(22)

式(22)を適用し，さらに式(7)～式(10)の無次元数を用いると運動方程式と境界条件は次のように変換される．

𝑈∗ =

1
1+𝑛
1+𝑛
𝑛
𝐹 𝑛 [(𝐶 + 1) 𝑛 − 𝐶 𝑛 ]
1+𝑛

(28)

平行平板間を流れる流体の流量バランスから以下のように得られる．

運動方程式：𝑑 𝑑𝑢∗ 𝑛() =𝐹𝑑𝑦 ∗ 𝑑𝑦 ∗式(24)の条件 𝑢∗ = 𝑈 ∗ 𝑎𝑡 𝑦 ∗ = 1 を式(27)に利用すると次式が得られる．

(23)
令和 3 年 11 月 29 日受理*1 専攻科生産システム工学専攻*2 電子機械工学科

弓削商船高等専門学校

第 44 号（令和 4 年）

紀要

1
1
1+𝑛
1+𝑛
𝑛
∫ [
𝐹 𝑛 {(𝐶 + 𝑦 ∗ ) 𝑛 − 𝐶 𝑛 }] 𝑑𝑦 ∗ = 1
0 1+𝑛

40

(29)

式(29)を積分すると次式の解が得られる．
1
1+2𝑛
1+2𝑛
1+𝑛
𝑛
𝑛
𝐹𝑛
{(𝐶 + 1) 𝑛 − 𝐶 𝑛 } − 𝐶 𝑛 = 1
1+𝑛
1 + 2𝑛(30)

式(30)から 𝐹 を求めると次式の解が得られる．
𝑛

1
1+2𝑛
1+2𝑛
1+𝑛 ]
𝑛
𝑛
𝑛 −𝐶 𝑛 }−𝐶 𝑛 ]
{(𝐶
+
1)
[
1 + 𝑛 1 + 2𝑛

𝐹=[

(31)

(28)式と(31)式より
1+𝑛

∗

𝑈 =

1+𝑛

(𝐶 + 1) 𝑛 − 𝐶 𝑛

1+2𝑛
1+2𝑛
1+𝑛
𝑛
𝑛 −𝐶 𝑛 }−𝐶 𝑛{(𝐶+1)
1 + 2𝑛３. 解析方法(32)

式は，式(21)に 𝐶 = 1 と代入すると以下のように得られる．

平行平板の一方が軸方向に移動する平行平板間の非ニュートン流体の予測摩擦係数を計算し，非ニュート
1 + 2𝑛∗𝑈𝑐𝑟=
ン流体の速度分布を明らかにするために以下の順番で
1+𝑛
この研究を進める予定である．
1) ニュートン法を用いてCase2 の場合：式(21)から， 詳しい数値は，前論文の表 2 を参照されたい．ニュー
Case3 の場合：式(32)から 𝐶 を求める．
トン流体の場合，流れの指数は 𝑛 = 1 であるため，∗
2) プログラミング言語“Python”を用いて数値解析 𝑈𝑐𝑟= 1.5 となる．
用のプログラムを作成し，以下のパラメータや速度を解析する．
５. 結言
 Case2 の場合：式(20)から，Case3 の場合：式(31)から無次元パラメータ 𝐹 を求める．
移動平板の相対速度，指数測流体での速度分布と摩 Case2 の場合：式(14)，Case3 の場合：式(25) 擦係数の流れ指数の影響を明らかにするための準備とを使って（摩擦係数）×（一般化されたレイノ して：「層流・乱流，ニュートン流体，非ニュートン流
ルズ数）(𝑓 ⋅ 𝑅𝑒 ∗ ) を求める．
体，クウェット流れ，ポアズイユ流れ」，「指数測流体」，，「数値解 Case2 の場合：式(16)，Case3 の場合：式(27) 「平行平板間クウェット・ポアズイユ流れ」
を使って速度を求める．
析のニュートン法」について学ぶことができた．
3) 解析で得たデータの速度分布，流体の予測摩擦係
今回は「指数測流体の平行平板間クウェット・ポア
数の影響を示すグラフを作成する．
ズイユ流れ」の数学モデルを作成し，運動方程式を無次元変化することができた．また，Python でニュー
４. 結果
トン法による数値解析プログラムを作成し，Case2 とCase3 の速度分布の最大速度の位置 𝐶 の値を解析す
Python でニュートン法による数値解析プログラム ることができた．
を作成し，
Case2 と Case3 の積分定数 𝐶 を解析した．
その結果をそれぞれ表 1 と表 2 に示す．
∗
Case1 と Case2 の境界を示す臨界値 𝑈𝑐𝑟
を求める

41

平行平板間内を流れる十分に発達した層流の運動方程式の無次元化解析（Part 2）

John Wiley & Sons, Inc. (1987)[3] Davaa G., Shigechi T. and Satoru M., Plane[1] R. P. Chhabara and J. F. Richardson, NonCoutte-Poiseuille Flow of Power-Law NonNewtonian Flow in the Process Industries, 1st
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Convective Heat Transfer, 20.6-20.9, Chapter 20,
参考文献

表 1 積分定数，𝐶 (Case 2)
𝑈∗
𝑛

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.99

1.09092.00552.86873.84335.09056.86629.735215.369332.1050

332.1608

1.16671.63622.14052.77383.6681

5.10757.928516.2996

166.3301

0.3

1.23401.58122.00822.6071

3.56855.450411.0322111.0533

0.4

1.03851.30801.63062.08052.8016

4.21308.399383.41500.5

1.14951.4082

1.76762.34373.47206.820166.83210.6

1.0483

1.26371.56172.04022.97905.767955.7768

0.7

1.16381.41691.82502.62795.016847.8803

0.8

1.09201.3104

1.66502.36544.453841.9579

0.9

1.03911.2295

1.54182.16204.016337.35161.0

1.16671.44442.00003.666733.6667

1.1

1.11701.36581.86813.380930.65171.2

1.07721.3013

1.75873.142928.1393

1.3

1.0454

1.24771.66672.941926.0134

1.4

1.01991.2026

1.58832.769824.19121.5

1.16441.52092.620822.6120

1.6

1.13181.46232.490721.2303

1.7

1.10381.41112.376020.01111.8

1.07981.36602.274318.9274

1.9

1.05911.32602.183517.9577

2.0

1.04141.29042.101917.08510.1
0.2

弓削商船高等専門学校

紀要42

第 44 号（令和 4 年）

表 2 積分定数，𝐶 (Case 3)
𝑈∗
𝑛

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

3.0

0.1

34.444217.7266

12.12419.30277.59536.44605.61644.98704.49174.09050.2

16.9695

8.60825.80474.39183.5361

2.95942.54252.22591.97631.77380.3

11.1455

5.57063.70092.75822.18701.80181.5232

1.31131.14411.00820.4

8.23434.05322.65091.94401.51551.22651.01740.85840.73270.63060.5

6.4881

3.14382.02251.4574

1.11510.88420.71730.59020.48990.40820.6

5.32442.53851.60491.13480.85020.65850.51990.41460.33140.26370.7

4.49372.10691.30780.90580.66280.49930.38140.29180.22120.16380.83.87091.78391.08590.7354

0.52390.38190.27970.20220.14130.09200.9

3.38691.53330.91430.60400.41730.29230.20260.13490.08190.03911.0

3.00001.33330.77780.50000.33330.22220.14290.08330.03700.00001.1

2.6837

1.17030.66680.41590.26590.16640.09580.04340.00321.2

2.42031.03480.57510.34670.21090.12140.05850.0125

1.3

2.19770.92070.49810.28910.16550.08480.02881.4

2.00710.82320.43270.24050.12770.05480.00551.5

1.84210.73920.3766

0.1992

0.09590.0303

1.6

1.69790.66600.32810.16380.06920.01061.7

1.57080.60170.28580.13330.04681.8

1.45810.54490.24870.10700.02801.9

1.35730.49440.21600.08410.01242.0

1.26680.44930.18700.06430.000043

促音の自動挿入アルゴリズムの検証
前田 弘文*，山本 健太**

Examination of automatic geminate insertion algorithm
Hirofumi Maeda* and Kenta Yamamoto**
Abstract
In this study, we propose an algorithm that automatically inserts geminate into the audio data used inJapanese speech acquisition research. This algorithm automates the insertion of geminate by performing
three processes in order: mora extraction by noise removal, matching of original audio data and extracted
mora, and insertion of soundless duration and geminate. As a result of the experiment, it was shown that
there is a strong negative correlation between the soundless duration inserted with the algorithm and theamplitude of the audio data.
安定していくと示された[21]．また，この 2 つの報告の対象となった刺激語は 3 拍であるが，音節数の増
一般的に，日本語学習者が日本語音声を習得する 加や特殊拍の位置変化が知覚に影響を及ぼす可能性
際，自立拍と比較して，特殊拍と呼ばれる促音，撥 があるにもかかわらず，その検証はなされていない．
音，長音の方が難しいとされている[1]～[16]．その中で さらに，音節数が増えるとアクセント型も増える．
も促音は，その知覚と生成が非常に難しいことから また，中国語を母語とする日本語学習者を対象とし習得に時間を有する．特に中国語を母語とする日本 た知覚範疇の検討は長音に関するものが多く，促音語学習者の音声知覚および生成は，中国語の声調と を対象としたものが見当たらない．
日本語のアクセントの関係，促音が母語に存在しな
このような背景の下，山本はアクセント型の違い
～[19]
[17]
いという特徴から困難を極める．
と促音位置の違いが知覚範疇化にどのような影響をそこで，日本語の音声習得研究の分野では，この 与えるかを実験的，探索的に調査した．その結果，問題点に着目し，研究が進められてきた．栗原は， アクセント型も促音位置の違いも知覚範疇化に影響
日本語の長音と短音を材料として，知覚と生成の関 を与えることがわかった[22]．それと同時に，これら係性を探ることを目的に，中国語北方方言母語話者 の音声習得研究が日本語学習者の日本語習得の効率
30 名に対し，知覚および生成の実験を行った．実験 化を図る上で，大きな意味と影響を及ぼすにもかかには，「かと（過渡）」と「かとう（加藤）」，「とこ（床）」 わらず，あまりに進んでいない背景には，研究で呈と「とこう（渡航）」の語末の母音の長短のみによっ 示される音声データを研究者自らがマニュアル操作て分けられた 2 組のミニマルペアが用いられ，それ で作成している点にあることもわかった．これらのぞれ「これを～と読みます。
」というキャリア文に挿 研究には多くの検証や実験が必要となるが，1 つの検入される形で，音声として学習者に呈示された．長 証用の音声データを作るだけで莫大な作業時間を要音については，音響操作によって 14 段階の長さの音 する．さらに，呈示する文の数だけでなく，アクセ
声が用意された．学習者は，長音 14 段階と短音の計 ントの位置，イントネーションの変化などの組み合
15 段階の音声を長音から短音に，短音から長音に順 わせを加えると準備すべき音声データの数が爆発的に聴覚呈示され，その知覚境界線のタイミングを測 に増加することから，マニュアル操作による音声デ定された．その測定結果から，語末母音の長短の知 ータの作成時間が，そのまま研究の停滞に直結する
覚境界は，学習者の日本語能力にかかわらず，違い ことが容易に想像できる．
は見られないと報告された[20]．一方，英語母語話者
そこで，この問題を解決する方法として，音声習を対象に同様の実験を行った戸田の報告では，日本 得研究に使用する音声データの自動作成を行った[23]．
語の習熟度が上がるにつれて，知覚範疇が定まり， その過程のノイズ除去判断において，-50 dBFS とい１．緒*情報工学科**総合教育科言

令和 3 年 11 月 15 日受理

弓削商船高等専門学校

紀要

第 44 号(令和 4 年）

う判断基準を設けたが，本研究ではこの判断基準である-50 dBFS と音声データの振幅との関係性を検証する．
２．促音の自動挿入アルゴリズム
ここでは，マニュアル音響操作による音声データの作成に対する自動化の方法について述べる．自動化処理では，大きく分けて「ノイズ除去によるモーラの抽出」，「元音声データと抽出モーラのマッチン
グ」，「無音と促音の挿入」の 3 つの処理を順次行っていく必要がある．以下にそれぞれの処理について詳細に述べる．
図 1 破裂音の概略図
２．１ ノイズ除去によるモーラの抽出
日 本 語 は ， 母 音 （ V ： vowel ） と 子 音 （ C ：consonant）の組み合わせによって定義されたモーラと呼ばれる単位で音声を発音するという特徴がある．モーラは，V や CV の構造をとるものが基本であるが，中には CCV という構造をとるものもある．これに対し，特殊拍にあたる促音，撥
音，長音は，それぞれ/Q/，/N/，/R/で表記される．
今回対象となる子音は，/p/，/t/，/k/の 3 つの清音の破裂音である．破裂音とは，調音点で声道を閉鎖し，続いて瞬間的に呼気を開放することで生成される音のことである．図 1 に破裂音の概略図を示す．清音の破裂音は，後続の母音が始まるまで
声帯が振動しないために無声音になるのに対し，濁音の破裂音は，破裂に先立ち母音より前に声帯が振動を始める有声音になる．
ここで促音の説明のための補足として，摩擦音と破擦音についても述べる．図 2 に摩擦音の概略
図，図 3 に破擦音の概略図を示す．
摩擦音とは，調音点で声道をせばめ，その隙間に呼気を通過させることで生成される音のことである．図 2 のように清音の摩擦音は，後続の母音が始まるまで声帯が振動しないために無声音になるのに対し，濁音の摩擦音は，摩擦とともに声帯が振動を始める有声音になる．
破擦音については，破裂音と摩擦音が連続する音であり，2 つを組み合わせた性質を持っている．
そのため，図 3 に示すように清音の破擦音は，後続の母音が始まるまで声帯が振動しない無声音になるのに対し，濁音の破擦音は，破裂に先立ち声帯が振動を始める有声音になる．

図 2 摩擦音の概略図

図 3 破擦音の概略図

44

促音の自動挿入アルゴリズムの検証

次に，促音の概略図を図 4 に示す．促音は，後続の音によって発音が左右される特徴を有している．破裂音や破擦音が促音に後続する場合は，閉鎖が続くため促音は 1 拍分の無音となる．これに対し，摩擦音が促音に後続する場合は，せばめが続くため 1 拍分の摩擦音になる．

45

しかし，実際には図 6 に示すように，音声デー
タには生活音や服の擦れる音，録音機材が発する音など，人間には聞こえないさまざまなノイズが一緒に録音される．

図 6 音声データに生じたノイズの例

図 4 促音の概略図

このことから理論上は，図 5 に示すように元の音声データである促音を含まない 3 音節 3 拍の第1 音節または第 2 音節に無音を挿入することで，促音を含む 3 音節 4 拍の音声データを作成することができる．

そこで，これらの人間には聞こえないノイズを除去することで，モーラ部分（CV）のみの抽出を行う．図 7～図 9 は，-50 dBFS 以下の音声が 10 ms
以上続く場合をノイズと判断した場合の図 6 からの抽出結果である．

図 7 図 6 におけるノイズ除去による/ta/の抽出

図 5 3 音節 4 拍の音声データの作成方法

弓削商船高等専門学校

紀要

図 8 図 6 におけるノイズ除去による/ka/の抽出

図 9 図 6 におけるノイズ除去による/pa/の抽出

２．２ 元音声データと抽出モーラのマッチング
2.1 のノイズ除去によって各モーラの抽出を行ったが，その抽出箇所を特定しなければ，再度 1
つの音声データに復元することができない．そこ
で，元の音声データと抽出した各モーラの音声データとがマッチングする場所を特定する．元の音声データと各モーラの音声データはデジタル値であり，各モーラは元の音声データより抽出したものであるため，これらのデータが完全にマッチン
グする場所は必ず存在する．図 10 に 2.1 の図 6と図 7～図 9 とをマッチングさせたものを示す．

第 44 号(令和 4 年）

46

図 10 元音声データと抽出モーラのマッチング例

２．３ 無音と促音の挿入
2.2 のマッチングにより，モーラの抽出箇所の特定がなされたため，この隙間を無音（0）で埋め尽くすことで，元音声データへの復元が可能となる．これは，ノイズ部分がもともと人間の耳では認識できない音であることから，無音に置き換えても問題が発生しないためである．また，無音に置き換える際に，第 1 音節または第 2 音節に 1
拍分の無音を付与することで，促音を表現することができる．無音によって促音が表現できる理由
は，すでに 2.1 で述べたように，モーラが/p/，/t/，/k/の 3 つの清音の破裂音で構成され，破裂音が促音に後続する場合に促音が 1 拍分の無音になるためである．2.2 の図 10 の音声データの復元を図 11に，促音の挿入例として 1.5 ms の促音を第 1 音節に入れた場合を図 12 に，第 2 音節に入れた場
合を図 13 に示す．

図 11 音声データの復元例

47

促音の自動挿入アルゴリズムの検証

表 1 促音の挿入に関する無音時間と振幅の比較
話者

A

B

C

アクセント

第1音節

第2音節

無音時間 [ms]最大振幅 [ ]無音時間 [ms]最大振幅 [ ]

平板

96.98

4247

127.984247

中高107.963969

124.99

3969

頭高

89.98

5698

135.965698

平板

115.993311

128.983311

中高111.972707

140.98

2707

頭高

83.97

2912

115.99

2912

平板

73.99

13767

58.98

13767

中高

75.99

13011

92.00

13011

頭高

83.97

8678

89.98

8678

図 12 音声データの第 1 音節への促音の挿入例

図 14 無音時間と振幅の相関

４．結
図 13 音声データの第 2 音節への促音の挿入例

３．実験による検証

言本研究では，日本語の音声習得研究に使用する音声データに対して，自動で促音を挿入するアルゴリ
ズムを提案した．本アルゴリズムは，「ノイズ除去によるモーラの抽出」，「元音声データと抽出モーラのマッチング」，「無音と促音の挿入」の 3 つの処理を順に行うことで，促音の挿入を自動化した．また実験において，自動挿入アルゴリズムによって挿入された無音時間と音声データの振幅の間に強い負の相関があることが分かった．

第 2 章の促音の自動挿入アルゴリズムを用いて，過去の知覚範疇化実験で使用した「たかぱ」の音声データ（音声操作前）への促音挿入を行った．第 1
音節に促音を挿入した場合の結果と第 2 音節に促音を挿入した場合の結果を表 1 に示す．この表 1 のデータを元に，自動挿入アルゴリズムによって挿入さ謝辞
れた無音時間と音声データの振幅の関係を表したものを図 14 に示す．また，この無音時間と振幅の相関
本研究は，「英語能力及び英語教材の評価に関する係数は-0.746 となり，強い負の相関があることが分 研究（合同会社 PISC）」の助成を受けて実施しておかった．
り，謝意を表する．

弓削商船高等専門学校

紀要

参考文献

第 44 号(令和 4 年）

48

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[17] 彰 飛, "外国人を悩ませる日本語からみた日[8] 戸田 貴子, "日本語学習者による促音・長音・本 語 の 特 徴 - 漢 字 と 外 来 語 編 -", 凡 人 社 ,撥音の知覚範疇化", 文藝言語研究. 言語篇,
2003.
33 巻, 1998, pp. 65-82.
[18] 福岡 昌子, "中国人日本語学習者の日本語音[9] 戸田 貴子, "日本語教育通信 日本語・日本語
声の習得及びその指導に関する研究 -破裂音教育を研究する 第 31 回 日本語特殊拍の習とイントネーションを中心として-", 博士論
得に関する研究", 国際交流基金 日本語教育
文 お茶の水女子大学, 1999.
通信, https://www.jpf.go.jp/j/project/japanes
e/teach/tsushin/reserch/031.html, 2007, （2 [19] 苅安 誠, 太田栄次, スティーブン・スナイダ
021 年 8 月 5 日アクセス）.
ー, "日本語と英語・中国語との音声学的特徴と相違点 -第二言語学習の壁を理解するために-", 九州健康福祉大学紀要, 8 巻, 2007, pp.
133-138.

促音の自動挿入アルゴリズムの検証[20] 栗原 通世, "中国語北方方言を母語とする日
本語学習者による母音長の制御と長短の知覚", 音声研究, 第 10 巻, 第 2 号, 2006, pp.
77-85.
[21] 戸田 貴子, "日本語教育における促音の諸問
題", 音声研究, 第 11 巻, 第 1 号, 2007, pp.
35-46.
[22] 山本 健太, "アクセント型及び促音位置の違
いが促音の知覚範疇化に与える影響 -中国語
母語話者を対象として-", 修士論文 広島大学,
2017.
[23] Hirofumi M. Kenta Y., “Automatic Geminate Insertion Algorithm for Japanese Audio Data”, International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE), Vol. 10, Issue 2, 2021.

49

50

生名フェリー乗車待機レーンのモニタリング
システムの構築田房 友典*Development of Camera Monitoring System
in Ikina Car Ferry Terminal
Tomonori Tabusa *Abstract: In Kamijima Town, there is the Ikina Ferry route that connects Kamijima
Town Tateishi Port and Onomichi City Nagasaki Port. The distance of this route isabout 300m, the required time is about 5 minutes, and 54 round trips a day.With the
opening of the Iwaki Bridge in 2022, it is predicted that the number of cars on board
the ferry will increase. Therefore, it is necessary to get on the ferry smoothly. If thestatus of both ferry terminal can be monitored, the ferry berthing direction can bechanged, and guides can be assigned.
In this research, we will build a Wi-Fi network on the Ikina ferry route and build asystem that can monitor the status of both ferry terminal from the ferry bridge.In thispaper, we show the specifications of the system such as the Wi-Fi network and thecamera that were actually constructed.
Camera Monitoring System, Wi-Fi network, Ferry terminal, Ikina Ferry
生名フェリー航路は、距離約 300m を約 5 分で航海するが、通勤通学時間帯には、1 時間に 5 往復してお上島町は、2004 年 10 月に弓削町、生名村、岩城村、 り、円滑な車両の乗下船と乗船車両が公道へ並ばない
魚島村の 4 町村が合併し誕生した。愛媛県の再北東に よう待機レーン車両の管理が必要である。
位置し、広島県尾道市因島に近く、因島からはしまな
利用者増加に伴う生名フェリーの運航を実現するた
み海道を経由して尾道、福山市内へ短時間で移動でき めに、生名側と因島長崎側を無線ネットワークで接続る。
し、生名側にある事務所や対向側にフェリーが位置す2011 年までは、各町村を結ぶ経路は船のみであった るときにも、車両待機レーンの状態を確認することがが、同年 7 月に生名橋が開通された。これによって、 できれば、より円滑なフェリーへの乗船とその対応を弓削島と佐島から因島へ渡る一つの航路が廃止され、 行うことができる。
町民の多くは因島への移動に生名フェリーを利用しは船舶と陸上をネットワークで接続する研究として、じめた。2022 年 3 月には岩城橋が開通され、岩城地区 海洋ブロードバンドの研究が進められ、2010 年頃からから広島方面への移動に、生名フェリーが利用され、 実用化に関する報告[1]がなされているが、本研究の対象
利用者がさらに増加することが予測される。
船舶は瀬戸内海の定期航路のみの運行のため、国際的上島町は、岩城橋の開通に伴う生名フェリー利用者 規模のネットワークは必要ない。沿岸水域を対象としの増加を見込み、2021 年 9 月、従来のフェリーよりも た船舶には、携帯電話網を用いた LTE/3G/4G 回線を一回り大きな生名フェリー「ゆめしま」を建造した。 用いた研究[2,3]も報告されているが、主な通信対象がテ
また、同時に生名側の車両の待機レーンの増設、因島 キストデータであり、本研究の目的のように常時ビデ
長崎側の待機レーンの用地拡大を進めている。
オ映像を転送することは、帯域制限があるため不可能
１．はじめに*情報工学科令和 3 年 12 月 30 日受理

51

生名フェリー乗車待機レーンのモニタリングシステムの構築である。また、月々のランニングコストも必要である。 でなければならない。
「いきな」と「ゆめしま」主要諸限定された領域において、ビデオ映像を使ったモニタ 元を表１に示す。
リングを実現するためには、省電力無線 LAN が伝送帯域とコスト面で優位と考えられ、船舶内だけ[4]、港湾
表 1 「いきな」と「ゆめしま」主要諸元
施設内だけでの利用では実用化されている。しかし、
船名
ゆめしま
いきな
本研究のような狭水道を挟んだ対岸の港と、その水道
進水日
令和 2 年 7 月 平成 14 年 3 月を往来する船舶とを結ぶ報告はなされていない。
総トン数
194 トン
146 トン
本研究では、対岸の港（乗車待機レーン）とその水
全長
48m
41m
道を往来する船舶とを省電力無線 LAN でネットワー
ランプ長
7m
6m
ク接続し、乗車待機レーンの状態をモニタリングする
幅
12.5m
12.1m
ことで、次のような対応を行う。
深さ
2.95m
3.09m
①待機レーンが混雑してきたときには、公道へ乗船
旅客定員
150 名
120 名
車両がはみ出ないよう、待機車両の誘導を行う。
航海速力(最大) 8.9KNOT
8.7KNOT②因島長崎側の待機レーンが混雑した場合は、誘導員を立石側事務所から配置する。
３．システムの構築③大型車両が乗船する場合は、車両の下部が桟橋に接地しないよう桟橋に対して、フェリーの着岸方向を ３．１ 無線ネットワークの比較
変更する。
上島町公営事業課公共交通係において、コンサルテ
本研究では、生名と因島長崎桟橋を結ぶ無線ネット
ィング会社から提案を受けた３つの生名フェリー航路
ワークを構築し、待機レーンを監視できるシステムを間を無線通信する環境を表 2 に示す。
導入した。本稿では、構築した監視システムの構成お
表２A は、鉄道車両等の移動体での実績が多く、信よび仕様、設置状況等について述べる。
頼性が高い。表 2B は同表 A と無線方式は同じである
が対象が固定局となっている。これらの２方式は実績
２．システムの構築環境のある製品であるが、管理に無線登録や免許が必要か
つ高価な商品である。表２C は無線免許が不必要な方
２．１ 生名フェリー航路式であるかであるが、指向性アンテナしか販売されて生名フェリー航路は、図１に示す愛媛県越智郡生名
いないため、潮流によって船の航路を変更する生名フ
島立石港と広島県尾道市長崎桟橋間の約 300m を結ぶ
ェリーには適さない。
航路である。１日（平日）に 54 往復しており、上島町
本研究は、民生用に販売している無線アクセスポイ
民にとって、欠かすことのできない航路である。
ントとビル間通信用アンテナを用いて、生名フェリー
航路を接続することを提案する。立石港側と長崎桟橋
側には指向性のアンテナと無指向性のアンテナの双方を付け、航路の変化にも対応できる点と、安価である
ことが特徴である。
立石港側では、無線ネットワークに待機レーンをモ●長崎桟橋
ニタリングするカメラを接続し、港務事務所と公共交通係の２拠点からモニタリングを行うことできる。また、モニタリング映像をレコーダに２か月間保存して●立石港いる。
表２ 生名フェリー航路の無線通信方法
図１ 生名フェリー航路
２．２ 生名フェリー「いきな」と「ゆめしま」
2021 年 9 月 26 日、生名フェリー「いきな」に代わって新造船「ゆめしま」が就航した。
「ゆめしま」のドック入り時には、「いきな」も代船として利用されるため、構築システムは 2 隻で利用できるように移設可能

A[5]

B[6]

C[7]

4.9GHz

4.9GHz5.18-5.7GHz

伝送速度
350Mbps（理論値）

250Mbps

867Mbps

伝送距離

5km程度

5km 程度

1km 程度

無線免許

要

要

不要

約320 万約210 万

約90 万

製品
周波数

価格

弓削商船高等専門学校

紀要52

第 44 号（令和 4 年）

長崎桟橋側も同様に待機レーンをモニタリングする
表３ 提案システムの無線通信方法
カメラ（パン・チルト機能搭載）を接続し、立石港側 周波数
2.4GHzからモニタリングすることが可能である。
伝送速度
300Mbps
生名フェリーの船橋には、Wi-Fi 受信モジュールを 伝送距離2km 程度
搭載したノートパソコンを設置し、立石港側と長崎桟 無線免許不要
橋側の待機レーンが同時にモニタリングできるように 価格
約40 万
ソフトウェア設定を行っている。ノートパソコンである ３．２ システム構成図
ため、「いきな」での代船時にも同様に活用することがで 生名フェリー航路の立石港と長崎桟橋を結ぶ無線ネ
きる。
ットワークを図２に示す。
表３に提案するするシステムの構成を示す。

港務所

カメラ
八木式アンテナ
無線 AP
屋内用

平面式
アンテナ

モニタ

PoE
インジ
ェクタ

レコーダ

同軸ケーブル

屋外用 LAN ケーブル(RJ45)
HDMI ケーブル(a)立石港側のシステム構成図

ポール（電柱）

駐車場
カメラ

屋外用筐体

八木式アンテナ

平面式
アンテナ

無線 AP
屋外用

PoE-HUB

同軸ケーブル
屋外用 LAN ケーブル(RJ45)(b)長崎桟橋側のシステム構成図
図２ 提案システムの構成図

53

４．検証実験とシステムの設置
４．１ 検証実験
2021 年 6 月 23 日、図３に示すように立石港２階にビル間通信アンテナ、無線アクセスポイントとネット
ワークカメラを簡易的に設置した。長崎桟橋側には、ビル間通信アンテナと無線アクセスポイントだけを設置し、航路間のネットワークを構築した。アンテナの向きや生名フェリーの位置によって立石港に設置したカメラ映像の品質と接続状態をモニタリングした。
実証実験の結果、公共交通係の仕様を満たすレベルであることを確認した。
４．２ システムの設置
2021 年 9 月 25 日、提案システムの機器の設置確認
および無線アクセスポイントやネットワークカメラとレコーダ等のネットワーク設定を行い、システムの運用を開始した。
立石港側に設置した各種機器を図４、長崎桟橋側の機器を図５、モニタリング用として設置したタブレッ
トとパソコンを図６に示す。

(a)ビル間通信アンテナ(a)ビル間通信アンテナ(b)無線アクセスポイント(c)レコーダとモニタ
図４ 立石港側のシステム設置(b)無線アクセスポイントとネットワークカメラ
図３ 検証実験の様子(a)ビル間通信アンテナ*情報工学科令和 3 年 12 月 30 日受理

弓削商船高等専門学校

紀要54

第 44 号（令和 4 年）(b)無線アクセスポイント(b)生名フェリー船橋でモニタリングするPC
図６ モニタリング機器(c)ネットワークカメラ
図５ 長崎桟橋側のシステム設置

４．３ 生名フェリー乗船案内動画
初めて生名フェリーを乗船する利用者は、乗船券の購入方法がわからない。また、生名フェリー「ゆめしま」の就航に伴い、フェリーに乗船可能であることを示すパトランプの設置を待機レーンの先頭から見える位置に行った。パトランプの設置によって音声と視覚の双方で利用者に乗船可能状態を伝えることができ、明瞭かつ冗長性のあるシステムとなった。
生名フェリー利用者に事前に視聴してもうために、乗船券の購入や待機レーンからの乗船方法などをまとめた動画を作成した。
作成した動画の URL を次に示す。
https://youtu.be/LAMo_vWAy4c
５．おわりに(a)港湾事務所でモニタリングするタブレット

2022 年に開通される岩城橋の開通に伴う車両台数の増加に対応するため、生名フェリー運航に必要なシステムとして構築することができ、より安全・安心な運航に貢献することができた。
本研究は上島町と官学連携し、最も安価なシステム構成で求めるニーズに答えることができ、上島町の予算（税金）を有効利用する取組みとしても貢献することができた。本校には、様々な技術や知識を持つ教員（研究者）がおり、今後も地域における問題解決に本校が貢献できることに期待する。
謝辞
本研究は、独立行政法人国立高等専門学校機構（弓削商
船高等専門学校）と愛媛県越智郡上島町の受託研究契約によって実施しており、研究の遂行にあたり上島町公営事業課公共交通係へ謝意を表する。

生名フェリー乗車待機レーンのモニタリングシステムの構築

参考文献
[1]

海洋ブロードバンドシンポジウム, 日本航海学会誌 NAVIGATION 174(0), pp.44-76, 2010[2] 大島浩太,古谷雅理,北川直哉,庄司るり：スマー
トフォンと生体情報センサを用いた小型船舶向け
海難通報システム,日本航海学会論文集 136(0),pp.72-79, 2017[3] 長尾和彦,瀬尾敦生,肥田琢弥,宇崎裕太：スマートフォンで動作する AIS と連携した小型船舶向け事
故防止システムの開発, 日本航海学会論文集
135(0), pp.11-18, 2016[4] 浦上美佐子,松野浩嗣,岩崎寛希：船間無線 LANを用いた小型船舶対象の安心ネットワーク構築,
日本航海学会論文集 119(0), pp.67-74, 2008
[5]
エイチ・シー・ネットワークス株式会社

RADWIN FiberinMotion®
https://www.hcnet.co.jp/products/wireless/move/radwinfiberinmotion.html（参照 2021.11.30）[6]
エイチ・シー・ネットワークス株式会社
4.9GHz帯 長距離無線LAN RADWIN 5000
https://www.hcnet.co.jp/products/wireless/fwa/
radwin5000.html（参照 2021.11.30）[7] コムスコープ Ruckus P300
https://webresources.ruckuswireless.com/data
sheets/p300/ds-ruckus-p300-jp.html （ 参 照2021.11.30）

55

56

KeTSlide のためのシンタックス・カラーリング(MacOS 編)
久保康幸 ＊Editor syntax coloring for KeTSlide (MacOS Edition)
Yasuyuki Kubo ＊Abstract
Three years ago I suggested a syntax coloring idea to make it easier to edit the text ﬁle used whencreating slides using KETCindy. At that time, it was an editor for Windows (Sakura Editor). This time,
I set the syntax coloring in CotEditor to do the same thing on MacOS.

１. はじめに
私は，過去の紀要 (久保 [1]) において，KETCindyを使用してスライドを作成するときに使用するテキス
トファイルを編集しやすくするために、構文の色付けのアイデアを提案した。その当時は，Windows 対応のエディタ（さくらエディタ）を使っていた。
今回，Mac の PC で同様のことをするにあたり，サクラエディタが MacOS に対応してないため，代わりに CotEditor を選んだ。

CotEditor の環境設定をみると，表示タグ（図１）にテーマがある。テーマに応じて，分類ごとの色が設定されている。"KeTSlide"という名称のテーマを追加することにした。

１. １ 前回との差
前回も今回も，構文色付けの基本は正規表現である
が，エディタの違いから，正規表現の変更が必要となった。また，多くのエディタと同様に，CotEditorにも，TEX ソースを編集するための構文色付けが用意されていたが，修正が必要であることが分かったので，KeTSlide のコマンドの構文色付けと同時に TEX
ソースの構文色付けの修正も示す。
１. ２ CotEditor による設定の特徴
サクラエディタのときは，入力した正規表現をどの
色指定のグループに反映させるか選ぶようになっていた。CotEditor では，優先順位のついたグループ別に正規表現を入力する。また，CotEditor で正規表現を入力するときは，開始文字列と終了文字列を入力することができる。開始文字列の正規表現だけでも，肯定先読みの正規表現を使えば良さそうだが，正規表現を簡略にするため，場合によって利用した。
２. 設定の紹介
ここから，設定の流れと，正規表現を TEX のコマ
ンド，KeTSlide 用のコマンドに分けて紹介する。
＊ 総合教育科

(図 1

表示タグ)

ここで，シンタックスごとの色を変える。並んでいる順の後の方が優先されるようなので，それを意識して，正規表現を入力する。
正規表現は，フォーマットタグ（図２）の「シンタックスカラーリングを有効にする」にチェックが29 日受理令和 3 年 11 月 30

弓削商船高等専門学校 紀要 第 44 号 (令和 4 年)入っていることを確認し，その下のスタイルを選択する。"LaTeX"というスタイルがあるので，それを複製し，ここでも"KeTSlide"という名称でスタイルを追加することにした。

57

現が"[\\¥]" で始まっていて，TEX ソース入力時の入力ミスを見落とす原因となるので，"[\\]" に修正しておいた。
なお，正規表現の先頭に"[\\¥]" があれば，バックスラッシュ"\"，または，"¥"で始まる文字列が対象となる。
（１）TEX の通常のコマンドを青くするため，次の式をグループ「タイプ」に追加した。
式：\\{1,1}([a-zA-Z]+)\*?(?=[\s\^\_\\（）,，"\{\}\[\]\%\|=])"\\{1,1}([a-zA-Z]+)"により，先頭に"\"がちょうど 1 個あり，アルファベットの文字列が続く文字列(図 2

フォーマットタグ)

スタイル名"KeTSlide" の編集（図３）に入ると，キーワード，コマンド，タイプといったグループに分かれて，正規表現の入力文字列があり，"RE"にチェックを入れることで，正規表現が有効になる。

が対象となる。
TEX のコマンドには，"*"を最後につけるものがあり，それに対応するため，"\*?"を続けた。
コマンドの後ろに空白や別のコマンド，変数のための"\{"などが続く場合のため，想定される文字を羅列して，(?=[\s\^\_\\（）,，" \{\}\[\]\%\|=.\b])を続けた。
"?=["と"]"に挟まれたもののいずれかが後ろにある文字列が対象となる。
この正規表現により，コマンドのリストを列挙するのと違って，新たに定義したコマンドも色付けの対象とできる。
（２）"\begin"と"\end"は，環境のコマンドとして，通常のコマンドと異なる緑色にしたいので，次の式をグループ「文字」に追加した。
式 (開始文字列)：\\(begin|end)\{
式 (終了文字列)：\}正 規 表 現 に ，終 了 文 字 列 を 利 用 す る こ と に より，"\begin"と"\end"につづく変数となる文字列の条件を正規表現で指定せずに済ませた。
（３）"{"と"}"を緑にするため，次の式をグループ「文字」に追加した。
式：\{|\}(図 3

スタイル編集)

２. １

TEX のコマンド
TEX のコマンドは，バックスラッシュ"\"で始まる

英字または記号（数字を含めない）の文字列であり，大文字と小文字を区別する。MacOS では，バックスラッ
シュ"\"(U+005C) と半角の円記号"¥"(U+00A5) と区別し，TEX コンパイル時に"¥"で始まるものはコマンドとして認識しないから注意する。
サクラエディタのときのように，TEX の通常のコマ
ンドは青，"\begin", "\end" は緑色とした。
"LaTeX"というスタイルを複製すると，LATEX コマ
ンドの色付けのため，キーワード，コマンド，タイプのグループに正規表現が入力されていた。その正規表（４）"$"と"&"を茶色にするため，次の式をグルー
プ「値」に追加した。
式：\$|\&（５）ここまでの正規表現で，どのような色付けがされるかを例示する。

\abc\def{}, \begin{}\end{}, \fboxsep = 2pt,
\makebox[20mm]{\small abc} $ &２. ２

KETCindy でのスライド作成時
KETCindy でスライドを作成するとき，内容を入力するテキストファイル（拡張子 txt）を別に用意する。
スライド作成時の txt ファイルには，tex コマンドのKeTSlide のためのシンタックス・カラーリング (MacOS 編)

ほかに KETCindy 独自の命令も入力する。
この節では，KeTSlide 用のコマンドと書式のために設定した正規表現を紹介する。
その特徴は，まず，"%" で始まるコマンド名があり，通常の TEX ソース編集用のエディタのように"%"でコメントアウトする色付けでは，コマンドが分かりにくくなることである。KeTSlide の作業時は，コメン
トアウトには，2 つ以上の"%"を使用する。
次に，"\"で始まらず，"::"が続く文字列，あるいは，行頭に文字列があり"//"で終わる行をコマンドとしているものがある。
そのため，行頭に制限する"^" や 単語の境界を示
す"\b" を使う正規表現が多い。
２. ３ コメントアウトについて
上のような事情から，コメントアウトに使う"%%"への対応を考える。
スタイルの編集に入り，「コメント」グループを見ると，他のグループと異なり，インラインコメントのための文字を入力する枠が用意されている。（図４）58

２. ４ スライド作成のためのリスト
サクラエディタと異なり，CotEditor は，キーワードのリストを保存する方式はないようで，スライド作
成のコマンドの色付けは，すべて，正規表現のリストで対応する。
これらは，スタイルのグループ「文字列」に入れ，オレンジ色で表示する。（スタイルのグループ「キーワード」は，既に LATEX のために青色が指定されている。
）
以下に，正規表現と対応するコマンドを列挙し，その後に，サンプルを表示する。
式：%(repeat|para)"%"に"repeat"，または，"para"が続くときに色付けする。
式：\b(para)(?==)
単語"para"に"="が続くときに色付けする。

parallel=, unpara=, para=
なお，このコマンドは，KETCindy で作ったパラパラ
動画をスライドに利用するとき使う。
式 1：\b(mf(?=\())
式 2：\b(?<=mf(\())(\d+)?(?=\))
パラパラ動画のパラメータ値 s のときの図を記述 (sは数字) するコマンド "mf(s)" を色付けする。
式 1 により単語"mf"に"(" が続く場合の色付けができるが，( ) 内に正の整数値があれば数字も色付けするように，式 2 を付加した。
mf(), mf(値), mf(23)(図 4

コメント設定)そこを"%"の代わりに"%%"とすればよい。しかし，他で作成した"TEX"ソースなどを CotEditor で開いたとき，コメントアウトのつもりの"%"を見落とさないようにするため，次の正規表現を追加することにした。
式：%(?!(repeat|para|thin))
すべての"%"が色付けされるのは，後で設定する"%"
で始まるコマンドにとって都合が悪いから，それらのコマンドが後ろに続かない（否定先読み）ときに，色付けすることにした。
コメントアウトは目立つように，明るいピンク色にした。

"%"による効果を例示すると，次のようになる。
"%%" が二つのコメントアウト"%" が一つのみのコメントアウト

式：(\\slidepage|%thin)(\[\d+\])?
"\slidepage"(ス ラ イ ド に ペ ー ジ 番 号 を 表 示) と,"%thin" (指 定 ペ ー ジ 以 外 で 薄 文 字 に す る) が"["と"]"に入れた数値で指定するときは，それも色付けする。

\slidepage \slidepage[2]%thin %thin[2] %thin[]
式：[\\]setthin\{.*\}"\setthin{濃さ}"(文字の濃さ) を色付けする。
\setthin{濃さ}式：^(enumerate|itemize|end)(?=(\/\/)|$)"enumerate", "itemize", "layer" のいずれかの環
境の始まりと環境の終わりのため，これらの単語が行頭にあり，"//" で終わるか，この単語だけの行となるとき色付けする。
式：\.\.\.(\/\/)?$
空白行を挿入するときには，行末で"...", または,

弓削商船高等専門学校 紀要 第 44 号 (令和 4 年)"...//" とする。
式：^(item|new|main|layer|title)::
行頭に限定して使い，"::"で終わるコマンド "item::
文"(item を追加), "new::文字列"(節タイトルの指定), "main::"(章タイトルの指定), "layer::{数値}{数値}"(layer 環境の始まり), "title::ファイル名"(KETCindy で作成したスライドのタイトルページの読み込み) などを色付けする。
式 1：\b(putnote::)
式 2：\b(include\[.*\])
layer 環境に, 図などを入れるコマンド "putnote::
方向と位置など", "include[option]::ファイル名(pdf)" を色付けする。
なお，2021 年 10 月 22 日現在の KETCindy には，2020 年 5 月 31 日版の "houtouseslidej.txt" が含まれており，それを参考に必要なコマンドと使用法を確認した。
KETCindy は，CTAN（[2]）で配布されていて，最新版は，そのリンクからダウンロードできる。
２. ５ 他の PC との共有
ここで紹介した CotEditor の構文色付け（シンタックス・カラーリング）は，テーマは"cottheme"という拡張子，スタイルは"yaml"という拡張子のファイルとして，書き出し・読み込みにより，他の Mac PC に
インストールした CotEditor に反映できる。
参考文献および参考 URL[1] 久保康幸 : TEX と KETCindy2 つの工夫, 弓削商
船高等専門学校紀要, 第 41 号, pp.12–15, (2019).
[2]「CTAN」(https://ctan.org)(サイト確認 2021/11/27)：

59

60

中国人日本語教師の来日研修目的―PAC 分析によるニーズ調査―
要 弥由美*Why Does the Chinese Teacher of Japanese
Comes to Japan? :―The Needs Analysis by PAC Analysis―
KANAME, Yayumi *Abstract
This study investigates the needs of a Chinese teacher of Japanese who stayed for a shorttime at a Japanese university which is a partner institution for international educational
cooperation. The participant was a Chinese teacher of Japanese. He visited Japan to receive teacher
training in Japanese as a second language. However, the university that accepted this teacher does
not have Japanese language department. Therefore, what could he learn at this university where
there was no appropriate Japanese language program? The purpose of this study is to understandthis teachers’ needs, and suggest a training program based on this analysis.
Personal Attitude Construct (PAC) analysis was used for this analysis. The result showedthat the Chinese teacher wanted to gain general knowledge and information about Japan, Japanesepeople, or in other words, “experience Japan.” Moreover, according to the literature review, theChinese teachers generally need to be involved in active learning to accommodate their students'
requests. This paper is suggesting that the university has to arrange specific and diverse activities
and to encourage the Chinese teacher to participate in active learning.
１．はじめに日した中国人日本語教師の来日研修目的調査を通して、中国人教師が日本での研修に求めているものは何かを探り、研修プログラム立案への提言を行う。

大学間協定締結が盛んになり、学生の交換留学のみならず教員が提携校へ研修来日を希望するケースが出てきている。そのようなケースの中に、海外の２．先行研究協定校のノンネイティブ日本語教師が、日本の日本語学や日本語教育学部・学科を持たない大学に日本 ２．１ 日本におけるノンネイティブ教師の語教育研修にやってくるというケースも生じている。 日本語研修
一般にノンネイティブ日本語教師の来日研修といえ国際交流基金日本語国際センターには、ノンネイ
ば、日本語力または、教授能力向上のために、日本 ティブ教師研修として、日本語運用能力の向上、教語学や日本語教育関係の学部や教育センターのプロ 授法、日本文化の３つの授業部門が設けられており、グラムに参加するものと考えられがちだが、そうで 日本語運用能力の向上のための授業には、４技能をはないケースもある。それでは、これらのノンネイ 統合した授業と文法の授業が行われている（木谷・ティブ教師は、日本語教育関係の学部・学科を持た 木山・八田・向井・簗島（2003）、木田（2004）参ない大学での日本語教育研修に何を求めているので 照）。また、国際交流基金関西国際センターでは、研あろうか。本稿では、ある日本語教育関係の学部・ 究者・大学院生に対して、研究活動に必要な日本語学科を持たない大学に、日本語教育研修のために来 能力の養成と研究活動の支援を目的とした研修が行*総合教育科令和 3 年 12 月 28 日受理

中国人日本語教師の来日研修目的 ―PAC 分析によるニーズ調査―

われている（今井・羽太・金・西野（2007）参照）。
その他、筑波大学留学生センターでは、韓国人日本
語教師に対して、日本語の４技能の向上と今後の授業改善を目的とした研修プログラムが実施されている（許（2007）参照）。
これらの研修はプログラムが先行し、参加者がそれに応募するといった形であるため、研修実施者・参加者ともに研修内容が理解されている。それに対して、今回対象とする研修希望者はプログラムがないところに研修を希望し、また受け入れ側も日本語教師に対する研修プログラムがないにもかかわらずこれを受け入れている点で、上記の研修希望者と研修受け入れ側との関係とは異なっているといえる。
２．２ 中国で日本語教師に求められている事柄
あるいは、教師が求めている事柄
根津・高（2003）は、中国人日本語教師の研修希望の中で、「聞く・話す」力の伸ばし方および、コミュニケーション重視の教え方の教授法についての受講ニーズが高まっていることを報告している。その原因には、学生の質や教師の役割変化など社会的な要因と、コミュニケーション重視の語学教育や英語教育の影響による教育観の変化があると考えられている。
譚（2006）は、中国の 20 大学の 20 名の日本事情担当教師と 3 大学 97 名の学生を対象としてアンケートを行い、次のような教師と学生の意識を明らかにしている。教師側は、日本人とのコミュニケーシ
ョンや現代日本人理解に役立つかどうかを教授内容の重要度の判断基準としている。しかし、中国国家教育部の「教学大綱」に書かれている「日本文化、
日本の歴史的発展過程、政治経済の基本事項」を中心とする現在の教授内容を改善したいという意識を明確に持っている教師は少ない。また、半数以上の教師は学生参加型の活動を大事だと考えているにもかかわらず、参加度の低い教え方をしている。他方、学生側は、教授内容の重要性を、日本人とのコミュ
ニケーション、現代日本人の理解、将来の仕事と関連付けながら判断しており、現代事情に詳しく、様々な補助教材を使うことが教師の重要条件だととらえている。そこから、教師は「教える」だけでなく「導く」という姿勢で、学生が活用できるリソースを紹介すべきだとの提案がなされている。
３．調査
３．１ 受け入れの背景
大学間の交流協定締結により、学生間及び教員間の交流が行われることになった今回の受け入れ校で61

は、学生に関しては既に数年来の交換留学や訪問などの実績があったが、教員についてはそのようなことは行われていなかった。そこへ、協定校から協定に基づき教員の交流のための教師研修受け入れの要
望があり、教員が来日した。教員が来日する以前に、文書のやり取りで研修内容の希望を問い合わせたが、中国人教師側からは特に研修計画や活動予定は知らされず、希望する研修内容も「教授法」といった漠然とした回答であったため、受け入れ側は、来日後、話を聞いてから研修計画を立てざるを得ないと判断した。その際、中国人教師側も受け入れ校には日本
語関係の専攻がないことは承知していた。
３．２ 調査概要
調査対象となる協力者は、中国語を母語とする中国人で、本稿では、A と記述する。ここでの協力者の情報には、協定校からの情報と後の調査で明らかになったものも含める。
A は 37 歳の男性で、高校および４年制大学の日本学科で日本語を学び、1996 年に大学を卒業。2001
年に中国史関係の大学院を修了している。現在は４年制大学の日本学科の教員である。今回は初めての来日で、６カ月の滞在ビザが発行されている。A は５月中旬に来日し、10 月初めまでの滞在を予定していた。
調査は、研修担当教員から依頼を受け、筆者が行った。ただし、筆者は中国語に精通していないため、A が日本語・中国語の両言語を使用できるように、
インタビュー時には中国語に堪能な日本人教員が通訳として同席した。しかし、調査中、A は一貫して日本語のみを使用したため、通訳を必要としなかった。調査の申し入れは A が来学した日に行い、その週のうちに PAC 分析を実施した。調査は連続した２日に分けて行われた。これは、１日にまとめて行うと拘束時間が長くなるため、来日直後に心理的緊張を強いることになり好ましくないと考えられたからである。
３．３ 方法調査は内藤哲雄によって開発された Personal
Attitude Construct（PAC：個人別態度構造）分析
を用いて行った。PAC 分析は、実験社会心理学的ア
プローチと臨床心理学的アプローチが融合されており、「個」を研究することで普遍的研究へとつながる視点を導くことができるとされている（内藤（2002）
参照）。また、PAC 分析は、通常のインタビューとは異なり、調査者側が想定できない協力者側のスキーマ構成要素とその構造を導き出すことができる。
今回の協力者には事前に再三研修希望内容を問い合わせたが、具体的な回答はなかった。そのため、PAC

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分析を用いることで、協力者自身の自由連想から研 ３．４ 刺激文
修希望内容の認知的枠組みを知ることができる可能
受け入れ校では、日本語学や日本語教育学の研修性があると考えられた。また、協定校からの教師研 が不可能であるため、日本語以外のニーズが導き出
修の受け入れ要請は今後も続くことが予想されるた せるように、当初、「あなたにとって、日本語を教えめ、次年度以降の研修プログラム作成のために中国 るためにしなければならないと思う勉強や知識はど
人教員のニーズの共通性を導き出す必要もあり、結 んなことですか。思いついたことをカードに書いて果を一般化できる PAC 分析は今回の調査方法に適 ください。
」という刺激文を用意し、中国語訳とそのしていると考えられた。
バックトランスレーションを行った。しかし、「しな
調査に先立って、文書および口頭で調査協力の依 ければならない」の中国語訳が、「必須」となり、バ頼を行い、文書により同意を得た。調査では、まず、 ックトランスレーションでは、「不可欠な」といった
１日目に調査者が示す質問（刺激文）に対して、協 ニュアンスにしかならず、在日年数の長い中国人教
力者に自由に単語や文を連想し、記録用紙に記入し 員から、中国人的発想からすれば語学の勉強に限定てもらい、その後、類似度評定のためにその単語や されたことしか出ない可能性があるという指摘を受文の重要度や単語や文同士の関係の強さを７段階で け、意訳に近い刺激文を提示することにした。
報告してもらった。次に、２日目に類似度距離行列
その結果、「あなたが日本語を教えるために日頃かによるクラスター分析結果を提示し、協力者による らしていることは何ですか。また、今、していない
クラスター構造のイメージや解釈の報告を、各クラ けれども必要だと思うことは何ですか。頭に浮かん
スター別とクラスター間関係、および補足質問と各 できたイメージや言葉を、思い浮かんだ順に番号の項目別の「＋・－・０」のイメージの順に行った。 ついているカードに記入してください。記入は日本
調査には１日目は 90 分、２日目は１時間を費やした。 語でも中国語でもどちらでも構いません。
」という刺なお、報告時には、調査者によるメモと、テープに 激文、および、その中国語訳「为了教好日语您平时
よる録音を行った。クラスター分析には HALBAU7 都做哪些努力？另外，现在还没有着手，但是您认为很有必要的有哪些？请您把您想到的按照想起来的顺
を用い、ウォード法で行った。
序写在标有顺序号码的卡片上。用中文或日文写都可以。
」を併記して提示した。

中国人日本語教師の来日研修目的 ―PAC 分析によるニーズ調査―

４．結果と考察63

ちはテレビを見ることを通して、もっと日本社会・文化などを理解できると思います。知識を把握する
４．１ A の PAC 分析結果
ことは非常に意味深い。今は中国では学校によってA による自由連想では、23 の項目があがった。そ 使用テキストは違います。統一的なテキストがあり
れらの項目を連想順位、重要度順位、＋・－・０の ません。良い教材を選んで教える必要があると思いイメージ、クラスター分析結果に基づく分割案とと ます。
もに前ページの図１に示す。以下、本稿で項目を扱 ４．１．３ 第Ⅲクラスターについて
う際は、重要度順位で示す。項目は３つのクラスタ
これらの内容は関係、深い関係を持っていると思ーに分割され、第Ⅰクラスターには項目 1・2・4・5・ います。教学方向と教学内容は、課程の設置と関連
3・6 が、第Ⅱクラスターには項目 7・14・22・13・ 深いと思います。課程の設置は、教学方向や教学内
15・8・9・16・10・11 が、第Ⅲクラスターには項 容を決めるだと思います。例えば、経済についての
目 12・17・19・18・20・23・21 が布置された。以 方面の授業が多くて、たぶん、学生は卒業してから、下に A のクラスターのイメージと解釈を記す。発話 貿易会社に関連する会社に就職すると思います。も中の「グループ」はクラスターをさす。後の解釈で し、日本社会や文化についての授業をたくさん設け言及する部分を中心に、第Ⅰクラスターについては たら、研究型の人材を育成すると思います。だから、実線で、第Ⅱクラスターについては点線で、第Ⅲク 課程の設置は教学の方向と内容と深い関係があって、ラスターについては波線で下線を付す。[ ]内は、調 人材育成の方向を決めると思います。いったい、ど査者による発話である。発話内の誤りはそのまま記 のような人材育成をするか、これも就職と深い関係す。
を持っていると思います。すぐれた人材を育成する
４．１．１ 第Ⅰクラスターについてために教育方向と課程の設置はとても大事だと思い先生として授業の前の時間の準備を十分にしなけ ます。重要だと思います。優秀な人材を育成して、ればなりません。自分にもわからない問題が出て、 社会にいろいろな人材を育成して、就職もやさしく
前もって準備して無難と思う。もちろん私の担当し なると思います。
ている授業は総合日本語ですから、今の学校の学生 ４．１．４ 第Ⅰクラスターと第Ⅱクラスターとのは全部初心者ですから、単語の補足が必要だと思い 関係ます。単語のいろいろな意味を説明する必要があり
１グループは教師としてしなければならないことます。[単語の補足とは？] 関連のある単語の補足。 だと思います。自分の把握した知識をよりよく学生
文法は言うまでもなく、文法は日本語の基礎だと思 に伝授するために、教師自身はたくさんの準備をすいます。教師として、まじめで一生懸命、前もって る必要があると思います。２グループはたぶん、学授業の準備をする必要があると思います。そうです 部や学院と関係がある、教師自分で資料を集める必ね、積極的に。
要がある。中国では普通、国家から費用をもらって
４．１．２ 第Ⅱクラスターについて資料を買う。その資金を使って資料を買う必要があいうまでもなく、日本語の学習者として日本語を る。教学のために。資料が十分あったら、授業する
勉強して、たぶん日本社会の知識を身につける必要 とき関連な知識を教えることができます。[同じとこがあります。日本語を勉強して、日本人、日常生活 ろは？] 全部授業のため。２グループはこういう資や社会、日本文化の知識を身につける必要があると 料、もしあったら教師は自分自身の知識を広めるこ思います。教師として、こういうような知識をしっ とができると思います。資料を利用して授業するとかり身につけて、学生に教える必要があると思いま き、単語や文法を説明する、説明して、こういうよす。ビデオ・図書資料を利用して、日本に関連する うな、２グループのような知識を説明します。違う知識を学生に教えます。もっと、中日文化の比較を ところは、１グループは教師としての責任だと思い理解できると思います。中日文化、風俗、習慣の異 ます。仕事だと思います。２グループは、教師も勉同、同じなところや違うところをもっと理解できる 強必要があって学生自身でも利用できると思います。
と思います。マナーは日本人は礼儀正しい民族だと 図書資料は誰でも利用できると思います。
いわれています。日本語の勉強を通して中国の学生 ４．１．５ 第Ⅰクラスターと第Ⅲクラスターとのにも礼儀の必要性を教えます。今は、学校の日本語 関係
教育についての資料が少なくて、特に新しい資料が１グループは３グループの中の教育内容に含めて貧乏です。一昨年か申請して日本テレビ番組を中継 います。つまり、教育内容は、１グループの内容をできるように努力しましたが、中継できれば学生た 含めています。１グループは全部教学内容ですね。

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これは同じところです。違うところは、先ほどもう と思います。
」と述べているように、現状の資料・教説明しました。３グループは学院・学部で行われて 材が A の考えるよい授業の妨げになっていると思わいます。１グループは教師自身でやります。教師に れる。
よって教え方が違いますから。
例えば、14 の「図書資料」は 22 の「卒論」に結
４．１．６ 第Ⅱクラスターと第Ⅲクラスターとの 節していることから、学生に卒業論文を書かせるた関係めの資料が不足していることが考えられる。また、似ているところは、２グループは３グループの中 13 の「使用教材」が 15 の「テープ、ビデオ資料」の教学内容と関連、深い関係があると思います。日 に結節していることから、授業で使用するためのテ
本語教育の中で、内容はたぶん日本の社会や文化、 ープ・ビデオ教材について不満があると推測できる。
中日文化の比較などの知識を教えます。教学内容は これらは、A が述べているように、新しい資料が学
日本社会・日本文化・中日比較などの内容がありま 校に不足していることを意味しているのであろう。
す。日本語学習者としてそういう内容を勉強する必 さらに、15 の「テープ、ビデオ資料」は 11 の「マ要があります。だから、どんな大学でも日本社会と ナー」に結節していることから、日本人がいない中
文化関連知識を教える必要があります。教学方向を 国の大学でも、テープやビデオで日本人の姿を見せ決めたら、あるいは、課程の設置を決めたら、２グ ることによって、日本のマナーを教えようとしていループの関連資料を集める必要があります。課程の ると考えられる。
「マナー」はプラスであるが、その設置と関連する資料を。３グループは、学院、ある マナーを教えるための資料が不足しているのであろ
いは、学部の仕事ですから、人材育成の方向と関連 う。そして、その「マナー」は、21 の「学習単位成があります。２グループは主に学院あるいは学部に 績」に結節している。21 の「学習単位成績」は、6
よっていろいろな資料を集めます。違うところは、 の「文法の説明」とも結節している。A が「文法は…どんな違いがあるか…ほとんどありませんね。ふ 言うまでもなく、文法は日本語の基礎だと思います」
つう、中国では学院で実施します、課程の設置や資 と述べていることから、6 の「文法の説明」が「学料を集めること。
習単位成績」に結節することは当然と考えられるが、４．２ 調査者による総合的解釈「マナー」に関しては、「マナーは日本人は礼儀正し
第Ⅰクラスターは、「教師としてしなければならな い民族だといわれています。日本語の勉強を通してい」、「授業の準備」
、
「責任」
、
「仕事」
、
「教師自身で 中国の学生にも礼儀の必要性を教えます。
」と異文化やります」といった言葉から、「教師としての個人業 間比較・異文化間理解の視点に触れている。ここか務」と命名できよう。それに対して、第Ⅲクラスタ ら、文法でつけられる成績と異文化間理解的な視点
ーは、「学院あるいは学部の仕事」と説明されている からつけられる成績との間に葛藤があるのではないので、これは「組織の一員としての教師の業務」と かと推察される。
いえよう。そして、第Ⅱクラスターは、「日本社会の知識を身につける必要があります」、「テレビを見る
５．まとめと提言
ことを通して、もっと日本社会・文化などを理解で本研究の目的は、日本語教育関係の学部・学科をきると思います」、「知識を把握することは非常に意 持たない大学へ日本語教育研修のために来日した日
味深い」、「教師自分で資料を集める必要がある」、「資 本語教師の来日研修目的を調査することであった。
料が十分あったら、授業するとき関連な知識を教え A の分析では、「教師としての個人業務」、「日本知識ることができます」といった言葉から「日本知識情 情報収集欲求」、「組織の一員としての教師の業務」
報収集欲求」を表していると考えられる。
の 3 つのクラスターができた。その中で、A は「こ第Ⅰクラスターの 6 項目はすべてプラスの評価が ういう資料、もしあったら教師は自分自身の知識をなされているのに対し、第Ⅱクラスターでは、14 の 広めることができると思います」、「資料が十分あっ「図書資料」、13 の「使用教材」、15 の「テープ、 たら、授業するとき関連な知識を教えることができ
ビデオ資料」がマイナスとなっている。また、第Ⅲ ます」、「どんな大学でも日本社会と文化関連知識をクラスターの 21 の「学習単位成績」もマイナス評価 教える必要があります」と言いつつ、「今は、学校のである。これらの事項は A にとって心理的に負担を 日本語教育についての資料が少なくて、特に新しい感じ、個人では解決困難な事柄であると推察される。 資料が貧乏です」と資料不足が授業の障壁となって特に第Ⅱクラスターについては、「今は、学校の日本 いることを示唆している。また、これら資料不足は
語教育についての資料が少なくて、特に新しい資料 ４．２でも見たように、A にとってマイナスイメー
が貧乏です。
」、「良い教材を選んで教える必要がある ジである。ここから、A が日本で得たいと考えてい中国人日本語教師の来日研修目的 ―PAC 分析によるニーズ調査―

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るのは第Ⅱクラスターに表れた日本に関する知識と 指導法を変えることが必要なのではないだろうか。
資料ではないかと考えられる。A 自身、「日本語を勉
実際、A の発言内容をみると、第Ⅰクラスターに強して、日本人、日常生活や社会、日本文化の知識 ついての発話では、「単語のいろいろな意味を説明すを身につける必要があると思います。教師として、 る」、「自分の把握した知識をよりよく学生に伝授す
こういうような知識をしっかり身につけて、学生に る」、第Ⅱクラスターでは、「ビデオ・図書資料を利教える必要があると思います。
」、「２グループは、教 用して、日本に関連する知識を学生に教えます」、「資
師も勉強必要があって」と述べている上、A 自身が 料を利用して授業するとき、単語や文法を説明する、
今回、初来日であることを考えると、A には日本社 説明して、こういうような、２グループのような知会・文化関連知識材料が不足していることが推測で 識を説明します」、「日本語教育の中で、内容はたぶきる。
ん日本の社会や文化、中日文化の比較などの知識を以上から、A が必要としているのは、教師として 教えます」、「日本社会と文化関連知識を教える必要教室に持ち込むことができる教材としての資料及び、 があります」、第Ⅲクラスターでも、「もし、日本社
自分自身の「日本体験」という生の資料であるとい 会や文化についての授業をたくさん設けたら、研究えよう。先行研究で述べられていたように、中国の 型の人材を育成すると思います」とあり、一方的に学生は現代日本事情に詳しく、様々な補助教材を使 知識を説明するような知識の伝達、講義、教え込み
う教師をよい教師だと考えている。このような学生 型の授業展開が想像される。加えて、日本についての要求に応えるためにも、A は新しい教材と多面的 の知識や資料を欲している A が、社会や文化の授業
な日本知識を必要としているのではないか。また、 を多く設置すれば研究型の人材育成となると述べて近年では、中国で日本語を学んでから来日する中国 いることは、先行研究に述べられていたコミュニケ
人留学生も多い。それら渡日するであろう学生を前 ーションや現代日本人理解、将来の仕事を日本語学にして、日本を知らず、乏しい資料で日本語を教え 習と関連付けている中国の学習者ニーズに対応できている教員が、新しい物理的資料のみならず、自身 ていないことの表れではないだろうか。このように、も日本を体験しておきたいと思うのは必定であろう。 A には学習者中心の授業や能動的参画学習などの授しかし、教材と知識を収集して帰ることが、教室 業形態が念頭にないと考えられる。そのため、コミで必要とされている事柄への対処法なのかについて ュニケーション重視の授業や、そのための教授法をは疑問がある。確かに、教師自身が経験した異文化 研修に加えるべきだと思われる。
を学習者に伝えることは学習者の動機づけにはなる
以上から、日本語教育関係の学部・学科を持たなだろう。だが、知識だけでは現在の中国でのニーズ い大学での日本語教育研修に、以下の 2 点を提案しに対応できないのではないか。社会の変化をともな たい。一つは、研究者の受け入れとは異なった、留った、道具的な動機で日本語を学習したいと考えて 学生が経験するのと同様の日常の日本生活や日本人いる学習者に対応するには、知識重視の授業ではな との交流・葛藤が体験できるような受け入れ態勢をく、コミュニケーション重視の授業への思考の転換 用意することである。それによって中国人日本語教と、そのための実際の教授法を学習して帰る方がよ 師は、日本人と実際にコミュニケーションのできる、
いのではないだろうか。なぜなら、日本に関する知 現代事情に詳しい知日派の理想的な教師として中国識が増えたからといって、教授法が改善されたり、 の学生に迎えられるであろうし、また、留学してゆ教授能力が向上したりするわけではないからである。 く学習者にとってのよきアドバイザーたり得るであ
また、３．１にも述べたように、今回の研修希望内 ろう。もう一つは、これまでの教師中心から学習者
容が「教授法」であったことを考え合わせると、教 中心のコミュニケーション重視の教授法へと理解の授法を研修プログラムに入れることは A の希望に沿 転換をもたらすことである。これは、日本語教育関うことにもなる。
係の学部・学科を持たない大学でも可能であろう。
譚（2006）の報告では、中国の教師が学生参加型 例えば、A の研修先の大学でも、各科目で学習者中の活動を大事だと考えていながら、参加度の低い教 心のアクティブ・ラーニングや参画・能動的学習とえ方をしている理由に、日本人がいない、物理的に してのポスターセッションを行ったり、地域貢献と和服などの日本のものがないといったことが挙げら 地域からの学びを取り入れたサービス・ラーニング
れている。しかし、参加型の活動とは、日本人を授 などが取り入れられたりしている。このような教師業に招いたり、日本のものを手にしたりすることだ 中心ではない、異なる視点からの学習方法の存在にけではないであろう。このようなことを考え合わせ 気づくことも、中国人教師にとって意味のあること
ると、中国人教師には、これまでの学習観・教育観・ ではないだろうか。

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紀要

以上、本研究では、PAC 分析によって、日本語教育関係の学部・学科を持たない大学に、日本語教育
研修のために来日した中国人日本語教師の来日研修
目的を調査した。その結果から、教師研修には、教師自身が教室に持ち込むことのできる物理的な資料
及び日本での実体験と、学習者中心の能動的学習の視点が与えられるようなプログラムを用意する必要を提言した。今後はこれに基づくプログラムの立案と実行、その検証を課題としたい。
参考文献[1] 木谷直之・木山登茂子・八田直美・向井園子・
簗島史恵「海外日本語教師短期研修―「総合日本語シラバス」の開発について―」『日本語国際センター
紀要』第 13 号 国際交流基金 29-45（2003）[2] 木田真理「外国人日本語教師研修における文法授業のあり方―文法シラバス整備に向けて―」『日本
語国際センター紀要』第 14 号 国際交流基金
51-68 （2004）[3] 今井寿枝・羽太園・金秀芝・西野藍「研究者・大学院生日本語研修における「自己評価支援システム」の検証―学習者と教師の認識のズレをめぐって―」『国際交流基金日本語教育紀要』第 3 号 国際交流基金 135-151 （2007）[4] 許明子（HEO Maeongja）「現職日本語教師を対象とした日本語研修プログラムの実践報告―
2005 年度筑波大学留学生センターにおける京畿道
外国語教育研修院日本研修の実施について―」『筑波
大学留学生センター日本語教育論集』第 22 号
81-90 （2007）[5] 根津誠・高偉建「中国大学日本語教師訪日研修から見て」第 8 回海外日本語教育研究会「中国における日本語教育」（2003）
http://www.jpf.go.jp/j/urawa/world/chek/wld_03_1
2.html （2008.5.25.参照）[6] 譚建川「中国における「日本事情」教育の現状」『日本語言語文化研究会論集』 2 号 日本言語文化研究会 59-81 （2006）[7] 内藤哲雄『PAC 分析入門［改訂版］：「個」を科学する新技法への招待』 ナカニシヤ出版（2002）

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高等専門学校一般科目における数学と物理の双方向性の構築南郷 毅*，牧山 隆洋**

Constructing an Interactive Approach to
Mathematics and Physics in KOSEN Education
Tsuyoshi Nango* and Takahiro Makiyama**
Abstract
This paper discusses the relationship between learning content of mathematics and physics in National
Institute of Technology (KOSEN) education. Recently, the importance of studying mathematics andphysics in relation to each other has been pointed out. It is clear that there is a relationship between
mathematics and physics. However, there are few studies that mention learning content of them. The
authors surveyed learning content on the basis of textbooks and create tables of relationship between thelearning content of mathematics and physics. Moreover, the authors constructed example of teachingmaterial that allow for an understanding of mathematical and physical perspectives.

１．はじめに専門科目との関連を図る教育が強く求められている．
本稿では，高等専門学校における数学と物理の関近年，これからの社会を見据えた教育として，学 連を図る教育を検討する．
習事項を他分野と関連づけて理解する力や，学習事「数学と物理の学習事項間には関連がある」とい項を現実世界の問題の発見や解決に活用する力の育 う主張には，誰も異論がないであろう．微分積分や成が，学校種別を問わず強く求められている．
ベクトルが物理と関連があることはすぐに頭に浮か
高等専門学校では，従来から教育の改善の文脈の ぶ．しかし，数学と物理を両方担当しているような中で述べられていた一般科目と専門科目の関連を図 場合は別として，数学の教員が，数学のある単元がる教育が，モデルコアカリキュラム[1]における到達 物理のどの単元に関連があるか，学習時期はいつな
目標の中で明確化されている．数学科では，本科の のか等を具体的に述べることは難しい．また，数学到達目標として「専門分野の基本的問題の解決に数 の教員が，物理の教員が重視する物理的な見方や考学の知識や計算技術を用いることができるとともに、え方について述べることは難しい．これは物理の教
数学の知識等を専門分野での現象に関連づけて活用 員にも言える．私たちは，数学と物理の学習事項間できる。
」が示され，専門分野での数学の活用が明示 に関連があることは理解しているが，その理解は，されている．また，学習内容の取り扱いとして「中 関連を図る教育を実践するといった教育的な観点か
学校の学習成果を活用するとともに、専攻科数学お らは不十分である．特に，関連を図ることを意識しよび物理・専門科目との連携を密にし、スムーズに た特別な教材や指導法を準備していない日常の授業
カリキュラムが展開するように指導計画を作成す において，数学と物理の関連を図ることは困難な状る。
」と示され，物理や専門科目と連携した教育が明 況にある．
確に求められている．物理の内容の取り扱いにおい
そこで，本研究では，高等専門学校の一般科目でても，数学と連携した教育を求める趣旨の記述があ 取り扱う数学と物理の学習事項間の関連の整理や，る．このように，高等専門学校では，数学と物理や 数学の見方や考え方と物理の見方や考え方の例示を*非常勤講師**総合教育科

令和 3 年 11 月 23 日受理

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通じて，日常の授業で活用できる数学と物理の双方 している．
向性を構築することを目的とする．
これらは，特別な教材を用いない日常の授業にお高等専門学校の学生は，専門科目の学習の中で数 ける関連を図る実践であり，その有効性を示してい学を活用する．しかし，学生から「専門科目で唐突 る．日常的にこのような教育を実践するには，学習に数学を使った説明が始まり，よくわからなかっ 事項間の関連の把握が必要である．
た．
」，「式と手順を覚えて終わった．
」といった声をそこで，数学と物理の学習事項間の関連を調査し少なからず聞いた．このような状態を解消するには， た研究を検討する．今村[6]や飛田ら[7]は，高等学
低学年時から，学生に数学と他分野の関連を意識さ 校の教科書に現れる数式を軸に，数学と物理の関連せるような教育が必要である．物理は数学と同様に を調べている．これらは学習内容の調査ではあるが，１学年から履修が始まるため，その対象として適切 分類が，熱，波動，電気などの非常に大きな括りでな科目である．
あることや，登場する数式の個数を示しているため，日常的に関連を図る教育には活用できない．
２．先行研究の検討と本研究の位置付け
本研究で作成する数学と物理の学習事項を確認できる対応表は，日常の授業で活用可能な学習事項間
高等専門学校における数学と物理の関連について の関連を，双方向から明らかにしている．また，本の先行研究を検討する．
研究では，先行研究で取り上げられていなかった数
佐伯ら[2]は，物理現象に関する実験・観察を題材 学的な見方や物理的な見方についても例示しており，とした一連の授業群からなるカリキュラムを開発し，これまでの数学と物理の関連を図る教育に関する研実践結果を報告している．各授業では，学生が物理 究を補完する位置付けにある．
現象についての実験を行い，各種センサーを用いてデータを取得，そのデータをもとに数学モデルを作 ３．高等専門学校一般科目における数学と物理の関連
成，モデルの物理的意味の解釈を行なっている．学
生が数学と物理を関連づけて学ぶことを通じて，数
本章では，高等専門学校一般科目の数学と物理の学が物理の中で活用される場面を実感できることが 学習事項間の関連を明らかにする．また，それぞれ明らかにされている．馬淵[3]は，高専教育において， の見方や考え方を例示する．数学の学習の前提とし数学が数学以外の場所で活用されていることを知る て物理の学習事項が必要になることは，基本的には有用性を指摘し，線形代数の応用例として微小振動 ない．そこで，モデルコアカリキュラム[1]の数学科の解析を取り上げた教材を開発している．
の目標を踏まえ，本研究では，一般科目における数
これらは，特別な教材を用いた授業の実践や教材 学における学習事項が一般科目における物理の学習の開発研究である．これらの成果の活用には，カリ に用いられている場合に，数学と物理の学習事項間
キュラムの改定や特別な教材が必要である．また， の関連があると捉えることにする．
取り扱う内容がやや高度であることから，低学年の学生に対して用いることは難しい．日常的に数学と ３．１ 高等専門学校における数学と物理の学習事
物理の関連を図る観点からは，これらの研究の活用
項間の関連
は難しい．
高等専門学校の数学と物理の学習の基本となる教高等学校における数学と物理の関連についての先 材は教科書である．そこで，教科書をもとに学習事
行研究を検討する．
項間の関連を調査する．各高等専門学校の一般科目
金児[4]は，物理基礎の力のつりあい単元の授業に のシラバスを参照すると，物理では，高等専門学校
おいて，数学Ⅰの三角比の学習内容を限定的に指導 向けの教科書だけではなく，高等学校向けの教科書
した実践について述べ，生徒が教科間の関連の認識 も広く用いられている．そこで，数学は高等専門学を深めている様子や，生徒の学習意欲の向上につい 校向けの教科書，物理は高等学校向けの教科書と高て報告している．金児[5]では，物理と数学Ⅱで扱う 等専門学校向けの教科書を調査する．
弧度法を，物理と数学Ⅱの双方の授業で互いに関連調査結果を表１から表５に示す．表１は基礎数学，づけた指導を行うことにより，生徒が関連を意識で 表２は線形代数，表３は微分積分から見た物理とのきるようになり，学習内容の理解が深まったことを 学習事項間の関連である．なお，微分積分は，一般報告している．一方で，この授業を参観した教員か 科目で扱う物理の範囲を考慮し，１変数の微分積分
ら「１回だけでは効果が薄いだろう．
」という指摘が までとしている．表４は力学，表５は熱，波動，電気あったことも報告し，継続的な指導の必要性を示唆 と磁気，原子から見た数学との学習事項間の関連で

69

高等専門学校一般科目における数学と物理の双方向性の構築ある．単元名は筆者らの勤務校で用いている教科書から選定した．
表には現れていないが，中学校数学で物理と関連している学習事項として，連立方程式，三平方の定理，相似，角度（対頂角，錯角，同位角）の関係，絶対値記号の取り扱い，比，三角形の合同，円の性質がある．また，物理の学習事項についての問題演習
では，文字式の計算，指数法則，1 次不等式，因数分解，２次方程式，２次不等式が用いられる．

表１ 基礎数学分野と物理の関連
分野名

単元名

学習事項
２次関数

２次関数とグラフ，方程式・不等式
２次関数のグラフ
指数関数・対数関数

指数関数
指数関数のグラフ

三角比

弧度法

三角関数
基礎数学 三角関数

三角関数のグラフ

三角関数の性質

三角関数の相互関係

三角関数の和と積三角関数の合成関数とグラフ分数関数のグラフ

図形と方程式

図形の性質
直線のグラフ楕円の方程式
双曲線の方程式
双曲線のグラフ関連する物理の学習事項
水平投射
斜方投射
単振動の力学的エネルギー
水平投射
斜方投射
単振動の力学的エネルギー
原子核の変化と放射線
原子核の変化と放射線速度の合成と分解
相対速度
水平投射
斜方投射
剛体に働く力のモーメント
剛体のつり合い
運動量と力積運動量の保存
物体の衝突
慣性力
単振り子
惑星の運動
重力
クーロンの法則
電流が作る磁界
電流が磁界から受ける力
等速円運動
等速円運動の速度と加速度
等速円運動をする物体に働く力
単振動の変位，速度，加速度
磁界中の荷電粒子の運動
等速円運動
等速円運動の速度と加速度
等速円運動をする物体に働く力
単振動の変位，速度，加速度
単振動の力学的エネルギー
正弦波を表す式
音波
うなり
光の反射と屈折
光の回折
光の干渉
磁界中の荷電粒子の運動
交流の発生
コイルを流れる交流
コイルとコンデンサーの消費電力
交流回路
電気振動
X線の波動性X線の粒子性
単振動の変位，速度，加速度
正弦波を表す式
波の独立性と重ね合わせの原理
音波
うなり
交流の発生
コイルを流れる交流
コイルとコンデンサーの消費電力
交流回路
電気振動
X線の波動性X線の粒子性
正弦波を表す式
コイルを流れる交流
コイルとコンデンサーの消費電力
交流回路
単振動の力学的エネルギー
X線の粒子性
波の独立性と重ね合わせの原理
うなり
コイルとコンデンサーの消費電力
交流回路
交流回路
万有引力による位置エネルギー電位
ボイルの法則重心
シャルルの法則
惑星の運動
干渉波
干渉波

関連する物理の単元名

関連する物理の分野名

物体の運動
円運動と単振動力学

物体の運動
円運動と単振動原子と原子核

原子

物体の運動

剛体のつりあい力学
運動量
円運動と単振動
万有引力
電気と電流
電流と磁界

電気と磁気

円運動と単振動

力学

電流と磁界

電気と磁気

円運動と単振動力学

波の伝わり方
音
波動
光

電流と磁界

電気と磁気

電子と光

原子

円運動と単振動力学

波の伝わり方
波動
音

電流と磁界

電気と磁気

電子と光

原子

波の伝わり方

波動

電流と磁界

電気と磁気

円運動と単振動
電子と光波の伝わり方
音

力学
原子

電流と磁界

電気と磁気

万有引力
電気と電流
気体分子の運動
剛体のつりあい
気体分子の運動
万有引力

力学
電気と磁気
熱
力学
熱
力学

波の伝わり方波動

波動

弓削商船高等専門学校

紀要70

第 44 号（令和 4 年）

表２ 線形代数分野と物理の関連
分野名

単元名

学習事項

ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分
線形代数

ベクトル

ベクトルの大きさベクトルの分解

内分・外分

関連する物理の学習事項
変位と速度速度の合成と分解
相対速度
加速度
水平投射
斜方投射
剛体に働く力のモーメント
剛体のつり合い剛体に働く力の合成
重心
運動量と力積運動量の保存
物体の衝突
等速円運動の速度と加速度
等速円運動をする物 体に働く力
慣性力
遠心力
単振動の変位，速度，加速度
単振り子
惑星の運動
万有引力
重力
万有引力による位置エネルギー
気体の圧力と気体分子の熱運動
クーロンの法則
点電荷の周りの電界
電流が作る磁界
電流が磁界から受ける力
磁界 中の荷電粒子の運動
交流回路
変位と速度
速度の合成と分解
相対速度
水平投射
斜方投射
重心
運動量と力積運動量の保存
物体の衝突
等速円運動をする物 体に働く力
慣性力
単振動の変位，速度，加速度
単振り子
惑星の運動
重力
気体の圧力と気体分子の熱運動
クーロンの法則
点電荷の周りの電界
電流が作る磁界
電流が磁界から受ける力
磁界 中の荷電粒子の運動
交流回路
速度の合成と分解
相対速度
水平投射
斜方投射
重心
運動量と力積慣性力
単振り子
気体の圧力と気体分子の熱運動
クーロンの法則
点電荷の周りの電界速度の合成と分解
相対速度
水平投射
斜方投射
剛体に働く力のモーメント
剛体のつり合い剛体に働く力の合成
運動量の保存
物体の衝突
等速円運動をする物 体に働く力
慣性力
単振動の変位，速度，加速度
単振り子
惑星の運動
重力
気体の圧力と気体分子の熱運動
クーロンの法則
点電荷の周りの電界
電流が作る磁界
電流が磁界から受ける力
磁界 中の荷電粒子の運動
交流回路
剛体に働く力の合成
重心

関連する物理の単元名

関連する物理の分野名

物体の運動

剛体のつりあい

運動量

力学

円運動と単振動万有引力
気体分子の運動

熱

電気と電流
電気と磁気
電流と磁界

物体の運動

剛体のつりあい
運動量

力学

円運動と単振動万有引力
気体分子の運動

熱

電気と電流
電気と磁気
電流と磁界

物体の運動
剛体のつりあい
運動量

力学

円運動と単振動気体分子の運動

熱

電気と電流

電気と磁気

物体の運動

剛体のつりあい
運動量

力学

円運動と単振動万有引力
気体分子の運動

熱

電気と電流
電気と磁気
電流と磁界

剛体のつりあい力学

71

高等専門学校一般科目における数学と物理の双方向性の構築

表３ 微分積分分野と物理の関連
分野名

単元名

学習事項

関連する物理の学習事項

平均変化率

微分法

瞬間の速さ
接線の傾き

微分積分

関数の近似式

区分求積法
積分法
面積

変位と速度
加速度
運動量と力積等速円運動の速度と加速度
電磁誘導
変位と速度
運動量と力積等速円運動の速度と加速度
変位と速度
加速度
光の反射と屈折
光の回折
コンデンサーに蓄えられるエネルギー
コイルに蓄えられるエネルギー電位
気体の体積変化と気体のなす仕事
万有引力による位置エネルギー電位
コンデンサーに蓄えられるエネルギー
コイルに蓄えられるエネルギー
気体の体積変化と気体のなす仕事

関連する物理の単元名

関連する物理の分野名

物体の運動
運動量
円運動と単振動
電流と磁界
物体の運動
運動量
円運動と単振動

力学
電気と磁気

力学

物体の運動
光

波動

電気と電流
電流と磁界
電気と電流
気体分子の運動
万有引力
電気と電流
電流と磁界
気体分子の運動

電気と磁気
熱
力学
電気と磁気
熱

表４ 力学分野と数学の関連
分野名

単元名

学習事項
変位と速度

速度の合成と分解

相対速度

物体の運動

加速度

水平投射
力学

斜方投射

剛体に働く力のモーメント

剛体のつり合い
剛体のつりあい

剛体に働く力の合成

重心

関連する数学の学習事項
ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分
平均変化率
瞬間の速さ
接線の傾き
ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの大きさベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの大きさベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算
平均変化率
接線の傾き
２次関数
２次関数のグラフベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの大きさベクトルの分解
三角比２次関数
２次関数のグラフベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの大きさベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの分解
内分・外分ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの大きさ
内分・外分
図形の性質

関連する数学の単元名

関連する数学の分野

ベクトル

線形代数

微分法

微分積分

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数
ベクトル

基礎数学
線形代数

微分法

微分積分

２次関数とグラフ，方程式・不等式

基礎数学
基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数
２次関数とグラフ，方程式・不等式

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

図形と方程式

基礎数学

弓削商船高等専門学校

運動量と力積

運動量
運動量の保存

物体の衝突

等速円運動

等速円運動の速度と加速度

等速円運動をする物体に働く力

慣性力
力学

円運動と単振動
遠心力

単振動の変位，速度，加速度

単振り子

単振動の力学的エネルギー

惑星の運動

万有引力
万有引力
重力

万有引力による位置エネルギー

紀要

72

第 44 号（令和 4 年）

ベクトルの意味とその演算
平均変化率
瞬間の速さ
ベクトルの成分ベクトルの大きさ
三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解
三角比
弧度法
三角関数
ベクトルの意味とその演算
平均変化率
瞬間の速さ
弧度法
三角関数
ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解弧度法
三角関数
ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解ベクトルの大きさ
三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解
弧度法
三角関数
三角関数のグラフベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解ベクトルの大きさ
三角比２次関数
２次関数のグラフ三角関数
三角関数の相互関係
楕円の方程式
ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算分数関数のグラフ
面積

ベクトル

線形代数

微分法

微分積分

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

微分法

微分積分

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数
２次関数とグラフ，方程式・不等式
基礎数学
三角関数
図形と方程式
ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数
ベクトル
関数とグラフ
積分法

基礎数学
線形代数
基礎数学
微分積分

73

高等専門学校一般科目における数学と物理の双方向性の構築

表５ 熱，波動，電気と磁気，原子分野と数学の関連
分野名

単元名

学習事項
ボイルの法則シャルルの法則

熱

気体分子の運動

気体の圧力と気体分子の熱運動

気体の体積変化と気体のなす仕事
正弦波を表す式
波の伝わり方波の独立性と重ね合わせの原理
干渉波
音波

波動
音

うなり
光の反射と屈折
光

光の回折
光の干渉

クーロンの法則

電気と電流

点電荷の周りの電界

電位
コンデンサーに蓄えられるエネルギー

電流が作る磁界

電流が磁界から受ける力

電気と磁気

磁界中の荷電粒子の運動

電磁誘導
コイルに蓄えられるエネルギー
電流と磁界

交流の発生
コイルを流れる交流

コイルとコンデンサーの消費電力

交流回路

電気振動
X線の波動性
電子と光
原子

X線の粒子性
原子と原子核原子核の変化と放射線

関連する数学の学習事項
分数関数のグラフ
直線のグラフベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解ベクトルの大きさ
区分求積法
面積
三角関数
三角関数のグラフ
三角関数の性質
三角関数のグラフ
三角関数の和と積双曲線の方程式
双曲線のグラフ
三角関数
三角関数のグラフ三角関数
三角関数のグラフ
三角関数の和と積
三角関数
関数の近似式三角関数関数の近似式
三角関数
ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解ベクトルの大きさ
三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解ベクトルの大きさ
分数関数のグラフ
区分求積法
面積
区分求積法
面積
ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解三角比ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解
弧度法
三角関数
平均変化率
区分求積法
面積
三角関数
三角関数のグラフ三角関数
三角関数のグラフ
三角関数の性質
三角関数
三角関数のグラフ
三角関数の性質
三角関数の和と積
三角関数
三角関数のグラフ
三角関数の性質
三角関数の和と積三角関数の合成
ベクトルの意味とその演算ベクトルの成分ベクトルの分解三角関数
三角関数のグラフ三角関数
三角関数のグラフ三角関数
三角関数のグラフ
三角関数の相互関係
指数関数
指数関数のグラフ

関連する数学の単元名

関連する数学の分野

関数とグラフ図形と方程式

基礎数学

ベクトル

線形代数

積分法

微分積分

三角関数

図形と方程式

基礎数学

三角関数

微分法
三角関数
微分法
三角関数

微分積分
基礎数学
微分積分
基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

関数とグラフ

基礎数学

積分法

微分積分

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数

基礎数学

微分法
積分法

微分積分

三角関数

基礎数学

ベクトル

線形代数

三角関数
基礎数学

指数関数・対数関数

弓削商船高等専門学校

紀要74

第 44 号（令和 4 年）

３．２ 数学の見方や考え方と物理の見方や考え方
数学と物理の学習事項間の関連を表１から表５に示した．表に示した関連がある学習事項であっても，数学と物理において同じように取り扱うわけではな
い．数学には数学的な見方や考え方があり，物理には物理的な見方や考え方がある．数学と物理の関連を図る教育を実践する際には，このような見方や考え方の違いも指摘したい．このことは，学生が同じ対象を複数の視点で考察する経験につながる．
ボイルの法則（温度が一定のとき，一定質量の気図２ ボイルの法則（物理的なイメージ）
体の体積 V は，気体の圧力 p に反比例する．式で表すと pV＝一定となる．
）を例に示す．学習事項として「気体の入った容器があり，温度が一定の時に体積４．授業での活用方法の検討を減らしていく．この時，ボイルの法則に従うと圧力はどうなるか．
」を考える．
各高等専門学校のシラバスを参照すると，数学は数学的な見方や考え方から捉えると，次のように １，２学年で基礎数学を学習し，２，３学年で線形なる．
代数と微分積分を並行して学習する傾向が見られ・温度が一定のとき，ボイルの法則から，等式る．物理は，取り扱う分野にも差があるが，概ね１，
pV=一定は常に成立する．
２学年で力学，熱，波動，電気と磁気，原子の順番
・つまり，V は p に反比例するので， V が減少す で学習する傾向が見られる．従って，数学でベクトると p が上昇する．
ルを学んでいない状態で，物理で力学を学びベクト
このときには，図１に示すような反比例のグラフの ルを活用するといった状況が見られる．このようなイメージがある．
現状を踏まえ，授業での活用方法を検討する．
作成した表とシラバスを参照することで，学生が物理の学習で利用した数学の学習事項がわかる．数学においては，表６に示すような活用方法が考えられる．
表６ 数学の授業での活用方法

図１ ボイルの法則（数学的なイメージ）

物理的な見方や考え方から捉えると，次のようになる．
・ピストンが押されて体積が減ることで，分子が動く範囲が狭まる．
・分子が狭い範囲を動き回り容器の壁にぶつかることで，圧力 p が上昇する．この状況は，ボイルの法則 pV＝一定と合致する．
このときには，図２に示すような，現実的な事象のイメージがある．

場 面

活用方法

授業の
構想時

表とシラバスで把握した事項を題材に物理の教員と議論する．

教材の
作成時

数学の学習事項の活用として，物理の学習事項を含む教材や演習問題を作成
する．

授業時

（物理で活用した学習事項）
物理では事象の表現のために使った事
項を，数学として体系的に学習することについて，見方や考え方の違いも含めて言及する．
学生に数学での取り扱い方と物理での取り扱い方を比較させ，それぞれの見方や考え方を考えさせる．
（物理で活用していない学習事項）
学習事項が物理のどの単元の学習事項で活用されるか言及する．

筆者らの事例として次のようなものがある．
・三角比の教材の作成の際に，斜面上の物体

高等専門学校一般科目における数学と物理の双方向性の構築に働く力の分解を追加する．
・２次不等式の練習問題で，物体の投げ上げ運動を題材にする．
・ベクトル分野の導入において物理で活用していたベクトルを，数学として抽象化，体系化することに言及する．その際に，物理におけるベクトルとは異なる観点で扱うことに言及する．
物理においては，表７に示すような活用方法が考えらえる．
表７ 物理の授業での活用方法

場 面

活用方法

授業の
構想時

表とシラバスで把握した事項を題材に数学の教員と議論する．

教材の
作成時

数学の学習状況を踏まえ，教材や練習問題を作成する．

授業時（数学で学習している事項の場合）
数学で学んだことを活用していること
ついて，見方や考え方の違いも含めて言及する．
学生に物理での取り扱い方と数学での取り扱い方を比較させ，それぞれの見方や考え方を考えさせる．
（数学で学習していない事項）
学習事項が数学のどの単元で学習するか言及する．今後，数学の授業で数学として体系的に学ぶことに言及する．

筆者らの事例として次のようなものがある．
・等速円運動の単元で数学の弧度法と度数法の関係を指導する．
・度数法の成り立ちと天体の運動の話の関係を説明し，円運動が数学の話を経由して天体の話につながっていることに言及する．
その際に，学習事項を関連づけて捉えることの重要性に言及する．
５．まとめ
本研究では，数学と物理の学習事項を双方向に確認できる対応表を作成し，日常の授業で活用可能な
学習事項間の関連を明らかにした．本研究は，高等専門学校一般科目における数学と物理の学習事項間の双方向性を構築するものである．日常の授業で数学と物理の関連の意識を醸成しておき，実験や特殊な教材を準備した授業を行うことで，学生が数学と物理の関連をより深く理解することができる．また，75

学生が，低学年時から関連や科目特有の見方や考え方についての観点を持つことができれば，数学を活用した専門科目の学習に円滑に取り組むことができる．
今後の課題は，本研究で構築した対応表等を実際の授業で繰り返し活用し，より詳細化すること，数学と物理の見方や考え方についての具体例を作成することである．
数学と物理の教員が互いの研究だけでなく教育実
践についても議論することで，多くの気づきを得る
ことができる．今後も，互いの専門分野を尊重しつつも議論を重ねていく．
謝辞
本研究は JSPS 科研費 JP19K03185,JP19K03158 の助成を受けたものである．
引用・参考文献[1] 独立行政法人高等専門学校機構，モデルコア
カリキュラムhttps://www.kosen-k.go.jp/Portals/0/MCC/mcc2017all.pdf

2020 年 11 月 6 日確認[2] 佐伯昭彦ほか，数学と物理とを統合したクロ
スカリキュラム型授業の教育効果，工学教育
第 51 巻，第 1 号，99.109-114，2003 年[3] 馬淵雅生，古典力学で使われる線形代数の例
日本数学教育学会高専・大学部会論文誌，第 25 巻，第１号，pp.111-122，2019 年[4] 金児正史，数学の学習内容を意識して指導する物理基礎の事例研究－三角比やベクトルの指導を組み込んだ物体にはたらく力のつりあ
いの学習－，日本科学教育学会年会論文集，
40 巻，pp.135−138，2016 年[5] 金児正史，数学の学習内容を加味する物理と物理の学習内容を加味する数学の授業－三角関数の指導と等速円運動の学習を意識した数学Ⅱと物理の指導実践－，
日本科学教育学会年会論文集，41 巻，pp.135-138，2017 年[6] 今村吉孝，高校物理の教科書にて用いられる
数式と高校数学のカリキュラムの関連について，日本科学教育学会年会論文集，42 巻，pp.581-582，2018 年[7] 飛田光穂ほか，物理教科書に現われる数式と高校数学との関連，物理教育，第 37 巻，
第 1 号，pp.35-38，1989 年

76

史料紹介
G.E.ルンフィウス
恐怖の地震の本当の歴史
アンボイナ島およびその周辺の島々で、１６７４年
２月１７日に発生した大地震と、それに先立ち発生した諸地震について
河野 佳春*

Japanese translation of Georg Everhard Rumphius`
historical document about the earthquake at 1674 Ambon.
Yoshiharu Kawano*This document is a translation into Japanese of the Dutch document : Rumphius, G.
E., Waerachtigh Verhael, van de Schrickelijke Aerdbevinge / Nu onlanghs eenigen tyd

herwaerts, ende voornaementlijck op den 17. February des Jaers 1674. Voorgevallen,
In / en ontrent de Eylanden van Amboina, Mitsgaders ongehoorde watervloeden,
droevige ongelucken, en wonderlijkcke by-sonderheden, &c. dear op gevolght, gelijck
sulcx in het Gagh-Register van dien, neerstigh en omstanstigh aengeteyckent state,
en uytgetrocken is,Als mede Autentyque Extracten van Brieven over het selve. Alles
met het latest Schip de Vrije-zee bericht / en bekent gemaeckt Gedruckt near de
Copye van BATAVIA In’t Jaer Onses Heeren, 1675.

断り書き
Jaer Onses Heeren, 1675.”の紹介かつ試訳である。
本稿は“Rumphius, G. E., Waerachtigh Verhael,
この史料は、オランダ東インド会社職員としてアン
van de Schrickelijke Aerdbevinge / Nu onlanghs ボンで活動した、著名な博物学者 G.E.ルンフィウス、
eenigen tyd herwaerts, ende voornaementlijck op Georg Eberhard Rumphius〈1627 年？ - 1702 年 6 月 15
den 17. February des Jaers 1674. Voorgevallen, In 日〉による、1671 年 10 月から 1674 年 5 月にかけてア/ en ontrent de Eylanden van Amboina, Mitsgaders ンボンを襲った地震と津波に関する報告書に、同様のongehoorde watervloeden, droevige ongelucken, en 内容に関する別の不明の人物による書簡を加えたもの
wonderlijkcke by-sonderheden, &c. dear op である。
gevolght, gelijck sulcx in het Gagh-Register van
テキストは、Buijze, W. による再活字化原文と英訳
dien, neerstigh en omstanstigh aengeteyckent を 伴 う 1997 年 の 復 刻 版 “ Rumphius, G. E.,

state, en uytgetrocken is,Als mede Autentyque
Extracten van Brieven over het selve. Alles met
het latest Schip de Vrije-zee bericht / en bekent
gemaeckt Gedruckt near de Copye van BATAVIA In’t
*総合教育科

Waerachtigh Verhael, van de Schrickelijke
Aerdbevinge / Nu onlanghs eenigen tyd herwaerts,
ende voornaementlijck op den 17. February desJaers 1674. Voorgevallen, In / en ontrent de
令和 3 年 12 月 30 日受理

G.E.ルンフィウス 恐怖の地震の本当の歴史
アンボイナ島およびその周辺の島々で、１６７４年２月１７日に発生した大地震と、それに先立ち発生した諸地震について

Eylanden van Amboina, Mitsgaders ongehoorde
watervloeden,
droevige
ongelucken,
enwonderlijkcke by-sonderheden, &c. dear op
gevolght, gelijck sulcx in het Gagh-Register vandien, neerstigh en omstanstigh aengeteyckent
state, en uytgetrocken is,Als mede Autentyque
Extracten van Brieven over het selve. Alles met
het latest Schip de Vrije-zee bericht / en bekent
gemaeckt Gedruckt near de Copye van BATAVIA In’t
Jaer Onses Heeren, 1675. Facsimile, Dutch
transcription and Edition W. Buijze 1997.”を用いた。
日本語訳は、英訳を参考にしつつ、原文から行った。
したがって英訳とは内容の異なる部分がある。文中の地名は、確認できる限り現代の現地での呼称に即してカタカナ表記に直した。また、必要に応じて（ ）内に説明を記した。紙幅の関係で、本稿は本文の日本語訳のみとし、注釈等は別稿に譲る。
なお、本稿執筆にあたっては、2020 年度科学研究費補助金（基盤研究 B 研究課題番号 20H04429 研究代表
者長津一史「津波常襲地における海辺居住のレジリエ
ンス：東インドネシアと南タイの地域間比較」
）の助成
を受けた。

77

時刻に、オマ（ハルク）と呼ばれる島やバグアラ峠（アンボン島東部）、（アンボン市の）ヴィクトリア城でも強い揺れを感じたが、それほど大きな揺れではなかった。城で最初に起きた地震は、1673 年 7 月 12 日の夜 6時頃で、その時に、城内やその他の石造建築にいた人々
は、強い衝撃を何度も感じた。同じ日の朝、人々は、つきささりとびはねる稲妻をともなった奇妙な激しい雷鳴を経験した。屋根から稲妻が走ったように思われ、何人かの人々はそれを感覚的に思い知らされた。
他にも、城の東側の木に雷が落ちたことや、ヨットのダマック号で、船員がビルジを排水している時に、ビルジ管に落雷するなど、驚くべき出来事があった。
雷はダマック号と同じように停泊していたフルュート
船ウィムメヌム号の甲板にも、火のような形をして投げつけられた。他にも 30 マイル以上離れた場所で見られた稲妻はもちろんのこと、空には時折様々な兆候が見られた。また、現在の西モンスーンの間、風がめまぐ
るしく変化したため、通常の貿易風に頼ることができなくなり、多くの船乗りが不利益を被った。

しかし、これがどんなにひどいものであったとしても、次に起こったこととは、比較にならない。その時から揺れと地鳴りが止まることはなかったが、1674 年 2
月 17 日の土曜日の夜、7 時半頃、美しい月と穏やかな報告書
天候の下で、私たちの州全体、レイティモール、ヒトゥ、
アンボイナ
ヌサテロ、セラム、ブル、マニパ、アンブラウ、ケラン、
ブアノ、ホニモア、ヌサラウト、オマとそれらに隣接す
1671 年 10 月 17 日と 18 日にかけて、コラコラ艦隊 る場所、特に最初に述べた 2 つの場所で、ほとんどのがセラム周辺に遠征している間に、突然の強くて激し 人々が審判の日が来たと確信するような恐ろしい衝撃
い地震がホニモア（サパルア）とルアシ諸島を襲いま を受けた。
した。それはハトゥアネ（サパルア北岸）のヴェルゼン
砦を（破壊して）平らにしただけでなく、シリ・ソリのレイティモールのヴィクトリア城の鐘が一斉に勝手ホランディア砦を破壊し、田園地帯を破壊した。山々 に鳴り響き、立ち話をしていた人々は、大地が海のよは巨大な岩塊が崩れ落ちて、大きな被害を受けた。地 うに上下に揺れて、互いにぶつかったり、倒れたりし面はいくつかの場所でココナッツの木の高さほど深く た。75 の中国風のペダックや、小さな石造りの建物と裂けていて、（もしココナツの木が）裂け目に落ちたな 一つの大きな石造建物が、崩れ落ちて瓦礫になり、79
らば、先端が突き出ているだけだったろう。ハトゥア 人が死亡したが、その中には、商人 G.E.ルンピウスのネの海岸全体が 1 フィート以上沈下し、パペルー村（サ 妻、その末娘、秘書ヨハネス・バスティンクの未亡人、
パルア南岸）の前のリーフはさらに沈み、原住民が釣 そして 4 人のヨーロッパ人が含まれていた。
りをするにはもう適さないほどにバラバラになった。
この地震で亡くなったのはわずか数人で、その数は今
他にも 35 人が腕、足、頭、股関節に重傷を負った。
でも不明だが、それが怠慢によるのか、それとも無知によるのかは不明である。
群衆が、中国人がいつものように新年を祝う様子を見物に集まっていた。
その日以来、
大地はホニモアで1ヶ月以上揺れ続け、その年の残りの期間中、しばしば揺れた。その日の同
水は 4 から 5 フィートの高さまで上がり、いくつか

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78の深い井戸は人が素手で水をすくい上げることができ ボンの人々が大勢、バイレオ、先祖代々の木でできたるほどに水位が上がり、次の瞬間には再び空になった。 共同体議場に集まり、詩篇を一晩中歌って祈っている
ワイトム川の東岸が裂け、水が 18～20 フィートの高さ のが聴こえた。
まで噴き出し、ほとんどの人が 2～3 尋の深さでしか発見できないと信じていた青く濁った砂を吹き上げた。
波止場の鍛冶場や設備や雑貨の木造倉庫や、対岸の群衆は、自分たちの身を守るために高台に逃げたが、 ワイ・トモ川の木造倉庫がすべて壊れて、驚くべきこ
そこで総督と大部隊に遭遇した。澄み切った空の下で、 とに土台からほとんど引き剥がされていました。
彼は集会を祈りに導いた。ほとんどが北と北西からだ
ったが、山々が爆発しているのか、少なくともぼろぼ
これは、タウンホールと病院（両方とも石造りの建ろに崩れているような、遠く大砲の発砲のような音が 物）についても同様で、それぞれ中央の壁が崩壊し、特聞こえ続けた。
（その音の正体は）夜が明けてから、ヒ に病院は、川の側がひどく損傷していた。洗濯場としトゥ特にワワニ山地とセイで明らかになった。激しい て使われていたエレファント川、アンボンタウンの南
揺れは一晩中続き、誰も 30 分ほどの安らぎも与えられ 東にあるオリファント川（現在のワイ・バトゥ・ガジャ）
なかった。揺れのほとんどは、巨大な梁が足の裏に当 の石造りの家も、完全に瓦礫になった。にもかかわらたっているかのように地中から湧き上がってきた。そ ず、姦淫の罪で刑務所に収監されていた女性一人以外して耳を澄ますと、地面の下で水がざぶざぶと音を立 に死者はなく、額に骨まで届く穴の開いた、知事の小てているのがわかった。
さな娘を除いて、誰も重傷を負わなかったことを主に感謝します。
驚くべき救助と神の救いのしるしがあった。地震から３日後、瓦礫の中から生後１ヶ月くらいの中国人の
その川の河口に係留されていた数隻の帆走スループ
子供が見つかり、死んだ母親の胸の上にいるのを、救 と原住民市民所有のオレンベイ（地元のタイプのプラ
出された。
ウ）は、1 つの小さなオレンベイがより大きなものの中に放り込まれた状態で、上流の橋に激突して橋は、ぐ
地震の夜、瓦礫の下に生き埋めになった様々な人々 らぐらになった。多くの人が、自分たちのキャビネッ
が、生きたまま掘り出されたが、中には無傷で、何か悪 ト、本棚、食器棚などの家具が前方に倒れ、磁器の入っいことをしたので罰せられるかもしれないと恐れてい た皿入れが壁から外れて、バラバラになったと言った。
るかのように、逃げ出したパプア人の少年がいた。残 奇妙なことに、ある家の縁側にあった酒の甕が、壊れされた石造りの建物は、所有者が住むことを躊躇する たり、倒れたりせずに、3〜4 フィート移動した。
ほど大きな被害を受け、人々は家から逃げ出し、暗く澄んだ空の下か、小さな小屋で夜を過ごした。
後で分かったように、この地震はレイティモールの山でも強く感じられた。ナクでは７軒の家が倒壊し、ひどく損傷したマレー教会は、完全に滅茶苦茶にな 山の高いところから大きな岩が数個落ち、何人かの人った。その最も南側の柱は、外に向かって曲がり、説教 をかすめたが、何の被害もなかった。あるココナッツ
壇の後ろの仕切りが引きちぎられ、頭上の梁が大きく の木は、男性とその妻と 2 人の子供たちが食事をして外れ、屋根がつぶれた。さらに、いくつかの墓石が倒壊 いる中間に倒れたが、食べ物だけをつぶし、妻が腰にし、教会の門が崩れて中に入れなくなった。
軽傷を負った以外に被害はなかった。
説教壇はまた、最も不安定で、螺旋階段から引きち
オマでは、2 つの岩が海に落ち、地面は斧で平らにさぎられて、砂時計があった肘掛けが椅子から引きちぎ れたかのように滑らかになった。一つの岩は、7 人の男られて、今では説教壇の正面を向いていた。ある牧師 たちが抱きかかえることができないほどの大きさで、が、以前にその肘掛けを動かそうとして動かすことが 井戸のような穴を残して移動していた。エマとソヤのできなかった。教会はもはや礼拝に使うことができず、 間の道は、少なくとも 23 か所に地割れができ、幅が 2
城の大ホールも同様だったため、地震の翌日、私たち ～3 フィートあるものもあれば、ギザギザになっているは通常の礼拝の場を奪われた。
ものもあった。海岸からそう遠くないフトゥムリ村では、掘ったばかりの穴から海水の噴水が空中に高く飛しかし、この日は、地震の影響が衰えずに続いてい び出した。
たため、あらゆる不快感にもかかわらず、疑いもなく
他の日よりも熱狂的に礼拝をした人が多かった。アン
ここに停泊していた船の艤装が、互いにぶつかってG.E.ルンフィウス 恐怖の地震の本当の歴史
アンボイナ島およびその周辺の島々で、１６７４年２月１７日に発生した大地震と、それに先立ち発生した諸地震について

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ガタガタと音を立てた。操舵手は、大砲とその架台が ィートの高さになりました。それは 3 回上昇し、会社
甲板から持ち上げられ、転覆することなく降ろされた のオレンバイとプラウを粉砕する以外に害はなかった。
と証言した。レイティモールの南、ヌサニウェ岬の近くを航行していたスループ船フリッシンヘン号に乗っ ヌサテル諸島ていた人たちは、高波がスループにぶつかって、船がまるで座礁したかのように揺れていることに気づいた。 水は、突然ウレンの方向に遠く引き、海岸では露出した海底が見えて、ほとんど海水が無くなった。そのシモン・オスコ・ファン・ゴアと呼ばれるあるキリス 後、水は島の最下部に沿って 2 方向から 3 回戻ってきト教徒の奴隷は、高貴な会社に属し、教会管理者の部 て、2 つの水の壁が激しく衝突した。
下だった。彼は、来るべき宗教的な礼拝のために、城の大ホールでロウソクに火を灯しに行くように命じられ ウレンていたが、地震の約 1 時間前に同じホールで、白い顔と手を持つ人が説教壇に立って、左手に四分冊のフォ
ヒトゥの他の場所と同じように、馬車どうしが衝突
リオのような本を持って南東の方を向いていて、読書 したような恐ろしい轟音が聞こえた。上昇した後、水をしているかのように本の近くに右手で燃える白いろ はヌサテルの方向に海底を見るほど引き、海が消えた
うそくを持っているのを見たという、驚くべき証言を ようだった。海水は砦を取り囲んだが、中には入らなした。その人は長い黒い服を着ていて、それは椅子の かった。注目すべきことに、マイナ・ファン・フーアモ
端に掛かっていた。その人はいばらの冠をかぶってお ヘルと呼ばれる女性が、カイからヒラに向かって旅をり、その茨のとげは指の半分ほどの長さで、暗いラピ していた兵士に助けられた。彼女と４ヶ月の子供は洪スラズリの色であった。
水で海に流された。彼女は丸太につかまったが、真夜中に蛇が彼女と子供に巻きついた。彼女は蛇をなだめ
真実が何であれ、我々は読者の判断に任せるが、彼 ようとしたが、蛇は丸太の周りに巻きついて、女性とはこの話を何度も、時には重要な人々に話し、彼は話 子供が助けられた時もそこに居た。
の内容を変えることはなかった。
リマ
地震直前にヒトゥの海岸で、人々は空に 2 つの縞を見た、それぞれ楕円の半分で、家の骨組みのように互
レベレフの方角から水が来て、沸騰したように、ハいに上昇して、ルフからセイに、またはセイでは南北 ールレム砦の近くまで上昇した。水に押し上げられたに伸びていた。
石、泥、砂が、すべてを覆った。その中には、男が 2－
3 人でも動かせないような岩も含まれていた。
これらは
地震は、ここの城と同じように、そこにも強く襲っ 砦の 1 階に雪崩込み、見張り台がそこで任務に就いてたが、間もなく巨大な轟音とともに発生した恐ろしい いた歩哨もろともに倒され、その下の住居と石造りの海水の山が来た。私達は信頼できる情報源から、この キッチンも壊され、その扉は後に村の中で発見された。
巨大な波がレベレフの近くで発生したと聞いた。それ 軍曹の妻は海水に流され、砦から 20 尋離れたレモンのは急に盛り上がって海面に崩れ落ち、
3 つの部分に分か 木に引っかかり命拾いした。営倉の中にいた兵士を除れ、そのうちの 2 つは田園地帯を浸水させ、3 つ目は海 いて、兵士たちは皆、砦の下の階に逃げたが、一人は木に向かって進み、その通り道にあったすべての木、家々 の上に、もう一人は家の屋根に、もう一人は乾いた土と人々を奪った。
地の上に投げ出され、そこから高台に逃げた。軍曹は第一波で流されたが、漂流中に幸運にも頑丈なものをこの海岸の被害のなかでも、最も重要なのは、ヨー 見つけてしがみついた。流された兵士が軍曹の足を掴
ロッパ人 31 人を含む 2243 人以上の人々の死亡、合計 み、軍曹が自分の体を自由にしようともがいている時
2322 人の犠牲者だ。我々は、ヒトゥの最も西から、各 に、彼の幼い娘が海に流されて父に助けを求めていた。
場所について詳述する。
しかし、彼が身動きできるようになる前に、彼女は流されて溺れてしまった。生後 6 ヶ月奴隷の子供も流さラリケれたが、洪水後の海岸で泣いているのを無傷で救助された。砦の屋上が崩壊した。ビナウ村の一部も流され地震の後、水は要塞（ロッテルダム）の周りで 2 フ て、ヒトゥのインチェタイ（inche tay、慣習法首長、

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Hitu の PAEP の最高位者）のために新しいバイロウの
多くの兵士は、彼らの体の上を水流が2回超える間、建設を助けるためにヒラに向かっていた 39 人を含む 彼らの腕と足で大砲につかまって、助かった。砦の後86 人が亡くなった。
ろにあった石の碾臼が元の場所から 26 ヤードのとこ
ろで見つかった。インチェタイの家にあった金属製の
セイ
モスクドラムも 60 ヤード以上離れたところに放り出されていた。3.5 フィート四方で厚さ 8 インチのサン
ここでは海水が砦の窓まで上がった。 そこの軍曹と ゴ石は、それが置かれていた場所から41ヤード離れた、会社のために働いている他の人々は、多くの家族を喪 砦後ろの墓石に引っかかっていた。半径 200m 内には、った。しかし、アンボン人が最も苦しんだのは、セイ、 波に流されたり、瓦礫に巻き込まれたりした大量の死
レベレフとワッセラの村が 完全に流され、ラユでは 6 体が散乱し、埋葬される前に害虫のような悪臭を放っ軒の家が破壊されたためである。そのため 619 人が亡 ていた。
くなった。 また、重傷者も多く、その中には前述の村に遊びに行く途中だったハウトゥナ村の数人の長や長 ヒトゥ・ラマ
老をふくむ 29 人も含まれた。なお、ハウトゥナ村は他の村よりも高い位置にあったため、被害はなかった。
ここでは水位が通常より 10 フィートほど高くなり、亡くなった人たちの多くは、最初の揺れを感じたとき 砦の下にあった軍曹の家や他の会社の建物が破壊されに、それが最後の審判だと思ってモスクに逃げ込んで た。軍曹は流されたが、木に引っ掛かった。ここで兵士祈りを捧げていたところ、モスクと一緒に海に流され 1 名とアンボン人 35 名が命を落とした。
たと言われている。
ママラ
その 4 日後、夜の 11 時頃にまた激しい揺れがあり、耐え難いほどの高い口笛のような音が歩哨所を貫き、この村では約 40 軒の家が流されたが、死者は一人も耳に突き刺さるような音に、悪魔が笛を吹いているの 出なかった。リアン、トゥレフ、ワイでは、地震が感知だと思われた。恐怖を感じた歩哨たちの誰の仕業でも され、水位も通常より高くなったが、家は流されず、人なかったので、他の人たちは、地中で発生した蒸気が 人的被害もなかった。
十分に開放されていなかったために、この騒音が発生したのではないかと考えている。ワセラ村の生後 7 日 ティアル
目の赤ん坊は、地震の 3 日後にサグ椰子の枝の間で生きているのが発見されたが、母親は溺死していた。
この地はヒトゥの東の岬にあって前述の村より少し低い場所であった。故にモスクとイスラム教の司祭のヒラ
バイレオが、普通の家と一緒に流された。
ここが最も（被害が）ひどかったと言われているの （区切り目だが表題なし）
だが、地震が起こるとすぐに、上の階で足止めされた
北西ヒトゥは、かなりの水害を被り、特にリマ村とヒ数人を除いて兵士全員が、砦から下の広場に撤退した。 ラの間で、すべての木が流された。水は、それらの村とそこは安全と思われたが、残念なことにそうではなか セイの間で、標高 50 または 60 尋と推定される複数のった。誰も水がアムステルダム砦の見張り台まで上昇 丘の上まで上昇した。また、セイとリマの間で、砦の場すると推測できなかった。水は屋根に押し寄せ、砦の 所以外、すべて岬と海岸を一掃した。岩がなくなった
周りの村々を押し流したが、その中で柱の上に 2 軒の ので、いくつかの場所では、上陸や陸路移動が容易に家が残っていた。
ファン・ゼイルの副官の妻と子供2人、 なった。ヒラとリマ村の間のすべての木が流されたが、外科医エファライン・グラマンスキの妻と子供 4 人、 中にはこの 2、3 年で生産を始めたばかりの若いクロー
そしてインチェタイアブドゥル・ラグマンと彼の家族 ヴの木の貴重な農園もあった。ママラ、エリ、セナル、の 21 人のメンバーと一緒にヒラのラティン集落の首 カイテトゥ、セイ、レベレフ、リマの石灰窯も破壊され、長ら 1461 人が死亡した。同様の運命は、ちょうどイン 流された。これらの石灰窯はわずか 1 年半前に、コラ
チェタイに呼ばれた前述のラティン集落を支配したブ コラ艦隊の年間労働の代償として設置されていた。フランという若い慣習法首長（Orangkay）に、さらにカイ シホル、ヒトゥ・ラマ、ワカルの 3 カ所だけは、少しテトゥの首席慣習法首長だけでなく、他の村々のレヘ 高台にあったために助かった。市場ゆえに、そして最ントたちにも降りかかった。
も重要なイスラム教徒の集まる場所として、有名だっG.E.ルンフィウス 恐怖の地震の本当の歴史
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たレバレフは、200ｍ幅で破壊された。もはやそこには海岸はなく、非常に険しい断崖絶壁があるだけだ。ち地元の住民は、ほとんどがヒトゥの海岸から来ていょうど同じことがセイとヒラの間でも、後者の場所の たので、怖くなって山に逃げ込んだのは当然である。
海岸と同じくらい、アムステルダム砦の西側、インチ アムステルダム砦周辺に住んでいた人々の多くは、貧ェタイ支配下の地域ヌクナリ、タエラ、ワワニもすべ しさのあまり海水によってダメになった会社の米を回て船が停泊していた泊地（係留杭に用いた岩？）とと 収しようとした。これを知ったアントニオ・ハルト総もに消えてしまった。どうやら前述した水流は、レバ 督は、貧しい人々に良い米を配るように命じたが、そレフのすぐそばから直接起こったようである。あるい れを受け取る者もいれば、そうでない者もいた。多く
はヒトゥから来たのかもしれない。というのも、遠く の金持ちが貧乏になり、多くの貧乏人が様々なものをない沖合にいた船に乗っていた人々が、さざ波しか感 引き揚げて金持ちになった。
じなかった。波は 3 つに分かれた。1 つは東のセイとヒ
ここでも上流のセイでも、川の水は濃く濁り味も悪ラに行き、もう 1 つは西のリマとウレンの村に行き、3 いので、もう使えない。人々はただ惨めな顔で座り込
つ目はまっすぐにシアル岬（セラム島）に向い、岬を越 み、仲間を喪ったこと、自分たちの悲惨な状況を嘆いえて（反対側の海に）達した。沿岸の船に乗っていた人 ていた。セイの上流のワワニとマヌスの 2 つの高い山が気持ち悪くなるほど、水はひどく臭く、引き揚げら から、巨大な地滑りが谷間に大量の土砂を流し込み、れた人は泥水に浸かったようだった。水の塊は、上部 それが川を塞いで、塞き止め湖ができてしまい、いつが炎のように輝き、下部は石炭のように黒くて、轟音 それが決壊するかという、危険な状態になった。
を立てていた。屈強な男たちが、膝位の水嵩で足をす
くわれ流されたので、それはただの水とは信じがたか セラム・クチルまたはホアモアル
った。何人かは海に流されたが、幸運にも足や頭から押し戻されて、陸地に投げ出されたと話した。アムス
シアル岬では、海からも陸からも高波が押し寄せ、被テルダム砦周辺の家屋、特に少し離れて立っていた一 害が及んだ。西側の海岸は、岩場が砂浜に変わり、ワイ
軒を流す様子は驚くべきだった。水は腕を伸ばすよう プティ近くの岬の東側の大部分は消滅した。ルフのオに、（その家を）土台から引き剥がしたが、少しも濡ら フェルブルフ砦近くのムスリム村落は、すべてのプラ
さず、まるでそれだけでいいと言わんばかりに引いた。 ウ船とともに流されたが、人的被害はなかった。ここの水は通常より 3 尋高かった。カフラ（Cahula）の平波はアムステルダム砦の西と南のすべての村民の家 地には木が生えておらず、会社のサゴ園の監督者の住を流し、バラバラに破壊した（or 砦も部分的に破壊し 居が流された。洪水が引いた後で、同じ監督たちが荷た）。東のセナロは、多くの木と多くの低木が生えてい 物や武器を取り戻した。
るところで、水は 2 回か 3 回、時にはそれ以上に押し寄せたが、あまりにも流れが速く、把握できなかった。
タヌノ湾では、キリスト教会と家の半分が飲み込ま第１波は穏やかに来て、第 2 波はすべてを破壊し、第 れたが、死者は一人も出なかった。ここでは海水が一3 波は、村があったところを空っぽにした。まるで箒が 度だけ陸に上がったようだが、ホアモアルとヒトゥのそれらを一掃したようだった。
海岸の間の海は多少のさざ波を除いて穏やかだった。
このことは、約 200ｍしか離れていない海上にいて、陸ほとんどすべてのボート、スループ、サンパンそして 地の轟音を聞いた何人かの人が証言した。
プラウが粉砕され、一掃された。魚たちがまるで人間のように泣いたのは、クロコダイルがたくさん住んで ブル、アンブラウ、マニパ、ケランとブアノいたからかもしれない。
これらの場所でも、地震を感じた。また、マニパ砦の海岸には大量の魚が打ち上げられ、中にはヒラの倉 周りの堀に、突然、水が上がってきた。いくつかの村で庫まで届いたものもあったが、木のように味がなく、 40 軒ほどの家が流されたが、そこでも地震がかなり激捨てるしかなかった。牛や多くの野豚が海に流された しかったにもかかわらず、人的被害はなかった。ケラのは、主なる神が強弱に関係なく、誰を助け、誰を滅ぼ ン島のサラティにある会社の警備所では、水が 6 フィ
すかを決めておられることを証明していた。強くて丈 ートまで上昇したが、それ以上の被害はなかった。
夫な者が最も痛めつけられ、足の不自由な者たちが最も痛めつけられなかったことを、もう一度述べておく。 オマ（ハルク）ホニモア（サパルア）とヌサラウト

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すべて記述したとしても、その理解力と記憶力は不十
地震は、ここでも非常に激しく、一晩中続いた。オマ 分であることがわかる。さらに、その人の健康が保たでは、最初の揺れの後、地震は 24 時間続き、水は通常 れていなければならないが、これは非常に稀なことでより 6 フィート上昇した。
ある。ここでは、1671 年の 10 月 13 日、14 日、15 日、
16 日、17 日にホニモア島（サパルア島）で地球の猛威
パソ・バグアーラが始まったことを紹介したい。コップス総督は、コラ
コラ船団と共にホンギ遠征に出かけていた。艦隊は 56
ミッデルブルフ砦の乾燥した地下室に保管されてい 隻のコラコラと 2 隻の船と 2 隻のスループで構成された大量の火薬は、深刻な危機にさらされたが、結局は ており、ヨーロッパ人とモルッカ人を合わせた総勢
救い出された。ヴィクトリア砦から流れてきた水は、 3000 人から 4685 人であった。午後、我々はセラム海岸
幸いにもパソの地峡を越えることなく、片側一帯を覆 のラーハキット村の近くにいたが、突然、恐ろしい稲っただけだった。城から流れてきた水は、内湾に近い 妻と激しい雷を伴う猛烈な嵐に見舞われた。その日の最初の家々にまで達した。これが幸いで、これ以上流 夕方、ホニモアでは大地が揺れ始め、ヴェルゼン砦がれていたら、砦も含めすべて流されただろう。バグア 倒れ、山が割れ、岩礁が飲み込まれ、多くの人、家畜、
ラとフトゥムリ周辺の地域では、地割れが発生した。 木が失われた。正確な数字はわからないが、200 人が死んだと言われている。この時、私たちは海上にいて、セバンダネイラからは、同日の同時刻に中程度の地震 ラムの海岸に沿ってケフィン村あたりまで旅を続けてがあったというニュースが届いたが、晴天の月夜で穏 いたが、船団の被害はわずかで、水面の奇妙な波紋がやかな天候だった。水位は多少上昇したが、被害はな 気になった程度だった。コップ総督が提督として乗船かった。
していた大型コラコラ船ティティワイ号は、メインヤードが破断し、少なからず座礁の危険があった。私た
ちは地元の酋長らの対立を解決し、反乱軍の一部を連このように、州全体で悲惨な状況だった。揺れや地鳴 行した。
りが収まらず、ある人には大砲のような、ある人には馬や馬車が走っているような音が聞こえた。天の炎もこの苦行の1ヶ月後、我々はこのアンボン島に来て、消えなかった。 5 月 6 日（日）状況が少し落ち着き 14 すでに述べた事実を確認した。私たちは夜空からいく
日ほどたった頃、夜の 7 時頃、激しい雨の中で 2 回ほ つもの燃える何かが落ちてくるのを見た。それは人間
ど激しい揺れがあった。人々は東方に、その根元は狭 の頭を持ったドラゴンのようにも見えたし、その後は
く上の方は広い火を見た。雨が降ったり止んだりして 松明のようにも見えた。私はこれを城の中から見た。
いた。その後の木曜日、つまり 5 月 10 日の夜 9 時頃、 これが第一の出来事であったが、第二の出来事はさら
アンボンの町にあるヴィクトリア砦の外壁近くに座っ に恐ろしく危険なものであった。その直後、ヨーロッて話をしていた 5、6 人の兵士が、東の空に棒のような パでの戦争、フランス、イギリス、ミュンスター、ケル形をした淡い火が最初は小さく、次に大きく広がるの ンとの戦争、1672 年から 1678 年のニュースを聞いたを見た。これが見られた場所は完全に晴れていたが、 のである。1674 年の初めには、神の怒りがテマテで始他の場所では薄い雨雲に覆われていた。
まり、震えを伴う揺れと土地の隆起があり、一方で、大きな山ガムゴノラ（実際にはハルマヘラ島にある）が主がさらなる災害のために私たちを守ってください 爆発し、周囲のすべてのものが崩壊し、人も含めて消ますように。
えてしまいました。大量の灰と軽石がアンボンまで流れてきた。
（以下は末尾に書簡）
親愛なる皆様へ、N.N.より
この島では 3 年前から地震が頻発しており、起こったことをすべて説明するには膨大な紙面が必要となるが、それでも起こったことの恐ろしさは人智を超えていると思う。そして、もし誰かが見た奇妙な出来事を

底知れぬ深海から、大量の魚が森の中に投げ込まれた。この悲惨な光景がアンボンを襲ったのは、1674 年
2 月 17 日、土曜日の夕方、ヨーロッパでの戦争のために行われた祈祷会の最中だった。天気は良く、月は明
るかった。その日の夜、異教徒である中国の人々は、自分たちの新年を祝うことに興じていた。人々が新年のお祝いをして楽しんでいたその最中に、大地が急に上下に揺れ動き、石造りの家が崩れて瓦礫に埋もれ、ほG.E.ルンフィウス 恐怖の地震の本当の歴史
アンボイナ島およびその周辺の島々で、１６７４年２月１７日に発生した大地震と、それに先立ち発生した諸地震について83

とんどの人が亡くなった。ヒトゥではさらに恐ろしい その通りに来たときに、ふと悪魔にそそのかされていことに、大地が崩れたところに水が押し寄せ、それが るのではないかと思い、別の道を通ったのだ。その結丘の上に上り、まさに山に挑んでいるようだった。す 果、右膝を負傷しただけで済んだ。続いて、アンボンでべてが押し流されて、2000 人もの人々が溺れ、木々も 猛威を振るったひどい熱病が、私にも降りかかってき
ろとも深みに吸い込まれた。レベレフ、セナルの丘陵 た。それは日曜日の朝に突然やってきて、私の中に恐地帯は、15 分足らずで一掃され、深さ 60〜70 尋の底な 怖と大きな圧迫感を与えました。
しの穴が空いた。
2465 人が死亡したと推定されている。 しかし、全能の主は私をすべてから救ってくださり、
10 月 17 日にここバタビアに到着した。
しかし、私は本当に神の慈悲によって奇跡的に救わ 以上。
れた。私はワヤンの公演を見に行くつもりだったが、地図 アンボン島、ルアシ諸島およびセラム島