Print edition : ISSN 0385‑4124
Online edition : ISSN 2433‑2003

八戸工業高等専門学校
紀要第 54 号

令和２

年

八 戸 工 業 高 等 専 門 学 校

八戸工業高等専門学校紀要

第５４号

目次

技術英語と持続可能な社会スタディキャンプ in ニュー････ 阿ジーランド

部＜教育論文＞

クラスがグローバル化する時：英語授業の観点から････ 横女性エンジニアへのキャリア支援-八戸高専「ろぼっと娘」の社会貢献活動を通して‐････ 齋八戸高専専攻科エンジニアリングデザイン科目の変遷････ 沢細吉組み込みロボット授業における地域企業と連携したものづ････ 松くり技術交流の実践(3)
野
遠

田

実

麻

村

利
川

恵 ････

1

世 ････

5

子 ････

9

洋 ････ 15

田

達

靖
昭
明 ････ 23
崇也

井････ 黒
西

関
澤
舘

祐
俊
嗣

也
祐 ････ 29
海OpenFOAMを用いたふく射・対流場の連成伝熱解析の妥当性
小
････
評価
古

泉
川

匠
琢

摩
････ 33磨松
新教材・教育法の開発を目指した3Dプリンタによる分子計
髙
算のマテリアリゼーション (3)････ 大― 炭素材料に関する分子シミュレーションとマテリアリ
小ゼーション ―
山

橋

信

橋
田
田

功
和
一

明
蓮
一 ････ 37樹雅多チャネルANCの構成についての検討

工････ 釜
田

藤
谷
所

憲
博
嘉

昌
行 ････ 45
昭

P-NMRを利用した二酸化炭素固定反応の解析

齊････ 福
佐

藤
貴
松
嵩
藤 久 美

之
博 ････ 51
子

田
橋

雅
信
中

＜研究論文＞
新規癌温熱療法用加温装置の設計・開発

橋

ポリオキサゾリンとトリアジンチオールの複合機能利用に････ 佐 藤よる各種材料への展開

ニンニクの無農薬水耕栽培の可能性

････

東
山

久 美 子 ････ 55

麗
緒
本

菜
････ 59
歩＜報告＞杉
チュラポーン王女サイエンスハイスクールにおける自主探････ 塚
究
馬

山
本
場

直
秋

暦
樹 ････ 63
雄RESEARCH REPORTS
National Institute of Technology, Hachinohe College
No.54 2019

Contents＜Education Theses＞
Study Camp for Sustainable Society Program････ Megumi ABE

････

1

When a Class Becomes Global: Teacher and Student
Perspectives････ Miyo YOKOTA

････

5

Developing career paths for future female engineers-female studens at NIT-Hachinohe College and their social
activities Robot Musume････ Asako SAI

････

9

Transition of The Engineering Design Program in Advanced
Course of National Institute of Technology (KOSEN),
Hachinohe College････ Toshihiro SAWAMURA ････ 15

Craftsmanship Tchnology Exchange which Cooperated with
the Local Company on Handicraft Class of Line-following
Robots by Microcomputers (3)Yasushi HOSOKAWA
Masaaki YOSHIDA････ Nobuaki MATSUHASHI ････
Takashi NONAKA
Tatsuya TOHDA

23＜Research Theses＞
Yuya ISEKI

Design and Development of New Heating Applicator for
Hyperthermia treatment････ Shunsuke KUROSAWA ････ 29

Evaluation of validity of coupled analysis of radiation andconvection field using OpenFOAM････

Materialization of Molecular Calculation by 3D Printer with
the Aim of the Development of New Teaching Material andTeaching Method (3)― Molecular Simulation and Materialization on Carbon
Materials ―Nobuaki MATSUHASHI
Ren TAKAHASHI････ Kouichi OHASHI････
Kazuki ODA
Kazumasa YAMADA

Improvement on performance of a multi-channel ANC using
narrowband signals････ Hiroyuki KAMAYA

Analysis of the carbon dioxide fixation Reaction by 31P-NMR････ Takahiro FUKUMATSU ････ 51

Expansion into the Preparations of Various Materials
by Utilizing the Compound Functions of Polyoxazolines andTriazinethiols････ Kumiko SATOH

Study for pesticide-free hydroponic culture method of garlic････

Tsugumi NISHIDATE

Takuma KOIZUMITakuma KOGAWA････ 33

37

Norimasa KUDOH

Yoshiaki TADOKORO････ 45

Takayuki SAITO
Kumiko SATO

Reona HIGASHI
Ayumi YAMAMOTO････ 55････ 59

＜Report＞
Self-Directed Research at Princess Chulabhorn Science HighSchoolKoyomi SUGIYAMA････ Naoki TSUKAMOTO ････ 63
Akio BABA

八戸工業校等専門学校紀要
第 54 号（ 2020． 02）

1

技術英語と持続可能な社会スタディキャンプ in ニュージーランド
阿部 恵*
Study Camp for Sustainable Society Program
Megumi ABE*総合科学教育科

ABSTRACT:In 2019, National Institute of Technology (KOSEN) held a “Study Camp for

Sustainable Society Program” at Otago Polytechnic, New Zealand, for two weeks.

The

purpose of this program was to foster global engineers who have an interest in global issues andproblem-solutions toward achieving Sustainable Development Goals and who have global
challenges from their earlier years. NIT, Hachinohe College was directly involved with thisprogram. A total of 14 Kosen students from seven Kosens took part in this program. This is areport about this program. In addition to this report, students’ perspectives on their experiencesof this program were explored based on their reports and questionnaires before and after the
program.
1. はじめに2. 「技 術 英 語 と持 続 可 能 な社 会 スタディ・キャ
ンプ in ニュージーランド」プログラム

本 プログラムは、高 専 機 構 の国 際 化 戦 略 を踏
まえ、高 専 生 の国 際 社 会 における活 躍 を嘱 望 し、

2.1 プログラムの目的と概要

国 際 適 応 力 を本 科 低 学 年 生 から教 育 することを目 標 とした。学 習 形 式 はスタディ・キャンプであり、本 プログラムである「2019 年 技 術 英 語 と持 続

ニ ュ ー ジ ー ラ ン ド の オ タ ゴ ポ リ テ ク ニ ッ ク （ Otago

可 能 な社 会 スタディ・キャンプ in ニュージーラン

Polytechnic）を会場とし、本科 2～3 年生が参加

ド」の目 的 は、（１）現 地 の家 庭 でホームステイをした。担当校は八戸高専である。

しながら、文 化 や習 慣 、物 の考 え方 などを学ぶこ

オタゴポリテクニックは 1966 年に創立され、オと、（２）ニュージーランドのオタゴポリテクニクにてークランド、セントラル、ダニーデンの 3 つのキャ

約 2 週 間 、技 術 英 語 を学ぶこと、（３）持続可能ンパスを展開し、学生数は約 7300 名、教職員数

な社 会 に係 る課 題 を学 習 し、調 査 、考 察 する実は約 700 名 である。本校は、平成 28 年（2016践 的 体 験 を通 じ て、グロ ーバルエン ジニ アに必年 ）にオタゴポリテクニックと交流協定

要な課題考察力 を高めることにある。

(Memorandum of Understanding)を締結した。平

本 プログラムの対 象 は、全 国 高 専 に在 籍 する

成 29 年度（2017 年）と平成 30 年度（2018 年）

本科 2 年生と 3 年生で、英語レベルは英検準 2の研修は、高専本科 3 年生のみを対象とし、複級 以 上 、 ま た は TOEIC ４ ０ ０ 点 以 上 （ TOEIC

数 校 の高 専 生 に募 集 を行 った 。研 修 内 容 は技Bridge１４１点 以 上 ）である学 生 とした。全国高専

術 英 語 と基 礎 的 な 工 学 の実 験 活 動 を導 入 したに応 募 し、各 高 専 からの申 し込 みに人 数 制 限 は研修であった。令和元年（2019 年）は、参加者を設 けなかったが、多 数 の応 募 がある場 合 は申 し

本科 2～3 年生にして、全国の高専に募集をした。

込 みの際 に推 薦 順 位 をキャンパス別 に付 すよう

プ ロ グ ラ ム は SDGs (Sustainable Development

依 頼 し た 。 応 募 学 生 の 提 出 書 類 は、参 加 申 込

Goals)に重点をおいた研修 内容とした。

書 、参 加 理 由 書 、同 意 書 、推 薦 書 である。応 募
者 多 数 の場 合 は、推 薦 順 位 、英 語 レベル、参 加

1

2

2
2

Megumi Abe
Megumi Abe

理 由 の順 で選 考 を検 討 していたが、予 定 していで同 行 した。事 前 研 修 と事 後 研 修 はテレビ会 議で同 行 した。事 前研 修 と事 後 研 修 はテレビ会 議
理 由 の順 で選 考たを検していたが、予
定 してい
15 討
名を下回る
14 名の応募となったため、全員を使って実施した。事前研修は渡航約1 カ月前参加とした。

を使って実施した。事前研修は渡航約カ月前に実 施 して、引 率 教 員1と参加 学 生 の紹 介 をするに実 施 して、引 率
教 員 と参 加 学 生 の紹 介とともにプログラムの日
程 をする
等 について詳 しく説 明

2.2 プ ロ グ ラ ム の 日 程
2.2 プ ロ グ ラ ム の 日 程とともにプログラムの日
程 等 について詳しく説 明した。また、研修約 1 カ月後に事後研修を実施しした。また、研 修約
1 カ月後に事後研修を実施してプログラムの振り返 りを行った。各高専により異た 15 名を下回る 参加とした。
14 名の応募となったため、全員り返 りを行った。各高専により異プログラム期間は、2019 年 8 月 てプログラムの振29 日から 9なるが、本校 からの参 加 学 生 は学 内 の他 学生になるが、本 校 からの参加 学 生 は学 内 の他い、多学生にくの学 生 と体 験 をプログラム期間は、2019
年 8 月 29 日から
9月 15 日の移動日含む
18 日間で、移動や現地
プレゼンテーションを行
プレゼンテーションを行
い、多 くの学 生 と体 験 を
月 15 日の移動日含む
18 日間で、移動や現地滞在中を含めた全日程に高専教員
3 名が交代共有した。
共有した。
滞在中を含めた全日程に高専教員 3 名が交代
DAY
DATE
Day 1
8/29
Day 2

DAY
Day 1
Day 2
Day 3-4
Day5

Day 6-9

Day 10-11
Day 12-15
Day 15
Day 16
Day 17
Day 18DATE

Leave Tokyo ACTIVITIESACTIVITIES

8/29
Leave Tokyo
Arrive in Dunedin
8/30
Homestay Orientation and meet host families
Arrive in Dunedin
8/30
Free time
Orientation
and with
meet host
host families
families
Day 3-4 Homestay
8/31-9/1
Free
time
with
host
families
AM: Official Welcome & Orientation & Placement Test
8/31-9/1
Day 5
9/2
PM: Workshop
1 (Familiarize
with Test
SDGs)
AM:
Official
Welcome& Orientation& Placement
9/2
Excursion
to Wind
PM: Workshop 1 (Familiarize
withSDGs)turbine on campus
AM:
EnglishCommunication& Technical English relevant to the SDGs
Excursion
toWind
turbineon campus
Day 6-9
9/3-6
PM: Workshop
1Technical(Familiarize
withrelevantSDGs) &AM:
EnglishCommunication&
Englishto Excursion
the SDGs for observation of
9/3-6
Engineering
Companies
Sustainable
practice
PM: Workshop 1NZ(Familiarize
withSDGs) & &Excursionfor observationof- Power House
Wind, South
Dunedin (9/3)
NZ Engineering Companies& Sustainable
practice- TahuaWater
treatment- Power House Wind,
South
Dunedin(9/3)plant (9/4)- Water of
Leithwalk, Vanuatu Project Summary (9/5)- Tahua Water treatment
plant
(9/4)
Blueskin
EnergyNetwork,
Orokonui- Water of Leith -walk,Vanuatu
Project
Summary(9/5) Ecosanctuary (9/6)
Free
time
with
host
families
Blueskin
EnergyNetwork,
OrokonuiEcosanctuary(9/6)
Day 10-11
9/7-9/8
Free time with host
AM:families
English communication & Technical English
9/7-9/8
Day 12-15
9/9-12Work onwritten artefact
AM: English communication& programme
Technical English
9/9-12PM:
Engineering
WorkshopWork on programme written artefact
Preparefor final presentations
Workshop
Day 15 PM: Engineering
9/12
Prepare for final AM:
presentations
Prepare for final presentations
9/12
Day 16
9/13
PM:Languagetest and reflection
AM: Prepare for final presentations
9/13
Final
presentation& Awards for all projects
PM: Language test and reflection
Leave Dunedin
Final& Awards for all projects
Day 17
9/14 presentation
Leave
DunedinLeave Auckland and arrive in Tokyo
9/14
Day 18
9/15
Leave
Aucklandand arrive in Tokyo
9/15
表 １ プログラムの日 程

表 １ プログラムの日 程

写 真 1 Otago Polytechnic の校 舎
写 真 1 Otago Polytechnic の校 舎

写 真 2 Excursion の様 子

写 真 2 Excursion の様 子

写 真 3 ワークショップの様 子
写 真 3 ワークショップの様 子

3

技 術 英 語 と 持 続 可 能 な 社 会 ス タ デ ィ キ ャ ン プ in ニ ュ ー ジ ー ラ ン ド

八戸工業校等専門学校紀要
第 54 号（ 2020． 02）

3. 調査の概要と結果
3. 調査の概要と結果
3.1 参加学生と調査の概要
3.1 参加学生と調査の概要
本 プログラムに参 加 した学 生 は、国 立 高 専 7
本 プログラムに参 加 した学 生 は、国 立 高 専 7
校 から合 計 14 名 （男 子 学 生 ７名 、女 子 学 生 ７
校 から合 計 14 名 （男 子 学 生 ７名 、女 子 学 生 ７名）で、3名）で、3年生が年生が11
11 名、2名、2 年生が年生が 33 名である。参名である。参
加
加学
学生
生の渡
の渡航
航歴
歴は、3
は、3 名
名が初
が初めての海めての海外外 であり、
であり、他
11
名においては、海外渡航が2
回目の学生
他 11 名においては、海外渡航が 2 回目の学生がが44名、3名、3回目が回目が66名、4名、4回以上が回以上が 11 名であった。
名であった。
本
プログラムを通した学生の変化については、本 プログラムを通した学生の変化については、
本
本プログラム応プログラム応募
募への動
への動機
機（応
（応募
募時
時に提出）、事に提出）、事後後報
報告告書
書、および本、および本プログラムへのアンケート調
プログラムへのアンケート調査
査をもとに、学をもとに、学生
生の視
の視点
点から学
から学生
生の意
の意識
識 を調
を調 査
査
した。なお、本した。なお、本プログラムの最プログラムの最初
初と最
と最後
後に実
に実 施
施し
し

3

への抵抗感 の低減である。例えば、「英語への抵抗感が減ったというのは、英語の発音が間違
抵抗感が減ったというのは、英語の発音が間違っていたとしても恐れずに英語を話すことができっていたとしても恐れずに英語を話すことができるようになったということである」や「全員が意見をるようになったということである」や「全員が意見を発表する NZ の能動的な授業によって、・・・恥発表する NZ の能動的な授業によって、・・・恥
ずかしがらずに意見を言うことができるようになっ
ずかしがらずに意見を言うことができるようになった。」などである。このように、英語を使うことへのた。」などである。このように、英語を使うことへの抵抗感が減ったことが示されている。
ったことが示されている。
抵抗感が減（２）SDGs への理解力の向上
への理解力の向上（２）SDGs
英語担当教員と SDGs
SDGs 担当教員が共同して、担当教員が共同して、英語担当教員と英語
語教
教員
員がが SDGsSDGs 活活動
動に関連した用語や様々に関 連した用語や様々
英なアクティビティを取り入れ、SDGs担当教員は学担当教員は学なアクティビティを取り入れ、SDGs
生たちが学んだ英語を使って SDGs
SDGs の授業を進の授業を進生たちが学んだ英語を使って
めて
てい
いた
た。
。SDGs
SDGs の
の授
授業
業の
の理
理解
解度
度（（質
質問
問６６-2.
-2.
めた英語の試験結果は含まない。
た英語の試験結果は含まない。

SDGsについて英について英での説
明 はどれくらい理
解
SDs
語語
での説
明 はどれくらい理解でできましたか）については、「100％～80％を理解きましたか）については、「100％～80％を理
解で3.2
3.2 調査結果
調査結果

できた」が
43％、「79％～60％」が43％、と全体
きた」が43％、「79％～60％」が43％、と全体の
の理
が高
いこ
とが示
されている。参
加生
学が
生
理
解解
度度
が高
いこ
とが示
されている。参
加学
が学
んだと感
じ る内
容 についても興
味いもので
深 いもの
学
んだと感
じ る内
容 についても興味深本プログラムの体験を通して学生自身が変わ本プログラムの体験を通して学生自身が変わであったことが語られた。
あったことが語られた。

ったと思うことについて、学生からの視点からまとったと思うことについて、学生からの視点からまとという全体像を学ぶだけでは見えにくい、・SDGs という全体像を学ぶだけでは見えにくい、めた結果を（1）英語の授業および英語力向上
めた結果を（1）英語の授業および英語力向上 と「個人が何をするべきか」という点をわかりやすく「個人が何をするべきか」という点をわかりやすく（2）SDGsへの理解力の向上について述べる。
への理解力の向上について述べる。
（2）SDGs

学ぶことができた。
学ぶことができた。
・多様な分野の人の話を聞き、たくさんのことを・多様な分野の人の話を聞き、たくさんのことを（１）英語の授業および英語力向上（１）英語の授業および英語力向上
英語
語の授
の授業
業については、参については、参加
加者全員が「大変者全員が「大変
英
満足
足」と回
」と回答
答し、その理し、その理由由を下を下記記のように述のように述 べて満いる。
いる。
・理解しやすいようにゆっくりわかりやすい英語で・理解しやすいようにゆっくりわかりやすい英語で話してくれた。
話してくれた。
・専門的なことも簡単な英語でわかりやすく教え
・専門的なことも簡単な英語でわかりやすく教え
てくれた。
てくれた。
・英語を学ぶのとではなく、英語を用いて様々な・英語を学ぶのとではなく、英語を用いて様々な活動（SDGsやスピーチなど）を行うことで使えるやスピーチなど）を行うことで使える活動（SDGs
語彙力が向上した。また、会話のための英語力
語彙力が向上した。また、会話のための英語力の向上方法について丁寧な説明をいただいた。
の向上方法について丁寧な説明をいただいた。
・アウトプット型の授業形態がおもしろく、より記憶・アウトプット型の授業形態がおもしろく、より記憶にて定着した。
にて定着した。
英語力向上については、リスニング力やスピー
英語力向上については、リスニング力やスピーキング力が伸びたと感じている学生が多いが、そキング力が伸びたと感じている学生が多 いが、それ以上に一番変わったと感じていることが、英語
れ以上に一番変わったと感じていることが、英語への抵抗感 の低減である。例えば、「英語への学ぶことができた。
学ぶことができた。
・SDGs について考えながら活動している人が世について考えながら活動している人が世界にいることを肌身で実感でき、内容も興味深い界にいることを肌身で実感でき、内容も興味深いものばかりだった。
ものばかりだった。
・今研修では
目標６、目標 ７の水と電気に・今 研 修 では SDGs
SDGs＃６、＃７の水と電 気 に着 目
着目 していたが、これらは今 回 直 接 的 には学 ばしていたが、これらは今回直接的には学ばなかっなかった他のゴールとも深く繋 がっていると学ん
た他 のゴールとも深く繋 がっていると学
んだ。例
だ。例
えば、従
来 のような環
えば、従来 のような環境 を考境慮を考慮しない開発
しない開 発 によっによって綺麗な水が世界中に行き渡ってもSDGsて綺 麗 な水 が世 界 中 に行 き渡 っても SDGs
はは達成できないということだ。
達成できないということだ。
・ニュージーランドで学
・ニュージーランドで学ぶことによって日ぶことによって日本本にいるにいると気がつかなかった日本の問題点や世界の問題と気がつかなかった日本 の問題点や世界の問題に気に気 づくことができた。ニュージーランドと日づくことができた。ニュージーランドと日本
本でで共 通 している問 題 もあり、先 進 国 は発 展 途 上 国
共 通 している問 題 もあり、先 進 国 は発 展 途 上 国のサポートだけでなく、自 国 の現 状 を見 直 し、改のサポートだけでなく、自 国 の現 状 を見 直 し、改革 を進 めていかないと、SDGs は達 成 できないと革 を進 めていかないと、SDGs は達 成 できないと
実感した。
実感した。

阿部

4

2

恵

Megumi Abe

八戸工業校等専門学校紀要「英 語 への抵 抗 感 が減 ったこと」と「英 語4を使 うと
第 54 号（ 2020．
02） で選 考 を検 討 していたが、予 定 してい理 由 の順で同 行 した。事 前 研 修 と事 後 研 修 はテレビ会 議

いう積 極 性 や行 動 力 の向 上 」において、学 生 た「英 語 への抵 抗 感が減 ったこと」と「英 語 を使 うとた 15 名を下回る 14 名の応募となったため、全員を使って実施した。事前研修は渡航約
1 カ月前
ち自 身 の中 で大 きく変 化 したと感 じていることがいう積 極 性 や行 動
力施の向上 」において、学参加とした。
に実して、引率 教 員 と参 生
加た
学 生 の紹 介 をするわかった。
ち自 身 の中 で大とともにプログラムの日きく変 化 したと感 じていることが程 等 について詳 しく説 明
この変化の背景には、このプログラムの 2 つのわかった。
2.2 プ ロ グ ラ ム の 日 程した。また、研 修約 1 カ月後に事後研修を実施し特徴が考えられるのではないか。一つは 14 名とこの変化の背景には、このプログラムの
2 つのてプログラムの振 り返 りを行った。各高専により異いう少 数 のクラスで実 施 され、教 員 が一 人 ひとり
名という少数のクラプログラム期間は、2019 年 8 月 特徴が考えられる。一つは29 日から 9なるが、本14
校 からの参加 学 生 は学 内 の他 学生にの英 語 力 を把 握 して質 問 に答 えながら指 導 するスで実 施 さ れ 、教員 が一 人 ひとりの英 語い、多力 を把くの学 生 と体 験 を
月 15 日の移動日含む 18 日間で、移動や現地
プレゼンテーションを行ことができたことである。もう一つは、SDGs のテー
握問 に答 えながら指滞在中を含めた全日程に高専教員
3 して質
名が交代
共有した。 導 することができたこ
写真４ 英語でのプレゼンの様 子
マと連 動 させて英 語 の授 業 内 容 を組 み立 てたたとである。もう一 つは、SDGs のテーマと連 動 させ
写 真 ４ 英 語 でのプレゼンの様 子め、実 際 に使 用 する英 語 を事 前 に学 ぶことが可て英 語 の授 業 内容を組み立てたため、実際に使DAY
DATE
ACTIVITIES
能 となり、アウトプットを視野に入れた授業の展開
Leave
Tokyo
用
する英
語
を事
前
に学
ぶことが可 能 となり、アウ
Day 1
8/29
となっていたことである。本
プログラムの実際に学
Arrive in Dunedin
トプットを視 野 に入 れた授 業 の展 開 となっていた
Day 2
8/30
ぶ英 語andと使meet
用 する英を連 携させた英語教育を、
Homestay Orientation
host 語
families
ことである。本プログラムの実
際 に学 ぶ英 語 と使
Free
time
with
host
families
現在の高専英語教育に繋げることが望まれる。
Day 3-4
8/31-9/1
用 する英 語 を連 携 させた英 語 教 育 を、現 在 の高
AM: Official Welcome& Orientation& Placement
Test
一 方 で、現
地 学 生 との交流 がほとんどないこと
Day 5
9/2
専英語教育に繋げることが望まれる。
PM: Workshop
1 (Familiarize with SDGs)を残念 に感じていることが示された。現 地 学 生 とExcursionWindturbineon campus
一 to
方 で、現
地 学 生 との交流 がほとんどないことの交 流 導 入 については、研修 を企 画した当 時
か
AM: English
Communication& TechnicalEnglishrelevant
Day 6-99/3-6を残念 に感 じていることが示された。現地
学 生 と to the SDGs
PM:
Workshop1(Familiarize
with
SDGs)
&
Excursionforobservationof
ら話 し合 いをしてきているが、派 遣 時 期 のオタゴ
写 真 ５ 英 語 でのプレゼンの様 子の交 流
導 入 については、研修 を企画 した当 時 か
NZ Engineering
Companies& Sustainable
practice側 の事South
情 もあり実現 できていない。引き続 きオタ- Power House
Dunedin(9/3) 遣 時 期 のオタゴら話Wind,
し合 いをしてきているが、派
写 真 ５ 英 語 でのプレゼンの様 子
ゴポリテク側と話し合 いを継 続 していく予 定 であ- Tahua Water
treatment
plant
側 の事
情 もあり実現(9/4)
できていない。引 き続 きオタ- Water of Leithる。
walk, Vanuatu Project Summary (9/5)
ゴポリテク側と話 し合いを継Ecosanctuary
続 していく予 定
であ- Blueskin Energy
Network,
Orokonui(9/6)
Free time withる。 host families
Day 10-11
9/7-9/8
謝辞
AM: English communication & TechnicalEnglishDay 12-15
9/9-12Work on programme written 謝
artefact
辞
PM: Engineering Workshop
最 後 に本 研 修 実 施 に多 大 なお力 添 えをいた
Prepare for final presentations
Day 15
9/12
だいた、オタゴポリテクニク教 職 員 をはじめ、プロ最後に本presentations
研 修 実 施 に多 大 なお力 添 えをいた
AM: Prepare for
final
Day 16
9/13
ジェクト立
ち上 げにご尽 力 くださった高 専 機 構 本
PM: Language
test and reflection
だいた、オタゴポリテクニク教
職 員 をはじめ、プロ
写 真 ６ 技 術 英 語 の授 業
部国際交
流
センター戸
谷projects
順 信 副 センター長、山Final presentation&
Awardsforall
ジェクト立 ち上 げにご尽 力 くださった高 専 機 構 本
Leave Dunedin 崎 美 佐 子 コーディネーター、学 生 引 率 にご協 力
写真６ 技術英語
の授
Day
17業
9/14
部 国 際 交 流 センター戸 谷 順 信 副 センター長、山さらに、SDGs 活 動 を通 して、多 くの場
面 で自
Leave
Aucklandくださった熊and arrive in
本Tokyo
高 等 専 門 学 校 の光 永 武志 先生、
Day 189/15
分 の意 見 を積極的に伝えることが求められため、 崎 美 佐 子 コーディネーター、学 生 引 率 にご協 力
さらに、SDGs 活 動 を通 して、多 くの場 面 で自鳥１羽プログラムの日
商船高等専門表
程学 校 の橋 爪 仙彦先生、調査「自 分 の意 見 を伝 えることが出 来 るのは自 分 しか くださった熊 本 高 等 専 門 学 校 の光 永 武志先生、分 の意 見 を積極的に伝えることが求められため、にご協 力 いただいたすべての方 々に感 謝の辞をいないという気 持 ちから、自 分 で考 え、それを自 鳥 羽 商 船 高 等 専 門 学 校 の橋 爪 仙彦先生、調査「自 分 の意 見 を伝 えることが出 来 るのは自 分 しか申し上げ、この文の結びとします。
分 から相 手 に直 接 伝 えることができるようになっ にご協 力 いただいたすべての方 々に感 謝の辞をいないという気 持 ちから、自 分 で考 え、それを自た」など積 極 性 や行 動 力 が向 上 したと感じている 申し上げ、この文の結びとします。
分 から相 手 に直 接 伝 えることができるようになっ学生が多いことも示された。
た」など積 極 性 や行 動 力 が向 上 したと感じている（原稿受付：2019 年 12 月 20 日）
学生が多いことも示された。
4. 考察
4. 考察
本 報 告 と調 査 では（1）英語の授業および英語
力 向 上 と（2）SDGs への理 解 力 の向上 の視点か
本 報 告 と調 査 写
では、（1）英の授 業 および英真 1 Otago 語
Polytechnicの校 舎
ら、本 プログラムに対 する満 足 度 が概 ね高 く、語 力 向 上 と、（2）SDGs への理 解 力 の向 上 の視点 から、本 プログラムに対 する満 足 度 が概ね高 く、

写 真 2 Excursion の様 子
写 真 3 ワークショップの様 子5

八戸工業高等専門学校紀要第号  （202）

クラスがグローバル化する時：英語授業の観点から
横田実世*
When a Class Becomes Global: Teacher and Student Perspectives
Miyo YOKOTA* 総合科学教育学科

Abstract : NIT-Hachinohe College accepted two Thai freshman students from Princess Chulabhorn Science HighSchools (PCSHS) in April, 2019. This study reports how English classes were conducted and students responded
when a class became global.
Keywords : English language, Global education, International students
1. はじめに
平成 31 年度に八戸工業高等専門学校（八戸高専）ではグローバルエンジニア育成の一貫でタイのチュラポーン
王女サイエンスハイスクール(以下 PCSHS)から 1 年生 2
名を受け入れた。今までの留学生は自国から日本で先ず1 年間程日本語を習得してから本校に編入するのが定例であるが、PCSHS のタイの留学生たちは日本語習得の経
験がないまま、ダイレクトに本校で一般及び専門の勉強をすることとなった（1）。本校では日本語で授業が行われる科目がほとんどであるため PCSHS の留学生の初期対策として授業内外を英語でサポートをする教員を常時チューターとしてつけ、また英語が話せる日本語教師による日本語の授業を別カリキュラムで行っている。
PCSHS の留学生の目標は先ず日本語を習得して一般・専門の科目を学ばなければならないため、英語の授業に
関 し て は 文 部 科 学 省 検 定 教 科 書 「 Crown English
Communication I 」(２) を使った英語 IA（春学期）とIB（夏学期）のクラスを約 4 ヶ月受講した。
本研究は英語力が一般的に高くない日本人学生と日本語が理解できない留学生が共存したときの授業の進め方の試み、それに対する学生の反応をアンケート調査した。

の補足説明はおよそ 8:2 の割合で行った。しかし宿題やテストに関することは日本語と英語の両方でその場で伝えた。また週 2 回の英語の授業のほかに週 1 コマ補講の授業を英語で行った。補講は基本的に留学生のための授業であったが興味のある日本人学生も受講可能にした。
英語の補講にはほとんどの日本人学生が出席した。
授業では英語の文章は英語読みでなるべく日本語訳をせず概念を読み取るように何回も練習させた。また、ペアになって教科書をお互いに音読し、さらに時間のある
時は教科書の文章を写させ英語を体で覚えさせた。教科
書のレッスンごとに付随のワークブックを 1 人で解き、授業で答え合わせをした。さらに到達度試験前は宿題で試験問題のシミュレーションとして学生各自で 2－3 問
題を作ってもらいそれを 4－5 人のグループワークで解
いたり、わからないところをグループメンバー同志で教えあったり先生に質問をして理解度を高めた。
タイ人留学生と日本人学生がいるグループは日本語と英語を駆使しながら勉強した。図１は授業風景である。

2. 方法
2.1.授業体系
クラスは 1 年生計 43 名（日本人：41 名、タイ人留学
生 2 名）で成り立ち、英語の授業ではチューター教員のサポートは入らなかった。英語 IA と IB は週 2 回（1 回
90 分授業）であり、日英 2 か国語のシラバスを作った。
授業中は基本的に日本語で英文の構造を説明し、英語で

図１. 英語の授業風景横田実世
6横田実世に「授業で楽しかったことや大変だったこと」などの質に「授業で楽しかったことや大変だったこと」などの質問を付け加えた。
問を付け加えた。

2.2.テスト体制
2.2.テスト体制
レッスン毎に単語テストを実施した。その形式は先生
レッスン毎に単語テストを実施した。その形式は先生が発音した単語の意味を学生が書くことを基本としたが発音した単語の意味を学生が書くことを基本とした 3.1. 授業前の英語に対するスタンス
3.1. 授業前の英語に対するスタンス
表 1 は授業前（春学期初回）の
1 年生の英語に対するが、タイ人留学生の日本語熟達度を考慮しその単語の定が、タイ人留学生の日本語熟達度を考慮しその単語の定表 1 は授業前（春学期初回）の
1 年生の英語に対する態度である。約70％の学生が英語は好きであり、クラス
義を英語で書いてもよいこととした。
義を英語で書いてもよいこととした。
態度である。約70％の学生が英語は好きであり、クラス
到達度試験では日本語と英語の2か国語で問題提示をの約半分が得意だと答えた。
また、80%以上の学生が英語到達度試験では日本語と英語の 2 か国語で問題提示をの約半分が得意だと答えた。
また、80%以上の学生が英語し、日本語はなるべくわかりやすい、
簡単な言葉を選び、への興味を示した。好きな理由として主に「いろんな人
し、日本語はなるべくわかりやすい、
簡単な言葉を選び、への興味を示した。好きな理由として主に「いろんな人
ルビもうった。また、問題の形も日本語が不自由なタイと話をすることで自分の考えやコミュニケーション力がルビもうった。また、問題の形も日本語が不自由なタイと話をすることで自分の考えやコミュニケーション力が人留学生でもある程度わかるように、長文を読んで答え
深まる(n
=7)」
、
「洋楽・映画などが好きだから(n=7)
」「留人留学生でもある程度わかるように、長文を読んで答え
深まる(n
=7)」
、
「洋楽・映画などが好きだから(n=7)
」「留る True/Falseの問題や文章の並び替え、単語の定義を英
学生やいろんな人と英語を話し通じる時がうれしい(n=る True/False の問題や文章の並び替え、単語の定義を英
学生やいろんな人と英語を話し通じる時がうれしい(n =語で答える問題などを主に出題した。図２は問題文の例
6)」などがあった。
逆に英語が嫌いな主な理由として英語語で答える問題などを主に出題した。図２は問題文の例
6)」などがあった。
逆に英語が嫌いな主な理由として英語である。 である。
が「難しい」が10 名であった。
「科学技術を英語で学びが「難しい」が10 名であった。
「科学技術を英語で学び
たいかという質問には65%(n=28)が「はい」と答え、たいかという質問には 65%(n = 28)が「はい」と答え、30%(n = 30%(n13)はいいえであった。(2
名は無回答)。また、= 13)はいいえであった。(2
名は無回答)。また、
英語は将来必要であるかという問いには、86%の学生(n
英語は将来必要であるかという問いには、86%の学生(n=37) が必要,約5％(n=2)は不必要と答えた。(4名は無回=37) が必要,約 5％(n= 2)は不必要と答えた。(4 名は無回
答)。
答)。
表 1：英語の授業前（春学期初回）のアンケート結果
表 1：英語の授業前（春学期初回）のアンケート結果

英語は… 英語は…
はい

はいふつう

いいえ
ふつう

いいえ

好きである
    
好きである 

得意である 
 
得意である 
 
興味がある 
     興味がある 

 3.2 授業後の英語に対するスタンス 3.2 授業後の英語に対するスタンス
表 2 は夏学期授業後の学生の英語に対する態度である。
表 2 は夏学期授業後の学生の英語に対する態度である。
英語が好きであると答えた学生は授業前（春学期初回）
英語が好きであると答えた学生は授業前（春学期初回）
よりもおおよそ
10％多く、嫌いであると答えた学生は約よりもおおよそ
10％多く、嫌いであると答えた学生は約11%減少した。しかし、「英語が得意であるか」の質問に11%減少した。しかし、「英語が得意であるか」の質問に対しては「はい」と答えた学生は約12％減少し、「ふつ 「ふつ対しては「はい」と答えた学生は約12％減少し、う」、「いいえ」と答えた学生がそれぞれ7%、５％と増加う」、「いいえ」と答えた学生がそれぞれ7%、５％と増加した。 した。
表２：英語の授業前のアンケート結果
表２：英語の授業前のアンケート結果
図２英語の到達度試験例
図２英語の到達度試験例

3. 学生へのアンケート調査と結果
3. 学生へのアンケート調査と結果

英語は… 英語は…
はい

はいふつう

いいえ
ふつう

いいえ

好きである
     好きである 
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得意である  
得意である 
 


興味がある 
    興味がある 

学生の英語に対する意識及び授業に対するアンケート
学生の英語に対する意識及び授業に対するアンケート
調査を春学期英語
IA の最初の授業の時（Before）と夏学 と夏学
調査を春学期英語
IA の最初の授業の時（Before）
また英語の授業で楽しかったことや大変だったことにまた英語の授業で楽しかったことや大変だったことに期の英語 期の英語
IB（After）
2 度にわたって行った。
春学期の 春学期のIBの（After）の 2 度にわたって行った。
関する質問では、「グループワーク」「わかったときの達関する質問では、「グループワーク」「わかったときの達
アンケート質問内容は主に英語への「好き嫌い」「得意性」
アンケート質問内容は主に英語への「好き嫌い」「得意性」
成感」「新しいことを学ぶ」ことが主に楽しい理由であっ成感」「新しいことを学ぶ」ことが主に楽しい理由であっ「興味」「英語で科学技術を学びたいか」「英語は将来必「興味」「英語で科学技術を学びたいか」「英語は将来必た。また、大変だったことに関しては「テスト」や「新した。また、大変だったことに関しては「テスト」や「新し要と感じるか」に関してで、夏学期ではこの質問にさら要と感じるか」に関してで、夏学期ではこの質問にさらいことを学ぶ」という答えが主であった。表3 はそのまいことを学ぶ」という答えが主であった。表3 はそのまクラスがグローバル化する時：英語授業の観点から
クラスがグローバル化する時：英語授業の観点から

とめである。その他大変だったことでは「勉強に時間がとめである。その他大変だったことでは「勉強に時間がかかる(n=1)」、「教科書を写して英語を書く(n=1)」、「グルかかる(n=1)」、「教科書を写して英語を書く(n=1)」、「グループワーク (n=1)」(n=1)」「留学生と話すときに直ぐに言葉が出ープワーク「留学生と話すときに直ぐに言葉が出て来なくて困った(n=1)」という意見もあった。
て来なくて困った(n=1)」という意見もあった。
さらにどうすれば英語が上達すると思うかに関する質問
さらにどうすれば英語が上達すると思うかに関する質問
では「日常で英語を使うようにする(n= 13)」
13)」
「単語力、文では「日常で英語を使うようにする(n=「単語力、文法力をつける(n=9)」「教科書などを使って繰り返し声に「教科書などを使って繰り返し声に法力をつける(n=9)」
出す、写し書きする(n=5)」「毎日予習復習をする(n=4)」
出す、写し書きする(n=5)」「毎日予習復習をする(n=4)」という意見が主であった。その他モチベーション関連のという意見が主であった。その他モチベーション関連の答えとして「積極性を養う(n=2)」
答えとして「積極性を養う(n=2)」「留学生にもっと話す「留学生にもっと話す(n=2)」「努力する(n=2)」という答えもあった。
(n=2)」「努力する (n=2)」という答えもあった。
表
表 3：英語の授業で楽しかったことや大変だったこと
3：英語の授業で楽しかったことや大変だったこと

7

語で説明することが多くあった。
語で説明することが多くあった。
 タイ人留学生と同じクラスで学んでいる日本人学生はタイ人留学生と同じクラスで学んでいる日本人学生は入学時から比較的英語が好きと答え（クラスの入学時から比較的英語が好きと答え（クラスの 2/3
2/3 以上）以上）
さらに英語が得意と答えたものは半分以上であった。こさらに英語が得意と答えたものは半分以上であった。この最初の英語に対する好意的なスタンスは今回の日本語の最初の英語に対する好意的なスタンスは今回の日本語がわからないタイ人留学生を受け入れる体制、また授業がわからないタイ人留学生を受け入れる体制、また授業を日本語と英語で行う環境において比較的潤滑に進めるを日本語と英語で行う環境において比較的潤滑に進める
ことができた。
ことができた。単語テストや到達度試験においても勉強・
単語テストや到達度試験においても勉強・準備が大変だったと答えた学生は多かったが、試験のフ準備が大変だったと答えた学生は多かったが、試験のフォーマットや内容が不明瞭であるというクレームはなかォーマットや内容が不明瞭であるというクレームはなかった。
った。
夏学期の授業後のアンケート調査では英語の授業・グ
夏学期の授業後のアンケート調査では英語の授業・グｎｎ

ループワークが楽しいという意見が多く英語が「好き」
ループワークが楽しいという意見が多く英語が「好き」であるという回答が約であるという回答が約 10％増加し、「嫌い」の比率が約10％増加し、「嫌い」の比率が約

グループワーク
グループワーク
わかったときの達成感わかったときの達成感

12
12
44

な状況といえよう。しかしながら日本人学生にとってはな状況といえよう。しかしながら日本人学生にとっては中学校の英語と比べ内容は確実に難しくなり、新しいこ中学校の英語と比べ内容は確実に難しくなり、新しいこ

新しい英語（単語・表現など）を学ぶこと
新しい英語（単語・表現など）を学ぶこと
授業
授業

44
33

問題にチャレンジすること問題にチャレンジすること

22

英語の授業で…
英語の授業で…
楽しかったこと楽しかったこと大変だったこと大変だったこと
単語テスト・到達度試験
単語テスト・到達度試験
新しい英文法・単語・長文を学ぶこと
新しい英文法・単語・長文を学ぶこと
勉強の予習復習
勉強の予習復習

11%減少した。この結果は日本人学生とタイ人留学生が11%減少した。この結果は日本人学生とタイ人留学生が共存して共に英語を楽しく学ぶことができるポジティブ
共存して共に英語を楽しく学ぶことができるポジティブとを学ぶ単語量また長文も増えて、「英語が得意であるとを学ぶ単語量また長文も増えて、「英語が得意であるという」という回答は春学期と比べて約という」という回答は春学期と比べて約 11%減少した。
11%減少した。
さらに「英語に興味がある」と答えた学生数も夏学期に
さらに「英語に興味がある」と答えた学生数も夏学期には約
は約 14%減少し、代わりに「ふつう」と答えた学生の比14%減少し、代わりに「ふつう」と答えた学生の比

率が約
率が約 16%増加した。このことから勉強は大変ではある
16%増加した。このことから勉強は大変ではあるが、モチベーション・楽しさが授業に反映されると英語が、モチベーション・楽しさが授業に反映されると英語

12
12
88
22

注：学生の複数回答を含む
注：学生の複数回答を含む

4．考察
4．考察
今年度から本校では初めての試みとして日本語を事前
今年度から本校では初めての試みとして日本語を事前に習得しなかったタイ人留学生が日本人学生と同じクラに習得しなかったタイ人留学生が日本人学生と同じクラスで文部科学省検定教科書を使い、日本語で主に文章をスで文部科学省検定教科書を使い、日本語で主に文章を説明する英語を学んだ。タイ人留学生は日本語がわから説明する英語を学んだ。タイ人留学生は日本語がわからないが教科書で出てきた英文はある程度理解ができた。
ないが教科書で出てきた英文はある程度理解ができた。
また、単語テストに関しては先生の発音した単語を英語
また、単語テストに関しては先生の発音した単語を英語で書いてその後日本人学生は全員日本語に訳し、タイ人で書いてその後日本人学生は全員日本語に訳し、タイ人
留学生は英語でその意味を説明した。到達度試験におい留学生は英語でその意味を説明した。到達度試験においてもタイ留学生は問題文を把握でき、てもタイ留学生は問題文を把握でき、解答率が高かった。
解答率が高かった。
しかし、一番大変だったのは検定教科書の日本語で説しかし、一番大変だったのは検定教科書の日本語で説明する英文法を教員が英語で説明することであった。ま明する英文法を教員が英語で説明することであった。また、英語を使用言語とした補講においては、タイ人留学
た、英語を使用言語とした補講においては、タイ人留学
生からの質問は英文法や語法に関するものではなく日本
生からの質問は英文法や語法に関するものではなく日本語の使い方に関するものが多かったのでその使い方を英語の使い方に関するものが多かったのでその使い方を英が好きになり、苦手でも英語から逃げるのではなくしっが好きになり、苦手でも英語から逃げるのではなくしっ
かりと直面する学生の態度がうかがえた。
かりと直面する学生の態度がうかがえた。

今回のアンケート調査で今回のアンケート調査で 85%以上の学生が「英語は将85%以上の学生が「英語は将来使うと思う」と答えたが、その主な理由としてグロー来使うと思う」と答えたが、その主な理由としてグローバル化のため海外交流・論文・技術英語に必要であるこ
バル化のため海外交流・論文・技術英語に必要であること、またと、また 2020
2020 年の東京オリンピックや深刻な人手不足
年の東京オリンピックや深刻な人手不足から日本政府が昨年外国人雇用の門戸を広げたことからから日本政府が昨年外国人雇用の門戸を広げたことから更に海外の人と話す機会増えることをあげていた。多く
更に海外の人と話す機会増えることをあげていた。多くの学生がグローバル化を意識する中、英語が得意・不得の学生がグローバル化を意識する中、英語が得意・不得意であろうとも将来学生が異なる文化・社会・人々と接意であろうとも将来学生が異なる文化・社会・人々と接する時に「不得意だからやらない」のではなく不得意でする時に「不得意だからやらない」のではなく不得意でも挑戦し、仕事・研究を遂行する態度を築き上げるも挑戦し、仕事・研究を遂行する態度を築き上げる「KOSEN」「KOSEN」英語を現在本校では展開し、英語を現在本校では展開し、取り組み中であ取り組み中である。
る。
日本での日本での「グローバル化」「グローバル化」が促進する中、が促進する中、多くの日本人
多くの日本人(3)、その結果海外との語学力は世界から見てもまだ低くの語学力は世界から見てもまだ低く(3)、その結果海外とのコミュニケーションの壁が存在し、海外の文化・社会のコミュニケーションの壁が存在し、海外の文化・社会への認識力も不足している(4,5)(4,5)。高専の科学技術および高への認識力も不足している。高専の科学技術および高専卒業生は企業への即戦力でもあり、そのためにも高専
専卒業生は企業への即戦力でもあり、そのためにも高専のクラスのグローバル化は日本・外国人学生相互の将来のクラスのグローバル化は日本・外国人学生相互の将来の進学・就職・研究につながる重要な意識づけのスターの進学・就職・研究につながる重要な意識づけのスター
ト地点である。
ト地点である。今後この授業形態をもっと頻繫に導入し、今後この授業形態をもっと頻繫に導入し、

横田実世
8横田実世「当たり前」化し、グローバルを意識しなくてもいい状
態になる時が真のグローバリゼーションといえよう。
2.2.テスト体制
レッスン毎に単語テストを実施した。その形式は先生
謝辞が発音した単語の意味を学生が書くことを基本としたが、タイ人留学生の日本語熟達度を考慮しその単語の定
本論文を修正・校正していただいた本校非常勤
義を英語で書いてもよいこととした。
講師の大山誠先生に謝意を表する。また、アンケ
到達度試験では日本語と英語の2 か国語で問題提示をート調査に協力してくれた/ の学生に感謝する。
し、日本語はなるべくわかりやすい、簡単な言葉を選び、
ルビもうった。また、問題の形も日本語が不自由なタイ人留学生でもある程度わかるように、長文を読んで答え
参 考 文 献る True/False の問題や文章の並び替え、単語の定義を英）ライブドアニュース  『高専にタイの理工系エリート中卒生受
語で答える問題などを主に出題した。図２は問題文の例
け入れ』KWWSVQHZVOLYHGRRUFRPDUWLFOHGHWDLO
である。
 三省堂  『&URZQ(QJOLVK&RPPXQLFDWLRQ,』

 ()(3,  『 ()(3, (QJOLVK 3URILFLHQF\ ,QGH[ 』 7RURQWR(GXFDWLRQ)LUVW 経済産業省   『第  章：グローバル経営力の強化のために』通商白書 SS   杉本春重   『日本企業が抱えるグローバル問題―企業とグローバル人材の問題について―』開発工学 ．
（原稿受付：2019 年 11 月 20 日）に「授業で楽しかったことや大変だったこと」などの質問を付け加えた。
3.1. 授業前の英語に対するスタンス
表 1 は授業前（春学期初回）の 1 年生の英語に対する態度である。約 70％の学生が英語は好きであり、クラスの約半分が得意だと答えた。また、80%以上の学生が英語への興味を示した。好きな理由として主に「いろんな人と話をすることで自分の考えやコミュニケーション力が深まる(n =7)」、
「洋楽・映画などが好きだから(n=7) 」「留
学生やいろんな人と英語を話し通じる時がうれしい(n =6)」などがあった。逆に英語が嫌いな主な理由として英語が「難しい」が 10 名であった。
「科学技術を英語で学び
たいかという質問には 65%(n = 28)が「はい」と答え、30%(n = 13)はいいえであった。(2 名は無回答)。また、
英語は将来必要であるかという問いには、86%の学生 (n=37) が必要,約 5％(n= 2)は不必要と答えた。(4 名は無回
答)。
表 1：英語の授業前（春学期初回）のアンケート結果

英語は…

はい

ふつう

いいえ

好きである

   

得意である   

興味がある   


 3.2 授業後の英語に対するスタンス
表 2 は夏学期授業後の学生の英語に対する態度である。
英語が好きであると答えた学生は授業前（春学期初回）
よりもおおよそ 10％多く、嫌いであると答えた学生は約11%減少した。しかし、「英語が得意であるか」の質問に対しては「はい」と答えた学生は約 12％減少し、「ふつう」、「いいえ」と答えた学生がそれぞれ 7%、５％と増加した。
表２：英語の授業前のアンケート結果
図２英語の到達度試験例

3. 学生へのアンケート調査と結果
学生の英語に対する意識及び授業に対するアンケート
調査を春学期英語 IA の最初の授業の時（Before）と夏学
期の英語 IB（After）の 2 度にわたって行った。春学期のアンケート質問内容は主に英語への「好き嫌い」
「得意性」
「興味」
「英語で科学技術を学びたいか」「英語は将来必要と感じるか」に関してで、夏学期ではこの質問にさら

英語は…

はい

ふつう

いいえ

好きである

   

得意である   

興味がある   

また英語の授業で楽しかったことや大変だったことに関する質問では、「グループワーク」「わかったときの達
成感」「新しいことを学ぶ」ことが主に楽しい理由であった。また、大変だったことに関しては「テスト」や「新しいことを学ぶ」という答えが主であった。表 3 はそのま

八戸工業高等専門学校紀要                                      9
第号  （）

女性エンジニアへのキャリア支援-八戸高専「ろぼっと娘」の社会貢献活動を通して-齋 麻子*
Developing career paths for future female engineers- female studens at NIT-Hachinohe College and their social activities‘Robot Musume’Asako SAI* 総合科学教育科

Keywords :Career paths, Female engineers, Social activities
1. はじめに
平成 30 年 5 月より、愛好会「ろぼっと娘」が俄に結成された。筆者が機械システム工学コースと電気情報工学コースの女子学生たちに呼びかけ、結成し、活動を開始したものである。なぜ専門外である教員が呼びかけたのか、なぜ俄に結成され、活発に活動しているのか、その背景と活動内容、その意義について本稿で報告する。
また、本稿は、令和元年 8 月 22 日に全国高専フォーラ
ム 2019 において、OS「高専生の専門性を生かした社会貢献活動を通じて育てるグロバールコミュニケーション」の中で「八戸高専『ろぼっと娘』の活動」として発表した内容を踏まえたものである。

2. 「ろぼっと娘」結成の背景
平成 29 年 12 月 18 日、19 日の両日に行われた高専機構主催の「女性教員キャリアアップセミナー」において、
鹿児島高専学生主事である塚崎香織教授より、鹿児島高
専「Robogals」の活動を報告していただいた。鹿児島高専と同様の活動を展開することの誘いを受け、本校のCOC 事業においての学生による地域に貢献する活動の実績と関連させれば無理なく「Robogals」の活動を行え
るのではないかと発想した。翌 30 年 2 月に本校に来校した塚崎教授より、機械システム工学コースと電気情報工学コースの女子学生たち向けに鹿児島高専の事例を紹介いただいた。それをきっかけとなり、学生の自主的な行
動力によって「ろぼっと娘」が結成された。

写真 1 鹿児島高専塚崎教授による活動紹介
2.1 「Robogals」とは2008(平成 20)年に、オーストラリアのメルボルン大学の学生が設立した国際的ボランティア団体であり、ヨー
ロッパ・アフリカ・北米・アジア太平洋地域に 30 を超える支部を持っている。ロボットなどを用い、理工系を目齋
麻子
10齋
麻子

指す女性を育成するために子供たちに科学イベントなど
情報工学コースは10％台にとどまっている。本科の女子学
指す女性を育成するために子供たちに科学イベントなど
情報工学コースは10％台にとどまっている。本科の女子学の活動を通して啓蒙活動をするボランティア団体である。
生比率の時点でコースによる比率の偏りが大きいことから、の活動を通して啓蒙活動をするボランティア団体である。
生比率の時点でコースによる比率の偏りが大きいことから、「Robogals」を名乗って活動するためには、メルボルン
専攻科・大学進学率にも大きな偏りがみられる。
「Robogals」を名乗って活動するためには、メルボルン
専攻科・大学進学率にも大きな偏りがみられる。
大学にある「Robogals」本部からの承認を受ける必要が大学にある「Robogals」本部からの承認を受ける必要があり、承認を受けるためには、活動実績などが必要となあり、承認を受けるためには、活動実績などが必要となる。(注 1) る。(注 1)2.2 日本での「Robogals」の現状
2.2 日本での「Robogals」の現状
日本では、日本では、
かつて函館高専が第1 号として承認された。
かつて函館高専が第1 号として承認された。
しかし、「Robogals」の承認を受け、活動した学生が卒業
しかし、「Robogals」の承認を受け、活動した学生が卒業したのに伴い、函館高専「Robogals」の活動は休眠状態したのに伴い、函館高専「Robogals」の活動は休眠状態にある。函館高専「Robogals」が活動した期間およびそにある。函館高専「Robogals」が活動した期間およびその実績はほとんど知られていない。
その後 2012
年に承認の実績はほとんど知られていない。
その後2012 年に承認された東京工業大学を中心とした「Robogals
Tokyo」とされた東京工業大学を中心とした「Robogals Tokyo」と2017 年に承認された鹿児島高専「Robogals「Robogals
Kagoshima」
2017 年に承認された鹿児島高専
Kagoshima」の 2 団体が現在活動している。高専としては、函館高専の 2 団体が現在活動している。高専としては、函館高専
は休眠状態にあるため、鹿児島高専だけが活動しているは休眠状態にあるため、鹿児島高専だけが活動している状況にある。
理工系を目指す女子“リケジョ”の育成は、の育成は、
表 1 八戸高専令和元年度本科コース別在籍者数状況にある。
理工系を目指す女子“リケジョ”
表 1 八戸高専令和元年度本科コース別在籍者数
全国の高専にとって非常に重要な課題であり、現在活動
全国の高専にとって非常に重要な課題であり、現在活動中の鹿児島高専が中心となり、
全国高専での「Robogals」
中の鹿児島高専が中心となり、
全国高専での「Robogals」
活動を推進しようとしている。正式に「Robogals」とし活動を推進しようとしている。正式に「Robogals」として活動しているのは鹿児島高専１校であるが、鹿児島高て活動しているのは鹿児島高専１校であるが、鹿児島高専を中心に、女子学生のこのような活動を広げる活動を、専を中心に、女子学生のこのような活動を広げる活動を、
佐世保高専・宇部高専と、そして、本校・八戸高専との佐世保高専・宇部高専と、そして、本校・八戸高専との4 校が連携している。この連携活動は各校での取り組み
4 校が連携している。この連携活動は各校での取り組みについての教員間による情報交換や、学生参加型の交流についての教員間による情報交換や、学生参加型の交流の機会など、1
高専による単独の活動で終わらせず全国の機会など、1
高専による単独の活動で終わらせず全国的な広がりを作ろうとしている。
的な広がりを作ろうとしている。

表 2 東北大学平成30 年度学科別在籍者数(注3)
3. 「ろぼっと娘」の活動
表 2 東北大学平成30 年度学科別在籍者数(注3)
3. 「ろぼっと娘」の活動

前節で結成の背景を述べたが、団体を結成するにあたり、また、本校卒業後の進路先として目標に掲げられる東北
前節で結成の背景を述べたが、団体を結成するにあたり、また、本校卒業後の進路先として目標に掲げられる東北
本校が抱える問題を踏まえて設立の方向に舵を切った。設
大学工学部の学科別女子学生比率(表2)をみると、本校の本校が抱える問題を踏まえて設立の方向に舵を切った。設
大学工学部の学科別女子学生比率(表2)をみると、本校の立意図は以下の通りである。
女子比率と似た傾向がみられる。このことからも、本校だけに立意図は以下の通りである。
女子比率と似た傾向がみられる。このことからも、本校だけに限った問題ではないことがわかる。
限った問題ではないことがわかる。
3.1 女子学生を取り巻く環境
女子の理系選択を推進する“リケジョ”という言葉が生み出
3.1 女子学生を取り巻く環境
女子の理系選択を推進する“リケジョ”という言葉が生み出されてから、まもなく10 年になろうとしている。しかし、女子のされてから、まもなく10 年になろうとしている。しかし、女子の高専機構のデータ「平成29
年度各高専における在学生数
理系選択の多くは、看護学系が多くを占め、工学系では化高専機構のデータ「平成 29 年度各高専における在学生数
理系選択の多くは、看護学系が多くを占め、工学系では化及び女子学生比率」(注2)によると、本科の女子学生の比率
学・バイオ系が多くを占める。本校で在籍比率の低い機械及び女子学生比率」(注 2)によると、本科の女子学生の比率
学・バイオ系が多くを占める。本校で在籍比率の低い機械
は、1 位・富山(射水)高専
43.9%、2 位・福島高専
34.6%に次34.6%に次系・電気情報系は、全国的にも女子の関心の低い分野と言は、1 位・富山(射水)高専
43.9%、2 位・福島高専
系・電気情報系は、全国的にも女子の関心の低い分野と言いで、3 位八戸高専
29.8%である。本校は全国の高専の中える。
いで、3 位八戸高専 29.8%である。本校は全国の高専の中える。
でも、女子の在籍率が高く、工学系だけの高専としては女子
さらに、本校が所在する青森県は、女子の大学進学率がでも、女子の在籍率が高く、工学系だけの高専としては女子
さらに、本校が所在する青森県は、女子の大学進学率がの在籍率はの在籍率は1 位であることがわかる。
全国 43 位と低く、さらに大学進学率を阻む要因として、貧困1 位であることがわかる。
全国 43 位と低く、さらに大学進学率を阻む要因として、貧困
しかし、コース別に分かれると表1 のようにマテリアル・バイ
率は全国 8率は全国位、父子・母子家庭数は全国9 位と高い数値をしかし、コース別に分かれると表1 のようにマテリアル・バイ
8 位、父子・母子家庭数は全国9 位と高い数値をオ工学コースと環境都市・建築デザインコースが50％に近示し、「女子が大学に進学する」という意識を持つには、女子
オ工学コースと環境都市・建築デザインコースが 50％に近示し、「女子が大学に進学する」という意識を持つには、女子
づく在籍割合に対して、機械システムデザインコースと電気のキャリア育成の土壌としては地域的特性による障壁が大き
づく在籍割合に対して、機械システムデザインコースと電気のキャリア育成の土壌としては地域的特性による障壁が大き女性エンジニアへのキャリア支援八戸高専「ろぼっと娘」の社会貢献活動を通して
女性エンジニアへのキャリア支援八戸高専「ろぼっと娘」の社会貢献活動を通して

11

い。(注
3) 3)
特に、八戸での「まちなか文化祭」参加をきっかけとして、い。(注
特に、八戸での「まちなか文化祭」参加をきっかけとして、これらの本校および青森県を取り巻く現状を踏まえ、具体
以降の出前授業実施の依頼も舞い込むことになった。
これらの本校および青森県を取り巻く現状を踏まえ、具体
以降の出前授業実施の依頼も舞い込むことになった。
的な進路選択を迫られる中高生世代よりも、地域的特性によ的な進路選択を迫られる中高生世代よりも、地域的特性による心理的障壁が生じる前の低年齢世代で抱く興味関心こそる心理的障壁が生じる前の低年齢世代で抱く興味関心こそが、後の進路選択に大きな影響を与えると考えた。これまでが、後の進路選択に大きな影響を与えると考えた。これまで
本校はCOC
事業「まちなか文化祭」などのイベントにおいて、本校はCOC
事業「まちなか文化祭」などのイベントにおいて、学生が地域の子どもたちに科学の面白さを伝える場面を経学生が地域の子どもたちに科学の面白さを伝える場面を経験してきた。また、これらのイベントに地域の子どもたちが強験してきた。また、これらのイベントに地域の子どもたちが強い関心を抱いて参加している状況も確認してきた。これらのい関心を抱いて参加している状況も確認してきた。これらの実績を踏まえると、「Robogals」をスタートさせる下地があり、実績を踏まえると、「Robogals」をスタートさせる下地があり、「Robogals」活動を通して、学生が自身の専門の社会的有「Robogals」活動を通して、学生が自身の専門の社会的有用性を見出し、進学意欲に結びつくと考えた。さらに女子学用性を見出し、進学意欲に結びつくと考えた。さらに女子学生の活動は地域の女子の理系選択率の向上に貢献できると写真写真
2 「まちなか文化祭
in 青森」での様子
生の活動は地域の女子の理系選択率の向上に貢献できると2 「まちなか文化祭
in 青森」での様子確信したため、鹿児島高専に続く活動を開始した。
確信したため、鹿児島高専に続く活動を開始した。
3.2 3.2
平成平成
30 年度の活動
30 年度の活動
平成平成30 年
305年月に結成された「ろぼっと娘」は、結成当初、5 月に結成された「ろぼっと娘」は、結成当初、
電気情報工学コース
4 年の女子学生
2 名が代表・副代表と電気情報工学コース
4 年の女子学生
2 名が代表・副代表となり、活動の基礎を作った。結成当初は、機械システムデザ
なり、活動の基礎を作った。結成当初は、機械システムデザ
インコース
4 年生
2 名、電気情報工学コース
4 年生
2 名、3
インコース
4 年生
2 名、電気情報工学コース
4 年生
2 名、3
年生年生
2 名、2
年生
6
名の計
12
名で構成された。
2 名、2 年生 6 名の計 12 名で構成された。
メンバー全員による活動と、メンバー個々が自らのスキル
メンバー全員による活動と、メンバー個々が自らのスキルアップのために活動するものと2 種類の活動がある。活動内
写真写真
3 「まちなか文化祭
in 八戸」での様子
アップのために活動するものと2 種類の活動がある。活動内
3 「まちなか文化祭
in 八戸」での様子
容を分類すると以下のように分けられる。
容を分類すると以下のように分けられる。
【メンバー全員による活動】「まちなか文化祭」のイベント参加の他に小学校での出前【メンバー全員による活動】「まちなか文化祭」のイベント参加の他に小学校での出前・まちなか文化祭等イベント参加のための企画・運営・実施
授業も行った。この授業の趣旨は、2020年から開始される小・まちなか文化祭等イベント参加のための企画・運営・実施
授業も行った。この授業の趣旨は、2020年から開始される小・小中学校への出前授業のための企画・運営・実施
中学校でのプログラミング教育必修化を念頭に置いた教育・小中学校への出前授業のための企画・運営・実施
中学校でのプログラミング教育必修化を念頭に置いた教育【メンバー個々による活動】
ボランティア活動である。「小中学校でのプログラミング必修【メンバー個々による活動】
ボランティア活動である。「小中学校でのプログラミング必修
・出前授業の教材開発(自主探究の取り組みとして)化」に必要とされることを想定した教材開発を自主探究として
・出前授業の教材開発(自主探究の取り組みとして)化」に必要とされることを想定した教材開発を自主探究として・公開イベントの教材開発(岩手大学
enPit
参加の中で)
・公開イベントの教材開発(岩手大学
enPit
参加の中で) 3 年生の学生が行い、開発した教材を用いて「ろぼっと娘」の3 年生の学生が行い、開発した教材を用いて「ろぼっと娘」の・Robogals
交流行事への参加
メンバー全員で出前授業として実施するという活動を行った。
・Robogals
交流行事への参加
メンバー全員で出前授業として実施するという活動を行った。
自主探究期間中の
10 月
11 月
日の
2 回、八戸市
自主探究期間中の
1022
月 日と
22 日と
112月
2 日の
2 回、八戸市
3.2.1
メンバー全員での活動
立西白山台小学校
4学年
67名を対象に行った。開発した教3.2.1 メンバー全員での活動
立西白山台小学校 4 学年 67 名を対象に行った。開発した教材は、Smart
Small
TurtleRobotを用いて、プログラミング
材は、Smart
Small
TurtleRobotを用いて、プログラミング
平成平成
30 年は
COC
事業の集大成として、「まちなか文化祭
的思考を学ぶものとした。
30 年は COC 事業の集大成として、「まちなか文化祭
的思考を学ぶものとした。
を青森市(6/16)と弘前市(7/14)でも開催する運びとなった。
を青森市(6/16)と弘前市(7/14)でも開催する運びとなった。
そのイベントに体験ブースとして参加することで、「ろぼっと娘」
そのイベントに体験ブースとして参加することで、「ろぼっと娘」
外部活動の基礎作りを図った。
外部活動の基礎作りを図った。
Ozobotというカラーコードを読み取り、ライントレースをす
Ozobotというカラーコードを読み取り、ライントレースをするロボットを用い、来場した子どもたちはカラーコードを自由るロボットを用い、来場した子どもたちはカラーコードを自由に描き、ロボットを動かす面白さを体感するという内容である。
に描き、ロボットを動かす面白さを体感するという内容である。
この体験ブースを企画・実施するための活動を行った。
この体験ブースを企画・実施するための活動を行った。
12 月
12 2月 日の八戸でおこなわれた「まちなか文化祭」には、
2 日の八戸でおこなわれた「まちなか文化祭」には、
青森・弘前での実績をもとにした体験ブースと秋に実施した
青森・弘前での実績をもとにした体験ブースと秋に実施した出前授業の教材(Smart
Small
TurtleRobot)の体験ブー
出前授業の教材(Smart
Small
TurtleRobot)の体験ブースを準備し、活動内容に広がりを持たせることができた。
写真写真
4 八戸市立西白山台小学校出前授業
1 回目の様子スを準備し、活動内容に広がりを持たせることができた。
4 八戸市立西白山台小学校出前授業
1 回目の様子齋
麻子
12齋
麻子

バーの 4 名の女子学生に加え、男子学生も参加し、秋田公指す女性を育成するために子供たちに科学イベントなど
情報工学コースは 10％台にとどまっている。本科の女子学
立美術大学の学生と1 つのチームを構成して活動した。
の活動を通して啓蒙活動をするボランティア団体である。
生比率の時点でコースによる比率の偏りが大きいことから、
enpit
の活動は約
1
年におよび、合宿活動や一般市民への「Robogals」を名乗って活動するためには、メルボルン
専攻科・大学進学率にも大きな偏りがみられる。
公開性の高い活動報告会を通して研鑽を積んだ。学生たち
大学にある「Robogals」本部からの承認を受ける必要がはこの活動に参加することで、「ろぼっと娘」の活動に対するあり、承認を受けるためには、活動実績などが必要とな
技術的な蓄積をもたらした。(注 4)る。(注 1)2.2 日本での「Robogals」の現状
日本では、かつて函館高専が第 1 号として承認された。
写真 5 八戸市立西白山台小学校出前授業
2 回目の様子
しかし、「Robogals」の承認を受け、活動した学生が卒業したのに伴い、函館高専「Robogals」の活動は休眠状態
西白山台小学校での出前授業が10 月 30 日付のデーリにある。函館高専「Robogals」が活動した期間およびそー東北に掲載された。この記事に注目し、12月の「まちなかの実績はほとんど知られていない。
その後 2012 年に承認
文化祭」に来場した市民からの要望により、3月12日に八戸Tokyo」とされた東京工業大学を中心とした「Robogals
市立明治小学校
5・6 学年 50 名を対象に出前授業を行う機2017 年に承認された鹿児島高専「Robogals Kagoshima」
会を得た。着実に活動の場が広がるとともに、地域に認知さの 2 団体が現在活動している。高専としては、函館高専
れ始めていることがわかった。
写真 7 enpit の活動報告会 プレゼンの様子
は休眠状態にあるため、鹿児島高専だけが活動している状況にある。理工系を目指す女子“リケジョ”の育成は、
表 1 八戸高専令和元年度本科コース別在籍者数
全国の高専にとって非常に重要な課題であり、現在活動中の鹿児島高専が中心となり、全国高専での「Robogals」
活動を推進しようとしている。正式に「Robogals」として活動しているのは鹿児島高専１校であるが、鹿児島高専を中心に、女子学生のこのような活動を広げる活動を、
佐世保高専・宇部高専と、そして、本校・八戸高専との4 校が連携している。この連携活動は各校での取り組みについての教員間による情報交換や、学生参加型の交流の機会など、1 高専による単独の活動で終わらせず全国的な広がりを作ろうとしている。
写真 6 八戸市立明治小学校出前授業の様子
写真 8 enpit
体験会の様子
表 2 の活動報告会
東北大学平成 30
年度学科別在籍者数(注 3)
3. 「ろぼっと娘」の活動
3.2.1 メンバー個々による活動

9 月 12 日～14日の日程で、鹿児島高専・佐世保高専・宇前節で結成の背景を述べたが、団体を結成するにあたり、また、本校卒業後の進路先として目標に掲げられる東北
前項で述べたように、小学校で実施する際、「2020年から
部高専と共に
4 校合同の交流会を鹿児島高専と佐世保高専
本校が抱える問題を踏まえて設立の方向に舵を切った。設
大学工学部の学科別女子学生比率(表2)をみると、本校のの小中学校でのプログラミング教育必修化」導入前という時を会場に行い、2
年生の学生
2名が本校「ろぼっと娘」の代立意図は以下の通りである。
女子比率と似た傾向がみられる。このことからも、本校だけに期を活用して、ろぼっと娘の出前授業を行った。対象となる表として参加した。鹿児島高専に4 校の学生たちが集合し、限った問題ではないことがわかる。
子どもたちにプログラミング的思考を楽しんでもらうだけでな
ソニーセミコンダクタマニュファクチャリング株式会社や長崎
3.1 女子学生を取り巻く環境
女子の理系選択を推進する“リケジョ”という言葉が生み出
く、小学校の先生の困りごとに応えるという面も考慮し、出前
県ハウステンボス「変なホテル」およびホテル内の無人コンビ
されてから、まもなく 10 年になろうとしている。しかし、女子の授業の内容を企画した。詳細な教材作成は自主探究のテー
ニ見学を経て、佐世保高専での活動報告会を行い、本校の高専機構のデータ「平成 29 年度各高専における在学生数
理系選択の多くは、看護学系が多くを占め、工学系では化マとすることで、学生個々の活動となり、学生自らが問題意識活動を報告した。
及び女子学生比率」(注 2)によると、本科の女子学生の比率
学・バイオ系が多くを占める。本校で在籍比率の低い機械をもって取り組む内容となった。
工場見学では高専卒のロールモデルとして活躍する女性
は、1 位・富山(射水)高専 43.9%、2 位・福島高専 34.6%に次系・電気情報系は、全国的にも女子の関心の低い分野と言学生個々による「ろぼっと娘」の活動は学内的な自主探究
エンジニアの方のライフワークバランスを紹介していただい
いで、3 位八戸高専 29.8%である。本校は全国の高専の中える。
にとどまらず、学外でも活動の場を持った。
た。「変なホテル」では、最新の技術をサービスとして提供すでも、女子の在籍率が高く、工学系だけの高専としては女子
さらに、本校が所在する青森県は、女子の大学進学率がまた、同様に学生が専門性を高めながら、社会的なニーるホテルを見学し、社会でどのような取り組みかなされているの在籍率は 1 位であることがわかる。
全国 43 位と低く、さらに大学進学率を阻む要因として、貧困ズに応える学びの場として、岩手大学が行っている
enpit にか、エンジニアとして将来を考える機会を得られた。
しかし、コース別に分かれると表 1 のようにマテリアル・バイ
率は全国 8 位、父子・母子家庭数は全国 9 位と高い数値を参加することで、専門的技術の向上とそれを活用した社会貢
また、遠く離れた高専に在籍する初対面の学生同士では
オ工学コースと環境都市・建築デザインコースが 50％に近示し、「女子が大学に進学する」という意識を持つには、女子
献活動のプラン作りを経験した。本校からは「ろぼっと娘」メンあるが、似たような環境で学んでいることを知り、「Robogals」
づく在籍割合に対して、機械システムデザインコースと電気のキャリア育成の土壌としては地域的特性による障壁が大き女性エンジニアへのキャリア支援八戸高専「ろぼっと娘」の社会貢献活動を通して
女性エンジニアへのキャリア支援八戸高専「ろぼっと娘」の社会貢献活動を通して

13

い。(注
3)
特に、八戸での「まちなか文化祭」参加をきっかけとして、を目指して、同じような活動を開始しようとするにはどのようなこれらの本校および青森県を取り巻く現状を踏まえ、具体活動をすべきかなどをディスカッションし、有意義な意見交換 以降の出前授業実施の依頼も舞い込むことになった。
的な進路選択を迫られる中高生世代よりも、地域的特性によの場となった。
る心理的障壁が生じる前の低年齢世代で抱く興味関心こそが、後の進路選択に大きな影響を与えると考えた。これまで
本校は COC 事業「まちなか文化祭」などのイベントにおいて、学生が地域の子どもたちに科学の面白さを伝える場面を経験してきた。また、これらのイベントに地域の子どもたちが強い関心を抱いて参加している状況も確認してきた。これらの実績を踏まえると、「Robogals」をスタートさせる下地があり、「Robogals」活動を通して、学生が自身の専門の社会的有用性を見出し、進学意欲に結びつくと考えた。さらに女子学
写真 11 イギリス北アイルランド研修 参加学生
生の活動は地域の女子の理系選択率の向上に貢献できると
写真 2 「まちなか文化祭 in 青森」での様子確信したため、鹿児島高専に続く活動を開始した。
写真 9 4 校合同交流会「変なホテル」にて
3.2 平成 30 年度の活動
平成 30 年 5 月に結成された「ろぼっと娘」は、結成当初、
電気情報工学コース 4 年の女子学生 2 名が代表・副代表となり、活動の基礎を作った。結成当初は、機械システムデザ
インコース 4 年生 2 名、電気情報工学コース 4 年生 2 名、3年生 2 名、2 年生 6 名の計 12 名で構成された。
メンバー全員による活動と、メンバー個々が自らのスキルアップのために活動するものと 2 種類の活動がある。活動内
写真 3 「まちなか文化祭 in 八戸」での様子
容を分類すると以下のように分けられる。
写真 12 イギリス北アイルランド研修 プレゼンの様子【メンバー全員による活動】「まちなか文化祭」のイベント参加の他に小学校での出前・まちなか文化祭等イベント参加のための企画・運営・実施
授業も行った。この授業の趣旨は、2020年から開始される小4. おわりに・小中学校への出前授業のための企画・運営・実施
中学校でのプログラミング教育必修化を念頭に置いた教育
写真 10 4 校合同交流会・佐世保高専での交流会
結成初年度の活動としては、COC のイベントなど多く【メンバー個々による活動】
ボランティア活動である。「小中学校でのプログラミング必修の活動の機会に恵まれ、本校独自の「ろぼっと娘」とし・出前授業の教材開発(自主探究の取り組みとして)
11 月 5 日～11 月 10 日の日程で、イギリス北アイルランド 化」に必要とされることを想定した教材開発を自主探究としてての活動を順調に滑り出すことができた。また、鹿児島
・公開イベントの教材開発(岩手大学
enPit 参加の中で)での海外研修に 4 年生の学生 2 名が鹿児島高専の学生
2 3 年生の学生が行い、開発した教材を用いて「ろぼっと娘」の高専を中心とした「Robogals」に関わる高専間の交流と・Robogals
交流行事への参加
名と共に参加した。 北アイ ルラ ンド・ ベル フ ァス トに あ る メンバー全員で出前授業として実施するという活動を行った。
しての活動もかかわった学生は少人数ながらも、報告会
SERC およびクイーンズ大学において「Robogals」に関する 自主探究期間中の 10 月 22 日と 11 月 2 日の 2 回、八戸市を開催することでメンバー全員の共通理解につなげ、幅
3.2.1
メンバー全員での活動
立西白山台小学校 4 学年 67 名を対象に行った。開発した教研修と報告会に参加し、本校の活動報告を行った。また、現広く経験することができた。結成当初は 4 学年、3 学年、地の小学校で行われているプログラミング教育の現場を見学 材は、Smart Small Turtle Robot を用いて、プログラミング
2 学年中心であった構成メンバーも、12 月からは 1 年生
平成
30 年は COC 事業の集大成として、「まちなか文化祭
的思考を学ぶものとした。
した。
もメンバーに加わった。年度が替わり、新入生も新たなを青森市(6/16)と弘前市(7/14)でも開催する運びとなった。
これらの学外に出ての個々の活動は、残念ながらすべてメンバーとして加わり、令和元年度の新体制「ろぼっとそのイベントに体験ブースとして参加することで、「ろぼっと娘」のメンバーが体験できるものではなかったが、おおよその娘」は八戸市より「学生まちづくり助成金」(注 5)の採択
外部活動の基礎作りを図った。
個々の活動が終息した時期に、「活動報告会」と称して、を受け、地域に貢献すべく 2 年目の活動を行っている。
Ozobotというカラーコードを読み取り、ライントレースをす
個々の体験を全員で情報共有する機会を持った。また、このこれらの本校女子学生による活動が、活動している学るロボットを用い、来場した子どもたちはカラーコードを自由時、まだメンバーに加わっていなかった 1 年生に活動紹介す生自身はもとより、地域の女子児童生徒たちの啓蒙活動に描き、ロボットを動かす面白さを体感するという内容である。
る目的も含まれており、1 年生の中にも、「ろぼっと娘」の活動として根付くことを切に願う。
この体験ブースを企画・実施するための活動を行った。
に加わりたいと希望する学生も現れた。
12 月 2 日の八戸でおこなわれた「まちなか文化祭」には、謝辞
青森・弘前での実績をもとにした体験ブースと秋に実施した
本校「ろぼっと娘」結成にあたり、「Robogals」の活動
出前授業の教材(Smart Small Turtle Robot)の体験ブーを紹介し、お誘いくださった鹿児島高専の塚崎香織教授
スを準備し、活動内容に広がりを持たせることができた。
写真 4 八戸市立西白山台小学校出前授業 1 回目の様子齋
麻子
14齋
麻子（3）青森県の女子の大学進学率および貧困率、父子・母に深謝いたします。また、活動を開始するにあたり、活指す女性を育成するために子供たちに科学イベントなど
情報工学コースは 10％台にとどまっている。本科の女子学動に賛同し、副顧問的な立場として、技術的にサポート
子家庭数のランキングは「都道府県別統計とランキング」の活動を通して啓蒙活動をするボランティア団体である。
生比率の時点でコースによる比率の偏りが大きいことから、してくださった本校電気情報工学コース・細川先生、海で見る県民性」による。
「Robogals」を名乗って活動するためには、メルボルン
専攻科・大学進学率にも大きな偏りがみられる。
外研修に引率指導してくださった本校総合科学教育科・https://todo-ran.com/t/kiji/15083
大学にある「Robogals」本部からの承認を受ける必要が横田先生にも感謝いたします。
「ろぼっと娘」の活動に機あり、承認を受けるためには、活動実績などが必要とな会を与えてくださった八戸市立西白山台小学校および八（4）enpit とは、文部科学省による「成長分野を支えるる。(注 1)
戸市立明治小学校の教職員、本校教職員並びに学生の皆
情報技術人材の育成拠点の形成」という事業であり、大様に感謝いたします。この場をお借りして御礼申し上げ
阪大学を中心として、「ビックデータ・AI 分野」「セキュ2.2 日本での「Robogals」の現状ます。
リティ分野」「組込みシステム分野」「ビジネスシステム
デザイン分野」の4
分野からなる。本校学生は、名古屋
日本では、かつて函館高専が第 1 号として承認された。
注記
大学がリーダーとする「組込みシステム分野」の岩手大
しかし、「Robogals」の承認を受け、活動した学生が卒業（1）「Robogals」とは、オーストラリアのメルボルン大学が実践する事業に参加している。Enpit に関する詳細したのに伴い、函館高専「Robogals」の活動は休眠状態
学の学生が結成し、運営している教育ボランティアの学
は enpit の HP 上で確認できる。
にある。函館高専「Robogals」が活動した期間およびそ生団体であり、世界中に30を超える支部を持つ。
http://www.enpit.jp/の実績はほとんど知られていない。
その後 2012 年に承認
「Robogals」のHP にて活動内容が確認できる。
された東京工業大学を中心とした「Robogals
Tokyo」と（5）八戸市による「学生まちづくり助成金」は八戸市内
https://robogals.org/about/about-us/
2017 年に承認された鹿児島高専「Robogals Kagoshima」の高等教育機関の学生を対象に、学生の地域貢献活動にの 2 団体が現在活動している。高専としては、函館高専
鹿児島高専の「Robogals Kagoshima」の活動紹介は内閣
対し助成する取り組みである。年度末には「八戸市学生は休眠状態にあるため、鹿児島高専だけが活動している
府男女共同参画局のHP理工系を目指す女子
上で閲覧できる。 “リケジョ”の育成は、
地域貢献表彰制度」と連動し、活動報告をプレゼンテー
状況にある。
表 1 八戸高専令和元年度本科コース別在籍者数
ションし、優劣を審査される八戸市の事業である。
http://www.gender.go.jp/about_danjo/whitepaper/r01/z
全国の高専にとって非常に重要な課題であり、現在活動
entai/html/column/clm_05.html
中の鹿児島高専が中心となり、全国高専での「Robogals」
活動を推進しようとしている。正式に「Robogals」とし（2）東北大学工学部学科別女子学生比率は東北大学工学て活動しているのは鹿児島高専１校であるが、鹿児島高部の HP に掲載されている学部学生数を元に女子学生の専を中心に、女子学生のこのような活動を広げる活動を、比率を算出した。
佐世保高専・宇部高専と、そして、本校・八戸高専とのhttps://www.eng.tohoku.ac.jp/intro/org/student.html
4 校が連携している。この連携活動は各校での取り組みについての教員間による情報交換や、学生参加型の交流の機会など、1 高専による単独の活動で終わらせず全国的な広がりを作ろうとしている。
3. 「ろぼっと娘」の活動

前節で結成の背景を述べたが、団体を結成するにあたり、本校が抱える問題を踏まえて設立の方向に舵を切った。設立意図は以下の通りである。
3.1 女子学生を取り巻く環境
高専機構のデータ「平成 29 年度各高専における在学生数
及び女子学生比率」(注 2)によると、本科の女子学生の比率
は、1 位・富山(射水)高専 43.9%、2 位・福島高専 34.6%に次いで、3 位八戸高専 29.8%である。本校は全国の高専の中でも、女子の在籍率が高く、工学系だけの高専としては女子の在籍率は 1 位であることがわかる。
しかし、コース別に分かれると表 1 のようにマテリアル・バイ
オ工学コースと環境都市・建築デザインコースが 50％に近づく在籍割合に対して、機械システムデザインコースと電気（原稿受付：2019 年 12 月 18 日）

表 2 東北大学平成 30 年度学科別在籍者数(注 3)

また、本校卒業後の進路先として目標に掲げられる東北大学工学部の学科別女子学生比率(表 2)をみると、本校の女子比率と似た傾向がみられる。このことからも、本校だけに限った問題ではないことがわかる。
女子の理系選択を推進する“リケジョ”という言葉が生み出されてから、まもなく 10 年になろうとしている。しかし、女子の理系選択の多くは、看護学系が多くを占め、工学系では化学・バイオ系が多くを占める。本校で在籍比率の低い機械
系・電気情報系は、全国的にも女子の関心の低い分野と言える。
さらに、本校が所在する青森県は、女子の大学進学率が全国 43 位と低く、さらに大学進学率を阻む要因として、貧困率は全国 8 位、父子・母子家庭数は全国 9 位と高い数値を示し、「女子が大学に進学する」という意識を持つには、女子のキャリア育成の土壌としては地域的特性による障壁が大き八戸工業高等専門学校紀要                                      15
第号  （）八戸高専専攻科エンジニアリングデザイン科目の変遷
沢村利洋*
Transition of The Engineering Design Program in Advanced Course of National Institute of Technology (KOSEN),
Hachinohe College
Toshihiro SAWAMURA* 産業システム工学科機械システムデザインコース

Keywords : エンジニアリングデザイン、COOP 教育、PBL 教育、JABEE
1. はじめに
八戸高専専攻科 1 年次に開講されているエンジニアリ
ングデザイン科目は、2010 年に一般社団法人日本技術者
教育認定機構（JABEE）が示したエンジニアリングデザ
イン教育審査方針 1)への対応として検討が始められた。
その後、海外研修に参加せず国内に残る学生への対応や地域貢献のあり方など、様々な外因や要望を受けて現在の授業形態に至っている。
本報は、エンジニアリングデザイン科目の 2010 年度（平成 22 年度）から 2016 年度（平成 28 年度）までの 7
年間の変遷を、(I)試行期間、(II)海外研修との並列開講期、(III)独立科目として、といった 3 つの時期に分け、それぞれの開講形態、実施コンセプト、実施内容概略を振り返り、その変遷と八戸高専の現状から今後の指針の一助となる資料としたい。なお、実施内容詳細とその評価は別紙にて報告する。
2. 八戸高専エンジニアリングデザイン科目の概要
2.1 授業コンセプト 2009 年に JABEE から発表されたエンジニアリングデ「1.目標設定」「2.学習体験」「3.
ザイン教育の定義 2)には、必要能力と複数解の存在」「4.達成度評価」「5.裏付け資料」の 5 つの観点が記載されている。当時、八戸高専専攻科
では、上記 5 項目を満たす科目として当初専攻実験を考えたが、デザイン的要素を十分に満たすことができないことから断念している。次案として、当時開講していた「技術者倫理＋工業経営学＋社会技術システム工学＋人
文社会科学概論」の 4 科目でエンジニアリングデザイン
科目群を構成することが検討された。しかしながら、
JABEE の定めるエンジニアリングデザインに必要な要素は満足できたが、複数の専攻にまたがる担当教員の負担が大きかった社会技術システム工学の授業内容改善と、
2000 年代初めに提示された高専機構の目指す技術者像 3)に対応する形で、当時、複数の高専で展開されていた産学連携教育の一形態である COOP 教育 4)5)の導入が望まれていたことから、学外機関との連携で実施する方向性が示された。
新規開設する科目名は、最初は地域外部機関と連携した COOP 教育の観点から地域貢献を強く打ち出す名称が考えられたが、今日、八戸高専のもう一方の柱となった
グローバル化への対応も考慮し幅広い課題に対応できる
ように単純に「エンジニアリングデザイン（通称 ED）」と決定し、社会技術システム工学の替わりに社会ニーズと PBL 教育を担当することになった。また、ED 科目に必要な要素として次の 6 項目が定められた。
a. PBL であること．
b. グループで作業すること
c. 製作工程・コストを考慮すること
d. 製品の倫理的な要素を考えること
e. プレゼン能力を養成すること
f.
COOP 的内容であること
さらに、本校独自に授業において学生へ提示する目標とする人材像として、次の 4 項目が設定された。
a. 自ら動くことのできる
b. 幅広い視野でどのような課題にも立ち向かえる
c. グループ内での自分の立ち位置を認識できる
d. 社会人として必須のコミュニケーションスキルを身につけている
授業内容については、「異分野・初テーマを与えられたときに、自分の経験・考えとグループメンバーの有する総合知識をもとに、解決をはかる過程で現実的・社会的な思考法や手法を学習する」とコンセプトが定められた。

16

沢村利洋
沢村利洋

2.2 開講単位の変遷
開講単位の変遷
2.2
2010 年に
年に ED
ED 科目は導入されたが、 2010
科目は導入されたが、学位授与機構にカ
学位授与機構にカ
リキュラムとして認定されるまでの2010、2011年度はリキュラムとして認定されるまでの 2010、2011 年度は試行期間という位置づけで実施された。また、2009
試行期間という位置づけで実施された。また、2009 年度
年度
まで、リール
IUT への海外研修は春季に実施されていたまで、リール IUT
への海外研修は春季に実施されていたため前期授業時期と重なっていた。派遣学生は前期開講
ため前期授業時期と重なっていた。派遣学生は前期開講
科目単位取得には帰国後の放課後の補講が必要となり、科目単位取得には帰国後の放課後の補講が必要となり、派遣学生にも教員にも負担になっていた。その状況改善
派遣学生にも教員にも負担になっていた。その状況改善のため、2010のため、2010 年度以降、専攻科
年度以降、専攻科 1
1 年後期を前半と後半に年後期を前半と後半に分け、前半には座学科目は入れず、海外研修、長短期イ
分け、前半には座学科目は入れず、海外研修、長短期イ
ンターンシップ、ED
ンターンシップ、ED 等で自由に活動できる期間として等で自由に活動できる期間としている。2010、2011
いる。2010、2011 年度は、表
年度は、表 11 に示すように、前期に既に示すように、前期に既存科目である社会技術システム工学で存科目である社会技術システム工学で 11 単位、後期前半
単位、後期前半に学外研修の1単位として実施した。
に学外研修の 1 単位として実施した。
 20122012 年度、年度、学位授与機構に学位授与機構に ED
ED 科目を含む新カリキュ科目を含む新カリキュラムが承認されラムが承認され ED
ED 科目が正規科目として開講される。
科目が正規科目として開講される。
2012
年度と
2013
年度は、海外研修にもエンジニアリン
2012 年度と 2013 年度は、海外研修にもエンジニアリン
グデザイン要素を組み込むことを試みた。前期にグデザイン要素を組み込むことを試みた。前期に ED
ED II
を
を1
1 単位実施し、後期前半に単位実施し、後期前半に ED
ED IIAIIA を国内エンジニア
を国内エンジニア
リングデザイン、
ED IIBIIB を海外エンジニアリングデザイ
を海外エンジニアリングデザイ
リングデザイン、ED
ンと位置づけ実施した。しかしながら、海外研修先のすンと位置づけ実施した。しかしながら、海外研修先のすべてで本科目の意義と必要とされる実施内容および評価
べてで本科目の意義と必要とされる実施内容および評価方法を十分に理解してもらうことは困難であり、また、方法を十分に理解してもらうことは困難であり、また、海外研修を学外研修と海外研修を学外研修と ED
ED IIB
IIB のの2
2 科目で評価するとい科目で評価するという単位取得の考え方も煩雑であった。
う単位取得の考え方も煩雑であった。
 そこで、2015
そこで、2015 年度からは、全員が履修する
年度からは、全員が履修する ED
ED II は継は継続して必修科目として開講され、EDの後半は、学外研
続して必修科目として開講され、ED の後半は、学外研修(1～4ED II(1II(1修(1～4 単位)とエンジニアリングデザイン科目単位)とエンジニアリングデザイン科目 ED単位)のふたつに明確に区別され両者の選択とされ、現在単位)のふたつに明確に区別され両者の選択とされ、現在に至っている。
に至っている。
実施経費
2.3 実施経費
2.3
 ED
ED 科目の展開におけるアイデア実現の自由度は、経科目の展開におけるアイデア実現の自由度は、経費規模に左右された。今日に至るまで、経費の使用時期
費規模に左右された。今日に至るまで、経費の使用時期の制約等で実施期間等に支障が出たこともあったが、幸の制約等で実施期間等に支障が出たこともあったが、幸いにもある程度の物品を購入できる補助金が2010 年度
年度
いにもある程度の物品を購入できる補助金が 2010
以降途切れず続いている。
以降途切れず続いている。
2010 年度は、
年度は、八戸高専学内教育研究プロジェクトに採八戸高専学内教育研究プロジェクトに採2010
択され試行期間の準備に活用できた。2011
2011 年度は前年度
年度は前年度択され試行期間の準備に活用できた。
の実績をもとに高専機構企業技術者等活用プロジェクトの実績をもとに高専機構企業技術者等活用プロジェクトに申請した「地域資源を活用した集中型 ED
ED プログラムプログラムに申請した「地域資源を活用した集中型～多様な地域課題に対応可能な専攻科におけるエンジニ～多様な地域課題に対応可能な専攻科におけるエンジニ
アリングデザイン教育～」が採択された。この助成金はアリングデザイン教育～」が採択された。この助成金は2013 年度までの年度までの 3
3 年間活用することができた。2014
年間活用することができた。2014 年
年
2013
度は文部科学省「地(知)の拠点整備事業
（通称
COC
事業）
」
度は文部科学省「地(知)の拠点整備事業（通称 COC 事業）」の申請に ED
ED を組み込み採択された。しかし、本事業補を組み込み採択された。しかし、本事業補の申請に助金の使用許可は 20142014 年
年 1212 月に下りたため当該年度の月に下りたため当該年度の助金の使用許可は
ED II
II は延期され、は延期され、次年度の次年度の 2015
2015 年度に
年度に 1,2
1,2 学年合同で学年合同でED実施された。
それ以降、
八戸高専
COC
が弘前大学
COC+
実施された。それ以降、八戸高専 COC が弘前大学 COC+に組み込まれるなど多少の状況の変化はあったが、事業に組み込まれるなど多少の状況の変化はあったが、事業終了の 2019
2019 年度までは本事業費が活用できている。
年度までは本事業費が活用できている。
終了のスキーム概略
2.4 ED
2.4
ED スキーム概略
ED のスキームを図のスキームを図 11 に示す。この図は、高専機構企に示す。この図は、高専機構企ED
業技術者等活用プロジェクト採択時のコンセプト図であ業技術者等活用プロジェクト採択時のコンセプト図であり、今日まで基本的にこの流れで実施している。
り、今日まで基本的にこの流れで実施している。
実施課題には、工学とは一見無関係な地域の学外機関
 実施課題には、工学とは一見無関係な地域の学外機関が所有している多様かつ学際的な問題を取り上げている。
が所有している多様かつ学際的な問題を取り上げている。
これは、前述の授業コンセプトから、担当学生が自分の
これは、前述の授業コンセプトから、担当学生が自分の専門外の分野において工学や自分の専攻がどのように活専門外の分野において工学や自分の専攻がどのように活用できるか、また、グループ内で自分の貢献できる役割
用できるか、また、グループ内で自分の貢献できる役割は何か考えることを目的にしている。この目的と地域貢は何か考えることを目的にしている。この目的と地域貢献の観点から、八戸高専に馴染みのある工学系企業の課献の観点から、八戸高専に馴染みのある工学系企業の課
題だけでなく、医療系や美術系など高専生に馴染みの薄題だけでなく、医療系や美術系など高専生に馴染みの薄い分野の学外機関との連携も目指した。
い分野の学外機関との連携も目指した。
講師には、各機関で実務の第一線で活躍している中堅
講師には、各機関で実務の第一線で活躍している中堅の方にお願いし、授業を進める中で報連相など社会的コの方にお願いし、授業を進める中で報連相など社会的コ
ミュニケーションスキルの向上を目指した。
ミュニケーションスキルの向上を目指した。
実施にあたって、各課題につき、できるだけ専攻が異 実施にあたって、各課題につき、できるだけ専攻が異

表 1
1 ED
ED 科目の開講単位と経費の変遷
科目の開講単位と経費の変遷
表

図
図 1
1 ED
ED スキーム概略
スキーム概略

八戸高専専攻科エンジニアリングデザイン科目の変遷
八戸高専専攻科エンジニアリングデザイン科目の変遷

なるなる 3
3 名程度を名程度を 1
1 グループとした。そのため、各年度のグループとした。そのため、各年度のテーマは、海外研修学生が確定しテーマは、海外研修学生が確定し ED
ED 受講学生の人数が受講学生の人数が定まった時点で、協力して下さる学外機関との調整によ定まった時点で、協力して下さる学外機関との調整により決定された。
り決定された。
 本授業の最終的な目標は2.1 で示し
で示し
本授業の最終的な目標は 22 つある。
つある。一つは、
一つは、2.1
た人材を養成することであり、もう一つは、本授業によた人材を養成することであり、もう一つは、本授業による課題解決により地域貢献を実現し地域活性の一助とする課題解決により地域貢献を実現し地域活性の一助とすることである。そのため、発表会は外部に対してオープることである。そのため、発表会は外部に対してオープンにして行った。
ンにして行った。
2.5 授業内容
授業内容
2.5

授業は、その年度の事情により多少の実施時期や進め 授業は、その年度の事情により多少の実施時期や進め方に違いはあったが、2010 年度の試行から基本的に図2方に違いはあったが、2010年度の試行から基本的に図 2のように実施している。
のように実施している。
最初に、専攻科 1
年必修科目の ED
ED II で、ED
で、ED 授業の説
授業の説
 最初に、専攻科
1 年必修科目の明と 55 名程度の各学外連携機関の講師によるそれぞれの名程度の各学外連携機関の講師によるそれぞれの明と業界の実情と課題説明の講演が行われた。学生は、各講業界の実情と課題説明の講演が行われた。学生は、各講演後に A4A4 用紙
用紙 1
1 枚の授業内容メモを提出し、また、講枚の授業内容メモを提出し、また、講演後に演最後に提示される課題を
A4 用紙
用紙 1
1 枚にまとめて次の枚にまとめて次の演最後に提示される課題を A4
回に提出した。
回に提出した。
ED II 終了後、海外研修に行く学生を除く全学生が、提終了後、海外研修に行く学生を除く全学生が、提 ED示されたその年度の実施テーマから希望のものを選択し、示されたその年度の実施テーマから希望のものを選択し、さらに調整のうえ、グループが決定された。
さらに調整のうえ、グループが決定された。
その後は、各グループごとでの活動になる。ED 担当
担当
 その後は、各グループごとでの活動になる。ED
教員の役割は、授業の進捗状況の把握と必要物品購入や教員の役割は、授業の進捗状況の把握と必要物品購入や授業内容の記録等での事務との連携、学生と学外講師と授業内容の記録等での事務との連携、学生と学外講師とのやり取りの確認が主たる業務であり、授業の進行は授のやり取りの確認が主たる業務であり、授業の進行は授業コンセプトを理解した学外講師にほぼ一任した。
業コンセプトを理解した学外講師にほぼ一任した。
ED II
II では、初回はアイスブレーキング等によるメン
では、初回はアイスブレーキング等によるメン ED
バー紹介と課題背景の詳細説明の後、課題が設定された。
課題が設定された。
バー紹介と課題背景の詳細説明の後、課題はあらかじめ準備されている場合もあれば、背景説
課題はあらかじめ準備されている場合もあれば、背景説
明をもとに学生が課題を見つけ出して設定する場合もあ明をもとに学生が課題を見つけ出して設定する場合もあった。その後は、学生がグループごとに集まり自主的にった。その後は、学生がグループごとに集まり自主的に

図
図 2
2 ED
ED 授業の進め方
授業の進め方17

進めるが、進捗状況は逐一メールで学外講師に報告し、進めるが、進捗状況は逐一メールで学外講師に報告し、また、定期的に学外講師との打合せを行い、期間内でのまた、定期的に学外講師との打合せを行い、期間内での解決を目指し活動した。また、どのテーマにおいても、解決を目指し活動した。また、どのテーマにおいても、現場を知ることが必要であると考え、施設見学等学外で現場を知ることが必要であると考え、施設見学等学外での見学や実習が組み込まれた。
の見学や実習が組み込まれた。
活動の成果は報告会で学内外に公表し、また、専攻科
活動の成果は報告会で学内外に公表し、また、専攻科生の学位取得に必要な学修成果レポート作成の練習も兼生の学位取得に必要な学修成果レポート作成の練習も兼ねて、学修成果レポートと同様のフォーマットを用いた
ねて、学修成果レポートと同様のフォーマットを用いた
成果レポートの提出を必須とした。評点は、担当学外講
成果レポートの提出を必須とした。評点は、担当学外講師と師と ED
ED 担当教員およびグループ内学生相互評価による
担当教員およびグループ内学生相互評価による
取り組み評価（40%）
、全学外講師と取り組み評価（40%）
、全学外講師と ED
ED 担当教員による担当教員による
報告会のプレゼン評価（40%）
、ED
担当教員による成果
報告会のプレゼン評価（40%）
、ED 担当教員による成果
レポート評価（20%）により求められた。
レポート評価（20%）により求められた。
3.
実施内容
3. 実施内容
3.1
試行期間（2010 年度、2011
年度、2011 年度）
年度）
3.1 試行期間（2010 20102010 年度から
年度から 20162016 年度までの実施テーマ一覧を表
年度までの実施テーマ一覧を表 226)6)に示す。ED
科目の初年度の2010年度
は、八戸高専に示す。ED 科目の初年度の 2010 年度 は、八戸高専
OB
OB のいる多摩川精機と、田面木塾で館長とのつながりのいる多摩川精機と、田面木塾で館長とのつながりができていた是川縄文館に本授業コンセプトの理解をいができていた是川縄文館に本授業コンセプトの理解をいただきそれぞれ 1
テーマずつ受け持っていただいた。まただきそれぞれ
1 テーマずつ受け持っていただいた。また、2010
年度は、八戸で全国高等専門学校デザインコン
た、2010 年度は、八戸で全国高等専門学校デザインコン
ペティションが開催された。専攻科からは ED
ED 科目にテ
科目にテ
ペティションが開催された。専攻科からはーマを取り入れ 2
2 件応募した。ただ、この応募のため、件応募した。ただ、この応募のため、ーマを取り入れグループ構成に専攻の偏りが生じた。多摩川精機からのグループ構成に専攻の偏りが生じた。多摩川精機からの課題では実際の製造現場を知るため八戸事業所を見学し、課題では実際の製造現場を知るため八戸事業所を見学し、是川縄文館からの課題では縄文館の展示見学により理解
是川縄文館からの課題では縄文館の展示見学により理解を深めトチの実を用いた料理がつくられた。
を深めトチの実を用いた料理がつくられた。
7)は東日本大震災が発生した年である。八戸 2011は東日本大震災が発生した年である。八戸2011 年度
年度 7)
高専では河村教授を中心に野田村震災復興支援が展開さ高専では河村教授を中心に野田村震災復興支援が展開され、専攻科生もエンジニアリングデザインの授業というれ、専攻科生もエンジニアリングデザインの授業という縛りはあったが、復興支援という地域貢献に関与するこ縛りはあったが、復興支援という地域貢献に関与することができた。多摩川精機からの課題では、この後のセグとができた。多摩川精機からの課題では、この後のセグ
ウェイ開発に続くジャイロセンサを用いた二輪ロボット
ウェイ開発に続くジャイロセンサを用いた二輪ロボットの開発が行われた。2011
2011 年度は多摩川精機の福地工場と年度は多摩川精機の福地工場との開発が行われた。
三沢工場の企業見学に加え、ロボット需要を知るため東三沢工場の企業見学に加え、ロボット需要を知るため東京ビッグサイトで開催された「国際ロボット展」の見学
京ビッグサイトで開催された「国際ロボット展」の見学も行われた。是川縄文館からの課題は、当初、考古学でも行われた。是川縄文館からの課題は、当初、考古学では使用されていない分析方法の提案であったが、授業期は使用されていない分析方法の提案であったが、授業期間内での学生の課題理解が不十分だったため、土器その間内での学生の課題理解が不十分だったため、土器そのものを高専所有の分析機器で成分解析し得られた知見をものを高専所有の分析機器で成分解析し得られた知見をまとめることに変更された。原研青森研究開発センター
まとめることに変更された。原研青森研究開発センター
からの課題である「核融合炉の燃料配置の新提案」は、からの課題である「核融合炉の燃料配置の新提案」は、
学術的難易度が高かったが実験により熱伝達特性を調査
学術的難易度が高かったが実験により熱伝達特性を調査するところまで到達することができた。
するところまで到達することができた。
なお、2011 年度から外部講師、担当学生、海外研修学
年度から外部講師、担当学生、海外研修学
なお、2011

18

沢村利洋
沢村利洋

生それぞれの考え共有の場として報告会後に情報交換会
2.2 開講単位の変遷を開催している。
 2010 年に ED 科目は導入されたが、学位授与機構にカ2011 年度の講義内容は授業スキームとともに、高専機
リキュラムとして認定されるまでの2010、2011 年度は8)に構の「エンジニアリングデザイン教育事例集 vol.5」年度
試行期間という位置づけで実施された。また、2009掲載された。 IUT への海外研修は春季に実施されていたまで、リール
ため前期授業時期と重なっていた。派遣学生は前期開講
3.2 海外研修との並列開講期
科目単位取得には帰国後の放課後の補講が必要となり、（2012 年度、2013 年度）
派遣学生にも教員にも負担になっていた。その状況改善 2012 年度専攻科にはJABEE の新審査基準に対応したのため、2010
年度以降、専攻科
1 年後期を前半と後半に新カリキュラムが導入された。導入にあたって、2004
年
分け、前半には座学科目は入れず、海外研修、長短期イ
度より実施されてきた約3 ヵ月のフランス海外研修ではンターンシップ、ED等で自由に活動できる期間として
ED II を受講できず、新審査基準に対応したエンジニアいる。2010、2011
年度は、表 1 に示すように、前期に既リングデザイン要素を満たせないことが問題となった。
存科目である社会技術システム工学で1 単位、後期前半
そこで、
2012年度以前の専攻科生の海外研修報告会や担に学外研修の 1 単位として実施した。
当教員の海外視察報告から、研修先で行う活動はエンジ
2012 年度、学位授与機構に ED 科目を含む新カリキュ
ニアリングデザイン的要素を満たしているだろうと判断
ラムが承認され
ED 科目が正規科目として開講される。
し、2012、2013
ED IIB とし2012 年度と 2013年度は、海外研修の一部を
年度は、海外研修にもエンジニアリンて 1 単位科目に設定し、地域学外機関からの課題解決を
グデザイン要素を組み込むことを試みた。前期に
ED I
目的とする
ED IIA との選択必修とした。以下、ED
IIAを
1 単位実施し、後期前半に
ED IIA を国内エンジニアの実施内容について報告する。
いにもある程度の物品を購入できる補助金が2010 年度
9) 2012 年度 の連携機関は前年度と同様であった。多摩以降途切れず続いている。
川精機からの課題は前年度の二輪ロボットを発展させセ2010 年度は、八戸高専学内教育研究プロジェクトに採グウェイの開発を行い、前進後退が可能なマシンを完成
択され試行期間の準備に活用できた。2011 年度は前年度させた。また、多摩川精機の福地工場見学だけでなく、の実績をもとに高専機構企業技術者等活用プロジェクト
製造業従事者の海外での働き方を知る目的で、八戸高専に申請した「地域資源を活用した集中型 ED プログラム
非常勤講師であり元多摩川精機八戸事業所所長であった～多様な地域課題に対応可能な専攻科におけるエンジニ
正木氏の協力の下、担当学生
3 人全員が年度末に 4 日間
アリングデザイン教育～」が採択された。この助成金は
中国太倉市にある日系企業
3 社（多摩川精密電気、日精2013 年度までの 3 年間活用することができた。2014
年
樹脂機械、アルパイン）を見学した。是川縄文館の課題
度は文部科学省「地(知)の拠点整備事業（通称 COC 事業）」
は海浜部と山間部とで発掘された土器の成分調査を行いの申請に ED を組み込み採択された。しかし、本事業補
作り方や用途を比較することであった。土器の理解のた
助金の使用許可は 2014 年 12 月に下りたため当該年度のめ、担当講師による八戸市博物館および是川縄文館の説
ED II は延期され、次年度の 2015 年度に 1,2 学年合同で明付き見学のほか、
八戸地域研究所の分析機器の借用や、実施された。それ以降、八戸高専 COC が弘前大学 COC+
実際の発掘現場に行き発掘体験を行ったりした。原研青に組み込まれるなど多少の状況の変化はあったが、事業
森研究開発センターからの課題は核融合炉の大型セクタ終了の2019 年度までは本事業費が活用できている。
ー移動方法の検討であった。おおよそ幅 1.6m×奥行 7m
×高さ14m
重量 530t に及ぶ巨大な物体の、放射線の影
2.4 ED
スキーム概略
響のない機械的な移動方法を提案するというものである。
ED のスキームを図 1 に示す。この図は、高専機構企

リングデザイン、ED IIB を海外エンジニアリングデザイ
業技術者等活用プロジェクト採択時のコンセプト図であ
表
2
ED
II
の連携機関および実施テーマ一覧（2010～2016年度）
ンと位置づけ実施した。しかしながら、海外研修先のすり、今日まで基本的にこの流れで実施している。
担当学生コース
べてで本科目の意義と必要とされる実施内容および評価
 実施課題には、工学とは一見無関係な地域の学外機関
年度
テーマ
連携機関等
$60 $6($&$=
方法を十分に理解してもらうことは困難であり、また、が所有している多様かつ学際的な問題を取り上げている。
多摩川精機


 トラックボール装置の製作と試験
海外研修を学外研修とED IIB の 2 科目で評価するといこれは、前述の授業コンセプトから、担当学生が自分の縄文プロジェクト
是川縄文館
Universal
Designの設計
デザコン2010in八戸参加

う単位取得の考え方も煩雑であった。
専門外の分野において工学や自分の専攻がどのように活構造デザインコンペティション
デザコン2010in八戸参加
 そこで、2015 年度からは、全員が履修する ED I は継用できるか、また、グループ内で自分の貢献できる役割
 ACサーボモータおよびジャイロセンサを使った新しいアプリケーションの製作
多摩川精機



続して必修科目として開講され、EDの後半は、学外研
は何か考えることを目的にしている。この目的と地域貢
貝塚―環境と人々のくらし
是川縄文館


核融合炉工学
原研青森研究開発センター
修(1～4 単位)とエンジニアリングデザイン科目 ED II(1
献の観点から、八戸高専に馴染みのある工学系企業の課流された写真処理と防寒対策
野田村震災復興単位)のふたつに明確に区別され両者の選択とされ、現在題だけでなく、医療系や美術系など高専生に馴染みの薄 サーボモータとジャイロセンサーを用いたセグウェイの開発
多摩川精機


に至っている。
い分野の学外機関との連携も目指した。
「土器づくりの地域性」について
是川縄文館



セクター保守方式における移動方法の検討
原研青森研究開発センター
講師には、各機関で実務の第一線で活躍している中堅
津波災害時案内標識について
野田村震災復興


2.3
実施経費
の方にお願いし、授業を進める中で報連相など社会的コ サーボモータとジャイロセンサーを用いたセグウェイの開発
多摩川精機


科目の展開におけるアイデア実現の自由度は、経新規のクリオネ飼育用水槽の開発
水産科学館マリエント




 ED
ミュニケーションスキルの向上を目指した。
水族館展示コーナーにおける新たな展示品の考案
水産科学館マリエント
費規模に左右された。今日に至るまで、経費の使用時期
 実施にあたって、各課題につき、できるだけ専攻が異臭いを抑制するオムツの開発
八戸市立市民病院

の制約等で実施期間等に支障が出たこともあったが、幸経鼻栄養チューブの先端位置確認方法の提案
八戸市立市民病院

核融合炉ダイバータにおける高熱負荷の除去1

原研青森研究開発センター







核融合炉ダイバータにおける高熱負荷の除去2

原研青森研究開発センター







南部サポートソサエティ







美術館照明の改善

八戸市美術館

参加型美術館に必要な施設の検討

八戸市美術館

八戸高専周辺の地域防災マップの作成

田面木地区連合町内会







田面木地区の防災活動

田面木地区連合町内会



工場排水時のエネルギーを用いた小水力発電 ～腐食の影響分析

大平洋金属



工場排水時のエネルギーを用いた小水力発電 ～設置位置の提案

大平洋金属



八戸市立市民病院



大水槽清掃ロボットの製作

水産科学館マリエント

核融合原型炉におけるブランケットセグメントの交換手法検討

原研青森研究開発センター

就職説明会用プロモーションビデオの作成

セイシンハイテック

知名度アップのためのポスター制作

アルバック東北

八戸市新美術館開館に向けた検討

八戸市美術館

田面木地区避難訓練から見える地方都市における事前防災の課題

田面木地区連合町内会

表
1 ED 科目の開講単位と経費の変遷
ハウス用暖房機の可搬性向上 点滴スタンドの安全性と利便性の向上
































図 1 ED スキーム概略












八戸高専専攻科エンジニアリングデザイン科目の変遷
八戸高専専攻科エンジニアリングデザイン科目の変遷

なる
3 名程度を 1 グループとした。そのため、各年度の本課題においては、8月末から 3 日間の那珂核融合研究
テーマは、海外研修学生が確定しED 受講学生の人数が所と高エネルギー加速器研究機構の見学と、続けて 12 日定まった時点で、協力して下さる学外機関との調整によ間の大洗研究開発センターでの研修講座の受講が行われり決定された。
た。野田村復興支援における課題では、必要な津波災害
時案内標識を、現地のフィールドワーク調査と住民アン
本授業の最終的な目標は 2 つある。一つは、2.1 で示した人材を養成することであり、もう一つは、本授業によケート調査により考察し、その結果をもとに標識のデザる課題解決により地域貢献を実現し地域活性の一助とすインを行い、最終的には調査報告書が野田村役場に提出ることである。そのため、発表会は外部に対してオープされた。
ンにして行った。
 2013 年度 10)は、ほとんどの学生が海外研修を選択した

ため国内に残る学生は 2 名だけであった。そのため、実2.5 授業内容
施された課題は多摩川精機からの1 件だけであった。課
授業は、その年度の事情により多少の実施時期や進め
題内容は、前年度開発されたセグウェイを前後左右およ方に違いはあったが、2010 年度の試行から基本的に図 2
び速度調整可能なものにバージョンアップさせることでのように実施している。
あった。ACと AZ の学生のみで実施されたが、平らな場

最初に、専攻科
1 年必修科目の ED I で、ED 授業の説
所での自由な移動が可能なマシンが完成した。開発の過明と 5 名程度の各学外連携機関の講師によるそれぞれの程においては、PM（Project Management）の手法を PMI
11)。本セグウェイは、業界の実情と課題説明の講演が行われた。学生は、各講の講師の協力のもと導入してみた
演後に
A4 用紙 1 枚の授業内容メモを提出し、また、講11 月に東京ビッグサイトで開催された国際ロボット展に演最後に提示される課題を
A4 用紙 1 枚にまとめて次の展示され、担当学生は多摩川精機ブース内での自分達が回に提出した。
製作したマシンの説明を受け持った。また、2月には中国太倉市および上海市にある日系企業
ED I 終了後、海外研修に行く学生を除く全学生が、提（多摩川精密電気、
示されたその年度の実施テーマから希望のものを選択し、
上海信泰鹿島電子）、取引先の中国系（HRT、衆豊）、台さらに調整のうえ、グループが決定された。
金益成、洋保電子）計 6 社の企業見学を 3 泊
湾系企業（
 日で行った。また、この年には、6
その後は、各グループごとでの活動になる。ED担当
4
月に ED I で PMI
教員の役割は、授業の進捗状況の把握と必要物品購入や事務局長
田坂氏による講演が実施され、8 月には、専攻
授業内容の記録等での事務との連携、学生と学外講師と科生、ED 担当講師、八戸高専教職員の希望者を対象に、のやり取りの確認が主たる業務であり、授業の進行は授
プラネット
中嶋秀隆 社長 による PM 研修会が開催さ
11)。
業コンセプトを理解した学外講師にほぼ一任した。
れた ED II では、初回はアイスブレーキング等によるメンバー紹介と課題背景の詳細説明の後、
年度）
3.3 独立科目として（2014～2016 課題が設定された。
課題はあらかじめ準備されている場合もあれば、背景説
 2014 年度は八戸高専 COC 事業の採択の通知が届いた明をもとに学生が課題を見つけ出して設定する場合もあため、実施経費にその補助金を見込んでいた。しかしなった。その後は、学生がグループごとに集まり自主的にがら、実際に使用可能になったのが年末だったため、2014

年度の ED II は延期され、翌 2015 年度に専攻科 1、2 年合同で実施された。COC 事業において専攻科エンジニア
リングデザインは地域貢献・活性化の事業の柱の一つとして考えられていた。これらのことから、2015 年度の連携機関とテーマ数は表 3 に示されるように多種多様であった。また、八戸高専は 2015 年度の JABEE 継続審査を受けず JABEE 認定を外れたため、エンジニアリングデ
ザイン要素のある授業の縛りが緩くなった。加えて、海外研修先の増加により研修先での活動も多様化してきた。
そこで、ED IIB として実施していた海外研修は、学外研修単位に戻し、ED IIA を ED II と独立させて開講するようになった。
12)
新2015 年度の活動内容
図 2 EDにおける特記事項を述べる。
授業の進め方たな連携機関に、以前から医工関連で協力いただいてい19

進めるが、進捗状況は逐一メールで学外講師に報告し、た八戸市立市民病院が入り、野沢臨床工学技士から医療
また、定期的に学外講師との打合せを行い、期間内でのにおける工学的課題が提示された。また、八戸市美術館
解決を目指し活動した。また、どのテーマにおいても、
からは、まず、美術分野における工学的課題の一つとし現場を知ることが必要であると考え、施設見学等学外でて小規模美術館における照明問題が提示され、担当学生の見学や実習が組み込まれた。
は八戸市美術館と七戸鷹山美術館の施設見学行い課題解活動の成果は報告会で学内外に公表し、また、専攻科決を試みた。また、2011
年オープン予定の八戸の新美術生の学位取得に必要な学修成果レポート作成の練習も兼館には「共育」を担う「エデュケーションセンター機能」
ねて、学修成果レポートと同様のフォーマットを用いたが備えられることが明記 13)されているが、それに対する
成果レポートの提出を必須とした。評点は、担当学外講
高専生を含む地元の理工系学生のアクティビティの提案
師とED 担当教員およびグループ内学生相互評価によるが課題とされた。水産科学館マリエントからは、新規展
取り組み評価（40%）
、全学外講師と ED 担当教員による示企画の提案と、結露対策が施されたクリオネ飼育用水報告会のプレゼン評価（40%）
、ED 担当教員による成果槽の開発が課題として提示された。クリオネ飼育用水槽
レポート評価（20%）により求められた。
は担当学生の強い要望により授業期間後も改善が行われ、現在、実際の展示に使用されている。工場の廃熱水の流14)は、八戸地域高度技術
3. 実施内容
れを活用した小水力発電の開発
振興センター高度技術利用研究会のテーマ別研究会の一3.1 試行期間（2010 年度、2011 年度）
つであり、設置場所である大平洋金属を中心とした地元
 2010 年度から 2016 年度までの実施テーマ一覧を表 2
企業と八戸高専とで構成される小水力利活用委員会を主に示す。ED 科目の初年度の 2010 年度 6)は、八戸高専体組織として展開していた。その開発課題の一部を ED
OB のいる多摩川精機と、田面木塾で館長とのつながりの中で実施した。
ができていた是川縄文館に本授業コンセプトの理解をい2016 年度 15)は、新たに COC 事業の協力機関である青ただきそれぞれ 1 テーマずつ受け持っていただいた。ま森県三八地域県民局・八戸インテリジェントプラザ主催
た、2010 年度は、八戸で全国高等専門学校デザインコンの「地域ぐるみによる三八地域ものづくり産業人材育成
ペティションが開催された。専攻科からは ED 科目にテ事業」の一環として地域企業のプロモーションツール制
ーマを取り入れ 2 件応募した。ただ、この応募のため、作に取り組んだ。セイシンハイテックとの成果は本事業グループ構成に専攻の偏りが生じた。多摩川精機からのコンテストにおいて最優秀賞を獲得した。2016 年度の成課題では実際の製造現場を知るため八戸事業所を見学し、果報告会は、11 月に八戸商工会館で開催された八戸高専
是川縄文館からの課題では縄文館の展示見学により理解
COC フォーラムの 1 セッションとして実施された。
を深めトチの実を用いた料理がつくられた。
 2011 年度 7)は東日本大震災が発生した年である。八戸
4. ED の成果と課題
高専では河村教授を中心に野田村震災復興支援が展開さ
れ、専攻科生もエンジニアリングデザインの授業という毎年のことだが、美術館、博物館といった地元の施設
縛りはあったが、復興支援という地域貢献に関与するこに行ったことのない専攻科生が多くいる。ED におけるとができた。多摩川精機からの課題では、この後のセグ
美術館館長や是川縄文館学芸員の講演を聴講したり、実ウェイ開発に続くジャイロセンサを用いた二輪ロボット
際に施設を見学したりすることで、地元の観光資源や工の開発が行われた。
2011 年度は多摩川精機の福地工場と学以外の分野に興味を抱いた学生が多くいた。本授業は三沢工場の企業見学に加え、ロボット需要を知るため東「地域を知る」機会になったことであろう。
京ビッグサイトで開催された「国際ロボット展」の見学
学外講師とのやり取りを見ていると、当初は、友達感も行われた。是川縄文館からの課題は、当初、考古学で覚のメール連絡しかできなかったり、打ち合わせ時に議は使用されていない分析方法の提案であったが、授業期論に入らなかったりする学生もいた。しかしながら、担間内での学生の課題理解が不十分だったため、土器その当講師の社会マナーの指導や学生間の注意により徐々にものを高専所有の分析機器で成分解析し得られた知見を
グループ内での自分の役割を理解し積極的に関わるようまとめることに変更された。原研青森研究開発センターに成長していった。このような、外部とのコミュニケー
からの課題である「核融合炉の燃料配置の新提案」は、
ションスキルの向上が全体的に見られた。
学術的難易度が高かったが実験により熱伝達特性を調査
臨床工学技士という医療における工学的な職業や、美するところまで到達することができた。
術等の様々な分野における工学的課題の存在を知ること
なお、2011 年度から外部講師、担当学生、海外研修学ができ、世の中をこれまでよりいくらか広い視野で見る

20

沢村利洋
沢村利洋

こともできるようになったのではないだろうか。
2.2 開講単位の変遷
 多摩川精機のセグウェイやマリエントのクリオネ水槽
2010 年に ED 科目は導入されたが、学位授与機構にカなど成果物がその連携機関にとって実際に役立つものとリキュラムとして認定されるまでの 2010、2011 年度はなった例もあり、一定の地域貢献が果たせたと考える。
試行期間という位置づけで実施された。また、2009 年度
デザインコンペティションなど様々なコンテストへのまで、リール
IUT への海外研修は春季に実施されていた
応募作品の製作自体をED のテーマとする可能性も示さため前期授業時期と重なっていた。派遣学生は前期開講れた。同様に、EDから派生した中国日系企業見学や原科目単位取得には帰国後の放課後の補講が必要となり、派遣学生にも教員にも負担になっていた。その状況改善
研施設での研修などからは、EDにおける国内外での実のため、2010 年度以降、専攻科 1 年後期を前半と後半に施研修の可能性がうかがえる。
分け、前半には座学科目は入れず、海外研修、長短期イ
一方で、実施期間が実質 3 ヵ月間と短かったことから、
ンターンシップ、ED 等で自由に活動できる期間として
背景理解やアイデア出しに十分な時間がとれなかったりいる。2010、2011 年度は、表 1 に示すように、前期に既して、当初の目標まで達成できた例は少なかった。その存科目である社会技術システム工学で 1 単位、後期前半
ため、学生は未知の分野に関わったことで楽しく受講でに学外研修の 1 単位として実施した。
きたようだが、授業全体に対しての満足度は年度によっ 2012 年度、学位授与機構に ED 科目を含む新カリキュては高くはなかった。
ラムが承認され
ED 科目が正規科目として開講される。
この実施期間の短さは、本ED 授業が補助金に依存し2012 年度と 2013 年度は、海外研修にもエンジニアリンていることも一因であった。しかしながら、現在の授業
グデザイン要素を組み込むことを試みた。前期にED I
形態では一定の経費が必須であり、また、実際のところ、を1単位実施し、後期前半に
ED
IIA
を国内エンジニア
活用できる金額が多ければ、製作コストの縛りが緩くな
リングデザイン、ED IIB を海外エンジニアリングデザイ
り、学生のアイデアもより実現しやすくなった。
ンと位置づけ実施した。しかしながら、海外研修先のす本授業は、講義のほとんどを外部講師に一任してはいべてで本科目の意義と必要とされる実施内容および評価
たが、担当教員は学内外の連携、学生の進捗状況や外部方法を十分に理解してもらうことは困難であり、また、
講師とのやり取り等を常に確認する必要があり、テーマ
海外研修を学外研修と ED IIB の 2 科目で評価するとい数が増えるにつれ、その負担は増大した。授業コンセプ
う単位取得の考え方も煩雑であった。
トを理解して、どのテーマも一定の評価基準にするため
 そこで、2015 年度からは、全員が履修する ED I は継には、全テーマに関わる教員を配置する必要があったた
続して必修科目として開講され、EDの後半は、学外研
め、なかなか複数教員での実施は難しかった。
修(1～4 単位)とエンジニアリングデザイン科目 ED II(1単位)のふたつに明確に区別され両者の選択とされ、現在
5. まとめに至っている。
 八戸高専エンジニアリングデザイン科目は、JABEE 対
応から始まり、多くの地域の連携機関の協力を得て実施
2.3 実施経費
2015 年度に八戸高専は JABEE 認定校をやされてきた。
ED 科目の展開におけるアイデア実現の自由度は、経めたが、エンジニアリングデザイン能力は、「高専機構費規模に左右された。今日に至るまで、経費の使用時期16)で技術者に必要とモデルコアカリキュラム（MCC）」の制約等で実施期間等に支障が出たこともあったが、幸される能力の一つに定められており、その教育における重要性は導入当初から変わっていない。また、本校 ED

表 1 ED 科目の開講単位と経費の変遷で実施し可能性を模索してきた「地域課題発見・解決」、「各種コンテストへの応募」、「(技術者としての国際)共同教育」等は、高専機構の掲げる「MCC に基づく高専教育のアクティビティ例 17)」として示されている。さらに、
第 5 期科学技術基本計画 18)で提唱された「Society5.0」
では、社会の価値観の多様性とそれに対応できる柔軟性

して組織的なバックアップを受けられる体制が整った。
いにもある程度の物品を購入できる補助金が 2010 年度
カリキュラム改正も定期的に行われ、ED
導入当初と大以降途切れず続いている。
きく変わってきた。そのため、本科との連携、学士課程2010 年度は、八戸高専学内教育研究プロジェクトに採における位置づけなど、授業のあり方を再考する時期に択され試行期間の準備に活用できた。2011 年度は前年度来ていると考えられる。
の実績をもとに高専機構企業技術者等活用プロジェクト
また、地域との連携を促進し、ED 科目においても重に申請した「地域資源を活用した集中型
ED プログラム
要な資金源であった
COC(+)事業は 2019 年度をもって終～多様な地域課題に対応可能な専攻科におけるエンジニ
アリングデザイン教育～」が採択された。この助成金は了する。今後の実施経費の工面と合わせて現在における2013 年度までの COC
3 年間活用することができた。2014年
最適な実施形態、事業で展開していたイノベーショ
度は文部科学省「地(知)の拠点整備事業（通称 COC 事業）」
ンベンチャーコンテストやライフ研究成果報告会など地の申請に ED を組み込み採択された。しかし、本事業補
域への発信事業とED の関わり等、検討課題は多い。
助金の使用許可は2014 年 12 月に下りたため当該年度の八戸高専エンジニアリングデザイン科目の導入検討開ED II は延期され、次年度の当初の設計が今日の時流にそ2015 年度に 1,2 学年合同で始から10 年が経過した今、実施された。それ以降、八戸高専 COC が弘前大学 COC+
ぐわなくなってきている可能性がある。今後の専攻科教に組み込まれるなど多少の状況の変化はあったが、事業育の柱をどのように設定するのか再考が必要であろう。
終了の 2019 年度までは本事業費が活用できている。
謝 辞
2.4 ED スキーム概略
本授業は、歴代の専攻科委員、連携外部機関、関連す
ED のスキームを図 1 に示す。この図は、高専機構企る教職員の方々から多大な協力と支援を受けてきました。
業技術者等活用プロジェクト採択時のコンセプト図であまた、八戸高専学内プロジェクト経費、高専機構企業技
り、今日まで基本的にこの流れで実施している。
術者等活用プロジェクト経費、文部科学省 COC 事業経 実施課題には、工学とは一見無関係な地域の学外機関
費の一部の助成を受けました。ここに記して心から感謝が所有している多様かつ学際的な問題を取り上げている。
申し上げます。
これは、前述の授業コンセプトから、担当学生が自分の専門外の分野において工学や自分の専攻がどのように活参 考 文 献用できるか、また、グループ内で自分の貢献できる役割
エンジニアリング・デザイン教育の審査方針 、-$%(( ホーは何か考えることを目的にしている。この目的と地域貢
ム ペ ー ジ 、 KWWSVMDEHHRUJGRFHQJLQHHULQJBGHVLJQB
献の観点から、八戸高専に馴染みのある工学系企業の課
EBSGI、  
題だけでなく、医療系や美術系など高専生に馴染みの薄い分野の学外機関との連携も目指した。
-$%(( におけるエンジニアリング・デザイン教育への対応
基本方針、-$%(( ホームページ、KWWSVMDEHHRUJGRF
講師には、各機関で実務の第一線で活躍している中堅
HQJLQHHULQJBGHVLJQBDSGI、  の方にお願いし、授業を進める中で報連相など社会的コ
国立高専の現状と展望、四ツ柳隆夫、 巻  号、SS、
ミュニケーションスキルの向上を目指した。
 
 実施にあたって、各課題につき、できるだけ専攻が異の取り組みと成果、原野智也他  名、工学教育、 巻 
号、SS、  

日 本 式 産 学 官 連 携 教 育 実 践 への 調 査 研 究 、 池 田 千 里  他 
名、工学教育、 巻  号、SS、  

平成  年度エンジニアリングデザイン報告会概要集、八

平成  年度エンジニアリングデザイン報告会概要集、八エンジニアリングデザイン教育事例集 1R、高専機構ホー

戸高専専攻科、  
戸高専専攻科、  が求められている。

ム ペ ー ジ 、 KWWSVZZZNRVHQNJRMS3RUWDOV

八戸高専では、2015 年度から本科で四学期制とアクテ

UHVRXUFHVOHWWHUNRXKRXHQJLQHHULQJGHVLJQBYSGI 、 

ィブラーニングを目的の一つとした自主探求が始まった。
2016 年には国際交流センターが設置され海外研修に対ものづくりエリート技術者養成コーオプ教育プロジェクト

図 1 ED スキーム概略
平成  年度エンジニアリングデザイン報告会概要集、八八戸高専専攻科エンジニアリングデザイン科目の変遷
八戸高専専攻科エンジニアリングデザイン科目の変遷

なる戸高専専攻科、3 名程度を 1 グループとした。そのため、各年度の 
テーマは、海外研修学生が確定しED 受講学生の人数が 平成  年度エンジニアリングデザイン報告会概要集、八定まった時点で、協力して下さる学外機関との調整によ
戸高専専攻科、   八 戸 工 業 高 等 専 門 学 校 と の コラ ボ レ ー シ ョ ン 活 動  結 果報
り決定された。
告、30, ホームページ、KWWSVZZZSPLMDSDQRUJQHZV 本授業の最終的な目標は
2 つある。一つは、2.1 で示し
LQIRBBBDFDGHPLFBFROODERUDWLRQB+$&+,12+(SKた人材を養成することであり、もう一つは、本授業によS、  
る課題解決により地域貢献を実現し地域活性の一助とす 平成  年度エンジニアリングデザイン報告会概要集、八ることである。そのため、発表会は外部に対してオープ
戸高専専攻科、  
ンにして行った。


八戸市新美術館整備基本構想、八戸市ホームページ、KWWSZZZFLW\KDFKLQRKHDRPRULMSLQGH[FIP

2.5 授業内容
KWPO、   授業は、その年度の事情により多少の実施時期や進め 平成  年度事業報告書、八戸インテリジェントプラザホー
方に違いはあったが、2010 年度の試行から基本的に図 2
ム ペ ー ジ 、 KWWSZZZKDFKLQRKHLSFRMSFHQWHUBSGIのように実施している。
FHQWHU+MLJ\RXBKRXNRNXSGI、   最初に、専攻科
1 年必修科目の ED I で、ED 授業の説
平成  年度エンジニアリングデザイン成果発表概要集、
明と八戸高専専攻科、5 名程度の各学外連携機関の講師によるそれぞれの 
業界の実情と課題説明の講演が行われた。学生は、各講 モデルコアカリキュラムガイドライン、国立高等専門学
演後に
A4 用紙
枚の授業内容メモを提出し、また、講校機構、
1 演最後に提示される課題を
A4 用紙 1 枚にまとめて次の モデルコアカリキュラムに基づく高専教育、国立高等専門回に提出した。
学校機構、  
第I 終了後、海外研修に行く学生を除く全学生が、提期科学技術基本計画、内閣府ホームページ、
 EDKWWSVZZZFDRJRMSFVWSNLKRQNHLNDNXLQGH[
示されたその年度の実施テーマから希望のものを選択し、
KWPO、  
さらに調整のうえ、グループが決定された。
 その後は、各グループごとでの活動になる。ED 担当（原稿受付： 年  月  日）
教員の役割は、授業の進捗状況の把握と必要物品購入や授業内容の記録等での事務との連携、学生と学外講師とのやり取りの確認が主たる業務であり、授業の進行は授業コンセプトを理解した学外講師にほぼ一任した。
 ED II では、初回はアイスブレーキング等によるメンバー紹介と課題背景の詳細説明の後、課題が設定された。
課題はあらかじめ準備されている場合もあれば、背景説
明をもとに学生が課題を見つけ出して設定する場合もあった。その後は、学生がグループごとに集まり自主的に

図 2 ED 授業の進め方

21

進めるが、進捗状況は逐一メールで学外講師に報告し、また、定期的に学外講師との打合せを行い、期間内での解決を目指し活動した。また、どのテーマにおいても、現場を知ることが必要であると考え、施設見学等学外での見学や実習が組み込まれた。
活動の成果は報告会で学内外に公表し、また、専攻科生の学位取得に必要な学修成果レポート作成の練習も兼ねて、学修成果レポートと同様のフォーマットを用いた
成果レポートの提出を必須とした。評点は、担当学外講師と ED 担当教員およびグループ内学生相互評価による
取り組み評価（40%）
、全学外講師と ED 担当教員による報告会のプレゼン評価（40%）
、ED 担当教員による成果
レポート評価（20%）により求められた。
3. 実施内容
3.1 試行期間（2010 年度、2011 年度）
 2010 年度から 2016 年度までの実施テーマ一覧を表 2に示す。ED 科目の初年度の 2010 年度 6)は、八戸高専
OB のいる多摩川精機と、田面木塾で館長とのつながりができていた是川縄文館に本授業コンセプトの理解をいただきそれぞれ 1 テーマずつ受け持っていただいた。また、2010 年度は、八戸で全国高等専門学校デザインコン
ペティションが開催された。専攻科からは ED 科目にテーマを取り入れ 2 件応募した。ただ、この応募のため、グループ構成に専攻の偏りが生じた。多摩川精機からの課題では実際の製造現場を知るため八戸事業所を見学し、是川縄文館からの課題では縄文館の展示見学により理解を深めトチの実を用いた料理がつくられた。
 2011 年度 7)は東日本大震災が発生した年である。八戸高専では河村教授を中心に野田村震災復興支援が展開され、専攻科生もエンジニアリングデザインの授業という縛りはあったが、復興支援という地域貢献に関与することができた。多摩川精機からの課題では、この後のセグ
ウェイ開発に続くジャイロセンサを用いた二輪ロボットの開発が行われた。2011 年度は多摩川精機の福地工場と三沢工場の企業見学に加え、ロボット需要を知るため東京ビッグサイトで開催された「国際ロボット展」の見学も行われた。是川縄文館からの課題は、当初、考古学では使用されていない分析方法の提案であったが、授業期間内での学生の課題理解が不十分だったため、土器そのものを高専所有の分析機器で成分解析し得られた知見をまとめることに変更された。原研青森研究開発センター
からの課題である「核融合炉の燃料配置の新提案」は、
学術的難易度が高かったが実験により熱伝達特性を調査するところまで到達することができた。
なお、2011 年度から外部講師、担当学生、海外研修学

八戸工業高等専門学校紀要                                     23
第号  （）組み込みロボット授業における地域企業と連携したものづくり技術交流の実践(3)細川靖* ・ 吉田 雅昭** ・ 松橋 信明* ・ 野中 崇* ・ 遠田 達也†

Craftsmanship Tchnology Exchange which Cooperated with the Local Company on Handicraft Class of Line-following
Robots by Microcomputers (3)Yasushi HOSOKAWA, Masaaki YOSHIDA, Nobuaki MATSUHASHI, Takashi NONAKA, Tatsuya TOHDA* 産業システム工学科 電気情報工学コース** 総合科学教育科† 教育支援センター

Keywords : 鉛フリーはんだ， Arduino， はんだ付け講習会， すずメッキ線， スイッチ基板工作， 工場見学
1. はじめに
八戸工業高等専門学校 以後、本校と略す の産業シス
テム工学科電気情報工学コース第３学年では、図１に示すライントレースを自作ロボットで行う授業「ロボットエレクトロニクス」を行っており、筆者らはこれまで鉛フリーはんだ付けによるマイコン基板の工作の実践１）や、本校の鉛フリー化を推進するために各コースの協力を得て行った調査２）について述べた。前稿３）では、平成 29 年
度電気情報工学コース第３学年生の鉛フリーはんだ付け技術の向上を目指し、地域企業と連携したものづくり技術の交流の実践として、すずメッキ線を用いたスイッチ
基板工作と、地域のものづくり企業の工場見学を行った。
その結果として、学生の工作技術の向上と学習意欲向上
が確認できたことを報告した。
本稿では、前稿３）に引き続き平成 30 年度電気情報工学
コース第３学年生の鉛フリーはんだ付け技術の向上を目
指し、地域企業と連携したものづくり技術の交流の実践として、すずメッキ線を用いたスイッチ基板工作と、その評価を行った。さらに地域のものづくり企業の工場見学を行ったので報告する。


図 1 ロボットエレクトロニクス授業風景
2. 鉛フリーはんだ付けマイコンボード工作と調査

2.1 平成 30 年度のマイコンボード工作の実施
 電気情報工学コース第３学年では、「ロボットエレクトロニクス」の授業にて組み込み技術を学ぶため、Arduino
４）の秋月電子通商製互換マイコンボード５）を用いる。このボードは未完成品なので、はんだ付け工作をする必要がある。本稿では前稿３）と同様に夏学期の実験実習時間を活用して、鉛フリーはんだのはんだ付けと鉛の環境への影響についてパワーポイントで説明を行った後、温度調節付のはんだごてと専用こて先などの工具や自作の工作マニュアルを用い、練習用基板で鉛フリーはんだ付けの練習を行い、その後にマイコンボードのはんだ付け工作を行った。
 はんだ付け工作のサポート教員は細川と、第３学年実験実習担当の野中崇先生、佐々木修平先生、遠田技術職員の計４名で行った。工作実施日は平成 30 年 7 月 20 日
金  と 7 月 27 日（金）の 9:00～12:00 の２回で合計 5
時間と、ほぼ前年度と同等の時間とした。
反省点は、学生側の工作ミスとして、,& ソケットを逆にはんだ付けした者や、ジャンパピンの長い方と短い方を間違え逆にはんだ付けした者が多数であった。これらのトラブルがあった学生達もサポート教員の対処により、最終的に工作した 39 名全員がマイコンボードを動作させた。鉛フリーはんだ付けによるマイコンボード工作後の動作率は平成 24 年度が 98％であったが、平成 25 年度
から６年連続で 100％となり、満足できる結果であった。

2.2 マイコンボード工作のアンケート調査項目と結果
マイコンボード工作後に、筆者らが想定した工作時間、説明などが十分で学生達が工作できたか評価を行うため、
電気情報工学コース第３学年の 39 名を対象にアンケー

24

細川
靖・吉田雅昭・松橋信明・野中 崇・遠田達也
崇・遠田達也細川 靖・吉田雅昭・松橋信明・野中

ト調査を行った。十分が５、不十分が１の５段階評価とト調査を行った。十分が５、不十分が１の５段階評価とし、集計を遠田技術職員が担当した。以下にその調査項し、集計を遠田技術職員が担当した。以下にその調査項
３）の平成 29 年度アンケー目を示す。また、表
1 に前稿
に前稿３）
目を示す。また、表 1の平成 29 年度アンケー
ト調査結果と平成
30
年度のアンケート調査結果比較を、
ト調査結果と平成 30 年度のアンケート調査結果比較を、
図22 にアンケート調査結果のグラフを示す。青は前年度にアンケート調査結果のグラフを示す。青は前年度
図とほぼ同様、橙は平均以下、緑は前年度以上である。
とほぼ同様、橙は平均以下、緑は前年度以上である。
１）工作時間は十分か
１）工作時間は十分か
２）抵抗器・コンデンサ・水晶振動子の実装
２）抵抗器・コンデンサ・水晶振動子の実装
３）IC ソケットの実装
ソケットの実装
３）IC
４）ピンソケット（メス 1×8，１×6）の実装
1×8，１×6）の実装
４）ピンソケット（メス５）電源 IC
IC とと LED
LED の実装の実装
５）電源
６）スイッチとブリッジダイオードの実装
６）スイッチとブリッジダイオードの実装
７）ピンヘッダ（オス 2×3，1×4）の実装
2×3，1×4）の実装
７）ピンヘッダ（オス８）電解コンデンサと DC
DC ジャックの実装
ジャックの実装８）電解コンデンサと９）USB モジュールの実装
モジュールの実装
９）USB
10）マイコンの装着とジャンパピンの接続
10）マイコンの装着とジャンパピンの接続
11）プレート加工と基板固定
11）プレート加工と基板固定
12）ブートローダの書き込みと動作確認
12）ブートローダの書き込みと動作確認
13）鉛フリーはんだ付け
13）鉛フリーはんだ付け
14）鉛入りはんだの環境への影響
14）鉛入りはんだの環境への影響
15）マイコン工作は楽しかったか
15）マイコン工作は楽しかったか
16）マニュアルは理解しやすかったか
16）マニュアルは理解しやすかったか
17）マニュアルははんだ付け工作に役立ったか
17）マニュアルははんだ付け工作に役立ったか

5.0
5.0

平均値
平均値

4.0
4.0
3.0
3.0
2.0
2.0
1.0
1.0

1
2 3
3 4
4 5
5 6
6 7
7 8
8 9
9 1011121314151617
1011121314151617
1 2

問い番号
問い番号
図
図 2
2 平成
平成 30
30 年度マイコンボード工作アンケート結果
年度マイコンボード工作アンケート結果

 これらの結果を見ると、平成
30 年度は平成
年度は平成 29
29 年度に
年度にこれらの結果を見ると、平成 30
比べ全体的にほぼ同じで、全ての調査項目で 44 以上であ以上であ比べ全体的にほぼ同じで、全ての調査項目でり、達成度は十分であると言える。問い１の工作時間にり、達成度は十分であると言える。問い１の工作時間については 4.51
4.51 と前年より少し下がった。
と前年より少し下がった。実験実習の時間
実験実習の時間
ついてはで工作を進めたが工作が不得意な学生には時間が不足しで工作を進めたが工作が不得意な学生には時間が不足していることがわかった。
ていることがわかった。問い問い 13
13 の鉛フリーはんだ付けにの鉛フリーはんだ付けに関しても
4.15 と他の項目より低い。
と他の項目より低い。達成度としては十分達成度としては十分関しても 4.15と言えるが、マニュアルを基本にしていて講師による鉛と言えるが、マニュアルを基本にしていて講師による鉛フリーはんだ付けの講習を行っていないので、少し難し
フリーはんだ付けの講習を行っていないので、少し難しいと感じたようである。
問い 14
いと感じたようである。問い14 の鉛の環境影響についての鉛の環境影響について

は、4.77
4.77 と平成年度に比べ 0.4
は、と平成 2929 年度に比べ0.4 も向上した。
も向上した。パワーポ
パワーポ
イントでしっかり説明したため理解が進んだためと考えイントでしっかり説明したため理解が進んだためと考えられる。問い問い 16
16 はは 4.724.72 と平成と平成 2929 年度より向上し、
年度より向上し、問い
問い
られる。
17 は
は 4.844.84 と平成と平成 2929 年度に比べ少し低下したが、年度に比べ少し低下したが、マニュマニュ17
アルに関する評価は平成 29
29 年度とほぼ同等で、年度とほぼ同等で、カラーのカラーのアルに関する評価は平成
写真付き工作マニュアルは有用で、十分であることが確
写真付き工作マニュアルは有用で、十分であることが確
認できた。
認できた。
表 1
1 平成
年度と 30表
平成 29
29 年度と30 年度のアンケート調査の平均値比較
年度のアンケート調査の平均値比較

H29
H29 年度
年度
平均値
平均値

H30
H30 年度
年度
平均値
平均値

問
問 11
問
問 22

4.70
4.70
4.71
4.71

4.51
4.51
4.79
4.79

問 33
問
問 44
問

4.82
4.82
4.66
4.66

4.69
4.69
4.72
4.72

問
問 55
問
問 66

4.76
4.76
4.81
4.81

4.72
4.72
4.72
4.72

問
問 77
問
問 88

4.68
4.68
4.82
4.82

4.77
4.77
4.85
4.85

問
問 99
問 10
問
10

4.76
4.76
4.71
4.71

4.77
4.77
4.82
4.82

問
問 11
11
問
12
問 12

4.74
4.74
4.74
4.74

4.79
4.79
4.77
4.77

問
問 13
13
問
14
問 14

4.21
4.21
4.38
4.38

4.15
4.15
4.77
4.77

問
問 15
15
問 16
問
16

4.71
4.71
4.68
4.68

4.67
4.67
4.72
4.72

問 17
問
17
平均値
平均値

4.92
4.92
4.69
4.69

4.84
4.84
4.71
4.71

3.
3. 鉛フリーはんだ付け基礎技術習得のための基板
鉛フリーはんだ付け基礎技術習得のための基板工作練習の試行
工作練習の試行
3.1
3.1 基板工作練習の目的と経緯
基板工作練習の目的と経緯
鉛フリーはんだ付けは工作技術を必要とするので、マ
鉛フリーはんだ付けは工作技術を必要とするので、マイコンボード工作だけでは時間も短く、比較的容易な両イコンボード工作だけでは時間も短く、比較的容易な両面スルーホール基板のはんだ付けなので、学生の技術向
面スルーホール基板のはんだ付けなので、学生の技術向上はあまり期待できない。本研究では、すずメッキ線を上はあまり期待できない。本研究では、すずメッキ線を用いたスイッチ基板の工作を行う事ではんだ付け技術の用いたスイッチ基板の工作を行う事ではんだ付け技術の向上を目標とするが、基本技術の習得が無い状態では、向上を目標とするが、基本技術の習得が無い状態では、工作技術を要するすずメッキ線を用いたスイッチ基板工
工作技術を要するすずメッキ線を用いたスイッチ基板工作には多くの工作時間を要する可能性が高い。特に外部作には多くの工作時間を要する可能性が高い。特に外部講師を招聘して工作の講習会を実施した際、時間内に完講師を招聘して工作の講習会を実施した際、時間内に完成できない場合には自信喪失と満足度の低下も予想され成できない場合には自信喪失と満足度の低下も予想される。学生が自信喪失して鉛フリーはんだ付けへの苦手意る。学生が自信喪失して鉛フリーはんだ付けへの苦手意
識を持つことは、本研究の目的とは反する結果となる。
識を持つことは、本研究の目的とは反する結果となる。
そこで、本研究では前年度と同様に、スイッチ回路基板
そこで、本研究では前年度と同様に、スイッチ回路基板

組み込みロボット授業における地域企業と連携したものづくり技術交流の実践
組み込みロボット授業における地域企業と連携したものづくり技術交流の実践工作の前に、工作練習を実施することとした。
工作の前に、工作練習を実施することとした。
3.2
3.2 基板工作練習の計画
基板工作練習の計画
鉛フリーはんだ付け技術向上を目的として、平成
鉛フリーはんだ付け技術向上を目的として、平成 31
31
年
2
月
14
日
金
の
1300～1500に電気情報工学コー
年 2 月 14 日 金 の 1300～1500 に電気情報工学コー
ス第３学年のス第３学年の 39
39 名を対象に鉛フリーはんだ付けの練習名を対象に鉛フリーはんだ付けの練習会を実施した。はんだ付け技能保持者の総合科学教育科会を実施した。はんだ付け技能保持者の総合科学教育科の吉田雅昭准教授からはんだ付けの技術講習を受け、回の吉田雅昭准教授からはんだ付けの技術講習を受け、回路基板にすずメッキ線での配線練習を行った。書画カメ
路基板にすずメッキ線での配線練習を行った。書画カメ
ラで手元のはんだ付けを撮影し、学生が講師の工作風景
ラで手元のはんだ付けを撮影し、学生が講師の工作風景を見られるよう工夫した。平成を見られるよう工夫した。平成 30
30 年度は新品のユニバ
年度は新品のユニバ
ーサル基板を用いて吉田先生考案の直角配線を工作する
ーサル基板を用いて吉田先生考案の直角配線を工作することとした。学生への連絡は担任の松橋先生に依頼しこととした。学生への連絡は担任の松橋先生に依頼した。以下、作業予定と直角配線工作資料を図３に示す。
た。以下、作業予定と直角配線工作資料を図３に示す。

工作練習作業予定：
工作練習作業予定：
・準備（
・準備（ 分）
分）
・部品配布（
・部品配布（ 分）
分）
・講師工作実演（・講師工作実演（ 分）
分）
・配線レイアウトの練習（・配線レイアウトの練習（ 分）
分）
・休憩（
分）
・休憩（ 分）・抵抗の折り曲げとはんだ付け（・抵抗の折り曲げとはんだ付け（ 分）
分）
・抵抗、タクト・抵抗、タクト 6:
6: のはんだ付け（のはんだ付け（ 分）
分）
・まとめと振り返り（分）
・まとめと振り返り（ 分）
・後片付け（
・後片付け（ 分）
分）

25と不良例を図４に、真摯に取り組んでいる工作練習の風と不良例を図４に、真摯に取り組んでいる工作練習の風景を図５に示す。
景を図５に示す。


図4 工作練習用直角配線の優良例
左 と不良例と不良例 右右図 4
工作練習用直角配線の優良例 左




図 5
5 工作練習風景
図
工作練習風景4.
4. 地域のスペシャリストによる鉛フリーはんだ付
地域のスペシャリストによる鉛フリーはんだ付
け技術向上のための電子回路工作講習会
け技術向上のための電子回路工作講習会

図 3
3 工作練習用回路配線資料
図
工作練習用回路配線資料

3.3
3.3 基板工作練習の実際
基板工作練習の実際
工作時間は２時間程度であった。説明を待つ時間が多
工作時間は２時間程度であった。説明を待つ時間が多く学生は実際には工作時間がかかり、直角配線
く学生は実際には工作時間がかかり、直角配線  つを時
つを時間内に終えたのは
38
名のうち25
名のみであった。ま間内に終えたのは 38 名のうち 25 名のみであった。また、はんだ付けの直角配線も困難で、丁寧に工作できた
た、はんだ付けの直角配線も困難で、丁寧に工作できた
学生と、殆ど工作できなかった学生がおり、はんだ付け
学生と、殆ど工作できなかった学生がおり、はんだ付け
練習作品の完成度の差が大きかった。練習工作の優良例
練習作品の完成度の差が大きかった。練習工作の優良例

4.1
4.1 鉛フリーはんだ付け技術向上のための電子回路工作
鉛フリーはんだ付け技術向上のための電子回路工作
講習会
講習会
 地域のスペシャリストによる鉛フリーはんだ付け技術
地域のスペシャリストによる鉛フリーはんだ付け技術の向上を目的とし、平成年度から始まった冬学期到達の向上を目的とし、
平成 30
30 年度から始まった冬学期到達
度試験後の特別学習指導・研修期間の平成 31
31 年
年2
2月
月 21
21
度試験後の特別学習指導・研修期間の平成日にスイッチ回路基板のすずメッキ線を使った鉛フリー
日にスイッチ回路基板のすずメッキ線を使った鉛フリー
はんだ付けの講習会を実施した。鉛フリーはんだ付けにはんだ付けの講習会を実施した。鉛フリーはんだ付けにて製品を製造している企業の講師として、アンデス電気て製品を製造している企業の講師として、アンデス電気
株式会社より、開発部長細川進氏、営業部海外営業課長
株式会社より、開発部長細川進氏、営業部海外営業課長
中岫博行氏、人事総務課係長櫻田憲司氏、また株式会社
中岫博行氏、人事総務課係長櫻田憲司氏、また株式会社
AOE より、五日市悠氏に来校いただいた。講習会は、講より、五日市悠氏に来校いただいた。講習会は、講AOE師より環境を意識した RoHS
RoHS 対応と鉛フリーはんだ付け
対応と鉛フリーはんだ付け師より環境を意識したで行っている製品について、資料やパワーポイントを用で行っている製品について、資料やパワーポイントを用いて概要説明があり、企業における鉛フリーはんだ付け
いて概要説明があり、企業における鉛フリーはんだ付けのニーズを学んだ。また、鉛フリーはんだ付けの方法ののニーズを学んだ。また、鉛フリーはんだ付けの方法の説明を受け、工作技術を学んだ。以下に企業より提案さ説明を受け、工作技術を学んだ。以下に企業より提案さ

26

細川
靖・吉田雅昭・松橋信明・野中 崇・遠田達也
崇・遠田達也細川 靖・吉田雅昭・松橋信明・野中

れた工作講習会の予定を示す。図６に講師による講習風ト調査を行った。十分が５、不十分が１の５段階評価と景を示す。
し、集計を遠田技術職員が担当した。以下にその調査項
鉛フリーはんだ付け回路工作講習会予定：
目を示す。また、表 1 に前稿３）の平成 29 年度アンケー
１．はんだとは   13:00～13:20(20 分)
ト調査結果と平成30 年度のアンケート調査結果比較を、
２．はんだの種類と極性 13:20～13:30(10 分)
図
2 にアンケート調査結果のグラフを示す。青は前年度
３．はんだ付けの方法と部品 13:30～13:50(20 分)
とほぼ同様、橙は平均以下、緑は前年度以上である。
４．はんだの国際規格 13:50～14:00(10 分)
５．最新はんだ技術 14:00～14:10(10 分)
１）工作時間は十分か
６．工作実習       14:20～15:50(90 分)
２）抵抗器・コンデンサ・水晶振動子の実装
 ３）IC ソケットの実装

平均値４）ピンソケット（メス 1×8，１×6）の実装
５）電源 IC と LED の実装
６）スイッチとブリッジダイオードの実装
７）ピンヘッダ（オス 2×3，1×4）の実装
８）電解コンデンサと DC ジャックの実装
図 6
地域スペシャリストによる講習風景
９）USB
モジュールの実装
 10）マイコンの装着とジャンパピンの接続
4.2 鉛フリーはんだ付け工作実習
11）プレート加工と基板固定
 12）ブートローダの書き込みと動作確認
すずメッキ線を用いた鉛フリーはんだ付け工作の実践として、吉田雅昭准教授作成の資料を参考に電気情報工
13）鉛フリーはんだ付け
学コース第３学年の授業「ロボットエレクトロニクス」
14）鉛入りはんだの環境への影響で利用しているマイコンのための２ボタンスイッチ回路
15）マイコン工作は楽しかったかの工作を講師の指導の下に行った。回路完成後には筆者
16）マニュアルは理解しやすかったからが試作したサーボモータを用いた教材を使って回路基
17）マニュアルははんだ付け工作に役立ったか
板の動作確認を行った。工作のみの時間は計 90 分程度であった。図７に学生が実際に作成した優秀回路基板例を
5.0 基板工作の資料を資料を図８に、講師の指導示す。また、を受けながら工作した実習風景を図９に示す。
4.0

3.0
2.0
1.0

が１の５段階評価とし、集計を遠田技術職員が担当した。
は、4.77 と平成 29 年度に比べ0.4 も向上した。パワーポ
以下に鉛フリーはんだ付け工作実習に関する調査項目をイントでしっかり説明したため理解が進んだためと考え示す。また、調査結果を図10 に示す。
られる。問い 16 は 4.72 と平成
29 年度より向上し、問い
17 は 4.84 と平成 29 年度に比べ少し低下したが、マニュアルに関する評価は平成 29 年度とほぼ同等で、カラーの写真付き工作マニュアルは有用で、十分であることが確認できた。
表 1 平成 29 年度と 30 年度のアンケート調査の平均値比較

H29 年度
平均値

H30 年度
平均値

問1

4.70

4.51

問2

4.71

4.79

問3

4.82

4.69

問4

4.66

4.72

問5

4.76

4.72

問6

4.81

問7

4.68

問8

4.82

4.85

図 8 スイッチ回路工作用資料



4.72
4.77

問9

4.76

4.77

問 10

4.71

4.82

問 11

4.74

4.79

問 12

4.74

4.77

問 13

4.21

4.15

問 14

4.38

4.77

問 15

4.71

4.67

問 16

4.68

4.72

問 17
平均値

4.92
4.69

4.84
4.71

3. 鉛フリーはんだ付け基礎技術習得のための基板工作練習の試行
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617

問い番号
図 2 平成 30 年度マイコンボード工作アンケート結果
図 7 学生が工作した回路の部品面 左 と配線面 右  これらの結果を見ると、平成 30 年度は平成 29 年度に4.3 鉛フリーはんだ付け工作におけるアンケート調査実
比べ全体的にほぼ同じで、全ての調査項目で 4 以上であ施と分析り、達成度は十分であると言える。問い１の工作時間に
 地域のはんだ付けスペシャリストによる鉛フリーはん
ついては 4.51 と前年より少し下がった。実験実習の時間
だ付け工作実習の実施後に、工作時間の過不足や自己評で工作を進めたが工作が不得意な学生には時間が不足し価のアンケート調査を行った。また、実践した地域企業ていることがわかった。問い 13 の鉛フリーはんだ付けにと連携したものづくり技術交流によって、学生の鉛フリ関しても 4.15 と他の項目より低い。達成度としては十分
ーはんだ付けの技術向上が行えたかについてもアンケーと言えるが、マニュアルを基本にしていて講師による鉛ト調査を行った。平成 30 年度の対象者は、工作に参加しフリーはんだ付けの講習を行っていないので、少し難し
た電気情報工学コース第３学年 39 名で十分が５、不十分
いと感じたようである。問い 14 の鉛の環境影響について

3.1 基板工作練習の目的と経緯
鉛フリーはんだ付けは工作技術を必要とするので、マ
図 9 スイッチ回路工作実習風景
イコンボード工作だけでは時間も短く、比較的容易な両面スルーホール基板のはんだ付けなので、学生の技術向工作調査項目：
上はあまり期待できない。本研究では、すずメッキ線を
 １）工作時間は十分か 
用いたスイッチ基板の工作を行う事ではんだ付け技術の ２）抵抗器の実装

向上を目標とするが、基本技術の習得が無い状態では、
 ３）トグル SW1（TSW）の実装
工作技術を要するすずメッキ線を用いたスイッチ基板工 ４）プッシュ SW2・3（PSW）の実装

作には多くの工作時間を要する可能性が高い。特に外部５）発光ダイオード（LED）の実装

講師を招聘して工作の講習会を実施した際、時間内に完 ６）ピンソケット（メス 1×6）の実装

成できない場合には自信喪失と満足度の低下も予想され ７）すずメッキ線による配線の実装る。学生が自信喪失して鉛フリーはんだ付けへの苦手意８）基板足の実装

識を持つことは、本研究の目的とは反する結果となる。
 ９）Arduino ボードと工作基板との接続 
そこで、本研究では前年度と同様に、スイッチ回路基板

組み込みロボット授業における地域企業と連携したものづくり技術交流の実践
組み込みロボット授業における地域企業と連携したものづくり技術交流の実践

平均値


路基板にすずメッキ線での配線練習を行った。書画カメ
ラで手元のはんだ付けを撮影し、学生が講師の工作風景
を見られるよう工夫した。平成
30 年度は新品のユニバ
ーサル基板を用いて吉田先生考案の直角配線を工作することとした。学生への連絡は担任の松橋先生に依頼した。以下、作業予定と直角配線工作資料を図３に示す。

 
工作練習作業予定：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516
・準備（ 分）
問い番号
・部品配布（ 分）

図10
鉛フリーはんだ付け工作実習調査
・講師工作実演（ 分）
・配線レイアウトの練習（ 分）
・休憩（
図 10 の調査結果より、
問い 1 では工作時間を増やす改分）
善をしたことで平成
29 年度に比べ殆どの学生が工作時・抵抗の折り曲げとはんだ付け（分）
間が十分であったことが分かった。楽しく満足度も高か・抵抗、タクト 6: のはんだ付け（ 分）
ったことが分かる。問い
5，7，11，12，14，15，16 は・まとめと振り返り（ 分）
前年度より向上し、全体的に高評価であった。しかし、工・後片付け（ 分）
作指示にミスがあったため、問い 13 の鉛フリーはんだ付
けのみ前年度よりも低い結果となった。今後は工作指示を確認して、工作時間を増やすだけでなく練習の質を向上させることが必要と考える。
次に、学生の鉛フリーはんだ付けの技術向上に関する調査項目を示す。
はんだ付け技術向上調査項目： １）はんだ付けが好きになったか ２）想像より楽しかったか ３）地域企業のニーズを理解したか ４）鉛の環境影響を意識するか ５）はんだ付け技術の向上
 ６）はんだ付け知識習得
図 3 工作練習用回路配線資料
 ７）問題解決能力の向上
 ８）達成感があったか
3.3 基板工作練習の実際
 ９）リンクとサーボの理解
工作時間は２時間程度であった。説明を待つ時間が多 10）後輩も実施する方がいいか
く学生は実際には工作時間がかかり、直角配線  つを時間内に終えたのは 38 名のうち 25 名のみであった。ま 図 11 の調査結果より、殆どの学生が地域企業のニーズ
た、はんだ付けの直角配線も困難で、丁寧に工作できたを理解し、鉛の環境影響を意識したことと、はんだ付け
学生と、殆ど工作できなかった学生がおり、はんだ付け知識が習得でき、達成感があったことが分かった。また、練習作品の完成度の差が大きかった。練習工作の優良例と不良例を図４に、真摯に取り組んでいる工作練習の風
5.0
景を図５に示す。
4.5

4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

平均値 10）Arduino プログラムの実行 
工作の前に、工作練習を実施することとした。
 11）トグル SW 動作確認・理解 
3.212）プッシュ
SW 動作確認・理解
基板工作練習の計画
鉛フリーはんだ付け技術向上を目的として、平成
13）鉛フリーはんだ付け3114）Arduino
でのサーボモータの利用方法
年 2 月 14 日 金 の 1300～1500 に電気情報工学コー 15）アクチュエータのリンク機構の理解
ス第３学年の39 名を対象に鉛フリーはんだ付けの練習
16）回路工作・演習は楽しかったか
会を実施した。はんだ付け技能保持者の総合科学教育科
の吉田雅昭准教授からはんだ付けの技術講習を受け、回27

図 4 工作練習用直角配線の優良例
問い番号 左 と不良例 右

図 11 学生の鉛フリーはんだ付けの技術向上に関する調査

本研究と同様の取り組みを後輩達も体験した方が良いかという問いは、はい・わからない・いいえの３段階であったが、平均は 2.68 と高く、後輩達も実施する方が良いと考えていることが分かった。前年度に比べはんだ付け好きになり、鉛の環境影響を意識し、リンクとサーボの理解も高くなった。しかし、問い 5 のはんだ付け技術の向上については 3.5 と高くない結果であった。
 本研究では、技能保持者吉田先生による練習基板とス
イッチ回路基板のはんだ付け技能の評価を行った。評価
項目は、「はんだ付け 5 点」、
「メッキ線配線 4 点」、
「抵
抗の折り曲げ 3 点」、
「外観（見た目） 3 点」の４項目で合計 15 点満点とした。前年度の優良工作（11 点または 10 点以上）は練習が 36％で回路が 14％であった。これに対し平成 30 年度は、練習基板は
図 5 工作練習風景 26％、スイッチ回路基板は42％が優良工作となった。この内訳は、練習ありで評価低２名(向上無)、練習ありで評価低から高へ向上
4. 地域のスペシャリストによる鉛フリーはんだ付
が７名（向上有）、練習ありで評価高が７名（向上有高品
け技術向上のための電子回路工作講習会
質）であった。全体では練習よりも回路工作での評価値
が4.1
10％向上し、はんだ付け練習の効果が確認できた。
鉛フリーはんだ付け技術向上のための電子回路工作講習会
 5.
地域のスペシャリストによる鉛フリーはんだ付け技術
地域のものづくり企業工場見学の向上を目的とし、平成 30 年度から始まった冬学期到達
平成 31 年 2 月 22 日の 12:45 に集合してバスに乗り、度試験後の特別学習指導・研修期間の平成
31 年 2 月 21
地域のものづくり企業の理解のため、八戸市内の企業で日にスイッチ回路基板のすずメッキ線を使った鉛フリー
あるアンデス電気株式会社の工場見学を電気情報工学コ
はんだ付けの講習会を実施した。鉛フリーはんだ付けにース第３学年を対象に行った。対応者は前日に工作指導て製品を製造している企業の講師として、アンデス電気を行った、アンデス電気株式会社営業部海外営業課長中
株式会社より、開発部長細川進氏、営業部海外営業課長
岫博行氏と人事総務課係長櫻田憲司氏と製品技術ユニッ中岫博行氏、人事総務課係長櫻田憲司氏、また株式会社
ト係長五日市悠氏の３名であった。
AOE より、五日市悠氏に来校いただいた。講習会は、講始めに企業紹介があり、アンデス社の製品紹介として師より環境を意識した
RoHS 対応と鉛フリーはんだ付け
は、新幹線に採用された空気清浄機や、電器店の店舗にで行っている製品について、資料やパワーポイントを用用いられているLED 照明など身近な製品であった。
いて概要説明があり、企業における鉛フリーはんだ付け
見学は、アンデス社の開発した製品（空気清浄機、LEDのニーズを学んだ。また、鉛フリーはんだ付けの方法の照明等）と、機器の試作工場であった。見学後に本校 OB説明を受け、工作技術を学んだ。以下に企業より提案さ

28

細川
靖・吉田雅昭・松橋信明・野中 崇・遠田達也
崇・遠田達也細川 靖・吉田雅昭・松橋信明・野中

とOG によるグループディスカッションの質問会を行っト調査を行った。十分が５、不十分が１の５段階評価とた。これらの様子を図 12 に示す。
し、集計を遠田技術職員が担当した。以下にその調査項目を示す。また、表 1 に前稿３）の平成 29 年度アンケー
ト調査結果と平成 30 年度のアンケート調査結果比較を、
図 2 にアンケート調査結果のグラフを示す。青は前年度とほぼ同様、橙は平均以下、緑は前年度以上である。

平均値

１）工作時間は十分か
２）抵抗器・コンデンサ・水晶振動子の実装
３）IC ソケットの実装
４）ピンソケット（メス 1×8，１×6）の実装
５）電源 IC と LED の実装
６）スイッチとブリッジダイオードの実装
７）ピンヘッダ（オス 2×3，1×4）の実装
８）電解コンデンサと DC ジャックの実装
９）USB モジュールの実装
10）マイコンの装着とジャンパピンの接続
11）プレート加工と基板固定
12）ブートローダの書き込みと動作確認
13）鉛フリーはんだ付け
14）鉛入りはんだの環境への影響
15）マイコン工作は楽しかったか
図 12 地域のものづくり企業工場見学の様子
16）マニュアルは理解しやすかったか
17）マニュアルははんだ付け工作に役立ったか
学生達は企業見学が初めてで、見学後のアンケート調
査の感想として、「八戸の企業が新幹線などに役立つ技術
5.0
を持っていた事に驚き地元企業の凄さを感じた」、「ここの企業の説明会を見に行きたい」、「とても興味深かった
4.0
八戸でここまで多くの事をやれるんだと思った」、「開発
3.0に興味があるので見ていて面白かった」、等の意見から、地元企業への興味が喚起されたことが分かった。
2.0
また、「一つの専門的な知識を深めるだけでなく様々な
1.0
幅広い知識が必要だと感じた」、「目標を持って勉強に励
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617
みたい」、「専門をもっと頑張ろうと思った」等、学業への問い番号
意識向上も確認できた。
さらに、
図 2 「地元就職の魅力を感じたので視野に入れた
平成 30 年度マイコンボード工作アンケート結果い」、「中は静かだったけど協力し合っていいなと思った」、「多くの別の会社も見てみたい」、「高専の知識が生かせ これらの結果を見ると、平成 30
年度は平成 29 年度にそうだと思いました」、等の意見があり、地域企業就職へ
比べ全体的にほぼ同じで、全ての調査項目で 4 以上であの意識向上も確認できた。
り、達成度は十分であると言える。問い１の工作時間にこれらのアンケート結果から、社会に役立つ製品が八ついては4.51 と前年より少し下がった。実験実習の時間
戸で開発生産されていることを知り、地域企業への興味
で工作を進めたが工作が不得意な学生には時間が不足し喚起と高専出身の先輩の活躍などの刺激を受け、学生達ていることがわかった。問い 13 の鉛フリーはんだ付けにの学業や、地域企業への就職の意識向上が確認できた。
関しても 4.15 と他の項目より低い。達成度としては十分と言えるが、マニュアルを基本にしていて講師による鉛フリーはんだ付けの講習を行っていないので、少し難し
6. まとめいと感じたようである。問い 14 の鉛の環境影響について

本研究では、電気情報工学コース学生の鉛フリーはん
は、
4.77 と平成 29 年度に比べ 0.4 も向上した。パワーポ
だ付け技術の向上を目指し、地域企業と連携したものづ
イントでしっかり説明したため理解が進んだためと考え
くり技術交流を実践し、すずメッキ線を用いたスイッチられる。
問い 16 は 4.72 と平成 29 年度より向上し、問い
基板工作と、地域のものづくり企業の工場見学を行った。
17 は 4.84 と平成
29 年度に比べ少し低下したが、マニュ
アンケート調査では、実際に自分ではんだ付けした難アルに関する評価は平成
29 年度とほぼ同等で、カラーのしさから多数の学生が「講師のはんだ付け技術に驚いた」
写真付き工作マニュアルは有用で、十分であることが確と答え、講習後は「はんだ付けが好きになった」と答えて認できた。
おり、本研究の成果が確認できた。
「企業に初めて見学に
表地域のものづくり企業見学では、
1 平成 29 年度と 30 年度のアンケート調査の平均値比較
行けてとても楽しかった」、「実際に仕事しているのを見
H29 年度
H30 年度て興味を持った」、「目標を持って勉強に励みたい」
、等の
平均値
平均値
肯定的な意見が多く、教育的成果と、学習意欲向上と地
問1
4.70
4.51
域理解向上が確認できた。
問2
4.71
4.79
鉛フリーのはんだ付け工作は技術が必要だが、本研究
問3
4.82
4.69
では事前練習により全員が完成でき、工作品質も前年度
問4
4.66
4.72
より向上できた。工作が上手なのに学生自己評価が低い
問5
4.76
4.72
学生がいるので、フィードバックが今後の課題である。
問6
4.81
4.72
「はんだ付け工作後のものづくり企業見学」が地域理
問7
4.68
4.77
解に有効なので、今後も本研究を継続して授業と地域の
問8
4.82
4.85
ものづくり企業を連携させて、環境を意識したはんだ付
問9
4.76
4.77
け教育を継続・推進したいと考えている。
問 10
4.71
4.82

問 11
4.74
4.79
謝辞
問 12
4.74
4.77
問 13
4.21
4.15
アンケート調査にご協力いただいた学生諸君と本研究
問 14
4.38
4.77
にご協力いただいた教職員の皆様に感謝致します。
また、
問 15 平成 30
4.71
4.67
本研究の一部は、年度の八戸工業高等専門学校の大学 COC 事業
問 「組み込みロボット授業における地域企業
16
4.68
4.72
と連携したものづくり技術交流」の支援により行ったも
問 17
4.92
4.84
のであり、援助いただいた関係各位に深く感謝致します。
平均値
4.69
4.71

参 考 文 献3. 鉛フリーはんだ付け基礎技術習得のための基板
1) 細工作練習の試行
川 靖 ，島 脇 良 介 ：マイコンを用 いた自 走 ロボット工 作 授 業 の展開 (3)，八 戸高専紀 要，第 48 号，pp.91-95(2013).
3.1
基板工作練習の目的と経緯
2) 細 川靖 ，野中崇 ，鎌田貴 晴 ，吉 田雅昭 ，沢村利 洋 ，齊 藤貴之 ，鉛フリーはんだ付けは工作技術を必要とするので、マ丸 岡 晃 ，遠 田 達 也 ：校 内 鉛 フリー化 推 進 調 査 と鉛 フリーはんだ
イコンボード工作だけでは時間も短く、比較的容易な両に よ る 基 板 工 作 の 実 践 ， 八 戸 高 専 紀 要 ， 第 49 号 ， pp.37面スルーホール基板のはんだ付けなので、学生の技術向42(2014).
上はあまり期待できない。本研究では、すずメッキ線を
3) 細 川靖 ，吉 田雅昭 ，鎌田貴 晴 ，野中 崇，遠田 達也 ，組 み込 みロ
用いたスイッチ基板の工作を行う事ではんだ付け技術のボット授 業 における地 域 企 業 と連 携したものづくり技 術 交流 の実向上を目標とするが、基本技術の習得が無い状態では、
践 (2)，八戸 工業高等 専門学校紀 要，第 53 号，pp.43-48(2019).
工作技術を要するすずメッキ線を用いたスイッチ基板工4) Arduino 公 式 ウェブサイト，https://www.arduino.cc/ (2019).
作には多くの工作時間を要する可能性が高い。特に外部
5)
秋 月 電 子 通 商 公 式 ウ ェ ブ サ イ ト ， http://akizukidenshi.com/
講師を招聘して工作の講習会を実施した際、時間内に完(2019)．
成できない場合には自信喪失と満足度の低下も予想され（原稿受付：2019 年 11 月 5 日）
る。学生が自信喪失して鉛フリーはんだ付けへの苦手意
識を持つことは、本研究の目的とは反する結果となる。
そこで、本研究では前年度と同様に、スイッチ回路基板

八戸工業高等専門学校紀要                                      29
第号  （）新規癌温熱療法用加温装置の設計・開発
井関 祐也*・黒澤 俊祐**・西舘 嗣海**Design and Development of New Heating Applicator for Hyperthermia Treatment
Yuya ISEKI, Shunsuke KUROSAWA, Tsugumi NISHIDATE* 産業システム工学科 機械システムデザインコース** 産業システム工学専攻 機械システムデザインコース 学生

Keywords : Hyperthermia, Heating Applicator, Resonant cavity
緒言

ハイパーサーミアは癌が熱に弱く、42~43℃程度で加温されると死滅する臨床事実に基づいている 1)。手術や抗がん剤治療と比較して患者への負担が少ないことから
近年注目を集めている。臨床における加温装置として、
針状電極加温装置や RF（Radio Frequency）容量結合型
加温装置などがある。前者は針状の電極を体内に刺入し、針電極周辺の癌を直接的に加温する。電極が刺入された箇所が確実に加温できる反面、侵襲的（体に傷をつける）である。後者の加温装置は、一対の電極で患部を挟み込
み、電極間に高周波電流を流すことで加温を行う。非侵襲（体に傷をつけない）に加温が行える半面、電極直下の発熱が顕著となることや、癌だけを局所的に加温することが容易でないなどの問題点がある。すなわち、体内の癌だけを非侵襲かつ効果的に加温可能な装置の開発が急務である 2)。
このような研究背景から著者らは空胴共振器加温装置を提案している 3)。図１は本加温装置の概略図である。ループアンテナによって電力を供給し、空胴共振器内部に共振周波数に応じた電磁界共振モードを発生させる。空胴共振器の両底面にはリエントラントと呼ばれる内円筒を設置しており、電磁界をこの間隙に集中的に発生させる役割がある。すなわちリエントラント間隙部に患部を設置することにより非接触状態で深部局所加温を行う。
本論文では空胴共振器加温装置を新たに設計・試作し、その加温特性について評価した。具体的には有限要素法（FEM：Finite Element Method）による電磁界解析および温度分布解析から深部加温を実施するために最適な空胴共振器の寸法および共振周波数の特定を行った。次にシミュレーション結果を基に空胴共振器を試作し、加温実験を実施した。最後にシミュレーション結果と加温実験とを比較し、本加温装置の有用性について示す。

Fig. 1 Illustration of resonant cavity applicator
2

支配方程式

コンピュータ・シミュレーションに用いた支配方程式
は式（1）－式（5）の通りである。まず式（1）の波動方
程式によって空胴共振器内部の電磁界分布を計算する。
次に式（3）によって電磁波による加温熱エネルギーWhを算出し、式（4）の生体熱伝導方程式を解くことによって温度分布を得る 3)。
（1）∇2 𝐸𝐸 + 𝑘𝑘 2 𝐸𝐸 = 022（2）
𝑘𝑘 = 𝜔𝜔 𝜀𝜀𝜀𝜀𝑊𝑊ℎ =1
𝜎𝜎|𝐸𝐸|2
2

（3）

𝜕𝜕𝜕𝜕
（4）
= 𝜅𝜅∇2 𝑇𝑇 + 𝑊𝑊ℎ − 𝑊𝑊𝑐𝑐 + 𝑀𝑀𝜕𝜕𝜕𝜕（5）
𝑊𝑊𝐶𝐶 = (𝐹𝐹𝐹𝐹)𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 × (𝜌𝜌𝜌𝜌)𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 × (𝑇𝑇 − 𝑇𝑇𝑏𝑏 ) ここで、 は電界強度、ω は角周波数、ε は真空の誘電率、μ は透磁率、σ は導電率、ρ は体積密度、 は比熱、
 は温度、 は時間、κ は熱伝導率、 は代謝熱、 は血液の温度である。なお、血液の灌流による冷却エネルギー および代謝熱  は加温対象がファントムであるため本論文では無視した。
ρc

30

33

井関 祐也・黒澤
祐也・黒澤 俊祐・西舘
俊祐・西舘 嗣海
嗣海
井関

コンピュータ・シミュレーション
コンピュータ・シミュレーション
3.1
3.1

解析モデル
解析モデル

図 22 はコンピュータ・シミュレーションに用いた空胴はコンピュータ・シミュレーションに用いた空胴 図
共振器の各寸法である。外形は直径 400
400 mm、高さ
mm、高さ 450450
共振器の各寸法である。外形は直径mm、リエントラントは直径 100
100 mm、高さ
mm、高さ 125125 mm
mm ととmm、リエントラントは直径した。加温対象物のファントムは直径
加温対象物のファントムは直径 180
180 mm、mm、高さ
高さ 130130した。

mm とした。ファントム設置位置は空胴共振器中央であとした。ファントム設置位置は空胴共振器中央であmmる。図 33 はコンピュータ・シミュレーションに用いた要はコンピュータ・シミュレーションに用いた要る。図素分割例である。コンピュータ・シミュレーションには素分割例である。コンピュータ・シミュレーションにはオープンソース有限要素法解析ソフトウェア Elmer（フElmer（フオープンソース有限要素法解析ソフトウェア

図 55 は各共振周波数におけるファントム中央断面の温は各共振周波数におけるファントム中央断面の温図
度分布である。図 55 より、246
より、246 MHz、290
MHz、290 MHz
MHz の共振周の共振周度分布である。図波数を選択した場合には深部のみに加温エネルギーが集波数を選択した場合には深部のみに加温エネルギーが集中しており、深部局所加温に適していることがわかる。
中しており、深部局所加温に適していることがわかる。
一方、383 MHz
MHz の電磁界共振モードはホットスポットがの電磁界共振モードはホットスポットが一方、383
二か所に発生しており、他の共振モードとは異なった加
二か所に発生しており、他の共振モードとは異なった加温分布を呈している。このように、本加温装置は電磁界
温分布を呈している。このように、本加温装置は電磁界共振モードに応じた様々な温度分布を得ることができる。
共振モードに応じた様々な温度分布を得ることができる。

以上の解析結果より、パワーアンプの仕様である 200200以上の解析結果より、パワーアンプの仕様である
MHz～400 MHz
MHz の周波数帯域に深部加温を行える電磁の周波数帯域に深部加温を行える電磁MHz～400

界共振モードが存在することから図２の寸法を採用した。
界共振モードが存在することから図２の寸法を採用した。

ィンランド）を用いた。
ィンランド）を用いた。

Fig. 44 Normalized
Normalized electric
electric field
field vsvs frequency
frequency
Fig.
Fig. 22 Dimensional
Dimensional drawing
drawing ofof resonant
resonant cavity
cavityFig.

(a) 246
246 MHzMHz(a)(b) 290
290 MHzMHz(b)(c) 383
383 MHzMHz(c)Fig. 33 FEM
FEM model
model
Fig.
3.2
3.2

解析結果
解析結果

図 44 は周波数応答解析結果である。縦軸にファントム
は周波数応答解析結果である。縦軸にファントム
 図
内部の電界強度、横軸に周波数をとっている。加温実験
内部の電界強度、横軸に周波数をとっている。加温実験

Fig. 55 Temperature
Temperature distributions
distributions
Fig.
44

空胴共振器の試作
空胴共振器の試作時のパワーアンプの仕様が 200
200 MHz～400
MHz～400 MHz
MHz であるである
時のパワーアンプの仕様がため、この周波数帯域での周波数応答解析を実施した。
ため、この周波数帯域での周波数応答解析を実施した。

前章でのコンピュータ・シミュレーション結果を基に
 前章でのコンピュータ・シミュレーション結果を基に
空胴共振器の試作を行った。図 66 は設計した空胴共振器は設計した空胴共振器
空胴共振器の試作を行った。図いることがわかる。
いることがわかる。

ている。加温時の空胴共振器内壁には壁面電流が流れるている。加温時の空胴共振器内壁には壁面電流が流れる

図 44 より、246
より、246 MHz、290
MHz、290 MHz、383
MHz、383 MHz
MHz のの 33 か所にか所に
図
電界強度のピークが生じており、電磁界共振が発生して電界強度のピークが生じており、電磁界共振が発生しての 3D
3D CAD
CAD モデルである。本加温装置は、天板、リエン
モデルである。本加温装置は、天板、リエンのトラント、ボディーの 33 種類のパーツによって構成され種類のパーツによって構成されトラント、ボディーの31

新規癌温熱療法用加温装置の設計・開発
新規癌温熱療法用加温装置の設計・開発

ため、全てのパーツは導電性および強度を考慮してアルため、全てのパーツは導電性および強度を考慮してアルミニウムを採用した。また、ボディー側面にはファント
ミニウムを採用した。また、ボディー側面にはファントムを挿入するための直径ムを挿入するための直径 250
250 mmmm の窓を設けた。
の窓を設けた。
図77 は加温システム全体の写真である。高周波パワー
は加温システム全体の写真である。高周波パワー
図
アンプはオートマッチング機能を搭載しており、共振周
アンプはオートマッチング機能を搭載しており、共振周
波数の特定からインピーダンスマッチングまでをフルオ
波数の特定からインピーダンスマッチングまでをフルオートで実施する。すなわち臨床応用時には工学的知識にートで実施する。すなわち臨床応用時には工学的知識に乏しい医師などもスムーズに治療を行うことができる仕乏しい医師などもスムーズに治療を行うことができる仕様となっている。高周波パワーアンプとループアンテナ様となっている。高周波パワーアンプとループアンテナとは同軸ケーブルによって接続されている。本研究ではとは同軸ケーブルによって接続されている。本研究では
被加温体として日本ハイパーサーミア学会において標準
被加温体として日本ハイパーサーミア学会において標準化されている筋肉等価寒天ファントムを用いた。寒天フ化されている筋肉等価寒天ファントムを用いた。寒天ファントムは直径ァントムは直径 180
180 mm、高さ
mm、高さ 130130 mmmm とした。寒天フとした。寒天ファントムはあらかじめ中央で切断してあり、密着させた
ァントムはあらかじめ中央で切断してあり、密着させた状態で加温実験を行う。加温実験終了直後にこの断面を状態で加温実験を行う。加温実験終了直後にこの断面を赤外線サーモカメラによって撮像することで温度分布の赤外線サーモカメラによって撮像することで温度分布の可視化を行う。寒天ファントムを設置する台はテフロン
可視化を行う。寒天ファントムを設置する台はテフロン製である。図製である。図 8
8 は空胴共振器内部のループアンテナの詳は空胴共振器内部のループアンテナの詳細図である。アンテナは導電性および加工性を考慮して細図である。アンテナは導電性および加工性を考慮して銅を採用した。
銅を採用した。

Fig.
Fig. 8
8 PhotographPhotograph ofof looploop antennaantenna55

空胴共振器を用いた加温実験
空胴共振器を用いた加温実験 前章において試作した空胴共振器加温システムを用い
前章において試作した空胴共振器加温システムを用いた加温実験を実施した。全ての加温実験において加温電
た加温実験を実施した。全ての加温実験において加温電

力は
力は 20
20 W、加温実験はW、加温実験は 20
20 分とした。図分とした。図 9
9 は加温実験直は加温実験直後の寒天ファントム中央断面をサーモカメラで撮像した
後の寒天ファントム中央断面をサーモカメラで撮像した結果である。図結果である。図 9（a）は共振周波数9（a）は共振周波数 271
271 MHzMHz で加温をで加温を行った結果である。寒天ファントムの中心のみにホット行った結果である。寒天ファントムの中心のみにホットスポットが生じていることが確認できる。図スポットが生じていることが確認できる。図 9（b）は共
9（b）は共振周波数
振周波数 380
380 MHzMHz の場合の結果である。図の場合の結果である。図 9（b）から9（b）からホットスポットが二か所に生じており、図 9（a）とは異9（a）とは異ホットスポットが二か所に生じており、図なった温度分布であることが確認できる。これらの結果なった温度分布であることが確認できる。これらの結果から試作した空胴共振器加温装置を用いて深部局所加温から試作した空胴共振器加温装置を用いて深部局所加温を行える可能性を示した。
を行える可能性を示した。

(a) Assembly
Assembly viewview(b) Exploded
Exploded view
view
(a)
(b)
Fig. 6
6 3D
3D CAD
CAD model
model
Fig.
(a)
271 MHzMHz(a) 271

Fig.
Fig. 7
7 PhotographPhotograph ofof resonant
resonant cavity
cavityapplicator
applicator(b) 380
380 MHzMHz(b)
Fig. 99 Temperature
Temperature distributions
distributions
Fig.

32

36

井関 祐也・黒澤
祐也・黒澤 俊祐・西舘
俊祐・西舘 嗣海
嗣海
井関

結果と考察
コンピュータ・シミュレーション ここで、コンピュータ・シミュレーション結果と加温
3.1 解析モデル

実験結果との比較を行う。図 5（b）と図 9（a）の温度分
布を比較するとどちらも中心部分のみにホットスポット
図 2 はコンピュータ・シミュレーションに用いた空胴共振器の各寸法である。外形は直径400 mm、高さ 450が生じており、よく似ていることがわかる。しかしながmm、リエントラントは直径100 mm、高さ 125 mm とら加温実験結果では下部方向にかけてやや縦長な温度分した。
加温対象物のファントムは直径180 mm、高さ 130布となっており、不安定な電磁界共振モードであったこmmとした。ファントム設置位置は空胴共振器中央であとが予想される。これはインピーダンスマッチングやアる。図3 はコンピュータ・シミュレーションに用いた要
ンテナの最適化がされていないためと考えられる。
素分割例である。コンピュータ・シミュレーションには同様に図 5（c）と図 9（b）の温度分布を比較すると、オープンソース有限要素法解析ソフトウェア
Elmer（フ
図 9（b）の加温実験では温度上昇が低いためややぼやけィンランド）を用いた。
た温度分布であるが、ホットスポットが上下二か所に生図 5 は各共振周波数におけるファントム中央断面の温度分布である。図 5 より、246 MHz、290 MHz の共振周
波数を選択した場合には深部のみに加温エネルギーが集中しており、深部局所加温に適していることがわかる。
一方、383 MHz の電磁界共振モードはホットスポットが二か所に発生しており、他の共振モードとは異なった加温分布を呈している。このように、本加温装置は電磁界共振モードに応じた様々な温度分布を得ることができる。
以上の解析結果より、パワーアンプの仕様である 200

MHz～400の周波数帯域に深部加温を行える電磁
Fig. 10 MHz
Normalized
temperature distribution

界共振モードが存在することから図２の寸法を採用した。

じている特徴などがよく一致している。
以降では、コンピュータ・シミュレーションと加温実
験結果とをより詳細に比較するため、式（6）に示した正規化式によって温度上昇を無次元化して議論する。
(𝑇𝑇 − 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 )（6）
𝑇𝑇𝑁𝑁 =(𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ) ここで、 は正規化温度、 は最低温度、 は最Fig. 11 Normalized temperature distribution

ロファイルの比較である。オレンジ色の線が加温実験結
結語
Fig. 4 Normalized electric field vs frequency

高温度である。

 図 10 は寒天ファントム中央断面における温度分布プ

果、青色の線がコンピュータ・シミュレーション結果で これらの結果から、コンピュータ・シミュレーションある。生体の初期温度を37℃、ハイパーサーミアに求めFig. 2 Dimensional drawingof resonant cavity

結果と加温実験結果とは 90%程度の精度で一致し、空胴度上昇は 5～6℃である。すなわち、温度上昇の約 8 割が 今後、加温中の温度分布を超音波画像から非侵襲に計ハイパーサーミアに有効な加温領域となることから正規測する手法を確立し、空胴共振器加温装置と組み合わせ

化温度 0.8 を指標に議論する。図 10 は図 5（b）と図 8 とることによって、非侵襲加温および非侵襲温度計測が可られる温度が 42℃～43℃であることから、求められる温の比較である。図 10 より両者の温度プロファイルはよく似ていることがわかる。正規化温度 0.8 での両者の加温領域を比較すると、シミュレーションによる加温領域 α1

共振器加温装置の深部局所加温の有用性を示した。

能な装置の開発を行うことを予定している。
(a) 246 MHz

謝辞

が 36.4 mm、加温実験による加温領域 β1 が 40.3 mm で

 本研究は -636 科研費 -3. の助成を受けたものです。

しているが、これはインピーダンスマッチングが十分に(b) 290 MHz参 考 文 献(c) 383 MHzあったことから、両者は 90 %程度一致していることがわかる。一方、加温実験結果の方がやや広い温度分布を示行われていなかったためと考えられる。今後、アンテナ

Fig. 3 FEM modelの形状、大きさ等を見直すことを予定している。
図 11 は、図 5（c）と図 9 との比較を示している。図

3.2

解析結果

11 からも両者の温度プロファイルはよく似ていること
か所に生じたホットスポットのピークの位がわかる。2
図 4 は周波数応答解析結果である。縦軸にファントム
置関係もよく一致した。上部側のホットスポットの加温
内部の電界強度、横軸に周波数をとっている。加温実験

領域を例にして比較すると、αʹが 16.9 mm、βʹ
19.5
時のパワーアンプの仕様が200 MHz～400
MHz が
である
mm
であったことから、両者は87%程度一致した。しかため、この周波数帯域での周波数応答解析を実施した。

しながら、ファントム下部の温度分布はよく一致してお図
4 より、246 MHz、290 MHz、383 MHz の 3 か所にらず、装置の改良の余地があることが示唆された。
電界強度のピークが生じており、電磁界共振が発生していることがわかる。



日本ハイパーサーミア学会編、ハイパーサーミアがん温熱療法ガ
イドブック、年



癌温熱治療のための 5) 加温装置の加温特性、井関祐也、八戸工業

Fig. 5 Temperature distributions

高等専門学校紀要、第  号、、
3)

Heating Control Method for Effective Hyperthermia
4 A New
空胴共振器の試作
Treatment of a Brain Tumor Using the Resonant Cavity

 前章でのコンピュータ・シミュレーション結果を基にApplicator with a Segmented Dielectric Bolus, Iseki Y.,
Takahashi H., Uzuka T., Kazuo 6K.は設計した空胴共振器,Thermal Med, 30: 41-53,
空胴共振器の試作を行った。図
2014.
の 3D
CAD モデルである。本加温装置は、天板、リエン

トラント、ボディーの 3 種類のパーツによって構成され（原稿受付：2019 年 10 月 30 日）ている。加温時の空胴共振器内壁には壁面電流が流れる八戸工業高等専門学校紀要                                     33
八戸工業高等専門学校紀要
第号（）第 54 号  （2020．02）

OpenFOAM を用いたふく射・対流場の連成伝熱解析の妥当性評価
小泉 匠摩**・古川 琢磨*
Evaluation of validity of coupled analysis of radiation and convection field using OpenFOAM
Takuma KOIZUMI, Takuma KOGAWA,* 産業システム工学専攻機械システムデザインコース** 専攻科機械システムデザインコース

Abstract : In recent years, natural ventilation has attracting attention as a ventilation method for buildings. In orderto realize the method, it is important to understand natural convection of large-scale air in the building consideringradiation influenced by the thermal radiation. This research aims to understand the combined heat transfer
phenomenon of natural convection and radiation by using OpenFOAM, a CFD open software that has been attracting
attention in recent years. Although the radiation library is attached to OpenFOAM, there are many unclear points
regarding the analysis accuracy of this library. To evaluate the accuracy of the radiation library of OpenFOAM, alaminar natural convection under the influence of radiation was analyzed in this study. The dependence of the numberof divisions on the spatial angle of radiation calculation was investigatd. Assuming that 10 degree of the division
angle is correct, the accuracy dependency of the discretizing angle for ray for discrete ordinate method wasinvestigated. Temperature and velocity distribution, and heat transfer coefficient were used as parameters forcomparison. As a result, it was found that the error was less than 1 percent when divided into 18 degrees.
Keywords : Natural convection, Radiation, OpenFOAM
1. 緒言
近年、建築物の換気方法の中で、自然換気システムが注目されている。自然換気システムは外部動力を必要としない利点がある一方、動作安定性が低いことが欠点として挙げられる。
自然換気システムを効率的に利用するためには、より移流効果の強い自然対流を発生させる必要性がある。自然換気システム内部では対流発生領域中のスケール効果
性によりふく射伝熱が対流伝熱に影響を及ぼす。ふく射
伝熱は表面ふく射効果とガスふく射効果の二種類に分別することができる。表面ふく射効果は固体表面間で交換されるふく射伝熱であり、ガスふく射効果とはガスのふく射吸収によって発生する伝熱効果である。これら両効
果を積極的に応用することが可能となれば、より移流効
果の強い自然対流場に制御可能であると考えられる。
ふく射伝熱を用いた自然対流場の制御のためには、ふく射伝熱を考慮した建築物内の換気システムに応用される大規模系での自然対流伝熱現象を把握することが重要である。これまで数多くの研究者によって自然対流とふ
く射の複合伝熱現象に関して調査が行われてきた。Lari
らは通常室内条件下での矩形キャビティ内の自然対流熱伝達に対するふく射伝熱の影響を解析した 1)。Soucasse らは断熱壁を有する加熱キャビティ内の壁、またガス放射が関連する非定常性への移行と弱い乱流自然対流の運動を数値的に研究した 2)。Salat らは 15K の温度差のある加
熱キャビティ内で発生する乱流自然対流を実験的および数値的に調査した 3)。また近年では汎用 CFD ソフトウェアを用いた複合伝熱現象の解析も行われており、本複合
伝熱現象に関する知見が増えると考えられる。
本研究では近年注目されている CFD オープンソフトウ
ェアである OpenFOAM を用いることで自然対流、ふく射の複合伝熱現象を理解することを最終目的とする。
OpenFOAM にはふく射ライブラリが付随しているが、本ライブラリの複合伝熱現象に対する解析精度に関しては不明な点が多い。そこで本研究では自然対流とふく射場の複合伝熱現象の解析手法の構築を目的とする。本目的を達成するために、ふく射影響下の層流自然対流の解析を行い、ふく射計算の空間角度の分割数の依存性を調査する。
2. 研究方法
本研究では、OpenFOAM を用いたコンピューターシミ

34

小泉匠摩・古川琢磨小泉匠摩・古川琢磨ュレーションを行う。今回の目的を達成するために行っュレーションを行う。今回の目的を達成するために行った研究の進め方を記述する。1．ケース作成、2．計算条た研究の進め方を記述する。1．ケース作成、2．計算条
件の設定、3．
3．計算の実行、計算の実行、4．
4．paraView
paraView を用いた可視化、を用いた可視化、
件の設定、
5．データの取得、
データの取得、6．
6．各空間角度分割数での比較、各空間角度分割数での比較、である。
である。
5．

2.3
各空間角度分割数の比較
2.3 各空間角度分割数の比較
本研究では、無次元位置と無次元速度を用いて、X-V、本研究では、無次元位置と無次元速度を用いて、X-V、
U-Y、
対流熱伝達率 hhcc、
U-Y、対流熱伝達率、ふく射熱伝達率
ふく射熱伝達率 hhrr の計算値の各空の計算値の各空=間角度分割数の比較を行った。ここで、𝑋𝑋= 𝑥𝑥/𝐿𝐿
𝑥𝑥/𝐿𝐿 、
間角度分割数の比較を行った。ここで、𝑋𝑋 =
、𝑉𝑉
𝑉𝑉 =
∆𝑇𝑇

∆𝑇𝑇
𝑘𝑘
𝑘𝑘

𝑞𝑞

𝑞𝑞𝑟𝑟𝑟𝑟∆𝑥𝑥、ℎ𝑟𝑟 =、で𝑣𝑣𝑣𝑣/𝛼𝛼、𝑈𝑈 == 𝑢𝑢𝑢𝑢/𝛼𝛼、𝑌𝑌
𝑢𝑢𝑢𝑢/𝛼𝛼、𝑌𝑌 == 𝑦𝑦/𝐿𝐿、ℎ𝑦𝑦/𝐿𝐿、ℎcc =𝑣𝑣𝑣𝑣/𝛼𝛼、𝑈𝑈= 𝑇𝑇w∆𝑥𝑥= 𝑇𝑇w−𝑇𝑇、で−𝑇𝑇c、ℎ𝑟𝑟c

作成ケース
2.1 作成ケース
2.1
作成したケースは、0.1m四方の通常室内条件下での二作成したケースは、0.1m 四方の通常室内条件下での二次元空洞矩形であり、内部は空気が存在している。中心次元空洞矩形であり、内部は空気が存在している。中心温度は
温度は 300K
300K で、左側が高温壁
で、左側が高温壁 305.34K、右側が低温壁
305.34K、右側が低温壁
6
294.66Kであり、上下は断熱壁である。レイリー数は294.66K であり、上下は断熱壁である。レイリー数は 10
106
4)
で、
で、熱拡散率などの各物性値は伝熱工学
熱拡散率などの各物性値は伝熱工学 4)を参照した。
を参照した。メメ
ッシュ数は 160×160
で、壁付近に向かうにつれて細分化
ッシュ数は160×160 で、壁付近に向かうにつれて細分化される勾配メッシュを用いた。
される勾配メッシュを用いた。

𝑇𝑇w −𝑇𝑇c𝑇𝑇w −𝑇𝑇c

ある。L はキャビティ幅、𝑘𝑘は空気の熱伝導率、𝑞𝑞はキャビティ幅、𝑘𝑘は空気の熱伝導率、𝑞𝑞𝑟𝑟𝑟𝑟 は壁か
ある。L
は壁か
、
𝑇𝑇
は加熱壁、
冷却壁温度でらのふく射による熱流束、c
らのふく射による熱流束、𝑇𝑇
𝑇𝑇w
、
𝑇𝑇
は加熱壁、
冷却壁温度で
w
c
ある。
ある。
立体角は、各光学厚さにおいて球座標系における方位立体角は、各光学厚さにおいて球座標系における方位角、天頂角が等角度になるようそれぞれ
天頂角が等角度になるようそれぞれ 36:18、36:18、10:5、
10:5、6:3、
6:3、
角、
2:1 に分割した。
に分割した。例えば
例えば 36:18
36:18 に分ける場合は、に分ける場合は、方位角𝜑𝜑
方位角𝜑𝜑 ==
2:1
180°/36 == 5°、天頂角𝜃𝜃
5°、天頂角𝜃𝜃 == 90°/18
90°/18 == 5°、となる。これよ5°、となる。これよ180°/36
りそれぞれの分割角度は5°、18°、30°、90°となる。
りそれぞれの分割角度は 5°、18°、30°、90°となる。

研究結果と考察3. 研究結果と考察
3.


図
図 1
1 作成ケース
作成ケース


計算はpure convection
convection ふく射の影響がない
ふく射の影響がない とτとτ 光学
計算はpure光学
厚さ 1、5、10のケースを作成し、行った。
1、5、10のケースを作成し、行った。
厚さ

2.2 支配方程式
2.2
支配方程式
本研究で用いる支配方程式を記す。ブジネスク近似を用
本研究で用いる支配方程式を記す。ブジネスク近似を用いたナビエストークス方程式とエネルギー方程式、ふくいたナビエストークス方程式とエネルギー方程式、ふく射輸送方程式である。本研究では、主に断熱壁に放射さ射輸送方程式である。本研究では、主に断熱壁に放射されたふく射の散乱及び、ふく射性媒体でのふく射吸収・れたふく射の散乱及び、ふく射性媒体でのふく射吸収・放射を考慮するため、離散方位法 DOM
DOM を用いた。ここを用いた。ここ
放射を考慮するため、離散方位法
で𝑢𝑢、𝑣𝑣は𝑥𝑥、𝑦𝑦方向の速度、𝑡𝑡は時間、𝜌𝜌は流体の密度、𝑝𝑝はで𝑢𝑢、𝑣𝑣は𝑥𝑥、𝑦𝑦方向の速度、𝑡𝑡は時間、𝜌𝜌は流体の密度、𝑝𝑝は
圧力、𝛽𝛽は体膨張係数、𝑔𝑔は重力加速度、 𝑇𝑇は温度、
𝑇𝑇は温度、 𝑇𝑇
𝑇𝑇00 は圧力、𝛽𝛽は体膨張係数、𝑔𝑔は重力加速度、はは定圧比熱、 𝛻𝛻.
𝛻𝛻. 𝑞𝑞𝑞𝑞𝑟𝑟𝑟𝑟 は放射は放射中心温度、 𝛼𝛼は熱拡散率、𝛼𝛼は熱拡散率、 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝 は定圧比熱、
中心温度、まず、用いた複合解析手法の妥当性評価のため、pure
まず、用いた複合解析手法の妥当性評価のため、pureconvection の計算結果と先行研究の速度分布のグラフをの計算結果と先行研究の速度分布のグラフを
convection
示す。
示す。

(a)
(a)

束、𝐼𝐼
光の位置及び方向、束、𝐼𝐼𝜆𝜆𝜆𝜆 は単色入射ふく射強度、𝑟𝑟は単色入射ふく射強度、𝑟𝑟⃗,⃗, 𝑠𝑠̂𝑠𝑠̂ はは光の位置及び方向、
𝑆𝑆は距離、𝜅𝜅𝜆𝜆𝜆𝜆 は吸収係数、𝜎𝜎𝑠𝑠,𝜆𝜆 は散乱係数、𝐼𝐼𝑏𝑏,𝜆𝜆 は黒体ふく𝑆𝑆は距離、𝜅𝜅
は吸収係数、𝜎𝜎𝑠𝑠,𝜆𝜆は散乱係数、𝐼𝐼𝑏𝑏,𝜆𝜆
は黒体ふく

射強度、
→ 𝑠𝑠̂𝑠𝑠̂ ))は𝑠𝑠̂
は𝑠𝑠̂ ′
𝛷𝛷𝜆𝜆𝜆𝜆 (𝑠𝑠̂(𝑠𝑠̂ ′′ →射強度、𝑠𝑠̂𝑠𝑠̂ ′′はある方向ベクトル、はある方向ベクトル、𝛷𝛷
′方向に方向に散乱される単位立体角当たりの割合、𝛺𝛺は立体角である。

散乱される単位立体角当たりの割合、𝛺𝛺は立体角である。
2 𝑢𝑢
2 𝑢𝑢
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
1
𝜕𝜕2
𝜕𝜕2
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
1 𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
+ 𝑢𝑢
+ 𝑣𝑣
𝑣𝑣 𝜕𝜕𝜕𝜕 ==−+ 𝜈𝜈(𝜈𝜈(𝜕𝜕 𝑢𝑢2 ++ 𝜕𝜕 𝑢𝑢2))+
𝑢𝑢 𝜕𝜕𝜕𝜕 +− 𝜌𝜌 𝜕𝜕𝜕𝜕 +
2
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝑥𝑥
𝜕𝜕𝑦𝑦
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜌𝜌 𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝑥𝑥
𝜕𝜕𝑦𝑦 2
2
2
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
1
𝜕𝜕
𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
1 𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕2 𝑣𝑣
𝑣𝑣
𝜕𝜕2 𝑣𝑣
𝑣𝑣

+ 𝑢𝑢

+ 𝑣𝑣

=−

+ 𝜈𝜈 (+··············· (1)···············(1)) + 𝛽𝛽𝛽𝛽(𝑇𝑇 − 𝑇𝑇 )+ 𝑣𝑣 𝜕𝜕𝜕𝜕 = − 𝜌𝜌 𝜕𝜕𝜕𝜕 + 𝜈𝜈 (𝜕𝜕𝑥𝑥 22 + 𝜕𝜕𝑦𝑦22 ) + 𝛽𝛽𝛽𝛽(𝑇𝑇 − 𝑇𝑇00 )𝜕𝜕𝜕𝜕 + 𝑢𝑢 𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜌𝜌 𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝑥𝑥𝜕𝜕𝑦𝑦···································································· (2)(2)····································································

2
2 𝑇𝑇
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕
𝜕𝜕2
1
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕2 𝑇𝑇𝑇𝑇+ 𝑢𝑢+ 𝑣𝑣
𝑣𝑣 𝜕𝜕𝜕𝜕 == 𝛼𝛼+ 𝜕𝜕 𝑇𝑇2)) −− 1 𝛻𝛻.
𝛻𝛻. 𝑞𝑞𝑞𝑞𝑟𝑟𝑟𝑟+𝑢𝑢 𝜕𝜕𝜕𝜕 +𝛼𝛼 ((𝜕𝜕𝑥𝑥 22 +
2
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝑦𝑦
𝜌𝜌𝜌𝜌
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝑥𝑥
𝜕𝜕𝑦𝑦
𝜌𝜌𝜌𝜌𝑝𝑝𝑝𝑝····································································(3)···································································· (3)𝑑𝑑𝐼𝐼
𝜆𝜆 (𝑟𝑟(𝑟𝑟⃗⃗,𝑠𝑠̂
𝑑𝑑𝐼𝐼𝜆𝜆,𝑠𝑠̂ ))
(𝑟𝑟⃗,
(𝑇𝑇)
+ 𝜅𝜅
𝜅𝜅𝜆𝜆𝜆𝜆 𝐼𝐼𝐼𝐼𝑏𝑏,𝜆𝜆= −(𝜅𝜅
+ 𝜎𝜎
𝜎𝜎𝑠𝑠,𝜆𝜆)𝐼𝐼𝜆𝜆 (𝑟𝑟=−(𝜅𝜅𝜆𝜆𝜆𝜆 +⃗, 𝑠𝑠̂𝑠𝑠̂ )) +𝑠𝑠,𝜆𝜆 )𝐼𝐼𝜆𝜆
𝑏𝑏,𝜆𝜆 (𝑇𝑇)
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑

  𝜎𝜎𝑠𝑠,𝜆𝜆𝜎𝜎𝑠𝑠,𝜆𝜆(𝑟𝑟⃗,(𝑠𝑠̂ ′′ →→ 𝑠𝑠̂𝑠𝑠̂ ))𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑 ···························· (4)(4)∫
𝐼𝐼𝜆𝜆 (𝑟𝑟+)𝛷𝛷𝜆𝜆𝜆𝜆 (𝑠𝑠̂
+ 4𝜋𝜋
∫4𝜋𝜋
⃗, 𝑠𝑠̂𝑠𝑠̂ ′′)𝛷𝛷
4𝜋𝜋 𝐼𝐼𝜆𝜆

4𝜋𝜋

また、本研究で用いた最大クーラン数はまた、本研究で用いた最大クーラン数は 0.5
0.5 である。
である。

(b)
(b)
図 2
図
2 加熱壁中央部の速度(a)と上部断熱壁中央部の速度(b)の加熱壁中央部の速度(a)と上部断熱壁中央部の速度(b)の比較
比較 (τ=5)(τ=5)

これらのグラフは pure
pure convection
convection の位置と速度の関係の位置と速度の関係
これらのグラフはを示している。ここで、pure convection
convection とはふく射を考慮を示している。ここで、pureとはふく射を考慮
しない場合である。Y-U のグラフでは境界層付近に多少しない場合である。Y-Uのグラフでは境界層付近に多少

352SHQ)2$0
2SHQ)2$0 を用いたふく射・対流場の連成伝熱解析の妥当性評価
を用いたふく射・対流場の連成伝熱解析の妥当性評価

のずれがあるものの、分布は一致している。このずれはのずれがあるものの、分布は一致している。このずれは先行研究から値を取得する際に生じた誤差であると考え先行研究から値を取得する際に生じた誤差であると考えられる。
のグラフはほぼ完全に一致している。これら
これらられる。X-V
X-V のグラフはほぼ完全に一致している。
より、purepure convection
convection での計算結果は正しいことが確認さでの計算結果は正しいことが確認さ
より、
れた。
れた。
次にふく射計算の際の空間角度分割数の依存性につい次にふく射計算の際の空間角度分割数の依存性について評価した。今回は結果の一部として τ=5τ=5 のグラフを掲のグラフを掲て評価した。今回は結果の一部として載する。図 3(a)は、加熱壁中心部の速度分布を示してい3(a)は、加熱壁中心部の速度分布を示してい載する。図る。図 3(b)は、上部断熱壁中心部の速度分布を示してい3(b)は、上部断熱壁中心部の速度分布を示してい
る。図
る。
る。

との差を示している。
5(a)、6(a)は、6(a)は、それぞれそれぞれ τ=1、
τ=1、との差を示している。図図 4(a)、
4(a)、5(a)、5、10での加熱壁からの対流熱伝達率を示している。図5、10 での加熱壁からの対流熱伝達率を示している。図
4(b)、5(b)、6(b)は、それぞれ τ=1、5、104(b)、5(b)、6(b)は、それぞれ
τ=1、5、10 でのでの加熱壁から加熱壁からのふく射熱伝達率を示している。
のふく射熱伝達率を示している。
表1 分割角度別の加熱壁からの分割角度別の加熱壁からの
表 1
平均対流熱伝達率と平均ふく射熱伝達率 (τ=1)(τ=1)
平均対流熱伝達率と平均ふく射熱伝達率


90°
90°

30°
30°

18°
18°

5°
5°

2
hhcc(W/m(W/m2K)
K)

1.921
1.921

1.908
1.908

1.907
1.907

1.911
1.911

基準との差(%)
基準との差(%)

0.535
0.535

-0.155-0.155-0.173-0.173

2hhrr(W/m(W/m2K)K)

24.29424.294-12.867-12.86727.28227.282-2.153-2.15327.62627.626-0.919-0.91927.88227.882


基準との差(%)
基準との差(%)

(a)
(a)

(a)
(a)

(b)
(b)

図
3 加熱壁中央部の速度(a)と上部断熱壁中央部の速度(b)の加熱壁中央部の速度(a)と上部断熱壁中央部の速度(b)の
図 3
比較比較 (τ=5)(τ=5)

X-V のグラフを見ると、全ての角度分割数で速度境界のグラフを見ると、全ての角度分割数で速度境界
 X-V層の位置や大きさは一致している。しかし、
しかし、X
Xがが 0.1～0.4
0.1～0.4層の位置や大きさは一致している。

の間で、空間を空間を 90°に分割したときの速度が、90°に分割したときの速度が、基準値に比
基準値に比
の間で、
べて小さくなっている。その他の分割角度での速度は基べて小さくなっている。その他の分割角度での速度は基準と比べて違いはない。次に U-YU-Y の結果に注目する。Xの結果に注目する。X準と比べて違いはない。次にV とは違い、とは違い、分割角度が
分割角度が 90°の時に速度境界層の境界付近
90°の時に速度境界層の境界付近
Vの最大速度が基準と違っている。また、また、その分割角度でその分割角度で Y
Yの最大速度が基準と違っている。
が0.5～0.8の時にも基準値と離れている。
が 0.5～0.8 の時にも基準値と離れている。
次に各分割角度の対流熱伝達率 hhcc、ふく射熱伝達率
 次に各分割角度の対流熱伝達率、ふく射熱伝達率 hhrrを比較する。表 1、2、3
1、2、3 はそれぞれを比較する。表はそれぞれ τ=1、5、10
τ=1、5、10 でのでの分割
分割

角度別の平均対流熱伝達率、平均ふく射熱伝達率、基準
角度別の平均対流熱伝達率、平均ふく射熱伝達率、基準

(b)
(b)

図
4 対流熱伝達率(a)とふく射熱伝達率(b)の比較
対流熱伝達率(a)とふく射熱伝達率(b)の比較 (τ=1)
(τ=1)
図 4
表
分割角度別の加熱壁からの
表 2
2 分割角度別の加熱壁からの平均対流熱伝達率と平均ふく射熱伝達率
平均対流熱伝達率と平均ふく射熱伝達率 (τ=5)
(τ=5)


90°
90°

30°
30°

18°
18°

5°
5°

2
hhcc(W/m(W/m2K)
K)

1.967
1.967

1.924
1.924

1.920
1.920

1.920
1.920

基準との差(%)
基準との差(%)

2.439
2.439

0.223
0.223

0.017
0.017



2
hhrr(W/m(W/m2K)K)

18.51418.514-6.765-6.76519.55319.553-1.528-1.52819.73419.734-0.619-0.61919.85719.857


基準との差(%)
基準との差(%)

36

小泉匠摩・古川琢磨小泉匠摩・古川琢磨ュレーションを行う。今回の目的を達成するために行った研究の進め方を記述する。1．ケース作成、2．計算条
件の設定、3．計算の実行、4．paraView を用いた可視化、
5．データの取得、6．各空間角度分割数での比較、である。

𝑣𝑣𝑣𝑣/𝛼𝛼、𝑈𝑈 = 𝑢𝑢𝑢𝑢/𝛼𝛼、𝑌𝑌 = 𝑦𝑦/𝐿𝐿、ℎc =2.1 作成ケース
作成したケースは、0.1m 四方の通常室内条件下での二次元空洞矩形であり、内部は空気が存在している。中心温度は 300K で、左側が高温壁 305.34K、右側が低温壁(a)294.66K であり、上下は断熱壁である。レイリー数は106で、熱拡散率などの各物性値は伝熱工学 4)を参照した。メ
ッシュ数は 160×160 で、壁付近に向かうにつれて細分化される勾配メッシュを用いた。

図 1 作成ケース(b)
計算はpure convection ふく射の影響がないとτ 光学
図 51、5、10のケースを作成し、行った。
対流熱伝達率(a)とふく射熱伝達率(b)の比較 (τ=5)
厚さ
表 3 分割角度別の加熱壁からの2.2 支配方程式
平均対流熱伝達率と平均ふく射熱伝達率 (τ=10)
本研究で用いる支配方程式を記す。ブジネスク近似を用
90°
30°
18°
5°

いたナビエストークス方程式とエネルギー方程式、ふく射輸送方程式である。本研究では、主に断熱壁に放射さhc(W/m2K)
2.121
2.064
2.061
2.059
れたふく射の散乱及び、ふく射性媒体でのふく射吸収・基準との差(%)
2.978
0.240
0.080

放射を考慮するため、離散方位法
DOMを用いた。ここ2
hr(W/m K)
14.451
15.66215.84215.951で𝑢𝑢、𝑣𝑣は𝑥𝑥、𝑦𝑦方向の速度、𝑡𝑡は時間、𝜌𝜌は流体の密度、𝑝𝑝は基準との差(%)-9.403-1.812-0.683
圧力、𝛽𝛽は体膨張係数、𝑔𝑔は重力加速度、 𝑇𝑇は温度、 𝑇𝑇0 は
中心温度、 𝛼𝛼は熱拡散率、 𝑐𝑐𝑝𝑝 は定圧比熱、 𝛻𝛻. 𝑞𝑞𝑟𝑟 は放射

射強度、𝑠𝑠̂ ′はある方向ベクトル、𝛷𝛷𝜆𝜆 (𝑠𝑠̂ ′ → 𝑠𝑠̂ )は𝑠𝑠̂ ′方向に散乱される単位立体角当たりの割合、𝛺𝛺は立体角である。

𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕

+ 𝑢𝑢

+ 𝑢𝑢

𝜕𝜕𝜕𝜕

𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕

+ 𝑣𝑣

+ 𝑣𝑣

𝜕𝜕𝜕𝜕

𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕

𝜕𝜕𝜕𝜕

=−

=−

1 𝜕𝜕𝜕𝜕𝜌𝜌 𝜕𝜕𝜕𝜕
1 𝜕𝜕𝜕𝜕

𝜕𝜕2 𝑢𝑢+ 𝜈𝜈(𝜕𝜕𝑥𝑥 2
𝜕𝜕2 𝑣𝑣𝜌𝜌 𝜕𝜕𝜕𝜕+ 𝜈𝜈 (

𝜕𝜕𝑥𝑥

𝜕𝜕𝑦𝑦

𝜕𝜕𝑥𝑥

+

2 +

𝜕𝜕2 𝑢𝑢) ··············· (1)

𝜕𝜕𝑦𝑦

𝜕𝜕𝜕𝜕

+ 𝑢𝑢

𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕

+ 𝑣𝑣

𝜕𝜕𝜕𝜕

𝜕𝜕𝜕𝜕

= 𝛼𝛼 (

𝜕𝜕2 𝑇𝑇

2 +𝜕𝜕2 𝑇𝑇2) −1𝜌𝜌𝜌𝜌𝑝𝑝𝛻𝛻. 𝑞𝑞𝑟𝑟···································································· (3)𝑑𝑑𝐼𝐼𝜆𝜆 (𝑟𝑟⃗,𝑠𝑠̂ )(a)= −(𝜅𝜅𝜆𝜆 + 𝜎𝜎𝑠𝑠,𝜆𝜆 )𝐼𝐼𝜆𝜆 (𝑟𝑟⃗, 𝑠𝑠̂ ) + 𝜅𝜅𝜆𝜆 𝐼𝐼𝑏𝑏,𝜆𝜆 (𝑇𝑇)
𝑑𝑑𝑑𝑑

  

𝜎𝜎

+ 𝑠𝑠,𝜆𝜆 ∫4𝜋𝜋 𝐼𝐼𝜆𝜆 (𝑟𝑟⃗, 𝑠𝑠̂ ′)𝛷𝛷𝜆𝜆 (𝑠𝑠̂ ′ → 𝑠𝑠̂ )𝑑𝑑𝑑𝑑 ·············· (4)4𝜋𝜋

また、本研究で用いた最大クーラン数は 0.5 である。

𝑇𝑇w −𝑇𝑇c、ℎ𝑟𝑟 =

𝑞𝑞𝑟𝑟

𝑇𝑇w −𝑇𝑇c、で

4. 結言
 鉛直方向・水平方向の速度分布、熱伝達率の比較から、今後使用する、ふく射と自然対流の複合解析手法の妥当性を評価した。結果として、分割角度を 18°とした時に基準との誤差が 1%未満であることが分かった。これより、ふく射計算を含む複合解析手法を用いる際は分割角度を18°未満にする必要がある。今後は、18°と 30°の間での差について調査する予定である。またふく射伝熱のメッシ(a)ュ依存性についても調査したい。

参 考 文 献


K. Lari et al. Combined heat transfer of radiation and natural convection ina square cavity containing participating gases. International Journal of
Heat and Mass Transfer. 2011, vol. 54, pp. 5087-5099.

L. Soucasse et al. Transitional regimes of natural convection ina differentially heated cubical cavity under the effects of walland molecular gas radiation. Physics of Fluid. 2014, vol. 26, No.

···································································· (2)

𝜕𝜕𝜕𝜕

∆𝑇𝑇
∆𝑥𝑥

基準から離れた部分が存在する。特にふく射熱伝達率は

全ての位置で基準とは離れている。より正確な評価をす
3. 研究結果と考察るために、各光学厚さにおいて 2 つの熱伝達率の平均値
まず、用いた複合解析手法の妥当性評価のため、pureを比較した。比較では分割角度を 5°を基準値とした。結convection の計算結果と先行研究の速度分布のグラフを果としてどの光学厚さにおいても分割角度を 18°とした示す。
時に、基準との誤差が 1%未満であることが分かった。

𝜕𝜕𝑦𝑦 2
𝜕𝜕2 𝑣𝑣

2 ) + 𝛽𝛽𝛽𝛽(𝑇𝑇 − 𝑇𝑇0 )𝑘𝑘

ある。L はキャビティ幅、𝑘𝑘は空気の熱伝導率、𝑞𝑞𝑟𝑟 は壁からのふく射による熱流束、𝑇𝑇w 、𝑇𝑇c は加熱壁、冷却壁温度である。
立体角は、各光学厚さにおいて球座標系における方位(b)角、天頂角が等角度になるようそれぞれ
36:18、10:5、6:3、
図に分割した。
6 対流熱伝達率(a)とふく射熱伝達率(b)の比較
(τ=10)=
2:1
例えば 36:18 に分ける場合は、方位角𝜑𝜑180°/36 = 5°、天頂角𝜃𝜃 = 90°/18 = 5°、となる。これよ グラフから、分割角度が5°、18°、30°、90°となる。
90°の時はどちらの熱伝達率もりそれぞれの分割角度は

束、𝐼𝐼𝜆𝜆 は単色入射ふく射強度、𝑟𝑟⃗, 𝑠𝑠̂ は光の位置及び方向、
𝑆𝑆は距離、𝜅𝜅𝜆𝜆 は吸収係数、𝜎𝜎𝑠𝑠,𝜆𝜆 は散乱係数、𝐼𝐼𝑏𝑏,𝜆𝜆 は黒体ふく2.3 各空間角度分割数の比較
本研究では、無次元位置と無次元速度を用いて、X-V、
U-Y、対流熱伝達率 hc、ふく射熱伝達率 hr の計算値の各空間角度分割数の比較を行った。ここで、𝑋𝑋 = 𝑥𝑥/𝐿𝐿 、𝑉𝑉 =2, pp. 024105.

(b) 図 2
J. Salat
et al. Experimental and numerical investigation natural convection
加熱壁中央部の速度(a)と上部断熱壁中央部の速度(b)のin a large air-filled of turbulent
比較cavity.
(τ=5)International Journal of Heat andFluid Flow. 2004, vol. 25, No. 5, pp. 824-832.


一般社団法人,日本機械学会. 伝熱工学. 丸善出版. 2005.

これらのグラフは pure convection の位置と速度の関係を示している。ここで、pure convection とはふく射を考慮（原稿受付：2019 年 
11 月 7 日）（原稿受付：

しない場合である。Y-U のグラフでは境界層付近に多少八戸工業高等専門学校紀要                                      37

第号  （）新教材・教育法の開発を目指した
3D プリンタによる分子計算のマテリアリゼーション (3)― 炭素材料に関する分子シミュレーションとマテリアリゼーション ―松橋 信明*・髙橋 蓮**・大橋 功一**・小田 和樹**・山田 一雅***
Materialization of Molecular Calculation by 3D Printer with the Aim of the Development of
New Teaching Material and Teaching Method (3)― Molecular Simulation and Materialization on Carbon Materials ―Nobuaki MATSUHASHI, Ren TAKAHASHI, Kouichi OHASHI, Kazuki ODA and Kazumasa YAMADA* 産業システム工学科 電気情報工学コース** 電気情報工学科 学生*** 函館工業高等専門学校 生産システム工学科

Keywords : 分子シミュレーション，マテリアリゼーション，グラフェン，グラファイト，ダイヤモンド，3D プリンタ
1. はじめに
本研究は、「３Ｄプリンタによる分子計算のマテリアリ
ゼーション ―新教材・教育法の開発―」という研究テーマで、平成 28 年度から 32 年度の 5 年間、JSPS 科研
費 16K00981（基盤研究(C)）の助成を受けながら行う研究である。本研究に先駆けて、高専の電子系専門教育における有用な新しい教材と教育法の開発を目指し、平成
25 年度から平成 27 年度の 3 年間、
JSPS 科研費 25560092（挑戦的萌芽研究）の助成を受けながら、「分子軌道法と分子動力学法を活用した新たな教材と教育法の開発」という研究テーマに精力的に取り組んで来た結果、多くの研究成果 1)～5) を上げることができた。
そして前稿 6) において、分子動力学法による機能性有機材料であるカーボンナノチューブの熱特性に関する研
究と、電子材料の教材として最適なカーボンナノチュー
ブの 3D プリンタによるマテリアリゼーションについて紹介した。また、3D プリンタを用いて造形する際に生じる様々なエラーの原因や解決方法について、造形に必要な STL（Stereo lithography）ファイルと関連付けながら、調査及び検討した内容を紹介した。
本稿では、身近な教材である炭素材料に着目し、その構造や物性を解明するべく、グラフェンの成長過程、グラファイト構造とダイヤモンド構造の混成軌道の違いによる導電特性の比較、ダイヤモンド構造の物性と 3D プ
リンタによる造形化について、分子軌道法や分子動力学法を用いた分子シミュレーションやマテリアリゼーショ
ンにより取り組み、それらの検討結果を紹介する。

 2. グラフェン成長過程の検討
グラフェンとは炭素原子が蜂の巣格子状に互いに強固に結合した二次元結晶（ハニカム構造）である。その優れた導電特性・機械特性からエレクトロニクス分野での応用が期待されている。
本研究では、Cu 薄膜上へ単層グラフェンを作製する際の実験環境を分子動力学シミュレーションにより再現し、グラフェンの成長過程を明らかにして、グラフェン作製の条件を見出すことを目的とする。
2.1グラフェンの分子動力学計算
2.1.1 グラフェンについて
グラフェンとは、1 原子の厚さの sp2 結合炭素原子のシート状物質である。炭素原子とその結合からできた蜂図 1 グラフェンの基本構造

38

松橋
松橋 信明・髙橋
信明・髙橋 蓮・大橋
蓮・大橋 功一・小田
功一・小田 和樹・山田
和樹・山田 一雅
一雅


の巣のような六角形格子構造をとっている（ハニカム構の巣のような六角形格子構造をとっている（ハニカム構造）。また炭素同素体（グラファイト、カーボンナノチ
造）。また炭素同素体（グラファイト、カーボンナノチ
ューブ、フラーレンなど）の基本的な構造である。図ューブ、フラーレンなど）の基本的な構造である。図 11にグラフェンの基本構造を示す。
にグラフェンの基本構造を示す。
グラフェンは導電性や物理特性、さらにはスピン輸送
グラフェンは導電性や物理特性、さらにはスピン輸送
特性にも優れているため半導体素子や透明導電膜などの特性にも優れているため半導体素子や透明導電膜などの用途はもちろんのこと、スピントロニクスの理想的な材用途はもちろんのこと、スピントロニクスの理想的な材料とされており、太陽帆のようにマイクロ波を照射する料とされており、太陽帆のようにマイクロ波を照射することによって前進する宇宙船の開発も研究されている。
ことによって前進する宇宙船の開発も研究されている。
一般にグラフェンは一般にグラフェンは CVD
CVD 法を用いて金属触媒の上に法を用いて金属触媒の上に成長させて作製させる。その際、単層で大面積のグラフ成長させて作製させる。その際、単層で大面積のグラフ
ェンは CuCu 薄膜の上に作成することができる。
薄膜の上に作成することができる。
ェンは
 2.1.2
シミュレーションセルの準備
2.1.2 シミュレーションセルの準備
本研究では、富士通社製の分子動力学シミュレーショ
本研究では、富士通社製の分子動力学シミュレーショ
ンソフト SCIGRESSSCIGRESS を用いる。実際は熱を用いる。実際は熱 CVD
CVD 法によ法によンソフトる金属触媒反応を利用してグラフェンを成長させるが、る金属触媒反応を利用してグラフェンを成長させるが、SCIGRESSSCIGRESS では化学反応のシミュレーションを行うこ
では化学反応のシミュレーションを行うことができないため、熱 CVD
CVD の原料ガスであるアセチレの原料ガスであるアセチレとができないため、熱ンが Cu
Cu の触媒反応によって炭素が取り出される過程をの触媒反応によって炭素が取り出される過程をンが再現することができない。そこで、あらかじめアセチレ
再現することができない。そこで、あらかじめアセチレンからある程度炭素原子が取り出されたものとし、シミンからある程度炭素原子が取り出されたものとし、シミュレーションを行う。
ュレーションを行う。
Cu
Cu 薄膜上でのグラフェン成長の様子を再現するべく薄膜上でのグラフェン成長の様子を再現するべく
図2に示す
図 2 に示す Cu(110)とCu(110)と Cu(111)のCu(111)の Cu
Cu 薄膜セルを準備す
薄膜セルを準備する。その上に、適当な量の炭素原子のランダムセルを結る。その上に、適当な量の炭素原子のランダムセルを結合させると、図合させると、図 3
3 のシミュレーションセルが完成する。
のシミュレーションセルが完成する。

2.1.3Cu(110)とCu(111)の比較
2.1.3Cu(110)と Cu(111)の比較(1)シミュレーション条件(1)シミュレーション条件
準備した
準備した Cu(110)及びCu(110)及び Cu(111)セルを用いて、グラフ
Cu(111)セルを用いて、グラフ
ェン成長の様子を比較する。分子動力学計算を実行する
ェン成長の様子を比較する。分子動力学計算を実行する
ためのシミュレーション条件を表 1
1 に示す。
に示す。
ためのシミュレーション条件を表表
表 1
1 シミュレーション条件
シミュレーション条件
アンサンブルアンサンブル
総ステップ数総ステップ数
時間刻み幅
時間刻み幅
温度
温度
圧力
圧力
原子間ポテン
原子間ポテン
シャル関数
シャル関数

NTP
NTP
30000[steps]
30000[steps]
0.5[fs]0.5[fs]1～7000[step]：300[K]
1～7000[step]：300[K]
10000～14000[step]：1300[K]10000～14000[step]：1300[K]17000～30000[step]：300[K]17000～30000[step]：300[K]-6
1×10
1×10-6 [atm][atm]
Cu-Cu：GEAM
Cu-Cu：GEAM
Cu-C
Cu-C ：UFF：UFF
C-C
C-C ：Tersoff：Tersoff(2)シミュレーション結果(2)シミュレーション結果
Cu(110)及び Cu(111)のセルで成長させたグラフェン
Cu(111)のセルで成長させたグラフェン
Cu(110)及びを図 44 に示す。結果として、どちらもグラフェンを成長に示す。結果として、どちらもグラフェンを成長を図させることができた。両者を比較すると、Cu(110)上よさせることができた。両者を比較すると、Cu(110)上よりり Cu(111)上の方がグラフェン特有のハニカム構造が多Cu(111)上の方がグラフェン特有のハニカム構造が多く見られた。
く見られた。

(a)(a) Cu(110)
Cu(110) 
 
 
 
 
 
 (b)
(b) Cu(111)
Cu(111)
図
図 4
4 シミュレーション結果
シミュレーション結果(a)(a) Cu(110)
Cu(110)     (b)(b) Cu(111)
Cu(111)
図
図 2
2 Cu
Cu 薄膜セル
薄膜セル

図
図 3
3 シミュレーションセル
シミュレーションセル(3)考察(3)考察Cu(111)上のグラフェンのハニカム構造がCu(111)上のグラフェンのハニカム構造が Cu(110)よCu(110)より多くなった理由は、それぞれの面における原子の配向り多くなった理由は、それぞれの面における原子の配向に起因していると考えられる。Cu は固溶度が極めて低は固溶度が極めて低に起因していると考えられる。Cu
いため、炭素原子がCuに溶けにくく多くの原子がいため、炭素原子が Cu に溶けにくく多くの原子が Cu
Cu
表面で配向・結合すると考えられる。Cu(110)は原子が表面で配向・結合すると考えられる。Cu(110)は原子が格子状に配向しているのに対して Cu(111)は原子がハニ
Cu(111)は原子がハニ格子状に配向しているのに対してカム構造に似た配向をしている。そのため、炭素原子がカム構造に似た配向をしている。そのため、炭素原子がよりハニカム構造を形成しやすいと考えられる。
よりハニカム構造を形成しやすいと考えられる。
また、Cu(110)においてもグラフェン特有のハニカム
また、Cu(110)においてもグラフェン特有のハニカム構造が少数ではあったが確認することができた。したが構造が少数ではあったが確認することができた。したがって、Cu(110)基板を工夫することによって十分な面積って、Cu(110)基板を工夫することによって十分な面積のグラフェンを作製することが可能と考えられる。
のグラフェンを作製することが可能と考えられる。

新
新教
教材
材・
・教
教育
育法
法の
の開
開発
発を
を目
目指
指し
した
た 3D
3D プ
プリ
リン
ンタ
タに
によ
よる
る分
分子
子計
計算
算の
のマ
マテ
テリ
リア
アリ
リゼ
ゼー
ーシ
ショ
ョン
ン (3)
(3)

2.1.4温度依存性
2.1.4温度依存性(1)シミュレーション条件(1)シミュレーション条件
温度がグラフェン成長に及ぼす影響を調べる。表温度がグラフェン成長に及ぼす影響を調べる。表 1
1ののシミュレーション条件において、10000～14000[step]のシミュレーション条件において、10000～14000[step]の場合の温度を場合の温度を 300[K]・500[K]・900[K]・1300[K]と変300[K]・500[K]・900[K]・1300[K]と変化させ、グラフェン成長の様子を比較する。Cu
化させ、グラフェン成長の様子を比較する。Cu 薄膜セ
薄膜セ
ルは Cu(111)を用いる。
Cu(111)を用いる。
ルは(2)シミュレーション結果(2)シミュレーション結果
 図
図5
5 にシミュレーション結果を示す。300[K]とにシミュレーション結果を示す。300[K]と 500[K]
500[K]
では炭素の結合が見られず、900[K]では 4
4 つの温度の中でつの温度の中ででは炭素の結合が見られず、900[K]では一番単層に近いグラフェンが得られた。1300[K]ではハニ一番単層に近いグラフェンが得られた。1300[K]ではハニ
カム構造は多く見られたが多層構造になってしまった。
カム構造は多く見られたが多層構造になってしまった。

(a)(a) 300[K]
300[K]        (b)(b) 500[K]
500[K](c)(c) 900[K]
900[K]        (d)(d) 1300[K]
1300[K]図
図 5
5 シミュレーション結果
シミュレーション結果(3)考察(3)考察300[K]と300[K]と 500[K]の場合は、500[K]の場合は、グラフェン成長時の温度がグラフェン成長時の温度が低温であるため、グラフェンに結合するためのエネルギ
低温であるため、グラフェンに結合するためのエネルギーが十分に得られずハニカム構造が極めて少なくなった
ーが十分に得られずハニカム構造が極めて少なくなったと考えられる。
と考えられる。
1300[K]の場合は、
1300[K]の場合は、ハニカム構造が多く見られた一方で、ハニカム構造が多く見られた一方で、多層グラフェンも多く見られた。これは高温になるほど多層グラフェンも多く見られた。これは高温になるほど炭素原子の運動量が多くなり、結合したグラフェンの運
炭素原子の運動量が多くなり、結合したグラフェンの運動が激しくなって動が激しくなって 22 層以上の多層グラフェンができたと層以上の多層グラフェンができたと考えられる。必要以上に高温にしてしまうと各原子のエ考えられる。必要以上に高温にしてしまうと各原子のエネルギーが非常に高くなり、結合が三次元的になりやす
ネルギーが非常に高くなり、結合が三次元的になりやす
いと考えられる。
いと考えられる。
 900[K]の場合は、二次元結晶に近い単層グラフェンが900[K]の場合は、二次元結晶に近い単層グラフェンが多く見られた。これまでの考察から、900[K]が単層グラ多く見られた。これまでの考察から、900[K]が単層グラフェンを成長させるための適切な温度と考えられる。
フェンを成長させるための適切な温度と考えられる。

39

3.
3. 混成軌道の違いによる導電特性の比較
混成軌道の違いによる導電特性の比較
炭素材料として有名なグラファイトやダイヤモンドは、炭素材料として有名なグラファイトやダイヤモンドは、どちらも炭素だけで作られているにも関わらず、sp2 混
混
どちらも炭素だけで作られているにも関わらず、sp2
成軌道を有するグラファイトは導電性、sp3混成軌道を成軌道を有するグラファイトは導電性、sp3 混成軌道を有するダイヤモンドは絶縁性を示す。なぜ同じ材料で作有するダイヤモンドは絶縁性を示す。なぜ同じ材料で作られているのに導電性に違いが生じるのか、分子シミュられているのに導電性に違いが生じるのか、分子シミュ
レーションソフト SCIGRESSSCIGRESS を用いて分子軌道計算をを用いて分子軌道計算を
レーションソフト
行い、混成軌道の違いによる導電特性の比較を行う。
行い、混成軌道の違いによる導電特性の比較を行う。
 本研究は、導電特性を調べるため、分子中の電子の状
本研究は、導電特性を調べるため、分子中の電子の状
態を量子力学的な計算によって求め、その分子構造や化態を量子力学的な計算によって求め、その分子構造や化学反応などに関する特性を理論的に調べる量子化学の手学反応などに関する特性を理論的に調べる量子化学の手法である分子軌道法を採用する。グラファイトとダイヤ法である分子軌道法を採用する。グラファイトとダイヤ
モンドの構造モデルを作成し、次に分子軌道計算を行う。
次に分子軌道計算を行う。
モンドの構造モデルを作成し、そして得られた結果からグラファイト構造とダイヤモン
そして得られた結果からグラファイト構造とダイヤモンド構造の導電特性を比較する。
ド構造の導電特性を比較する。
3.1グラファイトとダイヤモンドの分子軌道計算
3.1グラファイトとダイヤモンドの分子軌道計算
3.1.1
構造モデルの作成
3.1.1 構造モデルの作成
グラファイトの結晶構造は、層が何枚も重なった層状
グラファイトの結晶構造は、層が何枚も重なった層状構造である。その平面構造は炭素原子が六角形で蜂の巣構造である。その平面構造は炭素原子が六角形で蜂の巣上に結合した六方格子で、面内の炭素は強い共有結合で上に結合した六方格子で、面内の炭素は強い共有結合で結ばれているが、層と層の間は弱いファンデルワールス
結ばれているが、層と層の間は弱いファンデルワールス
力で結ばれている。電子軌道は sp2
sp2 混成軌道となる。
混成軌道となる。
力で結ばれている。電子軌道は
ダイヤモンドの結晶構造は、炭素原子が 33 次元的な規
次元的な規
ダイヤモンドの結晶構造は、炭素原子が則正しい配列をしており、炭素原子同士がすべて共有結
則正しい配列をしており、炭素原子同士がすべて共有結
合で繋がった構造である。一つの炭素原子を中心とした合で繋がった構造である。一つの炭素原子を中心とした正四面体の各頂点に 44 個の炭素原子が位置して個の炭素原子が位置して 3
3 次元的
次元的
正四面体の各頂点にに炭素原子の結合が広がっている。電子軌道は sp3
sp3 混成混成に炭素原子の結合が広がっている。電子軌道は軌道となる。
軌道となる。
SCIGRESS で作成した構造最適化後の構造モデルをで作成した構造最適化後の構造モデルを
SCIGRESS
図66 に示す。グラファイトは密度汎関数法を用い、六角に示す。グラファイトは密度汎関数法を用い、六角
図形の一辺の長さは形の一辺の長さは 1.42[Å]、層間の距離は1.42[Å]、層間の距離は 3.4[Å]となっ
3.4[Å]となった。また、層間に働くファンデルワールス力は弱い結合た。また、層間に働くファンデルワールス力は弱い結合とした。ダイヤモンドは分子力学計算（MM3）を用い、とした。ダイヤモンドは分子力学計算（MM3）を用い、原子間距離は 1.53[Å]となった。
1.53[Å]となった。
原子間距離は(a)グラファイト構造(a)グラファイト構造 
 (b)ダイヤモンド構造(b)ダイヤモンド構造
図
図 6
6 構造モデル
構造モデル

松橋
松橋 信明・髙橋
信明・髙橋 蓮・大橋
蓮・大橋 功一・小田
功一・小田 和樹・山田
和樹・山田 一雅
一雅


40

3.1.2 フロンティア軌道の巣のような六角形格子構造をとっている（ハニカム構
分子軌道計算により得られる特定の分子軌道を用いる
造）。また炭素同素体（グラファイト、カーボンナノチと、反応を予測することができる。このような軌道はフ
ューブ、フラーレンなど）の基本的な構造である。図 17) と呼ばれ、代表的なものが HOMO・
ロンティア軌道にグラフェンの基本構造を示す。
LUMOである。HOMO とは最高被占軌道で、電子に占グラフェンは導電性や物理特性、さらにはスピン輸送
有されている最もエネルギーの高い分子軌道、LUMO と特性にも優れているため半導体素子や透明導電膜などのは最低空軌道で、電子に占有されていない最もエネルギ
用途はもちろんのこと、スピントロニクスの理想的な材
ーの低い分子軌道を意味する。これらをバンド構造で表料とされており、太陽帆のようにマイクロ波を照射するした図を図 7 に示す。
ことによって前進する宇宙船の開発も研究されている。
価電子帯で最もエネルギーの高い軌道が
HOMO、伝導
一般にグラフェンはCVD 法を用いて金属触媒の上に帯で最もエネルギーの低い軌道が LUMO となる。これ成長させて作製させる。その際、単層で大面積のグラフ
らのエネルギー差をバンドギャップといい、このバンド
ェンはCu 薄膜の上に作成することができる。
ギャップが大きくなると禁制帯の幅が大きくなるため電気伝導性が悪く、逆にバンドギャップが小さくなると禁2.1.2 シミュレーションセルの準備制帯の幅が小さくなるため電気伝導性が良い。
本研究では、富士通社製の分子動力学シミュレーショ
ンソフト SCIGRESS を用いる。実際は熱 CVD 法による金属触媒反応を利用してグラフェンを成長させるが、SCIGRESS では化学反応のシミュレーションを行うことができないため、熱 CVD の原料ガスであるアセチレ
ンが Cu の触媒反応によって炭素が取り出される過程を再現することができない。そこで、あらかじめアセチレンからある程度炭素原子が取り出されたものとし、シミュレーションを行う。
Cu 薄膜上でのグラフェン成長の様子を再現するべく
図 2 に示す Cu(110)と Cu(111)の Cu 薄膜セルを準備する。その上に、適当な量の炭素原子のランダムセルを結図 7 バンド構造
合させると、図 3 のシミュレーションセルが完成する。
3.1.3 結果と考察(1) バンドギャップ
密度汎関数法によって構造最適化したグラファイトと分子力学計算（MM3）によって構造最適化したダイヤモ
ンドの構造モデルを用いて分子軌道計算した結果を表 2に示す。なお、グラファイトは半金属であるため理想バ
ンドギャップは 0[eV]、ダイヤモンドの理想バンドギャッ(a) Cu(110)     (b) Cu(111)
プは 5.3[eV] 8)である。計算結果と比較すると、誤差はグ
図 2 Cu 薄膜セル 0.46[eV]と多少
ラファイトが 0.03[eV]、ダイヤモンドが
表 2 バンドギャップ計算結果
グラファイト

ダイヤモンド

HOMO [eV]－116.44－9.33

LUMO [eV]－116.41－3.57

BandGap [eV]

0.03

5.76

理論値 [eV]05.3

誤差 [eV]

0.03

0.46

図 3 シミュレーションセルの誤差を生じたが、ほぼ理論値に近い結果が得られた。
2.1.3Cu(110)と Cu(111)の比較
これらのことからバンドギャップの小さいグラファイト(1)シミュレーション条件
は電気伝導性が良く、バンドギャップの大きいダイヤモ
準備した Cu(110)及び Cu(111)セルを用いて、グラフ
ンドは電気伝導性が悪いということがわかる。
ェン成長の様子を比較する。分子動力学計算を実行する
図 8 にグラファイトとダイヤモンドの分子軌道を示す。
ためのシミュレーション条件を表1 に示す。
青色と緑色で表示されているところが HOMO、赤色と黄色で表示されているところがLUMO を表している。分
表 1 シミュレーション条件
子軌道には結合性軌道、反結合性軌道 9) があり、結合性
アンサンブル
NTP
軌道は分子同士を結合させるようにさせる軌道、反結合
総ステップ数
30000[steps]
性軌道は分子同士の結合を開裂させるように働く軌道で
時間刻み幅
0.5[fs]ある。グラファイトの分子軌道を見ると分子軌道は分子1～7000[step]：300[K]
面に対して垂直方向に分布している。この軌道はπ軌道
温度10000～14000[step]：1300[K]17000～30000[step]：300[K]といわれており、結合性軌道の中で最もエネルギーの高1×10-6 [atm]い HOMO圧力を表している。ダイヤモンドの分子軌道も同
Cu-Cu：GEAM
じように分子面に対して垂直方向に分布しているπ軌道
原子間ポテン
Cu-C ：UFF
シャル関数が確認できた。また、これの他にも分子軌道が分子面にC-C ：Tersoff
対して垂直に出ているものの、符号が上下左右で異なり、結合を作らせる方向に作用していない反結合性軌道が確(2)シミュレーション結果認できた。
Cu(110)及び Cu(111)のセルで成長させたグラフェンを図 4 に示す。結果として、どちらもグラフェンを成長させることができた。両者を比較すると、Cu(110)上より Cu(111)上の方がグラフェン特有のハニカム構造が多く見られた。

(a)グラファイト    (b)ダイヤモンド
図 8 分子軌道(a) Cu(110)       (b) Cu(111)(2)UV-Vis スペクトル
図 4 シミュレーション結果
UV-Vis スペクトルは対象物質の紫外線・可視光領域の吸収波長を測定することにより得られるスペクトルであ(3)考察る。光吸収と物質には相互関係があり、例えば電子が自Cu(111)上のグラフェンのハニカム構造が Cu(110)よ
由に動ける空間が増えるほど HOMO と LUMO のエネ
り多くなった理由は、それぞれの面における原子の配向
ルギー差であるバンドギャップが小さくなるため、励起に起因していると考えられる。Cu は固溶度が極めて低に要するエネルギーは少なくなり、したがって、波長のいため、炭素原子が Cu に溶けにくく多くの原子が Cu
長い光を吸収するようになる。バンドギャップに相当す
表面で配向・結合すると考えられる。Cu(110)は原子がる波長は UV-Vis スペクトルの計算から得られる最長吸格子状に配向しているのに対して Cu(111)は原子がハニ
収波長である。そして、バンドギャップ E [eV]と最長吸カム構造に似た配向をしている。そのため、炭素原子が収波長λ[nm]は次式に示す関係式で表される 10)。ｈはプ
よりハニカム構造を形成しやすいと考えられる。
ランク定数、c は光速、νは振動数である。
また、Cu(110)においてもグラフェン特有のハニカム構造が少数ではあったが確認することができた。したがℎ𝑐𝑐
1240
𝐸𝐸 𝐸 ℎ𝜈𝜈＝ ＝[eV]って、Cu(110)基板を工夫することによって十分な面積𝜆𝜆𝜆𝜆のグラフェンを作製することが可能と考えられる。

新
新教
教材
材・
・教
教育
育法
法の
の開
開発
発を
を目
目指
指し
した
た 3D
3D プ
プリ
リン
ンタ
タに
によ
よる
る分
分子
子計
計算
算の
のマ
マテ
テリ
リア
アリ
リゼ
ゼー
ーシ
ショ
ョン
ン (3)
(3)

2.1.4温度依存性
上式によって得られたバンドギャップと最長吸収波長(1)シミュレーション条件の関係を表 3 に示す。この UV-Vis スペクトルの計算で温度がグラフェン成長に及ぼす影響を調べる。表1の用いたハミルトニアンはPM3 と PM5 で、同じ炭素材料
シミュレーション条件において、10000～14000[step]のであってもハミルトニアンが変わると計算結果も異なっ
場合の温度を300[K]・500[K]・900[K]・1300[K]と変た。最長吸収波長からグラファイトは赤外光、ダイヤモ
化させ、グラフェン成長の様子を比較する。Cu
薄膜セ
ンドは紫外光を吸収していることがわかる。また、バンルはCu(111)を用いる。
ドギャップは理論値と比較するとグラファイトは約
0.7～0.9[eV]、
ダイヤモンドは約 1～1.8[eV]の誤差を生じた。
(2)シミュレーション結果
 図 5 にシミュレーション結果を示す。300[K]と
表 3 UV-Vis スペクトルの計算結果 500[K]では炭素の結合が見られず、900[K]では 4 つの温度の中で最長吸収波長BandGap
一番単層に近いグラフェンが得られた。1300[K]ではハニ
[nm]
[eV]
カム構造は多く見られたが多層構造になってしまった。
グラファイト（PM3）

1322

0.93

グラファイト（PM5）

1798

0.68

ダイヤモンド（PM3）172.647.18

ダイヤモンド（PM5）

197.62

6.27(3)ハミルトニアンに関する考察
誤差が生じた原因として、ハミルトニアンの影響が考(a)今回計算に使用したハミルトニアンは300[K]        (b) 500[K] PM3 とえられる。
PM5 といった半経験的分子軌道法である。半経験的分子軌道法は、実験値を再現するように決められた経験的なパラメータを用いることによって、計算コストをかけずに精度の高い計算を可能にする方法である。SCIGRESSは他に AM1・MNDO・MINDO/3 のハミルトニアンが搭載されている。AM1 を改良したものが PM3、さらにAM1・MNDO・MINDO/3 の欠点を改良したものが PM5(c) 900[K]        (d) 1300[K]である。最新のハミルトニアンには、7000
種類以上の非経験的分子軌道法の結果を参照データとしてパラメータ
図 5 シミュレーション結果を作成し、低分子のみならず無機固体や生体高分子にも対応している PM6、9000 種類以上の化合物の実験値や(3)考察非経験的分子軌道法のデータが利用され、Diffuse 関数に
300[K]と 500[K]の場合は、グラフェン成長時の温度がより分子間力の推算精度が向上し、精度の高い生成熱お低温であるため、グラフェンに結合するためのエネルギ
よび構造の予測が可能となっている PM7 がある。
ーが十分に得られずハニカム構造が極めて少なくなった 使用するハミルトニアンによって、計算結果が左右さと考えられる。
れることから、計算の目的によって正しいハミルトニア
1300[K]の場合は、ハニカム構造が多く見られた一方で、ンを選択することが重要である。
使用した SCIGRESS は多層グラフェンも多く見られた。これは高温になるほどPM5までしか搭載されていないため、最新の PM6 や炭素原子の運動量が多くなり、結合したグラフェンの運PM7を用いることによって、精度の向上が期待できる。
動が激しくなって2 層以上の多層グラフェンができたと考えられる。必要以上に高温にしてしまうと各原子のエ(4)分子軌道計算に関する考察
ネルギーが非常に高くなり、結合が三次元的になりやす
分子軌道の具体的計算法は、電子反発エネルギーや電いと考えられる。
子スピンの向きの考慮などの近似のレベルで、経験的パ
 900[K]の場合は、二次元結晶に近い単層グラフェンがラメータを使用する経験的分子軌道方法、MOPAC
プロ
多く見られた。これまでの考察から、900[K]が単層グラグラムに使用する半経験的分子軌道法、Gaussian プログ
フェンを成長させるための適切な温度と考えられる。
ラムに使用する非経験的分子軌道法や密度汎関数法など

41

3. 混成軌道の違いによる導電特性の比較がある。
今回使用した計算方法は半経験的分子軌道法である。
炭素材料として有名なグラファイトやダイヤモンドは、
半経験的分子軌道法の特徴として計算コストがかからな
どちらも炭素だけで作られているにも関わらず、sp2 混
いという利点を持っているものの、使用するパラメータ
成軌道を有するグラファイトは導電性、sp3 混成軌道をに大きく左右される上、計算を多く省いているため信頼有するダイヤモンドは絶縁性を示す。なぜ同じ材料で作性が低いという欠点を持っている。それに対して非経験られているのに導電性に違いが生じるのか、分子シミュ
的分子軌道法は計算に多大な時間がかかってしまうとい
レーションソフト SCIGRESS を用いて分子軌道計算をう欠点を持ちながらも、理論的に物性を検討するため半行い、混成軌道の違いによる導電特性の比較を行う。
経験的分子軌道法に比べて結果の信頼性が高いという利 本研究は、導電特性を調べるため、分子中の電子の状点を持っている。どちらの方法にしても問題点は存在す
態を量子力学的な計算によって求め、その分子構造や化るので、今回は計算コストを優先して半経験的分子軌道
学反応などに関する特性を理論的に調べる量子化学の手法を用いて計算を行ったが、非経験的分子軌道法による法である分子軌道法を採用する。グラファイトとダイヤ
計算結果と比較することにより、有意義な情報が得られモンドの構造モデルを作成し、次に分子軌道計算を行う。
ると考えられる。
そして得られた結果からグラファイト構造とダイヤモンド構造の導電特性を比較する。
4. ダイヤモンド構造の物性とマテリアリゼーション

3.1グラファイトとダイヤモンドの分子軌道計算
本研究は、工業系や装飾等で用いられているダイヤモ
3.1.1 構造モデルの作成
ンドの物性を研究し、さらに視覚的にわかりやすい教材
グラファイトの結晶構造は、層が何枚も重なった層状開発を目指して3D プリンタを用いてダイヤモンドの 3D構造である。その平面構造は炭素原子が六角形で蜂の巣モデルを作成することを目的とする。
上に結合した六方格子で、面内の炭素は強い共有結合で
 ダイヤモンドの物性を研究するために、富士通社製の結ばれているが、層と層の間は弱いファンデルワールス
計算科学新統合プラットフォーム SCIGRESS を用いて力で結ばれている。電子軌道は sp2 混成軌道となる。
分子動力学計算を行う。また、ダイヤモンドのマテリア
ダイヤモンドの結晶構造は、炭素原子が3 次元的な規
リゼーションは、Windows10に標準装備されている
3D
則正しい配列をしており、炭素原子同士がすべて共有結モデリングソフトの 3D Builder を利用し、3D プリンタ
合で繋がった構造である。一つの炭素原子を中心としたで造形する。
正四面体の各頂点に 4 個の炭素原子が位置して 3 次元的に炭素原子の結合が広がっている。電子軌道は
sp3 混成4.1ダイヤモンドの分子動力学計算
軌道となる。
4.1.1ダイヤモンド構造
SCIGRESS で作成した構造最適化後の構造モデルをダイヤモンド構造は
4 つの価電子全てを用いて他の炭図6 に示す。グラファイトは密度汎関数法を用い、六角
素4個と共有結合している。そのため、正四面体構造が形の一辺の長さは1.42[Å]、層間の距離は 3.4[Å]となっ
いくつも重なり合った結晶となり、非常に硬く、安定した。また、層間に働くファンデルワールス力は弱い結合ている。図 9 にダイヤモンド構造を示す。
とした。ダイヤモンドは分子力学計算（MM3）を用い、原子間距離は 1.53[Å]となった。

(a)グラファイト構造  (b)ダイヤモンド構造
図 6 構造モデル
図 9 ダイヤモンド構造

42

松橋
松橋 信明・髙橋
信明・髙橋 蓮・大橋
蓮・大橋 功一・小田
功一・小田 和樹・山田
和樹・山田 一雅一雅

共有結合は原子同士の結び付きが非常に強く、電子のの巣のような六角形格子構造をとっている（ハニカム構
11)。
移動が行なわれないため電気的に絶縁体である
造）。また炭素同素体（グラファイト、カーボンナノチ
ューブ、フラーレンなど）の基本的な構造である。図 1
4.1.2分子動力学シミュレーションにグラフェンの基本構造を示す。
(1)シミュレーション条件
グラフェンは導電性や物理特性、さらにはスピン輸送
SCIGRESS の描画機能を利用して図 9 と同じ C30 の特性にも優れているため半導体素子や透明導電膜などの分子モデルを作成し、表4 に示すシミュレーション条件
用途はもちろんのこと、スピントロニクスの理想的な材で分子動力学計算を行う。
料とされており、太陽帆のようにマイクロ波を照射することによって前進する宇宙船の開発も研究されている。
表 4 シミュレーション条件
一般にグラフェンはCVD 法を用いて金属触媒の上に成長させて作製させる。その際、単層で大面積のグラフ
総ステップ数
10000 [steps]
ェンは Cu 薄膜の上に作成することができる。
時間刻み幅
1 [fs]

出力間隔ステップ数
1[step]
出力ステップ数
10000[steps]
 2.1.2 シミュレーションセルの準備
時間刻み幅
0.5[fs]
本研究では、富士通社製の分子動力学シミュレーショ
アンサンブルNTV
ンソフト SCIGRESS を用いる。実際は熱 CVD 法によ
温度298→1500 [K]る金属触媒反応を利用してグラフェンを成長させるが、ポテンシャル関数
LJDreiding

SCIGRESS では化学反応のシミュレーションを行うことができないため、熱 CVD の原料ガスであるアセチレ(2)結果と考察
ンが Cu の触媒反応によって炭素が取り出される過程を
図 2 に C30 のシミュレーション結果を示す。温度 T の再現することができない。そこで、あらかじめアセチレ上昇に伴い、ポテンシャルエネルギーPE 及び運動エネルンからある程度炭素原子が取り出されたものとし、シミ
ギーKEは増加傾向を示している。運動エネルギーは温ュレーションを行う。
度に比例しているが、ポテンシャルエネルギーは値の上Cu 薄膜上でのグラフェン成長の様子を再現するべく下を繰り返し、全体としてエネルギーが高くなっている。
図 2 に示す Cu(110)とCu(111)の Cu 薄膜セルを準備す
ポテンシャルエネルギーは分子の中心を基準として膨る。その上に、適当な量の炭素原子のランダムセルを結張するエネルギーを正、収縮するエネルギーを負とする合させると、図 3 のシミュレーションセルが完成する。
ので分子の膨張と収縮を繰り返すことで値が変動する。
また、原子数を多くするとポテンシャルエネルギーの値の上下の変化が小さくなる。これは構造によるもので、原子数が多くなるとより安定し、強固になる。そのため、圧縮や膨張が行なわれにくくなり、ポテンシャルエネル
ギーは安定して変化する。
(a) Cu(110)     (b) Cu(111)
図 2 Cu 薄膜セルのシミュレーション結果
図 10
図 3C30
シミュレーションセル

4.1.3クラスター形成
2.1.3Cu(110)と Cu(111)の比較(1)シミュレーション条件(1)シミュレーション条件
実際のダイヤモンド構造は高温高圧の環境下で形成さ準備した Cu(110)及び Cu(111)セルを用いて、グラフ
れるが、形成されるまでの過程を観察することはできな
ェン成長の様子を比較する。分子動力学計算を実行するい。そこで、ダイヤモンド構造の形成過程を再現するべためのシミュレーション条件を表 1 に示す。
く、炭素原子 300 個を配置して、表 4 のシミュレーショ
ン条件において温度を
298→2000[K]に上昇させた後に
表 1 シミュレーション条件
2000→298[K]に下降させて、シミュレーションを行った。

NTP
30000[steps]
0.5[fs]
図 11 にシミュレーション結果を示す。
残念ながらダイ
1～7000[step]：300[K]
ヤモンド構造は形成されなかったが、きれいな六角形の
温度
10000～14000[step]：1300[K]17000～30000[step]：300[K]グラファイト構造を観察することができた。
圧力
1×10-6 [atm]Cu-Cu：GEAM
原子間ポテン
Cu-C ：UFF
シャル関数
C-C ：Tersoff
アンサンブル
総ステップ数(2)結果と考察
時間刻み幅(2)シミュレーション結果
Cu(110)及び Cu(111)のセルで成長させたグラフェンを図 4 に示す。結果として、どちらもグラフェンを成長させることができた。両者を比較すると、Cu(110)上よ(a)全体図        (b)拡大図
り Cu(111)上の方がグラフェン特有のハニカム構造が多く見られた。 図 11 クラスター形成
原因として、高圧状態にできなかったためと考えられる。今回のシミュレーションでは圧力が 10000[atm]以下の状態で行われていたが、ダイヤモンド構造は50000[atm]以上の圧力が要求される。
そこで、温度と圧力の同時制御を検討し、50000[atm]の高圧の条件下でシミュレーションを行った。それでも(a) Cu(110)       (b) Cu(111)
残念ながらダイヤモンド構造のクラスター形成には至ら
図 4 シミュレーション結果なかった。シミュレーション条件の改善や人工ダイヤモ
ンドの作製方法を参考にすることにより、ダイヤモンド(3)考察構造のクラスター形成の実現を目指したい。
Cu(111)上のグラフェンのハニカム構造が Cu(110)より多くなった理由は、それぞれの面における原子の配向
4.23D プリンタによるマテリアリゼーションに起因していると考えられる。Cu
は固溶度が極めて低SCIGRESS で分子モデルを作成し、造形に必要な3D
いため、炭素原子がCu に溶けにくく多くの原子がデータである STL ファイルを出力する。そのSTL Cuファ
表面で配向・結合すると考えられる。Cu(110)は原子がイルをフリーソフトウェア Materialise MiniMagics 3.0
格子状に配向しているのに対してCu(111)は原子がハニでエラーチェック後、Microsoft Windows
10 に装備されカム構造に似た配向をしている。そのため、炭素原子がている 3D モデリングソフト 3D Builder にインポートよりハニカム構造を形成しやすいと考えられる。
して、原子の半径、分子間の円柱の半径を設定する。その3Dまた、Cu(110)においてもグラフェン特有のハニカム
デ ー タ を ス ト ラ タ シ ス 社 製 の 3D プ リ ン タ構造が少数ではあったが確認することができた。したがObjetEden260V にインポートし、造形を行う。図 12 にって、Cu(110)基板を工夫することによって十分な面積造形したダイヤモンド構造を示す。
のグラフェンを作製することが可能と考えられる。

新
新教
教材
材・
・教
教育
育法
法の
の開
開発
発を
を目
目指
指し
した
た 3D
3D プ
プリ
リン
ンタ
タに
によ
よる
る分
分子
子計
計算
算の
のマ
マテ
テリ
リア
アリ
リゼ
ゼー
ーシ
ショ
ョン
ン (3)
(3)

2.1.4温度依存性(1)シミュレーション条件
温度がグラフェン成長に及ぼす影響を調べる。表 1 のシミュレーション条件において、10000～14000[step]の場合の温度を 300[K]・500[K]・900[K]・1300[K]と変化させ、グラフェン成長の様子を比較する。Cu 薄膜セルは Cu(111)を用いる。
(2)シミュレーション結果
 図 5 にシミュレーション結果を示す。300[K]と 500[K]では炭素の結合が見られず、900[K]では 4 つの温度の中で一番単層に近いグラフェンが得られた。1300[K]ではハニ
カム構造は多く見られたが多層構造になってしまった。
図 12 造形したダイヤモンド構造

3. 混成軌道の違いによる導電特性の比較
学生の興味を喚起するわかりやすく効果的な新教材を開発できた。ダイヤモンド構造は非常に有名ではあるが、炭素材料として有名なグラファイトやダイヤモンドは、
その 3D モデルを実際に手に取って観察できる機会はほ
どちらも炭素だけで作られているにも関わらず、sp2 混
とんどなく、今回作製した 3D モデルによって、バラン
成軌道を有するグラファイトは導電性、sp3 混成軌道をスの取れた美しさと共有結合の強靭さを実感できた。
有するダイヤモンドは絶縁性を示す。なぜ同じ材料で作
今後、飛躍的な教育的効果の向上が期待できる新教材
られているのに導電性に違いが生じるのか、分子シミュや新教育法の開発を目指して、さらに様々な電子材料に
レーションソフト SCIGRESS を用いて分子軌道計算をついて分子軌道法と分子動力学法による分子シミュレー
行い、混成軌道の違いによる導電特性の比較を行う。
ションを推進するとともに、3D プリンタによるマテリア
 本研究は、導電特性を調べるため、分子中の電子の状
リゼーションと造形技術の向上を図りたい。
態を量子力学的な計算によって求め、その分子構造や化学反応などに関する特性を理論的に調べる量子化学の手謝 辞法である分子軌道法を採用する。グラファイトとダイヤ
モンドの構造モデルを作成し、次に分子軌道計算を行う。
本研究は JSPS 科研費 16K00981（基盤研究(C)）の助
そして得られた結果からグラファイト構造とダイヤモン成を受けたものであり、謝意を表します。
また、3D プリンタによる造形に協力いただいた本校教
ド構造の導電特性を比較する。
育研究支援センターの遠田達也氏に感謝申し上げます。

5. おわりに
身近な教材である炭素材料に着目し、分子シミュレー
ションによりその構造や物性を検討した。また、ダイヤ
モンド構造を
3D プリンタにより造形した。
(a) 300[K]
       (b) 500[K]グラフェン成長過程の検討では、Cu 薄膜上でのグラフ
ェン成長の様子を再現するべく、Cu(110)と Cu(111)のCu 薄膜セルを準備し、分子動力学シミュレーションを行った。その結果、Cu(111)の方が Cu(110)よりハニカム構
造が多くなることを確認できた。また、温度依存性を検討した結果、900[K]が適切な温度で、二次元結晶に近い単層のグラフェンができることがわかった。
混成軌道の違いによる導電特性の比較では、グラファ
(c) 900[K]        (d) 1300[K]イトとダイヤモンドの分子軌道シミュレーションを行い、
図 5 シミュレーション結果
フロンティア軌道からバンドギャップを計算した。その結果、ほぼ理論値に近い結果が得られ、両者の導電性の(3)考察違いを定量的に評価することができた。また、分子軌道300[K]と 500[K]の場合は、グラフェン成長時の温度がを美しいグラフィック表示することができた。さらに低温であるため、グラフェンに結合するためのエネルギ
UV-Vis スペクトルを検討し、最長吸収波長とバンドギャーが十分に得られずハニカム構造が極めて少なくなった
ップを計算した。そして、その際に使用するハミルトニと考えられる。
アンについて、様々な考察を行った。
1300[K]の場合は、ハニカム構造が多く見られた一方で、
ダイヤモンド構造の物性とマテリアリゼーションでは、多層グラフェンも多く見られた。これは高温になるほど
分子動力学シミュレーションにより、温度変化に関する
炭素原子の運動量が多くなり、結合したグラフェンの運エネルギー変化を検討した。また、クラスター形成を試
動が激しくなって 2 層以上の多層グラフェンができたとみた結果、残念ながらダイヤモンド構造は形成されなか考えられる。必要以上に高温にしてしまうと各原子のエ
ったが、きれいな六角形のグラファイト構造を観察する
ネルギーが非常に高くなり、結合が三次元的になりやすことができた。さらに、3D プリンタを用いてダイヤモン
いと考えられる。
ドの構造モデルを作製することができた。
 900[K]の場合は、二次元結晶に近い単層グラフェンが 分子シミュレーションにより、様々な解析ができたと多く見られた。これまでの考察から、900[K]が単層グラともに、視覚に訴える美しいグラフィック表示やアニメ
フェンを成長させるための適切な温度と考えられる。
ーション、3D モデルができ、非常にインパクトがあり、

43

3.1グラファイトとダイヤモンドの分子軌道計算
参 考 文 献3.1.1 構造モデルの作成
1) グラファイトの結晶構造は、層が何枚も重なった層状
松橋信明, 山田一雅：分子軌道法と分子動力学法を活用した新たな構造である。その平面構造は炭素原子が六角形で蜂の巣
教材と教育法の開発 (1), 八戸工業高等専門学校紀要, 48 (2013)
上に結合した六方格子で、面内の炭素は強い共有結合でpp.85-90.
結ばれているが、層と層の間は弱いファンデルワールス2) 松橋信明, 宮田直人, 釜谷諒悟, 山田一雅：分子軌道法と分子動力力で結ばれている。電子軌道は
sp2 混成軌道となる。
学法を活用した新たな教材と教育法の開発(2), 八戸工業高等専
門学校紀要, 49 (2014) pp.27-32.
ダイヤモンドの結晶構造は、炭素原子が3 次元的な規
3) 松橋信明, 櫻庭正将, 大島悠太, 川村徳幸, 堀内翔太, 山田一雅：分則正しい配列をしており、炭素原子同士がすべて共有結子軌道法と分子動力学法を活用した新たな教材と教育法の開発
合で繋がった構造である。一つの炭素原子を中心とした(3), 八戸工業高等専門学校紀要,50 (2015) pp.79-85. 3 次元的正四面体の各頂点に4 個の炭素原子が位置して
4) 松橋信明, 佐藤紀吏友, 山端優斗, 西川美奈海, 榎本優斗, 山田
に炭素原子の結合が広がっている。電子軌道は sp3 混成
一雅：分子軌道法と分子動力学法を活用した新たな教材と教育法
軌道となる。
の開発 (4), 八戸工業高等専門学校紀要, 51 (2017) pp.75-81.
SCIGRESSで作成した構造最適化後の構造モデルを
5) 松橋信明, 山田一雅：新教材・教育法の開発を目指した 3D プリン
図 6 に示す。グラファイトは密度汎関数法を用い、六角
タによる分子計算のマテリアリゼーション (1), 八戸工業高等専
形の一辺の長さは1.42[Å]、層間の距離は 3.4[Å]となっ
門学校紀要, 52 (2018) pp.71-77.
た。また、層間に働くファンデルワールス力は弱い結合
6) 松橋信明, 豊岡怜菜, 四役崇明, 山田一雅：新教材・教育法の開発とした。ダイヤモンドは分子力学計算（MM3）を用い、を目指した 3D プリンタによる分子計算のマテリアリゼーション
原子間距離は1.53[Å]となった。
(2), 八戸工業高等専門学校紀要, 53 (2019) pp.35-42.

7)8)https://omedstu.jimdo.com
日野太郎, 森川鋭一, 串田正人：電気・電子材料, 森北出版 (2012)
p.78.

9)

平山令明：実践量子化学入門 分子軌道法で化学反応が見える, 講
談社 (2002) p.80.

10) 染川賢一：有機分子の分子軌道計算と活用, 九州大学出版会(2013) pp94-95.
11) 浜口智尋：電子物性入門, 丸善株式会社 (2001) p.21.

(a)グラファイト構造  (b)ダイヤモンド構造
図 6 構造モデル（原稿受付：2019 年 10 月 17 日）

45

46

47

48

49

51

八戸工業高等専門学校紀要
第 54 号（2020. 02）

P-NMR を利用した二酸化炭素固定反応の解析

31

齊藤 貴之*・福松嵩博*・佐藤久美子*
Analysis of the carbon dioxide fixation Reaction by 31P-NMR
Takayuki SAITO, Takahiro FUKUMATSU, Kumiko SATO
* 産業システム工学科マテリアル・バイオ工学コース

Abstract : Ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO) is one of the enzymes that exist mostabundantly on the earth. It catalyzes a carbon dioxide fixation reaction in photosynthesis. It is of importance toincrease the activity of RuBisCO and to reduce carbon dioxide for solving lack of natural resources and recent
environmental problems. The 31P-NMR analysis of the carbon dioxide fixation reactions catalyzed by RuBisCO havebeen investigated by using sub- or supercritical carbon dioxide as a substrate. The reaction proceeded very rapidly
under these conditions as compared with normal conditions and the reaction rate was extremely improved up to 36
times.
Keywords : 31P-NMR , Carbon dioxide, RuBisCO
1. 緒言
光合成における二酸化炭素の糖（スクロースあるいはデンプン）への変換は、還元的ペントースリン酸回路（Calvin 回路）と呼ばれる代謝経路により行われる。
Riblose-1,5-bisphosphate Carboxylase / Oxygenase（RuBisCO）は、Calvin 回路において、二酸化炭素を固定する最も重要な反応を触媒する酵素である。
反応 1（左）は、RuBisCO によって触媒される二酸化炭素固定反応である。RuBisCO によって取り込まれた D-ribulose-1,5bisphosphate（RuBP）は、二酸化炭素をカルボン酸として取り込み、2 分子の 3-phospho-D-glycerate（3PGA）に変化する。3PGA の一部は、種々の過程を経て糖となり、残りは RuBP として再生され再び二酸化炭素を固定する。
しかしながら、RuBisCO は RuBP の酸化反応の触媒でもあるため、酸素が存在する場合、RuBP は酸素と反応し、2-phosphoglycolic acid と 3PGA がそれぞれ 1 分子ずつ生成する。そのため、酸素の存在する地球上では
二酸化炭素固定反応は低効率となり、RuBisCO は地球上で最も大量に存在する酵素の一つといわれる。従って、2-phosphoglycolic acid
3PGA

3PGA

RuBP
3PGA
反応 1 RuBisCO による二酸化炭素固定反応（右）と酸化反応（左）52齊藤貴之・福松嵩博・佐藤久美子
貴之・福松嵩博・佐藤久美子
齊藤

大量にある
RuBisCOを効率化することは、環境問題と大量にある
RuBisCOを効率化することは、環境問題と関わる二酸化炭素の削減に効果を発揮すると考えられる。
関わる二酸化炭素の削減に効果を発揮すると考えられる。
RuBisCO
の反応解析には、RuBP
3PGA
の経時変
RuBisCO
の反応解析には、RuBP
やや
3PGA
の経時変
化を調べる必要がある。これら有幾化合物の定量には、化を調べる必要がある。これら有幾化合物の定量には、
1H-NMR や
13C-NMR
1H-NMR
NMR
が有効である。一般的には、や 13C-NMR
NMR
が有効である。一般的には、を用いるが、同位体が必要であったり、スペクトルが複を用いるが、同位体が必要であったり、スペクトルが複
31P-NMR は、リン
31P-NMR雑になったりする欠点がある。一方、は、リン雑になったりする欠点がある。一方、の天然同位体存在比が100%であり、核磁気モーメントの天然同位体存在比が 100%であり、核磁気モーメントも大きいことから、化合物にリンが存在していれば測定も大きいことから、化合物にリンが存在していれば測定
1)。RuBisCO の触媒する反応では、反応物・生成
1)。RuBisCOできるの触媒する反応では、反応物・生成
できる
31P-NMR で解析すること
31P-NMR
物ともリンを含むため、反応をで解析すること物ともリンを含むため、反応をが期待できる。
が期待できる。
31P-NMR を利用した RuBisCO の
31P-NMR
そこで、本稿では、を利用した RuBisCO のそこで、本稿では、反応解析について紹介する。
反応解析について紹介する。

RuBP
RuBP
H3PO4
H3PO
4
0 min
0 min
3PGA
3PGA
120120minmin240240minmin実験方法
2. 2.実験方法

Thermochromatium
tepidum
紅色イオウ光合成細菌
360360minminThermochromatium
tepidum
紅色イオウ光合成細菌
2)2)。 。
tepidum)を培養し、RuBisCOを単離した(T.(T.
tepidum)を培養し、RuBisCOを単離した
はじめに、NaHCO
3 を二酸化炭素源として、単離した/ ppm
はじめに、NaHCO
3 を二酸化炭素源として、単離した
4.04.02.02.00.00.0 / ppm
RuBisCOの二酸化炭素固定反応の活性を調べた。反応
RuBisCO の二酸化炭素固定反応の活性を調べた。反応
RuBisCO
濃度
mg/L
における
RuBP
NaHCO
図図
1 1RuBisCO
濃度150150
mg/L
における
RuBP
とと
NaHCO
3 3
溶液は次の通り調製した。RuBP
mg,
NaHCO
3 3.0
溶液は次の通り調製した。RuBP
3.03.0
mg,
NaHCO
3 3.0
31
31P-NMR
の反応の
P-NMR
経時変化
の反応の
経時変化
MOPS
buffer(pH
7.3)
550L, L,
リン酸
mg,
O2O
5050L, L,
MOPS
buffer
(pH
7.3)
550
リン酸
mg,
D2D
を混合した溶液に、RuBisCOを加えた。MOPSを混合した溶液に、RuBisCOを加えた。MOPS
1010L Lbuffer(pH
7.3)
は、蒸留水にMOPS(3-(N-Morpholino)
buffer (pH 7.3) は、蒸留水に MOPS(3-(N-Morpholino)
RuBP
RuBP
0.203
propanesulphonic
acid)
10.46
g/L,
MgCl
2・6H
0.203
propanesulphonic
acid)
10.46
g/L,
MgCl
2・6H
2O2O
Lを
g/L,
EDTA・2Na
0.037
g/L,
Mercaptethanol
71.4L を
g/L,
EDTA・2Na
0.037
g/L,
Mercaptethanol
71.4
H3PO4
H3PO
4
加え、NaOHでpHを7.3に調製した。リン酸は、85%
加え、NaOH で pH を 7.3 に調製した。リン酸は、85%
0 min
0 min
リン酸を
MOPS
buffer
(pH
7.3)で
2,000
倍に希釈して調
リン酸を
MOPS
buffer
(pH
7.3)で
2,000
倍に希釈して調製した。実験は
RuBisCO
濃度
150
および
450
mg/L
製した。実験は
RuBisCO
濃度
150
および
450
mg/L
のの
3PGA
3PGA
2
つの条件で行った。反応温度は40℃とした。反応溶液
2 つの条件で行った。反応温度は 40℃とした。反応溶液
は、NMR管に入れ、NMR
装置（日本電子JEOL
JNMは、NMR管に入れ、NMR
装置（日本電子JEOL
JNM31
31P-NMR
P-NMR
を測
LA400）
内で反応を行い、
一定時間ごとにを測
LA400）
内で反応を行い、
一定時間ごとに
60 60
minmin
定した。
定した。
次次
にに
、、
二二
酸酸
化化
炭炭
素素
源源
をを
二二
酸酸
化化
炭炭
素素
ガガ
スス
とと
しし
てて
、、
RuBisCOの二酸化炭素固定反応の活性を調べた。反応
RuBisCOの二酸化炭素固定反応の活性を調べた。反応
溶液は次の通り調製した。RuBP
mg,
O2O
5050L, L,溶液は次の通り調製した。RuBP
3.03.0
mg,
D2D
L,
リン酸
10
L
を混合し
MOPS
buffer(pH
7.3)
550
MOPS buffer (pH 7.3) 550 L, リン酸 10 L を混合し
120120minminた溶液に、RuBisCOを加えた。RuBisCO
濃度は、450た溶液に、RuBisCO を加えた。RuBisCO 濃度は、450
mg/Lとした。超臨界抽出装置（AKICO
S-05-G）内に、mg/Lとした。超臨界抽出装置（AKICO
S-05-G）内に、反応溶液を入れた
NMR管を入れ、種々の二酸化炭素圧
反応溶液を入れた
NMR管を入れ、種々の二酸化炭素圧
力で反応を行った。
二酸化炭素の温度は40℃、圧力は180180minmin力で反応を行った。二酸化炭素の温度は 40℃、圧力は1.01.031P-NMR を測定した。
31P-NMR～8.0
MPaで変化させた。
反応後、を測定した。
～8.0
MPaで変化させた。
反応後、結果と考察
3. 3.結果と考察
1 は、RuBisCO
濃度
150
mg/L
における
RuBP
図図
1 は、RuBisCO
濃度
150
mg/L
における
RuBP
とと
31
31P-NMR
P-NMR
経時変化である。
NaHCO
3 の反応の経時変化である。
NaHCO
3 の反応の4.04.02.02.0/ ppm
0.00.0 / ppm

RuBisCO
濃度
mg/L
における
RuBP
NaHCO
図図
2 2RuBisCO
濃度450450
mg/L
における
RuBP
とと
NaHCO
3 3
31
31P-NMR
の反応の
P-NMR
経時変化
の反応の
経時変化

31

53

31
を利用した二酸化炭素固定反応の解析
P-NMRP-NMRを利用した二酸化炭素固定反応の解析

基準物質であるH43PO
0.0 ppmにピークを持つ。
次に、二酸化炭素源を炭酸ガスに換え実験を行った。
4 はppm基準物質である
H3PO
は 0.0にピークを持つ。
事 事 次に、二酸化炭素源を炭酸ガスに換え実験を行った。
31
前に反応物である
RuBPと生成物である
3PGA
3 は、RuBisCO
mg/L、反応時間
5.0 min
P- P- 図 3 図
前に反応物である
RuBPと生成物である3PGAの 31のは、RuBisCO濃度濃度
450 450
mg/L、反応時間
5.0 minに にNMRを測定したところ、
RuBP
は 1.4、1.9
ppm、3PGA おける
おける
RuBPと種々の圧力の二酸化炭素との反応の31P- 31PNMRを測定したところ、
RuBP
は 1.4、1.9
ppm、3PGA
RuBPと種々の圧力の二酸化炭素との反応のNMR
スペクトルである。図より二酸化炭素が高圧にな
はppm
1.6 ppmにピークを持つことがわかった。
0 min
では、 NMR
スペクトルである。図より二酸化炭素が高圧にな
は 1.6にピークを持つことがわかった。
0 min
では、
るにしたがい、3PGAのピークが低周波数側にシフトす
反応物である
RuBPのピークのみであるが、時間経過と るにしたがい、3PGAのピークが低周波数側にシフトす
反応物である
RuBPのピークのみであるが、時間経過とPO4 のピークが高周波数側にシフトしたため、
るか、H
RuBP
のピークは減少し、生成物である
3PGA
共に共に
RuBP
のピークは減少し、生成物である
3PGAのピのピ るか、H
3PO43 のピークが高周波数側にシフトしたため、高圧では溶液中
3PGA
H PO4 の周波数差が減少した。
ークが増加した。
また、
360 minのスペクトルでは、
RuBP 3PGA
高圧では溶液中と Hとークが増加した。
また、
360 minのスペクトルでは、
RuBP
3PO43 の周波数差が減少した。
に溶け込む二酸化炭素が増加し、溶液のpH が低下するのピークが残っているため、RuBisCO
濃度
150
mg/L
で
に溶け込む二酸化炭素が増加し、溶液の pH が低下するのピークが残っているため、RuBisCO 濃度 150 mg/L でpH の変化ため、
ピークシフトが起こったと考えられる。
は反応が完結していないことがわかった。各物質に帰属 ため、pH の変化ピークシフトが起こったと考えられる。
は反応が完結していないことがわかった。各物質に帰属
31
P-NMR
による によりピークシフトが起こっているものの、どの圧力でによりピークシフトが起こっているものの、どの圧力でされるピークは重ならないことから、
31P-NMRによるされるピークは重ならないことから、
RuBisCOの二酸化炭素固定反応の解析は有効であるこも RuBPのピークは見られず、3PGAのピークのみとな
RuBisCO の二酸化炭素固定反応の解析は有効であるこも RuBPのピークは見られず、3PGAのピークのみとなとが確認できた。
った。よって、どの圧力でも5.0 minで反応が完結したとが確認できた。
った。よって、どの圧力でも5.0 minで反応が完結した
2 は、RuBisCO
における
RuBP
ことがわかった。特に、6.0
以上では、昇圧と減圧
図 2図
は、RuBisCO濃度濃度
450 450
mg/Lmg/L
におけるRuBPと と ことがわかった。特に、6.0
MPaMPa以上では、昇圧と減圧
31
P-NMR
経時変化である。図1 の場 に時間を要することから、実際の反応時間は更に短いとNaHCOに時間を要することから、実際の反応時間は更に短いと
31P-NMR3 の反応の経時変化である。図
1 の場
NaHCO
3 の反応ののピークは減少し、合と同様に、時間経過と共に
RuBP
考えられる。RuBPと RuBisCO
濃度が同じで、二酸化合と同様に、時間経過と共に RuBP のピークは減少し、考えられる。RuBPと RuBisCO
濃度が同じで、二酸化1.0 MPaの場合で生成物である
3PGAのピークが増加した。
180 minでは、炭素源が炭素源がNaHCO
3 の場合と比べると、
1.0 MPaの場合で生成物である
3PGAのピークが増加した。
180 min
では、
NaHCO
3 の場合と比べると、も反応速度は36 倍となっている。
従って、高圧の二酸化
RuBPのピークがわずかに残っているものの、ほぼ も反応速度は36 倍となっている。
従って、高圧の二酸化
RuBPのピークがわずかに残っているものの、ほぼ炭素条件では、二酸化炭素固定反応は極めて迅速に進行
3PGAのピークのみとなった。よって、今回調製した炭素条件では、二酸化炭素固定反応は極めて迅速に進行
3PGA のピークのみとなった。よって、今回調製したすることがわかった。
RuBP
は、
RuBisCO
濃度
450
mg/L、
180
min
で、3PGAすることがわかった。
RuBP は、RuBisCO 濃度 450 mg/L、180 min で、3PGA
31P-NMR は、RuBisCO の二酸化炭素固定反応
以上、に変換されることがわかった。
31P-NMR
は、RuBisCO の二酸化炭素固定反応
以上、に変換されることがわかった。
の解析に有効な手段であることを紹介した。別の反応での解析に有効な手段であることを紹介した。別の反応で3PGA
31P-NMR に3PGA
も反応物や生成物にリンが含まれる場合は、
31P-NMRにも反応物や生成物にリンが含まれる場合は、
31
P-NMR
は今後
よる解析が有効な手段となりうるため、
31
よる解析が有効な手段となりうるため、 P-NMR は今後
H3POH43PO4の発展が期待できる。
の発展が期待できる。
1.0 MPa
1.0 MPa

4. 結言
4. 結言
31P-NMR
RuBisCOの二酸化炭素固定反応について、
31P-NMR
RuBisCOの二酸化炭素固定反応について、による解析を試みた。反応物
RuBP
および生成物
3PGA
2.0 MPa による解析を試みた。反応物
RuBP
および生成物
3PGA
2.0 MPa
31P-NMR のピークが帰属され、各ピークが重ならとも、
31とも、 P-NMR のピークが帰属され、各ピークが重なら4.0 MPa
4.0 MPa

ないことから、ピーク変化により反応の進行度が確認でないことから、ピーク変化により反応の進行度が確認で31P-NMR による RuBisCO の二酸化炭きた。そのため、
31P-NMRきた。そのため、による RuBisCO の二酸化炭
素固定反応の解析は有効であることがわかった。リンを素固定反応の解析は有効であることがわかった。リンを
31P-NMR による解含む反応物や生成物の反応であれば、
31P-NMR
含む反応物や生成物の反応であれば、による解析は有効な手段である。
析は有効な手段である。
考 献
文 献
参 文
参 考

6.0 MPa
6.0 MPa

8.0 MPa
8.0 MPa
4.0 4.0

2.0 2.0

0.0 0.0/ ppm/ ppm

3 RuBisCO
mg/L、反応時間
5.0 min
図 3 図RuBisCO
濃度濃度
450 450
mg/L、反応時間
5.0 min
に に

おける
RuBP
と種々の圧力の二酸化炭素との反応
おける
RuBPと種々の圧力の二酸化炭素との反応
31
P-NMR
スペクトル
の 31の
P-NMR
スペクトル

1)

1) Kemp,
W. Kemp,in chemistry,
Macmillan
Publishers,W.
NMR NMRin chemistry,
Macmillan
Publishers,(1986)(1986)

2)2) JoseA. Torres-Ruiz,
A. McFadden,
Archives
Jose
A. Torres-Ruiz,
BruceBruce
A. McFadden,
Archivesof ofBiochemistry
andBiophysics,
261,
196-204(1988)
Biochemistry and Biophysics, 261, 196-204(1988)（原稿受付：2019
月 7 日）（原稿受付：2019
年 11 年
月 117 日）

八戸工業高等専門学校紀要                                      55
第号  （）ポリオキサゾリンとトリアジンチオールの複合機能利用による各種材料への展開
佐藤 久美子*Expansion into the Preparations of Various Materials
by Utilizing the Compound Functions of Polyoxazolines and Triazinethiols
Kumiko SATOH* 産業システム工学科 マテリアルバイオ工学コース

Abstract : Poly(2-alkyl-2-oxazoline)s (PROZO) and triazinethiols have attracted many attentions because they
have good and interesting properties. Thus the present author has synthesized the telechelics which are composedof PROZO and triazinethiols, then has worked on preparations and modifications of various materials. In this paper,
the studies up to the present and the future plans are described.
Keywords : Polyoxazoline, Triazinethiol, Telechelics, Graft copolymer ．緒 言
2-アルキル-2-オキサゾリン（ROZO）のカチオン開環溶
液重合により、ポリマー末端に生長種（2-オキサゾリニウム塩）をもつリビングポリ（2-アルキル-2-オキサゾリン）（PROZO）が得られる 1), 2)。PROZO は、N,N -ジメチ
ルアセトアミドのような極性非プロトン性溶媒の高分子同族体であり、アルキル基 R がメチルおよびエチル基の場合は親水性、ブチル基以上では疎水性となる（Scheme
1）。また、分子量、分子量分布、モノマー組成、ポリマ
ー構造、および鎖末端機能化などを完全にコントロール
できる、非常に優れたポリマーである 3), 4)。このため、用途に合わせて自由自在に設計し合成することが可能である。さらに、水溶性であるメチルおよびエチルオキサゾ
リンは、長らく生体材料の改質に応用されてきたポリ（エチレングリコール）（PEG）とその誘導体とに似た特性をもつものの、それとは違いほぼ無毒性であるため、PEGに取って代わる材料として、最近 10 年間にますます研究されてきている 5)-9)。

N

E+ X -R O
2-alkyl-2-oxazoline( ROZO )R = Me, Et : hydrophilic
R >= Bu : hydrophobic

E N
+
R O

X-

一方、低分子有機化合物であるトリアジンチオール類
は、各種ポリマーと架橋反応し、特に軟質ポリ塩化ビニル（PVC）とトリアジンチオールとを反応させた架橋 PVC
は機械的物性および耐熱性の向上が報告されている 10)。
トリアジンチオール類の特徴は、反応性の高いスルファ
ニル基と多種多様な機能を付与できる置換基 R’をもっていることである（Scheme 2）。スルファニル基は、各種金属のみならず含ハロゲンポリマー、不飽和ゴム、ポリオ
レフィン、およびエポキサイドなどを末端にもつゴムや樹脂などと反応する。さらに置換基 R’は、疎水性を有す
るアルキル基、重合反応を有するアリル基、極性を有す
るアミノ基のほかにも、様々な機能性を付与する置換基として分子設計することも可能である。また、大事な長所として、空気中で安定なため取り扱いやすく、環境に与える影響は一般のチオール化合物に比べ非常に低く、ポリアルキルオキサゾリン類と同様に無臭で低毒性の物質である 1), 11)。
以上のことから、長年ポリオキサゾリンに関する研究を幅広く行ってきた筆者は、有用性が高く環境影響の極ROZO

NCH2CH2 n-1 N
+
C
R O
R
O

E

X-

living poly(2-alkyl-2-oxazoline)( living PROZO )Scheme 1. Synthesis of living PROZO.

56

佐藤久美子佐藤久美子E
NCH22CH
CH22 )n-1)
E (( NCH

n-1

R
R

O
O

R
R

N
N

++

livingliving PROZO
PROZO

O
O

XX

R'
R'

++

N
N
NaS
NaS

N
N

N
N
N
N

SH
SH

-- NaX
NaX

triazinedithiol
triazinedithiol monosodium
monosodium salt
salt(( NCH
NCH22CH
CH22 )n
) S
S

E
E

n

R
R

O
O

R'
R'
N
N

N
N
S
S
H
H

telechelics
telechelics

SchemeScheme 2.
2. Synthesis
Synthesis ofof telechelics.
telechelics.

めて低いポリオキサゾリン類およびトリアジンチオール
めて低いポリオキサゾリン類およびトリアジンチオール類を用いて、さらに研究を展開するために、ポリオキサ類を用いて、さらに研究を展開するために、ポリオキサ
ゾリンとトリアジンチオールの複合機能が利用可能なテ
ゾリンとトリアジンチオールの複合機能が利用可能なテ
レケリックスの合成を考えた。Scheme
レケリックスの合成を考えた。Scheme 22 にテレケリックにテレケリックス合成の式を示す。検討の結果、各種トリアジンジチオ
ス合成の式を示す。検討の結果、各種トリアジンジチオールを一ナトリウム塩にしてリビングールを一ナトリウム塩にしてリビング PROZOPROZO と反応さと反応させることで、スムーズにテレケリックスを合成することせることで、スムーズにテレケリックスを合成することができた。次いで、このテレケリックスを用いて、新規ができた。次いで、このテレケリックスを用いて、新規な機能をもつ高分子材料ならびに有機・無機複合材料のな機能をもつ高分子材料ならびに有機・無機複合材料の開発が行えるものと考えた。
開発が行えるものと考えた。PROZOPROZO の特長であるアルキの特長であるアルキ
ル基Rにより親水性・疎水性を自由に変化できることをル基 R により親水性・疎水性を自由に変化できることを利用して、親水性のテレケリックスでは疎水性ポリマー利用して、親水性のテレケリックスでは疎水性ポリマーの表面改質を、また、疎水性のテレケリックスでは金属の表面改質を、また、疎水性のテレケリックスでは金属表面の改質を試みたので、次に示す。
表面の改質を試みたので、次に示す。
 ．テレケリックスを利用した各種材料の改質
．テレケリックスを利用した各種材料の改質
 2.1
2.1 親水性テレケリックスによる
親水性テレケリックスによる PVC
PVC のグラフト化
のグラフト化   と生成物の表面特性
と生成物の表面特性
 まず、合成した親水性テレケリックスを用いて既存材
まず、合成した親水性テレケリックスを用いて既存材
1), 2)料である料である PVCPVC の改質・機能化を行ったの改質・機能化を行った 1), 2)。疎水性・帯。疎水性・帯電性という欠点を持つ
PVC
表面に親水性を付与すること電性という欠点を持つ PVC 表面に親水性を付与することを目的に、アルキル基を目的に、アルキル基 R
R がメチルである親水性テレケリがメチルである親水性テレケリックスをックスを PVC
PVC にグラフトした。グラフト化はにグラフトした。グラフト化は PVC
PVC の塩の塩
素原子をテレケリックスで置換することにより行い、そ
素原子をテレケリックスで置換することにより行い、その結果、次の知見を得ることができた。
の結果、次の知見を得ることができた。
（１）グラフト鎖導入率は最高で（１）グラフト鎖導入率は最高で 6.63％に、グラフト率
6.63％に、グラフト率（グラフト鎖の重量（グラフト鎖の重量 // 幹ポリマーPVC
幹ポリマーPVC の重量）の重量）は最高では最高で87.4
wt％に、と高い値を得ることができた。
87.4 wt％に、と高い値を得ることができた。
（２）グラフト鎖であるテレケリックスの重合度を調節（２）グラフト鎖であるテレケリックスの重合度を調節したりしたり PVCPVC に対する仕込み比を変えたりすることによに対する仕込み比を変えたりすることにより、グラフト鎖導入率およびグラフト率はある程度調節
り、グラフト鎖導入率およびグラフト率はある程度調節できることがわかった。
つまり、本研究での成果により、できることがわかった。
つまり、本研究での成果により、PVC
表面の親水性の度合いを上下できるという知見が得
PVC 表面の親水性の度合いを上下できるという知見が得られ、新規の優れた血液適合材料の開発につながるといられ、新規の優れた血液適合材料の開発につながるといえる。
える。
（３）得られたグラフト共重合体でフィルムを調製し、（３）得られたグラフト共重合体でフィルムを調製し、水に対する接触角と表面抵抗を測定した結果、親水性の水に対する接触角と表面抵抗を測定した結果、親水性のテレケリックス鎖のグラフト率が高くなるにつれて、接テレケリックス鎖のグラフト率が高くなるにつれて、接触角および表面抵抗が小さくなり、PVC
触角および表面抵抗が小さくなり、PVC 表面の疎水性・
表面の疎水性・帯電性が改善されていくことがわかった。
帯電性が改善されていくことがわかった。
 2.2
2.2 疎水性テレケリックスによる銅表面の改質と表
疎水性テレケリックスによる銅表面の改質と表   面特性
面特性1), 11)
 次いで、銅板表面の改質・機能化を行った
次いで、銅板表面の改質・機能化を行った 1), 11)。新規。新規
表面処理剤の開発を検討することにし、テレケリックス
表面処理剤の開発を検討することにし、テレケリックスのスルファニル基により金属と化学吸着することを利用のスルファニル基により金属と化学吸着することを利用した。すなわち、被膜を金属表面に作ることにより、金した。すなわち、被膜を金属表面に作ることにより、金属を防食化、疎水化でき、さらには金属とプラスチック
属を防食化、疎水化でき、さらには金属とプラスチック
やゴムなどとの接着性を高めることができるなど、多様やゴムなどとの接着性を高めることができるなど、多様な性質をもつ表面に改質することを考えた。金属の防食な性質をもつ表面に改質することを考えた。金属の防食化や疎水化のためには、疎水性の化や疎水化のためには、疎水性の PROZOPROZO を用いることを用いることが適当であるため、
ここでは
PROZO
としてポリ
が適当であるため、ここでは PROZO としてポリ（2-ブチ（2-ブチ
ル-2-オキサゾリン）(PBuOZO）を用いることにした。テル-2-オキサゾリン）(PBuOZO）を用いることにした。テレケリックスを合成し、銅板表面にその被膜を形成させレケリックスを合成し、銅板表面にその被膜を形成させる方法を各種検討した。また、生成銅板表面の特性は、る方法を各種検討した。また、生成銅板表面の特性は、水に対する接触角測定および水に対する接触角測定および X
X 線光電子分光（XPS）分
線光電子分光（XPS）分析と原子間力顕微鏡（AFM）分析により評価した。さら析と原子間力顕微鏡（AFM）分析により評価した。さらに、ICPに、ICP 発光分光分析により処理済み溶液中の銅量を測
発光分光分析により処理済み溶液中の銅量を測定した。その結果、次の知見を得ることができた。
定した。その結果、次の知見を得ることができた。
（１）銅板を生成テレケリックスの溶液に浸せきし、化（１）銅板を生成テレケリックスの溶液に浸せきし、化学吸着により被膜を形成させた結果、処理銅板の被膜量
学吸着により被膜を形成させた結果、処理銅板の被膜量
は処理温度と処理時間の増大とともに増加することがわ
は処理温度と処理時間の増大とともに増加することがわかった。また、未処理銅板に比べ接触角度が大きく増加
かった。また、未処理銅板に比べ接触角度が大きく増加
し、表面が疎水化されたことが明らかとなった。
し、表面が疎水化されたことが明らかとなった。
（２）XPS（２）XPS 分析と分析と AFM
AFM 分析により処理銅板表面上の生分析により処理銅板表面上の生成テレケリックス被膜の状態が明らかとなった。
成テレケリックス被膜の状態が明らかとなった。さらに、
さらに、処理済み溶液中の銅量をICP分析することにより、テレ処理済み溶液中の銅量を ICP 分析することにより、テレケリックスは銅板上に化学吸着して被膜を形成すると同ケリックスは銅板上に化学吸着して被膜を形成すると同時に銅を溶解しているということがわかった。
時に銅を溶解しているということがわかった。
 2.3
2.3 両末端親水性テレケリックスによる三次元親水
両末端親水性テレケリックスによる三次元親水   化
化 PVC
PVC の合成
の合成
 高分子が架橋されて、三次元的な網目構造を形成した高分子が架橋されて、三次元的な網目構造を形成したものを高分子ゲルという。その内部に溶媒を吸収し膨潤ものを高分子ゲルという。その内部に溶媒を吸収し膨潤したもので、高分子ゲルはソフトでかつウェットな素材したもので、高分子ゲルはソフトでかつウェットな素材であり、イオン強度や温度、電場、磁場、光といった外であり、イオン強度や温度、電場、磁場、光といった外部からの刺激に対してゲルは動的に応答し、膨張および部からの刺激に対してゲルは動的に応答し、膨張およびポリオキサゾリンとトリアジンチオールの複合機能利用による各種材料への展開
ポリオキサゾリンとトリアジンチオールの複合機能利用による各種材料への展開

収縮することができるなど、ゲルは有用で注目すべき材
収縮することができるなど、ゲルは有用で注目すべき材料である。このような高分子ゲルを合成することを研究料である。このような高分子ゲルを合成することを研究の目的として、PVC の親水化三次元樹脂の合成を検討すの目的として、PVCの親水化三次元樹脂の合成を検討することにした。両末端に反応性を有するテレケリックス
ることにした。両末端に反応性を有するテレケリックス
をを PVC
PVC に架橋させれば、三次元の網目構造となる。親水に架橋させれば、三次元の網目構造となる。親水性をPVC性を PVC に付与できれば、に付与できれば、生体適合性材料などへの適応
生体適合性材料などへの適応も可能となる。そこで、新たに親水性のテレケリックスも可能となる。そこで、新たに親水性のテレケリックス
であるトリアジンチオール両末端ポリ（2-アルキル-2-オであるトリアジンチオール両末端ポリ（2-アルキル-2-オ
キサゾリン）を合成し、PVC
キサゾリン）を合成し、PVC にグラフトさせた。テレケにグラフトさせた。テレケ
リックスは、二官能性の開始剤を用いてリックスは、二官能性の開始剤を用いて 2-アルキル-2-オ2-アルキル-2-オ
キサゾリンをカチオン開環重合させ、得られたリビング
キサゾリンをカチオン開環重合させ、得られたリビングポリ（2-アルキル-2-オキサゾリン）にリビングの停止反ポリ（2-アルキル-2-オキサゾリン）にリビングの停止反応を利用して両末端に官能基を導入する方法で合成した。
応を利用して両末端に官能基を導入する方法で合成した。
 片末端に反応性基を有するテレケリックスを幹ポリマ
片末端に反応性基を有するテレケリックスを幹ポリマ
ーに架橋させると、枝セグメント長さの規制されたくしーに架橋させると、枝セグメント長さの規制されたくし型構造のグラフト共重合体が得られるのに対し、両末端型構造のグラフト共重合体が得られるのに対し、両末端反応性のテレケリックスの場合は三次元の架橋網目構造
反応性のテレケリックスの場合は三次元の架橋網目構造の高分子が得られ、生成する網目の架橋間セグメントのの高分子が得られ、生成する網目の架橋間セグメントの長さを予め設計可能な高分子ゲルとすることができる。
長さを予め設計可能な高分子ゲルとすることができる。
1
合成したテレケリックスおよび三次元化 PVC
PVC は、H合成したテレケリックスおよび三次元化
は、1H
NMR
NMR 測定によりその構造を分析した。また、ゲル浸透ク測定によりその構造を分析した。また、ゲル浸透ク
ロマトグラフィー（GPC）分析により、生成物の分子量
ロマトグラフィー（GPC）分析により、生成物の分子量12)を測定した。
。
を測定した。その結果、
その結果、次の知見を得ることができた
次の知見を得ることができた 12)。
（１）開始剤の種類によっては、重合度の値が仕込み比（１）開始剤の種類によっては、重合度の値が仕込み比の値とは一致しない場合があることがわかり、両末端テの値とは一致しない場合があることがわかり、両末端テレケリックスの合成には適切な開始剤を選択する必要がレケリックスの合成には適切な開始剤を選択する必要があること、適切な開始剤の使用により、望むポリマー鎖あること、適切な開始剤の使用により、望むポリマー鎖長のテレケリックスを、仕込み比を変えることによって長のテレケリックスを、仕込み比を変えることによって調製できること、がわかった。
調製できること、がわかった。
（２）また、グラフト化反応を A
A 法と
法と B
B 法の
（２）また、グラフト化反応を法の 22 つの方法
つの方法で行ったが、A
法では生成物の導入率 G、グラフト率おで行ったが、A 法では生成物の導入率
G、グラフト率お
よび分子量は反応時間に比例すること、また、B
A
よび分子量は反応時間に比例すること、また、B 法は法は A
法より高いグラフト率の共重合体が得られること、さら法より高いグラフト率の共重合体が得られること、さらに、グラフト反応の速度、導入率に、グラフト反応の速度、導入率 G、グラフト率およびG、グラフト率および分子量は、テレケリック
分子量は、テレケリック PROZOPROZO のアルキル基の種類、のアルキル基の種類、仕込み比および反応温度を変えることで調節が可能であ
仕込み比および反応温度を変えることで調節が可能であることがわかった。
ることがわかった。
 2.4
2.4 地元未利用無機資源充填グラフト化
地元未利用無機資源充填グラフト化 PVC
PVC の合成の合成
   と物性評価
と物性評価
親水化 PVC
 親水化
PVC グラフト共重合体へ同じく親水性を示す無グラフト共重合体へ同じく親水性を示す無機材料を充填した新規の有機無機複合体を調製すること
機材料を充填した新規の有機無機複合体を調製することを考えた。相性の良い材料同士であれば、お互いの性能を考えた。相性の良い材料同士であれば、お互いの性能を高め合う相乗効果が得られるものと期待できるためでを高め合う相乗効果が得られるものと期待できるためである。PVCある。PVC の欠点である疎水性を改善し、かつ、無機充の欠点である疎水性を改善し、かつ、無機充填剤による新たな機能も付与できる。
填剤による新たな機能も付与できる。この充填剤として、
この充填剤として、地元の未利用資源であるホタテ貝殻に着目した。地元青地元の未利用資源であるホタテ貝殻に着目した。地元青57

森県ではホタテの有数な産地であり大量の貝殻が廃棄さ
森県ではホタテの有数な産地であり大量の貝殻が廃棄されている現状がある。しかし、多くの貝殻は有効活用されている現状がある。しかし、多くの貝殻は有効活用されておらず、れておらず、廃棄についても問題が多い。
廃棄についても問題が多い。ホタテ貝殻は、
ホタテ貝殻は、その主成分が炭酸カルシウムであるため親水性を示し、その主成分が炭酸カルシウムであるため親水性を示し、かつ、抗菌性を有しているが、ホタテ貝殻と高分子化合
かつ、抗菌性を有しているが、ホタテ貝殻と高分子化合物とのマイクロレベル、ナノレベルでの複合体について
物とのマイクロレベル、ナノレベルでの複合体についての研究は少ない。そこで、徐放性の強力な抗菌シートなの研究は少ない。そこで、徐放性の強力な抗菌シートな
どの医療用材料への応用を目指し、親水性テレケリック
どの医療用材料への応用を目指し、親水性テレケリック
スをスを PVCPVC にグラフトさせた共重合体にホタテ貝殻粉末をにグラフトさせた共重合体にホタテ貝殻粉末を充填させた新規複合材料を調製し、さらにその物性を水充填させた新規複合材料を調製し、さらにその物性を水に対する接触角、表面抵抗測定、および抗菌性試験によに対する接触角、表面抵抗測定、および抗菌性試験によ13)り評価した。
。
り評価した。その結果、
その結果、次の知見を得ることができた
次の知見を得ることができた 13)。
（１）接触角測定によって、親水性のホタテ貝殻粉末充（１）接触角測定によって、親水性のホタテ貝殻粉末充填と親水性ポリメチルオキサゾリンテレケリックスとの填と親水性ポリメチルオキサゾリンテレケリックスとの相乗作用により相乗作用により PVC
PVC フィルムの親水性が高まったことがフィルムの親水性が高まったことがわかった。また、表面抵抗率も接触角と同様の結果を示わかった。また、表面抵抗率も接触角と同様の結果を示し、ホタテ貝殻粉末充填と親水性ポリメチルオキサゾリ
し、ホタテ貝殻粉末充填と親水性ポリメチルオキサゾリ
ンテレケリックスとの相乗作用によりンテレケリックスとの相乗作用により PVC
PVC フィルムの帯
フィルムの帯電性が抑えられた。
電性が抑えられた。
（２）抗菌性試験では、生貝殻粉末を添加した場合、あ（２）抗菌性試験では、生貝殻粉末を添加した場合、ある程度高い抗菌性を示した。また、PVC
る程度高い抗菌性を示した。また、PVC 単体に比べ親水
単体に比べ親水性テレケリックスをグラフトさせたフィルムの場合の方
性テレケリックスをグラフトさせたフィルムの場合の方が、抗菌性におよぼすフィラーの効果がより高まること
が、抗菌性におよぼすフィラーの効果がより高まることがわかった。
がわかった。
 ．結言と今後の展開
．結言と今後の展開
ポリオキサゾリンおよびトリアジンチオール類は有用
ポリオキサゾリンおよびトリアジンチオール類は有用性が高いため、それぞれの特色を活用することにより、性が高いため、それぞれの特色を活用することにより、
あるいは各種無機系充填剤と複合することにより、新規あるいは各種無機系充填剤と複合することにより、新規な機能をもつ高分子材料ならびに有機・無機複合材料のな機能をもつ高分子材料ならびに有機・無機複合材料の開発が可能であり、様々な検討を行った結果、上記のよ開発が可能であり、様々な検討を行った結果、上記のような様々な知見を得ることができた。
うな様々な知見を得ることができた。
以上のことより、ポリオキサゾリンとトリアジンチオ
以上のことより、ポリオキサゾリンとトリアジンチオールの複合機能を利用できるトリアジンチオール末端ールの複合機能を利用できるトリアジンチオール末端
PROZO
PROZO というテレケリックスを用いて各種材料の改質というテレケリックスを用いて各種材料の改質を行い物性評価した結果、有用な材料改質剤となり得る
を行い物性評価した結果、有用な材料改質剤となり得る
可能性を見いだした。そのテレケリックスの構造ととも可能性を見いだした。そのテレケリックスの構造とともに用途の可能性をFigure 11 に示す。このテレケリックスに示す。このテレケリックスに用途の可能性を Figureの特長は、ポリオキサゾリンとトリアジンチオールの両の特長は、ポリオキサゾリンとトリアジンチオールの両方の機能を利用でき、また、構造をマイナーチェンジす方の機能を利用でき、また、構造をマイナーチェンジするだけで、図に示したような多方面の用途が可能となるるだけで、図に示したような多方面の用途が可能となることである。
ことである。
現在は、ホタテ貝殻粉末充填
フィルムについて、
現在は、ホタテ貝殻粉末充填 PVC
PVC フィルムについて、
さらに親水性を向上させるグラフト共重合体の調製を検さらに親水性を向上させるグラフト共重合体の調製を検討しているところである。また、銅板表面と水とのぬれ討しているところである。また、銅板表面と水とのぬれ58

佐藤久美子佐藤久美子( NCH2CH2 )

E

n-1

R

O

N

R

+
O

livingon
PROZO
Combineplastic

surfaces (Grafting)・Antistatic agents・Salvage material for

-

X

+

R'
polyoxazoline moiety
N
N
Me

NaS
( NCH
2CH2 )

n-1R'

triazinethiol moiety

N NCH2CH
SH
2

N

R'

N

N

- NaX
N
SH
S

R
triazinedithiolsalt
R monosodium
O
O( NCH2CH2 ) S

E

n

R

O

N
N

S
H

Without someprocesses
telechelics
・Surfactant

Scheme 2. Synthesis of telechelics.

・Compatibilizer
・Pharmaceutical

めて低いポリオキサゾリン類およびトリアジンチオール
触角および表面抵抗が小さくなり、PVC 表面の疎水性・
valuable metals
controlled releaseHybridizewith clay minerals or
類を用いて、さらに研究を展開するために、ポリオキサ
帯電性が改善されていくことがわかった。
・Antithrombogenic
preparation
powderCombine on metal
ゾリンとトリアジンチオールの複合機能が利用可能なテ of scallop shellbiomedical materialorganic-inorganic
surface 2 にテレケリック ・New
レケリックスの合成を考えた。Scheme
 2.2
疎水性テレケリックスによる銅表面の改質と表composites
・Rust preventing agent
ス合成の式を示す。検討の結果、各種トリアジンジチオ   面特性
1), 11)antibacterial activity,
・Adhesive
ールを一ナトリウム塩にしてリビング
PROZO と反応さ (togive
次いで、銅板表面の改質・機能化を行った。新規
thermostability,
biocompatibility,
・Hydrophobibation
せることで、スムーズにテレケリックスを合成すること
表面処理剤の開発を検討することにし、テレケリックス
gasのスルファニル基により金属と化学吸着することを利用
barrier property, etc.)agentができた。次いで、このテレケリックスを用いて、新規な機能をもつ高分子材料ならびに有機・無機複合材料のした。すなわち、被膜を金属表面に作ることにより、金開発が行えるものと考えた。PROZO の特長であるアルキ属を防食化、疎水化でき、さらには金属とプラスチック
Figure 1. The structure and applications of the telechelics synthesized.
ル基 R により親水性・疎水性を自由に変化できることをやゴムなどとの接着性を高めることができるなど、多様
利用して、親水性のテレケリックスでは疎水性ポリマー
な性質をもつ表面に改質することを考えた。金属の防食-RXUQDO  
性向上によって電子機器のより小型の回路形成に貢献での表面改質を、また、疎水性のテレケリックスでは金属化や疎水化のためには、疎水性の PROZO を用いること5 +RRJHQERRP $QJHZ &KHP ,QW (G   
きるものと考え、銅板上への親水性テレケリックスの被表面の改質を試みたので、次に示す。
が適当であるため、ここでは PROZO としてポリ（2-ブチ  
膜形成を種々検討しているところである。
ル-2-オキサゾリン）(PBuOZO）を用いることにした。テ..QRS5+RRJHQERRP')LVFKHUDQG866FKXEHUW
今後の展開としては、さらに、親水性テレケリックス ．テレケリックスを利用した各種材料の改質
レケリックスを合成し、銅板表面にその被膜を形成させ$QJHZ&KHP,QW(G    の PROZO 部分でガラスと親和させ、末端のトリアジンる方法を各種検討した。また、生成銅板表面の特性は、
2.1
親水性テレケリックスによる
PVCのグラフト化7 ; 9LHJDV HW DO %LRFRQMXJ &KHP   
チオール部分で金属と親和させることにより、新規の接水に対する接触角測定および X 線光電子分光（XPS）分   と生成物の表面特性  
着剤の開発を行うことを目指すつもりである。開発した
析と原子間力顕微鏡（AFM）分析により評価した。さら まず、合成した親水性テレケリックスを用いて既存材
1$GDPVDQG866FKXEHUW$GY'UXJ'HOLY5HY
ポリオキサゾリンとトリアジンチオールの2 つから合成に、ICP 発光分光分析により処理済み溶液中の銅量を測
1), 2)料である
PVCの改質・機能化を行った。疎水性・帯    できる種々のテレケリックスを用いた新しい利用法の開定した。その結果、次の知見を得ることができた。
電性という欠点を持つ
PVC
表面に親水性を付与すること/ 7DXKDUGW . .HPSH 0 *RWWVFKDOGW DQG 8 6
発を、今後ますます進めていこうと考えている。
（１）銅板を生成テレケリックスの溶液に浸せきし、化を目的に、アルキル基 R がメチルである親水性テレケリ
6FKXEHUW&KHP6RF5HY    
学吸着により被膜を形成させた結果、処理銅板の被膜量ックスを PVC にグラフトした。グラフト化は
PVCの塩 架 橋 処 理 さ れ た ポ リ 塩 化 ビ ニ ル 製 品 森 邦 夫  ヤ ン ド
謝 辞は処理温度と処理時間の増大とともに増加することがわ
素原子をテレケリックスで置換することにより行い、そー・トーマス日特公平 
かった。また、未処理銅板に比べ接触角度が大きく増加
本研究の一部は JSPS 科研費 -3. の助成をの結果、次の知見を得ることができた。
 ト リ ア ジ ンチ オ ール 末 端オ リゴ （ ブ チ ル オ キ サ ゾ
し、表面が疎水化されたことが明らかとなった。
受けたものであり、ここに謝意を表す。
（１）グラフト鎖導入率は最高で 6.63％に、グラフト率リン）による銅表面の改質佐藤久美子平原英俊川（２）XPS 分析と AFM 分析により処理銅板表面上の生（グラフト鎖の重量 / 幹ポリマーPVC の重量）は最高で村優文會澤純雄成田榮一色材  
参 考 文 献成テレケリックス被膜の状態が明らかとなった。さらに、
87.4 wt％に、と高い値を得ることができた。
 ポリ（アルキルオキサゾリン）による三次元親水化ポ
処理済み溶液中の銅量を ICP 分析することにより、テレ（２）グラフト鎖であるテレケリックスの重合度を調節
ポリオキサゾリンとトリアジンチオールの複合機能を利用
リ 塩 化 ビ ニ ル の 合 成  佐 藤 久 美 子  八 戸 工 業 高 等 専 門 学
ケリックスは銅板上に化学吸着して被膜を形成すると同す る PVC
共 重 合に対する仕込み比を変えたりすることによ
材 料 お よ び 有 機 ／ 無 機 複 合 材 料 の 開 発  佐 藤
したり
校紀要第  号   
時に銅を溶解しているということがわかった。
久美子岩手大学（博士論文）  
 地元未利用無機資源充填グラフト化 39& の合成と物性評
り、グラフト鎖導入率およびグラフト率はある程度調節
トリアジンチオール末端ポリ（メチルオキサゾリン）
価  佐 藤 久 美 子  山 本 歩  菊 地 康 昭  八 戸 工 業 高 等 専
できることがわかった。
つまり、本研究での成果により、
 2.3 両末端親水性テレケリックスによる三次元親水
に よ る ポ リ 塩 化 ビ ニ ル の グ ラ フ ト 化 と 生 成 物 の 表 面 特 性 門学校紀要第 号  
PVC 表面の親水性の度合いを上下できるという知見が得   化 PVC の合成
佐 藤 久 美 子  嶋 野 安 雄  平 原 英 俊  成 田 榮 一  高 分 子 論られ、新規の優れた血液適合材料の開発につながるとい 高分子が架橋されて、三次元的な網目構造を形成した
文集  （原稿受付： 年  月  日）
える。
0.DQJ6</HH++6KLQ<&<XDQG-+
ものを高分子ゲルという。その内部に溶媒を吸収し膨潤（３）得られたグラフト共重合体でフィルムを調製し、<RXN3RO\PHU  したもので、高分子ゲルはソフトでかつウェットな素材
水に対する接触角と表面抵抗を測定した結果、親水性の*0RUJHVHDQG(0%HQHWWL(XURSHDQ3RO\PHU
であり、イオン強度や温度、電場、磁場、光といった外
テレケリックス鎖のグラフト率が高くなるにつれて、接部からの刺激に対してゲルは動的に応答し、膨張および八戸工業高等専門学校紀要
八戸工業高等専門学校紀要                               59
第号
第号（）（）ニンニクの無農薬水耕栽培の可能性
ニンニクの無農薬水耕栽培の可能性
東麗緒菜
東麗緒菜****・山本歩
・山本歩* *
Study
Studyforforpesticide-freepesticide-freehydroponichydroponicculture
culturemethod
methodofofgarlicgarlicReona
ReonaHIGASHI,HIGASHI,Ayumi
AyumiYAMAMOTO
YAMAMOTO**産業システム工学科マテリアル・バイオ工学コース
産業システム工学科マテリアル・バイオ工学コース****産業システム工学科専攻マテリアル・バイオ工学コース（現
産業システム工学科専攻マテリアル・バイオ工学コース（現北海道大学大学院環境科学院生物圏科学専攻）
北海道大学大学院環境科学院生物圏科学専攻）

Abstract
Abstract: :Garlic
Garlic(Allium(Alliumsativum
sativumL.)L.)isiswidely
widelyusedusedasasaaseasoning
seasoningaroundaroundthe
theworld.
world.Aomori
Aomoriprefecture
prefecturereachedreachedananapproximately
approximately70%
70%shareshareofofthe
thegarlic
garlicproduction
productionininJapan.
Japan.Recently,
Recently,agricultural
agriculturalindustry
industryisisfaced
facedwithwithbig
bigproblem
problemwithwithhuman
humanresource
resourceshortages
shortagesandandaging
agingofofthe
thefarmer.
farmer.Additionally,
Additionally,thetheinterest
interestfor
forfoodfoodsafety
safetyhave
havebeen
beenincreasing
increasing
withwithorganicorganicvegetables
vegetableswithout
withoutuseuseofofany
anypesticides.
pesticides.InInresponse
responsetotothese
theseissues,
issues,fullfullcontrol
controlhydroponichydroponiccultivation
cultivation
systems
systemsare
areusefulusefulwith
withlesslesshuman
humanresource
resourceand
andpesticide-freepesticide-freeproduction
productionunder
undercontrolledcontrolledcultivation
cultivationenvironment.
environment.
However,
However,hydroponichydroponicculture
culturefor
forgarlic
garliccultivation
cultivationisisnot
notestablishedestablishedyet.
yet.InInthis
thisstudy,
study,wewedemonstrated
demonstratedhydroponichydroponic
culturecultureofofgarlicgarlicwithout
withoutuseuseofofany
anypesticides.
pesticides.As
Asaaresult,result,hydroponichydroponicculture
cultureshowed
showedfast
fastgrowing
growingrate
ratecompared
comparedsoil
soilculture.
culture.
Keywords
Keywords: : ニンニク、水耕栽培、無農薬
ニンニク、水耕栽培、無農薬
1.1. 緒言
緒言

AlliumAllium
ヒガンバナ科ネギ属に属するニンニク
ヒガンバナ科ネギ属に属するニンニク
（学名
（学名
：
：
L.）は多年草の植物で世界中に広く分布してsativum
sativumL.）は多年草の植物で世界中に広く分布しており中国が世界的産地である。日本では寒地の北海道
おり中国が世界的産地である。日本では寒地の北海道から亜熱帯の沖縄まで広く栽培されているが、全国生から亜熱帯の沖縄まで広く栽培されているが、全国生
１）。ニンニクは世界各。ニンニクは世界各産量の約７割は青森県産である産量の約７割は青森県産である１）
地の料理で香味野菜として古くから食されているだけ
地の料理で香味野菜として古くから食されているだけ
でなく、生薬などの薬用植物の一種としても利用されでなく、生薬などの薬用植物の一種としても利用されており人類と深い関わりがある植物である。ニンニクており人類と深い関わりがある植物である。ニンニクの健康効果として抗酸化作用、抗がん作用、抗炎症作の健康効果として抗酸化作用、抗がん作用、抗炎症作
用、抗菌作用や抗糖尿病作用など豊富な機能性を有す
用、抗菌作用や抗糖尿病作用など豊富な機能性を有することが多数報告されている。近年はこれらの機能性ることが多数報告されている。近年はこれらの機能性に寄与する活性成分も明らかになっており、allicinに寄与する活性成分も明らかになっており、allicinやや
diallydiallysulfide
sulfide(DAS)、S-allyl-cysteine(DAS)、S-allyl-cysteine(SAC)、S-sllyl(SAC)、S-sllylcysteine
cysteinesulfoxide
sulfoxide(alliin)(alliin) などが代表的な生理活性物などが代表的な生理活性物
２）
。
。
また
また19901990年にアメリカ国
年にアメリカ国質として同定されている質として同定されている２）
立がん研究所（NCI）が中心となり疫学研究データを
立がん研究所（NCI）が中心となり疫学研究データをもとに取り組まれたデザイナーフーズ計画では、がんもとに取り組まれたデザイナーフーズ計画では、がん予防に効果的な食品および食品成分としてピックアッ予防に効果的な食品および食品成分としてピックアッ
プされた約
プされた約 4040 種類の中でニンニクが最も重要性が高種類の中でニンニクが最も重要性が高３）。超高齢社会に突入し。超高齢社会に突入しいものとして位置づけられたいものとして位置づけられた３）
た日本において食品の機能性に対する興味関心は高また日本において食品の機能性に対する興味関心は高まっており、ニンニクについても年々供給量が増加傾向っており、ニンニクについても年々供給量が増加傾向

４）。
。
にあり今後も更なる需要の増加が期待されているにあり今後も更なる需要の増加が期待されている４）しかしながら国内の主要産地である青森県において
しかしながら国内の主要産地である青森県においては農業従事者の減少や高齢化などにより将来的なニンは農業従事者の減少や高齢化などにより将来的なニン
ニク生産量の減少が危惧されている。また健康志向のニク生産量の減少が危惧されている。また健康志向の高まりにともない食の安全・安心がより一層重視され高まりにともない食の安全・安心がより一層重視されてきており無農薬栽培による農作物が注目される中、てきており無農薬栽培による農作物が注目される中、ニンニク生産は基本的に露地栽培で行われ病害虫防除
ニンニク生産は基本的に露地栽培で行われ病害虫防除のために農薬が使用されており無農薬栽培は一般的でのために農薬が使用されており無農薬栽培は一般的ではない。ニンニクはさび病や葉枯病に罹ることが知らはない。ニンニクはさび病や葉枯病に罹ることが知ら
れており、
れており、
1990
1990年にはチューリップサビダニによる被年にはチューリップサビダニによる被５）。このような高齢化や過疎化に。このような高齢化や過疎化に害が報告されている害が報告されている５）ともなう農業の担い手不足や健康志向に対応した栽培
ともなう農業の担い手不足や健康志向に対応した栽培方法に関する課題はニンニク生産に限らず様々な農作方法に関する課題はニンニク生産に限らず様々な農作物の生産で大きな課題となっており、この課題を解決物の生産で大きな課題となっており、この課題を解決するために注目されているのが完全制御型の植物工場するために注目されているのが完全制御型の植物工場である。植物工場は太陽光を利用した太陽光利用型とである。植物工場は太陽光を利用した太陽光利用型と人工光を用いる完全制御型の２種類に大別でき、特に人工光を用いる完全制御型の２種類に大別でき、特に完全制御型植物工場は天候や設置面積・場所に左右さ完全制御型植物工場は天候や設置面積・場所に左右されずクリーンな環境下で栽培することができるため完れずクリーンな環境下で栽培することができるため完
全無農薬栽培を実現できる。植物工場による完全無農
全無農薬栽培を実現できる。植物工場による完全無農
薬栽培の中でも最も利用されているのは水耕栽培であ
薬栽培の中でも最も利用されているのは水耕栽培であり、これまでにハーブやリーフレタスなどの葉物野菜
り、これまでにハーブやリーフレタスなどの葉物野菜
６）。将来的な気候変動のリ。将来的な気候変動のリを中心に実用化されているを中心に実用化されている６）

60

東麗緒菜・山本歩
東麗緒菜・山本歩

スクの懸念もあり植物工場の普及率は年々高まってきスクの懸念もあり植物工場の普及率は年々高まってきている一方、葉物野菜以外の植物に関する知見がまだている一方、葉物野菜以外の植物に関する知見がまだまだ乏しいことや導入コストの高さから植物工場の普まだ乏しいことや導入コストの高さから植物工場の普７）及が頭打ちになりつつある状況でもある。ニンニク
及が頭打ちになりつつある状況でもある７）。ニンニクについても水耕栽培が取り組まれつつあるが完全無農についても水耕栽培が取り組まれつつあるが完全無農
薬栽培方法は確立されていない。そこで本研究では上薬栽培方法は確立されていない。そこで本研究では上述の課題を解決するために、簡易な自作水耕栽培シス
述の課題を解決するために、簡易な自作水耕栽培シス
テムによるニンニク栽培の可能性について検討した。
テムによるニンニク栽培の可能性について検討した。
2.
実験方法
2. 実験方法
ニンニクの殺菌処理
2.1 ニンニクの殺菌処理
2.1
本研究では
本研究では  年に収穫された青森県産のニンニク
年に収穫された青森県産のニンニクを使用した。
ニンニクの鱗片を中性洗剤で洗浄後、を使用した。ニンニクの鱗片を中性洗剤で洗浄後、エエ
タノールで殺菌処理し土耕栽培および水耕栽培に使用しタノールで殺菌処理し土耕栽培および水耕栽培に使用し
た。
た。
2.2
土耕栽培
2.2 土耕栽培
水耕栽培と比較するために土耕栽培を行った。土耕栽
水耕栽培と比較するために土耕栽培を行った。土耕栽
培はプランターに底石を敷き、赤玉土、
赤玉土、ピートモス、
ピートモス、バー
バー
培はプランターに底石を敷き、ク堆肥、燻炭、パーライト等から構成される球根の土（株
ク堆肥、燻炭、パーライト等から構成される球根の土（株式会社プロトリーフ）を充填し殺菌処理した鱗片を播種式会社プロトリーフ）を充填し殺菌処理した鱗片を播種した。栽培温度 ℃、光条件は
℃、光条件は Ｗ白色蛍光灯で
Ｗ白色蛍光灯で  時時した。栽培温度間の明期で日間栽培した。
栽培中は定期的に全体重量、間の明期で  日間栽培した。栽培中は定期的に全体重量、草丈長、発根数を確認した。
草丈長、発根数を確認した。

水耕栽培
2.3 水耕栽培
2.3
水耕栽培には自作の水耕栽培装置を作成し使用した水耕栽培には自作の水耕栽培装置を作成し使用した（図１）（図１）。水耕栽培の培養液としてハイポニカ液体肥料。水耕栽培の培養液としてハイポニカ液体肥料（協和株式会社）を  倍に希釈したものを使用した。
倍に希釈したものを使用した。
（協和株式会社）を
栽培条件は土耕栽培と同様に栽培温度
栽培条件は土耕栽培と同様に栽培温度 ℃、
℃、光条件は
光条件は 

Ｗ白色蛍光灯で
時間の明期で約
日間栽培した。栽
Ｗ白色蛍光灯で  時間の明期で約  日間栽培した。栽
培中は定期的に全体重量、草丈長、発根数を確認した。
培中は定期的に全体重量、草丈長、発根数を確認した。




図
図 
 作製した簡易水耕栽培システム
作製した簡易水耕栽培システム

総ポリフェノール量分析
2.4 総ポリフェノール量分析
2.4
栽培方法の違いがニンニクに含まれる成分に影響を及
栽培方法の違いがニンニクに含まれる成分に影響を及
ぼすか明らかにするために機能性成分の一つであるポリ
ぼすか明らかにするために機能性成分の一つであるポリフェノール量について
フェノール量について )ROLQ&LRFDOWHX)ROLQ&LRFDOWHX 法により分析し法により分析した。栽培したニンニクを茎葉、栽培したニンニクを茎葉、鱗片、鱗片、根に分割し重量を測根に分割し重量を測た。
定した。
各試料の４倍量の エタノールを加えミキサーエタノールを加えミキサー
定した。
各試料の４倍量のにて破砕し遠心分離にて上清を回収した。
沈殿に再びにて破砕し遠心分離にて上清を回収した。
沈殿に再び 
エタノールを加え遠心分離を行い上清を回収した。沈殿
エタノールを加え遠心分離を行い上清を回収した。沈殿にはアセトンを加え混合後、遠心分離で上清を回収した。
遠心分離で上清を回収した。
にはアセトンを加え混合後、上記のエタノール抽出ならびにアセトン抽出により回収
上記のエタノール抽出ならびにアセトン抽出により回収した上清をまとめ減圧濃縮しした上清をまとめ減圧濃縮し )ROLQ&LRFDOWHX)ROLQ&LRFDOWHX 法により法により総ポリフェノール量分析に使用した。
総ポリフェノール量分析に使用した。
総ポリフェノール量の分析は過去の報告を参考に
総ポリフェノール量の分析は過去の報告を参考に
８）)ROLQ&LRFDOWHX。標準物質には標準物質には  カカ)ROLQ&LRFDOWHX 法にて実施した法にて実施した８）。
テキン（6LJPD$OGULFK&R//&6W/RXLV02）を使テキン（6LJPD$OGULFK&R//&6W/RXLV02）を使用し検量線を作成した。 µ/µ/ の試料溶液との試料溶液と  µ/µ/ のの用し検量線を作成した。

フェノール試薬（.DWR
&KHPLFDO,QF
7RN\R
 フェノール試薬（.DWR &KHPLFDO ,QF 7RN\R-DSDQ）を混合したのち、01D&2 溶液を
溶液を µ/
µ/ 加え
加え-DSDQ）を混合したのち、01D&2
た。よく撹拌したのち ℃で
℃で 
 分間加熱処理し、その後分間加熱処理し、その後た。よく撹拌したのち室温で放冷したものを測定に用いた。測定には分光光度
室温で放冷したものを測定に用いた。測定には分光光度計を用い計を用い QP
QP の吸光度を測定した。
の吸光度を測定した。


統計的解析
2.5 統計的解析
2.5
土耕栽培、土耕栽培、水耕栽培ともに播種した
水耕栽培ともに播種した  株の鱗片の全体
株の鱗片の全体
重量、草丈長、発根数を確認し平均値、標準偏差をもと
重量、草丈長、発根数を確認し平均値、標準偏差をもとW 検定にて両栽培方法間の有意差を確認した。
検定にて両栽培方法間の有意差を確認した。
め、W
め、
3.
結果
3. 結果
水耕栽培と土耕栽培におけるニンニクの成長比較
3.1 水耕栽培と土耕栽培におけるニンニクの成長比較
3.1
水耕栽培および土耕栽培におけるニンニクの全体重量、水耕栽培および土耕栽培におけるニンニクの全体重量、草丈長、発根数の経日変化の結果を図２に示す。土耕栽
草丈長、発根数の経日変化の結果を図２に示す。土耕栽
培ならびに水耕栽培の両栽培方法ともに栽培時間の経過
培ならびに水耕栽培の両栽培方法ともに栽培時間の経過とともに全体重量、とともに全体重量、草丈長、草丈長、発根数の増加が確認された。
発根数の増加が確認された。
両栽培方法の成長具合を比較すると、両栽培方法の成長具合を比較すると、栽培
栽培 
 日後では全日後では全体重量は水耕栽培では約  J
J であったの対し土耕栽培であったの対し土耕栽培
体重量は水耕栽培では約では約 J
J であった。草丈長は水耕栽培では約であった。草丈長は水耕栽培では約 PP
PP ににでは約成長したが土耕栽培では約PPであった。発根数は水成長したが土耕栽培では約  PP であった。発根数は水耕栽培では約  本であるのに対し土耕栽培では約本であるのに対し土耕栽培では約 
 本
本
耕栽培では約であった。このように水耕栽培における全て項目の成長であった。このように水耕栽培における全て項目の成長
度合が土耕栽培より有意に高かった。また播種した個々
度合が土耕栽培より有意に高かった。また播種した個々の鱗片の成長具合のばらつきは全ての項目において土耕の鱗片の成長具合のばらつきは全ての項目において土耕栽培より水耕栽培のほうが小さかった。
栽培より水耕栽培のほうが小さかった。

3.1
総ポリフェノール量
3.1 総ポリフェノール量61

ニンニクの無農薬水耕栽培の可能性
ニンニクの無農薬水耕栽培の可能性

全体重量
全体重量(g)
(g)




**
**




**
**

**





















栽培日数（日）
栽培日数（日）













**
**







水耕栽培
水耕栽培
土耕栽培
土耕栽培







**
**




**
**

**
**

**
**

















**
**







発根数の経日変化
発根数の経日変化




水耕栽培
水耕栽培
土耕栽培
土耕栽培




**
**

草丈長
草丈長(cm)
(cm)

水耕栽培
水耕栽培
土耕栽培
土耕栽培




草丈長の経日変化
草丈長の経日変化




発根数
発根数(本)(本)

全体重量の経日変化
全体重量の経日変化





















栽培日数（日）
栽培日数（日）

























栽培日数（日）
栽培日数（日）







図２
図２ 水耕栽培および土耕栽培による成長具合の経日変化
水耕栽培および土耕栽培による成長具合の経日変化
日間の水耕栽培および土耕栽培における全体重量、草丈長、発根数の経日変化の結果を示す（
S
 日間の水耕栽培および土耕栽培における全体重量、草丈長、発根数の経日変化の結果を示す（ S、、 SS））


 日間の水耕栽培および土耕栽培により得たニンニ
日間の水耕栽培および土耕栽培により得たニンニ
クの各部
クの各部（茎葉、（茎葉、鱗片、鱗片、根）根）に含まれる総ポリフェノールに含まれる総ポリフェノール
量をカテキン相当量としてもとめた（表１）。両栽培方法
量をカテキン相当量としてもとめた（表１）。両栽培方法ともに総ポリフェノール量は鱗片が最も多く、ともに総ポリフェノール量は鱗片が最も多く、次いで根、次いで根、茎葉の順であった。茎葉部の総ポリフェノール量が水耕茎葉の順であった。茎葉部の総ポリフェノール量が水耕
栽培が土耕栽培の約
栽培が土耕栽培の約  倍多く含まれていた。
倍多く含まれていた。 J
J あた
あたりの全部位に含まれる総ポリフェノール量は水耕栽培でりの全部位に含まれる総ポリフェノール量は水耕栽培では約は約 
 PJ、土耕栽培では約
PJ、土耕栽培では約 
 PJ
PJ であり水耕栽培であり水耕栽培によるニンニクの方が多かった。
によるニンニクの方が多かった。

表１
表１ 栽培後の各部位の総ポリフェノール量
栽培後の各部位の総ポリフェノール量の成長比較を実施した。その結果、水耕栽培が土耕栽培の成長比較を実施した。その結果、水耕栽培が土耕栽培と比較し成長速度が有意に速いことが確認された。またと比較し成長速度が有意に速いことが確認された。また
水耕栽培における個々の鱗片の生育は個体間のバラつき
水耕栽培における個々の鱗片の生育は個体間のバラつきが少なく均一であったのに対し、土耕栽培ではバラつきが少なく均一であったのに対し、土耕栽培ではバラつきが大きかった。このことから葉物野菜以外の植物においが大きかった。このことから葉物野菜以外の植物においても水耕栽培は均一な品質で栽培することが可能であるても水耕栽培は均一な品質で栽培することが可能である
ことが確認された。しかしながら温度および光条件を一ことが確認された。しかしながら温度および光条件を一定で行った今回の実験ではニンニクの分球を確認するこ定で行った今回の実験ではニンニクの分球を確認することができなかった。通常、ニンニクの露地栽培はとができなかった。通常、ニンニクの露地栽培は 9～109～10月に鱗片を播種した後、越冬後の5～6月に収穫される。
月に鱗片を播種した後、越冬後の 5～6 月に収穫される。
そのため、水耕栽培によりニンニクの分球を誘導するた
そのため、水耕栽培によりニンニクの分球を誘導するためには生育が進んだ時期に一度冬季を模した低温処理をめには生育が進んだ時期に一度冬季を模した低温処理を行う必要があると考えられる。露地栽培と水耕栽培との行う必要があると考えられる。露地栽培と水耕栽培との成長速度の比較により低温処理時間を検討し今後実施し成長速度の比較により低温処理時間を検討し今後実施したい。一方で近年行われているニンニクの水耕栽培ではたい。一方で近年行われているニンニクの水耕栽培では

4.
4. 考察
考察
本研究では、近年の健康志向の高まりによる無農薬野
本研究では、近年の健康志向の高まりによる無農薬野菜の需要増加への対応や農業従事者の減少や高齢化とい菜の需要増加への対応や農業従事者の減少や高齢化といった課題に対応すべく、青森県が全国生産量の約７割をった課題に対応すべく、青森県が全国生産量の約７割を占め更なる需要の増加が期待されるニンニクの新たな栽
占め更なる需要の増加が期待されるニンニクの新たな栽培方法として水耕栽培の可能性を検討した。完全制御型
培方法として水耕栽培の可能性を検討した。完全制御型
植物工場は近年普及率が増加してきているがコストの高植物工場は近年普及率が増加してきているがコストの高さや葉物野菜への適用に関する知見が乏しいことから頭さや葉物野菜への適用に関する知見が乏しいことから頭打ちとなりつつある。ニンニクの水耕栽培の取り組み事
打ちとなりつつある。ニンニクの水耕栽培の取り組み事
例はいくつか報告されているが、その方法は確立してお例はいくつか報告されているが、その方法は確立しておらず露地栽培と比較した際の有用性も明らかになっていらず露地栽培と比較した際の有用性も明らかになっていない。そこで、本研究では簡易な水耕栽培装置を作製しない。そこで、本研究では簡易な水耕栽培装置を作製し人工光によるニンニクの無農薬栽培を試み、土耕栽培と人工光によるニンニクの無農薬栽培を試み、土耕栽培と分球する前の状態の発芽後一週間程度ものを収穫しスプ分球する前の状態の発芽後一週間程度ものを収穫しスプ
ラウトニンニクとして商品として販売している事例もあ
ラウトニンニクとして商品として販売している事例もあ９）るる９）。将来的にニンニクの完全無農薬栽培方法が確立さ。将来的にニンニクの完全無農薬栽培方法が確立されることで、現在はスプラウトニンニクに留まっているれることで、現在はスプラウトニンニクに留まっている

水耕栽培の適用が拡大し多様な形態で完全無農薬ニンニ
水耕栽培の適用が拡大し多様な形態で完全無農薬ニンニ
クを提供することができるようになると考えられる。
クを提供することができるようになると考えられる。
本研究の水耕栽培では植物工場で最も利用されている
本研究の水耕栽培では植物工場で最も利用されている
蛍光灯を光源として用いたが、導入コストは高いものの蛍光灯を光源として用いたが、導入コストは高いものの消費電力が小さい
消費電力が小さい LED
LED を光源として利用する植物工場
を光源として利用する植物工場
は蛍光灯に次いで多い。近年、LED の波長や光強度を制の波長や光強度を制は蛍光灯に次いで多い。近年、LED御することでポリフェノールなどの機能性成分の含有量
御することでポリフェノールなどの機能性成分の含有量10）を増加させることができることが明らかになっているを増加させることができることが明らかになっている 10）。
。
本研究では同一の光源を用いて水耕栽培と土耕栽培を実本研究では同一の光源を用いて水耕栽培と土耕栽培を実施した結果、成長速度が速い水耕栽培において総ポリフ施した結果、成長速度が速い水耕栽培において総ポリフ
ェノール量が多く含まれていたが、この結果が成長速度
ェノール量が多く含まれていたが、この結果が成長速度

62

東麗緒菜・山本歩
東麗緒菜・山本歩の違いに起因するものなのか、栽培方法の違いによるもスクの懸念もあり植物工場の普及率は年々高まってきのなのか今後明らかにしたい。また、ニンニク水耕栽培ている一方、葉物野菜以外の植物に関する知見がまだにおいても光源が生育や含有成分に及ぼす影響を解明す
まだ乏しいことや導入コストの高さから植物工場の普ることで、露地栽培のニンニクより高い機能性が期待で及が頭打ちになりつつある状況でもある７）。ニンニク
き食味が良いものを生産することが可能になることが期についても水耕栽培が取り組まれつつあるが完全無農待できる。健康意識や食の安全・安心に対する関心の高
薬栽培方法は確立されていない。そこで本研究では上まりや食を支える農業従事者の減少や高齢化など多くの述の課題を解決するために、簡易な自作水耕栽培シス
テムによるニンニク栽培の可能性について検討した。
課題に対し植物工場型農業は重要な技術である。青森県の主要農作物であるニンニクに関しても植物工場型農業
2. 実験方法
への展開の可能性を検討することは重要であり、本研究で得られた知見をもとに更なる検討に取り組みたい。
2.1 ニンニクの殺菌処理
本研究では  年に収穫された青森県産のニンニク
参 考 文 献を使用した。ニンニクの鱗片を中性洗剤で洗浄後、エタノールで殺菌処理し土耕栽培および水耕栽培に使用し農林水産省 統計情報、平成  年産指定野菜（秋冬野菜等）及び指定野菜に準ずる野菜の作付面積、収穫量及び出荷量
た。
%LRDFWLYH &RPSRXQGV DQG %LRORJLFDO )XQFWLRQV RI *DUOLF
土耕栽培
2.2$OOLXPVDWLYXP/ 6KDQJ$&DR6<;X;<*DQ5<7DQJ
水耕栽培と比較するために土耕栽培を行った。土耕栽*<&RUNH+0DYXPHQJZDQD9/L+%)RRGV   年
培はプランターに底石を敷き、赤玉土、ピートモス、バー
がん予防と食品 デザイナーフーズからファンクショナルフーズ
ク堆肥、燻炭、パーライト等から構成される球根の土（株へ、大澤俊彦、日本食生活学会誌、  、、 年
式会社プロトリーフ）を充填し殺菌処理した鱗片を播種

独立行政法人 農畜産業振興機構、野菜情報、 年  月号、
した。栽培温度 ℃、光条件は Ｗ白色蛍光灯で  時、 年
間の明期で
 日間栽培した。栽培中は定期的に全体重量、
青森県におけるニンニクのチューリップサビダニの発見と種子鱗
草丈長、発根数を確認した。
片の薬液浸漬による防除、市田忠夫、藤村建彦、北日本病中研報、
 、、 年
水耕栽培植物工場、高辻正基、オーム社、 年
 2.3
完全制御型
 水耕栽培には自作の水耕栽培装置を作成し使用した
日本における植物工場の現状と今後の展望、藤本真狩、精密工学会（図１）。水耕栽培の培養液としてハイポニカ液体肥料
誌、（）
、、 年
（協和株式会社）を
3URWHFWLYHHIIHFWVRIUDZDQGFRRNHGEODFNFXUUDQWH[WUDFWRQ 倍に希釈したものを使用した。
'1$ GDPDJH LQGXFHG E\ K\GURJHQ SHUR[LGH
LQ KXPDQ
栽培条件は土耕栽培と同様に栽培温度
℃、光条件は
O\PSKREODVWRLGFHOOV<DPDPRWR$1DNDVKLPD..DZDPRULWD6
Ｗ白色蛍光灯で  時間の明期で約  日間栽培した。栽6XJL\DPD $ 0LXUD 0 .DPLWDL < .DWR < 3KDUP %LRO
培中は定期的に全体重量、草丈長、発根数を確認した。
   年


一般社団法人ジャパンハイドロポニックスホームページ、
KWWSVMKS[MSDFWLYLW\JBVSURXW

植物工場における人工光利用技術、庄司和博、電気設備学会誌、
（）、、 年
（原稿受付： 年  月  日）

図  作製した簡易水耕栽培システム

2.4 総ポリフェノール量分析
栽培方法の違いがニンニクに含まれる成分に影響を及
ぼすか明らかにするために機能性成分の一つであるポリフェノール量について )ROLQ&LRFDOWHX 法により分析した。栽培したニンニクを茎葉、鱗片、根に分割し重量を測定した。
各試料の４倍量の エタノールを加えミキサーにて破砕し遠心分離にて上清を回収した。
沈殿に再び エタノールを加え遠心分離を行い上清を回収した。沈殿にはアセトンを加え混合後、遠心分離で上清を回収した。
上記のエタノール抽出ならびにアセトン抽出により回収した上清をまとめ減圧濃縮し )ROLQ&LRFDOWHX 法により
総ポリフェノール量分析に使用した。
総ポリフェノール量の分析は過去の報告を参考に)ROLQ&LRFDOWHX 法にて実施した８）。標準物質には  カ
テキン（6LJPD$OGULFK&R//&6W/RXLV02）を使用し検量線を作成した。 µ/ の試料溶液と  µ/ の フェノール試薬（.DWR &KHPLFDO ,QF 7RN\R-DSDQ）を混合したのち、01D&2 溶液を µ/ 加えた。よく撹拌したのち ℃で  分間加熱処理し、その後室温で放冷したものを測定に用いた。測定には分光光度計を用い QP の吸光度を測定した。

2.5 統計的解析
土耕栽培、水耕栽培ともに播種した  株の鱗片の全体
重量、草丈長、発根数を確認し平均値、標準偏差をもとめ、W 検定にて両栽培方法間の有意差を確認した。
3. 結果
3.1 水耕栽培と土耕栽培におけるニンニクの成長比較
水耕栽培および土耕栽培におけるニンニクの全体重量、草丈長、発根数の経日変化の結果を図２に示す。土耕栽
培ならびに水耕栽培の両栽培方法ともに栽培時間の経過とともに全体重量、草丈長、発根数の増加が確認された。
両栽培方法の成長具合を比較すると、栽培  日後では全体重量は水耕栽培では約  J であったの対し土耕栽培
では約 J であった。草丈長は水耕栽培では約 PP に成長したが土耕栽培では約  PP であった。発根数は水耕栽培では約  本であるのに対し土耕栽培では約  本であった。このように水耕栽培における全て項目の成長
度合が土耕栽培より有意に高かった。また播種した個々の鱗片の成長具合のばらつきは全ての項目において土耕栽培より水耕栽培のほうが小さかった。

3.1 総ポリフェノール量

63

八戸工業高等専門学校紀要
第 54 号（2019, 12）

チュラポーン王女サイエンスハイスクールにおける自主探究
杉山暦*・塚本直樹*・馬場秋雄*
Self-Directed Research at Princess Chulabhorn Science High School
SUGIYAMA Koyomi, TSUKAMOTO Naoki, BABA Akio
* 総合科学教育科

Abstract : Report on the Thailand International Self-Directed Research Program held from August 28 (Wednesday)
to September 12 (Thursday), 2019 at Princess Chulabhorn Science High School, Chonburi (PCSHS, Chonburi).
Keywords : Self-Directed Research, Princess Chulabhorn Science High School

1.はじめに
本稿では、チュラポーン王女サイエンスハイスクール
チョンブリ校（Princess Chulabhorn Science High School
Chonburi：PCSHS チョンブリ校）において、2019 年 8 月
28 日（水）～9 月 12 日（木）、16 日間の日程で実施されたタイ国際自主探究について報告する。
本国際自主探究は本校の低学年生が PCSHS チョンブ
リ校の学生との異文化交流を通じて、両国の相互理解を深め、「自主探究活動」を通して、自ら課題を発見、解決し発信する力を養うことを目的に、今年度より始まった
国際自主探究プログラムである。ご承知の通り、本校はこれまでにも、モンゴル（平成 29 年度開始）、シンガポール（平成 30 年度開始）において、学術交流提携に基づく国際自主探究プログラムを行っている。タイ国際自主
探究はこれらに続く、第３の国際自主探究プログラムとして、新たに開始されたものである。
本プログラムの協力校であるタイの PCSHS チョンブ
リ校とは昨年、学術交流協定（AOA）を締結し、今年度の自主探究発表会には PCSHS チョンブリ校の教員、学生らが本校に視察に訪れる予定であるなど活発な交流が始
まりつつある。さらに、平成 30 年度より高専機構が開始している、新たな国際交流事業である「PCSHS タイ人留学生１年次受け入れ事業」の展開もあいまって、本校とPCSHS との関係は、今後益々結びつきが強くなることが期待されている。

2018 年 11 月 20 日、チョンブリ校との AOA 締結
今年度、タイ国際自主探究には、２年生女子学生１名、１年生女子学生２名の計３名が参加した。筆者らは、タイ国際自主探究担当教員（馬場、塚本）、引率教員（馬場、杉山）として、上記３名の学生に対し、研究・生活指導を行った。

2.募集から渡タイまでのプロセス
タイ国際自主探究プログラムの実施に向け、５月にシンガポール研修・モンゴル国際自主探究、ベトナム国際
自主探究との合同説明会を実施した。説明会への参加者
は 50 名ほどとなり、大変盛況であった。しかし、大半の学生がシンガポール研修希望者であった。タイ国際自主探究では希望者の３名に面接を行い、最終的な参加者３名を決定した。６月から８月まで、シンガポール、モンゴル国際自主探究と共に研究計画の進捗報告会や研究計
画の発表練習を行い、英語セミナーでは英語での自己紹
介と八戸紹介のプレゼンテーションの準備も行った。ま64

杉山暦・塚本直樹・馬場秋雄
杉山暦・塚本直樹・馬場秋雄

た、教員からの研究指導として、渡タイ直前まで研究計
た、教員からの研究指導として、渡タイ直前まで研究計 授業の最後では、班ごとに英語で発表を行い、投票で順
授業の最後では、班ごとに英語で発表を行い、投票で順画の助言をメール等で行った。参加学生が低学年であり画の助言をメール等で行った。参加学生が低学年であり 位を決めていた。生物の授業でも同様なことが行われて位を決めていた。生物の授業でも同様なことが行われて研究経験に乏しいこと、また、現地での研究環境も実際いた。
研究経験に乏しいこと、また、現地での研究環境も実際いた。
に行ってみないとわからないという状況であったため、その他の授業（英語など）においても教員・学生間でに行ってみないとわからないという状況であったため、その他の授業（英語など）においても教員・学生間でテーマ決めの段階から苦労し、決定までに多くの時間をテーマ決めの段階から苦労し、決定までに多くの時間を 双方向な形式が見られ、実験や実習を重視していること
双方向な形式が見られ、実験や実習を重視していること要した。
がうかがわれた。本校学生のサポートをして頂いた要した。
がうかがわれた。本校学生のサポートをして頂いた
現地とのやり取りについては、PCSHS
チョンブリ校のBuraphaいたが、これらの授業は現地とのやり取りについては、PCSHS チョンブリ校のBurapha大学教員が仰って大学教員が仰っていたが、これらの授業はコンタクトパーソンである
DuangpornBalee氏（英語教員）PCSHSの学生資質の高さに負うことが多いとのことでコンタクトパーソンである Duangporn Balee 氏（英語教員） PCSHS の学生資質の高さに負うことが多いとのことでと、本校引率教員（馬場、杉山）、自主探求コーディネーと、本校引率教員（馬場、杉山）、自主探求コーディネー ある。また、国からの多額の予算も背景にある。
ある。また、国からの多額の予算も背景にある。
ター（小笠原久美子氏）との間で、E
メールならびにLINE
ター（小笠原久美子氏）との間で、E メールならびに LINE
アプリを通して行った。
アプリを通して行った。

3.タイ滞在記
3.タイ滞在記(1)(1)PCSHSPCSHSにおける授業における授業PCSHS
PCSHSはチュラポーン王女のはチュラポーン王女の3636歳の誕生日を記念し歳の誕生日を記念してて1993年に設置された中高一貫の学校である。
1993 年に設置された中高一貫の学校である。
タイ国内
タイ国内1212の地域に設置されている男女共学の全寮の地域に設置されている男女共学の全寮制の公立学校で、数学と科学分野で卓越した学生が入学制の公立学校で、数学と科学分野で卓越した学生が入学し、全学生にタイ政府から授業料及び生活費等が支給さし、全学生にタイ政府から授業料及び生活費等が支給さ
れている。
れている。

PCSHS
PCSHSチョンブリ校における日本語授業
チョンブリ校における日本語授業

PCSHS
PCSHSチョンブリ校における物理授業（１）チョンブリ校における物理授業（１）
これらは物理の授業風景である。波の回折、屈折の実
これらは物理の授業風景である。波の回折、屈折の実験を行っている。学生はあらかじめ実験の方法・手順を験を行っている。学生はあらかじめ実験の方法・手順を予習しており、授業時間中は実験に専念していた。
予習しており、授業時間中は実験に専念していた。

PCSHS
PCSHSチョンブリ校における物理授業（２）チョンブリ校における物理授業（２）PCSHS
PCSHSチョンブリ校では、第チョンブリ校では、第2 2外国語が選択必修科目
外国語が選択必修科目として設定されており、日本語か中国語から選ぶようにとして設定されており、日本語か中国語から選ぶようになっている。上述は日本語の授業風景である。写真中央なっている。上述は日本語の授業風景である。写真中央（モニター前）の人物は（モニター前）の人物はPCSHS
PCSHSチョンブリ校の日本語教
チョンブリ校の日本語教員員Pleng氏である。Pleng
氏は本国際自主探究プログラム
Pleng 氏である。Pleng 氏は本国際自主探究プログラム
に対し積極的に協力してくれた。
に対し積極的に協力してくれた。

(2)(2)タイ国際自主探究：学生の一日
タイ国際自主探究：学生の一日
本節では、タイ国際自主探究における学生の一日を紹
本節では、タイ国際自主探究における学生の一日を紹介する。以下はそれぞれ、9介する。以下はそれぞれ、9月月5 5日(木)、6日(木)、6日(金)（9、10日(金)（9、10日目）のスケジュールである。
日目）のスケジュールである。
9 9月月5 5日(木)
日(木)
7:30
朝礼
7:30
朝礼
8:00
研究活動
8:00
研究活動 開始
開始
(１) )
とと
学生
学生A：調査のため外出・バディ
A：調査のため外出・バディ(１
学生
学生B：質問のため教員室へ・バディとB：質問のため教員室へ・バディと学生
C：研究活動室にて研究・バディと学生 C：研究活動室にて研究・バディと12:00
ランチ（学食）12:00
ランチ（学食）13:00
13:00 研究活動
研究活動 再開
再開

65

タイ自主探究 2019タイ自主探究 2019

17:00

学生 A,B,C と研究活動室にて研究
学生 A,B,C と研究活動室にて研究（一部バディのみ、他のバディは授業へ）（一部バディのみ、他のバディは授業へ）
17:00終了（寮へ）研究活動 終了（寮へ）
研究活動

警察署にて 学生がお礼を渡している警察署にて 学生がお礼を渡している
研究活動・バディとともに研究活動・バディとともに学生 B は日本とタイのグレーチング（溝などへの学生 B は日本とタイのグレーチング（溝などへの排水
この日は、「PCSHS タイ人留学生１年次受け入れ事業」
がスムーズな金属製の組み込み型の蓋）を自主探究
がスムーズな金属製の組み込み型の蓋）を自主探究の研
この日は、「PCSHS
タイ人留学生１年次受け入れ事業」
において本校に在籍するタイ人留学生２年生２名が応援究テーマとしている。
上述の究テーマとしている。
上述の Duangporn
Balee Duangporn
氏の協力のBalee 氏の協において本校に在籍するタイ人留学生２年生２名が応援のため、PCSHS
チョンブリ校にかけつけてくれた（２名
もと、自動車学校、警察署にアポイントを取りタイ
もと、自動車学校、警察署にアポイントを取りタイ国内のため、PCSHS チョンブリ校にかけつけてくれた（２名は夏休みで帰国中であった）。
の道路事情について詳しい説明を受けた（どちらもの道路事情について詳しい説明を受けた（どちらもタイは夏休みで帰国中であった）。
語での説明であったが、バディが英語で通訳してく語での説明であったが、バディが英語で通訳してくれ理
解することができた）。
解することができた）。

国際自主探究参加学生と本校のタイ人留学生
国際自主探究参加学生と本校のタイ人留学生

9 月 6 日(金)9 月 6 日(金)8:00 開始 研究活動 開始
8:00
研究活動
学生 A,C：研究活動室にて研究
学生 A,C：研究活動室にて研究（バディ 1 名のみ、その他は授業へ）
路上で実験（バディ 1 名のみ、その他は授業へ）
路上で実験
学生
B：情報収集・実験のため外出
学生 B：情報収集・実験のため外出
この実験では、タイのグレーチングにおける滑り
この実験では、タイのグレーチングにおける滑りの度- 自動車学校へ - 自動車学校へ
合いを調べている。本実験は、この前日にバディと合いを調べている。本実験は、この前日にバディと共に- 地元警察署へ - 地元警察署へ- 路上実験
質問に行った現地教員に受けたアドバイスをもとに質問に行った現地教員に受けたアドバイスをもとに行っ- 路上実験
12:00
ランチ（学食）ている。バディとも打合せがよくできているのか、ている。バディとも打合せがよくできているのか、実験
12:00
ランチ（学食）13:00
それぞれホストファミリーのもとへに着手し実際に行うプロセスが、スムーズで感心した。
に着手し実際に行うプロセスが、スムーズで感心し
13:00
それぞれホストファミリーのもとへ
研究活動だけでなくランチや休み時間など、全体研究活動だけでなくランチや休み時間など、全体を通じて、バディはよく面倒を見ていてくれているし、
じて、バディはよく面倒を見ていてくれているし、本校
学生もそれに明るく応じており、非常に良い関係が学生もそれに明るく応じており、非常に良い関係が構築できている様子が随所に垣間見られた。
できている様子が随所に垣間見られた。

66

杉山暦・塚本直樹・馬場秋雄
杉山暦・塚本直樹・馬場秋雄

た、教員からの研究指導として、渡タイ直前まで研究計
授業の最後では、班ごとに英語で発表を行い、投票で順画の助言をメール等で行った。参加学生が低学年であり位を決めていた。生物の授業でも同様なことが行われて研究経験に乏しいこと、また、現地での研究環境も実際いた。
に行ってみないとわからないという状況であったため、その他の授業（英語など）においても教員・学生間でテーマ決めの段階から苦労し、決定までに多くの時間を
双方向な形式が見られ、実験や実習を重視していること要した。
がうかがわれた。本校学生のサポートをして頂いた
現地とのやり取りについては、PCSHS チョンブリ校のBurapha 大学教員が仰って いたが、これらの授業はコンタクトパーソンである Duangporn Balee 氏（英語教員） PCSHS の学生資質の高さに負うことが多いとのことで談笑する本校学生とバディと、本校引率教員（馬場、杉山）、自主探求コーディネーある。また、国からの多額の予算も背景にある。
ター（小笠原久美子氏）との間で、E メールならびに LINE
アプリを通して行った。
(3) 最終プレゼンテーション
最終プレゼンを終えて最終日は PCSHS チョンブリ校の教員、学生、また本国
3.タイ滞在記
写真にもみられるとおり、本校各学生に対してそれぞ
際自主探究プログラムのために招聘された Burapha 大学
れ３名の補助学生、バディが決められており、彼らにもの教員
2 名の前で、タイでの研究成果をまとめたプレゼ(1) PCSHS
における授業
また自主探究、生活全般（寮を含む）において、多大なる
ンテーションを行った。
PCSHS はチュラポーン王女の 36 歳の誕生日を記念し援助を受けた。この場をお借りして、改めてお礼を申し
プレゼンテーションのマナーなどおぼつかない部分もて 1993 年に設置された中高一貫の学校である。
上げたい。
多く、質疑応答も部分的に困難であったものの、みな最タイ国内 12 の地域に設置されている男女共学の全寮
後まで発表をやり抜くことができた。また、発表後も再制の公立学校で、数学と科学分野で卓越した学生が入学(4) 帰国後の研究状況
度、質問を確認しに行くなど積極的な態度も見られ、し、全学生にタイ政府から授業料及び生活費等が支給さ
帰国後は、タイで行った研究をもとに本校での 11 月 19
PCSHS チョンブリ校の教員もその積極性をたたえてくれている。
日から実施される自主探究発表会に向けて、さらなる内れていた。
容の整理、ポスター作製の準備を行う予定である。
以下写真は、10 月 30 日に行われた自主探究中間発表
会の様子である。
PCSHS チョンブリ校における日本語授業

PCSHS チョンブリ校における物理授業（１）
最終プレゼンの様子
これらは物理の授業風景である。波の回折、屈折の実
プレゼンテーション終了後には記念撮影が行われ、本験を行っている。学生はあらかじめ実験の方法・手順を
校学生はバディや現地教員らとの別れを惜しんでいた。
予習しており、授業時間中は実験に専念していた。
現地でのあたたかい支援には、学生だけでなく教員である我々もまた感謝しかない。
（以下写真の一番左の人物がDuangporn Balee 氏である）

PCSHS チョンブリ校では、第 2 外国語が選択必修科目として設定されており、日本語か中国語から選ぶようになっている。上述は日本語の授業風景である。写真中央（モニター前）の人物は PCSHS チョンブリ校の日本語教員 Pleng 氏である。Pleng 氏は本国際自主探究プログラム
に対し積極的に協力してくれた。

(2) タイ国際自主探究：学生の一日
自主探究中間発表会
本節では、タイ国際自主探究における学生の一日を紹介する。以下はそれぞれ、9 月 5 日(木)、6 日(金)（9、10
また、12 月中に１～３学年の特別活動の時間において日目）のスケジュールである。
全学生の前でシンガポール、モンゴル国際自主探究と合わせて発表を行う予定である。
9 月 5 日(木)
7:30
8:00

PCSHS チョンブリ校における物理授業（２）

12:00
13:00

朝礼
研究活動 開始
学生 A：調査のため外出・バディ(１)と学生 B：質問のため教員室へ・バディと学生 C：研究活動室にて研究・バディとランチ（学食）研究活動 再開

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タイ自主探究 2019
タイ自主探究 2019

学生 A,B,C と研究活動室にて研究（一部バディのみ、他のバディは授業へ）
今回は本校教員による、本校学生３名のタイ王国チュ
17:00
研究活動 終了（寮へ）ラポーン王女サイエンスハイスクールチョンブリ校への引率であった。タイでの初めての自主探究のため、実施
計画段階から試行錯誤しながらのプロジェクトであった
が、学生も全員無事に全ての日程を終えることが出来た。
今後は、この経験を生かし、今回発覚した問題点等を精査して来年度以降の自主探究に生かしていく予定であ
る。

４．

おわりに

警察署にて 学生がお礼を渡している

研究活動・バディとともに

謝辞
この日は、
「PCSHS タイ人留学生１年次受け入れ事業」
において本校に在籍するタイ人留学生２年生２名が応援
本稿の最後にあたり、今回の引率業務および参加学生
チョンブリ校にかけつけてくれた（２名の募集、PCSHSのため、PCSHS
チョンブリ校との日程調整等に対してのは夏休みで帰国中であった）。
ご支援・ご協力をいただいた、国際交流事務補佐員、小笠原様、川端様、総務係の皆様には深く感謝申し上げます。

学生 B は日本とタイのグレーチング（溝などへのがスムーズな金属製の組み込み型の蓋）を自主探究
究テーマとしている。上述の Duangporn Balee 氏の協
もと、自動車学校、警察署にアポイントを取りタイの道路事情について詳しい説明を受けた（どちらも語での説明であったが、バディが英語で通訳してく解することができた）。

また、本国際自主探究は国費高校生留学促進事業の助成を受けたものであり、ここに感謝を申しあげます。
注(1)

buddy（バディ）は外国人留学生に対する補助学生。

国際自主探究参加学生と本校のタイ人留学生（原稿受付：2019 年 11 月 5 日）
9 月 6 日(金)8:00
研究活動 開始
学生 A,C：研究活動室にて研究（バディ 1 名のみ、その他は授業へ）
学生 B：情報収集・実験のため外出- 自動車学校へ- 地元警察署へ- 路上実験
12:00
ランチ（学食）13:00
それぞれホストファミリーのもとへ

路上で実験

この実験では、タイのグレーチングにおける滑り合いを調べている。本実験は、この前日にバディと質問に行った現地教員に受けたアドバイスをもとにている。バディとも打合せがよくできているのか、に着手し実際に行うプロセスが、スムーズで感心し研究活動だけでなくランチや休み時間など、全体
じて、バディはよく面倒を見ていてくれているし、学生もそれに明るく応じており、非常に良い関係ができている様子が随所に垣間見られた。

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杉山暦・塚本直樹・馬場秋雄
杉山暦・塚本直樹・馬場秋雄

た、教員からの研究指導として、渡タイ直前まで研究計
授業の最後では、班ごとに英語で発表を行い、投票で順
1 タイ研修日程表
表画の助言をメール等で行った。参加学生が低学年であり位を決めていた。生物の授業でも同様なことが行われて研究経験に乏しいこと、また、現地での研究環境も実際
いた。
日
程
ス
ケ
ジ
ュ
ー
ル
に行ってみないとわからないという状況であったため、その他の授業（英語など）においても教員・学生間でテーマ決めの段階から苦労し、決定までに多くの時間を
双方向な形式が見られ、実験や実習を重視していること
8/28
水 三沢空港集合、羽田空港へ移動、国際線へ乗り換え夜行便でバンコクへ要した。
がうかがわれた。本校学生のサポートをして頂いた
現地とのやり取りについては、PCSHS チョンブリ校のBurapha 大学教員が仰って いたが、これらの授業は
バンコク着、チュラポーンサイエンスハイスクールチョンブリ校へ移動、オープニングセレモニー、
コンタクトパーソンである
Duangporn Balee 氏（英語教員） PCSHS の学生資質の高さに負うことが多いとのことで
8/29
木
オリエンテーションと、本校引率教員（馬場、杉山）、自主探求コーディネーある。また、国からの多額の予算も背景にある。
ター（小笠原久美子氏）との間で、E メールならびに LINE
8/30
金 タイの文化と生活、日本（八戸）の紹介、授業参加（物理、英語）、ホームステイ先へ移動（午後）
アプリを通して行った。

8/31
土 休日（ホームステイ）
3.タイ滞在記(1) PCSHS における授業

9/1

日

9/4

水

グループワーク（自主探究）、 Field trip（Burapha 大学、病院、Phanatnikhom High way）

9/5

木

PCSHS
グループワーク（自主探究）、 Field trip（Chonburi Highway） チョンブリ校における日本語授業

9/6

金グループワーク（自主探究）、 Field trip（Banbung
Police station）、ホームステイ先へ移動（午後）として設定されており、日本語か中国語から選ぶように

休日（ホームステイ）※帰寮（午後）PCSHS はチュラポーン王女の 36 歳の誕生日を記念して 1993 年に設置された中高一貫の学校である。
授業参加（生物）、自主探究テーマのプレゼン、Burapha 大学教員による指導、グループワーク（自9/2
月
主探究）、寺院・市場見学、ウエルカムディナー
タイ国内 12 の地域に設置されている男女共学の全寮制の公立学校で、数学と科学分野で卓越した学生が入学
9/3
火 グループワーク（自主探究） 、Field trip（Burapha 大学、病院）、Wang Chan Herb Garden 見学
し、全学生にタイ政府から授業料及び生活費等が支給さ
れている。

9/7

土

PCSHS チョンブリ校では、第 2 外国語が選択必修科目

休日（ホームステイ）

9/8 PCSHS
日 チョンブリ校における物理授業（１）
休日（ホームステイ） ※帰寮（午後）
これらは物理の授業風景である。波の回折、屈折の実
月
9/9
グループワーク（自主探究）
験を行っている。学生はあらかじめ実験の方法・手順を予習しており、授業時間中は実験に専念していた。

なっている。上述は日本語の授業風景である。写真中央（モニター前）の人物は PCSHS チョンブリ校の日本語教員 Pleng 氏である。Pleng 氏は本国際自主探究プログラム
に対し積極的に協力してくれた。

(2) タイ国際自主探究：学生の一日
本節では、タイ国際自主探究における学生の一日を紹介する。以下はそれぞれ、9 月 5 日(木)、6 日(金)（9、10日目）のスケジュールである。

9/10

火

プレゼン準備、フェアウェルパーティ

9/11

水

クロージングセレモニー、最終プレゼン（午前）パッキング、居室清掃、空港へ移動（午後） 9 月 5 日(木)

7:30
朝礼
8:00
研究活動 開始
9/12
木 バンコク発-羽田着、国内線に乗り換え、三沢着⇒解散
学生 A：調査のため外出・バディ(１)と学生 B：質問のため教員室へ・バディと学生 C：研究活動室にて研究・バディと12:00
ランチ（学食）PCSHS チョンブリ校における物理授業（２）13:00
研究活動 再開

紀要編集委員会
委 員 長

工

藤

憲

昌

委

菊

地

康

昭

村

山

和

裕

齊

藤

貴

之

藤

原

広

和

矢

口

淳

一

幹

員
事

熊

谷

八戸工業高等専門学校
令和 2 年 2 月 21 日
編 集 兼
発 行 者

印 刷 所

発

雅

紀要

美

第54号

行

八 戸 工 業 高 等 専 門 学 校〒039‑1192 八戸市田面木字上野平16の１
新

光

印

刷

株

式

会

〒031‑0813 八 戸 市 新 井 田 字 鷹 清 水

社

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