ews

No.61

Vol.22

2010/03

理工学研究所（研究事務課）
tel: 03-3259-0929
E-mail: skenkyu@adm.cst.nihon-u.ac.jp
http://www.rist.cst.nihon-u.ac.jp/

材料創造研究センター
tel: 03-3259-0432
E-mail: bunseki@chem.cst.nihon-u.ac.jp
http://www.cac.rist.cst.nihon-u.ac.jp

材料創造
研究センターCAMPUS
MAP
大型構造物試験センター
tel: 047-469-5362
E-mail: oﬃce@str.cst.nihon-u.ac.jp
http://www.str.cst.nihon-u.ac.jp

空気力学研究センター
tel: 047-469-5361
E-mail: abe@aero.cst.nihon-u.ac.jp
http://www.wtl.rist.cst.nihon-u.ac.jp
環境・防災都市共同研究センター
マイクロ機能デバイス
研究センター

空気力学
研究センター

理工スポーツホール

先端材料科学センター
tel: 047-469-5600
E-mail: oﬃce@amsc.cst.nihon-u.ac.jp
http://www.amsc.cst.nihon-u.ac.jp

環境・防災都市共同研究センター

工作技術センター

tel: 047-469-5656
E-mail: yanagisaki.naoki@nihon-u.ac.jp
http://www.edpjrc.cst.nihon-u.ac.jp

大型構造物試験センター

マイクロ機能デバイス研究センター
tel: 047-469-6193
E-mail: oﬃce@mdc.cst.nihon-u.ac.jp
http://www.mdc.cst.nihon-u.ac.jp

工作技術センター
tel: 047-469-5511
E-mail: yanagi@tech.cst.nihon-u.ac.jp
http://www.tech.cst.nihon-u.ac.jp

交通総合試験路

tel: 047-469-5361（研究事務課）
E-mail: shikenro@adm.cst.nihon-u.ac.jp
nakayama@trpt.cst.nihon-u.ac.jp
http://www.wtl.cst.nihon-u.ac.jp

2

表紙写真：大型構造物試験センターのテストフロアを利用した
ハニカムチューブ構造の水平加力実験

平成21年度

理工学部学術賞

宇宙用半導体デバイス開発に関する基礎研究

電子情報工学科

准教授

高橋 芳浩

半導体デバイスは、小型・軽量・低消費電力などの特徴を有し、現在では地上のみならず、人工衛星

き、SOIデバイスのシングルイベント耐性の更なる向上が可能であることを明らかにした。

など宇宙飛翔体搭載部品としても必要不可欠な存在

今後、放射線耐性強化技術に関する研究を進め、である。ただし、宇宙空間は劣悪な放射線環境であ

半導体デバイスの更なる信頼性向上を目指す所存でり、放射線による特性劣化や誤動作が大きな問題とある。

なっており、高い耐放射線性が要求される。半導体
デバイスの放射線照射効果は、照射量増加に伴う電気的特性の恒久的変化（トータルドーズ効果）と、照射による一時的特性変化（シングルイベント効果）に大別される。本研究では、各効果に対するメカニズ
ム解明と耐性向上を目的としている。

受賞研究
紹介

トータルドーズ効果は、照射により構造中で発生した電荷の絶縁膜中での蓄積が原因である。集積回路の基本構造であるトランジスタには、シリコン酸化膜（絶縁膜）が用いられているが、照射により正電荷が蓄積され電気的特性が変化する。一方、シリコ
ン酸化膜とシリコン窒化膜の多層絶縁膜構造は、正・負の電荷蓄積が可能であり、これまでに不揮発性メ

図1

宇宙放射線環境
電子線や電磁波はトータルドーズ効果を、陽子線や重イオン

モリとして応用されている。本構造を有したデバイ

粒子線はシングルイベント効果を発生させる主要因となる。

スの放射線照射効果を評価した結果、照射による特性変化が極めて小さくなる条件が存在し、これは、絶縁膜中に蓄積した各極性電荷による影響の相殺によることを明らかにした。さらに、特性変化量を予測可能なシミュレーションの開発も行った。
シングルイベント効果は、高エネルギー粒子線照射により高密度に発生した電荷が電極に収集され生じる過渡電流が原因である。SOI（Silicon On
Insulator）デバイスは、Top Si層と支持基板が酸化膜で絶縁された構造であり、薄いTop Si層内で発生した電荷のみが電流生成に寄与すると考えられ、高い耐放射線性が期待される。しかし実験の結果、予想を超えた電荷収集を確認した。この原因について検討した結果、支持基板内で発生した電荷の一部が酸化膜を介して収集されること、また、支持基板の電気抵抗率変化などにより照射誘起電流を抑圧で

図2

バルクデバイス（従来構造）とSOIデバイスにおける照射誘起
過渡電流発生機構概念図（pnダイオード）。
SOIデバイスでは、照射誘起過渡電流の抑制が期待される。

3

大型構造物試験センター
30MN大型構造物試験機を利用した実験

テストフロアを利用した実験−高強度CFTの構造性能に関する研究−−梁上にPCaブロックを設置したプレテンション梁・柱接合部の力学的挙動に関する実験−

海洋建築工学科

安達・中西研究室

コンクリート充填鋼管造（以下、CFT）とは、鋼本研究は梁上の PCa ブロックがプレテンション

管内にコンクリートを充填した構造形式で、主に柱部梁・柱梁接合部の力学的挙動に及ぼす影響を実験的材の性能を向上させる目的で開発され、低層から超高に明らかにしようとしたものである。試験体は接合層の建物に広く利用されてきた。鋼管とコンクリート

部せん断破壊を想定したト型（J-1）、T 型（J-2）、Lの拘束効果が期待でき、軸圧縮耐力と変形性能が向上

型（J-3）試験体、および梁曲げ破壊を想定したト型する。また、最近では鋼管とコンクリートに高強度の（B-1）試験体の計 4 体である。実験より、梁曲げ破材料を用いることで震度７クラスの大地震に対しても壊を想定した B-1 試験体は、梁端部の曲げによるひ損傷のない構造物の実現を目指した研究も数多く行わ

び割れの開口と圧壊が進行し、接合部の劣化は殆ど見

2

れるようになった。本実験では、鋼管に 780N/mm

られなかった。この試験体は、接合部の終局強度が曲級および 590N/mm2 鋼等の高張力鋼材および充填す

げ終局強度を上回り、最大層せん断力は曲げ終局強度

るコンクリートに 100N/mm 級の高強度コンクリー

式で精度よく評価できた。接合部せん断破壊を想定しトを用いた CFT 短柱の耐荷性能を確認することを目た J-1、J-2、J-3 試験体は接合部の劣化のみが進行

的に、30MN 大型構造物試験機を用いた圧縮載荷実した。これら試験体の最大荷重、ひび割れ荷重、初期験を実施した。試験体は CFT4 体と、対応したプレー

剛性は既存の設計式で評価でき、梁上の PCa ブロッンコンクリート 3 体である。CFT の実験では、最大

クが柱梁接合部の力学的挙動に及ぼす影響は見られな

荷重約 23MN を記録した。

いことを明らかにした。

写真1 プレーンコンクリートの破壊状況

写真1 試験装置

写真2 CFTの破壊状況

写真2 最終破壊状況

2

研 究施 設紹介

4

海洋建築工学科 浜原研究室

連絡先

担当者 菊池 靖彦

電 話： 047-469-5362
E-mail ： office@str.cst.nihon-u.ac.jp

HP：http://www.str.cst.nihon-u.ac.jp

水平加力装置を利用した実験

多入力振動台を利用した実験−制震フラクタルハニカムの性能確認−−ケーブルネットの振動実験−

海洋建築工学科

安達・中西研究室

建築学科

岡田・宮里研究室

ハニカムチューブ構造のより効率的かつ機能的な性

実験対象のケーブルネット構造は、茨城県立笠松運

能を付加することを目的に、六角形のハニカムユニッ

動公園体育館やミュンヘンオリンピックスタジアムのト内に組み込まれた内枠ユニットまたは最内枠ユニッ屋根などに実際に採用されており、大きな空間を覆うトの一部に低降伏点鋼（LY100）を使用した制震フことが可能な構造システムの一種である。この構造

ラクタルハニカムユニットの正負交番繰返し載荷実験システムは、一般的に軽量な屋根構造を実現することを行った。図１に、前年度に行った一般用鋼材を使用ができ、地震荷重の影響が小さいと考えて設計が行わした実験シリーズ（SS シリーズ）と本実験シリーズ

れている。しかし、地震時にこのような構造がどのよ（LY シリーズ）で得られた荷重−変形曲線の包絡線

うな動きをするのか、これまで詳細に検討されておらを比較して示した。本実験シリーズで得られた結果ず、屋根面が上下方向に揺れる性状も定量的に捉えらは、最大耐力、変形性能とも向上し、エネルギー吸収れていない。このことから 1.2m 角の縮尺模型を作成能力に富む履歴性状を示した。内枠ユニットの一部にし、実際に振動台に載せて実験を行った。振動台を揺

低降伏点鋼を用いることで制震フラクタルハニカムシ

らす波形には、振動実験用に作成した人工波形と、実ステムの耐震要素としての有効性を確認した。

際に過去の地震で観測された阪神・淡路大震災の波形を用いた。振動実験を行うことで、水平方向の波により屋根面が上下方向に振動する様子が確認され、今後の設計に反映できる貴重なデータが得られた。

研究施設
紹介

写真1 試験装置

写真1

２軸振動台上のケーブルネット試験体

図1 SSシリーズ（破線）とLYシリーズ（実線）の荷重－変形曲線の包絡線

写真2 ケーブルネット試験体の詳細写真

Large Structure Testing Center

5

空気力学研究センター
ホルン型張力膜構造の風圧力測定実験
建築学科

研 究施 設
紹介

自動車模型の非定常な空力特性と車体周り流れ特性の解明

空間構造デザイン研究室

機械工学科

鈴木 康方

建築の分野においても風洞との関係性は深く、特に本研究では自動車の車体走行時に周囲の流れが車膜構造等のような軽量構造の分野では風荷重が支配荷体に与える影響の改善を目的として、自動車車両模型

重となる。

に作用する空気力の計測を行っている（図1参照）。実

特に本研究課題であるホルン型張力膜構造は、二方

験は常時7～8名のスタッフが分担して作業にあたる

向の曲率を持つ複雑な形状のため、指針等に風圧力が大掛かりなものだが、本施設のような大型の風洞試験規定されておらず、従来は複雑な形状であるがゆえに設備と比較的大きな模型を用いることで、はじめて実模型での制作も困難であり、研究が実施されていない

車に近い環境での試験が可能になる。また模型の大き状況であった。そのため、本研究室では模型制作のノさを活かし、内部に圧力センサやデータ収録機器を内

ウハウを活かし、様々な形状パターンで実験を行い、蔵（図2参照）し、車体壁面の局所的な圧力（時間平均データの蓄積を行っている。

静圧50点、圧力変動16点）を詳細に計測することがで

実験は、ここ3年ほど大型風洞を用いて続けている。

きた。これと同時に車体全体に作用する空気抵抗や揚前年までは、ホルン型ユニットの連結数や形状が風圧力等も6分力天秤により計測し、熱線流速計による車力に及ぼす影響を確認し、また、煙風洞実験によりホ

体周りの流速分布計測を補完的に実施することで、車ルン型曲面周りの気流の確認を行った。本年度は、相体形状を改良した際に周囲の渦構造がどのように変似則に着目し、ホルン型が有する形状とスケール・風化したか、それらが空気抵抗や路面への接地性にどの

速との関係性を明らかにする実験、また乱流格子を用ように影響するかといったことを明らかにすること

いて、より実現象に近い状態での計測も行った。

ができた。

ここで得られた成果は、実際の設計に利用されている他、学会等での発表も行っている。

図1 自動車模型風洞試験の概観
写真1 独立したホルン型張力膜の風洞実験模型

写真2 連結したホルン型張力膜の風洞実験模型

6

専任講師

図2 各種機器の模型内部への搭載状況

連絡先担当者 安部 建一

電 話：047-469-5361
E-mail：abe@aero.cst.nihon-u.ac.jp

人力飛行機に関する基礎研究
航空宇宙工学科

専任講師

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

再生可能エネルギー発電に用いる
垂直軸形タービンの特性解析
安部 建一

電気工学科 教授 鈴木 勝行 准教授 塩野 光弘 助手 直井 和久

1963年に木村先生が「物つくり教育」として、卒業再生可能エネルギーである風力や潮流による発電は研究で人力飛行機の製作を始められ、1977年には「ス

地球温暖化の原因であるCO2を排出しない点が評価さトークＢ」が未公認ながら当時の世界記録を塗り替えれている。現在、発電用タービンとして主流となってる2093.9 [m]を記録した。1977年から琵琶湖の鳥人間いるプロペラ形は、大形化が可能で広く普及しているコンテスト選手権大会が開催され、多くの大学が人力が、常に流向に正対させる必要がある。一方、流向にを製作し、飛距離も増加した。そこで、夏に長距離、対して無指向な特性をもつ垂直軸形タービンは、流向長時間を飛行するためには操縦席周りの風の流れを解が不規則に変化する再生可能エネルギーによる発電装

析せねばならないと考え、2001年、当研究室の卒業置に適していると考えられる。我々の研究グループで研究で給排気口周りの基礎研究を開始した。まず、実は、風力発電や潮流発電へ垂直軸形タービンを利用す

機の気流糸試験を試みた。操縦席周りはプロペラの回る場合の適用性について検討するため、風洞施設によ転による偏流が予想されたが、プロペラの回転数が遅りタービンの特性を実験的に解析している。タービン

く、その影響はほとんど皆無であることが判明した。

の種類には大きく分けて揚力形と抗力形があるが、抗そこで、風洞実験では実機の実大模型（操縦席部分

力形は効率が低いため出力が小さいという欠点があっのみ）を作り、給排気口の大きさと位置を変えた実験

た。抗力形に分類される多翼タービンの研究では、出を繰り返した。その解析から、実機でもその効果が確力を増大させるために風向板を利用している。風洞実認された。2005年にはMöwe21が49km、2時間に亘る験では風向板を利用した場合のタービン出力は、風向飛行にも空気の流れは絶えずあり、快適であった旨、板が無い場合と比較して約2倍になるとの結果が得ら報告があった。

れた。

写真1 実機気流糸試験

写真1 多翼タービンの実験

写真2 風洞実験

図1 出力特性研究施設
紹介

Research Center for Aerodynamics

7

材料創造研究センター
ラマン分光による機能性材料の分析
電気工学科

研 究施 設
紹介

教授

鈴木 薫

物質応用化学科教授

大月 穣

ラマン分光は単一波長のレーザ光を物質に照射し、走査プローブ顕微鏡は、針でサンプル上を走査し分子振動による散乱光へのピークシフトを分析する方て画像化する装置の総称で（図１）、1982年にBinnig法である。図１はエタノール中のシリコン上へ通電時（ビーニッヒ）とRohrer（ローラー）によって開発されに、生成した直径30nmのカーボンナノファイバ・針た。中でも最も分解能高く測定できる方式が走査トン状炭素対（CNF-NSC）とパルスレーザ堆積で作成した

ネル顕微鏡（STM）で、針と試料の間に一定の電圧をダイヤモンド状炭素（DLC）透明太陽電池のラマンス

かけ、その際流れる微小な電流を計測することによりペクトルで、高結晶性のCNF-NSCがDLCよりも鋭表面の形状や電子状態を、原子、分子レベルで明らかいピークを示している。[Appl.Sur.Sci. 255（2009）にすることができる。図２に示したのはポルフィリン

9655-9658]という分子が基板表面に２列に並んだ様子を観察した養殖真珠へ挿入する核の原材料にドブ貝が使用されもので、四角の１つずつが、それぞれ１つずつの分子ているが、ワシントン条約で禁止されているシャコ貝を表している。この研究は分子を適切に設計して合成を原料とした安価な核が世界の養殖場に販売され問題することによって、分子間に働く相互作用を制御し、となっている。そこでラマン分光により図２に示すドブ分子の配列を分子レベルでコントロールすることがで貝のピーク1084.3cm-1とシャコ貝の1082.8cm-1へのきることを示したものである。これ以外にも、分子構「核の材質検査方法
シフトなどから、特許第4359719号

造によって、１列の配列やジグザグの配列などさまざ及び装置」を取得し、製品化した。核表面にバイオポリ

まなパターンを形成させることができる。

マーを300μm ／字でマーキングする方法も開発した。
2

図1 カーボンナノファイバ・針状炭素対とダイヤモンド状炭素
透明太陽電池のラマン分光分

図２8

走査プローブ顕微鏡による分子配列の解明

ドブ貝とシャコ貝真珠核のラマン分光分析とバイオポリ
マーのドットマーキング

図1 走査プローブ顕微鏡

図２ ポルフィリン配列のSTM像（50nm × 50nm）
Otsuki et al. JACS 2005, 127, 10400より転載許諾。
Copyright 2005 American Chemical Society.

連絡先担当者 清水 繁

電 話：03-3259-0432
E-mail：bunseki@chem.cst.nihon-u.ac.jp HP：http://www.cac.rist.cst.nihon-u.ac.jp

食品廃棄物からバイオエタノール原料の創製
物質応用化学科

准教授

菅野 元行

ナタデココを用いたセルロース／無機
ナノ複合体の創製
物質応用化学科助手

星徹

国内の食品廃棄物の7割は焼却または埋立されていセルロースは、植物中などに含まれる有機天然高分る。しかし、食品廃棄物の6割はデンプン、セルロー子であり、地球上で最も多量に産し有史前から利用さ

スなどの多糖類から構成されている。そこで、水ととれてきた材料である。木材などからセルロースを取りもに200℃程度に加熱する水熱反応により食品廃棄物

出すと、セルロースの低分子化や結晶のⅠ型からⅡ型

から単糖類等の高価値物質を製造する研究を行なってへの変化による力学物性の低下が起こる。我々は、酢いる。さらに、発酵により単糖類からエタノールが生酸菌によって生産される純粋なⅠ型セルロースである

成する。このプロセスにより食品廃棄物からバイオエ

ナタデココに注目し、その材料化を試みた。超臨界乾

タノールの製造方法が確立できれば、食品廃棄物の処

燥によって得たナタデココエアロゲルの走査型電子顕理、およびガソリン消費量の減少にともなう温室効果。直径20～60nmのセル微鏡（SEM）像を示す（Fig.1）

ガス発生量の削減が可能となる。デンプンの8割を占ロースフィブリルが高度に分岐し、空隙が多い構造をめるアミロペクチンの水熱反応を200℃で行ない、そ形成している。SiO2の前駆体をこの空隙に満たすことの水可溶分を高速液体クロマトグラフ質量分析装置

で、30～80nmの球状SiO2が析出したセルロース/無（LC/MS）により測定した。その結果を下図に示す。

。また、機ナノ複合体を得ることが可能である（Fig.2）

200℃の水熱反応により低重合度の糖類のピークが検

このセルロースフィブリル間の空隙にポリマー溶液を出され、単糖であるグルコースの収率は50%となっ浸透させることで、セルロース繊維強化プラスチック

た。今後も試料の種類、反応条件を変えて、LC/MSの作製など、様々な材料創製に応用が期待される。

により生成物の測定を行なう予定である。

図1 アミロペクチンの水熱処理物のLC/MSによる測定結果

写真1 アミロペクチンの水熱処理物のLC/MS測定

研究施設
紹介

Fig.1 SEM images of nata de coco aerogel.

Fig.2 SEM images of nata de coco aerogel/SiO2 rogel.
（SiO2 content 73wt%）

Center for Creative Materials Research

9先端材料科学センター
鉛を含まない圧電材料の開発
精密機械工学科

研 究施 設紹介

教授

水サイクル推進システム用 RPEFCの開発
内木場 文男

航空宇宙工学科

准教授

田辺 光昭

圧電材料は電圧の印加によって材料自身が伸縮する

運用を終えた人工衛星などの宇宙ごみが問題視され誘電体材料の一種である。電気的エネルギーを機械的ている。ごみを増やさないために、将来の人工衛星はな運動に直接変換することができる。そのため、複雑運用終了時に軌道離脱し、大気圏突入させて燃やす機な機構を用いないで、アクチュエーターなどを作るこ能が必要である。小型の衛星は、離脱用の推進装置をとができる。圧電材料のほとんどはセラミックチタン

追加する余裕はなく、運用で使う装置を流用して離脱

酸ジルコン酸鉛（PZT）を用い、鉛を主成分とする。とすることが望まれる。現用の電池に替えて、小型で充ころが、鉛には毒性があり、半田などの材料では管理電のできる型の燃料電池（RPEFC）を搭載すれば、普物質としてすでに使用が制限されている。圧電材料に段は２次電池として機能し、運用終了時には充電で生おいても鉛を除く必要があるが、現在のところPZTに成する高圧ガスを噴射して離脱できる見込みがある。

取って代わる材料の開発がされていない。本研究にお蓄電にも推進にも電池内の水をつかうので、水サイク

いてはPZTに匹敵する特性を示し、鉛を一切含まな

ル推進システムと呼ばれている。高圧で充放電両方にい圧電材料の開発を目的としている。圧電効果は電圧使えるRPEFC用触媒層の新規開発が必要であるが、を印加したときに結晶が特定の方向に伸縮することにキーとなるのは触媒層構造で、その評価にSEMを使よって生じる。一般のセラミック材料においてはそれ用している。放電用の粒子状触媒と充電用の薄膜状触ぞれの結晶がほぼランダムに配置しているために、効媒とを固体高分子膜上に適切に配置することで、出力果を打ち消しあう傾向がある。本研究においては、チ

密度の耐久性が向上することが分かってきている。

タン酸ビスマスカリウムという圧電材料を結晶方向のそろった針状に合成し、これをシート工法と呼ばれる方法で一列に並べることによって、大きな圧電効果を得ることを行っている。

写真1 固体高分子膜上に作成した触媒層（黒く見える部分）

図1 結晶粒の配向と圧電効果

図2 合成した針状粒子と結晶方位10

写真2 SEMによる触媒層の表面構造の観察

連絡先

担当者 中川 活二

電 話：047-469-5600
E-mail：office@amsc.cst.nihon-u.ac.jp

超高速高密度情報記録
電子情報工学科 教授

HP：http://www.amsc.cst.nihon-u.ac.jp

超高密度磁気記録方式のための記録
ヘッドの作製伊藤 彰義 専任講師 塚本 新

電子情報工学科 教授

中川 活二 助手 芦澤 好人

情報化社会の急激な発展による情報記録の超高密コンピュータや音楽プレーヤ、薄型テレビなどに搭度・超高速化への要請に対し、物理的、技術的にかつ載されているハードディスクという磁気記録装置の大て無い多くの困難に直面している。これに対し本研究

容量化に関する研究を行っている。特に近接場光といは、超高密度ナノスケール配列構造を特徴とする新規

う特殊な光で加熱した後、磁化の方向を反転させる新秒）

たな記録方式“熱アシスト磁気記録方式”の研究を進め

時間スケールでの磁性体動特性の理解、制御によりており、近接場光の発生に必要なナノメートルサイズ

答えるものである。各種構造／物理分析、試料作成／のアンテナの試作及び記録実験を行っている。

磁性媒体の提案、未踏領域であるフェムト秒（10-15

加工施設が集約された本センターを研究拠点とする事

近接場光発生用のプラズモンアンテナは、集束イオ

で、経済産業省NEDOプロジェクト（リーダー：伊藤

ンビーム（FIB）加工装置を用いて作製し、走査型電子彰義）、科学技術振興機構（JST）の「さきがけ」研究（研

顕微鏡（SEM）を用いて形状の評価・確認を行う。図1

究担当：塚本新）、科学研究費補助金等多大な外部助にプラズモンアンテナのSEM写真を示す。現在では成も得ることができ、多くの研究成果と供に設備拡充

アンテナ長200nm、先端の曲率半径27nm程度の極を果たしてきた。最近の主な成果として、14 nm周期

微小なプラズモンアンテナの作製が可能である。アン稠密ナノ構造基板（自己組織/集積化現象利用）によるテナを用いた近接場発生実験では、発生した熱により、磁性ナノ微粒子の超高粒子密度形成や、金属磁性体に光の波長よりも十分に小さい100nm程度の記録マーおける超短単一パルス光照射のみによる光誘起完全磁

クを、色素薄膜に形成することに成功している。

化反転現象の世界初の実証実験が挙げられる。

図1 超高密度記録媒体作成用多元超薄膜作成装置（3室10元スパッタ）

研究施設
紹介

図1 集束イオンビーム（FIB）により作製したプラズモンアンテナの例

右下：自己組織化現象を利用し形成したナノ多孔質シリカ薄膜（エネルギー分散型X線分光器付透過型電子顕微鏡（TEMEDX）により観察）

図2 フェムト秒パルスレーザ利用全光型超高速磁化現象計測システム
右上：光源ユニット内再生増幅器

図2 実験装置構成図

Advanced Materials Science Center11

環境・防災都市共同研究センター
D.M.付制震構造に関する基礎的研究
建築学科

准教授

古橋 剛 助教 秦 一平

近年、加速度差に応じて慣性抵抗力を発揮する「ダイナミック・マス（D.M.）」という、性質の異なるダンパーが開発された。これにより、従来は振動方程式の粘性項（C項）・剛性項（K項）のみで行っていたパラメータ調整に加え、質量項（M項）の調整が可能となった。これにより、振動制御の幅が大きく広がり、粘性
減衰定数20%～30%という高い減衰性能を持った構造物を実現することが可能となった。
そこで本研究では、そのD.M.を採用し、制震設計を行う際のデバイスの複雑な組み合わせによる幅広い
動的な設計を簡易的にし、制震性能の高い設計の指針となるものの基礎を作成することを目標としている。
振動実験では、非制震構造物、粘性ダンパーを付加したC型構造物、さらにD.M.を付加したMC型構造物
にて比較し、各構造物の振動特性の把握、設計手法の研 究施 設紹介

有用性の確認を行った。

D.M.要素を利用したBMDシステム
に関する基礎的研究
建築学科

准教授

振動モードを制御する手法のひとつに、多質点系の構造物を擬似的に1質点系として扱うことが可能となる方法がある。このひとつの手法として、固有周期の長い高層構造物を上下2つに分割し、ダイナミッ
ク・マス（D.M.）によってモード制御された上部構造
をTuned Mass Damper（TMD）として利用することで、Building Mass Damper（BMD）と呼ばれる
建物質量同調制振が可能となるシステムを構築することができる。このBMDに関する既往の研究では、全層にD.M.を設置し上部下部をそれぞれ擬似的な1質点系とした後に、2質点系のBMD最適同調設計法を提案している。しかし、全層にD.M.を設置することは予算的に多くの資金を必要とし、現実性がない。
そこで本研究では、上部のみにD.M.を設置し、下部にはいっさい手を加えないBMDシステムを実現できる設計手法の提案を目標としている。
振動実験では、非制震構造・制震構造の比較により、提案した設計手法の有用性を確認した。

写真1 D.M.付制震システム試験体
写真1 BMDシステム試験体

写真2 トグル制震装置

12

古橋 剛 助教 秦 一平

写真2 BMD制震装置

連絡先担当者 柳崎 尚輝

電 話：047-469-5656
E-mail：yanagisaki.naoki@nihon-u.ac.jp HP：http://www.edpjrc.cst.nihon-u.ac.jp

Webサイトを利用した地震防災情報
配信システムに関する研究
建築学科

准教授

ゴム球免震装置を用いた戸建て免震シ
ステムの開発古橋 剛 助教 秦 一平

建築学科

准教授

古橋 剛 助教 秦 一平

現在、日本をはじめ、世界各地で地震速報の技術が既存の免震装置の多くが、荷重支持能力が高く、戸著しい発展を遂げていて、地震発生直後に各地の地震

建住宅に適用する場合は免震装置の設置個数を少なく情報が各種メディアを通じて配信されるシステムが稼し免震架台を大きくする方法が採用されている。その動している。その災害情報は都道府県から市区町村レ

結果、免震架台にかかるコストが高くなるため、あまベルにて配信されているが、同地域に同規模の地震がり普及していないのが現状である。

発生しても、構造物の固有の性能によって建物毎に大そこで本研究では、ゴム球免震装置を提案していきな被害差が生じるケースが少なくないことが分かっる。このゴム球免震装置は既往の研究で既存の免震支ている。特に、学校などの大空間を有する施設は災害

承に比べコストが安く、免震性能としても戸建て住宅

時の避難場所となる場合が多くある。したがって、安に適していることが分かっている。そこから、従来の全な避難場所として利用できるのかを災害後ただちに免震装置に比べゴム球免震装置は荷重支持性能が低い

把握する必要がある。

ため、免震装置を分散配置が可能な点に着目した。分

そこで本研究では、Webサイトを利用した地震防災

散配置によって、免震架台に剛性の大きな鋼材を用い情報配信システムを提案している。本システムは、各る必要が無いため、木材の集成材を用いてコストを抑建物において振動特性を把握し、独自の被害判定方法

えることができる。これらを利用し、コストを抑えたを作成することで、地震被害推定を行っている。そしゴム球戸建免震住宅の普及を図ることを目標としていて、Webサイトを利用した本システムにより、一般家

る。

庭レベルにまで地震情報の配信を行うことを目標とし振動実験では、ゴム球免震装置と集成材架台を併用した際の免震性能の検討を行った。

ている。

研究施設
紹介

写真1 地震観測装置
写真1 ゴム球免震システム試験体

図1 地震情報配信例

写真2 ゴム球免震装置

Joint Research Center on Environment-Preservation and Disaster-Resistant City

13

マイクロ機能デバイス研究センター
MEMS技術を用いたマイクロロボットの開発
精密機械工学科

研 究施 設紹介

教授

MEMS技術を用いた熱線濃度計の研究

内木場 文男

機械工学科

木村 元昭

人間に体内に入り込み、検査・手術を行って病変部

平成21年度よりMEMS技術を用いた熱線濃度計をを治療するような夢のロボットの実現を目指してい

製作している。この濃度計はノズルから噴出された噴る。今までの外科手術は患者に大きな負担を強いるの流に代表される自由せん断層内のガスが拡散によりに対して、非浸襲医療がこのロボットの実現によって外部流体と混合する際の急激な濃度変化の濃度を高応もたらされる。生体の中に入って大丈夫？壊れたりし答で計測することを目的としている。本濃度計ではない？など難題は山積みだ。そのなかでももっとも困ホイートストーンブリッジに接続された熱線からの難なものがロボットの小型化になる。本研究では究極ジュール熱が被測定ガスに伝熱する熱伝達量から濃度的に全長0.6mmの大きさのロボットを目指している。

を割り出す。ガスを吸引するプローブ形状、微細ノズ

ロボットには人工知能、センサー、アクチュエータ、ル、熱線部の形状と構成が感度と応答性の改善要因にエネルギー源を搭載して自律機能を持たせる。そのよなっている。今回提案したプロセスでは基板にSiをうな小型化のキイテクノロジーがマイクロ機能デバイ

用い、熱線にTi・Ptをリフトオフにより配置し、電気ス研究センターの持っているMEMS技術になる。こ的絶縁と微細ノズル形成を兼ねてSiO2と感光性ポリの技術の特徴はLSIを作るのと同じ微細加工技術を適

イミドを用いている。形成されたTi・Pt製の熱線は厚用してシリコンの機構部品を高精度に作ることができ

さ0.1μm、 幅20μm、 長 さ260μmか ら1.16mmの 範

ることである。現在は幅4mm長さ5mm高さ3mmの囲で製作が可能であり、その電気抵抗は10～60Ωと6本足の昆虫ロボットの骨格が出来上がり、脚部の歩濃度計製作に適した性能を満たすことが確認されてい行動作ができるようになった。動力源は形状記憶合金

る。

の一種の人工筋肉ワイヤーを用いる。制御機能、センサー機能を組み込んで自律歩行を目指す段階に来た。

図1 MEMSを用いた濃度計の外略図
図1 体内で活躍するマイクロロボットのイメージ

図2 MEMS技術で作った3×4×5mm

14

教授

ロボット

図2 Ti・Pt熱線部

連絡先

担当者 内木場 文男 電 話：047-469-6193
E-mail：office@mdc.cst.nihon-u.ac.jp

匂いセンシングシステムの開発
電子情報工学科准教授

HP：http://www.mdc.cst.nihon-u.ac.jp

ICPエッチング装置を用いた薄膜ポリイ
ミドダイヤフラムの加工法と特性

佐伯 勝敏

精密機械工学科教授

今井 郷充

人間の五感の中で、味覚・嗅覚は非常に多くの種

MEMSが広く利用されるようになってきており、類の化学物質を同時に受容しており、その受容機構・それにともなって大きな変位や力を出すことへの要求

認識機構はあまり解明されておらず、客観的な計測手が生じている。私たちはエンジニアリングプラスチッ段の開発が望まれている。特に、嗅覚の機能を模倣しクとして機械的特性に優れるポリイミドを用い、薄た匂いセンサが実現できれば、医療・健康分野、犯罪

膜ダイヤフラムとしてこれに応える方法を検討してい捜査・危険物検知の分野での応用も期待できる。現在、る。

匂いセンサの感応膜として、人工的な有機材料である

ポリイミド薄膜をいかに薄く製作するかが大変位のトリエチルエタノールアミンを用い、火薬から発生す実現に関わっており、私たちはスピンコートによってる匂い分子や窒素酸化物（NOx）に反応する匂いセン

前駆体であるポリアミドをシリコン基板上に塗布し、サの開発を進めている。感応膜はマイクロ機能デバイ

ホットプレートにより緩やかに加熱硬化させてイミド

ス研究センター内にて、水晶振動子やSAW（Surface

化し、基板（シリコン）をポリイミドの背面側からICP

Acoustic Wave）デバイス上に成膜し、匂い分子がエッチング装置により除去する方法を採っている。こ吸着した際に生じる感応膜の電気特性変化や重量変化の方法で約1.5ミクロンの厚さのダイヤフラムを製作を測定している。また、その出力をニューラルネット

できた（直径5mm）。

ワークで処理し、爆発物検知装置への応用を目指す。

このポリイミド膜を加圧駆動した実験では約500μ

さらに、将来的には口臭、体臭からガンなどの病気診

ｍのたわみが得られた。私たちはこのような大変位を断にも応用させたいと考えている。

現在マイクロポンプとして利用する研究を行っているが、今後いろいろなアクチュエータやセンサへ応用し

研究施設
紹介

たいと考えている。

分子
電極

高周波
パルス

感応膜

圧電結晶基板

図1 匂いセンサの原理図

図1 ポリイミドダイアフラムの加工方法
スピンコータで塗布後ベーキングしてポリイミド化し、基板背面からICPエッチング装置でシリコンを除去。本方法による最小加工膜厚は約1.5μｍである

図２

ポリイミドダイアフラム（左）およびアルミニウム膜も蒸着したもの（右）

図2 匂いセンサのセンサ部（○印：SAWデバイス）

左のダイアフラムはマイクロポンプとして利用。また右のアルミニウム膜付きをセンサとして活用することを検討中。

Research Center for Micro-Functional Devices

15

工作技術センター
予混合圧縮着火（HCCI）燃焼による次世代エンジンの研究
機械工学科

研 究施 設紹介

助教

灯浮標用潮流発電装置の開発

飯島 晃良

電気工学科

准教授

塩野 光弘

本研究は、次世代エンジンの燃焼方式である予混合

これまで電気工学科では工作技術センターと協力し圧縮着火（HCCI : Homogeneous Charge Compressionて潮流発電の実用化に向けた研究を行ってきた。このIgnition）に関するものである。HCCIとは、ガソリン

ような実績から、海上保安庁の灯浮標用電源として潮機関とディーゼル機関の利点をハイブリッドさせた方流発電を利用したいとの依頼があり、日本光機工業株

式で、高効率かつクリーンなエンジンとして世界的に式会社とともに産官学連携した委託研究にて潮流発電

注目されている。しかし、その燃焼機構については不装置を開発した。本学では主に水車の設計および発電

明な点が多く、実用化のためにはHCCI燃焼機構を解装置の技術支援を行った。潮流発電は、潮流により水明する必要がある。本研究は、工作技術センター内燃

車を回転させ、その回転力を発電機に伝えて発電する

機関実験棟を利用し実験を行っている。安定した連続方法である。海水の水平方向の運動を、発電に必要なHCCI運転を実現するため、工作技術センターで設計・

回転エネルギーへ効率よく変換する水車が必要であ製作した「回生式電気動力計」を用い、燃焼火炎の分光る。ダリウス形水車は、航空機の翼と同じ翼断面を持測定と高速度撮影により当該燃焼メカニズムの理解につ水車翼を、水車円周上に等間隔に配置した水車であ有用な多くの成果を得ている。それらが評価され、自る。この水車を利用し、潮流発電装置を実際に明石海

動車技術会賞（2008年）、日本機械学会奨励賞（2009

峡において2002年12月から実証試験を実施した。そ年）、小型エンジン技術国際会議優秀論文賞（2006年、の結果、灯浮標の運転に必要な電力量を上回る１日当2009年）等を受賞している。

たり110Wh程度が得られた。その後、発電機内部への漏水対策として改良を重ね、2007年から再び設置
し発電データを収集している。

写真1 HCCI燃焼実験エンジンと回生式電気動力計
写真1 実証実験に用いた潮流発電装置（○印：ダリウス形水車）

図1 HCCI燃焼の高速度分光計測（時系列吸収スペクトル）16

図1

1ヶ月間の発電電力量と平均流速の推移（2003.9）

連絡先担当者 柳平 和寛

電 話：047-469-5511
E-mail：yanagi@tech.cst.nihon-u.ac.jp

風力発電用垂直軸風車の高性能化
電気工学科

教授

鈴木 勝行

HP：http://www.tech.cst.nihon-u.ac.jp

小型交軸型向流クロマトグラフ装置
による酵素の分離法
薬学部薬学科薬品分析学ユニット

准教授

四宮 一総

風力発電は、地球にやさしいクリーンな電源として

向流クロマトグラフィー（countercurrent chro-

評価され、世界的に導入が進んでいる。現在、発電目

matography：CCC）は、互いに混ざり合わない二液的の風車としてはプロペラ形の水平軸風車が主流であ相間で物質を分配させながら混合物中の物質どうしをる。しかし、常に風向に正対させる必要がある。一方、連続的に分離する方法である。酵素は分離・精製操作

風向に対して無指向性である垂直軸風車は、その多く中に生理活性が失われてしまう場合も多く、CCCの効が小形機であり、大規模電源用として本格的な導入が果的な利用が期待されている。

進まないのが現状である。垂直軸風車の一層の導入を

CCCには有機溶媒－水系二相溶媒と水性二相溶媒図るため、工作技術センターと電気工学科では高性能が使用されるが、酵素の分離に有効な水性二相溶媒がな風力発電用垂直軸風車を研究している。ダリウス形

使用可能な交軸型CCC装置は市販されていない。そのように、揚力形の垂直軸風車は低風速で回転しにく

こで、工作技術センターとの共同研究により新たに小いという課題がある。この課題（自起動性）の改善を目

型交軸型CCC装置を製作した。

的とした開閉式補助翼を開発し、補助翼を風車の主翼

この装置では物質の分離場であるカラムが縦に自転に取り付け、起動トルクが増加する位置角では補助翼しながら更に横に公転（惑星運動）するが、公転軸の周が開き、その他の位置角では補助翼が閉じるような理囲に均等配置された４つのカラム間を繋ぐ送液チュー

想的な開閉動作をする開閉式補助翼について実験をブはねじれを生じずに安定した高速回転が可能であっ行っている。その結果、起動時のトルクが上昇し、補た。同装置をカエル卵由来リボヌクレアーゼの分離に

助翼なしに比べて約4倍の値が得られている。

応用した結果、生理活性を失うことなく高純度な精製が達成された。

写真1 開閉式補助翼付風車

図1 開閉式補助翼と補助翼なしとの起動トルク係数の比較

研究施設
紹介

写真1 装置全様

写真2 駆動機構と分離ユニット

Manufacturing Technology Center17

交通総合試験路
Evエコランカー技術開発とその競技会
精密機械工学科

研 究施 設
紹介

教授

青木 義男

セグウェイからはじまる交通まちづくり
大学院理工学研究科社会交通工学専攻 交通研究センター 教授

近年、車両にも省エネルギー技術の向上が求められ、個人の移動手段として、パーソナルトランスポー

ハイブリッド車や電気自動車のニーズが高まっていター（以下、PTと呼ぶ）が最近注目されている。たとる。また、車両構造もCFRP（炭素繊維強化プラスチッ

えば、米国製のセグウェイ、トヨタのウイングレットク）などを用いた軽量化や衝突安全性向上が求められやホンダのパーソナルモビリティなどがPTとして発ている。本研究室では、極限の空力性能、最適なエネ

表されており、セグウェイは既に日本でも市販されてルギーマネジメント、省エネルギー技術を要求されるいる。このような状況から、近い将来PTが歩行者の小型電気自動車のエコラン競技に出場する車体につい身近な交通手段となり、公道を走行することを想定して、3次元CADを活用し、CFRPを用いた車体製作にて、交通ルールや、道路構造設計方法などを検討して取り組んできた。

おく必要があると考えている。

その性能評価を行うEvエコランカー技術競技会が、交通研究センターでは、PTを公道で利用すること

交通総合試験路を利用して平成21年11月1日(日)に開を想定し、様々な交通条件下での走行を設定して実験催された。これは、1周900m弱(A・B区域)で、スターを進めている。PTと歩行者、自転車が混在する場合

トから2時間の走行距離を競うものである。参加者は、の走行軌跡や歩行者の反応、自転車との相互関係など、

大学、企業、高校の8チームで、50ccバイクに搭載す安全を確保できる走行空間のあり方や運用方法についる鉛バッテリー4個を用いて半数以上のチームが2時て、交通総合試験路に歩行者空間を設定して具体的な間を完走し、精密機械工学科4年チームは3位でゴー実験を繰り返し、将来に向けた検討を進めている。

ルした。
Evエコランカーの競技会は、国内や海外でも定期的に開催されているが、大学施設を利用した大学主催による競技会はこれが初めてのケースである。参加した企業チームからは、『このような交通総合試験路を試走や性能評価に利用できる環境はすばらしい、是非、
次年度以降も続けていただきたい』との要望があった。

写真1 Evエコランカー技術競技会と参加者の皆さん

18

轟 朝幸

写真1 歩行者とセグウェイが混在する場合の実験風景

連絡先

担当者 中山 晴幸

電 話：03-3259-0929
E-mail：shikenro@adm.cst.nihon-u.ac.jp
HP：http://www.wtl.cst.nihon-u.ac.jp

交通総合試験路でのモバイルマッピン
グシステムの実験
社会交通工学科教授

nakayama@trpt.cst.nihon-u.ac.jp

ドライバーの長時間運転疲労に関する
研究

佐田 達典

社会交通工学科

専任講師

中山 晴幸

社会交通工学科空間情報研究室では交通総合試験路

運転中のドライバーの疲労は、交通安全に関わる重を使用してモバイルマッピングシステムの実験を行っ大な問題である。本研究では、交通総合試験路を利用ている。モバイルマッピングとは車両で道路を走行しして長時間（24時間）運転タスクをドライバーに課し、ながら、道路面や標識などの道路付帯物、沿道の建物

その疲労発現の傾向を詳細に検討している。この研究などの形状を計測して地図や３次元CGなどを作成すを実施するためには、十分な安全を確保する必要があ

る技術をいう。

るが、交通総合試験路の利用で長時間運転調査が可能

車両にはGPS（全地球測位システム）、IMU（慣性となった。

航法装置）を装着して位置と方向を正確に測定するとこの24時間運転調査により、個人差があるものの、

同時に、デジタルビデオカメラやレーザースキャナー

以下のような運転疲労の発現傾向が明らかになった。

を搭載して道路面と周辺の形状を計測している。交通

第一に、運転疲労の発現は、運転時間が長いほど顕著

総合試験路では走行速度やGPS衛星観測条件を変えになる。第二に、疲労の発現には、波があり、約2時ながら道路面や道路付帯物の形状を計測する実験を行間から4時間程度の周期がある。第三に、運転疲労にい、計測精度と最適な計測条件を求めている。

伴って、無意識の動きがあり、それを座席に設置した座圧センサで捉えることが出来たことである。この成果を元に疲労発現を検知するシステムを構築し、その成果を特許申請している。現在は、実用化に向けて実際の長距離トラックドライバーを対象に実証実験を続けている。

写真1 計測車両

写真1

図1
写真2 駐車車両や道路付帯物を想定した計測の様子

研究施設
紹介

24時間連続運転調査中の車内

24時間の姿勢変化と心拍数の推移
一般に心拍数の低下は、眠気が高まることを示す。

Multipurpose Test Track for Automotive Vehicles

19

平成21年度 第1回

理工学部 理工学研究所講演会
理工学研究所 所長

澤口 孝志

理工学研究所は理工学分野の技術革新をイノベートするために、産官学民が利用しやすい連携体制を強化している。本講演会は、最近とくに注目されている先端科学技術に焦点を絞って研究者が討論を行う形式とし、特定テーマは学部研究者と理工学部校友の研究者が企画した。

オーガナイズドセッションⅠ

オーガナイズドセッションⅡ

極限材料の最前線
航空宇宙工学科

自然エネルギーの高度利用
教授（独）宇宙航空研究開発機構（日本大学理工学部工業化学科

宮崎 康行
横田 力男

教授

（社）新エネルギー導入促進協議会

昭和38年度卒）（日本大学理工学部工業化学科

西川 省吾
新国 貞幸

昭和51年度卒）

本セッションは、独立行政法人宇宙航空研究開発機

本セッションでは、「自然エネルギー」をテーマに、招待

構の石澤淳一郎氏、石田雄一氏の招待講演を含む6つ

講演3件、研究発表3件、計6件の講演が行われた。招待講の講演で構成され、低温から高温まで広い温度範囲で演では、生産工学部の長井先生により「風力発電の現況」、

紫外線、放射線、原子状酸素に対して高い耐性を要求

太陽光発電協会の杉本氏により「太陽光発電の現況と展される宇宙環境用として最近注目を浴びているポリイ

望」、ミサワホーム総合研究所の栗原氏により「住宅でのミド材料の開発状況や、それをソーラーセイル（光圧自然エネルギー利用」などが紹介された。風力発電は我が推進による探査機）用膜材として用いた、2010年打上

国での導入が低迷しているが、これは周波数変動抑制のげ予定の技術実証機IKAROSの紹介があった。特に、ため系統連系容量が制限されているためで、抜本的な系

石澤氏には宇宙機用材料の耐環境性の研究状況を、石統対策が期待される。太陽光発電は、新技術により太陽

田氏には高い成形性・耐熱性を有する熱硬化性ポリイ

電池の効率向上が課題として挙げられる一方で、従来の2ミド樹脂を用いた炭素繊維複合材料の開発状況を、そ倍の電気料金で電力会社が購入する制度が開始され飛躍

れぞれご紹介いただいた。宇宙材料に関する最新の情的な導入が期待されている。住宅では太陽光発電に加え、報が発信され、聴講者にも満足いただけたと思う。

太陽熱利用も積極的に行われているとのことである。

第３回理工学研究所講演会

日

時 平成22年4月24日（土）14:00〜15:30（予定）場

所 日本大学理工学部駿河台校舎1号館6階

理工学部創設90周年事業の一環として、2008年度ノーベル物理学賞受賞者の益川敏英先生をお招きし、講演会を開催いたします。益川先生は、名古屋大学の坂田昌一

CSTホール
講 演 者 ノーベル物理学賞受賞者
益川 敏英

京都産業大学教授

博士

博士の門下で理工学部物理学科・量講演題目 「現代社会と科学」

子科学研究所を創られた原治先生の主

催 日本大学理工学部理工学研究所

同門後輩に当たり、本学の研究者と共催 日本大学理工学部校友会も交流があります。益川先生は社会的問題にも関心が深く、多くの方に理解の得られる講演となることと思いますので、奮ってご参加下さい。

発 行 日： 平成22年3月8日
発行人：澤口 孝志
発行： 理工研News編集委員会
編集長：安田 邦男
編集委員： 入江 寿弘、大貫 進一郎、佐藤 信治、高橋 聖
幹事： 土屋 玲子、若槇 智也

20

電気工学科

定員制のため日本大学理工学部教職員・学生以外の方は、
「お名前」
「所属先」
「電話番号」「住所」を記載して研究事務課までメールでお申し込み下さい。
E-mail：skenkyu@adm.cst.nihon-u.ac.jp