Vol.
Vol.4646 No.5
No.5

昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
平成27年９月15日発行
平成27年９月15日発行
（奇数月）
（奇数月）

0011
0011

フルードパワー歴史探訪〜温故知新〜

東
東京
京都
都港
港区
区芝
芝公
公園
園三
三丁
丁目
目五
五│
│二
二二
二 電
電話
話（
（〇
〇三
三）
）三
三四
四三
三三
三│
│八
八四
四四
四一
一 Ｆ
ＦＡ
ＡＸ
Ｘ（
（〇
〇三
三）
）三
三四
四三
三三
三│
│八
八四
四四
四二
二
̶ 編集兼発行人 一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会 振替口座 東京〇〇一一〇│三│一三三六九〇
̶
編集兼発行人 一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会 振替口座 東京〇〇一一〇│三│一三三六九〇

〒
〒
105
105

フルードパワーシステム

フルードパワーシステム
フルードパワーシステム

昭和47年10月19日第4種学術刊行物許可
昭和47年10月19日第4種学術刊行物許可 平成27年９月15日発行
平成27年９月15日発行
（奇数月）
（奇数月）

ISSN
ISSN1346－7719
1346－7719

フルードパワーシステム
フルードパワーシステム

ISSN
ISSN1880－3121
1880－3121

日本フルードパワーシステム学会論文集
日本フルードパワーシステム学会論文集

日本フルー
日本フルードパワーシステム学会誌
ドパワーシステム学会誌

フルードパワーシステム
46 5
Sep.2015
Sep.2015 Vol.
Vol.

No.
No.

日本フルー
日本フルードパワーシステム学会論文集
ドパワーシステム学会論文集
TRANSACTIONSTRANSACTIONS OF
OF THETHE JAPAN
JAPAN FLUID
FLUID POWER
POWER SYSTEMSYSTEM SOCIETY
SOCIETY

特集「フルードパワー歴史探訪～温故知新～」特集「フルードパワー歴史探訪～温故知新～」第四十六巻第五号（二〇一五）

東
東京
京都
都文
文京
京区
区白
白山
山一
一│
│一
一三
三│
│七
七 ア
アク
クア
ア白
白山
山ビ
ビル
ル五
五階
階
印刷
刷所
所 勝
勝美
美印
印刷
刷株
株式
式会
会社
社
印

5
日本フルードパワーシステム学会

一般社団法人
一般社団法人 日本フルー
日本フルードパワーシステム学会
ドパワーシステム学会

http://www.jfps.jp
http://www.jfps.jp

LUID POWER SYSTEISSN 1346-7719

第46巻 第 5 号 2015年 9 月

日本フルードパワーシステム学会誌

フルードパワーシステム
目次

特集「フルードパワー歴史探訪～温故知新～」【巻頭言】「フルードパワー歴史探訪～温故知新～」発行にあたって

山田 宏尚 202【解説】
古代のフルードパワー ―続・ヘロンの謎―

小山紀 203空気圧制御弁の推移

長岐 忠則 207

油圧ショベルの歴史を振り返り

布谷 貞夫 211

機能性流体の歴史レビューと展望

中野 政身 216

協会創成から学会揺籃期の思い出

中野 和夫 222【会議報告】ICMDT2015におけるフルードパワー技術研究動向田中豊 225ROBOMEC 2015におけるフルードパワー技術研究動向

高岩 昌弘 227【トピックス】
海外の産学連携（米国の事例）

平工 賢二 229

インドネシア駐在員日記

田中 大慶 232【研究室紹介】東北大学流体科学研究所 早瀬・白井・宮内研究室

早瀬 敏幸 235【企画行事】
平成27年春季講演会併設セミナー開催報告「フルードパワーにおける故障予知技術」
内堀 晃彦 238

平成27年度 オータムセミナーのお知らせ「アクアドライブシステムの産業利用の現状」


215

日本フルードパワーシステム学会・日本機械学会 共催 
平成27年秋季フルードパワーシステム講演会のお知らせ

215

平成27年度 日中若手研究者交流事業 徐兵教授（浙江大学）特別講演のお知らせ
「建設機械のシングルポンプ―マルチアクチュエータにおけるモーションコントロールシステムに関する研究」


215

共催・協賛行事のお知らせ241

お詫びと訂正242
240，242，243，244

その他

■表紙デザイン：山本 博勝 ㈱豊島

一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会〒 105-0011 東京都港区芝公園３―５―22 機械振興会館別館102
TEL：03―3433―8441 FAX：03―3433―8442
E-Mail：info@jfps.jp

LUID POWER SYSTE【会告】ISSN 1346-7719

Vol．46，No. 5

September 2015

JOURNAL OF THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY

FLUID POWER SYSTEM
Contents
Special Issue “Learn from the History of Fluid Power”【Preface】

On the Special Issue“Learn from the History of Fluid Power”
Hironao YAMADA

202

Osamu OYAMA
Tadanori NAGAKI
Sadao NUNOTANIMasami NAKANO
Kazuo NAKANO

203
207
211
216
222

Yutaka TANAKA
Masahiro TANAKA

225
227

Kenji HIRAKU
Hiroyoshi TANAKA

229
232

Hayase, Shirai, and Miyauchi Laboratory, Institute of Fluid Science, Tohoku University
Toshiyuki HAYASE

235【Review】

The Ancient Fluid Power Technology ―Series: The Mystery of the Heron―History of Pneumatic Control Valve
Looking Back on the History of the Hydraulic Excavator
Historical Review and Prospect on Functional Fluids
Memory of JFPS in its Infancy【Conference Report】

Research Trend of Fluid Power in ICMDT2015
The Trend of Fluid Power Technology in ROBOMEC 2015

【Topics】

Overseas Industry-university Cooperation (American case)
A life in Balikpapan, Indonesia

【Laboratory Tour】【JFPS Activities】

Report on JFPS Spring Seminar“Failure Prediction Technology in Fluid Power”
【JFPS News】
Akihiko UCHIBORI

238

215,240,241,242,243,244

The Japan Fluid Power System Society
c/o Kikaishinko Building
3―5―22 Shiba―koen, Minato-ku, Tokyo, 105―0011, Japan202

フルードパワーシステム

巻 頭 言「フルードパワー歴史探訪～温故知新～」発行にあたってきについての大変興味深い解説をいただいた．
元クロダ ･ 妙徳の長岐忠則氏には，空気圧制御弁
やま
だ
ひろ
なお
のうち，4・5ポート電磁弁の歴史的推移について
山 田 宏 尚
的を絞って解説いただいた．コマツの布谷貞夫氏に
岐阜大学工学部〒501-1193 岐阜市柳戸１－１
は，油圧技術の重要なアプリケーションである油圧
E-mail：yamada@gifu-u.ac.jp
ショベルの歴史について紹介いただいた．そして，
1991年名古屋大学大学院 博士課程修了，名古屋大学工学部講師等を経て2007年より岐阜大学
東北大学教授の中野政身氏には，機能性流体の歴史
工学部 教授．油圧制御，人間支援工学などの研について紹介いただいた．
究に従事．日本フルードパワーシステム学会，
日本機械学会，日本ロボット学会等の会員．工
最後に，東工大名誉教授の中野和夫氏にフルード
学博士．
パワーシステム学会の歴史について，学会設立の経
緯はどのようなものだったか，設立に寄与した先生
方，企業の方々などにまつわるエピソードについて
皆さんは日本フルードパワーシステム学会のホーご紹介いただいた．戦後からはじまる学会創成時のムページをご覧になったことはあるだろうか．もし貴重な歴史的経緯を知ることができる．
「最近，学会のホームページを見ていないな」と思
本特集では紙面の都合によりフルードパワーに関われる会員の方がおられたら，ぜひご覧いただけれするすべての分野をカバーできてはいない．フルー2）～ 4）
ばと思う．特に，「フルードパワー・バーチャル
ドパワーの歴史に関しては他にも多くの文献があるので，興味を持たれた方はぜひこれらも参考
ミュージアム」1）のサイトには，「フルードパワーの歴史」，「活躍するフルードパワー」，「未来を拓くフにされたい．
ルードパワー」についての記事を読むことができる． 「温故知新」とは広辞苑によれば「昔の物事を研
この中で，「フルードパワーの歴史」の記事では， 究し吟味して，そこから新しい知識や見解を得るこ「フルードパワーとは」，「昔のフルードパワー」， と」と説明されている．本特集号により，フルード「時代を画した機器」，「流体制御弁の発展」，「油圧パワーについての新しい発見や知見が得られれば幸ショベルに見る油圧技術の進化」，「空気圧弁の発いである．
展」についての大変興味深い記事が並んでいる．こ
最後に，ご多忙にもかかわらず，本特集号の各記のようなフルードパワーに関連したさまざまな記事
事を執筆頂きました方々に厚く御礼申し上げます．
を読んでいると，これらの技術にかかわってきた技
大変残念なことに，空気圧制御弁の推移について解術者たちの努力や，技術開発に関する歴史に興味が説頂きました長岐忠則氏が本特集号の出版を待たずわいてくるのではないだろうか．
に逝去されました． ご闘病のなかで貴重な原稿を執本特集では，フルードパワーの歴史について知的
筆頂いたことを感謝申し上げるとともに，ご冥福を好奇心を満たし，読んでいて楽しい記事になること
心からお祈り申し上げます．
をめざして，フルードパワー，空気圧制御弁，油圧ショベル，機能性流体，当学会設立などの歴史につ
参考文献
１ ） http://www.jfps.jp/vir/
いての記事構成とした．工学的有用性だけでなく知２ ）フルードパワーの世界，日本フルードパワー工業会，的好奇心を満たすフルードパワーの歴史について，（2009）
フルードパワーへの興味を持ってもらい，また基礎３ ）フルードパワーの進化と検証（油空圧技術増刊号），日に立ち返ることで新しい発見が生まれるのではない
本工業出版，Vol. 51，No. 11，（2012）４ ）日本フルードパワーシステム学会編集：油圧基幹技術
かと思う．
―伝承と活用，日本工業出版，（2014）
まず，明治大学教授の小山紀氏には，古代ローマ
時代にヘロンが残したフルードパワー技術にスポッ
（原稿受付：2015年 ６ 月30日）
トライトを当て，古代のフルードパワー技術の謎解
著

者

紹

介

4

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

小山

紀：古代のフルードパワー

203

解 説

古代のフルードパワー

著

者

紹

介
お

やま

小 山

おさむ

紀

明治大学理工学部〒214-8571 川崎市多摩区東三田１－１－１
E-mail：oyama@isc.meiji.ac.jp
明治大学理工学部教授，流体制御の研究に従事．日本フルードパワーシステム学会，日本機械学会，計測自動制御学会などの会員，工学博士

1．は じ め に本会誌編集委員会から「フルードパワーの歴史」のテーマで執筆依頼をいただいた．
「知的好奇心を満たすフルードパワーの歴史について」との指示もあわせて受けた．
「歴史」を小山が技術史資料から
だらだらたどると，ご指示の内容になりそうもなく自信がない．フルードパワー技術史はすでに多くの成書で取り上げられており，最近では機械学会誌３月号の特集記事「文化と歴史」に，フルードパワー
に関しても独立記事ではないものの記述がある1）．
また，近年については学会ホームページ「バーチャルミュージアム」に掲載されている．そこでフルー
ドパワーの古代史にピントを合わせ，資料が現存する最古のフルードパワー技術を取り上げることとす
る．この時代のフルードパワー技術者が置かれた環境と，彼らが信じた真理を述べてみたい．

―続・ヘロンの謎ー

べていない．もしかしたら前者の記録がたまたま後世に残る幸運に恵まれたのかも知れない．

2．文献に残る古代フルードパワー技術
もっとも古いフルードパワー技術者としてその名を資料に残しているのはギリシャ人あるいはアレク
サンドリア人・クテシビオス（紀元前２世紀頃）である2）．消火用水ポンプや水オルガンを発明したと伝えられる．ほぼ同時代でもっとも多くの資料を残したのはヘロン（詳細不明．紀元前後といわれている）である．ヘロンが残した多くの書物や図面は，後世の編集者らの手により複製され現存する3）．またその日本語訳も読むことができる4）．本稿は後者を参考にさせていただいている．
ヘロンは三角形の面積を求める「ヘロンの公式」
で数学者として有名であるが，旋盤や歯車の発明など機械技術者でもあり，中でも流体を扱ったものが多い．まさに古代のフルードパワー技術者である．
ヘロンの図面の中に消火用水ポンプがある．クテシ
ビオスの弟子とも伝えられているから，このポンプ
図面はクテシビオス作かもしれない．シリンダポン
プの逆止弁にはバタフライ弁が使われ，水の吹き出
しノズルへの配管系には向きを自由に変えられるよう滑り軸受を利用したユニーバーサルジョイントを用いるなど，今に繋がるフルードパワー技術の源流を思わせる．

彼の発明品としてもっとも有名なのは図１に示す
流体は人が直接触れる特別な物質で，これを動力風神の球である．台はボイラとなっており，下で火
媒体として使うフルードパワーの歴史は，人が火をを焚くと蒸気がパイプで球に供給される．パイプは使い始めた時から始まっていたと考えて間違いない． 滑り軸受を介し球と結合されており，球の排気ノズ
鉄の精製跡が有史以前の地層から発見されるが，鉄ルから蒸気が噴出して球が勢いよく回転する．なに溶解に必要な高温火力を得るには「ふいご」のようか仕事をさせていると最初の蒸気機関発明者と称せな空気を圧縮送気する技術が必要だった筈だ．しかられるところだが，回転する様子を見せるディスプ
し有史以前では文字通り何も資料は残っていない．
紀元前後になると，ヨーロッパ，特にギリシャやその周辺での古代技術に関する文献資料が見られるようになる．アジアでもこのような技術はあったと思うがなぜか一部しか取り上げられない．資料は現存しないのか，気になるが技術史紹介ではないので調レイを目的としたものらしい．
図２は神殿の扉を火力により自動で開閉する装置の原理部を示している．左は空気を密閉した容器で，加熱されると空気が膨らんで，パイプで繋がった図
中央の容器に入り下の水を押す．この容器にはサイホン管が取り付けられていて，押し出された水は右

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

5

204

フルードパワーシステムのバケツ型容器（以後バケツ）に溜まる．その結果
バケツは重くなり紐を引く．この紐は扉の回転軸と繋がっており，軸を回転させた結果扉が開く．火を取り除くと空気は元の容器に戻り，サイホンによりバケツの水は吸われて中の容器に移るため，バケツが軽くなり軸を元の方向に回転させて扉は締まる．
この仕掛けにおいて空気が熱により可逆的な膨張・収縮をする，すなわち後世になって「シャルルの法則」として知られるようになった現象を，ヘロンは理解していたことに驚く．
ヘロンの自動扉は人の便利をはかる実用目的ではなく自動で動くことで人の目を引き付ける，すなわ
ちディスプレイを目的としている．風神の球もそうであるように，なぜ実用としてではなくディスプレ
イなのか．この時代技術者が置かれた状況を考える
必要がある4）．当時でも織物などの製品生産や食料生産のため機械は必要とされた．しかしその製作や

図１

風神の球4）

改良は作業者自身がおこなうのが常であり，機械を商品として提供することは一般的ではなかった．ヘ
ロンの装置には神殿の自動扉や，ほかにも聖水の自動販売装置など，教会での使用を思わせるものが多い．商品としての機械が存在するとすれば，機械を神秘的な道具として利用し信者を獲得したい教会などが注文主であったのだろう．後世の技術者から「ヘロンは役立たない玩具ばかり発明した」と批判されるが，ヘロンは「玩具を発明したかった」のだと思う．
図２

3．ヘロンの謎
以前，恩師，故・萩原辰弥先生が本会誌に「古代自動扉の「しかけ」部分

がって空間に空気が入り込むと，その分だけほかの物質，たとえば水は逃げ出す．

の 空 圧 技 術 ― ヘ ロ ン の 考 察 ―」 と 題 し 寄 稿 さ れた5）,6）．このなかで先生はヘロンが自身の発明品に謎を残していると指摘されている．先生の記事が掲載されたのは平成元年，および同２年とかなり以前
なので，当該号はお手元に無いかも知れない．故・（空気の圧縮性）空気の粒子には隙間があり，押
されると粒子は隙間に入り込む．
（負圧の考え方）自然界には真空は存在せず，連続した真空は人為的にだけ存在できる．」

萩原先生のお許しを得ることができないまま一部を紹介する．この記事で先生は読者にも謎解きを勧め

ヘロンの謎とはヘロンの書き残した図面通りに製作すると，その装置は正しく動作しないことである．

られており，極めて好奇心を刺激する内容となっている．そこで私が考えた謎解きを記してみたい．な
お，学会の過去記事は学会からコピー配信委託を受けた業者から入手可能（有料）なので，萩原先生のしかし，一部を改良すると動作する．なぜなのか．
ヘロンはサイホンの原理が気に入っていたようで，
発明品にはしばしばサイホンが利用されている．先生が出題された最初の謎はサイホン管に水を吸い上「ヘロンの謎」詳細は原著をご覧いただきたい．
先生は同記事の中でヘロンが書き残した当時の原

げて動作可能にする装置である（図３）．サイホン管は初期には空気が入っているため，これを抜く作

理，すなわち2,000年前の真理について触れられている．これらの中で本稿に必要な空気の性質に関する部分だけを引用し，文言を小山が勝手に改変しながら記述させていただく．

業が必要となる．ヘロンの説明では，水を入れた容器（以後水引用容器）を管に接続しその底から水を抜くと，容器から流れ出た水がサイホン管内の空気を引くので，その体積分だけ（図では左容器から「
（空気の挙動）空気は物質（粒子）である．したの）水が管に入る．また，サイホン管に水を満すた

6

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

小山

紀：古代のフルードパワー

205

めの条件として，水引用容器に入れる水の初期体積
を管の体積よりも多くすればよい，とある．
萩原先生は体積だけでなく，水引用容器の水位（head）が条件を満たす必要があると指摘される．
すなわち，サイホンを上がる水の高さは決して容器の水位より高くならないことは，水の重さと圧力による力のつり合いを考慮すれば簡単にわかる．ヘロンの説明は先の空気の「負圧の考え方」を拡大解釈しており，空気の体積変化を考慮していない．
さらにヘロンは水がサイホン頂上まで上れば，あとは勝手にサイホン管右側に流れ落ち，そのままサイホンの空気抜きが完成すると説明している．先生
はヘロンが説くこの条件を満たすには水引用容器の初期水位を
ax0 ≥（1 + A ）L



図３

サイホン管に水を吸い上げる方法（ヘロン）

図４

サイホンに水を吸い上げ方法（小山改良）⑴とすれば良いとされる．ここで，Aは左側の容器断面積，aは水引用容器断面積で，A≫aであればx0＝Lとなる．
簡単のため水引用容器をサイホン管と同じ内径の円筒とし，これも簡単のため左の水位と同じ位置でサイホン管に結合したとすると図４になる．もし，先生のお答えを額面通り受け取って水引用容器に初期的に高さ L の水を入れて排水を開始したら，ちょうど容器の水の水位がL/2になったときからはサイ
ホン管の水は上がらなくなってしまう．一方，もし
水が頂上まで上がったとしても，このときに右側の水がすべて流れ落ちてしまえば，サイホン管右側は大気圧になるため水は自重で元の容器に戻りヘロンが説くようにはならない．恐らく先生は，サイホンの水が頂上まで上がったとき引水用容器が負圧になっている必要があり，そのために⑴の水位を残すように説かれているのだと思う．しかし詳しい条件については書かれていない．初期水位はいくらにすればよいか．先生自身が読者に謎を提供されたものと考えて，小山がこの謎を解いてみることにした．
サイホン管の曲がった部分の長さ，容積は無視することにして，サイホン管の初期容積をV0，初期圧
力を大気圧 Paとする．先の条件より
V0＝2aL⑵
である．水がサイホン頂上まで，すなわちLだけ上

V＝a（L＋x0－L）＝a x0

⑶⑵から⑶の容積変化を等温変化で仮定すれば
PaV0＝（Pa－ρgL）V
⑷が成り立つ．ρおよびgはそれぞれ水密度，重力加速度である．⑵，⑶および⑷式を連立させて初期水位の必要条件を解くと
x0 ≥2 Pa L⑸

Pa－ρ gLが求められる．
当然，ヘロンには空気の等温変化を定式化した知識は無かったろう．しかし要は水引用容器の高さを試行により求めればよいのだから，現場で調整したかも知れない．

がったとき，この水重量を負圧により支えるには右側の水にはLの水位が必要だ．すなわち水がL上がったとき，右側の水の高さがL残るよう初期水高さx0を設定すればよい．左側水面がL移動したときの右側水面移動距離はx0－L（サイホン管内の空気が負圧により膨張するのでLではない），このときのサ

萩原先生の記事ではさらにヘロンが図面で残したさまざまな仕掛けについて興味深い謎解きを進めら

イホン管容積Vは次式となる．

が多いのか．ヘロンの原著を書き写してゆく際に誤れており，先生らしい精緻さに感服しながら読み進めているうちに時間の経過を忘れる．この先をぜひお読みになることをお勧めする．
ところで，ヘロンの図面にはなぜこのような誤り

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

7

206

フルードパワーシステムりが生じた可能性は否定できない．しかし，萩原先
生はヘロンが意図して図面に欠陥を含めたと推察される．当時は新たに獲得した技術は本人に帰属し，決して他人と共有することはなかった時代である．
特許など存在しないから，図面で公開したらその技
術は本人の手を離れてしまう．本人でなければわからないノウハウを図面に含めておくのは当然であろう．すなわち，重要な部分の記述をわざと曖昧にしたのではないか．

4．お わ り には外国から略奪した書籍もあったようだ．このような大量に集められた書籍の中にヘロンの著作があり，幾多の災害や戦乱を逃れ幸運にも現在に残ったのかも知れない．我々によく課せられる「業績は可能な限り資料（論文）にしておく」現代の処世術は，歴史的事実がその効果を証明しているのかも知れない．
2000年前の技術的思考に対してなんら稚拙な感じを受けない．ヘロンの謎の原因となる空気の圧縮性についても，当時の人はすでにその事実に気付いている．現代の科学的思考の骨組みは，すでにこの時代には形成されていたように感じる．

ヘロンは別の謎も残しているような気がする．路
程計（距離計），ねじ切旋盤，ウオーム歯車，パイ
プオルガン，投石器などの機械や，ヘロンの公式をはじめとする幾何学や測量術などの数多くの著作がある．技術史を遡ればこれらはすべてヘロンの発明

参考文献
１ ）機械学会編：特集「文化と機械」，日本機会学会誌 ３ 月号，118巻1156号（2015）２ ）Neuburger, A：Die Technik des Alterms, Voigtlanders
Verlag（1996）
３ ）Edited by Bennet Woodcraft：Inventions of theAncients：the Pneumatic of Heron of Alexandria,
Mechanica（1851）４ ）平田寛訳：古代人の発明 ヘロンの気体装置，創元社（1949）５ ）萩原辰弥：古代の空圧技術―ヘロンの考察―，油圧と空気圧, 20巻 ５ 号，p. 71-77（1989）
６ ）萩原辰弥：古代の空圧技術―ヘロンの考察（続）―，油
圧と空気圧，21巻 ５ 号，p.58-63（1990）になる．これらがヘロンの業績とされるのには，本人も期待しなかった幸運が寄与したのではないか．
以後は資料に基づかない小山の勝手な私見である．
ヘロンの生没年は不詳だが，アレクサンドリアの人と伝えられる．アレクサンドリアはその名からもわかるように有名なアレクサンドロス（アレキサンダ）大帝が古代エジプトの首都として設立し，大帝の死後，武臣・プトレマイオスがこの国を治めた．

国力を見せつけるべく壮大な図書館を作り，プトレ
マイオス朝代々の王は資料の充実を図った．なかに

8

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）（原稿受付：2015年 ６ 月29日）

長岐忠則：空気圧制御弁の推移

207

解 説

空気圧制御弁の推移

著

者

紹

介
なが

き

長 岐

ただ

忠

のり

則

〒289-2504 千葉県旭市ニ6132－3

1965年国立岩手大学工学部卒，黒田精工㈱入社空気圧機器開発に従事．2006年㈱妙徳入社執行役員．2009年退職．
1998年 ～ 2009年 技 能 検 定 中 央 技 能 検 定 委 員
著書 これだけ油圧空気圧 図解よくわかる油
圧空気圧

1．は じ め に
1.1 空気圧制御弁
空気圧制御弁は大きく分けて，圧力制御弁，流量制御弁，方向制御弁に分類される．
さらに，圧力制御弁は減圧弁，流量制御弁は速度制御弁，方向制御弁は電磁弁が代表される機器である．これらの中で制御機器の中でもっとも多く利用され，一番大きく変化を遂げたのが，電磁弁で主要機器の４・５ポート電磁弁である．本校では主に４・５ポート電磁弁の推移について述べることとする．
1.2 空気圧制御弁の日本での始まり
1880年米国で，鉄道車両のエアブレーキシステ
ムが開発され，近代的な空気圧技術の曙となった．
制御弁は，このシステムの主要機器として使用されている．
日 本 に は，1919年（ 大 正 ８ 年 ） 国 鉄 が エ ア ブ
レーキを導入し，日本の空気圧システムの，本格的利用が始まりました．この時代の空気圧機器は，すべて輸入品であり技術情報も少なく，国産化はままなりませんでした．
そんな中で，航空機製作に欠かせないスポット溶接機に使用されていた，海外製空気圧機器の入手が困難になり，これらを開発することが軍事上重要になった．
1941年（昭和16年），国産メーカが開発に取り組み苦労の末，国産化に成功したのが，日本の空気圧制御弁の始まりと言える．

2．創成期

1950年代～ 1960年年代

1955年（昭和30年）代に入り，経済成長に伴い大量生産時代になり，自動車生産ラインに空気圧機器が多用され，自動化省力化の波に乗り空気圧機器の利用が一段と進んだ時期となる．
そして国内の空気圧メーカは，それぞれの得意分野を生かした，製品開発に取り組んだ時期である．
2.1 欧米品の国産化と技術水準の向上
この時期，自動車生産ラインで多用されていた電磁弁は，欧米の中大形のメタルシール直動形電磁弁（図１）であり，自動機械では丸形の円柱状の小形の直動形電磁弁などが主流であった．これらは，輸入品のため高額での納期もかかるので，空気圧ユー
ザから国産化の要望が強かった．
そこで，メタルシール電磁弁はスリーブ・スプー
ル加工で，必要な精密加工技術を持った国内の精密加工技術メーカが，丸形電磁弁については微細加工技術を持つ工具機械メーカが，欧米製のものを参考に，自社開発または技術提携による開発を行い，国産化を始めた．したがって開発した製品は，基本的には欧米メーカ品の置き換えのためであるので，取り付けは同一，性能は同等以下であった．
さらに，この頃は圧縮空気の質が悪く，よく電磁弁が焼損する，メタルシールのスプールが固着するなどのトラブルが頻発した．

図１

3．成長期

初期の中形メタルシール電磁弁

1960年代後半～ 1970年代

1965年（昭和40年）代に入ると，高度成長期で空気圧業界も急速に伸びた時期である．しかし，1970年前後のオイルショックにより一気に厳しい
状況に追い込まれ，技術開発も一時的に停滞せざるを得なかった．
しかし，この時期は国内空気圧メーカが，総合空気圧メーカを目指し，一斉に取り組んだ時期でもあフルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

9

208

フルードパワーシステム

る．また，製造技術，素材技術が一段と向上したことを背景に，国内技術者は海外製品の性能と同等では満足できず，さらなる性能向上を目指して改良，開発に懸命に取り組んだ時期である．
また，空気圧機器の最適組み合わせを求めるサジ
ングマップが提唱され，電磁弁の小形化が進むきっかけとなり，現状のサイジングソフトの開発に継っている．
3.1 パイロット形電磁弁が主流に：低消費電力化
1960年後半になり，比較的空気の質によるトラブルに強い，弾性体シールを用いたパイロット形電磁弁が開発され，次第に電磁弁の主流となった．
パイロット電磁弁は，小形のソレノイドで済むため，直動弁の20W程度から６W程度の低消費電力となった．また，丸形電磁弁の形状は，丸形形状から角形形状へと移り主流となっていった．
3.2 寿命1000万回時代へ：耐久性の向上
この時代の電磁弁の耐久性いわゆる寿命は，表１に示すように500万回が一般的でした．この時期，
弾性体シールの材質の進歩，シール部の自己潤滑剤としてのグリースの性能向上，さらにシール形状に工夫をこらしたシールの開発が進み，長寿命化を実現 し た． 電 磁 弁 で は1000万 回 が 標 準 的 に な り，
3000万回とうたうものも現れた．
3.3 注目すべき電磁弁の周辺技術
この時代に登場した注目すべき空気圧技術の項目をつぎに上げる．
１）プッシュイン継手の登場
1970年代始めに，欧州メーカが開発したプッシュイン継手（図２）は，日本ではワンタッチ継手
として空気圧配管作業を格段に容易にして，空気圧機器の普及発展に大きく寄与した．
そこで，継手のねじ込み工数を削減するため，サブベース，本体又はマニホールドにプッシュイン継手を圧入した電磁弁が登場した．
このプッシュイン継手は，その後の樹脂成形技術の向上により，現状の継手付き樹脂マニホールドの元となっている．
Sealing O ring
Griping ridge
Locking slope

Nylon 11 tubing

表１

Slotted collet

初期のプッシュイン継手２）端子台，DINコネクタの登場
初期電磁弁の電気結線部は，リード線が主流であフルードパワーシステム

第46巻

第５号

1970年代のJISの特性表（抜粋）

有効断面積

漏れ量以上

作動回数

以上㎟

㎤ /min

万回

呼び

A

B

C

D

E

F

10

5

10

10

500

150

500

20

10

20

10

500

150

500

40

20

40

25

1,000

150

500

60

40

60

25

1,000

150

500

110

60

110

50

1,500

150

500

Cは弾性体シール，Dはメタルシール

この有効断面積は，わかりやすく実感に近いことから，空気圧用電磁弁のJISとして，1978年（昭和50年）にJIS B 8375：空気圧用４・５ポート電磁
弁の流量特性として，有効断面積S（㎟）が採用制定され，電磁弁の流量特性として普及した．
表１に1970年代のJISに規定されている特性を示す．これによると，呼び10すなわちRc1/4相当の電磁弁で有効断面積は10㎟であった．現在の小形電磁弁では20㎟であるから，流量特性はおおよそ２倍に進歩している．

4．成熟期

図２

10

り電磁弁交換時などのメンテナンス性が悪かった．
そこで，電気結線を電磁弁の手元で行えるメンテナ
ンス性が良い，ターミナル（端子台）タイプ，DIN
コネクタタイプが利用されるようになった．
３）使用材料，部品の性能向上
漏れのないアルミダイキャストの製造技術の進歩，樹脂材料および樹脂成形技術の向上，空気圧用のゴ
ム材料の進歩および空気圧用のゴムシールの開発，
ソレノイドの性能向上など，電磁弁関連の技術の進歩により，日本独自での電磁弁の小形化，高性能化に寄与した．
４）流量表示は有効断面積表示へ
初期は流量特性といえば，入口および出口圧力と流量を描いた流量グラフを指していた．1964年にJIS C 9312 溶接機用電磁弁で，流量表示法の有効断面積が規格化された．

1980年代～ 1990年代

1980年代に入り，日本の空気圧技術は大きく飛躍発展した．電磁弁も小形化，軽量化，高品質・高信頼性およびデザインの美しさなどをテーマとした，製品開発が競って行われた．
4.1 10・15・18㎜巾電磁弁の開発：小形化
1970年代後半，４・５ポート電磁弁で一番小形のものは，当時欧州メーカの15㎜巾で，有効断面積１㎟未満のものであった．これをターゲットに，
日本の空気圧メーカが開発したものが，15㎜巾で有効断面積４㎟，消費電力２Wの電磁弁（図３）で，2015年９月（平成27年）

長岐忠則：空気圧制御弁の推移

低消費電力・小形大流量電磁弁の先駆けになったものです．
同時に18㎜巾がシリーズ化され，さらに10㎜巾
が開発された．その後，海外メーカも追随し，現在の10㎜・15㎜・18㎜巾小形電磁弁系列の世界のス
タンダードとなった．

図３

4.4 プラグインマニホールド：省配線
制御部とマニホールドとの結線も，従来バルブ
個々に制御部へ配線していたものを，マルチコネク
タ，Dサブコネクタ，フラットケーブルコネクタなどによる，一括配線が採用されるようになり，PLCからの配線もワンタッチで接続が可能になった．
さらに，樹脂マニホールド間の電気接続にプラグイン方式が考案され，マニホールド内部に配線がまとめられすっきりしたデザインとなった（図４）．

初期の15㎜巾小形電磁弁

図４4.2 アルミから樹脂へ：樹脂マニホールドの登場
1980年代後半になると，樹脂の成形技術，素材のさらなる向上によって，小形で複雑な構造のもの
が容易に製作できるようになり，マニホールドの材
質がアルミダイカスト製から樹脂製が可能になった．
マニホールドを本体部，継手部，配線部などに分割し，マニホールドブロックに必要ブロックを組み込む形式が可能になった．さらに，マニホールドブ
ロックをDINレールに固定する，DINレール取付けが考案され，増減連が容易に行えるようになった．
また，マニホールドブロックに電磁弁をねじ止めする標準的搭載形に加え，配線部とマニホールドのプラグイン形，電磁弁本体を連結してマニホールド化するスタック形が開発され，省スペース化がさらに進んだ．
4.3 ２W・表示ランプ付きの標準化：低消費電力化
１）表示ランプ
発光ダイオード（LED）の登場で，小形の表示が可能になり，表示ランプ付きが標準仕様となった．
２）消費電力２W時代へ
また，低消費電力化が進み，電磁弁の消費電力は２Wが一般的になった．これにより細いリード線が使用可能になったため，巾が10㎜以下のワンタッ
チで着脱可能な，プラグインコネクタが開発され，小形電磁弁およびパイロット電磁弁のパイロット部に採用され主流となっていった．
３）寿命5000万回時代へ
使用圧縮空気の質が良くなるとともに，使用シー
ル性能，使用潤滑油の性能向上に伴い耐久性も向上した．電磁弁の寿命は，1000万回から5000万回へと長寿命化が進んだ．

209

コネクタ接続マニホールド

4.5 ネットワーク対応マニホールド：シリアル伝送
空気圧システムは2000年代に入り，制御の複雑化，制御点数の増大に伴う大量の配線作業が必要になり，工数の増大，設置スペースの増大などの問題を生じた．
この問題を解消するシステムとして，マニホール
ドからPLCへの配線が２～６本で済む，FAネット
ワーク（シリアル伝送システム）が1980年代中頃に開発された．
このネットワークは，2000年代に入りオープン
ネットワークとして世界中に普及し，制御の重要な位置を占めるようになった．このため，Device
Net，Profi-BUS，CC-Linkなどに代表される種々のオープンネットワークへ対応した電磁弁マニホールドユニットが開発された．

5．安定期

2000年代～2000年代に入り，空気圧産業は順調に伸びていき油圧と肩を並べるまでに成長を遂げた．
この時期，電磁弁に関する開発，技術面では目立ったものは出現していないが，生産技術の進歩により，コストダウン，より小形化，さらにユーザの細かな要求に応えた製品が次々と開発されている．
5.1 規格化の波：品質・環境・安全
日本の空気圧機器は国内だけでなく，海外への輸出の比率も大きくなりグローバル化が進み，電磁弁も主に欧州規格の取得がユーザより求められた．
１）ISO9000・CEマーキングの取得：品質と安全
最初に，品質システム規格のISO9000の取得が求められ，製造メーカは一斉に取得に走った．これは空気圧メーカに限らず産業全体に波及し，今では一フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

11

210

フルードパワーシステム

般的になっている．
つぎに，安全に関してはPL法の施行・普及に伴い，空気圧メーカのカタログ・取扱説明書などの，安全に関する表現・表記が大きく改善され，現在に至っている．さらに，欧州向けの機械装置に使用する空気圧機器に，欧州指令に適合することを示すCEマー
キングの取得が求められ，製造メーカは対応に追われた．
２）ISO14000の取得：環境対応
品質システムISO9000の取得が一段落した後は，
環境システムISO14000の取得が求められ，急速に普及浸透した．
電磁弁に関しては，2003年に欧州のROHS指令が公布され施行されるのに伴い，ROHS指令対応として，使用している有害物質を廃止，削減しなければならなくなった．製造メーカは代替え材料の開発に取り組み，これをクリアしている．
5.2 省エネルギー化・小形化・長寿命化
１）0.5W：低消費電力化
電磁弁の低消費電力化はさらに進み，２Wから１Wへ低減され，小形電磁弁では現在0.5Wが標準仕様になっている．
また，プランジャが吸着時に保持電流を低くする
節電回路をつけた，0.1Wの低電力タイプも誕生している．
２）6㎜巾：小形・大流量化
世界のスタンダードとなった小形電磁弁の小形・大流量化がさらに進み，現状10㎜巾で5㎟，15㎜
巾で12㎟，18㎜巾で20㎟が標準仕様となっている．
小形化はさらに進み，外径2㎜の配管チューブとプッシュイン継手が開発され，６，７，8㎜巾の電磁弁も開発されている．
３）１億回：長寿命化
耐久性の向上はさらに進み，各種要素，構造の改良により，弾性体シールで１億回，メタルシールでは２億回のものも現れている．
5.3 有効断面積から音速コンダクタンスへ流量特性は，日本では長らく有効断面積で馴染んできた．しかし，グローバル化が進むにつれ国際標
準ISOに準拠した表示が求められてきた．
流量特性について，2000年にISOに準拠したJIS
B 8390：空気圧―圧縮性流体用機器―流量特性の試験方法が制定された．圧縮空気の流量特性は，音12フルードパワーシステム

第46巻

第５号

速コンダクタンスC（dm3（/ s･bar））と臨界圧力比bで表すことになった．このためカタログなど有効断面積から音速コンダクタンスへの切り替えが図られが，比較的早く切り替えは完了した．
5.4 高速応答化
自動機械の高速化，高タクト化に伴い，空気圧機器にも高速応答が求められてきている．
電磁弁にも，高速応答が求められ，現状では４・５
ポート小形電磁弁では10ms程度になってきている．
２・３ポート弁では，0.4msを実現しているものが開発されている．
5.5 業界向け機器の開発
空気圧機器を多量に使用している業界で，特殊環境に対応する空気圧機器の開発が求められ，これらに応えて特定業界向けとしてラインアップして提供するようになった．
特定業界向けの電磁弁としての例は，半導体製造向けとして，外部へのパイロット弁の排気や呼吸穴を閉じて，主弁の排気ポートへ集合した，クリーンルーム仕様の電磁弁が代表的なものである．その他，
ブラウン管製造向けとして，銅・銅合金およびフッ素系素材を含まない材料を使用した，銅イオン禁止
電磁弁などが挙げられる．

6．お わ り に
以上，制御機器の４・５ポート電磁弁の推移について述べた１）～４）．筆者の独断による部分もあるかと思うがご容赦願いたい．
最後に，空気圧機器は各種産業にとって欠かせな
いものになり，ユーザからの要求もさらに厳しく，細かくなっていくと思われる．これらに応えるため
空気圧技術者は，常に研究開発に取り組むことが望まれ，これらの課題をクリアしていき，空気圧技術がさらなる進歩をするものと期待している．
参考文献
１ ）石川，長岐：機関誌フルードパワー 2006 Vol 20 No 2,
pp 105/106
２ ）石川，長岐：機関誌フルードパワー 2006 Vo l20 No 2,
pp 108/111
３ ）木下：油空圧技術 2012. 10 pp. 44/47
４ ）長岐：油空圧技術 2005. 9 pp. 5/9


2015年９月（平成27年）（原稿受付：2015年 ６ 月 ５ 日）

布谷貞夫：油圧ショベルの歴史を振り返り

211

解 説

油圧ショベルの歴史を振り返り

著

者

紹

介
ぬの

たに

布 谷

さだ

貞

お

夫

㈱小松製作所 CTO室〒107-8414 東京都港区赤坂２－３－６
E-mail：sadao_nunotani@komatsu.co.jp
1974年京都大学工学部精密学科卒．同年 小松製作所入社，油機開発センタに勤務，2010年
フルードパワーシステム学会フェロー現在小松製作所CTO室 技監

1．はじめに
油圧ショベルは今日油圧機器の主要な市場であり，油圧ショベルの歴史とともに，油圧技術も成長してきたと言える．その歴史を振り返り，油圧技術が果たした役割を図１に示すテーマに沿って紹介する．

図１

機械式ショベルの構造メーカとの技術提携を行い開発，生産していた．
一方，油圧式ショベルは，同じ頃，欧州で誕生した後，徐々に機械式に取って代わり，主役の座を占めるようになっていった．油圧式はバルブを操作して流量=速度と，圧力＝力を自在にコントロールできるため，操作性が良いこと，また，駆動源（ポンプ）とアクチュエータ（モータ，シリンダ）は配管で繋がり，配置の自由度が高いことなどが，機械式に比べよりショベルに適した方式であったと考えられる．また開発が進み，ポンプ他，機器の使用可能
圧力が上がり高出力伝達が可能となったため，小型から大型の機種までの広範なパワーレンジ（10kW
以下から1,000kW超まで）をほぼ同一のシステムでカバーするようになり，1970年代には機械式ショベルに取って代わるのみならず，ほかのブルドーザーや，ホイールローダーと言った先輩格の建油圧ショベルと油圧技術の歩み

機をも上回って市場で活躍するようになった．
ちなみに油圧の圧力レベルは，1970年代ギヤポ
ンプ使用時14MPaで始まり，ピストンポンプに代

2．油圧ショベルの出現と成長
2.1

図２

機械式から油圧式へ

ショベルの歴史は，古くは1830年代の蒸気式
ショベルの登場までさかのぼるが，1930年代から
はディーゼルエンジンの登場により，市場に拡大していった．この機械式と言われるショベルは図２のように，ワイヤーロープを用いて，巻き上げウィン
チとクラッチおよびブレーキを操作しリンクを動かす方式で，運転には大変な労力と熟練が必要であったそうである．
日本では1960年代から10社ほどの企業が参入し，2,000台規模の市場で競っていたが，多くは米国の

図３

フルードパワーシステム

1968年発表の初代油圧ショベル

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

13

212

フルードパワーシステム

わってから，25MPaから35MPaまで上がってきている．
図３に示すように油圧ショベルは長い腕機構と，旋回機能を有することで，ほかの建設機械と異なり，自走すること無く土砂を掘削・運搬出来る．このため作業効率が良く，また足下から頭上まで広範囲な領域で掘削，積み込みや，のり面生成など多彩な作業ができる汎用機として，その作業性能が大変評価された．
2.2 油圧ショベルの成長
さてその後の油圧ショベルの発展を，油圧技術の面から見ていくと，基本的な視点は作業性能の向上，
もう一つは安全・環境適合である．またビジネスの観点から，グローバル展開・市場拡大も重要な視点
である．
まず経済･社会の動きとの関係から，油圧ショベ
ルの動勢を簡単に振り返る．
日本では高度成長からバブルを上り詰める過程で，土木，建設のラッシュがあり，1990年頃を頂点に，日本だけで世界の油圧ショベルの半分以上の台数が販売され，稼働する状況に至っていた．これに対応し，日本では数多くの企業が油圧ショベルの開発にしのぎを削り，その結果 技術，生産規模ともに世界におけるトップの座を確保するに至った．油圧ショベルの開発はこの間では主に，パワーとスピー
ド競争と，車両の系列品揃えが主要な任務となっていた．その後，日本のバブルが終わり，建設機械のマーケットは，欧米と，新興国へ市場拡大を目指す，
いわゆるグローバル化の本格競争時代に入る．これ以降，世界の中で求められる環境適合性能や，省エ
ネ性能，安全性能，などより幅広い要求に対応が必要とされ，かつ世界中の現場での使われ方に対応するための品質確保が必要となった．

の採用により同一エンジン馬力でもスピードと力が，合わせて（コーナー馬力）２倍以上となる向上が得られた．可変ポンプの制御は，吐出圧Ｐと流量Ｑの積すなわち吸収馬力がほぼ一定になるよう工夫されていて，エンストしないオートマチック車の如きである．
3.2 運転操作性の競争の時代同じ条件で，より多くの作業量を達成するには，パワーだけでなく操作性の良さが重要である．操作性向上として第一には操作力の低減が図られた．機
械式ショベルでは，レバー操作力が20kgfもあったと記録がある．一方油圧式では，当初はメインバル
ブのスプールをリンク機構を介して手動で操作する方式が用いられ，操作力は３～ 5kgf前後のレベルとなり．この点も油圧式が機械式に大きく差を付けた要因になった．また更なる操作力の低減を目指し
1985年前後から油圧リモートコントロールバルブ
が登場し，操作力は１～ 2kgfにまで低減されてき
た．今後電気レバーが採用されるようになると，いっそう軽く指で操作するような方式も可能になるが，揺れる車体に搭乗しての操作であるため単純に軽ければ良いということにはならない．
操作性の第二は，ファインコントロール性の向上であろう．油圧ショベルは汎用性に富む性格からその使われ方は種々の作業に適用することを要求されてきた．そのひとつが，微速からフル速度まで，自在な速度コントロール性能である．油圧バルブにおいて優先回路や補償回路といった工夫や，ストロー
ク／開口特性が職人技的に作り込まれた．ブリード
オフという回路は，通過流量が負荷圧により変わり，速度の制御は不正確なものであるが圧力変動に対し静定性があり，揺れ動く車両での実作業では好まれ，
この矛盾をどうバランスさせるかは，油圧技術者の3.1 パワー，スピード優先の時代
油圧ショベルが市場に出た1970年頃は，代表的

腕の見せ所である．
三点目は同時複合操作性の向上である．軽負荷と重負荷のアクチュエーターを同時操作して，重負荷側の動きを止めないためには，たとえばタンデム回な20tクラスの車両には60kW程のエンジンが搭載されていたが，モデルチェンジごとに作業量の増大

路で優先付けとか，複数のポンプ回路を切り替える
ロジック制御や，さらに進み自動で圧力補正するを目指してパワーアップを重ね，その結果近年のモデルでは125kW程までに達している．エンジンのパワーをすべて受け止め，相応の力とスピード向上を達成するのは,油圧技術の仕事であり，これに対ロードセンシングシステム（図４の例）など，各社
で工夫がなされている．
四点目に挙げるべきは，ショックの低減技術である．
シリンダーをストロークエンドまで当てて使った

応 す る た め 大 変 な 努 力 が 試 さ れ た． そ も そ も，
1980年代までは建設機械用油圧機器そのものが黎場合には，車体に相当の衝撃が発生する．これをシリンダーに組み込んだ油圧クッション機構が解決し明期でもあり，標準化や汎用化は後回しで，ひたす
ら試作部品を抱えて現場を走り回る時代であった．
エンジンのパワーアップだけで無く，可変ポンプ

た．高圧油を閉じ込める一種のダンパー室構造の応用である．
このほか，旋回や走行モーターに停止時のショッ

3．油圧ショベルにおける油圧技術の歴史

14

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

布谷貞夫：油圧ショベルの歴史を振り返り

アームシリンダ
ブームシリンダ

バケット
シリンダ

旋回モータ
走行モータ

れた．
さらにエンジン自体が，排ガス規制対応により電子制御が進むことにより，最良燃費ゾーンで稼働を可能にする図５のトータル制御技術に発展した．
最新の燃費改善技術は，図６のエネルギー回生シ
ステムである．ハイブリッドショベルと称され，従来は旋回の減速エネルギーが油圧リリーフ弁でリリーフの熱に変換され，放熱されていたのに対し，

旋回

走行

走行

アーム

アーム

バケツ

サービス

操作弁

213

この制動エネルギーを回生し，駆動力として利用する．

圧力補償弁

ポンプ
エンジン

LS弁

図４

LS弁

ロードセンシングシステム概要

クを低減するショックレスバルブの開発が為された．
これらのショック低減技術は，油圧の特性を生かした，メカだけで解決した技術である点を記しておきたい．最新の電子制御,電気駆動技術を駆使したとしても決して容易にはできない油圧の優れた点である．
3.3 燃費効率の向上の時代
燃費効率の向上は，燃料費の低減とCO2排出量削減の重要使命を持つ永続的テーマであり，市場における販売成績にも大きな影響をあたえる．
まず重要なのは油圧機器自体での効率向上で，ダイレクトに車両に効果を及ぼすため生産技術の改善と合わせ一貫して取り組まれてきた．つぎはシステ
ムでのロスの改善で，1980年代にはギヤポンプに代わり可変ポンプが採用され，ファインコントロー
ル時の絞りロスやリリーフロス低減など大幅な燃費改善が得られた．

現在各社から発表され，電気モーターとキャパシタを使用したシステムのほか，油圧アキュムレータ
を使用したシステムも発表されている．本稿で詳しい説明は省略するが，油圧ショベルに電動化の波が押し寄せつつある．ただ，多くの人の見解として，
油圧シリンダーに取って代わる電気アクチュエー
ターは，当面は期待できず，｢油圧式｣ ショベルは
まだまだ健在と考えられる．
3.4 安全性能向上
安全性に関する技術開発は，過去から未来に永遠に継続する重要なテーマである．過去数多くの開発がなされているが，以下の開発事例を紹介しておく．
図７の後方小旋回ショベルは，都市での作業など

その後可変ポンプの制御に電子制御が追加され，作業モード選択や，オートデセル機能などが開発さでの安全性を向上させる目的で，1990年頃から，ミニショベルで開発された．やがて，この思想は小ポンプ圧センサ信号

エンジン
CONT.

ポンプ
コントローラ
ポンプ斜板変位信号
スロットル信号
図５

トータル制御システム概要

図６

ハイブリッドショベルのしくみ

型から中型クラスまで展開されていった．この開発
では，エンジンや油圧機器などが搭載の制約により,よりコンパクト化を求められ，設計に苦心したのみ
ならず，同じクラスの標準車両と慣性バランスが異なるため，性能の作り込みにも一段と苦労があった．
そのほか，機器ベースでの開発としては，配管
バースト時作業機落下防止弁が，シリンダに直接マウントされ，走行・旋回モーターには，機械式ブレーキ（駐車ブレーキ機能）が内蔵されるようになった．
また，安全レバーロック装置がすべてに必要となるが，リモート操作パイロット弁のシステムになっていたので元圧を遮断するシンプルな方式で可能とフルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

15

214

フルードパワーシステム

ど総動員され，その結果オペレータの耳元での騒音
は，1980年の頃には，80dBAを超えていたが，最近では60dBA代半ばと，高級乗用車並みとなっている．

4，新世代ショベルの登場
ICTを活用した情報化施工ショベルが登場し始めた．図８，図９に示すようにGPS技術や，ネット

図７

ワーク技術により車両の外との通信技術が進んできて，セミオート作業などが見えてきた．一方，それらの技術を成立させるには，車両の内部の各要素の後方小旋回ショベル

なった．
3.5 環境対応

動きが，常時きちんと把握できていることが重要である．そのためには，油圧を始めとしたコンポーネント自体が，センサーを内蔵していることが必要と

1996年からディーゼルエンジン排ガス規制が始まり，ほぼ５年ごとに，目標の浄化レベルが厳しさを増すもので，これに対応して油圧ショベルのモデ

なる．圧力センサーは従来から組み込まれ，パワーの制御に役立っているが，作業の制御をより高精度に行うためには，油圧ポンプの容量センサーやバルルチェンジが行われてきた．
ブの変位センサーなどによる，高速，高精度油圧制
ここではその詳細は省略するが，ステップを追っ御システムが，重要な役割を果たすであろう．信頼て厳しくなる対策で，車両の原価が上昇せざるを得
性の高い実装技術が油圧技術に求められる．
ず，これを相殺するために，燃料代やサービス費用などを含むライフサイクルコストを低減する技術が同時に開発され，顧客に訴求された．
そこでは，オイル交換などのインターバルを伸ばすコンポーネント中心の技術や，より進んで，ユー
ザ ー の 現 場 で の 稼 働 状 況 を モ ニ タ ー す る テレ マ
ティックス技術が開発され，グローバル市場における信頼性のレベルが向上していった．
そのほか環境対応に関して，グローバル展開にともない，生分解性作動油対応（油漏れで環境を汚染しない）や，クロム，鉛などの環境負荷材料の置き
図８ ICTを活用した車両システム換えに関して，材料技術を動員した開発が行われた．
3.6 低騒音化の開発
油圧ショベルの騒音低減は，操作性，安全性と並び，車両の重要なセイリングポイントである．騒音源としては，エンジン音，冷却ファン音，それに油
圧音（主にポンプの負荷時騒音）が代表である．
油圧技術では，ポンプの騒音低減は古くから取り組まれていて，弁板の高-低圧切り替わりポート部に絞り溝を設け，圧力脈動を低減する技術があり，さらには，ピストン毎の圧力の切り替わりタイミン
グをほんの少しずらし，ピーク周波数の山を低減する技術が開発された．
また他方，油圧駆動ファンシステムが開発され，ファンがエンジンと直結している場合に比べ，温度感応制御によりファン回転を下げることが可能になり，稼働中のファン騒音は大幅に低減した．
車両全体では 遮音技術や，エンジンでの対応な

16

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

図９

ICTショベル･セミオート作業

布谷貞夫：油圧ショベルの歴史を振り返り

場の将来をイメージし，ニーズを先取りした技術開

5．お わ り に発に取り組んでいくべきと考える．

｢油圧の良さ｣ を充分わかっていない油圧技術者
が，もしいたとすれば，ぜひ歴史を振り返る事で理解していただきたい．まだまだ，油圧の革新で車両を成長させられる点は多いはずである．他方油圧の限界を突破する電子制御，ICT技術を駆使した油圧ショベルが登場してきている．油圧技術は，今後とも技術革新の主役として成長し続けられるのか？
そのためにはユーザーである車両の将来や，工事現

会

告

215

参考文献
１ ）布谷貞夫：油圧基幹技術―伝承と活用― p. 5-13
日本工業出版（2014）２ ）岡部信也：油圧ショベル大全，日本工業出版（2007）
３ ）坂根正弘：限りないダントツ経営への挑戦 日科技連（2006）（原稿受付：2015年 ６ 月 ９ 日）

詳細は学会ホームページ（http://www.jfps.jp/）をご覧ください

平成27年度

オータムセミナーのお知らせ「アクアドライブシステムの産業利用の現状」
開催日：平成27年11月６日（金）開催日時：平成27年11月６日（金）午後13時～ 17時

開催趣旨：
水道水を作動流体とするアクアドライブシステムが関心を持たれてきています．本セミナーでは一昨年のウインターセミ

開催場所：機械振興会館本館：６階

6D－４（東京都港区芝公園３－５－８）

ナーを受け，具体的に利用されている産業分野を紹介するとと詳細は学会ホームページに随時掲載いたします．

もに課題について理解することで、さらなる応用を考える機会

皆様の積極的なご参加をお待ちしております．

にしたいと思います．

日本フルードパワーシステム学会・日本機械学会

共催

平成27年秋季フルードパワーシステム講演会のお知らせ
開催日：平成27年11月26日（木）・27日（金）ション・技術懇談会などを企画する予定です．本講演会に関す

開催趣旨：
平成27年秋季フルードパワーシステム講演会は鹿児島県鹿る詳細なアナウンスは日本フルードパワーシステム学会のホー児島市ジェイドガーデンパレスで開催されます．本講演会では，

ム ペ ー ジ（http://www.jfps.jp/index.html）を ご 参 照 くだ

一般講演に加えて，日中若手交流事業の一環として実施する招さい．特に企業様からの講演発表をお願いできればと思ってお待講演（徐先生，浙江大学）
・特別講演・オーガナイズドセッ

ります．皆様の積極的なご参加をお待ちしております．

平成27年度

日中若手研究者交流事業 徐兵教授（浙江大学）特別講演のお知らせ「建設機械のシングルポンプ―マルチアクチュエータにおけるモーションコントロールシステムに関する研究」
開催日：平成27年11月（秋季講演会にて）くの皆さまのご参加をお待ちしております．

開催趣旨：
2015年度日中若手研究者交流事業の一環として，中国から徐兵教授（浙江大学）を招聘し，研究者および開発者との研詳細は学会ホームページに随時掲載いたします．
お問合せ：国際交流委員・企画委員

究交流を図るとともに，秋季講演会において特別講演会を開催

伊藤和寿（芝浦工業大学 システム理工学部）

いたします．建設機械を中心とした省エネルギー性および制御

E-mail：kazu-ito@shibaura-it.ac.jp

性の向上を目的とする制御系設計に関するご講演ですので，多フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

17

216

フルードパワーシステム

解 説

機能性流体の歴史レビューと展望

著

者

紹

介
なか

の

中 野

まさ

政

み

身

東北大学流体科学研究所〒980-8577 宮城県仙台市青葉区片平２－１－１
E-mail : m-nakano@fmail.ifs.tohoku.ac.jp

1982年早稲田大学大学院博士後期課程修了．
同年山形大学助手，助教授を経て，1997年同教授，2008年東北大学教授．機能性流体とその応用，流体関連振動・騒音などの研究に従事．日
本フルードパワーシステム学会，日本機械学会（フェロー）などの会員．工学博士．

性流体として，ER流体，MR流体，磁性流体，およびEHD流体・ECFを取り上げ，それらの起源を探りながらその歴史を顧み，その後の研究開発の動向を概観し，今後の展望を行うこととする．

2．ER 流 体
2.1 ER流体の機能性と歴史的起源
外部電場の作用のもとで流体の内部構造が変化しそのレオロジー的性質が大きく変化する現象をER
効果（Electro-Rheological Effect）といい，そのような機能を有する流体をER流体と呼ぶ．ER流体は，
特にその粘性を数ミリ秒のオーダーで電気的に可逆
1．は じ め に的かつ連続的に変化できるため，電気信号によってフルードパワーの産業応用の起源は，18世紀半
直接「力」，「圧力」，「流量」などの信号に変換し制
ばから19世紀にかけて起った産業革命に遡るだろ
御できる特筆すべき機能を有している．Winslow
う．フルードパワーとして水力や蒸気を用いた動力
W.M.によって，1947年に初めてER流体を使ったブ機関を使った織機・紡績機の開発は，紡績業の生産
レーキやクラッチなどの各種応用機器に関する特性向上に大きく寄与している．1985年，ワットが許6）が申請され，1949年にはシリカ粒子を用いた
ER流体に関する最初の論文7）が発表されている（図蒸気機関のエネルギーをピストン運動から円運動へ
１）．その後，これまでに，さまざまな種類のER流転換させることに成功し，この蒸気機関の改良に体が発見され，また新たに開発されてきている．こ
よって，さまざまな機械に蒸気機関が応用されるよ
れらのER流体は，その組成とER効果の違いから大うになった．このようなフルードパワーの起源に比して，機能性流体の歴史は，20世紀半ばからと浅い． きく分けて，粒子を分散した粒子分散系ER流体と粒子を含まない均一系ER流体に分類できる．
機能性流体（Functional Fluids）は，流体を人工
2.2 粒子分散系ER流体的に調製してある機能を強調しかつ外部から加える
粒子分散系ER流体は，シリコーンオイルなどの物理量（電磁場，光，温度など）を制御することによってその物理化学的性質を機能的に変化できる流体を指しており，工学的に応用可能な機能性を発揮
する流体の総称である．本学会においては，1990年代頃からこのような機能性流体に関わる講演会での研究発表や研究委員会での活動1）-5）などが活発に行われてきているが，本学会において機能性流体が絶縁性の分散媒中に電場下で電気分極しやすい物質からなる微粒子（一般に，直径１～ 10㎛程度）を分散した懸濁液であり，電場下で電気分極した多数の粒子によるクラスター（架橋構造）の形成に起因

フルードパワーの作動媒体として認知されてきたのが，学会名を「日本油空圧学会」から「日本フルー
ドパワーシステム学会」と名称を変更した2002年頃からである．油空圧分野だけでなく，機能性流体や水圧分野などさまざまなフルードパワーを対象にした学会活動の展開を期してのことである．
本解説では，フルードパワー技術に関係する機能

18

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

図１

2015年９月（平成27年）

ER流体デバイスの最初の特許図6）

中野政身：機能性流体の歴史レビューと展望

217

断応力は，粒子分散系ER流体とは異なり有意な降伏せん断応力は現れず，電場下でもせん断速度にほぼ比例して増加しニュートン流体に類似した特性を示す．その増加割合が電場強度 E によって変化する⒜ 電 気分極した粒子間の相互作用
図２

 子クラスター⒝ 粒の形成

電場下でのER流体の粒子クラスター形成

して見掛け上流体の粘性が増加したように振る舞う．
すなわち，図２⒜に示すように，電界の方向に電気的に分極した一つの粒子に着目すると，双極子相互作用によって電界方向に対して±55゜以内に位置す
るほかの粒子とはお互い静電引力で引き付け合うが，ER特性を示す．液晶のER効果発現のメカニズムは，
基本的には電場下での液晶の棒状分子の配向挙動に起因する．電場下で電界方向に棒状分子が配向する
正の誘電異方性をもつp型のネマティックの低分子液晶では，数倍程度のER効果しか認められていな
いが，液晶ドメイン間に相互作用を持たせるために一つのフレキシブルな分子鎖に複数個の液晶性基を結合させた液晶性高分子溶液では10 ～ 30倍程度のER効果が確認されている8）．
2.4

ER流体の研究動向と展望

第１回のER流体に関する国際会議が1987年に米国で開催され，それ以後隔年で開催されてきている．
1995年に英国で開催された第５回から会議名称にその範囲外にある他の粒子とは斥力が生じて反発す
る．そのため，無電場下で分散媒中に不規則に散在
MR流体を含め，ER流体とMR流体に関する国際会議
していた微粒子は，図２⒝のように電場を印加するとなっている．日本でも第６回会議を1997年に山形と電界方向に粒子同士が鎖状につながり多数のクラ
県米沢市で開催している9）．最近では，第14回会議
スター構造や複数のクラスターが凝集した集合体
がスペイン・グラナダで開催された10）．これら一連（カラム）構造を形成して電極間を物理的に結合すの国際会議から，ER流体に関する研究では，ER流体
る．流動方向に対して直角に形成されるこれらのクラスターが流動抵抗となり，ER効果が発生する． の応用に関する研究よりもER流体の開発や特性評価に関するものが多く，依然，流体開発や特性把握が電場印加によって形成された粒子クラスター構造をτ
崩壊する力，すなわち降伏せん断応力 y が現れ， 活発で斬新な性能を示すER流体の出現の可能性を示
その応力以下の応力では流動せず，応力が降伏せん唆している．その例として，ホンコン科学技術大学
断応力を越すと流動するビンガム流体に類似した挙 （HKUST）のPing Sheng教授らによって開発された動を呈する．
ナノ粒子からなるGiant ER流体11）が，基底粘度が非常に高い難点があるものの最大降伏応力が100kPa
このようなER効果の発現機構から，粒子分散系
程度を示し，従来のER流体の20倍程度の巨大ER効
ER流体の開発は主に分散粒子の創製に帰着する．
果を発揮することが報告されており，その後もアジ
これまで開発されてきたER流体粒子は，ER効果発
ア圏を中心に活発な研究がなされてきている12）．ま現に水分が関与する粒子と水分をまったく含まない
た，ER効果発現に関与するクラスター形成に極性分
粒子とに分類でき，含水粒子としては，粒子表面に子を作用させることで，数百kPaの降伏せん断応力
付着水として水分をもつ粒子，粒子内部に構造水とを 示 すPM－ER流 体（Polar Molecule dominated
して水分を含む粒子，およびイオン解離基を有する
Electro-Rheological Fluids）も開発されている13）．
高分子電解質粒子などがあげられる．粒子の電気分応用分野では，流体を媒体として動力を伝達する
極にはイオン解離基がほぼ均等に配列された電気二重層が関与し，粒子の含水量が多いほどER効果は大きくなるが，絶縁破壊に対する耐性が低下し不安定となる．また，非含水粒子としては，電子の移動が粒子の電気分極に関与する半導体粒子や導電体粒
子，バルクとして誘電率の大きな強誘電体粒子などがあるが，一般に流れる電流値が大きくER効果が含水系ER流体に比して弱いが，水分が関与しないので高い安定性を示すことが特徴である．
2.3 均一系ER流体
均一系ER流体の代表として，低分子液晶や高分子液晶が見出されている．一般に，液晶の誘起せん

クラッチやブレーキ，流量や圧力を制御するバルブ，
そして液体粘性を利用したダンパなどの流体が介在する機械要素への応用と同時に，振動制御，ロボッ
ト制御，アクチュエータ制御，マイクロマシン制御などの各種制御システムへの応用が展開されてきている．1990年代当初，ER流体が粘性を可変する機能をもっていることと市場規模の大きさから，自動車産業での応用が考えられ，液体封入式エンジンマ
ウント，ショックアブソーバなどへ応用し車両の振動制御性能を高めようという研究が活発に行われていたが，当時のER流体の完成度の低さと使用条件

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

19

218

フルードパワーシステムの過酷さから実用化レベルには至らなかった．その後，使用条件が過酷ではない一般産業への応用を目指して，除振テーブル，マイクロマシン，研磨加工，工作機械テーブル，トライボロジー，リハビリ訓練
システムなど，多方面でのER流体の応用研究が活発に行われてきている．ER流体を作動流体とする
液圧システムの要素研究として，マイクロバルブ，
マイクロアクチュエータ，マイクロポンプなど，マイクロフルードパワーシステム構築のための研究開発が試みられてきている．最近では，Giant ER流体を活用して圧電素子のねじれ振動を伝達して回転するモータ14）や液晶の均一系ER流体で駆動される柔軟構造を有するマイクロアクチュエータ15）が提案されている．また，原油輸送パイプラインの抵抗低⒜

 R流体の磁場下でMの挙動

 Rクラッチによる人間の
⒝ M
吊り上げ

減策として，電場を印加して原油粘度を低減する方法が提案されそのメカニズムが解明されていること16）は特記に値する．
ER流体は，電極だけで制御でき高速応答性が確保できることから，今後，これらのER流体の特徴を最大限に活用した機器の軽量化・小型化を指向した実用化研究が望まれ，各種の小型化ERデバイスの構築とそれらの温度変化の少ない環境で使用される一般産業機器や医療・福祉・介護機器などへの応用展開が期待される．

図３

 R流体の磁場下での固体化とMRクラッチによる人M間の吊り上げ17）

べ著しく大きなMR効果が得られる．また，両流体
とも粒子同士の凝集や分散安定性の向上のため分散展開が行われている．2014年にスペイン・グラナ
ダで開催されたER流体とMR流体に関する第14回国

粒子表面に界面活性剤などを吸着させているが，磁性流体ではブラウン運動によって分散粒子が一様に分散するのに対して，MR流体では分散粒子の比重が大きいため粒子の沈降が問題となる．この対策と際会議では，160件ほどの最新の研究成果が発表されているが，約半数がMR流体に関するもので，30％がER流体関係，残り20％がMRエラストマー・ほかと，MR流体に関する発表件数が格段に多くなっして，分散媒として動くと流動性が高くなるチキソ
トロピックな流体を用いたり，常に弱磁場を印加したりするなどして粒子沈降を抑制する提案がなされている．MR流体の誘起せん断応力は，粒子分散系
ER流体のものに比して格段に大きく，約20から50倍の値を示すのが特徴的である．
MR流体は，1948年にRabinow J.によって最初に開発され，クラッチへの応用例が提示され，図３に3．MR 流 体示すように，MR流体の磁場下での挙動とMR流体
3.1 MR流体の機能性と歴史的起源
クラッチを用いて人間を吊り上げる様子が示されて
MR流体（Magneto-Rheological Suspension）は，いる17）．
3.2 MR流体の応用の動向と展望
シリコーンオイルなどの油を分散媒としその中に１
1990年代から応用研究が活発化し，前述したよ～ 10㎛の強磁性体粒子（カルボニル鉄）を分散さ
うに，1995年開催の第５回国際会議から会議名称
せた懸濁液であり，磁場の印加によってそのレオロにER流体に加えてMR流体が含まれるようになってジー特性を急速かつ可逆的に変化できる機能（MRきている．当初は，MR流体ダンパの実際的モデル
効果）を示す流体である．分散した強磁性体粒子がに関する研究18）や圧力流れモードでの定常流のMR
磁場印加により磁気的に分極し，粒子分散系ER流特性や往復振動流の動的粘弾性に関する研究19）な体と同様に粒子同士が結合してクラスター構造を形成することによりレオロジー特性が変化する．一方， ど，MR流体に関する基礎的特性に関する研究が行われていた．また，MR流体を研磨に応用する提案
このように外部磁場に反応する機能性流体として磁もなされており20），MR流体をガラスレンズの研磨性流体が古くから知られているが，MR流体との加工に応用し製品化を行っており21），22），これに関もっとも大きな違いは分散粒子径である．一般的な連する研究成果も発表されている23）．現在では，
磁性流体の粒子径は５～ 10nm程度であるのに対し
MR流体は市販されており24），年間200tonオーダーてMR流体では１～ 10㎛程度であるため，この粒子のMR流体が生産・販売され，商業ベースでの市場
径のオーダーの違いからMR流体では磁性流体に比20フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

中野政身：機能性流体の歴史レビューと展望

219ている．MR流体が市販されるほど成熟していることからMR流体の開発よりもむしろ実用化を目指し性金属や合金を用いた金属性磁性流体，磁化の温度依存性の大きい感温性磁性流体，磁性粒子表面に形た応用分野の研究が活発に行われている．MR流体の応用機器としては，Dr. Carlson J.D.がレビューしているように25），各種のMRブレーキ，クラッチ，
ダンパ，ショックアブソーバなどのモジュールが開成される電気二重層の作用で安定に粒子を分散させるイオン性磁性流体などが開発されてきている31），32）．
磁性流体の応用としては，HDD用の導電性防塵

発され，MRダンパやMRショックアブソーバは実際にトラックなどのシートダンパや乗用車26）さらにはつり橋のワイヤ振動制御装置やビルなどの建築

シールや動圧軸受，真空シール，そしてボイスコイ
ル の 熱 伝 導 改 善 な ど に 製 品 化 さ れ 実 用 実 績がある33）．また，感温性磁性流体を活用した磁性流体熱交換ポンプや対流熱伝達の促進制御34），磁性流体マ
イクロマシン35），液滴を磁性流体で包み磁場による制御を行う磁性流体マイクロ流体デバイスへの応用
展開36）などの研究が鋭意進められてきている．今後の新たな磁性流体活用のブレークスルーと実用化が構造物の免震装置などに搭載され実用化に至っている．車両サスペンション用MRショックアブソーバ
は普及してきており，すでに13年ほどの実績を有する．最近では，MR流体が主に振動制御・衝撃吸収などに適していることから，高せん断域で急激にせん断応力が増大しその特性を磁場で可変な衝撃吸収に適したMR Shear-Thickening流体27），印加磁場で剛性や減衰特性の可変なMRエラストマーを用いた各種の振動制御デバイス28），不織布にMR流体を含浸させ粒子沈降を防止したMR流体コンポジットを活用した免震・制振用直動型ダンパ29）などが開発されてきている．
MR流体の場合は，高出力で温度依存性が少ない
ことから今後かなり広範な分野での実用化の可能性が期待できるが，最大の欠点である粒子沈降が回避
されかつ粒子の再分散性が保証できる応用に限定されるだろう．

4．磁 性 流 体
1965年 にNASAのDr. Papell S.S.に よ っ て 無 重 力
空間における液体燃料の流れを磁石を用いて制御する た め に 初 め て 磁 性 流 体（Magnetic Fluids,
Ferrofluids）が開発された30）．磁性流体は，粒子表面を界面活性材処理した10nm程度の強磁性微粒子を，水やケロシンなどの分散媒中に高濃度に分散したコロイド溶液である．非常に安定しており，重力や磁場勾配による凝集を起こすことはなく，その基本的物性は磁性と粘性によって特徴づけられる．磁場の作用により強磁性体なみの磁気分極を示し，磁気的性質はヒステリシスや残留磁化をもたない超常磁性の特性を示す．非一様磁場において磁気体積力が発生する性質をもち，また界面に作用する垂直磁場により界面の内外でマックスウエル応力による圧力差が生じる．分散濃度が低いと磁性流体はニュートン流体と同じ挙動を示すが，高濃度になると擬塑性流動を示し，若干ながら磁性流体の粘度の磁場依存性も認められるようになる．これまで，マグネタ
イトやマンガン亜鉛フェライトなどの粒子を分散した酸化物磁性流体，コバルトやニッケルなどの強磁待たれるところである．

5．EHD流体・ECF
誘電性液体（実質的には絶縁性液体）に高い電場を与えると，流体内部に電気的な力が発生し誘電液
体に対流や二次流れが発生する．このような現象を
電気流体力学（Electrohydrodynamic；EHD）効果といい，このような現象を示す誘電液体を総称して
EHD流体と呼ぶ．この流動メカニズムについてはまだ未解明な部分も多いが，直流電場では誘電泳動力
より自由電荷に作用するクーロン力が支配的になり，
このクーロン力により流体力学的不安定性が生じて流動（イオンドラッグ流動）が生じる場合と，電気歪みが支配的で純伝導流動が生じる場合に大別できる．このような現象発見の起源はかなり前に遡り，1800年代頃から知られていた．近年，デカン二酸
ジブチルなどに線状電極対を挿入して直流高電圧を印加すると電極間に顕著なジェット流が発生する現象が見出されるなど37），高出力の誘電液体が発見され，その特徴である小型化・マイクロ化を指向した応用研究が日本国内で活発に行われてきている1）-5）．
横田らのグループは，これらの高出力の誘電液体をECF（Electro-Conjugate Fluids， 電 界 共 役 流 体 ）と呼び，ECFを活用した各種のマイクロモーター，
マイクロ人工筋，マイクロレートジャイロ，電子
チップ冷却用ECFポンプなどを開発するとともに，そ れ ら の マ イ ク ロ 化 を 鋭 意 進 め て き て お り38），
MEMS技術を援用した高集積の高性能なECFポンプを開発している39）．また，三井らは，新たな異なる
誘電液体で生じる流れ発生現象をEHD現象として捉え，回転型アクチュエータとしてローター側から流体が噴出するタイプのEHDモータ，多段構造のEHD
ポンプ，EHDポンプ駆動によるシリンダや人工筋
アームなどを開発してきている40）．今後とも，マイフルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

21

220

フルードパワーシステム

クロモーター，マイクロポンプ，マイクロアクチュ
エータなどマイクロマシン分野での実用化が期待される．

6．お わ り に
21世紀の技術革新をもたらす原動力の一つとして，新物質や新材料，特に高機能材料があげられ，
機能性流体も高付加価値製品の創出という観点からも産業および工業技術面において大きなブレークス
ルーをもたらすポテンシャルを有している．フルー
ドパワーシステムの分野でも，各機能性流体固有の機能性を最大限に活用した独自の機能を発揮するコ
ストパフォーマンスの高い先進機器・システムの実用化・製品化が期待される．本解説では，各機能性
流体の歴史をレビューし，その動向を概観し今後の展望を行った．故きを温ねて新しきを創造する“温故創新”の一助となれば幸いである．
参考文献
１ ）中野政身編集：「機能性流体の油空圧機器への応用に関する研究委員会」研究成果報告書（1996年 ５ 月～ 1999
年 ４ 月），日本フルードパワーシステム学会，p. 227（2002）
２ ）中野政身編集：「機能性流体を用いたスマートフルード
パワーシステムに関する研究委員会」研究成果報告書（2002年 ４ 月～ 2006年 ３ 月），日本フルードパワーシス
テム学会，p. 153（2006）
３ ）中野政身編集：「機能性流体を活用した次世代型フルー
ドパワーシステムに関する研究委員会」研究成果報告書（2006年 ４ 月～ 2009年 ３ 月），日本フルードパワーシ
ステム学会，p. 159（2010）４ ）中野政身編集：「機能性流体を核としたフルードパワー
システムの融合化に関する研究委員会」研究成果報告書（2009年 ４ 月～ 2012年 ３ 月），日本フルードパワーシ
ステム学会，p. 168（2012）５ ）中野政身編集：「機能性流体との融合化によるフルード
パワーシステムの新展開に関する研究委員会」研究成果報告書（2012年 ４ 月～ 2015年 ３ 月），日本フルードパ
ワーシステム学会，発刊予定，（2015）６ ）Winslow, W.M.：Method and Means for Translating
Electrical Impulses into Mechanical Force, U.S.
Patent 2417850,（1947）
７ ）Winslow, W.M.：Induced Fibration of Suspensions,
Journal of Applied Physics, Vol. 20, No. 12, pp. 11371140（1949）
８ ）井上昭夫，真庭俊嗣，佐藤富雄，谷口恵子：高分子液晶のER効果, 日本レオロジー学会誌, Vol. 23, No. 1, pp.
7-11（1995）
９ ）Nakano, M., Koyama, K. eds.：Electro-Rheological
Fluids, Magneto-Rheological Suspensions and their
Applications, World Scientific, p. 893（1998）
10）14th International Conference on ER Fluids and MR
Suspensions（ERMR2014）: http://www.ermr2014.
com/11）Wen, W.G., et al.：The Giant Electrorheological
Effects in Suspensions of Nanoparticles, Nature
Materials, Vol. 2, No. 11, pp. 727-730（2003）

22

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

12）Wang, B., et al.：Titanium Qxide Nanoparticle
Modified with Chromium Ion and its Giant
Electrorheological Activity, Composites Science andTechnology, Vol. 67, pp. 3031-3038（2007）13）Shen, R., et al.：The Methods for Measuring Shear
Stress of Polar Molecule Dominated Electrorheological
Fluids, Journal of Applied Physics, Vol. 102, No. 024106,
p. 2（2007）14）Qiu, W., et al.：Non-Contact Piezoelectric Rotary
Motor Modulated by Giant Electrorheological Fluid,
Sensors and Actuators, A：Physical, Vol. 217, No. 15,
pp. 124-128（2014）15）Miyoshi, T, Yoshida, K., Eom, S.I., Yokota, S.：
Proposal of a Multiple ER Microactuator System using
an Alternating Pressure Source, Sensors andActuators, A：Physical, Vol. 222, No. 1, pp. 167-175（2015）
16）Tao, R., Du, E., Tang, H., Xu, X.：Neutron Scattering
Studies of Crude Oil Viscosity Reduction with
Electric Field, Fuel, Vol. 134, pp. 493-498（2014）17）Rabinow, J.：The Magnetic Fluid Clutch, AIEE
Transactions, Vol. 67, pp. 1308-1315（1948）
18）Spencer, B.F., Dyke, S.J., Sain, M.K., Carlson, J.D.：
Phenomenological Model for MagnetorheologicalDampers, J. of Engineering Mechanics, Vol. 123, No.
3, pp. 230-238（1997）
19）Nakano, M., Yamamoto, H., Jolly, M.R.：Dynamic
Viscoelasticity of a Magnetorheological Fluid in
Oscillatory Slit Flow, Int. J. of Modern Physics B, Vol.
13, No. 14, 15&16, pp. 2068-2076（1999）20）Kordonski, W.I., Jacobs, S.D.：MagnetorheologicalFinishing, Int. J. of Modern Physics B, Vol. 10, No. 23& 24, pp. 2837-2848（1996）21）QED Technologies：http://www.qedmrf.com/
22）久米保：MR流体研磨装置実用化事例, フルードパワー
システム, Vol. 42, No. 1, pp. 56-58（2011）23）Seok, J., et al.：A Study on the Fabrication of Curved
Surfaces using Magnetorheological Fluid Finishing,Int. J. of Machine Tools and Manufacture, Vol. 47, No.
14, pp. 2077-2090（2007）24）Lord Corporation：http://www.lord.com/
25）Carlson, J.D.：Smart magnetorheological fluids anddevices, JFPS平成16年秋季フルードパワーシステム講
演会講演論文集, pp. 3-7（2004）
26）松隈政彦：自動車用MR流体ダンパおよびエンジンマウ
ントの実用化例, フルードパワーシステム, Vol. 42, No.
1, pp. 53-55（2011）27）Li, W.H., Nakano, M., et al.：Viscoelastic Propertiesof MR Shear Thickening Fluids, Bulletin of JSME, J.
of Fluid Science and Technology, Vol. 9, No. 2, pp.
1-8（2014）
28）Li, Y.C., et al.：A State-of-the-Art Review on
Magnetorheological Elastomer Devices, Smart
Materials and Structures, Vol. 23, Paper No. 123001,
pp. 1-24（2014）
29）Nakano, M., Totsuka A., Inaba, T., Fukukita A.：
Damping Properties of Seismic Linear Motion Damper
with MR Fluid Composite Rotary Brake, Proc. of the
9th JFPS Int. Symp. on Fluid Power, pp. 550-555（2014）
30）Papell, S.S.：Low Viscosity Magnetic Fluid obtainedby the Colloidal Suspension of Magnetic Particles,

2015年９月（平成27年）

中野政身：機能性流体の歴史レビューと展望

U.S. Patent, No. 3215572（1965）
31）神山新一：磁性流体入門，産業図書，p. 135（1989）32）日本機械学会編：17・ ２ 機能性流体，機械工学便覧（基礎編α4流体工学），丸善，pp. 185-189（2006）33）廣田泰丈：磁性流体を用いたデバィスの実用化事例，
フ ル ー ド パ ワ ー シ ス テ ム, Vol. 42, No. 1, pp. 59-61（2011）
34）山口博司，他：低沸点流体混合磁性流体の駆動力特性に関する研究，日本機械学会論文集（Ｂ編），Vol. 70,
No. 698, pp. 2591-2597（2004）
35）Sudo, S., et al.：A Magnetic Fluid Micodevice using
Insect Wing, Journal of Physics-Condensed Matter,
Vol. 20, No. 20, Paper No. 204142（2008）36）Khalil, K.S., et al.：Ferrofluid-impregnated Surface for
Active Manipulation of Droplets, Appl. Phys. Lett.,Vol. 105, Paper No. 041604（2014）

22137）Otsubo, Y., Edamura, K.：Dielectric Fluid Motor,
Appl. Phys. Lett., Vol. 71, No. 3, pp. 318-320（1997）38）横田眞一，竹村研治郎：ECF（電界共役流体）を応用したアクチュエータ・センサ，フルードパワーシステ
ム, Vol. 42, No. 1, pp. 28-32（2011）39）Kim, J.W., Yokota, S., Mikurino, K., Edamura, K.：
ECF Micro Hydraulic Power Source by MEMSfabricated Pentagonal Prism Electrode Arrays, World
Automation Congress Proceedings, Paper No.
6936052, pp. 579-581（2014）40）三井和幸：EHD現象利用ポンプの開発とアクチュエー
タへの応用，フルードパワーシステム, Vol. 42, No. 1,
pp. 33-36（2011）

フルードパワーシステム（原稿受付：2015年 ８ 月18日）

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

23

222

フルードパワーシステム

解 説

協会創成から学会揺籃期の思い出

著

者

紹

介
なか

の

中 野

かず

和

お

夫

〒201-0003 東京都狛江市和泉本町1－25－28
E-mail：nakanokazu@jcom.home.ne.jp

1957年東京工業大学大学院理工学研究科修士課程修了．同大学精密工学研究所助手，助教授,教授を経て，1992年同大学定年退官，1992より芝浦工業大学教授，2002同大学定年退職．現在に至る．日本フルードパワーシステム学会名誉員，工学博士．

自動制御研究会は㈳日本計測学会と合併し，㈳計測
自動制御学会SICEへと発展．1965年SICEに流体制
御素子懇談会発足．1968年東大生研の石原智男教授を主査として日本機械学会に油圧工学研究会が設置された．1969年12月日本空気圧工業会設立に至った．一方，当時日本各地の大学は東大･日大闘争（学生側の表現）に象徴される学園紛争に見舞われていた．そして1969年の東大入試はやむなく中止となった．学内で産学協同を標榜すればたちまち
紛争学生による吊し上げにあう時代でもあった．

1．は じ め に

3．日本油空圧協会設立へ

日本油空圧協会創成から日本フルードパワーシス
テム学会JFPSへと姿を変えた今日まで半世紀が経過した．この機会に本学会の歴史について書くよう依頼されたが，現役を退いて既に久しい筆者には荷が重い．そこで半世紀以上前から1990年頃までの間に筆者が学会と関わってきた身近な出来事を通して，学会変遷にまつわる風景を想い出しながら書きとどめることにした．学会の歴史の一側面を描くに過ぎないことをお許しいただきたい．

1853年の黒船来港ではないが，1960年代末頃，
米国のNFPAより日本支部を設置したい旨の手紙が油圧機器工業会に届いた1）．NFPAはNationalレベルのFluid Powerに関する団体Associationである．我が国にはNFPAに対応するような仕組みは無かった．
そこで工業界，学界関係者ら協議の下に我が国独自
で油圧・空気圧に関する産学にまたがる組織を設けることになった．
その準備には日本油圧工業会の筒井正専務理事，
河野俊助技術委員長，東大生研の石原智男教授，東2．協会発足前夜
1945年８月15日夜，東京上板橋で中学二年生であった筆者は家中の電灯という電灯を明々と灯して歓喜した．しかし喜びもつかの間，東京での生活は
厳しい食糧難に見舞われた．真偽は定かではないが進駐軍の残飯を大鍋で煮込んだシチューを大井町駅前の闇市でたらふく食べたことが忘れられない．
皆がこのようなどん底に喘いでいた時の1947年，
自動制御懇話会（２年後自動制御研究会と改称）が
高 橋 安 人 東 大 教 授 等 を 中 心 に 発 足 し た． そ し て
1950年朝鮮戦争勃発以降の米軍特需により我が国の産業は一気に活気づいた．その中で1956年６月
油圧機器工業会が設立され，1957年京都大学を中心に日本自動制御協会が発足した．1958年に関西油圧懇話会が設立され，大阪府立工業奨励館関係研究室が支援．1959年東大生研大島康次郎教授のもとに精機学会24

工大の辻茂教授，池辺洋教授等をはじめとして多くの諸先輩の尽力があった．設立準備委員会委員長石原智男教授によれば「本格的準備に入るまでの数年間は産学間の相互理解のための下準備に大変苦労した」そうである2）．
1970年３月に日本油空圧協会が任意団体として設立され，初代協会長に㈶機械振興協会長（当時）丹羽周夫氏を迎え，石原教授が副会長，池辺教授，
辻教授がそれぞれ編集担当，研究･教育担当の常務理事となった．同協会の役員構成は総勢54名，その内学界関係者はわずか９名であった．協会事務局
は丹羽会長等の計らいで機械振興協会ビルB1（タワー側）出口右横の一室に設けられ，学会への発展の礎を築くことができたのは幸いであった．事務局の態勢は中村修事務局長の下２名前後の事務担当職員でスタートした．

高速サーボ委員会が発足．1961年

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

中野和夫：協会創成から学会揺籃期の思い出

223

開催され，日本がSC1の幹事国に推挙された．総会に出席した辻茂教授は「ロンドンで開催された油空

4．協会誌発刊
池辺教授が会誌編集委員長となり，筆者が編集幹事を務めることになった．1970年６月に第１回の編集委員会を目黒区大岡山東工大精研会議室で開く運びとなった．会誌の意義・編集方針などを討議の上，会誌の名称選定に議題が移った．当時「…学会誌」といった堅い表現より「鉄と鋼」などと言った
新風を感じる学協会誌の名称が好まれる傾向にあった．また米国では「Hydraulics & Pneumatics」と圧展コンファレンスにおいて講演できたこと」を思い出深く語っている3）．1971年先進国から各１名が選ばれてのハノーバ油空圧招待講演会に日本から
石原智男教授が招かれ，我が国が先進国の仲間入りが出来たことに感激したと同教授が述べている２）．
1971年５月米国ピッツバーグで開かれた流体計測国際会議で東工大竹中俊夫教授が招待講演をされた．
当時文部省在外研究員として米国Pennsylvania州立大学J.L. Shearer教授の所に滞在中であった筆者はいう専門誌が発刊されていた．このような背景も竹中教授のお供をして会議に臨む機会を得た．ホテあって会誌名称を協会名とも関連づけた「油圧と空気圧」に定めた．つぎに年間会誌発行回数を検討し， ルで竹中教授と祝杯を挙げているところに当時横河電機㈱所属の山崎弘郎氏（後に東京大学教授）が参
予算的にも事務局と編集委員会の不慣れな態勢から加され，杯を重ねることになった．山崎教授にとっも月刊は無理と判断された．当分の間，季刊とするても初めての海外発表経験であったとのことである．
ことにした．会誌記事については，論説，解説，教また1971年には上智大学の笠井浩爾助教授がドイ室など協会員に興味を持ってもらえる内容になるよう腐心した．さらにオリジナルな学術論文の掲載をもう一方の柱と考え，論文校閲の態勢も整えた．事務職員（女性）松田さんが編集を担当することになった．そして1970年10月に第１巻，第１号が発刊された．

5．学術講演会開催
会員に研究成果発表の場を提供することは前述の会誌発行と並んで協会の重要事業の一つである．協会設立の翌年1971年５月第２期通常総会に合わせて協会最初の講演会を機械振興協会ビルで開催し，21編の論文が発表された．同年11月には大阪科学
技術センターにおいて秋期油空圧技術講演会を開催した．以後油空圧学術講演会を毎年，春は総会開催に合わせ事務局のある東京で開催し，秋は関西地区
会員の便を考え大阪地区で開催することになった．
このような態勢が十数年続いた．その間全国各地の会員も増加し，大阪地区以外でも講演会を開いてはと言う要望も出てきた．1985年から秋期学術講演会開催地を大阪に限らず全国各地に順次変えることにした．その各地開催が実現できたのは開催地会員
をはじめとした関係各位の献身的なご支援によると
ころ大であった．初回開催地に岡山が選ばれ，岡山
衛生会館にて講演会を開催することができた．

6．海外への羽ばたき
我が国の油圧技術は1955年前後の技術導入時代を経て 自主技術開発段階へと進み，先進国に追いつくほどまでになった．
やがて1970年には国際標準化機構「油圧・空気圧システム」ISO/TC 131第１回総会がロンドンで

ツ・Aachen工科大学に，計量研の小宮勤一氏が英国Surrey大学にそれぞれ滞在し国際交流を深めておられた4）．このような一連の動きからも判るように，
日本油空圧協会が発足した1970年を境に我が国の油圧･空気圧関連工業界，学界は世界へと羽ばたき始めた．そして奇しくも1971年は円為替レートが固 定 相 場 か ら 変 動 相 場 へ と 変 更 さ れ た ニ クソン
ショックの年でもあった．我が国の舵取りも未知の荒海に乗り出すような時代になった．

7．㈳日本油空圧学会設立へ
協会会員の活躍分野は油圧，空気圧，制御など広範囲に及んでいた．そこでそれら技術，工学情報を一つの冊子にまとめたハンドブックがあれば会員に大いに役立つと考えられた．1975年４月に池辺洋
編集委員長による学会編纂の「油空圧便覧」がオーム社から出版された．編集幹事担当の筆者はその責を果たすべく1,000頁にわたる全編のゲラ刷りすべてに目を通したことが思い出される．油空圧全般を勉強するよい機会にもなった．
1977年に会員名簿が作成された．会員総数700名弱，その内学校関係会員構成比は約13％であった．さらなる協会発展に向けて会員，特に学校関係
会員の増強に力が入れられた．
以上述べてきたように発足以来協会諸活動は順調に実績を積み重ね，その規模・態勢は強化され，事業内容も充実してきた．そこで協会を法人化して法人格としてのメリットやステータスを手に入れることが議論された．目指す法人の形態を「協会」のままにするか，「学会」へと変えて行くかについて先
輩会員の間でいろいろ検討されたと聞いた．その結フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

25

224

フルードパワーシステム

果「学会」として法人化することになり，所管の文部省（当時）との折衝が開始された．当時事務局長

ンターの設立」，「国際交流の活発化」，「記念出版」
を３本の柱として計画された．その詳細は誌面の都であった服部克己氏の1981年文部省訪問報告メモには，法人化要件としてⅰ）基本財産を一千万円以上保有していること，ⅱ）会員数が1,000名以上で合で割愛するが，国際交流事業についてのみ触れる．
1989年３月14日～ 16日本学会主催第１回の「フルードパワーに関する国際シンポジウムJHPS」があることなど越えるべきハードルが記されていた．
仄聞したところでは学校関係会員構成比は50％でなければならないと言った無理な話もあった．法人

東京工大百年記念館で開催された．Call for paper
から当日のシンポジウム運営まですべての業務を実行委員等がこなした手作りシンポジウムであった．

化への準備は着々と整えられ，申請の段階になった．
㈳日本油空圧学会設立趣意書には，資産などは協会から寄付の形で学会に引き継がれること，基本財産として一千万円を確保できていること，個人会員数

海外15カ国からの参加があり，会場の雰囲気は熱気に包まれていた．そして新しい多くの友人を得た
ことは学会にとって大きな収穫であった．参加者の交流を深めるバンケットは目黒駅近くの雅叙園で開は1,100名余に達し，学校関係会員構成比は前年（1981）秋の15.4％から28％に改善されたことなかれた．アトラクションとして実行委員等による弦楽演奏（パッヘルベルのカノン）が行われ，田中裕

どが記載されている．法人化を推進してこられた石
原，辻，池辺各教授をはじめとした当時の関係者の苦労が忍ばれる．
1982年５月に開かれた日本油空圧協会総会にお久委員（当時横浜国立大学教授），大内英俊委員（当時山梨大学助教授）達が日頃研鑽の腕前を披露した風景が懐かしく想い出される．

9．あ と が き

いて同協会の解散と学会設立申請の議案が可決され，学会創立から45年を経過した今日までの前半20
同年12月20日付けで文部大臣より設立許可が下り，年間を振り返ってきた．まだ薄暗い空が微かに明る
社団法人日本油空圧学会が発足した．
くなり鋭い山の頂に光がきらりと当たり始めたよう
8．国 際 交 流な風景から，ぎらつく真昼の太陽の下で喘いだよう
学会法人化を記念して国際油空圧シンポジウムがな日々，遙か水平線まで広がるサバンナに獲物を探実行委員長辻茂東工大名誉教授のもとに1983年９
し求めるような風景など，その時々の思い出が姿を
月29日30日中央大学理工学部で開催する運びと変えてよぎってきた．
なった．初日は外国から招待されたアーヘン工科大学会の今日があるのは，会員諸氏の尽力はもとよ学のW. Backé教授，アイントホーヘン工科大学のりであるが，賛助会員会社からの財政支援，学界関W.M.J. Schlôsser教授ら４名の講演があった．翌日
係諸先輩からの指導などに依るところが大きく感謝
は市川常雄豊橋技科大教授，花房秀郎京大教授，石する次第である．お世話になった方々の中には直接
原智男東大教授の講演であった．その日は講演者もお礼を述べることが叶わなくなった方も少なくない．
参加者もすべて日本人だけとなってしまい，日本語
孔子の川上の嘆「逝く者は斯くの如きか，昼夜を舎でのやりとりとなった国際化風景でもあった．
かず．」が想起される．東大入試が中止になった年
同時期に中山泰喜東海大教授らが流れの可視化に関する国際シンポジウム開催を計測自動制御学に打診中であった．同学会長が本学会の理事池辺洋教授であったこともあって，シンポジウムがカバーする分野を流れの可視化にとどまらず流体の計測・制御を取り込んだ形に発展させることになった．1985
年９月計測自動制御学会主催，本学会等共催で第１回の「流体の計測・制御と可視化に関する国際シン
ポジウムFLCOME」が国立教育会館で開催され，多くの国内研究者が国際の舞台で初めて発表する機会となった．
協会創立から20年近くが経過し，学会の基盤強化とさらなる発展のために1988年11月高橋浩爾上智大学教授を委員長とした学会創立20周年記念事
業委員会が設立された．記念事業は「油空圧情報セ26

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

に大学へ進学をした会員諸氏は65歳前後となり定年を迎えている．そして本稿執筆中の今春，本協会
誌第１巻，第１号に論文が掲載された山口惇（元本学会長）が瑞宝中綬章を受章されたことは，学会の歩みの一つの現れとしご同慶の至りである．
参考文献
１ ）早乙女郁雄：油空圧学会の創設の頃，油空圧の進歩100
人の証言，㈳日本油空圧学会，p. 86-88，（1999）
２ ）石原智男：油圧工学の発達小史，油空圧の進歩100人の証言，㈳日本油空圧学会, p. 86-88，（1999）
３ ）辻茂：油空圧技術の発達小史，油空圧の進歩100人の証
言，㈳日本油空圧学会, p. 86-88，（1999）
４ ）中野和夫：私が歩んだ道と学会への提言，フルードパ
ワーシステム，41巻， ３ 号，p. 159-164,（2010）

2015年９月（平成27年）（原稿受付：2015年 ５ 月29日）

田中

豊：ICMDT2015におけるフルードパワー技術研究動向

225

会議報告

ICMDT2015におけるフルードパワー技術研究動向

著

者

紹

Electro-hydraulic Servo Valveと題して2），市販ソフ

介
た

なか

田 中

ゆたか

豊

法政大学デザイン工学部〒162-0843 東京都新宿区市谷田町２－33
E-mail：y_tanaka@hosei.ac.jp

1985年東京工業大学大学院総合理工学研究科
修士課程修了，その後，東工大精密工学研究所
助手を経て，1991年法政大学講師，1992年同助
教 授，2002年 同 教 授， 現 在 に 至 る． 工 学 博 士（1991年東京工業大学）．ICMDT2015実行委員長

1．は じ め に
日本機械学会機素潤滑設計部門の主催による第６回機素潤滑設計生産国際会議（The 6th International
Conference on Manufacturing, Machine Design andTribology; ICMDT2015）は2015年４月22日～ 25日まで，沖縄県宜野湾市・沖縄コンベンションセンター
で開催された．この会議は，２年に１度，日本と韓国を交互に開催地にして行われる国際会議で，機械要素，動力伝動，トライボロジー，設計，アクチュエー
タ・センサ，生産加工，MEMSなどの幅広いテーマ
からの講演発表があった．
会議は日本と韓国からの２つの招待講演，国内外からの４つの基調講演，参加７か国からの254件の技術講演（口頭発表が25セッションの129件，ポスター発表が２セッションの115件），日韓親善若手交流セミナーなどで構成された．

2．研究発表の動向

トウェアSimulationXを用いた電磁トルクモータの特性を含むノズルフラッパ形電気油圧サーボ弁の動特性解析を行った．
J. NangoらはExperimental Analysis of Water Pump
Driving Mechanism Using Orthogonal Double-slider
Jointと題して3），構造の異なる二つのスライダ・ク
ランク機構により駆動される水圧ポンプの特性を実験的に比較検討した．
K. SanadaはDirect Drive Volume Control Actuator
for Fuel Injection System of Marine Diesel Enginesと題して4），舶用ディーゼルエンジン用燃料噴射バ
ルブ制御に，従来と異なるDDVC（直動容量制御）
アクチュエータを用いたシステムのロバスト性をシ
ミュレーションにより明らかにした．
Dao Thanh Liem らは Magneto-RheologicalDamper Modeling and Application to Sensorless
Force Damping Control Systemと題して5）セミアク
ティブ制振にMR流体ダンパのセルフチューニング
型ファジー・ニューラル制御手法を適用した結果について報告した．
Dong Han らは，A Novel 3D-Printed Finger
Integrated with ECF Micropumpと題して6），電界共役流体（ECF）マイクロポンプを用いた２つの屈曲関節をもつ全長83㎜の指型アクチュエータの駆動原理を提案し，3Dプリンタを用いて試作したアク
チュエータが空気圧を用いて40㎜程度の屈曲動作
す る こ と を 確 認 し た． ま たM. Shimizuら は，Proposal of DRIE-Fabricated Silicon Electrode Pairs

フルードパワーに関連した技術発表は，油圧・機
能性流体・空気圧アクチュエータの３セッションやポスターセッション（図１）などに多く見られた．
ここではいくつかの技術論文について紹介する．
K. Suzumoriは基調講演でNew Pneumatic Artificial
Muscle Realizing Giacometti Robotics and Soft
Roboticsと題して1），多線維構造の新しい空気圧人工筋アクチュエータを用いた冗長性を持つ次世代の柔軟ロボットの概念とアクチュエータ構造を提案した．
So-Nam Yun らは Multi-physics Analysis of the

図１

フルードパワーシステム

会場内のポスターセッションの様子

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

27

226

フルードパワーシステム

for ECF Micro- pumpsと題して7），アスペクト比の高い深掘反応性イオンエッチング法（DRIE）を用

Suction Cupsと題して14），吸盤の中に多数のマイクロ吸盤が集積配置された構造を持つ吸盤アクチュ

いたマイクロECFポンプの製作方法を提案し，試作した電極対を10個直列，３個並列に組み合わせた
ECFポンプの圧力と流量の出力特性を明らかにした．

エータを試作し，さまざまな寸法のアクチュエータに対して吸引特性を実験的に検討した．
K. Takeiらは，A Pneumatically Assisted Dielectric

Y. Okamoto らはDisplacement and Gripping
Detection by Piezoelectric Polymer Sensors for Soft
Actuatorsと題して8）ポリマー形フレキシブル変位センサを組み込んだベローズ型空気圧ソフトアク

Elastomer Actuator to Create Hydraulically-Coupled
Surface Bulgingと題して15），触覚提示装置に用いることを想定した構造の駆動の補助に空気圧を用いた

チュエータの動作特性とセンサ動作の妥当性を検証した．
D. Yamaguchiら は，Fabrication and Evaluationof Soft Film Actuator for Low Temperature
Environmentと題して9），液体窒素中の極低温で動作する薄型フィルム空気圧ソフトアクチュエータの構造と製作法を提案し，試作したアクチュエータの動作特性を明らかにした．
H. Taniguchiらは，A Prototype of Multifunctional
Finger Joints Rehabilitation Device Using PneumaticSoft Actuatorsと題して10），空気圧ソフトアクチュ
エータを用いた指関節のリハビリ装置の設計試作結果について報告した．
Mingzhao Cheng らは，Pressure Control of a
Miniature Rubber Muscle Driven by Gas-Liquid
Phase-Changeと題して11），フッ化炭素の気液相変化による気体の圧力変化を駆動原理に用いた小形人
工筋アクチュエータの動作にPI制御を適用し，そのステップ応答実験の結果について報告した．
D. Hirookaら は，Research on Controllability of
the Particle Excitation Flow Control Valveと 題 して12），オリフィスと粒子および励振用PZTアクチュ
エータから成る流量制御の動作原理を実現する小形
空気圧流量制御弁を試作し，アクチュエータ励振周
波数に対する流量特性の動特性を明らかにした．
A.Wada らは New Gas Rubber Actuator Driven
with Electrolysis/Synthesis of Waterと 題 し て 13），空気圧源や制御弁を必要としない水の電気分解により生成する水素と酸素により駆動されるダイアフラ
ム形空気圧セルの動作原理と動作特性を実験的に明らかにし，このダイアフラムセルをフレキシブルマ
イクロアクチュエータに組み込んだ際の屈曲動作を確認した．
T. H i s h i k a w a ら は ， D e ve l o p m e n t o f a n
Adsorption Suction Cup with Integrated Micro28

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

ダイアフラム型誘電エラストマーアクチュエータ（DEA）を試作し，ダイアフラム表面の十分な変位の変化を確認した．
このほか，ポスターセッションにも10件以上のフルードパワー関連技術研究の発表が見られた．

3．お わ り にICMDT2015における研究動向の一部について紹介した．油圧，空気圧，機能性流体などのフルード
パワーを用いた新しいアクチュエータや基盤技術の研 究 が 数 多 く 発 表 さ れ て い た． な お 次 回 の
ICMDT2017は韓国で開催される予定である．
参考文献
１ ）K. Suzumori., Proc. 6th Int. Conf. on Manufacturing,
Machine Design and Tribology（誌名は以下すべて同じ），pp. 4-5, 2015.
２ ）So-Nam Yun, In-Seob Park, Young-Bog Ham, Y.
Tanaka, pp. 116-117, 2015.
３ ）J. Nango, T. Koguchi, T. Yoshizawa, pp. 118-119.
４ ）K. Sanada, pp. 120-121, 2015.
５ ）Dao Thanh Liem, Dinh Quang Truong, Young Jin
Yum, Kyoung Kwan Ahn, pp. 122-123, 2015.
６ ）Dong Han, Hongri Gu, Joon-wan Kim, S. Yokota, K.
Edamura, pp. 124-125, 2015.
７ ）M. Shimizu, Joon-wan Kim, S. Yokota, K. Edamura,pp. 126-127, 2015.
８ ）Y. Okamoto, T. Kanda, S. Wakimoto, K. Suzumori, pp.
128-129, 2015.
９ ）D. Yamaguchi, T. Hanaki, Y. Ishino, M. Hara, M.
Takasaki, T. Mizuno, pp. 130-131, 2015.
10）H. Taniguchi, Y. Naito, pp. 132-133.
11）M. Cheng, T. Kato, S. Honda, K. Sakuragi, M. Ono,pp. 134-135, 2015.
12）D. Hirooka, T. Yamaguchi, N. Furushiro, K. Suzumori,T. Kanda, pp. 136-137, 2015.
13）A. Wada, K. Suzumori, H. Kametani, T. Kitamori, S.
Wakimoto, pp. 140-141.
14）T. Hishikawa, S. Wakimoto, K. Suzumori, T. Kanda,
pp. 142-143, 2015.
15）K. Takei, M. Cho, A. Yamamoto, pp. 148-149, 2015.


2015年９月（平成27年）（原稿受付：2015年 ７ 月 ５ 日）

高岩昌弘 ：ROBOMEC 2015におけるフルードパワー技術研究動向

227

会議報告

ROBOMEC 2015におけるフルードパワー技術研究動向

著

者

紹

介
たか

いわ

高 岩

まさ

昌

ひろ

弘

徳島大学
〒770-8506 徳島県徳島市南常三島町２丁目１番地
E-mail : takaiwa@tokushima-u.ac.jp
1992年岡山大学大学院工学研究科修了．同年
岡山大学機械工学科助手．2002年同システム工学科講師．2007年同准教授，2015年徳島大学教授，現在に至る．空気圧サーボを中心とした人
間支援型ロボットシステムの研究開発に従事．
日本フルードパワーシステム学会・日本機械学会・日本ロボット学会等の会員．博士（工学）．

1．講演会の概要紹介

び，国内におけるもっとも規模の大きい講演会の一つである．
講演会規模は年々拡大しており，今回は発表件数が1,325件，参加者総数は約2,000名を数えた．ちなみに，2011年に同大会を岡山市で開催した際は，参加者が1,650名であった．ここ数年の件数増加幅
からも，ロボメカ分野に対する関心の高さが伺える．
会 期 は ３ 日 間 で， 初 日 の 日 曜 日 は 例 年 通 り，チュートリアルやワークショップが開催された．
「RTミドルウエア講習会」や，「インターネットを利用したロボットサービス基盤としてのRSNP講習会」は例年開催されているので，興味があれば参加
されたい．

2．フルードパワー関連の研究動向

ロボティクス・メカトロニクス講演会2015（通称ROBOMEC 2015） が ５ 月17日（ 日 ） ～ 19日
以下に，フルードパワー関連の講演の中から，著（火）まで，京都市勧業館（みやこめっせ）におい
者が勝手に抜粋したものを示す．
て開催された（図１）．本講演会は日本機械学会ロ2.1 ソフトアクチュエータおよびポンプの開発
ボティクス・メカトロニクス部門主催によるもので，
図２のように完全ポスター講演という特徴を有する．
1988年の開催から数えて今年で第27回目となる．
ロボティクス・メカトロニクス関連の講演会としては，日本ロボット学会学術講演会，計測自動制御
学会システムインテグレーション部門講演会となら

図３

図１

図２

会場にて

ポスター講演の様子

ポリイミドフィルムを用いたアクチュエータ

花木ら1）は，液体窒素温度のような極低温環境下でハンドリングなどを行うアクチュエータを目指し，
図３に示すような，ポリイミドフィルムを用いて空気圧により屈曲する機構を提案した．アクチュエー
タの発生トルクや圧力に対する屈曲角度の推定式を導出している．
和田ら2）は，図４に示すように，水の電気分解により気体を発生させるポンプを提案し，これを用いた柔軟アクチュエータを構築している．電極構造の改良による応答性能の改善が報告されている．
2.2 パワーアシスト，リハビリ機器への応用
猪瀬ら3）は，図５に示すように人工筋肉とアシス
ト力増大機構を用いた，腰部の負担軽減を目的とするアシスト装置を開発した．疲労度および筋電位による筋力評価により支援効果を定量的に検証した．
フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

29

228

フルードパワーシステム

図７

図４

デルタ機構を用いた力覚提示装置

水の電気分解を用いたポンプ

図８

指先力覚提示装置

3．お わ り に図５

腰部パワーアシスト機構

図６

指部リハビリ支援装置

高橋ら4）は，図６に示すように，水圧駆動タイプのベローズを指の背に装着した指の屈曲・伸展動作を訓練する装置を開発した．関節間にリンク機構を設けることでベローズ内の水が抜けた際は指が反り返るようになっており，稼動範囲を拡大する工夫がされている．
2.3 力覚提示装置への応用小林ら5）は，図７に示すデルタ型ロボットを用いた力覚提示装置を開発した．関節駆動部を空気圧人工筋とMR流体クラッチにより駆動する手法を提案
し，剛性提示性能について言及した．
松野ら6）は，図８に示すように，空気圧シリンダで直交３自由度を駆動する指先力覚提示装置を開発した．乳がん触診シミュレータへの応用を念頭に，しこりを模擬した形状モデルへの接触感覚を提示可
能なことを示した．

近年，3Dプリンターの活躍がめざましい．弾性特性を有する樹脂材料も扱うことができるため，流体アクチュエータの筐体そのものを作成できる．当然ながら流体の漏れに対する方策は講じなければならないが，アイデアをすぐに具現化できる魅力は大きい．たとえ漏れても環境を汚さない空気圧の場合はこのような試行錯誤的な開発段階で大きな威力を発揮するであろう．これからどのようなアクチュ
エータが世に出てくるのか，どのような使われ方をするのか興味はつきない．また，来年のRobomec
は横浜市（パシフィコ横浜）において2016年６月８日（水）～ 11日（土）に開催予定であることを申し添えておく．
参考文献
出典はすべてロボティクス・メカトロニクス講演会’15 講演論文集である．筆頭著者，題目，講演番号のみを記す．
１ ）花木ほか：ポリイミドフィルムを用いた液体窒素温度
環 境 用 ガ ス 圧 ソ フ ト ア ク チ ュ エ ー タ の 試 作 と 評 価，
1A1-A05
２ ）和田ほか：気液可逆反応を利用したガス圧アクチュエー
タ－第 ３ 報 電極面積比増加による応答性向上－
３ ）猪瀬ほか：空気圧人工筋肉を用いた内骨格型パワーア
シストスーツの開発，2A1-I10
４ ）高橋ほか：手指の麻痺改善を目的とした小型リハビリ
テーション機器の研究，1A1-E04
５ ）小林ほか：空気圧人工筋肉とMRクラッチを用いた力覚提示装置の開発，2A1-B03
６ ）松野ほか：空気式多自由度アクチュエータを用いたがん触診シミュレータ，2A2-K05
30

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）（原稿受付：2015年 ６ 月23日）

平工賢二：海外の産学連携（米国の事例）

229

トピックス

海外の産学連携（米国の事例）

著

者

紹

ち，40名ほどの研究者が在籍している2）．屋内の実

介
ひら

く

平 工

けん

賢

じ

二

日立建機㈱
〒300-0013 茨城県土浦市神立町650番地
E-mail : k.hiraku.xy@hitachi-kenki.com

1991年岐阜大学大学院工学研究科修了．同年
日立製作所機械研究所入社，2012年日立建機転属,現在に至る．油圧機器・システム関連の研究に従事．日本フルードパワーシステム学会会員．

1．は じ め に
米国ではフルードパワーシステム分野の活性化を
目 的 にCCEFP（Center for Compact and Efficient
Fluid Power）という産学連携プロジェクトを2006年に設立し，米国の７大学が中心となって26の革新的な研究テーマに取り組んでいる1）．研究資金は米国NSF（National Science Foundation）と50以上の協賛企業から提供されており，企業は協賛金のランクに応じ，研究テーマの設定や方向性に対し発言権が与えられている．協賛金の上位ランクには米国の大手フルードパワー関連企業が名を連ねており，多くの大学，学生と結びついて影響力を与えている
一方で，日本の協賛企業は数社に留まっている．
CCEFPの取り組みにより，米国の油圧研究が存在感を増していることは，多くの方が感じていることと思われる．
筆者はこのうちの４大学に訪問する機会を得，ま験スペースのほかに屋外にローダやショベルを試験できるスペースもある．研究予算はCCEFPと企業からの個別共同研究による資金とで半々とのことであり，実験室には協賛企業のポンプが多数並べられていた．
研究テーマは，油圧ポンプの挙動解明の基礎研究と，DC（Displacement Controlled）Actuationと 称されるポンプ直接制御方式の新規システム開発に大別される．
斜板ポンプの解析ではオリジナルのコードを用いて，油圧-構造-油膜-熱の高度な連成解析を行っており，解析の裏付けとなるバリデーションデータを計測するための多くの試験装置を保有している（図１）．また，ギヤポンプについてもAndrea Vacca教
授が同様の研究を行っており，非対称ギヤを用いた可変容量ギヤポンプという意欲的なテーマに取り組んでいる．
DC Actuationでは燃費40％低減した油圧ショベ
ルがCCEFPの看板テーマの一つとなっており，現在
は燃費50％低減を目指し，アキュムレータを利用したエンジンのダウンサイジングに取り組んでいる．
ご存知の方も多いと思われるが，Monica教授は非常にパワフルな方で，DCでフルードパワーを革新できる，と機会ある毎に熱く語っておられる．

た2012年から2014年までの３回の年次総会に参加したので，その概要を紹介する．
なお，NSFからの資金提供は2015年度で終了するため，2016年からはPascal Societyという名称に変更されるが，CCEFPと同様の取り組みを継続していく予定とのことである．

2．大学での研究
2.1 パデュー大学
Monica Ivantysynova教 授 が 所 長 を 務 め る パ
デュー大学のMaha油圧研究所は1700㎡の敷地を持

図１

フルードパワーシステム

試験装置の説明をするMonica教授（右）
第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

31

230

フルードパワーシステム

2.2 ミネソタ大学
ミ ネ ソ タ 大 学 はCCEFPの 本 部 と な っ て お り，

内患者搬送機器，レスキューロボットなどである．
図３はオペレータインターフェースの研究のため

CCEFPのDirectorを務めておられたKim Stelson教授を中心に広範囲の研究を行っている．訪問時は５名の教授陣に加え，産学連携担当のMichael Gust氏にのショベルシミュレータで，操作性向上や負担低減などの目的で，１レバー式のジョイスティックの評価を行っている．ショベルの前面には大型ディスプもご同行頂き，また同大学勤務の日本人講師の同時通訳付きというご配慮までいただいた．代表的な研究テーマは，フリーピストンエンジン油圧ポンプ，

レイが配され，油圧－機構モデルで計算されたフロ
ントアクチュエータの3D画像をリアルタイムで表示する（旋回は実際に動く）．バケットを目標位置

油圧動力伝達を用いた新規システム開発，フライホ
イールアキュムレータなどである．
フリーピストンエンジン油圧ポンプの狙いは，効率の革新的向上であり，熱効率60％が見込めるとに動かすと，ブーム，アーム，旋回を自動計算して駆動するシステムとなっている．
屋内患者搬送機器は在宅看護での使用を想定したもので，患者にベルトを掛けて油圧シリンダで持ちの報告があった．課題は精密な制御であり，バーチャルクランクシャフトと称するモデルベース制御

上げることで，一人の介護者で搬送が可能となる．
ジョイスティック状のインターフェースで介護者のの導入で，連続燃焼を達成したとのことである．残念ながら動いている様子を見ることはできなかった．
動力伝達機構の研究では油圧ハイブリッドカー（図２）や，油圧トランスフォーマ，HMT，風力発

操作力に応じて油圧がアシストされる方式で，試させてもらったところ操作性は良好であった，
これ以外にも，脈圧エネルギを圧電素子で発電させて再利用する研究や，多孔質体のポーラス部の変電などの研究を行っている．油圧ハイブリッドカー
はHEVに対してバッテリレスで低コストなどの強みがあるが，現時点では燃費でHEVに競合できるほどではないとのことだった．
フライホイールアキュムレータは回転エネルギと液／空圧エネルギの両方を蓄積するもので，計算上はカーボンハウジングにして18000min-１で回せば通常のアキュムレータの３倍のエネルギ密度が得られるとのこと．実現は難しそうにも思えるが，アイデアを否定せず，可能性を追求する姿勢は見習うべきと感じた．

形を利用したサイレンサーなどの先駆的な研究を行っていた．

図３

ショベルシミュレータとBook教授

2.4 イリノイ大学
イリノイ大学には2012年にCCEFPの年次総会参加した際，ラボツアーのイベントで学内を見学した．
ここではCCEFPの看板テーマの一つである，足首リ
ハビリ装置の研究を行っている（図４）．これは硬図２化症や麻痺などで歩行困難になった患者のリハビリをサポートするもので，センサで感知した歩行タイ
ミングに合わせ空圧アクチュエータで足首動作をア

油圧ハイブリッドカーの試験装置

2.3 ジョージア工業大学
ジョージア工業大学はWayne Book教授を中心にシストする．足裏に空圧ポンプがあり，エラスト
マー製のアキュムレータで回生することで軽量化，長時間駆動のチャレンジを行っていた．

モーション制御を主体とした研究を行っており，日本のJun Ueda准教授も在席しておられる．代表的な研究テーマは，オペレータインターフェース，屋また，学内に大手建機メーカのシミュレーション
センタがあり，ここには社員が常駐し，学生とチームを組み解析技術を開発している．学生を戦力化す

32

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

平工賢二：海外の産学連携（米国の事例）

231

るための教育プログラムが組まれており，よい学生はそのまま就職することになる．
さらに，学内には企業との共同研究室がいくつもあり，建機メーカ，油圧機器メーカ，自動車メーカとフルードパワー関連企業が名を連ねる．

図６

図４

学生によるポスターセッション

足首のリハビリサポート装置

3．年 次 総 会
年次総会は毎年10月頃に開催されており，各テー
マの１年間の成果報告（図５），学生によるポス
ターセッション（図６），ラボツアーなどが行われるほか，就職を希望する学生と企業との面談の場も設けられているのが大きな特徴である．参加者は150名前後で，大半が米国内の大学・企業からの参加，日本からは多い時で10名程度である．また，２年ごとにASME/BATHフルードパワーシンポジウ
ムと併催され，この時は欧州からの参加者が増える．

図７

懇親会イベント

年趣向を凝らした懇親会イベントが組んであり，学生や参加者とのコミュニケーションを深めることができる．2013年はフロリダにてサンセットクルー
ズが開催された（図７）．

4．お わ り に
CCEFPは単なる研究活動に留まらず，優秀な学生を育て雇用することで産学が強固に結びつき，油圧技術を持続的に成長させようという強い意欲を感じた．学生は実際に優秀で，基礎から応用まで幅広く取り組んでいる．この取り組みにより米国の油圧技術はさらに強くなっていくものと感じた．日本においても，今後このようなサイクルが回っていくよう，
本学会の活動に期待したい．
図５

発表会場

ポスターセッションでは納得いくまで質問することができ，学生も気さくに答えてくれる．また，毎参考文献
１ ）CCEFP URL：http://www.ccefp.org/
２ ）Maha URL：https://engineering.purdue.edu/Maha/（原稿受付：2015年 ６ 月12日）



フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

33

232

フルードパワーシステム

トピックス

インドネシア駐在員日記

著

者

紹

2．気

介
たな

なか

田 中

ひろ

大

よし

慶

PT Hexindo Adiperkasa Tbk
J1. Mulawarman No. 99 Balikpapan 76116, Indonesia
E-mail : tanaka@hexindo-tbk.co.id
1995年日立建機株式会社入社，主に鉱山用超大型ショベル・ダンプのサービス業務に従事，2011年よりインドネシア，東カリマンタン州，
バリクパパンに出向候

赴任して間もない頃の年末の出来事．顧客との打合せで製品改善要求を出された．可能な部類の改善だったのでポジティブな回答をした所，案の定いつまでにできるのかという質問が返ってきた．稼働環境の再確認と部品の手配，加えて現場での装着と調整で数ヶ月は掛かることは頭の中ですぐ計算できた，
しかし部品の納期は即答できない．仕方ないので３ヶ月くらいは掛かるという意味で，来年の春先までには何とかすると回答した．顧客側のオーストラリ
1．は じ め にア人技師が怪訝な顔をして春先とはいつのことだと
首都ジャカルタのあるジャワ島の北に位置するカ
質問してきた．もう１度丁寧に部品の納期を懸念しリマンタン島の東側半分は石炭・石油・天然ガス等ている，時間が掛かることが予想されるが来年の春の天然資源が豊富でそれらの生産が盛んに行われて先までには何とかする，と回答すると表情がさらにいる．
険しくなってさらに質問してきた．わかった，それ
現在駐在しているバリクパパン（図１）はジャカ
でいつまでにできるんだ？
ルタ・シンガポールよりも直行便が就航しておりカ
一瞬張り詰めた空気が会議室の中で流れたが，質リマンタン島東部の玄関口になっている．外資を含問してきたオーストラリア人技師の険しい顔が急にめた資源企業が事務所を構える国際色豊かな町であ
和らぎ，私は南半球出身だから春先とはあと９ヶ月
り，また旧来の漁師町の色も残す地方都市でもある． 待てということだが北半球出身の貴方の言う春とはそのバリクパパンに駐在して３年が経った．事務所
３月頃のことか，と補足してくれた．続いて同席し勤務のほかに鉱山現場への出張も多く日々新たな発ていた顧客側のインドネシア人マネージャが一言．
見がある．今回はインドネシア駐在員日記としてバ
田中さん，インドネシアに春はありませんよ，ここリクパパンでの生活と現場出張時の体験談を紹介したいと思います．

の季節は乾季と雨季の２つだけです，というコメン
トで会議出席者一同大爆笑．幸運にも和やかな会議になりこの顧客とは今でも良好な関係を築けている．
ちなみにバリクパパンは南緯１度に位置しています．

3．現 場 出 張鉱山機械のサービス業務で訪れる現場はほとんどが僻地である．インドネシア赴任前に出張した現場
も気温は＋45℃から－40度まで，標高も海抜０mから標高4000mまで，まるで製品と一緒に人間も耐久試験されているみたいだが肉体的・精神的にも丈夫になり感謝しています．
従いインドネシア赴任が決まった時もたいしたことは無いだろうと高を括っていた．しかしバリクパ
図１34

バリクパパン中心部全景

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

パン赴任後に新たな発見があった，まだ耐震試験は2015年９月（平成27年）

田中大慶：インドネシア駐在員日記

233

未体験だった．カリマンタン島内の現場への移動は車を使うことが多い．たった250㎞の移動が６時間

アルコールが入らない分会食時間も短い，食事が終わったら即解散．

も掛かる場合もある，理由は道路事情インフラ整備が整っていないため．特に東カリマンタン州の道路は整備も悪く山越えの道路は山なりに舗装しただけ

ただし華僑系の顧客との会食は中国式の会食スタ
イルとなり乾杯が入るので体調を整えてから参加するように心掛けている．

なので曲がりくねって勾配もきつい，舗装は随所が剥がれて穴だらけ，中には近隣住民が穴に岩を入れて補修している場所もあるが岩の部分が出っ張ってインドネシアの鉱山業界はオーストラリアより働きに来ている方々も多数いる．彼らと会食する機会も多いが当然のことながら豪州流のバーでピーナッいるのでかえってこれが首と腰に悪い．ドライバー
も急減速や急ハンドルと大忙しだが乗っているこちらも油断していると窓ガラスや天井に頭をぶつけるくらいの悪路．無事仕事を終えてバリクパパンまでツをつまみながらひたすらビールを飲み続けるというスタイルとなる．大抵の場合はビールで満腹になってしまい夕食までたどり着けないことが多い．

戻ってくると首から腰まで体の背面はガチガチ，耐震試験がここまで辛いものとは思わなかった．
陸路ではなく水路が唯一の交通手段という現場もある．川もしくは海を地元の人々はスピードボートという４人乗りの小型モータボートで数時間移動して現場訪問というパターン，川の移動はマングロー
ブの森の中を全速で進むのでちょっとした冒険気分を味わえる．しかし川を下り海に出て波が高いとス
ピードボートが波を乗越えて着水するたびに腰が痛む．なぜか一人だけフルフェースのバイク用ヘル
メットかぶっているスピードボートの船長に減速してもらえるように頼むが，この地域は海賊が出るので早く帰らなければならないと聞いてくれない．カリマンタン島内の移動は想像以上に体力を消耗する．
しかし仕事を終えて戻ってくるとバリクパパンにもマッサージ屋が多数ありリーズナブルな値段で体をほぐしてもらえる．機械と一緒でしっかりメンテ
ナンスしておけば長持ちするという言い訳を家族にはしながら現場出張後にはマッサージに行くのが日課となった．

4．食事

現場出張時の昼食は日本人駐在員の間では箱飯と呼んでいる現地版の弁当をいただくことになる（図２）．中身は白米を丸く固めて紙に包んだ物，川魚のフライ，野菜炒め，揚げ物のチップ，水というパターンが多い．運がよければプラスチックのウォー
クとスプーンがついてくるのでこれでいただく．無い場合は揚げ物のチップをスプーン代わりにしていただく．現地スタッフは右手の指先を器用に使い米とおかずを混ぜて丸めて食べていて感心する．私も何度か右手で食べてみたが指先だけではなく右手全体がべちゃべちゃになってしまう．
出張中は夕食も現地スタッフや顧客と食べる機会

図２

現場での昼食5．現地での生活
バリクパパンには家族帯同赴任の前例が無かったが会社の計らいにより初めて家族帯同で赴任させていただけることとなった．
赴任時にこの地で暮らす日本人は２社８人だった．
家族帯同での赴任は初めてなので当然のことながら日本人の相談相手はいない．子供達が通う学校も日本人学校はないため，豪州系インターナショナルス
クールの幼児部に通学することとなった．住居は学校と同じ敷地内の外国人用コンパウンド（セキュリ
ティ付き平屋の集合住宅）とした．
父親（駐在員）は昼間仕事で忙しくしている．したがい生活環境の変化の影響はそれほど気にならな
い．しかし家族にとって当地での駐在生活立ち上げ
は苦労の連続だった．
インドネシア駐在では一般的にメイドを雇い掃除，洗濯，食事の世話をしてもらう．家内にとって使用
人を使うのは初めての経験で，文化や常識の違い，
外国語でのコミュニケーションなど苦労も多く最初の１年で５人メイドが代わった．メイド変更の理由が多い．カリマンタンもイスラム色の強い地域であは，約束を守れない，金銭面で手癖が悪い，性格がるため会食事にアルコールが出てこないことが多い． 合わないなどさまざま．また日本人は苦手だがイエ
フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

35

234

フルードパワーシステム

ス／ノーをはっきり言わないと使用人を使うことはできないので家内にとってもよい経験になったと考ことはないので，日本語のお勉強も帰宅後に家内が先生となり励んでいる．

えている．
現地の物価を理解しないとメイドに手渡す食材の買出し費用も実際にどの程度必要かわからない．そ当たり前だが海外での生活は日本での生活とは違う．日本では何のストレスもなく当たり前にできることを海外でやろうとすると大ハッスルしなければこで家内はメイドと一緒に早朝青空市場の買出しに同行してメイドが支払う金額とお釣りの金額を確認したり最初は苦労した．しかし努力は報われる物でならないこともある．今回は赴任地が発展途上国の地方都市であったという事情もあり，ほかの先進国や大都市圏での駐在より苦労も多かった．だが家族

中には日本人は珍しいので顔を覚えてもらい家内一人で買い物に行ける果物屋なども増えて生活も徐々に安定していった．
長男（当時３歳）は日本の幼稚園に通っていなか

皆が良い経験をしており家族の結束も深まったと考えている．必要のない心配や苦労はする必要はない
が，今回の駐在生活は将来よい経験だったと帰国後に家族みなで笑って話せるようになることを願ってたため，言葉の違いはあまり関係なく比較的ストレスなく幼稚園の通園生活に馴染むことができた．一いる．

方，長女（当時５歳）は日本の幼稚園に通園経験があったこともあり英語でのコミュニケーションは未経験のため最初は日本の幼稚園のほうが好きだと泣いていた．しかし子供は物事の吸収が早く，１ヵ月
後には同じ居住区に住む豪州人やインドネシア人の子供たちと遊んでいた．会話を聞いていても子供達
なりにちゃんとコミュニケーションが成り立っており感心した．ただし母国語以上に外国語が上達する

36

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

6．最

後

に

駐在員日記という事で経験談を記述させて頂きました．カリマンタン島に訪問される方々の一助になれば幸いです．
学会誌にそぐわない表現もあったかもしれません
がご容赦願います．


2015年９月（平成27年）（原稿受付：2015年 ２ 月 ６ 日）

早瀬敏幸：東北大学流体科学研究所

早瀬・白井・宮内研究室

235

研究室紹介

著

者

東北大学流体科学研究所

早瀬・白井・宮内研究室

紹

血流の連成振動を研究されていた林 叡教授に白羽の矢が立って，生体流動研究部門を担当されること

介
はや

せ

早 瀬

とし

敏

ゆき

幸

東北大学流体科学研究所〒980-8577 仙台市青葉区片平２－１－１
E-mail : hayase@ifs.tohoku.ac.jp

1980年名古屋大学大学院工学研究科博士課程前期課程修了．同大学助手，1990年東北大学流
体科学研究所助教授を経て2000年同大学教授，
現在に至る．数値流体力学，生体工学の研究に従事．日本フルードパワーシステム学会，日本機械学会などの会員．工学博士．

になり，研究室の研究テーマが生体流動関係に大きくシフトすることとなった．その後，2003年に計測と計算の融合手法による流体科学と異分野の融合研究を目的とした流体融合研究センターの設置に伴って，本研究室は，超実時間医療工学研究分野として，生体内流れの計測融合シミュレーションに関する研究を行うこととなった．2013年の研究所の改組では，融合計算医工学研究分野に改組されて，現在に至っている．
研究室の現状について述べる．平成27年度の研1．は じ め に究室のメンバーは，職員が教授早瀬敏幸，准教授白本研究室の正式名称は，東北大学流体科学研究所
井 敦，助教宮内 優，技術職員井上浩介，事務補
流動創成研究部門融合計算医工学研究分野である． 佐員斎藤 加代の５名，学生が博士後期課程２名，細胞レベルから循環器系までの生体内流動現象の計
博士前期課程９名，学部４年生２名の総勢18名で測融合シミュレーションにより，疾病の機序の解明ある（図１）．大学院生の所属は，工学研究科６名，と次世代医療機器の創成に関する研究を行うことを
医工学研究科５名である．学生の居室は，生体工学
目的としている．
関係の２研究室の学生22名が共同研究室に入って本稿では，元々油圧制御系の非線形振動現象を主おり，また教員の居室とも隣接しているので，学生な研究テーマとしていた本研究室が，生体内の流動
間や，教員と学生の間の良好なコミュニケーション
現象を対象とした研究室に至る経緯と研究室の現状， がとられている．また週１回の研究室ゼミと，２かおよび現在の主な研究内容について，流体制御の研
月に１回の２研究室合同ゼミを実施している．
究が生体内の流動現象の研究にどのように生かされ
3．研 究 内 容ているかについても触れながら述べていきたい．
研究室の主な研究内容について述べる．
2．研究室の概要
3.1 計測融合シミュレーション
最初に，研究室の変遷について述べる．1990年
流体計測手法と数値流体解析手法を融合し，幅広に著者が助教授として東北大学流体科学研究所に着任した時は，元本学会会長の林 叡教授が流動場制
御研究分門を担当されており，飯村彧郎元秋田大学准教授が助手としておられ，油圧制御系の安定性が主な研究テーマだった．その後，1998年の研究所の改組に伴って，生体流動研究部門となった．国立大学の附置研究所では，社会の要請に応えるため，ほぼ10年毎に研究領域の見直しが行われる．当時の研究所の改組では，生体内の流れを新たに研究所の研究対象として加えることになった．当時，血圧測定時のコロトコフ音の発生機構に関連した血管とフルードパワーシステム

図１
第46巻

研究室のメンバー

第５号

2015年９月（平成27年）

37

236

フルードパワーシステム

い分野に適用可能な計測融合シミュレーション手法の研究を行っている．本手法は，制御理論のオブザーバーの数学モデルに数値流体解析モデルを用いたもので，流体計測結果を数値流体解析にフィードバックすることにより，実現象の流れ場の正確かつ詳細な状態が得られる（図２）．本手法に関して，
実現象への収束や安定な解析スキームの研究など，
汎用的な融合流体解析手法として確立するための研究を行っている．
計測融合シミュレーションは，計測結果と対応する計算結果との差に比例した仮想的な外力を数値流体解析モデルにフィードバックするもので，物理的意味が明確であり，従来の融合手法にない汎用性を有していることが特長である．本手法は，管内乱流，風洞実験，生体内血流解析など，幅広い分野に応用され，現在，自動車，電機などの産業分野へも応用が検討されている．

図３

図２

ハイブリッド風洞

計測融合シミュレーション

3.2 ハイブリッド風洞
計測融合シミュレーションを用いて，実現象の流れ解析の基盤技術を確立するための研究を行っている．正方形管路内の乱流や風洞内の角柱後流のカルマン渦列など，流体力学の基本的な流れ場に対し，本手法による乱流速度場の再現や，本手法を風洞実験に応用したハイブリッド風洞による非定常圧力場の再現手法を確立するための研究を行っている（図３）．
本手法は，実現象の流れの基本的な解析手法として，実流れの非定常圧力分布など，従来の計測手法
や数値流体解析手法単独では得ることが困難であった流れの状態を取得できる．ハイブリッド風洞の研
究では，風洞内の物体表面の圧力をフィードバック

図４

生体解析連成超音波計測システム

した計測融合シミュレーションを行って，物体後流のカルマン渦列に伴う非定常圧力分布を再現することができる．

る．また，微小循環に関する研究成果などに基づき，細胞レベルの計測融合血流解析の研究も行っている．
医療分野の血流解析において，本手法は，循環器

3.3 超音波計測融合血流シミュレーション
計測融合シミュレーションの医療応用に関する研究では，小動物による循環器系の先端研究で不可欠系疾患の研究に不可欠な，血管内の正確な血流速度
分布や血管壁せん断応力など，従来手法では取得困
難な血行力学情報が得られる．生体解析連成超音波

な血流情報を取得する生体解析連成超音波計測シス
テムの開発（図４）や臨床用２次元超音波計測融合
血流解析システムの開発（図５）の研究を行ってい

計測システムでは，マウスの頸動脈内の血流速度，
壁せん断応力，血管変形（図４下）を，臨床用２次元超音波計測融合血流解析システムではヒト頸動脈38

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

早瀬敏幸：東北大学流体科学研究所

図５

早瀬・白井・宮内研究室237

臨床用２次元超音波計測融合血流解析システム

内の血流速度とせん断応力（図５下）をそれぞれ得た．
3.4 細胞流体工学
血液中の数マイクロメートルオーダーの赤血球や白血球は生体内の物質交換や免疫に重要な役割を果
図６ 傾斜遠心顕微鏡
たしている．これらの血球細胞と血管表面を覆う内皮細胞との相互作用についての研究を行っている． 究内容について述べた．本稿を纏めてみて，流体制御の研究が，現在の生体内の流動現象の研究のさま
著者らが開発した，傾斜遠心顕微鏡による，遠心力
ざまな部分で生かされていることに改めて気づいた．
の影響で変形しつつ基板上を移動する赤血球の摩擦
東北大学の附置研究所群は，仙台駅に近い東北大特性の計測や，血球周りの血漿流の３次元数値解析
学片平キャンパスで ２年毎に片平まつりと呼ばれにより，赤血球や白血球と内皮細胞との相互作用をる一般公開を行っており，多くの小中学生が訪れる．
明らかにするための研究を行っている（図６）．
実験室で実験装置を操作する男の子の真剣な表情が3.5 そ の 他
印象的である（図７）．
上記以外にも，集中定数モデルによる全身循環系のシミュレーションや血管内の圧力と速度の波動伝
播解析，東洋医学における脈診のモデル化に関する研究などを行っている．これらの研究は，これまでの流体制御の研究での数学モデルが直接的に適用できる例である．

4．お わ り に
本稿では，元々油圧制御系の非線形振動現象を主な研究テーマとしていた本研究室が，生体内の流動現象を対象とした研究室に至る経緯と研究室の現状，
および細胞レベルから循環器系までの生体内流動現
象の計測融合シミュレーションによる，疾病の機序の解明と次世代医療機器の創成に関する現在の主な研図７

片平まつりでの研究室公開

フルードパワーシステム（原稿受付：2015年 ７ 月 ３ 日）

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

39

238

フルードパワーシステム

企画行事

平成27年春季講演会併設セミナー開催報告「フルードパワーにおける故障予知技術」

著

者

紹

3．講演の概要

介
うち

ぼり

内 堀

あき

晃

ひこ

彦

宇部工業高等専門学校〒755-8555 山口県宇部市常盤台２－14－１
E-mail : uchibori@ube-k.ac.jp
1998年信州大学大学院工学系研究科博士課程単位取得退学．山口大学助手，宇部工業高等専門学校講師，同校准教授，沼津工業高等専門学校准教授を経て，現在，宇部工業高等専門学校
准教授．ロボット工学，空気圧システムの開発に従事．日本フルードパワーシステム学会・電気学会の会員．博士（工学）．

1．は じ め に

3.1 予
 知保全技術など産業オートメーション技術のサービス体系化について
はじめに，公立大学法人首都大学東京 産業技術大学院大学の川田誠一先生より「予知保全技術など
産業オートメーション技術のサービス体系化につい1）と題する講演をいただいた（図１）．JEITAにて」おける産業オートメーションシステムのサービスビ
ジネスに関する調査・検討活動での知見を基に，欧州における産業オートメーションサービスの体系から日本におけるサービス体系とその課題に関する解説が行われた．

平成27年春季講演会併設セミナー「フルードパ
ワーにおける故障予知技術」が平成27年５月27日（水）に機械振興会館において開催された．本稿では，本セミナーの趣旨および当日行われた各講演の概要について報告する．

2．開 催 趣 旨
近年，フルードパワーはすべての産業分野に適用されていると言っても過言ではないほど普及し，かつシステムが大規模化，複雑化している．その分ひとたびトラブルが発生すると，甚大な経済的損失や環境破壊，さらには深刻な人身事故に発展するリス
クも高くなっているといえる．従来は経験則に基づく定期的な部品交換や分解調整などでの予防保全が主流だったが，最近ではセンシング技術およびコンピュータの急速な発達により，膨大な状態監視デー

図１

川田先生の講演

3.2 色診断による潤滑油状態監視センサ
つぎに，ナブテスコ株式会社の高橋勉氏より，2）と題する講「色診断による潤滑油状態監視センサ」
演をいただいた（図２）．潤滑油の劣化原因（酸化や固形物の混入など）による色変化の違いを基にしタを使った科学的根拠に基づく故障予知の手法が確立されつつある．これにより最適なメンテナンス時期を決定することができ，低リスク低コストでのシステム維持が可能となるため，故障予知技術は各産業分野から高い関心を寄せられている．このような背景から，フルードパワーにおける故障予知をテーマとした最新の研究，技術開発成果に関する講演をいただくこととした．
図２40

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

高橋氏の講演内堀晃彦：平成27年春季講演会併設セミナー開催報告「フルードパワーにおける故障予知技術」

た故障予知アルゴリズムと，その実現のためのセンサと実際の試験例が紹介された．
3.3

電動流量制御システムを利用した空気圧機器の故障予知
株式会社コガネイの高松信夫氏には，「電動流量制御システムを利用した空気圧機器の故障予知」3）と題する講演をいただいた（図３）．シリンダーの劣化に伴うエアー漏れによる動作時間（タクトタイ

239

実氏より，
「油圧システムのリモートモニタリング
による保守方法」5）と題する講演をいただいた（図５）．油圧ユニットにセンサを取り付け，クラウド
上で状態を解析し，PC，タブレット，スマートフォ
ン上で確認するするモニタリングシステムの紹介がなされた．このシステムは，多数の状態パラメータを監視しているため，不具合の発見や予見を早期に行うことができるものである．

ム）の変化を基に，タクトタイムコントローラと電動流量制御弁（チェック弁付き可変絞り弁）を用いて故障検知を行うシステムの紹介がなされた．

図５

図３

岩﨑氏の講演

4．お わ り に高松氏の講演3.4

ビッグデータを用いた異常時，正常時の比較による故障予知処理のアルゴリズム
株式会社日立製作所の鈴木英明氏には，「ビッグ
データを用いた異常時，正常時の比較による故障予知処理のアルゴリズム」4）と題する講演をいただいた（図４）．実機から得られるビックデータを用いて機械学習を行うことで，故障予知の精度を上げる
システムの紹介がなされた．これは，正常な動作
データを学習し，現在の状態と正常な状態とのノル
ムから異常を検知するものであるが，実機の稼働初期では学習に必要とされる正常なデータがそろっているとは限らず，異常データは少数であるなどの学習時の苦労にも触れられた．
3.5 油圧システムのリモートモニタリングによる保守方法
最後に，エムティエスジャパン株式会社の岩﨑一

本セミナーは，本学会の編集委員会と企画委員会の合同企画事業であり，学会誌（46巻第２号）の特集記事をテキストとして，その内容を深く理解する機会を設けるものである．当日は電機，空気圧，
油圧，水圧の研究者から設計・開発，学生までの幅広い分野からの多数の参加が得られた．質疑応答も活発になされ，この分野に対する関心の高さが伺われた．
最後に，学会誌の特集記事をまとめられた吉田委
員長，栗林委員をはじめとする編集委員の皆様と，セミナーの準備，運営にご協力いただいた企画委員
ならびに学会事務局の皆様に，深く感謝申し上げます．
参考文献１ ）川田誠一：予知保全技術など産業オートメーション技
術のサービス体系化について，フルードパワーシステ
ム，Vol. 46，No. 2，p. 55-57（2015）２ ）高橋勉：色診断による潤滑油状態監視センサ，フルー
ドパワーシステム，Vol. 46，No. 2，p. 58-60（2015）３ ）齊藤悠：電動流量制御システムを利用した空気圧機器の故障予知，フルードパワーシステム，Vol. 46，No. 2，
p. 64-66（2015）４ ）鈴木英明：予ビッグデータを用いた異常時，正常時の比較による故障予知処理のアルゴリズム，フルードパ
ワーシステム，Vol. 46，No. 2，p. 67-69（2015）
５ ）岩﨑一実：油圧システムのリモートモニタリングによる保守方法，フルードパワーシステム，Vol. 46，No. 2，
p. 74-76（2015）


図４（原稿受付：2015年 ６ 月25日）

鈴木氏の講演
フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

41

240

フルードパワーシステム会

告〈理事会・委員会日程〉―

・平成28年春季講演会について
４）その他審議・確認事項
・会誌９月号の会告について

基盤強化委員会

・平成27年度秋季講演会の会告

8月20日

理事会

9月 ８ 日

企画委員会

9月10日

情報システム委員会

9月29日

委員長会議

10月２日

編集委員会

・平成27年度オータムセミナー会告・その他WGの構成について

平成27年度第１回基盤強化委員会
６月30日 15：00 ～ 17：00 機械振興会館
地下３階B3―９号室（出席者11名）〈委員会報告〉１）会員サービス，会員数増加について
２）外部への情報発信について

平成27年度第１回委員長会議

３）フルードパワー道場について

７月28日 15：00 ～ 17：00 機械振興会館

４）フルードパワー・バーチャルミュージアムについて

地下３階B3―９号室（出席者７名）

５）研究委員会について

議題

６）その他

１）公益目的支出計画変更に伴う書面審議議事録について
２）国際シンポジウム福岡の開催準備状況について

平成27年度第２回編集委員会

３）子的複製に係る権利委託契約書について

８月５日 14：00 ～ 17：00 東京工業大学田町CIC

４）ベトナム使節団との会談について

５階リエゾンコーナー 501（出席者12名）

５）IDC（International Design Contest）開催支援について

１）学会誌発行報告

６）試用期間職員の専任職員への昇格について

２）学会誌編集計画

７）学会の財務基盤の強化の進捗状況について・Vol.46 No.E １（電子出版号）「緑陰特集」

８）その他

・Vol.46 No.5「フルードパワー歴史探訪～温故知新 ～」・講演会技術懇談会の会費について・Vol.46 No.6「水素燃料自動車とフルードパワー技術」

報告事項

・Vol.47 No.1「農業に貢献するフルードパワー（案）」１）各委員会からの報告

・Vol.47 No.2「アジアにおけるフルードパワー産業（ア２）その他

ジアにおけるフルードパワーの最新情報（案）」３）その他

平成27年度第１回企画委員会

・会議報告

７月２日 15:00 ～ 17:00 機械振興会館

・トピックスについて

地下３階B3―９号室（出席者30名）
１）平成26年度実施の事業に関する報告・審議事項

平成27年度第１回情報システム委員会

・ウインターセミナー実施報告

７月３日 13：30 ～ 15：00 法政大学市ヶ谷キャンパス・

・その他

新見附校舎９階・創造空間サロン１（出席者８名）

２）平成27年度実施の事業に関する報告・審議事項

１）J-STAGEの問合せ結果について

・平成27年春季講演会について

２）会議担当者について

・平成26年春季講演会優秀講演賞について

３）HP更新作業状況報告（３月～６月）

・平成27年春季講演会併設セミナーについて

４）学会事務局の会員管理システムの更新について

・オータムセミナーについて

５）今年度の情報システム関連の作業について

・平成27年秋季講演会について

６）英語版ホームページについて

・公益事業について

７）英語版学会紹介パンフレットについて

・その他

８）今後のHP更新作業（７月以降）

３）平成28年度実施の事業に関する報告・審議事項

９）その他

・平成28年春季講演会併設セミナーについて42

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

会告共催・協賛行事のお知らせ

241

共催・協賛行事のお知らせ
協賛行事
国際トライボロジー会議 東京2015（ITC TOKYO 2015）
開 催 日：2015年９月16日（水）～ 20日（日）会
場：東京理科大学 葛飾キャンパス（〒125-8585 東京都葛飾区新宿６-３-１
問 合 せ：一般社団法人日本トライボロジー学会 事務局（〒105-0011 東京都港区芝公園３-５-８ 機械振興会館
407-２号室）TEL 03-3434-1926 FAX 03-3434-3556） ホームページ http://itc2015.com
産業応用部門2015年度大会
主催・企画：計測自動制御学会 産業応用部門
共催：（一社）日本フルードパワーシステム学会 計測自動制御学会
期日：2015年10月27日（火）会
場：東京工業大学（東京都目黒区大岡山２-12-１）

制御部門

第８回トライボロジー入門西日本講座
開 催 日：2015年11月5日(木) ～ 6日(金)会
場：名城大学天白キャンパス内タワー 75 15階レセプションホール
（〒468-8502 愛知県名古屋市天白区塩釜口１-501）
問 合 せ：一 般社団法人日本トライボロジー学会 事務局（〒105-0011 東京都港区芝公園３- ５- ８機械振興会館
407-２号室）TEL 03-3434-1926 FAX 03-3434-3556）
申 込 み：ホームページ http://www.triboloby.jpから可能です
第58回自動制御連合講演会（神戸）主催：シ ステム制御情報学会（幹事学会），計測自動制御学会，日本機械学会，化学工学会，精密工学会，電気学会，
日本航空宇宙学会
共催：神戸大学 工学研究科・システム情報学研究科
期
日：2015年11月14日（土），15日（日）場
所：神戸大学 六甲キャンパス 工学部教室棟（神戸市灘区六甲台町１－１）
International Conference on Intelligent Informatics and Biomedical Sciences（ICIIBMS 2015）（2015年知的情報処理と生物医科学国際会議）
主催：琉球大学，沖縄科学技術大学院大学，沖縄高等工業専門学校
連 絡 先：2015年知的情報処理と生物医科学国際会議事務局 実行委員長 玉城 史朗〒903-0213 沖縄県西原町千原１番地 琉球大学工学部情報工学科
Tel：098-895-8720 FAX：098-895-8727 E-Mail：shiro@ie.u-ryukyu.ac.jp
EcoDesign 2015 第９回 環境調和型設計とインバースマニュファクチャリングに関する国際シンポジウム
主催：エコデザイン学会連合，産業技術総合研究所
会期：2015年12月２日～12月４日
開催場所：東京国際フォーラム（東京都千代田区丸の内３丁目５-１）
事 務 局：東京大学大学院工学系研究科精密工学専攻梅田研究室内EcoDesign2015事務局
No.15-121講習会 産業に役立つアクチュエータ研究開発の最前線―最新アクチュエータ要素技術からアクチュエータシステムへの展開―（機素潤滑設計部門
主催：一般社団法人日本機械学会
開 催 日：2015年12月４日（金）問合せ先：機素潤滑設計部門 担当職員 渡邊／電話（03）5360-3504

企画）

第16回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
主
催：公益社団法人計測自動制御学会システムインテグレーション部門
開催時期：平成27年12月14日（月）～16日（水）事 務 局：〒464-8603 愛知県名古屋市千種区不老町 名古屋大学航空・機械研究実験棟３階310室
SI2015 実行委員長 新井 史人 E-mail：arai@mech.nagoya-u.ac.jp
SICE事務局：部門協議会担当 E-mail：bumon@sice.or.jp TEL：03-3814-4121

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

43

242

フルードパワーシステム

会

告

会

員

移

動

会員の種類

正 会 員

海外会員

学生会員

賛助会員

会 員 数
（８月10日現在）

943

16

125

133

差 引 増 減

＋8

＋1

－2

0

（注１）正会員の内訳 名誉員12名・シニア員37名・ジュニア員152名

正会員
山田 剛史（日立建機株式会社）熊倉

本間 太基（SMC株式会社）

平川 鉄磨（SMC株式会社）

今福 舜一（SMC株式会社）

片山 泰伸（SMC株式会社）

山崎 陽太（SMC株式会社）

笹谷 俊貴（SMC株式会社）

十時 一晃（SMC株式会社）齋藤 英明（SMC株式会社）佐野 圭祐（SMC株式会社）

川原井圭一（SMC株式会社）

村山 栄治（ネオリウム・テクノロジー株式会社）

山長 雄亮（（公財）
鉄道総合技術研究所）

増沢啓（SMC株式会社）淳（キャタピラージャパン株式会社）

学生会員
磯村 鷹弥（豊橋技術科学大学）

小橋 佑太（豊橋技術科学大学）

高橋 悠瑚（豊橋技術科学大学）

正村 孝太（豊橋技術科学大学）

吉田 昂平（豊橋技術科学大学）

横山 智洋（豊橋技術科学大学）

伊藤 雄飛（豊橋技術科学大学）

村中 契太（芝浦工業大学）

稲垣 亮則（芝浦工業大学）

黒澤 和磨（芝浦工業大学）

塩田 晃弘（芝浦工業大学）

鈴木 啓史（芝浦工業大学）

松本 滉平（芝浦工業大学）

丸井 裕太（芝浦工業大学）

戸森 央貴（中央大学）

内田 達也（横浜国立大学）

梅津篠崎 陽介（横浜国立大学）

創（横浜国立大学）

鈴木 裕二（横浜国立大学）

お詫びと訂正本学会誌46巻，第４号（2015年７月）会告ページ「第34期通常総会終了」におきまして，以下のような記載ミスがありました．
【誤】学生部門

東京工業大学矢島 拓実

殿「搖動型EHDアクチュエータを用いた多関節ロボットの開発に関する基礎的研究」【正】学生部門

東京電機大学高橋 智久

殿「揺動型EHDアクチュエータを用いた多関節ロボットの開発に関する基礎的研究」
関係各位に大変ご迷惑をおかけしたことを深くお詫び申し上げ，ここに訂正させていただきます．


44〈フルードパワーシステム学会〉
フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

会告（一社）日本フルードパワーシステム学会会

賛助会員一覧表

243

告

（一社）
日本フルードパワーシステム学会
賛助会員一覧表

アイシン・エィ・ダブリュ㈱㈱明石合銅㈱曙ブレーキ中央技術研究所
アズビル㈱湘南工場
アズビルTACO㈱㈱アドヴィックス
アネスト岩田株式会社
イートン㈱
㈱IHI
出光興産㈱
イナバゴム㈱イハラサイエンス㈱㈱インターナショナル・
サーボ・データ㈱打江精機
SMC㈱
SMC㈱中国㈱荏原製作所㈱大阪ジャッキ製作所
大瀧ジャッキ㈱
㈱オプトン
鹿島通商㈱
KYB㈱
KYBエンジニアリング･アンド･サービス㈱KYB-YS㈱㈱桂精機製作所
神威産業㈱川崎重工業㈱川重商事㈱㈱神崎高級工機製作所
キャタピラージャパン㈱旭東ダイカスト㈱協和シール工業㈱極東開発工業㈱㈱クボタ㈱クレアクト・インターナショナル
クロダニューマティクス㈱㈱ケンチク舎㈱古河製作所
㈱工苑
甲南電機㈱
㈱コガネイ
コスモ石油ルブリカンツ㈱㈱小松製作所㈱小松製作所試験センタ㈱小松製作所研究本部㈱小松製作所油機開発センタ㈱阪上製作所㈱鷺宮製作所
佐藤金属株式会社
三和テッキ㈱三輪精機㈱CKD㈱㈱島津製作所㈱ジェイテクト
勝美印刷㈱JX日鉱日石エネルギー㈱ジヤトコ㈱新日鐵住金㈱交通産機品カンパニー
住友建機㈱住友重機械工業㈱住友精密工業株式会社
制御機材株式会社
千住金属工業㈱第一電気㈱㈱TAIYO
タイヨーインターナショナル㈱
㈱タカコ
㈱タダノ
ダイキン･ザウアーダンフォス㈱ダイキン工業㈱
ダイワ㈱
大生工業㈱
調和工業㈱
㈱都筑製作所
TMCシステム㈱
㈱TNK
テラル㈱
天竜丸澤㈱
トーヨーエイテック㈱東京メータ㈱TOHTO㈱東北特殊鋼㈱東明工業㈱DOOSAN CORPORATION
同和発條㈱
東京計器㈱
東京計器パワーシステム㈱
特許機器㈱
特許庁
豊興工業㈱
フルードパワーシステム

第46巻㈱豊田自動織機
中西商事㈱
中村工機㈱
長津工業㈱
長野計器㈱
ナブテスコ㈱ニッタ㈱日新沪器工業㈱日本アキュムレータ㈱㈱日本アレフ日本機材㈱日本クエーカー・ケミカル㈱日本工業出版㈱日本精器㈱日本電産トーソク㈱（一社）日本フルードパワー工業会
日本ムーグ㈱㈱野村商店㈱ハイダック日立建機㈱㈱日立建機テイエラ㈱日立建機カミーノ㈱日立製作所
日立住友重機械建機クレーン㈱廣瀬バルブ工業㈱ピー・エス・シー㈱フジサンケイビジネスアイ
フエスト㈱
㈱フクダ
㈱不二越
二見屋工業㈱ボッシュ・レックスロス㈱
昌富工業㈱
マサモト㈱
㈱増田製作所
マックス㈱三菱電線工業㈱ヤマシンフイルタ㈱ヤマハモーターハイドロリック
システム㈱
油研工業㈱
理研精機㈱
ワールドインシュアランス
ブローカーズ㈱第５号

2015年９月（平成27年）

45

244

フルードパワーシステム

編 集 室

次号予告

―特集「水素燃料自動車とフルードパワー技術」―〔巻頭言〕「水素燃料自動車とフルードパワー技術」発行にあたって

五嶋 裕之〔総論〕自動車における水素燃料，水素エネルギー利用に関する展望

山根 公高〔解説〕水素ステーション関連技術

高橋 宣行

車載用燃料電池スタックの技術開発

荒木 拓人

水素高速充填に関する研究尹

高圧縮水素ガス用減圧弁の開発

中村 善也〔会議報告〕第14回スカンジナビアフルードパワー国際会議（SICFP15）におけるフルードパワー研究開発動向
MOVIC2015におけるフルードパワー技術研究動向

林

鍾晧
光昭

眞田 一志

〔トピックス〕特許文献を調べる・特許情報プラットフォーム……アクチュエータと流体回路

木原 和幸

フルードパワー分野の産学連携（大学-企業）成功事例

加藤 友規〔研究室紹介〕横浜国立大学 眞田研究室

嘉藤 真英，岸和紀，渡邊 拓巳

〔随想〕夢をかなえて

大島茂〔企画行事〕平成27年春季フルードパワーシステム講演会報告赤木 徹也

平成27年度「フルードパワーシステム」編集委員
委 員 長 吉 田 和
副委員長 塚 越 秀
委員 伊 藤 雅
内 堀 晃
小 倉
加 藤 猛
加 藤 友
北 村
木 原 和
栗 林 直
五 嶋 裕
佐 藤 恭
妹 尾
多 田 昌

会

弘（東京工業大学）
行（東京工業大学）則（東京海洋大学）彦（宇部工業高等専門学校）
弘（日立建機㈱）美（㈱コガネイ）規（福岡工業大学）
剛（油研工業㈱）幸（㈶工業所有権協力センター）樹（川崎重工業）之（機械振興協会）
一（横浜国立大学）
満（SMC㈱）弘（CKD㈱）

委

員 中
成
藤
丸
村
柳
山
吉
担当理事 伊
山

野
田
田
田
松
田
田
満
藤
田

政 身（東北大学）
晋（KYB㈱）壽 憲（東京電機大学）
和 弘（㈱コマツ）
久 巳（沼津工業高等専門学校）
秀 記（豊橋技術科学大学）
真の介（㈱TAIYO）
俊 拓（神奈川工科大学）
和 巳（KYB㈱）宏 尚（岐阜大学）編集事務局 藤 谷 秀 次（学会事務局）
竹 内 留 美（勝美印刷㈱）（あいうえお 順）

告

複写される方へ本会は下記協会に複写に関する権利委託をしていますので，本誌に掲載された著作物を複写したい方は，同協会より許諾を受けて複写してください．ただし（公社）日本複写権センター（同協会より権利を再委託）と包括複写許諾契約を締結されている企業の社員による社内利用目的の複写はその必要はありません．したがって，社外頒布用の複写は許諾が必要です．
権利委託先：（一社）学術著作権協会〒107-0052 東京都港区赤坂９－６－41 乃木坂ビル
TEL：03-3475-5618 FAX：03-3475-5619
E-mail：info@jaacc.jp
なお，著作物の転載・翻訳のような，複写以外の許諾は，学術著作権協会では扱っていませんので，直接本会へご連絡ください．

46

フルードパワーシステム

第46巻

第５号

2015年９月（平成27年）

ISSN

1880-3121

日本フルードパワーシステム学会論文集
第46巻, 第５号（2015）
平成27年９月
目次

研究論文
１．円筒形２段磁極式電磁比例アクチュエータの研究
近藤尚生，竹内綾太，若澤靖記

一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会

33

ISSN

1880-3121

TRANSACTIONS OF
THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY
Vol.46, No.5

September 2015
Contents

Paper
１．A Study of a Cylindrical Two-Step Pole Type Electro-Magnetic Proportional ActuatorHisao KONDO, Ryota TAKEUCHI, Yasunori WAKASAWA

Published by
The Japan Fluid Power System Society
c/o Kikaishinko Building
３―5―22 Shiba-koen, Minato―ku, Tokyo, 105―0011, Japan

33

33

近藤・竹内・若澤：円筒形２段磁極式電磁比例アクチュエータの研究

研究論文

円筒形２段磁極式電磁比例アクチュエータの研究＊
近 藤 尚 生＊＊，竹 内 綾 太＊＊＊，若 澤 靖 記＊＊
A Study of a Cylindrical Two-Step Pole Type Electro-Magnetic Proportional Actuator
Hisao KONDO, Ryota TAKEUCHI, Yasunori WAKASAWA
In this study, a newly designed electro-magnetic proportional actuator composed of an armature and a stator with acylindrical two-step pole to control oil hydraulic valves was constructed and examined. In the actuator, two traction forces
generated by the magnetic flux flow in the radial air gap and the axial air gap between the armature and the stator are
added and become thrust force on the actuator. Furthermore, these air gaps are arranged at two places in the magnetic
circuit of the actuator so the total of the traction forces in their air gaps becomes a large thrust force on the actuator. The
dimensions of this actuator are 60 mm diameter, by 83 mm length. As a result of measurements of the characteristics ofthis actuator, it became clear that its thrust force was constant within 2mm of the armature stroke, producing about 290N
at an electronic power consumption of 15W. The thrust of this actuator is nearly 2.5 times larger than that of conventional
proportional solenoids and linear motors of the same size and power consumption.
The principle of producing thrust force in the newly designed actuator is based on the above mentioned addition of the
traction forces in the air gaps. Therefore, the actuators for producing the traction forces in the axial and radial air gaps
separately were designed and made. Then, the two traction force curves were measured and a thrust force curve wasmade up by adding these traction force curves. This thrust force curve agrees well with the experimental curve of thisactuator. As a result, a simple design method of this actuator can be shown in this study.
Key words：Fluid power, Electro-magnetic proportional valve, Valve actuator, Two-step pole, High force density

1．緒に，大きな推力を発生できる多段磁極式電磁比例アクチュ

言

エータを考案し，試作研究を行ってきた結果を報告してい油圧アクチュエータの動作速度や力，トルクをコントる5）-9）．このアクチュエータは，推力が発生する軸方向にローラからの電気信号に比例して制御できる電磁比例制御

互いに対向する多数の突歯を持つステータとアーマチャの弁を駆動するアクチュエータとして，従来可動コイル式

多数の突歯が磁極になり，それぞれの突歯が同時に吸引力

フォースモータ，トルクモータ，リニアモータや比例ソレを発生して引き合い，大きな推力を発生できる．このアクノイドなどが用いられてきた1），2）．これらのアクチュエー

チュエータについて，実験と解析から特性を詳しく調べた

タのうち比例ソレノイド以外は永久磁石を用いており，構結果，多段磁極式電磁比例アクチュエータの性能は高く，造がやや複雑で高価である．また，比例ソレノイドは大き設計方法も明確になっているが，多数の磁極を対向させ三さの割に力が出ない．比例ソレノイド以外で簡便な段付磁

次元的に磁束を流す構造のため構造がやや複雑になり，ま極形状を持ち，ステータとアーマチャが対向する空気た特性解析は三次元的に行う必要があり，製造および特性ギャップで軸方向と半径方向の二方向の磁束流れにより推解析上やや難点があった．

3）
，
4）

，

そこで，著者の一人らは永久磁石を用いないで，基本構

従来の比例ソレノイドに比較して推力は大きくはなく，ま造は製作容易な軸対称の円筒形で，アクチュエータの磁気た動作ストロークが短かった．そこで，既報において圧力回路内に通常では１箇所である空気ギャップを２箇所に増制御弁や流量制御弁，サーボ弁などを直動で操作するためやして磁極を２段にした円筒形２段磁極式電磁比例アク力が発生する電磁比例アクチュエータの研究があるがチュエータを新しく考案して試作し，その性能を調べた10）．
＊

平成27年３月30日 原稿受付＊＊

豊田工業高等専門学校機械工学科（所在地：愛知県豊田市栄生町２－１）（E-mail：hkondo@toyota-ct.ac.jp）＊＊＊

豊田工業高等専門学校専攻科電子機械工学専攻

第46巻

第５号

このアクチュエータは，ステータとアーマチャが対向する
２箇所の空気ギャップそれぞれで，しかも軸方向と半径方向の二方向の磁束流れにより発生する２つの吸引力の全ての合力が推力になるため，従来の比例ソレノイドやリニアモータよりも大きな推力を発生させられる可能性があるこ―1―

2015年９月（平成27年）

34

日本フルードパワーシステム学会論文集とがわかった．しかし，詳しい推力特性や設計法などが明端面と側面方向の磁束流れの大きさに最も影響すると思わらかではなかった．そのため，本研究では，従来の比例ソ

れるs 寸法を１，２，３，４㎜に変えた４種類のものを試作しレノイドと比較して，同じ外形寸法と消費電力で推力がどた．Fig. 1において，アーマチャ端面がステータ端面に接の程度大きくなり，動作ストロークがどの程度得られるか

触した位置をアーマチャ位置 x＝0として，アーマチャがそを実験と解析の両面から明らかにした．さらに，アクチュ

こから右へ移動する方向を正とした．
Fig. 2に比例ソレノイドの推力特性曲線を示す1），2）．

エータ内の磁束流れや磁束量を調べ，空気隙間内の軸方向と半径方向の磁束流れによるそれぞれの吸引力曲線から，それらを合成して本アクチュエータの推力曲線が得られることを明らかにした．

2．アクチュエータの構造および電磁特性
Fig. 1に試作した円筒形２段磁極式電磁比例アクチュ
エータの構造図を示す．このアクチュエータは，全て円筒形状のステータ，アーマチャ，巻枠，コイル，ピンで構成されており，Fig. 1は軸方向の断面図である．
ステータはFig. 1のＡ部，Ｂ部でそれぞれ段付形状にしFig. 2 Force characteristic curves of the proportional solenoidており，アーマチャ角部に対向する角部を持っている．コ
イルは巻枠に円筒状に巻かれ，巻枠とともにステータ内周ステータとアーマチャの対向する端面間の空気隙間を流部に納められる．アーマチャは巻枠内周面をガイドにしてれる磁束により発生する端面吸引力Faと，アーマチャ側面

軸方向に自由に動ける．Ａ部，Ｂ部の２箇所で対向するスの半径方向の空気隙間に発生する側面吸引力Frの合力が推テータとアーマチャの角部の間の空気隙間は半径方向に力Fになる1）,2）．そして，端面吸引力曲線と側面吸引力曲線

0.05㎜になるようにアクチュエータを製作した．また，の合力曲線が推力特性になり，アーマチャ位置 x が変化しFig. 1に示すアクチュエータ各部のしゅう動部および半径ても推力Fが一定になる範囲が比例ソレノイドの動作スト方向の空気隙間に関係する部品の寸法公差および同軸度はローク範囲になる．本研究の電磁比例アクチュエータも比

全て0.01㎜以下で製作した．ステータとアーマチャの材料

例ソレノイドと同様に２つの吸引力曲線 Fa，Frを足し合わ

は，入手の容易さからSS400を用いた．また，アクチュエー

せたものが推力F の曲線になる．

タの外形寸法は直径60㎜とした．

本研究の電磁比例アクチュエータの特徴は，Fig. 1に示

Fig. 1に示すアクチュエータは，コイルに電流を流すとすように比例ソレノイドと比較して，コイルを偏平にして磁束がコイルを取り囲むように流れ，AとBの角部ではそステータおよびアーマチャの磁路断面積を大きくしている

れぞれステータ・アーマチャ端面間の空気隙間と半径方向ことである．また，ステータとアーマチャが対向する磁極の空気隙間に磁束ϕa1，ϕa2，ϕr1，ϕr2が流れる．端面方向の磁部を磁気回路的に２段直列にして，アーマチャ変位に対す束ϕa1，ϕa2によりそれぞれ端面吸引力Fa1，Fa 2が発生し，アーる磁束量の変化を大きくして，大きな推力を発生させられマチャ側面の半径方向の磁束ϕr1，ϕr 2により側面吸引力Fr1，るようにした．このアクチュエータは，コイル断面積が減

Fr2が発生する．これら４つの合力が本アクチュエータの推りコイル巻数が減少するが，磁路断面積を大きくできるこ力Fとなる．そのため，Fig. 1のアクチュエータについて，とと磁極部を２段にすることにより，推力を大きく取り出せるようにした．また，本アクチュエータの構成部品は全て単純な円筒形状であり，製作が容易で安価にできる可能性が大きい．一方，コイルを偏平にしているため，コイル部を縦断する漏れ磁束が比較的大きくなり，推力に対する影響を検討する必要がある．
本研究では，実際にFig. 1に示すアクチュエータを試作して性能評価するとともに，有限要素法解析ソフト11）を用いて磁場解析を行い，アクチュエータの推力特性や磁束流れを検討した．Fig. 1に示すアクチュエータは円筒軸対称構造であるため，円周方向の磁束流れは無く，磁場解析は
軸方向断面のみの軸対称二次元流れで行うことができる．
そのため，比較的容易に磁場解析が行える．

Fig. 1

Structure of the proportional actuator in this work

第46巻

第５号

―2―

Fig. 3に，試作したアクチュエータのステータおよびアー
2015年９月（平成27年）

35

近藤・竹内・若澤：円筒形２段磁極式電磁比例アクチュエータの研究

マチャと同じ材料のSS400材からリング試料を削り出し，方向と半径方向に流れていることがわかる．また，Fig. 5

B-H曲線を測定した結果を示す．磁場解析では，ステータに示すように，角形磁極部の角部で磁束密度が高くなってとアーマチャの磁気特性として，Fig. 3に示すヒステリシス

おり，ステータとアーマチャが対向する端面間の空気隙間

曲線の平均値（図中の丸印）を与えた．また，磁界の強さ

内も他の空気領域に比べ磁束密度が高くなっている．これ

Hが16,000A/mを超えた領域ではほぼ磁気飽和しているとらのことから，本研究で考案したアクチュエータは，２段考え，図中の破線で示すようにHの増加とともに真空透磁磁極部でそれぞれ２方向に磁束が流れ，これらの磁束流れ率４π×10－7H/mの勾配で磁束密度Bが増加するとしている．

により大きな推力を発生できると予測された．

3．推力特性の実験および解析結果
Fig. 6⒜～⒟に，Fig. 1に示すアクチュエータの s 寸法を１～４㎜に変えたときのアーマチャ位置 x と推力Fの変化について実験値と解析値を比較した結果を示す．Fig. 1に示す本試作アクチュエータの場合，コイル巻枠寸法から計算すると，同程度の外形寸法の比例ソレノイドの消費電力
15Wの時のコイル起磁力NI（N：コイル巻数，I：コイル電流）は1,106AT（アンペア・ターン）である．この起磁力で推力特性を調べた．
Fig. 6⒜，⒝に示すように，s 寸法が比較的小さいと端面方向の空気隙間の磁束流れが支配的で端面吸引力Faが側面

Fig. 3 B-H curve of SS400 in this analysis

吸引力Frよりも大きく，２つの力を合成した推力 F はアー
マチャ位置xの変化に対して一定になる範囲が得られない．

Fig. 4およびFig. 5に，試作したアクチュエータ内の磁束線

Fig. 6⒞に示すs = ３㎜の場合，端面方向と半径方向の空気図と磁束密度分布図を解析により求めた結果の一例をそれ

隙間の磁束量がほぼ適切な状態であり，推力Fが一定になぞれ示す．これらの図は，Fig. 1に示す断面の軸中心からるxの範囲が得られる．さらに，Fig. 6⒟ に示すようにs 寸

上半分を示す．Fig. 4に示すように， A部とB部の対向する法が４㎜と大きくなると，今度は半径方向の空気隙間の磁角形磁極部でそれぞれ磁束はステータとアーマチャの端面

束流れが支配的で側面吸引力Frが端面吸引力Faよりもやや大きくなり，推力Fの曲線を見るとx = ２㎜付近で落ち込みがある．Fig. 6⒜～⒟より，Fig. 1に示す構造・寸法のアク
チュエータは，s 寸法を３㎜程度にすれば推力Fが一定になる特性が得られ，Fが一定になるxの範囲は約２㎜で，そのときの推力Fは290N程度得られることがわかる．また，s 寸

Fig. 4 Magnetic flux diagram（s = 3.0㎜, x = 2.0㎜ , NI = 1,106AT）

Fig. 5

Contour graph of magnetic flux density（Unit［T］）（s = 3.0㎜ , x = 2.0㎜ , NI = 1,106AT）

第46巻

第５号

Fig. 6―3―

Comparison of thrust force curves in the case ofvarying s
2015年９月（平成27年）

36

日本フルードパワーシステム学会論文集

法を１～４㎜に変化させても，推力Fの実験値と解析値はϕarmとϕallは一致しており，また，さぐりコイルで実験的に良好に一致しており，本研究で用いた有限要素法解析の有測定したϕarm_exともほぼ一致していることが分かる．これ

用性が確かめられた．

により，端面方向と半径方向の空気隙間およびコイルを縦次に，Fig. 7にs 寸法が３㎜のアクチュエータでアーマ
チャをx =２㎜の位置に固定して，起磁力NIを変化させたときの推力Fの変化を調べた結果を示す．Fig. 7によれば，250 ～ 1,800ATの間で起磁力NIと推力Fは比例している．この比例特性は，Fig. 5に示したように，ステータとアーマ
チャが対向する２段磁極部の角部先端では磁束が集中して部分的に磁気飽和しており，起磁力NIが大きくなるにつれて部分的な磁気飽和の範囲が角部先端から順次広がることにより得られている．この現象は，比例ソレノイドの非磁性リングに隣接する三角形状の磁性体部分で磁束が集中して，起磁力が大きくなるにつれて三角形状の先端から順次
部分的に飽和する範囲が広がることにより比例特性が得られる1）のと同様である．
また，消費電力15WのNI = 1,106ATでは，推力 F は比例範囲に入っていることがわかる．このことから，さらに起磁力を大きくすればさらに大きな推力が得られることがわ
かる．

Fig. 7

Relationship between NI and F（s = 3.0㎜, x = 2.0㎜）

4．磁束と推力の関係
Fig. 8⒜～⒟に s 寸法を１～４㎜に変えたときの，アーマ
チャ位置xに対するアクチュエータ内の磁束の変化の関係を示す．アクチュエータ内の磁束は，ステータ・アーマ
チャ端面間の空気隙間に流れる磁束ϕa，半径方向の空気隙
間に流れる磁束ϕr，コイルを縦断する漏れ磁束ϕcoil，アーマ
チャ軸断面を通る磁束ϕarmを有限要素法解析で求めた．また，アーマチャ軸断面を通る磁束はさぐりコイルで実測しており，その値をϕarm_exとした．また，Fig. 6に示した推力
F の実験値も共に示している．
Fig. 4の磁束線図より，アーマチャ軸断面を通る磁束ϕarmは，上述の磁束ϕa，ϕr，ϕcoilの合計磁束ϕallと等しくなる
はずである．Fig. 8⒜に示すs =１㎜の場合について見ると，
第46巻

第５号

Fig. 8 Relationship between F and φ in the case of varying s―4―

2015年９月（平成27年）

37

近藤・竹内・若澤：円筒形２段磁極式電磁比例アクチュエータの研究

断する各磁束ϕa，ϕr，ϕcoilはほぼ妥当に解析されていると考向するアーマチャ２箇所の角形磁極部で半径方向の空気隙

えられる．

間が無く，Fig. 9に示すように端面方向のみにしか磁束がs 寸法が１㎜と小さいFig. 8 ⒜の場合，端面方向の空気隙

流れない．そのため，Fig. 9に示すアクチュエータは端面間の磁束ϕaが総磁束ϕallに対して占める割合が大きく，推力

吸引力のみしか発生しない．一方，Fig. 10に示すアクチュ

Fの曲線に対して端面吸引力Faが支配的になっていること

エータは，アーマチャ端面に対向する２箇所のステータ端がFの曲線形状からわかる．逆にs 寸法が４㎜と大きいFig.

面には非磁性材料部品がはめ込んであり，ステータとアー

8 ⒟の場合，半径方向の空気隙間を流れる磁束ϕrがϕallに対

マチャの対向する空気隙間は半径方向しか無い．そのため，して占める割合が大きく，推力Fに対して側面吸引力Frがステータとアーマチャ間の磁束流れは半径方向しか存在し支配的になっていることがFの曲線形状からわかる．Fig. 8ないため，Fig. 10に示すアクチュエータは側面吸引力しか⒝のs =２㎜の場合は，アーマチャ位置x = １～３㎜の範囲発生しない．

でϕaとϕrがほぼ等しいが，推力Fの曲線形状から見ると，端Fig. 11とFig. 12に，Fig. 9とFig. 10に示したアクチュエー

面吸引力Faの方が側面吸引力Frよりもやや影響が大きいとタのそれぞれのアーマチャ位置xに対する吸引力FaおよびFr考えられる．Fig. 8⒞のs =３㎜の場合は，アーマチャ位置xを示す．Fig. 11はいわゆるプランジャ形のソレノイドで，=１～３㎜の範囲でϕrの方がϕaよりも30 ～ 60%程度大きい

端面吸引力Faしか発生しないアクチュエータの吸引力特性が，２つの吸引力FaとFrを足した推力Fの曲線はほぼ一定とを示している．また，Fig. 12はいわゆる漏えい形のソレノなっており，電磁比例アクチュエータとしての動作スト

イド12）で，側面吸引力Frしか発生しないアクチュエータのロークが得られ，本研究のアクチュエータの場合，s 寸法

吸引力特性を示していることがわかる．また，Fig. 11とは３㎜が適切であることがわかる．また，Fig. 8 ⒜～⒟にFig. 12の各吸引力特性の実験値と解析値を比較すると共に示すように，コイルを縦断する漏れ磁束が総磁束に対して良好に一致しており，Fig. 9およびFig. 10のアクチュエータ

約10 ～ 40%ある．ただしFig. 8 ⒞のs =３㎜のアクチュエーの磁場解析も有用であることがわかる．

タで電磁比例アクチュエータとしての動作ストローク範囲
x = 1 ～３㎜内ではこの割合は16 ～ 32%程度であるが，この漏れ磁束がアクチュエータの性能に対する影響は今後検討予定である．

5．端面吸引力と側面吸引力が各々単独で発生するアクチュエータ
本研究のアクチュエータで，アーマチャ位置xの変化に対して推力Fを一定の大きさにできるアクチュエータ寸法を設計するためには，第３章～４章で述べたようにいくつかの寸法のアクチュエータを試作・評価したり，いくつかの寸法のアクチュエータでそれぞれアーマチャの位置を変えるごとに解析モデルを作成して解析しなくてはならない．

Fig. 9Structure of the experimental actuator acting on
the armature in the axial air gap

Fig. 10Structure of the experimental actuator acting on
the armature in the radial air gap

このように，良好な特性のアクチュエータを設計するには多くの費用や時間，手間がかかってしまう．本研究のアク
チュエータの推力特性は，原理的に前述のように端面吸引力と側面吸引力を合成することにより求められることが明らかになった．そこで，これら２つの吸引力をそれぞれ単独で発生できるアクチュエータを製作し，これらのアク
チュエータで得られた吸引力曲線を合成して推力特性曲線を求める試みを行った．この方法の妥当性が明らかになれば，アクチュエータの外形寸法などを変えた場合でも簡便に本研究のアクチュエータの設計が可能になる．
Fig. 9およびFig. 10に，端面吸引力と側面吸引力をそれぞれ単独で発生できるアクチュエータの構造図を示す．Fig.
9に示すアクチュエータは，Fig. 1のアクチュエータと比べるとステータA部とB部に段付が無く，またステータに対
第46巻

第５号

―5―

2015年９月（平成27年）

38

日本フルードパワーシステム学会論文集

Fig. 11

Relationship between x and Fa

Fig. 12

Relationship between x and Fr

6．端面吸引力と側面吸引力の合成
Fig. 13⒜～⒟に第５章で述べた端面吸引力と側面吸引力
が各々単独で発生するアクチュエータを使って測定した各々の吸引力曲線を合成して，Fig. 1に示した本研究のアクチュエータの推力曲線を求めて示した．
Fig. 13⒜は，s 寸法が１㎜の場合について，Fig. 11およびFig. 12に示した端面吸引力 Faと側面吸引力Frの両曲線を合成して推力曲線 Faddを求めた結果を示す．また，Faddとs =１㎜のアクチュエータの推力Fを測定した推力曲線との比較を示す．Fig. 13 ⒜によれば，両者の推力曲線は良く一致していることがわかる．s 寸法が １㎜の場合と同様にs 寸法を２，３，４㎜にして推力曲線を求めた図をそれぞれFig. 13⒝～⒟に示す．Fig. 13 ⒝～⒟によれば，２つの吸引力FaとFrを合成した推力曲線 FaddとFig. 1に示す各 s 寸法のアク
チュエータの推力曲線Fを比較すると，アーマチャ位置xが１㎜以下で両曲線の差が大きくなるが，x が １㎜以上では両曲線は良く一致している．xが１㎜以下では，Fig. 1に示した本研究で考案したアクチュエータにおいて，ステータとアーマチャの半径方向に対向する角形磁極どうしの重なり量が大きくなる．そのため，Fig. 8 ⒝～⒟に示したように磁極間の空気隙間に流れる磁束は，端面方向の流れに対して側面方向の流れが多くなる．その結果，Fig. 9に示した端面のみしか磁束が流れないアクチュエータで求めた端Fig. 13

Relationship between forces Fa , Fr and F

面吸引力Faに対して，x が １㎜以下では本研究のアクチュ
エータの端面吸引力が小さくなり，Fig. 13 ⒝～⒟に示した
第46巻

第５号

―6―

2015年９月（平成27年）

39

近藤・竹内・若澤：円筒形２段磁極式電磁比例アクチュエータの研究

ように実験値Fの方が FaとFrを足した Faddよりも小さくなっの円筒形２段磁極式電磁比例アクチュエータは，s 寸法がたと考えられる．しかし，Fig. 13 ⒝～⒟に示すように，推３㎜の試作品の実測値から求めたものである． 本研究の試力Fが一定になる動作ストローク範囲では推力曲線 FaddとF

作アクチュエータについて，室温23℃で消費電力15Wに相は良く一致している．以上のことから，端面吸引力と側面当する電流を連続でコイルに流し続けたところ温度上昇を吸引力が単独で発生するアクチュエータの２つの吸引力曲

続け，約136℃で温度は飽和した．一般的に用いられる絶縁線を合成して，本研究のアクチュエータの推力曲線を求め

軟銅線の許容温度は，エナメル線で105 ～ 155℃である13）．

ることにより，アーマチャ位置xの変化に対して推力 Fを一

このことから，消費電力15Wで各アクチュエータの推力を定にするための s 寸法を簡便に求めることができることが比較すると，２段磁極式アクチュエータはリニアモータやわかった．このことにより，本電磁比例アクチュエータを

比例ソレノイドに比較して2.5倍近い推力が得られる．さら簡便に設計できることを明らかにできた．

にアクチュエータの放熱性を向上させて15Wよりも大きな電力をかけられれば，さらに大きな推力を得ることができ

7．他の電磁比例アクチュエータとの特性比較る．また，Table 1より本アクチュエータは動作ストローク

Fig. 14にアクチュエータに加える電力と推力の大きさの範囲が比例ソレノイドと比較すると短いが，前述したよう関係について，リニアモータおよび比例ソレノイドと本研に構成部品が全て単純な円筒形状で製作が容易であり，ス究のアクチュエータで比較した結果を示す．また，Fig. 14

トロークがやや短くても大きな推力が必要な用途に適してに示したアクチュエータの諸元をTable 1に示す．

いる．なお，本研究のアクチュエータはアーマチャ直径をFig. 14に示したアクチュエータは，Table 1に示すように大きくすると，ステータと対向する端面の面積はほぼ直径

外形寸法はほぼ同じである．Fig. 14のリニアモータは，Aの２乗に比例して大きくなる．一方，半径方向のステータ

社のカタログ値の消費電力90Wでの推力をもとに計算で求とアーマチャ磁極間の重なり部分の対向面積は，アーマめたものであり，比例ソレノイド⑴はＢ社のカタログ値をチャ直径と同じ比率でしか大きくならない．そのため，端5）表し，比例ソレノイド⑵は実測値である ．また，本研究

面吸引力は側面吸引力よりも大きくなる割合が高く，推力が一定になる動作ストローク範囲を得るためにはFig. 13⒜D imension of electro-magnetic proportional
actuators shown in Fig. 14～⒟の関係からs寸法を大きくする必要がある．その結果，

Size

Working
stroke

きくなると共に動作ストロークも大きくなると考えられる．

Cylindrical two-step type（s = ３㎜）

60㎜ diameter× 83㎜ length

２㎜

Linear motor

60㎜ square× 87㎜ length±１㎜

Proportional solenoid（1）60㎜ square× 123㎜ length

６㎜

Proportional solenoid（2）60㎜ square× 117㎜ length

3.7㎜

Table 1

Actuator

アーマチャ直径を大きくするとアクチュエータの推力が大
このことは比例ソレノイドでも同様で，比例ソレノイドの推力を大きくするためには外形寸法が大きくなり，動作ス
トロークもさらに大きくなる．逆に，動作ストロークを小さくすると小形化できるが，推力も小さくなってしまうと考えられる．
今後，本研究のアクチュエータがさらに大きな推力を発生できるように，コイルの銅部分とステータおよびアーマ
チャの鉄部分の比率や放熱性の検討を行う予定である．また，アクチュエータの外形寸法を変えた場合，推力や動作
ストローク範囲が外形寸法に対してどのように変化するか
詳しく調べる予定である．

8．結言

油圧比例制御弁を駆動する電磁比例アクチュエータとして，円筒形２段磁極を持ち，ステータとアーマチャが対向する軸方向と半径方向の二方向の空気隙間に流れる磁束により発生する２つの吸引力の合力が推力になるアクチュ
エータを考案し，試作した．外形寸法が直径60㎜で長さ83㎜の試作アクチュエータについて推力特性を測定した結果，
動作ストローク２㎜の範囲で推力がほぼ一定になり，動作
ストローク範囲内の推力は約290N得られた．本電磁比例ア
Fig. 14 C omparison of thrust force characteristics withelectro-magnetic proportional actuators
第46巻

第５号

クチュエータは，外形寸法がほぼ同じリニアモータや比例
ソレノイドと比較すると，室温時の消費電力15Wで2.5倍近―7―2015年９月（平成27年）

40

日本フルードパワーシステム学会論文集

タの試作研究（第２報：アーマチャの磁路断面積と突くの推力が得られることがわかった．

歯断面形状の影響），日本フルードパワーシステム学

また，アクチュエータ内に流れる磁束を調べ，これらの会論文集，Vol. 38，No. 1，p. 7-12（2007）

磁束流れにより発生する端面吸引力と側面吸引力の合力が本アクチュエータの推力になることを明らかにした．そし７）近藤尚生，日比昭：多段磁極式電磁比例アクチュエーて，二つの吸引力をそれぞれ単独で発生できるアクチュ

タの試作研究（第３報，アーマチャの寸法諸元が性能エータを試作し，このアクチュエータで得られた２つの吸に及ぼす影響），日本フルードパワーシステム学会論

引力曲線を合成することにより，本研究のアクチュエータ

文集，Vol. 39，No. 6，p. 110-115（2008）の推力曲線が求まり，本研究のアクチュエータを簡便に設８）Kondo, H., Hibi, A.：A Study of a Multi-step Pole TypeElectro-magnetic Actuator for Controlling Proportional

計できる方法を明らかにした．

Hydraulic Valve, JFPS International Journal of Fluid

参 考 文 献Power System, Vol. 2, No. 2, p. 9-14（2009）１）田中裕久：油空圧機器のための電気―機械インターフェ９）Kondo, H., Kurata, Y.：A Study of a Multi-step PoleType

イス，油圧と空気圧，Vol. 22，No. 1，p. 49-56（1991）

Electro-magnetic

Actuator

forControlling２）Backe, W.：Grundlagen und Entwicklungstendenzen in

Proportional Hydraulic Valve（Magnetic Flux Flow inder Ventiltechnik, O+P, Vol. 34, No. 7, p. 496-505（1990）

the Actuator）, Proceedings of 9th JFPS International
Symposium on Fluid Power, p. 415-422（2014）３）田中裕久，増田健二：二段形電気油圧圧力比例弁に関する研究，日本機械学会論文集（C編），Vol. 55，No.

10）近藤尚生，加藤新，山口健二：複数の角形磁極部を有する油圧比例弁用電磁比例アクチュエータの試作研究，

510，p. 503-507（1989）

日本機械学会東海支部第57期総会講演会講演論文集，

４）久保忠正，田中裕久：比例ソレノイドの吸引特性に関

No. 083-1，p. 77-78（2008）

する研究，昭和62年秋季油空圧講演会講演論文集，p.

11）サイバネットシステム㈱：ANSYS磁場解析セミナー

89-92（1987）

ノート（2011）

５）近藤尚生，日比昭：多段磁極式電磁比例アクチュエー
タの試作研究，日本フルードパワーシステム学会論文

12）山口惇，田中裕久：油空圧工学，コロナ社，p. 87（1986）

集，Vol. 36，No. 4，p. 96-101（2005）

13）中田高義，伊藤昭吉，河瀬順平：有限要素法による交

６）近藤尚生，日比昭：多段磁極式電磁比例アクチュエー

第46巻

第５号

―8―

直電磁石の設計と応用，森北出版，p. 11（1991）2015年９月（平成27年）

Vol.
Vol.4646 No.5
No.5

昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
平成27年９月15日発行
平成27年９月15日発行
（奇数月）
（奇数月）

0011
0011

フルードパワー歴史探訪〜温故知新〜

東
東京
京都
都港
港区
区芝
芝公
公園
園三
三丁
丁目
目五
五│
│二
二二
二 電
電話
話（
（〇
〇三
三）
）三
三四
四三
三三
三│
│八
八四
四四
四一
一 Ｆ
ＦＡ
ＡＸ
Ｘ（
（〇
〇三
三）
）三
三四
四三
三三
三│
│八
八四
四四
四二
二
̶ 編集兼発行人 一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会 振替口座 東京〇〇一一〇│三│一三三六九〇
̶
編集兼発行人 一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会 振替口座 東京〇〇一一〇│三│一三三六九〇

〒
〒
105
105

フルードパワーシステム

フルードパワーシステム
フルードパワーシステム

昭和47年10月19日第4種学術刊行物許可
昭和47年10月19日第4種学術刊行物許可 平成27年９月15日発行
平成27年９月15日発行
（奇数月）
（奇数月）

ISSN
ISSN1346－7719
1346－7719

フルードパワーシステム
フルードパワーシステム

ISSN
ISSN1880－3121
1880－3121

日本フルードパワーシステム学会論文集
日本フルードパワーシステム学会論文集

日本フルー
日本フルードパワーシステム学会誌
ドパワーシステム学会誌

フルードパワーシステム
46 5
Sep.2015
Sep.2015 Vol.
Vol.

No.
No.

日本フルー
日本フルードパワーシステム学会論文集
ドパワーシステム学会論文集
TRANSACTIONSTRANSACTIONS OF
OF THETHE JAPAN
JAPAN FLUID
FLUID POWER
POWER SYSTEMSYSTEM SOCIETY
SOCIETY

特集「フルードパワー歴史探訪～温故知新～」特集「フルードパワー歴史探訪～温故知新～」第四十六巻第五号（二〇一五）

東
東京
京都
都文
文京
京区
区白
白山
山一
一│
│一
一三
三│
│七
七 ア
アク
クア
ア白
白山
山ビ
ビル
ル五
五階
階
印刷
刷所
所 勝
勝美
美印
印刷
刷株
株式
式会
会社
社
印

5
日本フルードパワーシステム学会

一般社団法人
一般社団法人 日本フルー
日本フルードパワーシステム学会
ドパワーシステム学会

http://www.jfps.jp
http://www.jfps.jp