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
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29年１
平成29年１
平成29年１
平成29年１
月15日発行
月15日発行
月15日発行
月15日発行
（奇数月）
（奇数月）
（奇数月）
（奇数月）

ISSN
ISSN
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1346－7719
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1346－7719
1346－7719 フルードパワーシステム
フルードパワーシステム
フルードパワーシステム
フルードパワーシステム
日本フルードパワーシステム学会論文集
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ISSN
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1880－3121
1880－3121
1880－3121
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
日本フルー
日本フルー
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ドパワーシステム学会誌
ドパワーシステム学会誌
ドパワーシステム学会誌
ドパワーシステム学会誌

特集「柔軟構造のフルードパワーアクチュエータ」

フルードパワーフルードパワー
システム
システム
48
48 11
Jan.2017
Jan.2017
Jan.2017
Jan.2017Vol.
Vol.
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No.
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日本フルー
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ドパワーシステム学会論文集
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TRANSACTIONSTRANSACTIONSTRANSACTIONSTRANSACTIONS
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THE
THE
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JAPAN
JAPAN
JAPAN
JAPAN
FLUID
FLUID
FLUID
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POWER
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SOCIETY
SOCIETY
SOCIETY
SOCIETY

特集「柔軟構造のフルードパワー
特集「柔軟構造のフルードパワー
特集「柔軟構造のフルードパワー
特集「柔軟構造のフルードパワー
アクチュエータ」
アクチュエータ」
アクチュエータ」
アクチュエータ」

第四十八巻
第一号（二〇一七）

1
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
一般社団法人
一般社団法人日本フルー
日本フルー
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
ドパワーシステム学会
ドパワーシステム学会

http://www.jfps.jp
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LUID POWER SYSTEISSN 1346―7719

第48巻 第 1号 2017年１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

【挨拶】
年頭のご挨拶小山

紀 ４

年頭にあたって

眞田 一志，肥田 一雄 ５

特集「柔軟構造のフルードパワーアクチュエータ」【巻頭言】「柔軟構造のフルードパワーアクチュエータ」発行にあたって

塚越 秀行 ６

【総論】
柔軟構造のフルードパワーアクチュエータの展望

則次 俊郎 ７

【解説】
圧力駆動バルーンアクチュエータを利用したマイクロフィンガーによる培養細胞組織の把持・解放操作

小西

液圧アクチュエータを用いた低侵襲医療機器

芳賀 洋一 15

フレキシブルERバルブを用いたマイクログリッパ

吉田 和弘 18

気液可逆反応を利用したガス圧アクチュエータ

鈴森 康一，和田

聡 12

晃 21

螺旋状巻き付き空気圧駆動ソフトアクチュエータ

西岡 靖貴 26

タコの吸盤を参考にした空気圧駆動による投擲型柔軟吸着体：Anchor Ball

塚越 秀行 29

【会議報告】ERMR2016におけるフルードパワー技術の研究動向

竹村研治郎 32

【教室】
入門講座「エネルギー工学」第三回：火力発電と環境対策・地球温暖化

江間

敏 34

【トピックス】
レンズ風車とそのクラスタ化による新しい風車システム―マルチレンズ風車の開発―

大屋 裕二 37

機械類の安全性 ―設計者のための一般原則― リスクアセスメントおよびリスク低減 北村

剛 41

インド駐在員日記

松崎 顕介 44

特許文献を調べる・特許情報プラットフォーム…特許文献を見る3

木原 和幸 47

【会告】平成28年度 ウィンターセミナー「自動車の動力伝達機能を支える油圧技術」
51

平成29年春季フルードパワーシステム講演会 併設セミナー「フルードパワーに役立つセンシング技術」


51

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29年春季フルードパワーシステム講演会

51

平成29年春季フルードパワーシステム講演会併設企画「製品・技術紹介セッション」


51

書籍案内 オーム社刊「油圧・空気圧回路～書き方＆設計の基礎教本」


52

共催・協賛行事のお知らせ

53

その他

50，54，55，56■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

フルードパワー設計者のためのグローバルスタンダード 第1回 「ISO12100」

ISSN 1346―7719

Vol．48，No. 1

January 2017

JOURNAL OF THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY

FLUID POWER SYSTEM
Contents【Greeting Message】

New Year’s Greetings
Greetings of New Year from the Vice Presidents

Osamu OYAMA
Kazushi SANADA, Kazuo HIDA

４５Special Issue “Fluid Power Actuator with Flexible Structure”【Preface】

On the Special Issue“Fluid Power Actuator with Flexible Structure”
【Survey】

Outlook on Fluid Power Actuator with Flexible Structure

Hideyuki TSUKAGOSHI

６

Toshiro NORITSUGU

７【Review】

Micro-fingers Using a Pneumatic Balloon Actuator for Cellular Aggregate ManipulationSatoshi KONISHI
Yoichi HAGA
Minimally Invasive Medical Equipment Using Hydraulic Actuator
Microgrippers Using Flexible ER Valves
Kazuhiro YOSHIDA
Hose-free Pneumatic Actuator Using Reversible Chemical Reaction Koichi SUZUMORI, Akira WADA
Helical-winding Pneumatic Soft Actuator
Yasutaka NISHIOKA
Anchor Ball: Deformable Anchor Ball for Thrown Referring to Octopus Suckers

Hideyuki TSUKAGOSHI【Conference Report】

State of the Art of Fluid Power Technology in ERMR2016

Kenjiro TAKEMURA

12
15
18
21
26
29

32

【Lecture】

An Introductory Course of Energy Engineering :2. Environmental Countermeasurein Thermal Electric Power Generation and Global Warming

Satoshi EMA

34

A Multi-Rotor System Using Wind Turbines with Brimmed Diffuser
Yuji OHYA
Global Standards for Fluid Power Designers Part 1.「ISO12100」
Safety of Machinery –General Principles for Design－ Risk Assessment andRisk Reduction

Takeshi KITAMURA
Matsuzaki’s Diary in India
Kensuke MATSUZAKI
Investigation of the Patent Documents/ Japan Platform for Patent Information–Patent Literature Reference 3
Kazuyuki KIHARA

37【Topics】【JFPS News】


41
44
47

50，51，52，53，54，55，56

The Japan Fluid Power System Society
c/o Kikaishinko Building
3-5-22 Shiba-koen, Minato-ku, Tokyo, 105-0011, Japan4

フルードパワーシステム

挨 拶

年頭のご挨拶

著

者

紹

介
お

やま

小 山

おさむ

紀

明治大学理工学部〒314-8571 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

明けましておめでとうございます．年頭にあたりましてご挨拶を申し上げます．
平成27年（2015年）にギリシャ金融危機に端を発したEU脱退問題が起きたことは記憶に新しいところです．昨年６月には遂に英国が国民投票の結果
より脱退にかじ取りし，日本を巻き込んだ世界的な波乱を予感させました．国内においては熊本，鳥取の地震や相次いだ台風上陸など，自然災害に悩まされた年でもありました．
本学会におきましても，グローバル化による産業構造変化や，急激な高齢化社会への移行による影響があることを見逃せません．これから来るかもしれない激震に耐えうるよう，学会の基盤を整備しなけ
ればなりません．そのために本学会が存在していることのメリットを実質化しておく必要があります．
学会の使命は「知識の交換や情報提供により研究の進歩・普及を図り，学術の発展に寄与する」（定款より，一部略）ことです．国際を視野にした知識の交換や情報提供が何よりも重要でしょう．昨年から賛助会員企業へのサービスに軸足を置いた産学共同研究委員会「国内外のフルードパワーシステム研
究開発動向調査委員会」が活動を開始しました．５

機 関 と の 連 携 で は， 昨 年 ４ 月 に ベ ト ナ ムThe
National Institute of Patent and Technology
ExploitationとMOUを締結しています．
国内での産学連携につきましては，学会講演会，研究委員会，セミナー，フルードパワー道場などを通じておこなっていますが，今後さらなる連携強化をはかってまいります．特にフルードパワー工業会とは関係を一層強化していきます．
学会の会員数増減について，現在は横ばいの状態
です．増強をはかるには，会員でいることのメリットを実質化することが急務です．目に見える形での会員サービスを実施していきます．昨年は上記中国との若手交流事業について，中国からの招聘分とは別に新たに１名を会員から公募し応募者を派遣しました．また，ベテラン会員が学会の会合へ積極的に参加しやすい環境を整備するため，永年会員制度を発足させています．さらに一層の会員サービスに向けて，是非とも会員の皆様からご要望をお寄せくだ
さい．もちろん，新たなサービスを開始するには出費が伴います．会員増強による収入増で補うのがベストですが，現状では健全な財政運営を保全するため経費節減が必要です．その一環として，来年から論文の電子化を実施します．従来，学会誌と合本の形で発行していた論文誌を廃止しますが，論文は引き続きJ-StageにWEB公開されます．会員の皆様のご理解をお願いします．
有名な「もはや戦後ではない」の経済白書が出されて昨年でちょうど50年でした．この間，科学技術に対する社会の期待や信頼に変化があったことは否めません．しかし，人のために技術が必須である

月には第４回日中国際共同ワークショップを開催し，ことは明白な事実です．フルードパワー技術者は信念を持って，そして信頼を裏切らない技術を確立してゆくことが求められます．本学会も３年後の平成

中国からの９名を含む計40名の参加者を得て，有効な情報と意見交換をおこなうことができました．
11月の中国浙江省2016FPTCでの若手交流事業に32年に創立50年を迎えます．次の50年につながる
フルードパワー創成を目指しつつ，半世紀にわたる活動成果とその意義を社会に伝える機会です．

は中国からの招聘者として１名を派遣しました．また本年10月には第10回国際シンポジウムを福岡で開催します．奮ってのご参加をお願いします．国外

最後になりましたが，学会運営にはなによりも会
員皆様のご理解・ご協力が必要です．どうかよろし
くお願い申しあげます．（原稿受付：2016年10月26日）

4

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

眞田・肥田：年頭にあたって

5挨 拶

年頭にあたって

著

者

紹

介
さな

だ

眞 田

かず

一

し

志

横浜国立大学大学院工学研究院〒240-8501 横浜市保土ケ谷区常盤台79－５
E-mail：sanada-kazushi-sn@ynu.ac.jp

昭和61年３月東京工業大学大学院理工学研究科修士課程制御工学専攻修了．昭和61年４月東京工業大学助手，平成10年横浜国立大学工学部生産工学科助教授，平成13年横浜国立大学大学
院助教授，平成16年横浜国立大学大学院教授，
現在に至る.
ひ

だ

肥 田

かず

一

お

雄

川崎重工業株式会社精密機械カンパニー〒651-2239 神戸市西区櫨谷町松本234
E-mail : hida_k@khi.co.jp

川崎重工業株式会社常務取締役，精密機械カンパニープレジデント，（一社）日本フルードパ
ワーシステム学会 副会長，
（一社）日本機械学会会員．

1．は じ め に
新年，明けましておめでとうございます．年頭にあたり，副会長として，ご挨拶を申し上げます．

2．国際シンポジウム開催
本年10月には，当学会主催の国際シンポジウムが開催されます．今回が記念すべき第10回のシンポジウムであり，記念講演会を計画しています．海らの国際会議への参加を通して，研究開発の最先端の情報を得るとともに，各国の研究者との絆をさらに深めて参ります．

4．基 盤 強 化
当学会に限らず，主要な学会でも基盤強化（年齢構成，論文WEB化，産学連携）は喫緊の課題となっています．
会員の年齢構成の高齢化に対しては，シニアの会
員の皆様に，ひきつづき当学会に継続して参加していただく施策や，若手研究者・技術者の当学会への勧誘の両面作戦が必要です．
当学会では，研究論文の完全WEB化も検討されています．WEBに掲載することで，簡単に検索でき，引用される機会が増えます．英文であれば，世界中の研究者から検索，引用され，研究に対する評価が向上することになります．
産学連携については，フルードパワー工業会と連携してさまざまな活動を進めてまいります．そのひとつの例として，当学会の大学教員と連携して実施した研究成果を国際シンポジウムで発表することが計画されています．
基盤強化には，まだまだ課題がありますが，大きな成果が得られるよう，副会長として尽力して参ります．

5．50周年に向けて外の著名教授の招待講演のほか，オーガナイズド
1970年に日本油空圧協会が発足し，当学会はまセッション，ポスターセッションなど，多彩な視点から，研究開発の成果が紹介されるものと期待し， もなく50周年を迎えます．半世紀にわたる当学会副会長として，その成功のために尽力して参ります． の道程を振り返り，さらに将来を見据えたビジョン
を示すことが求められています．今年は，50周年
3．海外動向と国際交流の記念事業の準備が始まります．小山会長のもと，2016年は，ドレスデンでのシンポジウム，イン
準備に伴うさまざまな課題を，副会長として対策しドフルードパワー学会の講演会やイギリスバース大て参ります．
学のシンポジウムなどの国際会議に，本会員の皆様
2017年が会員の皆様にとって良い新年となりますも参加され，国際交流を深められました．今年は， ことを祈念し，副会長の新年のご挨拶といたします．
浙江大学のシンポジウム，ASME/Bathシンポジウ
ムをはじめとした国際会議が予定されており，これフルードパワーシステム（原稿受付：2016年 ９ 月30日）

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

5

6

フルードパワーシステム

巻 頭 言「柔軟構造のフルードパワーアクチュエータ」
発行にあたって

著

者

紹

介
つか

ごし

塚 越

ひで

秀

ゆき

行

東京工業大学大学院〒152-8552 東京都目黒区大岡山２－12－１－S５－19
E-mail : htsuka@cm.ctrl.titech.ac.jp
1998年東京工業大学大学院工学研究科博士課程修了．同大学助手を経て，2004年同大学工学部助教授，准教授，現在に至る．レスキューロ
ボット，流体アクチュエータの研究に従事．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．博士（工学）．

体の構成では課題が残されている．弁を含めたシス
テム全体の柔軟化・小型化・軽量化は流体駆動系の永久のテーマである．また，多自由度駆動系における配管のスリム化も不可避の課題であろう．
そこで本特集号では，｢柔軟構造のフルードパ
ワーアクチュエータ｣ と題し，柔軟性に優れたフルードパワーアクチュエータの最新情報を紹介する．
なかでも，外界への適応性に優れたアクチュエータの設計や，柔軟性を損ねないための弁・配管・駆動源の構成に注目し，これらに関して斬新なアイデア
超高齢化社会をむかえた我が国において，医療・で挑まれている研究者に，そのユニークな解決方法
介護・農作業・保守点検など，身近な生活環境で人をご紹介いただくのが本特集号の目的である．
間を支援するロボットのニーズが高まりつつある．
則次俊郎氏（津山高専）には，総論として柔軟構
これらの環境で活躍するロボットにおいて，人体や造のフルードパワーアクチュエータの可能性と課題
対象物に対し，マニピュレーション・アシスト・探を解説していただいた後，様々なタイプの空気圧人査などの作業を安全に行える機能の搭載が最重要課
工筋をご紹介いただく．小西聡氏（立命館大学）に題となる．
は，わずか直径数百㎛程度の塊である培養細胞組織
その実現には，外部環境を計測するセンサ・信号
を把持・解放するための空気圧駆動マイクロアク
処理・運動制御などの各要素技術の進化に加えて， チュエータをご紹介いただく．芳賀洋一氏（東北大接触する対象に損傷を与えない柔軟構造のアクチュ
学）には，生理食塩水を用いた液圧駆動の低侵襲医
エータの創製が欠かせない．
療機器として能動屈曲カテーテルや径可変内視鏡
近年，最先端の柔軟素材を用いた様々なタイプのフードをご紹介いただく．吉田和弘氏（東工大）には，“ソフトアクチュエータ” が開発されている．高分子
機能性流体の一つであるERF（electro-rheological
ゲルアクチュエータ，導電性高分子アクチュエータ， fluid）の粘度を変化させて制御する弁内蔵のマイク
エラストマーアクチュエータ，カーボンナノチュー
ブアクチュエータ，などが開発事例として挙げられログリッパについてご紹介いただく．鈴森康一氏ら（東工大）には，弁や圧力源の機能も内在したアクる．各々に個別の特徴があり，その長所を生かした
様々な応用が模索されている．ただし，これらはい
ずれも電気エネルギーから機械エネルギーに変換すチュエータとして気液可逆反応を利用したガス圧ア
クチュエータをご紹介いただく．西岡靖貴氏（滋賀県立大学）には，ユニークな動作を生じる螺旋状巻

る機能がアクチュエータ内に含まれる．このため，駆動力を増すための設計を試みると，素材の厚みや太さも増し，柔軟性を損ねる場合も生じる．

き付き空気圧駆動ソフトアクチュエータをご紹介いただく．最後に塚越秀行（東工大）は，タコの吸盤を参考とした構造を導入し，凹凸面に適応しながら一方，フルードパワーアクチュエータは一般に，アクチュエータの外部に設けた圧力源から伝送された流体エネルギーをもとに，機械エネルギーをダイ吸着する空気圧駆動の柔軟吸着体を紹介する．
末筆ながら，ご多忙のなかご寄稿いただいた執筆者のみなさまに厚く御礼申し上げる．本特集号が，レクトに取り出せる．そのため，アクチュエータ自体は圧力源と独立して設計でき，柔軟性を保ちつつ出力／重量比の高い動作を生成しやすい．

柔軟構造のフルードパワーアクチュエータに関する最新情報の提供に資すれば，望外の喜びである．


その反面，圧力源や制御機能も含めたシステム全

6

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）（原稿受付：2016年11月21日）

則次俊郎：柔軟構造のフルードパワーアクチュエータの展望

7

総 論

柔軟構造のフルードパワーアクチュエータの展望

著

者

紹

介
のり

つぐ

則 次

とし

俊

ろう

郎

津山工業高等専門学校〒708-8509 岡山県津山市沼624－１
E-mail : toshiro@tsuyama-ct.ac.jp

1974年岡山大学大学院工学研究科修士課程修了．津山工業高等専門学校助手，講師，助教授を経て，1986年岡山大学工学部助教授，1991年
同教授，2005年同大学院自然科学研究科教授，
2013年岡山大学名誉教授，津山工業高等専門学校長，現在に至る．ロボットに関する研究に従事．日本フルードパワーシステム学会会員，日本機械学会，日本ロボット学会，計測自動制御
学会のフェロー．工学博士．

１．は じ め に2014年５月のOECD閣僚理事会での安倍総理大臣のロボット革命宣言に端を発し，現在，わが国はロボットブームと言える状況であり，関連の新聞誌
上等において「ロボット」の文字を目にしない日はない．同年に立ち上げられた「ロボット革命実現会議」では，2020年までにサービスロボットの市場を20倍にすることが議論されている1）．
「段階の世代」の人々が75歳以上（後期高齢者）となる2025年ごろには医療・介護・福祉の負担増
加，生産年齢人口の減少などによる社会保障財政の悪化が，2025年問題として危惧されている．このような課題に対応する手段として，高齢者や障害者の自立した日常生活や介護支援，リハビリテーショ

肉とも呼ばれ，形状記憶合金，高分子材料，空気圧などを用いたものが研究開発されている．
本稿では，本特集号の主旨を鑑み，空気圧人工筋に関するこれまでの筆者らの研究成果に基づいて，
柔軟構造フルードパワーアクチュエータの可能性や課題を展望する．

2．‌柔軟構造フルードパワーアクチュエータの特徴
バックドライバビリティを実現する方法はつぎの３つに大別される．
① アクティブ制御による方法
電動モータなどの従来型剛体アクチュエータとトルクセンサや力センサを組み合わせたコンプライア
ンス（スティフネス）制御系を構成する．
② 動作媒体の柔軟性を利用する方法
空気圧シリンダのシリンダ内空気の圧縮性などの受動的柔軟性を利用する．
③ 弾性材料を利用する方法
ゴムなどの弾性材料を用い，本体の材質や構造が柔軟なアクチュエータを利用する．例えば，バルー
ン型アクチュエータや本特集で対象とする柔軟構造
アクチュエータはこの範疇に入る．
図１に柔軟構造アクチュエータのイメージを示す．
簡単のため１次元モデルとする．アクチュエータ本
体が弾性体で構成され，アクチュエータに入力されたエネルギーと負荷側からの反力とのバランスによン支援，さらに，生産工場や農林水産業などにおいて重作業を支援するいわゆる人間支援ロボットの開り動作変位が決定される．アクチュエータは図中のk（剛性）が小さい（剛性が低い）ほど柔らかく発と実用化が求められる．
この種のロボットは，人間と身近で，あるいは人間を直接の作業対象とすることが多い．そのため，一般の産業用ロボットと比べて人間に対する安全性

バックドライバビリティが高い．また，負荷側からの反力によるエネルギーを弾性エネルギーとしてアクチュエータ本体に保存できる．

や快適性が強く求められ，ロボットを駆動するアクチュエータも適切に選択する必要がある．すなわち，適度な柔軟性やバックドライバビリティが求められ，
このような特性を持つアクチュエータがソフトアク
チュエータあるいは本特集における柔軟構造アクチュエータである．ソフトアクチュエータは人工筋

図１

フルードパワーシステム

柔軟構造アクチュエータのイメージ

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

7

8

フルードパワーシステム

一般に低剛性アクチュエータは，高精度で高速な
位置や速度の制御には不向きであるが，人間の柔軟な筋肉は手や指に緻密な動作をもたらす．人間の知能がその由縁である．柔軟構造アクチュエータの利
点を十分に発揮するためには，人間の知能と同様に適切な制御方策が求められる．
以下では，このような特徴を備えたアクチュエー
タとして空気圧ゴム人工筋に注目し，筆者らがこれまでに開発したいくつかの人工筋ならびにこれらを用いた装着型パワーアシスト装置（パワーアシストウェア）を紹介するとともに，今後の方向を展望する．

3．空気圧人工筋

図３

試作したマッキベン型空気圧ゴム人工筋の特性

stringと呼ぶ）である．内部のゴムチューブは内径1.8㎜，外径3.2㎜のシリコーンゴム，強化繊維はポリエステル製である．試作したMuscle stringは人チューブやバルーンなどの内部に圧縮空気を供給し， 工筋としての性能を有することが確認されている3）．
本 製 造 法 は 確 立 さ れ た も の で は な い が， 将 来，
その膨張力によりアクチュエータとしての運動エネ
空気圧人工筋と呼ばれるものには多くの種類が存在する．一般に，ゴムなどの弾性材料で構成された

ルギーを発生する．この時，ゴム素材の繊維強化や弾性特性に異方性を与えることにより，人工筋の運動モードを特定する．
3.1 マッキベン型空気圧ゴム人工筋
マッキベン型空気圧工筋が代表的であり，図２に示すように，ゴムチューブを編んだスリーブで覆ったものである．スリーブのメッシュ状の繊維強化により，ゴムチューブを加圧するとゴムチューブの半
径方向の膨張力が軸方向の収縮力に変換される．

Muscle stringの大量生産が求められる場合に有効な手段であると考える．

⒜

 紐機によるゴム製
人工筋の製造図４⒝

試作した細長ゴム人工筋

細長ゴム人工筋（Muscle string）の製造法

3.3 湾曲型人工筋
図５⒜はゴムチューブを繊維ベローズで覆ったものである．ゴムチューブを加圧すると，ゴムチュー
図２

マッキベン型空気圧ゴム人工筋の構造と動作試作したマッキベン型空気圧ゴム人工筋の特性を
図３に示す．市販のゴムチューブをFLチューブで覆ったものであり，図は，外径11.6㎜，内径8.0㎜，
長さ793㎜のゴムチューブを使用したものである．
600kPa加圧時の収縮率は24.8%，軸方向の収縮力は343Nである．人工筋の重量は70gであり，アクチュエータとしての出力/重量比がきわめて高い．
3.2

細長ゴム人工筋（Muscle string）の製造

細長のマッキベン型ゴム人工筋の製造法として図４⒜のような製紐機を利用する方法を提案し，特許公開している2）．21のリールからゴムチューブを供給し，その周囲に強化繊維を編み込む．図４⒝は製ブの半径方向の膨張はベローズにより抑制され軸方向にのみ伸張する．この時，図のように人工筋の下側の伸びを抑制することにより上側のみが伸張して下方向への湾曲動作が得られる．
図５⒝の人工筋は，図５⒜と同様に上面と下面の弾性に差を設けることにより湾曲動作を行う．織ゴ
ムは幅方向に伸びにくく軸方向に伸び易い性質を有する．このような織ゴムでゴムチューブの上下面を挟むことにより，ゴムチューブ加圧時に半径方向の膨張を抑制し，軸方向への伸張動作が得られる．上下面の織ゴム枚数に差を持たせることにより，軸方向への伸張動作と湾曲動作が同時に得られる．上側の織ゴム内に伸張しにくいナイロンバンドなどを縫い付けることにより湾曲動作のみが得られる4）．

紐 機 を 用 い て 製 造 し た 細 長 ゴ ム 人 工 筋（Muscle

8

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

9

則次俊郎：柔軟構造のフルードパワーアクチュエータの展望

4.

パワーアシストウェアへの展開

空気圧ゴム人工筋の軽量・柔軟な特徴を活かした身体装着型パワーアシスト装置への応用が可能である．筆者らはこのような観点から人工筋を直接に身体に装着して身体の種々の動作を支援する装置を開発している．一連の研究は衣服状支援装置（パワーアシストウェアと呼ぶ）の実現を目的としている．
4.1 空気圧ゴム人工筋の装着
図７は，３本のマッキベン型人工筋を身体に直接取り付け，右肩から右手首に掛けての２本の人工筋の収縮により右腕の持ち上げ動作が支援できる．また，左肩から右手首に掛けて斜めに掛けた人工筋を同時に収縮させることにより右腕の内旋動作が支援⒜ 湾曲型空気圧ゴム人工筋できる．
図８は長尺の人工筋を脚部に設置し，寝返り動作
支援への応用を試みたものであり，下肢の屈曲動作の支援が可能である．本装置に関する研究は5），筆者らのアイデアの提案と可能性を示すに留まっているが，柔軟・軽量なゴム人工筋は常時着用が可能であり，実用的な寝返り支援への応用が期待される．
また，図９⒜は一本の細長ゴム人工筋を両端で折り返して製作した平面状ゴム人工筋である．市販の⒝ シート状湾曲型空気圧ゴム人工筋
図５

２種類の湾曲型空気圧ゴム人工筋

3.4 ツイスト型人工筋
図６は図５⒝と同構造のゴム人工筋に螺旋状に繊維を巻き付けたものであり，ツイスト型ゴム人工筋と呼ぶ．巻き付けた繊維の方向には拘束されるため伸張しにくく，繊維方向と垂直な方向には拘束がな
いため伸張しやすい．この結果，ゴムチューブ加圧
時にひねり動作が生じる．加圧力により捻り角度や発生トルクを制御できる．

図６

⒜

加圧前

⒝

加圧後

図７

肩部動作支援装置

ツイスト型空気圧ゴム人工筋
図８
フルードパワーシステム

第48巻

寝返り動作支援への応用
第１号

2017年１月（平成29年）

9

10

フルードパワーシステム

滑り止めネットを用いて網目状構造としている．発
生力は折り返し本数に比例する．図９⒝は図９⒜の名した．基礎研究と施設等での試験を経て2011年に産学連携によりパワーアシストグローブを商品化

人工筋２枚を肩サポーターに取り付けたものである． し た （ h t t p : / / w w w . d a i y a k . c o . j p / p r o d u c t /人工筋を加圧することにより図７と同様に腕の持ち
detail/280）．図12は商品化したパワーアシストグ
上げと内旋動作の支援が確認され，この種のパワー
ローブを示す．筆者らの湾曲型空気圧ゴム人工筋のアシストウェアの可能性が示されている．
図10⒜はツイスト型人工筋を腰の左右に取り付
けて腰部のひねり動作を支援するパワーアシスト

技術と連携企業（岡山市内のサポーターメーカ）の縫製技術との融合により，軽量，コンパクトで柔軟なパワーアシストグローブが実現されている．指のウェアを構成したものである．図10(b)は左方向回握り動作やつまみ動作を支援できる．エネルギー源
転の場合に脊柱起立筋の筋電位を測定した例である． にCO2ボンベを使用し，装置一式を携帯可能として
い る．98 ㏄ ボ ン ベ を 使 用 し た 場 合， 総 重 量 は 約
同じ回転動作において，支援がある場合には筋電位700g，使用可能回数は約200回である．手指の筋が減少しパワーアシストウェアの支援効果が確認で力が低下した高齢者や身障者の日常生活動作やリハ
きる．
ビリテーションなどへの応用が可能である．ゴム人
図７～図10は大掛かりな装置を使用することなく支援効果が得られる．これは，空気圧ゴム人工筋
ならではの利点であり，柔軟・軽量かつ簡易で安価なパワーアシスト装置としての実用化が期待される．
支援可能な動作範囲や支援力の増加，身体への取り付け方法の工夫などについて今後の継続研究が望まれる6）．
4.2 パワーアシストグローブ
手袋の指背に湾曲型ゴム人工筋を取り付けること
により指の曲げ動作や把握力を補助できる．図11は図５⒜の人工筋を用いた研究室レベルのプリミ
ティブなものであり，パワーアシストグローブと命⒝⒜

工筋の屈曲方向を逆にすることで手指の伸展動作の支援も可能であり，手指の拘縮緩和訓練などへの応用も期待される．
現在，展示会への出展や医療機関への紹介などによる普及活動を実施している．また，このグローブ
は岡山市総合特区事業「介護機器貸与モデル事業」の対象機器に選定されている．この事業は，介護保険給付の対象となっていない介護機器について，2014年１月から岡山市が貸与料の９割程度を支給して市内の要介護者等に貸し出すものである．

肩部動作支援装置
図11

平面状人工筋大学の研究室で試作したパワーアシストグローブ

図９ パワーアシストウェアへの応用

図12⒝

筋電による支援効果の検証

商品化されたパワーアシストグローブ

5．今後の展望と課題⒜ 腰部ひねり動作支援

5.1 制御系の構成
柔軟構造フルードパワーアクチュエータは，その図10

柔軟性に基づく受動的なバックドライバビリティに

10

ツイスト型空気圧ゴム人工筋を用いた腰部動作支援
フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

則次俊郎：柔軟構造のフルードパワーアクチュエータの展望より，たとえば，身体との接触を伴う生活支援ロ
ボットなどへの応用が期待される．この種の用途で求められる対象物に対する接触力は，空気などの動
作流体の圧力により容易に制御できる．反面，柔軟性は制御系の剛性の低下をもたらし，自由空間における高精度な位置決めや高速な応答には不向きである．柔軟構造フルードパワーアクチュエータのこのような特質を十分理解した上で利用すべきである．

11

ように人工筋を身体に直接に装着する方法，図９や図12のようにサポーターや手袋などに人工筋を取り付ける方法など，身体部位やその動作によってそれぞれ適切な方法が考えられる．
パワーアシストグローブは支援対象部位を内包でき，力の伝達が面接触による点で的確な機構である．
また，図７や図８あるいは図10のように，複雑な機構を伴わない人工筋単体による動作支援が原点である．さらに，この種の技術がより進化し，図４のまた，駆動系の構成において，必要に応じて適切な制御理理論を導入することが効果的である．さらに， ような大量生産されたMuscle stringで編んだ衣服状のパワーアシストウェアの実現も期待される．
高機能化のため人工知能（AI）などの適用もチャレ
本稿を通して，柔軟構造フルードパワーアクチュ
ンジングで興味ある課題である．
エータ，および，その一つの応用対象として空気圧
5.2 駆 動 源
ゴム人工筋を用いたパワーアシストウェアに関心を
空気圧アクチュエータには駆動源である圧縮空気高めていただければ望外の喜びである．
が必要である．工場や病院などの施設においては，
空気圧縮機を集中管理し，施設内に配管すればよい．
参考文献
また，図12のパワーアシストグローブのような消１ ）佐藤知正：人と協働するロボット革命最前線，エヌ・
費エネルギーが小さい場合には，ボンベなどの利用も有用である．このとき，ボンベを弾性体としてボンベ本体への保存エネルギーを利用するなどの工夫も考えられる7）．
小型・軽量圧縮機の開発とともに，電気バッテ
リーに相当する小型・軽量で高圧の圧縮空気ボンベの開発が望まれる．また，液体窒素やドライアイスなどの気化ガスの利用も興味ある課題である．

6．お わ り に
いくつかの空気圧ゴム人工筋とそれらを用いたパ
ワーアシストウェアを紹介した．これらの特徴は軽くて柔らかいことであり，日常生活のQOL向上，介護やリハビリテーション，各種作業などにおいて，手軽に着用できるパワーアシスト装置として期待される．ハードな外骨格を有しないため，軽量・コンパ
クトなサポーター感覚で使用でき，インナーウェア
として衣服の下に人知れず装着できる可能性もある．
外骨格を用いないため，人工筋発生力の身体への伝え方に工夫が必要である．図７，図８，図10のティー・エス，pp. 3-15 (2016)２ ）則次：流体アクチュエータ，流体アクチュエータの製造方法，流体アクチュエータを備えた筋力補助装置，及び流体アクチュエータで構成した拘束具，特願2005－
259988，特開2007-68794
３ ）坪田，則次，高岩，佐々木，大谷： Muscle stringを用いたアクティブサポーターの開発，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集，1P1-N117（2005）
４ ）荒金，則次，高岩，佐々木，猶本：シート状湾曲型空気圧ゴム人工筋の開発とパワーアシストウェアへの応
用，日本ロボット学会誌，Vol. 26，No. 6，pp. 674-682（2008)５ ）寺田，則次，高岩，佐々木：空気圧ゴム人工筋を用いた寝返り支援装置の開発，日本機械学会ロボティクス・
メカトロニクス講演会講演概要集，2P2-E07（2011）
６ ）則次俊郎：空気圧ゴム人工筋を用いた身体動作支援装
置の最新動向，計測と制御，Vol. 50，No. 1，pp. 30-35（2011）
７ ）佐々木，則次，高岩，岩𦚰：  空気圧駆動ウェアラブル
デバイスのための小型空気圧供給システムの開発，日本
ロボット学会誌，Vol. 31，No. 7，pp. 659-668（2013）

フルードパワーシステム（原稿受付：2016年10月18日）

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

11

12

フルードパワーシステム

解 説

圧力駆動バルーンアクチュエータを利用したマイクロフィンガーによる培養細胞組織の把持・解放操作

著

者

紹

介
こ

にし

小 西

さとし

聡

立命館大学理工学部〒525-8577 滋賀県草津市野路東１－１－１
E-mail : konishi@se.ritsumei.ac.jp
1991年東京大学工学部卒業，1993年同大学大学院博士課程前期課程修了，1996年同後期課程修了，博士（工学）．1996年立命館大学理工学部
講師，1999年助教授，2006年教授，現在に至る．
MEMS，マイクロマシンの研究に従事．電気学会，
日本機械学会，応用物理学会，日本コンピュー
タ外科学会，IEEE等の会員．

1．は じ め に

図１

第１世代の曲げ動作PBA

反り上がることができる．マクロな領域を含めさま
ざまな圧力駆動アクチュエータが報告される中でも，MEMSおよびその微細加工技術であるマイクロマ
シーニング技術を用いた圧力駆動マイクロアクチュ
エータとしては新規的なものとなった．
さて，マイクロマシンの応用として関心が高まっているバイオの分野では4），近年，細胞工学の発展

筆者らはマイクロマシンを生体とのインタフェー
スとしてバイオメディカル分野に応用する研究を進めてきた．精密機械等による機械の小型化の流れとともに，集積回路を製造する半導体微細加工技術を援用して機械要素を製作すること（マイクロマシー
ニング技術）ができるようになり，マイクロマシンの可能性も広がってきた1）．フォトリソグラフィーを基本とするマイクロマシーニング技術により，Si基板上にマイクロセンサやマイクロアクチュエータがバッとともに再生医療研究が活発になっている．細胞組織の移植治療のような革新的医療とともに，培養した細胞組織を創薬評価に用いる研究も注目されている5）．創薬研究では，より生体に近い細胞組織を培養するために，三次元培養に関心が高まっている．
中でも細胞の凝集体である培養細胞組織が有望視さ

チ プ ロ セ ス で 形 成 さ れ，Micro Electromechanical

れている．培養細胞組織は直径数百 ㎛程度の塊でSystems（MEMS）という分野が発展してきた．信号処理回路との一体化も進み，自動車や情報機器，携帯機器への応用も進んだ．MEMSの領域は，バイオ
ケミカル分野にも拡張し，構造材料にはガラス基板やポリマー薄膜が多く利用されるようになった．

ある．
細胞工学の実用化が進められるにあたり，今後は培養して作り上げた細胞組織の操作技術がさまざまな場面で重要となると考えられ，さまざまな操作技術が研究開発されている6）．筆者らも早くより，大きさ十㎛程度の単一細胞の操作に関してさまざまな技

筆者らは，MEMSの中でも能動的なデバイスであるマイクロアクチュエータの研究開発に取り組んできた．生体への能動的なアプローチにおいて，アクチュエータは重要な役割が期待される．アクチュ
エータの中でも小型化において高い力密度を持つ圧力駆動アクチュエータ2）に注目し，圧力駆動バルー
ン ア ク チ ュ エ ー タ（Pneumatic Balloon Actuator,
PBA）を提案した3）．現在，第３世代にまで発展をみている．図１に第１世代の曲げ動作PBAを示す．
Siのリブ構造を有したポリイミドフィルム上にシリコンラバー製のバルーン構造が形成され，加圧時に12フルードパワーシステム

第48巻

第１号

術を研究開発してきた．細胞吸引固定計測MEMSチップ7）や細胞磁気誘導培養MEMSチップ8）などがある．
単一細胞よりサイズが大きい培養細胞組織の操作に関しては，流体制御型操作デバイスを報告している9）．図２に実現した流体制御型の培養細胞組織操
作デバイスを示す．通常培養細胞組織は，マイクロウェルプレート内で形成される．流体制御型操作デバイスは，このマイクロウェルプレートのウェル構造を用いて，ウェル内の培養細胞組織をウェル内壁に沿って移動させてデバイスのトラップに誘導する．

2017年１月（平成29年）

小西

図２

聡：圧力駆動バルーンアクチュエータを利用したマイクロフィンガーによる培養細胞組織の把持・解放操作

流体制御型培養細胞組織操作デバイスイメージ

一方，対象を直接把持して操作することへのニー
ズも高い．
マニピュレータの分野でチョップスティッ
ク型のロボットなどが早くに報告されている10）．筆者らも，培養細胞組織の直接操作に強く関心を持ち開発した，本稿の主題であるマイクロフィンガーについて解説する11）．

2．マイクロフィンガー
2.1 圧力駆動バルーンアクチュエータ（PBA）
PBAは当初曲げ動作のものが設計され，2000年の第１世代の報告より発展を続け，現在の第３世代
はシリコンラバーの薄膜構造でできている3）12）13）．
また曲げ動作に加え，捩じり動作14），伸縮動作15）といったさまざまな動作が可能なPBAも報告してきた．いずれもフォトリソグラフィーをベースとしたマイクロマシーニングによる微細構造を利用して形成した数百㎛厚の薄膜多層構造となっている．

図４

13

培養細胞組織操作マイクロフィンガーの動作

フィンガーを実現し，さらに五指のマイクロハンド
ロボットを実現している．長さ7㎜，幅1㎜，厚さ100㎛の指は，数十から百kPa程度の圧力で曲がる．
手動のシリンジポンプでも駆動が可能である．この五指のマイクロハンドをコア技術としてマスタース
レーブ型のシステムを構築して実現したマイクロハ
ンドロボット “みゅーたん” は，2005年の愛知万博で一般にデモ展示するに至っている（図３）．
2.3 培養細胞組織操作マイクロフィンガー
前述の五指のマイクロハンドに対して，培養細胞
組織をつまむ機能を重視し，曲げ動作PBAによるマ
イクロフィンガーを２つ組み合わせてツールを構成することにした（図４）．２つのPBAマイクロフィ
ンガーを根元で接合し，圧力駆動時に開くように設計してある．２つのPBAマイクロフィンガーを接触して重ねた場合，PBAの構造材料であるシリコンラ
バーどうしは接着しやすく，剥がれにくくなる．２
つのPBAの先端部における強い接着を防止するために，本研究ではPBA 表面にパリレンフィルムを成膜してある．本研究で設計，製作したマイクロフィ

2.2 PBAによるマイクロフィンガー
現在主として用いている第３世代の曲げ動作PBA
は，上下二枚のシリコンラバーフィルムを接合してできている．複数のPBAを一括で製作し，個別に切り出している．片側のシリコンラバーには，バルー
ンガーは，長さ800㎛，幅560㎛，厚さ100㎛程度
ン部と圧力供給流路の構造がパターニングしてある． である．
フィルムの厚みを変えたり，物性を変えたりするこ
3．マイクロフィンガーによる培養細胞組織とにより，二枚のシリコンラバーフィルムの剛性にの操作差を設けておく．バルーン部の内圧を上げた際には，培養細胞組織を操作するに際して，マイクロフィ
この剛性の差により固いフィルム側に曲がる．曲げ
ンガーの弾性により培養細胞組織を把持した際に加動作PBAを複数組み合わせて多自由度のマイクロわる荷重を把持力として評価した．培養細胞組織の半径分（100㎛）変形させたときのマイクロフィン
ガー構造の復元力は30μNであった．この値は，培養細胞組織に顕著なダメージを与えるレベルよりも十分小さいことも確認している．
つぎに，実現したツールを用いた培養細胞組織の把持・解放操作について紹介する．操作評価実験当初，培養細胞組織を把持することは容易であったが，解放動作が不安定であった．培養細胞組織と接触す
図３

マイクロハンドロボット（みゅーたん）

るマイクロフィンガーの材料はパリレンであり，撥

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

13

14

フルードパワーシステム

水性が高い．培養細胞組織は細胞の凝集体であり，マイクロフィンガーとの接触面は細胞膜となること
から，疎水性が高いと考えられる．したがって，パリレンと細胞膜間に，疎水性相互作用が働くことで培養細胞組織が接着し，解放操作が困難であったと考えられる．そこで本研究では，マイクロフィン
ガー表面を親水化し，疎水性―疎水性相互作用による接着力を抑制することにより，培養細胞組織の解
放操作の実現を試みた．親水化の方法として，VUV（Vacuum UV）処理を施すことにした．VUV処理の結果，マイクロフィンガー表面の接触角は40°となり，把持・解放操作ともに可能となった．図５に，マイクロウェル内で直径250㎛程度の培養細胞組織を把持した状態のマイクロフィンガーを示す．
実現した培養細胞組織操作マイクロフィンガーの操作環境として，ウェル数96個のマイクロウェル
プレート内の培養細胞組織（直径約200㎛）を対象として取り上げ，操作を行う系を構築した．三軸位
置決めステージによりマイクロウェルプレート内の底部に存在する培養細胞組織に対してマイクロフィ
ンガーを位置決めする．マイクロフィンガーの開閉には，電空レギュレータおよび電磁弁を用いて圧力の調整を可能とした．これらの系により，マイクロウェルプレートに対して連続した操作に成功している．

図５

マイクロフィンガーによる把持操作

4．お わ り に培養細胞組織の操作のために研究開発したマイクロフィンガーについて紹介した．シリコンラバー製
で柔らかく，圧力駆動の優れた点を活かしている．
MEMSの微細加工技術であるマイクロマシーニング
技 術 を 用 い た 圧 力 駆 動 マ イ ク ロ ア ク チ ュ エー タ（PBA）を小さな指の駆動に用い，培養細胞組織との表面接触特性も考慮した設計を施すことにより，ダメージフリーの把持／解放操作を実現することに成功している．

14

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

参考文献
１ ）藤田博之著：EE Text センサ・マイクロマシン工学，
オーム社，（2005）
２ ）D. Volder, M., Reynaerts D.：Pneumatic and hydraulicmicroactuators：a review. Journal of Micromechanics
and microengineering Vol.20, p.1-18（2010）
３ ）Konishi, S., Kawai, F. and Cusin, P.：Thin Flexible EndEffector Using Pneumatic Balloon Actuator, Sensors
and Actuators A: Physical, Vol. 89, p. 28-35（2001）
４ ）北森武彦他 “マイクロ化学チップの技術と応用”, 丸善株
式会社（2004）
５ ）田畑泰彦監修：ものづくり技術からみる再生医療，シー
エムシー出版,（2011）６ ）福田敏男，新井史人監修：細胞分離・操作技術の最前線，（2008）
７ ）鈴木健悟，田邉真人，江崎隆博，小西聡，岡弘章，尾崎亘彦：細胞電気信号一括計測用バイオセンサ，電気学会論文誌E, Vol. 125, No. 5, p. 216-221（2004）
８ ）Kunishida, J., Tonomura, W., Sato, J., and Konishi, S.：
P AR ALLEL FOCUSING AND SWIT CHING OFLEAKAGE FLUX FROM MAGNETIC LOOP FOR ONCHIP PATTERNING OF MAGNETICALLY LABELEDCELLS, Proceeding of International Conference on
Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, p.194197（2011）９ ）Konishi, S., Teramachi, Y., Shimomura, S., Tonomura, W.,
Tajima, S., Tabata, Y.：Cellular aggregate capture by
fluidic manipulation device highly compatible with microwell-plates, Biomed Microdevices Vol.17，No.48, ６
pages, DOI：10.1007/S10544-015-9953-x（2015）10）T anikawa, T., Arai, T.：Development of a micromanipulation system having a two-ﬁngered micro-hand,IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol.15,
No.1, p.152-162（1999）11）Konishi, S., Shimomura, S., Tajima, S., Tabata, Y.：
Implementation of soft microfingers for a hMSC
aggregate manipulation system, Microsystems andNanoengineering（Nature publishing group）, 2, 15048（2016）.
12）L u, Y. W., Kim, C.J.： A Microhand for BiologicalApplications, Applied Physics Letters, Vol. 89, No. 16,
164101（2006）13）Jeong, O. C. and Konishi, S.：All PDMS Pneumatic
Microfinger with Bidirectional Motion and Its Application”,
IEEE/ASME Journal of Microelectromechanical
Systems, Vol. 15, No. 4, p. 896-902（2005）
14）Gorissen, B., Chishiro, T., Shimomura, S., Reynaerts, D.,
De Volder, M., Konishi, S.：Flexible pneumatic twisting
actuators and their application to tilting micromirrors,
Sensors and Actuators A Vol 216 p.426-431（2014）
15）C hishiro, T., Ono, T., Konishi, S.：PANTOGAPH
MECHANISM FOR CONVERSION FROM SWELLINGINTO CONTRACTION MOTION OF PNEUMATICBALLOON ACTUATOR” Proceeding ofIEEE International
Conference on Micro Electro Mechanical Systems, p.532535（2013）

2017年１月（平成29年）（原稿受付：2016年10月12日）

芳賀洋一：液圧アクチュエータを用いた低侵襲医療機器

15

解 説

液圧アクチュエータを用いた低侵襲医療機器

著

者

紹

介
は

芳

が

賀

よう

洋

いち

一

東北大学大学院医工学研究科〒980-8579 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉６－６
E-mail：haga@bme.tohoku.ac.jp
1992年東北大学医学部卒業．1994 ～ 1996年東北厚生年金病院勤務．1996年東北大学大学院工学研究科助手，2003年講師，2004年東北大学先進医工学研究機構（TUBERO）助教授，2008年
東北大学大学院医工学研究科教授となり現在に至る．

ヤーおよび内視鏡ツールのほとんどは血液や組織の感染を防ぐため１回使い捨て（ディスポーザブル）
であり，機構を複雑化するには細径であることおよびコスト上の制限があり，一部のワイヤー屈曲機構付きカテーテルや把持鉗子では機構を単純化し機能や精度を妥協しているのが現状である．
これら低侵襲医療機器先端にマイクロアクチュ
エータを搭載することでワイヤー牽引の課題を解決することができ，曲がりくねった先で精密で，より安全な検査，治療が可能になると期待される．マイクロアクチュエータとして電磁，静電，形状記憶合金など
さまざまな原理と構成があるが，圧力変更を用いた
1．は じ め にアクチュエータは変位量と発生力のいずれも大きくで液体の出し入れに伴う体積変化と圧力変化を用いきる点で有利であり，さらに電気的駆動や発熱を伴た液圧アクチュエータを，体内で検査，治療に用いわない点において漏電や温度上昇の対策を必要とせる低侵襲医療機器，特に低侵襲手術ツールに利用すず安全性の確保が容易であり，医療機器として製造る試みを著者の事例を中心に解説させていただく．
販売する際の許認可上も利点がある．医療用アクチュ
小さな道具を体内に挿入し検査および治療を行う
エータとして空気や液体などの流体を利用したもの
低侵襲医療が広く行われている．この低侵襲医療のが幾つか提案されている1）．空気圧を用いることもできるが，圧縮による体積の縮小が発生力と精度を低際に体内に挿入し用いられる医療機器として，内視鏡，カテーテル，ガイドワイヤーなどがある．また， 下させることから我々は非圧縮性流体として主に液体を用いている．また，体内で用いる医療機器やツー
内視鏡の鉗子口と呼ばれる穴にさまざまな機能をルは体内で安全に用いることができる生体適合性を持った鉗子などのツールが挿入され内視鏡手術に用持った材料で構成されるが，液圧アクチュエータはいられる．これらの医療機器，医療ツールは消化管
金属やポリマーのチューブやコイル，板，接着剤など
や血管など３次元的に複雑な形状をした臓器内の空間に安全に挿入されるようにシャフト部は柔軟に曲がるようになっている．そのため，医療機器の先端付近で屈曲や開閉などの動作を行い手術治療などを行う際には，一般に体外からワイヤーを用いて牽引することが行われる．しかし，ワイヤーを内蔵する
シャフト部が細く柔らかいとワイヤーの牽引力によりシャフト部が屈曲，座屈し，先端に変位と力が伝わらないばかりか，体内におけるシャフトの予想外の動きが生じ危険である．これを避けるために，消化管内視鏡においては，シャフト部に輪形状の金属部品を可動軸により何個も直列に接続し用いる複雑な構造にする必要があり，複雑化に伴い１本当たりの組立コストが無視できなくなるため滅菌消毒し繰り返し使用される．一方でカテーテル，ガイドワイ

によって構成されることが多く，生体に対して安全な材料で作製し易い利点もある．出し入れする液体は生体へ触れる場合を想定し生理食塩水を用いる．

2．作製した液圧駆動手術ツール
現在までに著者らが試作，評価した液圧アクチュ
エータを用いた医療機器および医療ツールについて
以下に述べる．
2.1 能動屈曲カテーテル／ガイドワイヤー
カテーテル及びガイドワイヤー内の液体を陽圧または陰圧にすることで，その先端の屈曲を体外からコントロールする能動屈曲カテーテルを試作した2）
フェムト秒レーザーを用いて図１左上のように加工したNi-Ti製超弾性合金パイプの外側に薄肉のシリ

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

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フルードパワーシステム

r＝10.0mm

500μm

図１

θ＝97°

5mm

陰圧駆動による能動屈曲カテーテル

コーンゴムチューブを被せ，先端部のシリコーンゴ
ムを先へ少し出した構造になっている．カテーテル
内に生理食塩水を満たし，それを体外から吸引することで先端のシリコーンゴムチューブが弁となり閉じ，さらに吸引すると内圧低下により側壁のシリコー
ンゴムチューブが内側に入り込み，カテーテルは図１右下のように下側へ屈曲する．吸引量を調節する
ことで屈曲角度を任意に変えることができる．外径
0.9㎜，駆動部長さ９㎜で，最大屈曲角度160°であった．これにより従来では挿入が困難な部位，例えば
進行方向に対して鋭角に曲がった血管分岐などへも比較的容易に挿入できるようになることを目指した．
逆に陽圧にすることで屈曲する機構も開発した．
図２に試作した能動屈曲ガイドワイヤーを示す．ガ
イドワイヤーとは先端が柔らかい針金状の器具で，カテーテルに先行して血管の先に進められ，その後カテーテルを目的部位まで導く目的で利用される．
金属コイルの表面に生体適合性ポリマーであるポリ
パラキシリレン（パリレン）が成膜され，液体の注入に伴いコイルが伸長し，それに応じてアコーディ
オン構造のようにポリマー膜が開く．図２下の図のようにコイルの１側面両端にワイヤーを固定することで伸長を抑制すると屈曲する．パリレンは気相で複雑な形状にも均一な膜厚で精度良く成膜できるので外径360μmの細径な屈曲機構が実現でき，駆動
部長さ16.8㎜において，図２右上写真のように注入圧に応じて屈曲し，圧力1,000kPaにより最大屈曲角度101°，曲率半径10.0㎜であった．直線状態
で先端をフォースゲージに接触させ計測した発生力
は圧力800kPaにおいて17.6mNであった3）．
ほぼ同様な機構と原理で試作した，液圧駆動を用いた能動屈曲カテーテルを図３に示す4）．写真の例
では血管内で用いられる市販のガイドワイヤーを挿入した状態で，557kPaの加圧により屈曲角度90°を維持することができた．
2.2 径可変内視鏡フード
消化管内で用いる内視鏡の先端に装着する円筒形状のフードに図４のように液圧アクチュエータを用いて開口径を可変できるようにした径可変フードを

16

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

図２ 液圧駆動能動屈曲ガイドワイヤー（先端外径360μm）

図３

陽圧駆動能動屈曲カテーテル（先端外径1.04㎜）

開発している5）．これは，がん化した胃粘膜層を内視鏡と電気メスを用いて切除し治療する低侵襲手術の際に，切開を加えた病変部粘膜の下へ内視鏡先端を潜り込みやすくすることと，潜り込み後の鉗子や電気メスを用いた治療の際に積極的に粘膜部を持ち上げて視野と術野を広く確保することを両立するもので，内視鏡シャフト側面に装着したチューブを介して体外のシリンジから生理食塩水を出し入れして開閉を行う．これらの試作と評価には3Dプリンタを積極的に利用し開発期間の短縮を行っている．
2.3 液圧駆動把持鉗子
把持鉗子は内視鏡手術において体内で臓器を把持するために用いられる医療器具であり，先端部の把持機構の駆動には一般に体外からのワイヤーによる牽引が用いられている．しかし脳内で用いる神経内視鏡など細径の軟性内視鏡と組み合わせて用いた場
合，ワイヤー牽引に伴う予期しないシャフト部の屈2017年１月（平成29年）

芳賀洋一：液圧アクチュエータを用いた低侵襲医療機器

17

器具であり，狭窄した血管の内側でバルーンを膨張させ内腔を広げる治療や，膨張させたバルーンを引き抜いて内頚動脈内部の狭窄部を内膜ごと抜去する際に用いられる．

3．液圧アクチュエータの課題と今後
液圧アクチュエータの欠点は多方向の屈曲や直列に関節が複数個並んだ多関節などに発展させると独立した複数の流路が必要になり構造が複雑化すること，それに伴い小型化，細径化が難しくなることである．共通の流路に切り換え弁を用いて多関節化を試みた例はあるが7），弁の小型化，流路の接続に課題が残る．液圧アクチュエータは比較的安定した発生力と変位が出せるが，流路が細くかつ複雑な形状になると空気の混入なく液体を入れることが難しくなることも課題である．使い捨てを前提とした医療機器では組立コストの考慮も重要となる．今後，3D
プリンタの積極的な利用や伸縮部の新たな構造の提案などが早期の実用化のために役立つと期待される．

図４ 液
 圧駆動径可変フード（先端の外径が９～ 14㎜に可変）（上）内視鏡を用いた病変と粘膜の切除と内視鏡フード（中）内視鏡先端へ装着した径可変フード（下）径可変フード：３枚羽根（左）, ２枚羽根（右）曲，シャフト部屈曲による把持力低下，などの問題が生じる．図５に示すように，お互いに引き合うよ
うに配置した２個の永久磁石と体外からのバルーン
インフレーターによるバルーンの膨張制御により，シャフト部の屈曲に影響を与えない把持機構を試作した6）．バルーンカテーテルは体外から生理食塩水などの液体を送って体積を変化させる代表的な医療

図５

液圧駆動と磁気を用いた把持鉗子

参考文献１ ）De Greef, A., Lambert, P., Delchambre, A.：Towards
flexible medical instruments：Review of flexible fluidic
actuators, Precision Engineering, Vol. 33, No. 4, p.
311-321（2009）２ ） Haga, Y., Muyari, Y., Mineta, T., Matsunaga, T,.
Akahori, H., Esashi, M.：Small Diameter Hydraulic
Active Bending Catheter Using Laser Processed
Super Elastic Alloy and Silicone Rubber Tube, 3rd
Annual International IEEE-EMBS Special Topic
Conference on Microtechnologies in Medicine &Biology, p. 245-248（2005）
３ ）Matsuo, M., Abe, K., Suda, S., Matsunaga, T., Haga,
Y.：Micro Hydraulic Bending Actuator for Minimally
Invasive Medical Device, The 17th International
Conference on Solid-State Sensors, Actuators andMicrosystems（Transducers’ 2013）& Eurosensors
XXVII,（2013）
４ ）岸田学, 松永忠雄, 三木章伍, 江刺正喜, 芳賀洋一：液圧駆動を用いた能動屈曲屈カテーテル, 第50回日本生体医工学会大会, p. 297（2010）
５ ）Matsuo, M., Iijima, K., Matsunaga, T., Haga, Y.：
Development of hood with hydraulically variable tip
diameter for endoscopic submucosal dissection,
Sensors and Actuators A, Vol. 232, p. 267（2015）６ ）芳賀洋一, 高橋幸大, 中村慎吾, 上川秀士：液体駆動と磁気を用いた把持鉗子の開発, 第43回日本エム・イー学会
大会プログラム・論文集, p. 263（2004）
７ ）Ikuta, K., Ichikawa, H., Suzuki, K., Yamamoto, T.：
Safety Active Catheter with Multi-Segments Driven by
Innovative Hydro-Pressure Micro Actuators, Proc. of
The 16th IEEE International Conference on Micro
Electro Mechanical Systems（MEMS 2003）, p. 130（2003）


フルードパワーシステム（原稿受付：2016年11月18日）

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

17

18

フルードパワーシステム

解 説

フレキシブルERバルブを用いたマイクログリッパ

著

者

紹

介
よし

だ

吉 田

東京工業大学

かず

和

ひろ

弘

科学技術創成研究院
未来産業技術研究所〒226-8503 横浜市緑区長津田町4259－R2－42
E-mail：yoshida@pi.titech.ac.jp

1989年東京工業大学大学院博士課程修了，同大学助手，助教授（准教授）を経て2015年４月
教 授．2008年10月 ～ 2009年 ３ 月 米 国UCSB客 員
研究員，2015年７月～９月米国MIT客員研究員．
流体マイクロマシン，機能性流体の研究に従事．
JFPS，JSME，IEEEなどの会員．工学博士．

そこで著者らは，軸方向に分割したERバルブを
ゴム製流路で接続した，電極分割形FERV（DividedElectrode type FERV：DE-FERV） を 提 案 し， マ イ
クログリッパへの応用を図っている3）4）．シリコー
ンゴムの一種であるPDMS（Polydimethylsiloxane）のヤング率はカンチレバー形FERVの材料のSU-8の1/500以下であり，高い柔軟性が得られる．
提案するグリッパのマイクロフィンガを図１に示す．内側にひだを有し径方向の膨張を抑え大きな伸縮変位を得る液圧ラバーアクチュエータの内圧を
DE-FERVで制御し，屈曲動作を行うものである．

3．マイクログリッパのラージモデル3）

１．ま え が き
柔軟性に優れたフルードパワーアクチュエータとして，ERF（electro-rheological fluid）を用いたマ
イクログリッパについて紹介する．
発電所や化学プラントの細管内でメンテナンス作業を行う管内作業マイクロマシンの作業用マイクロハンド，人と接する医療用マイクロデバイスなどのため，柔軟性が高いマイクロアクチュエータが求められており，ラバーアクチュエータが活発に研究されている1）．本稿では，ERFの流れを印加電界によ提案するマイクログリッパの妥当性を確認するため，長さ10㎜のフィンガを有するラージモデルを試作し，特性実験を行った．
試作したDE-FERVの構造および寸法を図２に示す．
電極と配線を一体化した電極部品の材料はニッケル，
ゴム製流路はPDMS，絶縁体はエポキシ系接着剤でる粘度変化により制御するフレキシブルERバルブ（flexible ER valve， 以 降FERV2）と 呼 ぶ ） を 液 圧 ラ
バーアクチュエータに搭載したマイクロフィンガを用いたマイクログリッパについて紹介する．

2．FERVを用いたマイクログリッパ
ERバルブで十分な圧力変化を得るためには，電極の流路方向の長さを確保することが必要である3）．
したがって，ラバーアクチュエータに搭載するためには，ERバルブ自体が柔軟なFERVが必要である．
著者らは，樹脂を主な材料とした薄いカンチレバー構造で，厚さ方向に柔軟に屈曲可能なカンチレ
バー形FERVを応用したマイクログリッパを提案，試作し，その屈曲動作を確認している2）．しかし，その剛性がまだ高いため先端変位は小さく，物体の把持にはさらなる改善が必要である．

18

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

図１

A microfinger of microgripper using DE-FERV

2017年１月（平成29年）

吉田和弘：フレキシブルERバルブを用いたマイクログリッパ

図２

Fabricated DE-FERV large model

図４

図３

19

 ross sections of hydraulic rubber actuatorClarge model tatic characteristics of the DE-FERV large
S
model

ある．製作プロセスは以下の通りである．
１）‌電 極 部 品 を 機 械 加 工 で 製 作 す る． 配 線 は，
FERVの屈曲による軸方向の伸縮のため，Z形である．
２）‌電極部品の上に離型剤を塗布したSUS304製ス
ペーサを置き，電極部品の両端のエポキシ系接着剤により上側の電極部品を固定し，電極対を構成する．
３）‌型に電極対，PDMSシートおよび液状PDMSを入れ，熱硬化させる．電極部品周囲をエポキシ

図５ tatic characteristics of the microfinger large
S
model

系接着剤により補強し，最後にスペーサを引き抜く．
試作したDE-FERVの静特性実験の結果を図３に示す．ERFは，ネマティック液晶（メルク・ジャパン㈱，MLC-6457-000）である．ERバルブ間のゴム製流路における圧力損失分を除くとER効果の大きさ（最大粘度と基底粘度の比）ker＝7.8であり，従来と同等であることが確認された．

図６

Motion of the microgripper large model得られた．このフィンガ２本から成るグリッパの把持実験の様子を図６に示す．長さ５㎜，質量0.23gのM2ねじを持ち上げることができた．

液圧ラバーアクチュエータの断面形状について，
図４の４種類を取り上げ，FEM解析により検討した．図４では，各液圧室の長さlc＝１㎜，膜厚tc＝0.1㎜である．本検討の結果，長方形を選定した．
試作したフィンガラージモデルの印加電圧に対す

長さ３㎜のマイクログリッパのため，MEMS技術
を用い，長さ３㎜のDE-FERVを試作した．
図７に示す構成部品を用い，大きな先端変位が得る先端変位を図５に示す．電界無印加のとき，供給圧力により変位が生じている．先端変位変化１㎜がられる寸法をFEM解析により検討した．その結果，
b＝ １ ㎜，h＝0.8 ㎜，bh ＝hh ＝0.1 ㎜，wc ＝0.1 ㎜，

4．MEMS技術を用いたマイクログリッパ4）

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

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20

フルードパワーシステム

te＝15µm，tc＝10µmとした．
DE-FERVの主要部品である電極対のMEMSプロセ
スを図８に示す．２段階の電鋳プロセスを開発し，
厚 さ の 異 な る 電 極 と 配 線 を 製 作 す る． 提 案 す る
MEMSプロセスは以下の通りである．
⑴

 リコン基板上にチタンと金から成るシードレシ
イヤをパターニングする（図８⑴-⑶）．
図10

⑵

⒜

⒝

 ォトレジストKMPRの鋳型を用いて第１段階
フのニッケル電鋳を行う（図８⑷-⑸）．

⑶ 第２段階のニッケル電鋳を行う（図８⑹-⑺）．
⑷ 金メッキを行う（図８⑻）．
⑸ シリコン基板をエッチングして電極部品を取り出す（図８⑼）．

Electrode part

製作した電極部品２枚をフォトレジシトSU-8のスペーサを介して接合し，さらにPDMS製の流路を形成することでDE-FERVを製作した．
試作したDE-FERVを図９に，静特性実験結果を図10に示す．ただし，図10では流路部の圧力損失を
弁差圧測定値から差し引いている．この実験結果から，ER効果の大きさker＝6.3が得られ，ERバルブとして機能することが確認された．

Hydraulic rubber actuator
図７

Static characteristics of the DE-FERV

Parts of microfinger

5．あ と が き
本稿では，DE-FERVを用いたマイクログリッパについて紹介した．従来の機械加工を用いて長さ10㎜のフィンガを有するグリッパを試作し，その妥当性を実験的に確認するとともに．MEMS技術を用いて長さ３㎜のDE-FERVを試作し，その有効性を実験的に示した．読者の参考になれば幸である．

図８

MEMS Fabrication process of electrode part

参考文献
１ ）D e Volder, M., Reynaerts, D. : Pneumatic andhydraulic microactuators ; a review, J. of
Micromechanics and Microengineering, 20, 043001 （18pp）（2010）
２ ）Y oshida, K., Ide, T., Kim, J.-W., Yokota, S. : A
microgripper using flexible electro-rheological valves,
WAC2010 CD-ROM Proc.（CD-ROM）,（2010）３ ）Yoshida, K., Hara, S., Eom, S.I., Yokota, S. : A novelsoft microgripper using divided-electrode type flexible
ER valves, Bulletin of JSME, Mechanical EngineeringJ., ２-6, Paper No. 15-00340（2015）４ ）Y oshida, K., Tsukamoto, N., Kim, J.-W., Yokota, S. : A
study on a soft microgripper using MEMS-based
divided electrode type flexible electro-rheologicalvalves, Mechatronics, 29, pp. 103-109（2014）


図９

20

Fabricated DE-FERV

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）（原稿受付：2016年10月 ３ 日）

鈴森・和田：気液可逆反応を利用したガス圧アクチュエータ

21

解 説

気液可逆反応を利用したガス圧アクチュエータ

著

者

紹

介
すず

もり

鈴 森

こう

康

いち

一

東京工業大学〒152-8552 東京都目黒区大岡山２－12－１
E-mail：suzumori@mes.titech.ac.jp

1990年横浜国立大学大学院博士課程修了．株
式会社東芝を経て，2001年岡山大学教授．2014
年東京工業大学教授，現在に至る．アクチュ
エータ，ソフトメカニズムの研究に従事．日本
フルードパワーシステム学会正会員，日本機械学会フェロー，日本ロボット学会フェロー．工
学博士．
わ

だ

和 田

あきら

晃

東京工業大学〒152-8552 東京都目黒区大岡山２－12－１
E-mail：wada.a.ah@m.titech.ac.jp

2014年岡山大学大学院修士課程修了．2014年
10月に東京工業大学博士課程に転入学，現在に至る．空圧アクチュエータ，小型空圧源の研究に従事．日本フルードパワーシステム学会，日本機械学会，日本ロボット学会，IEEE等の会員．

１．は じ め に
風船に空気を入れると膨れる．この単純な原理を利用したのが空圧ラバーアクチュエータである．このアクチュエータの動力は風船で言えば風船内部の空気圧であり，この圧力が高いほど大きな力を出せる．
このアクチュエータを動かすためには以下５つの機能が必要である．
ａ．圧縮空気を作る「コンプレッサ」
ｂ．圧縮空気の流量を維持する「タンク」
ｃ．圧縮空気の圧力を調整する「レギュレータ」
ｄ．圧縮空気の流れを切り替える「バルブ」
ｅ．圧縮空気をアクチュエータに届ける「空圧配管」
これらが大型かつ大重量になるため空圧アクチュ
エータは一般には持ち運びが難しい．
この問題を解決するために，まずaの「コンプレッサ」を小型化する研究が行なわれてきた．これまでの圧縮空気を作る主流な方法はメカニカルな機構によって空気を容積圧縮することである．機構は複雑な構造で小型化が難しく，材質は金属等の剛体で構成されて重くなりがちである．この機構を動かすために電磁モータを用いる場合は，アクチュエー
タを動かすためにアクチュエータを動かすといった効率の悪い形となる．この方法では結論として，実用的に空圧アクチュエータを動かす場合，コンプ
レッサは空圧アクチュエータよりも大型かつ大重量になる場合が多い．そこで，これまでにメカニカルな機構を用いずに容積圧縮する方法が提案されてきた．ドライアイスを溶かす方法1），金属に含ませた水素を使う方法2），過酸化水素水を分解してガスを得る方法3），化学反応によってガスを発生させる方
法4）等である．これらの方法は複雑なメカニカル構
造は必要ないため小型化に優れている．さらにaの機能以外にもb，c，dの機能を含むものがあり，aを小型化するだけでなく空圧アクチュエータのシス
テム全体を小型化する工夫がなされてきた．これが実現すれば，そのシステムをアクチュエータに直付けする，または中に入れ込むことが可能になりeが不要になる．空圧アクチュエータの中は圧縮空気が入るだけであり，この無駄なスペースを有効利用していけばよい．しかしながら，上記の先行研究の問題点として，取り扱いの面倒な材料を用いていること，b，c，dの機能が著しく低いこと，ガスを発生させるために材料を常に供給する必要があり駆動時間を長くする場合にはその量が多くなり重くなることがある．
以上のような背景から，筆者らは水の電気分解によってガスを発生させる方法に着目し，研究を行なってきた．特長は液体から気体に変化する状態変化とその逆の変化を電気により制御でき，発生するガス量を正確に制御できることである．この反応は上記の先行研究と比較して，使用する材料の取り扱いが面倒ではなく，b，c，dの機能が優れており，搭載する材料の量は駆動時間が増えても変わらない
ため軽量になる．

2．水の電気分解／合成反応2.1 原
理
水の電気分解のような化学反応によるガス発生と言えば，水酸化ナトリウム等の電解液に金属を沈め

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

21

22

フルードパワーシステムて行なう方法が広く知られている．しかしながら，可逆反応は必ずしも容易ではなく，電極腐食や金属等の析出も起こり得る．そこで著者らは「固体高分子形燃料電池（PEFC）」による電気分解に着目した5）．これは電解液の代わりに電解質膜を使用しており，その電解質膜の表と裏には白金等が付着している多孔質触媒層とメッシュ電極を形成している（図１）．これを水（純水）につけて，電極を電池につなげば電気分解が行なわれる（図２）．電解液の代わりに電解質膜を用いているため，水は電解質膜と白金の両方にくっついている状態すなわち三相界面で化学反応が起こる．その後電極に抵抗や充電されていないコンデンサをつなげれば逆向きに電流が流れる．このとき発生させたガスは電極表面で吸収されて水に戻り，系全体としては燃料電池として働く．この反応を化学式で表すと以下となる．
4H＋＋4e－ ↔2H２

⑴

2H２O ↔ O２＋4e－＋4H＋

⑵

2H２O ↔ 2H２＋O２

⑶

図２

PEFCにおける気体発生と吸収の様子

は標準状態で1.2lの水素と0.6lの酸素を発生できることがわかる．
2.2 発生圧力の理論式
ガス圧源の性能として必要なのは発生圧力と流量である．これについては式⑷で導ける5）．この式で着目したいのは，発生圧力pとアクチュエータ内部の空気室体積V，電流 i である．発生圧力は空気室
体積が小さいほど，また電流が大きいほど高くなる．
流量については圧力が一定の場合に電流に比例する．

このように単位電子あたりに発生する水素と酸素のモル数が決まっている．この式から１gの水から⑷

流れた電流から求められる圧力の理論値とその実験値を比較したのが図３であり，それらが一致する
た め こ の 式 は 妥 当 性 が あ る と わ か る． 図 ３ で は

図１22固体高分子形燃料電池（PEFC）の構造

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

図３

 生圧力の理論値と実験値の比較（図上）．そのとき発の電流と電圧（図中央と下）

2017年１月（平成29年）

鈴森・和田：気液可逆反応を利用したガス圧アクチュエータ

23

30kPaG付近で実験を行っているが500kPaG付近でもこの原理が有効であることは確認されており，空圧アクチュエータを十分駆動できるポテンシャルを持っていることがわかっている．また，図３においてガス吸収が遅いが，35kPaGから25kPaGに下降するときは非常に速い．この特性から，圧力を大気圧まで下げずにある程度圧力が残った状態で運転させれば，比較的速く往復運動ができる．
2.3 エネルギー回生
この原理で水素と酸素から水を生成するとき，PEFCは電気を発生する．その電気エネルギーを二次電池に回収してつぎの電気分解の電力として利用⒜

Initial state⒝

Deformed state

すれば省エネルギーになる．そこで実験を行なった
ところ，結果として20%の省エネルギー化に成功している6）．

3．空圧アクチュエータへの搭載
まず始めにFlexible microactuator7）と呼ばれる空⒞ Close-up view
圧アクチュエータの内部にこのPEFCを配置し，提around PEFC
案した原理が可能か検証した8）．ここで課題となっ
図５ P
 EFCをコンパクトにしてアクチュエータに搭載した例8）
たのはPEFCの重ね合わせる方法とその硬さである．
従来のPEFCの重ね合わせ方法はメッシュ電極の外側から７㎜程度の厚さのアクリル板で両側からボルトとナットで締め付けて電解質膜と多孔質触媒層，メッシュ電極を密着させる（図４）．この締め付けが弱いとPEFCに流れる電流が少なくなり，気体発生速度が低下する．しかしながら，このアクリル板が大きいので排除した．締め付け力は弱いが全体を押し付けず４辺のみ固定してコンパクトにした．締め付け力が弱いため，気体発生速度は約10分の１になるがまずこの方法で駆動させた（図５）．
アクチュエータの応答性を考えると，PEFCをできるだけ多く空圧アクチュエータ内の空気室に配置した方が気体発生量も多くなり，圧力は上がり易く⒜

Overview of the actuator⒝Initial state

なる．しかしながら，従来のPEFCは硬いため，空圧アクチュエータ内部に敷き詰めた際にアクチュ
エータ自身の柔軟性がなくなるといった問題がある（図６）．そこで現在，柔軟なPEFCの開発を専門家

図４

従来のPEFC固定方法

図６
フルードパワーシステム⒞ Inflating actuator

PEFCの面積比率を大きくした例6）

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

23

24

フルードパワーシステムと協力して進めている．
これまでに製作したロボットが図５と図６である．

低圧で駆動するアクチュエータの駆動を図９に示す．このとき搭載したPEFCの製作が悪かったため

図５のPEFC面積は 24×12㎜であり，0.2㎜/sで伸張する．かなり駆動が遅いため以下２点の変更を行なった．まず，PEFCの締め付けをさらに強くして気体発生速度が落ちていたが，数十秒で上げ下げでき，かなり実用的なタスクもできるのではないかと考えている．

（PEFC自体に穴を開けてボルトとナットで締結す
る），気体発生速度を上げた．さらにアクチュエー
タ内部の空気室体積をできるだけ小さくして，圧力座屈現象を利用したジャンプの様子を図10に示す．この動作を図７のロボットで実現したかったが内部のPEFCの問題により現状ではまだ実現できてを上がり易くした（図６）．挙動としては風船のよ
うに膨らみ，0.6㎜/sで膨張動作を行なう．

いない．この写真は図７のロボットからアクチュ
エータと小型基盤，電池を取り外し，空圧配管をつなげて圧縮空気で動かしたときのものである．この

4．携

帯

化

ように原理的にはジャンプが可能である．

この原理は１で述べた機能aからeを一まとめにすることが可能である．空圧アクチュエータ内部にPEFCを配置し，電流を制御するための小型基盤と電池を搭載すれば携帯可能なロボットを実現できる（図７）．この開発にあたり，以下２点の新しい試みも行なった．
この原理をさまざまな空圧アクチュエータに搭載してその知見を得たかったため，低圧で駆動する空圧アクチュエータに搭載した．駆動圧に達するまでのガス量が少ないので，流量が低くてもこれまでよりも速く動くのではないかというねらいである．
もう一つの試みは瞬発動作を実現することである．
現状ではこのアクチュエータの応答性は化学反応によって決定される．さらなる応答性の向上のため，今回は「タンク」機能をロボットに付与し，ガスを溜めて高圧にして一気に出力する機構を作り込んだ．
その機構が図８のPEFCの下側にある半円球状部分である．タンク内が高圧になると半円球状が地面の向きに凹になっている状態から凸に変化する．この座屈現象により瞬間的に高出力を発生でき，ジャン

図８

ロボットの内部構造9）プが可能となる．

図７

24

携帯ロボットの概観9）

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

図９
2017年１月（平成29年）

アクチュエータ駆動時の様子9）

鈴森・和田：気液可逆反応を利用したガス圧アクチュエータ

図10

瞬発力を利用したジャンプ10）

５．お わ り にPEFCによる水の電気分解／合成反応の基本原理の確認と基礎特性の計測を行ないモデル化に成功している．その特性を考慮して空圧アクチュエータにPEFCを内蔵して駆動させ，携帯化に成功した．今後はMcKibben型人工筋肉にこの原理を適用して駆動させる予定である．また，PEFCの性能を落とさない重ね合わせ方法を確立して安定した動作を実現できるようにする．
謝辞

本研究の一部は，挑戦的萌芽研究（24656171）
ならびに科研基盤🄐（26249028）によって実施した．

25

参考文献
１ ）H. Wu, A. Kitagawa, H. Tsukagoshi, Development of a
portable pneumatic power source using phasetransition at the triple point, 6th JFPS International
Symposium on Fluid Power 2005, No. 6, p. 310–315,
2005.
２ ）G. Lloyd, K. Kim, Smart hydrogen/metal hydride
actuator, Proceedings of the 2006 International
Association for Hydrogen Energy, p. 247–255.
３ ）C. Onal, X. Chen, G. Whitesides, D. Rus, Soft mobile
robots with on-board chemical pressure generation,
International Symposium on Robotics Research（2011）.
４ ）T. Yamamoto, Development of portable chemical gas
generator for pneumatic actuators, in: 22nd
Bioengineering Conference, 2010, p. 0955.
５ ）K. Suzumori, A. Wada, S. Wakimoto, New mobile
pressure control system for pneumatic actuators,
using reversible chemical reactions of water, Sens.
Actuators A : Phys. Vol. A 201, p. 148–153, 2013.
６ ）A. Wada, H. Nabae, T. Kitamori, K. Suzumori, Energy
regenerative hose-free pneumatic actuator, Sens.
Actuators A : Phys., Vol. 249, p. 1–7, 2016.
７ ）K. Suzumori, S. Iikura, H. Tanaka, Applying a flexible
microactuator to robotic mechanisms, IEEE Control
Syst., Vol. 12, No. 1, p. 21–27, 1992.
８ ）A. Wada, H. Kametani, K. Suzumori, S. Wakimoto,Development of a hose-free FMA driven by a built-in
gas/liquid chemical reactor, Int. J. of Automation
Technology Vol. 10, No. 4, 2016.
９ ）T. Kitamori, A. Wada, H. Nabae, K. Suzumori,
Untethered Three-Arm Pneumatic Robot using Hosefree Pneumatic Actuator, 2016 IEEE/RSJ International
conference on Intelligent Robots and Systems, 2016.
10）北守隆旺，和田晃，難波江裕之，鈴森康一：球殻の座屈現象を利用した跳躍および投擲が可能なソフトメカ
ニズム，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス
講演会2016，2P1-13b6，2016.


フルードパワーシステム（原稿受付：2016年10月10日）

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

25

26

フルードパワーシステム

解 説

螺旋状巻き付き空気圧駆動ソフトアクチュエータ

著

者

紹

介
にし

おか

西 岡

やす

靖

たか

貴

滋賀県立大学〒522-8533 滋賀県彦根市八坂町2500
E-mail : nishioka.y@mech.usp.ac.jp

2009年日本学術振興会特別研究員DC2．2011
年岡山大学大学院博士課程修了．同年，立命館大学理工学部ロボティクス学科助手．2013年より滋賀県立大学工学部機械システム工学科助教，
現在に至る．ソフトアクチュエータ及び福祉機器応用に関する研究に従事．博士（工学）．

図１

1．は じ め に
近年の福祉ロボット開発において，人とロボットの調和を促進するための技術開発・研究が多くみられる．その中において，ソフトアクチュエータ開発
は，高い安全性を得ることを目的とした，軽量性と柔軟性の向上に着目した研究と位置付けられる．
我々は，特に軽量化と低圧域駆動に着目し，プラスティックフィルムを用いたプリーツ構造を有する
極軽量ソフトアクチュエータの開発を実施している1）．
本アクチュエータは，薄膜状でも十分な引張強度を有するプラスティックフィルムで構成される空気室

プリーツ構造を有するソフトグリッパ例２）に着目した．小型かつ接触面積を大きくする方法の一つとして螺旋状に巻き付く運動の生成の構想に至った．本報では，屈曲型アクチュエータを基盤技術とした，２種類の構造による螺旋状巻き付き運動を生成するアクチュエータについて解説する．

2．折り込みの傾きによる巻き付き運動の生成3）2.1 構造・原理
本アクチュエータの構造を図２に，製作方法を図３に示す．２枚のプラスティックフィルムの各端辺ををもつ．薄膜であるため，ある程度大型になっても非常に軽量である．また，空気圧を加圧した際に材料の変形による復元力は極めて小さい．そのため，一般的な空気圧アクチュエータの十分の一程度の圧力で駆動可能である．これは，システム全体としても軽量化を図ることが可能と思われる．
袋構造を構成する片側の薄膜にプリーツを加工したものを用いることで，屈曲運動の生成に成功している．加圧時にプリーツと呼ばれる折り込み部が展開することで，大きな屈曲運動を実現している．この屈曲運動を利用したロボットハンドを図１に示す．
全体重量としては130［g］程度だが，10［kPa］程
度の低圧力で約500［g］のペットボトルの把持に成功している2）．
このようなロボットハンドが物体を把持する時の把持力の増加に対して，接触面積を大きくする方法

26

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

図２

2017年１月（平成29年）

折り込みの傾きによる巻き付きの生成例3）

27

西岡靖貴：螺旋状巻き付き空気圧駆動ソフトアクチュエータ

図５ 巻き付きソフトアクチュエータによる把持力測定実験3）
表１ ３種類のサンプルアクチュエータ
図３ab［㎜］ ［㎜］

製作方法3）

sample １
sample ２w1
βw0［㎜］ ［㎜］［deg.］

10
32

13

sample ３

図４

n
20

50

100

30

30

巻き付き運動のよる把持例3）

熱溶着することで，袋構造にしている．１辺のみ空気供給チューブを差し込む面積だけ，マスキングにより熱溶着していない．片側のフィルムは何も折り込みのない平面状のものであるが，もう片側はプリーツと呼ばれる折り込み構造が施されている．折り込みピッチ a［㎜］で山折りした後， b［㎜］だ

図６ 把持力測定結果

本実験結果より，対象物の直径に把持力が依存することがわかる．本アクチュエータは加圧によってけ折り込み，谷折りをする．これを１プリーツとし， 形状は最終形状に一意に決まる．よって，最終形状設計する屈曲角度に応じて n 回繰り返す構造である． に合わせて，最も高くなる把持対象物径が存在する．
ただし，結果より把持可能な範囲が広く，これは対屈曲運動のみの場合は，この折り線が長手方向に象物が未知の場合に有効となる可能性がある．
対して垂直である．この折り線を β だけ傾けること
で，螺旋状に巻き付く運動が得られる．設計時のパ
3．ワイヤー駆動による巻き付き運動の生成4）
ラメータによって得られる最終形状の導出法につい
3.1 巻き付き運動の生成原理ては，簡易モデルにより既に示している3）．巻き付き運動を用いた生成例について図４に示す．このよ本アクチュエータは２次元平面で屈曲する，図１
うに螺旋状に巻き付くことで，さまざまな３次元物
体の把持が可能となる．
2.2 発生力特性で用いているアクチュエータにワイヤー駆動方式を複合させたものである．図７の様に，屈曲型アクチュエータの長辺の片側のみ短くすると，２章と同本アクチュエータを用いた把持力を図５に示す実験装置により測定した．塩化ビニル製のパイプ材を本アクチュエータにより把持する．パイプには力測定用のフォースセンサが取り付けられ，動かないよ

じようにプリーツが斜めに折り込まれたような形とうに固定されている．把持しているアクチュエータを引っ張り，動き始める直前の測定力を把持力とす
る．本実験で使用した３種類のアクチュエータのパ
ラメータを表１に示す．折り込み回数が異なる，全長の違いによる発生力の変化，および対象の直径による発生力の変化を測定し，その結果を図６に示す．

図７ ワイヤーの引張による巻き付き運動生成4）

フルードパワーシステム

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27

28

フルードパワーシステム

図10 把持力に関する実験装置4）
図８ ワイヤー駆動を利用した時の把持時の様子

なる．長辺の片側に繊維を編み，それを小型DCモー
タで引っ張ることで螺旋状に巻き付く運動が得られる．図８に巻き付いた後の様子を示す．
3.2 伸展型アクチュエータの複合
本アクチュエータには伸展型アクチュエータとして利用する単純袋構造が，アクチュエータと対面して配置されており，図９のような２つの機能を有す
る．伸展型の利用は，アクチュエータの初期形状を決めることができる．また，対象物を把持した状態
で，伸展型アクチュエータを加圧すると，復元力より対象物との摩擦力が大きい場合に限り，より高い把持力を得ることができる．

図９ 伸展駆動型アクチュエータの利用による効果4）

3.3 実験システム
本機構の把持力について増加の効果を確認するた
め，図10に示す実験システムを用いた．２つの半円筒状対象物の片側にはフォースセンサが固定されている．２つの半円は干渉しないようになっており，
運動方向も拘束している．本実験結果を図11に示す．伸展型アクチュエータに関しては，屈曲型アクチュエータの圧力に対して大きい圧力を印加すると，把持力が低下する傾向が見られた．これは伸展方向への復元力に関与する力が大きくなるためと考えられる．ワイヤー駆動を用いた際には引張率に比例した把持力の向上が見られた．ワイヤー駆動と組み合わせることで，直径100［㎜］の把持対象物に対して，伸展空気室を１［kPa］，屈曲空気室10［kPa］，
全長ワイヤーに対して40%引っ張った時，約３［N］

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フルードパワーシステム

第48巻

第１号

図11 ワイヤー駆動および伸展空気室を併用した時の結果の把持力が得られた．

4．お わ り に
極めて軽量な構造を有することを目的としたプラスティックフィルムを用いたソフトアクチュエータ
による，グリッパのための螺旋状巻き付き機構を提案した．接触面積の増加による把持力の向上効果については，２種類の構造共に良好なものが得られている．応答性やシステムの小型要件より，機構を選択する必要がある．本構造より極めて軽量かつ把持力／重量比の高いソフトグリッパの実現可能性が期
待できる．
参考文献
１ ）Y. NISHIOKA et al,” Proposal of an Extremely
Lightweight Soft Actuator using Plastic Films with a
Pleated Structure”, 19th International Conference on
Mechatronics and Machine Vision in Practice, pp.
491-496, Auckland, New Zealand, 28-30 November
2012２ ）Y. NISHIOKA et al.,” Experimental production of a
Pneumatic Soft and Lightweight Gripper utilizing Pleated
Plastic-films Actuators”, The Twelfth International
Conference on Fluid Control, Measurements, andVisualization（FLUCOME 2013），OS ４ -01- ４ ，11/2013
３ ）H. AMASE et al., “Mechanism and Basic
Characteristics of a Helical Inflatable Gripper”, The 2015
IEEE International Conference on Mechatronics andAutomation（ICMA 2015）, pp.2559-2564，2015４ ）川野ら “ワイヤー駆動を利用した螺旋状巻き付きイン
フレータブルグリッパの提案”，ロボティクス・メカト
ロニクス講演会，2P1-05a2，2016

2017年１月（平成29年）（原稿受付：2016年10月 ５ 日）

塚越秀行：タコの吸盤を参考にした空気圧駆動による投擲型柔軟吸着体：Anchor Ball

29

解 説

タコの吸盤を参考にした空気圧駆動による投擲型柔軟吸着体：Anchor Ball

著

者

紹

介
つか

ごし

塚 越

ひで

秀

ゆき

行

東京工業大学工学院〒152-8552 東京都目黒区大岡山２－12－１－S5－19
E-mail : htsuka@cm.ctrl.titech.ac.jp
1998年東京工業大学大学院工学研究科博士課
程修了． 同大学助手を経て，2004年同大学工学部助教授，准教授, 現在に至る．レスキューロ
ボット，流体アクチュエータの研究に従事．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．博士（工学）．

⒜

Retrieving method

図１⒝

Sliding method

Anchor Ballを利用した情報収集作業

1．は じ め に
火災・地震・テロなどの災害発生時には，無人移動ロボットによる安全かつ迅速な情報収集作業が求められる．車輪型やクローラ型の移動ロボットは，同程度のサイズの飛行型に比べてペイロードが大き
くさまざまな探査機器を搭載しやすい．その反面，凹凸不整地の踏破や建物中高層階へのアクセスには対応しづらい欠点もある．
その打開策として，テザー（ここでは，ロープやチューブなどを含む総称とする）の活用が挙げられる．すなわち，空中に投擲（とうてき）したテザーの一端を外部環境に固定し，移動ロボットがテザーを巻き取りながらアクセスする方式（巻取り式）や，
テザーに沿って探査機をスライドさせる方式（スライド式）である（図１）．これらの実現には，テザーの一端を環境に固定できる機能が欠かせない．
本稿では，多様な凹凸面への高い吸着能力を示す
タ コ の 吸 盤 を 参 考 と し，「Anchor Ball（ ア ン カ ー
1）」と名付けた投擲可能な柔軟吸着体（図ボール）２）の開発事例を紹介する．

2．タコの吸盤に基づく発想
タコの吸盤は中央のドーム部と縁の漏斗部から構成されている．吸着初期では，漏斗部を壁面に接触させてシールする．つぎに，ドーム部周囲の筋肉を縮めると内部の体積が膨張するため負圧が生成される（図３⒜）．各吸盤の閉じた系内で個別に負圧を

図２

Anchor Ballの外観生成できるため，他の吸盤と流路を共有することはなく，それゆえ凹凸面でも気密性を保ちやすい．さらに，筋肉を弛緩させるとドーム内の体積と圧力は初期状態に戻り，瞬時に離脱動作を実現できる．
上述の原理を簡便かつ軽量な構成で再現する手法
として，以下の多孔式吸盤を導入した．すなわち，粘着性弾性膜，多孔プレート，カップ，チューブから成る構造である（図３⒝⒞）．吸着初期では，多孔式吸盤が壁面に接触すると，弾性膜の粘着力により壁面と吸盤間がシールされる（仮吸着）．つぎに，真空発生器（真空ポンプやエジェクタ）によりカップ内を大気圧P0から圧力P2に減圧すると，各孔の弾性膜がカップ内側に凹む．その結果，弾性膜と壁面との間の体積が膨張するため，圧力はP1に減少して吸着力が生成される（本吸着）．
このように弾性膜を介して間接的に負圧を生成する手法を「間接吸引」とし，吸盤内の空気を直接吸引する従来手法と異なる吸引方式として提案した2）．
間接吸引は，直接吸引と比べて次の２つの優位性を有する．ⅰ）複数の小型吸盤を密に配置した構成にフルードパワーシステム

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フルードパワーシステム

おいて，気密性を保つ吸盤だけに負圧を生成させることができる．各吸盤に個別に弁を設ける必要がな

Ballは固化して剛性が増す．４）Anchor Ballの内部を大気圧に戻すと，弾性膜の凹みは消滅して吸盤のく，軽量な構成を実現しやすい．ⅱ）真空発生器の吸着力は０となり，Anchor Ballは壁面から離脱する．
流路は吸盤内のチャンバーから隔離されているため，流体機器に埃が入りづらく防塵性を保ちやすい．
間接吸引は以上の利点を有するため，Anchor Ball
以外の用途にも有用性を発揮する．筆者らの提案以降，腹腔鏡下手術において臓器を持ち上げる装置4）
や，凹凸を有した物体を自在に把持するハンド5）など，さまざまな用途への応用も報告されている．

図４

4．試

⒜

 ctopusOsucker⒞⒝ M ulti-holes
sucker
図３

Outside

間接吸引の基本原理

3．Anchor Ballの構成と原理
Anchor Ballの外側は，自然長の５倍程度に伸ばしても復元可能な超柔軟素材の弾性膜により球形に覆われ，その一部には空圧チューブと接続するジョイントを設ける．また，ボールの内部は，多数の円筒パイプと無数の粒子から構成されている．円筒パ
イプは，前述の多孔プレートの役割を担うために設

作

動作原理

機

Anchor Ballの 表 面 を 覆 う 弾 性 膜 と し て， 厚 さ
t ＝ ２㎜のウレタンゲルを用いた．ゲージ圧-86kPa
まで内部を吸引したときの吸盤１個当たりの吸引力
は約５Nを示した．20Nの支持力を実現するために，合計15個の吸盤を三層構造で配置した．また，直径３㎜の発砲スチロール製ビーズを充填した．以上のように構成されたAnchor Ballは図２に示す形状となり，質量48gとなった．
試作したAnchor Ballをアクリル製の平板に投擲
し，仮吸着・本吸着・離脱の動作を確認した（図５）． 仮 吸 着 の 開 始 後， 約 １s後 に 弁 を 操 作 し て
Anchor Ball内を吸引した結果，本吸着状態に遷移

けており，多様な平面形状に適応するように取り付けられている．円筒パイプの一端は弾性膜の内壁に固定され，他端は布で覆われている．この布は，粒子の通過は許容せず，空気の通過のみを許容するために設けられている．一方，粒子は，Anchor Ballに外力が作用した際に，流動できる程度の量が充填されている．
つぎに，Anchor Ballの動作手順を示す（図４）．
１）投擲されたAnchor Ballは球形に近い形状を保ちつつ壁面に近づく．２）壁面に衝突すると接触面に沿って平板状に潰れ，弾性膜の粘着力により仮吸着となる．３）内部を吸引すると，各円筒パイプで弾性膜が内側に凹み，間接吸引により本吸着となる．
このとき，負圧状態のAnchor Ball内部は大気圧で押されるため粒子間の流動性はなくなり，Anchor

30

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図５

仮吸着・本吸着・離脱の動作

塚越秀行：タコの吸盤を参考にした空気圧駆動による投擲型柔軟吸着体：Anchor Ball

31

固定し，ロボットのアクセス動作を支援するツールとして期待されている．今後は，壁面に衝突したタ
イミングを検知し，内部を自動的に減圧する機能などを検討する予定である．

図６

投擲装置（左）と天井面に投擲した様子した．その後，再度弁を操作してボール内を大気圧に戻すと離脱した．コンクリート面でも同様の動作が確認された．
磁性ブレーキシリンダによる投擲装置でAnchor
Ballを天井に投擲した様子を図６に示す．テザーの牽引方向によって支持力は異なる．また，窓枠の凸面にも投擲後吸着可能なことを確認し，このときは11Nの垂直方向の支持力が計測された．

5．流体ロープウェイとの融合
図１⒝に示した投擲式流体ロープウェイ3）と融合した運用実験を行い，建物中層階の内部の画像情報の取得を試みた．システムは，投擲・回収装置，柔軟チューブ，Anchor Ball，ゴンドラ探査機，バッ
テリーで駆動されるコンプレッサーなどを搭載した無人搬送車UGV（Unmanned Ground Vehicle）からなる．
操作は以下の手順で行われた．ⅰオペレータの遠隔操作により，UGVが建物近くまでアプローチして静止した．ⅱつぎに，投擲装置に搭載した距離傾斜
センサの情報をもとに目標位置を算出し，投擲の傾斜角を調整した．ⅲUGVから高さ7m水平距離8mの３Fの窓を目がけてAnchor Ballを投擲した．ⅳ目標
位 置 か ら400 ㎜ 程 度 の 誤 差 は 生 じ た も の の，Anchor Ballを標的の窓に吸着させてチューブの一端を固定した．さらに，回収装置によりチューブを500 ～ 1,000㎜程度回収してチューブの張力を調整した．ⅴ）チューブ内を0.4MPaの空圧で加圧すると，ゴンドラ探査機はチューブに沿って最高速度２m/sで移動した．ⅵ）その間，搭載カメラにより建物外から窓越しに建物内を撮影し，オペレータは遠隔地点にいながら建物内の様子を確認することができた．

6．お わ り にタコの吸盤を参考に開発した柔軟構造の吸着体を紹介した．投擲されたテザーの一端を建物の壁面に図７ 擲したチューブを壁面に固定して建物内の情報収
投集を行っている様子

謝辞

本研究は，総務省消防庁の消防防災科学技術研究推進制度のご支援のもとで行われました．
参考文献
1 ）Hideyuki Tsukagoshi, Kazutaka Fuchigami, Eyri
Watari, Ato Kitagawa, “Deformable Anchor Ball for
Thrown Referring to Octopus Suckers”, Journal of
Robotics and Mechatronics, Vol. 26, No. 4, 477-485（2014）2 ）渕上和峻，ワタリエイリ，塚越秀行，北川能,“危険建物内のレスキュー活動を支援する投擲式吸着体の開発”,
ロボティクス・メカトロニクス講演会2011，2A1-J11（2011）3 ）Hideyuki Tsukagoshi, Yotaro Mori, Ato Kitagawa,“Fast Accessible Rescue Device by Using a Flexible
Actuator”, International Conference on Robotics andAutomation（ICRA2012）, 1175-1180（2012）
4 ）桑原宏介，塚越秀行，北川能,“タコの吸盤を参考とした臓器を吸着把持するソフトフィンガー”，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2013, 1A1-B14（2013）
5 ）菊池智史，高橋智一，鈴木昌人，青柳誠司“自由曲面の把持可能なフレキシブル吸盤型ハンドの開発”日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2013，
1A1-K03（2013）

フルードパワーシステム（原稿受付：2016年11月16日）

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フルードパワーシステム

会議報告

ERMR2016におけるフルードパワー技術の研究動向

著

者

紹

介
たけ

むら

竹 村

けん じ ろう

研治郎

慶應義塾大学〒223-8522 神奈川県横浜市港北区日吉３－14－１
E-mail：takemura@mech.keio.ac.jp
2002年慶大院後期博士課程修了．2002年慶大
機械工学科助手，2003 〜 2008年東工大精研助手，
助教，2008 〜 2012年慶大機械工学科専任講師をへて，2012年より准教授，現在に至る．機能性
流体などの研究に従事．日本フルードパワーシ
ステム学会，日本機械学会などの会員．博士（工学）．

会議の全体プログラムは表１のようであり，全日の午前午後にプレナリーレクチャーが配置された．
中日（７月６日）は午前中のオーラルセッションの後，午後は半日のエクスカーションとバンケットであった．以下に，ERMR2016における機能性流体研究の研究動向を報告する．
表１

全体プログラム

午前
７/３
（日）

1．は じ め に2016年 ７ 月 ４ 〜 ８ 日 に 韓 国 イ ン チ ョ ン 市 の
Ramada Songdo Hotel にて 15th International
Conference on Electrorheological Fluids andMagnetorheological Suspensions（ERMR2016，
http://www.ermr2016.org）が開催された（図１）．
ERMRと略される本会議は２年ごとに開催され，電気粘性流体（ERF）や磁気粘性流体（MRF）を中心とした機能性流体の研究者が一堂に会する国際会議
である．15回目を迎えた2016年はInha UniverisityのSeung-Bok Choi教 授 を 大 会 委 員 長 と し てThe
Korean Society for Noise and Vibration Engineering（http://www.ksnve.or.kr/english/） が 主 催 し，21
カ国から197件の研究発表が行われた．

午後
レジストレーション

７/４ オープニング
プレナリーレクチャー２（月） プレナリーレクチャー１ オーラル発表
オーラル発表ポスター発表ウェルカムレセプション
7/５ プレナリーレクチャー 3, ４ プレナリーレクチャー５, ６（火） オーラル発表

オーラル発表ポスター発表７/６ プレナリーレクチャー７ エクスカーション（水） オーラル発表

バンケット

７/７ プレナリーレクチャー８,９ プレナリーレクチャー 10, 11（木） オーラル発表
オーラル発表７/８ プレナリーレクチャー 12（金） オーラル発表
クロージング

2．プレナリーレクチャーERMR2016では，実質的にすべての日の午前午後にプレナリーレクチャーが行われた．６カ国の大学から12件の講演があり，演題もERFやMRFの基礎研究から機能性エラストマーや機能性流体の制御，応用まで多岐に渡った．これらのプレナリーレク
チャーの演題を見ても，機能性流体関連の研究動向

図１

32

ERMR2016会場入口の様子

フルードパワーシステム

第48巻

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が広がりを見せていることがわかる．以下に，全12件の講師と演題を紹介する．
⑴ Prof. Rongjia Tao（Temple Univ.）Electrorheological Effect Leads to Healthier
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竹村研治郎：ERMR2016におけるフルードパワー技術の研究動向

⑵

⑶

⑷

⑸

⑹

⑺

⑻

⑼

⑽
⑾

33

and More Tasteful Chocolate
Prof. Daniel J. Klingenberg（Univ. Wisconsin,

びセッション名のあとの数字は講演件数である．
【ERF（15）】

Madison）
 Jamming-like Mechanism of Yield StressA
Enhancement in MR Suspension Mixtures of‐‐‐Magnetizable and Nonmagnetizable Particles
Prof. Weijia Wen（Hong Kong Univ. Scienceand Technology）‐ Applications of ER Fluids（３）【MRF（53）】‐ MR Fluids: Materials and Characteristics（３）Other Potential Applications of ER Fluid
Prof. Faramarz Gordaninejad（Univ. Nevada）
Nonreciprocal Phononics using Hyperelastic
Magnetoelastic elastomers‐‐‐

MR Suspensions and Characteristics（７）MR Elastomers and Characteristics（８）MR Elastomers and Gels: Materials and Physical
Properties（４）Prof. Juan de Vicente（Univ. Granada）
Model Magnetorheology and Unconventional‐‐

MR Materials and Applications（３）Engineering Applications of MR Materials（24）Flows
Prof. Norman M. Wereley（Univ. Maryland）
I nsights and Approximations for Adaptive
Energy Absorption using Magnetorheological‐ Novel MR Materials（４）【その他（14）】‐ Ferrofluids（２）‐ Smart Fluid based Energy Saving and Harvest（２）Energy Absorbers
Prof. Masami Nakano（Tohoku Univ.）Development of MR Fluid Brake for a Supercompact Electric Vehicle
Prof. Yongsok Seo（Seoul National Univ.）S tatic Yield Stress and Stability of ER/MR
FluidsP rof. Xinglong Gong（Univ. Science andTechnology of China）
Recent Advance in Shear Thickening Fluid andShear Thickening Gel
Prof. Yu Tian（Tsinghua Univ.）
Origin of Shear Stress in MR/ER EffectProf. Weihua Li（Univ. Wollongong）
D evelopment of Multi-Layer‐ Stimuli-responsive Biomaterials and Colloids（４）‐ External-sensitive Functional Materials（６）これらのセッション名および発表件数を見ると，ERFやMRFの材料研究も行われているが，MR材料の工学的応用に関する研究が24件と際立って多く，
機能性流体関連の研究者の多くがMRFを応用したデバイス開発に取り組んでいるようである．また，MRエラストマーやMRゲルといったセッションも開催され，従来の機能性流体の枠にとらわれない研
究テーマも発展しつつあると言える．その他に分類されるセッションでは，電場や磁場に限らない物理的刺激に対して応答するバイオマテリアルやコロイ
ド，流体の研究も広がりを見せている．
なお，ここではオーラルセッション82件の研究動向を紹介したが，このほかにポスターセッションM agnetorheological Elastomer Devices for
Structural Control⑿ Prof. Kyoung Kwan Ahn（Univ. Ulsan）

ER Fluids: Materials and Characteristics（６）ER Materials and Characteristics（３）Novel ER Materials and Characteristics（３）にて103件の研究発表が行われた．

4．お わ り に odeling Technique of MR Damper and its
M
Application to Sensorless Control System

本稿ではERMR2016のプレナリーレクチャーお２日間のみの参加であったため，残念ながら会期前
半のセッションに参加することはできなかったが，は米国ワシントンD.C.にて開催される予定である．

よびテクニカルセッションを中心に機能性流体分野の研究動向を紹介した．ポスターセッションを含め
3．テクニカルセッションて197件すべての研究内容を網羅したわけではない
テクニカルセッションは２部屋パラレルで行われ， が，少なくともMR材料の工学的応用に多くの関心
全部で30セッションが開催された．筆者は最後のが集まっているようである．２年後のERMR2018

機能性流体に関する基礎から応用まで多くのセッションが企画された．以下にERF，MRF，その他に分類してセッション名を紹介する．なお，分類およ本学会からも多く皆さまが機能性流体に関する新たな知見をご発表いただくことを期待したい．

フルードパワーシステム（原稿受付：2016年 ８ 月24日）

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33

34

フルードパワーシステム

教

室

入門講座「エネルギー工学」
第三回：火力発電と環境対策・地球温暖化著者

紹3．火力発電と環境対策設備

介
え

ま

江 間

さとし

敏

沼津工業高等専門学校〒410-8501 静岡県沼津市大岡3600
E-mail：ema@numazu-ct.ac.jp
1977年東京工業大学大学院修士課程修了．国鉄（現JR）勤務，鉄道技術研究所を経て，1986
年沼津高専勤務，2015年同高専退職（名誉教授），
現在嘱託教授．電力工学，浮上式鉄道の研究に従事，電気学会上級会員．

1．は じ め に
この講座の後半では火力発電所における環境対策
設備とりわけ酸性雨（NOx，SOx），塵埃（じんあい）対策について述べる．続いて世界の緊急の課題となっているCO2等による地球温暖化の問題について説明する．

3.1 火力発電と環境保全
火力発電所の環境対策設備には，ボイラ排煙による大気汚染防止，水質汚濁防止，騒音防止などの各種設備が設けられている．ここでは大気汚染防止設
備――排煙脱硝 ･ 脱硫装置，集じん装置について説明する．大気汚染防止には，物質の発生を抑制する
方法と除去する方法とに分けて考えることができる
が，後者の除去する方法について説明する．
3.2 酸性雨と排煙装置
地球温暖化ガス（CO2など）と共に酸性雨対策も重要である．その発生メカニズムと影響は図２の通りである．酸性雨とはpHが5.6以下の雨のことであり，この雨が湖沼，河川に流れ込み有害金属濃度の上昇を招く，植物，森では光合成，樹木の根等に悪影響を与える．

2．地球を取り巻く環境の悪化
地球が誕生して46億年，私たちの住む（青い惑星）
地球はさまざまな環境の悪化に直面している．大気汚染（オゾン層の破壊，酸性雨等），温室効果ガス．
（CO2等）排出による地球温暖化等である（図１）
初めに火力発電と関係のある酸性雨対策について述
べ，つぎに温室効果ガスにより，この100年間で地球が0.8℃上昇した地球温暖化について述べる．
図２

酸性雨発生の仕組みと影響

石炭や重油の中に含まれる窒素（N）や硫黄（S）
は燃焼時に空気中の酸素（O2）と化学反応を起こしNOxやSOxとなる．これらは酸性雨の原因となり自然界の生態系に影響を与えるため，これらの除去装置が設置されている．NOx（窒素酸化物）を少なくさせる排煙脱硝装置（アンモニア選択接触還元法）が，用いられる．またSOx（硫黄酸化物）を少
な く さ せ る 排 煙 脱 硫 装 置（ 湿 式 の 石 灰 石 ― 石 膏（せっこう）法など）も設置されている．
図１

34

地球を取り巻く環境の悪化

フルードパワーシステム

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江間

敏：入門講座「エネルギー工学」第三回：火力発電と環境対策・地球温暖化

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3.3 電気集じん装置
微粉炭燃焼ボイラでは，200メッシュ程度の細かい粒子を浮遊燃焼させるため，灰や燃焼ガスとともに放出される量がきわめて多く，数十％に及ぶことがある．このため，煙道の途中に灰の空中飛散を防ぐようにするため，集じん装置を設けている．集じん装置には電気的な集じん法と機械的な集じん法があるが，装置が簡単で集じん効果が大きい乾式の電気集じん装置が広く用いられている．電気集じん器
は直流の高電圧下（数万ボルト）で生じるコロナ放電を利用して灰を集める方式で，この集じん効率は
機械式のサイクロン集じん器より大きく98％程度で

図４

平均気温の変化

あるが，サイクロン集じん器と併用することが多い．

4.

火力発電と地球温暖化

4.1 地球温暖化がもたらす様々な環境問題
地球温暖化は1950年頃から発展途上国の経済活動等により増加を始め，この100年間で平均気温が0.8℃上昇し，図１の通りさまざまな地球環境悪化を招いている．近年わが国でも記録的な集中豪雨に見舞われたり，砂漠化が進むことにより中国大陸から飛来する黄砂も増える傾向にある．たとえば（海水面の上昇）問題では，グリーンランド，南太平洋の島々の水没の危機，オランダ，バングラデイシュ
等の低地の国々も同様である．以下，さまざまな環
境問題を起こしている温暖化について検討していく．
4.2 温室効果ガスと気温上昇
CO2等は太陽からの熱が宇宙に逃げるのを防ぐ役
目をしており，温室効果ガスとも呼ばれている．この温室効果ガスが増加し，地表に戻す再放射が多くなり地球温暖化を招いている（図３）．

図５

温室効果ガスの地球温暖化への寄与度にメタン，一酸化二窒素等である（図５）．
4.3 火力発電と業種別CO2排出量
火力発電のCO2排出量は原子力，水力，再生可能エネルギー等に比べ，断トツに多い．発電燃料別では，石炭⇒石油⇒LNGの順である（図６）．

図６CO2排出量とエネルギー資源調達から見た各種電源

業種別にCO2発生源を見てみると，エネルギー転
換部門に限れば約８％であり，産業部門，運輸部門
図３

温室効果のしくみ

この温室効果ガスは第二次世界大戦以降増えはじめ，この100年間で平均気温が0.8℃上昇しており，今後も上昇することが予想される（図４）．
この温室効果ガスには，CO2が一番関係し，つぎで半分を占める（図７）．
4.4 世界のCO2排出量と温暖化への取組み
国別にCO2発生源を見てみると，経済成長著しい
中国が断トツであり，アメリカと続き日本は世界５位で，12億トンである．世界のCO2排出量は40年で２倍となっている．（図８）．

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

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フルードパワーシステム

気象現象によく見られる．
夏，地上で湿った空気が熱せられると，膨張して密度が小さくなり，上昇気流が生じる．上空は気圧が低いので，空気は急に膨張し，【断熱膨張】となって温度が下がる．水蒸気が凝結して氷の粒になり，【雲ができる】．積乱雲はこうしてできる．下降気流の場合は，断熱圧縮で温度が上がり，雲が消える．水蒸気を含んだ湿った空気が山を越えたときに，山の風下側に乾いた暖かい風となって吹き降ろす
図７【フェーン現象】も断熱変化と考えられる．
駿河・伊豆の国（静岡県東部）には昔から，富士山にかかる雲で明日の天気予想をすることがある

部門別CO2排出量の推移（日和見）（図10）．先人の自然に対する観察力に感
心する．

図８

世界のCO2排出量の推移

この温暖化問題に対し，世界の国々は毎年国際会
議（COP等）を開いている．2015年パリで開催された国連のCOP21では，世界中の国が一致して地
球温暖化対策に取り組むパリ協定が採択，翌年発効
された．
4.5 電気事業でのCO2排出抑制対策
供給側からはCO2の低減・低炭素社会に向け，再生可能エネルギーの開発・普及，安全大前提での原子力発電，熱効率向上を始めとする電力設備の効率

図９

富士山ウオッチング（江間撮影，富士川SA）向上等がある．供給側と需要側（使用者）が一体となって進める事柄は，LEDを始めとする高効率電気機器の普及，電気自動車，次世代送配電ネットワー
ク（スマートグリッド）の開発・普及等が求められ
ている．
コラム

自然現象（気象学）から熱力学を学ぶ～～富士山ウオッチング（図９）～～

火力発電を学ぶには，熱力学の基礎知識が必要である．カルノーサイクル，ガスタービンのブレイト
ンサイクル等イメージが捉えにくいが，断熱変化は

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フルードパワーシステム

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第１号

図10

富士山にかかるさまざまな雲

参考文献
１ ）江間敏,甲斐隆章：電力工学，コロナ社， ２ 章（2003年）
図 １ は上記文献
２ ）日本原子力文化財団：原子力・エネルギー図面集2016
図 ２ ～図 ８ は上記文献


2017年１月（平成29年）（原稿受付：2016年 ７ 月26日）

大屋裕二：レンズ風車とそのクラスタ化による新しい風車システム

37

トピックス

レンズ風車とそのクラスタ化による新しい風車システム
ーマルチレンズ風車の開発―
著

者

紹2.1 「つば」という渦形成板のアイデア

介
おお

や

大 屋

ゆう

裕

じ

二

九州大学応用力学研究所〒816-8580 福岡県春日市春日公園６－１
E-mail : ohya@riam.kyushu-u.ac.jp

1981年九州大学大学院工学研究科応用力学専
攻博士後期課程単位修得中退. 同大助手, 熊大助
手，九大助教授を経て, 1997年同大学応用力学研究所教授，現在に至る．風工学，風力エネル
ギーの研究に従事．日本流体力学会．日本風工学会, 日本風力エネルギー学会などの会員．博士
（工学）．

図１

風レンズのメカニズム（集風型風車）

風車ロータをディフューザで覆う風車を考案した．
ディフューザとは入口から出口に向かって拡大する管である．さらにディフューザ出口周囲に「つば」
九州大学応用力学研究所を中心に風力エネルギーと称して渦形成板を取り付けてみた．「つば」はその有効利用に関する研究を行っている．特色は，風の強い渦形成のため背後に低圧部を生成し，風は低エネルギーを集中させて風力発電の効率を飛躍的に圧部をめがけて流れ込んでくる．そのため，ディ高めた新しいタイプの風力発電システムの開発であフューザ入口付近では大きな増速効果が得られる．
る．最初のステップは，風車ロータが集風体で覆わ
図１にそのメカニズムを示す．このように集風加速れるつば付きディフューザ風車（レンズ風車と名付体としての「つば付きディフューザ」（風レンズ）
けた）の開発である．数年に亘る研究の結果，従来の風車と比べ，２～５倍の発電出力の増加を達成し， が生まれた1）,2）．レンズ風車の長所をあげると，
小型（１～３kW機），中型（100kW機）のレンズ① ２～５倍の高出力を達成（風エネルギーの集中風車を開発した．次のステップとして，レンズ風車を利用）．数倍という出力はディフューザの長を基本ユニットとしてクラスタ化し，静粛性を維持
さ，および「つば」高さに依存する．
して大出力化を図る３～７基構成の集合風車，マル② 風車騒音の大幅低減（翼先端渦がディフューザ
チロータシステム（MRS）の研究を開始した．こ内壁の存在で反対向きの誘導渦を生成し干渉しこ数年，研究開発の基本コンセプトは「小は大を兼て弱まる．騒音源の渦が抑制されるので空力音
ねる」というキーワードである．基本的には小・中が大幅に低減する2））．
スケールの風車を用いる．環境影響・社会受容性に③ 鳥が風車に衝突するバードストライクを減じる
配慮し，これらを適切規模へクラスタ化して必要な（鳥は集風体「輪っか」が見える．その中に飛スケール，必要な発電容量へ組み合わせるという発び込まない）．
想である．
④ 優れた景観性（丸い「輪」が「和」を呼ぶ）．
風レンズのメカニズムは空気中も水中も同様に働
2．レンズ風車とはき，「レンズ水車」として，河川，潮流発電にも応用することができる．従来水車の２～５倍の出力を風車による発電量は風速の３乗に比例する．地形獲得できる．
や構造物の流体力学的性質をうまく利用して風を増
2.2 コンパクトなレンズ風車の開発
速させ，風エネルギーを局所的に集中することがで
現在，小型風車においては軽量化，低コスト化，きれば発電量は飛躍的に増加する．本研究では，風強風時の安全性，および中型風車への適用を目指しのエネルギーを効果的に集めるにはどのようにすれて，よりコンパクトなつば付きディフューザ（ディばよいか，集められた風から有効にエネルギーを取フューザの長さが短く，極端な場合，ほとんどリン
り出すにはどのような風車にすればよいかというこ
グ状の風レンズになる）の最適形状を検討している．
とを研究目的とした．

1．は じ め に

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フルードパワーシステム

図２にロータ直径2.5mのコンパクトレンズ風車とその野外発電性能結果の一例1）を示す．

表１

シングル風車とマルチロータの諸量の比較

シングルロータ
ロータ数

1

ロータ直径

D

マルチロータnd

2∝ n・d 2

全発電量

∝D

全風車質量

∝ D3

∝ n・d 3∝ D 3/ n

全風車コスト∝ D3∝ n・d 3∝ D 3/ n

発電コスト

∝D

∝ d ∝ D/ n

あるレンズ風車では，風車間の干渉は翼のみの風車
より強いので，通常風車より大きな出力増加が予想される．ここでは高効率，静粛なレンズ風車をマル
図２ コ
 ンパクトレンズ風車の野外実験結果（定格風速10m/s， チロータシステムへ適用し，基礎研究としての風洞
定格出力３kW機）
実験，３kWレンズ風車を基本ユニットとした10 ～20kWの マ ル チ ロ ー タ 風 車 の 実 用 化 を 紹 介 し，100kWの中 型レンズ 風 車を 基 本 ユニットとした3．‌レ ンズ風車のクラスタ化―マルチレンズ風車―
MW級 の マ ル チ ロ ー タ シ ス テ ム（Multi Rotor
System（MRS），クラスタ風車）の可能性を検討する．
3.1 マルチロータシステムとは
3.2 レンズ風車を用いたマルチロータの実験
近年，風車は８-10MW機開発の超大型機への志3.2.1 実験装置と計測法
向にあり，これは羽根材料の革新に支えられてき
近接配置の風車群の例とパラメータを図４に示す．
た3）,4）．しかし，風車における２乗３乗則（発電量ロータ翼はトルク計を通じて回転数制御モータに接は大きさの２乗，コストと重量は３乗に比例）による大容量化に対する制約は古くから認識されており， 続されている．風車間の距離sは０～ 0.3Dbrimの範囲
マルチロータ風車による制約の回避が試みられてきで変化させた．風洞実験に用いた風車はロータ直径
Drotor=510［㎜］，集風体外径Dbrim=696［㎜］のコンパた3）,4）．
図３に示すようにマルチロータシステムとは基本
クトディフューザにディフューザスロート部内径Dthroatの10%高さのつばをつけたレンズ風車である1）．
ユニットの風車を複数個，同じ垂直面内にタワーで3）支持した集合風車システムで ，MW級の大きな出力
複数配置は，２基並列（2SBS），３基並列（3SBS），
３基直角三角形（3-90deg），３基正三角形配置（3を得るものである．表１に示すように理論的には
60deg）の種々のケースで，ここでは３基直角三角
MW定格の単体風車に比べ，重量比，コスト比で形（3-90deg）の実験結果を報告する．
1/ n（nはロータの個数）になる．また，風荷重変動
4）
複数配置時と単体配置時の風車の発電出力，抗力が平滑化され，強風による局部疲労破壊に強くなる ．
を比較するため，最初に各風車の単体配置での発電
ごく最近では大手風車メーカーのVestasが225kW機
出力係数（Cp），抗力係数（Cd）を測定し，その後×4基のマルチロータ風車を試作している5）．
マルチロータ風車では複数個の風車を近づけて配に複数配置での同時計測を行った．Cp，Cdの算出に置する．Smuldersら6）の実験結果より，通常の風車
は式⑴，式⑵を用いた．Uoは流入風速［m/s］，Pturbine
でも適当に近づけて配置することで，風車間の干渉
は風車出力［W］，Fdragは風車抗力［N］，ρは空気密度のため，単独の時よりも大きな出力となることが期 ［㎏/㎥］，Aは ロ ー タ 面 の 面 積［㎡］で あ る． ま た，待される．ロータ翼の周囲に輪（ディフューザ）が
図４，５（右側）のように複数基の風車で測定したCpの平均値をCp，Cdの平均値をCdと定義した．

図３

 ングル風車とマルチロータ風車，発電量D2 ～ n・
シd2とする．D ～ n・dの関係を下の表１に代入する．

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図４ 並
 列配置の２基のレンズ風車，すきま比s/Dbrim，すきまsとレンズ外径Dbrim

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大屋裕二：レンズ風車とそのクラスタ化による新しい風車システム



⑴



⑵

図５ 単
 独配置計測での平均値と複数配置での同時計測の平均値

レンズ風車を複数配置し，Cp，Cdの単体配置時からの変化率を算出した．複数配置時に全風車同時測定したCp，Cd，Cp，Cdに対し，単体配置時からの変化率をそれぞれΔCp，ΔCd，ΔCp，ΔCdと定義する．
3.2.2 ３基の直角三角形配置 （3-90deg）
レンズ風車を３基直角三角形（3-90deg）に配置
し，Cp，Cdの単体時からの変化率を測定した．図６
はs/Dbrim=0.11の風車配置を示したものである．風車は上流から見て左側から#1，#2，#3とする．この配置の時，s/Dbrimは#1，#2のすきま間隔と#2，#3のすきま間隔のことである．図７に各配置間隔で得ら れ たΔCp，ΔCdを 示 す．ΔCp，ΔCdは，s/Dbrim =0.22
付近でCpは最大で約12.3％の増加，Cdは最大で約5.7％増加する．図８，９にマルチロータレンズを形成する各風車のΔCp，ΔCpとΔCd，ΔCdを示す．図８
より，中央風車#2，両側の#1，#3の順でCpの増加率が大きい．図９より，ΔCdについては，風車#1，#2ほぼ同等であるが，やはり#3がかなり小さい．
ディフューザをつけていない時の通常風車によるマルチロータ風車の出力は，種々の配置で１～３％程 の 平 均 出 力 増 加 が 見 ら れ， 小 さ な 増 加 で あ った7），8）．

図６

レンズ風車配置（3-90deg）と増加率⊿Cpの定義

図７3-90degにおけるCp，Cdの変化率⊿Cp，⊿Cd39

図８ 3-90degにおける各風車のCp，Cpの変化率⊿Cp，⊿Cp

図９ 3-90degにおける各風車のCd，Cdの変化率⊿Cd，⊿Cd

4．10kWマルチレンズ風車を用いた野外実験
新エネルギー・産業技術総合開発機構NEDOのプ
ロジェクトで，図２のような小型３kWレンズ風車を３基用いた10kW マルチレンズ風車を試作し，北九州市の響灘サイトに建設した（図10）．下側２つの風車は中央風車のナセルから80度開きで配置
し，3.2.2節とほぼ類似で設計した．風況ポールは３連マルチレンズ風車から22m離して設置した．
図11に2106年４月から９月までの設備利用率（総発電量/（10kW・期間））の結果を示す．実線は大型風車における代表例である．５m/s以下の低風速
域はほぼ同等だが，高風速域になると固定ピッチに対する強風時制御（短絡停止の時間が必要）の影響

図10

 九州市響灘に建設した10kWマルチレンズ風車
北(2016. ３月)

等でやや低下する．

5．ま

と

め

高効率なつば付きディフューザ風車（レンズ風車）の集風メカニズムとその特長を説明した．レン

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図11

 0kWマルチレンズ風車の設備利用率（2016年４1
月～９月）

ズ風車を同一鉛直平面内に近接配置した新しい風車
システム「マルチレンズ風車」を提案した.レンズ
風車を用いたマルチロータシステムで，近接した風
車同士の周囲流れが干渉し、個々の発電出力，抗力に大きな影響を与えることを明らかにした．幸いに個々の出力係数は大幅に増加し，全体出力が単独レンズ風車の合計よりも12 ～ 13％増加した．抗力係数は半分程度の５～６％程度の増加であった．３基の最適配置，さらに多数基のマルチ化について検討中である．
レンズ風車を基本ユニットとしたマルチロータ化
は次の点で有利である．１）最初からレンズ構造体が装着されており，個々のレンズ風車は集合接続が容易，２）レンズ風車の集風原理（リングの渦形成で低圧化し流れを引き込む）がマルチロータ化でさらに強化され，全体出力が大幅に増加する．この増加の程度は，ディフューザ長さ，つば高さに依存す
る．４基，５基，多数マルチでは増加率が向上する傾向にある．複数の３次元物体の後流干渉なので複雑で非定常である7）,8）．現在，CFDにて２個，３個
配置の流れ解析を行っているが，風洞実験と同様に個々の風車は発電性能，風荷重が異なる．これは垂直面配置の物体群の後流干渉問題と同様である9）,10）．
レンズ風車の100 ～ 300kW級の中型機を基本ユニットとしてMW級のマルチレンズ風車を検討中である．騒音面では，従来の単体MW風車と比べ格段と静かなマルチMW風車が期待できる．大型機に伴う低周波騒音の問題からも解放される．将来はMW
機スケールで図12のような風景が現れることを期
待する．
参考文献
１ ）Ohya, Y., Karasudani, T.：A Shrouded Wind Turbine
Generating High Output Power with Wind-lens

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第１号

図12

 00kWレンズ風車×９基による１MWマルチレン
1
ズ機（上図），あるいは300kW×３基構成の１MW
マルチレンズ風車（下図）Technology, Energies 3（2010）634-649.
２ ）Abe, K., et al.：An experimental study of tip-vortex
structures behind a small wind turbine with a flanged
diffuser, Wind and Structures,（2006）413-417.
３ ）Jamieson, P., et al.：Multi-Rotors: A solution to 20 MW
and Beyond?, DeepWind, 19-20（2012 Jan.）Trondheim.
Norway.
４ ）Jamieson, et al. : Innovative Turbine Concepts―Multi―
Rotor System, InnWind EU, Deliverable 1. 33, Spt. 2015.
５ ）News release from Vestas Wind Systems A/S, 20 April
2016 https://pbs.twimg.com/media/Ci0b7gyUUAA3E4h.
jpg:large
６ ）Smulders, P.T., Orbons, S. and Moes, C. : Aerodynamic
interaction between two wind rotors set next to eachother in one plane, EWEC, Hamburg, October 1984.
７ ）Göeltenbott, U., Ohya, Y., Yoshida, S., Jamieson, P. :Flow interaction of diffuser augmented wind turbines,
Proceedings of TORQUE 2016, Munich, October 2016.
８ ）Ohya, Y., Mivazaki, J., Göeltenbott, U., Karasudani, T.,
Yoshida, S. and and Jamieson, P., : Power augmentationof shrouded wind turbines in a multi-rotor systems,
Proceedings of 2nd ICNGWE, Lund, August 2016９ ）Ohya Y., Okajima A., and Hayashi M.：Wake Interference
and Vortex Shedding, Encyclopedia of Fluid Mechanics
8, Ch. 10,（1986）324-338.
10）Ohya, Y.：Bluff body flow and vortex ― its application towind turbine, IUTAM symposium, Fukuoka 2013, Fluid
Dyn. Res. 46-6（2014）061423-1-12.


2017年１月（平成29年）（原稿受付：2016年10月 ３ 日）

北村

剛：フルードパワー設計者のためのグローバルスタンダード

41

トピックス

フルードパワー設計者のためのグローバルスタンダード
第１回「ISO 12100」機械類の安全性―設計のための一般原則―，
リスクアセスメントおよび，リスク低減
著者

紹

今回は国際規格である「設計のための一般原則，
リスクアセスメントおよびリスク低減」ISO12100

介
きた

むら

たけし

北 村

剛

〒251-0013 神奈川県綾瀬市上土棚中４－４－34
油研工業株式会社戦略製品開発プロジェクトチーム
E-mail : ta.kitamura@yuken.co.jp
1989年油研工業株式会社に入社，研究開発部・
販 売 促 進 部 を 経 て，2014年 戦 略 製 品 開 発 プ ロ
ジェクトチームに配属，現在に至る．主に，油圧ポンプの開発に従事．

について機械を設計するための安全に対するルールを解説する．

2．機械設計と機械安全における国際動向
日本国内において機械設備における労働災害は死傷者全体の４分の１を占めている．その８割が機械の安全対策を怠ったことが原因とされている．
技術の進歩と共に新しい機械が常に開発され，日本の高度成長期を担ってきた．それと同じくして機1．は じ め に械 ･ 装置が原因となる事故が増え続けているのも事
今回からフルードパワー設計者のグローバルスタ
実である．
ンダードと題して，連載を行う．今では当たり前の
新しい機械が開発されるとそれまでの安全規格でように耳にするグローバルという言葉であるが，グは対処ができなくなる．さらに新しい安全技術が構
ローバルという言葉の裏で，実は設計者は知らぬ間築されても規格化が難しく柔軟に対応ができないとに設計条件に制約を受けている．設計とは「アイデいったジレンマを抱えていた．
アを形にし，世の中が必要とする製品を作ること．」
欧州諸国でも産業革命以来同じ問題を抱えていたであるが，グローバル化における設計とは，加えて， が，英国を中心に製造者や使用者の自主的な対応を多様化する世界の中で，異なる文化を持つ人々がお踏まえ，発想の転換を進めることで，事業者・労働
互いの文化的違いや価値観を受け入れ，共有しなが者だけでなく設計者・製造者の義務を考慮した安全
らものづくりを行うということになる．
規格を模索してきた．
ここでいう「共有しながら……」が規定や指令にその結果，EU諸国としての整合性を図りながら,あたる．設計者はISOなどの国際規格に安全規則や
EN292を 基 本 と し て，2003年 に 国 際 安 全 規 格
環境指令などを考慮しながら，設計検討を行わなけ
ISO12100は成立している．
ればならない．世界が必要とする製品とは法令や規また，日本においてもJIS B9700として国際規格
定に準拠している製品とも，取ることができる．今との整合を取っており,「機械は必ず故障する．そ回，全６回を計画し，以下の３つの観点から連載を行う．

して人は必ずミスを犯す」という観点から安全確保の規定を厳しく規定して，機械の保護方案を策定し・フルードパワーに関連する機械安全規則
・フルードパワーと国際指令①環境負荷物質対応 ②高効率モータ規制③排ガス規制とエンジン対応技術ている．労働安全衛生法では機械の包括的な安全基準に関する指針が定められている．
ISO12100も2010年にはISO12100-1（機械の安全 性-第 １ 部； 基 本 用 語， 方 法 論 ），ISO12100-2

・設計者のための国際規格（国際設計ルール）
機械設計行うためにはさまざまな知識が必要とな（機械の安全性-第２部；技術原則）にISO14121-1（機械類の安全性リスクアセスメント第１部；原則）

る．工業系の学生は機械工学など，物をつくる知識は兼ね備えていると思うが，世界に向けて製品を送り出すためにはこれから述べるルールに従わなければならない．

を加え，３つの規格が統合され，現在に至っている．

3．国際安全規格の構成
現在の機械安全に関する国際標準規格は，IECおフルードパワーシステム

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フルードパワーシステム

よびISOが共同でガイドライン（IEC/ISOガイド51）を作成しており，ISO12100の規格をA規格（共通である．
この規格でいう安全とは絶対的な安全を意味して規格）として機械安全の広い範囲を三階層に分類し， いるのではない． リスクアセスメントにより，リ規定されている（図１）．
スクを適応可能な最小限に抑えることである．
これは新たに新技術が搭載された機械設備が導入
リスクアセスメントとは潜在的な危険源又は有害されても，適用できる規格構造となっている．
図２は弊社工場の機械設備である．参考までにどのような安全規格が該当しているかを記す．この設性を見つけ出し，これを除去，低減するための手法である．機械装置には常にリスクが潜んでいる．機械に存在するリスクを見積り，確率論的に評価して，

備もさまざまな国際規格に従って成立している．
安全規格はあらゆる分野にもれなく適用できる体系で構成されている．このように安全規格を適用す

それに見合った安全対策を施す必要がある．
この規格では安全性を実現するために，三段階のふるいをかけている．これをスリーステップメソッ

ることで，使用者の安全を確保することも設計者としての責務である．

ドという．
第一ステップ：設計の段階で危険源を低減する．
機械設計上，考慮すべき内容を適切に選択し，危険源をつくらない安全側設計とし，人への危険源を削減する．
第二ステップ：リスクの大きさに応じた安全装置の付加（ガード，センサーなどの防護装置）
第三ステップ：情報提供（警報装置，表示・標識,取扱説明書など）
設計者・製造メーカはリスクを明確にすることで，残ったリスクをユーザに伝えることが重要である．

図１

ユーザはその情報を基に安全対策を施し，安全を確保する．この方策はリスクを低減する上でもっとも効果的な方策と考えられている．
4.2 安全方策と機械設計
機械設計を行う場合，設計者は設計段階で機械の安全方策の手順に従い，機械の安全性を確保しなけ
ればならない．ISO12100は設計者のために安全方策の手順と手段が記載されている．
機械の企画・構想ができた段階で，まずは設計する各種機械の制限から決定する．

国際安全規格安全規格①使用上の制限②スペース上の制限 など
ここから，機械の意図する仕様に基づいて，リスクアセスメントを実施していく，設計者は引き起こされる可能性のすべての危険源を予測し，リスク査定後は限りなく残留リスクを減らさなければならない（図３）．

図２

この安全規格は設計者のための規格であり，グローバルに通用する製品を開発するためにはこの規格に準拠することを認識しなければならない．

機械設備と国際安全規格

5．お わ り に

4．国際規格ISO12100とは4.1 機械安全の考え方
ISO12100は，国際規格の構成の中ですべての機械類に適用できる基本概念，設計原則を取扱う規格

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日本は技術革新と優れた生産技術力により，製造・品質のレベルが飛躍的に向上してきた．安全性に対するリスクも技術でカバーできる力を持っている．しかし，機械の故障や人的ミスを皆無にするこ

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北村

剛：フルードパワー設計者のためのグローバルスタンダード

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んなに技術が進歩しようとも，ヒューマンエラーはなくなることはない．
冒頭で記述した世の中が必要とする製品とは，設計者が必要な安全方策を施した上で，適切な設計を行い，残留リスクを明示することである．
使用者はその情報を潜在リスクとして予測することにより，労働災害を防止できる．
日本の企業は製造業の持続発展の為，海外市場を視野に入れることが必然になってきている．まだまだ世界には成長市場が残されている．
このようなグローバル市場に製品を展開するには

図３

コストダウンは勿論のこと，インフラとしてのグ
ローバルITの整備や共通認識が持てる標準化が不可欠である．近年では特に，経済情勢の大きな変動にリスク低減を達成する基本フローとは不可能である．
また，欧米諸国と比較すると安全・リスクに対する考え方，事故責任のあり方，保険制度さまざまな側面から見た考え方に違いがある．
今や世界標準を考慮していない機械設計・設備は
グローバル社会では取り残されてしまう．
日本でも国際的な安全規格であるISO12100に整合させ，JIB B9700と共に「機械の包括な安全基準に関する指針」が作成された．しかし，国内には安全規格に基づく設計法令が少なく，まだまだコスト
パフォーマンスに優れた製品が求められている．
技術革新により私たちの暮らしは自動化が進み，暮らしやすい時代になっている．その裏には多くの危険が潜み，安全対策技術も必要不可欠である．ど

左右されない為に，国際規格に則った設計指針が必要になる．
ISO12100に準拠した製品設計は製造業が国際競争への持続的発展のために必要な販売戦力の一つで
もある．
参考文献
１ ）向 殿政男：機械安全規格と欧州規格の動向，標準化と品質管理，Vol. 157，No. 11，p. 30-34（2004）（ 財 ）日 本 規 格 協 会,
2 ）宮 崎 浩 一， 向 殿 政 男： 機 械 安 全，（2007）3 ）JIS ハンドブック 機械安全（財）日本規格協会,（2014）
jspmi．
or．
jp（財）
機械振興協会４） h ttp://www．

フルードパワーシステム（原稿受付：2016年10月 4 日）

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

43

44

フルードパワーシステム

トピックス

インド駐在員日記

著者

紹

筆者は駐在前，公用語であるヒンディー語はほとんどのインド人が話すものと思っていた．もちろん

介
まつ

ざき

松 崎

けん

顕

すけ

介

Yuken India Limited
No. 16-C, Doddanekundi Industrial Area,
II Phase, Mahadevapura, Bangalore-560048.
E-mail : ke.matsuzaki@yuken.co.jp
2004年東海大学工学部卒，2007年油研工業㈱入社．

ほとんどの人が話せる言葉ではあるが，人によって得意不得意があるという事に驚いた．そこには州間の歴史的背景もあるようだ．

3．気候

日本のニュースでインドの暑さを取り上げられる事があると思う．50度を超える地域は実際にある．
しかし筆者が滞在しているバンガロールは高原の上に位置し，標高は920mある．そのため，年に数か
1．は じ め に
月40度近くまで気温が上がる事はあるものの，そ2013年３月にバンガロールに赴任して３年半がの時期以外は暑さも湿度もなく大変過ごしやすい．
過ぎた．最初の１年間は長かった．慣れない土地で四季を楽しめないという事を除けば，バンガロール
何もかもが初めてで，日本とはまったく異なるこのの気候は日本よりも快適であると言えるだろう．
地での１年間は，今思い出しても長かったと感じる．
バンガロールの気候を特記したが，広大な土地をしかし２年目以降は早く過ぎたように感じる．赴任有するインドのほとんどの地域は暑く，そして蒸し当初に３年以上インド駐在をしている先輩駐在員の暑い．３年半が過ぎ慣れ親しんだ事，他州の猛烈な方を見て，自分もそうなる事が想像できなかった事
暑さからの解放という事から，出張を終えバンガを覚えているが，今では自分も４年目を迎えている． ロールに戻ってくると，日本に帰った時と同じよう
インド駐在中堅者の立場から，インドでの生活につに安堵する自分がいる．
いて紹介していきたい．
時期を選べるのであれば，11月から３月までの

2．言間の訪印をお勧めする．

語

インドでは州ごとに言語が異なり，細かく分けると500以上になるという．筆者はインド各地の顧客を訪問する事が多い．日本人が現地の言葉を話すとお客さんが喜ぶからと，同伴するスタッフから訪問
前に現地語を教えられる．おかげでいくらかの言葉は覚えたものの色々な州の言葉を少しづつ覚えているだけのため，筆者のインド語レベルは中途半端で会話にはならない．似ている言葉もあるが基本的には各州の言語は文法含め異なる．
筆者がこれまでに会ったインド人のほとんどは，
自分が育った州の言葉を第一言語とし，隣接する州の言葉，ヒンディー語，英語と数言語を話す．ビジネス文書，公用文書，社内会議はほぼ英語のみで行
なわれる．発音に癖があると言われるインド英語だが，彼らの英語能力がかなり高い事は伺える．

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フルードパワーシステム

第48巻

第１号

4．食

事

インド料理と言えばカレーだ．インドでは毎食カレーが出てくるのかと聞かれるが，この質問には毎回困る．日本のようなカレーを想像すれば答えはNoになるが，インドで言うカレーと考えればほぼ毎食カレーが登場する．
国内出張が多い筆者は，インド各地の料理を楽しむ事ができる．手で食べる，カレーが出てくる事はインド全土で共通だが，味付けや料理の内容は州によって異なる．ただし，ほとんどのインド料理は日本人には辛い．辛くしないようにと頼んでも辛いので，注意が必要だ．
カレーと言えばナンと思う方が多いと思うが，イ
ンド人はあまりナンを食べない．ナンに似ているが小麦の成分が異なるチャパティやロティといわれる

2017年１月（平成29年）

松崎顕介：インド駐在員日記

ものをインド人は食す（図１）．筆者はナンの方が美味しいと思うのだが，健康志向の強い現地の方た
ちは，チャパティやロティを好んで食べている．

6．IT

産

45

業

最近ではインドというとカレーの次にITが盛んな事も挙げられるだろう．筆者のいるバンガロールはインドでもっともITが盛んな都市である．今インド
では，ITによって新しい文化が生み出されている．
IT企業は若者に人気だ．綺麗なオフィスで働けて給料も高い．街で見かける綺麗なオフィスビルは大抵
IT企業のものだ（図３）．インドの女性は伝統衣装であるサリー等を身にまとう事が多いが，IT企業のビルの周りでは洋服を着ている女性が多い．IT企業
で働く女性だ．高級なレストランで若者の集団を見る事がある．彼らもまた，IT企業で働く若者らしい．

図１

5．交

当社食堂の昼食（20ルピー≒30円）

インドで近代的な一面を見ると，そこにはITの存
在がある事が多い．

通

インドの主要交通手段は車である．以前は小型車が大多数を占めていたが，最近では大型車，外国産車の割合が増えてきている．車が多くなると交通渋滞が発生する．インドの渋滞は現地人でもよめない．
渋滞がなければ１時間で到着できる距離でも，酷い渋滞に捕まると２時間掛かったり，３時間掛かかる事もある．空港に向かう際や顧客とのアポイントがある際には余裕を持って出発しなければならない．
交通渋滞に加えマナーの悪さもインドの特徴の一つ
だ．車線はあってないようなもの，逆走車は毎日見
図３ バンガロールITの中心International Tech Park．
かける．交通マナーの悪さが渋滞を引き起こしてい通称ITPLる場面も多い．筆者はインドで運転をした事があるという日本人に会った事がない．日本で運転に慣れ
7．娯
楽てしまうと，インドで車の運転をしてみようとも思
インドには娯楽がないと言われる事が多い．確かえない（図２）．
現在，インドの主要都市ではメトロという市街を走る高架鉄道事業が進められており，一部の区間では運行を開始している．このメトロが発展すれば，インドの生活が変わるだろうと筆者は大きな期待をしている．

に日本と同じような娯楽を求める事はかなり難しい．
しかし，インドにはインドの娯楽がある．
筆者は現地社長の計らいで会員制ゴルフクラブの会員になっている．日本にいればゴルフクラブの会員になる事は難しいだろうし，会員になりたいとも考えなかっただろう．ゴルフはそこそこに，週末は見るからに裕福そうな現地人に紛れ，セレブ気分を満喫しながらクラブで食事をする事は，筆者の週末の楽しみの一つである．
筆者がインドに来てからの３年半の間に多くのショッピングモールやカフェができている．カフェ
で読書をしながらゆっくり時間を過ごす，日本ではなかなかできなかった休日の過ごし方を筆者はインドで学んだ．インドでの自分流の娯楽を見つける事

図２

バンガロール内の交通渋滞ができると，週末の過ごし方が大きく変わった．
また，インドは多くの歴史がある国である．日本
フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

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フルードパワーシステムに通ずるものもある．そんな歴史に触れ合いながら観光地に足を運ぶのも面白い（図４）．

9．インド経済インド市場の今後の成長には世界各国が以前より注目している．しかし今のインドは数年前に各国が予想したような成長を続けているだろうか．
筆者がインド地域の担当になったのは６年ほど前の事である．その頃中国とインドの両方に出張した事のある人達は口を揃えて，「今のインドは10年前の中国に似ている．今後10年間でインドは今の中国のようになる」と言っていた事を覚えている．先図４‌
インドと言えばタージマハル．建立された理由ともなる恋愛物語は感動すら覚える

8．業務・生活日この言葉を言っていた当社スタッフのうちの一人が５年ぶりにインドを訪問する機会があった．彼は20年前の中国を知り，10年前のインドを知っている．今現在，インドは10年前に想像したような成当社からインドへ駐在している日本人は筆者だけである．インドに来る前は海外営業部に所属してお長を成し遂げているかと聞いてみたところ，10年前，５年前，そして今を比べると変化は見受けられり，インドでも営業の仕事をやるものと思っていた．
しかし日本と同規模で同じ製品目を生産している現地社で日本人一人となれば，営業だけをやっていれ
ばいいという訳にはいかない．開発部門と仕事をする事もあれば，生産部に生産性を上げるためのアドバイスを求められる事もある．経理の仕事を頼まれる事もある．経営案件に関われたりもする．専門外の事ばかりだが，日本側の協力を得ながらなんとかやっている．大変ではあるがやりがいがある．おそらく日本にいたら今のような多岐にわたる仕事を一人で任せてもらえるという事はなかっただろう．事
実日本にいた時よりもさまざまな部署の人と関わる機会が増えた．それはインド側だけでなく日本側でも同じだ．
日系企業の進出増に伴いインドに駐在する日本人の数も増えているが，普段生活をしていて日本人のるものの中国のようにと想像した程の変化はなかったと言う．
当社現地社の外部取締役や私の顧客の多くは現在のインド経済をポジティブに見ている．急成長には
急暴落の可能性も潜んでいる．今のインドは緩やかだが着実に成長している．今後数年間では好成長をもたらす要因も揃っており期待ができると言う．筆者もその通りだと思う．そういう意味ではインドが大きく成長するのはこれからの10年なのかもしれない．20年かかるかもしれないし，30年かかるかもしれない．しかしインドは確実に，そして着実に成長している．

方と会う事は稀だ．日本人一人で大変ではないかとよく聞かれるが，親日な国として有名なインド，当社スタッフも皆親切にしてくれるため，今まで問題を感じる事は特に無かった．しかし，そうは思ってもやはり日本人の方と会うと安心する．日本人同士で集まる機会は楽しい．お互いのインドでの苦労話で毎回盛り上がる．
物品についても困る事は特に無い．日本でなければ手に入らないものは当然あるが，生活に必要な物はほとんどインドで調達可能である．もちろん日本の物とは質は異なるが．今はネットのおかげで日本にいる知人と簡単に連絡を取る事が出来る．すべてではないが日本のテレビ番組を見る事もできる．大きな不自由はない．30年前にインドに来ていた先輩方の話を聞くと，今の自分の環境はものすごく恵まれているのだと，毎回気付かされる．

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フルードパワーシステム

第48巻

第１号

10.

おわりに

多くの日系企業では，インドというとどうしても敬遠される傾向にある．実際に駐在員同士の会話でもそれは垣間見れる．上述してきたようにインドは変わってきており，日本人が住みやすい環境も整いつつある．とは言え，皆さんが懸念する古きインドも残っている．どちかと言うとそちらの方がまだまだ多い．綺麗なショッピングモールの周りは古きイ
ンドが広がっている事もある．言い換えれば古きと新しきを同時に楽しむ事ができると言えよう．
筆者がこれまでの３年半の間で一番感じている事
は，インドではやったらやっただけ返ってくる市場であるという事である．成長を続ける国で筆者もまた，成長させてもらっている事を実感している．筆者のインド生活があと何年になるかはわからないが，インドで過ごす最後の日まで，インドと同じように
緩やかでも着実に成長していきたいと思っている．


2017年１月（平成29年）（原稿受付：2016年10月 ５ 日）

木原和幸：特許文献を調べる・特許情報プラットフォーム…特許文献を見る３

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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…特許文献を見る３

著者

紹

図１に代表図（構成図）を示す．

介
き

はら

木 原

かず

和

ゆき

幸

工業所有権協力センター〒135-0042 東京都江東区木場１－２－15
E-mail : k-kihara@sctv.jp

1974年神戸大学工学部計測工学科卒．東京計器入社，パワーコントロール研究室長，油空圧技術部長等を経て，現在に至る．比例弁，サー
ボ弁，ピストンポンプ等の油圧機器とそれらを制御するコントロールシステム等の開発に従事．
日本フルードパワーシステム学会会員．

1．は じ め に前稿までに国際特許分類（IPC）および日本における特許の分類の大まかな概要を紹介し，具体的な事例として，低騒音，高圧化，耐コンタミ性に関する特許文献をキーワードから検索する方法を示した．
さらに，アクチュエータと流体回路に関連して，わ
かりにくい点も示した．前々稿と前稿では実際の特許文献として比例電磁式制御弁とポンプ関連の特許
文献例で，どのようなFI，Fタームが付与されてるかを示した．本稿では，油圧，空圧，水圧のような一般的な作動流体ではなく．特殊流体，具体的には
電気粘性流体などを用いたアクチュエータの例を紹介する．

2．特許文献１
最初に紹介する特許文献は，特開2009-36216
電気粘性流体アクチュエータであり，マイクロ化に適した構成の位置決め制御が行えるアクチュエータ
が課題である．技術分野，請求項１，代表図，解決手段を示す．
【技術分野】電気粘性流体を利用した電気粘性流体アクチュエータに関する．
【特許請求の範囲】【請求項１】電気粘性流体の流路を形成する，固定電極板及び該固定電極板に対して電極間隔方向に変位自在となった可動電極板と， 前記固定電極板
及び可動電極板間に電圧を印加するための電圧源と，前記固定電極板及び可動電極板によって形成される
前記流路の上流側または下流側のいずれか一方に設けられた固定絞りとを具備する電気粘性流体アクチュエータ．

図１

代表図【解決手段】電気粘性流体アクチュエータは電気
粘性流体を利用するものであって，電気粘性流体の流路を形成する，固定電極板および該固定電極板に対して電極間隔方向に変位自在となった可動電極板と，固定電極板および可動電極板間に電圧を印加するための電圧源と，固定電極板及び可動電極板によって成形される流路の上流側または下流側のいずれか一方に設けられた固定絞りとを具備するものである．このような電気粘性流体アクチュエータにおいては，可動電極板自体が駆動部として機能し，またその変位位置は電圧源の出力電圧によって決まる
ので，付加的な駆動部およびその変位センサは必要とされず，このため電気粘性流体アクチュエータのマイクロ化を容易に行うことができる．
1）
特許情報プラットフォーム から本特許文献の経過情報の出願情報を参照すると，付与されているFIは下記である．
①F15B15/10@G②F15B21/06①はテーマコード3H081のアクチュエータである．表１に3H081のFIの抜粋を示す．
すなわち，①を上位から簡略して表現すると，流体作動装置で，構造に特徴があり，ダイヤフラム形
で，ベローズを用いたアクチュエータとなる．
付与されているFタームを表２に示す．

フルードパワーシステム

第48巻

第１号

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フルードパワーシステム

表１

テーマコード3H081のFI抜粋

F15B15/00部材をある位置から他の位置へ移すための流体作動装置；それと組み合わせた伝動装置
F15B15/02・流体作動要素の動作を，最後に作動される部材の動作に変換するための手段に特徴のある機械的設計

すなわち，一般的特徴として，特殊流体を使用した流体回路となる．
表４

付与されている3H082のFターム

AA19 加工又は組立性向上目的または効果

AA23 精度向上

F15B15/08・モータユニットの構造に特徴のあるもの

AA25 小形，軽量または簡単化

F15B15/10・・ダイアフラム形のモータ

BB14 方向制御回路

F15B15/10@Aダイヤフラムが１つのもの〔C 〜 Fが優先〕
F15B15/10@Bダイヤフラムが２つ以上のもの〔C 〜Fが優先〕
F15B15/10@C作動流体の給排口に特徴があるもの
F15B15/10@Dロツドの貫通部に特徴があるもの
F15B15/10@Eロツドのダイヤフラムへの取付構造に特徴
F15B15/10@Gベロ−ズを用いたもの
F15B15/10@Hゴム袋を用いたもの
F15B15/10@Zその他のもの
表２

AA15 ダイヤフラム形
AA17 ベローズ形
BB05 特殊流体

駆動手段

BB12 電気または磁気目的または効果CC23 小形化，軽量化，簡素化等
CC25 精度向上（位置決め等）

各部材の形状又 DD14 出力部材が可撓性のあるもの
は構造

DD38 制御装置

制御（調整）

FF01 位置制御②はテーマコード3H082の流体回路⑵である．
表 ３ に3H082のFI抜 粋， 表 ４ に 付 与 さ れ て い るF
タームを示す．
表３

テーマコード3H082のFI抜粋

F15B20/00流体アクチュエータ系用の安全装置
F15B21/00流体アクチュエータ系の一般的特徴；このサブクラスの他のいずれのグループにも包含されない流体圧系またはその細部
F15B21/02・記憶装置または時限装置によるプログ
ラム制御装置をもつサーボモータ系；そのための制御装置
F15B21/04・流体の特性に関連して用いられる特殊な手段，例．逃がし，粘度変化の補償，冷却，ろ過，かくはん防止のためのもの
F15B21/06・特殊流体の使用，例．液体金属；このような流体を用いるための流体圧系の特殊な応用またはそのための要素の制御

48

フルードパワーシステム

駆動手段

BB29

フィードバック手段を有す

CC07 磁性流体
CC14 電気又は磁気的手段

その他の一般的特徴 DE05 位置制御

なお，本文献のFI，Fタームはほぼ適切であるが，電気粘性流体に関する文献として，CC07磁性流体は完全一致とは云えない．上位のCC05特殊流体が付与されている文献も多いと考えられる．

3．特許文献２

付与されている3H081のFターム

型式基本となる流体圧回路

第48巻

第１号

も う 一 つ の 特 許 文 献 は 特 開2013-160238ア ク
チュエータシステムであり，高パワー密度とともに，構造の簡素化と小型化を実現することが課題である．
技術分野，請求項１，代表図を示す．解決手段は請求項と同等のため省略する．
【技術分野】管内作業を行うマイクロマシン等に使用するアクチュエータシステムに関する．
【特許請求の範囲】【請求項１】電界または磁界によって粘度が高まる機能性流体を内部に収容し，内部の前記機能性流体の量が増加または減少したときに動作するアク
チュエータと，前記機能性流体を内部に収容し，内部の前記機能性流体に対して陽圧と陰圧を定期的に交互に繰り返し与える交流圧力部と，前記アクチュ
エータと前記交流圧力部との間に設けられ，前記機
能性流体を流通させる配管と，前記配管に対して設けられ，前記配管の内部の前記機能性流体に対して
電界または磁界を印加する印加部と，を備え，前記
印加部は，前記交流圧力部が内部の前記機能性流体に対して陽圧を与えているときよりも陰圧を与えているときのほうが，前記配管の内部の前記機能性流体に対して印加する電界または磁界の強度を大きくすることで，前記アクチュエータの内部の前記機能性流体の量を増加させて当該アクチュエータを駆動し，前記交流圧力部が内部の前記機能性流体に対して陽圧を与えているときよりも陰圧を与えているときのほうが，前記配管の内部の前記機能性流体に対して印加する電界または磁界の強度を小さくすることで，前記アクチュエータの内部の前記機能性流体の量を減少させて当該アクチュエータを駆動することを特徴とするアクチュエータシステム．

2017年１月（平成29年）

木原和幸：特許文献を調べる・特許情報プラットフォーム…特許文献を見る３

表７49

付与されている3C081のFターム

目的または効果 AA11 小型化，高集積化
BA48
形状，構成

直線運動するもの（着目点が直線往復運動）

BA53 静電力
BA54 電磁力
BA56 流体圧

用途

EA41 アクチュエータ

本文献のFI，Fタームはほぼ適切と考えられる．

4．お わ り に

図２

代表図付与されているFIは下記である．
①F15B21/06②B81B3/00①のFIは特許文献１と同じであるが付与されているFタームは異なる．表５にFタームを示す，
表５

付与されている3H082のFターム

目的または効果AA25 小形，軽量または簡単化
CC05 特殊流体

駆動手段

CC14 電気又は磁気的手段

流体特性に関する特殊手段

DB35 主流路
DD07 ポンプによるもの

振動（パルス）発生
用途

DD12

電気，磁気的制御手段を有するもの

EE20 その他②はテーマコード3C081マイクロマシンである．
表 ６ に3C081のFI抜 粋， 表 ７ に 付 与 さ れ て い るF
タームを示す．
表６

テーマコード3C081のFI抜粋

B81B1/00可動の，または可撓性の要素がない装置，
例．マイクロ毛細管装置
B81B3/00可撓性の，または変形可能な要素，例．弾性のある舌片または薄膜，からなる装置
B81B5/00相互に移動可能な要素，例．スライド可能
な，または回転可能な要素，からなる装置
B81B7/00マイクロ構造システム

本稿で紹介した特許文献１は実施例にベローズがあるため3H081の分野のベローズ形アクチュエー
タのFI，Fタームが付与され，特許文献２は技術分
野にマイクロマシンが明記されているので，テーマ
コード3C081のFI，Fタームが付与されたと考えられる．本稿に示す以外の電気粘性流体などの機能性
流体を用いた特許文献においても，本稿に記載のテーマコード，FI，Fタームが参考になると考えられる．
本稿をより良く理解するために，参考文献2）～11）に示す特許文献を調べるを参照されたい．
参考文献
１ ）特許情報プラットフォーム http://www.j-platpat.inpit.
go.jp/web/all/top/BTmTopPage
２ ）木原和幸：特許文献を調べる・特許電子図書館の活用
１ …特許の基本，フルードパワーシステム，Vol. 44，
No. 4, p. 241-243（2013）
３ ）木原和幸：特許文献を調べる・特許電子図書館の活用
２ …特許の基本，フルードパワーシステム，Vol. 44,
No. 6, p. 362-364（2013）
４ ）木原和幸：特許文献を調べる・特許電子図書館の活用
３ …日本の分類・テーマコード １ ，フルードパワーシ
ステム，Vol. 45, No. 2, p. 81-83（2014）
５ ）木原和幸：特許文献を調べる・特許電子図書館の活用
４ …日本の分類・テーマコード ２ ，フルードパワーシ
ステム，Vol. 45, No. 4, p. 184-186（2014）６ ）木原和幸：特許文献を調べる・特許電子図書館の活用
５ …類似文献の検索 １ ，フルードパワーシステム，Vol.
45, No. 6, p. 285-287（2014）７ ）木原和幸：特許文献を調べる・特許電子図書館の活用
６ …類似文献の検索 ２ , フルードパワーシステム，Vol.
46, No. 2, p. 90-92（2015）８ ）木原和幸：特許文献を調べる・特許情報プラットフォー
ム…特許電子図書館のサービス終了，フルードパワー
システム，Vol. 46, No. 4, p. 179-181（2015）
９ ）木原和幸：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，フルードパワーシス
テム，Vol. 46, No. 6, p. 270-272（2015）10）木原和幸：特許文献を調べる・特許情報プラットフォー
ム…特許文献を見る １ ，フルードパワーシステム，Vol.
47, No. 2, p. 82-84（2016）11）木原和幸：特許文献を調べる・特許情報プラットフォー
ム…特許文献を見る ２ ，フルードパワーシステム，Vol.
47, No. 4, p. 187-190（2016）

フルードパワーシステム（原稿受付：2016年 ７ 月31日）

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

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フルードパワーシステム会

告〈理事会・委員会日程〉
12月20日・Vol. 48 E１（電子出版号）「緑陰特集」
・Vol. 48 No. 5「福祉・介護分野におけるフルードパワーの最新技術（仮）
」

委員長会議

1月13日

情報システム委員会

1月17日

理事会

1月27日

企画委員会

2月 ３日

編集委員会

2月14日

基盤強化委員会・Vol. 48 No. 6「災害現場で活用されるフルードパワー
機械と周辺技術（仮）
」
２）その他
・会議報告
・トピックスについて
・記事一覧
・48巻表紙カラー〈理事会報告〉平成28年度第３回企画委員会

11月22日 15：00 ～ 17：00 機械振興会館

12月２日 15：00 ～ 17：00

地下３階B３―３号室（出席者16名）

機械振興会館地下３階B３―３号室 （出席者15名）

１）国際シンポジウム福岡について

１）平成28年度実施事業について

２）平成28年秋季講演会について

・平成28年秋季講演会

３）平成29年度フェロー認定者推薦について

・最優秀講演賞

４）賛助会員への連絡方法について

・オータムセミナー

５）学会財務基盤の強化の進捗状況について・ウインターセミナー

６）会員の推移について

・その他

７）その他

２）平成29年度実施事業について
・平成29年春季講演会併設セミナー〈委員会報告〉・平成29年春季講演会
・企画行事一覧（会誌用）
・その他

平成28年度第３回委員長会議
11月１日 15：00 ～ 17：00

３）その他

機械振興会館６S―１号室（出席者７名）①予告会告・会告について

１）国際シンポジウム準備状況について

・平成28年度ウインターセミナー（１月号）

２）平成28年秋季FPS講演会準備状況について

・平成29年春季講演会併設セミナー（１月号）

３）フェロー推薦状況について

・平成29年春季フルードパワーシステム講演会（１月号）

４）学会財務基盤の強化の進捗状況について※会誌１月号（48―１号，１/ ４頁版原稿提出締切12月５

５）その他

日予定）
②その他

平成28年度第４回編集委員会
12月１日 14：00 ～ 17：00

平成28年度第３回基盤強化委員会

機械振興会館 地下３階 B３―３号室 （出席者16名）

12月６日 15：00 ～ 17：00

１）会誌特集号の現状と企画

機械振興会館地下３階B３―７号室 （出席者10名）

・Vol.48 No.1「柔軟構造のフルードパワー・アクチュ
エータ」

１）会員サービスについて
２）外部への情報発信について・Vol. 48 No. 2「フルードパワーに役立つセンシング技術（仮）」３）FP道場11について
４）バーチャルミュージアムについて

・Vol. 48 No. 3「モデルベース開発（仮）」５）研究委員会について

・Vol. 48 No. 4「トライボロジーの応用（仮）
」

６）その他

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フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

会告

学会行事のお知らせ

会

告

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

平成28年度ウィンターセミナー「自動車の動力伝達機能を支える油圧技術」
開催趣旨：

開催日時：2017年２月17日（金） 13：15 ～ 16：40

本セミナーでは自動車の動力伝達機能に欠かせないCVTに会

場：機械振興会館：地下３階 研修２用いられている油圧技術に焦点をあてます．最新型のCVT技

東京都港区芝公園３－５－８

術の具体的な事例および技術の変遷について解説するとともに

詳細は学会ホームページに随時掲載いたします．

今後の技術動向についてもご紹介します．

皆様の積極的なご参加をお待ちしております．

会

告

平成29年春季フルードパワーシステム講演会

併設セミナー「フルードパワーに役立つセンシング技術」
開催日：平成29年５月24日（水）

平成29年春季フルードパワーシステム講演会併設セミナー

ワーに活用され始めた，もしくはこれから活用される可能性のを，平成29年５月24日（水）に機械振興会館（東京都港区）

高い，センシング技術の最新情報を紹介していただきます．

で開催いたします．

詳細は学会ホームページにて，ご確認をお願いいたします．

フルードパワーの高性能化・高機能化を図るうえでさまざま

なお，
日本フルードパワーシステム学会誌48巻２号（2017な物理量のセンシング技術が必要とされ始めており，計測すべ年３月号）が当日の講演資料となりますので，各自ご持参いたき情報の種類や役割も多様化し，それに伴うセンシング技術もだきますようお願いいたします．

近年飛躍的に進化しています．本併設セミナーではフルードパ

会

皆様の積極的なご参加をお待ちしております．

告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29年春季フルードパワーシステム講演会
開催日：平成29年５月25日
（木）
・26日
（金）

平成29年春季フルードパワーシステム講演会は平成29年

談会などを企画する予定です．詳細は学会ホームページに随時

５月25日
（木）
・26日
（金）に機械振興会館（東京都港区）で掲載いたしますので，ご確認いただきますようお願いいたしま

開催されます．本講演会では，一般講演に加えて，特別講演・す．皆様の積極的なご参加をお待ちしております．

オーガナイズドセッション・製品技術紹介セッションや技術懇会

告平成29年春季フルードパワーシステム講演会併設企画「製品・技術紹介セッション」
開催日：平成29年５月26日（金）

本講演会では，企業関係の方々に製品・技術の紹介をしてい識を共有し，会員相互の研究・技術の交流の促進を図ろうとす

ただくオーガナイズドセッション（「製品・技術紹介セッショるものです．また，本セッションの講演は，平成15年より表ン」）を企画しました．本企画は，企業関係の方々に，現在，

彰事業の１つとして設立された「最優秀講演賞」社会人部門の企業がお持ちの製品・技術あるいは検討課題などを，学会主要審査対象となります．企業関係の会員みなさまの参加を心より

行事の１つである講演会で発表していただき，会員間で問題意お待ちしております．

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会

フルードパワーシステム

告

書籍案内

オーム社刊

「油圧・空気圧回路～書き方＆設計の基礎教本」
この度，一般社団法人 日本フルードパワー工業会では，当会の編集による油圧・
空気圧回路に関する実務書をオーム社より発行しましたのでご紹介します．
内容は，右図表紙の副題に示されている通り，回路の書き方と設計の教本といえるものです．フルードパワーシステムを構成するための，図記号，関連企画，機器の構造・機能などの知識，基本回路から実際の装置に適用された応用回路まで，幅広く網羅されています．設計に際して座右に置ける書であり，同時に，これから油圧・空気
圧を学ぼうとする方々から中堅技術者，さらに既にご使用いただいているユーザの皆様方まで活用できる基礎教本でもあります．
著者は，会員企業の第一線ベテラン技術者である，東京計器㈱渋谷文昭氏とCKD㈱増尾秀三氏です．冒頭には，著者による「各編の校正＆学習ポイント」というガイドもあり，読みすすめやすい工夫が盛り込まれています．特に，① 全編を通してわかりやすい図表がふんだんに使われている② 回路や図記号のていねいな解説がされている③ 側注部にキーワードが解説されているなどの特長があり，大変見やすく，読みやすく感じられる紙面構成になっています．
是非，お二人の力作を手に取ってみてください．
購入に際しては，当会で注文書を兼ねたチラシを用意して一括注文するなどの便を図りますので，ご希望の方は下記にお問い合
わせ願います．
記
購入方法：JFPA会員企業，同「フルードパワー」協賛会員の皆様，JFPS会員の皆様には，購入の際の便を図ります．ご希望の方は，下記までお問い合わせ願います．
問合せ先：一般社団法人 日本フルードパワー工業会 編集事務局担当 大橋 彰
〒105-0011 東京都港区芝公園３－５－３ 機械振興会館311号
TEL：（03）3433-5392 FAX：
（03）3434-3354 E-mail：ak.ohashi@jfpa.biz

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会告共催・協賛行事のお知らせ

会

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告

共催・協賛行事のお知らせ
協賛行事
一般社団法人日本機械学会関西支部 第３４８回講習会
実務者のための振動機素と制振・制御技術
開 催 日：2017年1月23日（月） 9：00 ～ 17：00，1月24日（火） 9：00 ～ 16：10
会場：大阪科学技術センター８階 中ホール [大阪市西区靭本町１-８-４／ (06)6443－5324 ／地下鉄四つ橋線「本町」駅下車，28号線出口北へ400㎜]
申 込 先：一般社団法人日本機械学会関西支部 〒550-0004 大阪市西区靭本町１-８-４ 大阪科学技術センタービル内，
TEL：06-6443-2073，FAX：06-6443-6049，E-mail：info@kansai.jsme.or.jp
No.17-10
II2017 情報・知能・精密機械部門（IIP部門）講演会
主
催：一般社団法人日本機械学会
U R L：http://www.jsme.or.jp/iip
期日：2017年３月14日（火），15日（水）会
場：東洋大学 白山キャンパス（〒112-8606 東京都文京区白山５-28-20）
講演締切日：2017年１月６日（金） http://iip.confit.atlas.jp/login
原稿締切日：2017年２月10日（金）TECHNO-FRONTIER 20117（専門技術展および技術シンポジウム）会期：2017年4月19日（水）～ 21日（金）〈展示会〉10：00 ～ 17：00 〈技術シンポジウム〉10：00 ～ 17：00
会場：幕張メッセ（国際展示場） 展示ホール ４―８：展示会
国際会議場：技術シンポジウム
主催：エコデザイン学会連合
後
援：一般社団法人日本能率協会｢EU Green Gateway to Japan｣ プロジェクト
日
程：2017年７月１日～ 2019年12月
場
所：東京
主
催：欧州連合（EU）
運営事務局：（一社）日本能率協会産業シンクセンター

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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
（12月10日現在）

968

15

135

134

差 引 き 増 減

＋5

±0

－9

±0

正会員の内訳 名誉員14名・シニア員40名・ジュニア員190名・その他正会員725名

賛助会員
株式会社レンタルのニッケン
正会員
筑後 寛之（コマツ）

野口 英昭（株式会社小松製作所）

劉趙菲菲（津山高等専門学校）

張書策（横浜国立大学）

平原 雄一（横浜国立大学）

黒田亮（横浜国立大学）

増田 恵太（横浜国立大学）

吉田 雄飛（横浜国立大学）

米田

継虎（株式会社ジェイテクト）

新美 彰崇（半田重工業株式会社）
学生会員
奥井

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学（中央大学）涼（豊橋技術科学大学）

中村 裕朔（豊橋技術科学大学）

小西 亮輔（豊橋技術科学大学）

小林 和暉（豊橋技術科学大学）

岡野釼持 幸芳（芝浦工業大学）

健（豊橋技術科学大学）

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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

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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・エイ・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㈱
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・データー㈱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㈱㈱ケンチク舎成増㈱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㈱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㈱制御機材㈱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48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㈱
リバーフィールド㈱㈱レンタルのニッケン
ワールドインシュアランス
ブローカーズ㈱第１号

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フルードパワーシステム

編 集 室

次号予告

―特集「フルードパワーに役立つセンシング技術」―〔巻頭言〕「フルードパワーに役立つセンシング技術」発刊にあたって
塚越 秀行〔解説〕磁気式アブソリュートエンコーダの技術紹介
佐藤衛
磁歪式リニアセンサの技術紹介
中川晋一朗
柔軟空気圧シリンダ用変位センサの開発
赤木 徹也
電磁超音波共鳴法による高温配管の肉厚モニタリング
内一 哲哉，高木 敏行，浦山 良一
CIT建機用ストロークセンサ付シリンダの紹介
影山 雅人
MR流体測定用磁場印加型レオメータの開発
中野 政身
材質認識システムを備えた人工指小山紀〔会議報告〕機械学会2016年度年次大会におけるフルードパワー技術研究動向
田中豊
第34回日本ロボット学会学術講演会におけるフルードパワー技術研究動向
佐々木大輔〔教室〕入門講座「エネルギー工学」第四回：水力発電と再生可能エネルギーなど
江間敏〔トピックス〕クラウドロボティクスプラットフォームを開発する大学発ベンチャー企業岡本
悠
機械安全―パフォーマンスレベルPLと平均危険側故障時間MTTFd―
高野 一治〔研究室紹介〕室蘭工業大学 機械システム設計学研究室（フルードパワーに関する学生との研究活動）

風間 俊治〔企画行事〕H29企画行事紹介
桜井 康雄
秋季講演会（H28.10.19,20）
田中豊

平成28年度「フルードパワーシステム」編集委員
委 員 長 塚 越 秀 行（東京工業大学）
副委員長 村 松 久 巳（沼津工業高等専門学校）員 伊 藤 雅 則（東京海洋大学）
委
上 野 朝 嗣（ＣＫＤ㈱）内 堀 晃 彦（宇部工業高等専門学校）
加 藤 友 規（福岡工業大学）
北 村
剛（油研工業㈱）木 原 和 幸（㈶工業所有権協力センター）
栗 林 直 樹（川崎重工業）
五 嶋 裕 之（機械振興協会）
佐 藤 恭 一（横浜国立大学）
妹 尾満（SMC㈱）中 野 政 身（東北大学）

会

委

員 中
成
藤
丸
矢
柳
山
山
吉
担当理事 伊

山
田
田
田
島
田
田
田
満
藤

晃（日立建機㈱）晋（ＫＹＢ㈱）壽 憲（東京電機大学）
和 弘（㈱コマツ）
丈 夫（㈱コガネイ）
秀 記（豊橋技術科学大学）
真の介（㈱TAIYO）
宏 尚（岐阜大学）俊 拓（神奈川工科大学）
和 巳（ＫＹＢ㈱）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．

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フルードパワーシステム

第48巻

第１号

2017年１月（平成29年）

ISSN

1880-3121

日本フルードパワーシステム学会論文集
第48巻, 第１号（2017）平成29年１月
目次

研究論文
１．ピンチ型空気圧サーボバルブの開発


石田靖昌，只野耕太郎

一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会

１

ISSN

1880-3121

TRANSACTIONS OF
THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY
Vol.48, No.1

January 2017
Contents

Paper
１．Development of a Pinch-type Pneumatic Servo Valve

Yasumasa ISHIDA, Kotaro TADANO

Published by
The Japan Fluid Power System Society
c/o Kikaishinko Building
３―5―22 Shiba-koen, Minato―ku, Tokyo, 105―0011, Japan１

石田・只野：ピンチ型空気圧サーボバルブの開発

1

研究論文

ピンチ型空気圧サーボバルブの開発＊
石 田 靖 昌＊＊，只 野 耕太郎＊＊＊
Development of a Pinch-type Pneumatic Servo Valve
Yasumasa ISHIDA, Kotaro TADANO
Pneumatic servo valves are key components in pneumatic servo systems. In multi-degree-of-freedom systems such as
robot systems, a lot of servo valves are installed. Nozzle flapper-type servo valves are not suitable for these systems
because they release air all the time, so that air consumption is too large. Spool-type servo valves currently used allow
leakage of air from a sliding portion of a spool. Therefore, in robot systems, vibration and noise of compressors are big
problems. Reducing leakage of servo valves can solve these problems and save energy. In this study, we develop a 4-port
pinch-type pneumatic servo valve controlling flow by pinching air tubes, aiming at a leak-less servo valve. Almost allexisting pinch-type valves are 2 or 3 port and proportional valves, aiming to control flow of slurry and medicine. There areno 4-port pinch-type servo valves. Experimental results showed that the leakage was lower than 1.7% of the rated flow rateand dynamic characteristics was approximately 30 Hz. We conducted position control experiments of a pneumatic cylinderusing the prototype valve and showed the effectiveness.
Key words：Servo Valve, Pneumatic, Leakage, Flow Control, Cylinder

1．緒

いないサーボバルブとしてはロータリ型サーボバルブの開言発2）も行われてきた．しかし，上記のバルブはいずれも流空気圧サーボバルブは空気圧システム全体の性能を決め路に摺動部が存在するため漏れをゼロにすることは困難でる重要な構成要素である．ロボットシステムのような多自ある．外部への漏れの無いバルブとして振動駆動型のポ

由度システムにおいては多数のサーボバルブを使用する．

ペットを利用したバルブの研究3）-5）も多数行なわれている

現在一般に広く使用されているサーボバルブはノズルフが，現状では流量の調整が難しく，精密な制御が求められラッパ型サーボバルブとスプール型サーボバルブに大別でるためロボットシステムには不向きである．また，外部へきる．ノズルフラッパ型サーボバルブは構造上，常時大気の漏れのないバルブとして振動駆動型のバルブのほかに，にリリースがあるため空気の消費量が多い．スプール型

チューブを閉塞させて流量を制御するピンチ型バルブがあ

サーボバルブはノズルフラッパ型サーボバルブに比べ空気る．従来のピンチ型バルブは流体がバルブに触れない利点の消費量は少ないがスプールの摺動部からの漏れによる損を生かして，血液や薬品などの液体や粘度の高いスラリー

失がある．そのため多数サーボバルブを使用するシステム

状の流体の制御を目的としているため，２，３ポートのバでは大きなコンプレッサが必要となり，システム全体の小

ルブやON-OFFバルブ，比例バルブがほとんどであり，４型化の妨げになるとともに騒音や振動が課題となっている．

ポートのピンチ型サーボバルブは例をみない．また，

サーボバルブの漏れを減少させて空気の消費量を低減する

チューブを利用したバルブとして，赤木らはチューブの屈ことでコンプレッサの負荷を軽減でき，これらの問題を改曲を利用したサーボバルブの開発6）を行っている．ウェア

善するとともに省エネルギー化が期待できる．

ラブルで低コストである一方，ロボットシステムで用いる

これまでに，スプール型バルブのラップ量を大きくする
1）には応答性が不十分である．そこで本研究ではロボットシことで漏れを減らしたサーボバルブの開発 が行われていステムでの使用に適した，漏れの無い空気圧サーボバルブ

るが不感帯を拡大するという問題点がある．スプールを用の実現を目的とする．運動特性がよく，応答性に優れたカム機構を用いた閉塞機構をもつ４ポートのピンチ型空気圧＊

平成28年４月12日 原稿受付

サーボバルブを開発する．
本論文では，まず試作したバルブの構造の説明をし，次＊＊東京工業大学工学院機械系（所在地：神奈川県横浜市緑区長津田町4259 ）（E-mail：ishida.y.af@m.titech.ac.jp）＊＊＊

東京工業大学科学技術創成研究院未来産業技術研究所

第48巻

第１号

に流量特性と運動特性の評価実験をするとともに試作バルブを用いてシリンダの位置制御を行い，試作したサーボバ
ルブの有用性を示す．
―1―

2017年１月（平成29年）

2

日本フルードパワーシステム学会論文集

ロワを介し機構によるチューブを閉塞している．カムの回

2．ピンチ型空気圧サーボバルブ

転角度に応じてチューブの閉塞量を変化させて流量を制御

本研究で試作したバルブの外観をFig. 1に示す．試作バ

する．回転方向により供給，排気どちらかのポートのみの

ルブは空気圧配管用のポリウレタンチューブ（PISCO製

流量を制御する．Fig. 3にばねを用いたノーマルクローズ

UB-1/8-B：内径２㎜ 外径3.18㎜），サーボモータ（MAXON機構のモデル図を示す．楕円形状のカムが回転した際にば， エ ン コ ー ダ（MAXON製
製 DCX22X EB SL 12V）

ねが押し縮められ，ばねの復元力によりカムが中立位置に

ENX16 EASY：1024パルス），チューブを閉塞させるカム

戻る方向に力が働くことでノーマルクローズを実現してい機構部，モータと機構部を保持する樹脂製の治具で構成される．カム機構は運動特性が良く高速運動にも耐えることができる．カム角度の制御にはステッピングモータなどを用いるという選択もあるが高い応答性と分解能からサーボ
モータとエンコーダにより系を構築している．バルブのゼ
ロ点の調整はFig. 1に示す側面の調整ねじによって行う．

⒜

Nuetral position⒝

Open left-port⒞Open right-port

Fig. 2にカムピンチ構造のモデルを示す．ローラのカムフォ

Fig. 2⒜

Cam mechanism model

Top view⒜Fig. 1
第48巻

第１号

⒝

Side view⒞

Front view

Nuetral position⒝
Fig. 3Fig. 4

Pinch-type servo valve―2―

Open ports

Normal-close mechanism

Ports connection by manifolds
2017年１月（平成29年）

3

石田・只野：ピンチ型空気圧サーボバルブの開発

Fig. 5Structure model of the developed pinch-type valve

る．Fig. 4に配管の接続例を， Fig. 5に機構部全体の構造図を示す．試作したバルブは４ポートを実現するためにカムシャフトには流量制御用の２つのカムとノーマルクローズ用のカムを持つ．流量制御用の２つのカムは同様の形状で180°
位相をずらした配置になっている．これによりFig. 4に示すように供給，排気ポートを一方向に寄せて，配管の接続を容易化させることで，小型のマニホールドとした．
カムシャフトは一体構造であり，モータとはダイレクトで接続している．Fig. 1とFig. 4のManifold①，②は一致する．

Fig. 6

1st developed cam

Fig. 7

2nd developed cam

バルブ駆動時のカム回転角の可動域は中立位置を中心に±80°までとした．

3．バルブの流量特性
バルブの流量特性を調べるため，カム回転角に対する有効断面積の計測を行った．有効断面積の計測は等温化圧力容器を用いて容器内の圧力変化から計測を行っている7）．
カム回転角を５°刻みで変化させて計測を行った．制御性の面からカム回転角と有効断面積は線形な関係性であるこから10°程度付近で不感帯が存在した．流量が最大となるとが望ましい．また，ゼロ点において漏れをなくするため±80°のときを定格流量として，バルブを閉じた状態であにチューブを閉塞させる場合，不感帯が生じやすい．これる０°における漏れ量は最大で定格流量の1.2%であった．

らはカムの形状に依存するため，カム形状の検討を行った．

０°
近傍で流量の変化が小さいたことが不感帯の帯域を広

まず，Fig. 6に示すようにカム回転角度に対してチューブげていると考えられる．そこでFig. 7に示すカムでは０°
近の押しつけ量が線形な関係になるカムを試作して有効断面

傍で角度変化に対して流量の変化を大きくするために押し積の変化を計測した．ここでカムの短径は必要となる最大付け量が回転角度の２乗で変化する形状とした．また，流量から決定している．最大流量は著者らが開発している

Fig. 6に示すカムを用いたとき，半円側の閉じた状態であ8）

手術ロボット での使用を想定して決定した．このカムをるチューブにおいて漏れがあった．そこで，開く必要のな用いたときの結果をFig. 8に示す．カム角度０°とはFig. 2

い際に確実に閉じておくために，Fig. 7におけるカムでは（a）に示す中立位置である．Fig. 8において実線は有効断

半円ではなく少し膨らませた形状とした．Fig. 7に示すb の面積を増加させていったときの計測結果で，破線が減少さ

値を大きくすることで漏れを減らすことが出来るが，同時せたときの結果である．有効断面積が0.05㎟以上においてにカムの回転負荷が大きくなる．負荷が大きくなりすぎな

カム回転角と有効断面積は線形な関係がみられるが，い範囲でbの長さを決定した．Fig. 9に試作バルブにおける0.05㎟以下の流量帯においては非線形な関係であり，- ５°

カ ム 回 転 角 と 有 効 断 面 積 の 関 係 を 示 す． グ ラ フ の

第48巻

第１号

―3―

2017年１月（平成29年）

4

日本フルードパワーシステム学会論文集

Control port①，②はFig. 1に示すものと一致する．不感帯

御ポート用のカムは同様の形状で設計しているがFig. 9の

は- ５°
から０°
程度であり不感帯域を縮小させた．有効断計測結果ではグラフが非対称で供給，排気ポートでカム回

面積が0.15㎟以下の流量帯で線形な関係性である一方，0.15

転角に対して異なる有効断面積を示しており，２つのポー㎟以上の流量帯では非線形な関係を示す結果となった．漏トで最大有効断面積が0.03㎟以上異なっていることが明られに関しては閉じた状態である０°においてポート①ではかになった．これはバルブの静特性の計測結果であるため最大で定格流量の1.7%，ポート②では1.1%であった．また，カムの押し付け量で特性が決まる．そのため最大有効断面

カム形状は左右対称であり，試作バルブにおいて２つの制積のずれはカムの加工精度の影響による誤差であると考えられる．Fig. 8の結果より，有効断面積が0.05㎟以上においてチューブの押し付け量と有効断面積が線形な関係であると仮定できる．押し付け量に対する有効断面積の変化は2.7㎟/㎜であることから加工による押し付け量の誤差は0.01㎜程度であると考えられる．著者らが開発している参考文献
８）のロボットシステムで用いられているのスプール型
サーボバルブ（FESTO社製MPYE-5-M5 -010-B）でも同様の計測を行った結果をFig. 10に示す．５ポートバルブであるが，１つの制御ポートに対してのみ計測結果を示す．
最大有効断面積は2.2㎟程度あるため，ラップ領域のみのグラフを示す．漏れは最大で定格流量の1.8％であった．以上の結果より，バルブが閉じた状態において定格流量に対すFig. 8 Static charactaristic of the developed valve with 1stdeveloped cam

る漏れ率は既存のサーボバルブと同等でありながら，漏れ量を10分の１以下にした．開発したサーボバルブを用いる
ことで空気の消費量の低減ができることを確認した．

⒜

Control port ①

Fig. 10⒝

Control port ②

 tatic characteristics of the developed valve with
Fig. 9 S
2nd developed cam
第48巻

第１号

―4―

Static charactaristics of the spool-type valve

Fig. 11Block diagram of cam angle control

Table １Gain parameters of cam angle control

K

K mp

K mi

K md

Td

11.9
［V/rad］ 14［V/rad］ 60［Vs/rad］ 0.05
［V/rad s］ 0.01［s］
2017年１月（平成29年）

5

石田・只野：ピンチ型空気圧サーボバルブの開発⒜

20 degree⒝

Fig. 12Fig. 1340 degree

Frequency response of cam angle control

Block diagram of position control of a pneumatic cylinder
Table ２ Gain parameters of position control of a pneumatic
cylinder

4．カム角度制御の周波数応答
試作したサーボバルブの応答性を調べるためにカム角度

PD controller

制御の周波数応答の計測を行った．ゼロ点の調整を行い

K qp

チューブを適切な閉塞量にし，供給ポートに600kPa（abs）

K qd

PI controller

Td

K fp

K fi

3.3
［N/㎜］ 0.02
［N/㎜s］ 0.01
［s］ 0.2［rad/N］ 3.5［rad s/N］の空気を供給して実験を行った．カム角度の目標値は最大回転角の25%と50%にあたる，角度振幅20°と40°の正弦波

モータの動特性に依存するため，応答性を向上させるためとした．Fig. 11に角度制御のブロック図を，Table 1に制御にはより高応答のモータを選定する必要がある．

ゲインを示す．角度制御はPID制御にばね力補償のフィー

5．試作バルブを用いたシリンダの位置制御

ドフォワードを加えて行った．Fig. 11中のモータとはモー
タコントローラ，モータ，エンコーダを含んだブロックで試作したバルブを用いてシリンダの位置制御実験をあり，図中のθはエンコーダで読み取った値である．モー行った．Fig. 13にシリンダの位置制御のブロック図を，

タの出力トルクはモータコントローラへの入力電圧u に比Table 2に各制御ゲインを示す．それぞれの制御ゲイン

例しており，比例定数は7.4mNm/Vである．モータとカムは試行錯誤的に求めている．シリンダには低速シリンダ

はダイレクトで接続しているため，モータ角度とカム角度（SMC製 CJ2XB10-30RZ）を使用しており，受圧面積A 1，

は同じである．Fig. 12に角度振幅20°と40°のときのボード

A 2はそれぞれ78.5㎟，66.0㎟である．シリンダの位置は線図を示す．２つのボード線図よりバンド幅は角度振幅

ワイヤ式エンコーダ（MTL製MLS-12-1500-250）で計

20°のときは50 ～ 60Hz，40°のときは40 ～ 50Hzであるが位測し，圧力センサにはSMC製PSE540を使用した．バル

相遅れが90°を大幅に上回っており，目標値に対する追従ブへの供給圧力は減圧弁により600kPa（abs）とした．

は30Hz程度までであることが確認できる．応答性はサーボ

シリンダの各部屋の圧力P 1，P 2と受圧面積A 1，A 2からシ

第48巻

第１号

―5―

2017年１月（平成29年）

6

日本フルードパワーシステム学会論文集

リンダの駆動力F を計算し，駆動力F のフィードバックとカム角度の応答が振動的であることが確認できる．

を行っている．またシリンダの摩擦補償として駆動力のFig. 14⒝の７から10秒付近においてカム角度の振動は目標値F refにフィードフォワードを行っている．センサ

４Hz以下であり，カム角度制御の周波数応答の計測結果のノイズがコントローラによって増幅されるためカムのより十分に追従できる範囲であることが分かる．チュー

角度目標値θrefには時定数T が0.01sの１次遅れフィルタ

ブを開く際に働く力はチューブの弾性力とチューブ内のをかけている．ノイズの増幅率は１～２ degree/kPaで空気圧による力でカムから力は受けないためカム角度のあり，ノイズにカム角度が追従して系が不安定になるた変化に対してチューブの開きが遅れていると考えられる．

め，時定数T は系が安定になる範囲で最小にした．シリこれは今後，解析を行い明らかにする必要がある．本研ンダの位置目標値は手術ロボットなど精密な動作を想定

究における試作機は手術ロボットなど精密な動作を想定

して，振幅３㎜で周波数が１Hzと0.1Hzの２通りの正弦

して定格流量を小さくしているため，振幅３㎜，周波数波で実験を行った．Fig. 14に実験結果を示す．グラフ

４Hz程度の正弦波目標値においてシリンダの速度が限界においてシリンダの位置，駆動力，カム角度では実線がに達する．径の大きなチューブを使うことやカムの径を実測値，破線が目標値を示している．圧力は実線がP 2，

変えて定格流量を増やすことでシリンダの位置制御にお破線がP 1を示している．カム角度における１点鎖線はカいて，より高いバンド幅を実現できる．
今後はシリンダの制御における消費流量の計測を行い

ム角度目標値のローパスフィルタをかける前の信号である．目標値が0.1Hzの時に最大位置誤差0.13㎜位相遅れが従来のサーボバルブと比較，評価を行う．

4.7°
以下，１Hzの時には最大位置誤差0.26㎜位相遅れ0.06°

6． 結

以下であり，良好な追従性能を確認した．一方，駆動力

言

本研究では漏れの無いサーボバルブを目的としてカムを用いた閉塞機構を持つ，４ポートのピンチ型空気圧サーボ
バルブの開発を行った．まずカム形状の検討を行い流量特性の計測を行った．流量特性の計測結果より既存のバルブに比べ漏れを10分の１以下にし，空気の消費量の低減を実現した．次にカム角度制御の周波数応答を計測して，30Hz程度の応答性を確認した．最後に試作バルブを用いたシリンダの位置制御実験では位置応答の良好な追従を確認し，バルブとしての有用性を示した．しかし駆動力とカム角度の応答が振動的であり，今後応答の遅れの原因を解析しバルブの応答の向上を目指す．

⒜

参 考 文 献１Hz１）神谷祐樹，渡辺聖矢，青木秀典，大道武生，ロング
オーバーラップ水圧サーボ弁の開発，ロボティクス・
メカトロニクス講演会講演概要集

1A1-F10
（1）
-1A1-

F10
（4）
（2011）
２）野上忠彦，中村一朗，貞森博之，下釜宏徳，佐藤博之，
直動型ローラリサーボ弁の開発（第１報，ロータリ
サーボ弁の構造と特性），日本機械学会論文集（C編），
61巻584号（1995）
３）S. Uehara and S. Hirai, Unconstrained Vibrational
Pneumatic Valves for Miniaturized Proportional
Control Devices, Proceeding of 9th International
Conference on Mechatronics Technology（2005）４）T. Akagi, S. Dohta and S. Katayama, Development of⒝Fig. 14

第48巻

Small-Sized Flexible Pneumatic Valve Using Vibration

0.1 Hz xperimental results of position control of aE
pneumatic cylinder with the pinch-type valve
第１号

―6―

Motor and Its Application for Wearable Actuator,
15th International conference on Mechatronics and2017年１月（平成29年）

7

石田・只野：ピンチ型空気圧サーボバルブの開発

７）香川利春，川嶋健嗣，藤田壽憲，田中豊，榊和敏 ：等

Machine Vision in Practice pp 441-446（2008）

温化圧力容器を用いた有効断面積の計測法，油圧と空

５）D. Hirooka, K. Suzumori, T. Kanda, Flow control valve for

気圧 第26巻 第１号，pp. 76-81（1995）

pneumatic actuators using particle excitation by PZT
vibrator, Sensors and Actuators A： Physical 155, pp 285-８）K. Tadano and K. Kawashima：Development of a
Master-Slave System with Force-Sensing Abilities

289（2009）
６）A. Ono, T. Akagi, S. Dohta and A. Nasir, Improvement ofusing Pneumatic Actuators for Laparoscopic Surgery.

Low-cost Wearable Servo Valve Using Buckled Tube,

Advanced Robotics, vol. 24, issue 12, pp. 1763-1783.

Proceedings of the 9th JFPS International Symposium on（2010）

Fluid Power, Matsue, pp 669-674（2014）

第48巻

第１号

―7―

2017年１月（平成29年）

平 成 2 9 年 1 月1 5日
一般社団法人

29
29

29

29

28

30

（40歳未満で入会された方は，入会から５年間にかぎり4,000円となります．
）

29

一般社団法人該当するものに○をつけ、お振 込の内容をご記 入ください。

裏面の注意事項をお読みください。

一般社団法人

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，
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，

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〒
〒
〒
〒
105
105
105
105

第四十八巻

第一号（二〇一七）

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
東
京
都
文京
京
区
白
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一
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七 ア
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クア
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白山
山ビ
ビル
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印京
刷都
所文
勝区
美白
印山
刷一
株│
式一
会三
社│
東
印
刷
所
勝
美
印
刷
株
式
会
社
印刷
刷所
所 勝
勝美
美印
印刷
刷株
株式
式会
会社
社
印

11

1

特集「柔軟構造のフルードパワーアクチュエータ」

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
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（〇
〇三
三）
）三
三四
四三
三三
三│
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四四
四一
一 Ｆ
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Ｘ（
（〇
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三四
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三三
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二
東集
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芝公
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〇）
一三
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三│
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三四
三二
六九
九〇
〇
編
東
京
都
港
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芝
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三
丁
目
五
│
日
本
ル
ー
ド
パ
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シ
ス
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ム
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会
振
替
座
東
京
〇
〇
一
一
〇
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三
│
一
三
三
六
編
集
兼
発
行
人
一
般
社
団
法
人
日本
本フ
フル
ルー
ード
ドパ
パワ
ワー
ーシ
シス
ステ
テム
ム学
学会
会 振
振替
替口
口座
座 東
東京
京〇
〇〇
〇一
一一
一〇
〇│
│三
三│
│一
一三
三三
三六
六九
九〇
〇
編集
集兼
兼発
発行
行人
人 一
一般
般社
社団
団法
法人
人日
編

0011
0011
0011
0011

フルードパワーシステム
昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
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
昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
平成29年１月15日発行
平成29年１月15日発行
平成29年１月15日発行
平成29年１月15日発行
（奇数月）
（奇数月）
（奇数月）
（奇数月）

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
フルードパワーシステム Vol.
Vol.
Vol.
Vol.
48
48
48
48No.1
No.1
No.1
No.1

日本フルードパワーシステム学会