Vol.44 No.1

昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
平成25年１月15日発行
（奇数月）

0011

ものづくり教育（大学編）

東京都港区芝公園三丁目五│二二 電話（〇三）三四三三│八四四一 ＦＡＸ（〇三）三四三三│八四四二
̶ 編集兼発行人 一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会 振替口座 東京〇〇一一〇│三│一三三六九〇〒105

フルードパワーシステム

フルードパワーシステム

昭和47年10月19日第4種学術刊行物許可 平成25年１月15日発行（奇数月）

ISSN 1346－7719

フルードパワーシステム

ISSN 1880－3121

日本フルードパワーシステム学会論文集

日本フルードパワーシステム学会誌

フルードパワーシステム

Jan.2013 Vol.

44 No.1

日本フルードパワーシステム学会論文集
TRANSACTIONS OF THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY

特集「ものづくり教育（大学編）」

第四十四巻
第一号（二〇一三）

東京都文京区小石川一│三│七
印刷所 勝美印刷株式会社

1
日本フルードパワーシステム学会

CW3_AX300A01.indd

1

一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会

http://www.jfps.jp

2013/01/29

20:35:40

ISSN 1346―7719

第44巻

第１号

2013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】
年頭にあたり年頭にあたって香川 利春

４

築地 徹浩，肥田 一雄，北畠 多門

５

特集「ものづくり教育（大学編）」【巻頭言】
特集 「ものづくり教育（大学編）」発行にあたって

吉田 和弘

７

大石加奈子

８

【解説】
ものづくり教育に活かすコミュニケーションスキル
―エンジニアリング・ファシリテーション
エンジニアリングデザイン教育 ―ものづくり工学実習―加藤 友規，溝田 武人 11

JABEEとエンジニアリング教育

岸本喜久雄

14

カーネギーメロン大学におけるものづくり教育

塚越 秀行

18

国際デザインコンテスト（IDCロボコン）2012

山北 昌毅

21

PBLを志向した設計製図教育「EV-Mileage」

佐藤 恭一

25

東北大学機械系大学院教育改革プログラム「機械工学フロンティア創成」

吉田 和哉

28

岐阜大学金型創成技術研究センターにおけるものづくり教育

王

志剛

31

田中

豊

34

おもしろ油圧機構 第10回 メカトロ油圧機器

大橋

彰

37

おもしろ空気圧「イオナイザ」

小辻 一雄

40

入門講座「流体力学」第３回：噴水はどこまで上がる？

高橋

43【FPIC会議報告】
2012年度日本機械学会年次大会におけるフルードパワー研究の動向

【教室】

勉

【トピックス】
油空圧に関するISO活動の現状

千葉

誠

48

韓国駐在員日記

三宮 俊之

51

横田 眞一，吉田 和弘

54【研究室紹介】東京工業大学横田・吉田研究室【企画行事】
ステルソン教授の特別講演会

田中

豊

58

【会告】
学会誌「フルードパワーシステム」フォーマット変更のお知らせ

24

平成25年春季講演会併設セミナー「自動車技術とフルードパワー」

57

平成25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」の講演募集案内

60

平成24年度 ウインターセミナーのお知らせ「アクアドライブシステム（新水圧駆動技術）の現状と将来」

62

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25年春季フルードパワーシステム講演会のお知らせ

64

共催・協賛行事のお知らせ

67

その他

61,63,65,66,68■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

ISSN 1346―7719

Vol．44，No. 1

January 2013

JOURNAL OF THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETYFFLUID
LUID POWER SYSTEM
Contents【Greeting Message】
A Letter of Greetings as an Inaugural Address from the President
Toshiharu KAGAWA
A Letter of Greetings as an Inaugural Address from the Vice Presidents
Tetsuhiro TSUKIJI, Kazuo HIDA, Tamon KITABATAKE

４
５Special Issue “Design and Manufacturing Education in Universities”【Preface】
On the Special Issue Design and Manufacturing Education in Universities

Kazuhiro YOSHIDA

７

Kanako OISHI

８Tomonori KATO, Taketo MIZOTA
Kikuo KISHIMOTO
Hideyuki TSUKAGOSHI
Masaki YAMAKITA
Yasukazu SATO

11
14
18
21
25

Kazuya YOSHIDA
Wang ZHIGANG

28
31

Yutaka TANAKA

34【Review】
Communication Skills to Activate the Manufacturing Education―Engineering Facilitation
Engineering Design Education ―Seminar for Creative Engineering―
JABEE and Engineering Education
Education of Design and Development in Carnegie Mellon University
IDC(International Design Contest) Robocon 2012 in Tokyo“EV-Mileage" : Design Education with PBL
Project-Based Learning Program of Frontier Technology in
Graduate Education of Mechanical Engineering
Manufacturing Education System in G-CADET【FPIC Report】
Research Trend of Fluid Power in JSME Annual Conference 2012

【Lecture】
The Interesting Mechanism of Hydraulic Components No.10 Mechatronic-Hydraulic Component
Akira OHASHIInteresting Pneumatic Technology ‒ IONIZER
Kazuo KOTSUJI
An Introductory Course of Fluids Mechanics：The Third: Where does the fountain go up to?
Tsutomu TAKAHASHI

37
40
43

【Topics】
Report on Status of ISO/TC131 “Fluid Power Systems”
Korea Representative Diary

Makoto CHIBA
Toshiyuki SANNOMIYA

48
51

Shinichi YOKOTA, Kazuhiro YOSHIDA

54【Laboratory Tour】
Yokota-Yoshida Laboratory, Tokyo Institute of Technology【JFPS Activities】
Special Lecture on Eﬃcient Transportation with Fluid Power by Prof. Stelson

Yutaka TANAKA58【JFPS News】
24,57,60,61,62,63,64,65,66,67,68

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

年頭にあたり

著

者

紹

介
か

がわ

とし

はる

香

川

利

春

東京工業大学精密工学研究所〒226-8503 横浜市緑区長津田町4259 R2 45
1974年東京工業大学制御工学科卒業．精密工学研究所およびメカノマイクロ工学専攻教授として自動制御・流体計測制御・生体計測の研究に従事．
（一社）日本フルードパワーシステム学会，計測自動制御学会，㈳日本機械学会フェロー

東日本大震災を経験し２年目の新年をむかえる．
この２年弱の短い期間においてもさまざまな社会の変化が起こり，東アジアの不安定な動きもあり，少なからず日本フルードパワーシステム学会関係者にも影響を及ぼしている．日本フルードパワーシステ
ム学会関係のそれぞれの分野について概観を行う．
油圧分野ではヨーロッパを始めとする景気の減退の影響で中国での需要の陰りが顕著であるものの省
エネ，環境騒音振動対策がフルードパワーシステムに求められている．油圧建設機械のハイブリッド化も一部行われだしている．日本国内では建築，建設のパイは限られているが，震災需要が発生し，これからも建設機械分野にしばらくは需要が継続すると考えられる．日本フルードパワーシステム学会として油圧分野の研究者の減少，高齢化が問題となっている．企業サイドにおいても基本技術の習得が若手技術者にできていないとの声を良く耳にする．確かに油圧技術に限らず機械産業が成熟化している事によっていると考える．時計，車やバイクの産業製品もその例に漏れず，現在のユーザはその発展，進化の経緯を知らずに恩恵のみ便利に利用している．
空気圧分野ではアクチュエータとしての一般機械産業への応用，半導体分野での利用，血圧計測機器やマッサージ機などの生体関連分野での利用があるが，空気圧の特徴として作動流体が空気であるため，原則では戻り配管が不要であることに起因する簡便性が挙げられる．しかしながら，ここ10年以上の省エネ化でかなりの改善が行われた．一方，フルー
ドパワーシステムとしての空気圧の効率が定義され

4

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

ていないため，ユーザサイドにおいても議論が混乱している．エクセルギーをベースにしたエアパワーの計測が行われだし，日本フルードパワー工業会規格となっている．今後ISO規格にも提案される．一部のユーザにおいて空気圧の代わりに電動化すれば省エネとなり，優れたシステムが実現できると考えた技術者が存在したようで，それらの後日の話は聞いていない．やはりフルードパワーシステムを上手に使用するのが良いと断言できる．ただしフルード
パワーシステムに対する認識，教育がなされない場合には比較検討する土壌にも上がれないことになってしまう．
水圧分野では流体制御要素関連の数社が開発を継続しているが，コストなどの問題によってなかなか浸透速度が遅いようである．前述の空気圧分野と同じで，水圧によってしかできない若しくは他の方法では困難な分野での応用が期待される．
つぎに日本のフルードパワーシステム研究体制の危機を考察する．この10年間でフルードパワーを研究する大学関係研究室が減少している．特に油圧関係では油圧ユニットを運転している研究室が激減している．日本の研究室体制では研究室そのものが小規模で，また油圧プロパーの研究テーマでは科学研究費の獲得がままならない現実がある．欧米の研究 室 で は， ま ず 米 国 で のKIM教 授 を 中 心 と す る
CCEFP研究グループ，ドイツのアーヘン工科大学およびドレスデンのフルードパワー研究所やスエーデ
ンのリンシェーピン大学，フィンランド共和国タンペレ大学の研究所でのフルードパワーに関する研究などはそれぞれ特徴を持ち地道な活動を継続している．日本では研究室の規模の問題だけでなく，目先の変わった研究でなければ予算がつかないだけでな
く，学生も集めることも困難となり，フルードパ
ワー研究は受難の時代といえる．
日本フルードパワーシステム学会としては，フルードパワー技術を有効に利用する機会を多くし，社会に広める責務があると考える．

2013年１月（平成25年）（原稿受付：2012年10月９日）

築地・肥田・北畠：年頭にあたって

5挨 拶

年頭にあたって著者

紹の下，始めました．本ご挨拶では，主にそれらの新
たな取り組みについての大枠を述べさせていただき

介
つき

じ

てつ

ひろ

築

地

徹

浩

上智大学理工学部〒102‑8554 東京都千代田区紀尾井町７‑ １
E-mail : t-tukiji@sophia.ac.jp
上智大学理工学部教授．大学院理工学研究科
理工学専攻専攻主任，流体工学，油空圧工学，
機能性流体の研究に従事．（一社）日本フルード
パワーシステム学会副会長，日本機械学会，可視化情報学会，アメリカ機械学会などの会員．
工学博士．
ひ

だ

かず

お

肥

田

一

雄

川崎重工業株式会社 精密機械カンパニー〒651‑2239 神戸市西区枦谷町松本234番地
E-mail : hida_k@khi.co.jp
川崎重工業株式会社，執行役員．精密機械カンパニー 技術本部長，（一社）日本フルードパ
ワーシステム学会副会長，日本機械学会会員．

きた

ばたけ

た

もん

北

畠

多

門

SMC株式会社〒101‑0021 東京都千代田区外神田４−14−１
秋葉原UDX15F
E-mail : tamon-kita@smcjpn.co.jp
1998年SMC株式会社入社，取締役海外事業部長を経て，取締役社長室長．日本フルードパ
ワーシステム学会副会長，（一社）日本フルード
パワー工業会副会長

ます．

2．新たな取り組み
フルードパワー技術／製品は，自動車，建設機械，
産業機械，工作機械，航空機，船舶，車両，さらに，自動車製造ライン，半導体製造装置，医療機器，食品機械などあらゆる産業分野で使われ，無くてはな
らない要素技術／製品といえます．見えないところ
で働く技術／機械であり，他の製品／技術と組み合
わさって始めて最終製品となります．
重要な要素技術でありながら，それだけでは新規性を見せにくい面もあり，多く使われているにもかかわらずフルードパワー技術そのものへの関心が低くなっていることを懸念しております．
フルードパワー技術や製品は，今後とも，産業にとって，重要な役割を果たすべきものであることは，何ら変わることがないと考えており，本学会の活動
力・影響力を上げるべく，以下の取り組みを行っております．
2.1 会長副会長会議の発足
平成24年度から会長副会長の４人で構成される
会長副会長会議を発足させています．この会議は委員長会議や理事会の前に定期的に開催され，会議の1．は じ め に
新年あけましておめでとうございます．年頭にあたり，本年は平成24，25年度副会長を仰せつかりました私たちの連名でご挨拶を申し上げます．
日本フルードパワーシステム学会は，昨年４月から新公益法人法に基づき一般社団法人へ移行して，今年，２年目を迎えます．本学会はこれまでも自発的参加者による自主的運営をおこなって参りましたが，一般法人化したことによって，これまでにも増して自主性・独立性が求められています．
本学会にて意義ある活動，成果の上がる活動が継続的に行われ，発展的に存続できる学会となることを目指して，昨年より，新たな取り組みを香川会長

目的は，学会としての大きな方向付けの案を作成することです．特に，今回の副会長３人のうち２人がそれぞれ油圧と空圧での企業人であります．学会として企業の力が必要であるため，このような構成になっており，企業人としての経験と知恵を本学会に最大限に生かせるように大学教員と活発な議論を本会議で展開しています．この議論の結果，以下に述
べます正会員と賛助会員の増強計画，各委員会間の連携強化などの具体的な方策を講じています．
2.2 正会員と賛助会員の増強
本学会は，大学，研究機関などの教員，研究者，技術者と企業の研究者，技術者などの正会員が中心となり積極的に運営し，賛助会員はあくまでも側面
からの支援者であるという意識が大切です．

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

5

6

フルードパワーシステム

サッカーでいうと，選手が正会員であり，サポー
ターが賛助会員です．そのチームにいると，互いにた．他の委員会への要望事項がある場合には，その議事録を回すことにより委員会間の要望伝達事項を切磋琢磨できて個人のレベルが上がる，そう考えて多くの選手が集まってくる．そのチームのゲームが魅力的なのでそれを見るためにサポーターである賛

確実にその委員会へ伝えることができます．さらに，
この活動はどの委員会で行うかの議論もこの基盤強化委員会で行い，委員会間の活動の調整を行います．

助会員が自分でチケットを買ってスタンドに足を運
そして常に，学会の全体の委員会の活動状況を見渡
ぶ．本学会でもそのような関係が必要です．しかし， します．以上のことを確実に実行するために，平成
現実には正会員と賛助会員が近年特に減少しており
24年度から基盤強化委員会に会長と副会長３名がます．このため，会員数の増強に力を入れていくことが喫緊の課題です．本学会に参加することの魅力を上げることが根源的対策と考えております．

参加させていただいています．

昨年は，正会員と賛助会員のこれまでの推移の分
析や，会員増強のための諸準備を行いました．今年
は，その結果をもとに，正会員は勿論，特に賛助会
員数の新たな獲得や回復に力を入れていきたいと考先に述べましたように，大学，研究機関などの教員，研究者，技術者と企業の研究者，技術者などのえています．
2.3 各委員会間の連携強化
これまで，それぞれの委員会において事業の計画立案や活動は行われていましたが，各委員会間の連携が弱かったようです．すなわち，ある委員会からの別の委員会への要望等が正確に伝わっていない，あるいは伝わったとしても遅いといった問題があったようです．本来，委員長会議で行うべきですが欠席の場合もあり，正確に敏速に伝わっていたとはいえません．さらに，どこの委員会で取り上げてよいのかわからない活動や事業計画などが提案された場
合などの対処が敏速でなかったこともありました．
そこで，今回すべての委員会規程を検討・修正しま
したが，その中で特に基盤強化委員会の規程を改正して，この委員会へ各委員会から少なくとも一人の委員が入るようにし，各委員会間の要望伝達事項を
基盤強化委員会で確実に伝達するようにいたしまし6

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

３．終 わ り に正会員が中心となり，賛助会員に支援をしていただ
きつつ，本学会を積極的に運営していくことが必要です．このために，学会活動や運営における長期的視点や広い視点が必要です．
企業の研究者，技術者について見ますと，当学会
では，フルードパワー製品を製造，販売する側と，それらを使用し，最終製品に使用するユーザ側とが共存する他には無い，有意義な場であり，その場の有利性を生かして，フルードパワー技術の一層の発展を生かしていくことが必要であると考えております．
産学連携の視点を生かしつつ，工業会や産業界との関係も大事にしながら，さらなる新たな戦略的改善や提案を行い，フルードパワー技術の発展を目指し微力ながら最大限の努力していく所存であります．
会員の皆様のご理解･関心とご協力をよろしくお願い申し上げます．

2013年１月（平成25年）（原稿受付：2012年10月４日）

吉田和弘：特集「ものづくり教育（大学編）」発行にあたって

7

巻 頭 言

特集「ものづくり教育（大学編）」発行にあたって

著

者

紹

介
よし

だ

かず

ひろ

吉

田

和

弘

東京工業大学精密工学研究所〒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，同年同大学助手，1996年同大学助教授（現，准教授）．2008年10月〜 2009年３月米国UCSB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．

「ものづくり」は，日本の製造業の根幹を成す重要なキーワードとして再認識され，子供時代にものづくりの経験が乏しくなっている若者に体験的なものづくり教育を施す重要性が指摘されている．そのため，大学などの高等教育機関および企業においては，様々なユニークな試みが行われている．そこで本特集では，「ものづくり教育（大学編）」と題し，高等教育機関における機械系ものづくり教育の試みを紹介することとした．企業の取組みについては，
本巻第３号で特集する予定である．
本特集においては，まず，大石加奈子氏（沼津工業高等専門学校）に，ものづくりをチームで実行するために必要なコミュニケーションスキルであるエンジニアリングファシリテーションについて解説していただくとともに，ファシリテーション・トレー
ニングの実施例をご紹介いただいた．
続いて加藤知規氏，溝田武人氏（福岡工業大学）には，エンジニアリングデザイン教育の実例として，
企画，調査，設計，製作，成果発表を管理，運営も含めて学生に経験させ，ファシリテーション，プレゼンテーションなどの能力を育成する福岡工業大学

塚越秀行氏（東京工業大学）には，海外の事例として米国カーネギーメロン大学を取り上げ，同氏の滞在経験に基づき，現実に近い環境で行うロボット
カーレース，月面上で探査を行う月探査レースといった大規模レースに参戦する研究グループの活動についてご紹介いただいた．
また山北昌毅氏（東京工業大学）には，2012年
８月に東京電機大学で開催された，与えられたテーマのロボットを国籍の異なる学生４〜５名から成る
グループごとに与えられた材料で製作し，競技を行う国際デザインコンテスト（IDCロボコン）2012
について，学生の参戦記も含めてご紹介いただいた．
佐藤恭一氏（横浜国立大学）には，基礎知識をものづくりに結び付ける設計課題の一環として横浜国立大学において実施されている，１人乗り電気自動車の企画，設計，製作，および走行競技会を行う
PBL（Problem（Project）-based learning） を 志 向した「EV-Mileadge」についてご紹介いただいた．
吉田和哉氏（東北大学）には，文部科学省の大学
院教育改革支援プログラムに採択された東北大学機械系大学院の教育プログラム「機械工学フロンティ
ア創成」について，修士１年前期に行うものづくりを主体としたプロジェクト研修の具体的な実施内容
およびその結果についてご紹介いただいた．
王志剛氏（岐阜大学）には，文部科学省振興調整費により岐阜大学に設置された金型創成技術研究センターにおいて，金型基礎教育プログラムによる基本トレーニングと卒論・修論研究による技術開発能
力付与により即戦力を与えることを目的に実施されているものづくり教育についてご紹介いただいた．

の講義「ものづくり工学実習」をご紹介いただいた．

以上のように，本特集は，高等教育機関におけるものづくり教育のユニークな取組みを紹介したもの
で，科学技術立国を標榜する我国にとって重要な情

岸本喜久雄氏（東京工業大学）には，ものづくり
教育と関連の深い，大学などの技術者教育プログラ
ムで社会の要求水準を満たしているものを評価，認報を提供するものと考えている．なお本特集は，編集委員の塚越秀行氏および吉田とで企画した．ご多忙中のところ貴重な解説記事をご寄稿いただいた執

定する日本技術者教育認定機構（JABEE）について， 筆者の皆様および本特集号の発行にご尽力いただい設立の経緯，評価内容，およびエンジニアリングデ
た編集委員の方々に厚くお礼申し上げる．
ザイン教育について解説していただいた．
（原稿受付：2012年11月13日）
フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

7

8

フルードパワーシステム

解 説

ものづくり教育に活かすコミュニケーションスキル
―エンジニアリング・ファシリテーション

著

者

紹

介
おお

いし

か

大

石

加 奈子

な こ

沼津工業高等専門学校教養科〒410‑8501 静岡県沼津市大岡3600
E-mail : oishi@numazu-ct.ac.jp，
http://oishikanako.com/
2002年，神戸大学大学院総合人間科学研究科
博士課程コミュニケーション科学専攻修了 現在，
沼津工業高等専門学校教養科准教授，工学院大学大学院工学研究科非常勤講師．平成23年度日
本工学教育協会賞「著作賞」受賞
博士（学術），㈶生涯学習開発財団認定コーチ

1．は じ め に
エンジニアリングデザイン教育を通じて，問題解決力や主体性を育成する試みが，高等教育機関において，近年多く見られるようになってきた．実践の方法として，体験型ものづくり実習を，少人数チームで共同して進めることが主流である．デザイン教育が目的とするのは，「どのようにしてモノをつくるか」が中心ではない．チーム全員参加で最大の成果を出す力，話し合いによる効果的な問題解決をする力，一人ひとりが目標に向けて自立的に行動できる力を養うことである．チームでの話し合いが難航
してなかなか結論が出ない，全員が主体的に活動に取り組めないなどは，ものづくり体験の機会を多くプ）を行った．教職員，学生，企業人がエンジニア
リング・ファシリテーションを楽しく意欲的に実践している．2010年に理工系出版社から依頼を受け，これまでの教育内容と『工学教育』誌などに発表した論文1）‑6） をまとめて書籍化した（図１）．特別講
義などで訪問した先では，「学生の様子がいつもと違う」「学生が自分たちで率先して協力し結果を出していくのが不思議だ」「学んだことをその後の演習に自分たちで工夫して活用していく」などの驚嘆の声を受けている．
本稿では，2012年６月に日立製作所総合教育センタ日立工業専門学院で社員学生を対象に特別講義を行い，好評を得たファシリテーション・トレーニ
ングを紹介する．

2．日立工業専門学院でのファシリテーショ
ン・トレーニング
今回のファシリテーション・トレーニングで取り上げたテーマは，「茨城県民を災害から守るための災害対策新製品の開発」である．最初に話し合いやすい環境をつくるためのアイスブレイクを行い，その後５，６人のグループを作り，新製品開発のためのファシリテーション・トレーニングへと進めた（図２）．

与えれば改善されることではない．集団の協働によるアイデア創造，問題解決，合意形成，モチベー
ション向上に役立つコミュニケーション・スキルの修得が必要になる．そのコミュニケーション・スキ
ルを「ファシリテーション」という．
2008年８月に日本工学教育協会の大会で，エンジニアに求められるコミュニケーション能力を修得できる科学理論に基づいた手法「エンジニアリン
グ・ファシリテーション」ついて発表したことをきっかけに，筆者は複数の工学系の国私立大学・高専・学協会・エンジニアや実業家の研究会，大手企業からも特別講義の依頼を受けた．2009年より延べ約40か所以上で，特別講義（講演・ワークショッ

8

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

図１

2013年１月（平成25年）

エンジニアリング・ファシリテーション7）

9

大石加奈子：ものづくり教育に活かすコミュニケーションスキル ―エンジニアリング・ファシリテーション

ション会議を行い，製品開発を行った．良いアイ
ディアが出ない，アイディアが少なくて何を作ればよいかわからないというようなときにでも，誰もが先入観や固定観念を排除して創造的な発想ができるように技術開発のヒントを多く与えてくれるのがTRIZの発明技法である．今回は，TRIZの８つの発明原理，「分割原理」，「先取り作用」，「逆発想」，「ダイナミックス原理」，「周期的作用」，「災い転じ

図２

日立工業専門学院でのファシリテーション・トレー
ニング風景

2.1 セットアップ信頼関係の構築
脳科学の理論によると，人が集団の中で主体的に自分の可能性を発揮できるのは，楽しい雰囲気のときである．自由な発言や学習意欲・信頼関係はもちろんのこと，主体性や創造性もそのような場で無理なく育成されていく．そのため人が集まっていきな
り製品開発の方法を学び始めたり，開発会議を行うのでなく，まず話しやすい雰囲気にするアイスブレ
イクを行う．アイスブレイクというのは身体を動かして，ゲームやクイズなど行う明るく柔軟で笑いのある活動である．ウソホントクイズ・Yes-andゲー
ム・好きな遊び場・ふうせんほめほめゲームなどを行った．
2.2 話し合いの役割とルールづくり
ファシリテーション会議をスタートする前に，チーム内で４つの役割を決める．進行役のファシリ
テーター，議論を模造紙に描き出すグラフィッカー，時計係のタイムキーパー，そして発表役のプレゼンターである．ファシリテーターは議長や意思決定者ではない．チームメンバーと対等な立場をとり，効果的な質問や傾聴を行うことで，皆からアイデアを引出し，気づきを促し，意見を整理する進行役である．また，「人の意見を否定しない，一人で喋りすぎない」など，話し合いのルール作りもチームで行う．メンバー一人ひとりが役割を持つこと・ルール
を決めることで，話し合いの幅が広がり活性化し，限られた時間で大きな効果を得ることができる．
2.3 発明技法を活用したファシリテーション
新商品開発変数（どんな人に使ってもらうかという「対象」や，どんな状況で使うのかという「場面」，どんな「機能」を期待されているか，対象がどんな「心理」を得たいか）についてマトリクスを用いて，各チームで考える．それにより，ニーズに沿った本当に価値ある製品について考えられる．そこから「TRIZ」の発明原理を用いたファシリテー

て福となす」，「セルフサービス」，「パラメータの変更」をもとに，具体的な問題からいったん離れて，抽象的な世界で発想をした．出された多くのアイデ
アを組み合わせるなどでアイデアをより豊かにし，最終的な製品へと近づけていく．さらにペイオフマ
トリクスや意思決定マトリクスを用いて効果や実現しやすさ比較検討し，最後に最適な製品の選定を行った．

3．受講者の感想
受講者Ａ：３限目に行ったゲームでは相手を褒め合うということをした．最初はただ楽しんでいただ
けだったが，終わった後に相手を否定せず肯定する
こと，褒め合うことは互いに気持がよく，距離が縮まったように感じた．
４限目のグループ活動ではそれぞれ役割分担をして，大石先生の指示通りに話し合いを進めた．その結果，１時間というわずかな時間だったにもかかわらず意見をまとめきることができた．今回講話で教えていただいたことは，製品開発にかかわらず，いろいろな話し合いの場面で使えると感じた．
受講者Ｂ：アイデアの出やすい環境を作るには，メンバーと友愛関係をつくることが望ましいと学んだ．実際に，ゲームや演習を実施し交流を深めてから，新製品開発演習を実施した．自分の意見が障害なくスムーズに出せるようになったと感じた．実際に感じることができ，良い環境をつくることは，とても大切なことだと思った．
また，新製品開発演習では，マトリクス法，発明
技法TRIZ，ペイオフ・意思決定マトリクス法とポストイットを使い演習を行った．それぞれの技法と，進め方が新しいもので，私が使いこなせるか不安であったが，演習を進めるうちにそれぞれの良さがわ
かり無事に演習を終わらすことができた．今回の講義で学んだことは職場で活かすことができるものなので，今回学んだことを十分に理解し職場に活かしたい．
受講者Ｃ：今回の講義は，管理工学科と情報工学科との合同だったので，今までに話したことのない人達とも話す機会が設けられ，自分が好きな

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

山

9

10

フルードパワーシステムについて話したり，相手を褒めたりと，最初は恥ずかしい気持ちがあったが，だんだんと慣れてきた．
グループワークでは， イエス・アンドゲーム や趣旨である製品開発を行う会議を実施することで，積極的に発言することを目標に取り組んだ．１つの話題から話を広げたり，一方的に話す・聴くだけでなく，相手としっかり会話することを学んだ．これまで話したことがない人に対して自分から話すことが苦手だったのだが，この講義でコミュニケーショ
ンスキルを修得することができた．今後の学院生活
では，もっと色々な人とコミュニケーションをとる
ことでさらに友達を増やしていきたい．職場復帰後
は，今までよりも会議に出席することが増えたり，打ち合わせが増えることが考えられるので，今回得たスキルを発揮できるように日々意識して生活していきたい．
今回の講義は本当に役に立つ内容であり，実践的で面白く学ぶことができた．

4．お わ り に受講された社員学生さん81名14チームが，一つ一つの会議プロセスを忠実に守り，問題解決技法を工夫して活用し，最後までたいへん積極的に楽しそ
うに取り組んでくださった．また，話しやすい雰囲
気を皆で主体的につくり，既成概念にとらわれない
アイデアを数多く出されたことに目をみはった．しかも進行時間からの遅れがほとんどなく，各チーム
が平均８割以上納得できる結論を導き出して終了できた．一連の製品開発手順により，効率よくかつ最善のものを選択できたということである．
各チームの発表や感想文から，受講された皆様が10

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

今までにない気づきを得たことや体験を通じて潜在的な力を引き出されたことを感じた．
ものづくりを成功させるためには，人と人との良好なコミュニケーションが基盤になる．技術者同士が互いに尊重できる信頼関係を築くことで，消費者の立場になる感性や新規性も生まれる．エンジニア
リング・ファシリテーションの方法により，だれでも，楽しくそれらを育成できる．変動する新しい時
代を担う若い人たちが，企業を弱体化から救い，生産性を回復し，人生をよりよく生きられるように，
このコミュニケーション・スキルをこれからのものづくりの業務にも有効活用していかれることを望みたい．
参考文献
１）大石加奈子：エンジニアリングデザイン教育を活性化するファシリテーション―話し合いの技術，工学教育，Vol. 56, No. 6, p. 176‑180（2008）２）大石加奈子：エンジニアリングデザインに活かすファ
シリテーション 合意形成のトレーニング，工学教育，Vol. 57, No. 2, p. 53‑56（2009）３）大石加奈子，エンジニアリングデザイン教育―教員は何を学ぶか，工学教育，Vol. 57, No. 6, p. 70‑74（2009）４）大石加奈子：エンジニアリング・ファシリテーション―主体性を引き出す導入のスキル，工学教育，Vol. 58,
No. 2, p. 76‑79（1010）
５）大石加奈子：コーチングを活かした面談とその成果，
工学教育，Vol. 58, No. 4, p. 16‑20（2010）６）大石加奈子：高専の学生さんに生きる力と幸せな笑顔
を 新しいコミュニケーションの技術を紹介，高専フロ
ントランナー 〜活躍する女性教員〜，日本高専学会
誌，Vol. 16, No. 4, p. 32‑36（2011）７）大石加奈子：エンジニアリング・ファシリテーション，
森北出版，（2011）

2013年１月（平成25年）（原稿受付：2012年10月５日）

加藤・溝田：エンジニアリングデザイン教育 ―ものづくり工学実習―

11

解 説

エンジニアリングデザイン教育―ものづくり工学実習―

著

者

紹

ファシリテーション能力，そしてプレゼンテーショ
ン能力を育成することを目的としている．

介
か

とう

とも

のり

加

藤

友

規

福岡工業大学工学部知能機械工学科〒811‑0295 福岡市東区和白東３ 30 １
E-mail : t-kato@fit.ac.jp
2007年東京工業大学大学院博士課程修了．都立高専助手〜助教を経て，2010年福岡工業大学
工学部知能機械工学科助教，2012年同准教授となり現在に至る．本学会（企画委員・編集委員），
日本機械学会などの会員．博士（工学），技術士（機械部門）．

必修科目であり，受講生は例年100 〜 130名程度である．教育側のスタッフとしては，教員４名と教育補助（TA）の大学院生４名が担当している．
その他，学内の工作センターとものづくりセンターの担当職員数名が必要に応じてアドバイスを行っている．

福岡工業大学工学部知能機械工学科（以下，本学科）では，平成18年度より日本技術者教育認定機構（JABEE）の認定を受けた知能機械創成コースを

講義は２年生前期の半期15週であり，１週の授業 時 間 は 連 続 ２ コ マ（180分 ） で あ る（ 計30回，２単位）．各週の授業は，概ね以下の流れで進行される．
第 １ 週：授業の説明・班分け・役割分担
第 ２ 週：各班でのテーマ検討（フィールドワー
ク）
第 ３ 週：追及テーマについて教員・TAと面談
第 ４ 週〜第10週：ものづくり作業・発表準備
第11週：作品デモ（作品の実演と説明）
第12週：PPTを用いた成果発表会
第13週：表彰式・最終論文提出・等角図提出
第14週：アンケート・提出物返却・会計処理
第15週：成果物の整理・後始末
なお，本講義を受講する学生は，前年度の１年生設置している．JABEEにおいて，エンジニアリング
デザイン教育はきわめて重要なものと位置付けられている．本学科ではエンジニアリングデザイン教育
として，２年生前期の必修科目として「ものづくり

後期の開講科目「ものづくりのための科学技術表現法」を履修することが前提であり，その講義の一環として沼津工業高等専門学校の大石加奈子先生を本学科にお招きしての「ものづくり工学実習のための

みぞ

た

たけ

と

溝

田

武

人

福岡工業大学工学部知能機械工学科〒811‑0295 福岡市東区和白東３ 30 １
E-mail : mizota@fit.ac.jp
1968年熊本大学大学院生産機械工学専攻修了．
松下電器産業株式会社，九州大学応用力学研究所助手などを経て，現在，福岡工業大学工学部
知能機械工学科教授．日本機械学会，日本風工学会，日本工学教育協会などの会員．工学博士．

1．は じ め に工学実習」を開講している．本講義は平成17年度に「創造性セミナ」の名称でスタートし，平成22

ファシリテーション講習会」に参加し，工業製品の改良を題材に，ファシリテーション技法によるグ年度に現在の「ものづくり工学実習」に改名された． ループによる合意形成1）を学んでいる（図１）．
本稿では，その授業の取組についてご紹介させてい3．講 義 内 容
ただく．
3.1 第１週（班分けと役割分担）
2．講義の目的と概要
まず，受講生を４〜８名を１班として15 〜 20
チームに班分けする．実社会において，必ずしも本講義では，４〜８人を１班とするチームによるモノづくりを行う過程で，企画・役割分担・調査・スケジュール管理・運営・設計・製作・成果発表・報告（最終論文提出）などの諸作業を経験し，創造力・独創力を陶冶し，コミュニケーション能力や元々仲の良い者同士がチームになるとは限らないので，班分けには原則，学生の希望は反映させないこととしている．各班員は，班長１名・副班長（書記）１名・会計係１名・発表PPT担当（１〜３名）

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

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フルードパワーシステム

結果であるかどうか，という点である．この段階で毎年よく見られる傾向としては，各班の中で，ものづくり系のサークル活動などを行っている一部の班員が議論の主導権を握り，他の班員は我関せずの態度となってしまう，ということである．そのため，
たとえば追及テーマの説明を担当した班員以外が追及テーマの内容を理解してないような場合や，作業計画の中で班員全員の役割分担が不明確な場合には，全員で議論しなおし，合意形成を経たうえで再度説ものづくり工学実習のためのファシリテーション講
習会（大石加奈子先生）

明に来るように指示することとなる．
各班，教員・TAによる幾度の駄目出しと説明のやり直しを経て，少しずつではあるが班内での議論の役割を持つこととなる．なお，ここで班長・副班
長とは，あくまで教員・TAとの連絡や班内の作業が活性化してくる．また，この説明の段階で，図や表を用いるなどの工夫が見られるようになる．テー
マ設定・作業計画について，最終的に教員・TAの

図１における各種調整を担当したり，合意形成におけるファシリテーターを担当する役割であり，いわゆるトップダウン型の組織におけるリーダーという意味
ではないことを意識するように，受講生に説明している．
3.2 第２週〜第３週（テーマ設定と計画立て）
ここで各班は，大学から支給される予算内（平成24年度は１班あたり８千円）で自由に追及テーマを設定することになる．この予算とは別に，作品の制作にあたって必要な材料については，各自の自宅にあるものや学内の廃材から調達することは制限しない．また，一般的な工具類や測定器類は，学内の工作センターやものづくりセンターにて借りることも可能である．受講生は，学内やホームセンターなどをフィールドワークすることで，限られた予算・時間・環境を勘案し，適切なテーマを設定し，無理了承が得られた班から，いよいよ制作作業へと進む．

のない計画を立てることが求められる（ただし，学外への買い物は，授業時間外に行くこととしている）．

第４週から第10週までの７週（計14回）の間は，各班の作業計画に基づいて作品を制作したり，追求

また，授業で使用するテキスト（溝田武人，加藤友規ほか：ものづくり工学実習―エンジニアリング
デザイン教育―，学内でのみ販売）には，過去のテーマの例など，テーマ設定のためのヒントはいく

テーマを検証するための実験などを行うことになる．
文献調査のみ，あるいは製図・計算・シミュレー
ションのみの追求テーマは原則，認めていないので，すべての班が何らかの工作あるいは実験をすること

つか紹介している．しかし，学生の自主性やアイディアを尊重するため，教員側が関与しすぎないこになる．工作の実施については，学内の総合機械工場である工作センターとものづくりセンターを利用とに配慮している．
ある程度追及テーマが固まったら，第３週は各班担当の教員・TAとテーマについて面談することになる（図２）．これは，自分たちの追及テーマと計可能である（図３）．毎週の授業の最後には，その週の作業報告書を指定の書式で全員が１枚ずつ提出することを義務づけている．
3.4 第11週〜第12週（作品デモ・成果発表会）

画について，上司・先輩にきちんと順序立てて説明し，了承していただいた上で制作開始のゴーサイン

各班は第10週目の終わりまでに，作品を完成させ，あるいは実験を完了する必要がある．第11週をいただく，という練習である．ここで重要なポイ
ントは，各班により設定された追及テーマが，班内でのファシリテーション技法による合意形成を経た目は，制作した作品や実験結果を披露する，成果デモを行う（図４）．各班ごとに持ち時間（５分程度）の中で，制作した作品を全員（教員・TA・受講生）

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フルードパワーシステム

第44巻

第１号

図２

第３週：テーマについて教員・TAと面談

3.3 第４週〜第10週（ものづくり作業・発表準備）2013年１月（平成25年）

加藤・溝田：エンジニアリングデザイン教育 ―ものづくり工学実習―

図３

制作中の作品（風見鶏風車）

図５13第12週：成果発表会の前で披露し，可能ならばその場で実演してみせる．
ただし，水や火などを利用するという理由で教室での実演が不可能な場合には，動画を用いて披露することになる．作品の完成度は班によりかなり差があるが，例えば鳥をモデルにした羽ばたき飛行体が見事に空中を舞った時などには，大きな歓声が上がる．
第12週目は，パワーポイント（PPT）を用いた成果発表会を行う（図５）．ここでは，作品の披露
だけではなく，追求テーマを選定した背景や目的，得た結論などについて，説明することが求められる．
なお各班の発表については，教員・TAだけでなく，受講生も他の班を採点し，高得点の上位３班につい
図６ 第13週：表彰式ては，学科長から表彰状を授与している（図６）．
価することになる．
3.5 第13週（作品デモ・成果発表会）
第13週目には，A4用紙２段組２ページの最終論
4．お わ り に
文と，作品の等角図を全受講生が提出する．この最本稿では本学科におけるエンジニアリングデザイ
終論文のフォーマットは，本学会の講演論文集と同ン教育科目である「ものづくり工学実習」について，じものを使用させていただいている．
その概要をご紹介させていただいた．なお，本学科
最終的な各個人の成績は，制作した成果物，成果
では平成24年度入学生からは新カリキュラムと発表，毎回の報告書，最終論文の点数を合計して評なっており，エンジニアリングデザイン教育科目は，学部１年〜３年前期までの専門科目で学んだ知識を生かすことや，卒業研究との接続に配慮し，学部３年生後期に「知能機械創成実験」として実施する予定である．本学科は平成23年度に受審したJABEE
認定の継続審査に合格し，引き続きJABEE認定コースを維持すると共に，エンジニアリングデザイン教
育をより一層推進していく所存である．
参考文献
１）大石加奈子：エンジニアリング・ファシリテーション
話し合いをうまくまとめるコミュニケーション・スキ
ル，森北出版，（2011）
図４

第11週：成果デモ（作品の実演と説明）

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

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フルードパワーシステム

解 説

JABEEとエンジニアリング教育

著

者

紹

２．日本技術者教育認定機構

介
きし

もと

き

岸

本

喜 久雄

く

お

東京工業大学〒152‑8552 東京都目黒区大岡山２ 12 １ I6 １
1977年東京工業大学助手，1989年同助教授，
1995年同教授
日本学術会議会員，日本技術者教育認定機構
業務執行理事，日本機械学会フェロー，米国機械学会フェロー，専門は材料力学，計算力学，
破壊力学

１．は じ め に
エンジニアリング分野では，海外での企業活動は必須なものとなっており，企業は，良い人材を世界に求めるようになってきている． 一方で，高等教育の質に対する社会の目が厳しくなっている．大学
は，ふさわしい教育を提供しているのか，それによって学生が着実に知識・能力を習得しているのかを，社会に対して適切な方法で示すことが求められている．偏差値の高い大学に行けば質の高い教育が受けられるといった漠然とした期待感があるが，偏差値の高さが入学後の教育の質の高さを必ずしも保証するものではないことは明らかである．近年，高等教育の成果の直接的指標である学習成果，すなわ
ち「教員が何を教えたか」ではなく，「学生が何を学んだか」に注目するトレンドが，世界的に広がっている1）．さらにグローバル化に伴う学生や教員の国際的な移動によって，大学教育の国際通用性への要請が高まっている．国境を越えて自分に合った大学を選んで勉学することが世界中で容易になりつつあることから，大学には国際競争力を持った教育プ
ログラムを提供することが求められている．
このような教育のグローバル化の流れの中にあって，我が国の大学は，どこへ向かって進めば良いのであろうか．以下では，筆者が関係している技術者
教育プログラムの適格認定の現状を述べることで，エンジニアリング教育のグローバル化の議論に資したい．

高 等 教 育 機 関 に お け る 技 術 者 教 育 プ ロ グラム（Engineering Education Program）の認定審査を目的 と し て， 日 本 技 術 者 教 育 認 定 機 構（JABEE :Japan Accreditat ion Board for Eng ineering
Education）が1999年に設立された2）．JABEEが目標としているのは，「大学など高等教育機関で実施されている技術者教育プログラムが，社会の要求水準を満たしているかどうかを外部機関が公平に評価
し，要求水準を満たしている教育プログラムを認定する」ことにある．JABEEはEngineering Education
Programに対応するものとして「技術者教育プログ
ラム」と呼称している．工学教育ではなく技術者教育とすることで，育成する人材像の明確化を意図している．JABEEは工学教育とせずに技術者教育としたことに，こだわりを持っている．
JABEEは，教育プログラムの認定を通じて技術者
教育の質の向上を実現し，その国際同等性を確保す
る こ と を 狙 い と し て い る． こ の よ う な こ と か ら
JABEEは2001年６月に南アフリカで開催されたワ
シントン協定総会において加盟申請を行った．その後，準備が順調に進み2005年６月に非英語圏の第１号として加盟が承認された．以後，アジアからの加盟が増加し，当初６団体でスタートしたワシント
ン協定の加盟団体は，現在，15団体（米国，カナダ，
英国，オーストラリア，アイルランド，ニュージー
ランド，香港，南アフリカ，日本，シンガポール，
韓国，台湾，マレーシア，トルコ，ロシア）に達している．さらに，暫定加盟の４団体（ドイツ，インド，スリランカ，パキスタン，バングラディッシュ）に加えて，中国が急速に加盟に向けて準備を整えつ
つあり，また，タイ，フィリピン，インドネシアな
どの国々も認定団体の設立や加盟に向けた準備を進めつつある．アングロ・アメリカン諸国から始まったワシントン協定は，非英語圏を含む世界の技術者
教育認定団体の相互協定へと拡大している．
JABEEは2011年までに171教育機関の450プログ
ラムを認定し，修了生の累計は約17万人に達して

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フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

岸本喜久雄：JABEEとエンジニアリング教育

15いる．認定プログラム数の内訳は，国立大学48％，
公立大学５％，私立大学30％，高専（専攻科）18に示された問題を，テクニシャンは明確に示された問題を解決する能力を求めており，教育年限はエン％，大学校１校となっており，分野ごとの認定プロ
グラム数の累計は，機械（74），土木（64），工学〔融合複合，新領域〕（54），電気・電子・情報通信（54），化学（50）などとなっている3）．

ジニアの養成よりも短縮されている．ワシントン協
定の各加盟団体は，2019 年までにこのGA を模範にして認定基準の改定を行うことが義務付けられ，

３．技術者に求められる能力とその国際的同等性
JABEEは「技術者」を技術業に携わる専門職業人と定義し，「技術者」には，技術業に従事する研究者も含まれているとし，技術業を，「数理科学，自然科学および人工科学等の知識を駆使し，社会や環境に対する影響を予見しながら資源と自然力を経済的に活用し，人類の利益と安全に貢献するハード
ウェア・ソフトウェアの人工物やシステムを設計・製造・運用・維持並びにこれらに関する研究を行う専門職業である．ここで，専門職業とは，社会が必要としている特定の業務に関して，高度な知識と実務経験に基づいて専門的なサービスを提供するとともに，独自の倫理規程に基づいた自律機能を備えている職業であり，単なる職業とは区別される．」と規定している．
国際的な観点からは，技術者教育プログラムの認定と専門職資格認定の同等性に関するさまざまな協
定 を 包 括 的 に 取 り 扱 っ て い る 枠 組 み と し てIEA
（International Engineering Alliance）があり，我が国からはJABEEと技術士会が参加している．IEAは，
JABEEが加盟するワシントン協定を含むエンジニア
リング教育認定に関する３協定（ワシントン協定，
シドニー協定，ダブリン協定），専門職資格認定についての３枠組によって構成され，高等教育機関における教育の質保証・国際的同等性の確保と，専門職資格の質の確保・国際流動化は同一線上のテーマであるという観点のもとに運営されている4）．国際的にみると，技術者はエンジニア（ワシントン協
定），テクノロジスト（シドニー協定），テクニシャ
ン（ダブリン協定）の３階層に大別され，エンジニ
アの資格を取得するには，エンジニア育成の認定された技術者教育プログラムを修了していることが条件となっている．そのため，我が国への留学生の受入や技術者の国際的流動性の観点からもJABEEの認定は不可欠なものとなっているといえる5）．
IEAが2009年に策定したGraduate Attributes（卒業生としての知識・能力，http://www.ieagreements.
6）org）によると，エンジニアの養成は大学での４〜５年の専門教育を必要とし，複合的なエンジニアリ
ング問題を解決する能力を身に付けることが求められている．これに対して，テクノロジストは大まか

Outcomes Based Learning（学生が何を学んだか）の審査という明確な方向が示されており，「複合的なエンジニアリング問題を解決する能力」の達成水準の設定，エンジニア教育のより一層の改善が求められている．
欧州圏では，欧州技術者教育認定ネットワーク（ENAEE）が2006年に発足し，適格認定の基準を共有するドイツ，フランス，アイルランド，トルコ，
ロシア，ポルトガル，イギリスの７つの技術者教育認定機関の認定を受けた大学に対して，EUR-ACE適格認定印を付与するシステムが設けられた．ワシン
トン協定とEUR-ACE制度における基準の整合性は高い7）．このことは技術者教育における学習成果に関する共通理解が，アングロ・サクソン圏，アジア圏，欧州圏の間でなされていることを意味している．

４．JABEEが求める学習・教育到達目標
JABEEは，2012年度に基準の抜本的な改定を行った．旧基準では，ワシントン協定対応プログラム，
ソウル協定対応プログラム（情報系），修士課程の３種類の認定種別ごとに個別に基準を定めていたのを，整理し１本化するとともに，認定基準を⑴技術者教育認定に関わる基本的枠組，⑵共通基準，⑶個別基準の３種類の文書に整理された．表１と表２に新旧の基準の構成を示す．新基準ではPDCA（PlanDo-Check-Act）サイクルについて，「Do」を基準２に集約させることで基準項目の対応関係がより明確化されていることと，「学習・教育目標」の名称を「学習・教育到達目標」に変更して，「学生に到達させるべきもの」であることを示し，アウトカムズ重視の姿勢がより明確化されている点に特徴がある．
さらに，学習・教育到達目標の内容を，国際的同等性を強化する観点から，IEAが策定したGraduate
Attributes を参考に点検し，学習・教育到達目標として，表３に示す（a）〜（i）を含めることを求めている．旧基準から，（i）の「チームで仕事をするための能力」が新たに独立した項目として付け加えられた．また，「学生を将来どのような技術者にするのか，そのために修了時に何をどの程度身につけさせようとしているのか」を明確化することが求められており，プログラム側には，しっかりした教育課程の設計が求められている．

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

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表１

フルードパワーシステム

JABEE認定基準（ワシントン協定対応プログラム用
旧基準）

そのなかで，エンジニアリング・デザイン能力について，「実際のデザインにおいては，構想力／課題
設定力／種々の学問，技術の総合応用能力／創造

基準１：学習・教育目標の設定と公開（Plan）
基準２：学習・教育の量（Do）
基準３：教育手段（Do）
教育方法、教員組織
入学、学生受け入れ及び移籍の方法

力／公衆の健康・安全，文化，経済，環境，倫理等の観点から問題点を認識する能力，およびこれらの問題点等から生じる制約条件下で解を見出す能力／

基準４：教育環境・学生支援（Do）
施設、設備
財源、学生への支援体制構想したものを図，文章，式，プログラムなどで表現する能力／コミュニケーション能力／チームワー
ク力／継続的に計画し実施する能力などを総合的に

基準５：学習・教育目標の達成（Check）
基準６：教育改善（Act）
教育点検、継続的改善

分野別要件
表２

JABEE認定基準（共通基準，2012年版）

基準１：学習・教育到達目標の設定と公開（Plan）
基準２：教育手段（Do）
教育課程の設計、学習・教育の実施
教育組織、入学、学生受け入れ及び異動の方法
教育環境・学生支援

基準３：学習・教育到達目標の達成（Check）
基準４：教育改善（Act）
教育点検、継続的改善

表３

学習・教育到達目標にて具体化を求める項目（共通
基準，2012年版）⒜

地球的視点から多面的に物事を考える能力とその素養技術が社会や自然に及ぼす影響や効果、及び技術者が社会に対して負っている責任に関する理解
数学及び自然科学に関する知識とそれらを応用する能力
当該分野において必要とされる専門的知識とそれらを応用する能力
種々の科学、技術及び情報を活用して社会の要求を解決するためのデザイン能力
論理的な記述力、口頭発表力、討議等のコミュニケー
ション能力
自主的、継続的に学習する能力与えられた制約の下で計画的に仕事を進め、まとめる能力
チームで仕事をするための能力

⒝
⒞
⒟
⒠
⒡
⒢
⒣
⒤

５．エンジニアリング・デザイン教育「複合的なエンジニアリング問題について，公衆の衛生と安全，文化，社会および環境に適切に配慮しつつ，定められた要件を満たす解決策をデザイン
し，かつ，システム，構成要素又は工程をデザインする」６）能力を身に付けさせるエンジニアリング・
デザイン教育は，エンジニアリング教育の根幹を成すものといえる．JABEEが2005年にワシントン協定に加盟した際，ワシントン協定加盟団体による審査チームから「日本の技術者教育におけるエンジニ
アリング・デザイン教育の弱点」が指摘された８）．

16

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

これを受けて，JABEE および関連学協会では，国際シンポジウムやワークショップなどを開催した．

発揮することが要求され，そのようなデザインの能力は内容・程度の範囲が広く，デザイン教育は技術者教育を特徴づけるもっとも重要な要素であり，対象とする課題はハードウエアでもソフトウエア（システムを含む）でも構わない．」との意見集約を行った．さらに，エンジニアリング・デザイン教育
への対応の基本方針として，以下の観点を提示している．
１．デザイン能力に関して具体的な達成目標を設定しているか．
２．学生がデザインあるいは問題解決策についての学習体験をしているか．
３．学生に以下のような能力を育成できる内容を含む複合的な課題を提示しているか．
⑴ 複数のアイデアを提案できる．
⑵ 大学で学ぶ複数の知識を応用できる．
⑶ コミュニケーション力ならびにチームワー
ク力．
⑷ 創造性（既存の原理や知識を組み合わせて，新規の概念または物を創り出せる）．
⑸ コスト等の制約条件や評価尺度について考察できる．
⑹ 自然や社会への影響（公衆の健康・安全，
文化，経済，環境，倫理等）について考察できる．
これらを満足するには教育プログラムの立案においてさまざまな工夫が求められ，教育プログラムそのものも答えは一つではないといえる．

６．む

す

び

高等教育の学習成果への世界的関心が高まるなかで，OECD（経済協力開発機構）による高等教育に
お け る 学 習 成 果 ア セ ス メ ン トAHELO（OECDFeasibility Study for the International Assessmentof Higher Education Learning Outcomes）が発案された9）．大学生がいかなる知識・技能・態度を習得したのかを，世界共通のテストで測定しようとする

2013年１月（平成25年）

岸本喜久雄：JABEEとエンジニアリング教育

17

取り組みであり，その実施可能性（フィージビリテ ィ） を さ ぐ る 試 行 的 な 調 査 が 行 わ れ た10）．
AHELOフィージビリティ・スタディは，「一般的技われていたことは，我が国はエンジニアリング教育

能」，「専門分野別技能（工学・経済学）」，「背景情報」から構成されている．そのうち「工学」には，日本をはじめとしてアブダビ，オーストラリア，カ教育プログラムを設計し，実践していくことが，今日のエンジニアリング教育を担う関係者に課せられた責務といえよう．

ナダ，コロンビア，エジプト，メキシコ，スロバキ
アなどが参加した．我が国においては，東京工業大
学を中心とする国私立12大学と国立教育政策研究
所の研究者・スタッフから構成される調査研究チー
ムで，学習成果アセスメントのあり方についての検討が先導的大学改革推進委託事業として2009年２月より実施された．この先導的大学改革推進委託事
業では，欧州，米国，豪州，中国への訪問調査も行われた．その調査から，各国ともにエンジニアリン
グ教育の質の向上に関して多くの努力が払われていることが明らかにされた．それは研究重点大学でも例 外 で は な か っ た． 訪 問 調 査 を 行 っ た 米 国 マ サ
チューセッツ工科大学，カリフォルニア工科大学，
カリフォルニア大学バークレー校の関係者から異口同音に，「我々にとって教育プログラムの適格認定
は教育の質の改善にとって不可欠であり，我々はABET（Accreditation Board for Engineering andTechnology）の認定の望ましい運用を推進する優れた見本となる社会的責務がある．
」との見解が述べられた．世界をリードする大学こそ良い学生を集め質の高い教育を行うことが使命であると自負していることに感銘を受けた．
我が国の工学教育の礎は，工学寮の開設に寄与したヘンリー・ダイアー（Henry Dyer，1848‑1918）
によって築かれたとされているが，彼は理論の習得において，すばらしい伝統を有しているといえる．
このような良き伝統を継承し，さらなる高い水準の参考文献
１）例えば，岸本喜久雄，深堀聡子，学部教育の現状と今後，機械の研究，61巻，１号，p.117, 2010．
２） 日 本 技 術 者 教 育 認 定 機 構（JABEE） ホ ー ム ペ ー ジ，
http://www.jabee.org/
３）2011 年 度 認 定 審 査 サ マ リ ー レ ポ ー ト，http://www.
jabee.org/OpenHomePage/accreditation̲o-2012̲s.
htm４）木村孟，技術者教育の質保証に向けたJABEEの取り組
みとその意義，情報処理，53巻，７号，p.661，2012.
５）長島昭，大学の国際化と技術者教育認定，大学時報，
No.332，p.31，2010
６）文部科学省 平成22，23年度先導的大学改革推進委託事
業「技術者教育に関する分野別の到達目標の設定に関する調査研究報告書」http://hneng.ta.chiba-u.jp:8080/,
2012.
７）例えば，深堀聡子，学習成果の評価―工学分野の取り組みを例に考える―，比治山高等教育研究，第４号，p.892，2011.
８）日本技術者教育認定機構，JABEEにおけるエンジニア
リ ン グ・ デ ザ イ ン 教 育 へ の 対 応 基 本 方 針，http://
www.jabee.org/OpenHomePage/accreditation̲o-2012̲
k.htm#ede，2010.
９）OECD, Testing student and university performance
globally: OECDʼs AHELO， http://www.oecd.org/
education/highereducationandadultlearning/testingstu
dentanduniversityperformancegloballyoecdsahelo.htm10）岸本喜久雄，工学系教育の国際化，IDE-現代の高等教育，
Vol.540，2012.
11）Nature, “Engineering Education in Japan,” No. 394,
Vol. 16, 1877.

と実習・演習のバランスを重視した教育を実践した11）．当時の実習重視型の英国や理論重視型のドイツやフランスに例を見ない教育が世界に先駆けて行

フルードパワーシステム（原稿受付：2012年10月９日）

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

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18

フルードパワーシステム

解 説カーネギーメロン大学におけるものづくり教育

著

者

紹

介
つか

ごし

ひで

ゆき

塚

越

秀

行

東京工業大学 大学院理工学研究科〒152‑8552 東京都目黒区大岡山2‑12‑1
E-mail : htsuka@cm.ctrl.titech.ac.jp
1998年東京工業大学大学院理工学研究科博士課程修了．同大学助手を経て，2005年同大学大学院准教授，現在に至る．ロボット工学，流体
アクチュエータ，レスキューロボットなどの研究に従事．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）．

図１

CMUのキャンパス

1．は じ め に所属大学のサバティカル制度により，H23年８月〜 H24年１月までの５カ月間，筆者は米国ペンシ
ルバニア州ピッツバーグに位置するカーネギーメロ
ン大学（CMU）に滞在する機会をいただいた（図１）．海外で生活する機会は初めてであったが，数日間の短期旅行だけでは味わい難い貴重な体験を研究面・生活面双方においてさせていただいた．紙面の都合もあるため，体験記については略記し，本稿
では主に同大学の（プロジェクトと称すべき？）ものづくり教育について筆者が個人的に興味を抱いた
内容を紹介させていただく．
図２

2．CMUの紹介

Howie Choset らのグループが開発した管内を移動するヘビ型ロボット

鉄鋼王アンドリュー・カーネギ―により1900年

名な研究者を招待して，ロボット研究の最新成果にに技術学校として設立された同大学は，工科系と芸術系の研究教育を柱に，全米でも高く評価される大関するセミナーが週１回のペースで毎週開催され，世界の動向を知るうえでも貴重な機会に接すること学の１つに成長したようである．中でも計算機科学
は全米１位の評価を得ているほか，新進気鋭のロ
ボ ッ ト 工 学 研 究 者 を 集 め て 設 立 さ れ たRobotics
Institute（以下，RIと略す）は，オバマ大統領も視ができた．さらに，折に触れてRI内のさまざまな研究室にも潜入させていただき（図２），研究室の雰
囲気や教授陣の人柄を肌で感じることもできた．
いくつか足を運んだ研究室のうち，とりわけ興味察に訪れた経緯もあるとされる全米きってのロボット研究拠点として，活発な研究活動を展開している．

を惹くグループがあった．米国政府の国策に絡む大規模コンペティションに大学チームとして参戦し，

筆 者 は， そ の な か の １ つ に 所 属 す るNano
Robotics のラボに滞在し，バクテリアの推進機構
やヤモリの足の吸着機構などを研究するチームに参加した．また，上記RIでは，大学の内外を問わず著

学生と協力企業との双方をまとめあげながら数々のプロジェクトを成功に導いてきた研究室である．本
稿では，当該グループの関与した２つの事例を紹介することとする．

18

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

塚越秀行：カーネギーメロン大学におけるものづくり教育

19

3．ロボットカーレース
2007年11月カリフォルニアの空軍基地跡において，米国国防総省高等研究計画局（DARPA）の主催によるロボットカーレース（Urban Challenge）
が開催された．一般道路で使用される乗用車に多数のセンサーやパソコンを搭載したロボットカーが，自律制御されながら無人運転によりゴールまでのタイムを競うというレースであった．市街地を想定して用意された約100㎞の距離を６時間以内に走行し，
そのうえカリフォルニア州の交通ルールに遵守した運転が義務づけられていた．さらに，白線・ストッ
プサイン・信号の自動認識，他車との車間距離や交図３

原発事故現場に導入されたロボットを筆者らに説明するProf. Whittaker

図４

アラスカの活火山の火口に入るCMUで開発された歩行ロボット：Dante II １）

差点での優先順位の判断に加え，事前のマップ情報に掲載されていない道路封鎖に直面した場合の迂回など，無人運転としてはいずれも高度なミッションが要求された．
そもそも，このようなレースをDARPAが開催する背景には，戦場の「退屈で，汚く，危険な」任務
を機械で行うことにより，兵士を守り，貴重な人的資源の有効活用が図れる，という国防省の考え方が根底に存在するためとされる．具体的には，「2015年までに，地上戦闘車両の３分の１を無人化できる
ように，無人で遠隔操作できる技術を開発すべき．」という議会命令を達成するために，このレースが開催された．
レースには世界中から80を超えるチームが参加を表明し，さまざまなレギュレーションをクリアした11チームだけが最終レースに参戦した．そして，
こ の レ ー ス で 優 勝 を 決 め た の がCMUの チ ー ム であった．ロボットカーの平均速度は毎時14マイル（22.5㎞）で，２位のスタンフォード大学のチームに20分近くの差をつけて最短時間で完走し，賞金200万ドルを勝ちとった．CMUのロボットカーには，GPS・レーダー・2Dスキャナー・カメラなどが搭載され，これらの取得データをパソコン10台で処理することにより，安定な無人運転を達成した．
こ のCMUの チ ー ム を ま と め た の が，RIのField
Robotics Centerで デ ィ レ ク タ ー を 務 め るProf.
William Red Whittakerである（図３）．Whittakerは，
1979年に起きたスリーマイル島原子力発電所事故
において，放射能漏れを起こした原発内に世界で初
めて探査ロボットを進入させ，遠隔操作による情報収集を行った人物である．筆者らの訪問の際に，その当時導入したロボットについて興奮気味に説明していただいたが，原発内のロボットから送られた情報を説明する場面では，筆者らの写真撮影やメモを一切禁じて，声を潜めながら紹介されていたのが印

図５

CMUのロボットカー：Boss2）

象的であった．原発探査以外にも，活火山の火口を登るロボット1）（図４）や南極の氷原に落ちた隕石を探すロボットなど，フィールドロボットにおける数々の新領域を開拓してきた．
これらの手腕がカーレースでも遺憾なく発揮され，GMやタイヤメーカーなどと提携しながら，博士課
程を主体とする参加学生に画像処理・自立走行ソフ
トなど各々異なるミッションを担わせ，最終的にレースの優勝杯を勝ち獲った（図５）．Whittakerに

フルードパワーシステム

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第１号

2013年１月（平成25年）

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フルードパワーシステム

レースの勝因を訊ねると，「参加者全員に，プロジェクトの方向づけを簡単明瞭な言葉で示した．

未だ到達できていない領域は無数にある．未開の領域には未知の課題が潜んでいる．それらを１つ１つ

我々はロボットの移動スピードを意識し，すべての設計をそれに向けて最適化させた．」と語っていた．

解決していく過程で，ロボット技術の新たなイノ
ベーションが無数に生じる．」

4．月探査レース

5．お わ り に

Whittakerらの探査レースへの挑戦は，筆者らの訪問時にもなお続いていた．Google Lunar X Prize

米国の大学で行われたものづくり教育の一端として，大規模レースに参戦する研究グループの活動を（GLXP）と称されるGoogleがスポンサーとなった
民間による月面無人探査を競うコンテストへの参戦
である3）．2015年末日までに純民間開発の無人探査機を月面に着陸させ，着地点から500m以上走行紹介した．彼らのチャレンジングスピリットには目を見張るものがあった．参加していた教員や学生は子供のように興奮し，プロジェクトを通じてものづしたうえで，画像やデータなどを地球に送信するミッションを最初に達成したチームに，2000万ドルの賞金が与えられる，というなんともスケールのくりの感動を味わっているように見受けられた．新規性や意義とは異なる次元から研究をみつめ，興奮度の高いプロジェクトに参加しながら感性を磨くことも，ときには必要な要素かもしれない．

でかい話である．
参加26チームの中で技術的に先頭を走っていると評される4） のが，Whittakerらの開発した探査ロ
ボット Red Rover である（図６）．自らが設立したベンチャー企業「アストロボティック・テクノ
ロジー」が中心となって技術面・資金面においてプ
ロジェクトをリードする傍ら，CMUの学内受講者
向 け の 授 業 と し て Advanced Mobile Robot
Development を開講し，学科や学年を問わずプロ
ジェクトの参加者を幅広く募っていた．受講学生が担う役割の一例としては，月面の昼夜の気温差に耐えうるリチウムイオンバッテリーの開発などに携わらせているようである．また，以前のカーレースにも参加していた学生の１人は，GPSの代わりに星や地球の位置を観測しながらロボットの自己位置を推定するプログラムにより，カーレースで使用していた自律走行用の制御ソフトを月面探査用にもそのま
ま流用できるものと見込んでいるようである．目下最大の課題は，月面までの到達費用として要する
5,400万ドルの資金をどのように確保するかということらしい．
このようなプロジェクトへの参戦の意義を

図６

CMUの開発した月面探査用の４輪走行型ロボット：
Red Rover5）

参考文献
１）John Bares and David Wettergreen：Dante II:
Technical Description, Results and Lessons Learned,
International Journal of Robotics Research, Vol. 18,
No. 7, July, p. 621-649（1999）
２）http://www.tartanracing.org/
３）http://www.googlelunarxprize.org/
４）日経サイエンス 10月号（2012）５）http://astrobotic.net/rovers/rover/

Whittakerはつぎのように語っていた．
「ロボットが20

フルードパワーシステム

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第１号

2013年１月（平成25年）（原稿受付：2012年11月12日）

山北昌毅：国際デザインコンテスト（IDCロボコン）2012

21

解 説

国際デザインコンテスト（IDCロボコン）2012

著

者

紹

区にあり，千住の地が俳聖松尾芭蕉の「奥の細道」の最初の宿場町であったところからきている．コン

介
やま

きた

まさ

き

山

北

昌

毅

東京工業大学機械制御システム専攻〒152‑8522 東京都目黒区大岡山２ 12 １
E-mail：yamakita@ctrl.titech.ac.jp
1989年東京工業大学制御工学専攻修了．1995
年より東京工業大学制御システム工学科助教授．
現在同大学大学院機械制御システム専攻准教授．
ロボット工学，適応学習制御，非線形ロバスト制御などの研究に従事．博士（工学）．

1．は じ め に
第23回大会となるIDC2012は2012年８月６日から８月18日かけて日本の東京電機大学の千住新キャンパスで行われた．参加したのは８カ国で，日本，中国，アメリカ，フランス，ブラジル，韓国，
タイ，シンガポール（モロッコも参加予定であったが，ビザの取得の問題で不参加）から60名の学生が参加した．IDC2012の概要と大会の様子を日本からの参加学生の参戦記を交えて報告する．

2．IDCの概要
国 際 ロ ボ ッ ト コ ン テ ス ト（IDCロ ボ コ ン ） は
1990年に東工大とMITの２校によって始められたロボットコンテストである．このロボコンのもっともユニークな点は，これらの参加者が国別に対戦をするのではなく，各国の学生がシャッフルされて，国籍の異なる４〜５人からなるグループをつくり，
そのグループでロボットを設計・製作しコンテストを行う点である．また，多くの他のロボコンと異なり，毎年違うテーマが与えられる．さらに，基本的に与えられた材料だけでロボットを作製しなければならない．そして，この大会ではコンテストの勝敗
よりもマシンを設計・実現する際のアイデアが高く評価されることも大きな特徴である．

3．今年のコンテスト・テーマ内容
ゲームのテーマは Haiku Master：俳句の達人
で，大会会場の東京電機大学のキャンパスが千住地

テストフィールドは図１のようなっている．フィー
ルドは奥の細道のルートの一部を模したものになっており，中央の千住エリアとそれを取り巻く日光街
道エリアとそれを橋渡しする千住大橋からなり，後方には得点盤である短冊エリアがある．千住エリアと日光街道エリアの間は川のエリアとなっており，
他よりも低くなっている．千住大橋は可動式で，試合開始後30秒すると橋がかかるようになっている．
それぞれのエリアは左右に青と赤のゾーンに分かれている．千住エリアには銀色の芭蕉ボールが中央に１つ，青と赤のゾーンにゴールデンボールが３個置かれており，日光街道エリアにはそれぞれのゾーンに18個のコーナー色のオブジェクトが置かれている．（ボール，オブジェクトにはマジックテープが貼られており，短冊エリアにくっつくようになっている）それぞれの短冊エリアは縦に３つ，横に３つの領域に分かれており，縦はそれぞれ俳句の五七五のフレーズの入る場所となっており，横は１点，２点，５点のエリアとなっている（図１参照）．
ゲームは１試合90秒の対抗戦で，俳句のフレーズに見立てたオブジェクトを，できるだけ多く，高い位置の五七五のエリアに１つずつ入る位置に横に並べると高い得点が得られる．たとえば，５点の行の五七五の領域に１ずつ自分のコーナー色のオブジェクトをくっつけると５点の得点になる．銀色の芭蕉ボールは特別で，そのボールをくっつけたチームの得点が倍になる．また，ゴールデンボールで，２点以上の俳句を完成させると一発勝ちになる．
学生たちの使った戦略は大きく分けてつぎの３つであった．
⑴ 千住大橋を利用するもの
千住大橋が出てくるまでにゴールデンボールを拾っておき，千住大橋ができたら日光街道をわたって短冊につける⑵ 川に自前の橋をつくるもの
一台のマシンを川のエリアに進入させ，ロボッ
ト自身を橋として利用して，もう一方のマシンがフルードパワーシステム

第44巻

第１号

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フルードパワーシステム

図１

コンテストフィールド構成

千住エリアに渡る
ゴールデンボールをシュートするもの
千住エリアのゴールデンボールをひろって，そこから直接短冊パネルにシュートして一発勝ちを狙う．
この戦略にたいして，それを阻止することを主戦法とするものとして，ａ）身軽なロボットで，すばやく相手の重要な位置に陣取ってじゃまをするもの，
ｂ）一発勝ちを阻止するために，相手のゴールデン
ボールを川に落としてしまうもの，があった．
⑶

4．コンテストの結果
コンテストの結果は以下のようになった．
優勝：グリーンチーム
準優勝：ブラウンチーム
アイデア賞：スカイブルーチーム
グリーンチームは，重量のあるバッテリやコント
ロールボックスをスタートエリアに置いたまま，長いコードを引っ張ってａ）の戦略を用いて優勝した．
ブラウンチームは⑶の作戦でもう少しのところで優勝というところまでいったが，決勝戦ではうまくゴールデンボールを集めることができなかった．ア
イデア賞のスカイブルーチームはｂ）の戦略を採用
して会場を沸かせた．

5．IDC2012参戦記
IDC2012に参加した制御システム工学科２年生
６人の内２名の参戦記を以下に掲載する．

22

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

図２

優勝した瞬間のグリーンチーム◆ピンクチーム

藤田哲平

IDCロボコンに参加してまず感じたことは，自分が今までやってきた英語はまったく使い物にならな
いということでした．初日のアイディアディスカッ
ションではまったく意見をいうことができず，気付
いた時にはチームの方向性が決まっていました．その後も英語でのコミュニケーションには常に苦しみました．ただ，それでも２，３日で聞き取りはかなりできるようになり，こちらの意見も身振り手振りで何とか伝わるくらいにはなりました．また，アイ
ディアそのものやそれを実現させる技術に関しては外国の学生に劣るものではなく，むしろ日本人がそういった面でチームを引っ張れていると感じました．
自分の意見を伝えられるようになってからは，アイ

2013年１月（平成25年）

山北昌毅：国際デザインコンテスト（IDCロボコン）2012

ディアがどんどん採用されるようになり，世界でも通用しているという実感を持つことができました．
このIDCロボコンで自分に足りない部分と，自分の持つものでも十分戦える部分がわかったことは大きな収穫であったと思います．このことは自分にとって自信になったし，その後の勉強のモチベーションにもつながりました．
国際交流という意味でも，普通に生活していれば知り合うことのないような外国の学生たちと交流することができ，よかったと思います．外国の有名大学の学生と対等にディスカッションし，一緒にご飯を食べ，雑談で笑いあえたことは，とても貴重な体験でした．最初は自分の実力不足が不安で参加を迷っていましたが，思い切って参加を決めて本当によかったと思います．

図３

23

ロボットを一緒に作っただけでなく，チームは昼ご飯も一緒に食べていました．ロボット以外の話をいっぱい聞いて，他の国の習慣や言語など勉強になりました．
IDC2012に参加して，いろんなことがわかって来ました．チームで仕事するときに，リーダーシッ
プは一番大事なことです．リーダーは皆の意見をまとめるので，能力や知識が必要です．今回私がリーダーでしたが，ロボットの知識は十分良くなかったので，チームの結果は良くありませんでした．しかし，結果が大切ではなく，皆で楽しく一緒に生活したり，協力してロボットをつくったりすることが大事だと思います．そのことは，私のチームは良くできました．IDC2012は本当にすばらしかったです．

ピンクチームのメンバー
図４◆パープルチーム ファンゾァンフク
私は2012年のIDCに参加しました．８月の５日から18日まで外国人と生活したりロボットを作ったりすることは本当にいい経験になりました．チー
ムの中で，日本の代表者は２人（自身はベトナムからの留学生で東工大代表），フランス人１人，中国
人１人と韓国人１人です．
最初に，ロボットの設計を決めました．皆はいろんな意見を出して，いっぱい良い意見が出ました．
しかし，誰の意見が一番よいかということを決めに
くくなりました．そのとき，皆で一緒に協力し，一番良い意見に決定しました．このことは一番難しいと思いますが皆は良くできました．その後は皆と工作しながらロボットのアイデアを改善して，ロボッ
トの設計はだんだんできました．時々，ロボットの設計が良くなくて，設計をもう一度変えなければだ
めでした．うまく変えられるか，皆はとても心配しました．そのとき，私は大変だと感じましたが，経験したら非常にいい体験になりました．将来，成功だけでなく失敗も経験するので，失敗しても冷静に修正することは，自分で訓練しなければならないと思いました．

パープルチームのメンバー

6．お わ り にことしのテーマは俳句ということで，せっかくの機会なので，海外から来た学生にも俳句という文化に少しでも親しんでもらおうと，「夏休み」「ひまわり」「夏の空」を季語として各チームに一句ずつ作ってもらった．その中からベストに選ばれたのがグリーンチームのつぎの句であった．
ひまわりが広がるようにつながる輪
Made new connection,
Just like how sunﬂowers bloom,
Circle of friends grew.
コンテスト開催の時期は難しい国際問題が顕在化していたが，コンテスト参加者には俳句のような友情の輪が大きく広がっていたように感じられた．
IDCロボコンを通じて，科学技術の振興を促進する

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

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フルードパワーシステム

だけではなく，参加国間の友好の輪を広げていけた
らと思っている．

ものと期待している．
IDCの開催に当たっては，一般社団法人日本フ今年以後の開催地は以下のようになっている．
2013年 サンパウロ サンパウロ大2014年 パリ イオニス工科大学

ルードパワーシステム学会，社団法人日本フルード
パワー工業会をはじめ，多くの関係企業からご支援をいただいた．最後に，皆さまにこの場を借りて御2015年 シンガポール シンガポール技術・デザイン大学
複数の国から集まった学生が，国籍を超えた混成

礼申し上げるとともに，今後のご支援をお願いする次第である．
詳細なルールや協賛いただいた機関は下記Web

チームによるマシンデザインを行うIDCロボコンという，非常にユニークな派遣型プロジェクトによる学生の貴重な経験の場を，今後も維持していきたい

サイトでご覧いただけます．ぜひご覧になってください．
http://www.idc-robocon.org/と思っている．この経験がエンジニアとして，国際人として，学生を大きく成長させるきっかけになる（原稿受付：2012年10月10日）

会

告

学会誌
「フルードパワーシステム」
フォーマット変更のお知らせ

編集委員会委員長 吉田編集委員会では，会員に情報を提供するとともに学会の広報活動にも役立つ，内容が充実し読みたくなる学会誌の実現を目指しています．このたび，学会誌充実の一歩とし

和弘・本文の文字フォントを変更しました．
・図の表題および参考文献の文字フォントおよびサイズを変更しました．

て，フォーマットの変更を行うことにいたしました．主な・行間隔を±10%程度調整できるようにしました．

変更点は以下のとおりです．

・和文目次を２ページとしデザインを変更しました．

・各記事において，所属の情報を含めた著者紹介を最初の・会告記事のデザインを変更し，各記事の後に配置するよ

ページに，原稿受付日を最後のページに掲載することうにしました．

とし，記事題目における著者名および脚注を削除しま

今後も，学会誌のさらなる充実を目指して編集委員一同
努力してまいりますので，よろしくお願いいたします．ごした．
・記事題目，章・節の表題，記事分類のデザイン，文字

意見，ご要望をお待ちしております．

フォントおよびサイズを変更しました．

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フルードパワーシステム

第44巻

第１号

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佐藤恭一：PBLを志向した設計製図教育「EV-Mileage」

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解 説

PBLを志向した設計製図教育「EV-Mileage」

著

者

紹

介
さ

とう

やす

かず

佐

藤

恭

一

横浜国立大学大学院工学研究院〒240‑8501 横浜市保土ヶ谷区常盤台79‑5
E-mail：yasukazu@ynu.ac.jp
1994年横浜国立大学大学院博士課程修了．同
年横浜国立大学講師．1998年同助教授，現在，同教授．メカトロニクス，電気・流体・機械系の動力伝達と制御の研究に従事．日本フルード
パワーシステム学会，日本機械学会，自動車技術会などの会員．博士（工学）

1．は じ め に

図１

EV-Mileage 走行競技会の様子（その１）

図２

EV-Mileage 走行競技会の様子（その２）

横浜国立大学工学部生産工学科＊では，１年次から３年次で習得する専門科目の体験的な理解と，学生の創造的能力の育成を目的に，「EV-Mileage」と題した一人乗りEV（電気駆動車両）の企画，設計，製作，および走行競技会による製作したEVの評価（図１，図２）を実施している．EV-MileageはEVの航続距離という意味であるが，当学科では，EVの企画から評価に至る一連のものづくり教育の総称として用いている．
当学科の学生は，１，２年次は機械工学，材料工学の共通的な基礎教育を受け，３年次からは機械系
３コース（機械プロセス，熱流体，機械システムの各コース）と材料系１コース（材料設計コース）からなる４コースのいずれかに属して，所属コースのより専門的な教育を受ける．この機械系３コースの製図」の一環として実施されているもので，当授業

学生には，３年次に応用機械設計製図という設計製
図教育の必修科目が課されており，それまでに習得の通常の設計課題が流体機械や内燃機関などを題材とし，設計計算書の作成につづく図面の作成で完結

したいわゆる四力学（材料力学，熱力学，流体力学，
機械力学），自動制御，機械設計，製図などの機械工学に関わる知識をものづくりに結び付ける設計課
題に取り組む．EV-Mileageはこの「応用機械設計

して単位が与えられるのに対し，EV-Mileageでは，さらに設計，製図にもとづいて学生自らが一人乗りEVを製作し，その出来栄え（性能）を走行競技会
で競う．EV-Mileageの走行競技会は，毎年，夏休＊

みの終了間近の９月下旬に実施され，今年度で15年目を迎えた．以下，EV-Mileageの背景，概要，教2011年度より理工学部機械工学・材料系学科に改組．今
年度のEV-Mileage参加者は，改組前の工学部生産工学科３年生であるため，本稿では改組前の学科名称を使用している．

育効果を紹介したい．

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

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26

フルードパワーシステム

2．ものづくり教育におけるEV-Mileageの位置づけ
2.1 EV-Mileage実施の背景
EV-Mileageは，1997年度に前述の応用機械設計
製図の一部として開設された．その目的は，従来の設計製図科目の履修目標に加えて，下記の体験を通して，総合的に機械工学を活用する実践力を身につけることである．
⑴ 座学や机上の作業で完結せず，学生自らが手を動かして設計対象の製作までを行うことで，それまでに習得した機械工学の基礎を駆使することを体得する．
⑵ 設計，製作に関わる課題，問題をどのようなアプローチでどのように解決するかを学生自身が考え，実行する．
⑶ 限られた期間の中での資材調達や設計・製作計
画の遂行能力を養う．
⑷ 課題に対してチームで取り組むことで，チーム
ワークやマネジメント力を養う．
これらはPBL（Problem-based learning，Projectbased learning）を志向した創造性教育の主要素となっている．また，学生自らが課題や問題点を見つけて解決することが重要と考え，授業でありながら教員は 教えない という立場を取ることも，この教育の特徴である．
EV-Mileageは，応用機械設計製図の履修者約100人の中から，20名を上限とした希望参加制としている．これは，車両製作や走行競技会における安全確保による制約，教員，ティーチングアシスタント（大学院生）等のスタッフの人的制約，および車両製作費用に充てる予算制約による．実際の希望者も

表１

EV-Mileage ルール，レギュレーション
走 行 競 技

あらかじめ供与されたバッテリ（定格12V，7.2Ah）を４個用いて，周回約１kmの学内コースを２時間走行し，２時間以降にゴール位置を通過するまでの周回数と所要時間によって順位を決める．
車両

下記の条件を満足するものとする（抜粋）

１）一人乗り形式，２）乗降が容易なこと，３）４輪,または３輪車両であること，４）車両サイズは長さ3m，幅1.2m，高さ1.6m以内であること．
（他にも，ブレーキ性能，
後方視界等の車検項目に関するレギュレーションがある）
チーム編成
原則４名／チームで，最大５チーム．チーム内で，リーダ，
ドライバ，車体構造，操舵系，懸架系，駆動系，電装系（電力マネジメント）の設計担当をおく．
費

用

１チーム（１台）あたり基準費用20万円．ただし，共通
仕様のモータ，コントローラ，バッテリ，充電器，車輪のハブは大学から支給し，基準費用外とする．
製 作 場 所
学内機械工場評

価

ドキュメンテーション（設計計算書，図面など），走行競技会における周回数順位，設計製作に掛るプレゼンテー
ション，車両製作コストを総合して評価する．

毎回20名程度で，これまでに人数制限により参加できなかった希望者は出ていない．うまく人数バラ
ンスがとれている理由としては，学生にとってEVMileageは車両製作と走行競技会で夏休みがほとん

図３EV-Mileage スケジュール

ど潰れる負荷の大きい内容であること，当授業とは別に，夏休み中の企業インターンシップなど，他の選択肢もあることなどが考えられる．

違って事細かい明文化されたレギュレーションは設けていない．これにより，チームごとにレギュレー

2.2 EV-Mileageのレギュレーション
車両の安全と公平性の確保のため，車両の設計製作に関わるルール，すなわちレギュレーションを設

ションを満たし，かつ，個性的，独創的な車両が設計製作されることを狙っている．また，車両の安全性に問題があると判明した場合は，設計や製作の過けてあり，これに従った車両を設計製作することを課している．表１にレギュレーションの抜粋を示す．
学生の創造的能力の育成が主目的であるから，安程で教員スタッフが改善を指導する体制をとっている．
2.3 スケジュール

全が確保されることは大前提であるが，設計の自由度や，車両に盛り込むアイデアを抑制することがな
いよう，一般のエコランなどのMileageレースと

図３にEV-Mileageのスケジュールを示す．この授業は３年次春学期（４月〜９月）に実施される．
４月初めにEV-Mileage参加者を確定し，チーム分

26

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

佐藤恭一：PBLを志向した設計製図教育「EV-Mileage」

27

けを行う． その後，車両のコンセプトの検討からスタートし，設計および製図を進めていく，７月までに設計，製図と，並行して購入物品の選定と購入手配の準備を行う．この間，５月中旬には各チームが概要発表を行い，エネルギー収支計算結果，車両
コンセプト，目標周回数などを報告する．６月中旬には，より詳しい設計内容のプレゼンを行い，審査会形式で教員が確認する．７月末までに審査会での指摘などを踏まえて設計，製図を完了し，購入物品の発注も進める．８月から夏休みで，８月初めに本学機械工場で安全講習を受講した後，約1.5 ヵ月の車両製作期間に入る．図４に本学機械工場での車両製作の様子を示す．９月下旬にEV-Mileage走行競技会の本戦が実施されるが，その１週間前に本戦と同じ車検と走行時間を半分の１時間に短縮した予行練習を行い，各チームは，ここで明らかになった不備を修復して，本戦に臨む．

図４

車両製作の様子ティーチングアシスタントの「答えは教えないが解決のきっかけとなるアドバイス」が有効に働く．
3.2 学生から見たEV-Mileage
本学の全授業に対して実施される学生による授業
評価アンケートや，EV-Mileage走行競技会後の表彰式での学生からの感想によると，学生から見た
EV-Mileageは下記のようであり，
3.1 課題は何か？
・はじめのうちは何をしたらよいのかわからない．
EV-Mileage本戦で勝てるEVは，周回の途中でピッ・EVの構想が固まってくるにしたがって，次々にトインや修理で止まることなく，効率よくバッテリ
やるべきことが増えてきた．
のエネルギーを消費し，２時間の走行で余すことな・作業内容によって，チーム内での分担がうまくく使いきる車ということである．その様なEVの設
いったところと，負担が偏ったところがあった．
計，製作には多様なアプローチが考えられ，正解は・設計製図をしっかりやっておかないと，その成果一つではない．学生は，これまで正解のない課題にが製作段階になって役に立たないことがわかった．
取り組む経験があまりないため，最初に悩むことは， ・実際に自分が製作作業をしてみて，図面上の精度
EV-Mileageの 課 題 は 何 か？ で あ る．「 レ ギ ュ レ ーを実現するのが難しいことがわかった．
ションを満たして，EV-Mileage本戦で勝てるEVを
・物品調達，コスト管理など，普段の授業にはない
設計製作すること」という表向きの課題は提示され体験ができた．
ているが，その下にどのような課題があるのかを見
・座学で学んだことを実践に移す設計製作の一連のつけるのに悩み，見つかった課題を具体的にどのよ
流れを体験でき，有意義だった．
うにして解決していけばよいかに，また迷う．たと・とても苦労したが，チームで製作したEVが完成し，えば，走行を考えた場合，モータと駆動輪間の動力走り出したとき，感動した．
伝達方式をどうするかという課題に直面し，各方式など，EV-Mileageによる教育の狙いとおおむね合の特徴を踏まえて，自分で，またはチームで相談し致した学生の反応であった．
て採用方式を判断する．チェーン伝動を採用すると３．EV-Mileageの教育効果

なれば，つぎにスプロケットの歯数比や各歯数をいくつにするか，どういう手順で計算するかに悩む．
そのうちに，他のチームでもチェーン伝動採用の情報が入り，チームの特色を出すために歯車伝動ではどうか，という欲が出たりしてまた悩む，等々．これらは，自ら課題を見つけ，ある期間で解決して判断を下すという能力の育成には，非常によいトレー
ニングになると考えられる．ティーチングアシスタ

４．お わ り に

EV-Mileageという一連のPBL型設計製図教育を紹介した．2009年度からは，首都大学東京でもEVMileageを実施し，同様のスケジュールで設計製作したEVで本学の走行競技会に参戦しており，大学間で連携したものづくり教育の形も確立してきている．今後も，EV-Mileageの内容を少しずつ見直しながら，学生にものづくりの充実感と感動を与えられる教育を検討していきたい．
ントには，学部でEV-Mileageを経験したノウハウをもった大学院生を主に採用しているので，学生が（原稿受付：2012年10月12日）
悩み続けていつまでも決まらないというケースには，
フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

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フルードパワーシステム

解 説

東北大学機械系大学院教育改革プログラム「機械工学フロンティア創成」

著

者

紹

るテーマに分かれて，実践的な研修活動を実施する．
本稿では，「機械工学フロンティア」において実

介
よし

だ

かず

や

吉

田

和

哉

東北大学 大学院工学研究科〒980‑8579 仙台市青葉区荒巻字青葉６ ６ １
E-mail：yoshida@astro.mech.tohoku.ac.jp
1986年東京工業大学修士課程終了．同大学助手，東北大学助教授を経て，2003年東北大学大学院工学研究科教授，現在に至る．宇宙ロボットの力学と制御の研究を中心に，小惑星探査機「はやぶさ」，小型人工衛星「雷神」，原発対応ロ
ボット「クインス」の開発などに従事．工学博士．

施している「ものづくりプロジェクト」を中心とする新しい大学院教育について，概要を紹介する．

2．プログラムの概要「機械工学フロンティア創成」プログラムの大学
院履修モデルを図１に示す．この中で，「機械工学フロンティア」は本プログラムを特徴づける新規授業科目であり，博士前期（修士）課程の１学期に開講した．平成19年度50名，平成20年度131名，平
1．は じ め に成21年度118名の学生が受講した．文科省からの東北大学機械系（機械システムデザイン工学専攻， 補助金終了後の平成22年度以降も，毎年80名前後
ナノメカニクス専攻，航空宇宙工学専攻，バイオロの学生が受講している．
ボティクス専攻，情報科学研究科の一部，および医同授業科目では，学生が「ものづくり」を主体と工学研究科の一部）では，2007年度より「機械工し た プ ロ ジ ェ ク ト 研 修 を 行 う． 研 修 実 施 の ス ケ
学フロンティア創成」と名づけた新しい大学院教育
ジュールを図２に示す．
プログラムを実施している．文部科学省・大学院教育改革支援プログラムに採択（平成19年度〜 21年度）されたこの取り組みの背景には，資源に乏しい
わが国を人材立国として発展させ，国際競争力に秀でた人材，リーダーシップのとれる即戦力を育成す
る，という教育施策・目的がある．本プログラムでは，このような時代の要請に対する答えとなることを目指して，大学院にて新しい教育への試みを実践している．
「機械工学フロンティア創成」プログラムの大きな柱として「機械工学フロンティア」と名づける新
しい授業科目を開設した．これは修士（博士前期）課程の１年生を対象に，修士研究の導入となるようなミニ・プロジェクトを第１学期に実施するものであり，最初に明確な達成目標を定め，３〜５名程度

図１ 「機械工学フロンティア創成」の履修モデル

でチームを組み，メンバー間で作業を分担・協力し，半年間という限られた時間で結果を出すことが求められる目的達成型の研修を行う．研修のテーマは，「航空宇宙」「ロボティクス」「ナノテクノロジー」「バイオ」や「医工学」など，機械工学の基礎から先端的な応用に至るまで幅広い分野をカバーする．
入学直後のフレッシュな大学院生がそれぞれ希望す28

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図２ 「機械工学フロンティア」の授業スケジュール

2013年１月（平成25年）

吉田和哉：東北大学機械系大学院教育改革プログラム「機械工学フロンティア創成」

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を用いた飛行制御方式を検討し，模型飛行機を用い

3．研修内容プロジェクト研修のテーマは，原則として各研究室より提示し，それを学生が選択する方式をとってた飛行実験により有益な基礎データを得た．
「全日本学生室内飛行ロボットコンテストへの挑戦」
では，競技ルールに則した超軽量模型飛行機を製作いる．よって研修のための設備の提供や具体的な指導は，研究室を中心に行われる．複数の研究室が協力してひとつのテーマを実施すること，および学生

し，コンテストに参加した．また，上記「火星探査……」のチームも合わせた学生の中から選抜チーム
を募り，米国パデュー大学に派遣し，無人飛行ロが自分の所属以外の研究室のテーマを受講することも認めており，学生がフロンティア研修→修士研修へと進んで行く過程で複数の研究室を経験すること

ボットに関する先端技術について研究交流を行った（図７）．なお，米国パデュー大学とは，平成17年度以来このような学生交流を深めている．

を可能としている．
「機械工学フロンティア」の個々の研修内容について詳しく紹介することは，限られた紙面では困難であるので，ここでは，平成21年度に実施された研修テーマのうち，いくつか代表的なものを紹介する．
「原子レベルシミュレーションに基づく新機能材料と試作評価」では，カーボンナノチューブを樹脂に分散させたひずみセンサを開発し，その特性を評価した． 夏休みには，MIT（米国）にてワークショッ
プを開催し，同大の学生と研究交流を行った．（図３）「航空ロボットの開発と飛行実験」では，自律制御機能を搭載した模型飛行機を製作し，自動離発着および自律的な経路追従飛行の実験を行い，大きな成果をあげた．飛行実験には，東北大学青葉山キャン
パス内の実験フィールドおよび宮城県南部にある角田滑空場を用いた（図４）．
「自律探査ロボットとフィールド実験」では，最高時速15km/h以上で走行する重量１ kgの小型自律走行ロボットを開発し，米国ネバダ州で開催された国際競技会（ARLISS)にて優勝を果たした（図５）．

図３

MITにおける研究交流会

図５

米国ネバダ州での 図６
ARLISS大会

図４

航空ロボットの飛行実験

ロボカップレスキュー世
界大会参加チーム「ロボットアームの運動制御実験／移動ロボットの運動制御／人間の運動計測・解析」の３テーマでは，それぞれのロボットを実現する基礎技術の開発に取り組み，これらの研修を行った計８名の学生は，フランスで開催された国際会議に出席し研究発表，研究交流を行った．

図７

米国パデュー大学での研究交流「要救助者情報収集ロボットの開発とフィールド実
験」では，地震等の災害時に瓦礫や倒壊した建物内の被災者を発見するロボットの，自律・遠隔制御シプロジェクト研修の一環として，学生を海外に送り出し経験を積ませることも積極的に推進している．
文部科学省から大学院教育改革支援プログラムの補ステムの開発を行った．開発されたロボットを携えて，2009年７月にオーストリアにて開催された「ロボカップ世界大会」に参加し，４部門において助金をいただいていた平成20年度には43名，平成21年度には31名の学生を海外に派遣した．平成22
年度以降は，研究室の自主財源等により可能な範囲

優勝もしくは準優勝の成果を挙げた（図６）．
「火星探査のための飛行システムと制御法の検討」
では，火星を取り囲む希薄大気中で飛行探査を行う

で，学生に海外経験の機会を与えている．
研修内容についてのさらに詳しい情報は，Web
ページ1）をご覧いただきたい．

飛翔体の基礎研究として，プラズマアクチュエータ
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2013年１月（平成25年）

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観察を行うことができプロジェクトとしてはなんと

4．発表会と成績評価

かまとめることができた．

問３．チームの中で，あなたはどのような役割を担当「機械工学フロンティア」の受講生には，研修をしましたか？ 自分に点数をつけると何点になると開始して１ヶ月半ほど経過した６月中旬に中間発表，

研修終了後には最終発表会と最終報告書の提出を課している．
本科目の研修テーマは，上述のように研究室より思いますか？
回答３．プロジェクトリーダーとして計画立案や発表準備などで中心となった．また，４つの試料のうち提示するが，それはあくまでも大枠であり具体的に何を目標とし，それを達成するためにどのようなアプローチで研修を進めて行くかについては，学生に＊＊を担当し観察を行った．自分の結果としてはう考えさせている．中間発表では，プロジェクトとしてのフルサクセスは何かを定義させ，それに至るス
ケジュールと，グループ内の役割分担を明確にして問４．本科目で，一番楽しかったこと（うれしかった

まくまとめることができたので計画の遅れと合わせて点数は80点．
こと）は何ですか？
・きれいな結果が得られた時．

・全員の成果がひとつのポスターとして形になった時．
発表させている．
問５．本科目で，一番大変だったこと（つらかったこと，
最終発表会は，ポスターセッション形式の発表会
苦労したこと）は何ですか？
とし，実物展示やデモ等を行うことを推奨している．
教員が各ポスターを巡って発表を聞き，評価を行う． 回答５．観察がうまくいかなかったとき．またその原

また，学生どうしで他のテーマの発表を聞き，イン
タラクティブに質疑応答を行うことも，効果をあげている．
全日程終了後には受講者全員に自己評価を含む詳
細なアンケートを行い，本授業科目で学生が何を学び，どこで苦労したかを問い，本科目をより効果的にするためのフィードバック情報として学生の声を収集している．学生回答の一例を示す．
===========================================
問１．あなたは，どのような動機および達成目標等を持って，本授業科目および研修テーマを選択しまし

因を考えているとき．
問６．本科目を通して，あなたは何かを得ることができましたか？

箇条書きにて，記してください．

回答６．
・複数人で分担し計画を進める際には，メンバー間の情報共有が重要であること．それぞれの進展度合いをもっとこまめに聞くことができればよかったと思う．
・物事は計画通りにはいかないこと．
・実験，観察は面倒くさがらずに一歩一歩着実に進めていくことが結局は一番の近道になること．
・後からみたときに他の人でもわかるデータ整理をたか？
回答１．＊＊の課題について，プロジェクトを計画し，しておく必要があること．

メンバーへの役割分担，実験計画の立案，問題の解===========================================

決などを通して一つのプロジェクトを行うことを体

学生たちは半年間という限られた時間の中で，目標達成のために試行錯誤を繰り返し，失敗や計画変
更，メンバー間のコミュニケーションの問題に苦心しながら，問題解決のプロセスを実体験したことが読み取れる．そしてほぼ全員の学生が，本研修に対感的に経験することを目的とした．
問２．本科目を終了するにあたり，当初の目標はどの程度達成されましたか？
回答２．
・プロジェクトを行うことの経験
・計画の予定通りの遂行・問題の解決50％

小さな失敗の中から大きなものを学ぶこと」を体得させることを目指しており，この目的は十分に達成できていると考える．

70％

・メンバーとの連携
・トータル

してやりがいや満足感を得たと回答している．
本教育プログラムでは「自ら手を動かして挑戦し，

100％

80％

70％

試料の準備などに手間取り，実験を始める時期がずれ込んでしまったために，すべての試料で定量的評価のフルサクセスを得られるほど実験データを多

参考文献
１）http://www.mech.tohoku.ac.jp/MechFrontier/

くとることができなかった． しかし，観察方法など
メンバー内で情報共有を行うことでより精度の高い

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2013年１月（平成25年）（原稿受付：2012年10月21日）

王

志剛：岐阜大学金型創成技術研究センターにおけるものづくり教育

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解 説

岐阜大学金型創成技術研究センターにおけるものづくり教育
出成形機などの各種機械は工作機械メーカーや地元
著

者

紹

介

金型産業界のご協力によりセンターの付属加工工場
わん

ず

がん

王

志

剛

岐阜大学工学部〒501‑1193 岐阜県岐阜市柳戸１番１
E-mail : zgwang@gifu-u.ac.jp
1992年名古屋大学大学院工学研究科博士後期課程修了．富山県立大学助手，岐阜大学助教授を経て，2006年岐阜大学工学部教授，現在に至る．塑性加工，型工学の研究に従事．日本塑性
加工学会，日本機械学会などの会員．博士（工学）．

に一通り完備されている1）．CAD/CAM/CAEも完備されており，特にCAEは人材養成教育の中心ツール
で鋳造，鍛造，板金プレス，射出成形のソフトウェ
アが導入されている．
学部４年生は，鋳造コース，鍛造コース，板金プ
レスコースおよび射出成形コースのいずれかに所属
し，一学期かけて課題に取り組みながら，図２に例示するように，製品設計，工程設計，金型設計，金型製作，成形加工の一連のものづくりプロセスをス

1．は じ め にルーで実体験し，基本スキルを習得する．博士前期

大学における機械系ものづくり教育の目的は何で課程生は学部４年生と同様に各コースに所属するが，あろうか．卒業生のほとんどがものづくり企業に就

CADによる金型設計，CAEによる成形予測，CATに職している事実から，教育は従来の４力を中心に据えつつも企業の国際競争力の向上を念頭にカリキュラムを組み直すべきではないかと思う．大学を卒業してから技術開発の戦力になるまで数年もかかるよ
うな大学教育システムは早晩淘汰される．即戦力を輩出することができれば，企業での教育費用の削減効果もさることながら，技術者として創造力盛んな期間が延ばされ，その意義は大きいと思う．この思いから2006年に岐阜大学金型創成技術研究センターが設立された．即戦力を輩出するために企業の新入社員研修プログラムを参考に，金型を用いるものづくりプロセスの一貫教育を基本コンセプトにカ

図１

基礎教育プログラムの概要

リキュラムが編成された．その後今日に至るまで受講生の意見，産業界のアドバイスを取り入れながら改善が重ねられてきた．

2．基礎教育プログラム
本センターの人材養成教育は，金型基礎教育プロ
グラムによる基本トレーニングと卒論・修論研究による技術開発能力の付与の二段構えとなっている．
図１に育成システムにとり入れるカリキュラムの概要を記す．金型に特化した科目構成とし，実学を重視した内容を特徴としている．実学教育に必要なマシニングセンター，放電加工機，プレス機械，射フルードパワーシステム

図２

基礎教育プログラムの実施形態

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2013年１月（平成25年）

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よる計測に重点をおき，金型のCADデータと実金型実習した学生にアンケート形式で配属を希望したの形状差異，CAEによる予測値と実成形品の差異を理由，実習教育について聞いてみた．配属を希望し論理的に分析する能力の養成に力点をおく．表１にた理由の第１位：「従来にない実習を多く取り入れ

博士前期課程生の修得すべき知識・スキルと到達レ

たカリキュラムであるから（88％）」，第２位：「技ベルを示す．新しい金型の開発設計能力，マネジメ

術を身につけたいから（76％），第３位：「金型をント能力，後進の指導能力の修得を修了要件として基本にしたものづくり産業が強い日本の将来に重要おり，即戦力の育成を目標にしている．

であるから（59％）」であった．受講した教育・実一例として図３に博士前期課程生に開講した板金習の第１位：「いろいろ学ぶことがあって，大変興

プレスコースの実習内容を示す．演習課題はタンデ味があり，やりがいを感じる（88％）」，第２位：

ム工程ではなく，空間的な想像力を必要とする順送「実習でモノを創ることは楽しい（82％）」，第３金型とした．CAD/CAM設計，金型加工演習の後，

位：「CAD設計，製図，成形加工のプロセスは楽し

金型の形状計測を行う．成形加工の後，成形品の不い（71％）」と拮抗している．アンケートの結果か具合確認や詳細な寸法測定を行い，不具合対策を施ら判断して，座学中心の教育に実学を重視したカリ

す．CADデータと金型実寸法との比較分析，被加工

キュラムは学生の希望であると受け取れ，金型人材

材の材質による成形品の寸法差を詳細に解析する流育成教育の効果が出ていると認識している．また，れとなっている．

ものづくり実習教育は学生全員が興味とやりがいを感ずると共に，楽しみを享受している．平成24年⑴

表１

博士前期課程生の到達レベル

到達スキル

到達レベル（認定基準）

度の金型教育には学部４年生18名，博士前期課程
認定
方法

3．技術開発能力の付与

新しい金型の開発 ①金型創成技術専門科目12単位，
設計能力の修得（創演習科目２単位以上の修得
造力，技術開発 力 ②金型に関する修士論文研究の単強化）
位取得
マネジメント能力の修得①金型創成技術基礎科目４単位以上の修得②インターンシップの参加⑶

後進の指導能力の ①金型先達との交流会の参加（発修得（技術開発力，
表・討議）
プレゼンテーショ ②センター共同討論会の参加（発ン能力の強化）表・討議）③研究成果の公表（国内・国外発
表各１件）

上記の基本トレーニングに加え，卒論・修論研究
修了書の授与⑵

生35名が参加している．

を通じて技術開発に必要な基礎能力の訓練を行っている．創造力，技術開発力を養うためには未知な領域に踏み込んだ技術開発への参画は有効と考え，企業との共同研究を積極的に展開している．いくつかの事例を通して教育のプロセスを述べることとする．
図４はプレスブレーキ用高精度V曲げ加工制御シ
ステムの開発例を示す2）‑4）．プレスブレーキによる高精度の曲げ加工を実現するためには多数回の試し曲げが必要で，作業時間と材料の無駄が発生する．
開発したシステムは２回目の加工で目標角度を確実に得ることを目標にしている．この開発には延べ４名の博士前期課程生が参画し，従来システムの問題
点の洗い出し，新しいシステムのコンセプトと曲げ基礎式の構築，実証実験，実用化の一連のプロセスを分担した．研究の進め方と方向性を提示し，具体的な課題への対処法を極力学生に考えさせ，出されたアイデアに修正を加えて研究を進めるように心がけた．担当した学生は先輩の研究成果を吸収しつつ，当面の課題の解決策を模索し，後輩の教育をも担う．
好運にも当初のコンセプトを修正することなく最後までやり遂げることができ，担当した学生に技術開発の喜びを体験させることができた．
図５は板鍛造によって製作したものである5）．板

図３ 博士前期課程生プレス金型コース実習内容（順送金型によるアース端子の製作）

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鍛造は板状素材に曲げ，絞りといった板成形の工法と据込み，押出しといった鍛造加工の工法を組合わ

2013年１月（平成25年）

王

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志剛：岐阜大学金型創成技術研究センターにおけるものづくり教育

ムを編成し，即戦力の育成に注力してきた．その結果，平成18年度から平成22年度までの５年間のプ
ロジェクトの成果に対する平成23年度の科学技術振興機構の総合評価では「Ｓ」（所期の計画を超えた取組が行われている）を獲得し，同期に採択された10プロジェクトの中で唯一，最高の評価を受けた．いただいた高評価は，産業界，地元自治体なら
びに学内の支援と協働の賜物だと感謝している．
以上のような高評価を裏付けるものとしていくつかの嬉しい成果が生まれつつある．たとえば，平成
21年度からスタートした日中韓大学生金型グラン
図４

プレスブレーキ用V曲げ加工制御システム

プリ大会で，本センターの学生が製作・出展した金型は，素人作品の域を超えた実用レベルにあるとのせて，製品形状を高精度に制御する新しい加工法で評価を３年連続で来場者からいただいた．また，昨ある．板鍛造は塑性加工製品の設計の自由度を広げ

今の不況下における就職においても，本センターのる手段として今後多用されると思われる．図示の製修了生に対する求人依頼が全国から寄せられ，毎年

品は絞り，端面圧縮工法によって製作されたもので，約20名の修了生のほとんどが希望通りの企業に就圧縮パンチの耐圧限界を超えないように工程設計の職している．修了生の就職先からは， 技術者の基工夫を要する．また，上下ボスへの分流鍛造となる本は完成しており，即戦力となっている ， 期待をため，分流点の近くで被加工材の表面積が数十倍に満足するものであり，大いに活躍している

拡大され，金型への焼付きを防止する潤滑設計が必

高評価が寄せられている．

などの要である．このような難易度の高い技術開発に参画

なお，平成24年度から「金型人材育成におけるさせることで，高付加価値の工法開発に必要な能力

教育高度化事業」が国に認められ，新たに３年間のを付与している．

事業費が交付されることになった．この新しい教育事業では，これまで通りの即戦力となる人材育成を念頭において，ものづくり技術の全体像を俯瞰できるように，生産管理などを実践ベースで学び，かつ
環境負荷低減技術や国際展開力を身に付けるための国際交流も取り入れている．また，ものづくり教育にもかかわらず，より高度な教育を求めて博士後期課程へ進学する学生が増えてきたので，企業の価値観で新技術を開発できる博士の育成にも注力したい

図５

板鍛造によるトリプルカップ（被加工材：SPCE，板
厚：2.6㎜）

4．お わ り に本センターは，平成18年度の文部科学省科学技術振興調整費プログラム「地域再生人材創出拠点の形成」の分野で採択されたプロジェクト「次世代金型人材育成拠点の形成」を推進するために岐阜大学に設置された．このプロジェクトは，本学と岐阜県および大垣市との連携の下で，世界に冠たる日本の金型技術の伝承とさらなる高度化を担い得る創造的かつ意欲的な若手技術者の育成を目的としている．

と考えている．
参考文献
１）王志剛：岐阜大学における金型人材育成の実践，塑性
と加工，Vol.49，No.573，p.943‑947（2008）２）王志剛，池井戸翔太，金田宣弘：プレスブレーキ用V曲
げ制御システムの開発（第１報 曲げ基本計算式の構築），平23塑加春講論文集，p.299‑300（2011）３）王志剛，池井戸翔太，金田宣弘：プレスブレーキ用V曲
げ制御システムの開発（第２報 変曲点および加工荷重の算出法），平23塑加春講論文集，p.301‑302（2011）４）王志剛，池井戸翔太：プレスブレーキ用V曲げ制御シス
テムの開発（第３報 システムの加工精度），平23塑加
春講論文集，p.303‑304（2011）５）王志剛，吉川泰晴：板鍛造による中空ボス製品の成形技術の開発，型技術，Vol.26，No.12，p.12‑13（2011）

それゆえ，ものづくりプロセスの一貫教育を基本コ（原稿受付：2012年10月９日）

ンセプトとして，実習を多く取り入れたカリキュラ
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FPIC会議報告2012年度日本機械学会年次大会におけるフルードパワー研究の動向

著

者

紹

術動向，今後の展望に関する紹介があった1）．
また同じ技術委員会の企画により「フルードパ

介
た

なか

ゆたか

田

中

豊

法政大学デザイン工学部システムデザイン学科〒102‑8160 東京都千代田区富士見２ 17 １
E-mail : y_tanaka@hosei.ac.jp
1985年東京工業大学大学院修士課程修了，その後東工大精密工学研究所助手を経て，1991年
法政大学講師，1992年同助教授，2002年同教授，
現在に至る．工学博士（1991年東京工業大学）

1．は じ め に
年に１回開催される2012年度の日本機械学会年
次大会は「日本再生に向け新たな未来を切り拓く機
械工学」をキャッチフレーズに，2012年９月９日（日）〜９月12日（水）まで，創立150周年の金沢大学・角間キャンパスで開催された．この年次大会
は，機械工学の全分野に関わる研究者・技術者が一堂に会して議論を行う国内最大の機械系学会のイベントである．今回は，エネルギー，クオリティーオ
ブライフ，オープンイノベーションをテーマとして，
大会期間中，２件の特別講演，14件の市民開放行事（市民フォーラム），25件の基調講演，20件のワークショップ，14件の先端技術フォーラム，４件の特別企画と数多くのオーガナイズドセッション
や一般技術講演セッションが，広大な金沢大学キャワーアクチュエータ技術の最前線」と題する先端技
術フォーラムが開催された．６人の講師により，風力や波力発電などのエネルギー関連技術2），HST
フォークリフト3），機能性流体によるマイクロフ
ルードパワー 4），空気圧や水圧技術を用いた医療用手術機器5），6）や介護福祉機器7）など油圧や空気圧，
水圧，機能性流体によるフルードパワーアクチュ
エータの特長を活かした最新の事例や研究が紹介され，フルードパワーアクチュエータの特長や新技術への展開の可能性に関する熱い議論が講師と参加者の間で行われた．

3．技術講演セッション
オーガナイズドセッション「次世代アクチュエー
タシステム（オーガナイザー：岡山大・鈴森康一教
授，東工大・吉田和弘准教授，著者）」の中で13件のフルードパワーに関する技術講演があった．写真
１にオーガナイズドセッションの様子を示す．
吉田ら8）は一本の配管のみで作動流体の供給と排出が可能で，配管側とアクチュエータ側の作動流体
を水と機能性流体（ERF）で分離して配管部でのエネルギー損失を低減させた交流圧力源を用いた多自由度ERアクチュエータシステムを提案し，ラージ

ンパスのA，B，Cの３つの会場に分かれて企画・開催され，約2,400名の参加登録があった．本稿では，
この年次大会におけるフルードパワー技術の研究動向について紹介する．

2．基調講演と先端技術フォーラム
機素潤滑設計部門のアクチュエータシステム技術
企画委員会の企画により「フルードパワーアクチュ
エータの動向と将来像」と題して，著者による基調講演が行われた．フルードパワーと電動のアクチュ
エータの特長を比較しながら，油圧や空気圧，水圧を用いたフルードパワー駆動が電動と比較して大きな出力密度が取れる特徴を持っていることやその技

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フルードパワーシステム

第44巻

第１号

写真１

2013年１月（平成25年）

OS次世代アクチュエータシステムの様子

田中

豊：2012年度日本機械学会年次大会におけるフルードパワー研究の動向

モデルによる特性実験により動作原理の検証を行った．
眞田9）は空気圧シリンダを利用したパワーアシス
ト椅子の制御に，動作感応形制御手法を導入し，実験により動作の緩急に応じてアシスト力が調整されることを明らかにした．
早川ら10）は，介護用移乗機の安定性を向上させ，被介護者への負担を軽減するため，背負い式の人体把持部と旋回機構や高さ調整機構を持つ移乗機を試作検討し，移乗に関する動作解析の比較から，負荷分散効果により負担が改善されることを指摘した．
塚越ら11）は，柔軟構造の流体アクチュエータとして，装備したチューブの自然長と同じストローク長が得られる遮断部スライダ駆動方式（Λ-Drive）を提案し，安定な駆動力生成や動作原理，駆動力の解析や試作機を用いた駆動力の測定，適用例の検討を

35

ピュレータの開発を目的として，中心に収縮型，周囲に伸長型を配置した放射状配置アクチュエータを試作し，駆動実験を行って，大きな湾曲量と高い剛性および基本原理の妥当性を確認した．
今村ら19）は，電界共役流体（ECF）を用いた流体
レートジャイロにおいて，MEMS技術による構成部
品のワンチップ統合化と，偏流検出部の性能向上のための改良結果と良好な性能特性について報告した．
金ら20）は，冷却性能が高く，騒音や振動の小さい，
強制液冷システムを実現するため，電界共役流体を用いた環状閉流路ECFマイクロデバイスを提案・試作し，流路内におけるECFジェット流速の測定結果について報告した．
また，その他の一般技術講演セッションやオーガ
ナイズドセッションの中から，フルードパワー，特に空気圧を用いた福祉医療への応用や精密位置決め行った．
三浦ら12）は，安全性の高いMRアクチュエータにに関する以下の６件の研究発表が行われた．
勝又ら21）は空気圧ベローズを用いたイモムシ型
外乱オブザーバによるロバスト加速度制御を適用し， 管内走行ロボットに関する報告を行った．また則次リハビリテーションで使用される負荷を想定した環ら22）は空気圧ゴム人工筋を用いた腰部パワーアシ
境の再現実験を行った．
スト装置について，早川ら23）は布アクチュエータを用いた鬱血防止マットの血流促進効果について報告
赤澤ら13）は，ロボットアームの関節部に組み込むした．また北脇ら24）は空気圧アクチュエータによることを想定した水圧揺動ベーンアクチュエータを水
圧用比例弁で駆動するシステムについて，そのアクアシストウェアの評価にさまざまな生体情報を用いチュエータの性能測定実験を通して課題や改善提案
た．さらに中西ら25）は上肢リハビリテーション支援を行った．
装置に，柔軟性と安全性があり，出力重量比が高い
14）
畑山ら は，水圧用シリンダと水圧揺動アクチュ
空気圧シリンダを用い，リハビリテーション専門家
エータ，水圧比例弁を組み合わせた二自由度マニ
ピュレータのモデル化とシミュレーションおよび速度測定実験結果について報告した．
村木ら15）は，静圧案内で支持されたステージを空気圧ベローズで微動駆動する超精密位置決めシステ
ムを試作し，レーザースケールによる測定実験の結果から，良好な再現性を保ちながら0.01±0.9nmの位置決め精度と１nmの分解能が実現できることを示した．
山口ら16）は，ノズルフラッパ型空気圧サーボ弁を用いて圧力制御を行う時のPI制御系設計手法を提案
し，その手法の妥当性と有効性をシミュレーションと実験により明らかにした．
山本ら17）は，マッキベン型空気圧アクチュエータを複数本束ねてバンドル化することを想定したアクチュエータの小形化のため，金型により螺旋状の溝を有するゴムチューブを成型し，外径１㎜，内径0.5㎜，収縮部20㎜の細径マッキベン型アクチュ
エータを試作し，動作特性の測定結果を報告した．
岩田ら18）は，マッキベン型水圧人工筋を並列に組
み合わせて用いた重作業用の全方位湾曲高出力マニからこの装置の評価を行った．辻村ら26）は超精密位
置決め用アクチュエータとして，高速高精度な空気圧サーボ弁と多連型静圧軸受機構を組み合わせたシ
ステムを提案し，オープンループで位置決め分解能10nmを実現した．

4．お わ り に
会期中の二日目の午後には，金沢大学医薬保健研
究域教授の渡邊剛氏による「日本におけるロボット
心臓外科手術」と，コマツ取締役常務執行役員開発本部長の髙村藤寿氏による「建設機械における新技術の展望」と題する特別講演があった．渡邊氏は，
手術ロボットのダビンチを日本でいち早く導入し，高いロボット心臓手術の成功率を誇っている．驚くべきことに，難しいといわれる心臓手術の患者が，術後１週間程度で退院が可能で，ロボット手術は患者への負担がきわめて少ないとのことである．また
髙村氏は省エネルギーやハイブリッド，IT技術を駆使した建機の稼働管理システムなどの紹介を通じて，
建設機械メーカーとしてのグローバルな展開を紹介
し，フルードパワーの底力を感じさせてくれた．

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

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36

フルードパワーシステム

フルードパワー技術，特に油圧・水圧の液圧技術
は，重作業や建設機械，エネルギー関連技術への今
後のますますの発展展開が期待でき，また人間親和性の高い空気圧技術やマイクロ化に適した機能性流体は，医療や福祉機器・システムへのより一層の展開が期待できる．今回の日本機械学会年次大会では，基調講演や先端技術フォーラム企画，オーガナイズ
ドセッションで，多くのフルードパワーの研究や事例紹介が活発に行われ，フルードパワーの将来への幅広い展開を予感させる大会となった．なお2013
年度の年次大会は岡山大学にて開催される予定である．
参考文献
１）田中豊，フルードパワーアクチュエータの動向と将来像，
日本機械学会2012年度年次大会講演論文集DVD，No.
12‑1，K11500， 基 調 講 演，2012．（ 以 下， す べ て 同 じ
DVD論文集）２）浦井隆宏，フルードパワーシステムのエネルギー関連への技術展望，先端技術フォーラム
３）平岩秀幸，HSTフォークリフト，先端技術フォーラム４）竹村研治郎，マイクロフルードパワー源としての電界
共役流体，先端技術フォーラム
５）小俣透，流体を用いた手術機器，先端技術フォーラム６）川嶋健嗣，力覚提示機能を有する空気圧駆動多自由度
鉗子マニピュレータ，先端技術フォーラム７）早川恭弘，空気圧を用いた福祉介護機器の開発, 先端技
術フォーラム８）吉田和弘，三好智也，嚴祥仁，横田眞一，交流圧力源を用いた多自由度ERマイクロアクチュエータシステム,
J113015９）眞田一志，パワーアシスト椅子用アクチュエータの動作感応形制御，J113021
10）松永拓也，早川恭弘，俣野有毅，野口卓磨，人間親和性を有する介護移乗機に関する基礎研究，J113022
11）塚越秀行，森庸太朗，北川能，スライド式柔軟流体ア
クチュエータ：Λ-driveとその応用，J113023

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フルードパワーシステム

第44巻

第１号

12）三浦一将，桂誠一郎，MR流体アクチュエータによる環境再現システムの実現，J113024
13）赤澤翔，鳥居良介，鈴木健児，中尾陽一，水圧駆動用
90°回転型アクチュエータの性能評価，J113025
14）畑山敏毅，赤澤翔，鈴木健児，中尾陽一，水圧比例弁を用いた水圧シリンダ制御系のモデル化，J113026
15）村木雄飛，藤田壽憲，榊和敏，川嶋健嗣，香川利春，
空気圧ベローズを用いた静圧案内微動ステージの超精密位置決め，J113031
16）山口大裕，藤田壽憲，ノズルフラッパ型空気圧サーボ
弁の動特性を考慮した圧力制御，J113032
17）山本陽太，脇元修一，鈴森康一，和田晃，細径マッキ
ベン型アクチュエータの開発，J113033
18）岩田和大，鈴森康一，脇元修一，伸縮人工筋の放射状配置による全方向湾曲高出力ソフトマニピュレータ，J113034
19）今村恒彦，NGUYEN Vinh Xuan Thanh，金俊完，横田眞一，枝村一弥，MEMS技術によるECFマイクロレー
トジャイロの開発と性能評価，J113035
20）金俊完，宮川裕史，横田眞一，枝村一弥，マイクロチッ
プ 冷 却 用 環 状ECFマ イ ク ロ デ バ イ ス の 特 性 評 価，
J11303621）勝又大介，佐藤知弘，坂本誠，大野学，吸着ブレーキを適用したイモムシ型管内走行ロボット（吸着ブレー
キと体節を構成するベローズアクチュエータの特性），
G15005122）則次俊郎，塚村幸平，高岩昌弘，佐々木大輔，空気圧
ゴム人工筋を用いた腰部パワーアシスト装置，J027043
23）早川恭弘，上治卓也，鬱血防止マットの開発, J241041
24）北脇知己，藤長武士，小西有人，佐々木大輔，則次俊郎，
岡久雄，生体情報を考慮した起立動作評価法（空気圧
アクチュエータを用いたアシストウェアへの応用），
S15301225）中西祐貴，北川真一貴，土橋宏規，嵯峨宣彦，永瀬純也，
中本裕之，空気圧シリンダを用いた上肢リハビリテー
ション支援機器に関する研究，S154014
26）辻村修平，網干大樹，松岡敦，平山朋子，佐々木勝美，
超精密位置決め用多連型空気圧サーボ軸受アクチュ
エータの特性評価，S114015

2013年１月（平成25年）（原稿受付日2012年10月７日）

大橋

教

彰：おもしろ油圧機構

第10回

メカトロ油圧機器

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室

おもしろ油圧機構

第10回

メカトロ油圧機器することによって得られる．ポンプ吐出側に比例式
著

者

紹

介
おお

はし

あきら

大

橋

彰

油研工業
〒252‑1113 綾瀬市上土棚中４‑４‑34
E-mail：ak.ohashi@yuken.co.jp
1972年静岡大学大学院修士課程修了．1972年
油研工業入社．主に，油圧ポンプ・モータの開発，営業技術，商品企画，経営企画などの業務に従事．

絞り弁と流量のコンペンセータ弁がないことが，比例電磁式ロードセンシングポンプと大きく相違する．
流量は，斜板に取り付けた回転角センサ（ポテン
ショメータ）からの電圧信号と入力信号を比較し，偏差をなくす方向に斜板の角度を直接制御して調整する．同様に圧力は，搭載弁内の圧力センサからの信号との比較による．

１．は じ め に
油圧機器の巧みな機構を土台にして，電子制御機
器，センサ，制御ソフトなどを組み合わせた機器は，
メカトロ機器と呼ばれる．1970年代頃から比例電
磁式油圧機器としての実用化と普及が始まり，制御性，操作性の良さ，使いやすさなどが加味され，様々な製品群が出現した．本教室でも，比例電磁式
ロードセンシングポンプ2），比例電磁式パワーセー
ビング弁3）などを紹介した．今回は主として油圧ポ
図２ンプの斜板角制御と回転速度制御に関するメカトロ
油圧機器の作動原理と機構を解説する．

比例圧力･流量制御形ポンプ

２．ポンプの斜板角制御
図１〜３に，比例電磁式圧力･流量制御形ポンプの図記号，カットモデル，原理図を示す．
図１に示すように，必要な圧力と流量は，それらの入力電圧信号をポンプに搭載されたアンプに入力

図１

比例圧力･流量制御形ポンプ図記号

図３

フルードパワーシステム

比例圧力･流量制御形ポンプ原理図

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フルードパワーシステム

この方式は，ロードセンシングポンプがオープン
ループ制御であるのに対し，クローズドループ制御である．偏差信号はアンプ内で演算され，電流信号を比例ソレノイドに出力し，斜板角制御弁のスプー
ル変位に応じてポンプ可変機構を動かす．制御回路

して，サーボモータの回転速度制御であり，第３回2）で示した式⑴，および式⑵に基づく．
π d 2D tanαQth＝nqth＝nZ 4⑴p＝ 2πT⑵qthに電気的な不具合が発生した場合は，異常圧力が作式⑴は，斜板角αによって決まる押しのけ容積qth
用しないよう安全弁とコンペンセータ弁が作動する．
が一定でも回転速度nを制御すれば，等価的に流量
この結果，第３回2）の図10に示すように，優れた直線性やヒステリシス特性などが得られる．また，を調整できることを意味する．可変容量形ピストン
絞り弁による流量制御のような弁差圧分のポンプ圧力の上昇がないため，省エネ効果もあり最低調整圧
力も低く抑えられる．各センサからの電気信号を流量値（最大流量に対する%），圧力値（MPa）に換算してモニタ表示することもできる．
流量は，ポンプ回転速度に比例して変化することに注意を要す．誘導電動機で駆動する場合には，使用地域により電源周波数が異なるため，第３回2）の
図10下図のように，同一斜板角でも得られる流量が異なる．逆にこのことを利用して，圧力の上昇によるポンプの漏れ量増加や誘導電動機のスリップ量を推定して補うことも可能であり，圧力値をセンシングしているからこその特長である．

ポンプでなく，ギアポンプ，スクリューポンプなど
定容量形ポンプを使用する製品も多い．式⑵は，圧力pが入力トルクTと押しのけ容積qthによって決まることを意味している．
回転速度は図５のモータに付属するパルスジェネ
レータ（PG）により，圧力はポンプに搭載した圧力センサによってセンシングする．圧力制御の原理

は斜板角制御ポンプと同等で，斜板角に代えて回転速度変化により圧力補償制御を行なう．
一般に，油圧ポンプを駆動する電動機やエンジンには，出力動力と出力トルクに制限があり，最高圧
力かつ最大流量の高負荷状態では長時間使用できな
い．定馬力（定トルク）制御方式のポンプは，圧力の上昇に応じて流量（斜板角）を減らし，油圧負荷
３．ポンプの回転速度制御を軽減してエンジンのストールを防止するねらいが
図４は，サーボモータ駆動回転速度制御ピストンある．電動機も同様にトルク制限があり，サーボ
ポンプの外観であり，図５はシステムの構成図である． モータ駆動ポンプでは，圧力と流量の設定信号を許
流量・圧力の制御原理は，２章の斜板角制御に対容使用範囲内で入力する必要がある．
図６は，圧力‑流量特性の例であり，各工程の負荷が線図内となるような機種を選定する．ここで，たて軸の流量は回転速度に，よこ軸の圧力はトルクに対応する．

図４

サーボモータ駆動ポンプとコントローラ
図６

サーボモータ駆動ポンプの特性例①は最大斜板角にて連続使用可能な領域，②は斜板角を制限して連続使用可能な領域の例，③は短時間使用が可能な領域を示す．①と③のコーナ部の放物線は，油圧動力が一定となる圧力と流量の値である．また，①の斜板角設定ではモータのトルク定格から連続使用圧力が５MPaに制限され，②では21MPaまで可能なことを示している．②は斜板角を小容量側に切換え，小流量かつ高圧力で使用する工程に適用
図５

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サーボモータ駆動ポンプのシステム構成

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第44巻

第１号

される．この２容量形ポンプは，プレス装置や射出成

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大橋

彰：おもしろ油圧機構

第10回

メカトロ油圧機器

39形機などにおいて，高圧の保圧時間が長い使用条件に適し，比較的小出力のサーボモータが選定できる．

ダの一軸制御を行なう簡易サーボシステムである．
ポンプとシリンダは閉回路を構成し，ポンプ・モー

回転速度制御ポンプシステムの特長は，省電力・省エネかつ低発熱である．負荷の必要とする流量に応じた回転速度を調整することから，低負荷時でも誘導電タはリザーバと一体である．シリンダ位置は位置センサにより，回路圧力は圧力センサによりそれぞれ
センシングする．回転速度制御のフィードバック信

動機を定格回転速度で運転するロードセンシング制御
ポンプや斜板角制御ポンプの場合に比し，損失動力も低減でき低発熱につながる．また，サーボモータは広号は，サーボモータに付属するPGにより得られる．
３章のシステムとの違いは，双方向回転ポンプを使用した閉回路であり，ポンプの正逆転によりシリンい回転速度範囲にわたる高応答運転が可能なため，油圧の静的高精度，動的高応答性を実現できる．
一般にサーボモータは高速で駆動するため，誘導ダを押し引きする．サーボ弁・比例弁制御のような圧力損失は発生せず，負荷に必要な流量（回転速度）の制御を行なうため動力損失も少なく省エネ運転が電動機を使用する場合と比べ，小容量のポンプで大流量が得られることも小形化のメリットとなる．油圧駆動に適した高トルク形サーボモータの開発なども活発に行なわれている4）．

できる．特に圧力制御中は，回路の内部漏れを補うだけのポンプ流量で済み，低発熱，低騒音である．

５．お わ り にポンプシステムのほか，図９に示すアンプ搭載形
制御弁や，サーボ弁を油圧モータやシリンダに搭載

４．サーボドライブシステム
図７に，サーボモータ駆動ポンプにより，油圧シ
リンダの速度･圧力･位置制御を行なうシステムの構成を示す．図８はパッケージ部の断面である．
このシステムは，サーボ弁を使用せずにポンプの双方向（正逆転）回転速度制御により，油圧シリンしたシステムもメカトロ油圧機器といえる．

図９

メカトロ油圧制御弁類

メカトロ機器は，比例ソレノイド，トルクモータ，
リニアモータ，ステッピングモータ，サーボモータなどの電気−機械変換要素とセンサ，アンプを含む制御機器とソフトウエアの電気的制御が特徴である．
油圧の優れた増幅機能をより一層引き出して特性を改善し，通信機能などを付加したシステムもあり，
図７

サーボドライブシステム

用途を拡大している．
油圧補償弁の弁要素がセンサに置き換わった原理などがお分かりいただけただろうか．
参考資料
１）全般：油研工業カタログ，作動原理図集２）大橋：おもしろ油圧機構 第３回 比例電磁式ロードセン
シ ン グ ポ ン プ， フ ル ー ド パ ワ ー シ ス テ ム，Vol. 42，
No. 5，p. 300‑303（2011）３）大橋：おもしろ油圧機構 第５回 流量制御弁，フルード
パワーシステム，Vol. 43，No. 1，p. 40‑42（2012）４）大場：サーボモータ駆動油圧ポンプとその制御，フルー
ドパワーシステム，Vol. 41，No. 4，p. 192‑195（2010）

図８（原稿受付：2012年８月９日）

パッケージ部断面

フルードパワーシステム

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第１号

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フルードパワーシステム

教室

おもしろ空気圧「イオナイザ」

著

者

紹

一般的な帯電メカニズムとしては次のようなもの
がある．

介
こ

つじ

かず

お

小

辻

一

雄

株式会社コガネイ〒184‑8533 東京都小金井市緑町３‑11‑28
E-mail：kotsuji-ko@koganei.co.jp
1986年株式会社コガネイ入社．
主に流体機器，空気圧機器，静電気対策機器の開発に従事．

○接触帯電：２物体を接触させるだけで起こる帯電○摩擦帯電：摩擦による帯電○転がり帯電：回転体が他の物体の上を転がったときに起こる帯電○剥離帯電：接触面の分離による帯電，剥離速度が速いと帯電量大○噴出帯電：高圧ガスや液体の噴出に伴うノズルな
どとの摩擦による帯電
1．静電気問題○誘導帯電：静電誘導によって生じる帯電，接触さ静電気問題として，冬場の乾燥した時期にセーせずに帯電する
ターを脱いだ時や車から降りる時などに痛い思いを
いずれも物体の移動，相対位置の変化と密接な関した経験があると思う．その静電気による問題は， 係にあることがわかる．したがって製造工程におけ産業の中では製品の歩留りを向上する上で深刻な問る静電気対策においては，ワーク自身の静電気に対題であり，その対策は欠かせない課題となっている． する特性だけではなく，ワークおよびワーク周辺にたとえば，情報化社会の発展を支えるパソコンや携存在する稼動部との位置関係を十分に考慮して，効
帯端末，デジタルカメラなどの情報化機器は，その果的な静電気対策を考える必要がある．
機能性を高め進化し続け，これらの機器に搭載され静電気対策の基本は，帯電防止・抑制と除電，するCPＵや各種半導体メモリ，HDD，CCD，LCDな
なわちいかにワークに問題となる電荷を蓄積させな
どの電子部品，電子機器も高速化，高集積化，大規い工夫をするかということと，もしも蓄積してし模化を余儀なくされている．その一方でダウンサイ
まった場合にいかに効果的に電荷を取り除くのか，
ジングと省エネという課題も満足しなければならな
この二つの課題がある．
い．これらの製品，部品の製造工程では静電気障害
帯電防止・抑制にはワークおよび装置の材質，湿による多くの問題が発生している．
度などエリアの環境，アースの取り方などの検討が静電気現象による障害は，大きくつぎの三つの要因に分類することができる．
○静電気放電（ESD）による部品，製品の損傷○静電気放電により発生する電磁波の影響（EMI）○静電気力（クーロン力）によるゴミの付着および製品の汚染，またシート状製品やガラス基板の帯電による搬送異常製造工程におけるこれらの現象はいずれもワークの帯電が起因している．このワークに対して，治具やゴミとの電位の差が放電や吸着といった現象を引き起こすこととなる．
ワークが帯電する多くの場合，搬送時に帯電することが多いが，静止状態であっても帯電している場
合があるので，注意が必要である．

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フルードパワーシステム

第44巻

第１号

必要であり，蓄積してしまった帯電を取り除くにはイオナイザによる電荷の中和が効果的である．また，イオナイザを常時用いることにより事前にワークの帯電を予防することができる．

2．イオナイザの原理
2.1 イオンの発生方式
静電気障害対策のひとつの方法として，イオナイ
ザによる除電は非常に効果的である．
前述のように静電気による障害発生のメカニズム
はワークの材質，形状などワーク自身の特性とともに，ワークの相対的な移動と密接な関係にあるため，工程に合致した機種選定と設置および使用が必要である．

2013年１月（平成25年）

小辻一雄：おもしろ空気圧「イオナイザ」

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イオナイザによるイオンの発生には図１に示すよ
うに種々の方式があるが，機器の取扱いの容易さか

ターが大きければ帯電電圧は高くなる． すなわちイオナイザの周波数が低く電荷が大きいほどイオナ

らコロナ放電式イオナイザがもっともよく用いられている．
コロナ放電式イオナイザは，針状の放電電極へ高イザから放出される正・負の電荷による帯電の危険性が高くなる．当初のワークの帯電を中和した後，イオナイザからのイオンクラスターが大きすぎるた

電圧を印加し，放電電極先端での電界集中により空気を絶縁破壊し電離させることにより，プラス（正）とマイナス（負）の空気イオンを生成するものであ

めに逆の極性に帯電させてしまうことがあるため，
特に静電破壊電圧の低いワークの除電にはイオナイ
ザの選定に注意が必要である．

る．

３．イオナイザの種類
3.1 イオナイザの種類
イオナイザに必要とされる性能の一つには，帯電したワークの静電気をいかに早く中和するかという除電性能があり，その評価はチャージプレートモニ
タという測定器を使い評価するのが一般的であるが

図１

イオン発生方式による分類

2.2 除電メカニズム
静電気を中和する除電メカニズムとしては，図２に示すように放電電極の電界により生成されたプラス（正）とマイナス（負）の空気イオンは，圧縮空気あるいはファンの送風により帯電しているワークへと搬送される．このときワークがプラス（正）に帯電しているとすれば，マイナス（負）の空気イオ
ンは，クーロン力により引き付けあい中和する．プラス（正）の空気イオンは，クーロン力により反発
しあい空間へと放出される．

ここでは詳細な説明は省く．
イオナイザの除電性能を向上させるためには，発生した空気イオンを効率よくワークへ搬送することが必要である．
その方法として，圧縮空気を使い空気の流れに空気イオンを乗せて搬送するものと，電動ファンを用いてファンの風の勢いで搬送するものがある．
圧縮空気を使い空気イオンを搬送するタイプの用途には，ワークの静電気を中和する除電用途と静電気によってワークに張付いたゴミを取り除く除塵用
途がある．
また，イオナイザのタイプとしては，複数個の放電電極を並べ幅広い除電範囲を有する図３の「バータイプイオナイザ」，除電および除塵用途に使われ，さまざまな形状のノズルから空気イオンを噴出しス
ポット的に除電を行うことができる図４の「ノズルタイプイオナイザ」，そして，静電気により張付いたゴミの除去に使用する図５の「ガンタイプイオナ
イザ」がある．

図２

除電メカニズム

このとき，ワークは搬送されてくるプラス（正）とマイナス（負）の空気イオンによりプラス（正）とマイナス（負）の帯電を繰り返す．イオンクラス
フルードパワーシステム

図３

第44巻

バータイプイオナイザ

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フルードパワーシステム

そのほか，電動ファンの風を利用して空気イオンを搬送し除電を行う「ファンタイプイオナイザ」が有効である．
また，ゴミを除去する際にイオンを搬送する圧縮ある．

空気を間欠で吹き付けることにより，ワークに付着しているゴミを剥がす効果が上がり，ゴミを効率よく除去することができる場合がある．
図６に示すようにワークが固定または一定方向に移動しているような工程では，圧縮空気を間欠に吹き付けること（間欠イオンエアブロー）により除塵効果が向上する．

図４

ノズルタイプイオナイザ

図６

間欠イオンエアブローのイメージ図

４．静電気対策
ここに紹介したイオナイザによる除電，除塵以外にも，静電気障害の問題と対策方法は種々あり，特に静電気による帯電においては，むしろイオナイザ
図５ ガンタイプイオナイザの使用は静電気対策の方法のひとつとして考える必要がある．また，帯電現象および放電現象による静電気障害は，対象物のみならず環境も含め対策を講
3.2 イオナイザの使用
イオナイザの種類には，形状やイオンの発生方法， じることが重要である．
イオナイザによる静電気障害の対策は非常に有効イオンの搬送方法などの違いによる各種タイプがあ
な場合がある．しかし，使用方法を誤るとイオナイ
り，使用する用途により適切なものを選定し使い分ザの効果が出ないばかりか逆にワークを危険にさらける必要がある．
すことにもなりかねない．イオナイザを使用する際
圧縮空気を利用するイオナイザの一つの用途としてワークに張付いたゴミの除去がある．ノズルタイ
プイオナイザやガンタイプイオナイザでは，圧縮空気が噴出する勢いを利用してワークに付着したゴミを除去すると共に，静電気で帯電しているワークの除電を行い除塵と除電を同時に行うことができる．
圧縮空気のみで付着したゴミを除去することも可能であるが，ワークが帯電しているとゴミの再付着が発生するため，イオナイザを使用することによりワークのゴミを取り除くと同時に除電を行うことが42

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

は，それぞれの特性を生かした機種選定とイオナイ
ザの効果が失われないような設置方法を検討する必要がある．また，イオナイザを設置した際の効果を確認しておく必要がある．
参考文献
１）静電気学会：静電気ハンドブック（1998）2013年１月（平成25年）（原稿受付：2012年10月１日）

高橋

教

勉：入門講座「流体力学」 第３回：噴水はどこまで上がる？

43

室

入門講座「流体力学」 第３回：噴水はどこまで上がる？

点は質量のみで大きさのない物体であり，平行移動
著

者

紹

介
たか

はし

つとむ

高

橋

勉

長岡技術科学大学工学部〒904‑2188 新潟県長岡市上富岡町1603 １
E-mail : ttaka@nagaokaut.ac.jp
1989年東京理科大学大学院理工学研究科博士後期課程修了．同大学助手，長岡技術科学大学
工学部助手，助教授，准教授を経て，2011年同
大学工学部教授，現在に至る．複雑流体力学，
レオ・オプティクス，流体関連振動の研究に従事．日本機械学会などの会員．工学博士．

1．は じ め にいよいよ流体の運動について勉強を始めよう．流体の運動を理解するということは何を求めれば良いのであろうか，それを求めるにはどんな考え方や式が必要なのだろうか．まずはまさつを無視できる流体（理想流体）の流動を検討しよう．皆さんよくご存じの質点および剛体の力学と流体の力学の類似点，相違点を考えながら流体力学の考え方の基礎を学んでいただきたい．

2．流れ場を表す４つの次元と４つの物理量のみを議論すればよい．質点の速度の時間的な変化
v t）
（
（v（t）
, v（t）, v（t））がわかれば移動する軌跡や
xyz
加速度も算出できる．剛体とは大きさはあるが変形しない物体であり，図１（b）に示すように重心位,
置 の 平 行 移 動 に 加 え て 回 転（ 角 速 度ω（t）
（ω（t）
x
ω（t）
, ω（t）））を考慮しなければならない．
yz
それでは流れ場を理解するには何を求めれば良いであろうか．第２回の講座で学んだとおり質点や剛体の運動はひとつの物体の運動を時間とともに追いかける方法，ラグランジュの見方により観察する．
これに対して流れ場ではオイラーの見方，すなわち時刻と場所の関数として各種の物理量を取り扱う．
オイラーの見方では速度 v の３つの成分（vx, vy, vz）
はそれぞれが時刻と場所の関数として表される．
vx＝ vx（t, x, y, z），vy＝ vy（t, x, y, z），
vz＝ vz（t, x, y, z）⑴
剛体の運動で考慮した回転（角速度）は流れの場において必要な物理量であろうか？流れにおいて回転は「渦」という現象に関係し，きわめて重要な因子のひとつである．しかし，剛体と異なり形が不定である流体の回転は単純に角速度で表すことはでき
ず，回転の中心も無数に発生する．このため，流れの中の回転は渦度という指標で評価する．渦度は空流れ場について考える前に単純な仮想物体である

間的な速度差より算出されるため速度分布（式⑴）がわかれば求めることができる．渦度は少しややこしい概念なので次回以降に解説する．
流れ場を理解するには速度以外に必要な情報はあ

質点と剛体の運動について確認しよう．物体の運動
は移動（平行移動，回転）と変形に分けられる．質るだろうか．温度，密度，流体や壁面に作用する応力なども流れ場に関係する物理量だろうか？

問題3 1：流れを完全に理解した，というためには何を求めればよいか？

液体は通常，非圧縮性の物体として取り扱う．気体は密閉容器内で圧力を加えると圧縮するが，風のような自由な流れや停まっている空気の中で移動する物体のまわりの流れにおいて圧縮の効果が現れるのは超音速に近い高速の場合に限られる．普段の生活で目にする流れ場では気体であっても非圧縮性と
⒜

質点の運動

図１

⒝

剛体の運動

質点および剛体の運動を表す物理量

して取り扱うことができ，流体の密度は定数となる．
また，非圧縮性であれば外部からの加熱・冷却がな
いかぎり温度変化を考慮する必要もなく，温度の関

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フルードパワーシステム

数である流体の粘度もこの場合は定数として扱える． ものとして無視することができる．定常な流れ場を
流体内部や流れに接する壁面に作用する応力は本講対象とする場合は時間的な変動を無視できるので次座第１回で学んだニュートン流体の構成方程式であるニュートンの粘性法則を用いれば速度分布から算出することができる．では，圧力はどうであろう？

元の中からtを無視することができる．たとえば，
水の二次元定常流動状態を理解するためにはv（y）
xとP（x）のみを求めればよい（詳細は次回に説明予圧力は面に垂直に作用する応力（法線応力）と等価であるが，流動により誘起される法線応力と大気圧に代表される静圧（運動状態とは無関係に流体に作定）．
このように，対象とする流れをよく観察すると４つの次元，４つの物理量のいくつかを無視できる場

用する周囲からの圧力）は別のものであり分けて考慮すべきである．魚は海の表面近くでも深海でも同じように泳ぐことができる．つまり，遊泳に関する合があり，未知数や次元を減らすことで解析を簡単化することができる．

3．流れの問題を解くツール

流体力学は静圧の大小に影響されない．一方で，水流れに関係する物理量が流速と圧力でありこれら
深が下がると静圧が上がり圧迫される．底に穴のあを求めればよいことはわかったが，解析にはその関いたバケツに水を入れると水位が高いときには勢いよく水がもれ，水位が下がると漏れ量も小さくなる． 係式が必要である．代数学で学んだとおり問題を解
くには未知数の数だけ方程式が必要になる．そこで水位は底にかかる静圧に関係することから圧力が流つぎに流れの問題を解くための方程式を導こう．
れ場（この場合は漏れ量）に影響することは容易に予想できる．つまり，圧力は速度分布から予測可能である応力とは分けて検討しなければならない流れに関する物理量のひとつであり，オイラーの見方では速度と同様に４つの次元の関数として表される．
P＝P（t, x, y, z）⑵
式⑴と式⑵を合わせて，図２のように流れ場は４つの次元（t, x, y, z）と４つの物理量（vx, vy, vz, P）

問題3 2：一般力学においてよく用いられる保存則を3つ述べよ．

流れの問題に限らず自然科学においては保存則を用いて基礎方程式を得ることが多い．力学における基本的な保存則は「質量保存則」，「運動量保存則」，
により表すことができる．言葉で定義すると「流れ 「エネルギ保存則」の三つである．質点の力学の基
場の中の任意の座標と任意の時刻を指定したとき， 礎方程式もこれらの保存則より導かれている．これ
その位置における速度ベクトルと圧力が答えられるらと比較しながら流体力学に関する基礎式を求めて状態にあれば流れを完全に理解したといえる」となみよう．
る．
もっとも単純な流れ場として，まさつを無視できる流体（理想流体）のパイプ内の定常流動を考える．
図３のように途中で直径が細くなる円管流路の定常流れを例としよう．まさつを無視すると流体は壁で滑ることから流れに垂直な断面では半径方向のどの位置でも速度は同じとなる．流れの速度成分は軸方向（x）のみとなり，時間的変化もないことからvx
は流れ方向の位置に関する関数v（x）となる．圧力xも同様である．これより，この流れ場は一次元定常

図２

流れ場を表す４つの次元と４つの物理量本講座第２回において物体の運動を次元と定常・非定常で分類することで問題を簡単にできる場合があることを学んだ．流れの問題でも一次元や二次元で表すことが可能な場合がある．このとき式⑴，式⑵で示した流れに関係する４つの次元のうち１個ないし２個の次元および速度成分を現象に影響しない

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図３

理想流体の一次元定常流動

高橋

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勉：入門講座「流体力学」 第３回：噴水はどこまで上がる？

流動として取り扱うことができると考える．
vx＝ vx（x），vy＝ vz＝０，P＝P（x）⑶
いま，１秒間にQ［㎥］の流体が流れているとし
よう．Qを体積流量という．ある位置x1に注目するとこの断面を１秒間に体積Qの流体が通り過ぎることになる．この断面における平均的な流速U（x1）はQをこの位置における断面積A（x1）で除すればよい．
U（x1）＝Q/A（x1）⑷

ルギと予測できる．単位をチェックしてみよう．流
体の持つ運動エネルギと位置エネルギの単位は，
2
1 2
N・m
k㷅 m
k㷅 m
J
= 3
ρv , ρ㷅 h ∼ 3
or 3 2 m =
m3
m s
m s
m
2

≈

[ ( )] [
[ ]

][

][ ]

N
= [Pa] ∼ P
m2⑻のように単位体積あたりのエネルギ［J/㎥］で表さ軸方向の速度v（x（x1）と等x1）は断面の平均流速Uれ，これは圧力の単位［Pa］と同じであることがわかる．これより式⑺の質点のエネルギ保存則を単位体積あたりの流体のエネルギ保存則として書き直しい．

すと以下のようになる．

断面にわたって流速は一定であるから，x1における

つぎに，断面x2での速度を考える．x2では断面積がA（x2）に変化している．では速度はどのように求まるであろうか．この管路は途中で水漏れやまわり
からの流れ込みがないので，x方向の位置が変わっても１秒間に流れる流体の質量は一定に保たれなくてはならない．つまり，質量保存則が成り立つ必要がある．流体は非圧縮としているので密度は不変であり１秒間に流れる質量が一定なら体積も一定となる．つまり，どの断面においても１秒間に流れる流体の体積はQであり，位置x2における流速v（x
x
2）は
v（x
）
＝U
（x
）
＝Q/A
（x
）
⑸
x
2
2
2

ρ㷅 h +

1 2
ρv + P = 一定
2⑼

なんだかトリックのようであるので，具体的な例を挙げて考えてみよう．
問題3 3：図4⒜〜⒟に示すように質量mの質
点，剛体，垂直なパイプ内および底に穴のあいたタンク内に保持された密度ρの理想流体がある．それぞれ
時刻t＝0において重力により落下を開始する．そのときx1の位置で観察される各物体（流体）の速度を求め
よ．

となる．式⑶と式⑷より，流量Qと断面積A（x），流速v（x）の間には以下の一般的な関係が成り立つ．
x
Q＝AU＝一定⑹
式⑹はまさつを考慮しない流体の一次元流れにおける質量保存の法則を表すものであり「連続の式」とよぶ．
つぎにエネルギ保存則の適用を検討しよう．質点の力学では位置エネルギと運動エネルギの和が等しいことを学んだ．質量m［kg］の物体が速度v［m/s］
で垂直上方に投げ上げられるとき，時間経過にかかわらずある瞬間の物体の高さhと速度の間には以下の関係が成り立つ．
m㷅 h +

1
2
mv = 一定2⑺

ここで，㷅 は重力加速度を表す．これを流体の力学に置き換える場合，質点と異なり流体は連続していることから質量の代わりに単位体積あたりの質量，すなわち密度ρ
［㎏ /㎥］を用いる．図３の例では
位置x2において断面積が減少し流速が高くなることから運動エネルギが大きくなる．x1とx2の位置で流体の持つエネルギが保存されるためには増加した運動エネルギと同等の何らかのエネルギ低下が生じなければならない．この管路が水平に設置されているとするとx1とx2の位置では流体の持つ位置エネルギ
は変化しない．流れを表す物理量が速度と圧力であることから，低下したエネルギは圧力に関するエネ

図４

固体・流体の重力による落下，流出

図４（a）に示す質点は時刻tにおいてx0の位置にあり，重力加速度㷅 により落下する．位置x0とx1での速度をv0，v1とすると，式⑺に示したエネルギ保存則より各位置でのエネルギは以下のようになる．
m㷅 x0 +

1
1
mv 02 = m㷅 x1 +
mv 12
2
2

⑽

v0はゼロであり，x0とx1の距離をhとすると，式⑽よりx1における質点の通過速度は以下のようになる．
m㷅 ( x0 −x1 ) =

1
2
mv 1
2

∴ v1 = 2㷅h⑾
ラグランジュの見方では質点は時間とともに加速しながら落下するが，位置x1において物体の通過速度を観察している人にとっては時刻が経過しても何も起こらず，ある瞬間に物体が速度 2㷅hで通過したよ

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うに見える（図５参照）．
図４（b）の剛体（長さh）の場合は，落下運動は平行移動であるので重心に全質量が集中している質点の運動と全く同等になる．すなわち，剛体が距離hだけ落下するときその落下速度は 2㷅h で与えられる．しかし，位置x1で観察している人は質点の場合とは異なり落下開始時刻 t＝０から目の前を物体がρ㷅 x 0 +1
1
2
2
ρv 0 + P0 = ρ㷅 x 1 +ρv + P1 =2
2 1

ρ㷅 x 2 +1
2
ρv + P22 2⒀

タンクの底の壁面は薄くx1とx2は高さの差が無視できるとするとx0−x2 ＝ hとなる．タンクの水位がほとんど動かないとするとx0とx1では流速はゼロといえる（v0＝v1＝０）．大気の圧力を無視するなら，移動しているのが見えており，図５に示すようにその速度はゼロから時間とともに増加するはずである． 開放されて大気と接している位置x0とx2では圧力はx0にあった剛体の上端がx1を通過する際の速度は大気圧と同値でありゼロとおける．x1を基準の高さ2㷅hとなる．
（x1＝０）とすると式⒀は以下のようになる．
図４（c）はまっすぐなパイプに長さhの範囲だけ理想流体が満たされている．まさつを考慮しなくてよいので流体は質点や剛体と同様にパイプの中を変ρ㷅 h = P1 =

1
ρv 2
2 2

⒁

これより，穴から流出する流速v2は 2㷅hとなる．こ形せずに重力により滑り落ちる．形が変わらないので剛体の運動とまったく同じと考えてよい．すなわ
ち，位置x1において観察している人は流体の速度が時刻tとともに増加し，流体の上端面が通過する瞬間の速度は 2㷅hに達する，と感じる．
図４（d）はタンクに流体が蓄えられており水面からhの深さの底面に穴があいている場合である．図４（c）との違いは，タンクの断面積に対して穴の面積が小さければわずかな時間であれば水面が下がらないと仮定できること，そして穴を通過する流体が変形を伴う「流動」をすることである．水面が下がらないと仮定できるなら流体全体の重心に相当する
位置は移動せず，穴から流出する流体の速度は質点・剛体の運動では説明できない．では，なぜ流体は穴から流れ出すのであろうか．タンクの中の流体は重力により下に引っ張られており，それをタンクの底面が落ちないように支えている．底面に作用すの結果は図４（a）の質点の落下速度とまったく同じ

る力は流体の全質量と重力加速度の積である．タンクが底面の面積Aの筒であるとするとタンク内の流底面の流体は水面から落下してきた質点が持つ運動
エネルギと同等のエネルギを圧力として保持してい体の全質量はρAh［㎏］と表される．したがって底面に作用する力FはρAh㷅 ［N］となる．タンク底面に作用する圧力P1は底面に作用する単位面積あたりるのである．このため，質点や剛体と異なり位置エ
ネルギを運動エネルギに転換するためにわざわざ水面付近の流体が底まで運動する必要がなく，栓を抜
くと底面付近の流体が持つ圧力が時間遅れなく運動の力なのでF= ρ㷅 h [Pa]P1 =A

である．つまり，容器の穴から流出する流体の流速は水面から穴まで質点を落下させたときの到達速度と同じとなる．これを「トリチェリの定理」という．
ところで，図５に示すように質点や剛体が落下によりこの速度に達するにはそれぞれ距離hを落下するだけの時間経過が必要となる．これに対して容器の底に空いた穴から流出する流体の速度は穴を空けた瞬間，たとえば穴に栓をしておいて栓を抜いた瞬間にこの速度に達する．図４（c）のように変形しない流体の運動なら質点や剛体の運動とまったく同じ
考え方でよいが，流動する流体の場合には圧力という新たな物理量を導入することが必要となり，これが栓を抜いた瞬間に 2㷅hという速度が発生するという現象の理由となる．すなわち，静止した（運動エ
ネルギがゼロの）状態でも深さにより位置エネルギと圧力の間にエネルギ保存則が成り立ち，タンクの⑿と表される．ただし，大気圧は無視する．
穴から流出する流体の速度を計算するには式⑼を用いて各位置でのエネルギの比較を行う．比較を行う位置として，流体の上端面x0，タンクの内側の底面x1，および流体が流出するタンクの底面の外側x2の３カ所を検討してみよう．
図５

46

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位置x1における物体（流体）の通過速度の時間変化．
質点・剛体は手を離した瞬間を，流体は栓を抜いた
瞬間をt＝０とする．

2013年１月（平成25年）

高橋

勉：入門講座「流体力学」 第３回：噴水はどこまで上がる？

エネルギに転換されて瞬時に所定の速度で流出す
る．

4．噴水はどこまで上がる？

47

指を離して流体が噴出するとき，チューブから流出した直後の噴流の直径はチューブの出口と同じである．つまり，連続の式から噴流の速度v4はチュー
ブ 内 の 速 度v3と 同 じ で あ り， さ ら に タ ン ク か ら
チューブに入ったところx2での速度v2とも同じとな

式⑼はある位置（状態）における流体が持つエネ
ルギの総量を表し，それがどの位置でも保存される

る．v2，v3，v4が同じ速度であることから運動エネ

こと，すなわち流体力学的エネルギ保存則を表すものである．この式を「ベルヌーイの定理」という．
パイプの中の流れや噴流の運動などは連続の式とベルギも等しい．x4では圧力は大気圧のみでこの場合ゼロとおけるので，x1で流体が持つ圧力がx2 〜 x4の位置ではすべて運動エネルギに変換される．理想流

ルヌーイの定理を用いることで簡単に流速や圧力を
体は管内面をまさつなしで滑るためチューブは流れ知ることができる．では，今回の表題に掲げた問題， のガイドとして作用するだけであり，チューブの中
噴水について考えてみよう．
の流れは問題3‑3（c）のようにたとえ曲がりくねっ
問題3 4：図６に示すようにタンクに理想流体が水深hとなるように満たされている．タンクの底に穴を空けチューブを取りつけた．チューブの出口は底面と同じ高さであるが出口は（a）
真 上，（b） 斜 め45度 上 方，（c） 真
横を向いている．チューブから噴出する流体が描く軌道を求めよ．

図６

チューブから噴出する流体の軌道問題3‑3（d）のタンクの底の穴からの流出問題と流体の上端面x0からタンクの内側の底面x1までは同じであるが，底面の穴にチューブが取りつけられており先端（出口）が底面と同じ高さとなるよう設置されている．タンク底面からチューブに入ったとこ
ろをx2，チューブ内の出口手前をx3，チューブからたチューブでも位置エネルギと運動エネルギだけを考慮すればよく圧力は変化しない．また，チューブの出口の向きが図６⒜〜⒞のように変わっても，チューブを出た直後の噴流の速度v4は変化しない．
v4は水深hのみの関数となる．空中を飛ぶ噴流は紐のようにつながって移動するが曲がった軌道においても変形に対してエネルギ損失が生じない．重力以
外の力を受けず圧力も大気圧で一定なので，軌道は質点の飛翔軌跡とまったく同じとなる．⒜の垂直上方に出口を向けたチューブの場合は運動エネルギがすべて位置エネルギに変換される位置，すなわち噴流の最高到達点はもとの水面と同じ高さx0となる．
角度が付くと噴出速度の垂直成分が角度に合わせて減少するため噴流の到達点は下がる．噴流の軌道は放物線を描く．質点の力学の知識を用いて計算してみて欲しい．

5．さて，次回は？
以上のように噴水やパイプ内の流れに関して圧力噴出した直後をx4の位置としよう．チューブの出口と速度の関係を簡単な式で予測することできた．しかし，これで十分だろうか．今回の説明に現実の問題と合わない部分はなかっただろうか．疑問が何もわかなかった方はぜひ，疑いの目を持ってもう一度読んでいただきたい．ここまで信じて読んでいただ

を指でふさいで流れないようにすると，すべての位
置で流速がゼロとなり圧力と位置エネルギの関係だ

いた方には大変申し訳ないのであるが，現実世界はもう少し複雑で厳しい．次回の本講座のタイトルはけで表される．タンク底面を基準の位置とするとx0では位置エネルギがρ㷅 h，x1からx3はいずれも高さゼロであり位置エネルギはゼロとなり圧力Pのみの「『噴水はどこまで上がる？』のウソ」を予定している．

状態となっている．すなわち，チューブ出口部内側
x3では圧力P＝ρ㷅 hである．

（原稿受付：2012年10月20日）

フルードパワーシステム

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2013年１月（平成25年）

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48

フルードパワーシステム

トピックス

油空圧に関するISO活動の現状

著

者

紹

介

は，最近のISO活動について報告する．
ち

ば

まこと

千

葉

誠

一般社団法人日本フルードパワー工業会〒105‑0011 東京都港区芝公園３ ５ ８
1972年上智大学大学院理工学研究科修士課程修了．一般社団法人日本フルードパワー工業会．ISO/TC131/SC7国際幹事．日
本フルードパワーシステム学会会員．

1．は じ め に
1968年９月，フランスおよびアメリカから国際
標 準 化 機 構（International Organization forStandardization：ISO）内に油圧・空気圧機器に関す る 新 規 専 門 委 員 会（TC：Technical Committee）の設置提案があり，翌1969年７月にISO中央事務局
からTC131（Fluid Power Systems）の創設が認められ，アメリカが幹事国に推薦された．これを受けて日本はP（Participation）メンバーとして参加する旨をISOに回答するとともに，10月に油圧・空気
圧機器業界，官庁，学界を包括するISO/TC131国
内対策委員会を編成した．
1970年９月のTC131第１回総会において，分科委員会（SC：Subcommittee）およびその下部組織としてテーマごとの作業グループ（WG：Working
Group）の構成が決められ，日本はSC1（用語・分類及び記号；現在はWGに分解）の幹事国に推薦され，引き受けることになった．その後，1996年にアメリカのSC7と幹事国を交換し，SC7の幹事国として現在に至っている．
1995年１月に発効されたWTO/TBT協定によって各国は自国の国家規格を制定・改正する際は，国際規格を基礎として用いることが求められるようになり，わが国におけるISO規格の位置づけが大きく変わった．これに対処するために，再び組織だった対応が求められるようになった．そのため，1996
年からは，担当する油空圧システムに関連するISO/
TC131の各WGのエキスパートを固定し，継続して
会 議 に 出 席 す る よ う に 体 制 を 整 え た． さ ら に，
1998年には標準化委員会の傘下にISO国内対策部会を設置し，活動の強化を図ってきている．ここで48

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2．活動状況
表１に油圧・空気圧関連のISO組織表を示す．各
TCはSCおよびその下部組織としてのWGから構成される．SCがないWGは油空圧全体に関連することからTC131の直轄下に置かれていることを示す．
各SCを担当する幹事国が決められており，SCの議事を進行する者を議長（Chairman）,WGの議事を進行する者をコンビーナ（Convener），WGを構成する各国を代表する委員をエキスパート（Expert）と呼んでいる．
なお，ISO規格制定への審議過程は，NP（提案段階）→WD（作業部会段階）→CD（分科委員会段階）→DIS（ISO規格案）→FDIS（ISO規格最終案）
を経て規格発行へとつながる．
以下に各SC，WGの活動状況の概要を述べる．
2.1 TC131/WG1アキュムレータ
アキュムレータの規格には，気体式アキュムレー
タ に 関 す るISO 5596，ISO 10945，ISO 10946の３件の規格がある．
現在フランスは，欧州規格EN 14359を基にした
気体式アキュムレータの材料，設計基準，試験方法，
安全対策などを含む総合規格ISO/NP 16920を提案
し，各国が分担して原案作りを行い，現在WD段階にある．
2.2 TC131/WG4空気圧機器の信頼性試験
2004年に始まったこの作業部会は，2007年にISO 19973 ４部作（Part １，Part ２，Part ３，Part４）を発行した．これらのISO規格は，JIS B 8672
空気圧―試験による機器の信頼性評価シリーズ（第１部：通則，第２部：方向制御弁，第４部：減圧弁）として発行された．現在，これらのISOシリー
ズ は 見 直 し に 入 っ て お り， 新 た にPart５ と し て
チェック弁やシャトル弁などに関する規格を加えた５規格がDIS投票段階に来ている．
2.3 TC131/WG5図記号
2006年にISO 1219-1（図記号）の改正版を発行した．

2013年１月（平成25年）

千葉

表１

ISO/TC 131油圧・空気圧システムの組織表

2012年８月現在
ISO

名称

ISO/TC 131

幹事国

油圧・空気圧システム

アメリカ

WG1

アキュムレータ

フランス

WG4

空気圧機器の信頼性評価

ドイツ

WG5

図記号

ドイツ

WG6

回路図

ドイツ

WG7

用語

アメリカ

ポンプ・モータ及び集積伝動装置

ドイツ

SC2
SC3

シリンダ

ドイツ

WG1

油圧シリンダの取付寸法

アメリカ

WG2

空気圧シリンダの取付寸法

フランス

接続及び結合部品

アメリカ

WG1

ポート及び継手端部

ドイツ

WG2

フランジ・ポート結合

ドイツ

WG4

油圧用急速継手

イタリア

WG6

ホース及びチューブ継手との結合方
法

アメリカ

WG9

空気圧用結合フランス

制御用要素機器

フランス

SC4

SC5
WG2

油圧用制御機器

ドイツ

WG3

空気圧用制御機器

アメリカ

WG5

空気の調質

フランス

汚染管理

アメリカ

WG1

サンプリング・汚染分析・報告

イギリス

WG2

フィルタ及びセパレータの評価

アメリカ

WG3

機器及びシステムの清浄度

アメリカ

SC6

SC7

密封装置

日本

WG2

シールハウジングの寸法

イギリス

WG3

Ｏリングの設計基準

ドイツ

WG4

回転軸用リップタイプ・シール

ドイツ

WG9

流体と標準ゴムとの適合性

SC8

日本

要素機器の試験

イギリス

油圧機器及びシステムの騒音測定

イギリス

WG10 油圧電磁比例制御弁の試験方法

イギリス

WG11 圧力定格

イギリス

WG1

WG12 電子制御式ポンプの試験方法
容積式ポンプ及びモータ実容量の決
WG13
定方法
SC9

装置及びシステム

日本
アメリカ
アメリカ

WG1

油圧システムドイツ

WG2

空気圧システムイギリス

2.4 TC131/WG6回路記号
2012年にISO 1219-3（回路図）の改正版を発行した．
現在，新たにISO 1219-3（積層弁の記号表記）について審議を開始した．
2.5 TC131/WG7用語
2008年にISO 5598（用語）の改正を20数年ぶりに行い，発行した．

誠：油空圧に関するISO活動の現状

49

2.6 TC131/SC2ポンプ・モータ
この分科委員会は，油圧ポンプ，モータおよび集積伝動装置の寸法および性能特性について審議する．
この委員会は，現在は新規に規格を制定する活動は行っておらず，既存のISO規格の見直しを投票で行っている．
2.7 TC131/SC3シリンダ
この分科委員会は，揺動アクチュエータを含めて，シリンダの寸法および性能特性について審議する．
WG1油圧シリンダにおいては，附属金具寸法および取付寸法について審議をしており，ISO 10762
シリンダの取付寸法―10MPaシリーズの定期見直しにおいて，日本のコメントが採用され，日本がプロジェクトリーダとなって改正することになった．
WG2空気圧シリンダにおいては，シリンダの取付寸法について審議している．ここでは，日本が提案したショートストロークシリンダについての規格案が採用され，ISO 15524として2011年11月に発行された．
2.8 TC131/SC接続及び結合部品
この分科委員会は，継手，フランジ，急速継手およびホースアセンブリなどについて審議している．
WG1継手については，ほとんどがすでに使用実績のあるものについて審議しているため，特に問題もなく進行している．
WG2フランジについては，ISO 6164について日本からボルト強度について提案を行い，議題として取り上げられることになっている．
WG4急速継手については，2008年ごろからイタ
リ ア を 中 心 に 活 発 な 審 議 が 行 わ れ て い る．ISO/
CD7241-1急速継手シリーズ（Part1：寸法及び要求事項，Part２：試験方法）について審議が行われている．
WG6ホースアセンブリの清浄度測定方法に関する規格の提案がイタリアから出されたが，日本などの強硬な反対に合い廃案となる見通しである．
2.9 TC131/SC5制御用要素機器
この分科委員会は，制御要素機器の寸法および性能特性について審議している．
WG2油圧用制御機器については，新規制定はな
く，改正が中心でISO/DIS 7790（４ポートモジュ
ラスタック弁の締付け寸法）では，モジュラスタッ
ク弁の取付高さH２寸法が日本の製品に合致しないことから修正を求め，受け入れられている．
WG3空気圧用制御機器については，流量特性試
験シリーズISO 6358の審議を行っており,日本提案の（Part１：通則及び定常流れ試験方法，Part２：
代替試験方法）はともにFDISの段階に来ている．
フランス提案の（Part３：複数機器接続時の計算法）
はDISの段階である．

フルードパワーシステム

第44巻

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WG5空気の調質については，日本が提案した減圧弁や電空圧力制御弁の流量特性を求める代替試験
方法ISO 6953-3が2012年８月に発行された．
2.10 TC131/SC6汚染管理
この分科委員会は，作動油の汚染分析，フィルタの評価およびシステムの清浄度について審議している．
2008年には，固形粒子によって汚染された液体の清浄度をモニタするための手法に関する規格ISO
21018シリーズ（Part１：一般原則，Part３：フィ
ルタ目詰り法）を制定した．
現在は，光学顕微鏡を用いた計数法による微粒子測定法に関する規格ISO 4407：2002が定期見直し
投票にかかっている．
2.11 TC131/SC7密封装置
日本が幹事国を努めている唯一の分科委員会である．この分科委員会は，密封装置（Ｏリング，オイ
ルシール，ガスケットなど）の寸法および性能特性などについて審議している．
WG2シ ー ル 溝 の 寸 法 に つ い て は，ISO 5597を2010年に発行した．現在，ワイパリングの規格ISO6195 の改正を行っており，現行の４タイプから改
良タイプのＥ，Ｆを追加する提案がなされ，Ｅタイ
プのみを追加することにしてDISへと進んでいる．
WG3Ｏリングの設計基準については，ISO 3601
Ｏリングシリーズの改正を行い（Part１：Ｏリングの 寸 法，Part２： ハ ウ ジ ン グ の 形 状・ 寸 法，Part
３：外観品質基準，Part４：バックアップリング）が2008年に発行された．
（Part５：ゴム材料の選定基準）は，現在WD段階で各国の意見を調整中である．
日本は，ミリ系列のＯリングシリーズの規格を提案しているが，欧米の数の論理で否決されている．
WG4回転軸用リップタイプ・シールについては，
ISO 6194シ リ ー ズPart１ 〜 Part５ の 改 正 を 行 い，
2009年にすべて完了した．2011年には関連する熱可塑性プラスチック製オイルシールに関する規格ISO 16589シリーズPart１ 〜 Part５を日本がプロジェクトリーダとなって改正した．
2.12 TC131/SC8要素機器の試験
この分科委員会は，要素機器の性能特性の評価方
法について審議している．
WG1油圧機器およびシステムの騒音測定については，ISO 10761-1（油圧−システムと機器から発生する圧力脈動レベルの測定方法−第１部：ポンプの吐出し流量脈動と内部インピーダンスの測定方法）の改正案を日本から提案し，現在DIS段階に来ている．
WG10油 圧 比 例 電 磁 弁 の 試 験 方 法 に つ い て は，ISO 10770-1（４方向流量制御弁）が2009年に発行された．現在，ISO 10770-2（３方向流量制御弁）

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第１号

を改正中である．
2.13 TC131/SC9装置及びシステム
この分科委員会は，油空圧システムの設計，構成，取付け，性能評価，運転，保全および安全などに関わる事項について審議している．安全に関する基本
姿勢は，つぎのとおりである．
a）ISO 4413およびISO 4414：1998とEN 982：
1996との統合
b）欧州機械指令2006/42/ECに従った安全要求事項との統合c）機械安全に関する国際規格を考慮した安全要求事項の更新WG1油圧システムについては，ISO 4413（油圧―システム及びその機器の一般規則及び安全要求事項）が，2010年に改正された．この改正によって，適用範囲が，従来の工業の製造工程において用いられる機械設備の油圧システムを対象とするものから，設置式産業機械に車両機械を含めた機械全般に使用する油圧システムを対象とするものに広がっている．
WG2空気圧システムについては，ISO 4414（空気圧−システム及びその機器の一般規則及び安全要
求 事 項 ） が，2010年 に 改 正 さ れ た． こ の 改 正 によって，適用範囲が，これまでの工業の製造工程における空気圧システムから，機械類全般に使用される空気圧システムに広がっている．

３．お わ り に2012年６月８日付け日本経済新聞に『先行日本，
標準化ならず：電気自動車の充電規格，競争激しく』という記事が載った．すでに実用化している日
本の充電器に対し，欧米諸国は2013年に実用化予定の欧米方式を規格化する意向があるという記事である．
一般に，ISO規格は各国のその分野の技術の専門家が集まり高度な技術的審議を経て制定されるものと思われがちであるが，実際にはISO規格の制定には参加国の思惑が絡み合う．欧州は欧州規格をISO規格とするという戦略を立てて攻勢を強めてきている．日本は，1996年以来，各WGのエキスパートを固定し，継続して会議に出席することで対応しているが，ISO規格に日本の意向を反映させるためには，
より積極的にJIS規格をISO規格に提案する，SCの議長，WGのコンビーナを受け持つことなどが求められる．新規ISO規格の提案は，ある程度増えてはきているが，欧米諸国に比べると十分とはいえない．
わが国が技術的に先行する分野については，SC，WGといった場面で積極的に提案を行い早期規格化の活動をより一層強化する必要があると考えている．

2013年１月（平成25年）（原稿受付：2012年９月４日）

三宮俊之：韓国駐在員日記

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トピックス

韓国駐在員日記著者

紹なっている方もおられると思われるので，まずハングルについて説明をしたい．

介
さんの

みや

とし

ゆき

三

宮

俊

之

韓国油研工業株式会社
Rm 210, ASIA Bld., 413 49, Shindorim-dong,
Guro-Gu, Seoul, 152 887, Korea
E-mail : to.sannomiya@yuken.co.jp
2001年 神奈川大学経済学部卒
同 年 油研工業㈱入社
2008年 韓国油研工業㈱に出向，現在に至る

結論からいえば，ハングルは日本語の平仮名や片仮名に相当し，ハングルで構成される単語の50パー
セント以上が漢字もしくは英語に当てはめることが可能と思われる．
たとえば「감사⇒感（カム）謝（サ）」と「진로
⇒眞（ジン）露（ロ）」という具合だ．さらにそれを元に「사진⇒写（≒謝）真（≒眞）」は「サジン」と類推することが可能となるのである．
日本語と韓国語は基本的に文法が同じであるため，
1．は じ め に
筆者は上記のように単語だけを頼りにして４年間の2008年10月に韓国駐在員として韓国へ赴任し， 韓国生活を乗り切ってきた．韓国のインターネット
今月（2012年10月）で丸４年が経過した．韓国駐サイトでの予約や購買，地図検索程度であれば特段在５年目を迎え月日の流れの早さを感じるが，それ不便なくこなせるようになった．
にもかかわらず，一向に上達しない筆者の韓国語レ
しかし発音に関しては，たとえば同じ「ン」の発ベルについて反省しながらこの原稿を執筆している． 音でも複数の種類があり，大した違いも無いように
2008年の赴任当時から現在までを，筆者の中で筆者が思っても，相手にとっては致命的な間違いのあらためて振り返りながら，韓国生活を紹介していようで，なかなか聞き取ってもらえずに心が折れる
きたい．
こともしばしばある．

2．韓国について

4．食

韓国の面積は約98,480平方キロで日本の約26％，

事

平日の昼食は会社の外で食べることがほとんどで人口は約48百万人で日本の約38％である．首都ソウルには，人口のほぼ半数の約20百万人が住んでいる．
韓国経済を牽引する原動力は，自動車・船舶・携帯電話・石油化学製品などから構成される輸出業であるが，一食あたり6,000〜8,000ウォン程度（600円位）で食べることができる．メニューは辛いものが多いが，美味しいものが多く，赴任当初は体重が急増した（図１）．
基本的には会社のメンバー皆である程度固まってある．ウォン安を背景に輸出競争力を発揮する韓国
企業に日本企業は苦しめられている．生活水準は日食べに行く．会社の韓国人メンバーが一人で食べに行くことはほとんどない．理由を聞いてみると，お本と変わらず，多様な食材，生活用品が手に入り，拘りがなければ日本とほぼ同じ物を揃えることができるので特段不便は感じない．
社会問題として，日本以上の熾烈な幼少時からの店で一人で食べている人はおかしな人に見え，そう見られるのも嫌なのだそうで日本人の感覚からすると不思議に感じる．若いメンバーに聞くとあまり気にならないという回答もあるので生活スタイルが変受験戦争，その後の就職難が挙げられる．

わってきているのであろう．いずれ，コンビニエン
スストアで買ってきた弁当（韓国ではまだ種類や味

3．韓

国

語

この文章を読んでいただいている方の中には，韓
国語の記号のようなもの，すなわちハングルが気にが劣る）を，事務所で一人で食べるというスタイル
も一般的になるかもしれない．

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で移動可能である．運転は，急ブレーキ急発進は当たり前でスピードも速く車内で立っている場合は気を抜けない．運転手さんは自分の好みの音楽やラジオをかけていることが多く，気分が高揚しているのかもしれない．ちなみに韓国のバスと電車は下車後30分以内であれば料金が発生することなくつぎの交通機関に乗ることができる．
最後にタクシーについてだが，運転の部分では基本的に運転はバスと大差ない．バスに比べ座席・手すりは確保されているので一応は安心できる．
これらの交通機関は日本同様，カードに金額を
図１

チャージして料金を決済するシステムに対応している．

サムギョプサル（豚焼肉）

6．週末の思い出5．韓国の交通
韓国語が読めるようになると，筆者は韓国の安い
交通料金もあって日本在住時よりも週末に出かける
頻度が増えた．目的地に行くことも楽しいが，出発当日までの計画立案・交通手段，宿泊場所の手配が面白く感じることも大きな理由だ（図２）．

図２

6.1 登
山
韓国には地形的にたくさんの山があるが，一番高
い山でも2,000メートル未満である．韓国では登山を趣味にしている人が多く，街中でも登山スタイルの方をよく見かけるし，登山用品専門店も多い．筆者は，現時点で韓国の上位３位までの山を登頂した．
登頂といっても登山道はよく整備されていて，ハイキングに近い（図３）．
登山中は，日本語で話しかけられることもしばしばで日本語を喋れる人の数の多さに驚く．うっかり変なことはいえないと思った．
また，待避所で夕食を作る際，お湯が無く困っていたところ隣の家族の方からお湯を分けていただき，さらに食事にまで混ぜていただいたことがあったが，今でもいい思い出となっている．
ところで韓国の有名な山はほぼすべて国立公園に指定されていて，公園内では待避所など，指定された場所以外，火気厳禁である．自然保護の観点から
一定期間入山禁止になる場合もあり，自然に対するKTX（韓国高速鉄道）

さて，韓国の主な公共の交通機関は地下鉄・バス・タクシーである．料金は総じて安く，地下鉄は
ソウル市内であれば一律1,000ウォン（約70円）程
度で乗車可能で，日本のように細かく区間別に料金は設定されていない．車内での携帯電話の使用については，周囲に配慮して通話すれば問題はない．優
先席に若者が座っている姿はあまり見かけず，一般席であっても高齢者がいれば即座に譲ったり誘導したりするところはさすが儒教の国だと思った．駅や車内には日本語のアナウンスもあり，初めて韓国に来られる方でもわかりやすいと思う．
つぎに市内バスについてだが，こちらも地下鉄同様料金は安く，市内であれば大抵1,000ウォン程度

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図３

智異山頂上

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姿勢が伺える．
6.2 板 門 店

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7．お わ り に韓国にいる間に一度は行っておきたかった場所が軍事境界線，板門店（パンムンジョム）である．板門店とは韓国と北朝鮮の軍事境界線上の村の名前なのだが，政府認定のツアーでしか来ることができな
い．参加の際には，服装や持ち物も厳しくチェックされた．

駐在生活は，現地での習慣・風土・考え方の違いもあり，毎日のようにさまざまなことが，予想外の角度から起こるので本当に刺激的である．高層ビル
での引越しが高所作業車を使って外から行なわれることもしばしば見かけた（図５）．

ソウルからバスに乗って１時間ほどで板門店に到着．注意事項の説明を受けた後，軍事停戦委員会・本会議場と呼ばれる建物に入るとサングラスをした
韓国軍兵士が立っている．サングラスをかける理由
は，北朝鮮側の兵士に表情を読み取られてトラブルが起こるのを防ぐためらしい．本会議場内はかなり緊張感があるのだが，観光スポット化していることが面白く感じられた．なお，北朝鮮でも同種のツアーが行われているらしいので機会があれば北朝鮮側から来てみたい（図４）．

図５

韓国の引越しあとどのくらいの期間駐在しているのかはわからないが，このような良い経験を今後にどう生かして
いくかをよく考えながら生活していきたい．
図４

板門店にて

（原稿受付：2012年10月30日）

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研究室紹介

東京工業大学横田・吉田研究室

著

者

紹

介
よこ

た

しん

いち

横

田

眞

一

東京工業大学精密工学研究所〒226‑8503 神奈川県横浜市緑区長津田町4259‑R2‑41
E-mail：syokota@pi.titech.ac.jp
1975年 東京工業大学大学院修士卒，同大学助手，助教授を経て，1995年同大学精密工学研究所 教授．機能性流体を応用したマイクロア
クチュエータ・センサ・システムの創成研究に従事．JSME，JFPS，AEMなどの会員．工学博士．
よし

だ

かず

ひろ

吉

田

和

弘

東京工業大学精密工学研究所〒226‑8503 神奈川県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，同年同大学助手，1996年同大学助教授（現，准教授）．2008年10月〜 2009年３月米国UCSB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．

図１

研究室構成員震改修が行われたため，建物および周囲は比較的きれいな環境にある．
周囲は，ぶな林が多く自然環境には恵まれており，
たまに，道でへびとかたぬきを見かける．

3．最近の研究テーマ
1．は じ め に・横田研究室：現在は機能性流体ECFを対象とした
東京工業大学横田・吉田研究室は，1995年に横研究に主眼を置いている．とくにECFジェットを田が教授になって以来，今日に至っている．その間，用いた「マイクロ液圧」の可能性を探っている1）．
フルードパワーシステムとくに油圧および機能性流3.1 MEMS技術を用いたECFマイクロ液圧源体に関する基礎およびその応用についての研究を共マイクロ液圧を考えたとき，ポンプのマイクロ化
同で行ってきている．機能性流体については，「マイクロ」をキーワードとして研究を進めてきている．

2．研究室の概要
研究室の教員は横田教授，吉田准教授，金俊完助教，嚴祥仁助教の４名である．学生は，博士課程は
この９月に２名修了して現在はいない．修士課程学生は，２年次が４名，１年次が５名，学部卒論生が３名である．これにフランスから修士課程の研究員
１名，中国浙江大からYSEPで学部４年生１名が加がネックとなる．これを解決して，ポンプ一体形ア
クチュエータを実現できるECFマイクロポンプの開発を行っている．
ECF効果をより密度高く，再現性良く得るために，
MEMS技術を応用して平面電極を高さ方向に積み上げてアスペクト比を大きく取った2.5次元ともいうべき三角柱‑スリット電極対を提案・試作している2）．この三角柱‑スリット電極対を直列あるいは並列に並べて製作すれば望みの圧力流量を得ることは可能である．これを二次元に並べて展開したポンプの一例を示すと図２のようになる．縦10列横３列になるように試作した電極対の体積あたりのパワー密度は， ECFとしてFF101EHA2を用いたとき４

わって14名の学生がいる．この他に，鈴木事務員と西岡技術員がいる．図１は，９月に撮影した，研究室の集合写真である．
研究室は，東急田園都市線すずかけ台駅から３分

kV印加時に0.16W/㎤を示して，ほぼ針‑リング電のすずかけキャンパス内R2棟２階にあり，最近耐極対と同じ体積パワー密度が得られている．このパ

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横田・吉田：東京工業大学横田・吉田研究室

ワー密度は，体積が１㎤以内のマイクロポンプでは世界最高水準である．
これをさらに高さ方向に立体的に積むことを現在試行中である．この３次元集積のポンプを圧力駆動のマイクロアクチュエータに内蔵することにより，マイクロ液圧アクチュエータの高機能化を実現できると期待している．現在，助教の金俊完と修士２年の山田嘉穂がおもに担当している．

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この三角柱‑スリット電極対を縦１列に並べたマ
イクロポンプはすでに，ECFマイクロレートジャイロ3）およびECF可変焦点レンズ4） などに応用を試みている．図３は，ECF可変焦点レンズの原理確認用に試作した装置の概略である．現在，修士２年の山下悟がおもに担当している．
3.3 ECF駆動マイクロレートジャイロ
これまでに，ECFジェットを利用した液圧マイク
ロレートジャイロを提案している．これは振動ジャ
イロよりも衝撃に強く，マイクロポンプ組み込みのため薄く小形化できる．このジャイロを大量生産するためには，MEMS技術によるECFポンプの実装が欠かせない．このマイクロレートジャイロは，図４の写真に見えるように２つの戻り流路と中央流路に分けられており，内部は三角柱‑スリット電極対を直列に有するECFマイクロポンプと中央流路部のノズルから構成されている．両側のマイクロポンプか

図２ MEMSによる並直列三角柱‑スリット電極対

3.2 ECFマイクロ液圧源１体形マイクロアクチュ
エータ
ECF効果に注目して，そのジェット圧力により，ソフトマイクロアクチュエータ駆動に用いてきている．そのジェット発生器としては，針‑リング電極
対をこれまで使用してきたが，この針‑リング電極
対は，体積あたりのパワー密度は高いものの，三次元形状をしている上に手作りでしか調整できないた
め，自由な組み込みや大量生産によるコスト削減を困難にしている．これはMEMS技術を応用した三角柱‑スリット電極対導入で解決できる．

ら噴出したECFジェットの圧力を利用することで中央のノズルから再度ECFを噴流として噴出させる．
ここで，ジャイロ本体平面と直交する軸回りの角速度が加わると，ノズルから噴出された噴流が角速度に応じたコリオリ力により偏流する．この偏流量を，
図４中のホイートストンブリッジ回路で検出することによってマイクロレートジャイロが実現できる．
現在，図４の写真に示す，ECFマイクロ液圧源，
ノズルを含むマイクロ流路，ホットワイヤを一体化したマイクロチップを基板上に作製し，流路をECFで満たした１チップECFマイクロレートジャイロを試作検討している．現在，博士修了の今村恒彦がおもに担当している．

図４

１チップ化したECFマイクロレートジャイロ3）

・吉田研究室：以下二つはERFに関する，吉田研を中心としたテーマである．
3.4 FERMA
分岐管を走行する管内作業マイクロマシン，医図３

ECF可変焦点レンズの装置展開概略4）

療・福祉用マイクロデバイスなどのため，FERVを

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用いたFERMA（Flexible ER MicroActuator）を提案， 中国から留学生が来ており，英語による会話が研究
開 発 し て い る．FERV（Flexible ER Valve） と は， 室で頻繁に行われているので，学生室内に少しグ
ERF（Electro-Rheological Fluid）の見かけの粘度を印加電界により変化させその流れを制御するERバ
ルブを柔軟構造で実現したものである．

ローバルな雰囲気が漂っています．
本研究室では，学生が積極的にものづくりを行っており，特にECFやERFなどの機能性流体はその動カンチレバー形FERVは，主に柔軟なフォトレジ
ストSU‑8製で，厚さ方向に屈曲することができる．
MEMSプロセスを開発し，流路部の長さ５㎜，幅

作原理が不明確な部分も存在するので，学生が自身で製作したデバイスを用いた実験を頻繁に行っています．機能性流体を用いるデバイスを製作するとき

2.4㎜，厚さ0.2㎜のFERVを試作し，屈曲のER効果への影響がほとんどないことを確認するとともに
FERMAに応用し，その動作を確認している．

に主に用いられるのがMEMSプロセスによる精密微細加工で，学生は毎日クリーンルームに足しげく通って日々試行錯誤に取り組んでおります．

また，ERバルブの電極を軸方向に分割し柔軟な
ゴムチューブで接続した電極分割形FERVを提案，
長さ10㎜のアーム２本から成るグリッパに応用し，
図５に示すように把持機能を実現している5）．現在
修士１年の塚本昇がおもに担当している．

図６は今年の８月上旬の研究室臨海合宿の写真です．本研究室では臨海合宿以外にも春のハイキング，
鹿沢林間合宿を毎年恒例の行事として行っております．また，月に１度行われる研究報告会の後にもワ
イン会（横田先生がチョイスなされたおいしいワインを皆でいただく会）を行っており，学生は日々研
究に悪戦苦闘しながらも，楽しい研究生活を送っています．
（三好 智也）

図５

電極分割形FERVを用いたグリッパ 5）

3.5

交流圧力源を用いた多自由度ERマイクロアク
チュエータシステム
従来のERマイクロアクチュエータは，１個につきERFの配管が供給用と排出用で２本必要であり，またERFの基底粘度が比較的高く各配管を細くできないため，配管のスペースが多自由度化の限界を与える．そこで，１本の配管で作動流体の供給・排出を行うとともに，配管側とアクチュエータ側の作動

図６

臨海合宿の様子

5．お わ り に

流体を水とERFに柔軟膜で分離することで配管を細生き方として，昔からアクティブに研究活動をす
くできる，交流圧力源を用いた多自由度ERマイク
6）
ロアクチュエータシステムを提案，開発している ． ることを心がけてきた．学生にも，故中田孝東京工業大学名誉教授が提唱してきた「学遊一如」を実践
本システムはERバルブとゴム製チャンバの組合せすることを薦めているが，実際におもうように実行を有し，圧力源の交流圧力と同期してERバルブをオン／オフすることでゴム製チャンバの伸縮を行う． することはなかなか難しい．研究会の後には，オフサイドとして飲み会を毎月している．少なくとも，
ラージモデルとして長さ16㎜のアーム２本から成横田研究室を出るとワインの飲み方は多少身につくるグリッパを試作し，動作確認している．現在，修という程度にはいつも努力しているつもりである．
また，修士学生には費用研究室持ちでの海外での学士１年の三好智也がおもに担当している．

4．学生の視点から今年度の横田・吉田研究室は，学生数が前年度の９人から今年度14人に大増員され学生室が非常に会発表をなるべく勧めているが，ようやく最近希望者が増えつつあるのはうれしいことである．

にぎやかになりました．また，９月からフランスと

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横田・吉田：東京工業大学横田・吉田研究室

参考文献
１）横田眞一：マイクロ液圧（基調講演），平成22年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集，p.1‑6（2010）
２）Kim, J.-W., Suzuki, T., Yokota, S., Edamura, K. : Tubetype micropump by using electro-conjugated fluid（ECF），the Journal of Sensors & Actuators, A, 174, p.
155‑161（2012）３）横田，今村，鈴木，竹村，枝村，熊谷：電界共役流体を用いたマイクロ液体レートジャイロの研究，日本機械学会論文集C，75‑750, p. 496‑502（2009）４）Kim, J.-W., Yoshimoto, T., Yokota, S., Edamura, K.:
Concept of a Focus-Tunable ECF Microlens and会

57

Fabrication of a Large Model Prototype, theInternational Journal of Automation Technology（IJAT），
6‑4, p. 476‑481（2012）５）Yoshida, K., Hara, S., Eom, S. I. and Yokota, S.: A
Novel Microgripper Using Flexible Electro-Rheological
Valves, Proc. of 13th Mechatronics Forum Int. Conf.,
p. 834‑839（2012）６）吉田和弘・三好智也・嚴祥仁・横田眞一：交流圧力源を用いた多自由度ERマイクロアクチュエータシステム,機学2012年度年次大会DVD論文集, J113015（2012）（原稿受付：2012年10月５日）

告

平成25年春季講演会併設セミナー「自動車技術とフルードパワー」（編集・企画委員会合同企画）

開催日時：2013年５月29日（水） 13：00 〜 16：30

業の第10回目です．先に学会誌44巻第２号（次号）で同

開催場所：機械振興会館 本館

じテーマで特集を組み，執筆された方々の中から講師を数名お招きし，この学会誌をテキストとして，本セミナーに（東京都港区芝公園３−５−８）
趣旨：自動車において，フルードパワーは動力伝達系， おいてご講演いただき，解説記事を深く理解する機会を設

懸架装置系，操舵性能，制動性能等に深く関わる基盤技術であり，今日の自動車技術の発展に大きく寄与しています．

けます．
詳細のご案内は次号の会告欄でお知らせいたしますが，一方，従来フルードパワーが担っていた機能のいくつかは， ご要望，ご意見等ございましたら学会までお知らせくださ
電動化が大きく進展していることも事実であります．しかい．可能な限り皆様のご意見を盛り込んだ形で，本セミしながら，HV，PHV，EV等，新世代のエコカーにおいてナーを開催させていただきます．春季講演会との併設開催

は，電動とフルードパワーの競合といった側面よりも，電ですのでフルードパワーシステムの最新情報を得る絶好の気・電子技術とフルードパワー技術を融合することで，お機会であります．ぜひ春季講演会とセットでの参加登録を互いの特徴をより引き出すとともに，地球環境問題を見据お勧めいたします．

えた，新技術開発を進めることがますます重要となると考お問い合わせ：えられます．以上のような背景から，標記のテーマで自動一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会

車技術とフルードパワーに関する最新の研究，技術開発成〒105‑0011 東京都港区芝公園３−５−22
機械振興会館別館102

果に関するセミナーを開催いたします．
なお、本セミナーは学会誌を担当する編集委員会と，講演会やセミナーの企画を担当する企画委員会の合同企画事

Tel：03‑3433‑8441 Fax：03‑3433‑8442
E-mail：info@jfps.jp

フルードパワーシステム

第44巻

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フルードパワーシステム

企画行事

ステルソン教授の特別講演会

著

者

紹

介
た

なか

ゆたか

田

中

豊

法政大学デザイン工学部システムデザイン学科〒102‑8160 東京都千代田区富士見２ 17 １
E-mail：y_tanaka@hosei.ac.jp
1985年東京工業大学大学院修士課程修了，その後東工大精密工学研究所助手を経て，1991年
法政大学講師，1992年同助教授，2002年同教授，
現在に至る．工学博士（1991年東京工業大学）

写真１

1．は じ め に
ア メ リ カ 合 衆 国 の 全 米 フ ル ー ド パ ワ ー 工業 会
NFPA（National Fluid Power Association） は 全 米
科学技術財団（NSF）からの大規模な補助金と企業からの出資により，2007年から小形で高効率なフル ー ド パ ワ ー の た め の 研 究 セ ン タ ー（CCEFP：
Center for Compact and Eﬃcient Fluid Power） を設置し，核となる７つの大学（ミネソタ大学，イリノイ大学，ジョージア工科大学，パデュー大学，バンダーベルト大学，ミルウォーキー大学，ノースカ
ロライナ州立大学）の大学間コンソーシアムと産学連携により，次世代のフルードパワー教育研究を積極的に進めている1）．

図１

ステルソン教授ご夫妻（中央・右）と藤谷事務局
長（左）CCEFPにおける4つのテストベッド（講演資料より抜粋）

この研究センターのディレクターであるミネソタ大学のKim A. Stelson教授ご夫妻（写真１）が，日からの設定であったが，企業や大学の関係者を中心に50名ほどの参加があった．

本のフルードパワー教育研究の視察のため2012年
７月下旬から８月中旬にかけ来日され，７月下旬の１週間ほど東京に滞在する予定との連絡が４月下旬に学会関係者に入った．これを受け，学会の企画委

まずCCEFP設立の経緯やビジョン，構成メンバーなどの紹介が行われた．CCEFPはその名称からもわかるように，小形軽量（Compact），高効率と省エ
ネ ル ギ ー（Eﬃcient）， ク リ ー ン で 静 粛・ 安 全員会と国際交流委員会は，2012年７月25日（水） （Eﬀective）な次世代のフルードパワーシステムの実現を目指した全米総合研究センターとして発足しに東京・法政大学市ヶ谷田町校舎において，特別講た．したがって研究テーマは多岐にわたっているが，演会と技術懇談会を企画開催した．本稿では，講演
テストベッドと呼ばれる成果を実証する対象システに使用された図の一部を引用しながら，この企画行事の様子を報告する．

2．フルードパワーによる効率的な輸送手段
特別講演は「Eﬃcient Transportation with Fluid
Power」のタイトルで行われた．月末の平日の夕方

58

フルードパワーシステム

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ムとして図１に示す４つの装置あるいはデバイスを想定して活動を進めている．すなわち，大きな仕事を行う建設機械のような移動機械，省エネルギーな
油圧ハイブリッド自動車，高性能で高出力な小形作
業ロボット，人間をサポートする機器の４つを対象

2013年１月（平成25年）

田中

豊：ステルソン教授の特別講演会

59としている．
こうした対象はすべて，フルードパワーの特長である，機器配置の柔軟性や双方向駆動，非常に大きな可変減速比，高出力・高トルク・高応答，小形・
高出力密度，容易な拘束特性などに適していること
が，フルードパワーと電動や機械式駆動方式との比較を基に紹介された．
一方，フルードパワーの課題として，低い動力伝
達効率，騒音，漏れ，低いエネルギー蓄積密度，汎用性と大衆性の欠如などが指摘され，特に建設機械
や油圧ハイブリッド自動車を対象とした取り組みにより，これらの課題を克服する研究がすすめられていることが紹介された．全米でフルードパワーの伝動装置で消費されるエネルギーは，消費エネルギー
全体の2.3 〜 3.0％に相当し，フルードパワーの平均伝動効率が21％であることを考慮すると，効率の改善はエネルギー消費に大きなインパクトがあるとのことであった．
講演の後半では，主に油圧ハイブリッド自動車に関する紹介が行われた．３つのタイプの主要油圧ハ
イブリッド自動車の構成において，油圧機器の効率がさらに向上すれば，シリーズハイブリッドやパ
ワースプリットハイブリッド方式の低燃費性が向上
することがシミュレーション解析により明らかとなっていること，すでにいくつかの小形コンセプト
カーが試作されていることなどが紹介された．これ
らの油圧ハイブリッド自動車の課題は，油圧ポン
プ／モータの高効率化と，アキュムレータのようなエネルギー蓄積素子の小形化と高性能化にあるとの指摘であった．
最後に，風力エネルギーへのフルードパワーの可能性についての言及があった．油圧ポンプ／モータ（HST）による動力伝達の原理を用いて，図２に示

写真２

技術懇談会の参加者による記念写真

小形軽量で信頼性や維持管理の容易なシステム構成とすることができる点が強調された．長い配管の抵抗損失や動特性など課題も多いが，再生利用可能エ
ネルギーの技術開発は，これからの日本の大きなテーマの一つでもある．日本のフルードパワーの果
敢な挑戦を期待したい．
またCCEFPは，次世代のフルードパワーを担う若手エンジニアの育成にも力を入れており，企業などとも協力して，インターンシップや奨学金による学生の支援を積極的に行っている．こうした点も日本のフルードパワーの産業界や学界は参考とすべきである．
なお本特別講演の資料は，ステルソン教授のご厚意により，日本のフルードパワー関係者に自由に配布することができる．資料入手をご希望の方は，学会事務局か著者までお問い合わせいただきたい．

3．お わ り に
講演会終了後，場所を高層階の会場に移し，都心の夜景を眺めながら，多くの参加者がステルソン教
授ご夫妻を囲んで，和やかな技術懇談会が開催された．写真２は参加者による記念写真である．ステル

ソン教授時夫妻はこれまで数回，日本を訪問されてすように，従来の機械式による風力発電のプロペラ
おり，多くのフルードパワー関係者との再会を懐かの回転数増速用歯車列や発電機を風車本体塔上（ナセル）に必要としない構成をとることができるため， しんでおられた．
今回のご夫妻の来日のもう一つの目的は，奥様のカレンさんがライフワークとして手掛けておられる，
長崎の被爆者・安井幸子さんの体験を綴った児童向
け英語書籍の出版準備のための調査であった．書籍はほぼ完成しており，最後に挿絵となる写真を探しておられるとのことであった．ご夫妻が住むミネソ
タ州のミネアポリス・セントポール市は長崎市と姉妹都市の関係にあり，その関係で，カレンさんは長崎在住の安井さんと親交があるとのことであった．

図２

油圧駆動による風力発電の利点と構成（講演資料より抜粋）

東京では，国会図書館や大学図書館で写真や新聞資料を収集したり，当時の新聞や関連文献を検索した
りした．著者の研究室の女子学生が東京での４日間

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フルードパワーシステムの調査に同行し，様々な資料の収集整理を手伝った．
奥様は，８月から広島と長崎に滞在し，両市の平和究所の関係者の方々と，見学や調査作業にボラン
ティアで同行し，手伝いを買って出てくれた法政大祈念式典にも招待されているとのことで，ミネアポ
リス・セントポール市長から広島と長崎の市長に宛てたメッセージも持参しておられた．こうしたご夫

大学院生の近藤瞳，坂間清子さんの両名に，この場を借りて感謝申し上げます．

妻の親日家としての一面は，フルードパワーだけでなく，今後の日米両国の文化交流とさらなる友好交流関係の強化を強く印象付けることとなった．

参考文献
１）田中豊，米国フルードパワー教育・研究の現状とERCについて，フルードパワー（日本フルードパワー工業
会誌），Vol. 21，No. １，p. 17‑22（2007）

最後に，ご夫妻の今回の東京滞在中，見学対応を快く引き受けていただいた東京工業大学，上智大学，
芝浦工業大学，法政大学および機械振興協会技術研会（原稿受付：2012年10月９日）

告

平成25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」の講演募集案内（一社）日本フルードパワーシステム学会

企画委員会

本講演会では，企業関係の方々に製品・技術の紹介をし期限などは，基本的には一般の講演と同じになりますので，ていただくオーガナイズドセッション（「製品・技術紹介

本誌会告の「講演募集要項」をご参照ください．ただし，セッション」）の通算14回目の開催を企画しました．本企

講演者が手軽に講演いただけるように，以下の３点が一般

画は，企業関係の方々に，現在，企業がお持ちの製品・技の講演とは異なりますので，お気をつけください．

術あるいは検討課題などを，学会主要行事の１つである講⑴ 講演内容は，新規あるいは従前の製品・技術，製品演会で発表していただき，会員間で問題意識を共有し，会開発の際発生した問題点や，検討課題，製品開発に

員相互の研究・技術の交流の促進を図ろうとするものです．

至った背景などを紹介していただきます．

また，本セッションの講演は，平成15年より表彰事業の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⑵ 講演時間は，通常の講演より短く15分（発表11分，
討論４分）とします．
⑶ 講演原稿は，手軽に執筆していただけるよう２ペー
ジと短くしました．

お待ちしております．
講演申込方法，前刷原稿の書式，申込および原稿の提出

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理事会・委員会行事日程等

会

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告

〈理事会・委員会日程〉

・ウインターセミナーについて
・その他
２）平成25年度実施の事業に関する報告・審議事項

12月 ７ 日

委員長会議

12月14日基盤強化委員会

・春季講演会について

１月８日

情報システム委員会

・講演会併設セミナーについて

１ 月25日理事会

・秋季講演会について

１ 月28日編集委員会

・オータムセミナーについて

２月１日

企画委員会

・公益事業について
３）確認事項・会誌11月号の掲載予定会告記事について〈第４回 理事会〉

・ウインターセミナー開催会告11月19日 15：00 〜 17：00 機械振興会館６―62

・企画委員会規程について（出席者17名）

・WGの構成について

１）平成24年春季講演会論文賞審査結果について

・その他

２）学会紹介パンフレットについて
３）平成25年度フェロー認定者推薦について

第４回編集委員会

４）会長・副会長会議に関する運営規程について

12月４日 14：00 〜 17：00

５）表彰規程の改訂について

田町キャンパスイノベーションセンター

６）各委員会の運営規程について（出席者20名）

７）財務基盤の強化について

１）会誌特集号の現状と企画について

８）各委員会間の迅速な意思疎通と迅速なアクションにつ２）トピックスについて
３）会誌フォーマットの改定について

いて９）会員の推移と入退会者について

４）編集委員会規程について

10）その他

５）学会誌44巻表紙カラーについて〈委員会報告〉第４回委員長会議
11月２日 15：00 〜 17：00 機械振興会館B3―７（出席者12名）
１）平成24年秋季講演会の準備状況ついて
２）平成25年度フェロー認定者推薦について
３）委員会の運営規程について
４）学会誌掲載記事の体裁変更について
５）国際シンポジウムに関する内規（案）について
６）会員入会申込書について
７）各委員会の報告
８）その他
第３回企画委員会
11月16日 15：00 〜 17：00 機械振興会館 B3―３
（出席者21名）
１）平成24年度実施事業に関する報告・審議事項
・公益事業について、終了報告
・オータムセミナーについて
・平成24年秋季講演会について

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会

フルードパワーシステム

告平成24年度ウインターセミナーのお知らせ「アクアドライブシステム（新水圧駆動技術）の現状と将来」開催趣旨：
20世紀末にスタートしたアクアドライブシステム（新指し，アクアドライブシステムの研究開発が各所で進めら

水圧駆動技術）のスタート当初の目的は地球環境問題に立れている．その結果，本学会の講演会にもその成果が徐々脚するものであった．すなわち，油圧作動油による環境汚に発表されるようになってきた．本セミナーでは，このよ染を防止するため従来の油圧システムの代替という考え方

うなアクアドライブシステムに着目し，その技術の現状とが主であった．しかしながら，現在では，油圧，空気圧，将来を展望します．皆様の積極的なご参加をお待ちしてお電動駆動システムという従来の駆動システムを適用するのります．

が困難な分野に用いる第４の駆動源としての位置づけを目
開催日時：2013年２月22日（金） 10：55 〜 16：40
会

場：機械振興会館 本館 地下３階 B3―１
〒105‑0011 東京都港区芝公園３―５―８
http://www.jspmi.or.jp/about/access.html

プログラム：
10：55 〜 11：00 開会の挨拶

企画委員長 大内 英俊（山梨大学）

11：00 〜 12：00 「水圧駆動システムにおける省エネルギー化」

上智大学 池尾茂

環境融和性の高い水道水を用いた水圧駆動システムの利用が注目され，高効率の水圧駆動技術が求められている．しかし，水の低粘性による内部漏れ等の問題により，可変容量型ポンプ／モータの開発が困難であり，エネルギー回収による省エネルギー化を行うことは難しい．このような状況の中で，水圧駆動システムの省エネルギー化の可能性について説明する．
12：00 〜 13：00 休憩（昼食）
13：00 〜 14：00 「水圧マッキベン型人工筋を用いた水中歩行訓練補助装具の開発」

芝浦工業大学 伊藤 和寿

近年，リハビリテーション分野においてもクリーンな駆動源である水圧技術の適用が進められている．本セミナーでは水圧技術をマッキベン型人工筋に適用した例として，水中歩行訓練補助装具の開発について紹介し，水圧システムの新しい可能性について考える．具体的には，水圧人工筋のモ
デル化および補助装具に取り付けた人工筋の変位を推定するアプローチについて概説する．
14：00 〜 14：10 休憩
14：10 〜 15：10 「アクアドライブ技術の超精密工作機械への有効利用」

神奈川大学 中尾 陽一

超精密工作機械は光学部品の創成に利用されている．この場合，要求加工精度は数十nmオーダであり，このような高い加工精度を達成するためには，スピンドルやテーブルの高い運動精度や熱的安定性が必要不可欠になる．本講演では，アクアドライブ技術を利用した超精密工作機械用スピン
ドルやテーブルについて紹介する．また，水静圧軸受を利用する際に，高い軸受剛性を実現するための軸受絞りの設計問題についても紹介する．
15：10 〜 15：20 休憩
15：20 〜 16：20 「ADS技術：最近の応用と展望」

KYB株式会社 宮川 新平

安全・衛生，クリーン，省資源，省エネルギーは民生，産業の中で確実に定着してきた．ADS（新水圧技術）はこの様な社会的背景に高い貢献性を有している．ここでは，これまで学会，工業会，企業が実施してきた研究，開発，製品化の実用化された具体的事例を紹介する．併せて，
「水利用・

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平成24年度ウインターセミナーのお知らせ

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排熱利用」の視点からもADSの位置付けを考察して，将来技術と市場を展望する．
16：20 〜 16：30 閉会の挨拶，アンケート記入

企画委員会幹事 桜井 康雄（足利工業大学）

参加費：参加費にはセミナーの聴講料およびテキスト１冊の代金が含まれます．
⑴ 事前登録（締切日：平成25年２月12日厳守）
正会員
賛助会員企業の社員

名誉員
シニア員・ジュニア員
学生会員＊1

工業会会員企業の社員
共催・協賛団体の正会員

14,000円

5,000円

16,000円

正会員
シニア員・ジュニア員＊2
賛助会員企業の社員

名誉員
学生会員

工業会会員企業の社員
共催・協賛団体の正会員

15,000円

7,000円

17,000円

一

般

19,000円⑵ 事前登録締切日以降
一般

20,000円＊１ 会員資格について不明な点は，事務局までお問い合わせください．
＊２ 事前登録締切日以降は，シニア員・ジュニア員の参加費は正会員と同じになります．
申し込み方法：参加申込は，学会ホームページ（http://www.jfps.jp）上で行ってください．
詳細はホームページをご覧ください．
問合せ先：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
E-mail：info@jfps.jp TEL：03‑3433‑8441 FAX：03‑3433‑8442⑴ 郵便振替貯金 00110‑3‑133690⑵ 三井住友銀行 日比谷支店（普） 7611417＊ 口座名はいずれも「シャ）ニホンフルードパワーシステムガッカイ」です．

会

告お詫びと訂正本学会誌43巻，第6号（2012年11月）英文目次【Lecture】におきまして，以下のような著者名の記載ミスがありました．
【誤】An Introductory Course of Fluids Mechanics：The second: Change your perspective!

Osamu TAKAHASHI【正】An Introductory Course of Fluids Mechanics：The second: Change your perspective!

Tsutomu TAKAHASHI

関係各位に大変ご迷惑をおかけしたことを深くお詫び申し上げ，ここに訂正させていただきます．
〈編集委員会〉

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フルードパワーシステム

会

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25年春季フルードパワーシステム講演会のお知らせ
開催日：平成25年５月30日
（木）
，31日
（金）

講演募集要項
平成25年春季フルードパワーシステム講演会を下記の⑸ 前刷原稿提出方法：PDF化した原稿ファイルを学会

とおり開催します．29日午後には編集委員会と企画委員

ホームページ上からご提出ください．詳細はホーム会の合同企画による併設セミナー「自動車技術とフルード

ページをご覧ください．PDF化に際しましては図・写パワー」を予定しております．また，特別講演・基調講

真の画質にご注意ください．なお，ファイルサイズ

演・製品技術紹介・技術懇談会などを計画しております．

は2MBまでです．

詳細は後日，学会ページに掲載いたしますので，ご確認くださいますようお願いいたします．皆様の積極的なご参
加をお待ちしております．

６．講演会の形式：⑴ 講演時間：１題目につき20分（講演15分，討論５分）を予定⑵ 座長：会員中からあらかじめ見識ある方を人選しま

１．開催日時：平成25年５月30日
（木）
〜 31日
（金）
２．会

す．
⑶ 講演論文集：申込講演の前刷原稿をオフセット印刷

９：00 〜 17：00 （予定）

し，一冊に編集します．

場：機械振興会館 本館〒105‑0011 東京都港区芝公園３―５―８⑷ 討論：講演発表時に，５分間討論の時間を設けてあ（http://www.jspmi.or.jp/about/access.html）

りますが，さらに講演会終了後１ヶ月間は会員より

なお，講演会場は午前８：30から使用可能です．また，「書面による討論」を受け付けています．講演者はその討論に対して学会へ書面をもって回答することを

受付は８：45から行います．
３．講演会の種類：学術講演．基本的に講演内容はフルー

原則とします．

ドパワーシステムの分野に関連するものに限ります．

⑸ 論文集への投稿：講演者は講演会終了後の討論締め

４．講演申込者の範囲：共催両学会の会員およびその会員

切後，「日本フルードパワーシステム学会論文集」にを含むグループ．ただし，講演者は会員に限ります．

投稿できます．
７．参加登録：

５．講演申込要領：⑴ 申込方法：講演申込者は，当学会のホームページ⑴ 講演会の参加者は参加登録が必要です．また，講演（http://www.jfps.jp）上で講演申込を行ってください．

会の講演者は前刷原稿締切日（平成25年４月17日

詳細はホームページをご覧ください．

（水））までに事前登録が必要です．参加登録は，学会

郵送，FAXでの申込は受けつけません．なお，また，講演申込後の講演タイトル等の変更はできま

ホームページ（http://www.jfps.jp）上で行ってくだ
さい．詳細はホームページをご覧ください．

せんのでお申し込み時に十分ご注意ください．ま⑵ 登録料：登録料には各種講演の聴講料および講演論

た，ご講演日時のご指定はプログラムの編成作業

文集１冊の代金が含まれます．なお，参加登録者は，上承ることができませんので，ご了承ください．

技術懇談会に参加することができます．
事前登録（平成25年５月15日（水）まで 厳守）の方は，⑵ 講演申込締切日：平成25年４月３日（水）⑶ 前刷原稿の書式：１題目につき３頁（図・表含む）．
サンプルファイルを学会ホームページからダウン

つぎの表に示す割引料金となります．
※ただし講演者の方は上記７．⑴の通り，前刷原稿締切日（平成25年４月17日（水））までに事前登録をお願ロードしてご使用ください．
⑷ 前刷原稿締切日：平成25年４月17日（水）
必着
締め切りを論文集作成に必要な最小日数で設定しました．締切日に未着の原稿は論文集に掲載できない

いいたします．
講演会と併設セミナーを同時に事前登録されますと，併設セミナー分の登録料が2,000円割引となります．

場合がありますのでご注意ください．

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平成25年春季フルードパワーシステム講演会のお知らせ

正会員

名誉員・シニア員・

日本フルードパワー工業会会員企業の賛助会員企業の社員

ジュニア員・学生会員

社員，共催・協賛団体の会員（正会員）

講演会

18,000円

10,000円

20,000円

23,000円

併設セミナー

14,000円

5,000円

16,000円

19,000円

講演会＋併設セミナー

30,000円

13,000円

34,000円

40,000円

一般

平成25年５月16日（木）以降（講演会当日を含む）のご登録の場合
正会員
賛助会員企業の社員

名誉員
学生会員

日本フルードパワー工業会会員企業の社員，共催・協賛団体の会員（正会員）

一般

講演会

20,000円

15,000円

22,000円

25,000円

併設セミナー

15,000円

7,000円

17,000円

20,000円

注１ シニア員，ジュニア員の割引料金は事前登録の場合のみ適用されます．事前登録締切り以降の場合は，正会員と同料金での受付となります．
注２ 会員資格について不明な点は，事務局までお問い合わせください．
注３ 同一の講演者が複数の講演を行う場合，２件目以降は，１講演につき7,000円が加算されます．

⑶ 別売り講演論文集料金：登録料に含まれる１冊の講す．ただし，発送は講演会終了後となります．

演論文集とは別に論文集を購入される場合，正会員・連絡先：一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会

名誉員・賛助会員企業の社員6,000円，フルードパ〒105‑0011 東京都港区芝公園３―５―22

ワー工業会会員企業社員，協賛・共催団体社員8,000

機械振興会館 別館102

円，一般10,000円で当日受付にて購入できます．まE-mail info@jfps.jp

た，学会ホームページ（http://www.jfps.jp）から講TEL 03‑3433‑8441

演論文集申込書をダウンロードしE-mailに添付して学FAX 03‑3433‑8442

会宛（info@jfps.jp）に送信する方法でも購入できま

会

告

会

会員の種類

正

会 員 数
（11月15日現在）
差

引

増

減

（注１）正会員の内訳

会

員

員

移

動

海外会員

学生会員

賛助会員

905（注１）

15

155

103

＋5

0

＋2

0

名誉員14名・シニア員22名・ジュニア員180名

正会員
谷口 浩成（津山工業高等専門学校）

曽谷 康史（川崎重工業㈱）西股 健一（SMC㈱）清水 則雄（SMC㈱）斉藤 啓司（KYB㈱）学生会員
近村 真孝（早稲田大学）

Kamali Mohammadreza（東京工業大学）

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フルードパワーシステム会

告

一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会
賛助会員会社一覧

アイシン・エイ・ダブリュ㈱㈱ジェイテクト

㈱明石合銅

勝美印刷㈱

アズビル㈱

㈱ジコー

㈱アドヴィックス

JX日鉱日石エネルギー㈱イートン㈱新日鐵住金㈱

㈱医器研

住友建機㈱

㈱IHI

千住金属工業㈱

出光興産㈱

TACO㈱

イナバゴム㈱第一電気㈱㈱インターナショナル・サーボ・データ㈱TAIYO

㈱打江精機

㈱タカコ

SMC㈱

㈱タダノ

SMC㈱中国ダイキン･ザウアーダンフォス･マニファクチャリング㈱NOK㈱ダイキン工業㈱㈱大阪ジャッキ製作所

ダイワ㈱大瀧ジャッキ㈱

大生工業㈱

㈱オプトン

㈱中央パッキング

鹿島通商㈱

調和工業㈱

KYB（株）㈱TNK

KYBエンジニアリング･アンド･サービス㈱天竜丸澤㈱KYB-YS㈱トーヨーエイテック㈱川崎重工業㈱東京メータ㈱キャタピラージャパン㈱TOHTO㈱協和シール工業㈱東北特殊鋼㈱極東開発工業㈱

東明工業㈱

㈱クボタ

DOOSAN CORPORATION

クロダニューマティクス㈱東洋機械金属㈱

㈱工苑

同和発條㈱

甲南電機㈱

東京計器㈱

㈱コガネイ

特許機器㈱

コスモ石油ルブリカンツ㈱特許庁㈱小松製作所㈱豊田自動織機製作所

ザウアーダンフォス･ダイキン㈱㈱豊田中央研究所㈱阪上製作所

中村工機㈱㈱鷺宮製作所

長津工業㈱三和テッキ㈱

長野計器㈱

CKD㈱

ナブテスコ㈱㈱島津製作所ニッタ㈱66

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第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

会告

一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会

賛助会員会社一覧

日新 器工業㈱㈱不二越

日本アキュムレータ㈱二見屋工業㈱日本工業出版㈱ボッシュ・レックスロス㈱

日本精器㈱

昌富工業㈱

日本電産トーソク㈱マサモト㈱日本ムーグ㈱松巳鉄工㈱㈱ハイダック㈱増田製作所

日立建機㈱

マックス㈱

㈱日立製作所

ヤマシンフイルタ㈱広瀬バルブ工業㈱ヤマハモーターハイドロリックシステム㈱ピー・エス・シー㈱

油研工業㈱

フェスト㈱

理研精機㈱

67

㈱フクダ

会

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324回講習会「事例に学ぶ流体関連振動（トラブル事例相談会付き」
共
催：機械力学・計測制御部門
開催：2013年１月28日（月），29日（火） ９：10 〜 17：00
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／電話（06）6443‑5324（代）／地下鉄
四つ橋線 ｢本町｣ 駅下車，28番出口北へ400ｍ）
次世代油圧伝達システムワークショップ
開催：2013年２月25日（月） 13：30 〜 17：00（第１部），17：15 〜 19：00（第２部）
会
場：法政大学市ヶ谷田町校舎（デザイン工学部棟）５階 マルティメディア教室 他
主催：法政大学デザイン工学部
共催：（一社）日本フルードパワーシステム学会，㈱ティーエヌケー，タマティーエルオー㈱，先端モーションシミュ
レータ技術研究所

フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

67

68

フルードパワーシステム

編 集 室

次号予告

― 特集「自動車技術とフルードパワー」―〔巻頭言〕「自動車技術とフルードパワー」発行にあたって〔解説〕自動車と流体制御
フルードパワーとショックアブソーバ技術
自動車用トルクコンバータ内の油圧解析技術
回生協調ブレーキ
電動油圧式電子制御パワーステアリング用オイルポンプの開発
New V6エンジン用VTEC with Vシステムの紹介
商用車向けACサーボモータ駆動ポンプ制御電動油圧パワーステアリング

五嶋
田中
坂井
山口
上野健太郎，大谷 行雄，佐伯
倉田
林
泰宇，手塚 英至，橋場

裕之
裕久
静
健
秀之
昌和
一雄

佐藤 恭一，平野 謙一，田中 裕久
吉田 和弘
尹
鍾晧
佐々木大輔
嚴
祥仁
鈴木 勝正

〔FPIC会議報告〕Mechatronics2012におけるフルードパワー技術研究
FPMC2012におけるフルードパワー技術研究動向
日本ロボット学会第30回記念学術講演会におけるフルードパワー技術研究
ICMT2012におけるフルードパワー技術研究動向
山梨講演会2012におけるフルードパワー技術研究動向
計測自動制御学会Annual Conferenceと流体計測制御シンポジウムに観る
フルードパワー技術研究動向（仮題）〔教室〕おもしろ油圧機構 第11回 油圧で扱う量と計測機器入門講座「流体力学」第４回：噴水はどこまで上がる？のウソ〔トピックス〕TC131/WG4空気圧機器の信頼性評価
アメリカ駐在日記〔研究室紹介〕岡山大学大学院自然科学研究科知能機械制御学研究室〔企画行事〕平成25年度企画行事紹介
平成24年度オータムセミナー開催報告藤田 壽憲，加藤 友規
大橋
彰
高橋
勉
小根山尚武
田村 和也
則次 俊郎
大内 英俊，桜井 康雄
兵藤 訓一

平成25年度「フルードパワーシステム」編集委員
委 員 長
副委員長
委
員

会

吉 田 和 弘（東京工業大学）
塚 越 秀 行（東京工業大学）
伊 藤 雅 則（東京海洋大学）
内 堀 晃 彦（宇部工業高等専門学校）
大 橋
彰（油研工業㈱）小 倉
弘（日立建機㈱）加 藤 友 規（福岡工業大学）
木 原 和 幸（㈶工業所有権協力センター）
金
俊 完（東京工業大学）
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㈱）多 田 昌 弘（CKD㈱）中 野 政 身（東北大学）

委

員

担当理事

成
西
藤
丸
村
柳
山
山
吉
宮
山

田
海
田
田
松
田
田
田
満
川
田

晋（KYB㈱）孝 夫（防衛大学校）
壽 憲（東京電機大学）
和 弘（㈱コマツ）
久 巳（沼津工業高等専門学校）
秀 記（豊橋技術科学大学）
真の介（㈱TAIYO）
敏 夫（㈱コガネイ）
俊 拓（神奈川工科大学）
新 平（KYB㈱）宏 尚（岐阜大学）編集事務局 藤 谷 秀 次（学会事務局）
竹 内 留 美（勝美印刷㈱）（あいうえお告
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．
（社外頒布用の複写は許諾が必要です．
）
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TEL：03‑3475‑5618
FAX：03‑3475‑5619
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フルードパワーシステム

第44巻

第１号

2013年１月（平成25年）

順）

ISSN

1880―3121

日本フルードパワーシステム学会論文集
第44巻, 第１号（2013）
平成25年１月
目次

研究論文
１．可動翼型吸込み・送風エアポンプにおけるブレード摺動
トルク特性
植木

忠博，稲葉

一雄

１

２．カルマンフィルタを用いた管内非定常流量・圧力の推定
小澤

明，眞田

一志

８

３．鉄道車両用真空式トイレにおける真空特性と消費エネルギーに関する研究
藤野

謙司，山本

円朗，谷口

宏次，山本

寛

伊藤

正彦，黎

しん，尹

鍾晧，香川

利春

16

達也

23

４．油圧 L 字配管チェックボール挙動の実験的解析
梶原

伸治，田中

一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会

ISSN

1880―3121

TRANSACTIONS OF
THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY
Vol.44, No.1

January 2013
Contents

Paper
１．Characteristics on Sliding Torque of Blades in a Slide-Blade Type Air Pump
Tadahiro UEKI, Kazuo INABA

１

２．An Estimation of Unsteady Flowrate and Pressure in a Pipe using Kalman Filter
Akira OZAWA, Kazushi SANADA

８

３．A Study on the Vacuum Characteristics and the Energy Consumption of the
Vacuum Toilet System for Vehicle
Kenji FUJINO, Nobuaki YAMAMOTO, Koji TANIGUCHI, Hiroshi YAMAMOTO,
Masahiko ITO, Xin Li, Chongho YOUN, Toshiharu KAGAWA

16

４．Experimental Analysis of Check Ball Behavior for L-shaped Pipe
Shinji KAJIWARA, Tatsuya TANAKA

Published by
The Japan Fluid Power System Society
c/o Kikaishinko Building
3―5―22 Shiba―koen, Minato―ku, Tokyo, 105―0011, Japan23

植木・稲葉：可動翼型吸込み・送風エアポンプにおけるブレードの摺動トルク特性

1

研究論文

可動翼型吸込み・送風エアポンプにおけるブレードの摺動トルク特性＊
植 木 忠 博＊＊，稲 葉 一 雄＊＊＊Characteristics on Sliding Torque of Blades in a Slide-Blade Type Air Pump
Tadahiro UEKI＊＊, Kazuo INABA＊＊＊
Slide-blade type air pumps are utilized in printing machines as an air source which provides both the action of air
blowing and suction necessary for the paper handling. In the air pump, a large part of the motor power is occupied by thesliding friction between blades and cylinder surface of the casing. So, it is necessary to clarify the mechanism of the friction
quantitatively in order to design practical dry air pumps with longer life and less energy consumption.
In the paper, ﬁrst of all, the sliding force by a single blade was measured experimentally through the axle torque, and its
mechanism was made clear. Then, the torque by multi-blades was investigated similarly, and its characteristics whichshould be aﬀected by chamber pressure were analyzed. As a result, the following conclusions are obtained:
１）．The sliding torque by a single blade indicates a cyclic change with rotor rotation, the absolute value of which is farlarger than the theoretical one estimated by the centrifugal force to the blade solely.
２）．The sliding torque by a single blade is aﬀected signiﬁcantly due to the constraint of the blade movement at the rotor
slit. Speciﬁcally, the sliding torque is the largest around a point between the maximum protrusion hight and the
maximum thrust speed. Therefore, the set angle of rotor slits is an important parameter for the blades behavior.
３）．In actual air pumps with multi-blades, the air pressure in the blade chambers as well as in the bottom space of therotor grooves seriously aﬀect the blade motion along the rotor slit. Therefore, air holes connecting the bottom of therotors slits as well as air slots formed on the blade side-face are eﬀective for decreasing the sliding torque.
Key words：Air pump, Air blow, Air suction, Blade, Power consumption, Sliding torque, Paper handling, Printing machine

1．緒が買われて，ペーパハンドリングアシスト用エアポンプと言して独自に発展し，国内外の専業メーカがその製造に当

枚葉印刷機や製本機械などの高速化に伴い，周辺機器のたっている．またエアポンプをヘリュームガス回収ポンプ１つであるカットシートフィーダに対して，重送防止の性や排煙ポンプとして活用する新たな用途が検討されている．

能アップが求められている．そのエアアシスト機構では，

エアポンプの特徴は圧力比が小さいこと，ブレードの出空気流をシートのサイドエッジに向けて噴きつけることに入（突出し／後退）を遠心力のみに依存する単純構造であ

よってシート同士の付着を解きほぐす一方，紙面を負圧吸ること，ブレードがケーシング内壁を直接摺動すること，引する．この２つの機能を同時に担うのが，可動翼型吸込およびブレードの枚数やロータのスリット角などに見出す

み・送風エアポンプである（以後，エアポンプと略称）．

ことができる．なお実用に際しては，吸込み・送風効率が偏心ロータの回転によって翼室容積を変化させるという作低いことに加え，軸動力の大半がブレードとシリンダの高動原理は従来の可動翼型回転圧縮機と何ら変わるものでは

速摺動摩擦によって占められるという機械効率の低さが弱ないがその構造と機能はかなり異なっている．要は，必要点となる1）．そのため潤滑には特段の配慮を要する反面，な吸引負圧と排気送風量が１台のエアポンプによって供せ

エアポンプ本体の温度上昇に加え吸込み負圧によりミストられるという利便性，圧力・流量の微調整への対応性など化した潤滑油が，紙面はもとより作業環境の汚染源となること，あるいは劣化潤滑油の処理などへの対応上，潤滑油＊

平成23年５月13日 原稿受付＊＊
芝浦工業大学工学部機械工学科（所在地 〒135‑8548 東京都江東区豊洲３−７−５）
＊＊＊

㈱ナピコ
（所在地 〒140‑0013 東京都品川区南大井１−16−１）
第44巻

第１号

の消耗を極力抑えなければならないというジレンマも抱えている．
このような背景から斯界では，オイルフリーのドライエ
アポンプが待望され，既にその実用化が始まっているが，鋳鉄ブレードからカーボンブレードへの転換が定着しつつ―1―

2013年１月（平成25年）

2

日本フルードパワーシステム学会論文集あるドライエアポンプにとって，ブレード摩擦トルクの抑制は切実な課題である． また送風エア中に混入したカーボ
ンブレードの摩耗粉による紙面の汚染，あるいはカーボン粉塵に対するフィルター等の保守にも悩まされている．

2．研 究 目 的
エアポンプの駆動トルクは，理論仕事とブレード摺動摩擦の２成分からなる．このうち理論仕事トルクを試算してみると，たかだか0.2Nm程度であり，吐出圧をかなり高く設定したとしても実駆動トルクに比べると遙かに小さいことから，その大半がシリンダに対するブレードの摺動摩擦によって占められることは明白である．問題はこのブレー
Fig. 1ドの摺動トルクを支配する要因である．エアポンプと機構

A view of the experimental apparatusが類似している可動翼型回転圧縮機や油圧ベーンポンプに対してブレード摺動トルクの力学的解析がかなり行われてはいるものの2），3），仕様や運転条件などの大きく異なるエアポンプではそれらからブレード挙動を類推するにはかな
り無理がある．しかも観察が難しいという制約もあり，ブレードの動的挙動については推測に頼らざるを得ない．恐らくブレードに働く遠心力が作用因子の１つであることは間違いないが，定量的な効果は不明である．更にロータス
リットにおけるブレードの出入あるいは翼室圧が駆動トル
クにどれ程の影響を及ぼしているか，これらの究明が必要である．その意味では，理論仕事や翼室圧の影響を受けな
Fig. 2いシングルブレードによる摺動トルクを個別に分離・測定

Structure of a air pump

することは，駆動トルク特性の本質を知るための参考とな
タの回転角度θに同期させながら検出できるようにした．

る．
そこで，本研究ではまずエアポンプにおけるブレード摩なおトルク計を介して駆動モータと主軸を直結させて駆動擦挙動をシングルブレードによる摺動トルクサイクルを通

トルクを直接計測し，荷重計による測定データの信頼性をして追跡した．次にその所見をもとに，翼室内圧の影響が確かめている4），5）．

加わるマルチブレード摺動トルク特性を測定し，ドライエ

実験装置の全体構成をFig. 1に，エアポンプの機構部をアポンプの摺動トルク低減対策の手掛かりを得ようとする

Fig. 2に示す．なお空転駆動トルク：約0.7Nm（ブレード未ものである．

装着状態での駆動トルクで，軸受摩擦力がその主体である）
を予め計測し，実験データを補正した．また荷重計を含む

3．実験方法および実験装置

摺動トルク測定装置系の固有振動数は約120Hzであり，回本報告ではまず，シングルブレードによる摺動トルクの転周波数を十分上回っている．
荷重計の出力はPCに取り込まれ，ロータ５回転分の平均観察を先行させた．次いで，配列に配慮しながらブレードの枚数を順次増やし，枚数に対する摺動トルクの変化を追値を実験値とし10度毎にデータ処理を行った．

跡したのは，枚数による摩擦トルクの加法性を検証し，ブ

3.2 実験条件

レード前後の翼室圧差やロータスリット底の隙間圧力がこ

試供エアポンプの仕様をTable. 1に一覧する．また，ローの摺動トルクへ及ぼす影響を抽出するためである．用いたタの諸寸法をTable. 2に示す．エアポンプの摺動トルクに実験装置と実験条件は次のとおりである．

とって，ブレード出入（突出し／後退）抵抗とスリット角3.1 実験装置

γとの関わりが大きいことは，ブレード重心に加わる遠心実験には市販のエアポンプ（㈱ナピコ製）を供したが，力 fCとケーシング反力F0の関係から当然予想できることでブレードとシリンダ間の摺動トルクを測定するため，次のある．本研究では基本構造である求心スリットロータを主ような改造を加えた．まず，ロータとケーシングを独立に体にし，偏心スリットロータも比較のため実験に供した

回転できる構造とし，ケーシングとベース間に設置した荷（Fig. 3）
．ドライポンプ用に開発された偏心スリットロータ

重計によって，回転中のブレードによる摺動トルクをロー

は，摺動摩擦力FTのケーシング反力 F0を高めることによっ

第44巻

第１号

―2―

2013年１月（平成25年）

植木・稲葉：可動翼型吸込み・送風エアポンプにおけるブレードの摺動トルク特性

3てカーボンブレードの破壊を抑制する目的で設計された．

偏心スリットロータでは無潤滑（ドライ）条件の下でそれ一方，隣り合う翼室間の差圧がブレード出入の円滑性にぞれ実験した．ブレード頂部の初期形状（円弧半径R：大きな影響を及ぼす可能性は，当然予想されることである．

10㎜）と表面粗さ（Ra：15μm）は稼働時間とともに摩耗し，そこで，ブレード出入に対する翼室圧の効果を確認する目

ある特定の曲面に収斂するため，実験は十分馴染んだ後に的でブレード通気溝（Fig. 2），およびロータスリット底隙行われた．ロータスリットとブレード厚のあそびは0.2㎜以内である．

間を結ぶ導通孔（Fig. 3）も実験因子に加えている．ただし，偏心スリットロータではカーボンブレードの破壊強度低下

4．実験結果および考察の理由により，すべて通気溝を持たない平滑ブレードが用いられている．そのため，ロータスリット底の隙間圧効果

エアポンプのブレード挙動を考察するに先立ち，その出は導通孔（Fig. 3）の有無によって検討した．使用した鋳

入速度v
（θ）
を，ブレードの回転角度θに対する突出し量c（θ）

鉄およびカーボンブレードの仕様もTable. 1に併記していの変化率として定義する（式⑴）．ここで，ブレード突出

る．

し量c
（θ）
とはロータスリット出口とシリンダ間の隙間であ実験条件として回転数 N，風量 Qは常用値程度としたが，り，ロータ偏心量eによって発生する（Fig. 2）．
v ＝ d {c
（θ）
（θ）
} /dθ

不確定な影響因子をできる限り除く意味で，吸込みバルブと送風バルブを開放し，求心スリットロータでは滴下給油，⑴

Fig. 4は，突出し量c（θ ）と出入速度v（θ ）の理論計算例を極座標で示したものである．突出し量は，偏心円状のサイク

Table. 1

ルを呈する．出入速度は突出し時と後退時で正負が逆転すSpeciﬁcations of the air pump

るがその絶対値は対称なサイクルを描き，最大値はブレー
Type of rotor
speciﬁcation

Centripetal slit

Eccentric slit

ドの最大突出し位置から±90度位相がずれることが分かる．

Suction pressure

Ps kPa−40 〜 0−40 〜 0

このような特性カーブは，回転する偏心ロータの幾何学か

Blow pressure

Pe kPa0 〜 500 〜 50Flow rateQ㎥/

ら容易に算出できる．

Rotation speedNrpm

0 〜 0.3
1,500

以下，データはすべて極座標で表示され，中央にブレー84ドの配置図が付されているが，回転角度θとポンプ構造

FC250

Resin-impregnated Carbon（吸・排気ポートなど）の配置関係は全てFig. 4に準じてい

40×80×5

55×75×4

る．なおAppendixに関連する記号表を記載した．

（116）

（30）

4.1 シングルブレードによる摺動トルクサイクル

500 〜 750

Number of slit
Material
BladeSize（Length×Width×
Thickness）㎜（Mass g）
Air slot

Casing

Plane

Bore of cylinder㎜

Material

Lubrication

Slotted

Plane

127

118

FC250

S45C

Drop-feedDry

シングルブレードによる摺動トルクサイクルの解析モデ
ル計算値と実測値を，求心スリットロータと偏心スリット
ロータについて比較した.その所見をまとめると次のとりである．

Table. 2

Speciﬁcations of the rotors
type

Size of rotor

Centripetal

Eccentric

Diameter of rotor

2r

㎜

114

100

Width of rotor

b

㎜

80

75

8

4

Number of slit
Depth of slit

㎜

40

55

Thickness of slit

㎜

5.1

4.2

deg.

0

22

Slit setting angle

γFig. 4
Fig. 3
第44巻

第１号

Slit patterns of rotors―3―

Protrusion higth C（θ）and protrusion rate v（θ）ofsingle blade（Theoretical results for a centripetal
slit rotor）
2013年１月（平成25年）

4

日本フルードパワーシステム学会論文集を試算してみた．ブレード重量：約0.012Ｎ/１枚より，回

4.1.1 求心スリットロータの摺動トルク特性
ブレードはロータの回転 N（rpm）が誘起する遠心力 fC

転数650rpmにおけるブレードの遠心力は，20 〜 29N程度

によって，ロータスリットとの摩擦に抗して，その頂部をとなり平均値でも高々 24Nに過ぎない．この摺動トルクサ

シリンダ壁へ押付けられる．その垂直方向分力FNに滑り摩

イクル（摩擦係数

擦係数 μ０を乗じることによって摺動力F（＝FT
N × μ0）を概とおりであり，平均摩擦トルクTF は約TF＝0.25Nm（最大摩算できる．これらの数値FN，FT，および合力F0の間の力学

擦トルクは約0.35Nm）となる．

μ0＝0.2を仮定）はFig. 5（破線）に見る−モデルが，可動翼型回転圧縮機や油圧ベーンポンプに対して提案され2），3），5），6），ロータスリットにおける支点反力F1，
F2の作用を考慮することによって，ブレードの出入に要す
る摩擦力F（＝FB
1B＋F2B）は理論的に定義されている．しかし，ブレード側面に生じる擦過痕観察1）から，FBの存在は間接的に確認されるが，理論モデルにおけるFB数値の妥当性を具体的に検討した例は見当たらない．
摩擦係数の効果；本報では静力学的理論モデルの１つ3）を参考に，エアポンプにおけるブレード摺動トルク式を誘導し（Appendix参照），その摺動トルクサイクルを具体的に数値計算した．なおその際，ブレード頂部を円弧形状とし，シリンダ面との線接触を仮定している．その計算結果の１例をFig. 5に示す．同図では，シングルブレードを想定しているので翼室圧の影響を無視し，摩擦係数 μ0 ，μB

Fig. 6

Eﬀects of rotation speed on sliding torque by single
blade（measured value for a centripetal slit rotor）（Appendix参照）には常識的な数値を仮定している．この解析モデル値はブレード突出し時に比べ後退時に数倍大き

またFig. 6にシングルブレードにおける駆動トルクの実なトルク値の歪み円状サイクルを呈しており，最大突出し測値（Fig. 5に対応する回転数：650rpm）を示した．実測量と最大後退速度（Fig. 4）の中間付近に極大値が存在す

値と解析モデル（μ B＝０）の数値はかなり乖離しているのる（Fig. 5）．なぜなら，ブレードのスリット後退抵抗と突がわかる．このことからも，ロータスリットとブレード間

き出し高さが摺動トルクを左右するために両者のピーク値の出入摩擦係数 μ Bが，摺動トルクに極めて大きな影響を及の中間あたりに最大トルクが現れるものと理解され，当然ぼすことが窺われる．

のことながら，摩擦係数 μ 0 ，μBによる影響が大きいことは，回転数（遠心力）の効果； ロータ回転数に関して言え容易に推察できる．このように仮定された摩擦係数の下でば，回転数変化650 〜 750rpmに伴う遠心力の変化量がせいのシミュレーション結果は比較的妥当な傾向を示している

ぜい10Nと摺動抵抗の絶対値に比べ小さいものの，理屈上が，ブレードの動力学モデルの検討および実摩擦係数の特は遠心力が回転数の二乗に比例することから，高速になる

定が今後の課題である．なお参考までに，ブレード支点反に伴い摺動トルクも相応に増加するはずである．

力 F1，F2 および接触角αをゼロと仮定し，遠心力のみによFig. 6に示した回転数の違いによる効果の特性的傾向はるブレード出入を想定した単純モデルによって求心スリッ理論サイクル（Fig. 5）と近似しているが，回転数の変化

トロータのシングルブレードに対する摩擦トルクサイクル

に対して，650 〜 750rpm程度では大きな差違が現れない．
おそらく，前述のように摺動トルクの主体がブレードのス
リット出入抵抗によって支配されているためと考えられる．
しかし，回転数がある限界（本実験では600rpm辺り）以下の低速度になると摺動トルクサイクルパターンの再現性が急激に低下することが観察されることから，安定したブ
レードの出入を保証するには，それより大きい回転数の望
ましいことが判明した．この原因はブレードに作用する遠心力効果にしきい値が存在するものと想像される．
ロータスリット底の圧力効果；ブレードの出入に伴うロータスリット底の隙間変化がその内圧を変動させ，出入運動の挙動に影響を及ぼすことは十分予想される．ロータ

Fig. 5 Sliding torque by single blade（Theoretical results
for a centripetal slit rotor）
第44巻

第１号

スリット底と翼室を繋ぐブレード通気溝（Fig. 2）はこの圧力変化を緩和（自動調整）させる意図で考案された．

―4―

2013年１月（平成25年）

植木・稲葉：可動翼型吸込み・送風エアポンプにおけるブレードの摺動トルク特性

5Fig. ７はブレード通気溝の有無によるシングルブレードの所に集中すると共に，その位置が求心ロータに比べ回転逆

摺動トルクを対比したもので，実測した５サイクル分の方向側に偏る（位相が進む）傾向を示す．これは，ブレーデータを示している．同図によると，平滑シングルブレー

ドがケーシング壁面へ傾斜接触するため，最大突出し量ドの方が通気溝を付したブレードに比べ，摺動トルクの平Cmaxに対する回転位置が早まることによって生じる現象で均値（ ）は小さいもののトルクサイクルの再現性に劣っあることは幾何学的にも理解できる．

−
Tている様子が現れており，このことは恐らくブレードの浮Fig. 8では，シングルブレードの摺動トルクに対してロー

き上りも含めてその出入の不安定さを示唆している．しかタ導通孔（Fig. 3）の効果も対比されている．同図では両し，ブレード通気溝の得失はエアポンプの送風・吸気効率者の明白な差は確認できない．すなわち，ロータスリットとの絡みで駆動トルクの絶対値も含めて議論されなければ

底間に導通孔を設けても，駆動トルクに大幅な変化が見らならないものと考える．

れない．しかし，ブレード側面の通気溝と同様，マルチブ

4.1.2 偏心スリットロータの摺動トルク特性

レードにおいて導通孔もまた出入運動の安定性に優位に作

まず，スリット角をロータ回転方向へプラス，その逆を用する傾向が確認された．

マイナスと定めることにする（Fig. 3）．ブレード摩擦力の4.2 マルチブレードにおけるブレードの出入挙動

うち後退ベクトル分力の大きいことから，理論上プラスス

4.2.1 翼室圧が求心スリットロータ／ブレード挙動へ及ぼす影響

リット角の方がブレードの出入運動にとって有利のはずである．したがって，カーボンブレードを用いた偏心スリッ

シングルブレードの実測したデータの摺動トルクサイク

トロータのドライエアポンプでは，プラススリット角が採ルをブレードの取付位置だけ位相をずらしてその枚数分を用されることになる．偏心スリットロータに対する摺動ト

重ね合わせるという線形加法モデルは，エアポンプの摺動

ルクの実測値の１例をFig. 8に示す．トルクの最大値が局トルク特性を考察する上で１つの手がかりを与えてくれる．
この手法によってマルチブレードにおける摺動トルクサイ
クルをシミュレーションした１例が，Fig. 9（A）である．

Fig. 7

Fig. 8

Effects of air slots on slidimg torqur by single
blade（measured value of serial 5 cycle curves forcentripetal slit rotor）

Sliding torque by single blade on an eccentric slit
rotor（measured value）

第44巻

第１号

―5―

Simulated value by summing up single blade torqueMeasured values
Fig. 9Sliding torque by multi-blades with air slots
2013年１月（平成25年）

6

日本フルードパワーシステム学会論文集

Plane blade
Fig. 11
Fig. 10Array eﬀect of 4 blades on sliding

Air slot blade

Stability of sliding torque cycle for multi-blades（serial 5 cycle curves）

また比較のためFig. 9（B）に，この実測トルクサイクルを示している．両図の結果を対比させて見ると，シングルブ
レードの加法モデルによるシミュレーション結果は実測値と対角４枚ブレード配列（翼室圧は生じない）ではその傾向がほぼ一致しているのに対し，８枚ブレード（翼室圧が発生）では実測値がシミュレーションより遙かに小さな数値を示している．このように顕著な相違は翼室圧によってValue estimated bysumming up single
blade torque

もたらされる効果と予想される．恐らく，マルチブレード
におけるブレード出入の円滑性は隣り合う翼室圧差に敏感に反応し影響を受けたものと考えられる．したがって，シFig. 12

ングルブレードによる摺動トルクサイクルのブレード枚数

Measured values（serial 5cycle curves）

A sliding torque cycle curve by multi-blades（aneccentric slit rotor without air holes）に応じた単純加法性は，翼室圧の生じるケースでは成立し難いということになる．この結論の妥当性を検証する目的
で，ブレードの配列による摺動トルク効果を実測した．
Fig. 10は，４枚マルチブレードについて，連続４枚配列（翼室圧が発生）と対角４枚配列（翼室圧の変化なし）を実測値と単純加法モデル値をそれぞれ対比させて示したものである．前者（連続配列）は隣り合う翼室に生じた圧力の差圧がロータスリットにおける反力 F1，F2（Appendix参

Value estimated bysumming up single
blade torque照）に少なからぬ影響を及ぼした結果，ロータスリットでのブレード拘束を緩めその出入が円滑化し，加法モデル値
より実測値が大幅に低下したものと推測される．これに対Fig. 13

して，後者（対角配列）はその圧力差が生じないことから，

Measured values（serial
5 cycle curves）

A sliding torque cycle curve by multi-blades（aneccentric slit with air holes）

シングルブレードの単純な重ね合わせシミュレーションと4.2.2 偏心スリットロータ／ブレード挙動へ及ぼす翼室圧

良い一致を見たものと解釈できる．

の影響以上の結果より，ブレード出入の円滑化にとって，ロータスリットの寸法形状や表面粗さ，エッジ品質などが重要

偏心スリットロータによるマルチブレードの駆動トルクな影響因子となり得るものと推察される．とりわけ，マル予想にも，シングルブレードによる摺動トルクの加法シ

チブレードにおける通気溝の調圧効果には，期待が大きい．

ミュレーションを利用できる．Fig. 12 より明らかなよう

Fig. 11には平滑ブレードと通気溝付きブレードの８枚ブに，平均実測トルクおよびその極大値は加法モデル

レードにおける摺動トルクを比較している．シングルブ

Fig. 12 による予測値よりかなり大きく，トルクサイクル

レードでは平滑ブレードの摺動トルクが通気溝付きブレー

間のばらつきも著しい．すなわちロータスリット底の導通ドに比べかなり小さかったにもかかわらず，８枚ブレード

孔無しでは，ブレード出入運動が安定しにくい傾向を示しになると通気溝付きブレードの方が結果として，トルクサているといえる．
このような所見をもとに，ブレードの出入の円滑化を図

イクルが安定し，絶対値も若干小さくなる傾向を示している対策としてロータスリット底間を導通させることによる

る．
第44巻

第１号

―6―

2013年１月（平成25年）

植木・稲葉：可動翼型吸込み・送風エアポンプにおけるブレードの摺動トルク特性

7

調圧効果を予見することができる．例えば，ロータサイド

２）伊藤，他：容積型圧縮機，産業図書，p. 184（1979）にスリット底を連結するスロットを同心円状に設ける試み

３）上野，岸岡，森本：可変容量型ベーンポンプの特性にがなされた例がある．本研究では，ロータスリット底間を関する研究（第２報 ベーンによる摩擦トルク特性に繋ぐ導通孔を設計した．すなわち，ブレードの出入によっ

ついて），油圧と空気圧，Vol. 9，No. 1，p. 38‑45（1978）て生じるロータスリット底容積の変化がもたらす背圧変動４）植木，稲葉，柴田：可動翼型送風・圧縮ポンプのベーをこの導通孔によって緩和することにより，ブレードの出ン挙動観察，㈳フルードパワーシステム 平成18年春季

入を円滑にし，摺動トルクの低減を図ろうとするものであ

講演会，p. 85‑87（2006）

る．Fig. 12，13より導通孔有無の効果を対比すると，導通

５）植木，稲葉，柴田：可動翼型送風・圧縮ポンプおける孔によって１サイクル中のトルク変動が緩和され，安定性

ロータ溝間の導通孔の効果，㈳日本フルードパワーシも増している様子が認められる．このことよりロータス

ステム 平成19年春季講演会，p. 158‑160（2007）

リット底に形成される密封隙間内の背圧を開放するために

６）稲熊，日比：ベーンポンプの摩擦トルク特性，油圧と空気圧，Vol. 25，No. 7，p. 843‑849（1994）

導通孔を設けることは，ブレードの円滑な出入挙動に一応5）の効果を認めることができたと考える ．

5．結Appendix

言

３つの力のつり合い方程式（ブレード出入り方向とその直交方向の力のつり合いおよびモーメントのつり合い）か

本研究では，以下の結論を得た．
⑴ エアポンプにおける軸駆動トルクは，理屈上は，ブら，ブレード摺動トルクTは，次のとおり導かれる．
T ＝F0・cos α・（sin α＋μ0・cos α）
・ρ

レードに作用する遠心力 fC がもたらす摺動抵抗 FT（＝FN×μ0）によって支配されるはずである．しかし，現実＝（W＋F0）の摺動抵抗はそのような単純計算値よりも大きい．この原因は，ブレードとロータスリット間の摩擦によるブ＝

レード出入の拘束に因ることが，本実験によって推定さ

ρ
μB

W・
｝
・ρ
｛cos α・（sin α＋μ0・cos α）
cos α・（sin α＋μ0・cos α）
・μ B−1

れた．
⑵ ブレードとシリンダ壁間の摺動トルクはロータの回転角度に連動してサイクル変化する．その大きさはブレードの突出し量とその変化率（出入速度）に影響され，両者の極値の中間付近で最大となる傾向を示す．
⑶ 求心スリットロータと偏心スリットロータでは，シングルブレードのトルク極大値の位置に位相差が生じる．
これはスリット角がもたらすものと考えられる．
⑷ マルチブレードにおいて，翼室圧はブレード出入挙動
にとって大きな影響因子となる．
⑸ ブレード通気溝および導通孔によるロータスリット底［記号表］

間自動調圧作用は，ブレード摺動摩擦の軽減にとって有fC ：遠心力（N）

効な対策となり得る．

ρ ：ロータ中心からケーシング接触面までの距離（㎜）謝α ：ケーシングとブレードの接触角（度）辞μ0：ケーシングとブレードの摩擦係数

本研究の実施に当たり，有益な助言を賜った芝浦工業大

μB：ロータ溝とブレードの摩擦係数

学名誉教授 柴田順二氏に深甚の謝意を表します．

（前進＋，後退−）
Fo：ケーシング反力（N）

参 考 文 献FN；FT：ケーシング壁面分力（N）

１）植木，稲葉，柴田：真空・圧縮ポンプのベーンとケー

F1，F1N ，F1T；支点１各反力（N）

シング摩耗に関する基礎研究（その２），日本トライF2，F2N ，F2T：支点２各反力（N）

ボロジー学会トライボロジー会議予稿集，p. 95‑96

W ：ブレードの作用する遠心力（N）（2002）

第44巻

第１号

―7―

2013年１月（平成25年）

8

日本フルードパワーシステム学会論文集

研究論文

カルマンフィルタを用いた管内非定常流量・圧力の推定＊
明＊＊，眞 田 一 志＊＊＊小 澤

An Estimation of Unsteady Flowrate and Pressure in a Pipe using Kalman Filter
Akira OZAWA＊＊, Kazushi SANADA＊＊In this study, an experimental method of estimating ﬂuid transients by combining a steady-state Kalman ﬁlter and an
optimized ﬁnite element model of pipeline dynamics is discussed. In this method, spatiotemporal distributions of not only
the ﬂow rate but also the pressure in a pipe can be estimated from pressure at three points. Furthermore, ﬂuid transientscan be estimated without accurate setting of initial conditions, and it is also possible to exclude sensor noise in estimating
the pressure and ﬂow rate from the measured pressure including the noise. Steady ﬂow rate was ﬁrst estimated online inreal time. The estimated ﬂow rate was compared with the ﬂow rate measured by a ﬂow sensor. This conﬁrmed that theestimated result coincide with the measurement result well. Next, unsteady ﬂow rate and pressure were estimated oﬄine.
For comparison, unsteady ﬂow rates and pressures were simulated with the method of characteristics using the same data.
Unsteady pressure was also measured by pressure sensor. This comparison conﬁrmed that the unsteady ﬂow rate andpressure can be estimated even though the input includes sensor noise. Finally, estimation of the pressures and ﬂow rates
at uniformly spaced grid points in a pipe were discussed. The estimates showed good agreement with the simulation
results. Therefore, it was conﬁrmed that the spatiotemporal distributions of pressure and ﬂow rate can be precisely
estimated with the Kalman Filter.
Key words：Kalman Filter, Pipe Flow, Optimized Finite Element Model, Simulation

1．緒8）
デルと呼ぶ）
を用いたカルマンフィルタを提案し，その構

言成法を示すと共に，基礎特性を数値シミュレーションによ

油圧管路は機器同士を接続する要素として油圧システム

り明らかにした15）．その文献15）では，管路動特性の最適化の動特性に影響をおよぼす．そのため，管路における圧力

有限要素モデルを用いたカルマンフィルタを新たに提案すや流量は流体過渡現象の把握に役立つ情報となる．しかしることに主眼をおき，文献16）の実験管路（測定区間長32m）

センサによる計測のみでは，圧力や流量を知りたい場所にを利用して，本手法によって管路の流量・圧力が推定できセンサが取り付けられない場合など場所や構造による制限

ることを従来の代表的な計測・解析手法1）‑3），9）との比較と考も多い．この問題を解決するためにセンサを取りつけてい

察から明らかにした．しかし，実時間推定については今後

1）‑7）ない場所の圧力・流量を推定する間接測定手法

や，解の課題となっていた．そこで本論文では，本手法による実析モデルを用いた数値シミュレーション8），9）などの研究が時間推定について述べる．そのため，実用上も受け入れらおこなわれてきたが，近年は直接計測と解析モデルを組みれるある程度短い管路（3.2m）の実験装置を新たに製作し，合わせてオブザーバとして用いた計測融合シミュレーショ

本手法の特色を明らかにする．非定常流量・非定常圧力の

10）
‑14）

推定に対するニーズは現時点では油圧分野の方が強いと考

著者は，油圧管路における圧力と流量の時空間分布を得えられるため，文献15），16）では水圧管路を用いていたのに対ることができる，管路の最適化有限要素モデル（OFEMモ

して，本論文では油圧管路を用いることとした．短い管路

ンなどの新しい手法も提案されている．

で実時間処理を実施する際に重要なパラメータ設定に関連して，サンプリング時間，管路モデルのパラメータや使用＊

平成24年４月７日 原稿受付＊＊
横浜国立大学大学院工学府システム統合工学専攻（所在地 横浜市保土ヶ谷区常盤台79−５）（E-mail：d09sb101@ynu.ac.jp）＊＊＊

横浜国立大学大学院工学研究院（所在地 横浜市保土ヶ谷区常盤台79−５）
第44巻

第１号

する圧力センサ，および周波数帯域について述べる．
第３章ではカルマンフィルタの概要を説明し，特に3.2項
ではリアルタイムで時空間分布を取得する際に必要な手続きについて他手法と比較し，本手法の特長を述べる．第４
章では実験と検討を行った．4.2項では，コリオリ式流量計―8―

2013年１月（平成25年）

9

小澤・眞田：カルマンフィルタを用いた管内非定常流量・圧力の推定を用いて計測した定常流量値とカルマンフィルタのリアル

運動方程式
dq A
A
+ Bq + Fp + pf = 0ρ
dt ρ

タイム推定値を比較した．4.3項では，さらに非定常流量について本手法のオフライン推定結果を特性曲線法（MOC）のシミュレーション結果と比較した．4.4項では，推定に使連続の式
dp ρc 2
Eq = 0+A
dt

用する３点以外の箇所に圧力センサを設置して非定常圧力を計測し，推定結果との比較を行った．4.5項では時空間分
布を推定し，特性曲線法と比較した利点を述べる．最後に第５章で，本論文で得られた結論を述べる．

：管路断面積Ap , Bp：OFEMモデルの係数行列⑵

これを状態方程式で表わし，圧力損失項などを整理すると，以下の式となる．
dx= Ap x + Bp p
dt

2．主 な 記 号
A⑴⑶

OFEMモデルを用いた定常カルマンフィルタでは，状態方程式及び出力方程式は，ノイズ誤差v，およびシステム

B, E, F ：係数行列

誤差wを考慮して以下の式で表される15）．

c：波動伝播速度

C

：出力行列

dx
= Ap x + Bp p + Gw
dt

⑷

G

：システムノイズゲイン

pmid = Cx + v⑸

KT：定常カルマンゲイン

ここで，システム誤差wは管路モデル両端に入力する圧P：推定誤差共分散行列p：圧力力の計測値に含まれるセンサノイズと対応させて考えれば，システム誤差wと p は２×１行列となり，システムノイズp：OFEMモデルの入力圧力p4：測定区間の3/4の位置の圧力pf：圧力損失項

Q：プロセスノイズの共分散

q

：流量

R

：センサノイズの共分散フィルタ方程式xˆ n］
xˆ −1］+ Ap KT pmid + Bp p
= A（
［n
［
p I −KTC ）t：時間

定常カルマンゲインv：センサノイズw：プロセスノイズ列ベクトルx：状態変数ベクトル

ただしPは以下の代数リカッチ方程式の解である．

ρ

：密度

⑼
P =A
（P−PC［ CPC + R ］ CP ）A + GQG
ここでQ，Rは以下の式で表わされる．ただし，E（x）はx

ゲインGはBpとおくことができる．
G = Bp
下の式で与えられる17）．

添字：管路途中の圧力格子点の個数

up

：上流端

mid

：中央点

down

：下流端

T −1

T

KT = PC（R +CPC ）

T

N

⑹

このとき，離散時間における定常カルマンフィルタは以

T

⑺

⑻

−1

T

T

の期待値を示す．
T
Q = E（ w［ n］
w［ n ］）

⑽

2

R =E
v n］）
（［

⑾

Fig. 2にカルマンフィルタの概要をブロック線図で示す．
上流端圧力pupおよび下流端圧力pdownをOFEMモデルの入力

3．カルマンフィルタの概要
3.1 カルマンフィルタの構成
OFEMモデルでは，管内流れを一次元流れと仮定する．
対流項を省略した管内流れの運動方程式と連続の式を用い，Fig. 1のように交互に配置した格子系をもとに近似を行うと以下の式を得る8）．

Fig. 1

Interlacing grid system
Fig. 2

第44巻

第１号

―9―

Schematic diagram of a proposed Kalman ﬁlter
2013年１月（平成25年）

10

日本フルードパワーシステム学会論文集として各状態変数を得る．OFEMモデルから中央点の圧力んだ．この実験装置では，上流端から推定区間長の3/4のpmidを出力し，これとセンサより得られた圧力信号pmidとの位置にもう一台⑻圧力センサを設置し，圧力の推定結果の偏差をフィードバックすることで，状態変数を圧力と流量確認に用いた．コリオリ式流量センサのアナログ信号も⑼の推定値として利用することができる．

PCに取り込み推定流量と流量計の流量を比較する．実験の3.2 他手法と比較した本手法の利点

諸元はTable 1のとおりである．本実験では，共和電業製のリアルタイムで時空間分布を取得する際に必要な手続き

圧力センサPGM-100KDと動ひずみ増幅器DPM-911Bを用いについて，本手法と他手法を比較する．センサが設置された.また，波動伝播速度は，３圧力変換器法による実験を別ていない箇所の値を推定する手法には間接測定法や数値解途行い1310m/sと求めた．油圧ポンプ⑴はアキシャルピス

析がある．間接測定法の代表として遠隔瞬時流量計測手法

トンポンプで，ピストン数は９本であり，定格回転数は1）‑3）を挙げると，この手法は２点の圧力値や流量値からセ1435min 1であるから，ポンピング周波数は215Hzとなる．

ンサが設置されていない箇所の流量値をリアルタイムで間本推定手法における周波数帯域は，主として①サンプリ

接測定するものである．機能拡張により，任意の箇所の値

ング定理による周波数帯域，②管路動特性のモデルとしてを測定することができるが，一つの伝達関数で一箇所の流利用する最適化有限要素モデルの周波数帯域，③圧力セン

3）量値を求める手法である ．時空間分布を知るためには多サと動ひずみ増幅器の周波数帯域の影響を受けると考えら

数の伝達関数を用意する必要があるため計算負荷が大きい．

れる．ここで，①については，サンプリング時間が1msのこれに対して，本手法では出力行列の設定によって推定値

時，サンプリング周波数は1kHzであり，サンプリング定理

を取得する位置とその個数を簡単に変更することができる．

からその半分の500Hz以下の周波数帯域が有効となる．②

一方，管内流れの代表的な数値解析手法である特性曲線法

については，測定区間長L＝3.2mの管路長さで，波動伝ぱでは，簡単に時空間分布を得ることができる．本研究にお速度cが1310m/sの場合，固有周波数 fnはいても推定結果の検討には特性曲線法を用いている．しかfn =し固定刻みのサンプリング時間で計算を行う場合，“時間

c
1310
=
㲔 102 Hz4L 4×3.2⑿

刻み×波動伝播速度＝管路の分割幅”の関係があるため，時となる．最適化有限要素モデルの管路内の圧力格子点の個間刻みが先に決められていると管路の分割幅が決まってし数Nを５としているため，モデルが再現できる最高次の固まう．管路長さは分割幅に分割数を乗じた値しか取ること

有周波数は2N fn＝1020（Hz）である16）．③は使用するセンサができないため，実際の管路長さと一致しなくなる．また，や増幅器によって決まる．圧力センサPGM-100KDの固有

実際の管路長さと解析する管路長さを同じにする場合，管振動数は約113kHzである．また，動ひずみ増幅器DPM-

路の分割幅が決まる．このとき，時間刻みは分割幅を波動

911Bの応答周波数範囲は2.5kHzであり，ローパスフィルタ

伝播速度で割った値になるため，実際のサンプリング時間

を用いずに使用した．以上より，要因①の500Hzが本実験と一致しない．これに対して，本手法ではOFEMモデルをで本カルマンフィルタが測定できる周波数帯域と考えられ用いており，管路の分割幅とサンプリング時間は互いに独る．一方，管路長さLは要因②に示したように測定区間の立であるため，管路長さもサンプリング時間も自由に決め

固有周波数 fnに影響する．管路長さが長いほど測定区間のることができる．この点はリアルタイムで時空間分布の推固有周波数 fnは低下する．例えば管路長さを２倍の6.4mと定や短い管路で高い周波数の非定常流れを推定する場合にした場合の固有周波数は半分の510Hzとなり，３倍の9.6m

適用しやすい特長であると考えられる．本研究で比較検討とした場合は1/3の340Hzとなる．管路長さが長くなると，に用いた特性曲線法によるシミュレーションでは，時間刻要因②の最適化有限要素モデルの最高次の固有周波数が要

みとサンプリング時間のずれを線形補間によって補った．

因①のサンプリング定理から定まる周波数帯域500Hzより低くなり，本手法で推定できる非定常流量の周波数帯域が4．カルマンフィルタを用いた推定実験

要因②の最適化有限要素モデルで決まるようになる．また，

4.1 実験装置および実験手順
カルマンフィルタで使用する圧力信号pup，pmid，pdownとして実験データを使用する．実験装置をFig. 3に示す．左から⑴油圧ポンプ，計測管路，⑵流量制御弁，⑶コリオリ式流量計の順に接続されている．⑷高速サーボ弁は計測管路の上流部から分岐して接続している．油圧ポンプの斜板角と流量制御弁の絞りによって流量を調整でき，高速サーボ弁
で流量変動を発生させることができる．計測管路の⑸上流
端，⑹中央点，⑺下流端に1.6ｍ間隔で圧力センサを取り付
け，アンプ，A/D変換ボードを通して信号を⑼PCに取り込
第44巻

第１号

― 10 ―

Fig. 3

Experimental pipeline and measurement system
2013年１月（平成25年）

11

小澤・眞田：カルマンフィルタを用いた管内非定常流量・圧力の推定

Table 1

Parameters for experiment and simulation

Wave speed

1310m/s

Length of pipe

3.2m

Number of elements

5

Diameter of pipe

20㎜

Kinematic viscosity

５×10−5 ㎡/s

Oil temperatureDensity

30℃
850㎏ /㎥

Sampling time

1ms（real time）

Fig. 5

Flow rate measured by the ﬂow sensor

Fig. 6

Relationship between estimated flowrate and measured ﬂow rate

0.1ms（offline）

管路内径は流れの状態（層流か乱流か）や圧力損失の計算に影響するが，周波数帯域の要因①〜③とは直接的な関係はない．
4.2 定常流量のリアルタイム推定
提案したカルマンフィルタによるリアルタイム推定結果と，コリオリ式流量計の計測結果を比較することで，定常流量のリアルタイム推定結果の妥当性を検討した．リアル
タ イ ム 推 定 に はMATLAB/SimulinkのRealtime-Windows
Targetを使用した．リアルタイム推定では，計算負荷との兼ね合いからサンプリング時間を1msとした．流量制御弁を全閉状態から流量が30l/minにまでなるまでゆっくりと開き，再び全閉状態にし，その時の推定値とコリオリ式流量センサの計測値を比較した．この実験での推定値の時刻歴をFig. 4に示し，コリオリ式流量センサを用いた測定値の時
刻歴をFig. 5に示す．Fig. 6はこの時のコリオリ式流量セン
サの計測値とカルマンフィルタの推定値との関係を示している．両者の間には顕著な線形関係が見られ，定常流量をリアルタイムでも推定できることが確認できた．
Fig. 4に示すカルマンフィルタによる推定流量の振幅は，Fig. 5に示すコリオリ式流量計による測定結果より大きい．
Fig. 4の一部を拡大してFig. 7に示す．Fig. 7でわかるように，流量の推定結果には周期的な振動が現れている．一方，Fig. 5のコリオリ式流量計にはローパスフィルタが組み込

Fig. 7

Enlarged ﬁgure of the estimated ﬂow rate

まれており，Fig. 5のコリオリ式流量計の波形では振動が低減されている．Fig. 7では，振動周期は約0.0046sであり，サンプリング時間が1msであるから，一周期の間にサンプリ
ング点は４，
５点しかない．そのため，プロットするとサンプリング点における折れ点が顕著である．
そこで，サンプリング時間をさまざまな値に設定して実時間推定を試みた．その結果，0.5ms，0.2msでも実時間推定が可能であったが，0.15ms，0.1msでは実時間推定が実行できなかった．実時間推定が実行可能なサンプリング時間
Fig. 4
第44巻

Estimated ﬂow rate at the mid-point

第１号

は，推定演算の計算量と使用したパーソナルコンピュータ― 11 ―

2013年１月（平成25年）

12

日本フルードパワーシステム学会論文集の演算処理能力によって定まると考えられる．

周波数を100Hzから10Hzまで変化させた時の流量推定値の4.3 非定常流量のオフライン推定

FFT結果をFig. 10に示す．上から順にサーボ弁駆動周波数

非定常流量について，サンプリング時間0.1msでオフラが100Hz，75Hz，50Hz，25Hz，10Hzの場合である．いずれ

イン推定を行った．流量が301/minになるよう流量制御弁の図についても駆動周波数以外に，215Hzの周波数付近にを開いた状態から，サーボ弁に正弦波信号を加えて流量脈同じ大きさのスペクトルを持つ流量の振動があり，ポンピ動を発生させた．サーボ弁の駆動周波数が100Hzの時の管

ング周波数と一致する．このことから，Fig. 7にみられた流内に発生した圧力の測定結果をFig. 8に示す．上段に示した量脈動もポンピング脈動であると考えられる．

上流端圧力pup，中段に示した中央点圧力pmid，下段に示し
た下流端圧力pdownをカルマンフィルタに加える信号として用いた．

Fig. 9Fig. 8Comparison of ﬂow rate obtained by Kalman ﬁlter
and MOC

An example of experimental results of pressurespup, pmid and pdown

このときの非定常流量について特性曲線法との比較を行った．特性曲線法のモデルには上流端圧力pupと下流端圧
力pdownを境界条件として入力し，管路長さを3.2ｍ，分割数は32とした．Fig. 9に，カルマンフィルタによる推定値を実線で，特性曲線法によるシミュレーション値を破線で示し

Fig. 10た． Fi.g. 9におけるカルマンフィルタによる推定流量と特FFT results of estimated ﬂow rate for various
frequency of servo valve性曲線法による流量の計算結果は，測定区間（3.2m）の中
4.4 非定常圧力のオフライン推定央点（圧力Pmidの測定点）における流量を表している．
カルマンフィルタの推定結果と特性曲線法のシミュレー

圧力センサを用いた計測結果，特性曲線法による解析結ション結果はほぼ一致しており，特性曲線法と比較しても果とカルマンフィルタによる非定常圧力の推定結果を比較

良好な推定結果を得ることができた．推定された非定常流

した．上流端から計測区間の長さの3/4の位置の圧力につ量の波形は，正弦波からゆがんでいるようにみえるが，こいて，Fig. 11にカルマンフィルタの推定結果を，Fig. 12にれは油圧ポンプのポンピング脈動の周波数成分（215Hz）

圧力センサの計測結果，Fig. 13 〜 Fig. 15に特性曲線法のシがかさなっているためと考えられる．高速サーボ弁の駆動

ミュレーション結果を示す．Fig. 13に示す特性曲線法のシ

第44巻

第１号

― 12 ―

2013年１月（平成25年）

13

小澤・眞田：カルマンフィルタを用いた管内非定常流量・圧力の推定

ミュレーション結果は非定常圧力を良く再現しているが，細かな圧力振動が現れている．その原因として，圧力セン
サのノイズと，油圧ポンプ脈動の２次以降の成分が考えられる．ここで，ポンピング脈動の２次成分（約430Hz）まで残し，それ以上の周波数帯域の振幅を除去するため，
450Hzのカットオフ周波数でローパスフィルタをかけた圧力信号を元に特性曲線法で計算を行うと，Fig. 14に示すよ
うに，細かな振動は減衰された．また，ポンピング周波数の４次成分まで残した場合をFig. 15に示すが，やはり細かな振動は除去されている．以上から，Fig. 13の特性曲線法の計算結果に表れる細かな振動の原因は，圧力センサのノ

Fig. 14

Pressure p4 obtained by MOC（Low-pass filter:
450Hz）

Fig. 15

Pressure p4 obtained by MOC（Low-pass filter:
900Hz）

イズに起因するものと考えられる．

Fig. 11

Pressure p4 obtained by the Kalman ﬁlter

本研究では，Qは管路両端の圧力センサに生じる計測ノ
イズによる共分散に対応していると考えることができ，２×２行列である．また，Rは中央点の圧力センサに生じる
ノイズに対応した誤差の共分散である．
本研究では，３つのセンサとも出力電圧のノイズ振幅はほぼ同じ0.01Vp-p程度であった．圧力に換算すると0.01MPa
であったので，QとRは以下の値とした．
2

4 2

Q =E
（ w［n］）=（ 1 ×10 ）I2

Fig. 12

4 2

R=E
（［
v n］）=（ 1×10 ）Pressure p4 obtained by the pressure sensor⒀⒁

誤差の共分散が推定値へ与える影響を検討するため，シ
ステムノイズの共分散行列Qおよびセンサノイズの共分散Rを変えて推定を行った．
3/4の位置における推定値と計測値の誤差perrorをFig. 16に示す．初期条件の設定による誤差と定常誤差を調べるため，
計測開始から5sまでの推定誤差を調べた．上段と中段のグラフと比較すると，上段のグラフでは初期の推定誤差が極端に大きくなっている．カルマンフィルタでは，初期値を正確に設定できなかったことによる誤差は推定値と中央点の計測値との偏差によって修正される．両端で許容される誤差が小さく，中央点の想定される誤差が大きいため，修Fig. 13

第44巻

Pressure p4 obtained by MOC（without low-passﬁlter）
第１号

正にかかる時間が長くなったと考えられる．次に，中段と下段のグラフを比較すると，下段のグラフは推定開始から― 13 ―

2013年１月（平成25年）

14

日本フルードパワーシステム学会論文集

5sまで全域にわたって誤差が大きい．中段のグラフからQとRを適切に設定した場合に最も推定誤差が小さいことが確認できる．

Fig. 16

Fig. 17

Transient ﬂow rate along a pipe obtained by the
Kalman ﬁlter and the method of characteristics

Fig. 18

Transient pressure along a pipe obtained by the
Kalman ﬁlter and the method of characteristics

Estimation errors in p4

4.5 時空間分布のオフライン推定
時空間分布の推定を行った．管路の上流端，上流端から1/4の位置，中央点，上流端から3/4の位置，下流端における圧力と流量をカルマンフィルタと特性曲線法によって求めた．Fig. 17に流量，Fig. 18に圧力の時空間分布を示す．
実線がカルマンフィルタの推定値，破線が特性曲線法のシ
ミュレーション値である．特性曲線法のシミュレーション
結果に4.3，4.4で述べたような振動成分がみられるが，良く一致した結果を得ることができた．特性曲線法ではこの振動成分は通常圧力信号にローパスフィルタを通すなどすることによって除去するが，カットオフ周波数の設定によっては本来存在する振動も除去してしまう可能性がある．しかし，カルマンフィルタではカットオフ周波数を決める必要がなく，センサのノイズを考慮することができるため，
このような計測等において優位性を持つと考えられる．
また，時空間分布を把握する場合においても，特性曲線法では格子点の位置と時間刻みは独立ではないため，任意に決めることができず，どちらかは補間を行う必要がある．
一方で，本手法では，サンプリング時間を自由に決めることができる．

第44巻

第１号― 14 ―

2013年１月（平成25年）

15

小澤・眞田：カルマンフィルタを用いた管内非定常流量・圧力の推定

5．結

学会論文集B編，Vol. 52，No. 480，p. 2851‑2859（1986）

言７）鳥越一平：流れの加速度の検出法と脈動流量測定，計測自動制御学会論文集，Vol. 23，No. 8，p. 794‑799

本論文では，著者らが提案する管路の最適化有限要素モ（1987）

デルを用いたカルマンフィルタの推定について，油圧管路を用いて実時間推定の実験を行い，その効果を検討した．

８）真田一志，北川能：最適化交互格子系を用いた管路動

カルマンフィルタによる実時間推定では，定常流量につい特性の有限要素モデル，日本機械学会論文集C編，Vol.

て良好な推定結果を示した．この結果の確認のためにより60，No. 578，p. 3314‑3321（1994）

短いサンプリング時間でオフライン推定を行い，非定常流

９）㈳油空圧学会編：新版油空圧便覧，オーム社，p. 29‑31（1989）

量・圧力ともに良好な推定結果が得られた．ポンプの脈動を含むような非定常流量測定においても，特性曲線法と同10）早瀬敏幸：超音波計測融合血流シミュレーション，日等の精度で推定が行えることが確認された．さらに，ノイ本フルードパワーシステム学会論文集，Vol. 37，No. 5，ズを含んだセンサの信号からローパスフィルタをかけるこ

p. 302‑305（2006）となくノイズを除去した場合と同等の良好な推定結果を得

11）早瀬敏幸：計測融合シミュレーションによる流れ解析，ることができた．特性曲線法との比較では，非定常の推定

日本フルードパワーシステム学会論文集，Vol. 39，No.

において同等の精度を有し，圧力と流量の時空間分布を求

4，p. 220‑224（2008）12）井上慎太郎，川嶋健嗣，舩木達也，香川利春：計測融められる本手法の特色を示した．

合シミュレーションを用いた非定常管内流れ場のモニ

参 考 文 献タリング，計測自動制御学会論文集，Vol. 42，No. 7，
p. 832‑837（2006）

１）中野和夫，横田眞一，植山幹夫：円管内瞬時流量計測
手法，計測自動制御学会論文集，Vol. 20，No. 5，p. 421‑

13）川嶋健嗣，中尾光博：乱流オリフィス流れの計測融合
シミュレーション，日本機械学会流体工学部門講演会

426（1984）

講演論文集，WS204（2010）２）横田眞一，金道泰，中野和夫：管路の圧力流量間の動特性を利用した非定常流量計測手法，日本機械学会論14）中尾光博，岡本悠，川嶋健嗣，香川利春：分布定数系

文集C編，Vol. 57，No. 541，p. 2872‑2876（1991）

オブザーバを用いた空気圧管路容量系の制御，2010年

３）横田眞一，金道泰，中野和夫：油圧管路の動特性を利度計測自動制御学会産業応用部門大会講演論文集，p.
35‑40（2010）

用した遠隔瞬時流量計測手法，油圧と空気圧，Vol. 21,

15）小澤明，眞田一志：管路動特性の最適化有限要素モデ

No. 2, p. 680‑685（1995）４）趙彤，北川能，香川利治，竹中俊夫：管内流れにおけルを用いたカルマンフィルタに関する研究，日本フる非定常諸変量間の伝達関数の近似表示，日本機械学

ルードパワーシステム学会論文集，Vol. 39, No. 4，p.

会論文集B編，Vol. 51，No. 472，p. 4132‑4138（1985）

220‑224（2010）５）趙彤：管内流れにおける非定常変量の変換演算，日本

16）真田一志：最適化有限要素モデルによる管路の流体過機械学会論文集B編，Vol. 51，No. 472，p. 4139‑4145

渡現象のシミュレーション，日本油空圧学会論文集，（1985）

Vol. 31，No. 1，p. 1‑6（2000）

６）趙彤，北川能，香川利治，竹中俊夫：管内差圧を利用

17）片山徹：新版応用カルマンフィルタ，朝倉書店，p. 86‑

した非定常流量および流速の実時間測定法，日本機械

第44巻

第１号

― 15 ―

93（2000）

2013年１月（平成25年）

16

日本フルードパワーシステム学会論文集

研究論文

鉄道車両用真空式トイレにおける真空特性と消費エネルギーに関する研究＊
藤 野 謙 司＊＊，山 本 円 朗＊＊＊，谷 口 宏 次＊＊＊＊，山 本寛＊＊＊＊＊，＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
伊 藤 正 彦
，黎
し ん
，尹
鍾 晧
，香 川 利 春＊＊＊＊＊＊A Study on the Vacuum Characteristics and the Energy Consumptionof the Vacuum Toilet System for Vehicle
Kenji FUJINO, Nobuaki YAMAMOTO, Koji TANIGUCHI, Hiroshi YAMAMOTO,
Masahiko ITO, Xin Li, Chongho YOUN, Toshiharu KAGAWA
Railway vehicle pneumatic systems are included in many elements, such as the brakes, suspension, and doors. To date,these systems have been designed through experience, and evaluation of the unsteady characteristics of these systems has
not yet been attempted. The railway pneumatic system termed a vacuum toilet serves passenger comfort. To assess theeﬃciency of this pneumatic system, we measure the pressure and ﬂow rate of the vacuum toilet using an air power meter
which applies the principle of the quick ﬂow sensor. We also conﬁrm that it is possible to improve the eﬃciency of the toilet
by changing the pneumatic element. The simulation results approximated the experiment data.
Key words：Pneumatic system, Vacuum toilet, Railway vehicle, Energy consumption

1．緒一方，著者らの研究により圧縮流体の計測において空気

言

圧エネルギーの評価が行われている．まず，空気の圧縮性

鉄道車両は元来省エネルギーな交通手段であるが，より1）を考慮した空気の有効エネルギーの概念を定義することに一層の省エネ化が求められている ．鉄道車両に利用されより空気圧システムのエネルギーと効率に対して評価するている空気圧も例外ではないが，その適用先として近年，ことが可能となる4）．また，高応答性を有する層流形流量

鉄道車両の軽量化と快適な車内環境を実現するため，車両計（QFS）を提案し，この流量計を用いて圧縮性流体の定用トイレにおいても空気圧システムが用いられている．そ常および非定常流量計測が測定可能なことを示した5），6）．

のシステムは真空式トイレとも呼ばれ汚物を負圧で吸引し，
2），
3）

その後正圧で汚物タンクに移送するシステムである
Fig.

．

1に車両用真空式トイレを示す．しかし，このようなそこで，本論文では鉄道車両用真空式トイレを対象とし，システム内の圧力や流量を計測し，その計測データから真空特性と消費エネルギーについて検討を行う．

空気圧システムは，圧力や流量の計測が十分に行われておまず，実験により鉄道車両搭載と同等状態の真空式トイ

らず，ほとんど設計は経験的なものである．消費エネル

レの非定常流れにおける圧力や流量を計測する．次に，測ギーや効率から設計の妥当性に関する検討が必要と考えら定した結果をもとに真空式トイレの効率化，省エネルギーれる．

＊

平成23年11月21日 原稿受付＊＊

東日本旅客鉄道㈱JR東日本研究開発センター（所在地 さいたま市北区日進町２−479）（E-mail：k-fujino@jreast.co.jp）＊＊＊

東京メータ㈱技術部（所在地 川崎市中原区今井南町461）＊＊＊＊㈱総合車両製作所生産本部技術部（所在地 横浜市金沢区大川３−１）
＊＊＊＊＊
㈱テシカ
（所在地 大田区中馬込３−３−18）＊＊＊＊＊＊

東京工業大学精密工学研究所（所在地 横浜市緑区長津田町4259）
第44巻

第１号

Fig. 1― 16 ―

Vacuum toilet for vehicle
2013年１月（平成25年）

藤野・山本・谷口・山本・伊藤・黎・尹・香川：鉄道車両用真空式トイレにおける真空特性と消費エネルギーに関する研究

17化を目指し，真空式トイレを構成している空気圧機器の変できる．よって，車両の重量削減にもつながる．さらに，更や配管径や経路変更を検討して，効率化を評価する．さ

真空式は汚物と一緒に周りの空気を吸い込み，その後は排らに，真空式トイレに使用されている空気圧機器の空気圧出弁が閉まるので汚物の臭いが残らず快適である．また，特性をもとにシミュレーションを行い，測定結果との比較

従来の重力式と比べ真空式は負圧で搬送するため配管に傾を行うこととする．

斜をつける必要がなく，水平および立ち上げ配管の施工が可能となる．

2．主 な 記 号

3.2 真空式トイレの動作原理

P

：圧力

［Pa］

Q

：流量

［L/min（ANR）
］

t

：時間

・

E

エアパワー

真空式トイレは，新幹線に搭載されている．Fig. 2は真空式トイレが搭載されているE3系新幹線電車である．

［s］

鉄道車両用真空トイレの例をFig. 3に示す．トイレ使用［J/s］

後に光電スイッチに手をかざすと，真空式トイレは以下の順序で作動する．バルブ３が作動し，圧縮空気がエジェク

添字s：供給ライン

タに送られ，予備空気タンクに真空圧を発生させる．また，c：予備汚物タンク

バルブ１が動作し，洗浄水用のバッファタンクに0.3Lの水

2：減圧弁下流を蓄積する．バルブ２は，バルブ１が閉じた後に作動し，

a

：大気圧

洗浄水用のバッファタンクを加圧して，便器内を洗浄する．

duty：真空式トイレの１洗浄サイクル

同時に，バルブ６を動作させてスライドバルブ２を動作させる．スライドバルブ２が動作すると，負圧により便器内

3．車両用トイレの歴史と真空式トイレ動作原理の汚物は予備汚物タンクに送られる．その後，スライドバ
ルブ２は閉じて，便器と汚物タンクを隔離する． 次に，バ

3.1 車両用トイレの歴史
トイレは，悪臭を放ち周辺の環境を汚損するおそれのある排泄物などの汚物を処分するための機能を持つ施設である．特に長時間の移動を行う飛行機や鉄道などの交通機関
においては，乗っているお客さまの排泄に供するためにトイレに様々な工夫がされてきた3）．
従来，鉄道車両においては，汚水管を線路上に開放し汚物を自然落下により流下させる方法が用いられてきたが，この方法では汚物が飛散してしまうため，衛生的に極めて問題となった．1960年代には汚物と処理剤を混合することによって消毒・固化してから粉砕・飛散させる粉砕式汚物処理装置も開発され一部の車両に応用された．しかし，この方式は衛生面での質的な改善はなく，1980年代までに廃止された．その後，汚物タンクを車両下部に設置した貯留

Fig. 2式トイレが利用されていた．水洗式トイレは水の使用量がSeries E3 Shinkansen vehicle

多いため，大量洗浄水と汚物の回収タンクを搭載した車両の重量は増加し，車両の軽量化に伴い問題となった．その問題を解決するために，便槽に溜まった汚物の水分を濾過・消毒し，便器の水洗に再利用する循環式トイレが用いられ，1970年代以降主流になったが，再利用した水分には
大便や便紙などに起因する固形物が含まれ，流水管内面に付着し詰まりの原因となることがある．また，処理水自体の匂いが強いため，不快感を伴い鉄道車両用トイレの独特の臭いを防ぎきれていないのが実情である．
1990年代から真空式トイレが飛行機をはじめ交通機関に導入された．通常のトイレでは一回につき５〜６Lの水を必要とするが，真空式トイレでは，真空を発生させ便器内の汚物を吸引し便槽に収めてから洗浄水を流し便器を洗浄することで0.3L程度と水の使用量を最小限に抑えることが
第44巻

第１号

― 17 ―

Fig. 3

Scheme of vacuum toilet system for train
2013年１月（平成25年）

18

日本フルードパワーシステム学会論文集

Table 2ルブ４が動作して予備汚物タンク内を加圧した後に，バルブ５を作動させてスライドバルブ１を開き，汚物は汚物タ

Mark

ンクに圧送される．以上が，真空式トイレの洗浄サイクル

Instrument

Ps

である．
真空式トイレの構成として，便器と車両下部に搭載している汚物タンクの間には予備汚物タンクがあり，便器と予

Meter

APM-L-400

TOKYO METER
CO.,LTD

APM-L-400

TOKYO METER
CO.,LTD

P2

Pressure
Gauge

AP-13SKEYENCECORPORATION

Pc

Pressure
Gauge

KL-80

Nagano Keiki
CO.,LTD

トイレは臭気対策に優れた性能を有していると言える．

4．真空式トイレの測定

Manufacturer

Air Power
Meter

よって，汚物タンクの臭気がトイレ内に充満することはな
く，これまで鉄道車両に搭載されたトイレ中でも，真空式

Model

Q

備汚物タンク，そして予備汚物タンクと汚物タンクの間は，洗浄サイクル時以外はスライドバルブで閉じられている．

Air Power

Measurement devices

前後，すなわちエアパワーメータから減圧弁までと減圧弁前章から，鉄道車両用真空式トイレの空気圧システムは，からバルブ２〜５へ配管が分岐するまでの間の配管径を，エジェクタやスライドバルブを動作させるエアシリンダー

内径４㎜から８㎜に変更したことを表す（Fig. 3の太線部）．

などの空気圧アクチュータおよび制御弁と空気配管から構また配管ルートの変更は，減圧弁下流側からバルブ５の分成されていることがわかる．本章では，タンクの充填やシ岐までの配管長さを，およそ700㎜からおよそ400㎜に短く

リンダーの作動，またエジェクタによる真空発生などの洗したことを表している（Fig. 3の斜線部）．Case Dは，Case

浄サイクルにおける圧力および流量の計測を行った．なお，Cの状態で減圧弁設定圧を0.6MPaに変更して試験を行った．

計測には線形性と応答性に優れたQFSにエアパワーの計算

Table 2に測定に使用した機器の一覧を示す．

回路を組合わせたエアパワーメータを用いた．

4.2 測定結果

4.1 測定点および試験条件

4.2.1 圧力

Fig. 3に示すように，真空式トイレシステムへの供給圧

予備汚物タンク内の圧力測定結果をFig. 4に示す．予備力（減圧弁の上流側圧力）と流量，エジェクタへ圧縮空気

汚物タンク内を負圧にすることで汚物を吸引するため，真を送るバルブ３の入口圧力，そして予備汚物タンク内の圧空式トイレの性能を評価する上で，この圧力変化に注目し力を測定した．

た．Fig. 4において，縦軸は大気圧に対する予備汚物タン

Table 1に試験条件一覧を示す．鉄道車両搭載と同等の状

ク内圧力比に、横軸は真空式トイレの１洗浄サイクルに要態（以下，この状態を初期状態とする）での計測のほか，する時間 tduty（約18秒）に対する各動作時間の比とした．な

エアパワーメータの下流側にある減圧弁の変更，主配管サ

お，この横軸の設定は，真空式トイレシステムの実測値おイズとルートの変更，そして各変更を行った状態で減圧弁よびシミュレーションの図に採用している．また，本論文の設定圧を変更した場合の４ケースの計測を行なった．

で対象としている真空式トイレは，予備汚物タンク内の臭Case Aは初期状態である．Case Bは減圧弁をCase Aに対し気を外部に漏らさないため，洗浄サイクル終了時に予備汚大流量を流せるタイプに変更，Case Cは減圧弁の変更に加物タンク内は負圧の状態にしている．Fig. 4において，試

え，配管のサイズとルートを変更した状態で試験を行なっ

験開始時の圧力値が１より低いのはこのためである．また，た．なお，Table 1に示す主配管サイズの変更は，減圧弁の図には４つのケースを重ねて記載している．真空式トイレ

Table 1
Test
NumberCase A
Case B
Case C
Case D第44巻の動作として，試験開始時よりエジェクタへ圧縮空気を送

Test condition

SupplyPressure
［MPa
（G）
］

Type of
Regulator

0.7

R150-02（KOGANEI）

り込むことにより，予備汚物タンク内の圧力が徐々に低下している．0.3 t/tduty付近で圧力低下割合が変化しているのは，

Pipe Size（innerdiameter）

Pipe
Route

４㎜

No
Changeが低下したためである．その後バルブ３を閉じてスライド

0.7

IR3020
（SMC）

４㎜

No
Changeタンクに吸引している．0.6 t/tduty付近の圧力上昇は，予備汚0.7

IR3020
（SMC）

８㎜

0.6

IR3020（SMC）

第１号

エジェクタに圧縮空気を送り込みながら，便器に洗浄水を送るためにバルブ２を開いたため，エジェクタへの供給圧
バルブ２を動作させ，便器内の汚物を負圧により予備汚物物タンクを加圧し，汚物タンクへ汚物を圧送するためのも

Shorterのである．

Shorterの大流量化，配管径アップ，配管ルート変更を行うと，圧

この図から，初期状態の真空圧力発生量に対し，減圧弁８㎜

力損失が減ることで真空圧力発生量が増えている．
― 18 ―

2013年１月（平成25年）

藤野・山本・谷口・山本・伊藤・黎・尹・香川：鉄道車両用真空式トイレにおける真空特性と消費エネルギーに関する研究

機能上，初期状態での真空圧力発生量で真空式トイレの

19

圧弁設定圧を0.6MPaに変更してもシステム構成上問題のな動作に問題は発生していないが，空気圧部品を変更もしくいことを示している．

は効率的に配置することで真空圧力発生量を増加させるこ

4.2.2 流量とができ，それは汚物の吸引力向上につながる．ベンチ試

減圧弁の上流側に設置したエアパワーメータで計測した

験ではあるが，空気圧機器を適切に配置することで，トイ

流量をFig. 6に，その流量を積算したデータをFig. 7に示す．

レ機能の向上が達成できることが確認できた．

図には４つの試験番号を重ねて記載しているが，圧力測定

また，Case Cの状態で減圧弁設定圧を0.6MPaにしても，結果と比較するため，図の横軸は同じ設定としている．

初期状態での真空圧力発生量と大きな差がない結果となっこの図からもわかるように，初期状態に対し，減圧弁のた．このことから，減圧弁設定圧を低下させても機能上に大流量化，加えて配管径アップと配管ルートの変更をする問題がないことが確認できた．

ことで，真空式トイレに供給している流量が増加している．

Fig. 5に，減圧弁下流側の圧力変化を示す．縦軸はシス
テムへの供給圧に対する減圧弁下流圧の比とした．なおシ

これは，配管類での圧力抵抗が減ったため，流量が流れやすくなっていることが要因である．

ステムへの供給圧は，測定の際に若干の変動があった．

しかし，各変更を加えた状態で減圧弁設定圧を0.6MPaにCase Aに対し，Case BやCase Cでは減圧弁での圧力損失がすることで，流量を抑制できている．これは，配管などを低いため，エジェクタ上流圧は高い値となっている．Case

効率的に配置することで，システムへの供給圧力を低下さ

Dでは，減圧弁設定圧を下げているために全体的に圧力がせても機能上問題なく真空式トイレを動作させることがで低いが，たとえばバルブ２を開く0.3t/tduty付近でのエジェク

きることを示している．
なお，供給圧の低下，流量の減少は，真空式トイレにおタ上流圧の低下幅は，他のCaseと比べると大きくない．これも，配管径や配管ルート変更が圧力損失を減少させ，減Fig. 4

ける消費エネルギーを抑えることにもなる．

Experimental results of the reserve filth tankpressure

Fig. 5
第44巻

Experimental results of supply pressure

第１号

Fig. 6

Fig. 7― 19 ―

Experimental results of ﬂow rate

Experimental results of integrating ﬂow rate
2013年１月（平成25年）

20

日本フルードパワーシステム学会論文集

4.2.3 エアパワー
エアパワーメータにより，各ケースのエアパワーを比較した．なお，エアパワーとは，下記式で求められる圧縮空気が持つ有効エネルギーである4）．
・ dE
E== PQ ln P = Pa Qa ln P
dt
Pa
Pa

（ ） （ ）⑴

Fig. 8に，真空式トイレの上流側で計測したエアパワーの推移を示す．初期状態Case Aに対し，減圧弁設定圧が同じであるCase B，Case Cでは，管路等における圧力抵抗が減少したために流量が大きくなり，その結果エアパワーも増加している．それに対しCase Dは，減圧弁設定圧の低下
Fig. 10により流量が減少していることもあり，他のケースに比べRegulator characteristicて最もエアパワーが少ない．つまりCase Dは，消費エネル
ギーが最も少ない構成となった．

クタの上流圧と真空ポートの圧力から求められ，下記のP-Q特性の測定結果から近似式を求めた7），8）．
Fig. 10に減圧弁のP-Q特性を示す．減圧弁もエジェクタと同様に，測定結果から近似式を求めた．
5.2 その他の空気圧要素
真空式トイレを構成するその他の空気圧要素は，電磁弁類と配管である．電磁弁の特性は，実験により得られた値
より音速コンダクタンス，臨界圧力比を求めた．Table 3に各バルブの音速コンダクタンスと臨界圧力比を示す．また，配管はひとつの容量系とし，また配管内の空気は等温変化と仮定してシミュレーションを行った．配管容積は，減圧弁から各バルブまでが1.1×10−4㎥，バルブ３とバルブ４から予備汚物タンクまでの配管と予備汚物タンクを併せた容Fig. 8積が3.6×10−3㎥である．

Experimental results of the air power

Table 35．シミュレーション
次に，真空式トイレのシミュレーションを行う．真空式
トイレの設計時における性能評価や，空気圧要素の変更等による機能確認を行う際に，シミュレーションの活用が考
えられる．

Valve

Sonic Conductance（s・m4/㎏）

Critical Pressure
Ratio（‑）

Valve2

5.8×10−9

0.50

Valve3

−9

0.65

−9

0.83

−9

0.50

−9

0.52

Valve4

5.1 エジェクタおよび減圧弁の特性

Valve5エジェクタの真空特性をFig. 9に示す．真空特性はエジェ

Valve characteristic

Valve6

2.7×10
6.4×10
3.0×10
2.6×10

5.3 シミュレーション結果
水タンク内の洗浄水の使用量は変動するため，シミュ
レーションは洗浄水を流さない条件で行い，実測値も同様に洗浄水を流さない条件で測定を行った．Fig. 11は上流側
圧 力，Fig. 12は 予 備 汚 物 タ ン ク 内 圧 力，Fig. 13は 流 量，
Fig. 14はエアパワーの各シミュレーション結果である．
上流圧P2のシミュレーション結果と実験値の平均誤差は1.8％で良く一致した．この誤差について考察すると，レギュレータの動特性を考慮していないこと，実験値から電Fig. 9
第44巻

Vacuum characteristic of the ejector

第１号

磁弁や配管の合成インピーダンスを算出したことなどが原― 20 ―

2013年１月（平成25年）

藤野・山本・谷口・山本・伊藤・黎・尹・香川：鉄道車両用真空式トイレにおける真空特性と消費エネルギーに関する研究

21

因として挙げられる．予備汚物タンク内の圧力Pc の平均誤差は8.4％であり，生じる理由はエジェクタの上流圧の誤差，
エジェクタの真空特性が非線形であり，正確に近似が不可能であること，タンクの容量の誤差などが挙げられる．流量Qのシミュレーション結果と実験値との誤差が発生する
原因は，上流圧の誤差と同様である．１サイクルの消費エ
ネルギーのシミュレーション結果は，実験値とほぼ同じであった．以上の結果から本シミュレーションは実験値と良く一致しており，十分に有用であると考えられる．このシ
ミュレーションを活用することにより，真空式トイレ設計
Fig. 14

Simulation results（Air power）

時に基本性能と必要とされる流量等が把握でき，効率性向上も図った設計や検証，性能確認が可能になると考えられ
る．

6．結

言

鉄道車両用真空式トイレは，エジェクタにより負圧を発生させるコンパクトなシステムである．本論文では，この真空式トイレを対象とし，これまで計測できなかった圧力や流量を計測した．これにより予備汚物タンク内の圧力値
Fig. 11

Simulation results（Upstream pressure P2）が明確になるとともに，減圧弁や配管径やルート変更を行うことで真空度を約９％高められることを確認した．さらに，減圧弁，配管径，配管ルートを変更した状態で減圧弁
設定圧を0.6MPaに変更すると，真空度は約５％低下するものの，汚物吸引に必要な真空度は確保でき，消費エネル
ギーでは約５％低減できることが確認できた．
次に，真空式トイレをモデル化してシミュレーションを行い，実験値と比較してその有効性を確認した．
参 考 文 献１）萩原，藤田：新幹線電車の省エネルギー効果，電気学
会誌，Vol. 123，No. 7，p. 406‑409（2003）
Fig. 12

Simulation results（Reserve ﬁfth tank pressure）

２）藤野：車両用真空式トイレの効率評価手法について―
車両用真空式トイレにおける消費エネルギーの評価方
法 に つ い て， 油 空 圧 技 術，Vol. 47，No. 6，p. 8‑12（2008）
３）株式会社 テシカ：http://www.tesika.co.jp/
４）蔡，藤田，香川：空気圧駆動システムにおけるエネル
ギー消費とその評価，日本油空圧学会論文集，Vol. 32，
No. 5，p. 105‑110（2001）５）舩木，香川：層流型高速応答流量センサの開発，油空圧技術，Vol. 44，No. 12，p. 18‑24（2005）６）舩木，川嶋，香川：気体用連続非定常流量発生装置の開発，計測自動制御学会論文集，Vol. 42，No. 5，p. 461‑
466（2006）

Fig. 13
第44巻

第１号

Simulation results（Flow rate Q）

７）伊藤，尹，黎，郭，香川：排気側の流体抵抗を考慮す― 21 ―

2013年１月（平成25年）

22

日本フルードパワーシステム学会論文集

る空気圧エジェクタシステムの解析モデル，平成22年

and Toshiharu Kagawa：Simulation on Pneumatic Vacu

度秋季フルードパワーシステム学会講演会，p. 145‑147

um Circuit with Ejector, Asia Simulation Conference（2010）

2009（JSSTʼ2009）８）Zhonghua Guo, Xiaoning Li, Xin Li, Kenji Kawashima

第44巻

第１号

― 22 ―

2013年１月（平成25年）

23

梶原・田中：油圧L字配管チェックボール挙動の実験的解析

研究論文

油圧 L 字配管チェックボール挙動の実験的解析＊
梶 原 伸 治＊＊，田 中 達 也＊＊＊
Experimental Analysis of Check Ball Behavior for L-shaped Pipe
Shinji KAJIWARA, Tatsuya TANAKA
The spring-driven ball-type check valve is one of the most important components of hydraulic systems: it controls the
position of the ball and prevents backward ﬂow. To simplify the structure, the spring must be eliminated, and toaccomplish this, the ﬂow pattern and the behavior of the check ball in L-shaped pipe must be determined. In this paper, we
present a full-scale model of a check ball made of acrylic resin, and we determine the relationship between the initial
position of the ball, the diameter of the inﬂow port, and the kinematic viscosity of oil. When kinematic viscosity is high, thecheck-ﬂow rate increases in a standard center inﬂow model, and it is possible to greatly decrease the check-ﬂow rate byshifting the inﬂow from the center.
Key words：Hydraulics, Pipe Flow, Experimental Analysis, Flow Visualization, Check ball, L-shaped Pipe

1．緒雑流となっている．このときのチェックボールの挙動は，

言流路の相対位置関係と流量，粘度などが複雑に関係しあう．

油圧システムは，直線・回転運動，大きな力が必要，速そこで本研究では実物大透明アクリルモデルを用いて度を自由に変えたいなどの仕事が必要とされるときなどにチェックボール挙動を観察し，ボール位置，流量および粘用いられ，油圧技術の発達により，エネルギーの伝達手段

性をそれぞれ変化させ，チェックボールが動作し，チェッとして建設機械や土木機械，工作機械はもちろんのこと，

クバルブが確実に逆止できるチェック流量を調査した．モ

自動車や飛行機，エレベータなどの身近なものにも広く利デルとしては，入口部分直径および位置の違う２種類を供用されている．この油圧システムの重要な構成部品のひと試した．なお，油圧配管内でチェックボールが逆止弁としつにチェックバルブがある．チェックバルブ内部にボールて動作する場合は圧力差が小さく，可視化が容易なためモを用いているものは，一般にボール位置を規制し，逆流をデルをアクリル製とした．

確実に防止すめるためにバネによって押付ける構造をもつ

2．実験装置および方法

ことが多い1）．しかしながら，ボールのチャタリングによるバネの破損の問題やコストダウン要求などからバネをな実験装置の模式図をFig. 1に示す．⑥のPCによって，⑦くすという要求も強い．また，チェックバルブまわりの油のサーボアクチュエータ（IAI製RCA-RA3C-I-20-2 5-200-AI-

圧配管の型式としては，ストレートタイプとL字エルボー

M-HS）のヘッドスピードを制御する．アクチュエータにタイプがある．ストレートタイプのチェックボールについ

連動し，⑤の油圧シリンダ70H-8 HYDRAUL CYLを作動さては，実験解析的研究があり2）形状の検討がされている．

せることによって，①のアクリル樹脂製のＬ字配管供試体

3）

4）

また，ポペット弁については，三次元流れ や横振動 に関する研究や固有値解析5）や三次元数値解析6）などが行われている．しかしながら，これまでL字型配管の油圧チェックバルブのチェックボール挙動について，配管内の作動油の流れや流れがおよぼすチェックボールの挙動などは明らかにされていない．チェックボール周りの流れは，管内流がボールに流体力を与え，さらに直角に曲がるといった複＊

平成24年１月１日 原稿受付＊＊

近畿大学理工学部機械工学科（所在地 大阪府東大阪市小若江３−４−１）（E-mail：kajiwara@mech.kindai.ac.jp）
第44巻

第１号

Fig. 1― 23 ―

Experimental apparatus
2013年１月（平成25年）

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日本フルードパワーシステム学会論文集の流量を規定した．作動油への空気の吸込みを防止するた

次式で表される．

めに⑨の作動油タンクには100kPaの圧力をかけた．実験でRe =は，チェックボールが浮上し，チェック可能であったかを確認し，ボールの回転の計測を④の300fps高速度カメラに

VD
4Q
=
v
πDv

⑴

ここに，D ：管内径，m

よって観察した．なお，回転計測を画像で行うためにボー

Q ：流量， ㎥ /s

ルにレーザマーカで＋印を６箇所マーキングしてある．本v ：動粘度，㎡ /s

実験のパラメータはチェックボールの初期位置，作動油のである．このレイノルズ数の算出時の代表長さは入口径

動粘度および作動油のチェック流量である．モデル形状は（２㎜または５㎜）を用いた．

7.94㎜のチェックボールの入ったφ９の円筒に対しφ５でまた，ボール回転の様子を明らかにするために，流量と流入・流出する基本モデルをモデル１，流入部をφ２に縮動粘度を変化させ，チェックボール周辺の流れの様子およ

小し，作動油の旋回流によってボールを回転させるように

びボール回転数を300fpsの高速度カメラで計測した．この流入位置を横方向へシフトさせるよう改良したものをモデ

流れの様子は，作動油内にアルマイト表面加工した平均粒ル２とした．これらモデル１，モデル２をそれぞれFig. 2⒜径11 mの低密度ポリエチレン（住友精化製フロービーズ）

およびFig. 2⒝に示す．また，Ｌ字管まわりの構造をFig. 3を混入させ，画像処理を行うことによって観察した．

に示す．チェックボール初期位置を規定するために，Ｌ字

3．実 験 結 果管における流出部のエッジ部分からボールの重心方向の表面までの平均距離をリフト量として定義した．リフト量は実験によって得られたボールが浮き，チェック可能とボールを置く下部調整台の位置を二方向からデジタルカメなったチェック流量とリフト量の関係をFig. 4に示す．なラで撮影しながら調節することによって規定した．チェッ

お，チェック流量は再現性が高く，誤差５％以内であった

クボールの初期位置はリフト量１，２，３，４㎜として実験

ため平均値で示した．この図よりモデル１の中央流入の場を行った．また，作動油の動粘度は一般的な作動油の範囲

合，リフト量１㎜では動粘度の変化によるチェック流量のである６㎟ /s，15㎟ /s，35㎟ /sの３種類として，チェッ

変化は少なく，8.3㎤ /s以下となった．リフト量が大きくな−5

ク流量は０〜 60㎤ /s（０〜 6.0×10 ㎥ /s）の範囲で実験るにしたがって，チェック流量も増加しリフト３㎜では概を行った．実験はそれぞれ５回行い，チェック流量およびね20㎤ /sのチェック流量が必要であることがわかる．この回転数はそれらの平均で評価した．

リフト１㎜から３㎜では動粘度の増加に伴ってチェック流
2

レイノルズ数Reは，入口管内流速V= ４Q/πD を使って，量が減少した．しかしながら，リフト４㎜の場合は動粘度の変化がおよぼすチェック流量への影響が大きいという結果となった．すなわち，動粘度が15㎟ /sのときに最大がチェック流量52㎤ /sとなることがわかった．一方，モデル２の場合は，流入口を縮小し位置をずらすことによって，チェック流量を非常に減らすことができ，実験を行った範囲ではチェック流量を8.3㎤ /s以下にできることがわかった．

⒜

Model1
Fig. 2⒝Model2L-shaped pipe arrangement

この主要因は流入口をシフトすることによって，流れを上方向に変える際に発生する作動油の反力，すなわちボールへの下方力が低下したことによると考えられる．このモデFig. 4
Fig. 3
第44巻

第１号

Experimental Model― 24 ―

Relation between Lift and Flow rate of Model 1 andModel 2
2013年１月（平成25年）

梶原・田中：油圧L字配管チェックボール挙動の実験的解析

25

ル２では，動粘度とリフトのいずれも，チェック流量への影響は非常に小さかった．
次に，モデル１，モデル２における動粘度とチェック流量の関係をそれぞれFig. 5およびFig. 6に示す．これら図より，モデル１の場合は４㎜リフトを除いて動粘度が大きくなるほどチェック流量が少なくなる．また，モデル２では動粘度やリフト量によるチェック流量の変化が非常に小さいことがわかる．ただし，モデル１のリフト量４㎜では，動粘度15㎟ /sの場合が最も多くのチェック流量を必要とす
ることがわかった．これは，ボール位置が流入部よりも低く，ボール上部に噴流があたり，ボール下方向に力が加わFig. 7

Relation between Reynolds number and Flow rateof Model 1

Fig. 8Relation between Reynolds number and Flow rateof Model 2

ることによってチェック流量が多くなったと考えられる．
ただし，動粘度がある程度以上大きくなると上昇する主流の粘性力が大きくなり，この下方向力と粘性力のバランスによってチェック流量が少なくなったと考えられる．Fig. 5
およびFig. 6から得られた動粘度とレイノルズ数の関係をFig. 7およびFig. 8に示す．ただし，Fig. 7はモデル１，Fig. 8はモデル２のものである．レイノルズ数Reは全ての場合で1000程度以下であり，層流状態に近く，層流境界層による動粘度の影響が大きいことが推測される．一方，モデル２
は，Fig. 6およびFig. 8より今回計測した範囲では，動粘度の影響は非常に小さかった．レイノルズ数Reも150程度から1700程度までの領域であり，いずれも層流状態であると推測される．このモデル２はチェックボールの領域に旋回流を発生させているが，動粘度の変化がおよぼすボール浮

上力への影響は小さい．
次に，チェックボール領域の旋回流によるボール回転への影響を明らかにするため，ボール回転数の計測結果を示
す．リフト量１㎜における回転数の測定結果をFig. 9に，同様 に ２，３，４ ㎜ に お け る 測 定 結 果 を そ れ ぞ れFig. 10，
Fig. 11，Fig. 12に示す．Fig. 9からFig. 12より，動粘度が大きくなると回転数が小さくなることがわかる．また，流量と回転数はほぼ比例関係にあるといえる．動粘度６㎟ /sにおける回転数とリフト量の関係をFig. 13に，同様に15㎟ /s
における回転数とリフト量の関係をFig. 14にそれぞれ示す．
動粘度６㎟ /sではリフト量の増加にしたがって回転数が低下している．なかでもリフト量が２㎜から３㎜での変化がFig. 5

Relation between ν and Q of Model １

大きかった．これは，入口からの噴流の幾何学的な位置が大きく変化したためであると考えられる．Fig. 14の動粘度
15㎟ /sの比較的高粘度の場合はリフト量２㎜よりも３㎜の場合がボールの回転数は高くなった．これは，ボールの回転数は噴流とボールの幾何学的な位置関係に加えて，ボール付近の旋回流と粘性による力のバランスによって決定されるためと考えられるこのとき，リフト量の増加によって回転数は低くなったが，チェック流量の変化はほとんどなかった．
さらに，可視化実験結果として，モデル１におけるリフ
ト量２㎜，流量7.5㎤ /sにおける流れの様子をFig. 15に示す．

Fig. 6

Relation between ν and Flow rate of Model ２

第44巻

第１号

ただし，Fig. 15⒜は動粘度６㎟ /s，⒝は動粘度35㎟ /sの場
― 25 ―

2013年１月（平成25年）

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日本フルードパワーシステム学会論文集

Fig. 9Fig. 10

Relation between ν and Revolution of Lift 1 ㎜

Fig. 13

Relation between Lift and Revolution of 6 ㎟ /s

Fig. 14

Relation between Lift and Revolution of 15 ㎟ /s

Relation between ν and Revolution of Lift 2 ㎜

合である．同様に，リフト量４㎜，流量23.9㎤ /sの様子をFig. 16に示す．Fig. 16⒜は動粘度６㎟ /s，⒝は動粘度35㎟/sの場合である．これらの流量はボールが浮上しない最大のもので観察している．モデル１では，Fig. 15よりFig. 15⒜の動粘度が６㎟ /sと低い場合にはボール左上の逆流や旋回流，あるいは下に向かう流れなど種々の流れが観察される．一方，動粘度35㎟ /sのときは入口から出口まで，ボールに沿うようにスムーズに上向き流れが形成されていた．
すなわち，動粘度の上昇にしたがって下回りの流量の減少がおこり，チェック流量が多くなったと考えられる．また，いずれの粘度でもボールの周囲をまわるような流れが見らFig. 11

Relation between ν and Revolution of Lift 3 ㎜

れたが，動粘度が低い６㎟ /sの場合は動粘度の高い場合と比べて強く観察された．Fig. 16のリフト量４㎜のときは，入口からの噴流がボールの上面にあたっていることが観察され，その主流の方向が変わる反力がボールに下方向へ加わっていると考えられる．Fig. 16⒜のように低粘度で比較的流量が多い場合は，ボール周りに種々の流れが生じ，一部のボールの下部への流れによってチェックボールが浮上することが確認された．しかしながら，高粘度の場合は一様流に近い流れとなっている．
次に，モデル２におけるリフト量２㎜，流量3.8㎤ /sおける流れの様子をFig. 17に示す．ただし，Fig. 17⒜は動粘度
６㎟ /s，⒝は動粘度15㎟ /sの場合である．このとき，作動油の流入口がボールの中心と流れが上下に分かれているこ

Fig. 12

Relation between ν and Revolution of Lift 4 ㎜

第44巻

第１号

とが観察される．Fig. 17⒜とFig. 17⒝を比較すると，いず― 26 ―

2013年１月（平成25年）

27

梶原・田中：油圧L字配管チェックボール挙動の実験的解析

れの場合も旋回流もみられているが，同じ流量でも動粘度となった．

が大きくなると旋回流が小さくなっていることがわかる．

モデル２では，リフト量２㎜，流量3.8㎤ /sのときのボー

さらに，リフト量３㎜，流量3.8㎤ /sの流れの様子をFig. 18

ル回転数はFig. 10より，動粘度６㎟ /sの場合は約1000rpm，に示す．Fig. 18⒜は動粘度６㎟ /sの場合，⒝は15㎟ /sの場

動粘度15㎟ /sの場合は約90rpmと大きな差となっている．

合である．Fig. 18のリフト量３㎜の場合でも同様に動粘度

Fig. 17の可視化実験から，流入口からの噴流はチェックが大きくなると旋回流は小さくなっているが，リフト２㎜

ボール中央部側面にあたり，上下に分散しているが，動粘の場合と比べてボール位置が低いため，入口からの噴流が度が大きくなると旋回流が発達しないことがわかった．しボールには直接当たらず大きな旋回流がみられ，ボール下

かしながら，Fig. 6より動粘度がおよぼすチェック流量への方向への流れはほとんどみられない．

影響は非常に小さかった．一方，リフト量３㎜のときは4．考

ボールの回転数が動粘度６㎟ /sの場合に約700rpmに対し，

察

動粘度15㎟ /sの場合が約250rpmと差が小さくなった．こ

中央からφ５で流入するモデル１とサイドからφ２で流のとき，Fig. 18に示したように低粘度では強い旋回流が観入させ，旋回流を発生させるモデル２を用いて，チェック察され，高粘度では旋回流は弱くなっていたが，低粘度でボール挙動を明らかにした．さらに，可視化実験によってはボールを回転させるための粘性力が小さいため，ボール

作動油の流れを明らかにした．モデル１の中央流入の場合

回転数の差が縮小したことが推定される．Fig. 6で示した動は，Fig. 5およびFig. 15より，リフト量が３㎜以下と小さい

粘度の変化によるチェック流量の差がほとんどみられな

ときはボール周りや表面の流れが比較的多く，ボールに対かったのは，粘性と旋回流のバランスによって，結果としして上方向力が生じやすいため粘度による差は小さい．一てのチェック流量に変化がみられなかったと推定される．

方，リフト量が４㎜と大きくなるとボール上部に主流があこれらより，モデル２はモデル１と比較して，低流量でたり，特に動粘度が大きくなるとチェック流量が多く必要

チェック可能であり，リフト量や動粘度の影響を受けにくFig. 15

Fig. 16

第44巻⒜

Viscosity：6 ㎟ /s⒜Viscosity：6 ㎟ /s⒝

Viscosity：35 ㎟ /s⒝

Viscosity：15 ㎟ /s

Flow pattern of Model 1 at lift 2 ㎜, ﬂow rate 7.5㎤/s⒜Viscosity：6 ㎟ /s⒝

Viscosity：35 ㎟ /s

Flow pattern of Model 1 at lift 4 ㎜, ﬂow rate 23.9
㎤ /s
第１号

Fig. 17

Fig. 18― 27 ―

Flow pattern ofa Model 2 at lift 2 ㎜, ﬂow rate 3.8㎤ /s⒜Viscosity：6 ㎟ /s⒝

Viscosity：15 ㎟ /s

Flow pattern of Model 2 at lift 3 ㎜, ﬂow rate 3.8㎤/s
2013年１月（平成25年）

28

日本フルードパワーシステム学会論文集⑸ サイドから流入させ，動粘度を変化させるとボールのいことがわかった．

5．結

回転数，旋回流の強さは大きく変化するが，チェック流言

量はほとんど変化しない．

本研究では，現在使用されている油圧用ボール弁のバネ

謝

なし化を目的として，作動油入口位置と径，ボール位置お辞

よび作動油の動粘度を変化させ，チェック流量と回転数の本研究は，文部科学省私立大学戦略的研究基盤形成支援

計測およびボール付近の可視化実験を行った．その結果，事業（平成24年〜平成26年）の助成を受けたものである．

サイドから流入させ，旋回流を積極的に利用するによって，

参 考 文 献ボールを低流量で浮上させることが可能なことがわかった．
さらに，高速度カメラを用いて粒子観察を行い，改善理由

１）小波倭文朗，西海孝夫：油圧制御システム，東京電機を考察した．ただし，これら旋回流の強さ，ボールとの相大学出版局，P. 105（1999）

対位置，噴流の強さを決める入口径，作動油粘性など種々

２）築地徹浩，松本学，佐倉青蔵，永田精一，吉田太志：のパラメータが相互に作用し合うため，今後，現象理解を可視化技術を用いた油圧用ボール弁の改良，日本フ深めるためにもCAE解析を活用し，定量的な観察を行う予ルードパワーシステム学会論文集，Vol. 35, No. 6, p.

定である．

103‑108（2004）

主な結論を以下にまとめて記す．

３）築地徹浩，米澤至彦，石井祐一郎：油圧用三次元ポ⑴ 流量，動粘度およびリフト量を変化させチェック流量

ペット弁内の流れ，日本機械学會論文集，B編，Vol.

を調査した結果，チェック流量とボールの初期位置のおよび動粘度の相互関係が明らかになった

61, No. 583, p. 998‑1004（1995）
４）築地徹浩，中山真吾：油圧用ポペット弁の横振動に関⑵ 中央から流入させるモデルではリフト量３m以下ではする研究，日本機械学會論文集，B編，Vol. 64, No. 620,

20㎤ /s程度のチェック流量であるが，４㎜では，現象が変化し，50㎤ /sのチェック流量の場合がある．

p. 1088‑1094（1998）
５）白井敦，林叡，早瀬敏幸，王偉民：直動型ポペット弁⑶ 中央流入モデルでは，リフト量１㎜ないしは３㎜では回路の固有値解析，日本油空圧学会論文集，Vol.

動粘度が大きいとボールを浮かせやすく，チェック流量が少なくなる．

30,

No. 3, p. 75‑80（1999）
６）菊池和重，山口隆平：スプール弁内流れの可視化と三⑷ サイドから流入させる形状を採用すると旋回流が生じ，動粘度によらず8.3㎤ /s以下の低流量でチェック可能であ次元数値解析モデルの検討，日本機械学會論文集，B編，Vol. 64, No. 627, p. 3558‑3564（1998）

る．

第44巻

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平 成 2 5 年 1 月1 5日
一般社団法人

25
25

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25

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（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．
）

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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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Vol.44 No.1

昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
平成25年１月15日発行
（奇数月）

0011

ものづくり教育（大学編）

東京都港区芝公園三丁目五│二二 電話（〇三）三四三三│八四四一 ＦＡＸ（〇三）三四三三│八四四二
̶ 編集兼発行人 一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会 振替口座 東京〇〇一一〇│三│一三三六九〇〒105

フルードパワーシステム

フルードパワーシステム

昭和47年10月19日第4種学術刊行物許可 平成25年１月15日発行（奇数月）

ISSN 1346－7719

フルードパワーシステム

ISSN 1880－3121

日本フルードパワーシステム学会論文集

日本フルードパワーシステム学会誌

フルードパワーシステム

Jan.2013 Vol.

44 No.1

日本フルードパワーシステム学会論文集
TRANSACTIONS OF THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY

特集「ものづくり教育（大学編）」

第四十四巻
第一号（二〇一三）

東京都文京区小石川一│三│七
印刷所 勝美印刷株式会社

1
日本フルードパワーシステム学会

CW3_AX300A01.indd

1

一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会

http://www.jfps.jp

2013/01/29

20:35:40