昭和47年10月19日第4種学術刊行物許可

平成28年11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

Nov.2016 Vol.

47 No.6

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「機能性流体を活用した
フルードパワー技術の実用化最前線」

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

LUID POWER SYSTEISSN 1346―7719

第47巻 第 6 号 2016年11月

日本フルードパワーシステム学会誌

フルードパワーシステム
目次

特集「機能性流体を活用したフルードパワー技術の実用化最前線」【巻頭言】「機能性流体を活用したフルードパワー技術の実用化最前線」発行にあたって

中野 政身 264【総論】
機能性流体の研究開発と実用化の動向

中野 政身 265【解説】
自動車用MR流体ダンパの研究

齋藤 啓司 272

超小型EV向けMR流体ブレーキの開発

中野 政身，古川仁，道辻 善治 275

建築物の免震・制振用MR流体ダンパの開発

袖山

博 279

ナノMR流体の特長とハプティクスへの応用

野間 淳一 282

MR流体ブレーキを用いた筋力トレーニングロボットの開発


高頭 静夫，石井博，白石 俊彦，高杉紳一郎，岩谷ER流体とその応用開発の現状

徹 285

井上 昭夫 289

リハビリテーション長下肢装具用電子制御EAM膝ブレーキの開発安齊 秀伸，山本 澄子，三井 和幸，安井

釣用リールにおける磁性流体シールの応用

匡 293

小原 武恵 296

【ニュース】
第４回フルードパワーに関する日中国際共同ワークショップ（The 4th Japan-China Joint Workshop on Fluid Power）開催報告

伊藤 和寿 299

【会議報告】
インドフルードパワー技術セミナーに参加して

眞田 一志 302

ROBOMECH2016におけるフルードパワー技術研究の動向

田中

豊 304

江間

敏 307

【教室】
入門講座「エネルギー工学」第二回：火力発電と再生可能エネルギー

補助人工心臓開発と大学発ベンチャー

進士 忠彦 310

【研究室紹介】東京工業大学 工学院 鈴森・遠藤研究室

鈴森 康一 313

【企画行事】
平成28年春季フルードパワーシステム講演会報告金俊完 317【会告】Professor Dr.-Ing Wolfgang Backéご逝去のお知らせ320

平成28年度 オータムセミナー「生産技術に貢献するフルードパワー in トヨタ産業技術記念館」開催のお知らせ

323

論文集の掲載形態の変更について

323

共催・協賛行事のお知らせ

325

書籍案内 オーム社刊「油圧・空気圧回路～書き方＆設計の基礎教本」


326

資料一覧

327

フルードパワーシステム第47巻総目次

331

その他

319，324，334■表紙デザイン：山本 博勝 ㈱豊島

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

LUID POWER SYSTE【トピックス】

ISSN 1346―7719

Vol．47，No. 6

November 2016

JOURNAL OF THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY

FLUID POWER SYSTEM
Contents
Special Issue “the Cutting Edge of Practical Use of Fluid Power Technologies
Exploiting Functional Fluids”【Preface】

On the Special Issue“the Cutting Edge of Practical Use of Fluid Power Technologies
Exploiting Functional Fluids”
Masami NAKANO【Survey】

Trends in Research & Development and Practical Use of Functional Fluids

264

Masami NAKANO

265

Study on Magneto-Rheological Fluid Damper for Automobile
Keiji SAITO
Development of MR Fluid Brake for Super-Compact Electric Vehicle
Masami NAKANO, Hitoshi FURUKAWA, Yoshiharu MICHITSUJI
Development of Magneto-Rheological Fluid Dampers for Seismic Vibration Control of Buildings
Hiroshi SODEYAMAThe Feature of Nano-MR Fluid and the Applicability to Haptics
Jun-ichi NOMA
Development of a New Integrated Robot for Resistance Training of Muscles using
Magneto-Rheological fluidShizuo TAKATOH, Hiroshi ISII, Toshihiko SHIRAISHI,Shin-ichiro TAKASUGI, Toru IWATANIER Fluid and Recent Development of the Applications
Akio INOUE
Development of EAM Brake Device for Knee-Ankle-Foot-OrthosisHidenobu ANZAI, Sumiko YAMAMOTO, Kazuyuki MITSUI, Tadashi YASUI
Takeshige OHARAThe Applicability of the Magnetic Fluid Sealing in Fishing Reels

272【Review】【News】

Report on The 4th Japan-China Joint Workshop 2016

275
279
282
285
289
293
296

Kazuhisa ITO

299

Kazushi SANADA
Yutaka TANAKA

302
304

An Introductory Course of Energy Engineering：2. Thermal Electric Power Generation
and Renewable Energy
Satoshi EMA

307【Conference Report】

Fluid Power Technical Seminar 2016
Research Trend of Fluid Power in ROBOMECH2016

【Lecture】【Topics】

Development of Ventricular Assist Devices by University Initiated Venture

Tadahiko SHINSHI

310

Koichi SUZUMORI

313

Joon-wan KIM

317【Laboratory Tour】

Suzumori & Endo Laboratory, School of Engineering, Tokyo lnstituteof Technology
【JFPS Activities】

Report on JFPS Domestic Conference in Spring, 2016

【JFPS News】
319, 320, 323, 324, 325, 326, 327, 331, 334

The Japan Fluid Power System Society
c/o Kikaishinko Building
３―５―22 Shiba―koen, Minato-ku, Tokyo, 105―0011, Japan264

フルードパワーシステム

巻 頭 言「機能性流体を活用したフルードパワー技術の実用化最前線」
発行にあたって著者

紹

品化の現状をレビューしていただいた．

介
なか

の

中 野

まさ

政

み

身

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

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

ER（Electro-Rheological）流体，液晶，EHD（Electro-Hydro-Dynamic）流体・ECF（ElectroConjugate Fluid），MR（Magneto-Rheological） 流体，磁性流体及び機能性ソフトマテリアルなどは，電場や磁場などの外場に反応して流体の物理化学的性質が変化する機能性流体である．これらの機能性
流体を作動媒体とする各種のフルードパワーシステ
ムは，機能性流体固有の特徴的な機能性を効果的に活用することによって，従来にない機能を付与できると同時に，かつ小型・高出力化，簡便化，高速化，知能化，低廉化，高い信頼性や安全性の確保などの点で卓越した優位性を実現できる可能性を有する．

解説としては，まず，齋藤啓司氏（KYB）には，
国内で自動車用に研究開発しているMR流体ダンパについて紹介いただいた．同じく，自動車用途へのMR流体の応用として，超小型EV向けに開発された
MR流体ブレーキについて，中野政身（東北大学），
他に解説いただいている．袖山博氏（三和テッキ）には，建築構造物の免震・制振用に開発されたMR
流体ダンパについて，その基本的な情報を含めて，その設置例や近年の研究開発の動向を紹介いただいた．野間淳一氏（栗本鐡工所）には，直径100nm程度の鉄ナノ粒子分散MR流体の特長とその特長を活かしたハプティクス分野への応用の可能性について解説いただいた．MR流体ブレーキのリハビリ分
野への応用・製品化の例として，高頭静夫氏（竹井機器工業），他にはMR流体ブレーキを活用した上肢・下肢の筋力トレーニングを支援するロボットについて紹介いただいた．ER流体とその応用開発の現状と題して，井上昭夫氏（ERテック）には，粒子分散系ER流体の特徴とともに，その応用機器や実用化例について紹介いただいた．安齊秀伸氏（藤倉化成），他には，ER流体粒子をゲルに分散して固これらの機能性流体に関する種々の分野における最化した電気的吸引材料を活用して開発したリハビリ
テーション長下肢装具用電子制御膝ブレーキを紹介いただいた．最後に，小原武恵氏（グローブライド）には，磁性流体の新たな製品化事例として，防新の研究開発の動向について各種の機能性流体毎にレビューを行うとともに，いくつかの実用化あるいは実用化に近い開発事例を紹介している．

水用途で開発された磁性流体シールの釣用リールへの実用化について解説いただいた．
末筆ながら，ご多忙な中をご執筆いただいた著者

その後５年程度経過していることと，機能性流体を活用した機器の実用化の事例が多方面で展開されてきていることから，本特集号では，機能性流体を活用したフルードパワー技術・機器の実用化に焦点の皆様に厚く御礼を申し上げる．また，会員の方々には，機能性流体のフルードパワー技術への適用及び実用化に関する最新情報の提供に資することができれば，望外の喜びである．

本学会誌では、Vol.42, No.1（2011年１月号）特集
号「機能性流体テクノロジーの最前線」１）において，を絞り，実用化を目指して開発され，実用化に至った，あるいは実用化に近い事例を紹介する．
まず総論として，中野政身（東北大学）には，機能性流体の研究開発と実用化の動向と題して，各種の機能性流体毎にその機能性を概説し，研究開発の動向および機能性流体を活用した機器の実用化，製

4

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

参考文献
１）‌特集号「機能性流体テクノロジーの最前線」，フルード
パワーシステム，Vol.42, No.1，（2011）

2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年10月25日）

中野政身：機能性流体の研究開発と実用化の動向

265

総 論

機能性流体の研究開発と実用化の動向

著

者

紹

介
なか

の

中 野

まさ

政

み

身

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

パクト性，さらには知能性などの有意な特徴が付与された先進機械デバイスおよびシステムの研究開発が活発に行われてきている．具体的には，ブレーキ，
クラッチなどによる制動・動力伝達制御，ダンパによる振動の抑制，可動部の全くないバルブやEHDポンプなどによるアクチュエータやマイクロモータの構築と制御など，さまざまな方面に応用可能であり，多方面で活発に研究・開発が進められてきている1）-8）．
本稿では，フルードパワー技術に応用展開のポテンシャルを有している機能性流体として，ER流体，
MR流体，磁性流体，およびEHD流体・ECFを取り上げ，それらの研究開発の動向を概観するとともに，
1．は じ め に実用化の動向として実用化・製品化に至った事例や21世紀の技術革新をもたらす原動力の一つとして， 実用化に近い開発事例を紹介する．
新物質や新材料，特に高機能材料があげられる．本
2．ER 流 体稿で取上げる機能性流体（Functional Fluids, Smart
2.1 ER流体の研究開発の動向
Fluids）も高付加価値製品の創出という観点から産外部電場の作用のもとで流体の内部構造が変化し業及び工業技術面において大きなブレークスルーをそのレオロジー的性質が大きく変化する現象をERもたらすポテンシャルを有している．その機能性流効果（Electro-Rheological Effect）といい，そのよ
体とは，流体を人工的に調製してある機能を強調しかつ外部から加える物理量（電磁場・光・温度など） うな機能を有する流体をER流体と呼ぶ．ER流体は，
特にその粘性を数ミリ秒のオーダーで電気的に可逆を制御することによって，その物理化学的性質を機
1982年早稲田大学大学院博士後期課程修了．
同年山形大学助手，助教授を経て，1997年同教授，2008年東北大学教授．機能性流体とその応用，流体関連振動・騒音などの研究に従事．日
本フルードパワーシステム学会（理事），日本機
械学会（フェロー）などの会員．工学博士

能的に変化できる流体を指しており，工学的に応用可能な機能性を発揮する流体の総称である．現状では，電場や磁場に反応して粘弾性のレオロジー特性が変化するER流体（Electro-Rheological Fluids）や的かつ連続的に変化できるため，電気信号によって
直接「力」，「圧力」，「流量」などの信号に変換し制御できる特筆すべき機能を有している．これまで，様々な種類のER流体が発見され，また新たに開発

MR流体（Magneto-Rheological Suspensions），磁気体 積 力 を 発 生 す る 磁 性 流 体（Magnetic Fluids,

されてきている．これらのER流体は，その組成とER効果の違いから大きく分けて，粒子を分散した

Ferrofluids），直流高電圧を印加するとジェット流が発生するEHD（Electro-Hydro-Dynamics）効果を示す流体，電磁的に流動場を制御可能な機能性プラズマ，そして電場や磁場に反応して粘弾性特性などの変化や変形が生ずる機能性ソフトマテリアルなど

粒子分散系ER流体と粒子を含まない均一系ER流体に分類できる．
粒子分散系ER流体は，シリコーンオイル等の絶縁性の分散媒中に電場下で電気分極し易い物質からがあげられる．

なる微粒子（一般に，直径１～ 10㎛程度）を分散した懸濁液であり，電場下で電気分極した多数の粒

これまで，これらの機能性流体に関して，その創製と機能性の評価，そして機能発現メカニズムの解明とマルチスケール流動特性の把握など流体力学的な観点からのアプローチとともに，その固有の機能性を工学的に有効に活用し，高速性，簡便性，コン子によるクラスター（架橋構造）の形成に起因して見掛け上流体の粘性が増加したように振る舞う．電場印加によって形成された粒子クラスター構造を崩壊する力，すなわち降伏せん断応力が現れ，その応力以下の応力では流動せず，応力が降伏せん断応力

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第47巻

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フルードパワーシステム

を越すと流動するビンガム流体に類似した挙動を呈する．

系ER流体の20倍程度の50 ～ 100kPa程度の降伏せん断応力（図１）を発揮するナノ粒子を分散した均一系ER流体の代表として，低分子液晶や高分子液晶が見出されている．一般に，液晶の誘起せん
断応力は，有意な降伏せん断応力は現れず，電場下

Giant-ER流体14）を開発・販売している．

でもせん断速度にほぼ比例して増加しニュートン流体に類似した特性を示す．その増加割合が電場強度
Eによって変化するER特性を示す．
ER流体の応用分野では，流体を媒体として動力を伝達するクラッチやブレーキ，流量や圧力を制御するバルブ，そして液体粘性を利用したダンパなどの流体が介在する機械要素への応用と同時に，振動ER流体を活用した機器の実用化事例としては，まず，電動モータとERクラッチからなるERアクチュ
エータを活用した力覚提示装置を応用した安全性が高くかつコンパクトな３次元上肢リハビリ訓練シス
テムやERブレーキを活用した各種の上肢リハビリ支援システムが実用化レベルで開発されていることが挙げられる15）．その臨床応用結果から訓練意欲の維持・増進に効果があることとリハビリの有効性が制御，ロボット制御，アクチュエータ制御，マイクロマシン制御などの各種制御システムへの応用が展開されてきている．1990年代当初，ER流体が粘性を可変する機能をもっていることと市場規模の大きさから，自動車産業での応用が考えられ，液体封入式エンジンマウント，ショックアブソーバなどへ応用し車両の振動制御性能を高めようという研究が活発に行われていたが，当時のER流体の完成度の低さと使用条件の過酷さから実用化レベルには至らなかった．その後，使用条件が過酷ではない一般産業への応用を目指して，除振テーブル，マイクロマシ
ン，研磨加工，工作機械テーブル，トライボロジー，
図２ ERアクチュエータを活用した上肢リハビリ支援シス
リハビリ訓練システムなど，多方面でのER流体の
テム9）
応用研究が活発に行われてきている．ER流体を作
動流体とする液圧システムの要素研究として，マイクロバルブ，マイクロアクチュエータ，マイクロポ
ンプなど，マイクロフルードパワーシステム構築のための研究開発が試みられてきている．
2.2 ER流体の実用化の動向
ここ二十数年に及ぶ流体の研究開発の結果，実用に供するER流体が開発され国内外で販売されている.国内では、E社9）が粒子分散系と高分子液晶均一
系 のER流 体 を 販 売 し て お り，C社10）が イ ギ リ スS社11）の粒子分散系ER流体を代理店販売している．
図３ シ リンダー・ピストン型ERダンパの腕の筋力トレー
海外では，ドイツF社12）が粒子分散系ER流体を開ニングシステムへの活用12）
発・販売し，ホンコンのSM社13）が従来の粒子分散

図１ iant-ER流体の誘起降伏せん断応力vs.印加電場強
G
度13）

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図４

 R流体バルブで駆動される点字ピンからなる３行点E
字表示システム（2048 dots/129文字，３行，サイ11）
ズ：450×130×60㎜）

2016年11月（平成28年）

中野政身：機能性流体の研究開発と実用化の動向示されており，ERアクチュエータを用いた６自由度の上肢リハビリ支援システム（図２）が製品化され販売されている9）．
ドイツF社12）では，自社開発のER流体を用いてシリンダー・ピストン型のERダンパーを開発し，腕の筋力トレーニングシステムに応用（図３）して実用化している．
また，イギリスのS社11）では，ER流体のマイクロフルードパワーシステムへの実用化例として，全く可動部のない電極対だけからなるERバルブで駆動される点字ピンで構成されたコンパクトな点字表示システム（図４）を製品化し販売している．
ER流体は一般に電場を印加することによって粘度が増大する方向の機能性を有するが，原油輸送パ
イプラインの抵抗低減策として，電場を流れ方向に印加して原油中のパラフィンやアスファルトの粒子
クラスターを形成することによって乱流を抑制して層流化し逆にパイプラインの抵抗を低減する方法が⒜

 油輸送パイプラインのポンプ下流に設置された電場
原
印加装置

267

提案され，実用化レベルでの試験（図５）が実施されていること16）はER効果の新規な活用法という意
味で特記に値する．
今後，電極だけで制御でき高速応答性が確保できるER流体の特徴を最大限に活用した機器の軽量化・小型化を指向した機器の実用化が望まれ，各種の小型化ERデバイスの構築とそれらの温度変化の少ない環境で使用される一般産業機器や医療・福祉・介護機器等への応用が期待できる．

3．MR

流

体

3.1 MR流体の研究開発の動向
MR流体は，シリコーンオイル等の油を分散媒としその中に１～ 10㎛の強磁性体粒子（一般には，カルボニル鉄）を分散させた懸濁液であり，磁場の印加によってそのレオロジー特性を急速かつ可逆的に変化できる機能（MR効果）を示す流体である．
分散した強磁性体粒子が磁場印加により磁気的に分極し，粒子分散系ER流体と同様に粒子同士が結合してクラスター構造を形成することによりレオロ
ジー特性が変化する．MR流体の誘起せん断応力は，粒子分散系ER流体のものに比して格段に大きく，
約20から50倍の値を示すのが特徴的である．
MR流体は，1948年にRabinow J.によって最初に開発され17），クラッチへの応用が提示されているが，1990年代からMR流体の応用研究が活発化している．現在では，MR流体は市販されており18），商業ベースでの市場展開が行われている．現在年間200tonオーダーのMR流体が生産・販売されている．
このように，MR流体が市販されるほど成熟していることから，MR流体の開発よりもむしろ実用化を目指した応用分野の研究開発が活発に行われてきている．
MR流体の応用に関する研究開発では，各種のMRブレーキ，クラッチ，ダンパ，ショックアブ
ソーバなどのモジュールが開発されてきている．
MRダ ン パ やMRシ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ は 実 際 に ト
ラック・農業用トラクターなどのシートダンパや乗用車・軍用トラックさらにはつり橋のワイヤ振動制御装置やビルなどの建築構造物の免震装置などに搭載され実用化に至っている19），20）．他には，新規でコンパクトなMRバルブを用いた可変減衰力MRベ⒝ 量とポンプ圧力との関係：Untreated Oilの場合，Re流＞2,300でパイプ流れが乱流化し流量に対するポンプ圧の勾配が大きくなるが，一方，電場を印加したTreated
Oilでは，Re＝6,348に達しても流れの層流化によって流量とポンプ圧力は比例関係を保っている．

図５ 原
 油輸送パイプラインの電場印加装置による抵抗低減の実例16）

ローズダンパ，永久磁石を用いて変位と速度に依存
して減衰特性が変化するパッシブ式MRダンパ，不織布にMR流体を含浸させMR流体中の粒子沈降を防止したMR流体コンポジットを活用した回転型
MR流体ブレーキをボールネジを活用して直動に変換した建築構造物用の直動型MRダンパなどが開発

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フルードパワーシステム

され，良好な制振特性を実現している21）．また，同様なMR流体コンポジット中に線材を直接通してブ

ポーツ車などへ採用され使用が拡大してきている．
国内メーカーも自動車用のMR流体ダンパを開発しレーキ力を発生させるMRブレーキをコイル巻線張力制御装置に適用することによって張力変動を劇的に抑制している22）．他のMRブレーキの応用例としては，誘導電動モータの機械的摩擦を利用した電磁ており実用化が待たれるところである24）．また，ブレーキの代わりにMR流体ブレーキを開発して適用した例19）などがあげられる．
3.2 MR流体の実用化の動向

車両などの苛酷な環境下でもMR流体が信頼性をもって使用できることを実証するものである．
MR流体を活用したサブナノオーダー研磨加工に関する研究開発及びMR流体研磨機の製品化25），26）は注目すべきものがある．これに関連する研究成果も発表されている27）．図７に示すように，回転ホイー
ルの左側のノズルから研磨剤を混合したMR流体が

MR流体の実用化・製品化の最たるものは，MR
流体ショックアブソーバの開発（図６）とその車両
用セミアクティブサスペンション制御への応用である23）．2002年にMR流体ショックアブソーバを高級乗用車やスポーツ車へ搭載してからすでに14年ほどの実績を有しており，現在でもSUVや欧州高級ス

図６ M
 R流体ショックアブソーバの例（2002年米国D社
開発・事業化→2009年中国B社へ事業部売却）

MR流 体 エ ン ジ ン マ ウ ン ト も 開 発・ 製 品 化 さ れ，
2009年には独スポーツ車に搭載されている23）．これらのMR流体デバイスの車両への搭載と実績は，供給され，回転ホイール外周面上を流れて右側のス
クレーパーで回収される．回転ホイール上端には電磁石によって磁場が印加されており，そのホイール上端部の磁場下のMR流体にガラスレンズなどの被研磨面を押し付けることによって研磨が行われる．
局所的なスポットで研磨が可能なことから，被研磨
面形状を事前に測定してそのデータを活用して被研磨面の研磨量を推定しNC制御によりスポット的に被研磨面の研磨を行っている．
MR流体の健康福祉分野への応用として，米国O社28）が多盤式MR流体ブレーキを活用した大腿義足用のMR流体膝継手（図８）を開発し，製品化している．コンピュータ制御され，Yielding機能が効果的に発揮され平地や階段の滑らかな歩行を可能としている．また，国内でも，小型の高性能な多盤式
MR流体ブレーキを開発して膝継手に活用した随意電子制御大腿義足を研究開発している29），30）．義足
使用者の随意によって膝をLock並びにYieldingすることが可能で，平地，階段歩行だけでなく，違和感なく椅子に座る動作なども可能としている．ピスト
ン・シリンダー式のMR流体ダンパを負荷を与える
ブレーキとして用いた上肢・下肢の筋力トレーニン⒜⒝

製品化された５軸制御MR流体研磨装置
図７8グを１台で実現できる筋力トレーニング装置も開発

MR流体による研磨の概要

MR流体を活用した研磨装置25）

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

図８
2016年11月（平成28年）

大腿義足用のMR流体膝継手28）

中野政身：機能性流体の研究開発と実用化の動向

269

ニュートン流体と同じ挙動を示すが，高濃度になると擬塑性流動を示し，若干ながら磁性流体の粘度の
磁場依存性も認められるようになる．これまで，マ⒜
図９

 線操縦機のスロットル
無
操作33）

⒝

抵抗可変下肢装具34）

 ノ粒子分散MR流体を用いたブレーキの実用化応用
ナ
機器

され，製品化されている31）．
アークプラズマ法で創製された100nmの鉄粒子を分散したナノ粒子分散MR流体32）は粒子沈降しにくく再分散し易いうえに，滑らかな感覚を表現できるのが特徴である．このMR流体を用いたブレーキを活用して，模型ヘリや飛行機の無線操縦のスロット
ルフィーリングをMR流体ブレーキに流す電流によって自在に変化できる無線操縦機（図９⒜）を開発 し， 製 品 化 し て い る33）． ま た， こ のMR流 体 ブ
レーキを下肢装具（図９⒝）にも適用し，製品化している34）．各種センサからの情報から判断した歩行
周期の段階に応じてMR流体ブレーキによって最適な抵抗を下肢装具に発生させ，脳卒中でまひ症状をもつ人の動きを補助する機能をもつ．
MR流体の家電製品への実用化の例として，MR
流体セミアクティブダンパを用いたドラム式洗濯機が製品化されている35）．脱水時のドラム回転数に応じて，MR流体ダンパへの通電をON/OFF制御する
ことによって，ドラム振動の低減を図っている．

グネタイトやマンガン亜鉛フェライトなどの粒子を分散した酸化物磁性流体，コバルトやニッケルなどの強磁性金属や合金を用いた金属性磁性流体，磁化の温度依存性の大きい感温性磁性流体，磁性粒子表面に形成される電気二重層の作用で安定に粒子を分散させるイオン性磁性流体などが開発されてきている36），37）．
磁性流体の応用に関する研究開発としては，感温性磁性流体を活用した磁性流体熱交換ポンプ38）や対流熱伝達の促進制御39），磁性流体マイクロマシン40），
ロータリー型血液ポンプの軸シールへの応用41），磁性流体スパイク先端を電極としてコロナ放電を発生するプラズマ生成法42）などの基礎的な研究開発が鋭意進められてきている．
4.2 磁性流体の実用化の動向
磁性流体の応用機器の実用化・製品化の典型的な例は磁性流体シールであり，軸との間に磁性材料で磁気回路を形成し，軸と磁性材料との間に磁性流体を保持して，磁性流体によってシールを行う．そのため，シール抵抗が著しく低いのが特徴である．実際には，磁性流体シールはHDD用の導電性防塵シー
ルや動圧軸受などに応用され製品化されている43）．
また，同様の磁性流体シールを多段に配置した真空シールは，防塵機能だけでなく大気と真空の圧力差をシールできるため，広く真空製造分野に有効活用されている43）．
従来のスピーカーに不可欠なダンパーをなくし磁性流体でボイスコイルを支えるダンパーレスの構造

今後，MR流体は高出力で温度依存性が少なく取を採用した磁性流体スピーカー（図10）が開発され，扱が容易なことから，かなり広範な分野での実用化の可能性が期待できる．

製品化されている．このことにより，少ない電力で中高音域でのひずみが少なく、非常にクリアで歯切れのいい音を再生できるコンパクトなスピーカーを実現している44）．
磁性流体による磁気体積力を印加磁場によって調4．磁 性 流 体
4.1

磁性流体の研究開発の動向

磁 性 流 体 は， 粒 子 表 面 を 界 面 活 性 材 処 理 し た
10nm程度の強磁性微粒子を，水やケロシンなどの分散媒中に高濃度に分散したコロイド溶液である．
ブラウン運動によって分散粒子が一様に分散するため粒子沈降が起こらず非常に安定しており，重力や磁場勾配による凝集を起こすことはなく，その基本的物性は磁性と粘性によって特徴づけられる．磁場の作用により強磁性体なみの磁気分極を示し，磁気的性質はヒステリシスや残留磁化をもたない超常磁性の特性を示す．非一様磁場において磁気体積力が発生する性質をもつ．分散濃度が低いと磁性流体は

図10

フルードパワーシステム

ダンパーレスの磁性流体スピーカー 44）
第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

9

270

フルードパワーシステム

体が噴出するタイプのEHDモータ，多段構造のEHD
ポンプ，EHDポンプ駆動によるシリンダや人工筋
アームなどを開発してきている48）．今後とも，マイクロモーター，マイクロポンプ，マイクロアクチュ
エータなどMEMS分野での実用化，製品化が期待される．

6．お わ り に
図11

磁性流体を活用した比重差選別機45）

整して，密度の異なる複数の物質群から特定の密度の 物 質 を 分 離 する比 重 差 選 別 が 実 用 化 されて い45）．選別対象は，鉱石からの金属選別だる（図11）
けでなく，プラスチックなどの高精度リサイクルの分野でも広く使用されている．
以上のように，磁性流体のもつ機能性を活用した実用化展開がなされてきているが，今後さらに新たな磁性流体活用のブレークスルーと実用化が待たれるところである．

5．EHD流体・ECF
誘電性液体（実質的には絶縁性液体）に高い電場を与えると，流体内部に電気的な力が発生し誘電液
体に対流や二次流れが発生する．このような現象を
電気流体力学（Electro-Hydro-Dynamic：EHD）効果といい，このような現象を示す誘電液体を総称してEHD流体と呼ぶ．この流動メカニズムについてはまだ未解明な部分も多いが，直流電場では誘電泳動
力より自由電荷に作用するクーロン力が支配的になり，このクーロン力により流体力学的不安定性が生じて流動（イオンドラッグ流動）が生じる場合と，電気歪みが支配的で純伝導流動が生じる場合に大別できる．このような現象発見の起源はかなり前に遡り，1800年代頃から知られていた．近年，高出力の誘電液体が発見され，その特徴である小型化・マイクロ化を指向した応用研究が日本国内で活発に行われてきている1），2），7）．
横田らのグループは，これらの高出力の誘電液体をECF（Electro-Conjugate Fluids， 電 界 共 役 流 体 ）と呼び，ECFを活用した各種のマイクロモーター，
マイクロ人工筋，マイクロレートジャイロ，電子
チップ冷却用ECFポンプなどを開発するとともに，そ れ ら の マ イ ク ロ 化 を 鋭 意 進 め て き て お り46），
MEMS技術を援用した高集積の高性能なECFポンプも開発している47）．また，三井らは，新たな異なる
誘電液体で生じる流れ発生現象をEHD現象として捉え，回転型アクチュエータとしてローター側から流10

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

フルードパワー分野に活用できるポテンシャルを有する機能性流体を取り上げ，各機能性流体固有の機能性を活用した機器の実用化，製品化の動向を紹介した．種々の分野で実用化展開がなされてきている．今後，既存の機能性流体の欠点を克服したり，斬新な機能性を示したりする流体の創製が期待されると同時に，応用の観点からは，各機能性流体固有の機能性を最大限に活用した独自の機能を発揮する
コストパフォーマンスの高い様々な応用分野での先進機器の実用化・製品化が期待される．
参考文献
１ ）中野政身編集：「機能性流体を核としたフルードパワー
システムの融合化に関する研究委員会」研究成果報告書（2009年 ４ 月～ 2012年 ３ 月），日本フルードパワーシ
ステム学会，p. 168（2012）２ ）中野政身編集：「機能性流体との融合化によるフルード
パワーシステムの新展開に関する研究委員会」研究成果報告書（2012年 ４ 月～ 2015年 ３ 月），日本フルードパ
ワーシステム学会，発刊予定，（2016）３ ）Nakano, M., Koyama, K. eds.：Electro-Rheological
Fluids, Magneto-Rheological Suspensions and their
Applications, World Scientific, p. 893（1998）
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５ ）15th Int. Conf. on ER Fluids and MR Suspensions（ERMR2016）：http://ermr2016.org/
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７ ）特集号「機能性流体テクノロジーの最前線」，フルード
パワーシステム，Vol. 42，No. 1，（2011）８ ）中野政身：機能性流体の歴史レビューと展望，フルー
ドパワーシステム，Vol. 46，No. 5，p. 216-221（2015）９ ）http://www.ertec.jp/
10）http://www.creact.co.jp/measure/mr-er/smarttech-er/
smarttech/11）http://www.smarttec.co.uk/erf2.htm
12）http://www.fludicon.com/
13）http://www.smartmaterialslab.com/
14）Wen, W.G., et al.：The Giant Electrorheological Effects in
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No. 11，p. 727-730（2003）
15）古荘純次，森川隆浩：ER流体・MR流体を用いたリハ
ビ リ 支 援，VRシ ス テ ム， フ ル ー ド パ ワ ー シ ス テ ム，
Vol. 42，No. 1，p. 12-15（2011）16）Tao, R., Gu, G.Q.：Suppressing turbulence and enhancing
liquid suspension flow in pipelines with electrorheology,
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中野政身：機能性流体の研究開発と実用化の動向

17）Rabinow, J.：The Magnetic Fluid Clutch, AIEE
Transactions, Vol. 67, p. 1308-1315（1948）18）Lord Corporation：http://www.lord.com/
http://www.creact.co.jp/measure/mr-er/lord_mr/lord_mr/19）中野政身：MR流体アクチュエータ，未来型アクチュエー
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テム，Vol. 42, No. 1，p. 50-52（2011）21）中野政身：振動制御系への電磁レオロジー流体の応用，
日本ロボット学会誌，Vol. 31，No. 5，p. 452-456（2013）22）中野政身，他：MR流体コンポジットブレーキの開発とそのコイル巻線用線材張力制御装置への応用，日本機械学会論文集（B編），Vol. 75，No. 753，p. 993-999（2009）23）松隈政彦：自動車用MRダンパおよびエンジンマウントの実用化例，フルードパワーシステム，Vol. 42，No. 1，
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p. 16-21（2011）25）QED Technologies：https://qedmrf.com/en/26）久米保：MR流体研磨装置実用化事例，フルードパワー
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Surfaces using Magnetorheological Fluid Finishing, Int.
J. of Machine Tools and Manufacture, Vol. 47, No. 14，
p. 2077-2090（2007）28）OSSUR：http://www.ossur.jp/
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ム，Vol. 44，No. 6，p. 344-346（2013）31）http://www.takei-si.co.jp/productinfo/detail/255.html32）Noma, j., et al.：Magnetorheology of colloidal dispersion
containing Fe nanoparticles synthesized by thearcplasma method, J. of Magnetism and Magnetic
Materials，Vol. 322，p. 1868-1871（2010）33）https://www.jrpropo.co.jp/jpn/topics/sMRF/34）https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00391701

271

35）井澤浩一：MRFアクティブサスペンションの洗濯機への応用，日本ロボット学会誌，Vol. 31，No. 5，p. 488489（2013）36）神山新一：磁性流体入門，産業図書，p. 135（1989）37）日本機械学会編：17・ ２ 機能性流体，機械工学便覧（基礎編α4流体工学），丸善，pp. 185-189（2006）38）山口博司，他：低沸点流体混合磁性流体の駆動力特性に関 す る 研 究， 日 本 機 械 学 会 論 文 集（ Ｂ 編 ），Vol. 70,
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Convection in a Magnetic-Fluid- Saturated Porous
Medium, Physics of Fluids, Vol. 17, No. 8, Article
No. 084105（2005）40）Sudo, S., et al.：A Magnetic Fluid Micodevice using
Insect Wing, Journal of Physics-Condensed Matter,
Vol. 20，No. 20，Paper No. 204142（2008）41）Mitamura, Y., et al.：Application of a Magnetic Fluid Seal
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Article No. 282001（2015）43）廣田泰丈：磁性流体を用いたデバィスの実用化事例，フルードパワーシステム，Vol. 42，No. 1，pp. 59-61（2011）44）https://msc.sony.jp/member/enjoy/products/feature/
20130731/45）http://liquisort.com/
46）横田眞一，竹村研治郎：ECF（電界共役流体）を応用したアクチュエータ・センサ，フルードパワーシステム，
Vol. 42，No. 1，pp. 28-32（2011）47）Kim, J.W., Yokota, S., Mikurino, K., Edamura, K.：
ECF Micro Hydraulic Power Source by MEMSfabricated Pentagonal Prism Electrode Arrays, World
Automation Congress Proceedings, Paper No.
6936052，pp. 579-581（2014）48）三井和幸：EHD現象利用ポンプの開発とアクチュエー
タへの応用，フルードパワーシステム，Vol. 42，No. 1，
pp. 33-36（2011）

フルードパワーシステム（原稿受付：2016年10月25日）

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

11

272

フルードパワーシステム

解 説

自動車用MR流体ダンパの研究

著

者

紹

ダンパの概要について報告する．

介
さい

とう

齋 藤

けい

啓

じ

司

KYB㈱基盤技術研究所 要素技術研究室〒252-0328 神奈川県相模原市南区麻溝台1－12－1
E-mail : saitou-kei@kyb.co.jp
1991年日本大学理工学部卒業，同年，カヤバ工業㈱（現KYB㈱）に入社，各種ダンパの研究開発に従事．日本フルードパワーシステム学会
会員．

１．は じ め に
MR流体ダンパは，機能性流体の一種であるMR
流体（磁気粘性流体：Magneto-rheological Fluid）
を作動流体としたダンパである．MR流体は，外部から加えられた磁界に反応して，その流動特性が変化 す る 流 体 で あ る． つ ま り 磁 界 の な い 状 態 で はニュートン流体として扱うことができるが，磁界を受けることによりMR流体は瞬間的に半固体化し，ビンガム流体のような降伏応力をもつ性質に変化す
る．このように磁界の強さを変化させることにより降伏応力の大きさを調整できることから，減衰力を可変制御する自動車用のセミアクティブダンパへの適用が可能となる．
コンベンショナルな自動車用ダンパ（コンベダンパ）は，ピストン部に減衰力を発生させるための精
密なバルブ機構を有しており，また減衰力調整式ダンパでは，バルブ機構を外部から電気的に制御するように工夫されている．一方，MR流体ダンパの場
合には，このようなバルブ機構が不要であり，代わりに流動特性を変化させるための磁界を発生させる
コイルが設けられている．このようにバルブレス構造であるため，信頼性や高応答性に優れていることから，Beijing West Industries Co.,LTD（BWI）では2002年に米国にて初めて量産化に成功し１），その後，欧州の自動車メーカにも採用され，スポーツ車
およびSUV車を中心に採用車種が拡大している状況にある．
本報では，自動車用に研究を進めているMR流体

12

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

２．ＭＲ流体ダンパの構造と特徴
2.1 ＭＲ流体２）
MR流体は，化学合成油をベースに直径１～ 10μmの球状の強磁性粒子を分散させたコロイド溶液であり，磁場の印加によってそのレオロジー特性を数ミリ秒のオーダーで可逆的に変化できる機能を示す
流体である．図１に示すように，MR流体は無磁場
時には強磁性粒子が不規則に分散した状態にあり，通常の作動油と同様なニュートン流体に近い流動特性を示すが，磁場印加時には磁気分極した強磁性粒
子同士がクラスタと呼ばれる鎖状構造を形成し，この強磁性粒子クラスタが抵抗体となって，せん断応
力を発生させる．

⒜

無磁場時
図１

⒝

磁場印加時

MR流体の流れ2.2 ＭＲ流体ダンパの構造
図２にMR流体ダンパの構造を，図３にダンパ減衰力を発生させるピストン制御部の可変原理図をそれぞれ示す．MR流体ダンパは，単筒式ガス入り
ショックアブソーバの構造をベースとしている．ピストン制御部は，円環状の隙間が流路となり，その流路に対して直交して磁場が形成するようにコイルを配置している．このコイルに電流を印加することで流路を通過するMR流体中の強磁性粒子がクラスタを形成し，それが流れの抵抗となって圧力差（減衰力）を生じさせる．
2.3 ＭＲ流体ダンパの特徴①バルブレス単純構造２）
MR流体ダンパはバルブ等の可動部がない単純構造であるために，・応答速度が速い

2016年11月（平成28年）

齋藤啓司：自動車用MR流体ダンパの研究

273

最大電流印加時のHard特性，および最大電流の半分の電流を印加した時のMid特性を示す．図中の縦軸の減衰力は式⑴で求められる無次元量であり，圧側はダンパが縮むときに発生する減衰力，伸側はダンパが伸びる時に発生する減衰力を示す．
減衰力＝各速度における減衰力⑴／ 0.3m/s時の圧側減衰力
図 よ りHard特 性 は， ピ ス ト ン 速 度0.3m/s時 でSoft特性と比べて約5.5倍の減衰力が発生している．
なお，車両の乗り心地を向上させるためにSoft特性を低下させる場合には，流路を広くする必要がある
が，その場合には制御部の磁束密度の低下が大きく影響するため，制御可能範囲（Hard減衰力－Soft減衰力）は減少する．

図２

ダンパ構造図図４

図３

減衰力－速度特性

3.2 フリクション特性
図５にフリクション特性の一例として，ダンパ変位と減衰力のリサージュ波形を示す．図は，横力付

ピストン制御部原理図

加時にコンベダンパと比較したものである．図より，
MR流体ダンパの減衰力は，コンベダンパに比べ大・部品点数が少なく組立性に優れる
・性能のバラツキが小さい
・バルブ起因の異音の発生がないという利点がある．
②低速・高減衰１）
減衰力特性は，ピストン速度が遅い領域から高減衰力を発生させることができる．そのため車体の動
き始めのピストン速度の遅い領域から車体挙動を制御することが可能である．

幅に高くなっている．コンベダンパは一般的にしゅう動部であるピストン外周に樹脂性のピストンバンドを設けているが，MR流体ダンパでは，シリンダ－フラックスリング間は金属同士のしゅう動状態となり，さらに流体中には強磁性粒子が分散されてい３．ＭＲ流体ダンパの基本特性
MR流体ダンパの評価は，各種の性能評価および耐久性評価を行っており，以下に代表的な性能評価
結果を示す．
3.1 減衰力－速度特性
図４に印加電流値を変えた場合の減衰力－速度特性を示す．図は，印加電流ゼロの場合のSoft特性，
フルードパワーシステム

図５
第47巻

フリクション波形

第６号

2016年11月（平成28年）

13

274

フルードパワーシステム

るため，フリクション値が高くなる傾向にある．
実車評価においては，一般的にフリクションが高いと乗り心地が悪化する傾向にあることから，MR
流体ダンパに対しては，乗り心地を向上させるためにフリクション低減が求められている．

図７

応答性計測回路

3.3 減衰力－温度特性
図６に減衰力－温度特性結果を示す．図はピスト
ン速度0.1m/s，Soft時およびHard時の各温度における減衰力変化率を示したものである．減衰力変化
率は以下の式で算出している．
減衰力変 化率＝（（各温度時の減衰力－20℃時の減衰力）／ 20℃時の減衰力）×100 ⑵図よりSoft特性は，低温側では非常に高くなっており，高温側は若干低くなっている．MR流体ダン
パは，バルブレス構造で流路は円環状隙間のため（リリーフ機能がない構造），温度変化に対する減衰
力変化は流体の粘度変化に比例するため，粘度変化が大きい低温側でより減衰力変化が大きくなる．一方，Hard特性の減衰力変化率はSoft特性と比較して小さくなっている．

図８

減衰力切替応答時間

差 は 小 さ く， い ず れ の 条 件 の 場 合 も 応 答 時 間 は
10msec以下である．

４．ＭＲ流体ダンパの耐久性
耐久性評価は，しゅう動部の耐久性，耐焼付き性，およびシール部の油漏れを評価する加速試験を実施
し，社内評価基準を満たす結果が得られている．

５．お わ り に

⒜

3.4

Soft時

⒝

図６

減衰力－温度特性

本報では，これまでに行ってきたMR流体ダンパ研究の概要について，MR流体ダンパの特徴的な特性を中心に紹介した．
今後，MR流体ダンパの特徴を最大限活かすことができる車種への展開により，採用車種が増えることを期待する．

Hard時

減衰力切替応答性

減衰力切替応答性試験は，LORD社製の電流ドライバを用いて，図７に示すような回路で行った．図８にピストン速度0.1m/s時の減衰力切替りの63％
応答時間結果を示す．減衰力の切替えは回路の都合
上，Soft相当⇔Mid相当である．図より減衰力の立
上り側（Soft→Mid）と立下り側（Mid→Soft）での

14

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

参考文献
１ ）松隅政彦：自動車用MR流体ダンパおよびエンジンマウ
ントの実用化例，日本フルードパワーシステム学会誌，Vol. 42，No. 1 ，p. 53-55（2011）２ ）斎藤啓司：自動車用MRダンパの開発，KYB技報，No. 42，
p. 16-21（2011）

2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年 ８ 月 ８ 日）

中野・古川・道辻：超小型EV向けMR流体ブレーキの開発

275

解 説

超小型EV向けMR流体ブレーキの開発

著

者

紹

介
なか

の

中 野

まさ

政

み

身

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

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

かわ

ひとし

古 川

仁

㈱曙ブレーキ中央技術研究所〒348-8511 埼玉県羽生市東５-４-71
E-mail : h-furukawa@akebono-brake.com

1983年曙ブレーキ工業㈱入社．以来，研究開発に従事し機構部分を担当．担当した開発アイ
テムは自動車を始めフォークリフトから新幹線
や風力発電機用等のブレーキ．
みち

つじ

道 辻

よし

善

はる

治

㈱曙ブレーキ中央技術研究所〒348-8511 埼玉県羽生市東５-４-７
E-mail : y-michitsuji@akebono-brake.com

2014年曙ブレーキ工業㈱入社．以来，研究開発に従事しＭＲ流体関連他に新技術を担当．メカトロ技術を中心にブレーキへの適用を研究開
発する．

1．は じ め に2020年代に普及するとされている自動運転車や自動車の全電動化への対応と摩耗粉やブレーキ音の適用など高い制御性があることを実証している．この試験車両の実証から，従来の摩擦ブレーキの弱点である摩耗粉やノイズ・バイブレーションはもちろんメンテナンス性等の改善，高い制御性，車両の全電動化への寄与等で，MR流体ブレーキはユーザーへ新しい価値を提供できるものとして期待できる．
本解説では，開発したMR流体ブレーキの概要とそれを四輪に搭載した超小型EVのユニークなブ
レーキシステムについて紹介する．

2．開発したMR流体ブレーキ
2.1 MR流体ブレーキの構造と作動原理
従来の油圧・摩擦式のディスクブレーキ（図１）は，油圧によりブレーキキャリパーがブレーキパッドをディスクロータに挟みつけることによって摩擦ブレーキ力を発生する．そのため，摩耗粉やブレー
キ音・振動の発生，ブレーキパッドやディスクの摩耗によるメンテナンスの必要性，油圧式駆動による応答性や制御性の限界など，諸課題を包含している．
一方，MR流体に磁場を印加することによってブレーキ力を発生させる原理をブレーキに応用することによって，従来ブレーキを種々の面で凌駕するポ
テンシャルを有している．今回開発したMR流体ブレーキ（図２）は，車両側に固定された円盤（２枚）とハブベアリングと一緒に回転する円盤（３枚）が交互に配置された多層円盤間にMR流体を充填した構造をとっている．多層円盤外周に配置され発生しない環境に配慮した車両用ブレーキとして，機械的摩擦に頼らないMR（Magneto-Rheological）
流体を用いた新発想の「MR流体ブレーキ」を開発している1）．MR流体は，油中に数ミクロンの強磁性体粒子を分散させた懸濁液で，磁場印加により分散粒子が磁気的に分極して鎖状の粒子クラスターを形成することによって液体から半固体に相変化する
機能性流体である2）, 3）．開発したMR流体ブレーキをスマートモビリティの一つとして期待されている
超小型EV4）の四輪に搭載し，走行試験を実施して，十分なブレーキ性能とブレーキフィーリング制御の

図１

フルードパワーシステム

従来の油圧・摩擦式ディスクブレーキ
第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

15

276

フルードパワーシステム⒜

開発した多層円盤型MR流体ブレーキ
図３開発したMR流体ブレーキの外観

め，比較的シンプルな外観となっている．
2.2 MR流体ブレーキの基本特性
設計は電磁場解析を援用して行い，MR流体ブ
レーキのブレーキトルクを予測して設計している．
超小型EVの一輪あたりの必要ブレーキトルクは160Nmであるので，電磁コイルに２Aの電流を流した際に目標トルク160Nm以上が得られるように
電磁コイルも含めてMR流体ブレーキを設計した．
⒝

固定・回転円盤間の鎖状粒子クラスターの形成
図２

MR流体ブレーキの構造と作動原理

図４には，サーボモータとトルク変換器からなる
MR流体ブレーキの基本的な制動トルク特性計測装置を用いて測定した回転数N=100rpm時のMR流体

た円環状電磁コイルに電流を流すと固定電磁ヨークに磁界が発生して多層円盤間のMR流体に磁界が印加され，回転円盤にMR流体のせん断力が働きブレーキとして作動する．図２⒝の作動原理に示すよ
うに，多層円盤に垂直に磁界が印加されるため，
MR流体中の分散粒子は磁気分極し互いに引き付け合い円盤に垂直な磁界方向に鎖状のクラスターを形成する．回転円盤は回転し続けているため，固定円
盤と回転円盤とに固着した鎖状粒子クラスターがせ⒜

ん断変形を受け円盤間のほぼ中心部で崩壊してはつながる現象を繰り返すことで，回転円盤に抵抗力がステップ応答特性

発生してブレーキ機能が働く．このような作動原理のため，摩耗しないため摩耗粉が発生せず，環境負荷軽減に貢献する．また，MR流体が磁場に数msのオーダーで反応することから，磁場印加装置を適切に設計することによって俊敏かつ安定したブレーキ制御が可能となる．
開発したMR流体ブレーキの外観を図３に示す．
本MR流体ブレーキを搭載する超小型EV4）のオリジ
ナルの12 in.のホイール内のスペースに装着できるように，MR流体ブレーキのサイズは外径φ244㎜，
幅約54㎜としている．従来の油圧駆動式ディスクブレーキのように軸方向に動く駆動メカが不用なた

16

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

⒝

2016年11月（平成28年）

印加電流に対する定常的制動トルク特性
図４

MR流体ブレーキの基本特性

中野・古川・道辻：超小型EV向けMR流体ブレーキの開発

277

12inホイール内に装着している（図６）．MR流体ブレーキを活用したユニークなブレーキシステムとして，運転者が要求するブレーキ力（ブレーキペダ
ルのストローク）を電気信号に変換して各車輪の電動MR流体ブレーキへ供給してブレーキを掛ける四輪BBW（Brake by Wire）ブレーキシステムを構築している．このシステムでは，図７に示すように，
電子制御装置（ECU）を用いてMR流体ブレーキへの入力電圧を直接コントロールしているため，あら図５

ダイナモ試験による２A印加時の制動トルク等の時間変化

かじめ設定したブレーキの効力の三つのパターンからユーザーが自分の好みのブレーキフィーリングを選択できる機能を設けている．

ブレーキの基本特性を示す．電磁コイルへの印加電流 I の目標値（電流フィードバック制御付き電流アンプ（電流立ち上がり時間5ms程度）への電圧入力）を矩形波状（０Aと目標 I A間の５秒間の立ち
上がり，立下り波形）に与えて，それに対する制動トルクの時間応答を測定した（図４⒜）．印加電流Iが大きくなるに伴い制動トルクも増大し、その立ち上がりの時定数は30 ～ 40msで，立下り時には17～ 20msと比較的速い応答を呈する．また，計測した定常的な制動トルクは（図４⒝），印加電流Iにほぼ比例して増大し，I =2.0A時に約180Nmの制動トルクが得られ，設計時の予測値の変化にほぼ一致している．
図５には，負荷として回転慣性を利用したダイナ
モ 試 験 機 を 用 い てMR流 体 ブ レ ー キ を 回 転 数600rpm（超小型EVの最高速度55㎞/h相当）まで加速してから電流２A相当の電圧を印加してブレーキをかけた際の制動トルクとMR流体温度の時間変化を示す．ダイナモ試験においても，ほぼ170Nm
程度の制動トルクが得られており，電流２Aで超小型EVの保安基準を満足するトルクが発生できていることを確認できた．この試験では，MR流体ブ
レーキの電磁コイルへの電流アンプとして，図４の場合とは異なり電流フィードバック無しの電流アンプを用いていたため，制動トルクは時定数約0.3s程度の応答速度で立ち上がっており，図４の場合に比してかなり遅い応答を呈している．それでも，従来の油圧式ブレーキよりは速い応答を示している．また，ブレーキをかけることによって，ブレーキ内のMR流体の温度も制動時間3.3秒間程度で60℃から80℃程度まで20℃程度上昇しているが，特に問題は発生していない．

3．超小型EVによる四輪MR流体ブレーキ実車試験
3.1 四輪MR流体ブレーキシステム
開発したMR流体ブレーキを超小型EV4）の四輪の

図６

MR流体ブレーキを装着した超小型EV(左)とその車輪(右)図７

 つのブレーキフィーリングパターンが選択できる
三四輪MR流体ブレーキシステム

3.2 実車走行試験結果
MR流体ブレーキを搭載した超小型EVの実車走行試験を実施した結果，MR流体ブレーキはブレーキ力が安定しており，応答性についても従来の摩擦ブ
レーキに比して違和感なく操作が可能であった．図８には，MR流体ブレーキを装着した超小型EVが勾配30%の坂道で一時停止している様子を示す．MR
流体ブレーキはこのような急勾配の坂道でも停止できるほど十分な制動トルクを発生している．
実車でのMR流体ブレーキの走行時のブレーキト
ルクは，図９⒜に示すようにホイールの回転トルク

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

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フルードパワーシステム

定結果の一例を図９⒝に示す．これは欧州ラグジュ
アリ車のブレーキフィーリングを模擬した場合で，ペダル・ストロークが大きくなるにつれてブレーキ
トルクが徐々に増加しストローク終盤で急激に増大するように設定してある．ブレーキトルクの実測値が設定値に良好に追従しており，MR流体ブレーキは高い制御性を有していることがわかる．

4．ま図８

 R流体ブレーキを装着した超小型EVが勾配30%坂
M
道で一時停止している様子とめ

超小型EV向けのMR流体ブレーキを設計・開発し，その制動トルクの基本特性試験，ダイナモ試験，実車走行試験を通じて，本開発のMR流体ブレーキは
超小型EVが必要とする十分な制動トルクを発揮し，かつ安定したブレーキ性能とブレーキフィーリング
制御の適用など高い制御性を有することを実証できた．今後，MR流体ブレーキのもつ環境適合性（摩耗粉ゼロ，ノイズ&振動ゼロ，摩耗ゼロによるメン⒜

ホイール・トルクメータによる実車の制動トルク計測

 レーキペダル・ストロークと制動トルク（設定値，実⒝ ブ測値）との関係（欧州ラグジュアリ車のフィーリング）
図９

ブレーキフィーリング制御結果の一例

をホイールの歪で計測するホイール・トルクメータ
を用いて計測した．ブレーキフィーリング制御の結果として，ペダル・ストローク～ブレーキトルク測

18

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

テナンスフリー）を顕在化した実用化はもちろんですが，その安定かつ高い制御性を活かした自動化への対応（四輪独立制御による自動運転，自動ブレーキへの対応）や軽量化（インホイールモータとの共存，高強度軽量複合材料の活用）などが期待される．
また，車両以外にも適用可能と考えられるアイテム
への課題や特徴等を検討して，MR流体の活用の裾野を広げていきたい．
参考文献
１ ）http://www.akebono-brake.com/static/news/2016/08/
10/n20160810_01.html
２ ）Rabinow, J.：The Magnetic Fluid Clutch, AIEE
Transactions, Vol.67, pp.1308-1315（1948）
３ ）Nakano, M., Yamamoto, H., Jolly, M.R. : Dynamic
Viscoelasticity of a Magnetorheological Fluid in
Oscillatory Slit Flow, Int. J. of Modern Physics B,
Vol.13, No.14,15&16, pp.2068-2076（1999）
４ ）http://coms.toyotabody.jp/

2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年 ８ 月30日）

袖山

博：建築物の免震・制振用MR流体ダンパの開発

279

解 説

建築物の免震・制振用MR流体ダンパの開発

著

者

紹

介
そで

やま

袖 山

ひろし

博

三和テッキ株式会社〒329-1192 栃木県宇都宮市中岡本町2703
E-mail：sodeyama@tekki.co.jp

1993年東京都立大学大学院工学研究科修士課
程修了．同年，三和テッキ株式会社に入社，振動制御，耐震装置の研究・開発に従事．日本フルードパワーシステム学会，日本機械学会，日本建築学会の会員．博士（工学）．

図１

制振改修工事の例

１．は じ め に
４月に熊本県熊本地方を中心に発生した一連の激しい地震（最大震度７が２回，６強が２回，６弱が３回発生）において，建築物にも大きな被害が発生したことは記憶に新しいところである．日本は世界でも有数の地震国であり，首都直下地震や南海トラフ巨大地震等，甚大な被害が想定される地震から人命や財産を保護するために，免震建築や制振建築（図 1 ）が大きな注目を集めている．
地震時の建築物の応答（変形や加速度等）を低減させるために，図２に示すような建築工法が，近年の建築物の新築時さらには既存の建築物の耐震改修工事で取り入れられている．建築物の地震応答を成長させずに速やかに抑えるためには，建物の揺れのエネルギを吸収する制振装置（いわゆるダンパ）が非常に有効であり，制振工法ではもちろんのこと，
免震工法においてもダンパは減衰材として大きな役割を果たしている．
現在ではさまざまな原理や機構を応用して，多種多様なダンパが考案されている．その中でも粘性流
体の流動抵抗を利用するオイルダンパは，弁機構等を適切に設計することにより，対象の建築物に合わ
せてエネルギ吸収特性を精度よく実現できることから，建築市場においても広く普及している．MR流体ダンパもオイルダンパの一種であるが，エネルギ
吸収特性を外部から簡単に制御できることから，より高性能な振動制御を実現できるダンパである．本（a）耐震工法
補 強（b）免震工法
免震層の設置（c）制振工法①エネルギ吸収装置
・オイルダンパ

・鋼材系ダンパ
・粘性ダンパダンパ
・摩擦ダンパ

図２

他②慣性質量装置
・TMD

・回転慣性質
量ダンパ

建築物の地震応答低減手法

報は，建築用のMR流体ダンパについて，基本的な情報を含めて，近年の研究開発動向の一端を紹介するものである．

２．MR流体ダンパ
MR流体は分散媒である合成油等の中に，分散質として強磁性微粒子の鉄粉を均一に分散させた特殊な流体である．磁場が作用すると均一に分散している鉄粉同士が磁場の方向に配列するため，その結びつきを妨げる向きへの流れや動きに対して大きな抵抗を及ぼすことがMR流体の大きな特徴である．この基本特性を生かしてダンパに応用したものがMR
流体ダンパである．
図３に建築用として研究開発された大型のMR流体ダンパの構造を示す1）．シリンダとピストンロッドで構成された極めて単純な構造である．地震時には，建築物の揺れに応じてピストンロッドが移動し，フルードパワーシステム

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第６号

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280

フルードパワーシステム

図４

図３

制振用MR流体ダンパ（設置例）

MR流体ダンパの構造

シリンダの中に充填されているMR流体をバイパス流路へと押し出す．バイパス流路には電磁石（コイル）が設置されており，MR流体に適切な磁場を作用させることにより所望の抵抗力が得られる．MR
流体に加える磁場の強さは，コイルに印加する電流を増減させることにより調整することができる．図４に制振用MR流体ダンパの設置状況を示す2）．
図５は，制振用MR流体ダンパに正弦波状の繰返し変位を与えた場合の入力速度（最大値）と発生荷重（最大抵抗力）との関係を示したものである．同
じ入力速度であっても印加電流を増加することにより，発生荷重が増大していることが確認できる．また，このように非線形性の強い力学特性であっても，MR流体の特性をBinghamモデル等で定式化することにより簡便に解析的に特性を予測することも可能
3）．
である（図５中の実線：解析結果）
図６は，免震建築用に開発した大型MR流体ダン
パの力学的特性を示したものである．上段の二つの

図５

制振用MR流体ダンパの荷重・速度関係図

図は，比較的低速度・小振幅の場合の変位・荷重関係図（左側）と速度・荷重関係図（右側）であり，下段の図は同じ加振振動数で入力変位を増加させた
場合の同様の特性を示すものである．
地震時の建築物の応答低減を目的として適用される建築用MR流体ダンパの場合，地震がない場合にはその間にダンパが作動しないことから，MR流体の鉄微粒子の分離，沈降による力学特性の経年変化が課題となっていた．このためMR流体の改良等が検討されてきたが，現在では分散媒にグリースを用いることで鉄微粒子の分散安定性を改善する研究も進められ，貴重な成果が報告されている4）．

図６

免震用MRダンパの力学特性（TMD：Tuned Mass Damper）としてDen Hartogの定点理論による最適設計法も含めて，広く知られた技術である．

図２に示したように振動を低減させる制振工法には，エネルギ吸収装置を用いる方法とは別に，質量一方，この10年程の間で，TMDと同様に質量の慣性力を振動低減に利用した新たな制振装置（回転慣性質量ダンパ）が積極的に研究されている．著者
らは，この回転慣性質量ダンパにさらにMR流体にの慣性力を利用する方法もある．従来から動吸振器

よる可変減衰機構を付加したダンパ（以後，「MR

３．MR慣性ダンパ

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フルードパワーシステム

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袖山

博：建築物の免震・制振用MR流体ダンパの開発

281

慣性ダンパ」と呼ぶ）を開発している5）．
回転慣性質量ダンパは，一般的にボールねじ・

右下がりの変位・荷重関係が確認できる．一方で，
図９⒝は一定の磁場をMR流体に作用させた場合のナット，フライホイールで構成されており，直線運動の振動がボールねじにより回転運動に変換され，ボールねじの端部に接続されたフライホイールに伝結果であり，右下がりの特性に加えて，変位・荷重
曲線にヒステリシス部分（面積の増大），すなわち
エネルギ吸収効果が明確に確認できる．

達される仕組みである．直線方向の等価質量は，回転体の慣性モーメントに比例しボールねじのリードの二乗に反比例する．従って，比較的小さく軽いフ
ライホイールでも，ボールねじによる一種の質量増幅機構の効果により，数十トン～数百トン級の極めて大きな等価質量を実現し，建築物の応答を制御するような制振効果を発揮するのである．
MR慣性ダンパの構造を図７に示す．ケース内側に磁場発生機構（電磁石）を内蔵し，フライホイー（a）No electrical current applied

ルとの隙間にMR流体が充填されていることが特徴である．フライホイールが回転する際に，慣性力に加えてMR流体（磁気粘性流体）のせん断流れによる減衰力が得られる．地震時の建築物の揺れに応じてMR流体の特性を制御し，最適な抵抗力を建築物に与えることができる．
図８および図９にMR慣性ダンパの性能試験（正弦波変位入力での加振試験）の状況とその時の試験結果を示す．図９⒜の変位・荷重関係図は，MR流体へ作用させる磁場の強さを零にした場合である．
この結果では，主にフライホイールの等価質量に起因する慣性力が主体となり，入力加速度に比例した（b）0.75A applied

図９

MR慣性ダンパの変位・荷重関係図（正弦波加振）４．お わ り に
建築物の地震対策用に開発された二つのMR流体
ダンパについて，その構造や性能を簡単に紹介した．
MR流体の課題を解決するためにMRグリース等も研究開発されており，今後もより高性能な建築物の応答制御を実現するためにダンパのさらなる改良が進められていくと考える．

図７

図８

MR慣性ダンパの構造

MR慣性ダンパの加振試験状況

参考文献
１ ）袖山博，砂子田勝昭，藤谷秀雄，樋渡健，塩崎洋一，
外村卓也，高知能建築構造システムの開発に関する日米共同構造実験研究（その81），日本建築学会大会学術
講演梗概集（2003-9）２ ）袖山博，砂子田勝昭，セミアクティブ制振構造用300kN
級MRダンパ，日本機械学会D&D Conference（2001-8）
３ ）袖山博，鈴木浩平，岩田範生，砂子田勝昭, バイパス式
MRダンパの設計法に関する研究，日本機械学会論文集（C編），70巻691号（2004-3）
４ ）白石俊彦，三井田悠麿，杉山慎也，森下信：磁気粘性
グリースの基本特性と可制御型ダンパへの適用，日本機械学会論文集（C編），77巻778号（2011-6）
５ ）Sodeyama, H., Tomizawa, T., and Fujitani, H.： A
study on Controllable Aseismic Device with Inertia
Mass and MR Fluid, 2013 ASME PVP Conference（2013-8）（原稿受付：2016年 8 月26日）



フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

21

282

フルードパワーシステム

解 説

ナノMR流体の特長とハプティクスへの応用

著

者

紹

介
の

ま

野 間

じゅん

淳

いち

一

株式会社栗本鐵工所〒559-0021 大阪市住之江区柴谷２－８－45
E-mail : j_noma@kurimoto.co.jp

1993年大阪大学大学院工学研究科博士前期課
程修了．同年，株式会社栗本鐵工所入社．新規事業を目指した研究開発に従事．日本フルード
パワーシステム学会，粉体工学会，溶接工学会の会員．博士（工学）⒜

せん断流れモード

1．は じ め に
磁気粘性流体（Magnetorheological fluid，以下，
MR流体）は1940年代にJ. Rabinowによって発明された機能性流体の一つであり1），外部から印加される磁場に応じて，急速，かつ，連続的，可逆的に粘性が変化する．また，その応答速度は数ミリ秒と言われている．MR流体は強磁性粒子をオイル等の溶媒に分散させたものであり，強磁性粒子が外部磁場に応じて配列しクラスターを形成することによって見かけ上の粘性が変化する2）．たとえば，図１⒜に示すようにMR流体を２枚の平板の間に充填し，磁場を印加して流体をせん断すれば，クラスターは崩壊と再生を繰り返し，安定なせん断抵抗を示す．この原理を用いて磁場（コイル電流）によって制御が可能なブレーキやクラッチを製作することができる（図 １ ⒝ 参照）．なお，これらのデバイスではパッ
シブなトルクが発現される．
従来のMR流体では，強磁性粒子としてカルボニ
ル鉄粉といわれる直径数ミクロンの鉄粒子が用いられている．ミクロンサイズであるがゆえに，時間が経てば鉄粒子は沈降し，時に粒子沈降層は強固なケーキ層を形成して容易に再分散させることができないことがある3）．この課題解決の一案として，著者らは，直径が100nm程度の鉄ナノ粒子を用いた鉄
ナノ粒子分散MR流体（以下，ナノMR流体）を提案してきた４）．従来のMR流体と比較して発現する
せん断応力はやや小さいが，従来のMR流体と比較して優れた特長も有している．本報では，ナノMR

22

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

⒝

せん断流れモードを利用した回転型MRデバイス
図１

回転型MRデバイスの構造（一例）

流体の特長とその特長を活かしたハプティクス分野への応用について解説する．

2．ナノMR流体の特長
MR流体は，鉄粒子を溶媒であるオイルに分散させた懸濁液（サスペンションともいう）である．一
般に，懸濁液における粒子の沈降速度は，粒子と溶媒の比重差，粒子径の２乗に比例する（ストークスの法則）．鉄粒子と溶媒との比重差が大きいため，
ミクロンサイズの鉄粒子を用いる従来のMR流体の
多くは沈降防止剤を添加したり，チクソ性の高い溶媒を用いることによって粒子の沈降を妨げている．
添加材や溶媒の種類によって分散安定性は向上するが，これらの添加剤は耐久性などにも影響を及ぼすことが予想される．
ナノMR流体は，直径100nm程度の鉄ナノ粒子をオイル等の溶媒に分散させたものであり，粒子が沈降しにくい．また，分散性向上のために鉄ナノ粒子の表面を修飾しているが，そのほかの添加物は加えていないため耐久性にも優れている．図２に従来の2016年11月（平成28年）

野間淳一：ナノMR流体の特長とハプティクスへの応用

283

ナノMR流体は人が動かすような低速回転速度であってもトルクを安定に伝えることができ，かつ，
流体の粘弾性を変化させることによって生じる感触は，機械的な振動や力と異なる．これらの特長を活かして，ナノMR流体によってハプティクス分野に
新しい感触を与えたいと考えている．

3．ナノMR流体のハプティクスへの応用
ハプティクスとは「利用者に力，振動，動きなどを与えることで皮膚感覚フィードバックを得る技術」と定義されている．MR流体は振動のような触覚だけでなく，力覚を提示することができる（以下，力触覚）．また，人に力触覚を与える装置として重図２

要視されるのは，その安全性である．MR流体はパッシブなトルクを発現する．そのため，動力源として使用することは難しいが，人が働きかけた力に沈降試験の結果

市販MR流体とナノMR流体の沈降試験の結果を示
す．ナノMR流体に含まれる鉄粒子は市販MR流体の半分程度であるが，沈降率は90％以上で飽和している．
また，ナノMR流体は長期安定性に優れているだ
けでなく，ブレーキやクラッチ等へ応用した場合に低速におけるトルクの安定性に優れている．このト
ルク安定性は，MR流体に磁場を印加した際に形成されるクラスターの挙動に起因すると考えられる．
図３に，磁場を印加して流体をせん断した時のクラスター（粒子の配列）の観察結果を示す．図⒜に示すように，ナノMR流体は流体層のほぼ中央付近を境界として安定してクラスターの崩壊と再生が繰り返された．それに対して，従来の流体ではクラスターが崩壊する位置が安定しておらず，流体全体が回転ディスクに伴って流動するなど，不安定な挙動を示した．これらの結果から，クラスター崩壊と再生の対する抵抗力を制御するため，非常に安全性が高いといえる．
ナノMR流体にどのような磁場を印加すれば，どのような感触が生まれるのか，それを明らかにしていくことによって，安全，小型でありながらリアルな力触覚を提示できるハプティクスデバイスが実現できると考えている．まだ感触評価は始まったばかりであるが，以下にナノMR流体の感触評価の一例を紹介する．
3.1 ナノMR流体の感触評価方法
本稿では，ハサミで物を把持した時の力触覚評価について紹介する．本評価では，自作の手触り評価装置を用いて，人に作用する力学的な刺激と物を把持する人の動作の両方を同時に測定し，人が物を把持するプロセスの全体像を定量的に評価している5）．
図４に本研究で用いた感触評価装置を示す．MRデ
バイスをオリジナルの手触り評価装置に固定し，ハ安定性がトルク安定性に影響を及ぼすと考えられた．

サミを回転させたときに人へ作用する力を測定して⒜

ナノ MR 流体図３⒝

従来 MR 流体

MR流体中のクラスターの観察
フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

23

284

フルードパワーシステム

いる．同時に，高速度カメラによって人の指とリングの動きを撮影して，その画像から各々の変位および加速度を求める．
3.2 ナノMR流体の粘性変化がもたらす感触
図５は，上記図４のMRデバイスに単純な正弦波
交流電流を40Hzで印加した状態で，被験者が回転
リングを回転させた時にリングの支点に加わる接線
力とその方向θを測定した結果である．被験者がリ

図４評価に用いたMRデバイスと感触評価装置

ングを回転させてハサミを開閉するときには，ハサミの支点に0.5 ～ 1.0Nの接線力が加わった．測定された0.5 ～ 1.0Nの小刻みなトルクの変動はMRデ
バイスのトルク変化（すなわち，ナノMR流体の粘性変化）に伴う変動である．
図６に，これらの過程における接線力の経時変化
を0.1秒のスケールで拡大したものを示す．MRデバ
イスに40Hzの電圧を加えた時のみ，接線力は約0.025秒を１周期とする正弦運動を繰り返した．このトルク変化から，リングをつまんでいる指には「ぶるぶる感」が認知された．
つぎに，MRデバイスに10 ～ 400Hzの正弦波交
流電流を加えてみた．交流電流を400Hzとした場
合に「きゅきゅっと感」が，70 ～ 150Hzの中程度の周波数では「じーじー感」「びりびり感」が，10～ 40Hzの低周波の電圧を加えたときは「かくかく感」「ぶるぶる感」が確認された．
単純な正弦波の磁場を印加しても，周波数によって感じられる感触が変化する．さらに，コイルへの磁場を多様に変化させることによって，さなざまな触感を提示することが可能と考えられた．

4．お わ り に
今回はナノMR流体の特長と，ハプティクス分野への応用を確認するための感触評価について紹介した．ナノMR流体の感触評価は始まったばかりであるが，さまざまな感触を発現できる可能性がある．
将来的にはマスター・スレーブロボットや建設機械の遠隔操作やバーチャル等，幅広い分野で実用化されればと考えている．
なお，本解説で掲載したクラスターの観察は東北大学中野政身教授の成果である．また，感触の評価
はNEDO委託事業次世代ロボット中核技術開発において，山形大学野々村美宗准教授によって実施された成果である．ここに記して謝意を表す．
参考文献
１ ）M.R. Jolly, J.W. Bender, J.D. Carlson, J. intel. Mater.
Sys. Struc., 10, 5-13（1999）

24

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

図５

 0Hzの正弦波交流電圧を加えた時の接線力と方向の
4
経時変化

図６

 0Hzの正弦波交流電圧を加えた時と加えていない時
4の接線力の経時変化（直線：電圧印加時，破線：電圧切断時）２ ）Masami NAKANO：Magneto-Rheological Suspension
and Its Engineering Application, J. HTSJ, 43, 179,
26-31（2004）
３ ）B.J. Park, et al.：Core-shell typed polymer coatedcarbonyl iron suspensions and their magnetorheology,
11 th Int. Conf. on Electrorheological Fluids andMagneto-Rheological Suspensions ［ERMR 2009］,
012078, 2009４ ）J. Noma, H. Abe, T. Kikuchi, J. Furusho, M. Naito：
Magnetorheology of colloidal dispersion containing Fe
nanoparticles synthesized by the arc-plasma method,
J. Mag. Magn. Mater., 322 （2010）pp. 1868-1871
５ ）Y. Nonomura, R. Saito, A. Takahashi：Friction at
fingertip surface during water contact process, Bull.
Chem. Soc. Jpn., 88（2015）, pp. 949-954.

2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年 ８ 月 ８ 日）

高頭・石井・白石・高杉・岩谷：MR流体ブレーキを用いた筋力トレーニングロボットの開発

285

解 説

MR流体ブレーキを用いた筋力トレーニングロボットの開発

著

者

紹

介
たか

とう

高 頭

しず

静

お

夫

竹井機器工業株式会社〒956-0113 新潟県新潟市秋葉区矢代田619番地

1979年新潟大学工学部精密工学科卒業．竹井機器工業株式会社取締役．
いし

い

ひろし

石 井

博

株式会社日立製作所〒108-8250 東京都港区港南2－18－1

1981年早稲田大学大学院理工学研究科修士課程修了．株式会社日立製作所社会イノベーション事業本部部長．日本機械学会などの会
員．工学博士．
しら

いし

白 石

とし

俊

ひこ

彦

横浜国立大学大学院環境情報研究院〒240-8501 神奈川県横浜市保土ヶ谷区常盤台79－7

2003年横浜国立大学大学院工学研究科博士課程後期修了．同年横浜国立大学助手，講師を経て，2010年准教授．専門は機械力学，バイオメカニクス，インテリジェントシステム．「MR流体の効果発現機構の解明とその制御装置への応用に関する研究」で2006年日本機械学会奨励賞受賞．日本機械学会などの会員．博士（工学）
たか

すぎ

高 杉

しんいちろう

紳一郎

佐賀整肢学園こども発達医療センター〒849-0906 佐賀県佐賀市金立町金立2215－27

1989年九州大学医学部大学院博士課程修了．九州大学整形外科講師，医局長，病院診療准教授を経て，2015年佐賀整肢学園こども発
達医療センター副院長．2016年九州大学産学連携センター客員教授．
専門は高齢者リハビリテーション，スポーツ医学．リハビリテー
ション医学会専門医．医学博士．
いわ

たに

岩 谷

とおる

徹

東京工芸大学芸術学部ゲーム学科〒164-8678 東京都中野区本町2－9－5

1977年株式会社ナムコ入社．1980年ビデオゲーム「パックマン」
製作．2005年ギネス記録認定．2007年東京工芸大学ゲーム学科教授．
専門はゲーム学，ゲーム企画の研究．日本デジタルゲーム学会など
の会員．

1．緒

は，負荷量，伸展・屈曲のストローク回数やストローク量などを，各人の身体機能に応じて適切に設定する必要がある．しかし，介護予防拠点ではこのような専門的な知識を有する運動療法士や運動指導員等が不足しており，マシンを用いたトレーニング
が必ずしも普及しない一因となっている．また，板錘の重力を利用したマシンでは伸展時と屈曲時とで負荷の方向を変えることができないため，エキセン
トリック筋収縮を含み，遅発性筋痛を誘発しやす
かった1）．さらに，高齢者に多い「つまずき」による転倒予防に効果的なトレーニングマシンは見当たらないのが現状である．
このような背景のもと，加齢などにより体力や身体機能が低下した高齢者の筋力向上トレーニングを支援するロボットの開発に着手した．運動者の身体機能や運動状態に応じた負荷の自動調整機能を有するとともに，筋疲労が少なく安全で効果的な，特に「つまずき」による転倒予防に効果的な筋力トレー
ニングを実現することを目的として，MR流体ブ
レーキを負荷源とするトレーニングロボットの実用化開発を行なった．

2．トレーニングロボットの開発
2.1 筋力トレーニング方法
本開発においてリハビリテーションの専門医より，「つまずき」による転倒予防に効果的な筋力トレー
ニングとして，図１に示すような脚のフル・コンセ
ントリック運動の提案があった．本運動のポイント
は下肢の伸展時と屈曲時とで負荷の方向を変えることである．伸展時は運動者に向かう方向に負荷がか
かり，運動者は大腿四頭筋，大臀筋，下腿三頭筋などを使って負荷に対抗して脚を押すレッグプレス運動を行う．この時，筋肉は縮まりながら力を発揮す
るコンセントリックな状態である．本トレーニング

言

平成18年度に施行された改正介護保険法により,高齢者に対して筋力向上トレーニングなどのサービスが提供されている．
安全かつ効果的に筋力トレーニングを行うためには立ち上がるなどの動作改善に効果がある．一方，屈曲時は運動者から遠ざかる方向に負荷がかかり，運動者は腸腰筋，ハムストリング，前脛骨筋などを使って負荷に対抗して脚を引上げるリフトオフ運動を行う．この時も，筋肉は縮まりながら力を発揮す

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

25

286

フルードパワーシステム

リック運動を実施した．運動負荷は上肢，下肢とも，速度に比例した負荷と等張負荷を組み合わせた．
レッグプレス運動およびリフトオフ運動において被験者に与える目標負荷は，レッグプレス運動では被験者の体重の40％，リフトオフ運動では10％とし

図１

た．ローイング運動およびチェストプレス運動の目
標負荷はどちらも体重の20％とした．対照群については，既存の板錘式マシンを用いて，レッグプレ

Full concentric exercise

るコンセントリックな状態である．本トレーニング
はつま先を上げたり，腿を上げるための筋力向上がス運動，レッグエクステンション運動，ヒップアブダクション運動，ローイング運動を実施した．レッグプレス運動において被験者にかける目標等張負荷

図れ，つまずき予防に効果がある．
レッグプレス運動とリフトオフ運動を繰り返し行
うのが，下肢のフル・コンセントリック運動である．

は，被験者の体重の40％に設定した．ローイング
運動，レッグエクステンション運動，ヒップアブダ
クション運動における目標負荷はどちらも20％に上肢についても腕で引くローイング運動と腕で押す設定した．
チェストプレス運動を組合せたフル・コンセント
トレーニングはいずれの群も週２回を原則とし，３リック運動が可能である．既存の板錘式マシンでは， ヵ月間で計24回実施した．身体機能に対する効果を伸展時と屈曲時とで負荷の方向を変えることができないため，屈曲時もレッグプレス運動となり，縮んだ筋肉が元の長さに戻りながら力を発揮するエキセ
ントリック筋収縮となる．エキセントリック筋収縮
では筋線維に損傷が生じやすく，これが筋疲労や遅発性筋痛につながる．フル・コンセントリック運動
では，エキセントリック筋収縮がないため，筋疲労が少なく，遅発性筋痛が起きにくい高齢者に優しい
筋力トレーニングを実現することが可能となる．
2.2 筋力トレーニング方法の検証
フル・コンセントリック運動の効果を検証するために，図２に示すようなプロトタイプロボットを用いて，要介護認定者19名を対象として，約３ヶ月間，
フル・コンセントリック運動をベースとした実証試
験を実施した．本実証試験は既存の板錘式マシンとプロトタイプロボットを比較対照する形式（ロボッ
ト群10名，対照群９名）で実施した．
ロボット群については，プロトタイプロボットを用いて，上肢および下肢に対するフル・コンセント

評価するため，トレーニング開始前と終了後に膝関
節伸展筋力，膝関節屈曲筋力，足関節背屈筋力，股関節屈曲筋力，肘関節伸展筋力，肘関節屈曲筋力，
５ｍ最大歩行速度，３mTUG，長座体前屈，握力，開眼片脚起立時間，ファンクショナルリーチを測定した．

図３

Functional improvement

図３に実証試験結果の代表例として，５ｍ歩行能
力および股関節屈曲筋力の運動前後の改善状況を示
す．５ｍ最大歩行速度については，５ｍを歩行するのに要する所要時間であり，短い方が歩行速度の速いことを示している．ロボット群のみ－29.0％となり，統計学的に有意な短縮（p＜0.05）を示した．
被験者10名中９名（90.0％）に歩行速度の向上が見られた．一方，対照群では－5.3％となり，有意な短縮が認められなかった．股関節の屈曲筋力はロボット群では＋56.0％，対照群では＋7.5％となり，両群ともに統計学的に有意な向上（ロボット群：p＜0.01， 対 照 群：p＜0.05） を 示 し た． ま た， ロ

図２

26

Prototype robot

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

ボット群では被験者10名全員（100％）に，対照群では９名中７名（77.8％）にそれぞれ筋力向上が見られた．ロボット群では，リフトオフ動作にお2016年11月（平成28年）

高頭・石井・白石・高杉・岩谷：MR流体ブレーキを用いた筋力トレーニングロボットの開発

287

いて腸腰筋の強力な「もも上げ」作用を必要とするため，十分な筋力向上が認められたものと考えられる．対照群でも大腿四頭筋のうち二関節筋である大腿直筋は股関節屈曲の作用をもつため，一定の筋力向上は認められるが，効果はロボット群の方が大きいことがわかる．一方，ロボット群では足関節背屈
筋力も＋20.6％向上する（p＜0.01）という測定結果が得られており，前脛骨筋による「つま先上げ」

図４

Outward appearanceと腸腰筋による「もも上げ」の動作改善によって，「つまずき」によって生じる転倒骨折の予防効果が期待される．
要介護認定者19名を対象とした実証試験により，変えるだけでなく，伸展時と屈曲時の脚力の差異に応じて，負荷の大きさを変える必要がある．そのため，本ロボットでは負荷の発生源としてMR流体ブ

以下のことを確認した．
１）ロボット群，対照群ともに複数の身体機能に向レーキを採用した．MR流体ブレーキが発生する負荷を運動者へ伝達するチェーン・スプロケット駆動上が認められ，要介護度やADL（日常生活動作）機能が悪化することはなかった．
２）ロボット群では，リフトオフ運動で強化される
股関節屈曲，膝関節屈曲，足関節背屈の各筋力

機構，運動者に負荷を印加する脚載台（下肢運動の場合）や握りバー（上肢運動の場合）から構成されている．図５に構造図を示す.

に著しい向上があり，歩行速度などが被験者平均で25％以上改善した．また，被験者の80％以上（目標：80％以上）に歩行速度などの改善が見られるなど，対照群より多数の身体機能に向上効果があった．
３）ロ ボット群のトレーニング時間は対照群のト
レーニング時間の75％以下（目標：80％以下）
であった．
以上のことから，フル・コンセントリック運動の効果を検証できた．
なお，本検証に使用したプロトタイプロボットは，負荷源としてサーボモーターを用いたが，実用化にあたり，最大定格負荷，負荷方向の切替の応答性，装置の大きさ，コストなどに課題があった．そのため，新たな負荷源を開発することが不可欠であった．

MR流体ブレーキは，図６に示すように，MR流体を封入したシリンダー，MR流体に磁場を与える
コイル，MR流体が発生する力を伝達するピストンから構成されている．MR流体に外部から磁場を加えると磁場の強度に応じて流体中で分散している磁2.3 構造・機構
表１に本ロボットの主要仕様を示す．本仕様に基づき，図４に示すような，上肢・下肢の筋力トレー性粒子がクラスタを形成し，マクロ特性として降伏応力が変化する．このクラスタを外部せん断により破壊する際の抵抗を負荷として利用するものである．

ニングを１台で実現するオールインワンタイプの筋力トレーニングロボットを開発した．
世界初のフル・コンセントリック運動を実現する

図７にコイル電流に対する負荷特性を示す．
負荷は電流にほぼ比例するとともに，1.5Aの電流で定格負荷3.5kNを発生することがわかる．一方，ためには，伸展時と屈曲時とで負荷の方向を瞬時にMR流体ブレーキにはパッキンの摺動部抵抗やピストン隙間部の粘性抵抗として50N程度の最小負荷が

表１

Load
StrokeSpecification

図５

Structure

20N ～ 2,000N
400㎜（Leg exercise）
600㎜（Arm exercise）

Power

AC100V（50/60Hz）

Size

1,800W，900D，1,250H㎜

Weight2,500N

図６
フルードパワーシステム

第47巻

MR fluid brake第６号

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288

フルードパワーシステム

レーニングモード，上肢下肢が連動するボート漕ぎ様式のゲームモードの５種類の機能を有する．
ゲームモードでは，ボート漕ぎ運動の速さや左右ハンドルへの力のかけ方の差異がディスプレイ上の

図７

ボートの速度や進行方向と連動し，ボートからの景色が変化する体感型ゲームとなっており，ゲームを楽しみながら筋力，心肺持久力，運動調整力などの総合的な身体機能向上が図れる．「楽しさ」の要素

Load characteristics

ある．本負荷を打ち消すために，駆動機構にアシス
トモーターを付加した．
負荷の制御は，あらかじめ取得したMR流体ブレー
キ特性を基に，負荷量をフィードフォワード制御およびフィードバック制御で加え，速度と負荷量の変化値を判断してアシストモーターを作動させている．
図８に運動者の負荷および電流変化の経時波形を示す．伸展から屈曲への切替時に，運動者のペダル
あるいはハンドルにかかる力の大きさと方向を検知
し，電流によりMR流体ブレーキの負荷量を制御している．この時，負荷の大きさが0.05秒程度の遅2）
れで瞬時に行われていることがわかる．

図８

Load characteristics（Time progress）

以上のことから，本ロボットは運動者の上肢，下肢の動きを検出し，負荷の方向や大きさを制御する
ことによってフル・コンセントリック運動を実現できるとともに，各人の運動機能に応じて負荷を自動的に調整できることがわかった．
本ロボットによって，「つまずき」による転倒予防に効果的な筋力トレーニングを行えるとともに，
従来は運動療法士や運動指導員等が行っていた負荷の判断をある程度肩代わりすることが可能となった．

3．トレーニングロボットの実用化
本開発成果をもとに，2011年に製品化した．本
製品は筋力測定モード，上肢の筋力トレーニング
モード，下肢の筋力トレーニングモード，有酸素ト

28

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

をトレーニング機器に搭載することは，運動を継続的に実施させるためのモチベーション向上に貢献するとともに，製品の付加価値を高めることにも繋がっている3）－5)．

4．結

言

加齢などにより体力や身体機能が低下した高齢者の筋力向上トレーニングを支援するため，フル・コ
ンセントリック運動と称する筋力トレーニング方法を検証するとともに，本運動を実現するためにＭＲ
流体ブレーキを用いた筋力向上トレーニングロボッ
トを開発した．要介護認定者19名を対象とした実証試験によりフル・コンセントリック運動の効果を検証した．また，運動者の上肢，下肢の動きを検出し，負荷の方向や大きさを制御することによってフル・コンセントリック運動を実現できるとともに，各人の運動機能に応じて負荷を自動的に調整することができることを確認した．
本開発成果をもとに，2011年に製品化した．本製品は上肢２種類，下肢２種類の筋力トレーニングが１台ででき，筋疲労が少なく，「つまずき」による転倒予防に効果的なフル・コンセントリック運動が実現できるとともに，運動者の身体機能に応じて負荷の自動調整を行うことができる．また，高齢者の介護予防だけではなく，一般健常者やアスリート
まで幅広く市場への活用が期待できる．
参考文献
１ ）介護予防 包括的高齢者運動トレーニングCGT．大渕修
一，佐竹恵治著，pp 10-15，健康と良い友だち社，2004
２ ）白石俊彦：MR流体の効果発現機構の解明とその制御装置への応用に関する研究，日本機械学会誌，110, 1062
（2007）356
３ ）石井博，家坂邦直，橋爪誠，高杉紳一郎：筋力トレー
ニングロボットの開発，日本ロボット学会誌，26, ８（2008）872-873
４ ）高杉紳一郎，河野一郎，上島隆秀ほか：介護予防のための新しいトレーニングマシンの開発と効果検証，第23回日本運動器科学会，156（2011）156
５ ）高杉紳一郎：医工連携によるロボット技術を活かした転倒予防，J. of Clinical Rehabilitation，24, 11（2015）
1101-1107

2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年 ７ 月29日）

井上昭夫：ER流体とその応用開発の現状

289

解 説

ER流体とその応用開発の現状

著

者

紹

介
いの

うえ

井 上

あき

昭

お

夫

株式会社ERテック〒562-0046 大阪府箕面市桜ケ丘２－１－31
E-mail: ertecjp@ybb.ne.jp

1979年旭化成工業（現旭化成）株式会社入社．
ポリアクリロニトリルの繊維，フィルム，多孔膜の研究開発後，ER流体とその応用技術の開発に従事．専門は機能性高分子，1997年工学博士号取得（名古屋大学）．2003年株式会社ERテックを設立．

1．は じ め にER（Electro Rheology）流体とは，電圧をかけると粘性が瞬時に変化し，その変化が大きくかつ可逆的である流体であり，粒子系と均一系に分類される．
前者は固体の誘電性微粒子を絶縁油に分散させた流体であり，後者は固体の微粒子を含まず液晶や極性高分子液体のように液状物質のみからなる流体である．粒子系は更に粒子に水を含む含水系と含まな
い非含水系に分類される．前者は主にイオン的な分極を，後者は主に電子的な分極を利用するものである．後者は粘性変化（ER効果）が前者の含水系に比べ小さく，実用化できるレベルには至っていない．
均一系流体とその用途に関しては，すでに報告1）
しているので，ここでは含水粒子系流体とその応用例について報告する．

図１

2．ER流体の特徴

ER流体のせん断応力特性

図２

1990年代には多くの化学系企業がER流体の開発に取り組んだが，自動車用途への応用が難しいとわ
かると撤退した．現在ER流体を販売する企業は独
逸2）や英国3）でわずかにあるものの，国内では弊社のみと言ってよい．そこで弊社の流体（粒子系タイプＡ）を例に粒子分散系ER流体の特徴を紹介する．
ａ）せん断応力は電界強度にほぼ比例し，せん断速度には殆ど影響されない（図１，図２）ｂ）電圧の印加で粘性が瞬時（数ｍ秒）に変化する．
電圧解除後も同様である（図３）．
ｃ）繰 り返し電圧を上げ下げしても，せん断応力（トルク）にヒステリシスがほとんどない．
ｄ）粒子の沈降が長期間殆どなく，大気放置などによる吸湿をさせなければ性能は長期安定である．
ｅ）高電圧の印加を要するが，電流は極めてわずか

図３

ER流体のせん断速度

ER流体の応答速度（立ち上がり）4）である（電極面積１㎠あたり数µA 以下）．
ｆ）高温では電流が急激に上昇するため，安定使用は常温付近（10℃～ 50℃）に限られる．

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

29

290

フルードパワーシステム

3．ER流体を用いたデバイスとその特徴
流体流れは，⒜せん断流れ，⒝圧力流れ，⒞スク
イズ流れ，の３つのモードに大別される．
これら流れモードを利用するデバイスにおいて，代表的なER流体の使われ方を図４に示す．
写真１

⒜

⒞

せん断流れモード

スクイズ流れモード

樹脂製ER流体クラッチ

写真２

高圧電源

は極めて低く，通常のデバイスでは数W以下の消費電力で作動し，小容量の電池でも作動する．
６）使用温度範囲
５℃以下や50℃以上では，性能が不安定になる．
そのため用途は常温付近のものが望ましい．
７）高圧電源の必要性
ER流体の作動には数kV/㎜の電界強度が必要である．低い電圧で作動するには電極間隙を狭くするのが望ましい．最近は応答性に優れた小型で安価な高電圧電源（写真２）が開発されている．
8）ER流体の吸湿
吸湿性の高い粒子を用いているため，長期安定な使用には，密閉系での使用が望ましい．

4．ブレーキ／クラッチへの応用例⒝
図４

圧縮流れモード

流れモードとER流体の使われ方の例

ER流体は電圧の強さで粘性を大きく，瞬時かつ可逆的に変化できるため，機械力の伝達・制御，振動や衝撃の吸収・制御，速度や位置の精密制御，力覚の提示などの用途に，クラッチ，ブレーキ，トルコン，ダンパー，マウント，バルブなど多くのデバイスとして応用が検討されてきた．
ER流体を用いたデバイスは下記の特徴をもつ．
１）高応答性
電場発生には殆ど時間は不要であり，ER流体の優れた応答性（数m秒以下）をフルに活かしたデバ
イスが容易に製作できる．そのため，高周波（数百Hz）の動きの制御にも適応できる．
２）ヒステリシスなし
ヒステリシスがほとんどないため，力センサを用いたフィードバック制御が不要であり，力センサの故障による危険発生がない．
３）樹脂化・軽量化
金属メッキで電極形成をした樹脂部品を用いることで軽量なデバイスを製作できる．写真１に樹脂製小型ER流体クラッチの外観を示す．
４）部品点数の少なさ
構成部品自体を電極にすることができる．コイル
やコアなどが不要で，部品点数の少ない単純な構造のデバイスとなり，コスト低減にも繋がる．
５）省エネルギーと電池駆動
ER流体の作動には高電圧が必要であるが，電流30フルードパワーシステム

第47巻

第６号

ブレーキ／クラッチの制動力を高めるには摩擦面積を増やすことが望ましく，多重ディスク型や多重シリンダ型（図５）が開発されている．

図５

多重シリンダ型ER流体ブレーキの断面図

後者は組み立てやすく，電極間隔の精度も上げや
すい．電極間隙を0.3㎜にした外径190㎜のブレー
キで450 Vをかけると12Nmの制動力が得られる（図６）．
複数個のブレーキが必要な場合，図７に示す同芯
２軸型はコンパクト化に好ましい．最近，電極部の改良により制動力を大幅に高める技術が開発され，容積でさらに約50％小型化されている．

5．ER流体ブレーキ／クラッチの応用
医療，教育，娯楽，通信などの分野に今後の発展が期待されるロボットには一般にモータが使用される．モータには制御系の故障や作動ソフトのバグなどによる暴走の恐れがあり，人間がモータを用いロ
ボットと力のやり取りを行うには大きな危険がある．
図８に示すように人間とモータの間にクラッチを2016年11月（平成28年）

井上昭夫：ER流体とその応用開発の現状

291

リシスがほとんど無い長所は，力覚呈示手段として最適である．図９にER流体を用いた力覚呈示の原理を示す．反対方向に回転する内外２つの入力円筒（正極）の間隙にはER流体が充填され，その中央部には出力円筒（負極）が設置されている．電圧をかけない状態では出力円筒は回転しないが，内外いず
れか一方の入力円筒に電圧をかけると出力円筒はその方向に回転する．電圧の強さや印加の方向の切り替えなどにより，出力側の回転の強さや方向，振動の周波数や振幅などを自由に制御できる．

図６

ER流体ブレーキのトルク性能

図７

同芯２軸型ER流体ブレーキ

介在させることにより，安全性は大幅に向上する．
図９ ER流体を用いた力覚呈示の原理
そのようなクラッチの中でER流体クラッチはもっ5）とも望ましい ．
また回転だけでなく，平行あるいは直交方向に振ａ）異常発生時に，瞬時にトルク伝達を切断でき， 動する一対の入力板を用いることで，出力板を１次トルクリミッタとして機能する．
元あるいは２次元方向の自由な出力が可能となる．
ｂ）モータからの速度に寄らず，人間側からは必要
ER流体を用いた力覚呈示は，ザラザラ／ツルツ
時，軽くまた高速にアームを動かすことができ
ル，ネバネバ／サラサラ，ブルブル／デコボコなどさる．
（優れたバックドライバビリティ）
まざまな力覚を提示する優れた手段であると言える5）．
ｃ）入力（モータ）側の慣性をクラッチで遮断でき
6．ER流体デバイスの具体的実用例
るので，たとえ衝突しても危険性が低い．
１）上肢リハビリ訓練装置ｄ）バックドライバビリティが良いため，大きな比脳梗塞で麻痺した上肢を３次元に動かしリハビリの減速器を用いることができ，小さなモータで訓練できる，モータとER流体クラッチを用いた装置
大きなトルクを出すことができる．
ER流体の極めて速い応答性（数m秒）とヒステ （EMUL）が旭化成と大阪大学で共同開発された6）．
平行リング先端のグリップを握り，画像の指示に従い力覚を感じながらゲーム感覚で上肢を自分の意志で繰り返し動かす内に，脳に新しい神経伝達回路が形成され，上肢機能が回復すると言う脳の可塑性に基く訓練である．その後，ブレーキのみで，より安全に力覚を表示できる安価で小型の準３次元の装置（SEMUL）が開発された7）．弊社はその技術を引き継ぎ，同芯２軸型のER流体ブレーキとマイコンを用いた卓上型の小型・簡便化された装置を開発すると共に，訓練ソフトや訓練結果の解析表示ソフトを充実させ，医療機関，福祉施設，大学・附属病院8）等で臨床評価を重ねている（写真３）．
図８ クラッチを介在させたモータ駆動システム
フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

31

292

フルードパワーシステム

写真５

写真３

卓上型上肢リハビリ訓練装置（SEMUL-2）

ER流体ブレーキ制御下肢トレーニング装置

３）その他の用途
1990年代多くの企業がER流体の自動車用途への応用を目指し取り組んだが，いずれも成功しなかった．流体性能の向上やデバイス構造の改良，使用環
境等の変化により，欧州では再び自動車や産業機械（写真６）．
制御への応用が検討されている2）

２）トレーニング装置
欧州では十年以上前から，応答性に優れ，速度や抗力の制御に好適なピストン型ダンパー（図10）を用いた筋肉トレーニング装置（写真４）が販売さ
れ，リハビリやフィットネスにも用いられている2）．
日本でもER流体ブレーキを用いた下肢トレーニ
ング装置（写真５）が開発され，開脚や閉脚などのスライド運動を，従来の機器では難しかった広い運写真６ ER流体ダンパーの乗用車および産業機械への応用
動領域でも訓練者のレベルに合わせた負荷や速度で訓練できる装置が開発されている9）．等速度や任意
消費電力が少なく，移動体や可搬機器に適性を有パターンの速度や負荷の訓練も可能である．その後，するER流体デバイスは，福祉，介護，医療，運動
さらにモータとER流体クラッチを用いた受動的ななどの分野でも，今後の応用が期待される．
訓練もできる装置も開発されている10）．障害者や術後者の機能回復やアスリートの運動能力強化のほか，
参考文献
運動機能の解析評価にも利用される．

図10

写真４

32

１ ）井上昭夫：“均一系電気粘性（ER）流体の紹介と応用事例”，精密工学会誌，Vol. 72，No. 7，pp. 821-825（2006）
２ ）http://www.fludicon（2015）３ ）http://www.smarttec.co.uk/erf2.htm
４ ）K. Koyanagi, T. Terada,” Time Response Model of ER
Fluids for Precision Control of Motors”, Journal ofIntelligent Material Systems and Structures, Vol. 21,
No. 15, pp. 1517-1522（2010）５ ）小 柳，古荘，井上，“力覚提示のための高安全性アクチュエータ“，日本ロボット学会誌，Vol. 22，No. 3，
pp. 377-384（2004）
６ ）古 荘，小柳，片岡，笠，井上，竹中,” ３ 次元上肢リハ
ビリ訓練システムの開発―第 １ 報”，日本ロボット学会
誌，Vol. 23，No.5，pp. 629-636（2005）
７ ）道免和久，文科省科学研究，基盤研究B，2008年度研究成果報告書，課題18300186,”リハビリロボットを併用した脳卒中片麻痺上肢のハイブリッドCI療法”
８ ）菊 池，佐藤，山辺，阿部，釘宮，大野，中元，洲上，井上，“上肢リハビリシステムSEMULを用いた作業療法訓練プログラムWIPEの臨床評価”, 日本機械学会2016
年ロボティクス／メカトロニクス講演会講演論文集，
1P1-03a3 （2016.6）
９ ）木 村，小柳，向井他：“等抵抗負荷の側方抵抗レッグ
リーチ動作における支持脚の運動解析”, 第39回日本臨
床バイオメカニクス学会講演予稿集 O10-4（2012）10）K. Koyanagi, Y. Kimura, M. Koyanagi, A. Inoue, T.
Motoyoshi, et al., “Passive Speed Control Using a
Functional Clutch Driven Reversely”, Proc. 15th Int.
Conf. on New Actuators, pp. 530-533 （2016）

ピストン型ER流体ダンパー

ERダンパーを用いたトレーニング装置

フルードパワーシステム

第47巻

第６号



2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年 ７ 月27日）

安齊・山本・三井・安井：リハビリテーション長下肢装具用電子制御EAM膝ブレーキの開発

293

解 説

リハビリテーション長下肢装具用電子制御EAM
膝ブレーキの開発

著者

紹の総患者数は，厚生労働省の「平成26年患者調査

介
あん

ざい

安 齊

ひで

秀

のぶ

伸

藤倉化成株式会社〒340-0203 埼玉県久喜市桜田５－13－１
E-mail : h-anzai@fkkasei.co.jp

1978年八戸工業大学 工学部 機械工学科修了．
1994年 藤倉化成株式会社に入社，現在に至る．
新素材開発及びその応用の研究・開発に従事．
日本フルードパワーシステム学会，日本機械学会，電気学会，生体医工学会などの会員．
やま

もと

山 本

すみ

澄

の概況」2）より，117万９千人であり，寝たきりの第一要因となっている．患者数の増加にともない，厚生労働省の方針により早期リハビリテーション，早期歩行練習が推進されている．早期の歩行練習では，膝が不安定な状態での歩行練習となり，膝関節と足関節の動きを機械的な継手によって補助する長下肢装具（Knee-Ankle-Foot-Orthosis：KAFO）が必要となる．従来のKAFO（図１）は，安定性を得るため

こ子

国際医療福祉大学大学院〒158-0083 東京都港区南青山１－３－３
E-mail : sumiko-y@iuhw.ac.jp

1976年慶応義塾大学大学院工学研究科修士課
程修了．東北大学助教授を経て，2003年国際医療福祉大学大学院教授，現在にいたる．高齢者，障がい者の動作分析，下肢装具の開発の研究に従事．日本義肢装具学会、バイオメカニズム学会などの会員．工学博士．
みつ

い

三 井

かず

和

ゆき

幸

東京電機大学〒120-8511 東京都足立区千住旭町５番
E-mail : mitsui@cck.dendai.ac.jp

1988年東京電機大学大学院理工学研究科博士課程満期退学．同大学工学部助手を経て2002年
同大学工学部教授，現在に至る．生体計測，機能性流体関連の研究に従事．日本フルードパ
ワーシステム学会，精密工学会などの会員．ライフサポート学会理事．工学博士．
やす

い

安 井

ただし

匡

川村義肢株式会社〒574-0064 大阪府大東市御領１－12－１
E-mail : yasui@kawamura-gishi.co.jp

1997年大阪府立工業高等専門学校機械工学科卒．同年川村義肢株式会社に入社，現在に至る．
装具や補助機器の開発に従事．義肢装具学会会
員．

図１

従来の長下肢装具（KAFO）に体重がかかった時に膝が曲がらないように固定されている．そのため，足を振り出す際に腰を持ち上げて足全体を引き上げ旋回するように歩行する「ぶんまわし」などの代償動作が必要となる．このような動きは，効率的な歩行練習を阻害してしまう．海外では脊髄損傷者などを対象として，膝継手の電子制御により振り出す際に膝が曲がるStance Control

1．は じ め に
日本の高齢人口は，2025年には65歳以上が30%，75歳以上は18%に達する見通しが厚生労働省から出されている1）．人口の高齢化にともないさまざまな疾患を有する人口の増加が見込まれ，特に脳血管障害の患者数の増加が懸念されている．脳血管障害

Orthosisが開発されている．しかし，大きさ，重量，
電力消費，誤動作，反応時間などの問題から実用に十分供する物は開発されていない．そこで上記のような片麻痺者の早期リハビリテーションにおける歩行練習で使用することを目的とした電子制御EAM

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

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フルードパワーシステム

膝ブレーキ（図２）付KAFO（以下E-KAFO）の開発に着手した．
本研究は，産学の共同研究であり，機能性材料を用いたブレーキのKAFOへの適用研究・開発・実用化を目指すものである．E-KAFOの膝継手には省電力で瞬時に膝を固定・解除することが可能な電気的吸引材料（Electro Attractive Material：EAM）を使用することとした．

物が得られた．この副産物は，後に機構の簡素化に大いに役に立った．

3．電子制御EAM膝ブレーキの開発
3.1 開発目標
当 面 の 開 発 目 標 は， 早 期 歩 行 練 習 に 使 用 す る
KAFO用の膝ブレーキである．適用対象者を明確にし，機能を絞り込み，開発期間の短縮を目指した．
求めた特性は，「軽量」，「コンパクト」，「省電力」，「安定動作」そして「操作性」である．KAFOを使っての歩行練習は，理学療法士（Physical Therapist：PT）が後方から患者の身体を保持しながら介助する．従来のKAFOでは足を振り出す際に患者の足を持ち上げて振り出すため，この時期にPTの手元のスイッチで膝継手の固定・解除を行うこととした．

図２

開発した電子制御EAM膝ブレーキ

2．EAM&G（Electro Attractive Material& Electro Adhesive Gel）の開発
1993年 に Ｆ 社 は 粒 子 分 散 型 電 気 粘 性 流 体（Electro Rheological Fluid：ERF）を発表した3）．開発は，温度特性，せん断力向上，分散安定性を主の課題として取り組んだ．温度特性は，-30℃～ 100℃までほぼフラットなせん断力を発生できるようにな っ た． せ ん 断 力 も， 磁 気 粘 性 流 体（Magneto
Rheological Fluid：MRF） と 比 較 す る と 小 さ い が1kPaを発生できた．しかし，分散安定性のクリア

必要ブレーキトルクは，成人男性の体重を支えることができる膝トルク40Nmを目標とした．
3.2 電子制御EAM膝ブレーキの開発
3.2.1 EAMブレーキ開発
電子制御EAM膝ブレーキに許容される膝回りの空間寸法から，電子制御EAM膝ブレーキに内蔵されるEAMブレーキの外径を80㎜とした．外径が決まることにより，中に入れることができるEAM電極の最大有効外径は66㎜となった．EAMの発生す
るせん断応力は，約10kPaであるため，１枚のEAM電極が発生できるトルクは，およそ0.7Nmとなり，10枚のEAM電極を重ねても７Nmにしかならない．
目標の40Nmには程遠いため，外部からの入力を増速してEAM電極に入れることにした．増速機構は，遊星歯車機構を用いた．採用の理由は，入力軸と出力軸を同一軸上にとることができ，EAM電極とも軸を合わせることができるためである．採用した増速比は，１：６で，電圧を印加しない空転時のトル
ク を 小 さ く す る こ と も 考 慮 し た． こ れ に よ り，EAMブ レ ー キ の ト ル ク はEAM電 極10枚 で40Nm（DC700V印加）を確保することができた（図３）．
因みにDC700Vは，低電圧に分類される．

は簡単ではなかった．ERFに分散している粒子は，粒子径により微妙に比重が違い，分散媒と比重を合わせることができなかった．また，分散剤やチキソ
トロピー付与剤を用いると電圧印加時のせん断力を十分に発揮させることが難しかった．
そこで考え出したのが，ゲル化である．電圧を印加した状態のERFをゲル骨格の中に閉じ込めるという方法である．これにより，分散安定性の問題が解決した．さらに液体シールが不要になるという副産34

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

図３

2016年11月（平成28年）

EAMブレーキトルクの電圧依存性

安齊・山本・三井・安井：リハビリテーション長下肢装具用電子制御EAM膝ブレーキの開発

295

3.2.2 電子制御EAM膝ブレーキの構成
電子制御EAM膝ブレーキには，EAMブレーキ以破壊試験を行い48Nmのブレーキトルクがかかっても耐えることを確認した．

外にブレーキを駆動する電源装置，バッテリ，コン
トロール装置，バッテリ充電装置，ロータリーエン
コーダ，本体前面にある操作スイッチ，PTが持つ完成した電子制御EAM膝ブレーキは，幅90㎜，
長さ200㎜，高さ35㎜（取付用ピンは除く）となった（図５）．

手元スイッチなどが必要とされる（図４）．

図５

KAFOに取り付けた電子制御EAM膝ブレーキ

4．お わ り に

図４

電子制御EAM膝ブレーキの構成

内蔵するバッテリは，Li-ion電池を採用し，ほぼ一日の稼働時間を賄える容量（約2,500mAh）を備えた．コントロール装置は将来の機能増強に備え，高性能CPUを搭載した基板も開発した．ロータリー
エンコーダは，椅子へ座るときにダンピングを効かせて，静かに座る機能の追加を将来予定しているため搭載している．また，歩行練習時の膝曲げ角度も将来取り込めるようにしている．
操作性に関して，操作スイッチはバックライトで光るようにし，押すことができるボタンを示すようにしている．また，動作状況を赤（固定）と緑（解除）のLEDを用いて表示し，歩行練習時にビデオ撮
影して練習効果を確認するときにも役立つようにしている．ボタン操作の確実性を高めるため，バイブ
レーション素子を搭載し，振動によりボタンを押したときの操作感も高めている．
以 上 の 機 能 要 素 を 筐 体 に 納 め た そ の 重 量 は，598gとなった．開発当初は，遊星歯車周りの部品には機械構造用鋼材を使用していたが，ナイロン
66とアルミに材質を変更し，約300gの軽量化を行った．材質変更による強度低下が心配されるが，E-KAFO向けのEAMブレーキ開発を行い，プロト
タイプモデルへ落とし込み，現在臨床試験を行っている．臨床試験は，複数施設を計画している．臨床
試験後，上市する計画である．開発初期では，許される寸法の制限により必要とされるトルクの発生が危ぶまれた．また，電圧をEAM電極に印加する経路でのノイズの発生など難題を乗り越えて作り上げることができた．
特に開発中のE-KAFOを動作テストしていただいた中伊豆リハビリテーションセンターの田中惣治先生ほかPTの先生方には，重要なご意見をいただいたことに感謝する．
今後，市販モデルへの機能の落とし込みを行い，世の中に役に立ち，使ってもらえる製品にしていきたい．また，歩行練習用のみならず，パーソナル
ユースの製品へも応用展開を図っていきたいと考え
ている．
参考文献
１ ）http://www.mhlw.go.jp/seisakunitsuite/bunya/
hukushi_kaigo/kaigo_koureisha/chiiki-houkatsu/dl/
link1-1.pdf
２ ）http://www.mhlw.go.jp/toukei/saikin/hw/kanja/14/
dl/kanja.pdf
３ ）枝村一弥：ER流体の開発,油圧と空気圧/日本油空圧学会，25巻 ７ 号，p803-807（1994）



フルードパワーシステム（原稿受付：2016年 8 月19日）
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2016年11月（平成28年）

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フルードパワーシステム

解 説

釣用リールにおける磁性流体シールの応用

著

者

紹

介
お

はら

小 原

たけ

武

しげ

恵

グローブライド株式会社〒203-8511 東京都東久留米市前沢３－14－16
E-mail : ohara@globeride.co.jp

1993年中央大学精密機械工学科卒業．同年グローブライド株式会社入社，釣用リールの材料，
表面処理開発や部品加工技術に従事し，現在フィッシング生産本部リール製造部リール開発課に在籍．日本トライボロジー学会などの会員．

という耐久性が求められている．
まず，本開発では多くの回転軸を有するリール構
成部位の中でも特に回転フィーリングに敏感で，且つ浸水や異物侵入による影響を受けやすいスピニン
グリールのメインシャフト部（図１）への磁性流体
シールを検討した．

1．は じ め に
磁性流体シールの実用例としてはハードディスク
ドライブ（HDD）や半導体製造装置での真空シー
ルなどで実用化され1），以前から釣用リールでも防水シールとして応用できないかと着目していた．その特長は釣用リールの回転軸で求められる要求品質（防水性能）に近いものであるが，防水用途という観点での使用実績や応用事例がなく液体シールに展開することには問題があるとされていた2）．そのよ
うな状況の中，過酷な環境で使用される釣用リール
では，耐食性を大幅に改善させた高耐食ボールベア
リングの採用，ゴムシールなどを多用した防水構造
等が展開されてきた．本稿では釣用リールで従来の延長線上ではなく，画期的な方法で防水性能を高め実用化されている磁性流体シールの応用例について紹介する．

2．釣用リールへの磁性流体シールの検討
2.1

リールにおける課題

図１2.2

磁性流体によるシール部

磁性流体シールの構想

前述の通り，磁性流体シールによる防水技術に関してはほとんど情報や知見は得られなかったため，
既に他分野で実績のあった磁性流体シールの構成を参考に独自でシールユニットを試作した．このユニットによる塩水を使った耐水圧の実験結果を図２に示す．これは溶媒，飽和磁化の異なる磁性流体Ａ，Ｂ，Ｃを用意し，それぞれシール部のギャップを0.15㎜，0.30㎜，0.50㎜の条件で比較したものである．図２のように塩水であってもガスでのシール
実験3） にみられるようなギャップの大きさによりシール耐圧が大きく変わる現象がみられた．このよ
うな結果より対象が海水であっても従来の磁性流体

釣用リールの初期性能を著しく阻害する要因として一番に挙げられるのが，リール本体内部に海水が浸入することによるパーツの腐食や乾燥して発生する塩の結晶である．このような腐食や塩の結晶は回転部や摺動部に入り込むと異音，振動，食い付きの原因となる．そこで，従来は水の浸入経路にパッキンを設けることで海水の浸入を食い止めていた．しかし近年，釣用リール開発の流れでは，より摩擦抵抗が少なく滑らかな回転性能と，それを維持させる

36

フルードパワーシステム

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図２

2016年11月（平成28年）

塩水を使った磁性流体シールの耐水圧

小原武恵：釣用リールにおける磁性流体シールの応用

シールの設計手法や構造を基本に考えることができた．
以後さまざまな実験を繰り返し，磁性流体選定，
磁石や極板により磁気回路を調整し，最終的にはリールを構成する周辺部品と組み合わせ可能なリール専用ユニットが完成した，実機においては高速回

297

ンドイッチ形状になっているが，機種によっては磁場の影響が作動に支障を与える場合があり，上下極板の厚さを変えるなど漏洩磁束を軽減する工夫がなされているものもある．汎用的機構としてもっとも展開が進んでいる．

転や衝撃などの物理的な評価から環境試験，また，
海水，砂，グリス付着などの外的な懸念事項等について幅広く評価を行い当社製品における磁性流体
シール機構は商標登録するに至った4）．

3．釣用リールでの応用と展開
図３にはスピニングリールに於いて磁性流体シールが採用されている箇所を解りやすく示した．各部
位共に今迄は防水性能と回転性能を両立させることが難しかったが，磁性流体シールの採用により市場のニーズを満たせる性能を達成することができた．
これらは使用される部位の特徴ごとに異なる構成となっている．

図４

メインシャフト部の磁性流体シール構造

3.2 ラインローラー部
ラインローラーという限られた小スペース内に最小限の部品で構成された磁性流体シールである．図５にはラインローラー部の磁性流体シール構造を示した．極板は設けずに構成部品であるボールベアリ
ング外輪を利用し磁界を形成している．ラインロー
ラーは前述のメインシャフト部より遥かに高速回転するため30,000rpmでも耐えうる仕様とした．また，この部位は支持部本体も回転するため，磁性流

図３

釣用リールでの磁性流体シール採用箇所

3.1 メインシャフト部
最初に磁性流体シールが採用された部位である．
図４にはメインシャフト部の磁性流体シール構造を示した．この部位については製品の要求品質に合わ
せ，汎用タイプ，高防水タイプなどの使い分けがある．基本的に磁性流体シールの構成は図４（上段の図）のように，HDD等で実績のある極板２枚のサ

図５

フルードパワーシステム

ラインローラー部の磁性流体シール構造
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第６号

2016年11月（平成28年）

37

298

フルードパワーシステム

体シールに対し公転する方向に遠心力が掛かる．そのため，磁性流体が遠心力で飛散しにくい設計となっている．
3.3 ボールベアリング部
回転性能の要であるボールベアリング自身を単体で完全防水するため，ボールベアリングの表裏両面，
内外輪，すべての隙間を密封したものである．図６
および図７にはボールベアリングの磁性流体シール
構造を示した．一般的なゴムシール型ボールベアリ
ングと比較し海水や埃の侵入を大幅に防ぐことができるため，初期の回転性能を長く保てるメリットがある．また，釣用リールにおいてはほかの磁性流体
シールに比べ複雑な設計を用いる必要がないため容易に使いやすく，現在，多くの部位，製品へ展開されつつある．しかしながら，一般的なボールベアリ
ングと比べると少量生産であるために，シールド部品の追加以上にコスト高となっている．今後，釣用リールでの更なる展開や他業界からの需要などによって生産数量が増えれば大幅にコストを抑えられる可能性があり，将来的には汎用機種へも搭載されることが期待される．

図７

ボールベアリングの磁性流体シール構造

4．お わ り に本 技 術 を 搭 載 し た 製 品 は2010年 の 発 売 以 来，
徐々に製品展開され現在においては当社スピニング
リールの半分近くの製品へ採用されています．磁性流体シール技術はいまだ防水用途としては認知されていないものの，釣用リールにおいては防水，防塵技術として非常に有効であり進化の途上にあります．
今後ますます性能向上を進めていくためにも材料，
構造の見直しを図って行きたいと考えています．これまでの当社における評価や実績からも磁性流体
シールに関してはさまざまな可能性があるものと感じています．ぜひとも本事例がきっかけとなり新たな磁性流体シール技術革新の一助にでもなれば幸いです．
参考文献
１ ）廣田泰丈：磁性流体を用いたデバイスの実用化事例，
フ ル ー ド パ ワ ー シ ス テ ム，Vol. 42，No. 1, p. 59-61（2011）
２ ）神山新一：磁性流体入門，産業図書株式会社，p. 97100（1989）
３ ）武富荒・近角聡信：磁性流体-基礎と応用―，日刊工業
新聞社，p. 22-55（1988）
４ ）http://www.daiwaweb.com/jp/

図６38

磁性流体シール型ボールベアリング

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2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年 ８ 月 １ 日）

伊藤和寿：第４回フルードパワーに関する日中国際共同ワークショップ（The 4th Japan-China Joint Workshop on Fluid Power）開催報告

299

ニュース

第４回フルードパワーに関する日中国際共同ワークショップ（The 4th Japan-China Joint Workshop on Fluid Power）
開催報告
著

者

紹

介
い

とう

伊 藤

かず

和

ひさ

寿

芝浦工業大学〒337-8570 埼玉県さいたま市見沼区深作307
E-mail：kazu-ito@shibaura-it.ac.jp

1995年上智大学大学院博士前期課程修了．株
式会社小松製作所，上智大学助手・講師，鳥取大学准教授を経て2011年芝浦工業大学教授，現在に至る．日本フルードパワーシステム学会，
日本生物環境工学会，計測自動制御学会，電気学会等の会員．博士（工学）．

第 二 回（2012年 ）「Sustainable Future on Fluid
Power」，機械振興会館（田中豊教授，法政大学）
第三回（2014年）「Green, Digital and Intelligence」，
山西省太原市（権龍教授，太原理工大学）
第四回目となる今回は開催地を再び東京に移し，「Innovative Key Technology in Fluid Power」をテーマとして，本年度の春季講演会の前日にあたる５月
25日午後に機械振興会館にて開催された．以下では今回のJWSについて報告する．

２．講 演 論 文
1．は じ め に
フルードパワーシステム研究における日中間での関係が深いことについては，本学会誌でも何度か紹介する機会を頂戴している．その中でも特に大きな意味を持つものは，JFPSと中国機械工程学会内にある流体伝動および制御分会との間で2010年から始められた国際共同ワークショップ（以下，JWS）
事業である．若手研究者人材交流事業と並び，両国のフルードパワー技術の発展と情報交換の場として
JWSは大変良い機会であり，また開催国のフルード

今回のJWSでは３セッションを編成した．この節では発表された論文について簡単にレビューする．
なお，発表された論文のうち基準を満たすものは
JFPS International Journal of Fluid Power Systemへの推薦対象となる．

パワーシステム研究者および業界の若手への国際交流・啓発を促進する上でも大きな意義がある．
このJWSは，開催国の国内学会の開催に同期させて行うことが原則となっており，そのために一般
セッションへの参加においては言葉の壁が存在する．
しかし，日本語と中国語はほぼ同じ漢字を共有できるため，各セッションの発表を聴講しても意外に理解が可能という文化的背景が活用できることも特徴の一つである．発表論文は開催国の査読を経て双方５編とする計10編であり，油空水圧および機能性
流体を対象とする解析，設計および制御を含む広い分野を網羅している．これまでの開催実績およびテーマとしては以下の通りである（開催場所の後ろの丸カッコ内は実行委員長）．
第一回（2010 年）「Energy Saving and New
Application on Fluid Power」，甘粛省蘭州市（冀宏教授，蘭州理工大学）

写真１

JWS冒頭で挨拶される築地前会長［第一セッション］ Energy-Saving and HydraulicPump Design, Chair: Prof. K.Ito（Shibaura Instituteof Technology）
１．Y. Shang et al.（Beihang University）,“Active
Load Sensing Electro-Hydrostatic Actuator for
More Electrical Aircraft： Concept and Design” では，航空機の機体制御用電気油圧システムをロード
センシング方式で制御する際に大きな問題となる応フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

39

300

フルードパワーシステム

答・効率低下および弁部での発熱を，大幅に改善する設計法とその効果についてシミュレーション検討

制御系の性能についてシミュレーション検討し，サンプリングタイム，予測区間長および制御区間長のした結果をまとめている．
２．P.N. Pham et al.（Shibaura Institute ofTechnology）,“Energy Saving for Water Hydraulic

影響についても合わせて検討している．
２．K. Sanada（Yokohama National University）,“Speed Control of Marine Diesel Engine by DDVC

Pushing Cylinder in Meat Slicer” で は， ア ク ア ド
ライブシステムを食肉スライサシステムに応用した
場合の省エネルギー効果について，従来のサーボ弁

Fuel Injection System”では，船舶用ディーゼルエ
ンジンの速度制御用油圧DDVCシステムのモデル化と制御系設計提案について，良好な結果が得られるを使用したシステムと比較して大きく改善できる手
法をシミュレーション検討を基に提案している．
３．H . C u i e t a l . （ Ta i y u a n U n i v e r s i t y o f
Technology）,“The Research on Characteristics of

ことをシミュレーション検討により報告している．
３．B. Yu et al.（Yanshan Univeristy）,“The Cosimulation Research of Single Leg HydraulicControl System on Legged Robot”では，油圧駆動

Flow Field and Shear Torque of Oil Film for
Hydroviscous Drive”では，大型油圧採鉱機械等で四脚ロボットにおける脚についての設計およびモデル化と，ADAMS，MATLAB/Simulinkによる協調シ利用される流体粘性駆動装置における流体クラッチのシミュレーションモデルの構築が行われた．流量，
圧力分布，油膜厚，せん断トルク等について，実験結果と合わせた精度検討が報告されている．

ミュレーション結果を報告している．
［第三セッション］ Pneumatics and Functional
Fluids, Chair：Prof. K. Takemura（Keio University）
１． J - W. K i m e t a l . （ T o k y o I n s t i t u t e o f

４．T. K a z a m a （ M u r o r a n I n s t i t u t e o f
Technology）,“Numerical Simulation of A Slipper
with Retainer for Axial Piston Pumps and Motors
under Swashplate Vibration”では，油圧アキシャ
ルピストンポンプモータにおける斜板振動下における，リテーナを含むスリッパの精密な動特性解析モデルが提案され，スリッパのジャンプおよび漏れに対するリテーナの抑制効果が広い動作点領域で確認されたことがまとめられている．
［ 第二セッション］ H y d r a u l i c s a n d C o n t r o l ,Chair：Prof. B. Xu（Zhejiang University）
１．J. Tao et al.（Shanghai Jiao-tong University）,“Modelling and Simulation of Unidirectional
Proport ional Pump-Controlled Asymmetric
Cylinder Position Control System with Model

Technology）,“MEMS-Fabricated Needle & Ring
Electrode Pair（NRE）and its Application to theBraille Cell”では，強いECFジェットを得るための三つの電極形状を提案・評価し，それを用いたマイクロポンプを点字板制御に応用した際の実験結果を報告している．これらはMEMS技術の応用により製作されている．
２．X . L i e t a l . （ Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ）,“Development and Analysis of Air Flotation
Element with Additional Air-Intake Capacity”では，旋回流の併用により引き込み効果を有する新しい空
気圧浮上システムを提案し，試作装置により設計パラメータがどのように性能に影響を与えるかについて定量的に評価を行った結果を報告している．
３．T. Akagi et al.（Okayama University ofPredictive Control Algorithm” で は， 油 圧 駆 動 片
ロッドシリンダシステムに対し，ゼロオーバシュー
トを拘束条件として与えた場合におけるモデル予測

Science）,“Low-cost Portable Rehabilitation Devices
Using Flexible Pneumatic Cylinders with Built-in
Pneumatic Driving System Controlled by Embedded
Controller”では，組込みシステムを用いて安価に実現できる空気圧駆動柔軟シリンダを提案し，それらを手首のリハビリテーションシステムに応用した
二種類の試作機（球面型および手首装着型）とその応答性能について検討を行っている．

３．日 中 交 流
JWS終了後は，来日研究者，講演者および実行委
員会関係者らによる技術懇親会が開催された．訪日団の代表は北京航空航天大学の焦宗夏教授が務めら
写真２40

 ークショップ参加者ら（左端は黎教授，手前はワ
国際交流担当の蕭氏）

フルードパワーシステム

第47巻

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れ，同大学からは蔡茂林教授，尚耀星副教授が参加した．中国側国際交流委員長の徐兵教授の所属され2016年11月（平成28年）

伊藤和寿：第４回フルードパワーに関する日中国際共同ワークショップ（The 4th Japan-China Joint Workshop on Fluid Power）開催報告

写真６
写真３

301

左から，Dr. Pham，尚副教授

ワークショップ終了後の参加者による記念写真

る浙江大学からは黎鑫教授，燕山大学からは俞滨講
師，上海交通大学からは陶建峰副教授，太原理工大学からは廉自生教授，崔红伟講師，の計９名が参加された．このうち実に７名が45歳以下の研究者であり，さらにこのうち３名は来日が初めてという状況であった．今後の日中交流への意義は大きいと期待される一方，来年以降日本から参加する場合も必ず若手研究者が同行するようにし，研究および人的な交流の幅を広げることが必要であると思われる．

写真４

左から，焦教授，眞田副会長，小山会長

写真７ （左）陶副教授，藤谷事務局長，
（右）蔡教授４．ジョイントワークショップを終えて約40名の出席者を迎え，一先ずの成功を収めた
今回のJWSであったが，同日隣の講演室では春季講
演会併設セミナーが開催されており，ある程度予想されたとは言え，実行担当者としては参加者への配慮が反省材料であった．今後JWSは韓国のフルード
パワーシステム学会も加えた三カ国開催の方向で検討が進められており，実行担当者の負担を抑えながらいかに集客力を上げるかが大きな課題となる．
一方，今回のJWSで研究発表を行った芝浦工業大学ポスドク研究員Dr. Pham（写真６）がその橋渡しとなり，本年４月にはベトナムの国立の研究機関との人材および技術交流に関するMOUも締結された．新たなグローバル化の芽をどのように育ててゆ
くかが大きな課題であるが，同時に学会の学会員，賛助会員ならびに大学関係者，延いては日本のフルードパワー産業界にどのようなメリットがあるかについても明確にしてゆく必要がある．
最後に，第四回のJWS開催にあたり，論文投稿者の先生方，国際交流担当委員各位，田中前国際交流委員長，眞田前企画委員長，竹村委員，学会事務局
をはじめとする多くの皆さまにアドバイスならびにご協力を頂きました．本紙面をお借りして深く御礼申し上げます．ありがとうございました．


写真５（原稿受付：2016年 ７ 月10日）

初来日の研究者ら（左から，崔講師，廉教授，伊藤，俞講師）フルードパワーシステム

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2016年11月（平成28年）

41

302

フルードパワーシステム

会議報告

インドフルードパワー技術セミナーに参加して

著

者

紹

介
さな

だ

眞 田

かず

一

し

志

横浜国立大学大学院〒240-8501 横浜市保土ケ谷区常盤台79－５
E-mail : sanada-kazushi-sn@ynu.ac.jp
昭和61年３月東京工業大学大学院理工学研究科修士課程制御工学専攻修了．昭和61年４月東京工業大学助手，平成10年横浜国立大学工学部生産工学科助教授，平成13年横浜国立大学大学
院助教授，平成16年横浜国立大学大学院教授，
現在に至る.

1．は じ め に
Fluid Power Society of India主 催 のFluid PowerTechnical Seminar 2016（ 油 空 圧 技 術 セ ミ ナ ー2016）が，平成28年６月17日㈮から６月18日㈯の２日間にわたり，インドのバンガロールにあるイン ド 理 科 大 学 院（Indian Institute of Science）
Satish Dhawan Auditoriumにて開催された．日本からは，著者を含む３名が参加した（写真１）．
当学会では，国際交流の一環として，インド工科大学のSingaperumal名誉教授（当時，教授）を招待したことがあり，今回は，同名誉教授が香川前会長に同セミナーを紹介され，藤谷事務局長と著者も同行することとなった．同名誉教授は，インドフ
ルードパワー学会の副会長を務めておられる．著者

学を含めておよそ1,500名で，インド全国にわたっている．本部はバンガロール（Bangalore）にあり，
Chennai，Hyderabad，Mumbai及 びPuneに 支 部 が置かれている．学生会もあり，企業訪問，優秀プロ
ジェクト表彰，技術セミナーにおける学生セッショ
ンなどの活動を行っている．また，FPSIは，技術講演会，セミナー，カンファレンスを開催し，“Fluid
Power”を年４巻発行している．FPSIは，ハノー
バーメッセ2015において，FPSIパビリオンを組織し，インドの油空圧機器の展示を運営した．同学会のパンフレットの表紙には，防衛，航空宇宙，製鉄，建設機械，農業機械，空気圧，IoTのイメージ写真が掲載されており，インドにおける油空圧の主要な分野を伺うことができる．

写真１

FPTS2016 日本からの参加者

2．技術セミナーの概要

は，Singaperumal先生が訪日された際，当学会の国際交流担当を務めており，成田空港まで先生をお油空圧技術セミナーは，開会式，基調講演１件，Focused Session（オーガナイズドセッション），学

迎えし，滞在中の数日，各所をご案内したことがある．今回はそれ以来の再会であり，著者にとっても感慨深い訪印であった．
インドフルードパワー学会（Fluid Power Societyof India，FPSI）は，創立1973年の歴史ある学会で生セッションから構成されていた．
基調講演の講師はスエーデンのJan Nilsson氏（スエーデンのある企業の海外担当役員）で，“Research

あり，産業界と学会が連携することで，インドの油
空圧技術を発展させ，油空圧業界の発展を支援し，学生に知識と技術と提供し，研究を推進することにより，インドの発展に貢献することを目的とした非営利団体である．会長のSeshanath氏は，あるインド企業のCEOをなされている．会員は，産業界や大42

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

and product development in Industry-Academia
greenhouse”のタイトルで，スエーデン油圧工業会（The Association of Fluid Systems）の紹介やスエー
デン政府による大形予算の研究助成（日本のSIPに相当するプロジェクト）について紹介した．後ほど，スエーデンの大学に共通の知人がいることがわかり，世界（世間）は狭くなったことを実感した．
Focused Sessionとして，Aerospace & Defence（６2016年11月（平成28年）

眞田一志：インドフルードパワー技術セミナーに参加して303

件），Mobile Hydraulics（５件），Pneumatics（５件），
Energy Saving Technology（５件），Hydraulic

紹介を合体させたようであった．
著 者 は， 今 回，Energy Saving Technology FSに

Cylinders（６件），Hydraulic Oil（５件），及び学生
プロジェクトセッション（６件）から構成されていた．参加者数は合計214名であった．

配された．同セッションでは，ハイドロスタティッ
クトランスミッションやサーボ駆動油圧回路（いわゆる回転数制御，こちらではサーボと呼ぶそうであ本セミナーでは，投稿原稿の査読は行われなかった．使用言語は英語が指定され，発表も英語で行われた．英語は，インドの公用語のひとつである（ヒる）に関する基礎および製品紹介の講演が行われた．
著者は，油圧における省エネルギー技術の研究開
発動向を紹介するレビュー論文4）を発表して，ハイブリッド技術や風力発電，燃料噴射装置の油圧技術

ンディー語と英語が公用語と定められている）．英語で行われるので，国際会議と勘違いするが，あくまでインドの国内向けの技術セミナーである．セミ
ナーは，大学内の講演会ホールで開催された（写真に関する研究動向を紹介した．また，JFPSとJFPAについて簡単に紹介した．受付に，当学会のパンフ
レットと2017年開催予定のJFPS国際シンポジウムの案内をおいていただき，加えて著者の講演発表でも紹介した．2014年に松江で開催された当学会の国際シンポジウムでは，キーノート講演にインド工

２）．ウェルカムやバンケットは無かった．

科大学の先生をお呼びしたことも紹介した．

3．お わ り に

写真２

講演会場の様子

Focused Session（FSと略す）のAerospace & Defenceは，航空宇宙分野の油圧技術に関するセッションである．たとえば，講演論文1）は，戦闘機のフラ
イトコントロールアクチュエータに関する論文で，
図１は直動弁を利用した冗長アクチュエータシステ
ムを紹介した図である．
Mobile Hydraulics FSでは，戦場で損傷した車両の回収を行う特殊なクレーン車の油圧回路に関する
論文2）や，電気駆動大形ダンプトラックの油圧回路に関する論文3）などが発表された．その他，各セッションの講演では，油圧・空気圧技術の発表だけでなく，最新製品についても合わせて紹介されており，全体としてみれば，あたかも企業・製品紹介と技術

図１

直動弁を用いた冗長アクチュエータ1）

バンガロールは，インドのハイテク産業の中心地と言われ，日本からもいくつかの企業が進出している．標高およそ1,000mの高地に在り，街中には緑があふれている．著者が訪問した６月は，最高気温は30度に届かず，湿度も低く，快適であった．バ
ンガロールは，「インドの軽井沢」と呼ばれているそうである．
インドでは，今，“Make-in-India” を掲げて，インド産業の発展を目指している．本セミナーでも，国産技術として発表されると，会場から歓声と大きな拍手があがったことが，とても印象的であった．
今後とも，今回のような国際交流が継続されることが期待される．
参考文献
１ ）K S Nagesh and Ravi Jai Prakash, Proceedings of theTechnical Seminar, Fluid Power Technical Seminar
2016, Fluid Power Society of India, p. 26/43, 2016
２ ）Lingaraj V V, et. al., Design and Development of
Hydraulic System for Mobile Recovery Vehicle,
Proceedings of the Technical Seminar, Fluid PowerTechnical Seminar 2016, Fluid Power Society of India,
p. 61/75, 2016３ ）Renukaraj Y M, et. al., Advances in large electricdrive dump truck Hydraulic System, Proceedings of
the Technical Seminar, Fluid Power TechnicalSeminar 2016, Fluid Power Society of India, p. 88/93,
2016４ ）K. Sanada, Challenges for energy-saving of oilhydraulic technology, Proceedings of the TechnicalSeminar, Fluid Power Technical Seminar 2016, Fluid
Power Society of India, p. 135/141, 2016


フルードパワーシステム（原稿受付：2016年 ６ 月25日）

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

43

304

フルードパワーシステム

会議報告

ROBOMECH2016におけるフルードパワー技術研究の動向

著

者

紹

介
た

なか

田 中

ゆたか

豊

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

1985年東京工業大学大学院総合理工学研究科
修士課程修了，その後，東工大精密工学研究所
助手を経て，1991年法政大学講師，1992年同助教授，2002年同教授，現在に至る．法政大学情報メディア教育研究センター所長を兼務．工学博士（1991年東京工業大学）．

写真１
表１

1．は じ め にロボティクス・メカトロニクス講演会2016 in
Yokohama（ROBOMECH2016 in Yokohama）は日
本機械学会のロボティクス・メカトロニクス部門の主催により，2016年６月８日㈬から６月11日㈯まで，パシフィコ横浜の展示ホールAを講演メイン会
場にして開催された．本講演会はすべての発表がポ
スターセッションで行われる国内最大規模の講演会
で，26回目となる今回のテーマは「未来社会を創造するロボティクス・メカトロニクス」で，1,265
件のポスター講演（講演論文）のほか，産学連携企
画「連携からのロボットの実用化促進」など社会との結びつきを意識したさまざまな行事が企画され，約900名の参加者があったとのことである．写真１にポスターセッションの様子を示す．

2．研究発表の動向
表１に分野別のセッション数と代表的なセッショ
ンテーマを示す．フルードパワー・ロボティクスのセッションをはじめ，全体で97セッションが企画された．手元の抄録集および講演論文が収録されたDVDを基にした著者の分析によれば，全体の講演の中で油圧・空気圧などのフルードパワーに関連する発表として82件が確認された．表２にフルード
パワー分野別の発表件数を示す．空気圧に関連した発表が52件と全体の６割以上を占めている．
表３は油圧と水圧関連を合わせた液圧分野の15
件の論文について，検索によりタイトルとキーワードに使われている単語の論文数を整理した結果である．後に示す空気圧のような際立った特定の単語は見られないがControlという単語が比較的多くみら

44

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

ポスターセッションの様子

セッション数および代表的なセッション名

分野名

セッション
数

代表的なセッション名

ロボメカにおける基盤制
御技術

12

フルードパワー・ロボティクス

人間協調・共存システム

11

ウェアラブルロボティクス

人間および生物規範

10

感覚・運動・計測

移動ロボット10脚移動ロボット

屋外環境でのロボメカ技術

9飛行ロボット・メカトロニクス

医療・福祉システム9

医療ロボティクス・メカ
トロニクス

ロボメカ技術の応用シス
テム

8

建設＆インフラ用ロボッ
ト・メカトロニクス

ナノ・マイクロシステム

7

マイクロロボット．マイ
クロマシン

センシング

6

触覚と力覚

機構と制御

5

パラレルロボット・メカ
ニズム

ロボットシステムのための環境

4

ネットワークロボティクス

ストラテジックセッション

3

ImPACTタ フ・ ロ ボ テ ィ
クス・チャレンジロボメカを使った教育

2

ロボカップ・ロボットコ
ンテスト

JSME部門連係セッション

1

カーロボティクスとITS

2016年11月（平成28年）

表２

分野別の論文件数分野

件数 割合［％］

油圧

11

13.4

空気圧

52

63.4

水圧

4

4.9

機能性流体

6

7.3

マイクロ流体

9

11.0

合計

82

100.0

田中

表３

⒜

豊：ROBOMECH2016におけるフルードパワー技術研究の動向

液圧分野のキーワードと論文件数

表４

305

空気圧分野のキーワードと論文件数

キーワード

件数

割合［％］

キーワード

件数

割合［％］

Hydraulic960.0

Pnuematic

32

65.3

Control5

33.3

Artificial muscle

18

36.7

Valve

3

20.0

Control

11

22.4

System

3

20.0

Soft

9

18.4

Water

2

13.3

McKibben

8

16.3

Flow

2

13.3

Assist, Assistive

8

16.3

Pressure

2

13.3

Hand

6

12.2

Volume

2

13.3

Valve

5

10.2

Disaster2

13.3

Maniluator, Manipulation

5

10.2

Bellows

2

13.3

Jump

5

10.2

Teleoperation

2

13.3

Surgical4

8.2

Excavator

2

13.3

Wearable

4

8.2

Tough

2

13.3

Gripper3

6.1

Rescue2

4.1

 圧式ロボットハン
油ドの指ユニット
図１⒝ 本の指を持つ油圧式ロ５
ボットハンド

油圧式高出力多指ロボットハンド

れ，制御に関連する論文が多いことがわかる．またストラジックセッションとして企画されたImPACT
タフ・ロボティクス・チャレンジのセッションの中に油圧ロボット関連の論文が６件確認された1）-6）．
油圧の高出力を活かした取り組みと言える．たとえば日下部らは，新たに開発した高出力油圧シリンダと油圧ベーンモータを用いて，図１⒜に示す構造の油圧式多関節の指５本で構成された図１⒝に示す大出力多指ロボットハンドの開発結果を報告している5）．
表４は空気圧関連の論文52件について，表３と同様な方法により整理した結果である．Artificial
muscleやMcKibben など空気圧人工筋に関連する単語 を 持 つ 論 文 が 多 く み ら れ る． ま たAssistやAssistiveなど動作支援に関する論文が多いのも特徴的である．さらにSoftやJump，Wearableなど空気圧の瞬発性や圧縮性，軽量性や親和性をロボットやメ カ ト ロ シ ス テ ム へ 利 用 し た 論 文 も 多 い． ま た
Controlの単語を用いた論文も油圧・水圧関連の分野と同様に多い．
中川らは，空気圧人工筋で駆動される図２に示す
小形四脚ロボットを開発し，時速9.5㎞の高速ト
ロット歩容を実現したことを報告している7）．また澤村らは３つの空気圧人工筋を図３のように配置して順番に駆動することにより回転運動を生成する機

図２

空気圧駆動による高速小形四脚ロボット

構を提案している8）．臼井らは空気圧を用いたソフ
トアクチュエータを試作し，人間装着用コルセットに適用してその性能を評価している9）．
空気圧を用いた装着システムの場合，空気圧源の取り扱いは重要である．奥井らは炭酸水素ナトリウ
ムとクエン酸の化学反応による携帯型空気圧源を提案 し， 基 本 特 性 実 験 に よ り 有 効 性 を 確 認 し て いる10）．また高橋らは空気圧人工筋を用いた装着型筋力補助装置の空気圧源として空圧ボンベを用いた簡易システムの開発結果を報告している11）．
宮川は図４に示す空気圧アクチュエータを用いた
手指の伸展支援装置の開発結果について報告している12）．また森田らは図５⒜に示す細径多繊維構造
マッキベン人工筋を図５⒝に示す筋骨格ヒューマノ

図３

空気圧人工筋を用いた無限回転アクチュエータの構成

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

45

306

フルードパワーシステム

13日まで福島のビッグパレットふくしまで開催される予定である．

図４

空気圧アクチュエータを用いた手指の伸展支援装置⒜ 細 径多繊維構造空
気圧人工筋
図５

⒝

 骨格ヒューマノイ
筋
ドロボット

細径マッキベン人工筋を用いた筋骨格ロボット

イドロボットに適用し，その歩行動作実験の結果について報告している13）．この筋骨格ヒューマノイド
ロボットはポスター講演会場に展示されていた．
機能性流体関連の論文では６件のすべてがMR流体を用いた事例である．いずれの論文もER流体の
可変粘性特性を利用しているが，その適用対象はAR用装着型力覚提示装置のブレーキに用いた事
例14），脳外科用手術シミュレータ用力覚提示装置に用いた事例15），歩行補助杖の支持補助機構に用いた
事例16），跳躍ロボットのブレーキ機構に用いた事
例17），空気圧人工筋の可変粘弾性機構に用いた事
例18），空気圧ピストンシリンダの粘弾性機構に用いた事例19）などさまざまである．
マイクロ流体関連の論文では，９件のうち７件が医療用あるいは薬剤用への応用を念頭においたマイクロ流路やマイクロバルブに関する事例20）-26） で，残りの２件はマイクロハンドのような把持機構への応用事例27），28）であった．

3．お わ り に本講演会ではフルードパワーの特長を活かした多くのロボットやメカトロニクスシステムへの応用事
例を見ることができた．特に最近，欧米で研究が盛んな空気圧や機能性流体を活用した「ソフト・ロボ
ティクス」に関する多くの研究成果が見られ，日本は確実にこの分野を牽引するポテンシャルを持っていることを実感した．
来 年 のROBOMECH2017は2017年 ５ 月10日 ～46

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

参考文献
１ ）松本他， ６ 軸油圧マニピュレータのモデリングと制御，No.16-2ロボティクス・メカトロニクス講演会2016講演
論文集（誌名は以下すべて同じ），1A1-09b7．
２ ）岡田他，多自由度油圧駆動ロボットのシリンダ圧に基づく手先負荷力推定，1A2-09b4．
３ ）大藤他，微粒子励振型流量制御弁による油流量制御，
1P1-09a1．
４ ）坂間他，油圧ロボットのための油中気泡の分離除去装置とその効果，1P1-09b2．
５ ）日下部他，小型高出力油圧アクチュエータの開発と多指タフロボットハンドへの応用，1P1-09b6．
６ ）浮田他，作動流体の粘性による微粒子励振制御弁の駆動特性への影響，1P1-09b7．
７ ）中川他，空気圧人工筋駆動小型四脚ロボットの高速走行，
1A2-07b2．
８ ）澤村他，空気圧人工筋を用いた無限回転アクチュエー
タの開発，2A2-04b4．
９ ）臼井他，常時着用によって生じる筋衰退の予防を目的とした空気圧コルセットの提案，1P1-01b6．
10）奥井他，炭酸水素ナトリウムとクエン酸の化学反応を用いた携帯型空圧源の提案，2A1-03b6．
11）高橋他，外部からの空気供給を必要としない腰補助用
マッスルスーツの開発，1P1-14a5．
12）宮川，湾曲型空圧アクチュエータを用いた手指伸展支
援装置の開発，2A2-02a7．
13）森田他，細径マッキベン人工筋を用いた筋骨格ロボッ
トの歩行動作実現，2P2-12a3．
14）鈴木 他，MRブレーキと人工筋肉を用いた装着型 １ 自由度力覚提示装置の開発とAR空間への適用，1A1-20a3．
15）辻田他，MR流体を用いた脳外科手術シミュレータ用遭
遇型力覚提示装置の開発，1A1-20b6．
16）秋山他，MR流体を用いた高齢者用歩行補助杖の改良とバランス制御，1P1-01b3．
17）長山他，空気圧人工筋肉とMRブレーキを用いた跳躍ロ
ボットによる着地を考慮した垂直跳躍実験，2A2-12a6．
18）奥井他，空気圧人工筋肉と磁気粘性流体を用いた可変粘弾性特性とクラッチを有する外骨格アシストスーツの開発，2A2-13b1．
19）亀崎他，磁気粘性流体ダンパのためのトロイダル型ピ
ストンヘッドの開発，2P1-13b2．
20）Di Chang, et. al., On-Chip Force Sensor for
Mechanical Properties Measurement of Synechocystis
sp. PCC 6803, 2A2-18b7．
21）神永他，がん細胞特異的結合ペプチドスクリーニングのためのマイクロ流体デバイス，2A2-18b6．
22）信國他，微小流体デバイスと半導体イオンセンサによる高精度pH測定法の開発，2A2-18b5．
23）下垣外他，次世代医療に向けた弁付ハイブリッドフラ
クタルステントの研究，2A2-18b4．
24）谷口他，シリコンチューブの壁面振動を利用した高粘度流体用連続流式撹拌装置の基礎的検討，2A2-18b3．
25）石田他，受動バルブを用いたスラグ液滴の自動格納マ
イクロ流体デバイス，2A2-18b2．
26）石田他，多量のシアノバクテリアの一括分裂抑制マイ
クロ流体デバイス，2A2-18b1．
27）嵯峨他，ECFマイクロ液圧源を内蔵した偏心チューブ
形マイクロハンドに関する研究，2P1-04b1．
28）西村他，マイクログリッパ内蔵流体指による把持評価，
2P1-03b7．


2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年 ８ 月16日）

江間

教

敏：入門講座「エネルギー工学」第二回：火力発電と再生可能エネルギー307

室

入門講座「エネルギー工学」
第二回：火力発電と再生可能エネルギー

著

者

紹

介
え

ま

江 間

さとし

敏

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

図２

エネルギー変換のブロック図

エネルギーの変換には水蒸気が媒体として用いられる．図２は，このエネルギー変換のブロック図で，ボイラで熱エネルギーを与えられて発生した蒸気は，
1．は じ め に
ボイラ内の過熱器で過熱されて内部エネルギーを増し，高圧高温になってタービンに送られ，タービン
燃料の熱エネルギーを利用して発電する方式を火中で膨張して羽根車を回し，機械的な仕事をする．
力発電といい，そのうちガソリン機関等の内燃機関
その結果，低圧低温になった蒸気は，復水器に送らを用いるのが内燃力発電であり，蒸気タービンを用いるのが汽力発電である．これは外燃機関でもある． れ，凝縮して水となる．この復水は，給水ポンプで，再びボイラに圧入されて蒸発し，この過程を繰り返
一般に火力発電といえば汽力発電をさす．この講座
では汽力発電に関する基本的事柄について述べる． す（熱サイクル）．
2.2 ランキンサイクル
後半は再生可能エネルギーの中でも火力発電に関係
ランキンサイクルは，蒸気サイクル中最も重要なする地熱発電，廃棄物発電（ごみ発電）について，
サイクルで，1854年にランキン（英）によって考さらに余熱（排熱）を利用したコージェネレーショ
案されたものである．図３は，このサイクルのTンについても説明する．
（絶対温度）－S（エントロピー）線図である．図２
2．火 力 発 電のエネルギー変換図と対応している．
2.1 火力発電のしくみと熱サイクル
図１に火力発電所の構成例を示す．図には出ていないが，高煙突の手前には排煙装置（NOX，SOX），
電気集じん装置等の設備がある．汽力発電所では，燃料の燃焼によって生じる熱エネルギーを機械エネ
ルギーに変換し，これで発電機を回転するが，この

図３

図１

火力発電のしくみ（LNGの場合）

ランキンサイクル（T－S線図）

2.3 火力発電の熱効率とその重要性
熱サイクルにおいて，水および蒸気に与えられた
熱エネルギーのうち，どれだけ蒸気タービンの羽根車に与えられる機械エネルギーに変えられるかの割
フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

47

308

フルードパワーシステム

合は，熱のサイクル効率（熱効率）と呼ばれる．これは，発電経済上きわめて重要な問題であるが，蒸気が吸収したエネルギーのうち，かなりの部分が復水器で失われるため，サイクル効率は大きな値になり得ない．復水器の冷却水が持ち去る熱損失で，ほぼ全熱損失の50％近くを占める．さらに総合熱効率はボイラ効率をηB，熱のサイクル効率をηC，ター
ビン効率をηT，発電機効率をηGとすると，発電所の総合熱効率ηPは，次式のようになる．
ηP＝ηBηCηTηG ��������������⑴
最新の大容量発電所では40％を越える値にもな
り，旧式の発電所では20％台程度に止まり，発電
経済上から，発電所熱効率の高い設備の建設および運用には大きな努力が払われている（図４）．
熱効率で言えば，蒸気機関が約10 ～ 20％，ガソ
リン機関約20 ～ 30％，太陽光（ソーラー）が10％台であるので，火力40％は比較的高いほうであり，日本の電力の６割，東日本大震災以降は９割を担う火力の役割は大きい．平成４年頃の中部電力のデータによると，管内の全火力発電所の熱効率が１％アップすれば53万世帯，名古屋市の全世帯の60％に１年間送る電気量が賄えるとのこと．熱効率向
上策には蒸気圧を上げた（超々臨界圧）ボイラー開発，長翼タービン採用等いろいろとあるが，中でもコンバインドサイクル発電は重要である．

（注）低位発熱量は総合エネルギー統計の解説（2010年度
改定版）の換算係数を用いて、高位発熱量より推定
図４

火力発電設備の熱効率の推移

2.4 コンバインドサイクル発電（CC発電）
コンバインドサイクル（複合サイクル）発電は，ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電方式である（図５）．圧縮した空気の中で燃料を燃やして，燃焼ガス（1,300℃級）を発生させ，その膨張力を利用して発電機を回すガスタービン発電と，その排ガス（500℃程度）の余熱を回収して蒸気タービンを回す汽力発電を組み合わせ，最新鋭の従来型火力の40％台を上回る高い熱効率を得ることができる．CC発電をさらに発展させ，燃焼ガス温度を高めることで50％を越える熱効率を目指した
改良型が研究，開発されている48

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

図５

コンバインドサイクル発電

3．火力発電と再生可能エネルギー
平成24年に再生可能エネルギー固定価格買取制
度が施行された．この法律によると再生可能エネル
ギーは太陽光，風力，小水力，地熱，バイオマス発電である．３章では火力発電と関係する地熱，様々なバイオマスエネルギーの内，関係する廃棄物発電について述べる．
3.1 地熱発電
地殻内部のマグマで熱せられた蒸気で，発電機に直結したタ－ビンをまわして発電する．自然エネル
ギ－を利用した発電方式の中でも，地熱発電はアメ
リカ，イタリア，ニュ－ジ－ランドをはじめ世界各国で活発に行われている．現在，日本では九州地方（八丁原他）を中心に10 ヶ所ほどの地熱発電所が稼動しているが，適した土地の多くが国立，国定公園の近隣に存在するため，開発にも限りがある．日本
は世界第五位で，544MWの設備容量をもつ．
地熱発電は，井戸から取り出す蒸気を利用する天然蒸気利用発電所と，熱水を利用する熱水利用発電所との２種類に大別することができる．いずれの方式も普通の汽力発電と原理は同じであるが，熱効率の点では相当に劣る．その主因は，利用する蒸気の圧力および温度がきわめて低いことである．また，蒸気中にはきわめて多くのガスおよび不純物を含む
ため，不純物によって機器類を腐食する恐れがあり，また不凝縮性のガスの排除に多くの動力を消費する不利がある．図６は熱水分離蒸気利用復水式で，熱水を分離して地下に戻す方式である．

図６

天然蒸気利用発電所（熱水分離式）の構成例

3.2 ごみ発電（廃棄物発電）
近年，さらに高カロリ－化しつつある一般廃棄物
および可燃性産業廃棄物などを燃料とした燃焼炉に

2016年11月（平成28年）

江間

敏：入門講座「エネルギー工学」第二回：火力発電と再生可能エネルギー

よって，安定的に高温高圧蒸気を発生させる廃棄物
発電システム（ごみ発電）の開発が進められている．
廃棄物を燃やす際の高温の熱は，通常は空気中に無駄に放出されるが，廃棄物発電ではこの熱を有効利用して発電する．ゴミ固形燃料（RDF）の普及を目指す動きもある．これはゴミの焼却時に発生する毒性のあるダイオキシン低減対策の一つとして注目されている．また最近ではゴミ発電の効率を高めるた
めに，ガスタービンと組み合わせた（スーパーゴミ
発電）もある．環境省によると，全国の自治体のごみ焼却施設での発電能力規模は2009年度末時点で，167万3000kWと原発２基分に匹敵するが，不燃ごみが混じると燃えにくくなり，発電効率が落ちること等により実際の発電量はその半分程度である．

4．火力発電とコージェネレーション（熱併給発電）

309

いた周波数変換所が３か所程あるが，十分な電力融通はできない．さて鍵を握る周波数はどのように決まるのだろうか？
磁石Ｎ，Ｓを，軸のまわりに一定速度で回転させると，フレミングの右手の法則より，導体のコイルに一定周波数の交流電圧が誘導される．これが交流発電機の原理である（図７）．これには電機子が回転する形の回転電機子形と界磁が回転する回転界磁形の２種類があるが，絶縁，容量等から回転界磁形が一般的である．界磁の磁極数を2P（Ｎ極Ｓ極一対で２極），回転子の回転速度をｎ［1/S］とすると，交流電圧の周波数ｆ［Hz］は
ｆ＝Ｐ×ｎ［Hz］となる．…………………………⑵蒸気タ－ビンと直結している火力・原子力発電の
タ－ビン発電機は，50Hz地区の場合，毎分3,000
か1,500回転である．一方水力発電の水車は300回転ぐらいである．磁極数変えること，定格回転数の変更が容易にできればよいが，あの巨大な発電機となると容易ではなく，今日に至っている．外部から技術が導入されて立ち上がるときに，規格化，標準化がいかに重要であるかを示すよい例でもある．

火力発電所では，一般的に発電過程でできた余熱は捨てているため，前述の通り電力として利用されるエネルギーは40％ぐらいである．これに対して，
この余熱エネルギーも暖房や給湯などに当てて，エネルギー利用率を高めるのがコージェネレーション（熱併給発電）システムである．
「Co」とは「共に」，「Generation」とは「発生する」という意味で，一つの燃料から電気と熱という二つの異なったエネル
ギーを同時に発生させ，利用する．コージェネとも略称される．具体的には，エンジン，ガスタービンなど用いて発電して電気エネルギーを得ると同時に，（a） 発電機の原理
発生する排熱を回収して熱エネルギーとして，冷暖
房や給湯などに利用する．平成15年に誕生した東京六本木ヒルズでは，11棟のビルが林立するが，自家発電と排熱を利用した冷暖房システムを取り入れている．
コラム 日本の周波数と交流発電機の構造
新潟県糸魚川市から静岡県富士川を結ぶ付近を境に東日本は50Hz，西日本は60Hzと周波数が異なり，（c） 三相起電力の波形（b） 三 相 交 流 発
日本の電力供給網は事実上分断されている．このた電機の原理
め平成23年３月の東日本大震災時には，電力不足
図７ 交流発電機の原理（三相交流同期発電機）の首都圏に，西日本の電力は，ほんの少ししか送ることができなかった．一つの国に二つの周波数が併
参考文献存するのは珍しい．周波数の違いは，明治時代に東１ ）江間敏，甲斐隆章：電力工学，コロナ社， ２ 章・ ５ 章
京電力の前身である東京電灯がドイツ製の50Hzの（2003年）図 ２ ～図 ７ （除く図 ４ ）は上記文献
発電機を，大阪電灯は米国製の60Hzの発電機をそ２ ）日本原子力文化財団：原子力・エネルギー図面集2016
れぞれ導入したのが発端である．終戦後，周波数統
図 ４ は上記文献
一の議論が起きたが，戦後復興に向けた電力供給が（原稿受付：2016年 ７ 月26日）
急務で，具体化しなかった．現在，東西間で電力を融通するための，パワーエレクトロニクス技術を用

フルードパワーシステム

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フルードパワーシステム

トピックス

補助人工心臓開発と大学発ベンチャー

著

者

紹

介
しん

し

進 士

ただ

忠

ひこ

彦

東京工業大学科学技術創成研究院〒226-8503 神奈川県横浜市緑区長津田町4259
E-mail : shinshi.t.ab@m.titech.ac.jp

1992年東京工業大学大学院総合理工学研究科
修士課程修了．日立製作所，東京工業大学精密工学研究所助手，助教授／准教授を経て，2010
年同大学精密工学研究所教授，現在に至る．電磁力応用デバイスの研究に従事．精密工学会，
日本機械学会などの会員．博士（工学）．

図１

試作した体内植え込み目指す磁気浮上補助人工心臓

1．は じ め に
筆者は，2011年８月，東京工業大学と東京医科歯科大学が共同開発した体外設置磁気浮上補助人工心臓を臨床応用するため，３人の発起人の一人として，補助人工心臓の研究開発会社「メドテックハー
ト株式会社」を起業した．政府や大学が勧める研究
成果の実用化や大学発ベンチャーの起業施策の後押しもあるが，原理検証機止まり，論文止まりの大学での研究開発を，更に先に進めてみたいとの単純だが強い思いがあったことが，起業に参加した大きな

図２

体内植え込みと体外設置補助人工心臓

で，耐久性の高い，連続流補助人工心臓の開発がすでに複数の大学，公的研究機関，ベンチャー企業等
により進められていた．筆者らも，前述の高谷教授（当時）との共同研究において，遠心ポンプ型補助人工心臓に使用可能な小形の磁気軸受モータおよび
血 液 ポ ン プ の 試 作 を 進 め，2006年 頃 に は， 溶 血理由である．
本文執筆中の現在，ベンチャーはいまだ目標である臨床試験には到達していないが，開発を加速するため，他企業からの投資を受け，欧州に設けたオ（赤血球の破壊）は既存の使い捨て遠心血液ポンプと比べ約半分，容積は当時テルモの開発していた磁フィスを起点に，発起人の高谷節雄社長（元 東京
医科歯科大学 生体材料工学研究所・教授）が，引ていた．

き続き臨床試験の前段階であるISO13485の取得を目指し活動している1）2）．筆者は，大学の兼業規則等の理由により会社の経営から現在は退いたが，これまでの起業に至った経緯ならびに現況について簡単に述べる．

気浮上遠心補助人工心臓の３分２となる原理検証機（後に３分１まで小型化）3）を，図１のように完成ししかしながら，すでに，多くの体内植え込み用の連続流補助人工心臓が，臨床試験に導入されている状況や，実用化の難易度を鑑み，研究の軸足を比較的研究開発が手薄な，高性能・高耐久な体外設置補助人工心臓に切り替えた．図２に，参考までに体内植え込みと体外設置の補助人工心臓の違いを示す．

2.1 研究背景
心臓移植の分野では，絶対的なドナー不足から，体内植え込みは，数年を越える耐久性と生活の質（QOL）の点で，体外設置は緊急時の装着しやすさ
や中短期でみたコストの点で優れている．また，人工肺と組み合わせ使用することが出来ることも体外

体内植え込み補助人工心臓への期待が高く，筆者らが研究を本格的に始めた2003年頃，小型化が可能

設置型の利点である．
当時，スイス企業が開発した磁気浮上式の一機種

2．磁気浮上補助人工心臓

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進士忠彦：補助人工心臓開発と大学発ベンチャー

図３

311

マイクロ磁気軸受の研究
図５

 京医科歯科大学での補助人工心臓を用いた子牛に東よる補助循環試験の様子

その一方で，幸運なことに，当時全く別の目的で研究開発していた図３のようなマイクロ磁気軸受技
術が連続流補助人工心臓に驚くほど有効に活用できることが分かった．また，朝間淳一君（現 静岡大学・准教授），土方 亘君（現東京工業大学・准教

図４

使い捨て体外設置磁気浮上補助人工心臓

を除き，体外設置の使い捨て連続流補助人工心臓のほとんどは，ピボット軸受や玉軸受などの接触式軸受を用いてインペラを支えており，耐久性が１日以下と短く，血液ダメージも小さくなかった．しかし，それでは体内植え込み補助人工心臓につなぐ
Bridge-to-Bridgeや，最適治療の決断につなげるた
めに時間を稼ぐBridge-to-Decisionの治療には不十分である．そこで，１ヶ月間以上インペラとその軸受を含んだポンプヘッド部を交換することなく使用でき，今まで以上に血液ダメージの少ない体外設置
補助人工心臓が強く必要とされていた．
2.2 シーズ技術
筆者らは，人工心臓の研究開始当初，人工心臓ど
ころか医療にまったく関係のない，産業用精密機械
用の軸受を研究対象としており，ナノメートルオー
ダの回転精度や，数ミリメートルオーダの小型化が可能な磁気軸受の実現を目指していた．但し，技術を精密機械関連の企業に売り込んでも，なかなか応用先が見えないところがあった．
当時，上司の下河辺明教授（元東京工業大学 理事・副学長）から，東京医科歯科大学では補助人工
心臓の耐久性や循環時の血液ダメージ低減を目指す
ため，非接触軸受である磁気軸受のニーズがあるとの話を頂き，医科歯科大との共同研究がスタートした．そのころの筆者は，人工心臓の主流が拍動型から連続流型に移行していることや，ポンプ性能として，どのような流量・圧力が必要とされているかさえも知らなかった．

授），パイ チナン君（現サンパウロ大・助教）などをはじめとした優秀な学生が，精力的に研究室で人工心臓の研究を担当してくれたおかげで，磁気軸受を用いた補助人工心臓として，ポンプサイズ，流体性能，消費電力，溶血性能とも優れたもの（一例，
体外設置磁気浮上補助人工心臓例 図４）を，研究開始５年以内に実現することができた．

3．起業のきっかけとその後
3.1

 創的シーズ展開事業（大学発ベンチャー創
独出推進）
研究開始から数年が過ぎ，優秀な学生たちの活躍
により人工臓器の学術誌に論文を何編か発表することはできた．しかしながら，発表内容は提案した磁気軸受の新規性を軸とし，ポンプの基本性能とinvitroの動物血による溶血試験までで，人工心臓の最大の難関である血栓（血液の凝固）評価には手つかずであった．このため，我々の開発する補助人工心臓の研究の方向が，血栓の問題解消に，有効なのか，動物試験により確認する必要性に迫られていた．
当時，共同研究先の東京医科歯科大学では，人工心臓の評価に必要な大型動物実験用の手術室と集中治療室を有していた．しかしながら，この動物試験
は大型動物（子牛）一頭に対して最大数か月に渡る
昼夜連続の管理を同時並行で２～３頭に実施し，累計数十頭に上るものである．それぞれに通常の患者と同様な手術，術後管理が不可欠で，実施することは容易ではなかった．国内外の企業への共同研究提案や，公的な競争的研究資金への応募などの活動により，2008年度の半ばより，ようやく高谷教授を研究代表者として，科学技術振興機構から大学発ベンチャー創出推進事業の枠組みで研究資金を頂き，フルードパワーシステム

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図５に示すように動物実験を開始することができた． 科学技術振興機構の支援により，関連する技術の特開発中の磁気浮上補助人工心臓を用いた循環補助許化も進めた．現在は，欧州での臨床に向け，品質や人工肺と組み合わせた人工心肺試験にあたっては， マネージメントシステムの構築と認証取得に向けて
東京医科歯科大学の研究者，医師を中心とし，東工
活動している．
大の大学院生も常時複数名，手術，術後管理に参加した．また，医科歯科大側の担当者の要望を聞きな
がら，動物試験における補助人工心臓の耐久性や信頼性を向上する作業を行った．
動物実験当初は，初歩的な電源喪失事故に始まり，
環境ノイズ等による磁気浮上の不安定化，動物の運動に伴うポンプの破損，部品の加工・組立誤差などに起因する溶血・血栓，樹脂と金属界面の剥離によるポンプの錆などが発生した．手術直前に執刀医が待機し，麻酔医が実験動物に麻酔をかけているにもかかわらず，補助人工心臓が動作せず，装置試作担
当の東工大の学生が青くなったことも一度ではなかったと思う．
原因が明確な問題以外にも，補助人工心臓を動物に装着後，連続運転中には，機械，電気，ソフト，材料，手術，術後管理，動物個体の違いなどが複雑に関わることで様々な問題が発生し，何ヶ月も解決の糸口が見えない事態にも，何度も直面した．しかし，チーム全体が２～３年と経験を積むことで，徐々に問題が解消され，最終的には，60日間連続のポンプヘッド交換なしの補助循環4）と，３週間のポンプヘッドおよび人工肺を交換しない心肺補助5）を実現した．
3.2 起 業 後
2011年高谷教授の大学定年退職の直前に，共同経営者としてベンチャーを起業することとなった．
十分な開発スペースがない状態からのスタートだった．会社役員の手弁当や，開発品の将来性に興味を頂いたいくつかの企業のご支援を得ることで，開発を続けることができ，2013年の中頃より，NEDO
イノベーション実用化ベンチャー支援助成事業の支援を２年間に渡り頂くことにより，開発用オフィス
を正式に構え，製品開発を本格的に始動した．
具体的には，使い捨てインペラやポンプハウジン
グの開発と，磁気浮上制御器を含んだコンソールの開発である．言うは易しであるが，インペラやハウ
ジングを高精度に製作し，かつ適正なコストを実現することや，コンソールを医療従事者にも使いやす
く且つコンパクト化することは，最も開発で苦戦している部分である．図６に現在の開発機の写真を示す．
また，東京工業大学，東京医科歯科大学，および

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フルードパワーシステム

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第６号

4．ま

と

め

フルードパワーと起業とのお話を頂き，筆者が関わった補助人工心臓の研究開発を目指す大学ベン
チャーの途中経過を，簡単に述べさせて頂いた.装置の故障が生命に直結し，臨床応用のため膨大な試験と資金が必要である医療機器の開発は，日本の並み居る巨大企業すら尻込みする開発テーマである．
日銭を稼ぐ手段すらない大学発ベンチャーが，そのような製品に挑戦することは，無謀と言われても不思議ではない．実際，技術の問題だけではなく，材料・部品入手の障害，お金，人材の問題など，大学の教員ではなかなかできない経験をした．補助人工心臓開発はまだまだ道半ばで，臨床まで越えなくてはならない山は多いが，無謀な挑戦が無謀で終わらず，どんな形であれ大きく花開いてくれることを信じて止まない．

図６

臨床用体外設置磁気浮上補助人工心臓

参考文献
１ ）http://medtechheart.com/
２ ）http://www.japantimes.co.jp/news/2016/03/22/
business/corporate-business/sony-backed-m3-targetinginvestments-health-care-startups/#.V8QPdI9OKUk
３ ）進士忠彦：磁気浮上式補助人工心臓の小型化技術，日本機械学会誌，Vol. 112, No. 1088, pp. 572-575（2009）
４ ）Eiki NAGAOKA,et al.： MedTech Mag-Lev, Singleuse, Extracorporeal Magnetically Levitated Centrifugal
Blood Pump for Mid-term Circulatory Support, ASAIO
Journal, Vol. 59, 3, p. 246-252（2013）
５ ）Tatsuki Fujiwara, et al.：New Generation
Extracorporeal Membrane Oxygenation With MedTech
Mag-Lev, a Single-Use, Magnetically Levitated,
Centrifugal Blood Pump, Artificial Organs, Vol. 37, No.
5, pp. 447-456（2013）

2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年 ８ 月30日）

鈴森康一：東京工業大学

工学院

鈴森・遠藤研究室

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研究室紹介

東京工業大学

著

者

紹

工学院

鈴森・遠藤研究室

遠藤先生は本研究室の前身である広瀬茂男先生の研

介
すず

もり

鈴 森

こう

康

いち

一

東京工業大学工学院〒152-8550 東京都目黒区大岡山２－12－１－Ⅰ１－60
1990年 横 浜 国 立 大 学 大 学 院 博 士 課 程 修 了．
1984年-2001年 株 式 会 社 東 芝，1999年-2001年
財団法人マイクロマシンセンター，2001年-2014
年 岡山大学教授，2014年より東京工業大学教授．
アクチュエータ，ロボットの研究に従事．日本
フルードパワーシステム学会，日本ロボット学会等の会員．工学博士．

1．は じ め に
東京工業大学は本年2016年４月に，開学以来最大とも言われる大きな組織および教育システムの改革を実施した．2030年までに世界トップ10の研究大学入りを目指した改革ということだが，その目玉の一つは，学部と大学院を統一した「学院」なる組織を創設し学士課程，修士課程，博士後期課程のシームレスな教育体系を導入した点である．これに伴い，そもそも「大学院」という組織が無くなったので，私たちの研究室はそれまでの「大学院理工学究室に長くいた経歴があるのだが．
現在は，鈴森が油空圧アクチュエータとそのロボット応用を，遠藤先生が移動ロボットや原子力プ
ラント点検ロボットなどのフィールドロボットを，
難波江先生が各種新アクチュエータとその応用の研究を主に進めている．工学院のホームページに掲げている研究室のキャッチフレーズは，「ロボットを創る・アクチュエータを創る」である（図２）．既成のアクチュエータやセンサなどの機能部品を使うだけではなく，機能部品自身から創りだそう，革新的な機能部品が革新的なロボットを生み出す，というのが筆者のロボティクス研究に対する姿勢である2）．このような観点から見ると，どちらかというと「要素」寄りの教員と，どちらかというと「システム」寄りの教員が一つの研究室にいることは相互に刺激しあえ，とても良い環境であると感じている．
学生は，2016年10月現在，博士後期課程７名，修士課程２年３名，修士課程１年３名，学部４年生
４名，交換留学生１名である．新カリキュラムの学

研究科機械宇宙システム専攻」から単に「工学院」の所属となり，教育に関して機械系機械コースを担当することになった．正直に言うと，新しいシステ
ムに戸惑いを感じることも多い毎日だが，今日の大学を取り巻く社会情勢を考えると新しい可能性に富んだ体制なのかもしれない．
このようなフラットな組織になり，正式には従来の「研究分野」という組織は無くなってしまった．
ただそれでは日々の生活が成り立たないので，通常「鈴森・遠藤研究室」あるいは「ロボティクス研究分野」という呼び名で通っている．要するにロボッ
トを専門分野とする研究室である1）．

図１

研究室のメンバー（の一部）

研究室には，筆者（鈴森）と，遠藤玄准教授，難波江裕之助教の３名の教員が所属し，協力して研究室の運営，研究，教育にあたっている．私は2014
年４月に着任，遠藤先生と難波江先生は2015年４月に着任した非常に新しい研究室である．もっとも

図２ 東京工業大学 工学院のHPにおける本研究室のバーナー

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フルードパワーシステム

生が研究室に配属される３年後には，学部とか大学院とかいう組織に属さない学生が入ってくることになるので，その時はいったい何て呼ぶのだろう？
戸惑いと新しさへのちょっとしたワクワク感が混
ざった毎日を過ごしている．
そのほか，５名の研究員，４名の技術員，１名の事務員が研究室の運営，研究を支えてくれている．
研究員と技術員は主に産学連携研究や学外との共同
プロジェクトの研究業務に従事している．

2．研 究 紹 介
このように，本研究室では各種機能デバイス開発からロボットシステム構築，フィールド応用まで幅
広く研究を進めているが，本稿では，そのうち主に筆者が担当しているフルードパワーに関連した研究を取り上げて紹介する．
2.1 細径人工筋の応用
岡山県倉敷市は各種繊維産業が集積した繊維の町である．筆者が岡山大学に在職中に地元の製紐会社と協力して外径が数㎜の細径のマッキベン型人工筋の量産化に成功した．マッキベン型人工筋はゴム
チューブ外周に繊維を編み込んだ構造を持ち，空気を加えることで25%程度収縮する空圧アクチュエー
タである．柔軟，軽量，大きな発生力といった特徴を持つ．1960年頃の米国の発明で，これまで数㎝の太さの人工筋がパワースーツやロボットに利用されている．
筆者らはこれを細径，量産化した．そうするとこれを編んだり束ねたりすることで，しなやかで形状適応性に優れた各種駆動メカニズムが実現できる．
筆者らはこれを細径，量産化した3）．以下，細径人工筋により実現が期待される３種の新しいロボットを紹介する．

図４

 体サポートウェア（左：腰と上肢のパワーサポー
身トスーツ，右上：前腕の動作サポート，右下：前腕圧迫具）

トエグゾスケルトン型パワースーツや身体のサポー
ト装具の実現を目指して研究を進めている．
2.1.2 筋骨格ロボット「ロボットダンス」に象徴されるように，現在のロボットの動きはギクシャクして実際の人間の動きとはずいぶん異なる．原因の一つは駆動機構の違いにある．ロボットと人間の身体は，自由度，冗長度，使われる対偶の種類の点でずいぶん異なる．たとえば，普通のロボットの脚は１脚あたり３～７個程度のモータで駆動されるが，実際の人間の１脚は約50個の独立した筋肉で駆動される．人間と同じような筋骨格駆動機構を構成すれば，人間と同じような運動特性を持ったロボット機構が実現できるのではないか．こう考えて進めている研究である．従来のモータでは１脚に50個もモータを集積することは困難だったが，細径人工筋を使えば人間の筋骨格機構とほぼ同じメカニズムが作れる．担当する学生が解剖学書を読み込み，また整形外科医にも実際に見てもらい，試作した筋骨格ロボットを図５に示す．
実際動かすと，人間っぽい，なんとも艶めかしい動きをする．Youtubeでは投稿直後２週間で約30万の再生回数に達し，よい評価が得られている4）．

図３

細径人工筋（外径1.8㎜のもの）

2.1.1 身体サポートウェア
細径人工筋を布状，あるいはセータ状に編むことにより，柔らかい「サポートウェア」ができる．外骨格型のパワースーツほどには大きな力のサポートは行えないが，身体にフィットし着心地の良いソフ

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図５

筋骨格ロボット

鈴森康一：東京工業大学

2.1.3 ジャコメッティロボット
従来のロボットはひたすら高機能/高性能化を目指した．その結果，優れた機能のロボットが出来上がったが，大きな重量になり現場投入の際に安全面や搬入の面において大きな課題が生まれることもしばしばあった．
スイスの彫刻家ジャコメッティの作品のような，贅肉をそぎ取った本質機能のみのロボット設計はそうした問題を解決する一つの考え方ではないか．そう思い，ジャコメッティロボットと命名し，簡単，
超軽量，長尺を特徴とするロボットの研究を進めている．
図６に試作例を２つ示す．位置決め精度や速度や可搬能力には劣るが，極めて軽量で，これなら落下しても，階段から転げ落ちても被害はほとんどでないだろう．軽量で力の大きい細径人工筋だからこそできるロボットである．

 ャコメッティロボットの例（上：７mの片持ち型
ジロボット（７関節），下：６脚歩行ロボット）

2.2 気液化学反応を利用した空圧アクチュエータ
空圧アクチュエータの最大の弱点は，コンプレッ
サと送気チューブの存在である．筆者は空圧アクチュエータ内部に高分子燃料電池を組み込み，電流

鈴森・遠藤研究室

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チャレンジ」（2014-2019年，田所諭PM）の中で筆者は，従来のロボットに比べて発生力が格段に大きく，外界からの衝撃や振動に強い「タフなロボット」の実現を目指し，油圧コンポーネントの研究開発を進めている．重機械や建設機械用に開発された
既存の油圧コンポーネントは必ずしもロボット用には向いていない．ロボットは，１）大きな動作軸数を持ち，２）アクチュエータ自体が可動部に搭載され，３）ときには繊細な力制御作業も要求され，
４）ポンプを内蔵した自立型であることが要求される．このため，小型高圧化，多自由度対応，軽量化，
高エネルギ効率，をポイントに，アクチュエータおよびその関連技術の研究を進めている．
複数の企業や，東工大以外の大学とも協力した産学連携体制をとっている．また，開発した油圧コン
ポーネントは，同プロジェクト内で開発されている
建設ロボット（大阪大学吉灘研と建機メーカー）や，
脚ロボット（早稲田大学高西・橋本研）に適用する．
いくつか研究開発例を示そう．
図７は，油空圧メーカーと協力して開発した軽量
低摺動シリンダで，内径30㎜，低摺動を特徴とする．
マグネシウム合金や低摺動パッキン等，新しい試みを採用している．図のシリンダは21MPa仕様であるが，プロジェクトでは35MPaを標準に開発して
いる．

図７
図６

工学院

軽量・低摺動シリンダ（油空圧メーカーと共同開発）

図８は，タイヤメーカーと共同で開発中の油圧
マッキベン型人工筋である．力学的特性に優れた耐油ゴムを新たに開発し，最大収縮率30%，最大収縮力約500kgf（５MPa加圧時，人工筋外径15㎜）である．無摺動，コンプライアンス，軽量，耐衝撃/
振動といった，従来の油圧アクチュエータとは異なによって水合成/水分解反応を制御し，発生する気体で空圧アクチュエータを動かす研究をしている．
紙面の制約で詳述できないが，ぜひ研究室で公開しているビデオを見ていただきたい4）．
2.3 タフロボット用油圧コンポーネント
IMPACTプログラムの一つ「タフ・ロボティクス・

図８ 油圧マッキベン型人工筋（タイヤメーカーと共同開発）

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る大きな特徴を持つ．
図９は開発したシリンダ10本とベーンモータ２台で構成される５指ハンドである．合計12自由度，駆動 圧35MPaで， 指 先 先 端 で は １ 指 あ た り 最 大
700kgfの力が出せる．一方，コンプライアンス制御を行うと，手で押すと簡単にバックドライブする繊細な動作も可能である．大阪大学吉灘研と建機メーカーが開発している建設ロボットに搭載する多機能バケット（ハンド）の実現を目指した研究である．

圧アクチュエータに限らず，さまざまな新アクチュ
エータの研究に取り組んできた．３年半前に現在の新しい職場環境で活動する転機をいただき，新しい研究仲間にも恵まれ，ロボット用の新しい油空圧アクチュエータに注力していこうと考えた．
昨今ややもすると，目新しい技術や欧米でホットになっている研究トピックスに振り回されすぎる傾向はないだろうか? 油空圧技術は，たとえば最近のAIに比べると “派手さ” や “社会へのインパクトの大きさ” には少々かけるかもしれない．しかし，このような基盤技術にこそ，新しい実用的なロボティ
クス展開を引き起こす可能性があると考えている．
冒頭に述べたように，本研究室ではフルードパ
ワー以外にも，さまざまなロボットやアクチュエー
タの研究開発を進めている．研究成果はぜひ社会で広く活用していただきたいと願っている．ご興味があればコンタクトしていただきたい．

図９

参考文献
１ ）鈴 森・ 遠 藤 研 究 室 ホ ー ム ペ ー ジ：http://www-robot.
mes.titech.ac.jp/home.html
２ ）鈴森，次世代アクチュエータが切り拓く新しいロボティ
クス，日本ロボット学会誌 Vol.33 No.9，(2015年12月)．
３ ）http://www.s-muscle.com/
４ ）鈴森・遠藤研動画サイト：https://www.youtube.com/
channel/UCOz02yvsxufQPe1vWmlANAA

12自由度５指パワーハンド

3．お わ り に

（原稿受付：2016年 ９ 月26日）

筆者はこれまで，ロボット用に限らず，また油空

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金

俊完：平成28年春季フルードパワーシステム講演会報告

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企画行事

平成28年春季フルードパワーシステム講演会報告

著

者

紹

介
きむ

金

じゅうん わん俊完

東京工業大学大学院〒226-8503 神奈川県横浜市緑区長津田町4259-J3-12
E-mail : kim.j.aa@m.titech.ac.jp
2005年東京大学大学院工学系研究科精密機械工学専攻博士後期課程修了．2005年から東京工業大学精密工学研究所助手（助教），2013年から
同 大 学 准 教 授， 現 在 に 至 る． 機 能 性 流 体，
MEMS，マイクロマシン，超精密機械加工，メ
カトロニクスなどの研究に従事．博士（工学）．

ザになり，「フルードパワーシステムでは，圧力変化に伴いさまざまな非線形な流体現象が発生する．
さまざまな流体現象の調査・研究やその結果を用いたより進化したフルードパワーシステム技術について情報交換を行う．フルードパワーの流体現象に関する講演を基礎から応用に至るまで広く募集する．」という趣旨の研究が募集された．これに賛同する７件の発表と活発な質疑・応答が行われた（写真１）．

1．は じ め に
平成28年５月26日（木）から27日（金）の２日間，機械振興会館（〒105-0011 東京都港区芝公園３－５－８）において，平成28年春季フルード
パワーシステム講演会が日本フルードパワーシステ
ム学会主催・日本機械学会共催で開かれた．本講演
会では，２種類のオーガナイズドセッション（OS），
２種類の一般セッション，製品技術紹介セッション，
特別講演，国際特別講演が企画され，計43件の講演発表がなされた．
◦ OS「フルードパワーの流体現象」：７件◦ OS「機能性流体テクノロジーの次世代FPSへの展開」：11件◦ 一般セッション「油圧・水圧」：７件◦ 一般セッション「空気圧」：９件◦ 製品技術紹介セッション：７件◦ 国際特別講演：１件◦ 特別講演：１件
また，会期前日の５月25日（水）の午後には，（１）平成28年春季講演会併設セミナー「フルードパワーシステムを変えるIoT，ICTの最新技術」と（２）第４回フルードパワーに関する日中国際共同
ワークショップが同会場にて開催された．
本記事では，５月26日（木），27日（金）の２日間の講演会について，概要を報告する．

2．各セッションの概要
2.1 OS：フルードパワーの流体現象
本OSでは，香川利春先生（東京工業大学，教授），
尹 鍾晧先生（東京工業大学，助教）がオーガナイ

写真１

講演発表の様子（OS：フルードパワーの流体現象）

2.2 O
 S：機能性流体テクノロジーの次世代FPSへの展開
本OSのオーガナイザは，中野政身先生（東北大学，教授）と吉田和弘先生（東京工業大学，教授），竹村研治郎先生（慶應義塾大学，准教授）であり，本OSの概要は，「ER流体，液晶，EHD・ECF，MR流体，
磁性流体，および機能性ソフトマテリアルなどの機
能性流体の創製・特性評価から革新的な次世代フ
ルードパワーシステム技術への展開に関する研究発表を募集します．機能性流体が拓く次世代FPSに関する情報交換の場としますので，奮ってのご発表および参加をお願いします．」であった．本OSでは，
本講演会のセッションの中，最大発表件数である11件の発表が計３室に分かれ行われた．（写真２）．
このような積極的な参加は，「機能性流体テクノロ
ジーの次世代FPSへの展開に関する研究委員会」のサポートの成果である思う．
2.3 一般セッション「油圧・水圧」
本セッションでは，油圧関連で５件，水圧関連で２件の研究発表があった（写真３）．
2.4 一般セッション「空気圧」
本セッションでは，９件の研究発表があった（写真４）．平成27年度の同セッションでの発表件数

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フルードパワーシステム

師としてお招きし，「洋上風力発電事業における安全なアクセス手段の確立に向けて～６軸減揺桟橋（E-motion）の開発～」の話題で特別講演が行われた（写真６）．会場に空席がないほどの盛況であった．

写真２ 講演発表の様子（OS：機能性流体テクノロジーの次世代FPSへの展開）

写真５

写真３

国際特別講演（北京航空航天大学

焦 宗夏

教授）

講演発表の様子（油圧・水圧）

写真６ 特 別講演（東亜建設工業株式会社
主任）

那須野 陽平4．お わ り に

写真４

本年度は，会期前日に「第４回フルードパワーに関する日中国際共同ワークショップ」が同会場にて開催されたため，技術懇談会でも多数の中国からの研究者と有意義な情報交換ができたと思う（写真７）．

講演発表の様子（空気圧）（13件）に比べると件数は減少しているが，これは空気圧関連のOS「フルードパワーの流体現象」に分散されたからであると判断できる．
2.5 製品技術紹介セッション
本セッションは，企業からの技術発表を積極的に行なう目的で，平成10年春季講演会から続いている企画である．本年度は７件の発表があった．

３．国際特別講演と特別講演
５月26日（木）午前11時から11時50分まで，焦宗夏先生（北京航空航天大学 教授）を講師として，「The Linear Driven Electro-Hydrostatic Actuators（直線駆動型電気静圧アクチュエータ）」のタイトル
で国際特別講演が行われた（写真５）．
また，５月27日（金）午前10時50分からの１時間で，東亜建設工業株式会社の那須野陽平主任を講58

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第47巻

第６号

写真７

技術懇談会の様子

なお，筆者は本学会企画委員会として，本講演会の主査を担当させていただいた．本講演会にご協力いただきました皆様に深く感謝申し上げます．


2016年11月（平成28年）（原稿受付：2016年10月14日）

会告

理事会・委員会日程

会

319

告

〈理事会・委員会日程〉
11月１日

委員長会議

11月22日理事会

12月 １日編集委員会

12月 ２日

企画委員会

12月 ６日基盤強化委員会

１月13日

情報システム委員会

・オータムセミナー
・ウインターセミナー
３）その他①予告会告・会告について
・平成28年度オータムセミナー（会誌11月号掲載）
・平成28年度ウインターセミナー（会誌11月号掲載）②WGの構成と担当について③その他
平成28年度第２回情報システム委員会〈理事会報告〉９月28日 16：00 ～ 18：00 法政大学 新見附校舎
創造空間サロン１（出席者６名）

10月４日 15：00 ～ 17：00 機械振興会館

１）会議報告の担当者の編集委員会への周知について

地下３階B３―３号室（出席者15名）

２）今後の会議報告の担当について

１）国際シンポジウム福岡について

３）ＨＰ更新作業について

２）日中若手交流事業について

４）メイリングリストの配信管理について

３）平成28年秋季講演会について

５）その他

４）平成29年度フェロー認定者推薦について
５）学会創立50周年記念事業準備委員会設置について

平成28年度第３回編集委員会

６）論文集電子化の流れについて

10月５日 14：00 ～ 17：00 東京工業大学田町CIC

７）学会財務基盤の強化の進捗状況について

５階リエゾンコーナー 501（出席者11名）

８）会員の推移と入退会者について

１）会誌特集号の現状と企画

９）補助職員採用について

・Vol.47 No.6「機能性流体を活用したフルードパワー技

10）賛助会員会費値上げに伴う規定変更，HP更新について術の実用化最前線」
・Vol.48 No.1「柔軟構造のフルードパワー・アクチュ〈委員会報告〉エータ」
・Vol.48 No.2「フルードパワーに役立つセンシング技術

平成28年度第２回委員長会議（仮）」９月２日 15：00 ～ 17：00

・Vol.48 No.3「モデルベース開発（仮）」

機械振興会館６―63号室（出席者８名）

・Vol.48 No.4「トライボロジーの基礎（仮）」１）新会長挨拶
２）理事会開催要領について

・Vol.48 E １（電子出版号）「緑陰特集」
２）その他

３）平成28年度各委員会の名簿作成について

・会議報告

４）学会財務基盤の強化の進捗状況について・トピックスについて

５）その他

・今後の特集号の分担について・記事一覧

平成28年度第２回企画委員会
９月20日 15：00 ～ 17：00

平成28年度第２回基盤強化委員会

機械振興会館地下３階B３―３号室（出席者15名）

10月６日 14：00 ～ 15：30

１）平成28年度実施事業について

機械振興会館地下３階B３―９号室（出席者10名）

・平成28年秋季講演会

１）会員サービス，会員数増加

・オータムセミナー

２）外部への情報発信

・ウインターセミナー

３）フルードパワー道場

２）平成29年度実施事業について

４）フルードパワー・バーチャルミュージアム

・平成29年春季講演会併設セミナー

５）研究員会について

・平成29年春季講演会

６）その他

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フルードパワーシステム

会告Professor Dr.-Ing Wolfgang Backéご逝去のお知らせ（25. July 1929 Kidifu/Tanzania-21. July 2016 Aachen）
ご略歴
1955

ア
 ーヘン工科大学機械工学科卒業，同大学工作機械研究所研究員
Dr. -Ingenieur 学位取得，同大学Oberingenieur

1959

就任
1962

Habilitation取得（教授相当）

1962

カ
 ールスルーエ工科大学工作機械研究所副所長，
その後企業へ1968

ア ーヘン工科大学流体駆動及び制御研究所（IHP）を創設し所長・教授就任

1994

同大学 名誉教授

1988

連邦功労十字勲章1997

ドイツ連邦共和国・第１級連邦功労十字勲章

生涯を通じて約150編の学術論文と８冊の学術書を記す．IHP教授の間，124名の博士を育成，国際的にも中国の路甬祥教授，韓国の李教一教授などをはじめ日本人も含む多数の研究者を育てた．学術と工業の両方に貢献し，教授を取り巻く一群はその活躍からFluid power gangとも呼ばれた．子供は３男１女，趣味はゴルフとサイクリ
ング．
W. Backé先生
（提供：H. Murrenhoff教授）

バケ教授を偲んで
私は，かねがね希望していたドイツへの留学を目指して，フンボルト協会（ドイツ政府直轄事業）の給費生に応募しました．受け入れ希望先はアーヘン工科大学のバケ教授でした．1970年の夏，念願の採用通知が届きました．1971年２月末に羽田空港からルフトハンザ機でデュッセルドルフ空港を経て，アーヘンに行き，先ずバケ教授に挨拶しました．ア
ロルゼンという小さな町で２ヶ月間のドイツ語研修を受けた後に，アーヘン工科大学に落ち着き，ここで１年あまり生活することになりました．
バケ教授は油空圧研究所の所長であると同時に油空圧講座の教授でした．教授は日本人である私に大変興味を持ち，折に触れて色々と話しかけてきました．又とても親切で，私の家族が夏休みの間ドイツに来るということが決まると，補助ベッドを貸してくれました．研究所は町中の ｢11本の煙突通り｣ という通りにありました．この頃はまだあちこちに戦争の焼け跡がありましたが，翌年，研究室はアーヘン西駅のそばに引っ越しました．1972年の４月中旬に教授と奥様は，郊外のレストランで送別会を開いて下さいました．
４月24日に私はアーヘンを去ることになりました．アーヘンには約一年滞在しましたが，その間，教授は終始私の面倒を見て下さいました．その後も教授と私の関係は続きました．1975年には日本政府の招待で来日され，私は教授を大阪まで案内しました．また教授は中国に招待される機会が多く，1981年には北京でお目にかかり旧交を温めました．

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会告Professor Dr.-Ing Wolfgang Backéご逝去のお知らせ

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近年はお会いする機会がなくなり，時々ｅメールを交わすのみでした．
教授はその後も日本の油空圧関係研究者を多く受け入れて下さいました．今回の訃報に接し，心からご冥福を祈る次第
です．


高橋 浩爾
追悼の辞
バケイ先生が亡くなられた．私がアーヘンの油空圧研究所に留学したのは，1975-76年の11 ヶ月．当時竹中研の助手であった私が外国出張となり，研究室で博士課程の２年目を迎えていた総領の北川さん（後に東工大教授）が，私の代役を勤めた．自分の研究も進めながら，修士や学部卒論の面倒を見るだけでなく，学生実験の指導もやってくれた．当時往復した手紙に細々と，研究や採点方法の問い合わせなどが書いてある．大分苦労をかけたが，私はその間に今思えば，生涯で最も幸せな日々を送っていた．バケイ先生は，私の住居から始まる留学生活万般の世話をして下さった．もちろん先生は家主と交渉などしないが，同室のHelduser氏とLee氏に私の面倒を見るように指示されていた．この二人は後にDresden大学，Seoul大学の教授になった人たちであるが，帰国後もずっと付き合いが続いた．研究所でのテーマは一つだ
けなので，１週間おきに旅行に出て，欧州各地の大学を見てまわることができた．今でこそ国際学会が頻繁に開かれ，研究交流は盛んであるが，当時は通信も交通も今とは比較にならぬ不自由さであったから，私がどこそこ大学の先生を訪問したというと，研究所の助手たちから，ときにはバケイ先生からも，そこでどんな研究をしていたかを聞かれた．バケイ先生が来日されたときに，私の家に泊まって頂いたこともあった．思い出はつきないので，ご冥福を祈りつつ筆を止める．
浦田 暎三
バッケ先生を偲んでバッケ先生（Prof. W. Backé）の訃報に接し，巨星，堕つとの感が深い．バッケ先生は，1970年から1994年まで，ドイツアーヘン工科大学流体駆動制御研究所（IHP）の所長を勤められていたが，私はその間の1981年10月から10か月間，
文部省長期在外研究員としてIHPに留学する幸運に恵まれた．そこで謦咳に触れて以来，バッケ先生を心の師として深く敬愛している．
40歳を過ぎたばかりの駆け出しの頃の私は，IHPでの滞在経験から，人生観の覚醒をはじめとする計り知れない財産を得た．その一つとして，IHPで出遭った多くの研究者との交流・人脈が帰国後に花開いて，本学会をはじめとする私の学会活動へと展開した事実がある．これら貴重な財産を賜った象徴として，バッケ先生を師と仰ぐ所以がここにある．
先生が残された数々の偉業・業績の中で，第一のそれは，教授退官後の同研究所（IFASと改称）として後任のムレノフ教授（Prof. H. Murrenhoff）へと盤石な体制で引き継がれたことにあろう．1992年，退官直前のバッケ先生を日本にお招きしたことがあり，その折に退官後の件を直接お聞きする機会があった．ムレノフ教授とは，IHP滞在中から親交があったので，その後任引き継ぎの報は私にとってまさにホットニュースであった．バッケ先生としてもその喜びを抑えがたい様子が窺われ，数次にわたる大学内外での審査がいかに厳格であったかを彷彿とさせるものがあった．
先生の御冥福を心からお祈り申し上げます．
武藤 高義
バッケ先生の思い出

バッケ先生に初めてお目にかかったのは，1978年９月に先生が日本学術振興会の招聘研究者として奥様とご一緒に来日されたときであった．上智大学高橋教授が招聘責任者であったため，ご夫妻の３週間にわたる日本滞在中のスケジュー
ル調整，宿舎の手配等のお手伝いをさせていただいた．関西方面への旅行の終盤，大阪と富山の見学に同行し，宇奈月温泉に１泊し，日本の温泉を楽しんでいただいた．これが契機となり，1980年６月から１年間，フンボルト財団の奨学金をいただいて，アーヘン工科大学に滞在し，先生からカートリッジ弁内の流れの可視化というテーマをいただき，研究させていただいた．当時は，研究所内での意思疎通はドイツ語で行う必要があり，同室の助手にいろいろと教えてもらい，
また新たに実験装置を作成するために工場の技術員の方々にいろいろとお願いするのに苦労したが，何とかかしか写真を撮り，簡単に整理して報告した．アーヘンについて，１ヶ月ほどたった時期に，研究室の１日がかりのエクスカーションに参加した．大型バス２台で出かけ，国境のベルギー側の川で２人乗りのカヌーによる川くだりを行ったが，ドイツ語のフルードパワーシステム

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十分にできない私のためにバッケ先生が一緒に乗ってくださり，２時間ほどの川くだりを楽しんだのが懐かしい思い出である．
帰国した後も，たびたびヨーロッパのフルードパワー国際会議（アーヘン，バース，リンシェーピン，タンペレ，ドレスデン）に出席したが，どの会議でもバッケ先生が出席しておられ，研究発表に対して，適切な質問をされ，フルードパ
ワー分野の後輩の育成にあたっておられた．2012年にドレスデンで最後にお目にかかった際の穏やかな口調での質問を思い出し，見習わなくてはと思っている．
先生の笑顔を思い出しつつ，ご冥福を祈って．


池尾
追

茂

悼

バッケ先生ご逝去の報に接し深甚なる哀悼の意を表します．
個人的に初めてバッケ先生にお会いしたのはAlexander von Humboldt財団（当時西独）の奨励研究資金援助を受け，1982年８月から４か月間のフライブルクゲーテインスティチュート語学研修中（フライブルク）の７月の暑い日であった．８月から１年間の研究指導を受け入れて頂いたお礼と研究打ち合わせのためご挨拶に伺ったときである．先生はIHP（現在のIFK）の所長として，油空圧工学を中心として機械工学全般にわたり既に世界的な活躍をされていた．このような著名な先生にどうご挨拶したものかと思いつつIHPに伺い，秘書を介してすぐに先生にお会いすることができた．挨拶
時には家族との快適な西独滞在に向けた重要な示唆を頂いた．その後先生自ら同行され，これから１年間の筆者の居室と同室する大学院学生２名の紹介，そして研究所主要施設の説明をして頂いた．著名で多忙な先生にこのように温かく迎えて頂いたことがとても印象に残っており，以来30年間にわたりご指導を頂いたが，常にこの温かいお気持ちで接して頂いたと感じている．世界レベルで活躍され，温かなお気持ちを常に示された先生にお会いし，ご指導を頂いたことは筆者にとってこの上ない宝物となっている．
バッケ先生のご冥福を心よりお祈り申し上げます．


黙祷
中田

毅

バケイ先生の思い出
1988年８月から１年間アーヘン工大のIHP（油空圧研究所）の外国人研究者として滞在してお世話になった．渡独は２カ月前にマンハイムのゲーテインスティチュートで２カ月のドイツ語の勉強を行った．ブーフミューラさんという大家さんの家に間借りして生活を行った．マンハイムは綺麗な都市で路面電車を利用して語学学校に通学した．２カ月後，片言のドイツ語を頼りにバケイ先生のアーヘン工大に引っ越した．家族を呼び，古い屋敷の部屋を借りた．屋根裏部屋には同じアーヘン工大の電気工学科のイラン人の学生が住んでいた．大変に懇意になり，一緒に旅行をした．アーヘン工大では空気圧サーボシステムに関する実験的研究を行った．バケイ先生は時々食事会に招いて下さり，大変に親しくして頂いた．かれこれ28年になるが，アーヘン工大バケイ研究所で行った空気圧サーボシステムの温度変化の計測がその後の研究の基礎として役立った．バケイ先生のご冥福を祈ります．
香川 利春



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会告

学会行事のお知らせ

会

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告

平成28年度

オータムセミナー「生産技術に貢献するフルードパワー inトヨタ産業技術記念館」
開催日時：平成28年11月25日（金）９：30 ～ 17：00

械と自動車生産に関する素晴らしい展示もゆっくりと見て頂き

開催趣旨：
今年度のオータムセミナーは，名古屋市のトヨタ産業技術記念館で開催いたします．

たく，午前に館内の自由見学時間を設け，午後から講演形式のセミナーを行います．

今回のセミナーは，私たちの身の回りにあるさまざまな製品

詳しい情報を学会ホームページに掲載しております．参加申や部品を作るときに使われるフルードパワーに着目し，最先端込も同ページからお願いいたします．

のものづくりに貢献している事例を第一線で活躍されている［http://www.jfps.jp/Event/topix_16autumn.html］

方々に具体例を交えてご講演いただきます．

皆様の積極的なご参加をお待ちしております．

セミナーに参加される方々にトヨタ産業技術記念館の繊維機論文集の掲載形態の変更について
論文集委員会では，昨今のインターネットの普及による学術誌の電子出版の状況を踏まえ，論文集の出版のあり方について検討を進めて参りました．日本機械学会を始めとし，多くの学会において論文集を電子出版のみで刊行するようになってきてります．投稿規定等についても順次見直しておりますので，改めてご報告させて頂きます．
以上，会員皆さまのご理解を賜りたく，何とぞよろしくお願い申し上げます．

おります．これを受けて本学会においても，2018年より会誌への印刷による出版は終了し，J-Stageによる電子出版のみに会 長一本化するとの結論に至りました．2017年はその移行措置期

論文集委員長 川上 幸男

小山紀

間として会誌出版後一月以内にJ-Stageにも公開することにな

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会

告

会

員

移

動

会員の種類

正 会 員

海外会員

学生会員

賛助会員

会 員 数
（10月10日現在）

963

15

144

134

差 引 増 減

＋2

－1

＋9

±0

正会員の内訳 名誉員14名・シニア員40名・ジュニア員186名・その他正会員723名

正会員
安齊 秀伸（藤倉化成株式会社）

中根 好章（株式会社ジェイテクト）

渡辺 和宏（株式会社ジェイテクト）

彭

敬輝（法政大学）

学生会員

64

加藤 直熙（岡山理科大学）

黒星雄一朗（慶應義塾大学）

江口 裕哉（岡山理科大学）

玉木 博章（岡山理科大学）

原田 翔太（岡山理科大学）

藤田 理知（東京医科歯科大学）

飯島 佳樹（慶應義塾大学）

松本 貴夢（大阪大学）

松原 竜也（東京工業大学）

ZEBING MAO（東京工業大学）

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会告共催・協賛行事のお知らせ

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共催・協賛行事のお知らせ
共催行事
キャビテーションに関するシンポジウム（第18回）
主
催：日本学術会議 第三部（予定）
第18回キャビテーションに関するシンポジウム実行委員会（委員長：理化学研究所理事，東京大学名誉教授・松本洋一郎）
開 催 日：2016年12月８日（木）～９日（金）会
場：九州大学医学部百年講堂（〒812-8582 福岡市東区馬出３丁目１番１号）
連 絡 先：九州大学大学院工学研究院 安東 潤 教授
TEL：092-802-3449（直通） FAX：092-802-3368
e-mail：cav18@nams.kyushu-u.ac.jp

協賛行事
N0.16-14 講習会
産業に役立つアクチュエータ研究開発の最前線―最新アクチュエータ要素技術からアクチュエータシステムへの展開―
開 催 日：2016年11月25日（金）会場：名古屋大学 ベンチャービジネスラバトリー ベンチャーホール
［名古屋市千種区不老町／電話（052）789-5447

地下鉄名城線名古屋大学駅３番口より徒歩３分
http://www.nagoya-u.ac.jp］
問合せ先：機素潤滑設計部門 担当職員 金子／電話（03）5360-3504 ／ E-mail kaneko@jsme.or.jp
SICEセミナー「モデルベースト制御系設計 ～モデリングから制御系設計までを系統的に学ぶ～」2016
主催・企画：計測自動制御学会 制御部門
詳細URL：http://www.sice-ctrl.jp/jp/wiki/wiki.cgi/c/semi?page=design2016
期
日：2016年12月５日（月），６日（火）会
場：電気通信大学付属図書館（東３号館）マルチメディアホール（301号室）
東京都調布市調布ヶ丘１- ５- １
http://www.lib.uec.ac.jp/modules/outsider/index.php?content_id=3
エコデザイン・プロダクツ＆サービスシンポジウム（EcoDePS）2016
開 催 日：2016年12月７日（水）開催場所：東京理科大学森戸記念館（東京都新宿区神楽坂１- ３）
主催：エコデザイン学会連合
後
援：エコプロダクツ大賞推進協議会（予定）
幹事団体：特定非営利法人エコデザイン推進機構
組織委員長：細田 奈麻絵 物質・材料研究機構グループリーダー／東京大学教授
実行委員長：木下 裕介 産業技術総合研究所研究員
事 務 局：エコデザイン推進機構／エコデザイン学会連合事務局（イートレイ㈱）21016年度 計算力学技術者（CAE技術者）資格認定事業（固体力学分野の有限要素法解析技術者・熱流体力学分野の解析技術者・振動分野の有限要素法解析技術者）
実 施 日：認定試験2016年12月10日（土）申込：2016年８月１日（月）～ ８月17日（水）17時
申込方法・申請書類等の詳細は，http://www.jsme.or.jp/cee/cmnintei.htm 参照
第17回SICEシステムインテグレーション部門講演会
開 催 日：平成28年12月15日（木）～ 17日（土）会場：札幌コンベンションセンター（札幌市白石区東札幌６条１丁目１-１ ※地下鉄東西線東札幌駅から徒歩10分）
主
催：公益社団法人計測自動制御学会システムインテグレーション部門
HP：http://www.si-sice.org/si2016
事務局所在地：〒060-0814 札幌市北区北14条西９ 北海道大学大学院情報科学研究科システム情報科学専攻
本件連絡担当者：SI2016実行委員長 田中 孝之 E-mail：ttanaka@ssi.ist.hokudai.ac.jp TEL：011-706-6756
SICE事務局：部門担当 E-mail：bumon@sice.or.jp TEL：03-3814-4121

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フルードパワーシステム｢EU Green Gateway to Japan｣ プロジェクト
日

程：2017年７月１日～ 2019年12月

場

所：東京

主
催：欧州連合（EU）
運営事務局：（一社）日本能率協会 産業シンクセンター

会

告

書籍案内

オーム社刊

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

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会告

資料一覧表

会

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告

資料一覧表
価格は，(一社)日本フルードパワーシステム学会事務局までお問い合わせください．
資

料

名

発行年月

平成元年春季油空圧講演会講演論文集

元年   5月

平成元年秋季油空圧講演会講演論文集

元年11月

平成2年秋季油空圧講演会講演論文集

2 年11月

平成3年秋季油空圧講演会講演論文集

3 年11月平成4年春季油空圧講演会講演論文集

4 年 5月

平成4年秋季油空圧講演会講演論文集

4 年10月

平成5年春季油空圧講演会講演論文集

5 年 5月

平成5年秋季油空圧講演会講演論文集

5 年11月

平成6年秋季油空圧講演会講演論文集

6 年10月

平成7年秋季油空圧講演会講演論文集

7 年11月

平成8年春季油空圧講演会講演論文集

8 年 5月

平成8年秋季油空圧講演会講演論文集

8 年10月平成9年春季油空圧講演会講演論文集

9 年   5月

平成9 年秋季油空圧講演会講演論文集

9 年 5月

平成10年春季油空圧講演会講演論文集

10年 5月

平成10年秋季フルイドパワーシステム講演会講演論文集

10年11月

平成11年春季フルイドパワーシステム講演会講演論文集

11年 5月平成12年春季フルイドパワーシステム講演会講演論文集

11年 5月平成12年秋季フルイドパワーシステム講演会講演論文集

12年10月

平成13年春季フルイドパワーシステム講演会講演論文集

13年 5月

平成13年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集

13年11月平成14年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

14年 5月

平成15年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

15年 5月

平成16年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

16年 5月

平成16年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集

16年11月

平成17年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

17年 5月

平成18年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

18年 5月

平成18年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集

18年11月

平成19年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

19年 5月

平成19年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集

19年11月

平成20年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

20年 5月

平成21年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

21年 6月

平成21年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集

21年11月

平成22年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

22年 5月

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

22年12月

平成23年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

23年 5月

平成24年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

24年 5月

平成24年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集

24年11月フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

67

328

フルードパワーシステム

平成25年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

25年 5月

平成25年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集

25年11月

平成26年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

26年 5月

平成27年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

27年 5月

平成27年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集

27年11月

平成28年春季フルードパワーシステム講演会講演論文集

28年 5月

平成28年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集

28年10月

平成11年IFPEXフルイドパワーシステム ワークショップ講演会講演論文集

11年10月平成14年IFPEXフルイドパワーシステム ワークショップ講演会講演論文集

14年 6月

平成17年IFPEXフルイドパワーシステム ワークショップ講演会講演論文集

17年 8月

平成20年IFPEXフルイドパワーシステム ワークショップ講演会講演論文集

17年 4月

平成23年IFPEXフルイドパワーシステム ワークショップ国際見本市論文集

23年 7月

平成26年第24回IFPEXカレッジ研究発表展示コーナー論文集

26年 9月フォーラムʼ91「賢い電子油圧制御をいかに実現するか」

3 年 7月フォーラムʼ92「ここまできた電子油空圧制御システム」

4 年 7月フォーラム'94「油空圧駆動と電動駆動の現状と課題

その1」

6 年 7月フォーラムʼ95「油空圧駆動と電動駆動の現状と課題

その2」

7 年 7月フォーラムʼ96「油空圧技術を支えるトライボロジー」

8 年 7月フォーラムʼ97「21世紀を見つめた新技術開発」


9 年 7月フォーラムʼ98「オフロードビーグル用走行装置の動向」

10年 7月フォーラムʼ99「技術開発におけるトラブル事例」

11年 7月フォーラム2000「油空圧機器の省エネルギー化はこれだ！」

12年 7月フォーラム2001「自動車における最新油空圧技術の動向」

13年 7月フォーラム2002「電動かフルードか」

14年 8月フォーラム2003「電動かフルードかⅡ」

15年 5月フォーラム2003「最近の緩衝・制振・免振技術」

16年 5月オータムセミナー「油空圧のセンシング技術」


元年10月

オータムセミナー「メカトロニクス関連センサ」

2 年10月オータムセミナー「油空圧を支える解析技術」
4 年10月オータムセミナー「油圧機器・システムにおける振動をいかに克服するか」

5 年10月オータムセミナー「油空圧制御と高速インターフェース技術の融合」

6 年11月オータムセミナー「油空圧におけるシミュレーション技術の現状と課題」

7 年10月オータムセミナー「最新制御理論の超活用法(油空圧システムとロバスト制御の融合)」

8 年 9月オータムセミナー 2000「環境適合技術の動向」
12年 9月オータムセミナー 2001「フルイドパワーシステムに用いられる制御技術の動向」

13年 9月オータムセミナー 2003「フルードパワーと環境・リサイクル」

15年10月オータムセミナー 2004「食品機械におけるフルードパワーの利用と課題」

16年10月オータムセミナー 2005「レスキューにおけるフルードパワーシステム」

17年10月オータムセミナー 2006「生活に密着したフルードパワー」

18年10月オータムセミナー 2007「鉄道におけるフルードパワー技術」 資料は『油空圧技術』Vol.49 No.4
オータムセミナー 2008「フルードパワーシステムと環境・省エネルギー」

20年10月オータムセミナー 2009「フルードパワーシステムのためのlinux開催環境」

21年10月オータムセミナー 2010「BOPビジネスの可能性～ CSRとビジネスの両立～」

22年11月オータムセミナー 2011「パワートレインにおけるフルードパワー技術」

23年11月オータムセミナー 2012「フルードパワー技術を生かす油圧作動油の最新動向」

24年11月オータムセミナー 2013「鉄道車両とフルードワー技術」

25年10月オータムセミナー 2014「医療・福祉・介護分野でのフルードパワーを利用したロボティクス」

26年11月68

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

会告

資料一覧表

329

オータムセミナー 2015「アクアドライブシステムの産業利用の現状

27年11月ウインターセミナー「油空圧システムの低騒音化のために」

2 年 2月ウインターセミナー「知っておきたい新しいアクチュエータ」

3 年 2月ウインターセミナー「200X年における電子油空圧はどうあるべきか Part2」

4 年 2月ウインターセミナー「新素材の油空圧への応用」

5 年 2月ウインターセミナー「空気圧の新たな可能性を求めて」

6 年 2月ウインターセミナー「人と環境に優しい油空圧―油空圧機器･システムの低騒音化技術―」

7 年 2月ウインターセミナー「油圧システムの高圧化に関する現状と将来」

8 年 2月ウインターセミナー「フルイドパワーにおける流体の役割」

9 年 2月ウインターセミナー「ER流体の可能性とその油空圧技術への応用」

10年 1月ウインターセミナー「ユーザは語る･自動化機器における駆動方式の現状と将来像」

11年 1月ウインターセミナー「水圧システムの現状と応用事例・展望」

12年 1月ウインターセミナー「省エネ，環境のためのセンシング」

13年 1月ウインターセミナー「油空圧機器・システムにおける省エネルギー化の方法」

14年 1月ウインターセミナー「油空圧機器に係わる加工技術～共存する油空圧機器と加工技術～」

15年 1月ウインターセミナー「メンテナンスエンジニアリング―ランニングコストを安く―」

16年 1月ウインターセミナー「医療・福祉におけるフルードパワーシステムの応用動向」

17年 1月ウインターセミナー「機械システムの安全性」
18年 2月ウインターセミナー「家庭の中のフルードパワー」

19年 2月ウインターセミナー「航空機とロケットへの応用」

20年 2月ウインターセミナー「海と船のフルードパワー」資料は『学会誌』Vol.39 No.5

21年 2月ウインターセミナー「フルードパワー機器・システムの小型化」資料は『学会誌』Vol.39 No.5

22年 2月ウインターセミナー「福祉・医療環境における空気圧応用の現状と問題」

23年 2月ウインターセミナー「圧縮空気エネルギーの有効利用技術」

24年 2月ウインターセミナー「アクアドライブシステム（新水駆動圧技術）の現状と将来」

25年 2月ウインターセミナー「大型機械と油圧技術」
26年 2月ウインターセミナー「大型機械・大型施設で活躍するフルードパワー」

27年 2月ウインターセミナー「フルードパワー技術を支える要素技術」

28年 3月

教育講座「マイコン制御講座」（大学上級コース）

元年 8月

教育講座「現代制御理論講座」（大学上級コース）

元年10月

教育講座「マイコン制御講座」（大学上級コース）

2 年 8月

教育講座「トライボロジー講座」（大学上級コース）

3 年 8月

教育講座「油空圧における鋳造技術講座」


5 年10月

教育講座「空気圧システム入門」


10年 9月

教育講座「空気圧システム入門」
11年 6月

教育講座「空気圧システム入門」
13年 6月

教育講座「トライボロジー講座」


14年 9月

教育講座「空気圧システム入門」
15年 5月

教育講座「空気圧システムの基礎」


15年 5月

第 1 回油空圧国際シンポジウム論文集

2 年 1月

第 2 回油空圧国際シンポジウム論文集

5 年 9月

第 3 回油空圧国際シンポジウム論文集

8 年11月

第 4 回油空圧国際シンポジウム論文集

11年11月

第 5 回油空圧国際シンポジウム論文集

14年11月

第 6 回JFPSフルードパワー国際シンポジウム論文集（CD-ROM）

17年11月

第 7 回JFPSフルードパワー国際シンポジウム論文集（冊子，CD-ROM）

20年 9月

第 8 回JFPSフルードパワー国際シンポジウム論文集（冊子，CD-ROM）

23年10月フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

69

330

フルードパワーシステム

第 9 回JFPSフルードパワー国際シンポジウム論文集（冊子，CD-ROM）

26年10月学会創立20周年記念出版「油空圧の進歩100人の証言」

2 年 5月学会創立30周年記念出版「アドバンスドフルードパワー技術の基礎と応用」

15年 4月

分冊販売

油圧駆動の世界―油圧ならこうする―
空気圧システム入門
水圧駆動テキストブック

日本フルードパワーシステム学会創立40周年出版
分冊販売

油圧システムのモデリングと解析手法
Webシミュレーション解説
アクアドライブ技術の進展

70

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

23年 4月フルードパワーシステム

フルードパワーシステム

1

4

小山
肥田

紀
一雄

1

5

…小山

紀

4

152

…

秀記
修一
猛美
聡明

1

6

卓也

1

15

宏

1

18

武司

1

22

111
114
117
121

154
155
160
164
168
171

174

4

178

5

206

5

207

5

211

5

215

5

219

5
5

222
226

5

229

︱︱︱―

105

4

 ︱―︱ ―――

︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱ ︱特集「フルードパワーを支える油圧作動油の劣化と対策」「フルードパワーを支える油圧作動…丸田 和弘4
油の劣化と対策」発行にあたって作動油の劣化とその対策について…風間 俊治
4
作動油の劣化と対応…田崎 博之4
固形ダストによる油圧回路の不具…石塚信
4合とその対処法
エレメントレス・フィルターによ…福田 寛人4
る油中コンタミの除去技術
水分による油の劣化とフィルト…森永由一郎
4
レーション

104

通し頁

︱―

︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱

特集「海洋開発・港湾建設に活用されるフルードパワー」「海洋開発・港湾建設に活用される…五嶋 裕之3
フルードパワー」発行にあたって
港湾における水中建設作業機械の…平林 丈嗣3
現状と展望
空気を地盤に注入する新しい液状…山根 信幸3化対策工法 ―Air-des工法―
シールドマシンと油圧システム …酒井 義雄
3
循環泥水駆動によるコア採取装置…眞本 悠一
3
海洋掘削における噴出防止装置に…宮崎 英剛3
ついて号

特集「機能性流体を活用したフルードパワー技術の実用化最前線」「機能性流体を活用したフルード
パワー技術の実用化最前線」発行…中野 政身
6
264
にあたって
機能性流体の研究開発と実用化の…中野 政身6265
動向
自動車用MR流体ダンパの研究 …斎藤 啓司
6
272
中野 政身
超 小 型EV向 けMR流 体 ブ レ ー
仁
6
275
… 古川
キの開発
道辻 善治
建築物の免震・制振用MR流体ダ
…袖山
博
6
279
ンパの開発
ナノMR流体の特長とハプティク…野間 淳一
6
282
スへの応用
高頭 静夫
石井
博
MR流体ブレーキを用いた筋力… 白石 俊彦
6285
トレーニングロボットの開発
高杉紳一郎
岩谷
徹
ER流体とその応用開発の現状…井上 昭夫6289
安齊 秀伸
リハビリテーション長下肢装具
山本 澄子
6
293
用電子制御ＥＡＭ膝ブレーキの…
三井 和幸
開発
安井
匡
釣用リールにおける磁性流体シー…小原 武恵6296
ルの応用
︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱

︱―

︱︱︱︱︱︱ ︱︱︱︱︱︱︱︱︱ ︱︱︱︱︱︱︱︱︱︱

特集「フルードパワーシステムを変えるIoT，ICTの最新技術」「フルードパワーシステムを変えるIoT，ICTの最新技術」発行に…成田
晋
2
50
あたって
Internet of Things 時代における
…森
大輔
2
51
変化とその対策
フルードパワーの情報センシング…眞田 一志2
54
技術
マイコンと周辺機器の情報通信基…赤木 徹也2
57
盤技術
遠隔操作に関わる一般論とバイラ
テラル・マルチラテラル遠隔制御…三好 孝典
2
61
について
加藤 友規
エアパワーメータを活用した空2
65… 山本 円朗
気圧システムの省エネルギー化
小林 敏也
ク ラ ウ ド 時 代 の メ ン テ ナ ン ス・
…細矢 征史2
68
サービス
衛星通信を利用した建設機械のグ…関口 和浩2
71
ローバル遠隔監視システム
荒掘削から仕上げ整地まで自動ア…大岩 憲史274
シスト制御するICT油圧ショベル︱︱︱︱︱︱︱

7
12

克浩

特集「フルードパワーを活用した大規模研究開発」「フルードパワーを活用した大規…佐藤 恭一模研究開発」発行にあたって
地球温暖化対策；海洋エネ発電…丸山 康樹（波力，潮力）の研究開発
フルードパワーによる実大三次元…梶原 浩一
震動破壊実験
藤原智
深海水槽および高圧タンクによる中島 康晴
海洋開発分野の研究開発
岡本 章裕
フルードパワーを活用した鉄道車…宮原 宏平両試験装置および車両用機器開発
超高圧下の物質合成技術…谷口尚
圧縮空気を利用した地震探査…伊藤誠
大規模波動地盤総合水路（大津波…鈴木高二朗水路）による沿岸防災研究
︱

1
1

清子
豊

︱―



︱ ︱︱︱︱︱︱︱
︱︱︱︱

特集「農業に貢献するフルードパワー」「農業に貢献するフルードパワー」…柳田
発行に当たって農業機械における油圧技術…中川
加藤
空気ジェットを利用した米粒な
…
土澤
どの選別機
ロボットハンドによる農作物の収…伏見
穫支援
マッスルスーツによる農作業支援…小林の検討
温室内環境の均質化に使用される
…畔柳
循環扇



徹浩

坂間
油圧作動油と気泡…
田中
状態基準保全（CBM）を実現す…山中
るオイル分析

︱︱︱︱︱︱︱︱

会長就任にあたって

通し頁

…築地


年頭にあたって号

331

総目次（第47巻）

︱︱︱ ︱
︱ 

【挨拶】
年頭のご挨拶

総目次（第47巻）【解説】
乗用管理機搭載式ブームスプレーヤの…水上
ブーム垂直変位低減装置の開発

智道【ニュース】The KSFC 2015 Autumn Conference…伊藤 和寿on Drive and Control 参加記
日中若手研究者交流事業報告…伊藤 和寿第４回フルードパワーに関する日中国際共同ワークショップ…伊藤 和寿（The 4th Japan-China Joint Workshop
on Fluid Power）開催報告【会議報告】
日本機械学会2015年度年次大会にお…桜井
けるフルードパワー技術研究動向

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

康雄

3

124

1

25

4

182

6

299

1

29

2016年11月（平成28年）

71

332

フルードパワーシステム

FPM2015におけるフルードパワー…小林
技術研究動向
山梨講演会におけるフルードパワー…吉田
技術研究ASME/Bath2015に参加して…眞田
計測自動制御学会・流体計測制御シ…中尾
ンポジウムにおける研究動向
第13回FULCOME2015カ タ ー ル に…香川
参加してICMT2015におけるフルードパワー…嚴
技術研究動向IFK2016におけるフルードパワー技…伊藤
術の動向
第16回JSME機素潤滑設計部門講演…金会におけるフルードパワー技術研究
インドフルードパワー技術セミナー
…眞田
に参加して
ROBOMECH2016におけるフルード…田中
パワー技術研究の動向【教室（連載）】入門講座「エネルギー工学」第一…江間回：日本のエネルギーと発電方式
入門講座「エネルギー工学」第二…江間回：火力発電と再生可能エネルギー【トピックス】
中国（上海）駐在日記
米国ボストン滞在記
駐在員日誌 無錫奮闘記
台湾（台北）駐在日記

…阪本
…吉田
…真野
…川口

亘

1

31

和弘

2

78

一志

2

80

光博

3

127

利春

3

129

祥仁

3

131

隆

5

232

俊完

5

234

一志

6

302

豊

6

304

敏

5

236

敏

6

307

晴康
和弘
茂
敦史

1
1
3
5

33
36
133
244

4

184

5

239

6

310

2

82

4

187

空気圧サーボ制御を用いた手術支援ロボットを開発する大学発ベン…川嶋 健嗣
チャー企業
産学協同という幻想…山田 剛志
補助人工心臓開発と大学発ベン…進士 忠彦チャー
特許文献を調べる・特許情報プラッ…木原 和幸トフォーム……特許文献を見る１
特許文献を調べる・特許情報プラッ…木原 和幸トフォーム……特許文献を見る２
【研究室紹介】田中豊
法政大学高機能メカトロデザイン…
坂間 清子
研究室の紹介芝浦工業大学 川上研究室…川村 隼人足利工業大学 桜井研究室の紹介…岡本 拓也
村松 久巳
沼津工業高等専門学校 村松・前
…
前田 篤志
田研究室
岐阜大学工学部 機械工学科 山田…山田 宏尚宏尚研究室
東京工業大学 工学院 鈴森・遠藤研…鈴森 康一
究室

39

2
3

85
137

4

191

5

247

6

313

一志
康雄

2

91

正人

2

93

光博

3

140

訓一

4

194

晋

5

250

俊完

6

317



1

平成28年度企画行事紹介…

【企画行事】

眞田桜井

平成27年度オータムセミナー開催報
告「アクアドライブシステムの産業…川島
利用の現状」
平成27年秋季フルードパワーシステ…中尾ム講演会開催報告
平成27年度ウィンターセミナー開催…兵藤
報告
平成28年春季講演会併設セミナー開
催報告「フルードパワーシステムを…成田
変えるIoT，ICTの最新技術」
平成28年春季フルードパワーシス…金テム講演会報告72

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

【展望】
60周年を迎えての抱負・学会への期待【会告】共催・協賛行事のお知らせ
平成27年度 ウィンターセミナーのお知らせ「フルードパワー技術を支える要素技術」
平成28年春季フルードパワーシス
テム講演会併設セミナー「フルードパワーシステムを変えるIoT，ICTの最新技術」のお知らせ
第10回JFPS国際シンポジウムのお知らせ
その他
平成28年春季フルードパワーシス
テム講演会併設セミナー「フルードパワーシステムを変えるIoT，ICTの最新技術」のお知らせ
平成28年度 第四回日中国際共同ワークショップのお知らせThe
4th Japan-China Joint Workshop
on Fluid Power―Innovative Key
Technology on Fluid Power―
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28年
春季フルードパワーシステム講演
会のお知らせ平成28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」のお知らせ
共催・協賛行事のお知らせ
フルードパワー道場11「トライボロジーの基礎知識（２）」開催のお知らせ
その他
平成28年春季フルードパワーシス
テム講演会併設セミナー「フルードパワーシステムを変えるIoT，ICTの最新技術」のお知らせ
平成28年度 第四回日中国際共同ワークショップのお知らせThe
4th Japan-China Joint Workshop
on Fluid Power―Innovative Key
Technology on Fluid Power―
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28年
春季フルードパワーシステム講演
会のお知らせ共催・協賛行事のお知らせ
永年会員のお知らせ
その他
第35期 通常総会終了
平成28年度 特別教育講座のお知らせ「油圧システムのモデリングの基礎をつかむ―ブロック線図とパワーフロー―
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28年
秋季フルードパワーシステム講演
会のお知らせ平成28年度 オータムセミナー「生産技術に貢献するフルードパ
ワ ー inト ヨ タ 産 業 技 術 記 念 館 」のお知らせ
共催・協賛行事のお知らせ
その他
日本フルードパワーシステム学会
平成28年度受賞候補者募集

2016年11月（平成28年）

…藤原

達也

2

88

1
1

28

1

28

1

44

1 42,43,45,46
2

97

2

97

2

97

2

97

2

98

2

99

2 96,99,100
3

143

3

143

3

143

3
146
3
146
3 142,146,147,148
4
197
4

198

4

198

4

198

4
199
4 196,201,202
5255

フルードパワーシステム

一般社団法人 日本フルードパ
ワーシステム学会（JFPS）フェロー認定者推薦のお願い
お詫びと訂正
共催・協賛行事のお知らせ
平成28年度 オータムセミナー「生産技術に貢献するフルードパ
ワー in トヨタ産業技術記念館」
開催のお知らせ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28年
秋季フルードパワーシステム講演会（青森）のお知らせ
その他

5

256

5
5

256
258

5

259

5

259

5 253,254,257,260

Professor Dr.-Ing Wolfgang Backé
ご逝去のお知らせ平成28年度 オータムセミナー「生産技術に貢献するフルードパ
ワー in トヨタ産業技術記念館」
開催のお知らせ論文集の掲載形態の変更について
共催・協賛行事のお知らせ
書籍案内 オーム社刊「油圧・空気圧回路～書き方＆設計の基礎教
本」
資料一覧
フルードパワーシステム第47巻総目次
その他

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

総目次（第47巻）

333

6

320

6

323

6
6

323
325

6

326

6

327

6

331

6 319,324,334

2016年11月（平成28年）

73

334

フルードパワーシステム

編 集 室

次号予告

―特集「柔軟構造のフルードパワーアクチュエータ」―〔挨拶〕年頭の挨拶
小山紀
眞田 一志，肥田 一雄
年頭にあたって 〔巻頭言〕「柔軟構造のフルードパワーアクチュエータ」発刊にあたって
塚越 秀行〔総論〕柔軟構造のフルードパワーアクチュエータの展望
則次 俊郎〔解説〕圧力駆動バルーンアクチュエータを利用したマイクロフィンガーによる培養細胞組織の把持・解放操作小西聡
液圧アクチュエータを用いた内視鏡用径可変フード
松永 忠雄，芳賀 洋一
フレキシブルERバルブを用いたマイクログリッパ
吉田 和弘
気液可逆反応を利用したガス圧アクチュエータ
鈴森 康一，和田晃
螺旋状巻き付き空気圧駆動ソフトアクチュエータ西岡 靖貴
タコの吸盤を参考にした空気圧駆動による投擲型柔軟吸着体：Anchor Ball
塚越 秀行〔会議報告〕ERMR2016におけるフルードパワー技術の研究動向
竹村研治郎〔教室〕入門講座「エネルギー工学」第三回：続・火力発電と環境対策・地球温暖化
江間敏〔トピックス〕特許文献を調べる・特許情報プラットフォーム・・・特許文献を見る３
木原 和幸
レンズ風車とそのクラスタ化による新しい風車システム―マルチレンズ風車の開発―
大屋 裕二
フルードパワー設計者のためのグローバルスタンダード 第１回「ISO12100」機械類の安全性―設計者のための一般原則― リスクアセスメント及びリスク低減北村剛
インド駐在員日記
松崎 顕介〔研究室紹介〕東北大学中野研究室
中野 政身

平成28年度「フルードパワーシステム」編集委員
委 員 長 塚 越 秀
副委員長 村 松 久
委員 伊 藤 雅
上 野 朝
内 堀 晃
加 藤 猛
加 藤 友
北 村
木 原 和
栗 林 直
五 嶋 裕
佐 藤 恭
妹 尾

会

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

員 中
中
成
藤
丸
柳
山
山
吉
担当理事 伊
委

野
山
田
田
田
田
田
田
満
藤

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

告

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74

フルードパワーシステム

第47巻

第６号

2016年11月（平成28年）

ISSN

1880-3121

日本フルードパワーシステム学会論文集
第47巻, 第６号（2016）平成28年11月
目次

研究論文
１．微粒子励振型流量制御弁による油圧制御
浮田貴宏，鈴森康一，難波江裕之，神田岳文，大藤翔輝

一般社団法人 日本フルードパワーシステム学会

39

ISSN

1880-3121

TRANSACTIONS OF
THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY
Vol.47, No.6

November 2016
Contents

Paper
１．Hydraulic control by flow control valve using particle excitation


Takahiro UKIDA, Koichi SUZUMORI, Hiroyuki NABAE,

Takefumi KANDA, Shoki OFUJI

Published by
The Japan Fluid Power System Society
c/o Kikaishinko Building
３―5―22 Shiba-koen, Minato―ku, Tokyo, 105―0011, Japan39

浮田・鈴森・難波江・神田・大藤：微粒子励振型流量制御弁による油圧制御

39

研究論文

微粒子励振型流量制御弁による油圧制御＊
浮 田 貴 宏＊＊，鈴 森 康 一＊＊，難波江 裕 之＊＊神 田 岳 文＊＊＊，大 藤 翔 輝＊＊＊Hydraulic control by flow control valve using particle excitation
Takahiro UKIDA, Koichi SUZUMORI, Hiroyuki NABAE,
Takefumi KANDA, Shoki OFUJI
In this paper, we report on hydraulic characteristics of the particle excitation control valve, which was originallydeveloped for a flow rate control of pneumatic actuators. The orifices are opened and closed with particles excited by thevibration of the orifice plate and the fluid force. This results in more simple and compact structure, and higher flow rate-toweight ratio than conventional pneumatic valves. Because the traditional hydraulic valves are bulky and heavy, thepurpose of this study is the development of a small and lightweight hydraulic valve by applying the working principle ofthis particle excitation valve to hydraulics. We have focused on two characteristics affected by changing the working fluid
from air to oil. One is the vibration of the orifice plate, and the other is the movement of the particles. As a result, it isfound that the inertia of the working fluid reduces the vibration velocity of the orifice plate to 24%, and the viscosity of theworking fluid raises the operating voltage of the valve to 167% by the influence on the movement of the particles. In
addition, when silicone oils are used as working fluid, whose kinematic viscosity values are 1mm2/s, 2mm2/s, and 3mm2/s,
maximum volumetric flow rate of the prototype valve are 891ml/min, 887ml/min, and 838ml/min, respectively. Theseexperimental results indicate the potential of the proposed valve for hydraulics.
Key words：Proportional Control Valve, Hydraulics, Flow Control, Piezoelectric Element, Micro-Mechanism

1．緒の油圧サーボ弁の開発を本研究の目標としている．

言

著者の一部は以前に空気圧用の流量制御弁を開発してい

BigDogに代表される油圧アクチュエータで構成されたロる4）-7）．この流量制御弁は圧電素子によって流路内の微粒ボットには，電磁アクチュエータで構成されたロボットと子を励振し，これらによるオリフィスの開閉を利用して流比較して，外部環境からの衝撃に強く，大きな力を発生で量制御を行う．これにより単純かつ小型な構造となり，一

1）
-3）

．これらの

般的な空気圧用の流量制御弁と比較して，高い質量流量比

利点を有した油圧アクチュエータで構成されたロボットにきるタフなロボットが出来る可能性があるを実現している．この流量制御弁の動作原理を利用して，

電磁アクチュエータで構成されたロボットと同様の多自由

新たな油圧サーボ弁を開発することにより，より安価かつ度の動作を行わせる場合，多数の油圧サーボ弁をロボット

小型・軽量な油圧サーボ弁の開発が期待される．しかし，に搭載することが必要となる．

空気圧制御弁として蓄積してきた従来の設計手法をそのま

航空機などに使用されている小型の油圧サーボ弁は，そま油の制御に適用しても制御弁は動作しない．これは，作の大きさと重量の点でロボットに適している．しかし，小動流体の慣性力や微粒子に作用する粘性抵抗の増加などの型の油圧サーボ弁は高額であるため，多自由度を持つ油圧作動流体の物性の変化が，制御弁の動きを阻害したことがロボットの開発における問題点となる．そこで，油圧ロ原因である．
本論文では作動流体の密度や粘性が影響を与える要素とボットに搭載可能な大きさと単純な構造を持つ安価な小型して，オリフィス板の振動速度および微粒子が作動流体か＊

平成28年４月30日 原稿受付＊＊

東京工業大学（所在地：東京都目黒区大岡山２－12－１）（E-mail：ukida.t.ab@m.titech.ac.jp）

ら受ける抗力に着目し，数値解析および実験により影響を明らかにする．また，試作した流量制御弁について，複数の動粘度のシリコーンオイルを作動流体とした動作実験を行い，流量制御弁の動作条件およびその特性を明らかにする．

＊＊＊

岡山大学大学院自然科学研究科（所在地：岡山県岡山市北区津島中３－１－１）
第47巻

第６号

―1―

2016年11月（平成28年）

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日本フルードパワーシステム学会論文集る必要がある．そこで，本論文ではTable 1に示す動粘度の2．主 な 記 号

異なる７種のシリコーンオイルを用いて，その影響を検証

FD：作動流体から微粒子が受ける抗力

する．なおTable 1に示す#2から#5は，#1および#6のシリ

FI ：微粒子の慣性力

コーンオイルの混合比により，生成される．
今回実験に用いた流量制御弁の主な仕様とオリフィス板

FP：圧力による微粒子のオリフィスへの押付力
P ：供給圧力（ゲージ圧）の形状をそれぞれFig. 2とTable 2に示す．流量制御弁の寸μ ：作動流体の絶対粘度

法は外径10㎜，高さ９㎜，質量2.5gである．構造部の材質

ν ：作動流体の動粘度

および駆動に用いる圧電素子には，それぞれSUS-304およρ ：作動流体の密度

び厚さ0.2㎜のリング状のチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）を使用する．この圧電素子を複数積層し，オリフィス板にナットで固定した．オリフィスの配置及びオリフィス径については，これまで空気圧制御用の弁で実績のある設計を利用した5）-7）．

Fig. 1W orking principle of the valve using particle
excitation.
Table 1

No.

Silicone oils used in this study8）.

ρνμSpeed of sound［㎟/s］ ［×10－6 Pa・s］ ［㎏/㎥］
［m/s］

#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7

1
2
3
4
5
10
30

818
1,700
2,610
3,540
4,480
9,350
28,700

818
850
869
884
897
935
955

Fig. 2

901.3
―
―
―
―
966.5
―

Schematics of the orifice plate. The arrow in left
figure indicates the direction of flow.

Table 2

Specifications of the flow control valve.
Item

3．微粒子励振型流量制御弁の構造
Fig. 1に微粒子励振型流量制御弁の動作原理を示す4）．こDiameter［㎜］Height［㎜］Weight［g］
Number of orifices
Orifice diameter［㎜］Number of particles
Particle diameter［㎜］

Value
10.0
9.0
2.5
12
0.4
12
0.8

の流量制御弁は複数のオリフィスが配置されたオリフィス
板，微粒子，圧電素子で構成される．この流量制御弁は非動作時，作動流体の圧力が微粒子をオリフィスに押し付け，
流体の流れを止める．この微粒子がオリフィスから離れる
ことで流体は流れ，オリフィスから離れる微粒子の数の制
御により，流量を変化させることができる．圧電素子によってオリフィス板が共振すると，微粒子はその慣性力によってオリフィス板から飛び跳ね，それによってオリフィスが開口する．微粒子がオリフィス板から離れるためには，微粒子の慣性力が，流体圧による押し付け力や作動流体の粘性や慣性による抗力を超える必要がある．一般的なISO
VG32の作動油と空気を比較した場合，油の絶対粘度は空気の約1,500倍，密度は約700倍である．油圧制御を実現す
るには，これらが制御弁の動きに与える影響を明らかにす
第47巻

第６号

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Fig. 3

Quarter model of the valve for FEM analysis.
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浮田・鈴森・難波江・神田・大藤：微粒子励振型流量制御弁による油圧制御

するとその密度および粘性の影響で，空気圧の場合よりも4．オリフィス板の振動特性

大きな振動エネルギーが必要となる．また，より大きな振ここでは作動流体を空気から油に変更することを中心に，

動エネルギーを得るためには圧電素子の積層数を増加させ

各種動作条件のオリフィス板振動特性への影響を述べる．

ることになるが，このことは，一般に制御弁の共振周波数

4.1 有限要素法によるモーダル解析の低下を招く．そこで振動モードとその共振周波数への作本流量制御弁はたわみ方向に共振させたオリフィス板に

動流体の慣性および圧電素子の枚数が与える影響をモーダ

より，微粒子に慣性力を発生させ，微粒子をオリフィスかル解析により明らかにした．解析には有限要素法解析ソフら離れさせることで動作する．そのため，作動流体を油にトANSYSを使用した．この解析では，共振周波数への影
響が最も大きいと考えられる流体の慣性力に着目し，印加圧力および作動流体の粘性は考慮しない．解析に用いた
１/４モデルをFig. 3に示す．作動流体は音響流体要素としてモデル化し，全体のメッシュを20節点の６面体により分割した．境界条件はX-Z平面およびY-Z平面を対称とした．
圧電素子を２枚積層したモデルは，節点数が21,517，圧電素子を４枚積層したモデルは，節点数が22,032となる．音響流体要素として材料特性には空気と#1のシリコーンオイ
ルの音速と密度の値をそれぞれ与えた．
オリフィス板の中央がたわみ方向に大きく振動するモードの解析結果について，X-Z平面上にある節点の変位ベク
トルをFig. 4に示す．２点の節を中心に回転する振動モー⒜ドとなり，その共振周波数は作動流体を空気から油に変更

Working fluid：Air, Number of PZT：2

することにより1.4 kHz低下し（Fig. 4⒜と⒝の比較），圧電素子の積層数を２枚から４枚に変更することにより5.6 kHz低下した（Fig. 4⒝と⒞の比較）．この結果から，作動流体の変更および圧電素子の枚数変更による共振周波数の変化は３%以下であり，振動モードおよび共振周波数への影響は，少ないことが確認できた．
4.2 実験による振動特性の解析
次にオリフィス板を複数の条件で振動させ，それぞれの条件が振動特性に与える影響を実験により明らかにした．
実験条件をTable 3に示す．振動の様子を確認するため，
レーザードップラー振動計（Polytech社製OFV-3001）およ⒝

び周波数特性分析器（NF社製FRA-5095）を用い，オリWorking fluid：#1, Number of PZT：2

フィス板中央（Fig. 2右図の中央）の振動速度を測定した．
一定の圧力を印加した状態で実験を行うためにオリフィスをもたない制御弁を試作し，これをアルミニウム製のブロックに固定した．なお，拘束状態の変化を低減するため，
アルミニウム製のブロックと固定具の間に緩衝材を配置しTable 3

Experimental conditions.

Item
Working fluid
Impressed pressure［MPa］

Value
Air, Silicone oil
0.1, 0.3, 0.5

10, 20, 30, 40, 50, 60, 70,
80, 90, 100
Kinematic viscosity of silicone oil［㎟ /s］
1, 10, 30
Number of piezoelectric elements
2, 4Ambient temperature
Fluid temperature（18 ± ２℃）
Driving voltage［Vp-p］⒞
Fig. 4

Working fluid：#1, Number of PZT：4

Analytical results of vibrational mode, for three
typical conditions.

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2016年11月（平成28年）

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日本フルードパワーシステム学会論文集

た．下記ⅰ）からｖ）に沿って，それぞれの条件の振動特性への影響を述べる．
ⅰ）作動流体の粘性と密度の影響
作動流体として空気および#1のシリコーンオイルを用いた周波数応答の測定結果をそれぞれFig. 5⒜に示す．測定条
件は印加電圧10Vp-p，印加圧力0.5MPa，圧電素子の積層数２枚とした．測定する周波数域はモーダル解析の結果より共振点があると推測される100kHzから200kHzとした．作動流
体として空気を用いた結果では，特に大きな共振点が137.1kHz，179.8kHz，190.8kHzの３箇所に測定された．上記のモーダル解析で示したとおり，作動流体の変更による共⒜Influence of the working fluid.

⒝

Influence of the number of PZT.

振点のずれは１%以下であるので，シリコーンオイルを用いた場合の共振点130.2kHz, 177.3kHz, 190.5kHzにおける振動
モードは，空気を用いた場合の共振点137.1kHz，179.8kHz，
190.8kHzに対応することがわかる．そこでシリコーンオイルを用いた場合について，対応する振動モードにおける最大
振 動 速 度を空 気の 場 合と比 較 すると，130.2kHzおよび190.5kHzの共振点では振動速度が90%以上低下した．もっとも減衰が小さかった177.3kHz付近の共振点について比較した結果をTable 4に示す．作動流体を空気からシリコーンオイ
ルに変更することにより，振動速度とQ値はそれぞれ76%と72%低下した．また共振周波数は2.5kHz低下した．
Fig. 5ⅱ）圧電素子の枚数の影響ⅰ）で示したシリコーンオイルを用いた条件から，圧電Vibrational velocity at the central part of the orificeplate vs. driving frequency.

素子の積層数を４枚に変更し，その影響をみた．周波数応答 の 測 定 結 果 をFig. 5⒝ に 示 す． 特 に 大 き な 共 振 点 が130.3kHz，175.1kHz，189.7kHzの３箇所で確認された．モー
ダル解析の結果より，圧電素子の積層数による共振周波数への影響は３%以下であるので，最も振動速度が大きかっ
た175.1kHzの共振点は，圧電素子２枚の共振点177.3kHzと同じ振動モードと考えられる．そこで両者を比較した結果をTable 4に示す．圧電素子の積層数を２枚から４枚に変更することにより，振動速度は217%上昇したが，Q値は25%低下した．また共振周波数は2.2kHz低下した．
以降の測定ではTable 4で示した共振周波数周辺について述べる．

Table 4

 elationship between resonant frequency andFig. 6 R
applied voltage.

M easurement results of resonant frequency,
vibrational velocity, and quality factor in each
setup.
SetupsWorking fluid

Air

Number of piezoelectric elements

2

Silicone oil:
# １ in Table 1
2
4

Results
Resonant frequency［kHz］
Vibrational velocity［㎜ /s］
Quality factor
第47巻

第６号

179.8
82.2
244

177.3
19.7
69

175.1
62.4
52

Fig. 7―4―

Relationship between vibrational velocity at thecentral part of orifice plate and the applied voltage.
2016年11月（平成28年）

浮田・鈴森・難波江・神田・大藤：微粒子励振型流量制御弁による油圧制御

43ⅲ）印加電圧の影響

ⅴ）印加圧力の影響

Table 4に示す３つの条件について，印加電圧と共振周波作動流体の圧力を変化させた周波数応答の測定結果を数およびその振動速度の関係をFig. 6およびFig. 7に示す．

Fig. 9に示す．測定の条件は，作動流体として#1のシリコー

作動流体として空気を用いた場合，印加電圧の増加によりンオイルを用い，印加電圧100Vp-p，圧電素子の積層数２枚

共振周波数は低下し，印加電圧10Vp-pと100Vp-pの場合を比とした．測定の結果，共振周波数の変化は100Hz以下とな較すると1.2kHz低下した．また，作動流体としてシリコー
ンオイルを用いた場合，圧電素子の枚数に関わらず印加電圧の増加に対して共振周波数は上下し，その差は最大0.9kHzであった．印加電圧と振動速度の関係は全ての条件について線形であった．

Fig. 8Fig. 9 elationship between vibrational velocity, kinematicR
viscosity and driving frequency around resonant
frequency.

 elationship between vibrational velocity,R
impressed pressure and driving frequency aroundresonant frequency.

Fig. 10

Schematics of experimental setup.

Fig. 11 R elationship between minimum voltage to open
valve, impressed pressure and kinematic viscosityof the working fluid. Error bars show standard
deviation.

ⅳ）動粘度の影響#1，#6，#7のシリコーンオイルを用いて作動流体の動粘度の影響を調べた．周波数応答の測定結果をFig. 8に示
す．印加電圧100Vp-p，印加圧力0.5MPa，圧電素子の積層数２枚とした．測定の結果，動粘度の増加により共振周波数は上昇し，動粘度を１㎟/sから30㎟/sに増加させると共振
周波数は0.7kHz上昇した．一方で振動速度とQ値は，動粘度が10㎟/sおよび30㎟/sのとき，それぞれ最大値と最小値を取った．最大値と最小値の差は，振動速度では10%，Q
値では15%であった．
第47巻

第６号

Fig. 12―5―

Driving state of the prototype valve.
2016年11月（平成28年）

44

日本フルードパワーシステム学会論文集

り，印加圧力と振動速度の関係に一貫性はなかった．振動

加圧力が0.5MPa，印加電圧が140Vp-pのとき，それぞれの流速度は印加圧力が0.3MPaと0.5MPaのとき，それぞれ最大値

体に対する最大流量891㎖/min（#1, v= １㎟/s），887㎖/minと最小値を取り，その差は19%であった．

（#2, v= ２㎟/s），838㎖/min（#3, v= ３㎟/s）を示した．
次に動粘度，印加圧力，最大流量の関係をFig. 14に示す．

5．実験による微粒子の挙動解析

各印加圧力について動粘度を１㎟/sから２㎟/s，２㎟/sか

微粒子はオリフィス板から飛び跳ねる際，流体による押し付け力や作動流体の粘性や慣性による抗力を受ける．ここ

ら３㎟/sに増加させた場合，最大流量はそれぞれ最大1.4%，
6.1%低下した．
Fig. 13に示すように，印加電圧上昇に伴う流量の変化はでは流量制御弁のオリフィスが開口する印加電圧，作動流
体の動粘度，印加圧力の関係を測定し，作動流体の粘性と以下の３段階が見られることがわかった．
第１段階は，比較的印加電圧が低い場合で，電圧変化に圧力の増加による微粒子が受ける力の影響を明らかにする．
実験に使用した油圧回路をFig. 10に示す．流量制御弁は引き続きアルミニウム製ブロックに固定する．なお，圧電素子を２枚積層した流量制御弁は，全ての条件において動作しなかった．そのため，以降の実験では圧電素子を４枚積層した制御弁を用いた．また，シリコーンオイルの温度
はシリコーンオイルの動粘度が規定された25℃とした．駆動周波数は170kHzから190kHzの範囲にて調整した結果，最もよく動作する180kHzを使用した．この周波数は4.2節で示した共振周波数より５kHz高い数値であるが，オリフィスの有無による影響が要因と考えられる．
作動流体として#1から#5のシリコーンオイルを用い，オ⒜Silicone oil of #1（v=１㎟/s）⒝Silicone oil of #2（v=２㎟/s）⒞Silicone oil of #3（v=３㎟/s）

リフィスが開口した印加電圧をFig. 11に示す．印加圧力は0.1MPa，0.3MPa，0.5MPaとした．縦軸の最低動作電圧は開口に必要な最も低い動作電圧を示し，流量が５ml/minを超えた場合，制御弁が安定して開口したと判定した．実験の結果，動粘度および印加圧力の増加とともに最低動作電圧は増加し，最低動作電圧の最小値と最大値はそれぞれ
24Vp-p，67Vp-pであった．動作の様子をFig. 12に示す．
印可圧力が0.1MPaのとき，動粘度を１㎟/sから５㎟/sに増加させると，オリフィスの開口に必要な最低動作電圧は167%増加した．
4.2節に示した通り，印加電圧とオリフィス板の振動速度は線形であること，また，作動流体の圧力と粘性がオリフィス板の振動速度へ与える影響は小さいことがわかっている．したがって，Fig. 11に見られるような，作動油の圧力および動粘度の増加に伴う最低動作電圧の増加は，オリフィス板の振動速度低下によるものではなく，作動油から微粒子が受ける力（すなわち油圧が微粒子をオリフィスに押し付ける力，および作動油の慣性と粘性による抗力）により，微粒子の運動が妨げられることが原因と言える．

6．流量特性の評価実験
印加電圧に対する本制御弁の流量特性を測定した．実験は５章と同じ実験システムで行った．また，作動流体として温度25℃の#1から#3のシリコーンオイルを用い，印加圧

Fig. 13

力0.1MPaから0.5MPaの範囲について行った．実験結果をFig. 13に示す．
印加圧力および印加電圧の増加により流量は上昇し，印
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第６号

―6―

R elationship between volumetric flow rate,
impressed pressure, and applied voltage. Error
bars show standard deviation. Upper, middle, andlower figures show the results of different siliconeoils（#1, #2, and #3 in Table 1, respectively）．

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45

浮田・鈴森・難波江・神田・大藤：微粒子励振型流量制御弁による油圧制御

第２段階は，印加電圧上昇に伴い，低流量から大流量まで急激に遷移する間の段階である．この領域では流量が不安定で，印加圧力に対して流量を安定して連続的に制御するのは難しい．一例として，印加圧力0.3MPa，印加電圧80Vp-p，作動流体として#2のシリコーンオイルを用いたときの流量の時間変化をFig. 15に示す．平均流量は164㎖/min
であるが，約１秒間の間に瞬間流量は最大575㎖/min，最小０㎖/minと大きく変化する．その原因は，制御弁内における圧力変動により，微粒子の押し付け力が変化するため
Fig. 14 R elationship between volumetric flow rate of thevalve, kinematic viscosity, and impressed pressure,when applied voltage was 140V p-p. Error bars
show standard deviation.

と考えられる．印加電圧をあげていくと，まずオリフィス
板中央の微粒子が飛び跳ねるが，これに伴って制御弁内の流体が流出して弁内の圧力が低下する．制御弁内の圧力低下はその他の微粒子のオリフィスへの押し付け力を低下させ，微粒子はオリフィスから飛び跳ね瞬間流量が上昇する．
一方，流量増加は微粒子をオリフィスに押し付ける作用を増大させる．このようなメカニズムで，この段階では流量の時間変動が大きく，動作が不安定であると考えている．
第３段階は，印加電圧上昇に対して流量が飽和する段階である．Fig. 16は，微粒子を入れない場合の流量特性と，微粒子を入れた状態での最大流量を比較した実験結果である．作動流体として#1のシリコーンオイルを用いている．
両者の差は小さく，最大流量となる第３段階では，十分強い微粒子励振により，微粒子がオリフィスから十分離れてFig. 15 T ransition of flow rate, when the value ofkinematic viscosity, impressed pressure, andapplied voltage were ２ ㎟/s, 0.3MPa, and 80Vp-p,
respectively.

いることがわかる．
これら３つの段階が切り替わる電圧は，作動油の動粘度
および印加圧力の増加に伴い上昇する．4.2節で示した通り，
動粘度および印加圧力は，オリフィス板の振動速度に対して影響が小さいので，この現象は微粒子に作用する作動流
体から受ける力によるものと考えられる．

7．結言

小型軽量で安価な油圧制御弁の実現を目指し，空気圧制御用に考案，開発された微粒子励振型流量制御弁の原理を油圧制御に適用するための基礎検討を構造数値解析と実験により行った．
今回の研究では，制御弁の構造や寸法は既報の空圧流量制御弁（外径10㎜，長さ９㎜，オリフィス数12，リング状
Fig. 16 C omparison between the flow rates with particles
and without particles.

圧電素子）を想定した，また作動流体としては，粘度調整のしやすさからシリコーンオイル（動粘度１～ 30㎟/s）を想定して検討を進めた．このように限定的な検討ではある

対して流量変化の割合が小さい段階である．特に印加圧力が，以下の知見を得た．
まず，オリフィス板の振動特性に関して，が高く，作動油粘度が高い場合に顕著に表れる．この段階
では，微粒子はオリフィス近辺で連続して開閉を繰り返す

１）作動油の使用に伴い，オリフィス板の振動速度は低下状態と考えられる．オリフィス板の振動速度が小さい場合，する．この主な要因は，作動油の粘性によるものでは微粒子は飛び跳ねた直後に作動流体から受ける力によってなく，その質量によるものである．

オリフィスに押し戻され，微粒子がオリフィス近辺から離作動油中の微粒子の挙動に関して，れないため，流量が小さい．ただし，時間による流量の変動が小さく安定しているのが特徴である．
第47巻

第６号

２）作動油の動粘度上昇により，オリフィス開口に必要な―7―

2016年11月（平成28年）

46

日本フルードパワーシステム学会論文集

印加電圧は上昇する．これは，オリフィス板の振動速参 考 文 献度の低下によるものではなく，微粒子が作動油から受

１）Raibert, M, et al.：Bigdog, the Rough-Terrain Quadruped

ける抗力によるものである．

Robot, Proceedings of the 17th World Congress. Vol. 17,
No. 1,（2008）

以上より開発した制御弁に関して，
３）試作した超小型油圧制御弁により，供給圧力が0.5MPa２）Semini, C, et al.：Design of HyQ–a Hydraulically andのとき，動粘度が１㎟ /sのシリコーンオイルでは流量Electrically Actuated Quadruped Robot, Proceedings of

891㎖/min，動粘度が３㎟/sのものでは流量838㎖/min

the Institution of Mechanical Engineers, Part I：Journal

をそれぞれ達成した．

of Systems and Control Engineering, vol. 225, No. 6, p.
831-849（2011）４）印加電圧上昇に伴う流量の変化は，１）低流量段階，

３）Jiaqi, Z, et al.：Trot gait design and CPG method for a２）急激遷移段階，３）飽和段階の３段階が見られる

quadruped robot, Journal of Bionic Engineering, vol. 11,

ことがわかった．

No. 1, p. 18-25（2014）４）Hirooka, D, et al.：Flow control valve for pneumatic

今回の検討では，制御圧，作動油粘度は，まだ限定的でactuators using particle excitation by PZT vibrator,

はあるが，それぞれの要因が明らかになり，微粒子励振型

Sensors and Actuators A：Physical, vol. 155, No. 2, p.
285-289（2009）

流量制御弁の原理を用いた超小型油圧制御弁実現の可能性

５）Hirooka, D, et al.：Design and evaluation of orificeを実証できたと考えている．
今後は，マッキベン型人工筋を想定した低圧油圧アク

arrangement for particle-excitation flow control valve,

チュエータへの本制御弁の搭載研究を進めるとともに，高Sensors and Actuators A：Physical, vol. 171, No. 2, p.
283-291（2011）

圧力，高粘度対応の油圧制御弁開発および表面張力等のその他の液体の物性が本制御弁に与える影響についても，研６）廣岡大祐，鈴森康一，神田岳文：微粒子励振型空気流量制御弁の非線形性補償による流量制御，日本フルー究を進める．
謝ドパワーシステム学会論文集，Vol. 43, No. 5，p. 117-

辞

121（2012）

本研究は，総合科学技術・イノベーション会議により制７）廣岡大祐，山口智実，古城直道他：微粒子励振型流量度設計された革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）

制御弁を用いた空気圧シリンダの速度制御，日本フ「タフ・ロボティクス・チャレンジ」により，科学技術振ルードパワーシステム学会論文集，Vol. 46, No. 2, p.

興機構を通して委託されたものです．

7-13（2015）８）信越化学工業株式会社：シリコーンオイル〈KF-96〉
性能試験結果

第47巻

第６号

―8―

2016年11月（平成28年）

日本フルードパワーシステム学会論文集47

総目次（第47巻）

日本フルードパワーシステム学会論文集 総目次（第47巻）【研究論文】

号 通し頁

第６号

微粒子励振型流量制御弁による油
…
圧制御
2

7

3

15

4

23

―9―

︱

第47巻

瀬戸 信治
橋本 裕明
海老澤大輔
小野寺 充

1

︱

統合動作解析によるガス遮断器用…
油圧操作器の設計手法

眞田 一志
 ︱︱︱ ︱

DDVC方式燃料噴射装置による舶
…
用ディーゼルエンジンの噴射量制御︱

樹脂部品を用いた高圧対応ギヤポ…
ンプ

1

油圧アームのオンライン物理パラ…
メータ同定  ︱︱ ︱︱

︱ ︱︱ ︱︱ ︱︱

気液相変化により駆動されるゴム…
人工筋アクチュエータの製作

加藤 友規
本多 駿太
程
明昭
櫻木 一樹
大野
学
伊藤 貴廣
小泉 俊裕
御簾納雅記

松本 優司
酒井
悟
浮田 貴宏
鈴森 康一
難波江裕之
神田 岳文
大藤 翔輝

5

31

6

39

2016年11月（平成28年）

昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
平成28年11月15日発行（奇数月）

Vol.47 No.6
フルードパワーシステム

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