昭和47年10月19日第4種学術刊行物許可

平成24年３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

Mar.2012 Vol.

43 No.2

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「国際シンポジウム 2011」

社団法人日本フルードパワーシステム学会

http://www.jfps.jp

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

ISSN 1346―7719

第43巻 第 2 号
2 0 1 2 年３月

次―

特集「国際シンポジウム2011」
【巻頭言】
横田 眞一
実行委員長からのメッセージ ― 沖縄での国際シンポジウムを開催して【総論】
第８回フルードパワー国際シンポジウムの全体概要
田中
豊
【解説】
プログラム・セッションの概要
早川 恭弘
展示の概要
桜井 康雄
JFPS Best Student Paper Award
佐藤 恭一
特別招待講演の概要
吉田 和弘
Fluid Power 2011「医療・福祉」セッションの講演
赤木 徹也「ロボティクス・メカトロニクス」セッションの講演（基調講演を含む）
則次 俊郎「機能性流体」セッションの講演（基調講演を含む）
築地 徹浩「水圧」セッションの講演
北川
能
フルードパワーに関する第８回JFPS国際シンポジウムの感想と印象記 Andrew Schenk（翻訳 近藤瞳）
参加学生から見た第８回JFPS国際シンポジウム
山口 彰浩
参加学生から見た今回の国際シンポジウム
坂間 清子
参加企業から見た今回の国際シンポジウム ― ポンプそして人生（Ⅳ）―
小曽戸 博

69
70
74
77
80
82
87
92
96
101
106
110
113
116

【ニュース】
日本フルードパワーシステム学会国際シンポジウム2014紹介
香川 利春
120
日中若手研究者交流と特別講演会の報告
田中豊
122
中国機械工程学会流体伝動与控制分会第五期委員会が発足
蕭欣志
124【FPIC会議報告】
山梨講演会2011におけるフルードパワー技術研究動向
田中豊
125
SICE Annual Conference 2011（OS：FLUCOM-J）および第12回流体計測制御シンポジウムにおける
フルードパワー技術研究動向
小山紀
128【企画行事】
平成23年度 オータムセミナー開催報告「パワートレインにおけるフルードパワー技術」
成田晋
130【コーヒーブレイク】
こんなことありませんか？
小山
紀
76
【会告】
平成24年春季フルードパワーシステム講演会のお知らせ
64
平成24年春季フルードパワーシステム講演会 オーガナイズドセッションの講演募集案内
66
平成24年春季講演会併設セミナー「電動とフルードの社会貢献」
67
触れて学べる！ 入門者向き実習講座「油空圧技術」
68
共催・協賛行事のお知らせ
91
各委員会名簿119，127
若手育成フルードパワー道場７ 「フルードパワーに生かせる電子回路技術」開催のお知らせ
121
その他
63，86，132■表紙デザイン：山本 博勝 ㈱豊島
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 機械振興会別館102
TEL：03―3433―8441

FAX：03―3433―8442

E-Mail：info@jfps.jp

ISSN 1346 7719

JOURNAL OF
THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY

FLUID POWER SYSTEM
Vol．43，No. 2

March 2012―――Contents―――
Special Issue “International Symposium 2011”【Preface】
A Message Letter of the 8th JFPS International Symposium on Fluid Powerfrom the Chair of Executive Committee
Shinichi YOKOTA
69【Survey】
Summary of the 8th JFPS International Symposium on Fluid Power
Yutaka TANAKA
70【Explanation】
Abstract of Program Session
Yasuhiro HAYAKAWA74
The Outline of Exhibition in the 8th JFPS International Symposium on Fluid Power
Yasuo SAKURAI
77
JFPS Best Student Paper Award
Yasukazu SATO
80
Outline of the Special Lectures
Kazuhiro YOSHIDA
82
Presentation of the Session Medical and Welfare Equipments in Fluid Power 2011
Tetsuya AKAGI
87
Presentation of the Session Robotics and Mechatronics
Toshiro NORITSUGU
92Presentation of the Session Functional Fluid Keynote Speech
Tetsuhiro TSUKIJI
96
Presentation of the Session “Water Hydraulics”
Ato KITAGAWA
101
Thoughts and Impressions on the 8th JFPS Symposium on Fluid Power
Andrew Schenk
106
The 8th JFPS International Symposium on Fluid Power from the Viewpoint of a Participating Student
Akihiro YAMAGUCHI110
Report of the 8th JFPS International Symposium on Fluid Power
Sayako SAKAMA113
The 8th JFPS International Symposium on Fluid Power from Participating Industry ―Pump andLife（IV）―
Hiroshi KOSODO
116【News】The JFPS International Symposium in Matsue 2014
Toshiharu KAGAWA
Report on Japan-China Exchange Program for Young Scientists and Special Lecture in 2011
Yutaka TANAKA
Organize Fifth Committee of Fluid Power Transmission and Control Institution CMES
Xinzhi XIAO【FPIC Report】
Research Trend of Fluid Power Technology in Yamanashi Conference 2011
Report of the SICE Annual Conference 2011（OS：FLUCOM-J）
and the 12th SICE Symposium on Fluid

120
122
124

Yutaka TANAKA

125

Osamu OYAMA128【JFPS Activities】
2011 JFPS Autumn Seminar Report

Susumu NARITA

130【Coﬀee Break】

Osamu OYAMA76【JFPS News】

63, 64, 66, 67, 68, 86, 91, 119, 121, 127, 132

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

会告

63

理事会・委員会行事日程等会

告〈理事会・委員会日程〉
３月８日

基盤強化委員会

３月13日

委員長会議

３月22日

情報システム委員会

３月30日

理事会・評議員会

４月６日

編集委員会

５月11日

企画委員会

第４回企画委員会

〈第５回
１月27日

15：00 〜 17：00

２月３日 15：00 〜 17：00

理事会〉

キャンパスイノベーションセンター（田町）（出席者14名）

機械振興会館５S―２

１）平成22年度立案企画の定期事業に関する報告・審議（出席者17名）
１）一般法人移行準備状況について

時項

２）次期会長の人選について①若手育成FP道場６WGの報告

３）フェロー候補者の選考結果について②その他
２）平成23年度立案企画の定期事業に関する報告・審議

４）学会賞選考結果について
５）日中若手研究者交流事業の派遣研究者推薦について事項

６）会員の推移と入退会者について①ウインターセミナーについて

７）その他②日中ワークショップについて③平成24年度春季フルードパワーシステム講演会について〈委員会報告〉④企画・編集合同企画（併設セミナー）について⑤平成24年度秋季フルードパワーシステム講演会に第４回基盤強化委員会

ついて

12月20日 15：00 〜 17：00 機械振興会館６―60（出席者10名）⑥教育講座について

１）会員サービスについて⑦WGの構成について⑧その他

２）若手フルードパワー道場について

３）確認事項

３）フルードパワー・バーチャルミュージアムについて①会誌３月号の予定会告記事

４）2012年度フェロー推薦について

・平成24年度春季フルードパワーシステム講演会
関連

第５回委員長会議②その他

１月20日 15：00 〜 17：00
法政大学市ヶ谷キャンパス（出席者６名）第５回編集委員会

１）一般法人移行準備状況について

２月17日 14：00 〜 17：00

２）次期会長の人選について

キャンパスイノベーションセンター（田町）３）フェロー候補者の選考結果について（出席者14名）

４）学会賞選考結果について

１）学会誌特集号の現状と企画について
Vol. 43 No. 2（３月号）〜 Vol. 43 No. 6（11月号）に

５）研究委員会 油圧の基盤技術―その継承と活用― のついて審議した成果の出版について
６）その他

２）トピックスの進捗状況について
３）単発の解説記事について
４）その他

第43巻

第２号

―1―

2012年３月（平成24年）

64

フルードパワーシステム

会

告日本フルードパワーシステム学会・日本機械学会 共催

平成24年春季フルードパワーシステム講演会のお知らせ
開催日：平成24年５月24日
（木）
，25日
（金）
講演募集要項
平成24年春季フルードパワーシステム講演会を下記のとおり開催します．本講演会は通常の一般講演に加え，フルー
ドパワーの魅力にフォーカスしたオーガナイズドセッションとして，「ミクロとマクロでブレークスルーを支えるフルー
ドパワー」，「フルードパワーシステムのトライボロジーとその周辺技術」，「生体協調システムとしてのフルードパワー」
を企画しました．また，24日午後は編集委員会と企画委員会の合同企画による併設セミナー「電動とフルードの社会貢献」を，25日午後は特別企画として，23日に開催されます日中ワークショップのため中国からお招きした研究者による特別講演を予定しております．本講演会が参加者皆様の情報交換ならびに交流の場となれば幸いです．どうぞ奮ってご参
加いただきますようご案内申し上げます．
１．開催日時：平成24年５月24日（木）〜 25日（金） ９：00 〜 17：00（予定）２．会

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

３．講演の種類：学術講演．基本的に講演内容はフルードパワーシステムの分野に関連するものに限ります．
４．講演申込者の範囲：共催両学会の会員およびその会員を含むグループ．ただし，講演者は会員に限ります．
５．講演申込要領：⑴ 申込方法：講演申込者は，当学会のホームページ（http://www.jfps.jp）上で講演申込を行ってください．詳細はホームページをご覧ください．
郵送，FAXでの申込は受けつけません．また，講演申込後の講演タイトル等の変更は認めませんのでご注意ください．
⑵ 講演申込締切日：平成24年３月28日（水）参加登録は別途必要です．７．項をご参照ください．

⑶ 前刷原稿の書式：１題目につき３頁（図・表含む）．サンプルファイルを学会ホームページ（http://www.jfps.jp）
からダウンロードしてご使用ください．なお平成21年度の春季講演会より前刷り原稿フォーマットが大幅に変更されておりますので，ご注意ください．
⑷ 前刷原稿締切日：平成24年４月11日（水）必着
締め切りを論文集作成に必要な最小日数で設定しました．締切日に未着の原稿は論文集に掲載できない場合がありますので，ご注意ください．
⑸ 前刷原稿提出方法：PDF化した原稿ファイルを学会ホームページ（http://www.jfps.jp）上からご提出ください．
詳細はホームページをご覧ください．PDF化に際しましては図・写真の画質にご注意ください．なお，ファイルサ
イズは２MBまでです．
６．講演会の形式：⑴ 講演時間：１題目につき20分（講演15分，討論５分）です．
⑵ 座

長：会員の中からあらかじめ見識ある方を人選します．

⑶ 講演論文集：申込講演の前刷原稿をオフセット印刷し，一冊に編集します．
⑷ 討

論：講演発表時に５分間の討論の時間を設けてありますが，さらに講演会終了後１ヶ月間は会員より「書面による討論」を受け付けています．講演者はその討論に対して学会へ書面をもって回答することを原則とします．
⑸ 論文集への投稿：講演者は講演会終了後の討論締め切後，「日本フルードパワーシステム学会論文集」に投稿できます．
７．参加登録：⑴ 講演会の参加者は参加登録が必要です．また，講演者は前刷原稿締切日（平成24年４月11日（水））までに事前登録が必要です．参加登録は，学会ホームページ（http://www.jfps.jp）上で行ってください．詳細はホームページをご覧ください．
⑵ 登録料：登録料には各種講演の聴講料および講演論文集１冊の代金が含まれます．なお，講演会の参加登録者は，
第43巻

第２号

―2―

2012年３月（平成24年）

会告

65

平成24年春季フルードパワーシステム講演会のお知らせ

５月25日16：30から開催予定の技術懇談会に参加することができます．
事前登録（平成24年５月９日（水）まで 厳守）の方は，つぎの表に示す割引料金となります．
※ただし講演者の方は上記７．⑴の通り，前刷原稿締切日（平成24年４月11日（水））までに事前登録をお願いいた
します．
正会員・賛助会員
企業の社員

名誉員・シニア員・ジュニア員・学生会員

日本フルードパワー工業会会員企業の社員，共催・協賛団体の会員
（正会員）

一般

講演会

18,000円

10,000円

20,000円

23,000円

併設セミナー

14,000円

5,000円

16,000円

19,000円

113,000円

34,000円

40,000円

講演会＋併設セミナー

30,000円

講演会と併設セミナーを同時に事前登録されますと，併設セミナー分の登録料が2,000円割引となります．
平成24年５月10日（木）以降（講演会当日を含む）にご登録の場合は，つぎの表に示す料金となります．
正会員・賛助会員企業の社員

名誉員・学生会員

日本フルードパワー工業会会員企業の社員，共催・協賛団体の会員
（正会員）

一般

講演会

20,000円

15,000円

22,000円

25,000円

併設セミナー

15,000円

7,000円

17,000円

20,000円

シニア員，ジュニア員の割引料金は事前登録の場合のみ適用されます．事前登録締切り以降の場合は，正会員での受付となります．
会員資格について不明な点は，学会事務局までお問い合わせください．
また，同一の講演者が複数の講演を行う場合，２件目以降は，１講演につき7,000円が加算されます．
⑶ 別売り講演論文集料金：登録料に含まれる１冊の講演論文集とは別に論文集を購入される場合，正会員・名誉会
員・賛助会員企業の社員は6,000円，フルードパワー工業会会員企業社員，協賛・共催団体社員は8,000円，一般は10,000円にて，当日受付において購入できます．また，学会ホームページ（http://www.jfps.jp）から講演論文集申込書をダウンロードしE-mailに添付して学会宛（info@jfps.jp）に送信する方法でも購入できます．ただし，発送は講演会終了後となります．
８．連絡先：（社）
日本フルードパワーシステム学会〒105‑0011 東京都港区芝公園３―５―22 機械振興会館 別館102
E-mail info@jfps.jp

TEL 03‑3433‑8441

FAX 03‑3433‑8442⑴ 郵便振替貯金 00110―3―133690⑵ 三井住友銀行 日比谷支店（普）
7611417＊口座名はいずれも「社団法人 日本フルードパワーシステム学会」です．

第43巻

第２号

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2012年３月（平成24年）

66

会

フルードパワーシステム

告平成24年春季フルードパワーシステム講演会

オーガナイズドセッションの講演募集案内「ミクロとマクロでブレークスルーを支えるフルードパワー」「フルードパワーシステムのトライボロジーとその周辺技術」「生体協調システムとしてのフルードパワー」（社）
日本フル−ドパワ−システム学会 企画委員会
平成24年度の春季フルードパワーシステム講演会では，オーガナイズドセッションとして「ミクロとマクロでブレー
クスルーを支えるフルードパワー」，「フルードパワーシステムのトライボロジーとその周辺技術」および「生体協調シス
テムとしてのフルードパワー」を企画しております．皆さまからの多くのご参加をお待ちしております．
・「ミクロとマクロでブレークスルーを支えるフルードパワー」
オーガナイザー：伊藤 和寿（芝浦工業大学 教授），竹村 研治郎（慶応義塾大学 専任講師）
液体の性質を活かし，非常に小さな部品を製造／加工する装置から大型構造物を建設／解体する機械までをさまざまな条件下で駆動／制御するフルードパワーは，産業界で広く活躍しています．本OSでは，これらにさらなる技術革新をもたらす研究の最新の動向について議論できる講演を，基礎から応用まで広く募集いたします．
・「フルードパワーシステムのトライボロジーとその周辺技術」
オーガナイザー：小曽戸 博（株式会社タカコ 開発部技師長），風間 俊治（室蘭工業大学 教授）
省エネルギーや環境問題が叫ばれる社会情勢下において，高効率化や信頼性などを下支えするトライボロジー技術はますますその重要度が高くなっています．本学会の先輩諸氏は，すでに50年前にフルードパワーにおけるトライボロジーを重要視し，研究委員会を設立しましたし，その流れは現在も続いています．本OSでは，さらにシステムやその周辺技術についてまで幅を拡げて，最新動向についての講演を募集いたします．
・「生体協調システムとしてのフルードパワー」
オーガナイザー：赤木 徹也（岡山理科大学 准教授）
，高岩 昌弘（岡山大学 准教授）
高齢化や若年労働力不足等を背景に，人とのインタラクションを伴う動作に機械システムを応用しようとする機運は年々高まっています．本OSでは，医療・福祉・介護から情報・娯楽に至る分野まで，人の支援技術としてのフルードパ
ワーという観点で基礎から応用に関する講演を広く募集いたします．

講演申込方法，講演原稿書式，申込および原稿の提出期限などはすべて一般講演と同じですので，講演募集要領をご参照ください．なおオーガナイズドセッションに講演を申し込まれる場合は，申込手続きの備考欄に「OSミクロとマクロでブレークスルーを支えるフルードパワー」，「OSフルードパワーシステムのトライボロジーとその周辺技術」，「OS生体協調システムとしてのフルードパワー」，と明記してください．
お問い合わせ先：（社）
日本フルードパワーシステム学会〒105‑0011 東京都港区芝公園３―５―22 機械振興会館 別館102
E-Mail info@jfps.jp

第43巻

第２号

TEL．03‑3433‑8441―4―

FAX．03‑3433‑8442

2012年３月（平成24年）

会告

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平成24年春季講演会併設セミナー「電動とフルードの社会貢献」

会

告日本フルードパワーシステム学会 主催

平成24年春季講演会併設セミナー「電動とフルードの社会貢献」（企画・編集委員会合同企画）
開催日時：2012年５月24日（木） 13：00 〜 17：00（予定）
開催場所：機械振興会館 本館（東京都港区芝公園３―５―８）
趣旨： 平成23年５月に予定されていた春季講演会併設セミナー「電動とフルードの社会貢献」は，５月号会告でお伝えした通り，東日本大震災の影響により，中止のやむなきに至りました．そこでこのたび，改めて学会誌第42巻２号の特集号「電動とフルードの社会貢献」にご執筆された方々の中から講師を数名（７名を予定）お招きし，平成24年春
季講演会併設セミナーとして企画させていただくことになりました．電動とフルードのアプリケーションの棲み分け，昨今の環境保護の問題なども含め，相互の新たな利用価値を考える機会として，本セミナーをご活用願えれば幸いです．
なお，本セミナーは学会誌を担当する編集委員会と，講演会やセミナーの企画を担当する企画委員会の合同企画事業の第９回目です．
春季講演会との併設開催ですので，フルードパワーシステムの最新情報を得る絶好の機会であります．ぜひ春季講演会とセットでの参加登録をお勧めします．
受 講 料：本誌中の平成24年春季フルードパワーシステム講演会会告の「7.参加登録」をご参照ください．
テキスト：学会誌42巻第２号（平成23年３月発行）をテキストとして使用します．ご持参ください．
申込方法：当学会のホームページ（http://www.jfps.jp）から行ってください．
お問い合わせ：（社）
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
当日のプログラム（予定）
13：00〜13：05 企画委員長挨拶 大内英俊（山梨大学）
13：05〜13：35 「鉄道台車の空気圧を用いたサスペンション制御技術」
住友金属工業株式会社 根来尚志 氏
13：35〜14：05 「超精密加工・計測分野におけるフルードパワー技術」
長崎大学 矢澤孝哲 先生
14：05〜14：35 「超大型電動式油圧ショベル」
日立建機株式会社 藤田浩二 氏
14：35〜15：05 「グリーンメカトロニクスと液圧システム」
名城大学 大道武生 先生
15：05〜15：15 休憩
15：15〜15：45 「オートマティックトランスミッションに用いられる電動機器」
日本電産トーソク株式会社 安田智宏 氏
15：45〜16：15 「小型電動グリッパの機能と特徴」
株式会社TAIYO 大石貴弘 氏
16：15〜16：45 「パワーステアリングの技術動向」
株式会社ジェイテクト 山内健太郎 氏
16：45〜16：50 編集委員長挨拶 眞田一志（横浜国立大学）
司会：加藤友規（福岡工業大学）

第43巻

第２号

―5―

2012年３月（平成24年）

68

フルードパワーシステム会

告触れて学べる！ 入門者向き実習講座「油空圧技術」
空気圧システム制御の実務（M1303）
主催： 社団法人 日本フルードパワーシステム学会

協

力： 独立行政法人高齢・障害・求職者雇用支援機構
大阪職業訓練支援センター（ポリテクセンター関西）

募集要項
方

針：企業においてはじめて油空圧技術に携わる人材を対象とした導入教育．座学で学んだ内容を実習で体験し，興味と理解を深める教育をおこなう．

期間：平成24年６月13日
（水）
〜 15日
（金）

会

場：ポリテクセンター関西（大阪府摂津市三島）http://www3.jeed.or.jp/osaka/poly/対象：以下の要件を満たす者⑴ 原則として企業に勤務し，事業主の推薦ならびに保証のある者⑵ 工業高校，普通科高校，大学を卒業，もしくはこれと同等の学力があると認められる者

研修概要：参加者は油圧と空気圧の双方の講義と実習を受けることができます．
⑴ 講義 ６月13日（水） ９：15 〜 16：00
・油空圧技術の特徴 ・基礎公式 ・作動油と圧縮空気の性質
講師：横浜国立大学 教授
明治大学

教授

眞田 一志 先生
小山紀 先生

⑵ 実習 14日（木）
および15日（金） ９：15 〜 16：00① 油圧実習：主な油圧機器と油圧回路
講師：ポリテクセンター関西 正木 克典，中西 英明② 空気圧実習：主な空気圧機器と空気圧回路
講師：ポリテクセンター関西 正木 克典，中西 英明
定

員：24名（定員になり次第締め切らせていただきます）

研修費用：１名につき 12,100円（消費税込み） お申し込みと同時に下記にお振込みください．
＊受講料には，講義のほか教科書，教材費，実習受講費も含まれています．
＊研修費用振込先：三井住友銀行 日比谷支店（普）7611417
名義：シャダンホウジン ニホンフルードパワーシステムガッカイ
修了証書：講義と実習の修了者には，㈳日本フルードパワーシステム学会より，修了証を授与します．
申込方法：㈳日本フルードパワーシステム学会事務局にお問い合わせください．
申込期限：平成24年５月31日（木）
問合せ先：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丁目５番22号 機械振興会館 別館102
TEL：
（03）
3433‑8441

第43巻

第２号

FAX：
（03）
3433‑8442―6―

E-mail：info@jfps.jp

2012年３月（平成24年）

横田

眞一：実行委員長からのメッセージ―沖縄での国際シンポジウムを開催して

69

巻 頭 言

実行委員長からのメッセージ ― 沖縄での国際シンポジウムを開催して＊
横

田

眞

一＊＊

平成23年10月25日から４日間，沖縄宜野湾市の海浜沿いにある沖縄国際コンベンションセンターで，特別講演をお願いしたProfessor K. Stelsonには，１年前に学会に来られたときからお願いしていたこ

第８回JFPSフルードパワー国際シンポジウムを開催した．４日間とも，おかげさまで天候に恵まれ，快晴無風で，沖縄にしては清々しい季候であった．

ともあり，ご夫人同伴で出席していただくことができた．Stelson教授は，今回学生対象の最優秀論文賞が用意されていることを知り，学生を連れてこな

参加者は，フルードパワーの最新研究について討論すると共に，沖縄の風光，文化を堪能できたと思う．
沖縄での開催は委員長の強い要望できまった．10月

かったことを残念がり，次回はぜひとも学生共々出席したいと話していた．講演の中では，省エネに関連して，「もったいない」の日本語をうまく紹介し下旬であれば，海水浴も可能で，台風の上陸・接近はほとんど無いとの過去10年の情報をもとに日時を決定した．第１回の実行委員会は３年前の平成21年５月に法政大で催され，以降11回にわたり随時開催された．幹事には法政大教授の田中豊先生（現，学部長）にお願いした．２回の会場下見と平成22年８月の中国油空圧学会総会出席を通じて，沖縄での会の成功を確信した．中国の先生がたも沖縄の開催に大きな興味をもっていただいた．外国にPlenary
Lecturerをお願いする直前に，東北地方を中心に大地震と未曾有の津波が到来し，それにより原子力発
電所事故が引き起こされた．とても外国の要人に講師をお願いできる状況ではなく，通知を一時保留した．その後，状況の沈静化が見られたので，依頼状を出したが，やはり軒並み断り状がいろいろな理由ていたのが印象的であった．また奥様は，バンケッ
トに参加者の中でひとりだけ和服で現れ，まわりの賞賛を浴びていた．
実 行 委 員 な ど と の 会 食 を， 特 別 講 演 講 師 のProfessor K. Stelson,およびProfessor Fu Xinほかをお呼びして，たたみの上での懇談をしたが，交流には大変有意義であったと感じた．
最後になるが，今回８回目のシンポジウムをどうにか成功裏に終了できたことについて，出席者を始め，講師各位，実行委員，越膳事務所，スポンサー
諸氏に，この場をお借りして深甚の謝意を表する．

をつけて返された．致し方ないとは思ったが残念であった．結局，日本の先端研究をしている先生方に講師をお願いした．
外国からの参加者の減少が懸念された．来ていた

よこ

［著
た

しん

いち

横 田

眞

一 君

だく限りは，できるだけもてなそうという方針を，
実行委員会で決め，プレツアー，バンケット，ポス
トツアーを充実させた．こういう状況を理解した一企業からの寄付にも大変助けられた．ここに厚く謝意を表したい．結果として，ヨーロッパからの常連がほとんど見えず，日本人100名，外国人70名（主

者

紹

介］

1975年東京工業大学大学院理工学研究科
機械物理工学専攻修士卒，同大学助手，助教授を経て，1995年同大学精密工学研究所
教授．機能性流体を応用したマイクロア
クチュエータ・センサ・システムの創成研究に従事．日本機械学会フェロー，日本フルードパワーシステム学会，日本AEM学会評議員，日本ロボット学会などの会員．
工学博士．
E-mail：syokota@pi.titech.ac.jpに中国，韓国）の出席者となった．

＊

平成23年11月15日

原稿受付

＊＊

東京工業大学 精密工学研究所（所在地 〒226‑8503 横浜市緑区長津田町4259―R2―41）
第43巻

第２号

―7―

2012年３月（平成24年）

70

フルードパワーシステム

総論

第８回フルードパワー国際シンポジウムの全体概要＊
田

豊＊＊

中

非も含めて検討を行ったが，時期と開催場所の観点
から予定通り開催することとして準備を継続した．

1．は じ め に
第８回JFPSフルードパワー国際シンポジウムは2011年10月25日から10月28日まで，沖縄県宜野湾市の沖縄コンベンションセンターにおいて開催された．
この会議はほぼ３年に１回，日本で開催されるフ結果として，アブストラクト段階での申し込みがあった内の30％程度が本論文の投稿を見送るか辞退する旨の連絡があったことは非常に残念である．またその後の欧州経済危機の影響もあり，直前になり

ルードパワーシステムに関する国際会議で，今回も欧米やアジア各国の９の国と地域から，研究者や技参加をキャンセルする欧州の関係者もいた．
会場の沖縄県宜野湾市にある沖縄国際コンベン

術者など総勢170名ほどの参加者と108編の論文発表が行われた．著者はこの会議の幹事と運営分科会主査として，会議の準備から開催期間中の様々な行事の運営を担当した．本稿ではこの会議の全体概要について報告する．

ションセンターは，那覇空港から14㎞，那覇市内から10㎞の距離にあり，会場のすぐ裏にはエメラルド
色の海と白い砂浜のビーチが広がっている．会議はセンターの会議棟A，Bを使用して行われた．
3．参加者の構成

2．開催までの準備状況と会場

図１はこれまでのJFPS国際会議1）と今回の会議の参加登録者数の推移をまとめた結果である．震災の平成20年度（2008年）の学会理事会で東京工業大
影響もあり，また世界各地で秋の同時期にフルード
学の横田眞一教授（後に学会会長）が実行委員長にパワーとモーションコントロールに関する国際会議
就任することが決まり，その決定を受けて，2009年
が目白押しで開催されることもあり，残念ながら今４月30日に第１回実行委員会が招集された．この会
回の参加者数は国内外ともに減少した．国別参加者
議において実行委員会が組織され，2011年10月下旬
数内訳は、中国25，韓国11，台湾６，フィンランド
に沖縄で第８回の国際シンポジウムが開催されるこ
５，イタリア４，アメリカ３，フランス２，ドイツとが決定した．
実行委員会の構成は，実行委員長に横田眞一教授， １，日本116であり，前回と比較して，国外では中国や韓国，台湾などのアジア勢の参加者の割合が増副委員長に上智大学の築地徹浩教授，幹事および運
加し，欧州勢が減少したのが最大の特徴である．米
営分科会主査に著者，論文分科会主査に横浜国大の眞田一志教授，プログラム分科会主査に奈良高専の早川恭弘教授，展示分科会主査には足利工大の桜井康雄教授，財務分科会主査には東京工大の吉田和弘
准教授，ウェッブ分科会主査には慶應大の竹村研治

国についてはCCEFP関連の交流もあり，今回も特別講演にミネソタ大学のKim Stelson教授をお招きしたが，欧州勢については，日本の研究者との間で一部，世代交代が始まっており，研究者間の新しい郎講師が就任した．開催までの１年半の間に合計11回の実行委員会を開催し，会議の広報や論文，運営，プログラム，展示などについて審議，実行した．
アブストラクト段階での査読が佳境に入っていた
第８回実行委員会（2011年３月７日）後の間もなくの３月11日，東日本大震災が発生し，津波やその後の原発事故，風評被害等でシンポジウムの開催の是＊

平成23年12月９日

原稿受付

＊＊

法政大学デザイン工学部（所在地 〒102‑8160 千代田区富士見２―17―１）
第43巻

第２号

図１
―8―

JFPS国際シンポジウム参加登録者の推移
2012年３月（平成24年）

田中

71

豊：第８回フルードパワー国際シンポジウムの全体概要

交流形成が強く望まれる．

へのご支援とご後援を賜った，日本フルードパワー
工 業 会 殿， 沖 縄 コ ン ベ ン シ ョ ン ビ ュ ー ロ ー 殿，

4．会議の構成
会議は当初，2.5日間の技術講演が企画されたが，沖縄での開催の特徴を活かし，参加者にとって現地

NSKメカトロニクス財団殿，SMC㈱殿と各共催・協賛団体が司会より紹介され謝辞が述べられた．
今回の国際シンポジウムでは，最初と最後に２つでの時間を有効に活用してもらおうとの観点から，特別講演や基調講演，技術セッションを２日間に凝縮してまとめ，３日目は技術見学会を設定した．

の特別講演，４つの基調講演とオーガナイズドセッ
ション，その他複数の技術セッションを含む合計28
セッションが配置され，特別講演はA棟のホールで，会議は初日のオープニングセレモニーから始まった．写真１はオープニングセレモニーの様子である．
実行委員長の横田教授のご挨拶の後，来賓として日本フルードパワー工業会を代表して事務局長の鎌原

技術セッションはA棟とB棟の４つの講演室を使って活発な発表と討論が展開された．また初日の特別講演の後には，参加者全員による集合写真撮影が行われた．写真３はその様子である．

徹氏（写真２）にご祝辞を頂戴した．その後，会議講演と並行して企業展示も行われた．また今回の

写真１

オープニングセレモニーの様子

写真３
第43巻

第２号

写真２

来賓祝辞（工業会の鎌原徹氏）

会場前における集合写真―9―

2012年３月（平成24年）

72

フルードパワーシステム

会議では初めて，学生が発表した優秀な論文に対して表彰が行われた．これら技術セッションプログラ

写真５に示す沖縄獅子舞による会場全体を巻き込んだセレモニーを経て，実行副委員長の築地先生の挨ムの構成や特別講演，基調講演，各技術セッション
講演，企業展示や学生表彰の様子などは，本特集号の別掲の解説記事をご参照いただきたい．

拶（写真６）と音頭による，これまた沖縄ならではの泡盛の鏡開きと，北川前会長のご発声による乾杯
セレモニー（写真７）が行われた．もちろんこの泡

国際シンポジウムでは，研究者間の交流をより一

盛はバンケットで振る舞われたが，水割りで若干薄め で あ っ た の が 著 者 に は 心 残 り で あ っ た． パ ーティーの後半では，これも沖縄を代表する踊りのエ

層深めるため，懇親の場の設定がもう一つの重要な企画の一つである．今回の会議では、オープニング
アドレス前日の夕方から、会場のA棟ホールでウェイサー（写真８）が舞台上で披露された後，写真９に示すように沖縄の盆踊りであるカチャーシーを参
加者全員が輪を作ってテーブルの周りを踊り回り，

ルカムパーティーが開催され，会議二日目の夜には会場近くのラグナガーデンホテルの宴会場において，
バンケットが開催された．
写真４は会議前日のウェルカムパーティーの様子

会場のフルードパワーの輪による参加者の熱気は一気に高まった．最後に次回のシンポジウムの開催場
所が次回実行委員長の東工大・香川利春教授よりア
ナウンスされ，実行委員長の横田教授の閉会の辞でである．パーティーでは運営委員会の企画により，これまでの７回分のシンポジウムの記録写真が正面

バンケットは無事終了した．

5．懇 親 の 場

スクリーンに映し出された．各人，旧交を温め３年ぶりの再会を懐かしむとともに、最新の技術に関する思いや近況を語り合うなど，明日からの会議の盛り上がりを予感させる交流のひと時となった．
また二日目夕方の学生表彰式に続くバンケットでは，ミス沖縄からのパーティー開会メッセージの後，

写真４

写真６
第43巻

第２号

6．テクニカルツアー
今回の会議では，国内外の参加者に沖縄の様子を少しでも味わってもらうため，会議前日の10月25日にプレテクニカルツアー，会議終了後の10月28日にはポストテクニカルツアーを会議参加者全員に対して参加登録費に含める形で企画し，大へん好評で

ウェルカムパーティーの様子

写真５

築地副委員長による挨拶

バンケットにおける沖縄の獅子舞

写真７― 10 ―

泡盛による鏡開きと乾杯
2012年３月（平成24年）

田中

写真８

73

豊：第８回フルードパワー国際シンポジウムの全体概要

写真９

バンケットにおけるエイサー踊り

参加者全員による踊りの輪

会議の運営には，学会事務局と実行委員の方々，業
務委託先の越膳事務所の方々をはじめ多くの関係者のお世話になった．この場を借りて御礼申し上げる．
なお次回の2014年の第９回フルードパワー国際シンポジウムは，島根県松江市において開催される予定
で，すでに準備が始まっている．再び多くのフルー
ドパワー研究者が集うことを期待したい．
参

考

文

献

１）田中豊：JFPS国際シンポジウムの歴史，日本フ

写真10

ルードパワーシステム学会誌，Vol. 37，No. 1，pp.

プレツアーの様子（首里城前にて）

17‑18（2006）

あった．
最初のプレツアーは，ウェルカムパーティー前の限られた時間に，会場からバスを手配し，那覇市内の首里城へのツアーが企画された．前日から沖縄入りした参加者の多く，特に海外からの登録者が多く参加した．写真10は首里城前の一コマである．参加者の皆様には伝統ある沖縄の琉球文化の足跡を堪能していただけたことと思う．また最終日の見学ツ
アーはバスで北へ２時間ほどにある，美ら海水族館

［著
た

なか

田 中

の見学会が企画された．こちらは沖縄の海と回遊大水槽というアクア技術を堪能していただいた．こちらにもほとんどの登録者が参加し盛会であった．

者

紹

介］

ゆたか

豊 君
1985年東京工業大学大学院修士課程修了，
その後東工大精密工学研究所助手を経て，1991年 法 政 大 学 講 師，1992年 同 助 教 授，2002年同教授，現在，法政大学デザイン工学部システムデザイン学科教授．工学博士（1991年東京工業大学）．
E-mail：y̲tanaka@hosei.ac.jp

7．お わ り に2011年10月に沖縄で開催された第８回フルードパ
ワー国際シンポジウムの全体概要について紹介した．

第43巻

第２号

― 11 ―

2012年３月（平成24年）

74

フルードパワーシステム

解説

プ ロ グ ラ ム・ セ ッ シ ョ ン の 概 要＊
早

川

恭

弘＊＊

さらに，講演論文アブストラクト，投稿に関する期限を設けた．

1．任務および委員構成
プログラム分科会は，各種アナウンスメント，講演プログラム作成を主な任務としている．構成メン
バーは，幹事に芝浦工業大学 伊藤先生，委員として岡山大学 高岩先生，岡山理科大学 赤木先生にお 願 い を し，Preliminary Announcement, First
Announcement, Second Announcement, Third

Key Dates：
Deadline of abstract submission：January 15, 2011
Notiﬁcation of abstract acceptance：March 15, 2011
Deadline of paper submission：June 1, 2011
Early registration on or before：August 31, 2011
Notiﬁcation of ﬁnal paper acceptance：September

Announcement, Final Programおよび詳細プログラ
ム作成を行った．また，プログラム概要，詳細プログラムをHPで公開した．

30, 2011
ただし，アブストラクトの提出締切日は，申込み状況から月末の29日まで延長された．
2.3 Second Announcement
2．アナウンスメントの作成
Second Announcementは，原案をプログラム分
2.1 Preliminary Announcement
科会が作成し，連絡先，レイアウトおよび文書の書
国際会議開催に関する最初のアナウンスとして，体を含め，越膳事務所が情報を集約し作成を行った．
Preliminary Announcementを作成し，2009年12月
配信は，越膳事務所より2010年10月に行われた．たに本学会会員，過去の国際シンポジウム参加登録者
だし，Second Announcement PDF版をメール添付にメール配信した．また，FPNetにリンクを依頼し， で行うとスパムメールとして拒否されることが多い
中国の油空圧学会に情報を送った．ここで，メールことから，テキスト形式で送り，ホームページで詳
配信に関しては，プログラム分科会幹事の伊藤先生
細を確認いただくことにした．
および運営分科会主査の田中先生が担当して行った．
ここで，Second Announcementでは，シンポジ
さらに，Preliminary AnnouncementをHPにアップ
ウム専用HPおよびメールアドレス，登録料リスト，
ロードした．
講演テーマトピックス，展示案内，実行委員の紹介，
ま た，2009年 秋 季 講 演 会 に お い て， 参 加 者 にPreliminary Announcementを配布し，シンポジウ
ム次期開催場所の告知を行った．
2.2 First Announcement
プログラム分科会が作成し，2010年３月に運営分

沖縄へのアクセス方法の紹介を行っている．以下に講演テーマのトピックスを示す．
１．Functional Fluids（OS）
２．Medical and Welfare Equipments（OS）
３．Robotics and Mechatronics（OS）

科 会 主 査 の 田 中 先 生 よ り 配 信 さ れ た．First

４．Water Hydraulics（OS）

Announcementでは，Best Student Paperに対する表彰の告知を行った．また，以下のオーガナイズド
セッション名を記載し募集のアナウンスを行った．
１．Functional Fluids
２．Medical and Welfare Equipments

５．Applications of control theory
６．Basic theory and technologies
７．Energy saving and environment
８．Fluid components and systems
９．Hydraulic units and air compressors

３．Robotics and Mechatronics
４．Water Hydraulics

10．Information technology and fluid powersystems＊

平成23年11月15日

＊＊

原稿受付

奈良工業高等専門学校（所在地 〒639‑1080 大和郡山市矢田町22）
第43巻

第２号

11．International exchange and education
12．Micro/nano machines
13．New industrial applications of fluid powersystems― 12 ―

2012年３月（平成24年）

早川

恭弘：プログラム・セッションの概要

75

14．Others
また，Second Announcement作成と同時に，各

４）各分野のトピックスに関して，空気圧，油圧，
水圧，機能性流体，その他ごとに分ける．

オーガナイズドセッションのオーガナイザーを決定
し，依頼を行った．
１．Functional Fluids（築地先生（上智大学））

５）同じ所属の論文をできる限り均等に分ける．
以上の項目を踏まえ，概要と同時に詳細プログラ
ムを作成した．概要プログラムは，2011年７月に

２．Medical and Welfare Equipments（香川先生（東京工業大学））
３．Robotics and Mechatronics

HPにアップしたが，シンポジウム開催直前まで，キャンセルの連絡が入ったことから，その都度修正を行った．

（則次先生（岡山大学））
４．Water Hydraulics（北川先生（東京工業大学））
さらに，一般講演以外に，招待講演を２件，各オーガナイズドセッションに関する基調講演を４

ここで，詳細プログラムに関しては，プログラム
分科会幹事の伊藤先生，委員の高岩先生，赤木先生が中心となって作成した．ただし，プログラム作成に関して，フォントによる文字化けが数か所発見さ件，実施することが決定された．
2.4 Third Announcement

れた．文字化けの問題に関しては，分科会側では対応できないため，確認修正依頼を越膳事務所に行っThird Announcementでは，プログラム概要の公開を行うことから，2011年５月上旬からプログラム作成準備を開始した．ここで，アブストラクトの提出締切り日は１月末であったが，３月に発生した震た．
また，各セッションの座長，副座長候補者に対しては，７月から８月上旬にかけて分科会幹事，委員の先生方から内諾を取っていただき，８月中旬には災の影響により，海外からの講演申込みキャンセルが多数発生した．そこで，論文提出締切りが６月１日であることから，プログラム作成においては，プ
ログラム作業時点でキャンセルされていない講演名と著者名（アブストラクト時に登録されたデータ）を使用した．ただし，６月１日の論文提出締切り後において講演名と著者名を確認した結果，アブスト
ラクト提出時の講演名，著者名と論文提出時の内容が異なっている論文が数件あることが判明し，修正を行った．各講演名，著者名の確認に関しては，最終原稿提出まで作業が続くことから，業者が一括して確認するなど効率的な流れを検討する必要がある．
講演論文の査読結果を踏まえ，研究分野ごとにプ
ログラム概要を作成した．プログラム作成にあたっ

詳細プログラム案（座長，副座長名記入）が完成した．同時に，８月上旬までに座長，副座長に対する正式承諾書および注意事項アナウンス資料，講演者に対するアナウンス資料を作成した．
しかし，Purdue大学 IVANTYSYNOVA教授がシンポジウムに参加されるとの情報が８月下旬に入ったことから，急遽座長の入れ替え作業を行い，８月末までに講演プログラム案を完成させた．しかし，10月になっても一般講演辞退の連絡が入り，その都度，プログラム修正を行った．
また，以下の特別招待講演者および基調講演者に対し，講演原稿執筆依頼を８月末締切りで越膳事務所より行った．
第１日目招待講演者：米国 Prof. Stelson
第２日目招待講演者：中国 Prof. Fuては，最終原稿提出後も海外からの講演キャンセルがあったことから，二日間ですべての講演（特別招待講演，基調講演および一般講演）とバンケットがOS 基調講演者
Medical and Welfare Equipments：
川嶋先生（東工大）

終了するように調整した．また，展示ブースの見学時間を確保するため，昼食時間に展示見学時間を組
み込み，最低70分間とした．また，コーヒーブレイ

Robotics and Mechatronics：
一柳先生（菊池製作所）
Functional Fluids：中野先生（東北大）

クを20分間とし，できるだけ多くの参加者が展示ブースを見学できるよう配慮した．
プログラム作成に関しては，以下の点を考慮してWater Hydraulics：宮川氏（KYB）
同時に，座長，副座長，講演者に対するに書類（承諾書，注意事項など）を関係者に配信するよう行った．
１）日本から投稿された論文と海外からの論文をできる限り均等に分ける．

越膳事務所へ依頼を行った．（講演者への注意事項
アナウンス書類配信依頼：８月13日，座長・副座長
承諾書配信依頼：８月23日，座長・副座長への注意

２）最終論文が未着の講演の配置に関して，キャンセルの場合も踏まえ，配置を工夫する．
３）国別にできる限り均等に分ける．

事項アナウンス書類（担当セッションの論文ダウン
ロードアドレス記載）配信依頼：９月11日）

第43巻

第２号

― 13 ―

2012年３月（平成24年）

76

フルードパワーシステム

2.5 Final Program
今回のシンポジウムでは，講演プログラム，会場

ク手配，各セッションプログラムの掲示，講演会場
写真撮影などの作業を行った．当日は，運営分科会

レイアウト，講演アブストラクトから構成されるア
ブストラクト集以外に，各種イベントの時間や発表
情報，会場レイアウトなどが記載された簡易版とし

委員，プログラム分科会委員が中心となって各講演会場を担当し，諸問題に対応した．
シンポジウム開催期間中，参加登録しているが来Final Program（当日配布するA3見開きの簡易版）を作成した．下記の内容から構成されており，参加者に好評であった．

日されなかった海外参加者が数名おられた．また，来日されているのに会場で講演辞退の申し出を行った海外参加者もおり，結果的に，講演数が大幅に少

１）Schedule at a Glance２）Floor Map とLaguna Hotel Map
３）Exhibition

なくなったセッションが出てしまった．
最後に，プロムラム分科会の運営に関しまして，
ご協力いただいた方々に心から御礼申し上げます．

４）Event
Final Programは，久保田氏が上記のデータを集約し，デザインおよび印刷を行った．また，アブス
トラクト集に関しては，越膳事務所がデータを集約［著

し印刷を行った．シンポジウム参加者への配布物は， はや かわ
早 川
印刷製本締切り間際まで講演キャンセルの連絡が入

やす

ひろ

恭

弘 君

者

紹

介］

2006年奈良工業高等専門学校電子制御工学科教授，現在に至る．空気圧を用いた福祉介護機器開発の研究に従事．日本フルー
ド パ ワ ー シ ス テ ム 学 会， 日 本 機 械学会，IEEEなどの会員．博士（工学）．
E-mail： hayakawa@ctrl.nara-k.ac.jp

るなど対応に追われたことから，業者がすべてのデータを集約し作業を進める流れが効率的であった．
3．当日の運営
各講演会場では，学生が２名配置され，プロジェ
クター設置と調整，計時，照明，質疑応答時のマイコーヒーブレイク

こ ん な こ と あ り ま せ ん か ？
小山紀

最近見なくなった遊びの一つに「あやとり」がある．輪にした紐を指や手に絡め，動物などさまざまな形にしてゆく．のどかな一人遊びであることも，人が組み上げた形を，もう一人が指で絡めながら取げ部分はだんだん細くなり指に食い込む．ポアソン
比か……などと余計なことを考えているうち痛さに耐えられなくなる．反対の手で持とうと，袋を吊り下げたまま指を動かし移し替えた途端，袋の一つがり上げる対戦戯であることもある．取り上げた指に絡むはずの紐が，抜けて形が崩れたら負けである．

むなしく落下．瞬間，遠いあの時の，あの子の勝ち誇った声が聞こえたような気がした．

先日，家族にスーパーでの買い物を頼まれ，両手に沢山のレジ袋を待つはめになった．重い袋の手提

第43巻

第２号

― 14 ―

皆さん，こんなことありませんか？

2012年３月（平成24年）

桜井

解

77

康雄：展示の概要

説

展

示

の
桜

井

概

康

要＊

雄＊＊

から２割減らした15社を出展目標とし，2011年１月
より募集を開始し，同年４月に２次募集を行った．

1．は じ め に本学会主催の国際シンポジウムにおける展示セッションの基本的な位置づけは，世界に向けた日本企業からのフルードパワー技術や製品の情報発信である．そのため，技術者による製品あるいは技術紹介というような目的に限定せず，説明員として企業の技術者だけではなく営業あるいはマーケティング関係の部署からも参加しやすい形態および雰囲気作りを目指した．このような展示セッションの実施にあたり，第８回国際シンポジウム沖縄2011の展示分科
会は，主査を桜井康雄（足利工業大学），幹事を藤田壽憲先生（東京電機大学）とした２名の構成とし，本学会事務局の支援を受け，事業を実施した．
本稿では，本シンポジウムの展示セッションの概要を紹介する．
2．展示セッション概要
2008年に富山で実施された展示セッションでは首都圏から離れた富山国際会議場で実施されたにもかかわらず，19社22区画の参加があった．
本シンポジウムの開催地はさらに首都圏から離れた沖縄（会場：沖縄コンベンションセンター）で

しかしながら，リーマンショック以降の経済状況，
同年３月の東日本大震災の影響のためか，申し込み
企業数の出足は満足のいくものではなかった．しかしながら，本学会理事をはじめ関係各位のご協力を得て，最終的には，参加していただいた企業数は15
社（共同出展企業を１社とカウント）17区画となった．
本シンポジウムの展示室は，会議棟Bの会議場B2とした．このフロアには講演室CおよびD，この棟の２階には講演室Bが配置されており，シンポジウ
ム参加者の流れが良い場所であった．また，この部
屋は外からの搬入経路も確保しやすい場所に位置しており，この部屋専用の隣接する小部屋もあったた
め，展示品を送る際に使用した梱包材の置き場も確保できた．
図１に本シンポジウムでの展示ブース１区画の詳細図を示す．本シンポジウムにおいては，１枚あた
り幅1.2m高さ2.1mのパネル２枚と奥行き0.6m高さ
0.7m幅1.8mの１脚の机で１区画の基本構成とした．
出展企業名パネルは主催者側で作成し，このパネルあったため，前回の国際シンポジウムの出展企業数

図１＊

展示ブース１区画の詳細図

平成23年12月５日

原稿受付

＊＊

足利工業大学工学部（所在地 〒326‑8558 栃木県足利市大前町268―１）

図２
第43巻

第２号

― 15 ―

展示会場レイアウト図
2012年３月（平成24年）

78
表１

フルードパワーシステム

出展企業，テーマ，キーワード（油圧，水圧）

１：Company name
２：Theme of exhibition
３：Key words〈Oil-hydraulics〉
１：Bosch Rexroth Corporation
２：Low speed, High torque Motor from Bosch Rexroth
３：Motor, Pump, Optimization, Reliability
１：Hitachi Construction Machinery
２：Double-Front Working Machine
３：Robot, Mechatronics, Construction, Machinery
１：JTEKT Corporation
２：Steering systems
３：Automobile Equipment, Energy Saving, Pump
Control, Tribology, Bearing
１：KYB Corporation
２：Electro-Hydraulic Energy Saving System for Hybrid
Construction Machinery
３：Hybrid System, Hydraulic Assist Pump, Energy
Saving, Regeneration Motor
１：Takako Industries, Inc.
２：Micro Piston Pump
３：Energy Saving, Pump, Motor, Actuator, Robot,
Contamination
１：TNK CORPORATIONʼLTD, OPUS SYSTEM Inc.
２：Bubble Elimination Technology
３：Bubble, Flow Visualization, CFD, Hydraulic Systems
１：TOKYO KEIKI INC
２：Energy Saving System
３：Energy Saving, Hydraulic Power Source, HydraulicPower Unit
〈Water-hydraulics〉
１：KYB Corporation
２：Aqua Drive System
３：Servo Valve, Proportional Control Valve, Pump,
Motor, Industrial Machineの色はブルーを基調とし，油圧，水圧，空気圧，その他で濃淡を分けた．
図２に当日のレイアウトを示す．本展示セッショ
ンでは，油圧・水圧と空気圧・その他をそれぞれま表２

出展企業，テーマ，キーワード（空気圧，その他）

１：Company name
２：Theme of exhibition
３：Key words〈Pneumatics〉
１：Konan Electric Co., Ltd.
２：Company Guide
３：Solenoid Valve for Heavy-Duty, Actuator forPower Generating Plant, Wrapping machines,
Control Panels, Solenoid Valve for Various Fluid
１：KyungWon Ferrite Ind. Co., Ltd.
２：Piezoelectric Valve for Pneumatics
３：Valve, New Material, Agricultural Machinery
１：MAX CO., Ltd.
２：Pneumatics Tools and Air Compressor
３：Equipment, Construction Machinery, PneumaticPower Source
１：Pneumatic Servo Controls Ltd.
２：Pneumatic Servo Valve & Servo Actuator
３：Pneumatic Servo, Servo Valve, Servo Actuator,
Motion Control, Precision
１：SMC Corporation
２：New Products
３：Energy Saving, Actuator, Motor, Temperature
Control, Static Electricity Elimination
Equipment, Vacuum Equipment
１：S u m i t o m o H e a v y i n d u s t r i e s , L t d . ,ADVANTEST CORPORATION
２：Ultra Precision Pneumatic Servo Stage
３：Actuator, Position Control, Servo Valve, Control
Method１：Tokyo Meter Co., Ltd.
２：Air Power Meter, Quick Flow Sensor
３：Measurement, Sensor, Unsteady Flow
〈Others〉
１：NewtonWorks Corporation
２：Simulation Software
３：ADINA, SimulationX

とめるようなレイアウトとした．また，動作展示を行うブースは，デモンストレーションを見学する参

空気圧およびその他のテーマで８社９区画の出展があった．ポスターと動作展示が３社，ポスターとカ加者の場所を確保するため，できる限り離すよう配慮した．展示の準備は，シンポジウム前日の14：30〜 18：00，初日の８：30 〜９：30を利用して行い，主査，幹事およびアルバイトの学生５名で展示の準タログ展示が５社であった．その他はシミュレー
ションソフト関連の企業からの展示である．また，韓国の企業1）からの出展もあり，一般講演とリンクする内容の展示であった．
前回の国際シンポジウムと同様，表１および表２に示した内容は，その企業のHPアドレスを追加し，備の手伝いを行った．
表１に油圧および水圧関連のテーマで出展していただいた企業の一覧，テーマおよびキーワードを示
す．油圧および水圧関連では７社８区画の出展があった．ポスターと動作展示が３社，ポスターと静止機器展示が２社，ポスターとカタログ展示が２社であった．
表２に空気圧およびその他のテーマで出展して頂９月下旬に本シンポジウムのHPに掲載した．また，
これと同じ内容をProceedingsにも掲載した．なお，
前回同様，企業のHPアドレスにはリンクを張り，展示に参加していただいた企業の宣伝効果を少しでも高めるよう配慮した．
本シンポジウムでは，展示のみを見学する時間帯

いた企業の一覧，テーマおよびキーワードを示す． （展示コアタイム）を特に設けず，ランチタイムお
第43巻

第２号

― 16 ―

2012年３月（平成24年）

桜井

79

康雄：展示の概要

写真１

展示見学の様子−１

写真２

展示見学の様子−２

写真３

展示見学の様子−３

写真４

展示見学の様子−４

写真５

展示見学の様子−５

写真６

展示見学の様子−６

よびコーヒーブレイクと併せて展示のコアタイムとの経済情勢も落ち着き，東日本大震災で様々な被害した．そのため，コーヒーなどの飲み物をサーブすにあわれた地域の復興も進展し，本シンポジウムのるコーナーを図２に示すように，展示室の外に設け， 展示セッションに多くの企業が参加できる環境が見学者の流れを作るよう配慮した．
整っていることを期待したい．
初日のコーヒーブレイクの際には来場者はまばら
参 考 文 献であった．しかしながら，ランチタイムからは展示
１）Kyung Won Ferrite Ind. Co., Ltd.
会場を訪れる人数が徐々に増加し，展示説明員を配置したブースでは熱心な説明と活発な質疑応答が行われ始めた．写真１〜６にその様子を示す．
３．お わ り に［著

本稿では第８回国際シンポジウム沖縄2011の展示
セッションの概要を述べた．経済状況が不透明で東日本大震災の影響で大変厳しくお忙しいと推察される中で，本セッションに出展していただいた企業殿，

さくら

い

桜

井 康

参加企業の募集に大変な努力を払っていただいた本学会理事各位，展示分科会幹事の藤田壽憲先生，本シンポジウム実行委員各位および学会事務局に，厚く御礼申し上げる．
次回の国際シンポジウムは2014年に香川利春先生（東京工業大学）を実行委員長として，島根県松江

やす

者

紹

介］

お

雄 君
1986年上智大学大学院博士前期課程修了．
富士重工業㈱，上智大学助手等を経て2000
年足利工業大学講師，2001年同大学助教授，
2007年同大准教授，2009年同大教授，現在に 至 る． 油 空 圧 シ ス テ ム の 動 特 性解析，
ECFを 利 用 し た シ ス テ ム の 開 発 に 従 事．
日本フルードパワーシステム学会・日本機械学会の会員．博士（工学）．
E-mail： ysakurai@ashitech.ac.jp

市で実施する予定となっている．この頃には，世界

第43巻

第２号

― 17 ―

2012年３月（平成24年）

80

フルードパワーシステム

解説

JFPS Best Student Paper Award＊
佐

藤

一＊＊

恭

た．審査委員は，あらかじめシンポジウム実行委員会から指名された複数名で，会場で審査対象の学生

1．は じ め に
第８回フルードパワー国際シンポジウムでは，フルードパワーシステムの発展に寄与する先駆的な論文を執筆し，かつ，シンポジウムの場で優れた講演発表をされた学生参加者に対し，厳正な審査の上，の講演発表を聴講して，講演発表の明快さ，スライドのわかりやすさ，論理的な展開，時間配分，質疑
応答の明確さなどの観点で評価を行った．
第一次審査通過者全員の第二次審査が終了後，表「JFPS Best Student Paper Award」 を 授 与 し た．
今回，筆者はシンポジウム実行委員会表彰委員会の彰委員会を開催し，第一次審査，第二次審査の評価
結果を踏まえて審議し，「JFPS Best Student Paper

一員としてこの学生表彰に関わったので，以下，その選考過程を報告するとともに，受賞者を紹介する．

Award」受賞者６名を決定した．

2．選 考 過 程
当シンポジウムで学生表彰を設けることは，Callfor Papersや当シンポジウムのWEBサイトで告知しており，アブストラクトの投稿と同時に，学生表彰への応募を受け付けた．当シンポジウムでは，一般，学生合わせて約140件のアブストラクト投稿があり，その後のアブストラクト査読によるスクリー
ンニングや著者からのフルペーパー（正論文）提出の取り下げによる件数減を経て，最終的に約120件のフルペーパーが提出された．このうち約50件が学生表彰への応募を伴う論文であった．
まず，学生表彰の第一次審査として，一般，学生の区別のない当シンポジウムの査読プロセスでフルペーパーの評価が行われた．具体的には，複数のレ
フリーによる各種評価項目および総合判定のポイント化である．このポイントを論文の質を定量的に評価したものとし，学生表彰応募者のポイント順の上位20％を第一次審査通過者とした．
第一次審査により論文の質は評価されたが，学生の論文の場合，指導教員や研究グループとの共著であることがほとんどであるため，学生の論文への寄与度を明確に判断することは難しい．学生表彰は学
生個人に与えられる賞であることから，第二次審査

3．JFPS Best Student Paper Award受賞者
受賞者は，以下の６名である．
氏名（所属）， 論文題目 の順･ Jinshi LU （Tokyo Institute of Technology）,“Study on N-level Pressure Hybrid Power
Supply Hydraulic Servo System with HighEﬃciency and High Response” 1）･ Akira OZAWA（Yokohama National University）,“An Indirect Measurement Method of TransientPressure and Flow rate in a Pipe Using SteadyState Kalman Filter” 2）･ Akihiro YAMAGUCHI（Keio University）, “AnIn-Pipe Mobile Robot Using Electro-Conjugate
Fluid” 3）･ Andrew SCHENK（Purdue University）, “An
Investigation of the Impact of Elastohydrodynamic
Deformation on Power Loss in the Slipper
Swashplate Interface” 4）･ Kento MORI（Keio University）, “The Control of
a Bellows Actuator Using Electro-conjugate
Fluid” 5）･ Tatsuyuki IWAWAKI（Okayama University）,“Development of Portable Energy-saving TypeAir Supply System Using Variable Volume
Tank” 6）では，シンポジウム会場で論文を自身の研究テーマ
として的確に講演発表できているかどうかを審査し

4．受

賞

式

原稿受付

授賞式は，シンポジウム三日目（10月27日）のバ

横浜国立大学大学院工学研究院（所在地 〒240‑8501 横浜市保土ヶ谷区常盤台79―５）

ンケットに先立ち，バンケット会場で執り行われた．
授賞式司会の眞田一志横浜国立大学教授より，学生＊

平成23年12月６日

＊＊

第43巻

第２号

― 18 ―

2012年３月（平成24年）

佐藤

写真１

81

恭一：JFPS Best Student Paper Award

横田実行委員長より表彰状を授与される受賞者（Schnenk氏）

写真２

表彰選考の経緯説明につづいて受賞者の名前が発表された．会場ではバンケット参加者全員が着席してAnいる中，受賞者は自分が受賞したことを初めて知るというサプライズがあり，受賞者名の発表に合わせて一人ずつステージに登壇した．引き続き，横田眞一東京工業大学教授・シンポジウム実行委員長より受賞者に表彰状が授与された（写真１，２）．

in the Slipper Swashplate Interface, Proceedings of

文

of

the

Impactofthe 8th JFPS International Symposium on Fluid
Power Okinawa 2011, 1C2‑5, p. 228‑234（2011）４）Akihiro YAMAGUCHI, et al.：An In-Pipe Mobile
Robot Using Electro-Conjugate Fluid, Proceedingsof the 8th JFPS International Symposium on Fluid
Power Okinawa 2011, 2B1‑2, p. 456‑463（2011）

当シンポジウムの発表論文約120件中，約50件は学生表彰に応募された論文であり，学生の活発なシンポジウムへの参加を伺い知ることができる．いずれの論文も当シンポジウムの査読プロセスを通過し採択された学術的あるいは実用的貢献度の高いものであり，講演発表にも相当の準備をして臨まれたのであろう．最終的には６名の受賞者に絞られたが，受賞に漏れた方も含めて上位者の評価は僅差であった．今後の学生諸氏のさらなる活躍を期待したい．
考Investigation

Elastohydrodynamic Deformation on Power Loss

5．お わ り に参

横田実行委員長と受賞者各氏（Yamaguchi
氏，Ozawa氏，Mori氏，Lu氏，Iwawaki氏，Schnenk氏），表彰状授与を手伝われたミス沖縄嬢５）Kento MORI, et al.：The Control of a Bellows
Actuator Using Electro-conjugate Fluid , Proceedingsof the 8th JFPS International Symposium on Fluid
Power Okinawa 2011, 2B3‑1, p. 488‑494（2011）６）Tatsuyuki IWAWAKI, et al.：Development ofPortable Energy-saving Type Air Supply System
Using Variable Volume Tank, Proceedings of the
8th JFPS International Symposium on Fluid Power
Okinawa 2011, 2D3‑1, p. 665‑670（2011）

献１）Jinshi LU, et al.：Study on N-level Pressure Hybrid［著

Power Supply Hydraulic Servo System with High

者

紹

介］

Eﬃciency and High Response, Proceedings of theさ

8th JFPS International Symposium on Fluid Power

とう

やす

かず

佐 藤

恭

一 君

Okinawa 2011, 1A3‑1, p. 79‑84（2011）２）Akira OZAWA, Kazushi SANADA：An Indirect
Measurement Method of Transient Pressure andFlow rate in a Pipe Using Steady State Kalman
Filter, Proceedings of the 8th JFPS International
Symposium on Fluid Power Okinawa 2011, 1B1‑1,
p. 104‑109（2011）1994年横浜国立大学大学院博士課程修了．
同年同大学講師，1998年同助教授．現在，同大学院工学研究院准教授．メカトロニクス，電気・流体・機械系の動力伝達と制御の研究に従事．日本フルードパワーシステ
ム学会，日本機械学会，自動車技術会などの会員．博士（工学）E-mail：yasukazu@ynu.ac.jp

３）Andrew SCHENK, Monika IVANTYSYSNOVA：

第43巻

第２号

― 19 ―

2012年３月（平成24年）

82

フルードパワーシステム

解

説

特

別

招

待
吉

講
田

演

和

の

概

要＊

弘＊＊

フルードパワーシステムは，米国におけるエネル
ギー伝達の2.3〜3.0％を占めている．ただし，フルー

1．は じ め にThe 8th JFPS International Symposium on
Fluid Power, Okinawa 2011では，全参加者が一つの大きな講演会場に会して，Stelson教授（米国，
ミネソタ大学）による省エネルギーに関する講演と，Fu教授（中国，浙江大学）によるキャビテーショ
ンに関する講演の２件の特別招待講演が行われた．
本稿では，それらの概要を紹介する．

ドパワーシステムの効率は，応用により６〜40％，
平均で21％でかなり低い．今後５年間の５％の効率の改善は，年間90〜110億ドルのエネルギーコストの節約と，年間3300万トン以上のCO2排出量の削減をもたらす．今後15年間に15％効率を高めることができれば，年間190〜250億ドルのエネルギーコストの節約と，毎年9000万トン以上のCO2排出量の削減ができるとしている．エネルギー効率の改善による，
フルードパワーの産業機械，移動機械，および風力タービンへの応用における省エネルギーの効果を強2.1 Stelson教授について調している．またフルードパワーの特徴について述
Kim A. Stelson教授は，1982年に米国マサチュー
べ，長所は，フレキシブルな配管，双方向動作，無セッツ工科大学で博士号を取得し，現在，米国ミネ
段変速，高トルク，高発生力，および高パワー密度，
ソ タ 大 学 に お い てNSF（National Science
短所は，低効率，騒音，蓄積エネルギー変化，およFoundation．全米科学財団）の補助金により設立び熟知されていないこととしている．
さ れ た Center for Compact and Eﬃcient Fluid
1）のセンター長である2）．同セン
つぎに，CCEFPにおいてテストベッドを構築し，Power（CCEFP）
ターは，省エネルギー，人間スケールの自立形フ検討しているものの中から，省エネルギーに関連しルードパワーなど，コンパクト，高効率で有効な次た三つの研究事例について紹介している．CCEFP
世代フルードパワーシステムの実現を目指している． は，フルードパワーの顕著な省エネルギーを目指し
2.2 講演の概要3）た研究を実施しており，１）現在の応用におけるエ本シンポジウム会期の２日目（講演の初日）のネルギー効率の顕著な改善，２）低燃費の油圧ハイ
オープニングセレモニーに引き続き，Stelson教授
ブリッド乗用車による交通分野の効率の改善，３）の特別招待講演は，講演時間50分で行われた（写真１参照）．
本 講 演 は，「Saving the Worldʼs Energy with
Fluid Power」と題し，世界の省エネルギーに貢献
2．Stelson教授の講演するフルードパワーの最近の研究について解説された．以下にその概要を紹介する．
まず，世界の省エネルギーに貢献するフルードパ
ワーについて概観している．現在の世界の状況については，石油の不足，地球温暖化，世界的な政治の不安定などのエネルギーに関係する問題点を指摘している．米国エネルギー省の2008年の統計によると，＊

平成23年11月28日

原稿受付

＊＊

東京工業大学精密工学研究所（所在地 〒226‑8503 神奈川県横浜市緑区長津田町4259―
R2―42）
第43巻

第２号― 20 ―

写真１

Stelson教授の講演の様子
2012年３月（平成24年）

吉田

和弘：特別招待講演の概要

83

Mechanical Transmission）およびアキュムレータ
を用いたエネルギー回生システムにより，高い効率のシステムを実現することができる．ハイブリッド
システムによる省エネルギーは，制動時のエネル
ギー回生，エンジンオフを含むエンジン操作方法による効率の改善，およびエンジンの小形化により実現される．
油圧ハイブリッドの構成には４種類ある．すなわ
ち，並列形，直列形，入力結合HMT形，および出力結合HMT形であり，HMTは動力分割式伝動機構とも呼ばれる．並列形は，油圧回生ユニットが従来
図１ フ ル ー ド パ ワ ー シ ス テ ム の パ ワ ー と 重 量［文献３）より転載］の機械式伝動機構に加えられたもっともシンプルな構成である．並列形油圧ハイブリッドカーは，高い伝動効率を持つが，エンジンの操作性能は低く，効

配管のない携帯可能な人間サイズのフルードパワー
デバイスの開発，および４）ユビキタス性の向上，率を限定している．直列形油圧ハイブリッドカーは，機 械 式 伝 動 機 構 を HST（Hydrostatic
Transmission）に置き換えたものである．HSTはを目標としている．図１は，CCEFPテストベッド
におけるパワーと重量を示す．これらのテストベッド，すなわち，医用デバイス，移動ロボット，乗用車，パワーショベルおよび風力タービンは，検討するパワーおよび重量のレンジをカバーするように注
意深く選定されている．
第１に，大形移動油圧機械の一つであるパワー
ショベルについて述べている．パワーショベルは，推進動作，ステアリング動作など多数の動作を間欠的に行う油圧回路を持つオフロード移動油圧機械の代表である．典型的な掘削サイクルを行うパワー
ショベルのエネルギー収支は，エネルギーの40％以
上が回生の可能性なく制御弁において失われることを示している．容量制御は，制御弁を可変容量ポン
プに置き換えることにより，絞りによる損失を除去することができる．可逆的な容量制御アクチュエー

無段変速であり，直列形は並列形に比べエンジンの操作性は高いが，HSTにおけるエネルギー損失がエンジン効率の改善効果より大きくなる可能性がある．これが，高い効率のポンプおよびポンプ・モー
タが直列形油圧ハイブリッドカーの性能向上に必要な理由である．市場に新たに登場した自動車の中で，並列形は清掃車に，直列形は配達車に応用されている．
HMTは並列形および直列形の魅力的な代替品であ り， 入 力 結 合 形 ま た は 出 力 結 合 形 と で き る．
HMTは，機械と油圧の二つの動力の伝達経路がある．HMT形ハイブリッドカーは，高い効率で無段変速とできるため，並列形および直列形よりも高い
燃費性能を有する可能性がある．
コンパクトでエネルギーを蓄積するために，従来のガスを用いたアキュムレータではなく，弾性体にションでは，一つの動作回路からのエネルギーを直ちにもう一つの動作回路で使用することができる．

エネルギーを蓄積するアキュムレータが開発されている．また，エンジンとポンプのユニットも開発さアキュムレータへのエネルギー蓄積を加えることにより，さらに大きなエネルギーを節約することができる．実験用容量制御小形パワーショベルにより，燃料消費を約1/2に低減できることが示されている．

れている．
第３に，風力タービンについて述べている．風力は，米国エネルギー省が2030年までに電気エネル
ギー源の20％を占めるという目標を設定しているよ

第２に，フルードパワーの新しい応用として油圧
ハイブリッドカーについて述べている．清掃車や市

うに，今後，重要なエネルギー源となる．発電機は風車よりかなり速く回転しなければならないため，

内バスなどの，より大形の車両への応用において，
油圧ハイブリッドカーは電気ハイブリッドカーに比べかなり高い効率と低いコストであることを示して
おり，ニューヨーク市は，300台の油圧ハイブリッ

風力タービンには増速伝動機構が必要である．現在
は，一定速比のギアボックスを使用し，パワーエレ
クトロニクスで制御しているが，ギアボックスは重く，高価で，信頼性が低い．信頼性の低下は，風にド清掃車の準備を進めている．さらに，乗用車への応用開発も進められている．

よるいろいろな方向の動的負荷による疲労により生じる．

油 圧 ハ イ ブ リ ッ ド カ ー は，HMT（Hydro

HSTは，風力タービンのため，ギアボックスに

第43巻

第２号

― 21 ―

2012年３月（平成24年）

84

フルードパワーシステム

図２

写真２

Fu教授の講演の様子

3.2

代わる魅力的な手法を提供する．HSTは，ギアボッ
クスと比べ軽く安価で，疲労を避けるために静圧軸受を用いることにより，ギアボックスより信頼性を高くすることができる．HSTは，ギアボックスと比べ効率は低いが，無段変速をロータの空力効率を増加するように利用できるため，全効率を高くできる可能性がある．また，無段変速により，パワーエ
レクトロニクスによる効率の低下およびコストを除き，同期発電機を使用することができるようになる．
HSTは，また，発電機を風の衝撃負荷から分離することにより発電機寿命を延ばすクッション効果を有する．一つの新しい試みは，HSTをナセル内に配置したポンプと，発電機と制御器とともに地上の高さに配置した油圧モータに分離することである．
この試みにより，ナセルの重量を減らすとともに，
メンテナンス，修理および交換のためのすべての主要な要素へのアクセスを容易にすることができる．
最後に，フルードパワー技術は有用であり，日本の文化である「もったいない」の精神を発揮し，新技術により効率の向上を図ることが重要であると述べている．
3．Fu教授の講演
3.1 Fu教授について
Xin Fu教授は，1998年にオーストリアレオーベ
ン大学で博士号を取得し，現在，中国浙江大学のState Key Laboratory of Fluid Power

キャビテーション指数σに対するU形ノッチ
におけるキャビテーション［文献５）より転載］
講演の概要5）

本シンポジウムの会期３日目の学生表彰式およびバンケットの直前に，Fu教授の特別招待講演は，
講演時間50分で行われた（写真２参照）．
本 講 演 は，「A Fundamental Research of
Cavitations in Hydraulic Components」と題し，油圧機器内のキャビテーションの基礎的研究について解説された．さらに，中国におけるフルードパワー
産業の現状について紹介された．以下にその概要を紹介する．
3.2.1 油圧機器内のキャビテーションの基礎的研究
まず，油圧機器内のキャビテーションの基礎的研究の概要について述べている．
キャビテーションの発生場所，騒音発生のメカニ
ズム，および表面壊食のメカニズムを検討課題とし，キャビテーション現象から単一の気泡の挙動までを解明し，油圧キャビテーションのより良い制御を実現することが本研究の目的である．キャビテーショ
ンの発生場所については，油圧機器の中から油圧制御弁を取り上げ，スプールのU形ノッチおよびV形
ノッチにおけるキャビテーション気泡発生の観測を行っている．騒音発生のメカニズムについては，
キャビテーションが気相―液相流れまたは液体と気泡であるとし，気相―液相流れにおいて，沸騰時のように温度変化が生じる場合，またはノッチ部のキャビテーションのように圧力変化が生じる場合に騒音が発生するとしている．表面壊食のメカニズム

Transmission and Controlおよび機械工学科に所属
し，フルードパワーシステムの振動・騒音，マイクについては，固体表面上の液体において，キャビ
テーション気泡が崩壊することによりエネルギーが解放され生じるとしている．
つぎに，キャビテーション現象について検討してロフルードパワーシステム，および流量計測の研究を進めている4）5）．

いる．
まず，ノッチ内におけるキャビテーション発生のメカニズムについて検討している．従来のキャビ

第43巻

第２号

― 22 ―

2012年３月（平成24年）

吉田

和弘：特別招待講演の概要

85

テーションの定義として，液体の慣性力による局所的な圧力低下により生じる気相―液相領域とし，主要パラメータとしてキャビテーション指数σについて説明している．V形ノッチおよびU形ノッチにおけるキャビテーションを高速度カメラにより観測している（図２参照）．V形ノッチの場合，角のエッジ部において，個別に発生した運動する気泡がクラスタを形成するという観測結果に基づき，液体の慣性力とエッジ部のせん断応力によりキャビテーションが生じるとしている．U形ノッチの場合は，個別に運動する気泡が生じて底部に固定した大きな空洞を形成し，回転する周期的な吹き出しを生じている．
さらに速度場を数値流体解析で求め，液体中の慣性力とノッチ内の対称的な渦によりキャビテーションが生じるとしている．

図３

単一の気泡の崩壊［文献５）より転載］

つぎに，キャビテーションおよび騒音の主要パラメータについて検討している．ノッチにおける出口

めの提案を行っている．ノッチの深さと開口面積を減少し，流路抵抗を高めることで，圧力変化，キャ

圧力，入口圧力，ノッチ開口面積，ノッチサイズ，
および圧力変化を挙げ，騒音レベルを測定し，各パラメータの影響を実験的に明らかにしている．U形
ノッチの場合，出口圧力の増加に対し，キャビテー
ションは大きく変化する，騒音レベルはある値で最大となる，流量にはほとんど影響しない．入口圧力の増加に対しては，キャビテーションは強くなる，
騒音レベルには大きく影響しない，流量は比例して増加する．ノッチ開口面積の増加に対しては，キャビテーションには大きく影響しない，騒音レベルは増加する，流量は比例して増加する．ノッチサイズの一つの深さの増加に対しては，キャビテーション
は大きく変化する，騒音レベルは増加する，流量は大きくなる，という結果を示している．V形ノッチ
についても同様の結果を得ている．さらに，出口部

ビテーションおよび騒音レベルを低下できるとしている．
つぎに，単一の気泡の挙動について検討している．
まず，気泡がどのように発生するかを検討するため，液体中の空気の小球である気泡と，薄い空気膜に覆われた液体であるアンチバブルについて説明し，マイクロプローブによる電気分解を用いたマイクロ
気泡，電気スパークを用いた通常サイズの気泡，および表面活性剤を用いた液面への噴出を用いたアン
チバブルの生成方法について述べ，その様子の動画を示している．
つぎに，どのように気泡が崩壊するかについて検討するため，通常サイズの気泡の自由空間，固体表面近傍，および管内での崩壊の様子を観測している（図３参照）．また，アンチバブルの崩壊の様子を観における圧力および速度場の挙動を示すとともに，流量が，キャビテーション開始点において推定値か
らずれ，キャビテーションが完全に発達したときに飽和することを示している．

測し，空気膜が小さな気泡に崩壊すること，および渦のリングが形成されることを示すとともに，一定である崩壊速度の近似式を導出している．
さらに，どのように気泡が液体中に存在するかをつぎに，キャビテーション騒音の特性について検討している．最大の騒音レベルはキャビテーション
指数が臨界値より小さいとき（ただし，最小ではな

検討し，気泡サイズの時間変化の測定結果を示している．
最後に，キャビテーションはまだ未知の部分が多い）に生じること，ノッチごとに騒音レベルが最大となる周波数は大きく異なること，気泡の大きさと騒音周波数の関係，U形とV形のノッチの騒音周波い神秘的な現象であると述べている．
3.2.2 中国におけるフルードパワー産業の現状
つぎに，中国におけるフルードパワー産業の現状

数の差異について明らかにしている．さらに，V形
ノッチにおけるひゅうひゅう鳴る音について，乱流時には周波数は一定であること，キャビテーション

について概観している．
中国国内の機械産業の生産高は2010年に34％増加している．また，2010年の大形および中形トラクタ，

流れで著しく大きくなること，流量の増加に対し騒音が最大となる周波数は低下することを示している．
さらに，キャビテーションおよび騒音の制御のた発電機器，CNC加工機械（67％増加），自動車（32％増加），産業機械（38％増加）などの活発な発展のデータを示している．2011年は，機械産業15％，

第43巻

第２号

― 23 ―

2012年３月（平成24年）

86

フルードパワーシステム

フルードパワー製品18％（油圧製品22％，ハイドロ
ダイナミクス製品15％，空気圧製品18％，シール17％）の増加である．さらに，2005年〜2010年の機械産業製品およびフルードパワー製品の分野別の生産高の推移，2010年のフルードパワー製品の分野別

参

考

文

献

１）http://www.ccefp.org
２）http://www.me.umn.edu/people/stelson.shtml
３）Stelson, K. A.：Saving the Worldʼs Energy with

Fluid Power, Proc. 8th JFPS Int. Symp. on Fluidの市場規模，2005年〜2010年のフルードパワー製品
Power, Okinawa 2011, p. 1‑7（2011）の輸入量および輸出量の推移を示している．さらに，
４）http://me.zju.edu.cn/english/teacher̲show.php?
2005年〜2010年の油圧製品，ハイドロダイナミクス
id＝39
製品，空気圧製品，およびシールの生産高の推移，
５）Fu, X.：A Fundamental Research of Cavitation in
2010年の油圧製品，ハイドロダイナミクス製品，空Hydraulic Component, Proc. 8th JFPS Int. Symp.
気圧製品，およびシールの機器別内訳を示している．

以上により，大きく発展している中国のフルードパ
ワー産業の現状を明らかにしている．

on Fluid Power, Okinawa 2011, p. 8（2011）

4．お わ り に［著

The 8th JFPS International Symposium on
Fluid Power, Okinawa 2011で行われたStelson教授

よし

だ

かず

ひろ

吉 田

和

弘 君

およびFu教授による特別招待講演は，近年とくに注目を集めている省エネルギー技術と，フルードパ
ワー技術において重要なキャビテーション現象の最近の研究成果に関するもので，多くの研究者および技術者の関心を集めていた．本稿によりその一部でも伝えることができれば幸である．

会

者

紹

介］

1989年東京工業大学大学院博士課程制御工学専攻修了，1996年同大学精密研究所助教授（現，准教授），現在に至る．2008年
10月〜 2009年３月米国カリフォルニア大学サンタバーバラ校客員研究員．流体マイクロマシン，機能性流体の研究に従事．日
本フルードパワーシステム学会，日本機械学会，IEEEなどの会員．工学博士．
E-mail： yoshida@pi.titech.ac.jp

告会 員 移 動
会員の種類

名誉会員

正

会

員

海外会員

学生会員

賛助会員

会 員 数
（１月20日現在）

13

911

14

153

104

差

０

＋１

＋１

０

−１

引

増

減

正会員
置塩 直史（JX日鉱日石エネルギー㈱）梶原 伸治（近畿大学）

海外正会員
朴 大 光（韓吉Hightechpia）

第43巻

第２号

― 24 ―

2012年３月（平成24年）

赤木

解

87

徹也：Fluid Power 2011「医療・福祉」セッションの講演

説

Fluid Power 2011「医療・福祉」セッションの講演＊赤木徹

1．は じ め に
第８回JFPSフルードパワー国際シンポジウムにおいて，医療・福祉関係のセッションとして，東京也＊＊の鉗子マニピュレータとそれを支えるサポートマ
ニュピレータから構成される．「ダヴィンチ」との大きな違いは，触覚のフィードバックのために通常工業大学の香川利春教授をオーガナイザーとして，必要となる鉗子部分の力センサを，制御系にオブサーバを構成（図１⒝参照）することで，鉗子先端

Medical and Welfare EquipmentsのOSが10月26日につける必要のない圧力センサから推定できる点でに２セッションで開催された．このセッションの副座長として参加した小生が，参加者の一人として，
このセッションの内容を報告する．セッションでは，基調講演１件を含む，計７件の講演が予定され，講演者も日本，イタリア，中国，マケドニア共和国からなどさまざまであったが，震災の影響からか，後述する２件のキャンセルがあった．また，内容に関しても医術応用や高齢者・障がい者支援機器，介護支援機器，マッサージ機器など医療・福祉に関する
国内外の研究成果が盛り込まれ，すべての講演に共通して，空圧源を動力としているところが本セッ
ションの特徴のように思われる．つまり，空圧を動力源としたこれら医療と福祉に関する国内外の研究成果を一堂に会することができたのも，この会議の特徴と言える．本解説では，基調講演を含め発表された講演内容（キャンセルされた講演内容を含む）
について，著者の独断と偏見で『医療応用』，『身体⒜

腹腔鏡手術スレーブロボット

動作支援機器』，『リハビリテーション機器』に分類
して著者名とともに紹介する．
2．医 療 応 用
医療応用としてまず紹介したいのは基調講演で行われた東京工業大学川嶋健嗣氏ら1）による講演である．講演内容は空気圧アクチュエータを用いた触覚⒝

バイラテラル制御のブロック線図を有する腹腔鏡手術のためのマスタースレーブロ
ボットシステムについてである．腹腔鏡手術ロボットとして現在商用ベースのものは「ダヴィンチ」が有名であるが，まさにそれに匹敵するともいえるロボットの開発といったセンセーショナルな内容であった．ロボットは図１⒜に示すように空気圧駆動＊

平成23年11月４日

原稿受付

⒞

＊＊

岡山理科大学工学部知能機械工学科（所在地 〒700‑0005 岡山市北区理大町１―１）
第43巻

第２号

図１
― 25 ―

豚を使用した腹腔鏡手術

腹腔鏡手術用マスタースレーブロボット
2012年３月（平成24年）

88

フルードパワーシステム

ある．また，制御系としてもインピーダンス制御を組み込むなど，空気圧サーボ系として非常に洗練さ（ZigBee通 信 モ ジ ュ ー ル，2.4GHz帯， 通 信 距 離100m）を使用した無線通信で行われている．また，れている．また，図１⒞に示すように実際に豚の内臓を使った試験を行うなど，実用化に限りなく近い段階まで開発ができている印象を受けた．今後の課

携帯電話のLi-ionバッテリーを使用して，１日程度駆動できるといった優れものである．つまり，１足１足が独立した駆動システムとして成り立ち，さらに24時間単位の長時間使用できる点が非常にユニー
クで，今後の発展に期待が持てる．

題としては，現在の空気圧サーボ系で実現できている触覚0.5Nの分解能を上げたいとのことである．読者の皆様にも，ぜひ，論文などを取り寄せ一読していただきたい研究である．
3．身体動作支援機器
身体動作支援機器に関して２件の講演が行われた．
これら２件の講演は，主に下肢特に歩容のアシスト
を 行 う も の で あ る． こ の う ち， 大 連 理 工 大 学 のHaifan Wu氏ら2 ）は，パラレル空気圧重量ベアリン
グによる歩行アシストロボットの開発について講演⒜スポンジコアソフトゴムアクチュエータ（SCSRA）を行った．これは，自転車のサドルのついたフレー
ムに，空気圧シリンダを脚に並行に複数本取り付け，
靴底にあるフットプレートを歩容に合わせて押すことで，膝などに障害を抱えた高齢者の歩行をアシストするものである（図２参照）．

⒝

無線機とポンプを搭載した試作靴の外観
図３

高性能中敷きを用いた靴

4．リハビリテーション機器
リハビリテーション機器として，上肢をターゲットにしたものが２件，下肢および腰に関してが２件あった．まず，上肢に関しては，岡山大学の高岩昌
弘氏ら4）が図４に示す空気圧パラレルリンクマニ
図２

ピュレータを用いた筋電による手首リハビリテー
ション装置の開発について講演した．これは図４⒜Haifan Wuらによる歩行支援ロボット

また，このような外骨格による歩行支援ではなく，
もっとコンパクトに靴のみで転倒などを予防する研究として，奈良工業高等専門学校の早川恭弘氏ら3）による講演があった．講演は靴底のソールに，図３⒜に示すスポンジの外側をシリコーンゴムでコー
ティングした特殊なソフトアクチュエータを用い，アクチュエータ内の空気圧を制御することで，使用者の足の接地角度を制御し，転倒を防止するものである．将来的には歩容により生じる足の踏込をポンプの動力に使用する予定で，現状では血圧計に使われている小形のポンプを使用している（図３⒝参照）．現状でも弁，コントローラ，ポンプを含めたすべてのシステムが靴に集約されており，さらに，歩容補助に必要な左右の足の相互情報通信はXBee
第43巻

第２号

に示す６本の低摩擦シリンダを用いた６自由度のパ
ラレルリンクマニピュレータを用いて，それぞれのシリンダに対して図４⒝に示す駆動システムを構成し，手首のリハビリテーション動作を，理学療法士に代わって行うシステムの開発をめざした研究内容である．その評価に筋電を使用（図４⒞参照）し，単なるリハビリテーション動作の獲得だけではなく，患者に加わる負荷（筋電信号）を加味しながら駆動するため，外乱オブザーバをベースとする位置・力サーボ系を構成している．講演では，筋電信号から逆にマニピュレータを動かすなどユニークなビデオも紹介されていた．これら空気圧サーボ系も前述の基調講演と同様，優れた制御系を構成していることも注目すべきであるが，これらに空気圧駆動システ― 26 ―

2012年３月（平成24年）

赤木

89

徹也：Fluid Power 2011「医療・福祉」セッションの講演

ム の 利 点（ コ ン プ ラ イ ア ン ス 性 な ど ） を 加 え た
ヒューマンインターフェイスを実現しており，このティーを有しながら，肘・肩の屈曲／伸展，内転／外転などの複雑な動作を実現している．

論文も一読していただきたい．

⒜

パラレルリンクマニピュレータ⒝⒜

肘・手首用ウェアラブル駆動システム⒝

肩関節用ウェアラブル駆動システム

空気圧駆動回路⒞

EMGを用いた手首のリハビリ

図４

手首リハビリテーション機器

また，同大学の佐々木大輔氏ら5）は，図５に示す
空気圧ゴム人工筋を用いた上肢のためのウェアラブ
ル・マスタースレーブ・トレーニング機器の開発について講演した．講演では，繊維拘束により伸びる⒞
図５

トレーニング機器外観

空気圧人工筋を用いたトレーニング機器

際に発生力を生じる特殊なゴム人工筋を用いた肘，手首部分のウェアラブル駆動システム（図５⒜参また，これと同じく外骨格を有したリハビリテー
ション機器として，マケドニアのGoce Delce大学の照）の開発や，積層型の空気圧人工筋を用いた肩関節駆動システム（図５⒝参照）について報告があった．いずれも外骨格についたこれらの新しいソフト
アクチュエータを用いて，ウェアラブル駆動システ

Natasa Koceska氏 や イ タ リ ア のAquila大 学 のFrancesco Durante氏ら6）が，下肢つまり足の歩容

ムとして重要な柔軟性やバックドライアイアビリ
第43巻

第２号

のリハビリテーションのための空気圧駆動外骨格について報告する予定であったが，講演キャンセルのため詳しい内容は把握できなかった．そこで，講演― 27 ―

2012年３月（平成24年）

90

フルードパワーシステム

前刷りから概要のみ紹介する．このシステムは図６に示す片足２自由度（２本の空気圧シリンダ）を有を有しており，論文ではその製作方法と，手を使ったマッサージにおける圧力を測定し，それを実現す

する外骨格下肢駆動システムをトレッドミル上で歩く被験者に装着し，歩容のリハビリテーションを支援する機器である，これらの駆動システムはファるためのアクチュエータの駆動パターンについて言及していた．

ジールールを組込んだリアルタイムコントローラ（PC104）で制御している．

5．お わ り に
以上，フルードパワーに関する医療・福祉関係の講演について紹介した．この医療・福祉分野は今後，先進国での高齢化社会の進行に伴って，非常に重要であり，産業としても成長することが約束されている分野である．こういった分野に電動技術だけでなく油空圧技術を導入することに大きな意義があると思われる．今回の国際シンポジウムでは，フルード
パワー分野からのアクセスについて特に集約できたものと思われ，非常に有益であった．特に，電気駆動系に比べて位置決め精度が悪いと思われてきた空気圧駆動系が空気圧サーボにより大幅に改善され，
なおかつ空気圧システムが有するコンプライアンス

図６などもウェアラブル駆動システムやインピーダンス
制御などに対しても強力で有益なツールになっていると思われる．今後この分野の発展に期待するとこ

空気圧駆動歩行リハビリテーション機器

ろである．
参

考

文

献

１）Kawashima, K., Tadano, K.：Master Slave Robot
System for Laparoscopic Surgery with Haptic⒜Perception Using Pneumatic Actuators, Proc. Fluid

エアポケットを有するアクチュエータ

Power 2011, p. 9‑14 (2011）２）Wu, H., Hu, C.：Development of a Novel Parallel
Pneumatic Weight Bearing Walking Assist Robot,
Proc. Fluid Power 2011, p. 38‑42 (2011）３）Hayakawa,Y.,Taguchi,Y.,Tooyama,Y.：Developmentof High Performance Shoes with Human Compatibility, Proc. Fluid Power 2011, p. 51‑57 (2011）
４）Takaiwa, M., Noritsugu, T., Sasaki, D.：EMG Based
Wrist Rehabilitation Using Pneumatic Parallel⒝
図７

Manipulator, Proc. Fluid Power 2011, p. 72‑78

マッサージ機器の装着(2011）

腰痛治療のためのマッサージ機器

５）Sasaki, D., Noritsugu, T., Takaiwa, M.：Development

ま た， イ タ リ アAquil大 学 のMichele Gabrio
Antonelliら7）により腰痛治療のための先進的空気圧
マッサージ機器の設計に関しての講演が予定されていたが，これも同じく講演者不在でキャンセルにof Wearable Master-slave Training Device forUpper Limb Constructed with Pneumatic Artiﬁcial
Muscles, Proc. Fluid Power 2011, p. 58‑63 (2011）
６）Koceska, N., Koceski, S., Zobel, P..B. Durante,なったため，講演前刷りから概略のみ紹介する．これは図７⒜に示すシリコーンゴムでできたエアポ
ケットを有するアクチュエータを複数個用い，腰痛

F.：Pneumatically Actuated Exoskeleton for Gait

治療を行うシステムを構成している（図７⒝参照）．
各アクチュエータは複数の圧力室（エアポケット）７）Antonelli, M., G., Zobel, P..B., Durante, F., Raparelli,

第43巻

第２号

Rehabilitation, Proc. Fluid Power 2011, p. 43‑50(2011）― 28 ―

T.：Design of an Innovative Pneumatic Massage
2012年３月（平成24年）

赤木

91

徹也：Fluid Power 2011「医療・福祉」セッションの講演

Device for Low Back Pain Treatment, Proc. Fluid
Power 2011, p. 64‑71 (2011）

［著
あか

ぎ

赤

木 徹

てつ

者

紹

介］

や

也 君
1998年岡山理科大学大学院工学研究科博士課程修了．1998年津山工業高等専門学校
助手，2005年岡山理科大学講師，2008年岡
山理科大学准教授，現在に至る．組込み技術を用いた流体制御機器，流体アクチュ
エータの開発，メカトロニクスの研究に従事．日本フルードパワーシステム学会・日本機械学会・計測自動制御学会・日本ロボット学会等の会員．
E-mail：akagi@are.ous.ac.jp

会

告共催・協賛行事のお知らせ
協賛行事
第12回 日本機械学会 機素潤滑設計部門講演会
主
催：一般社団法人 日本機械学会
開催：2012年４月23日（月）〜 24日（火）会
場：愛媛県県民文化会館（ひめぎんホール） 〒790‑0843 愛媛県松山市道後町２―５―１
http//www.ecf.or.jp/m̲facilities/index.html
TECHNO‑FRONTIER 2012
主催：社団法人 日本能率協会会
期：平成24年７月11日（水）〜 13日（金） 10：00 〜 17：00
会
場：東京ビックサイト（有明・東京国際展示場）東展示場

４―６ホール

日本混相流学会年会講演会2012
主催：日本混相流学会
開催：2012年８月９日（木），10日（金），11日（土）会
場：東京大学柏キャンパス（千葉県柏市柏の森）
ホームページ：http://www.jsmf.gr.jp/nenkai2012/index.html
Dynamics and Design Conference 2012 総合テーマ：「システムを考える．境界を越えて．
」
主催：一般社団法人 日本機械学会
開催：2012年９月18日（火）〜 21日（金）会
場：慶應義塾大学日吉キャンパス（横浜市港北区日吉４丁目１―１）
申込方法：http://www.jsme.or.jp/conference/dmcconf12/
キャビテーションに関するシンポジウム（第16回）
主
催：日本学術会議 第３部（予定）
第16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：東京大学大学院教授・松本洋一郎）
開
催：平成24年11月23日（金・祝），24日（土）会
場：金沢工業大学（〒921‑8501 石川県野々市市扇が丘７―１）
連 絡 先：金沢工業大学工学部機械工学科 佐藤恵一 教授
TEL：076‑248‑9214
FAX：076‑294‑6734
e-mail：cav16@mlist.kanazawa-it.ac.jp

第43巻

第２号

― 29 ―

2012年３月（平成24年）

92

フルードパワーシステム

解説「ロボティクス・メカトロニクス」セッションの講演（基調講演を含む）＊
則

次

俊

郎＊＊

1．は じ め に「ロボティクス・メカトロニクス」セッションでは，基調講演１件，一般講演20件が発表された．国別の内訳は，日本14件，中国４件，台湾，韓国，イ
タリアがそれぞれ１件であった．また，分野別に大別すると，油圧６件，空気圧15件であり，油圧では重機への応用研究，空気圧では，空気圧サーボ系の各種ロボットへの応用，空気圧人工筋，エネルギー
セービング，レスキューロボットなどの研究成果が報告された．欧米からの参加者が少なくやや寂しい
セッションであったが，21件の講演内容はいずれもそれぞれの分野を代表する先端的な研究成果であり，
ロボティクス・メカトロニクスにおけるフルードパ
ワー技術の位置づけを理解するに十分なセッションであった．本稿では，上記の分類に従い，それぞれの講演の概要を紹介する．

写真１

基調講演の様子Operation System with Video Cameras and ForceFeedback）
Lingtao HUANG＊, Hidetoshi KATO＊＊, Takuya
KAWAMURA＊＊＊and Hironao YAMADA＊＊＊＊

Mechanical and Civil Engineering Division, Gifu
University, ＊＊Denso Corporation Company,

2．油 圧 分 野
油圧分野では，ベンディングマシン，建設機械，
油圧回路の制御，油圧人工筋などの研究成果が発表された．論文題目，著者名，所属，概要を示す．
K‑2（基調講演） Development of HydraulicControlled Bending Technology for Bent Pipe ofPlant without Thickness Reduction
Ken Ichiryu＊＊
Mechatronics Laboratory, Kikuchi Seisakusho
Company
各種プラント配管用の大口径管（直径50‑60㎜以上）の曲がり管を製造するマシンを開発したものである．誘導加熱を使用するとともに，曲がり時の管肉厚の減少を防ぐため，管軸方向の圧縮力を油圧サーボにより精密制御している．写真１に，一柳氏の基調講演の様子を示す．
1D3‑1 Master-Slave Control for a Construction
Robot Teleoperation System（Evaluation of an＊

平成23年12月15日

＊＊

原稿受付

岡山大学大学院自然科学研究科（所在地 〒700‑8530 岡山市北区津島中３―１―１）
第43巻

第２号

＊＊＊

Human and Information Systems, Gifu
University
災害現場などの人間が入れない環境において建設ロボットや重機を遠隔操縦するためのマスター・ス
レーブ制御に関する研究である．スレーブには油圧ショベルを用いて，操作性を向上させるための操作
者への力フィードバックの効果が議論されている．
1D3‑2 Research on Hardware-In-the-Loop
Simulation System
Qiang Feng＊, Qingfeng Wang＊, Wen Gong＊＊
The State Key Laboratory of Fluid Power
Transmission and Control, Zhejiang University
油圧パワーショベルのシミュレーションシステムを提案したものである．その特徴はシミュレーショ
ンにハードウェア要素が入る点であり，シミュレー
ション性能や信頼性が向上するとされている．
1D3‑3 Development of Large Scale-Bi-Lateral
Manipulator for Heavy Industries
Hiroshi Yoshinada＊, Shu Takeda＊, Kenji Okamura＊,
Shinichi Yokota＊＊＊

KOMATSU Ltd., ＊＊Precision and Intelligence― 30 ―

2012年３月（平成24年）

則次

俊郎：「ロボティクス・メカトロニクス」セッションの講演（基調講演を含む）

93

Laboratory, Tokyo Institute of Technology
油圧ショベルなど建機のマスター・スレーブ制御と制御に関する研究である．それぞれの脚部は３自由度の空気圧サーボ系で構成され，歩行時にはロに関する研究であり，スレーブマニピュレータは電油サーバメカニズムにより駆動される．マスターマ
ニピュレータとして３次元ジョイスティックが使用

ボット全体で12組のサーボ系が協調して動作する．
外乱オブザーバが効果的に利用されるとともに，脚部接地時にコンプライアンス制御を導入することにされ，マスターを通してスレーブへ作用する力の1/100‑1/400が操作者にフィードバックされるバイ
ラテラル方式としている．

よりロボットの安定化を図っている．レスキューロ
ボットなどへの応用が期待される．
2D1‑1 Development of Complex Hybrid 3D

1D3‑4 Fixed Point versus Floating
Mathematics in Embedded System Programmingfor Fluid Power Mechatronics Components
Control：a Real Case Study
Massimiliano RUGGERI ＊ , Matteo FRACASSI＊＊,
Massimo MARTELLI＊ and Massimo DIAN＊

Robot with Parallel Links via Nonlinear Pneumatic
Servo System for Path Tracking Control
Mao-Hsiung CHIANG1＊and Hao-Ting LIN＊＊IMAMOTER, Institute for Agricultural andEarthmoving Machines, National research Councilof Italy, ＊＊Research and Development Dept.,
Tecnord S.r.l. Company
電気油圧駆動システムの制御系設計に関する研究であり，組み込み制御プログラムの実行において固定小数点方式と浮動小数点方式を比較している．その結果，制御弁などのメカトロニクス機器の実時間制御においては，固定小数点方式が有利であると述べている．
1D3‑5 Bundling Several Extending/Contracting Muscle to Power Soft Mechanism
Kazuhiro IWATA＊, Koichi SUZUMORI＊, andShuichi WAKIMOTO＊＊The Graduate School of Natural Science andTechnology, Okayama University
マッキベン型人工筋に基づいて，収縮型と伸長型
人工筋を製作し，これらを束ねることにより任意方向への湾曲動作が可能な人工筋を試作したものである． 油 圧 で 駆 動 し，1.0［MPa］ の 加 圧 に よ り160
［deg］の湾曲角度と，人工筋先端で40［N］の発生力が得られている．
3．空気圧分野
3.1 空気圧サーボ系の制御と応用
空気圧シリンダを用いたサーボ系の制御と応用に関して７件の研究成果が発表された．
1D2‑3 Development of Quadruped robot with
Pneumatic Actuator
Zilei ZHAO＊, Toshiro NORITSUGU＊, Masahiro
TAKAIWA＊and Daisuke SASAKI＊＊

The Graduate School of Natural Science andTechnology, Okayama University

第２号

Department of Engineering Science and Ocean
Engineering, National Taiwan University
ロッドレスシリンダを用いた３組の空気圧サーボ系によるパラレルリンクロボットの制御に関する研究である．目標軌道追従性能を向上させるため，フーリエ級数に基づいた動的モデル推定法と適応ス
ライディングモード制御法を提案し，実験によりその有効性が示されている．
2D1‑2 Development of a Pneumatically-Driven
Forceps Manipulator Using a Flexible Joint
Daisuke HARAGUCHI＊, Kotaro TADANO＊ andKenji KAWASHIMA＊＊

Precision and Intelligent Laboratory, Tokyo
Institute of Technology
空気圧シリンダで駆動され，柔軟ジョイント用いた鉗子マニピュレータを開発したものである．PID
動作に基づいて位置制御が実行されるとともに，鉗
子先端に作用する外力がシリンダ室圧力より推定されている．実験により有用性が評価されている．
2D1‑4 Softness Display Based on Low Friction
Pneumatic Cylinder＊
Zhongsheng SUN, Xiaoning LI, Liangpeng Kou
and Yan TENG＊

SMC Pneumatics（Nanjing）Technical Center
School of Mechanical Engineering Nanjing
University of Science & Technology
低摩擦空気圧シリンダを用いてソフトネス呈示装置を開発したものである．空気圧サーボ系を構成して，シリンダの発生力がその変位に比例するように制御している．柔軟なハプティックインターフェース，バーチャルリアリティさらに医療分野への応用が期待されるとしている．
2D2‑1 Control Design for Antagonistic Drive
with Pneumatic Actuators
Mizuki KOMIYA＊, Kenji KAWASHIMA＊, Kotaro
TADANO＊, Toshiharu KAGAWA＊＊

Precision and Intelligent Laboratory, Tokyo― 31 ―

2012年３月（平成24年）

空気圧シリンダを用いた４足歩行ロボットの試作
第43巻

＊

94

フルードパワーシステム

Institute of Technology
２本の空気圧シリンダをワイヤとプーリを用いて拮抗構造として，これによりプーリの回転角度制御を実施したものである．ワイヤの張力と制御弁が性能に及ぼす影響を実験により考察している．
2D2‑3 A study on Force Reflecting Joystick
Control Using Virtual Force Sensor for Applications
to Excavators
Nguyen Thanh TRUNG＊＊, Dinh Quang TRUONG＊＊

and Kyoung Kwan AHN＊
School of Mechanical and Automotive Engineering,
University of Ulsan
空気圧シリンダを用いたパワーショベルの開発を目標としてバイラテラルマスター・スレーブシステ
ム を 提 案 し た も の で あ る． マ ス タ ー は ジ ョ イ ス
ティック構造とし，スレーブに作用する負荷力を操
作者に帰還させるためのアクチュエータとして空気圧モータを内蔵している．これにより操作者は実際の作業状態を感じながら操作ができる．実験では，
MR流体ダンパを用いて負荷力を発生させている．
2D2‑4 Dynamic Friction Characteristics ofPneumatic Actuators and Their Mathematical
Model
Xuan Bo TRAN＊and Hideki YANADA＊＊＊

Mechanical & Structural Systems Engineering
Toyohashi University of Technology,＊＊

De p a r t m e n t o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g
Toyohashi University of Technology
空気圧シリンダの動的摩擦特性を種々の動作条件下で測定するための実験装置を開発し，ピストン速
度とシリンダ室内圧力が摩擦特性に及ぼす影響を考察している．また，摩擦特性を表す修正LuGreモデ
ルの妥当性を検証している．
3.2 空気圧人工筋
空気圧人工筋PAM（Pneumatic Artiﬁcial Muscle）のロボットやアシスト装置への応用に関して３件の研究成果が発表された．
1D2‑1 Research on the Spherical Joint Robot
Driven by the Pneumatic Muscle Actuator
Yu LIU＊, Tao WANG＊ and Wei FAN＊＊
School of Automation, Beijing Institute ofTechnology
人間の肩関節を模した３自由度の球面関節を有するロボットを開発している．空気圧人工筋の高い出力重量比と柔軟性に注目し，駆動用アクチュエータ
として使用している．その基本特性について議論し非線形特性と応答遅れに対応するため，数学モデルを必要としない適応制御法が使用されている．
第43巻

第２号

2D3‑3 Development of Jump Assist Systemusing Pneumatic Rubber Muscle
Kotaro TADANO＊, Hiroshi ARAYA＊＊, Kenji
KAWASHIMA＊, Chongo YOUN ＊ , Toshiharu
KAGAWA＊＊

Precision and Intelligence Laboratory, TokyoI n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , ＊＊Te c h n o l o g y
Development Division HQ, NSK Ltd.
下肢装具に空気圧ゴム人工筋を取り付けたジャン
プアシスト装置を開発している．空気圧ゴム人工筋
によりジャンプ時の瞬間的なアシスト力を発生させるものであり，効果的なアシストのタイミングを決定するため加速度センサを使用している．装置の重量は約2.8㎏であり，アシストにより最大で28㎝程度ジャンプ高さが増加している．
2D3‑4 The Decoupling Control for PMA-Driven
Serial Mechanism
Tao WANG＊, Hao LIU＊, Wei FAN＊, Tong ZHAO＊＊

School of Automation, Beijing Institute ofTechnology
空気圧人工筋を用いたテンドン機構の非干渉化制御に関する研究であり，計算トルク制御法の効果が議論されている．
3.3 エネルギーセービング
エネルギーセービングに関連して２件の研究成果が発表された．
1D2-2 Development and Application of
Alternative Direction Air Compressor
Takuya FUJIKAWA＊, Osamu OYAMA＊ andToshihiro YOSHIMISTU＊＊＊

Department of Mechanical Engineering, School of

Science and Technology, Meiji University＊＊

Department of Mechatronic Robot Kanagawa
Institute of Technology
エネルギーセービングの観点から，給気と排気の方向が可変のコンプレッサを開発したものであり，空気圧モータを電動機で駆動することにより実現している．電動機により空気圧モータの回転方向や回転速度を変えることにより，コンプレッサからの給排気の方向と吐出流量を連続的に調整できる．
2D3‑1 Development of Portable Energy-Saving
Type Air Supply System using Variable Volume
Tank
Tatsuyuki IWAWAKI ＊ , Toshiro NORITSUGU ＊ ,Daisuke SASAKI＊ and Masahiro TAKAIWA＊＊

Gr a d u a t e S c h o o l o f N a t u r a l S c i e n c e o f
Technology, Okayama University― 32 ―

アクチュエータへ供給する空気圧を調整する制御
2012年３月（平成24年）

則次

俊郎：「ロボティクス・メカトロニクス」セッションの講演（基調講演を含む）

弁の上流側へ圧縮空気を供給するために容積可変のタンクを設置する．タンクを弾性体とし，タンク膨
張時のタンク自体に蓄えられる弾性エネルギーを利用することにより，タンクの小形化とともに必要なタンクの初期充填圧力を低く抑えることによりエネ
ルギーセービングを行う．
3.4 空気圧の応用
空気圧の楽器演奏やレスキューロボットへの応用など３件の研究成果が発表された．
2D1‑3 Control of Blown Air for a SopranoRecorder-Playing Robot using Unsteady Flow Rate
Measurements and Control Techniques
Tomonori KATO＊, Yoshiyuki KAWAMU RA＊,
Tatsuya FUNAKI＊＊, Kenji KAWASHIMA＊＊＊ andToshiharu KAGAWA＊＊＊＊

D epa r t ment of I nt el l igent Me ch a n ic a lEngineering, Fukuoka Institute of Technology,＊＊

National Institute of Advanced Industrial Scienceand Technology, ＊＊＊Precision and Intelligence

Laboratory, Tokyo Institute of Technology
人間の自然な音声を発生するソプラノレコーダー
演奏ロボットを試作したものである．非定常流量計
測と流量制御技術の開発により，人間の演奏時と同等の非定常流量制御が実現されている．
2D2‑2 Burrowing Rescue Robot Referring to a
Moleʼs Shoveling Motion
Takashi KOBAYASHI＊, Hideyuki TSHUKAGOSHI

95

4．お わ り に「ロボティクス・メカトロニクス」セッションで発表された基調講演も含めて21件の研究内容の概要を紹介した．油圧はその高出力を活かした建機などへの応用において，バイラテラル型マスター・ス
レーブシステムの構築に関する研究が特徴的であった．空気圧はその柔軟性を活かした応用研究が多く，多自由度ロボットや触覚呈示，医療機器への応用が見られた．フルードパワー技術は，ロボティクス・
メカトロニクスにおいても重要な要素技術であり，
今後ともこの分野の研究開発をさらに推進していく必要があると考える．
写真２はセッションの様子を示す．参加者の多くは日本人であったが，英語でのプレゼンテーション
や質疑応答も浸透してきたようである．筆者自身も国際会議ならではの緊張感を味わうことができ，大変有意義なシンポジウムであった．実行委員長の横田先生を始め，お世話いただいた皆様に心より感謝
申し上げます．

＊, Shunsuke HONDA＊, Ato KITAGAWA＊＊
De p a r t m e n t o f M e c h a n i c a l a n d C o n t r o lEngineering, Tokyo Institute of Technology
土 中 に 挿 入 し て 被 災 者 を 探 索・ 救 助 す る レ ス
キューロボットの実現を目指して，モグラの穴掘り動作を参考にした土中推進機構を開発している．穴掘り動作は，２つの空気圧モータでそれぞれ独立に駆動される２つのアームにより実行される．これにより，ロボットの進行方向の変化が可能である．
2D3‑2 Mobile Robot by a Drawing-out Type
Actuator for Smooth Locomotion inside Narrow
and Curving Pipes
Kenichi HOSAKA ＊ , Hideyuki TSUKAGOSHI ＊and Ato KITAGAWA＊
＊

写真２

［著
のり

つぐ

とし

ろう

則 次

俊

郎 君

De p a r t m e n t o f M e c h a n i c a l a n d C o n t r o lEngineering, Tokyo Institute of Technology
倒壊家屋内の狭く，曲がった経路や管路を移動す
る探索・救助用レスキューロボットの開発を目的とした研究である．フラットチューブを用いてロボッ
ト先端部のステアリング機構を構成し，チューブへの空気圧の加圧により進行方向が制御できる．
第43巻

第２号

― 33 ―

セッションの様子

者

紹介］

1974年 岡山大学大学院工学研究科修士課程修了．津山工業高等専門学校助手，講師，助教授を経て，1986年岡山大学工学部
助教授，1991年同教授，2005年 大学院自然科学研究科教授，現在に至る．空気圧制御，人間支援ロボットなどの研究に従事．
日本フルードパワーシステム学会などの会
員，日本機械学会，日本ロボット学会，計測自動制御学会のフェロー，工学博士（京都大学）．
E-mail：toshiro@sys.okayama-u.ac.jp

2012年３月（平成24年）

96

フルードパワーシステム

解説＊「機能性流体」セッションの講演（基調講演を含む）

築

地

浩＊＊

徹

表１

1．は じ め に

分

利用法
クラスター

用
礎

構造を利用

それらを分類し研究動向を述べるとともに，講演内
容について簡単に説明する．

粒子分散系
１

2．講演内容の分類

流体の種類

メカニズムの

ER流体， ○ ○

○

○

MR流体
２

内

ダンパー

○

○

○

流路内流動

３＊ ECF

○

○

○

ロボット

４

ECF

○

○

５

液晶

○

６

ECF

○

○

○

噴流発生器

７

ECF

○

○

○

噴流発生器

８＊ ECF

○

○

９

EHD流体

○

○

10

MR流体

○
○

○

マイクロレート
ジャイロ○ マイクマシン○○

容

小形点字表示，液晶

総数

電場に反応する代表的な機能性流体として，分散系 E R （ E l e c t r o r h e o l o g i c a l ） 流 体 ，E H D（Electrohydrodynamics，電気流体力学）流体，ECF（Electro-conjugate Fluid，電界共役流体），フッ素
系液体，液晶，ERゲルなどがある．磁場に反応する機能性流体としては，MR（Magnetorheological）
流 体， 磁 性 流 体，MCF（Magnetic compoundﬂuid），液晶などがあげられる．電場や磁場によって変化する機能性流体の特性は，大きく二つに分けられる．その一つは，流体に電場を印加すると流体が流動を始める現象である．この現象で古くから知られているものに，EHD流体があり，フロリナー
トなどがこの性質を有しており，ある種の液晶もこ野応
基Fluid Power, OKINAWA 2011において，機能性流体に関して３つのセッションが組まれ，Keynote
Speechを含めて10件の講演があった．本報では，

外場

流動を利用
磁
場
電
場

文献番号

今回の第８回JFPS International Symposium on

研究分類

ベローズアクチュエータ○

シミュレーション○

界磁機構の性質を持っている．近年ECFが発現する流動が注目されており，応用研究も盛んに行われている．
この誘起される流動を利用して，ポンプやモータなどの応用機器に関する研究が行われている．他の一つは，電場や磁場を印加することにより，機能性流材料開発，特性計測などの研究が行われており，応体中の粒子がクラスター構造を作る特性であり，分用研究としては，ポンプ，弁，マイクロレートジャ

散系ER流体やMR流体がこの特性を有する．電磁場
印加により配向変化を起こす液晶もこれに含まれる．
このようなクラスター構造の生成により，機能性流体の見かけの粘度などの変化が生じる．このクラス
ター構造生成の特性を利用してクラッチやダンパな

イロ，マイクロレンズ，モータ，平面研磨，ロボッ
トハンド，小形点字表示，ブレーキ，ダンパなどに関する研究が行われている．
本国際会議での機能性流体のオーガナイズトセッ
ションでの研究発表を上述の内容で分類したものを

＊

９２７ ３

６４

最優秀学生論文賞受賞

どの応用研究が行われている．
表１に示す．全部で10件の講演（キーノート講演1）
近年，基礎研究としては，機能性流体の流動原理， も含む）があった．その中で，電場印加による機能
性流体の特性の変化やそれを利用した応用研究は８＊

平成23年11月28日

＊＊

原稿受付

上智大学理工学部（所在地 〒102‑8554 東京都千代田区紀尾井町７―１）
第43巻

第２号

件で，磁場印加によるものは１件，両方１件であった．これにより，電場印加による研究が多いことがわかる．つぎに，流動を利用した研究は７件，クラ― 34 ―

2012年３月（平成24年）

築地

97

徹浩：「機能性流体」セッションの講演（基調講演を含む）

スター形成構造を利用した研究は３件で，流動を利用した研究が多い．さらに，基礎研究か応用研究かについては，基礎６件，応用４件でほぼ同数であった．
3．講 演 内 容以下に内容について説明する．まず，東北大学の中野教授のキーノート講演1）に関しては，粒子分散系ER流体とMR流体の基本特性の比較がなされ，二つの応用例が紹介された．特性の比較を表２に示す．
MR流体のせん断応力が大きいことがわかる．講演の様子を図１に示す．つぎに，粒子分散系ER流体

表２

ER流体とMR流体の特性比較
ER Suspension

MR Suspension

2‑5kPa50‑100kPa

Max. ﬁeld〜4kV/mm〜250kA/m

No-ﬁeld viscosity

0.1‑1.0Pa･s

0.1‑1.0Pa･s

Operable temp.

＋10 to＋90℃

Max. yield stressrange(ionic, DC)

Response time

＜milliseconds＜milliseconds

1‑2g/㎤

3‑4g/㎤

2‑5kV/1‑10mA

2‑25V/1‑2A

Density
Power supply−40 to＋150℃を用いた応用例として小形点字表示システムが紹介された．現在，圧電アクチュエータを用いた点字表
示システムが販売されているが，圧電材料の変位は非常に小さく，点字で必要な変位を実現するために変位拡大機構を用いる必要があり，小形化に適さない．そこで，本研究ではERマイクロバルブの特性を活かし，高速応答性・高出力と小形・低消費電力を実現する点字表示システムが開発された．点字表示システム用に開発したダイヤフラムアクチュエー
タの構成図を図２に示す．フォトリソグラフィー法
によって電極間隙間hの流路をガラス板上に作成し，加圧したER流体を流す．下流側は大気圧に開放されている．この流路の上流側と下流側にITO膜で形成した長さLeの電極部を設け，ER流体バルブとしている．この上流側のバルブ１と下流側のバルブ２の中間にピン駆動部を設ける．上部ガラス板には穴を設け，バルブによって制御される圧力をピン駆動部に伝達する．ピン駆動部はトッププレート，ベー

図１

スプレート，厚さ0.1㎜の天然ゴム膜およびピンからなる．両プレートの間にゴム膜をはさみ，押さえつけるようにネジで締め付け固定しており，ゴム膜
は両プレート間でのER流体の漏れを防止するシー

図２

講演の様子

ダイヤフラムアクチュエータの構成図

ルの役割も担っている．トッププレートには直径1.6㎜の穴が設けてあり，直径1.5㎜のピンがダイヤフ
ラム部にかかる力を受けて穴の中で上下に摺動する．
バルブ１と２に印加する電圧を制御することによってピンの高さを変化させることができる．すなわち，
バルブ２に電場を印加し流路を閉じ，バルブ１を開放することで，ER流体に加えられた圧力によりダイヤフラムがトッププレートの穴に沿って膨らみ，ピンが押し上げられる．一方，バルブ１を閉鎖し，

図３

パッシブ式MRダンパの外観

バルブ２を開放した場合には，ダイヤフラムが復元力によって元の形状に戻りピンが下がる．
さらに，MR流体を用いた応用例として，パッシ
ブ式MRダンパ1） が示された．MRダンパの大きなパ内にあるMR流体の流路に印加する磁場をコントロールすることによって，減衰特性を自在に変えられることである．この研究では，減衰特性の可変性

利点は，外部からの電源・制御装置によって，ダンをパッシブな構造を得ることが可能なパッシブ式

第43巻

第２号

― 35 ―

2012年３月（平成24年）

98

フルードパワーシステム

MRダンパを開発し，振動抑制効果が高く，信頼性やコスト，メンテナンス性にも優れる免震・制振デ
バイスの実現を目指している．
パッシブ式MRダンパの外観とピストン部分の写真を図３に示す．本ダンパでは，ピストンヘッド，

イヤブリッジにより検出することで角速度を検出するジャイロである．
吉田らは5），図７に示すような流体駆動形管内作業マイクロマシンの開発研究を行っている．
王らは6），図８に示すような三角柱―スリット形

シリンダおよびピストンロッドの強磁性体部分には炭素鋼を用いている．また，永久磁石は取り出し可能になっており，リング形のネオジム磁石あるいは電極の形状パラメータについて検討した．

フェライト磁石を用いている．また，ピストンヘッ
ド両側の固定用プレートとピストンヘッドの間の支
持リングによって二つのピストンヘッドは支持・固ECFジェット発生器を製作し，それらの特性を調べている．
森らは8），ECFポンプの制御モデルを提案し，こ金らは7），MEMS技術を用いて図９に示すようなニードル電極とリング電極を組み合わせた種々の定されており，ピストンヘッドとシリンダの内壁の間には比較的摩擦の小さいテフロンシールが設けられている．ピストンヘッドには，変位に応じた磁場が印加される環状流路と，流れの向きに応じて開閉するチェックバルブが設置されたバイパス流路が設けられている．ここで，バイパス流路は流路径が大きく，磁場もほとんど印加されないため，圧損は常時小さい．これらの構造によって，本ダンパでは変位と速度の積の符号に応じて減衰力の強弱が変化する特性を持つ．
パッシブ式MRダンパの減衰特性が変化するメカ
ニズムを図４に示す．図４上図（Vr＞０）では，ダンパが中立位置から伸び方向に動作している様子を示しており，このときMR流体は右のピストンヘッ
ドではバイパス流路，左のピストンヘッドでは磁場が印加されていない環状流路を流れるため，MR効
果によるせん断応力の増加を受けず，減衰力は比較的小さい．一方，図４下図（Vr＜０）はダンパが伸び状態から中立位置に戻る時を示しており，このときMR流体は左のピストンヘッドではバイパス流路，

図４

MR流体の流路と磁気回路

図５

管内移動ロボットの概念図

右のピストンヘッドでは磁場が印加されている環状流路を流れるため，MR効果によって環状流路におけるせん断応力は増加しており，比較的大きい減衰力が発生する．
一般講演の内容について以下に簡単に述べる．
児玉らは2），平行平板間に満たされたネマティッ
ク液晶に，直流電場を印加した場合の液晶の流れを観察し，一方向の流れが誘起されることを示した．
山口らは3），図５に示すようなECFを用いた管内移動ロボットを試作している．本論文は，最優秀学

図６

ECFマイクロレートジャイロの検出原理

生論文賞を受賞した．
今村らは4），耐衝撃性を有し小形で安価なジャイ
ロとしてECFを用いたECFマイクロレートジャイ
ロを提案し，実験的に特性の検討を行った．検出原理を図６に示す．ECFマイクロレートジャイロは，
ECFジェットによるポンピングで発生したECFの噴流のコリオリ力により偏流する度合いをホットワ
第43巻

第２号

― 36 ―

図７

流体駆動形管内作業マイクロマシン
2012年３月（平成24年）

築地

図８

99

徹浩：「機能性流体」セッションの講演（基調講演を含む）

マイクロ三角柱―スリット形電極

図12

MR流体用ハイブリット界磁機構

た．
柳田は9），図11に示すようなイオンドラッグポン
プ内の電場を印加した場合の流動解析を行っている．
佐藤10） は，界磁電力の省電力化を目的に，電磁石による磁界と着・減磁した永久磁石材料による磁界とを併用したMR流体用ハイブリット界磁機構（図12参照）を提案し，その省電力性能と諸特性を報告した．
４．終 わ り に
図９

図10

機能性流体に関する研究は，流体の開発，開発された流体の特性評価およびその流体を用いた応用機器の開発の三つに大きく分けられる．本国際シンポジウムの講演において，特性評価などの基礎研究と応用研究がほぼ同数でありバランス良く研究が行われていることがわかる．電場に反応する機能性流体の開発においては，なるべく低電圧で高速流動や大きな力を発現する高効率な流体の開発が望まれているところであり，これが実現すると応用機器の研究範囲がこれまでよりも飛躍的に拡大するであろう．
さらに，機能性流体でしかできない機器や機械装置

ECF噴流発生器

実験装置全体とベローズアクチュエータ

を開発することも重要である．
参

考

文

献

１）Masami NAKANO：Smart Fluid Power Systems
Utilizing

Electro-/Magneto-Rheological

Proceedings

of

the

8th

JFPS

Fluids,International

Symposium on Fluid Power, OKINAWA 2011, pp.
22‑25（2011）２）Kenta KODAMA, Tetsuhiro TSUKIJI and Shun

図11

イオンドラッグポンプ

NISHIMURA：Study on Liquid Crystalline Flow
Inducedれを用いて圧力制御系を設計した．さらに，ECFを用いたベローズアクチュエータの特性を調べている．実験装置の全体図とベローズアクチュエータを図10に示す．本論文は，最優秀学生論文賞を受賞し
第43巻

第２号

by

Proceedings

DirectCurrent

of

8th

the

Electric

JFPS

Field,

International

Symposium on Fluid Power, OKINAWA 2011, pp.
448‑455（2011）３）Akihiro YAMAGUCHI, Kenjiro TAKEMURA,― 37 ―

2012年３月（平成24年）

100

フルードパワーシステム

482‑487（2011）

Shinichi YOKOTA and Kazuya EDAMURA： An
In-Pipe Mobile Robot Using Electro-Conjugate８）Kento MORI, Akihiro YAMAGUCHI, Kenjiro

Fluid, Proceedings of the 8th JFPS International

TAKEMURA, Shinichi YOKOTA and Kazuya

Symposium on Fluid Power, OKINAWA 2011, pp.

EDAMURA：The Control of a Bellows Actuator

456‑463（2011）

Using Electro-conjugate Fluid, Proceedings of the
8th JFPS International Symposium on Fluid Power,

４）Tsunehiko IMAMURA, Toshiya SUZUKI, Joonwan

KIM,

Shinichi

YOKOTAandOKINAWA 2011, pp. 488‑494（2011）

KazuyaEDAMURA： Development of Mems-Based ECF

９）Hideki YANADA , Yuta ISOHATA and Kazuhiro

Micro Rate Gyro, Proceedings of the 8th JFPSTSURUTA：Numerical Simulation of Ion Drag

International

Pump Characteristics, Proceedings of the 8th JFPS

Symposium

on

Fluid

Power,

International

OKINAWA 2011, pp. 464‑470（2011）

on

Fluid

Power,

OKINAWA 2011, pp. 495‑500（2011）５）Kazuhiro YOSHIDA, Takafumi ANZAI, Joon-wan
KIM and Shinichi YOKOTA：A Micro Mobile

Symposium10）Yasukazu

SATO：DevelopmentofHybridHydraulic System Using Electro-Rheological Fluid,

Magnetizing Devices for MR Fluid Control,

Proceedings

Proceedings

of

the

8th

JFPS

International

of

the

8th

JFPS

International

Symposium on Fluid Power, OKINAWA 2011, pp.

Symposium on Fluid Power, OKINAWA 2011, pp.

471‑476（2011）

501‑507（2011）６）Hai-bo WANG, Joon-wan KIM, Shinichi YOKOTA
and Kazuya EDAMURA： Parameter OptimizationofMems-Based

Micro

Electrode Pair as an Electro-Conjugate Fluid Jet
Generator,
International

Proceedings
Symposium［著

Triangular-Prism-Slit
of

the
on

8th

Fluid

JFPS

つき

じ

てつ

ひろ

築 地

徹

浩 君

Power,

OKINAWA 2011, pp. 477‑481（2011）７）Joon-wan KIM, Shinichi YOKOTA and Kazuya
EDAMURA：Needle-Ring Electrode Pair as an
Ecf-Jet Generator by Using Mems Technology,
Proceedings

of

the

8th

JFPS

International

者

紹

介］

1983年上智大学大学院理工学研究科博士課程修了．同年上智大学助手．1997年足利工業大学教授．1999年上智大学教授．現在に至る．流体工学，油圧工学，機能性流体の研究に従事．日本フルードパワーシステ
ム学会，日本機械学会，可視化情報学会，
ASME等の会員．工学博士．

Symposium on Fluid Power, OKINAWA 2011, pp.

第43巻

第２号

― 38 ―

2012年３月（平成24年）

北川

解

能：
「水圧」セッションの講演

101

説「 水 圧 」 セ ッ シ ョ ン の 講 演＊
北

能＊＊

川

1．は じ め に
水圧のオーガナイズドセッションは，３つのセッションからなり，10編の論文が発表された．これらの論文のうち１編は基調講演であり，他の９編は一般講演である．９編のうち２編はポンプ，３編は制御弁，２編は水圧制御系，残る２編はその他について述べている．ここでは発表された論文の概要を章ごとに分けて紹介する．

図１

2．基 調 講 演
基 調 講 演 はAqua Drive System：a technology
using tap water and its applications1） と題し，宮川新平氏により発表された（写真１）．まずADSの歴史，応用範囲，市場展望などを述べている．近年，地球温暖化防止が重要な課題になっており，グロー
バル化と多様化が進む複雑な世界の市場に対して，
省エネと環境に優しい特性を有する製品を市場へ投入すれば，必ず歓迎されることになる．環境親和性とメンテナンスの容易さが決め手となる．水道水を使用したアクアドライブシステム（ADS）が1980年代から研究されるのはこのような背景がある．図１に示すように水の応用範囲は広く，低圧大流量の渦巻きポンプから高圧小流量の容積形ポンプの領域

World of water utilization in a pressureﬂow rate relationship

までADSは関連している．ADSは環境や人に対して安全な水道水を媒体に使うこと，最先端の材料やコンピュータ技術を利用していることが特徴である．
つぎにADS技術の発展について，その重要なコ
ンポーネントである水圧ポンプ・モータ，水圧電磁比例制御弁，水圧サーボ弁を取り上げて説明している．図２に示すポンプについては，開発した斜板式
アキシャルピストンポンプの基本的な構造に静圧軸受けが用いられ，ステンレススチールとレジンやDLCからなるしゅう動面が使用されていることなどによって十分高い効率を有することが示されている．
図３は14MPa，20L/minの電磁比例弁であり，ス
プールが静圧軸受けで支持されており良好な流量特性を有している．
開発された２段式の水圧サーボ弁を図４に示す．

写真１
＊

図２

Appearance of the water hydraulic pump

図３

Electromagnetic proportional solenoid valve

Keynote speech by Dr. Miyakawa

平成23年12月25日

原稿受付

＊＊

東京工業大学大学院理工学研究科（所在地 〒152‑8552 東京都目黒区大岡山２―12―１）
第43巻

第２号

― 39 ―

2012年３月（平成24年）

102

フルードパワーシステム

このサーボ弁ではスプールはやはり静圧軸受けで支持されており，さらに大きな特徴は静圧軸受けからティングプレートの最適化に関するものである．フ
ローティングプレートはポンプの摩耗補償と高容積流出する水が１段目を構成するノズルフラッパに導かれている点である．このように静圧軸受けから漏れ出る水を制御機構に再利用する点がこの弁のユ効率を実現する重要な部品であるが．水圧用内接歯車ポンプの設計法は確立していない．水圧用内接歯車ポンプとして油圧用内接歯車ポンプを用いて実験

ニークな点である．

を行った結果は図６に示すように，フローティング
プレートが大きく摩耗していることが示されている．
一方，有限要素法によって，フローティングプレー
トの接触応力と変形を解析し，摩耗の原因を分析している．これをもとに背圧室の形が最適化され，フローティングプレートの摩耗が改善することを示し
ている．

図４

Water hydraulic servo valve⒜ back ﬂoating plate
図６⒝ front ﬂoating plate

Worn ﬂoating plates

もう一つはThe co-simulation of the axial piston
pump for seawater reverse osmosis desalination3）（著者：ZHAI Jiang, ZHOU Hua）と題したもので，逆浸透膜方式の海水淡水化システム（SWRO）の高圧ポンプに関する研究である．このシステムでは，
図５ Frequency characteristics of the servo
高圧ポンプはもっとも重要な部品の一つである．往valve
復ポンプや遠心ポンプと比べてアキシアルピストン
図５は水圧サーボ弁の周波数特性である．定格流
ポンプは高効率，低ノイズ，小形という利点がある.
量の25％から100％まで，十分な制御特性を有する． このため小形や中形の海水淡水化システムではアキ
最後にこれらのコンポーネントの応用例として２シアルピストンポンプが使用されている．この論文
つの例を示している．一つは食品加工企業で使用さでは，そのシステムで使用されるアキシアルピスト
れている食肉加工機械で，この機械は電磁比例弁で制御されたADSで駆動されている．もう一つの例
は必要に応じた圧力変動（波）を発生するものでサーボ弁と電磁比例弁が使用されている．清潔さを必要とする加工機では油圧は汚れを落とすための手間が大変であるが，水圧は非常に有利である．

ンポンプの構造改善と最適化設計のため，ポンプにおける機械構造と流体の混合モデルを作成し，シミュレーションを行っている．ADAMSとANSYS
では，ポンプの重要なコンポーネントのモデルを作成 し， そ れ ら の 動 力 学 特 性 を 調 べ て い る．
AMESimでは，図７に示すようなポンプのモデル

このようにADSは水道水を媒体とし，今後はコジェネレーションなどとの結合によって環境親和型の社会を発展させる技術となることを述べている．
3．水圧ポンプ
水圧ポンプに関しては２つの発表が行われた．一つOptimization of ﬂoating plate of water hydraulicinternal gear pump2）（ 著 者：Hua ZHOU, Wei
SONG）と題し，水圧用内接歯車ポンプのフロー
第43巻

第２号

― 40 ―

図７

The solid model of the pump
2012年３月（平成24年）

北川

103

能：
「水圧」セッションの講演を作成してシミュレーションし，ポンプの構造改善と最適化設計を行っている．
4．水圧制御弁
水圧制御弁に関しては３つの発表が行われた．一
つはDevelopment of water hydraulic proportional
valves driven by positive cam mechanism4）（著者：
Kenji SUZUKI他）と題したステッピングモータをを導出し，PI制御による制御方法について検討を行っている．実験ならびに解析によって，ダンピン
グオリフィスの直径，比例ゲインと積分時間が弁の周波数特性に影響することを示し，その結果をもとに水圧電磁比例制御弁の性能改善と最適化設計を行うことができることを示している．

用いたカム駆動による比例制御弁の研究である（図
８）
．

図10

Structure of the proportional control valve

最 後 の 一 つ はWater hydraulic high-speed
solenoid valve and its application6）（著者：Akihito
Mitsuhata他）と題した水圧用高速電磁弁に関する
図８

Cam proﬁle and positive cam mechanism

製作した試作弁を用いたカム機構の実験の結果，
まずステッピングモータの回転角とスプール変位が非常に線形性が良くヒステリシスがほとんどないことが示されている．つぎに中立点付近の圧力ゲイン，
無負荷時の流量特性，負荷時の流量特性を実験的に調べ，いずれも良好な特性を示すことを確認している．最後に図９に示す静圧軸受けの位置制御への応用例を示し，負荷によらず位置を保持できることを実験的に示している．

研究である．まず初めに図11に示す水圧用高速電磁弁をPWM制御に用いた場合の振動と騒音を改良するための吸振器の最適化を行い，吸振器容量と入口絞りを求めている．

図11

Water hydraulic HSSV

つぎにこの弁を用いてシリンダの位置制御を行い，通常の高速電磁弁を使用した場合に比べて振動の少ない制御ができることを示している．
5．水圧制御系
水圧制御系に関しては２つの発表が行われた．一
図９

Control of displacement of hydrostatic
support

も う 一 つ はEﬀect of parameters on frequency
characteristics of proportional control valve using
tap water5）（著者：Futoshi Yoshida 他）と題し，
水圧用電磁比例制御弁の各種パラメータが制御系に及ぼす影響を解析した研究である．この論文は図10に示す水圧用電磁比例制御弁を対象として伝達関数
第43巻

第２号

つはDesign of speed control system of water driven（著者：Toshiaki Sano他）と題した水圧駆stage7）
動ステージに関する研究である．小形のレンズなどの精密加工に用いる工作機械では，加工表面向上のためにステージの速度制御が重要となる．この研究では図12に示す水圧駆動ステージの速度制御を行う
ため水圧比例制御弁を用い，PI制御によるフィード
バック制御によって速度を一定に保つことができる
ことを示している．

― 41 ―

2012年３月（平成24年）

104

フルードパワーシステム

図12

Water driven stage

もう一つの発表はStudy on energy eﬃciency of（著
water hydraulic ﬂuid switching transmission8）
者：Wataru Kobayashi他）と題した水圧スイッチ
ング動力伝達システム（FST）に関する研究である．
この研究ではFSTの伝送効率を改善するために，第２の駆動源としてアキュムレータを使用し，無駄エ

図14

Seawater hydraulic abrasive disk saw

論文では，水中ツールの粘性摩擦損失を調べるために，図14に示すアブレシブディスクソーを駆動する
水圧システムを用いて実験を行ない，ディスクソー
の直径ならびに回転速度と粘性摩擦損失の関係を実験的に求めている．そして実験より得られたデータをもとに，アブレシブディスクソーの粘性摩擦損失

ネルギーを再利用する方法を検討している．論文では，図13に示したFSTシステムに対し，評価指標として二つのエネルギー効率のインデックスを定義し， を求める実験式を示している．
も う 一 つ の 発 表 はSensitivity analysis of data
シミュレーションと実験を行っている．その結果か
analysis process in hydraulic forklift10）（著者：Tomi
らアキュムレータの容積，圧力とフライホイールのKrogerus他）と題した水圧フォークリフトのデー
回転速度がFSTの効率に影響を与えることを示し
タ分析における感度解析の研究である．まずフォーている．そして，このシステムでは速度制御の誤差
クリフトの動作のシミュレーションのモデルを構築
が５％以下に，回収エネルギーが運動エネルギーのしている．つぎに測定したデータを分類するために，
約25〜38％になることを示している．
Self-Organizing Maps（SOM）により，教師なし学習を行い，それを用いたテストによりモデルの有効性を示し，水圧フォークリフトの解析プロセスに一般性があることを確認している．
７．お わ り に概説したように基調講演では水圧技術の過去から現在未来への道程が水圧の存在意義とともに語られ，今後の発展への期待が示された．そしてその後の

図13

セッションでは個々のコンポーネントの開発やそれを利用した制御系について多くの知見が発表された．
このセッションのオーガナイザとして，今後，水圧技術が進展するためにこれらの研究発表をもとにさWater hydraulic FST circuit

らに多くの研究が進むことを期待している．
6．そ

の

他

参

その他に２つのユニークな発表があった．その一つ はResearch on the viscous loss of underwatertool9）（著者：Yinshui LIU他）と題し，水中で使用する機器の粘性摩擦損失を調べた研究である．水中で使用されたアブレシブディスクソーなどの大形水

１）Shimpei

第２号

文

献

Miyakawa：Aqua

technology

using

tap

Drive

System：a

water

and

its

applications，Proceedings of the JFPS International
Symposium on Fluid Power, K‑4（2011）
２）Hua Zhou, Wei Song：Optimization of ﬂoating

中機器では，空気中で使用されるツールと比較して，粘性損失を考慮することが必要である．特に回転速度が大きい場合はこの粘性摩擦損失は大きい．この第43巻

考― 42 ―

plate of water hydraulic internal gear pump,
Proceedings of the JFPS International Symposiumon Fluid Power, 2C4‑2（2011）2012年３月（平成24年）

北川

105

能：
「水圧」セッションの講演

energy eﬃciency of water hydraulic ﬂuid switching３）Zhai Jiang, Zhou Hua：The co-simulation of theaxial piston pump for seawater reverse osmosis

transmission，Proceedings

of

the

JFPS

desalination, Proceedings of the JFPS International

International Symposium on Fluid Power, 2C3‑3

Symposium on Fluid Power, 2C2‑2（2011）（2011）

４）Kenji Suzuki, Sho Akazawa, Toshiki Hatayama,９）Yinshui Liu, Defa Wu, Shudong Yang, Xinjin

Youichi Nakao：Development of water hydraulic

Wang：Research on the viscous loss of underwaterproportional

tool,

valvesdrivenbypositivecam10）TomiSymposium on Fluid Power, 2C2‑1（2011）onfrequency

proportional

control

valve

tap

the

JFPS

International

Krogerus,

MarkusRokala,Kariofprocess in hydraulic forklift, Preceedings of thewater,JFPS International Symposium on Fluid Power,

characteristics
using

of

Koskinen：Sensitivity analysis of data analysis５）Futoshi Yoshida, Shimpei Miyakawa：Eﬀect ofparameters

Proceedings

Symposium on Fluid Power, 2C4‑1（2011）

mechanism，Proceedings of the JFPS International

2C3‑2（2011）

Proceedings of the JFPS International Symposiumon Fluid Power, 2C4‑3（2011）６）Akihito Mitsuhata, Canghai Liu, Ato Kitagawa,
Masato Kawashima：Water hydraulic high-speed［著

solenoid valve and its application，Proceedings of
the JFPS International Symposium on Fluid Power,

きた

がわ

北 川

2C4‑4（2011）７）Toshiaki Sano, Midori Nagashima, Yohichi Nakao,
Kenji Suzuki：Design of speed control system ofwater driven stage, Proceedings of the JFPSInternational Symposium on Fluid Power, 2C3‑1（2011）
８）Wataru Kobayashi, Kazuhisa ITO, Shigeru Ikeo,

者

紹

介］

あとう

能 君
東京工業大学大学院理工学研究科機械制
御システム専攻教授．流体制御，流体駆動
ロボット，生体協調流体システム等の研究に従事．日本フルードパワーシステム学会，
日本機械学会，計測自動制御学会等の会員，
工学博士．
E-mail：kitagawa@cm.ctrl.titech.ac.jp

Tsuyoshi Yamada, Koji Takahashi：Study on

第43巻

第２号

― 43 ―

2012年３月（平成24年）

106

フルードパワーシステム

解説Thoughts and Impressions on the 8th JFPS Symposium on Fluid Power＊
Andrew Schenk＊＊

ﬂuid power with an average eﬃciency of 21%. The

1．INTRODUCTION
Fluid power is a critical technology used inapplications such as automobiles, constructions
equipment, manufacturing, and aerospace only toname a few. However, due to the compactness
and excellent integration of ﬂuid power systems,
they are often hidden from public view. Thus, it
was a pleasure for the 8th JFPS International
Symposium on Fluid Power to spotlight advanced
uses of fluid power in industrial presentations
while also reporting on the academic researchpropelling ﬂuid power technology into the twentyfirst century. I had the honor of attending andpresenting at the conference held in Okinawa,
Japan in October 2011 and in this review article I
would like to share with you my insights andexperience.
2．PRESENTATIONSOver 100 papers were presented at the 8th
JFPS conference in just two days. Four parallelsessions enabled all the papers to be presented insuch a short period of time and because thesessions were grouped by topic, it allowed
attendees to focus on presentations immediately
related to their area of interest. Of course thedownside to this format is that a single person
was only able to attend a portion of thepresentations.
The conference began with a special lecture by
Prof. Kim Stelson entitled Saving the World’s Energy
with Fluid Power1). The paper highlighted a 2010
study conducted at Oak Ridge National
Laboratory which found that 2.3 to 3.0 percent of
all energy in the U.S.A. was transmitted through＊平成21年12月17日

＊＊

原稿受付

Maha Fluid Power Lab., Purdue University（所在地 1500 Kepner Drive, Lafayette, IN 47905, USA）
第43巻

第２号

paper concluded that there exists a large
potential to improve the overall eﬃciency of ﬂuid
power with signiﬁcant energy and dollar savings
as a result. It was an excellent presentation to
open the conference because it highlighted thefact that fluid power is not a fully matured
technology, but rather much work is still needed.
As my research focus lies in hydraulic pumpmodeling I primarily attended the breakout
sessions for ʻFluid components and systemsʼ. All
the speakers I listened to did an excellent job
presenting their research.
The official language of the conference wasEnglish and thus all papers, presentations, andquestions/answers were in English. What makes
this fact so impressive is that I was one of the few
people attending the conference who spoke
English as a first language. I would like topersonally thank the other attendees for making
the effort to use English throughout the entire
conference even though it would have been easierat times for people to speak in their native
languages. This eﬀort did not go unnoticed and as
a result I felt very welcomed and comfortablethroughout the event.
It is simply not possible to comment on eachpresentation I attended due to the length of thisreview article, but I would like to mention a few
in particular. Although my present work is in oil
hydraulics, I see a great future potential for water
hydraulics to replace many of the oil ﬂuids in use
today. There are numerous advantages to using
water over oil, the greatest of which is asignificant increase in environmentallyfriendliness. The keynote speech by Shimpei
Miyakawa entitled Aqua Drive System: A Technology
Using Tap Water and its Applications 2) highlighted
recent advances in water based hydraulics andsome of the newest applications.

― 44 ―

2012年３月（平成24年）

Andrew Schenk：Thoughts and Impressions on the 8th JFPS Symposium on Fluid Power107

With the vast amount of research in the area of
micro-electromechanical systems, clearly there is a

Figure １ is a photo of the best award recipients
posing with Miss Okinawa and Prof. Shinichi

trend to miniaturize systems for use in many newtechnologies. This area of miniaturization is alsopresent in the ﬂuid power community often in the

Yokota.

form of function fluids. The presentations in thesession on functional fluids were excellent,
especially the papers Control of Bellows Actuatorusing Electro-conjugate Fluid 3) and Numerical
Simulation of Ion Drag Pump Characteristics4).

It is unfortunate that more researches fromoutside the Asian continent did not travel to the
JFPS symposium. The opportunity to meet with

3．VENUThe conference was held in the Okinawa
prefecture at the Okinawa Convention Center.
The particular venue worked well for a
conference of this size as there were both large
rooms for special lectures while also having manysmaller rooms to hold each of the breakout
sessions.
During the breaks between sessions and atmeal times, it was a pleasure to network andspeak with so many different researchers. Being
only a PhD student, I did not know many
individuals attending the conference beforehand.
Fortunately, everyone I met during my visit was
extremely friendly and there are a number ofpeople with similar research I now plan tocontinue to stay in contact with.
The closing banquet was held at a hotel nearby
to the Convention Center. It featured an exciting
cultural presentation with dancing and music.
Following the festivities, the Best Student Paper

4．CONCLUSION

so many prominent researchers at one time is anextremely unique opportunity. Personally, thiswas my ﬁrst visit to Japan and I was extremely
impressed with the friendliness of people, theculture, and the delicious food. I look forward tothreturning to Japan soon for business, the 9 JFPS
conference, or pleasure. I would like to thank
JFPS for allowing me to write this review article
and would like to suggest to all who read this tothattend the 9 JFPS conference in 2014.
REFERENCES
１）Stelson, K. 2011. Saving the Worldʼs Energy with
Fluid Power. Proceedings of the 8th JFPS Symposium,
S‑1.
２）Miyakawa, S. 2011. Aqua Drive Systems: A
Technology Using Tap Water and its Applications.
Proceedings of the 8th JFPS Symposium, K‑4.
３）Mori, K., Yamaguchi, A., Takemura, K., Yokota, S.,
Edamura, K. 2011. Control of Bellows Actuatorusing Electro-conjugate Fluid. Proceedings of the 8th
JFPS Symposium, 2B3‑1.
４）Yanada, H., Isohata, Y., Tsuruta, K. 2011. NumericalAward was presented to six students. This was
my personal highlight as I was one of therecipients of the award for the paper I presented.

Simulation of Ion Drag Pump Characteristics.
Proceedings of the 8th JFPS Symposium, 2B3‑2.

Fig. 1 The 8th JFPS Symposium Best Student
Paper Award Recipients
第43巻

第２号

― 45 ―

2012年３月（平成24年）

108

フルードパワーシステム［INTRODUCTION OF AUTHOR］

Andrew Schenk
Andrew Schenk received his BSME
degree from Kettering University in 2009.
He is now a Ph.D. student at Purdue
University under the advisement of Prof.
Monika Ivantysynova. His present
research is in the area of computational
mechanics and its application to thetribological modeling of axial-piston
hydraulic machines. Andrewʼs work ispart of a research project with the
National Science Foundationʼs fundedEngineering Research Center for
Compact and Eﬃcient Fluid Power.

フルードパワーに関する第８回JFPS国際シンポジウムの感想と印象記
1．は じ め に
フルードパワーは自動車，建設機器，製造業，そして航空宇宙産業をはじめとするアプリケーション
において用いられる重要な技術である．しかし，フルードパワーシステムのコンパクト性や優れた集積
統合性のために，しばしば世間の目から隠されている．そのため，第８回JFPSフルードパワー国際会
議において，21世紀へとフルードパワーシステムを推進する学術研究についてレポートするとともに，産業界におけるフルードパワーの先端的利用にスたことである．
本会議はステルソン教授（Prof. Kim Stelson）に
よ る 特 別 講 演 Saving the World’s Energy with Fluid
Power1） から始まった．この論文は，アメリカ合衆

国の総エネルギーの内の2.3〜3.0％は平均効率21％のフルードパワーによって伝達されていることを指摘 し た オ ー ク リ ッ ジ 国 立 研 究 所（Oak Ridge
National Laboratory）で行われた2010年の研究に焦点をあてていた．論文によれば，大幅なエネル
ギーとコスト削減とともに，フルードパワーの包括的な効率性を向上する大きな潜在性が存在すると結ポットをあてることは喜ばしいことである．この度， 論付けていた．この論文は，フルードパワーは十分
私は2011年10月に日本の沖縄で開催されたこの国際に成長した技術ではなく，さらに多くの研究が必要
会議に出席し，プレゼンテーションを行う栄誉を与えられた．本稿において，私の見解と体験を皆様にご紹介する．
2．講 演 発 表
第８回JFPS国際会議では，たった２日間で100件を超える論文の講演が行われた．４つの並行したセッションにより，非常に短い持ち時間ではあったが，全ての論文が講演された．また，セッションはトピックごとにグループ化されたため，出席者は自分の関心が高い分野に関連した講演に重点を置くことができた．もちろん，この形式のマイナス面は，一人の人が全講演の内の一部にしか出席できなかっ
第43巻

第２号

とされている事実を強調しており，会議のオープニ
ングに相応しく，素晴らしい講演であった．
私の研究の焦点は油圧ポンプのモデリングである
ため，私は優先して油圧要素機器とシステム（Fluid
components and systems）のセッションに出席した．聴講した全ての講演者が素晴らしい研究発表を行っていた．
会議の公用語は英語であり，そのため，すべての論文，講演，そして質疑応答が英語で行われた．とても印象的だったのは，私が第一言語として英語を話す数少ない出席者だったという事実である．他の出席者の皆様には，時には自分たちの母国語で話す
ほうが簡単であったときでさえも，会議全体を通し― 46 ―

2012年３月（平成24年）

Andrew Schenk：Thoughts and Impressions on the 8th JFPS Symposium on Fluid Powerて英語を話す取り組みをしてくれたことに大変感謝している．この尽力は気づかないわけではなかった
が，結果として，イベントを通して，私はとても歓迎され，居心地良く過ごせた．
本稿の長さに限りがあり，私が出席したそれぞれの講演発表へのコメントを書くことは難しいため，
特にいくつかの講演について取り上げたい．私の現在の研究は油圧関係であるが，今日使用されている
多くの油圧に代わって水圧技術が持つ素晴らしい未来の潜在性を目の当たりにした．油よりも水を利用することには非常に多くの利点があり，最も優れていることは環境適合性である．宮川氏による基調講
演 Aqua Drive System：A Technology Using Tap Water
and its Applications2）は，流体力学と最新の応用方法に基づいた水圧分野における近年の発展を明らかにした．
マイクロエレクトロメカニカルシステムの分野における膨大な数の研究をもとに，明らかに多くの新技術への利用に向けて，システムを小形化する傾向がある．この分野における小形化はフルードパワーの世界にも存在し，しばしば機能性流体の形式に見られる．機能性流体セッションでの講演は素晴らし
く， 特 に，Control of Bellows Actuator using Electroconjugate Fluid 3） とNumerical Simulation of Ion Drag
Pump Characteristics4）が優れていた．

109

多く，現在継続して連絡を取る計画をしている．
閉会のバンケットはコンベンションセンターのすぐ近くにあるホテルで開かれた．式では，ダンスと音楽によるエキサイティングな文化的パフォーマンスが行われた．この催しに続いて，最優秀学生論文賞が６人の学生に授与された．私も講演した論文に対して賞を頂いた学生の一人であるため，この受賞式が目玉となった．図１は実行委員長の横田眞一教
授とミス沖縄とともに並んだ優秀講演賞の受賞者の写真である．
4．お わ り に
アジア大陸以外からの研究者がJFPSシンポジウ
ムに訪れなかったことは残念だった．非常に多くの優れた研究者と一度に会える機会は，本当に珍しいことである．個人的には，今回初めて日本を訪れ，人々の好意，文化，そして美味しい食事に本当に感銘を受けた．仕事のため，第９回JFPS会議のため，または楽しみのために，再び日本を訪れることをとても楽しみにしている．私に本稿執筆の機会を与えてくださったJFPSに心より感謝申し上げる．そして，この記事を読んでくださった皆様に，2014年の第９回JFPS国際会議に出席されることを提案した
い．
著者の紹介

3．開 催 会 場

Andrew Schenk は2009年にKettering Universityで学士

会議は沖縄県の沖縄コンベンションセンターで開催された．今回の開催会場には，本会議に相応しく
特別講演用の大ホールと各セッションを開くための多くの小規模な部屋があった．
セッションと食事の間の休憩では，とても多くのおよび修士号を取得した．彼は現在，Purdue Universityの研究者たちと関わり，話すことができたことが嬉しかった．私はただのPhD の学生であり，事前に知っていた会議の出席者は多くなかった．幸いにも，私が滞在した期間に出会った人々は皆，とても友好的を 受 け て い るEngineering Research Center for Compact

Prof. Monika Ivantysynovaの下で指導を受けているPh.D の学生である．現在の研究は，計算力学とアキシアルピスト
ンを用いた油圧機器のトライボロジーモデリングの分野である．Andrewの研究はNational Science Foundationの助成
and Eﬃcient Fluid Powerとの研究プロジェクトの一部である．

（翻訳：近藤瞳法政大学）であった．また，同様の研究をおこなっている人も

第43巻

第２号

― 47 ―

2012年３月（平成24年）

110

解

フルードパワーシステム

説

参加学生から見た第８回JFPS国際シンポジウム＊
山

1．緒

口

彰

浩＊＊

言

The 8th JFPS International Symposium on
Fluid Powerは10月25日から10月28日まで，沖縄コンベンションセンター1）（沖縄県宜野湾市）において開催されたフルードパワーに関する国際シンポジ
ウ ム で あ る．JFPS International Symposium on
Fluid Powerは３年に１回開催される国際シンポジ
ウムであり，世界各国からフルードパワーに関する研究者・技術者が参加し活発な議論を行う．
筆者は，本国際シンポジウムにおいてAN INPIPE MOBILE ROBOT USING ELECTROCONJUGATE FLUID2） と い う 題 目 の 研 究 発 表 を行った．また，招待講演，基調講演，技術セッショ
ンおよびテクニカルビジットなどの各行事に参加し，フルードパワーに関する最新の研究情報を得るとともに，国際的なコミュニケーション能力を養い，沖縄の文化を学んだ．以降に，参加学生から見た今回の国際シンポジウムを，参加学生を代表し行事ごとに紹介する．
2．招 待 講 演
本国際シンポジウムでは，２件の招待講演が行われた．招待講演は発表45分，質疑応答５分であり，10月26日および10月27日の２日間にわたって行われた．
特に印象に残った招待講演はProfessor Kim A.
Stelson（University of Minnesota）によるSAVING
THE WORLDʼS ENERGY WITH FLUID
POWER3） である．講演内容の詳細は割愛するが，筆者の研究分野であるフルードパワーと現在世界的に非常に関心の高いエネルギー問題の関連性を学ぶことができ，大変意義深い内容であった．講演の最後には図１に示すように もったいない Mottainai
Energy is too precious to waste. We can do better.
という言葉が大きく掲げられ， もったいない＊

平成23年11月４日

＊＊

第２号

Professor Kim A. Stelson による招待講演に
使 用 さ れ た ス ラ イ ド（ も っ た い な いMottainai Energy is too precious to waste.
We can do better.）

いう独自の概念4）を持つ日本で研究を行う研究者として，今後のエネルギー問題に積極的に関与してき
たいと強く感じた．
3．基 調 講 演
本国際シンポジウムでは，４件の基調講演が行われた．基調講演は発表35分，質疑応答５分であり，10月26日および10月27日の２日間にわたって行われた．
特に印象に残った基調講演はProfessor Masami
Nakano（Tohoku University）によるSMART FLUID
POWER SYSTEMS UTILIZING ELECTRO-/MAGNETO-RHEOLOGICAL FLUIDS5） で あ る． 本
基 調 講 演 で は 電 気 粘 性 流 体（Electro-rheological
Fluid, ERF）および磁性流体（Magneto-rheological
Fluid, MRF）に関して，基礎的な性質やERFを用いた点字表示装置およびMRFを用いたダンパなど，
基礎から応用まで幅広く説明されており，大変興味深い内容であった．また，随所に効果的な動画が使用されておりERFおよびMRFの基礎的な性質や応用を直観的に理解することができた．

と4．技術セッション
本国際シンポジウムの技術セッションでは，フ

原稿受付

慶應義塾大学大学院理工学研究科総合デザイン工学専攻（所在地 〒223‑8522 神奈川県横浜市港北区日吉３―14―１）
第43巻

図１

ルードパワーに関する約100件の研究発表が行われた．発表の形式は口頭発表であり，発表者には15分― 48 ―

2012年３月（平成24年）

山口

図２

彰浩：参加学生から見た第８回JFPS国際シンポジウム

筆者の研究発表の様子

図４

111

Best Student Paper Award受賞者（左：筆者，右：Kent Mori（Keio University））

た．しかし，多くの質疑が飛び交い活発な議論が行われる様子から，電界共役流体に関するフルードパ

図３

バンケットにおいて披露されたエイサー

間の発表時間および５分間の質疑応答時間が与えられている．技術セッションは10月26日および10月27日の２日間にわたって行われた．
本国際シンポジウムはフルードパワーに関する研究発表が行われるため，機能性流体やソフトアク
チュエータといった筆者の研究と非常に関連性の強い研究が多数行われた．このため，技術セッションに参加することにより，機能性流体およびソフトア
クチュエータに関する最新の研究情勢および研究情報を数多く得ることができた．また，研究内容に関することだけではなく，発表資料の構造や発表の流れ，質疑の受け答えなど，国際的な研究者としての効果的な発表手法を学ぶことができた．
筆者は電界共役流体2）とよばれる機能性流体に関する研究を行っているため，機能性流体およびソフ
トアクチュエータに関する研究発表の中でも，特に電界共役流体に関する研究発表は一段と興味深い内容であった．電界共役流体に関する研究発表は全６件行われ，全６件の発表を通じて印象的であったことは，多くの研究者が電界共役流体に強い関心を寄せており，活発なディスカッションが行われていたことである．空気圧や油圧，他の機能性流体と比較
して電界共役流体に関する研究例は少ないため，電界共役流体の知名度は比較的高くはないと考えてい
第43巻

第２号

ワー研究者の関心が世界的に向上していることを実感し，自身の研究のやりがいや責任，将来性などを改めて強く認識した．実際に，筆者の研究発表の場
合，質疑応答が時間内では収まらず，技術セッション終了後に発表会場外などにおいて引き続き議論を行った．なお，図２は筆者が発表を行っている様子である．
以上より，筆者は本国際シンポジウムの技術セッ
ションを通じて，フルードパワーに関する研究情報を得るとともに，効果的な発表手法を学んだ．また，
電界共役流体に関する技術セッションから筆者が行っている研究の意義を再認識した．さらに，自身の研究発表およびディスカッションを通じて国際的なコミュニケーション能力の向上を実感した．
5．ウェルカムパーティーおよびバンケット
ウェルカムパーティーは沖縄コンベンションセン
ターにおいて10月25日に，バンケットはラグナガー
デンホテル6）（沖縄県宜野湾市）において10月27日にそれぞれ行われた．
ウェルカムパーティーでは，会場前方のスクリーンに本国際シンポジウム以前のJFPS International
Symposium on Fluid Powerの様子が投影されており，自身が参加している国際シンポジウムの歴史の深さを知ることができた．また，ウェルカムパー
ティーは立食形式であったため，世界のフルードパ
ワーに関する研究者と容易に接触することができ，研究者間のネットワーク構築の絶好の機会となった．
バンケットでは，獅子舞の演舞，泡盛の樽の鏡開き，エイサー，カチャーシーなどが行われ，沖縄の文化に触れることができた．バンケットの内容の一例を図３に示す．会食・歓談の際には，会場前方のスクリーンに本国際シンポジウムの様子が投影され― 49 ―

2012年３月（平成24年）

112

フルードパワーシステムており，本国際シンポジウムを振り返り反省すること が で き た． ま た， バ ン ケ ッ ト の 冒 頭 で はBest

２）Akihiro Yamaguchi, Kenjiro Takemura, Shinichi

Student Paper Award の表彰式が行われ６名が受賞した．大変光栄なことに筆者は６名のうちの１人に選出され，Best Student Paper Award を受賞す

ROBOT USING ELECTRO-CONJUGATE FLUID,

ることができた．本国際シンポジウムのような世界
的にレベルの高い学会において，素晴らしい賞を受賞 し た こ と に 大 変 感 激 し，Best Student Paper

456‑463（2011）

Award に恥じぬよう今後も研究に励みたいと研究意欲が格段に向上した．図４はBest Student Paper
Award受賞者の一部である．

Yokota, Kazuya Edamura：AN IN-PIPE MOBILE
Proceedings

JFPS

International

３）Kim A. Stelson ： SAVING THE WORLDʼSENERGY WITH FLUID POWER, Proceedings of
the 8th JFPS International Symposium on Fluid
Power, Okinawa, Japan, pp. 1‑7（2011）４）プラネット・リンク：もったいない，マガジンハ５）Masami

エメラルドビーチ，海洋文化館，おきなわ郷土村・
おもろ植物園，熱帯・亜熱帯都市緑化植物園など多数の施設が存在し，テクニカルビジットに参加する
ことにより沖縄の自然や文化を学ぶことができた．

Nakano：SMART

FLUID

POWER

SYSTEMS UTILIZING ELECTRO-/MAGNETORHEOLOGICAL FLUIDS, Proceedings of the 8th
JFPS International Symposium on Fluid Power,
Okinawa, Japan, pp. 22‑25（2011）６）http://www.laguna-garden.jp/
７）http://oki-park.jp/index2.html

言

本稿では，
「参加学生から見た第８回JFPS国際シン ポ ジ ウ ム 」 と い う 題 の も とThe 8th JFPSInternational Symposium on Fluid Power を参加学
生の視点から紹介した．本稿によりフルードパワー
に関する研究やJFPS International Symposium on
Fluid Power への関心がより一層高まれば幸いであ
る．
考

8th

Symposium on Fluid Power, Okinawa, Japan, pp.

テクニカルビジットは10月28日に行われ，海洋博（沖縄県国頭郡）内の沖縄美ら海水族館を訪公園7）れた．海洋博公園内には沖縄美ら海水族館の他に，

参the

ウス社，東京（2005）

6．テクニカルビジット

7．結

of

文

［著
やま

ぐち

あき

ひろ

山 口

彰

浩 君

献

者

紹

介］

2010年慶應義塾大学理工学部機械工学科卒業．現在，慶應義塾大学大学院理工学研
究科総合デザイン工学専攻修士課程２年．
機能性流体，ソフトアクチュエータの研究に従事．日本機械学会学生員．
E-mail：sunnisun5@z5.keio.jp

１）http://www.oki-conven.jp/

第43巻

第２号

― 50 ―

2012年３月（平成24年）

坂間

解

113

清子：参加学生から見た今回の国際シンポジウム

説

参加学生から見た今回の国際シンポジウム＊
坂

間

清

子＊＊

1．は じ め に2011年10月25日から28日まで，沖縄コンベンショ
ン セ ン タ ー に てthe 8th JFPS International
Symposium on Fluid Powerが開催された．写真１
は会場の入り口の写真である．筆者は，この国際会
議へは，講演者としてだけでなく，学生スタッフとしての参加でもあった．日本国内で開催された学会ではあるが，国際会議での講演であったということはもちろん，学会の運営にほんの一部だけでも携われたことは，筆者にとって貴重な経験となった．本稿では，講演者と学生スタッフの両方の視点からこの国際会議に対する私見を述べる．

写真１

会場入り口

2．講演者としての参加
筆 者 は，10月26日 のFluid Component andSystem‒1のセッションに参加し，油圧システムの
油中気泡を除去する気泡除去装置についての講演を行った1）．写真２は筆者の研究発表の様子である．
このセッションでは，多くの方にご聴講いただき，質疑の場だけでなく，セッション終了後にもたくさんのご意見を頂戴することができた．今後研究を進めていく上で参考になる点が数多くあり，非常に得るものの多い場となった．また，同セッションでご講演されていた横浜国立大学教授の眞田一志先生のご講演2）は，同じ数値解析を行っている筆者としては，研究の内容だけでなく，結果のまとめ方や見せ

写真２

発表セッションの様子と思う．

方についても参考になる点が多くあり，非常に勉強になった．英語での発表ということに対しての課題もあるが，それ以前に，多くの方に理解していただ

今回の国際会議には，慶應大学から２名，東京工

くための工夫が今後さらに必要であることを実感した．また，海外から参加された先生や学生の質疑やご講演を聞く中でも勉強になる点が多くあった．話の展開やまとめ方など，日本人との違いを実感し，業大学から２名，法政大学から13名の計17名の学生がスタッフとして参加した．写真３は実行委員の先生方と学生スタッフの集合写真である．学会に学生スタッフとして参加するのは今回が初めてであり，筆者にとっては反省すべき点がいくつも見つかった．
次回に活かせるよう，今後しっかり勉強していこう

運営の裏側を見ることは非常に新鮮なことであった．
また，学生スタッフとして参加することで，学会に＊

平成23年12月１日

＊＊

原稿受付

法政大学大学院デザイン工学研究科システムデザイン専攻（所在地 〒102‑8160 東京都千代田区富士見２―17―１）
第43巻

第２号

3．学生スタッフとしての参加参加された方とお話する機会も増え，ただ講演者として参加する以上に学会を楽しむことができた．
学生スタッフは，受付やクローク，講演室，展示などの役割を分担し，筆者は，展示セッションの担― 51 ―

2012年３月（平成24年）

114

フルードパワーシステム

当として参加した．展示セッションでは，13の企業が展示を行った．写真４と写真５は展示セッション

ほんの少しではあるが各企業の展示の準備作業を見ることができ，その様子はたいへん興味深かった．

の様子である．展示セッションでも，発表セッショ
ンと同様に活発な議論がかわされていた．また，海外から参加された方も興味深くご覧になっている様

筆者の研究室でも展示会へ出展したことがあるが，企業の方の展示は，細かいところまで注意が行き届いており，参考にしたい点が非常にたくさん見つ子であった．小規模な展示スペースではあったが，多くの方がこの展示セッションで意見交換を行うことができたのではないだろうか．筆者自身も各ブー

かった．今後また展示会へ参加する機会があれば，今回学んだことを活かしていきたいと思う．
4．国際シンポジウム全体を振り返って

スでさまざまなお話を伺うことができ，今後研究を進めていく上で参考となる発見が多くあった．学生
スタッフとしてではなく，参加者としての感想と今回の国際シンポジウムでは，講演の場や展示会場だけでなく，コーヒーブレイクの時間や講演会終なってしまうが，展示セッションでは，実際に機器が動いている様子がわかりやすく展示されており，
普段見ることのできない機器内部の様子を見ることができたり，発表セッションではあまり聞くことの了後も参加者の間で活発な議論が行われていることが印象的であった．また，ウエルカムパーティーや
バンケット，テクニカルビジットなどの場も，非常に多くの方が参加され，参加者同士の交流を深めるできない些細なことでも質問することができたりと，企業の方が情報収集を行う場としてだけでなく，学場となった．写真６はバンケットの様子である．筆者は，今回の国際会議で初めて沖縄を訪れたが，バ生の勉強の場としても非常に貴重な場であった．しかし，実際には学生の来場者は少なく，その点については少し残念に感じた．
また，今回学生スタッフとして参加することで，ンケットの食事，エイサーやカチャーシー，テクニ
カルビジットの美ら海水族館など，学会を通して沖
縄らしさに触れることができ，日本国内で開催された国際会議であったにも関わらず，海外から参加された方と同じぐらいそれぞれのイベントを楽しむことができた．おそらく，筆者と同じように感じた日
本人は少なくないだろう．そして，そのことがより参加者同士の交流を深めるきっかけとなったのではないだろうか．ただ，筆者としては学生同士の交流が少なかったことが少し気になる点であった．筆者
にとって，学生スタッフとしてこの学会に参加できたことは，他大学の学生スタッフと交流を深める場となり，それぞれの研究室の話や，研究の話を聞くことで，自身の研究意欲を刺激するきっかけとなった．しかし，その他の場で，他大学の学生と関わり

第43巻

写真３

スタッフの集合写真

写真４

展示セッション⑴第２号をもつ機会はほとんどなかった．おそらく，多くの学生がそうであっただろうが，非常にもったいない

写真５― 52 ―

展示セッション⑵2012年３月（平成24年）

坂間

115

清子：参加学生から見た今回の国際シンポジウム

行うにあたって多くの助言を頂き，さらに，学生スタッフとしての参加という貴重な場を与えていただ
いた．心より感謝申し上げる．また，展示セッションにおいては，担当の足利工業大学教授桜井康雄先生と，東京電機大学教授藤田壽憲先生にはたいへん
お世話になった．心より謝意を表する．
参

考

文

献

１）Sakama S., Suzuki R.., Tanaka Y. and Tanaka N.：
Optimal Design of Bubble Eliminator by

写真６

Numerical and Experimental Investigation,

バンケット

Proceedings of the 8th JFPS International

ことであると思う．展示会場についていえば，2011
年７月に東京ビッグサイトで開催された，フルード

Symposium on Fluid Power, Okinawa, Japan, pp.

パワー国際見本市3）のように，学会の中で行われる

２）Sanada K. and Yamaguchi N.：CFD Analysis of

182‑187（2011）

展示でも，学生の展示コーナーが設けられていると，

Inlet Flow Around an Impeller of an Oil-Hydraulic

学生も足を運びやすくなり，学生同士の意見交換も行いやすくなるのではないだろうか．展示コーナーに限らず，学会を通して，他大学の学生と交流を持つことができるイベントなどがあると良いと思う．

Pump, Proceedings of the 8th JFPS International
Symposium on Fluid Power, Okinawa, Japan, pp.
188‑195（2011）３）http://www.ifpex2011.jp/

5．お わ り に
本稿では，講演者としての視点と，学生スタッフ
としての視点から，この国際シンポジウムについての私見を述べた．筆者にとって，このシンポジウムに二つの立場で参加できたことは，これまでの国内の講演会以上に学ぶことの多い場となり，非常に貴重な経験となった．それぞれの場で，新たに取り入れていきたいと思う点や，これまでの自分のやり方について反省すべき点が多く見つかったが，これらを今後の研究の進め方だけでなく，講演会での発表の仕方や展示会での来場者への展示の見せ方に活か

［著
さか

ま

坂

間 清

していきたいと思う．
今回の国際シンポジウムへの参加にあたり，筆者

さや

者

紹

介］

こ

子 君
2011年法政大学デザイン工学部システム
デザイン学科卒業．現在，法政大学大学院
デザイン工学研究科システムデザイン専攻
修士１年．油圧機器に関する研究に従事．
日本フルードパワーシステム学会，日本機械学会の学生会員．
E-mail：sayako.sakama.4r@stu.hosei.ac.jpの指導教授である法政大学田中豊先生には，発表を

第43巻

第２号

― 53 ―

2012年３月（平成24年）

116

解

フルードパワーシステム

説

参加企業から見た今回の国際シンポジウム― ポ ン プ そ し て 人 生 （ Ⅳ ）― ＊
博＊＊

小曽戸

フルードパワーに携わるもの者に共通する普遍的なものであり，それらに真正面から取り組んでいる．

1．は じ め に
高額な航空券やホテル代を払って，筆者が今回のシンポジムに出席した背景には，アメリカ・ミネソ

しかも，図１に示すように，連邦機関，国立研究所，
大学，企業の４つの要素が，がっちりとスクラムを組んで，強力な協力体制の下に運営されている．
すなわち，産学官の理想的な形態で，フルードパ

タ大学のキム・ステルソン教授の来日と切っても切れない関係がある．したがって，少し偏るかも知れないが，教授とその周辺との関わりを中心に述べる． ワーの興隆と，さらに新しい潮流を創ろうとしていステルソン教授は，シンポジウムの冒頭に特別講る の で， 広 く 情 報 を 得 る た め に は， こ の よ う な
演 を さ れ た が，Center for Compact and Eﬃcient
CCEFPの動向に目を向けていなければならないと
Fluid Power（以後CCEFPと略す）の最高責任者を兼ねており，講演の内容はその活動の紹介であった．
この詳細については，別掲の記事があるので，参照
願いたい．
さらに，本シンポジウムで，筆者が注目した論文についても要点を紹介する．

いうのが，筆者の基本的な考えである．

2．シンポジウムに懸けた思い
特別講演に関するProceeding で，フルードパ
ワーは，大量のエネルギーを伝達しているが，その効率は著しく低く，平均値は21％である．したがって，より効率の良いフルードパワー技術を使うこと
によって，エネルギーを節約し，無駄を減らし，環境を改善し，しかも新しいビジネスを生み出す途轍図１

CCEFPの協力体制もない機会が生じる可能性がある，と述べ，アメリカの研究機関の調査結果による具体的数値を紹介している．仮に５%だけ上昇できれば，５年間で90〜 110億ドルの節約になるという．
そのために，CCEFPは，①現行のアプリケーショ

2.1 当社とCCEFPの関係
CCEFPの概要については，2010年７月に学会主催で開催されたステルソン教授の来日講演会で紹介された．筆者は，その重要性を認識して，直ちに社長等に説明し，10月には共にミネソタ大学を訪問しンに使われているフルードパワーのエネルギー効率て，参加の意向を表明した．現在は56企業がメンを劇的に改良すること．②燃費効率の良い油圧ハイ
ブリッド乗用車を開発して，輸送分野の効率を改善すること．③遠隔操作形で，等身大程度のフルード
パワー器械を開発すること．④フルードパワーをより受入易くして，広く行渡らせること．というようバー登録をしているが，アジアでは当社だけである．
2011年３月にラスベガスで開催された『IPFE』に，当社も出展したが，その会場でCCEFPの年次総会も同時に開催された．ポスターセッションでは，全研究テーマ（28項目）の進捗状況が発表され，そのに明確に目標を定めている．
このような課題は，アメリカに特有のものでなく，際にも教授やスタッフとも親しく歓談する機会があった．

＊

平成23年12月12日

＊＊

原稿受付

㈱タカコ 技術本部 開発部 技師長（所在地 〒619‑0240 京都府相楽郡精華町祝園西１―32―１）
第43巻

第２号

その席上，教授の当社への訪問希望が表明された．
その後もCCEFP活動への意見交換や試供品の提供などで，20通以上のメールや書簡を交換するなどの協力関係を続けてきた．

― 54 ―

2012年３月（平成24年）

小曽戸

博：参加企業から見た今回の国際シンポジウム―ポンプそして人生（Ⅳ）―

117

製品の展示会も同時に開催された．当社は，産学の相互理解の支援と，かつ営業的効果を期待して，ラスベガス，ハノーヴァー，東京IFPEXなどでの国際展示会にも出展した『小形ポンプ』を展示した．
20名程の会社関係者や中国・韓国の先生，研究者の他に，図４に示すように，ステルソン教授と台北大学・朱教授や，パデユ大学のモニカ・イヴァンテセノワ教授の来訪もあった．

図２

モニカ教授には，前回の富山での国際シンポジウ
ムの際，筆者が編集委員長として携わっている工業会発行の『油圧ポケットブック（赤本）』を進呈してあり，旧知である．今回は， 手の平サイズのステルソン教授夫妻の当社訪問

0.4㎤ポンプ のスケルトンモデルを使いながら，球面弁板の特長やアプリケーションの提案例などを説明したら，『お土産にちょうだい』と熱望された．
そこで，図５のように，バンケットの際にプレゼントしたら，跳び上がって喜ばれた．多くの参加者の中，ハッキングされ照れくさかったが，自らの開発品をそこまで評価されたことは，嬉しかった．
モニカ教授は，CCEFP活動の中で，省エネルギー図３

信楽の陶芸工房でのステルソン夫人

このような経過を踏まえて，教授が今回の国際シンポジウムに来日されるのを機に，当社への来社訪問となった．図２に示すように，10月18日に夫人を伴って来社された．その後，教授は，滋賀工場を見学された後，約50名の社員に，CCEFPの背景やその活動状況を約１時間にわたって講演された．この間に夫人は，信楽の陶芸工房で，図３のように，楽しそうに粘土を捏ねておられた．夕方は，当社の若い社員も交えて，京都駅周辺での夕食会となり，親図４

製品展示場におけるステルソン教授，朱教授

図５

バンケット会場でモニカ教授へ世界最小ポン
プのプレゼント

密の度を深めた．
なぜ，このような記述を長々とするかと云えば，学界と産業界の連携が叫ばれる中にあって，相互理解の場をいかに設けるかによって，先々で大きな違いが出るからである．このような背景の後に沖縄入りをした．
CCEFPの具体的な活動状況については，筆者の『技術開発賞』受賞時の解説記事である文献⑴など
を，参照してもらいたい．また，当社での講演の内容は，特別講演で話されたものとほぼ同じであるので省略するが，さらに最新の情報を交えて，近く学会誌などでより詳しく紹介する予定である．
2.2 展示会出展
別記事にあるように，シンポジウム会場では会社
第43巻

第２号

― 55 ―

2012年３月（平成24年）

118

フルードパワーシステム

ショベルのプロジェクトリーダを務めているほか，多くの案件にも関係していて，中心的役割を果たしされることを証明した．
④ 2A4‑3 Energy saving of hydraulic pumpている．また，ドイツ系の企業や製品にも詳しいからであると推測されるが，斜軸式にも強い関心を持っている．ラスベガスのIFPEでの特別講演では，

unit by idling stop with accumulator S.Ota他
東京首都大学
アキュムレータを油圧ポンプユニットに連結し，所長を務めているマハ研究所での具体的なデータを示しながら，斜板式に対する斜軸式の優位性（効率，信頼性）を盛んに力説していた．筆者も斜軸式には，

圧力スイッチと圧力保持機能を使うことによってアイドリングストップの作動をさせる．このようにアキュムレータに連結した間欠作動形ポンプを，インＪ・トーマ博士直伝の思いがあり，最新の設計技術と製造技術を活用すれば，価格的にも十分対抗できる可能性があり，今後さらなる情報交換をし，連携

ヴァータ制御形ポンプユニット，可変容量形油圧ポ
ンプユニットと比較試験した．負荷サイクルを変えられる試験で，負荷率が４％の場合，本提案のユを強める方向で動きたいと思っている．

ニットの効率は，インヴァータ形より８倍，可変容
量形より18倍良かった．その上，負荷比率の影響をほとんど受けず，ほぼ一定の効率が得られ，省エネにももっとも効果がある．

３．注目した論文
今回発表された論文のうち，特に注目したものはつぎのとおりであり，省エネルギー関係が多い．
① 1A3‑2 Development of a novel hydrostatic⑤

transmission system for braking energy
regeneration H.T. Do他 韓国 Ulsan大学
アキュムレータを使って，ブレーキエネルギーの回生をする新システムの提案である．
可変ポンプと可変モータを使って，流量の結合構成を産機や建機の複雑な要求を満たすことのできるようにしたシステムで，シミュレーションと実験で調査した．エネルギー回生に関するシステムシミュ
レーションでの回生率は32 〜 66％であり、実験では22 〜 59％であった．
② 1C2‑1 Pressure drop of pipe flow in a
manifold block O. Abe他 上智大学
一体形と積層形のバルブブロックについての圧力
降下を，ＣＦＤ法を使って比較検討した．両方のタ
イプとも主な圧力降下は角部で起こるが，一体形で高体積弾性係数作動油の実性能を研究したもので，圧力応答が良く，ポンプの容積効率が良いばかりでなく，油の温度制御性が良いという特性がある．温度上昇は，鉱物油より体積熱容量が大きいために，20％低い．また溶解空気量が極端に低いために，超音波振動によってさえ，空気泡は発生せず，酸化安定性や耐磨耗特性についても十分は実用特性を持つ．
そのため色々な新しいアプリケーションに拡がる可能性がある．
こ の 作 動 油 に つ い て は， ス テ ル ソ ン 教 授 も，
CCEFPの研究テーマに使用してみたい旨のコメントをしていた．

は、二つの角部があった場合に，その間隔と上流側の角部の角度が影響する．一体形の断面は円形だが，積層形の断面は矩形のため圧力降下は，より小さい．
アクリル模型を使って可視化すると，CFDの解析にも何かと話題になる沖縄でのシンポジウムに，内外からフルードパワーに関心を持つ多くの研究者が集まって成功裡に終了した．しかし，若くして犠牲になった彼女達も忘れてはならないとの思いも募り，結果は，実験値と良く一致し，CFDの有効性は確認できた．
③ 2A4‑2 Development of energy saving

図６の地に赴き，頭を垂れてきた．
当社での講話でも，特別講演でも，ステルソン教
授の締めくくりは，

excavator J. I. Yoon他 韓国 Ulsan大学
６軸の準独立電気―油圧アクチュエータ を使って省エネ効果を持つ新タイプのショベルを提案してThe best way to predict the future is to create it（Abraham Lincoln）
であった．

いる．ブームやアーム，バケットでは，上昇位置で蓄えられた位置エネルギーを下降の際，電気エネル
ギーに変換し，旋回体のブレーキ時の運動エネル

未来を予見する源は，情報であり，しかも 生き
生きした最新版 をいかに採って，どう展開するかがポイントである．

ギーも，電気エネルギーに変換する．
提案したシステムを評価するための実験機を開発
し，シミュレーションと実験によって，約50％回生

今回のシンポジウムでは，多くの研究者や会社関係者が，CCEFPの最高責任者やモニカ教授，さらに，中国や韓国，イタリア他の大学の先生や研究者

第43巻

第２号

2C1‑3 Practical performance of high bulk
modulus oil T. Tsubouchi他 出光興産

4．お わ り に
真珠湾攻撃から70年目の節目の年であり，政治的― 56 ―

2012年３月（平成24年）

小曽戸

博：参加企業から見た今回の国際シンポジウム―ポンプそして人生（Ⅳ）―

119ての思いを新たにした．
冒頭で断ったように，CCEFPを信奉した偏った拙文であるが，言外に含まれる意味，すなわち，日本におけるフルードパワー関係の学界や産業界の研究開発の在り方，および産学連携の在り方についての参考になれば幸いである．
参

考

文

献

１）小曽戸博，ポンプそして人生（Ⅲ），学会誌緑陰特集号（電子版），Vol. 42，No. E1，E41

図６

ひめゆりの塔記念碑と接触する機会ができたのであるから，このチャンスを利用して，わずかな手掛かりから，太いチャンネルに育て上げることが望まれる．その意味では，
筆者にとっては，ステルソン教授やモニカ教授と知り合ってからの一つの集約点でもあり，同時に中国や韓国他の関係者を含めた形での，次期2014年松江での国際シンポジウムに向けての出発点でもあり，
チャンネル作りの構想を練りつつある．
情報に価値を見え出さなかった国の行く末の悲劇の一つ を，沖縄の地で見ると共に，フルードパ
ワーに携わる企業人として， あるべき姿 につい

会

［著
こ

そ ど

者

紹

介］

ひろし

小曽戸

博 君
1967年静岡大学工学部修士課程修了，工学博士（東京大学），平成22年度学会技術開発賞㈱タカコ
技術本部 開発部 技師長
E-mail：h-kosodo@takako-inc.com

告㈳日本フルードパワーシステム学会 各委員会名簿
理 事 会
会

長

副 会 長

理

事

横 田 眞 一（東京工業大学）

伊 藤

寛（㈱ジェイテクト）
豊（法政大学）香 川 利 春（東京工業大学）

田 中

高 田 芳 行（SMC㈱）中 野 政 身（東北大学）

築 地 徹 浩（上智大学）

布 谷 貞 夫（コマツ）

大 内 英 俊（山梨大学大学院）

早 川 恭 弘（奈良工業高等専門学校）

大 科 守 雄（日立建機㈱）早 瀬 敏 幸（東北大学）

小 山

藤 田 壽 憲（東京電機大学）

紀（明治大学）宮 川 新 平（KYB㈱）榊 原 康 生（油研工業㈱）桜 井 康 雄（足利工業大学）

監事

饗 庭 健 一（東京計器㈱）眞 田 一 志（横浜国立大学）

陸 浦 淳 二（CKD㈱）鈴 木 勝 正（東京都市大学）

柳 田 秀 記（豊橋技術科学大学）

高 崎 邦 彦（㈱TAIYO）

第43巻

第２号

― 57 ―

2012年３月（平成24年）

120

フルードパワーシステム

ニュース

日本フルードパワーシステム学会国際シンポジウム2014紹介＊
香

川

利

春＊＊

次回の日本フルードパワーシステム学会国際シンて交易と交流が生まれて，弥生時代中期においては，ポジウムは2014年に島根県の松江で開催の予定である．図１に松江の位置，図２に松江への空路アクセス，図３に会議会場となるくにびきメッセの外観を鉄の流通と消費量が増えて，流通ルートが拡大し，示す．ここではこの機会に，図４に示す島根県についての歴史的遺産を中心にご紹介する．
出雲の国（島根県地方）は全国屈指の古代の鉄の生産地であった．朝鮮半島や中国との地の利によっ

図１

図２

＊

平成23年12月１日

強力な国家が誕生した．出雲の国の強大な国家権力と経済を支えていたのは出雲の国で生産される砂鉄の資源によってである．その後出雲の国と大和の国との争いが大きな権力闘争となり，八岐大蛇神話，
国譲り神話，因幡の白ウサギ神話などとなって現代に語り継がれている．

島根県松江市図３

松江へのアクセス

図４

くにびきメッセ

松江周辺の歴史的名所・旧跡

原稿受付

＊＊

東京工業大学精密工学研究所（所在地 〒226‑8503 横浜市緑区長津田町4259 R２―45）
第43巻

第２号

― 58 ―

2012年３月（平成24年）

香川

121

利春：日本フルードパワーシステム学会国際シンポジウム2014紹介

砂鉄と豊富な森林からできる木炭を用いた日本国
有の製鉄（たたら製鉄）技術で作られた鉄は，刀や矢じりなどの武器そして鍬などの農耕器具などの製品が作られた．たたら製鉄は大砲や軍艦の装備品にも使用された．たたら製鉄技術は，日本の近代化の中で果たした役割は大きく日本の基幹産業として受け継がれている．
歴史的名所では出雲大社が挙げられる．全国の神

［著
がわ

とし

はる

香 川

か

利

春 君

様が11月に集合するとの話で飛行機とホテルも満杯となる時期がある．歴史と神話の地域であり，ラフカディオハーン：小泉八雲の生活した松江の記念館
も当時の日本を知る貴重な資料を提供している．
松江城，宍道湖など風光明美なスポットもあり，学会での疲れを癒して，歴史のタイムスリップする

者

紹

介］

1974年東京工業大学制御工学科卒業．同
年度北辰電機製作所入社．76年東京工業大学工学部制御システム工学科助手，同講師，
同助教授を経て，現在同大学精密工学研究所教授．流体計制御システム，流体計測，
生体計測に関する研究に従事．計測自動制
御学会，日本機械学会，日本シミュレーション学会などの評議員及び日本フルード
パワーシステム学会副会長を務める．工学
博士．

機会を与えてくれる．
2014年に多くのフルードパワー研究者が集うことを期待している．

会

告若手育成フルードパワー道場７「フルードパワーに生かせる電子回路技術」開催のお知らせ（基盤強化委員会合同企画）
開催趣旨：
知識や経験の不足など，わが国のものつくり産業が抱える多くの問題が指摘されております．知識や経験を伝承し共有する面からも，日本フルードパワーシステム学会では明日のフルードパワーを担う若き技術者の方々に積極的に学会活動に参加し，企業と学会，企業と企業のヒューマンネットワークを築く交流の場を設けることが大切であると考えております．また，これらの方々に企業と学会，企業間での橋渡しを担っていただく契機を提供できればと願っています．
そこで，技術者に軸足を置いた横断的な交流を目指し，日本フルードパワーシステム学会でなければできないサロン的な雰囲気の新企画「若手育成フルードパワー道場」を2006 年度より開始し大変好評を得ております．
2012年度は「フルードパワーに生かせる電子回路技術」と題し，フルードパワーにマイコンなど電子回路を組み込む（エンベデッド）際に必要な知識を提供します．エンベデッドは機器の高機能化に必須であることは公然の事実ですが，生産のグルーバル化時代においてはノウハウをブラックボックスにして独自性を保つための強力な武器ともなり，今後新たな進展をすることは確実です。電磁弁の１個ごとにマイコンが内蔵される時代が来るかもしれません．このような場合，
機械技術者に必要となる組込用マイコンやプログラマブル高機能集積回路（FPGA，CPLD）や開発ツール，デジタル電子回路を言語で記述するVHLなどの実践的知識を提供します．講師として，敢えて専門家でなく，メカトロ化の必要に迫られて自ら知識を習得した機械技術者を迎え，機械技術者にとって障壁となる事項やこれのクリアなどについて語ってもらいます．また可能な限り実習を含めます．
会場は芝公園の機械振興会館内を予定しております．教室終了後は講師を囲んで懇談会を開催します．講師および参加者同士と情報を交換する貴重な機会です．奮っての参加をお願いいたします．
開催時期：2012年５月，８月，11月，2013年２月の年間合計４回．開催月は予定．
参 加 費：５万円（４回分一括）（賛助会員企業の方なら，会員，非会員を問わず参加できます．
）
参加者定員：20名（定員になり次第締め切ります）
以上
第43巻

第２号

― 59 ―

2012年３月（平成24年）

122

フルードパワーシステム

ニュース

日中若手研究者交流と特別講演会の報告＊
田

豊＊＊

中

1．は じ め に
日本フルードパワーシステム学会では，国際交流事業の一環として，平成15年（2003年）より，中国の機械学会に相当する中国機械工程学会流体伝動及控制分会との間で，研究者の人材交流を進め，毎年交互に双方の若手研究者交流を実施し，これまで双方で延べ８名の研究者交流が行われてきた．また2010年からは日中の研究者・技術者による日中国際共同ワークショップも始まっている．
また平成19年（2007年）からは，国際的センスを有する日本人，また，日本を良く理解する親日のフルードパワー海外研究者をこれまで以上に養成し，日本の研究成果を広く海外へ発信するために，広く
国内外から奨学生を募集し，奨学金を授与することにもなった．今後も，アジア地域を中心に，優秀な国際派人材の交流と育成を戦略的に進めることが，時代を担うフルードパワー研究者・技術者の維持確保には不可欠である．
特に日本と中国の若手フルードパワー研究者・技術者の交流は，主に中国からの留学生の形で二十数年続けられてきた経緯がある．この最初の頃の留学
生は，中国帰国後の現在，大学の学長や副学長，学り，本シンポジウム期間を含む2011年10月24日〜
11月２日の10日間の日程で，中国の学会側からの推薦 に よ り， 吉 林 大 学 の 趙 丁 選（Prof. Zhao Ding
Xuan）教授をお迎えした．
趙教授は1965年生まれの46歳，中国のフルードパ
ワー，特に建設機械や自動車，シミュレータ研究に大きな影響力を持つ新進気鋭の研究者である．1992
年に吉林工業大学で工学博士の学位を取得された後，主に吉林大学で教育研究に従事され，1998年からの会会長，研究所長などとしてフルードパワー研究の第一線で活躍している．さらに，フルードパワー関連企業の多くは中国に生産拠点や研究拠点を設置し交流も深い．しかし，巨大市場中国全体の様子は，
日本から見ると未知数の部分も多く，今後の中国の２年間，日本の岐阜大学（当時の武藤教授と山田教授の研究室）へ留学滞在した経験をお持ちの親日家で，現在は吉林大学大学院の筆頭副学長の要職を務めておられる．
今回は奥様ご同伴での来日となり，沖縄の国際シ

動向は，学会のみならず，産業界からも興味あるもンポジウムは，プレテクニカルツアーやウェルカムのとなろう．日中の交流は学会としても優先順位の高い，大切な事業である．

今年度は日本側が中国の若手研究者を招聘し交流パーティー，特別講演，各技術セッション，バンケット，ポストテクニカルツアーのフルスケジュールへの参加をご招待した．またその後３日間，ご夫
妻を東京にお招きし，学会事務局への表敬訪問，東京工業大学大岡山キャンパスの北川・塚越研究室，を深める年であり，３年に１度，学会が主催する国
際シンポジウム（沖縄）の開催とも重なることもあ

すずかけ台キャンパスの横田・吉田研究室と香川・川嶋研究室（写真１），上智大学四谷キャンパスの2．本年度の若手研究者交流事業＊

平成21年12月12日

＊＊

原稿受付

法政大学デザイン工学部（所在地 〒102‑8160 千代田区富士見２―17―１）
第43巻

第２号

写真１

趙教授と横田会長・香川副会長（東工大すずかけ門前にて）

築地研究室，法政大学市ヶ谷キャンパスの田中研究室の見学などを精力的に実施した．
また滞在最後の11月１日（火）の夕方には，法政大学市ヶ谷田町校舎において，学会主催の特別講演― 60 ―

2012年３月（平成24年）

田中

123

豊：日中若手研究者交流と特別講演会の報告

ワー 25階に会場を移し，東京の夜景を肴に，趙教授ご夫妻と参加者を囲んだフェアウェルパーティーが行われ，夜遅くまで深い日中交流のための懇談は大いに盛り上がった．写真３は最後の記念撮影である．
3．お わ り に
趙教授のお話によると，2012年８月初めに中国のフルードパワーに関する国内学会が長春市の吉林大学を会場に行われる予定とのことである．長春市は

写真２

旧満州国の首都で日本とのかかわりも深い．来年度は日本から中国へ若手研究者を派遣する順番で，中国側は日本の若手研究者をこの会議へ招聘すること

講演中の趙教授会が開催された．写真２に趙教授の講演の様子を示す．講演は「中国の建設機械産業とフルードパワー
制御技術」と題して，中国近年の建設機械産業の発
展状況，主な建設機械種類とそのフルードパワー制
御技術の応用状況や問題と欠点，中国経済の発展につれた建設機械とそのフルードパワー制御技術の未来と課題，ご自身のチームの最新の研究テーマなどの話題について，流暢な日本語で１時間ほど行われた．油圧企業や建設機械関連企業，大学関係者など
43名の参加者があり，中国の教育研究の現状や問題点などに関する趙教授の率直な感想なども語られ，
最近の中国情勢などに関する質疑応答などたいへん盛会であった．終了後は法政大学ボアソナードタ

写真３

第43巻

第２号

を計画しているとのことである．また2012年５月には，日本側の主催による第２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東京で開催される計画である．日中の今後のさらなる交流の深化が期待される．
最後に今回の趙教授ご夫妻の日本滞在に際し，研究室の見学対応など多くの方々にお世話になった．
この場を借りて感謝申し上げます．

［著
た

なか

田 中

者

紹

介］

ゆたか

豊 君

Ｐ70参照

フェアウェルパーティーでの記念写真― 61 ―

2012年３月（平成24年）

124

フルードパワーシステム

ニュース

中国機械工程学会流体伝動与控制分会第五期委員会が発足＊
蕭

欣

志＊＊

中国機械工程学会流体伝動与控制分会（FPTCI/じ）に徐兵．
CMES）は，第四期委員会の任期到来に伴い，昨年
気動専業委員会（空気圧専門部会，所属委員合計の８月に定期大会が開かれ，第五期委員会が発足し，23名）は，主任に何楓，副主任に包鋼，陶国良，新委員が選任された．任期は４年である．同学会は秘書長に張錫文．
日本フルードパワーシステム学界との交流の歴史は
液力専業委員会（流体動力専門部会，所属委員合古く，特に2003年に両学会が交流協定を締結してか
計16名）は，主任に鄭尚龍，副主任に馬文星，清東，鄒鉄漢，秘書長に李叔萍．
らは，日中若手研究者の隔年相互招請を行う国際講
水液圧専業委員会（水力専門部会，所属委員合計
演会の開催が定期化し，また，2010年からは日中の19名）は，主任に楊華勇，副主任に周華，劉銀水，
フルードパワーに関する国際共同ワークシップの隔
弓永軍．
年相互開催が決まり，交流が一層活発になって来て
青年工作委員会（青年作業部会，所属委員合計31いる．今年５月には，第二回国際共同ワークシップ名）は，主任に蔡茂林，副主任に徐兵，張立傑，が東京で開催される．ここに同学会誌「液圧与気動」2011年９月号と同学会のウェブサイトに掲載さ冀宏，李松晶，熊偉，李叔萍，秘書長に王涛．
れている，第五期委員会発足の記事から要旨と新し
軍工工作委員会（軍需産業作業部会，所属委員合く選任された主要委員名（敬称略）を紹介する．
計16名）は，主任に韓俊偉，副主任に瀋衛国，秘中国機械工程学会流体伝動与控制分会は1987年に，書長に李松晶，副秘書長に楊慶俊．
中国機械工程学会の下に設けられた支部組織として国際交流合作工作委員会は，主任に焦宗夏．
設立されている．主に流体控制分野の学術交流，専微流体工作組（微流体作業グループ）は，主任に門研修，書籍の編集，展示会及びコンサルディング
傅新．
等の活動を行っている．同分会はすでに，四年に一また，今回の会議で，2012年の第七回全国流体伝
回の国際学術会議と二年に一回の国内学術会議の開動与控制学術会議を吉林大学で開催することを確認
催及び不定期の各種シンポジュウムと専門研修班のし，開催を主催する吉林大学から，受入準備状況の開催が定着している．事務局（中国：秘書処）は北報告と参加招請が出された．
京機械工業自動化研究所内に置いている．
分会の第五期委員会は101名の委員で組織され，同分会秘書処（事務局）とのコンタクト
主任委員に王祖温が再任された．第一回会議で，執住所：中国北京市徳勝門外教場口９号楼208室
行副主任委員に孔祥東，王慶豊の２名，副主任委員
郵便番号：100120に李宝仁，杜旭東，楊華勇，鄭尚龍，郭洪凌，焦宗電話番号：010‑62050843
夏，韓俊偉の７名，名誉主任委員に王益群，名誉委
E-Mail：zhaoml@riamb.ac.cn員に高田芳行，高級顧問に龔烈航，黄人豪，李洪人，
ウェブサイト：http://www.yeyanet.com/
劉樹道，聶崇嘉，王長江，王文鼎，王占林，呉百海，蕭欣志，許仰曽，楊爾荘，朱玉泉の13名，特別顧問に陳鷹，総幹事（事務局長に相当）に郭洪凌（兼［著 者 紹 介］
任），副総幹事に趙曼琳が選出された．
分会は四つの専門部会，三つの作業部会と一つの
Xiao
Xin
zhi
作業グループを持ち，それぞれの部会主任，副主任
蕭欣 志 君が新しく選任された．
元油研工業株式会社
液圧専業委員会（油圧専門部会，所属委員合計48
JFPS会員，FPTCI/CMES会員名）は，主任に王慶豊，副主任に権龍，李躍文，
姜継海，李運華，秘書長（部会事務局長，以下同＊

平成24年１月11日 原稿受付
元油研工業株式会社

＊＊

第43巻

第２号

― 62 ―

2012年３月（平成24年）

田中

125

豊：山梨講演会2011におけるフルードパワー技術研究動向

FPIC会議報告

山梨講演会2011におけるフルードパワー技術研究動向＊
田

豊＊＊

中

1．は じ め に
日本機械学会関東支部・精密工学会共催による山梨講演会2011が10月22日（土）に甲府市の山梨大学で開催された．例年，この時期の甲府は比較的天候が安定しているのが普通であるが，今回はめずらし
く朝から時より激しい雨の降るあいにくの天候であった．対象は機械工学・精密工学に関する全分野
で，今回は全体で６つのオーガナイズドセッション
を含めて129件の講演があり，学生を含めて224名が参加登録した．オーガナイズドセッションの１つである「フルードパワーによる駆動と制御（オーガナ
イザー：大内英俊（山梨大学），田中豊（法政大学））」では，３つのセッションに８大学から合計14件の講演発表があり，活発な質疑応答が行われ盛況であった．写真１は最終セッションを終えての参加者の集合写真である．以下にこのOS講演内容を簡単に紹介する．
2．OS講演の紹介
ムスタフら1）は，近接スイッチを利用して簡便な手法で空気圧シリンダを中間位置決めする手法について提案・検討している．フィードバック用位置セ
ンサを用いず，シリンダの途中に設けた複数の近接スイッチでシリンダの位置や速度を検出し，その情報を基に二段階で制動をかけ目標位置に停止させている．３㎏の負荷を積載した場合でも中間位置停止

写真１

最終セッションの講演を終えての記念撮影明らかにしている．
勝又ら3）は，吸着ブレーキを用いたイモムシ型管内走行ロボットのけん引力特性について検討している．このロボットは３つの駆動用マトリックスベ
ローズと４つの吸着ブレーキより構成される．吸着ブ レ ー キ の 吸 盤 厚 さ を 種 々 変 え て 実 験 を 行 い，
26.3Nの最大牽引力が得られることを示している．
浜尾ら4）は，ヘビの体構造とアコーディオン運動と呼ばれる動きを模倣したロボットを提案・試作し，そのブレーキ機構について検討している．ロボット
は前後のブレーキ機構と変位駆動機構で構成され，Ｓ字状に屈曲運動を繰り返しながら管内を走行する．
走行と牽引に大きな影響を及ぼす前後のブレーキ機
構の摩擦力の特性を検討し，管路内径の違いによる最大牽引力を実験的に明らかにしている．
飯島ら5）は，空気圧駆動式の管内走行マイクロロ
ボットの屈曲駆動用に用いられているマトリックス

が可能なことを実験的に示している．
ベローズの変位と荷重の非線形な関係を実験的に検佐藤ら2）は，空気圧を動力源に用いた管内走行マ
イクロロボットによる大腸検査方法を提案している． 討し，有限要素法による解析結果と比較している．
実験と解析の結果，使用したベローズは負圧力によこのマイクロロボットは摩擦ブレーキ機構により腸り全長が短い方が見かけの厚さが厚くなり，曲げ剛
管壁との間で保持と解除を繰り返しながらインチ
ウォーム方式により管内を走行する．新たに改良試作した摩擦ブレーキ機構の発生する力と管壁に与える影響について実験を行い，駆動ベローズ内圧を調整することで管壁に与える圧力を制御できることを＊

平成22年11月７日

＊＊

原稿受付

法政大学デザイン工学部（所在地 〒102‑8160 千代田区富士見２―17―１）
第43巻

第２号

性が高くなることと，解析に用いた有限要素モデルの有効性が示されている．
坂間ら6）は，油圧システムに使用する油中気泡を除去する装置において，装置全体を複数のアクリルブロックで作成した可視化実験装置を用いて，装置
内部の流れを詳細に可視化している．放気口径を種々変えた条件で実験を行い，気泡の挙動や除去性能に与える影響を明らかにしている．また可視化実― 63 ―

2012年３月（平成24年）

126

フルードパワーシステム

験の結果は別途行った流れの数値解析の結果とも定性的によく一致することを示している．
中尾ら7）は，旋回流を用いたマイクロバブル発生装置について，旋回流発生ノズルの内部に形成される気柱の挙動に注目し，ノズル内部の可視化実験結果を報告している．流量の増加にともない旋回速度は比例的に増加し，形成される気柱直径は空気を自吸する場合に増加することを明らかにしている．
赤羽ら8）は，旋回流を用いた非接触搬送装置において，渦室内部の同心軸上に形状の異なる円柱を設置し，旋回流の偏心を抑制し安定化を試みている．
圧力変動を測定するため，作動流体に水を用いた相似な流れの実験を行い，圧力変動の大きさは，円柱の高さよりも直径が大きくなるほど抑制効果が顕著であることを示している．
近藤ら9）は，平面運動パラレルメカニズムの脚底部の平面運動を実現するために採用した空気圧静圧
軸受を用いた２軸ソーヤモータの特性を実験的に検討している．モータは土台上を25µm程度で浮上し，滑らかに動作することと，位置決め特性には運動方向や静圧軸受への供給圧力に依存した特性があることを明らかにしている．
小山ら10） は，ロータリーベーン空気圧縮機を応用して，ローターの回転方向を切り替えることによる吐出と吸引口の切り替えが可能な双方向型空気圧
コンプレッサを提案し，実験装置を試作して効率や特性の検討を行っている．実験の結果，回転駆動力の伝達に問題はあるものの，コンプレッサ単体としての効率が48〜65％であることを明らかにしている．
小澤ら11） は，油圧管路系における圧力と流量の時空間分布を得るために，管路の最適化有限要素モ
デルを用いたカルマンフィルタを提案し，非定常流量の測定と推定の実験から手法の有効性を検討してタを一体化したマイクログリッパを提案している．
有限要素解析によりアクチュエータの構造を検討し，矩形断面で大きな変位が得られることを明らかにしている．またFERVとアクチュエータを一体化した
全長10㎜のマイクログリッパを試作し，その特性を検討している．
増田ら14） は，ECFジェットを圧力駆動源に用いた両方向に駆動できるマイクロシリンダを提案している．このシリンダはECFジェット発生部としての針状―リング状電極対とシリンダロッドを駆動するダイアフラムアクチュエータを一体化した構造で，全長23.4㎜である．5kV印加時に発生力0.43N，出力
変位0.77㎜を実現できることが示されている．
3．お わ り に
講演セッションの他に，午前と午後のセッションの間には特別講演会が設定され，山梨大学の武田哲明教授による「福島原発事故後の原子力エネルギー利用の行方」と題する講演会が行われた．事故後の学会活動やご本人の地域住民としての感想，今後の原子力政策，原子力の人材育成，将来のエネルギーなど時節柄，微妙な話題を時折厳しい表情で講演する様子が印象的であった．本講演会は毎年，10月末の土曜日に開催される．フルードパワーの研究を行う学生や若手技術者の皆さんの学会発表の登竜門としてぜひご活用願いたい．
参

考

文

献

１）Mohammad MUSTAFFA，大内，近接スイッチを利用した空気圧シリンダの位置決め制御 （負荷積載の影響）
，山梨講演会講演論文集（以下同じ），
pp. 28‑29，2011.
２）佐藤，坂本，大野，腸壁に与える影響を考慮したいる．３点の圧力測定データからカルマンフィルタ
を用いて100Hzの正弦波状変動流量と215Hzのポン

管内走行マイクロロボット（摩擦ブレーキ機構の

プ脈動周波数成分が重畳した非定常流量変動を実時間で精度よく推定できることを明らかにしている．
田中ら12）は，電極間に高電圧を印加するとジェッ３）勝又，浜尾，大野，吸着ブレーキを用いたイモムト流が発生する電界共役流体（ECF）について，
この現象を用いたマイクロポンプの特性を実験的に検討している．直流電圧をステップ状に印加すると電極間に微小電流が流れ，同時に吐出圧力も比較的速い応答を示すこと，負電極の板厚が吐出圧力に影響をおよぼすことを明らかにしている．
吉田ら13） は，ゴム製流路内に平行平板電極対が一定間隔で設置され柔軟に屈曲できるフレキシブル
ERバルブ（FERV）と，これと平行に配置された
内側にひだを持ち伸縮動作するゴム製アクチュエー
第43巻

第２号

試作と力学的解析），pp. 30‑31，2011.
シ型ロボットの牽引力特性実験，pp. 32‑33，2011.
４）浜尾，大野，ヘビを模倣した管内走行ロボットのブレーキ機構に関する基礎研究，pp. 34‑35，2011.
５）飯島，坂本，大野，空気圧駆動式管内走行ロボッ
トの屈曲アクチュエータの動作解析，pp. 36‑37，2011.
６）坂間，三科，鈴木，田中，気泡除去装置内の流れの可視化，pp. 38‑39，2011.
７）中尾，飯尾，香川，池田，マイクロバブル発生装
置の内部流動の可視化，pp. 40‑41，2011.
８）赤羽，飯尾，黎，香川，池田，旋回流を用いた非― 64 ―

接触搬送装置に関する研究（渦室内部への円柱設
2012年３月（平成24年）

田中

127

豊：山梨講演会2011におけるフルードパワー技術研究動向

いたマイクログリッパ，pp. 52‑53，2011.

置による圧力変動の抑制），pp. 42‑43，2011.
９）近藤，田中，静圧空気軸受を用いた平面アクチュ14）増田，嚴，横田，吉田，枝村，ECFジェット圧力
駆動マイクロシリンダの試作および特性解明，pp.

エータの駆動特性，pp. 44‑45，2011.

54‑55，2011.

10）小山，吉満，宮内，双方向型空気圧コンプレッサの開発と応用，pp. 46‑47，2011.
11）小澤，眞田，カルマンフィルタによる管路の状態［著

推定に関する研究，pp. 48‑49，2011.
12）田中，酒井，横田，枝村，電界共役流体の電気的

た

なか

紹

介］

ゆたか

田 中

特性に関する実験的検討，pp. 50‑51，2011.

者

豊 君

Ｐ70参照

13）吉田，原，嚴，横田，フレキシブルERバルブを用会

告㈳日本フルードパワーシステム学会 各委員会名簿
企画委員会
委 員 長
副 委 員
幹
事
委
員

大
高
桜
饗
赤
荒
伊
内
遠
大
落
加
川
川
高

内
崎
井
庭
木
井
藤
堀
藤
見
合
藤
嶋
島
後

英
邦
康
健
徹
一
和
晃
康
正
友
健
正
哲

俊（山梨大学）彦（㈱TAIYO）
雄（足利工業大学）
一（東京計器㈱）也（岡山理科大学）則（フジサンケイビジネスアイ）
寿（芝浦工業大学）彦（宇部工業高等専門学校）
弘（コマツ）生（川崎重工業㈱）巳（協立機電工業㈱）規（福岡工業大学）
嗣（東京工業大学）
人（東北特殊鋼㈱）也（日本電産トーソク㈱）

顧

問

小
鈴
風
妹
高
竹
只
田
成
早
兵
山
和
小

松
木
戸
尾
岩
村
野
中
田
川
藤
崎
田
山

英 寿（㈱コガネイ）
健 児（神奈川大学）
昭 人（（公財）鉄道総合技術研究所）
満（SMC㈱）昌 弘（岡山大学大学院）
研治郎（慶應義塾大学）
耕太郎（東京工業大学）
豊（法政大学）晋（KYB㈱）恭 弘（奈良工業高等専門学校）
訓 一（東京計器㈱）大 生（東京都市大学）
重 伸（CKD㈱）紀（明治大学）

大
中
大
藤
西
和
吉
香

科
里
場
田
股
田
満
川

守
雅
孝
壽
健
重
俊
利

基盤強化委員会
委 員 長
幹
事
委
員

小
佐
眞
川
東
布
佐
斎

山
藤
田
上
川
谷
藤
藤

恭
一
幸
智
貞
毅
賢

紀（明治大学理工学部）一（横浜国立大学大学）
志（横浜国立大学大学）男（芝浦工業大学システム理工学部）
信（㈱TAIYO）
夫（コマツ）彦（東京計器㈱）治（日本大学）雄（日立建機㈱）一（KYB㈱技術本部）
一（油研工業㈱）憲（東京電機大学工学部）
一（SMC㈱技術本部）伸（CKD㈱生産本部）
拓（神奈川工科大学）
春（東京工業大学精密工学研究所）

情報システム委員会
委 員 長
幹
事
委
員

藤
竹
一
嚴
小
川

田 壽 憲（東京電機大学）
村 研治郎（慶應義塾大学）
柳 隆 義（防衛大学校）
祥 仁（東京工業大学）
山紀（明治大学）上 幸 男（芝浦工業大学）

第43巻

第２号

久保田
小 薮
田 中
塚 越
野 口
吉 田
― 65 ―

浩
栄太郎（苫小牧工業高等専門学校）
豊（法政大学）秀 行（東京工業大学）
恵 伸（KYB㈱）和 弘（東京工業大学）
2012年３月（平成24年）

128

フルードパワーシステム

FPIC会議報告

SICE Annual Conference 2011（OS：FLUCOM-J）および第12回流体計測制御シンポジウムにおけるフルードパワー技術研究動向＊
小油圧回路に目的に応じて複数のアキュムレータを設置することにより，制御系の応答性が増すことと省

1．FLUCOME-J
FLUCOM-J はSICE Annual Conference 2011 のオーガナイズドセッションとして９月16日（金）に開催された．計測自動制御学会（SICE）は今年で創立50周年を迎え，このConference においても記
念講演など式典が開催されていた．会場は早稲田大
学 の 西 早 稲 田 キ ャ ン パ ス で あ る． 以 下 簡 単 に
FLUCOM-Jの発表を報告する．
Ozawa（横国大）ら1）はカルマンフィルタを使って管路内非定常流量を計測する手法を提案した．
Chalermrat（東工大）ら2）は都市ガスの流量制御装置であるガスガバナのパイロット部に積分要素を付加し，さらにこの部分の特性モデルをフードフォ
ワードさせることにより動作精度を向上させている．
Ishizuka（明治大）ら3）は空気圧歩行支援装具の空気供給源の代わりに，東工大の北川が開発したドラ
イアイスパワーセルを用いた時，十分に実用的な歩行可能歩数を確保できることを示した．Liら4）は空気ベアリングで浮上させたテーブルの軌跡制御に関し，制御系を線形化した７次モデル，および５次，３次モデルを使いフィードフォワード補償した時の位置精度変化を明らかにした．Nakao（鹿児島大学）
ら5）は 同 氏 ら が 提 唱 す るMeasurement-integrated（MI）Simulation法を，従来試みなかったオリフィ
スの締切比が異なる管路について適用した結果を報告している．

計測自動制御学会の産業応用部門大会が10月15日（火）に東京工業大学の大岡山キャンス内の２会場で開催された．ここで第12回流体計測制御シンポジ
ウムが併設された．今回は東工大の北川先生による基調講演6）がおこなわれた．内容は油圧アキュム
レータの新たな利用方式や設計方法の提案である．
＊

平成23年12月５日

原稿受付

明治大学理工学部（所在地 〒214‑8571 神奈川県川崎市多摩区東三田１―１―１）
第43巻

第２号

エネルギ化が可能となることが示された．また，多段シリンダ構造を持つアキュムレータを提案し，複数のアキュムレータに置き換えられることを示している．
シンポジウムは４つのセッションにわけて実施された．吉満（神奈工大）ら7）は山岳などの救出活動
で脚部の持続的な支援と，不意の足首捻挫から保護する目的で空気圧シリンダを利用したアシストスー
ツを提案している．本山（芝浦工大）ら8）は，磁性流体（MR流体）を効果的に動作させる目的で，シリンダ内に流路と電磁石を組込んだショックアブ
ソーバを開発している．原口（東工大）ら9）は圧縮力を受けても座屈しないワイヤを対向式に設置し，関節をプッシュ・プル方式で駆動する空気圧鉗子マ
ニピュレータを報告した．山本（電機大）ら10）は静圧ガイドで浮遊させたステージを空気圧ベローズで駆動し，新たにレーザスケールと組み合わせて，１nmの精度で位置決めができることを示した．
芦（東工大）ら11）は油圧供給回路に異なる圧力を与えた複数のアキュムレータを並列に置き，必要に応じて切替えながら供給する回路を提案している．
通常供給方式より制御系の応答速度が向上するとしている．吉澤（東工大）ら12）は地震時の垂直揺れを免震するため，平常時は建物をロックし地震時にはロックを抑制しダンパを機能させる水圧アクチュ
エータによる機構を提案した．伊藤（防衛大）ら13）

2．流体計測制御シンポジウム

＊＊

紀＊＊

山

は油圧ポンプの脈動を除去するヘルムホルツ共鳴器
は従来単独周波数の脈動しか除去できなかったのに対し，多段式にして複数の所望の共鳴周波数を与える方式を提案した．鈴木（翔）（明治大）14）らは空気
圧歩行支援装具の歩行状態を検出するセンサの検討を行い，ジャイロセンサを導入することでより精度のよい歩行判別が可能であるとした．鈴木（康）（明治大）ら15）は同じく歩行支援装具に膝関節曲げセンサを導入し，体の支持期の正確な推定が可能であることを示した．清水（一関高専）ら16）は層流型
比例増幅素子（LPA）をフィードバック発振させ― 66 ―

2012年３月（平成24年）

小山

紀：SICE Annual Conference 2011（OS：FLUCOM-J）および第12回流体計測制御シンポジウムにおけるフルードパワー技術研究動向

129て流量計測をするセンサについて，内部形状と発振周波数との関係を詳細に求めた．佐川（TMCシステム）ら17）は水撃により発生する圧力で電気力を用いることなく水を圧力タンクに汲み上げ，水の圧力

６）北川：〈基調講演〉高効率な油圧サーボシステムをで空気を加圧する空気圧圧縮機を提案している．小澤（横国大）ら18）は管路モデルとカルマンフィルタ

９）原口ら：超弾性合金ワイヤのプッシュ・プル機構を使った状態推定手法を提案し，管路上流と下流お10）山本ら：空気圧ベローズで駆動する静圧案内微動よびその中間においた圧力センサから管路内非定常流量を計測可能としている．金（東工大）ら19）は都実現する新型アキュムレータ
７）吉満ら：レスキュー用アシストスーツ
８）本山ら：MRショックアブソーバの開発を用いた空気圧鉗子マニピュレータの開発
ステージの超精密位置決め
11）芦ら：Ｎ圧ハイブリッド油圧源を用いたサーボシ

市ガスの低圧ラインにおく圧力ガバナのパイロット

ステムの高応答性の検証

部に，ベンチュリ機構を使用し，この回路の設計パラメータに関する特性変化を明らかにした．中村（東工大）ら20）は隙間に旋回流を与え空気浮上させて，非接触状態でガラス板を搬送させる装置につい12）吉澤ら：戸建のための水圧駆動垂直揺れ免震装置て供給圧やガラスの重さによる浮上量の検討を行っている．
なお，同日に併設された一般講演にもフルードパ

14）鈴木ら：空気圧駆動式歩行支援装具の開発

ワー関係が含まれているので，報告しておく．田中（明治大）ら21）は空気圧駆動による人工指にヒトの触覚を模擬させるため，指に組込んだセンサの信号を神経系の発火伝達現象を再現したニューラルネッ
トワークで処理した結果，材質の識別が可能であるとしている．永島（明治大）22）らは温度により磁力が変化する感熱磁性体と，永久磁石との相互作用を利用して熱によりスイッチング可能な弁を開発し，感熱磁性体に光を吸収させた光流体変換器を提案し
ている．
参

考

文

のロッキング抑制特性
13）伊藤ら：多段ヘルムホルツ型油圧共鳴器の可変共振機構に関する検討
15）鈴木ら：空気圧歩行支援システムの開発
16）清水ら：LPAフィードバック発振流量センサの発振周波数に関する一考察
17）佐川ら：水撃を用いた空気圧縮機の開発
18）小澤ら：油圧管路内の流量と圧力のカルマンフィ
ルタによる推定19）金ら：低圧動差圧方式ガスガバナに用いられるベ
ンチュリ機構に関する研究
20）中村ら：ボルテックス型ベアリング要素を用いたガラス基板の浮遊搬送に関する研究
21）田中ら：人間の感覚感性機能を備えた人工指の開発22）永島ら：新しい光―流体変換器の開発研究

献（表記は省略型，１）から５）はProceedings of SICE
ANNUAL CONFERENCE 2011，６）から22）は2011
年度産業応用部門大会講演論文集）［著

１）OZAWA et al.：A Kalman ﬁlter for estimatingtransient pressure and ﬂow rate in a pipe

お２）Chalermrat et al.：Gas Governor Pilot valve with

やま

小 山

Integral and Feedforward structure３）Ishizuka et al.：Development of Walking assist
system with Dry-Ice Power Cell
４）Li et al.：Trajectory control of pneumatic servo
table with air bearing５）Nakao et al.：MI Simulation of an Oriﬁce Flow in

者

紹

介］

おさむ

紀 君
1978年明治大学大学院工学研究科博士後期課程単位修得後退学．同大学助手，専任講師，助教授を経て，2000年同大学工学部教授，現在に至る．空気圧制御の研究に従事．日本フルードパワーシステム学会，日本機械学会などの会員．博士（工学）．
E-mail：oyama@jisc.meiji.ac.jp

a Circular Pipe with Diﬀerent Beta Ratios

第43巻

第２号

― 67 ―

2012年３月（平成24年）

130

フルードパワーシステム

企画行事

平成23年度

オータムセミナー開催報告＊「パワートレインにおけるフルードパワー技術」

成

晋＊＊

田

では，主に従来からある駆動系の燃費向上を目的とするAT，CVT，DCT，AMTの最新の動向とその１．は じ め に平成23年度オータムセミナー「パワートレインにおけるフルードパワー技術」を平成23年11月18日（金）に，キャンパスイノベーションセンター東京（東京工業大学田町キャンパス敷地内）において開催した．

流体制御技術について紹介していただいた．
CVTは負荷が小さいと効率が悪いため高速道路では燃費が悪く，高速道路が整備されており長距離を車で移動することが多いヨーロッパや北米ではCVT

以下に，開催趣旨および当日行われた４件の講演内
容の概要を報告する．

が普及していない．あるいは，同じCVTでも自動車メーカによって制御方法が異なっている等々，普段２．開催の趣旨

身近な乗り物である自動車のトランスミッションに関するテーマであっため，非常に興味深い内容であった．

近年，地球環境保護に向けた動きが加速する中，環境面での各種規制への対応が急がれている．パワートレインにおいても一層の伝達効率向上，小型・軽量化が求められると同時に，より快適な走りに対する要求も高まり，自動変速機の多段化，無段変速化，AMT化，HEV化，さらには要素の伝達効率向上が進んできている．
こうした状況において，パワートレインに関する重要な要素技術の１つとして，フルードパワー技術の果たす役割も重要度を増してきている．
こうした背景から，本セミナー「パワートレインにおけるフルードパワー技術」を企画した．本セミナーでは，自動車，農業機械，オフロードマシン，水圧のそれぞれの分野に関し４名の講師に講演をお願いし，パワートレインの最新技術動向を解説していただいた．
３．講演の概要
3.1

自動車用AT，CVT，DCT，AMTと流体制御
横浜国立大学

写真１
3.2

講演される田中先生

高効率無段変速機

ヤンマー（株） 大内田剛史氏
つぎに，ヤンマー（株）の大内田氏から，「高効
率無段変速機」というテーマで講演していただいた．
農業用トラクタの操作性・快適性・作業能率・作業精度に対する高レベルなユーザニーズに対応するた

田中裕久氏

はじめに，横浜国立大学の田中裕久先生から，「自動車用AT，CVT，DCT，AMTと流体制御」というテーマで講演していただいた．
自動車のパワートレインには内燃機関と変速機の組合せから電気駆動とのハイブリッド，さらに変速機なしのEVまで多様化してきており，今回の講演＊

平成24年１月31日

原稿受付

＊＊

KYB株式会社 HC事業本部技術統轄部（所在地 〒252‑0328 神奈川県相模原市
南区麻溝台１―12―１）
第43巻

第２号

― 68 ―

写真２

質問に答える大内田氏
2012年３月（平成24年）

成田

晋：平成23年度

131

オータムセミナー開催報告

め，高効率な機械−油圧式の無段変速機を開発され， 実現する方法について具体的に紹介していただいた．
この無段変速機の特徴と動作原理，環境／省エネ技
まだ，実用化前の実験室レベルの技術ではあるが，術について紹介していただいた．
遊星歯車機構を使用しない機械−油圧式動力伝達装置（HMT）で，従来にない新しい構造のトランシミュレーション解析から実験にいたるまで，水圧システムによる動力伝達という新しい技術について，

スミッションであるため，開発時のさまざまな課題と，その課題を一つずつ解決していくプロセスを分かりやすく丁寧に説明していただいた．
3.3 オフロードマシン用のHST
ザウアーダンフォス・ダイキン（株） 須原正明氏
つづいて，ザウアーダンフォス・ダイキン（株）の須原氏に「オフロードマシン用のHST」のテー
マ で 講 演 し て い た だ い た．HST（Hydrostatic
Transmission）は，制御性に優れた無段変速機として建設車両，農業機械などの走行装置に使用されており，高圧化，効率向上などの機器の改良，主機の要求を満たすアプリケーション技術の確立などに

写真４ 講演される伊藤先生
興味深く聴講させていただいた．

よりその用途は着実に広がってきており，ザウアー
ダンフォス・ダイキン社における製品・応用例をもとにHSTの特徴，構成機器，アプリケーション事
例などについて紹介していただいた．
須原氏の長年にわたる経験をもとにしたHSTの様々なアプリケーション事例からHSTの高効率化
追求，HMTシステムといった最新の技術内容まで
HSTを知らなかった人が理解できる，内容豊富な
分かりやすい講演をしていただいた．

講師の方々のご協力を得て，滞りなくセミナーを終えることができた．協賛として（社）自動車技術会，（社）日本トライボロジー学会にもお願いをしてセミナー参加者を募っていただいたお蔭か，会場がほぼ満席になる27人もの方々に参加していただけ
た．参加者のリストを見ると，油圧メーカはもちろんフルードパワーのメーカ以外の方々や学生の方も参加されており，今までのセミナーでは参加されなかった方々が参加されたことで，多少なりともフルードパワーシステム学会の存在をアピールすることができたのではないかと思う．
セミナー参加者に対するアンケート結果においても，普段あまり接することのない油圧を使った伝達系に関するテーマ，製品として実用化された技術に関するテーマが好評であったとともに，どのテーマ

４．おわりにも最新の開発動向が盛込まれており有意義であったとの感想が多く，セミナー参加者に興味を持って聴講していただけたのではないかと思う．

写真３

最後に，本セミナーの企画・運営にあたり，ご協
力いただいた関係各位に感謝し，報告を終える．

講演される須原氏

3.4

水圧システムにおける動力伝達
芝浦工業大学 伊藤和寿氏
最後に，芝浦工業大学の伊藤先生に「水圧システム

における動力伝達」のテーマで講演していただいた．
水圧システムでは可変容量型のポンプ・モータが実用化されておらず，従来油圧ステムで行われてきたような動力伝達あるいは省エネ手法を適用することは難しく，
FST（Fluid Switching Transmission）手法を中心に，
水圧システムで回転負荷の速度制御および省エネ化を
第43巻

第２号

［著
なり

た

成 田

者

紹

介］

すすむ

晋 君

1983年豊橋技術科学大学大学院修了．1983年萱場工業株
式会社（現KYB）入社．主に，油圧ピストンポンプ・モー
タの開発に従事．日本フルードパワーシステム学会会員．
E-mail：narita-sus@kyb.co.jp― 69 ―

2012年３月（平成24年）

132

フルードパワーシステム

編 集 室

次号予告
―特集「フルードパワーシステムと地震対策」―「フルードパワーシステムと地震対策」発行にあたって
フルードパワー技術を用いた免震・制震について
高層ビル用制震ダンパ
阿佐ヶ谷プロジェクト―３次元免震建物の開発と建設―
鉄道車両用地震時脱線防止対策左右重力ダンパ
遠隔操作建設ロボット
レスキューロボット（油圧or空気圧，救助）〔FPIC会議報告〕ICMT2011におけるフルードパワー技術研究
FLUCOME2011におけるフルードパワー技術研究動向〔教室〕おもしろ油圧機構 第６回 方向制御弁
おもしろ空気圧 「高分子膜式エアドライヤ」
産業オートメーション技術における国際標準化―CADデータ交換の諸問題とISO10303（STEP）規格―
アメリカ駐在日記
ICP/IPを用いたネットワーク通信の基礎学生によるフルードパワー企業見学記

金
露木
栗野
高橋
鈴木
山田
塚越
嚴
香川
大橋
桑名

俊完
保男
治彦
治
貢
宏尚
秀行
祥仁
利春
彰
伸好

五嶋 裕之
山田真の介
内堀 晃彦
阿部 利章

平成24年度「フルードパワーシステム」編集委員
委 員 長 眞 田 一 志（横浜国立大学）副委員長 吉 田 和 弘（東京工業大学）
委
員 伊 藤 雅 則（東京海洋大学）
内 堀 晃 彦（宇部工業高等専門学校）
大 橋
彰（油研工業㈱）小 倉
弘（日立建機㈱）加 藤 友 規（福岡工業大学）
木 原 和 幸（㈶工業所有権協力センター）
金
俊 完（東京工業大学）
五 嶋 裕 之（機械振興協会）
佐 藤 恭 一（横浜国立大学）
妹 尾満（SMC㈱）多 田 昌 弘（CKD㈱）西 海 孝 夫（防衛大学校）

会

委

員

藤 田
丸 田
村 松
柳 田
山 田
山 田
山 田
山之内
吉 満
担当理事 中 野
早 瀬
宮 川
編集事務局 藤 谷
竹 内

壽 憲（東京電機大学）
和 弘（㈱コマツ）
久 巳（沼津工業高等専門学校）
秀 記（豊橋技術科学大学）
真の介（㈱TAIYO）
敏 夫（㈱コガネイ）
宏 尚（岐阜大学）健 司（KYB㈱）俊 拓（神奈川工科大学）
政 身（東北大学）
敏 幸（東北大学）
新 平（KYB㈱）秀 次（学会事務局）
留 美（勝美印刷㈱）（あいうえお 順）

告

複写される方へ本会は下記協会に複写に関する権利委託をしていますので，本誌に掲載された著作物を複写したい方は，同協会より許諾を受けて複写してください．ただし㈳日本複写権センター（同協会より権利を再委託）と包括複写許諾契約を締結されている企業の社員による社内利用目的の複写は
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（社外頒布用の複写は許諾が必要です．
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第43巻

第２号

― 70 ―

2012年３月（平成24年）

ISSN

1880―3121

日本フルードパワーシステム学会論文集
第43巻, 第２号（2012）
平成24年３月
目

次

研究論文
１．単純適応制御の水圧サーボシリンダシステムへの適用
山田

剛史，伊藤

和寿，池尾

茂

23

２．空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータのモデル予測制御
永瀬

純也，佐藤

俊之，嵯峨

宣彦，鈴森

康一

30

正樹

39

３．三次元内部流動様式を考慮した油圧シリンダ内部の一次元温度予測法
富岡

弘毅，城田

勇介，田中

和博，渕脇

㈳日本フルードパワーシステム学会

ISSN

1880―3121

TRANSACTIONS OF
THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY
Vol.43, No.2

March 2012
Contents

Paper
１．Application of Simple Adaptive Control to Water Hydraulic Servo Cylinder
SystemTsuyoshi YAMADA, Kazuhisa ITO, Shigeru IKEO

23

２．Predictive Functional Control of a Tendon-driven Actuator Using a Pneumatic Balloon
Jun-ya NAGASE, Toshiyuki SATOH, Norihiko SAGA, Koichi SUZUMORI

30

３．Precise and Practical 1D Analysis Method of Temperature in an Oil-hydraulic
Cylinder Chamber considering 3D Internal Flow
Kouki TOMIOKA, Yusuke JOTA, Kazuhiro TANAKA, Masaki FUCHIWAKI

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

39

23

山田・伊藤・池尾：単純適応制御の水圧サーボシリンダシステムへの適用

研究論文

単純適応制御の水圧サーボシリンダシステムへの適用＊
山 田 剛 史＊＊，伊 藤 和 寿＊＊＊，池 尾茂＊＊＊＊

Application of Simple Adaptive Control to Water Hydraulic Servo Cylinder System
Tsuyoshi YAMADA, Kazuhisa ITO, Shigeru IKEO
In this research, the positioning control of a water hydraulic servo cylinder system with the simple adaptive control（SAC）is discussed. Conventional model reference adaptive control（MRAC）also achieves good tracking performance forcylinder control, but the controller structure is much more complicated and has less robustness for disturbance in realapplication. Compared with MRAC, SAC has simpler and lower order structure, i.e. higher feasibility. However, no result
has been reported on SAC application for water hydraulics. In this paper, we examined and evaluated the control
performance of SAC on a water hydraulic servo cylinder system, and it was conﬁrmed that SAC gives １）better tracking
performance compared with PI control, and ２）comparable control precision and higher robustness compared with MRAC.
Key words：Water hydraulics, Servo cylinder system, Positioning control, Simple Adaptive Control, Model Reference
Adaptive Control

1．緒

ントローラ構造の複雑さ，およびノイズやドリフト現象等

言に対する低いロバスト性に起因すると判断される．実際に水圧技術は電気，油圧，空気圧に比べ低環境負荷である

サーボシリンダの制御をMARC手法により行った場合，比ことや高い安全性，清浄性を有していることから環境問題

較的良い制御精度は得られるが，制御器には多くの時変パ

への意識の高まりと共に第四の駆動源として認識されるにラメータが要求され，さらに初期条件あるいは外乱によっ至った．特に90年代後半，材料や加工技術の発展により水ては簡単に安定性を失う場合があることが知られている．

圧機器の高精度化，長寿命化，高い流速や圧力での使用がこれに対しKaufmanらの研究グループは，単純適応制御

可能となるなどの改善が施されたが，システム全体として

7)
（SAC）
と呼ばれる新しい適応制御システムを提案した．

は依然として多くの未知の物理パラメータを有しており，

この制御手法は単純な２自由度制御系，すなわち与えられアクチュエータ内には摩擦や漏れ流量による強い非線形性

た参照信号への追従を目的とするフィードフォワードルーが存在している．これに対し，多くの研究グループによりプおよびシステムの安定性を保証するフィードバックルー

適応制御理論の応用によってこれらの影響を補償する試み

プの二つから構成されており，適応パラメータの数を抑えが行われている1)‑3)．

られるのが特長である．また，SAC手法は当初制御対象に

モデル規範型適応制御（MRAC）はその一つの手法とし

概強正実性（ASPR）と呼ばれる条件を要求していたが，てこれまでにさかんに研究されており，電気システムだけ

これは現在では適切に選んだ並列フィードフォワードシス

でなく，油圧や水圧システムにおいてもMRACが適用されテム（PFC）を制御対象に挿入することによって回避でき

4)‑6)が多く報告されている．しかしこれらのうちのることが知られており，これによりSACの適用範囲は広い

ほとんどが実験室レベルのものであり，現時点で一般的なものとなった．この手法による電気，油圧，空気圧に対す

工業用機械に適用された実績は少ない．これはMRACのコる適用結果は既に報告されている8),9)が，摩擦や漏れ流量た結果による強い非線形性を有する水圧システムにおいては全く知見が得られていない．

＊

平成23年４月18日 原稿受付＊＊

鳥取大学大学院工学研究科機械宇宙工学専攻機械工学コース（所在地 鳥取県鳥取市湖山町南４丁目101）＊＊＊

芝浦工業大学システム理工学部機械制御システム学科（所在地 埼玉県さいたま市見沼区深作307）（E-mail：kazu-ito@shibaura-it.ac.jp）＊＊＊＊
上智大学理工学部機能創造理工学科（所在地 東京都千代田区紀尾井町７―１）
第43巻

第２号

そこで本論文では，水圧サーボシリンダシステムに対してSACを適用し，位置決め精度およびロバスト性を検討す
る．具体的には，提案された制御器の有効性，および一般
的なPI制御手法，MRAC手法との比較検討を行う．その際パラメータ変動や入力外乱に対してのロバスト性の比較も行い，SACの水圧系への適用可能性を明らかにする．
本論文の構成は以下の通りである．まず始めに水圧サー―1―2012年３月（平成24年）

24

日本フルードパワーシステム学会論文集

SAC制御器の構成について述べ，目標値追従性およびロバ

k1 K
k
=
2
3
M 2
s3 + k2
s + As s + a1 s + a2 s
A
2 KA

スト性について，実験によりPI制御手法およびMRAC手法

ここでa1＝2Kk2 /V0, a2＝2KA2/V0 M, k＝2Kk1 KA/V0 M である．

との比較・評価を行う．

本論文の目的は，a1，a2，k＞0を未知あるいは不確かさ

ボシリンダシステムの数学モデルを導出し，問題を定式化

G（s）=

する．次いでシステムのASPR性を保証するPFC，および

V0 M

⑷

を含むとした仮定の下，シリンダ変位yを目標変位ymに追従

2．主 な 記 号させる適応制御入力 を構成することである．

A ：シリンダ断面積

4．SACの構成

k1 ：流量ゲイン
k2 ：圧力流量係数

適応制御の目的は，制御対象の出力y（t）を理想的な出力

K ：体積弾性係数y（t）に追従させる適応制御入力を設計することである．こm

K ：サーボ弁ゲインの目的を達成するSAC系の構成をFig. 2に示す．

M ：負荷質量Pi ：各シリンダ室圧力（i＝1, 2）
PL ：負荷圧力
QL：負荷流量u ：制御入力信号
V0 ：シリンダ中間位置のシリンダ内体積
Vi ：各シリンダ室体積（i ＝ 1, 2）
y ：シリンダ変位

3．水圧サーボ系のモデル化

Fig. 2Block Diagram of SAC System with PFC

対象とする両ロッド形水圧サーボシリンダ系の概略図をFig. 1に示す．

図中でG（s）
は制御対象G（s）に依存せず任意に決めるこmとができる規範モデルであり，r（t）は規範モデル入力である．SAC補償器の構造は一つのフィードバック制御器と二つのフィードフォワード制御器からなっていることが特徴である．
追 従 制 御 を 達 成 す る た め にSACで は，Command
Generator Tracker（CGT）の概念を導入している10)．CGT
は，与えられた規範モデルに既知のシステムが完全追従するためのフィードフォワード制御入力の一構成法を与えるものである．従ってCGTは制御対象のパラメータによって構成されるが，制御対象のパラメータは未知であるため実際には実現できない．SACはこのフィードフォワード制御
入力を誤差信号から適応的に生成することを目的としておFig. 1

り，これがFig. 2における二つの適応経路k（t）∈R3，k（t）∈
xu

Water Hydraulic Servo Cylinder System

R，に相当する．一方Kalman-Yakubovicの補題より，もし各物理量の時間信号をラプラス変換したものに＾記号を付すことにすると，連続の式より以下の式を得る．
^ = Asyˆ + V0 s P^L
Q
2K
一方，摩擦を無視したシリンダの運動方程式より
A＾
PL＝MS 2 ŷ
サーボ弁への印加電圧と流量の関係より＾
QL＝k 1 K ＾u−k 2 ＾
PL

誤差システムが強正実（SPR）性を満たせば，誤差システ
ムの状態変数を必要とせずに適応制御入力と適応パラメー⑴

タの調整則が導かれる11)．これは適応制御理論において一
般的な結果であるが，SACでは制御対象に求める条件をSPRからASPRへと緩和することができる．すなわち制御⑵

対象は，定数ゲイン出力フィードバックを含むシステムがSPR性を満たせば良いため，実際のシステムへの適用範囲⑶＾
以上の関係からuからŷまでの伝達関数は以下のようになる．

を広げることができる．ASPR条件は以下の条件を満たすことと等価である12)．
⒜ 最小位相系である

第43巻

第２号

―2―

2012年３月（平成24年）

25

山田・伊藤・池尾：単純適応制御の水圧サーボシリンダシステムへの適用

T

u（
z t）
=（
k t ）（
1 t）
T
T
［ e（
］
z（t ）=r t）
m t） （a t ）x（⒝ 相対次数が０または１⒞ 最高位係数が正である

Tk（t ）=［k（］x t ）k（e t ）k（u t）⎧ k（t ）
k
k
=
+
_e t）
P_（
e t ） I（⎪ e
=kP_x
+ kI_x（t ）
⎨ k（
（t ）
x t）
⎪ k（t ）
+ kI_（u t）u t）⎩ u = kP_（

Fig. 2中の出力フィードバックゲインk（t）∈RはASPRでeあるシステムの安定性を保証するために導入されており，
このパラメータも適応的に更新される．しかし実際のシステムにおいては相対次数が２以上となることが多いために

2⎧ kP_（t ）=−ΓP_ e e（
a t）
⎪ e
e（
⎨ kP_x（t ）=−ΓP_ x x（
m t）
a t）
⎪ k （t ）=−Γ r e（
P_ u （ t ）a t）⎩ P_ u2⎧ k& I_（=−ΓI_ e e（−σ kI（t）_e t ）
a t）
⎪ e
（t ）
e
σ kI_x=−ΓI_ x x（
−
）
（
）
（t ）
t
t
⎨ k& I_xma⎪&=−ΓI_ u r（t ）e（−σ k I_（⎩ k I_（
u t）
a t）
u t）
2
σ1 e a（t）σ=+ σ（
2 σ1 ≥ 0 , σ 2 > 0）2
1 + e a（t）

上記の条件⒝が満たされず，直接的にこのASPR条件を満たすことは難しい．実際，本研究で対象とする式⑷は水圧サーボシリンダシステムの相対次数が３であることを示しており，他の一般的なシステム同様にASPR条件を満たさない．この問題を解決するために，Fig. 2のようにフィードフォワードシステムG（s）
を制御対象に並列に挿入する．こf
れにより，並列補償器を含めた制御対象を間接的にASPR
条件を満たすようにすることができる．この並列フィード
フォワード補償器（Parallel

Feedforward

Compensator：

PFC）の設計はSACシステムにおいて非常に重要であり，また，外乱に対するロバスト性向上のためにu（t）
を次のよ
r
うに選ぶ．

追従誤差の収束性に大きな影響を及ぼす．本論文では，制

γ t）
⎧⎪−（
（e（
）
） （ ）（ ）> εsgn
a t , γ t ea t
）
u（
t
=
⎨
r
2
） （ ）（ ） εe（⎪⎩−γ（t）
a t / E, γ t e a t ≤御対象の相対次数に関する情報のみを必要とし，かつ実装が容易な次のラダーネットワーク型（Ladder⑺

Networks

8)Type）PFC を用いた．

⑻

ここでδβ 1 sδ β2 s+G（=f s））s + α 1（）s + α 2 ）（ s + α 0（
）s + α 1 ）（ s + α 0（

γ t）
= γ（
+ γ（
⎧（
I t）
P t）
⎪γ
e
γ
（
）
（
）
t
t
=
⎨P
1 a
⎪γ
−σ 2 γ（= γ2 e（
⎩（
I t）
a t）
I t）
γ1 , γ2 > 0

2⑸

ここでδは十分小さな正定数，α0，α1，α2＞0であり，β1，
β2は多項式β2 s2+β1 s + k がフルビッツ多項式となるように⑼選定する．また，kは物理定数より求めた理論値を用いる．

この制御則の特長は，適応パラメータke，kx，kuの個数が制

このPFCにより，拡張系G（s）
＝G
（s）
+G（s）
はASPRとなるaf

御対象の次数に依存せず，出力誤差と規範モデルの次数にことが示されるので，SACを構成することができる．ただのみ依存することである．つまり規範モデルの次数をnmとしPFCを挿入することで拡張系の誤差 ya−ym＝ea→０は保するとSACの適応パラメータ個数はnm＋２である．これに証されるが，これは本来の制御目的 y−ym＝e→０を達成す

対しMRACのそれは2nmとなり，例えば適応ゲイン自体のるものではないことに注意が必要である．この対策として
PFCを十分小さく選ぶ，つまりδを最適な範囲で小さく選更新も行う最小自乗型のアルゴリズムを採用した場合には，
n2m/2+nm/2に増える．従ってnm ３ではSACの方が低次なシ定することで定常偏差を小さくすることができる．以上のステムとなり，以降nmの増大に伴いその差が明確となる．

ことから，この手法の課題はδの適切な選定にあり，それまたMRACの規範モデルの相対次数は制御対象の相対次数によりG（s）のASPR性が保証されるだけでなく，G（s）によafと等しいかそれ以上である必要があるため，例えば制御対る上述したような分路効果の影響を抑制することができる．

象が３次である本論文のシステムでは適応パラメータ個数

幾何学的には，δを不適切に大きな値に選定してしまうとは６個以上となるが，SACは上述したように規範モデルは

拡張システムのベクトル軌跡がある周波数で左半平面内に制御対象のモデルに依存せず決定することができるため，入ることに対応するため，ASPR条件を満たさなくなる．

制御対象が３次系であっても規範モデルは２次系に選ぶこ

例えば制御対象のパラメータ変動範囲が既知ならば，あるとでき，MRACに比して低次で簡単なアルゴリズムとなる．

δ0＞０が存在し，それより小さな範囲でδを小さく選べばサーボ系に実装する場合にはこのようなアルゴリズムほど分路効果は減少する．

小さなサンプリング時間で精度良く近似できるため，応答以上のことからSAC制御入力uおよび適応調整則は，リ
u t）
（
＝u（t）
+ u（t）
r
1

が高速な水圧サーボ系の制御にSACが適していることが分かる．

アプノフ法により以下のように与えられる．
⑹

5．実 験 結 果

ここで

ここでは，シリンダ位置制御の実験結果を示し，SACの制御性能を単純なPI制御と一般的な適応制御手法である最小自乗型更新則によるMRACと比較することによって評価
第43巻

第２号

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26

日本フルードパワーシステム学会論文集

する．規範モデル入力r（t）は振幅10㎜，周期6sの矩形波とし，供給圧力を７MPa，シリンダの慣性負荷を50㎏とし一定とした．また実験システムの各機器の基本仕様をTable 1に示
す．性能比較したPI制御のコントロールゲインは限界感度法をもとに試行錯誤的に選定を行い，制御開始直後の追従性改善のためAnti-Windup機構13)を導入している．また，規範モデルは以下のものを用いた．
G（
=
m s）

1.697×10
3

2

6

4

s +358.1 s + 4.272×10 s +1.697×10

6⑽

一方，SACの各制御パラメータは以下のように選んだ．

Fig. 3

ΓI_e = 3.0 ×10−4, ΓI_ u = 4.0×10−3, ΓI_ x = 5.0×10−4 I3−3

Position Tracking Performances−3

ΓP_ e = ΓP_ u = 1.0×10 , ΓP_ x =1.0×10 I3
α 0 =5.0, α 1 =5.0, α 2 =5.0
β 1 =10, β 2 =0.2, δ =1.0×10−4
ただし，I3は３次の単位行列とする．また，各パラメー
タの選定は以下の指針に基づいて行った．まずΓI_uが最も定常偏差の低減に効果が認められたため，これを他のパラメータに比べ大きく選ぶ．また，ΓI_eは定常状態における安定性に影響するが，過大に取り過ぎると振動が発生し，逆に過少に選んだ場合には定常偏差が小さく出来なくなる
ため，試行錯誤的に最適な値を選定した．さらにΓI_xは追従性への影響が顕著には見られなかったため，ΓI_eと同程度の大きさとした．比例適応ゲインであるΓP_e，ΓP_u，ΓP_x

Fig. 4Closed-up Result of Position Tracking Performanceは過渡応答の向上のためにやや大きな値を選定しているが，ある値以上では改善が見られなくなるため，効果の期待できる範囲内に留めた．さらにPFCのパラメータであるδは，予備実験を行った上で分路効果の影響が十分小さくなるよう1.0×10−4とした．
Table 1 Speciﬁcation of the experimental set-up
modulespeciﬁcation

power unit

14MPa, max
21×10−3㎥/min

servo valve（nozzle-ﬂapper type）

Fig. 5

1.7×10−4㎥/s＠7MPa

Closed-up Tracking Error

bandwidth 60Hz

motor
（axial piston type）

15×10−6㎥/rev

pulse encoder

resolution 5.0×10−7m

water temperature

30±5℃（tap water）

5.1 目標値追従性能
Fig. 3に位置追従制御結果を，Fig. 4にその結果を拡大したものを示す．またFig. 5に追従誤差を示す．ここでは，比較を容易とするため１㎜幅の結果を示している．また，全Fig. 6 Closed-up Tracking Performance in Transient Responseての実験においてシリンダの初期位置は㽎150㎜とした．
PI制御の場合のみ，実験開始直後の立ち上りにおいて18㎜

積分ゲインの選定が難しいことによる．定常状態時の偏差程度の大きなオーバーシュートが見られる．これは適切なは正側で＋0.003㎜，負側で㽎0.007㎜であり，この定常偏差

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27

山田・伊藤・池尾：単純適応制御の水圧サーボシリンダシステムへの適用

はシリンダの移動方向に依存する摩擦特性の違いによる影響と考えられるが，これらの結果は制御法によって大きな違いは見られない．このことから単純なPI制御でも良好な定常応答が得られる一方，同制御手法では比較的整定時間が大きく，さらにコントローラゲインの調整にも大きな工数が必要となる．Fig. 6に過渡応答における実験結果を拡大したものを示す．過渡応答においてSACは単純なPI制御に比べて良好な追従をしており，MRACと同等程度の追従を果たしていることが分かる．また，MRACではサンプリン
グ時間を0.5msまでしか小さくできない一方，SACでは0.2msまで小さくすることが可能であった．このことからもSAC
はMRACに比べ計算負荷が小さいことが確認される．

Fig. 9 Robustness for Supplied Pressure Change with SAC

5.2 パラメータ変動に対するロバスト性
次にパラメータ変動に対する各制御法のロバスト性を比る．この振動は初期状態での誤差が大きいために適応制御

較する．本論文ではパラメータ変動として供給圧の変動と系においては避けられず，このことはSACでも同様である．

シリンダの慣性負荷の変動に対して検討を行う．

一方SACの振動時間もPI制御に比べ非常に短いが，MRAC

5.2.1 供給圧変動に対するロバスト性に比べわずかに長く続いている．このことからSACはPI制

Fig. 7‑Fig. 9に供給圧変動下での各制御手法の位置追従性

御に比べ大きく，MRACと同等程度のロバスト性を有して能の実験結果を示す．全ての制御手法において供給圧をいることが分かる．しかしSACでは供給圧が変動した際に7MPaとして各制御パラメータの選定を行い，実験時には定常偏差が大きくなっている．これは上述したようなPFC

供給圧を，9MPaおよび5MPaへと変更して実験を行った．

を導入したことによる分路効果の影響であると考えられる．

PI制御においては供給圧が高圧側に変動したときに2s間

5.2.2 慣性負荷変動に対するロバスト性程度の振動が続いている．これは選定した積分ゲインが大Fig. 10‑Fig. 12にシリンダの慣性負荷変動下での各制御手

きいために起こると考えられるが，一方でこれを解消する法による位置追従性能の実験結果を示す．負荷が50㎏で各と整定時間が大きくなる．MRACも同様，過渡応答におけ制御パラメータを選定し，その後負荷を100㎏に変更してる振動が見られるが，PI制御に比べ非常に短時間で消失す実験を行った．

Fig. 7 Robustness for Supplied Pressure Change with PI Control

Fig. 10

Fig. 8 Robustness for Supplied Pressure Change with MRAC
第43巻

第２号

―5―

Fig. 11

Robustness for Load Mass Change with PI Control

Robustness for Load Mass Change with MRAC
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28

日本フルードパワーシステム学会論文集

ト性を検討した．Fig. 14‑Fig. 16にこれらの入力外乱を印加したときの各制御法による位置追従制御結果を示す．
まずPI制御では，不感帯の増大により静摩擦によるス
ティックスリップ現象が顕著に現れていることが分かる．
さらに不感帯幅が大きくなるにつれてスティックスリップ
現象の幅も同様に大きくなっている．これは積分器の影響によるものであると考えられるが，不感帯幅が未知である
ことから過渡応答の直接的な改善は難しい．一方MRACではPI制御に見られるようなスティックスリップ現象は確認
Fig. 12

Robustness for Load Mass Change with SAC

されず，不感帯の変化による大きな影響は見られないが，不感帯幅が大きくなるにつれて過渡応答が悪くなることがPI制御の場合，負荷が50㎏のときに比べ過渡応答時の振分かる．SACでもMRACの結果とほぼ同様であるが，不感動が長く続いていることが分かる．また，そのときのオー

帯幅の増加にともなう過渡応答の悪化は見られないことがバーシュートも大きく増大している．これは慣性負荷の増分かる．

加による影響が直接的に整定時間の遅れに現れたと考えら

以上のことからSACは不感帯を模擬した入力外乱に対しれる．同様に負荷変動に対してMRACでも過渡応答時の振ては，MRACと比較しても高いロバスト性を有しているこ動が見られるが，そのときのオーバーシュートはPI制御にとが分かる．

比べ小さく抑えられていることが分かる．これは適応パラ

６．結

メータの更新によりパラメータ変動を適切に補償できてい言るためである．一方，SACでは50㎏の場合と比べても振動

本論文では，単純適応制御（SAC）系を水圧サーボシリ時間の増大が見られず，オーバーシュートもPI制御に比しンダシステムへ適用し，その制御性能を評価するため，水て小さく抑えられていることが分かる．このことからSAC

圧サーボシリンダシステムの数学モデルを基にSAC制御器

は負荷変動に対してもPI制御に比べ，ロバスト性を有しての設計を行った．得られた制御器により性能評価実験を行いることが分かる．

い，単純なPI制御，従来法であるモデル規範型適応制御

5.3 入力外乱に対するロバスト性（MRAC）との比較により以下のことが確認された．

水圧サーボ弁では水の低い粘性に起因する漏れ流量の発・定常偏差は正側で+0.003㎜，負側で−0.007㎜であり，こ生に対処するため，弁をオーバーラップにする等の対策がれは各制御手法による大きな違いは見られなかった．過施されているが，一方でこれによる不感帯の発生が避けら

渡応答ではSACはPI制御に比べ良好な追従を果たし，れないことが指摘されていた．本研究に使用したサーボ弁

MRACに比して同等程度の追従性であった．

でも，入力電圧における実測値でスプール変位の正側で・パラメータ変動に対してのロバスト性の検討のため，供0.3V，負側で0.4V程度の不感帯が存在することが実験的に給圧や慣性負荷を変化させた場合，SACはPI制御に比べ分かっている．これに対しては，実験開始前に毎回手動操

非常に高いロバスト性を有しており，MRACに比して同作によりスプール位置をスリーブ中央位置に調整し，不感等程度のロバスト性を有している．

帯幅を両側に振り分けてから実験を行っている．しかしこ・水圧サーボ弁において特に問題となり易い不感帯を模擬の調整作業は常に完全に行われるとは限らず，不感帯幅がした入力外乱に対するロバスト性の検討実験を行った．

スプールの移動方向に対してばらつくことになる．この影

SACはPI制御に比べ影響予測の観点からロバストであり，

響は例えば積分器の挿入により解消することが可能である

また過渡応答においてはMRACよりもロバスト性が確認

が，結果的に過渡応答が悪化することが考えられる．ここでは入力外乱の一例としてサーボ弁システム内に存在する
実際の不感帯とは別に，Fig. 13に示すように，PC内で模擬的に不感帯（Disturbance1：幅±1.0VおよびDisturbance2：±1.5V）を入出力関係に与え，各制御手法におけるロバス

Fig. 13
第43巻

第２号

Model of Dead Zone

Fig. 14―6―

Robustness for Input Disturbance with PI Control
2012年３月（平成24年）

29

山田・伊藤・池尾：単純適応制御の水圧サーボシリンダシステムへの適用

unit, Proc. of 5th Scandinavian Int. Conf. on Fluid Power,
SICFPʼ03, Tampere, Finland （2003）
３）Ito, K., Ikeo, S.：Robust Speed Control of Water HydraulicServomotor System with Load Fluctuations, Proceedingsof the 7th Triennial International Symposium on Fluid
Control, Measurement and Visualization FLUCOMEʼ03,
No. 091（2003）
４）則次俊郎，和田力，矢野坂雅巳：空気圧サーボ弁の適応制御，計測自動制御学会論文集，Vol. 24, No. 11, p.
Fig. 151187‑1194（1988）

Robustness for Input Disturbance with MRAC

５）山橋浩三，池尾茂，高橋浩爾：直接法モデル規範型適応制御理論の電気油圧サーボシステムへの適用，油圧と空気圧，Vol. 20, No. 7, p. 625‑632（1989）
６）Ito, K., Ikeo, S., Takahashi, K., Kanamori, N.：RobustControl Performance Comparison on Water HydraulicServo Motor System, Fluid Power and Motion Control
FPMC2008, p. 149‑162（2008）
７）Barkana, I.：Parallel feedforward and simpliﬁed adaptive
control, Int. J. of Adaptive Control and Signal Processing,Vol. 1, No. 2, p. 95‑109（1987）
Fig. 16

８）岩井善太，江頭豊一，日野満司，高橋将徳，京和泉宏

Robustness for Input Disturbance with SAC

三：単純適応制御（SAC）手法の油圧サーボシステム
への位置制御への応用，日本機械学会論文集C編, Vol.

された．

61, No. 590, p. 3991‑3998（1995）

以上の結果よりSACはMRACに比べ構造が簡単で計算負荷が小さいにも関わらず，同等程度の制御性能が得られ，

９）京和泉宏三，藤田行茂，岩井善太，水本郁朗：一般産

ロバスト性を有していることが確認された．このことから

業用空圧シリンダの位置決め制御，日本フルードパ

高速な応答が必要なサーボ系への適用も十分実用的なもの

ワーシステム学会論文集，
Vol. 35, No. 6, p. 97‑102（2004）
10）Broussard, J. R., OʼBrien, M. J.：Feedforward Control toであることが確認された．

Track the Output of a Forced Model, IEEE Trans. on

今後は定常偏差や過渡応答時のPFCを挿入したことによる分路効果の影響がどの程度存在するのかを明らかにする

Automatic Control, Vol. 25, No. 4, p. 851‑853（1980）

必要がある．また，出力外乱の存在の下でのMRACとの性11）Steinberg, A., Corless M.：Output Feedback StabilizationofUncertainDynamicalSystems,IEEETrans.onAutomatic

能比較も望まれる．

Control, Vol. 30, No. 7, p. 1025‑1027（1985）

参 考 文 献12）Barkana, I.：Positive-realness in Multivariable Stationary
Linear Systems, Int. J. Control, Vol. 42, No. 6, p. 1491‑1505

１）Sanada, K.：A Method of Designing a Robust Force（1985）

Controller of a Water-Hydraulic Servo System, IMech.Eng.,Part 1, System and Control Engineering, p. 135‑141

13）和田信敬，佐伯正美：入力飽和システムのAnti-windup
制御，システム制御情報学会誌，Vo. 46, No. 2, p. 84‑90（2002）
２）Laamanen, A., Nurmia, M., Koskinen, K. and Vilenius,（2002）

M.：Two diﬀerent control methods for digital ﬂow control

第43巻

第２号

―7―

2012年３月（平成24年）

30

日本フルードパワーシステム学会論文集

研究論文

空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータのモデル予測制御＊
永 瀬 純 也＊＊，佐 藤 俊 之＊＊＊，嵯 峨 宣 彦＊＊，鈴 森 康 一＊＊＊＊Predictive Functional Control of a Tendon-driven Actuator
Using a Pneumatic Balloon
Jun-ya NAGASE, Toshiyuki SATOH, Norihiko SAGA, Koichi SUZUMORIIn recent years, Japanese society has been aging, engendering a labor shortage of young workers. Robots are therefore
expected to be useful to perform tasks such as day-to-day work support for elderly people. Therefore, a tendon-driven
balloon actuator has been developed for the robot hand in such environments. In this study, we have evaluatedcharacteristics of force control of a balloon actuator using a predictive functional control （PFC） system. Predictivefunctional control is one of the models based on predictive control（MPC）schemes, which predict the future outputs of theactual plant over the prediction horizon and compute the control eﬀort over the control horizon at every sampling instance.
In this paper, PFC control performance of a １-link ﬁnger using a pneumatic balloon actuator is reported.
Key words：Predictive Functional Control, Tendon driven System, Pneumatic balloon, Soft actuator, Robot hand.

１．緒

それをロボットハンドに応用した9)．

言

通常，ロボットハンドは，柔軟な対象物を握り潰さない

現在，日本は超高齢社会に突入しており，高齢者人口のように，また物を器用に操るために，把持力制御が必要不割合は今後さらに伸びていくと予想されている．そのため可欠である．しかしながら，バルーンアクチュエータを含

若年労働力の減少の懸念から，介護や福祉，リハビリテー

むゴム製の空気圧人工筋の場合，ゴムの非線形性やモデルションなど，人間と密接に関わりあう環境におけるロボッ

変動などの影響を受けるため，一般に精密な制御が困難でトの活躍が期待されている．実際に実用化されているものある．そのため，空気圧人工筋に対してはスライディング

1)

2)

も存在し ，ロボットハンドにおいては筋電義手 が実用さモード制御やH∞制御などのロバスト制御系の適用10)‑12)が試れ始めている．2021年には日本の総人口における高齢者のみられてきた．しかしながら，ロバスト制御は複雑で難解

3)

割合が30％にまで達する見込み であり，介護・福祉を目であるといったことから産業界にはほとんど浸透していな的としたロボットハンドの産業界における需要は今後さらいというのが現状であり，今なおPID制御系が産業界ではに伸びていくと予想される．

主流である．しかしPID制御は構造が単純で扱い易いといこのようなロボットハンドは人間に対しての安全に配慮

う特徴を有するものの，非線形性やモデル変動を有する制する必要があり，かつ人間との親和性も重要な要素となる．

御対象に対しては，良好な制御性能を達成するゲインを見そのため，軽量化による衝撃力の低減や，人間との接触部出すことは，多くの手間と時間を要する．
そこで本研究ではバルーンアクチュエータに，制御則が比に受動変形要素を有する空気圧人工筋を用いたロボットハ
4)‑7)が多く行われている．このような中で，我々較的シンプルでかつロバスト性の高い，Predictive Functional

は従来の空気圧人工筋に対して，自重比対ストローク比おControl13),14)（以下，PFC）の適用を試みた．PFCはモデル

よび自重比対発生力比の高い，空気圧バルーン型腱駆動ア予測制御法の一つであり産業向けに開発されたものである．

クチュエータ8)（以下，バルーンアクチュエータ）を開発し，

一般に，モデル予測制御はサンプル時間毎に非線形最適化

ンドの研究

問題を解く必要があり計算負荷が高いために，サンプル時＊

平成23年４月27日 原稿受付＊＊

関西学院大学理工学部（所在地 兵庫県三田市学園２−１）（E-mail：J.Nagase@kwansei.ac.jp）＊＊＊
秋田県立大学システム科学技術学部（所在地 秋田県由利本荘市土谷字海老乃口84−４）＊＊＊＊

岡山大学自然科学研究科（所在地 岡山県岡山市北区津島中３−１−１）
第43巻

第２号

間の長い化学プラントなどに適用されている．これに対してPFCは，制御則が基本関数のみで構成されるため計算負荷が小さく，また調整パラメータが一つのみであるため
チューニングが比較的容易である．また，内部モデルを有するため，モデル変動や外乱に対して高いロバスト性を有する．本論文では，バルーンアクチュエータを用いた１リ
ンクフィンガモデルのPFC力制御実験およびPID制御系と―8―

2012年３月（平成24年）

31

永瀬・佐藤・嵯峨・鈴森：空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータのモデル予測制御の比較評価により，バルーンアクチュエータを用いたロ
ボットハンドのための力制御系としての評価を行う．

２．Predictive functional control
本節ではPredictive Functional Control（PFC）の考え方と理論について述べる．Fig. 1にPFCの概念図を示す．PFC
はまず，第１ステップとして，現在のサンプリング時刻kにおけるプラント出力を起点とし，目標値への理想的な近づき方をあらわす曲線である参照軌道を設定する．第２ス
テップではプラントモデルを使って計算されたプラント出力の将来予測値を用い，参照軌道上に設定してある一致点での誤差（プラント出力の予測値と，一致点における参照
Fig. 1軌道の値との差）を最小化する制御則を決定する．そして，

Principle of predictive functional control

求めた操作量の式に時刻kを代入して，得られた操作量をプラントに加える．最後に，次のサンプル時刻k + 1におい

ただし，hjは一致点を表しており，nhは一致点の数である．

て，時刻をkに置きなおし，ステップ１に戻る．ただし，一致点は任意であるが，本研究では，文献16）に示される

実際にはこの順序通りに実行するわけではなく，参照軌道

以下の三点を用いる．
T⎛ TCLRT TCLRT TCLRT ⎞T（ h1 h2 h3 ）= ⎜
Ts ⎟⎠
2 Ts
⎝ 3Ts

の形や一致点をあらかじめ決めておけば，ステップ２で求めるべき制御則は解析的に得られるので，実際にオンライ⑸

るいくつかの未知係数を決め，操作量をプラントに適用しまた，予測誤差e（k + d）
は次式で表される．
~ （k）
e（k + d）d）：＝ŷ（k+ −y（k）＝y−y（k−d）
p
M
p
Mているだけである．

各サンプル時刻における操作量は，以下のように基本関数

ンでサンプル時刻ごとに行っているのは，制御則に含まれ次に，むだ時間要素を含むPFC15)の制御則導出についての重ね合わせで表されるものとする．

述べていく．PFC では，以下に示される離散時間系の状態

u k + i ）: = ∑ μ（
k）
U（
（
B i）
l

nB

⑺

l

方程式および出力方程式を，SISOプラントの内部モデルとして用いる．

⑹

l=1

ここでnBは基本関数の数，μlは未知係数である．またUBlは

xM（k +1）u k）＝AM xM（k）+ BM （⑴yM（k）＝CM x（k）
M

基底関数であり通常，次式のような多項式基底が適用され
る．
l−1
UB1
（i）
＝i , i＝0,1, ．
．
．
．

ここで，xM ∈Rn は状態変数，u ∈Rは操作量，yM ∈Rはモデル出力である．また，モデル出力yM（k）は時刻k+d に⑻

実際に適用する操作量はu（k + i）の最初の要素，すなわち，nB+ d）おける実プラント出力の予測値 ŷ（kであり，dはプランpu k ）: = ∑ μ（
k）
U（
（
B 0）
l

⑼

l

トに含まれるむだ時間をL秒とした際にこれに対応するサ

l= 1

ンプル数int（L/Ts）を示す．このとき，参照軌道は以下のよのみである．いま，時刻k+iにおけるモデル出力yMを，次うに与えられる．

式のように強制応答yFと自由応答yUFに分解する．
iy（k+ d + i）＝c
（k + d + i）
−α（c（k + d）
−ŷ（k
+ d）
）
R
p
i ＝0,1, …

y（k
+ i）
＝y（k
+ i）
＝yUF
（k + i）
MF⑵

nB

ここで，α∈Rnは参照軌道の調整パラメータで０＜α＜y（k）y（= ∑ μ（B i）
F k + i）l
l=1

ここで，yBlは基底関数UBlに対応する応答である．一方，自α＝e−3T / Ts⑾l

１となるように選ばれる定数であり，文献16）と同様に次式のように選ぶ．

⑽

このとき，強制応答は次式で表わされる．

⑶

CLRT

由応答は以下のように表わされる．
iyUF（k + i）＝CM A M x （k）
M

ここでTCLRT は希望する閉ループ応答時間をあらわし，設⑿定値の95％に応答が到達するために必要な時間をあらわす．

いま，時刻k+d+iにおける予測誤差が次式の様な多項式でPFC では，この希望閉ループ応答時間TCLRTが設計パラメー近似されるものと仮定する．
deタとなる．またTs はサンプリング周期である．ここで評価

e k + d）i
（k + d + i ）=（+ ∑ e（m k + d）

関数を，一致点における誤差に基づき次式のように定義す⒀

ただし，deおよびemは多項式近似の次数，および現在と過

る．
nh

2

D（ k ）
k + d + hj ）=∑ y^（−y（p k + d + hj ）
R
j =1

第43巻

m

m =1

第２号

⑷

去の誤差データを用いて計算される未知係数をそれぞれ表している．同様に，将来の設定値は以下の多項式で表わす―9―

2012年３月（平成24年）

32

日本フルードパワーシステム学会論文集

ことができる．
dc

c k + d）ic k + d + i）（=（
+ ∑ c（p k + d）

p

⒁

p =1

ここで，dcとcpはそれぞれ多項式近似の次数および未知係数である．以上の式を用いて，評価関数D（k）を最小化するような最適操作量は次式で与えられる．
dc+ ∑ km cm（k + d ）u（ k ）= k 0 （c k + d）
−y（
p k）
m=1

de

k + d ）+ v~x x（−∑ km e（+ v~xd xM（k − d ）
M k）
m
T

Fig. 2Tendon driven balloon actuator⒂

T

Table 1

Speciﬁcation of a balloon

m=1~x，km，および ~vxdはそれぞれ以下の通りである．
ここでK0，v
T⎛ 1−α h ⎞⎛ C（
Ah −α h I ）⎞
⎜
⎟
⎜ M M
⎟
νx =−⎜
k0 = ν T ⎜M⎟ ν
M ⎟, ~
⎜
⎟
⎜
h
h
h ⎟
（
）
⎝ CM AM −α I ⎠⎝1−α ⎠
1

1

nh

nh

1

nh

T
⎛ hm ⎞⎛ α h −1）CM ⎞
（
⎜ ⎟
⎜
⎟
km = ν T ⎜ M ⎟ , ~νxd = −⎜M⎟ν⎜⎜ m⎟⎟⎜ hn⎟h（⎝ α −1）CM ⎠
⎝ ⎠
1

⒃

Material

Silicone rubber

Length25㎜
Long diameter

Short diameter

Outer diameter

21.0㎜

9.0㎜

Inner diameter

17.8㎜

5.8㎜

1

h

nh

ただし，⒃式におけるvは次式で表わされる．
−1

⎛n
T⎞
⎟ B 0）ν=y（（ y（）⎜⎜ ∑ y（… y（
B hn ）
B h j）
B h j）⎟ U（
B h1 ）
j
=
1
⎝
⎠
ここで，
T

h

h

⒄

T
T
y（h
＝
（ yB（hj）… yB（hj））, U（0）＝（1 0 … 0） ⒅
B j）
B
1

nB

３．空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータを用いた
１リンクフィンガシステム

Fig. 3

Photograph of 1‑link finger system using balloon
actuator

3.1 空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータ
本研究で扱う空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータ（以下，バルーンアクチュエータ）の写真をFig. 2に，バて腱駆動を実現している．
3.2 １リンクフィンガシステム

ルーンの仕様をTable 1にそれぞれ示す．バルーンアクチュ

本研究では，このバルーンアクチュエータを用いた１リ

エータは，特に自重比に対する発生力比およびストローク

ンクフィンガシステムを製作し，制御実験を行うことによ９）という特徴を有するため，ロボットハンド内部

り，PFCのロボットハンドのための力制御系としての評価のような比較的狭いスペースに搭載しても，ハンドを駆動を行う．Fig. 3に本実験で取り扱った１リンクフィンガシス

させるための十分なストロークや力が発生可能である．

テムの写真を示す．このフィンガシステムは，主にバルー比が高い

バルーンアクチュエータは空気圧駆動で，圧縮空気が送

ンアクチュエータ，引張バネ，およびフィンガで構成されり込まれるバルーンとその外周に沿って巻きつけられた帯る，アクチュエータ−引張バネ拮抗型システムである．駆状の腱から構成される．このバルーンは，断面寸法が長径

動原理は，引張バネの復元力を用いることによりフィンガ

21㎜，短径９㎜および長さが20㎜の扁平状の円形シリコー

を対象物に接近させて接触力を発生させ，引張バネと拮抗

ンチューブで，バルーンの片側が塞がれており，もう片側したバルーンアクチュエータの発生力を用いることにより，は圧縮空気の給排気を行うためのホースが取り付けられてそれとは逆方向に力を与えることで接触力を減少させる機いる．また，腱はポリプロピレン製であり，バルーンと接構となっている．これは，ロボットハンドの動作中におい触する側の面には摩擦低減の目的で伸縮性のあるナイロンてシステムが異常停止した場合でも，バネの復元力により繊維を貼り付けてある．バルーンの両端は仕切り板によっ把持力を確保でき，対象物の落下を防ぐことを目的としたて位置が固定されており，バルーン側面の一方にはバルー

フェールセーフ設計としているためである．

ンの膨張方向変位を拘束するための壁を設けている．本アフィンガの設計においては，フィンガの可動角度はヒト

クチュエータの駆動原理は，バルーンに圧縮空気を給気すの手の指とほぼ同じ90°とし，この角度の時の，１リンク

ることでバルーンが膨張し，その周囲に配置されている腱

フィンガシステムにおけるバルーンアクチュエータのストがその膨張とともに膨らむことで先端に引張り力を発生しローク量と，３リンクのフィンガを有するロボットハンド

第43巻

第２号

― 10 ―

2012年３月（平成24年）

永瀬・佐藤・嵯峨・鈴森：空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータのモデル予測制御

33

p（t）
＝p（t）
−p
（t）
1 ：
0

にバルーンアクチュエータを内挿したときのストローク量が一致するように，プーリ径を検討し，半径を11㎜とした．

ここで，rはプーリ半径，kは引張バネのバネ定数，θは引また，引張バネについては，バルーンアクチュエータに最張バネの自然長におけるフィンガの角度を０°とした時の大空気圧の0.2MPaを印加したときにフィンガの角度が可動

フィンガ角度，Fcontは対象物との接触力，Fはアクチュエー

角度上限の90°になるようにバネの仕様を検討し，結果，タの発生力，F0はFcont＝0の時のアクチュエータ発生力，p

バネ定数が1.0N/㎜，初張力が5.3Nの引張バネを選定した．

は印加圧力，p0はFcont＝0の時の印加圧力，lはプーリ中心か

次に，１リンクフィンガの物理モデルについて述べる．

らフィンガ先端部までの距離（本実験では30㎜）であり，Fig. 4に本実験で扱う１リンクフィンガモデルを示す．バ

そしてαおよびβは，それぞれp1に対応する未知係数を表し

ルーンへの入力圧力から腱の引張力の発生までの過程を考ている．本研究では，これらのモデルのパラメータ同定を，えると，厳密なモデル化を行うには，空気の伝播速度や圧実機を用いた同定実験により行う．

縮性，バルーンの材料非線形性，バルーン―腱間の摩擦，４．制御実験

および腱の粘弾性など，応答特性に起因する様々なパラメータを考慮する必要がある．ただし，それらを全て考慮

4.1 実験装置

して正確にモデル化を行うことは一般に困難である．今回Fig. 5に本実験で使用した実験装置の概略図を示す．バはPFCとPIDの比較評価が主な目的であることと，次章のルーンアクチュエータに供給する圧縮空気はコンプレッ

Fig. 7に示す１リンクフィンガのステップ応答波形の形状

サー（YC‑４：八重崎空圧製）から取り込み，間に介したから，アクチュエータの入力圧力に対する発生力を一次遅電空レギュレータ（ETR200：コガネイ製）によりバルーれ系で近似することが妥当であると考えた．そこでFig. 4にンアクチュエータへの印加圧力を制御する．また台座に剛おいてフィンガと対象物が接触している状態，すなわち体のプレートをフィンガ先端の軌道上に固定する．そして，

r k θ ≧ r Fを満たすときの接触力Fcontを次式で与えた．

プレートとフィンガ先端の接触力を小型ロードセル

2

rF（t）
l Fcont
（t）
＝0
1

⒆

（LMBT‑A‑100N：KYOWA製）により測定し，I/Oボード

F（t）+ α F（t）＝β p（t）
1
1
1⒇（Q４ PCI board：Quanser製）を介してPCに信号を取り込
む．また，サンプル時間は0.002sとした．

ただし，
F（t）
＝F（t）
−F
（t）
1 ：
0

4.2 モデルの同定
前章で述べた物理モデルにおける式⒆，⒇のパラメータを，実験により同定する．本研究で扱う制御対象は，バ
ルーンアクチュエータ−引張バネ拮抗型の１リンクフィン
ガであるため，フィンガが対象物と接触する時の印加圧力は，その時のフィンガの角度θによって異なる．そのため，印加圧力pに対する接触力Fの関係は，対象と接触する時のフィンガ角度θが変わると大きく変化してしまう．そこで
本研究では，フィンガが対象と接触する時の印加圧力を基
準圧力p0とおき，これと印加圧力pとの差p0‑pを入力とし，この時の接触力Fcontを出力としたときの伝達関数モデルを

Fig. 4

考えた．従って，本モデルは式⒆，⒇より，次式のような

1‑link ﬁnger model using balloon actuator

１次遅れ系の伝達関数G（s）で表わされる．
（l / r（）β / α ）G（ s ）=
s /α +1
ここで，
（l/r）
（β/α）
はゲインK，および1/αは時定数Tをそれぞれ表している．本研究では，プレートをフィンガ角度30°においてフィンガと接触する位置に固定し，その時の圧力p0-pに対する接触力Fcontのステップ応答特性を測定し，その波形をカーブフィットすることにより，上式の伝達関数モデルの同定を行った．各圧力p0‑pにおける同定結果をFig. 6に示す．結果，ゲインKについては35.0〜47.5，時定数Tについては0.54〜0.60となり，印加圧力によって多少のばFig. 5Experimental system of force control of 1-link
ﬁnger using balloon actuator

第43巻

第２号

らつきが見られた．今回は各パラメータの中央値を採り，ゲインKを41.3，時定数Tを0.57sと同定した．また，本研究― 11 ―

2012年３月（平成24年）

34

日本フルードパワーシステム学会論文集

間を制御ループの外側に出して，１次遅れ系として制御しようとする考え方である．スミス補償型のPID制御系を適用するには，むだ時間の伝達関数G（s）が必要である．そこLで，実験により測定したむだ時間からPADE近似を用いて伝達関数化を行った．ステップ応答の測定により，１リン
クフィンガのむだ時間は0.12sであったため，これを２次のPADE近似により伝達関数G（s）を求めた結果，次式の通り
Lとなった．
Fig. 6

Identiﬁed parameters in transfer function

G（
=
L s）

s 2 − 50 s + 833.3
s 2 + 50 s + 833.3

なお，スミス補償型PID制御系の構造については文献17）の通りだが，本論文では省略する．
4.3 実験方法
本実験で取り扱うスミス補償型PID制御系，およびPFC
制御系のブロック線図をFig. 8に示す．本１リンクフィンガ
はアクチュエータへの印加圧力の増加により接触力を減少させ，また印加圧力の減少により接触力を増加させる機構

Fig. 7

Step response of 1-link finger with regulator andonly regulator⒜

PID control system with smith predictor⒝Fig. 8

⒜

Fr＝1N

⒝

Fr＝2N

⒞

Fr＝3N

PFC control system

Block diagram of control system used in this study

で扱うPFC制御系においては式⑴のような離散系状態空間モデルが必要であるため，同定した式 の連続系伝達関数
モデルを０次ホールドにより離散化後，状態空間モデルに変換した．
Fig. 7の実線は，１リンクフィンガシステムにおける電空レギュレータへの指令電圧に対するフィンガの接触力Fcontのステップ応答を示している．また破線は指令電圧に対す
る電空レギュレータからの出力圧力の変化量Δpoutのステッ
プ応答である．Fig. 7から，本制御対象には主に電空レギュ
レータの応答特性にむだ時間が存在することがわかる．そこで，PID制御系にはむだ時間補償の一つであるスミス補
償を適用したものを使用する．スミス補償とはプラントモ

Fig. 9デルを用いて見かけ上の制御対象の特性を変えて，むだ時
第43巻

第２号

― 12 ―

Experimental result of force control when angle ofﬁnger is 30°
2012年３月（平成24年）

永瀬・佐藤・嵯峨・鈴森：空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータのモデル予測制御

35

メータを減少させるほど速応性は向上するものの，プラント出力のノイズ成分やモデル化誤差の影響を受け易くなり
ロバスト安定性が低下する恐れがある．そこで，振動的な応答とならない最小のTCLRTを実験的に求めた．PIDおよびPFCのパラメータ調整の結果，PIDについては比例ゲインを‑1.2， 積 分 時 間 を0.45s， お よ び 微 分 時 間 を0.06sと し，
PFCにおいてはTCLRTを0.10sに設定した．
4.4 実験結果⒜

Fig. 9に，フィンガを角度30°において対象物のプレート

PID with Smith predictorと接触させた時の，PID制御系およびPFC制御系による力制御実験の結果を示す．Fig. 8より，オーバーシュート量を比較すると，目標値が１Nおよび２Nにおいては，いずれにおいても約0.5Nのオーバーシュートが見られたが，目標値が３Nの時においては，PID制御においては約0.6Nのオー
バーシュートが見受けられ，PFC制御についてはその半分以下の約0.25Nであった．次に，整定時間を比較すると，
PID制御については，目標値の低い順から，2.5s，2.4s，3.4s
であり，またPFC制御においては，0.7s，0.7s，1.3sであり，⒝

いずれの目標値においてもPFC制御の方が，PID制御に比PFC

Fig. 10 Force and input pressure when angle of ﬁnger is30°

べて整定時間が約２秒短い結果となった．特に，目標値３
Nにおいては，オーバーシュート量および整定時間ともに，PID制御の方が，顕著に低い制御特性を示す結果となった．

となっている．そのため，対象物と接触直後は，圧力の指この理由について考察する．Fig. 10は目標値３Nにおけ

令値が負圧になる可能性がある．しかしながら，本実験シる，PFC制御およびPID制御の場合のそれぞれの印加圧力

ステムにおける圧縮空気の供給源はコンプレッサーでありと接触力を示した図である．Fig. 10においてまずPID制御

負圧を与えるものでないため，印加圧力pに関して以下のにおいては，制御開始からしばらくは，印加圧力がリミッ

制約条件が存在する．

タで制限した下限値の０MPaであり，約0.4Nオーバー

p＞ 0―
そのため，PID制御系においては，PIDコントローラとシュートした約1.5秒後から，ようやく印加圧力が上昇し始めて接触力を減少させている．一方PFC制御においては，を満たすリミッターを設けた．また制御開始後の印加圧力は下限値の０MPaであるものの，接PFC制御系においても，PFCコントローラからの出力直後

触力が目標値付近となる約0.8秒で印加圧力が上昇し始めてにリミッターを設け，リミッターからの出力をプラントにいる様子が見受けられる．これは， 式に示す制約を設け入力するとともに，内部モデルにも入力した．PFCは，こたことによりPID制御においては積分コントローラによるのリミッターからの出力を内部モデルにも与えることで，ワインドアップ現象が生じたため，PIDはPFCに比べて過プラントの間に式18)

操作量に制約条件を容易に考慮することが可能となる ．

大なオーバーシュートが生じていると考える．また目標値

実験では，まずバルーンアクチュエータに0.2MPaの圧力

が１Nおよび２Nの場合は，３Nの場合ほどPFCとPIDとでを印加し，プレートと反対方向にフィンガを駆動させて非オーバーシュート量に顕著な差は見られないが，これは，接触状態にする．次に，その状態から印加圧力を１秒間に目標値が１N，２Nの時は目標値に達するための印加圧力

0.02MPaずつ減少させながら，フィンガ先端を対象物に近の減少量が比較的小さいため，制約条件の影響を受けにくづけていき，フィンガがプレートと接触後，力制御を開始

かったためであると考えられる．

させた．フィンガが接触する時のフィンガ角度は30°，60°，

しかしながら一方で，特に目標値３NにおいてPFC制御

90°の３条件に設定し，それぞれにおいて目標値をステッとPID制御に顕著な差が見られた他の要因として，制約条

プ状に１N，２N，３Nとそれぞれ与えた時の制御特性を調件に加えて，モデル化誤差の影響も考えられる．すなわち，

べた．

目標値１Nおよび２Nの場合における印加圧力範囲におい

PIDコントローラの各パラメータは，ステップ応答法をては，制御対象のモデル化誤差が大きいため，結果的に用いて求めた後，試行錯誤的に調整を行った．PFCコント

PIDとPFCでオーバーシュートに関して顕著な差が見られローラの調整パラメータは，基本的には，前述したようになくなった可能性が考えられる．そこでこの可能性につい希望する閉ループ応答時間TCLRTのみであるため，このパラて考察していく．本研究では制御対象を１次遅れ要素でモ

第43巻

第２号

― 13 ―

2012年３月（平成24年）

36

日本フルードパワーシステム学会論文集デル化したため，制御パラメータには時定数Tおよびゲイるに伴い，ゲインKは41.3から離れていくことがわかる．すンKが存在する．同定実験においては，各印加圧力におい

なわち，制御時におけるp0‑p値が0.03MPaより離れるほど，てそれぞれのパラメータにバラツキが見られたため，本研制御対象のモデル化誤差が大きくなり制御性能の低下を招究ではそれらの中央値をモデルパラメータとして同定した．

きやすくなることになる．本PFC制御実験における印加圧

同定実験により見られたバラツキは，時定数Tについては

力p0‑pの範囲は，フィンガがプレートと接触した瞬間を除

0.54s〜0.60s，ゲインKについては35.0 〜 47.5であった．時定

けば，目標値１N時においては，0.03MPa〜0.09MPa，また数については同定値が0.57sであるため，バラツキはわずか

目標値３N時においては0.06MPa〜0.09MPaであった．この±0.03sである．ここで議論しているのは，制御特性に大きことから目標値３Nの時の方が１Nの時に比べて制御対象な影響を与えた要因についてであるが，同定値0.57sに対すのモデル化誤差が大きいはずであり，前述において懸念しるバラツキ±0.03sが，制御特性に大きな影響を及ぼしたとた，目標値１Nおよび２Nの時において，３Nの時に対しては考えにくい．したがってここではゲインKについてのみ

モデル化誤差の影響で制御性能が低下したという可能性は言及していくことにする．実験により同定したゲインKは低いと考えられる．

41.3であるが，Fig. 6より，実際は印加圧力によってゲイン

Fig. 9より，目標値１Nおよび２NにおいてPFCとPIDでKに35.0〜47.5のバラツキが見られる．ゲインKが同定パラ

オーバーシュートに関してあまり差は見られないものの，

メータの41.3を示すときのp0‑p値は，Fig. 6より約0.03MPaで整定時間に関しては差が見受けられ，PID制御の方が，整あることがわかる．また，この0.03MPaより圧力が増加す

定時間が1.8s程長いことがわかる．PIDパラメータの調整に

Fig. 11

⒜

Fr＝1N

⒜

Fr＝1N

⒝

Fr＝2N

⒝

Fr＝2N

⒞

Fr＝3N

⒞

Fr＝3N

Experimental result of force control when angle ofﬁnger is 60°

第43巻

第２号

Fig. 12― 14 ―

Experimental result of force control when angle ofﬁnger is 90°
2012年３月（平成24年）

永瀬・佐藤・嵯峨・鈴森：空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータのモデル予測制御

きた．

より，Fig. 8の結果よりもPID制御における整定時間の短縮は可能であったが，このPIDパラメータにおいて目標値３

謝Nの時の制御特性を確認すると不安定な応答となった．つ

本研究の一部は，科学研究費まり制約条件の影響を最も受けやすい目標値３NにおけるPIDパラメータが，制約条件の影響をあまり受けない目標

37

辞若手研究（B）（課題番号23760246）の助成を受けたものである．

値の時の制御特性にも影響を及ぼす結果となった．

参 考 文 献バルーンアクチュエータはシリコーンゴムを膨張させて駆動させるため，ゴムの非線形性の影響で膨張量の違いに

１）Suzuki, K., Mito, G., Kawamoto, H., Hasegawa, Y., Sankai

よって力の応答特性が異なり，制御特性に影響を及ぼす恐Y.： Intention-Based Walking Support for Paraplegia

れがある．そこでフィンガが対象物と接触する時の角度θ

Patient with Robot Suit HAL, Climbing and Walking

をそれぞれ60°，90°としたときの制御特性を実験により確

Robots, p. 383‑408（2010）

認した．Fig. 11およびFig. 12に実験結果を示す．オーバー

２）http://www.h-e-i.co.jp/Products/e̲m̲g/ph̲sh̲2.html

シュート量はいずれの角度においても，30°の場合と同等３）http://www.ipss.go.jp/pp-newest/j/newest03/newest03.
aspの結果を示した．整定時間については，PID制御においては1.8s〜2.1sであり，またPFC制御においては0.4s〜0.8sとな

４）Suzumori, K., Iikura, S., Tanaka, H.：Applying a Flexible

り，角度を変えてもPFC制御の方がPID制御に比べて1s以Microactuator to Robotic Mechanisms, IEEE Control
Systems, Vol. 12, No. 1, p. 21‑27（1992）

上，整定時間が短い結果となった．また，対象物と接触する時のフィンガ角度を変化させても制御特性が低下しない

５）Noritsugu, T., Kubota, M., Yoshimatsu, S.：Developmentof Pneumatic Rotary Soft Actuator Made of Silicone

ことを本実験により確認できた．

５．結Rubber, Journal of Robotics and Mechatronics, Vol. 13,

言No. 1, p. 17‑22（2001）

本研究では空気圧バルーン型腱駆動アクチュエータを用

６）http://www.shadow.org.uk/products/newhand.shtml

いた１リンクフィンガのPFC制御による力制御特性を調べ，

７）http://www.festo.com/cms/en-gb̲gb/5001.htm

PID制御との比較評価を行った．以下に得られた結果をま

８）Saga, N., Nagase, J., Kondo, Y.： Development of a Tendon

とめる．

-Driven System Using a Pneumatic Balloon, Journal of Ro⑴ バルーンアクチュエータを用いた本フィンガシステム

botics and Mechatronics, Vol. 18, No. 2, p. 139‑145 (2006）

は，空気圧の減圧により接触力を高める機構となって

９）永瀬純也，嵯峨宣彦：空気圧バルーンを用いた腱駆動

いるが，空気の供給源はコンプレッサーであるため，

ロボットハンドの開発，計測自動制御学会産業論文集,

入力圧力は０MPa以上という制約条件が存在する．こVol. 9, No. 11, p. 76‑83（2010）

れの影響を受けて，積分器を有するPID制御系では，

10）Van Damme, M., Vanderborght, B., Van Ham, R., Verrelst,

立ち上がり時に入力が飽和することで積分器に入力がB., Daerden, F., Lefeber, D.：Proxy-Based Sliding Mode

蓄積してしまい，結果，ワインドアップ現象が発生すControl of a Manipulator Actuated by Pleated Pneumaticる問題が生じる．本研究では，このような問題に対し

Artiﬁcial Muscles, proc. of 2007 IEEE Internationalて，積分器の無くかつ制約条件を容易に考慮可能な

Conference on Robotics and Automation, p. 4355‑4360(2007）

PFC制御系を適用することで，PID制御系に比べ良好な制御特性が得られることを実験により確認できた．

11） Tondu, B., Braikia, K., Chettouh, M., Ippolito, S.：Second⑵ 実験においては，PID制御系においては制御量が整定

order sliding mode control for an anthropomorphic

するまで約1.8〜3.4sの時間を要していたが，PFC制御

robot-arm driven with pneumatic artiﬁcial muscles, 2009系においては整定時間は約0.4s〜1.3sとなり，PFC制御

9th IEEE-RAS International Conference on Humanoid系の方が最大で約2.1s素早く収束する結果となった．

Robots, p. 47‑54（2009）

また，実験条件によっては，PID制御の方がPFC制御

12）Yaegashi, K., Saga, N., Satoh, T.：Control of robot arm usingに比べて２倍以上のオーバーシュートが見受けられた．

pneumatic artiﬁcial muscle with spherical joint, Proc. of the⑶ バルーンアクチュエータはゴムを膨張させて力を発生

IEEE International Conference on Mechatronics &Automation, p. 1093‑1098（2005）

させるが，フィンガが対象と接触するときのフィンガ
角度によってゴムの膨張量が異なるため，ゴムの有す

13）Richalet, J., Abu el Ata-Doss, S., Arber, C., Kuntze, H. B.,

る非線形性の影響を受けて制御特性が低下する恐れがJacubasch, A., Schill, W.：Predictive functional control：

あるが，本制御実験において，フィンガの角度を変え

application to fast and accurate robot, Proc. of IFAC 10thても力制御特性の低下が見受けられないことを確認でWorld Congress, p. 251‑259（1987）

第43巻

第２号

― 15 ―

2012年３月（平成24年）

38

日本フルードパワーシステム学会論文集14）Richalet, J.：Industrial applications of model based

positioning axes, International Journal of Computers,

predictive control, Automatica, Vol. 29, No. 5, p. 1251‑1274

Communications & Control, Vol. Ⅲ, No. 1, p. 41‑50(2008）(1993）
15）Satoh, T., Saito, N., Saga, N.：Predictive functional control17）Smith, O. J.： A Controller to Overcome Dead Time, ISA
Journal., Vol. 6, No. 2, p. 28‑33（1959）

with disturbance observer for pneumatic artiﬁcial muscle
actuator, Proc. of the 1st International Conference on18）ジャック・リシャレ，江口 元：モデル予測制御―
PFC（Predictive Functional Control）の原理と応用―

Applied Bionics and Biomechanics （2010）16）Dieulot, J. Y., Benhammi, T., Colas, F., Barre, P. J.：Composite（小崎恭寿男 監修), 104, 日本工業出版（2007）

predictive functional control strategies, Application to

第43巻

第２号

― 16 ―

2012年３月（平成24年）

富岡・城田・田中・渕脇：三次元内部流動様式を考慮した油圧シリンダ内部の一次元温度予測法

39

研究論文

三次元内部流動様式を考慮した油圧シリンダ内部の一次元温度予測法＊
富 岡 弘 毅＊＊，城 田 勇 介＊＊＊，田 中 和 博＊＊＊＊，渕 脇 正 樹＊＊＊＊Precise and Practical 1D Analysis Method of Temperature in an
Oil-hydraulic Cylinder Chamber considering 3D Internal Flow
Kouki TOMIOKA, Yusuke JOTA, Kazuhiro TANAKA, Masaki FUCHIWAKI
It is important to study a precise and practical way to predict temperature rise of oil hydraulic systems. It is interestingwhether internal ﬂow patterns have any eﬀect on the temperature change in a cylinder. Nowadays, commercial CFD(Computational Fluid Dynamics) codes give accurate solutions of temperature as well as ﬂow patterns. The authors havecalculated the ﬂow pattern in a cylinder using a reliable CFD code and have found that there is characteristic vortex ﬂow
with a strong three-dimensional eﬀect on the ﬂow pattern, and the internal ﬂow patterns can be classiﬁed into two ﬂow
regions, a 3D vortex ﬂow pattern and a 1D parallel ﬂow pattern. So, it becomes possible to predict precisely and practicallythe temperature change in a cylinder by incorporating the diﬀerence of the internal ﬂow patterns with a modeling method
based on a lumped parameter system. A new method for prediction of temperature rise in a cylinder is proposed in thisstudy.
Key words：Oil-Hydraulic Cylinder, Temperature Prediction, CFD, Lumped parameter system, Vortex ﬂow pattern

1．緒予測に関する新しい考えを提案している．これらの研究は

言

集中定数系のシステムモデルを利用して遂行されている．

小型化，高圧化が進む近年の油圧装置においては，その装置の熱容量や放熱面積が小さくなるために，高負荷状態

本研究は，上記の富岡らの研究3）に引き続いて行われたものである．

や長時間の運転状態では各コンポーネントが高温になりや

一方，数値流体力学（以下，CFD）関する汎用解析コー

すい．作動油が高温になるとシステムの故障や停止，作動

ドは近年大きく発展してきており，流体解析のみならず熱油の劣化等を招く可能性が増大する．そのため設計段階で解析にも大きな力を発揮している．著者らは，信頼できるの油圧システムの温度予測は重要である．油圧システムの汎用コード4）を用いてシリンダ内部の流動解析を行い，三熱特性を数値計算によって得るためには，各コンポーネン

次元的流れの要素が非常に強いことを知った．また，そのトでの熱発生や熱移動を考慮しなくてはならない．近年，シリンダ内の流動様式が三次元的流動様式と一次元的流動

様々な研究者により油圧システムの熱発生・熱移動を考慮様式を持つ二つの領域に大別できることもわかった．した1）

した温度予測が行われてきた．Johanssonら は航空機用油がって，これらの流動様式が温度変化に大きな影響を及ぼ

圧アクチュエータシステムのモータからの発熱，油路からしていると考えられるが，CFD解析は膨大な時間を必要すの放熱等を考慮したシステム内の温度解析を行った．山本

る解析手法でありこれを常に利用するのは現実的ではない．

2）

そこで本研究では，その内部流動様式の特徴を考慮に入ら はクレーン車の油圧回路における熱発生や放熱を考慮
3）して温度解析を行っている．また，富岡ら は油圧配管内れたシリンダの温度予測を適切に行える現実的な一次元モの作動油と配管そのものと間の熱移動を考慮に入れた温度

デル化手法を提案する．このモデル化手法により，計算コ
ストが大幅に削減できる事が期待される．

＊

平成23年５月31日 原稿受付

2．主 な 記 号＊＊

日東電工㈱ 生産技術開発センター（所在地 愛知県豊橋市中原町字平山18）＊＊＊
キャノン㈱周辺機器事業本部（所在地 静岡県裾野市深良4202）＊＊＊＊

九州工業大学大学院情報工学研究院機械情報工学研究系（所在地 福岡県飯塚市川津680-4）（E-mail：kazuhiro@mse.kyutech.ac.jp）
第43巻

第２号

A

：シリンダ室内面の放熱面積

[m2]

a

：ポート一辺の長さ[m]b：側壁からポート中心までの長さ

[m]

cp

：定圧比熱

[J/
（kgK）
]

D

：シリンダ内径[m]― 17 ―

2012年３月（平成24年）

40

日本フルードパワーシステム学会論文集

E：内部エネルギー[J]

H：エンタルピー

[J]

h

：熱伝達率

]
[W/
（m2K）

N

：ピストンの往復運動周期

[s]

P

：圧力

[Pa]

Q

：体積流量

[m3/s]

Rc ：標準ポート径[m]

・
q ：流入熱量

[W]

T

：温度

[K]

t

：時間

[s]

U ：速度ベクトル

Fig. 1

が時間的に変化するので，シリンダ室内の内部エネルギー

[m/s]

V

：シリンダヘッド室体積

[m ]

v

：速度

[m/s]

3

W ：外部へ行う仕事率

[W]

x

：遷移位置

[m]

z

：管軸方向距離[m]の変化率は以下の式で示される．
⎛
dEc
dVcTc
dVc
dT ⎞
= cp ρ
= cp ρ ⎜ Tc
+ Vc c ⎟
dt
dt
dt
dt ⎠
⎝
示される．

：クロネッカーのデルタ

[−]

λ

：熱伝導率

[W/
（mK）
]

μ

：粘性係数

[Pas]

dVc ⎫
dTc
1 ⎧c ρ QT hA（T −T ）
=
⑷
p
i+
c
wall
c −cp ρ Tc
dt ⎬⎭dt cp ρVc ⎨⎩式⑷において，右辺第1項はピストンが移動する事によ

2：動粘性係数ρ ：密度⑶

式⑵，式⑶よりシリンダにおける温度変化は以下の式で

δν

Heat balance in a cylinder[m /s]

り流入もしくは流出する熱量，第2項はシリンダ内部とハ

3

ウジングとの間で移動する熱量，第3項はシリンダ要素の[kg/m ]

下付き添字

体積変化の各々の影響を示したものである．式⑷を数値解c：シリンダ室析する事によりシリンダ室の温度Tcを予測する事ができる．

in

：流入時

3. ２ CFDの支配方程式

p

：ピストン

本研究では，提案する一次元温度予測手法（以下，一次

1D ：一次元計算元モデル）の妥当性の検証をCFDによる三次元熱流動解析

3D ：三次元計算（以下，3D-CFD）の結果との比較により行う．3D-CFDは世界的に広く利用されており，信頼されている解析コー

3．数値解析手法

ド4）は信頼できる結果をもたらすものと考える．3D-CFDの支配方程式を式⑸〜⑺に示す．式⑸は連続の式，式⑹は

3. １ 油圧シリンダの温度予測一次元モデル
Fig. 1にシリンダヘッド室周りの熱バランスの概略を示す．

Navier-Stokes方程式，式⑺はエネルギー方程式を示す．
∂ρ+ ∇ •（ ρU ）= 0∂t

シリンダ室の温度は，流入･流出する作動油の熱量，作動油の容積変化，及びシリンダハウジングへ放熱される熱の

∂ ρU
⎛
T ⎛
= ∇ • ⎜−Pδ + μ（∇U +（∇U）+∇•（ ρ U ⊗U）
⎜ ⑹
）
∂t
⎝
⎝

バランスを考慮する事で算出される．熱力学の第一法則より以下の式が成り立つ．
dE
dH=+ q& −Wdt
dt∂ ρ H ∂P+ ∇ •（ ρ UH ）= ∇（• λ ∇T ）
−
∂t
∂t

⑴

流入･流出ポートにおいて作動油の圧力損失が無く，作動油が外部へ仕事をしないと仮定すると，シリンダ室にお⑺

なお，離散化手法は有限体積法を用い，格子形状は六面体の構造格子を用いる．

ける内部エネルギーの変化率は以下の式で示される．
dEc= cp ρ QTi + hA（Tcwall−Tc）
dt⑸

4．シリンダ温度予測一次元モデルの特性調査⑵

4. １ 解析対象および解析条件

if Q＞０（流入時） Ti＝Tin

式⑷の特性を調査するための例として，Fig. 2に示すシリQ＜０（流出時） Ti＝Tc

ンダの解析モデルを示す．このモデルは，複動ピストン型

ここで示すように，Tiは作動油がシリンダへ流入する場

シリンダのヘッド側を模擬しており，シリンダ内径が合は流入作動油の温度Tin，作動油がシリンダから流出する

100mm，初期長さが500mm，流入･流出ポートの大きさは場合はシリンダ室内の温度Tcと定義する．

10×10mm2の正方形である．境界条件として，ポートに

一方，シリンダピストンの動作に伴いシリンダ室の容積
第43巻

第２号

ゲージ圧0Paを与え，ピストンを周波数0.1Hz，振幅100mm― 18 ―

2012年３月（平成24年）

富岡・城田・田中・渕脇：三次元内部流動様式を考慮した油圧シリンダ内部の一次元温度予測法

Fig. 2

Test model of cylinder

Table 1Analysis conditions

Physical

ρ=860 [kg/m3]，=0.027 [Pas]

Properties

λ=0.13 [W/（mK）]，
cp=1894 [J/（kgK）]

Turbulence
ModelTime Step

41

Fig. 3Temperature change at cylinder

5）
SST（Shear Stress Transport）

1D（Eq.（4））：1.0×10−5 [s]3D-CFD：1.0×10−2 [s]Boundary

Inlet : Tin = 40 [℃], P=0.0 [Pa]Conditions

Wall : Adiabatic, Non-Slip Wall

Cylinder Motion

Frequency：0.1 [Hz]（sin wave）

Amplitude：100 [mm]Fig. 4Cell-dividing model of cylinder（3 cells）のsin関数で振動させる．温度の初期条件として室内に20℃を与え，流入する作動油の温度は40℃とする．本研究ではシリンダ内におけるエネルギー収支の影響のみを考慮する
ため，シリンダ面に断熱条件を与える．3D-CFDにおける格子数はNodes数が61000，Element数が57000である．解析
条件と作動油の物性値をTable 1に示す．
4. ２ 温度予測の結果
先ず，シリンダ室全体を一要素としてモデル化した一次元モデルと3D-CFDとのシリンダ室内の体積平均温度に関する計算結果の比較をFig. 3に示す．この図において横軸は
時間，縦軸はシリンダ内作動油の温度を示す．破線はFig. 5 Comparison between 3D-CFD and 1D-Model Analysis

4. ３ 解析領域分割数が温度予測精度に及ぼす影響

3D-CFDによる体積平均温度，実線は一次元モデルの結果

一般に，集中定数系でシステムをモデル化する際，要素を示す．この図から，流入時（7.5〜12.5s）では一次元モデ

分割数を増やすと高精度の解が求まることが知られている．

ルと3D-CFDでの温度上昇幅は同様であるが，流出時（12.5

そこで，本節では一次元モデルの予測精度を向上させるた〜17.5s）では一次元モデルの温度が一定であるのに対して

めに，解析領域を管軸方向へ複数分割する事により温度分

3D-CFDでの温度が低下している．この場合，一次元モデ

布を予測する計算を，３，
５，10分割の３種類について行っ

ルでは流入熱量がシリンダ室内全てに瞬時に拡散されるとた．なお，この計算ではFig. 4に示すように，容積が変化すいうモデルであるために領域全体で温度が平均化される結る要素は最もピストンに近い要素のみであり，他の要素は果，流出時には温度変化がない．一方，3D-CFDでは流入一定体積とした．よって，この要素のみ式⑷を用いて計算した高温の作動油が流入･流出ポート付近にとどまり，流を行い，その他の要素では式⑷の最終項を除いた式を用い出時にその高温の作動油から流出するため体積平均温度が解析を行う．シリンダ室を３，
５，10分割した一次元モデ低下する．この違いが一次元モデルと3D-CFDの誤差要因

ルからと3D-CFDから得られたシリンダ体積平均温度を比となっている．よって， シリンダの温度予測において，シ

較した結果をFig. 5に示す．３分割，５分割と分割数が増加

リンダ室を一要素として式⑷を計算するのみでは予測精度するにつれて一次元モデルは3D-CFDの結果に漸近するが，が十分でない事が明らかになった．

10分割時には逆にその差（以下，誤差）が大きくなる．
次に，分割数と誤差の関係をFig. 6に示す．横軸は解析領

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日本フルードパワーシステム学会論文集

Fig. 6

Fig. 7

Streamlines at cylinder chamber

Fig. 8Temperature change at cylinder

Fig. 9Error of Temperature at Cylinder

Prediction error of temperature at cylinder

域分割数，縦軸は式⑻で定義される体積平均温度の無次元
誤差（２周期平均）を示す．
Error =

1 2N T3D − T1D
dt
∫
T3D
2N 0

⑻

Fig. 6より，分割数が6分割までは誤差が減少するが，それ以上では誤差が次第に増加する事がわかる．この原因は一次元モデルの分割方法に問題があると考えられる．
Fig. 7に，ピストンが最大変位−100mmから中立位置（初期位置，変位０mm，ピストン移動速度が最も速い位置）に移動した場合の，3D-CFDの結果から得られたシリンダ
ヘッド室内の流線を示す．この図において，シリンダ端部から管軸方向に100mm間隔で目印を設けている．この図から，ポートに近い領域では強い三次元渦流れが生じ，その流れ場が管軸方向へ移動するに従い減衰し一次元平行流に遷移している，すなわち，シリンダ室内の流れ場は渦を伴う三次元流れ場領域と一次元流れ場領域に大別してモデル化できる事が分かる．Fig. 5では，温度分布が複雑で不均一になる三次元渦流れ場領域を単純分割して一次元でモデル化したために不適切な結果になったと考えられる．

5．シリンダモデルの改良本研究で提案する新しい一次元モデルにおいては，計算領域を三次元流れ場領域と一次元流れ場領域に分割し計算を行う．3D-CFDで得られたシリンダ内部流れ場（Fig. 7）から，三次元流れ場領域から一次元流れ場領域に遷移する位

位置xが200mmの時，いずれの分割数の時でも誤差が最小

置（以下，遷移位置）は200mm付近あると判断し，０mm 〜となる．この場合は，これは遷移位置が200mm付近にある

200mmは三次元流れ場領域，200mm以降は一次元流れ場領ためだと考えられる．以上より，シリンダモデルを用いて域として，一次元流れ場領域のみ３，５，10分割し，それ精度良く温度予測を行う場合，一次元流れ場領域の分割数

ぞれにおいて計算を行った結果をFig. 8に示す．一次元流れ

のみならず，遷移位置xの決定も重要である事が明らかに場領域の分割数が３，
５，10と増加するにつれ，一次元解なった．

析が3D-CFDの結果に漸近する．よって，一次元モデルの6．シリンダ一次元モデルの一般化作成では，三次元流れ場領域は分割せず一要素でモデル化
し、一次元流れ場領域のみ複数分割する事で温度予測精度が向上する事が明らかになった．

一次元モデル作成に必要な遷移位置の値は物性値や形状によって変化する．そのため，提案した一次元モデルが汎次に，遷移位置の変化に伴う，分割数と予測精度の関係用性を持つためには遷移位置決定法の一般化が不可欠であをFig. 9に示す．この図において，横軸は解析領域の分割数，る．そこで，これ以後は円形ポートを基準にして考えてい縦軸は式⑻を用いた誤差[% ]を表す．このグラフから遷移

くこととする．参考のため，Fig. 10に円形ポートの3D-CFD

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富岡・城田・田中・渕脇：三次元内部流動様式を考慮した油圧シリンダ内部の一次元温度予測法

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計算用格子図を示す．計算精度を向上させるため，円形ポートの付近はテトラメッシュを用いている．
本研究では，各パラメータにおける長さの次元に対して，
その方向依存性を考慮した方向性次元解析6），7）を適用して遷移位置決定の一般化を行った．遷移位置に影響を及ぼす
三次元流れ場領域での渦の大きさはピストン移動速度にも依存すると考えられるので，本研究ではピストン速度は一定とした．Table 2に計算条件を示す．
次に3D-CFDから算出する遷移位置の定義について述べる．円形ポート径=10mmの場合の管軸方向各断面におけるFig. 10 Grid generation with tetra type mesh around inlet port

管軸方向渦度の分布をFig. 11に示す．この図において，横軸は管軸方向位置，縦軸は管軸方向渦度の最大値に対する各位置断面内における管軸方向渦度の割合を示す．この分布
図はポート形状に依らずほぼ同様となる．本研究では3D-CFDより算出した管軸方向渦度の最大値から95%減衰す
る位置を遷移位置と定義し，ピストン移動開始から流れ場が安定する３秒後の値を遷移位置として決定した．
遷移位置に影響するパラメータをFig. 12に示す．本研究では方向性次元解析を適用するため，各パラメータにおける長さの次元を [Lx]，[Ly]，[Lz]の三軸方向に分離して考える．各パラメータの次元はシリンダ内径D [Lz]，ピストン移
動速度vp [Lx/s]，ポートでの流入速度vin [Lz/s]，ポート径aFig. 11[Lx]，シリンダ端部からポート中心までの長さb [Lx]とした．

Location of dividing ﬂow patterns (10x10[mm2] inRectangular port and =10[mm] in Circular port)

また作動油の物性値の影響を考慮するため，作動油の粘性係数 μ [kgLz/LxLys]，及び作動油の密度ρ [kg/LxLyLz] をパラメータとして選択した．これらのパラメータをもとにバッキンガムのπ定理をもちいた方向性次元解析を行うと，以下の無次元数の関係式が導出される．
D ρDvp , ρDvin , b , x
⋅
a
a a
μ
μ

（
F

）
=0

⑼

式⑼り，遷移位置xを で無次元化したx/aは，vpを代表速度としたレイノルズ数とD/aの積（D/a）（
･ ρDvp/μ），vinを代表速度としたレイノルズ数ρDvin/μ，及びbをaで無次元化した
b/aの３つの無次元数の関数になる事が分かる．3D-CFDの結果から得られた遷移位置と一致するように各未知定数をFig. 12

Parameters of dimensional analysis

Fig. 13

Non-dimensional directional analysis

決定するとρDvin/μ=2.3×104を境に以下の２式が導出される．
ρDvin/μ＞2.3×104
x
D ρ Dvp
a = 1.44 a ⋅ μρDvin 0.19 b 0.27
μ
a

）
（）

⑽

x
D ρDvp −0.69 ρDvin 0.96 b 0.098
a = 0.015 a ⋅ μ
a
μ

⑾

（

−0.014）（

ρDvin/μ2.3＜×104（

Table 2）（）（）

Conditions for dimensional analysis

Cylinder diameter

D=0.07, 0.1, 0.15 [m]Piston velocity

Vp= 0.05, 0.1, 0.15 [m/s]

Kinematic viscosity

32×10−6, 11.5×10−6 [m2/s]

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日本フルードパワーシステム学会論文集

x/aのレイノルズ数依存性を確認する．式⑽，式⑾から得られたx/a（上記のレイノルズ数領域

に対して，各々○印と△印で表示）と3D-CFDから得られたx/a（レイノルズ数の各領域に対して●印と▲印で表示）を比較したグラフをFig. 13に示す．この図において，横軸はvinを代表速度としたレイノルズ数ρDvin/μ，縦軸は遷移位置x/aを表す．
レイノルズ数が105近傍を境にしてグラフの傾きが異なっている．これはレイノルズ数が105を超えると三次元渦流れ場
がピストン方向に拡張され，渦の形成過程に違いが出てくるためである．この図から，上記の２式で予測された遷移
位置の値と3D-CFDより得られた結果との差は最大で約14%であり，両者はよく一致している事が分かる．よって，この予測式を用いれば遷移位置が算出可能である事が明らかになった．
そこで，一般的なシリンダ形状に対する予測式の適用可

Fig. 14

Area of prediction equation

Table 3Calculation time and error

能性をカタログ8）を参考に調査した結果をFig. 14に示す．この図において横軸はシリンダ径D，縦軸は標準ポート径Rc
をDで無次元化したRc/Dを表す．標準ポート径とはシリン

CPU Power

ダの型とDから規定されているポート径である．本研究におけるポート径aの決定の仕方は以下の方法によった。

Pentium Xeon

⑴ 16種のDに対する許容ピストン移動速度vpを選出．

3.6 GHz⑵ シリンダの型とDからRcを読み取る（a=Rc）．

Calculation time
1D Analysis（10 cells）
3D-CFD

10 [s]

Error
1 [%]

1.9×10+5 [s]⑶ 配管での平均流入速度vinを計算する．vin>7.0m/sの場合は出力が低下するため，この場合にはポート径を１規格になった．

大きなものに再設定して繰り返し計算する．

7．結⑷ vin<7.0m/sを満足するポート径 を最終的に決定．
これにより決定されたシリンダ（26種）の全てについて

言

油圧シリンダにおける集中定数系一次元モデルを用いた

3D-CFD計算した結果と式⑽，⑾での予測結果との対応を

温度予測手法の提案を行った．

Fig. 14は示している．カタログに掲載されているシリンダ⑴ シリンダヘッド室全体を一要素とする一次元モデルはの型は何種類もあるが，ここではクッション室がない低圧（3.5MPa程度）駆動の省スペース型油圧シリンダを扱って温度予測の計算モデルとしては不適切である．
⑵ シリンダ内の温度予測においては，要素分割数を単純おり，Rc/Dの値を基準として三種類Series A，B，Cに集約に増やしても予測精度は向上しない．高精度の予測には，して比較した．

三次元渦流れ領域と一次元平行流れ領域とを大別して，前者を一要素としてモデル化し，後者を要素分割するここの図から，大きめのDの場合は式⑽で，小さめのDのとが重要となる．

場合は式⑾で遷移位置を表現することが可能である事がわかる．この結果より，調査したシリンダ形状は提案された⑶ 方向性次元解析により一次元モデルにおける高精度温予測式の適用範囲内にあり，遷移位置の予測が可能である度予測手法の一般化を行った．本研究で提案した式⑽，と言える．今回提案した予測式は，少なくともクッション⑾は，シリンダ内での遷移位置の算出を可能とし，これ室がない場合については一般的なシリンダ形状に対して適を利用した一次元モデルは少なくとも実用の省スペース用可能である事が明らかとなった．

型シリンダには適用可能であることが明らかとなった．

最後に計算時間について述べる．一次元計算（10分割）

参 考 文 献と3D-CFDの計算時間を比較した結果をTable 3に示す．今回の計算では，実時間で20sを解析するのに3D-CFDでは1.9×

１）JOHANSSON B., ANDERSON J., KRUS P：Thermal＋5

10 s を要したのに対し一次元計算は10s 程度であり計算コ

Modeling of an Electro-Hydrostatic Actuation System,

ストが大幅に削減できている．また，一次元計算と三次元

Recent Advance in Aerospace Actuation System and

計算の体積平均温度の誤差は一次元計算において式⑽と式Components, June 13-15, Toulouse, France（2001）⑾を用いて遷移位置を設定した場合約１%程度となり，一２）YAMAMOTO K., TANAKA K., NAKANISHI M.,

次元計算においても高精度の解析が実行可能な事が明らか

TARUMI S.：Analysis of Dynamic Behavior of a

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2012年３月（平成24年）

富岡・城田・田中・渕脇：三次元内部流動様式を考慮した油圧シリンダ内部の一次元温度予測法

HydraulicandPneumatic

Suspension

Model for Engineering Applications, AIAA JOURNAL,

IncludingVol. 32, No. 8, p. 1598‑1605（1994）

Temperature Change Eﬀect, Proceedings of 5th Tri. Int.
Symp. on Fluid Control, Measurement and Visualization

45６）甲藤好郎･小出勉：方向性次元解析と相似解に関する覚書，航空技術研究所資料，
Vol. 9，p. 1‑12（1963）（FLUCOME97）, Vol. 1, p. 457‑462（1997）３）富岡弘毅･田中和博･四元博章･永山勝也：油圧配管に

７）智田喜久二：流体と固体の伝熱が連成する熱伝達につおける熱発生･熱移動解析と動特性解析との結合，日いて―方向性次元解析の立場からする一般的検討―，

本フルードパワーシステム学会論文集，Vol. 36, No. 3，

日本機械学会論文集（B）, Vol. 40, No. 335, p. 2020‑2026

p. 165‑170（2005）（1974）

４）ANSYS CFX-Solver，Release 10.0：Theory，p. 26‑27，８）太陽鉄工株式会社，油圧機器総合カタログ，Vol. 9（2005）ANSYS Europe（2005）
５）Menter, F. R.：Tow-Equation Eddy-Viscosity Turbulence

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昭和47年10月19日第４種学術刊行物認可
平成24年３月15日発行（奇数月）

Vol.43 No.2
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