研究シーズ集

2021年1月版

研究シーズ 一覧
理工学部 総合理工学科
整理番号 研究シーズ

所属

研究者名

2016-009 明星大学天文台の紹介～教育・研究及び天文台普及活動について～

物理学系

井上 一、小野寺幸子

時間遅れを導入した遺伝子回路におけるカオスの発現 ～一つの遺伝子の自己制御に対する時間
物理学系
遅れの導入～
時間遅れを導入した遺伝子回路におけるカオスの発現 ～二つの遺伝子の自己制御に対する時間
2016-011
物理学系
遅れの導入～
生命科学・化学2016-012 高周波数の超音波による霧化とその応用 ～超音波照射による化学発光と化学反応の定量系
生命科学・化学2016-013 超音波を用いた化学反応（ソノケミカル反応）系
生命科学・化学2016-014 超音波が切り拓く化学の新世界
系
生命科学・化学2016-015 環境に優しく、無駄なく、効率的な合成 ～光学活性化合物の新規合成法
系
生命科学・化学2016-016 環境に優しく、無駄なく、効率的な合成 ～再利用可能な環境調和型触媒の開発
系
生命科学・化学2016-017 有機金属錯体によるナノワイヤーの創生 ～機能性分子のナノワイヤー化とその特性～
系
生命科学・化学2016-018 有機金属錯体による磁性体の創製 ～磁性ナノワイヤーとフェリ磁性体及びその特性～
系
生命科学・化学2016-019 NMRによるタンパク質-低分子リガンド相互作用解析～WaterLOGSY法とSTD法の比較と応用～系
NMRによるタンパク質-低分子リガンド相互作用解析～低分子リガンドシグナルの選択的検出方法 生命科学・化学
2016-020～
系
生命科学・化学2016-021 化学 – 生物相補的合成プロセスによる 有用物質の合成系
2016-010

鈴木 陽子
鈴木 陽子
原田 久志
原田 久志
原田 久志
松本 一嗣
松本 一嗣
西條 純一
西條 純一
田代 充
田代 充
冨宿 賢一

2016-022 グランドピアノ譜面台の開発 ～新規開発譜面台による音響効果

機械工学系

亀井 延明

2016-023 遠隔看護支援システムの開発～テレナーシングシステムの適用例

機械工学系

亀井 延明

2016-024 感性工学による高音質音楽用CDの開発 ～録音技術のあり方と音楽表現の可能性～

機械工学系

亀井 延明

2016-025 “人に優しいもの作り”をテーマに展開

機械工学系

亀井 延明

2016-026 歩行バランスを考慮した靴の設計開発～職人の靴作りから学ぶオーダー靴製作システム～

機械工学系

亀井 延明

2016-027 環境にやさしいマイクロバブル発生装置の開発～旋回水中翼を用いた水中への高効率気泡導入～ 機械工学系

熊谷 一郎

2016-028 船舶の摩擦抵抗低減を微小気泡で実証～翼の負圧を利用して微小気泡を船底に誘導する～

機械工学系

熊谷 一郎

2016-029 遠隔操縦や自律移動できるロボットの開発

機械工学系

山崎 芳明

2016-030 マニピュレータによる熱源探索法の開発～遠隔操縦型レスキューロボットへの適用～

機械工学系

山崎 芳明

2016-031 宇宙エレベーターチャレンジ用クライマーの開発 ～機構系と走行実験による各種センサ計測～

機械工学系

山崎 芳明

2016-032 自律走行レスキューロボットの開発 ～障害物走行時の傾斜補正と熱源検出～

機械工学系

山崎 芳明

2019-009 遠隔操縦や自律移動できるロボットの開発と ＡＩ応用研究

機械工学系

山崎 芳明

2016-035 耐熱CFRP製ハニカムサンドイッチパネルの開発～軽量・高剛性に高温耐久性を付加する～

機械工学系

小山 昌志

2016-039 スターリングエンジン発電給湯システムの開発～省エネルギーと環境負荷低減を目指して～

機械工学系

齊藤 剛

レーザーブレークダウン着火方式による内燃機関の運転特性～高効率化と低環境負荷を目指して
機械工学系
～

齊藤 剛

2016-040

2016-041 防災機能の高いクラスター型スマートグリッドの研究

電気電子工学系 伊庭 健二

2016-042 スマートコミュニティと電力系統網の共栄の研究

電気電子工学系 伊庭 健二

2016-043 再生可能エネルギーの出力安定化のためのNAS電池の運用制御の調査研究

電気電子工学系 伊庭 健二

2016-044 再生可能エネルギーの運用計画に関する研究

電気電子工学系 伊庭 健二

2016-045 人工衛星の光学系に関する研究

電気電子工学系 宮村 典秀

2016-046 超小型衛星と新しいリモートセンシングセンサの研究

電気電子工学系 宮村 典秀

2016-047 太陽電池パネルの発電量を最大化する方法 ～気象環境の変化に追従した発電量制御技術～

電気電子工学系 星野 勉

2016-048 「電力の仮想的色づけ」を用いたEV充放電 ～充放電時の電力売買インセンティブ～

電気電子工学系 石田 隆張2016-049 リチウムイオン電池の劣化診断 ～急速充電時のデータから準リアルタイムで推定～

電気電子工学系 石田 隆張2016-052 ビーム走査可能な漏洩波アンテナの開発 ～電圧制御による全方向へのビーム走査を実現する～

電気電子工学系 小寺 敏郎

2016-053 ビーム走査可能な漏洩波アンテナの開発 ～周波数制御による全方向へのビーム走査を実現する～ 電気電子工学系 小寺 敏郎
2016-054

人工ジャイロ磁性特性の各種マイクロ波への応用 ～磁性体を一切含まない非可逆メタマテリアルの
電気電子工学系 小寺 敏郎
利用～2018-004 ESP32-PICO-D4によるアダプティブアンテナ技術のWeb Radioへの適応

電気電子工学系 小寺 敏郎

都市域でのヒートアイランド現象を緩和する～都市気候・建物エネルギー連成数値モデルの開発と2016-055
適用～

環境科学系

亀卦川 幸浩2016-060 廃棄物最終処分場の高pH浸出水対策技術の検討

環境科学系

宮脇 健太郎2016-061 廃棄物最終処分場の高pH浸出水対策技術の検討

環境科学系

宮脇 健太郎2016-062 廃棄物最終処分場の不燃破砕残渣からの浸出水による環境への影響評価

環境科学系

宮脇 健太郎2016-066 変異・融合酵母による草本系バイオマスからのエタノール発酵技術の開発

環境科学系

田中 修三

草木質バイオマスからの高効率エタノール生産技術の開発 ～Trichoderma reesei 変異によるセル
環境科学系
ラーゼ活性の改良～
草木質バイオマスからの高効率エタノール生産技術の開発 ～亜塩素酸塩処理と重曹熱処理による
2016-068
環境科学系
稲藁の前処理～草木質バイオマスからの高効率エタノール生産技術の開発～キシロース利用酵母の変異処理とプロ
2016-069
環境科学系
トプラスト融合～2016-067

田中 修三
田中 修三
田中 修三

2016-071 広域大気汚染の発生メカニズムと抑制～大気汚染の動態解析、発生源の特定と抑制対策～

環境科学系

櫻井 達也

2016-072 水圏生態系の捕食者の捕食圧を高めて 有害ラン藻の異常発生（アオコ）を抑制する

環境科学系

岩見 徳雄

2017-004 アルミニウムの水平リサイクルに向けた現場計測技術の開発

環境科学系

上本 道久

2017-005 マグネシウム材料中の微量元素定量法に関するJISおよびISO標準化

環境科学系

上本 道久

2019-003 非可食性バイオマスポリマーを原料とする機能性ナノ材料の創成

環境科学系

吾郷 万里子2019-007 気象の極端現象化での生態系機能最大化に向けた土地利用法の提案

環境科学系

柳川 亜季

2019-008 次世代に残すべき農地の多面的機能の評価〜生物多様性保全機能を指標として〜

環境科学系

柳川 亜季

2016-063 都市再生と広域連携の計画策定に向けて ～広域交通網の整備が進む多摩地域を事例として～

建築学科

西浦 定継

2016-074 流量観測による都市部小水力発電の可能性 ～地域で考える自然エネルギー～

建築学科

藤村 和正

建築学部
整理番号 研究シーズ

スロッシングを利用した木造建築物の制振機構に関する研究～2層軸組模型の小屋組内に水槽を設
2016-075
建築学科
置した制振機構～
スロッシングを利用した木造建築物の制振機構に関する研究～鉄板を柱とした四柱模型に設置した
2016-076
建築学科
制振機構～

年縄 巧
年縄 巧

2016-077 建築構造物の地震被害軽減へ向けて～三方向同時加振振動試験装置で分かること～

建築学科

年縄 巧

2016-078 地震動時の揺れに対する免震機構～上下方向の力を水平方向に変換する～

建築学科

年縄 巧

2016-079 建設廃棄物の地盤材料への有効利用技術の開発

建築学科

矢島 寿一

2016-080 清掃工場から発生する溶融スラグの 地盤材料としての評価

建築学科

矢島 寿一

2016-085 歴史的建造物を地域資源とするまちづくりの提案

建築学科

齊藤 哲也

歴史的建造物を地域資源とするまちづくりの提案 ～旧青梅街道周辺の歴史的建造物を現代に生か
建築学科
す～
建築学系の学生協業による挑戦的なワークショップ ～用意された答えのない問題へ取り組む力の育2016-087
建築学科
成～2016-086

齊藤 哲也
齊藤 哲也

2016-088 地域連携による自然資源の活用提案 ～森とひとの持続的な共生方法と間伐材の有効活用～

建築学科

齊藤 哲也

2016-089 日野の冬フェスタ：市民・役所・学生のつながり～地域で作るイルミネーション空間～

建築学科

高橋 彰子

2016-092 現代社会における「集まり祈る空間」の設計～幼稚園に隣接した教会と修道院の設計～

建築学科

村上 晶子

2016-093 クリーニング工場内の温熱環境の改善に向けて～窓の開閉状況が作業環境に与える影響～

建築学科

小笠原 岳

2016-094 適切な管理で「橋」の寿命を延ばす～橋梁調査による補修・補強方法の提示～

建築学科

鈴木 博之

2016-095 鋼橋の補修・補強工事用ねじ～スレッドローリングねじで接合された継手の静的強度～

建築学科

鈴木 博之

整理番号 研究シーズ

所属

研究者名

2016-096 音楽と流体工学のハイブリッド

情報学科

横山 真男

2016-097 音質の違いを周波数で解析する～ヴァイオリンとチェロを用いた音質の評価法～

情報学科

横山 真男

2016-098 容器からの液だれを防止する～液垂れ発生原因の解析と防止法を解明する～

情報学科

横山 真男

2016-099 スプラッシュ現象を科学的に解明する～実験を数値シミュレーションで再現する～

情報学科

横山 真男

2016-102 並列処理による計算機システムの高性能化・低消費電力化

情報学科

和田 康孝

2019-002 あらゆるコンピュータシステムの高性能化・高効率化にむけて

情報学科

和田 康孝

2016-103 色空間をリアルタイム映像上で視覚表現 ～色空間と2次元映像を融合して3次元化する～

情報学科

尼岡 利崇

2016-104 距離空間における非言語コミュニケーション ～数学的モデルによる拡張現実の創生を目指す～

情報学科

尼岡 利崇

2017-002 生体信号（脈波、呼吸、体動、いびき）計測技術の開発

情報学部

情報学科

中村 哲夫

視覚的コンテキストによる検索結果提示とナビゲーションの可能性 ～作業の自動化で生産性を高情報学科
2017-003
める～

丸山 一貴

2018-001 大規模データの収集および分析の研究～GISを用いて新たな価値や課題を可視化する～

情報学科

佐藤 浩志

2019-001 画像・映像を中心としたマルチメディア認識技術

情報学科

植木 一也

整理番号 研究シーズ

所属

研究者名

2016-105 軽量・高強度・高熱伝導材料の研究開発

教育学科

清宮 義博

2016-106 超音波振動を用いた高濃度・ナノバブルオゾン水製造装置

教育学科

清宮 義博

放熱性の高い材料を遠心鋳造技術で作製する～アルミニウムと窒化アルミニウムによる傾斜機能
教育学科
2016-107
材料～

清宮 義博

教育学部

デザイン学部
整理番号 研究シーズ

所属

研究者名

2016-110 ミクストメディアによる作品制作

デザイン学科土田 俊介

2018-002 リハビリテーション運動の達成度をフィードバックするアートプログラム・デバイスの開発

デザイン学科吉岡 聖美

2018-003 キッズデザイン： 患児のための「能動アート」プログラム開発

デザイン学科吉岡 聖美

整理番号 研究シーズ

所属

研究者名

2016-112 LSIを構成するIP回路ブロックの開発 ～新機能・高性能セルライブラリの構築による応用展開～

連携研究センター 大塚 寛治

連携研究センター

2016-113

チップからボード、ケーブルまでのSI、PI一環設計 ～エバネッセントエネルギー、プラズモニクス等連携研究センター 大塚 寛治の利用～

2019-004 はんだや接着剤を使わない常温直接接合技術の開発

連携研究センター 須賀 唯知

2019-005 表面活性化結合の拡張～従来困難だったポリマーやガラスなどの透明常温接合が可能に～

連携研究センター 須賀 唯知

2019-006 産業界と大学をつなぐ産学連携コンソーシアム電子実装工学研究所（IMSI）

連携研究センター

須賀 唯知、大塚寛治

研究シーズ：2016-009

明星大学天文台の紹介～教育・研究及び天文台普及活動について～
研究者名：
所

Hajime Inoue
井上 一
小野寺 幸子 Sachiko Onodera

属： 理工学部 総合理工学科 物理学系 教授、准教授

専門分野： 銀河天文学、電波天文学、高エネルギー天文学、
X線天文学

キーワード： 渦巻銀河、銀河の力学構造、星間物質、星形成、中性子星・ブラックホール、宇宙の高温ガス
研究概要
天文学は、人類が、自分たちを取り巻く宇宙と、その中での自分たちの生い立ち・行く末をさぐる中で確立してきた、基礎的で先端的な学問です。人類として、広く私たちの環境を知り、地球と文明の未来を考える上で、必要不可欠な学問と言えます。人類の宇宙観は、天文学の進展によってダイナミックに変革をとげてきました。今や、私たちは、さまざまな観測手段により、宇宙の生きてきた時間を遡り、宇宙137億年の歴史を、ほぼ見渡すことができます。
私たちの研究室では、天文学・天体物理学について教育・研究を行っています。その他に、市民の方たち向けの天体観望会、近隣の小中学生向けの夏休み体験教室などを開催して、明星大学天文台の普及活動も行っています。
明星大学天文台（天体観測ドーム）の主な望遠鏡群
 リッチクレチアン型反射望遠鏡、ガイド望遠鏡付き 赤道儀式架台、コンピュータ制御駆動装置、シュミットカセグレン型反射望遠鏡他
夏休み体験教室と天体観望会の主な内容
 天体観測、太陽観測、黒点観測、日食・月食観測等

図2 天文台で撮影した画像 (左)月 (右)子持ち銀河M51

図1

明星大学天文台と望遠鏡

図3

金環日食

図4

体験教室の様子

応用例・用途 最新の宇宙像とそれらの基本的な理解を進める躍動的な天文学について学ぶことができます。
 地域に開かれた天文台であり、天体観測を通して天文学と宇宙をやさしく学べます。

研究設備
 本文中に記載以外の主な研究設備：太陽観測用Hα望遠鏡、冷却CCDカメラ

お問合せ先：明星大学 教育研究情報センター〒191-8506 東京都日野市程久保2-1-1
Tel: 042-591-5097 Fax: 042-591-5644
e-mail: liaison@meisei-u.ac.jp
http://corec.meisei-u.ac.jp/

研究シーズ：2016-010

時間遅れを導入した遺伝子回路におけるカオスの発現～一つの遺伝子の自己制御に対する時間遅れの導入～
研究者名：
所

鈴木 陽子

Yoko Suzuki

属： 理工学部 総合理工学科

物理学系

准教授

専門分野： 数理物理・物性基礎
キーワード： 生物物理、統計力学
研究概要
細胞を機能させたり維持する上で、遺伝子ネットワークは極めて重要な働きをしています。遺伝子回路の理論的な研究においては、定常状態における振る舞いに着目することが多く、時間遅れを入れて考えることはあまり行われておりませんでした。我々は、1～2の遺伝子からなる回路でさえも、転写抑制や転写促進に対して時間遅れを取り入れることにより、時間遅れのない場合に比べて様々な動的挙動を示すことを数値シミュレー
ションを用いることによって、明らかにしました。ここでは、その例として、図1のような自己制御を伴う1つの遺伝子からなる単純な遺伝子回路に時間遅れを導入した場合についての結果を紹介します。

a

b

c

図1 遺伝子回路モジュール（遺伝子A）a：1つの自己転写抑制ループ、b：2つの自己転写抑制ループ、
c：2つの自己転写抑制と1つの自己転写促進のループ、t：遅延時間

 自己制御を伴う遺伝子Aの遺伝子回路に時間遅れを導入
 1つの自己転写抑制ループを持つ遺伝子（a）遅延時間（t）が短い（< 3.1分）と発現及び分解するタンパク質
濃度変化は定常状態、長くなると周期性を示す（図2）。
 2つの自己転写抑制ループを持つ遺伝子（b. 図3：左）
t2 時間依存的タンパク質濃度の最大値に対する分岐図（上図、 t118分の時）で、t2 < 4.2分或いは> 4.9分では周期性、それ以外では非周期性を示す（上図、中図）。
T118分、t2 4.65分の時のタンパク質濃度変化は、非周期性且つ弱カオス（下図）であることが分かる。
 2つの自己転写抑制ループと1つの自己転写促進ループを持つ遺伝子（c. 図3：右）t118分、t28.0分時のt3時間依存的タンパク質濃度の最大値に対する分岐図（上図）で、t3が11～13、14～15、18～19分では非周期性を示す（上図、中図）。t312.5分の時のタンパク質濃度変化は、非周期性且つ強カオス（下図、強カオス発現に特徴的な非周期スペクトル）であることが分かる。

b

図2

定常状態と特徴的周期性c

タンパク質発現解析

時間微分解析

タンパク質発現スペクトル解析
周期的に近いピーク（左下図）と非周期的なピーク（右下図）

図3 弱カオス挙動（左）と強カオス挙動（右）P：周期的（Periodic）、QP：準周期的（Quasi-Periodic）、WC：弱カオス的（Weak Chaotic）、SC：強カオス的（Strong Chaotic）

応用例・用途 遺伝子回路をモジュールとして扱うことで、細胞の振る舞いを説明することが可能になります。
 免疫システムを妨害する腫瘍細胞のカオス的挙動の解明にも役立ちます。

研究設備
お問合せ先：明星大学 教育研究情報センター〒191-8506 東京都日野市程久保2-1-1
Tel: 042-591-5097 Fax: 042-591-5644
e-mail: liaison@meisei-u.ac.jp
http://corec.meisei-u.ac.jp/

研究シーズ：2016-011

時間遅れを導入した遺伝子回路におけるカオスの発現～二つの遺伝子間の相互作用に対する時間遅れの導入～
研究者名：
所

鈴木 陽子

Yoko Suzuki

属： 理工学部 総合理工学科

物理学系

准教授

専門分野： 数理物理・物性基礎
キーワード： 生物物理、統計力学
研究概要
細胞を機能させたり維持する上で、遺伝子ネットワークは極めて重要な働きをしています。遺伝子回路の理論的な研究においては、定常状態における振る舞いに着目することが多く、時間遅れを入れて考えることはあまり行われておりませんでした。我々は、1～2の遺伝子からなる回路でさえも、転写抑制や転写促進に対して時間遅れを取り入れることにより、時間遅れのない場合に比べて様々な動的挙動を示すことを数値シミュレー
ションを用いることによって、明らかにしました。ここでは、その例として、図1のような相手の遺伝子を制御する2つの遺伝子からなる単純な遺伝子回路に遅延時間を導入した場合についての結果を紹介します。

a
図1

b

c

2つの遺伝子回路モジュール間の相互作用（遺伝子Aと遺伝子B）

a：遺伝子Aからの転写促進と遺伝子Bからの転写抑制、b：遺伝子ペアaの遺伝子
Aに自己転写抑制ループを追加、c：遺伝子ペアaの両遺伝子AとBに自己転写抑制
ループを追加t：遅延時間

図2

定常状態と特徴的周期性bc

 相手を制御する遺伝子AとBの遺伝子回路に時間遅れを導入
 相手を転写抑制・促進する遺伝子ペア（a）
遅延時間（t）が短い（< 1.05分）と発現及び分解するタンパク質濃度
タンパク質発現解変化は定常状態、長くなると周期性を示す（図2）。
析 遺伝子ペアaの遺伝子Aに自己転写抑制ループを追加（b. 図3：左）t1 5.3分の時のt2 時間依存的タンパク質濃度の最大値に対する分岐図（上図）で、t2 < 8.0分或いは> 9.18分では周期性、それ以外は準周期
性或いは弱カオスを示す（上図、中図）。t1 5.3分、t28.2分の時のタン
パク質濃度変化は、非周期性且つ弱カオス（下図）であることが分か
時間微分解析
る。
 遺伝子ペアaの二つの遺伝子に自己転写抑制ループを追加（c. 図3：
右）t16.0分、t25.0分、 t37.5分の時のt21時間依存的タンパク質濃度の最大値に対する分岐図（上図）で、t21> 14分では非周期性を示す（上図、中図）。t2116.0分の時のタンパク質濃度変化は、非周期性且つ強カオ
タンパク質発現スペクトル解析ス（下図、強カオス発現に特徴的な非周期スペクトル）であることが周期的に近いピーク（左下図）と非周期的なピーク（右下図）分かる。
図3

弱カオス的挙動（左）と強カオス的挙動（右）P：周期的（Periodic）、QP：準周期的（Quasi-Periodic）、WC：弱カオス的（Weak Chaotic）、SC：強カオス的（Strong Chaotic）

応用例・用途 遺伝子回路をモジュールとして扱うことで、細胞の振る舞いを説明することが可能になります。
 免疫システムを妨害する腫瘍細胞のカオス的挙動の解明にも役立ちます。

研究設備
お問合せ先：明星大学 教育研究情報センター〒191-8506 東京都日野市程久保2-1-1
Tel: 042-591-5097 Fax: 042-591-5644
e-mail: liaison@meisei-u.ac.jp
http://corec.meisei-u.ac.jp/

研究シーズ：2016-012

高周波数の超音波による霧化とその応用～超音波照射による化学発光と化学反応の定量～
研究者名： 原田所

久志

Hisashi

属： 理工学部 総合理工学科

Harada

生命科学・化学系

教授

専門分野： 物理化学、機能物質化学、機能材料・デバイス、
触媒・資源化学プロセス、光電気化学
キーワード： 超音波、高周波、超音波霧化、ソノルミネッセンス、ソノケミカル反応
研究概要
近年、超音波を化学反応系に照射する方法、即ちソノケミカル反応、により化学反応を促進する方法が注目されています。また、周波数が1 MHz以上の高周波数の超音波は、溶媒を盛んに霧化す
ることが知られており、加湿器やネブライザー注）などとして、日常生活にも取り入れられています。周波数2.4 MHzの超音波霧化器を使用した一部の例を紹介します。
 超音波霧化器を図1に示します。超音波を照射することにより、霧化現象が現れることが分かります（図2）。
 ルミノールのアルカリ溶液に、2.4 MHzの超音波を照射し、暗箱内で発光を観察しました（図3）。超音波を照射するとルミ
ノールと反応する過酸化水素が生成され、超音波照射時のみ
化学発光が観察されることが分かります。
 ヨウ化カリウム（KI、0.1 mol/L）水溶液に、超音波照射すると、発生するヒドロキシラジカル（・OH）による反応で、355 nm付近に吸収（生成I3-による発色）が現れることが分かります。

図1 2.4 MHz超音波発生装置

霧化能力：250 mL±50 mL/h

照射前

Luminol

照射中：発光図3 ルミノールのアルカリ水溶液からの化学発光

図2 超音波霧化実験

発生する過酸化水素との反応による発光

注）：喘息患者が薬剤を経口吸入するための器具

図4 ヨウ化カリウム発色反応

反応溶液は底面の振動子と直接接触

応用例・用途 高周波数の超音波を利用することにより、霧化させることで、アルコールなどの揮発性物質を濃縮する技術を確立できます。
 各種の超音波を化学反応に利用することで、反応時間の短縮や収率の向上が図れます。

研究設備■ ソノケミカル反応装置■ ソノルミネッセンス観測装置■ 超音波霧化装置

お問合せ先：明星大学 教育研究情報センター〒191-8506 東京都日野市程久保2-1-1
Tel: 042-591-5097 Fax: 042-591-5644
e-mail: liaison@meisei-u.ac.jp
http://corec.meisei-u.ac.jp/

研究シーズ：2016-013

超音波を用いた化学反応（ソノケミカル反応）
研究者名：
所

原田 久志

Hisashi

属： 理工学部 総合理工学科

Harada

生命科学・化学系

教授

専門分野： 物理化学、機能物質化学、機能材料・デバイス、
触媒・資源化学プロセス、光電気化学
キーワード： 超音波光触媒反応、過酸化水素発生、超音波霧化、ソノルミネセンス、
ミクロ高温・高圧極限化学反応場
研究概要
超音波照射が化学反応を起こす過程やそれを利用した化学反応（ソノケミカル反応または光触媒反応系との複合化による超音波光触媒反応）についての研究
概要
超音波を液体に照射すると、溶液中では疎密波の通過に伴い無数のCavity（空洞・空泡）が生成しそれらが崩壊する過程、すなわちCavitation（キャビテーション）が起こります。このキャビテーション時には、微小ジェット流による強い力学場が生成し、短寿命の急加熱・急冷現象も生じ、ミクロ領域ではありますが数千度・千気圧にも達する高温・高圧場が生まれます。前者が超音波照射による物理作用、後者が化学作用の源泉です。これらの作用により化学結合の切断・組み換え、いわゆるソノケミカル反応が発現されたり、反応速度が加速されたりします。
以下に現在の研究テーマを示します。
 ミクロ領域極限化学反応場の利用
 オンサイト過酸化水素製造（使用現場での強力酸化剤生成）
 水からの水素発生（水素の分離生成） 二酸化炭素の再資源化（二酸化炭素の還元、光と超音波による有機化合物の生成） 超音波と光触媒反応の相乗効果
 環境浄化（環境汚染物連続分解装置考案）
 物質創成（光触媒など）

キャビテーション・ホットスポットソノルミネセンス

応用例・用途■ 超音波技術を用いた製品開発 （食品の製造過程サポート、機能水の生成、化粧品など）

研究設備■ ソノケミカル反応装置■ ソノルミネッセンス観測装置■ 超音波霧化装置

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研究シーズ：2016-014

超音波が切り拓く化学の新世界
研究者名： 原田 久志
所環 境Hisashi Harada

属： 理工学部 総合理工学科 生命科学・化学系 教授

専門分野： 物理化学、光電気化学、超音波化学研究者HP： http://www.hino.meisei-u.ac.jp/chem/LBT/Harada01.html

キーワード： ソノケミストリー、超音波、光触媒
研究概要
化学反応を起こすにはエネルギーが必要です。音響エネルギー（超音波）の投入によっても化学反応を起こすことができます。超音波の投射と化学反応との関係を調べる学問領域を、ソノケミス
トリーと呼びます。

ソノケミカル（Sonochemical）反応の例
 水の分解酸化力の大きい過酸化水素（H2O2）や活性酸素が、現場（オンサイト）で生成します。＜水素も同時に得られます。＞
 二酸化炭素の還元
地球温暖化物質といわれているCO2を超音波化学力で還元します。
 光触媒反応の反応性向上
反応の促進ならびに、超音波と光照
射との協同効果による特異な反応の進行が進行します。
 超音波霧化 超音波発光（ソノルミネッセンス）

応用例・用途
河川や湖沼中に蓄積している難分解性汚染物質（農薬、内分泌かく乱物質、フッ素含有化合物）の分解処理研究設備


ソノケミカル反応装置

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研究シーズ：2016-015

環境に優しく、無駄なく、効率的な合成～光学活性化合物の新規合成法～
研究者名：
所

松本 一嗣

Kazutsugu Matsumoto

属： 理工学部 総合理工学科

生命科学・化学系

教授

専門分野： 有機合成化学、生体触媒化学
キーワード： グリーン・サステイナブルケミストリー、生体触媒、光学活性、有機合成

研究概要「環境に優しく、無駄なく、効率的に」物質合成を行うグリーン・サステイナブルケミストリーが求められています。我々の研究室では、生体触媒（酵素や微生物などの天然由来の触媒）の基質
特異性を利用した反応による光学活性体の合成など、従来の有機化学と生物化学の境界領域の研究を進めています。そこで、代表的な光学活性体の合成例について紹介します。
 エノールエステルをリパーゼ注1）により酵素
加水分解すると得られるケトンはラセミ体となりますが、ウシ血清アルブミン（BSA）を添加することにより光学活性なケトンが生成することを明らかにしました（図1）。BSA
は、各種の有機化合物を結合し、血液中を輸送するタンパク質です。結合部位が、酵素の活性部位のような反応場を提供することで、光学活性体が生成したと考えられます。
 カルボニル化合物とニトロアルカンを縮合す
るニトロアルドール反応は、代表的なＣ−Ｃ結合反応の一つとして知られています。ヒト
血清アルブミン（HSA）を反応系に添加することで、水中での不斉反応が可能であることを初めて明らかにしました（図2）。

合成収率

エナンチオマー
過剰率

Lipase PS / なし

49%

2%

Lipase PS / BSA

46%

88%

添加物

図1 エノールエステルの酵素加水分解
合成収率とエナンチオ選択性

図2 ニトロアルドール反応（ヘンリー反応）
単離収率70%、エナンチオマー過剰率79%

注1）：Lipase、油脂のエステルをアルコー

ルとカルボン酸に加水分解する酵素
Lipase PS: Burkholdria cepacia由来、
天野エンザイム株式会社製

応用例・用途 新しい手法・考え方に基づいた新規有機化合物合成法を提案できます。
 有機溶媒を使用せず、生体触媒を再利用可能で、環境にやさしい合成法を提案できます。

研究設備
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研究シーズ：2016-016

環境に優しく、無駄なく、効率的な合成～再利用可能な環境調和型触媒の開発～
松本 一嗣

研究者名：
所

Kazutsugu Matsumoto

属： 理工学部 総合理工学科

生命科学・化学系

教授

専門分野： 有機合成化学、生体触媒化学
キーワード：グリーン・サステイナブルケミストリー、生体触媒、光学活性、有機合成
研究概要「環境に優しく、無駄なく、効率的に」物質合成を行うグリーン・サステイナブルケミストリーが求められています。我々の研究室では、生体触媒（酵素や微生物などの天然由来の触媒）の基質
特異性を利用した反応による光学活性体の合成など、従来の有機化学と生物化学の境界領域の研究を進めています。そこで、光学活性化合物の合成に使用する酵素を、再利用可能で、環境にやさしい生体触媒として開発しましたので、紹介します。
酵素を回収再利用する試みは、多くの例がありますが、担体に酵素を固定化することによる不安
定性や使用する溶媒に制限がある等の欠点がありましたので、炭酸カルシウム（CaCO3）をマイク
ロカプセル（µCap）化する技術を応用し、酵素を固定化することを考えました。
 リパーゼ固定化マイクロカプセル（Lipase PS µCap）を使用し、不斉アセチル化を検討し、高いエナンチオ選択性を示す光学活性体を得ることに成功しました（図1）。Lipase PS µCapの再利用も可能でした。
 Lipase PS µCapの調製は、図2に示した方法により作製しました。
lipase PS

Tris HCl buffer

r.t, 1week

CaCO3 microcapusulevaterite formation
filtered
washed with H2O, dried r.t

応用例・用途Run

Alcohol (% ee) Acetate (% ee)

変換率 (%)

1

98

99

50

2

92

99

48

3

69

99

41

図1 有機溶媒中での不斉アセチル化反応
R-Formのアルコール：選択的アセチル化%ee: エナンチオマー過剰率

Encapsulation of lipase into CaCO3

図2 Lipase PS mCapの調製法
直径約5-8 mm程度の球状構造
Encapsulation of lipase into CaCO3

 新しい手法・考え方に基づいた新規有機化合物合成法を提案できます。
 有機溶媒を使用せず、生体触媒を再利用可能で、環境にやさしい合成法を提案できます。

研究設備
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研究シーズ：2016-017

有機金属錯体によるナノワイヤーの創製～機能性分子のナノワイヤー化とその特性～
西條 純一

研究者名：
所

Junichi Nishijo

属： 理工学部 総合理工学科

生命科学・化学系

教授

専門分野： 分子性磁性体、分子性導体
キーワード： 有機金属錯体、ナノワイヤー
研究概要
各種有機分子にエチニル基を導入し、銅(I)または銀(I)イオンとの錯体（＝アセチリド）とすることで、ナノワイヤー化することに成功しました（図1）。また、機能性分子をナノワイヤー化し、その特性も調べましたので、その例を紹介します。
金属イオンの種類や有機化合物の構造によってはナノワイヤーの出来具合が異なります。我々の研究室で調べた15種類の分子の内、部分的なもの（3種類）も含めてナノワイヤ化は、11種類となり、汎用性が高い方法といえます。
 銀フェニルアセチリドを使用したナノワイヤーの作成方法を図2に示します。錯体を合成しただけではナノワイヤー化しなかった分子であっても、再結晶することによってナノワイヤー化が可能であることが分かりました。
 機能性分子として、蛍光性のあるフェナントレンを持つ金属アセチリドを使用した例を図3に示します。銀錯体の場合は蛍光を呈しませんでしたが、銅錯体の場合は、蛍光を呈しました。
トリメチルリン

[M-C≡C-R]∞(不溶)

各種有機分子 (R)エチニル置換R-C≡C-H

Cu+ や Ag+との錯体に

図1 各種有機金属錯体によるナノワイヤー化

可視光下

トリメチルリンの解離[Me3P-M-C≡C-R](可溶な錯体)希釈[M-C≡C-R]∞
(再析出)

M

Cu (recryst.), hexane
1 µm

Ag-C≡C-Ph：ナノ
ロッド

紫外線下

1 µm

再結晶化

Ag-C≡C-Ph：ナノワイ
ヤー

図2 銀フェニルアセチリドによるナノワイヤー

500 nm

図3 9-エチニルフェナントレンによるナノワイヤー

応用例・用途 分子の形状にほとんど依存しない統一的な手法でナノワイヤー化することが可能です。
 様々な機能を持ったナノワイヤーの迅速な開発が可能となります。

研究設備

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研究シーズ：2016-018

有機金属錯体による磁性体の創製～磁性ナノワイヤーとフェリ磁性体及びその特性～
研究者名： 西條所

純一

Junichi Nishijo

属： 理工学部 総合理工学科

生命科学・化学系

准教授

専門分野： 分子性磁性体、分子性導体
キーワード： 有機金属錯体、ナノワイヤー、フェリ磁性
研究概要
磁性を持つ有機化合物にエチニル基を導入し、金属アセチリドとすることで、磁性を持つナノワ
イヤーの作製にも成功しています。また、エチニル基を有する導電性化合物と環状化合物との新規なクロム(III)錯体を合成することにより、分子間で強い相互作用を有するフェリ磁性注1）体の作製にも成功しています。ここでは、これら2例を紹介します。
 エチニル基を導入した有機磁性分子の銅(I)錯体を合成し、再結晶化することで、磁性を有するナ
ノワイヤー（図1）を作製しました。ナノワイヤー状でも磁性を維持していることが明らかになりました。また、銀(I)錯体の場合は、ナノ粒子も一部副生しました。
 エチニル基を導入したテトラチアフルバレン誘導体をクロム(III)に結合した錯体を新規に合成しました（図2）。中心金属としてクロム(III)を用いたことで、比較的大きなスピンをもつ安定な錯体が得られます。これを用いて作製した磁性結晶では、隣接する錯体との間でテトラチアフルバ
レン誘導体が二量体を組み、+1価の電荷が隣接分子間で非局在化し、隣り合う分子のスピンを非常に強く結びつけていることが明らかになりました。
O
N

0.4

M

S
S

Cu(recryst.), CH3CN

2 µm

χT / emu K mol-1

N
O

0.3

Ag
Cu

0.2

S
S

S

S

Cr
N N

S
S

S

S
S

H = 1000 Oe

0.1
0

N N

S

0

100

T/K

200

300

図1 磁性有機化合物の銅アセチリドによるナノワイヤー
と磁化率

+1価

+1価

+1価

図2 新規導電性磁性クロムイオン(III)錯体
分子同士が一体化

注1）：大きさの異なるスピンが整列することで、全体として大きな磁化を示す磁性体

応用例・用途 磁性を保持したナノワイヤーの迅速な開発が可能となります。
 安定なフェリ磁性体の迅速な開発が可能になります。

研究設備

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研究シーズ：2016-019

NMRによるタンパク質-低分子リガンド相互作用解析～WaterLOGSY法とSTD法の比較と応用～
研究者名：
所

田代 充

Mitsuru Tashiro

属： 理工学部 総合理工学科

生命科学・化学系

教授

専門分野： 分析化学
キーワード： NMR、タンパク質、低分子リガンド、相互作用、選択的検出、反応追跡
研究概要
我々の研究室で開発したNMRにおける水シグナルの効率的な消去技法を適用したWaterLOGSY法及びSTD法により得られたスペクトルの結果を紹介します。両法とも、磁化移動した結合型低分子リガンドのスペクトルを検出する方法です。また、本法の応用例として、反応の経時変化を追跡した結果も紹介します。
 ヒト血清アルブミン（HSA）とトリプトファン（Trp）の複合体の通常の1H NMRスペクトルに対するWaterLOGSY法及びSTD法によるスペクトルを図1に示します。
 WaterLOGSY法では、タンパク質によるシグナルは十分には消去できていませんが、結合しないグルコースのシグナルは下向きになります（図1上）。
 STD法では、タンパク質によるシグナルは効率よく消去され、結合したトリプトファンのシグ
ナルをより鮮明に確認することができます（図1中）。
 インベルターゼ（b-Fructofuranosidase）によるスクロースの加水分解反応の経時変化を図2に示します。スクロースとインベルターゼの相互作用を利用して、スクロースのH1シグナルの強度変化を観ることで、加水分解反応の進行を容易に追跡できます。

WaterLOGSY
STD

Trp

glu
Trp

1

D-グルコース+スクロース
D-フルクトース

通常の1Hスペクトル
図1 WaterLOGSY法とSTD法の比較：ヒト血清アルブミン（HSA）とトリプトファン（Trp）複合体のNMR
0.1 mM HAS + 2.0 mM Trip + 2.0 mM glucose
非結合グルコースをネガティブコントロールとして添加

図2 インベルターゼによるスクロースの加水分解反応3 mM Sucrose + 3 mM SucNAc+ 1.5 u Invertase
SucNAc（N-Acetyl Sucrosamine）は、
インベルターゼと相互作用するが、加水分解されない

応用例・用途 タンパク質と低分子リガンドの相互作用をより効率的に解析できるため、医薬品スクリーニン
グ法としても活用できます。

研究設備■ 核磁気共鳴装置■ エレクトロスプレーイオン化質量分析装置

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研究シーズ：2016-020

NMRによるタンパク質-低分子リガンド相互作用解析～低分子リガンドシグナルの選択的検出方法～
研究者名：
所

田代 充

Mitsuru Tashiro

属： 理工学部 総合理工学科

生命科学・化学系

教授

専門分野： 分析化学
キーワード： NMR、タンパク質、低分子リガンド、相互作用、選択的検出研究概要
水溶液中でタンパク質と相互作用する低分子リガンドを会合状態のまま測定する方法として、
NMRを使用する手法がよく知られており、中でもWaterLOGSY法注1）及びSTD法注2）が注目されています。水シグナルの効率的な消去方法の開発を行い、WaterLOGSY法とSTD法に取り入れて、リガンドシグナルの選択的検出を可能にしましたので、得られた成果の一部を紹介します。

 WaterLOGSY法の測定手法を図1 に、応用例を図2に示します。相互作用しているリガンドのシ
グナルは上向きに、していないリガンド分子のシグナルは下向きに現れます。
 STD法の測定手法を図3 に、応用例を図4に示します。タンパク質によるシグナルが効率よく消去され、リガンド分子のシグナルが鮮明に表れていることが分かります。
結合

結合

水分子

選択
照射

タンパク質

解離

H2O選択励起

(a)

タンパク質

低分子リガンド

図1 WaterLOGSY法（水分子を選択的に励起）(a) WaterLOGSY法（左）及びSTD法（右）による
1Hスペクトル(b) 通常の1Hスペクトル

(b)

解離

図3 STD法（タンパク質を選択的に励起）

ドーパミンのシグナル
グルタチオンのシグナル

低分子リガンド

0.1 mM α-Synuclein + 8.0 mM
Dopamine + 8.0 mM Glutathione

(a)

(b)

選択照射

図4 ヒト血清アルブミンとサリチル酸の相互作用（STD法）

0.1 mM HSA + 10 mM Salicylic Acid
図2 α-シヌクレインとドーパミンの相互作用（WaterLOGSY法）
注1）： Water-Ligand Observed via Gradient Spectroscopy、水シグナルを選択的に励起して、水の磁化をタンパク質に移し、次に結合した低分子リガンドに磁化を移動させて低分子リガンドを検出する方法注2）： Saturation Transfer Difference、飽和移動差分法、タンパク質シグナルを選択的に照射して、タンパク質の磁化を結合しているリガンドに移動させ、低分子リガンドを検出する方法

応用例・用途 タンパク質と低分子リガンドの相互作用をより効率的に解析できるため、医薬品スクリーニン
グ法としても活用できます。

研究設備■ 核磁気共鳴装置■ エレクトロスプレーイオン化質量分析装置

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研究シーズ：2016-021

化学 – 生物相補的合成プロセスによる有用物質の合成
研究者名： 冨宿所

賢一

Ken-ichi Fuhshuku

属： 理工学部 総合理工学科 生命科学・化学系

准教授

専門分野： 有機化学、酵素化学、応用微生物学
キーワード： 生体触媒、酵素、微生物、光学活性物質、生物活性物質、不斉合成、光学分割
研究概要
生体内で様々な代謝反応をつかさどる酵素を用いる物質変換法は、温和な条件下で利用可能であり、環境にやさしく省エネルギーを可能にします。我々は、環境調和型の物質合成プロセスの基盤となる、新規かつ斬新な酵素・微生物触媒反応を開発し、化学‐生物相補的合成プロセスとして有用物質の合成へと展開する研究を進めています（図1）。有機化学や酵素化学、応用微生物学等の知識や技術を最大限に用い、研究を行っています。その一例について紹介します。
カルボニル化合物の不斉還元を可能とする新規な微生物を探索し、各種の光学活性なアルコールを合成しました。次に、合成した光学活性なアルコールに対する新規な化学変換を開拓することによって、有用物質を合成した例について説明します。
 プ ロ キ ラ ル な カ ル ボ ニ ル 化 合 物 に 作 用 す る 微 生 物 を 探 索 し 、 酵 母 の 一 種 Torulasporadelbrueckiiを選択し、不斉還元を行いました（図2）。
 還元され生成したアルコールは、分子内環化反応を経て、光学的に純粋な二環性化合物へと変換しました。また、ラジカルb-開裂などの化学変換を開発し、インターロイキン6の活性阻害剤マジンドリン Aの形式全合成に成功しました（図2）。

酵素法

化学法

R

炭素骨格構築
出発
物質

不斉合成
あるいは分割

光学活性化合物

O
n = 0, 1
R = H, Me

OH

R

( )n

O

OAc
R

OH
O

( )n

O
R

酵素法

図1 化学‐生物相補的合成プロセス
目的とする有用物質の合成プロセス例
酵素法と化学法を使い分けて効率的に合成

O

( )n

目的
物質
官能基変換

化学法

Torulasporadelbrueckii
NBRC 10921

O

O

OH
O

( )n
O
ラジカル
> 99% ee

O

β-開裂

O

OAc
( )n

O

( )n

O

H

N

O

O
マジンドリンA

図2 微生物反応と有機合成を活用したマジンドリン Aの合成

応用例・用途 独自に見出した酵素反応を鍵段階として、様々な有用物質の効率的な合成を可能にします。
 各種の特許を取得していますので、効率の良い合成法を提案できます。

研究設備
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研究シーズ：2016-022

グランドピアノ用譜面台の開発～新規開発譜面台による音響効果～
研究者名： 亀井所

延明

Nobuaki Kamei

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： 人間工学、遠隔医療、機械力学、CAD/CAM、競技車両設計・製作
キーワード： グランドピアノ、譜面台、反響音、音域
研究概要
グランドピアノから演奏者へ到達する演奏音には、大屋根等に反射した後に演奏者へ到達する反射
音と、演奏者に直接到達する直接音とが含まれる。しかし、譜面台を備え付けた場合、直接音の到達が妨げられるおそれがある（図1左と中央）。そこで、明星大学藝術音楽録音研究会にて、藝術音楽のCDを作製する過程で、グランドピアノ用譜面台を開発し、その効果を明らかにした。

図1 コンサート用のグランドピアノ（STEINWAY -D274型）
左：付属の譜面台、中央：譜面台なし、右：開発試作した譜面
台
表1 振動数による音域の設定
以下に譜面台開発で検討した結果を示す。

 重さを1.5 kg以内を目標仕様とした。材質をアルミとし、厚みを2 mmとした結果、1.3 kgとなった（図1 右）。
 弦の上部にピアノ共鳴板として梁が突き出ている部分に載せるようにした。また、ピアノとの接触部は、弦の上の梁とピアノの鍵盤の上の外側部分に譜面台の下部にゴムを貼り付け、譜面を載せて固定した。実際の演奏でも、譜面台が動かないことを確認した。
 1/3オクターブ解析を行った結果、L（左）とR（右）での全音域の最大値は、譜面台なしの場合とほぼ同等の結果となった（表1、図2）。
 今後、材質を木製に替えるなど検討し、本番にも対応できるような譜面台にする。

低音域

20Hz以上～200Hz未満

中音域

200Hz以上～2000Hz未満

高音域

2000Hz以上～20000Hz未満

図2 各音域での1/3解析結果

応用例・用途 グランドピアノ演奏会でも、反響音を損ねることなく使用可能な譜面台作製の可能性がある。
 発明の名称：グランドピアノ用譜面台（特願2013-168222）

研究設備■ 3Dプリンタ■ CAM■ 3D-CAD（CATIA V5）

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研究シーズ：2016-023

遠隔看護支援システムの開発

福 祉～テレナーシングシステムの適用例～
研究者名： 亀井所

延明

Nobuaki Kamei

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： 人間工学、遠隔医療、機械力学、CAD/CAM、競技車両設計・製作
キーワード： テレナーシング、遠隔看護、在宅看護、モニタリング、慢性閉塞性肺疾患
研究概要
在宅看護のICT注1）化は少しずつではあるが進んでおり、テレナーシング注2）では、患者の日々の心身情報を把握して、病状悪化の兆候はないかモニタリングする。悪化の兆候が把握された場合、テレビ電話等によって患者の様子を観察する（図1）。モニタリングやテレビ電話等の必要な要素を抽出し、テレナーシングシステムを考案・設計・開発した。具体例として、テレナーシングが有効な慢性閉塞性肺疾患（以下、COPD）注3）患者用に開発した例注4）についても紹介する。
 患者用端末の仕様：①携帯性向上→タブレット端末、②
タッチ操作に不慣れ→操作性の低下を抑えた画面レイアウ
ト、③オペレーティングシステム→Android
 患者によるデータ入力の負担軽減と入力ミスの排除のため、
Bluetooth無線通信の機能を搭載した計測器と読取装置を開発した。
 テレナース側ではWebの使用により、日々のデータ閲覧、問診回答の登録、看護記録の入力等が可能である。
 在宅モニタリングに基づくテレナーシング は、COPD
患者の在宅酸素療法実施の急性増悪発症予防および発症回数を低下させる可能性が示唆された（図2）。
急性増悪症状出現までの平均日数は、介入群80.5日、対照群59.8 日で、介入することの有効性が示された。

図1 テレナーシングシステムのイメージ

注1）：情報・通信技術（Information and Communication Technology）
注2）：遠隔看護。患者ケア強化のために、ICTを看護に用い、遠隔コミュニケー

ション看護に応用して、患者と看護師が対面せずに看護を提供する方法

注3）：COPD：chronic obstructive pulmonary disease、代表的な慢性呼吸器疾患であり、主に喫煙習慣を背景に中高年に発症する生活習慣病注4）：本研究の成果は、共同研究により得られたものである。COPD患者実施例：

亀井ら、’COPD 在宅酸素療法実施者への在宅モニタリングに基づくテレ
ナーシング実践の急性増悪および再入院予防効果―ランダム化比較試験による看護技術評価―’, J. Jpn. Acad. Nurs. Sci., 31, 24, 2011.

図2 テレナーシング介入中の急性憎悪

応用例・用途 テレナーシングシステムは、在宅看護中の慢性疾患患者、特に入院や救命救急を必要とし得る患者のモニタリングに極めて有用である。

研究設備
 看護モニターセンターの常設

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研究シーズ：2016-024

感性工学による高音質音楽用CDの開発～録音技術のあり方と音楽表現の可能性～
研究者名： 亀井所

延明

Nobuaki Kamei

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： 人間工学、遠隔医療、機械力学、CAD/CAM、競技車両設計・製作
キーワード： 藝術音楽、演奏家、録音技術、官能評価
研究概要
藝術音楽のCD等、録音物において、「作り手」の録音制作者と｢受け手｣である演奏家、一般聴衆の間に、その音質及び音のバランスに対する価値基準に乖離が生じている（図1）。明星大学藝術音楽録音研究会では、録音技術のあり方、音楽表現の可能性について研究を行ってきた注1）。優れた演奏家の紹介を兼ねて、実際のもの作りとしてのCD制作を始め、産学連携を通して現在までに4枚のCDを企画、制作、販売を行ってきた注2）ので、その一端を紹介する。
 参加した演奏家は、ステージにおける演奏調整及び録音を聴くことにより、演奏を客観的に捉える機会となり、今後の演奏活動に大変役立ち、新たな視野を獲得できた（図1）。
 録音エンジニアは、暖めていたアイディア、録音環境及び録音技法が音楽表現に及ぼす影響について、確認する機会となった（図1）。
 ピアノを用いる録音制作の場合、ホールの音響特性、演奏作品、当日の温度や湿度等、環境が異なる中で、ピアノの脚に付属するキャスターの向きを調整することは、録音をする上で重要な要素となることが官能評価から明らかになった（図2）。

図1 藝術音楽の録音・再生での音楽情報伝達過程「作り手」と「受け手」との関係注1）

図2 ヴァイオリンとピアノのデュオ及びチェロを加えた録音風景

6本のマイクロフォンによるマルチマイク及びコンピュータによるマルチ
トラックレコーディング方式による録音風景：カワイサウンド技術・音楽振興財団からの研究助成に基づいた研究

注2） ：販売元：ラッツパックレコード、演奏家：ミハイル・カンディンスキー（ピアノ）、他

2006年より逐次販売開始。4枚目の「マタニティーコンサート」（発売日：2013年10月）は、
株式会社デラより共同制作し、約1万枚販売

応用例・用途 藝術音楽と録音の関係性を軸に、演奏家同士の出会いと優れた録音制作の実現という良循環を作り出すことが可能となる。

研究設備
 藝術音楽録音研究会（http://www.hino.meisei-u.ac.jp/me/kamei/index.htm）の常設

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研究シーズ：2016-025“人に優しいもの作り”をテーマに展開
研究者名： 亀井

所

延明

福 祉

Nobuaki Kamei

属： 理工学部 総合理工学科 機械工学系 教授

専門分野： 人間工学, 福祉工学, 機械力学・制御研究者HP： http://www.hino.meisei-u.ac.jp/me/kamei/index.htm
キーワード：感性工学、ユニバーサルデザイン、3D-CAD、3Dプリンタ、遠隔医療、看護科学、音響工学

研究概要
3D-CAD/CAM、3Dプリンタ、機械システム設計の経験を活かし、感性デザイン工学や福祉機械工学の分野に拡大、高齢者が使う製品設計、
高齢者のための玩具の開発、遠隔医療システムの開発、メンタルヘルスを考慮したもの作り等を考案している。
【開発実例】
・遠隔看護支援システムの開発
試作機を在宅酸素療法被験者（患者）に試用・運用。
産学連携にて実施。
・歩行バランスを考慮した靴の設計開発
産学連携により開発を行っている。
・感性工学による高品質音楽用CDの開発
藝術音楽録音研究会を主催。
現在4枚のCDを国内にて販売。
・グランドピアノ用譜面台の開発
特許出願中の技術で、トータル製品設計を目指している。
・学生教育のためのフォーミュラカーの設計・製作
学生が設計・製作・走行をすべて行う教育で成果を得ている。

応用例・用途

試作から実際の製品への詳細な設計加工の相談、販売ルートの斡旋等。
3Dプリンタによる開発及び施策が可能。

研究設備■ 3Dプリンタ■ CAM■ 3D-CAD（CATIA V5）

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研究シーズ：2016-026

歩行バランスを考慮した靴の設計開発

福 祉～職人の靴作りから学ぶオーダー靴製作システム～
研究者名： 亀井所

延明

Nobuaki Kamei

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： 人間工学、遠隔医療、機械力学、CAD/CAM、競技車両設計・製作
キーワード： 靴作り、木型修正、歩行バランス、荷重移動、三次元化
研究概要
オーダー靴は、足の病気（外反拇指や偏平足）になった人や老化によって足に障害が出てきた人が市販の靴では痛みが出るなどの理由から靴職人に発注し、靴職人がクライアントの足の計測を行
い、足に合う靴が出来るまで修正を繰り返して製作する（図1、図2）。従って、コストが高く、納期も長い。更に、クライアント一人一人に対して初めから同じ作業を行うため、非効率的であり、且つ量産化は困難である。そこで、我々の研究室では、デジタル技術を活用し、歩行バランスを考慮した新しいオーダー靴製作システムの開発を行っている。
足の計測

依頼者の足に合った木型の選定・修正の作業が、靴作り作業の中で一番時間がかかり、大変である。
 この作業をシステム化すべく、「歩行バランスを考慮
して健康靴作りトータルシステムの開発」を進めている。
 静止状態での足の各種寸法の非接触型計測を行い、足底にかかる荷重や、重心位置の計測を行っている。
 歩行時での荷重移動を計測する装置を開発し、データ解析から歩行バランスを分類し、木型やフットベット（中敷き）製作の可能性についての研究中である。

木型の選定と修正

木型の加工
製甲作業

型紙製作

足型の採取

アッパーの製作
仕上げ作業

つり込み作業

フットベッド（中敷き）
の製作

底付け作業

図1 靴製作の流れ

完成

完成（学生作品）
フットベッドの製
作
図2 靴製作の流れ
足の各部を計測し、加工した木型から型紙を作り、その型紙に基づいて革を裁断する（製造甲作業）。
木型にそって革を3次元に作り上げ（つり込み作業）、別に製作した靴底部分と合体させる。中敷きは、足の底部の計測から調整しながら製作する（フットベッドの製作）。中敷きを靴に入れて完成させる。
製甲作業

仕上げ作業

注）：本研究は、「靴工房ささき」の佐々木敏郎氏と「関口善大靴工房」の関口善大氏の両氏の協力にて実施

応用例・用途 歩行時の荷重移動を計測して足型を三次元化することによって、靴作り作業を効率化できる。

研究設備■ 3Dプリンタ■ CAM■ 3D-CAD（CATIA V5）

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研究シーズ：2016-027

環境にやさしいマイクロバブル発生装置の開発～旋回水中翼を用いた水中への高効率気泡導入～
研究者名： 熊谷所一郎

Ichiro Kumagai

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： 流体工学、流体可視化技術
キーワード： 省エネルギー、曝気装置、微小気泡発生装置、撹拌混合研究概要
下水処理の過程で行われるエアレーションでは、処理施設の総消費電力の大半を占めるエネル
ギーが使われており、より消費電力の少ない気泡発生装置の開発が期待されている。
旋回翼を用いた揚力型気泡発生装置では、翼周囲の流れにより翼上面に発生する負圧を利用して空気を水中に導入するため、空気圧送による熱力学的エネルギーの損失がなく、消費電力の大幅な削減が見込まれる。新型翼を回転翼型曝気装置（図1 I.）に採用し、空気導入性能について検討し、以下のことを明らかにした。
 翼の空気孔から放出される空気が、周囲の流れの影響に
よって微細化されて気泡が形成される。小さな空気孔を設けた水中翼を回転させ、sub-mmからmmオーダーの
微小気泡の発生に成功した（図1 II.）。
 気泡流量は迎角の増大に伴って増加し、最大流量となる迎角が存在することが明らかとなった（図2）。
 気泡流量は旋回速度と共に増加した（図3）。旋回速度の増加によって、翼上面に発生する低圧領域と大気圧との圧力差が大きくなったことで説明できる。

図2 気泡流量の迎角依存性

図3 気泡流量の旋回速度依存性

I.

II.

図1 回転翼型曝気実験装置模式図と回転水中翼からの放出気泡
I. (a) 横からの図、(b) 上方からの図、(c) 水中翼 II. 水深 100 mm、周速度
1.8 m/s、迎角35°

応用例・用途 下水処理や湖沼の水質改善等での消費電力の少ない気泡発生装置として利用できる。
 液体を選ばないエマルジョン（液-液混合）の作製や効率的撹拌にも利用可能である。
 村井祐一、田坂裕司、熊谷一郎、回転翼式気泡発生装置、特許第5501028号（2014.3.20、
出願人：国立大学法人北海道大学）

研究設備■ ハイスピードカメラ■ 3D CAD■ 3Dプリンター■ 実験水槽

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研究シーズ：2016-028

船舶の摩擦抵抗低減を微小気泡で実証～翼の負圧を利用して微小気泡を船底に誘導する～
研究者名： 熊谷所一郎

Ichiro Kumagai

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： 流体工学、流体可視化技術
キーワード： 省エネルギー、曝気装置、微小気泡発生装置、撹拌混合、船舶の摩擦抵抗低減
研究概要
微小気泡を用いた船舶の摩擦抵抗低減技術に関する研究は、輸送効率の向上、燃料コストの削減、そして地球温暖化防止へ向けた省エネルギー技術として脚光を浴びはじめている。このような状況の中、空気導入管とその船底側に水中翼を取り付けた微小気泡発生装置を開発した。
本装置は、水中翼上面の負圧を利用して大気中の空気を船底に誘導するところに特徴がある（図1及び図2）。即ち、船舶の推進によって生じる水の流れが水中翼を過ぎる際、翼上面に発生する負圧により、空気をほぼ大気圧のまま船底に導入し、微小気泡を発生させるため、空気の圧送に伴うエネ
ルギーを必要としない。
 船舶の抵抗低減に対して有効に働く微細気泡を効率的に、しかも大量に発生させることが可能となった（図3）。
 実船試験を行い、正味10～15%の動力節減を実証した。船舶スピード上昇と共に、動力節減効果も上昇した（図4）。
 気泡発生動力が小さいため、装着数に比例して省エネル
ギー効果も増加した。

図1 船舶に装着した水中翼及び空気導入の模式図

気泡導入なし気泡導入あり図2 空気導入管を有する水中翼

図4 実船試験での船舶スピードと軸動力（Shaft Power）の関係

図3 水中翼による気泡発生状況

応用例・用途 本微小気泡発生装置により、船舶のエネルギー消費量を低減することが可能となる。
 船舶の形状や運用に適した水中翼の最適化により、省エネルギー効果向上が可能となる。

研究設備■ ハイスピードカメラ■ 3D CAD■ 3Dプリンター■ 実験水槽

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研究シーズ：2016-029

遠隔操縦や自律移動できるロボットの開発
研究者名： 山崎所

芳昭

Yoshiaki

属： 理工学部 総合理工学科

Yamazaki

機械工学系

教授

専門分野： ロボティクス・メカトロニクス
キーワード： レスキューロボット、宇宙エレベーター、自律移動ロボット
研究概要

本研究室では、無線LANなどを用いた遠隔操縦型ロボットや自律移動ロボットの研究に取り組んでいます。
（１）遠隔操縦型レスキューロボットの開発 ・・・ 震災時に瓦礫の下に残された被災者を発見するレス
キューロボットを開発し、毎年5月開催の「ロボカップ レスキュー実機リーグ」で他大学と競い実験評
価している。
（２）宇宙エレベーター用クライマーの開発 ・・・ 気球から吊るしたアラミド繊維製のベルトを昇降す
るクライマーの研究を進めている。2013年の「宇宙エレベーターチャレンジ」では、500mの自律昇降を実現した。
（３）屋外型自律移動ロボットの研究 ・・・ レーザスキャナ、GPS、慣性センサなどで環境を認識する
自律移動ロボットを開発し、つくば市で開催される「つくばチャレンジ」にて実験評価を行っている。
2012年度は屋外において、180mの自律走行を実現した。

写真１：

遠隔操縦型レスキュー
ロボット(MeiseiRescueV)

写真２：

宇宙エレベーター用クライマー(MSE-Ⅱ)とSPEC2013競技風景

写真３：自律移動ロボット(Bright Star V)とつくばチャレンジ2012競技風景

応用例・用途 各種ロボットの技術開発（レスキューロボット、マニピュレータ、自律移動ロボットなど） エレベーターなどの各種振動問題に関する技術

研究設備

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研究シーズ：2016-030

マニピュレータによる熱源探索法の開発～遠隔操縦型レスキューロボットへの適用～
研究者名： 山崎所

芳昭

Yoshiaki Yamazaki

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： ロボット工学、機械力学・制御、知能機械学・機械システム
キーワード： レスキューロボット、マニピュレータ、距離センサ、サーモグラフィー
研究概要
地震災害による被害を受けた建物内にて、探索を行う遠隔操縦型レスキューロボットは、倒れた家
具、崩れた壁による障害物を乗り越えることは可能であるが、単体では、倒れた家具等による瓦礫内を探索することは困難である。そこで、ロボットにマニピュレータ注）を搭載することで、瓦礫にあいた隙間から内部に差し込しこむことにより、死角領域の探索が可能となる。我々は、マニピュレー
タ搭載レスキューロボットによる、迅速に被災者を発見する方法を考案した。
 マニピュレータの先端に装着した赤外線距離センサから得られる奥行情報をもとに、温度測定位置の推定を行い、小型サーモグラ
フィモジュールを利用して広範囲な温度分布図を作成し、熱源を特定する方法を採用した（図1）。
 壁面の直方体熱源（約40℃、縦88×横64×奥行24 mm）までの奥行（z）を推定できた（図2、計算時間約0.5秒）。
 奥行（z）が315 mm、415 mm、515 mmの場合、測定温度は約40℃であった。また、奥行が615 mmの場合は、解像度が低く
図2 赤外線距離センサでの壁面測定なったが、壁面にある熱源を確認できた（図3）。

壁面にある熱源までの奥行を推定

図1 マニピュレータ外観、マニピュレータ搭載レスキューロボット概略図、
及びセンサユニット外観（外観寸法：56.3×59.1×51.0 mm）
魚眼カメラ、赤外線距離センサ、小型サーモグラフィモジュールを搭載
注）：ロボットの腕や手に当たる部分のことで、作業を実行する時に使用する

図3 推定壁面を基づいた温度分布図

応用例・用途 地震災害時の瓦礫内探索し、迅速に被災者を発見できるレスキューロボットに利用できる。
 隙間内の熱源位置特定への応用も可能である。

研究設備
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研究シーズ：2016-031

宇宙エレベーターチャレンジ用クライマーの開発～機構系と走行実験による各種センサ計測～
研究者名： 山崎所

芳昭

Yoshiaki Yamazaki

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： ロボット工学、機械力学・制御、知能機械学・機械システム
キーワード： 宇宙エレべーター
研究概要
宇宙エレベーターとは、地表から静止軌道を結ぶエレベーターのことで、全長が10万～14万kmにもなる巨大な建造物である。長い間夢物語とされていたが、カーボンナノチューブの発見により、強い引張強度を持つケーブルが作製できることが明らかとなり、宇宙エレベーター実現の可能性が見出され、注目されてきている。ケーブルを自動昇降するクライマーの機構・制御系の研究を行い、軽量・小型のメイセイスペースエレベーターⅠ（図1）を開発した。
第4回宇宙エレベーター技術競技会（図2、静岡県富士宮市、2012年）で以下を達成した。
 500 mの自動制御による自律昇降を達成した（第5回、2013年）。ベルトケーブルへの巻き付
け角を大きく取れる交差ローラ方式及びトルク重量比の高いDCブラシレスモータを採用した。

 200 m昇降した際のデータより、最高速度は40km/h、上昇距離は180 mと推定された（図3）。
 200 m走行時：上昇22秒、最高地点で停止9秒、下降54秒、合計85秒の昇降を実現（図3）。

図1 開発したメイセイスペースエレベーターⅠの概要
重量： 3.2 kg 、昇降速度：50 km/h、駆動：交差ローラ方式、
DCブラシレスモータ、バッテリー4個

図2 第4回 宇宙エレベーター技術競技会の概要
上空のバルーンからテザー（ケーブル）を垂らし、300～1200 mまで上昇・下降することが課題

図3 昇降トライアル（200 m）時の速度と位置の解析結果
最高速度約40 km/h、最高到達地点が約180 m

応用例・用途 自動昇降クライマーの機構及び制御系は、各種のロボット開発技術に適用できる。

研究設備
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研究シーズ：2016-032

自律走行レスキューロボットの開発～障害物走行時の傾斜補正と熱源検出～
研究者名： 山崎所

芳昭

Yoshiaki Yamazaki

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： ロボット工学、機械力学・制御、知能機械学・機械システム
キーワード： レスキューロボット、自律走行、障害物検出、熱源検出
研究概要
震災が発生した際、救助活動には建物の倒壊や漏電といった2次災害の危険がある。また、震災による被害が広範囲に及ぶ場合、人出が足りなくなる。そこで、人の代わりにレスキューロボット
を使うことで、被災の可能性を下げることができ、人手の補充もできるため、レスキューロボットの研究が進められている。我々は、そんなレスキューロボットの中で、屋内の被災者を探索する自律走行レスキューロボット（Meisei Rescue Mk）を開発している。
Meisei Rescue Mk-5（図1）は、障害物を発見注）して識別し、障害物が階段か坂の場合、前進して、慣性センサ（IMU）により車体の傾きを計測し、フィードバック制御をかけて走行する。本技術を使うことにより、坂や階段の自動昇降アルゴリズムの有用性を実証した。
 上り坂走行（傾斜25°）：IMUフィードバックなしでは曲がった（△）が、ありでは直進（○、
図2左） 上り階段走行（傾斜35°）：IMUフィードバックなしでは曲がったが、ありでは若干右に曲がる（クローラの空回り）ものの登段達成（図2右） 瓦礫の中から要救助者を発見するため、焦電型赤外線センサ（背景との温度差と移動速度によって熱源を検出）を装着した探索型レスキューロボットも開発中

図1 レスキューロボットMeisei RescueMk-5
胴体部と４つのレッグ部で構成

自律坂走行と階段走行の模様

図3

2自由度3Dスキャン結果
上：上り坂走行時
下：上り階段走行時

注）：スキャニングレーザーレンジファインダー（環境情報を取得するセンサ）により、対象物にレーザを照射し、対象物までの距離を計測（サーボモーターと組み合わせ、3Dスキャンを行う）

図2

走行軌跡
IMUフィードバックの有（○）無（△）
上り坂走行（左）上り階段走行（右）

応用例・用途 自律走行レスキューロボットにより、早期の被災者発見が可能となる。
 各種のロボット開発技術に応用可能である。

研究設備
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研究シーズ：2019-009

遠隔操縦や自律移動できるロボットの開発とＡＩ応用研究研究者名： 山崎所

芳昭

Yoshiaki

属： 理工学部 総合理工学科

Yamazaki

機械工学系

教授

専門分野： ロボティクス・メカトロニクス

キーワード： レスキューロボット、ROSを利用したロボット制御、Deep Learningによる物体認識

研究概要
本研究室では、遠隔操縦型ロボットや自律移動ロボットの研究、近年ではAIによる物体認識の応用研究に取り組んでいます。
（１）遠隔操縦型レスキューロボットの開発…震災時に瓦礫の下に残された被災者を発見するレスキュー
ロボットを開発し、毎年5月開催の「ロボカップ レスキュー実機リーグ」や経産省主権の「World
Robot Summit(ワールドロボットサミット)」で国内外の大学などと競い実験評価している（図１参照）。

（２）SSD(Single Shot Multibox Detector) を用いたバルブの自動認識…バルブをSSDを用いて機械学習させ、マニピュレータ搭載の単眼カメラで認識し、距離や位置も自動計測する手法を研究している（図２参照）。
（３）レスキューロボット搭載用自律マニピュレータの研究…上記の手先位置の座標を基に、ROS(Robot
Operating System)とMoveIt!を組み合わせ、バルブの自動開閉を実現している。(代表論文 1)参照)(a) AIによるバルブ自動認識(b)バルブの距離計測(x=20cm)（ｃ）位置推定例 (i)y=-10.5, z=-7(cm) (ii) y=-7, z=-5(cm) (iii) y=-10.5, z=0(cm)

図１ 遠隔操縦型レスキューロボット(MeiseiRescueV)によるバルブ開閉

図２ SSD()によるバルブ形状学習と単眼カメラによる
バルブ位置計測

応用例・用途 各種ロボットの技術開発（レスキューロボット、マニピュレータ、自律移動ロボット、AI応用
画像認識など） エレベーターなどの各種振動問題に関する技術相談(メーカ勤務時に研究開発に従事)

特記事項●代表論文：

1) A Hayato HAGIWARA, and Yoshiaki YAMAZAKI，"Autonomous valve operation by a manipulator using a
monocular camera and a single shot multibox detector", The IEEE International Conference on Safety,
Security, and Rescue Robotics (SSRR2019), Wurzburg,0055_FI_pp.1-6, September, 2019.

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研究シーズ：2016-035

耐熱CFRP製ハニカムサンドイッチパネルの開発～軽量・高剛性に高温耐久性を付加する～
研究者名：
所

小山 昌志

Masashi Koyama

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

准教授

専門分野： 材料力学、複合材料、耐熱材料
キーワード：CFRP、耐熱性樹脂、ハニカムサンドイッチパネル、フラットワイズ強度、曲げ特性

研究概要
人工衛星や航空機などの機体には、軽量・高剛性なサンドイッチパネルが用いられており、現在、人工衛星ではコア材にアルミハニカム、スキン材に炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を用いたハニカムサンドイッチパネルが広く使用されています。しかし、金星探査など太陽近くの観測用人工衛星では従来のサンドイッチパネルが満たしている軽量性、高い寸法安定性、低温での安定した機械特性に加えて、250℃～300℃に耐え得る高い耐熱性も要求されます。そこで、耐熱構造体への適用可能性を検討しましたので、紹介します。
 ポリイミドCFRPハニカム
強化繊維に炭素繊維（T300、東レ製）を用い、母材をポリイミドとしたCFRPにより成形されたハニカムコアをコア材として、同材料をスキン材としたサンドイッチパネルを作製しました。Co-Cure法注1）と、Two-Step法注2）の2種の成形方法を採用しました。
 高温特性評価
スキン材とコア材の接着強度測定のために、図1に示すフラットワイズ引張試
験を、常温から300℃の測定温度域で実施しました。また、パネルの曲げ特性として、曲げ剛性、および曲げ強度を同様の温度域で試験を実施しました。
 測定結果両成形条件で作製したパネルで、高いフラットワイズ強度を示すことが確認されました（図2）。また、300℃でもフラットワイズ強度、曲げ剛性、及び曲げ強度を維持することが確認されました。これらの結果から、本サンドイッチパネルは耐熱部材としての適用可能性が示唆されました。

図1 フラットワイズ試験

図2 フラットワイズ強度

図3 曲げ特性注1）：Co-cure法でサンドイッチパネルを成形した試験片。Co-cure法とは、コア材上下面をスキン材となるプリプレグ（繊維状補強材と熱硬化樹脂他による強化プラスチック成型材料）で挟み、ホットプレスでスキン材の熱成形とコア材の接着を同時行う方法

注2）：スキン材を熱成形し、その後ホットプレスによりコア材と接着させる方法

応用例・用途 耐熱性樹脂を用いたCFRP製サンドイッチパネルにより、軽量・高剛性を維持した高温
耐久性のある材料に関する研究が可能です。
研究設備
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研究シーズ：2016-039

スターリングエンジン発電給湯システムの開発～省エネルギーと環境負荷低減を目指して～
研究者名： 齊藤 剛
所

環 境Takeshi Saito

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： 燃焼工学、エンジン工学
キーワード： スターリングエンジン、木質ペレット、コージェネレーション、発電給湯

研究概要
化石燃料の大量消費による枯渇のみならず、炭酸ガス発生による地球温暖化も避けることができない状況にある。代替燃料として、カーボンニュートラルの特徴を持つ木質ペレット等の植物由来
燃料の需要が増加している。そこで、内燃機関の排熱を利用して動力と温熱や冷熱を取り出すことでエネルギー効率を高める、いわゆるコージェネレーションシステムとして、スターリングエンジ
ンに関する研究を進めている。
排気口

木質ペレットを燃焼させ、発生熱を利用して発電を行うと共に、温水と暖房を供給するシ
ステム
排熱回収熱交換器

灰清掃口

木質ペレット燃焼器

スターリングエンジン
発電機

図1 木質ペレット燃焼発電給湯システム実験装置の概要

温風暖房器
貯湯タンク
Pump

図2 2 kW級スターリングエンジン発電機

 ホワイトペレット（図3 上）とグレーペレット（図3 右下）は燃焼室
内温度が安定し、発電量が高かった。バークペレット（図3 左下）は、
燃焼室内温度は安定していたが低く、発電量も低かった。
 ホワイトペレットとグレーペレットの燃焼灰は燃焼室内に残った灰、フィンに付着灰共に少なく、発電に及ぼす影響は少ない。しかし、バークペレットではフィン付着灰は少なかったが、燃焼室内の灰が多く、給気の妨げとなり、燃焼が不安定になる恐れがある。

White pellet

Bark pellet

Gray pellet

図3 木質ペレット3種類

応用例・用途 廃棄物等の発熱材料を使用したコージェネレーションシステムとして、スターリングエンジン
は利用可能である。技術内容等、ご相談に応じます。

研究設備
 Nd-YAGレーザー、高速度カメラ、シュリーレン光学系、動力計、ガスクロマトグラフィ、
NOX-O2濃度計、CO-CO2濃度計、発熱量計

お問合せ先：明星大学 教育研究情報センター〒191-8506 東京都日野市程久保2-1-1
Tel: 042-591-5097 Fax: 042-591-5644
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研究シーズ：2016-040

レーザーブレークダウン着火方式による内燃機関の運転特性 ～高効率化と低環境負荷を目指して～
研究者名： 齊藤 剛
所

環 境Takeshi Saito

属： 理工学部 総合理工学科

機械工学系

教授

専門分野： 燃焼工学、エンジン工学
キーワード： 内燃機関、レーザーブレークダウン着火、高効率化、低環境負荷
研究概要
内燃機関による環境問題として、炭酸ガス排出による地球温暖化、窒素酸化物（NOX）等の排出による大気汚染、化石燃料の枯渇等が挙げられている。ガソリンを使用する内燃機関として、更なる高効率化と低環境負荷を目指して、スパークプラグに替わり得る方式としてレーザーブレークダ
ウン着火注）に着目して研究を進めている。
 窒素希釈率0%時の着火を比較すると、レーザーブレーク
ダウン着火では、早期に着火核中心から火炎が大きく広がるのに対して、火花点火の場合は遅れてスパークプラ
グ先端付近で火炎が広がることを確認した（図3）。
 各吸気混合気条件での点火時期における排気ガス中のNOXと全炭化水素濃度（THC）を確認したところ、窒素希釈状態で更に希薄化させることでNOX濃度は低下し、また窒素希釈によりTHC濃度は低下し、熱効率が向上することが明らかとなった。いずれの場合も、レーザーブレーク
ダウン着火方式の方が優れていることが明らかとなった。

③

②

①

図1 エンジンシステム概略図①エンジン、②レーザー着火光学システム③レーザー発振器とレーザービーム（緑色）-14.0ATDCdeg-9.0ATDCdeg-4.0ATDCdeg

1.0ATDCdeg②
6.0ATDCdeg①③

図2 燃焼室内部可視化の概略図①高速ビデオカメラ、②点火プラグ③シリンダーヘッド-14.0ATDCdeg-9.0ATDCdeg-4.0ATDCdeg

1.0ATDCdeg

6.0ATDCdeg

図3 レーザーブレークダウン着火（上）と火花点火の比較
クランクが最も高い位置に到達した位置（上死点）を0度（ATDCdeg = 0）

注）：レーザー光を集光して燃焼室中心でプラズマを発生させて着火させる方式で、火炎から燃
焼室壁面への熱損失低減が期待できる

応用例・用途 レーザーブレークダウン着火方式と空気等によるガソリンの希釈・希薄化を採用することで、燃焼率の向上と環境負荷低減が期待できる。

研究設備
 Nd-YAGレーザー、高速度カメラ、シュリーレン光学系、動力計、ガスクロマトグラフィ、
NOX-O2濃度計、CO-CO2濃度計、発熱量計

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研究シーズ：2016-041

防災機能の高いクラスター型スマートグリッドの研究
研究者名： 伊庭所

エネルギー

健二 Kenji Iba

属： 理工学部 総合理工学科

電気電子工学系 教授

専門分野： 電力システム、省エネルギー、環境エネルギー、蓄電システム
研究者HP： http://www.hino.meisei-u.ac.jp/ee/iba/

キーワード：クラスター型スマートグリッド、自然災害
研究概要
これまでの電力系統は軽微な停電すら起こさない、高品質の電力供給を行ってきた。しかし東日本大震災による混乱に見られるように、大きな天災に対する対応には次元の異なる視点での信頼性維持が必要であることが明らかになった。本研究は、緊急電源を消費地の近くに位置させた、地産地消が可能なクラスター型のスマートグリッドに関するものであり、自然エネルギーを中心とした小規模発電と優先度別の負荷切り替えを特徴とする。

応用例・用途 スマートグリッド
 地域供給システム

研究設備
 NAS電池（1000kW：商用使用中）

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研究シーズ：2016-042

スマートコミュニティと電力系統網の共栄の研究
研究者名： 伊庭所

エネルギー

健二 Kenji Iba

属： 理工学部 総合理工学科

電気電子工学系

教授

専門分野： 電力系統工学、環境エネルギー工学
キーワード：環境エネルギー、再生可能エネルギー利用、電力系統工学
研究概要
東日本大震災以降、再生可能エネルギーへの期待が高まっている。スマートコミュニティは再生可能エネルギーと、双方向通信を活用する電力・エネルギーを中心とした社会インフラの新らたな概念である。この技術を核としてASEAN諸国やインドや中国のような人口増加と大量の電力消費が予想される国々に対して、日本が保有する環境・エネルギー技術を展開すべきである。ところが、現在までスマートコミュニティの運用に責任を持つ主体者の存在が不明確で、電力会社の役割も明確でない。 そこで伊庭研究室では以下の研究を進めている。
(1) 都市を設計する視点でのトータルデザイ
ン技術。個別単品売りに流されやすい国内
ビジネスモデルの転換化を図るためのメタエンジニアリング技術の開発(2) 特定の地域内のエネルギー管理を行うス
マートグリッドと既存電力系統網間の共存共栄に必要な情報の把握、各々の責任分担と電力系統全系の全体最適化と災害に強い構造の研究(3) 開発途上国の身の丈にあったスモールビ
ジネスを日本の中小・ベンチャー企業から展開するためのビジネスモデル研究

交通制御

伊庭研究室の研究テーマ

全体都市構想都市交通

上下水道
ガソリン スタン ドの 燃料電池
太陽光発電

大型発電所

太陽光発電

基幹系統
配電変電所

中央給電指令所

熱負荷

全体最適・協調運用
イ ン ターオペラビリティ確立
災害に強い電力網の構築

ＥＶ充電

充電池
ＥＶ充電

ZEB

配電系統網

メガソーラー

既存電力との共栄

KPI目標設定
コン セプト提案
地域の特色活用

病院等

スマートグリッド

CEMS

住宅
商業施設
集合住宅

スモールビジネス
開発途上国のニーズ
成長型ネットワーク
中小ベン チャーの活力

応用例・用途 トータル提案ができる都市設計技術と個々の電力エネルギーインフラ技術の融合に貢献する。
 既存電力会社系統網とスマートコミュニティとの共栄を目的とした、ネットワーク設計に貢献する。
 中小企業・ベンチャー企業が持つ技術を、開発途上国の発展速度に合わせてマッチングを図ることに貢献する。

研究設備

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研究シーズ：2016-043

再生可能エネルギーの出力安定化のためのNAS電池の運用制御の調査研究
研究者名： 伊庭所

エネルギー

健二 Kenji Iba

属： 理工学部 総合理工学科

電気電子工学系 教授

専門分野： 電力システム、省エネルギー、環境エネルギー、蓄電システム
研究者HP： http://www.hino.meisei-u.ac.jp/ee/iba/

キーワード：電力貯蔵、再生可能ｴﾈﾙｷﾞｰ、需要予測、NAS電池、地球温暖化
研究概要
日本が諸外国に対して掲げる脱炭素社会にむけて、CO2削減を達成するためには、再生可能エネルギーの利用促進を図る必要がある。電力の安定供給の観点からはその出力不安定を抑制することが大きな課題となっている。現時点で入手でき経済性の最も優れた電力貯蔵設備は国産技術であるNAS電池である。本研究ではNAS電池による再生可能エネルギーの利用促進技術の推進を目的とする。明星大学では2003年から1000kWのNAS電池を導入し、予想寿命の3分の1にわたる
長期運用を続けており、その実績データを分析してきた。
本研究では風力・太陽光といった再生可能エネルギーの出力不安定（intermittency）をNAS電池で補償・緩和することで、安定で品質の高い電力供給を可能にする運用制御技術を研究する。その結果は日本の環境エネルギー政策の推進に貢献し、若い世代の研究者の研究意欲を高めるものと期待される。

応用例・用途 電力システム 蓄電システム
 NAS電池

研究設備
 NAS電池（1000kW：商用使用中）

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研究シーズ：2016-044

再生可能エネルギーの運用計画に関する研究
研究者名： 伊庭所

エネルギー

健二 Kenji Iba

属： 理工学部 総合理工学科 電気電子工学系 教授

専門分野： 電力システム、省エネルギー、環境エネルギー、蓄電システム
研究者HP： http://www.hino.meisei-u.ac.jp/ee/iba/

キーワード：太陽光パネル、太陽光パネル設置技術
研究概要
2030年までに太陽光発電の設備容量を最大53GWまで増やす国策は、東日本大震災以後の原子力発電に対する信頼の失墜によりさらに拍車がかかり、早急な普及が求められるようになってきた。
しかし、条件に良い広平坦地を求めることは難しく、今後普及に伴って新、悪条件下での太陽光パネルの設置や、わずかでも効率の高いパネルの設置技術が求められるようになってきた。
本研究では、太陽光パネルに当たる日射やパネルの影、季節による太陽高度の違いなどを詳細なシミュレーションで分析し、効率の高い運用制御に資するものである。

応用例・用途 太陽電池の配置シミュレーション

研究設備
 NAS電池（1000kW：商用使用中）

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研究シーズ：2016-045

人工衛星の光学系に関する研究
研究者名：
所

宮村 典秀

Norihide Miyamura

属： 理工学部 総合理工学科 電気電子工学系 准教授

専門分野： 航空宇宙工学

キーワード： 小型衛星、補償光学系、リモートセンシング
研究概要
人工衛星の光学系は打ち上げ振動、軌道上の熱入力による過酷な機械環境、熱環境にさらされる。これらの要因によって、光学系の歪みまたはミスアライメントが起こると光学性能の劣化につながる。従来は、支持構造の強度を上げて精度を維持していたが、質量増加により小型衛星への搭載が困難である
こと、あるいは剛性をあげるだけでは抑えられない歪みによる性能劣化につながっていた。これらの問題に対して、光の波面補償によって軌道上で光学性能を補正する補償光学技術を主な研究テーマとして、小型衛星搭載センサの大幅な光学性能の向上や、展開望遠鏡や複数衛星による光学系の軌道上再構成への応用を目指している。また、研究成果の宇宙実証を目指し、小型衛星の研究開発にも取り組んでいる。

写真 ： 補償光学実験装置

応用例・用途■ 人工衛星によるリモートセンシングの高性能化■ 複数の小型衛星による観測ミッションへの応用■ 高い精度が求められる地上の天体望遠鏡など各種光学システムへの応用が期待される

研究設備■

デフォーマブルミラー■ 大口径望遠鏡■ コリメーター

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研究シーズ：2016-046

超小型衛星と新しいリモートセンシングセンサの研究
研究者名： 宮村 典秀
所Norihide Miyamura

属： 理工学部 総合理工学科

電気電子学系

准教授

専門分野： 航空宇宙工学
キーワード： 光学系 ，人工衛星，リモートセンシング

研究概要
近年、大学やベンチャー企業による超小型衛星開発が活発に行われています。特に低コスト化と短期間での開発が可能であるため、開発グループの得意技術の宇宙実証や、新しいビジネスの開拓に積極的に利用されています。さらに、2014年度よりJAXAによる有償打上げ機会の提供が始まり、宇宙がより身近になりました。
当研究室では、教員がこれまでに携わった人工衛星開発の経験を活かし、超小型衛星及び宇宙光学系の研究開発に取り組んでいます。特に、超小型衛星のフォーメーションフライトを利用した大口径宇
宙望遠鏡の研究（FFSAT）、ピエゾアクチュエータやデフォーマブルミラーを用いて宇宙で光学性能を補正するアクティブ光学系・補償光学系の研究を進めています。これらの技術は宇宙利用に限らず、地上の様々な分野にも応用可能です。

図1 FFSATの概念図（東京大学と共同研究）

図2 補償光学系実験装置

希望する連携内容（共同研究、試作品作りなど）と相談に対応できる技術分野
人工衛星は、制御系（ホイール，各種センサ）、電源（リチウムイオン電池，太陽電池）、光学系（望遠鏡、レンズ、MEMSデフォーマブルミラー、CMOSセンサ）、構造系（構造設計、製作）、推進系（イオンエンジン）、電子機器（回路設計、基板設計、製作）など様々な技術で成り立っています。
小型衛星のシステム開発からコンポーネント開発までご相談ください。

特記事項●代表論文：
1) Norihide MIYAMURA, Nobutada SAKO, “Wavefront Correction Using Deformable Mirror for Extended Scene:
Experimental Result,” Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan, Vol.16, No. 1, pp. 47-52 (2018)2)宮村典秀, 鈴本遼, 五十里哲, 川端洋輔, 船曳敦漠, 松下周平, 中須賀真一, “超小型衛星のフォーメーションフライトによる合成開口望遠鏡の光学特性,” 第63回宇宙科学技術連合講演会, JSASS-2019-4204, (2019)

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研究シーズ：2016-047

太陽光発電システムの出力を最大化する方法～諸条件の変化に追従可能な出力最大化技術～
研究者名：

星野 勉

Tsutomu Hoshino

所属： 理工学部 総合理工学科 電気電子工学系 教授
専門分野： 電力工学・電気機器工学、低温工学、物性II、電子・電気材料工学

キーワード： 太陽光発電、最大電力追従、増分コンダクタンス、制御アルゴリズム
研究概要
再生可能エネルギーとして、太陽光を利用する太陽光発電の近年の進歩は目覚ましいものがあります。太陽電池パネルの発電量は、太陽光照度のみならず、温度や雲量といった諸条件にも大きく左右されます。そこで、太陽電池パネルの効率を改善する方法として、我々が開発しました
最大電力追従技術（MPPT: Maximum Power Point Tracking）について紹介します。
太陽電池パネルの最大電力を日射変動があっても常に最大
太陽光照度化できように負荷インピーダンスを制御するアルゴリズムが最大電力追従技術で、最大発電量を確保できるようになります。
 太陽電池パネルが出力を最大化できる電流と電圧の関係を図1に示します。
 最大電力追従増分コンダクタンス法は、P-V曲線の傾き
温度が最大電力点でゼロになる特性を利用した制御法です。
温度や雲量等の諸条件が変化しても、逐次最大電力点に達するまで動作電圧を調整して、出力する電力の効率を大幅に向上できることが明らかになりました（図2）。
(i)(i) 100 mW/cm2(ii) 80 mW/cm2(iii) 60 mW/cm2(iv) 40 mW/cm2(v) 20 mW/cm2

(ii)
(iii)

図2 最大電力追従増分コンダクタンス法による実証試験
図1 電流と電圧の関係（P-V曲線）
温度と太陽光照度による影響●と○：最大電力点、
：28℃、

：56℃

出力電流
効率
(i) 理論最大電流◆
100 %(ii) 最大電力追従技術使用時の電流▲89.9%(iii) 最大電力追従技術非使用時の電流▼ 31.3%

応用例・用途 太陽電池パネルの出力電流の効率を大幅に向上できます。本技術は、1200編以上の論文に引用されています（T. Hoshino, et al., IEE Proc.-Gener. Transm. Distrib., 142, 59, 1995）。
研究設備
 極低温実験装置、温度・電位差同時測定装置、極低温冷凍機、波形記録装置(8ch, 16ch)
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研究シーズ：2016-048「電力の仮想的色づけ」を用いたEV充放電

エネルギー～充放電時の電力売買インセンティブ～
研究者名： 石田所隆張Takaharu Ishida

属： 理工学部 総合理工学科

電気電子工学系

教授

専門分野： 電力系統解析、社会インフラシステム、デジタル放送、ビッグデータ
分析の制御応用、蓄電池劣化分析、電気自動車の電力系統連系
キーワード： 電気自動車、蓄電池、充電負荷、スマート充電、充電アルゴリズム
研究概要
電力自由化がこれから進み、電気自動車（以下、EV）からの電力が電力系統に分散電源の形態で供給されることが考えられます。EV所有者が個人ベースであることから、EVの所有者に電力を供給してもらうために、ある基準に沿ったインセンティブが必要と考えられます。本研究では、このインセンティブを「電力の仮想的な色づけ」手法に基づき、EVに搭載されている電池等から供給した電力の影響範囲に応じて、売買価格を動的に変動させるための基本データを作成します。
 EVSEを介して各EVへの充放電量を制御する概要を図1に示します。
 系統情報に基づいて、開発したシミュレータにて、「電力の仮想的な色づけ」手法を用いて、対象配電系統に接続しているEVごとの充放電パターンを算出します（図2）注） 。

図1 充電制御の前提

図2 電力の仮想的な「色づけ」

注） ：対象となる配電系統とEVの充放電データを取得し、潮流計算※実行後「電力の仮想的な色づけ」手法で各負荷への充放電の影響を算出。その結果と売買電コストを考慮して、EVの最終的な充放電量を決定すします。

用語説明※潮流計算：発電と負荷のデータから、電力系統中の電力の流れを算出する計算
EV: Electric Vehicle(電気自動車)、 EVSE: Electric Vehicle Supply Equipment(充電器)、Load: 負荷、Generator: 発電機、
Bus: 母線(電力機器をまとめた仮想的な線)、Power Flow Calculation: 潮流計算

応用例・用途 「電力の仮想的な色づけ」手法を他の分散電源(例：太陽光、風力、定置型蓄電池)にも適用することで、需要家の電力コストを最適にします。
 電力自由化に向けて、「電力の仮想的な色づけ」によりEV所有者へのインセンティブが明確に
なります。

研究設備
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研究シーズ：2016-049

リチウムイオン電池の劣化診断

エネルギー～急速充電時のデータから準リアルタイムで推定～
研究者名： 石田所隆張Takaharu Ishida

属： 理工学部 総合理工学科

電気電子工学系

教授

専門分野： 電力系統解析、社会インフラシステム、デジタル放送、ビッグデータ
分析の制御応用、蓄電池劣化分析、電気自動車の電力系統連系
キーワード： 電気自動車、蓄電池、充電負荷、スマート充電、充電アルゴリズム
研究概要
電気自動車（以下、EV）には大容量のリチウムイオン電池の搭載が必要です。この電池は劣化が進行するので、車両の安全上その度合いをリアルタイムに近い状態で診断する（以下、劣化診断）必要があります。劣化診断を行う方法は従来からあるものの、改善の余地があります。そこで、
CHAdeMO(TM)注）方式で急速充電を行う際に、EVと充電器間で授受されるデータと、充電器側の電力データをもとに劣化診断を準リアルタイムで行う手法を開発しました。
 EV 急 速 充電 時 に、 EV中 の 情 報を CAN を介 してEVSEに送信し、種々のデータを遠隔データベースに記録します（図1）。
 EV充電回数が多くなるにつれて、定電流充電時の電圧の傾きが大きくなっています。これは内部抵抗が増加していて、劣化が進んでいることを示唆しています（図2）。
 電圧パターンマッチング法（図3）により、蓄電池の劣化診断を行うことが可能となります。

Information
Network
EV
CAN

CHAdeMO

Power
V,I,P Network
EVSE

Information
Power

開始

図1 急速充電時のEV、充電器、電力・通信ネット
ワークの関係

充電データの読み込み

充電開始時電池残量によるデータフィルタリング

2011/12/10 電池総容量値=17.6
データ選択処理
電圧プロファイルの時系列データを
パターンマッチ実施

2011/7/10 電池総容量値=19.2

最も距離が近い充電
履歴データ中の電池
総容量値を取得

疑似電池総容量結果保存

終了

図2 充電時の電圧と充電時間の関係
時間経過による充電時の電圧変化

Vi = {v1 , v2 ,  vim }としたときに電圧プロファイル履歴データ ｊ と電圧プロファイル
実績データ ｉ の距離をN

Distij = ∑ abs (vim − v jm )m =1とし， が最小となる ｊ の
電池総容量値を，実績データ
ｉ に対する電池総容量値の推定値とする。
※Ｎは比較する電圧カーブの時間(充電時間)

図3 充電プロファイルを用いた蓄電池劣化診断例注）：EVの急速充電方法の商標名で、EVの急速充電器間の通信方法と充電方法を規定
用語説明

EV: Electric Vehicle(電気自動車)、CAN: Controller Area Network(情報ネットワークの名称)、
EVSE: Electric Vehicle Supply Equipment(充電器)

応用例・用途 リチウムイオン蓄電池の劣化度合いをEV急速充電時に準リアルタイムに診断することで、蓄電池の交換時期を見極めることが可能となります。

研究設備
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研究シーズ：2016-052

ビーム走査可能な漏洩波アンテナの開発～電圧制御による全方向へのビーム走査を実現する～研究者名： 小寺所

敏郎

Toshiro Kodera

属： 理工学部 総合理工学科

電気電子工学系

准教授

専門分野： マイクロ波デバイス・アンテナ工学、人工電磁材料
キーワード： マイクロ波ミリ波素子、機能性アンテナ素子、人工電磁材料
研究概要
我々の研究室では、磁性体を一切含まない非可逆メタマテリアル（a magnetless non-reciprocal
metamaterial、MNM、図1）の技術を開発し、人工的なジャイロ磁性特性を創出してきました。
MNM により構成される非可逆性を有する電圧走査可能な漏洩波アンテナについて研究を行い、ビー
ム走査の可能性を見極め、その特性を実験により評価しましたので紹介します。
電圧制御によるビーム走査可能な漏洩波アンテナ注1）（図2）
 MNM の基本構造にバラクタダイオード注2）を装荷することで実現
シミュレーション検討結果
 7 GHz において-30 °から60°のビーム走査が可能であることを確認
実験による特性評価結果
 シミュレーション結果との良好な一致を確認

図3 アンテナの放射パターンのシミュレーション結果
図1 MNM の基本原理(a) 単向性素子を装荷した進行波共振器によるMNM の基本セル(b) 共振器内に励起される電磁界と回転磁化(a) 平面のときの放射パターン(b) 3D 放射パターン

図2 電磁界モデル（上）と放射ビーム走査漏洩波アンテナ（下）注1）：電圧制御による漏洩波（伝送線路から外部に向けて放射しながら伝搬する電磁波）の放射方向可変可能なアンテナ

注2）：端子に加える電圧によって静電容量が変化する可変容量ダイオード

応用例・用途

図4

放射パターンの測定結果

 人工的なジャイロ磁性特性により、小型化、軽量化を実現できます。また、集積回路製造技術をそのまま応用可能ですので、低コスト化も同時に実現できます。
 磁石の存在が実現を阻害していた広帯域放射特性を有する漏洩波アンテナを開発できます。

研究設備
 各種ベクトルネットワークアナライザ、スペクトラムアナライザ、各種信号発生装置、放射パターン測定装置、マイクロ波基板加工機、 3Dプリンター等

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研究シーズ：2016-053

ビーム走査可能な漏洩波アンテナの開発～周波数制御による全方向へのビーム走査を実現する～研究者名： 小寺所

敏郎

Toshiro Kodera

属： 理工学部 総合理工学科

電気電子工学系

准教授

専門分野： マイクロ波デバイス・アンテナ工学、人工電磁材料
キーワード： マイクロ波ミリ波素子、機能性アンテナ素子、人工電磁材料
研究概要
我々の研究室では、磁性体を一切含まない非可逆メタマテリアル（a magnetless non-reciprocal
metamaterial、MNM）の技術を開発し、人工的なジャイロ磁性特性を創出してきました。MNM により構成される非可逆性を有する周波数走査可能な漏洩波アンテナについて研究を行い、ビーム走査の可能性を見極め、その特性を実験により評価しましたので紹介します。
周波数制御によるビーム走査可能な漏洩波アンテナ（図1） MNM による非可逆性を有する人工ジャイロ磁性特性の実現
漏洩波アンテナの放射パターン（シミュレーションと測定結果）
 試作品と測定の概要を図2に示す
 広域放射の測定結果はシミュレーションとよく一致した（図3） （c）の結果はファンビーム特性を示した（図3）

図4

図1 ビーム走査漏洩波アンテナ(a) フェライト使用(b) 提案リングメタマテリアル使用
下図：進行波共振構造上面図（左）と進行波（右）図2

漏洩波アンテナ試作品（左）と測定の概要（右）漏洩波アンテナ放射パターン(a) 単相全波シミュレーション(b) 測定結果(c) φ方向放射のシミュレーションと測定結果の比較結果

応用例・用途 人工的なジャイロ磁性特性により、小型化、軽量化を実現できます。また、集積回路製造技術をそのまま応用可能ですので、低コスト化も同時に実現できます。
 広帯域放射特性を有する漏洩波アンテナの単一マイクロ波集積回路を開発できます。

研究設備
 各種ベクトルネットワークアナライザ、スペクトラムアナライザ、各種信号発生装置、放射パターン測定装置、マイクロ波基板加工機、 3Dプリンター等

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研究シーズ：2016-054

人工ジャイロ磁性特性の各種マイクロ波への応用～磁性体を一切含まない非可逆メタマテリアルの利用～
研究者名： 小寺所

敏郎

属： 理工学部

専門分野：

Toshiro Kodera

総合理工学科

電気電子工学系准教授

マイクロ波デバイス・アンテナ工学、人工電磁材料

キーワード： マイクロ波ミリ波素子、機能性アンテナ素子、人工電磁材料
研究概要

マイクロ波・ミリ波非可逆素子は磁性体の回転磁気特性（ジャイロ磁気特性）により非可逆特性を得ており、希土類永久磁石とイットリウム鉄ガーネット（YIG）注）等の希土類鉄酸化物が必要になりますが、磁石の存在は素子の集積化と小型化の障害となる上、磁気損失が動作周波数に比例することがミリ波・テラヘルツ領域への応用の障壁となり続けてきました。そこで、我々の研究室では、マイクロ波非可逆素子に不可欠な希土類磁性体の代替手段として、単向性デバイスを含む進行波共振構造により人工的にジャイロ磁性特性を作り出し、これをマイクロ波帯域において人工磁性体としてこれを各種マイクロ波素子に応用しました。
 進行波共振により回転磁気（ジャイロ磁気）を達成（図1）リング共振器に単向性素子を装荷することで、構造中の波は一方向に制限され、進行波共振となる
 人工ジャイロ磁気特性の応用例（図2~図4）
図1 磁性体を一切含まない人工的
ジャイロ磁性特性の基本原理

図3 反射型ファラデー回転子

図2 電圧による放射ビーム走査可能な漏洩波アンテナ

36個のジャイロ磁気共振器(a) 表面（RF面）(b) 裏面（バイアス回路面）

図4

人工ジャイロ磁性によるマイクロ波サーキュレータ

注）：Yttrium Iron Garnet、高周波領域での磁気損失が小さいため、マイクロ波用磁性材料として用いられる

応用例・用途 人工的なジャイロ磁性特性により、小型化、軽量化を実現できます。また、集積回路製造技術をそのまま応用可能ですので、低コスト化も同時に実現できます。
 従来技術では磁石の存在が実現を阻害していた新規デバイスの創出も可能です。
 本技術（反射型ファラデー回転子）は、高等教育機関における電磁界シミュレーターの活用に関する投稿論文について、YEP (Yes! Education Program) Award 2015が授与されました。

研究設備
 各種ベクトルネットワークアナライザ、スペクトラムアナライザ、各種信号発生装置、放射パターン測定装置、マイクロ波基板加工機、 3Dプリンター等

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研究シーズ：2018-004

ESP32-PICO-D4によるアダプティブアンテナ技術のWeb Radioへの適用
研究者名： 小寺 敏郎
所環 境Toshiro Kodera

属： 理工学部 総合理工学科

電気電子工学系

准教授

専門分野： マイクロ波デバイス・アンテナ工学
キーワード：ビーム切り替え、アダプティブアンテナ、SiP、ESP32、Web Radio
研究概要
IoTエッジデバイスの急激な普及により、無線LANにおける通信がさらに混雑することが想定される。この問題の解決策の１つとしてアダプティブアンテナ技術が果たす役割は大きい。複数のアンテナ素子を配列することで、妨害となる干渉波がある環境においても信頼性の高い安定した無線通信を実現できる。しかし、事前にアンテナの放射特性が得られていても、見通し外環境での電磁波伝搬は非常に複雑で予測不可能であり、良好な通信を行うためにはアンテナの指向性の調整が重要となる。今回、Espressif社のESP32-PICOD4 SiP (System-in-Package)チップを活用し、電波伝搬状況に応じてアンテナ素子を選択するデバイス、
Web Radioを設計したので、ここに紹介する。
7ミリ角に全てを搭載

効率的な指向性の制御が可能
7mmx7mm
図１ESP32-PICO-D4 SiPの内部構造

７みりシステム構成としてアンテナ以外のすべてのコンポー
ネントを含んでいる。
オンチップRFシステム
SoC SIP module ESP32 with 4MB
Flash, Dual Core MCU,
RF(WiFi/BT) 周辺回路

Web Radio への適用

テストボードアンテナ構造の概略

放射パターン

図２ ビーム切り替えアンテナの構造と測定結果
３本のアンテナ素子を配置し、放射パターン、水平偏波を測定した。互いに他のアンテナのヌル点を補完できるため、伝播環
境に応じてアンテナを切り替えることにより、効率的な指向性の制御が期待できることを実証した。

電波伝搬状況に応じて最適なアンテナを選択
図４ ビーム決定の手順

図３ Web RadioのPCBレイアウト
アンテナ部をESP32-PICO-D4のWeb Radioシステムに統合。
SP3T RFスイッチ、誘電体アンテナ、ハイレゾオーディオDACを搭載したWeb Radioシステムの完成サイズは50×50mm。

起動時に、先ずアンテナ選択
プロセスが実行される。
アンテナ毎に与えられた
SSIDに対してRSSI（受信強度）を取得して、最大値が得られるアンテナ素子を仕様素子 として 決定し た後、 Web
Radioのアプリケーションが始動する。
http://dx.doi.org/10.1016/j.ohx.
2018.03.001 にて論文入手可能。

応用例・用途 テレメトリーシステム、ヘルスケアモニタリングシステム、スマートスピーカー等にも適用可能。

研究設備
 電子回路プリンター、ネットワークアナライザー(50GHz)、デジタル変調評価器、
各種信号発生器(50GHz)、放射パターン測定装置、マイクロ波基板加工機、3Dプリンター等

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研究シーズ：2016-055

都市域でのヒートアイランド現象を緩和する

環 境～都市気候・建物エネルギー連成数値モデルの開発と適用～
研究者名： 亀卦川所

幸浩 Yukihiro Kikegawa

属： 理工学部 総合理工学科

環境科学系 教授

専門分野： 都市気象・熱環境学、環境動態解析、エネルギー学
キーワード： 地球温暖化、人工排熱、ヒートアイランド現象、連成数値モデル、高温化現象緩和研究概要
多くの巨大都市域では、地球温暖化に加え、都市自身が作り出す高温化現象（ヒートアイランド現象）によって、冷房の増エネルギーに伴うCO2排出量の増加や、異常高温（熱波）による熱中症
被害の拡大、都市型集中豪雨の激化等、様々な環境被害が生ずることが懸念されている（図1）。
都市の気候・熱環境とエネルギー需要の相互作用過程のモデリングとその省エネルギー・温暖化対策の評価や
将来気候変動予測等への適用を明らかにするため、我々が開発した都市気候・建物エネルギー連成数値モデル（MM-CM-BEM注）、図2）により解明している。
国内外の大都市を中心に、①将来気候変動予測、②
ヒートアイランド対策、③都市緑化や人工排熱の削減による将来都市気温の低減と熱中症などの健康被害リ
スクの軽減等について、研究を行っている。

図1 都市高温化と冷房エネルギー需要増のフィードバックプロセス

図2 結合モデルシステムの構成

注） ：メソスケール気象モデル*（Meso-scale Meteorological Model） – 鉛直一次元都市キャノピーモデル**（Urban Canopy

Model） – 建物エネルギーモデル***（Building Energy Model）*：地域の格子間隔を2 kmと密にした気象モデル**：都市表面の道路・壁・屋根を均質化して熱収支を計算する手法（図2参照）***：新たに開発したモデル（図2参照）

応用例・用途■ 都市域での気候変動がもたらす社会影響を緩和する方策として有効な手段となる。

研究設備■ 超音波風速計、各種日射計などの気象計測器

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研究シーズ：2016-060

廃棄物最終処分場の高pH浸出水対策技術の検討
研究者名： 宮脇 健太郎
所Kentaro

属： 理工学部 総合理工学科

環 境Miyawaki

環境科学系

教授

専門分野： 廃棄物工学、衛生工学
キーワード：埋立地、浸出水処理、アルカリ排水研究概要
焼却灰を主に埋め立てる処分場では、高pHの浸出水が長期にわたり流出する場合がある。排水基準のpH8.6まで中和・調整が行われるが、数10年の浸出水処理コストは莫大であり問題となる。
対策として、大気中CO2を集排水管近傍の採石表面で吸収させる条件を検討している。CO2中和は周知の事実であるが、実埋立地条件での設計に生かせる現象解明とデータ取得を目的としている。
低降水量条件ではpH11→pH8前後となることを確認した。

11
10.5
10

pH

9.5
9
8.5
8
7.5
7

中和実験装置

0

200

400
600
inflow (mm/day)

800

1000

実験結果例（Ca(OH)2 水溶液：pH11）

応用例・用途 高pH排水のCO2中和

研究設備
 原子吸光光度計（フレーム、ファーネス共用）各種電気炉
 TOC計 イオンクロマトグラフ

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研究シーズ：2016-061

廃棄物最終処分場の高pH浸出水対策技術の検討
研究者名： 宮脇 健太郎
所環 境

Kentarou Miyawaki

属： 理工学部 総合理工学科

環境科学系

教授

専門分野： 廃棄物工学、衛生工学
キーワード： 廃棄物最終処分場、高pH浸出水、大気中炭酸ガス中和能
研究概要
廃棄物最終処分場の廃棄物として、可燃ごみの焼却残渣が多く含まれており、高pH浸出水流出の原因となっており、排水基準（pH 8.6～5.8）を満たせない場合もあり、対策が急務な状況にある。高pH浸出水の主な要因は水酸化カルシウムであり、大気中の炭酸ガスを利用した中和による解決法を紹介する。
滴下装置
大粒径砕石層詳細(mm)

外径(D×W×H）

880×640×510

内径(D×W×H）

800×560×480

充填砕石粒径50～150

砕石充填高さ300・600・900

砕石充填容積134Ｌ

浸出水集排水管近傍の砕石層で起こる大気中の炭酸ガスによる中和反応について、小粒径砕石（f10～16 mm）及び大粒径砕石（栗石：f50～150 mm）を用いて検討した。ここでは、大粒径砕石を使用した結果について説明する。模擬装置を図1に示す。

分岐

 流入量が少ないと、浸出水pHは 低下する（図2）。流
入量の増加に伴い、砕石表面の水膜が厚くなり、大気砕石層(30cm)
採水との接触時間も減少する（図3）ためpHが上昇する。
 砕石層の充填高さを高くする（2回繰り返したものを60 図1 大粒径砕石層における浸出水流出模擬装置
内径：D800 mm X W560 mm X H480 mm
cm、3回のものを90 cmと定義する）ことにより十分な砕石充填高さ：300 mm
中和能が得られる（図4）。
試料はポンプにより砕石層上部より均一に滴下
ナフロンシート

ポンプ

サンプル

35

11

30

pH

10
9
8

pH10.50条件下

7

pH11.00条件下

6

pH11.50条件下

5
4

25

pH11.50条件下

20

実浸出水A(pH12.12)

400

600

800

9
8

15
10

0

200

10

pH11.00条件下

1000

30cm砕石層

7

5

実浸出水A(pH12.12)
0

11

pH10.50条件下

pH

40

12

CO2吸収量(ml/L)

13

0

200

400

600

800

降雨量換算(mm/日)

降雨量換算(mm/日)

図2 pH変動と流入量の関係
模擬浸出水と実浸出水

図3 炭酸ガス吸収量
模擬浸出水と実浸出水

1000

6

60cm砕石層
90cm砕石層
0

100

200

300

400

500

降雨量換算(mm/日)

図4 砕石層高さ別pH変動
pH 11模擬浸出水

応用例・用途 大気中の炭酸ガスを利用した中和により、高pH浸出水流出の問題を解決できる。

研究設備
 原子吸光光度計、pHメーター、イオンクロマトグラブ分析装置、各種溶出試験機器、乾燥機

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研究シーズ：2016-062

廃棄物最終処分場の不燃破砕残渣からの浸出水による環境への影響評価
研究者名： 宮脇 健太郎
所

属： 理工学部

専門分野：

Kentaro総合理工学科環 境

Miyawaki

環境科学系

教授

廃棄物工学、衛生工学

キーワード： 不燃破砕残渣、浸出水、重金属類、環境影響、埋設用土壌代替材
研究概要
廃棄物最終処分場に埋め立てる不燃破砕残渣の環境への影響について検討を行った結果、降雨により重金属類は浸出水として流出する可能性が示唆された。
 不燃破砕残渣を表1の条件（降雨量4 mm/日相当)で、定量送液ポンプを用いて、純水を降水として流入した。
 Cu、Zn、Cr、Mn、 Fe は環境省の一律排水基準と、B、As、Se、Pb は土壌環境基準と比較した。
Cu：銅、Zn：亜鉛、Cr：クロム、Mn：マンガン、 Fe：鉄、 B：ホウ素、 As：ヒ素、Seセレン、Pb 鉛

 浸出水のpHは次第に高くなり、排水基準を超えたが、その後低下する傾向にあった（図1）。
 純水を流し始めてから、すべての元素で流出濃度が全体的に高くなり、その後排出される濃度が低下して環境基準を下回る結果となった。図2にSeの例を示す。

図1 降水日数とpH変動の関係

表1 カラム試験の条件
充填量
（kg）

流量
（mL/h）

充填高
（cm）

基本1

3.26

1.16

30

基本2

3.26

1.14

30

週4日降雨

3.26

1.16

30

水量5倍

3.26

5.66

30

60 cm

6.52

1.12

60

カラム名

図2 降水日数とセレン流出濃度の関係

・不燃破砕残渣は、粗大ごみや不燃物として回収された廃棄物から、鉄、アルミ等の資源を回収後、細かく破砕されたものである。
・不燃破砕残渣はA 市資源化施設から採取し、室温で10 日間十分乾燥させて使用した。

応用例・用途 重金属類は洗い流されやすいため、十分な水による浸漬洗浄を行うことによって不燃破砕残渣の環境への影響をさらに低減できる。

研究設備
 原子吸光光度計、pHメーター、 ICP-MS（誘導結合プラズマ質量分析計：共通機器） 、乾燥機

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研究シーズ：2016-066

変異・融合酵母による草本系バイオマス
からのエタノール発酵技術の開発

エネルギー

研究者名： 田中 修三 Shuzo Tanaka

所

属： 理工学部 総合理工学科 環境科学系 教授

専門分野： 応用発酵工学、水環境学研究者HP： http://www.hino.meisei-u.ac.jp/es/staff/mizu-bio/
キーワード：バイオエタノール、キシロース代謝、変異・融合技術、草本系バイオマス

研究概要
草本系バイオマスである稲藁を原料として、食料との競合や農地の乱開発を起こさないバイオエタノール生産をめざし、前処理による結晶構造の改変、低温高活性酵素による糖化及び変異・融合酵母による糖発酵を行う高度エタ
ノール発酵技術を開発する。
具体的には、エタノール発酵の障害となる稲藁のリグニンや結晶構造による難分解性及びSaccharomyces酵母が資化しないキシロースの生成等の技術的課題に対して、本研
究では亜塩素酸塩による脱リグニンと重曹熱処理による結晶構造の改変、 Trichoderma 変異株による低温高活性セル
ラーゼの産生・糖化及びSaccharomyces変異株とキシロー
ス資化性 Candida 変異株による変異・融合酵母の獲得・発酵を行い、課題の解決を図る。全体目標として、稲藁の糖化率90％以上、30℃高活性のセルラーゼの産生及びエタ
ノール転換率0.4（kg/kg稲藁有機分）を達成することをめ
ざし、稲藁などの草本系バイオマスを原料として、これらの要素技術を統合した高度並行複発酵（SSF）プロセスを開発する。

応用例・用途 未利用の草本系バイオマス
 残材・廃材等の草木質系廃棄物からのバイオエタノール生産

研究設備
 各種発酵実験設備： ジャーファーメンター、PCR、電気泳動装置、タンパク分離精製装置など
 各種分析装置： LC-MS/MS、GC-MS、HPLC、FPLC、ICP-MS、FT-IR、SEMなど

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研究シーズ：2016-067

草木質バイオマスからの高効率エタノール生産技術の開発

エネルギー～Trichoderma reesei 変異によるセルラーゼ活性の改良～
研究者名：
所

田中 修三

Shuzo Tanaka

属： 理工学部 総合理工学科

環境科学系

教授

専門分野： 環境技術・環境材料、土木環境システム、応用微生物学
キーワード： リグノセルロース系バイオマス、糸状菌トリコデルマ、セルラーゼ、変異導入

研究概要
食料と競合しないリグノセルロース系バイオマス注1）を酵素により糖化するに当たり、セルラーゼ注2)高産生菌として知られている糸状菌トリコデルマの１種Trichoderma reesei（以下、T. reesei）に変異を加えること
で、糖化比活性の高いセルラーゼを産生する菌株の獲得に成功した。
 UV照射や亜硝酸浸漬及びその組み合わせによる変異処理をした菌体培養液を希釈培養し、変異株を取得した（図1）。各種の変異処理をした菌株は野生株と同等の粗酵素（主にセルラーゼ）産生能を示した。各種の変異株培養によって得られるセルラーゼの糖化能を調べるため、a-セルロースを基質として30℃で1時間、酵素による糖化を行い、産生セルラーゼの糖化比活性を求めた（図2）。
 T. reesei にUV照射及び亜硝酸浸漬による変異処理を組み合わせることで、産生されるセルラーゼの糖化比活性が向上し、T. reesei 野生株からの酵素に対して約1.8倍、市販酵素（C1.5L注3））に対して約2.2倍の糖化能を備えた高活性セルラーゼ（MT100UN）を取得した。更に糖化活性の高い酵素を産生する優良株の獲得を目指して、研究を継続中である。

図１ T. reesei 変異処理によるセルラーゼ産生株の獲得
・カルボキシメチルセルロース（CMC）を含むポテトデキシトロースA
寒天（PDA）培地で培養
・CMCを分解することで、染色されずハローが形成される

図2 セルラーゼの糖化比活性WT：T. reeseiの野生株、MT100UN：UV照射＋亜硝酸浸漬変異株、MT100NU：亜硝酸浸漬＋UV照射変異株、MTN：亜硝酸浸漬変異株

注1）：植物の細胞壁の主成分で、セルロース、ヘミセルロース、リグニンを含む、注2）：セルロース分解酵素
注3）：Novozymes社、Celluclast® 1.5L （1,4-(1,3:1,4)-β-D-グルカン 4-グルカノヒドロラーゼ）

応用例・用途■ セルラーゼ高産生菌T. reesei にUV照射と亜硝酸浸漬を組み合わせた変異を加えることで、高活性セルラーゼを産生する菌株を得ることが可能となる。
■ 取得したセルラーゼは、セルロース系バイオマスからのエタノール生産の糖化工程に利用可能である。

研究設備■ インキュベータ、電気泳動装置、PCR計、分光光度計、質量分析計（LC-MS/MS）、クロマトグラフ（HPLC、
FPLC）、凍結乾燥機、ファーメンタ、高速遠心分離機、オートクレーブ、恒温室、安全キャビネット、フリーザ（80℃、-20℃）

お問合せ先：明星大学 教育研究情報センター〒191-8506 東京都日野市程久保2-1-1
Tel: 042-591-5097 Fax: 042-591-5644
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研究シーズ：2016-068

草木質バイオマスからの高効率エタノール生産技術の開発

エネルギー～亜塩素酸塩処理と重曹熱処理による稲藁の前処理～
研究者名： 田中所

修三

Shuzo Tanaka

属： 理工学部 総合理工学科

環境科学系

教授

専門分野： 環境技術・環境材料、土木環境システム、応用微生物学
キーワード： リグノセルロース系バイオマス、亜塩素酸・重曹処理、ミクロフィブリル、酵素糖化

研究概要
草木質系バイオマスは賦存量が多く且つ食料・飼料の供給と競合しないバイオエタノールの原料となるが、草木質成分であるリグノセルロースは糖化されにくい構造であるという欠点を持っている（表1）。更に、セルロース繊維の剛構造を破壊する必要がある。そこで、我々は、草本系バイオマスである稲藁を原料として、エタノールに転換されないリグニンの除去並びにセルロース繊維の結晶性の低減と結晶型の改変に関する研究を行い、良好な結果が得られたので、以下に紹介する。

稲藁の亜塩素酸・重曹法による前処理

表1 リグノセルロースを構成する成分組成

 ブレンダ―粉砕稲藁（図1）を酢酸酸性域で亜塩素酸ナトリ
ウム処理（亜塩素酸処理）によってリグニンを可溶化させ、除去できることを見出した。
 粉砕された稲藁を亜塩素酸処理することにより漂白され、

リグニン

セルロース

ヘミセルロース

木質系

20～30%

40～50%

20～40%

草本系

5 ～20%

35～40%

20～40%

稲藁約14%

その後重曹熱処理することによってパルプ状になり、膨潤した微細繊維（ミクロフィブリル）に変化していることが明らかとなった（図2及び図3）。
 開発した亜塩素酸・重曹法により、稲藁のリグニンを88%除去することが可能となり、工業用セルラーゼによる50℃、12時間での糖化の場合、無処理稲藁の糖化率20%に対して、96%の糖化率を達成した（図4）。
図2中の3回ASC+SBを使用して行った実験の結果である。

50.0 µm
図1 粉砕稲藁（上）図3 図2 EのSEM写真（下）図2 前処理による形状変化

・A、B、C：順に ASC 1回、2回、3回・D、E、F：順に ASC+SB、2回ASC+SB、3回ASC+SB

図4 稲藁の酵素糖化に対する前処理
Ctrl：無処理、3XASC：の効果
3回ASC処理、Avicel：脚注参照、
3XASC+SC：3回ASC＋SC処理

脚注 ・ASC：亜塩素酸ナトリウム処理、SB：重曹処理
・Avicel：Nobozyme社celluclast及びNobozyme 188によるアビセルセルロース（微結晶セルロース）の糖化

応用例・用途■

草木質系バイオマスを亜塩素酸・重曹法による前処理を行うことで、効率の良い糖化が可能となる。

研究設備■ インキュベータ、電気泳動装置、PCR計、分光光度計、質量分析計（LC-MS/MS）、クロマトグラフ（HPLC、

FPLC）、凍結乾燥機、ファーメンタ、高速遠心分離機、オートクレーブ、恒温室、安全キャビネット、フリーザ（80℃、-20℃）

お問合せ先：明星大学 教育研究情報センター〒191-8506 東京都日野市程久保2-1-1
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研究シーズ：2016-069

草木質バイオマスからの高効率エタノール生産技術の開発

エネルギー～キシロース利用酵母の変異処理とプロトプラスト融合～
研究者名： 田中所

修三

属： 理工学部

Shuzo Tanaka

総合理工学科

環境科学系

教授

専門分野： 環境技術・環境材料、土木環境システム、応用微生物学
キーワード： キシロース利用融合酵母、変異導入、プロトプラスト融合、 Saccharomyces
cerevisae、Candida intermedia

研究概要
酵母Saccharomyces cerevisaeとCandida intermediaとの細胞融合により、キシロースを利用する変異・融合酵母の獲得と得られた酵母を利用した発酵技術を開発したので紹介する。これにより、草本系バイオマスである稲藁を原料として、①亜塩素酸・重曹を用いた前処理技術、②高活性な低温性セルラーゼによる糖化技術、及び③変異・融合酵母による発酵技術を利用した、食料との競合や農地の乱開発を起こさないバイオエタノール生産を可能とする一連の技術を確立した。
 エタノール発酵能の高いSaccharomyces cerevisae NBRC2114（以下、 S. cerevisae ）とキシロール代謝能をもつ
Candida intermedia NBRC10601 （以下、 C. intermedia ） （両酵母とも、NITE-NBRCより取得）を野生株として用いた。両酵母をメタンスルホン酸エチルで変異処理し、キシロース取り込み能を向上させたS. cerevisae 変位株とキ
シロース取り込み能を抑えたC. intermedia とのプロトプラスト融合注1）を行い、グルコース存在下でもキシロース取り込み能が野生株の約12.2倍高いFSC1株（変異・融合酵母）を獲得した。
 FSC1株のエタノール発酵能を改良するため、再度メタンスルホ
ン酸エチルで変異処理し、改良型のFSC3株を取得した。
エタノール収率（g/g-グルコース・キシロース基質）：FSC3株は0.42、FSC1株は0.38、野生株S. cerevisae は0.1
 一連の研究の成果を組み合わせて実験を行ったところ、エタノー
ル生成は発酵48時間で完全に糖化された（図1）。エタノール収率は、0.324（g/g-前処理済み稲藁）であった（前処理済み稲藁は、菌体増殖にも使われた）。

図2 融合酵母FSC1株の胞子形成（左）と顕微鏡写真（右）10 µm
注1）：細胞壁のない植物等の2種類の細胞を融合する方法。細胞融合には、一般的にPEG（ポリエチレングリコール）が用いられる。

図１ 前処理済み稲藁の低温性セルラーゼと改良型FSC3株による平行複発酵
・亜塩素酸・重曹法による前処理
・Trichoderma reesei MT957株産生の低温性セルラーゼによる糖化と融合酵母
FSC3株による同時発酵

応用例・用途■ 高活性低温性セルラーゼとキシロースを利用する変異・融合酵母を組み合わせることで、高効率なバイオエタノールの生産が可能となり、地球温暖化対策に貢献できる。
■ 草木質バイオマスを原料とするバイオエタノール生産により、再生可能エネルギーとして貢献できる。

研究設備■ インキュベータ、電気泳動装置、PCR計、分光光度計、質量分析計（LC-MS/MS）、クロマトグラフ（HPLC、

FPLC）、凍結乾燥機、ファーメンタ、高速遠心分離機、オートクレーブ、恒温室、安全キャビネット、フリーザ（80℃、-20℃）

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研究シーズ：2016-071

広域大気汚染の発生メカニズムと抑制

環 境～大気汚染の動態解析、発生源の特定と抑制対策～
研究者名： 櫻井所

達也

Tatsuya Sakurai

属： 理工学部 総合理工学科

環境科学系 准教授

専門分野： 大気環境問題、大気環境アセスメント
キーワード： 大気汚染、予測精度、動態解析、汚染物質抑制対策、健康影響
研究概要
大気汚染は、人間の社会的・経済的な活動が主な原因で起こり、地球温暖化を始め、酸性雨、光化学スモッグなどの原因となっており、人の健康や環境に悪影響をもたらすことで知られている。
近年、越境大気汚染として知られているPM2.5注1）についての関心も急速に高まってきている。
多点サンプリングで得られる濃度データを対象にして気象モデルWRF注2）を用いて3次元空間気象
データを作成し、或いは各地域の排出源データを作成し、CMAQ注3）による大気質シミュレーションを行って、予測精度を向上させつつ、大気汚染の動態を解析すると共に、大気汚染物質の発生源の特定と抑制対策を明確にし、生態系及び人体への健康影響を明らかすることを目的とした研究を行っている。解析までの流れを下図に示す。

工場、火力発電所、自動車などの排煙が主な原因で、大気汚染物質には、窒素酸化物、微粒子状浮遊物質、二酸化炭素、
硫酸塩、硝酸塩、アンモニウム塩などがある。
健康障害として、二酸化硫黄濃度との間に強い関連が認められる気管支喘息、光化学オキシダントによる目や気道の刺激症状、浮遊粒子状物質による呼吸器疾患や肺癌などがよく知られている。

注1）：粒径2.5 mm以下の微小浮遊粒子状物質、注2）：次世代気象予測モデル、Weather Research and Forecasting Model

注2）：Community Multiscale Air Quality、汚染物質の大気中の濃度を変化させる物質・化学過程を詳細に解析できるモデルであり、世界中で多くの使用実績が蓄積されつつある大気質モデル

応用例・用途■ 広域大気汚染の動態を解明することで、汚染物質の発生源の特定と発生を抑制ことが可能となる。

研究設備■ PCクラスター計算機、光散乱法PM2.5測定器、パッシブサンプラー観測網

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研究シーズ：2016-072

水圏生態系の捕食者の捕食圧を高めて有害ラン藻の異常発生（アオコ）を抑制する
研究者名： 岩見
所

徳雄

Norio

属： 理工学部 総合理工学科

環 境

Iwami
環境科学系

准教授

専門分野： 生態工学, 微生物生態学
キーワード：アオコ抑制、水質改善、捕食圧、捕食-被食相互作用、ミクロシスティス、生態工学

研究概要
多糖類
の鞘

細胞

富栄養化の進行した池沼〔写真1〕ではラン藻Microcystis（ミクロシスティス）〔写真2〕からなるアオコが大発生し利水問題を引き起こしています。当研究室では水圏生態系における捕食者と被食者の生物間相互作用に着目し、捕食の効率化を図ることでMicrocystisの大発生を10μm抑制できるプロセスの開発を目指しています。
１．概要

写真1 富栄養化によるアオコ現象

写真2 アオコ原因種のMicrocystis

Microcystisは多糖質に包まれた細胞群体を形成するため周囲の捕食者（原生動物、微小後生動物など）に容易に捕食されないことが大発生の一因として挙げられています。これまでの研究で、Microcystisの細胞群体を物理的に個々の細胞に解体した結果、原生動物鞭毛虫類Monas sp.（モナス）〔写真3〕の捕食圧は高まり効率よくMicrocystisが減ることを室内実験で確認しました〔図1〕。

Microcystisを消化した捕食者からは窒素やリンなどの栄養物が水中に放出され、再びMicrocystisに利用されてしまうので、その対策として水生植物に栄養物を吸収させて除去するプロセスを考案しました〔図2〕。
このプロセスの実用化に向けてMicrocystisが発生するタイ国の内水面養殖池で検証実験を行っています。
国内サイトでは、東京都井の頭公園恩賜池の景観と水質を改善①細胞群体を ②捕食者を高密度に保持した解体する装置 生物反応槽（バイオリアクター）

池から流入するために水質調査と 図1 細胞群体解体による捕食圧の増加③水生植物植栽水路

浄化研究を進めています。

放流

アオコ（Microcystis）

物理的作用
解体された個々の細胞

ｻﾝﾌﾟﾗｰ

次々に捕食

Monas sp.

10μm

写真3

Microcystisを捕食する
Monas sp.

Microcystis の細胞群体

図1

細胞群体解体による捕食圧の増加

内水面養殖池
① Microcystisの細胞群体を解体する。
② 高密度に保持された捕食者がMicrocystisの細胞を捕食･分解する。
③ 水生植物が栄養物を吸収する。

図2

Microcystis抑制プロセス（構想）

応用例・用途■ 公園や寺院などの池、内水面養殖池や釣堀、ゴルフ場のバンカーなどのアオコ対策

研究設備
室内実験設備■ 光学顕微鏡■ 分光光度計 など
屋外実験設備■ メソコズム■ バイオクリーンベンチ■ サーマルサイクラ■ モニタリング機器（温度, 照度, pH, DO, 濁度 他）■ 電気泳動など

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研究シーズ：2017-004

アルミニウムの水平リサイクルに向けた
現場計測技術の開発
研究者名： 上本 道久
所Michihisa

属： 理工学部 総合理工学科

環 境

Uemoto

環境科学系

教授

専門分野： 分析化学、無機化学、環境動態解析、リサイクル
キーワード：アルミニウム合金、可搬型蛍光X線分析装置、現場分析、リサイクル
研究概要
資源枯渇および省エネルギーの観点からアルミニウムの循環利用が希求されているが、リサイクル率は３割程度に留まっている。スクラップヤードでの迅速な化学計測により合金種別を判別することができれば、混合して溶解することなく高級材であるアルミニウム展伸材としての再利用が可能となる。
本研究室ではスクラップ現場に持ち込むことの可能な可搬型（ハンドヘルド型）蛍光X線分析装置による、アルミ展伸材スクラップの相互識別の可否について検討し、その有効性を確認した。
1.アルミニウム合金標準試料を用いた、バルクFP法による種別判定のための測定条件の検討
2.サッシスクラップ試料を用いた実験
3.リサイクルヤードでの測定

 可搬型XRFを用いて大気中でアルミ合金
展伸材試料の測定を行い、合金標準試料の種別判定に成功した(表1)。
 スクラップ試料でも判定は可能であった。 Mg 1.254 Al 1.487 Si 1.740
 軽元素であるSiおよびMgの測定の可否が 図１ アルミの主ピークの近傍にある
SiおよびMgのXRFスペクトル
可搬型蛍光X線分析装置による現場判定には重要であることがわかった(図1)。
分析 （塗料剥離後に測定） 試料の不整形状や表面状態(形状、塗装）
表１アルミサッシに使われる合金とスクラップ分析での判定結果に応じた、測定パラメータの調整により種別判定の識別精度を向上できる。
合金の種類
特徴
用途
備考
従来技術に比べての優位性
目視や用途調査による分別に代わり、現場での化学計測により単一スクラップとしての分別が可能となることで、市場価値が飛躍的に高まるものと期待できる。

今後の展望
本技術は、他の高付加価値合金（マグネシウム合
金、貴金属合金）スクラップにも適用できる可能性が高い。今後、産業界と連携して研究を進めて
いく。

可否

5000系
（Al-Mg系）
6000系（Al-Mg-Si系）
7000系（Al-Zn-Mg系）
7N01

海水耐食性
溶接性良好
熱処理後の時効硬化
強度耐食性良好
押出し加工性良好
熱処理後の強度最大

船舶、車両
建築用材
アルミサッシ
車両構造材
スポーツ用具ダイキャスト用合金

耐食性

自動車関連部品

ADC12

耐圧性

建築材料

◎
◎

×

◎

5052や5084として詳細な判別可6063として判別可

Mg(4.0-8.4%)の異常
値に起因か
4000/Castとして判別

応用例・用途 スクラップ取引の際に添付する信頼性を有する測定値と判別結果を提供

研究設備

 高速液体クロマトグラフ（HPLC）、原子吸光光度計（フレーム、ファーネス共用）
 熱分析装置、湿式化学実験室

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研究シーズ：2017-005

マグネシウム材料中の微量元素定量法に関するJISおよびISO標準化
研究者名： 上本 道久
所Michihisa

属： 理工学部 総合理工学科

環 境

Uemoto

環境科学系

教授

専門分野： 分析化学、無機化学、環境動態解析、リサイクル
キーワード：ICP発光・質量分析法、 ISO、 JIS、標準化、分析規格、マグネシウム合金研究概要
本研究室では日本工業規格（JIS）および国際標準化機構（ISO）の標準化に向けて、ICP発光分析・
ICP質量分析法によるマグネシウムおよびマグネシ
ウム合金中の微量元素の定量法を開発しています。
これまでに、マグネシウム合金の分析試料の採取方法や、 ICP発光分析法によるマグネシウム材料中のスズ(Sn)、ベリリウム(Be)、カドミウム(Cd)の定量法がJISで規格化されました。現在は、水銀(Hg)の定量や 希土類元素(Y, La, Ce, Gd)を含む新合金の分析と国際標準化に取り組んでいます。
マグネシウム合金は実用金属中最軽量で輸送機器分野等での需要増加が見込まれますが、合金に添加された金属元素を個別に定量する分析法が未確立であるなど、分析規格が追いついていないのが現状です。
また合金中微量元素の局在状態を紫外レーザーで調べるなどの新しい実験も行っています。
従来技術に比べての優位性
国家標準や国際標準として規定された、定量下限値などの信頼性が検証された分析手法であり、材料取引の際に検査証明書の信頼性が担保できる分析が可能になります。
新合金の均質性など材料評価が可能で、製品の強度や耐久性などを化学的に調べることができる。

相談に応じられるテーマ
各元素に最適な分析方法・評価技術の提案
金属材料中の微量元素の分布や偏在の測定方法

出典： 日本マグネシウム協会ホームページ(http://magnesium.or.jp)

図1. マグネシウム材料の主な用途

マグネシウム材料の標準規格
JIS H 2150:2006（純Mg), JIS H 2221:2006(合金),
JIS H 2222:2006(合金)ISO 8287:2011（純Mg), ISO 16220:2017(合金)
ASTM B92/B92M-17（純Mg), ASTM B94-18, B8015, B90/90M-15, B91-17, B107/107M-13（合金）

マグネシウム材料の分析規格の手法開発

酸溶解‐直接噴霧導入‐ICP発光分析法による微量元素定量法を開発しました。
共同分析による最適化と標準プロトコルの構築を行い、主成分濃度1-2%(質量分率）の溶液を直接噴霧導入する手法を提案し、JISで規格化されました。
JIS規格化：Sn, Be, Cd 定量法
スパーク放電発光分光分析法
分析試料採取方法
ISO project 進行中：Sn, Hg, Be 定量法

応用例・用途 マグネシウム材料や製品の取引における信頼性確保
 高強度耐熱合金の開発の推進（化学組成と対応づけた物性の評価）

研究設備
 高速液体クロマトグラフ（HPLC）、原子吸光光度計（フレーム、ファーネス共用）
 熱分析装置、湿式化学分析用実験室および機器室

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研究シーズ：2019-003

非可食性バイオマスポリマーを原料とする機能性ナノ材料の創成
研究者名： 吾郷所

環 境

万里子 Mariko Ago

属： 理工学部 総合理工学科

環境科学系

特任准教授

専門分野：木質科学，コロイド科学，材料科学，高分子科学
キーワード： バイオマス，リグニン，ナノ粒子，ナノセルロース、ナノファイバー，複合材料，
エマルション，コロイド，電極材料

研究概要
木質成分に由来するセルロース，ヘミセルロース，リグニン等を非可食性バイオマスといい，このうち，リグニンは，天然から得られる唯一の芳香族性ポリマーであり，生分解性樹脂原料として，また炭素繊維の原料として期待されています。しかし，リグニンの分子構造が複雑なことから，材料用途への応用が難しく，産業的には大部分が燃料用途としてサーマル利用されているにとどまっています。本研究室では地球温暖化対策，
化石燃料代替への解決に向け，再生可能資源である木質バイオマス・リグニンを新しい原料として利用するための技術開発を行っています。ここでは，リグニンを用いたナノ構造体（ナノ粒子やナノファイバー）の開発に成功したので，その用途展開を併せてご紹介します。
安全で高性能なリグニンナノ粒子（１）安全で高性能なリグニンナノ粒子の開発
o/wエマルション
リグニンナノ粒子
生分解性ポリマーであるリグニンを用いて安全で高機能なナノ粒子の開発に成功しました。リグ
ニンナノ粒子はエマルションの安定化剤として，
水/油界面においてすぐれた乳化作用を示しました。この他，様々な機能を有するリグニンナノ粒子の開発を行っています。
（２）リグニンを用いたカーボンナノファイバーの開発とフレキシブル電極素材の開発
従来繊維状に加工するのが難しかったリグニン
ですが，なじみのよい可塑剤を少量加えること，エレクトロスピニング法を用いることにより，リ
グニンナノファイバーマットを合成することに成功しました。さらに炭化処理技術によってメソポ
アカーボンマットとして，フレキシブルで高容量なスーパーキャパシタンス用電極材として機能することを明らかにしました。更なる高容量化，高寿命化を実現する研究を行っています。

フレキシブルカーボンマットスーパーキャパシタンス
フレキシブルカーボンマット(比表面積2000㎡/g)

希望する連携内容（共同研究、試作品作りなど）と相談に対応できる技術分野

 ナノファイバー、ナノ粒子の合成/セルロースナノファイバー、ナノクリスタルを原料としたポリマー
コンポジットの合成と物性評価/エアロゲル、エマルションの安定化等の物性評価/電極材料評価

応用例・用途 選択的ガス吸着剤/センサー，導電性ポリマーナノコンポジット，界面活性剤，表面処理，接着剤

特記事項
 代表論文： Ago, M. et. al. High-Throughput Synthesis of Lignin Particles (∼30 nm to ∼2000 nm) via Aerosol Flow Reactor: Size
Fractionation and Utilization in Pickering Emulsions. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8 (35), 23302–23310.; Ago, M. et. al.,.
Supramolecular Assemblies of Lignin into Nano- and Microparticles. MRS Bull. 2017, 42 (5), 371–378.

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研究シーズ：2019-007

気象の極端現象化での生態系機能最大化に向けた
土地利用法の提案
研究者名： 柳川 亜季
所属：

理工学部

専門分野：

Aki

総合理工学科環 境

Yanagawa

環境科学系

助教

景観生態学、土壌水文学、緑地学

キーワード：

持続的土地利用、生態系機能、乾燥地、都市緑地

研究概要

生態系の持つ環境修復機能を評価する
近年問題となっている、気象の極端現象（ゲリラ豪雨や干ばつ）に対する植生の影響の受けにくさや回復力に着目しています。環境修復機能を支える環境要素、例えば種の多様性、気象条件、土壌の性質や土地利用履歴などに地域間でどのような違いがあるか、その重要度をモデルを構築することにより明らかにし、当該地域が発揮しうる最大限のレジス
タンスレジリエンスを提示します。グローバルなビックデータによる数値解析やローカルな植生および土壌調査、現地観測など、様々な手法を用いて生態系機能を評価しています。

耕作地

 干ばつ年と非干ばつ年の草本植生下における積算蒸散量と土壌水分環境をシミュレー
ションした結果、干ばつ年には、乾燥条件下でも蒸散を継続できる、高い蒸散効率を有する種が優占し、根圏にはより強い力で保持された水分だけが土壌に残り、他の植物の生育には厳しい土壌環境を作っていることが示された。

耕作放棄地

放牧地
モンゴルの土地利用別の植生

干ばつの際、各種の生態系を構成する生物および非生物要素がレジス
タンス（干ばつの影響の受けにくさ）に与える影響を評価した図
黄緑の部分は干ばつの際のレジスタンスに植物種数が最も寄与していることを示す

遊牧など、その地域で長年営まれてきた土地利用は当該地域の気候に適応し、土地の脆弱性を高めない生態系システムを形成している。

応用例・用途■

極端な気候変動の影響を受けにくく、その土地の特性を活かした土地管理施策を提示

備考（参考資料）乾燥地における土地利用期間が干ばつへの脆弱性に与える影響
柳川亜季，吉川沙耶花，Jaeil CHO，Hyungjun KIM，鼎信次郎 水工学論文集 71 I-931-I-936 2015年

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研究シーズ：2019-008

次世代に残すべき農地の多面的機能の評価〜生物多様性保全機能を指標として〜
研究者名：

柳川 亜季

所属： 理工学部
専門分野：

Aki

総合理工学科環 境

Yanagawa

環境科学系 助教

景観生態学、土壌水文学、緑地学

キーワード：農地の多面的機能、食料生産機能、生物多様性保全機能、ランドスケープ
研究概要
農地は食料生産の役割だけでなく、生物多様性の保全、良好な景観の形成等、様々な役割を担っています。農業・農地がこのような多面的機能を十分に発揮できるような施策、取組を通じて、その持続的利用に努めていくことが重要です。しかしながら、食料生産に特化した近代農業において多面的機能を発揮することは難しく、圃場整備した農地での絶滅危惧種の減少が確認されており、食料生産機能と生物多様性保全機能の維持とはトレードオフの関係にあると指摘されています。
本研究室では、農地の多面的機能の解析と評価に取り組んでいます。食料生産機能だけでなく、生物多様性機能も兼ね備えた、将来にわたり保全すべき相当規模の農地とはどのようなものなのか、保全も含めた農地利用を提示していきます。

表1. 関東地域における食料生産機能と生物多様性保全機能とそれらを両立した農地の割合（％）
関東の農地 食料生産機能 生物多様性保全機能 両立農地
水田農地

50.3

26.4

53.3

34.0

田畑農地

26.9

29.3

24.1

27.5

畑地農地

22.8

44.3

22.6

38.5

水田農地：耕地面積に対する田の割合が70%以上
田畑農地：耕地面積に対する田の割合が30~70%
畑地農地：耕地面積に対する田の割合が30%未満

農地の抽出の方法
食料生産機能と生物多様性保全機能の評価地図をArcGISで作成し、重ね合わせることによって農地を抽出
農地の食料生産機能の評価指標：平均値（①②③の偏差値）①一戸当たり農産物推定販売額、②土地生産性、③労働生産性
2015年農林業センサスより算出。
≧58.4の場合、上位20%であると仮定
生物多様性保全機能の指標：2010年時点の都道府県版レッドデー
タブックにおいて35都道府県以上で指定され、かつ分布データが公開されている植物23種のうち１種でも記録があることを条件とした。

 関東地方の水田の圃場整備率が低いため、水田農地では食料生産機能が低く、生物多様性保全機能が高くなったと考えられた。
 畑地農地が食料生産機能と生物多様性保全機能を両立している割合が最も高いのは、生産機能の低い水田の占有面積が低く、かつ畑や樹園地も有しているためであると考えられた。

図1. 関東地方の食料生産機能と生物多様性機能を両立した農地

応用例・用途■土地利用に関する計画の策定等■都市農地保全

備考（参考資料）農業生産性と生物多様性とを両立するする農地の抽出,
柳川亜季，鵜澤悟，第66回日本生態学会大会要旨，神戸，2019年3月

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研究シーズ：2016-063

都市再生と広域連携の計画策定に向けて

環 境～広域交通網の整備が進む多摩地域を事例として～
研究者名： 西浦所

定継

Sadatsugu Nishiura

属： 建築学部 建築学科 教授

専門分野： 交通工学・国土計画、都市計画・建築計画
キーワード： 都市総合計画、土地利用計画、交通計画、都市再生、広域連携
研究概要
リニア中央新幹線駅の設置や首都圏中央連絡自動車道（圏央道）整備などが本格的に機能するようになると、首都圏の人とモノの流れが大きく変わることが考えられる。広域交通網の整備が進む多摩地域
は、戦後の高度成長期に鉄道沿線を中心に発展を遂げ、今後は首都圏の新たな”エンジン都市圏”となることが期待されている。
都市総合計画、土地利用計画、交通計画について、都市環境保全という観点から適正な市街化コント
ロール手法を研究している。相模原市も含めた多摩地域は、首都圏の第二の都心として整備していくことが極めて重要な意味を持っており、更に多摩ニュータウンの再生戦略や地理情報システムなどのツールを活用した広域連携による計画行政をどのように機能させていくべきかといった計画案の策定と評価について取り組んでいる。

多摩地域の人口は2015 年の419 万人 をピ ークに 減少 し、2030 年には399 万人、2100 年には250万人まで減ると予測されている。人口構成においても、区部と比較して急速に高齢化率
が 高 ま り 、 2030 年 に 28 ％ 、2100 年には45％になると予測されている。
今後は、広域交通網によるエンジンの部分と急速に進む高齢化のブレーキの部分を、どのように噛み合わせて成熟社会を築いていくかが問われている。
多摩の対象自治体と広域交通網整備

応用例・用途■ 広域交通網の整備が進む多摩地域で、広域連携による都市総合計画を策定することが可能となる。

研究設備■ 地理情報システムソフトウェア（GISソリューション）、騒音測定器（NL-22）及び管理ソフト

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研究シーズ：2016-074

流量観測による都市部小水力発電の可能性～地域で考える自然エネルギー～
研究者名： 藤村
所

和正

エネルギー

Kazumasa Fujimura

属： 建築学部 建築学科

教授

専門分野： 水文学、水資源学、河川工学、地域防災
キーワード： 小水力発電、水循環解析、降雨データ、有効利用、地域活用
研究概要
東京都日野市は多摩川と浅川の合流地域にあり、戦国時代末期から取水が活発で、農業用水路が発達していたが、現在では市域の多くが都市化し、農業用水路はほとんど機能していない。
日野市浅川や根川のような水位差の小さい河川での小水力発電を実施できれば、都市部での最初のモデルとなり、再生可能エネルギー源
としての有効活用が可能となる。
日野市では、市民主体により用水路再生まちづくりの延長として、
小水力発電の設置を検討している。そこで、日野市根川において流量観測と降雨データを用いた水循環解析を行い、小水力エネルギー可能量を推定した。
水循環モデルにアメダス八王子の日雨量と気温データを与えて根川の流量を算出し、これを根川での実測流量および国土交通省水文・水質データベースの高幡橋地点の流量と比較検証した。その結果、渇水流量（355日流量）は3.77 mm/day となった。これは以下の式から、発電出力は7.84 kWとなり、学校施設（中学校）での平均発電出力（17kW）の４割程度に相当する。
P (kW) = 9.8 X Q (m3/sec.) X H (m) X η（Hは1m、ηは0.7と仮定）
P：発電出力、Q：流量、H：有効落差、η：総合効率【水循環のイメージ】
降水と流出の時間的、量的関係を知る
降雪

流域

積雪

降雨
蒸散

融雪
蒸発

直接流出

浸透

水文現象の基本プロセス
降水 浸透 蒸発散 流出

表面流出

中間流出

地下水涵養

地下水流出

図1

水循環のイメージ

根川流域 日単位ハイドログラフと流量観測実測値（2014年6月1日～12月31日）
50
100
150

根川流域

200

浅川流域

アメダス八王子

高幡橋

日流出高(mm/day)

日野用水上堰100

日降雨量(mm/day)0

浅川水再生センター 下水処理水（H25年度）
3

3

2.98mm/day (0.905m /sec, 78,245m /年)
解析値
実測値
10

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

2014年

図2

根川流域（26.2 m2）及び浅川流域（153.9 m2）

図3

根川流域 日単位ハイドログラフと
流量観測実測値

応用例・用途■ 市民や行政等との話し合いは必須となるが、中小河川の流量を利用して小水力発電を実施することで、小水力による再生可能エネルギーが地域づくり（地域活性化）の一つの手法になりうる。
■ 「日野の水車活用プロジェクト」で報告（2015年1月17日）

研究設備■ 電磁流速計（低水時流量観測）

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研究シーズ：2016-075

スロッシングを利用した木造建築物の制振機構に関する研究～2層軸組模型の小屋組内に水槽を設置した制振機構～
研究者名： 年縄所

防 災

巧 Takumi Toshinawa

属： 建築学部 建築学科

教授

専門分野： 構造工学・地震工学・維持管理工学、地盤工学
キーワード： スロッシング、木造建築物、制振機構、減衰研究概要
木造軸組構造に耐震対策を施す場合、筋違や構造用合板等を用いて壁量を増やし、地震力に対して抵抗する構造とするか、壁内に制振ダンパーを入れて地震エネルギーを吸収する構造とするのが一般的である。一部の高層タワー等で既に用いられているスロッシングを利用した制振機構を、木造軸組構造への適用性を模型を用いて実証し、その有効性を確認した。
木造軸組み模型（1/10サイズ）と小屋組内に設置したペットボトルを図1に示す。
 ペットボトル（2リットル）を1～4本設置し、容器内の水の量は等分配して実験を行った。3次元振動台で１方向スイープ実験注）を行い、容器に対する水の量の割合が少ないほど減衰定数が大きい傾向があることを確認した（図2）。
 水の量が2,000 g、容器に対する水の割合が25%の時、減衰定数がもっとも大きく0.25となり、原模型（0.14）に対して約半分の地震応答に抑えられることが判明した。
Sweep波
0.5

減衰定数

減衰定数

0.4
0.3

0g
1000g
2000g
3000g
4000g

0.2
0.1

基本模型の減衰定数：0.14

0
0

100
20
40
60
80
容器に対する水の割合（％）
図2 スイープ実験における減衰定数
基本模型の減衰定数以上で制振効果あり

図1 木造軸組み模型と小屋組内に設置したペットボトル

注）：正弦波振動数を連続して変化させる振動実験、ここでは加振振動数: 0.5-10 Hz、加速度振幅: 100 cm/s2で実施

応用例・用途 取付工事が容易な制振機構により、建築物の地震応答を半分程度に抑えることが可能となる。
 本制振機構を住宅設計に取り入れることで、地震に強い住宅を提供することが可能となる。

研究設備■ 3次元振動台■ 水平加力試験装置■ 強震観測装置■ 可搬式起振器■ 高感度振動計測システム■ モーションキャプチャ

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研究シーズ：2016-076

スロッシングを利用した木造建築物の制振機構に関する研究～鉄板を柱とした四柱模型に設置した制振機構～
研究者名： 年縄
所属： 建築学部
専門分野：

防 災

巧 Takumi Toshinawa
建築学科

教授

構造工学・地震工学・維持管理工学、地盤工学

キーワード： スロッシング、木造建築物、制振機構、減衰研究概要
スロッシングを利用した制振機構を、木造軸組構造への適用性を模型を用いて実証し、その有効性を確認した。容器内の水の可動量が十分な場合、水の量が多いほどスロッシングによる制振性能は高くなるが、積載荷重が増えることで構造的に不利になる側面もある。そこで、少ない水の量で効果的な制振性能が得られる機構を考案・実証し、その有効性を確認した。
基本構造体として、木造軸組模型と同等の振動特性を持ち、繰り返し振動実験を受けても振動特性が変化せず、特性がシンプルな鉄板を柱とした四柱模型を用いた（図1）。固有振動数3 Hzの鉄板四柱模型の頂部に水槽（図2、ペットボトル）を取り付けて振幅100cm/s2、0.5~10 Hzでス
イープ加振した結果を示す（図3）。
 基本模型に対して、応答低減率は4割以下であり、水の量が増えるほど、またバンプなし
よりバンプありの方が応答低減率は75〜56%程度低くなることが分かった（図4）。
 水の量が多いほど制振効果が高くなることが
分かった。
1
0.8

応答低減率

910

1個バンプなし
1個バンプあり
2個バンプなし
2個バンプあり0.6

図2 水槽とバンプのイメージ
ペットボトル中央にバンプを設置
基本形
バンプなし

0.4

バンプあり

0.2
0

250

500
750
1000
総水量(ml)
図4 バンプの有無と総水量に対する応答低減率

図1 鉄板4柱模型
鉄板四柱模型の頂部に水槽設置

図3スイープ加振に対する応答加速度の時刻歴波形
2Lペットボトル2個、水総量750 ml

応用例・用途 鉄板四柱構造と新規制振機構により、建築物の地震応答を4割以下に抑えることが可能となる。
 本制振機構を住宅設計に取り入れることで、地震に強い住宅を提供することが可能となる。

研究設備■ 3次元振動台■ 水平加力試験装置■ 強震観測装置■ 可搬式起振器■ 高感度振動計測システム■ モーションキャプチャ

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研究シーズ：2016-077

建築構造物の地震被害軽減へ向けて

防 災～三方向同時加振振動試験装置で分かること～
研究者名： 年縄所

巧 Takumi Toshinawa

属： 建築学部

専門分野：

建築学科

教授

耐震工学

キーワード：木造建築物，制振，スロッシング，減衰，低コスト
研究概要
私達の研究室では、地震被害を軽減するために、都市構造物や地盤の振動特性の調査や地域の地
震危険度評価を行っている。具体的には、三方向同時加振振動試験装置（以下、3次元振動台）を用いた構造物の振動実験、建物や地盤上における地震観測、高感度地震計を用いた建物や地盤の振動観
測、コンピュータによる構造物や地盤の数値解析、ＧＩＳ注1）による都市域の地震危険度マップの作成を行っている。ここでは、3次元振動台を使って何が分かるかを説明する。
3次元振動台の特徴
 水平・垂直の三方向同時加振用電動型振動試験装置
振動方向：水平二方向と垂直方向で、3軸同時、2軸同時、または1軸の加振が可能
水平・垂直各々の固定周波数、周波数掃引等の正弦波試験、ランダム波試験、地震波再現試験等を実行できる
 振動台の広さ：3,000 mm X 3,000 mm、
大型堅牢な構造 長寿命運転及び低ランニングコスト
入力波形に対する忠実度が高く、摩耗部分がない
3次元振動台で何が測定できるか
 各種構造物の地震応答模擬試験
 各種構造物・製品の正弦波応答試験
または耐久性試験
 各種地震計や加速度センサの校正
 梱包物や製品等の輸送試験
注）：地理情報システム、様々な情報を地図の上に重ね合わせて関連性を明確化及び視覚化させるシステム

2層軸組模型を3次元振動台に設置した様子

応用例・用途 建物等の構造物の地震応答特性を把握でき、耐震・制振のための機構を開発できる。
 建築模型を用いた模擬実験を行うことで、建築物の地震時挙動を予測することが可能となる。

研究設備■ 3次元振動台■ 水平加力試験装置■ 強震観測装置■ 可搬式起振器■ 高感度振動計測システム■ モーションキャプチャ

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研究シーズ：2016-078

地震動時の揺れに対する免震機構～上下方向の力を水平方向に変換する～
研究者名： 年縄所

巧属： 建築学部

専門分野：

防 災

Takumi Toshinawa

建築学科

教授

構造工学・地震工学・維持管理工学、地盤工学

キーワード： 建築物、免震機構、上下振動、振動実験、変位、加速度研究概要
建築物の地震被害を軽減するためには、耐震・制震・免震が有効であるが、水平方向の揺れに対する備えが主なものであり、上下方向の揺れに対する対策は未だ不十分なため、上下方向の揺れに対する免震機構として、上下方向の力を水平方向に変換可能な機構を考案する（図1）。
上部構造

振動台
模型上部(右)
模型上部(左)変位(cm)

50

加速度時刻歴波形(Z軸)
振動台
模型上部(右)400
模型上部(左)
200
0
-200
-400

-5
0

加速度(cm/s2)

変位時刻歴波形(Z軸)

20

40
時間(s)

60

80

0

20

40
時間(s)

図2 変位（左）及び加速度（右）時刻歴波形（Z軸）6080

振動台に対する模型上部のスペクトル比 上下振動が生じた時にローラーが傾斜を滑り、上部構造の受け軸が伸縮することによって上下方向の力を吸収する試作模型を考案し、以下の振動実験を行った。
試作機の上板に上部構造を想定した3 kgの重りを装着、Z軸方向に加速度振幅250 cm/s2、振動数1～10 Hzで1分間のスイープ加振を実施。
 本実験では、Z軸方向での変位時刻歴波形及び加速度時
刻歴波形では振動台と模型上部の波形にあまり差がない 250（図2）ことから、本模型ではZ軸方向への変位及び加上下振動
速度は共に十分には抑えられていないが、X軸方向では振動数1.5 Hz付近で変位及び加速度は共に抑えられている（図3）。
基礎部
反射球
 試作模型を改良することにより、上下方向の揺れに対す
図1 地震動上下成分免震機構
る免震が可能となると考えられる。

Z軸用
X軸用
振動台

スペクトル比(X軸)
模型上部(中央)
模型上部(右)
模型上部(左)

10
8
6
4
2
0

2

4
6
振動数(Hz)8

図3 振動台に対する上部構造のスペクトル比応用例・用途■

地震時における建築物の上下方向に対する力を水平方向に変換することにより、建築物の地震に対する安定性を向上することが可能となる。

研究設備■ 3次元振動台■ 水平加力試験装置■ 強震観測装置■ 可搬式起振器■ 高感度振動計測システム■ モーションキャプチャ

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研究シーズ：2016-079

建設廃棄物の地盤材料への有効利用技術の開発
研究者名： 矢島所

寿一

属： 建築学部 建築学科

環 境

Juichi Yajima
教授

専門分野： 地盤工学、環境地盤工学
キーワード：地盤工学、環境地盤工学
研究概要
私達の研究室では今まで、清掃工場から排出される溶融スラグと建築解体現場から排出される廃石膏ボードの地盤材料への適用性について検討を行ってきました。その結果、溶融スラグは建設発
生土を改良した改良土と混合することで路盤材料や埋設管等の埋戻し材料として利用できることを確認しました。また、廃石膏ボードは半水石膏にすることで建設発生土を改良する際の改良材として利用できることを確認しました。適用事例として、溶融スラグはさいたま市発注道路工事他となっています。廃石膏ボードはNEXCO発注工事他となっています。

定ひずみ圧密試験装置

応用例・用途

三軸圧縮試験装置

動的三軸圧縮試験装置

 公共工事等の地盤材料への適用

研究設備
 土の物理的性質試験機器
 定ひずみ圧密試験装置
 三軸圧縮試験装置
 動的三軸圧縮試験装置

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研究シーズ：2016-080

清掃工場から発生する溶融スラグの地盤材料としての評価
研究者名： 矢島所

寿一

属： 建築学部 建築学科

Juichi環 境

Yajima

教授

専門分野： 地盤工学
キーワード： 建設残土、有効利用、物理試験、力学試験
研究概要
清掃工場から発生する溶融スラグの有効利用方法としては、コンクリートの細骨材として利用する方法が最も多い。しかし、溶融スラグを地盤材料（特に埋戻し材）として利用するには、溶融スラグの物性値、力学的特性を明確にすることが必要である。そこで、溶融スラグの物性値、力学的特性を明確にし、地盤材料としての評価を行った。
写真-1

概要

溶融スラグ

2.2

スラグ：改良土=100:0
スラグ：改良土=50:50
スラグ：改良土=40:60
スラグ：改良土=30:70
スラグ：改良土=20:80
スラグ：改良土=10:90
スラグ：改良土=0:100

2.1

溶融スラグと建設現場から発生する建設残土の混合比率を種々変化させた地盤材料に対して、締固め試験、CBR試験、透水試験を行った結果を図-1〜3に示す。このように、溶融スラグと建設残土を混合した地盤
材料は力学的にみても良好な強度を有しており、また透水性も高いこと
から埋戻し材として有望な材料であると評価できる。（採用実績：地方
公共事業工事の埋戻し材（建設残土80：20溶融スラグ））3

乾燥密度：ρd (g/cm )

2.0
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
0

5

10

15

20

25

30

35

含水比：w (%)

図-1 締固め曲線60

1.0E-03

平均CBR：(%)

透水係数：k (cm/sec)

50

1.0E-04

1.0E-05

40
30
20
10
0

1.0E-060

写真-2動的三軸圧縮試験機/一面せん断試験機/定ひずみ

20

40

60

80

100

0

20

40

60

80

溶融スラグ混入率：(%)

溶融スラグ混入率：(%)

図-3 透水係数

図-2 平均CBR値

100

応用例・用途■ 建設現場での地盤問題、建設工事で発生する残土の処分・有効利用等

研究設備
地盤材料を評価するための試験機■ 三軸圧縮試験機

■

■

■

■

一面せん断試験機
各種物性試験機等

動的三軸圧縮試験機

定ひずみ圧密試験機■ 一軸圧縮試験機■ 圧密試験機

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研究シーズ：2016-085

歴史的建造物を地域資源とするまちづくりの提案
研究者名： 齊藤所

哲也

属： 建築学部 建築学科

Tetsuya Saito
教授

専門分野： 建築意匠・歴史、都市デザイン
キーワード： 歴史的建造物・産業土木遺産の再生活用、地域活性化、まちのデザイン
研究概要
世代を超えて長く住み続けたいと思える生活環境の創出を目指し、歴史的建造物や産業土木遺産等の既存建造物をはじめ、河川敷や緑地などの自然資源まで、地域資源となり得る対象の発掘から、その再生活用および設計提案を行っている。主な研究テーマとしては、（１）歴史的建造物・産業土木遺産の現存、現況調査および再生活用提案に関する調査研究（２）地域資源を活かしたまちのデザインに関するコンサルタントおよび基本設計の提案（３）日常生活環境における愛着を感じる場や空間の創出に関する研究などがある。これまで関わった事例として（１）に関連して、旧青梅街道周辺の歴史的建造物調査（蔵、町屋など）、駒沢配水塔（世田谷区）の再生活用提案、（２）に関連して、青梅織物工業協同組合工場（築100年の織物工場）および関連の建築物の活用計画の提案、（３）に関連して、明星大学キャンパス内における学生の愛着を感じる空間・風景の調査などを行っている。

◆招待講演「イタリアの近・現代建築と日本への影響」2012年

埼玉県立近代美術館「青梅市のにぎわい活性化について（市民公開講演）」2011年「世界遺産で注目される20世紀建築」

2009年

青梅市

世界遺産アカデミー◆著書「アルヴァ・アアルト セイナッツァロ役場&夏の家 」, バナナブックス,2014「アルヴァ・アアルト アアルト邸とアトリエ ― ヘルシンキ 1936,1955」, バナナブックス,2012「建築史

増補改訂版」, 市ヶ谷出版社, 2010

「過去を活かす保存再生－第３の道を探る－」, ディテール(155), 彰国社, 2003

応用例・用途住民に認知されていない歴史的建造物を発掘し、地域資産として位置づけ、再生活用することで、地域の活性化はじめ、住民の地元への愛着の向上が期待できる。

研究設備

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研究シーズ：2016-086

歴史的建造物を地域資源とするまちづくりの提案～旧青梅街道周辺の歴史的建造物を現代に生かす～
研究者名： 齊藤所

哲也

属： 建築学部 建築学科

Tetsuya Saito
教授

専門分野： 建築意匠・歴史、都市デザイン
キーワード： 歴史的建造物・産業土木遺産の再生活用、地域活性化、まちのデザイン
研究概要
時代を超えて生き続けてきた歴史的な建物、街の空間構成やその特性と魅力を発掘し、現代に活かす活動を行っている。その中で、旧青梅街道沿いの建物の調査を行い、現代でも十分に魅力ある建物のタイプや分布状況を明らかにした。また、地権者の皆さんとワークショップを行い、街の良いところ、必要なものや改善すべきところなど、学生ら若い世代とのディスカッションを通じ、今後のまちづくりについて考えている。例えば、80年生き残った建物や路地は、どんな状態であれ若い世代にとっては強く惹かれる対象であり、まちを再生する起点となるのである。街の構成や社会の状況を読み取って調査分析（研究）し、その課題を解くためにデザイン（設計）することによって、世代を超えて長く住み続けたいと思える生活環境をつくっていく。

写真1 青梅駅周辺での現地調査風景

写真2 地元の方々への説明風景と学生が作製した模型

ワークショップ形式による意見交換に基づいた青梅駅前の今後の方向性についての提案

応用例・用途 住民に認知されていない歴史的建造物を発掘し、地域資産として位置づけ、再生活用すること
で、地域の活性化はじめ、住民の地元への愛着の向上が期待できる。

研究設備
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研究シーズ：2016-087

建築学系の学生協業による挑戦的なワークショップ～用意された答えのない問題へ取り組む力の育成～
研究者名： 齊藤所

哲也

属： 建築学部 建築学科

Tetsuya Saito
教授

専門分野： 建築意匠・歴史、都市デザイン
キーワード： 歴史的建造物・産業土木遺産の再生活用、地域活性化、まちのデザイン
研究概要
明星大学理工学部総合理工学科建築学系では、発案・設計から材料加工、組み立てまで、1年生
から3年生までの協同作業で、毎年実施しているセルフビルド・ワークショップがある。明星大学
建築学科の初代卒業生から続けている挑戦的なワークショップであり、近年の例を紹介する。
 2015年度：ネトロンという雨樋の枯れ葉詰まり防止素材を活用した建築空間の構築に挑戦。
互いに寄り添って力を分散するらせん状の構築物（写真左）。
 2013年度：ダンボールという身近な素材を活用した建築空間の構築に挑戦。
正八面体を作製し、種々の組合せにより、様々に変化させた建築形態（写真中央）。
 2010年度：構造用合板を用いた３次元曲面による建築構造体に挑戦。
曲げ合板を一定の曲率で貼り合わせた異なる3つの集成材パーツによる立体作品（写真右）。

写真1 2015年度作品と制作風景 写真2 2013年度作品と制作風景

写真3 2010年度作品と制作風景

応用例・用途 発案から設計、加工、組み立てまでの一連の作業手掛けることで、机上学習とは異なる洞察力
や決断力など、予め用意された答えのない問題へ取り組む力を身に付けさせることができる。

研究設備
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研究シーズ：2016-088

地域連携による自然資源の活用提案～森とひとの持続的な共生方法と間伐材の有効活用～
研究者名： 齊藤所

哲也

属： 建築学部 建築学科

Tetsuya Saito
教授

専門分野： 建築意匠・歴史、都市デザイン
キーワード： 歴史的建造物・産業土木遺産の再生活用、地域活性化、まちのデザイン
研究概要
都市近郊の森林の自然環境を保全・整備・運営するに当たり、地域と連携しながら、人々の森林資源への関心が持続するような方法も視野に入れ、社会との結びつきを考えている。
青梅市の依頼により、森林とひととの持続的な共生方法と間伐材を有効活用する方法を提案したので、その一部を紹介する。
 青梅市永山公園の永山北部丘陵を実地調査を実施
 持続的な共生方法及び間伐材有効利用の検討
 青梅市役所でのプレゼンテーション
地域住民を対象に、プロダクト・家具・アスレチッ
ク・建築・市民参加イベントの5項目を提案

写真 青梅の森実地調査、間伐材の有効利用の検討、
青梅市役所へのプレゼンテーションの風景

図 間伐材有効利用への提案の例

上：オウメノヒカリ（好きな形に変えられる）
下：森の個室（円い空間の中でくつろぐ）

応用例・用途 都市近郊の森の自然環境を保全するとともに、市民の散策の場を提供することが可能となる。
 間伐材を有効利用することで、森への関心を高めることが可能となる。

研究設備
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研究シーズ：2016-089

日野の冬フェスタ：市民・役所・学生のつながり～地域で作るイルミネーション空間～
研究者名： 高橋所

彰子

属： 建築学部 建築学科

Akiko Takahashi
准教授

専門分野： 建築設計、インテリアデザイン
キーワード： 快適な住まい・空間、身体性、空間デザイン、地域連携、設計教育
研究概要
日野の冬フェスタは2015年12月で10回目を迎えました。毎年、地域のこども・企業・学生がそれぞれ創意工夫を凝らしてイルミネーションを作成していますが、その中でも明星大学は中心的な役割を果たしております。私たちの研究室の3年生が中心となり、デザイン・製作・設営の全工程を行っており、学生にとっては、初めて社会に対して自らのデザインを提示できる貴重な機会となっています。
地域の子供たちが大喜びでイルミネーションの周囲を駆け回る様子を目の当たりにし、デザインが人の行為や感情に与える影響を実体験することで、設計が社会に与える影響、ひいてはものをつくる責任の重さを学ぶ、学生の成長の機会であると同時に、市民・役所・学生がつながり、地域のきずなを強める役割を果たしています。
写真は、日野の冬フェスタ（2014年
及び2015年）に出展した作品です。

応用例・用途 ストリートファーニチュアデザイン、公園の東屋や公衆トイレなどのデザイン、 学生と市民の共同デザインワークショップなどへの応用が期待できます。
 学生への教育的効果、市民と学生の連携にも役立てることができます。

研究設備
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研究シーズ：2016-092

現代社会における「集まり祈る空間」の設計～幼稚園に隣接した教会と修道院の設計～
研究者名： 村上所

晶子

属： 建築学部 建築学科

Akiko

Murakami

教授

専門分野： 建築設計、建築意匠
キーワード：建築意匠、教会建築

研究概要「集まり祈る空間」の歴史的、社会内成立性を踏まえて、教会建築の生成過程のプログラムに着目し、現代社会における設計行為と設計方法について研究し活動しています。聖アウグスチノ会の修道院を併設する
笹丘カトリック教会を幼稚園に隣接する敷地に設計したので報告します。教会及び修道院の設計に当たり、①礼拝空間の確保、②幼稚園活動の一環としての教会利用、平日の幼稚園送迎及び幼稚園行事の際に利用する駐車場の確保、の条件を満たすことに配慮して、以下の特徴を持つものを設計しました。
 翼を広げたようにおおらかに構えてその中心に聖堂を配置し、その両翼に修道院と教会信徒会館を設置（図1） 幼稚園へのアプローチも分かり易く前庭を広くとる設計
 内陣後方にイエス像の十字架、その上方に天窓を設置し、気持ちが天に向かうように設計、正面の壁は白煉瓦を積んだ繊細な仕上がり（図2左） 信徒席の周囲は木の空間、後方の高窓に聖堂全体を包み込む聖母マリアをイメージしたステンドグラスを配置（青い衣をイメージした光環境、図2右）

図1
図2 聖堂内陣（左）及び信徒席とステンドグラス（右）笹丘カトリック教会と併設する修道院
聖堂（中央）、修道院と教会信徒会館（それぞれ、聖堂に向かって右翼、左翼）

応用例・用途■ 現代社会における教会設計を行うことで、単に「集まり祈る空間」を創造するのみならず、一般建築物についても美しい環境を創造することが可能となります。

研究設備

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研究シーズ：2016-93

クリーニング工場内の温熱環境の改善に向けて

環 境～窓の開閉状況が作業環境に与える影響～
研究者名：
所

小笠原 岳

属： 建築学部 建築学科

Takeshi Ogasawara
准教授

専門分野： 建築設備学、建築環境工学
キーワード： 空調設備、温熱環境、空気質、数値流体力学
研究概要
多数の高温発熱機器を有する工場では、他の用途の建築と比べて建築内の温熱・空気環境が問題となる場合が多いですが、工場内の温熱・空気環境を詳細に報告した例は少なく、環境改善に向けた事例の収集や対策手法の整理が望まれています。我々は、夏季のある「クリーニング工場」を研究対象に、効率的な換気による環境改善手法を構築するため、数値流体力学注1）を使用して窓の開閉状況が工場内環境に与える影響について検討しましたので、紹介します。
クリーニング工場は多くの高温発熱機器を有し、機器の多くは蒸気を利用する上、洗濯・漂白の際に多くの薬剤を使用しているため、作業者は不快な高温多湿の作業環境に曝されています。

高さ90 cmのウィンドキャッチャを西面の窓に4か所、南面の窓に6か所設置）

配送エリア

開口近傍点
ボディ

ロール機

単位[mm]
温湿度計

図110.8 ｍ

脱水機

ロール機

35

開口

グローブ温度計

クリーニング工場の平面図
及び測定位置

流速の大きさ(m/s)
0

Z

ロール機

測定点

温度(℃)
28

ロール機

Y

53,75035,500 実測結果：測定点と開口近傍点との温度差は約2.1℃
 アンケート結果：放射熱と不快なにおいを強く感じている CFD結果：①現状の屋根部分でのショート
・31.0
・29.0
サーキット注2）を改善することで室内の温・30.0
熱環境が向上する②ウィンドウキャッチャの設置は室内の温熱環境の向上に効果がある（幅45 cm、X

図3 工場内部のCFD解析モデル

1.0

図4 平面温度分布（上図）及び
平面流速分布（下図）ウィンドウキャッチャ設置時の高さ1.1 mでのCFD結果

注1）：Computational Fluid Dynamics（CFD）、流体の運動をコンピュータで解析すること
注2）：吸気口と排気口の位置が近すぎると、狭い範囲で空気が循環する現象

応用例・用途

図2 工場内風景

 工場内の温熱・空気環境を数値流体シミュレーション解析した結果に基づいて、より効率的に換気することで、作業環境を改善できます。
 本研究の成果に対して、2015年日本建築学会若手優秀発表賞が賞与されました。

研究設備
 数値流体シミュレーション解析ソフト

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研究シーズ：2016-094

適切な管理で「橋」の寿命を延ばす～橋梁調査による補修・補強方法の提示～
研究者名： 鈴木
所

博之

防 災

Hiroyuki Suzuki

属： 建築学部 建築学科

特別教授

専門分野： 鋼構造学、橋梁工学、維持管理工学
キーワード： 橋梁調査、維持管理、補修、補強、長寿命化
研究概要
橋梁などの道路構造物の管理は、膨大な経済的・環境的負担を考慮して、「こまめな手入れをして長持ちさせる」へと方向転換が行なわれています。橋の寿命は60～70年と言われていますが、こまめな手入れをすることにより橋の寿命を100年以上に延ばせると考えています。我々は、青梅
市及び静岡県磐田市の「橋梁調査プロジェクト」を実施しました。
橋梁調査内容の概要を以下に示します。
・橋上、橋下からの目視調査の実施
・現状を写真に記録
・損傷個所の抽出
・監視項目と重点検査項目の提案
・必要に応じて補修・補強方法を提案 ⇒ 維持管理の指標・処方箋
専門家による上記調査の実施と橋守カルテの作成によって、今後の効率的な橋梁の補修・補強及び維持管理を可能にし、長寿命化を図ります。

写真1

橋梁調査 桁端部・橋台（左）と主桁（右）明星大学橋梁調査プロジェクトスタッフ

写真2

橋梁点検車による調査作業
橋梁点検車（左）と橋脚調査作業（右）応用例・用途 橋梁調査と補修・補強方法の提案により、地元業者による補修・補強が可能となり、地域活性化につながると共に、橋を長持ちさせることで経済的・環境的に膨大な負担を軽減できます。

研究設備
 鉄筋探査機■ 磁粉探傷器■ 浸透探傷液

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研究シーズ：2016-095

鋼橋の補修・補強工事用ねじ～スレッドローリングねじで接合された継手の静的強度～
研究者名： 鈴木
所

博之

防 災

Hiroyuki Suzuki

属： 建築学部 建築学科

特別教授

専門分野： 鋼構造学、橋梁工学、維持管理工学
キーワード： 鋼部材、補修、補強、スレッドローリングねじ、片面施工
研究概要
鋼橋の補修・補強工事において、閉断面を伴う部材の補強方法として、片側から鋼部材の接合が可能なスレッドローリングねじ（図1）が知られています。接合される部材は、ねじ径より大きな孔を明けた上板とねじ径より小さい孔を明けた下板から成り、スレッドローリングねじが下板の孔にタップを切りながら進み、上板と下板を接合します（図1）。我々は、スレッドローリングねじ接合
継手の力学的性状について検証を行いましたので、以下に静的強度について紹介します。

切断面
上板
下板

ね
じ

図1

スレッドローリングねじと接合状態及び接合方法
ねじ径：mmφ

引張強度及びせん断強度の測定（図2）：各種の下板孔径での板厚と最大荷重の関係
 引張強度：板厚が厚くなるにつれて最大荷重は大きく増大し、下孔径が小さくなるにつれ最大荷重が増加（図3）
 せん断強度：板厚が厚くなるにつれて最大荷重は大きく増加し、板厚4.5 mmと6.0 mmの最大荷重では大きな変動なし（図4）
下孔径（mmφ）

上板

ねじ

下孔径（mmφ）

上板

載荷治具

下板

図2

下板

試験片と試験片載荷状況
引張強度試験（左）とせん断強度試験（右）試験片を上下に引っ張り、ねじに引張荷重を作用
試験片を上下に引っ張り、ねじにせん断荷重を作用

図3

引張強度：板厚と最大荷重

ねじ径：10 mmφ
上板孔径：11 mmφ

図4

せん断強度：板厚と最大荷重

ねじ径：10 mmφ
上板孔径：11 mmφ

応用例・用途 鋼橋を補修・補強するに当たり、スレッドローリングねじを使うことで片面施工が可能となり、且つ十分な静的強度を持たせることができます。疲労強度については、現在検証中です。

研究設備
 1,000 kN万能試験機■ 200 kN及び300 kN疲労試験機■ 大型構造物疲労試験機

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研究シーズ：2016-096

音楽と流体工学のハイブリッド
研究者名： 横山所

真男

属： 情報学部 情報学科

Masao

情 報

Yokoyama

教授

専門分野： 音楽情報、数値流体シミュレーション
キーワード： 楽器音響、自動作曲、数値流体工学、粒子法、ヒューマンインタフェース
研究概要

流れと音の可視化に関する研究をしています◆ 数値流体シミュレーション
スプラッシュなど自由表面をもつ流れの解析に優位な粒子法（MPS法）でさまざまな流体現象の解析をしています。最近はスパコンを用いた大規模並列計算で流れの可視化を検討しており、物体の親水性や疎水性を考慮した水しぶきの研究は対象範囲が広く、船や車、水着、建物などのボディまわりの流れ解析から、河川の洪水の土砂災害シミュ
レーション、魚や水生生物の運動といった生物、消化器官や血流といった生体分野、さらにはハンバーガーのソースの垂れ具合、醤油刺
しや鍋の口の液だれといった食品・食器・容器まで、幅広い応用が考えられます。

◆ 音楽情報、楽器音響
音楽の情報科学的側面からの分析や楽器の音色の音響解析などを行っています。ポップスのヒット曲の構造分析、ヴァイオリンやチェロといった楽器の音色の音響分析、プロ演奏家のビブラートの分析、数理モデルを用いた自動作曲などが対象です。今後は、演奏を録音し楽器の調整・調律と音色の特性を比較検討、ヴァイオリン弓の操作性、演奏技術習得のための支援ソフトウェア、特にビブラートに関する支援ソフトウェアの開発などを予定しています。

ハンバーガーを食べた時のマヨネーズ
飛び散りシミュレーション

アコースティックチェロとサイレント
チェロの音質比較

応用例・用途■ 体の実験分析

落下球によるスプラッシュの大規模シミュレーション■ 楽器音響の分析■ シミュレーションによる解析■ 演奏技術習得ソフトウェアの開発■ 高速フーリエ変換アナライザ■ 大規模並列計算（MPS法）ソルバ

研究設備■ ハイスピードカメラ■ 3Dプリンタ

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研究シーズ：2016-097

音質の違いを周波数で解析する

情 報～ヴァイオリンとチェロを用いた音質の評価法～
研究者名： 横山所

真男

属： 情報学部

専門分野：

Masao

情報学科

Yokoyama

教授

音楽情報、数値流体シミュレーション

キーワード： 楽器音響、自動作曲、数値流体工学、粒子法、ヒューマンインタフェース
研究概要
年代の異なるオールドヴァイオリン（図1）から新作ヴァイオリンまでの音色には違いがあることは知られていますが、音色にどのような違いがあるのかは分かっていませんでした。また、チェロには、一般的に弾かれているアコースティックチェロと、静かに練習するサイレントチェロがあります（図2）。時間や場所を気にせずに弾けるため、サイレントチェロを使う人が増えています。これら二つのチェロには、どのような音や特徴の違いがあるのか明らかではありません。我々の研究室では、それぞれの音の周波数に着目して、プロの演奏家に弾いてもらうことによりデータを収集比較して、音の特徴や違いを明らかにしました。
ヴァイオリンをプロの演奏家にコンサートで演奏するように弾いてもらう 収録データの周波数解析から得られたスペクトル図を比較（図3）
オールドヴァイオリンの名器Stradivariと新作のコピー楽器
Pygumarius Stradivari の比較 ⇒ 比較的類似近い音色を出すための楽器製作への応用性がある

図1

ストラディバリウス
タルティーニ 1711年

図2 アコースティック
チェロ（左）とサイレントチェロ（右）アコースティックチェロとサイレントチェロを弾き、周波数解析を実施
 音を周波数として表示し、周波数のスペクトル図を作成（図4）
音の基音とその倍音の周波数（64、132、197、263 Hz）にピーク
 アコースティックチェロでは、高周波になるにつれてピークのパワーが弱くなり、より快い音に聴こえるのに対して、サイレントチェロでは、高周波帯ピークのパワーが大きい場合がある
1.5
dB/dB

x軸：周波数を基音の周波数で割って正規化
y軸：音圧を基音の音圧で割って正規化し無次元化

1
0.5
0

1

10
100
Hz/f0
Pygumarius Stradivari
Stradivari
図3 StradivariとPygumarius Stradivari [Copy楽器]の比較(F#5音)

図4 チェロのド（C3）の音比較

縦軸：音の大きさ、横軸：周波数
緑：アコースティック、紫：サイレント

応用例・用途 様々な楽器に応用することで、音質の違いと快い音との関係を明らかにできます。
 他に、カオスと自然法則を用いた作曲やヒット音楽の解析 なども研究しています。

研究設備■ ハイスピードカメラ■ 3Dプリンタ■ 高速フーリエ変換アナライザ■ 大規模並列計算（MPS法）ソルバ

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研究シーズ：2016-098

容器からの液だれを防止する

情 報～液垂れ発生原因の解析と防止法を解明する～
研究者名： 横山所

真男

属： 情報学部 情報学科

Masao

Yokoyama

教授

専門分野： 音楽情報、数値流体シミュレーション
キーワード： 楽器音響、自動作曲、数値流体工学、粒子法、ヒューマンインタフェース
研究概要
液垂れは日常の生活で多くの状況で発生します。醤油やソースを容器から垂らす時や、飲み物をコップに注ぐ時、多くの人が液垂れに対して不快な思いをしたことがあると思います。
また、日常用品の他にも、医薬、バイオ、半導体産業などでは、できるだけ正確に供給すると共に、液の無駄を削減するために、液垂れを防止することが望まれています。我々の研究室では、スーパーコンピュータを用いた大規模並列計算による流れの可視化を行っており、液垂れ防止法の一部を紹介します。
プラスチックPLA樹脂（ポリ乳酸、Poly-Lactic Acid）容器による評価
 3Dプリンターで縁に溝のある（図1、図2）なしの容器を作製
 傾斜角を変えて分析（図3）
ハイスピードカメラで液垂れ撮影
 液垂れの解析結果（図4、5、表1）
内面の溝の効果はないが、図3 容器傾斜角
側面の溝は液垂れ防止効果あり

1

図1

左：0 、中：10
、右30
°
°
°

3

2
5

4

4 mm容器/角縁に凸凹があるモデル
1：側面のみ、2：内面のみ、3：両面、4：内面と縁、5：側面と縁 に凸凹

表1 液だれの検討結果

図4

図2

容器の縁の形状

角縁、丸縁、傾斜縁

図5

液垂れありの様子
溝なしの角縁容器

液垂れなしの様子

側面に溝がある角縁容器（1）

応用例・用途

縁
構造
溝
位置

0

10

30

0

10

30

0

10

30

溝なし

×

×

×

×

×

×

×

×

×

側面

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

内面

×

×

×

×

×

×

✔

✔

×

両面

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

×

×

側面+縁

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

✔

角縁

丸縁

傾斜縁

数字：容器傾斜角、×：液垂れ発生、✔：液垂れ発生なし 様々な容器について、素材の選択や高度な加工を要しない液垂れ防止が可能となる。
 横山真男、瀬田陽平、流体吐出要素、特願2016-015977

研究設備■ ハイスピードカメラ■ 3Dプリンタ■ 高速フーリエ変換アナライザ■ 大規模並列計算（MPS法）ソルバ

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研究シーズ：2016-099

スプラッシュ現象を科学的に解明する

情 報～実験を数値シミュレーションで再現する～研究者名： 横山所

真男

属： 情報学部 情報学科

Masao

Yokoyama

教授

専門分野： 音楽情報、数値流体シミュレーション
キーワード： 楽器音響、自動作曲、数値流体工学、粒子法、ヒューマンインタフェース
研究概要
物体が液面に衝突することにより発生するスプラッシュ現象は広く知られています。我々の研究室では、表面性状の違いによる抵抗低減効果について研究を行っています。アクリル製の球体とゲル素材の球体を水面へ落下させる現象について、ハイスピードカメラによる分析と粒子法注）による数値シミュレーションを用いて、スプラッシュの形状と周囲流体の速度を比較検証しました（図1）。
アクリル製とゲル素材の球体を水面へ落下させる現象を、ハイスピードカメラによる分析と粒子法
による数値シミュレーションにより、スプラッシュの形状と周囲流体の速度を比較検証（図1、図2）
 最初のスプラッシュ（Primary Splash）：
膨潤度が上昇しても到達点に変化なし（図3）
静水面へのインパクトは落下速度と形状に依存 二度目のスプラッシュ（Secondary Splash）：
膨潤度に依存して到達点も上昇（図3）
膨潤度があがるとすべりが増加
図1 膨潤度100の寒天ゲル球（左）とアクリル樹脂球⇒物体の沈降及び周囲流体の速度上昇（右）によるスプラッシュの違い
 膨潤度上昇により水中での物体の落下速度も上昇
ゲル表面の滑り効果により水中に早く潜れる

注）：計算対象物を粒子の集まりとして表わし、方程式を解くための離散化手法の一つ
代表的なもの：MPS（Moving Particle
Semi-implicit）法

図2 数値シミュレーションによる物体の表面の特性を考慮したスプラッシュ形成の様子

図3 スプラッシュ到達点の最大値と膨潤度（S）の関係

膨潤度：ゲルに含まれる含水量、S = (mwater + mgel)/mwater

応用例・用途 人やカエルや水鳥などが水に飛び込む時のスプラッシュ現象の解析に役立てられます。
 ものづくり、スポーツ工学、動物生態研究等、多くの応用分野へ寄与できると予想されます。
例えば、船体先頭部の造波抵抗低減を最適化することが可能になります。

研究設備■ ハイスピードカメラ■ 3Dプリンタ■ 高速フーリエ変換アナライザ■ 大規模並列計算（MPS法）ソルバ

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研究シーズ：2016-102

並列処理による計算機システムの高性能化・ 情 報
低消費電力化
研究者名： 和田所

康孝

属： 情報学部 情報学科

Yasutaka Wada
准教授

専門分野： 計算機工学
キーワード： 並列処理、自動並列化、ヘテロジニアスコンピューティング、グリーンコン
ピューティング

研究概要
並列処理技術を軸として、「高性能・低消費電力、且つ使いやすい」計算機システムを実現するための研究を行っています。中でも、逐次プログラムを並列プログラムに変換する自動並列化技術
や、計算機システムの低消費電力化に関する研究開発を重点的に進めています。
１）自動並列化技術
現在ではあらゆる情報システムにおいて並列処理技術が必須となりつつありますが、プログラ
ムの並列化には多大なコスト、高い技術が要求されます。これを自動化することで、高性能か
つ使いやすい計算機システムの実現を目指しています。また、自動並列化技術との連携を考慮したメニーコアアーキテクチャについても検討を行っています。
２）低消費電力化技術
消費電力はシステムの設計上、重要な要素となります。並列処理技術を応用することで、処理の適切な分配や、ハードウェアとソフトウェアの協調による電源・電力制御が可能となります。
３）ヘテロジニアスコンピューティング
近年では、GPGPU注１）に代表される
ような、特定の処理を高効率に実行するアクセラレータの利用が進んでいます。汎用プロセッサ（CPU）とアクセ
ラレータが混在するような、ヘテロジ
ニアスな環境における並列処理手法、
およびアクセラレータの最適利用による電力効率向上について検討を進めています。

自動並列化技術とその応用

注1）： General-purpose computing on Graphics Processing Units、画像処理用プロセッサを通常の汎用計算に利用する技術。

CPUとGPU等、異なる特性を持つ計算資源を用いて演算処理を行う方式をヘテロジニアスコンピューティングという。

応用例・用途 計算機システムの性能向上と消費電力削減を同時に可能とする技術です。

研究設備■ GPGPUサーバ■ メニーコア、マルチコア等プロセッサ評価ボード

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研究シーズ：2019-002

あらゆるコンピュータシステムの高性能化・高効率化にむけて
研究者名： 和田所

康孝

属： 情報学部 情報学科

情 報

Yasutaka Wada
准教授

専門分野： 計算機システム、ソフトウェア、高性能計算

キーワード： 並列分散処理、自動並列化、組込みシステム、高性能計算、FPGA、深層学習

研究概要
スパコン・サーバ等の大規模なシステム限らず，組込みシステムのような小規模なシステムに至るまで，世の中のほぼ全てのコンピュータが並列システムとなっています。現在〜将来のコンピュータ
システムの性能を活かしきるために，多数の計算資源を効率よく活用する技術について研究開発を行なっています。また，この技術を活用し，システムの低消費電力化，自動運転・深層学習等に関連する処理の高速化にも取り組んでいます。
コンピュータシステムの性能向上には，システムに搭載されている多数の計算資源を如何に余すところなく活用するか，つまり如何に効率の良い並列プログラミングを行うか，が重要となっています。
さらに，汎用プロセッサでは電力性能比が向上しない状況から，FPGA，GPU等のアクセラレータの活用も必須となりつつあります。
本研究室では,
１）如何に簡単に効率の良いソフトウェア並列化を行うか，
２）並列化技術を活かし，如何にコンピュータシステムの消費電力を低減するか，
３）FPGAやGPU等のアクセラレータを活用し，複雑なシステムの性能を如何に引き出すか,等を大きな目的として研究開発を行なっています。
これらの目的を達成するために，
プログラムの構造・特性の解析，
クラウド基盤の機能拡張，FPGAを用いた深層学習処理の高速化，深層学習技術を活用したプログラム
高速化技術等，幅広いテーマに取り組んでいます。

希望する連携内容（共同研究、試作品作りなど）と相談に対応できる技術分野
 組込みシステム〜大規模システムにおけるソフトウェアの並列化・高速化に関する受託・共同研究
 FPGA, GPGPU等を含むヘテロジニアス環境の高性能化・低消費電力化に関する受託・共同研究
 深層学習を用いたプログラム解析,深層学習処理の高速化に関する受託・共同研究
等

応用例・用途 並列化技術を活かした、コンピューターシステムの低消費電力化、高速化。

特記事項
 代表論文：Yasutaka Wada, Yuan He, Thang Cao, and Masaaki Kondo, "A Power Management Frameworkwith Simple DSL for Automatic Power-Performance Optimization on Power-Constrained HPC Systems",
Supercomputing Frontiers. SCFA 2018. Lecture Notes in Computer Science, vol 10776, Mar., 2018.

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研究シーズ：2016-103

色空間をリアルタイム映像上で視覚表現～色空間と2次元映像を融合して3次元化する～
研究者名： 尼岡
所

利崇

情 報

Toshitaka Amaoka

属： 情報学部 情報学科

教授

専門分野： インタラクティブメディア、ヒューマンコンピュータインタラク
ション、情報可視化、情報デザイン、インタラクティブアート

キーワード： インタラクティブシステム、 エンタテインメントコンピューティング
研究概要
人は情報を直接触ったり見ることが出来ません。そこで、人が情報とどのように関わるか、その仕組みを考えなくてはなりません。インタラクション技術とは、その仕組みを考え、実現することを指します。我々の研究室では、3次元コンピュータグラフィックス（3次元CG）を使って、色空間をリアルタイム映像上で視覚表現することにより、我々の視覚認知とは異なる視覚情報を得る研究を行っており、その研究成果をエンタテインメント分野やアート等の表現分野へ応用しています。
 画素が持つ明度により新たな次元を与えることで２次元映像を３次元CG化
 +1D：2次元の映像情報に色情報（色の明度）というもう一次元加えて3次元CGに変換（図1）
今までとは異なる方法による視覚情報の表現、自由視点での鑑賞、観客がコンテンツであるという３要素⇒ 映像と観客間の新しいインタラクションの提供
 NeoCubism：4つの+1Dにより、360度の3次元CGを得、カメラ
実世界における位置関係を保持しつつ、4つの画像を
図1+1D設置図と線描画（斜め横の視点）
3次元空間内に表示（図2）
多視点映像情報に色空間という概念的空間を加えて、視覚情報に隠れた異なる次元を可視化（図3）⇒ 日常には無い新たな多視点映像作品の提供
Central

Camera 2

Camera 4

図3 NeoCubism映像
Camera 3

NeoCubism
3D Model図2 カメラ配置と3Dモデルの関係
被写体多視点映像（右）

被写体多視点映像（左上）、室内全周映像（左下）、室内全周映像の上からの視点（右）上からの視点に変更することで、存在しない視点から空間を俯瞰するかのような効果が得られる

応用例・用途 新たな多視点映像表現により、日常にはない視覚体験を提供できます。また、情報の可視化やより直観的なインタラクティブアートを実現できます。
 芸術科学会論文誌より、2009年に論文賞を受賞した内容のものです。

研究設備
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研究シーズ：2016-104

距離空間における非言語コミュニケーション 情 報～数学的モデルによる拡張現実の創生を目指す～
研究者名： 尼岡所

利崇Toshitaka Amaoka

属： 情報学部 情報学科

教授

専門分野： インタラクティブメディア、ヒューマンコンピュータインタラク
ション、情報可視化、情報デザイン、インタラクティブアート

キーワード： インタラクティブシステム、 エンタテインメントコンピューティング
研究概要
人々はグループ内で互いに一定の距離を保ち、最も居心地の良い環境にいようとします。また、この距離は相互の関連性を反映して、時間が経つにつれてその距離に変化が生じます。そのような距離空間における人同士の非言語コミュニケーションを解析することにより、人同士の関連性を理解することができます。我々の研究室では、非言語コミュニケーションにおけるこのような空間（個人空間）概念に対して数学的モデルを提案し、仮想現実や人-コンピュータ間相互作用への応用に取り組んでいますので、一部の内容を紹介します。
 視線の方向性に基づいて個人空間モデルを作成
 前面の空間を他の面より広くとる（図1左） 視線の方向性：知り合い、話し合いたいときはqの角度が小さくなる（図1右：矢印の視線方向と対人の角度）
 人と自律型仮想エージェントの行動パターン
図1 個人空間モデルと現実の一部をコンピュータにより改変された世界を創出
互いの視線の方向性
実世界における位置関係（図2）を保持しつつ、人が自由行動
しても自律型仮想エージェントはより居心地の良い方向に向かって行動する（図3）1010Camera 1
7.6 m X 7.6 m X 3.8mH
の空間
3.8 m
Camera 3

5

5
人

人
0

Camera 4 0
Camera 2

人

人
-5

-5

図2 カメラ配置

Camera 1：人の方向
Camera 2-4：顔の検知と視線の方向推定

PC
-10
-15

-10

-5

0

初期位置

5

10

-10
-15

-10

-5

0

5

推定経路と最終位置

10

人の実写と物体の行動

図3 2人の人と5つの自律型仮想エージェントの行動パターン

図3写真の説明：赤と緑の仮想エージェントは赤枠の人を知っており、黄、青と水色の仮想エージェントは黄枠の人を知っている。
各グループは互いに知らないと仮定し、人は自由行動、仮想エージェントは居心地の良い方向に向かって行動と仮定する。

応用例・用途 非言語コミュニケーションを数値シミュレーションすることにより、バーチャルリアリティ世界の創出、直観的な人とコンピュータのコミュニケーション、人とロボットとの共生等を実現
できます。

研究設備

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研究シーズ：2017-002

生体信号（脈波、呼吸、体動、いびき）計測技術の開発
研究者名： 中村
所

哲夫

情 報

Tetsuo Nakamura

属： 情報学部 情報学科

特任教授

専門分野： 生体信号検出
キーワード： 生体計測、生態情報、入眠予兆、睡眠深度

研究概要
21世紀以降、社会基盤はハードウェアからソフトウェアへ、科学技術の重心は物理科学から生命科学へと パラダイムシフトを加速させています。本研究室では便利さの追求から安心・安全へと転換する社会基盤に呼応して、脈波信号や呼吸信号などヒトの生体情報を、体を拘束することなく安定計測できる技術を開発しています。本技術を要素技術として応用製品の開発に役立つことを目標に取り組んでいます。

１．生体情報分析・解析技術の概要
これまで圧力センサ（ECM：Electric Condenser
Microphone）を応用した脈波・呼吸・体動計測技術を確立して、車載用の居眠り防止装置や介護用の見守りシステムなどに応用されてきました。車載用の生体計
測では路面の凹凸や加減速に伴うノイズをいかに除去するかが開発の中心課題となりました。介護用システ
ムでは、生体情報とヒトの睡眠深度との間に密接な関係があることを利用して、就寝者が目覚めをいち早く予測するシステムなどに応用されてきました。

図1 車載生体情報計測システム

現在は、脈波波形よりもさらに多くの生体情報を有する心電波形計測を着衣の上から計測できる技術を開発しています。
近年、携帯端末がウエアラブル端末へと小型化を加速させるように、生体計測技術
もウエアラブル化が期待されています。
図2 ウェアラブル心電波形計測装置の開発

応用例・用途 生体情報計測技術を応用した製品開発のお役に立てることを期待しています。

特記事項
 代表論文：「車載生体情報計測システムの信号処理方法」 計測自動制御学会論文集 Vol.52,
No.4

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研究シーズ：2017-003

視覚的コンテキストによる検索結果提示とナビゲーションの可能性 ～作業の自動化で生産性を高める～
研究者名： 丸山所

一貴

属： 情報学部 情報学科

情 報

Kazutaka Maruyama
准教授

専門分野： ソフトウェア、計算機システム・ネットワーク、メディア情報学
キーワード： プログラム開発環境、ユーザインタフェース、Web情報処理

研究概要
人間が行っている日常的な作業の中には、コンピュータにより自動化できる余地があるものが多いものです。当研究室では、コンピュータが担える作業はコンピュータに任せ、人間がコンピュー
タに任せられない作業や創造的な活動に集中することで、生産性の向上に寄与する研究を行っています。
最近の新規テーマを以下に示します。
 分野１：プログラムデバッグ支援
直前に変数を書き換えた操作を特定するなど、典型的なデバッグ作業を自動化デバッガの変数履歴保存機構を利用し、変数の変化をグラフ化、誤りの原因を容易に特定します 分野２：Web閲覧支援（下図・左）Web検索エンジンの結果を自動的に取得し、内容を自動分類して適切な要素を視覚的に提示します 分野３：前庭電気刺激による方向感覚の提示（下図・右）
両耳の後ろに付けたパッドから電気刺激を行うことにより、擬似的な加速感の付与が可能です
従来技術ではVR酔いの軽減等が期待されますが、当研究室では方向感覚提示の可能性を追求しています

図1

Web閲覧支援の例

図2

前庭電気刺激による方向感覚の提示

応用例・用途 分野1・2 およびその周辺分野において、自動化可能な作業の抽出や、その基盤技術開発
 分野3において、ナビゲーションやエンターテインメント用途への転用
 大学ICTサービスの企画・調達・運用に従事した経験あり。ITシステムや情報セキュリティのコンサルティング可【情報処理安全確保支援士（登録番号 第005584号）】

特記事項
 代表論文：丸山 一貴, 寺田 実 : “クラスファイル変換によるJavaプログラムの実行制御”
情報処理学会論文誌：プログラミング, Vol. 44, No.SIG13 (PRO 18), pages 38-46, 2003.

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研究シーズ：2018-001

情 報

大規模データの収集および分析の研究～GISを用いた空間分析により新価値創造を実現する～研究者名： 佐藤所属： 情報学部

浩志

Hiroshi Sato

情報学科

准教授

専門分野：統計科学、ウェブ情報学・サービス情報学、システム工学
キーワード：データ科学、地理情報システム、観光情報学、空間分析、計測制御システム
研究概要「数理・データ科学」と呼ばれる分野では、人工知能・ロボット・センシングなどの工学技術と融合することから、医療・健康・製造・防災・観光・サービスなど、IoT化が進む産業界において大きな注目を集めています。当研究室では、大規模データ（例えば、観光情報データ）や統計
デ
ータ等を地図上に重ね合わることで可視化し、空間的関係性を把握する研究を進めています。

空間分析とは
空間分析手法としてバッ ファ分析、面積按分法
や空間統計学の最近隣測度、Network Analystの到達圏解析などか挙゙げ
ら れます。これらの空間分析手法を用いることで
統 計デ
ー タからは見出せなかったものを空間的に見出すことが可能となります。
観光情報データを用いて、商業施設の立地や観光客の訪問ルートなど、さまざまな対象についての空間分析を行い、課題解決や意思決定に役立てることができます。
図１訪日外国人のSNS投稿場所• 訪日外国人がSNS 投稿を行ったエリアやGPS
時系列データから特徴を抽出。隠れた街の魅力を分析、把握した（図１、図２）• GISを用いたコンビ
ニチェーンの利便性の検証• GISを用いた通所介護施設の空間的な分析を行った。移動手段や施設の空白地帯を評価した。

図２訪日外国人のGPS時系列データ

応用例・用途・商業施設の立地分析、商業ポテンシャルの計測
・地域防災システム（災害予防・計画）、福祉分野での活用

・エリアマーケティング

研究設備

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研究シーズ：2019-001

画像・映像を中心としたマルチメディア認識技術
研究者名： 植木 一也
所

属： 情報学部 情報学科

情 報

Kazuya Ueki
准教授

専門分野： 人工知能、深層学習、機械学習、画像認識
キーワード：人工知能、深層学習、機械学習、画像認識、画像処理、映像検索
研究概要
画像・映像の取得，処理，出力に関する基礎研究から、人工知能分野の深層学習（ディープラーニング）など機械学習を用いたシステム応用まで幅広く扱う研究を遂行しています。
研究開発中のテーマ例 (一部） 大量映像データベースからの検索技術
現在、インターネット上の映像共有サイトには莫大な映像が存在しています。その中から必要となる映像を即座に検索するため、単にキーワードを利用した検索ではな
く、クエリ文を使用した映像の詳細に検索する技術を研究しています（図１）。当研究室で開発したシステムは、
米国国立標準技術研究所（NIST）主催の映像検索・評価
ベンチマーク（TRECVID）において2年連続で世界1位の検索精度を達成しました。

図1.クエリ文を使用した映像の詳細検索

 セマンティックセグメンテーション技術の実応用
近年，ディープラーニングを使うことで、画像中のピクセルがどのクラスのオブジェクトに属しているかをラベリングする技術が大きく発展しています。この技術を用いて、様々な応用システムを検討しています。現在、航空写真からの災害地の復興状況の可視化、車載カメラ映像を用いて動物の急な飛び出しを検出するシステム、車の傷や凹みの検出、精密機器の欠陥検出に関する研究を実施しています（図２）。
図2.セマンティックセグメンテーション技術の実応用
 少量データを用いた画像認識
現在、大量の画像サンプルをディープラーニングで学習することで、高精度な画像認識が実現できています。しかしながら、実際の場面において必ずしもデータが大量に収集できるとは限りません。
そこで例えば、植物／動物等の図鑑に載っている画像のように、認識したい対象のカテゴリ数は多く、各カテゴリには1枚の画像しかないという環境下でも、撮影された画像がどのカテゴリかを認識できる手法について研究をしています。

応用例・用途 画像認識を代表とする人工知能の分野の研究成果から製品開発のお役に立てることを期待して
います。

特記事項

 研究・論文の詳細は研究室のホームページをご覧下さい。
https://kenkyu.hino.meisei-u.ac.jp/ueki-lab/

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研究シーズ：2016-105

軽量・高強度・高熱伝導材料の研究開発

ナノテクノロジー

材料

研究者名： 清宮 義博 Yoshihiro Seimiya
所

属： 教育学部 教育学科 教授

専門分野： 材料物性、組織制御

キーワード： 燃焼合成，複合材料，ヒートシンク

研究概要
私の研究室では中温・常圧窒素雰囲気中で溶融アルミニウム中から熱伝導特性に優れたアルミナ
イトライド(AlN)を生成することに成功した。これにより、本来濡れて一体化することの無い金属とセラミックスからなる複合材料が作製可能になった。また、従来AlNの板材はAlN粉末を焼結助剤を用いて再び高温高圧で焼結して作られる。しかし、我々が提案する手法を用いれば1つの工程で濡れ性に優れたAl/AlN複合体からなる板材が作れることになり、製造コストは格段に安く済むことから実用化しやすくなった。

応用例・用途 電子部品へヒートシンクとしての応用
 耐熱性・耐摩耗性に優れた新素材

研究設備
 各種顕微鏡装置
 各種電気炉
 遠心鋳造装置
 卓上単結晶作製装置

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研究シーズ：2016-106

超音波振動を用いた高濃度・ナノバブルオゾン水製造装置
研究者名： 清宮 義博
所

環 境Yoshihiro Seimiya

属： 教育学部 教育学科 教授

専門分野：

無機材料、物性、材料工学

キーワード：オゾン水、ナノバブル、汚水処理、洗浄装置、滅菌、半導体洗浄研究概要
オゾン水は、過酸化水素水、塩素、次亜塩素酸より強い酸化力を有しており、滅菌、消毒剤として利用されています。また、汚水処理や医療福祉分野、電子材料の洗浄などの、新たな分野への応用が期待されており、高濃度かつ簡便にオゾン水を製造できる技術が求められています。
本研究室では、オゾンガス発生部をオゾンガス
溶解部に接続し、超音波を付加することで純水に濃縮オゾンガスを溶存させて、揮発しにくく極めて安定な高濃度溶存オゾン水を作り出すことに成功しました。これにより、長時間水中に留まり続ける高濃度ナノバブルオゾン水の製造を可能にしました。
従来のオゾン水製造装置に比べ机の上に乗る程度のコンパクトタイプで、いろいろな現場で応用可能です。また、従来のオゾン水は15分ほどでオゾン濃度が半減するのに対し、本発明のオゾン水の濃度の減少は30分で10％ほど、半減時間は540分（9時間）です。

応用例・用途 医療器具の消毒ならびに滅菌
 病院等医療施設での滅菌入浴
 滅菌シャワー
 汚水処理 半導体洗浄研究設備
 超音波発振器付き気体導入装置

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研究シーズ：2016-107

放熱性の高い材料を遠心鋳造技術で作製する

ナノテクノロジー

材料～アルミニウムと窒化アルミニウムによる傾斜機能材料～
研究者名： 清宮 義博 Yoshihiro Seimiya
所

属： 教育学部 教育学科 教授

専門分野： 材料物性、組織制御
キーワード： 傾斜機能材料、遠心鋳造、アルミニウム、窒化アルミニウム
研究概要
金属とファインセラミックスという異なる素材の組成を連続的に変化させる傾斜機能材料により、熱膨張係数が大きく異なる素材を強固に一体化する技術をアルミニウムに応用し、アルミニウム-窒化アルミニウム注1）（Al-AlN）傾斜機能材料を遠心鋳造法注2）により作製することに成功した。
Al-AlN複合体インゴットを超真空下1,000℃で融解し、高速回転による遠心力付加をかけて250℃で傾斜組織を形成しながら凝固させて傾斜機能材料を作製した。

← 内側

図2 遠心鋳造用円筒金型

外側 →

図4 傾斜組織の光学顕微鏡写真
図の横の長さは約3 mm
試料外側ほど窒化アルミニウムが多く集まり、内側にアルミニウムが存在した傾斜組織を形成していることが分かる
上：アルミニウムと窒化アルミニウムの混合原料
下：遠心鋳造法により得られたアルミニウム窒化アルミニウム傾斜組織
一部晶出したケイ素も認められる

図1 遠心鋳造装置

図3 遠心鋳造法によって得られた傾斜組織（Al-AlN）

注1）：窒化アルミニウムはセラミックス材料の一種で、窒化ガリウムに比べて熱伝導率が非常に高く（320 W/mK対2 W/mK）、

放熱材料として優れた物質であり、熱膨張率は同等（4.5 X 10-6/K対5.6 X 10-6/K）であることより、温度上昇による熱応力を生じさせずに熱を放散することが可能
注2）：溶湯に遠心力を負荷させながら鋳造する方法であり、母相と強化相の比重差、母相の凝固に伴う粘性の変化から強化相の分布を制御し、半径方向に機能を分布させた傾斜機能材料を得る方法

応用例・用途■ アルミニウムの靱性とセラミックスとしての窒化アルミニウムの高熱伝導性を兼ね備えた傾斜機能材料は、熱を外部に効率よく排出できるため、半導体デバイスのヒートシンク部材等としての応用が期待できる。

研究設備■ 遠心鋳造装置、各種顕微鏡装置、熱伝導測定装置（レーザーフラッシュ）、各種電気炉、卓上単結晶作製装置

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研究シーズ：2016-109

戦略マネジメントシステムとしてのBalanced Scorecard
研究者名： 中嶋所

教夫

属： 経営学部 経営学科

Norio

Nakajima

教授

専門分野： 経営分析、管理会計
キーワード： 戦略、ミッション、非財務データ
研究概要
企業経営を行う上で、戦略の策定は必須である。しかしながら、戦略がどのようにクリアされたのかを効率的に評価するシステムを独自に構築することは難しい。
Balanced Scorecard(BSC)は、ハーバード大学のKaplanとコンサルタントのNortonが協力して、提唱した戦略マネジメントシステムである。
企業がBSCを活用することによって、戦略を可視化し、戦略に沿った業績を評価することを可能にする。
BSCの最大の特徴は、企業の戦略に合わせて、財務・顧客・企業の内部プロセス・人的資源のマネジメ
ントを効率的に行うことを可能にする。
ここでの研究の主体は、企業にBSCを導入するにあたって、どのようなポイントに留意すべきか、どうすれば、効率的なマネジメントシステムを構築することができるか、という点にある。
なお、BSCの特性として、非営利組織のマネジメントにおける有用性も立証されており、多くの医療機関や地方自治体、大学等でもBSCが活用されている。
明星大学においても、BSCを導入して、活用している。

応用例・用途■ 組織運営・経営の効率化■ 戦略マネジメントシステムの構築■ 企業のバリュードライバーの模索■ コストカット

研究設備

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研究シーズ：2016-110

ミクストメディアによる作品制作
研究者名： 土田 俊介 Shunsuke Tuchida所

属： デザイン学部 デザイン学科

教授

専門分野： 彫刻制作、現代美術・美学研究

キーワード： 彫刻、現代美術、美学

研究概要• 鉄、アルミニウム、鉛、銅、樹脂、シリコン、羊毛、ラテックス等の素材、また彫刻、写真、
ビデオ、絵画表現等のメディアを用いた作品制作。
• コミュニケーションや鑑賞の構造についての美学的研究と、それを応用した作品制作。

01-04
h240×w100×d600cm
2001年
羊毛、シリコン、発泡ビーズ
鉄パイプ、麻糸

応用例・用途 美術作品・オブジェなど（屋内・屋外設置可能）

研究設備
 シャーリング 半自動溶接機
 TIG溶接機
 旋盤
 パイプベンダー

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研究シーズ：2018-002

リハビリテーション運動の達成度をフィードバックする
アートプログラム・デバイスの開発

医 療
福 祉

研究者名： 吉岡聖美 Kiyomi Yoshioka

所

属： デザイン学部 デザイン学科

准教授

専門分野： デザイン学、感性情報学、生活科学
キーワード： 感性デザイン、医療、福祉デザイン、ワークショップ実践・評価

研究概要
単純繰り返し動作の訓練を長期間継続するリハビリテーションでは，患者のモチベーション維持が課題となる。「Active Artリハビリテーションプログラム」では，リハビリテーション動作とインタラクティブな画像の変化を組み合わせて，リハビリテーション動作の質や運動量における達成度を画像（作品）の完成度（出来栄え）としてフィードバックする（特許取得済）。下記１～３のプログラムについて，リハビリテーション動作に対して意欲的に取り組むことができる心理的効果を基礎実験において評価，確認済みである。また，回復期リハビリ
テーション病院においてプログラムを用いた臨床試験を実施し，心理的・身体機能的評価を確認している。
１．立ち座りやスクワットの動きに連動してVRヘッドマウントディスプレイの画像を変化させて，運動量における達成度をフィードバックするプログラム（図１）２．上肢の屈曲伸展の動き（サンディング動作）に連動してテーブルに投影するアート画像を変化させて，動作の質や運動量における達成度をフィードバックするプログラム（図２）３．エアポンプを握ったりタッチパネルを触ったりする把握と触知の動作によって画像を変化させるプログラム（図３）

図１ 「立ち上がって空に描こう！」

図２ 「拭いて拭いて絵を描こう！」

図３ 「クラゲを描こう！」

応用例・用途・ 脳卒中による片麻痺もしくは骨折によってリハビリテーションが必要な患者のリハビリテーション（図１，２，３）・ 高齢者の介護予防のためのロコモーショントレーニング（図１）・ 小児の入院患者を対象とする体力維持とリハビリテーション（図３）・ 体力アップのためのフィットネス（図１）

特記事項
上記１～３（図１～３）は，リハビリテーション支援装置として特許取得済
ヨコハマ・ヒューマン＆テクノランド2017出展 https://www.youtube.com/watch?v=YiA4rdKhcME&t=28s

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研究シーズ：2018-003

キッズデザイン：患児のための「能動アート」プログラム開発

医 療
福 祉

研究者名： 吉岡聖美 Kiyomi Yoshioka

所

属： デザイン学部 デザイン学科

准教授

専門分野： デザイン学、感性情報学、生活科学

キーワード： 感性デザイン、医療、福祉デザイン、ワークショップ実践・評価

研究概要
小児の長期間の入院生活では「遊び」が重要な位置づけとなる。家族と離れて過ごす患児の遊びは限られており，遊びの中にアートを取り入れることによって，感性を刺激する心理的効果や制作動作の誘導に伴う身体機能への効果が期待できる。遊びとアートを融合した患児のための「能動アート」プログラムを開発し，大学病院附属小児総合医療センターおよび小児がん専門施設において実践して，客観的にその効果を確認している。「能動アート」プログラムによる創造活動は，入院患児の創造性や感性に寄与し，心身の発達に与える効果が期待できる。
１．「花火を描こう！」プログラム
タッチパネルを触ったりエアポンプを握ったりする動作によって花火を打ち上げた風景の画像を構成し，絵はがきを制作する小児の創造作業を誘導するプログラム（図１ ，特許取得済）
２． 「ナースコール・アート」プログラム
ナースコールの機能，および触ると音や光を発生する機能を持ったモジュールを使って作品を制作し，自身の作品に話しかけるインタラクションを生成するプログラム（図２）

図１ 「花火を描こう！」プログラムを実践するワークショップ

図２ 「ナースコール・アート」プログラムを実践するワークショップ

応用例・用途・ 能動的にアートと関わる「能動アート」プログラムは，小児医療だけではなく，緩和ケアや高齢者施設においても実践・評価しており，さまざまな医療環境における患者や家族，スタッフのQOL向上のためのツールとなる。
・ 「ナースコール・アート」プログラムで制作する作品は，新たなコミュニケーションツールとして小児医療における未来型のナースコールとなる。

特記事項
上記１（図１）は，リハビリテーション支援装置として特許取得済
ヨコハマ・ヒューマン＆テクノランド2017出展 https://www.youtube.com/watch?v=YiA4rdKhcME&t=28s

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研究シーズ：2016-112

LSIを構成するIP回路ブロックの開発～新機能・高性能セルライブラリの構築による応用展開～
研究者名： 大塚所

寛治

Kanji Ootsuka

属： 連携研究センター 名誉教授、特別顧問、主幹研究員

専門分野： 電気電子工学、電子・電気材料工学、
電子デバイス・電子機器、通信・ネットワーク工学
キーワード： 電子材料工学、マイクロエレクトロニクス工学、コンピュータハードウェア工学

研究概要
当研究室は長年、実践で鍛えたベテラン技術者によるコンピュータアーキテクチャ、システム・回路設計、高速信号伝送・電源設計能力を備えています。最近のIP注1）として、検索エンジン、メモリ・論理共役コンピュータ、高解像度タッチパネルシステムがあります。また、技術として、
28 Gbps（Gigabits per second）以上の低消費電力I/Oシステムがあります。
I/Oインターフェイスの各要素の基本となる回路・システム設計の一例を紹介します。
 回路は全て既存IPを使わず、オリジナルなデバイス・回路設計（図1） 微細プロセスを採用しなく
nMOS
pMOS
ても28 Gbpsシステムが可能
 最近の注目システム その1
図1 28 Gbps高速ドライバのメモリ・論理共役回路（図2）
設計レイアウト例（130 nm MS）
人間の脳のニューロンと同様、高速レシーバ、ラッチ、クロック含む
回路そのものが論理であり、メモリであるダイナミックコンフィギュレーションの究極を行く回路 最近の注目システム その2 検索エンジン：Axonerve（図3）
クラウドコンピューティングの時代になり、高速大容量
One entry Memory mat for entry address storing
Searching SRAMcomparator
ネットワーク（Internet環境）に必須のルータやスイッチに active
多用されている検索エンジンの一つContents Addresable
Memory（CAM）の新アルゴリズムで、低電力エンジンもIP
Controller
Matchedとして開発完了間近
5.5um

5.5um

6.5um

6.5um

6.5um

6.5um

VSS

IN-P

Out-N

VDD

Oout-P

IN-N

VSS

address

Key data
図2

最近の注目システムその1
メモリ・論理共役回路

図3

Full entry address

Dividing search data to segments

最近の注目システムその2
検索エンジン：Axonerve

注1）：Intellectual Properties、半導体分野ではLSI（大規模集積回路）を構成する機能ブロックをいう

応用例・用途 新機能・高性能セルライブラリ構築により、新しい電子制御装置の開発が可能
 アジアにおけるIEEE活動に多大に貢献により、Regional Contribution Awardを受賞（2014年）

研究設備

 10 GHｚ以上のデジタル波形測定装置
 20-50 GHｚのベクトルネットワークアナライザなど高速信号系の測定装置

お問合せ先：明星大学 教育研究情報センター〒191-8506 東京都日野市程久保2-1-1
Tel: 042-591-5097 Fax: 042-591-5644
e-mail: liaison@meisei-u.ac.jp
http://corec.meisei-u.ac.jp/

研究シーズ：2016-113

チップからボード、ケーブルまでのSI、PI一環設計～エバネッセントエネルギー、プラズモニクス等の利用～
研究者名： 大塚所

寛治

Kanji Ootsuka

属： 連携研究センター 名誉教授、特別顧問、主幹研究員

専門分野： 電気電子工学、電子・電気材料工学、
電子デバイス・電子機器、通信・ネットワーク工学
キーワード： 電子材料工学、マイクロエレクトロニクス工学、コンピュータハードウェア工学

研究概要
当研究室は長年、実践で鍛えたベテラン技術者によるシステムニーズからチップ、ボード、ケーブ
ルまでのシステムのコンカレントな設計を行う能力を備えています。我々の研究室では、新しい概念「エバネッセントエネルギー、プラズモニクス、及びスピントロにクス」を利用しています。また、
インターボーザ注1）配線特性を考え、チップからボード、ケーブルまでのSI注2） 、PI注2）の一環設計を行っています。一環設計では、3次元電磁界ソフト注3）、PIソフト注3）とSPICE注4）連成技術を駆使して最適化しています。エバネッセント波注5）を利用したインターネットケーブル設計について紹介
します。
128:1

図1

ボード、ケーブル設計の一例

Phase
locked loop

Pre-emphasis

DriverDX

Time/frequency equalization circuit

Serializer

Decision
Clock data feed back Continues time
recoveryequalizer linear equalizer
ReceiverAdaptive equalization circuit

最近の新規テーマを以下に示します。
 エバネッセント波利用のインターネットケーブル
 プラズマ放電利用
 乗算機などの新規演算アルゴリズム
 高速低消費電力CMOS I/O回路
 BCH符号化技術
De-Serializer

Si-IP

Conventional
package/circuit board
RX

Shifting to special
arrangement

0
-20

ｄB

CAT6よりクロストーク2ケタ低い
-40
-80
-100

注1）：チップのパッド間隔を基板で処理しやすいパッド間隔やピン並びに変換する中継配線部品
注2）：SI（Signal Integrity）は信号の整合性、PI（Power
Integrity）は
DC電源のドロップダウン、デカプリング、ノイズのこと
注3）：3次元電磁界ソフトとしてMW StudioとHFSS、
PIソフトとしてPower SIとSentinel PI
注4）：Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis、
電子回路のアナログ動作をシミュレーションするソフト
注5）：電磁波が特定の条件下で反射して放出される電磁波

-60

-120
0.1

1

10
周波数 MHｚ100

1000

1.2 Gbps

図2

エバネッセント波測定例（ケーブル68 m測定例）

応用例・用途 システムのコンカレント設計
 エバネッセント波を利用した高速・長距離信号伝送技術

研究設備
 10 GHｚ以上のデジタル波形測定装置
 20-50 GHｚのベクトルネットワークアナライザなど高速信号系の測定装置

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研究シーズ：2019-004

はんだや接着剤を使わない常温直接接合技術の開発
研究者名： 須賀 唯知
所属： 連携研究センター

Tadatomo

Suga

客員教授

専門分野：界面、精密工学、実装工学、接合工学
キーワード： 精密工学、常温接合、表面活性化接合、半導体3次元積層
1. 背景（現在の問題点）
近年の高機能装置では半導体デバイスを高密度で集積し、実装することが高機能化、低コストの鍵を握ると言われている。従来タイプのSiウェハ接合は大気中で仮接合を行ったのち、300℃以上の高温加熱処理をすることにより接合を実現するが、熱膨張の異なる材料を高温で接合すると、熱膨張の差で大きなひずみが生じ、そのままでは接合できない場合や、強度が不十分、信頼性が確保できない場合などがあり、低温接合へのニーズが大きくなっている。

2. 技術（本技術の概要）

表面活性化常温接合（常温接合）

本研究グループでは従来の接合・接着の代わりに、表面活性化接合(Surface Activated Bonding :SAB)を用いることで常温での直接接合を実現しており、様々な材料での実装を試みている。
常温接合は真空中で接合対象の表面の酸化膜や吸着層をイオンなどのエネルギー粒子の照射によって除去し、その表面を活性化することによって、固体表面が本来持っている凝集エネルギーをそのまま接合の駆動力に利用する接合方法である。またSiなどのナノ密着層を用いて、金属だけでなく、半導体、セラミックス、
プラスチック、ダイヤモンドなどのさまざまな異種材料の接合が可能となっている。

イオン照射や中性原子ビー
ム照射により、表面の安定な酸化膜や吸着層を除去

3. 本技術の特徴

活性表面同士を接触させるだけで常温で接合

世界最高密度微細接続

3㎛径、6㎛ピッチ
100万端子の常温一括接続

金属と金属、金属とセラミックス・ガラス、金属と半導体、同種・異種の半導体を対象として常温で直接接合を実現。
・高いスループット・高いアライメント特性
・熱ダメージ、熱ひずみ・界面での反応（ボイド発生等）なし
・高い材料選択の自由度

←接合面

銅配線

銅電極
絶縁層
接合面

銅の直接接合とバンプレス・インターコネクト
封止枠と電極を同時に接合する構造

応用例・用途 （相談に応じられる分野）■3D集積化のための常温接合■MEMSパッケージへの適用■常温ウエハ接合による部品製造

研究設備・備考■ 常温接合装置

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研究シーズ：2019-005

表面活性化結合の拡張～従来困難だったポリマーやガラスなどの透明常温接合が可能に～
研究者名： 須賀 唯知
所属： 連携研究センター

Tadatomo

Suga

客員教授

専門分野： 精密工学、実装工学、材料接合
キーワード：精密工学、異種材料接合、銅の低温直攝接合、ポリマー・ガラス透明接合
1. 背景（現在の問題点）
常温接合は、超高真空という特殊な環境が必要であったため、その適用対象は限定されていた。また、
高分子フィルムやガラスには適用できないという問題もあった。一方で従来の接着剤による接合では耐久性や、接着剤から放出されるガスの影響による封止性という面で問題がある。これらの条件をクリア
し、銅などの金属を大気圧中で低温接合（200℃以下）する技術や、ポリマーやガラスを透明性を保ったまま低温で接合する技術が求められている。

2. 技術（本技術の概要）

本研究グループは、10nm程度のシリコンや一種の金属酸化物層によるナノ密着層を用いた
表面活性化手法によりフィルム材料同士、あるいはフィルムとガラスの透明常温接合に成功している。
また、イオン衝撃による酸化膜除去に加え、プラチナ触媒によるギ酸活性化を組み合わせ、
大気圧下、200℃以下でのはんだを使わない銅の低温直接接合を実現している。

水素ラジカルやギ酸による活性化などを組み合わせた複合活性化手法により、大気中での常温接合を実現

ナノ密着層による表面活性化結合の拡張

3. 本技術の特徴
本手法では、従来の接着剤による接合に比べ、ナノレベルの非常に薄い層によって接合できるため、フレキシブル性を損なわない。かつ、低いガス透過性をもつ封止が実現され、有機ディスプレイや太陽電池の製造に適用されることが期待される。
結合の特徴：熱加工が不要。接着剤が不要。
フレキシブル性を損なわない。
高封止性能。
（材料により大気中でも可能）

接合強度の制御：剥離を前提とした仮接合にも対応

ナノ密着層を用いた高分子フィルムの常温接合

応用例・用途 (相談に応じられる分野）■ウェアラブル・フレキシブルデバイスの３D化■フィルムデバイスの封止■銅の低温直接接合

研究設備・備考■ 常温接合装置■ ギ酸活性化接合装置■ 水素ラジカル装置

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研究シーズ：2019-006

産業界と大学をつなぐ産学連携コンソーシアム
電子実装工学研究所（IMSI）
研究者名： 須賀 唯知 Tadatomo Suga・ 大塚 寛治
所属： 連携研究センター

客員教授

Kanji Otsuka

連携研究センター

主幹研究員（名誉教授）

専門分野： 精密工学、実装工学、材料接合 / 電子・材料工学、マイクロエレクトロニクス工学

キーワード：産学連携コンソーシアム、常温接合、パワーモジュール、ディープラーニング電子システム応用

1. 背景
明星大学の須賀唯知教授、大塚寛治教授、および産業界のメンバーが中心となって運営する産学連携
コンソーシアム。1997年に設立され、明星大学、東京大学と共同研究契約を結ぶことで、電子実装に関わる産業界共通の課題に取り組むとともに、個別のテーマでの共同研究を推進している。現在の共同研究テーマは、表面活性化常温接合の応用展開、およびWBG半導体パワーモジュールの開発。また、接合界面創成技術およびディープラーニング電子システム応用に関する調査研究を行っている。

2. コンソーシアムの概要
コンソーシアムは、 一般社団法人として登記され、産業界会員の会費により運営されている。現在、具体的な共同研究を行うコンソーシアムのワーキンググ
ループWGとして、表面活性化常温接合の応用展開（WG2）、およびWBG半導体パワーモジュールの開発
研究（WG3）の2つが活動している。また、調査研究を主体とする研究会として、接合界面創成技術研究会、
およびディープラーニング電子システム応用技術研究会の2つが設置されており、産業界会員はそれぞれWG
ないしは研究会に所属している。いずれも非公開の研究会を毎月、ないしは隔月で開催しており、年1回の総会、および年4回の会員会で相互の情報共有が図られるとともに、年1回の公開講演会において、コンソーシアム外部への情報発信、2年に1回の国際会議主催により、国際的な情報発信を行っている。

3. コンソーシアムの特徴
・幅広い大学・研究機関メンバーとの交流
・異業種間の交流・共同研究のネタ探し、研究テーマの提案
・社外での異業種企業間での共同研究

応用例・用途 (相談に応じられる分野）■表面活性化常温接合の応用■パワーモジュールに関する異業種交流■ディープラーニングの基礎と応用

備考■ コンソーシアム直接のお問い合わせ：http://www.imsi.jp

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Tel: 042-591-5097 Fax: 042-591-5644
e-mail: liaison@meisei-u.ac.jp
http://corec.meisei-u.ac.jp/

送付先
明星大学 教育研究情報センター

FAX： 042-591-5644

e-mail: chizai@gad.meisei-u.ac.jp〒191-8506 東京都日野市程久保 2-1-1
TEL: 042-591-5094
http://corec.meisei-u.ac.jp/

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□展示会（
□その他（

）
）