Tokyo Denki University Repository (TDU) / 学術リポジトリ

佐々木, 元気

五十嵐, 洋

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22D-03 
課題名（和文） 
大脳新皮質の操作意図生成プロセスを基とした物理的インタラクションモデル生成手法
の確立 
課題名（英文） 
Establishment of a method for generating physical interaction models based on the 
process of generating operational intentions in the neocortex 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科電気電子システム工学専攻 
氏名 佐々木元気 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部電子システム工学科 教授 
氏名 五十嵐洋 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究では、ヒトーロボットの協調作業において、ロボットが適切な支援ができるように、物理的なインタラ
クション中のヒトの操作を予測するモデルを生成することを目的とした。本研究では、はじめに、ヒトの操作
をモデル化するために、力のインタラクションが伝達可能な協調作業環境を用いて協調作業中のヒトの操作
を取得した。そして、機械学習によって取得した協調作業中のヒトの操作から、操作予測モデルを生成した。
また、物理的なインタラクションが伴う協調作業において、仮想環境中のヒトの行動を示すアバタが協調作業
にどのような影響を及ぼすかを調査した。その結果、アバタの有無によって力のインタラクションに影響が発
生しないことがわかった。 
 
研究成果の概要（英文） 
The objective of this study was to generate a model that predicts human operations during physical interactions in 
order for robots can provide appropriate assistance in cooperative tasks with a human and robots. Firstly, human 
operations during cooperative tasks were obtained using a cooperative tasks environment. Then, the operation 
prediction model was generated from the human operations by machine learning. We also investigated the effect of 
avatars, which indicate human actions in the virtual environment, on cooperative work with physical interactions. 
As a result, it was revealed that the presence or absence of the avatar did not affect the force interaction. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
1. 研究開始当初の背景 
ヒトは運搬作業やスポーツなどヒト同士のインタラクシ
ョン（Human-Human Interaction: HHI）が作用する際
に、無意識的に他者と協調する。特に物理的なヒトどうし
のインタラクション（Physical HHI: pHHI）領域において
発揮される協調特性の解明は、インタラクションの理解に
おける学際的「問い」について貢献可能である。これまで
の pHHI を解明する研究における協調作業は、作業者
間をバネやダンパによるダイナミクスによって仮想的に接
続し、一つの目標に向かって協調して操作対象を近づけ
るタスクであった。 
2. 研究の目的 
これまでの研究で得られた成果は、操作対象を目標
へ近づけるタスクのみ有効であり限定的なインタラクショ
ンといえ、また、個人差も考慮されていない。これより、以
下の点を解決する必要があった。 
1) タスク依存性をもった特定の協調作業における
pHHI の解析及びモデルの作成が限定的インタラ
クションとなっている点。 
2) 作業者すべての作業結果を平均した値を用いてお
り、個人差の考慮が十分ではなかった点。 
そこで、本研究では個人差を考慮するためにヒトの意
図決定を司る大脳新皮質に注目した。ヒトの動作は大脳
新皮質で生成される意図によって決定されるが、その意
図は大脳新皮質で発生するさまざまな思惑の統合した情
報である。ここで、 脳科学の観点から協調作業中の脳の
活性部位を調査した研究があり、大脳新皮質の一部が
物理的インタラクションにおいて使用されることがわかっ
ている。そこで本研究では pHHI のヒトの操作を大脳新
皮質の意図生成プロセスに基づく手法によってモデル化
し、その操作を正確に予測することを目的とした。 
3. 研究の方法 
本研究ではさまざまな思惑の操作予測モデルの生成
を行う。実験では申請者がこれまで遂行してきた研究の
協調作業環境を、本研究でも使用して協調作業の実験
を行う。本強調作業環境は、マルチラテラル制御によっ
て複数デバイスの力のインタラクションが可能であり、作
業者は現実と同じ感覚で協調作業を行うことが可能であ
る。また、実験中、作業者はヘッドマウントディスプレイを
被って作業を行う。ヘッドマウントディスプレイでは、仮想
空間が表示されており、仮想空間にはプレートと自身と
他者のアバタが表示されている。本協調作業はこのプレ
ートを協調して操作するタスクである。 
物理的インタラクション中のヒトのさまざまな思惑を考慮
するため、「リーダ・フォロワの関係の固定化」、「協調作
業の役割分担」、「協調作業相手の周知の有無」といった
シチュエーションを設定して、作業者に指示し、協調作
業を実施する。その時に得られた作業者の操作（位置や
力）などを用いて全結合型ニューラルネットワーク（NN）
によって学習する。そして、学習モデルによってシチュエ
ーションごとの協調作業中の操作が予測可能か検証す
る。もし NN で学習が確認できなかった場合は LSTM を
用いて学習を行い、操作が予測可能か検証する。 
4. 研究成果 
本研究でははじめに、pHHI の操作をモデル化するた
めに、機械学習を用いて操作モデルの生成を行った。機
械学習のパラメータは Optuna を用いて最適化を行い、
３０名の操作モデル生成に成功した。 
また、ヒトの操作に仮想空間内のアバタが影響を与え
るかが未解明であったため、協調作業実験によって実証
を行った。その結果、物理的なインタラクションがある協
調作業において仮想空間内のアバタの有無は、ヒトの操
作に影響を与えないことがわかった。 
5. 主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① Genki Sasaki and Hiroshi Igarashi: "The 
Influence of Avatar Representation on Haptic 
Interaction in Virtual Environment," IECON 
2022 - 48th Annual Conference of the IEEE 
Industrial Electronics Society, pp. 1-6, 
Brussels, Belgium, October 20, 2022. 対面実施 
② 佐々木元気，五十嵐洋：”物理的なヒト―ヒト間イ
ンタラクションに制御手法が及ぼす影響の解
析”，日本機械学会 情報・知能・精密機器部門講
演会，IIPC-5-27，2023/3/7. 対面実施 
 


Japanese

大脳新皮質の操作意図生成プロセスを基とした物理的インタラクションモデル生成手法の確立

東京電機大学博士（工学）2022doctoral thesi

周, 家興

シュウ, カコウ

ニューノーマル時代に備えたマルウェアの分類手法に関する研究

加藤, 雄己

カトウ, ユウキ

学位論文審査の結果の要旨    
報告番号 先端科学技術       号 氏 名 加藤 雄己 
論文題目 N-アセチル-(R)-β-フェニルアラニンアシラーゼの構造機能相関解析 
論文審査委員会 
委員（主査）Ｄ○合 松田 七美男 特定教授（物質生命理工学専攻）   
委員（副査）Ｄ○合 宮坂 誠   教授  （物質生命理工学専攻）   
委員（副査）Ｄ○合 根本 航   教授  （物質生命理工学専攻）   
委員（副査）Ｄ○合 安部 智子  准教授 （物質生命理工学専攻）   
委員（副査）    川崎 寿   特任教授 
（東京大学大学院  農学生命科学研究科） 
  
 研究の背景 
「βアミノ酸は、抗生物質や酵素阻害剤など、生理活性物質に存在する物質である。βアミノ酸の中
でも enantio-pure なβ-フェニルアラニン(β-Phe)は医薬品の合成に重要な物質である。その中でも R
体のβ-Phe は Paclitaxel の合成に重要な中間体である。β-Phe のエナンチオマー分離法として、こ
れまでにいくつかの酵素法が報告されている。著者は、これまでに報告されている酵素法とは別のプ
ロセスで R 体のβ-Phe を生産し、尚且つ低環境負荷な方法でβ-Phe を生成する酵素法およびその反応
を触媒する酵素を探索してきた。その結果、アミノ基をアセチル化したラセミ体のβ-Phe(N-Ac-
(R,S)-β-Phe)を R 体特異的に加水分解し、(R)-β-Phe を生成する酵素(R)-β-Phe アミノアシラーゼ
((R)-β-FAA)を用いた酵素法に着目した。(R)-β-FAA を生産する微生物として Burkholderia sp. 
AJ110349 および Variovorax sp. AJ110348 を単離し、(R)-β-FAA をコードする遺伝子領域をクローニ
ングした。また、野生型(R)-β-FAA を用いて特性解析を行い、本酵素が優れた反応性を示すことが明
らかにしてきた。」という主旨の下に、著者のグループのこれまでの研究の歴史について説明があり、
研究背景についての丁寧な説明がなされた。 
 
研究の目的 
「Burkholderia sp.および Variovorax sp.由来(R)-β-FAA の構造情報を得ることや生化学的機能解析
から特性を明らかにすることを目的として研究を開始した。」という、研究背景に基づいた極めて明
確な研究目的の説明がなされた。これについて議論はなかった。 
 
研究の内容 
第１章「 β-フェニルアラニン代謝酵素の発現および精製」については、実験手法や結果が詳細に述
べられた。特に著者のグループの前の研究報告では得られなかった高い発現性について「Cold shock
システムを利用して組換え発現ができる発現プラスミドを構築した。低温での温度調節と IPTG誘導を
組み合わせて目的タンパク質を高発現させることに成功した。」という説明があり，本研究が大きな
成果を収めた理由が理解された。さらに，「His-tag融合型 B-β-FAAおよび V-β-FAAの精製試料を用
いてゲルろ過クロマトグラフィーを用いたオンライン静的光散乱法で分子量分析を行ったところ、ア
ミノ酸配列から推定される分子量の約 2倍の重量平均分子量が算出され、両酵素が溶液中で二量体で
あることがわかった。」という説明があった。この事柄は第２章「β-フェニルアラニン代謝酵素の結
晶化、X 線結晶構造解析」、第３章「 Variovorax sp.由来(R)-β-フェニルアラニンアミノアシラーゼ
のクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析」の実験結果とも整合しており今まで解明できていなかっ
たオリジナルな成果であると認められる。第４章 「β-フェニルアラニン代謝酵素の立体構造」では、
より詳細な構造解析結果が説明され、β-フェニルアラニンの生成反応を司る部位（窪み）についての
言及がなされた。生成反応の触媒機能については第５章「β-フェニルアラニン代謝酵素の生化学的機
能解析」に詳細な報告があり、十分な機能が発現していることが確かめられている。また、反応を司
る部位の付近のアミノ酸残基をアラニンに置換して、活性度の変化を測定した実験結果より、構造上
推定された部位（窪み）が大きな役割を果たしていることが推定されている。すなわち構造と機能つ
いて、完全にではないが凡その相関が明らかになっている。この成果は、 
［1］ Yuki Kato, Hisashi Kawasaki, Tsuyoshi Nakamatsu, Namio Matsuda, Ryo Natsume、Expression, 
Purification and Crystallization of the N-acetyl-(R)-β-phenylalanine acylase derived from 
Burkholderia sp. AJ110349 and Variovorax sp. AJ110348. Acta Crystallographica Section F（in press） 
としてまとめられている。 
 
以上、本論文において著者が検討して得た結論に記された事柄は、抗生物質や酵素阻害剤の環境低
負荷な生産技術について、その発展に極めて有用であると判断できることから、本論文の価値は工学
的、分子生物学的な観点からも十分に評価できる。よって、本論文は博士（工学）の学位論文として
十分な価値を有するものと認められる。    


N-アセチル-(R)-β-フェニルアラニンアシラーゼの構造機能相関解析

小林, 宏史

鈴木, 未有

大井, 一樹

岩岡, 友希

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022       No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q21T-01 
課題名（和文） スペックル光を利用した立体構造物への露光技術の研究 
課題名（英文） 
Research on a New Lithography Method Utilizing Speckles for Printing Random 
Patterns on Three-Dimensional Shaped Surfaces 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学 工学部 先端機械工学科 教授 
氏名 小林 宏史 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院 工学研究科 先端機械工学専攻  
氏名 鈴木 未有 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院 工学研究科 先端機械工学専攻  
氏名 小宮 菖梧 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院 工学研究科 先端機械工学専攻  
氏名 片岡 元樹 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院 工学研究科 先端機械工学専攻  
氏名 大井 一樹 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院 工学研究科 先端機械工学専攻  
氏名 岩岡 友希 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究では、スペックル光リソグラフィ技術を用いてレジスト（感光性樹脂）を塗布した立体構造物の表面
に数十μm〜数百μm オーダの微細なレジストパターンを形成することを目的とした。原理検証のために球
面ミラーを用いた実験用露光装置を製作し、パターン形成特性の把握を実施した。その結果、立体構造物表面
にランダム形状のレジストパターンを形成することに成功した。 
 
研究成果の概要（英文） 
A new optical lithography method utilizing speckles was developed for printing random patterns on 
surfaces of three-dimensional objects, and patterning characteristics were investigated by assembling a 
handmade exposure system. As a result, resist patterns with random shapes were successfully formed 
after the development. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022       No.42 Tokyo Denki University                     
 
 
1.研究開始当初の背景 
自然界には、表面にマイクロオーダーの微細な
構造をもち、その微細構造により撥水性や親水性
などの機能が付与されるものが存在する。例えば
蓮の葉やバラの花弁などである。そして、近年こ
の微細構造を工業部品の表面に人工的に形成す
る加工技術の需要が増加している。加工方法とし
て、例えば、光リソグラフィ技術がある。SUS 板
表面に微細なレジストパターンを作り、それをマ
スキング材としてエッチングすることにより凹
凸構造を形成し撥水特性を変化させることがで
きる。 
 
2.研究の目的 
 本研究ではスペックルリソグラフィという光
の特性を利用した露光技術に加えて、さらに回転
軸対称ミラーを組み合わせることで立体構造物
である円柱試料の全方向にランダムなパターン
を一括で露光し、微細構造を形成することができ
るか検討した。理論をもとに実験露光装置を試作
して実現可能性や課題を明確にするのが目的で
ある。立体構造物への微細パターン形成技術が実
現できれば、パイプや軸物の工業製品の表面に微
細構造を簡便・低コストに形成することが可能と
なり、撥水性や油の潤滑性を変化させることがで
きる。 
 
3.研究の方法 
本提案の新露光原理を図 1 に示す。レーザ光を
透過型の拡散板に照射すると、透過側に不規則な
光強度変化を持つ斑点模様のスペックル光が発
生する。このスペックル光を回転軸対称ミラーに
反射させると、光軸上の一部に一直線上に集光さ
せることができる。その領域にレジスト(感光性材
料)を塗布した円柱試料を置くことで、スペックル
光の光強度分布により円柱試料表面の円周方向
に一括で微細な斑点模様のレジストパターンを
形成できる。そして、拡散板の粗さや拡散板と回
転軸対称ミラーの距離を変えることで、パターン
の形状を変化させることができると考えている。 
 
 
 
 
 
 
 
 
原理検証のために、図 2 に示す実験用露光装置
を試作した。露光装置は、レーザ(波長 405nm、
12.5mW)、ガイドレール、拡散板(#240)を二つ、
試料固定のための四つ爪ピンバイス(以下バイス
と呼ぶ)、回転軸対称ミラー(直径 150mm、半円形
状)、回転軸対称ミラーを保持する固定台で構成し
た。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
実験では直径 2mm、長さ 60mm のステンレス
鋼(SUS304)の円柱試料を用い、ディップコート法
にてネガ型レジスト PMER N-CA3000 PM（東京
応化工業）を約 10μm の膜厚で表面へ塗布した。
その後、バイスに試料を固定し、回転軸対称ミラ
ー内に配置した。露光時間を変化させると形成さ
れるパターンに変化が生じる。そこで露光時間の
調整は、レーザの電源を ON、OFF することで行
った。 
図 2 実験用露光装置の外観 
図 1 露光原理 
レーザ 拡散板 円柱試料 回転軸対称ミラー 
拡散板 レーザ バイス 回転軸対称ミラー 
400mm 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022       No.42 Tokyo Denki University                     
 
形成したパターンの観察・評価には実体顕微鏡
を用いた。試料の観察方法を図 3 に示す。ネガ型
レジストは、光が強く当たったところが現像処理
によりパターンとして残る。そこで、レジストが
残った箇所を感光領域とし、パターンが孤立して
できたところをパターン形成領域とした。観察・
評価位置は円柱試料先端側から見て上部を 0°位
置として、右回りに 90°事に回転して観察した。 
 
 
 
  
 
 
4.研究成果 
（１）露光結果とパターン形成特性の把握 
 図 4 に露光結果を示す。各露光時間でのパタ
ーン形成領域である試料先端部(端から約1mmの
箇所)の表面を観察した画像である。一部の観察画
像が無いものの、円周全方向にランダムな形状、
大きさ、配置のレジストパターンを形成すること
ができた。ネガ型レジストのため露光時間を増加
させるとパターンの数や大きさが増加し、一部は
隣接するパターン同士がくっつき合う現象が確
認できた。また、感光領域は円周方向全面に 5mm
～10mm であったが、パターン形成領域は感光領
域先端部から 1.5mm～2.0mm とごく僅かであ
り、多くの感光領域では過露光となり、レジスト
が現像液に不溶となって試料表面に残った。これ
は、試料に当たるスペックル光強度の不均一性が
原因と考えられる。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
また、パターン形状はどれも円柱試料の軸方向
に伸びていることが分かった。これは、回転軸対
称ミラーで反射した光線の多くが円柱試料軸に
対して鋭角に当たることが原因と考えている。 
（２）円周方向のパターン形成領域の均一性 
円周方向の各位置でパターンを観察するとパ
ターン形成領域の範囲に大きな違いがあった。こ
の原因は露光時に試料がわずかに傾いていたこ
とによるものと考えている。 
（３）研究結果と課題の明確化 
 スペックル光を用いた円柱試料面への全面一
括露光技術の基礎検討として、拡散板で拡散した
光を回転軸対称ミラー内で反射、集光させて露光
する新しい方法の原理検証を行った。原理検証の
ための専用の実験用露光装置を製作し、直径2mm
の円柱試料を用いて露光実験を行ったところ、試
料先端部に一部ではあるが円周全方向に一括で 5
〜100μm の大きさのランダムパターンを形成す
ることができた。試料のアライメント方法やスペ
ックル光強度の不均一性を改善し、パターン形成
領域を広げることが、今後の課題である。 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 5 件） 
① 鈴木未有、スペックル光を利用した光リソグ
ラフィ技術による円筒面へのランダムパタ
ーン一括形成技術の基礎研究、精密工学会北
海道支部学術講演会、2022 年 8 月 27 日、北
見工業大学 
② 大井一樹、スペックル光を利用した光リソグ
ラフィ技術による段差面へのランダムパタ
ーン一括形成技術の基礎研究、精密工学会北
海道支部学術講演会、2022 年 8 月 27 日、北
図 3 試料の観察方法 
図 4 露光結果 
露光 
時間 
30s 
40s 
50s 
試料表面 レジスト 
パターン 
50μm 
 試料観察位置 
0° 90° 180° 270° 
    
     
     
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022       No.42 Tokyo Denki University                     
 
見工業大学 
〔産業財産権〕（計２件） 
① 特願 2022-131914、露光装置、出願日 2022
年 8 月 22 日、小林宏史、鈴木未有、千田悠
雅、片岡元樹、堀内敏行 
② 特願 2022-131915、露光装置、 出願日 2022
年 8 月 22 日、小林宏史、大井一樹、岩岡友
希 


スペックル光を利用した立体構造物への露光技術の研究

東京電機大学博士（工学）2023doctoral thesi

ルスリ, アンドレ

English

Utilizing Natural Language Processing to Develop a Chat-Based Learning Platform to Support Second Language Acquisition

中嶋, 高

ナカジマ, タカシ

学位論文審査の結果の要旨    
報告番号 先端科学技術甲第 170号 氏 名 中嶋 高  
論文題目 周波数応答解析を基礎とする汎用計測器を用いた変圧器診断手法の確立 
論文審査委員会 
委員（主査）Ｄ○合 腰塚 正  教授  （電気電子システム工学専攻）  
委員（副査）Ｄ○合 加藤 政一 教授  （電気電子システム工学専攻）  
委員（副査）Ｄ○合 吉田 俊哉 教授  （電気電子システム工学専攻）  
委員（副査）Ｄ○合 日髙 邦彦 特別専任教授 (電気電子システム工学専攻） 
委員（副査）    熊田 亜紀子教授 （東京大学大学院工学系研究科）       
  
 研究の背景 
経年変圧器では電気的、機械的ストレスにより巻線変形や局所的な絶縁破壊、鉄心不良
などの異常が発生している可能性がある。この異常を放置すると変圧器の故障に繋がり、
長期の停電など電力系統に多大な悪影響をもたらす。変圧器の内部の異常は外から一見し
ただけでは判別しにくいため、変圧器の異常を外部から診断する手法として周波数応答解
析(Frequency Response Analysis；以下 FRA と言う)が知られている。近年主に用いられるの
は周波数掃引法（以下 SFRA）で、変圧器に数 V の正弦波を印加し、その周波数を商用周
波から MHz まで掃引し、各周波数での入力電圧と出力電流または出力電圧を測定し、測定
値から伝達関数を算出して診断する手法である。これには FRA 専用の計測器が必要となり、
変圧器ユーザが簡易に診断できる手法の開発が求められている。 
 
                研究の目的 
本研究の目的は、変圧器ユーザが専用の FRA 計測器を使用せず、汎用の電圧源とオシロ
スコープを使用して入力電圧及び電流を測定し、インピーダンスの周波数応答を算出する
ことによって変圧器の健全性を診断できる、新たな FRA 手法を開発することである。 
また、変圧器を系統から切り離す際に鉄心に磁束が残留することがあるが、その残留磁
束が FRA 測定の誤差の原因となる。そこで残留磁束を消磁するための手法を開発し、最初
に消磁を行ってから FRA 測定を行う手法を提案する。本手法を変圧器ユーザが適用するこ
とで、変圧器の健全性の評価並びに異常兆候を早期に把握できることである。 
 
研究の内容 
本研究では新たな FRA 手法を提案した。数 V の方形波電圧を変圧器に印加し、オシロ
スコープで測定した変圧器入力電圧と入力電流を第 15 調波までフーリエ級数展開し、各調
波の電圧、電流から各調波のインピーダンスを算出することで、インピーダンスの周波数
特性を得るものである。第 15 調波までとしたのは高次での誤差の影響を避けるためで、基
本周波数を変えることにより商用周波数から MHz までの周波数特性を得ることができ、
SFRA と同等の周波数領域をカバーすることができる。これにより FRA 専用器を用いなく
ても汎用の計測器で商用周波数から MHz までの領域におけるインピーダンスの周波数特
性を得ることが可能となる。本提案手法によるインピーダンスの周波数特性と従来のSFRA
法で測定した結果が良く一致することが実験により確認でき、提案手法の有効性を確認し
ている。 
健全性を評価する際には、変圧器の共振周波数とそのインピーダンス値が重要となるが、
本手法による第 15 調波までの各調波は変圧器の共振周波数と必ずしも一致しない。そのた
めフーリエ級数展開で算出された第 1 調波から第 9 調波のうち 5 組の奇数調波の周波数と
インピーダンスから 3 組を使い、共振時の周波数とインピーダンスを算出する方法につい
ても提案した。この成果は 
[1] 中嶋 高、北 尊仁、小宮昴樹、腰塚 正、日髙邦彦、「方形波電圧を用いた周波数
応答解析による変圧器診断手法の検討」、電気学会論文誌 B（電力・エネルギー部門誌）
Vol.143、No.2、pp.132-138（2023）にまとめられ、 
[2] 中嶋 高、北 尊仁、腰塚 正、日髙邦彦、「方形波電圧を用いた変圧器周波数応答
解析の検討」、として現在電気学会論文誌 B（電力・エネルギー部門誌）で査読中（B 判定、
軽微な修正のうえ掲載）である。 
 また FRA 計測時には変圧器鉄心の残留磁束が影響する。残留磁束の影響を回避するため
の新たな消磁方法を提案した。従来提案されていた方法は電圧を変化させる特殊な電源や、
変圧器の定格以上の電圧が必要であることから一般的とは言えなかった。さらに、これら
の消磁方法では必ずしも残留磁束を 0 にできなかった。本提案消磁法では良好に消磁でき、
残留磁束を 0 とすることができた。また三相三脚 Y-Δ結線変圧器、単相変圧器 3 台 Y-Δ結
線変圧器、三相三脚 Y-Y 結線変圧器の場合、一相を消磁することで、三相とも消磁できる
ことを実験的に検証し、その有効性を確認した。この成果の一部は 
[3] Takashi Nakajima, Masaya Hiraide, Tadashi Koshizuka, Hisatoshi Ikeda, Yasuhiko Taniguchi, 
Eiichi Haginomori, “Investigation of the Influences of Residual Magnetic Flux and Injection 
Voltage Level on FRA open Circuit Test of Transformer”, IEEJ Transactions on Power and Energy, 
Vol.137, No.11, pp.730-735(2017)に英文論文としてまとめられ、元になった内容は電気学会 
Joint Conference of The Tenth International Workshop on High Voltage Engineering -IWHV2016-
にて英語で口頭発表している。 
以上、本論文において著者が検討して得た結論に記された事柄は、電力系統を構成する
重要な電気機器の一つである変圧器の健全性を検証する上で極めて有用であると判断でき
ることから、本論文の価値は工学的、工業的な観点からも十分に評価できる。 
よって、本論文は博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認められる。 


周波数応答解析を基礎とする汎用計測器を用いた変圧器診断手法の確立

塚本, 拓

ツカモト, タク

2/3型プリズム分光4板方式による4K 240fps放送番組制作用カメラの開発

向山, 義治

櫻田, ゆり

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q21E-03 
課題名（和文） 電析法による高機能金属ナノ微粒子の作製方法の開発 
課題名（英文） Fabrication of Noble Metal Nanoparticles by Simple Electrochemical Method 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部・理学系，教授 
氏名 向山 義治 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学研究科・理学専攻 
氏名 櫻田 ゆり 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究では，パラジウムのナノ粒子（Pd nanoparticle, PdNP）をグラッシーカーボン（GC）上に簡単に析
出させる方法を開発した。この方法は強酸性水溶液に浸した Pd アノードと GC カソードの間に一定電流を流
すだけであるが，粒径の揃った PdNP を得ることができる。PdNPs の粒径と数密度は電極の触媒能を決める
重要な特性であり，本研究では電流密度や電解時間，溶液組成などの電解条件とこれらの特性の関係を明らか
にした。さらに，得られた PdNP がエタノール酸化に対する優れた触媒能を有することを見出した。 
 
研究成果の概要（英文） 
Palladium nanoparticles (PdNPs) were fabricated on glassy carbon (GC) cathode by galvanostatic 
electrolysis that employs a Pd-wire as an anode. This electrolysis was performed under the conditions that 
the electrolysis of water occurred in strong acid solutions. This simple method produces well-dispersed 
and uniformly sized PdNPs on the GC surface. The size and number density of PdNPs depended on the 
electrolysis conditions, such as the applied current, electrolysis time, and electrolyte composition. The 
PdNPs exhibited excellent electrocatalytic activity for the ethanol oxidation reaction. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
Nanoparticles (NPs) of noble metals like gold, 
platinum, and palladium are utilized as sensors 
and catalysts because of their unique catalytic, 
electronic, and optical properties. In 
electrochemistry, platinum NPs (PtNPs) have 
been extensively studied because PtNPs act as 
efficient electrocatalysts for fuel cells and water 
electrolysis. Developing a novel method to 
fabricate palladium NPs (PdNPs) has also been 
a hot research topic because PdNPs show 
excellent electrocatalytic activities toward the 
oxidation of small organic molecules and the 
reduction of hydrogen peroxide. 
The preparation of PdNPs on glassy carbon 
electrodes (GCEs) has been paid attention to 
recently. One of the main reasons is that GC 
support enables us to observe the supported 
metal particles by microscopy. Another reason is 
that GC can serve as the support to evaluate the 
electrochemical properties of the supported 
particles because of the low electrocatalytic 
activity of GCEs. 
 
2.研究の目的 
PdNPs can be fabricated on GCEs by physical, 
chemical, and electrochemical methods. Among 
them, the electrochemical method is preferable 
because it allows the direct growth of 
nanostructures on GCEs. However, previously 
proposed electrochemical methods require a 
device to precisely control the electrode 
potential, i.e., a potentiostat, which makes the 
methods not cost-friendly.  
For preparing PdNPs/GCE without using a 
potentiostat, this work employed a simple 
electrochemical method developed originally by 
Nishimura et al. for preparing PtNPs 
(Electrochim. Acta, 129, 152 (2014)). Unlike 
other electrochemical methods to prepare metal 
NPs, the simple method can be performed using 
a direct current (DC) power supply, which is a 
great advantage over the other electrochemical 
methods. 
 
3.研究の方法 
Water electrolysis was conducted in a strong 
acid solution at a constant current, where GC 
and Pd electrodes were used as the cathode and 
anode, respectively. The Pd anode slightly 
dissolved to form a small amount of Pd ions, 
whereas the GC cathode reduced the ions, 
forming PdNPs on the GC surface.  
 
4.研究成果 
Although the method is simple in principle, 
the prepared PdNPs were uniform in size and 
well dispersed on the GC surface. The size and 
number density of PdNPs depended on the 
electrolysis conditions, such as the applied 
current and electrolysis time. The 
characteristics also depended on the kind of 
electrolyte solution. 
Notably, the prepared PdNPs exhibited 
excellent electrocatalytic activity for the ethanol 
oxidation reaction in alkaline solutions. Further 
studies are necessary to evaluate the catalytic 
properties of the PdNPs.  
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① Y. Mukouyama, T. Kuge, Y. Sakurada, 
Potential Oscillation during Hydrogen 
Evolution Reaction in Acidic Solutions, 
72nd Annual ISE Meeting. 2021.8.29 
(Digital meeting). 


電析法による高機能金属ナノ微粒子の作製方法の開発

佐藤, 大記

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22E-01 
課題名（和文） 電池管理システムにおける内部パラメータ推定手法の構築 
課題名（英文） 
Development of Circuit Parameter Estimation Method for Battery Management 
Systems 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部、電気電子工学科、助教 
氏名 佐藤大記 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
電池管理システムにはセルバランス機能とセル監視機能が求められるが，従来の電池管理システムではこれ
らが独立して設備されていた。これらの機能の両立には，システム内部の回路素子パラメータを高精度に取得
しておく必要があった。本研究では，動作中の電圧，電流等からシステム内部の回路素子パラメータを簡易か
つ高精度に推定する手法を構築した。実機実験の結果，誤差率 2%程度の精度でコンデンサの静電容量を推定可
能であることを確認した。 
 
 
研究成果の概要（英文） 
Battery management systems (BMSs) require two functions: cell balancing and cell monitoring, but 
these functions are installed independently in the conventional BMSs. To achieve both functions, it was 
necessary to obtain highly accurate circuit parameters inside the system. In this study, we developed a 
simple and accurate method for estimating circuit parameters from operating voltages and currents. As a 
result of experiments, we confirmed that it is possible to estimate the capacitance of a capacitor with an 
accuracy of about 2% of the error rate. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
近年，電力貯蔵装置の需要の高まりから，蓄電池
を安定的に運用するための電池管理システムの需要
も飛躍的に高まっている。電池管理システムには，
各セル間の電圧のばらつきを補正するセルバランス
機能と蓄電セルの状態を常時監視するセル監視機能
が主として求められるが，従来の電池管理システム
ではこれらが独立して設備されていた。著者らはこ
れまでに，従来の抵抗方式よりも高効率な LC 方式
セルバランス回路を提案し，LC 方式セルバランス
回路に高精度なセル監視機能を付加する制御手法の
構築を進めてきた。しかしながら，これらの機能の
両立には，システム内部の回路素子パラメータを高
精度に取得しておく必要があり，実用上の課題とな
っていた。 
 
図 1 従来の電池管理システム 
2.研究の目的 
本研究では，著者らが提案している LC 方式セル
バランス回路を用いた電池管理システムにおいて，
動作中の電圧，電流等からシステム内部の回路素子
パラメータを簡易かつ高精度に推定する手法の構築
を目指して研究を行った。 
3.研究の方法 
まず，システム内部の回路素子パラメータの変動
要因を整理した。先行研究から，LC 方式セルバラ
ンス回路ではダイオード部（図 2）の端子間電圧を
計測することで，全てのセルの電圧を計測可能であ
ることが示されている。更に，システム内部の回路
素子パラメータに着目することで，各セル電圧の電
圧誤差を従来の 1/10 に低減可能であることも確認
している。しかしながら，本手法ではシステム内部
の回路素子パラメータを高精度に取得しておく必要 
 
図 2 LC 方式セルバランス回路 
があり，実用上の課題となっていた。そこで，回路
素子パラメータの変動要因を整理し，特に影響が大
きい要素を抽出した。 
 次に，前述の検討で明らかにした変動要因を考慮
し，回路素子パラメータの推定手法を構築した。 
4.研究成果 
まず，システム内部の回路素子パラメータの変動
要因を整理した。LC 方式セルバランス回路にはイ
ンダクタとコンデンサ，半導体スイッチが使用され
るが，これらは劣化や温度変化によりパラメータ変
動を生じる。中でもコンデンサには数百～数千μF 
程度の静電容量を必要とすることから電解コンデン
サを使用しており，他の電子部品と比較して劣化や
温度変化によるパラメータ変動が大きいことが明ら
かとなった。 
次に，回路素子パラメータの推定手法について検
討した。前述の通り，コンデンサの影響が大きいこ
とが明らかとなったため，コンデンサのパラメータ
変動に着目した。セルバランス動作中の電圧と電流
について理論解析を行った結果，コンデンサの静電
容量𝐶𝐶と，電流が最大値を取る時刻𝑡𝑡𝑖𝑖𝑖𝑖maxには下式の
関係があることが明らかとなった。 
𝑡𝑡𝑖𝑖𝑖𝑖max =
1
𝜔𝜔 tan
−1 �
𝜔𝜔
𝛼𝛼� ,𝛼𝛼 =
𝑟𝑟
2𝐿𝐿 ,𝜔𝜔 =
� 1
𝐿𝐿𝐶𝐶 − 𝛼𝛼
2 
そこで，𝑡𝑡𝑖𝑖𝑖𝑖maxから𝐶𝐶を推定する手法を構築した。
実機実験の結果，誤差率 2%程度の精度で𝐶𝐶を推定可
能であることを確認した。 
今後，等価直列抵抗（ESR）の推定についても，
検討を進める予定である。 
セ
ル
バ
ラ
ン
ス
回
路 セル監視回路
セル監視回路
セル監視回路
セル監視回路
Lr
isens C
・
・・
・
・・
・
・・
S1
電圧センサで
端子間電圧を取得
ダイオードD


電池管理システムにおける内部パラメータ推定手法の構築

小河, 誠巳

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22J-06 
課題名（和文） デイサービス利用者のための咀嚼検出システムに関する研究 
課題名（英文） Research on chewing detection system for day service users 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部情報システムデザイン学系 助教 
氏名 小河 誠巳 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本文（９ポイント：明朝） 
肥満は糖尿病などや心疾患などの生活習慣病を引き起こす要因とされている。肥満対策の一つと
して、咀嚼回数を増やすことが挙げられる。肥満は早食いの人に多い傾向にあるため、咀嚼の回数
を増やすことで消化を助けることができ、さらに満腹感を得られるため肥満対策には効果的である
とされている。デイサービスにおいても、咀嚼指導が健康指導として行われているが回数を簡単に
把握することは困難である。そこで本研究では、咀嚼回数を容易に検出する方法を提案することで
咀嚼回数指導の利便性向上を目指す。 
 
研究成果の概要（英文） 
本文（９ポイント：Century） 
Obesity is considered a factor that causes lifestyle diseases such as diabetes and heart disease. One way to 
prevent obesity is to increase the number of chews. Increasing the number of chews can help with digestion 
and is also considered an effective countermeasure against obesity because it makes you feel full. Even in 
day services, mastication instruction is given as health guidance, but it is difficult to easily grasp the 
number of times. In this study, we propose a method for easily detecting the number of chews. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
本文（９ポイント：明朝） 
肥満は糖尿病などや心疾患などの生活習慣病を引
き起こす要因とされている。肥満対策を行っていて
も肥満患者の数は減少してないのが現状である。肥
満対策の一つとして、咀嚼回数を増やすことが挙げ
られる。肥満は早食いの人に多い傾向にあるため、
咀嚼の回数を増やすことで消化を助けることがで
き、さらに満腹感を得られるため肥満対策には効果
的である。そのため咀嚼回数を検出する方法を提案
することで咀嚼回数向上を促すことを目指す。 
2.研究の目的 
本文（９ポイント：明朝） 
本研究では、機器装着による利用者の負担を減ら
し簡易な利用を目指すため、動画を用いて咀嚼の検
出を行うことを目的とする。咀嚼の検知、回数計測
については動画像から得られる輝度の変化を深層学
習によって行う。 
3.研究の方法 
本文（９ポイント：明朝） 
① 動画データ 
本研究で使用した動画データは顔が正面を向き、顔
から 40∼50cm 離した位置でスマートフォンを机に
置いた状態で撮影した。カメラは Google PIXEL5
の内カメラで撮影した。撮影は 10 秒間で、1∼10 回
咀嚼した場合の計10 パターンを行い、合計1019 個
の撮影データを用意した。以降述べるデータとは、
10 秒間のフレーム毎のグレースケールの値をまと
めたものであり、10 秒間を 1 データとする。咀嚼
回数は 0 回から 10 回の間で測定した。 
② データの前処理 
データとは、動画から得られた 10 秒間のグレース
ケールの値のことである。咀嚼検出のためのサンプ
リング周波数は高フレームレートである必要がない
ため、FPS を 10 とした。撮影された動画は
OpenCV を用いて顔の検出を行い、検出される顔の
座標から鼻下から下唇を含む口周りの範囲のみの値
を得る。 
③ネットワークの学習 
 ネットワーク構造は 8 層の全結合層で、中間層の 
活性化関数に ReLU を使用し、出力層の活性化関数
にソフトマックス関数を用いた。損失は交差エント
ロピー誤差で求め、最適化に Adam を用いた。比較
として、３種類の波形を学習させた。平均 0、振幅
が-1∼1 の正弦波、0 以下を 0 とした正弦波上半波、
正弦波上半波の間隔をランダムにした波形の 3 種類
にノイズを加えた波形を用意した。各波形の周波数
は 1∼10Hz とし、求める繰り返し回数も 1∼10 回と
する。 
4.研究成果 
本文（９ポイント：明朝） 
 テストデータ数を 204 としたとき、正解数は
91(44.6%)、誤差±1 で 172(84.3%)、誤差±1 で
195(95.6%)であった。テストデータでは、完全に正
解した回数は 50%以下となったが、誤差±1 では
84.3%あることから、実用性は十分にあると考えら
れる。咀嚼指導を目的とした回数の計測はそれほど
高い精度は求められないためである。 
 また、本研究では咀嚼をしていない区間や食べ物
を口に運んでいる区間を「異常値」として扱い、0
回と一括して扱った。これも咀嚼回数の計測が目的
であるから、その他の状況まで区別する必要がない
ためである。 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① 中田大樹，小河誠巳，“深層学習を用いた動画像
の輝度変化による咀嚼検出，”情報処理学会第
85 回全国大会，電気通信大学，6U-07，3 月，
2023． 
② D. Nakada and T. Ogawa, “Chewing 
Detection Using Brightness Changes in Video 
based on Deep Learning," 2023 IEEE the 3rd 
International Conference on Computer 
Communication and Artificial Intelligence 
(CCAI), Taiyuan, China (accepted) 
 


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