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

中條, 純子

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q20K-03 
課題名（和文） 
学習者自らの発音モニター活動による学習者の英語知識・英語技能・情意変容の解明   
―教材開発と授業実験を通して 
課題名（英文） 
The Effect of a Self-pronunciation Monitoring Activity on English Learners: An 
examination of learners’ three domains of learning through material development and 
implementation 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学 未来科学部 英語系列 講師 
氏名 中條 純子 
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） 
本研究は、英語学習者に有効な英語発音教材開発を目的としたインストラクショナルデザイン（ID）の実践分
析である。特に焦点を当てたのは、日本語母語話者の大学生を対象とした自己モニター活動の開発である。学
生の身近にあるスマートフォンなどの音声認識機能を媒介に、自己モニター活動を設計し、導入し、学習効果
を検証した。その過程で英語音声習得における学習者の情意面の変容過程とその特徴を探った。日本人英語学
習者の英語口頭コミュニケーション能力獲得につながる、英語発音学習への情意面での向上的変容を確認し、
その構造を明らかにした。 
 
研究成果の概要（英文） 
This research developed and examined the effects of a systematically designed self-monitoring 
pronunciation activity using an on-line search engine that Japanese university students can access easily 
at any time. For the self-evaluation, a systematic self-monitoring sheet was designed. The implementation 
results revealed that the activity not only served as a means of monitoring learners’ pronunciation 
intelligibility, but it further produced multiple key effects for developing their affective side of 
pronunciation.  
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1.研究開始当初の背景 
英語習得における音声面の重要性は広く認知
されている。しかし、音声指導のカリキュラムや
教授法、教材は未発達である。筆者は、2010 年～
2015 年に日本母語話者の大学生に対する英語発
音教材開発を目的としたインストラクショナル
デザイン（ID）を構築した。教材には、明示的ア
プローチによる指導に加え、自己発音の動画記録
を用いた自己モニター活動を導入した。そして、
教材の導入により、英語音声習得過程とその特徴
を解明した。結果、明示的アプローチにより教示
した調音知識を、より確実に実践に応用できるこ
とが認められた。そして、この活動が、学習者の
情意面に肯定的な影響を与えることも明らかと
なった。 
開発教材は、大学英語教育用の教科書の形とし
て出版された（中條, 2017）。そして、異なる教育
機関の共通教育や専門の科目での授業導入や追
跡実験を通すことで、さらに教育効果が高められ
る可能性のある方法が明らかとなってきた。 
 
2.研究の目的 
本研究では、第 2 次サイクルの ID を構築した。
焦点を当てたのは、自己モニター活動である。第
2 次サイクルでは、学生が所有するスマートフォ
ンなどの音声認識機能を用いたモニター活動を
設計した。対象は日本語母語話者大学生である。
そして、この活動を、明示的アプローチを基盤と
する発音教材の中に配列、導入し、その有効性を
検証した。本研究は、学習者と教授者双方にとっ
ての利便性と教育効果をさらに高める教材に改
定することが目的である。学習者の情意面に強く
働きかける教材の開発により、より広い教育現場
での英語音声の教授を促進することが可能とな
る。そして、英語発音指導を通して、日本語母語
話者の英語の通用性を高め、日本語母語話者の英
語口頭コミュニケーション力の向上を目指す。 
 
 
3.研究の方法 
本研究はまず文献研究やこれまで実践研究で
得られた知見を基に、活動の設計を行った。開発
した活動形式は、学生にワークシートとして学生
に提示する形式とした。ワークシートの作成に
は、まず、日本語母語話者が英語での口頭コミュ
ニケーション時に通用性の低い発話により、意思
疎通を阻害する可能性のある音素を調査より選
定した。対象音素は、/l/, /r/, /w/, /f/, /v/, /θ/, /ð/, /s/, 
/z/, /ʃ/ の 10 音である。そして、この対象音素が
単語の語頭に配列されている読み上げ用の英単
語を選定した。 
学生はワークシートを用い、次の方法で活動を
行った。 
1. 使用するディバイスの音声機能を英語モー
ドに切り替える。 
2. 音声認識機能を利用してリストの単語を 5
回読み上げる。 
3. 読み上げた語が正しく認識された場合は〇
をつける。誤認識の場合は、誤って認識され
た語を記録として残す（１単語について 5 回
繰り返す）。 
4. １単語が終了したところで、自己分析・感想
を記入する。 
5. 2～4 を 10 の単語で繰り返す。 
6. 全体のまとめと感想を記入する。 
本研究では、異なる段階の異なる目的での自己
モニター活動を複数設計した。そのため、自己モ
ニター活動は、前述した教科書（中條、2017）の
内容の追加活動として半期の授業期間中に複数
回導入した。コロナ禍の影響によりインストラク
ションはすべてオンデマンド形式で実施された。 
開発教材の有効性の検証は、半期の授業の最終
回に導入した自己モニター活動を対象とし、オン
ラインによる活動の事後自己評価の調査を実施
した。5 段階評価項目と自由記述の２つの形式に
よるアンケート調査の回答により検証した。5 段
階評価項目は、「1.まったくその通り」「2.その通
り」「 3.どちらともいえない」「 4.当てはまらな
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い 」「5.まったく当てはまらない」である。 
研究協力者は、クラス分け試験で中級レベルと
判定された、日本語母語話者大学１年生、43 名で
ある。2 クラスに所属し、授業を受講した学生の
うち、研究協力者のみがアンケート調査に回答し
た。 
 
4.研究成果 
開発教材の有効性の検証より、活動の特徴が表
れている回答項目が認められた。 
半期の授業最後のモニタリングの結果、「初回
より自分の発音を認識してもらえた」の設問に対
し、50％の学生が「まったくその通り」、29％が「そ
の通り」と回答した。開発教材を用いたインスト
ラクションによる、英語発音技術の向上が認めら
れた。 
また、学生の技能向上のみにとどまらず、活動
を通して、情意面への働きも認められた。「初回認
識してもらえなかった発音を認識してもらえた
ときはうれしかった」の設問に対し、53％が「ま
ったくその通り」、28％が「その通り」と回答した。
また、「初回より自分の発音が認識してもらえ驚
いた」の設問に対し、49％の学生が「まったくそ
の通り」、34％が、「その通り」と回答した。学生
は、モニタリングの活動を通して、はじめて、自
分の発音技能の向上に気づきを得たことが読み
取れた。技能向上を自己認識できることは、達成
感や自信につながる。これは、開発したモニタリ
ング活動の果たした、大きな情意側面への教育効
果の役割であった。 
利便性の高い発音の通用性を測る方法として
の音声認識機能を用いた発音のモニタリング活
動について、「効果的である」の設問に 31％の学
生が「まったくその通り」、36％が「その通り」と
回答、「便利である」の設問に 21％の学生が「ま
ったくその通り」、45％が「その通り」と回答し、
「楽しかった」の設問に、29％の学生が「まった
くその通り」、29％が「その通り」と回答した。 
調査の結果、今後の課題も明らかになった。半
期の授業を通して、「発音は練習すればできるよ
うになる」との設問に 33％の学生が「まったくそ
の通り」、43％が「その通り」と回答したことは、
英語発音習得における心理的障壁が下がったこ
とを確認できた結果であった。しかし、半面、79％
が「発音は難しい」の設問に「まったくその通り」
と回答した。半期の授業を実際に体験し、技能面、
情意面の肯定的向上を自己認識しても、「発音は
難しい」という思いを緩和するには、新たな手段
を考える必要性が示唆された。 
本結果により、本研究で開発した音声認識機能
を用いたモニタリングの活動は、日本語母語話者
にとって有効な英語発音学習法としての一定の
有効性を持つことが確認された。教室内で外国語
としての英語を教室内で学習してきている日本
語母語話者大学生にとって、スマートフォンなど
の音声認識機能を用いて、瞬時に自分の発音の通
用性を手軽に、何度でも確認できる方法は適して
いることがアンケート調査より判明した。また、
この自己モニターの実践により、学生が自分の英
語力が向上を自己認識し、情意面に対する向上的
変容を促進する効果も認められた。したがって、
教材全体の有効性も同時に確認された。 
今後も引き続き、日本語母語話者の英語に対す
る情意面の肯定的向上を促進し、利便性が高く、
有効な発音指導や教材開発に努める。 
 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
① Chujo, J.: “Affective Effects of Self-
pronunciation Evaluation via Online 
Search Engines”, The 28th Korea TESOL 
International Conference, The KOTESOL 
Proceedings 2021. (審査中) 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① Chujo, J.: “Affective Effects of Self-
pronunciation Evaluation via Online 
Search Engines”, The 28th Korea TESOL 
International Conference, Re-envisioning 
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ELT Altogether, All Together, Seoul, Korea 
(Online), February 20, 2021. 
② Chujo, J.: “The Affective Benefits of 
Speech Recognition Systems on 
Pronunciation Monitoring”, EUROCALL 
2021: CALL and Professionalisation. Paris, 
France (Online), August 31th to September 
3rd, 2021. (審査通過済み)  
 
                                                      
 
 


The Effect of a Self-pronunciation Monitoring Activity on English Learners: An examination of learners’ three domains of learning through material development and implementation

佐々木, 元気

五十嵐, 洋

イガラシ, ヒロシ

      Annual Report 
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課題番号 Q20D-04 
課題名（和文） 機械学習を応用した操作チャネルにおける集団技能の定量評価とリアルタイムアシスト 
課題名（英文） 
Real Time Assistance and Objective Evaluation of Cooperative Skills on Operational 
Channel by Machine Learning 
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） 
本研究課題によって遂行された「機械学習を応用した操作チャネルにおける集団技能の定量評価とリアルタ
イムアシスト」において，協調作業のアシストを行うため，協調作業のプラットフォームを作成した．そして，
協調作業実験を行い，作業者の操作データから有効な「気づかい」と無効な「気づかい」の抽出に成功した．
そして，本研究では，無効な「気づかい」を減少させるように協調作業のアシスト手法を構築し，協調作業の
実験を行った．その結果，協調作業アシストによって協調作業のパフォーマンスが向上したことが確認され
た． 
 
研究成果の概要（英文） 
In the “Real Time Assistance and Objective Evaluation of Cooperative Skills on Operational Channel by 
Machine Learning” of this grant, to perform the cooperative task assisting, we made the platform of the 
cooperative task. Also, we succeed in extracting both the Effective CFO and the Ineffective CFO from the 
operational data of players when the cooperative task. Players performed the cooperative task to verify 
the effectiveness of the assist, which decreases the Ineffective CFO. The result of the experiment suggests 
that the assist of the cooperative task became improving the performance. 
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1.研究開始当初の背景 
社会心理学の分野において共同行動（ Joint 
Action）に研究されている．共同行動は“他者が介
在した際に人間が意図せずに影響される行動”で
ある．これを解明することでより高度な協調作業
が求められる現代社会へ実装可能となる．また，人
間インタラクションの理解における学際的「問い」
についても貢献可能である 
2.研究の目的 
これまでの共同行動の研究において，数値的に評
価する研究は行われていなかった．本研究では共
同行動による物理的操作を集団技能として定量化
し，協調作業のアシストを行うことを目的とした．
提案手法では，機械学習を用いて単独作業中の個
人の操作をモデル化し，協調作業時の操作と比較
し，これを「気づかい」と定義する．これにより集
団技能による操作の変化を推定可能である 
3.研究の方法 
本研究課題では「気づかい」をもとに協調作業をリ
アルタイムにアシストし，集団作業効率を向上さ
せることを目指した．そのため，力のフィードバッ
クを用いて，協調作業者の力覚に影響を与えるア
シストシステムを構築した．本アシストシステム
では，無効な「気づかい」を減少させるように，力
のフィードバックを変更し，作業者にアシストを
行う．無効な「気づかい」は協調作業中のパフォー
マンスに相関があり，無効な「気づかい」を用いる
ことで，協調作業時の操作データからリアルタイ
ムにアシストが可能となる．ここで，力のフィード
バックを変化させる手法として，作業対象の物理
的なダイナミクスを変化させるパッシブなアシス
トと，直接的に力を与えるアクティブなアシスト
が考えられる．実験では，両アシストを適用した場
合と，適用しない場合で協調作業を行い，その有効
性を比較した． 
4.研究成果 
本研究課題の研究成果は以下の 3 点にまとめられ
る． 
(1) 無効な「気づかい」を減少させるように，物
理的なダイナミクスを変化させるパッシブな
アシストを適用し，協調作業の実験を行った．
実験の結果，もともと協調作業のパフォーマ
ンスが高いペアに対して有効なアシストであ
ることが分かり，限定的なアシスト手法であ
った．これは，パッシブなアシストは作業者
の入力の大きさに依存するためであると考え
られる．パフォーマンスが有効でないペアに
関しては，作業への入力自体が小さかった． 
(2) 無効な「気づかい」を減少させるように，作
業者の入力へ直接介入するアクティブなアシ
ストを適用し，協調作業の実験を行った．実
験の結果，すべての協調作業ペアに対して，
協調作業パフォーマンスの向上が認められ，
アシストの有効性が確認された．これは，作
業者に対する直接的な入力の介入が影響を大
きく及ぼしていることを示し，一方で作業者
の入力に対する主体性に関しては議論する必
要がある． 
(3) 協調作業中の「気づかい」から，協調作業中
のキーとなる情報を特定するため機械学習に
より解析を行った．解析の結果，協調作業者
によって使用している情報は異なり，利己性，
利他性の存在が示唆された． 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① 佐々木元気，五十嵐洋：“機械学習を用いた利
己的・利他的な協調技能の解析”，日本機械学
会ロボティクス・メカトロニクス講演会’20，
2A1-I04，2020 年 5 月.オンライン 
② G.Sasaki and H.Igarashi: “Physical Human-
Human Interaction: An Assist System 
Considering Cooperative Skills,” 2021 IEEE 
30th International Symposium on Industrial 
Electronics (ISIE), 2021(Accepted).Kyoto. 
 
 


Real Time Assistance and Objective Evaluation of Cooperative Skills on Operational Channel by Machine Learning

樋口, 凱

大西, 謙吾

オオニシ, ケンゴ

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
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課題番号 Q20D-07 
課題名（和文） 日常生活動作の記録にもとづく義手手先具の把持機能設計法の提案と実験による評価 
課題名（英文） 
Proposal and evaluation by experiment of grasping function design method for 
prosthetic hand based on activities of daily living,  
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 先端技術創成専攻 
氏名  樋口 凱 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科 先端技術創成専攻  教授 
氏名  大西 謙吾 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究は日常生活で使いやすい義手の機能設計法の提案を目的とした．日常生活中の机上把持について把
持方向を用いて 12 種に分類し，各々の出現回数割合をもとに，ハンド型手先具に付与すべき把持機能はフッ
ク型手先具と同等の条件であるとした．これに基づいて製作した義手手先具について，模擬義手を用いた把持
実験で市販の筋電義手手先具と比較して短時間で対象物を把持可能であることを確認し，提案した義手の評
価・設計手法が有効であるとした． 
 
研究成果の概要（英文） 
The objective of this research is to propose a functional design method for prosthetic hand that is useful 
in daily life. Desktop grasping in daily life were classified with grasping direction, and the ratios of the 
number of occurrences was calculated. The results indicated that the function of the hand-type terminal 
device should resemble that of the hook-type. The proposed prosthetic hand prototype was compared with 
the off-the-shelf myoelectric prosthetic hand in an experiment using a simulated prosthetic socket. As a 
result, the proposed prosthetic hand was able to grasp objects in shorter time, which demonstrated that 
the proposed prosthetic hand evaluation method and design were effective.  
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
義手手先具や手継手には健常者の前腕および
手関節機能を完全に再現可能なものはないため，
健常手の形態のみをハンド型手先具で再現して
も日常生活動作において有用であるとは限らな
い．市販の手関節が動かない多把持形態を取るハ
ンド形手先具の使用者が日常生活で活用する把
持形態は 3 つに収束するとの報告を鑑みると，使
われない機能が付与される可能性がある従来の
設計法には課題があり，無駄な機能を削減するこ
とで重量低減や操作の簡易化につながると考え
られる． 
 
2.研究の目的 
日常生活で使いやすい義手の機能設計手法の
提案のために，義手に付与すべき把持機能を日常
生活動作の分析で導出し，それを満たす義手を設
計，製作して，その有用性を検証することを目的
とした． 
 
3.研究の方法 
日常生活に寄与できる義手機能の分析のため
に，健常者の日常生活中における座位中の机上把
持における把持アプローチを記録した．把持アプ
ローチにおける手先の機能を評価する指標とし
て，体幹および前腕と手の相対姿勢関係を示す把
持方向による分類を新たに定義した．肘関節以遠
の関節構成ごとに再現可能な把持方向を導出し，
日常生活中の机上把持における各把持方向の出
現回数割合から，机上把持方向寄与率を算出し
た．また，把持実験による提案機能の評価として，
模擬義手を用いてフック型手先具と同等の条件
にしたハンド型手先具と既製の部品を使用した
ハンド型手先具について，日常生活記録にて出現
回数の多かった缶，ペン，ノートの把持遂行時間
を計測し，比較した． 
 
4.研究成果 
机上把持方向寄与率にもとづく義手機能構築
の考察の結果，撓尺屈機能を付与したフック型手
先具と同等の条件にすることで，机上作業におい
て出現する把持方向の 95.9%に対応することを
確認した．既製の回内外機能のみの手継手を使用
する場合は，フック型手先具と同じ把持方向を有
する手先具を使用することで，机上作業における
把持方向の 80.1%に対応することを確認した．ま
た，既製のハンド型手先具とフック型手先具の評
価では，第 1 指の姿勢変更機能を有するハンド
型よりも指の姿勢変更機能がないフック型手先
具の方が机上把持方向寄与率が高いことを確認
した．この結果は義手使用者による手先具ごとの
作業能力の比較結果と合致した．把持実験による
提案機能の評価の結果，フック型手先具と同等の
条件にした手先具の方が短時間で把持できるこ
とを確認し，机上把持方向寄与率による義手の設
計と評価手法が有効であるとした．本研究の成果
は，従来は存在しなかった義手機能の定量的な評
価手法の提案であり，提案手法は義手開発及び義
手処方における機能選択への貢献するものであ
る． 
 
5.主な発表論文等 
（研究代表者，共同研究者には下線） 
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
① 樋口凱，大西謙吾，松原裕幸，梶谷勇：日常
生活における机上把持方向寄与率にもとづ
く義手機能選択，バイオメカニズム学会誌，
採択． 
〔学会発表〕（計 3 件） 
① 樋口凱，大西謙吾，松原裕幸，梶谷勇：把持
方向出現割合にもとづく前腕義手への手継
手機能の付与優先順位の考察，第 36 回日本
義肢装具学会学術大会，p.146，2020． 
② 樋口凱，大西謙吾，松原裕幸，梶谷勇：日常
生活における把持方向の出現頻度にもとづ
く義手の開発と評価，第 41 回バイオメカニ
ズム学術講演会，pp.(1)-(2), 2020． 
③ 樋口凱，大西謙吾，松原裕幸，梶谷勇：義手
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東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
の第 1 指対立位置が机上把持の遂行時間に及
ぼす影響，第 30 回ライフサポート学会フロ
ンティア講演会，p.(1), 2021． 


Proposal and evaluation by experiment of grasping function design method for prosthetic hand based on activities of daily living,

東京電機大学博士（工学）2020doctoral thesi

ヒグチ, ガイ

HIGUCHI, Gai

36  
学位論文審査の結果の要旨 
報告番号 先端科学技術甲第159 号 氏 名 樋口 凱 
論文題目 把持アプローチの計画にもとづく義手の最適な関節構成の分析 
 
 
論文審査委員会 
委員（主査） 教授
委員（副査） 教授
委員（副査） 教授
委員（副査）准教授 
大西
本間
三井
井上 
謙吾
章彦
和幸
貴浩 
 
研究の背景 
上肢切断者の使用する義手は生活を支援する道具として用いるという医療現場の思想と、
工学における多自由度・多機能な人間の手の構造・制御を追求する開発研究との乖離によ 
り実用的な義手の開発がない状況にある。近年、市販された多機能 5 指義手ハンドも、第一
次大戦後に開発されたフック式の義手よりも実用上劣るとの臨床上の評価もあり、義手 の
運動機能の設計にあたり、把持形態数を単純に増やすことを是とする設計思想自体に疑 念
がある。 
研究の目的 
ロボットハンドの機構や筋電のパターン識別コントローラの開発研究のベースとしてあ
った、人間の手の把持形態分析と形態数を望大特性として扱う設計・評価論は、把持を点
でのみとらえるものであり、作業前の手を動きや、手・腕・体幹との関係を相対的な位置
姿勢の関係で義手の機能を議論できていないため、臨床上問題となる過剰な代償動作につ
ながっていると本研究は仮定している。そこで、代償動作抑制を主課題と考え、あらたな
義手機能の選択と設計手法として、机上作業での手の使用実態調査の結果を、把持に至る
までの前腕から末梢部と体幹との姿勢関係に基づいて分類し、姿勢の出現頻度や時間など
の尺度を用いて、手の開閉と手関節からなる義手において使用優先度の高い関節構成を求
め、模擬義手での検証を行うことを研究の目的としている。 
研究の内容 
作業を支援するための義手開発を念頭に、手先具に付与する機能の優先順位を明らかす
るため、成人男性健常者 3 名の胸部に高画角ビデオカメラを装着して 1 日の作業を動画と
して記録し、机上における左右両手の動作の出現回数と出現時間を記録、分析した。把持
が回数・時間共に最多であり、1 回あたりの継続時間が短い把持の頻度が多いことを確信
した。続いて、短い把持のためには、把持に至るまでの時間も重要な評価因子であるとし
て、出現回数の多かった缶、ペン、ノートを把持対象として、実験装置を作り、健常手と
模擬筋電義手にて把持に至るまでの時間を計測、比較した。健常手では全対象物は 2 秒以 
37  
下であるのに対し、模擬筋電義手は缶とペンは 3 秒、ノートは 4 秒以上であった。さらに、 
最遅のノートの把持は 30 回までテストを繰り返し、対数近似による習熟予想で 3 秒になる 
との結果を得た。これらから、代償動作等による 1 秒の遅延を改善するための義手の関節
構成の設計戦略立案を課題とした。 
設計戦略立案には、義手の関節構成案が最適化する評価関数が必要となる。本研究では、
肩・肘関節の代償動作が最大化する座位中の机上把持の条件において、机の上面にある対
象物を掴む際の手の姿勢より設定される面、ならびに対象物を掴む際の指の動作の軸の組
合せ関係を把持方向と定義している。そして、体幹を基準とする座標系で把持方向を示す
表記法を述べ、前述の動作記録で出現する各把持方向の出現回数割合を正規化した把持方
向寄与率を算出した。これを取りまとめた成果は、 
Gai Higuchi, Kengo Ohnishi, Kohei Tsuda, Hiroyuki Matsubara, Isamu Kajitani: “Hand design 
priority based on cadence of grasping direction in deskwork,” 2019 IEEE Int. Conf. on Systems, 
Man, and Cybernetics, pp.1516-1522, 2019 
としてまとめている。 
さらに、撓尺屈機能を付与したフック型手先具、ならびに回内外機能を付与したフック
型手先具が可能とする把持方向を各々表記し、前述の机上作業の記録より、それぞれの手
関節構成のフック型手先具が可能とする把持方向の把持方向寄与率を求めた。また、初期
回内外姿勢を定めた手の開閉のみのハンド型手先具の把持方向寄与率を求め、比較し、こ
の考察をまとめた。これら一連の成果は 
樋口凱、大西謙吾、松原裕幸、梶谷勇：日常生活における机上把持方向寄与率にもとづ
く義手機能選択、バイオメカニズム学会誌（採録承認） 
としてまとめている。 
把持方向寄与率の算出結果にもとづいて提案されるフック型手先具と同等の関節構成案
の電動義手ハンドの 1 例と、現在国内で最も使用されている電動義手ハンドを模擬筋電義手
に装着して、把持に至るまでの時間と肩・肘の位置を三次元動作解析装置で測定、算出、比較
した。把持対象をペンとした場合に提案した例が従来ハンドよりも短時間化、肩・肘の代
償動作が抑制されることが示されている。 
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、実用性の高い義手の
開発設計・評価に貢献が認められる点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。 


Analysis of upper limb prosthetic's optimal joint composition based on grasping approach planning

望月, 大

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q19E-03 
課題名（和文） CO2 還元を促進するヘテロ積層触媒の調整 
課題名（英文） heterostacked catalysts for CO2 reduction 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部応用化学科 准教授 
氏名 望月 大 
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） 
本研究課題では、LDH と TiO2 という異種の金属酸化物層をナノメートルスケールで交互に積層した新奇ナ
ノハイブリッド型二酸化炭素還元触媒の創出を目的としている。異種金属触媒材料実用化の一環として製造
方法の検討を行ったコアシェル触媒において触媒層全体で異種金属同士の分布がよく一致していることから、
コアシェル反応が触媒層全体で起こっていることがわかった。カーボン担持コアシェル触媒は従来の触媒に
比べて 1.8 倍の質量活性を示した。 
 
 
研究成果の概要（英文） 
This research project aims to create a novel nanohybrid carbon dioxide reduction catalyst consisting of 
alternating layers of different metal oxides, LDH and TiO2, on a nanometer scale. The distribution of 
dissimilar metals in the core-shell catalyst, whose production method was investigated as part of the 
practical application of dissimilar metal catalyst materials, is well matched throughout the catalyst layer, 
indicating that the core-shell reaction occurs throughout the catalyst layer. The carbon-supported core-
shell catalyst showed 1.8 times higher mass activity than the conventional catalyst. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
 
1.研究開始当初の背景 
地球温暖化の主な原因は化石燃料の使用量が
増え続けていることである。2016 年時点の世界の
年間 CO₂排出量は 36.2 Gt でその約 44％を占め
るのは化石燃料を使用する発電所だ。これらの発
電所から CO₂を回収することが効果的な方法と
なる。従来の方法ではアミン系溶媒を用いた溶媒
回収がある。この方法は何十年も前から化学工業
で広く使用されている技術であり、容易に導入で
きる。しかしアミンの劣化や機器の腐食などの欠
点がある。そのため固体吸着剤を用いた CO₂回収
はアミン吸収に代わる経済的な技術と考えられ
ている。1)そこで注目されたのが人工光合成技術
を有する光触媒である。 
光触媒として用いられているのは半導体や金
属錯体などであるが、その中で最もよく使用され
ているのは TiO₂である。TiO₂は光触媒であり表
面反応であるため、光触媒を吸着剤用のように表
面積の大きな多孔体に固定化すると、対称物質を
吸着によって吸い寄せ、それを光触媒で効率よく
分解することができる。 
2.研究の目的 
CO₂捕捉のために主に MgO と Mg-Al LDH は
研究されおり、最大16.8 mmol/gの非常に高いCO
₂容量を達成するように改良されている。LDH を
用いる利点は、以下の３点が考えられる。① 構成
元素の多様性に基づく特性制御が容易、②LDH 基
本層の塩基性に起因した CO₂および水の吸着特
性、③ 常温・常圧・簡易プロセスでの合成が可能
である。 
本研究課題では、LDH と TiO2という異種の金属
酸化物層をナノメートルスケールで交互に積層
した新奇ナノハイブリッド型二酸化炭素還元触
媒の創出を目的としている。具体的には、異種金
属酸化物ナノシート交互積層体に、層間距離やそ
の層間へ色素分子を導入することにより、電荷分
離を制御し、この電荷分離制御を二酸化炭素還元
触媒反応へ応用する。本手法では，異種の層状無
機酸化物が創出する空間を精密に制御すること
で，①反応基質捕捉・活性化部位、②電子注入部
位、さらに③反応基質の拡散空間を持った反応場
の提供を目指す。不均一触媒反応中の反応サイト
の構造と電子状態の変化が触媒反応活性を支配
するため。より活性高い触媒の開発には、反応中
の反応サイトの構造や電子状態といった遷移状
態の制御が必要である。以上の検討は、二酸化炭
素還元触媒反応への礎となるのに加え、新奇ナノ
材料創製に向けた新機軸を付与する可能性があ
る。 
3.研究の方法 
まず、異種金属触媒材料実用化の一環としてコア
シェル触媒の製造方法の検討を行った。コアシェ
ル触媒として固体高分子形燃料電池の正極用の
低量 Pt 触媒を連続的に製造するのに適した新し
い方法を提案した。カーボン担持コアシェル触媒
の触媒層は、Cu アンダーポテンシャル蒸着とそ
れに続く表面限定レドックス置換を用いて作製
した。 
一方、LDH-TiO2 交互積層体の合成として、いか
の手順で実験を行った。TBA-TiO₂をホルムアミ
ドに分散させ 3500 rpm で 20 分遠心分離させた。
これを Ni-Al LDH ナノシート分散液と Ar 雰囲気
下で混合させた。3000 rpm で 20 分遠心分離さ
せ、沈殿物をホルムアミドで洗浄、100℃で 1 日
乾燥させ Ni-Al LDH/TiO₂ナノシート交互積層体
を得た。 
4.研究成果 
異種金属触媒材料実用化の一環として製造方
法の検討を行ったコアシェル触媒において触媒
層全体で異種金属同士の分布がよく一致してい
ることから、コアシェル反応が触媒層全体で起こ
っていることがわかった。カーボン担持コアシェ
ル触媒は従来の触媒に比べて 1.8 倍の質量活性を
示した。 
また、一方で LDH-TiO2 交互積層体の合成にい
おいては、XRD パターンより、各物質のピークが
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
確認された。これにより LDH ナノシートが一部
凝集し、Ni-Al LDH/TiO₂交互積層体が完全に合
成されなかったことが確認された。この結果につ
いては、より条件を詳細に検討し、精密に作成す
ることで交互積層体が得られると想定している。 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 ２件） 
① Size Dependent Fast Li Ion Storage Based 
on Size Regulated TiO2(B) Nanosheet 
Electrodes with Vertical, Horizontal and 
Random Alignment, Tomohiro YOSHIDA, 
Daisuke TAKIMOTO, Dai MOCHIZUKI, 
Wataru SUGIMOTO J. Electrochemical 
Soc. 2020 305-309. 
② Direct preparation of core-shell platinum 
cathode in membrane electrode assembly 
catalyst layer for polymer electrolyte fuel 
cell, Hiroshi Fukunaga, Kazuhiro Kachi, 
Daisuke Takimoto, Dai Mochizuki, Wataru 
Sugimoto, 2020, International Journal of 
Hydrogen Energy, 14547-14551. 
 


heterostacked catalysts for CO2 reduction

渡利, 久規

戸塚, 穂高

トヅカ, ホタカ

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q19T-03 
課題名（和文） 微細化マグネシウム合金材料を用いた革新的軽量構造部品の冷間成形プロセス 
課題名（英文） 
A Novel Cold Forming Technology for Manufacturing Ultra-Light Weight Products by 
using Rapid Solidified Magnesium Alloys with High Aluminum Content 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部・理工学科・機械工学系 
氏名 渡利 久規 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科・機械システム工学専攻博士課程（後期） 
氏名 戸塚 穂高 
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） 
横型双ロール法により高 Al 含有 Mg 合金の急冷凝固実験を行った．得られた結晶の組織観察の結果，厚板
では 40μｍ～60μm まで微細化していた．また，金属間化合物の晶出の挙動を明らかにし，得られた組織を
溶体化処理した後に時効処理することで金属間化合物 Mg17Al12 の分布形態を制御できることを確認した．展
伸材を塑性加工するための引張・圧縮の降伏応力非対称性を考慮した解析モデルを構築した．得られた板材を
用いて冷間ロール成形実験を行い，提案したモデルの有効性を確認した．双ロールキャスト材を熱間圧延し熱
処理の過程で結晶制御によって作成した展伸材を塑性加工し，Mg 合金の実用化に利用できることを明らかに
した． 
 
研究成果の概要（英文） 
A rapid solidification experiment using high Al-containing Mg alloy was performed by a horizontal twin roll caster. As a 
result of observing the microstructure of roll-cast strips, the diameter of the crystal was refined to 40 μm to 60 μm. It has 
been clarified the precipitation behavior of the intermetallic compound Mg17Al12 can be controlled by solution treatment 
of the obtained structure and then aging treatment. We also proposed that an analytical model that takes into account the 
stress asymmetry of tension-compression for plastic working of wrought Mg alloy. A cold roll forming experiment was 
conducted using the obtained material and the effectiveness of the proposed model was confirmed. It was clarified that the 
Mg alloys hot rolled and controlled in microstructure by heat treatments can be practically used in plastic forming. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
『軽量化』は,ものづくり産業において，環境へ
の負荷を低減にするための重要なキーワードに
なっている．例えば，自動車産業等においてもマ
グネシウム合金はアルミニウム合金の２／３の
比重であり軽量効果が期待できるため，２１世紀
の素材として着目されている．しかし，これまで
マグネシウム合金の量産品のほとんどは安価な
ダイカスト製品であり，高価な展伸材をプレス加
工した塑性加工品はほとんどない．そのため，『軽
量である Mg 合金を有効に使用するためにはどの
ようなプロセスをとればよいか』という原点に立
ち返り，急冷凝固法による Mg 合金の微細化，熱
処理と熱間圧延による金属の組織制御，冷間ロー
ル成形による高精度成形技術，によって高強度
Mg 合金を実用化するプロセスを開発し，軽量化
を促進することが重要な背景である． 
2.研究の目的 
本研究では，（１）高 Al 含有 Mg 合金の溶湯から
幅 150ｍｍ，厚さ 10mm,平均結晶粒径 30μｍの
鋳造 Mg 合金材を製造する．（２）熱処理と熱間圧
延によって Mg 合金展伸材を製造する．（３）得ら
れた高強度 Mg 合金展伸材の冷間ロール成形実験
を行い，Mg 合金の持つ引張―圧縮の非対称性を
考慮した成形法を確立すること，が目的である． 
3.研究の方法 
 本研究では双ロール鋳造実験および冷間ロー
ル成形実験を行った．双ロール鋳造実験に使用し
たロールは，直径 300mm、幅 150mm（純銅製）
である． 
 
  
 
 
 
 
図 1 冷間ロール成形機 
冷間ロール成形実験に使用した 30 型冷間ロール
成形機を図１に示す．成形機は全6段，軸径 30mm
の冷間ロール成形機であり，板厚 1.6mm の展伸
用 Mg 合金を V 型断面に成形した． 
4.研究成果 
 双ロール鋳造実験において急冷凝固した高 Al
含有 Mg 合金の組織の一例を図 2 に示す．急冷凝
固した Mg 合金の金属間化合物β-Mg17Al12 は冷
却速度が大きい場合には α-Mg 内に分散し，冷却
速度が小さい場合には，粒界上に不連続析出する
ことを明らかにした．ロールキャスト材を溶体化
処理しその後，時効処理することでα内に微細な
β-Mg17Al12 合を析出することが可能であること
を確認した．また，展伸用の Mg 合金の冷間ロー
ル成形実験から，V 型断面が成形可能であり
PAM-STAMP による引張―圧縮非対称モデルの
構築が成形解析に有効であることを確認した． 
 
 
 
 
 
図 2 微細化 Mg 合金（AZ111）の組織 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 2 件） 
① Harunori Kobayashi, Hotaka Tozuka,  
Hisaki Watari, Estimation of Cold Roll 
Forming Characteristics of Wrought 
Magnesium Alloy with Tension-
Compression Asymmetry, Key Engineering 
Materials, Vol. 841(2020), pp.346-352. 
査読有. 
② Hotaka Tozuka, Kanae Seki, Hisaki Watari, 
Toshio Haga, Casting of High Aluminum 
Content AM Series Magnesium Alloys by 
Using a Horizontal Twin Roll Caster, Key 
Engineering Materials, Vol. 841(2020), 
pp.340-345.査読有.  
 
 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① 戸塚穂高ほか，第 71 回塑性加工連合講演会. 
Mg-12 mass%Al-0.2 mass%Mn 双ロール鋳
造材の結晶組織に及ぼす注湯温度の影響 . 
2020 年 11 月.オンライン. 
② 馮 庚琰ほか，第 71 回塑性加工連合講演会. 
横型双ロールキャスターを用いた Mg/Al 合
金クラッド材の製造. 2020 年 11 月.オンライ
ン. 


A Novel Cold Forming Technology for Manufacturing Ultra-Light Weight Products by using Rapid Solidified Magnesium Alloys with High Aluminum Content

椎葉, 究

池山, 菜緒

坂本, 光央

大熊, 盛也

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q20P-02    
課題名（和文） 竹バイオマスのバイオリファイナリー基盤構築 
課題名（英文） Basic Studies on Construction of Biorefinery System Using Bamboo Biomass 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部  
氏名 椎葉 究 
共同研究者 所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理化学研究所バイオリソース研究センター 
氏名 池山 菜緒 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理化学研究所バイオリソース研究センター 
氏名 坂本 光央 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理化学研究所バイオリソース研究センター 
氏名 大熊 盛也 
 
研究成果の概要（和文） 
竹バイオマスのバイオリファイナリー基盤構築のために、竹から抽出した成分（BOS）の化粧品原料や健康
食品原料への利用のための機能性を評価し、以下のような成果が得られた。 
・竹から抽出した糖とポリフェノールを含む成分（BOS）を、マウスに給与したとき、血中コレステロールの
低下が認められ、これは、低級脂肪酸を産生する腸内細菌の増殖いわゆるプレバイオティクス効果であること
を理化学研究所との共同研究でエビデンスが得られ、報文化した（投稿中）。健康食品へ利用が期待できる。 
・BOS がヒト皮膚細胞中の ROS（過酸化物）を消去する in vivo において抗酸化活性を有することを、見い
だした。化粧品への利用が期待できる。 
 
研究成果の概要（英文） 
In order to build a basic biorefinery system using bamboo biomass, we evaluated the functionality of the 
bamboo extract (BOS) as cosmetics and health foods.  
/When mice were fed BOS containing sugar and polyphenols extracted from bamboo, it was found that 
mice serum cholesterol would decrease due to the growth of intestinal bacteria that produce the short 
chain fatty acids (SCFA), known as so-called prebiotic effect. The evidence was obtained from joint 
research with RIKEN, and it has been reported (posting). 
It was also found that BOS has antioxidant activity in vivo to eliminate ROS (peroxide) in human skin 
cells. It is expected the application for cosmetic materials.  
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
孟宗竹はイネ科であり国内外でその繁殖力の強
さと地球温暖化の影響もあり、バイオマス量を増
大させている。孟宗竹は、地球上でも最も成長速
度の高い植物であり国内に約 9,300 万トン存在し
ている。竹の繁殖分布は年々拡大しており、ほと
んどは放置されている。そのため、自然林・人工
林を侵食し枯死させ、地下茎が強固でないため、
地盤が緩み土砂崩れを招きやすい等の「竹害」が
発生し、問題が深刻化していることが、多くの都
道府県で報告がされている。その一部は、これま
でも筍や竹林景観としての利用等はあるがその
需要は減少傾向にあり、その利用法については世
界中で研究開発されてきた。国内でも、竹の焼却
処理による竹炭の脱臭剤への利用法などが開発
されてきたが、まだ利用は限定的である。 
2.研究の目的 
世界で初めて竹から特別な薬品や溶媒を用いる
ことなくソフトな方法（低コスト）で、様々な機
能性を持つ成分の分離・調製する技術開発とその
機能性のエビデンスデータを得た。これらを、環
境面とコスト面からバイオリファイナリー（カス
ケード利用）方式で、生活用品や環境資材として
利用することを実証する。 
3.研究の方法 
・高脂肪食＋BOS 飼料で飼育したマウスの血中
コレステロールを測定した。 
・フン中の腸内細菌叢の変化をメタゲノム解析
（抽出したゲノム DNA を網羅的に解析）した。 
・ヒトケラチノサイト（ヒト表皮角化細胞：P3 系
細胞）を用いた ROS 消去活性試験 
 
4.研究成果 
・These results suggest that the entire bacterial 
community and interactions in the mouse guts 
improved SCFA production and helped lower 
cholesterol. Further molecular biological and 
taxonomic analysis is required to specify the key 
bacteria in BOS-fed mouse intestines. 
Microbiological interactions between dietary 
factors and gut microbes must be considered to 
assess prebiotic activities. The chemical 
composition and physicochemical properties of 
different dietary fibers may be selectively linked 
to alterations in the gut microbiome. This study 
enables further understanding of novel 
materials with prebiotic potential, such as BOS. 
(投稿論文より抜粋) 
・過酸化水素暴露時に BOS を同時に添加した場
合、低用量(1μg/ml)では、BOS は強い ROS 消去
活性を示した。 
 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
〔雑誌論文〕（計２件） 
① 椎葉 究、平本茂、大平辰朗.「竹バイオリフ
ァイナリー」孟宗竹中の健康に資する成分と
孟宗竹の総合利用について , Bioindustry, 
37(9), 80-94, 2020. 査読無 
② Nao Ikeyama 1, Mitsuo Sakamoto 1, Moriya 
Ohkuma 1, Shigeru Hiramoto 2, Jianpeng 
Wang 2, Shigenobu Tone 2 and Kiwamu 
Shiiba 2,*  Fecal Microbiota Perspective 
for Evaluation of Prebiotic Poten-tial of 
Bamboo Hemicellulose Hydrolysate in 
Mice. Microorganisms, 投稿中. 査読有 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① 王  建鵬 , 平本  茂 , 盧  超, 池山 菜緒 , 
雪 真弘, 大熊 盛也, 坂本 光央, 椎葉 究 
コレステロール低下作用を有する孟宗竹リ
グノヘミセルロースの調製と作用機構の解
析日本農芸化学学会 2021 年度大会（仙台） 
2021/3/19  
  
 


Basic Studies on Construction of Biorefinery System Using Bamboo Biomass

ブローデリック, ジェフ

BRODERICK, Jeff

The Five-Fold Way of the Sword ―Translation Problems in Miyamoto Musashi’s Gohō no Tachi no Michi―

佐藤, 慶介

長谷川, 由哉

ハセガワ, ナオヤ

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q19E-01 
課題名（和文） 
無機/有機複合太陽電池の発電効率向上を可能にするシリコンナノ金平糖状粒子の創製
技術の構築 
課題名（英文） 
Fabrication of silicon nano-kompeito-like particles toward a realization of high-
efficient inorganic/organic solar cells 
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 教授 
氏名 佐藤 慶介 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科 電気電子工学専攻 電気電子システムコース 
氏名 長谷川 由哉 
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） 
 無機/有機複合太陽電池の発電効率の向上には、光キャリア生成効率の増大が重要であり、高密度な p/n 接
合界面を設計する必要がある。本研究では、p/n接合界面を拡張するために、銀ナノ粒子を用いた金属援用化
学エッチング処理と化学研磨エッチング処理の併用によるシリコンナノ粒子表面への突起形態形成技術を確
立した。また、65.4m2/gの高い比表面積を有するシリコンナノ金平糖状粒子と導電性ポリマーを複合化した無
機/有機複合太陽電池を作製し、突起間への広い空隙形成による p/n接合界面の拡張により、10.4%の高い発電
効率を達成した。 
 
研究成果の概要（英文） 
It is important to design a high-density p/n junction interface in order to improve the power conversion 
efficiency of inorganic/organic solar cells. In this study, we established a technique to form protrusions on 
the surface of silicon nanoparticles by a combination of metal-assisted chemical etching using silver 
nanoparticles and chemical polishing etching. In addition, inorganic/organic solar cells composed of silicon 
nano-kompeito-like particles with high specific surface area and conductive polymers achieved a high 
power conversion efficiency of 10.4%. The high power conversion efficiency was attributed to the expansion 
of the p/n junction interface due to the formation of wide voids between the protrusions. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
太陽電池のコスト削減ならびに性能向上を見
据えた次世代型太陽電池として、シリコンナノ粒
子と導電性ポリマーを複合化した無機/有機複合
太陽電池が国内外の大学、研究機関を中心に開発
されている。この無機/有機複合太陽電池の発電
効率は、シリコン単体を用いた太陽電池（発電効
率は 26.7%）に比べると、半分程度となっている。
発電効率の向上には、電気を作る光キャリア生成
効率の増大が不可欠であり、シリコンナノ粒子と
導電性ポリマーで構成される p/n界面領域の拡張
が重要となっている。そこで本研究課題では、高
密度な p/n界面を設計するために、銀ナノ粒子を
用いた金属援用化学エッチング処理と化学研磨
エッチング処理の併用によりシリコンナノ粒子
表面に金平糖状構造を形成する技術を構築する。 
 
2.研究の目的 
本研究の目的は、シリコンナノ金平糖状粒子の
突起形態形成技術を確立し、シリコンナノ金平糖
状粒子と導電性ポリマーを複合化した無機/有機
複合太陽電池のセル性能を検証することである。 
 
3.研究の方法 
本研究では、直径 150 nm のシリコンナノ粒子
をフッ化水素酸/硝酸銀/純水混合溶液とフッ化
水素酸/過酸化水素酸/純水混合溶液に浸漬させ、
銀ナノ粒子による金属援用化学エッチング処理
を施すことでナノ粒子表面に細孔形態を形成し
た。細孔形態内部に存在する銀ナノ粒子は、硝酸
により完全に除去した。次に、細孔形態のナノ粒
子をフッ化水素酸/硝酸/純水混合溶液に浸漬さ
せ、30秒間化学研磨エッチング処理を施すことで
ナノ粒子表面の細孔形態を金平糖状形態に改質
した。以上のプロセスにより、シリコンナノ金平
糖状粒子を作製した。また、無機/有機複合太陽電
池は、シリコンナノ金平糖状粒子表面に導電性ポ
リマーをスピンコートにより被覆し、表面/裏面
側に金属電極を形成することで作製した。 
 
4.研究成果 
シリコンナノ粒子表面に形成した金平糖状形
態の平均空隙径（突起間の空隙間隔）、比表面積、
多孔度を調べるために、走査型電子顕微鏡、BET窒
素ガス吸着装置、密度測定装置による評価を行っ
た。その結果、ナノ金平糖状粒子表面には複数の
突起形状が形成されており、その平均空隙径は
28.3 nmであった。また、ナノ金平糖状粒子の比
表面積は最大で 65.4 m2/gを示し、60.8%の高い多
孔度を得ることができた。 
 次に、シリコンナノ粒子表面の金平糖状形態に
対して、突起壁面部分の欠陥状態を調査するため
に、走査型電子顕微鏡による評価を行った。突起
壁面部分は化学研磨エッチング処理を行ったこ
とにより滑らかな表面状態に改質されており、微
細な凹凸欠陥は完全に除去されていることが確
認された。 
最後に、高い比表面積と多孔度を有するシリコ
ンナノ金平糖状粒子を用いて無機/有機複合太陽
電池を作製したところ、突起間拡張による p/n界
面の増大により 10.4%の発電効率を達成できた。 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 18 件） 
① 佐藤慶介、発電・蓄電材料としての高吸着性
ナノ金平糖状粒子、イノベーション・ジャパ
ン 2019、東京、2019 年 8 月 29、30 日 
② 佐藤慶介、未来の低炭素社会につながる発
電・蓄電用ナノ粒子－発電・蓄電材料として
のナノ多孔粒子・ナノ金平糖粒子－、研究シ
ーズ オンラインマッチング展示会、2020 年
8 月 26 日 
③ 佐藤慶介、発電蓄電に優れたナノ多孔粒子・
金平糖粒子－性能を向上させるナノ粒子へ
の表面加工技術－、産学連携オンラインマッ
チング EXPO、2020 年 12 月 15－17 日 


Fabrication of silicon nano-kompeito-like particles toward a realization of high-efficient inorganic/organic solar cells

根本, 航

島村, 幸稀英

シマムラ, サキエ

Prediction of GPCR isoforms with various functions through their oligomerization

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