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

東京電機大学博士（工学）2020doctoral thesi

松尾, 綾子

マツオ, アヤコ

MATSUO, Ayako

A research on relationship between performance behavior of piano players and characteristics of acoustic space from the viewpoint of proficiency processes of music pieces

金築, 智美

カネツキ, トモミ

金築, 優

カネツキ, マサル

KANETSUKI, Tomomi

KANETSUKI, Masaru

Sense of authenticity in conflicting selves related to over-adaptation and self-compassion.

安永, 明恵

ヤスナガ, アキエ

YASUNAGA, Akie

Applying Team-Based Learning in CLIL Program ―Strategies for developing Communication Skills and Academic Competency―

金子, 雅直

      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 Q20E-04 
課題名（和文） 境界層吸い込みによる軸流圧縮機のコーナー失速抑制 
課題名（英文） Suppression of corner separation in axial compressor using boundary layer suction 
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 助教 
 
氏名 金子雅直 
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） 
本研究では、圧縮機の安定作動範囲を拡大するために新しいタイプのコーナー失速抑制技術を考案した。こ
の技術は、Hub 面上の翼列の入口付近に吹込み孔、翼列出口付近に抽気孔をそれぞれ配置し、翼列の軸方向
圧力差により流れを再循環させるもので、航空機エンジンへの適用を視野に入れて外部動力が不要な構造と
なっている。本研究ではこの技術の効果を、数値解析的手法を用いて調査し、コーナー失速を明確に抑制する
ことを確認した。 
 
研究成果の概要（英文） 
In order to enhance the operating flow range of the axial compressor stage, I proposed a new technology 
to suppress the corner separation. In this technology, the axial adverse pressure gradient recirculates the 
flow near the endwall suctioned by a slot installed around the cascade outlet to an injection slot installed 
at the cascade inlet. In this study, the effect of this technology was investigated numerically and the 
computed results clarified that it clearly suppressed the corner separation. 
 
      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 
近年、計算機の性能向上に伴いガスタービンを
構成する軸流圧縮機の全段・全周の内部流れが数
値解析的に調査されており、静翼で生じたコーナ
ー失速が低流量側の安定作動範囲を制限する要
因となっていることが示唆されている。したがっ
て、コーナー失速を抑制する技術は圧縮機段の安
定作動範囲の拡大に大きく貢献する可能性があ
る。 
 
2.研究の目的 
本研究では、圧縮機段の安定作動範囲を拡大す
るために新しいタイプのコーナー失速抑制技術
を考案した。この技術は、Hub 面上の翼列の入口
付近に吹込み孔、翼列出口付近に抽気孔をそれぞ
れ配置し、翼列の軸方向圧力差により Hub 面付
近の流れを再循環させるもので、航空機エンジン
への適用を視野に入れて外部動力が不要な構造
となっている。本研究では、このコーナー失速抑
制技術の効果を、数値解析的手法を用いて調査し
た。 
 
3.研究の方法 
供試翼列は、 NACA65-009 を有する圧縮機直
線翼列であり、コーナーはく離が生じることが報
告されている．本研究では、通常の平面 Endwall
を有する条件と前述の自己再循環型の流路を施
した Endwall を有する条件について内部流れの
数値解析を実施した。 
本研究では、ANSYS 社の汎用 CFD コード
CFX を用い、定常非圧縮性流れを仮定して供試
翼列内の流れの Reynolds-Averaged Navier-
Stokes（RANS）シミュレーションを実施した。
乱流モデルにはターボ機械の空力研究において
多くの採用実績がある Shear Stress Transport 
を用いた。境界条件としては、入口境界に入射角
が+4 deg.となる方向に流速 40 m/s を与えた。こ
れは実験においてコーナー失速が生じた条件と
対応している。 
 
4.研究成果 
 まず、通常の平面 Endwall を有する条件を対象
に本研究で採用した数値解析手法がコーナー失
速現象を正しく予測できているかを調査した。 
本数値解析結果は、実験に比べて多少コーナー
失速領域を過大評価していたが、発生位置は正し
く予測しており、実験結果とある程度一致してい
ることを確認した。多くの研究者により RANS シ
ミュレーションはコーナーはく離領域を過大評
価することが報告されており、より正確な結果を
得るためには LES など計算負荷の大きな手法を
採用する必要がある。前述の通り本研究で実施し
た RANS シミュレーションの結果は実験結果と
ある程度一致していることから、本研究で提案し
たコーナー失速抑制技術の効果を評価すること
が可能と判断した。 
 平面 Endwall を有する条件（SE）と自己再循
環型の流路を施した Endwall を有する条件
（SRE）の計算結果を比較することにより、コー
ナー失速抑制技術の効果を評価した。 
SRE は、SE と比較してコーナー失速領域が明
確に縮小しており、本研究で提案した技術がコー
ナー失速をある程度抑制する効果を有すること
を示唆する結果が得られた。この効果をさらに高
めるには、本技術によるコーナー失速の抑制メカ
ニズムの解明が不可欠である。昨年度の研究期間
ではその解明には至らなかったため、現在も継続
して研究を実施している。 
 


Suppression of corner separation in axial compressor using boundary layer suction

安部, 智子

長原, 礼宗

ナガハラ, ユキトシ

      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 Q19L-03 
課題名（和文） 皮膚保湿改善作用をもつ機能性脂質を発酵粕から抽出する方法の開発 
課題名（英文） Extraction of sphingolipids having skin moisture improving action from sake lees 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 生命科学系 准教授 
氏名 安部 智子 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 生命科学系 教授 
氏名 長原 礼宗 
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） 
皮膚に存在する酵素であるカスパーゼ 14 は角質層のバリア機能や水分保持機能の維持に関与しており、カ
スパーゼ 14 の発現上昇を誘導することにより皮膚保湿機能を改善できる可能性がある。共同研究者である長
原はセラミド類縁体であるスフィンゴイド塩基、特に植物や菌類に含まれるフィトスフィンゴシンやスフィ
ンガニンが非常に低濃度でカスパーゼ 14 の発現を増加させることを明らかにした。本研究では、植物や微生
物が含まれる発酵粕中に存在するスフィンゴイド塩基類について解析した。さらに、解析結果をもとに発酵粕
中のスフィンゴイド塩基類の含有量を増加させる方法を開発した。 
 
研究成果の概要（英文） 
In Japanese sake brewing process, the sake mash is divided into liquid and solid parts after alcoholic 
fermentation. The solid part is called sake lees. More recently, Nagahara et al. demonstrated that cell- 
permeable sphingolipids act not only as a barrier in the stratum corneum but also by modulating cellular 
functions and inducing differentiation. In this study, it has been demonstrated that several sphingolipids 
and sphingoid bases are contained in the sake lees. 
      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 
カスパーゼ 14 は皮膚に存在する酵素であり、
フィラグリンと呼ばれるタンパク質の前駆体を
分解して天然保湿因子を生成し、角質層のバリア
機能や水分保持機能の維持に関与することが近
年明らかにされている。つまり、カスパーゼ 14 の
発現を効果的に誘導したり、カスパーゼ 14 の働
きを活性化したりする化合物を使用することで
皮膚保湿機能を改善できる可能性がある。共同研
究者である長原はスフィンゴイド塩基、特にフィ
トスフィンゴシンやスフィンガニンが非常に低
濃度でカスパーゼ 14 の発現を増加させることを
明らかにした。 
フィトスフィンゴシンは植物や菌類に多く含
まれる物質であり、酒類の製造の際に残渣として
生じる発酵粕（植物由来成分と麹や酵母など微生
物の菌体成分、その代謝産物等を含む）にはスフ
ィンゴ脂質が含有されている。このような発酵粕
の多くは費用をかけて廃棄されているのが現状
であり、廃棄物である発酵粕からカスパーゼ 14の
発現を誘導するスフィンゴイド塩基類を効率的
に抽出することができれば、化粧品材料としての
有効利用が期待される。 
 
2.研究の目的 
現状その大半が産業廃棄物として廃棄されて
いる発酵粕中に含有されるスフィンゴイド塩基
類の種類と含有量を明らかにし、有機溶媒等を使
用せずにカスパーゼ 14 の合成を促進するスフィ
ンゴイド塩基類を発酵粕から効率的に抽出する
方法を開発することが本研究の目的である。 
 
3.研究の方法 
(1) 発酵粕中のスフィンゴイド塩基類の解析 
市販の清酒粕数種を試料として用いた。清酒粕
は清酒製造の際に作られる、もろみ (原料が発酵
した柔らかい固形物) を圧搾し、その後に残る白
色の固形物である。クロロホルム:メタノール:水
の体積比が 1:2:0.8 となる溶媒を試料に加えて撹
拌し、その後さらにクロロホルム:メタノール:水
の体積比が 1:1:1 になるようにクロロホルムと水
を加えて 2 層に分離した後、有機溶媒層を回収し
た。 
回収した画分を薄層クロマトグラフィー (TLC) 
により展開した。展開溶媒としてクロロホルム：
メタノール：酢酸：水＝20：3.5：2.3：0.7 を用い
た。展開後、ニンヒドリン反応により呈色し、ス
フィンゴイド塩基類を検出した。呈色箇所のシリ
カゲルを TLC プレートからかき取り、その後、シ
リカゲルから溶出させた画分を回収した。回収し
た画分を 70%メタノールに溶解し、Mono spin カ
ラムに供し、溶出画分を回収した。溶出画分を遠
心エバポレーターを用いて濃縮し、LC-MS/MS 
(Zaprous ADV Q-Exactive system, AMR) 分析
に供した。カラムは COSMOSIL 5C18-MS-Ⅱ、移
動相として溶媒 A (メタノール：5 mM 酢酸アンモ
ニウム＝85：15) を用いた。 
 
(2) 発酵粕中のスフィンゴイド塩基類の増量 
①清酒粕にミリ Q 水を加えてオートクレーブ滅
菌した後、滅菌した清酒粕に緑膿菌を植菌し、2 日
間 30℃で振とう培養した。(1)と同様の方法で緑
膿菌を植菌した清酒粕から脂質を抽出し、TLC で
展開した後、ニンヒドリン反応により呈色した。 
②PY 液体培地を用いて緑膿菌を振とう培養（前
培養）した。清酒粕にミリ Q 水を加えてオートク
レーブ滅菌した後、ろ過滅菌した緑膿菌の培養上
清を添加し、2 日間 30℃で振とうした。その後、
(1)と同様の方法で脂質を抽出して TLC で展開し
た後、ニンヒドリン反応により呈色した。 
 
4.研究成果 
(1) 発酵粕中のスフィンゴイド塩基類 
清酒粕から抽出した脂質画分をそれぞれ TLC に
より展開し、ニンヒドリン反応により呈色した結
果、用いた酒粕すべてで、標品として用いたいく
つかのスフィンゴイド塩基類と同じ位置に呈色
スポットが確認された。用いた市販の清酒粕中に
      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                     
 
それぞれいくつかのスフィンゴイド塩基類が含
まれることがわかった。さらに、酒粕から抽出し
た 2 種類の脂質画分を LC-MS/MS 分析に供した
結果を Fig. 1 に示した。スフィンゴイド塩基標品
と同様のフラグメントが確認され、清酒粕に含有
されるスフィンゴイド塩基類が同定された。 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1 MS/MS spectrum of fraction 2 or 3 
from the sake lees. 
 
(2) スフィンゴイド塩基類の発酵生産 
セラミダーゼを分泌することが知られている
緑膿菌を清酒粕に加えて培養し、遊離のスフィン
ゴイド塩基が増加するかを確認した。その結果、
緑膿菌を酒粕に添加することによって、遊離のス
フィンゴイド塩基量が顕著に増加することがわ
かった。また、緑膿菌の培養液をろ過滅菌した培
養上清のみを清酒粕に添加した場合でも、スフィ
ンゴイド塩基量は有意に増加した。セラミダーゼ
はセラミドなどのスフィンゴ脂質を分解してス
フィンゴイド塩基を生成する酵素である。緑膿菌
が分泌したセラミダーゼにより清酒粕中のスフ
ィンゴ脂質が分解されてスフィンゴイド塩基が
生成したと考えられる。 
 
Fraction No. 2 
Fraction No. 3 


Extraction of sphingolipids having skin moisture improving action from sake lees

松井, 加奈絵

      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 Q19J-01 
課題名（和文） IoT データにおける嗜好性抽出および情報提供システム構築に関する研究 
課題名（英文） A study of preference extraction and information provision system using IoT data 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
システムデザイン工学部 情報システム工学科 准教授 
氏名 松井 加奈絵 
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  
 
研究成果の概要（和文） 
本研究では，Cyber Physical System（CPS）社会の到来から期待される人間の活動に関連するセンサデータ
およびログデータを用いて，個人に対する隠された嗜好性を抽出し，嗜好性に合わせた情報提供を行うシステ
ムの構築を行う．以下，センサデータおよびログデータを Internet of Things（IoT）技術によって計測，収
集されるデータを IoT データと呼ぶ．提案のシステムでは汎用性を持たせるが，実証実験や評価を行うため
に，情報提供として室内環境をより快適にするための情報をセンシング環境下にある被験者に対し，その嗜好
性から選択された情報を提供し，室内環境の改善が見られたかをセンサデータ，また被験者からのフィードバ
ックで判定する．また，IoT データを利用した情報提供が有益であったか否かを評価するために，ランダムで
情報提供が行われた群，ログデータから抽出された嗜好性から情報提供が行われた群，IoT データから抽出さ
れた嗜好性から情報提供が行われた群と比較することで科学的知見を明らかにした． 
 
研究成果の概要（英文） 
The arrival of Cyber Physical System (CPS) society has introduced possibility of new data utilization with 
IoT data, which collected by technology of Internet of Things.  With this background, in this research, a 
system of extraction hidden preference from IoT data, and information provision according to their 
preference is proposed. Proposed system has three main functions; (1) to collect IoT data using networked 
devices, which measure indoor environmental data, (2) to extract people’s preference toward indoor 
comfort, and selected useful information from a database, and (3) to deliver the information with a 
webpage. To test the applicability of the system and information usefulness, an experiment will be 
conducted during summer and winter when the indoor comfort would be decreased in Japan. With the 
data collected with the experiment, effectiveness of delivered and tailored information according to their 
preference determined by their IoT data, were analyzed as evaluation. 
      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 
大量のデータから有益な情報を抽出することは，
ビッグデータの到来とともに問われてきた課題
のひとつである（参考：情報大航海プロジェクト，
2007）．現在その課題に対し，Personalization（パ
ーソナライゼーション）といった利用者の背景情
報や検索結果を考慮した情報推薦が行われてお
り，e-コマースや映像配信サービスに用いられて
いる．データの増加とともに，情報抽出に必要な
情報探索，情報推薦技術の重要性は高まってお
り，学術的競争が激しい分野である（参考：The 
Association for Computing Machinery’s (ACM) 
Special Interest Group (SIG) on Knowledge 
Discovery and Data Mining，International ACM 
SIGIR conference on research and development 
in information retrieval等）．個人の嗜好性に
合った情報提供を行うにはユーザのより詳細な
データを利用することが一般的な手法であるが，
2018 年 5 月の EU 一般データ保護規則（GDPR：
General Data Protection Regulation）の施行か
ら，データプライバシーの利用について制限が設
けられることが想定される．また，これまで情報
探索，情報推薦技術では，データ利用可能な研究
機関が優位であったが，データプライバシーにつ
いての規制，また IoTデータといった新しいデー
タの利用可能性により，新しい個人の嗜好性抽出
およびその嗜好性に基づいた情報提供手法の確
立が求められている． 
2.研究の目的 
 上記の背景のもと,本研究では対象となる IoTデ
ータおよび収集環境を室内環境データおよび環
境データに対する，住宅内とした．また，データ
利活用の目的としてはスマートホームの実現の
動きから需要が高い個人の室内快適性維持と設
定した．本研究の目的は，IoT データを扱うこと
ができるセンシングデータ計測および収集を行
うプラットフォームの確立をした上で，収集した
データから以下 2項目を達成することにある． 
1. IoTデータに基づいた個人の嗜好性の抽出 
2. 抽出した嗜好性に基づいた情報提供の効果 
 項目（1）においては，室内環境データから得ら
れたデータおよび Slack を用いたアンケートデー
タから個人の室内快適性におけるセンシティビ
ティの度合いを数値化する．また，項目（2）にお
いては，抽出した嗜好性，つまりはセンシティビ
ティの度合いに基づいて蓄積した情報から選択，
提示を行った． 
3.研究の方法 
項目（1）においては，情報推薦に広く使われて
いる潜在曲線モデル（Latent Factor Models 
(LFMs)）を利用する．本モデルでは，時系列によ
る変化を考慮するため，IoT データのような時系
列データを用いた嗜好性抽出に適している． 
これまで LFMs に IoT データを当てはめた研究
は行われていないため，本研究から IoTデータ解
析に LFMs を用い，その有用性を明らかにすると
共に，本モデルを改良したモデルと比較しなが
ら，データ特性に合わせたチューニングを行い，
抽出方法を明らかにする．項目（2）においては，
実際に抽出した嗜好性を用いて情報提供を行い，
対象実験を行い，IoT データの有用性を明らかに
する．そのためには実際に IoTデータを収集し，
項目（1）によって抽出された嗜好性によって提供
する情報群を選択する．IoT データから得られる
嗜好性は時系列変化が予想されるため，変化に応
じた情報提供を行うためのシステムを構築し，そ
の効果を実証実験によって得られた明らかにし
た． 
実証実験では，2019年に 5世帯，2020年に 5世
帯に室内環境データを収集するためのリビング
ルームおよび寝室に設置するための IoT デバイ
ス，またそれらのデバイスがホーム Wi-Fiに接続
するためのルーターをセットしたキットを配布
した．実験協力者はそれらのキットをセッティン
グし，データの収集を実施，またセッティングか
ら 1週間のデータでセンシティビティの初期値を
設定し，その値に適した情報提供を各自に対して
実施した． 
      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                     
 
4.研究成果 
 実証実験から得られた実データを元に，以下の
点について述べる． 
1. IoTデータに基づいた個人の嗜好性の抽出 
2. 抽出した嗜好性に基づいた情報提供の効果 
 項目(1)について，従来はクラスターに分ける
ことが重視されていたが，室内快適性指標は季節
ごとに変化するだけではなく，気圧変化による頭
痛，気温の急激な変化による腰痛，頭痛といった
環境に依存する体調変化の要素がある．そのた
め，クラスターに分けるより，個人に適したセン
シティビティの設定を 1日といった短期間で設定
したほうが，項目(2)の達成には効果的であるこ
とが分かった．本項目については，各自に適応可
能なコンピュータ計算・データ蓄積能力の向上に
より達成できた点であるため，本新規性を論文等
で示していくことで，本研究の価値を高める，広
めて実用化につなげる必要がある．項目(2)にお
いては，項目(1)の達成により情報提供の精度は
高まったと言える．具体的には 2019 年の実験で
は，クラスターに分類し情報提供を行ったが，
2020年の実験ではクラスター分類を行わず，過去
1 日分のデータからセンシティビティの値をセッ
トすることでよりリアルタイム性の高い環境デ
ータから推測される情報提供を行った実験の結
果に示されている．2019年の実験では情報提供に
対して一定の評価があったものの，提供された情
報に対する関心が薄かった．しかしながら，2020
年の実験では提供情報に対して関心が高く，状況
改善に関する質問や，自身の実践した行動につい
て多くの感想が寄せられ，システムの長期的な利
用を求める声が挙がった．これらを定量的，定性
的な評価として数値化し，さらなる研究の洗練化
を実施する． 
 
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 Soowon Chang, Daniel Castro-Lacouture, 
Kanae Matsui, Yoshiki Yamagata ，
"Planning and Monitoring of Building 
Energy Demands under Uncertainties by 
Using IoT Data” ， Computing in Civil 
Engineering 2019: Smart Cities, 
Sustainability, and Resilience，査読有，
2019/06，pp211～pp218 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① 松井加奈絵，西垣一馬，” 子育て世代におけ
るコミュニケーションツールを用いた身体
および精神状態データの収集方法の提案お
よび評価”， 第 29 回コンシューマ・デバイス
＆システム（CDS）研究会，2020/12/04，オ
ンライン 
〔図書〕（計 0 件） 


A study of preference extraction and information provision system using IoT data

中村, 明生

吉田, 光太

ヨシダ, コウタ

椿, 稜介

ツバキ, リョウスケ

豊田, 拓実

トヨダ, タクミ

淵田, 正隆

フチダ, マサタカ

      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 Q19J-03 
課題名（和文） 潰れた蚊を含む画像からの蚊属種識別手法の基礎検討 
課題名（英文） Basic Study on Mosquito Species Identification from Images of Smashed Mosquitoes 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
未来科学部 ロボット・メカトロニクス学科 教授 
氏名  中村 明生 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
未来科学研究科 ロボット・メカトロニクス学専攻 大学院生 
氏名  吉田 光太 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
未来科学研究科 ロボット・メカトロニクス学専攻 大学院生 
氏名  椿 稜介 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
ロボット・メカトロニクス学科 学部生 
氏名  豊田 拓実 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学 研究員 
氏名  淵田 正隆 
 
研究成果の概要（和文） 
蚊やその媒介する感染症に対する知識が乏しい一般の人への教育・啓蒙のために，画像から蚊の属種を識別
し，ユーザに情報を提示することは熱帯病の権威もその重要性・必要性を認めている．当初の目的である，「潰
れた蚊など，データ数や多様性を確保することが難しい画像の識別手法を提案する」ことに関しては，学術的
な一般性を確保できたとは言い難いが，工学的には，「潰れた蚊を含む蚊の画像から属種識別する手法を確立
する」ことに関して，三種分類が可能であることを確認できた．(A) 蚊の属種の詳細識別に関してはほぼ実現
した．(B) 画像生成による潰す前後の蚊の生成・復元に関してはその効果は小さかったといえる．(C) 蚊のデ
ータセット作成に関しては実現している．  
 
研究成果の概要（英文） 
An authority of tropical diseases agrees to the importance and necessity of image-based mosquito species identification; 
which will give great helps to educate and enlighten the people with scarce knowledge regarding the risks of mosquitos or 
infectious diseases carried by mosquitoes. The purpose of this research is to propose a mosquito species identification 
method from images of smashed mosquitoes. Concerning academic contribution to propose image identification method 
with a smaller number of data or lacking in variety; for example, the data collection of smashed mosquitos is more difficult 
than that of live mosquitos with perfect shape, it is difficult to say that generality has been ensured. Concerning engineering 
contribution to establish a method to identify mosquito species with smashed mosquitoes, we were able to confirm that 
the three species of mosquitoes can be identified even when they are smashed. 
      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 
蚊は重大な感染症を媒介する危険生物であり，
その属種によって活動時間帯，習性，媒介感染症
が異なり，また，効率的な駆除の方法や，感染症
に対する予防方法も異なるため，属種識別が重要
となる．ところが，一般の人にとって属種識別は
難しい．刺された後に手で潰した蚊は姿勢変化，
身体欠損，体液漏出の影響でさらに難度が上が
る．手で潰したものを含む蚊をモバイル端末のカ
メラで撮影し，その画像から属種を特定すること
ができれば，特にアフリカや東南アジア，中南米
など，感染症が多い地域において，蚊やその媒介
感染症に対する知識が乏しい一般の人への教育・
啓蒙に非常に役立つ．これは熱帯病の権威もその
重要性・必要性も認めており，開発を促されてい
る． 
 
2. 研究の目的 
本研究では，「潰れた蚊など，データ数や多様性
を確保することが難しい画像の識別手法を提案
する」ことで学術的な寄与をする．また，「潰れた
蚊を含む蚊の画像から属種識別する手法を確立
する」ことで工学的な寄与をする．(A) 蚊の属種
の詳細識別, (B)画像生成による潰す前後の蚊の生
成・復元, (C) 蚊のデータセット作成の 3 点を行
う． 
 
3. 研究の方法 
(1)識別対象 
人間を吸血する蚊の中でも特に感染症被害の
大きい種三種を識別対象として取り扱う．デング
熱や黄熱などを媒介するヤブカ属ヒトスジシマ
カ・Aedes albopictus，マラリアを媒介するハマダ
ラカ属ステフェンシハマダラカ・Anopheles 
stephensi，日本脳炎やフィラリアを媒介するイエ
カ蚊アカイエカ・Culex pipiens pallens である (Fig. 
1)． 
   
(a) Aedes     (b) Anopheles  (c) Culex pipiens  
Albopictus     stephensi      pallens 
Fig. 1  蚊の三種 
潰れた蚊は潰れていない蚊と比較して，形状が
変化するとともに体液が漏出して，体幹周囲に光
沢が見られる．潰れていない蚊は二酸化炭素麻酔
で殺さずに撮影できるのに対し，潰れた蚊は叩き
潰して撮影する必要があり，蚊とは言え心理的葛
藤が生じうることにも触れておきたい． 
 
(2)手法比較 
本研究では，潰れた蚊を対象として，種識別を
行うために，CNN ベースの深層学習手法を利用
した手法の調査・比較を行い，学習に必要な画像
枚数や識別精度を確認する． 
調査・比較を行う手法として学習(Training) と
識別 (Test) の観点から分類した，以下の 3 つを提
案する．なお，画像生成には敵対的生成ネットワ
ーク Generative Adversarial Networks (GAN) を利用
する． 
蚊を撮影した画像をオリジナル画像  (Or: 
original)，オリジナル画像から生成したものを生成
画像 (Ge: generated)とする．また，蚊の状態によ
り，潰れていない正常な蚊 (N: normal)，潰れた蚊 
(S: smashed) とする． 
この組み合わせにより，Original-Normal (Or-N)，
Generated Normal (Ge-N)，Original-Smashed (Or-S)，
Generated Smashed (Ge-S) の 4 種類の画像が考え
られる． 
 
・手法 1: Ge-S/Or-S 
学習: 潰れていない蚊のオリジナル画像 Or-N
から潰れた蚊の画像 Ge-S を生成して学習． 
識別: 潰れた蚊のオリジナル画像 Or-S を対象
として識別． 
データの多様性を企図して GAN によって生成
した画像を CNN に学習させた研究にヒントを
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得たものである．なお，通常画像を学習データ
とした場合と比較して識別精度が低下する傾
向が報告されており，GAN によって生成した
画像の多様性の欠如によるものであると考察
されている． 
・手法 2: Or-N/Ge-N 
学習: 潰れていない蚊のオリジナル画像 Or-N
を学習． 
識別: 潰れた蚊のオリジナル画像 Or-S から潰
れていない蚊 Ge-N を生成してそれを対象とし
て識別． 
手法 1: Ge-S/Or-Sに対して，提案するものである．
CNNのネットワークは，潰れていない蚊のオリジ
ナル画像Or-Nを使用して学習するため，データ数
や多様性の確保が期待できる．画像生成された蚊
の画像Ge-S，Ge-Nに関して，手法 1: Ge-S/Or-Sで
は学習に使用するに対し，手法 2: Or-N/Ge-N では
識別対象として使用するという点が異なる． 
・手法 3: Or-S/Or-S 
学習: 潰れた蚊のオリジナル画像 Or-S を学習． 
識別: 潰れた蚊のオリジナル画像 Or-S を対象
として識別． 
潰れた蚊のオリジナル画像Or-Sを学習し，それを
識別対象とするもので，データ数が確保できれば
生成の過程がない分もっとも精度が高いと考え
る． 
 
(3)データセット構築 
蚊に二酸化炭素麻酔をかけ，動きを鈍化させたもの
を手のひらに乗せ，潰れていない蚊として撮影する．
また，その後，手で叩き潰して 1回，再度叩き潰して
1回，計 2回潰れた蚊として撮影する． 
照明条件に多様性をもたせるため，研究室内で照度
240-1,340 lux の間で変化させて撮影を行った．200-
400，400-600 luxといったおおよそ 200 lux刻みを 1つ
の範囲として，その範囲内で三種類の蚊を数十枚～数
百枚ずつ撮影した． 
また，学習画像と識別画像は，撮影日程 (のべ 5
日)，被撮影者(のべ 10 名)，撮影対象の蚊，がすべて
別となるように配慮した． 
撮影した画像内の蚊を 1匹ずつ手動で切り取り，ま
とめたものからランダムに学習画像として 300枚，識
別画像として 200 枚選んだものをデータセットとす
る．TABLE Iにデータセット中の画像枚数を示す． 
 
 
 
TABLE I  蚊のデータセット内の画像枚数 
 Original Smash 
Original 
Normal 
Species Training Test Training Test 
Aedes 
albopictus 
300 200 300 200 
Anopheles 
stephensi 
300 200 300 200 
Culex pipiens 
pallens 
300 200 300 200 
 
なお，上記を含めて，2021 年 4 月までに，蚊の切
り出し，及び画像に対してその情報・記述を付与
するアノテーション作業が終了して，データセッ
トとして利用できる画像枚数は以下の通りであ
る． 
・ネッタイシマカ・Aedes aegypti 1,175 枚(正常な
蚊・白色背景: 1,175 枚) 
・ヒトスジシマカ・Aedes albopictus 5,449枚 (正常な
蚊・白色背景: 3,920 枚 / 正常な蚊・手のひら背景: 
654 枚 / 潰れた蚊・手のひら背景: 875 枚) 
・ステフェンシハマダラカ・Anopheles stephensi 
6,890 枚 (正常な蚊・白色背景: 4,495 枚 / 正常な
蚊・手のひら背景: 1,064 枚 / 潰れた蚊・手のひら
背景: 1,331 枚) 
・アカイエカ・Culex pipiens pallens 3,759 枚 (正常
な蚊・白色背景: 1,908 枚 / 正常な蚊・手のひら背
景: 812 枚 / 潰れた蚊・手のひら背景: 1,039 枚) 
 
(4) 画像生成 
本研究では，GAN で画像生成する．GAN は，生成ネ
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ットワークと判別ネットワークで構成されている．生成
ネットワーク および判別ネットワーク を交互に学習す
ることで最適化する．本研究では，GAN の発展型である
CycleGAN を採用する． 
 
(5)CNN による識別  
CNN ベースの深層学習手法として，一般的に
使用されているアーキテクチャ三種類 AlexNet，
Visual Geometry Group Network (VGG) ， Deep 
residual network (ResNet)を比較する． 
CNN の学習方法は確率的勾配降下法で行い，学
習率のスケジュールは焼きなまし法で行う．ま
た，ImageNet の事前学習済みの重みを初期重みと
して用いる．過学習の抑制のために適切な画像拡
張(image argumentation)を施す． 
 
4. 研究成果 
本研究では，潰れた蚊を対象として，蚊の種識
別を行うために，CNN ベースの深層学習手法を
利用した手法の調査・比較を行い，学習に必要な
画像枚数や識別精度を確認した． 
手法 1: Ge-S/Or-S，手法 2: Or-N/Ge-N を提案し，
手法 3: Or-S/Or-Sを準備して比較検討を実施した． 
潰れていない蚊の画像から潰れた蚊の画像を生
成してそれらを学習あるいは識別へ使用できる
かという点に関しては，CycleGAN で生成した画
像を学習に使用しても(手法 1: Ge-S/Or-S)，識別に
使用しても(手法 2: Or-N/Ge-N)，ほぼ同等の精度
であった．オリジナルの画像を学習したネットワ
ークによる識別  (手法 3: Or-S/Or-S) の場合の
95％にはやや劣るものの，最高 91．2%以上の精度
となり，実用に供する可能性を示唆できた．ただ
し，画像生成のために学習に際して，潰れていな
い蚊，潰れた蚊，本研究ではそれぞれ三種計 900
枚程度の画像を要した． 
潰れた蚊そのものを学習に利用した場合と比
較して必要な画像枚数や識別精度はどう変化す
るかという点に関しては，学習枚数を変化させて
いくと，手法 3，手法 2，手法 1 といった序列は変
化しないものの，どの手法でも識別精度は低下し
た．手のひら上の潰れた蚊三種分類において，識
別精度 90%以上を要求される場合は，種識別時の
学習枚数は 1,200 枚・実質三種計 300 枚程度を要
した． 
当初の目的である，「潰れた蚊など，データ数や
多様性を確保することが難しい画像の識別手法
を提案する」ことに関しては，学術的な一般性を
確保できたとは言い難いが，工学的には，「潰れた
蚊を含む蚊の画像から属種識別する手法を確立
する」ことに関して，三種分類が可能であること
を確認できた． 
(A) 蚊の属種の詳細識別に関してはほぼ実現し
た．(B) 画像生成による潰す前後の蚊の生成・復
元に関しては手法 1，2 で実施したが手法 3 とほ
ぼ同等性能で，その効果は小さかったといえる．
(C) 蚊のデータセット作成に関しては実現した． 
 
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 1 件） 
① Kazushige Okayasu, Kota Yoshida, Masataka 
Fuchida and Akio Nakamura, ``Vision-Based 
Classification of Mosquito Species: Comparison 
of Conventional and Deep Learning Methods,'' 
MDPI Applied Sciences, vol.9, issue 18, pp.(1-
11), September 2019.査読あり. 
〔学会発表〕（計 2 件） 
(国際会議) 
① Ryousuke Tsubaki, Takumi Toyoda, Kota Yoshida, 
and Akio Nakamura, ``Vision-Based 
Classification of Mosquito Species: Data 
Augmentation by Background Replacement for 
Convolutional Neural Network-based Species 
Classification of Smashed Mosquitoes," Quality 
Control by Artificial Vision (QCAV2021), pp.(1-
8), May 2021.オンライン 
 
 
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(口頭発表) 
② 吉田 光太, 淵田 正隆, 中村 明生, ``潰れた
蚊の種識別手法の基礎検討 '', ビジョン技術
の実利用ワークショップ (ViEW2019), pp.(1-
4), December 2019.横浜. 


Basic Study on Mosquito Species Identification from Images of Smashed Mosquitoes

小林, 佳弘

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総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q19T-04 
課題名（和文） 凝縮水によるナノ PM の凝集促進 
課題名（英文） Nano-PM aggregation with condensed water 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部機械工学科，准教授 
氏名 小林佳弘 
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） 
トルエン層流拡散火炎から排出される PM に水蒸気を添加することで，水凝縮による凝集促進を試み，さ
らにその効果について調査を行った．その結果水蒸気添加を行った場合，およそ 160nm～910nm の範囲の粒
径を持つ PM が減少し，910nm より大粒径の PM が増加した．このことから，水蒸気添加による PM の凝集
促進が確認できた． 
 
 
研究成果の概要（英文） 
PM (Particulate Matter) aggregation technique by water vapor condensation was attempted to remove 
fine PM. PM exhausted from a toluene laminar diffusion flame was used as test sample. Particle diameter 
(DPM) distributions of PM was measured by a Low Pressure Impactor. Water vapor was supplied at 30mm 
and 80mm distance from the pool edge. Air was supplied at 30mm distance from the pool edge for 
comparison. In case of water vapor addition, mass flow rate of 160nm < DPM < 910nm was lower than that 
of original PM and mass flow rate of DPM >910 nm was higher than that of original PM. 
 
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1.研究開始当初の背景 
燃焼場から排出される数 nm～数百 nm の粒子
状物質（PM：Particulate Matter）は人体の奥深くへ
沈着し悪影響を及ぼすことが指摘されており，こ
れらの極小粒径 PM は排出量の低減が求められて
いる． 
現状のディーゼル機関から排出される PM の低
減法の主流は燃焼改善および  DPF (Diesel 
Particulate Filter) 等の後処理装置による捕集と酸
化処理である．極小粒径 PM の排出量を低減する
手段として DPF の細孔径の小径化による捕集効
率の向上が考えられるが，細孔径の小径化に伴い
圧力損失が増大してしまう．一般に燃焼場におい
て生成される PM は炭素質のすすを核として周り
に燃焼由来の可溶性有機成や凝縮水が付着して
いる(1)が，これらの周りの成分が粒子同士を付着
させ粒子の凝集を促進させる可能性があると考
えられている(2]．凝集による意図的な PM の粗大
化が可能であれば DPF の細孔径を小径化せず極
小粒径 PM の捕集が可能だと考えられる． 
 
2.研究の目的 
火炎から排出される PM に水蒸気を添加し冷却
することで凝縮水による PM の凝集促進を試みる
ことを目的とした．  
 
3.研究の方法 
(1)実験装置および実験条件 
本研究で用いた実験装置を図 1 に示す．実験装
置は PM を定量的に発生させるプール燃焼装置，
空気および水蒸気を添加する供給部，PM を含む
燃焼ガスと水蒸気を混合させ冷却することで凝
縮水を発生させる混合ダクトおよび PM を空気力
学的直径で 10 段階に分級する LPI  (Low Pressure 
Impactor, MAIS-10, 東京ダイレック）で構成され
ている．プール火炎から供給される燃焼由来の
PM にボイラによって発生させた水蒸気を一定流
量で供給部から噴出させ，下流部の混合ダクト内
で混合させ，露点以下に冷却させることで凝縮水
を発生させた．プール燃焼装置から供給される燃
焼由来の PM に水蒸気を加え混合させる必要があ
るため，極力火炎先端の PM に直接供給できるよ
う水蒸気をノズル型供給部から体積流量 Qw = 10 
l/min で供給し，実験を行った．また，比較のため
水蒸気の代わりに空気を供給した場合 (Qair  = 
10 l/min) も実施した．この時の供給部での噴出速
度 v は 2.8m/s である．水蒸気添加時においては供
給ラインでの水蒸気の凝縮を防ぐために供給ラ
インをヒータで 120°C に保温した．混合ダクトの
内径は 40mm であり，総吸引流量 Qtotal =60 Nl/min 
で PM を含む燃焼ガスと周囲空気および水蒸気を
吸入し，混合ダクト入口から 1330mm の位置でサ
ンプリングプローブによって試料の捕集を行っ
た．この時のダクト内の滞留時間はおよそ 1.3s で
ある．燃焼ガスに何も添加しない条件である Free 
flame と空気添加時でのサンプリング位置での混
合ガス温度は 45°C であり，水蒸気を添加した場
合では 55°C であった． Qw = 10 l/min での露点温
度は 58°C であるため，サンプリング位置では露
点温度を下回っており．水蒸気の一部は凝縮水と
なっている．LPI のサンプリングプローブの内径
は 5.0mm であり，直径 2.5mm×10 の穴が開いたも
のを使用した． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.1 Schematic of experimental apparatus 
図 2 にプール燃焼装置の概略図を示す．プール
燃焼装置は主に燃料タンク，フロートチャンバー
および燃料プールで構成されている．燃料プール
内の液面高さはフロートチャンバーの高さを変
化させることにより調整可能であり，フロートに
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よって常に同じ液面高さを保つことにより，定常
的な層流拡散火炎を形成することが可能である．
供試燃料はトルエンを用い，燃料消費量 mf 
=1.8mg/s (火炎高さ Lf = 40mm)の条件で火炎を形
成した． 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2 Pool combustion system 
水蒸気の供給位置による凝集効果への影響に
ついて調査を行うために，図 3 に示す方法で水蒸
気供給を行った．供給部は燃焼ガスに沿った形で
水蒸気を供給するノズル型と過去の研究(3]にお
いて用いられ燃焼ガスに乱れを及ぼさず水蒸気
を供給する円筒型を用いる．図中に示す CaseA は
火炎先端部の中心から半径方向に 15mm 離れた位
置から供給する条件，CaseB は火炎先端より下流
部の中心から半径方向に 15mm 離れた位置から供
給する条件，CaseC は火炎先端より下流部の中心
から半径方向に 30mm 離れた位置から水蒸気を供
給する条件である．なお，水蒸気供給量は全ての
条件で体積流量 Qw = 10 l/min とした． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.3 Water vapor supply method 
(2)実験方法 
LPI 内で分級され捕集された PM および凝縮水を
電子天秤により秤量した後にオーブンによって
120°C に乾燥処理を行うで水分を蒸発させ，再度
電子天秤によって秤量した．この時，乾燥前に測
定した粒子を Wet PM, 乾燥後の水分を蒸発させ
た粒子を Dry up PM と定義する．なお，LPI によ
り分級される Wet PM の粒径は図 4 に示すように
PM と凝縮水の混合粒子の径であり，LPI 内では
Wet PM 粒径で捕集されるが，Dry up PM につい
ては乾燥させたのちに質量の測定を行っている
ので，秤量した Dry up PM は混合粒子内の PM の
質量を示している． 
 
 
 
 
 
Fig.4 PM with condensed water captured by LPI 
 
4.研究成果 
(1)水蒸気添加における PM 質量 
図 5 に Free Flame の火炎外観の様子とプール縁
から z = 30 mm の位置にノズルを設置し空気およ
び水蒸気を添加した場合(CaseA) の火炎外観の様
子をそれぞれ示す．また，このときの Dry up PM
の総質量流量についても同図中に示す．なお，PM
は LPI を使用せずにダクト上部に設置したガラス
繊維フィルタを用い，Qtotal = 60Nl/min で全量吸
引することにより捕集した． 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5 Dry up PM mass flow rate at air and water 
vapor addition 
図 5 に示されるように FreeFlame と火炎周囲に
ノズルを設置かつ空気または水蒸気を添加した
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場合，火炎の大きさなどの外観はほとんど変わら
ず乱れも生じなかった．火炎先端から排出される
PM は空気または水蒸気を添加した際に若干の乱
れが見られたが，図中右側に示される総 PM 流量
はほぼ変わらないことから，ノズルの設置や空気
および水蒸気添加による火炎や排出 PM 流量への
影響はほとんどないものと思われる． 
 
(2)水蒸気添加における PM 粒径分布 
水蒸気を添加することによる PM の粒径への影
響を調査するため LPI を用いて水蒸気添加時の粒
径–質量流量分布の測定を行った．水蒸気添加に
よる Wet-PM と比較のための Free flame および空
気添加による Wet-PM について図 6 に示す．ここ
で図 6 (a) には Wet-PM と比較のための Dry up-PM
の総質量流量を示し，図 6 (b) には Wet-PM の粒
径–質量流量分布をそれぞれ示す． 
図 6 (a) に示す各条件における Wet-PM の総質量
流量の結果を見ると，FreeFlame と空気添加の場合
ではおよそ M = 0.08 mg/s でほぼ同じ値となり，水
蒸気添加の場合ではおよそ M = 1.7 mg/s と他の場
合と比べて著しく高い値となった．このように水
蒸気添加時の場合のみ総質量流量が高くなった
ことから，火炎先端部に付加された水蒸気がダク
ト内で凝縮水となり PM に付着したことを意味す
る．しかしながら，図 1 右側に示したサンプリン
グ位置の温度から求めた凝縮水量はおよそ
18mg/s となり，PM 中に含まれる凝縮水量は極端
に少ないことがわかる．さらに言うと仮に PM に
付着しなくても，直接フィルタによって捕集され
ることも考えられるため，PM 中に含まれる水分
はさらに少ない可能性がある．また，PM に付着
しなかった凝縮水は極端に粒径が小さく，よって
フィルタで捕集されずに通過していったものと
思われる．また，ダクト内壁に付着するなどの損
失も考えられるが，これについては測定終了後に
確認しており，付着量はそれほど多くはない． 
図 6(b) に示した粒径分布の結果を見ると
910nm< Dpm の範囲で FreeFlame に対して質量流
量が大きく増加していることから凝縮水が付着
した PMは粒径が 910nmより大きい粗大な粒子と
なって LPI に捕集されると考えられる．また，
160nm < Dpm <910nm において明確に質量流量が
減少していることから、この範囲の粒子を核とし
た凝集が生じていると考えられる． 
図 7 (a) は各条件での Dry up PM 総質量流量を
示しており，すべての条件で差は僅かであった．
図 7 (b) は FreeFlame と供給部形状および位置が
同様な場合で水蒸気，空気を添加したときの質量
流量粒径分布を示す．水蒸気添加時の粒径分布で
はFreeFlameの分布に対して 160nm < Dpm <910nm
の範囲で質量流量が減少し，910nm< Dpm の範囲
で質量流量が増加しており凝集による粒子の粗
大化が確認できた．空気添加時では FreeFlame に
対する分布の差が見られなかった． 
 
Fig.6 Wet-PM (CaseA) 
 
Fig.7 Dry up PM (CaseA) 
 
(3)水蒸気添加位置の粒径分布への影響 
図 8 に図 3 で示した各水蒸気方法における Wet-
PM の結果を示し，これらの乾燥処理を行った Dry 
up-PM について図 9 にそれぞれ示す． 
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図 8 (a) に示す各条件における Wet-PM の総質
量流量が概ね同等の値となったことから凝縮水
の発生量に対する水蒸気供給位置の影響は確認
されなかった．図 8 (b) では各条件において 30nm 
< Dpm <510nm の範囲で同様な分布となった．ま
た，910nm < Dpm の範囲において粒径が粗大にな
るにつれて質量流量が増える傾向も各条件で一
致した． 
図 9(a)に示す各条件における Dry up-PM の総質
量流量の結果を見ると，概ね同等の値となり，水
蒸気供給位置による Dry up-PM の排出量に (損失
などや火炎からの排出量) 影響はほとんどないも
のと思われる．図 9(b)において蒸気供給部形状が
ノズル型で同一であるCaseAとCaseBの分布で差
が見られないことから水蒸気供給位置による粒
径分布への影響は確認されなかった．同様に，z = 
80mm で同一である CaseB と CaseC の分布で差が
見られないことから水蒸気供給部形状による凝
集への影響も確認されなかった． 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.8 Wet PM (CaseA, B and C) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.9 Dry up PM (CaseA, B and C) 
 
 
(4)まとめ 
トルエン層流拡散火炎から排出された PM を含
む燃焼ガスに水蒸気および空気を添加し，冷却す
ることにより得られた粒径分布の違いから水蒸
気凝縮による PM の凝集への影響の調査を行っ
た．得られた結果を以下に示す． 
①水蒸気の添加により，Free Flameに対して160nm 
< DPM <910nm の PM の質量流量は低下し，DPM 
>910nm の PM の質量流量が増加したことから水
蒸気添加による PM の凝集促進が確認できた． 
②水蒸気供給位置および供給部形状の違いによ
る粒径分布の差はほぼ見られなかった 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 6 件） 
① 皆川隼斗，小林佳弘，新井雅隆，層流拡散火
炎に金属メッシュを挿入したときに生成さ
れ る PM の特性，日本機械学会 2019 年次
大会，（2019-9）秋田 
② 皆川隼斗，小林佳弘，新井雅隆，プール火炎
をクエンチした際に生成される PM の特
性，第 57 回燃焼シンポジウム，（2019-11） 
札幌 
③ 佐原永都，皆川隼人，小林佳弘，新井雅隆，
金属メッシュを用いてプール火炎をクエン
チした際に生成される PM の酸化特性，自働
車技術会関東支部学術講演会，（2020-3） 
オンライン 
④ 皆川隼斗，小林佳弘，新井雅隆，層流拡散火
炎をクエンチングした際に生成される PM 
の酸化特性，日本機械学会 2020 年度年次大
会，（2020-9）名古屋 
⑤ 皆川隼斗，小林佳弘，新井雅隆，層流拡散火
炎をクエンチした際に生成された PM および
Soot の特性，第 58 回 燃焼シンポジウム，
（2020-12）オンライン 
⑥ 佐藤史哉，皆川隼斗，小林佳弘，新井雅隆，
層流拡散火炎の消炎過程において生成され
る PM，自動車技術会関東支部 2020 年度学
術講演会，（2021-3）オンライン 


Nano-PM aggregation with condensed water

田中, 一眞

山崎, 敬則

ヤマザキ, タカノリ

川端, 蒼人

カワバタ, アオト

      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 Q20D-05 
課題名（和文） 異なるリニアガイドを用いた送り駆動系の動的挙動解析 
課題名（英文） Dynamic Behavior of Feed Drive Systems using Different Linear Guideways 
研究代表者 
先端科学技術研究科博士課程(後期)機械システム工学専攻 
 
田中一眞 
共同研究者 
理工学部准教授 
 
山崎敬則 
理工学部理工学科電子・機械工学系 
 
川端蒼人 
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，ガイドレールに用いられているころがり要素である球の素材を変更し，１方向への十分な大変
位後，正弦波的送り入力をし，比較実験を行った．用いた球の素材は，通常の鋼球とセラミック球との２つで
ある．まず，線形なばね特性が見られる微小領域では，ばね特性の傾きが一致した．しかしながら，球内に変
形として残留すると考えられる推力は異なった．正弦波入力の振幅が大きくなると，全く異なったばね特性ヒ
ステリシスループが見られた． 
 
研究成果の概要（英文） 
 In this study, we changed the material of the balls, which is the rolling element used for the guideways, 
compared and considered. There are two materials for the balls, normal steel balls, and ceramic balls. As 
an experimental method, a sufficiently large displacement was performed in one direction, and then a 
sinusoidal feed input was performed. First, in the fine feed region, the slopes of the spring characteristics 
matched where linear spring characteristics were observed. However, the force value that is thought to 
remain as deformation in the sphere was different. As the amplitude of the sine wave input increased, a 
completely different spring characteristic hysteresis loop was observed. 
 
      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 
 近年，機械的に非接触な要素で構成される位置決
めシステムが増加している．この非接触要素には，リ
ニアモータを用いた駆動要素や、空気、油静圧を用
いた案内要素などがある． 
しかしながら、コストや使用条件等により、ボールねじ
やピニオントラックを用いた運動伝達要素，ころがり
やすべりを用いた案内要素など、機械的接触を伴う
要素を用いた機構が依然として多くを占めている。シ
ステムの物理的要素が増えるということは，システム
の高精度化という点において、考慮すべき要素が増
えることを意味する．要素の機械的接触によって生じ
る摩擦やばね挙動は非線形な特性を持ち，位置決
めシステムの応答は，要素のサイズや変位量によっ
て変化する． 
2.研究の目的 
 リニアモータところがり案内とを用いた送り
駆動系の微小変位時の動的挙動について，先行
研究 に多く見られる正弦波的送り実験とは異な
るステップ入力を用いた実験をおこなう．ま
た，この際 には，従来からよく研究されている
数学モデルのパラメータとなる物理的性質につ
いて明らかにする．そこから得られた送り駆動
系の動的挙動を表現する数学モデルのパラメー
タを用いて，微小な ステップ入力時に見られる
残留推力を考慮した数学モデルを構築する． 
3.研究の方法 
 まず，非接触な動力源である円筒形リニアモー
タを使用した送り駆動装置を用いて，ころがり要
素がリニアガイドのみとなる実験装置を製作す
る．次に，これを用いて微小変位時の挙動を測定
する．この測定には，ステージに取り付けられて
いるリニアスケール(逓倍後分解能 0.5 nm)で行
う．サーボアンプやモーションコントローラ
(PMAC)のパラメータ等制御機構は共通 のもの
を用いて，製作した異なる幅・与圧のガイドレー
ルを有した装置に付け替え，微小変位時の 挙動
との関係を明らかにする． 
4.研究成果 
 本研究課題では，実験の比較対象とするガイド
レールとして，THK 製の SR15 というシリーズ
を選定した．本実験では，SR15 のガイドレール
内のころがりに使用されている球について，鋼球
とセラミック球の 2 つのものを用いて，比較検討
した．しかしながら，ガイドレールに用いられて
いる球の素材を変更し比較検討する先行研究は
少ない．そのため，他の関連する微小送りの先行
研究にならい，上記の研究目的で述べているよう
な正弦波応答を用いた応答実験を行った．その結
果，以下のことが示された． 
(1) 微小変位では，両方のガイドレールにおい
て，線形なばね特性が見られた． 
(2) 線形なばね特性の領域では，ばね定数に相当
する傾きが等しくなった． 
(3) １方向への大変位を入力すると，両方のガイ
ドレールにおいて，一定な残留推力が見られ
たがその値は異なった． 
(4) 振幅の大きな正弦波入力を行うと，ばね特性
のヒステリシスループは球の素材によって
大きく異なった． 
 本年度は，新型コロナウィルスによる情勢によ
り当初掲げていた研究目標を達成することがで
きなかった．そのため，これらの実験は，送り駆
動系の先行研究で多く用いられている正弦波応
答によって行われている．よって，ステップ入力
を用いた実験という当初の研究目的を満たして
いない．また，予定していた学会への雑誌論文投
稿なども全て延期や中止となった．今後の展望と
しては，当初の研究目的であるステップ入力を用
いた動的挙動について，比較検討を行う．それら
より，数学モデルのパラメータを同定し，正弦波・
ステップ入力による実際の動的挙動との比較・検
討を行う．また，現在は，上記の実験結果を元に
２０２ １ 年度に開催さ れ る International 
Measurement Confederation (IMEKO)への登録
を行っている． 
                                                      
 
 


Dynamic Behavior of Feed Drive Systems using Different Linear Guideways

東京電機大学博士（工学）2021doctoral thesi

三輪田, 真人

ミワタ, マサト

MIWATA, Masato

STUDY ON ARCHITECTURAL FAÇADE DESIGN TRANSITION AND CORRELATIONS AMONG SEGMENTAL RECOGNITION, PSYCHOLOGICAL EVALUATION, AND CONSTITUENT ELEMENTS

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