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

東京電機大学博士（工学）2020doctoral thesi

上山, 裕理

ウエヤマ, ユウリ

UEYAMA, Yuri

学位論文審査の結果の要旨 
報告番号 先端科学技術甲153号 氏 名 上 山 裕 理 
論文題目 ロータリーエンコーダを用いた角度計測技術の開発
論文審査委員会 
委員（主査） 教授  古谷 涼秋 
委員（副査） 教授  佐藤 太一 
委員（副査） 教授  藤田 壽憲 
委員（副査） 准教授 桑名 健太 
研究の背景 
 角度測定器の一つにロータリーエンコーダがあげられる．ロータリーエンコーダは，回
転軸の回転角度を光や磁気を使用して角度信号として出力し，回転角度を測定することが
容易であることからサーボモータを制御するためのセンサとして使用されることが多い．
モータは，回転機械の主要な動力源であることから工作機械や産業用ロボットといった機
械に組み込まれており，産業界においてモータの回転角度や速度を高精度に検出すること
が望まれている．それゆえに，ロータリーエンコーダのさらなる高精度化は，産業界の発
展に貢献できると期待される．一般的に，機械に内蔵されたロータリーエンコーダを用い
て回転角度を高精度に測定するには，ロータリーエンコーダが検出する角度誤差を校正す
る必要がある．しかし，その角度誤差は，ロータリーエンコーダの取り付け状況や使用環
境により変化してしまう．この問題を解決するために，ロータリーエンコーダの自己校正
法の原理がいくつか提案されている．ところが，これらの自己校正法の原理は，角度誤差
を定性的に表現しているためその自己校正法の定量的な評価がなされていない．つまり，
ロータリーエンコーダの自己校正法は，主な角度誤差要因をどの程度検出しているかが明
確でない．それゆえに，ロータリーエンコーダが検出する角度誤差の定式化と，定式化し
た角度誤差をその性質よって分類することは，ロータリーエンコーダの自己校正法を定量
的に評価するために必要である． 
研究の目的 
本研究は，次の三つを研究目的とする． 
・ロータリーエンコーダに発生する角度誤差の定式化と分類
・定式化した角度誤差の実証
・定式化した角度誤差を用いた，角度割出法への応用
研究の内容 
 本研究では，①ロータリーエンコーダが検出する角度誤差の理論解析，②理論解析によ
り定式化した角度誤差の実証，③定式化した角度誤差を用いた角度割出法の開発を行った． 
①では，角度誤差を複素型フーリエ級数で定式化し，その性質より分類した結果を示し
ている．角度誤差は，ロータリーエンコーダの実用上，主に 5 つの角度誤差(目盛線誤差，
取付偏心誤差，取付倒れ誤差，回転ムラ誤差，軸振れ誤差)が考えられる．そこで，5つの
角度誤差は，低速回転域(回転数：1～20[rpm])におけるロータリーエンコーダの角度誤差
要因の運動を幾何学的に表現し解析することに加え，角度誤差の性質「周期 2πで閉じる」
よりフーリエ級数で導出できることを用いて，複素型フーリエ級数でそれぞれ定式化した．
さらに，定式化した角度誤差は，ロータリーエンコーダ内部の角度信号を出力する複数個
のセンサの配置位置によって，その振幅と位相が変化する角度誤差と変化しない角度誤差
の組み合わせである 4通りに分類された． 
 ②では，5 つ角度誤差の中から軸振れ誤差を実証した結果を示している．定式化された
軸振れ誤差は，回転同期型(RRO)と回転非同期型(NRRO)に分類される軸振れの中で，RROを
指す．この軸振れ誤差を実証するために，国立研究開発法人産業技術総合研究所で開発さ
れた軸振れ検出機能付きロータリーエンコーダ[SelfA＋:セルファプラス]の原理を活用し
た．この SelfA＋の原理を用いて軸振れ誤差を実証するためには，定量的に軸振れを発生さ
せる装置が必要である．そこで，±0.02[µm]以下の精度で軸振れを発生させる軸振れ発生
装置を開発した．この成果は， 
［1］ Ueyama Yuri, Furutani Ryoshu, Watanabe Tsukasa. Spindle-runout generator 
devices to evaluate a rotary encoder’s ability to detect spindle runout, 
Precision Engineering, Vol.59, pp.47-55(2019). 
としてまとめられている．そして，実証実験の結果，SelfA＋の理論値と実験値の差が±
10[nm]以下で一致したことにより，定式化された軸振れ誤差が十分正しいこと実証された． 
 ③では，定式化された角度誤差を用いて考案した一つの目盛盤に 2 トラックの目盛線が
描かれた特殊な目盛盤を用いた角度割出法の原理とその実証結果を示している．この 2 ト
ラック型角度割出法の原理は， 
［2］ Ueyama Yuri, Furutani Ryoshu, Watanabe Tsukasa. A super-high-accuracy angular 
index table, Measurement Science and Technology, Vol.31, No.094006 (2020). 
にまとめられている．そして，この 2トラック型角度割出法は，不確かさ 0.01[arcsec]の
精度で角度割出ができる装置と比較した結果，±0.1[arcsec]以下の精度で一致した．この
誤差は，軸振れの NRROによって発生したと考えられ，RROのみを定式化した軸振れ誤差に
NRRO を組み込んで表現できることを示唆した．また，2 トラック型角度割出法を組み込ん
だ角度割出装置は，軸振れの NRROを低減することで，さらなる高精度化で可能であること
が示唆された． 
 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，ロータリーエンコー
ダによる高精度な角度測定の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． 


Development of the angle measurement technology using the rotary encoder

東京電機大学博士（理学）2020doctoral thesi

酒井, 博遥

サカイ, ヒロハル

SAKAI, Hiroharu

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 酒井 博遥 
論文題目 BRAP2が細胞増殖・生存経路調節に及ぼす影響の解明 
論文審査委員会 
 委員（主査） 教授     長原 礼宗  
 委員（副査） 教授     川井 悟 
委員（副査） 教授     村松 和明 
委員（副査） 特別専任教授 刀祢 重信 
委員（副査） 准教授    安部 智子 
 
 研究の背景 
細胞は、細胞外からの刺激を細胞内に伝達すべく、細胞膜から細胞質中へと因子（主に
タンパク質）が次の因子に、次々に刺激を伝達して、最終的に特定の遺伝子の転写調節を
引き起こしたり、タンパク質の挙動を変化させることで細胞内応答が生じる。このような
細胞内シグナル伝達経路は種々存在するが、細胞増殖及び生存シグナルを伝達する経路と
して中心的なものが、Ras/Raf/MEK/ERK経路、及び PI3K/Akt経路である。以上のような細
胞増殖及び生存シグナル経路を構成するタンパク質を発現させる特定の遺伝子に変異が生
じると、過剰に活性化して結果的に癌化、つまり細胞の異常な増殖が起きることとなる。
また、Ras/Raf/MEK/ERK経路と PI3K/Akt経路は互いにクロストークしてシグナル伝達する
ため、両経路は複雑に絡み合って細胞増殖及び生存を引き起こしている。よって、抗癌治
療においては一方の経路を阻害するだけでは不足で、両経路を同時に阻害することが求め
られる。 
細胞内には細胞増殖及び生存シグナルを抑制して、適切に細胞応答を調節するタンパク
質も存在する。BRAP2は Ras/Raf/MEK/ERK経路において、Raf、MEK及び ERK複合体が形成、
活性化する際の足場タンパク質として機能する、KSRの結合を阻害することにより
Ras/Raf/MEK/ERK経路の進行を阻止することが報告されている。また、PI3K/Akt経路にお
いても、BRAP2は Aktの脱リン酸化酵素である PHLPPを介して PI3K/Akt経路を阻害するこ
とが示唆されている。しかし、癌細胞において、BRAP2は Ras/Raf/MEK/ERK経路及び PI3K/Akt
経路にどのような影響を及ぼしているのかは未だ不明である。 
                研究の目的 
本研究の目的は、BRAP2が Ras/Raf/MEK/ERK 経路及び、PI3K/Akt経路に対する働きを解
明すべく、BRAP2をゲノム編集法である CRISPR/Cas9法を用いて欠損させ、癌細胞におけ
る Ras/Raf/MEK/ERK経路及び PI3K/Akt経路への関与を明らかにすることである。また、
BRAP2による抗癌アプローチへの応用利用について検討することももう一つの目的である。 
 
研究の内容 
癌細胞のモデルとして、ヒト白血病 T細胞株 Jurkatを用いた。ゲノム編集法である
CRISPR/Cas9法で BRAP2を欠損させたところ、Ras/Raf/MEK/ERK経路及び PI3K/Akt経路の
活性化が生じたこと、また Ras阻害剤、Raf 阻害剤、及び PI3K阻害剤を作用させた際に阻
害剤の Ras/Raf/MEK/ERK経路及び PI3K/Akt 経路阻害効果が減弱していることを確認した。
以上の結果から、BRAP2は癌細胞においても Ras/Raf/MEK/ERK経路及び PI3K/Akt経路を同
時に抑制する働きがあることを明らかにしている。 
 次に、BRAP2欠損株を用いて、Ras阻害剤、Raf阻害剤、及び PI3K阻害剤により誘導さ
れる細胞増殖及び生存シグナル抑制がどのように変化するか評価した。Ras阻害剤及び Raf
阻害剤により、Jurkat細胞は細胞死誘導が誘導されたが、BRAP2欠損株は細胞死誘導が抑
制されたこと、また PI3K阻害剤は細胞死を誘導せず、細胞増殖阻害を引き起こしたが、
BRAP2欠損株はその増殖阻害を解除する働きを示すことを明らかにしている。 
最後に、様々な血球系癌細胞の BRAP2発現量を評価している。その結果、種々の血球系
癌細胞は Jurkat細胞と同程度の BRAP2の発現を有することが確認されている。一方で、正
常細胞は Jurkat細胞と比べて BRAP2の発現量は低いことを明らかにしている。以上の成果
は、 
［1］ Hiroharu Sakai, Isamu Shiina, Takahisa Shinomiya, Yukitoshi Nagahara, BRAP2 
blocks the Ras-Raf-MEK and PI3K/Akt pathways, causing apoptosis and inhibiting 
cell growth in cancer cells, Experimental and Therapeutic Medicine, in press. 
としてまとめられている。 
以上、本論文において得られた重要な事実は、BRAP2は癌細胞において、Ras/Raf/MEK/ERK
経路及び PI3K/Akt経路の抑制に働いており、抗癌作用にも影響を与えることが明らかにし
たことである。さらに種々の癌細胞は正常細胞と比べ、BRAP2が高発現しており、これは
癌細胞では細胞増殖及び生存シグナルに負の影響を及ぼす BRAP2分解系の働きが抑制され
るためであるとの報告を裏付けるものである。よって、BRAP2の発現を増強する薬剤は癌
細胞でより特異的に発現誘導しやすいと考えられ、細胞傷害を示すことができると推察さ
れる。Ras/Raf/MEK/ERK経路、及び PI3K/Akt 経路は互いにクロストークし合いシグナル伝
達を誘導するため、両経路を同時に阻害しなければ、阻害効果が打ち消され、逆に
Ras/Raf/MEK/ERK経路又は PI3K/Akt経路が活性化してしまう逆説的活性化が起こってしま
う。BRAP2発現誘導を伴う、Ras/Raf/MEK/ERK経路又は PI3K/Akt経路の同時抑制は新規な
効果的抗癌アプローチにつながると考えられる。よって、本論文の価値は医学的に非常に
価値がある内容であるばかりではなく、理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（理学）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。 


BRAP2が細胞増殖・生存経路調節に及ぼす影響の解明

鵜山, 雅夫

ウヤマ, マサオ

UYAMA, Masao

Corrosion M echanism of Carbon Steel Overpack Under Several Bentonite Condition Change in Underground Space

長原, 礼宗

山本, 晋太郎

ヤマモト, シンタロウ

      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-01 
課題名（和文） 
細胞増殖シグナル阻害剤によるオートファジーを介したコレステロール代謝調節機構解
明 
課題名（英文） 
Analysis of cholesterol metabolic control mechanism with autophagy induced by cell 
proliferation signal inhibitors 
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、教授 
氏名 長原 礼宗 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学研究科、生命理工学専攻、修士課程 
氏名 山本 晋太郎 
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） 
オートファジーは、細胞内成分の消化以外に、細胞外から細胞に必要な成分を取り込み生存維持する。近年、
脂質がオートファジーによって細胞内に取り込まれることが報告された。本研究では、細胞増殖シグナル阻害
剤によりオートファジーが効果的に誘導されることから、細胞増殖シグナル阻害剤の一種である masitinib に
よりオートファジーを誘導させ、また細胞中のコレステロール量を蓄積されることを明らかにできた。 
 
 
 
研究成果の概要（英文） 
In addition to the digestion of intracellular components, autophagy takes in components from extracellular 
circumstances to maintain cell survive. In recent years, it has been reported that extracellular lipids are 
taken up into the cell by autophagy. Basically, proliferation signal inhibitors induce autophagy. Therefore, 
we elucidated whether induction of autophagy by proliferation signal inhibitors reduce extracellular 
cholesterol levels. We revealed that one of the proliferation signal inhibitor masitinib, induce autophagy 
and can promote the uptake of cholesterol into cells. 
      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 
 すべての哺乳動物細胞において、コレステロー
ルは細胞膜構成に必須となる脂質である。コレス
テロールは、細胞内で生合成、または血中に流れ
ているコレステロールを細胞内へ取り込むこと
で、細胞成分として利用される。 
細胞は血中に存在する low-density lipoprotein 
(LDL)を、細胞膜表面に存在する LDL レセプター
を介して取り込む。取り込まれた LDL は、細胞内
小器官であるリソソームと融合し、オートリソソ
ームとなった小胞内で加水分解され、遊離型コレ
ステロールになり細胞内で利用される。また、こ
の遊離型コレステロールがリソソームから小胞体
へと輸送され、小胞体で再び遊離型コレステロー
ルがエステル化されて、コレステロールエステル
となり、脂肪滴として貯蔵された後、必要な時に
脂肪滴がリソソームと融合し、遊離型コレステロ
ールに分解され利用される場合もある。この LDL
や脂肪滴と、リソソームの融合が細胞内における
コレステロール代謝、利用に重要な役割を果たし
ている。このリソソームによる、LDL や脂肪滴特
異的な認識、分解機構には「オートファジー」が
関与していることが近年になって理解されてき
た。オートファジーは栄養飢餓状態に陥った時に
外部から必要物を取り込んだり、細胞内で不必要
なタンパク質やダメージを受けた細胞小器官が生
じたりした際に、細胞内で分解し、再利用するこ
とで、細胞内の恒常性を保とうとする細胞内分解
機構の一種である。また、オートファジーは、元々
多くの抗癌剤が誘導する細胞死の一種、アポトー
シスの誘導に必要なタンパク質が多くオートファ
ジーにも関与することが明らかになってきた。こ
のことから、アポトーシスを誘導する化合物は、
オートファジーも誘導することが考えられ、人為
的にオートファジーを誘導することが可能である
と考えられる。 
2.研究の目的 
本研究の目的は、細胞増殖シグナル阻害剤によ
るオートファジーが誘導され、コレステロールが
細胞内に取り込まれるメカニズムを解明すること
で、オートファジーとコレステロール取り込みの
関係性を明らかにするとともに、オートファジー
の人為的誘導によって細胞外のコレステロール値
が減少するかどうかを解明した。 
3.研究の方法 
(1) ヒト細胞株の培養 
 本実験にはヒト肝癌細胞株 HepG2 をモデル細胞
として用いた。細胞は 10%ウシ胎児血清を含む
DMEM培地で培養し、対数増殖期の細胞を実験に供
した。 
(2) MTT法による細胞傷害性評価 
 HepG2 細胞に masitinib を一定濃度で添加し、
37℃、5% CO2下で 24 時間培養させた。測定 1 時
間前に各ウェルに MTT 試薬を添加し、1 時間反応
させることにより細胞小器官の一種であるミトコ
ンドリア中のエネルギー生産に関与する酵素、コ
ハク酸デヒドロゲナーゼ活性を、MTT のテトラゾ
リウム環の開裂に伴う紫色の呈色反応として、
570nm における吸光度を測定することにより定
量した。化合物添加サンプルの吸光度を未添加コ
ントロールサンプルの吸光度で割った活性変化率
を、細胞生存率として算出した。 
(3) ウェスタンブロッティング法によるタンパク
質の解析 
 HepG2 細胞を PBS で遠心洗浄後、タンパク質
可溶化液(50 mM HEPES, pH7.5, 10% glycerol, 
150 mM NaCl, 1% Triton X-100, 1 mM EGTA, 
1.5 mM MgCl2, 1 mM sodium orthovanadate, 
0.1% proteinase inhibitor cocktail (Sigma))を用
いてタンパク質を可溶化した。可溶液中のタンパ
ク質濃度は BCA 法を用いて測定し、各サンプル
を一定濃度のタンパク質に調整後、SDS ポリアク
リルアミドゲル電気泳動を行った後、PVDF 膜に
転写した。一次抗体としてに結合する抗体を用い
てウェスタンブロッティングを行い、化学発光法
にてタンパク質バンドを検出した。 
(4) Filipin 染色による細胞内コレステロール量
の検出 
      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                     
 
 0.01％  poly-L-lysine コートしたφ15 mm 
microscope cover glass を 12 穴プレート内で
1.0×10⁵ cells/wellに調製したHepG2細胞を一晩、
37℃、5% CO₂下で培養し、cover glass に細胞を
接着させた。masitinib を一定濃度で添加し、
37℃、5% CO2下で 24 時間培養させた。作用終了
後、PBS で 2 回洗浄し、4% paraformaldehyde で
30 min 細胞を固定した。PBS で 2 回洗浄し、
Filipin 溶液(25 µg/mL Filipin Ⅲ、10% FBS)を 1 
h、37℃で反応させ、PBS で洗浄後、共焦点顕微
鏡で観察した。 
4.研究成果 
(1)masitinibによる細胞増殖阻害 
 HepG2細胞に対するmasitinibの細胞傷害性を
MTT assay で評価した。masitinib を HepG2 細
胞に 24 h 作用させた結果、作用濃度が増加するに
従い細胞傷害率が上昇した(図 1)。 
 
図 1. masitinib による細胞傷害 
(2)masitinibによるオートファジー誘導 
masitinib による細胞増殖シグナル阻害により、
オートファジーは誘導されるのかを Western 
blotting により検討した。 
 オートファジー誘導時の指標として、LC3 のⅠ
型からⅡ型への遷移を Western blotting により評
価した。結果、25 µM の masitinib を作用させた
結果、LC3-Ⅱが時間依存的に増加した(図 2)。この
ことから、masitinib は早い段階からオートファジ
ーを誘導していることが示唆された。 
 
図 2. masitinib による LC3 の時間依存的遷移 
また、masitinib を 24 h 作用させたところ、細
胞傷害がさほど生じない 5 µM という濃度でも、
LC3-II への遷移が生じており、masitinib による
オートファジーは低濃度から生じることが明らか
になった。 
 
図 3. masitinib による LC3 の濃度依存的遷移 
(3)masitinibによる細胞内コレステロール取り込
み増加 
masitinib によるオートファジー誘導により、脂
質代謝も制御されると考えられる。そこで Filipin
染色によって masitinib の細胞内コレステロール
増加能を評価した。その結果、24 h masitinib を
作用させたところ、細胞内コレステロール量を増
加させた(図 4)。さらに masitinib がコレステロー
ル蓄積を起こす濃度を検討するため、細胞傷害性
が低い濃度での細胞内コレステロール量を
Filipin 染色で評価した。その結果、masitinib は
低濃度でも 24 h 作用で顕著に細胞内コレステロ
ール量を増加させることが明らかとなった(図 5)。 
 
図 4. masitinib による細胞内コレステロール蓄
積 
      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                     
 
 
図 5. masitinib 低濃度作用での細胞内コレステ
ロール蓄積 
(4)まとめ・今後の展望 
 本研究により、masitinib は細胞傷害が生じない
低濃度からオートファジーを誘導していることが
示唆され、またその際に細胞内でコレステロール
蓄積が生じていることが明らかになった。また、
他の細胞増殖シグナル阻害剤でも、細胞内でのコ
レステロール蓄積が生じることが示唆されるデー
タも得られている(data not shown)。このことか
ら、細胞増殖シグナル阻害剤により、オートファ
ジーが誘導され、結果としてコレステロール蓄積
も生じると考えられた。 
 近年、細胞内脂質代謝にはオートファジーも関
与することが明らかになってきた。抗動脈硬化薬
であるスタチンは、コレステロール生合成経路を
阻害することで細胞内コレステロールの生合成を
停止させる作用以外にも、オートファジーを誘導
することが報告されている。スタチンが誘導する
オートファジーは、メバロン酸経路阻害によって
不足した物質を補うためと考えられている。また、
オートファジーは本来細胞内物質の分解に関与す
る現象であるが、オートファジーは、細胞外から
の取り込みであるエンドサイトーシスにも関与す
ることが明らかになりつつある。細胞内コレステ
ロールの生合成を阻害するとともに、オートファ
ジーを効果的に誘導することで、エンドサイトー
シスも増強することができれば、LDL 受容体を通
じた細胞外コレステロールの細胞内への取り込み
を誘導することにつながる。ひいては、血中コレ
ステロール量の低下につながるため、masitinib の
ような細胞増殖シグナル阻害剤は抗動脈硬化剤と
しての応用利用にもつながると思われる。 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① 山本晋太郎, 四宮貴久, 長原礼宗. Masitinib
が誘導する ROS 関与による c-kit 非依存的細
胞死. 第 92 回日本生化学会大会 2019 年 9 月
20 日（横浜）. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Analysis of cholesterol metabolic control mechanism with autophagy induced by cell proliferation signal inhibitors

塚原, 彰彦

      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 Q20L-07 
課題名（和文） 簡易脳波計による音声想起時脳波をパターン認識可能な深層学習アルゴリズムの研究 
課題名（英文） 
A Study on Deep Learning Algorithm of Pattern Recognition for EEG during Speech 
Imagery using Simple Electroencephalograph 
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 電子工学系 助教 
氏名 塚原 彰彦 
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，ブレインマシンインターフェース（以下 BMI）に関する研究として，声に出さずに頭の中で単
語等の発話をイメージする音声想起時の脳波を BMI デバイスへ応用するために，簡易的な脳波計を用いて音
声想起時の脳波を計測し，音声想起時脳波をパターン認識可能な深層学習アルゴリズムに関する研究を行っ
た．計測した脳波より，音声想起の有無で脳波に違いが確認できたが，先行研究と同様な特徴はまだ確認でき
ておらず，簡易脳波計を用いた場合には特徴量に違いがある可能性が示唆された．また，リアルタイムなパタ
ーン認識処理のために，脳波に向いた深層学習の一つである EEGNet の専用ハードウェア化を行った． 
 
研究成果の概要（英文） 
Speech imagery (SI) is one of mental tasks of imagining utterances of words in the head without 
speaking out. We measured the EEG with using a simple EEG headset, and studied a deep learning 
algorithm for EEG with SI. From the measured EEG, we could confirm the difference in EEG depending 
on the with or without of SI. However, the same features as in the previous study have not yet been 
confirmed. Therefore, this result was suggested that there may be differences in the features when using 
a simple EEG headset. In addition, EEGNet processor was designed for realtime pattern recognition. 
      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 
ブレインマシンインターフェース（以下 BMI）
は，脳波や脳磁図等の脳の信号からヒトの状態や
意思を読み取り，電子機械装置の操作を可能にす
る技術である．その一つとして，声に出さずに頭
の中で単語等の発話をイメージする音声想起時
の脳波がある．音声想起は直感的に行えるため訓
練を必要とせず，この脳波を BMI デバイスの入
力信号として使用できれば，さらなる操作性の向
上が期待できる．これまで，音声想起時の脳波に
関して基礎的な解析を行い，音声想起の有無によ
り，左半球に位置する 9 電極の α波（8-13Hz）と
β波帯域(14-30Hz)で，有意差が認められることを
確認している． 
そこで，より簡易的な構成の脳波計を用いて，
音声想起時脳波の特徴を得ることができ，識別す
ることができれば，BMI デバイスの入力信号の選
択肢の一つとなると考えた． 
2.研究の目的 
本研究では，簡易的な脳波計を用いて音声想起
時の脳波を計測し，音声想起時脳波をパターン認
識可能な深層学習アルゴリズムについて研究を
行った．簡易脳波計によって取得した脳波データ
から，音声想起の有無などが識別可能であれば，
BMI デバイスの入力信号として使用でき，さらな
る操作性の向上が期待できる． 
3.研究の方法 
簡易な脳波計として Emotiv 社の EPOC+を使
用して，音声想起時の脳波を計測した．被験者は
成人男性 1 名に対して行った．実験の 1 試行は，
固視点画像を 1 秒間呈示，飲み物画像を 2.5 秒間
呈示，「飲みたい」場合には場合にはボタンを 1 秒
間の間に押し，再び固視点画像を 1 秒間呈示，そ
の後 2 秒間は「飲みたい」場合には，「飲みたい」
と音声想起を行い，「飲みたくない」場合には安静
とした．上記の実験を 100 試行繰り返し行い，こ
のときの脳波を計測した．音声想起有りの場合と
無い場合の脳波でそれぞれ加算平均を行い（各 30
施行），これまで特徴が得られていた言語野付近
の電極 F7の α波帯域について比較を行った． 
また，深層学習に関する研究として，音声想起
時脳波の識別に適用を考えている脳波用の深層
学習である EEGNet に着目し，リアルタイム処理
のためのハードウェア化に関する検討を行った． 
4.研究成果 
簡易脳波計にて計測した音声想起時の脳波(電
極 F7)を図 1 に示す．簡易脳波計で取得した音声
想起時脳波は，音声想起の有無で α波帯域の振幅
に違いがみられた．しかしながら，これまでに得
られた明確な特徴はまだ確認できていない．この
結果より，簡易脳波計を用いた場合の特徴量には
違いがある可能性が示唆された．今後，被験者を
増やし，簡易脳波計を用いた場合の特徴を明確に
する必要がある． 
また，EEGNet の処理を実行する基本的な構成
のハードウェア化が完了した．今後，学習用の脳
波データを拡充して EEGNet へ適用し，音声想起
の有無等の識別に関する検討を行うと共に，設計
したハードウェアに適用し，リアルタイム処理可
能な BMI デバイスの研究につなげていく． 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① A. Tsukahara, Y. Anzai, K. Tanaka, A. 
Homma, and Y. Uchikawa, “A Design and 
Trial Production of EEGNet based EEG 
Pattern Recognition Processor using 
FPGA ” , Proceedings of 8th IEEE R10 
Humanitarian Technology Conference, p. 
20, 2020 年 12 月 
 
図 1. 簡易脳波計を用いて計測した F7の脳波 
-2.5
-1.5
-0.5
0.5
1.5
2.5
-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Vo
lta
ge
 [μ
V
]
Time [s]
With speech imagery
Without speech imagery


A Study on Deep Learning Algorithm of Pattern Recognition for EEG during Speech Imagery using Simple Electroencephalograph

池田, 雄介

      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 Q20J-04 
課題名（和文） 少数マイクロホンを用いた空間的に連続な局所音場インパルス応答の推定 
課題名（英文） 
Estimation of spatially-continuous room impulse response in local sound field with 
small number of microphones 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
情報メディア学科，准教授 
氏名 池田雄介 
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，等価音源と虚像法を用いた局所領域の室内インパルス応答の推定手法を提案した。少数のマイク
ロホンからその周囲の局所領域も含めた室内インパルス応答を，音源と虚像を取り囲むように配置した等価
音源を用いたスパース表現を用いることで，空間的に連続な室内インパルス応答のモデル化が可能となる。無
響室において２．５次元条件で壁面３面を設置して初期室なインパルス応答について測定実験を実施した結
果，マイクロホンアレイの外側の領域に対して，0.5 Hz〜8kHz 帯域で，従来法である平面波分解法と比べて
6 dB 程度の推定精度の改善が見られた。 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, we proposed a method for estimating the room impulse response (RIR) in a local region using 
the equivalent source and image source method. By using the sparse representation of the RIRs from a 
small number of microphones, we obtain the model of the spatially continuous room impulse responses. In 
the experiments, we estimated the early RIRs from the measured signals in an anechoic chamber with 
three wall surfaces under 2.5-dimensional conditions. The results showed that the estimation accuracies 
of the impulse responses in the region outside the microphone array was improved by about 6 dB in the 
0.5 Hz to 8 kHz band compared with the plane-wave decomposition method. 
      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 
音の伝搬特性を知る上で室内インパルス応答計
測は，最も重要な計測のひとつであり，音響分野
で多くの応用がなされてきた。特に，可視化や音
場制御など音の空間的な伝搬の詳細が重要とな
る場合，インパルス応答を複数点で計測する必要
がある。しかし，多点のインパルス応答を計測す
ることは大規模なマイクロホンアレイが必要な
ど，容易ではない。近年，動的インパルス応答計
測や，音の時間的なスパース性に基づいたインパ
ルス応答推定など，インパルス応答の空間補間・
推定を目的として盛んに研究されているが，精度
が十分でなく実用化に至っていない。また，計測
の容易さからマイクロンは一箇所に局在させ，そ
の外側の領域を外挿できることがより有用であ
る。 
2.研究の目的 
本研究では，固定された近接する少数のマイクロ
ホンへのインパルス応答から，マイクロホン周囲
の局所領域に対して，空間的に連続なインパルス
応答をモデル化する手法の提案を行う。モデル化
に等価音源を用いることで，波動方程式を満たす
モデル化が可能となり，事前情報として，部屋の
形状を用いた虚像情報を用いることで，壁面ごと
の反射の分離を可能にする。シミュレーション実
験と音響反射板を用いた無響室実験によって，従
来手法である平面波分解法と比較して，提案手法
の有効性を明らかにする。 
3.研究の方法 
計測された少数の伝達関数を手がかりとして，音
源および虚像の周辺に置かれた等価音源を基底
としたスパース表現を用いることで，波動方程式
に基づいたモデル化を行う。マイクロホンアレイ
は，比較的構築が容易な十字もしくは平面の形状
のマイクロホンアレイを想定した。また，２次ま
での初期インパルス応答をモデル化の対象とし
た場合と，後期の反射音を含めたインパルス応答
のモデル化を実施した。前者については，シミュ
レーション実験と実測実験を行い提案手法の評
価を行い，後者については，シミュレーション実
験により，後期反射音に対して等価音源を用いた
場合と平面波分解法を用いた場合，また，初期反
射音と後期反射音のモデル化を同時に行う場合
と個別に行う場合について比較検討を行った。 
4.研究成果 
 無響室において音響反射板を３面用いた２．５
次元条件の実測実験を行った結果，平面分解法を
用いた場合と比べて，提案手法によって 0.5 〜8 
kHz 帯域において約 6 dB の改善が見られた。ま
た，マイクロホンから離れるにつれ精度が低下す
る傾向があり，特に音源の向きに対して垂直な方
向への精度の低下が著しかった。これは音源の指
向性のモデル化の精度が充分ではないことが原
因と考えられる。 
 シミュレーション実験の結果から，後期反射音
について，手法による大きな違いが見られなかっ
た。しかし，反射音ごとの分解という観点からは，
初期反射音と後期反射音を個別にモデル化し，初
期反射音については，等価音源を用いることで，
壁面ごとの反射音に分解可能であることが明ら
かとなった。 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
① Izumi Tsunokuni, Kakeru Kurokawa, 
Haruka Matsuhashi, Yusuke Ikeda, 
Naotoshi Osaka, “Spatial extrapolation of 
early room impulse responses in local area 
using sparse equivalent sources and image 
source method,” Applied Acoustics, Vol. 
179, 108027 (2021.8)査読あり。 
〔学会発表〕（計 3 件） 
① Izumi Tsunokuni, Haruka Matsuhashi, 
Yusuke Ikeda, Naotoshi Osaka, 
“Extrapolation of Spatial Transfer 
Functions for Primary Reflections with 
Equivalent Sources,” Proc. of 2020 IEEE 
      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                     
 
9th Global Conference on Consumer 
Electronics (GCCE 2020), pp.19-23, 
2020.10,kobe. 
他 ２件 


Estimation of spatially-continuous room impulse response in local sound field with small number of microphones

朝川, 剛

山川, 誠

ヤマカワ, マコト

小早川, 裕太

コバヤカワ, ユウタ

下瀬, 誠希

シモセ, マサキ

深澤, 協三

フカザワ, キョウゾウ

      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-05  
課題名（和文） 初期剛性付与型変位制御型ブレースの簡易モデルでの効果測定および接合部検証実験 
課題名（英文） 
Measurement of effect on simple model of displacement-restraint steel bar brace with 
initial stiffness and verification test of joint connection 
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建築学科 准教授 
氏名 朝川 剛 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京理科大学工学部建築学科 教授 
氏名 山川 誠 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院未来科学研究科建築学専攻 元大学院生（現合田工務店） 
氏名 小早川 裕太 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院未来科学研究科建築学専攻 大学院生（修士課程一年） 
氏名 下瀬 誠希 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学未来科学部建築学科 客員教授 
氏名 深澤 協三 
 
研究成果の概要（和文） 
鉄骨造の中高層建築物において、大地震時など大きな層間変形が生じた場合に層剛性が付与される変位制
御型ブレースが提案されている。その端部にプレストレスを与えた皿ばねを設けることにより初期剛性を付
与し、その初期剛性とブレースが完全に作用する初期変位をパラメータとすることで地震時の応答制御と残
留変形の抑制ができることを示した。また、準静的載荷試験によるブレース端部の挙動と衝撃荷重が作用しな
いことを示し、さらに終局載荷試験により PC 鋼棒ブレースが破断に至るまでの挙動と端部の設計の妥当性に
ついて確認を行った。 
 
研究成果の概要（英文） 
Displacement Restraint PC steel bar Brace (DRB) has been proposed, which gives story shear stiffness to 
steel-framed buildings when large story deformation occurs during a large earthquake. The results of 
numerical response analyses show that the DRB with initial stiffness using disc springs prestressed at 
the end of DRB can effectively reduce not only the maximum story deformation but also the concentration 
of deformations and the residual deformations into local stories. In addition, quasi-static loading tests and 
ultimate strength loading tests clarify the behavior of the brace end and show that the impact force at the 
end of DRB is sufficiently small when the DRB come into contact from a separated state. 
      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 
鉄骨構造の中高層建築物等において、地震時に
梁降伏型の全体崩壊メカニズムを生じさせる設
計が一般に行われているが、現行の法体系の想定
を超える地震力が作用した場合に、特定層への変
形集中が生じる危険性があるため、構造物の降伏
後剛性の必要性が指摘されている。降伏後剛性を
確保するためには、大変形時にも十分な剛性を有
する弾性（心棒）要素が有効であり、連層 PC 鋼
棒ブレース（弾性（心棒）要素）を有する制振構
造物（履歴型および粘弾性型のダンパーを有す
る）においてもその効果は実証されている。また、
この連層 PC 鋼棒ブレースは、弾性（心棒）要素
として微小変形から効果を発揮するため、大地震
後の残留変形を抑制する効果も有している。 
一方、この連層 PC 鋼棒ブレースは、想定を超
える地震力が作用した場合の大変形時に、降伏す 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
る可能性がある。そこで、より大きな変形に対し
て弾性剛性を確保するために、ワイヤブレース構
造や図 1～3 に示す PC 鋼棒ブレース端部に初期
変位を設けた変位制御型 PC 鋼棒ブレース（DRB: 
Displacement Restraint PC steel bar Brace）が
提案され、制振構造と組み合わせることにより、
想定される大地震に対して高い性能を有するば
かりでなく想定を超える地震力が作用した場合
に冗長性を有することも示されている。ただし、
これらは初期剛性を有しないため、大地震後の残
留変形を抑制する効果はなく、大地震後の復旧性
に課題を残している。 
2.研究の目的 
図 4 に示すように皿ばねを DRB 端部に設け、
プリテンションを導入した状態を初期状態とす
ることにより、図 5 に示す初期剛性を有しかつ想
定を超える地震力が作用した大変形時において 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PC 鋼棒等 
ブレース 
プレート離間 
層間変形角 1/100 1/50 
通常構造物の 
復元力特性 
  
大変形弾性要素（変位制御型ブレー
ス）による降伏後剛性の制御 
層せん断力 
初期弛緩量(初期状態) 
図 1 変位制御型 PC 鋼棒ブレース     図 2 変形状態         図 3 層の復元力特性 
離間時              接触開始時        プレストレス時     皿ばね完全圧縮時 
図 4 皿ばねを用いた PC 鋼棒等のブレース端部 
図 5 初期剛性付与型変位制御ブレースの履歴 
 
      Annual Report 
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総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
高い弾性剛性を確保するシステムを設定するこ
とができる。 
本研究では、本システムの実用化に向け、地震
時などの大変形時に端部に生じる可能性がある
衝撃力とブレース端部の挙動を確認することを
第一の目的とし、次にこのシステムにおいて初期
剛性を付与することの有用性を解析的に示すこ
とを第二の目的とする。 
これらの成果により初期剛性付与型 DRB によ
る新たな制振構造の可能性を示すことができ、実
務上も有用な学術的基盤を形成することを本研
究の目標とする。 
3.研究の方法 
第一の目的のため、変位制御型 PC 鋼棒ブレー
スの地震時の挙動（端部の衝撃力など）を確認す
るための準静的載荷試験と終局段階の挙動を確
認する終局載荷試験を実施する。 
第二の目的のため、簡易な多層モデルおける時
刻歴応答解析を通じて、DRB の初期変位と初期剛
性を変数とするパラメータスタディを行い、最大
層間変形角、特定層への損傷の集中の程度を示す
変動係数、各質点の応答加速度、全体および特定
損傷層のエネルギー吸収量を比較検討する。 
4.研究成果 
(1)準静的載荷試験 
①試験体 
DRB の地震時を想定した端部挙動の確認およ
び PC 鋼棒端部に生じる衝撃荷重を確認するた
め、実物大の 1/3 の大きさ（PC 鋼棒直径および水
平方向と高さ方向の寸法）になるように設計した 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 6 に示す試験体を用いて実験を行う。 
柱と梁は H-200×200×8×12（SM400）とし、端
部のガセットプレートとリブプレート（SM490A）
を介してブレースとなる直径 9mm の PC 鋼棒
（SBPR1080/1230） 4 本を前後および上下に設置
している。ガセットプレートとリブプレートは、
PC 鋼棒が終局耐力（σu = 1230N/mm2）に達した
時、弾性範囲に留まるように設計する。ガセット
プレートの厚さは 12mm、リブプレートの厚さは
中央が 12mm、両側は 9mm とする。 
②実験方法 
測定箇所は、水平変位およびブレース方向の
PC 鋼棒軸変位（下部エンドプレート端部から上
部エンドプレート端部までの変位），上下 2 本の
鋼棒に生じるひずみ（鋼棒の上部、中央、下部の
平均値を結果に示す）をそれぞれ測定する。sin 波
を用いて 3 サイクルの加振を行い、ブレースの端
部に皿ばねを設け、衝撃荷重を確認する。また、
皿ばねにはブレースが接触しない状態において
孔径とブレース軸径の差による乱れを防ぐため
に皿ばねガイドを設けている。図 7 に DRB 端部
詳細を示し、下部エンドプレート端部のブレース
下部にのみ設ける離間距離寸法 ueを記す。また、
アクチュエータの性能は最大荷重が 30kN、最大
変位が 100mm、最大速度が 15cm/s 以内に制限さ
れ、その制限内となるように準静的載荷試験を行
う。離間距離寸法 ue は 0mm（初期変位なし）と
層間変形角がある値に達した時にブレースが作
用するように想定し、3.9mm（1/200）、5.2mm
（1/150）、7.8mm（1/100）の 4 ケースを設定し
た。 
表 1 に実験ケース、図 8 に皿ばねの組合せを 
図 6 試験体 
 
皿ばねあり             皿ばねなし 
図 7 実験における DRB 端部詳細 
 
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表 1 実験ケース 
 Gap of end plate ue 
 or initial displacement u0 
With or without 
 disc springs 
Case1 ue = u0 = 0mm，3.9mm， 5.2mm，7.8mm Without disc springs 
Case2 ue = 0mm，3.9mm， 5.2mm，7.8mm Combination 1*
1 
Case3 ue = 0mm，3.9mm， 5.2mm，7.8mm Combination 2*
1 
Case4 ue = 0mm，3.9mm， 5.2mm，7.8mm Combination 3*
1 
Case5 u0 = h1 Combination 1*1, 2 
Case6 u0 = h1 Combination 2*1, 2 
Case7 u0 = h1 Combination 3*1, 2 
*1: 図 8 に示す皿ばねの組合せ 
*2: 図 4 に示す PC 鋼棒両端の皿ばねにプレストレス導入 
 
 
 
 
 
示す。皿ばねは、所定の枚数を直列または並列に
組み合わせることで、初期剛性を調整することが
できる。DRB（初期剛性無）となる皿ばねを設け
ない場合は ue = u0となり、皿ばねを設ける場合は
離間距離寸法 ue を設けた Case2~4（皿ばねはブ
レース下端部 4 箇所）とプレストレスを加えた
DRB（初期剛性有）となる Case5~7（皿ばねはブ
レース上下端部 8 箇所）の実験を行う。Case2~4
は、端部の衝撃荷重の緩和を確認するために行
い、ブレース剛性 K1 となる変位を初期変位 u0と
すると、ue = u0 − h1の関係が成立する。 
③結果および考察 
図 9、11 に PC 鋼棒に生じるひずみの時刻歴を
示す。図 9 では、上下 2 つの鋼棒のひずみ（軸力）
が異なる結果となり、特に初期変位があり端部に
皿ばねがないものにおいて軸力差が顕著になっ
ている。鋼棒にかかる軸力が不均等になるのは，
試験体による円運動（図 6）により変形を加えた
際に上下鋼棒間で斜めに移動する距離が違うた
め、プレートが接触する時間差が生じることが主
な原因であると考えるが、実験の層間変形への追
従においてもこのような軸力の不均等は生じる 
 
 
 
 
 
 
可能性がある。また、図 11 より，皿ばねにプレス
トレスを加えた場合は、上下 2 つの鋼棒のひずみ
（軸力）の誤差が他のケースに比べ小さいことが
確認できた。これは、円運動で生じる変位差によ
る軸力の差が、初期剛性があることにより小さく
なるためだと考える。 
0
5
10
15
20
25
30
-15 -10 -5 0 5 10 15
A
ct
ua
to
r 
lo
ad
 (k
N
)
Displacement (mm)
Axial displacement Horizontal displacement
Calculated value Calculated value
-5
0
5
10
15
20
25
30
-15 -10 -5 0 5 10
A
ct
ua
to
r 
lo
ad
 (k
N
)
Displacement (mm)
Axial displacement Horizontal displacement
Calculated value Calculated value
0
200
400
600
800
0 1 2 3 4 5 6
St
ra
in
 (μ
)
Time (s)
Upper PC steel bar Lower PC steel bar
0
500
1000
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
St
ra
in
 (μ
)
Time (s)
Upper PC steel bar Lower PC steel bar
0
500
1000
1500
0 1 2 3 4 5 6
St
ra
in
 (μ
)
Time (s)
Upper PC steel bar Lower PC steel bar
図 9 PC 鋼棒の歪（Case1, u0 = 5.2mm） 
 
図 10 図 9 における接触時の拡大図 
 
図 11  PC 鋼棒の歪（Case5） 
 
図 12 アクチュエータ荷重－変形関係 
（Case1, u0 = 5.2mm） 
図 13 アクチュエータ荷重－変形関係（Case5） 
図 8 皿ばねの組合せ 
 
      Annual Report 
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総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
 図 10 に最初に接触した時の拡大図を示す。下
端部によるプレート接触時の衝撃による歪の急
変は、皿ばねがない場合でも確認されなかった。 
図 12 に DRB（初期剛性無）、図 13 に DRB（初
期剛性有）の PC 鋼棒軸変位と水平方向変位の履
歴を示す。概ね計算した通りの履歴特性を確認で
きる。 
(2)終局載荷試験 
 準静的載荷試験と同じ試験体を用いた終局載荷
試験では、図 14 に示す履歴特性が得られた。1 度
目の引張側への載荷（水平荷重 182kN で除荷）に
おいて荷重-変位の関係の線形性が緩やかに失わ
れ残留変形が生じることが確認された。しかし、
2 回目の引張側への載荷において水平荷重
207.8kN、層間変位 23.55mm（層間変形角約 1/50 相
当）の際に鋼棒 3，4 の上側ネジ部（端部プレート
付近）が破断する結果となった。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(3)時刻歴応答解析による検証 
9 質点の等価せん断型モデルによる時刻歴応答
解析を実施した。BCJ-L2 において地震波倍率
1.0、bK1  = 0.3fK1の時の結果を比較する。ここで
は、δ0 = H/200 に固定し初期剛性 bK0の違いによ
る傾向を確認する。 
図 15 に各層の最大層間変形角を示す。DRB（初
期剛性有）は、低層階の変形を抑えることができ
る。図 16 に最大層間変形角と変動係数の相関関
係を示す。最大層間変形角が一番抑えられるの
は，bK0 = 0.5bK1 の時で、各層の層間変形角の変
動係数も最も小さく、変形と変形集中を抑制でき
ている。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 2 件） 
① 小早川裕太，朝川剛，深澤協三，宮津裕次，
山川誠：準静的載荷試験による変位制御型
PC 鋼棒ブレースの端部挙動に関する研究，
日本建築学会大会学術講演梗概集，構造-III，
pp. 1035-1036，2020. 9.査読なし. 
② 下瀬誠希，朝川剛，深澤協三，小早川裕太，
宮津裕次，山川誠：変位制御型 PC 鋼棒ブレ
ースの終局耐力載荷実験，日本建築学会大会
学術講演梗概集，2021. 9，2021. 4 投稿.査読
なし. 
③ 朝川剛，小早川裕太，宮津裕次，深澤協三，
山川誠：皿ばねを用いた初期剛性を有する変
位制御型ブレースの応答制御，日本建築学会
構造系論文集，2021. 3 投稿（査読中：参考） 
〔学会発表〕（計 2 件） 
上記①は 2020 年 9 月日本建築学会大会にて発表
予定であったが中止され、上記②は 2021 年 9 月
日本建築学会大会にて発表予定。 
図 14 終局載荷試験における履歴特性 
図 15  最大層間変形角 
（BCJ-L2×1.0, bK1 = 0.3fK1, δ0 = H/200） 
図 16  最大層間変形角変動係数 
（BCJ-L2×1.0, bK1 = 0.3fK1, δ0 = H/200） 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.0050 0.0075 0.0100 0.0125
St
or
y
Interstory drift angle (rad)
Conventional brace DRB, bK₀ = 0
DRB, bK₀ = 0.3bK₁ DRB, bK₀ = 0.5bK₁
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0.009 0.010 0.011 0.012
C
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Maximum interstory drift angle (rad)
Conventional brace DRB, bK₀ = 0
DRB, bK₀ = 0.3bK₁ DRB, bK₀ = 0.5bK₁


Measurement of effect on simple model of displacement-restraint steel bar brace with initial stiffness and verification test of joint connection

古谷, 涼秋

      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-01 
課題名（和文） 半径方向に定量シアした干渉計 
課題名（英文） Shearing Interferometer with constant radial distance 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部・先端機械工学科・教授 
氏名 古谷 涼秋 
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） 
円錐平凸レンズと円錐平凹レンズを組み合わせ，物体表面からの反射光を半径方向に定量シアした干渉計を提
案した．円錐平凸レンズ及び円錐平凹レンズを作成し，物体表面からの反射光の干渉縞を観測した． 
観測した干渉縞が理論的な干渉縞と異なるため，円錐レンズの位置決め誤差，姿勢誤差が干渉縞に与える影響
を調べ，姿勢誤差の影響が大きいことが分かった． 
 
 
研究成果の概要（英文） 
The radial constant shearing interferometer was proposed using a pair of axial flat-concave and flat-convex 
lenses. The axial flat-concave and flat-convex lenses were manufactured and the fringe pattern of 
interferometer of reflective light from the surface of measured object. As the observed fringe pattern was 
different from the theoretical fringe pattern, it was investigated how the location and orientation of the 
axial conical lenses affected the fringe pattern. As a result, the orientation of axial conical lenses affected 
the fringe pattern dramatically. 
 
 
 
      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 
精密加工技術の進展により，測定機器の性能に匹敵
する高精度加工が可能となり，測定機器にはさらに
高精度の形状を測定することが要求されるようにな
った．高精度に測定するためには，測定と同等以上
に高精度な基準を用意する必要がある．そこで，高
精度な基準を用いない方法として自体検査法があ
る．これまでに，フィゾー干渉計に３枚合わせを適
用した方法が提案されているが，複数回の測定が必
要である． 
 
2.研究の目的 
 物体表面の形状を高精度に測定するために，円錐
レンズを用いた，半径方向に定量シアした干渉計を
構成することを第１の目的とする． 
 定量シアした干渉計から得られた干渉縞は，物体
表面形状の半径方向の微分となっているので，干渉
縞を積分し，物体表面形状を再構成することを第２
の目的とする． 
 
3.研究の方法 
 円錐平凸レンズと円錐平凹レンズを図１のように
直列に配置し，半径方向に定量シアした干渉縞を得
る． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図２に半径方向に定量シアする原理を示す．２個の
アキシコンレンズを光が通るときの光路差∆L は， 
∆L = 2d𝑛𝑛2𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃2 
と表すことができる． 
 また，この時半径方向のシア量∆r は， 
∆r = 2d𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃1 tan𝜃𝜃2 
と表すことができる． 
 これらの式からわかるように，円錐レンズ間の距
離，入射光の方向，屈折率が決まると，光路差及び
シア量が一定となるため干渉縞は観測されない． 
4.研究成果 
図１の光学系を作成し，測定対象からの反射光を
観測した結果を図３に示す． 
測定対象が一定の傾斜をもった平面の場合，理論的
には，円錐の中心からの放射線状に広がる干渉縞と
なる．しかし，今回得られた干渉縞は一定の傾きを
もついくつかの縞が重なった状態となっている． 
この原因を調べるために，円錐レンズの位置，姿勢，
入射光の方向を変えてシミュレーションを行った． 
その結果，円錐レンズの姿勢の調節が不十分である
ことが分かった． 
5.主な発表論文等 
なし 
 
 
図１ 半径方向に定量シアした干渉計の構成図 
 
 
 
 
 
 
 
図２ 定量シアする原理 
 
 
 
 
図３ 得られた干渉縞 


Shearing Interferometer with constant radial distance

矢口, 俊之

本間, 章彦

ホンマ, アキヒコ

荒船, 龍彦

アラフネ, タツヒコ

大越, 康晴

オオゴエ, ヤスハル

      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-03 
課題名（和文） 
水溶性二相系（Aqueous Two phase System)を用いた細胞組織の部品化と組み立てによ
る臓器構築法の基礎技術開発に関する研究 
課題名（英文） Fundamental study of a tissue construction method using aqueous two phase system. 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部電子工学系 准教授 
氏名 矢口俊之 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部電子工学系 教授 
氏名 本間章彦 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部電子工学系 教授 
氏名 荒船龍彦 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部電子工学系 准教授 
氏名 大越康晴 
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 ATPS 液中で浮遊培養を行うことによって球状の細胞塊を形成し，それをブロックのように組
合せ，繊維性 Scaffold で構築した臓器形状の“鋳型”を用いて毛細血管網を含んだ臓器構築のための基板技
術開発を目指した．本年度は，浮遊培養を行うためのポンプの流量制御について，実際の細胞を用いる前段階
として樹脂製のビーズを用いて浮遊条件に関する基礎検討を行い，理論値との比較を行った．そして本技術を
デモンストレーションするためのモックアップの製作をした． 
 
研究成果の概要（英文） 
The purpose of this study is to develop a culturing system of droplets of mammalian cell suspensions using 
an aqueous two-phase system (ATPS) comprised of dextran and polyethylene glycol. Droplets of cell 
suspension to include different types of mammalian cells are suspended and maintained in a culture 
medium composed by ATPS in a developed flow chamber system. The usefulness of these capabilities is a 
generating a small pieces of tissue containing different type of cells. A demonstrative prototype system 
was developed. 
 
      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 
再生医療は急速に発展しつつあり，社会的にも実
用化の期待が高まっている．細胞を組織構築する
技術は三次元的にプリントする技術，細胞シート
を積層する技術等，数多く報告されているが，一
般にイメージする心臓や肺などの大きな臓器の
再生構築には決定的な方法は未だ開発されてい
ない．そこで本研究では，複数種類の細胞をそれ
ぞれに適したサイズの部品として構築し，その部
品をブロックのように組み立てることにより，こ
れまで以上に大きな質量の細胞組織構築を目指
す技術開発を提案する．このコンセプト自体は目
新しいものではないが，その基盤技術としてこれ
までに我々が提案してきた水性二相系溶液
（Aqueous Two Phase System, ATPS）法と細胞
足場である高分子繊維性Scaffoldの構築技術を複
合的に応用し，実現可能性を検討する． 
  ATPS 法はどのバイオ系研究室にもあるピペッ
トで簡便に実施できる細胞や細菌の新たなパタ
ーニング法（Yaguchi, Takayama et al., PLOS 
ONE,2013 他）であり，培養液等の水性溶媒に，
ある特定の組み合わせで溶質（例．ポリエチレン
グリコール（PEG）とデキストラン（DEX））を
溶解させると，水と油が分離するように二つの相
（層）に分離した液体が得られる（図 1）． 
 
  
これまでは平面に対する 2次元パターニングに
用いられてきた ATPS を，その特性を活かした 3
次元浮遊培養へ応用し，細胞凝集塊の作成とその
実用化を検討した（特願 2019-191368）． 
 
2.研究の目的 
 本発明は，様々な種類の接着性細胞を，より短
時間で，大きなサイズにすることを可能とする技
術である．以下，課題ごとに説明する． 
(1)高速化：一般的に細胞培養は日単位で時間を
要する．類似技術でも数日を要している．一方で
本発明では数時間で同程度以上のサイズの細胞
凝集塊形成の可能性がある．これにより，創薬分
野や再生医療分野での研究サイクルの高速化が
期待できる． 
(2)大型化：微小な臓器モデルであるオルガノイ
ドが創薬や再生医療分野で重要な働きをすると
期待されている．本発明により，大きなサイズの
細胞凝集塊を組み合わせ，大型のオルガノイドの
形成が可能となれば，さらに生体の臓器に近い機
能を備えたものが形成可能となることが期待さ
れる． 
(3)汎用化：本発明の対象とする細胞は，接着性細
胞のほとんどに適用可能であると考えられ，従来
法以上に広い細胞種での細胞凝集塊と，さらなる
長期培養によってオルガノイドの形成が期待で
きる． 
 
3.研究の方法 
 本申請では，高い再現性で，より短時間で，よ
り大きなサイズに広範な細胞種類での細胞凝集
塊を自動形成するシステムを試作し，二層培養液
の調整条件や細胞懸濁濃度等の最適化を検討し，
最終的なシステムの製品化を目指す．また，本発
明を展示会などでアピールするためのモックア
ップを制作し，企業との提携を模索する． 
 本発明の出願から現在に至るまで，液滴を浮遊
させるための循環流量の調節は手動でのポンプ
操作で行っており，それによって培養時間は数時
間程度が限界となっている．また，装置全体のセ
ットアップも熟練を要する部分が多数あるため，
製品化のためには誰もが簡便に扱えるシステム
化が必要であり，本申請期間にはそのためのプロ
トタイプを試作する．また，同時に各種条件，特
図 1 ピペットによる ATPS パターニングの模式図
（左）と実際（右） 
      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                     
 
に二相培養液を構成する PEG，DEXの分子量や，液
滴浮遊部分のチューブ形状なども検討し，再現性
向上，時間効率化などを検討し，システムとあわ
せての製品化を目指す． 
 また，技術説明の際に，試作機による見える化
は説得力があり，非常に有効であるため，展示会
などへの可搬性を考慮したモックアップを製作
する（下図）．モックアップは，「液体の力で液滴
を浮遊させる」という点のみをデモンストレーシ
ョンすればよいと考えるので，その部分だけ抜粋
し，スケールアップしたものとする． 
 
 
 
 
 
 
 
 
     図 2 ATPS浮遊培養の原理 
 これらによって，企業との連携を早期に実現
し，本支援制度の終了後には企業と共同での実用
化を検証し，まずは理化学機器としての製品化を
目指してゆくことを目指す． 
 
4.研究成果 
流体力学的な理論値計算に基づき，展示用のデ
モンストレーション機を試作した（図 3）．流体回
路内を水で満たし，ローラーポンプを中央部分に
備え，内径 4mm の浮遊培養パイプに対して反重
力方向に流れを与え，パイプ内部に直径 3.18mm 
図 3 デモンストレーション機 
のナイロン球（比重 1.14 g/cm3）を浮遊させた．
今後はこのデモ機をベースに改良を施し，パイプ
内に浮遊する細胞懸濁液滴を模したナイロン球
をデジタルカメラで撮影し，その画像解析によっ
てポンプ流量を自動制御するシステムを開発す
る予定である． 
 
5.主な発表論文等 
〔学会等発表〕（計 3 件） 
① 矢口俊之, 水溶性二相系を用いた接着細胞の
浮遊培養による細胞組織生成装置,第 20 回日
本再生医療学会総会第 3 回再生医療産学連携
テクノオークション，オンライン開催，2021
年 3 月 12 日 
② 矢口俊之, 水性二相系を用いた細胞凝集塊の
形成システム,BioJapan2020，パシフィコ横
浜，2020 年 10 月 14～16 日 
③ 矢口俊之, 水溶性二相系を用いた細胞組織生
成装置,Medtech Japan，東京ビッグサイト，
2021 年 4 月 14～16 日 
 
〔図書〕（計 1 件） 
① 矢口俊之，井上聡，水性二相系培養液を用
いた細胞組織構築法，月刊バイオインダス
トリー，37 巻 7 号，PP. 41-49，2020. 
 


Fundamental study of a tissue construction method using aqueous two phase system.

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