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

今野, 紀子

コンノ, ノリコ

KONNO, Noriko

Methods and Issues of Education Consultation in Teacher Training -Through the remote class-

張, 建

ZHANG, Jian

Education Policy on Academic Achievement in East Asia -With a focus on "changes in academic perceptions" and "academic disparity "-

陶山, 健仁

      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 Q18J-01 
課題名（和文） 円形マイクロホンアレーによる全方位話者追尾 
課題名（英文） Omnidirectional Talker Tracking Using Circular Microphone Array 
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 陶山 健仁 
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，円形マイクロホンアレーによる全方位複数話者追尾について検討する．検討手法では，2 マイク
ロホンペアごとに話者方向を推定する．その際前後の不確定性が生じるため，前後を考慮した推定候補を算出
し，それらの結果のヒストグラムを作成する．真の話者方向に対応する結果がマイクロホンペアによらず同じ
方向であるのに対し，誤った推定結果はマイクロホンペアごとに異なるため，ヒストグラムを作成した場合，
真の方向にのみピークが生じる．その結果，真の方向のみが検出可能となる．提案手法では，離散時間フーリ
エ変換のフレームごとのヒストグラムを逐次更新し，移動話者方向に追従した． 
 
研究成果の概要（英文） 
In this research, the omnidirectional multiple talkers tracking method using a circular microphone array 
is studied. In the method, a direction of talker is estimated every two microphones. Because an uncertanity 
between a front and a back is involved in the estimation result, the estimation result candidates are 
calculated in consideration with the front and the back. Then, a histogram is made from those results. 
Then, just a true direction is emphasized and can be detected. Moreover, the histogram is updated for 
tracking the moving talker. As a result, the tracking succeeded. 
 
      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 
マイクロホンアレーは複数のマイクロホンを
並べた収音系であり，マイクロホンの位置の違い
を利用した空間信号処理によって選択的受音が
可能である．この技術は，実用化段階に突入した
ハンズフリー通話や，開発が激化している IoT 機
器に対する音声指令機能実現のための雑音除去
または音声分離技術の実現に重要な役割を担っ
ている．このような技術を用いるにあたり，話者
は静止状態ではなく，時々刻々と位置を変動する
と考えるほうが自然である．特に，遠隔会議やロ
ボットとの対話システムにおいては，複数の話者
が装置を取り囲むように存在し，同時に発話する
場合が容易に想定できる．そのため，複数話者追
尾は重要な要素技術である． 
2.研究の目的 
実用性の高い話者追尾システムには装置の小
型化が必須であるが，空間解像度低下による検出
精度の劣化が問題となる．したがって，空間解像
度の低下を補償する手法の開発を目的の一つと
する．さらに，全方位話者追尾の場合，話者方向
の定義域の境界で不連続となるため，不連続点前
後で異なる話者と判断される場合があるが，その
ような状況でも両者を同一話者方向とみなし，連
続的に追尾する手法の開発も目的である． 
3.研究の方法 
図 1 に提案法の流れを示す．提案法は以下のよ
うな流れで処理を行う． 
(1) マイクロホンアレーの受音信号を離散時間
フーリエ変換により「時間―周波数」領域に
変換する．その際，時間フレームをt，周波数
インデックスをkで表す． 
(2) 各(t, k)において，マイクロホンペアごとの相
関行列を計算する． 
(3) 各 (t, k) において Root-MUSIC (MUltiple 
SIgnal Classification)を用いて，音源方向推
定値を求める． 
(4) 前後の不確定性を考慮した音源方向推定候
補を算出する． 
 
図１：提案法の流れ 
(5) 高周波利用による高解像度化の副産物とし
て生じる空間エイリアシングを考慮した音
源方向推定結果を算出する． 
(6) tごとに全ての音源方向推定結果のヒストグ
ラムを算出する．これはフレームtの瞬時ヒス
トグラムを与える． 
(7) 瞬時ヒストグラムを重みwtで更新する逐次
更新ヒストグラムを算出する． 
(8) t ごとに逐次更新ヒストグラムに混合
wrapped コーシー分布をあてはめ，ピーク方
向を推定音源方向とする． 
      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 
図 2 に逐次更新ヒストグラムの例を示す．図 2
では true direction で示した 2 方向に音源が存在
している．この結果は，2 マイクロホンによる推
定結果であり，2 マイクロホンで 2 音源を分離・
検出していることが確認できる．さらに，2 マイ
クロホンであるにも関わらず，高解像度のヒスト
グラムが得られている．これは，高周波利用によ
る成果である． 
 
図 2：逐次更新ヒストグラムの例 
 
 図 3 に提案法による音源追尾結果の一例を示
す．追尾結果より，2 話者同時発話時であっても
各音源を分離・検出可能であることがわかる．さ
らに，9[s]付近をみると音源方向が−180∘から180∘
に移動しているが，不連続点であるにも関わらず
同一音源とみなし動きに追従していることが確
認できる．音源方向推定は，RMSE がどのケース
においても数°以内に収まる程度に高い精度で
行なっていることを確認済である．加えて，提案
法は実時間処理可能である．  
 
図 3：音源追尾結果の例 
 
5.主な発表論文等 
 
〔学会発表〕（計 4 件） 
① Ken Matsunaga and Kenji Suyama, 
Performance Verification of Omnidirectional Sound 
Source Tracking by Circular Microphone Array, 
Proceedings of IEEE ISCIT2019, pp.306-310, 2019 (査読あ
り) 
② 松永 拳，陶山 健仁，円形マイクロホンアレ
ーによる全方位音源追尾の性能検証，第 33回 
回路とシステムワークショップ論文集，
pp.123-128, 2019 （査読あり） 
③ Ken Matsunaga and Kenji Suyama, 
Improvement of Ominidirectional Sound Source 
Tracking Performance By Expanding Microphone 
Width, Proceedings of ITC-CSCC 2018, pp.385-388, 2018 
(査読あり) 
④ 松永 拳，陶山 健仁，マイクロホン間隔拡
張による全方位音源追尾性能向上，第32回 
回路とシステムワークショップ論文集，
pp.120-125, 2018 （査読あり） 
 


Omnidirectional Talker Tracking Using Circular Microphone Array

佐藤, 聖也

      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 Q19J-05 
課題名（和文） 誤差曲面の学習停滞領域の部分 Hesse 行列を利用した学習アルゴリズム 
課題名（英文） Learning algorithm using Hessian submatrices in flat regions of parameter space 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 情報システムデザイン学系 助教 
氏名 佐藤 聖也 
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） 
研究期間中（2019 年 4 月から 2020 年 3 月）に以下を完了することを目標とした． 
(1) 実験的に提案法を評価：多様なデータセットを用いて提案法を評価する． 
(2) 数学的に提案法を評価：部分 Hesse 行列を用いる妥当性について数学的に示す． 
上記 2 点を完了したため，この成果を洋雑誌論文 Neural Networks に 2020 年 3 月に投稿した．現在は査読
中である． 
 
 
研究成果の概要（英文） 
We planned to accomplish the following aims:  
(1) Experimentally evaluate our proposed method using various datasets.  
(2) Mathematically evaluate the use of Hessian submatrices. 
We accomplished the above aims, wrote a paper summarizing the results, and submitted the paper to 
Neural Networks, which is an international journal, in March 2020. The paper is now under review.  
 
 
      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 
ニューラルネットワークの一種のフィードフ
ォワードニューラルネットワーク（FNN : 
feedforward neural network）は隠れ層を持つこ
とにより，非線形の回帰問題や分類問題が可能と
なるが，パラメータの初期値によっては良質の解
が得られないことが問題となる．FNN のパラメ
ータを最適化する方法としては最急降下法や準
Newton 法があり，準 Newton 法のほうが効率よ
く誤差曲面を降下できる．しかし，準 Newton 法
を用いたとしても誤差曲面には局所最適解や学
習停滞領域が多数存在するため，良質の解が得ら
れるとは限らない． 
 
2.研究の目的 
誤差曲面に存在する，学習が停滞する領域（特
異 領 域 ） を あ え て 利 用 し て 探 索 す る
SSF(singularity stairs following)を以前提案し
た．この方法は隠れユニット数の増加に伴って訓
練誤差を単調減少させるため，良質の解が得られ
る傾向があるが，特異領域上の Hesse 行列を求め
る必要があるため処理時間がかかることが問題
となる． 
本研究では，完全に Hesse 行列を計算すること
はせず，部分的に Hesse 行列を計算する方法
SSF(pH)を提案する．計算機実験では SSF(pH)は
解品質を劣化させることなく，SSF よりも大幅に
高速に解が得られることを示す．また，数学的に
部分 Hesse 行列を利用することが妥当であるこ
とも示す． 
 
3.研究の方法 
本研究では，FNN の一種の RBF（radial basis 
function）ネットワークを用いる．RBF ネットワ
ークは入力誤差に頑健であるという特徴がある．
本研究では以下の 2 点を完了させる． 
(1) 実験的に提案法を評価：多様なデータセット
を用いて提案法 SSF(pH)を評価する． 
(2) 数学的に提案法を評価：部分 Hesse 行列を
用いる妥当性について数学的に示す． 
 
4.研究成果 
研究期間中（2019 年 4 月から 2020 年 3 月）に
節 3 の(1), (2)を完了した．そのため，この成果
を ”RBF network learning utilizing singular 
regions and Hessian submatrices”と題して洋雑
誌論文 Neural Networks に 2020 年 3 月に投稿し
た．現在は査読中である． 
 RBF ネットの歴史は長いが，近年も新しい方法
が提案されている．RBF ネットにおいて，本研究
のようなアプローチを採る研究を行うことによ
り，RBF ネットの誤差曲面などの理解が深まると
共に，高速に安定して良質の解を得る有効な探索
法を提供するという意義を持つ． 
今回対象とする RBF ネットは隠れ層を一つ持
つモデルであり，誤差曲面上に特異領域が存在す
る．隠れ層が 2 つ以上のモデルも同様に誤差曲面
上に特異領域を持つ．更に，FNN のみでなく，そ
の他の非線形ニューラルネットワーク，混合正規
分布，隠れマルコフモデル，確率文脈自由文法，
ベイジアンネットなどの有用なモデルも特異モ
デルと呼ばれ，学習が停滞する特異領域が誤差曲
面上に存在する．そのため，特異領域を逆に利用
する SSF の技術は，これらの特異モデルの汎用的
な基本技術として応用されることが期待できる．
そのため，本研究のアイデアを応用することによ
り特異モデルの誤差曲面の理解が深まると共に，
特異モデルの学習においても，ほとんど乱数に頼
ることなく，高速に安定して良質の解が得られる
ようになる可能性がある． 
 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
無し 
 
 


Learning algorithm using Hessian submatrices in flat regions of parameter space

近藤, 通朗

      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 Q18K-01 
課題名（和文） 非可換様相部分構造論理の研究  
課題名（英文） non-commutative modal substructural logic 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
数学系列 教授 
氏名 近藤 通朗 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究では，state を写像ではなく，演算子として言語に含む（非可換）剰余束を考察した．state 演算子
を様相記号として扱い，state演算子を持つ非可換な部分構造論理(非可換様相部分構造論理)について，その
代数的意味論を展開した．非可換σ-剰余束(L,σ)のσ-filter および prime σ-filterの性質を調べ，σ-
filter Fや prime σ-filter Fによる商代数 L/Fの構造を決定した．また，これにより非可換様相部分構造
論理の完全性定理が得られた．これらについて学術論文 M.Kondo: Some properties of state filters in 
state residuated lattices, Math. Bohemica （印刷中）として発表した． 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, we consider (non-commutative) residuated lattices with a state operator as an operator, not 
a mapping. The state operator can be considered as a modal operator on a (non-commutative) residuated 
lattice, an algebraic semantics of (non-commutative) modal substructural logic. We examined the 
properties of σ-filter and prime σ-filter of (non-commutative) σ-residuated lattice (L, σ) and determined the 
structure of quotient algebra L / F by σ-filter F and prime σ-filter F. We get the completeness theorem of 
(non-commutative) modal substructural logic. These results will be published in the Journal “Math. 
Bohemica” as M. Kondo: Some properties of state filters in state residuated lattices (in press). 
1.研究開始当初の背景 
量子力学における観測問題は，Birkhoff,von 
Neumann により，物理系の確率測度で表現される
ことが示された．最も重要な量子構造として物理
系の閉部分空間全体からなる Hilbert 空間
（orthomodular 束）があり，その上の確率測度が
観測に対応している．一方，部分構造論理は量子
論理，多値論理，ファジイ論理などの様々な論理
の統一的な理論展開を目指すものであり，この論
理の最も一般的な代数的意味論が剰余束である．
1995年 Mundiciにより，ファジイ論理の一つであ
る MV論理（可換 MV代数）上の確率測度（state）
が定義された．その後，BL代数，MTL代数などに
おいても stateの概念が定義され理論が展開され
てきた． MV-代数⊆BL-代数⊆MTL-代数⊆（非可
換）剰余束 
可換剰余束 Lにおいて state s : L→ [0,1]が存
在すれば，核 ker(s)は L上の合同関係となり，商
代数 L/ker (s)は可換 MV 代数になることを示し
た．この手法をさらに工夫することで，非可換剰
余束に対しても，state sが存在すれば L/ker(s)
は可換ＭＶ代数になることを証明した．その後，
[0,1]を剰余束と考えることで，stateを写像では
なく，state 演算子 σとして言語に含むσ-剰余
      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                     
 
束についての研究が始まった．数理論理学の言葉
では，非可換な部分構造論理に様相記号を追加し
た非可換様相部分構造論理の研究である． 
2.研究の目的 
具体的には以下の問題を解決することが本研
究の目的である． 
(A) 非可換σ-剰余束のσ-filter から作られ
る関係は合同関係となるか？ 
(B) normal σ-filter Fや prime normalσ-
filter F による商代数 L/F の構造を決定するこ
と；  
(C) (A),(B)を用いて非可換様相部分構造論理
の完全性定理を証明すること． 
 3.研究の方法 
まず，任意のσ-剰余束は primeσ-filter Pによ
る商代数 L/Pの subdirect productと同型になる
ことを示し，これを非可換な場合に拡張する．
normal 
σ-filter と呼ばれるσ-filter を拡張したもの
が合同関係に対応するかどうか調べる．これらが
解決すれば，Lindenbaum-Tarski 代数による手法
を用いることが可能となり，非可換様相部分構造
論理の完全性定理が証明できる． 
4.研究成果 
Ａを非可換様相部分構造論理で証明できない
論理式とすると，論理式全体φは，非可換σ-剰余
束と見なすことができる．この代数においてＡ≠
１となることから，Ａを含まない normal prime 
σ-filter P が存在する．このとき，この normal 
prime σ-filter P にΦ上の合同関係θが対応す
るから，商代数Φ/θは非可換σ-剰余束となり，Ａ
/θ≠1/θだから，写像ξ：Φ→Φ/θを考えれば，
Ａは真ではないことがわかった．これで完全性定
理が証明できた  
 さらに，もとの非可換σ-剰余束が pre-linearity
条件((x→y）⊙σ(x→y))v(y→x)⊙σ(y→x))=1 をみた
せば，その代数は線形のσ-剰余束の subdirect 
product と同型になることから，線形のσ-剰余束
において論理式が真であることと，対応する論理
体系でその論理式が証明可能であることが同値
になる．すなわち，強い意味での完全性定理が成
り立つことがわかった．他の公理を追加した体系
についても同様に考えることができ，（非可換な
場合も含む）非常に一般的な様相部分構造論理の
代数的手法による完全性定理が得られた． 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 2 件） 
① M.Kondo: Some properties of state filters in 
state residuated lattices, Math. Bohemica 
(in press) 
② M.Kondo: Multiplicative derivations and d-
filters of commutative residuated lattices, 
Soft computing (in press) 
〔学会発表〕（計 3 件） 
① AAA96, 6.1-3.(2018), Darmstadt, Germany  
② IJCRS 2019, 6.17-21 (2019), Debrecen, 
Hungary 
③ AAA98, 6.21-23 (2019), Dresden, Germany 
等 
 


non-commutative modal substructural logic

小川, 猛志

      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 Q19P-03 
課題名（和文） LPWAN とスマートフォンを活用した IoT マシン支援基盤 
課題名（英文） IoT Machine Cooperation Platform Utilizing LPWAN and Smartphone 
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 教授 
氏名 小川 猛志 
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 
 
研究成果の概要（和文） 
地域市民の皆様に，街なかや農地に設置する IoT マシンの周辺環境の確認や，ソフトウェア更新，センシング
データ回収などをご支援頂く「IoT 支援基盤」の実現と，同基盤への適用を想定しているブロックチェーン技
術の主要課題の解決に向けた研究開発を進めている．2019 年度は，「IoT 支援基盤」のプロトタイプを開発し，
実際に屋外に設置した AI カメラを IoT マシンのサンプルとして，基本動作を確認した．また，電大生 16 名
に 2 週間のフィールドトライアルを実施頂き，それら支援を実施するモチベーションを確認した．また，ブロ
ックチェーン技術の決済処理性能を向上させる新しい技術を創出し，特許出願及び学会発表を行った． 
 
 
研究成果の概要（英文） 
We are developing "IoT Machine Cooperation platform" that helps local IoT services, such as confirming 
of surrounding environment of IoT machines installed in towns and farmlands, updating software, and 
collecting sensing data. Besides, we are conducting research toward solving the major issues of blockchain 
technology, which is expected to be applied to this platform. In FY2019, we developed a prototype of the 
platform and confirmed the basic operation using AI cameras actually installed outdoors as a sample of 
an IoT machine. We conducted field trials with university students for two weeks then confirmed their 
motivation to support the platform. In addition, we have created a new technology to improve the payment 
processing performance of blockchain technology and made a patent application and presented at an 
academic conference. 
      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 
見守りカメラや，河川の氾濫監視，橋や道路な
どの正常性監視など，今後，膨大な数の IoT マシ
ンが屋外に設置され様々な公共サービスに使用
されると予想する．それら公共サービスの経済化
のためには，IoT マシンとクラウド間の通信費用
の経済化と，IoT マシン自身の正常性確認や遠隔
機能更新などの保守費用の経済化が重要である． 
一方，IoT マシンでセンシングした情報の改ざ
ん防止などにブロックチェーン技術を適用する
事で，従来の集中制御型システムに比べ，情報の
安全性やデータの信頼性を向上できると期待さ
れている．しかし既存のブロックチェーン技術は
計算量が大きい問題と，決済処理性能が低い問題
の２つの課題がある．  
2.研究の目的 
提案中の「IoT 支援基盤」では，クラウドに設
置する支援制御サーバが仲介して，現地保守を必
要とする IoT マシンの近傍を通りかかった地域市
民の端末(スマホ)に，当該 IoT マシンが必要とす
る保守内容を表示し，当該市民に，スマホを中継
装置とした当該 IoT マシンへの機能更新ソフトの
転送や， IoT マシンからのセンシング情報の回
収，スマホのカメラによるマシン周辺の撮影など
の保守をご支援頂き，報酬をお支払いする．本支
援基盤を適用することで，多くの IoT マシンが，
通信費用が高価な LTE ではなく極低速だが通信
費用が画期的に安価な LPWAN を使用可能にな
る．また現地保守を地域市民にご支援頂くことで
保守費用を大幅に削減できる． 
2019 年度は，提案する支援基盤の効果を可視化
できるデモシステムを構築し，展示会などへ出展
し，提案基盤へのフィードバックを貰うとともに
実用化に向けた協力関係の構築を目標とした． 
3.研究の方法 
提案する支援基盤に株式会社アーベルソフトの
ご関心を頂けたため，協力して「令和元年度埼玉
県 LPWA 通信網を活用した実証実験補助金」に
応募し，採択された．このため，支援基盤のプロ
トタイプ開発は同社に実施頂き，サンプル IoT マ
シンとして，滞在人数をカウントし Sigfox 回線で
インターネットサーバに通知する AI カメラを学
生と開発し，イノベーション・ジャパン電大ブー
スに出展した．また，同社と協力して，支援基盤
プロトタイプの安定動作の確認と，地域市民にご
支援頂ける報酬の評価を実施した．また，センシ
ング情報の改ざん防止や報酬の流通などへのブ
ロックチェーン技術の適用に向けて，ブロックチ
ェーンの課題解決手法の検討を進めた．  
4.研究成果 
TDU 鳩山キャンパスの大学生 16 名を対象とし
たフィールドトライアルにより，支援制御サーバ
(1 台)，LPWAN 通信機能付き AI カメラ(4 台), 支
援アプリ(android 16 台)を延べ 20 日動作させ，
AI カメラのファイル回収・配信(1MB)を含め基本
機能が安定して動作できることを確認した．また
1 回の支援の報酬を 50 円と設定し，鳩山キャンパ
ス内で延べ 200 回の支援を依頼し，実施率 99.5%
と極めて高い実施率を確認した．未完了の 1 件は
午前中の実施を期限とし，校舎から遠い位置での
作業だったため支援されなかったと推定してい
る．なお，当該場所への支援は延べ 27 回依頼し，
内 26 回実施されている(96.3%)．よって，同程度
以上の頻度，密度で支援依頼がある場合，50 円/1
回程度の報酬を目安とできると判断した．さら
に，ブロックチェーンの２つ目の主要課題であ
る，決済処理性能を大幅に改善する手法を権利化
し，詳細仕様の検討を進めた．  
今後は，本基盤のユースケースとなる IoT サー
ビスの創出・充実と，ブロックチェーン課題対策
案の評価及び本基盤への適用方法の検討を行う． 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
①YOSHIMURA, T., OGAWA T., “A Novel Dynamic 
Selection Method of FEC techniques for Opportunistic 
Communications.” IEEE International Conference on 
Smart Cloud. IEEE, Des. 2019, p. 181-186. 
〔学会発表〕（計 3 件） 
①島津俊輝，小川猛志, "ブロックチェーンのトランザ
クション処理性能向上技術の提案," 信学会 NS 研究会, 
2019 年 3 月, NS2019-249, pp. 407 – 411, 他 2 件. 


IoT Machine Cooperation Platform Utilizing LPWAN and Smartphone

若杉, 莉末

ワカスギ, リモ

WAKASUGI, Limo

TOEIC Learning Through Kahoot!

向山, 義治

      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 Q18E-01 
課題名（和文） ペロブスカイト型酸化物の半導体光電極への応用 
課題名（英文） Photoelectrochemical Properties of Perovskite Flims 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 理学系 教授 
氏名 向山 義治 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
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） 
現代社会が抱えるエネルギーと地球温暖化の問題の解決には，太陽光エネルギーを利用した水の分解の技
術を実用化する必要がある。本研究は，製造コストが低いペロブスカイト型の金属酸化物を半導体光電極に利
用した光エネルギー変換系を構築することを目指す。数あるペロブスカイト型酸化物の中で，ニオブ酸塩
ANbO3（A = Na または K）は水の分解ができると報告されている。しかし，NaNbO3と KNbO3の固溶体で
ある(K,Na)NbO3（KNN）については光電気化学的な特性は全く調べられていなかった。そこで，本研究では
KNN 薄膜を主にスパッタ法で作成し，KNN の光電気化学的な特性を明らかかにした。 
 
研究成果の概要（英文） 
Photoelectrochemical (PEC) processes are promising candidates to address environmental and energy issues. Previous 
studies have shown that Nb-related perovskite oxides such as KNbO3 and NaNbO3 have excellent photochemical (PC) 
activities. However, as for (K,Na)NbO3 (KNN), nothing has been studied on its PEC and PC behaviour. This work studied 
PEC properties of a KNN thin film prepared mainly by a radio-frequency magnetron sputtering method. This work also 
studied PEC properties of a KNN thin film prepared by a chemical solution deposition method. The KNN films exhibited 
a PEC activity similar to a n-type semiconductor photoanode. We thus concluded that KNN is an active material for PEC 
water splitting. 
      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 
Photoelectrochemical (PEC) and photocatalytic 
(PC) processes driven by solar energy, e.g., PEC and 
PC water splitting, have been paid increasing attention 
because the processes are promising candidates to 
address environmental issues and energy shortages. For 
decades, considerable efforts have been made to find a 
suitable semiconductor material for the processes. 
Recently, sodium niobate (NaNbO3) and potassium 
niobate (KNbO3), which have typical ABO3 perovskite 
structures, attract much interest in the field of 
photocatalysis because NaNbO3 and KNbO3 show 
excellent PC activities for H2 generation. The band gap 
of KNbO3 is 3.1 eV, which is slightly narrower than that 
of NaNbO3 (3.4 eV), and thus KNbO3 shows a higher 
PC activity than NaNbO3 due to the narrower band gap 
and higher mobile charge carriers. 
 
2.研究の目的 
The Nb-related perovskite oxides have other 
interesting properties in terms of ferroelectric, 
piezoelectric, dielectric, and optical properties. 
Moreover, they exhibit photovoltaic effects due to 
spontaneous electric polarisation. In these regards, 
potassium sodium niobate, (K,Na)NbO3 (KNN), has 
also been studied extensively. However, nothing has 
been studied on its PEC and PC behavior. Thus, this 
work aims to demonstrate the PEC behavior of KNN 
thin films. 
 
3.研究の方法 
The PEC properties of a KNN film, namely, the PEC 
activity, flat-band potential, and band gap of the KNN 
film, are examined by measuring cyclic 
voltammograms with and without UV-vis light 
irradiation, Mott-Schottky method, and Tauc method. 
The experiments were conducted in a glass cell with a 
quartz window using a three electrode system at room 
temperature. The electrolyte used was a 0.1 M NaOH 
solution prepared by dissolving NaOH in ultrapure 
water. A KNN thin film with a thickness of 2 µm was 
prepared on a Pt/Ti/SiO2/Si substrate mainly by a radio-
frequency magnetron sputtering method.  
 
4.研究成果 
We found that the KNN film showed PEC activity: 
the photoanodic current was observed on the KNN film 
photoelectrode in 0.1 M NaOH under irradiation of UV 
light. The oxidative photocurrent, which is likely to be 
due to the oxygen evolution reaction (4OH－ → O2 + 2 
H2O + 4e－), started to flow at -0.5 V vs. SHE and 
increased as the electrode potential increased. Mott-
Schottky plots showed that the KNN film was an n-type 
semiconductor photoelectrode. The flat-band potential 
was estimated to be around -0.5 V from the onset 
potential of the photocurrent. The band gap of the KNN 
film was determined to be 3.27 eV from Tauc method. 
We think that PEC (and/or PC) activity increases in the 
following order: NaNbO3 < KNN < KNbO3. 
Furthermore, the film was hardly affected by potential 
cycles, i.e., it was stable during the PEC reaction. We 
can thus say that the KNN is an active material for the 
PEC water splitting 
 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
① M. Kurohagi, Y. Mukouyama, D. Yoshinaka, I. 
Kanno, “Photoelectrochemical Properties of 
(K,Na)NbO3 (KNN) Thin Film,” ECSarXiv 
(2019), Doi: 10.1149/osf.io/652fh 
 
〔学会発表〕（計 1 件） 
② M. Kurohagi, Y. Mukouyama, S. Ishii, H. Ohsaka, 
I. Kanno, “Photoelectrochemical Properties of 
(K,Na)NbO3 (KNN) Thin Film,” 235th ECS 
Meeting,Dallas,USA,May,2019 


Photoelectrochemical Properties of Perovskite Flims

小林, 大祐

      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-08 
課題名（和文） 外部刺激応答性カプセルを用いた流通式管型反応プロセスの開発 
課題名（英文） 
Development of Flow Type Tubular Reactor using External Stimuli Responsive 
Capsules 
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 小林 大祐 
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、高次機能が付加された薬物運搬体である高分子ナノミセルなどのカプセルを反応物質キャリ
アへ応用し、超音波などの外部刺激とキャリアを適切に選択することにより内包物質を自在に外環境から隔
離、放出を可能とし、外部刺激の種類、場所、タイミングの適切な設計により人為的に多種類の反応を時空間
的に制御することが可能なシステムを構築し、操作設計指針を得ることが出来た。 
 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, we propose a novel chemical reaction process using Pluronic micelles as reactant carries, 
and appropriate design of external stimulation enables controlling not only the amount of effluence but 
also the release rate of the internal dye from the micelle.  
 
 
 
 
      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 
2000 年以降、プロセス強化やグリーンプロセス
工学の観点から、複数の単位操作の統合化、変動
操作などの非定常操作、各種エネルギー場(プラズ
マ、光、超音波など)の利用などによる、化学装置
やプロセスの生産性、操作性、安全性などの性能
を従来に比べ飛躍的に向上させるためのプロセ
ス技術の設計・開発戦略の確立が求められてい
る。マイクロリアクターなどが新規反応装置とし
て着目されている。反応空間が非常に小さいた
め、精密な温度制御が可能、混合性能が良いとい
う利点があり、精密な反応場の制御が可能とな
り、ナンバリングアップにより高付加価値のファ
インケミカル分野への応用は期待されるが、大量
生産には不向きである。このように、化学装置や
プロセスの生産性、操作性、安全性などの性能を
従来に比べ飛躍的に向上させたプロセス技術の
設計・開発戦略の確立までいたっているケースは
多くない。 
一方、医薬品分野では、薬物の体内分布を時間
的・空間的に制御することを目的として DDS へ
の関心が高まり、さまざまな角度から研究が行わ
れている。特に、ナノスケールで精密設計された
高機能化薬物運搬体の開発において、生体適合性
のあるキャリアの開発だけでなく、患部で超音波
などの外部刺激による急激なキャリア崩壊にと
もなう薬剤の一斉放出を目的とするターゲティ
ング製剤や、内包薬剤を長時間かけて放出させる
コントロールドリリース製剤などの放出性能の
高機能化が求められている。これらの研究は DDS
という限られた分野において多くの研究がなさ
れているが、化学工業などの工学分野にも応用で
きる技術であるにもかかわらず、そのような研究
はほとんど行われていない。 
2.研究の目的 
本研究では、ミセルなどのドラッグキャリアを
反応物質キャリアとして用い、複数の原料成分を
それぞれ異なる外部刺激に応答するミセルに内
包し、外部刺激の種類、場所、タイミングの適切
な設計により、人為的に多種類の反応を時空間的
に制御することが可能な新規化学プロセスの開
発を目的とする。 
3.研究の方法 
プルロニック(0.5 wt%)、疎水性色素(2.1×10-5 
wt%)を溶解させた N,N-ジメチルアセトアミド溶
液を透析膜によりイオン交換水で透析し、色素を
内包させたミセル溶液を調製した。Figure 1 に示
した実験装置を用いて、ミセル溶液(10 mL)に超
音波を 10 分間間接照射し、ミセルからの内包色
素の放出を UV-vis を用いて測定した。比較のた
めに、熱刺激を与え、外部刺激の違いが内包物質
の放出におよぼす影響を調べた。 
 
Fig. 1 実験装置図 
実験条件としてプルロニックの種類、超音波周
波数(20 kHz – 1.6 MHz)、出力(0 – 20 W)、照射
時間(0 – 30 min)を変化させ、Eq. (1)より放出度
DDR を算出した。I0、および I は照射前後での吸
光度を表す。Table 1 に本研究で用いたプルロニ
ックの分子量などを示す。 
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 = 𝐼𝐼0−𝐼𝐼
𝐼𝐼0
× 100    (1) 
Table 1 プルロニックの物性 
 
一方、熱刺激では、外部環境温度(3.5 – 40℃)、
処理時間(0 – 24 h)が放出度におよぼす影響を調
べた。その後、各種外部刺激による内包物質の放
出のモデル化を行った。 
4.研究成果 
疎水性色素を内包させたプルロニックミセル
Pluronic EO units(x )
PO units
(y )
Molecular
weight CMC [M] R  [nm] D  [nm]
Aggregation
number (g )
F-68 153 29 8400 4.8 × 10-4 2.13 5.10 15
P-84 38 43 4200 7.1 × 10-5 4.22 2.25 75
P-85 52 40 4600 6.5 × 10-5 3.63 2.83 53
F-88 207 39 11400 2.5 × 10-4 2.50 6.39 17
F-108 265 50 14600 2.2 × 10-5 2.83 7.66 20
      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                     
 
に超音波を照射すると、内包色素が急激に放出さ
れ、10 分程度で放出が停止した。超音波出力が高
くなるにつれて放出度はあがった。また、22.8 
kHz では内包色素を放出しやすいのに対し、周波
数が高くなると一部のプルロニックをのぞき放
出しにくくなった。超音波の物理的効果は 20 kHz
程度の低周波数のほうが効果は高く、周波数が高
くなると低下する。プルロニックミセルからの内
包色素の放出は、周波数が低いほうが効果的であ
ったため、衝撃波などの物理的効果により放出が
促進されることが示唆された。一方、プルロニッ
クの種類の違いが放出度に影響をおよぼすこと
もわかった。Figure 2 にミセルコア粒子の単位表
面積あたりの親水基の数が放出度におよぼす影
響を示す。この値が大きくなると、高周波数では
放出が促進されないことが明らかとなった。 
 
Figure 2 ミセル構造が放出度におよぼす影響 
 
Figure 3 熱刺激による放出挙動 
一方、熱刺激における温度がおよぼす影響を
Figure 3 に示す。内包色素は 24 時間程度かけて
徐々に放出され、温度が高くなると放出度はあが
り、一定温度以上になると急激に放出度が増大
し、その温度はプルロニックの種類によって異な
った。 
Table 2 に各種刺激による内包物質の放出度を
示す。低周波数の超音波(20 kHz)では急激に内包
色素を放出し、室温以下の低温では内包物質の保
持能が高く、外部刺激に対する徐放特性はプルロ
ニックの種類が影響をおよぼすことを明らかに
した。 
Table 2 各種刺激による放出度 
 
刺激応答性キャリア内に反応物質を内包し、外
部刺激を適切に選択することで、Figure 4 に示す
流通式反応器を用いた人為的に多種類の反応を
時空間的に制御可能な新規化学反応プロセスの
可能性を見出した。 
 
Figure 4 新規プロセスのイメージ 
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 0 件） 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① D. Kobayashi, D. Takemi, A. Shono, 
“Development of Concept of Innovative 
Chemical Reaction System using External 
Stimuli Responsive Capsules,” GEET 19, 
Paris, France,July,2019 
〔図書〕（計 0 件） 
 
 
 
 
 
 
  
key
○
△
f
22.8 kHz
490 kHz
0 0.25 0.50
25
50
100
Number of EO units per unit core 
surface area, n [nm-2]
D
eg
re
e 
of
 h
yd
ro
ph
ob
ic
 d
ye
 
re
le
as
e,
 D
D
R
[%
] 75
0.75
 
 
 
 
  
key
○
△
□
◇
Temperature
276.5 K
298 K
303 K
313 K
0 10 20 300
25
50
100
Thermal stimulation time [h]
D
eg
re
e 
of
 h
yd
ro
ph
ob
ic
 d
ye
 
re
le
as
e,
 D
D
R
[%
] 75
22.8 kHz 490 kHz 276.5 K 298 K 303 K 313 K
10 min 10 min 24 h 24 h 24 h 24 h
F-68 40.4 5.32 2.69 2.18 4.54 27.8
F-88 47.8 6.57 3.73 6.59 10.8 63.4
F-108 45.8 54.6 3.89 5.58 61.0 51.8
超音波 熱
Pluronic


Development of Flow Type Tubular Reactor using External Stimuli Responsive Capsules

井上, 淳

      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 Q19P-02 
課題名（和文） 下肢装具が筋に与える影響を推定する足部モデルの構築 
課題名（英文） Construction of a foot model to estimate the effect of lower limb orthosis on muscles 
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 井上 淳 
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） 
 本研究では従来の形状とは異なる、足底部に関節のある短下肢装具が歩行にどのような影響を与えるかを
検討した。その結果、足底関節のある A 型、B 型では歩行効率が上がったことがわかった。さらに、足底圧中
心の進行方向移動範囲から、平面型は一般的な歩行と比べてスムーズに重心移動できていないが、A 型と B 型
は歩行の重心移動の面で改善されていることが明らかになった。以上のことから、足底部に関節を持つ短下肢
装具が歩行に好影響を与えることが明らかにできた。 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, we investigated how the short leg orthosis with joints on the sole, which is different from 
the conventional shape, affects walking. As a result, it was found that walking efficiency was improved in 
A and B types with plantar joints. Besides, from the range of movement of the center of sole pressure in 
the traveling direction, the flat type cannot move the center of gravity more smoothly than general 
walking, but the A and B type have improved in moving the center of gravity of walking. Became clear. 
From the above, it was clarified that the short leg orthoses with joints on the sole have a positive effect on 
walking. 
 
      Annual Report 
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総合研究所年報           Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
 片麻痺により歩行が困難になった患者の歩行
を可能にする補助具のひとつに下肢装具がある。
一般的な装具は足底部が一枚板で、ある程度の可
撓性はあるものの、足部のアーチがしなるように
動く一般的な歩行に追従するようなものは無い。
このため、重心移動が不自然になったり、階段を
上りにくいなどの問題があった。この問題に対
し、装具足底部に関節を設けることで足部アーチ
を活かした歩行へと誘導することが可能となる
という仮説を立てた。 
 
2.研究の目的 
本発明は足底部に複数の関節を設けることで、
その重心移動を自然にし、今の装具よりさらにス
ムーズかつ安全な歩行を行なわせることを可能
にするものである。 
 本研究では新しく開発した下肢装具の耐久性
を考慮した設計・試作を行うと共に、装具が歩行
に与える影響を実験的に解析した。また、足底部
に設ける関節の位置によって、歩行速度や歩行の
安定性等にどのような影響があるかを明らかに
することを目指した。 
 
3.研究の方法 
本研究では、開発している下肢装具が歩行に与
える影響を検討するため、3 種類の下肢装具と裸
足の計 4 条件において、5m 歩行時間および一歩
毎の足底圧中心移動量の計測・考察を行った。 
 
3.1 実験方法 
本研究で使用した実験用短下肢装具を図 1、図
2 に示す。今回用いた実験用下肢装具は足のサイ
ズが 28cm の対象者に合わせて製作されている。
足底部パーツは、平面型が足底部に関節がなく、
A 型は MP 関節に合わせて足底関節を製作し、B
型は A 型から 3cm 近位に足底関節を製作した。
足底圧中心移動量は足底圧分布計測装置実験装
置(F-SCAN データロガー)で計測した。この装置
は腰に装着するデータロガー、足首につけるカフ
ユニット、足裏のセンサとそれぞれをつなぐケー
ブルで構成されている。センサ部は加わる力の大
きさに応じて電気抵抗値が変化する特殊インキ
で薄膜が形成されている。そして、薄膜の上下に
は行電極と列電極が一定の間隔でマトリクス状
に配置されており、これらの交点が個別のセンサ
セルとなっている。このセンサセルごとの電気抵
抗値を読み取ることで、加えられた圧力の分布と
大きさを検出する。 
 
図 1 実験用下肢装具 
 
図 2 実験用下肢装具の足底部パーツ 
 
3.2 実験条件 
短下肢装具は足関節を 90 度に固定した状態で
使用し、各短下肢装具を使用する歩行計測の前に
は、その条件での歩行の練習を十分に行って歩行
に違和感が無くなってから計測を開始した。歩行
時間の計測では 10ｍ歩行するうちの前後 2。5ｍ
は予備路とし、中央の 5ｍを通過する時間を計測
した。次に、足底圧分布計測器を装着して 10ｍ歩
行を行った。ただし、足底圧分布は 100Hz で取
      Annual Report 
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得し、中心軌跡は開始後二歩と停止前二歩のデー
タを破棄してそれ以外のデータを利用した。 
なお、どちらの実験も条件ごとの間には 5 分程度
の休憩を挟み、疲労が残らないように考慮した。
また、歩行は全て右足から開始し、実験協力者本
人による歩行の違和感のほか、実験者の観察によ
ってよろけ等が見られた場合は計測のやり直し
を行った。なお、研究は東京電機大学ヒト生命倫
理審査委員会の審査及び承認 (課題番号：29-98 
課題名：杖歩行訓練を可能にする歩行補助器の検
証) を経て行い、実験は全ての実験協力者からイ
ンフォームド・コンセントを得てから行った。 
 
4.研究成果 
4.1 実験結果 
 4.1.1 5m 歩行時間 
 実験協力者ごとに 5m 歩行の時間を各条件で比
較したところ、図 3 のようになった。全体の傾向
は実験協力者全員に共通しており、平面型が一番
歩行時間が長く、B 型、A 型と続き、一番歩行時
間が短いのが裸足歩行であった。次に詳細に検証
する。裸足歩行と平面型を比較すると、実験協力
者それぞれが、平面型で 15％、21%、41%と歩行
にかかる時間が有意に増えていることがわかっ
た(p<0。01)。また、A 型と B 型に関してみると、
どちらも裸足歩行よりは有意に歩行時間が長く
(p<0。01)、平面型短下肢装具より有意に歩行時間
が短い(p<0。01)。また、A 型と B 型を比較する
と、3 人中２人が A 型のほうが B 型よりも有意に
歩行時間が短いことがわかった(1 名が p<0。05、
1 名が p<0。01)。 
4.1.2 足底圧中心移動量 
 足底圧分布から足底圧中心の移動量を算出し
た結果の分布の一例を図 4 に示す。 X 軸方向に
ついては、3 人とも裸足歩行での足底圧の中心移
動量が一番大きく、平面型が一番小さかった。A
型とB型の足底圧中心移動量は実験協力者によっ
て分布に差があるものの、平面型と比較して裸足
歩行に近いことから、足底関節があることで、自
然な歩行に近づいていることがわかった。Y 軸方
向については平面型に比べて A 型、B 型が移動量
が大きくなる傾向がわかった。また、素足での計
測においてもX軸方向の重心移動量が足のサイズ
より著しく小さい被験者１は、普段からの歩行の
特徴として踵後端から着地せず、離地も足指先端
より手前で行われていた。 
 
 
図 3 5m 歩行にかかる時間 
 
図 4 足底圧中心移動量分布 
 
4.2 考察 
 本研究では足底部を 3 層に分けて関節を設ける
ことで、足底部の底屈はさせずに MP 関節の背屈
を可能とした短下肢装具について、その歩行に与
える影響について評価を行った。5m 歩行時間の
計測では、従来の下肢装具と同じ平面型が一番歩
行速度が遅く、裸足歩行での歩行速度が一番高か
った。B 型と A 型は平面型に比べて歩行速度が向
上しており、これは MP 関節が背屈することで起
こるウィンドラスメカニズムにより、足のアーチ
が働いて歩行効率が上昇していることが原因だ
と考えられる。また、全実験協力者で足部 MP 関
節の位置と測定部の関節位置があっている A 型
が、関節位置がずれている B 型と比較して歩行速
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度が速かった。このことから、足底部においても
人と装具の関節位置を合わせて製作することが
新型下肢装具の機能を左右することが明らかに
なった。 
足底圧中心移動量からは、X 方向での足圧中心の
移動量が、平面型に比べて A 型と B 型が大きく、
より裸足歩行に近づいていることがわかった。立
脚期中の足圧中心移動量が短いということは、足
を持ち上げてから移動させているということで
あり、効率の悪い歩行につながる。この現象は平
面型の下肢装具が、踵接地からつま先接地までが
踵を中心として回転し、踵離地からつま先離地ま
ではつま先を中心に回転する動きになるところ
に原因がある。健常歩行と比べて狭い範囲で体重
を支える時間が長くなるため、バランスを保とう
とすると立脚後期の早い段階で下肢を持ち上げ
ることになる。そのため、歩行と歩行の間でスム
ーズな重心移動ができなくなる。それに対し足底
部に関節を設けると、つま先接地の後、MP 関節
の背屈が先に起きるため、MP 関節以遠の範囲で
安定して体重を支えることが可能になる。これは
装具をつけない歩行と近い動きであることから、
足圧中心の移動量が平面よりも有意に伸びるこ
とにつながったと考えられる。ただし、裸足歩行
と比較しても有意な差があることから、足底の複
数の部分に同様の関節を設けることで、更に安定
した歩行にできるかを検討する余地がある。ま
た、Y 方向での移動量が平面型よりも A 型、B 型
が大きくなる傾向があった。これは、MP 関節が
動くことで、指で踏ん張ることができるようにな
るため、一般的に望ましいとされる「踵から入っ
て親指に抜ける」重心移動に近い動作ができてい
ることによるものと考えられる。 
 
4.3 まとめ 
 本研究では従来の形状とは異なる，足底部に関
節のある短下肢装具が歩行にどのような影響を
与えるかを検討するために，裸足歩行と 3 種類の
足底部パーツをつけた短下肢装具での歩行を 5m
歩行持間と足底圧中心の移動範囲の 2 点から比較
した．その結果、5m 歩行時間からは、歩行速度が
裸足歩行、A 型、B 型、平面型の順に速いことが
わかり、足底関節のある A 型、B 型ではウィンド
ラスメカニズムが働いて歩行効率が上がったこ
とが考えられる。さらに、足底圧中心の進行方向
移動範囲から、平面型が一般的な歩行と比べてス
ムーズに重心移動できていないことがわかった。
それに対して、A 型と B 型は X 方向、Y 方向共に
移動範囲が平面型より広かったことから、歩行の
重心移動の面で改善されていることが明らかに
なった。以上のことから、足底部に関節を持つ短
下肢装具が歩行に好影響を与えることが明らか
にできた。 
今後は複数の足底関節を持つ下肢装具を製作
し、歩きやすさの点から見た人間への影響を調べ
るほか、筋電計を用いて筋活動への影響を確認す
る。また、片麻痺患者が使用した際にどのような
影響を及ぼすか確認するため、理学療法士等の模
擬片麻痺歩行と実際の患者での片麻痺歩行に関
しても計測を行うことで、実用化に向けて研究を
進める。 
 
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 井上淳、林敏熙、花崎泉“足底部背屈可能な
短下肢装具による歩行への影響の分析”看護
理工学会論文誌 投稿中 
 


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