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

大越, 康晴

  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 Q18L-04 
課題名（和文） 細胞接着促進および内膜化に対する窒素含有 DLCの電気的物性指標の検討 
課題名（英文） 
Electrical properties of nitrogen containing DLC films for cell proliferation and 
intimal formation 
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 准教授
氏名 大越 康晴
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，CH4と N2の混合ガスを原料として，高周波プラズマ CVD法を用いて，細胞親和性の高い窒素
含有 DLC（DLC:N）を成膜した．成膜時に，混合ガスの総流量に対し，N2ガスの流量比を変化させることで，
膜密度および電気的物性として電子状態（sp3/sp2比）が異なる DLC:Nを成膜した．そして，これらの DLC:N
表面における細胞接着促進および内膜化の検討を行った結果，表面特性と同様に，細胞増殖性と電子状態
（sp3/sp2比）との相関が得られた．これにより，各種 DLCの基本物性である sp3/sp2比が反映する電気的特
性は，個々の DLCの生体適合性を評価する指標となり得ることが示された． 
研究成果の概要（英文） 
In this study, nitrogen containing DLC (DLC:N) film was deposited by r.f. plasma CVD method with 
mixture gas (CH4 + N2) as a source gas. It was observed that the film density and sp3/sp2 ratio of the 
DLC:N were depended on N2 flow ratio at the film deposition. As for cell proliferation of the DLC:N films, 
the results indicated that the DLC:N film coating controlled cell growth of NIH-3T3, compared with DLC 
film without N2 containing. As a result, it has been demonstrated that sp3/sp2 ratio of electrical properties 
of DLC film is a factor to advance of the characteristics of DLC film coating for biomedical applications 
based on cell proliferation. 
  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
ダイヤモンド状炭素（DLC: Diamond-like
carbon）は，機械部品から生体適合性材料まで広
く展開されている．しかし，DLCはアモルファス
構造であるが故に，その物性は千差万別である．
それ故， DLC の生体適合性を議論する上で，依
然として成膜に関する物性指標が得られていな
い．生体系を模擬した評価系において，膜密度や
電気的特性を示す電子状態といった DLC の骨格
となる基本物性と，細胞接着性などの表面特性を
直接検討し，DLCの生体適合性に関する生物学的
な指標を得ることが希求されている．
2.研究の目的
本研究では，細胞親和性の高い窒素含有 DLC
（DLC:N）を対象に，基本物性（膜密度および電
子状態）の違いが“細胞接着促進”および“内膜
化”に及ぼす影響を調査した．そして DLC:N の
電気的物性指標の検討を行った．
3.研究の方法
CH4と N2の混合ガスを原料として，高周波プ
ラズマ CVD（Chemical Vapor Deposition）法を
用いて DLC:N を成膜した．この時，混合ガスの
総流量に対し，N2ガスの流量比を変化させること
で，膜密度および電気的物性として電子状態
（sp3/sp2比）が異なる DLC:Nを成膜した．そし
て，これらの DLC:N 表面における細胞接着促進
および内膜化の検討として，NIH-3T3細胞を用い
て，DLC:Nが細胞機能に与える影響を評価した．  
DLC:Nの基本物性については，偏極中性子反射
率計「写楽」（J-PARC MLF 大強度陽子加速器施
設, BL17）を用いて，N2ガスの流量比に対する膜
密度および sp3/sp2 比の変化を分析した．また，
DLC:Nの表面機能は，表面電位によって大きく影
響を受ける．特に，細胞親和性は，DLC:N表面に
形成される C=O結合と C-N結合の影響が考えら
れる．そこで本評価では，DLC:Nに対し，基本物
性と合わせて，X 線光電子分光法（XPS: X-ray 
Photoelectron Spectroscopy， JPS-9000MC，
JEOL）を利用し，表面組成分析を行った． 
4.研究成果
N2流量比の異なる DLC:N表面に対し，細胞接
着機能を評価した結果，初期接着に有意差は得ら
れなかったものの，72時間培養では細胞増殖にお
いて有意差が認められた．また，特定の N2の流量
比で成膜した DLC:N では，細胞増殖の促進およ
び抑制がそれぞれ認められた．このような顕著な
表面機能の違いを示した DLC:N について，中性
子反射率測定を行った結果，DLC の窒素含有に
よって，表面層の膜密度および sp3/sp2 比が増加
することが示唆された．更に，DLC:Nの表面特性
として XPS分析を行った結果，成膜時の N2流量
比に依存して，C=O 結合および C-N 結合の形成
が確認された．これらの結果より，DLC:Nは，基
本物性となる膜密度および sp3/sp2 比によって，
表面の C=Oおよび C-N結合状態が決定し，これ
によって，細胞増殖性が制御されることが示され
た．これにより，DLCの生体適合性を議論する上
で，個々の膜特性の骨格となる基本物性と細胞機
能との相関が得られた．
以上のことから本研究では，各種 DLC の基本
物性である電気的特性は，個々の生体適合性を評
価する指標となり得ることが示唆された．
5.主な発表論文等
〔学会発表〕（計 2 件）
① 多積直之，大越康晴，宮田登，宮崎司，矢口
俊之，本間彰彦，“中性子反射率法による窒素
含有 DLC 薄膜の構造評価”，第 66 回応用物
理学会春季学術講演会，講演予稿集  9p-
M113-1，2019年 3月 9～12日（東京工業大
学 大岡山キャンパス）
② Y. Nakazato, N. Miyata, T. Miyazaki, N.
Tatsumi, T. Yaguchi, A. Homma, K.
Hirakuri, Y. Ohgoe, “Effect of nitrogen
contained in a-C:H film deposition for cell
behavior”, ICDCM 2018, Abstract: P13.27,
September 2 - 6, 2018, Dobrovnik, Croatia.


English

Electrical properties of nitrogen containing DLC films for cell proliferation and intimal formation

頼松, 瑞生

ヨリマツ, タマオ

YORIMATSU, Tamao

Japanese

Ashizu Jitsuzen’s Views on Japanese Constitution

三ツ石, 直人

ミツイシ, ナオト

MITSUISHI, Naoto

A Syntactic Study of Imperative Sentences

山村, 嘉雄

ヤマムラ, ヨシオ

YAMAMURA, Yoshio

Hidden Alice behind Sylvie and Bruno

今野, 紀子

コンノ, ノリコ

KONNO, Noriko

 教員養成における特別支援教育の課題 
 
今 野 紀 子＊ 
 
 
Issues of Special Needs Education in Teacher Training  
 
KONNO Noriko＊ 
 
キーワード：特別支援教育，教員養成，教職課程コアカリキュラム，主観的到達度 
 
 
 
１．はじめに 
 
教育職員免許法 1）及び同法施行規則改正 2）に伴
い，2019 年度から新たな教職課程が開始された。
新教職課程では，ICT を用いた指導法，アクティ
ブ・ラーニングの視点に立った授業改善，道徳教育
の充実等とともに，特別支援教育の充実が加えられ
た。改正前には「幼児，児童及び生徒の心身の発達
及び学習過程（障害のある幼児，児童及び生徒の心
身の発達及び学習過程を含む。）」であった教職に関
する科目の事項は，改正後に「幼児，児童及び生徒
の心身の発達及び学習過程」と「特別の支援を必要
とする幼児，児童及び生徒に対する理解」に分割さ
れ，教育の基礎的理解に関する科目として，本学で
は教職課程科目「特別支援教育」が新設された。 
大学が教職課程を編成するにあたり参考とすべ
き指針である教職課程コアカリキュラム 3）では，
特別支援教育の全体目標は，『通常の学級にも在籍
している発達障害や軽度知的障害をはじめとする
様々な障害等により特別の支援を必要とする幼児，
児童及び生徒が授業において学習活動に参加して
いる実感・達成感をもちながら学び，生きる力を身
に付けていくことができるよう，幼児，児童及び生
徒の学習上又は生活上の困難を理解し，個別の教育
的ニーズに対して，他の教員や関係機関と連携し 
 
ながら組織的に対応していくために必要な知識や
支援方法を理解する』というものであり，（1）特別
の支援を必要とする幼児，児童及び生徒の理解，（2）
特別の支援を必要とする幼児，児童及び生徒の教育
課程及び支援の方法，（3）障害はないが特別の教育
的ニーズのある幼児，児童及び生徒の把握や支援，
の 3つが柱となっている。 
（1）特別の支援を必要とする幼児，児童及び生徒
の理解では，一般目標は『特別の支援を必要とする
幼児，児童及び生徒の障害の特性及び心身の発達を
理解する』であり，学生の到達目標は，①インクル
ーシブ教育システムを含めた特別支援教育に関す
る制度の理念や仕組みを理解している，②発達障害
や軽度知的障害をはじめとする特別の支援を必要
とする幼児，児童及び生徒の心身の発達，心理的特
性及び学習の過程を理解している，③視覚障害・聴
覚障害・知的障害・肢体不自由・病弱等を含む様々
な障害のある幼児，児童及び生徒の学習上又は生活
上の困難について基礎的な知識を身に付けている，
の 3点となっている。 
（2）特別の支援を必要とする幼児，児童及び生徒
の教育課程及び支援の方法では，一般目標は『特別
の支援を必要とする幼児，児童及び生徒に対する教
育過程や支援の方法を理解する』であり，学生の到
達目標は，①発達障害や軽度知的障害をはじめとす
る特別の支援を必要とする幼児，児童及び生徒に対
＊システムデザイン工学部人間科学系列教授 Professor, Department of Humanities, Social and Health Sciences, School of System Design and Technology 
東京電機大学総合文化研究　第17号　2019年 115
する支援の方法について例示することができる，②
「通級による指導」及び「自立活動」の教育課程上
の位置付けと内容を理解している，③特別支援教育
に関する教育課程の枠組みを踏まえ，個別の指導計
画及び個別の教育支援計画を作成する意義と方法
を理解している，④特別支援教育コーディネーター，
関係機関・家庭と連携しながら支援体制を構築する
ことの必要性を理解している，の 4点となっている。
（3）障害はないが特別の教育的ニーズのある幼児，
児童及び生徒の把握や支援では，一般目標は『障害
はないが特別の教育的ニーズのある幼児，児童及び
生徒の学習上又は生活上の困難とその対応を理解
する』であり，学生の到達目標は，①母国語や貧困
の問題等により特別の教育的ニーズのある幼児，児
童及び生徒の学習上又は生活上の困難や組織的な
対応の必要性を理解している，の 1点となっている。 
 
２．東京都教職課程カリキュラム 
 
文部科学省から教職課程コアカリキュラムが示
されたことに伴い、東京都教育委員会は東京都教職
課程カリキュラム 4）を策定した。その目的は，養
成段階から身に付けてほしい教育公務員としての
必要最低限の知識や，学校組織の一員として喫緊の
教育課題に対応し，適切に問題解決できる資質・能
力について各大学へ提示することで，大学での養成
段階と、採用、研修段階が一体となって若手教員の
人材育成を図るためとしている。東京都教職課程カ
リキュラムには，各大学がカリキュラム編成する際
のモデルとしての例示も記載されており，それぞれ
重点的に取り扱うことが望ましい内容，コアカリキ
ュラムの各事項で取り扱うことが望ましい内容に
分類されている。加えて，特に東京都教育委員会が
求める指導内容についても示されている。このモデ
ルの例示は，教育行政・学校現場が求める知識，資
質・能力を学生が十分に身に付けられているのか，
今後，教員養成段階の教育において改善すべき点は
何であるのかを確認・検討する際に大いに参考にな
ると思われる。本研究ノートでは，このモデルの例
示を活用し，特別支援教育に関する内容について，
教育実習を終えた学生たちの修得状況の調査結果
を踏まえ，特別支援教育の教育的課題について考察
する。 
 
３．修得状況調査 
 
3.1調査内容 
2019 年 5 月～7 月に教育実習を行なった本学学
生（25 名）を対象に，東京都教職課程カリキュラ
ムのカリキュラム編成モデルの例示の中から，特別
支援教育に関する項目の主観的到達度を調査した。
質問項目を表 1 に示す。モデルの例示では 6 項目
となっているが，内容を明確にするため一部項目を
分割，追加し 10項目とした。 
 
表 1 特別支援教育に関する質問項目 
 
 
各項目は 5 段階（1：非常に不足している，2：
不足している，3：普通，4：優れている，5：非常
に優れている）で，対象者に各項目の自己到達度を
評価させた。 
3.2調査結果 
（1）基礎的知識 
 図 1 に特別支援教育で修得させたい基礎的知識
についての結果を示す。①学校教育の課題・動向「学
校教育の課題や動向等についての基本的な知識を
身につけている」と，②発達障害「情緒障害，自閉
症，学習障害，注意欠陥多動性障害等の発達障害に
関する基礎的な知識を身につけている」の 2項目が
ある。①学校教育の課題・動向では，非常に不足し
ている 0％，不足している 12％，普通 56％，優れ
分　野 項　目 質問内容 重点内容
学校教育の
課題・動向
学校教育の課題や動向等についての基本的な知識を身につ
けている。
発達障害
情緒障害，自閉症，学習障害，注意欠陥多動性障害等の発
達障害に関する基礎的な知識を身につけている。 ◯
指導方法
通常の学級に在籍する，特別な支援を要する児童・生徒へ
の適切な支援を行うために，具体的な場面を想定した基本
的な指導方法を身につけている。
◯
コミュニケー
ション
児童・生徒や保護者，地域住民に対して適切な言葉遣いや
相手を思いやる姿勢など，互いの信頼関係を築くために必
要なコミュニケーションスキルを身につけている。
生活指導 生活指導の意義を理解している。
特別支援
教育推進
すべての学校で特別支援教育を推進することの意義につい
て理解している。
発達段階に
応じた指導
児童・生徒一人一人の発達段階に応じた，集団指導及び個
別指導の在り方を理解している。
関係機関
との連携
特別支援教育を推進するための関係機関との連携の在り方
について理解している。 ◯
学校組織
体制
特別支援教育を推進するための学校の組織体制について理
解している。 ◯
施　　策
国や東京都の特別支援教育に関する施策等について理解し
ている。 ◯
基本的
知識
スキル
理解
意義
Bulletin of Tokyo Denki University, Arts and Sciences No.17 2019116
ている 28％，非常に優れている 4％であった。②
発達障害では，非常に不足している 0％，不足して
いる 32％，普通 48％，優れている 12％，非常に優
れている 8％であった。 
 
 
図 1 基礎的知識の結果 
 
（2）スキル 
図 2 に特別支援教育で身に付けさせたいスキル
についての結果を示す。①指導方法「通常の学級に
在籍する，特別な支援を要する児童・生徒への適切
な支援を行うために，具体的な場面を想定した基本
的な指導方法を身につけている」と，②コミュニケ
ーション「児童・生徒や保護者，地域住民に対して
適切な言葉遣いや相手を思いやる姿勢など，互いの
信頼関係を築くために必要なコミュニケーション
スキルを身につけている」の 2項目がある。①指導
方法では，非常に不足している 12％，不足してい
る 20％，普通 48％，優れている 16％，非常に優れ
ている 4％であった。②コミュニケーションでは，
非常に不足している 0％，不足している 4％，普通
40％，優れている 56％，非常に優れている 0％で
あった。 
 
 
図 2 スキルの結果 
 
（3）意義 
図 3 に特別支援教育で理解させたい意義につい
ての結果を示す。①生活指導「通生活指導の意義を
理解している」と，②特別支援教育推進「すべての
学校で特別支援教育を推進することの意義につい
て理解している」の 2項目がある。①指導方法では，
非常に不足している 0％，不足している 8％，普通
24％，優れている 52％，非常に優れている 16％で
あった。②特別支援教育推進では，非常に不足して
いる 4％，不足している 8％，普通 40％，優れてい
る 36％，非常に優れている 12％であった。 
 
 
図 3 意義の結果 
 
（4）理解 
図 4 に特別支援教育で理解させたい事項につい
ての結果を示す。①発達段階に応じた指導「児童・
生徒一人一人の発達段階に応じた，集団指導及び個
別指導の在り方を理解している」，②関係機関との
連携「特別支援教育を推進するための関係機関との
連携の在り方について理解している」，③学校組織
体制「特別支援教育を推進するための学校の組織体
制について理解している」，④施策「国や東京都の
特別支援教育に関する施策等について理解してい
る」の 4項目がある。 
 
 
図 4 理解の結果 
 
①発達段階に応じた指導では，非常に不足してい
る 0％，不足している 12％，普通 48％，優れてい
る 36％，非常に優れている 4％であった。②関係
機関との連携では，非常に不足している 8％，不足
している 32％，普通 56％，優れている 4％，非常
に優れている 0％であった。③学校組織体制では，
非常に不足している 8％，不足している 40％，普
通 40％，優れている 12％，非常に優れている 0％
東京電機大学総合文化研究　第17号　2019年 117
であった。④施策では，非常に不足している 8％，
不足している 52％，普通 36％，優れている 4％，
非常に優れている 0％であった。 
 
4．考察 
 
教育実習を終えた学生を対象とした，主観的到達
度調査結果から，特別支援教育において，学生が修
得不十分と感じているものが見えてきた。基本的知
識では，32％の学生が発達障害に関する基礎的な
知識に不足を感じており，十分であると感じる
20％よりも多くなっていた。一方，学校教育の課
題や動向等についての基本的な知識では，32％の
学生が十分であると感じており，不足を感じている
のは 12％であった。全般的な教育に関する知識は
ある程度身に付いていると感じているようだが，障
害に特化した具体的な知識の修得は不十分と感じ
ている学生が多い。スキルでは，特別な支援を要す
る児童・生徒への基本的な指導方法に対して 32％
の学生が不足を感じており，十分であると感じる
20％よりも多くなっていた。一方，互いの信頼関
係を築くために必要なコミュニケーションスキル
では，56％の学生が十分であると感じており，不
足を感じているのは 4％であった。これも基本的知
識と同様，教育全般に求められるカウンセリング・
マインド的なコミュニケーションスキルは身に付
いていると感じているが，特別な支援を要する児
童・生徒への具体的指導方法の修得となると，不十
分と感じている学生が多くなっている。意義では，
生活指導の意義理解では 68％の学生が十分である
と感じており，不足を感じているのは 8％であった。
すべての学校で特別支援教育を推進することの意
義理解でも 48％の学生が十分であると感じており，
不足を感じているのは 12％であった。意義といっ
た概念的理解については，全体的に身に付いている
と感じる学生が多い。理解では，特別支援教育に関
する施策の理解に対して，60％が不足を感じてお
り，十分であると感じる 4％に比べ，多くの学生が
不十分さを感じていた。また，特別支援教育を推進
するための学校の組織体制の理解に対しても，
48％が不足を感じており，十分であると感じる
12％に比べ，不十分を感じる学生が多くなってい
た。特別支援教育を推進するための関係機関との連
携の在り方の理解では，40％が不足を感じており，
十分であると感じる 4％に比べ，これも不十分を感
じる学生が多くなっていた。一方，発達段階に応じ
た指導の在り方の理解では，40％の学生が十分で
あると感じており，不足を感じているのは 12％で
あった。理解についても，特別支援教育に関しての
施策・学校組織体制・関係機関との連携の修得が不
十分と感じている学生が多くなっていることがわ
かる。基本的知識，スキル，意義，理解に共通して，
特別支援教育で重点的に取り扱うことが望ましい
内容について，学生は自己の力不足を感じているこ
とが看取された。 
 
5．特別支援教育の課題 
 
今回の調査対象者は，改正前の教職に関する科目
を履修した学生である。彼らは「障害のある幼児，
児童及び生徒の心身の発達及び学習過程を含む」内
容を履修してはいるものの，「特別の支援を必要と
する幼児，児童及び生徒に対する理解」で重点的に
取り扱う特別支援教育の内容については不十分な
状況にあり，主観的到達度は低い結果となった。新
教職課程での新設「特別支援教育」では，特別支援
教育に関する施策・学校組織体制・関係機関との連
携の在り方についての十分な教育活動体制が特に
必要とされる。また，特別な支援を要する生徒への
適切な対応を行うための指導方法を修得させるた
め，アクティブ・ラーニング等を取り入れた実践的
な学修が今後の課題となる。 
 
参考文献 
 
1）教育公務員特例法等の一部を改正する法律（平成 28 年 11
月 28日法律第 87号） 
2）教育職員免許法施行規則及び免許状更新講習規則の一部を改
正する省令（平成 29年文部科学省令第 41号） 
3）文部科学省 教職過程コアカリキュラムの在り方に関する検
討会（2017）「教職課程コアカリキュラム」 
4）東京都教育委員会（2017）東京都教職課程カリキュラム
 
Bulletin of Tokyo Denki University, Arts and Sciences No.17 2019118


Traditional Chinese

Issues of Special Needs Education in Teacher Training

東京電機大学博士（工学）2018thesi

伊藤, 佳卓

イトウ, ヨシタカ

ITO, Yoshitaka

時系列データのみからのパラメータ空間推定と決定論的ダイナミクスの解析

田中, 剛

タナカ, ゴウ

TANAKA, Go

Research and development of vibration control technology suitable for industrial plants ～Realization of new type of viscous fluid dampers for improvement of seismic resistance of thermal power plants～

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 Q18E-05 
課題名（和文） メタノール水溶液改質水素発生装置の開発 
課題名（英文） Development of Reforming of Methanol Aqueous Solution for Hydrogen Production 
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） 
本文（９ポイント：明朝） 
再生可能エネルギーから生成された水素と二酸化炭素から合成されたメタノールは水素キャリアの一つと
して着目されている。本研究では、過熱液膜方式を用い、メタノール改質水素を簡便に取り出す水素発生装置
を開発した。本装置は固体酸化物型燃料電池(SOFC)の熱電併給機能を組み合わせることで、コンビニや病院、
施設園芸のエネルギー源として利用可能な、新しいエネルギーシステムの構築につながることが期待される。 
 
研究成果の概要（英文） 
本文（９ポイント：Century） 
Hydrogen energy utilization system using reforming reaction of methanol aqueous solution is efficient 
system from the view point of carbon capture and utilization. In this study, reforming reaction of methanol 
aqueous solution using superheated liquid-film concept was carried out, and the effects of the molar ratio 
of water to methanol (S/C ratio), and species of metal catalyst on reforming reaction of methanol aqueous 
solution were investigated. 
 
      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 
メタノールは二酸化炭素と水素からつくられ、
メタノールと水の等モル混合物からは二酸化炭
素 と 水 素 が 再 生 さ れ る 。 メ タ ノ ー ル は
CCS(Carbon Capture & Storage)を含む何らかの
方法で濃縮された二酸化炭素と再生可能エネル
ギーによって得た水素の反応生成物とみてもよ
いので、エントロピー減少の濃縮手立てさえあれ
ば、CO₂の介在するメタノールサイクルが成立す
る。CO₂を濃度制御のうえハウス栽培で有効利用
するなら、メタノール駆動の SOFC は、電気と熱
のエネルギー供給のみならず、物質生産の CO₂供
給をも可能にする。メタノール水蒸気改質触媒反
応はこれまで、学術的にも工業的にも Cu—ZnO 系
触媒を用い、250～300℃の温度で固気接触不均一
触媒を中心に検討されて来た。燃料電池に１kw
程度の家庭用サイズ需要があるように、水素発生
装置にもコンパクトサイズの需要がある。事業
所、病院・福祉施設、施設園芸農家などから要望
されながら、それに供する小型水素発生装置はま
だ開発されていない。 
2.研究の目的 
 本研究で開発する水素発生装置は、「流通式二
重円筒型水素発生装置」である。カーボンクロス
担持白金触媒(5wt—Pt％、シート幅 60 mm)を内筒
外筒の間隙に巻き付け固定し、内側と外側の両方
から中温熱(350—400℃)を与える。メタノール水
溶液完全転化による SOFC(700 W)用水素(536.2 
NL/h)の供給が目標である。装置開発後に解決す
べき技術課題として、24 時間フル運転に必要な水
素供給量を確保することである。技術課題となる
のは、SOFC の中温域排熱を使ってメタノール水
溶液を水素と二酸化炭素に完全転化することと、
SOFC(700 W)用水素発生器をコンパクトに仕上
げることである。SOFC(700 W)に必要な水素量
536.2 NL/h は、メタノール供給 323 mL/h の完全
転化で確保される。 
3.研究の方法 
二重円筒型流通式反応器に所定量の白金を担
持させた高表面積活性炭織布(2403 m2/g)を触媒
として仕込み、メタノール水溶液(モル比 1 : 1)を
所定流量で液相供給し、未反応物を凝縮分離し、
ガス生成速度の測定を行った。加熱温度、基質供
給速度、白金担持活性炭織布の枚数がガス生成速
度におよぼす影響を調べた。ここで、二重円筒型
反応器は基質が供給される流路に白金担持活性
炭織布を 1 - 3 枚巻ける構造となっている。 
4.研究成果 
Figure 1に流通法における滞留時間と気体生成速
度の関係に白金担持量がおよぼす影響を示す。こ
こで白金触媒担持率は 5.0 wt%、加熱温度は
280℃である。白金担持活性炭織布を巻く枚数を
増すことで白金量を増やすと反応速度が増大し
た。加熱温度、白金量、基質供給速度を操作する
ことで、水素発生速度を従来の固定床流通式反応
器に比べて多くすることができる可能性が見い
だされ、二重円筒型反応器がスケールアップに適
していることが確認できた。 
 
Figure 1 Effect of amount of Pt on gas 
generation rate 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① D. Kobayashi, M. Hagiwara, S. Kobayashi, 
A. Shono, Y. Saito; “Catalytic Reforming of 
Aqueous Methanol using Double Cylinder 
Type Reactor,” 2018 AIChE Meeting, 
Pittsburgh, U.S.A. (2008) 
 
0
2
4
6
8
10
0 1 2 3
気
体
生
成
速
度
[m
m
ol
/h
]
滞留時間 [h]
64 mg
128 mg


Development of Reforming of Methanol Aqueous Solution for Hydrogen Production

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 Q18J-02 
課題名（和文） マイクロホンアレイ走査型三次元音場計測における位相情報の復元 
課題名（英文） 
Phase reconstruction for three-dimensional sound field measurement with moving 
microphone array 
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，助教 
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） 
本文（９ポイント：明朝） 
移動型マイクロホンアレイを用いた非同期音場計測では，位相情報の利用が困難である．そこで，本研究では，
非同期音場計測結果を用いた音波面動画の可視化を目的とし，非同期かつ非一様サンプリングで計測された多
数の複素音圧信号を，波数空間上で分散関係を満たすよう測定点間の位相の同期を試みた。２次元自由音場シ
ミュレーションの結果から，音場可視化のための波面を再構成可能であることを明らかにした。 
 
研究成果の概要（英文） 
本文（９ポイント：Century） 
It is difficult to use broken phase information in the result of asynchronous sound field measurement with 
moving a microphone. In this research, we proposed reconstruction method of the phase information of 
sound field measured by a moving microphone to make a wave-front movie. In two dimensional free-field 
condition, simulation results show that wave front animation can be reconstructed by optimizing phase in 
each measurement signal to match a dispersion relationship of sound propagation in k-space. 
 
 
	 	     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 
	 音場の可視化技術は，音の発生源の把握や音伝搬
の理解を助け，騒音問題や音響設計に役立つ．特に，
少ない機材で効率的に音場を可視化する方法の一つ
として小型の移動型マイクロホンアレイが用いられ
る．これまで研究代表者らが提案してきた AR/MR
技術を用いた３次元音響インテンシティの可視化シ
ステムでは，可視化が必要な場所で自由にマイクロ
ホンアレイを走査するとリアルタイムに音場が可視
化され，多量で広範囲の測定を短時間に行う事が可
能になった．しかし，移動型マイクロホンアレイを
用いた計測では，測定対象となる音源と非同期で計
測が行われるため，位相情報が失われるという問題
があった．位相情報の推定が可能になれば，音場の
時間変化表示が可能となり，より反射音の理解など
複雑な音場に対して直感的な理解を助けられる． 
2.研究の目的 
	 本研究では，移動マイクロホンによって計測され
た音場情報から位相情報も含めた音場の可視化を行
うことを目的とし，波数空間上の分散関係を満たす
ように非同期の多点複素音圧信号の位相を同期す
る。特に，移動マイクロホンによる計測では，空間
を一様にサンプリングすることが困難であることを
考慮し，非一様サンプリングデータを仮定する。ま
た，簡単のため２次元自由音場を仮定し，シミュレ
ーションを行い，提案手法の有効性について検証す
る。 
3.研究の方法 
	 簡単のため，静止した単一の点音源を計測する場
合を考え，また，すべての測定点は点音源と同一平
面上にあるとする。 
	 移動型マイクロホンアレイを手動で走査する場
合，測定点は等間隔な格子上に揃うことを期待する
ことは困難である．そこで，測定データを波数空間
で分析するために，非一様高速フーリエ変換
（NUFFT）を用いる．NUFFT には，非一様の条件
によっていくつかの手法が提案されているが，ここ
では，任意の位置でデータがサンプリングされてい
る場合である Type3 の NUFFT を用いる。 
	 音波の波数(空間周波数)には，分散関係と呼ばれ
る関係が成り立つ。つまり，ある周波数の音波は 
波数空間内で，ある円上に集中することを意味する． 
従って，音源の周波数および音速が既知であれば，
計測結果の二次元フーリエ変換によって得られる波
数空間上のデータに対して制約が設けられる．特に，
計測データが今回の様に音源と非同期となる場合，
位相ずれの影響で分散関係が成り立たない． 
4.研究成果 
	 シミュレーション実験の結果から，等間隔グリッ
ドでは，音源から球面波が形成され，波数空間にお
いても分散条件を満しているのに対し，位相差なし
の非一様サンプリングされたデータに，一度
NUFFT すると，等間隔グリッド条件と比べ，波面
に乱れが確認された．特にこの乱れは測定されてい
ない場所に現れる．この条件でも波数空間上に分散
条件を満たす円上にエネルギーの集中が見られる．
しかし，計測結果が非同期であることを想定して，
ランダムに位相を与えた場合は，分散条件を満たす
エネルギーが小さくなり，時空間上でも波面の観測
も困難となった． 一方，最適化後の波面と波数空間
スペクトルでは，ランダム条件と比べ，波数空間ス
ペクトルが分散条件を満たすように改善し，波面が
観測可能であることが確認された．しかし，非一様，
位相差なし条件と比べると，精度に改善の余地があ
ることが確認された． 
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	 0 件） 
 
〔学会発表〕（計	 1 件） 
① 小宮 寛季，池田 雄介，小坂 直敏, “移動型マ
イクロホンアレイによる定常音場計測における
位相復元の基礎的検討,” 2018 年日本音響学会
秋季研究発表会, 2018.9 
 
〔図書〕（計	 0 件） 
 


Phase reconstruction for three-dimensional sound field measurement with moving microphone array

南斉, 俊佑

      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 Q18T-06 
課題名（和文） ガラス壁面における同時位置決め地図作成システムの開発 
課題名（英文） Development of Simultaneous Localization and Mapping System on Glass Surface 
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，助教 
氏名 南斉俊佑 
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） 
本助成では，ガラス外観清掃ロボットのための計測推定技術の確立を目的とし，窓枠を環境とした同時位置
決め地図作成システムを開発する．水平なガラス板上を二輪車両ロボットが走行することを想定し，観測シミ
ュレーションを行う．得られたデータに対して，同時位置決め地図作成システムのループ閉込み技法を適用し，
歪みを補正した位置・地図データを作成する．また，実機実験を行い，窓枠をセンサで観測し地図データを作
成する． 
 
研究成果の概要（英文） 
The purpose of this research grant is to establish a measurement technology for glass facade cleaning 
robot， and simultaneous localization and mapping (SLAM) system for the robot is developed． We 
supposed to that a two wheeled robot locomotes on a horizontal glass surface with window frame． And， 
observation data in this environment are obtained via a numerical simulation． For the data， the loop 
closing technology included in SLAM is applied to correct distortions due to observation noises in order to 
obtain high-precision localization and mapping data． Finally， a real mapping data are obtained via an 
experiment． 
 
 
      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 
建設技術の向上に伴い，様々なガラス外観を持つ
高層ビルが建設されている．その一方で，ビル壁面
は人力で清掃作業されており，落下事故などの人命
に関わる重大な事故が発生している． 
このような問題を解決するためには，ロボットが
自律的にガラス壁面上をくまなく移動可能でなけれ
ばならない．特に，ガラス壁面上での高精度な自己
位置推定と地図構築が求められる． 
2．研究の目的 
本研究の目的は，ガラス壁面における同時位置決
め地図作成システム (Simultaneous Localization 
And Mapping：SLAM)を構築することである． 
SLAMは，自動運転車や最新の家庭用ロボット掃除
機などに搭載されている技術であり，自己位置推定
と環境地図作成を同時に行うための技術である．本
研究では，窓枠を環境として水平に設置した 1枚の
ガラス面上を，レーザレンジファインダ(LRF)を搭
載した二輪車両ロボットを走行させ，ロボットの自
己位置および窓枠の形状を推定することを目指す． 
3．研究の方法 
一般に SLAMでは，レーザレンジファインダなど
の環境計測用のセンサを地面に対して水平に走査さ
せ，得られた点群データから自己位置・環境地図を
推定する．それに対して本研究では，レーザレンジ
ファインダをガラス壁面に対して垂直に走査させ
る．そして，得られた点群データから，ガラス壁面
と窓枠の境界となる点を 1点抽出し，その 1点のデ
ータを環境計測データとする．したがって，窓枠の
形状を推定するために，二輪車両ロボットは窓枠に
沿ってガラス面上を 1周以上走行する．得られた計
測データは，ノイズなどが原因で歪んでいることが
多い．そこで本研究では，窓枠の頂点をランドマー
クとしてループ閉じ込みを適用することで，正確な
自己位置・環境地図データを作成する． 
4．研究成果 
ループ閉じ込みによって，自己位置の誤差 10 mm
以下の制度で，歪みを補正できることを数値シミュ
レーションによって確認した．(Fig. 1) 
 
Fig. 1 Simulation result 
また，LRFによる計測実験を行い，2.3 mm以下
の制度で窓枠を検出可能であることを確認した．さ
らに，移動ロボットによる実験によって歪み補正の
ない自己位置・環境地図の作製に成功した． 
今後は，実機によるループ閉じ込みを適用した窓
枠形状の推定の実現を目指し，研究を進める． 
5．主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
① S. Nansai, and Hiroshi Itoh, “Foot Location 
Algorithm considering Geometric Constraints 
of Façade Cleaning”, Journal of Advanced 
Simulation in Science and Engineering, Vol. 
6, No.1, pp. 177-188, Mar. 2019. 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① S. Nansai and H. Itoh, “Foot Location 
Algorithm for Façade Cleaning Robot”, 37th 
JSST Annual International Conference on 
Simulation Technology (JSST2018), Muroran, 
Hokkaido, Japan, pp. 253-255, 18-20 October 
2018. 
② S. Nansai and H. Itoh, “Geometric Foot 
Location Determination Algorithm for Façade 
Cleaning Robot”, The 5th International 
Conference on Advanced Engineering - 
Theory and Applications 2018 (AETA2018), 
Ostrava, Czech Republic, 11-13 September 
2018.  
 


Development of Simultaneous Localization and Mapping System on Glass Surface

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