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

笹谷, 真通

河原, 大

中久喜, 丈一

佐々木, 瞭

代田, 祐也

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22T-02 
課題名（和文） 木質大型パネルを用いた木鋼ハイブリッド耐震壁工法の開発 
課題名（英文） Development of hybrid wall system of timber panel and steel frame 
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、教授 
氏名 笹谷 真通 
共同研究者 
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、助教（2023 年 3 月まで） 
氏名 河原 大 
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、修士課程修了、修士（工学） 
氏名 中久喜 丈一 
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、修士課程 
氏名 佐々木 瞭 
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、修士課程 
氏名 代田 祐也 
 
研究成果の概要（和文） 
近年の中大規模木質構造の発展が目覚ましく、これまで様々な工法技術が用いられている。そのひとつの可
能性として、木質材料と鋼材を組み合わせたハイブリッド構造が挙げられる。本研究では大型木パネルと鉄骨
フレームのハイブリッド耐震壁システムの先行研究の改良点を抽出し、これを解決する新しい工法を提案した。 
本研究の成果としては、実大寸法の各種構造実験や施工検証および構造解析を行い、構造設計を行う上での
本工法の構造性能の基礎資料を得るとともに、将来の実装に向けた可能性を確認することができた。 
 
研究成果の概要（英文） 
The development of medium-large scale timber structures has been remarkable in recent years, and a 
variety of construction techniques have been improved. One possibility is a hybrid structure combining 
wood and steel materials. In this study, we extracted improvements from previous studies of hybrid 
earthquake resistant wall systems of large wood panels and steel frames, and proposed a new construction 
method to solve these problems. 
We conducted various structural tests of full-scale dimensions, construction verification and structural 
analysis to obtain basic data on the structural performance of this method for structural design and to 
confirm its potential for future implementation. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
建築物の用途や品質に対する要求や環境保全など
の意識が高まる中、近年は公共建築物における木材
の利用促進が期待されている背景もあり、木質大型
パネル（以下、木パネル）を用いた建築がみられる
ようになってきた。 
近年では、木質構造が中大規模建築の構造にも対
応することができるような構造的合理性を追求した
結果のひとつに、木材と鋼材を組み合わせたハイブ
リッド構造が着目されており、大型パネルを木材に
用いる事例も見られるようになってきた。これらの
大きな特徴として木材の長所を生かし、木材と対照
的な特徴を持つ鋼材の長所を適所に組み合わせてい
る点にある。しかし木パネルと鋼材を一体化するこ
とにより、施工段階での精度が要求され、さらに一
体化することによって建物供用後の乾燥収縮により
生じる木材の割れへの懸念がある。 
この課題への解決策のひとつとして、研究代表者
は建設段階の施工精度や乾燥収縮時応力に着目した
新しい木・鋼ハイブリッド耐震壁工法（以下、先行
工法）を提案し、木パネルにはラミナ材をこば立て
て積層したスタックラミナパネルを用いた各種実大
構造実験を実施し、本工法の基礎性状を把握し，設
計に用いる資料を得た（以下、先行研究）。 
 
2.研究の目的 
本研究では、木パネルと鉄骨フレームが支圧のみ
で一体となった先行工法のさらなる構造性能および
施工性の向上を目的として、以下に示す5つの改良点
を提案した（図1、2、3）。 
(1） 建設施工段階における精度の確保→支圧面の
集約(8→4 面) 
(2） 木パネルの乾燥収縮による割れへの対処→く
さび機構 
(3） 地震等の双方のさらなる一体性→回転機構を
有する接合金物 
(4） 木パネルの取り替えのしやすさ、建物としての
持続性→木パネル 2 分割 
(5） 木パネルの適用範囲の拡大→木パネルを LVL、
CLT を対象とする。 
この改良点を実装した工法（以下、本工法）の実
用化に向け、実大寸法の構造実験や構造解析を通し
て、構造設計に用いる資料を得ることを目的とした。 
 
 
図 2.くさび型接合具詳細 
くさび型接合具 木パネル 
PC 鋼棒 
くさび金物 
皿ばね 
ピンΦ55 
摩擦面処理 
摩擦面処理    
GPL-9 
PL19 
図 1.工法概要 
鉄骨フレーム ピン金物 
木パネル くさび金物 
PC 鋼棒ブレース 
図 3.耐荷機構図 
引張力 
(PC鋼棒) 
圧縮力 
(木パネル) 
引張力 
(鉄骨フレーム) 
θpc 
θw 
外力 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
3.研究の方法 
（１）構造実験（図 4） 
試験体は実大スケールとし、梁芯間距離を
3600mm とした。スパンは 3600mm(以下 AR1)およ
び 1500mm(以下 AR2)である。鉄骨フレームの断面
は全試験体共通で、柱、梁ともに H-150×150×7×
10（SN490B）とした。くさび型接合具は SN490B
とした。くさび金物の接触面の摩擦面処理は錆発生
促進剤を用いて、塗布後 48 時間以上養生した。LVL
パネルは E70-1 級（40V-34H）、板厚 75mm、高さ
3050mm、幅 3000mm（600mm 幅を工場接着）、含
水率 20%以下のスギ材を使用した。CLT パネルは
S60（3 層 3 プライ）、板厚 90mm、高さ 3050mm、
幅 3000mm、含水率 20%以下のスギ材を用いた。 
実験パラメータは柱スパンおよび木パネルの種別
とし、試験体は計 4 体作成した。 
（２）構造解析（図 5） 
 構造実験結果との比較検討を目的とし、面材と線
材を組み合わせた弾性モデルを作成した。 
解析モデルは鉄骨フレームおよび PC 鋼棒ブレース
を線材、木パネルをメッシュ分割した板要素で置換
した。柱梁は剛接合、PC 鋼棒およびくさび型接合具
は端部ピン接合とし、鉄骨フレーム脚部はピン支持
とした。また接合具をピン接合する四隅のガセット
は面要素によりモデル化した。木パネルとくさび型
接合具の支圧接合部は引張力を負担しない連結要素
を用い、水平加力時には木パネルに引張力を伝達し
ない納まりとした。上記連結要素は水平鉛直 2 方向
に分けて支持し、水平方向要素には木パネルの等変
位めり込み式を適用した。 
 
4.研究成果 
本研究では、先行工法を改良したピン機構付きく
さび型接合具を用いた木鋼ハイブリッド耐震壁の工
法の提案をし、実大寸法の構造実験および構造解析
を通して、本工法に所定の構造性能を有することが
確認できた（図 5、6、７）。 
今後は本工法の構造設計への適用に向けた検討を
行う予定である。 
 
油圧ジャッキ 
(1000kN) 
ロードセル 
＋球座 
ローラー 
2
H-
9
00
×
30
0×
16
×
28
 
反
力
フ
レ
ー
ム
 
2
H-
9
00
×
30
0×
16
×
28
 
2H-900×300×16×28 
振れ止め 
油圧ジャッキ 
(1000kN) 
ロードセル 
＋球座 
ローラー 
水平変位 
脚部水平変位 
脚部鉛直変位 
1 軸 
3 軸 
ひずみゲージ 
ひずみゲージ 
図 4 実験方法および計測箇所 
図 7 実験結果（荷重変位曲線）と解析結果の比較 
P 
δ 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
AR2-1
AR2-2
AR1-2
AR1-1
δ[mm]
P[kN]
AR1-1 解析剛性
AR1-2解析剛性値
AR2-2解析剛性値
AR2-1解析剛性値
PC降伏
H柱降伏
Py=469.9kN(AR1-1実験値)
Py=479.4kN(AR1-2正側実験値)
H柱降
PC降伏
Py=242.3kN(AR2-1実験
値)
Py=286.0kN(AR2-2実験
値)
木降伏
木降伏
木降伏
木降伏
H柱降
伏
H柱降
伏
木パネル 
PC鋼棒ブレース 
鉄骨梁 
鉄骨柱 
図 6 解析結果概要：木パネル主応力分布 
くさび機構 
図 5 解析モデルおよび結果概要：変形図 


Japanese

木質大型パネルを用いた木鋼ハイブリッド耐震壁工法の開発

日高, 浩一

石橋, 凌

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号  Q22T-03 
課題名（和文） 操作者の操作予測を組み込んだモデル予測制御 
課題名（英文） Model predictive control including estimation of operation 
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 日高 浩一 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科、電気電子工学専攻、修士１年 
氏名 石橋 凌 
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） 
本研究では車速依存 HEV モデルを用いたモデル予測制御のための車速予測モデルを提案した。 提案するモデ
ル予測制御は、HEV 車両の燃費向上を目的としています。 このアルゴリズムはニューラル ネットワークを
使用して、ドライバーが要求する車両速度の予測モデルを作成します。その結果、2 つの手法で取得した学習
データを用いて構築した車速予測モデルの正解率が最大で 80%となることを確認した。 
 
研究成果の概要（英文） 
This study proposed a vehicle speed prediction model for model-predictive control using a vehicle 
speed-dependent HEV model. The proposed model predictive control is intended to improve the fuel 
efficiency of HEV vehicles. The algorithm uses neural networks to make a predictive model for the vehicle 
speed the driver demands. The results showed the prediction accuracy of a vehicle speed prediction model 
constructed using training data acquired by two methods, which predicted a higher 80%. 
 
 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
従来の HEV 駆動部制御設計のエネルギーマネージ
メント研究では，運転サイクルが既知に対する最適
な制御器の設計が行われている。そこで運転者の要
求速度予測モデルを組み込み、実際の運転者の要求
速度のずれを考慮した制御設計法を提案する。 
2.研究の目的 
本研究では回帰型ニューラルネットワークを利用し
てドライバーの直近の動作入力に対する車速予測モ
デルの構築法を目的としている。本研究ではドライ
ビングシミュレータを利用して学習データの取得と
モデル設計、構築した車速予測モデルの予測精度お
よび，学習データ特性と予測精度の与える影響の結
果を確認することを目的とする。 
3.研究の方法 
ニューラルネットワーク (NN) の一種である
LSTM(Long Short Term Memory)と過学習を低減
する Dropout を使用して車速予測モデルを構築す
る。今回の学習は 100 回、入力データは学習精度の
比較より（アクセル、ブレーキの踏み込み角度、加
速度）そして 0km/h から 90km/h の車速帯域を
5km/h ごとに分割し、車速区間中の最大確率を予測
速度として出力する。なお過学習を抑えるため、一
定割合でランダムに NN 重みを 0 にする Dropout
層を利用する。提案モデルは中間層 1 と中間層 2 の
間と、中間層 2 と出力層の間に 25%の割合で 0 に変
えた。 
4.研究成果 
走行 6 分、データ数 7,461 個のデータ A、走行 7 分、
データ数 8394 個のデータ B と走行 20 分、データ数
14,512 個のデータ C の 3 種類を訓練データ(td)と評
価テストデータ(sd)とした。評価は（１）式の正解
率(ACC)で行い表 1 の予測結果を得た。 
表１ 予測結果 
データ ACC (td)[%] ACC (sd)[%] 
A 83.5 71.7 
B 80.0 57.9 
C 63.9 61.5 
ACC = 正解数
総データ数 
 × 100 %     (1) 
表１より 70%以上の予測が可能なモデル構築が可能
であることを確認した。 一方で使用したデータによ
り予測精度低下が発生するため、モデル設計データ
の取得方法とデータの質の検討が今後の課題であ
る。 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 0 件） 
〔学会発表〕（計 10 件） 
① 日高，青木，強化学習を利用したモデル予測制
御のための参照軌道設計法，SCI22，2022． 
② 石橋，日高，運転動作に基づく自動車の車速予
測モデルの設計，令和５年電気学会全国大会，
2023． 
③ 方波見，日高，ハイブリッド電気自動車の駆動
制御，電気学会 D 部門研究会，2023． 
④ 石橋，日高，車速依存型 HEV モデルを利用し
たモデル予測制御のための車速予測モデル設計 
電気学会 C 部門大会，2023． 
⑤ Hidaka ， Hybrid Electrical Vehicle(HEV) 
Drive Control based on Model Predictive 
Control with variable weights，SICE AC，
2023.  
⑥ 石橋，日高，車速予測モデル設計及びモデル予
測制御による HEV 車の燃費評価，SICE 
SI2024，2023. 
⑦ 方波見，日高，UKF による SOC 推定を利用し
た可変重み型  HEV 燃費性能評価，SICE 
MSCS20204，2024． 
〔図書〕（計 0） 
 
 


操作者の操作予測を組み込んだモデル予測制御

高橋, 俊介

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23P-01 
課題名（和文） 合成生物学的手法を利用した機能性融合タンパク質の開発と応用 
課題名（英文） Development of functional fusion proteins using synthetic biological tools 
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、生命科学系、准教授 
氏名 高橋俊介 
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、従来の核酸染色剤に代わる、DNA 結合タンパク質を用いた新しい蛍光標識法を開発した。4 種
類の異なる DNA 結合タンパク質に蛍光タンパク質を融合することで、DNA 結合親和性の強弱が確認された。
さらに、DNA 結合親和性が強い蛍光タンパク質は DNA 蛍光の減衰時間が長いことが示された。細胞内核の蛍
光イメージングやフローサイトメトリー解析も可能であり、これにより DNA 含有量の評価ができることも示
された。この新しい標識法は、共焦点顕微鏡やフローサイトメトリーでの核染色試薬として、新たな応用が期
待される。 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, a fluorescence labeling method using DNA-binding proteins was developed as an 
alternative to traditional nucleic acid stains. Differences in DNA-binding affinity were observed by fusing 
four DNA-binding proteins with fluorescent proteins. Additionally, it was demonstrated that fluorescent 
proteins with strong DNA-binding affinity have longer DNA fluorescence decay times. The method enabled 
fluorescence imaging of nuclear DNA in cells and flow cytometry analysis, demonstrating the ability to 
evaluate DNA content. This labeling method is expected to have new applications as a nuclear stain in 
confocal microscopy and flow cytometry. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
DNA 分子はそれ自身で蛍光特性を持たないため、
蛍光顕微鏡視野内で DNA や細胞核を視覚化するた
めには、何かしらの方法で染色する必要がある。従
来、DNA や細胞核の蛍光染色には核酸染色剤が用い
られてきた。しかし、これらの核酸染色剤は抗がん
剤として転写や DNA 複製を阻害するために使用さ
れていることから、細胞毒性があり、その取扱いに
も注意が必要であるという問題点がある。この課題
を解決するため、7kDa の DNA 結合ファミリーで、
耐熱・耐酸・耐塩基性の特性を持つ 4 種類の異なる
2 本鎖 DNA 結合タンパク質に蛍光タンパク質を融
合した2本鎖DNA蛍光標識タンパク質を開発した。
結果、2 本鎖 DNA 蛍光標識タンパク質における 2
本鎖 DNA 結合タンパク質の種類の違いによって
DNA 結合親和性が強・中・弱の違いが見られること、
DNA結合親和性が強い2本鎖DNA蛍光標識タンパ
ク質ほど DNA の蛍光が減衰するまでの時間が長い
ことが示され、特許を出願した。 
2.研究の目的 
本研究では、細胞核での蛍光イメージングやフロー
サイトメトリー解析等の利用可能性を評価し、2 本
鎖 DNA 蛍光標識タンパク質のさらなる拡張性を高
めることを目的としている。 
3.研究の方法 
（１）細胞培養 
10％ウシ胎児血清及び 75 mg/L の硫酸カナマイ
シンを添加した RPMI-1640 培地を使用し、ヒト白
血病Ｔ細胞株 Jurkat 細胞の培養を行った。培養は
95％のエアー、5％の二酸化炭素の条件下で、37℃
のインキュベーターで行った。 
（２）共焦点顕微鏡による細胞内核染色の直接観察 
細胞培養後、1x10^6 細胞を、リン酸緩衝生理食塩
水（PBS）で 0.25x10^5 cells/mL に希釈し、ガラス
ボトムディッシュ（松浪）に 3.0mL 播種した。72
時間さらにインキュベートした後、細胞培養液をア
スピレートし、PBS で２回洗浄し、非固定化細胞（生
細胞）を得た。次いで、得られた非固定化細胞を、
1.0 mL の 4％パラホルムアルデヒドに浸し、4℃で
15 分間静置して固定した、その後、固定化細胞を
PBS で３回洗浄した。細胞内の核を染色するため、
1 ng/µL の 2 本鎖 DNA 蛍光標識タンパク質 Aho7c- 
mClover3と0.1％のTriton-X100を含む溶液を調製
し、細胞に添加した。共焦点顕微鏡（オリンパス社
製）による直接観察を行った。 
（３）フローサイトメトリー解析 
細胞培養後、1x10^6 細胞を、PBS で洗浄し、透
過性緩衝液（0.1％の Triton-X100 を含む PBS緩衝
液）に懸濁した。細胞内の核を染色するため、1 ng/µL
の 2 本鎖 DNA 蛍光標識タンパク質 Aho7c- 
mClover3 と 0.5 mg/ml の RNase A を含む溶液を調
製し、細胞に添加した。各細胞について、フローサ
イトメトリーに（ベクトン・ディッキンソン）よる
解析を行った。得られたデータは Cell Quest（ベク
トン・ディッキンソン）を使用して解析した。 
4.研究成果 
共焦点顕微鏡による固定化細胞及び生細胞内での
核内染色核染色の直接観察の結果、2 本鎖 DNA 蛍
光標識タンパク質 Aho7c-mClover3 によってそれぞ
れの細胞内の核が蛍光標識されたことが示された。
これは、共焦点顕微鏡による細胞内の核染色試薬と
して使用できることが実証された。加えて、フロー
サイトメトリーによる解析の結果、2 本鎖 DNA 蛍
光標識タンパク質 Aho7c-mClover3 によって細胞内
の核が蛍光標識されたことで、細胞内のＤＮＡ含有
量の評価が可能であることが示された。以上から、
Aho7c-mClover3 は、細胞内の核染色として使用で
きるだけでなく、細胞内 DNA 含有量評価に適用で
きる可能性が示された。 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 1件） 
① Takahashi S, et al., Analytical Biochemistry, 
2023 
〔図書〕（計 2件） 
① 高橋俊介、月刊「細胞」、2022 
② 高橋俊介、アグリバイオ、2022 
 


合成生物学的手法を利用した機能性融合タンパク質の開発と応用

小林, 宏史

新谷, 賢司

服部, 将太郎

福田, 一樹

依田, 翔大

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23P-02 
課題名（和文） 円錐反射面を用いた円筒内面円周一括露光技術 
課題名（英文） 
Exposure Technology Using a Cone Mirror for Printing Patterns in a Lump on Overall 
Inner Surfaces of Cylindrical Pips 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学 工学部 先端機械工学科 教授 
氏名 小林 宏史 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院 工学研究科 先端機械工学専攻 
氏名 新谷 賢司 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院 工学研究科 先端機械工学専攻  
氏名 服部 将太郎 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院 工学研究科 先端機械工学専攻  
氏名 福田 一樹 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学大学院 工学研究科 先端機械工学専攻  
氏名 依田 翔大 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究は、特許・知財実用化支援課題として、出願した特許技術の検証および実用化に向けての研究を行っ
た。円筒試料の内側に円錐ミラーを挿入し、マスクパターンを反射させることで内面円周方向に一括で任意パ
ターンを露光するという新しい光リソグラフィ技術の検証のため、自作の露光装置を利用し、内径 14 mm の
ステンレス製のパイプ試料の内面に露光を行った。試料内側にネガ型レジストを塗布し、同心円状のラインア
ンドスペースパターンを描いたマスクを用いて約等倍で投影露光した結果、部分的に途切れがあるものの最小 
100 µm ラインアンドスペースパターンを内面に形成することができた。金属内面にパターン形成できたこと
で、特許技術の実用化に向けて実現可能性を示すことができた。 
 
研究成果の概要（英文） 
In this research, concentric circular patterns on a flat reticle were projected onto the inner surface of a 
cylindrical pipe placed on the axis of the concentric circles using a cone mirror, and circumferential 
line-and-space patterns were printed. Metal (SUS304) pipes with an inner diameter of 14 mm coated with 
a negative 10-µm thick resist were used. As a result, 300 µm and 100 µm line-and-space patterns were 
printed.   
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
 金属への微細加工は、平面だけでなく軸やパイプ
などの円柱形状の材料にも行われている。近年では、
その要望は円筒材料の内側表面にも出てきた。円筒
内面への電気回路パターンの形成、自動車や二輪車
などのエンジンのシリンダー内面、工作機械などの
軸受の潤滑油や測定用プローブのエアー軸受けの流
路などの溝加工、パイプ内の熱伝導性能向上などが
ある。円筒内面への主要な加工方法は、機械切削加
工や引き抜きによる塑性加工によって行われるのが
一般的だが、被加工物の細径化や微細加工に限界が
あった。直径が数十mm以上の大きな径の試料や軸
方向の直線加工などに限定され、直径十数mm の試
料への加工や螺旋パターンのような複雑な形状の加
工は困難であった。 
 
2.研究の目的 
本研究では、微細加工に優れたリソグラフィ技術
を利用し、さらに円錐ミラーを円筒内面に挿入して
投影像を反射させることで、円周方向に一括で任意
のパターンを転写可能にする新たな露光方法の研究
を行った。特に、露光技術の投影光学系の一部に、
円筒内面を観察できる観察光学系を導入した露光装
置を用いることで、調整をし易くするだけでなく、
不透過材料の金属パイプ内面へ円周方向に欠けのな
いパターンを形成できるかどうかを検討した。 
 
3.研究の方法 
本研究で提案する円筒内面円周一括露光の原理を
図 1 に示す。内面にレジストを塗布した円筒の試料
内に円錐ミラーを挿入する。光源からの光をマスク
（原画）にあて、通過した光を投影レンズを介して
円錐ミラーで反射させることで試料内面に結像させ
る。これにより円周方向全面に任意のパターンを一
括で形成することができる。 
今回利用した自作の実験用露光装置を図 2 に示
す。図は装置を横から見た図である。露光装置のサ
イズは、間口約 800mm、奥行き約 100mm、高さ約
200mm である。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
光源には、紫外線光源 (インフリッジ工業(株)、主
波長 440nm)を使用し、照明用の光ファイバーによ
り装置に光を導いた。また、照明光の光強度分布均
一化のため光ファイバー射出側にロッドレンズを設
置した。照明の均一性はマスク面上で±10%以下で
ある。投影レンズは、円筒の試料内に設置した円錐
ミラーに光を当てるため、作動距離の長い顕微鏡用
対物レンズを使用した。対物レンズの倍率は等倍、
開口数は 0.03 である。円錐ミラーには、全長 10mm、
外径 10mm、頂角 90°のものを使用した。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
試料は、外径 16mm、内径 14mm の SUS304 ス
テンレスパイプを使用した。露光を行う前にレジス
トを塗布していない試料を設置して、CCDカメラで
観察して試料面に反射したパターンが見えるように
試料保持台や投影レンズの位置調整を行った。その
後、試料内面を鏡面研磨した試料にネガ型レジスト
PMER N-CA3000PM(東京応化工業)をディップ法
にて約 10µm の厚みに塗布して露光した。マスクは
300µm 、100µm の同心円状のラインアンドスペー
ス (L&S)パターンを使用し、露光時間はどちらも
380s とした。利用したマスクを図 3 に示す。 
図 2 実験用露光装置の外観 
CCD カメラ 
ロッドレンズ 投影レンズ 円錐ミラー 
図 1 円筒内面一括露光の原理 
光源 マスク 
レジスト 
金属パイプ試料 
ビームスプリッタ 
モニタ 
ロッドレンズ 
 
マスク 
投影レンズ 
円錐ミラー （照明光学系） 
試料保持台 
800mm 
ビームスプリッタ 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.研究成果 
（1）露光結果 
円筒内面に露光で形成された 300µm、100µm 
L&S レジストパターンの結果の一部（綺麗にできた
部分）を図 4 に示す。観察は、実体顕微鏡を用いて
試料を斜めにして見える範囲の観察を行った。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
レジストパターンの所々に途切れが見られた。こ
れは円錐ミラー表面の細かい傷の影響が要因の 1つ
として考えられる。金属パイプ試料内面の繋ぎ目部
でもレジストが剥がれてしまったが、円周状に観察
した 8 ヶ所全てでパターンを確認することができ
た。マスクパターン本数に対してレジストパターン
本数が少ないのは、マスク中心部のパターンが光量
不足で形成できていないためである。 
 
 
（2）パターンの線幅評価 
 正確なパターン線幅測定には粗さ測定機(株式会
社小坂研究所、サーフコーダ SE300)を用いて、測
定用のプローブを金属パイプ試料内に挿入して測定
を行った。測定箇所は観察と同様に計 8ヶ所ずつと
した。L&S パターンの線幅測定結果を図 5 に示す。
図は測定箇所 8箇所の平均値を示している。軸方向
位置の原点は表面粗さ測定機の走査開始位置であ
る。また、図の右側が金属パイプ試料の先端部、左
側が後端部である。先端部と後端部の膜厚が薄くな
っている。これは、照明の不均一性とマスクの中心
と外側で光量差が生じるためである。これは微細な
パターンほど大きく影響する。光量差を小さくする
には、露光範囲の制限や、透過光量を制御するグレ
ースケールマスクの適用などが有効と考える。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
（3）研究結果のまとめ 
本研究では、特許で提案した円筒内面円周一括露
光技術を用いて円筒内面への露光の実現性を確認す
るため、自作の実験用露光装置を利用し、SUS304
の金属パイプの内面に露光を実施した。パターンの
一部に途切れが見られるものの比較的綺麗な
300µm L&S と 100µm L&S を内面円周に一括で形
成することができた。露光されたパターンとマスク
の関係より、露光範囲の制限やグレースケールマス
クの適用などで露光領域に全体に渡って均一なパタ
ーンを得ることができると予想している。今後は、
不均一性の対策をして、複雑な形状のパターン形成
やさらなるパターンの微細化を図りたい。 
 
図 3 露光実験に用いた L＆Sマスク 
(a) 300µm L&S マスク 
1mm 
透過部(白) 遮光部(黒) 
(b) 100µm L&S マスク 
1mm 
最外径 10mm 
レジスト 金属表面 
(a) 300µm L&S パターン 
5mm 500µm 
図 4 レジストパターン観察結果 
レジスト 金属表面 
(b) 100µm L&S パターン観察画像 
500µm 5mm 
図 5 パターン線幅測定結果 
-5
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
膜
厚
[µ
m
]
軸方向位置[mm]
300µm L&S 100µm L&S
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
5.主な発表論文等 
〔雑誌・論文掲載〕（掲載予定含め計 2件） 
① 服部将太郎、Projection Exposure Technology 
Using a Cone Mirror for Printing Patterns in 
a Lump on Inner Surfaces of Cylindrical 
Pipes、Journal of Photopolymer Science and 
Technology、査読有、2024 年（掲載決定） 
〔学会・シンポジウム発表〕（発表予定含め計 3件） 
② 服部将太郎、円錐ミラーを用いた金属パイプ試
料への内面円周一括露光技術の研究、2023 年度
精密工学会学会春季大会、2024 年 3月 14日、
東京大学本郷キャンパス 
③ 新谷賢司、Projection Exposure on Overall 
Inner Surfaces of Cylindrical Pipes Using a 
Cone Mirror、Photomask Japan 2024、2024
年 4月 17日、PACIFICO YOKOHAMA 
 


円錐反射面を用いた円筒内面円周一括露光技術

仙波, 悠太

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23DS-06 
課題名（和文） 胆管癌細胞株に対する RID-B のオートファジー細胞死誘導メカニズムの解析 
課題名（英文） Characterization of the mechanism of RID-B induced autophagic cell death  
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科 物質生命理工学専攻、博士後期課程、特任助手  
氏名 仙波 悠太 
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） 
 ヒト胆管癌細胞株 TFK-1 および HuCCT1 に対して RID-B を作用させたところ、アポトーシス誘導タンパク
質カスパーゼ 3 の活性化、およびオートファジーにおける隔離膜形成に関与する LC3-II の増加が明らかとなっ
た。同時に、RID-B はオートファジーの際に酸性依存的に基質分解を担う「リソソーム」に対する中和作用を
有することも判明した。このことから、RID-B がオートファジーの隔離膜へ基質を集積させ、なおかつ分解を
阻害することでアポトーシスを誘導している可能性が考えられた。 
 
 
研究成果の概要（英文） 
In human bile duct cancer cell lines TFK-1 and HuCCT1, RID-B activated Caspase-3, an 
apoptosis-related protein, and increased LC3-II, which is involved in the formation of isolation membrane 
during autophagy. In addition, there was a neutralizing effect of RID-B on lysosomes, which are 
responsible for acid-dependent substrate degradation during autophay, was also observed. These findings 
suggest that RID-B may induce apoptosis through accumulation of substrates on the autophagic isolation 
membranes and inhibiting their degradation. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
難治癌として知られる胆管癌は，遠隔転移を生じ
やすく，抗癌剤を用いた全身化学療法が唯一の根治
治療である．しかし，胆管癌はしばしば抗癌剤耐性
を獲得するため，治療効果が限定される場合がある． 
抗癌剤耐性を有する癌細胞の多くは，増殖や転移
に必要な莫大な栄養素を，効率的に確保するルート
を発現している．代表的な栄養供給源のひとつとし
て，オートファジーと呼ばれる栄養素のリサイクル
機構が挙げられる．オートファジーでは，損傷した
細胞小器官やタンパク質などを膜に包んで選別し，
その後タンパク質分解酵素を含む小胞「リソソーム」
で分解することで，栄養素が生成される．一般に，
癌細胞におけるオートファジーの過剰な活性化は抗
癌剤耐性の原因として知られており，胆管癌に対す
る第一選択薬，ゲムシタビンにおいてもオートファ
ジーを介した耐性獲得現象が複数報告されている． 
このように，オートファジーは一般に抗癌剤に対
する妨害要因としてはたらく．その一方で，特定の
ホルモンの存在下などごく限定的な条件下において
は，むしろ細胞死の促進にはたらくことが知られて
いる．このオートファジーを介した細胞死誘導現象
はオートファジー細胞死と呼ばれる．オートファジ
ーが過剰に活性化した癌細胞に対してオートファジ
ー細胞死を効率的に誘導することができれば，抗癌
剤耐性を有する胆管癌に対する有用な治療法に成り
得ると考えられる． 
 
2.研究の目的 
オートファジー細胞死を効果的に誘導する抗癌化
合物を創出する上では，オートファジーと細胞死を
同時に誘導する化合物において，それぞれを結びつ
ける分子メカニズムを検討することが有効と考え
た．そこで，乳癌標準治療薬 Tamoxifen の構造類縁
体として東京理科大学椎名研究室にて合成された，
Ridaifen-B (RID-B)に着目した．RID-B は肝癌細胞
株において細胞死とオートファジーを同時に誘導す
る性質があるが，それぞれの因果関係は不明である．
そこで本研究では，RID-B を胆管癌細胞株に作用さ
せ，オートファジーと細胞死の誘導活性，およびそ
れぞれを結びつける分子メカニズムを解析した．  
 
3.研究の方法 
(1) 細胞および試薬 
本実験にはヒト胆管癌細胞株 TFK-1，および同
HuCCT-1 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 RPMI1640 培地で培養し，対数
増殖期の細胞を各実験に供した．RID-B は東京理科
大学椎名勇教授により合成・供与されたものを，エ
タノールに溶解して使用した． 
 
(2) 胆管癌に対する RID-B の細胞傷害性評価 
 TFK-1 細胞，および HuCCT1 細胞に一定濃度の
RID-B を添加し，23 h 培養した．その後，生細胞に
おけるミトコンドリア酵素活性に対する指示薬であ
る MTT を 0.5 mg/mL となるよう添加し，さらに 1 h
培養して RID-B を計 24 h 作用させた．生細胞にお
いて MTT が還元されることで生成するホルマザン
色素を DMSO により溶解し，ホルマザンによる紫
色の呈色から細胞生存率を比色定量した． 
 
(3) Western blot による，アポトーシスおよびオー
トファジー関連タンパク質の発現解析 
TFK-1 細胞に対し，オートファジーの基質分解段
階を担う酸性小胞「リソソーム」を中和することで，
タンパク質分解活性を阻害する Bafilomycin-A1 
(BafA1)を 1 h 作用させ，オートファジーにおける分
解活性が低下した細胞を作製した．この細胞に 5.0 
µM の RID-B を添加し，RID-B 単体または BafA1
と共に 24 h 作用させた．作用後の細胞を D-PBS(-)
で遠心洗浄後，タンパク質可溶化液(RIPA buffer)を
用いてタンパク質を抽出した．抽出液中のタンパク
質濃度を BCA 法により測定し，各サンプルを等質
量ずつ SDS ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供
し分離した．PVDF 膜にタンパク質を転写したのち，
1 次抗体として LC3B，カスパーゼ 3，GAPDH に結
合する抗体を用いて Western blot を行い，化学発光
法にてタンパク質発現量を検出した． 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
(4) リソソーム酸性度の評価 
 BafA1，または RID-B をいずれも 1.0 µM で
TFK-1 細胞に作用させた．その後，リソソームが酸
性状態であると緑色蛍光を発する指示薬，
LysoTracker Green を用いて細胞を染色し，フロー
サイトメトリーを用いて細胞 1 個ごとの蛍光強度を
測定し，10000 個の細胞における蛍光強度の中央値
を算出した．薬剤作用開始時点(0 h)における蛍光強
度の中央値を 1 とし，薬剤作用に伴う中央値の増減
からリソソーム酸性状態の推移を検討した． 
 
4.研究成果 
(1) RID-B は胆管癌細胞に対し抗癌活性を発揮する 
RID-Bが胆管癌細胞に対して抗癌活性を有するか
検証するため，胆管癌細胞株 TFK-1，および
HuCCT1 に RID-B を 24 h 作用させ，細胞傷害性を
評価した．RID-B はいずれの胆管癌細胞株に対して
も濃度依存的な細胞生存率低下を誘導し，約 3.0～
5.0 µM で癌細胞の半数を死滅させることが明らか
となった(図 1)． 
 
図 1: RID-Bは胆管癌細胞株に対し抗癌活性を有する 
 
(2) RID-B はオートファジー分解依存的なアポトー
シス細胞死を誘導する 
RID-Bが胆管癌細胞株においてオートファジー細
胞死を誘導しているかをWestern blotにより検討し
た．本研究では細胞死の一種であるアポトーシスの
活性指標として，カスパーゼ 3 というタンパク質分
解酵素を用いた．カスパーゼ 3 は通常時には分子量
が大きい不活性型として存在し，アポトーシス誘導
時には不活性型が切断され，より分子量が低い活性
型が生じる．このため，Western blot によりカスパ
ーゼ 3 の分子量変化を検出することで，アポトーシ
ス細胞死の誘導活性を評価できる． 
また，オートファジーの誘導指標としては，LC3B
を用いた．LC3B は通常時は I 型と呼ばれる未修飾
の状態で存在するが，オートファジー誘導に伴いフ
ォスファチジルエタノールアミンというリン脂質で
修飾された II 型へと遷移し，オートファジーにおけ
る基質の選別や隔離膜の成熟に寄与する．リン脂質
が付加された LC3B-II は未修飾の I 型と比して疎水
性が高く，Western blot 上で分子量が低く検出され
るため，LC3B-II の発現量からオートファジーの誘
導活性を評価できる． 
TFK-1 細胞に対し RID-B を 24 h 作用させると，
活性化型カスパーゼ 3，LC3B-II が顕著に増加した
(図 2-③)．このことから，RID-B は胆管癌細胞に対
してオートファジーとアポトーシス細胞死を同時に
惹起していることが示唆された．そこで，アポトー
シス細胞死がオートファジーに依存しているかを判
断するため，オートファジーにおいて基質分解を担
う酸性小胞「リソソーム」に対する中和剤(BafA1)
を RID-B に先んじて作用させ，オートファジー分解
が抑制された細胞における RID-B のアポトーシス
誘導能を評価した．結果，リソソーム中和剤とRID-B
を共作用させた細胞では，RID-B を単体で作用させ
た細胞よりも活性型カスパーゼ 3 の発現量が少な
く，アポトーシス細胞死が抑制されることが明らか
となった(図 2-④)．これらの結果から，RID-B によ
るアポトーシス細胞死の誘導には，オートファジー
の分解活性に依存する可能性が示唆された． 
 
図 2: RID-B誘導アポトーシスはリソソーム中和剤に
よって抑制される(GAPDH:各レーンの総タンパク質
量が均一であることの指標) 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
(3) RID-B はリソソーム酸性を強力かつ迅速に中和
する 
図 2 において，リソソーム中和剤 BafA1 によって
RID-B 誘導アポトーシスが抑制された．このことか
ら，RID-B がリソソームの酸性状態に影響を与え，
オートファジーにおける基質分解段階の調節を介し
てアポトーシスを誘導している可能性が考えられ
る．そこで，リソソームの酸性度に依存して緑色蛍
光を発する指示薬，LysoTracker Green を用い，
RID-Bを作用させた細胞内におけるリソソーム酸性
度の時間変化を解析した． 
RID-B は作用開始より 15 min 時点でリソソーム
の酸性度を半減させ，120 min 以降ではほぼ完全に
中和することが明らかとなった．RID-B によるリソ
ソームの中和作用は BafA1 と同等の迅速性と強度
を備えていた(図 3)．RID-B は構造中に塩基性アミ
ンのピロリジン側鎖を有するため，これによりリソ
ソーム内の H+が中和された可能性が考えられる．  
 
図 3: RID-Bは迅速かつ強力にリソソームを中和する 
 
(4) まとめ・今後の展望 
本研究により，RID-B が 2 種の胆管癌細胞株に対
して効果的な抗癌活性を有することが明らかとなっ
た．本研究では既往の抗癌剤に対して耐性を有する
癌細胞株については未検討であるため，今後は胆管
癌の第一選択薬であるゲムシタビンの耐性株を作出
し，抗癌剤耐性癌に対する有効性や，ゲムシタビン
との相乗効果についてさらに解析する必要がある． 
図 2，3 において，RID-B はオートファジーの基
質分解段階を司るリソソームの活性依存的に，細胞
死を引き起こすことが明らかとなった．この過程で
リソソーム酸性の迅速かつ強力な中和が示唆された
が，この現象とアポトーシス細胞死の誘導を直接結
びつける分子メカニズムの解明には至らなかった．
オートファジー細胞死においては，基質タンパク質
とアポトーシス誘導タンパク質が凝集することで，
カスパーゼ 3 の活性化に至ることが報告されてい
る．RID-B によるリソソームの中和は，オートファ
ジー基質の蓄積と凝集を引き起こすと考えられるた
め，RID-B がオートファジー分解の阻害を介してア
ポトーシスを誘導している可能性が予想される．従
って，今後はオートファジー分解の途上にある基質
の組成を詳細に分析し，アポトーシス誘導因子との
相互作用を検討する必要がある． 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 3 件） 
① ◎仙波悠太，米岡雨音, 小向杏佳, 村田貴嗣, 椎
名勇, 四宮貴久, 高橋俊介, 長原礼宗: 「タモキ
シフェン類縁体リダイフェン類は，リソソーム
への集積を介してより強力な細胞死を誘導す
る」．『日本薬学会第 144 年会』，2024 年 3 月 30
日，横浜(神奈川県)． 
② ◎仙波悠太, 米岡雨音, 小向杏佳, 村田貴嗣, 
椎名勇 , 四宮貴久 , 高橋俊介 , 長原礼宗 : 
「Tamoxifen derivatives, Ridaifens, induce 
potent cell death accompanied by lysosome 
accumulation」，『The 30th Federation of Asian 
and Oceanian Biochemists and Molecular 
Biologists conference and the 8th  
International Conference on Biochemistry 
and Molecular Biology』，2023 年 11 月 22 日～
24 日，バンコク(タイ)． 
③ ◎仙波悠太, 米岡雨音, 小向杏佳, 村田貴嗣, 
椎名勇, 四宮貴久, 高橋俊介, 長原礼宗:「Ridai
fen-B によるオートファジー細胞死誘導機序の
解析」，『第 96 回日本生化学会大会』，2023 年 1
1 月 1 日，博多(福岡県)． 
 


胆管癌細胞株に対するRID-Bのオートファジー細胞死誘導メカニズムの解析

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 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23T-04 
課題名（和文） 
自己再循環型ケーシングトリートメントによる境界層吸い込みファンの失速マージン改
善 
課題名（英文） 
Surge margin improvement of boundary layer ingestion fan by self-recirculation 
casing treatment 
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） 
境界層吸い込み推進器を構成するファンへの自己再循環型ケーシングトリートメント(SRCT)の適用はシュ
ラウドケーシング側において正の軸方向運動量を増加させ、流量の減少に伴う翼端漏れ渦と主流の干渉位置の
上流側への移動を抑制する。その一方で、シュラウドケーシング側では再循環流路により流れが幾度となく循
環されることで損失が増加することが明らかになった。さらに、数値解析結果に基づいた SRCTの形状最適化
を繰り返し、シュラウドケーシング側における正の軸方向運動量を増加量が大きく、航空エンジンへの適用に
適した比較的小型の SRCT形状を見出した。 
 
研究成果の概要（英文） 
An application of a self-recirculation casing treatment to a boundary layer ingestion fan increased a 
positive axial momentum of flow at a shroud side and consequently suppressed a forward movement of an 
interface between a main flow and a tip leakage flow caused by a decrease of a flow rate. However, a loss 
generation at the shroud side was increased by the repeated recirculation of flow. A shape of the 
self-recirculation passage was optimized aerodynamically based on computed results. The optimized 
self-recirculation passage was relatively small, and it is suitable for aviation engines. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
境界層吸い込み推進器(BLIP)は、航空機による環
境負荷を低減する技術として期待されている。BLIP
の実用化には解決すべき問題が多く残されている
が、機体表面の境界層を吸い込むことによりファン
の失速マージンが低減する問題はその一つである。
自己再循環型ケーシングトリートメント(SRCT)は、
失速マージン改善効果が比較的大きいことが知られ
ており、SRCT の BLIP への適用は、この問題を解
決する方法として期待できる。SRCT の適用による
BLIP の失速マージン改善効果を最大化するには、
境界層吸い込み条件下においてSRCTがファンの内
部流動に及ぼす影響の詳細を解明する必要がある。 
 
2.研究の目的 
過去の研究から明らかになった BLIP における失
速マージン減少メカニズムとSRCTによる失速マー
ジン改善メカニズムから、境界層が吸い込まれ、主
流の正の軸方向運動量が低下する位置にSRCTを適
用すれば、局所的に主流の正の軸方向運動量が増加
し、Forward spillage の発生が抑制され、BLIP の
失速マージンを改善できると考えられる。本研究は、
境界層吸い込みによるファンの空力性能低下メカニ
ズムと SRCT の失速マージン改善メカニズムに基
づき、SRCT による BLIP の失速マージン改善を提
案し、境界層吸い込み条件における SRCTのファン
への最適な適用指針の確立を世界に先駆けて試み
る。 
SRCT の BLIP への最適な適用指針を確立するに
は、SRCT が内部流動に及ぼす影響の詳細を解明す
る必要がある。しかしながら、実験的手法では回転
する動翼列内の流れ場を計測することは難しい。し
たがって、本研究を遂行するうえで、解析領域全域
で物理量が取得できる数値解析技術は最も有効な研
究手段と云える。 
以上より本研究では、数値解析技術を用いて以下
の項目を解明・確率することを目的とする。 
 SRCT が境界層吸い込みファンの失速マージンお
よび内部流動に及ぼす影響の解明 
 境界層吸い込みファンにおける SRCT の最適な自
己再循環流路形状の確立 
 
3.研究の方法 
本研究は数値解析的手法を用いて研究を行う。ま
ず、ケーシングトリートメントを適用していない通
常の条件と基本形状の SRCT を適用した条件につ
いて 1 ピッチ分翼間流路を対象とした数値解析を行
い、計算結果の格子依存性を調査し、本研究で必要
となる格子解像度を決める。その後、流量を減少さ
せながら数値解析を行い、その結果に基づき、内部
流動および安定作動範囲の変化を調査する。 
基本形状の SRCT を適用した条件の結果に基づ
き、自己再循環流路の形状を修正し、内部流れの数
値解析を行う。同様に、計算結果の分析と流路形状
の修正および内部流れの数値解析を繰り返し行うこ
とで、最適な自己再循環流路形状を見出す。 
 
4.研究成果 
本研究により以下が明らかになった。 
[1] SRCT の適用はシュラウドケーシング側にお
いて正の軸方向運動量を増加させ、流量の減少
に伴う翼端漏れ渦と主流の干渉位置の上流側
への移動を抑制する。その一方で、シュラウド
ケーシング側では再循環流路により流れが幾
度となく循環されることで損失が増加するこ
とが明らかになった。 
[2] 数値解析結果に基づいた SRCT の形状最適化
を繰り返し、シュラウドケーシング側における
正の軸方向運動量を増加量が大きく、航空エン
ジンへの適用に適した比較的小型の SRCT 形
状を見出した。 
  
 


自己再循環型ケーシングトリートメントによる境界層吸い込みファンの失速マージン改善

神力, 幹

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23D-01 
課題名（和文） 人間の意思決定傾向を取り入れた高速な深層強化学習 
課題名（英文） Fast deep reinforcement learning incorporating human decision-making tendencies 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科 情報学専攻 学生 
氏名 神力幹 
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） 
強化学習は人間と同程度以上のゲームプレイを自律的に学習するなど目覚ましい発展を遂げている。本研究の
目的は、その強化学習に人間の意思決定傾向を抽象化して取り入れることで、より学習が高速でより適応能力
が高い自然強化学習を実装し、深層強化学習に発展させることである。今年度は自然強化学習を決定論的では
なく確率論的な挙動にすることでデータ活用の効率性の向上と学習の不安定性の抑制を行うことができた。こ
のことで深層強化学習へ発展させる際に予想していた障害を取り除くことができた。 
 
研究成果の概要（英文） 
Reinforcement learning has achieved remarkable developments, surpassing human-level gameplay to 
autonomously learn. The aim of this study is to implement natural reinforcement learning that learns 
faster and exhibits higher adaptability than existing reinforcement learning methods. Furthermore, it 
aims to evolve this natural reinforcement learning approach into deep reinforcement learning. To achieve 
that, we are attempting to incorporate abstractions of human decision-making tendencies into 
reinforcement learning. This year, we have achieved transforming the method of natural reinforcement 
learning from deterministic to probabilistic behavior. This modification allows for increased efficiency in 
data utilization and suppression of learning instability. Through this research outcome, we have been able 
to address the challenges in extending natural reinforcement learning to deep reinforcement learning. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
代表者は人間と同等の知性を備えた人工知能アル
ゴリズムの実現を目指してきた。先行研究では自然
強化学習を別の側面から定義づけを行うことで、人
間の模倣学習の中でもエミュレーションと呼ばれる
学習手法をアルゴリズムとして定式化することを実
現した。自然強化学習の非定常環境での適応力の高
さを示すことができた反面、複雑な入力が扱えない
ことで応用範囲が限定されてしまうことや、決定論
的な選択であるため分析がし辛いという部分が問題
となっていた。 
 
2.研究の目的 
本研究の目的は「自然強化学習の有用性を示すこ
と」である。強化学習において有用性を示すにはニ
ューラルネットワークと組み合わせることで深層強
化学習に発展させる必要がある。なぜならば現在最
も先進的な強化学習手法は深層強化学習の手法であ
り、それらと比較できなければ有用性を示すことが
できないためである。 
しかし、自然強化学習の off-policy かつ決定論的な
挙動は学習のためのデータを効率的に利用すること
ができないことが知られている。この問題点を解消
するためには自然強化学習を確率論的な挙動に変更
する必要がある。本研究の 1 つ目の目的はこの「自
然強化学習を確率論的な挙動に変更する」ことを達
成することである。 
また、この問題点が解消されることで自然強化学
習を深層強化学習に発展させることができるように
なる。こうすることで他の強化学習手法との比較が
可能となり自然強化学習の有用性を示すことができ
るようになる。本研究の 2 つ目の目的は「自然強化
学習を深層強化学習に発展させること」である。 
 
3.研究の方法 
まずは目的の 1 つである「自然強化学習を確率論
的な挙動に変更」を実施した。これは深層強化学習
を実行するような課題と同じような性質を持つ課題
である文脈付きバンディット問題において研究を実
施した。既に自然強化学習の文脈付きバンディット
問題への適用は行われており、その手法を確率論的
な行動選択に一般化することを目指した。 
提案手法である確率論的に一般化した自然強化学
習(RegLinSRS) と比較する手法は従来の自然強化
学習(RegLinRS)と、文脈付きバンディット問題での
代表的な手法である LinUCB と LinTS である。 
期待するべき結果は、提案手法である RegLinSRS
が RegLinRS と同等の性能を示していること、つま
り性能劣化なく一般化が実現できていることを示す
こと。また、LinUCB や LinTS よりも RegLinSRS
の性能がいいことを示すことである。 
 
4.研究成果 
結果は添付した通りの結果になった。下記のグラ
フは実験を行った各手法の Regret の時間発展のグ
ラフである。Regret は低ければ低いほど性能がいい
ことを示す指標である。この結果を見ると性能がい
い順は、RegLinRS, RegLinSRS, LinTS, LinUCB 
となる。RegLinRS よりも RegLinSRS は若干性能
が悪化してしまっているが決定論的な挙動と確率論
的な挙動の差異による性能差であり致命的な性能劣
化ではないと考えられる。よってこの結果より性能
劣化なく自然強化学習を確率論的な挙動に一般化す
ることができた。 
自然強化学習を確率論的な挙動に一般化すること
ができたので、今後は自然強化学習にニューラルネ
ットワークを組み合わせて深層強化学習に発展させ
ていく。 
 
5.主な発表論文等 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① Shinriki, M., Kono, Y., & Takahashi, T. 
(2024). Robust probabilistic target-oriented 
exploration with reliability approximation. 
Proceedings of AROB-ISBC-SWARM 2024, 
380–385. 
 


人間の意思決定傾向を取り入れた高速な深層強化学習

新井, 聡真

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23D-02 
課題名（和文） 先駆的芸術音楽に対する認知的な効果の定量化 
課題名（英文） Quantifying Cognitive Effects on Pioneering Art Music 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学 先端科学技術研究科 情報学専攻 3 年 
氏名 新井聡真 
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） 
先駆的芸術音楽とされる電子音響音楽の認知的な側面を定量化した. 具体的には, 電子音響音楽の創作体験
の前後で, 複雑性の高い作品に対する印象を被験者からの自己報告で取得, 有意差検定によって比較した結
果, 創作前よりも創作後の方がより好意的な印象を抱くことが明らかとなった. また, 優れた電子音響音楽作
品では, 経時的な音の配列においてコントラスト（音程, 持続時間, 音色等）が高い構造をもつことを一対比
較法で確かめた. 以上の成果を 2 件, 国際会議で報告した.  
 
研究成果の概要（英文） 
The author quantified the cognitive aspects of electroacoustic music, a form considered pioneering within 
the realm of art music. A significant difference test was conducted on questionnaire responses collected 
before and after participants engaged in creating electroacoustic music. The analysis revealed that 
participants developed a more favorable impression of music characterized by high complexity post-
creation compared to pre-creation. Furthermore, a pairwise comparison method was employed to ascertain 
that superior electroacoustic music compositions possess a structure where the contrast in the sequence 
of sound attributes (such as pitch, duration, and timbre) over time is markedly enhanced. These findings 
were presented at two international conferences. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
電子音響音楽（Electroacoustic Music, 以下 EAM
とする）は 1948 年にフランス・パリで創始され, 
日常に存在するあらゆる音響（物音や騒音など）
を録音, 断片化, モンタージュすることで創作さ
れる.  加えて, 楽曲全体を通したリズム, メロデ
ィ, コードといった, 通常の楽曲に内在する音楽
的要素をもつことが少なく比較的自由な構造を
もつ楽曲が多い.  
この先駆的といえる芸術表現は, 通常, 聴取者
にとって単なる音響の集合体として認識される.  
それによって多くの場合, そこで表現されている
内容に関する理解が困難な音楽という印象を与
える. 実際にEAMが誕生して70年以上が経過し
た現在でも多くの聴き手を獲得しているとはい
えず, 親しむことが難しい音楽であることが予測
される.  
しかし, 筆者らが 2015 年から主催する EAM の
ワークショップでは, 参加者が楽しみながら創作
することを確認している. この活動は, アーティ
ストと、音楽を専門としない一般の参加者が協働
し, 計算機を使用して EAM 作品を作り上げる活
動である（図 1）. これまで 300 名以上の参加者
が, アーティストと協働し作品創作を実施した. 
そこで実施する質問紙調査や参与観察の結果, 参
加者が一様に創作を楽しんでいることが確認で
きた.  
 
図 エラー! 指定したスタイルは使われていませ
ん。 電子音響ピープルプロジェクト･ワークショ
ップの様子（2016 年 7月 10 日, 牧禎舎） 
 
 
先述したように, EAM は物音や騒音を音素材と
し, 加えてリズム, メロディ,  コードが多くの場
合存在しないため, 聴取者にとって難解な印象を
与えがちである. しかし EAM というジャンルに
固有の形式が明確に存在していないため, 創作時
には音素材を時系列上の任意の場所に布置する
ことができる. つまり専門的な音楽の知識がなく
てもその創作に参与することができる. この敷居
の低さが結果として, 気軽に創作を楽しめる音楽
として受容された可能性が高いといえる.  
 このように, 自由な発想で気軽に創作を楽しめ
る音楽であることは利点といえるが, 一方でこう
した音楽を普及するためには EAM の創作理論の
構築と, それを支える基礎研究が重要であると考
えられる. 何故なら, 教育を通じて普及する場合, 
創作者に対し常に自由で新奇的な表現を促すだ
けでなく, 特定のスタイルを提示することも学習
者にとっては成長のモチベーションになると考
えられるためである. 実際に, 筆者らで主催する
『電子音響ピープルプロジェクト』[1]は, 2015 年
から活動しているが, 長期的な参加者はごく僅か
となっている. その理由として, 多様な創作スタ
イルの提案やそれを構築するための基礎研究が
不足していることが大きな原因と考えている.  
楽音が用いられる音楽（調性音楽）である場合, 
例えば , GTTM（Generative Theory of Tonal 
Music）や暗意-実現モデル等の分析手法が存在す
るが, EAM における明確な形式の不在, 加えて騒
音を用いるという特徴は, 調性音楽で用いる分析
の指標を適用できない場合が多く, 定量的な分析
を困難としている. 例えば, EAM における未踏領
域には, 楽曲の水平方向（時系列上の配列パター
ンの単位の決定, パターン内での音素材間の因果
関係等）や垂直方向（音色やその重なりの特性等）
の分析[2], 時系列上の構造と聴取過程の関係性
等がある.  
 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
 
2.研究の目的 
以上に述べた背景から, 本研究課題は EAM の
①認知的な効果を定量化し、②教育モデルを設計
することを目的とする. 
筆者はこれまで, 音素材の配列順序と聴取者の
認知の関係性について調査してきた. 具体的に
は, EAM 作品の原曲と, それと比較するために原
曲から特定の規則によって並べ替えをおこなっ
た楽曲を被験者に提示し, それぞれの楽曲に対し
てSD法による自己報告の質問紙調査を実施した. 
その結果に対し, 因子分析, 主成分分析を行うこ
とで, EAM において音素材の順序が印象にどの
ような影響を与えるかについて基礎的研究を実
施し報告した[3]. 
本研究課題では, 先ずEAMの創作体験の前後で
音響学的に複雑性の高い楽曲の印象がいかに変
化するか分析する. つまり難解とされがちな楽曲
に対し, 創作体験を獲得することで, 親しみをも
って受容できるようになる可能性を定量的に検
証する.  
その後, 実際のワークショップ等の教育現場に
おいて適切な指導方法について検証する. そのた
めには, その基盤となる研究として, 楽曲の特定
の構造とその印象の関係性, 教育の期間とその効
果等についても調査する必要がある. 筆者らが主
催するワークショップの活動で、新たな教育モデ
ルを参加者の人々に向けて提案することができ
れば、これまで以上に多くの人々にこれらの活動
の価値を, 訴求力をもって提案していけると考え
る. 
 
3.研究の方法 
本課題では, ①創作体験の前後で難解と捉えら
れがちな複雑性の高い楽曲に対する印象を比較
するとともに, ②教育モデル提案に向けた基礎研
究の実施という 2 つのトピックについて調査す
る.  
(1) 創作体験の前後で複雑性の高い楽曲に対
する印象を比較する 
この調査では, 被験者は EAM の創作の前後に
おいて, 音響学的に複雑性が高く, 難解と捉え
られ易い EAM, ノイズ音楽等を聴き, その印象
についてSD法による質問紙で自己報告する. そ
の結果から, 創作体験の前後の印象を比較検討
する. 比較には有意差検定を実施する. 仮説と
して, EAM の創作を経験した被験者は, 創作す
る前よりも, 難解と捉えられやすい楽曲に対し
好意的な印象が向上するとした.  
(2) 教育モデル提案に向けた基礎研究の実施 
現状のワークショップでは, 半日から 1 日とい
う時間の中で, ①音素材の録音, ②DAW（Digital 
Audio Workstation）の使用方法、③録音した音素
材の配列について指導している. ③の音素材の配
列では, 提案として, 時系列上でコントラスト
（高-低, 長-短,	硬い-柔らかい等）を考慮し構成す
るよう指導している.	コントラストを考慮するこ
とで音の動きを作ることができるため,	楽曲の質
的側面に大きく寄与することが予測されるが, 
EAM のような騒音が用いられる音楽に関しても
それが妥当であるかは未検証である. 
そこで,	EAM においてコントラストの多寡と優
れた楽曲の関係性について調査する.	本調査では, 
ある被験者が EAM の創作を体験し, その際, コ
ントラストの多寡を考慮しながら創作を実施し
提出する. その楽曲に対し, 別の被験者らが一対
比較法によって, 楽曲に含まれる全ての音素材の
コントラストを相対的に比較する. その後, コン
トラストの多寡と楽曲の印象評価の因果関係に
ついて検討する. 	
 
4.研究成果 
(1) 創作体験の前後で複雑性の高い楽曲に対
する印象を比較する 
EAM の創作経験の獲得による, 難解とされる楽
曲に対する受容度の拡張について調査した. EAM
は一般的に難解な音楽と捉えられているが, 音楽
創作を経験することで, 作品の創作背景における
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
工夫や苦労を理解し, その結果, 創作前と比べ創
作後は, 難解と捉えられがちな楽曲に対しても好
意的な印象が向上し受容される可能性があると
考えた.  
130 名の被験者は創作体験の前後に 7 件法の SD
法を用いた自己報告で回答し, その間の１週間の
創作期間の中で EAM の創作を経験した. 創作前
後の質問紙の結果に対して有意差検定をした結
果, 創作前よりも創作後の方が難解とされる楽曲
に対し好意的な印象をもつことを確認した. その
変化の過程をより詳細に理解する為には無論追
実験が必要となるが. 調性音楽と異なり, 感情と
の結びつきが少ないと考えられている音楽にお
いて, 有意な印象の変動が確認できたことは注目
に値すると考える.  
(2) 教育モデル提案に向けた基礎研究の実施 
現状の創作指導法の妥当性について検証し, 創
作モデルの提案に向けた基礎研究を実施した. 
EAM においてコントラストの多寡が EAM の評
価に顕著に影響を及ぼす傾向が確認できた場合, 
コントラストは創作モデル構築における重要な
側面として機能することが考えられる.  
本調査では, 30 名の被験者が一対比較法によっ
て作品の音素材を評価し, 音素材同士のコントラ
ストを相対的に比較した. その後, 実際の作品の
配列順序から, コントラストの多寡の変遷を確認
した. 結果として, 優れた楽曲では, 経時的な音
の前後関係においてコントラストが高くなるよ
う配列されていることがわかった.  
以上のことから, 音素材のコントラストが高く
なるよう配列する創作手法の妥当性が確認され
た. この調査は, 将来的にコントラストの多寡を
自動調節する音楽生成モデルの構築によって, 自
動的に優れた EAM 作品を生成できる可能性があ
るといえる.  
 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 2 件） 
① Arai, S., Yaguchi, H., Ohmura, H., 
Brümmer, L., Shibayama, T. （ 2023 ） . 
Quantifying the Extended Acceptance of 
Pioneering Art Music Through the Creation 
of Electroacoustic Music. Sound and Music 
Computing Conference, Stockholm, 
Sweden. pp.296-303. 
② Matsumoto, M., Mashita, T., Arai, S., 
Ohmura, H., Yaguchi, H., Shibayama, T. 
（2023）. Teaching Methods for Sharing the 
Creation of Electroacoustic Music with 
Inexperienced People. IADIS International 
Conference on Game and Entertainment 
Technologies (GET), Porto, Portugal. 
pp.213-220. 
 
参考文献 
[1] 電子音響ピープルプロジェクト Facebook 
〈 https://www.facebook.com/denshionkyo
people〉 
[2] Hirst, D. (2004). An Analytical 
Methodology for Acousmatic Music. 5th 
Int. Conf. on Music Information Retrieval 
Proc, pp. 76-79.  
[3] 新井聡真, 桝元勇樹, 矢口博之, 大村英史, 
柴山拓郎（2023）. 電子音響音楽における音
響素材の順序に関する認知基盤の研究 .  
環境芸術学会, 環境芸術, 30号, pp.34–39. 
 


先駆的芸術音楽に対する認知的な効果の定量化

田所, 柊平

桑名, 健太

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23D-05 
課題名（和文） 内視鏡下光温熱治療に向けたレーザ照射対象の温度推定法の基礎検討 
課題名（英文） 
Basic study of the temperature estimation method of the laser irradiation object for 
endoscopic photothermal therapy 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科，先端技術創成専攻，博士課程 
氏名 田所 柊平 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部，先端機械工学科，准教授 
氏名 桑名 健太 
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） 
レーザを照射し腫瘍を加熱することで壊死させる光温熱治療では，腫瘍温度を 43 度以上に保つことで治療効
果が得られることが分かっているため，術中の腫瘍温度計測が重要となる．本研究では対象の加熱点周辺の離
散的な点の温度計測による加熱点の温度推定法を提案し，その基礎検討として複数の温度センサを用いた提案
手法による温度推定の原理確認を行った．また，比較のため熱画像センサによる温度推定結果と比較をし，誤
差要因の影響を評価した． 
 
 
研究成果の概要（英文） 
Photothermal therapy has been shown to be effective when the tumor temperature is kept above 43 
degrees Celsius. Therefore, it is important to measure the tumor temperature during the surgery. In this 
study, we proposed a method for estimating the temperature of the heating point by measuring the 
temperatures at the discrete points around the heating point. We confirmed the principle of the 
temperature estimation of the proposed method using multiple temperature sensors. The influence of error 
factors was evaluated by being compared with the temperature estimation method using a thermal image 
sensor. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
光温熱治療は腫瘍集積性のある光増感剤を患者に
投与し，腫瘍にレーザを照射することで腫瘍のみを
壊死させる治療法である．この治療法で確実に腫瘍
を壊死させるためには腫瘍温度が 43 度以上に達す
るように十分加熱する必要があることが分かってい
る．そこで術中の腫瘍温度を制御することで治療効
果を高める方法が提案された．従来研究では侵襲性
の低減のため内視鏡下での光温熱治療を目指し，可
視光画像による観察とレーザ照射，温度計測ができ
るサーモ内視鏡が開発された．しかし，対象との距
離によっては温度制御ができないという課題があ
る．機器の可動域が制限される腹腔鏡下手術で低侵
襲に治療を行うには，広範囲に施術可能である必要
がある．そこで内視鏡下で対象との距離によらずに
温度計測が可能となれば，低侵襲かつ治療効果の高
い内視鏡下光温熱治療が可能になると考えられる．  
2.研究の目的 
本研究の目的を対象の加熱点周辺の離散的な点の
温度計測による加熱点の温度推定法の基礎検討とす
る．複数の温度センサを用いた提案手法による温度
推定の原理確認と，予備実験として行った熱画像セ
ンサを用いた提案手法による温度推定結果と比較を
し，誤差要因の影響を評価する． 
3.研究の方法 
（1）ガウス分布状の温度場を想定した加熱点の 
温度推定法 
提案する温度推定法では，レーザ照射時の対象表
面の温度分布がレーザ照射点を中心としたガウス分
布になると仮定し，レーザ照射点周辺の複数点の温
度計測値からガウス分布近似をすることでレーザ照
射点の温度を推定する（図 1）．各温度計測点の中心
からの距離が x [mm]であり，その位置における温度
計測値が f (x )となることから既知の値となる．従っ
てガウス分布の式の内，A, μ，σの 3 つが未数とな
るため，最低でも 3 点計測することでガウス分布の
式を算出することができる． 
（2）温度センサ回路の製作 
 図 2（a）に示すように回路中心からの距離がそれ
ぞれ異なるように 3 つの温度センサを配置した回路
を製作した（図 2 (b)）．また，加熱点の参照値とし
ての温度計測のため熱画像センサを回路中心に配置
した． 各センサからの出力はワンボードマイコンを
介して PC に取り込めるようにした．3 つの温度セ
ンサの出力信号をそれぞれ温度に換算するため，ホ
ットプレートを用いてキャリブレーションを行っ
た．製作した温度センサ回路をホットプレート表面
から一定距離離した位置で固定し，3 つの温度セン
サそれぞれで同時に 5 秒間温度計測を行い，各温度
センサの出力値の平均を取った．ホットプレートの
設定温度は 30～70 度までを 5 度刻みとした．各温
度における出力信号の値から最小二乗法により回帰
直線を算出した．結果を図 3 に示す．各センサとも
計測温度範囲内で線形の出力特性を示し，校正直線
が得られた． 
 
 
図 1．提案する温度推定法  
 
図 2．(a)センサ配置 (b)製作した温度センサ回路 
 
図 3．各温度センサのキャリブレーション結果 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
（3）提案手法による温度推定原理確認実験 
 図 4 に実験概要を示す．円形のシリコーンゴムを
対象とし，レーザ照射を模擬して電熱線でシリコー
ンゴム中心を加熱した後に，製作した温度センサ回
路により一定距離離れた位置から各センサにより温
度計測をした．実験系を図 5 に示す．計測は 5 秒間
行い，センサの出力値の平均値から（2）項で算出し
た式を基に温度換算を行い計測値とした．3 つの温
度センサの計測値から加熱点温度を推定し，熱画像
センサで計測した加熱点温度と比較をした． 1 例と
して対象までの距離 25 mm，加熱点温度 44.5 度の
ときの温度推定結果を図 6 に示す．推定温度は 34.1
度となり，加熱点温度と 10.4 度の差が生じる結果と
なった．図 6 に破線で示したガウス分布は分布頂点
を加熱点温度，分布頂点の中心からの距離を 0 とし
た上で，3 つの温度センサ計測値から想定されるガ
ウス分布を描いたものである．各計測点温度が図 6
に破線で示したガウス分布上に乗っていれば推定温
度が加熱点温度と一致することになる．計測点温度
に含まれる誤差として温度計測誤差と各温度センサ
の計測点の中心からの距離の誤差がある．これら 2
つの誤差要因として温度センサの組み立て誤差が考
えられる．組み立て誤差としては温度センサの固定
位置ずれと計測対象表面の垂直方向に対する温度セ
ンサの軸の傾きがある．本実験での計測点の中心か
らの距離は温度センサ回路の設計値を用いている．
そのため温度センサの固定位置ずれが生じている場
合，図 6 のグラフの横軸方向に誤差を生じさせる．
温度センサの軸が傾いていた場合，温度計測範囲に
ずれが生じることとなる．温度センサは温度計測範
囲内の対象の温度を平均した値を出力するため，仮
に加熱点寄りに軸が傾いた場合，本来より温度が高
く計測されることになる．また各温度センサの計測
範囲中心をそれぞれ温度センサの計測点としている
ため，計測点の中心からの距離も変動することから，
図 6 のグラフの縦軸方向，横軸方向双方に誤差を生
じさせる．このことから温度センサの軸の傾きが温 
度推定精度に与える影響は大きいと考えられる． 
 
図 4．提案手法による温度推定原理確認実験の概要 
 
図 5．提案手法による温度推定原理確認実験系 
 
図 6．温度推定結果 
4.研究成果 
本研究では対象の加熱点周辺の離散的な点の温度
計測による加熱点の温度推定法の基礎検討として，3
つの温度センサを用いて原理確認を行った．原理確 
認の結果，複数点の温度計測値からガウス分布近似
により加熱点温度の推定値を算出できることを確認
した．また，複数の温度センサを用いた場合の誤差
要因について検討した．今後は検討した温度センサ
の組み立て誤差を軽減することで温度推定精度の向
上を図る．  
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① 田所柊平，桑名健太，対象周辺の温度計測によ
るレーザ照射点の温度推定法の計測距離に応じ
た計測可能温度範囲の評価，日本コンピュータ
外科学会大会，2023 年 12 月 1 日～3 日，鹿児
島 
 


内視鏡下光温熱治療に向けたレーザ照射対象の温度推定法の基礎検討

佐々木, 元気

五十嵐, 洋

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23D-07 
課題名（和文） チームの和を乱さないための個人差を考慮した協調作業支援システム 
課題名（英文） 
A Collaborative Task Assistance System Considering Individual Differences to 
Maintain Team Harmony 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科電気電子システム工学専攻 
氏名 佐々木元気 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部電子システム工学科 教授 
氏名 五十嵐洋 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究では、人同士が行う協調作業において、チームの和を乱さない作業支援システムを構築することを目的
とした。本研究では、人同士が協調する際に生じるチームワークを測定するために、人が他者のことを配慮し
た行動である「気づかい」に着目した。本研究では、「気づかい」がチームワークの一要因であると考え、機
械学習を用いて個人操作モデルを作成することで、「気づかい」の推定手法を提案した。そして、本研究課題
では、協調作業中のパフォーマンスを上げる要因を解明するため、「気づかい」を用いて解析を行った。その
結果、「気づかい」からパフォーマンスをリアルタイムに推定するモデルを構築することに成功し、協調作業
支援システムの構築経向けた解析を今後行う。 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, we aim to develop a collaborative task assistance system that maintains team harmony in cooperative 
work between humans. We focused on "Concern For Others (CFO)" which is the act of a person taking into account 
others, to measure teamwork arising from human cooperation. We believe that the CFO is a key factor in teamwork 
and propose a method to estimate it by creating an individual operation model using machine learning. 
Furthermore, in this study, we analyzed the CFO to identify factors that enhance performance during collaborative 
work. As a result, we successfully developed a model that estimates performance in real time based on the CFO and 
we plan to conduct further analysis towards the construction of a collaborative task assistance system. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023           Tokyo Denki University                     
 
1. 研究開始当初の背景 
ヒト同士の協調作業は建築作業や製造現場で多く見ら
れ、また普段の生活の中でも重い物や大きい物（テーブ
ルなど）を動かす場面は数多く存在し、それらを行うため
には人手が必要である。ここで、労働力の低減や生活の
向上を目的としてロボットを導入する際に、上記に示した
ようなヒトと協調する知能を持つロボットは必要不可欠で
ある。もし、ヒトと協調する知能を持たないロボットがヒトの
協調作業を支援したならば、かえってチームの和を乱し
てしまい支援が逆効果となる可能性がある。 
2. 研究の目的 
本研究ではヒトが協調作業中に発揮する他者への「気
づかい」に着目する。ヒトは個人ごとにパーソナリティを有
し、画一的にヒトの協調特性を定めることはできない。そ
こで、本研究では個人差を反映した操作モデルを使用し
て協調作業中のヒトの「気づかい」を抽出することで、協
調作業中の協調特性を各個人で推定する。 
関連研究ではヒト同士の協調作業中の操作データを
用いて協調作業特性を明らかにしようとしている。これら
の研究において、個人差は“ばらつき”として処理されて
いる。個人差は、複数人によって構成されるチームの和
を考慮するためには重要な要素であると考える。そこで、
本研究では「気づかい」を推定するという独自の手法によ
って、チームの和を乱さない協調作業の支援システムの
構築を目的とする。 
3. 研究の方法 
 本研究では協調作業を行う実験装置として、プレートコ
ントロールタスクを開発した。プレートコントロールタスクは
仮想環境上に展開され、作業者はヘッドマウントディスプ
レイを通じてプレートコントロールタスクを見ることができ
る。プレートコントロールタスクは仮想環境上に表示され
るプレートを操作する作業であるが、その操作は触覚イン
タフェースを介して行う。触覚インタフェースは作業者ごと
に存在し、触覚インタフェース間はアドミタンス制御され、
プレートを操作している触覚を作業者に提示する。 
 実験では、まず一人でプレートコントロールタスクを行
い、その際の操作データを使用して、機械学習によって
モデルを作成する。このモデルは作業者が一人で作業
する場合にどのような操作をするかを予測可能である。そ
して、作業者は次に協調作業を複数人数で行う。本研究
ではグループサイズの影響も考慮するため、２人、３人、
４人で協調作業を行った。そして、協調作業中の操作デ
ータと作成した個人操作モデルを使用し、「気づかい」を
リアルタイムに推定した。 
4. 研究成果 
本研究では、協調作業中に作業者たちがチームワー
クを発揮しパフォーマンスが向上させるのはどのような条
件なのかを解明するため、「気づかい」とパフォーマンス
の関係解析を行った。「気づかい」は操作量から推定で
きるため、両者の関係性を見出すことで、「気づかい」を
使用してパフォーマンスを向上させる作業支援システム
が構築可能である。 
「気づかい」を独立変数とし、パフォーマンスを目的変
数とした重回帰モデルを作成したが、パフォーマンスの
予測をすることが不可能であり、両者の関係が非線形で
あることが示唆された。したがって、ランダムフォレストを
用いた非線形回帰分析を行い、非線形モデルの作成を
試みた。その結果、「気づかい」を入力としてパフォーマ
ンスを予測するモデルを構築することに成功した。今後
は、本モデルを使用することで、パフォーマンスを向上さ
せる条件を解明し、支援システムの構築を行う予定であ
る。 
5. 主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① 佐々木 元気, 渡辺 亮, 五十嵐 洋: “pHHI：チ
ームワーク支援に向けたグループサイズによる
協調作業特性変化の解析”, 日本機械学会ロボテ
ィクス・メカトロニクス講演会’23, 2A2–G24, 
名古屋国際会議場, 愛知県, 2023/6/30. 対面実施 
② 佐々木 元気, 五十嵐 洋: “ヒト同士の協調作業
における動的解析手法の提案 -「気づかい」によ
るパフォーマンス変化の要因の解析-”, 日本機
械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’24, 
1P2-T09, ライトキューブ宇都宮 , 栃木県 , 
2024/5/30. 対面実施 
 


Not a member yet