Repository of NNCT (Nagano National College of Technology)

MIYAO, Yoshikazu

English

Tribological Characteristics of Resin Bonded MoS2 Films

長坂, 明彦

中澤, 篤史

馬場, 創太郎

押田, 京一

堀内, 一宏

長野工業高等専門学校紀要第 44 号(2010) 1-5  
PTFE-VGCF コンポジットの機械的特性* 
 
長坂明彦⋆1・中澤篤史⋆2・馬場創太郎⋆3・押田京一⋆4・堀内一宏⋆5 
 
 
Mechanical Properties of PTFE-VGCF Composite 
 
NAGASAKA Akihiko, NAKAZAWA Atsushi, BABA Soutaro, OSHIDA Kyoichi, HORIUCHI Kazuhiro 
 
 
Effect of Vapor Grown Carbon Fiber (VGCF) addition on mechanical properties in Polytetrafluoroethylene (PTFE) -VGCF 
composite was investigated. The resin powder of PTFE was used as a matrix, and carbon nano material of VGCF was used as 
filler. The VGCF addition was used from 0 wt% to 3 wt%. Composite of PTFE resin and VGCF were mixed by rocking 
mixer and blender mill. Tensile tests were carried out on an Instron type of tensile testing machine. Dynamic hardness and 
elastic modulus were measured with dynamic ultra micro hardness tester. Tensile strength and total elongation of 
PTFE-3wt%VGCF composite were the same mechanical properties as the matrix,using the blender mill. 
 
キーワード ： 4 フッ化樹脂，PTFE，VGCF，コンポジット，機械的特性 
 
１．はじめに ２．実験方法 
4 フッ化樹脂（polytetrafluoroethylene : PTFE）1)は，耐
薬品性，耐熱性，絶縁特性，耐候性に優れているため，
薬品運搬容器や，電気化学関連の機械的用途等に利用
されている． 
図 1 に VGCF の SEM 写真を示す．母材として， 
PTFE の樹脂粉末（平均直径；50μm），添加するカー
ボンナノ材料として，平均直径 150nm からなる VGCF
をそれぞれ用いた．  
一方，気相成長炭素繊維（Vapor Grown Carbon Fiber : 
VGCF）2)，3)は導電性，熱伝導性，強度などにおいて優れ
た特性を持ち，広い範囲で利用されている．特に導電性
に優れていることから，携帯電話やノートパソコンのバッテ
リーに利用されるなど近年材質改善や応用開発が盛んに
行われている 4，5)． 
混合には，ロッキングミキサ法（Mixer）およびブ
レンダーミル法（Blender）を用いた．ロッキングミキ
サ法は低速回転・揺動運動のロッキングミキサにより，
回転数 70rpm，揺動数 10 回/min で，10min 混合を行
った．また，ブレンダーミル法は高速回転のブレンダ
ーミルにより，回転数 25000rpm で 30s 行った．混合
量は PTFE 粉末と VGCF を 5g 一定とし，母材との配
合の割合は，0～3wt%とした． 
しかし，PTFE とのコンポジットに関する機械および熱的
性質に関する報告はほとんど行われていない 6－11)． 
混合後， PTFE-VGCF コンポジットは，金型を用い
て試験片形状にプレス成形した後，焼成して試験片と
した．  
そこで本研究では 4フッ化樹脂の機械的特性の改善を目
的とし，4 フッ化樹脂を母材としたカーボンナノ材料との混
合分散により作製したコンポジットの機械的特性（引張特
性および硬さ）に及ぼすカーボンナノ材料の配合率の影
響を実験的に調査した． 
 
 
  
 *  2010 年 3 月 9 日 日本機械学会にて一部発表 
 *1 機械工学科教授 
 *2 セイコーエプソン株式会社（平成 21 年度専攻科修了） 
 *3 長岡技術科学大学 学生（平成 21 年度機械工学科卒業） 
*4 電子情報工学科教授 
*5  株式会社 日本機材 
   原稿受付 2010 年 5 月 20 日 
 
 
 図１ VGCF の SEM 写真 
1μm
1 
長坂明彦，中澤篤史，馬場創太郎，押田京一，堀内一宏 
PTFE-VGCF コンポジットは，板厚 t＝1.0mm の試験
片を用い引張試験を行い，引張強さ TS・降伏応力 YS
および全伸び TEl を．ダイナミック硬さ試験によりダ
イナミック硬さ DHV および押込弾性率 E をそれぞれ
求めた．引張強さ TS は測定荷重 F [N]，試験片の平
均初期断面積 A0 [mm2]を用いて（1）式により算出し
た. 
 
 
 
 
 
 
 
 
　
0A
FTS =  [MPa]  (1)  
 降伏応力 YS は 0.2%耐力を求め降伏応力とした． 
 
全伸び TEl は，（2）式により求めた．ただし，引
張試験前の標点間距離 l0 [mm]，破断後の標点間距離
l [mm]である． 
 
 
 
　100
0
0 ×
−
=
l
llTEl  [%]  (2)  図２ 万能試験機 
 
ダイナミック硬さ DHV は，負荷中における試験力
P [mN]と押込み深さ h [μm]から算出される押込み硬
さで（3）式で算出される． 
 
 
 
2
3.858 ＝
h
PDHV  (3)  
 
押込み弾性率 E は，ダイナミック硬さ試験時の試験力
―押込み深さ線図における除荷時の曲線の近似直線
の傾きから得られ，（4）式および（5）式で求められ
る． 
 
 
 
 
 
i
i
r
s
E
v
E
v
E
2
2
)(11
)(1
−
−
−
=  [MPa]  (4)  
 
 
 
ただし，
p
r
AC
E
2
π
= [MPa]  (5)  
 
 ここで，Ei：圧子の弾性率，vi：圧子のポアソン比，
vs：材料のポアソン比，C：除荷時の曲線の近似直線
の傾き，Ap：圧子接触時の投影面積である． 
 
 図３ 試験片作成用金型の模式図 
 引張試験には卓上引張試験機を，ダイナミック硬さ
試験にはダイナミック微小硬度計をそれぞれ用いた．  
 
３．実験結果および考察  
 
図 5 に PTFE-VGCF コンポジットの混合後の粉末の写
真を示す．図 5(a)，図 5(b)および図 5(c)はロッキングミキ
サ法で混合した粉末，図 5(d)，図 5(e)および図 5(f)はブレ
ンダーミル法で混合した粉末である．また，図 5(a)および
図 5(d)は母材，図 5(b)および図 5(e)は VGCF1wt%，図
5(c)および図 5(f)は VGCF3wt%である． 
 
 
 
 
 
 図４ 試験片の模式図 
 
図 5(a)では塊状の PTFE が観察されたのに対し，図
5(c)では PTFE の大きさが相対的に小さい．また，ロッキン
グミキサ法に着目すると，図 5(b)では PTFE と VGCF がま
だらに存在している．また，図 5(c)では大きな塊の上に 
 
 
 
2 
PTFE-VGCF コンポジットの機械的特性 
0
10
20
30
40
TS
 (M
Pa
)
Mixer
Blender
(a)
0
10
20
Y
S 
(M
Pa
)
Mixer
Blender
(b)
0 1 2 3 4
0
100
200
300
400
VGCF content (wt%)
TE
l (
%
)
Mixer
Blender
(c)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VGCF が付着している．これに対してブレンダーミル法で
は，図 5(e)および図 5(f)において，PTFE と VGCF が均一
に混合され，粉末の粒子の大きさも図 5(b)および図 5(c)
よりも相対的に小さくなることがわかる． 
以上より，ロッキングミキサ法では PTFE と VGCF
の混合が不十分であることが示唆される． 
図 6 に PTFE-VGCF コンポジットの引張強さ TS，降
伏応力 YS および全伸び TEl と VGCF 配合率の関係を
示す．図 6(a)は TS と VGCF 配合率の関係，図 6(b)は
YS と VGCF 配合率の関係，図 6(c)は TEl と VGCF 配
合率の関係である．PTFE-VGCF コンポジットにおい
て，板厚は t＝1.0mm である．図 6(a)において，ロッ
キングミキサ法（Mixer）では VGCF の 1wt%添加で
は TS は母材と同等であるが 2wt%以降は VGCF 添加
に伴い低下する．しかし，ブレンダーミル法（Blender）
では TS の低下は見られず 3wt%まで維持される．図
6(b)において，YS は両混合法による差は見られず，
VGCF3wt ％まで維持される．このことから，
PTFE-VGCF コンポジットでは VGCF の添加が初期変
形に依存しないことが分かる．また，図 6(c)において
TEl も TS と同様の傾向を示す．また，VGCF3wt%で
の強度・延性バランス（TS×TEl）は 6GPa%程度とな
る． 
図 7 に PTFE-VGCF コンポジットのダイナミック
硬さ DHV および押込み弾性率 E と VGCF 配合率の関
係を示す．図 7(a)は DHV と VGCF 配合率の関係，図
7(b)は E と VGCF 配合率の関係である．PTFE-VGCF
コンポジットにおいて，板厚 t＝1.0mm,である．図 7 (a)
において，DHV-1 は負荷時の押込み硬さ（塑性変形＋
弾性変形），DHV-2 は除荷後の押込み硬さ（塑性変形） 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) 0% Mixer 
図５ PTFE-VGCF コンポジットの混合後の粉末
 
10mm 
(b) 1% Mixer  (c) 3% Mixer  
(d) 0% Blender  (f) 3% Blender  (e) 1% Blender  
図６ PTFE-VGCF コンポジットの(a)  引張強さ
TS,(b) 降伏応力 YS および,(C) 全伸び TEI と
VGCF 配合率の関係 
3 
 
長坂明彦，中澤篤史，馬場創太郎，押田京一，堀内一宏 
 
 
 
 
 
 
 
 0
2
4
6
8
D
H
V
DHV1-Mixer
DHV1-Blender DHV2-Mixer
DHV2-Blender
(a) 維持される．図 8 に PTFE-VGCF コンポジットの試験
片の 
 
引張試験後の破断面の SEM 写真を示す．ここで，WD
＝10.0～15.5mm，加速電圧 2.0～2.5kV，倍率 100 倍と
した．図 8(a) および図 8 (c)は VGCF 1wt%，図 8 (b)
および図 8(d)は VGCF 3wt%であり，板厚は t＝1.0mm
である．また，図 8(a)および図 8 (b)は Mixer，図 8 (c)
および図 8 (d)は Blender である．図 8 (b)において
VGCF と思われる塊が破面に多数観察されたが，図 8 
(a)および図 8 (c)，図 8 (d)では観察されなかった． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 1 2 3
E 
(G
Pa
)
Mixer
以上より，ロッキングミキサ法では，VGCF の添加
量が増加することで VGCF の塊が発生し，この塊が応
力集中源としてふるまうため TS および TEl が低下す
るものと考えられる．また，ブレンダーミル法では
PTFE と VGCF が十分に混合されたことが示唆される． 
また，著者らは ABS 樹脂と VGCF のコンポジット
ではブレンダーミル法を用いると強度が低下する事
を明らかにした 10)．これは，ブレンダーミル法では
ABS 樹脂表面に損傷が生じるためであると推測され
る．それに対してブレンダーミル法で混合した
PTFE-VGCF コンポジットの強度が維持されたのは
ABSとPTFEの融点の違いに起因するものと思われる．
すなわち，PTFE の融点は ABS よりも高いため，ブレ
ンダーミル法での混合時に生じる熱による影響がな
かったことが推測される． 
4
Blender
VGCF content (wt%)
(b)
 
 
 
図７ PTFE-VGCF コンポジットの（a）ダイナミック硬さ 
DHV および（b）押込み弾性率 E と VGCF 配合率の関係 
である．ダイナミック硬さ DHV は，Blender で VGCF
配合率 3wt%まで維持される．差分量（DHV-2 － 
DHV-1）は VGCF3wt%まで変化はなく，VGCF 量によ
る弾性変形の程度は変わらない．図 7(b)において，押
込み弾性率 E は母材の E と比較して若干高くなり,  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VGCF 
PTFE+VGCF 
PTFE+VGCF 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 図８  PTFE-VGCF コンポジットの引張試験後の破断面の SEM 写真 
PTFE+VGCF PTFE+VGCF  
100μm 
(a) Mixer (b)  Mixer 
(c)  Blender (d)  Blender 
4 
PTFE-VGCF コンポジットの機械的特性 
5 
 
(2001) 1287-1297. 
４．まとめ 
5)  T. Takeda, R. Takahata, Y. J. Kim, K. Koshiba, K. 
Ishii, T. Kasai and M. Endo: TANSO 2001[No.196] (2001) 
14-18. 
 PTFE 樹脂を母材とした VGCF との混合分散により
作製したコンポジットの機械的特性を調査した．主な
結果は以下の通りである． 
6)  K. Emoto, E. Yasuhara, K. Katou and N. Otake, 
Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers (C) 
69[680] (2003) 1145-1152. 
PTFE-VGCFコンポジットの引張強さTSおよび全伸
びTElは，ブレンダーミルによって混合することで，
VGCF配合率3wt%まで維持することができた． 
7)  M. Arai, T. Kuwabara, S. Hayashibe, Y. Takahashi, M. 
Endo and K. Sugimoto, Journal of the Japan Society of 
Mechanical Engineers (A) 70[700] (2004) 1791-1797. 
謝辞 
最後に，本研究をご支援いただきました文部科学省 
地域科学技術振興事業費補助事業 長野・上田地域知
的クラスター創成事業に対し，深く感謝の意を表しま
す． 
8)  Y. Hotta, S. Song, A. Futamura and K. Sugimoto, The  
34th Meeting of the Japan Society of Mechanical 
Engineers (2005) 147-148. 
参考文献 9) S. Hayashibe, H. Tanaka, M. Arai, K. Sugimoto and 
M. Endo, The 42nd Annual Meeting of the Japan Society 
of Mechanical Engineers [047-1] (2005) 33-34. 
1) 三井・デュポン フロロケミカル株式会社，テフロ
ン実用ハンドブック(1989)，三井・デュポン フロロケ
ミカル株式会社 
10) A. Nagasaka, T. Nakazawa, K. Oshida, H. Kuriyama, 
K. Kitahara and S. Taguchi: TANSO 2006[No.223] (2006) 
191-193. 
2)  M. Endo, TANSO 2001[No.200], 202-205[in 
Japanese]. 
11) S. Song, T. Meguro, K. Sugimoto, A. Futamura, M. 
Hanaoka, Journal of the Japan Society for Precisionl 
Engineeing, Vol.73, No.4, (2007) 450-454 
3) M. Endo, Grow carbon fibers in the vapor phase, 
CHEMTECH (1988) 568-576. 
4)  M. Endo, Y. A. Kim, T. Hayashi, K. Nishimura, T. 
Matusita, K. Miyashita and M. S. Dresselhaus: Carbon 39   
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Japanese

PTFE-VGCFコンポジットの機械的特性

永藤, 壽宮

飯塚, 紀幾

                                               長野工業高等専門学校紀要第 44 号(2010)  1-8  
1 
 
GIS を使用した橋梁点検システムの開発＊  
 
永藤壽宮＊１・飯塚紀幾＊2 
 
 
The Development Of The Bridge Check System Used G.I.S. 
 
NAGATO Toshimiya and IIDUKA Toshiki 
 
 
 The study is aimed for the development of the bridge check system program that the data 
management of the increasing aging bridge perform it easily and leads to rational effective 
maintenance by using G.I.S.  Google Map is used as G.I.S. software. 
This program makes Nagano’s bridge check manual the data and fits a Nagano’s bridge 
management account book.  
  That is assumed to use the handheld PC for the bridge manager which a beginner is 
easy to use. 
 
キーワード：GIS, 橋梁,点検, 補修，長寿命化  
 
 
（Geographic  Information  System  : 地理情報
システム）．ＧＩＳを取り扱っている企業は多々あり，
その機能も多様である．自治体個々により，用途によ
って必要とする機能も違ってきており，地方自治体で
はこれらＧＩＳソフトの選出において担当者の主観
的な部分も大きく，経費も高額になり導入も進行しな
いよう見受けられる．また多くは上部団体が指定する
フォーマットに従わなければならず，ＧＩＳソフトの
導入に支障をきたしている状況にある． 
１．緒  言 
 
 橋梁等の構造物は使用に伴って老朽化していく．
また作用荷重，周囲の環境の変化，構造部材の品質
低下など様々な要素が構造物の寿命を著しく変化さ
せる．しかし，欠陥や変状を致命的になる前に発見
し劣化原因の調査・改善を行うことでその寿命を大
幅に引き伸ばすことができる． 
 現在長野県では，高度成長期に集中的に建設され
た構造物の老朽化が進み，長野県が管理する橋梁
3820 橋のうち建設後 50 年を経過する高齢化橋梁は
15%を占め，10 年後は 46%にまで増加する．このよう
な背景より長野県では合理的，効率的な維持管理シ
ステム構築が強く求められている．現在長野県は「信
州発・あなたにもできる橋の点検」を用い維持管理
の指標としている．このマニュアルは利用者・管理
者の隔てなく「橋梁の知識があまりない方でも，一
定のレベル診断が行える事を可能とする」を目的に
作成され，橋梁点検を身近なものとし合理的，効率
的な維持管理を実現させた．しかしながら橋梁点検
の手法は点検シートを用いたアナログ的な方法に依
存しており，点検データの管理が困難である． 
本研究では橋梁点検マニュアルをデータ化し，これ
から増加していく高齢化橋梁のデータ管理が容易に
おこなえ，さらに，ハンドヘルド PC を用いて合理的，
効率的な維持管理へとつながる橋梁点検ソフトウエ
アを開発，そして，簡易ＧＩＳソフトとして公開され
ている Google Map を用いて，橋梁台帳へ適応し総合
的に橋梁管理のできるシステムの構築を目的にして
いる．  
２．橋梁点検マニュアルソフトの作成 
２－1 概要 
橋梁点検マニュアルをソフトウエア化するに当たり，
信州大学・地域共同研究センターの「信州発・あなた
にもできる橋の点検」を参考とし，下記のフローチャ
ートを用い 3 項目のプロセスで構成されるソフトウ
エアを作成した．ソフト制作の手法として Microsoft 
Excelを用い，マニュアルの点検シートをデータ化し，
点数集計により，次の項目の実施判定ができるようシ
近年，注目されるようになって来たＧＩＳ*   
2010 年３月 1 日土木学会中部支部で口頭発表   
*1  環境都市工学科教授 
*2  日本貨物鉄道株式会社 
  原稿受付 2010 年 5 月 20 日 
永藤壽宮・飯塚紀幾 
ステムを構築した． 
橋梁点検マニュアルソフトのフローチャートは図１
に示すように，３項目のプロセスにより構成される． 
２－２ 長野県橋梁点検マニュアルの概要 1) 2) 4) 
次に「信州発・あなたにもできる橋の点検」に示さ
れている内容を紹介する． 
（１）ソフトウェアフローチャート 
①重要度判定フロー 
重要度判定フローでは点検調査対象の橋梁を種々の
重要度により評価分類して，点検調査の実施 
にプライオリティーを明確にすることが目的である．
今回調査対象とした橋梁は，県・市・町村が管理す
る橋梁であり，様々な社会的グレード，使用環境に
おかれていることから点検の方法に橋梁の重要度に
より重みを付けることが必要である．重要度判定フ
ローでは，①橋梁固有の路線特性②橋梁特性③自然
条件について評価できるようにシステム化している．
重要度は A･B･C の 3 グレードに評価分類され，A：5
年毎，B：隔年毎，C：年一回 の頻度で点検調査を
実施する． 
②点検調査フロー 
点検調査フローは，レベル 1 として一般調査，レベ
ル 2として詳細調査より構成される． 
レベル 1 は，点検箇所毎に損傷や現象の有無の判定
を目視判定で実施する．レベル１の結果，レベル 2
が必要であると判断された場合にレベル 2 が必要で
あると判断された場合にレベル 2 を実施する．レベ
ル 2 は，点検箇所毎に写真や図が示された判定基準
表をもとに損傷度と比較しながら点数を記入するよ
うになっている．そして点数により今後の指針(経時
調査・補修補強)が自動的に決定されるシステムとな
っている． 
図１ フローチャート  
度の３つの指標による指標により決定する． 
a)路線による重要度 
その橋が位置する道路ネットワークの重要性を評
価することにより，その橋の位置するポジションの
重要度を判定するものである．道路ネットワークに
おける橋の存在は，非常にクリティカルな位置を占
めている．路線の重要度を知ることは，そこに位置
する橋の点検維持の重要性を判断する手掛かりとな
る． 
③補修・補強工法の見極めフロー 
後に補修・補強工法の見極めフローに進む．補修
補強が必要とされた点検箇所は，橋梁点検時から 
b)橋梁による重要度 
その橋固有の特性による点検維持の重要性の判断
指標である．橋固有の特性として，橋齢，適用示方
所の返遷による構造グレード，交差対象による補
修・補強工事の施工難易，供用条件による劣化負荷
及び公共財としての価値などを考慮できるよう配慮
した． 
補強・補強が必要と思われる箇所の補修・補強工法
の内容が分かるように紹介するので照らし合わせ見
極めを行う．ただし対策工法の決定は専門家に 
依頼し，詳細な検討を行った後に， 適な対策工法
で施工することが望まれる．  
（２）重要度の判定 
c)自然条件による重要度 
重要度判定は，点検調査の実施にプライオリティー
をつけることを第 1 の目的としている．県・市・町
村が管理する橋梁は様々な特色と橋供用性を有して
いることから，点検調査の優先順位を，①路線によ 
橋の置かれた環境に起因する劣化と変状の誘発危
険度を評価する指標であり，経時劣化の進行速度に関
する環境因子として，降雨強度，凍結融解危険度及び
化学作用に対する危険度を評価する．地盤変動による
不測の外力作用に関する地盤因子として，地すべり地
 
る重要度②橋梁による重要度③自然条件による重要 
2 
GIS を使用した橋梁点検システムの開発 
3 
域指定，砂防指定等の法規制及び活断層への近接によ
る災害被災危険度などを評価する． 
（３）重要度ランクシートの使用方法 
 「信州発・あなたにもできる橋の点検」における
各重要度での点検シートを参考とし，Microsoft 
Excel 用い点検シートをデータ化した．ハンドヘルド
PC で点検する際，タッチペン操作 1つで点検できる
よう VBA（Visual Basic for Applications）を用い，
当てはまる項目のボタンをクリックすることでデー
タシートに出力される装置を作成した． 
重要度評価の手順として Excel ファイルを開くと
重要度ランクシート画面が立ち上がる．評価項目ごと
に当てはまる番号ボタンをクリックすることで記入
欄に評価レベルが出力され，自動的に評価点の表示が
できるシステムとなっている．評価項目の記入が全て
終了すると，総合点が集計される． 
各重要度ランクでの記入が全て終了すると，集計表
にて各重要度の総合点が出力され自動的に集計，そし
て全体評価の表示がされる．全体評価は ABC グレード
に分けられ，判定されたグレードの周期で点検調査実
施を行う． 
なお評価の判定基準は「信州発・あなたにもできる
橋の点検」を参考としている． 
※路線による重要度評価入力項目詳細 
路線名 ：橋梁の路線名を記入 
路線番号 ：橋梁の路線番号を記入 
橋梁名 ：橋梁名を記入 
昼夜率 ： 昼夜率を記入(調査結果がない路線は一
律 1.3) 
橋長，支間，幅員 ： それぞれを記入 
工形式 ： 上部工形式 or 下部工形式を記入 
※路線による重要度ランクシートの評価項目詳細 
緊急輸送路  指定路線：A or 指定路線ではない：
B をクリック 
道路区分   主要地方道：A  or 県道：B or 市町
村道:：C をクリック 
自動車交通量  20000 台以上：A or 20000～ 
4000 台：B or 4000 台未満：C をクリック 
大型車交通量  1000 台以上：A or 250～1000
台：B or 250 台未満：C をクリック 
地域外交通に対して交通機能の分断  あり：A or 
なし：B をクリック 
地域内交通の麻痺  あり：A or なし：B をクリ
ック 
遠隔地域の孤立  あり：A or なし：B をクリッ
ク 
公共施設(病院，役場，消防署，学校，バス路線)
のアクセス あり：A or なし：Bをクリック 
道路改良状況   改良済み：A or センターラ
インあり：B or センターラインなし：Cをクリッ
ク 
※橋梁による重要度ランクの評価項目詳細 
竣工年次 昭和42年度以前:A or  42年度以降か
ら昭和 55 年度まで：B 昭和 55 年度以降から平成
6年度まで：C  or  6 年度以降：D をクリック 
交差条件として 
道路 車の迂回路なし 歩行者あり：A or  歩行
者なし：B 
車の迂回路あり 歩行者あり：C or  歩行者な
し：D道路と交差していない：E をクリック 
鉄道 1 級線：A or 2 級：B or その他(私鉄)：
C or 鉄道と交差していない：Dをクリック 
河川 1 級河川：A or 2 級河川：B or その他：
C or 河川と交差していない：Dをクリック 
除雪条件として 
設計上雪荷重あり  除雪する：A or  除雪し
ない：B をクリック 
設計上雪荷重なし  除雪する：A or  除雪しな
い：B をクリック 
塩カルの使用  使用する：A or 使用しない：B 
をクリック 
混雑度   終日渋滞：A  or 朝・夕渋滞：B or  
朝・夕どちらか一方渋滞 ：C  or  混雑しない：
D をクリック 
景観に優れているか  いる：A or いない：B 
をクリック 
国立・国定・県立自然公園区域・  内：A or 外：
B をクリックなどがある． 
季節による工事規制があるか  あり：A or  な
い：B をクリック 
祭りなど一定期間に重要度が増すか  増す：A 
or 増さない：B をクリック 
※自然条件による重要度ランクシートの評価項目詳
細 
雨量強度  志賀，飯田，白馬，上田：A 
軽井沢，長谷，木曽，長野，南信濃，諏訪：B 
 大町，南佐久，野沢温泉，松本：C をクリック 
などがある． 
２－３作成ソフトウェアの概観 
以下図２から図３に主な箇所について，Excel ソフ
トウェアの操作の概観を示す． 
 
 
永藤壽宮・飯塚紀幾 
 図２ Excel により出力された橋梁点検シート図（レベル１） 
 
図３ Excel により出力された橋梁点検シート図（レベル 2） 
 
 
 
 
 
4 
 GIS を使用した橋梁点検システムの開発
5 
 表 1 長野市橋梁データ 
永藤壽宮・飯塚紀幾 
調査データを入力すると表１の結果が得られる． 
（長野県庁調査データより） 
３．ＧＩＳへの適応
 
３－1 概要 
本章では，第２章で作成した橋梁点検マニュアル
ソフトを用い，実際に橋梁を点検したとして，橋梁
点検マニュアルソフトから得た情報，橋梁の写真，
その橋梁の詳しい情報が載っている橋梁台帳を地図
上に適応をする．ＧＩＳソフトとしては，世界中の
人に親しまれている Google Earth を用いる． 
 まず，長野市の橋梁状況を調査し，橋梁一覧を作
成する．これらの橋梁を地図上に位置表示するため
に，Gmap から橋梁の緯度，経度を調べ，Google Earth
適応するために必要な座標作成をしてからＫＭＬフ
ァイルプログラムを作成する． 
本章では，適応例として「屋島橋」を例にして説明
する． 
表１で示されたデータに Gmap から橋梁の座標を
読み込み Google Earth 上へと表示する．表２に橋梁
データに座標を与えた例を示す． 
橋梁に座標データを与えたものを Google Earth に
出力するために，図 5 に示すように Microsoft Excel
でＫＭＬファイル作成プログラムを作成する．KML
ファイルはGoogle Earthで表示するための専用ファ
イルである． 
３－２実際の適応 
長野市の橋梁は平成 19 年度では，架け替えが必要
な橋梁１橋，緊急に工事が必要な橋梁が３橋，損傷
拡大を防ぐ工事が必要な橋梁が６橋，軽微な損傷を
防ぐ工事が必要な橋梁 55 橋，経過を見守る（良い状
態）15 橋ある．  
図６に長野市の架け替えが必要な橋，緊急に工事
が必要な橋梁を例としてプロットした．これらのプ
ロットした橋梁データに各々，写真，長野県から頂
いた橋梁台帳，橋梁点検マニュアルソフトから得た
橋梁の点検情報を加える． 
次に実際の各々の橋梁の例として示す．例として
図４に屋島橋，図５に村山橋を示す．ここでは屋島
橋を地図上に位置表示するために，Gmap から橋梁の
緯度，経度を調べ，Google Earth 適応するために必
要な座標作成をした結果を図７に示す． 
橋梁台帳，マニュアルソフトからの橋梁データを
図６に示すようにＫＭＬ出力プログラムを用いて，
Google Earth 上に例として，屋島橋をプロットした． 
これらにより，図８に示すように地図上に橋梁の写
真，橋梁台帳，橋梁点検マニュアルソフトから得た
橋梁点検データが地図上に表示された． 
  これにより，詳細な橋梁点検を詳しく，位置も
合わせて，地図上に表示する事を可能にした． 
今回の適応は Google Earth への適応であったが，今
度としては，他のＧＩＳソフトへの利用も考えてい
きたい． 
４．結 論
 
現在長野県では橋梁点検を行う際には現場に点検
シートを持ち込み手作業で点検を行い，後にデータ
入力し補修・補強工法を検討する．今回，本研究で
作成した橋梁点検マニュアルソフトでは Microsoft 
Excel を用い点検シートをデータ化し，ボタンクリ
ックによる数値の出力，点数の自動入力・自動集計，
次の項目への実施判定を可能にした．GIS との連帯
により，この橋梁の架設年数，形式や履歴などが瞬
時にわかり，更なる調査の高度化が目指せる．ハン
ドヘルド PC により点検，データ管理を行い，またタ
ッチペン操作のみで点検することでより合理的，効
率的な橋梁点検が行うことができるといえる． 
 また，専門知識の少ない点検者にもより簡単で効
率的に橋梁点検ができるようになることで，予算の
少ない地方自治体の補修費の円滑な運用につながる
と考える． 
さらに，地図上に表示することにより，橋梁の位置
や細かい情報が用意に確認することが可能になりま
した．ＧＩＳはとても便利であると実感した． 
しかし，ＧＩＳは今，難しいものから，簡単なもの
まで，ざまざまである． 
ＧＩＳは私も含め，今後多くの人たちに利用され続
けることを願います．ＧＩＳの中でも，より多くの
人に利用されている，Google Earth．画像だけでな
く動画も容易に添付できるようにしたい． 
 
今後は本ソフトを実際に現場で実際に使用し，得ら
れる結果，現場でソフト使用してみての考察をもと
に今後も本ソフトを発展・充実させたい． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図４ 屋島橋 
図５ 村山橋 
6 
GIS を使用した橋梁点検システムの開発 
7 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 図６ 橋梁位置プロット例 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図７ Excek による座標出力シート例 
 
図８ VisualBasic を使用した KML 出力 
 
 
 
 
 
 
永藤壽宮・飯塚紀幾 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
参 考 文 献 
１）橋梁メンテナンス研究会：信州発・あなたにも
できる橋の点検，信州大学・地域共同研究センタ
ー：（2006．6） 
２）長野県建設部道路管理課HP：
http://www.pref.nagano.jp/doboku/iji/kashokai.ht
m  
３）JACIC GIS 研究会編：地方公共団体のための
WebGIS 導入マニュアル，財団法人日本建設情報総合 
 
 
 
 
図９ プログラム結果で写真と橋梁台帳の出力例図 
 
 
センター(2005.5) 
４） 長野県建設部道路管理課 HP： 
http://www.pref.nagano.jp/doboku/iji/kashokai.ht
m 
5）長野県建設事務所 HP： 
http://www.pref.nagano.jp/xdoboku/chouken/  
６）高橋重雄他：事例で学ぶ GIS と地域分析，古今
書院（2007.10） 
 
 
8 


GISを使用した橋梁点検システムの開発

遠藤, 典男

小林, 信太郎

小林, 清

長野工業高等専門学校紀要第 44 号(2010) 1-7 
1 
 
緊張力を作用させたシートによるＲＣ梁の補強効果に関する考察  
 
遠藤典男＊１・小林信太郎＊２・小林清＊３  
 
 
Consideration about Fiber Reinforcement Effects of RC-beams  
by Stretching Sheets 
 
ENDOH Norio，KOBAYASHI Shintaroh，KOBAYASHI Kiyoshi 
 
 
In failure properties of RC-beams, shear failure are brittle failure, and these 
phenomena make structures to collapse rapidly.  RC-bridges, which were constructed 
based on old specification and are offering open now, are in the case of shortage on shear 
strength.  In this research, applying fiber reinforcement to RC-beam in order to improve 
shear strength, and making reinforcement sheets stretches by proposing jigs to the across 
direction of a beam-axis after bonding fiber reinforcement sheets to bottom of beam. 
In order to evaluate a proposed reinforcing method for shear strengthening, 
manufacturing RC-beams which are small shear capacity compared with bending capacity, 
and performing bending experiments.  The results of these experiments, reinforcing 
RC-beam by proposed method is decreased shear fractures compared with RC-beam by 
general fiber reinforcing, and is not occurred detachment sheets form concrete surface. 
 
キーワード：長繊維補強，せん断補強，破壊性状  
 
１．緒  言 
わが国の社会資本整備において，財政的理由から
新規構造物の建設は減少傾向にある．これに対して
構造物の維持管理，保守補修を綿密に行うことによ
る，既設構造物の長寿命化が社会的なニーズになっ
ている．また，設計指針の変更に伴い，耐力不足な
構造物に対しも，種々な補強工法が提案され，実用
化されるに至り，新工法での施工実績も多くなりつ
つある． 
一方，旧道路示方書（昭和年代）に設計され，現
在も供用しているＲＣ橋において，現行示方書を基
準とした場合に曲げ，せん断に対する強度が不十分
な RC 橋も多い．また，耐震設計基準の変化に伴い，
ＲＣ造の建築物も，現行設計基準では耐震性能が不
十分とされる既設建築物も多い．ここで曲げ耐力の
不足したＲＣ部材に対する補強方法 1,2)は，種々提案
され既に多くの施工実績もある．これに対し，せん
断耐力の不足した RC 部材に対しては，コンクリー
ト増し打ちと，鋼板貼り付けによる補強が有効と言
われている． 
ここで，ＲＣ部材の破壊性状の中でも，せん断耐
力の不足による破壊は脆性的な破壊形態であり，破
壊の開始から崩壊に至るまでの時間が短いため危険
である． 
本研究では，RC 構造物に対する補強工法として，
近年施工実績も多い連続繊維シート補強工法に注目
し，補強用シートを補強部材に接着後，部材軸直角
方向に緊張させることにより，せん断力に対する補
強効果向上を目指すものである．現在施工されてい
る連続繊維シートによる補強工法は，主として引張
力が作用する部材面に補強シートを接着することに
より，曲げ耐力の向上を期待するものである．また，
施工後の荷重変動も小さく，さらに重機なしの施工
が可能であり狭い空間での施工に適するという利点
もある．このような観点から，本研究で提案する補
強工法は，引張力が作用する部材面へ接着すること
により曲げ耐力の向上を計るとともに，部材軸直角
方向の緊張力を補強シートに作用させることにより，
断面拘束効果が得られることになり，この効果より
*1  環境都市工学科准教授  
*2  平成 21 年度特別研究生(現 JR 東日本) 
*3 技術室第二技術班 
  原稿受付 2010 年 5 月 20 日 
遠藤典男・小林信太郎・小林清 
2 
せん断力に対する耐力も向上すると考えられる．ま
た，上述の補強手法を実現させるため，簡単な治具
の提案を行うとともに，緊張力の制御手法をも提案
している． 
２．試験体の作製 
２－１ 使用材料および配合 
 試験体作成にため使用した骨材の物性値を表 1 に，
アラミド繊維の物性値を表２に示す．骨材は千曲川
水系の川砂利を用いた．また，補強用の高強度繊維
シートは，㈱前田工繊製の 2 方向平織り FF シート
である CT714 を用い，また部材への接着としてエ
ポキシ樹脂を用いた．ここで，本文で提案する補強
手法において補強用シートへは，部材軸方向には曲
げによる引張力が，軸直角方向には緊張力を作用さ
せることを想定しており，ＲＣはり底面では 2 軸応
力状態が発生すると考え，2 方向織りの繊維シート
を用いた． 
試験体作成に用いたコンクリートの配合を表 3 に，
試験体の形状寸法と配筋状態を図 1 に示す．試験体
の断面は，高さ h を 200[mm]，幅 b を 150[mm]，
有効高さ d を 160[mm]とした．また，表 3 に示すよ
うに部材断面が小さいため，設定したスランプも 21
と大きい値とした．また，水セメント比は 0.47 とし，
設計基準強度 ck'σ を 32[N/mm2]とした（圧縮強度は
35[N/mm2]であった）． 
２－２ 試験体の耐荷力 
図１に示すように，曲げ実験で使用する試験体は
提起する補強手法のせん断に対する有効性を検証す
るため，シート接着後の曲げ耐力に比し，せん断耐
力が小さくなるよう，スターラップ配置間隔を 300 
 [mm]に設定した．ここで，シート補強を行わない
場合，計算上の曲げ耐力とせん断耐力を以下に示す． 
まず，曲げ耐力： bT を計算する．終局状態におけ
る力の釣り合いより，中立軸：x は， 
)'.()( ba850Ax ckssy ⋅⋅⋅⋅= σσ =23 [mm]      (1) 
と計算できる．ただし， syσ (=295[N/mm2])は鉄筋
の降伏応力， sA (=253[mm2])は主鉄筋量， ck'σ  
(=32[N/mm2])はコンクリートの設計基準強度，a
（=0.8･x）はコンクリート破壊時における等価応力
ブロック高さである．試験体の終局曲げモーメント
uM は，スパン長 l（=1200[mm]）と載荷距離 lD
（=150[mm]）を考慮し，式(1)で計算された中立軸
の値を次式に代入することにより 
( ))/( 2adAM ssyu −⋅⋅= σ =11.3 [kN･m]      (2) 
が得られ，最終的に終局耐力は 
( ))/()/(/ 2l2lM2T Dub −= =43.0 [kN]        (3) 
と計算される．  
 一方，せん断耐力 ydT は次式で計算される． 
sdcdyd TTT +=                            (4) 
 
表１ 骨材の物性値 
 細骨材 粗骨材 
表乾密度      [g/cm3] 2.60 2.62  
絶乾密度      [g/cm3]  2.56 2.57  
吸水率        [%] 2.4  0.8   
単位容積質量  [kg/ℓ] 1.63 1.78  
実績率        [%] 62.7  67.9   
粗粒率 2.4  6.4   
 
表２ アラミド繊維の材料特性 
構 造 2方向平織り 
保障耐力        [kN/m]   100      
目付け量        [g/m2]    180      
引張強度        [N/mm2]   2060      
引張弾性係数    [N/mm2]   1.18×105   
設計厚さ        [mm]   0.062    
表３ 配合 
単位量[kg/m3] 粗骨材 
最大寸法 
[mm] 
スランプ 
[cm] 
水セメント比 
W/C [%] 
空気量 
[%] 
細骨材率 
s/a [%] 水 
W 
セメント
C 
細骨材 
S 
粗骨材 
G 
混和剤
A 
20 21 47 4 40 155 330 728 1101 3 
 
 
 
 
 
図１ 試験体と曲げ試験概要
100 4@300=1200 100 
300 
b=150 
20
0 
d=
16
0 
1400 
φ6 D13 
150 525 525 P/2 P/2 
ひずみゲージ 
ダイヤルゲージ 
緊張力を作用させたシートによるＲＣ梁の補強効果に関する考察 
3 
ここで， cdT はコンクリートにより受け持たれるせ
ん断耐力であり， sdT はせん断補強鋼材により受け
持たれるせん断耐力である．まず cdT は次式により
計算される． 
dbT vcdnpdcd ⋅⋅⋅⋅⋅= 'σβββ =23.3 [kN]       (5) 
ただし， vcd'σ は設計曲げ圧縮強度で 以下のように
与えられる． 
3 ckvcd 200 '.' σσ = =0.635 [N/mm2]          (6) 
また，せん断耐力算出時の係数を dβ =1.5， pβ =1.018，
nβ ＝1.000 とした．次に sdT は，せん断補強鉄筋と
部材軸のなす角度をα （=( 2/π )）とすると， 
s
zAT wydwsd )cos(sin αασ +⋅=              (7) 
で与えられる．ここで， wA は配置する一組のスタ
ーラップの断面積( wA =56.6[mm2])であり， wydσ は
スターラップの降伏応力( wydσ =295[N/mm2])，z は
内力間距離であり，また s はスターラップの配置間
隔（=300[mm]）である．さらに，一般的な終局状
態における有効高さ：d と z の関係は， 
z=d/1.15=160/1.15=139 [mm]              (8) 
であるため，本計算でもこの値を適用した．以上よ
り sdT は 
sdT =7.7 [kN]                             (9) 
と計算でき，最終的なせん断耐力は 
sdcdyd TTT += =23.3+7.7=31.0 [kN]       (10) 
となる．ここで，図 1 に示す載荷状態のせん断力分
布図より，せん断破壊時の載荷重を sT とすると 
yds T2T ⋅= =2×31.0=62.0 [kN]            (11) 
となる．式(3)と式(11)を比較すると，シート補強を
行わない状態においても，せん断耐力の方が，曲げ
耐力よりも 40%ほど大きいが，特に曲げモーメント
に対する補強効果を発揮するシート接着前の曲げ耐
力を計算したものであり，シート接着後は曲げ耐力
とせん断が同等であると予想し，後述する曲げ試験
を実施した． 
３．緊張力を作用させたシート補強 
 本研究で提起する補強手法は，図 2 に示すように
はり底部に高強度の繊維シートを接着し硬化した後
以下により補強シートに緊張力を作用させている．
すなわち，はり上部に設置する高剛性の板（鋼版）
と，補強シート端部に接着した高剛性の棒（鋼棒）
の，鉛直方向同一軸線上に孔を設け，孔中にボルト
を貫通させ，鋼板と鋼棒をボルト－ナットにより締
結することにより，補強シートにはり軸直角方向の
緊張力を生じさせるものである． 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 2 補強シートへの緊張力導入 
 
ここで一般的な繊維シート補強工法は，図 2 に示
すはり底部，あるいははり底部と側面部に高強度の
シートを接着するのみであり，主としてはり底部に
おいて曲げに対する抵抗力が向上するものである． 
 一方，提起する手法では，はり底部に補強シート
を接着することにより，従来の補強方法と同様に曲
げに対する抵抗力は向上することになる．さらに，
はり底部の接着剤が十分硬化した後に，前述したよ
うに補強シートへ，はり軸直角方向の緊張力を作用
させることにより，せん断ひび割れに対する断面拘
束効果が期待でき，また自動車，列車等の通行によ
る繰り返し荷重が作用する場合の，シートと部材表
面の剥離に対する抵抗力向上が期待できるものであ
る．ここで，シートに作用させる緊張力はボルトへ
作用させるトルクをトルクレンチで制御している．
ボルトに作用させるトルクとシートの幅は，予めシ
ートにひずみゲージを接着し，作用させるトルクと
緊張力の関係を評価し決定している．今回はシート
幅を 400[mm]とし，ボルトには 2.5[N･m]のトルクを
作用させ緊張力を作用させたが，事前の評価 3)によ
りシートには 50[N/mm2]程度の応力が作用してい
る．なお，ＲＣ表面の下地処理として，補強シート
接着面を十分グラインダーで研磨後，プライマーを
塗布し，その後シートとはり表面をエポキシ樹脂に
より接着した． 
４．曲げ試験結果 
 図 1 に示す曲げ実験を行った．曲げ実験に際して，
スパン中央にダイヤルゲージを，左端の支点より
100,300,500,600,700,900,1100[mm]の位置にひず
みゲージを設置した． 
 図 3 に荷重－変位関係を示す．ここで，BEAM１
は本文で提起する緊張シートにより補強した RC は
りであり，BEAM２は RC はりの底部と，両側面の
はり高さの半分程度を，補強シートと接着したもの
である．載荷重が 20~70[kN]程度まで，BEAM２に
 
RC はり断面 
鋼板 ボルト 
鋼棒
ナット
エポキシ樹脂 アラミド繊維シート 
遠藤典男・小林信太郎・小林清 
4 
0
20
40
60
80
0 200 400 600 800
Displacement [1/100mm]
L
o
ad
 [
kN
]
BEAM１
BEAM２
-200
0
200
400
600
0 200 400 600 800 1000 1200
Distance [mm]
S
tr
e
ss
 [
N
/
m
m2
].
BEAM１
BEAM２
比し BEAM１のほうが，同一荷重における変位量が
大きい．これは BEAM２ではシートを側面まで接着
したことが影響していると考えられる． 
 図 4 に，載荷重が 79[kN]におけるはり底部の曲げ
応力分布を示す．シートの応力は，ひずみゲージで
計測された値と表２に示す引張弾性係数の積とした．
図中，BEAM２において圧縮応力が発生しているが，
載荷重が 35[kN]付近で既に発生している．これは図
3 において，載荷重 20[kN]付近で最初のひび割れが
発生し荷重－変位関係の傾きが変化したと考えられ
る．さらに載荷重を増加させることにより，ひび割
れが進展し，補強シートの一部がコンクリート表面
から剥離したことが原因と思われる．一方，BEAM1 
では載荷を終了（79[kN]）まで曲げ圧縮ひずみは発
生しなかった．これらのことより，本文で提起する
補強方法により，コンクリート表面と補強シートの
結合が十分効果を発揮したと考えられる．なお，圧
縮ひずみが発生した場合の補強シートの応力は，接
着剤であるエポキシ樹脂の剛性に依存すると考えら
れるが，現段階ではエポキシ樹脂の物性値が十分で
ないため，引張応力の場合と同様に計算した応力値
の(1/10)を圧縮応力とし図示した． 
写真１，２は各々，BEAM1，BEAM2 の載荷終
了後における支間中央部付近の RC はりの側面であ
る．BEAM１では，曲げモーメントが最大となる載
荷位置の間にひび割れが発生したのに対し，
BEAM2 では載荷位置の両支点側においてもひび割
れが発生している．写真 2 におけるひび割れ発生角
度を鑑みるにせん断ひび割れと推察される．以上よ
り，本文で提起する補強手法は，せん断ひび割れ抑
制効果が期待できると考えられる． 
５．結  論 
 本研究で得られた知見を以下に記す． 
本文で提起した，補強シートを接着した後に緊張
力を作用させた試験体と，補強シートを接着したの
みの試験体を比較すると，曲げ応力度，ひび割れ発
生状況を鑑みるに，せん断に対して有効であると考
えられる． 
参 考 文 献 
１）土木学会：連続繊維シートを用いたコンクリー
ト構造物の補修補強指針，丸善(2000.7) 
２）高橋 茂治・福山 洋・鈴木 英之・中村 洋行：
定着金物を用いた連続繊維シートによる劣化ス 
 
 
ラブの補強効果，コンクリート工学年次論文集，
Vol.30，No.3(2008.7) 
３）小林信太郎：連続繊維シートによる RC はりの補
強効果に関する研究，平成 21 年度長野高専専攻
科特別研究論文(2002.3) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 3 荷重－変位関係 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 4 はり底部の曲げ応力度分布（P=79[kN]） 
 
 
 
 
 
 
 
写真 1 BEAM１のひび割れ状況 
 
 
 
 
 
 
 
写真 2 BEAM２のひび割れ状況 
載荷位置 
載荷位置 


緊張力を作用させたシートによるＲＣ梁の補強効果に関する考察

奥村, 紀浩

濱口, 直樹

中澤, 克昭

前田, 善文

長野工業高等専門学校紀要第 44 号(2009) 2-2 
1 
 
１学年に対する数学・物理の補習とその成果＊ 
 
奥村紀浩＊１・濱口直樹＊１・中澤克昭＊１・前田善文＊２  
 
 
Supplementary Lessons and Their Results in Mathematics and Physics for 
Freshmen 
 
OKUMURA Norihiro, HAMAGUCHI Naoki, NAKAZAWA Katsuaki  
and MAEDA Yoshifumi 
 
 
We held supplementary lessons in mathematics and physics for freshmen. They were 
taught by teaching assistants picked out from senior class students. It seems that this 
type of teaching is effective for raising the achievement of a low-performing students. 
 
キーワード：低学年補習，ティーチングアシスタント  
 
 
１．ま え が き 
 
 本稿は，平成 21 年度教務委員会が中心となって
行なった１学年成績不振学生に対する数学・物理の
補習について，その手法や成果について述べたもの
である． 
 最近の学年末の再試受験者や留年学生の人数を見
ると（表 1），低学年に注意を要することがわかる．
さらに表 2 によれば，数学や物理の 1 年再試受験者
は 20人近くに上る．特に平成 21年度にいたっては，
表 1 に示した 1 年再試受験者の半分程度の原因が数
学と物理であるとも推定できる．その原因と思われ
る項目はいくらでも挙げることができるものの，一
朝一夕で解決できるものでもない．我々が取れる対
応は，丁寧に学生を指導していくことであろうが，
年々増える業務の中でそれすらも厳しい． 
そのような中，ひとつの試みとして学生によるテ
ィーチングアシスタント（TA）を利用した数学や物
理の成績不振学生の補習を行なってみた．その結果
を評価したところ，ある程度の成果が得られたこと
がわかったので報告する． 
*  本補習は平成 21 年度長野高専特別教育研究経費の助
成を受けて行なわれた． 
*1  一般科准教授 
*2  一般科教授 
  原稿受付 2010 年 5 月 20 日 
 
 
２．補習の目的と形態 
 
 留年する学生や再試受験者を減らすことを目的と
する場合，補習の形態は自ずと見えてくる．留年と 
なる学生は，能力は別として学習の習慣さえついて
いないことが多い．家庭等における１日の平均学習
時間は 30 分を切るという話さえ聞く．そこで本補
習では，学習の癖をつけさせるものとし，同時に不
振改善を目的とした，授業の補助的な役割を持たせ
るものとする． 
 したがって毎回の補習は講義のような形態ではな
く，演習スタイルを取ることとした．また不振学生
一人ひとりをケアするために少人数とし，一人の指
導者に対して５名程度とする． 
 誰が指導にあたるのかは問題である．もし教員が
行なうとするならば，正規の授業として扱うべきで
ある．しかしすでに日常業務で飽和状態の教員に依 
 
表 1 最近の留年学生と再試受験者の数 
 1 年 2 年 3 年 4 年 5 年 
20 年度 7(51) 14(53) 4(48) 13(51) 2(49) 
21 年度 12(33) 6(43) 9(56) 4(74) 3(51) 
括弧内が再試受験者．留年学生は即留年と再試後留年の計 
 
表 2 1 年再試受験者数 
 18 年度 19 年度 20 年度 21 年度 
数 A 18 23 15 18 
数 B 15 8 15 8 
物理 8 4 16 13 
 
奥村紀浩・濱口直樹・中澤克昭・前田善文 
2 
 
頼をかけるのは，厳しい状況である．そこで各学科
の優秀な学生を TA として 5 人採用し，TA に不振学
生の指導を任せることとした．また TA の指導は著
者らで行う． 
 一般に成績が振るわない学生は，度重なる不振な
成績を見せられて，ますますやる気を失うことが多
い．特に呼び出されて補習を受けるとなると，劣等
感を感じることもありうる．そこでなるべく同級生
の目にさらされることのない上級生の教室，あるい
は実験室を補習会場となるよう要望した．補習に関
して言えば幸いなことに，平成 21 年度は校舎改修
のため，普段の授業を行なう教室と，補習を行なう
教室を変えざるを得ない状況であった．そして今回
は専攻科棟のゼミ室が利用できた．これは専攻科生
の研究する姿を間近で見て，自分の将来像を感じる
ひとつの助けにもなるのではないかと期待している． 
 以上のように，TA の選出や教室の確保について
は全学的な協力が欠かせないことを強調しておく． 
 
３．実際の補習 
 
補習対象学生は， 
(1) 前期の総合成績（試験＋レポート）の悪い
順に並べ，  
(2) 前期期末試験の悪い者から 
選んだ． 
 項目(1)のように前期の総合成績を参考にしてい
るので，たまたま 1 回のテストが不調であったとい
う学生は取り除けたと考えられる． 
表 3 補習学生の学科分布（単位は人） 
 M E S J C 合計 
数学 9 5 3 2 6 25 
物理 6 6 4 1 6 25 
  
表 4 欠席状況（物理のみ．単位は人） 
0 回 1 回 2 回 ３回 4 回 5 回以上 
13 5 1 2 0 4 
 
また最近の学生の中には，レポートを提出しない 
ことで成績が悪化する学生もいる．項目(2)から，そ
ういった学生は補習の対象にならないことが多かっ
た．表 3 に補習学生の学科分布を示す． 
 この選出は数学と物理とで独立に行なったものの，
結果として 13 名の学生が，両方の補習に出席する
ということになった． 
 数学は毎週金曜日，物理は毎週月曜日のそれぞれ
4 コマ目に行なった．補習回数は，数学については
11 回，物理は 10 回であった．上級生を TA に採用
する場合，その上級生の授業の状況にも気を使う必
要があった． 
 補習を受ける学生には，メリットとそれを享受す
るための条件があった．メリットに当たるのは，補
習を受けることで留年の可能性が少なくなること，
再試前に再評価試験が受けられる可能性が出てくる
ことであり，条件は補習時に部活動などで欠席する
こと，あるいは勘案するに値する理由なく欠席する
ことは一切認めないということである．条件に反し 
 
 
図１ 前期期末試験の点数に対する後期試験の点数（物理）．黒点は補習を受けた学生の成績に対し，白点はそれ以外の学生．
実線は補習を受けた学生の成績を最小二乗法により回帰分析したもの．破線はそれ以外の学生の回帰分析 
 
１学年に対する数学・物理の補習とその成果 
3 
た学生は，そういった再評価試験の機会が与えられ
ず，直ちに再試を受けることになる．これは補習開
始時に説明しておいた．それにもかかわらず物理の
補習において，10 回の補習のうち 5 回以上欠席した
学生の一人は部活動をしていたというケースがあっ
た． 
補習は問題集を購入させ，1 回に 1，2 章進む程度
の進度で解いていくようにした．問題集はなるべく
薄いもの，例題が解説とともに掲載されているもの
を選択した．補習学生の中には，独力で解ける問題
もあるので，予定以上のペースで解答していく者も
いれば，全く進まず TA の助けを求める学生もいた． 
TA による補習では，TA 自身の教授法による指導
効果のばらつきが出る可能性がある．補習を開始し
て最初の数回はミーティングを開き，TA 自身の教
え方の報告をしてもらった．それをどう捉えるかは
TA 自身の問題として，教授法の強制は行なってい
ない．最終的には学生がわからない問題を TA に聞
き，ホワイトボードを使った説明を，質問をした学
生だけでなく他の学生も聞いているという形が多か
ったようである． 
 
４．補習の評価 
 
 学習により身に付けた学力を測ることは難しい．
しかも，その学力が補習によるものかを断言するこ
とはほとんど不可能に思える．とは言え，最近の学
生の家庭学習時間を考えると，週一コマ，90 分とい
えどもプラスに働くのも明らかであろう．今回は補
習を受けた学生個人の成績は注目せず，補習を受け
ていない学生との比較という形で評価を行なった． 
 
 表 5 試験の平均点 
前期中間 前期期末 後期中間 後期期末 
70 52 47 47 
 
表 6 補習学生全員の平均点の推移 
前期中間 前期期末 後期中間 後期期末 
48 32 34 38 
 
物理は一クラスあたり毎週一コマしか授業がない．
補習は実質，毎週二コマということになることから，
大きな効果が期待できる．そこでまず，物理の成績
を概観し，次に数学についてまとめる． 
４－１ 物理 
 表 5 は 1 学年全体の物理定期試験の平均点を示す．
物理では，定期試験の成績を 70％，レポートの成績
を 30％で評価しているので，レポートの成績が満点
であるならば，42 点付近が合格のボーダーとなって
いる． 
図 1 は補習対象学生の前期期末試験の点数に対す
る後期中間試験や学年末試験の点数の散布図である．
前期末試験では 20点から 40点の狭い範囲に分布し
ていた学生は，後期になって広い範囲に散らばるよ
うになったことを示している．特に学年末では，比
較的高い点数の領域にまとまってきているように見
える． 
 補習学生のサンプルが少ないので確実なことはい
えないが，補習学生とそうでない学生の成績につい
て回帰分析を行なうと，前期期末試験で 20 点から
40 点の範囲にいた補習学生の方が，後期成績の向上
具合がよいと言えそうである． 
 
Points
D
en
si
ty
45 50 55 60 65
0.
00
0.
02
0.
04
0.
06
0.
08
0.
10
0.
12
Points
D
en
si
ty
35 40 45 50 55 60
0.
00
0.
02
0.
04
0.
06
0.
08
0.
10
0.
12
 
図 2 1 学年全員の中から 25 名をランダムに選び，その平均点を度数分布にしたもの．左が前期末試験，右が学年末試験．矢
印は補習学生の平均点が含まれる階級． 
 
奥村紀浩・濱口直樹・中澤克昭・前田善文 
4 
こうした補習対象学生の平均点を表 6 に示す．表
5 の全体の平均点では，前期期末試験から後期試験
にかけてわずかに下がっているのに対して，補習対
象学生の平均値はわずかながら上昇している．補習
には，少なくとも平均値の減少を抑える働きがある
のではないかとも思える． 
 補習を受けた学生のグループの平均点が，同人数
のグループの平均点に比べてどのように変化してい
るかを見てみた．実際は補習を受けた 25 人と同人
数を 1 学年の中からランダムに選び，平均点を求め
る．この作業を 10,000 回繰り返す（いわゆる
Bootstrap Resampling）．これを図 2 のような度数
分布で示した． 
このときもし全数計算をするとなると，1学年206
名のうち 25 名を重なり無く選び出すやり方が
206C25で約 9.9×1031通りあるので，現実的ではない．
図 2 によれば，明らかに分布の中央値は表 5 の平均
値を示しているので，大数の法則から 10,000 回程
度の計算で十分傾向を示していることがわかる． 
もともと成績の最も悪いグループを選んでいるの
で，前期テストの分布に補習学生の平均点は現れて
こない（図 2 左図）．しかし，補習を行なうことに
よって，学年末試験成績分布には現れてくるように
なる（図 2 右図の矢印）． 
この評価法は，個人の成績は一般に学習時間の増
加によって上昇するものと考えられるが，全体とし
て見た時に，その増加が他のグループに比べて勝っ
ているかを見るためのものである．だから，たとえ
ばテスト自体が簡単で，多くの学生が高得点をとっ
た場合は，個人の点数は上がるかもしれないが，分
布上の位置は変わらないかもしれない．そういった
他のグループと比べて，成績が上がったかを調べる
手段の一つとしてみなすことができよう． 
ところで，補習さえも欠席する学生は致命的であ
る．表 7 では，欠席が 5 日以上の学生を除いて平均
を求めたものであるが，後期試験の向上が著しい． 
 
表 7 欠席が 5 日以上の学生を除いた試験の平均点推移 
前期中間 前期期末 後期中間 後期期末 
48 33 37 43 
 
Points
D
en
si
ty
35 40 45 50 55 60 65
0.
00
0.
02
0.
04
0.
06
0.
08
 
図 3 学年末試験の成績分布（21 名）．矢印は補習学生で     
5 日以上の欠席を除いた学生の平均点が含まれる階級． 
 
 
 
図 4 数学 Bについて，前期期末試験に対する後期試験の散布図．黒点，実線が補習学生の点数と回帰分析の結果．白点，
破線が補習を受けていない学生の点数と回帰分析の結果． 
１学年に対する数学・物理の補習とその成果 
5 
欠席の多い学生を除いた 21 人のグループで，図 2
と同様な計算を行なうと（図 3），分布のピークにい
っそう近づいているのは明らかである．この分布が
正規分布だとすれば，補習を受けていない 21 人グ
ループを任意に選び，平均を比較すると 40％程度の
確率で，補習を受けたグループの平均の方が良いと
いうことになる． 
４－２ 数学 
特に数学 B の成績について述べる．補習自体は数
学 A，B の区別はせず，補習時の進み具合で変わっ
ていたようである． 
1 学年全体の前期期末試験の成績に対する，後期
試験の散布図を図 4 に示す．図上の破線と実線は，
それぞれ 1 学年全体と補習学生の回帰分析による傾
向である．前期期末試験の成績が 60 点くらいまで
の領域において，実線が破線よりも上側に位置して
いることから，補習学生の前期試験からの向上の度
合いが，一般学生に比べて大きいということを示し
ている． 
 物理と同様に，１学年の全体から補習を受けた人
数と同じ 25 名をランダムに繰り返して取り出し，
平均値を度数分布にして描いてみた（図 5）．やはり，
前期期末試験の分布には，補習学生の成績は現れて
こないものの，学年末の試験成績には現れてくる．
このことから，補習を受けたグループの成績向上は，
いくつかのグループよりも勝っているということが
言える． 
 先にも述べたように，物理はもともと週に１コマ
だけだから，補習が効果的に働いているように見え
る．同様に数学の補習による効果も物理と比べると
はっきりはしないが，成績向上は明らかであり，補
習をやればやっただけ伸びるということになろう． 
 
５．まとめ 
 
 １学年成績不振者に対して，数学と物理の補習を
行なった．週一コマ分であったものの，物理に関し
ては成績向上がはっきりと現れている．また数学も
補習を受けたグループは，成績向上の傾向が見て取
れる． 
最終成績は，物理の補習に参加した学生のうち，
5 名は留年，または進路変更となった．そのうち 4
名は，補習を 5 回以上欠席しており，すべて出席し
たものの，留年となった学生も 1 人いる．また，数
学は 7 名の留年，または進路変更であった．その意
味で，今回の補習が留年防止や再試受験者減少に役
に立ったと言うのは早いかもしれない．しかし，補
習を受けた学生全体でみると，成績が向上している
のは確かなことである．したがってこのまま単発的
なもので終わらせるのではなく，継続的に続けてい
って，成績分析を行なっていく必要があると思われ
る． 
 ただし，そのためには全学的な協力も必要である
ことを強調したい． 
 
謝辞 
 
 今回の 1 学年補習に対し，ティーチングアシスタ
ントの謝金は平成 21 年度特別教育研究費から支払
われている．教務係の斎藤大起氏には，そういった
補習にかかわる事務一般の仕事をしていただいた．
 
  図 5 数学 B の成績に関して，25 名の平均値の度数分布．左図は前期期末試験，右図は学年末試験の成績．矢印は補
習を受けた学生の平均値の階級． 
奥村紀浩・濱口直樹・中澤克昭・前田善文 
6 
感謝申し上げる． 
 本補習は教務委員会が主体となって行なったが，
補習の原案は，理科の藤原勝幸教授，大西浩次教授，
板屋智之准教授の協力によってまとめたものである．
合わせて感謝申し上げる． 
ティーチングアシスタントの諸君には，本補習に
おいて主体的に活動し，著者らが現場を離れる必要
に迫られても任せておくことができた．そのうえ， 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
・ 自分の勉強にもなった 
・ 希望者も募るとよい 
・ 他の TA との情報交換の時間がもっと欲しい 
・ 普段の授業でなく，一人ひとりのペースに合わ
せた指導ができた 
といった感想や今後に向けてのアイデアを挙げて
くれた．そういった積極的な姿勢に感心するとと
もに，感謝しておきたい． 


１学年に対する数学・物理の補習とその成果

深井, 郁夫

中澤, 啓明

上野, 貴裕

中村, 麻人

長野工業高等専門学校紀要第 44 号(2010) 1-4 
超音波振動による CO2型を用いたアルミニウム合金鋳物の機械的特性* 
 
長坂明彦*1・深井郁夫*2・中澤啓明*3・上野貴裕*4・中村麻人*5 
 
 
Mechanical Properties of Aluminum Cast Alloy Using CO2 Mold with Ultrasonic Vibration 
 
NAGASAKA Akihiko, FUKAI Ikuo, NAKAZAWA Hiroaki, UENO Takahiro and NAKAMURA Asato 
 
 
Ultrasonic vibration on solidifying metals have been carried out expecting grain refining effect, reduction of segregation, 
elimination of inclusions and so on. 
In cast process, 1) vibration addition at solidification, 2) enhancement cooling speed and 3) grain refinement agent addition 
have been employed to improve mechanical properties of products. Ultrasonic vibration which frequency and amplitude are 
19kHz and 12μm respectively, is used as a vibration. Horn material is a SIALON (shape: straight type, diameter: 20 mm, 
length: 280 mm) and it is inserted into AC4CH (7.1Si-0.4Mg-0.01Zn-0.1Fe-0.15Ti (mass%), Ai-Si-Mg alloy) which is a 
material under test in this thesis to add ultrasonic vibration. Thereafter, the T6 treatment was given to the sample. 
Mean grain diameter of primary α in the product with ultrasonic vibration made in CO2 sand mold was smaller than without 
ultrasonic vibration one, tensile strength (TS), total elongation (TEl) and Vickers hardness (HV) of the product with ultrasonic 
vibration was higher than those without ultrasonic vibration. Compared to the product without ultrasonic vibration, the 
ultrasonic vibration contributed to the improvement of strength-ductility balance (TS×TEl). 
 
キーワード : 超音波振動, アルミニウム合金，鋳物，機械的特性 
 
１. 緒言 ２. 実験方法 
  
アルミニウム（Al）合金の複合材鋳物に代表される
ように，高強度鋳物が求められている．また，近年プ
ラスチック成型用の Al 合金金型への適用も期待され
ている． 
２－１ 供試材 
供試材には 7.1Si-0.4Mg-0.01Zn-0.1Fe-0.15Ti，mass%
の化学組成を有する市販の Al-Si-Mg 系合金（AC4CH）
を用いた．AC4CH は Al-Si 系合金に少量の Mg を加え
たもので，機械的特性および被切削性を改善した合金
で，耐熱性が良い 9，10)． 
これまでに鋳造プロセスにおいて，溶融アルミニウ
ム合金へ超音波振動（US）を付加することで，結晶
粒を微細化させる実験が多く行われている 1-6)が，振
動付加した試験片の機械的特性に関する報告はほと
んどない． 
２－２ 超音波振動装置 
 図 1 に超音波実験装置を示す．超音波振動装置は周
波数自動追尾型であり，超音波発振器，振動子，2 段
水冷ブースタ，ホーン，るつぼ，ホーン予熱用電気炉，
Al 溶解用電気炉，温度指示計で構成されている．超
音波発振器は出力 600W，振動数 19kHz であり，ホー
ンはサイアロン製ストレートホーン，直径 20mm，全
長 280mm を使用した．本実験で付加した超音波振動
の縦振幅は 12μm である． 
そこで本研究では，Al 合金鋳物の機械的特性の改
善を目的として，溶融 Al へ超音波振動を付加し，CO2
型を用いて試験片を作製し，凝固組織への影響および
機械的特性を調査した． 
 
* 2010 年 3 月 10 日 日本機械学会北陸信越支部，第 47 期
総会・講演会講演にて一部発表 ２－３ 超音波振動付加条件および CO2型 
図 2 に超音波振動付加条件を示す．電気炉を用い，
質量 750g の AC4CH を 700℃で溶解させ，ホーンを挿
入し，600～700℃の温度および 0～360s の時間で US
付加を行った．その後 CO2型へ注湯し，凝固させた． 
*1 機械工学科教授 
*2 技術室 
*3 有限会社 中澤鋳造所 
*4 研究生（平成 21 年度機械工学科卒業） 
図 3 に超音波振動付加時のホーンと溶融金属の位
置関係を示す．るつぼは底内径 40mm，深さ 145mm
*5 生産環境システム専攻 学生 
原稿受付 2010 年 5 月 20 日 
1 
長坂明彦・深井郁夫・中澤啓明・上野貴裕・中村麻人 
 である．ホーン浸漬深さは液面から約 10mm である．
ホーンは予め約 500℃に加熱した．  
 また，Ar ガスを用いて図 4 のように 10 分間脱ガス
を行った．  
 図 5 に使用した CO2 型の模式図，図 6 に実物の写
真，図 7 に CO2型による造型手順を示す．上型と下
型を重ね（図 7(a)），スリーブと重りを置いて湯口と
した（図 7 (b)）．注湯後の CO2型（図 7 (c)）を型ばら
しして，製品とした（図 7 (d)）． 
 
 
 
 
 ２－４ 熱処理 
 超音波振動付加後，供試材に熱処理（T6 処理）を
行った．熱処理条件は 520℃で 5 時間の溶体化処理を
行った後，170℃で 5 時間，人工時効効果処理を施し
た． 
図１ 超音波実験装置 
 
 
 
 ２－５ 引張試験および硬さ試験 
 引張試験には JIS4 号試験片を用い，インストロン
型万能試験機（クロスヘッド速度 1mm/min）で行っ
た．また，硬さ測定はビッカース硬さ試験機を用い，
荷重 9.81N，保持時間 15sec で試験片断面に 10 点ずつ
行い，最大値と最小値を除いたものを平均とした． 
 
 
 
 
  
 ３. 実験結果および考察 
  
図 8 に US の有無によるミクロ組織を示す．室温の
50％フッ化水素水溶液でエッチングを行い観察した．
初晶αと共晶 Si から成る AC4CH は US により，結晶
粒が微細化していることがわかる（図 8 (b)）． 
 
図２ 超音波振動付加条件 
 
 
 図 9 に共晶 Si 長さの分布を示す．縦軸は観察視野
内（1.13mm2）での個数を示す．US なしでは共晶 Si
の長さにばらつきが見られるが，US ありでは共晶 Si
の長さが 70μm 以上のものがなくなり，長さの短い
共晶 Si が増加した．US により初晶 α が微細化（球
状化）したことで，共晶 Si が晶出する初晶 α 界面の
直線的な部分が少なくなったことが要因と考えられ
る． 
 
 
 
 
 
 
 
図 10 に US 付加あり，T6 処理後の試料の EPMA 分
析結果を示す．分析条件は加速電圧 12kV，照射電流
は 60nA である．それぞれ (a)反射電子組成像，(b)Al，
(c)Mg，(d)Si を示している．(a)において，反射電子は
原子番号が大きいほど明るいことにより，Mg（原子
番号：12），Al（原子番号：13），Si（原子番号：14），
Fe（原子番号：26）の中で Fe が白いことがわかる．
図 10(c)，(d)により Mg，Fe，Si が共存している領域，
Mg，Si が共存している領域が存在していることがわ
かる．供試材AC4CHの化学組成から示されるように，
Al と Si の割合が非常に多く，Mg および Fe はほとん
ど存在しない．Al は母相に多く，Si は第二相に多く
分布している．Mg と Fe は金属間化合物もしくは微
細な Mg シリサイドと Fe シリサイドとの混合物とし 
図３ 振動付加時のホーンと溶融金属の位置関係 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図４ Ar ガスによる脱ガス 
 
2 
 
超音波振動による CO2型を用いたアルミニウム合金鋳物の機械的特性 
3 
 
 て存在しているため，同じ位置で反応したと考えられ
る．  
図 11 に US 付加と引張強さ TS，降伏応力 YS，全伸
び TEl およびビッカース硬さ HV の関係を示す．引張
強さ TS において，US の効果により TS は高くなる（図
11 (a)）．全伸び TElは，USにより大きくなる（図 11 (c)）． 
また，ビッカース硬さ HV は増加する（図 11 (d)）． 
 
 
 
 
 
図 12 に T6 処理後の US 付加と引張強さ TS，降伏
応力 YS，全伸び TEl およびビッカース硬さ HV の関係
を示す．引張強さ TS において，US の効果により TS
は高くなる（図 12 (a)）．全伸び TEl は，T6 処理によ
り同等になる（図 12 (c)）．また，ビッカース硬さ HV
は増加する（図 12 (d)）． 
 
 
 
図６ CO2型（実物） 
 
 
図 13 に強度－延性バランス TS×TEl を示す．US
付加により TS が増加し，TEl が大きくなることで強
度－延性バランス TS×TEl が 551 から 670MPa%と改
善された（図 13 (a)）．T6 処理後も同様に，872 から
912MPa%となり，改善される傾向を示した（図 13 (b)）． 
 
 
 
 
 
図 14 に，Ar ガスによる脱ガス処理の効果を判定し
た，ミクロポロテック後の試料を示す．US 付加なし
では鋳肌が荒く，試料上部が大きく膨らんでいる（図
14 (a)）．一方 US 付加ありでは鋳肌に光沢があり，試
料上部の膨らみも少ない（図 14 (b)）．このことから，
Ar ガスによる脱ガスが有効だと考えられる．  
 
 
 
 
図７ CO2型による造型手順 
 
  
 ４．結言 
  
 超音波振動装置を用いて，溶融状態の AC4CH に超
音波振動を付加し，CO2 型を用いて JIS4 引張試験片
を作製し，凝固組織，熱処理への影響および機械的特
性を調査した結果は以下の通りである． 
 
 
 
 （1）溶融 Al 合金へ超音波振動付加することで結晶粒
の微細化効果が得られた．  
 （2）超音波振動付加により初晶α界面に存在する共
晶 Si が微細化した．  
 （3）熱処理前後の超音波振動付加において，強度－
延性バランス TS×TEl が改善された． 図８ ミクロ組織（50％フッ化水素水溶液） 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
 
図５ CO2型（模式図） 
図９ 共晶 Si 長さ分布図 
100μm 
(a) US 付加なし (b) US 付加あり
初晶α 
共晶 Si 
初晶α 
(a) 上型と下型 (b) 湯口 
(c) 注湯後の型 (d) 型ばらし 
共晶 Si 
共晶 Si 長さ(μm) 
個
数
 
USあり 
US なし 
(b) 下型 
(a) 上型 (b) 下型 
(a) 上型 
長坂明彦・深井郁夫・中澤啓明・上野貴裕・中村麻人 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
 (a) 反射電子組成像 (b)Al  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 10 EPMA 分析結果（US あり，T6 処理） 
図 11 機械的特性と超音波振動の関係 
（(a)引張強さ TS ，(b)降伏応力 YS，(c)全伸び TEl， 
(d)ビッカース硬さ HV ） 
図 12 機械的特性と超音波振動の関係（T6 処理） 
（(a)引張強さ TS ，(b)降伏応力 YS，(c)全伸び TEl， 
(d)ビッカース硬さ HV ） 
50μm(c)Mg (d)Si 
4 
 
超音波振動による CO2型を用いたアルミニウム合金鋳物の機械的特性 
5 
 
 MaterialsⅥ，Edited by K.A Khor，T.S. Srivatsan and J.J. 
Moo，(1998)，p. 15．  
 
 
 
 
 
 
 (a) F 材 (b) T6 処理 
6）田賀佳奈子，恒川好樹，奥宮正洋：日本鋳造工学
会，第 151 回全国講演大会講演論文集，(2007)，p. 47 
7）川尻將洋，深井郁夫，中澤啓明，高橋好身，岡田 
学，長坂明彦：日本機械学会北陸信越学生会，第 37
回学生員卒業研究発表講演論文集，(2008)，p. 83． 
8）川尻將洋，中村麻人，中澤啓明，鎌土重晴，長坂
明 
図 13 強度－延性バランス TS×TEl 彦：日本金属学会北陸信越支部・日本鉄鋼協会北陸信
越支部 平成 20 年度総会・連合講演会，平成 20 年度
連合後援会概要集， (2008)，p. 96． 
 
 
10mm
 9）小林俊郎：アルミニウム合金の強度，内田老鶴圃，
(2001)，p. 324．  
 10）矢島悦次郎，市川理衛，古沢浩一：若い技術者の
ための機械・金属材料，丸善株式会社，(1999)，p. 75．  
 11）Akihiko Nagasaka，Masahiro Kawajiri，Ikuo Hukai，
Shuichi Yamamoto and Nakamura Kazuhiro：68th WFC – 
World Foundry Congress 7th – 10th February 2008，
(2008)，p. 543． 
 
 
図 14 ミクロポロテック後の試料 
(a) US 付加なし (b) US 付加あり 12）長坂明彦，川尻將洋，深井郁夫，山本周一，中村
和弘：日本鋳造工学会 第 151 回全国講演大会，(2007)，
p.113． 
 
 
参考文献 
 13）長坂明彦，深井郁夫，山本周一，中村和弘，竹田 
充，川尻將洋，小島 敦：長野高専紀要，41，(2007)，
p. 7． 
1）大澤嘉昭，荒金吾郎，高森 晋，佐藤 彰，大橋 
修：鋳造工学，71，(1999)，p. 98． 
2）大澤嘉昭，高森 晋，荒金吾郎，梅澤 修，佐藤 
彰，大橋 修：鋳造工学，72，(2000)，p. 187． 
14）長坂明彦，深井郁夫，中澤啓明，高橋好身，岡田 
学，川尻將洋：長野高専紀要，42，(2008)，p. 1． 
3）大澤嘉昭，佐藤 彰：鋳造工学，72， (2000)，p. 733． 15）長坂明彦，深井郁夫，中澤啓明，鎌土重晴，岡田 
学，川尻將洋，中村麻人：長野高専紀要，43，(2009)，
p. 1． 
4）大澤嘉昭，高森 晋，木村 隆，皆川和己，垣澤
英樹：鋳造工学，78，(2006)，p. 65． 
5）Yoshiaki Osawa，Goro Arakane，Susumu Takamori， 16) 田賀佳奈子，福井雄太，恒川好樹，奥宮正洋：鋳
造工学，81 (2009)，469． Akira Sato：Processing and Fabrication of Advanced 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


超音波振動によるCO2型を用いたアルミニウム合金鋳物の機械的特性

柳澤, 吉保

高山, 純一

松本, 隆嗣

上倉, 道陽

街路空間構造と歩行者流動を考慮した歩行者行動モデルの構築

池田, 隼人

小林, 裕介

渡辺, 誠一

長野工業高等専門学校紀要第 44 号(2010) 1-1 
弓道における弓の変形特性* 
 
長坂明彦*1・池田隼人*2・小林裕介*3・渡辺誠一*4 
 
 
Deformation Properties of Bow in Kyudo 
 
NAGASAKA Akihiko, IKEDA Hayato, KOBAYASHI Yusuke and WATANABE Seiichi 
 
 
Kyudo is martial arts to train the body and the spirit through a series of conduct of shooting an arrow with Japanese bow and 
hitting the target. The relation between the deformation properties of the bow and player's skill has been not researched 
enough. The purposes of this study were to measure the strain and the acceleration applied to the bow and try to improve the 
skill of Kyudo player. Moreover, the subject's foot pressure distribution was investigated for the overall progress of Kyudo 
player. 
In the experiment, a strain gage and an acceleration sensor were stuck on the bow, then data was collected with a compact 
recorder. 
The results were summarized as follows. 
・ The deformation became the maximum in the center part of the bow. 
・ The subject can verify the movement of drawing the bow by measuring the deformation and the acceleration of the bow, 
and can make good use of the result for improvement of skill. 
・ The subject can verify the variation in the center of gravity of the body by measuring the foot pressure distribution 
during the drawing the bow. 
 
キーワード : 弓，変形特性，動ひずみ，加速度，足圧分布 
 
１. 緒言 ２. 実験方法 
  
弓道は和弓を用いて矢を射て，的に中てる一連の所
作を通して心身の鍛錬をする武道である 1)．弓道は明
治以降，修練による人間形成を理念とし，現在ではス
ポーツ，健康体育の面も持ち合わせ，近代競技として
一般に普及している．これまでに弓道における弓引き
動作中の筋活動に関する研究の報告 2)はあるが，弓の
変形特性と選手の技術との関係についての研究は十
分に行われていない． 
使用した弓は，グラスファイバーと芯材の間にカー
ボンシートを入れたカーボングラス弓で，強さは 14kg
である．ここで強さとは，ばねばかりに弦を掛け，弓
を 900mm 引いたときのばねばかりが示す値である．
また，被験者は男性 2 名で被験者 A（弓道参段，弓道
歴 4 年）および被験者 B（弓道初段，弓道歴 1 年）と
した． 
図 1 に「会」の動作を示す．ここで，①～⑥がひず
み，⑦が加速度の測定位置を示す．変形測定にはひず
みゲージ（共和電業 KFG-1N120-C1-11L5M2R，校正
係数：0.96154）を，加速度測定には加速度センサー
（共和電業 AS-100A，校正係数：0.09114）をそれぞ
れ用いて，コンパクトレコーダ（共和電業 EDS-400A）
によりデータ収集を行った．コンパクトレコーダのサ
ンプリング周波数は 100Hz とした． 
そこで本研究では，弓道選手の技術向上を目的とし
て，弓道における弓引き動作中の弓の変形および加速
度を時系列に測定し，そのデータと被験者の技術との
関係を実験的に調査した．また，弓道の総合的な上達
を考えて，弓引き動作中の被験者の足圧分布について
も調査した． 
*  2010 年 1 月 30 日 日本体育学会甲信支部長野体育学会
第 45 回大会にて一部発表 図 2 に体圧分布測定システムを示す．足圧分布は体
圧分布測定システム（ニッタ株式会社 BIG-MAT2000 *1 機械工学科教授 
P3BS）に片足を乗せ，弓引き動作中に測定した． *2 長岡技術科学大学 学生（平成 21 年度機械工学科卒業） 
図 3 に弓引き動作を示す．測定は弓道の動作に従い
行った．「打起し」（図 3(a)）を測定開始として，弓を
わずかに引く「大三」（図 3(b)），弓を全開まで引く「引
*3 機械工学科講師 
*4 電気電子工学科准教授 
原稿受付 2010 年 5 月 20 日 
1 
長坂明彦・池田隼人・小林裕介・渡辺誠一 
分け」，その状態を保つ「会」（図 3(c)），そして矢を
放つ「離れ」で，測定終了は「残身（残心）」（図 3(d)）
である． 
 
３. 実験結果および考察 
 
図 4 にひずみεと時間 t との関係を示す．また，図
5 に離れにおけるひずみεと時間 t との関係を示す．
被験者 A において，図 4(a)は弓の③と⑥の位置のひず
み，図 4(b)は①と②のひずみ，図 4(c)は④と⑤のひず
みの時系列のデータである．ここで，図 4(a)の 1 -5
は弓引き動作（- 1：打起こし，1 - 3：大三，3 - 4：
引分け， 4 - 5：会，5：の離れ，5 -：残身）を意味 
(a) 打起し 
 
5
7 
2
36 
1
4
Bow
String 
(b) 大三 
(c) 会 
図１ 会 
100mm 
感圧エリア：440×480 (mm) 
最大測定圧力：～200kPa 
厚さ：0.4mm 
図２ 体圧分布測定システム 
(d) 残身 
図３ 弓引き動作 
2 
 
弓道における弓の変形特性 
も影響すると考えられる．さらに，5 に注目すると離
る．これは力みにより，右手から素直に弦が離れなか
ったためだと考えられる． 
する．各動作における変形は，測定開始の打起しから，
1 - 3 の大三で変形が増加し一定になり，3 - 4 の引分
けで変形はさらに増加していき，4 - 5 の会でその変
形が保たれ，5 の離れで変形は瞬間的に減少し，残身
で測定終了である．より，変形量は③の位置でほぼ最
大となり，弓引き動作（打起しから残身）が時系列で 
図 6 に各被験者における弓の③の位置のひずみε
と時間 t との関係を示す．図 6(a) が被験者 A，図 6(b) 
が被験者 B である．引分けにおける弓の変形に注目
すると，図 6(a)より被験者 A は滑らかな曲線を描くよ
うに変形が増加していく．被験者 B は変形が 2 段階
である (図 6(b))．また，会に注目すると被験者 A は
変形を一定に保持しているが，被験者 B は変形が減
少していることがわかる．このメカニズムは力のゆる
みが一因と考えられる． 
確認できる．また，③と⑥の位置は弓の同一箇所の表
裏であるが，一方が引張り変形すると他方はそれと同
等の圧縮変形することがわかる．図 4(b)より，①と②
の位置では，③に比較して変形量が小さいが，同程度
であることがわかる．図 4(c)より，④と⑤の位置では，
変形は他の位置と比べ相対的に小さい．ここで図 5 は
図 4(a)の離れの部分を拡大したものである．およそ
0.03s でひずみは減少し，その後減衰を伴う振動が起
こることがわかる．この 0.03s は弦が戻る時間，すな
わち弓の復元時間を意味するが，弓が強いほどこの時
間は短い傾向を示す．また，この時間は被験者の技術
れの直前に変形がわずかに増大していることがわか 
 
   
 
 
 
 
  
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図４ 弓のひずみεと時間 t との関係（被験者 A） 
 
 
 
28.55 28.65 28.75
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
③
⑥
t (s)
ε
(×
10
-6
)
(a)
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
③
⑥
1 2 3 4 5
図５ 離れにおける弓のひずみεと時間 t との関係 
（被験者 A） 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) subject A
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
1 2 3 4 5
ε
(×
10
-6
)
③
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
(b)
ε
 (
×
10
－
6 )
①
②
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0 5 10 15 20 25 30
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
(b) subject B
1 2 3 54
t (s)
③
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
(c)
0 5 10 15 20 25 30
⑤
④
t (s)
図６ 弓のひずみεと時間 t との関係 
（位置③：被験者 A，B） 
3 
 
長坂明彦・池田隼人・小林裕介・渡辺誠一 
図 7 に弓引き時間 t の比較を示す．被験者 A，B に
おいて，会および弓引き動作時間が異なる．とくに，
被験者 A の方が会の時間が長いことがわかる．弓道
において会の長さは，長すぎるのも良くないが，重要
な評価対象である． 
図 8 に離れにおける弓の加速度 a と時間 t との関係
を示す．図 8 より加速度 a は矢を放つ瞬間に約 50G
が発現した． 
図 9 に足圧分布を示す．図 10 に足圧 F と時間 t と
の関係を示す．ここで，足圧分布は弓引き動作開始時
のものである（図 9）．弓道において，身体の重心は
拇指球近傍にあることが理想的である．図 10 より，
重心が前後に変化する（親指と踵の足圧 F が逆転す
る）．これより，重心を一定に保持する必要性がある． 
図 11 に筋電位 EIおよびひずみεと時間 t との関係
を示す．筋肉の動作による EI の変化で，選手が会に
与えた操作を確認できる． 
 
４．結言 
 
弓の変形特性について得られた主な結果は以下の
通りである． 
(1) 弓の中央部③で変形量（ひずみ）がほぼ最大とな
り，弓引き動作が時系列で確認できた． 
(2) 被験者が弓の変形および加速度の測定結果を技  
術的な向上に役立てることが可能となる． 
(3) 足圧分布を時系列で確認でき，弓引き動作中の体 
の重心について技術指導に役立つことが期待できる． 
 
参考文献 
 
1)  弓道教本 第一巻，財団法人全日本弓道連盟． 
2)  秀熊佑哉他：京弓での弓引き動作時の筋活動，     
Dynamics & Design Conference 2007，144-1，(2007)． 
3)  秀熊佑哉他：京弓を用いた弓引き動作中の筋活動
と弓の変形特性（移動・弓）,ジョイント・シンポ
ジウム講演論文集：スポーツ工学シンポジウム：シ
ンポジウム：ヒューマン・ダイナミックス，p. 403，
(2007)． 
4)  小野忠彦，木村雄治，福原郁郎：弓道選手の重心
移 動について，Japanese Journal of Physical Fitness 
and Sports Medicine，19(4)，p. 144，(1970)． 
5)  谷口あき，藤原素子：弓道における引分けのスキ
ル に関する筋電図学的分析，日本体育学会大会号，
(50)，p. 735，(1999)． 
6)  細谷聡，森俊男：弓道の引分け動作に関する一考
察 −筋電図と画像による分析−，日本武道学会 武道
学研究 論文データベース，第 29 巻，p. 2117，(1996)． 
7) 池田隼人，小林祐介，長坂明彦：弓の変形特性， 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
5
10
15
20
25
30
1-2 2-3 3-4 4-5 1-5
t (
s) subject Bsubject A
 
図７ 弓引き時間 t の比較（被験者 A，B） 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 -1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
2 3 2 4 2 5
a 
(G
)
t  ( s ) 
図８ 弓の加速度 a と時間 t との関係（被験者 A） 
 
 
 
 
 
 
 
図９ 足圧分布 
 
 
 
 
 
 
 
 図 10 足圧 F と時間 t との関係（被験者 A） 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
左足 
24.6kPa 以上 
0kPa 右足 
踵
親指
拇指球近傍 
F 
(k
g)
 
t (s) 
踵 
親指
拇指球近傍
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
E I
 (V
)
ε
(×
10 -6)
t (s)
ε
EI
図 11 筋電位 EIおよびひずみεと時間 t との関係
4 
 
弓道における弓の変形特性 
5 
 
平成 21 年度 高専－長岡技科大（機械系）教員交
流研究集会【研究情報交換会】，K-6，(2009)． 
8) 大槻敦巳 , 山中俊二：和弓における大変形特性の 
理 論解析(GS04 大変形・非線形解析)，計算力学 
講演会講演論文集，2001(14)，pp. 39-40，(2001)． 
9) 大槻敦巳，大島成通，山中俊二 , 竹内弘樹：和弓 
の大変形解析，計算力学講演会講演論文集，  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10) 大槻敦巳，大島成通，山中俊二 , 竹内弘樹：和弓 
2000(13)，pp. 61-62，(2000)． 
11) 石岡久夫，川村自行，松永郁男：弓道における離
れの分析 : 押手の回転力操作について : 6.キネ
シオロジーに関する研究，日本体育学会大会号  
(26)，p. 353，(1975)． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


弓道における弓の変形特性

OKUMURA, Nobuhiko

MIYAMOTO, Yumiko

An Analysis of Difficulties in L2 Reading: With Reference to Reading Ability

板屋, 智之

藤原, 勝幸

                                                                     さ 44 (2010) 1-11 
1 
 
 
モ  
 
 
 
 
Experiments on Dispersion and Parallel Alignment of  
Carbon Nanofibers in Polymer Films 
 
ITAYA Tomoyuki, FUJIWARA Katsuyuki and OSHIDA Kyoichi 
 
 
Dispersion and Alignment of carbon nanomaterials are very important for their 
utilization in different applications.  Here we modified vapor grown carbon fiber (VGCF) 
with poly(acrylic) acid (PAA) to obtain hydrophilic VGCF (PAA-VGCF).  PAA-VGCFs were 
effectively dispersed in water.  And, they were dispersed in hydrophilic poly(vinylalchol) 
(PVA) film due to the affinity of PAA with PVA.  In addition to these results, the 
preparation of the VGCF-magnetic particles composites and the parallel alignment of 
them in poly(styrene) (PS) film were discussed. 
 
 
 
 
 
 
(CNF)
(CNT)
㈻
┘ 1),2)
┘ 々
3),4)  
々
さ
CNF
CNT CNF
CNT 々
々 ㈻
CNF CNT
 
*    
*1   
*2   
*3  
2010 5 20  
々 ㈻
 
CNT
CNT ┞ ㈻
CNT 5)
┞ (VGCF) CNF
6),7)
VGCF
VGCF
VGCF
VGCF
8)  
 VGCF
(PAA) ば
PAA-VGCF ば
(PVA) PAA-VGCF
PAA-VGCF
PAA-VGCF-Fe3O4
(PS) , 
VGCF モ
 
 
2 
 
 
(CNF)
( ) ┞ (VGCF)  
VGCF (PAA)(
♣ =2000) (0.10g/
20mL) VGCF(0.010g)
200W
 
VGCF  
PAA-VGCF
(Fe3O4, : 10 nm)
 
PAA-VGCF (PVA)
PVA PAA-VGCF
3 mL PVA( : 1500) 0.25 g 
PAA-VGCF 2.5 x 10-3 g 
PAA-VGCF
PAA-VGCF-Fe3O4 (PS)
PVA
 1.3 T
  
 
 
VGCF
(PAA)
100W VGCF
200W
VGCF
CNT
CNT
9),10)
VGCF
VGCF (PAA)
VGCF ば
 
PAA
VGCF
PAA VGCF
PAA VGCF(PAA-VGCF)
VGCF
  
PAA-VGCF VGCF
 
 PAA-VGCF
 
VGCF  
VGCF VGCF- 々
VGCF-
々 (PAA-VGCF-Fe3O4)
VGCF
 
 
PVA VGCF
VGCF
PAA-VGCF  
 
 
 
 
 
 
VGCF PAA-VGCF-Fe3O4々
 
 
 
 
 
 
 
  VGCF-Fe3O4 々 TEM ┷
 VGCF 
PAA 
PAA  - - 
   PAA-VGCF 
- - 
- - 
Fe3O4  + + 
+ + 
VGCF-Fe3O4 々  
- 
- - 
- 
- - 
+ + 
+ + 
+ + 
+ + 
モ  
3 
  
(PVA)  VGCF PVA
 PVA
PAA-VGCF  
PVA  
┷  
PAA-VGCF ぜ  
  ば
PAA-VGCF ば PAA ば
 PVA PAA-VGCF
 
 VGCF PVA
 PVA VGCF
モ  PVA
, 
PS VGCF
(PS)
VGCF モ  PS
PAA-VGCF
 PAA-VGCF
PAA-VGCF PS  
PAA-VGCF PS ┷
 PVA PAA-VGCF
PAA-VGCF
PAA-VGCF ふ  
 PS よ
VGCF
 VGCF
さ  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VGCF PVA ┷ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
   PAA-VGCF PS ┷ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PAA-VGCF-Fe3O4 PS
┷ 
 
 
 
 
 
 
 
 
PAA-VGCF-Fe3O4 PS
ふ  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PAA-VGCF-Fe3O4  
PS ┷ 
    
 
ふ
 
PS/PAA-VGCF-Fe3O4々
 
4 
 
PAA-VGCF PS ┷
PAA-VGCF-Fe3O4
 
 VGCF
 VGCF
11)  
PAA-VGCF
 PAA-VGCF
PAA-VGCF ふ
  PAA-VGCF
VGCF  VGCF
 
 
 
VGCF ├
モ   
ふ ┷  
PAA-VGCF-Fe3O4 ふ  
 VGCF
 
 
 
 
VGCF (PAA)
VGCF ば  PAA
PAA-VGCF (Fe3O4)
PAA-VGCF-Fe3O4
 
 
(1) ば PAA-VGCF
 
(2) PAA-VGCF-Fe3O4
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  PAA-VGCF-Fe3O4  
VGCF  
 
 
 
 
┤
 
 
 
 
 
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高分子フィルム中におけるカーボンナノファイバーの分散と配向化の試み

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