Repository of NNCT (Nagano National College of Technology)

永藤, 壽宮

Japanese

曲げ圧縮をうける鋼Ｉ形断面の塑性限界について : 各国との比較から

長坂, 明彦

関, 翼

穂刈, 聡

内山, 了治

生駒, 良弘

越, 和宏

池田, 芳正

松原, 達郎

長野工業高等専門学校紀要第 43号 (2009)  1-2 
1 
 
スケルトンそりのフレーム特性* 
 
長坂明彦*1・関 翼*2・穂刈 聡*3・内山了治*4・ 
生駒良弘*5 ・越 和宏*6・池田芳正*7・松原達郎*8 
 
 
Frame Properties of Skeleton Sled 
 
NAGASAKA Akihiko, SEKI Tsubasa, HOKARI Satoshi, UCHIYAMA Ryoji,  
IKOMA Yoshihiro, KOSHI Kazuhiro, IKEDA Yoshimasa and MATSUBARA Tatsuro 
 
 
 Skeleton is a winter sport in which competitors aim to drive a one-person sled in prone, head-first position down an ice track 
in the fastest time. Top speeds attain in skeleton approximately 130 km/h. The purposes of this study were to measure the 
dynamic strain, the gravity force and the centrifugal force applied to the sled frame, and to investigate characteristic of the 
frame. The experiments were carried out at the Spiral.  
In the experiment, first a strain gage and an acceleration transducer were attached to the frame, then data was collected with 
a compact recorder. 
 
キーワード: スケルトン，ソリ，相関係数，ひずみゲージ，加速度計 
 
1. 緒言 
 
スケルトンは鉄製のソリにうつぶせで乗り，頭から
滑ってタイムを競う競技である．スケルトンは 2002
年のソルトレークオリンピックで再び正式種目とな
ったことを機に注目を集めるようになった．また，
1998 年長野オリンピックのボブスレーおよびリュー
ジュ競技の会場となったスパイラルは，2007 年にナ
ショナルトレーニングセンター競技別強化拠点に指
定された． 
著者らは，これまでにエムウェーブにおいてスラッ
プスケート靴ブレードの動ひずみ測定について報告
してきた 1)．しかしながら，リュージュに関する研究
2) はあるが，スケルトン競技に関する研究はほとんど
行われていない． 
そこで本研究では，2014年のソチオリンピック等 
 
 *  2009年 3月 6日 (社) 日本機械学会 北陸信越学生会 
第 38回学生員卒業研究発表・講演会にて一部発表 
  *1  機械工学科教授 
 *2  生産環境システム専攻 学生 
  *3  日産テクノ株式会社（平成 20年度機械工学科卒業） 
 *4  一般科教授 
 *5  長野県ボブスレー・リュージュ連盟 
 *6  株式会社システックス 
 *7  日本ボブスレー・リュージュ協会 
  *8  愛知時計電機株式会社 
      原稿受付 2009年 5月 20日 
に向けて滑走中の選手のソリへの操作による影響を調
査することで，スケルトンの滑走タイム（ファイナル
タイム）を短縮することを目的として，滑走中の選手
の垂直方向加速度，水平方向加速度，進行方向加速度
測定およびフレームのひずみ（変形）測定を行い，選
手にフィードバックするシステムの構築を試みた． 
 
2.  実験方法 
  
実験は長野市スパイラルで行った．図 1にスパイラ
ルのコースを示す．このコースの全長は 1360m, 標高
差は 113m およびカーブ数は 15 である．同図におい
て，C1～C15はカーブ番号を示す．また，ST（S01）
はスタートタイム，MT（M10）は中間タイムおよび
FT（S17）は滑走タイムの位置で，光電管により測定
される． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 1 スパイラルコース 
長坂明彦・関 翼・穂刈 聡・内山了治・生駒良弘・越 和宏・池田芳正・松原達郎 
 
2 
 
図 2にソリのフレーム（スクウェア）を示す．図 3
に装置を装着した選手を示す．図 2の左側がソリの前
側となる．上下部にある長い板が縦フレームである．
同様に，左右側にある短い板が横フレームである．そ
れぞれのフレームは長方形構造で，ソリの四隅で固定
されている．この写真の左側がソリの前側となる．写
真の上下部にある長い板が縦フレームである．同様に，
写真の左右側にある板が横フレームである．それぞれ
のフレームは，ソリの四隅で固定されている．垂直方
向加速度および水平方向加速度測定には加速度セン
サ（（株）共和電業，AS-10GA（±10G））を用いた．
なお，垂直方向加速度測定は，ソリの進行方向に対し
て感度軸を垂直方向に向け下側をプラス方向にして，
水平方向加速度測定はソリの進行方向に対して左右
方向に感度軸を向け右側をプラスとして，進行方向加
速度測定はソリの進行方向を感度軸のプラス側にし
て測定を行った．加速度センサおよび信号を記録する
コンパクトレコーダはバックパックに入れ，滑走者が
背負った状態で測定した． 
ひずみ測定にはソリの縦フレームの中央の上部に，
長手方向にひずみゲージを貼付し，滑走時の縦フレー
ムの動ひずみを測定した． 
また，ひずみは三次元測定機を用いてたわみ量とし
て校正した．4) 
なお，実験日(2008 年 1 月 14 日)の天候は晴れ，外
気温 1℃，湿度 64％，氷温は-11℃であった．今回の
被験者は 1名であり，身長 177cm，体重 68.5kg，そり
の重量は 41.5kgである．この被験者は 2007年度全日
本スケルトン選手権にて 6位の成績を収めている． 
 
3.  実験結果および考察 
 
図 4 に重錘 W およびひずみεとたわみ量δの関係
を示す．RとLは縦フレームの左右を意味する．図.4(a)
のたわみ量と比較することで，εをδで校正した． 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
図.5 に滑走中の垂直方向加速度 av および水平方向加
速度 ahと時間 Tの関係を示す．図 5(a)は FLATの垂直
方向加速度，図 5(b)は 1Hzのローパスフィルタ処理後
の垂直方向加速度，図.5(c)は FLATの水平方向加速度
および図 5(d)は 1Hz のローパスフィルタ処理後の水
平方向加速度の時系列のデータである．図 5(a)におい
て，加速度センサの感度方向を進行方向に対して下側
（ソリ側）をプラスに設定したことで，波形はプラス
側に出力された．また，フィルタ処理により，波形が
明瞭になる．カーブに入ると約 4Gの力が作用してい
ることがわかる．（図 5(b)）図 5(c)において，水平方
向加速度のセンサ感度方向を進行方向に対して右側
をプラスに設定したことで，波形はプラス・マイナス 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図２ スケルトンフレーム 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図３ 装置を装着した選手 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
2
4
6
8
10
0 100 200 300 400 500
δ
(m
m
)
W (N)
R:□
L:○
(a)
0 50 100 150 200 250 300
ε(×10-6)
R:□
L:○
(b)
Frame Strain gage 
Bumper 
図４ 重錘 Wおよびひずみεとたわみ量δの関係 
 
スケルトンそりのフレーム特性 
 
3 
 
-2
0
2
4
6
8
S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(b)
-2
-1
0
1
2
a
h
 (
G
)
S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(c)
-2
-1
0
1
2
0 10 20 30 40 50 60 70
Time (s)
S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(d)
-2
0
2
4
6
8
a
v
 (
G
)
S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(a)
に出力された．フィルタ処理により波形が明瞭になる． 
左カーブを通過するとプラス波形（右方向の加速度），
右カーブを通過するとマイナス波形（左方向の加速
度）が検出されたが，前述の垂直方向加速度に比較し
て，水平方向加速度が 1～2G 程度と小さいことがわ
かる．（図 5(d)） 
 図 6 に，滑走中の進行方向加速度の時系列表示を示
す．(a)が FLAT，(b)が 1Hzのローパスフィルタを通し
た時系列表示である．コースは基本的に下り坂のため
ゆるやかに上昇し，カーブに入ると値が上下している 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ことがわかる．なお，C8 と C11 の後は上り坂となっ
ているが，どちらにおいても加速度の減少が見られた．
特に C11 の後は加速度がマイナスとなり，減速して
いることがわかる． 
図 7 にフレームのひずみと時間 Tの関係を示す．図
7(a)は右縦フレーム中央部のひずみ，図.7(b)は左縦フ
レームのそれの時系列のデータである．カーブに入る
とそれぞれマイナスの値が出力される．右カーブおよ
び左カーブで左右のひずみ値に大きな違いは見られ
なかった． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図５ 垂直方向および水平方向加速度の時系列表示 
 
長坂明彦・関 翼・穂刈 聡・内山了治・生駒良弘・越 和宏・池田芳正・松原達郎 
 
4 
 
-1
-0.5
0
0.5
1
a
a
 
(G
)
(a) S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17
-1
-0.5
0
0.5
1
0 10 20 30 40 50 60 70
a
a
 
(G
)
Time (s)
S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(b)
-300
-200
-100
0
100
200
300
ε
 (
×
1
0
－
6
)
S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(a)
Right
C1 C2
C3
C4 C5
C6
C7
C8
C10
C11
C12
C13
C14
C15
LPF
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 10 20 30 40 50 60 70
Time (s)
S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(b)
Left
LPF
ことがわかる．なお，C8 と C11 の後は上り坂となっ
ているが，どちらにおいても加速度の減少が見られた．
特に C11 の後は加速度がマイナスとなり，減速して
いることがわかる． 
図 7にフレームのひずみと時間 Tの関係を示す．図
7(a)は右縦フレーム中央部のひずみ，図.7(b)は左縦フ
レームのそれの時系列のデータである．カーブに入る
とそれぞれマイナスの値が出力される．右カーブおよ
び左カーブで左右のひずみ値に大きな違いは見られ
なかった． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 8(a)に，S01から S08の区間における(a)垂直方向
加速度 av，(b)水平方向加速度 ah、(c)進行方向加速度
aおよび(d)ひずみεと時間 Tの関係を示す．S01から
S08において，カーブに入り，垂直方向加速度が増し
ていくのと同時にフレーム部のひずみがマイナス側
に出力されていることがわかる．進行方向加速度は，
わずかにプラス側にあり不規則な値となっているが，
カーブ中にプラス側へ上昇している．遠心加速度はこ
の区間では明瞭な値が出なかった． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図６ 進行方向加速度の時系列表示 
 
図７ ひずみの時系列表示 
 
スケルトンそりのフレーム特性 
 
5 
 
-1
-0.5
0
0.5
1
a
 (
G
)
(c)
S01 S06 S08
FLAT
LPH
-300
-200
-100
0
100
200
ε
 
(×
1
0
-6
ε
)
Time (s)
Left
RightS01 S06 S08
(d)
図 9に，S08から M10における (a)垂直方向加速度
av，(b)水平方向加速度 ah，(c)進行方向加速度 aおよ
び(d)ひずみεと時間 Tの関係を示す．S08から M10
において，C7に相当する部分で垂直方向加速度が約
3Gまで上昇しているが，水平方向加速度は右側の方
へ約 1G のあたりまでで上下していることがわかる．
カーブの中でそりが 2度上がりするためにこのよう
な値が検出されたことが考えられる．進行方向加速度
は，カーブに入ると大きく上昇しその後減少していき， 
ストレートではほぼ一定の値を示した．ひずみは，カ
ーブに入ると共にマイナスの値を示すが，カーブ中左
右交互にわずかながら上下していることがわかる． 
図 10に S08から M10において，垂直方向加速度，水
平方向加速度およびたわみ量を時系列表示を示す．プ
ラス側に台形状に出力されたものが垂直方向加速度，
中央で大きく上下に値が出力されたものが水平方向
加速度，ほぼ中央に出力された値が進行方向加速度，
マイナス側に台形状に出力されたものがたわみ量で 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図８ S01~S08間の時系列表示 
ある．垂直方向加速度とたわみはともに上下している
ことが分かる．水平方向加速度は，カーブに入るとカ
ーブの方向とは反対方向の加速度（右カーブの C4で
は左，左カーブの C5では右）が表れ，その後カーブ
中では左右交互に検出されていることが分かる．垂直
方向加速度およびたわみがほとんど検出されなかっ
た C6でも水平方向加速度は左右共に検出されている
ので，ソリの傾きをコントロールする必要性がわかる． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図９ S08~M10間の時系列表示 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 10 S08~M10間の時系列表示 
 
-4
-2
0
2
4
6
8
a
v
 (
G
)
S01 S06 S08
(a)
C1
C2
LPF
FLAT
-2
-1
0
1
2
S01 S08
a
h
 (
G
)
S06
(b)
C1
C2FLAT
LPF
-4
-2
0
2
4
6
8
a
v
 (
G
)
S08 M10S09
C4 C5
C6
C7
(a)
LPH
FLAT
-2
-1
0
1
2
a
h
 (
G
)
S08 S09 M10
(b)
FLAT
LPH
-1
-0.5
0
0.5
1
a
a
 
(G
)
S08 M10S09
(c) LPH
FLAT
-300
-200
-100
0
100
200
S
tr
ai
n
 (
×
1
0
-6
)
Time (s)
S08 S09 M10
(d)
Left
Right
S08 M10S09
C4
C5
C6
C7
a
v
，
a
h
，
a
a
，
δ
Time (s)
6.0 6.06.0
長坂明彦・関 翼・穂刈 聡・内山了治・生駒良弘・越 和宏・池田芳正・松原達郎 
 
6 
 
以上のことより，選手が計測器を背負うことによる
タイムのロスは，全体で約 1～2 秒であり，センサの
装着・脱着に要する時間はそれぞれ 10 分程度で，測
定データの表示はリザルトから PCに出力することで
瞬時に可能となる． 
 
4. 結言 
 
スケルトンソリ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) コース上の時間（リザルト）から重力加速度，遠 
心加速度およびひずみの大小を測定し，選手にフィー 
ドバックすることが可能となる．選手が計測器を背負 
うことによるタイムのロスはやく 1～2秒であり，セ 
ンサの装着・脱着に要する時間はそれぞれ 10分程度 
で，測定データの表示はリザルトから PCに出力るす 
ことが瞬時に可能となる． 
2) 重力加速度は 2～4Gと遠心加速度より相対的に 
大きく出力された．また，遠心加速度はカーブに伴い 
1～2G程度の力，進行方向加速度は最大約 0.5Gの力 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
が作用した． 
最後に，本研究をご支援いただきました株式会社 
竹村製作所 井上宏克氏に対し深く感謝の意を表し
ます． 
 
参考文献 
 
1) 長坂明彦，掛川洋平，平林喜明，井上宏克，土橋
文行，宮澤純一，小松清視，関 翼，山本竜太：ス
ラップスケート靴ブレードの動ひずみ測定，スポー
ツ産業学研究， Vol. 18，No.1，pp.17 -24 (2008.3) 
2) 青木博夫，宮尾芳一，芳賀 武，浅川 司，藤沢 
謙一郎：長野冬季オリンピックのリュージュ競技結
果に対する分析－上位者と下位者の比較－，長野体
育学研究，10，pp.17 -24 (1999） 
3) 内山了治，渡辺誠一，大澤幸造，藤沢義範，塚田
修三，児玉英樹：Sprint Running 自動計時システム
の製作とその活用，論文集「高専教育」，第 27号，
pp.143 -148 (2004. 3) 
 


スケルトンそりのフレーム特性

遠藤, 典男

近藤, 遊

小林, 清

松岡, 保正

長野工業高等専門学校紀要第 43号(2009) 1-5 
1 
 
竹筋補強によるポーラスコンクリートの曲げ強度向上に関する考察  
 
遠藤典男＊１・近藤遊＊２・小林清＊３・松岡保正＊４  
 
 
Considering of Bending Strength on Porous Concrete Reinforced by Bamboo 
 
ENDOH Norio，KONDOH Yu，  
KOBAYASHI Kiyoshi and MATSUOKA Yasumasa 
 
 
Porous concrete (call PoC) involved a lot of void, so these concrete are used as plant 
base and purification water and acoustic absorption panels and so on. But PoC is low 
strength due to involve in many void.  
The other hand, because stems of bamboo to grow underground damages infrastructure 
and houses among in mid-mountains area. Therefore, it is necessary that bad bamboo are 
exterminated, as a result exterminated bamboo becomes waste. 
In this study, applying to bamboo, which dealt as waste, on the purpose of reinforcing 
porous concrete, and making bending strength of PoC beam improve.  
 
キーワード：ポーラスコンクリート，竹筋補強，曲げ強度  
 
１．諸  言 
ポーラスコンクリート(以下 PoC)は，通常のコン
クリートに比し空隙が多いことに起因し，植生基盤，
水質浄化を目的とし，護岸の近自然化工事１），２）や
水質浄化材として適用されつつある．一方，空隙率
が多いため強度に関しては，引張強度，曲げ強度は
もとより圧縮強度が一般のコンクリートに比し著し
く小さい．このため，植生目的のプランターや護岸
工事，集水枡等に適用されるブロックでは，運搬，
設置時の衝撃による破壊－断面破断などの甚大な被
害が対象－も少なくないと考えられる．本研究では
PoCに，補強材として竹を配置―以下竹筋と称する
―し，竹筋補強した PoCの曲げ強度に関し考察する． 
コンクリート補強材としての竹は，日本国内で鉄
材料の不足していた 1940 年代に一部実用化されて
いたが，安価で高品質の鉄筋が広く流通するに至り，
コンクリート補強材として適用されることはなくな
った．また，建設材料として竹を使用する場合，靭
性が大きく，加工もし易いという利点がある．さら
に，一般的な鉄筋コンクリートのように，補強材と
して鉄筋を配置した場合，ポーラスコンクリートの
ような多孔質かつ低強度な材料を補強するには，鉄
筋の弾性係数，強度が大きすぎるとともに，水質浄
化，植生基盤を目的とするような湿潤環境下に設置
した場合，鉄筋の発錆，腐食による劣化が著しくな
ると予想される． 
一方，中山間地の過疎化が顕著になり，管理が不
十分となった竹林では，可視化が難しい地下茎から
稈が著しい速さで生育し，竹林周辺に隣接する森林
への拡大，あるいは住宅，構造物等の被害（竹害）
が散見されるようになった． 
本研究では竹の駆除により廃棄物となる竹の有効
利用として，PoC製 2次製品を補強する目的とする．
すなわち，形成した竹をポーラスコンクリートに配
置（以下，竹筋）し，PoCはりの曲げ強度の向上を
評価せんとしている．先に著者らは，竹筋補強した
PoCはりの力学的性状を評価３）しており，静的曲げ
試験により耐荷力の向上を確認した．また衝撃荷重
が作用した際には，竹の有する靭性により，はりの
破断に対する抵抗性が向上し，竹筋補強の有効性を
検証した．このため本報告では，空隙率の変化に伴
う PoCの曲げ強度を，竹筋補強の有無で比較検討す
る．なお補強材として配置する竹の断面積算定に対
しては，PoCはりの終局状態，竹筋との付着状態等
*1  環境都市工学科准教授  
*2  平成 20年度卒業研究生 
*3 技術室第二技術班 
*4 環境都市工学科教授 
  原稿受付 2009年 5月 20日 
 
遠藤典男・近藤遊・小林清・松岡保正 
2 
の先行実験結果，および竹筋の形成，竹筋と PoCの
動弾性係数を勘案して決定した． 
２．竹筋補強した PoCはりの作成 
２－１ 使用材料 
 骨材は，PoC中に竹を配置すること，および PoC
製２次製品が補強対象であることを考慮し，比較的
少ないエネルギーで締め固めが可能となるよう，大
小の粒径が混在する千曲川水系の川砂利(20-05)を
使用した．粗骨材の物性値を表 1に示す． 
一方，本研究で竹筋として使用した竹は，長野県
東筑摩郡に自生するマダケ（日本国内に広く生息す
る）を使用した．直径 40～50mm程度，厚さが 4mm
程度のものを，まず長さ 400mm程度に切断し竹主
軸直角方向（周方向）を 6分割し，に所定の断面形
状にかんなで形成した（写真－１(a),(b)参照）．な
お，PoC補強材として使用した竹の断面形状は，後
述する竹筋量の算定結果に従い，厚さ3mm，幅6mm
程度となるよう形成した． 
使用した竹の物性値を表 2に示す．竹の物性値は
以下の方法で測定した．まず，密度と吸水率は，
20mm×30mm×5mm程度の小片に切断した後JIS 
A 1109－1999（粗骨材の密度および吸水率試験方
法）に準拠し測定した．ここで，吸水率が 44.8％と
非常に大きな値を示していたため，PoCへ配置後に
水中養生する際，竹の膨張による周辺の PoC部分へ
の影響を危惧したが，養生後のはりの性状を目視に
より観察が，PoC部分において顕著な損傷等は確認
されなかった． 
次に，引張強度と弾性係数に関して言及する．竹
は生育の過程で主軸に節を形成するが，本研究で対
象とするコンクリート補強材として用いる場合には，
節を含めての形成が必要となるため，節および節と
節の間の部分（図中，節と節の間の部分を軸とし，
以下節以外の部分を軸と記載した）の竹主軸方向に
対し引張試験を行い，応力－ひずみ関係から静弾性
係数を算出した．図１に示す竹の応力ひずみ関係を
示す．同図において軸，節とも応力－ひずみ関係は
ほぼ線形関係であり，個体差は生じるものの軸部分
の弾性係数は 25 kN/mm2程度，節部分は 10kN/mm2
程度であった．また，軸部分に比し節部分の静弾性
係数は小さく，また個体差は大きくなっているが，
これは節部分では竹の繊維が不連続になっているこ
とが要因と考えられる．しかしながら，PoCはりに
竹を配置するにあたり，軸部分に比し節部分は竹軸
方向の長さが短いこと，また純引張力が作用するこ
とはないため，竹の節に対する特別な配慮はせず， 
     
 (a)形成前         (b)形成後 
写真１ 竹の形成 
 
表１ 粗骨材の物性値 
絶乾密度(g/cm3) 2.57  
表乾密度(g/cm3) 2.61  
吸水率(%) 1.56  
単位容積質量(kg/ℓ ) 1.70  
実積率(%) 66.1 
粗粒率 6.7  
 
表２ 竹の物性値 
密度(g/cm3) 0.70  
吸水率(%) 44.8  
静弾性係数：軸(kN/mm2) 25  
静弾性係数：節(kN/mm2) 10
動弾性係数(kN/mm2) 15  
引張強度：軸(N/mm2) 300
引張強度：節(N/mm2) 100
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図１ 竹の応力－ひずみ関係（引張試験） 
 
軸，節とも同一断面に竹を形成した． 
最後に，竹の静弾性係数の測定は容易であるが，
PoC の静弾性係数は容易ではなく，また補強した
PoC はりに作用する応力は比較的小さいと考えら
れ，竹筋量の決定に先立ち，竹，PoCの動弾性係数
を測定し両者を比較した．竹の動弾性係数測定は参
考文献５）の「はりの振動実験－ヤング係数の測定」
に準じて，長さ 350mm程度，10mm×3mm程度の
断面を有する供試片を用いて測定した結果，
15kN/mm2程度となった．また，PoCの動弾性係数
は JIS A 1127「共鳴振動によるコンクリートの動弾
0
100
200
300
400
0 4000 8000 12000 16000
ひずみ(×10-6)
応
力
(Ｎ
／
m
m2
)_
軸1 軸２ 節１ 節２
竹筋補強によるポーラスコンクリートの曲げ強度向上に関する考察 
3 
0
5
10
15
20
25
30
10 15 20 25
全空隙率(%)_
圧
縮
強
度
(N
/
m
m2
)_
性係数試験方法」に準拠して測定した結果，空隙率
が 10%，15%，20%の平均値は 1.9kN/mm2程度で
あり，空隙率の変化に伴う動弾性係数の相違は比較
的小さかった．なお，各空隙率における PoCの動弾
性係数の平均値と，各空隙率の測定値の平均との差
は最大でも 10%となった． 
最後に，竹の動弾性係数は PoCの動弾性係数の 8
倍程度となり，一般的鉄筋コンクリートのコンクリ
ートと鉄筋の弾性係数の比と同程度であった． 
２－２ 配合および供試体作成 
表３に PoC の配合を示す．空隙率の変化による竹
筋補強効果を評価するため，粗骨材量を一定とし，
セメントペースト量を変化させることにより目標空
隙率を変化させた．なお，空隙率 15%にける目標圧
縮強度を 10N／mm2とし，またセメントペーストの
フロー値は 200であった．表３の配合により試し練
を行った結果，空隙率が 25%の供試体は空隙が多す
ぎ，PoCの強度が小さすぎ竹筋補強の効果が検証で
きないと考え，以下では空隙率が 10,15,20%の PoC
に対して考察を行なう． 
供試体作成に関しては，PoCは手練で行い圧縮試
験用型枠（φ100mm×200㎜）へは３層に分けて打
設し，各層毎，突き棒で十分締め固めを行なった．
また曲げ試験用の型枠（100mm×100mm×400㎜）
へも 3層に分けて打設した．竹筋配置位置は，型枠
底部より約70mm程度のところが第2層目となるよ
うに PoCの打設量を調節し，この層の上部へ補強用
の竹筋を配置し，第 3層目を形枠上部まで打設した
（有効高さ 70mm，かぶり 30mm）．最後に，型枠
表面において突き棒で十分締め固めた後，突き棒の
柄を回転させながら表面が平坦となるまで転圧した． 
空隙率の測定に関しては，参考文献４）の「ポー
ラスコンクリートの空隙率試験方法」に準拠して計
測した後，圧縮強度を測定した．図 2に実測した全
空隙率と圧縮強度の関係を示す．同図において，実
測した空隙率はいずれの配合においても目標空隙率
を上回っているが，これは空隙率を測定した供試体
が圧縮試験用の円柱供試体を用いており，供試体底 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 2 全空隙率と圧縮強度の関係 
 
部の締め固めが不十分で，比較的大きな空隙率が存
在していたことが原因と考えられる．しかしながら
目標空隙率と実測空隙率が，各配合とも 1～2%の差
であり，有為な差とは思われない．一方，圧縮強度
を測定した結果は，空隙率が 10%における平均圧縮
強度は 22.7 Ｎ/mm2，15%では 12.1 Ｎ/mm2，20%
では 7.6 Ｎ/mm2となり，配合時に仮定した，空隙
率が 15%における圧縮強度が 10 Ｎ/mm2を上回っ
たため，表 3の配合により PoCはりを作成し，特に
配合の修正などは行なわなかった． 
補強材として竹筋を配置するにあたり，PoCはり
が破壊する際の断面の応力状態を等価応力ブロック
と仮定し終局強度設計法に基づいて竹筋の断面積を
決定した．すなわち竹の引張強度：σb，PoC の圧
縮強度：σcp，中立軸比：k，有効高さ：d，断面幅：
ｂとすると，竹筋量：Abは次式で決定される． 
Ab=0.68×σcp×k×ｂ×d／σb 
ここで，空隙率が 15%の PoC はりに配置する竹筋
量を決定すると，σb＝300Ｎ/mm2，σcp＝10Ｎ/mm2，
b=100mm，d=70mm であり，中立軸比を k=0.25
と仮定すると，必要竹筋量 Ab は以下のように与え
られる． 
Ab=0.68×10×0.25×100×70／300≒40mm2 
試作したはりにおいて PoC の目標圧縮強度が得
られない場合，および竹筋形成時の誤差等を考慮し，
表３ PoCの配合 
単位量[kg/m3] 粗骨材最大寸法 
[mm] 
水セメント比 
[%] 
P／G *1 
[%] 
Va／V*2 
[%] W C G 
20 30 30 10 118 392 1700 
20 30 23 15 90 301 1700 
20 30 17 20 67 222 1700 
20 30 11 25 43 144 1700 
*1 全体積(V)に対する空隙体積(Va)の体積割合（空隙率） 
*2 粗骨材質量(G)に対するセメントペースト(P)の質量割合 
遠藤典男・近藤遊・小林清・松岡保正 
4 
本実験で使用する竹筋量は上式で得られた値の
90%(36mm2)程度とした．なお，上記竹筋量は空隙
率が 15%の PoCはりに対して算出した値であるが，
竹筋補強効果を検証するため空隙率が 10%，20％に
対してもの同一の竹筋量を配置し，比較検討を行な
った．実際に PoCはりへ配置した竹筋の断面は，厚
さ３mm×幅 6mm 程度のものを２本配置(Ａb＝
36mm2)した．なお PoCの有効断面積：(b･d)と竹筋
面積 Abの比：（Ab／(b･d)）を竹筋比 pとすると， 
p≒0.5%であった． 
３．曲げ試験結果 
PoCはりの曲げ試験は，JIS A 1106 「コンクリ
ートの曲げ強度試験」に準拠した 2点載荷純曲げ試
験を行なった．供試体として，空隙率が 10,15,20%
の 3種類の PoCはりに対し，竹筋補強を行なったは
り，補強を行わないはり，各々3 本ずつの曲げ試験
を行なった．なお，材玲は竹筋補強した PoC はり，
補強無の PoCはりのいずれも 28日とし，また先述
したように，竹筋は 6mm×3mmの断面を有する竹
を 2本配置した． 
図3に空隙率と補強の有無によるPoCはりの耐荷
力の関係を示す．同図において各空隙の PoCはりと
も，補強を行なわない PoCはりに比し，竹筋補強を
行なった PoCはりの耐荷力は，10%で 1.4倍，15%
で 1.8倍，20%で 2倍程度であり，空隙率が小さく
なり補強無の耐荷力が大きくなるほど，補強の効果
が小さくなることが判る．これは，PoCの空隙率が
大きいほど圧縮，引張強度とも小さくなるため，曲
げ脆性破壊に対する竹筋補強効果が大きいと考えら
れる．また，空隙率が 15%の PoCの圧縮強度から，
配置する竹筋量を算定しており，10%の竹筋補強
PoCはりでは，計算上は竹筋量が不足し載荷中の竹
の破断も予想されたが，ひび割れ時点における竹は
破断することもなく，その後も曲げに対する耐力を
有していた．なお，竹筋補強 PoCはりのひび割れ発
生後の耐荷力は，作成したすべてのはりで曲げ強度
の半分から 1/3程度の耐力を有していた． 
４．結  論 
 本研究で得られた知見を以下に記す． 
１）空隙率が大きくなり補強を行なわない PoCはり 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 3 空隙率と PoC はりの耐荷力の関係 
 
の曲げ強度が小さいほど，竹筋を配置することによ
る補強効果が大きくなる． 
２）竹筋補強 PoCはりは，一般的な RC構造と同様
に，補強材の竹と PoC部分が一体となり外力に抵抗
し，ひび割れ発生までの荷重－変位関係は線形性を
示す． 
 本報告では，竹の引張試験により得られるヤング
係数を基に配置する竹筋量を決定し，曲げ試験を行
なった結果に関し言及するにとどまった．しかしな
がら，ひび割れ発生後の PoCはりの挙動は竹自身の
曲げ剛性に強く依存することも確認しており，曲げ
試験により得られる竹のヤング係数も評価し，配置
する竹筋量を検討する必要があると考えられ，今後
の課題としたい． 
参 考 文 献 
1）町田庄三 他：ポーラスコンクリートの製造と
これからがわかる本，セメントジャーナル社 
(2001.９) 
2）海野厳 他：ポーラスコンクリート河川護岸工
法の手引き，山海堂(2001.4) 
3）遠藤，井上，松岡：竹筋で補強されたポーラス
コンクリートの強度向上効果，コンクリート工学
年次論文集，第 29巻，pp.319-324(2007.7) 
4）日本コンクリート工学協会：ポーラスコンクリ
ートの設計・施工法の確立に関する研究委員会，  
(社)日本コンクリート工学協会(2003.5) 
5）土木学会編：構造実験指導書，(社)土木学会
(2000.2) 
 
 
 
 
 
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5
空隙率(%)_
耐
荷
力
(N
)_
竹筋補強Ave.
補強無Ave.


竹筋補強によるポーラスコンクリートの曲げ強度向上に関する考察

百瀬, 成空

森山, 実

押田, 京一

大澤, 幸造

堀口, 勝三

中山, 英俊

畠, 俊郎

松下, 英次

藤原, 勝幸

板屋, 智之

長野工業高等専門学校紀要第 43 号(2009) 2-1 
1 
図 1 X 線回折装置の外観 
                                  12mm 
X 線回折装置への定性分析ソフトおよび物質データベースの導入 
１行あけ  
百瀬成空＊1・森山実＊2・長坂明彦＊3・押田京一＊4・大澤幸造＊5・堀口勝三＊6・  
中山英俊＊7・畠俊郎＊8・松下英次＊8・藤原勝幸＊9・板屋智之＊10  
２行あけ         著者名は１名の時，文字間１文字分あける．２名以上の場合はあけない． 
 
Implement of qualitative analysis software and material databese for  
X-ray diffractometer 
１行あけ  
MOMOSE Noritaka, MORIYAMA Minoru, NAGASAKA Akihiko, OSHIDA Kyoichi, 
OHSAWA Kouzou, HORIGUCHI Katsumi, NAKAYAMA Hidetoshi, HATA Toshirou, 
MATSUSHITA Eiji, FUJIWARA Katsuyuki and ITAYA Tomoyuki 
２行あけ  
１行あけ  
キーワード：X 線回折装置，定性分析，物質データベース，学生実験，卒業研究  
１行あけ       章題は２行分の中央に   10mm 
 
１．ま え が き 
 
 長野高専では「高度実践技術教育の推進」を目的
として国立高等専門学校機構平成 17 年度特別教育
研究経費（事業名：ネットワークを用いた半導体評
価システムの構築）が採択され，事業の一環として
X 線回折装置が新規導入された 1)．また，平成 19
年度には本校特別経費（設備更新・充実費，事業名：
X 線回折装置用物質データベースの導入）が採択さ
れ，本装置にて測定，収集された X 線回折パターン
から未知物質の同定を行なうためのソフトウェアお
よび物質のデータベースを追加導入するに至った．
現在，本装置ならびにデータベースは材料作製を主
とする卒業研究，特別研究，教員研究に加え，学生
実験においても活用されている．本稿では本設備群
がさらに幅広い分野にて活用されることを目的とし，
新規に導入された物質データベースおよび定性分析
ソフトウェアの概要と，その活用例を述べる． 
 
２．X 線回折装置および追加導入設備の概要 
 
２－１ X 線回折装置  
 図 1 に 17 年度に導入された X 線回折装置（理学
電機，Mini-Flex）の外観を示す．本装置の詳細仕
様については本紀要第 40 号にて紹介している 1)． 
X 線回折装置は特定の波長の X 線（本装置では
Cu 原子の K 殻より発生する特性 X 線を用い，その
波長は 0.1541 nm である）を試料に照射し，結晶格
子により回折した X 線が検出された角度から，結晶
格子の原子間隔，ひいては結晶の種類やその結晶面
などの情報を得る装置である．任意の角度範囲にて
連続的に X 線を照射することにより，どの角度（横
軸）においてどの程度の回折 X 線が得られたか（縦
*1  電気電子工学科助教 
*2  電子制御工学科教授 
*3  機械工学科教授 
*4  電子情報工学科教授 
*5  電気電子工学科教授 
*6  電子制御工学科准教授 
*7  電子制御工学科助教 
*8  環境都市工学科准教授 
*9  一般科教授 
*10 一般科准教授 
  原稿受付 2009 年 5 月 20 日 
百瀬成空・森山実・長坂明彦・押田京一・大澤幸造・堀口勝三・中山英俊・畠俊郎・松下英次・藤原勝幸・板屋智之 
2 
図 2 X 線回折像の例 
図 4 データベースの検索画面 
図 3 定性分析 for Windows の基本画面 
軸）を表す X 線回折像が得られ，回折ピーク強度の
高さ，幅，パターンなどから物質の同定，単結晶／
多結晶／非晶質体の判定，結晶化度の評価などを行
なうことができる．  
 ただしこれらの情報を得るためには，実験あるい
は計算により得られている各物質のX線回折パター
ンと照合する必要があり，既知材料の評価であれば
ともかく，回折パターンと照合できない環境におい
ては，得られた X 線回折像から未知試料を同定する
ことは不可能である． 
 
２－２ 物質データベース 
 X 線回折パターンのデータ集として広く知られて
いるのが粉末 X 線回折強度データベース（PDF; 
Powder Diffraction File）である． 
PDF は粉末状にした各材料から得られる X 線回
折パターンを集めたデータベースであり，回折ピー
クの位置および相対強度，ならびに化学式，化合物
名，鉱物名，構造式，晶系，融点や密度などの物理
的特性，さらにはデータを収集した際の測定条件や
文献情報などが収録されている．PDF は回折データ
セ ン タ ー （ ICDD; International Center for 
Diffraction Data）の「粉末回折標準に関する合同
委員会」（JCPDS; Joint Committee on Powder 
Diffraction Standards）により編集，刊行されてお
り，「JCPDS カード」とも呼ばれている．なお，回
折パターンの収集に用いられる粉末材料は，あらゆ
る結晶面がランダムに測定面を向いているため，こ
の粉末回折パターンと実際の測定結果との差異から，
測定試料が特定の結晶面に対して優先的に配向成長
しているかなどの情報を得ることができる． 
PDF は目的に合わせた数種類のデータベースに
分かれており，本特別経費ではこれらデータベース
のうち，無機材料および一般的な有機材料が約 20
万件収録されている「PDF-2」を導入した． 
 
２－３ 定性分析ソフトウェア 
PDF は単にデータの集合体であるため，このデー
タベースの中から必要なデータのみを条件に合わせ
て抽出するには専用のソフトウェアが必要となる．
また，PDF は他所での CD-ROM の流用を防ぐため
専用のフォームを用いて記録されており，これを読
み込み可能なフォームに変換する際にも専用のソフ
トウェアが必要となる．そのため PDF-2 と併せて理
学電機社製定性分析ソフトウェア「定性分析 for 
Windows」を購入し，X 線回折装置操作用の PC へ
追加導入した． 
定性分析 for Windows の基本画面を図 3 に示す．
定性分析 for Windows は，X 線回折試験により得ら
れた X 線回折像に対して回折ピークの位置を検索・
リストアップし，これらのピークと対応するJCPDS
X 線回折装置への定性分析ソフトおよび物質データベースの導入 
3 
カードを検索・照合することができる．また，ピー
ク位置の検索に際し，収集した X 線回折像に対して
バックグラウンドやノイズの除去，平滑化などの処
理を施すことも可能である．JCPDS カードの検索
および測定回折像との照合は自動で行なわれるが，
測定系等の誤差などにより所望する結果が得られな
かった場合には，JCPDS カードを手動で呼び出し
て照合を行なうこともできる．JCPDS カードの呼
び出しは，含有元素を候補とした and／or 検索の他
に，既知であれば化学式や物質名，PDF カード番号，
結晶系などの条件による検索も可能である（図 4）．
なお，測定回折図中に既知の回折ピークがある場合
には，その回折ピークを JCPDS カードのデータに
合わせてピーク位置を補正する「系等誤差補正」も
実施でき，これにより自動で物質同定を実行させる
場合の精度を上げることができる． 
 
３．データベースの活用例 
 
３－１ 学生実験  
機械工学科では本科 4 年の授業科目「工学実験」
の 1 テーマとして，「X 線回折法による金属の測定」
と題し，X 線回折装置を利用して日本製硬貨の化学
組成を調査させる実験を実施している．なお実験の
授業時間は 2 コマ（180 分）である．下記に実験テ
キストの抜粋を示す．9 種類の硬貨について X 線回
折試験および分析を実施するとともに，データベー
スおよび硬貨に関する資料の調査，測定／分析ソフ
トウェアの設定内容の調査を実施し，下記および表
1 の下線部を埋める課題を設定している． 
 
（実験試料） 
① 平成 2 年製 1 円（アルミ貨）…Al：100% 
② 平成 2 年製 5 円（黄銅貨）…Cu：60%，Zn：
40% 
③ 平成 2 年製 10 円（青銅貨）…Cu：95%，Zn：
4%，Sn：1% 
④ 平成 2 年製 50 円（白銅貨）…Cu：75%，Ni：
25% 
⑤ 昭和 32 年製 100 円記念硬貨「鳳凰」（銀貨）
…Ag：60%，Cu：30%，Zn：10% 
⑥ 昭和 39 年製 100 円記念硬貨「東京オリンピッ
ク」（銀貨）…Ag：60%，Cu：30%，Zn：10% 
⑦ 平成 2 年製 100 円（白銅貨）…Cu：75%，Ni：
25% 
⑧ 平成 2 年製 500 円（白銅貨）…Cu：75%，Ni：
25% 
⑨ 昭和 31 年製 50 円（ニッケル貨）…Ni：100% 
（調査課題） 
（１）各素材の結晶系について調査せよ． 
• fcc（体心立方格子）：Al，Cu，Ni，Ag  
• bcc（面心立方格子）：無し  
• hcp（六方 密充填構造）：Zn 
 
（２）X 線回折装置の設定条件について調査せよ． 
• X 線源：Cu 管球（管電圧：30 kV，管電流：
15 mA） 
• 出力：0.45 kW 
• フィルタ：Kβフィルタ（Ni） 
• スキャンスピード：20°/min 
• サンプリング幅：0.02° 
• 走査軸：2θ / θ 
• 走査範囲：20° から 100°  
• 測定時間：4 min 
• 測定方法：連続 
• 計数単位：cps（count per second） 
 
表 1 各硬貨の X 線回折 
硬貨名 ファイ
ル名 
回折角 
ピーク 
2θ (°) 
強度 
I (cps) 
回折角ピ
ーク並べ
替え 2θ 
(°) 
①平成 2 年製
1 円 1H2 
38 
45 
65 
78 
15000 
11500 
19000 
22000 
78 
65 
38 
45 
②平成 2 年製
5 円 5H2 
42 
50 
73 
88 
17500 
8500 
8000 
6500 
42 
50 
73 
88 
③平成 2 年製
10 円 10H2 
43 
50 
54 
89 
26000 
15500 
12500 
10000 
43 
50 
54 
89 
④平成 2 年製
50 円 50H2 
44 
51 
75 
91 
28500 
15000 
10000 
10500 
44 
51 
91 
75 
⑤昭和 32 年
製 100 円 100S32
38 
44 
65 
78 
7800 
3500 
4200 
3100 
38 
65 
44 
78 
⑥昭和 39 年
製 100 円 100S39
38 
44 
65 
78 
8900 
3500 
4000 
3100 
38 
65 
44 
78 
⑦平成 2 年製
100 円 100H2
44 
51 
75 
91 
35000 
17000 
15000 
3000 
44 
51 
75 
91 
⑧平成 2 年製
500 円 500H2
44 
51 
75 
91 
32000 
18000 
12000 
12000 
44 
51 
75 
91 
⑨昭和 31 年
製 50 円 50S31
44 
52 
76 
93 
27500 
20000 
17000 
13000 
44 
52 
76 
93 
百瀬成空・森山実・長坂明彦・押田京一・大澤幸造・堀口勝三・中山英俊・畠俊郎・松下英次・藤原勝幸・板屋智之 
4 
図 5 Mo 被膜ガラス基板上へ製膜した CZTS 薄膜の X
線回折像 
（３）表 1 にコインの X 線回折を示す．X 線生デー
タの回折角 2θのピークと強度を読み取り，強度の高
い順に並べかえて調査せよ．ピーク 1 からピーク 4
は 大ピークから 4 番目までのデータとする． 
 
以上，コインの素材は主として面心立方格子（fcc）
の結晶構造で，加工性に富むことが検証できた．し
かしながら，10 円玉については充分な回折ピークを
得ることができず，この理由については現在検討中
である． 
 
３－２ 卒業研究・特別研究 
 電気電子工学科・百瀬研究室では卒業研究および
特別研究において，化合物半導体薄膜およびそれを
用いた薄膜デバイスの製作・評価を実施している．
現在は特に薄膜太陽電池の新材料候補として注目さ
れている「環境半導体」（環境低負荷材料のみで構成
され，かつ機能性デバイスへの応用が期待される物
性を持つ半導体材料のこと）Cu2ZnSnS4（CZTS）
の作製，評価を実施している． 
3 元以上の多元化合物を作製する場合，それらの
材料から構成される化合物の組み合わせは多岐にわ
たるため，冊子体のデータベースを用いた照合作業
には膨大な時間が必要となる．その点定性分析ソフ
トを用いる場合においては，候補となる構成元素を
検索条件として JCPDS カードを呼び出すのみで候
補がリストアップされるので，その中から既知のピ
ークを基準に補正・照合することにより，短時間で
未知なる多元化合物の同定が完了する． 
当研究室では CZTS 薄膜を，基板上へ Cu-Zn-Sn
の 3 元合金膜を堆積し，これを硫黄雰囲気下にて加
熱処理することで形成している 2)．図 5 に，モリブ
デン（Mo）薄膜を裏面電極層としてコートしたガラ
ス基板上へ形成した，CZTS 薄膜の X 線回折像を示
す．CZTS については，粉末 X 線回折パターン
（JCPDS カード，26-0575）とほぼ同様の回折ピー
クが現れており，CZTS のあらゆる結晶面から X 線
が回折されているのが確認される．このことから，
当薄膜が特定の結晶面に配向することなく多結晶状
に成長していることがわかる．この分析結果は，走
査電子顕微鏡により確認される，粒径 1～2 μm の結
晶が密に集まって薄膜が形成されている様子とも合
致する．また，同図からは CZTS 層下の Mo 膜によ
る回折ピークも併せて確認できる．Mo のピークは
既知であるため，本分析においてはこれらのピーク
を基準として系等誤差補正を行なっている． 
これらのピークに加えて，SnS2や Cu2SnS3，MoS2
などの所望しない異相によるピークが確認される場
合がある．このような場合には，走査電子顕微鏡像
からは蜂の巣状の空孔や，Mo 層上部の変質が確認
され，またエネルギー分散型 X 線分光分析によって
得られた各元素の組成比が所望する比率と異なって
いたり，またはその比率が加熱処理の前後で大きく
変化していたりする． 
定性分析の結果にこれらの結果および作製した条
件を組み合わせることにより，加熱中における硫黄
気圧の不足によるスズや亜鉛の蒸発や，逆に硫黄気
圧の超過による Mo コート層の硫化，Cu-Zn-Sn 膜
中における亜鉛組成の不足などが，上記の異相が成
長した原因として浮かび上がる． 
このように，未知なるピークがどの物質によるも
のなのかを明らかにする場合には特に，本ソフトウ
ェアの機能に拠るところが大である． 
 
４．あ と が き 
 
本稿ではX線回折装置へ追加導入された物質デー
タベースと定性分析ソフトウェアの概要と，その活
用例を述べた． 
物質データベースおよび分析ソフトウェアの導入
により，新規に作製した材料の同定や定性を，迅速
に行なうことが可能となった．これにより卒業研究，
特別研究，教員研究および学生実験において作業の
大幅な効率化が図られた．また本校既存の分析装置
群と組み合わせることで，複合的，総合的に作製試
料の物性および成長メカニズムを知ることが可能と
なった． 
 本装置により得られたデータは日本機械学会や応
用物理学会等で発表されており，今後も多くの分野
での研究発表に活用されることと期待される． 
X 線回折装置への定性分析ソフトおよび物質データベースの導入 
5 
2) 
1) 
謝     辞 
 
先述の通り，本追加設備は平成 19 年度本校特別
経費（設備更新・充実費）により導入に至った．さ
らに平成 20 年度同経費（設備更新・充実費）では X
線発生源となる CuKα線管球を購入させていただい
た．X 線回折装置の維持運用に多大なるご協力をい
ただいている本校に深く感謝する次第である． 
 
参 考 文 献 
 
松下英次，宮下大輔，秋山正弘，百瀬成空，中山
英俊，為末隆弘：ネットワークを利用した高度実
践技術教育の推進～教育研究設備の導入と学生
実験への応用～，長野工業高等専門学校紀要，第 
40 号（2006）105-108． 
百瀬成空，網野邦洋，湯田坂卓人，石口寛，関拓
郎，五十嵐重雄，橋本佳男，伊東謙太郎： 
Cu-Zn-Sn 同時スパッタと硫黄蒸気を用いた封
管内硫化による Cu2ZnSnS4 薄膜の作製，第 56
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集（2009）
1495． 
 


X 線回折装置への定性分析ソフトおよび物質データベースの導入

MIZUGUCHI, Manabu

English

A Role of T-to-C Movement in Syntax : A Case Study of That-Trace Effects

原, 平

丸山, 真輝

味木, 玲

村上, 俊夫

長野工業高等専門学校紀要第 43号（2009）  1-4 
1 
 
TRIP 鋼板のバーリングに及ぼす残留オーステナイト特性の影響* 
 
長坂明彦*1・原 平*2・丸山真輝*3 
味木 玲*4・村上俊夫*５ 
 
Effect of Retained Austenite Characteristics on Burring in TRIP steels 
 
NAGASAKA Akihiko, Osamu HARA, Masateru MARUYAMA, 
Ryo AMAKI and Tohio MURAKAMI
  
 
Effect of retained austenite parameters on burring of (0.1-0.4)C-(1.0-2.5)Si-(1.0-2.0)Mn (mass%) ultra high-strength 
TRIP-aided sheet steels with porigonal ferrite matrix (TDP steels) having different retained austenite parameters was 
investigated for automotive applications. Thermal drilling is a process that uses friction to produce bushing in steel tubing 
and sheet. The combined rotational and downward force of the thermal drilling tool bit creates friction heat. The height of 
the bushing was roughly 3 to 4 times the original steel thickness. The bushing are ideal for thread applications, as the 
strength of threads was significantly increased. Hole notches of 5mm diameter were produced by mechanical punching for 
hole-expanding test. The stretch-flangeability was evaluated using hole-expanding ratio. The hole-expanding ratio of 
burring were completed in TDP steels. The higher tensile strength, the lower hole-expanding ratio of mechanical punching. 
In TDP steels, the burring resulted in much higher stretch-flangeability than the mechanical punching. We found that 
compared with mechanical punching, the burring contributed to the improvement of the tensile strength of 1100MPa class 
TDP steel with porigonal ferrilte matrix. 
 
キーワード：TRIP 鋼板，残留オーステナイト，バーリング  
 
1. 緒言 
 
 近年，乗用車の各種メンバー類には優れたプレス成
形性を有する高強度低合金 TRIP1)鋼板の適用が期待さ
れている．これまでに，伸びフランジ性に及ぼすレー
ザ切断の影響に関する報告がなされてきたが 2-14)，
TRIP 鋼板のバーリングに関する報告はほとんどない
15)． 
そこで本研究では，TRIP 鋼板のバーリングの改善
（ナットレス）を目的として，母相組織をポリゴナル
フェライトとした TRIP 鋼（TDP 鋼）のバーリングに 
2009 年 3 月 30 日 日本鉄鋼協会第 157 春季講演大会にて一部
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 20 年度機械工学科卒業） 
*3 信州大学工学部 学生（平成 20 年度機械工学科卒業） 
*4 株式会社 中嶋製作所 
*5 株式会社 神戸製鋼所 
原稿受付 2009 年 5 月 20 日 
 
 
及ぼす残留オーステナイトγR 特性の影響を調査した． 
 
2. 実験方法 
 
表 1 に供試鋼の化学組成を示す．供試鋼には冷延鋼
板（板厚 t＝1.2mm）を用いた．TDP 鋼は，2 相域焼な
まし後，オーステンパ処理を施した 12)．以後，これら
の鋼を TDP-L～TDP-P 鋼と呼ぶ．比較として，フェラ
イト・マルテンサイト複合組織鋼（MDP 鋼）も用いた
12)． 
 
steel C Si Mn P S 
TDP-L 0.10 1.49 1.50 0.015 0.0012 
TDP-A 0.21 1.51 1.00 0.015 0.0013 
TDP-B 0.20 1.51 1.51 0.015 0.0011 
TDP-C 0.20 1.49 1.99 0.015 0.0015 
TDP-E 0.20 1.00 1.50 0.014 0.0013 
TDP-F 0.18 2.00 1.50 0.015 0.0013 
TDP-G 0.19 2.48 1.49 0.014 0.0013 
TDP-N 0.29 1.46 1.50 0.014 0.0012 
TDP-P 0.40 1.49 1.50 0.015 0.0012 
MDP 0.14 0.21 1.74 0.013 0.0030 
 
表１ 供試鋼の化学組組成（mass%） 
長坂明彦・原 平・丸山真輝・味木 玲・村上俊夫 
2 
 
0
40
80
120
500 700 900 1100 1300
40
20
・
A
B
C
E
B
C
E
F
F
Burring
Punch
TS (MPa)
60GPa  %
λ
(%
) TS×λ=
A
L
N
P
TDP-L N
P
MDP
G
G
図 1 にバーリング試験装置を示す．バーリングには
短冊状試験片（50×150mm）を用い，ボール盤に直径 
5mm のフロードリルを装着し，回転数 1500rpm 一定で
行った． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
伸びフランジ性は次式の穴広げ率λで評価した 1)． 
 
λ＝(df－d0) / d0×100 %・・・(1) 
 
ここで，d0，df はそれぞれ初期穴径，き裂発生時の穴
径である．なお，バーリング成立はλ＝100%とした． 
γRの初期体積率 fγ0はＸ線回折法（Mo-Kα）により
（200）α，（200）γ，（220）γおよび（311）γの
5 ピーク法 16)を用いた．また，γR中の初期炭素濃度 
Cγ0（mass%）は，Cr-Kα の回折面（220）γから求め
た格子定数αγ（nm）を次式
17)に代入して計算した． 
  
Cγ＝（αγ－0.35467）/ 4.67×10
－3・・・(2) 
 
なお，必要に応じ，マイクロビッカース硬さ測定を行
った． 
 
３． 実験結果および考察 
 
図 2 にミクロ組織写真の代表例を示す．図 2(a)は
TDP-L 鋼，図 2(b)は TDP- 鋼，図 2(c)は MDP 鋼であ
る． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
steel 
TS 
(MPa) 
TEl  
(%) 
TS×TEl 
(GPa%) 
fγ0 
 
Cγ0 
(mass%) 
TDP-L 651 37.2 24.2 0.049 1.31 
TDP-A 742 32.3 24.0 0.058 1.51 
TDP-B 825 36.0 29.7 0.079 1.38 
TDP-C 984 22.9 22.5 0.137 1.26 
TDP-E 
TDP-F 
TDP-G 
767 29.0 22.2 0.076 1.41 
911 31.9 29.1 0.085 1.31 
1.29 966 28.8 27.8 0.103 
TDP-N 895 32.2 28.8 0.132 1.41 
TDP-P 1103 32.8 36.2 0.170 1.45 
MDP 783 13.1 10.3 - - 
10 mm 
Flow drill 
Vise 
Specimen 
図３ 穴広げ率 λ と引張強さ TS の関係 
 
表２  機械的特性と残留オーステナイト特性 
(a) 
(b) 
(c) 
10μmm 
10μmm 
10μmm 
図１ バーリング試験装置 
図２ ミクロ組織写真 
（(a)TDP-L 鋼， (b)TDP- 鋼，(c) MDP 鋼, αf: ferrite 
matrix, αb: bainite, αm: martensite） 
TS: tensile strength, TEl: total elomgation, 
TS×TEl:strength－ductility blance, fγ0: initial volume fraction 
of the retained austenite and Cγ0: carbon concentration in the 
retained austenite. 
 
TRIP鋼板のバーリングに及ぼす残留オーステナイト特性の影響 
3 
 
(c) 
ナイタール腐食後の SEM 写真から，ベイナイトαb
とγRからなる第 2 相が母相のフェライト粒界αf粒界
に沿ってネットワーク状（連結状）に存在する． 
表 2 に機械的特性と残留オーステナイト特性を示す．
TDP 鋼は，C，Si および Mn 添加量に伴い，引張強さ
TS， fγ0（γR の量）およびそ Cγ0（γR の質）は変化
するが，全伸び TEl は MDP 鋼と比べ，大きな伸びを
示す．また，プレス成形性の指標である強度・延性バ
ランス TS×TEl は，25GPa%程度と高いバランスを示
す．図 3 に穴広げ率 λ と引張強さ TS の関係を示す． 
 
また，図 4 にバーリング後の M6 タッピングを示す．
パンチ打抜きの λ は，高 TS 側で低下する（図 2）．  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
一方，フロードリルによるバーリングの λ は，100%
と低下しない．また，バーリング後のタッピングも可
能となる． 
これは，フロードリルの摩擦熱が高 TS も側で適度
に作用し，加工損傷を抑制することが考えられる．フ
ロードリルは，ナットレスを可能にした． 
 
図 5，図 6 にバーリング後の断面およびその模式図
を示す．図 5(a)はカットモデル， 図 5(b)バーリング断
面，図 5(c)タッピング断面である．バーリング端面か
ら 0.3mm 等間隔にビッカース硬さ試験（荷重：0.98N，
保持時間：5s）を行った．ここで，H をバーリング高
さとする． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図４ バーリング後の M6 タッピング 
（(a)バーリング， (b)タッピング，(c)M6 ボルト） 
 
5mm 
5mm 
5mm 
(a) 
(b) 
(c) 
(a) 
5mm 
(b) 
5mm 
 
5mm 
図５ バーリングおよびタッピング後の断面 
（(a)カットモデル， (b)バーリング断面，(c)タッピン
グ断面） 
 
長坂明彦・原 平・丸山真輝・味木 玲・村上俊夫 
4 
 
図 7 にバーリング高さ H を示す．TDP 鋼において，
バーリング高さ H は 4.5mm 前後と板厚 t の 4 倍程度に
成形された．また，M6 のタッピングを行った場合，3
～4 山加工することができた（図 5(a)）． 
 
図 8 にバーリング断面のビッカース硬さ HV 分布を
示す．TDP-C 鋼において，HV 分布より，バーリング
の下方にしたがい HV が高くなることで，加工硬化が
大きくなることがわかる．ここで，No.1～4 までの硬
さの平均値を母材硬さ HV0，No.9～12 のそれを変形後
の硬さ HV maxとし，HV0 と HV max との差を硬さ増分
∆HV とする． 
 
図 9 に TDP 鋼の硬さ増分 ∆HV を示す．ここで ∆HV
は， HV0と HV max との差とする．TDP-A～TDP-F 鋼
において， Si および Mn 量の増加に伴い，∆HV は増
加する．とくに，TDP-A～TDP-C 鋼の ∆HV の増加は
Cγ0（γRの質）の低下が一因であると考えられる． 
 
４．結言 
 
(1) フロードリルは，TDP 鋼のバーリングに効果的に
作用し，ナットレスを可能にした． 
(2) TDP 鋼の Mn 量の増加に伴い，γRの炭素濃度 Cγ0
が低下した．この γR の質の低下が加工硬化の程度に
影響したと考えられる． 
 
 
参 考 文 献 
1) 長坂明彦他：鉄と鋼，94 (2008)，351． 
1) V. F. Zackay, E. R. Parker, D. Fahr and R. Busch: 
Trans. Am. Soc. Met., 60 (1967), 252. 
2) O. Matsumura, Y. Sakuma and H. Takechi: Trans. Iron 
Steel Inst. Jpn., 27 (1987), 570. 
3)  K. Sugimoto, M. Kobayashi and S. Hashimoto: 
Metall. Trans. A, 23A (1992), 3085. 
4) K. Sugimoto, N. Usui, M. Kobayashi and S. Hasimoto: 
ISIJ Int., 32 (1992), 1311. 
5) K. Sugimoto, M. Misu, M. Kobayasi and H. 
Shirasawa: ISIJ Int., 33 (1993), 775. 
6)  O. Matsumura, Y. Sakuma, Y, Ishii and J. Zhao: ISIJ 
Int., 32 (1992), 1110. 
7) S. Hiwatashi, M. Takahashi, T. Katayama and M. 
Usuda: J. Jpn. Soc. Technol. Plast., 35 (1994), 1109. 
8)  K. Sugimoto, M. Kobayashi, A. Nagasaka and S. 
Hashimoto: ISIJ Int., 35 (1995), 1407. 
9)  Y. Hirose, S. Nakai, H. Fukuyama, S. Sudoh and K. 
Ueno: J. Jpn. Soc. Technol. Plast., 35 (1994), 1071. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
200
250
300
350
400
450
H
V
4321 5 6
No.
7 8 12119 10
HV0 HVmax
図８ バーリング断面のビッカース硬さ HV 分布 
（TDP-C 鋼，HV0：母材硬さ，HV max：変形後の硬さ） 
 
図６ バーリング後の断面の模式図 
0
1
2
3
4
5
6
H
 (
m
m
)
TDP-A   B       C                 E       B       F
Steel
図７ バーリング高さ H 
図９ TDP 鋼の硬さ増分 ∆HV 
0
20
40
60
80
100
Δ
H
V
TDP-A
Steel
B C BE F
TRIP鋼板のバーリングに及ぼす残留オーステナイト特性の影響 
5 
 
10) A. Nagasaka, K. Sugimoto, M. Kobayashi and S. 
Hashimoto: Tetsu-to-Hagane, 83 (1997), 335. 
11) A. Nagasaka, K. Sugimoto, M. Kobayashi and H. 
Shirasawa: Tetsu-to-hagane, 84 (1998), 218. 
12) A. Nagasaka, K. Sugimoto, M. Kobayashi and: S. 
Hashimoto, Tetsu-to-hagane, 85 (1999), 552. 
13) A. Nagasaka, K. Sugimoto, A. Koyama, S. 
Hashimoto, T. Kashima, T. Hojo and A. Mio: J. Jpn. Soc. 
Heat Treat., 46 (2006), 25. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14) A. Nagasaka, Y. Kubota, K. Sugimoto, A. Mio, T. 
Hojo, K. Makii, M. Kawajiri, M. Kitayama: 
Tetsu-to-hagane, 94 (2008), 351. 
15) A. Nagasaka,  K. Sugimoto and T. Murakami: 
CAMP-ISIJ , 22 (2009), 274. 
16) H.Maruyama: J. Jpn. Soc. Heat Treat., 17 (1977), 
198. 
17) 西山善次：マルテンサイト変態 基本編，丸善，
東京，p13(1971). 
 


TRIP 鋼板のバーリングに及ぼす残留オーステナイト特性の影響

曾田, 友紀子

柿本人麻呂「近江荒都歌」における道行 : 研究ノートとして

堀内, 泰輔

横山, 靖樹

長野工業高等専門学校紀要第 42号(2008) 2-6 
1 
 
本校における情報処理教育環境と 
学生携帯メディア環境について＊  
 
堀内泰輔＊１・横山靖樹＊２  
 
 
A Study on Educational Environment of Computer Literacy and  
Ubiquitous Environment for Students in the NNCT 
 
HORIUCHI Taisuke and YOKOYAMA Yasuki 
 
 
At the end of the 2006 academic year, the Computer Center at  Nagano 
National College of Technology updated its computer system. Since then, several 
classes, including all computer literacy courses, have been using this new system. This 
paper provides an outline of the new system, paying particular attention to its 
administration methodology. USB flash memory devices have recently become popular 
thanks to the wide availability of low-priced, high-capacity models. Therefore, this 
paper proposes the construction of an omnipresent media environment to utilize these 
devices, and an effective computer literacy curriculum to realize the potential of such 
an environment. 
 
キーワード：情報処理教育，ユビキタス環境，USB フラッシュメモリ，KNOPPIX 
 
 
１．まえがき 
 
 本校では，平成 18 年度末に教育用電子計算機シ
ステム（以下，新システムと略す）の更新を行った．
本論では，まず，新システムの概要やシステム管理
上の手法について述べる．次に，学生が携帯するに
最適なメディア環境およびそれを用いた効果的な情
報処理教育システムの提案を行う． 
学生自身の成果ファイルの置き場所として，本校
ではここ数年，USBフラッシュメモリ（以下，UFD
と略す）を採用してきた．しかし，最近は容量が
GB 単位の UFD が低価格で出回るようになった．
この結果，UFD を単にファイルの保存場所として
使うだけでなく，アプリケーションソフトや，ひい
ては，OS 自体も入れてしまい，いつでもどこでも
それが活用できるユビキタスな環境を学生が構築す 
*   2007年 8月 30日 第 27回高等専門学校情報処理教育
研究発表会にて一部を発表 
*1  一般科教授 
*2  技術室第二技術班 
  原稿受付 2008年 5月 20日 
ることも夢ではなくなっている．このユビキタス環
境を意識した教育用システムについて論じる． 
  
２．新システムの概要 
 
２－１ 新システムの構成 
 新システムは，119 台のクライアントパソコンと
7 台のサーバから構成される 1)．クライアントパソ
コンおよびサーバの内訳は下記のとおりである．各
教室の様子を，図 1～3に示す． 
 
［クライアントパソコンの内訳］ 
 第一端末室 49台（学生用 48，教員用 1） 
 第二端末室 21台（学生用 20，教員用 1） 
 AVC室 49台（学生用 48，教員用 1） 
 
［サーバの内訳］ 
 ドメインコントローラ(ドメイン管理，ファイ
ルサーバ[FreeBSD+Samba] 1台 
 メールサーバ(FreeBSD6.2)  1台 
 3D-CAD用ライセンスサーバ       3台 
 英語教材(ALC)用サーバ  1台 
 Norton Ghost用サーバ  1台 
堀内泰輔・横山靖樹 
2 
２－２ クライアントパソコンの仕様 
 以下にクライアントパソコンの仕様を示す．教員
機と学生機の構成についてはビデオカードと主記憶
以外はほぼ同等の仕様である． 
 ハードウェア：FMV ESPRIMO D5230 (CPU 
Intel(R) Celeron(R) 2.80GHz， 主記憶 1GB（教
員機）/512MB（学生機）， HDD 40GB) 
 ソフトウェア：OS Windows XP 
 
２－３ インストール済みソフトウェア 
 各クライアントパソコンには表１のようなソフト
がインストールされている．このうち，今回購入し
たものは，OSとMicrosoft Officeのみであり，それ
以外は従来購入したものならびにフリーソフトであ
る． 
 
 
３．新システムの導入と管理について 
 
 平成 18 年 3 月にクライアントパソコンとドメイ
ンコントローラ，メールサーバの更新を行い，新た
に Norton Ghost用サーバを追加した． 
クライアント端末の OSは，3次元 CAD等のアプ
リケーションを従来のシステムから継承するため，
仕様策定(平成 17年 5月)の段階で新 OS（Vista）で
の動作確認が取れないことから，Windows XPとせ 
ざるを得なかった．ただし，OS を従来と同じとし
たため，運用・管理に関しては，従来のシステムと
ほぼ同様の手法で行うことができている． 
 ドメインコントローラには，コスト面や，システ
ム移行の作業量，従来のシステムの利用実績から，
Sambaサーバを利用している．デスクトップ環境の
統一や保護に関しては，全ユーザ共通のプロファイ
ルやグループポリシーを利用することにより実現し
ている．環境統一や保護を行うための市販ソフトは
利用していない． 
 運用面については，新規ソフトの導入やパッチ適
用への対応，システムのチェックとクリーンアップ
を目的として，年度変わりや学期変わり毎に，クラ
イアントパソコンへの一斉インストールを行ってい
る．従来のシステムでは一斉インストールのバック
アップイメージの CD-Rを作成し，インストール作
業を行っていたが，今回の更新で Norton Ghostを
導入したことにより，ネットワークインストールが
可能となり，従来のシステムに比べ労力の軽減，作
業時間の短縮を図ることができた． 
ユーザ管理についても，年度変わりや学期変わりに
大量のアカウントの登録・削除作業をスクリプトで
一活して行っている． 
 本システムの評価としては，利用者が OSを含め
た最新のソフトウェアを利用できない欠点はあるも
のの，ソフトウェアのレスポンス，安定性について
は，満足がいくものである．これは，主記憶容量を
倍としたこと，CPUのクロック周波数が高くなった
ことによるものと思われる． 
また，従来のシステムのノウハウを継続すること
ができたため，更新作業の負担や，更新に伴う運用 
 
 
図 1 第一端末室 
 
図 2 第二端末室 
 
 
図 3 ＡＶＣ室 
本校における情報処理教育環境と学生携帯メディア環境について 
3 
 
面での負担は，非常に少なくて済んだ．これらの評
価は，最新のソフトウェアを利用できないこととの
トレードオフともいえよう． 
  
４．学生の UFDの利用と 
最近の UFDの傾向 
 
 学生がどのクライアント端末からでも自分の作成
したファイルをアクセスできるように，ファイルサ
ーバは必須であるが，容量の制限のために，学生に
入学時に UFD を購入させる方法をこの５年間採って
きた（それまでは FD１～２枚）．昨年度は容量 1GB
のものを 3,000 円弱で共同購入することができた．
これは，一昨年度と比べ，コスト当たりの容量が約
4 倍にもなっている．さらに本年度は高速タイプの
ものを，2GB で 2,000 円台で購入できた． 
 このような UFD の大容量化により，学生が授業で
使うソフトをすべてここに入れてしまい，任意のパ
ソコンで利用できるユビキタスな環境が構築可能に
なった． 
 
 
５．Windows環境での UFDの効果的利用 
 
 このようなユビキタス環境を構築する際の障害は，
Microsoft Office である．このアプリケーションは
有償であること，ポータブルな形でインストールで
きない，などがその理由である．この場合，これに
代わるものとして OpenOffice.org の利用が考えら
れる．Microsoft Office との互換性が向上している
こと，安定性が増していること，操作が類似してい
ること，レジストリを使用しないでどこにもインス
トール可能なポータブル版があること，などから，
OpenOffice.org を採用するリスクは非常に小さく
なったと思われる．インターネットブラウザやメー
ラについても，FireFoxや Thunderbirdなどのポー
タブル版も利用すれば可能である． 
 本校では入門教育としてタッチタイプ練習を重要
視しているが，昨年度は FastType というフリーソ
フトを用いた．このソフトはインストール不要でレ
ジストリを使わないため，学生が各自の UFD に入
れておけば，練習記録を含めていつでもどこでも練
習できるメリットがある． 
 
 
６．KNOPPIX環境での UFDの効果的利用 
 
 アプリケーションのみならず，OSまでを UFDに
押し込めてしまうことも考えられる．Windowsにも
緊急時対策を目的としてこれを可能にする手法もあ
る 2)が一般的ではない． 
そこで考えられるのが１CD ブート OS として著
名な KNOPPIXを用いる方法である．KNOPPIXで
は，「継続的な KNOPPIX ディスクイメージの作
成」を UFD 上に行う 3)ことで，CD-ROM と USB
フラッシュメモリのみを携帯するだけで任意のパソ
コンで利用可能である． 
本校では，一昨年度より，４年生の選択科目「情
報処理応用 A」ならびに「情報処理応用 B」におい
て，この方法を用いて授業を行ってきた．5.1 版か
らは，起動が大幅に高速化されたので，HDD 起動
の Windows と大差ない起動が可能となり，従来か
らの起動が遅いという短所は払拭されつつある． 
さらに，5.1版以降には動作している KNOPPIX 
 
表 1 ソフトウェア一覧 
 Windows XP Professional Version 2002 Service 
Pack 2 
 Microsoft Office (Word 2003, Excel 2003, 
Powerpoint 2003)  
 Symantec AntiVirus  
 Internet Explorer  
 Mozilla Firefox  
 AL-Mail32  
 SolidWorks (3DCAD) (2007, 2001plus)  
 ALC NetAcademy (TOEICテストアップコース)  
 秀丸  
 Adobe Acrobat Reader  
 Zeon DocuCom (PDF変換ソフト)  
 Cygwin  
 Borland C++ Compiler 5.5 (日本語版)  
 LSI C-86  
 Salford FTN77  
 JDK 6 
 WinShell, dviout (TeX関連ソフト)  
 Maxima (数式処理ソフト)  
 Dynamic Draw Professional 4  
 Pixia  
 GIMP  
 QuickTime  
 Lhaplus 
 gnuplot 
 PIC開発ソフト各種 
 H8開発ソフト各種 
 その他 
堀内泰輔・横山靖樹 
4 
から，起動可能な UFD を作成するための
mkbootdev コマンドが実験的に入っている 3)．UFD
から OSが起動可能なパソコンはまだ一般的ではな
いが，本校の新システムではこれが可能である．
UFD の容量が 2GB 程度のものならば，OS とアプ
リケーション，ユーザファイル領域のすべてを１本
の UFD に収納でき，よりユビキタスな環境が構築
できる． 
 
 
７．UFD利用の問題点 
 
 昨年度の１年生に共同購入させた 1GBの機種（価
格は 2,700円）では，初期不良が多く見られた．昨
年度 1年間を通して 1割強の学生が交換を申し入れ
てきた．1 年間の保証はあるが，それ以降の高専在
学中も、問題なく使えるものを使わせてあげたい。 
 UFD利用上の最大の問題は，UFDの忘れ物・紛
失が非常に多いことである．価格が低下するにした
がいこの傾向は強くなる．加えて，容量は増えてお
り，個人情報等の流出のリスクも大きい．一昨年度
途中で記名の徹底と内部への所有者ファイルの作成
を行い，昨年度は氏名シールを提供し貼らせること
を徹底したが，事態はそれほど好転できなかった． 
 OSの UFD起動では，新たな問題が浮上した．セ
ンターではセキュリティ対策として，BIOS の変更
にはパスワードが必要な設定にしてある．しかし新
システムでは，UFD からの起動を行うときは毎回
BIOS 上でのブート順位の変更設定が必要な仕様に
なっている．学生はパスワードを知ることはできな
いので，学生による OS の UFD 起動は実際上でき
ない点が問題となる． 
 
 
８．本年度における UFDの本格的活用 
 
 以上は昨年度での UFD の利用状況であるが，問
題点を以下の通り羅列する． 
 
① UFDの忘れ物が多い（自宅，端末室，両方で）． 
② UFDの不良が多い． 
③ UFD のデータ転送が低速であるため，UFD 内
のアプリケーションの実行や，大きなファイルの
入出力に時間がかかる． 
④ UFD内に収容できるソフトは，授業で用いたア
プリケーションのごく一部であったため，UFD
を完全なユビキタス環境として用いることがで
きなかった． 
⑤ 「継続的な KNOPPIX ディスクイメージ」を
UFD 内に作成する設定操作を，学生（1 年生）
に行わせたが，操作が煩雑なことから，トラブル
に見舞われた． 
 
今年度は，以上の問題を解決すべく，以下のような
解決策を行っている．なお，各解決策の番号につい
ては，上記の問題点に対応する． 
 
① 授業で常に持参するバインダに UFD をストラ
ップで結びつける（バインダ，UFD，ストラッ
プは共同購入）． 
② 過去 5 年間の利用実績から，信頼性の高いメー
カの UFDを選ぶ．→グリーンハウス製 
③ 高速タイプの UFDを選ぶ． 
④ 容量を 2GBとして，授業で用いる殆どのアプリ
ケーションを収容する．収容するアプリケーショ
ンは，フリーソフトを厳選して収容する． 
⑤ UFD の配布前に設定済みの設定ファイルを
UFDに入れてから，配布を行う． 
 
表 2 UFD 収容アプリケーションの一覧 
ソフトの種類 ソフトの名称 
ランチャー あやめ 
ワープロ OpenOfficeWriterPortable 
表計算 OpenOfficeCalcPortable 
プレゼン OpenOfficeImpressPortable 
数式入力 OpenOfficeMathPortable 
図作成 OpenOfficeDrawPortable 
データベース OpenOfficeBasePortable 
Web ブラウザ Sleipnir 
メーラー Edmax 
エディタ EmEditor 
タッチタイプ練習（初級） 3ttyping 
タッチタイプ練習（上級） Ozawa-Ken 
描画（初級） Pixie 
描画（上級） GIMPPortable 
Web ページ作成 Ezhtml 
ファイル転送 FFFTP 
PDF ビューア Foxit Reader 
画像ビューア Xnview 
音楽ファイル再生 Kbmplay 
ファイル表示 XF 
画面キャプチャ CapWrite 
プログラミング言語 ドリトル 
プログラミング言語 Python 
数式処理 wxMaxima 
パソコン情報表示 PCView 
本校における情報処理教育環境と学生携帯メディア環境について 
5 
現時点（5 月半ば）では，UFD の忘れ物の減少，
初期不良の減少の点で，効果が得られている．それ
以外の問題点については，今後の授業において各種
アプリケーションの利用を予定しており，その際に
対策の効果を確認できると考えている．④の UFD
収容アプリケーションについては，本校と学生のパ
ソコン環境を考慮して，Windows XPと Vistaの両
方の OSで実行可能なものを選択した．表２に UFD
収容アプリケーションの一覧を示す． 
  
９．おわりに 
 
 本論では，本校の新システムとその管理手法を紹
介した．さらに後半では，UFD を用いた新しい情
報教育システムの提案を行い，その完成について述
べた．パソコンのハードウェアがこれほど低価格化
し，ソフトウェアについてもアプリケーションのみ
ならず OSについてもフリー化の波が高くなってき
た．従来の「ソフトは買うべきもの」から「皆が使
うインフラとしてのソフトはフリーで使えるべきも 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
の」という意識の変化が一段と大きくなっている．
情報処理教育の現場にいる我々にとってもこれは歓
迎すべきことであり，今後一層の教育の質と効果を
高めるべく，試行錯誤を繰り返していきたい． 
 
 
参 考 文 献 
 
1) 長野高専情報教育センターWebページ， 
http://www.cc.nagano-nct.ac.jp/index.html 
2) USBメモリーからブートするシン・クライアン
ト，菅井光浩，
http://itpro.nikkeibp.co.jp/members/SI/ITARTI
CLE/20050706/164051/ 
3) KNOPPIX5.1基礎からのかんたんLinuxブック，
福田和宏，ソーテック社 (2007.3) 
4) KNOPPIX Japanese Edition，
http://unit.aist.go.jp/itri/knoppix/ 
5) USBメモリー活用バイブル（改訂版），日経PC21
編，日経 BP社 (2008.3) 
 


本校における情報処理教育環境と学生携帯メディア環境について

中村, 護光

小澤, 志朗

奥村, 信彦

冨永, 和元

高桑, 潤

実力テストにみる長野高専3 年生の英語力の問題点

深井, 郁夫

中澤, 啓明

高橋, 好身

岡田, 学

川尻, 將洋

超音波振動を用いたアルミ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 
高橋好身*3・岡田 学*4 ・川尻將洋*5 
 
Mechanical Properties of Aluminum Alloy Casting with Ultrasonic Vibration 
 
NAGASAKA Akihiko, FUKAI Ikuo, NAKAZAWA Hiroaki 
TAKAHASHI Yoshimi, OKADA Manabu and KAWAJIRI Masahiro 
 
Recently, on countermeasures against global warning, energy conservation by weight saving of materials such as transport 
machinery metals is required to reduce CO2 and environmental burden. Weight saving of materials demands improvement of 
its mechanical properties. As a way of that improvement, grain refinement is also demanded. 
 In grain refinement on casting process, three methods are given. a) add vibration to molten metal on solidifying, b) increase 
cooling speed, c) add refinement agent to molten metals. However b), c) aren’t good methods from recycle and cost 
perspective. 
 Vibration of a) is grouped into three categories, ultrasonic vibration, magnetic vibration, mechanical vibration. Ultrasonic 
vibration has higher vibration energy than any other vibrations. Therefore in this study, ultrasonic vibration was added to 
molten aluminum which meltdown temperature is various, and its mechanical properties (tensile strength (TS) , yield strength 
(YS) , total elongation (TEl) and Vickers hardness (HV) ) was held on examination. 
 TS ,YS, HV of sample weren’t heighten, however TEl was improved. We attributed spreading of Mg silicide which exists in 
boundary phase of primary α to that improvement. 
  
 
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 
地球環境への負荷軽減のため自動車などの軽量化に
よる省エネルギー化が要求されている．材料の軽量化
には素材の機械的特性の向上が要求されアルミニウム
（Al）の複合材鋳物に代表されるように，軽量で
200MPa 級高強度の鋳物が求められている．鋳造にお
いて結晶粒の微細化には，(1)凝固時に振動を付加する，
(2)溶融金属に微細化剤を添加する，(3)凝固時の冷却速
度を大きくする，という方法があるが，(2)，(3)は製品
の形状やリサイクルの観点からあまり好ましくない．
(1)の振動は大きく分けて(a)超音波振動，(b)電気磁気振
動，(c)機械振動に分けられる．これらの振動のうち，
(a)超音波振動が最も振動強度を大きくとることがで
き，溶融金属へ直接付加できるため，現在注目されて 
   
 *  2008年 3月 7日 (社) 日本機械学会にて一部発表. 
  *1 機械工学科教授 
 *2 技術室 
  *3 有限会社 中澤鋳造所 
*4 機械工学科准教授 
*5 生産環境システム専攻 学生 
    原稿受付 2008年 5月 20日 
いる．超音波振動付加による凝固組織の微細化に関す
る研究はこれまでに数多く行われており，様々な振動
付加方法や実験結果が報告されているが，機械的特性
に関するものはあまりない． 
そこで本研究では，溶融状態の Al へ超音波振動をホ
ーンを用いて直接付加し，金型を用いて試験片を作製
し，機械的特性への影響を調査した． 
 
2. 実験方法 
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，自動車用ホイール，航空機用エンジンなど
に用いられる． 
2.2 実験装置および試験作製 
 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
長野工業高等専門学校紀要第 42号（2008）  1-2 
1 
280mmを使用した．本実験で付加した超音波振動の振
幅は 12µmである． 
 図 2に振動を付加する際のホーン，るつぼ，電気炉
の位置関係を示す．電気炉内のるつぼの中で Al を溶解
し，所定の温度でホーンを直接挿入した．ホーン浸漬
深さは液面から 30mmである．ホーン先端から発振さ
れた超音波振動がるつぼ底部で反射され次に来る超音
波振動と打ち消さないようにホーン先端とるつぼ底部
は十分な距離をとっている．振動付加後，JIS4号引張
試験片（金型）の規格に基づいて作製した金型に注湯
し，試験片を 2本作製した．金型には塗型剤を吹き付
け，300～400℃に予熱した． 
2.3 超音波振動付加実験 
図 3に超音波振動付加温度を示す．等温保持しなが
ら振動付加する場合，液相線を越えながら振動付加す
る場合の実験を行った．詳細は以下のとおりである． 
（a）完全に液相状態である 710℃での超音波振動付加
から行い 680℃，660℃，640℃と付加温度を下げた．
いずれも振動付加時間は 60sec であり，振動付加中は
電気炉で等温保持し，付加終了後直ちに注湯した．振
動付加される AC4CHの質量は 1.5kgで，鋳込温度は
振動付加温度と同じである． 
（b）超音波振動付加温度を 660℃に設定し，振動付加
時間を 3600secで実験を行った． 
（c）供試材を 750℃で融解後，605℃まで温度を下げ，
超音波振動付加開始．3600sec 後，660℃まで昇温し注
湯した（図 4(a)）．これを 605*と呼ぶこととする．  
（d）供試材を 750℃で融解後，温度を下げ，660℃で
振動付加を開始し 605℃まで温度を下げた．3600sec 振
動付加後， 660℃まで昇温し金型へ注湯した（図 4(b)）． 
これを 605**と呼ぶこととする． 
引張試験は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
で行った．  
 
3. 実験結果および考察 
図 5に試験片の顕微鏡組織を示す．硝酸でエッチン
グを行い観察している．(a)は超音波振動（以下，US）
付加なし，(b) 660℃で USを付加したものである．切
断法による平均粒径はそれぞれ 62.3µm ，57.8µmであ
り，大澤ら 7)の報告とは異なり，超音波振動付加によ
る明確な微細化とは確認できなかった． 
図 6に試験片の機械的特性と超音波振動付加温度の
関係を示す．引張強さ TSにおいて，USの効果は見ら
れないが，ばらつきは小さい（図 6 (a)）．これは，超
音波振動装置の出力に対して付加される AC4CHの質
量が大きすぎたためと考えられる．降伏応力 YSは， 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 2 ホーンとるつぼの位置関係 
図 3 超音波振動付加温度 
図 1 超音波振動実験装置 
図 4 振動付加温度（(a)605*，(b)605**） 
                        長坂明彦・深井郁夫・中澤啓明・高橋好身・岡田 学・川尻將洋 
(a) (b) 
2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 5 光学顕微鏡組織（(a)超音波振動無し，(b)超音波振動あり（660℃，60sec）） 
100µm 
図 7 走査型電子顕微鏡画像（(a)超音波振動付加無し，(b)超音波振動あり（605**）） 
50µm 
Primary α 
                            超音波振動を用いたアルミ合金鋳物の機械的特性                
3 
図 6 試験片機械的特性（(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） 
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
(a) (b) 
(a) (b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
US により低下する傾向を示す（図 6 (b)）．全伸び 
TElは，USにより 2倍程度大きくなる．（図 6 (c)）． 
これは YSが低下したことも影響していると考えら
れる．ビッカース硬さ HVは，605**で大きく低下する
（図 6 (d)）． 
 図 7 (a)に US付加無し，(b) に US付加有りの試験片
破断面の走査型電子顕微鏡（SEM）画像を示す．Primary 
α 界面で破断していることが分かる．また，Primary α
界面の共晶相に細長い化合物が存在しており，US を
付加したことによってその化合物が細かく分断され，
分散していることが分かる．図 8に EPMA分析結果を
示す．Mg-rich が共晶相上に存在していることや，散
布図解析よりMgは Siと相関があることからMgシリ
サイドを形成していることがわかる．以上のことから，
破断部分に存在する硬質な Mg シリサイドが US 付加
によって分散されたことが TElの改善に寄与したと考
えられる． 
4. 結言 
 本研究では超音波振動装置を用い，溶融状態の
AC4CH に超音波振動を付加し，鋳造した試験片の機
械的特性を調査した．主な結果は以下のとおりである． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
出力600Wの超音波振動装置を用いて，1.5kgのAC4CH
に超音波振動を付加した場合，結晶粒の微細化効果は
小さいが，全伸び TElが改善された． 
 
 
 
 
参考文献 
1）小林俊郎：アルミニウム合金の強度，内田老鶴圃，
(2001)，324 
2）N.Oonishi，T.Takaai，Y.Nakayama，K.Ninomiya：
J.Jpn.Inst.Light Met.，46（1996）365-370 
3）Y.Nakayama：J.Jpn.Inst.Light Met.，44（1994）216-221 
4）永井寛：埼玉県産業技術総合センター研究報告
（2004），2． 
5）日本金属学会：金属データブック，丸善株式会社，
（2004），193 
6）本村隆寛，恒川好樹，奥宮正洋：鋳造工学第 151
回全国講演大会講演概要集，(2007) 
7）大澤嘉昭，荒金五郎，高森 晋，佐藤 彰，大橋   
 晋：鋳造工学，71（1999）98-103 
図 8 EPMA分析結果 
                          長坂明彦・深井郁夫・中澤啓明・高橋好身・岡田 学・川尻將洋 
4 


超音波振動を用いたアルミ合金鋳物の機械的特性

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