Repository of NNCT (Nagano National College of Technology)

青木, 博夫

長野工業高等専門学校紀要第 42号(2008)  1-4 
1 
相互誘導等価回路の分類に関する検討 
 
青 木 博 夫＊ 
 
 
Considerations of Classification of the Mutual Induction Equivalent Circuit 
 
AOKI Hiroo 
 
 
Almost textbooks of electric circuits describe that the mutual induction circuit can be 
replaced by T type equivalent circuit including three self inductances.  
However, I found that the plus-minus signs of mutual inductance of equivalent circuits are 
the opposite among some books. Then, I investigated the part of mutual induction equivalent 
circuits in the books that are published for the technical college and the books I judged same 
levels as the former. As result, in almost books of the electric circuit, the descriptions on mutual 
inductance of equivalent circuits have some errors or are incomplete. 
Therefore, I have classified the equivalent circuits in four types, then confirmed the 
classifications are correct using circuit simulator.. 
  
キーワード：相互誘導，等価回路，回路シミュレータ 
１．まえがき 
 
相互誘導回路は，一般的に電気回路教育において 
RLC 直並列回路と並んで，重要項目の一つである．
またほとんどの電気回路の書籍では，この相互誘導
回路は自己インダクタンス３つからなる T 型等価回
路で置き換えることができると記述している． 
ところが筆者は，等価回路のインダクタンスの符号
に関して全く正反対の記述をしている書籍があるこ
とに気がつき，大学高専向きと記載しているかまた
は，筆者がそのように判断した書籍の相互誘導等価
回路に関する部分の調査を行った．その結果，ほと
んどの電気回路の書籍において根本的に記述に誤り
があるか，不備があることが判明した． 
そこで，筆者は相互誘導等価回路を４つのパターン
に整理し，その分類法が正しいことをシミュレーシ
ョンにより確認した． 
２．記述例 
相互インダクタンスMの正負は，コイルの極性と
電流の方向により決定されるものであるから，合計
４つのパターンについて等価回路を考える必要性が
ある．調査した書籍の中にはそのどちらも考慮して
ないものがあった．特に，図１のような２次側に電
源がなく，短絡またはインピーダンスのみの回路で
は，２次側にはコイルの極性に関係なく磁束の変化
を妨げるように起電力が発生するから，必ず負結合
になるはずであるが，正結合としてとして取り扱っ
ているものが多い 1)～3)． 
* 電気電子工学科教授 
  原稿受付 2008年 5月 20日 
L1 L2
-M
I1 I2
(a)
L1 L2
-M
I1 I2
(b)
図１ ２次側無電源の場合 
（a） 
（b） 
青木博夫 
2 
電流の方向を明確にするには，２次側にも電源を入
れる必要があるが，このようにしてあってもコイル
の極性を考慮してないものがある 4)． 
つまり，コイルの極性を無視したもの，および２次
側に電源を考慮しないものが多く理論的に統一が取
れていない． 
一方，例は非常に少ないが，相互インダクタンスの
等価回路については，全く記述してない本もある 5)． 
３． ４種類の組み合せと等価回路の誘導 
コイルの極性と電流の向きを考慮すると，図２の
ように４つのパターンになる．ここで極性とはコイ
ルの巻き方向と考えてもよい．それぞれの回路に対
応する回路方程式は，図２(a)，(b)に対しては表１式
（１）となり，および(c)，(d)に対しては表１式（２）
となる． 
次に T 型回路のパターンは図３の(A)および(B)の
2種類となり，(A)が図２の(a)，(d)に対応し，(B)は(b)， 
 
L1 L2
+M
I1 I2
(a)
L1 L2
+M
I1 I2
(b)
L1 L2
-M
I1 I2
(c)
L1 L2
-M
I1 I2
(d)
 図２ ４つのパターン 
Z3
Z1
I1
Z2
I2
Z3
Z1
I1
Z2
I2
図３ T型回路の２パターン 
(A) 
(B) 
表２  図と式の対応 
図２ 式 
(a) (1)と(3) 
(b) (1)と(4) 
(c) (2)と(4) 
(d) (2)と(3) 
 
2111 MIjILjV  
2212 ILjMIjV  
（２） 
2111 MIjILjV  
2212 ILjMIjV  
（１） 
231311 )( IZIZZV  
232132 )( IZZIZV  
231311 )( IZIZZV  
232132 )( IZZIZV  
（３） 
（４） 
表１ 式(1) ～ 式(4) 
相互誘導等価回路の分類に関する検討 
3 
(c)に対応していることが分かる．また(A)に対する回
路方程式は表１式（３）となり，(B)に対する回路方
程式は表１式（４）となる．これらをまとめると，
表２の組み合わせとなる． 
これらの式の組み合わせから，(a)，(c)に対しては
表３式（５）ができこれを解くと表３式（６）のよ
うになる．これに対する T型等価回路は，図４(1)と
なることが分かる．また(b)，(d)に対しては表３式
（７）ができこれを解くと表３式（８）のようにな
る．これに対する T型等価回路は，図４(2)となるこ
とが分かる．これを表にまとめると表４のようにな
る． 
４． ２次側に電源がない場合の等価回路 
前節の特殊な場合として，図１のような２次側に電
源がない回路の場合についての等価回路の誘導を行
う．回路方程式は，どちらの場合も表５式（９）の
ようになる．また T 型回路は図３で V2 を取り去り
そこを短絡したものとなる．それらを（A’），(B’)と考
える．これらから（A’）に対しては表５式（10）が，
（B’）に対しては表５式（11）が導かれる．そこで
図１(a)については，表５式（９）と表５式（10）か
ら表３式（７）を経由して表３式（８）が導かれる． 
これに対応する等価回路は図４(2)になることがわ
かる．また図１(b)については，表５式（９）と表５
式（11）から表３式（５）を経由して表３式（６）
が導かれる．これに対応する等価回路は図４(1)にな
ることがわかる．  
５．シミュレーション 
以上の分類法および等価回路が正しいか否か，回
路シミュレータにより確認を行った．ここで用いた
      表４ 図２と図４の対応 
図２ 図４ 
(a) (1) 
(b) (2) 
(c) (1) 
(d) (2) 
 
131 LjZZ  
232 LjZZ  
MjZ3  
)( 11 MLjZ  
)( 22 MLjZ  
MjZ3  
131 LjZZ  
232 LjZZ  
MjZ 3  
)( 11 MLjZ  
)( 22 MLjZ  
MjZ 3  
（５） 
（６） 
（８） 
-M （７） 
表３ 式(5) ～ 式(8) 
（
（
(2)                                            
図４ ２種類のT型等価回路 
L1+M 
-M -M 
 1  L 2 +M 
 -M
(1)                                            
L 1 -M L 2 -M 
 +M
（11） 231311 )( IZIZZV  
23213 )(0 IZZIZ  
（10） 231311
)( IZIZZV  
23213 )(0 IZZIZ  
（９） 2111
MIjILjV
2210 ILjMIj
 
表５  式(9) ～ 式(11) 
青木博夫 
4 
シミュレータは，Micro-Cap 7/Evaluation版である． 
図５(a)は図２(a)に相当する回路である．ここで
L1=5[mH]， L2=10[mH]，結合係数 k=1に設定した．
ここで１次および２次回路に 0.1[Ω]を挿入してある
のは，シミュレータでは，電源とコイルを並列に接
続するとエラーになるからである．ここでは電源の
周波数を 1[kHz]に設定したので，0.1[Ω]はリアクタ
ンスに比較して無視できる値である． 
また図５(b)は，３つのインダクタンスを正しい値
に設定したものである．つまり T型の左側部分が L1
－M，右側部分が L2－M，垂直部分がMとなる．こ
こで Mは L1と L2 の積の平方根に k を掛けたもの
である．その解析結果が図６となる．図６中に各波
形には，図５の接続点番号を明記してある．また図
６の上から３つめの波形は，接続点④の電圧から⑩
の電圧の差より求めている．これはシミュレータの
グランドを一次側に設定したためである．図６より，
元の回路と等価回路での波形が全く同一となり，こ
(a) 
(b) 
  図５ 正しい設定 
図７ 間違った設定 
図６ 正しい波形 図８ 間違った波形 
相互誘導等価回路の分類に関する検討 
5 
の等価回路のインダクタンスの値が正しいことが分
かる． 
次に元回路は同じままで，T型の左側部分を L1+M，
右側部分を L2+M，垂直部分が－M と設定したもの
が図７である．これで解析を行うと図８のようにな
り，波形が一致しないことが分かる．このことから
図７は図５(a)の等価回路でないことは明白である． 
以上のように，図２のすべての組み合わせにおいて，
正しい設定とそうでないものについてシミュレーシ
ョンを行い，表２の組み合わせが正しいことを確認
した．また２次側に電源がない場合についても同様
に確認した．なおシミュレータでは，コイルの極性
符号（ドット）は回路図上では反転表示できないが，
結合係数ｋの符号を負にすることで，実質的に極性
を反転することができる． 
６．あとがき 
相互インダクタンスを含む回路のT型等価回路は，
単に，相互インダクタンスMの符号の正負により T
型等価回路が決まるものではないことを明確にした． 
M の符号は，コイルの極性（巻き方向）と電流の
向きによって決まるものであるから，４種類のパタ
ーンについてすべて記述すべきものである．もし教
科書等のスペースの関係ですべてのパターンについ
記述できないとすれば，等価回路を誘導した前提条
件を明確にすべきである． 
参考文献 
たとえば 
１）鍛冶光悦，岡田新之助：「電気回路（１）」，p61，
コロナ社(2002) 
２）早川義晴，松下祐輔，茂木仁博：「電気回路（１）」，
p136，コロナ社(2005) 
３）瀬谷浩一郎：「電気回路テキスト」，p145，日
本理工出版会(1994) 
４）高田和之，坂 貴，井上茂樹，愛知久史：「電
気回路の基礎と演習」，p118，森北出版(2005) 
５）西巻正郎，森 武彦，荒井俊彦：「電気回路の
基礎」，森北出版(1993) 
 


Japanese

相互誘導等価回路の分類に関する検討

柳澤, 吉保

高山, 純一

廣川, 和希

マルチエージェントを適用したネットワーク信頼性評価のための交通行動モデルの構築

古川, 万寿夫

長野工業高等専門学校紀要第 42号(2008) 2-2 
1 
出前授業の実践報告 
―平成19年度の理科教育活動の場合― 
 
古川 万寿夫* 
 
 
A Report of Activities for Science Education Carried Out in 2007 
 
FURUKAWA Masuo 
 
キーワード：出前授業，教職員研修，指導者研修，地域貢献，小学校，中学校，理科教育，科学体験 
 
１．はじめに 
筆者は長野県地域において出前授業をはじめとした理科
教育活動を平成14年から実施してきている．本報告は平成
19年度における筆者の理科教育活動について述べるもの
である．なお，平成17年度までの理科教育活動は出前授業
が中心で文献１），２），３），４），５）などにおいてすで
に報告した． 
平成19年度において28件の出前授業および7件の出前
授業以外の理科教育活動を行った．出前授業以外の理科教
育活動は児童館指導員研修会，長野県教育委員会理科エキ
スパート活用推進事業および小中学校教職員の教育研究会
への講師協力である．本報告では，平成19年度に実施した
理科教育活動の実施実績について述べるとともに，初めて
本年度に実施した児童館指導員研修会および理科エキスパ
ート活用推進事業への講師協力についても報告する．  
２．平成19年度の出前授業 
筆者は平成 19年度において出前授業のテーマとして次
の6つを用意した．平成18年度までテーマとして開設して
いた「コンピュータで電車を運転してみよう」は実施依頼
が5年間なかったため今年度から取りやめた． 
１）びっくり！超低温実験ショー 
２）めざせ！技術者・科学者 あなたの進路は？ 
３）たのしい科学工作や実験をしてみよう 
４）移動技術科学館 
５）ふしぎ？科学マジック 
６）飛べ！ ペットボトルロケット 
各テーマ別の実施件数を表1に示す．「ふしぎ？科学マジッ
ク」は12件実施され，最も多く依頼があったテーマである．
続いて，「びっくり！超低温実験ショー」を9件，「たのし
い科学工作や実験をしてみよう」を4件，「移動技術科学館」
を2件，「飛べ！ ペットボトルロケット」を1件実施した．
「めざせ！技術者・科学者 あなたの進路は？」は依頼が
1件あったが予定が合わなかったため，他の教員に実施し
てもらった． 
表2に平成19年度に筆者が実施したすべての出前授業
の実施日，出前先，内容，対象者などを示す．出前授業の
総実施件数は合計28件であった．出前授業の依頼機関別の
実施件数は，中学校が1件，小学校が13件，小学校PTA
が2件，児童クラブが1件,公民館・育成会が8件，本校後
援会が1件，その他が2件であった．実施件数は昨年度に
比べて 1.5倍に増加した．表2の最上段に記した｢どきど
き！長野高専スカイパーク科学館｣は移動技術科学館を規模
拡大して実施したもので，全校を挙げて行った出前授業で 
表1 各テーマの実施件数 
テ ー マ 名 
実施
件数 
１）びっくり！超低温実験ショー 9 
２）めざせ！技術者・科学者 あなたの進路は？ 0 
３）たのしい科学工作や実験をしてみよう 4 
４）移動技術科学館 2 
５）ふしぎ？科学マジック 12 
６）飛べ！ ペットボトルロケット 1 
合      計 28 
 * 電気電子工学科准教授 
   原稿受付 2008 年5 月20 日 
古川万寿夫 
2 
表2 平成19年度に実施した理科教育活動（出前授業） 
実 施 日 テ ー マ 出前先 内   容 
講 
師 
対 象 者 
平成19年5月26日(土)，
27日(日） 
｢どきどき！長野高専スカイ
パーク科学館｣ 
 ・科学実験体験コーナー（7） 
 ・実演工作コーナー （11） 
ＴＯＹ ＢＯＸ  
信州スカイパーク 
サービスセンター 
古川担当ブースは「ふしぎ？科学マジ
ック」「科学探検ひろば」 
古川 
その他
教員 
小学生・中学
生・保護者･
770名 
平成19年6月3日（日） 移動技術科学館 松本市中川小学校 ふしぎ？科学マジック 
科学探検ひろば 
古川 小学生・保護
者 
平成19年 6月 19日（火） びっくり！超低温実験ショー 千曲市埴生中学校 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 中学3年生･26
名 
平成19年 ７月 3日（火） 飛べ ペットボトルロケット 木島平村北部小学校 ペットボトルを用いた水ロケットの
製作 
古川 小学4年生･20
名 
平成19年7月6日（金） たのしい科学工作や実験をし
てみよう 
茅野市北山小学校 紙コップスピーカの工作 古川 小学 4～6年
生･12名 
平成19年 7月 19日（木） ふしぎ？科学マジック 長野市芋井小学校 科学の原理を用いたマジックの実演
とマジックグッズの工作 
古川 小学1･2学生･
5名 
平成19年 7月21日（土） びっくり！超低温実験ショー 長野高専後援会松本
支部 
液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 中学生 
平成19年 7月31日（火） ふしぎ？科学マジック 長野市信田児童クラ
ブ 
科学の原理を用いたマジックの実演
とマジックグッズの工作 
古川 小学生･30名 
平成19年8月1日(水） ふしぎ？科学マジック 長野市吉田公民館 科学の原理を用いたマジックの実演
とマジックグッズの工作 
古川 小学生･30名 
平成19年8月25日（土） ふしぎ？科学マジック 飯山市秋津活性化セ
ンター 
液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学生･20名 
平成19年8月31日（金） たのしい科学工作や実験をし
てみよう 
佐久市浅科小学校 紙コップスピーカの工作 古川 小学生･30名 
平成19年9月3日（月） びっくり！超低温実験ショー 長野市芹田小学校 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学生･16名 
平成19年9月26日（水） びっくり！超低温実験ショー 飯山市飯山小学校 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学4～6生･
20名 
平成19年9月28日（金） びっくり！超低温実験ショー 茅野市北山小学校 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学4～6年･
12名 
平成19年 10月 21日（日） びっくり！超低温実験ショー 長野市若穂公民館 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学生･40名 
平成19年 10月22日（月） びっくり！超低温実験ショー 佐久市浅科小学校 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学3～6年･
80名 
平成19年 11月10日（土） ふしぎ？科学マジック 長野市中条公民館 科学の原理を用いたマジックの実演
とマジックグッズの工作 
古川 
 
小学 1～6年
生･60名 
平成19年11月 17日（土） びっくり！超低温実験ショー 長野市徳間小学校Ｐ
ＴＡ 
液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学 1～6年
生･90名 
平成19年11月 17日（土） ふしぎ？科学マジック 長野市 社会福祉法
人長野りんどう会 
科学の原理を用いたマジックの実演 古川 
 
 
利用者，保護
者，職員･15
名 
平成19年12月8日（土） ふしぎ？科学マジック 長野市三輪公民館 科学の原理を用いたマジックの実演
とマジックグッズの工作 
古川 小学生20名 
平成19年12月11日（水） たのしい科学工作や実験をし
てみよう 
売木村売木小学校 音で踊るモールへびと紙コップスピ
ーカの工作 
古川 
 
 
小学 1～6年
生･36名 
平成19年12月11日（水） ふしぎ？科学マジック 売木村売木小学校 科学の原理を用いたマジックの実演
とマジックグッズの工作 
古川 小学 1～6年
生･36名 
平成19年12月21日（金） ふしぎ？科学マジック 茅野市北山小学校 科学の原理を用いたマジックの実演 古川 小学 4～6年
生･12名 
平成20年1月１9日（土） たのしい科学工作や実験をし
てみよう 
浅川公民館 ゲルマニウムラジオの製作 古川 小・中学生･25
名 
平成20年2月2日（土） ふしぎ？科学マジック 上田市西小学校ＰＴ
Ａ 
科学の原理を用いたマジックの実演 古川 小学生・保護
者･35名 
平成20年2月23日（土） ふしぎ？科学マジック 朝陽公民館 科学の原理を用いたマジックの実演
とマジックグッズの工作 
古川 小学生･40名 
平成20年3月7日（金） びっくり！超低温実験ショー 飯田市山本小学校 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学5年生･59
名 
平成20年3月22日（土） ふしぎ？科学マジック 飯山市公民館 科学の原理を用いたマジックの実演
とマジックグッズの工作 
古川 小中学生･30
名 
平成19年度における理科教育活動の実践報告 
3 
を拡大して実施したもので，全校を挙げて行った出前授業で
ある．この｢どきどき！長野高専スカイパーク科学館｣につい
ては機会があれば別に報告をしたい．また，茅野市北山小学
校で実施した3件の「たのしい科学工作や実験をしてみよ
う」は小学校理科クラブの年間を通じた計画における実施で
ある． 
 その他，出前授業以外の理科教育活動として実施したもの
を表3に示した． 
３．児童館指導員研修会への講師協力 
長野県児童館連絡協議会の依頼により，同協議会が主催
する長野県児童館東北ブロック後期研修会における 90分
間の科学あそびの科目として「たのしい実験や工作をして
みよう－わくわくサイエンス体験で科学を伝えよう－」と
題した講義の講師を担当した．この研修会は児童館の2級
指導員資格の講習会でもあり，長野大学の講師による集団
援助活動の科目も併設されていた． 
この研修内容について述べる．児童館で指導員が子ども
たちに対して教えることができる研修内容とした．まず，
最初に科学マジックの実演を20分間で行った．実演したマ
ジックは「絶対に光らない電球」，「手の中の透視」，「見つ
めるとゆれる振り子」および「念力で沈む魚」の4つであ
る．次に，図1に示す「浮沈子」，図2に示す「音で踊る蛇」
および図3に示す「着せ替えCDゴマ」の工作実習を70分
で行った． 
４．理科エキスパート活用推進事業への講師協力 
「理科エキスパート活用推進事業」は，長野県教育委員
会が理科専門家を小学校の理科授業に特別講師として派遣
をする事業である．あらかじめ教育委員会の特別講師の人
材リストに登録した講師の中から，教育委員会の理科コー
ディネータが小学校側の要望に合わせて講師を選定し，派
遣をするものである． 
筆者は，この事業の人材リストに登録し，特別講師とし
て派遣され，科学マジックを題材として5件の授業を行っ
た． 
基本的に筆者が実施している出前授業「ふしぎ？科学マ
ジック」に準じた内容の授業を行ったが，理科エキスパー
ト活用推進事業は理科授業の支援という側面があり，出前
授業に比較して授業内容が理科の学習指導内容に即してい
る必要がある． 
本授業の対象となった小学5年生の理科の学習指導内容
には，振り子および力のつりあいが含まれている．「超能力
ふりこ」が振り子に関するマジックである．また「念力で
沈む魚」は浮沈子を使っており，力のつりあいに関するマ
ジックである．「超能力ふりこ（見つめるとゆれるふりこ）」
表3 平成19年度に実施した理科教育活動（出前授業以外） 
実 施 日 活動形態 会名称・会場・主催者 テーマおよび内容 
講 
師 
対 象 者 
平成19年10月12日（金） 児童館指導
員研修会講
師 
長野県児童館東北信ブ
ロック後期研修会・千
曲市老人福祉センタ
ー・長野県児童館連絡
協議会 
テーマ：わくわくサイエンス体験で科学を伝えよう 
内 容：科学の原理を用いたマジックの実演．浮沈
子の工作．音で踊る蛇の工作．着せ替え CDゴマの
工作 
古川 児童館指導員
大人130名 
平成19年11月27日（水） 理科エキス
パート特別
講師 
理科エキスパート活用
推進事業・佐久市田口
小学校5年1組・長野
県教育委員会 
テーマ：科学マジックを題材とした理科授業 
内 容：科学の原理を用いたマジックの実演とマジ
ックグッズの工作．浮沈子を用いた力のつりあいの
説明．超能力ふりこを用いた振り子の説明． 
古川 
 
 
小学5年生･30
名 
平成19年11月27日（水） 理科エキス
パート特別
講師 
理科エキスパート活用
推進事業・佐久市田口
小学校5年2組・長野
県教育委員会 
テーマ：科学マジックを題材とした理科授業 
内 容：科学の原理を用いたマジックの実演とマジ
ックグッズの工作．浮沈子を用いた力のつりあいの
説明．超能力ふりこを用いた振り子の説明． 
古川 小学5年生･30
名 
平成19年12月6日（水） 理科エキス
パート特別
講師 
理科エキスパート活用
推進事業・長野市東条
小学校5年1組・長野
県教育委員会 
テーマ：科学マジックを題材とした理科授業 
内 容：科学の原理を用いたマジックの実演とマジ
ックグッズの工作．浮沈子を用いた力のつりあいの
説明．超能力ふりこを用いた振り子の説明． 
古川 小学5年生･19
名 
平成19年12月6日（水） 理科エキス
パート特別
講師 
理科エキスパート活用
推進事業・長野市東条
小学校5年2組・長野
県教育委員会 
テーマ：科学マジックを題材とした理科授業 
内 容：科学の原理を用いたマジックの実演とマジ
ックグッズの工作．浮沈子を用いた力のつりあいの
説明．超能力ふりこを用いた振り子の説明． 
古川 小学5年生･22
名 
平成19年12月6日（水） 理科エキス
パート特別
講師 
理科エキスパート活用
推進事業・長野市東条
小学校6年1組・長野
県教育委員会 
テーマ：科学マジックを題材とした理科授業 
内 容：科学の原理を用いたマジックの実演とマジ
ックグッズの工作．浮沈子を用いた力のつりあいの
説明．超能力ふりこを用いた振り子の説明． 
古川 小学6年生･34
名 
平成20年1月24日（水） 教職員教育
研究会講師 
中部教職員会教育研究
会講座別学習会・伊那
中学校・中部教職員会 
テーマ：わくわくサイエンス体験で科学を伝えよう 
内 容：科学の原理を用いたマジックの実演．浮沈
子の工作． 
古川 小中学校教職
員21名 
古川万寿夫 
4 
を演じた後に，振り子の長さ，おもりおよび周期の関係に
ついて簡単に説明をした．また，「念力で沈む魚」を演じた
後に，重力と浮く力のつりあいについて説明をした． 
「念力で沈む魚」で使用した浮沈子を子供たちに授業中
に製作してもらった．また，自宅で工作に挑戦できるよう
に，「超能力ふりこ（見つめるとゆれるふりこ）」のマジッ
クグッズの材料と作り方を書いた説明書を配布し，是非工
作してみるように勧めた．本授業は小学5年生19名，小学
5年生22名，小学5年生30名，小学5年生30名のクラス
および小学6年生34名に対してそれぞれ90分の授業を5
件行った． 
５．まとめ 
平成14年より現在まで，出前授業を始めとし理科エキス
パート活用推進事業など子ども向けの理科教育活動を行っ
てきた．これに加えて，平成18年度以後は子どもたちを指
導する立場の教職員や児童館職員に対して理科教育支援活
動を行い始めた． 
特に，子どもたちを指導する立場の教職員や児童館職員
に対しての理科教育支援活動は，直接，子どもたちに理科
体験をさせることに比較すると間接的な活動あるが，より
多くの子どもたちに理科体験機会を供給するためには有効
な手段であると考える．仮に児童館指導員研修を例にとっ
て効果を試算すると，今年は大人130名が児童館指導員の
研修を受講されている．児童館に戻って，仮に1名の指導
員が数年間に100名の子供たちに何らかの理科体験を実施
したとする．そうすると，1件の指導員研修がもととなっ
て，間接的ではあるが，のべ13,000名もの子どもたちに対
して理科体験を行ったことになる． 
より多くの理科好きな子どもを育成するために，今後は
指導者に対する理科教育支援活動も広げていくことも重要
であるといえる． 
参考文献 
１）古川万寿夫： 平成16年度における出前授業の実践報
告，長野工業高等専門学校紀要，第 39号，pp.119～
122(2005.6) 
２）古川万寿夫： 平成17年度における出前授業の実践報
告，長野工業高等専門学校紀要，第 40号，pp.93～
96(2006.6) 
３）古川万寿夫，他：工作や実験を中心とした小中学生向
け出前授業，高専教育，第28号，pp.737～742(2005.3) 
４）古川万寿夫，他：移動する科学博物館をイメージした
屋台形式と授業形式による出前授業「移動技術科学館」，
高専教育，第29号，pp.683～688(2006.3) 
５）古川万寿夫：出前授業「びっくり！超低温実験ショー」
の実践，高専教育，第30号，pp.711～716(2007.3) 
 
図3 着せ替えCDゴマ 
図1 浮沈子 
図2 音で踊る蛇 


出前授業の実践報告 : 平成19 年度の理科教育活動の場合

遠藤, 典男

野口, 俊輔

長野工業高等専門学校紀要第 42 号(2008) 1-5 
1 
 
RC補強用連続繊維シート定着用治具の提案  
 
遠藤典男＊１・野口俊輔＊２  
 
 
Proposition to Jig Fixing on Continuous Sheet to Reinforcement RC  
 
ENDOH Norio and NOGUCHI Syunsuke 
 
 
 Generally, membrane sheets are given to geometrical stiffness as well as their 
own stiffness by acting tensile stress.  Adhering sheets to RC-beam, their 
stiffness are improved and even if cyclic loads acting on reinforced RC, adhered 
sheets are maintained execution state by applying Jig of setting tensile stress.  
Therefore in this research, proposing Jig of setting tensile stress and method of 
setting tensile stress, and evaluating stress state of setting tensile stress in 
sheets.   
 
キーワード：長繊維補強，引張応力導入，治具，アラミド繊維シート 
 
１．緒  論 
鉄筋コンクリート表面に高強度のアラミド繊維シ
ートを接着し構造物を補強する手法は，施工が容易か
つ耐震補強効果が大きいため，現在橋梁の橋脚，集合
住宅の柱部などに対して多くの実績があり，今後も施
工数が増大する可能性が大である．一方，ＲＣ-Ｔ形
はりの主桁，あるいは床版などは車輌の通行による繰
り返し荷重が作用することになり，この影響により，
接着したシートの剥離が生じ，十分な補強効果が継続
しないという問題も指摘されている． 
一般に薄膜状のシートは引張応力を作用させるこ
とにより，シート自身の剛性に加え幾何剛性が付与さ
れることになる．このため，ＲＣへシートを接着する
に際して，引張応力を作用させることにより先述の幾
何剛性がＲＣはりに付与されるとともに，引張応力を
導入するための治具を導入することにより，繰り返し
荷重に対する部材とシートの接着力の向上が期待で
きる．このため本文では，シートに引張応力を導入す
るための治具の提案，および引張応力の導入方法に関
する提起と，引張応力を導入した際のシートの応力状
態を評価するものである． 
コンクリートに予め応力を作用させる手法として
は，プレストレストコンクリートが挙げられるが，こ
れははり軸方向に圧縮応力を作用させ，外力の作用に
より発生する引張応力（曲げモーメントに起因する曲
げ応力）が相殺されることで，コンクリートに圧縮応
力が作用する部分を多くする，すなわちコンクリート
の有効断面積を大きくすることが一般的である． 
一方，本文で提起する手法では，はり軸直角方向―
周方向―へシートを接着すると同時に，シートに引張
応力を作用させることから，はりの支配断面力である
曲げモーメントより生じる曲げ応力とは独立してお
り，外力が作用した際にも初期応力が保持されること
になる．また，シートに引張応力を導入するための治
具を用いることにより，繰り返し荷重による剥離に対
する抵抗性も向上すると考えられる．治具に関しては
経済性，施工性を鑑み現在一般に流通している簡単な
工具であるクランプ（シートの定着に際しては鋼材も
使用）とターンバックル（引張応力の導入）とを溶接
したものを試作しており，その有効性と問題点につい
て言及している． 
２．使用材料 
 本研究で使用したアラミド繊維シートは前田工
繊㈱製のCT714であり，その材料特性を表1に示す．こ
こで，目付け量とは単位面積あたりのシートの重さで
あり，材質が同一であれば目付け量が大きくなると保
障耐力も大きくなる．また，一般に繊維シートの種類
は高強度の繊維が織り込まれる方向（1方向シート，2
＊1 環境都市工学科准教授 
＊2 前橋工科大学（平成19年度卒業研究生） 
原稿受付 2008年5月20日 
遠藤典男・野口俊輔 
2 
方向シート），織り方（グリッド，平織り，3本模写等），
繊維の材質，等で大別されるが，本研究では曲げモー
メントによる引張応力が発生する方向と予めシート
に作用させる引張応力の方向が垂直であることから，
2方向アラミド繊維シートを用いた． 
次に，シートを巻き付ける際のはりに関しては，本
研究の目的がシートに引張応力を導入するための治
具の提案，および引張応力の導入方法に関する提起と，
引張応力を導入した際のシートの応力状態を評価す
るものであることから，ＲＣ製のはりは用いず，木材
を組み合わせ接着した全長910mm，断面寸法が115mm
×180mmのはりを用いた（後述の写真２参照）．木材表
面は，引張力導入時において，シートが滑らかに移動
できるよう，かんなと紙やすりにより十分平滑となる
よう仕上げた．また，先述した理由から，シートとは
りの接着は行なっていないことを付記する． 
３．治具の試作とシートへの引張力の導入 
写真１に試作した治具を示す．同写真において，治
具左部はターンバックルであり，右部はクランプであ
り，両者の端部を溶接した．図１に，はりへシートを
定着させた状態を示す．定着方法を概説すると，まず，
シートを定着長よりもやや長めに裁断した後，クラン
プにより所定の位置で固定する．この後，同図に示す
有孔金属板にターンバックルのフックを掛け，はり断
面の両側面からターンバックルの胴部を回転させ，引
張力を与えた． 
ここで，シートを直接クランプで固定すると，固定
した位置においてシートは局部的に引張応力が増大
すると考えられるため，図２に示す固定方法を適用し
た．すなわち，長方形断面（12mm×16mm）を有する金
属製の棒にシートを一重に巻いた後，上下両面に金属
板（3mm×16mm）を設置した後クランプで固定した．
これにより引張応力導入部以外の部分においても，十
分引張応力を作用させることが可能となると考えた． 
４．引張応力導入状況の検証 
シートの引張応力導入状況を検証するにあたり，ま
ずターンバックルの弾性係数を測定した．これはター
ンバクルの胴部を回転させシートへ引張力を導入す
るため，胴部分のヤング係数を算出することによりシ
ートへ作用させる引張力が既知となると考えたため
である．ヤング係数の算出は，胴部を長方形断面とな
るようヤスリで形成し断面積を測定した後，ひずみゲ
ージを接着し，フックに荷重を作用させ，ひずみを計
測した．荷重増分に伴う応力増分とひずみ増分より，
各の増分毎のヤング係数が算出されるが，これらを平 
表１ アラミド繊維シートの物理的特性 
 構 造 2方向平織り 
 保障耐力  100（kN/m） 
 目付け量   180（g/㎡） 
 引張弾性係数  2060（N/mm2） 
 設計厚さ  0.062（mm） 
 
 
写真１ 試作した治具 
 
図１ 治具によるシートの定着 
 
図２ クランプによるシート固定の詳細 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
写真２ 治具によるシートの定着状態 
金
属
製
板 
クランプ 
ターンバックル 
へ結合 
シート 
金属 
製棒 
溶接 胴部 
有孔金属板 
クランプ 
ターンバックル 
シート 
はり 
断面 
RC 補強用連続繊維シート定着用治具の提案 
3 
均した値を，ターンバックルのヤング係数として使用
した．上述の実験で得られたターンバックルの胴部の
ヤング係数は3.75×107N/mm2となった． 
図３にターンバックの応力と，シートの引張応力
の関係を示す．ここで，シートのひずみは，治具を
設置した断面と同一断面において，はり底部に接着
したゲージによりひずみを計測した．ターンバック
ルの応力は先に得られた胴部のヤング係数と測定し
たひずみの積により算出し，またシートの引張応力
は表１に示すアラミド繊維シートの引張弾性係数と
シートに接着し計測したひずみの積により算出した． 
ターンバックルに作用させた応力が 60N/mm2 程
度までの低応力状態においては，ターンバックルの
応力の 150%～200%程度の応力がシートに作用し
ているのに対し，60N/mm2 を超えるとシートに作
用する応力は 70N/mm2 程度で最大となり，以降の
応力増加はなかった．これは，写真 2 に示すように，
ターンバックルにより大きな引張力を作用させるこ
とにより，はり上部の有孔金属板に弾性変形（曲げ
変形）を生じてしまったことが要因である．すなわ
ち金属板の曲げ耐力がシートの引張強度に比し小さ
く，金属板のフックを掛けた両端の孔の間隔が，は
りの幅よりも広いため，はり断面の端部を支点に曲
げ変形が生じてしまったことにより，シートに引張
力が伝達しなかったためである．したがって，今後
はり上部の金属板と治具の固定部の間隔をはりの幅
と同一にする必要があり，また各々の固定部をより
堅固なものにする必要がある． 
図４はターンバックルの引張応力とはり底部のシ
ートのひずみの関係である．シートを固定する治具
との間においても十分に引張応力が作用しているか
を検証するため，治具を設置した同一断面における
シートのひずみを測定したゲージ１と，治具と治具
の中間のシートのひずみを測定したゲージ２を比較
した．写真４にシートに接着したひずみゲージと治
具の設置場所を示す．同写真中のゲージ１とゲージ
２の間隔は 50mm であり，治具と治具の間隔は
100mm とした．本実験では治具設置間隔が 100mm
と小さいため，引張力が小さい間は治具の中間のゲ
ージ２のひずみのほうが，引張力を作用させる 2 つ
の治具の影響を受け大きなひずみ，すなわち大きな
引張応力が作用した．引張応力が約 45N/mm2 程度を
超えると，治具と同一断面のゲージ１のひずみのほ
うが大きくなり，同一断面上に配置した治具による
引張力の影響が大きくなる．引張応力が 60N/mm2 を
超えると，ゲージ１，２のひずみとも減少しており，
前述した金属板の曲げ変形の影響と考えられる． 
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
シートの引張応力(N/mm
2
)
タ
ー
ン
バ
ッ
ク
ル
の
応
力
(N
/
m
m
 2  
)
 
 
 
写真３ はり上部の有孔金属板の変形（曲げ変形）状態 
0
10
20
30
40
50
60
70
0 500 1000 1500
シートのひずみ(10-6)
張
引
応
力
(N
/
m
m
 2 )
ゲージ１
ゲージ２
 
 
写真４ シートへのひずみゲージ接着状態 
ゲージ１ ゲージ２ 
治具：引張力導入 
図３ ターンバックルとシートの応力 
図４ シートの応力－ひずみ関係 
遠藤典男・野口俊輔 
4 
５．結  論 
今回提案した治具とシートの固定方法により，治
具と同一面内のシート，および治具と治具の中間の
シートにおいても十分な引張力を作用させることが
できた．シートへ導入する引張応力の大きさに関し
ては，既往の研究成果より 20～30N/mm2 を想定し
ており，本文で検証したシートの引張応力の範囲に
おいては治具の溶接部，治具とシートの固定部とも
に不具合はなかった．一方，断面上部において設定
した金属板に関しては，はりの断面形状，金属板と
治具の固定方法など，種々改良する必要があること
がわかった．なお，本文では触れていないが，シー
トへの引張力導入に起因し発生するコンクリートの
フープ応力，およびフープ応力と曲げ応力の合成応
力に対しては未検討なため，今後の課題としたい． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
参 考 文 献 
1）中田，山川，森下，舛田：緊張アラミド繊維ベ
ルトを用いた拘束コンクリート柱の圧縮性状，コ
ンクリート工学年次論文集，Vol.25，No.2，
pp.127-132，(2003.6) 
2）栗橋，岸，三上，張：引張剛性の等しい各種 FRP
シートを接着した RC 梁の曲げ耐荷性状，コンク
リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集 ， Vol.24 ， No2 ，
pp.1429-1434，(2002.6) 
3）遠藤典男，良川一斗：周方向応力作用下の RC
ばりの破壊挙動に関する考察，長野工業高等専門
学校紀要，第 41 号，pp.27-30 (2007.6) 
4）張，岸，三上，小室：下縁かぶり厚さの異なる
FRP シート曲げ補強 RC 梁の耐荷性状に関する
数値解析，コンクリート工学年次論文集，Vol.24，
No2，pp.1795-1800，(2003.6) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


RC補強用連続繊維シート定着用治具の提案

中村, 護光

California Voucher Ballotの背景 : 世論調査と地元紙に基づく歴史的考察

長坂, 明彦

関, 翼

内山, 了治

渡辺, 誠一

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 42号 (2008)  1-1 
1 
 
スケルトンソリのフレーム変形特性* 
 
長坂明彦*1・関 翼*2・内山了治*3・渡辺誠一*4 
生駒良弘*5 ・越 和宏*6・池田芳正*7・松原達郎*8 
 
 
Flame Deformation Properties of Skeleton Sled 
 
NAGASAKA Akihiko, SEKI Tsubasa, UCHIYAMA Ryoji, WATANABE Seiichi, 
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，2010年のバンクーバーオリン 
  
 *  2008年 3月 8日 (社) 日本機械学会 北陸信越支部第
45期総会・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  一般科教授 
 *4  電気電子工学科准教授 
 *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 2008年 5月 20日 
ピックに向けて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，タイムの相関
の算出，プッシュスタートの加速度測定，重力加速度
測定，遠心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 
  
2-1 スタート測定とタイムの相関 
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） 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 1 スパイラルコース 
長坂明彦・関 翼・内山了治・渡辺誠一・生駒良弘・越 和宏・池田芳正・松原達郎 
 
2 
 
50
55
60
65
70
4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
F
T
 (
s)
ST (s)
R=0.75
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 2(a)にプッシュスタートコースを示す．プッシュ
スタート測定は助走区間に 2.0m~3.0m間隔で，地面か
ら 0.09m（ソリの高さ）にアンプ内蔵光電センサ（（株）
キーエンス，PZ-G5）を並べ，区間タイムを測定した．
この区間ごとのタイムの結果から瞬間速度を算出し，
選手の最適な乗車位置を検討した．3)（図２(b)） 
2-2重力加速度，遠心加速度およびひずみ測定 
図 3にソリのフレーム（スクウェア）を示す．重力
加速度および遠心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．ひずみ測
定にはソリのフレームにひずみゲージを貼付し，滑走
時についてのソリの動ひずみを測定した．重力加速度
およびひずみの測定は，信号を記録するコンパクトレ
コーダをバックパックに入れ，滑走者が背負った状態
で測定した．図 4に装置を装着した選手を示す． 
 
3. 実験結果 
 
図 5 にリザルトのスタートタイムと滑走タイム
（ST-FT）の相関を示す．リザルトは，2007年 12月
23 日，スパイラルでの全日本選手権の区間タイムで
ある．選手 30名の 1本目の STと FTの相関係数は R
＝0.75 である．また，図 6 に ST-FT，ST-MT，MT-FT
の 1本目と 2本目の相関係数 Rの関係を示す．スター
トタイムと中間タイム（ST-MT）および中間タイムと
滑走タイム（MT-FT）の相関係数はそれぞれ R＝0.88，
0.94であり，予選通過選手 20名の 2本目の ST-FT，
ST-MT，MT-FTの相関係数は R＝0.48，0.68，0.88で
あった．以上のことから，1 本目および 2 本目とも
ST-FTの相関が相対的に低く，ソリの滑走技術がタイ
ムを左右することが考えられる． 
図 7に加速度 aと距離 dの関係を示す．プッシュス
タートにおいて，加速度 aが d＝10m付近で最高にな
り，その後低下してほぼ一定となる．d＝13m 前後が
ソリの乗車位置に相当した．なお，スパイラルでは d
＝8m 前後が乗車位置となり，乗車位置が約 5m スタ
ート側にシフトした．以上のことから，適切な乗車位
置や乗車姿勢などをアドバイスでき，スパイラルコー
スに役立てることが可能となる． 
図 8 に滑走中のソリの重力加速度および遠心加速
度と時間の関係を示す．図 8(a)は FLATの重力加速度，
図 8(b)は 1Hz のローパスフィルタ処理後の重力加速
度，図 8(c)は FLATの遠心加速度および図 8(d)は 1Hz
のローパスフィルタ処理後の時系列のデータである．
図 8(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， 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 2 プッシュスタートコース 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 4 装置を装着した選手 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 5 スタートタイム STと滑走タイム 
FTの相関 
Frame Strain gage 
Bumper 
(a) 
(b) 
図 3 ソリのフレーム 
スケルトンソリのフレーム変形特性 
 
3 
 
-1
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20 25
a
 (
m
/s
2
)
d (m)
-2
0
2
4
6
8
G
ra
v
it
y
 f
o
rc
e 
(G
)
C1
C2
C4 C10
C7
C8
C5
C11
C12 C13 C14C15
C3 C6
S01 S06 S08 S09 M10 S13 M15 S17(a)
-6
-4
-2
0
2
4
6
C
en
tr
if
u
g
al
 f
o
rc
e
 (
G
) S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(c)
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 10 20 30 40 50 60 70 80
C
en
tr
if
u
g
a
l 
fo
rc
e 
(G
)
Time (s)
S01 S06 S08 S13 M15 S17M10(d)
 
 
 
 
 
 
 
 
図 6 各区間ごとの相関係数 Rの関係 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 7 加速度 aと距離 dの関係 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-2
0
2
4
6
8
0 10 20 30 40 50 60 70
G
ra
v
it
y
 f
o
rc
e 
(G
)
Time (s)
(b)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
ST-FT ST-MT MT-FT
0.75
0.88
0.94
0.48
0.68
0.881本目
2本目
Section
図 8 遠心加速度と時間の関係 
長坂明彦・関 翼・内山了治・渡辺誠一・生駒良弘・越 和宏・池田芳正・松原達郎 
 
4 
 
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
S
tr
ai
n
 (
×
1
0
-
6
)
S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(a)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
0 10 20 30 40 50 60 70
S
tr
ai
n
 (
×
1
0
-
6
)
Time (s)
S01 S06 S08 M10 S13 M15 S17(b)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 8(b)） 
図 8(c)において，遠心加速度のセンサー感度方向を
右側をプラスに設定したことで，波形はプラス・マイ
ナスに出力された．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，前述の重力加速度に比較
して，遠心加速度が 1～2G 程度と小さいことがわか
る．（図 8(d)） 
図 9(a)は右フレーム部のひずみ，図 9(b)は左フレー
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． 
S01 から S08 において図 10(a)に重力加速度と時間
の関係，(b)に遠心加速度と時間の関係，(c)にひずみ
と時間の関係を，それぞれ示す．カーブに入り，重力
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．遠心加
速度はこの区間では明瞭な値が出なかった． 
C7 の S09 から M10 において，図 11(a)に重力加速
度と時間の関係，(b)に遠心加速度と時間の関係，(c)
にひずみと時間の関係を，それぞれ示す．C7 に当た
る部分(図 11(a)，(b)の囲った部分)で重力加速度が約
3G まで上昇しているが，遠心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 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
10 15 20 25
S
tr
ai
n
（
×
1
0
-6
）
S01 S06 S08
Time (s)
(c)
-4
-2
0
2
4
6
8
G
ra
v
it
y
 f
o
rc
e 
(G
)
S01 S06 S08
(a)
-3
-2
-1
0
1
2
3
S01 S08C
en
tr
if
u
g
al
 f
o
rc
e 
(G
)
S06
(b)
図 9 左右のフレーム部のひずみと時間の関係 
図 10 S01-S08間での重力加速度，遠心加速
度およびひずみの関係 
スケルトンソリのフレーム変形特性 
 
5 
 
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
26 30 35
Time (s)
S08 M10
(c)
S
tr
ai
n
 (
×
1
0
-6
)
38
ブの中でそりが 2度上がりするためにこのような値
が検出されたものだと思われる．ひずみはこの区間で
は明瞭な波形が検出できなかった． 
 
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った． 
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程度の力が作用した． 
3) プッシュスタートの乗車位置と加速度を測定し，
適切な乗車位置や乗車姿勢などをアドバイスでき，
スパイラルコースに役立てることが可能となった． 
4) スタートタイムとファイナルタイムの相関は相
対的に低く，ソリの滑走技術がタイムを左右するこ
とが考えられる． 
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) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-4
-2
0
2
4
6
8
G
ra
v
it
y
 f
o
rc
e 
(G
)
S08 M10
(a)
-3
-2
-1
0
1
2
3
S08 M10C
en
tr
if
u
g
al
 f
o
rc
e 
(G
) (b)
図 11 S08-M10間での重力加速度，遠心加速
度およびひずみの関係 


スケルトンソリのフレーム変形特性

中澤, 達夫

押田, 京一

小松, 純也

中澤, 篤史

 
ABS樹脂の機械的特性に及ぼすカーボンナノ材料の影響  
 
長坂明彦⋆1, 中澤達夫⋆2，押田京一⋆2，小松純也⋆3, 中澤篤史⋆4 
 
 
Effect of Carbon Nano Fiber on Mechanical Properties of ABS Resin 
 
Akihiko NAGASAKA, Tatsuo NAKAZAWA, Kyoichi OSHIDA, Junya KOMATSU 
and Atsushi NAKAZAWA 
 
 
In the present work, mechanical properties of the carbon-nano-fiber reinforced plastic were investigated. Two kinds of 
carbon-nano-fibers are employed for the filler of the composites, which are vapor grown carbon fiber (VGCF) and cups-stacked type 
carbon nanofiber (CS). For the matrix of the composites, two kinds of thermoplastic resins are used which are Acrylonitrile Butadiene 
Styrene (ABS) having different powder size. Particle diameter of ABS resin powder was controlled by the Mesh, and it is sorted in 
under 160µm and more than 160µm. Composite of the ABS resin and carbon-nano-fiber were mixed by the rocking mixer. The 
composite was pressed at 180℃. Tensile tests were performed on an Instron type of tensile testing machine at a crosshead speed of 5 
mm/min. 
 
キーワード： カーボンナノファイバー，ABS 樹脂，コンポジットの機械的特性 
 
１．はじめに 
ABS樹脂は，家電，玩具，OA機器の外装として一般に
利用され，最近では 3次元プリンタの造形用樹脂としても
利用されている． 3 次元プリンタとは RP（ Rapid 
Prototyping：高速試作）1)を行う装置で，金型などを製造せ
ずに部品を直接製造できるため，従来の製造手法ではでき
ない設計段階での設計変更が可能であり，設計全体のコス
トダウンにもつながる． 
ここでは，3次元プリンタ用の造形材料としての ABS樹
脂に着目し，製品の強度向上を目的とした機能性材料の作
製を試みた．ABS樹脂の添加材料としては，近年材質改善
や応用開発が盛んに行われているカーボンナノ材料を用
いた．中でも気相成長炭素繊維（VGCF : Vapor Grown 
Carbon Fiber）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が，ABS
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 4)-7)． 
そこで本研究では，ABS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）に及ぼすカーボンナノ材料の配合率の影 
 
*1 機械工学科教授 
*2 電子情報工学科教授 
*3 静岡大学 学生 
*4  生産環境システム専攻 学生 
 原稿受付 2008年 5月 20日 
響を実験的に調査した． 
 
２．実験方法 
母材として，ABS（日本エイアンドエル（株）S-3716）
の樹脂粉末，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 および直径 50～200nm からなるカ
ップ積層型カーボンナノファイバー（CS : Cup-Stacked Type 
Carbon Nanofiber）8)をそれぞれ用いた．ABS樹脂粉末はメ
ッシュにより粒径制御をおこない 160μm 未満のものとそ
れ以上のものとに選別し，それぞれについて試験を行った．
図 1 にメッシュを，図 2 に ABS 樹脂粉末を示す．図 2(a)
は粒径が 160μm 未満，図 2(b)は粒径が 160μm 以上の粉
末である． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
長野工業高等専門学校紀要第 42号(2008) 1-3 
 
10mm 
図 1  メッシュ 
 
0
10
20
30
40
0 1 2 3 4
VGCF content (wt%)
TS
YS
t=1.0 mm(b) 
10
20
30
40
TS
YS
t=0.5 mm
T
S
, 
Y
S
 (
M
P
a)
(a) 
 ABS とカーボンナノ材料の混合量を 5g 一定とし，低速
回転・揺動運動のロッキングミキサーにより 10minの混合
を行った．母材との配合の割合は，0～3wt%とした． 
混合後，熱間埋込プレス成形機により直径 50mm，板厚
t＝0.5，1.0mm の 2 種類のディスクに成形した．成形条件
は，成形温度 180℃，成形圧 40kN，加圧時間 6minおよび
水冷却 2min で行った．成形したディスクをカッターで切
断し，短冊型試験片（全長 50mm，幅 5mm）を作製した． 
引張試験には，板厚 t＝0.5，1.0mmの試験片を用い，標
点間距離 10mm，クロスヘッド速度 5mm/min（平均ひずみ
速度 4.2×10－3 /s）で行った． 
硬さ試験には，ダイナミック微小硬度計（DUH-W201）
を用いて行った．圧子はビッカース圧子を用い，試験力
P=49.8mＮ，負荷速度 13.2mN/s，負荷時間 0sで行った．硬
さはダイナミック硬さ DHV で評価した．DHV は負荷中に
おける試験力 P mNおよび押し込み深さ h μmから算出さ
れる硬さで，次式を用いて算出した． 
DHV = 3.858P/h2 ・・・（1） 
 
３．実験結果および考察 
 図3に板厚t＝0.5mmおよび1.0mmにおける引張強さTSお
よび降伏応力YS とVGCFの量の関係を示す（母材粒子直 
径d＜160μm）．図3(a)において，t＝0.5mmのVGCF添加量
が1.0wt%以下ではVGCF添加量の増加に伴い引張強さTSは
増加し，VGCF 1.0wt%のABSコンポジットで最高となるこ
とがわかる．VGCF 3.0wt%では引張強さTSはVGCF 0wt%よ
りも低下する．また，降伏応力YSはVGCFの添加量に大き
く依存しないが，VGCF 1.0wt%で相対的に最高となる． 
t＝1.0mmにおいても，t＝0.5mmとほぼ同様の傾向を示す
（図3(b)）．以上のことから，d＜160μmにおいて板厚に依
存することなく，引張強さTSはVGCF 1.0wt%で最高となっ
た． 
図4に粒子制御による引張強さTSの比較を示す．t＝
0.5mm，d≧160μmの場合，VGCF 1.0wt%においてもTSは
母材強度と同等であり，d＜160μmによってTSを向上させ
ることができた．これは母材粒子をVGCFのサイズに近づ
けることで，適度に分散し，TSの強度アップにつながる
ことを示唆した． 
図5にCNTの種類による引張強さTSの比較を示す．引張
強さTSは0.1，1.0wt%でそれぞれCS-CNTが相対的に高くな
る．どちらのCNTを配合した場合も引張強さTSはCNT量
の増加に伴い向上した． 
図6にVGCF量とヤング率Eの関係を示す．t＝0.5mm，  
d＜160μmにおいて，VGCF量の増加に伴いヤング率Eは
増加する．引張強さと同様，VGCF 1.0wt%においてヤン
グ率Eは最大となり，VGCF 3.0wt%ではVGCF 1.0wt%から
低下した．以上のことから，弾性変形に対し，VGCF 
1.0wt%が効果的に作用した． 
図7にVGCF量と硬さDHVの関係を示す．t＝0.5mm，    
d＜160μmにおいて，引張強さTSおよびヤング率Eと同様，
VGCF 1.0wt%においてDHVは最大となった．VGCF 0.1，
0.5，3.0wt%のコンポジットと0wt%母材のダイナミック硬
さDHVは同等となった． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) 
 
5mm 
 
5mm 
(b) 
図 3  板厚 t＝0.5mmおよび 1.0mmにおける引張強さ TS および 
降伏応力 YS と VGCF量の関係 
（(a) t＝0.5mm , (b) t＝1.0mm，d＜160μm） 
図 2  ABS樹脂粉末 
(a) d＜160μm, (b) d≧160μm 
 
長坂明彦・中澤達夫・押田京一・小松純也・中澤篤史 
2 
 
0
10
20
30
40
0.1 0.5 1
T
S
 (
M
P
a)
CNT content (wt%)
VGCF CS-CNT
2500
3000
3500
4000
0 1 2 3 4
E
 (
M
P
a)
VGCF content (wt%)
6
7
8
9
10
0 1 2 3 4
D
H
V
VGCF content (wt%)
0
10
20
30
40
0 0.5 1
T
S
 (
M
P
a
)
VGCF content (wt%)
d＜160μm d ≧160μm
VGCF 1.0wt%以下で，VGCF 量の増加に伴い，引張強さ
TS，降伏応力 YS およびヤング率 E が増加した．これは
VGCFを混合したことによる補強効果が発現したためであ
ると考えられる．VGCF 3.0wt%では TS，YS および E は低
下するが，これは 1.0wt%以下では均一に分散していた
VGCFが，配合率を高くしたことによって VGCFの塊が残
り，そこから破断しやすくなったと考えられる． 
 粒子制御により高いTSが得られることが分かった．これ
はABS樹脂粉末を選別することによってVGCFがより均一
に分散したためと考えられる． 
CS-CNTについてもVGCFと同様にTSの改善が見られた．
本研究で供した2種類のCNTについて，CNTの種類による
特性の相違は認められなかった． 
図 8に引張試験後の破断面のSEM写真を示す．図8(a) お
よび(c)は VGCF1.0wt%，図 8(b)および(d)は VGCF3.0wt%で
あり，板厚は t＝0.5mmである．VGCF 1.0wt%および 3.0wt%
において VGCFの塊が観察された．図 8(a)および(b)に示す
ように，1.0wt%においては長さ 約 540μm，幅 約 140μm
のものが，3.0wt%においては長さ 約860μm，幅 約230μm
のものが観察された．1.0wt%ではこの他に直径 100μm程
度のものが観察されたが，この 2つ以外には目立った塊は
観察されなかった（図 8(c)）．3.0wt%では 10～100μm程度
のものが多数確認された（図 8(d)）．また図 8(b)について，
破断面における VGCF の塊が占める面積率を計算したと
ころ約 32%であった．以上の事より，VGCFの塊が破面に
多数点在する事が，VGCF 3.0wt%の引張強さ TS 低下の一
因と考えられる． 
 
４．まとめ 
ABS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を調査した．主
な結果は以下の通りである． 
(1)  ABSとVGCFのコンポジットにおいて，VGCF 添加
量1.0wt%で引張強さTSおよびヤング率Eが最大とな
り，補強効果が得られた． 
(2)  メッシュにより母材粒子直径を160μm未満に粒子
制御することで，コンポジットのTS上昇にVGCFが効
果的に作用した． 
 
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． 
 
参考文献 
1) 中川威雄, 丸谷洋二, 積層造形システム 三次元コピー
技術の新展開 (1996), 工業調査会. 
2)  M. Endo, TANSO 2001[No.200], 202-205[in Japanese]. 
3) M. Endo, Grow carbon fibers in the vapor phase, 
CHEMTECH (1988) 568-576. 
4)  K. Emoto, E. Yasuhara, K. Katou and N. Otake, Journal of 
the Japan Society of Mechanical Engineers (C) 69[680] (2003) 
1145-1152. 
5)  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. 
6)  Y. Hotta, S. Song, A. Futamura and K. Sugimoto, The 34th  
Meeting of the Japan Society of Mechanical Engineers (2005) 
147-148. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 5  CNTの種類による引張強さ TS の比較 
（d＜160μm） 
図 6  VGCF量とヤング率 E の関係 
（t＝0.5mm, d＜160μm） 
図 4  粒径制御による引張強さ TS の比較 
図 7 VGCF量と硬さ DHV の関係 
   （t＝0.5mm, d＜160μm） 
3 
ABS樹脂の機械的特性に及ぼすカーボンナノ材料の影響 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7)  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. 
8) 篠原久典, ナノカーボンの新展開（化学フロンティア）  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
世界に挑む日本の先端技術 (2005), 191-204, 化学同人 
9) S. Taguchi, A. Nagasaka, C. Hukuzawa, T. Nakazawa, 
K. Oshida, H. Kuriyama and K. Kitahara, The 35th Meeting of 
the Japan Society of Mechanical Engineers (2006) 49-50. 
 
100µm 
(a) 
VGCF 
ABS+VGCF 
 
100µm 
(c) 
ABS+VGCF 
VGCF 
図 8  引張試験後の破断面 SEM写真 
(a) , (c) VGCF 1.0wt% ,  (b) , (d) VGCF 3.0wt% 
 
 
100µm 
(d) 
VGCF 
 
100µm 
(b) 
VGCF 
ABS+VGCF 
長坂明彦・中澤達夫・押田京一・小松純也・中澤篤史 
4 


ABS樹脂の機械的特性に及ぼすカーボンナノ材料の影響

藤原, 勝幸

板屋, 智之

長野工業高等専門学校紀要第 42号(2008) 1-8 
1 
                                  
カーボンナノ材料－磁性微粒子複合体の合成とその特性  ＊  
 
藤原勝幸＊１・板屋智之＊２・押田京一＊３  
 
 
Synthesis and Properties of Carbon Nanomaterial Composites  
with Magnetic Nanoparticles 
 
FUJIWARA Katsuyuki, ITAYA Tomoyuki and OSHIDA Kyoichi 
 
 
By the chemical modification, the attachment of magnetic nanoparticles(Fe3O4) on 
carbon nanofibers(CNF) have been performed.  In this attachment, poly(acrylic) acid is 
used as interlinker for the binding of magnetic nanoparticles on the carbon nanofibers.  
The morphologies of the chemically-modified CNFs were characterized using transmission 
electron microscopy(TEM) and energy-dispersive X-ray spectrometry(EDS).  It was found 
that the chemically-modified CNFs were the composites with the magnetic nanoparticles. 
The magnetization curves of the Fe3O4/CNF composites were measured by vibrating 
sample magnetometer(VSM) and these results indicated that the Fe3O4/CNF composites 
exhibited ferromagnetic behaviours. 
 
キーワード：カーボンナノ材料，複合体，化学修飾，分散，磁化特性  
 
 
１．ま え が き 
 
 カーボンナノファイバー(CNF)やカーボンナノチ
ューブ(CNT)に代表されるカーボンナノ材料は，そ
のユニークな構造および物理化学的特長を活かした
さまざまな応用が考えられ，ナノテクノロジー，ナ
ノエレクトロニクス，バイオテクノロジー，ナノケ
ミストリー等の各分野において大きな注目を集めて
いる．また，カーボンナノ材料の基本特性の改善お
よび新たな機能性の付加を目指して，これらの複合
材料の合成に関する研究が各方面で精力的に行われ
ている． 
 カーボンナノ材料を用いた複合体の合成において
重要なポイントは２つある．１つ目は，カーボン材
料の溶媒中での分散性（可溶性）である．CNF や
CNT 等の繊維状炭素はその表面での化学的反応性
が低く，またバンドル（束）を形成する傾向もあり，
一般的に溶媒中での分散性はかなり悪い．この分散
性の乏しさが CNFや CNTの基本的な操作性・加工 
*   本研究は、第 33回炭素材料学会年会にて発表 
*1  一般科教授  
*2  一般科准教授 
*3 電子情報工学科教授 
  原稿受付 2008年 5月 20日 
  
性を悪くしていることは勿論のこと，複合体の合成
においても大きな障害になっている．特に，均質な
複合体の合成においては高い分散性が求められる．
溶媒中での分散性を高める代表的な手法としては，
CNFや CNT表面上に官能基を導入する方法１,２）と
CNFやCNT表面上に溶媒との親和力の高いポリマ
ーを結合させる方法３）等がある．２つ目のポイント
は，複合化にあたり目的とする素材を CNFや CNT
とどのような相互作用で結合させるかである．基本
的には，“ covalent binding”と“ non-covalent 
binding”がある．前者については，CNF や CNT
本体の部分的な構造破壊および物理化学的な基本特
性の変化を伴う可能性がある． 
 これまで，CNTを用いた複合体の合成に関しては
多くのさまざまな技法が報告されている．例えば，
γ-MnO2/CNT複合体の合成の場合は，硝酸を用い
た酸化処理により CNT 表面上に多くの官能基を形
成させた後，溶媒中にてこれらの官能基にMnO2を
結合させている４）．また，溶媒中での CNT から金
属イオンへの電子移動（還元反応）により CNT 表
面上に自発的に金属ナノ粒子を結合させ，ワイヤー
状の金属粒子/CNT 複合体を合成している５）．さら
に，ピレン誘導体をπ-π相互作用によって CNT表
藤原勝幸・板屋智之・押田京一 
2 
面上に結合させ，このピレン誘導体の官能基を結合
手として金属粒子/CNT 複合体を合成する方法も報
告されている６）．以上のように CNT 複合体の合成
に関しては，金属ナノ粒子の担持や高分子吸着によ
るポリマーラッピング等多くの試みがなされてきて
いるが，CNFを基板とした複合体の合成に関しては
CNFの表面処理に基づいた報告例は少ない．従来よ
り樹脂やセラミックス等の強化材料として CNF が
利用されているが，この CNF の表面処理に基づい
た複合体合成の研究は，CNFの複合材料としての付
加価値を高める１つの足掛りになると考えられる． 
 本研究では，化学修飾により CNF 表面上にポリ
アクリル酸鎖を導入し，これに磁性ナノ粒子を結合
させ，磁性粒子/CNF 複合体の合成を試みたので，
この合成の評価と複合体内の磁性ナノ粒子に起因す
る磁気的特性について報告する． 
 
２．実験方法 
 
 本研究で用いたカーボンナノファイバー(CNF)は
昭和電工(株)製の気相法炭素繊維である．CNFに結
合させる磁性ナノ粒子として，(株)シグマハイケミ
カル社製の磁性流体(M-300,溶媒：水)を構成するマ
グネタイト粒子(Fe3O4,,サイズ：10nm)を利用した．
化学修飾による CNF 複合体の合成においては，溶
媒中での CNF の分散化が重要であり，これに適し
た分散剤を選択する必要がある．分散剤の適正化に
関しては既に検討済みであり７），今回の合成におい
ては分散剤としてポリアクリル酸(Aldrich, 平均分
子量M=2000)を用いた．なお，ポリアクリル酸のよ
うな高分子を用いることによって，CNF表面上への
磁性ナノ粒子の結合において，高分子鎖上の多数の
官能基を結合手として利用することが可能となる． 
今回，CNFと磁性ナノ粒子との間の複合体合成は
以下の手順で行われた． 
(1) ポリアクリル酸水溶液に CNFを加え，200W
出力の超音波照射を行う．これによって，
CNF 分散液(ポリアクリル酸が修飾された
CNF)が得られる． 
(2) この分散液をメンブランフィルターでろ過し，
化学修飾されなかったポリアクリル酸を除去
する． 
(3) ろ過後の CNF を水に分散させた後，これに
NaOHを加え，再びろ過する． 
(4) ろ過後の CNF を再び水に分散させた後，こ
れに磁性流体(Fe3O4)を数滴加え，ろ過する．
なお，この段階で滴下する磁性流体の量を調
節することによって，CNF表面に結合させる
磁性粒子量を制御することができる． 
以上の手順によって，磁性ナノ粒子の結合量が異
なる２種類の Fe3O4/CNF 複合体が準備された．そ
れぞれの磁性ナノ粒子の重量％(複合体全質量に対
する磁性ナノ粒子の質量の割合 )は 81wt％と
47wt％である．これらの複合体の組織状態は透過型
電子顕微鏡(TEM)観察で調べられた．また，磁性ナ
ノ粒子の CNF への結合の確認はエネルギー分散型
分析装置(EDS)を用いて行った．さらに，Fe3O4/CNF
複合体の磁気的特性を調べるために，振動試料型磁
力計 VSM-1550HGCを用いて磁化測定を行った． 
 
３．実験結果・考察 
 
 図１に今回のCNF複合体合成におけるCNF表面
上への磁性ナノ粒子の結合イメージを示す．合成プ
ロセスは大きく以下の２段階になっていると推察で
きる． 
(1) 高出力超音波照射によってポリアクリル酸鎖
が分解し，これによって発生したラジカル基
が CNF表面の欠損部に共有結合する． 
(2) ポリアクリル酸鎖上に多数存在するカルボキ
シル基に磁性ナノ粒子(正に帯電)がイオン結
合する． 
 図２に Fe3O4/CNF複合体(Fe3O4:81wt％)の EDS
による元素マッピングを示す．炭素元素の分布は
CNF本体に対応している．鉄元素と酸素元素につい
ては同じ分布が観測されており，TEM 像写真にお
ける黒い斑点部分の分布とぴったり一致している． 
 
 
  
図１ CNFと磁性ナノ粒子との結合イメージ 
カーボンナノ材料－磁性微粒子複合体の合成とその特性 
3 
このことより，TEM 像写真において黒い斑点とし
て観測されている部分が，CNF表面上に結合してい
る Fe3O4粒子であると考えられる． 
図３に Fe3O4/CNF 複合体(Fe3O4:81wt％)に対す
る EDSによる元素分析の結果を示す．0.5～1.0keV
および 6.5keV近傍に Fe3O4粒子の成分である鉄元
素と酸素元素からのピークが観測されている．なお，
0.5keV以下と8.0keV近傍に観測されている強いピ
ークは，それぞれ CNF本体(炭素元素)および試料を
保持しているグリッド(銅元素)からのものである．
図２と図３の結果より，今回の実験において Fe3O4
ナノ粒子が CNF表面上に結合し，Fe3O4/CNF複合
体が合成されたことが確認できる． 
図４と図５にFe3O4/CNF複合体のTEM像写真を
示す．図４はFe3O4粒子の結合量が 81wt％のもの， 
図５は 47wt％のものをそれぞれ示す．いずれの
TEM像写真においても，CNF表面上に磁性ナノ粒
子が散在的に結合している様子が確認できる．観察
した領域にもよるが，Fe3O4-81wt％の CNF複合体
の方が結合量が多いことが分かる．なお，結合して
いる Fe3O4ナノ粒子のサイズは約 10nmであり，こ
の大きさは合成に用いた磁性流体内の粒子サイズと
ほぼ同じである．このことから，磁性流体内の粒子
が超音波照射等の合成処理の影響を受けずに，その
ままの状態で CNF 表面上に捕捉されたことが推察
できる． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TEM像写真         炭素分布 
 
 
 
 
 
 
 
酸素分布          鉄分布 
 
図２ Fe3O4/CNF複合体の元素マッピング 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図３ Fe3O4/CNF複合体における EDSスペクトル 
  
 
   
図４ Fe3O4/CNF複合体の TEM像写真 
（81wt％，×10k） 
 
 
図５ Fe3O4/CNF複合体の TEM像写真 
（47wt％，×10k） 
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
CKa
FeLa
C
ou
nt
s
Energy   [ keV ]
OKa
FeKa
CuKa
100nm 
100nm 
藤原勝幸・板屋智之・押田京一 
4 
 図６～図８はCNF母体およびFe3O4/CNF複合体
における磁化の磁場依存性を示す．いずれの場合も 
測定温度は 77K，印加磁場は 0～10kOe であった．
CNF母体の場合(図６)は常磁性的振舞いを示してい
るのに対して，CNF複合体の場合(図７，図８)には
明確にフェロ磁性が観測されている．これは明らか
にCNF表面上に結合された磁性ナノ粒子(Fe3O4)に
起因したものである． 
表１に今回決定できた Fe3O4/CNF 複合体に関す
る磁気的諸量をまとめた．10kOeでの磁化は Fe3O4
単位質量あたりの換算値である．実験開始当初，こ
の値は磁性ナノ粒子の結合量には関係なく同じにな
ると考えられたが，結果は磁性ナノ粒子の結合量の
多い複合体(Fe3O4:81wt％)の方が大きくなっている．
磁性に関するサイズ効果が磁化に影響している可能
性があるが，これに関しては現在検討中である． 
 
４．ま と め 
 
 今回，化学修飾による磁性粒子/CNF 複合体の合
成を試みた．その結果は以下のようにまとめること
ができる． 
(1) 200Wの高出力超音波照射によって，CNF表
面上にポリアクリル酸鎖を化学修飾すること
ができた． 
(2) CNF 表面上に導入されたポリアクリル酸鎖
に Fe3O4 ナノ粒子を結合させ，Fe3O4/CNF
複合体を合成することができた． 
(3) Fe3O4/CNF複合体の組織状態をTEM像観察
とEDS分析によって評価することができた． 
(4) 磁化測定の結果より，Fe3O4/CNF複合体がフ
ェロ磁性を示すことが分かった．また，この
複合体の磁気的諸量を評価することができた． 
 
謝 辞 
 
 本研究は，「文部科学省の指定による長野・上田地
域知的クラスター創成事業」の一環として実施した
ものであり，関係者各位に感謝いたします． 
 
表１ Fe3O4/CNF複合体の磁気的諸量 
 
 
図６ CNF母体における磁化の磁場依存性 
 
 
 
 
  
図７ Fe3O4/CNF複合体における磁化の磁場依存性 
         (Fe3O4-81wt％) 
 
 
 
 
  
図８ Fe3O4/CNF複合体における磁化の磁場依存性 
(Fe3O4-47wt％) 
 
カーボンナノ材料－磁性微粒子複合体の合成とその特性 
5 
参 考 文 献 
 
1) J.Chen, M.A.Hamon, H.Hu, Y.Chen, A.P.Rao, 
P.C.Eklund, R.C.Haddon: Science, 282 (1998) 
95-98. 
2) Vasilios Georgakilas, Nikos Tagmatarchis, 
Davide Pantarotto, Alberto Bianco, Jean-Paul 
Briand, Maurizio Prato: Chem. Commun.., 
(2002) 3050-3051. 
3) Alexander Star, J.Fraser Stoddart, David 
Steuerman, Mike Diehl, Akram Boukai, Eric 
W.Wong, Xin Yang, Sung-Wook Chung, Hyeon 
Choi, James R.Heath: Angew. Chem. Int. Ed., 
40, No.9 (2001) 1721-1725. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4) Xiangping Huang, Chunxu Pan, Xingtang 
Huang: Mater. Lett., 61 (2007) 934-936. 
5) Hee Cheul Choi, Moonsub Shim, Sarunya 
Bangsaruntip, Hongjie Dai: J. Am. Chem. Soc., 
124 (2002) 9058-9059. 
6) Vasilios Georgakilas, Vasilios Tzitzios, 
Dimitrios Gournis, Dimitrios Petridis: Chem. 
Mater., 17, No.7 (2005) 1613-1617. 
7) 板屋智之, 藤原勝幸, 押田京一, 森山実: 炭素
(TANSO), No.223 (2006) 183-187. 
 
 
 


カーボンナノ材料 : 磁性微粒子複合体の合成とその特性

長野工業高等専門学校紀要第 42号(2008) 2-1 
1 
出前授業の実践報告 
―平成18年度の理科教育活動の場合― 
 
古川 万寿夫* 
 
 
A Report of Activities for Science Education Carried Out in 2006 
 
FURUKAWA Masuo 
 
キーワード：出前授業，教職員研修，地域貢献，小学校，中学校，理科教育，科学体験 
 
１．はじめに 
筆者は青少年のための理科教育活動として，工作や実験
などの出前授業を中心とした活動などを平成 14年度から
実施し，文献１），２），３），４），５）などに報告をした．
出前授業は，自然科学や技術の楽しさと面白さを知っても
らうこと，地域への貢献，地域との連携を推進することな
どを目的とし，長野高専の取り組みとして平成14年10月
から実施されてきているものである．なお，本報告におけ
る出前授業とは，長野高専の取り組みである出前授業の一
部として筆者が実施したものに限ることとする． 
平成18年度において筆者は，19件の出前授業と1件の
小中学校教職員を対象とした研修会を実施した．  
２．平成18年度の出前授業 
筆者は平成 18年度において出前授業のテーマとして次
の7つを用意した． 
１）びっくり！超低温実験ショー 
２）めざせ！技術者・科学者 あなたの進路は？ 
３）たのしい科学工作や実験をしてみよう 
４）移動技術科学館 
５）コンピュータで電車を運転してみよう 
６）ふしぎ？科学マジック 
７）飛べ！ ペットボトルロケット 
各テーマ別の実施件数を表1に示す．「びっくり！超低温実
験ショー」は5件実施され，最も多く依頼があったテーマ
である．続いて，「ふしぎ？科学マジック」および「たのし
い科学工作や実験をしてみよう」を4件実施した．また，
「移動技術科学館」および「飛べ！ ペットボトルロケット」
は3件の実施であった．「めざせ！技術者・科学者 あなた
の進路は？」および「コンピュータで電車を運転してみよ
う」は依頼がまったくなく実施されなかった． 
平成 18年度に筆者が実施したすべての出前授業の実施
日，出前先，内容，対象者などを表2に示す．出前授業の
総実施件数は合計19件であった．出前授業の依頼機関別の
実施件数は，養護学校が2件，中学校が1件，小学校が6
件，小学校PTAが2件，児童クラブが3件,公民館・育成会
が4件，ガールスカウトが1件であった．昨年度までに比
べ，小中学校およびPTA以外の機関からの実施依頼が増加
してきている傾向がある． 
３．工作実験材料の配布 
出前授業などの理科体験において興味をもった子供たち
が，自宅で自発的に工作や実験をできるように工作や実験
の材料と説明書を理科体験の最後に配布することを平成
表1 各テーマの実施件数 
テ ー マ 名 
実施
件数 
１）びっくり！超低温実験ショー 5 
２）めざせ！技術者・科学者 あなたの進路は？ 0 
３）たのしい科学工作や実験をしてみよう 4 
４）移動技術科学館 3 
５）コンピュータで電車を運転してみよう 0 
６）ふしぎ？科学マジック 4 
７）飛べ！ ペットボトルロケット 3 
合      計 19 
 * 電気電子工学科准教授 
   原稿受付 2008 年5 月20 日 
古川万寿夫 
2 
18年度から試み始めた． 
現在，工作実験材料の配布は「ふしぎ？科学マジック」
の場合にだけ行っているが，他の出前授業や理科教育活動
においても開発し配布をしていく予定である． 
「ふしぎ？科学マジック」において配布しているものは，
「指で押すと沈む魚（浮沈子）」と「見つめるとゆれるふり
こ」の材料と説明書である．それぞれ「ふしぎ？科学マジ
ック」の出前授業の中で実演したマジックの道具である．
出前授業の時間が90分以上使用できる場合は，工作実験材
料を用いてマジックグッズをマジックの実演に続いて子供
たちに実際に作ってもらっている． 
「指で押すと沈む魚（浮沈子）」は水を満杯にしたペット
表2 平成18年度に実施した出前授業 
実 施 日 テ ー マ 出前先 内   容 
講 
師 
対 象 者 
平成18年7月11日（火） ふしぎ？科学マジック 長野市立古牧小学校
ＰＴＡ 
科学の原理を用いたマジックの実演 古川 小学 1～3年
生･422名 
平成18年7月13日（木） びっくり！超低温実験ショー 長野市立古牧小学校
ＰＴＡ 
液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学 4～6年
生･367名 
平成18年7月 18日（火） ふしぎ？科学マジック 栄村立北信小学校 科学の原理を用いたマジックの実演 古川 小学 3～4年
生･26名 
平成18年 7月 20日（木） 飛べ ペットボトルロケット 長野市立芋井小学校 ペットボトルを用いた水ロケットの
製作 
古川 小学4年生･9
名 
平成18年8月4日（金） びっくり！超低温実験ショー 長野市立古里公民館 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学3～6年生
および中学
生･30名 
平成18年 8月4日（金） びっくり！超低温実験ショー 信田児童クラブ 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学 1～6年
生･50名 
平成18年 8月 5日（土） 移動技術科学館 飯山市公民館 ・超低温実験ショー 
・動く汁わんの秘密 
・クリップモータを作ろう 
・手まわし発電でゴー！ 
古川 
大澤 
渡辺 
秋山 
小学 3～中学
生･30名 
平成18年 9月27日（水） びっくり！超低温実験ショー 飯山市立飯山小学校 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学 4～6年
生･23名 
平成18年10月4日（水） 飛べ ペットボトルロケット 古里地区地域子ども
教室 
ペットボトルを用いた水ロケットの
製作 
古川 小学 4～6年
生･35名 
平成18年10月11日（水） 移動技術科学館 小諸市立千曲小学校 ・マジックグッズをつくろう 
・どこまで上がるか？ポンプの水！！ 
・ドライアイスで遊ぼう 
・炭で電池をつくろう 
・びっくり！超低温実験ショー 
・手まわし発電でゴー！ 
・形状記憶合金で遊ぼう 
古川 
戸谷 
永藤 
鈴木 
原田 
秋山 
北村 
小学 3～6年
生･133名 
平成18年10月13日（金） たのしい科学工作や実験をし
てみよう 
南牧村立南牧中学校 針金モーターを作ろう 古川 中学生･35名 
平成18年10月18日（水） 飛べ ペットボトルロケット 古里地区地域子ども
教室 
ペットボトルを用いた水ロケットの
製作 
古川 小学 4～6年
生･35名 
平成18年11月11日（土） ふしぎ？科学マジック 中御所育成会 科学の原理を用いたマジックの実演 古川 小学1～6年生
及び保護者･
80名 
平成18年 11月14日（火） たのしい科学工作や実験をし
てみよう 
佐久市立高瀬小学校 紙コップスピーカを作ろう 古川 
 
小学6年生･38
名 
平成18年11月 26日（日） ふしぎ？科学マジック ガールスカウト長野
11団 
科学の原理を用いたマジックの実演 古川 年長・小・中・
高・成人･100
名 
平成18年11月29日（水） たのしい科学工作や実験をし
てみよう 
長野県長野養護学校 針金モータを作ろう 古川 
 
 
高等3年生･44
名 
平成18年12月6日（水） たのしい科学工作や実験をし
てみよう 
長野県長野養護学校 ふしぎ?科学マジック 古川 
 
 
高等3年生･44
名 
平成18年12月13日（水） びっくり！超低温実験ショー 上田市立豊殿小学校 液体窒素を用いた様々な低温実験の
実演と参加者による実験 
古川 小学6年生･66
名 
平成19年3月１0日（土） 移動技術科学館 丹波島育成会書道 ・びっくり！超低温実験 
・ショー炭で電池をつくろう 
・回るものの不思議 
・水を吸う不思議な粉と人工イクラ 
古川 
鈴木   
奥村  
板屋  
小学3年生～6
年生および保
護者･80名 
平成18年度における理科教育活動の実践報告 
3 
ボトルの中に口が開いた魚形のしょう油さしにおもりをつ
けた浮沈子を封入した科学おもちゃである．完成した浮沈
子を図1に示す．ペットボトルを指で押すと浮沈子は圧力
により空気の体積が縮むため浮力が減少し下に沈む．ペッ
トボトルから指を離すと浮沈子は空気の体積が元に戻るた
め浮力が回復し上に浮く．浮沈子の材料は，図2に示した
魚形のしょう油さし1個とおもりとなる6mmナット1個で
ある．これと一緒に図3に示した作り方の説明書を配布す
る． 
「見つめるとゆれるふりこ」の完成品を図4に示す．ビ
ー玉をおもりにつけた長さが異なる3本の振り子を棒に縛
りつけたものである．棒を手に持って3本の振り子のうち
いずれか1つの振り子を見つめながらその振り子の揺れに
視線を合わせていると共振現象により，その見つめている
振り子だけがの揺れが大きくなってくるという科学おもち
ゃである．この「見つめるとゆれるふりこ」の配布材料は，
図5に示したビー玉3個とたこ糸約1mである．これと一緒
に図6に示した作り方の説明書を配布する． 
材料はチャック付きビニル袋に入れてを配布をする．
「指で押すと沈む魚（浮沈子）」と「見つめるとゆれるふり
こ」の材料を袋に入れたものを図7に示す．また，説明書
に指示を記してあるが，必要な材料となるもののうち配布
していない材料がある．全材料を指導者側で用意して渡し
図1 「指で押すと沈む魚（浮沈子）」の完成品
図2 「指で押すと沈む魚（浮沈子）」の材料 図3 「指で押すと沈む魚（浮沈子）」の説明書
(a) 表 面 
(b) 裏 面 
古川万寿夫 
4 
てしまうよりも，不足しているものを自宅で自分で考えて
集めることが一つ学習であると考えたためである．  
４．小中学校教職員研修会 
伊那市近隣の小中学校教職員の集まりである中部教職員
会が主催する小中学校教職員向けの教育研究会「講座別学
習会」の講師として平成19年1月24日に招かれた.「わく
わくサイエンス体験で科学を伝えよう」と題した体験型の
研修会を行った．研修時間は80分であった．研修会の最初
30分間において，筆者が行ってきた理科教育活動を紹介し，
その後の50分間で液体窒素を用いてできる実験を紹介し，
実際に体験していただいた．参加者は28名であった． 
５．まとめ 
平成14年から，出前授業を中心に青少年に対する理科教
育活動を行ってきた．平成18年度は工作実験材料を配布す
る工夫を新たに始めた．また，小中学校の教職員に対して
理科体験の研修会を開催した．今後も一層，未来の技術者・
科学者を育成するために理科教育活動を充実していきたい． 
参考文献 
１）古川万寿夫： 平成16年度における出前授業の実践報
告，長野工業高等専門学校紀要，第 39号，pp.119～
122(2005.6) 
２）古川万寿夫： 平成17年度における出前授業の実践報
告，長野工業高等専門学校紀要，第 40号，pp.93～
96(2006.6) 
３）古川万寿夫，他：工作や実験を中心とした小中学生向
け出前授業，高専教育，第28号，pp.737～742(2005.3) 
４）古川万寿夫，他：移動する科学博物館をイメージした
屋台形式と授業形式による出前授業「移動技術科学館」，
高専教育，第29号，pp.683～688(2006.3) 
５）古川万寿夫：出前授業「びっくり！超低温実験ショー」
の実践，高専教育，第30号，pp.711～716(2007.3) 
図4 「見つめるとゆれるふりこ」の完成品 
図6 「見つめるとゆれるふりこ」の説明書 
図5 「見つめるとゆれるふりこ」の材料 
図7チャック付きビニル袋に入れた材料 


出前授業の実践報告 : 平成18 年度の理科教育活動の場合

長野工業高等専門学校紀要第 42 号(2008) 2-3 
1 
 
VOD を利用した電気電子基礎教育における 
e-Learning への取り組み  
 
渡 辺 誠 一＊  
 
 
Approach on e-Learning in the basic education concerning electric and electronic 
 engineering using the video on demand 
 
WATANABE Seiichi 
 
 
キーワード：e-Learning，ビデオオンデマンド，講義，ビデオ撮影  
 
１．ま え が き 
 近年，「教育の質の保証」という言葉が聞かれるよ
うになってきた．教育再生会議の最終報告では，大
学に対して「大学は「教育の質」を高め，成績評価
の厳格化を図り，卒業生の質を保証する．」ことを求
めている 1)．機関別認証評価や日本技術者教育認定
機構（JABEE）が実施する評価においても，各高等
教育機関において質の高い教育を実施して，卒業生
を輩出するよう求めている． 
教育の質を高める方法として，教員の質の向上，
フォローアップ体制の充実などがあるが，学生自身
が自ら積極的に学ぶよう教員が躾をすることも重要
である．そして，教員が学生に対して躾をするだけ
ではなく，学生が自学自習しやすいような環境を整
備することも重要である． 
 学生が自学自習する環境として e-Learning が注
目されており，高等教育機関の間で普及しつつある．
e-Learning は，インターネットやイントラネットを
利用して，いつでも好きな時間で学習できる利点を
持っているが，教材を作成するために教員は相当の
エネルギーを使わなければならない．そこで，時間
と労力をかけない方法として，講義をビデオ撮影し
た映像をビデオオンデマンド（video on demand，
以下 VOD と略記）で配信して学生に視聴させる方
法を用いて自学自習環境を構築した事例もある 2)．
この事例を参考に，筆者が電気電子工学科で講義を
担当している電気基礎Ⅱ（2 年通年・必修科目），電
気電子計測（3 年通年・必修科目），電磁気学Ⅱ（4
年通年・必修科目）において，講義をビデオ撮影し
た映像を VOD で配信するシステムを構築した． 
本論文では，以下の事柄について述べる． 
(1) 映像配信システムの構成 
(2) 講義の撮影と映像の編集および配信 
(3) システムの利用状況と学生から得られた感想 
２．映像配信システムの構成 
 図 1 に映像配信システムの外観を示した．このシ
ステムはコンテンツサーバとビデオサーバで構成さ
れており，これらは平成 17 年度現代的教育ニーズ
取組支援プログラム「創造性豊かな実践的技術者育
成コースの開発」の予算で購入したものである． 
コンテンツサーバの OS は Debian GNU/Linux
で，e-Learning 管理ソフトウェア WebClass をイン
ストールして，公開するビデオのURLを登録した．
ビデオサーバの OS は Windows 2003 Server で，
Windows Media Service 9 を用いて wmv 形式の動
画ファイルを VOD で配信できるようにした． 
＊ 電気電子工学科准教授 
原稿受付 2008 年 5 月 16 日 
 
図 1 映像配信システムの外観 
（左：コンテンツサーバ，右：ビデオサーバ） 
渡 辺 誠 一 
2 
これらのサーバには固定 IP アドレスを付与して
学内 LAN に接続した．これにより，学内 LAN に接
続してあるパソコンなどから利用できるようにした． 
３．講義の撮影と映像の編集および配信 
３－１ 講義の撮影 
 講義の撮影は，平成 18 年 10 月頃からソニー製の
ハイビジョンカメラ HDR-HC1 を用いて行った．こ
のカメラは DV 形式のテープに記録するため，パソ
コンに映像を取り込む際に撮影時間と同じ時間を要
していた．また，DV テープで撮影可能な時間は 60
分テープの場合に LP モードで最大 90 分であり，1
講義でテープ 1 本を消費していたため，コストがか
かっていた． 
そのため，平成 19 年 10 月より授業の撮影に用い
るビデオカメラを松下電器産業製のハイビジョンカ
メラ HDC-SD5 に変更した．このカメラは映像を
SDHC カードに記録するため，パソコンに映像を取
り込む時間が約 90 分の映像で 9 分程度と高速であ
り，映像を編集する時間が大幅に短縮された．また，
16 GB の SDHC カードを用いた場合，1440 画素×
1080 画素のエコノミーモードで約 6 時間 30 分の撮
影が可能で，書込および消去が自由に行えることか
ら，撮影時間を気にすることがなくなるだけでなく，
撮影時のコストを低減することが可能となった． 
図 2 に撮影システムの外観を示した．教室の後部
に三脚に取り付けたビデオカメラを設置して，講義
の開始と同時に撮影を開始した．ハイビジョンサイ
ズで撮影するため，幅 3.6 m×高さ 1.2 m の黒板の
全面を撮影することが可能である． 
 
３－２ 映像の編集 
 図 3 にビデオ編集システムの外観を示した．ビデ
オカメラで撮影した映像を，松下電器産業製のソフ
トウェア HD Writer 2.0J を用いてパソコンに取り
込んだ．取り込んだ映像は AVCHD 規格に準拠して
いる MPEG4 AVC/H.264 形式のファイルであるた
め，COREL 製のソフトウェア Video Studio 11 plus
を用いて wmv 形式のファイルに変換した． 
表 1 に wmv 形式ファイルの仕様を示した．学内
LAN を用いて映像を配信する際，学内 LAN に負担
がかからないよう映像ファイルの画素数を減少させ
て圧縮率を高める必要があるが，その場合に黒板の
文字が解読できなくなる可能性がある．そこで，映
像ファイルの圧縮率を検討した結果，640画素×360
画素，映像と音声を合わせて 500 kbps のファイル
であれば，黒板の文字が読めることがわかった． 
表１ wmv 形式ファイルの仕様 
 
なお，ファイルの変換時間は約 30 分の映像の場
合に約 2.5 時間を要した． 
 
３－３ 映像の配信 
 図 4 にビデオサーバにインストールした
Microsoft 製のソフトウェア Windows Media 
Service 9 の設定画面を示した．ビデオ編集システム
で作成した wmv 形式のファイルをビデオサーバに
インストールして， Windows Media Service 9 を
用いて VOD 配信の設定を行った．1 つの映像ファ
イルに対して 1 つの公開ポイントを設定するため，
ビデオサーバの URL の後に公開ポイントの名称を
付加すると，希望する映像を視聴することが可能と
なる． 
図 5 にウェブクラス製の e-Learning 学習管理シ
ステム WebClass の画面を示した．WebClass はコ
ンテンツサーバにインストールされており，学内
 
図 2 撮影システムの外観 
 
 
図 3 ビデオ編集システムの外観 
項 目 数値 [単位] 
画素数 
ビデオビットレート 
オーディオ形式 
 
横 640×縦 360 [画素] 
372 [kbps] 
128 [kbps] 
48 [kHz]，ステレオ 
VOD を利用した電気電子基礎教育における e-Learning への取り組み 
3 
LAN に接続されているパソコンから Microsoft 製
Internet Explorer などのブラウザを経由してコン
テンツサーバに接続すると，同図の画面が現れる．
WebClass には教科書の章や節に対応するページを
作成して，ここにビデオサーバで配信する映像の
URL を掲載した．ブラウザで URL をクリックする
と，Microsoft 製の動画再生ソフトウェアである
Windows Media Player が起動して講義を視聴する
ことができる． 
図 6 に Microsoft 製の Windows Media Player 10
での視聴画面を示した．Windows Media Player の
機能によって，映像の拡大，早送り，巻き戻し，一
時停止，再生速度の調整などが行う事が可能である． 
４．システムの利用状況と学生の感想 
４－１ システムの利用状況 
 図 7 にコンテンツサーバの WebClass を用いて調
査した平成 19 年度の利用状況を示した．この件数
の中には，学内 LAN に接続したパソコンの IP アド
レスから教職員が視聴したと考えられる件数も含ま
れている． 
同図より，調査した 3 科目の利用数の合計は 270
件であった．その内，学生寮からの利用件数の合計
が 165 件となり，全体の 61.1%を占めた．このこと
から，学生は自学自習においてこのシステムに期待
しているものと考えられる．また，2 年生の講義科
目である電気基礎Ⅱにおいては全体で126件の利用
があることから，低学年の学生には需要があること
がわかった． 
 
４－２ 学生の感想 
 平成 19 年 12 月 10 日に，2 年生の講義科目であ
る電気基礎Ⅱの授業評価アンケートを実施した．そ
の際に，学生に自由記述欄に視聴した感想を記述し
てもらった． 
 授業評価アンケートを実施した結果，回答した 40
名の内，12 名の学生から「ビデオがあるので復習で
きる」との回答があり，このシステムに対する期待
が伺えた．その反面，「カメラが気になる」という意
見も寄せられた．黒板を教室の後部からビデオ撮影
する際，数名の学生が撮影されてしまうため，緊張
する学生もいると考えられる． 
 現在，このシステムは学内のみ利用が可能である
ため，平成 18 年度に実施した授業評価アンケート
には「自宅から見られるようにしてほしい」という
意見が寄せられた．この問題については様々な課題
があり，今後検討していきたい． 
 
図 4 Windows Media Service 9 の設定画面 
 
 
図 5 WebClass の画面 
 
 
図 6 Windows Media Player 10 での視聴画面 
 
0
20
40
60
80
100
120
140
電気基礎Ⅱ 電気電子計測 電磁気学Ⅱ
科目名
利
用
数
それ以外
学生寮
 
図 7 平成 19 年度の利用状況 
渡 辺 誠 一 
4 
 
５．あ と が き 
 本論文では，筆者が電気電子工学科で講義を担当
している電気基礎Ⅱ（2 年通年・必修科目），電気電
子計測（3 年通年・必修科目），電磁気学Ⅱ（4 年通
年・必修科目）をビデオ撮影して，学内 LAN を通
じて講義の映像をビデオオンデマンドで配信するシ
ステムと，利用状況および学生の感想について述べ
た．システムの利用状況と学生の感想から，学生は
このシステムに対して期待していることがわかった．
また，システムの利用状況から，高学年に比べて低
学年の学生に需要があることがわかった． 
 以上のことから，低学年で実施している英語，数
学，理科の講義においては，本システムが自学自習
用の教材として有効であると考えられる．講義をビ
デオ撮影して映像を配信することに関しては，著作
権や肖像権の問題があり，実施方法について検討す
る必要があろう．今後，このシステムが本校学生の
学力向上策の一つになればと願っている． 
 
 
謝 辞 
 本システムの構築の指導をしていただいた高知工
業高等専門学校電気工学科 今井 一雅教授と，講義
の撮影方法についてアドバイスをしていただいた福
島工業高等専門学校一般教科 布施 雅彦准教授に感
謝する次第である． 
本研究は，平成 17 年度現代的教育ニーズ取組支
援プログラム「創造性豊かな実践的技術者育成コー
スの開発」，および平成 19 年度校長裁量経費で実施
した． 
参 考 文 献 
1） 教育再生会議：社会総がかりで教育再生を（最
終報告）～教育再生の実効性の担保のために～，
教育再生会議最終報告書，p.3 (2008.1) 
2） 布施雅彦，鈴木三男，根本信行：高専物理教育
における VOD を利用した e ラーニング教材の
開発と利用について，平成 17 年度高専教育講
演論文集，pp.49-50 (2005.8) 
 


VODを利用した電気電子基礎教育におけるe-Learningへの取り組み

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