Ehime University Institutional Repository

Ehime University (愛媛大学)博士（工学）thesi

SATRIO BUDI PRAKOSO

学 位 論 文 要 約
Dissertation Abstract
氏 名 (Name) SATRIO BUDI PRAKOSO 
論 文 名： インドネシアの河川生態系保全を目指した水質および底生動物群集の評価 
(Dissertation Title) ASSESSING WATER QUALITY AND INVERTEBRATE ASSEMBLAGES FOR 
ECOSYSTEM CONSERVATION IN INDONESIAN STREAMS  
On a global scale, there has been extensive degradation of stream ecosystems due to 
anthropogenic impacts for thousands of years. The degradation of water quality from 
wastewater effluents have drawn particular attention, because the application of fertilizer in 
farmland and urban effluents typically causes eutrophication of streams from increased 
nutrient concentrations. Furthermore, the degradation of water quality associated with 
human land use causes changes in community structure and loss of taxonomic diversity of 
invertebrate assemblages. Therefore, the composition of the stream invertebrate community 
has been used as a comprehensive measure of water quality corresponding to the time scale 
of their life history. 
Indonesia is the most populous tropical country and continues to experience 
population growth and economic development. Tropical forests in Indonesia have 
historically been converted to plantation farms and, more recently, to urban areas, resulting 
in a serious degradation of water quality. In this dissertation, I conducted studies on the 
assessment of water quality and stream invertebrate assemblages for ecosystem conservation 
in Indonesian steams. I particularly focus on the relationship between water quality and 
invertebrate assemblages. The ultimate aim of this dissertation was to provide empirical 
evidence, suggest possible measures, and develop useful methodologies for the ecosystem 
conservation in Indonesian streams by focusing on the relationship between water quality 
and invertebrate assemblages. 
Studies on the relationship between water quality and invertebrate assemblages in 
tropical streams are currently less common than studies in temperate regions, suggesting that 
there is a need for studies on this topic from tropical developing countries. In the first study, 
I conducted a field survey in 23 streams in Yogyakarta Province, Java Island, Indonesia, to 
elucidate the relative importance of land use and water quality in determining invertebrate 
assemblages.  
As a result, the relative area of urban land use of the catchment was strongly and 
positively related to the nutrient concentration of stream water and negatively related 
to the taxonomic richness of whole invertebrate assemblages and intolerant taxa. 
Furthermore, among many habitat characteristics, the nutrient concentration showed 
the strongest relationship with invertebrate assemblages, with richness metrics 
negatively related to the nutrient concentration. These results collectively suggested 
that urban land use, not agricultural use, seemed to be a predominant factor causing 
nutrient enrichment in stream water and low invertebrate diversity through the 
exclusion of intolerant taxa in Indonesian streams. This results strongly supported the 
development of sewage treatment as an effective solution for restoring tropical stream 
ecosystems. 
Few studies have directly linked long term sewerage development, water 
quality improvement, and the rehabilitation of invertebrate assemblages at river basin 
scale. Although long-term data is not currently available in Indonesia, local cities in 
Japan provide good opportunities for studying the effect of sewerage development on 
river ecosystems because sewerage systems have been rapidly consolidated in recent 
decades and water quality improvement has been reported in many rivers. In the 
second study, I examined changes in sewerage connection rate, water quality, and 
invertebrate assemblages at 10 study sites in a Japanese River over 12 years and 
investigated the relationships between them. The results demonstrated an increase in 
sewerage connection rate in the main municipalities of the basin, a decrease in 
nutrient concentration in the river water, and an increase in invertebrate richness in 
lowland reaches of the river during the study period. I suggested that sewerage 
development in the basin contributed to the improvement in water quality and hence 
to the improvement in stream invertebrate diversity. This result strongly supported 
sewerage system improvement as an effective measure for restoring river ecosystems. 
It was also suggested that this finding from a Japanese river could be applied to 
ecosystem restoration in Indonesian streams. 
Assuming that water quality is expected to improve, indicators are needed to 
assess the improvement. A variety of biotic indices based on invertebrate composition 
have been developed to assess stream water quality worldwide. However, no study 
has compared the applicability of a wide range of indices or developed new indices 
based on solid empirical data in Indonesia, highlighting the need for studies that 
contribute to the development of reliable invertebrate indices for assessing water 
quality in Indonesian streams. In the third study, I compared the applicability of 6 
existing invertebrate indices using the dataset from 23 Indonesian streams and 
developed a new index by modifying an existing one. The BMWP THAI was the best 
index for assessing water quality in the target streams among the six existing indices, 
A new invertebrate index, BMWP IDN was developed, by assigning taxon scores in 
BMWP THAI and successfully showed a stronger relationship with water quality than 
any of the existing invertebrate indices. The new index, BMWP IDN, can promote 
water quality assessment and ecological conservation in Indonesian streams.  
In this dissertation, I elucidate that the water quality degradation due to 
urbanization is a prominent factor causing diversity loss of invertebrate assemblages 
in Indonesian streams. The development of sewerage system was suggested as an 
effective solution for restoring stream ecosystems in Indonesian streams, based on 
the evidence from a Japanese river. Furthermore, I developed a new invertebrate 
index that enables to assess the water quality of Indonesian streams in a high degree 
of accuracy. This dissertation has successfully identified that the relationship between 
urbanization, stream water quality and invertebrate assemblages is key to the stream 
ecosystem conservation in Indonesian streams. Based on these findings, I propose the 
scenario that would be most effective for restoring stream ecosystems in Indonesia. I 
expect that this dissertation can accelerate future studies and contribute to the future 
conservation and better ecosystem management in Indonesian streams.  


English

ASSESSING WATER QUALITY AND INVERTEBRATE ASSEMBLAGES FOR ECOSYSTEM CONSERVATION IN INDONESIAN STREAMS

Ehime University (愛媛大学)博士(農学)thesi

松村, 俊吾

Japanese

地域における水産業関連制度の分析及び構築に関する研究

梶原, 克彦

Kajiwara, Katsuhiko

奈良岡, 聰智

Naraoka, Sochi

第一次世界大戦と在独日本人の抑留問題（十）

Ehime University (愛媛大学)博士(医学)doctoral thesi

尾﨑, 智樹

（第７号様式） 
学位論文審査結果の要旨
  氏   名 尾﨑 智樹 
 審 査 委 員 
論 文 名 軽度認知障害およびアルツハイマー病の高齢者の血漿中におけるメタボ
ローム変化（中山研究）
審査結果の要旨 
Ⅰ 学位論文の要旨 
【背景】 
アルツハイマー病(AD)は慢性進行性の認知症で、発症には遺伝因子や環境因子が関与する。
病態機序の一つとして代謝異常が考えられており、近年血液メタボローム解析が行われてい
るが、一貫した結果は得られていない。また、AD の前駆状態である軽度認知障害(MCI)の解析
は少ない。  
【目的】 
本研究では、AD および MCI 患者の血漿中メタボロームの異常を解析する。 
【対象と方法】 
1997 年より伊予市中山町で 65 歳以上の集団研究を行なっており、2016 年に実施した調査
に参加した 927 人のうち、無作為抽出で性・年齢一致の 106 例（健常対象 40 例、軽度認知障
害(MCI)26 例、AD40 例）を研究対象とした。学歴、喫煙・飲酒歴、身体活動、病歴、内服薬
などの情報、および頭部 MRI、MMSE、WMS-R の遅延再生を評価し、食後 2 時間の血液を採取し
た。メタボローム解析は、capillary electrophoresis electrospray ionization time-to-f
light mass spectrometry (CE-ESI-TOFMS)を用いて 55 種の陽イオン代謝物を測定し、うち 35
種類の代謝物を選択し、3 群間で比較した。さらに、代謝物と臨床症状の相関、有意な変化を
主　査　　大八木　保政
副　査　　大澤　春彦
副　査　　永井　将弘
副　査　　田中　景子
副　査　　日野　聡史
認めた遺伝子について末梢白血球中の mRNA を rt-PCR で解析した。本研究は、愛媛大学医学
部附属病院臨床研究倫理委員会で承認されている(承認番号 1610004)。 
【結果と考察】 
血漿中 35 種類の代謝物のうち、オルニチンは他 2 群と比較して、ウラシルおよびリジン
は健常群と比較して AD 群で有意に減少していた。そのため、オルニチン経路の代謝酵素遺
伝子の mRNA 量を調べたところ、spermine synthesis (SMS)、nitric oxide synthase2 (NOS
2)、ornithine transcarbamylase (OTC)遺伝子の mRNA レベルで 3 群間の有意差が見られ、
特に SMS mRNA レベルは AD 群で健常群よりも有意に低下していた。 
【結論】 
 先行研究において、AD および MCI における血液中のオルニチン代謝経路の代謝産物の変化
が示されており、本研究でも同様の結果が示唆されるとともに、ウラシルおよびリジンの変化
についてはこれまで報告がなく、AD のメタボローム解析をさらに進める必要性が示唆された。 
 
Ⅱ 公開審査会における質疑応答に関するまとめ 
 公開審査会は、令和 6 年 1 月 10 日に開催された。申請者が研究内容を英語で明確に発表
した後、審査員から本研究に関する以下のような質問がなされた。 
1. 対象者が男性優位だが、性差が結果に影響するか。 
2. mRNA解析の対象となった酵素の選択基準は何か。 
3. 酵素の定量的評価はmRNAよりも蛋白や活性を解析すべきではないか。 
4. 特にオルニチンを解析対象とした理由は何か。 
5. 実際の統計解析はどのように行なったのか。 
6. 相関係数を求めるだけでなく、他にも色々な解析方法があるのではないか。 
7. MCI群の性・年齢もアルツハイマー群と一致させたのか。 
8. 長期のデータベースがあるので後向きでもさまざまな解析が可能ではないか。 
9. メタボローム解析の変化は、アルツハイマー病の病態の原因か結果か。 
10. 認知症の内訳でレビー小体型が少ないようだが、何か理由があるのか。 
11. 解析するメタボローム解析を55種類とした理由は何か。 
12. 高脂血症患者がアルツハイマー群で少ないのに血中脂質レベルが他と同じ理由は。 
13. 血液サンプル採取を食後2時間で行なった理由は何か。 
14. 今回の研究ではオルニチンが低下しているが、先行研究と一致しなかった理由は何か。 
15. 酵素mRNA変化とオルニチンレベルの変化が一致しなかった理由は何か。 
16. APOE4とメタボライトレベルや酵素mRNA発現レベルの関係は調べているか。 
17. メタボライトレベルや酵素mRNA発現レベルに対する加齢の影響はあるのか。 
18. メタボライトレベルや酵素mRNA発現レベルと認知機能スコアの相関はあるのか。 
 申請者はそれらの質疑に対し、的確に応答した。審査委員は、申請者が本論文関連領域に対
して学位授与に値する十分な見識と能力を有することを全員一致で確認し、本論文が学位授与
に値すると判定した。 


軽度認知障害およびアルツハイマー病の高齢者の血漿中におけるメタボローム変化（中山研究）

青野　光男

（第５号様式）
学位論文審査の結果の要旨
氏 名 青野 光男 
審 査 委 員 
論  文  名 
キウイフルーツかいよう病菌（Pseudomonas syringae pv. actinidiae）における銅耐性機構の解析と
バクテリオファージを利用した銅耐性菌防除法の開発 
審査結果の要旨
キウイフルーツは水稲や温州みかんなどの転換作物として栽培面積が急速に広がり，愛媛県は日本有
数のキウイフルーツ産地となっている．キウイフルーツかいよう病は，Pseudomonas syringae pv． 
actinidiae（Psa）により引き起こされ，キウイフルーツの生産に及ぼす影響が大きい．愛媛県では Psa 
の biovar1（Psa1）と biovar3（Psa3）が発生している．防除には主に銅剤が使用されているが，連続
的な散布は耐性菌の出現リスクを高めることから，生産地における銅耐性菌の把握は非常に重要である．
耐性菌の出現による銅剤の防除効果の低下に加え，近年，化学農薬の使用量削減が求められていること
から，銅剤に代わる防除法が必要である．そこで本研究では，キウイフルーツかいよう病菌の銅耐性菌
について網羅的調査と耐性に関わる遺伝子の解析を行うとともに，銅耐性菌の防除法開発にむけて，防
除資材として有望なバクテリオファージの探索と評価を行った． 
１．キウイフルーツかいよう病菌における銅耐性機構の解析 
愛媛県内のキウイフルーツ園地から分離した Psa について，銅耐性を評価した．Psa1 については，7
年間の継続調査において 5 年目に耐性菌率が急増し，最終年の 9 年後においても高い耐性菌率を示した．
一方，Psa3 については，4 年間の調査において耐性菌率の大きな変化は認められなかった．銅耐性の程
度に関しては，Psa1 と Psa3 の間に顕著な差はなく，また，調査年による差異も認められなかった．P．
syringae の銅耐性遺伝子については 6 個の cop 遺伝子（copA, copB, copC, copD, copR,および copS）
が関与していることが報告されていることから，Pseudomonas syringae pv. syringae の cop 遺伝子か
ら設計されたプライマーを用いて PCR による検出を行ったが，銅耐性との相関は認められなかった．ま
た，Psa3 では cop 遺伝子の水平伝播に関与することが示唆されている ICEs 1～3 についても調査したが，
銅耐性との相関性は認められなかった．そこで，銅耐性および感受性の愛媛県分離株についてゲノム解
析を行い，銅耐性と関連する遺伝子の同定を試みた．銅耐性および感受性分離株のゲノム配列に付した
アノテーションを比較したところ，copA, copB, copR,および copS の相同遺伝子が感受性株においても
見出され，copC と copD のみが耐性株に特異的であることが示唆された．しかし，ゲノム情報を精査し
た結果，感受性株が持つ相同遺伝子は耐性株のゲノム上にも存在し，耐性株はそれらとは別の 6 個の
cop 遺伝子を持つことが分かった．耐性株特異的な cop 遺伝子は分離株間で多様性が認められ，異なる
主　査　　小林　括平
副　査　　曵地　康史
副　査　　八丈野　孝
副　査　　秋光　和也
副　査　　大西　浩平
 
 
Pseudomonas 属菌のものと近縁であった．ハウスキーピング遺伝子の解析から，Psa1 および Psa3 のい
ずれにおいても，耐性株と感受性株は同一祖先から多様化した Psa であることが示され，銅耐性の獲得
には 6 個すべての cop 遺伝子の一括した水平伝播が関与することが示唆された．copC と copD の相同遺
伝子が感受性株には認められなかったことから，PCR による耐性菌検出用遺伝子検査の標的として適し
ていると考えられた．そこで，本研究で見出された 3 種類の copCD 遺伝子領域のそれぞれに設計した特
異的なプライマーを順次用い，銅耐性の程度を調査した全分離株について試験したところ，銅耐性と完
全に一致する結果が得られた．しかし，3 種類すべての copCD 遺伝子領域に共通な配列は見出せなかっ
た．以上のことから，耐性菌の把握には培地を用いた検定が必要であり，PCR による検査は地域内にお
ける銅耐性の迅速な把握に有効であるものの，ゲノム解析による地域内の cop 遺伝子の多様性把握に基
づいた設計が必要であることが示された． 
 
２．バクテリオファージを利用した銅耐性菌防除法の開発 
バクテリオファージ（以下，ファージ）は，化学農薬とは異なるメカニズムで病原細菌の増殖を抑制
するため，薬剤耐性菌の防除を含め，化学農薬に代わる防除資材として期待されている．愛媛県内の果
樹園地から Psa1 と Psa3 を宿主としてファージ，30 株（Ep1～Ep30）を分離した．ファージの宿主範囲
と銅耐性の間には関連は認められなかった．核酸の分析から 13 分離株は，三分節の二本鎖 RNA をゲノ
ムとして持つシストウイルス（Cysto）であることが分かった．残り 17 株の DNA ファージは，制限酵素
分析によって 6 つのグループに分類された．それらのグループから宿主範囲と溶菌特性を考慮して Ep3，
Ep4，Ep10，Ep13，および Ep16 を選択し，ゲノム解析を行った．Ep3，Ep10，および Ep16 は，ニュージ
ーランド産 Psa ファージである Pseudomonas phage phiPsa374 と相同性が高く，旧 Myoviridae 科の
Otagovirus 属（Otago）であると考えられた．Ep4 と Ep13 は Autographiviridae 科に属すると考えられ
た．Ep4 については Pseudomonas phage YMC11/06/C171_PPU_BP が最も近縁であったが，遺伝子産物のア
ミノ酸配列の相同性が低く，新奇なファージと考えられた．Ep13 は Pseudomonas phage phiPSA2 および
Pseudomonas phage CHF7 と相同性が高く，Ghunavirus 属（Ghuna）であることが示唆された．ファージ
を防除資材として野外で植物に処理する際には，種々の環境要因の影響を受けることから，280 nm の紫
外線（UV），温度および pH に対する耐性試験を行った．宿主範囲の広さ，溶菌活性の高さ，および
Cysto 株間比較の目的から，Ep1（Cysto），Ep3（Otago），Ep10（Otago），Ep13（Ghuna），Ep16
（Otago），Ep22（Cysto），および Ep27（Cysto）の 7株を供試した．同一分類群内における差異は認
められなかったが，分類群ごとに環境安定性は異なっており，全３項目において優れた環境安定性を示
す株は確認できなかった．また，環境安定性に加え，ファージが感染してから溶菌するまでの潜伏期間
や，単一細胞における増殖量を示すバーストサイズも防除資材として重要な特性である．Cysto は潜伏
期間は長いもののバーストサイズが大きく，Otago はいずれも中程度であった．Ghuna は潜伏期間が短
く，バーストサイズも Otago より大きかったが，Psa3 に対する溶菌活性が低かった．以上の結果から，
biovar1 および biovar3 が発生している愛媛県での使用を想定した場合，両 biovar を溶菌できる
Ep1 および高温耐性で Ep3 が防除資材の候補となると結論付けた． 
 
本論文に関する公開審査会は、令和 6 年 2 月 3 日に愛媛大学農学部で開催され，論文発表と質疑応答が
行われた．引き続いて行われた学位論文審査委員会で，本論文の内容を慎重に審議した結果，審査委員
全員一致して博士（農学）の学位を授与するに値するものと判定した． 


キウイフルーツかいよう病菌（Pseudomonas syringae pv. actinidiae）における銅耐性機構の解析とバクテリオファージを利用した銅耐性菌防除法の開発

山口, 信夫

YAMAGUCHI, Nobuo

エフェクチュアルな行為としてのワークライフバランス起業に関する覚書

白松, 賢

SHIRAMATSU, Satoshi

阿部, 眞子

ABE, Mako

EDX UniText の利用上の成果と課題: 大学院におけるデジタル教科書の試行的実践を事例として

山本, 與志隆

YAMAMOTO, Yoshitaka

Ｍ. ハイデガー『形而上学とは何か？』における形而上学ならざる思惟の可能性

竹沢, 尚一郎

Takezawa, Shoichiro

近藤, 有希子

Kondo, Yukiko

北海道の原発事故避難者の精神的苦痛に関する研究

田村, 駿

TAMURA, Shun

小長谷, 圭志

Konagaya, Keiji

高橋, 学

Takahashi, Manabu

山本, 智規

Yamamoto, Tomonori

八木, 秀次

Yagi, Hidetsugu

－ 20 －
『愛媛大学社会共創学部紀要』第８巻第２号　2024年　p.20-24
論　説
要旨
　通常、農業ハサミでは植物の切断を繰り返すと病原体の感染拡大のリスクがあることから、器具消毒が推奨さ
れる。切断動作と同時に消毒を行う器具は市販されているものの、握力だけで切断するため通常よりも大きな力
を要する。往復運動で切断できれば多くの身体部位を利用でき、切断と消毒にかかる身体負担を軽減できる。そ
こで本研究では、引くことで動作する農業ハサミの概念を検証するために、設計と試作、切断可否の検証を行っ
た。機構は、往復運動をハサミの回転運動に変換するため、4 節のスライダクランクを採用し、単純な 1 枚刃と
した。その結果、計算において力伝達の逆比は 1 を下回り、直接刃を押し当てるよりも力負担が大きくならない
ことを確認できた。茎を模したシリコーンゴム（直径 3, 5mm）を 10cm離れた 2 点で支持しその中間点を切断した
ところ、持ち手部分の最大荷重はそれぞれの直径で 2.2, 4.9 N であり、同じ刃を垂直に挿入したときの最大切断
抵抗 5.5 ± 0.5 N, 9.8 ± 0.6 N よりも小さかった。往復運動は消毒液を備えた場合の液の射出と相性よく、切断と
消毒を交互に行う現場においても役立つと期待できる。
リンク機構を備え往復運動で切断する農業ハサミ
　　　　　　　　　田　村　　　駿（産業イノベーション学科）
　　　　　　　　　小長谷　圭　志＊（産業イノベーション学科）
　　　　　　　　　高　橋　　　学（産業イノベーション学科）
　　　　　　　　　山　本　智　規（産業イノベーション学科）
　　　　　　　　　八　木　秀　次（産業イノベーション学科）
　　　　　　　　　＊責任著者
Operation of agricultural scissors via back-and-forth motion implemented 
using the link mechanism
Shun TAMURA（Industrial Innovation）
Keiji KONAGAYA＊（Industrial Innovation）
Manabu TAKAHASHI（Industrial Innovation）
Tomonori YAMAMOTO（Industrial Innovation）
Hidetsugu YAGI（Industrial Innovation）
＊ Corresponding author　　　　　
キーワード：農業ハサミ、往復運動、リンク機構
Keywords: agricultural scissors, back-and-forth motion, link mechanism
【原稿受付︰2024 年 7 月 22 日　受理・採録決定︰2024 年 8 月 2 日】
－ 21 －
『愛媛大学社会共創学部紀要』第８巻第２号　2024
1　はじめに
　農作業における収穫、剪定、接ぎ木では、ハサミや
ナイフを使って組織を切断、部分的に切断する。その
際、病害感染した個体の液汁が刃に付着し、そのまま
次の個体を切断することによって感染を拡大させてし
まうことがある。このように病原体以外から感染する
経路を 2次感染と呼ぶ（農林水産省 2020）。2次感染
を防ぐ方法の一つとして、器具の消毒が推奨されてい
る（小川ら 2008；川口ら 2011；篠崎ら 2014；農林水
産省 2014）。
　ハサミは栽培管理で頻繁に使うことから、消毒を簡
単にするためにいくつかの製品が存在する。握る動作
で消毒液を射出するもの（ジョン サン 2008）、電子
制御によって消毒液を射出するもの（漆原ら 2008）、
加熱で消毒するもの（株式会社イージーエス 2023；
中島銅工株式会社）などである。しかし、農業現場で
は器具が濡れることが多く、電子制御では防水に関わ
る構造を要する。握るタイプは電子制御を必要としな
い製品だが（ジョン サン 2008）、握る動作で切断と
消毒の 2つを同時に行うため通常よりも力を必要とす
る 1。しかし、この場合でも、構造の単純さや、同じ
動作で切断と消毒の両方が行える点は優れている。そ
こで、対象作物の切断と消毒を同じ動作で行える特徴
はそのままにして、使う身体部位の選択肢を増やして
体の負担を軽減できないかと考えた。
　握る動作は手のひらの筋肉を使い、それ以外の部位
では難しい。それに対して、様々な身体部位で行える
動作に「往復」という動きがある。指先の筋肉を使っ
てもよいし、腕や上半身全体で往復させてもよい。下
半身を含めて体全体を使ってもよい。往復動作はシリ
ンジやポンプとの相性もよく、消毒液を射出しやすい。
　一方、「往復」は「握る」に比べて、対象物を動か
してしまう。握る動作で刃を動かすと、2枚の刃の中
心線上の点は空間をほとんど動かないので作物の茎は
動かないが、往復動作で刃を動かすと、茎が手前に引
かれてしまい切断が難しいばかりか、作物の生育にも
悪影響を及ぼしかねない。
　往復動作を刃先で「挟む」運動に変換することがで
きれば引くことによる作物体の移動を抑えることがで
きる。ところで、往復運動を回転運動に変換する機構
としてリンク機構が挙げられる（太田 2014）。リンク
機構は回転できるピンとフレームの役割を果たすリン
クからなる機構の総称である。リンク機構を取り入れ
て往復動作とすることで、多様な身体部位を使うこと
ができ、また切断と消毒が同時に行える。
　そこで本研究では、引くことで動作する農業ハサミ
の概念を検証するために、設計と試作、切断可否の
検証を行った。切断対象には、物性が均一で、せん
断弾性係数が果菜類のそれ（1.0 MPa）（Navas et al. 
2020）と近しいシリコーンゴム（0.7-1.5 MPa）（タイ
ガース 2021）を用いて対象作物の茎の代わりとし、
切断の可否を検証した。
2　設計
（1）既存ハサミの構造分析
　まず、設計にあたり、既存ハサミの構造を分析し
た。ハサミは力点、支点、作用点がハサミの刃と柄の
上に存在する単純な配置をしている（図 1（a））。さ
らに、両刃の中心線に作物茎を位置させて両刃を動か
すことで茎を動かさないで済む。あるいは、どちらか
の刃（例えば手の人差し指から小指で支える上の刃）
を動かさないでもう一方の刃だけを動かせば、動かさ
ないほうの刃で茎を支えながら切断することも可能で
ある（飯村ら 2008）。この力点・作用点の位置関係は
今回の引くハサミでも取り入れることができる。
　次に刃の枚数について考える。通常、2枚の刃はど
こか 1点のみで接触するようにわずかに刃が曲がって
いるが（図 1（b））、曲がり刃は複雑となる。そこで
今回は 1枚の刃がそれを受ける構造と対にして切断す
るようにした。
図 1　 既存ハサミの構造　（a）回転軸方向から見た図　
　　  （b）回転軸に垂直な方向から見た図
Fig. 1   Schematic diagram of scissors. (a) View along the 
rotation axis (b) View along the direction normal to 
the rotation axis
（2）往復で動作するリンク機構への置き換え
　往復運動で作物体を挟んで切断するには運動の方向
を変えることのできるリンク機構を取り入れる。単純
な自由度 1のリンクとして図 2のようなスライダクラ
ンク構造を考えた。リンク 4つからなり、リンク 4は
－ 22 －
リンク機構を備え往復運動で切断する農業ハサミ
F回転はリンク 1に垂直に作用する力とする。F往復はい
つでもリンク 4と平行になっている。角度について、
リンク 1とリンク 3がリンク 4となす角度を閉構造の
内側の角度で定義し、それぞれ図 3中に示す θ，φと
おいた（90°< θ <180°， 0°< φ <90°）。いま、一定速度
でリンクが動いているとすると（加速度は 0）、F往復
と F回転の関係は、リンク 3について自身の方向で力
のつりあいが成り立つ。
  （1）
となる。左辺の cos関数部分は－ 90°の部分を無くし
て sin（θ + φ）となる。また、加法定理で展開して、
  （2）
と書ける。さらに、φと θは対応しているので、φは
図 2　 往復運動で動作する農業ハサミの構造
　  　 数字はリンクの番号である。灰色丸は作
物茎を示す。黒丸、白丸のそれぞれは固
定ピン、可動ピンを示す。パネルは切断
の（a）前、（b）途中、（c）後である。
Fig. 2   Structure of scissors operating via linear 
motion. The integer denotes the ordinal 
number of links. The gray colored circle 
corresponds to the stem of agricultural crops. 
The black and open circles indicate the fix 
and movable pins, respectively. Panels denote 
(a) before, (b) during, and (c) after cutting.
図 3　引くことで動作する農業ハサミ構造
　  　 数字はリンクの番号である。灰色丸は作物茎を示す。黒
丸、白丸のそれぞれは固定ピン、可動ピンを示す。パネ
ルは切断の（a）前、可（b）途中、可（c）後である。
Fig. 3   Structure of scissors operating via drawing motion. The integer 
denotes the ordinal number of links. The gray colored circle 
corresponds to the stem of agricultural crops. The black and 
open circles indicate the fix and movable pins, respectively. 
Panels denote (a) before, (b) during, and (c) after cutting.
切断の間静止していると考える。持ち手のリンク 3を
押すと先端のリンク 1が前に回転する。リンク 1の先
には固定刃が備わっており、動くリンク 1によって作
物茎が切断される。この場合、往復運動は押す動作と
なるが、押す運動は微妙な力加減のコントロールが難
しい。引くことで切断するためには、図 3のようにリ
ンク 1を下方に延長してその先で切断すればよい。こ
のスライダクランク機構を採用することで、引いて切
断できる。
（3）力伝達の計算
　力の伝達において、切断に必要な力は刃を直接押し
当てるよりも小さくしたい。回転部分と往復部分の力
の伝達の逆比、F往復/F回転を1より小さくすればよい。
　力伝達はリンクの長さとリンクの相対的な位置関係
（角度）によって決まる。いま、注目している力 F回転、
F往復を配置（角度、変位量）との関係で図 3に示す。
－ 23 －
『愛媛大学社会共創学部紀要』第８巻第２号　2024
すべて θで書き換えられる。2つのリンク 1とリンク
2のピンまでの長さを図 3 で示したように L1 と L2 と
すると、リンク 1と 2の腕がリンク 4に垂直な方向に
正射影された部分の長さが等しくなる：
  （3）
　（L2 > L1）。式（2）の tanφを tanφ= という
一般的な関係で sin関数に書き換え、さらに関係式（3）
を用いると変数 φを他の因子に係る変数 θで書ける。
  （4）
　この式（4）を式（2）に代入することで、力伝達
の比の逆数 F往復/F回転は θおよび L2/L1 の関数となる
（切断するためにリンク 3を引くと θは小さくなる）。
F往復/F回転を θとの関係で図示したものを図4に示す。
すべての θの定義域で力伝達の逆比が 1を下回ってお
り、刃を直接押し当てるよりも小さな力で切断できる
ことを意味する。
図 4　力伝達の逆比（F 往復 /F 回転）
Fig. 4   Reciprocal ratio of force transmission (ratio of linear 
motion per rotational motion).
3　試作
　次に、2設計で決定した機構を手で往復させ作物
体のモデルを切断できるかどうか検証した。図面は
3DCADソフトウェア SolidWorks（ダッソー・シス
テムズ株式会社）を用いて作成した。図面を図 5に示
す。全体の長さは既存のハサミと同程度になるように
し、持ち手部分の直径は成人が軽く手を丸めたときの
太さにした。
　この図面を基に、3DプリンターMF-2200D（武藤
化学工業）によって造形した。フィラメントはポリ乳
酸（径 1.7mm）である。刃の厚みは 0.4mmとした（オル
ファ株式会社）。
4　切断可否の検証
　本研究の目的は、引くことで動作する農業ハサミの
概念を検証すること、対象作物茎のモデルとしてシリ
コーンゴムを用いて切断の可否を検証することであ
る。製作した試作機を動かし、直径の異なるシリコー
ンゴム 3-2316-02（直径 3mm）および 3-2316-04（直径
5mm）（アズワン）を切断できるかどうか調べた。その
結果、直径の違いによらずに問題なく切断できた（様
子を図 6に示す）。
　それぞれの切断時の最大荷重をデジタルフォース
ゲージ ZTS-50N（株式会社イマダ）によって測定し
た。その結果、3, 5mm直径のそれぞれで 2.2, 4.9 N と
なり、手先や腕で負担を感じることなく切断できた。
また今回用いた 5mmよりも太い直径を持つ茎を切断し
た場合の負荷を予想するために、今回の 3mmと 5mmの
最大荷重の比を求めると、2.1 であった。これは、固
定したシリコーンゴムに引張圧縮試験機MCT-2150
（株式会社エー・アンド・デイ）で同じ刃を垂直に挿
入したときの最大切断抵抗5.5± 0.5 N, 9.8 ± 0.6 N（そ
れぞれ 3, 5mm）の比 1.8 に近いが、それよりも 1割程
度大きかった。
　対象が固定された状態で求められた切断抵抗よりも
荷重の増加が大きくなった要因としては、ゴムの固定
の仕方の違いに起因する可能性がある。引くハサミの
概念検証ではつるおろしの作物の状態に近い、シリ
コーンゴムを長さ 10cm程度の梁（両端ピン固定）状
態で支持したことで、切断後半にゴムがたわんで刃の
両側の摩擦が無視できない。そして、その摩擦は直
径・断面積が大きいほど大きくなる。切断時の茎のた
わみが無視できないような作物体においては切断対象
図 5　 引くことで動作する農業ハサミの図面（丸枠は
スプリング挿入部）
Fig. 5   Schematic of operation of agricultural scissors (The 
circle line indicates the position of spring).
－ 24 －
リンク機構を備え往復運動で切断する農業ハサミ
が固定された場合よりも大きな力が必要となる可能性
を考える必要がある。
5　まとめ
　本研究では、農業ハサミの茎切断と器具消毒を同じ
動作かつ複数の身体部位で行えるハサミの概念を確か
めること、作物茎を模したシリコーンゴムをハサミで
切断できるかどうか調べた。往復運動をハサミの回転
運動に変換するため、4節スライダクランク機構を採
用し、単純な 1枚刃とした。その結果、計算において
力伝達の逆比は 1を下回り、直接刃を押し当てるより
も力負担が大きくならないことを確認できた。成人の
手のサイズ等を考慮した寸法で設計し、試作機を樹脂
で製作した。シリコーンゴム（直径 3, 5mm）を 10cm離
れた 2点で支持しその中間点を切断したところ、持ち
手部分の最大荷重はそれぞれの直径で 2.2, 4.9 N であ
り、同じ刃を垂直に挿入したときの最大切断抵抗 5.5
± 0.5 N, 9.8 ± 0.6 N よりも小さかった。往復運動は
消毒液を備えた場合の液の射出と相性よく、本論文は
切断と消毒を交互に行う現場においても役立つと期待
できる。
　　　　　　　図 6　切断の様子
　　　　　　　Fig. 6   Image of a cutting test.
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謝辞
　本研究の実施にあたり協力をいただいた地域農業者に
感謝の意を表する。
注
1  当該ハサミを使用する愛媛県内生産者からの聞き取り
による（2020 年 10 月 28 日実施）。


リンク機構を備え往復運動で切断する農業ハサミ

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