Nagaoka University of Technology Institutional Repository

国立大学法人長岡技術科学大学博士（工学）doctoral thesi

小岩, 一広

（様式）    
 
            論文内容の要旨         
 
                          氏 名   小 岩 一 広 
 
近年の高度経済成長に伴い，電気を含むエネルギーは私たちの生活に欠かせないものとなっ
た。電気は，モータ分野をはじめ，照明，熱，IT 機器など幅広い分野で使用されている。特
に，全電気消費量のうち，モータを使用する用途の電気消費量が最も高く，全体の 57%を占
めている。したがって，モータを効率的に使用することは，莫大な省エネ効果となる。モータ
を効率的に使用する変換器として，交流直接変換器が注目されている。しかし，交流直接変換
器は，入出力電圧比が低い問題があり，従来の PWM 整流器-インバータシステムと同等の性
能を発揮するためには，モータを専用設計する必要がある。 
本研究では，交流直接変換器の入出力電圧比を改善するため，昇圧形スイッチングフィルタ
を用いたマトリックスコンバータシステムを提案する。昇圧形スイッチングフィルタを用いた
マトリックスコンバータシステムは，従来の入出力電圧比改善手法と比較して，追加の受動素
子なしに高い入出力電圧比を得ることができる。しかし現在，可変速駆動システム用交流交流
電力変換用途には PWM 整流器-インバータシステムが一般に用いられており，提案システム
を含む昇降圧形交流直接変換器は普及されていない。そこで，昇降圧形交流直接変換器の高性
能化を目的として，波形ひずみ低減，高パワー密度化を図る。最後に，可変速駆動システム用
交流交流電力変換用途への適用を考慮し，従来システムと定量的に比較することで，提案シス
テムの有用性を評価する。 
第 1 章では，現状の交流直接電力変換器の問題点を示し，本研究における研究目的について
述べている。 
第 2 章では，交流直接変換器の原理的な問題である入出力電圧比の制限について述べ，その
問題を解決するための従来手法を整理する。それらの特徴を踏まえ，少ない追加素子数で高い
入出力電圧比を得る手法として，提案システムを提案し，従来の昇降圧形交流直接変換器との
得失を明らかにすることで，本論文の位置づけを示す。最後に，提案システムを含む昇降圧形
交流直接変換器を高性能化する上での課題を示し，解決策をそれぞれ述べている。具体的には，
波形ひずみの低減，損失解析手法および高パワー密度設計手法の確立である。さらに，従来シ
ステムとの効率およびパワー密度比較を行い，提案システムの有用性を明確化する。本論文の
目的である昇降圧形交流直接変換器の高性能化を達成するため， 3 章以降の各章でそれぞれ
上記課題の解決を図る。 
第 3 章では，第 2 章で提案した昇圧形スイッチングフィルタを用いたマトリックスコンバー
タシステムの波形ひずみ低減手法を述べている。波形ひずみは保護回路の大型化を招き，シス
テムのパワー密度低下につながる。したがって，昇降圧形交流直接変換器をさまざまな用途に
適用するためには，波形ひずみの原因を取り除き，パワー密度の低下を防ぐことが重要である。
波形ひずみの原因は，入力LCフィルタの共振によるひずみと，転流失敗によるひずみがある。
まず，入力 LC フィルタの共振による波形ひずみを抑制する手法としてダンピング制御を適用
する。一方，転流失敗による波形ひずみは，転流中に生じる次のスイッチングの転流シーケン
スに着目することで回避する。以上，2 つの波形ひずみ改善手法について実験によりそれぞれ
効果を検証する。 
第 4 章では，提案システムの高パワー密度化を図るため，損失解析手法および最大パワー密
度設計法を確立し，その妥当性について述べている。具体的には，まず昇圧形スイッチングフ
ィルタおよびマトリックスコンバータの損失解析手法について言及する。導出した数式の確認
はシミュレーションおよび1次試作機のマトリックスコンバータを用いて実機により数式の妥
当性を検証する。さらに，導出した損失式を用いて，マトリックスコンバータを最大パワー密
度設計する手法を示す。最後に，最大パワー密度設計手法の妥当性を，実際に最大パワー密度
設計手法において設計された 2 次試作機のマトリックスコンバータから検証する。マトリック
スコンバータを用いて最大パワー密度設計手法の妥当性を確認することで，昇降圧形交流直接
変換器にも適用可能である。 
第 5 章では，アプリケーションとして可変速駆動システムを想定し，第 2 章で提案した昇圧
形スイッチングフィルタを用いたマトリックスコンバータシステムの有用性を従来のPWM整
流器-インバータシステムおよび通常のマトリックスコンバータシステムと比較することで明
確化している。可変速駆動システムにおいて，提案システムは，出力電圧を高く設定できるた
め，早い段階から弱め磁束制御を適用する必要がなく，モータ電流の増加による銅損の増大を
抑制できる。しかし，追加の昇圧形スイッチングフィルタに発生する損失が原因で，効率の低
下が懸念される。そこで，モータの銅損を理論的に導出する方法を述べ，第 4 章で検討した昇
圧形スイッチングフィルタおよびマトリックスコンバータの損失計算と比較する。また，提案
システムの総合損失が通常のマトリックスコンバータによる駆動システムよりも小さくなる範
囲を明確にすることで，通常のマトリックスコンバータシステムに対する有用性を評価する。
一方，第 4 章で確立した損失解析手法を用いて提案システムと PWM 整流器-インバータシス
テムをパワー密度の観点から比較する。なお，交流直接変換器の転流には，第 3 章で検討した
転流シーケンスを採用している。 
最後に第 6 章では，提案システムの有用性をまとめ，今後の展望や課題について言及してい
る。 
 


昇圧形スイッチングフィルタを用いたマトリックスコンバータシステムの高パワー密度化に関する研究

藤原, 健志

) 
( )
TIM(Thermal Interface Material)
SEM X
X CT
B N
A FM
B N
B N
5
1
2
3
X CT
4 3 BN
AFM
5
3


English

サーマルマネージメントの高度化に資する新規無機フィラー配列構造の設計とプロセスの研究

佐賀野, 健

1 
（様式３）  
論 文 内 容 の 要 旨 
 
氏 名  佐賀野 健  
 
 本論文は、スポーツ指導において利用頻度の高いビデオカメラからの映像を、球技スポ
ーツの分析を念頭にした新しい DLT（Direct Linear Transformation）法を用いて解析す
る独自のシステムを構築するとともに、バレーボールを対象にその妥当性、有用性の検証
を行ったものであり、以下の全６章から構成されている。  
第１章では、DLT 法を用いて分析が行われたこれまでの先行研究を検討・総括し、これ
らの研究における問題点を明らかにしている。そして、最後に各章の構成内容について説
明した。  
第２章では、DLT 法を用いて実空間座標を求める方法ならびに本研究で開発した DLT
法を用いた新しい球技分析システムについてまとめた。陸上や水泳等対象物（選手）の移
動する空間が予め決まっている場合は、対象物の移動に伴ってカメラが移動してもその映
像を解析できるパンニング DLT 法が既に開発されているが、移動する空間が未知の球技
には不向きである。本章では、DLT 法による１台のカメラ映像からの２次元ならびに複数
台のカメラ映像からの３次元 DLT 係数の計算方法を述べるとともに、球技スポーツのよ
うな異なる空間座標でのプレーを座標変換し、同一空間座標でのプレーとして比較検討を
可能とした新しい手法について述べている。 さらに、対象物（選手）の大きさ（身長）や
対象となる運動時間を規格化・平均化する計算手法についても述べている。  
第３章では、世界的なレベルのバレーボールチームを対象に、対象物の同一空間座標へ
の置換を２次元 DLT 法で行い、戦術的なゲーム分析例としてサーブレシーブからのコン
ビネーション攻撃に対する守備隊形を解析している。その結果、例えば①相手チームのセ
ッターがトスを上げた瞬間から相手スパイカーがＡクイック攻撃の打撃をするまでは守備
隊形はほとんど変化しないこと、②相手スパイカーがレフト平行攻撃の打撃をするまでは、
ライト側のブロッカーとセンターから移動してジャンプするセンターブロッカーの２人が
ブロックを行い後衛レシーバーはセンターブロッカーのブロック状況に応じてレシーブ位
置を移動する等々、各チーム毎に特徴的な守備隊形のパターンが存在していることを導出
した。  
第４章では、対象物の同一空間座標への置換ならびに規格・平均化を２次元 DLT 法で行
い、運動学的な動作解析例としてコンビネーション攻撃に対するセンターブロッカーの技
術について解析している。その結果、①Ａクイック攻撃に対してブロッカーは、踏切時に
膝の深い屈曲・伸展を用いることなくジャンプしていること、②レフト平行攻撃に対して
はクイックスリーステップと、その１歩目を除いたツーステップでブロックが行われてい
ること、③ブロック前の移動中には、両肘を肩の高さに保ち踏み切ってジャンプする方法
と両肘を下げて踏切の際に腕の振りを使ってジャンプする方法のいずれかを取るが、両者
には時間的は大きな違いはみられないこと等々、コンビネーション攻撃に対してブロック
を行うセンターブロッカーのモデルとなる動作が多数存在していることを導出した。  
2 
第５章では、対象物の同一空間座標への置換ならびに規格・平均化を３次元 DLT 法で行
い、運動学的な動作解析例としてバック・トス技術の技術について解析している。その結果、
①ジャンプ・トス時のボールインパクト中は頭部を後傾し、身体の直上でボールを捉えている
こと、②リリース直後から頭部を後傾したまま上半身を時計回りに水平位外転させ、着地時に
はネットに正対するような姿勢を取っていること、③バック・トス動作における肩角度はト
スインパクト時が平均 83 度、リリース時が平均 87 度、そしてリリース直後から角度変化が
大きくなり着地時が平均 129 度であること等々から、一流セッターは頭部を後傾し、上半身
を水平位外転させることにより視覚情報を獲得しながらバック・トスしていることを明らか
にした。  
第６章では、本論文の総括を行うとともに本研究成果が、近年スポーツ競技会等でも多
用されるタブレット型 PC に機能搭載されることによって齎される、スポーツ競技の現場
の変容の可能性について言及した。  
 
 
 
 
 
 
 
 


ＤＬＴ法を用いた新しい球技分析システムの開発とバレーボールへの適用

田口, 博章

固体酸化物形燃料電池システムの長寿命化に向けた高性能空気極開発

坂本, 秀樹

（様式４）  
別紙２  
論文審査の結果の要旨  
 
学位申請者   坂 本 秀 樹 
 
 本論文は，「タグチメソッドを用いた生産管理に関するソフトウエアの開発とその適用性
の評価」と題し，7 章より構成されている．第 1 章「緒論」では，論文の位置づけ，研究背
景，品質工学（タグチメソッド），論文構成について説明している．第 2 章「品質工学に生
産マネージメント機能を添加したものづくり支援ソフトウエアの開発」では，品質工学と
生産性マネージメントから成るソフトウエアを開発し，設計パラメータの最適組合せを推
定する手法を可能にした．評価として，マグネシウム合金のプレス成形におけるスプリン
グバック量を対象として，加工精度，加工時間，生産コスト，歩留まりをそれぞれ優先し
た場合の最適加工条件の推定について検討し，その有効性を確認した．第 3 章「誤差因子
の分散を考慮したソフトウエアの高精度化」では，第 2 章で開発したソフトウエアを高精
度化するためのソフトウエアを開発した．いくつかの数学モデルを用いて，その高精度化
のためのソフトウエアの改造が有効であることを確認した．第 4 章「等級化・延滞金・損
失関数を考慮したソフトウエアの高機能化」では，製品が最大利益を得るために等級化，
延滞金，損失関数が計算できるソフトウエアを開発し，紙コプターの実験を行ってソフト
ウエアが高品位化と多機能化に有効であることを確認した．第 5 章「逆解法による制御因
子と誤差因子の寄与率の評価のソフトウエアの開発」では，制御因子の各水準が誤差因子
の影響下で最終対象とする機能（特性値）にどのような影響力を持つかを推定するソフト
ウエアを開発した．その評価のために，紙コプターの実験を行った．とくに制御因子に有
機物として“紙”と“紙コプター製作作業者”をセットし，その影響力の評価の程度を調べ，
有機物の影響力の評価にも有効に利用できることを確認した．第 6 章「ロバスト性のある
最適条件を迅速に探索するイノベーションツールの開発」では，対象となる機能を最高水
準にするための制御因子の水準値を，短時間・容易に探索できるソフトウエアの開発を行
った．評価のために，有機物である人間の感性領域の最適化の理論構築と条件探索の実験
を行い，作業時間を 1/15 まで短縮でき，イノベーションのためのツールとしての有効性を
確認した．  第 7 章「結論」では，本研究で得られた結果をまとめた．  
以上のように，品質工学をベースに最適生産マネージメント，その手法の高精度化と多
機能化，制御因子と誤差因子の影響の推定，制御因子の関数化による開発の迅速化をそれ
ぞれ可能にするソフトウエアが開発され，その有効性が確認できた．  
よって，本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく，博士（工学）の学位論文
として十分な価値を有するものと認める。  
 
 
 
                     審査委員主査  田 辺 郁 男  印 
 
 


Traditional Chinese

タグチメソッドを用いた生産管理に関するソフトウエアの開発とその適用性の評価

小林, 將志

1 
（様式３）  
論 文 内 容 の 要 旨 
 
氏 名  小林 將志  
 
本論文では，東北地方太平洋沖地震において，東北新幹線の複数のＲＣラーメン高架橋
が，ブロック端部の柱頭部で集中的に損傷した点に着目し，被災構造物の損傷状況の分析
と再現解析を行った．その結果，損傷した構造物は，比較的大きな回転モードの水平応答
を受けた可能性が有ることを示し，耐震補強を継続して取組むことの有効性を示している． 
さらに，既設ＲＣ柱の耐震補強を合理的に進めることを目的に，補強鋼材の配置間隔を
断面高さの 1/2 以上の間隔とした補強試験体を製作し，載荷試験を実施した．その結果，
一定の補強効果が確認できたことから，補強鋼材を任意の位置に配置した場合の耐震性能
の評価手法を提案し，耐震補強を合理的に進めるための新たな知見を示している．  
本論文は，第１章から第７章で構成されている．各章の概要は以下の通りである．  
第１章は序論であり，本研究の対象である既設ＲＣラーメン高架橋の柱部材に対する耐
震補強工法の背景となっている過去の地震被害による鉄道ＲＣ高架橋の被害，耐震設計の
変遷と既往の設計法について述べるとともに，本論文の構成について紹介している．  
第２章は，鉄道構造物のＲＣ構造物を中心に，せん断破壊先行型部材により構成された
耐震性能の低い構造物の破壊メカニズムについて概説し，部材のせん断耐力と，部材の変
形性能の評価を適切に行うことにより，構造物の耐震性能を把握することができることを
説明している．  
第３章では，東北地方太平洋沖地震において，曲げ破壊先行型のＲＣラーメン高架橋の
柱部材が，梁柱接合部の柱部材基部コンクリートが全断面で落下する損傷や，比較的広い
範囲でブロックの端部柱に損傷が集中するような被害が見られた．そのため，近隣地震計
の地震動の観測値，耐震性能の解析結果，平面変形モードの推定結果を重ねて損傷原因を
推定し，従来の耐震補強を継続的に実施すべきかどうかを検証した．その結果，東北地方
太平洋沖地震により大きな損傷を生じたり，比較的広い範囲でブロック端部のみが著しく
損傷した構造物は，ブロック端部ラーメンがブロック重心を回転中心とするような回転変
形モードの地震応答を受け，端部ラーメンの柱上端から２ｈ（ｈ：断面高さ）程度の帯鉄
筋が疎な区間で終局変位δｎを超すような曲げ変形を起こして損傷が発生したものと推察
された．しかし，推定された応答値は，これまでの耐震補強において想定してきた範囲内
であることから，従来の耐震補強を継続することにより，効果が発揮できるものと考えら
れることを示した．   
第４章では，東北地方太平洋沖地震の際のＪＲ東日本の復旧に対する取組みを例に，こ
れまで開発されてきた耐震補強工法が早期復旧において有効に機能したことを示したこと
を紹介した．その一方で，高架下を店舗等に利用しているラーメン高架橋においては，Ｒ
Ｃ柱の耐震補強を行う際，建物内の既存設備，床スラブなど撤去・復旧が困難な支障物が
柱端部の外周に設置されている場合に，耐震補強工事の進捗を妨げる要因となっている現
状を踏まえ，支障物が配置されている範囲の補強鋼材の間隔を広げても，一定の耐震性能
を確保できるような補強工法の開発が望まれている現状にあることを示した . 
2 
第５章では，せん断補強鋼材を柱外周に配置して四隅で定着する耐震補強方法において，
梁または柱部材の中間において，せん断補強鋼材の配置間隔を断面高さｈの１／２以上の
間隔で設定した場合のせん断破壊により損傷する範囲とせん断耐力について実験により確
認した結果，補強鋼材の配置間隔をｈ／２よりも大きく設定しても，一定量以上の補強鋼
材を拡大区間以外の区間に配置することにより，せん断耐力を増加させる効果を付与でき
ることなどを明らかにし，部材中間に拡大区間を設けざるを得ないようなせん断破壊モー
ドの既設ＲＣ柱部材を，曲げ破壊モードの破壊形態へと改良し，一定の変形性能を付与す
ることができることを示した．  
第６章では，せん断補強鋼材を柱外周に配置して四隅で定着する耐震補強方法において，
柱基部の塑性ヒンジとなる領域のせん断補強鋼材の配置間隔を断面高さの１／２以上に広
げた試験体の地震時の破壊性状と変形性能について実験により確認した．その結果，無補
強の状態ではせん断破壊モードの補強ＲＣ柱の試験体に対して，塑性ヒンジ領域の補強鋼
材の配置間隔を０．５ｈ～１．３ｈ程度に拡大した場合でも，一定量以上の集中補強鋼材
を拡大区間に配置することにより，せん断ひび割れが生じるような損傷を拡大区間内の比
較的狭い範囲で発生するように制御できることなどを示した．これより，塑性ヒンジ領域
に拡大区間を設けざるを得ないようなせん断破壊モードの既設ＲＣ柱部材を，曲げ破壊モ
ードの破壊形態へと改良し，一定の変形性能を付与することができることを示した．  
第７章はまとめであり，本論文の概要，本論文により得られた成果を示すとともに，今
後の研究における課題について取りまとめた．  
 


大規模地震時における損傷メカニズムに基づく鉄道高架橋の耐震補強工法の性能評価

佐橋, 拓

大災害時人命救助ロボットの研究

HO, DUNG QUOC

Spatial Risk Assessment Method Workable under Limited Atmospheric Data Availability and Its Application to Ninh Thuan Nuclear Power Plant Zone Planning

EKSIRI, AKKHARAPHONG

様式
論　文　内　容　の　要　旨
氏　名　　 AKKHARAPHONG  EKSIRI
Restaurant Service Robot (RSR) is under research and development (R&D) in  the present. RSR can be
applied to provide basic restaurant services, e.g., ordering, fetching and bringing food, settlement etc., for
customers in a restaurant. In past decade, a RSR has been studied in a real and laboratory environments. For
example, a rapid and precise positioning and guidance of the restaurant service mobile robot by using a laser
positioning system has been carried out.  In addition to such basic studies, more practical studies of RSR is
required for its utilization. Among the main part of a RSR (i.e. mobility, perception, manipulator, and human­
robot   interaction),   a  manipulator   (robot  arm)  is  always  moving  when performing  a   service   task,  and   it
becomes a critical part to harm in practice. In order to design the robot arm, we have to take the inherently
safe design into account and a pneumatic actuator is suitable due to its inherent compliance. Therefore, in this
thesis,  the friction compensation using Variable Structure Control (VSC) with an ON/OFF valve has been
proposed to control a pneumatic cylinder based on VSC with the proportional one. The experimental results
provided the accuracy as same as using a proportional valve.
In general,  higher performance  is  desired for  RSR, and this  may raise  the  robot’s  price  too high for  a
particular  business  application,  especially   for   the  ones  developed  in advanced areas.   In  addition,   robot
evaluations in real environment are important for business, but expensive in these areas. Therefore, this thesis
describes about the development of restaurant service robots in Thailand. Our objective is to develop two
types of robot for 1) taking orders from customers and 2) delivering an order to the table. This R&D project
is carried out in collaboration between Bangkok University and MK Restaurants. A Systematic Approach of
Engineering Design and ISO safety standard for service robot in ISO 13482 have been used for design guides
and for risk assessment/reduction in developing these robots. To evaluate the robots, five branches of MK in
the Bangkok area have been used for six months with 14,280 services and 235,680 customers interested in
total from 2009 to 2012. “Lessons Learned” from this four year project have been summarized.
As for the concluding study, we have re­examined overall study of RSRs development and real environment
evaluation in MK restaurants, and the essential requirements for restaurant service robot utilization have been
derived, where safety is  the most important for utilization. The proposed Essential Requirements (ER) are
verified from the viewpoint of  a Framework of International Safety Standards, where the essence of the
International  Standards related to  System Safety are considered.  The following standards related System
Safety are used for the verification : ISO 13482 of the personal care robot safety in accordance with ISO
12100,   ISO   31000   of   risk  management,   IEC   62278   of   railway   RAMS   (Reliability,   Availability,
Maintainability and Safety). The ER are also verified from the summary of the Lessons Learned. According
to   the   verification,   we   conclude   that   the   proposed   essential   requirements   for  restaurant   service   robot
utilization are adequate from the viewpoint of System Safety.
　
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