公開日：2025年11月25日

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＜TRANSLOG2024&J-RAIL2024＞

供給空気タンク内圧の制約値を考慮した空気ばね式車体傾斜装置の車体傾斜パターンの生成に関する検討

藤井 浩也, 安藝 雅彦

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00023

空気ばね式車体傾斜装置は，曲線通過時に空気ばねに圧縮空気を供給することで車体を傾斜させる．しかし，連続して曲線を通過する場合，圧縮空気が不足し装置が運用できない可能性がある．そこで本研究では，許容範囲で乗り心地を低下させつつも傾斜角度を抑えることで装置が運用し続けられる車体傾斜パターンを検討した．供給空気タンク内圧に制約条件，乗り心地を評価関数とした最適制御問題を設定し，動的計画法を用いて計算を行った．その結果，連続する曲線を通過するなかで許容される乗り心地を満足しつつ，装置が運用し続けられるような車体傾斜パターンを生成した．

車輪曲げひずみを用いた車輪／レール接触位置の連続測定手法（実車両を用いた乗り上がり時を含む接触位置測定手法の妥当性検証）

野口 芳直, 錦織 大幸, 小林 尊仁, 川越 夏樹

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00032

本稿では，鉄道車両の新たな走行安全性評価手法の構築に用いることを目的として，先行研究で提案した車輪／レール接触位置の連続測定手法の妥当性検証結果を述べる．提案手法を基に，実車両でのデータ取得を目的とした測定系を構築して接触位置測定を行った．その結果，乗り上がり時においても接触位置が連続して得られ，塗料により直接測定した接触位置と概ね一致したことから，提案手法が妥当であることがわかった．また，本試験結果に対する提案手法の測定精度がまくらぎ方向に対して±2mm程度であること，車輪一周以上の走行距離を要する乗り上がりであれば，提案手法による現象把握が可能であることが得られた．

感圧センサを内蔵した戸先ゴムと非接触給電装置を利用した戸挟み検知システム

間々田 祥吾, 田中 裕志, 𠮷田 桃子,太田 達哉,赤坂 幸広, 渡辺 玲奈

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00063

鉄道車両では，乗客の乗降時に乗客の荷物などの介在物がドアに挟み込まれることがあるが，幅の狭い介在物の挟み込みの検知が困難である．そのため，挟み込まれた乗客が引きずられる可能性がある．そこで，感圧センサを内蔵させた戸先ゴム（戸先ゴムセンサ）を利用した戸挟み検知システムを開発した．戸先ゴムセンサは直径8mm以上の介在物の挟み込みが検知でき，約150N以下の荷重で引きずりを検知できる．また，開発したシステムは，非接触給電装置を利用することにより，既存の車両への設置が容易である．開発したシステムを実車両に約1年間設置した結果，介在物が存在しない状況での誤検知は発生しなかった．

加熱促進老化試験による鉄道車両向けゴムサスペンションの熱酸化劣化特性のモデル化手法と経年変化特性に関する考察

原 康介, 干鯛 正隆, 合田 憲次郎, 若林 信宏

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00133

鉄道車両向けゴムサスペンションの経年変化が車両運動性能に与える影響を設計段階で評価することを目的に，ばね定数の経年変化を解析で予測する手法を提案した．ゴムブロックを対象とした促進老化試験によりゴム部材の熱酸化劣化特性を取得し，FEM解析と組み合わせて，熱酸化劣化によるばね定数の変化を予測する解析モデルを構築した．解析と試験の比較による検証を行い，ゴムの硬化によるばね定数の増加を予測できる見込みを得た．さらに，高温環境ではばね定数の増加が大きいこと，一方でゴムの断面寸法が大きい場合や，ゴムの断面形状が矩形断面よりも円形断面の方がばね定数の増加が小さくなる，などの経年変化特性に関する知見を得た．

ヒステリシス特性を模擬した3次元弾性リングモデルによるタイヤ転がり面圧分布の実験的検証

中西 亮太, 松原 真己, 鈴木 晴之,

河村 庄造, 田尻 大樹

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00136

本研究では，タイヤの転がり面圧分布を計算可能な新たなタイヤ力学モデルを提案する．提案モデルは，タイヤのヒステリシス特性をトレッドゴムの可変剛性によって模擬した3次元弾性リングモデルであり，観測されるタイヤ転がり面圧分布の非対称性を再現可能である．提案モデルの妥当性は，フォースセンサーを埋め込んだインナードラム型のタイヤ試験機による面圧分布の実測結果との比較によって示された．提案モデルの剛性パラメータは，タイヤ設計値から理論計算によって設定可能であるため，本モデルは狙いの面圧分布を実現するためのタイヤ設計検討にも有用である．

日射と長波放射の詳細評価に基づくスラブ軌道断面温度解析手法の提案

浦川 文寛, 渡辺 勉, 高橋 貴蔵, 渕上 翔太

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00137

寒冷地の一部では，凍結融解作用によりスラブ軌道のてん充層に凍害が生じている．これを予測するため，日陰等を考慮した表面の熱収支計算と内部の熱伝導の弱連成解析手法を提案した．提案手法を実スラブ軌道に適用したところ，解析値の測定値に対するRMSEは約1.4℃であった．また，2か月間の温度解析に要した計算時間は約41分であった．さらに，上下線とその左右側の凍結融解回数を比較したところ，日当たりが悪く，かつ壁等から遠い上り線-左側では，てん充層の夜間の温度が最も低く，凍結融解回数が最も多くなった．この結果より，軌道，壁等，太陽の位置関係によって凍結融解の頻度に差が生じ得ることが示された．

高速用分岐器における軌道変位が分岐器部材の損傷に与える影響の検討

塩田 勝利, 潮見 俊輔, 園田 佳巨

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00138

分岐器基準線側を速度120km/hで通過する高速用分岐器の軌道変位整備基準値は，高速用分岐器以外のものと比べ，厳しい値で管理されているが，この値は過去の走行試験を基に経験的に定められたものである．そのため，力学的根拠に基づく整備基準値の設定に向け，本研究では高速用分岐器における軌道変位が分岐器部材の損傷に与える影響を評価可能とする動的FEM手法を用いた分岐器走行シミュレーションモデルを構築した．また，構築したモデルを用いて軌道変位に関するケーススタディを実施し，分岐器部材の損傷に与える影響を明らかにした．

車輪の井桁状まくらぎ敷設レール継目通過に起因するバラスト道床変形挙動の有限要素解析

紅露 一寛

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00139

本研究では，バラスト材の繰り返し変形特性を拡張下負荷面モデルに基づく弾塑性有限要素法でモデル化した上で，井桁状まくらぎ敷設レール継目部を車輪が通過する際のバラスト道床の変形解析を試みた．車輪のレール継目通過時には，衝撃輪重の発生・作用により，継目付近のバラスト道床の残留変形が著大となる．軌道振動解析によりバラスト道床への作用力の時刻歴を予め評価した上で，まくらぎ各部での作用力の時刻歴を外力として動的弾塑性有限要素解析を行なう弱連成解析を行なった．かけ継ぎ構造を有する井桁状まくらぎ敷設レール継目部を対象として数値実験を行なったところ，井桁状まくらぎの敷設はレール継目部付近のバラスト道床の残留変位・変形の発生・進展の抑制効果が期待できることが確認できた．

車輪踏面状態がPCまくらぎの動的応答に及ぼす影響

後藤 恵一, 渡辺 勉, 川口 二俊,末木 健之, 山下 友也, 三村 大輔

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00140

本研究は列車通過時のPCまくらぎの動的応答に関して，主に車輪フラットの影響について検討したものである．具体的には，在来線営業車両を対象とした車輪凹凸測定を実施するとともに，当該車両走行時のPCまくらぎの曲げモーメントを実測し，その影響度を把握した．また，数値解析により車輪フラットの大きさとPCまくらぎの曲げモーメントの関係を定量評価した．その結果，車輪フラット長10mm程度であれば，PCまくらぎの曲げモーメントにほとんど影響を及ぼさないこと，車輪フラット長75mmの場合は車輪フラットがない場合の3.7倍程度の曲げモーメントが発生することなどを示した．

＜熱工学，内燃機関，動力エネルギーシステム＞

水素供給装置を付加したレトロフィットディーゼルエンジンにおける水素とバイオディーゼル燃料の混焼条件におけるエンジン性能

小島 英司, 山口 卓也

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00118

本研究はディーゼルエンジンの低炭素化を目的として，既存のディーゼルエンジンの燃料噴射システムに変更を加えることなく水素供給装置を吸気経路に付加したレトロフィット仕様において，水素とバイオディーゼル燃料（BDF）との混焼を試み，水素とBDFとの混焼条件において水素による供給熱量割合を高め，BDFによる供給熱量割合を低下させた際のエンジン性能とSmokeの排出特性を調べた．その結果，水素とBDFとの混焼条件では，水素による供給熱量割合が増加するに従い正味熱効率が低下する傾向にあるものの，Smokeの排出はBDFのみでエンジンを運転した際のSmokeレベルよりも低い水準に抑制できることがわかった．

＜機械力学，計測，自動制御，ロボティクス，メカトロニクス＞

水平多関節型ロボットの標準作業域内での標準サイクルタイムを短縮する動作軌道の評価法

小木曽 敏夫

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00054

水平多関節型ロボットの短距離動作の高速化指標として標準サイクルタイムが知られている.

標準サイクルタイムは上下25mm水平300mm直線の一往復動作の時間である. 1990年頃は0.8s程度だったが, 2024年は0.3s程度に短縮されている.

1980～2024年の短縮変遷を調査した. 短縮の一因は水平動作の動作軌道の適正化である.

本研究は動作軌道の位置と方向角に着目し, 提案した３種の評価指標(KTSMs)を基に運動学的評価を行った. 標準作業域の部分領域での実験結果と, 部分・全体領域での評価指標計算から, 動力学モデルを用いない最適動作軌道と標準サイクルタイムの予測法を示した.

脚支援システムへの応用を考慮した搭乗型手動制御試験システムのレバー操作方法の検証

北山 文矢, 近藤 良

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00056

我々は下肢麻痺者を対象にした手動制御型脚支援システムを開発している．本システムでは，健常上半身に装着したレバーで麻痺脚に装着したモータを動かす．本論文では，対麻痺者用手動制御型脚支援システムでの立位姿勢制御のためのレバー操作則を明らかにする．まず，手動制御型脚支援システムと対麻痺者を模擬した試験システムを構築した．機械足首・機械腰関節を有する装置に健常者が非接地状態で搭乗し，レバー操作で各機械関節を動かす．次に，試験システムを用いて姿勢遷移時にZMPの逆ブレ量を抑えるレバー操作則を探索した．被験者1名による実験結果から，機械足首・腰関節を逆向きに回転動作させ，各関節の動作開始時間に差を設けることで，ZMPの逆ブレを防止できることを示唆した．

鉄道車両の車輪フラット形状を推定する数値解析手法の開発

山本 大輔

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00067

本稿では，車輪フラット成長メカニズムの解明に資するため，鉄道車両のブレーキ時を再現した車両運動解析と車輪／レール間の摩擦熱解析をそれぞれ開発し，これら二つのシミュレータを連携した片方向連成計算により，車輪固着時に生成する車輪フラット形状を定量的に求める解析手法を提案した．そして，本提案手法の妥当性を走行実験の計測値との比較により検証した結果，車輪／レール間の摩擦係数を現地で計測した最小値に設定すると，車輪フラット形状は実測形状に対して面積比で10.2%程度，長さ比で16.6%程度の小さい誤差で推定できることが分かった．これを踏まえ，本提案手法により車輪フラット形状の成長に影響を及ぼす条件について検討を行った．

機構の特異性を利用した撃力伝達遮断による落下衝撃緩和床の設計

岡田 昌史, 木原 遼, 髙田 敦

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00127

落下などによる衝撃を緩和するためには，柔らかさの導入では不十分であり，衝突される対象の質量を小さくする必要がある．特に，高齢者がベッドから落下する場合，小さな衝撃でも骨折する危険がある．本論文では，機構の特異性を利用して撃力伝達を遮断する落下衝撃緩和機構を設計する．これは力学的エネルギーを落下物からおもりへ移動させ，おもりを壁と衝突させてエネルギーを散逸させる，あるいは，円盤の回転エネルギーとして蓄えるものであり，衝突時に発生する撃力を特異性により遮断する．機構の運動学解析に基づいて撃力が遮断されることを示したのち，試作機によって機構の動作の確認，撃力伝達が遮断されることを検証する．

＜マイクロ・ナノ工学＞

多層バルジ法によるアルミニウム膜の破壊ひずみ評価

石塚 典男

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00153

下地に膜が配置された実際の製品構造に近い状態でのアルミニウム膜の破壊強度取得を目的に，我々が考案した多層バルジ法を用いて破壊強度を評価した結果，以下の結論を得た．（１）評価薄膜に引張応力のみを印加できる多層バルジ法を用いることで，アルミニウム膜の破壊強度を測定できる．（２）純度99.999 %のターゲットを用いてスパッタ法で形成し，400℃，30分熱処理後の160 nm厚のアルミニウム膜の破壊ひずみは3.3～4.2 %の範囲にあると考えられる．（３）上記破断ひずみ結果は，厚さ1 mmの高純度（99.99 %や99.9999 %）アルミニウムの破壊ひずみに比べ，約1/10以下である．これは，薄膜であり，さらに下地に膜があり転位が成長しにくいことに起因していると推察される．

＜計算力学＞

インサート要素を用いた短繊維複合ゴムの有限要素モデリング手法の開発

林 雅江, 奥田 洋司, 稲垣 和久,村吉 浩明, 徳田 明彦

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00167

短繊維複合ゴムは，軽量で耐久性に優れることから様々な産業で利用される．著者らは，大規模並列有限要素法構造解析ソフトウェアFrontISTRを用い，摩擦伝動ゴムベルトの接触挙動を再現する実機応用解析に取り組んできたが，短繊維複合ゴム材の複雑な材料特性をいかに組み込むかが課題であった．本研究では，短繊維をトラス要素として扱うインサート要素機能の導入と，分散並列計算に対応可能な実装により，計算コスト低減と大規模並列化を両立させる．実際の短繊維配向を考慮した試験片モデルによる解析結果を，HEXAGON Marcによる結果と比較することで検証した．ソリッド要素のみを用いた従来解析に対し，計算時間を大幅に短縮し，約400倍の高速化を達成した．

＜設計，機素・潤滑，情報・知能，製造，システム＞

エリアシング式減速機の開発

林 秀行, 大嶋 和彦, 尾形 和哉

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00113

DCモータの更なる小型化に対応するため，薄型・小型でありながら高減速比と低振動を両立するようなエリアシング式減速機を考案した．この減速機は，同じ振幅で周期の異なる正弦波溝を有する2枚の円本状部品である入力板とステイタ，溝内を転がるベアリングボール，そして長孔が円周方向に等間隔に施されている出力板から構成されている．この長穴はベアリングボールが挿入でき，半径方向に移動できる．入力板とステイタとで，長孔にベアリングボールを挿入した状態の出力板を挟み込む，このときベアリングボールは2種類の溝の交点で保持される．この減速機の減速原理には「サンプリング定理」から着想を得ており，入力板が回転すると，それぞれの溝に嵌ったベアリングボールは長孔の中を径方向に往復運動し，出力板を減速させながら入力板と同方向に減速回転する．試作機は，動力伝達中において，出力トルク変動が極めて小さく，無負荷損失トルクは遊星歯車減速機と同程度であることが確認できた．一方で，トルク伝達効率は70%程度にとどまり，遊星歯車減速機に比べて大幅に低い値となっている．これは溝とベアリングボールとの間で発生する滑り摩擦によるものと考えられ，今後の課題となっている．

＜生体工学，医工学，スポーツ工学，人間工学＞

フローダイバータステント留置術の有限要素解析（アコーディオン手法の検討）

大倉 慈和, 直井 昌寛, 渡邉 大, 藤村 宗一郎,山本 誠, 村山 雄一, 髙尾 洋之

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00064

脳動脈瘤に対する外科的治療方法の一つとしてフローダイバータステント留置術がある．フローダイバータステントとは，金属性ワイヤを円筒状に編み込んだ形状をした医療機器である．このフローダイバータステント留置術は現状，医師の経験に大きく依存してる．これらの状況を鑑み，本論では，フローダイバータステントの血流抑制と制御性を両立する新たな留置手法を提案する．この課題に対して有限要素解析による検証を実施した．最終的にステントは複数パターンで留置され，提案手法は基礎手法と比較して脳動脈瘤開口部の格子間率を低減させた．これにより，提案手法が血流速度抑制の点で基礎手法よりも効果的である可能性が示唆された．

＜交通・物流＞

PQモニタリング台車の横圧測定値を用いた輪重推定性能向上

遠藤 柚季, 道辻 洋平, 新井 逸郎, 谷本 益久

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00115

車輪・レール間に作用する接触力，特に輪重と横圧の把握は鉄道の安全運行に不可欠であり，それらから計算される脱線係数はその評価指標として重要である．本研究では，PQモニタリング台車における輪重推定精度の向上を目的とし，曲線区間での準静的な釣合い式に基づいた新たな輪重推定手法を提案する．新しい推定手法では横圧や接触点間距離の動的変化を考慮し，また一部の計測不可能な変数は列車走行位置に基づくルックアップテーブルで推定する．現行手法と提案手法の性能をマルチボディダイナミクスシミュレーションおよび走行試験により評価し，特に急曲線で従来法より正確な推定が可能であることが示された．

トングレールの転換・隙間調整装置の開発と保守省力化を実現する分岐器ポイントの提案

玉川 新悟, 上田 将司, 安田 新太郎, 細見 章人

https://doi.org/10.1299/transjsme.25-00121

本研究は，トングレールの転換装置と隙間調整装置を開発し，分岐器ポイントの保守を省力化することを目的とする．まず，著者らは，電気転てつ機と置き換えることで，トングレールの位置や転換力を監視可能な転換装置を設計・製作した．また，転換後に伸縮し，トングレールと各部の隙間を調整する隙間調整装置を設計・製作した．さらに，製作した装置をポイントに敷設し，一連の性能確認試験を行った．結果として，開発した装置は，転換不能の事前検知が可能かつ，隙間の検査と調整作業の自動化が可能であることを確認した．また，分岐器上を車両が走行する試験を行った結果，車両通過後において，装置の動作に異常がないことを確認した．

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日本機械学会学術誌規定が改訂され，日本機械学会論文集に「機械工学レター」（速報に値する短い論文）が投稿できるようになりました！是非とも投稿をご検討ください．

https://www.jsme.or.jp/bulletin/news20250409.pdf