藤井研究室では，光波干渉と慣性質量を利用した力学量の超精密計測法，超高機能計測法である「浮上質量法（Levitation Mass Method）」を発明し，この手法の発展に取り組んできている．
力学量の発生・計測手法として，物体を機械的に非接触で浮上させ，外力を極力小さく抑制した状態を作ることの有効性について議論する．力学量の中で最も基本的な量である力Fは，次式のように慣性質量Mと加速度aの積として定義される．
F=ma
時間的に一定の力の発生には，加速度aとして重力加速度gを用いることが便利であり一般的である．この場合，天秤を用いて国際キログラム原器からトレーサブルに値付けされた質量Mと，そこで計測された重力加速度gにより，その物体に作用する重力として力が求められる．重力同士の大きさの静的な比較については，接点にナイフエッジ，あるいは，ヒンジを有する天秤メカニズムにより，高精度に比較測定する技術が確立している．
しかしながら，変動する力（＝定義に従えば変動する加速度場に置かれた質量に作用する慣性力と同義）の発生および計測に関しては，未だ確立された方法はない．重力加速度場の存在する地上で重力の影響を受けずに変動する加速度を発生・計測する方法として，質量を水平面内運動のみ自由に許す直動軸受で浮上支持することを，一つの解決策として提案した．しかしながら，直動軸受の摩擦特性を評価する方法は確立されておらず，その開発が望まれた．産業界で広く用いられる力センサについて，それらが実際に使用される動的な状態での校正方法が存在しない現状では，それへの貢献が強く望まれる．また，国際宇宙ステーションに代表されるマイクログラビティ環境下で動作する質量測定器に関しても，その有効な原理は提案されていなかった．これらの課題に対して貢献することは，非常に有意義である．
本研究では，慣性質量としての物体を空気圧により非接触浮上支持し，誤差要因としての外力を小さく抑制した状態を作ることにより，力（force）を高精度に発生・測定する方法「浮上質量法（Levitation Mass Method）」を提案（発明）した．
本研究においては，空気圧支持手段として，広く市場に流通する静圧空気軸受を用いるが，その摩擦特性に関して不明な点が多く，かつまた，それの評価評価も見当たらなかった．そこでまず準備として，静圧空気軸受の摩擦特性評価方法の考案・開発を行い，静圧空気直動軸受の摩擦特性の評価を行った．これにより，供給空気の流れの非対称性に起因すると考えられる力，見かけの上で静的摩擦に見える力，動的な摩擦力，の３種類の力について，その大きさを評価した．
次に，変 動する力の高精度発生・測定方法として，空 気軸受で非接触浮上支持された慣性質量に作用する慣性力を利用する方法を考案・開発した．申請者が開発した方法は，衝撃力，ステップ力の発生・計測法として世界で唯一のものであり，近い将来における実用化，標準化が期待される．
さらに， この方法を応用して，超高精度な材料試験法 として，動的３点曲げ試験法，粘弾性試験法， 摩擦試験法，破壊試験法などを 開発し，力センサも位置センサも用いない超 高精度・超高分解能試験法として，材料試験の分野で非常に高い評価を得ている．
最後に，建設中の国際宇宙ステーション（International Space Station: ISS）に代表されるマイクログラビティ環境下で動作する質量測定器の測定原理の提案を行い，その有効性を地上実験により確認した．２台の対向させた静圧空気直動軸受を用いた地上での予備実験で得られた相対不確かさ0.07%は，既に十分に実用的なレベルである．
この他，最近，本手法を応用したマイクロフォースの発生計測法の開発にも着手している．（下図）
最近の発表論文（出版元へのリンク付き）
| (1) | 加藤洋治，藤井雄作，山口一，宮永大，"高粘性流体の吹き出しによる摩擦抵抗低減", 日本造船学会論文集, Vol. 168, pp.39-50, 1990. |
| (2) | 藤井雄作，加藤洋治，山口一，宮永大，"高粘性流体の吹き出しによる摩擦抵抗低減（第２報）", 日本造船学会論文集, Vol. 170, pp.45-54, 1991. |
| (3) | H. Kato, Y. Fujii, H. Yamaguchi, M. Miyanaga, "Frictional drag reduction by injecting high-viscosity fluid into turbulent boundary layer", ASME J. Fluid Eng., Vol.115, pp.206-212, 1993. |
| (4) | Y. Fujii, H. Matsumoto, I. Fujima, "Measurement of long gauge blocks using fringe-counting interferometer and subgauge blocks with lines", Metrologia, Vol.33, pp.41-48, 1996. |
| (5) | Y. Hoshi, M. Kitahama, M. Okada, H. Yoneda, H. Shiomi, Y. Fujii, "Automatic width control system using interstand tension in hot strip finishing mill", La Revue de Metallurgie-CIT, Vo.93, No.11, pp.1413-1420, 1996. |
| (6) | Y. Fujii, F. Shiota, Y. Miki, Y. Nezu, T. Makishita, and K. Hara, "A buoyancy-free mass comparator with precision better than 10-6 for use in a superconducting magnetic levitation system", IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 46, No. 2, pp. 609-612, 1997. |
| (7) | Y. Fujii, F. Shiota, Y. Miki, K. Nakayama and T. Morokuma, "Vertical displacement determination of a levitated superconducting mass", IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 48, No. 2, pp.200-204, 1999. |
| (8) | Y. Fujii, H. Fujimoto, S. Namioka, "Mass measurement under weightless conditions", Rev. Sci. Instrum., Vol. 70, No.1, pp.111-113, 1999. |
| (9) | Y. Fujii, H. Fujimoto, "Proposal for an impulse response evaluation method for force transducers", Meas. Sci. Technol., Vol. 10, No.4 pp. N31-N33, 1999. |
| (10) | Y. Fujii, H. Fujimoto, "Measurements of frictional characteristics of a pneumatic linear bearing", Meas. Sci. Technol., Vol.10, No.5, pp.362-366, 1999. |
| (11) | Y. Fujii, Y. Miki, F. Shiota and R. Watanabe, "Liquid helium transfer using a mass-flow controller", Rev. Sci. Instrum., Vol. 70, No.10, pp.4110-4113, 1999. |
| (12) | Y. Fujii, K. Ogushi, T. Tojo, "A proposal for a dynamic-response-evaluation method for torque transducers", Meas. Sci. Technol, Vol.10, No.12, pp. N142-N144, 1999. |
| (13) | F. Shiota, Y. Miki, Y. Fujii, T. Morokuma, Y. Nezu, "Evaluation of equilibrium trajectory of superconducting magnetic levitation system for the future kg unit of mass", IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 49, No.5, pp.117-1121, 2000. |
| (14) | Y. Fujii, E. Frantsuz, Y. Miki, F. Shiota and V. Khavinson, "Simulation algorithm for superconducting magnetic levitation system", Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 39, No.6A (June issue), pp.3694-3695, 2000. |
| (15) | Y. Fujii, D. Isobe, S. Saito, H. Fujimoto, Y. Miki, "A method for determining the impact force in crash testing", Mech. Syst. Signal Pr., Vol.14, No.6, pp.959-965, 2000. |
| (16) | Y. Fujii, "Possible application of mass levitation to force measurement", Metrologia, Vol.38, No.1, pp.83-84, 2001. |
| (17) | Y. Fujii, Y. Miki, F. Shiota, T. Morokuma, "Mechanism for levitated superconductor experiment", IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol.50, No.2, pp.580-582, 2001. |
| (18) | Y. Fujii, H. Fujimoto, R. Watanabe, Y. Miki, "Balance for measuring mass under microgravity conditions", AIAA J., Vol.39, No.3, pp.455-457, 2001. |
| (19) | 磯部大吾郎, 藤井 雄作，斎藤 聡，"エアスライド型衝突試験機による動荷重計測値の実験的および解析的評価"，日本機械学会論文集 (A編), Vol.67, No.657, pp.799-806, 2001. |
| (20) | Y. Fujii, "Measurement of impulse response of force transducers", Rev. Sci. Instrum., Vol.72, No.7, pp. 3108-3111, 2001. |
| (21) | 藤井雄作，"マイクログラビティ環境下における質量測定法 ― 被測定物が剛体でない場合に関する検討 ―"，計測自動制御学会論文集，Vol.38, No.4, pp.337-344, 2002. (計測自動制御学会論文賞受賞) |
| (22) | Y. Fujii, "Dynamic three-point bending tester using inertial mass and optical interferometer", Opt. Laser. Eng., Vol.38, No.5, pp.305-318, 2002. |
| (23) | Y. Fujii, "Evaluation of impulse response of commercial force transducers", Measurement, Vol.33, No.1, pp.35-45, 2003. |
| (24) | Y. Fujii, "Measurement of steep impulse response of a force transducer", Meas. Sci. Technol., Vol. 14, No.1 pp. 65-69, 2003. |
| (25) | Y. Fujii, "Measurement of force acting on a moving part of a pneumatic linear bearing", Rev. Sci. Instrum., Vol.74, No.6, pp.3137-3141, 2003. |
| (26) | Y. Fujii, "A method for calibrating force transducers against oscillation force", Meas. Sci. Technol., Vol. 14, No.8, pp. 1259-1264,2003. |
| (27) | Y. Fujii, "Proposal for a step response evaluation method for force transducers", Meas. Sci. Technol., Vol. 14, No.10, pp. 1741-1746, 2003. |
| (28) | Y. Fujii and T. Yamaguchi, "Method for evaluating material viscoelasticity", Rev. Sci. Instrum., Vol.75, No.1, pp.119-123, 2004. |
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| (30) | 山口誉夫，中原直人，永井健一，丸山真一，藤井雄作，"FEMによる非線形ばねで支持された複数の弾性ブロックの共振応答解析(弱非線形性を有する場合の検討)"，日本機械学会論文集 (C編), Vol.70 No.696, pp.2219-2227, 2004. |
| (31) | Y. Fujii and T. Yamaguchi, "Optical method for evaluating material friction", Meas. Sci. Technol., Vol. 15, No.10, pp. 1971-1976, 2004. |
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| (37) | Y. Fujii, "Optical method for accurate force measurement: dynamic response evaluation of an impact hammer", Opt. Eng., Vol. 45, No. 2, 023002-1-7, 2006. |
| (38) | 山口誉夫，中原直人，永井健一，丸山真一，藤井雄作，"基準座標で記述されたFEMを用いた非線形集中ばね＋弾性ブロックの振動解析(非線形復元力が相対変位の関数になる場合)"，日本機械学会論文集 (C編) , Vol.72 No.714, pp.324-331, 2006. |
| (39) | Y. Fujii, "Pendulum for precision force measurement", Rev. Sci. Instrum., Vol. 77, No.3, 035111-1-5, 2006. |
| (40) | Y. Fujii and J. Valera, "Impact force measurement using an inertial mass and a digitizer", Meas. Sci. Technol., Vol.17, No.4, pp. 863-868, 2006. |
| (41) | Y. Fujii, "Method for generating and measuring the micro-Newton level forces", Mech. Syst. Signal Pr., Vol.20, No.6, pp.1362-1371, 2006. |
| (42) | Y. Fujii, T. Yamaguchi and J. Valera, "Impact response measurement of a human arm", Exp. Techniques, Vol.30, No.3, pp.64-68, 2006. |
| (43) | Y. Fujii, "Method of evaluating the dynamic response of materials to forced oscillation", Meas. Sci. Technol., Vol.17, No.7, pp. 1935-1940, 2006. |
| (44) | Y. Fujii and T. Yamaguchi, "Method of evaluating the force controllability of human finger", IEEE Trans. Instrum. Meas., (in press). |
| (45) | T. Yamaguchi, Y. Fujii, K. Nagai and S. Maruyama, "FEA for vibrated structures with nonlinear concentrated spring having hysteresis", Mech. Syst. Signal Pr., (in press, available online). |
| (46) | Y. Fujii, "Frictional characteristics of an aerostatic linear bearing", Tribol. Int., (in press, available online). |
| (47) | Y. Fujii and T. Yamaguchi, "Dynamic characteristics measurements of a car wiper blade", JSME Int. J. C, (in press). |
| (48) | Y. Fujii, "Measurement of the electrical and mechanical responses of a force transducer against impact forces", Rev. Sci. Instrum., (in press). |
このテーマの性質；
このテーマでは，レーザー干渉計を駆使した，超精密計測，超高機能計測の世界記録を次々に出していきます．有名な英文学術誌に研究成果をどんどんと発表して行きます．この分野では，藤井研究室は，世界の最先端を走っています．