hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プログラマブル遅延素子を用いた束データ方式による非同期式回路の耐タンパ性評価

今年度は、前年度までに準備したプログラマブル遅延素子を含んだ束データ方式よる非同期式回路のモデルの変更、およびXilinx FPGAに非同期式回路を実装するための設計支援ツール開発を中心に研究を行った。非同期式回路のモデリングでは、回路面積や遅延のパターンを念頭に、複数のプログラマブル遅延素子の構成を検討し、モデリング、および論理シミュレーションを行った。Xilinx FPGAに非同期式回路を実装するための設計支援ツール開発に関しては、必要となる設計制約生成、タイミング検証、および遅延調整の全てを自動化するプログラムを完成させた。その後、2つのベンチマーク回路を対象に、生成したプログラムの支援の下、非同期式回路を設計し、動作検証および評価を行った。また、評価の段階で、期待する性能が得られなかったため、配置制約を用いた性能最適化を検討し、配置制約を自動生成するプログラムを実装した。様々な電子機器がネットワークに接続し、必要に応じて通信や処理を行うといった、Internet of Things (IoT)の時代が到来してきた。電子機器のセキュリティの重要性は極めて大きく、様々な攻撃に対しても強固である必要がある。クロック信号を使わずローカルなハンドシェーク信号にて回路を制御する非同期式回路は、同期式回路と比べ低消費電力・低電磁放射といった特徴を持つ。しかしながら、暗号回路からでる情報を基に暗号キーを解読するサイドチャネル攻撃に対する優位性を実証するような研究は限られている。そのため本研究では、プログラマブル遅延素子を用いた束データ方式による非同期式暗号回路の電力・電磁波解析に対する耐タンパ性評価を行うことを目的とする。始めに、AESアルゴリズムを比較対象となる同期式回路としてSAKURA-Gボードに実装した。産総研が提案したAESアルゴリズムの様々な実装方式のうちの1つを選択し、SAKURA-Gボードに含まれるField Programmable Gate Array(FPGA)上に実装した。次に、非同期式回路をFPGAに実装するに先立って、設計支援ツールの整備を行った。FPGA、およびその設計支援ツールは同期式回路を想定しているため、非同期式回路に特有な制約、タイミング検証などを支援していない。そのため、我々がこれまでの研究で開発してきた設計フローや設計支援ツールを、対象となるFPGAでも実現できるように修正を行った。また、非同期式回路の消費電力最適化手法を提案した。やや遅れているとした原因は2つある。1つは、暗号キーを解読するDifferential Power Analysis (DPA)といったサイドチャネル攻撃に対する耐性を評価するSAKURA-G Checkerと呼ばれるツールを、思った通りに動かすことができていないことである。もう1つは、我々がこれまでに開発してきた非同期式回路の設計支援ツールが、対象となるField Programmable Gate Arrayに対してそのまま使うことができなかったということである。これは、デバイスやツールによってコマンド名や命名規則などが変わるためである。様々な電子機器がネットワークに接続し、必要に応じて通信や処理を行うといったInternet of Things (IoT)の時代が到来してきた。平成28年度は、当初計画において、1.暗号アルゴリズムAdvanced Encryption Standard (AES)を非同期式回路として実現し、SASEBO互換ボードに実装する、2.プログラマブル遅延素子の個数やバッファを変え、Differential Power Analysis (DPA)やDifferential Electromagnetic Analysis (DEMA)を行った上で耐タンパ性を評価する、3.可能な限り消費電力が平坦となるようにプログラマブル遅延素子を制御した上で耐タンパ性を評価するとしたが、前年度に完了しなかった、SASOBO互換ボード上から電力波形を取得する環境の構築、非同期式回路の設計支援ツールの一部実装、およびプログラマブル遅延素子による非同期式回路モデルの検討を中心に研究を行った。SASEBO互換ボード上から電力波形を取得する環境の構築、およびSASEBO互換ボード上に載ったXilinx社のFPGAの遅延特性を理解するのに多くの時間を要した。前者に関しては、指定されたオシロスコープを使わない限り、自前で波形を取得するプログラムを書かなければいけないという点があったため、実際に使用している人と同じ環境をそろえたりしながら対応した。後者に関しては、非同期式回路のタイミング制約が満足しにくいということがあったため、タイミング検証で利用するパス遅延の最大値と最小値を詳しく調べたところ、最大値は最小値の約2倍くらいあることが分かった。今年度は、プログラマブル遅延素子を含んだ束データ方式による非同期式回路のモデリングと、Xilinx FPGAに非同期式回路を実装するための設計支援ツール開発を中心に研究を行った。まず、耐タンパ性の評価で利用するAdvanced Encryption Standard (AES)の回路モデルを取得し、制御ステートマシンの解析を行った。次に、この制御ステートマシンを非同期式制御回路としてモデリングし、シミュレーションにて動作確認を行った。また、プログラマブル遅延素子のモデリングと動作確認を行った。今後は、制御ステートマシンを設計したプログラマブル遅延素子を含んだ非同期式制御回路に置き換え、AES回路全体の制御を非同期式回路で実現すると共に、耐タンパ性の評価を行う。

Xilinx FPGAに非同期式回路を実装するための設計支援ツールに関しては、我々がこれまでに開発してきたIntel FPGAを対象とした設計支援ツールを拡張することで対応している。このツールは、Python言語で実装されており、非同期式回路に特有な制約生成、タイミング検証、遅延調整を自動で行う。制約やレポートファイルの解析をXilinx FPGA向けに修正し、現在デバッグの最中である。今後デバッグを完了し、非同期式AES回路の設計に利用する。当初計画していた、耐タンパ性の評価ボードが利用できるまでに長い時間を要した。使用できるオシロスコープが限られていること、その他様々なツールの導入が必要になったためである(計画の段階でこうした情報は得られなかった)。また、Xilinx FPGAに非同期式回路を実装するために必要な設計支援ツールの開発が遅れていることも原因である。今年度は、前年度までに準備したプログラマブル遅延素子を含んだ束データ方式よる非同期式回路のモデルの変更、およびXilinx FPGAに非同期式回路を実装するための設計支援ツール開発を中心に研究を行った。非同期式回路のモデリングでは、回路面積や遅延のパターンを念頭に、複数のプログラマブル遅延素子の構成を検討し、モデリング、および論理シミュレーションを行った。Xilinx FPGAに非同期式回路を実装するための設計支援ツール開発に関しては、必要となる設計制約生成、タイミング検証、および遅延調整の全てを自動化するプログラムを完成させた。その後、2つのベンチマーク回路を対象に、生成したプログラムの支援の下、非同期式回路を設計し、動作検証および評価を行った。また、評価の段階で、期待する性能が得られなかったため、配置制約を用いた性能最適化を検討し、配置制約を自動生成するプログラムを実装した。今後は研究を二手にわけ、研究補助員となる学生とできるだけ同時並列的に行う。1つは、非同期式回路の設計支援ツールの修正と、プログラマブル遅延素子を用いた非同期式回路のFPGA実装である。プログラマブル遅延素子を用いた非同期式回路のモデリングと検証は、さらに設計支援ツールの修正と並列に行う。一方、オシロスコープやSAKURA-Gチエッカーを用いた耐タンパ性評価は、参考文献や製造元への確認も含めて対応する。なお、当初の計画では、今年度は電力解析と電磁波解析を行うこととしているが、電力解析に焦点を当てて研究を行う。まず、パス遅延の最大値と最小値を差を考慮した上で、非同期式AES回路をFPGA上に実現する。同様に、設計支援ツールの残った部分を開発していく。
自然監視性を生む照明設備を取り入れた夜間商業街路の防犯照明計画に関する研究

東京都世田谷区と目黒区の境界に位置する自由が丘の九品仏川緑道を対象地域として選定した。この街路の光環境について、店舗の営業中の時間帯から営業終了後の深夜にかけて、街路立面の輝度分布と路面や路上人物の照度分布を輝度色度計・色彩照度計・データロガーを用いて測定した。さらに、ガラス面から光の発散する配光を調べ、その点滅による路上の照度の変化と周辺環境や上空に漏れ出す光を求めた。現在の街路は、開店中は個々の店舗が様々な光を出すものの全体のバランスがとれておらず、閉店後では街路灯の光のみで構成されるような状況であった。次に、九品仏川緑道の70mの再現模型を1/50のスケールで作成した。現状を忠実に再現するため、建物や街路の色彩と反射率を一致させ、街路灯や店舗照明の光源は白色LEDに色温度変換フィルターを用いて光色を現状のものに近づけた。開店中、閉店後とも、現状の光環境を再現するようにした。さらに、街路灯の高さ、照度、店舗の照明種類、照度を全て調節可能なものとした。店舗内外に付随した照明設備が、路上や路上人物の明るさに与える影響について数値計算を行った。また模型上で店舗開店中と閉店後の光環境を様々に変えて、被験者による安心感などについての画像評価実験と、光量調節実験を行った。その結果、店舗照明を含めた現有の照明器具の出力や光色を調節することだけで、現状よりも高い評価が得られる光環境を作り出せることが分った。
酸化物内包カーボンナノチューブのNO_2検知におけるp-n接合効果

バンドギャップが異なるn型半導体酸化物(TiO_2:3.0 eV、SnO_2:3.7 eV)をp型半導体カーボンナノチューブ(CNT)に内包させた時に、酸化物のバンドギャップが酸化物内包CNTのp-n接合の形成に寄与することが、1 ppm NO_2に対する電気抵抗変化によって明らかにされた。他方、走査トンネル分光法によって、空気中と真空中で得られたI-V曲線をバイアス電圧(V)で微分した微分コンダクタンス(dI/dV)の評価では、SnO_2をCNT外壁に分散担持させたSnO_2担持CNTとCNT単独において見積もられたバンドギャップからp-n接合形成の証拠を得た。本年度は、(1)超音波還元法による酸化物内包カーボンナノチューブ(CNT)の調製、(2)酸化物内包CNTのNO_2吸着特性におけるCNTのチューブ壁厚効果、(3)酸化物とCNTの接合界面における微細構造観察、を目的とした。(1)超音波照射による局所加水分解により(a)酸化スズ(SnO_2)、(b)二酸化チタン(TiO_2)の内包を試みた。(a)四塩化スズ五水和物(SnCl_4・5H_2O)と濃塩酸(1MHCl)の混合溶液に超音波照射することで、局所的な加水分解を発生させ、水酸化スズ(Sn(OH)_x)の沈殿物をCNT内外に析出させた。乾燥後、濃塩酸中で加熱することでCNT外壁の沈殿物を除去した。但し、沈殿物の除去が不十分な場合、アルゴン雰囲気での熱処理(アルゴン焼成)も行った。(b)四塩化チタン溶液(9MTiCl_4)は空気中の水分で容易に加水分解し、TiO_2が生成するため、濃塩酸溶液に四塩化チタン溶液を少量滴下することでチタン成分をイオン化させた。超音波照射、四塩化チタンの濃塩酸への滴下量、アルゴン焼成などの条件により、500nmのCNTの内部に存在するTiO_2粒子の数は、おおよそ5,10,20個で制御できた。(2)硝酸処理条件を変化させることで、CNTの壁の厚さを制御する試みは現時点で成功していない。市販の二層カーボンナノチューブ(DWCNT)の不純物を硝酸処理で除去した後、SnO_2、TiO_2の内包を試みる。(3)透過型電子顕微鏡観察により、SnO_2では(110)面、TiO_2では(101)面がCNT内壁の(002)面に沿って成長していたことがわかった。このようなヘテロ界面がp-n接合の形成(空間電荷層の形成)に重要な役割を果たしている可能性が示唆される結果であった。※以降の項目番号((4)(6))は平成23年度交付金申請書に一致させた。本年度は、(4)バンドギャップが異なる酸化物の内包効果、(5)酸化物-CNTの接合界面の微細構造観察、(6)走査トンネル分光法(STS)による空間電荷層形成モデルの立証、を目的とした。(4)SnO_2内包MWCNT、TiO_2内包MWCNTの1ppm NO_2に対する抵抗減少率を調べた結果、TiO_2内包MWCNTの抵抗減少率は約30%(動作温度:150°C)、SnO_2内包MWCNTの抵抗減少率は約40%(動作温度:150°C)であった。抵抗減少率の差は約1.3倍(40/30)であり、この抵抗減少率の差(ガス吸着量の差)はp-n接合による空間電荷層の広がりの差に対応すると考えられる。酸化物固有のバンドギャップは、SnO_2が3.6eV、TiO_2が3.0eVである。バンドギャップの差は1.2(3.6/3.0)倍であり、前述の抵抗減少率の差(約1.3倍)と近いことがわかる。(5)SnO_2内包MWCNTとTiO_2内包MWCNTの内包酸化物は共にMWCNT内壁の界面で六方晶C(002)面[3.376 A]に沿ってヘテロエピタキシャル成長していることが制限視野電子線回折により明らかとなった。正方晶SnO_2(110)面[3.350 A]およびルチル型の正方晶TiO_2(110)面[3.247 A]がMWCNT内壁に沿って成長していた。内包物がMWCNT内壁に沿って成長し、電気的な接合界面を形成していたことがわかった。

(6)ガス吸着量と空間電荷層の広がりの相関を検証するため、SnO_2,TiO_2,MWCNTの空気中(酸素濃度が比較的高い)、真空中(酸素濃度が比較的低い)でのSTS計測によるI-V曲線から微分コンダクタンス(dI/dV)を見積り、微分コンダクタンスが0であるバイアス電圧の範囲をバンドギャップとして見積もった。MWCNTは酸素濃度が低い真空中において1.16eVであり、酸素濃度が高い空気中において0.89eVであった。この結果はMWCNTがp型半導体であることを意味する。吸着酸素量が少なくなることで、空間電荷層が広がったことを示唆する結果である。一方、SnO_2とTiO_2は酸素濃度が比較的高い空気中で広いバンドギャップを示した。吸着酸素量が増えることで、キャリアである電子が抜き取られ、空間電荷層が広がったと言える。最終年度である平成24年度では、マイクロギャップAu櫛型電極(ギャップ:5 μm,櫛歯:50本)の上に三種類の素材(酸化物単独、MWCNT単独、酸化物-MWCNT複合体)を成膜したセンサ素子を用いて項目5)を検討した結果を以下に示す。[酸化物-MWCNT複合体の電気抵抗変化と空間電荷層の拡がり]MWCNTへの酸化スズ粒子の添加量増加に伴い、電気抵抗が増大した。これはp型半導体であるMWCNTとn型半導体である酸化スズの界面でp-n接合が形成されたことで、空間電荷層がセンサ素子全体に拡がったと推察された。[走査トンネル分光法(STS)による空気中と真空中でのバンドギャップの評価]空気中と真空中でのI-V曲線から得られる微分コンダクタンス(dI/dV)を見積り、電流変化が存在しない電位領域をバンドギャップとして、MWCNTへの酸化スズの添加による空間電荷層の拡がりを実験的に検証した。空気中は酸素濃度が高く、真空中は酸素濃度が低い。酸素濃度は直接的に吸着酸素量に影響する。したがって、空気中と真空中でのバンドギャップ差(Eg[air]-Eg[vac.]=⊿Eg)が正の場合はn型半導体として振る舞い、それが負の場合はp型半導体として振る舞うことを意味する。一方、バンドギャップ差が著しく大きければ、空間電荷層の拡がりが大きいことを意味する。酸化スズのMWCNTへの添加によるバンドギャップ差は-2.11 eVであり、MWCNT単独でのバンドギャップ差(-0.27 eV)の約10倍も大きい結果が得られた。以上より、本研究はおおむね目的を達成したと言える。平成22年度の交付申請時は走査トンネル分光法(STS)による計測に成功していなかったため、失敗時の対策を述べるに留まっていたが、10ヶ月程度の期間にSTS探針、STS計測用ステージ、STS計測用試料の調製等を鋭意検討した結果、酸化物、MWCNT、酸化物-MWCNT複合体のSTS計測に成功し、本質的な結果を得るに至った。24年度が最終年度であるため、記入しない。[(ア)酸化物単独の粒子サイズ効果]金属カチオン含有水溶液中で析出した金属を酸化物内包金属と同じ熱処理で酸化物とする。得られた酸化物を溶媒(水系/有機系)に分散し、懸濁液とした後、マイクロギャップAu櫛型電極に滴下、乾燥、焼成を経て酸化物センサ素子とする。ガス中での電気抵抗変化を測定し、酸化物内包CNTにおける酸化物の粒子サイズ効果を明らかにする上での基準とする。[(イ)酸化物内包CNTの粒子サイズ効果]酸化物の粒子径分布は、酸化物内包CNTを400K以上の倍率で撮影し、酸化物単独での粒子サイズ効果、CNT内筒内の酸化物の粒子サイズ効果、を比較することで、CNTへの酸化物の内包効果を明らかにする。
モンスーン循環の力学的特性とそのモデリング

本研究はモンスーン循環の力学的特性を流体力学的なモデルによって調べることを目的とする.実際の大気中では,モンスーン循環は南北の温度差によって生じる大気循環と重なっているために,その素過程を調べることがむずかしい.本研究では,モンスーン循環に本質的であると考える力学因子を取り出して,それによって生じる循環の性質を理論及び室内実験によって調べた.すなわち,安定な密度成層流体中に,局所的な冷熱源によって,地球の自転の影響を受けながら,どのような循環系が形成されるか,という問題である.理論の結果:理論においては,現象の水平スケールがどのような力学素過程によって決定されるか,という問題を考察した.この現象は, 1)地表面にある冷・熱源からの鉛直方向の熱の拡散, 2)水平の温度差によって励起される定常的な水平対流, 3)慣性・内部重力波の3つの力学素過程が組み合わされている.線形理論の結果によれば,循環系の水平スケールλはλ=Nκ1/2ω3/2F(f/ω)で与えられる.ただし, Nは浮力振動数, κは鉛直方向の渦拡散系数, ωは地表面温度の変化する角振動数, fはコリオリパラメータである.実験の結果:実験においては,直径80cm,高さ3cm水槽の中央部の直径20cmの円形領域を冷却域とし,その外側は断熱条件の境界を設定して,水槽内に生じる流れの性質を温度と速度の測定を行って調べた.主な結果は次のようにまとめられている.容器の回転が0.5RPM以下の時は,循環は軸対称で,地表面近くに前線は形成されない.容器の中心付近を冷却すると,薄い寒気層を除いて,すべて低気圧的の回転になる. 0.5RPM以上の回転では,循環は非軸対称になり,前線の形成が生じる.その振舞いは実際に観測される寒冷前線の動きとよく似ている.本研究はモンスーン循環の力学的特性を流体力学的なモデルによって調べることを目的とする.実際の大気中では,モンスーン循環は南北の温度差によって生じる大気循環と重なっているために,その素過程を調べることがむずかしい.本研究では,モンスーン循環に本質的であると考える力学因子を取り出して,それによって生じる循環の性質を理論及び室内実験によって調べた.すなわち,安定な密度成層流体中に,局所的な冷熱源によって,地球の自転の影響を受けながら,どのような循環系が形成されるか,という問題である.理論の結果:理論においては,現象の水平スケールがどのような力学素過程によって決定されるか,という問題を考察した.この現象は, 1)地表面にある冷・熱源からの鉛直方向の熱の拡散, 2)水平の温度差によって励起される定常的な水平対流, 3)慣性・内部重力波の3つの力学素過程が組み合わされている.線形理論の結果によれば,循環系の水平スケールλはλ=Nκ1/2ω3/2F(f/ω)で与えられる.ただし, Nは浮力振動数, κは鉛直方向の渦拡散系数, ωは地表面温度の変化する角振動数, fはコリオリパラメータである.実験の結果:実験においては,直径80cm,高さ3cm水槽の中央部の直径20cmの円形領域を冷却域とし,その外側は断熱条件の境界を設定して,水槽内に生じる流れの性質を温度と速度の測定を行って調べた.主な結果は次のようにまとめられている.容器の回転が0.5RPM以下の時は,循環は軸対称で,地表面近くに前線は形成されない.容器の中心付近を冷却すると,薄い寒気層を除いて,すべて低気圧的の回転になる. 0.5RPM以上の回転では,循環は非軸対称になり,前線の形成が生じる.その振舞いは実際に観測される寒冷前線の動きとよく似ている.モンスーン循環のメカニズムは冬と夏で異なる。冬期は高緯度の地表面で寒気が形成され、中緯度の広い範囲に流出する。夏期は、チベット高原及びヒマラヤ山塊付近が熱原となって、そこを中心に下層で収束,対流圏上層で発散するモンスーン循環が生じる。初年度は、冬期及び夏期のモンスーン循環を再現する実験装置の作製に重点を置いた。直径80cm,高さ10cmの円筒形水槽が実験容器である。下面の中心部の直径20cmの円形領域だけ、厚さ0.1mmのステンレス板を使用し、下面に恒温水を循環させて、底面の温度を一定に保つ。半径35cmから40cmの円環部分は下面に恒温水を循環させて一定に保つ。半径10cmから35cmの領域は底面を断熱として、断熱材の上面を裏面にコリステリック液晶を塗付した透明シートでおおい、作業流体(水)の底面の温度分布を可視化できるようにした。容器全体は回転台の上に固定され、1rad/sまでの角速度で鉛直軸のまわりを回転できるようにしてある。この装置で、中心部を冷却,周辺部を加熱すれば冬のモンスーン循環が、中心部を加熱,周辺部を冷却すれば夏のモンスーン循環が再現できることになる。本年度は冬のモンスーン循環に関する実験を行った。シベリアで形成された寒気団が中緯度に流出してくる過程に対応している。地球の自転効果がない場合は、下層で四方に流出,上層で流入する軸対称的な循環が生じる。地球の自転効果が加わると、流出と直角方向の風速成分が形成される。これは、寒気層の上部で抵気圧性の循環になる。

この循環は、回転速度が大きくなると不安定になり、渦巻きが形成される。この渦巻きの性質は大気中の温帯低気圧とよく似ている。冬の季節風が温帯低気圧の発生をもたらす可能性が示唆されたわけで、このメカニズムを次年度でさらに定量的に調べる予定である。
分子育種的手法による低アレルゲン米の製造

炊飯したコメを摂取することにより、重篤なアレルギー症状を呈するコメアレルギー患者は近年非常に増加しているといわれている。しかし食餌性アレルギーの発症機作については不明な点が多く、その治療についても現時点においては原因食品の摂取を控えることが最良の方法とされているにすぎない。本申請者はこの点に着目し、コメ可溶性蛋白質画分よりはじめて主要アレルゲン蛋白質の単離に成功している。また、最近これら一群のアレルゲン蛋白質遺伝子のクローン化にも成功し、アレルゲン蛋白質の全一次構造を決定すると共に、これらの蛋白質が多重遺伝子族の産物であることを明らかにしている。本研究においては、アンチセンス遺伝子を作製して、既存遺伝子の発現制御を行うことによりアレルゲン蛋白質を含まない新しい品種のイネを遺伝子工学的手法を用いて開発することを目的とした。このために、既に得られているコメアレルゲン蛋白質のCDNAを、3種のプロモーター(RAプロモーター、イネプロラミンプロモーター、CaMV35Sプロモーター)に逆向きに連結した遺伝子を作製し、イネプロトプラストへ直接導入した。再分化したトランスジェニックイネの種子におけるアレルゲン蛋白質の量的変動を検出するために、SDS-PAGEおよびアレルゲン蛋白質に対するモノクローン抗体mAb(25B9)を用いたプロテインブロッテイング解析を行った。その結果、アレルゲン蛋白質以外の主要貯蔵蛋白質であるグルテリン、プロラミンに関しては、量的な減少は見られなかったが、いくつかの形質転換イネの種子では、アレルゲン蛋白質含量が減少していた。このことにより、アンチセンスRNA法によるアレルゲン蛋白質の発現抑制が可能であることが十分に示唆された。今後、導入遺伝子の後代への伝達を調べると共に、アンチセンス遺伝子の改良によるアレルゲン蛋白質発現抑制率の改良を行う予定である。本申請者は、これまでにコメアレルゲン蛋白質の性質について究明すると共に、その遺伝子の構造についても究明を行ってきた。本研究は、このコメアレルゲン蛋白質遺伝子に関する知見に基づき、アレルゲン蛋白質を含まないイネを分子育種的手法により作出することを目的としたものである。研究の開始に当たって、アレルゲン蛋白質の発現調節に関与するプロモーター領域を解析する目的のもとに、イネゲノミックライブラリーのスクリーニングを行った。その結果、コメアレルゲン蛋白質遺伝子は染色体上に複数存在することが明らかとなり、それぞれの5'上流域には既知の転写調節因子によって認識される配列と類似の配列を含む部位が存在し、これらの領域がアレルゲン蛋白質の転写調節のプロモーターである可能性が示された。また、イネの主要蛋白質であるグルテリンやプロラミンについても、染色体上に類似の転写調節に関与する領域の存在することを明らかにしている。また、これらアレルゲン蛋白質のプロモーターと推定される幾つかの配列をアレルゲン蛋白質遺伝子に連結し、アンチセンスRNAを作製して、イネプロトプラストにエレクトロポーレーション法により導入した。現在のところ、まだ予備的実験の段階であるが、この様にして作出されたトランスジェニックイネの種子中には、アレルゲン蛋白質の発現が明らかに抑制されていることが確かめられている。現在これら予備的実験の結果を基に閉鎖系での圃場実験の計画が進められている所である。しかし、食餌性アレルギーの発症機作については不明な点が多く、その治療についても現時点においては原因食品の摂取を控えることが最良の方法とされているにすぎない。

また、最近これら一群のアレルゲン蛋白質遺伝子のクローン化にも成功し、アレルゲン蛋白質の全一次構造を決定すると共に、これらの蛋白質が多重遺伝子族の産物であることを明らかにしている。本研究においては、アンチセンス遺伝子を作製して、既存遺伝子の発現制御を行うことによりアレルゲン蛋白質を含まない新しい品種のイネを遺伝子工学的手法を用いて開発することを目的とした。このために、既に得られているコメアレルゲン蛋白質のcDNAを、3種のプロモーター(RAプロモーター、イネプロラミンプロモーター、CaMV35Sプロモーター)に逆向きに連結した遺伝子を作製し、イネプロトプラストへ直接導入した。再分化したトランスジェニックイネの種子におけるアレルゲン蛋白質の量的変動を検出するために、SDS-PAGEおよびアレルゲン蛋白質に対するモノクローン抗体mAb(25B9)を用いたプロティンブロッティング解析を行った。その結果、アレルゲン蛋白質以外の主要貯蔵蛋白質であるグルテリン、プロラミンに関しては、量的な減少は見られなかったが、いくつかの形質転換イネの種子では、アレルゲン蛋白質含量が減少していた。このことより、アンチセンスRNA法によるアレルゲン蛋白質の発現抑制が可能であることが十分に示唆された。今後、導入遺伝子の後代への伝達を調べると共に、アンチセンス遺伝子の改良によるアレルゲン蛋白質発現抑制率の改良を行う予定である。
単一分子実時間計測による超分子モーターの運動機構解析

究極のナノマシンを構成する要素として、分子サイズの駆動素子"分子モーター"が提案されている。人為的に合成される人工分子モーターとして種々の分子が提案され、合成が行われてきたが、その運動機構の解析、まして駆動素子としての応用についてはほとんど研究が進んでいない。本研究は合成モーター分子一個一個を直接観察する新しい計測法を提案し、これまで不可能であったリアルタイムでの分子モーターの詳細な運動解析を行い、高度な機能を有する人工分子モーター開発の基礎的な指針を得ることを目指している。本研究課題においては、究極のナノマシンとして分子サイズの駆動素子"分子モーター"を構築することを目的にしている。輪と軸分子からなるロタキサンは人工回転分子モーターのモデルとして、最も適した構造をしており、我々はガラス基板上にロタキサンを構築し、単一分子観測を試みた。本年度はロタキサンモーター分子一個一個の回転運動をリアルタイムにてにて直観察し、回転運動速度の制御と新しい回転運動の計測方法を試みた。人工モーターモデル分子の合成1.新規CD-子モーターの合成ガラス基板上でのシクロデキストリン(CD)-分子モーターの構築に当たって、高精度で単一分子計測を妨害しない分子設計を行う事が何より重要である。そのため、ローターとなるCDには発光強度の強い蛍光色素を結合し、その発光を通して精度の高い観測を行う。また色素分子がCDの運動を直接反映するために、CD-色素間がリジッドに結合されていることが重要である。上記のような基本的な重要ポイントを押さえ、ペリレンジイミド(PDI)を色素分子とした[2]ロタキサンの合成を行った。PDIは水に対する溶解性が低いため、PDIの両端にCDを修飾したPDI-CD_2を合成した。PDI-CD_2は逆相クロマトグラフィーにより精製を行った。2.PDI-CD_2を用いた蛍光顕微鏡観察PDI-CD_2を分子して、カラス板上にロタキサンを作成した。作成したガラス基板を蛍光顕微鏡により確認したところ、明確な単一分子による蛍光発光を確認することができた。またデフォーカス測定も成功し、回転分子の分子配向を決定することができた。観察された蛍光発光はこれまでのRhodamine分子と比較して、はるかに観測しやすく、単一分子観測に適した分子設計であることが示された。現在、さらに滴下溶液の粘度による影響について検討し、単一分子顕微鏡による計測を行っている。本研究課題においては、究極のナノマシンとして分子サイズの駆動素子"分子モーター"を構築することを目的とした。輪と軸分子からなるロタキサンは人工回転分子モーターのモデルとして、ガラス基板上にロタキサンを構築し、単一分子観測を試みた。本年度は人工回転分子モーターの観察に当たり、より観察しやすい蛍光分子を修飾した回転分子の合成とその蛍光発光挙動について明らかにした。人工モーターモデル分子の合成1.PDI-CD_2を用いたロタキサンの合成と発光挙動ガラス基板上でのシクロデキストリン(CD)からなる分子モーターの構築した。高精度で単一分子計測を行う分子設計として、ローターとなるCDには発光強度の強い発光性を示すペリレンジイミド(PDI)を色素分子とした[2]ロタキサンの合成を行った。結果、水溶液中においても非常に高い発光強度を示し、単一分子計測にも適していた。特にこれまでのRhodamin Bを使用していた時よりも長時間観測することが可能となった。2.PDI-CD_2を用いた蛍光顕微鏡観察PDI-CD_2を回転分子として、ガラス基板上にロタキサンを作成した。作成したガラス基板を蛍光顕微鏡により確認したところ、明確な単一分子による蛍光発光を確認した。現在、滴下溶液を水から粘度の高い高分子溶液に変更し、さらにこの高分子にはPDI-CD_2を分子認識による相互作用のあるゲスト分子を修飾し、回転運動をリアルタイムにて計測できる試みを行っている。特にこのゲスト分子は刺激応答性を有しており、回転運動のON/OFF制御が可能ではないかと考えている。
神経系の細胞分化・増殖に細胞外マトリックスが及ぼす影響の検討

細胞外マトリックスとFILIP分子との関係において、平成29年度に明らかにしたインテグリンと結合する分子、パキシリンに及ぼす影響に関して検討を行った。FILIP分子発現によるパキシリン分子の量の低下は、細胞外マトリックスの影響を受けることが判明した。さらには、低分子量G蛋白質が活性化した場合にシグナル伝達経路の存在するリン酸化酵素の1つであるROCKの阻害剤を作用させることで、FILIP分子発現により低下するパキシリンの量が通常の量のまま維持される可能性を見いだした。別の低分子量G蛋白質であるRac1の阻害剤を用いた場合には、FILIPがパキシリンに及ぼす影響に作用を及ぼすことは認めなかった。細胞外マトリックスにより活性化される低分子量G蛋白質が異なることから、本結果は、細胞外マトリックスの違いにより細胞移動等の調節に関わる細胞骨格や細胞接着の制御が行われている可能性を示す結果であると考えられた。FILIPが発現していない海馬とFILIPが発現している梨状葉の初代培養神経細胞に関して、パキシリンの細胞内分布、細胞内の量に差が生じるか免疫染色で検討した。その結果、FILIPが発現している梨状葉の神経細胞でFILIPが発現していない海馬の神経細胞に比較してパキシリンの発現量が低下している可能性を見いだした。虚血周皮細胞と細胞外マトリックスの関係では、細胞接着に関わるインテグリンの発現を確認した。細胞外マトリックスの違いにより発現するインテグリンの種類が異なる可能性を見いだしている。平成30年4月より本格運用が始まった教育研究棟に研究室、共同利用研究施設、動物実験施設が移動し、動物実験施設等の使用は4月より出来る状態となっていた。しかしながら、実際の運用において実験の立ち上げに時間がかかった。このため、やや遅れが認められる。また、非筋肉型ミオシンではなく、細胞外マトリックスからの細胞内シグナルカスケードに関わるパキシリン分子が重要であることを見いだしたので、パキシリンを介して細胞外マトリックスが及ぼす影響を明らかにすることに集中している。細胞外マトリックスにより、FILIPの影響が異なる可能性が高いことを見いだしたので、神経幹細胞を含め、神経系の細胞で、細胞外マトリックスが及ぼす影響についてパキシリンを中心に検討する。これに関しては、組織内の細胞外マトリックスの変化と神経細胞の関係を明らかにすることを試みる。虚血血管周皮細胞において、細胞外マトリックスの違いにより、細胞の分化状態が変化するかを検討する。細胞外マトリックスによりインテグリンの違いを認めており、分化状態とともにインテグリンの違いに関しても検討を行う。細胞外マトリックスと細胞動態をつなぐ細胞内シグナルカスケードの解析を行った。FILIPによる細胞内でのfilamin Aの減少は以前に報告されていたが、その減少に関わる細胞内シグナル伝達系として細胞外マトリックスからのシグナル伝達に関わる低分子量Gタンパク質が関与しているか阻害剤を用いて検討した。その結果、RacIの阻害剤によりFILIPの影響によるfilamin Aの減少が低下する可能性を見いだした。一方、細胞外マトリックスと結合するインテグリン等の細胞内ドメインと結合する別の細胞骨格調節分子の動向にFILIPの発現により影響がもたらされる可能性を見いだした。この分子の動態は細胞外マトリックスにより影響を受ける可能性があることが判明している。FILIPがこの細胞骨格調節分子に直接に影響を与えるかを確認するため、免疫沈降法で検討したところ、この2分子は結合している可能性があることを見いだした。以上の結果より、FILIPが細胞接着分子に影響を及ぼすカスケードの新たな一面を明らかに出来たと考えている。虚血周皮細胞の細胞外マトリックスとの関係では、虚血周皮細胞を異なる細胞外マトリックス上で培養し、幹細胞マーカーの発現の違いを検討した。あるマトリックスでは継代により1つの幹細胞マーカーの発現が減少したが、他のマトリックスではその幹細胞マーカーの発現は維持された。また、別のマトリックスでは継代とは関係なく、その幹細胞マーカーの発現は抑制された。さらに、幹細胞マーカーの発現が抑制される細胞外マトリックスの上で培養した虚血周皮細胞を幹細胞マーカーが維持される細胞外マトリックス上で培養すると幹細胞マーカーの発現が誘導された。以上の結果より、細胞外マトリックスが細胞の性質に関わる可能性が示された。細胞外マトリックスと細胞動態をつなぐ細胞内シグナルカスケードの解析においては、低分子量Gタンパク質の活性化の検討に関して少し遅れている。とくに、低分子量Gタンパク質の活性化により影響を受ける非筋肉型ミオシンに関しては細胞外マトリックスの違いによる影響はあまり認められず、今後の方針について検討を行っている。脳虚血時の血管周皮細胞の検討では、神経幹細胞マーカーの検討は出来ているが、細胞内のシグナルカスケードに対して十分な検討が行えていない。この理由としては、兵庫医科大学の動物実験施設の移転に伴う動物実験の停止期間が予想以上に長期に渡ったため、細胞の取得に影響が及んだためである。

別の低分子量G蛋白質であるRac1の阻害剤を用いた場合には、FILIPがパキシリンに及ぼす影響に作用を及ぼすことは認めなかった。細胞外マトリックスにより活性化される低分子量G蛋白質が異なることから、本結果は、細胞外マトリックスの違いにより細胞移動等の調節に関わる細胞骨格や細胞接着の制御が行われている可能性を示す結果であると考えられた。FILIPが発現していない海馬とFILIPが発現している梨状葉の初代培養神経細胞に関して、パキシリンの細胞内分布、細胞内の量に差が生じるか免疫染色で検討した。その結果、FILIPが発現している梨状葉の神経細胞でFILIPが発現していない海馬の神経細胞に比較してパキシリンの発現量が低下している可能性を見いだした。虚血周皮細胞と細胞外マトリックスの関係では、細胞接着に関わるインテグリンの発現を確認した。細胞外マトリックスの違いにより発現するインテグリンの種類が異なる可能性を見いだしている。平成30年4月より本格運用が始まった教育研究棟に研究室、共同利用研究施設、動物実験施設が移動し、動物実験施設等の使用は4月より出来る状態となっていた。しかしながら、実際の運用において実験の立ち上げに時間がかかった。このため、やや遅れが認められる。また、非筋肉型ミオシンではなく、細胞外マトリックスからの細胞内シグナルカスケードに関わるパキシリン分子が重要であることを見いだしたので、パキシリンを介して細胞外マトリックスが及ぼす影響を明らかにすることに集中している。兵庫医科大学の動物実験施設の停止は解除されたので、今後、動物実験に係る研究が再開できる体制となった。そこで、平成29年度に予定されていた血管周皮細胞での検討を継続して行う。また、細胞外マトリックスと細胞動態をつなぐ細胞内シグナルカスケードの検討では、新たに見いだした細胞骨格の調節分子の動態について検討を追加し、継続して研究を行っていく予定である。また、FILIPが非筋肉型ミオシンに与える影響に関しては、細胞外マトリックスによる違いを見いだせていないため、非筋肉型ミオシンの細胞内の詳細な分布等を含めて検討する予定である。細胞外マトリックスにより、FILIPの影響が異なる可能性が高いことを見いだしたので、神経幹細胞を含め、神経系の細胞で、細胞外マトリックスが及ぼす影響についてパキシリンを中心に検討する。これに関しては、組織内の細胞外マトリックスの変化と神経細胞の関係を明らかにすることを試みる。虚血血管周皮細胞において、細胞外マトリックスの違いにより、細胞の分化状態が変化するかを検討する。細胞外マトリックスによりインテグリンの違いを認めており、分化状態とともにインテグリンの違いに関しても検討を行う。平成29年度は、兵庫医科大学の教育研究棟新設に伴い、研究室の引越、また、動物実験施設の長期にわたる閉鎖等が生じたため、安定した研究活動に支障を来たした時期が生じた。そのため、一部研究に関して遂行困難となり、研究費の使用が見込みと異なった。
効果的な介護予防プログラムに関する研究

健康長寿の実現を阻む要介護リスクには身体的,栄養学的要因など個人レベルの要因と,社会参加や交流をしやすい社会環境や地域レベルの要因も関連している.本邦では,社会参加を促すために地域づくりによる介護予防の一環として通いの場が拡大しているが,通いの場の評価は個人レベルの評価が多く,ポピュレーション戦略に基づく地域レベルを考慮した分析は少ない.そこで,本研究では20万人超を対象とした調査を用いて,参加者がどのような通いの場のプログラムに参加し要介護認定の低下に効果的なプログラムの組合せを明らかにする.本研究は,通いの場を介した介護予防における0次予防の基礎研究である.本邦では,社会参加を促すために地域づくりによる介護予防の一環として通いの場が拡大しており,社会環境を改善することで,そこに暮らす全ての人々の健康維持と増進を図る0次予防が注目されている.現在,通いの場の評価は個人レベルの評価が多く,ポピュレーション戦略に基づく地域レベルを考慮した分析は少ない.そこで,本研究では20万人超を対象とした縦断追跡調査を用いて,1)参加者がどのような通いの場のプログラムに参加しているのか,2)どのようなプログラムまたはプログラムの組合がその後の要介護認定を低下させるのか,を明らかにすることを目的としている.本研究は,日本老年学的評価研究(JAGES)プロジェクトのフィールドとデータを用いる.2016年のJAGES調査の横断データを用い,地域の通いの場への参加割合および個人の通いの場への参加と,要介護リスクとの横断的な関連性およびその経路の解明に向けて、マルチレベル分析に取り組んでいる.1.対象者の性や年齢を考慮した上で,通いの場の参加頻度や参加歴を記述統計した.2.要支援・要介護リスク得点の集計を行なった.3.通いの場のプログラムと要支援・要介護リスク得点との関連を個人および地域レベルで分析を実施した.説明変数には,地域レベルでは通いの場参加割合(市町村単位),個人レベルでは通いの場への参加(週1回以上,月1回以上),経路を解明する変数は,SC指標の社会的サポート(手段・情緒の提供および受領が一つでも該当),社会的ネットワーク(友人と会う頻度,週1,月1,年1回),運動頻度,孤食,野菜や果物の摂取頻度,調整変数は基本的属性である年齢,性別や,社会経済的要因である所得(等価所得),教育歴を用いた.現在は分析の途中であり、今後は論文投稿に向けて作業を進める.2016年度に日本老年学的評価研究グループ(JAGES)が行った健康とくらしの調査の回答結果を使用した.1)2016年横断データを用いた分析に着手した.対象者の性や年齢を考慮し,通いの場の参加歴と実践プログラムの分類を試みた.通いの場のプログラムは多岐にわたる.体操,手工芸などの創作活動,講話,世代間交流,音楽活動,お茶とおしゃべり,文化活動,脳トレーニング,室内ゲームに分類することとした.これらのプログラム分類に時間を要し,現在若干の検討余地を残すまで到達した.本研究では個人と地域の要因を併せて分析するマルチレベル分析を採用しているため,小地域の分類が必要となる.小学校区あたりでプログラムの分類を行うと,地域やプログラムの種類によっては100名以下となり分析が難しく,プログラムと地域を併せた分類を考慮すると,プログラムの種類を細分化できない問題点が生じた.これらの問題点を解決すべく,パターンをいくつも準備し,分析を繰り返し,上記のプログラム分類とした.更に,実際の通いの場は1種類のプログラムの実行だけではなく,数種類の組み合わせで成り立っている.その為,プログラムの組み合わせや参加回数を踏まえた分析を現在は実行中である.現在の9種類のプログラムの組み合わせのパターンがいくつも想定され,これらを準備し分析を繰り返している段階である.プログラムの組み合わせの分析にこれから時間を要すると考えているが,同時に論文投稿の準備を進め,分析終了後速やかに投稿できるよう配慮している.2)1)の横断分析と同様に,2013年と2016年に行った同様のJAGES健康とくらしの調査の回答結果より縦断分析にも取り掛かっている.1)のプログラムの分類と組み合わせを利用して,要介護リスク低下または増加の原因に迫る分析を準備中である.以上の結果,おおむね順調に進展していると判断した.健康増進に寄与する通いの場のプログラム評価を個人および地域レベルで検討することを目的し,JAGESプロジェクトのフィールドとデータを用いる.1)2013年と2016年に実施した健康とくらしの調査の回答結果より縦断データを作成する.縦断データを用い2013年(ベースライン)時点の地域の通いの場への参加割合および個人の通いの場への参加と,2016年の追加調査時までの要介護リスクの変化,新規要介護認定との関連性およびその経路を縦断研究のマルチレベル分析により検証する.目的変数は,追跡期間中の要介護認定,要介護リスク指標の変化(生活機能低下,運動機能低下,閉じこもり,認知機能低下),説明変数は,地域レベルでは通いの場参加割合(市町村単位,学区単位),個人レベルでは通いの場への参加(週1回以上,月1回定),経路を解明する変数は,ソーシャルキャピタル指標の社会的サポート(手段,情緒の提供および受領が一つでも該当),社会的ネットワーク(友人と会う頻度,週1,月1,年1回),運動頻度,孤食,野菜や果物の摂取頻度,調整変数は基本的属性である年齢,性別や社会経済的要因である所得(等価所得),教育歴を考えている.統計解析は,マルチレベル生存分析,マルチレベルポアソン回帰分析を行う.分析終了後は投稿準備を行う.

2)次年度(2019年度)はJAGESの健康とくらしの調査の実施年でもある.2019年度調査の結果を併せて,2013年度,2016年度,2019年度の3waveの縦断データの作成を予定している.3waveの縦断データを用いる事で,要介護リスクが受ける影響の原因の原因を追究する事が可能となる.次年度は,まず健康とくらしの調査を実施し,3waveのデータセットの作成までを予定している.健康長寿の実現を阻む要介護リスクには身体的,栄養学的要因など個人レベルの要因と,社会参加や交流をしやすい社会環境や地域レベルの要因も関連している.本邦では,社会参加を促すために地域づくりによる介護予防の一環として通いの場が拡大しているが,通いの場の評価は個人レベルの評価が多く,ポピュレーション戦略に基づく地域レベルを考慮した分析は少ない.そこで,本研究では20万人超を対象とした調査を用いて,参加者がどのような通いの場のプログラムに参加し要介護認定の低下に効果的なプログラムの組合せを明らかにする.本研究は,通いの場を介した介護予防における0次予防の基礎研究である.本邦では,社会参加を促すために地域づくりによる介護予防の一環として通いの場が拡大しており,社会環境を改善することで,そこに暮らす全ての人々の健康維持と増進を図る0次予防が注目されている.現在,通いの場の評価は個人レベルの評価が多く,ポピュレーション戦略に基づく地域レベルを考慮した分析は少ない.そこで,本研究では20万人超を対象とした縦断追跡調査を用いて,1)参加者がどのような通いの場のプログラムに参加しているのか,2)どのようなプログラムまたはプログラムの組合がその後の要介護認定を低下させるのか,を明らかにすることを目的としている.本研究は,日本老年学的評価研究(JAGES)プロジェクトのフィールドとデータを用いる.2016年のJAGES調査の横断データを用い,地域の通いの場への参加割合および個人の通いの場への参加と,要介護リスクとの横断的な関連性およびその経路の解明に向けて、マルチレベル分析に取り組んでいる.1.対象者の性や年齢を考慮した上で,通いの場の参加頻度や参加歴を記述統計した.2.要支援・要介護リスク得点の集計を行なった.3.通いの場のプログラムと要支援・要介護リスク得点との関連を個人および地域レベルで分析を実施した.説明変数には,地域レベルでは通いの場参加割合(市町村単位),個人レベルでは通いの場への参加(週1回以上,月1回以上),経路を解明する変数は,SC指標の社会的サポート(手段・情緒の提供および受領が一つでも該当),社会的ネットワーク(友人と会う頻度,週1,月1,年1回),運動頻度,孤食,野菜や果物の摂取頻度,調整変数は基本的属性である年齢,性別や,社会経済的要因である所得(等価所得),教育歴を用いた.現在は分析の途中であり、今後は論文投稿に向けて作業を進める.2016年度に日本老年学的評価研究グループ(JAGES)が行った健康とくらしの調査の回答結果を使用した.1)2016年横断データを用いた分析に着手した.
成員のプロアクティビティを育むチームプロセスに関する集団力学的研究

本研究は、将来を展望し、より望ましい将来の実現に向けて自律的に変化を作り出し行動する指向性を意味するプロアクティビティを、組織成員がいかに獲得し、育成、強化していくのか、そのメカニズムを社会心理学的なアプローチに基づいて明らかにしようとするものである。チームワークや規範等のチームの心理学的全体特性の創発・変動のプロセスと、成員のプロアクティビティの獲得・強化の関係性を、行動観察や質問紙調査等によって明らかにしつつ、そこで得られる知見を、サイロ化や前例・慣例への拘泥のような組織の硬直化現象等の重要課題を解決するマネジメント方略の開発へと結びつけることを目指している。
インテリジェントアクティブパワーフィルタに関する研究

アクティブパワーフィルタの制御に、ディジタルシグナルプロセッサを用いてインテリジェント化を図り、制御周期や補償ゲインを動的に変化させ、高調波除去性能の高性能化を達成する。三相回路の高調波検出には三相/二相変換をするpq理論が用いられるが、その際に高調波分を抽出するところにハイパスフィルタ(HPF)が必要であり、HPFの性能が検出器の性能を規定する重要な要素である。本研究では移動平均演算を用いて瞬時有効電力、瞬時無効電力の直流分を求め、従来のHPFでは困難であった、高精度と高応答の両立を達成した。アクティブフィルタに、無効電力補償も兼ね備えて高機能化を図る。電源電流検出方式で無効電力と高調波を同時補償する場合に、本方式では高調波補償率66%、負荷変動時の過渡応答時間は20ms(従来方式:42ms)と優れていることを明らかにした。三相負荷に不平衡がある場合に、アクティブフィルタでこれを補償して三相平衡化させる。不平衡成分補償のために、移動平均HPFの移動平均区間を1/2f(fは電源周波数)に設定し、高調波電流と不平衡電流を同時に補償した。定常特性では電源電流は三相平衡となり、高調波補償率は各相で80%以上、負荷変動時の過渡応答は約9.6msと良好な結果を得た。アクティブフィルタの制御系で、HPFを用いないで負荷電流の基本波成分の振幅と位相差を直接検出すれば、原理的に電流振幅は1サンプリング時間で、また位相差は電源周波数の60度以内に検出できる。そのような直接検出方式を提案し、原理通りの特性が得られることをシミュレーションと実験で確認した。三相回路の高調波検出には三相/二相変換をするpq理論が良く用いられるが、その際に高調波分を抽出するところにハイパスフィルタ(HPF)が必要であり、HPFの性能が検出器の性能を規定する重要な要素である。本研究では制御にディジタルシグナルプロセッサ(DSP)を用いて、高性能化を図っている。そして、ディジタル処理に適した検出方法として、移動平均演算を用いて瞬時有効電力、瞬時無効電力の直流分を求め、その値を元の値から差し引いて交流分を求めることによりHPFを構成する。これにより、従来のHPFでは困難であった、高精度と高応答の両立を図る。また、アクティブフィルタには、高調波補償のみでなく無効電力や逆相電流成分(三相不平衡成分)がある場合の補償も兼ね備えた機能を要求されるようになって来ている。このような高機能化に対応できるアクティブフィルタの制御方式の研究を行っている。高調波の検出には負荷電流検出と電源電流検出があるが、その両方法において、高調波のみを補償する場合と高調波と無効電力を補償する場合の特性を実験装置により検討した。その結果、例えば電源電流検出方式で無効電力と高調波を同時補償する場合に、本方式では高調波補償率66%、負荷変動時の過渡応答時間は20msで、従来方式での補償率63%、過渡応答時間42msと比べて優れていることを明らかにした。また、逆相分を有する負荷の場合の補償について実験した結果、逆相電流と高調波を補償する特性において、補償率と過渡応答ともに良好な特性が得られた。その結果、本方式は高調波のみならず、無効電力補償、逆相電流補償などの多機能化にも有効であるとの見通しを得た。アクティブパワーフィルタの性能は高調波の検出能力に影響されるため、高調波を精度良く高速で検出する必要がある。高調波検出能力を最大にするために、pq理論とディジタルフィルタを用いた検出器を使用する。アクティブフィルタの制御は従来のアナログに代わりDSP(ディジタルシグナルプロセッサ)を用いてディジタル制御により行う。

アクティブフィルタの高調波除去性能を動的に変化させることによって、高調波除去能力を最大にする。三相負荷に不平衡がある場合に、アクティブフィルタがこれを補償して三相平衡化する機能を持つことは、電力系統にとって望ましい。不平衡成分補償のために、移動平均HPF(ハイパスフィルタ)の移動平均区間を1/2f(fは電源周波数)に設定し、高調波電流と不平衡電流を同時に補償した。シミュレーションと実験の結果、両者は良く合い、定常特性では電源電流は三相平衡となり、高調波補償率は各相で80%以上と良好な結果を得た。負荷変動時の過渡応答は、実験では約9.6msとなり、負荷の変動の過渡状態を考慮すると理論、シミュレーションと良く合う結果を得た。これまでアクティブフィルタの制御系には、電流検出部に交流分と直流分を分離するためにHPFが用いられ、これがアクティブフィルタの応答遅れに影響を与えていた。これに対し、負荷電流の基本波成分の振幅と位相差を直接検出すれば、遅れのない制御ができる可能性がある。そのような直接検出方式を提案して特性を検討した。シミュレーション結果より、高調波電流のみ補償するとき、応答時間は1サンプリング時間であり、高調波補償特性は90%を超える特性である。高調波と無効電力を同時に補償するとき、補償率は80%を超え、応答は理論通り60度以内で行われていることを示した。アクティブパワーフィルタでは、高調波を補償するために、補償電流指令値の作成が重要である。補償電流指令値は、負荷電流の高調波分を検出して作るのが一般的であるが、種々のケースの負荷条件に対して、その瞬時値を遅れなく精度長く検出する方法は確立されていない。我々は、三相電力の瞬時値を検出するpq理論を応用し、これと、DSP(ディジタルシグナルプロセッサ)を用いたディジタルフィルタを用いる方法を提案している。この方法は、高調波成分の検出に移動平均ハイパスフィルタを用いるもので、一般のアナログフィルタを用いた場合に比べて、高精度で高速の応答が可能な検出法である。しかし、この方法においても、移動平均区間の遅れは避けられない。そこで、さらに高速応答を得るために、負荷電流の基本波成分の振幅と位相差を直接検出する方法を提案した。この方法によれば、原理的に、電流振幅は1サンプリング時間で、また位相差は電源周波数の60度以内に検出できる。この、超高速応答特性を有するアクティブフィルタで、高調波ばかりでなく、無効電力も併せて補償する場合の特性を、シミュレーションと実験で検討した。そして、高調波電流と無効電力を同時に、高速高精度で補償できることを確認した。高調波と無効電力を同時に補償するとき、高調波補償率は80%以上が得られた。また、高調波と無効電力を同時に補償するとき、負荷変動に対しても約5msで高速に応答することを確認した。
野外環境における日長認識機構の分子実体の解明

適切な季節での開花(花成)のコントロールは、植物の生存戦略としてだけでなく農業においても重要である。花成ホルモンの正体であるFT遺伝子の発現は、これまでの実験室条件では、夕方に1回のみであり、そのことを前提とした基礎・応用研究が進められてきた。しかし申請者らは、野外条件においてFTは夕方だけでなく朝にも発現しており、花成に重要な役割を果たしていることを見出した。本研究では、朝にFTが誘導される分子メカニズムとその生物学的意義を明らかにすることで、植物の新たな季節認識モデルの提唱を目指す。