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精神科における退院支援上の専門職連携強化のための看護師現任教育プログラムの開発

平成29年度は、それまでの研究成果をもとに考案した「精神科病院における専門職連携を基盤とした退院支援に必要な看護師の能力(コンピテンシー)を獲得するために必要な看護師現任教育プログラム原案」について4病院の看護部教育担当者に提示し、意見を聞き取るためのインタビューを実施した。平成30年度は、このインタビューの内容の分析結果を基にプログラム原案を再考し、プログラム案を作成した。以下、プログラム案の一部を記載する。<患者中心の退院支援を推進する>能力のうち、〈患者の意向や気持ちを一番に考える〉〈患者の力を信じて失敗を恐れず退院にトライする〉〈どの患者にも退院に向けての見通しをもつ〉の能力獲得には、《リカバリー志向、ストレングスモデルに基づくアセスメントができる》等が学習のねらいとして挙がり、〔リカバリー志向、ストレングスモデルに基づくアセスメントについての研修は、講義形式だけでなく、日々の実践を基盤に学ぶ方法を取り入れる〕等が具体的な学習内容・方法として挙がった。このプログラム案については、研究者でもある精神科専門看護師1名からスーパーバイズを受けた。また、文献レビューを「退院支援」×「IPE」or「専門職連携」「教育」or「協働」「教育」をキーワードにして実施した。対象の21文献は、〔1〕退院支援における教育的関わりの実際の内容を含む文献、〔2〕退院支援(教育を含む)の現状や課題から教育について考察した文献、〔3〕研修会などの教育的取り組みや実践改革の教育的成果について明らかにした文献、の3つに大別できた。そして、21文献から22の「退院支援において向上が必要な看護実践能力」と、この能力を獲得するための28の「教育方法」を抽出した。この文献レビューの結果も含めて、プログラムの内容を洗練していく予定である。平成30年9月より妊娠に伴う体調不良のため分析が十分にできず、予定していた学会発表もできていない。今までのすべての研究結果を基に「精神科病院における専門職連携を基盤とした退院支援に必要な看護師の能力(コンピテンシー)を獲得するために必要な看護師現任教育プログラム」を作成する。学会等で発表し、他研究者からの意見を受け、プログラムを完成する予定である。単科精神科病院の看護師が体験する退院支援における専門職連携上の困難を明らかにすることを目的とし、A県内の民間単科精神科病院5施設にて退院支援上の専門職連携についての課題を認識している看護師18名を対象とした聞き取り調査を行った。データは、個別あるいはグループでのインタビューガイドを用いた半構成的面接により収集した。対象者に許可を得て録音し、逐語録を作成、質的に内容分析を行った。分析の結果、専門職連携の現状と困難が明らかとなった。現状として、「院内外の他職種との情報共有」「多職種カンファレンスの実施」「多職種カンファレンス実施のための働きかけや工夫」があった。院内の他職種とは、「医師へのコンタクトのとり方を工夫」「院内他職種への積極的な声かけ」をしながら、「院内他職種への支援の依頼」「院内他職種と協力しながらの支援」をしていた。また、「質問・相談しやすい院内他職種との関係性」や「システム変更による連携の円滑化」を感じていた。院外との関係では、「退院後利用する施設の体験」や「院外他職種・住民との関わり」、「当事者との協力」があった。看護師は、「看護師の熱意や自信」をもち「勉強会の実施」や「看護師間での助け合い」をしていた。専門職連携上の困難として、「院内外ともに他職種との情報共有が不十分」「院内外ともに他職種との話し合いが不十分」「時間・マンパワーの問題により連携が不十分」であることが明らかとなった。また、院内他職種とは「医師へのアプローチ不足」や「院内の特定の職種との連携不足」があり、「PSWに頼りがち」であることも示された。また、「院外の他職種との連携不足」があった。看護師においては「看護師の知識・力量不足によ連携が不十分」「看護師のモチベーション低下により連携が不十分」「看護師間の協力不足」があり、「経験不足や失敗経験による退院支援の困難感」を抱えていた。単科精神科病院の看護師が体験する退院支援における専門職連携上の困難を明らかにすることを目的としたインタビュー調査は平成27年度中に実施することができた。しかし、データが膨大であったため、分析に時間がかかり分析・考察に至っていない。そのため、学会発表も行っていないため、分析・考察を十分に進めていき結果を公表していく必要がある。平成28年度に明らかにすることとして、1先駆的な退院支援を行っている単科精神科病院の現任教育の現状を明らかにすること、2先駆的な退院支援を行っている単科精神科病院の看護師が有する専門職連携におけるコンピテンスを明らかにすること、の2点を挙げている。この2点を明らかにするために2つの単科精神科病院でのインタビュー調査を行った。まず、1について先駆的な退院支援を行っている単科精神科病院の2病院において、看護部の教育担当責任者の各1名を対象とした。半構造的面接法を用い、個別のインタビューを行った。

具体的には、先駆的な退院支援を行っている単科精神科病院の看護部の教育担当責任者から、現任教育の内容がわかる資料の提供を受けて、その教育内容を基に院内での看護師の現任教育において専門職連携に関する教育で工夫している点や特徴的な点、研修以外で専門職連携教育の機会と捉えていること、平成27年度の先行研究で明らかにした「退院支援における専門職連携上の困難」の解消にはどのような教育が役に立つと考えるか等を聞きとった。次に、2については1と同様の単科精神科病院の2病院において、病棟に勤務する看護師を調査対象者とした。データの偏りを防ぐため、1病院につき急性期の患者を対象とする病棟に勤務する看護師各1名と慢性期の患者を対象とする病棟に勤務する看護師各1名を対象とした(計4名)。データ収集は、半構造的面接法を用い、グループでのインタビューを行った。具体的には、看護師から専門職連携において意図的に実施していること(工夫や働きかけ)、専門職連携に必要だと考える能力、平成27年度の先行研究で明らかにした「退院支援における専門職連携上の困難」を解消するために役に立つ研修内容などについて話を聞いた。データの分析は平成29年度に行う予定である。平成27年度に取り組んだ単科精神科病院の看護師が体験する退院支援における専門職連携上の困難を明らかにする研究についてのデータ量が多く、分析に時間を要した。これに伴い、平成28年度に取り組む研究内容は平成27年度に明らかにした結果を基に実施する内容であったため、実施開始が遅れた。平成28年度にデータ収集は実施したが、分析はまだ行っていないため平成29年度に実施する。平成27年度は、「精神科病院の病棟看護師が捉える退院支援における専門職連携の現状と影響要因」を明らかにした。この結果を基にして、平成28年度は「精神科病院における専門職連携を基盤とした退院支援に必要な看護師の能力」および「専門職連携を基盤とした退院支援に関連する研修内容と教育的関わり・機会」について明らかにした。平成29年度は、まず専門職連携に関連する現任教育の文献検討を行った。分析対象とした26文献に示された専門職連携に関連する現任教育の目的・目標は、〔他者理解・相互理解の深化〕〔多様性・異質性の認識と承認〕〔相互尊重の促進〕〔価値観や固定観念など自己の傾向の理解〕〔リフレクションの理解と実施〕〔組織の理念の理解の深化〕〔組織や立場の垣根の払拭〕など18の内容に整理できた。これまでの成果をもとに精神科病院における専門職連携を基盤とした退院支援に必要な看護師の能力(コンピテンシー)を獲得するために必要な看護師現任教育プログラム原案を考案した。プログラム原案は、<患者中心の退院支援を推進する能力>、<障壁があっても諦めずコツコツと支援に取り組む能力>、<自職種・他職種の専門性を理解して互いに補完・協力しながら支援する能力>の大きく3つの能力毎に作成した。そして、平成27年度に調査対象とした施設の看護部教育担当者に教育プログラム原案を提示し、意見を聞き取るためのインタビューを実施した。対象者の所属施設は4施設であり、1施設につき1名、計4名であり、2名は看護部所属の看護師長、他の2名は病棟の看護師長であった。このインタビューで得られた意見を分析し、プログラム原案を再検討する計画であるが、分析途中である。平成29年度は、教育活動等の研究以外の仕事量の増大により、倫理審査の申請が遅れるなどしてインタビューの実施の開始が平成30年2月となった。そのため、当初の予定の平成29年度までに研究を終了することが困難となり、平成30年度の1年間研究期間を延長することとなった。
レチノイン酸が成熟金魚の視神経再生を引き起こす

レチノイン酸代謝系として、まず合成酵素レチナールアルデヒドデヒドロゲナーゼ2(RALDH-2)の金魚cDNAを部分クローニングし、RT-PCR法およびISH法で調べた。RALDH-2 mRNA量は視神経切断後56日から上昇し始め、1014日でピークとなりその後徐々に減少した。このRALDH-2 mRNA量の変化は、網膜神経節細胞に限局していた。一方、レチノイン酸分解酵素チトクロムP-450サブタイプ26(CYP-26)のcDNAを部分クローニングし、同じくRT-PCR法、ISH法で調べた。CYP-26 mRNA量は視神経切断後5、6日から減少し始め1014日で減少のピークとなり、その後徐々に元に戻った。このCYP-26 mRNA量の変化の局在は網膜神経節細胞に限局していた。丁度RALDH-2とCYP-26のmRNA変化がミラーイメージと逆であった。次にレチノイン酸誘導酵素として有名なトランスグルタミネースのcDNA全長をクローニングした。ノーザン法、ISH法でトランスグルタミネースmRNA量を調べた所、視神経切断後510日にかけて増加し始め、2030日でピークとなり40日以降減少した。このトランスグルタミネースmRNA量変化の局在は、網膜神経節細胞に限局していた。次にトランスグルタミネースcDNA全長をHEK293細胞に導入し、リコンビナント蛋白を作らせた。このリコンビナント蛋白を網膜培養下に投与すると、著明に神経突起の伸展を引き起こした。また、抗体やトランスグルタミネースmRNAに特異的なRNAiにより、この突起伸展が有意に抑制された。これらの事実から、トランスグルタミネースは細胞外において神経節細胞からの軸索再生を誘導していることが判明した。以上、レチノイン酸がその核内レセプターを介して種々の神経軸索再生遺伝子の転写を高めていることが強く示唆された。金魚は哺乳類と異なり視神経を切断しても切断端から自然に再生線維が伸長し、視蓋でのシナプス再結合、再編成を経て、完全に視覚機能も回復する。そこで金魚の視神経再生を制御する分子、遺伝子を探索しその機能を解明し視神経再生過程全容の分子理解に努めるとともに、再生困難なヒトの視神経を含めた中枢神経再生の糸口を見つけるのが最終目標である。特に本研究では金魚の視神経損傷直後から、再生線維が伸長する直前までの間に起こる現象を調べ視神経再生の開始トリガーとなる分子の探索を目的とした。視神経損傷5日目網膜からcDNAライブラリーを作製し、正常のそれと比較しポジティブクローンを得た。金魚の視神経損傷2日後から、発現が上昇するプルプリンと云われる分泌型のレチノール結合蛋白をクローニングした。このリコンビナント蛋白を網膜片培養に添加したところ、レチノールとの共存下で初めて神経突起の著明な伸展を引き起こした。またこのプルプリンの効果はレチノイン酸によっても引き起こされた。以上から、プルプリンはレチノールを運搬し、レチノイン酸を合成することにより、神経再生に必要な遺伝子の転写を促進させていると結論した。レチノイン酸は核内レセプターに結合し多くの遺伝子の転写を活性化することが知られており、プルプリンは損傷早期に発現が上昇し、視神経再生のトリガーとして働いていることが初めて明らかとなった。次に、コンピューター画像処理装置による魚の行動解析から視神経の機能的再生を試みた。背光反射は光の明暗が感覚できると回復し、約1ヵ月で正常に戻った。他方、複数個の追尾行動は、形状視および空間視が感覚できるまで回復せず、150180日で正常に戻った。
ヒト血清レクチンの補体活性化作用に関する研究

ヒト血清中の、マンノース(Man)、Nーアセチルグルコサミン(GlcNAc)に特異的なレクチンであるマンナン結合タンパク質(MBP)の補体活性化作用とその機構、および補体依存性殺菌作用について調べた。MBPー酵素マンナンーヒツジ赤血球複合体を用いる受身溶血反応により調べたところ、このMBP感作赤血球はヒト補体によりほぼ100%溶血した。反応はマンナン量、MBP量、補体量に依存し、また補体第4成分に依存的であり、Man、GlcNAcなどのハプテン糖により効果的に阻害された。したがって、ヒト補体系がヒト血清MBPにより古典的経路を介して活性化されることが明らかとなった。ヒト血清より補体第一成分のサブユニットC1q、C1r、C1sを単離し、C1r^^ー_2S^^ー_2を^<125>Iで標識した。^<125>IーC1r^^ー_2S^^ー_2はC1qの存在の有無にかかわらず、MBP感作赤血球に結合した。また、C1qを除いたヒト補体でもMBP感作赤血球は溶血した。したがって、MBPによる補体の活性化はマンナンーMBP複合体が直接C1r^^ー_2S^^ー_2に結合して開始されると考えられる。大腸菌B株およびKー12株に、Ca^<2+>存在下でヒト血清MBPを反応させた後、洗浄した菌体にモルモット補体(予め、被検菌で吸収)を反応させ、反応液を平板栄養培地で培養し、コロニー数を算定して殺菌効果を調べた。MBPで感作された菌は感作されない場合の数%にまでコロニー形成能が減少した。この殺菌効果は補体濃度、MBP濃度に依存し、補体第4成分に依存した。菌体はMBPにより凝集された。^<125>Iー標識MBPと菌体は高い親和性で結合し(Kd【approximately equal】6×10^<-9>M)、菌体1個あたり最大約3万分子のMBPが結合した。この結合はMan、GlcNAcにより阻害された。以上より、MBPはRough型大腸菌の細胞壁のroughコアオリゴ糖中のマンノヘプトース、GlcNAcを認識して結合し、この結合体がC1qに代って、C1r^^ー_2S^^ー_2に直接結合することにより補体の古典的経路の活性化を始動し、殺菌して生体防御に役立っていると考えられる。1.ヒト血清中のレクチンであるマンナン結合タンパク質(MBP)の補体活性化作用について調べた.ヒトプール血清(1l)より,アフィニティクロマト,ゲルろ過等によって,精製MBP標品を約1mg単離した.

ヒツジ赤血球(1×10^8個)にCrCl_3法で酵母マンナンを結合させたのち, 0.1μg程度のヒト血清MBPと反応させ, MBP感作赤血球を調製した.これに,ヒト補体を反応させると,ほゞ完全な溶血が認められ,この溶血反応は,赤血球に結合させるマンナン量,加えるMBP量,補体量に依存し,また補体第4成分に依存的であった.したがって,ヒトの補体系がヒト血清MBPによって,古典的経路を介して活性化されることが明らかとなった.2.補体の活性化の際に, MBPの果たしている役割を調べた.まず,ヒト血清より補体第1成分のサブユニットであるC_<1q>,C_<1r>,C_<1s>を単離精製し, C_<1r2s2>を^<125>Iで標識した. MBP感作赤血球にC_<1q>および^<125>I標識C_<1r2s2>を反応させたところ, C_<1q>の有無にかゝわらず, MBPの存在する場合にのみ, C_<1r2s2>の赤血球への結合が見られた.さらに,アフィニティクロマトにより, C_<1q>を除いたヒト補体を調製した.このC_<1q>を含まない補体によっても, MBP感作赤血球の溶血が起った.MBPは分子内に部分コラーゲン様構造をもつ点で, C_<1q>と共通の性質を有していることがすでにわかっている.したがって, MBPによる補体の活性化はマンナンとMBPとの複合体に補体成分C_<1r2>s_2が直接結合することにより開始されること,すなわちMBPはリガンドと結合したのち, C_<1q>に代って,古典的経路を介して補体活性化の引き金の役割を果たすことが明らかとなった.3.さらに,大腸菌を被検菌として行なった予備的実験において,血清MBPと反応させた菌は補体依存的に殺菌される結果を得ているので,今後はMBPの補体依存的殺菌作用について詳細に調べ,血清レクチンの生体防禦における役割について解明する.1.ヒト血清中の、マンノース、Nーアセチルグルコサミンに特異的なレクチンであるマンナン結合タンパク質(MBP)の補体依存性殺菌作用;精製ヒト血清MBP(0ー7.3μg/ml)と、ストレプトマイシン(SM)耐性の大腸菌B株またはKー12株の菌体(1×10^8/ml)の等容量混液をCa^<2+>存在下、室温30分間反応させ、菌体を洗浄後、予め被検菌体で吸収しておいたモルモット補体(0.2ー4CH_<50>/ml)と37°C、1時間反応後、反応液をSM含有平板栄養培地で一夜培養し、コロニー数を算定することにより、殺菌効果を調べた。同濃度の非働化補体と反応させたものをコントロールとした。その結果、いずれの菌もMBPで感作された場合は感作されないものに比べて、補体の存在下でコロニー形成能が数%にまで減少した。この殺菌効果は補体濃度、MBP濃度依存的であり、また補体第4成分依存的であることより、古典的経路を介することがわかった。2.MBPと菌体との直接の相互作用;大腸菌B/SM、Kー12/SMと、MBPとをCa^<2+>存在下で反応させ、位相差顕微鏡で観察すると、いずれの菌もMBPにより凝集されていた。^<125>Iー標識MBPを用いて菌体との結合のKineticsを調べた。MBPは菌体と高い親和性で結合し(Kd【apprxeq.】6×10^<-9>M)、菌体1個あたり最大約3万分子のMBPが結合した。^<125>Iー標識MBPと菌体との結合はマンノース、Nーアセチルグルコサミンによって阻害された。以上の結果と、前年度に、MBPーマンナンー赤血球複合体の受身溶血反応の系を用いて明らかにしたMBPによる補体活性化の機構とを考えあわせると、MBPはこれらRough型大腸菌の細胞壁のRoughコアオリゴ
ネットワークに対応した聴覚障害児用発話訓練ソフトウェアの開発

3年間の研究で特に成果が見られたものを以下に列挙する。・DPマッチング、隠れマルコフモデル及びニューラルネットワークを用いた子音認識機の誤る性質が異なることを利用したハイブリッド型の評価基準を持つ認識ソフトウェアを開発した。これにより、子音の認識率を従来より向上させることができた。・Open GLライブラリを用いてゲーム感覚で訓練できる3D版の発話訓練ソフトウェアを開発した。子供達が積極的に訓練を行うようにゲーム性と知育性(思考型、記憶型、等)の要素を組み込んである。タイトルとしては、クレー射撃・隕石回避等のシューティングゲームや花火をイメージしたファンタジックゲーム等がある。・インターネット通信教育システムに、(1)訓練結果を記録するデータ管理機能、(2)蓄積された訓練結果がインターネットを介してサーバに蓄積される通信機能、(3)サーバに蓄積された訓練結果に基づいて訓練のアドバイスを行うレポート機能を付加した。・音声合成ライブラリとコホーネン型ニューラルネットワークにより生成した画像を用いることで、複雑なルール設定を必要とせず、小規模データベースで構築できる読話(リップリーディング)訓練ソフトウェアを開発した。これによりビデオ映像に近い合成画像を生成できるため、児童が単独で自宅でも読話の訓練が可能となった。・本研究で開発したソフトウェアセットはCD-ROMにて無償配布しており、愛知県下の聾学校を始めとする約60の関係機関で既に使用されている。特に千種聾学校と岡崎聾学校には積極的に協力していただいた。・子音データベースの収集...聴覚障害児30人分の日本語子音/k,p,t/,/b,d,g/,/n,m,/,/s,h,z/,/y,w/,/r/,/n/と拗音(/gya/など)が含まれる単音節音声データベースを作成した(既に健聴児の音声データは収録ずみ)。・子音訓練ソフトウェアの開発...DPマッチング、隠れマルコフモデル及びニューラルネットワークの誤る性質が異なることを利用したハイブリッド型の評価基準を持つ認識ソフトウェアを開発した。・単語データベースの収集...日常生活で良く用いる簡単な単語(25音節程度)の音声データベースを健聴者30人分および聴覚障害児30人分収録した。・単語訓練ソフトウェアの開発...DPマッチングを用いて、日常良く使う単語の発話訓練を行うゲームソフトウェア「音声迷路」を開発した。今回作成したWIndows版聴覚障害児用発話訓練システムを愛知県立千種聾学校、愛知県立岡崎聾学校、愛知県立豊橋聾学校、身体障害者療護施設球藻荘(豊橋)、三重県身体障害者総合福祉センター情報処理室、東京都難聴児を持つ親の会、静岡大学情報学部、京都大学等の公共機関と約20名の個人ユーザに1月より評価していただいている。今年度は、以下に示す内容について検討した。1.発話訓練ソフトウェアの3D化Open GLライブラリによる3D-コンピュータグラフィックス(CG)を用いて、視覚的に楽しみながら発話訓練できるソフトウェアを開発した。描画時間の短縮と画面のちらつき防止のためにデプスバッファ法とダブルバッファ法を採用している。子供達が積極的に訓練を行うようにゲーム性と知的教育要素も組み込んである。2.ハイブリッド型子音認識エンジンの構築従来、音声の高精度照合法として知られているDPマッチング法や隠れマルコフモデル法及び時間遅れ型ニューラルネットワーク(Time Delay Neural Networks)法による認識結果を見ると誤り個所の特性はそれぞれ異なることが判明した。そこで、これら3つの照合方法をハイブリッド化することにより子音認識率を向上させることができた。3.サウンド制御機能の改善Windowsパソコンに搭載されているサウンドカードでは、通常、録音キューにデータが蓄えられて一杯になった後に新しいキューが準備される。そのため、録音キューの切れ目でわずかながら(12サンプル程度)データが欠落する場合がある。そこで、常時有効なキューを持つことで、切れ目のない入力を実現できた。

4.インターネット通信教育システムの構築下記機能を組み込んだシステムを構築した。(1)訓練結果を記録するデータ管理機能(2)蓄積された訓練結果がインターネットを介してサーバに蓄積される通信機能(3)サーバに蓄積された訓練結果に基づいて訓練のアドバイスを行うレポート機能5.ソフトウェアのCD-ROMによる配布本ソフトウェアセットは、CD-ROMにて無償配布しており、愛知県下の聾学校を始めとする約50の関係機関で既に使用されている。特に千種聾学校と岡崎聾学校では積極的に協力していただいた。今年度は、以下に示す項目について検討した。1.より滑らかな発話表情動画像を生成するアルゴリズムの開発コホーネン型ニューラルネットワーク(KNN)による発話表情の自動合成法を提案し、音声との同期法について実験的検証を行った。日本語の単音節が子音+母音という構成に着目し、母音から母音への発話表情系列のみを発話表情の合成に使用した。KNNにより母音発話時及び非発話時の顔表情静止画像計6枚から発話表情系列を自動生成した。また、表情安定区間及び表情変化区間を音声のパワー値により判定して発話表情系列と音声を同期させることで、発話表情の合成が可能であることを示した。2.読話(リップリーディング)訓練ソフトウェアの開発音声合成ライブラリとコホーネン型ニューラルネットワーク(以後KNNと略す)により生成した画像を用いることで、複雑なルール設定を必要とせず、小規模データベースで構築できる読話訓練ソフトウェアを開発した。ビデオ映像に近い合成画像が生成できたことにより、読話訓練用ソフトウェアとしての活用に期待できる。3.ゲームランド的要素を持つ発話訓練ソフトウェアの開発これまで、基本訓練からゲーム性、知育性の要素をゲームに組み入れてきたが、今回はさらに進化して、訓練を行う児童自ら発話訓練メニューの進行順序や難易度等を設定でき、アドベンチャーゲームのように段階的な達成感が得られる訓練ソフトウェアを目標に開発した。複数のソフトウェアを統合し、ゲームランド的要素を取り入れている。4.福祉ロボットへの組み込み歩行訓練用に開発している福祉ロボットに今回開発した発話訓練ソフトウェアと読話訓練ソフトウェアを組み込んだ。これにより訓練指導を行う教師の顔を訓練現場で登録して、すぐに教師の口形状変化を見ながら児童が訓練できるようになった。5.ソフトウェアをCD-ROMで配布昨年度同様、本ソフトウェアセットはCD-ROMにて無償配布しており、愛知県下の聾学校を始めとする約50の関係機関で既に使用されている。
地球化時代におけるアルタイ諸語の急速な変容・消滅に関する総合的調査研究

アルタイ諸語と総称される「チュルク諸語、満洲・トゥングース諸語、モンゴル諸語」を対象として、急速に進む地球化(グローバル化)の中で、消滅しつつある言語、急速に変容しつつある言語に焦点をあてつつ、現地調査を行ない、それら言語の実相を記述した。論文や学会発表以外に、数点のまとまった記述を図書として公刊した。また、すでに文献言語となったウイグル語、満洲語の言語学的研究を行なった。言語接触に注目しつつ、アルタイ諸語における言語変容・言語接触に関して、比較対照を行なうための基礎的研究を行なった。研究会を4回行なった(2回はドイツから研究者を招いての公開研究会)。各自の研究の概要を示す:1.久保は、シベ語音韻論における同化現象について、満洲語と比較対照しつつ研究を進めた。現代モンゴル語における単語の重複現象について、モンゴル国で調査を行なった。2.庄垣内は、ベルリン所蔵の断片類の研究を行ない、これまでに提出してきたウイグル漢字音体系をより精密なものとした。3.林徹は、トルコ語の指示詞の用法を、内省判断の揺れを通して明らかにする研究を行なった。4.栗林均は、中国内モンゴルおよび北京において、モンゴル系言語であるダグル語に関する資料調査を行なった。5.藤代は、ロシア科学アカデミー東方文献研究所において、20世紀初頭のドルガン語調査資料を研究した。6.栗林裕は、パリの国立図書館においてチュルク語についての資料収集を行なった。パリ在住の、イランのチュルク系少数言語であるカシュカイ語の話者に面接調査を行ない、統語法上の諸問題について研究を行なった。7.藤家は、トルコで話されているタタール語と呼ばれる言語を調査し、ノガイ語の一方言であることを明らかにした。8.菅原は、先に刊行した『ウイグル文字本『聖者伝』の研究』序論の内容の一部に加筆したものを英文で執筆した(2010年度に刊行予定)。14世紀にペルシア語から中期チュルク語に翻訳された文献の研究を行なった。9.大崎は、国内でキルギス語およびチュルク諸語の調査研究を行なった。中期モンゴル語の文法研究を行なった。言語接触に注目しつつ、アルタイ諸語における言語変容・言語接触に関して研究を行なった。研究会を2回行なった(うち1回は、ドイツとロシアから研究者を招いての公開研究会)。各自の研究の概要を示す:1、久保は、満洲語とシベ語における書き言葉と話し言葉の関係について考察を行ない論文を発表した。シベ語のイントネーションの体系を概略明らかにし、発表を行なった。また韓国でアルタイ諸語に関わる資料収集を行なった。2.庄垣内は、ロシア科学アカデミー東洋文献研究所が所蔵するウイグル仏典写本を分析し、研究を提出した。3.林徹は、ドイツのトルコ系移民の人々の話すトルコ語について、指示詞の用法の変容に関するデータを収集した。4.栗林均は、編集中のダグル語(モンゴル系言語のひとつ)の語彙索引の不明箇所を、中国において原著者に確認した。また中国でダグル語関係の文献を調査した。5.藤代は、ロシア科学アカデミー東洋文献研究所が所蔵する20世紀初頭のエニセイ県におけるドルガン語調査資料(ルィチコフ調査資料)を分析した。6.栗林裕は、トルコ語をはじめとするチュルク語南西グループの関係節化、他動性、および語形成について研究成果を発表した。トルコにおいて日本のチュルク諸語研究の紹介を行なった。7.藤家は、トルコで話されているキプチャク語の拘束形式に見られるトルコ語からの影響を調査した。8.菅原は、15世紀前半頃に書かれたいわゆる前古典期チャガタイ語文献から、特に『グルとナウローズ』および『神秘の宝庫』に関する研究を行なった。9.大崎は、ウズベク語の語彙・文法調査を行なったほか、『元朝秘史』の動詞語尾の研究を行なった。言語接触に注目しつつ、アルタイ諸語における言語変容・言語消滅に関して研究を行なった。研究会を2回行なった。各自の研究成果の概要を示す:(1)久保は、シベ語のイントネーションについて、それが3種あること(上昇調、下降調、中平調)を明らかにした。また、『シベ語の基礎』2巻(児倉徳和、庄声との共著)を公刊した。(2)庄垣内は、ロシア科学アカデミー東洋文献研究所が所蔵するウイグル仏典写本を研究し、論文を発表した。(3)林は、指示詞の使い分けを決める語用論的要因が、言語接触によってどのように変化するのか、或いはしないのかを、ドイツ在住のトルコ系移民のトルコ語について調査し、トルコ語とドイツ語の接触状況について調査研究を行なった。(4)栗林均は、『「達斡爾語詞彙」蒙古文語索引附:満洲文語索引』及び『「元朝秘史」傍訳漢語索引』を公刊した。(5)藤代は、ロシア人研究者ルィチコフによるドルガン語の記録に基づいて、ドルガン語形成期の言語変容を研究した。

(6)栗林裕は、トルコ語の動詞の派生の方向性と複合動詞形成のパターンについて、対照言語学的なアプローチを取り、言語差を論じた。また、チュルク系極小言語のカライム語について、現地調査と資料収集を行なった。(7)藤家は、現代ウイグル語のアスペクト形式-turについて、その出現環境を明らかにし、発表した。(8)菅原は、中期チュルク語におけるペルシア語からの翻訳の研究を行ない、原作との比較などを行なった。(9)大崎は、チュルク諸語の受身形の、受身以外の用法について研究を行ない、論文を公刊した。24年度が最終年度であるため、記入しない。
バイオリファイナリー構築のための新規熱化学変換法の開発

バイオマス構成成分から有用化学物質を製造する新規変換法の開発を進め、リファイナリースキームの基盤を構築することを目指し、以下の成果を得た。過酸化水素を1.5wt%添加、200°C、2分程度の熱水でリグニンから3種類のみの有機酸を合計45%の収率で得た。乳酸の純酸素酸化を試み、80°C数分で選択率100%、収率80%以上のピルビン酸を得た。酸化前処理したセルロースの240°C水熱分解により、HMFや有機酸への収率を倍増させる転換法を見出した。食糧に競合しない木質系バイオマスから化学製品中間体を効果的に製造することを目的として、熱化学的変換により木質バイオマスの各成分を低分子化するための新発想の手法の開発に取り組んだ。まず初年度としては、木質バイオマス廃棄物をアセトン水溶液を用いて、170250°Cのもと処理することで、バイオマス中のリグニンをできるだけそのままの形で抽出することを試みた。この方法のポイントは、高温高圧アセトン水のpKa値を、温度と添加した有機酸によって調節し、リグニンの溶解度を変化させる点にある。この発想に基づき、既設のバッチ反応装置を用いて、生成物を回収したのち、購入した全有機体炭素計と液体クロマトグラフによって生成物の同定を行った。その結果、酢酸を5wt%含有したアセトン水溶液の220°C処理によって、スギからヘミセルロース由来の糖類とリグニンを回収することができた。ここで抽出したオルガノソルブリグニンは元の構造と反応性を保持しており、低分子化に適していることを投稿・掲載された論文で発表している。一方、dry系バイオマスには水熱処理はエネルギーの観点から欠点となりうるため熱分解が望ましい。よって、多段の熱分解によってバイオマス中の各成分を選択的に分解することを試みた。これについても購入したマイクロガスクロマトグラフで生成ガスを定量し、収率を算出した。種々の条件で実施した結果、300°Cまでの低速熱分解により、バイオマス中のヘミセルロースがほぼ完全に分解されることがわかった。また、初期熱分解の揮発生成物に対し、2次的分解を施した結果、2次分解温度が800°Cでヘミセルロース由来のフランが高収率で生成した。(化工年会での発表内容)以上のように、本年度はwet系とdry系のバイオマス両方から構成成分に応じた分解生成物の回収に関する研究を推進した。来年度以降は、酸化分解などを組み合わせる予定である。本年度は前年度の成果に基づいて、さらに効率的にバイオマス中のセルロース、リグニンの成分分離を行う方法を確立するとともに、成分分離したリグニン、セルロースから有用化学物質を製造する新規変換法の開発を進め、トータルとしてバイオマスを化学製品に有効利用するためのリファイナリースキームの基盤を構築することを目指し、以下の成果を得た。前年度実施のアセトン水を用いた前処理法の条件をさらに詳細に検討し、木質バイオマスの種類によらず、アセトン/水=1:1の溶液で200230°Cにて高圧下処理することで、ほぼ完全にリグニン溶液と固体セルロースに分離できることを明らかにした。上記前処理で得られた各リグニンを用いてH2O2存在下での高圧熱水処理を行い、生成する有機酸の種類と量の変化を追跡し、H2O2を1.5%添加、200°C、2分程度の熱水でコハク酸、酢酸、ぎ酸の3種類の有機酸を合計55%得ることに成功した。この結果、また、Fe添加によるフェントン酸化によって、シュウ酸を数十%得ることも見い出し、各有機酸の選択回収にあわせたリグニンの2段酸化法を確立した。一方、バイオマス由来の糖類、有機酸からのモノマー原料製造法の開発に関しては、前処理分離物の主成分であると考えられるGluconolactoneは平衡関係から完全に有用なGluconic acidに変換できない。そこで、適切な酸触媒のもと250°C程度の高温高圧水を用いてGluconolactoneからモノマー原料ソースとなり得る2-keto-Gluconic Acidに変換する方法を検討し、100%転換することに成功した。以上、木質バイオマスを付加価値の高い化学原料へ選択的に熱化学変換するルートを開拓することに成功した。次年度はこれらの結果をもとにさらに詳細な条件探索を行い、分離工程も踏まえて投入エネルギーミニマムとなる最適条件を探索する。本年度は最終年度にあたるため、これまで2年間の成果に基づいて、効率的にバイオマス中のセルロース、リグニンの成分分離を行う方法、成分分離したリグニン、セルロースから有用化学物質を選択的に製造する新規変換法の最適条件を明確にし、バイオマスから各種化学製品を製造するバイオマスリファイナリーフローを提示することを目的に種々検討し、以下の成果を得た。まず、リグノセルロース系バイオマスの成分分離法として、これまでとは全く発想の異なる直接酸糖化法を提案した。

本法はこれまでの脱リグニンというスキームとは真逆な発想で、木質バイオマス中のセルロースをバイオマス中で酸糖化しオリゴ糖として液状で取り出し、リグニンは固体のまま残存させるというものである。種々の有機酸、温度条件を探索し、10-40%ぎ酸水溶液を150-180°C、高圧下で処理することで、オリゴ糖を50-80%取り出すことに成功し、本法の有用性を示した。次に、昨年度に引き続きリグニンから選択的にコハク酸などの有用中間化学製品を最大収率にする条件を明確した。一方、リグニン溶液の高圧高温水での低分子化を実施し、得られた低分子リグニンに硬化剤を添加してリグニン樹脂を製造する方法についても検討し、分子量1000以下のリグニンから製造した樹脂は、既往のフェノール系樹脂と強度などの物性が同等であることを見出した。さらに、初年度に決定された乳酸の酸化によるC3モノマー原料の合成レシピに基づいて、気液マイクロリアクターによる高効率反応システムを構築し、乳酸の純酸素酸化を試み、80°C数分で選択率100%、収率80%以上のピルビン酸を得ることに成功した。これによって、バイオマスからアクリル樹脂原料モノマーを製造する基盤を構築できた。計画した主要部分は順調に達成しており、提案時の基本的なアイデアの妥当性も確認できている。具体的には、木質バイオマスで最も困難とされるセルロース、リグニンを完全単離する手段として、アセトン/水の混合による酸性度と溶解力の制御に温度因子を組み合わせることでセルロース固体を100%の収率で単離できたことは本研究の最大の目的を達成したと評価できる。一方、単離したリグニンはこれまで廃棄の対象であったが、リグニン特有の芳香族構造に着目し、芳香環を酸化開裂することで有機酸を選択的に製造する手法を開発し、3種類の有機酸を50%以上得ることに成功したことは画期的な成果と考えられる。これによって、リグニンのもつ価値が大きく向上し、セルロースから化学原料を製造する上で、コスト面で大いに有利に働くことが期待できる。このように、リグニンからの変換に関しては、100%目的を達成したと評価できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまで順調に研究が進捗しており、最終年度はこれまで2年間の成果に基づいて、効率的にバイオマス中のセルロース、リグニンの成分分離を行う方法、成分分離したリグニン、セルロースから有用化学物質を選択的に製造する新規変換法の最適条件を明確にし、バイオマスから各種化学製品を製造するバイオマスリファイナリーフローを提示する。具体的には、リグノセルロース系バイオマスの直接酸糖化法の開を提案し、セルロース成分からオリゴ糖を最大限得るためのプロセスフローとその最適操作条件を明示する。次に、各単離成分に関しては、まずリグニンから選択的にコハク酸などの有用中間化学製品を最大収率にする条件を明確にする。一方、リグニン溶液の高圧高温水での低分子化を実施し、得られた低分子リグニンに硬化剤を添加してリグニン樹脂を製造する方法についても検討する。一方、セルロース成分からは乳酸発酵で得られた乳酸の酸化によるC3モノマー原料の合成を、気液マイクロリアクターを試作し、純酸素酸化を試み、反応時間を数分以内で選択的にC3モノマーを製造する方法について検討を加える。これによって、バイオマスから高機能部材を製造する新しいスキームを構築する。
ペルチェ冷却を凌駕するトムソン効果を応用した固体冷却素子の創出

キャリア密度が連続的かつ指数関数的に変化した固体を合成し、トムソン効果を利用した高効率バルク冷却素子の実現に向けた基礎条件を検討した。縮退半導体マンガンケイ化物のマンガンを鉄で部分置換してキャリア密度が連続的に変化した焼結体試料を合成し、直流電流を流した調べたところ、起電力の発生を確認した。しかし、これがトムソン効果によるものなのか、あるいはゼーベック効果が加わったものなのか、判定は困難であった。この実験中に、温度差がなくても起電力が生じる現象が見出され、温度差不要の新たな熱電変換技術の発展に繋がる可能性が見出された。固体のトムソン効果を利用した高効率バルク冷却素子の実現に向けた基礎条件を検討するために、今年度は溶液からのシリコン単体析出を試みた。始めに、熱力学データを用いてシリコンの電解析出が可能であることを確認し、電位窓の広いイオン液体(1-ブチル-1-メチルピロリジニウムビストリフルオロメチルスルフォニルアミド)を選定した。続いて、四塩化ケイ素とイオン液体の混合溶液を電解浴として、銀参照電極に対して±3Vの電位走査条件のもとでポテンショスタットを用いて酸化インジウムスズ基板上に電析を行った。サイクリックボルタモグラムにより、シリコンの析出を示す還元反応が確認されたが、浴抵抗が大きいためか、流れる電流は1x10-4 A/cm2以下であった。基板上に生成した膜状物質に対してX線回折を行ったところ、非晶質特有のブロードなピークのみが回折角20°近傍に認められた。また、この膜状物質は大気に暴露されると時間とともに白濁化が進行したことから、試料表面に酸化が生じているものと推察された。イオン液体に対する四塩化ケイ素のモル比を変化させた電解浴を作成し、同様な実験を行ったが、電析後、浴から試料を取り出して乾燥させている間に膜状物質の白濁が観察された。現在まで、結晶性膜の生成には至っていない。キャリア濃度が連続的・かつ指数関数的に変化した固体を合成し、トムソン効果を利用した高効率バルク冷却素子の実現に向けた基礎条件を検討した。昨年度に行った電解析出に代わり、今年度はマンガンケイ化物のマンガンサイトを鉄で部分置換した試料を合成し、組成の異なる8試料を積層させて放電プラズマ焼結を行い、傾斜組成試料の合成を行った。また、参照試料として組成傾斜の無い無置換マンガンケイ化物を併せて合成し、同様な測定実験を行った。得られた試料に直流電流を流し、得られる起電力および温度変化を詳細に調べたところ、同一条件で測定したより大きな起電力の発生を確認した。また、両試料における温度変化の有意な差は認められなかった。しかし、これが試料周辺の温度の不均一分布に基づくゼーベック効果による起電力なのか、あるいはトムソン効果によるものかを判定できる証拠をつかむことは困難であった。両試料の測定データを詳細に検討したところ、温度差が無くても起電力が生じる現象が認められた。示差熱電対の誤差に起因する影響を除去するために、試料の向きを逆にして同様な測定を行っても同等の起電力が生じたことから、温度差が存在しない条件でも起電力が生じる有意な証拠を掴んだ。今後、より緻密な実験によりこの現象の原理を明らかにすることができれば、温度差不要の新たな熱電変換技術の発展に繋がる可能性がある。本来の目的とは異なるが、この方面の実証実験も行う必要がある。無機固体化学イオン液体ベースの電解浴から、シリコンの単体析出条件が未だ明確化されていない。このまま電析による薄膜生成を目指すために、電解条件の検討を引き続き行うとともに、バルク試料の作製に適した放電プラズマ焼結による合成もあわせて検討し、組成傾斜したバルク体の合成を図る。次年度使用額は、当初計画していたシリコン電析条件の確立の一部を次年度に延期することによって生じたものである。延期したシリコン電析条件の確立に必要な経費として平成26年度請求額とあわせて使用する予定である。
亜鉛欠乏土壌におけるイネの生育を向上させる候補遺伝子の特定

28年度が最終年度であるため、記入しない。イネはアジア地域において主食ともなる重要な作物である.ほかの作物と同様に,その生育には様々な元素が必要となるが,その一つが亜鉛である.土壌の亜鉛欠乏は世界の広い範囲で認められ,低収量,極端な場合には植物体の枯死を引き起こす。このフェローシップ期間中における目標は,亜鉛欠乏土壌における耐性を付与するイネの候補遺伝子を同定し,増収と施肥量の節約につなげることである。さらに亜鉛欠乏耐性を向上するために行うイネ品種のマーカー利用育種に供試するよりよい,詳細な分子マーカーの開発につながる。また,これらの遺伝子の機能解析により,亜鉛欠乏耐性の根底にある分子メカニズムの解明にも寄与できると考えられる。プロジェクト開始の2014年度は、様々な亜鉛欠乏耐性や感受性イネ系統を集め、ゲノムDNAや遺伝子発現データと亜鉛欠乏条件における根の発育データを蓄積した。亜鉛欠乏条件下でマイクロアレーデータを解析し、亜鉛欠乏耐性に関与する候補遺伝子を同定した。候補遺伝子にレトロトランスポゾンTos17の挿入されているイネ系統変異体を、(研究開発法人)農業生物資源研究所から入手し、遺伝子型を調査したのち、現在種子増殖中である。実験室レベルで亜鉛欠乏条件下での亜鉛欠乏耐性系統と亜鉛欠乏感受性系統の根の発育調査を行った。フィリピンIRRI(国際稲研究所)を訪問し亜鉛欠乏圃場で圃場実験を行った。また、IRRIの共同研究者と今後の研究に関して協議した。亜鉛欠乏への耐性が異なる数種類の遺伝子型を利用し、イネにおける冠根の発達に亜鉛欠乏がおよぼす影響について解析し、それぞれの耐性メカニズムの特定を行っている。2015年度は、グロスチャンバーおよび温室において幾つかの実験を行った。亜鉛欠乏への耐性が異なる幾つかの遺伝子型が亜鉛欠乏下で栽培されたイネの冠根の発達に影響を及ぼす耐性のメカニズムについて詳細な解析を行なった。・候補遺伝子にレトロトランスポゾンTos17の挿入されているイネ系統変異体の亜鉛欠乏に対する耐性についての評価を行なった。・日本晴(にっぽんばれ)の亜鉛欠乏耐性に対する評価を行なった。・亜鉛欠乏に対する耐性の異なる遺伝子型のイネにおけるリン欠乏および塩ストレス耐性についての評価を行なった。・植物ホルモンのオーキシンが亜鉛欠乏下において冠根の発達調整に関与する分子メカニズムの仮説に基づき、さらなるデータの補充および亜鉛欠乏耐性に関与するシグナル伝達経路を発見するため、RNAライブラリープレパレーション調整およびRNAシーケンス解析を依頼した。亜鉛欠乏処理後、幾つかの耐性および不耐性の遺伝子型のイネの冠根から、RNAの配列データを得た。耐性および不耐性の遺伝子型のイネにおける冠根の発達および亜鉛の再転流を、亜鉛欠乏下で解析した。亜鉛欠乏耐性に関与するシグナル伝達経路を発見するため、RNAライブラリープレパレーション調整およびRNAシーケンス解析を行なった。RNAシーケンス解析により耐性および不耐性の遺伝子型のイネの冠根から、RNAの配列データを得た。亜鉛欠乏耐性に関わる候補遺伝子の選抜と、遺伝子のクローニング、組換え体系統作製のためのベクター調整などを掲げていた。現在は、亜鉛欠乏耐性に関わる候補遺伝子の選抜に、マイクロアレーのデータを解析し、候補遺伝子を絞り込んで知る。また、組換え体系統作製による候補遺伝子の評価ではなく、Tos17挿入変異体による形質評価から候補遺伝子の絞り込みを行っている。亜鉛欠乏耐性に関する形質評価方法も、実験室レベルで確立しつつある状況で、亜鉛欠乏耐性に関与する候補遺伝子の選抜とスクリーニングはおおむね順調に進んでいる。亜鉛欠乏下で、幾つかの耐性および不耐性の遺伝子型のイネにおいて、植物ホルモンであるオーキシンを時間経過とともに測定する予定である。また、耐性・不耐性の2つの遺伝子型間の相関を解析するため、同じ組織の亜鉛濃度も測定する予定である。RNAの配列データを処理し、耐性および不耐性の遺伝子型間の遺伝子発現プロファイルを作成する予定である。遺伝子組換え系統イネの形質転換と調製,候補遺伝子の発現およびそれらの候補遺伝子とレポーター系統の解析を行う。亜鉛欠乏耐性に関わる候補遺伝子の選抜は、Tos17挿入変異体の種を増殖し、亜鉛欠乏条件下での根の伸長を調査することにより、亜鉛欠乏耐性との関係を明らかにする。亜鉛欠乏耐性に関与する興味深い候補遺伝子に関しては、遺伝子のクローニングを行い、過剰発現させた組換え体系統を作製し、亜鉛欠乏に対する影響を調査する。亜鉛欠乏条件時に、根の初期発生や発達にどのように影響するか明らかにするため、顕微鏡による観察と遺伝子発現解析の実験を行う。
極低温領域パワ-エレクトロニクスの基礎的研究

半導体素子を用いるパワ-エレクトロニクス装置は超伝導マグネットを中心とした超伝導機器の制御に用いるにはいくつかの問題点がある。すなわち、(1)超伝導機器は電力制御の高効率と高集積化を目指して応用されるのに対し、半導体素子は半導体の通電容量および耐圧の制限によって超伝導機器のような集積化、小型化にうまく適合しない。(2)超伝導機器は通常、極低温環境下で運転されるが、半導体機器は室温における運転が主流である。そこで本研究では、超伝導機器と同じ極低温環境下で運転されるパワ-エレクトロニクスシステムとその半導体素子の開発を目指して平成元年度から3年間にわたる研究を行った。得られた成果は以下のとおりである。(1)ユニポ-ラ形デバイスのMOSFETは80K付近の温度で最も損失が小さくなり、オン時の等価抵抗が室温での1/31/6となる。耐圧の高い素子ほど低温でオン時の等価抵抗が減少する度合いが大きい。(2)パワ-MOSFETでは内部ダイオ-ドの高速化を図るため白金などの重金属のド-ピングや電子線照射などを行うが、重金属のド-ピングは低温における多数キャリアの凍結をも引き起こし、MOSFETの低温特性を劣化させる。電子線照射ではこのような特性劣化は引き起こさない。(3)パワ-MOSFETとダイオ-ドを用いて超伝導マグネットと同じクライオスタット内の80K付近の温度で動作するチョッパ回路を作成し、回路の動作特性を調べた。現状では室温換算の電力損失は室温運転時の損失を上回るが、窒素液化機の効率向上と極低温でさらに低損失を示す素子の開発により特性の向上が見込まれる。(4)パワ-MOSFETの二次元モデルを用いて素子中の電流分布、電位分布、電界分布などの解析を行い、極低温における素子の最適設計について検討を行った。この研究は、超伝導マグネットの大電流・低電圧の直流と電力系統の低電流・高電圧の交流とを、超伝導マグネットと同じ極低温領域において変換するパワ-エレクトロニクスの開発を目指している。本年度は研究課題の初年度であり、以下のように本研究の基調となる研究を行った。(1)多数キャリア型半導体デバイスであるMOSFETおよびショットキダイオ-ドの常温より極低温領域における特性の推移を測定した。一方これらのデバイスにおけるキャリアの挙動を半導体のバンド構造の理論に基づいてモデル化することにより、デバイスの特性のシミュレ-ションを行った。シミュレ-ションと実験で得られた特性は一致し極低温デバイスの開発について、設計指針が得られた。(2)MOSFETでは、P型およびN型の領域にPtなどの不純物を拡散して、小数キャリアの再結合を促進してその寿命を短縮しているデバイスがある。このような不純物は低温領域では、キャリアの濃度を著しく低下せしめて通電電流を減少し特性の劣化を招く。このことを実験とシミュレ-ションによって確かめた。(3)以上のように低温特性を確認したMOSFET(6A、900V)16個並列接続の2ユニットとダイオ-ド(60A、800V)2個によりチョッパ回路を構成した。これを超伝導マグネットのクライオスタット内に設置して、Heガスの極低温雰囲気中でマグネットの制御動作を測定した。マグネット電流を最大30Aまで制御した結果、チョッパ回路の損失は、常温の1/2以下であった。極低温環境下の素子特性の最適化と大容量化を更に進めることにより極低温パワ-エレクトロニクスの実現が期待できる。この研究は、大電流・低電圧の直流が流れる超伝導マグネットと、低電流・高電圧の交流が流れる電力系統との間のインタ-フェイスをつかさどる電力変換器を超伝導マグネットと同じ極低温領域で動作させ、低損失の電力変換を行う技術、すなわち極低温パワ-エレクトロニクスの開発を目指している。

本年度は昨年度に引き続いて多数キャリア型半導体デバイスであるMOSFETの極低温特性ならびに極低温動作電力変換器の構成に関する研究を行った。得られた結果は以下で要約される。(1)MOSFETは約40K以下の動作温度になるとドレイン電圧・電流特性において、あるしきい電圧より電流が流れ始める現象が以前より観測されていたが、これが電子なだれによるものであることが実験結果より判明した。(2)パワ-MOSFETでは、内部ダイオ-ドの高速化のためにキャリアのライフタイムコントロ-ルを行うことが多い。そのために白金などの重金属のド-ピングや電子線照射などが行われるが、このうち電子線照射は重金属のド-ピングに比べて低温での特性劣化を引き起こさない。このことを実験により確かめた。(3)極低温で動作させる電力変換器の冷却法として、蒸発ガスヘリウムによる冷却だけでは十分でなく運転とともに素子の温度上昇を引き起こす。そこで、蒸発ガスヘリウムによる冷却の他に液体ヘリウムからの熱伝導による冷却を併用する方式(液体・ガスヘリウム併用冷却方式)ならびにデュワ-内に別途液体窒素槽を設け、その中に変換器を置く方式(液体窒素浸漬冷却方式)を考案し、実験装置を設計・製作し、両方式の比較検討を行った。その結果、ヘリウムや窒素の蒸発量と変換器の電力損失とを合計したシステム全体の損失は液体窒素冷却方式の方が優れていることがわかった。半導体デバイスを用いるパワ-エレクトロニクス装置を超伝導マグネットなどの超伝導機器の制御に用いるにはいくつかの問題点がある。すなわち、(1)超伝導機器は電力制御の高効率と高集積化を目指して応用させるのに対し,半導体デバイスは半導体の通電容量、耐圧の制限によって超伝導機器のような集積化、小形化にうまく適合しない。(2)超伝導機器は超伝導現象をもたらす極低温環境下で運転されるが、半導体機器は通常室温で運転される。本研究では、超伝導機器と同じ極低温で運転するパワ-エレクトロニクスシステムとその半導体素子の開発を目指して平成元年度から三年度に亘る三年間の研究を行い、次に示す成果を得た。(1)多数キャリア形素子のMOSFETは液体窒素温度の約80Kで最も優れたスイッチング特性を示し、オン時の等価抵抗が室温の約1/3.5となる。(2)パワ-MOSFETでは、内部ダイオ-ドの高速化を図るため白金などの重金属のド-ピングや電子線照射などを行うが、重金属のド-ピングは低温における小数キャリアの凍結を引き起こし、低温特性を劣化せしめる。電子線照射ではこの様な特性劣化がない。(3)パワ-MOSFETとダイオ-ドにより超伝導マグネットのクライオスタット中の80K付近の温度で動作するチョッパ回路を作成し、高温超伝導の電流リ-ドにより室温電源に接続して超伝導マグネットの制御を行い、極低温で電力変換動作が行い得る事を確認した。室温換算の電力損失は室温運転時より大きくなるが、窒素温度液化機の向上と素子設計の最適化により室温運転と同程度の損失まで改善できる事が期待される。