hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模適応構造の自律分散型姿勢および軌跡制御法の開発と形状可変トラスの試作

本研究では,アクチュエータとセンサーを組み込んだ形状可変トラス・モジュールを数十段組み上げた実用的な規模の適応構造の実時間での軌跡制御,姿勢制御の実現およびその応用を目的として研究を進め,以下のような成果を得た.1.形状可変トラス構造の自律規範獲得法の開発......可変長部材を含むトラス部分構造モジュールを直列に組立てた二次元および三次元形状可変トラス構造を対象として,種々の位置,方向の静的負荷(作業ベクトル)に対して初期姿勢からの先端の移動軌跡を与えたときに,各トラスモジュールの局所情報より各部材長の変更量,最適な移動過程,最終姿勢制御量を決定するための自律規範,局所的な制御則を創発的に自動生成するためのモデルを遺伝的プログラミングを利用して構築した.その自動生成された自律規範を用いて種々の初期姿勢からの移動過程,最終姿勢決定の有限要素シミュレーションを実施し,提案した自律規範生成モデルの有効性を確認した.また制御目的に最大剛性と制御エネルギ最小の両方を考慮した制御則獲得についても検討した.2.動的負荷に対する形状可変トラス安定化自律規範生成モデルの検討...記号センサーとアクチュエー夕,アクティブ・ダンパーを備えたトラス・モジュールを組立てた形状可変トラス適応構造を対象に,各可変部材モジュール近傍のセンサー情報のみから,姿勢移動過程における慣性力による振動,最終姿勢での擾乱による振動を抑制する各ダンパーおよび可変部材の自律制御規範を自動生成するモデル構築を,遺伝的プログラミングを利用して実施した.3.形状可変トラス構造の試作......ひずみセンサーを備え,ボールネジとステッピングモータがらなる可変部材ごとに独自に自律分散処理機能を有する5段の形状可変三次元トラス構造と自律制御プログラムを試作した.与えられた負荷方向に対して,複数のCPUによってそれぞれ独立に制御する自律分散型の制御アルゴリズムによって最大剛性姿勢に姿勢変更する制御を試みてその有効性を確認した.本研究では,アクチュエータとセンサーを組み込んだ形状可変トラス・モジュールを数十段組み上げた実用的な規模の適応構造の実時間での軌跡制御,姿勢制御の実現およびその応用を目的として研究を進め,以下のような成果を得た.1.形状可変トラス構造の自律規範獲得法の開発......可変長部材を含むトラス部分構造モジュールを直列に組立てた二次元および三次元形状可変トラス構造を対象として,種々の位置,方向の静的負荷(作業ベクトル)に対して初期姿勢からの先端の移動軌跡を与えたときに,各トラスモジュールの局所情報より各部材長の変更量,最適な移動過程,最終姿勢制御量を決定するための自律規範,局所的な制御則を創発的に自動生成するためのモデルを遺伝的プログラミングを利用して構築した.その自動生成された自律規範を用いて種々の初期姿勢からの移動過程,最終姿勢決定の有限要素シミュレーションを実施し,提案した自律規範生成モデルの有効性を確認した.また制御目的に最大剛性と制御エネルギ最小の両方を考慮した制御則獲得についても検討した.2.動的負荷に対する形状可変トラス安定化自律規範生成モデルの検討...記号センサーとアクチュエー夕,アクティブ・ダンパーを備えたトラス・モジュールを組立てた形状可変トラス適応構造を対象に,各可変部材モジュール近傍のセンサー情報のみから,姿勢移動過程における慣性力による振動,最終姿勢での擾乱による振動を抑制する各ダンパーおよび可変部材の自律制御規範を自動生成するモデル構築を,遺伝的プログラミングを利用して実施した.3.形状可変トラス構造の試作......ひずみセンサーを備え,ボールネジとステッピングモータがらなる可変部材ごとに独自に自律分散処理機能を有する5段の形状可変三次元トラス構造と自律制御プログラムを試作した.与えられた負荷方向に対して,複数のCPUによってそれぞれ独立に制御する自律分散型の制御アルゴリズムによって最大剛性姿勢に姿勢変更する制御を試みてその有効性を確認した.本研究では,アクチュエータとセンサーを組み込んだ形状可変トラス・モジュールを数十段組み上げた実用的な規模の適応トラス構造の実時間の軌跡制御,姿勢制御の実現を目的として研究を進め,以下のような成果を得た.1.形状可変トラス構造の自律規範生成モデルの検討......可変長部材を含むトラス部分構造モジュールを直列に組立てた形状可変二次元および三次元トラス構造を対象として,種々の位置,方向の静的負荷(作業ベクトル)に対して初期姿勢からの先端の移動軌跡を与えたときに,その最適な移動過程,最終姿勢に対する各トラスモジュールの制御量,部材変形・発生応力の局所情報より各部材長の変更量,制御量を決定するための自律規範,局所的な制御則を創発的に自動生成するためのモデルを遺伝的プログラミングを利用して構築した.その自動生成された自律規範を用いて種々の初期姿勢からの移動過程,最終姿勢決定の有限要素シミュレーションを実施し,考案した自律規範生成モデルの有効性を確認した.2.動的負荷に対する形状可変トラス安定化自律規範生成モデルの検討......センサーとアクチュエータ,アクティブ・ダンパーを備えたトラス・モジュールを組立てた形状可変トラス適応構造を対象に,各可変部材モジュール近傍のセンサー情報のみから,姿勢移動過程における慣性力による振動,最終姿勢での擾乱による振動を抑制する各ダンパーおよび可変部材の自律制御規範を自動生成するモデル構築を,遺伝的プログラミングを利用して実施した.今後,その有効性を動的有限要素法シミュレーションを実施して確認する必要がある.3.形状可変

トラス構造の試作......本年は手始めにひずみセンサーを備え,ボールネジとステッピングモータからなる可変部材ごとに独自に自律分散処理機能を有する2段の形状可変三次元トラス構造と自律制御プログラムを試作した.与えられた負荷方向に対して,最大剛性姿勢に自律的に姿勢変更する制御を試みて基本的な可能性を確認した.今後さらに1で得られた自律規範の有効性を実験的にも検証する必要がある.本研究では,アクチュエータとセンサーを組み込んだ形状可変トラス・モジュールを数十段組み上げた実用的な規模の適応トラス構造の実時間での軌跡制御,姿勢制御の実現を目的として研究を進め,以下のような成果を得た.1.形状可変トラス構造の自律規範生成モデルの検討......可変長部材を含むトラス部分構造モジュールを直列に組立てた形状可変二次元および三次元トラス構造を対象として,種々の位置,方向の静的負荷(作業ベクトル)に対して初期姿勢からの先端の移動軌跡を与えたときに,その最適な移動過程,最終姿勢に対する各トラスモジュールの制御量,部材変形・発生応力の局所情報より各部材長の変更量,制御量を決定するための自律規範,局所的な制御則を創発的に自動生成するためのモデルを遺伝的プログラミングを利用して階層的な制御則として構築した.その自動生成された自律規範を用いて種々の初期姿勢からの移動過程,最終姿勢決定の有限要素シミュレーションを実施し,考案した自律規範生成モデルの有効性を確認すると共に,生成された制御則の物理的解釈を試みた.また制御目的に最大剛性と制御エネルギ最小の両方を考慮した制御則獲得についても検討した.2.形状可変トラス構造の試作......昨年作成したひずみセンサーを備え,ボールネジとステッピングモータからなる可変部材ごとに独自に自律分散処理機能を有する単段の形状可変三次元トラス構造をもとに,種々の改良を加えて5段の形状可変三次元トラス適応構造を試作し,その自律分散制御を試みた.まず与えられた先端位置に適応構造の姿勢を変更する制御,および負荷方向に対して最大剛性姿勢に自律的に姿勢変更する制御を試みて基本的な可能性を確認した.今後さらに1で得られた自律規範の有効性を実験的にも検証する予定である.本研究では、アクチュエータとセンサーを組み込んだ形状可変トラス・モジュールを数十段組み上げた実用的な規模の適応トラス構造の実時間での軌跡制御、姿勢制御の実現を目的として研究を進め、以下のような成果を得た。1.形状可変トラス構造の自律規範生成モデルの検討......可変長部材を含むトラス部分構造モジュールを直列に組立てた形状可変二次元および三次元トラス構造を対象として、種々の位置、方向の静的負荷(作業ベクトル)に対して初期姿勢からの先端の移動軌跡を与えたときに、その最適な移動過程、最終姿勢に対する各トラスモジュールの制御量、部材変形・発生応力の局所情報より各部材長の変更量を決定するための自律規範、局所的な制御則を創発的に自動生成するためのモデルを遺伝的プログラミングを利用して階層的な制御則として構築し、その得られた制御則の物理的な解釈、単純化を試みた。
マイクロ機能表面を有する昆虫規範型ロボットの研究

本研究では,アリの壁面歩行,アメンボの水面移動と脚の表面構造の関係を調査し,MEMS技術により昆虫と同様な機能を持つ表面構造を製作し、性能評価を行った,また,これらの表面構造をロボットの脚に用いることにより,壁面移動ロボット,水面移動ロボットの開発を行った.壁面歩行ロボットに関して以下の成果が得られた.(1)アリの付着パッドを規範としてガラス及びPDMSの付着パッドをMEMS技術により製作し,付着力の測定を行った.その結果,ガラスパッドはメニスカス力による垂直方向の付着力が大きく,PDMSは接線方向の摩擦力が大きいことを確認した.(2)2種類のパッドの特性を生かしたロボットを製作し,壁面,天井面での歩行に成功した.水面移動ロボットに関して以下の成果が得られた.(3)MEMS技術を用いて表面に様々なマイクロ構造を持つ撥水性支持脚を開発し,脚の水面における支持力と引き離し力,推進力の測定を行った結果,理論予測とよく一致した.(4)開発した支持脚を用いて2種類の水面移動ロボットを製作した.脚の共振を利用したロボットでは,一つのモータにより直進,左右の旋回動作を実現した.折り紙構造を用いたロボットでは,本体の機構を一体化し,水陸両用の移動を実現した.本研究では,アリの壁面歩行,アメンボの水面移動と脚の表面構造の関係を調査し,MEMS技術により昆虫と同様な機能を持つ表面構造を製作し、性能評価を行った,また,これらの表面構造をロボットの脚に用いることにより,壁面移動ロボット,水面移動ロボットの開発を行った.壁面歩行ロボットに関して以下の成果が得られた.(1)アリの付着パッドを規範としてガラス及びPDMSの付着パッドをMEMS技術により製作し,付着力の測定を行った.その結果,ガラスパッドはメニスカス力による垂直方向の付着力が大きく,PDMSは接線方向の摩擦力が大きいことを確認した.(2)2種類のパッドの特性を生かしたロボットを製作し,壁面,天井面での歩行に成功した.水面移動ロボットに関して以下の成果が得られた.(3)MEMS技術を用いて表面に様々なマイクロ構造を持つ撥水性支持脚を開発し,脚の水面における支持力と引き離し力,推進力の測定を行った結果,理論予測とよく一致した.(4)開発した支持脚を用いて2種類の水面移動ロボットを製作した.脚の共振を利用したロボットでは,一つのモータにより直進,左右の旋回動作を実現した.折り紙構造を用いたロボットでは,本体の機構を一体化し,水陸両用の移動を実現した.平成19年度は,壁面歩行ロボット,水面移動ロボットを実現するための要素技術の研究を行った.壁面歩行ロボットに関しては,昆虫の典型的な歩容である「交互三脚歩行」(三本ずつ交互に脚を上げる歩行)を実現する機構として,形状記憶合金を用いた機構と,DCモータとレバー・クランク機構を組み合わせた機構の2種類を開発し,歩行動作が可能であることを確認した.また,足底から液体を分泌して付着力を制御するために,MEMS技術により流路を加工した「付着パッド」を開発した.製作した付着パッドを用いて,付着力,接線力,引き離し力の測定を行い,ロボットの自重を支持するのに十分な付着力が得られること,剥がす方向により引き離し力に差があることを確認した.水面移動ロボットに関しては,アメンボと同様に表面張力で水面に浮遊するロボットを開発した.ロボットの機構として4本の前後脚で体重を支え2本の中脚で水面を掻く機構と,12本の脚の振動を利用した推進機構の2種類を開発した.振動を用いた機構では,共振周波数の差を利用して移動方向を制御する手法を提案した.また,耐荷重が大きく水の抵抗の少ない脚を製作するため,MEMS技術を利用してワイヤなどの表面に微細な凹凸や細毛構造を加工し撥水性を高める技術を開発した.製作した脚を用いて,水面での支持力および引き離し力を測定した.さらに,表面張力による脚の支持力,引き離し力を予測する理論を構築し,実験結果とよく一致することを確認した.平成20年度は,前年度までに開発した要素技術を組み合わせ,壁面歩行ロボット,水面移動ロボットの製作を行った.壁面歩行ロボットについては,MEMS技術を利用して,シリコーンゴムの一種であるPDMSとガラスの2種類の付着パッドを製作し,付着性能を評価した.その結果,PDMSパッドは壁面に平行な摩擦力が大きく,ガラスパッドは,表面に液体を供給することにより壁面に垂直な付着力が大きくなることが示された.そこで,2種類の付着パッドを利用し,それぞれの特性を生かした壁面歩行ロボットを設計,製作した.6本の脚の先端にPDMSパッドを取り付け、腹部にガラスパッドを配置し,それぞれ平行,垂直方向の荷重を支持するようにした.また歩行機構として「交互三脚歩行」が可能な機構を設計した.製作したロボットを用いて,垂直な壁面と天井面の歩行に成功した.水面移動ロボットについては,表面張力による水面移動と,交互三脚歩行による陸上歩行が可能なロボットを開発した.脚にはPTFEの微粒子を含む撥水剤を塗布し,ロボットを水面で支持できるように支持脚の長さと構造を設計した,アクチュエータには形状記憶合金を用い,各脚が楕円軌道を描くように制御した.可動部はトーションバーによるジンバル機構を採用し,MEMS技術を利用して真鍮の薄板にロボット本体の形状を加工し折り曲げることにより,3次元機構の一体成形を行った.製作したロボットの動作実験を行い,水面移動と陸上歩行に成功した.

平成21年度は,前年度までに開発した要素技術を組み合わせ,昆虫を規範とした壁面歩行ロボット,水面移動ロボットの製作を行った.壁面歩行ロボットは,MEMS技術を利用して,シリコーンゴムの一種であるPDMS,及びガラスを用いた付着パッドを製作し,付着性能を評価した.その結果,PDMSパッドは壁面に平行な摩擦力が大きく,ガラスパッドは,液体を供給することにより壁面に垂直な付着力が大きくなることが示された.さらに,これらの性質を併せ持つ複合パッドを開発し,個々のパッドに比べて付着性能が向上することを確認した.次にこれらのパッドを用い,各パッドの特性を生かした壁面歩行ロボットを設計,製作した.歩行機構として,一つのモータにより昆虫の代表的な歩容である「交互三脚歩行」が可能な機構を採用した.製作したロボットを用いて歩行実験を行い,垂直な壁面,および天井面での歩行に成功した.水面移動ロボットについては,水面移動と陸上歩行の両方が可能なロボット,および水面上での跳躍が可能なロボットの2種類の開発を行った.撥水性の脚の形状をさまざまに変化させて水面上での支持力,引き離し力,推進力を測定し,形状の最適化を行った.水陸両用のロボットは,可動部にジンバル機構を採用し,アクチュエータに形状記憶合金を用いて,各脚が楕円軌道を描くように制御した.MEMS技術を利用して真鍮の薄板にロボット本体を展開した形状を加工し,薄板を折り曲げることによって3次元機構の一体成形を行った.製作したロボットの動作実験を行い,水面移動と陸上歩行が行えることを確認した.また,跳躍ロボットについては,ゴムの動力を用いて水面から完全に離れて跳躍を行うことに成功した.
Hypマウス骨組織でのFGF-23分泌亢進機構ーX連鎖性疾患組織解析法での検討―

X連鎖低リン血症性くる病(XLH)は、X染色体上のPHEXの不活性化変異が原因である。XLH患者の血清FGF-23濃度上昇が報告されているが、その機序は未だ充分に解明されていない。本研究では、網羅的遺伝子発現プロファイリングによりPHEXのシグナル情報伝達経路に関連する遺伝子群を同定し、これらの遺伝子群とPHEXとのシグナル情報伝達経路を、UMR-106細胞株を用いて、候補遺伝子に対するsiRNAで遺伝子抑制を行い検討する。既に腫瘍性骨軟化症(TIO)における遺伝子発現プロファイリングにより、TIO腫瘍においてFGF-23のみならず、osterix、BGP、DMP-1、BMP-2、phosphate-regulating gene with homologies to endopeptidaseson the X chromosome (PHEX)といった骨・骨芽細胞系列に特異的な遺伝子の発現を見いだし、免疫染色・ウエスタンブロッティング法でも確認した。間葉系由来の腫瘍が、FGF-23を分泌するためには、これらの骨。骨芽細胞関連遺伝子の発現が必要と考えるに至った。また、UMR-106細胞で、副甲状腺ホルモン(PTH)、Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2)の添加により、FGF-23遺伝子の発現が亢進した。それぞれBMP-2、PTHの添加により、BMP-2においてはsmad5が、PTHにおいてはsmad2がリン酸化された。BMP-2とPTHは、それぞれ異なった細胞内シグナル経路を介してFGF-23発現を亢進することが示唆された。今回の検討では、特にPHEXにフォーカスを絞り、UMR-106細胞を用い、siRNAを用いた遺伝子抑制実験、およびXLHのマウスモデルであるHypマウスを用いて検討を行う。UMR-106細胞株におけるFGF23遺伝子発現を確認し、さらにsiDMP-1による検討を行い、有意な結果を得ている。また、XLHモデルマウスを入手し、現在基礎的検討を行っている。XLHのマウスのモデルであるHypを用いて検討を進める予定であったが、新規ノックインマウスを作成し、現在ラインの安定化に努めている。

XLHのマウスのモデルであるHypを用いて検討を進める予定であるが、新規ノックインマウスが追加解析に有用と考え、現在作成中である。XLHのマウスのモデルであるHypを用いて検討を進める予定であったが、新規ノックインマウスを作成し、現在ラインの安定化に努めている。血清生化学キットの購入を予定していたが、今年度の検討ではRT-PCRによる遺伝子発現を中心に実験したため、予定よりも必要量が少なかった。(理由)新規マウスの繁殖能力が低く、それに伴い、使用した血清生化学キットの必要量が少なかった。(使用計画)現在マウスの繁殖計画を見直し、増産している。そのため、血清生化学キットが必要となる見込みである。次年度以降に、マウスモデルの本解析が始まる見込みであり、血清生化学キットが必要となる見込みである。
自然免疫制御による呼吸器疾患の予防およびワクチン開発

本年度は、I.インフルエンザワクチンの作用機序の解明及び効果改善のためのアジュバント開発、II.自然免疫を活性化するストレスリガンドを標的とした肺癌治療法の開発、を中心に研究を行った。Iに関しては、昨年報告書に記述したとおり、インフルエンザワクチン3種類(生ワクチン、不活化全粒子ワクチン、不活化スプリットワクチン)の免疫誘導機序を解明するとともに、形質細胞様樹状細胞の活性化によるI型インターフェロンの活性化を効率的に誘導する新規ワクチンアジュバントとして主に自然免疫受容体TLR9を刺激するシゾフィランの効果を証明し、研究成果をScience Translational Medicineに報告した。また大阪大学との共同研究にて、インフルエンザウイルス感染後の肺炎球菌による2次感染予防の目的として、核酸アジュバントを用いた肺炎球菌ワクチンの効果をマウスモデルで証明し、Vaccineに報告した。IIに関しては、4月からDana-Farber Cancer Instituteに留学し研究を開始した。現在2つのプロジェクトを進行中である。(1)患者の癌細胞にGM-CSFというサイトカインを強制発現させ、さらに放射線照射したのち同じ患者に投与するという治療が米国では確立されている(GVAXと言われている)。GVAXを投与した患者の中から、著明に癌縮小効果が見られた患者の血清を用いて、癌抗原のスクリーニングを行っている。(2)自然免疫を担当する細胞の中で、NK細胞は特に癌細胞を破壊する上で重要な働きをしていることが知られている。NK細胞が癌細胞を破壊する方法はいくつか知られているが、(1)のスクリーニングの結果、NKG2Dリガンドという抗原が、そのメカニズムにおいて重要な役割を果たしていることが分かった。そこでNKG2Dリガンドに代表されるストレスリガンドを標的とした肺癌治療開発を行っている。本年度は、I.現行のインフルエンザワクチンの効果発現のメカニズムの解明及び効果改善のためのアジュバント開発、II.マウス喘息モデルの作成と自然免疫応答という二つのテーマを中心に研究を行った。Iでは、インフルエンザワクチン3種類(生ワクチン、不活化全粒子ワクチン、不活化スプリットワクチン)の作用機序について、各種自然免疫シグナル欠損マウス及びヒト末梢血を用いて比較検討を行った。その結果、形質細胞様樹状細胞(pDC)の活性化及びそれに伴うI型インターフェロンの産生が、naiveの宿主に防御免疫を誘導するために必須であること、pDCを活性化する新規のアジュバントが現行のワクチンの効果改善に有効であることを示した。一方、繰り返しのインフルエンザ暴露を伴う成人では、この経路の活性化は必須ではなく、メモリーT細胞の活性化が感染防御に重要な役割をしていることが分かった。本研究により、不活化スプリットワクチンの効果が小児で不十分である理由や、豚型インフルエンザではスプリットワクチンでも一回投与で有効であった理由などが解明された。これらの結果は、今後のインフルエンザワクチン及びアジュバント開発にとって重要な科学的根拠になりうると考えられる。IIでは、マウスにOVAアルブミンおよびハウスダストを投与して喘息モデルを作成した。さらに、呼吸器疾患全般において治療効果が期待されているマクロライド系抗菌薬の喘息モデルにおける自然免疫応答に対する作用に関して検討した。その結果、マクロライド系抗菌薬の投与により、肺胞洗浄液中のIL-4の減少が確認された。まだ検討を開始して間もないが、今後、喘息に合併したインフルエンザウイルス感染が重症化する理由や、その様な病態にマクロライド系抗菌薬が有効かなどについてさらに検討していきたい。(742字)本年度は、I.インフルエンザワクチンの作用機序の解明及び効果改善のためのアジュバント開発、II.自然免疫を活性化するストレスリガンドを標的とした肺癌治療法の開発、を中心に研究を行った。
日本人学習者(大学生)の英語の読解力と日本語の読解力と英語の言語能力との関係

今年度は、英語と日本語の読解力を比較する時の条件として、それぞれの言語でのテクストの難易度設定に対する指標を得るために、読解方略を調べるとい質的アプローチを行った。対象は大学生7人で、テクストはすべて物語文であった。まず、クローズテストと翻訳という方法で、被験者にとって適度な難易度の日本文と英文、及び難しい英文を用意した。それらの文章を使って、シンクアラウドとリコールを行った。シンクアラウドプロトコルより20種類の方略が取り出され、各テクスト間でその使用率が比較された。易しい英文の方略は難しい英文より、日本文で使われた方略に近く、読解方略の普遍説を支持していた。難しい英文では、語彙につまずく場合が多く、それらの意味の推測もあまり積極的にはなされなかった。ただし、難しい英文での方略が必ずしもボトムアップ中心になるというわけではなく、推測という高次の方略が多く観察された。ただしこの場合の推測は、弱い英語の言語能力を補って、少しでもわかるところから大意をなんとか理解するために行われることが多いのに対し、易しい文章では、テクストの理解の上にたって想像力を大いに働かせ、読者自身の意味の表象を作るために行われることが多い点が質的に異なっていた。ただし、易しいとはいっても、英文では単語の意味の処理などで回り道をしており、低次の処理の自動化が完全でないため、日本語での読解に比べ必要以上にエネルギーを費やす様子があった。日本語、英語に関わらず、読解過程で読者はかなりの量の質問を発している。その機能は予測、推測、イメージの拡大など様々である。読解は、読者が自分の質問に対する答えをテクストの中に見つけていく過程であるという指摘を裏付けていた。また方略の個人差はリコール得点には反映されず、様々な方略から同じような理解に到達する様子がうかがえた。
ヒト組織バンクと創薬を結ぶ国際研究ステーション構築による炎症性疾患と再生医学研究

変形性関節症、関節リウマチ等の関節疾患は、患者に運動機能への大きな障害とはかり知れない苦痛を与えるが、その炎症性関節組織破壊を抑え、関節組織を再生・再構築する医学・医療はまだ十分でなく、世界的な高齢化社会の到来とともに大きな課題となっている。この解決のため、米国ラホヤ地区の大学・研究施設における、ヒト組織バンクおよび創薬システムと、日本におけるシステム医学研究を組み合わせた、国際研究システムを構築し、申請者を中心とする日本の若手研究者とともに、国際共同研究を遂行する。これによって、関節疾患をモデルとした炎症性疾患の解明・治療と再生医療研究を進める。
重症心身障害児の在宅ケアを支援するITシステムに関する調査・実証研究

本研究では,重症心身障害児(重症児)施設と居宅をデジタル通信回線で接続して医療・福祉を支援するITシステムを開発し,またその実証運用を行い,これを手がかりとして実用化のための機器システムおよび社会モデルを提言することを目的とした。本年度は,4ヶ所の重症児居宅に端末機器を増設し,6ヵ月から1年にわたる実証運用を実施した。運用のプロトコルとしては,居宅システムのみでのバイタル信号測定を少なくとも数日に1回実施するよう指示した。バイタル信号は本人や介護者(家族)の負担度を考慮して,血中酸素飽和度とこれに付随して得られる脈拍数の2項目とした。これらは6時間毎にセンターシステムから自動収集された。また,概ね週1回,センターからの接続によりテレビ電話による医師の診療を行った。その内容は健康状態や疾病の診察,日々測定されたバイタルデータに関する診断,生活に関する指導・相談を行った。実証運用の評価は,バイタル信号の時系列解析,医師による電話診療のカルテ記録,介護者との面談を手がかりに行い,本ITシステムの必要性や有用性が確認された。また,実用型システムの要件として以下の事項を明らかにすることができた:呼吸機能をモニタするバイタル信号,バイタルセンサのテレメトリ化および伝送のモバイル化,聴診機能および近接画像機能を備えたテレビ電話。特にバイタル信号は,非侵襲測定可能な(1)血中酸素飽和度,(2)脈拍数,(3)終末呼気炭酸ガス分圧,(4)呼吸数,(5)聴診,(6)体温バの6項目を選択することにした。現在,これらバイタル信号を重症児で安定して測定できるセンサの選定や開発・改良に着手している。さらに,通信のモバイル化に関する基礎実験を行い,実用型支援システム開発のための基礎固めと準備を行った。
高密度自己組織化タイプⅡ量子ドット超格子の作製と光起電力物性の制御

量子ドット・超格子等による最適な量子構造を光吸収層に導入した太陽電池の場合、現在の単結晶シリコン太陽電池の2倍の変換効率が可能である。中間バンドを用いた高効率化のアプローチにおいては、(1)中間バンド内の準位に光励起されたキャリアの寿命が十分長いこと、さらに(2)中間バンド→伝導帯への光励起が効率良く生じることが必須である。本研究では、これまでの高均一で高密度の量子ドット超格子の作製技術の成果を基に、量子ドット超格子中に形成される中間バンドを介した光電変換過程のメカニズム解明とその制御法を研究し、2段階光吸収過程による電流生成の最大化により高効率化を目指す。
強磁性ホイスラー合金薄膜のスピンダイナミクスに関する研究

実施計画に基づき,強磁性ホイスラー合金(Co_2MnSi, Co_2FeAl)のエピタキシャル薄膜を作製し,規則・不規則構造のダンピングに対する影響を調べた.エピタキシャル膜はMgO(001)基板上に超高真空スパッタ法を用いて成膜し,成膜後に規則度を向上させる目的で高真空中熱処理を行った.θ-2θX線回折及び極点測定から,エピタキシャル成長の方位関係は,(001)[100]Co_2MnSi (Co_2FeAl)‖(001)[110]MgOであった.Co_2MnSiエピタキシャル膜では,熱処理温度が400-500°CにおいてL2_1規則構造を示した.強磁性共鳴(FMR)線幅の角度依存性を測定・解析することで,ダンピングの大きさαを評価したところ,[110]方向に磁化した場合のαは,[100]方向に磁化した場合のαよりも小さく,結晶方位に依存することが分かった.また,熱処理温度を300°Cとした場合には,[110]方向におけるαが約0.003と非常に小さい値を示した.Co_2FeAlエピタキシャル膜では,熱処理温度が500-600°CにおいてB2規則構造を示した.FMR線幅の広帯域周波数依存性の測定から,αは結晶方位に依存するものの,材料に固有のギルバート型の緩和機構によるものではなく,エピタキシャル膜のモザイク性を反映した2マグノン散乱に起因することが分かった.また,B2規則構造を有するCo_2FeAlのαはA2不規則構造を有するCo_2FeAlのα(0.0037)と同等かそれ以下であることが分かった.以上の結果から,ホイスラー合金のαが結晶性や規則度と強い相関を有し,かつ非常に小さな値を示すことが明らかとなった.組成の最適化や膜厚の低減によって,より小さなαを実現することが応用上重要になると考えられる.実施計画に基づき,以下のような多結晶強磁性ホイスラー合金薄膜の作製及びダンピングの評価を行った.1.多結晶Cu_2MnAl薄膜の作製およびダンピングの評価試料作製には超高真空三元共スパッタ法を用い,基板温度を20-350°Cとした.構造解析の結果ではいずれの試料もL2_1規則相を示さなかったものの,基板温度が300°Cの試料においてバルク値の約半分の飽和磁化(M_s)を示す強磁性試料が得られた.これらの多結晶Cu_2MnAl薄膜の強磁性共鳴(FMR)測定からスピン才差のダンピング定数(α)を評価したところ,M_sが最大となる試料でαは最小をとり,α0.03であった.この値はNiの報告値(α0.02)と同程度であり,M_sとαに強い相関があることがわかった.2.多結晶Co_2FeAl薄膜の作製およびダンピングの評価上記の結果を踏まえ,不規則構造でも強い強磁性を示すCo_2FeAlホイスラー合金薄膜の作製およびαの評価を行った.試料作製は上記と同様とし,室温製膜後に高真空中で熱処理を行った.構造解析から,いずれの温度の熱処理を行った試料も規則相を示さなかったものの,全ての試料で強磁性を示した.FMR測定から評価したαは最小で0.0037と非常に小さい値を示すことがわかった.現在より質の高い試料のαの評価を検討している.3.FMRの電気的検出とその広帯域周波数依存性スピン才差のダンピングの機構を詳細に調べるため,マイクロ波CWジェネレータ(本年度申請)を用いて6-18GHzのFMR測定系を構築した.FMRの検出には強磁性金属の磁化の才差運動の際に生じる直流電圧を測定する方法を用いた.この測定系を用いて従来容易ではなかったFMRの広帯域周波数依存性の測定に成功し,NiFe膜やCo_2FeAl膜のダンピングがギルバート型であることが分かった.現在この結果についての論文報告を準備中である.実施計画に基づき,強磁性ホイスラー合金(Co_2MnSi, Co_2FeAl)のエピタキシャル薄膜を作製し,規則・不規則構造のダンピングに対する影響を調べた.エピタキシャル膜はMgO(001)基板上に超高真空スパッタ法を用いて成膜し,成膜後に規則度を向上させる目的で高真空中熱処理を行った.θ-2θX線回折及び極点測定から,エピタキシャル成長の方位関係は,(001)[100]Co_2MnSi (Co_2FeAl)‖(001)[110]MgOであった.Co_2MnSiエピタキシャル膜では,熱処理温度が400-500°CにおいてL2_1規則構造を示した.強磁性共鳴(FMR)線幅の角度依存性を測定・解析することで,ダンピングの大きさαを評価したところ,[110]方向に磁化した場合のαは,[100]方向に磁化した場合のαよりも小さく,結晶方位に依存することが分かった.また,熱処理温度を300°Cとした場合には,[110]方向におけるαが約0.003と非常に小さい値を示した.Co_2FeAlエピタキシャル膜では,熱処理温度が500-600°CにおいてB2規則構造を示した.

FMR線幅の広帯域周波数依存性の測定から,αは結晶方位に依存するものの,材料に固有のギルバート型の緩和機構によるものではなく,エピタキシャル膜のモザイク性を反映した2マグノン散乱に起因することが分かった.また,B2規則構造を有するCo_2FeAlのαはA2不規則構造を有するCo_2FeAlのα(0.0037)と同等かそれ以下であることが分かった.以上の結果から,ホイスラー合金のαが結晶性や規則度と強い相関を有し,かつ非常に小さな値を示すことが明らかとなった.組成の最適化や膜厚の低減によって,より小さなαを実現することが応用上重要になると考えられる.
解剖実習用遺体で見つかった変異のデジタルデータベース化

昨年、私は解剖学実習中に収集した破格例のうち、文献的にも大変珍しい巨大坐骨動脈の存在例を学会報告し、論文として纏めた。本例は下肢の血管外科・整形外科領域の治療法等に有効な報告であると考えられる。本年度はこの研究をさらに発展させ次のようなことを行った。(1)過去2年間に解剖学実習中に見つかった破格例の写真を撮った。まだデータベースとして公開するには至って無いが、それをファイルソフトを使ってご遺体の年齢・性別等の基本情報とともに分類・整理を進めている。(2)今までに見つけた破格例に基づいて解剖学実習用遺体を詳細に観察したところ、本年もまた坐骨動脈の破格を発見した。本例はこれまでなら見過ごしてしまいそうな血管であったが、これ迄データベースを充実させていたため注意深く観察した結果見つけることが出来た例である。これについては今後詳細な検討を加え、場合によっては学会発表も行う予定である。(3)平成19年度の実習中に見つかった先天性腎発育不全の例について共著者として論文を投稿し、受理されたその論文に於いては肉眼解剖的な検討を加えるだけでなく、本学人体病理学講座の協力を得て病理学的考察も加えている。その結果、病理学的にも学術的価値の高い症例であるという評価を得ている。さらにこの破格を伴う遺体を含めた複数の遺体より肝臓組織片を採取し、RT-PCRを行い遺伝子解析を試みた。その結果、破格と遺伝子解析の結果との間には明瞭な関連性はみられなかったが、これについてはホルマリン固定標本のPCRに関して、その条件設定も含めた更なる検討が必要である。今後は更なる破格例の収集を行うだけではなく、過去の例を実習前の学生に対して提示し、人体の多様性に関する認識を深めさせると共に、破格に対する注意を喚起し、将来臨床現場での心構えを示していくことを予定している。
ナノモーションメカニズムのダイナミクスと制御に関する研究

ナノメートルの精度・分解能で,ミリメートル以上の空間をカバーする機構を実現するため,本年度は,以下の研究を行った.(1)NMMのダイナミクスボールガイドなど,鋼球を用いた位置決め機構の停止時のナノモーションメカニズムを検討した.具体的には,接触部を鋼球のみに限定するため,V字溝に鋼球を挟んだ上下のレールのうち,上部を板ばねで固定,下部を空気静圧ガイドによって支持し,空気静圧ガイドをリニアモータで駆動する位置決め機構を試作した.この試験機において,停止時の鋼球の弾性変形の影響と考えられる,移動テーブルの引き戻し現象を新たに確認した.(2)冗長メカニズムの制御送りねじ機構上に,圧電素子による微動機構を組み込んだ粗微動機構に対して,各種制御方法を適用し,各制御系の位置決め時間,可動質量変動,ステップ高さ変化に対するロバスト性などの制御性能を,実験とシミュレーションにより評価比較した.本年度は,ファジイ制御,ニューロ制御を検討した.昨年行った,PID制御,状態フィードバック制御,スライディング制御,および,H∞制御に比較し,優れた制御性能を示した.(3)超精密非接触電磁アクチュエータ電磁石の吸引力を利用した電磁石アクチュエータの非線形特性に着目し,バイアス電流量を変化させた場の,位置決め精度などに関して検討を進めた.その結果,電磁石のバイアス電流は,位置決め精度の向上には,有効であるものの,発熱の観点からは問題があることが明らかになった.このことを踏まえ,新たに部分バイアス電流法を提案し,低発熱,高精度な磁気アクチュエータの位置決めに有効であることを明らかにした.ナノメートルの精度・分解能で,ミリメートル以上の空間をカバーする機構を実現するため,本年度は,以下の研究を行った.(1)NMMのダイナミクスボールガイドなど,鋼球を用いた位置決め機構の停止時のナノモーションメカニズムを検討した.具体的には,接触部を鋼球のみに限定するため,V字溝に鋼球を挟んだ上下のレールのうち,上部を板ばねで固定,下部を空気静圧ガイドによって支持し,空気静圧ガイドをリニアモータで駆動する位置決め機構を試作した.この試験機において,停止時の鋼球の弾性変形の影響と考えられる,移動テーブルの引き戻し現象を新たに確認した.(2)冗長メカニズムの制御送りねじ機構上に,圧電素子による微動機構を組み込んだ粗微動機構に対して,各種制御方法を適用し,各制御系の位置決め時間,可動質量変動,ステップ高さ変化に対するロバスト性などの制御性能を,実験とシミュレーションにより評価比較した.本年度は,ファジイ制御,ニューロ制御を検討した.昨年行った,PID制御,状態フィードバック制御,スライディング制御,および,H∞制御に比較し,優れた制御性能を示した.(3)超精密非接触電磁アクチュエータ電磁石の吸引力を利用した電磁石アクチュエータの非線形特性に着目し,バイアス電流量を変化させた場の,位置決め精度などに関して検討を進めた.その結果,電磁石のバイアス電流は,位置決め精度の向上には,有効であるものの,発熱の観点からは問題があることが明らかになった.このことを踏まえ,新たに部分バイアス電流法を提案し,低発熱,高精度な磁気アクチュエータの位置決めに有効であることを明らかにした.(1) NMMのダイナミクス波動歯車減速機を用いた回転位置決め機構を対象に,次のことを行った.(a)実験と数値解析により,回転位置決め機構の動特性を調べた.その結果この機構が,10秒オーダの動作領域において,波動歯車の弾性変形に起因する非線形ばね特性を示し,動作領域の大小で異なる動特性を有することを明らかにした.(b)この機構に対し外乱オブザーバを利用した1種類のコントローラを設計し,その有効性を実験と数値解析により検証した.そして40400,000秒の広い範囲に渡って,センサ分解能に等しい1秒の精度で位置決めできることを示した.(2)冗長メカニズムの制御冗長メカニズムの1部である大ストローク位置決め機構に最適な制御方法を明らかにするために,ファジィ制御,ニューロ制御を適用し,制御性能を調べた.具体的には,同一の設計仕様に基づき両コントローラを設計し,設計仕様の達成度や位置決め時間,位置決め精度,摩擦トルク変化や質量変化,定常負荷外乱の影響を実験と数値解析により評価した.そして既に得られている他の制御方法の結果を含めて比較検討した.その結果,ファジィ制御が最も良い性能を示すことが分かった.また冗長メカニズム全体としての性能評価を現在進めている.(3)超精密非接触電磁アクチュエータホール素子を内蔵した電磁アクチュエータにより対象の非接触支持とのその位置推定が可能な,1自由度制御型の磁気浮上機構を試作し,位置決め分解能100nm,駆動範囲0.3mmを実現した.また,並行して,永久磁石・電磁石を併用した直動案内用非接触アクチュエータを提案し,その電気的・機械的特性の解明のため,数値解析を行った.サブナノメートルの精度・分解能でミリメートル以上の空間をカバーする機構を実現するため、本年度は、以下の研究を行った。(1) NMMのダイナミクスX線露光装置の送りねじとして用いられている静圧空気機構に関し、微小変位領域において非線形ばね特性が存在することを明らかにし、静圧空気ねじ機構のダイナミクスモデルを構築した。そして、構築したダイナミクスモデルを用いて、大変位領域用および微小変位領域用それぞれの制御系を設計し、二つの制御系を同時併用する、非線形ばね特性に対応した位置決め制御系を提案した。

さらに提案した制御方法を用いて位置決め実験を行い、1mmの位置決めにおいて、偏差0.731nm、標準偏差2.69nmの位置決め精度を実現した。(2)冗長メカニズムの制御圧電素子を用いた弾性ヒンジ機構を微動機構、ボールねじ駆動機構を粗動機構とする粗微動機構に対して、PID制御、状態フィードバック制御、スライディングモード制御、H∞制御の4種類の制御方法を適用し、位置決め制御系を設計した。次に、各制御系の位置決め時間や可動質量変動、ステップ高さ変化に対するロバスト性等の制御性能を、実験とシミュレーションにより評価した。その結果、すべての評価項目で優れた性能を示す制御系はなかったが、PIDが比較的よい性能を示した。(3)超精密非接触電磁アクチュエータ磁気案内・軸受の高精度化を目的として、その基本要素である2個一組の電磁石に挟まれた磁性体の位置決めに関して検討した。従来の電磁石を用いた位置決めでは、バイアス電流を与えた状態で、プッシュ・プルに電磁石の電流を増減し対象に駆動力を与え、位置決めが行われている。しかしながら、そのような位置決めは、電磁石の発熱を伴う。このため、バイアス電流を用いることなく、左右の電磁石の電流を交互に切り替え、かつ、電流と力の非戦形性を補償する制御法を提案し、高精度位置決めの実現性を実験的に確認した。その結果、使用したセンサ分解能と同等の10nm程度の位置決め分解能を実現した。サブナノメートルの精度・分解能で,ミリメートル以上の空間をカバーする機構を実現するため,以下の研究を行った.(1)NMMのダイナミクスボールガイド停止時のナノモーションメカニズムを検討するため,V字溝に鋼球を挟んだ上下のレールのうち,上部を板ばね,下部を空気静圧ガイドによって支持し,静圧ガイドをリニアモータで駆動する特性試験機を試作した.この試験機において,鋼球の停止時の変形による,移動テーブルの引き戻し現象を確認した.(2)冗長メカニズムの制御送りねじ機構上に,圧電素子による微動機構を組み込んだ粗微動機構に対して,各種制御方法を適用し,各制御系の位置決め時間,可動質量変動,ステップ高さ変化に対するロバスト性などの制御性能を,実験とシミュレーションにより評価比較した.今年度は,ファジイ制御,ニューロ制御を検討し,昨年行った,PID制御,状態フィードバック制御,スライディング制御,および,H∞制御に比較し,優れた制御性能を示した.(3)超精密非接触電磁アクチュエータ電磁石の吸引力を利用した電磁石アクチュエータの非線形特性に着目し,バイアス電流量を変化させた場合の,位置決め精度などに関して検討を進めた.その結果,電磁石のバイアス電流は,位置決め精度の向上には,有効であるものの,発熱の観点からは問題があることが明らかになった.このことを踏まえ,新たに部分バイアス電流法を提案し,低発熱,高精度な磁気アクチュエータの位置決めに有効であることを明らかにした.
新規AMPK関連キナーゼSNARKの肥満発症への関与

肥満とそれに伴う疾患の対策は医療福祉・経済の両面において喫緊の課題である。AMPKおよび関連キナーゼ群はエネルギーバランスの恒常性保持に関与することから肥満、糖尿病との関連が注目されてきたが,新規AMPK関連キナーゼSNARKの生理機能には未知な点が多かった。本研究では遺伝子欠失マウスを用いSNARKの高次機能を明らかとし,疾患モデルとしての可能性を探索した。Snarkヘテロ接合体変異マウスでは加齢もしくは高脂肪食投与によって顕著となる肥満を示した。肥満に伴ってこれらのマウスでは高脂血症,脂肪肝,耐糖能異常など,ヒトのメタボリックシンドロームに類似した症状が観察された。変異マウスの摂餌量は野生型と変わらず,一方で酸素消費量の減少,基礎体温の低下があったことから,肥満の原因は過食ではなく,エネルギー消費の減少にあると推測された。また体温の低下は明らかな肥満を示す月齢以前より認められ,若年時からのエネルギー消費の減少が成熟後の肥満の発症母地になると考えられた。さらに,運動などエネルギー消費を亢進させることにより変異型に見られる肥満は予防できることも明らかとなった。変異マウスに認められる表現形は加齢,過食等の生活習慣により引き起こされるヒトのメタボリックシンドロームに極めて類似しており,Snarkヘテロ接合体変異マウスがヒトの生活習慣病の病態研究,治療開発のための優れた動物モデルになることが期待された。加えて,肥満を呈する変異マウスでは化学発がん剤による大腸腫瘍の発症リスクが増加していることも示され,代謝異常と発がんの分子機構を解明するためにも有用であると考えられた。C57BL/6に戻し交配をおこなったSnarkホモ接合体変異マウスは胎生16.5日以降に90%が子宮内死亡した。一方Snarkヘテロ接合体変異マウスは出生時著変を認めず、発育・妊孕性にも異常はなかった。野生型、変異型マウス間で離乳時の体重には有意差はなかったが、生後4ヶ月以降変異マウスで統計学的に有意な体重増加を認めた。体重増加の要因は皮下および内臓脂肪組織の増大であり、加えて有意な肝肥大も認めたが、他の実質臓器、筋骨格系の重量に違いはなかった。肥満した変異マウスの肝臓は顕著な脂肪肝を呈し、また血清の中性脂肪、コレステロール値の異常な増加を認めた。さらに変異マウスでは耐糖能異常、末梢組織でのインスリン抵抗性を示した。若年マウスにおいても高脂肪食投与によって、変異マウスで肥満、耐糖能異常、脂肪肝が誘導されることが明らかとなった。以上の実験系において、変異マウスの摂食量が野生型と同等であったことから、Snarkの欠損は食欲の亢進には関わらないと予想された。変異マウスに認められる肥満は体内の余剰エネルギーを脂肪に変換して蓄積し、必要に応じてそれらを利用する機構に異常があるためだと考えられ、現在その詳細につき検討を進めている。変異マウスに認められる表現形は加齢、過食等の生活習慣により引き起こされるヒトのメタボリックシンドロームに極めて類似しており、Snarkヘテロ接合体変異マウスがヒトの生活習慣病の病態研究、治療開発のための優れた動物モデルになることが期待された。
超高強度繊維補強モルタルを用いた薄肉埋設型枠の極浅層定着技術の開発

本研究では、超高強度繊維補強モルタル(UHPFRC)を用いた埋設型枠の後打ちコンクリートに接合する面の凹凸形状およびセパレータを活用した定着部を提案し、その付着・定着性能について部分圧縮試験と引抜き試験より評価した。提案した埋設型枠を用いたRC梁の曲げ性状について実験および解析的検討を行った。その結果として、埋設型枠と後打ちコンクリートとの接合面に凹凸加工を施したRC梁の方が、接合面が平滑なRC梁より優れた曲げ性状を発揮することが確認できた。また、普通RC梁に比べて埋設型枠を用いたRC梁のひび割れ発生荷重が向上すること、終局時点まで普通RC梁と同等以上の耐力を示すことが確認された。平成25年度は,超高強度繊維補強モルタル(UHPFRC)を用いた埋設型枠のコンクリート躯体に対する付着性能を高めることを目的に,埋設型枠に適したUHPFRCの調合を開発するとともに,埋設型枠とコンクリートとの付着性能を評価した。実験と本年度得られた結果は次に示す通りである。(1) UHPFRC調合の開発埋設型枠の作製に適したUHPFRCの調合を開発するために,鋼繊維の長さと繊維量の組み合わせの異なる調合を検討した結果,長さ6mmと13mmの鋼繊維を同比率で混合した調合が,高い圧縮強度と曲げ強度を発揮することが明らかになった。長さ6mmの鋼繊維を含めることにより,埋設型枠の裏あしの細かな溝にも繊維を充填することが可能となった。また,セメントとシリカフュームの質量のうち10%を膨張材(高炉スラグ微粉末と二水石こう)で置換することで,UHPFRCの自己収縮を抑制できた。(2)埋設型枠とコンクリートとの付着性能の評価上記(1)で検討したUHPFRCを用いて埋設型枠を作製した。埋設型枠の裏あしの形状は,寸法や形状が異なる凹凸を付けたもの,粗骨材を散布したものの合計8種類とした。作製した埋設型枠にコンクリートを後打ちし,建研式付着試験と部分圧縮試験により埋設型枠とコンクリートとの付着性能を評価した。付着試験の結果,エアセル状(梱包材型)やリブ状(ストライプ型)の溝を裏あしに持つ場合に,平滑な場合の1.5倍以上の付着強度が得られた。また,コンクリート角柱の両側面にUHPFRC埋設型枠が接合された試験体を作製し,部分圧縮試験を行った結果,UHPFRCの裏あしとしてエアセル状とリブ状の溝を持つ試験体で,高い剥離開始荷重レベルと密着性が得られた。特にエアセルの場合で,圧縮強度の78割まで埋設型枠はコンクリートから剥離せず,変形に追従した。平成26年度に得られた結果は次に示す通りである。(1)UHPFRC埋設型枠の定着部の開発とその性能評価超高強度繊維補強モルタル(UHPFRC)を用いた埋設型枠はすでに商品化された製品もあるが、合板型枠を使用する場合と同様の支保工が必要なものが多く、施工が省力化されていなことが課題である。本研究では、支保工の省力化を目的に、セパレータを固定できる定着部を持つUHPFRC埋設型枠を開発した。定着部は埋設型枠に蟻足形状の固定孔設け、そこにセパレータを固定することで構成した。セパレータの固定には6種類の材料を用い、引抜きに対する耐力を向上させるためセパレータに座金を組み合わせた。定着部の定着耐力は引抜き試験によって評価した。目標耐力はコンクリート打設時の側圧から設計して1カ所あたり約2kNとした。引抜き試験の結果、すべての試験体で目標耐力を上回る事が出来た。本年度開発した定着部によって、UHPFRC埋設型枠の支保工の省力化を図るとともに耐久性の弱点である貫通孔をなくすことが可能になったと考えられる。(2)UHPFRC調合の改良UHPFRCは自己収縮が大きいことが欠点の材料であり、埋設型枠の寸法が安定しにくいことが課題である。UHPFRC埋設型枠の寸法安定性を改善するために、セメント容積のうち1050%を膨張材(高炉スラグ微粉末と二水石膏)によって置換した調合を検討した。セメント置換率の異なる複数の調合を混練し、各調合のフレッシュコンクリートの性状および圧縮強度を評価した。実験の結果、膨張材によってセメント置換を行うことで収縮は抑制できる傾向にあった。また、常温での気中養生を行った場合、膨張材によるセメント置換率が高いほど、圧縮強度が高くなる傾向にあった。なお、高炉スラグ微粉末は環境負荷が極めて小さい材料であることから、無置換調合と比べて置換調合の環境負荷を低減することが出来た。平成27年度は、超高強度繊維補強モルタルを用いた薄肉埋設型枠(以下、UHPFRC埋設型枠)を作製し、さらにUHPFRC埋設型枠を用いたRC梁の曲げ性状について実験および解析的検討を行い、次のような結論が得られた。(1)昨年度までに開発した超高強度繊維補強モルタル(UHPFRC)の調合によって、コンクリートとの接合面に凹凸加工を持つ埋設型枠を作製できた。また、セパレータを固定できる定着部を持つUHPFRC埋設型枠も作製した。セパレータを固定する充填材として、昨年度検討した材料の中から、エポキシ樹脂を選定した。

(2)UHPFRC埋設型枠を用いたRC梁の曲げ載荷試験を行った結果、UHPFRC埋設型枠と後打ちコンクリートとの接合面に凹凸加工を施したRC梁の方が、接合面が平滑な場合に比べて最大荷重および最大荷重以降の耐力が大きくなることが実験的に確認できた。また、セパレータを定着したRC梁も終局時点まで普通RC梁と同等以上の耐力を示すことが確認された。(3)埋設型枠と後打ちコンクリートとの接合面に界面要素を適用した3次元有限要素解析によって、実験結果の曲げ性状を再現することができた。解析結果より、界面要素の構成則がRC梁の引張鉄筋降伏以降の曲げ性状に大きく影響を及ぼすことが認められた。3次元有限要素解析によって、埋設型枠を用いた実大寸法のRC梁の曲げ性状を検討した結果、普通RC梁に比べて埋設型枠を用いたRC梁のひび割れ発生荷重が向上すること、終局時点まで普通RC梁と同等以上の耐力を示すことが確認された。本研究では、超高強度繊維補強モルタル(UHPFRC)を用いた埋設型枠の後打ちコンクリートに接合する面の凹凸形状およびセパレータを活用した定着部を提案し、その付着・定着性能について部分圧縮試験と引抜き試験より評価した。提案した埋設型枠を用いたRC梁の曲げ性状について実験および解析的検討を行った。その結果として、埋設型枠と後打ちコンクリートとの接合面に凹凸加工を施したRC梁の方が、接合面が平滑なRC梁より優れた曲げ性状を発揮することが確認できた。また、普通RC梁に比べて埋設型枠を用いたRC梁のひび割れ発生荷重が向上すること、終局時点まで普通RC梁と同等以上の耐力を示すことが確認された。平成26年度の予定は、セパレータを固定できる定着部を開発し、その定着性能を評価することである。研究実績の概要に述べたように、UHPFRC埋設型枠の定着部の開発を行い、引抜き試験によって定着耐力を評価した結果、目標耐力(約2kN)を大きく上回る耐力(616kN)を発揮する定着部の開発に成功した。定着耐力は固定材料の力学性能に大きく左右されることが実験的に判明しており、有限要素解析(FEM)を併用した考察を行うことで、最終目的の一つである局部引抜破壊と界面付着破壊のメカニズムを解明することが可能だと考えられる。建築材料・施工平成27年度には、平成2526年度に開発したプロトタイプに従って実大梁サイズのUHPFRC埋設型枠(U字型の断面250mm×150mm、長さ2400mm)を製作する。この実大UHPFRC埋設型枠を用いた鉄筋コンクリート構造の梁型試験体を製作して、施工性と仕上がりを検証する。施工性の確認では、搬入衝撃による破損、セパレータをUHPFRC埋設型枠に定着した場合の型枠組立と支保工の作業性、鉄筋の配筋への支障、コンクリート打設性を検討する。仕上がりでは、コンクリートの充填性、バイブレータ使用による型枠のひび割れ、打設圧による仕上げ面のソリの有無を検証する。あわせてUHPFRC埋設型枠を用いた鉄筋コンクリート構造の梁型試験体の曲げ試験を行い、埋設型枠の躯体コンクリートの一体性の評価、付着部と定着部が定着性能に与える効果を、強度および変形能から評価する予定である。なお、UHPFRC埋設型枠は構造用寸法として扱うことを想定しているため、UHPFRC埋設型枠を用いた鉄筋コンクリート梁が、在来合板型枠による鉄筋コンクリート梁と同等以上の耐力を発揮することが目標である。さらに、耐久性と耐火性の観点から、設計荷重までUHPFRC埋設型枠が躯体コンクリートから剥離しないことも求められる。平成25年度は,UHPFRCの調合を検討し,長さ6mmと13mmの鋼繊維を同比率で混合することで埋設型枠に適した調合を開発することが出来た。