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被災した鉄骨建物の修復性と構造性能回復性に関する研究

梁崩壊型の骨組では,梁損傷部に補修を施すことで梁の耐力は回復するものの,周辺部材との耐力比が変化し望ましくない崩壊モードが生じる可能性があり,骨組全体の構造性能の回復性は部材の性能回復率ほど高くならない可能性があることを確認した。また,修後骨組の力学モデルを応用して補修後骨組の構造性能の回復性を評価可能であることを示した。加えて,骨組の立体性を考慮した直交梁付き十字形部分鉄骨骨組実験に参画し,直交梁による回転拘束が平面架構部分に与える影響を明らかにし,終局耐震挙動が変化する可能性を示した。さらに,骨組の各崩壊機構に対応する塑性崩壊面と外力の分布を用いた塑性解析による補修後骨組の崩壊モードの評価法について,前年度に開発した時刻歴応答シミュレーションプログラムを用いて有効性を確認した。その結果,塑性解析は動的応答中の耐力や剛性の変化を考慮しない解析法ではあるが,補修後の卓越崩壊モードを高い精度で評価可能なことを示した。設計への適用性を考慮し,信頼性解析を用いて補修後の骨組の性能回復性と卓越崩壊モードを定量的に評価する手法を提案した。これまでの研究成果を応用して骨組の崩壊機構形成に関わる限界状態関数を提示し,地震時荷重のランダム性を確率的に評価した等価な静的荷重モデルと合わせて信頼性解析を行うことで,骨組の卓越崩壊モードを定量的に評価し,修復計画を検証した。本手法により,高度な技術を要する非線形時刻歴応答シミュレーションに頼らずに修復計画立案,および修復性を考慮した設計を行うための手順を提示した。これらの研究成果を査読付き学術雑誌に投稿し,成果を取りまとめて博士(工学)の学位申請論文とした。これまでの研究成果を応用し,ランダム応答下における修復後の鉄骨骨組の性能を定量的に評価し卓越崩壊モードを推定することで,修復計画を立案するための手法を確立することを目標とした検討を行う。また,実際の構造設計において利用可能な性能評価手法の開発や,設計に用いるためのクライテリアを検証することで,実用化を目指した検討を行う。性能評価手法は,骨組の振動モードを考慮した塑性崩壊面と信頼性理論を応用し理論的に構築するとともに,本年度までに開発したシミュレーション技術を用いて損傷,修復,ならびに損傷後・修復後の骨組の性能や挙動の変化を解析的に分析し,構築した評価法の妥当性・有効性を検証していく。さらに,より実用的な解析モデルを用いて,実際の構造設計にも利用できるように,簡略化した評価手法についても検討を行っていく。また,これまでの研究では鉄骨建物の一構面を取り出した平面骨組を対象として検討を行ってきたが,直交する構面の部材を補修した場合における性能や挙動の影響について有限要素法を用いて解析的に分析し,必要があれば立体骨組試験体を製作してその影響を実験的に検証することも考えている。試験体は所属機関の実験設備・装置で実験可能なように部分骨組試験体とし,実験パラメータは重要な検討項目に絞って実験を行う。研究成果は国内外で発表し議論を行うことで改善・発展させ,査読付き学術雑誌へ逐次投稿していく予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
近代国家形成期の府県政研究―廃藩置県から西南戦争まで―

明治前期の府県政の整備・形成の過程を、地域の史料をもとに分析・検討を重ねた。とくに、明治4年の廃藩置県後、江戸時代以来の藩体制がどのように解体され、いかなる課題が残されたのかを制度・財政・社会の分野から実態的に考察した。大蔵省や地方官の動向を分析・検討し、府県政の諸課題が近代国家形成にいかなる影響をあたえたかについての研究成果をまとめた。具体的には、まず明治前期の府県政に関する史料収集、とりわけ各県の文書館・資料館での史料収集を行った。山口県文書館、鳥取県立博物館、弘前市立図書館、青森県史編纂室、長野県立図書館などで、旧藩や府県政関係の史料を調査・複写・写真撮影した。つぎに、府県の制度・組織の整備状況を把握し、その上で同時期の地方官の任免・系譜を追究した。草莽の志士から地方官に転じた人物などを取り上げ、その分析を行った。また、廃藩置県を画期とした府県政と旧藩政との関連性、および廃藩置県後の士族授産・地租改正・学制などの新政を具体的に分析した。とくに、創設期の府県に対する政府側、とりわけ大蔵省に設置された新県掛を取り上げ、府県開設の経緯とそれに対応した新県掛の実態を解明した。明治前期における地方巡察の派遣と府県側の対応の考察などは、従来ほとんど詳しく検討されてこなかった研究分野である。これらの研究成果は、主に拙著『廃藩置県の研究』(吉川弘文館、2001年1月)、拙稿「廃藩直後の府県政と大蔵省新県掛」(『近代日本の政治と社会』2001年5月)として論文発表し、あるいは「維新官僚への軌跡-高松実村と岡谷繁実-」の論文発表を予定している。今年は、府県政研究の前提として、1871年の廃藩置県の経緯と県政の成立過程を追及した。具体的には、旧藩時代の藩領が県域とほぼ同じ藩を取り上げ、戊辰戦争後の藩体制の解体から廃藩置県に至る過程の古文書史料を収集し、藩政の実態的な解明につとめた。まず鳥取藩政を明らかにするために、1999年8月と11月に鳥取県立博物館や鳥取県立図書館を調査し、池田家文書の中から明治初年の鳥取藩主池田慶徳および同藩の藩政開拓・廃藩置県関係の史料を収集した。10月に和歌山県立文書館の和歌山藩関係史料、11月には徳島県立文書館の徳島藩蜂須賀家関係史料を調査・収集した。3月には熊本大学附属図書館に出張し、同館の永青文庫に所蔵されている熊本藩細川家関係史料を調査した。いずれも必要に応じて筆写し、あるいは写真撮影を行い、後に原稿や写真・コピーをファイルなどに整理した。これらの調査・収集からは、従来の刊本史料集に集録されていなかった新たな史料を発見することができた。徳島藩については、徳島県立文書館に加えて東京の国文学研究資料館・史料館の調査の重要なことがわかり、後者に所蔵された史料の中の未整理分から、廃藩置県およびその処理に関する興味深い史料を発見することができた。また、永青文庫所蔵の熊本藩細川家関係史料の「探索録」などからも、従来の刊本である『肥後藩国事史料』が省略・削除していた部分を発見することができ、実態調査にともなう事実関係の解明と新たな分析視角の獲得に成果をあげることができた。今後は、それらの史料の整理・分析を重ね、有力藩の廃藩置県に向けた対応、県政への転換とその課題を明らかにしていきたい。今年度は、明治前期の府県政に重要な意義を持った廃藩置県と士族の動向について、調査・研究を行った。

調査については、昨年の鳥取・和歌山・徳島・熊本藩などの西南雄藩に対して、福井・松本・松代・弘前などの北陸や東日本の諸藩の史料を収集し、分析を行った。具体的には、7月に福井市立歴史博物館と福井県立図書館、10月に長野県歴史館と松本市文書館、2月に八戸市史編纂室と弘前市立図書館などの調査を行い、主に藩政と士族授産に関する史料収集をすすめた。それらの収集史料については、専門家や学生の協力を得て、課題ごとの分類を行い、活字になっている刊本などと比較・校訂を行った。また研究については、吉川弘文館から『廃藩置県の研究』(平成13年1月刊、516頁)を刊行した。廃藩置県断行の経緯を諸藩の動向とあわせて分析し、廃藩置県後の士族の対応などを追究したものである。同書はこれまでの研究を集約した仕事であるが、昨年の西南雄藩の史料収集の成果、あるいは今年度の福井、松代両藩の調査史料も活用している。さらに、今年度は府県の地方官研究に向けて、有力地方官のリストアップを行い、すでに刊行されている伝記などの文献整理を行った。地方官の略歴、実績などについては、パソコンを用いた幅広い分析を行う予定で、その基礎的作業といえる。府県政における地方官の役割、旧藩士族の影響を総合的に研究する予定である。本研究では、府県政研究の前提として、1871年の廃藩置県の経緯と県政の成立過程を初年度に研究した。ついで、府県政に重要な意義を持った廃藩置県と士族の動向を次年度に調査・研究した。この間の史料調査では、鳥取・熊本・徳島などの文書館・博物館・県立図書館に出かけ、旧藩文書や近代行政文書を閲覧・収集した。3年目となった本年は、廃藩置県後の府県政に携わった地方官の動向に視点を集中し、維新を体験した地方官の出身、人的関係、廃藩置県後の経歴、その施政を追究した。その際、長野・山梨・青森・岩手県の県立図書館、市町村資料館、編纂室などに出張し、関連史料の調査・収集を行った。上記の史料調査・収集を踏まえて、現在は府県政の実態と地方官の動向を明らかにする史料の整理・分析を進めている。具体的には、岩代国巡察使・若松県大参事などを歴任した岡谷繁実、弘前県参事、陸軍主計総監などを歴任した野田豁通を取り上げて研究している。岡谷は館林藩出身で、幕末京都で山陵修補・尊皇運動に活躍し、戊辰戦争に際して東山道を進んだ草莽の高松隊の参謀として戦い、戦後は若松・水沢両県の参事、太政官史官や内務省出仕などを歴任し、晩年は歴史家として史談会などで活躍した。野田は熊本藩出身で、横井小楠に学び、戊辰戦争で軍事参謀試補兼軍事会計総括となり、胆沢・弘前両県の参事、陸軍省経理局長などを勤めた。男爵、貴族院議員となっている。両者はいずれも、幕末政治運動、戊辰戦争、新政府の地方官、官僚としての活躍が興味深い。これらの調査・研究の一端は『廃藩置県の研究』(平成13年1月刊)に発表したが、今後は府県政における士族の役割、旧藩士族の影響、さらには維新政権と士族の関係について成果の具体化を進める。
反応性溶射における成膜素過程の統一的理解に関する研究

複数の構成相から成る複合材料粉末を溶射すると,成膜過程において,熱力学的に不安定な構成相の分解が懸念される.しかし,反応性溶射では,インプロセス反応によって熱力学的に安定な目的の化合物を生成するため,生成複合皮膜の形成に極めて効果的である.本研究において得られた主な成果は以下の2項である:(1)Al合金基材の表面被覆として,代表的な固体潤滑剤(黒鉛)を含む鋳鉄に着目し,前焼鈍した黒鉛を含む粉末の溶射皮膜,プラズマフレームによって黒鉛化焼鈍した皮膜,CH_4を用いてインプロセス黒鉛化を図った皮膜,さらに,hBN粉末を複合化して固体潤滑剤を増量した皮膜を形成した.また,高Si,高Al,高P鋳鉄粉末の溶射では,黒鉛化は容易になるものの,溶射したままの皮膜には黒鉛晶出が認められない.黒鉛を含む鋳鉄溶射皮膜は,黒鉛の析出量が普通鋳鉄と同程度で非常に硬いマトリックスから成るため,鋳鉄溶射皮膜の耐摩耗性は,遠心鋳造した鋳鉄ライナーよりも著しく優れている.(2)Al-40wt%Si-10wt%Mg合金粉末をDCプラズマ・RFプラズマ溶射,HVOF溶射によって皮膜形成をした.その皮膜硬さは,HVOF,DC,RFの順になる.皮膜断面組織のち密性も硬さと同順である.加えて,HVOF溶射では皮膜の加工硬化,RFプラズマ溶射では飛行溶滴温度が高くMgの蒸発が皮膜硬さを低下させる.一方,Al-Si-Mg合金粉末にSiO_2微粒子を複合化した溶射材料では,インプロセス反応によってMgAl_2O_4など強化相の生成が期待できる.最も硬い皮膜はDCプラズマ溶射によるものであり,HVOF溶射では低温高速フレームのためインプロセス反応が進行せず,一方,RFプラズマ溶射では高温低速フレームのため,溶射材料中の強化に寄与するMgの蒸発が硬さの低下原因である.複数の構成相から成る複合材料粉末を溶射すると,成膜過程において,熱力学的に不安定な構成相の分解が懸念される.しかし,反応性溶射では,インプロセス反応によって熱力学的に安定な目的の化合物を生成するため,生成複合皮膜の形成に極めて効果的である.本研究において得られた主な成果は以下の2項である:(1)Al合金基材の表面被覆として,代表的な固体潤滑剤(黒鉛)を含む鋳鉄に着目し,前焼鈍した黒鉛を含む粉末の溶射皮膜,プラズマフレームによって黒鉛化焼鈍した皮膜,CH_4を用いてインプロセス黒鉛化を図った皮膜,さらに,hBN粉末を複合化して固体潤滑剤を増量した皮膜を形成した.また,高Si,高Al,高P鋳鉄粉末の溶射では,黒鉛化は容易になるものの,溶射したままの皮膜には黒鉛晶出が認められない.黒鉛を含む鋳鉄溶射皮膜は,黒鉛の析出量が普通鋳鉄と同程度で非常に硬いマトリックスから成るため,鋳鉄溶射皮膜の耐摩耗性は,遠心鋳造した鋳鉄ライナーよりも著しく優れている.(2)Al-40wt%Si-10wt%Mg合金粉末をDCプラズマ・RFプラズマ溶射,HVOF溶射によって皮膜形成をした.その皮膜硬さは,HVOF,DC,RFの順になる.皮膜断面組織のち密性も硬さと同順である.加えて,HVOF溶射では皮膜の加工硬化,RFプラズマ溶射では飛行溶滴温度が高くMgの蒸発が皮膜硬さを低下させる.一方,Al-Si-Mg合金粉末にSiO_2微粒子を複合化した溶射材料では,インプロセス反応によってMgAl_2O_4など強化相の生成が期待できる.最も硬い皮膜はDCプラズマ溶射によるものであり,HVOF溶射では低温高速フレームのためインプロセス反応が進行せず,一方,RFプラズマ溶射では高温低速フレームのため,溶射材料中の強化に寄与するMgの蒸発が硬さの低下原因である.HVOF溶射は低温・高速フレームに特徴があるため,基材へ衝突する直前の溶滴温度がプラズマ溶射より低く,フレーム中の溶滴飛行(反応)時間が短い.HVOF溶射におけるインプロセス反応進行のポイントは,発熱反応による飛行溶滴温度と積層スプラットの温度上昇にある.そこで,インプロセス発熱反応によって溶滴温度の上昇を図ることを目的に,無電解NiめっきをしたAl-40wt%Si-10wt%Mg合金粉末に,水ガラスによってSiO_2微粒子を付着させ,造粒紛末を調整した.HVOF溶射フレーム中でインプロセス反応が可能な溶滴飛行時間は,約2msと非常に短いことから,NiとAl間の高速反応はインプロセスでも進行する.しかし,SiO_2は未反応のまま溶射粒子内部に存在する.発熱反応の効果を確かめるため,飛行中の溶滴温度をその場測定した結果,発熱反応の進行が僅かなため有意な温度差は認められない.SiO_2/Ni/Al-Si-Mg系造粒粉末を用いてHVOF溶射皮膜を形成した結果,その皮膜はMgAl_2O_4,NiAl_3,Mg._2SiおよびAl-Siマトリツクスからなる複合材料となる.皮膜形成時の基材中心温度は,Al-Si-Mg単体より複合造粒粉末の方が基材温度の上昇が早く,最高到達温度も高くなる.これは,飛行過程の発熱反応による溶滴温度の上昇ではなく,スプラット堆積過程の発熱反応の進行によるものである.

また,この溶射皮膜の硬さは,Al-Si-Mg合金粉末を用いた皮膜よりも僅かに硬くなる.しかし,複合則から求めた硬さに比べると低く,インプロセス反応は完全ではない.HVOF溶射における反応の促進には,基材予熱などの対策が必要である.熱力学的に不安定な第二相粒子を含む複合溶射材料を用いて溶射すると,成膜過程における第二相粒子の分解が懸念される.しかしながら反応性溶射では,インプロセス反応によって安定化合物を生成するため,複合皮膜の形成に極めて有望と考えられる.当該「反応性溶射」研究において2003年度に得られた主な成果は,以下の2項目に分類される:(1)Al合金の表面被覆として固体潤滑剤の黒鉛を含む鋳鉄皮膜に注目し,前焼鈍した黒鉛を含む鋳鉄粉末を用いてプラズマ溶射溶射を行った.黒鉛の生成・消滅挙動などを検討した結果,前焼鈍で生じた黒鉛は,黒鉛の溶銑への再溶融によって溶射過程で減少し,皮膜中では黒鉛が大幅に減少する.しかしながら,高速・低温フレームを特徴とするHVOF溶射では,前焼鈍した溶射材料中の黒鉛量は,溶射過程を経た皮膜でも余り減少しない.(2)反応性溶射には不適であるHVOF溶射においてインプロセス反応を生じさせるため,発熱反応を伴うSiO_2/Ni/Al-Si-Mg合金系の造粒粉末を開発した.この複合系において生成する安定化合物はMgAl_2O_4とNiAl_3が予想される.当該反応は溶滴の飛行中ではなく,基材上で進行することが判明した.同じ粉末を用いて,高温・低速フレームを特徴とするDCプラズマ溶射を行った結果,インプロセス反応はHVOF溶射よりも著しく進行し,皮膜硬さも大幅に向上する.複数の物質から構成される複合材料を溶射すると,成膜過程における熱力学的に不安定な物質の分解が懸念される.しかし,反応性溶射では,インプロセス反応によって熱力学的に安定な化合物を、生成するため,希望する(生成)複合皮膜の形成に極めて効果的である本研究において,本年度得られた主な成果は以下の2項である:(1)Al合金基材の表面被覆として,代表的な固体潤滑剤(黒鉛)を含む鋳鉄に着目し,前焼鈍した黒鉛を含む粉末の溶射皮膜,プラズマフレームによって黒鉛化焼鈍した皮膜,CH_4を用いてインプロセス黒鉛化を図った皮膜,さらに,hBN粉末を複合化して固体潤滑剤を増量した皮膜を形成した.また,高Si-高Al-高P鋳鉄粉末の溶射では,黒鉛化は容易になるものの,単に溶射した皮膜には黒鉛晶出が認められない.黒鉛を含む鋳鉄溶射皮膜は,黒鉛の析出量が普通鋳鉄並でマトリックスが非常に硬いため,鋳鉄溶射皮膜の耐摩耗性は,遠心鋳造鋳鉄よりも著しく優れている.(2)Al-40wt%Si-10wt%Mg合金粉末をDCプラズマ・RFプラズマ溶射,HVOF溶射によって皮膜形成をした.その皮膜硬さは,HVOF, DC, RFの順になる.皮膜断面組織のち密性も硬さと同順である.加えて,HVOF溶射では皮膜の加工硬化,RFプラズマ溶射では飛行溶滴温度が高くMgの蒸発が皮膜硬さを低下させる.一方,Al-Si-Mg合金粉末にSiO_2微粒子を複合化した溶射材料では,インプロセス反応によってMgAl_2O_4など強化相の生成が期待できる.最も硬い皮膜はDCプラズマ溶射によるものであり,HVOF溶射では低温高速フレームのためインプロセス反応が進行せず,一方,RFプラズマ溶射では高温低速フレームのため溶射材料中の強化に寄与するMgの蒸発が硬さの低下原因である.
アミノ酸の光学異性体(D/L-体)を利用した溶存有機物の起源推定

本研究では霞ヶ浦湖水やそこに注ぎ込む河川、また沿岸域として相模湾における調査を行った。霞ヶ浦湖水や河川水の多くは海水と同じようにバクテリア起源の溶存有機物(DOM)が卓越していることがバクテリア起源のバイオマーカーであるアミノ酸の光学異性体を用いて明らかになった。また霞ヶ浦湖水は非生物起源のアミノ酸を多く含み、底泥からのDOMの溶出が非常に高いと考えられた。アミノ酸の量や組成は,溶存有機物(DOM)の分解性や初期続成作用を知る上で重要な情報を提供してくれるが、海洋DOMにおけるアミノ酸の最も興味深い特徴は、D-アミノ酸の存在である。グリシンを除くアミノ酸には光学異性体(鏡像異性体)が存在し、D-体とL-体と呼ばれている。全生物中のタンパク質はL-体のみで形成されているが、海洋DOMのアミノ酸にはD-アミノ酸が多数存在する。バクテリアの細胞壁の一部であるペプチドグリカンにはD-アミノ酸が存在し、その他のバクテリア由来のバイオマーカーも海洋DOM中で見つかっていることから、バクテリアが海洋DOMの大部分を占める難分解性DOMの主要な起源ではないかという仮説が提唱されている。陸水域である湖沼・河川でも,海洋と同様にDOMの分解性や起源が注目されているが、海洋においてバクテリアが難分解性DOMの主要な起源であると示されているにも関わらず、河川や湖沼ではアミノ酸を測定した研究がほとんどなされていない。本研究ではこの点に着目し、D/L-アミノ酸を使って異なった水域でのバクテリア起源のDOM量を明らかにすることを提唱し、アミノ酸の量と質に関する情報とDOMの分解性や分子サイズなどとの関連性を明らかにする。平成19年度は霞ヶ浦とその周辺河川での月一回の試料採取と、相模湾での時系列の試料採取を行い、DOMの測定を行った。アミノ酸に関しては平成20年度にアミノ酸を測定する新しいHPLCを導入するため、器械が搬入され次第、順次測定を行う予定である。アミノ酸の量や組成は、溶存有機物(DOM)の分解性や初期続成作用を知る上で重要な情報を提供してくれるが、海洋DOMにおけるアミノ酸の最も興味深い特徴は、D-アミノ酸の存在である。全生物中のタンパク質はL-体のみで形成されているが、海洋DOMのアミノ酸には、D-アミノ酸が多数存在する。バクテリアの細胞壁の一部であるペプチドグリカンにはD-アミノ酸が存在し、その他のバクテリア由来のバイオマーカーも海洋DOMの大部分を占める難分解性DOMの主要な起源ではないかという仮説が提唱されている。陸水域である湖沼・河川でも、海洋と同様にDOMの分解性や起源が注目されているが、海洋においてバクテリアが難分解性DOMの主要な起源であると示されているにも関わらず、河川や湖沼ではアミノ酸を測定した研究がほとんどなされていない。本研究ではこの点に注目し、D/L-アミノ酸を使って異なった水域でのバクテリア起源のDOM量を明らかにすることを提唱し、アミノ酸に量と室に関する情報とDOMの分解性や分子サイズなどとの関連性を明らかにする。平成20年度はアミノ酸を測定する新しいHPLCを導入し、より高感度の測定法の確立を目指すとともに相模湾や東京湾などでも試料採取を行った。相模湾の試料ではD-アミノ酸の存在比(D/L比)は外洋と比べて低いことがわかり、地域によってD-アミノ酸の存在比は異なること、またD-アラニンのD/L比は深度方向に向かって増加していることから続成作用を示す指標になりえることが分かった。現在はデータを整理して論文投稿の準備をしている。
窒化炭素の衝撃支援結晶化と高密度相の探索

昨年度は、チオセミカルバジドの熱分解生成物を出発原料として衝撃回収実験を行ったが、本年度はジシアンジアミドやメラミンからの窒化炭素の生成について実験的に検討した。これらは、それぞれ次に反応式でC_3N_4の生成が期待される。3C_2N_4H_4=2C_3N_4+4NH_3およびC_3N_6H_6=C_3N_4+2NH_3。実験は銅製容器に原料を封入し標的として、高速加速された飛翔体を衝突させ、平面衝撃波を発生することで衝撃処理を行った。衝突速度は2km/sまでの範囲で行ったが、衝撃波による反応で容器内部にガスが生成し、容器の一部を破壊したために容器中に残った固体試料を採取して検討した。その結果、ジシアンジアミドは24GPaまでは安定で、28GPaまで衝撃圧が上昇するとメラミンおよび未知相がX線回折法で同定された。更に強い衝撃圧を受けるとメラミンの重合体と考えられる相に転移した。これはジシアノジアミドの常圧下での熱分解し170°C以上でメラミンが生成することに対応し、更に大きな分子に脱アンモニア化するとメラン、メレン、あるいはメロンになると期待されている。これらの反応を衝撃圧縮下で検討するためにメラミンを出発原料に衝撃回収実験を行った。その結果、メラミンは37GPaまでは安定で、42GPaになると試料容器が破壊され試料回収が困難だった。得られた未知相はX線回折パターンの解析から単斜晶系に属する新しい相として同定され、チオセミカルバジドの熱分解生成物とジシアンジアミドの衝撃圧縮法で得られたβ-C_3N_4と一緒に生成することが明らかになった。衝撃圧縮合成法で種々の窒化炭素が得られることが明らかになり、今後更に得られた結果を精査し論文として投稿する予定である。チオセミカルバジドを窒素雰囲気で熱分解させた。430-630°Cの温度領域で生成物を検討した。約20wt%の生成物が得られ、生成物を粉砕し、粉末X線回折法と元素分析で調べた。生成物は、非晶質であり、この分析結果を基にして、580°Cと630°Cから得られた生成物を窒化炭素の前駆体として使用し、衝撃銃で加速された飛翔体の衝突で衝撃波を与えた。試料は銅の回収容器に封入して、衝撃波からの破壊を防いだ。実験は衝撃時の温度と圧力を増大させるために、多量の銅粉と混合して行った。580°C生成物からは、衝突速度約1.8km/sまで反応や結晶化は認められなかった。一方630°C生成物からは、結晶化が認められたものが見つかり、現在その解析を進めている。衝撃支援結晶化での温度の効果を検討するために、衝撃試料の初期温度を衝突直前に急速に高めるために、高周波加熱装置を導入した。約1000°Cまでステンレス鋼製の回収容器で5分以内に加熱できることが確かめられた。この高温試料に対する衝突実験では、高周波誘導コイルは実験毎に破壊される。回収容器はセラミックス等絶縁体でしか保持できないので、衝撃波の破壊からどの程度の圧力まで防げるか。また、衝突チャンバー中で試料容器を加熱する必要があり、長さ約1m程度のコイルを必要とする。これらの条件を満足するようなコイルを現在検討中である。
ナノ構造による１分子操作と光学的超解像法を組み合わせたDNA１分子サイズ分析法

薬剤耐性菌による迅速な感染拡大対策のためには,細菌のDNA分子を高速に判別することが必要である.しかし,これまでの方法では分析に一定量のDNA断片が必須であり,細菌の培養が必要であったため,分析に数日数週間かかっていた.申請者らは,DNA1分子で分析できれば,細菌の培養が不要になり,大幅な高速化が可能になると着想した.そこで,本研究では,DNA1分子の分析によって高速化が可能なマイクロチップを用いた新規分析法を提案する.薬剤耐性菌による迅速な感染拡大対策のためには,細菌のDNA分子を高速に判別することが必要である.しかし,これまでの方法では分析に一定量のDNA断片が必須であり,細菌の培養が必要であったため,分析に数日数週間かかっていた.申請者らは,DNA1分子で分析できれば,細菌の培養が不要になり,大幅な高速化が可能になると着想した.そこで,本研究では,DNA1分子の分析によって高速化が可能なマイクロチップを用いた新規分析法を提案する.
サトイモ球茎の耐低温性と貯蔵に関する研究

1)サトイモ6品種の球茎をポリエチレン袋に密封し、0°Cのインキュベータ内で貯蔵し、腐敗の発生の様相を観察した。腐敗の発生は貯蔵45日後から認められ、75日後にはほとんどの球茎が腐敗した。腐敗の発生の開始部位は、上位または下位の球茎を切り離した跡であることが多く、球茎の中心から腐敗を生じた例はまったく認められなかった。2)4品種の球茎からコルクボーラを用いて無菌的に径10mm、厚さ2mmのディスクに切り出し、シャーレに寒天のみ分注した培地上に置床して0°Cで培養した。1週間ごとにTTC反応により呼吸活性を調査したところ、7週間経過しても呼吸活性が十分であり、'RX'および'TC'(いずれもえぐ芋の系統)では13週間後でもわずかながら呼吸活性が残っていた。3)10品種を供試し、冬季地上部が枯れたあとも圃場に据え置き土中に貯蔵した。同時に35°Cおよび79°Cに維持した冷蔵庫中で貯蔵した。およそ90日後の腐敗の様相を調べたところ、'セレベス'、'石川早生'、'唐芋'で腐敗の発生が著しく、'R55'、'土垂'、'大野芋'ではもっとも腐敗の発生が少なかった。4)3)の供試品種にサトイモに感染力を持つフザリウム菌株を接種した。3)の結果と異なり、'唐芋'でもっとも腐敗の進行が遅かった。5)4品種の球茎を球茎重が3%、6%および10%減少するまで乾燥させた後、平均温度を-1°Cに維持したインキュベータ内で貯蔵した。6%以上乾燥させた区では、貯蔵期間中を通して凍結による壊死は観察されなかった。60日を経過すると乾腐症状が認められ、90日後にはほとんどの球茎で乾腐病の著しい進行が認められた。6)以上の結果から、貯蔵虫のサトイモ球茎の腐敗は低温による壊死ではなく外生菌の侵入によるものと考えられる。サトイモの腐敗はサトイモ組織の外生菌に対する防御機構が大きく関与しており、防御機構の機能に温度が関わっていると観測される。2) 4品種の球茎からコルクボーラを用いて無菌的に径10mm、厚さ2mmのディスクに切り出し、シャーレに寒天のみ分注した培地上に置床して0°Cで培養した。1週間ごとにTTC反応により呼吸活性を調査したところ、7週間経過しても呼吸活性が十分あり、`RX'および`TC'(いずれもえぐ芋の系統)では13週間後でもわずかながら呼吸活性が残っていた。3) 4品種の球茎を球茎重が3%、6%および10%減少するまで乾燥させた後、平均温度を-1°Cに維持したインキュベータ内で貯蔵した。4)以上の結果から、貯蔵虫のサトイモ球茎の腐敗は低温による壊死ではなく外生菌の侵入によるものと考えられる。サトイモの貯蔵性と低温耐性は分離して考える必要がある。

60日を経過すると乾腐症状が認められ、90日後にはほとんどの球茎で乾腐病の著しい進行が認められた。6)以上の結果から、貯蔵虫のサトイモ球茎の腐敗は低温による壊死ではなく外生菌の侵入によるものと考えられる。サトイモの腐敗はサトイモ組織の外生菌に対する防御機構が大きく関与しており、防御機構の機能に温度が関わっていると観測される。
二次元三角格子物質の低エネルギー磁気励起

本研究課題では、フラストレート系磁性体の中でも最も簡単な二次元三角格子物質に絞って、低温で実現している磁気状態を微視的な測定である核磁気共鳴(NMR)、核四重極共鳴(NQR)、ミユオン回転(mSR)の実験から明らかにしていく。我々は、二次元三角格子物質NiGa_2S_4においてGa-NMRとNQRを行い、比熱の12Kに見られるブロードなピークあたりでNiのスピンdynamicsがslowing-downすることや、このslowing-downの温度域が非常に広いこと、さらに静的な不均一な内部磁場は十分低温になって見られることなどを示し、10Kあたりで見られる磁気異常は通常の磁気秩序とは異なる性質を持つことを明らかにした。さらに詳細なμSR実験から、内部磁場が現れる温度は8.5Kで帯磁率のkinkの温度に対応すること、μSR実験からも内部磁場が現れたのちも直ちにスピンdynamicsは静的になるのではなく、広い温度域で揺らいでいることが明らかになった。また最近の交流帯磁率の周波数依存性から、転移後NQR信号が現れ始める2Kあたりでスピンdynamicsは静的になることを示す結果も得られた。様々な実験結果を考え合わせると、12Kにブロードなピークを示し低温でT^2の温度依存性を示す比熱の振る舞いは、異常なスピン凍結の振る舞いとは考えにくく、他の物理量によって支配されていると考えられる。比熱と帯磁率の異なる振る舞いは、「Z2ボルテクス」のシナリオで理解される可能性を指摘した。
トポロジーのある超分子ポリマーの創製と集積化

新しい高分子として注目を集める超分子ポリマーは、モノマーの設計自由度が極めて高いが、主鎖の構造自由度を規制する非共有結合相互作用の導入が困難なため、高次構造(トポロジー)を自在に制御できる系は存在しない。ゆえに、トポロジーの違いや変化によって超分子ポリマーが発現する物性や機能は未知である。本研究では、申請者が独自に開発した「自発曲率を伴って超分子重合する超分子モノマー」を基軸に、多様なトポロジーを有する超分子ポリマーを創出し、トポロジー転移現象のメカニズムを解明する。さらに、異種モノマーをブロック超分子共重合させることで高次トポロジー集積体を構築する。
筋萎縮性側索硬化症と治療に関する研究

神経疾患のうちでも代表的な“難病"である筋萎縮性側索硬化症(ALS)の病態解明と治療法開発のため国籍を越えた共同研究体制を確立し、前回の国際学術研究"筋萎縮性側索硬化症(ALS)の病態生理に関する多面的研究"(平成56年度、研究代表者木村淳)により得られた知見をさらに発展させた。特にALSに特徴的なfasciculationが初期には大脳磁気刺激で誘発されるなどの新知見は本症の発症にグルタミン酸などによる興奮性神経細胞死が関与することを示唆しており、グルタミン酸阻害剤による治療の可能性が示された。本研究では、このALSにおける。fasciculationを通して神経変性の過程を追跡した。1)幸原らは、大脳磁気刺激法を用いて随意的に発火している運動単位に対する影響を見ることにより、その発火確率の変動をPSTH(peristimulus time histogram)に表し、特に脊髄前角における上位および下位運動ニューロン間のシナプス伝導の効率を臨床的に評価する方法を開発した。これにより、ALSでは脊髄前角におけるEPSPが実効上著明に増大していると考えられ、グルタミン酸などによる興奮性神経細胞死がその病態と考えられた。2)梶らは、英国Bostock教授とともにTE法の開発、臨床応用を進めるため、その正常値や記録法を確立し、その異常所見の解釈法について多くの知見を得た。ALSにおける異常がK^+チャネルの量的な異常のみならず質的な異常である可能性が示唆された。また、MMNの病変部位でK^+チャネルが不活性されている所見を見出し、ALSやMMNで共通して見られるfasciculationなどの興奮性の亢進を表す臨床症状は上述のグルタミン酸による機序の外にK^+チャネルの異常に基づく可能性も示唆された。3)梶、幸原らは、前述の大脳磁気刺激法とTE法を用いて臨床試験中のリルゾールの投与前後で所見を比較したが有意の変化は認めなかった。
熱応答凝集性ポリマーを基盤とする新規内用放射線治療法の開発

本研究は、熱応答凝集性ポリマーを用いる新規内用放射線治療法の開発を目的として、熱により凝集するポリオキサゾリン誘導体およびその放射標識体を合成し、それらの熱応答性を評価するとともに、担がんマウスにおける生体内組織分布評価実験を実施した。その結果、側鎖にエチル基およびイソプロピル基を持つヘテロポリオキサゾリン(約20 kDa)は、凝集温度が39°Cであり、瞬時に凝集することを示した。また、Colon26細胞を移植した担がんマウスにおいて、腫瘍へは一定の集積を認めた一方で、正常組織からは速やかにクリアランスされることを示した。今後は加温による腫瘍集積性の変化について詳細に検討する予定である。本研究の目的は、治療用ベータ-線放出核種であるイットリウム-90(90Y)の高い腫瘍集積性と正常組織における不必要な被曝の低減を同時に達成しうる新たな内用放射線療法を確立することにある。そのために、熱により凝集するポリオキサゾリン誘導体を利用し、その90Y標識体について、温熱療法との併用による高い腫瘍集積性および腫瘍縮小効果の達成を目指す。熱凝集前のポリマーは比較的速やかな生体クリアランスを示すことが予想され、副作用の低減につながることから、上記に示す目的を達成できるものと考える。今年度は、熱応答凝集性ポリオキサゾリン誘導体の合成(最適化)および111In標識体の作製、担がんマウスにおける体内分布評価を実施し、以下の結果を得た。(1)熱応答凝集性ポリオキサゾリン誘導体の合成:側鎖にエチル基とイソプロ基を1:4の割合で導入したポリオキサゾリン誘導体を合成し、その凝集温度が体温以上であり、かつ、温熱療法の適用温度域である4243°Cを超えないことを確認した(約39°C)。また、111In標識体を放射化学的純度99%以上で合成した。(2)担がんマウスにおける体内分布評価:111In標識ポリマー(18 kDa, 0.4 nmol)をマウス尾静脈より投与し、体内分布を調べた。投与1日後に腎臓への集積を認めた一方で、正常組織への集積の程度は低かった。Colon26腫瘍においては、約3.6%ID/gの集積を認めた。今年度は、熱応答凝集性ポリオキサゾリン誘導体の合成および基礎特性評価、キレート剤を介した放射性金属核種による標識法の確立、正常マウスにおける体内分布評価を実施し、以下の結果を得た。(1)熱応答凝集性ポリオキサゾリン誘導体の合成および基礎特性評価:側鎖にエチル基、イソプロピル基、プロピル基を有するオキサゾリン誘導体を用いて、分子量5kDa20kDa程度のポリマーを合成した。それらの凝集温度は、およそ2070°Cであった。(2)キレート剤を介した放射性金属核種による標識法の確立:ポリマー末端にアミノ基を導入し、そこにキレート剤であるDOTA誘導体を結合させた。インジウム-111(111In)を用いた標識を行い、放射化学的純度99%以上で標識体を得た。(3)正常マウスにおける体内分布評価:凝集温度の異なるポリマーをマウス尾静脈より投与し、体内分布を調べた。凝集温度が体温より低いポリマーは、体内で速やかに凝集し、肝臓や脾臓に高く集積した一方で、凝集温度が体温より高いポリマーは、顕著な臓器集積性は示さなかった。これらの結果より、温熱療法の適用温度域で凝集するポリマーは比較的速やかに体内からクリアランスされることから、被曝の低減につながるものと推測できる。当初の計画通り、温熱療法の適用温度域で凝集するポリマーを合成し、その111In標識体を高い放射化学的純度で得た。正常マウスにおける体内分布実験では、凝集温度の違いにより体内分布動態が大きく異なることを見出した。以上より、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。医歯薬学H27年度は、今年度合成法を構築した111In標識ポリオキサゾリン誘導体を担がんマウスに投与し、インビボの実験系で内用療法の可能性を検証する。

具体的には、4043°Cで凝集性を示す111In標識ポリオキサゾリン誘導体を担がんマウスに投与し、腫瘍部位を加温することによりプローブの腫瘍集積性が向上するか調査する。この体内動態評価の結果に基づき、被曝線量および適切な放射能投与量を設定した後、90Y標識ポリオキサゾリン誘導体と温熱療法を組み合わせた治療実験を行い、治療効果および副作用を評価する。
組織設計問題における情報収集・伝達のインセンティブに関する研究

組織における情報の伝達の問題を、シグナリングとチープトークの枠組みの中で動学ゲームによる均衡選択の概念により分析した。第一に、シグナリングとチープトークが共存する環境では、労働者のうち能力の高いタイプにとって望ましい均衡が進化的安定である。第二に、シグナリングのみが存在する環境では、能力の高いタイプの労働者がリスク支配的である場合には、完全予見動学および確率進化ゲーム理論の解概念において安定的である。組織設計問題における情報収集と情報伝達に関わるインセンティブの問題について、理論的研究を行った。理論的研究の準備のための現状調査として、経営学等の文献資料を調査し、現実の企業における情報収集や情報伝達の特色を把握した。理論分析の面では、RadnerやVan Zandtの考え方を基礎とした組織ヒエラルキー理論のモデルに、CrawfordとSobelの考え方を基礎としたチープトークゲームの分析手法を導入して理論分析を行い、組織形態とゲームの均衡において伝達される情報の関係について考察した。この中で、組織形態間の比較のためには均衡選択の問題を扱うための適切な手法が必要であることが明らかとなり、そのための理論的基礎付けとなる研究を行った。当該研究では、SpenceのシグナリングモデルにCrawfordとSobelによるチープトークゲームの要素を導入し、進化ゲーム理論の均衡概念を用いたモデルの分析を行った。この結果、ChoとKrepsらによる先行研究におけるIntuitive criterionを満たす均衡のうち、より有能なタイプにとって望ましい均衡が選択されることが明らかとなった。前年度に引き続き、RadnerやVan Zandtの考え方を基礎とした組織ヒエラルキー理論のモデルに、CrawfordとSobelの考え方を基礎としたチープトークゲームの分析手法を導入して理論分析を行い、組織形態とゲームの均衡において伝達される情報の関係について考察した。組織形態の違いによって均衡で伝達される情報がどのように異なるかを分析するための基礎付けとして、Spenceのシグナリングモデルでの均衡選択の問題について研究した。当該研究では、生産性の高いタイプと低いタイプの2つのタイプの労働者からなるシグナリングモデルに完全予見動学の理論を導入し、以下のことが明らかとなった。第一に、生産性の高いタイプにとって分離均衡が一括均衡よりも望ましい場合には、分離均衡が安定的となる。第二に、選好が逆転し、一括均衡がある種のリスク支配条件を満たすときは、一括均衡が安定的となる。最後に、非効率的な一括均衡は安定的にはならない。シグナリングモデルの均衡選択に関する先行研究では、均衡経路外の信念の妥当性が主な論点となっていたが、当該研究においては、均衡経路外となる情報集合がないため従来の考え方があてはまらないケースについても、リスク支配という観点から均衡選択の議論が可能になることが明らかになった。また、当該研究で考えられているような集団ゲームとしてのシグナリングゲームは、生産性の高いタイプ同士のコーディネーションゲームとしての性格を持つことも明らかとなった。前年度に引き続き、組織ヒエラルキー理論のモデルに、CrawfordとSobelの考え方を基礎としたチープトークゲームの分析手法を導入して理論分析を行い、組織形態とゲームの均衡において伝達される情報の関係について考察した。当該研究では、生産性の高いタイプと低いタイプの2つのタイプの労働者からなるシグナリングモデルに確率進化論の動学を導入し、以下のことが明らかとなった。第一に、生産性の高いタイプにとって分離均衡が一括均衡よりも望ましい場合には、分離均衡が長期安定的となる。第二に、選好が逆転し、一括均衡がある種のリスク支配条件を満たすときは、一括均衡が長期安定的となる。最後に、非効率的な一括均衡は長期安定的にはならない。さらに、シグナリングに加えてチープトークを含むモデルを考察し、短期安定性の観点から分析した。この場合では、生産性の高いタイプにとって一括均衡が分離均衡より望ましい場合には、リスク支配条件にかかわらず一括均衡が安定的になることが明らかになった。前年度までの研究では、完全予見動学の理論により、均衡経路外となる情報集合がないため従来の考え方があてはまらないケースについても、リスク支配という観点から均衡選択の議論が可能になることを明らかにしたが、これが確率進化動学においても成立することが明らかとなった。
ナイトライドメタラジー:窒化物の熱力学と新合成法の開発

高温における窒素ポテンシャルの測定・制御については、工学研究はおろか基礎研究すらも殆ど行われていない現状であるため、本研究では次世代に向けた先導的研究としての「ナイトライド・メタラジーの新しい展開」を目的とし、窒素ポテンシャル測定・制御技術の開発をはじめとする基盤技術の確立、さらに、窒素ポテンシャル制御による窒化物の新合成プロセスの開発を目指した基礎研究の着実な推進を図ってきた。具体的には、リチウムを含む複合窒化物を反応媒体として利用し、GaNなどの機能性物質を効率よく合成する新しいプロセス開発をターゲットに、電気化学的手法を用いた窒素ポテンシャルの測定・制御、さらには、導電体を介した反応(EMR: Electronically Mediated Reaction)による新しいナイトライド・プロセスの確立を目指した研究を行った。複合窒化物を経由して目的の窒化物を効率よく合成する手法の確立を目指した研究を行った結果、複合窒化物を反応媒体として利用することが可能であることが明らかとなった。また、溶融塩化物中の窒素イオンの熱力学的な安定性を調査する実験を行い、電気化学的な手法により窒素ポテンシャルの測定が可能であることを実証した。窒化物の合成メカニズムを検討する場合、反応化学種の各相の平衡関係や熱力学的安定性などの情報を整備することが不可欠である。しかし、例えばLi_3GaN_2等の複合窒化物の熱力学的性質は未知のままである。申請者らによって実施されたLi-Ga-N系の700Kに関する測定結果をもとに、Li_3GaN_2を固体電解質として利用したガルバニセルを構成し起電力測定を行い、Li_3GaN_2の標準生成Gibbsエネルギー(ΔG゚)の温度依存性を高精度で系統的に求めることを第一の目標とし、実験環境の基盤整備を行なった。また、セルの起電力は、予備的な試験により700Kでの起電力はおおよそ0.094V程度であることが明らかになった。ただし、現状ではこの起電力の絶対値は定量的な評価にはまだ不十分で、温度依存性も不明である。本研究では原料やセルのハンドリングの雰囲気制御をより厳密に行い、温度依存性を含め信頼性の高いデータの蓄積を実現するためのインフラ整備を行なった。高温における窒素ポテンシャルの測定・制御については、工学研究はおろか基礎研究すらも殆ど行われていない現状であるため、本研究では次世代に向けた先導的研究としての「ナイトライド・メタラジーの新しい展開」を目的とし、窒素ポテンシャル測定・制御技術を開発をはじめとする基盤技術の確立、さらに、窒素ポテンシャル制御による窒化物の新合成プロセスの開発を目指した基礎研究の着実な推進を図ってきた。具体的には、リチウムを含む複合窒化物を反応媒体として利用し、GaNなどの機能性物質を効率よく合成する新しいプロセス開発を具体的なターゲットに、電気化学的手法を用いた窒素ポテンシャルの測定・制御、さらには、導電体を介した反応(EMR : Electronically Mediated Reaction)による新しいナイトライド・プロセスの確立を目指した研究を行った。残念ながら表記の目標どおり複合窒化物を経由して目的の窒化物を効率良く合成する手法の確立には至らなかったが、複合窒化物を反応媒体として利用することが可能であることは明らかとなった。複合窒化物を経由して目的の窒化物を効率良く合成する手法の確立を目指した研究を行った結果、複合窒化物を反応媒体として利用することが可能であることは明らかとなった。
減数分裂の細胞周期制御機構

減数分裂での細胞周期制御で重要な問題の一つはDNA複製と遺伝子組み換え開始のための二重鎖切断がどのように制御されているかほとんど未解明なことである。申請者は分裂酵母において減数分裂のDNA合成と二重鎖切断の両方に必要な因子をスクリーニングした結果、リボヌクレオチドリダクターゼ(RNR)を同定した。しかし、RNRを阻害した状態でも、DNA複製チェックポイントタンパク質であるRad3, Rad1, Rad9, Rad17あるいはCds1が機能を失うと、二重鎖切断がかなりの頻度で起こることが明らかになった。また、この時の二重鎖切断は正常な場合と同じ位置に生じ、組み換え開始に必要な因子を必要とした。すなわち、RNRが阻害され、DNA複製が阻害されると、チェックポイント因子が活性化し、二重鎖切断の開始を抑制するという新しいチェックポイント経路が減数分裂に存在することが明らかになった。さらに、この経路を分子レベルで解明するため、Cds1と物理的に結合する因子のスクリーニングの準備中である。また、Cds1の基質のとなり、さらに二重鎖切断に必要なタンパク質が実際にリン酸化されるかスクリーニング中である。また、DNA合成が完了した後、はじめて二重鎖切断が生じると出芽酵母では言われている。しかし、局所的なDNA合成を検出する系が現在までのところ確立していないので、チミジンキナーゼを分裂酵母の中で発現させ、チミンのアナログであるプロモデオキシウリジンを取り込ませて新たに合成されたDNAを検出する系を構築中である。申請者は減数分裂のDNA合成と二重鎖切断の両方に必要な因子をスクリーニングした結果、リボヌクレオチドリダクターゼ(RNR)を同定した。しかし、RNRを阻害した状態でも、DNA複製チェックポイントタンパク質機能を失うと、二重鎖切断がかなりの頻度で起こることが明らかになった。さらに、DNA複製を阻害した時に、二重鎖切断箇所においてDNA合成が局所的におきているかどうか調べるために、新たに合成されたDNAをプロモデオキシウリジンにより検出する系を確立した.現在、それを解析中である。
マルチスリット視を利用した双方向立体映像伝送技術

立体視を実現するためには左右の眼に異なる視覚情報を提示する両眼視差,頭部移動に合わせて視覚情報変化させる運動視差の両方を提示する必要がある.両眼視差と運動視差を同時に効率よく提示する手法として,複数本の一次元光点列を高速回転させ,光線群を再現する独自の手法を提案してきた.本研究ではこの光線再現を行う手法を計測手法にも応用し,実環境の物体を光線群として計測することで立体視覚情報を取得するシステムを開発した.また,本計測システムをこれまで開発した手法と組み合わせることで,多人数が同時に異なる視点から,裸眼立体視可能な立体テレビジョンシステム(双方向立体映像伝送技術)を実現した.近年,立体視覚情報提示および,立体視覚情報計測の研究・開発が盛んである.立体視を実現するためには左右の眼に異なる視覚情報を提示する両眼立体視,頭部移動に合わせて視覚情報変化させる運動視を提示する必要がある.我々は今までに,スリット視と呼ばれる一次元光源群から二次元イメージを知覚する人間の視覚特性と,複数本の一次元光点列を同期させて点滅させるとともに,それぞれ方向に指向性をもたせ高速回転させ,光線群の再現を実現することで両眼立体視,運動視による立体視を提示する独自の手法を提案してきた.次に,この機構を計測方法に応用して実環境の物体を光線群として計測することで,立体視覚情報を取得するシステムを開発する.また,これらを組み合わせることで,多人数が同時に異なる視点で裸眼立体視可能なテレビジョンシステム(双方向立体映像伝送着技術)の開発を目的とする.従来のスリット視ディスプレーが,動いているもののみを対象としているため,双方向通信の場合においても,対象物体が動いているもののみしか情報通信はできないことになってしまう.一方で,ヒトは頭を動かすことでもスリットの向こうにある対象を認識することができると考えられる.そこでH27年度は,頭を動かすことで,静止している物体であっても双方向の通信が可能であるかについて明らかにする実験を行った.その結果,頭を動かした場合にも,スリットの奥側の物体の認識は可能であることが分かり,そのメカニズムとして頭部運動時に用いられるヒトの体性感覚が網膜上の変化(運動速度を推定するための)に対して有効に働いていることを心理物理実験により明らかとした,また1ラインにおいて,相互通信が可能となるデバイスを開発した.立体視覚情報を光線群として取り込むための光の幾何的関係の計算シミュレーションについて3次元コンピュータグラフィクスを利用したシステムを構築した.このシステムを用いてスリット視特有のヒトの視覚特性を明らかにし,それに合わせて高い視認性を実現するために実環境から計測した画像を加工するフィルタについての検討を行うことにつながった.具体的には双方向通信のための課題点である静止している物体を伝送する方法について,頭部運動を利用することで解決できる可能性を示した.また,頭部を固定しているよりも動かしている方が,網膜に入力される情報の断片の再構築に効果的だあることも新たにわかってきた.これは,光線群の再現によって特別な装置を追加しなくとも可能であるため,設計に関しては大幅な変更はないものと思われる.しかしながら,装置の試作を行っていくうちに新たな課題として,計測したデータをリアルタイムに表示を行うための情報伝送について想定しているよりも帯域が必要であることがわかってきた.これについては,次年度解決法を検討する.以上より,課題実現のために向けて順調に進んでいると考えられる.リアリティある立体視を実現するためには,左右の眼に異なる視覚情報を提示する両眼視差,頭部移動に合わせて視覚情報変化させる運動視差の両方を提示する必要がある.我々は今までに,両眼視差と運動視差を同時に効率よく提示する手法として,複数本の一次元光点列を高回転させ,それらを同期して点滅させることで,立体視覚情報の光線群を再現する独自の手法を提案してきた.本研究では,この一次元光点列によって光線再現を行う手法を,計測手法にも応用し,実環境の物体を光線群として計測することで,立体視覚情報を取得するシステムを開発する.これにより,多人数が同時に異なる視点から,裸眼立体視可能な立体テレビジョンシステム(双方向立体映像伝送技術)を実現する事が可能となる.今年度は特にセンサ列と光源列を統合し,センサから情報をそのまま光源から提示することで,双対の計測・提示系を構成することを目的として実験実施を行った.研究計画における今年度の課題は1)光源列と光センサ列を組み合わせた計測・提示システムの実現,2)視認性の高いシステムとコンテンツの設計指針を明確化するとして,光源列と光センサを組み合わせ,計測と提示を行うシステムの実現を行なった.1)について当初は光センサ列での利用を検討していたが,コストと配線が膨大になることから,小型のカメラをFPGAで駆動し,適切に対応するピクセルを抜き出すことで同等の機能を得ることに成功した.また,2)について上記カメラに置き換えを含んだシミレーションを行いパラメータの妥当であるか検証を行った.さらに視認性が高い画像情報について実際に,表示を行いながら様々なパターンを試した結果,視認性に差が見られることがわかった,そのメカニズムについて,次年度取り組む予定である.研究計画における今年度の課題は1)光源列と光センサ列を組み合わせた計測・提示システムの実現,

2)視認性の高いシステムとコンテンツの設計指針を明確化するとして,光源列と光センサを組み合わせ,計測と提示を行うシステムの実現を行なった.1)について当初は光センサ列での利用を検討していたが,コストと配線が膨大になることから,小型のカメラをFPGAで駆動し,適切に対応するピクセルを抜き出すことで同等の機能を得ることに成功した.計測と提示は別筐体となるものの,それぞれの光点列は独立して配置することが出来ることから,目的はほぼ達成できたといえる.また,2)について上記カメラに置き換えを含んだシミレーションを行いパラメータの妥当であるか検証を行った.特に光線再現に関するカメラとディスプレイの関係をコンピュータシミュレーションによって作成し,これをHMDを用いて確認することで,想定通りの効果が期待できることを確認した.さらに視認性が高い画像情報について16本分の入出力系の対を完成させ,実際に表示を行いながら様々なパターンを試した結果,視認性に差が見られることがわかった,そのメカニズムについて,次年度取り組む予定である.また,その成果をビデオにまとめて国際会議(SIGGRAPH2017(米国))に投稿した(投稿中)多人数で裸眼の立体ディスプレイを実現するためにはLight Fieldの実現が必要である.しかしながらそのためには膨大なデータとその通信方法などが必要である,そこで,これらのデータ量を削減するためにヒトの知覚特性に基づく提示手法の提案として,我々は今までに,スリット視と呼ばれる一次元光源群から二次元イメージを知覚する人間の視覚特性と,複数本の一次元光点列を同期させて点滅させるとともに,それぞれ方向に指向性をもたせ高速回転させ,光線群の再現を実現することで両眼立体視,運動視による立体視を提示する独自の手法を提案してきた.本提案はこの機構を計測方法に応用して実環境の物体を光線群として計測することで,立体視覚情報を取得するシステムを開発し,さらに表示システムと組み合わせることで多人数が同時に異なる視点で裸眼立体視可能なテレビジョンシステムの開発を目的とした研究を行った.初年度は立体視覚情報を光線群として取り込むための光の幾何的関係の計算シミュレーションについて3次元コンピュータグラフィクスを利用したシステムを構築した.このシステムを用いてスリット視特有のヒトの視覚特性を明らかにし,それに合わせて高い視認性を実現するために実環境から計測した画像を加工するフィルタについての検討を行うことにつながった.次年度は計測したデータをリアルタイムに表示を行うための情報伝送について検討を行なった.具体的にはコストと配線の最適化のために,小型のカメラをFPGAで駆動し,適切に対応するピクセルを抜き出すことで同等の機能を得ることに成功し,試作を開始した.最終年度は24本のマルチスリットによる,計測・提示システムを統合し多人数が同時に異なる視点から裸眼立体視可能なテレビジョンシステムを実現し,ACM主催の国際会議SIGGRAPH ASIAで展示発表を行ない,学術的評価を得た.立体視を実現するためには左右の眼に異なる視覚情報を提示する両眼視差,頭部移動に合わせて視覚情報変化させる運動視差の両方を提示する必要がある.両眼視差と運動視差を同時に効率よく提示する手法として,複数本の一次元光点列を高速回転させ,光線群を再現する独自の手法を提案してきた.