hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチエージェントシステムによる帰宅・通勤困難者のための路線網構築法

小規模なベンチマーク問題に対し本手法を応用し、得られた路線網を(2)のMASの初期集合として進化過程に委ねた。進化過程を経て得られた路線網は、最良の路線網には及ばないものの、それと同等の性能を示し、進化ステップはネットワーク成長法を基礎としたオリジナル手法の1/3程度に抑えられることが確認できた。大規模災害に憂慮される帰宅困難者の輸送システムとして、路線網を自動構築する手法を研究した。ネットワーク成長法により初期路線集合を生成し、1つの路線を1つのエージェントと見立てたマルチエージェントシステムにより路線網を構成する手法を開発した。本手法はベンチマーク問題で最良の解を出力することに成功した。さらに、首都圏を対象とした大規模な問題に対し、複数の輸送モード(バス、水上バス)が混在した路線網を実用的な計算時間で出力できることが確認できた。また、コミュニティー抽出法を応用した初期路線集合の生成法、ハブスポークネットワークのハブとなる停留所の最適位置を求める手法も開発し、その特性を把握した。・マルチエージェントシステムマルチエージェントシステムの枠組みを用い、大量輸送に適したハブスポーク型ネットワークの生成を自動的に行うことを目的としている。従来固定していた輸送機材の性質(定員と運行速度)を変化させるため、路線を表すエージェントの行動ルールを改良して、機材の選択を行う過程を組み入れ、ハブスポークを含む多様なロポロジーを持つネットワークが生成できることを確認できた。さらに、エージェントの行動ルールの改良により、バス、水上バスなど帰宅困難者問題に貢献できるであろう複数の輸送機関を取り扱えるようにできたため、概ね順調と言える。・路線生成法初期路線集合として効率的な輸送経路を持つ路線やその集合体である路線網の生成手法として、コミュニティー抽出法を応用した。これより初期路線数を大幅に減少しても、最終的に得られる路線網の性能に大きな影響を与えない結果が、ベンチマーク問題を通して得られた。この特性が把握できたことから、概ね順調と言える。・施設(停留所)配置法東日本大震災で発生した鉄道路線ネットワークの状況(当日夜12時)を入力し、帰宅困難者ODデータ推計システムにより、ODデータを作成した。さらに、このデータを路線網生成法の入力データとして用い、大規模なネットワークの試行解析まで行うことができたため、目的は達成できている。27年度が最終年度であるため、記入しない。シミュレーション、ネットワーク理論今までに開発、改良された解析ツール群は、マルチエージェントシステムによる路線網生成法、コミュニティー抽出法による初期路線集合生成法、遺伝的アルゴリズムによるハブバス停の配置法などがあるが、帰宅困難者ODデータ推計システムが出力する首都圏を対象とした大規模なネットワークに対して応用して、手法の改良を繰り返し、トータルシステムとしての完成度を向上させる。
超高感度圧電高分子トランスデューサを用いた空中超音波による物質内部の画像形成

P(VDF/TrFE)は、圧電高分子材料中最大の電気機械結合係数(kt=0.3)をもつ。また、この圧電材料は、音響インピーダンスが小さいため空中用の超音波トランスデューサとして用いると、MHz帯域での送受信が可能である。本研究では、P(VDF/TrFE)溶液から、直接レゾネータを製作できる点に着目し、接着ロスのない高感度のトランスデューサを用いて、高周波での物質内部の画像化を試みた。その結果、2.5MHzの高周波に於いて、IC(ROCKWELL/11229-12)内部の画像化に成功した。本研究は圧電高分子中で最も電気機械結合係数値の大きい[P(VDF/TrFE)VDF75mol%]を用いて、接着剤を用いずに直接パッキングプレート上に塗布し、23MHzで動作する50dBの超高感度トランスデューサを開発することを主幹とし、本年度は以下の項目に重点をおいた。1.溶液を基板上に300μm程度の厚みをもつP(VDF/TrFE)を製作し、基板と膜とがそれぞれ剥離しないレゾネータ開発技術を確立する。2.上項1.で製作した圧電膜をポーリング(分極)処理を行いトランスデューサの効率を求める。3.上項2.で開発したトランスデューサにより、透過画像形成のための透過予備実験を行う。成果について(上述13に対応)1)圧電膜と基板との剥離防止対策はまだ十分ではないが、基板の材質・基板表面の加工・熱処理の方法などを様々に行った結果、ほぼ剥離対策技術を確立した。2)高圧電源によるポーリング法を確立し、厚さ250μm・電場100MV/m・動作中心周波数2.5MHzで60dBの感度をもつトランスデューサの開発に成功した。3)上項2)のトランスデューサ(φ16mm)を用いて、透過実験を行ったところ、厚さ3mmのアクリル板等は十分に透過する。また、厚さ3mmのLSI(内部に0.5mmの金属板在中)も超音波(2.5MHz)を透過する事を突き止めた(一部画像形成済み)。現在、引き続きトランスデューサの開発(積層)を行い、トランスデューサにマッチング回路を追加して、50dB台を目指している。また、良質な画像を形成中である。本年度は、P(VDF/TrFE)(75/25mol%)を用いて、昨年度に引き続き接着剤によるロスのない超高感度の空中超音波トランスデューサの開発を行った。また新たに(平成23年度)は、対象物の透過画像形成に着手した。本年度は以下の項目に重点をおいた。1. 23MHzのP(VDF/TrFE)圧電膜が接合されたレゾネータ開発技術を確立する。(昨年度までに、一部の膜にみられた圧電膜の剥離を調査する。)2.上項1.でのポーリング時に起こる、絶縁破壊の原因を調査し、圧電膜(レゾネータ)の開発を効率よく行う。3.上項1および2項で得られたトランスデューサを用いて対象物の透過画像形成を行う。4.積層圧電膜の開発に着手する。研究成果について(項目番号は上項14に対応)1). 2.5MHz用(厚み約250μm程度)のP(VDF/TrFE)圧電膜と金属基板とで、剥離を起こさないレゾネータの開発技術を確立した(ほぼ100%で製作が可能)。開発したトランスデューサの効率は約60dBであるが、マッチング回路を付随させることで58dBまで上昇した。2).上項目1)の成功により、絶縁破壊が極度に減少し、また専用のポーリング装置を開発した。3).平面型トランスデューサを用いてLSIの透過画像に成功した(分解能はまだ低い)。4). 2枚のP(VDF/TrFE)積層型レゾネータの試作を行い、効率は低いが、それぞれの圧電現象を確認した。引き続き、高効率トランスデューサの開発を行い、トランスデューサの直径を小さくすることにより、透過画像の分解能上昇を行う。本年度(最終年度)は、昨年度までに確立したキャスト法での透過用空中超音波トランスデューサにより物質内部の透過画像形成を行った。観測対象物は、ICおよびLSIを用いた。この結果、所期の目的の通りIC(LSI)の透過画像形成に成功した。以下に、得られた成果と現時点での課題を簡潔に述べる。<成果>1.本研究では、コポリマーであるP(VDF/TrFE)を用いると、溶液から直接レゾネータ(バッキング板に直接密着している)が製作できることに着目し、接着ロスのないトランスデューサを開発した。この結果、平面型ではあるが6080dBの性能の空中用圧電高分子トランスデューサを完成させた。2.上項

1.で開発した22.5MHz空中用トランスデューサの電気機械結係数(最大kt=0.3)は、PZT(kt =0.51)と比較して小さいが、抗電場が約10倍大きいため、高電圧印加が可能である。このため、kt値の差を補えることが分かった。3.高周波(MHz帯域)用の送受信装置を開発し、先行研究としてLSI(通称8255)の裏面に3種類の真鍮板を取り付けて透過画像を形成した結果、これらの画像化(2MHz)に成功した。引き続きφ10mmの平面型P(VDF/TrFE)空中用トランスデューサ(2.5MHz)を開発し、IC( ROCKWELL 11229-12)の画像形成を行った。この結果、高分解能ではないが、IC内部のChipの画像化に成功した。<現時点での課題>:画像の分解能の向上のためには、焦点型のトランスデューサの開発を必要とするが、バッキング板とP(VDF/TrFE)との接着力が小さいため大きな外圧(変形)を与えると剥離する。また、1つのトランスデューサでの送受信兼方式による物質内部の画像形成のためには、更なる高効率のトランスデューサの開発が必要である。初年度において開始した、接着ロスのないP(VDF/TrFE)トランスデューサの開発により、本年度は、MHz帯域で動作し、尚かつ、対象物質(LSI厚み4.1mm)の透過画像形成に成功した。単層(250μm程度)トランスデューサであるが、効率は60dBであり、目標の50dB台に到達しつつある。厚みのある圧電膜の分極処理については、安全性を考慮した専用の高電圧(±24kV)装置を製作し、電圧・電流曲線からおおよその分極値が判明している。本年度より積層圧電膜の開発にも着手し、まだ効率は低いが、ポーリングをすることが可能であることが判明した。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度(最終年度)は、以下の項目(14)について重点的に行う。2).上項1)で開発したトランスデューサの開口径をφ8mm程度まで小さくし、LSIの透過画像を形成する。3).積層型P(VDF/TrFE)トランスデューサを開発し、その評価を行う。4).凹面型トランスデューサを製作し透過画像を形成する。
小学校教諭に実践可能なストレスマネージメント技法の開発に関する研究

本研究は日常の学校生活に導入しやすい学校ストレスマネジメント技法を開発、その効果を検証するものである。導入しやすさとは、小学校の低学年から中学まで幅広く適用できること、習得しやすい方法であること、専門家の介入を必要とせず、小学校の担任教諭が日常的に実施できる方法であること、短い時間で効果が示せることを仮定した。その方法として、サート(主動型リラクセイション療法;Self-Active Relaxation Therapy)を小学校低学年から中学生まで、また小学校の特別支援学級に導入、実施した。その結果、日常の学校生活に導入しやすく、対象に共通してストレス反応軽減に効果があったことが示された。小学校3年生2クラス、小学校5年生1クラス、中学校2クラスに対して、それぞれ10回以上のひとりサートを学校で実施し、1小学生用ストレス反応尺度(嶋田ら,1994)、2中学生用ストレス反応尺度(岡安ら,1992)、3主動的動作感尺度(原戸・古賀(2004)を参照)を用いて、その効果を発達的視点から検証した。全体の結果から、小学生低学年から中学生まで実施前・後でストレスの軽減が認められ、ひとりサートの有効性が示された。「主動的動作感」において、小学生では「意欲・弛緩感」が、中学生では「状態の気づき」が学校ストレスの下位尺度である「無気力」の低下と関連していたことから、年齢による違いがみられた。本研究については、2014年度に学会発表や論文掲載を計画している。さらに、近年、特別支援教育が強調されていることから、日常的にストレス場面にさらされることが多いと考えられる特別支援学級児童に適したストレスマネジメント技法としてひとりサートが有効な技法であるかについて検証した。普通学級で使用したひとりサートの視覚教材を、特別支援学級用に修正、3か月間実施した結果、ストレス軽減に有効であるとともに、担任教諭の評価によると、学校生活において有意な変化がみられた。この研究調査については、論文掲載済みである。中学校1校を対象に、全学年、全クラスに対して8か月間定期的にひとりサートを実施、学校全体で取り組む際の課題と導入及び実施方法を検討するための予備調査を行った。ストレス尺度及び自体感尺度、実施を終えて振り返りの感想の自由記述等、約500名のデータが得られ、分析中である。小学校においては、特別支援学級を対象に、障害の違いによるストレス及びひとりサート実施の効果の相違等を検討するため、知的障害学級1クラス、情緒障害学級3クラスを対象に3か月間ひとりサートを実施、ストレス及びリラクセイション体験尺度をもって約60名のデータを得られた。それらを分析した結果、情緒障害学級が知的障害学級に比べ、有意にストレスが高かった。さらに、取り組みにおいては、知的障害学級に比べ、情緒障害学級時の個人差が大きく、効果において統計的には変化がみられなかった。しかし、個別的には、著しく行動やコミュニケーション、学習への取り組み姿勢の改善がみられる児童生徒が数名おり、その児童生徒たちはひとりサートへの取り組みに関しても積極的で意欲が高かったことが示された。本研究の更なる展開として、学童保育におけるひとりサート実施とその効果の検証に取り組んだ。学童保育は地域支援、子育て支援、児童生徒のもう一つの学校生活の場として今後さらに重要な役割を果たすシステムであり、その内容を充実させる必要がある。そこで、学童保育に参加している児童生徒12名を対象に、ひとりサートを導入、予備調査を行った。1週間の実施で、データは十分得られなかったが、学童保育担当者からはニーズが高く、継続実施を求められた。今後さらに進めていく予定である。前年度に引き継き、学童保育におけるサート実施とその効果の検証を引き続き行った。前年度と同様の方法で夏休みと春休みを利用、2回に渡って、それぞれ1週間ひとりサートを実施、小学生ストレス反応尺度と自体感尺度の調査を行った。前年度に行った予備調査の経験から、学童保育は対象の年齢幅が広く、低学年は理解が難しい質問項目があったことを考慮し、低学年についてはインタビュー形式で調査を実施した。また、実施方法について、学童保育は教室と違い自由な雰囲気なので注意散漫になりやすいことから、DVDのモデルを一方方向で模倣する形式から、教員と学童が円陣を組み、お互いの様子を見ながら行う形式を取り入れた。その効果として、集中してひとりサートを行うだけでなく、学童が共同の活動をすることでお互いに関心をもち、会話ややりとりが増えることがうかがえた。一方、中学校において教員が昼休みに生徒と一緒に行う形式を取り入れて3週間のひとりサートを実施した。ストレス反応だけでなく、身体にアプローチする心理療法として心理的効果を検証するため、セルフ・エスティムに注目し、サートの特徴からセルフ・コントロールとセルフ・エスティムの関連を含めて、ひとりサート実施前後の調査を行った。その結果、日常生活で自分の身体に注意を向け、自分を実感する体験と、自分で動かして変化を実感するサートの手法の特徴から、自分でできる、自分はよりよくなれるといった心理的変化があることが示された。

その結果、日常の学校生活に導入しやすく、対象に共通してストレス反応軽減に効果があったことが示された。学校ストレスマネージメントとして、教諭が導入するには、学校のシステム、学校生活における時間的融通性、小学校・中学校という義務教育による学校生活の連続性などを考慮して、小学校を主な対象としているが、研究の展開の中で、中学校からも積極的な導入を求められたこと、小学校と中学校の連続性から発達的視点からの検討も今後の研究の発展から有意義であること、研究の発展目標として学校教育全般に取り入れられる有効なストレスマネージメントの方法を開発すること、などから、小学校の通常学級、特別支援学級、学童保育、中学校と幅広い実践とデータ収集が行われた。すでにデータの分析とまとめが終了したものについては、有効性が認められ、現在分析中のものについては、今後の研究の展開、発展に有意義な示唆を与えることが予測されている。以上のことから、研究は好調に進展しているといえる。臨床心理学小学校の通常クラスでの効果は今までの研究成果から十分認められたので、特別支援学級で、特に情緒学級の場合、個別的にみられた著しい効果についてより客観的に、科学的に検証できるデザインを工夫、実践とデータ収集を行う。学童保育については、新たに開発されたフィールドでニーズも高いことから、本格的に実践、データ収集を行う。中学校については、全学導入の予備調査が終了したので、導入についての手続きや実施方法を確立する実践研究を行う。これらをまとめることで、学校生活におけるストレスマネージメントとして、学校が導入しやすく、わかりやすい、その上、効果が認められる技法の提示を目指す。中学校、小学校、小学校特別支援学級など、広い範囲でデータ収集を行うことができ、発達的視点も踏まえて、学校ストレスマネージメントにおける本研究の技法が検証できた。研究結果の一部をまとめ、論文掲載をした。研究代表者の緊急入院のために、2015年3月に支出予定の予算が支出されなかったため、次年度に繰り越すことになった。2013年度に調査実施、データ収集をしたもの(小学校及び中学校における実施)をまとめているので、2014年度に学会発表、論文掲載等を行う予定である。なお、上記研究を発展させ、本研究課題の手法による学校ストレスマネージメントにおいて、通常学級と特別支援学級の比較、年齢別の比較等を行い、学校で導入しやすく、その効果が認められる手法の確立をデータをもって客観的に検証、提示する。さらに、被災地の小学校と連携し、学校ストレスの多面的な検証を行うとともに、効果のあるストレスマネージメントの手法の提示を試みる。研究の発展により、学童保育、中学校、小学校の特別支援学級等での実施が計画されているので、研究協力者への謝礼等が従来より必要である。研究調査が2014年3月30日に終了したため、当該年度(2013年度)の支払い処理ができず、次年度使用額が生じた。2013年度末に行った研究調査費の支払いを行なう。
乾癬の病態における制御性B細胞の役割の解明

B細胞は抗体を産生し液性免疫において中心的な役割を果たすだけでなく、抗原提示能や、サイトカイン産生を介して免疫応答を促進的に制御する。一方で免疫応答を抑制する制御性B細胞の存在が明らかになり、接触皮膚炎モデルや自己免疫性疾患モデルマウスを使用した研究が進んでいる。本研究では、乾癬モデルマウスにおける制御性B細胞の役割、作用機序を解明することで、この分野における新規治療法の発展を目指すものである。
見守りシステム：生活活動音の組み込み

本研究は、居宅介護を受ける高齢者並びに要介護支援前の高齢者の見守り体制を補強するために、検知システムに生活動態に基づく情報源を追加して、24時間体制の検知システムを組みあげ、徘徊の防止や緊急通報が可能なデータの収集及び異常検出方法を見い出すことを目的としている。見守り対象者のプライバシー保護を重視して、カメラ等の画像による情報を取得しない方法を検討していたが、平成30年度においては、補助的に追加する方が検出及び通知には有効であると考えて、画像による行動の追跡と音による高齢者の状況把握の推定に寄与する音検出法の検討を行った。カメラによる画像の取得については、転倒などによる異常音発生の抽出が可能となれば、推定される方向の画像を撮影して画像データを通信設備を利用して提供できることを確認した。生活音中の異常音として、テレビ放送を視聴中に物が落下する異常音が発生したものとして、アレイマイクによる発生源の特定を行った結果、空間中の音の平均レベルと異常音との差が大きくなくても、主要な音源の方位が重ならない場合には発生方向を特定できた。ただし、エアコンや扇風機などの空気の流れがある場合には、マイクによる検出を阻害し、方位の特定はできない手法となっている。異常音の判定には、周波数スペクトルの範囲とスペクトルの差の程度から行った。本研究は、居宅介護を受ける高齢者並びに要介護支援前の高齢者の見守り体制を補強するために、検知システムに生活動態に基づく情報源を追加して、24時間体制の検知しシステムとして組み込み、徘徊の防止や緊急通報が可能なデータの収集及び異常検出方法を見出すことを目的としている。平成27年度の計画として、マイクロホンを用いた検出装置の製作と校正を行うこととした。マイクロホンはエレクトレット型を用いれば低消費電力で小型の装置とすることができる。一方で、音を検出するとしても、可聴周波数帯域で処理するか、センサで検出できる音圧変化を生じる振動も検出範囲とするかが、回路製作及び制御装置の全体構成を左右する。試作した回路は一定ゲインの増幅器を用い、被験者としては20歳前後の健康な学生が転倒の様子を模擬した形で測定した。テストケースにおいて、可聴音が発生する場合と振動と呼ぶにふさわしい場合とがあり、単一のマイクロホンでの計測および判定は異常検知の不確定さを悪化することが予測された。そのため、可聴音および振動の検出には複数のセンサを設けて、制御回路により並行して検出する工夫が求めらることが分かった。加えて、センサの感度および増幅度に関連して、検出可能なダイナミックレンジを拡大するために複数個のセンサを搭載する必要性が生じてきた。これは出来るだけ簡単な構成で長期的に運用可能な検出装置として求められる要件を崩してしまうが、異常検知の不確かさを低減する方向で研究を遂行すべきであることが分かった。当初の計画では、可聴周波数帯域を検知するセンサのみで見守りシステムへの組み込みを計画していたが、センサの種類と個数を絞り込むことが却って転倒や生活動態の検知には判別の不確定さを増大させることが分かってきた。テストケースを実施する被験者は健康な若年者であり、転倒しても音が小さすぎて検出の閾値の設定ができなかったり、逆に、体の部位の床などへの当たり方により過大なセンサへの入力となり、適度な増幅度を持つセンサの調整に多くの段階が必要であることがわかった。以上のような状況のため、複数の種類のセンサモジュールからのデータを並列して記録・処理する構成にする共に、可変増幅度の検出回路または複数感度のセンサを装備することを検討する必要が出てきた。本研究は、居宅介護を受ける高齢者並びに要介護支援前の高齢者の見守り体制を補強するために、検知システムに生活動態に基づく情報源を追加して、24時間体制の検知システムを組みあげ、徘徊の防止や緊急通報が可能なデータの収集及び異常検出方法を見いだすことを目的としている。平成28年度計画は、当初組み上げた検出システムを長期間運用してデータを収集し、同時に異常検出の実効性を検証するものであった。しかし、27年度報告で示した通り、マイクロホンで採った音や振動の情報を処理するためのマイコンを用いた回路や装置の見直しが必要であった。そこで、28年度では小型基板サイズのコンピュータによってデータ取集が可能であるかの確認と、そのデータの分析手段を検討することとした。28年度使用した小型基板コンピュータでは、マイクからの出力信号を周波数解析(FFT解析)することが可能である。種々の音についてデータを比較すると、音声やもの同士の衝突音など音源に応じてFFTのスペクトルには差異が認められる。現状では、スペクトルのみによる音源の特定はできておらず、背景音に含まれるスペクトルと人の行動や事象を特定すべき音源のスペクトルを分離・同定する手法は見いだせていない。従って、スペクトルのパターン同定を同時に実行できるプロセスを小型基板コンピュータに組み込むなど、動作や状況の判断を可能にする改善がさらに必要である。見守りの対象者のプライバシー保護を重視して、カメラ等の画像による情報を取得しない方法を検討していたが、補助的に追加する方が検出及び通知には有効であることが予測される。しかし、27年度報告で示した通り、マイクロホンで採った音や振動の情報を処理するための回路や装置全体の見直しが必要であった。

現在、音声やもの同士の衝突音など音源に応じてFFTのスペクトルには差異が認められることを確認できたが、複数の音が混在する場合には分離や個々の音源の識別や同定ができないため、識別や同定を実行可能な手段を見いだす手法を開発しなければらない。本研究は、居宅介護を受ける高齢者並びに要介護支援前の高齢者の見守り体制を補強するために、検知システムに生活動態に基づく情報源を追加して、24時間体制の検知システムを組みあげ、徘徊の防止や緊急通報が可能なデータの収集及び異常検出方法を見い出すことを目的としている。平成29年度計画について当初計画では、組み上げたセンサモジュールを試験協力者宅に設置して見守りシステムとしての有効性を検証して実用に供するまでを目標としていた。しかし、28年度報告で示した通り、マイクロホンで採った音や振動の情報を処理するためのマイコンを用いた回路や装置の見直しが必要であった。そこで、29年度では、音を構成する周波数分析(FFT分析)と画像による組み合わせによって、高齢者の生活動態をカメラ画像による位置検出を加味して複合的に行うこととした。29年度において、現状ではスペクトルのみによる音源の特定は出来ておらず、背景音に含まれるスペクトルと人の行動や事象から発した音源のスペクトルを分離・同定する手法を見い出せなかった。さらに最終的に実現したいセンサモジュールに求められる簡便さに対して、FFT処理を重視するとパーソナルコンピューター同等の処理能力が必要となり実現性に欠けることがわかった。また、見守り対象者のプライバシー保護を重視して、カメラ等の画像による情報を取得しない方法を検討していたが、補助的に追加する方が検出及び通知には有効であると考えて、画像による行動の追跡と音による高齢者の状況把握の推定に寄与する音検出法の検討に取り掛かった。29年度には、複数個のマイクのデータから異常の検出及び動作の識別の手法を新たに付加することを計画していた。しかしながら、音のみに頼った手法では音源の特定や事象の判定は困難である事が分かり、なお且つ、音と画像との組み合わせによる検出方法でなければ最終的なマイコン等を利用した小型かつ低コストのセンサモジュールとは成り得ないことが予見された。画像による高齢者の位置追跡と共に、音による容態分析が必要となってきたため、進捗状況が芳しくないものとなっている。見守り対象者のプライバシー保護を重視して、カメラ等の画像による情報を取得しない方法を検討していたが、平成30年度においては、補助的に追加する方が検出及び通知には有効であると考えて、画像による行動の追跡と音による高齢者の状況把握の推定に寄与する音検出法の検討を行った。カメラによる画像の取得については、転倒などによる異常音発生の抽出が可能となれば、推定される方向の画像を撮影して画像データを通信設備を利用して提供できることを確認した。
ELF電界によるマクロファージの機能制御の基礎検討

本研究では,市販の低周波電界治療器レベルの高電界を想定したELF高電界刺激による免疫調節の可能性を探ることを目的とし,基礎検討としてマクロファージの貪食能に対して及ぼすELF電気刺激の効果をin vitro実験で検討した.その結果,以下の成果が得られた.マウス腹腔マクロファージに通電したときの貪食能の変化を調べた.貪食の対象は蛍光ラテックスビーズとした.通電条件として,通電電流密度を10-100μA/cm^2,周波数を10-100Hz,通電時間を10sec-1hの間で変化させ,通電していないsham群の結果と比較した.何れの場合も通電した場合は明らかに貪食量は減少していたが,通電条件の差による明らかな違いはみられかった.体外からの電界刺激を想定し,変位電流によりマクロファージを刺激するための実験用セルを設計,製作した.電圧源として市販の低周波電界治療器のものを流用し,数10μA/cm^2の電流密度で刺激可能であった.上記の実験系で,マウス腹腔マクロファージに変位電流刺激を印加したときの貪食能の変化を調べた.通電条件として,周波数を50Hz,通電電流密度を35μA/cm^2,通電時間を30分または1時間とした.フローサイトメトリーで貪食量を計測,評価した結果.通電によって貪食陽注のマクロファージの割合が減少すること,特に多量に貪食したマクロファージの割合が減少することが示された.本研究により,市販の低周波電界治療器レベルのELF電界がマクロファージの貪食能を抑制するの可能性が示された.マクロファージの貪食能の変化は,抗原提示を通じて免疫応答全体に影響を与える可能があると考えられ,高電界による免疫応答抑制の可能性があることが示唆された.本研究では,市販の低周波電界治療器レベルの高電界を想定したELF高電界刺激による免疫調節の可能性を探ることを目的とし,基礎検討としてマクロファージの貪食能に対して及ぼすELF電気刺激の効果をin vitro実験で検討した.その結果,以下の成果が得られた.マウス腹腔マクロファージに通電したときの貪食能の変化を調べた.貪食の対象は蛍光ラテックスビーズとした.通電条件として,通電電流密度を10-100μA/cm^2,周波数を10-100Hz,通電時間を10sec-1hの間で変化させ,通電していないsham群の結果と比較した.何れの場合も通電した場合は明らかに貪食量は減少していたが,通電条件の差による明らかな違いはみられかった.体外からの電界刺激を想定し,変位電流によりマクロファージを刺激するための実験用セルを設計,製作した.電圧源として市販の低周波電界治療器のものを流用し,数10μA/cm^2の電流密度で刺激可能であった.上記の実験系で,マウス腹腔マクロファージに変位電流刺激を印加したときの貪食能の変化を調べた.通電条件として,周波数を50Hz,通電電流密度を35μA/cm^2,通電時間を30分または1時間とした.フローサイトメトリーで貪食量を計測,評価した結果.通電によって貪食陽注のマクロファージの割合が減少すること,特に多量に貪食したマクロファージの割合が減少することが示された.本研究により,市販の低周波電界治療器レベルのELF電界がマクロファージの貪食能を抑制するの可能性が示された.マクロファージの貪食能の変化は,抗原提示を通じて免疫応答全体に影響を与える可能があると考えられ,高電界による免疫応答抑制の可能性があることが示唆された.本研究ではELF電流刺激により免疫細胞の機能を制御することを目指し,基礎検討として,マクロファージの貪食能に対してELF電流が与える影響に関して検討している.本年度は以下の検討を行った.1.in vitro直接通電実験による実験パラメーターの検討:マウス腹腔マクロファージ浮遊液と蛍光ビーズ懸濁液を混合し,電極を直接挿入した系で通電したときの貪食能の変化を調べた.通電条件として,通電電流密度を10-100μA/cm^2,周波数を10-100Hz,通電時間を10sec-1hの間で変化させ,通電していないsham群の結果と比較した.何れの場合も通電した場合は明らかに貪食ビーズ量は減少していたが,通電条件の差による明らかな違いはみられかった.2.電界曝露実験のための電界強度の検討:動物実験用電界発生装置によるマウスへの電界曝露を想定し,誘導される電流密度を検討した.マウスは体表面積が小さく,現存のシステムでは十分な誘導電流を得ることは困難であることが示された.電極形状の変更等による誘導電流密度の増加が期待できるので来年度の検討課題とした.3.in vitro変位電流実験系の開発:体外からの電界刺激を想定し,電極を絶縁して容量結合による変位電流によりマクロファージを刺激するための実験用セルを設計,製作した.電圧源として現有の動物実験用電界発生装置のものを流用し,数10μA/cm^2の電流密度で刺激可能であることを示した.来年度は変位電流による貪食能への影響を検討する予定である.本研究により,ELF電界による免疫細胞機能制御の可能性が示された.より臨床に近い条件での検討となる来年度の研究準備も順調に進行中である.

本研究では,市販の低周波電界治療器レベルの高電界を想定したELF高電界刺激による免疫調節の可能性を探ることを目的とし,基礎検討としてマクロファージの貪食能に対して及ぼすELF電気刺激の効果をin vitro実験で検討した.本年度は以下の検討を行った.体外からの電界刺激を想定し,電極を絶縁して容量結合による変位電流によりマクロファージを刺激するための実験用セルを設計,製作した.市販の低周波電界治療器(最大10kV印加可能)を使用し,数10μA/cm^2の電流密度で刺激可能であることを示した.マウス腹腔マクロファージ浮遊液と蛍光ビーズ懸濁液を混合,製作した実験用セルに注入し,通電したときの貪食能の変化を調べた.通電条件として,通電電流密度を35μA/cm^2(印加電圧45kV),通電時間を30分または1時間とした.周波数は50Hzである.貪食の対象は蛍光ビーズ(直径0.5μm)として貪食量はフローサイトメトリーで計測,評価した.通電していないsham群と結果と比較した結果,通電した系ではビーズを貪食したマクロファージの割合が減少すること,特に多量のビーズを貪食するマクロファージの割合が減少することが示された.本研究により,市販の低周波電界治療器レベルのELF電界がマクロファージの貪食能を抑制するの可能性が示された.マクロファージの貪食能の変化は,抗原提示を通じて免疫応答全体に影響を与える可能があると考えられ,高電界による免疫応答抑制の可能性があることが示唆された.今後の研究課題となるが,マクロファージの活性全体が抑制されているのであれば慢性炎症の軽減等に有用であろうと思われる.
バイオマス固形燃料の生産性向上とクリンカー形成機構に関する研究

木質ペレット焚き家庭用ストーブの普及を阻む一因となっているクリンカー形成は、これまでの研究(JSPS科研費26340108)成果として、木質ペレットと同じ原料から製造したバイオコークスとの混焼をおこなうことで抑制されることが示唆されたが、混焼率を向上させるためには木質ペレットと同サイズとした小径バイオコークスの生産性の低さが課題となった。本研究は、その研究で得られた成果を更に進展させるために、市販の木質ペレット焚き家庭用ストーブに適合する大きさ(φ6)となる小径バイオコークスの生産性を向上させる技術開発と、混焼比率を高めた燃焼比較実験を通して、燃焼形態の違いによるクリンカー形成機構を更に深く追求することを目的としている。平成30年度は、主に、平成29年度に製作した6連式成型ユニットを用いたバッチ式製造工程の改善に取り組んだ。具体的には、初期含水率の最適化などにより、小径バイオコークス1個あたりの大きさを85%増加させた。更に、2基の成型ユニットを用いて成型工程をずらすことにより、単位時間当たりの製造能力を59割程度向上させるシステムを構築した。この結果、平成29年度に製作したシステムの2.83.5倍の生産性向上が実現できた。そして、燃焼比較実験機による混焼試験に向けて、改善した小径バイオコークス製造システムを用いて多くの小径バイオコークスを生産した。また、木質バイオマスの燃焼後の燃焼灰の有効利用を目的として、木質灰を混和材としたコンクリート材(モルタル)を試作し、強度試験(曲げ強度および圧縮強さ)による特性比較評価を実施した。この結果、材齢28日の範囲では、木質灰を用いたモルタルの強度は普通モルタルやフライアッシュモルタルに比べて劣る傾向にあることが判明した。燃焼灰のクリンカー形成メカニズム解明と併せて、上記の強度低下の要因を検討する必要があると思われる。本研究は、先行研究(JSPS科研26340108)の成果を踏まえた次のステップとして、小径バイオコークスの生産性を向上させる技術開発と、混焼率を高めた燃焼比較実験を通して、燃焼形態の違いによるクリンカー形成機構を更に深く追求することを目的とした。平成30年度は以下の成果が得られた。a)灰分組成の異なる小径バイオコークスの製造:平成29年度と灰分組成の異なる木質ペレットを原料として小径バイオコークスを製造した。b)生産性の高い小径バイオコークス製造システムの設計・製作・改善、小径バイオコークスの製造:小径バイオコークスの製造能力向上を目的として、平成29年度に製作した6連式成型ユニットを用いたバッチ式製造工程の改善に取り組んだ。具体的には、初期含水率の最適化により、小径バイオコークス1個あたりの大きさを85%増加させた。更に、2基の成型ユニットを用いて成型工程をずらすことにより、単位時間当たりの製造能力を59割程度向上させた。この結果、平成29年度に製作したシステムの2.83.5倍の製造能力向上が実現できた。c)燃焼比較実験機の改良:平成29年度の実験結果をもとに、高混焼比率に適した火格子を検討した。d)組成の分析とクリンカー形成機構の違いを探る実験・解析・考察:原料としての使用を計画していた木質ペレット製造業者倒産のため、平成29年度同様JSPS科研費26340108の残りを用いた。平成29年度に製造した小径バイオコークスの常温圧縮試験結果から、外観の色変化よりバイオコークス化していることが推察された。同じ原料から成る木質ペレットと小径バイオコークスを用いて、混焼比率をパラメータとする燃焼比較実験をおこない、消火後の燃焼灰生成の状態、及びクリンカー形成の状況から、クリンカーの形成機構の違いを探った。e)成果報告:得られた知見をまとめ、国内の学会での講演発表をおこなった。a)灰分組成の異なる小径バイオコークスの製造:クリンカー等への懸念から、家庭用ストーブ向け木質ペレットに対する低灰分化の要求が高まり、灰分の多い木質ペレットの入手が極めて困難となった。また、産業用の木質ペレットなども調達が困難であることから、既に入手済みの数種の木質ペレットの中から選定して使用することとする。b)小径バイオコークス製造装置の改良:充填量の最大化と製造工程のパラレル化で単位時間当たりの生産量を向上させた「生産性の高い小径バイオコークス製造システム」について、製作工程に占める原料充填工程が相対的なボトルネックと判明したことから、この課題に対する取り組みを進める。c)燃焼比較実験機の改良:最大炉床負荷や燃焼空気配分の異なる高混焼比率に適した火格子を製作する。d)組成の分析とクリンカー形成機構の違いを探る実験・解析・考察:組成の異なる原料で成型した小径バイオコークスを用いて、比較燃焼試験を実施する。この燃焼比較実験では、原料別、混焼比率、そして空気過剰率をパラメータとし、炉内温度、燃焼温度、燃焼灰温度、排ガス組成、燃焼過程の赤外線画像、消火後の燃焼灰生成の状況、及びクリンカー形成の状況から、クリンカー形成機構の違いを探る。d)報告書作成と成果報告:得られた知見をまとめ、国内外の学会での講演発表とこの分野の研究者たちとの意見交換をおこない、これらを踏まえて論文投稿をおこなう。

e)木質バイオマスの燃焼後の燃焼灰の有効利用を目的として実施した、木質灰を混和材としたコンクリート材(モルタル)の試作と強度試験(曲げ強度および圧縮強さ)による特性比較評価において、普通モルタルやフライアッシュモルタルに比べて劣る傾向にあることが判明したことから、燃焼灰のクリンカー形成メカニズム解明と併せて、上記の強度低下の要因を検討する。木質バイオマスは、持続可能な社会の構築を担う再生可能エネルギーの有力株と目されている。木質ペレットは、木質バイオマスを原料とする代表的な固形燃料である。チップよりも発熱量が大きく、取扱い性にも優れているため、世界中で需要が急増している。また、化学処理されていない木質バイオマスの燃焼灰は、産業廃棄物ではなく、農地や林地への肥料としての価値が注目されている。ところが、燃焼灰は、小型の燃焼器内で溶融灰(クリンカー)が形成されると、不完全燃焼や立ち消えやなど、安全性や信頼性に大きな影響を与える。木質バイオマスは、樹種や部位によって灰分の割合が異なり、灰分の少ない高品質な原料の確保はコストと背反するため、大きな課題となっている。そこで、木質ペレット焚き家庭用ストーブの普及を阻む一因となっているクリンカー形成にの解明に取り組み、ペレット燃焼量が少なく空気過剰率が大きいほどクリンカーの形成割合が小さく、燃焼状態とトレードオフの関係となることを見出し、木質ペレットと同じ原料から製造した小径バイオコークスとの混焼をおこなうことでクリンカー形成が抑制される可能性があることを示した(JSPS科研26340108)。本研究は、次のステップとして、小径バイオコークスの生産性を向上させる技術開発と、混焼率を高めた燃焼比較実験を通して、燃焼形態の違いによるクリンカー形成機構を更に深く追求することを目的とした。平成29年度は、以下に取り組み、計画した成果が得られた。a)生産性の高い小径バイオコークス製造システムの設計・製作、小径バイオコークスの製造、b)燃焼比較実験機の準備、c)組成の分析とクリンカー形成機構の違いを探る実験、d)成果報告(国内の学会での講演発表と論文投稿・掲載済み)本研究は、先行研究(JSPS科研26340108)の成果を踏まえた次のステップとして、小径バイオコークスの生産性を向上させる技術開発と、混焼率を高めた燃焼比較実験を通して、燃焼形態の違いによるクリンカー形成機構を更に深く追求することを目的とした。平成29年度は以下の成果が得られた。a)生産性の高い小径バイオコークス製造システムの設計・製作、小径バイオコークスの製造:日本木質ペレット協会が制定した「木質ペレット品質規格」に基づいた太さφ6の小径バイオコークスを製造するため、6個の成型孔を放射状に配置した成型器と、シーケンス機能による成形圧力保持の自動化システムからなる「生産性の高い小径バイオコークス製造システム」を設計・製作した。木質ペレットを原料として小径バイオコークスを製造した。b)燃焼比較実験機の準備:JSPS科研費26340108で改造製作した市販の木質バイオマスペレット焚家庭用ストーブを整備した。c)組成の分析とクリンカー形成機構の違いを探る実験:原料としての使用を計画していた木質ペレット製造業者倒産のため、JSPS科研費26340108の残りを用いた。製造した小径バイオコークスの常温圧縮試験を実施し、成型圧力を大きく超える圧縮強度を示したことから、バイオコークス化していることが確認された。
沖縄の農村における老人の位置づけとその変化

61年度に引き続き,今年度も夏に15日間の現地調査を行い,ライフヒストリーの集收.参与観察を行った.ライフヒストリーの集收が不充分であり,その他の資料も含め分析はまだ完了していないが,1950ー55年頃を境に老人の位置づけや老いの意味づけが変ってきたことは疑いないと思われる.それは一言で言えば,老人を積極的に意味づける「伝統的」な老人観から,福祉国家における被扶養者としてのマイナスの位置づけへの変化と要約することができるであろう(伝統的な老人観を支えている権威については61年度実績報告書に要約した).このような変化を惹起した原因としてはさまざまな要因が考えられるが,次のようなものが重要であると思われる.1.テクノロジー医療・衛生に関する技術の進歩に伴い人口高齢化が進み人口構造が一変する一方,老人のもつ知識の評価が急落した.2.福祉政策ー復帰後福祉政策は「本土並み」となり,老人が家族と離れても生活しうるようになった.3.過疎化と職業構造の変化ー非農化が進み,中年若年層の離村が進む中で,高齢者がとり残されるという現象が生じている.4.「核家族」化3,5と呼応し,高齢者だけの夫婦世帯・単身世帯が増えている.5.情報化ー若年層の中には老親との同居を拒否する者も増えている.沖縄調査の分析に加えて,一方で文献によりいわゆる近代産業社会における老いの問題を現在整理中であり,「近代化」と老いの問題を考えるのが,今後の課題である.前年度の調査に引き続き、今年度も夏に2週間の現地調査を行い、その結果を整理・分析する作業を進めている。その結果、ほぼ1950年頃を堺に、いわゆる近代化と平行して、老人の位置づけに微妙な変化が生じてきたことが明らかになった。その変化は今日なお進行中であり、ある1時点に特定できるような性質のものではないが、それ以前の「伝統的」村落における老人の位置づけと、今日のそれを比較してみると、ある明白な対比が浮び上ってくる。「伝統的」な沖縄の村落社会における老人の高い位置づけとその権威は次のように整理できるであろう。1.現在の親世代を生み、養育したという事実に基く権威2.人世の教育者、モデル、職業上の訓練者、現役エキスパートとしての権威3.生産基盤である土地、農耕技術、労仂組織等を先祖から受け継ぎ次世代に伝える者としての権威4.法的(jural)権威-伝統社会において一人前になるためにはしかるべき出自集団や家に属さなければならない。言いかえれば人の親としての老人は村落社会において「公民権」を保証する基盤である。5.村の神事、祖先の祭祀者としての宗教的権威6.15から生ずる全体的に高い道徳的権威このような老人像は社会変化の波の中で崩れつつある。特に職業構造の変化(非農化)により、2,3の権威は失われ、村の神事も意味を失いつつある今3の権威も縮少した。「公民権」はも早生れによるのではないし、福祉政策は、ある意味で老人たちを遊民化してしまった。ライフヒストリー、統計資料などをも用いて、老人、老いの位置づけの変化を明かにすべく作業中である。61年度に引き続き,今年度も夏に15日間の現地調査を行い,ライフヒストリーの集收.参与観察を行った.ライフヒストリーの集收が不充分であり,その他の資料も含め分析はまだ完了していないが,1950ー55年頃を境に老人の位置づけや老いの意味づけが変ってきたことは疑いないと思われる.それは一言で言えば,老人を積極的に意味づける「伝統的」な老人観から,福祉国家における被扶養者としてのマイナスの位置づけへの変化と要約することができるであろう(伝統的な老人観を支えている権威については61年度実績報告書に要約した).このような変化を惹起した原因としてはさまざまな要因が考えられるが,次のようなものが重要であると思われる.1.テクノロジー医療・衛生に関する技術の進歩に伴い人口高齢化が進み人口構造が一変する一方,老人のもつ知識の評価が急落した.2.福祉政策ー復帰後福祉政策は「本土並み」となり,老人が家族と離れても生活しうるようになった.3.過疎化と職業構造の変化ー非農化が進み,中年若年層の離村が進む中で,高齢者がとり残されるという現象が生じている.4.「核家族」化3,5と呼応し,高齢者だけの夫婦世帯・単身世帯が増えている.5.情報化ー若年層の中には老親との同居を拒否する者も増えている.沖縄調査の分析に加えて,一方で文献によりいわゆる近代産業社会における老いの問題を現在整理中であり,「近代化」と老いの問題を考えるのが,今後の課題である.
アートツーリズムのエスノグラフィー：地方国際芸術祭の深化と拡充の理論化に向けて

地方国際芸術祭は2010年以降日本各地で開催されており、数ある芸術祭開催地のなかには、芸術祭が契機となって、観光現象に広がりや深みがみられる地域も出現している。こうした状況に鑑みれば、地方国際芸術祭を観光を創発する機会と捉えることができる。しかしながら、地方国際芸術祭(=アートツーリズムの一例)を観光学の視点から捉えた議論は必ずしも多くはない。こうした実情に鑑みて本研究は、地方国際芸術祭の成功事例の一つとされている瀬戸内国際芸術祭を例にとり、これとそれを取り巻く観光現象を民族誌的手法を用いて調査研究することで、アートツーリズムの具体的議論を拓くことを目指している。研究1年目の今年度は、調査計画に則って先行研究の渉猟と現地調査によるデータ収集をおこなった。その結果次の成果を得ることができた。【先行研究渉猟】社会学・文化人類学・地理学を中心とした観光学の基礎理論、観光まちづくり論に関する把握を進めた。あわせて関連学会(観光学・文化人類学・地域振興)や研究会において最新の研究動向を把握した。【データ収集】ほぼ計画どおり1主たる調査地(A市ならびに瀬戸内国際芸術祭)、2比較参照点としてのアートプロジェクト(BEPPU PROJECT、越後妻有大地の芸術祭)の調査をおこなった。1においては、A市における瀬戸内国際芸術祭やそれに関連するアートプロジェクト、さらにはこれ以外の多様な観光現象の同時多発的発生の実情を捉えることができた。同地では複数のアクターへの聞き取りを実施し、各観光現象とそれらの連関について情報収集をした。これら調査を通じて、アートプロジェクトはもとより、これ以外の観光現象にも目配りをした継続調査が、本研究におけるアートツーリズムの議論の深化に有効であると確信した。2では、参与観察をしたアートツアーの内容から本研究テーマを考える上で有効な補助線を得ることができた。申請時の研究計画にほぼ滞りなく遂行することができた。研究2年目の令和元年は本研究の主調査対象である瀬戸内国際芸術祭開催年である。そこで、同芸術祭とそれに関連する観光現象の参与観察、同地でアートツーリズムに関わる多様なアクターへの聞き取り調査をおこない、情報収集を進める。同芸術祭開催地のひとつであるA市においては、アートツーリズムに関する検証の一助とするべく、アート以外の観光現象についても調査を実施する。このほか、アートツーリズムの類似事例調査をおこなう。先行研究の把握にはこれまで以上に積極的に取り組む。本研究最終年の令和2年は、補足調査を進めながら研究成果を理論化し、学会等で公表する。データ収集の進度によるが、成果発表は研究2年目においても可能な限りおこなう予定である。

本務との兼ね合いや悪天候(台風・地震)の影響で国内調査を見合さざるを得ない事態が発生した。見合わせた国内調査は研究2年目(令和元年)に実施する。
高窒素含有液相を用いた耐熱窒化ケイ素の合成

窒化ケイ素セラミックスを次世代のエンジンであるガスタービンに適用することを目指して、ガスタービンの作動温度である1500°Cの高温で使用できる材料を開発した。窒化ケイ素焼結体の耐熱性を向上させるには、「粒界相の量を低減させること」と「粒界相の融点向上」のアプローチが有効と考えられるので、本研究では高融点である希土類酸窒化ケイ素の液相成分を焼結助剤として用いて、極力その量を低減させることを目指し、希土類窒化物原料の合成、焼結設計に必要な相関系の検討、材料の合成と高温特性の評価、Lu添加系の窒化ケイ素焼結体の合成について研究を行った。まず、実験に必要な原料であるLuNの合成法を確立し、Si_3N_4-SiO_2-LnN-Ln_2O_3系の相関系を明らかにした。また、合成した希土類酸窒化ケイ素の結晶構造を明らかにした。これらの基礎研究により得られたLu系高融点液相の知見をもとに、Lu系の高融点焼結助剤を用いた焼結手法の開発に取り組んだ。また、ガス圧焼結法を用いて添加量を低減させた焼結手法を開発し、従来は5%程度の添加量であったものを1%の少量の添加で緻密化することに成功した。次に、合成した窒化ケイ素セラミックスの、室温および高温の機械的性質を評価し、ガスタービンの評価基準に基づいた1400時間にわたるクリープ試験を行い、1500°Cのクリープ耐久性を達成した。本研究では、1500°Cの高温環境で使用できる窒化ケイ素材料の開発に成功し、当初の目標を達成した。しかし、Si_3N_4-LnN-Ln_2O_3系の高窒素含有物質の合成には成功したものの、これらを大量に効率よく合成することが難しかったため、これらを助剤として用いた焼結体の合成は今後の課題である窒化ケイ素セラミックスを次世代のエンジンであるガスタービンに適用することを目指して、ガスタービンの作動温度である1500°Cの高温で使用できる材料を開発した。しかし、Si_3N_4-LnN-Ln_2O_3系の高窒素含有物質の合成には成功したものの、これらを大量に効率よく合成することが難しかったため、これらを助剤として用いた焼結体の合成は今後の課題である窒化ケイ素の粒界相を高窒素含有組成とすることにより、焼結体の耐熱性を向上させることを狙いとして研究を進め、平成15年度は以下の3項目の実績をあげた。1.当課題の組成設計の基本指針であるLu-Si-O-N四元系における新規高窒素含有相としてLu_3Si_5ON_9及びLu_6Si_<11>ON_<20>の2種類の結晶を選定し、これらを合成するためのプロセスとして、Si_3N_4-Lu_2O_3-LuNの原料を高圧の窒素中で反応させる反応系を設計した。2.高窒素含有液相を生成するために必須の高純度窒化ルテチウム(LuN)の合成に成功した。Lu金属のガス圧直接窒化プロセスにより、温度16001700°C、窒素ガス1MPa、反応時間8時間の条件下でLuNを合成し、粉末X線回折、密度、化学組成分析の精密測定により、反応率が97%に達することを確認した。希土類金属が窒化される際に、h.c.pから岩塩構造への結晶構造の転移に伴うモル体積変化により、金属の内部まで窒素が侵入することにより高速窒化反応が達成されるとの知見を得た。これは、同一構造を有するTm、Er、Ho等の重希土類においても同様の機構により反応が進むことを示唆しており、これらの系へ直接窒化プロセスの適用が期待できる。

3.合成したLuN原料を用いて、Si_3N_4-Lu_2O_3-LuN系での新規物質の探索を行い、高窒素含有液相組成を構成するLu_3Si_5ON_9とLu_6Si_<11>HON_<20>の生成を確認した。今後、これらの相について単相試料を合成した後に、X線解析による相関係の考察及び結晶構造の精密化を進める予定である。窒化ケイ素の粒界相を高窒素含有組成とすることにより、焼結体の耐熱性を向上させることを狙いとして研究を進め、本年度は以下の実績をあげた。1.Lu_2Si_2O_7-Si_3N_4、及びLu_4Si_2O_7N_2-Si_3N_4系焼結体をモデルケースとして、粒界相、結晶粒の微構造形態と分布、破壊靭性との相関に関する定量的評価手法を提案した。2.TOF中性子回折によるLu_4Si_2O_7N_2の結晶構造解析結果から得られた知見に基づき、一連の希土類系RE_4Si_2O_7N_2に関する空間群の検証、格子定数のイオン半径依存性に関する系統的研究を行い、本化合物系に関する網羅的な結晶構造データを報告した。2.当課題の組成設計の目標であるLu-Si-O-N四元系における高窒素含有新規相を得るためのプロセスとして、前年度に合成手法を確立したLuN原料を用いたSi_3N_4-Lu_2O_3-LuN系の高圧窒素中反応による合成手法を開発した。3.前年度に生成を確認したLu_3Si_5ON_9、Lu_6Si_<11>ON_<20>に関し、上記プロセスを用いた高い相純度(90%)を有する試料の合成に成功し、X線解析による予備的な構造精密化により両化合物の結晶構造に関する主要データ(空間群、格子定数)を明らかにした。窒化ケイ素の粒界ガラス相の完全結晶化により耐熱性向上が期待される。粒界液相の相関系を詳細に検討した結果、原料中に含まれるSiO2不純物が原因で粒界組成をLu_4Si_2O_7N_2(J相)の化学量論組成に制御できていないことが問題であると判明した。そこで、粒界組成を希土類酸化物組成に厳密に一致させるために、従来研究されていない高窒素含有液相を用いて窒化ケイ素を焼結することを試み、以下の成果を得た。(1)窒化物原料の合成:希土類金属をアンモニア気流中で窒化するプロセスを検討し、Eu金属の窒化条件を確立した。これにより窒化ユーロピウムを合成し、その結晶構造を明らかにした。(2)J相の結晶構造の解明:目的とする結晶構造であるJ相について、種々の希土類を添加したものを合成し、X線回折およびリートベルト解析により、詳細な結晶構造の変化を調べた。LuやYbなどのイオン半径が小さいグループとLaやCeなどのイオン半径が大きいグループとでは結晶構造が異なり、イオン半径と格子定数の関係が中間点(Eu)で不連続となることを見いだした。(3)窒化ケイ素粒界相としての有効性の確認:少量の液相で焼結するガス圧焼結法を適用することにより、Lu系の高窒素含有液相を用いてLu_4Si_2O_7N_2相を粒界に持つ窒化ケイ素焼結体の合成に成功し、機械特性に優れる材料を得た。(4)耐熱性の評価:Lu_4Si_2O_7N_2相を粒界に持つ窒化ケイ素焼結体の高温物性を調べた。通常の量の粒界相を持つ材料Aと1/4の量に低減させた材料Bについて、高温強度と引張クリープ特性を評価した。A材料は歪み速度が速い曲げ試験の条件では高温強度は高かったが、一定応力での引張クリープ条件では数十時間で破断した。一方、B材料は即時破断強度はA材料に劣るものの、引張応力条件下でのクリープ変形速度が遅く、1500°Cの温度における137MPaの応力下で1000時間以上の長期に渡り、破断することはなかった。これはタービン用途の耐久条件をクリアーしており、セラミックスタービンへの適用が可能と判断された。3年間の研究を終えるに当たり、1500°Cの耐熱性を達成し、高窒素含有液相を用いて窒化ケイ素焼結体を造るというコンセプトが立証された。