hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
回転同心二重円筒における気液二相流の流動特性に関する研究

内筒が回転し、外筒が静止している同心二重円筒におけるテイラー渦流れにおいて、流体解析ソフトPHOENICSおよび自作プログラムを用いて数値シミュレーションを行い、その流動特性について検討を行った。まず、最も単純化された2次元軸対称モデルにおいて、液単相流におけるシミュレーションを行い、どちらの計算においてもテイラー渦が発生することが確かめられ、2次元での有効性が確認できた。その計算結果より、環状流路では外筒側の方が内筒側より圧力が高く、特にテイラー渦の内筒から外筒への流れにおいて、その外筒側で圧力が最も高く、内筒側で圧力が最も低い領域があることが分かった。さらに、内筒から外筒への流れの速度は、外筒から内筒への流れのものより速く、内筒の回転数を上げていくと、個々の渦のアスペクト比が軸方向へ大きくなることも分かった。2次元軸対称モデルにおいてテイラー渦が生じている場に密度の異なる固体粒子を混入した場合では、その粒子密度と内筒の回転数に密接な関係があり、ある回転数を超えると流体より軽い粒子はテイラー渦の外筒への流れでの内筒近傍にトラップされ、このことは本一連の研究で気泡が内筒近傍に存在しているという実験結果とも一致した。この原因として、単相流で確認されたテイラー渦での圧力分布が深く関係しており、つまり、圧力の最も低いところに存在すると考えられる。今後、3次元での計算や化学プラントなどで見られる液液二相流でのテイラー渦についても検討を行う予定である。したがって、2次元ではあるが、数値シミュレーションにおいて実験結果と一致したことからその有効性が確かめられ、それらをもとに同心二重円筒でのテイラー渦の詳細な流動メカニズムが解析できると考えられる。円筒が回転する同心二重円筒における単相の流れ,つまりテイラー渦流に軸方向流れ,さらに気体が導入された気液二相流において,高速A/Dコンバータによって取り込まれた流動特性の1つである圧力変動と流れの様子との関連を調べた.また,内筒の直径を大きくすることによるせん断力の影響についても検討を行った.圧力変動のフラクタル解析を行った結果,流動様式の変化するところでアトラクタ次元の変化が僅かに認められたが,流動様式判別の明確な指針とはならなかった.また,内筒の直径を大きくした場合,流動様式は従来のものとほぼ同様のものが観測されたが,スパイラルのピッチなどの定量的な特性量は異なり,せん断力の影響が見られた.せん断力が強くなることにより,容積流量比の関数で表すことができていたエネルギー損失が容積流量比のみでは表すことができないこともわかった.今後,どのようなパラメータが支配的であるのかについて検討する予定である.来年度より行う予定であった熱流体解析ソフトPHOENICSについての基礎的な操作方法,解析方法,留意点などについて検討を行い,本研究で対象とする同心二重円筒における数値シミュレーションが可能であり,テイラー渦流での気泡や粒子の挙動を解明する手法として非常に有用であることがわかった.さらに,本年にバ-ジョンアップしてより使いやすく,計算の高速化や高度の計算ができることもわかった.したがって,実験および数値シミュレーションの両面から内筒が回転する同心二重円筒における気液二相流の流動のメカニズムが解明可能であることがわかった.内筒が回転し、外筒が静止している同心二重円筒におけるテイラー渦流れにおいて、流体解析ソフトPHOENICSおよび自作プログラムを用いて数値シミュレーションを行い、その流動特性について検討を行った。
視覚障害者の能動的タッチスクリーン機器活用のための開発ー教育ー評価サイクル確立

視覚障害者が能動的にタッチスクリーンを活用するための開発教育評価サイクルの確立のため,画面設計・操作方法・端末の持つ情報補償機能について一連の研究を行った.画面設計面では障害別対応設計が情報補償上効果的であること,さらに音のラベリングによる二次元空間の音場化技術の開発により動的アイコンにも対応可能な新たな情報補償方法を提案した.触覚フィードバック機能による情報補償においては疑似触覚機能を付加するのみではなく,微分効果を生み出すパターン設計によって識別能力の向上が図れることなどの新知見が開発評価サイクルにより得られた.本研究課題では、急速に普及しているタッチスクリーン機器を視覚障害者が活用・応用できる方法の確立を目的としている。その実現のための研究手法として1.情報補償技術開発、2.使用法(教育・活用)、3.利用レベル評価、4.改善点抽出の4項目サイクルを通じた調査研究をおこなっている。26年度においては、アナログ的インターフェースであるタッチスクリーンの操作を視覚障害者が利用しやすいディジタル的操作環境として構築するための1.情報補償技術開発として、視覚障害者に使いやすいボタン配置に関する検討をおこなった。具体的には、アクセシビリティ機能使用時のボタン探索時間、エラー率、主観的負担などを検討した。その結果、視覚障害者が操作する場合には1次元的なボタン配置よりも2次元的な配置の方が操作時間の短縮や操作の安定性を見込めることがわかった。27年度以降においては、この実験結果を反映させて、触覚フィードバックを備えた2次元ボタン配置による視覚障害者向けインタフェースの開発をおこなう。また、2.使用法(教育・活用)として、視覚障害者向けスマートフォン講習会を社会福祉法人日本盲人会連合と協力して実施した。対象は40歳代から60歳代の視覚障害者14名であった。講習会後のアンケートの結果、高齢の受講者を中心に操作の名称や専門用語などの普段聞きなれない用語に戸惑ったという回答が多かった。今後、高齢化率がさらに上昇していく我が国において高齢の視覚障害者の実数も確実に増加すると予想されるので、これらの結果を念頭に置き、27年度に開発する情報補償技術の活用及びその教育を進めていく。本研究課題では,タッチスクリーン機器を視覚障害者が活用・応用する方法の確立を目的としている。その実現手法として、[1]情報補償技術開発、[2]使用法(教育・活用)、[3]利用レベル評価、[4]改善点抽出の4つの項目のサイクルを通じた調査研究を実施している。27年度においては、26年度の研究成果で得られた調査結果及び実験結果に基づき、視覚障害者のタッチスクリーン機器の能動的活用に必要な技術・教育方法についての検討を行った。第一はタッチスクリーン自体の改良とその評価である。タッチスクリーン上のアイコンのレイアウトやサイズについて各種組み合わせパターンにて実装を行い視覚障害者による操作結果を評価した。第二はタッチスクリーンの音声情報補償のみでなく触覚フィードバックを持つタッチスクリーンに注目し触知覚を用いたインターフェースの設計条件に関する基礎実験を実施した。触覚ディスプレイを用いた場合でもそれ自体が解決になるのではなく、触知覚に適したインタフェースデザインと教育が必要なことが実験的に確かめれた。すなわち、触知覚により適したマッハ効果を有効活用した触覚インタフェースザインの必要性が示唆された。今後は上記を実現するための触覚ディスプレイの開発環境の整備構築を進め最終年度目標を達成したい。触覚フィードバック搭載デバイスの実用化に遅れが生じたこと、および、試験端末による開発が製造元企業の買収等の影響によりSDKの使用に制限が発生したため、これらの機能を用いた評価実験が遅れている。最終年度は過去の成果に基づき三観点において研究を実施した。第一にタッチスクリーンの画面設計においてアイコンサイズや配置等を多面的に見直し現状技術の可能性を研究した。アイコンを小型集密化してiPhoneに実装したところ、操作速度の改善がみられた。現状のシステムでも、アイコン自体を残存視力の有無や経験等を考慮した障害別対応設計とすれば一定の補償効果の改善が期待できることがわかった。第二は、音による情報補償技術の改善研究である。現状のVoice Over等はアイコン自体を音声により補足する「静的情報補償技術」とみなせる。今後、タッチパネルを利用したゲームや教育システム等は増加するとみられるが、そのような事例では、アイコン等の操作確認対象は動的表示となり前述の従来手法では対応困難となる。我々は音ピッチや音響パターン自体に情報を意味付けすることで2D音場化し、動くアイコンにも対応可能な動的情報補償方法を開発した。この音場による情報補償方法をゲームに実装し新たな情報補償技術となる可能性があることを実験的に確認した。第三に、触覚による情報補償技術について、複数の疑似触覚パターンを生成し全盲者の識別能力を評価した。その結果、単純に触覚や疑似触覚機能を付加するのみでは識別能力の改善は少なく、微分効果を意識的に生み出すパターンの場合には識別能力が向上することがわかった。このパターンにも幾つか手法が考えられる。この手法を利用することで、ピンディスプレイや触図等とは異なる動的・静的情報補償技術となる可能性が示された。実装技術の詳細は今後の課題である。最終的に、これまでの知見を分析し、総合的な情報補償技術と教育評価サイクルについてまとめる予定である。視覚障害者が能動的にタッチスクリーンを活用するための開発教育評価サイクルの確立のため,画面設計・操作方法・端末の持つ情報補償機能について一連の研究を行った.画面

設計面では障害別対応設計が情報補償上効果的であること,さらに音のラベリングによる二次元空間の音場化技術の開発により動的アイコンにも対応可能な新たな情報補償方法を提案した.触覚フィードバック機能による情報補償においては疑似触覚機能を付加するのみではなく,微分効果を生み出すパターン設計によって識別能力の向上が図れることなどの新知見が開発評価サイクルにより得られた.初年度目標はタッチスクリーン操作について視覚障害者が利用する際の課題について調査研究を行い課題を見出すことにあった。具体的には操作ボタンの大きさや配列について実験的に評価して成果を得ることができた。また、重度視覚障害者を対象とした講習会を開催し操作法の説明と実際の操作との関連性について調査した。また重度視覚障害者への指導は視覚障害当事者が行うことが適切であると考えられるが多様性をもつタッチスクリーン機器には必ずしもそうではないこともわかった。マニュアル等の作成段階では当事者の意見は重要であるが教育方法においては健常者との組み合わせ等が考慮されねばならないことなども明らかになってきた。これらの教示課程において最新機器に対応した操作マニュアルの点字版、拡大版を作成することができた。これら成果は26年度当初予定通りの進捗でありいずれも27年度の研究の基礎となるものである。研究最終年度の28年度では、2年間の研究実施によって判明した未解決事項の解明を進める。特に、画面表示に階層性があり、ページが変化するような環境であると、画面の状態を確認できない視覚障害者にとっては、記憶能力にもよるが、ページ位置を見失い、操作が適切にできなくなる恐れがあるため,これらの解決方法を主として探る。特に音声による情報補償では二次元情報を一次元情報として補償するためより空間識別機能をどう実現するかを課題として取り組んでいく。また、音声の限界を補助する一手段としての触覚フィードバックの利用に係わる評価・検討についても、技術動向を踏まえつつ、開発ー教育ー評価の視点で研究を進める。触覚独自のマッハ効果を有効に活用した機能開発を進めると同時に、音声による情報補償との総合的なシナジー効果や相互補てん効果を活用したハイブリッド情報補償について、教育効果との連続性を含めて検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。情報補償、情報セキュリティ27年度以降の研究においては26年度の研究成果で得られた調査結果及び実験結果にもとづき視覚障害者のタッチスクリーン機器の能動的活用に必要な技術・教育方法について検討を行う。より具体的には視覚障害者がタッチスクリーン機器を能動的に活用するための各種方法の発掘ならびに具体的な方法の開発を行う。それらの情報補償方法の一つとして触覚フィードバックを備えた視覚障害者向けタッチスクリーンのインターフェース開発を進めることで現状の音声による情報補償方法の技術面からの解決を目指す。続いて上記能動的活用方法の操作・教育方法の開発を行う。触覚を利用した場合の情報提示方法については音声と異なり未知の事項が多い。
コンポジットレジン付着細菌の動態について

コンポジットレジン修復後の二次カリエスの発症において、レジン表面上に蓄積するプラークが重要な役割を果たすことから、本検索では市販のコンポジットレジンおよびベースレジンと口腔細菌との関係について検討を行った。本年度はコンポジットレジンおよびベースレジン(BisGMAとGモノマー)を24時間、口腔内に装着して、レジン表面に付着する細菌の分離同定を行った。その結果、コンポジットレジンにおいては採取菌量は5.8×10^4cells/mlから5.5×10^6cells/mlであり、通性嫌気性菌がよく検出され、中でも通性嫌気性グラム陽性球菌の検出率は77.5%であった。また、ベースレジンにおいては上述と同様に通性嫌気性菌が優位に分離されたが、グラム陽性球菌の検出率は40.3%と低い傾向にあり、桿菌およびグラム陰性球菌の検出率はそれぞれ20.3%および5.7%であった。優位に分離された細菌の通性嫌気性グラム陽性の同定結果については、すべてがStreptococciであり、コンポジットレジンおよびベースレジンからはS.sanguis,S.mitior,S.salivariusおよびマンニット、ソルビットール分離株のStreptococciが主要構成菌として検出され、S.mutansについては両者間で分離頻度に差が認められ。S.oralisおよびS.anginosusはいずれのレジンからも検出されなかった。
金属シリサイド・シリコン界面の電子状態の計算

本研究は、金属半導体界面における原子配置まで取り入れた精密な電子構造を第一原理から非経験的に計算し、界面の電子物性を明らかにしようとするものである。具体的には局所電子密度近似法の枠内で、LMTOーASA法を用いて、NiSi_2やCoSi_2の金属シリサイドとSiの界面だけでなく、CaF_2のような絶縁体との界面についても、ス-パ-セルの方法で電子構造の計算を行なった。主な結果は以下の通りである。(1)実験的にはNiSi_2/Si(111)界面のNi原子は7配位構造をとり,AタイプとBタイプが実現でき、ショットキ-障壁(pタイプ:E_Fー価電子帯の上端)の実験値は7A構造で0.47eV、7B構造で0.33eVである。局所密度近似による計算値は、7A構造が0.34eV、7B構造が0.19eVで、障壁の値そのものは実験値より小さくなっているがAタイプとBタイプの違いはよく一致する。界面のNi原子が7配位でSi側から電子を引き込む傾向にあり、界面のNiと第三近接のSi原子間距離がAタイプよりもBタイプの方が少し小さいため、Bタイプの方がMIGSが少なく、ショットキ-障壁が小さくなっている。(2)CoSi_2/Si(111)では、界面のCo原子は、5、7、8配位の可能性が考えられるが、計算からは、5配位は不安定である。7配位の場合は、Coの方がより電子を引き込むので(1)の傾向は増大し、ショットキ-障壁の計算値は、Aタイプ0.29eV、Bタイプ0.07eVである。8配位の場合には、界面のSi原子によるダングラングボンドが界面準位を生じ、界面の電子が余り気味でショットキ-障壁はNiSi_2より大きくなり、計算値は、8A構造0.37eV,8B構造0.25eV、T4構造では0.49eVある。実験的には、8配位と考えられており、障壁の大きさは、0.4ー0.6eVと報告されている。
有機鉱物の生成過程:岩石圏における有機分子の動的挙動の解明

有機鉱物全般に共通する特徴を見いだすべく、1852年から2010年までの約300編の文献を参照し、その結晶構造および生成機構を議論した。その結果、有機鉱物最大の特徴は、生成機構と構造ユニットの関係にあることが判明した。その生成機構は、(1)炭素一炭素結合の生成と解離を伴う構造ユニットの形成(2)十分に安定化した構造ユニットの濃集と結晶化、の2段階に分けられる。代表的無機鉱物である珪酸塩鉱物の生成機構においては、構造ユニットが重合する際にシリコン-シリコン結合は生成されず、必ず架橋酸素と呼ばれる酸素原子を介して重合する。また、構造ユニットの重合と、鉱物の結晶化は同時進行することからも、有機鉱物の生成の際に起きる重合反応とは根本的に異なる重合メカニズムであることを解明した。ゲータイト(Fe^<3+>OOH)やヘマタイト(Fe^<3+>_2O_3)は鉄を含む鉱物および材料の変質物として生成する一般的な二次生成鉱物である。低温(4°C)から高温(70°C)までの様々な温度で合成したゲータイトの結晶形態を原子間力顕微鏡で調べたところ、幅と厚みはほぼ同じであったが、4°Cで合成したものは長さ1μm以下なのに対し、70°Cで合成したものは長さ2μm以上であることが分かった。これらのゲータイトに対し、X線光電子分光分析を行ったところ、高温合成のゲータイト最表面に存在する酸素の46%がヒドロキシル基であるのに対し、低温合成のものは42%にとどまった。また、ヘマタイトについては、平均粒径7nmの板状結晶と30nmの菱面体結晶をアスコルビン酸で溶解させたところ、7nmの板状結晶が30nmの菱面体結晶の2倍以上の速度で溶解することが判明した。以上の結果は、ナノ鉱物の表面構造や化学反応性が、結晶全体の組成や構造だけでなく、粒径や形態といった外的要因にも依存していること示している。針鉄鉱の生成温度がその表面構造に与える影響を、結晶の形態観察や最表面の化学分析に基づいて考察することを目的とし、以下のような実験と考察を行った。針鉄鉱の合成実験は、最も一般的な合成方法であるSchwertmann&Cornell(2000)に従い、Fe^<3+>(NO_3)_3・9H_2OとKOHを出発物質として行った。合成温度は5°C・30°C・50°C・70°Cとした。生成した褐色の沈殿物を粉末X線回折法および赤外線吸収分光法により針鉄鉱と同定した後、走査電子顕微鏡(SEM:JEOL JSM-5600LV)で結晶形態を観察し、X線光電子分光法(XPS:VG-SCIENTA ESCA-300)で結晶最表面の化学分析を行った。SEM観察の結果、高温で合成した針鉄鉱は粒径が大きく(>1μm)、低温で合成した針鉄鉱は粒径が200nm以下と極めて小さいことが判明した。いずれの条件においても結晶の形態は針状であり、その成長速度に強い異方性があることが分かる。XPS分析の結果、5°Cで合成された針鉄鉱のOlsスペクトルは529.66eVと531.00eVに位置する2つのピークで構成されており、3つのピークで構成される70°Cで合成された針鉄鉱のそれとは大きく違うことが判明した。以上のように、生成温度の違う針鉄鉱は、結晶の形態および最表面の化学状態が大きく違うことが明らかになった。この結果は、針鉄鉱表面への各種イオンや分子の吸着メカニズムを研究する場合、針鉄鉱の生成条件を考慮する必要があることを示唆している。今年度は5月下旬から米国・バージニア工科大学地球科学科において研究課題を遂行している。現地では、有機物と無機鉱物表面の相互作用に関する研究を行っている。特に、有機鉱物の前駆体となる有機酸(ギ酸・シュウ酸・酢酸などの低分子カルボン酸)と酸化鉄鉱物表面の反応速度について詳細な実験を行い、同じ鉱物でも有機酸の種類によって反応速度が違うことを見いだした。その後も引き続き、透過電子顕微鏡や動的光散乱法などの新しい研究手法を学びながら酸化鉱物の表面状態や粒経による影響を調べている。また、これまで行ってきた有機鉱物に関する一連の研究をまとめ、岩石鉱物科学誌に総説を発表した。この総説は、1852年から2010年までに印刷された、約300編の原著論文および教科書を参照しながら有機鉱物と無機鉱物の結晶構造と生成機構を比較し、有機鉱物の特徴を明らかにした重要な論文である。この際に行った文献調査から、今後は有機鉱物そのものの研究のみならず、生物起源の有機物が有機鉱物の前駆体となる動的過程を研究することが重要であると指摘した。

また、構造ユニットの重合と、鉱物の結晶化は同時進行することからも、有機鉱物の生成の際に起きる重合反応とは根本的に異なる重合メカニズムであることを解明した。ゲータイト(Fe^<3+>OOH)やヘマタイト(Fe^<3+>_2O_3)は鉄を含む鉱物および材料の変質物として生成する一般的な二次生成鉱物である。低温(4°C)から高温(70°C)までの様々な温度で合成したゲータイトの結晶形態を原子間力顕微鏡で調べたところ、幅と厚みはほぼ同じであったが、4°Cで合成したものは長さ1μm以下なのに対し、70°Cで合成したものは長さ2μm以上であることが分かった。これらのゲータイトに対し、X線光電子分光分析を行ったところ、高温合成のゲータイト最表面に存在する酸素の46%がヒドロキシル基であるのに対し、低温合成のものは42%にとどまった。また、ヘマタイトについては、平均粒径7nmの板状結晶と30nmの菱面体結晶をアスコルビン酸で溶解させたところ、7nmの板状結晶が30nmの菱面体結晶の2倍以上の速度で溶解することが判明した。以上の結果は、ナノ鉱物の表面構造や化学反応性が、結晶全体の組成や構造だけでなく、粒径や形態といった外的要因にも依存していること示している。
神経細胞におけるアミロイド前駆体タンパク質の生理機能の解明

昨年度までに単離してきたAPPの細胞質ドメインと相互作用する蛋白質のうち、新規蛋白質Hard1のAPP代謝に及ぼす影響を解析した。Hard1は、ヒトNAT1ホモログ(hNAT1)と相互作用し、アミノ末端アセチル基転移酵素活性を示す事を明らかにした。新たに単離したhNAT1は866個のアミノ酸からなりtetratricopeptiderepeatmotifを3つ持っていた。HEK293細胞にHard1とhNAT1を同時に発現すると酵素活性を現し、酵素活性に比例してβ-アミロイド生成抑制効果が認められた。アセチル-co A結合サイトに変異を導入したHard1とhNAT1を発現した場合は、酵素活性を示さずβ-アミロイド生成抑制効果も失われた。HARD1とhNAT1によるβ-アミロイド生成抑制の詳細な分子機構を解明する目的で、APPのβ-サイトでの切断産物CTFβ(C99)を基質とした解析を行った。C99を基質とした場合にもAPPと同様にβ-アミロイド生成を抑制したが、これは酵素活性とは無関係であった。従って、HARD1は酵素活性依存的にβ-サイトの切断を抑制する働きと、酵素活性非依存的にγ-サイトの切断を抑制する2つの機能を示すことが明らかになった。γ-サイトの切断抑制は、創薬のターゲットとして副作用が強いと予想されるため、本研究はアミノ末端アセチル基転移酵素活性の制御による新たなβ-サイト切断を抑制する創薬の開発に応用可能である。APPはアルツハイマー病(AD)患者の脳に検出される老人斑の主成分β-アミロイド(Aβ)の前駆体タンパク質であり、細胞内におけるAβの産生・細胞外への分泌と凝集・蓄積がADの発症に係っていると考えられている。APPは一回膜貫通型受容体様の構造をもつ膜タンパク質であり、細胞質ドメインがAPPの代謝や生理機能の調節に重要な役割を果たしている。私は、APPの細胞質ドメインの機能に着目して、細胞質ドメインと相互作用する因子の機能解析を行った。酵母two-hybrid法を用いて、APPの細胞質ドメインに結合するタンパク質の単離・同定を行ったところ、JNKのスッキャフォールドタンパク質であるJIP1bを見出した。JIP1bは、アミノ末端にJNK結合モチーフを持ち、カルボキシ末端側にSH3ドメインとPI(phosphotyrosine Interaction)ドメインがあることが判明した。cDNAの部分欠失コンストラクトを作製して、細胞に発現させAPPと結合する部位の同定を行ったところ、PIドメインがAPPの細胞質ドメインのNPTY配列と相互作用する事を明らかにした。同時にマウスJIP1aおよびJIP2のcDNAも単離して解析を行ったところ、JIP1aは弱くAPPと結合するが、JIP2とAPPの結合は非常に弱いことが明らかになった。JIPはJNKのスッキャフォールドタンパク質であるので、JIPとAPPの結合がAPPのJNKによるリン酸化に影響を与えるかどうか検討した。APPは昨年度報告したように細胞質ドメインのThr668サイトでリン酸化を受ける。私は、このリン酸化が神経細胞ではCDK5でリン酸化されることを報告してきたが、リン酸化サイトの周辺配列を検討した結果、JNKによるリン酸化もあり得ることが判明したため、細胞にJNKの上流キナーゼであるDLK(dual leucine zipper-bearing kinase)を発現させ、APPのリン酸化を検討した。その結果、APPはDLKの発現によりThr668でリン酸化されることを見出した。この発現系にJIP1bをさらに発現させたところ、APPのリン酸化レベルは上昇したが、APPとの結合の弱いJIP1aおよびJIP2を発現したときには、その効果は見られず、むしろリン酸化レベルは低下した。このことから、JIP1bはJNKと結合しJNKをAPPに近づける役割を果たしていると考えられた。逆にJIP1aおよびJIP2はJNKをAPPにアクセスしにくくさせている可能性が示唆された。リン酸化はAPPの機能・代謝に重要な役割を果たしており、その調節機構としてJIPタンパク質が働いていると考えられる。
網漁具の形状と運動に関する数値シミュレーション手法の開発

昨年度,網地の形状と運動を推定する数値計算用モデルを開発し試計算を行った。その結果,網形状は実測値と計算値で非常によく一致した。本年度は以下にあげる成果を得ることができた。■計算モデルに内在する問題点を把握するため,水槽実験により複数箇所の網糸に作用する荷重を測定し,計算値と比較した。その結果計算値はいずれの条件でも実測値よりも過小に推定された。この原因は網地に作用する抗力係数を一定として取り扱っていたことに起因していた。水槽実験時の網糸に対するレイノルズ数範囲ではCd値は流速の違いによって大きく変化する遷移域であった。そこでCd値をレイノルズ数の関数として与え,試計算したところ実測値と計算値は非常によく一致し,計算モデルの精度向上をはかることができた。■計算モデルは網地の結節部と脚部を質点としてこれらの運動方程式を連立して解いている。そのため大規模な網地では計算時間の増加は避けられない。そこで効率的な計算を行うため複数の目合をグループ化して計算質点数を減少させることを試みた。その結果10000質点の網地について4目をグループ化した場合,計算精度にほとんど影響を与えることはなく,計算時間は約1/8に減少させることができた。■算定結果の視覚化についてはグラフィックライブラリOpenGLを利用してより詳細かつ効率的に3次元表示が可能となった。これによって市販のグラフィクスアプリケーションソフトに依存することはなくなり,解析システムの開発がより柔軟に行えるようになった。本研究で,網漁具形状をコンピュータによって推定する計算モデルを開発することができた。このモデルは定式化も容易なため応用性が高い。一連の研究成果から汎用性のある網地の形状・荷重を推定するシステムが実用化できる可能性は極めて高くなったといえる。今後は実際の網漁具に応用できるように最終的なシステムの完成を目指す。目的:計算機によって網漁具の水中での形状を詳細かつ簡便に推定するため,本研究では,水中内での網地の形状および運動に関する汎用的な数値シミュレーション手法を開発する。本年度の成果:本年度は網地の形状と運動を推定する数値計算用モデルを開発し,これを適用して試計算を行った。さらに,得られた計算結果の3次元的な可視化方法についても検討した。計算モデルは極力煩雑さを排し,簡便に適用できるような計算モデルの構築を目指した。網地は複数の質点とバネで接合された構造物と仮定する。質量は結節あるいは脚の中央部分に集中しているものとする。各質点に関する運動方程式から導出された常微分方程式を連立させ,数値的に解くことで,網地の運動・形状を算定する。定式化は単純であるため計算コードの開発は極めて容易である。算定結果は3次元描画アプリケーションソフトを利用して視覚化できるように工夫した。網地を描画している線分の色彩は作用している張力の強度によって変化するように設定した。こうして表現された網地の時間的変化は経時的にモニター上に描画するようにした。任意の時刻での画像を停止させ,様々な角度から視点を変化させて観察できるようにした。さらに網地上の任意の結節部位に作用する張力やその座標位置を画面上に数値として表し,これらを定量的に把握することも可能である。計算用モデルの妥当性を検討するため縦34目,横55目の長方形をした平面網地の定常流中での形状変化を計算し,水槽実験結果と比較した。網地は上辺と下辺の端部を固定し,0.01sステップごとの形状を計算するのに平均約3秒を要した。平衡状態での網地形状は計算結果と非常に良く一致し,計算モデルの有効性が確認できた。さらに算定結果を3次元的に視覚化することで極めて効率的に算定結果を把握できることが確認された。当該年度の目標であった網状構造物の形状・運動を計算機により推定するシステムの骨格部分を構築することができた。

これによって市販のグラフィクスアプリケーションソフトに依存することはなくなり,解析システムの開発がより柔軟に行えるようになった。本研究で,網漁具形状をコンピュータによって推定する計算モデルを開発することができた。このモデルは定式化も容易なため応用性が高い。一連の研究成果から汎用性のある網地の形状・荷重を推定するシステムが実用化できる可能性は極めて高くなったといえる。今後は実際の網漁具に応用できるように最終的なシステムの完成を目指す。
大気圧SIMS法の開発とその固液界面評価への応用

大気圧下で液体が存在する表面を評価することが可能である高速重イオンを用いる2次イオン質量分析法(MeV-SIMS法)を使い、固体と液体との界面状態の探査的研究を行う。細胞、触媒、電池など様々な分野で固液界面は極めて重要な役割を担っているが、真空を基礎とする表面分析技術では限界があり、固液界面はいまだに十分解明されていない。これまでの分析手法では困難であった固液界面のダイナミクスの解明などを試み、固体と液相との界面で起こる特異な現象の解明を行える革新的な評価技術を実現する。様々な手法を使って形成した固液界面の2次イオンスペクトルを測定した。一つは昨年度から引き続き行っている水滴をキャストして液相(液滴)を固体表面に形成したものである。液相の膜厚はサブmmと極めて厚く、液滴が存在するときには液相表面からの飛び出してきた2次イオンであることが保証されている。もう一つの方法は、気相から液体分子を吸着させて液相を形成する手法である。吸着量が少ない時には極めて薄い液体層が表面に形成できる。水分子を使い吸着層のSIMS測定を大気圧下で行ったところ、液滴からの2次イオンスペクトルと極めて類似したスペクトルが得られた。このことは極めて薄い液体層でも厚い液体層と同様の構造を持っていることを示している。レーザーを用いた結果でも多量体が多く検出されており、水分子の液相中に多くの水クラスターが形成されており、それが観察されたと考えられる。2次イオンスペクトルを詳細二階席嗣、水表面特有の構造を調べていく。固液界面の評価手法はそれほど多くなく、主にフォトンやX線を使った手法が開発されてきた。また、近年AFMを使う手法が開発され固液界面の観察が行わるようになってきた。しかし、2次イオン質量分析法で固液界面を評価した例はこれまでに全く前例がないが、高感度の質量分析法の分子同定能力を活かして、固液界面に存在する複雑な有機分子を検出することが可能になると考えられる。実用的な固液界面は複雑な分子構造を持つ有機液体であることが多いので、SIMS法の持つ優れた分子同定能力は強力な武器となる。既にもっとも簡単な液体である水を使って固液界面を形成し、2次イオン測定を行った。今後は、更に複雑な分子を使い固液界面評価法としての有用性を示すとともに、他の手法との比較検討を進めることにより、本手法の特徴を明らかにする。固液界面の評価で最も難しい課題の一つに液相の膜厚コントロールがある。液相表面では吸着と蒸発が動的平衡状態にあるため、吸着が優勢になると膜厚が厚くなり、蒸発が優勢になると膜厚が減少する。例えば水分子の場合には、湿度が高いと吸着が優勢になり膜厚が増加する。一方基板温度とチャンバー温度(大気の温度)の差も重要なパラメータであり、この温度差により吸着と蒸発のどちらが優勢になるかが決まる。このため、湿度制御と同時に温度制御も重要なパラメータであり、これらを高精度に制御するためのシステム構築を行っていく。

今後は、更に複雑な分子を使い固液界面評価法としての有用性を示すとともに、他の手法との比較検討を進めることにより、本手法の特徴を明らかにする。大気圧下で液体が存在する表面を評価することが可能である高速重イオンを用いる2次イオン質量分析法(MeV-SIMS法)を使い、固体と液体との界面状態の探査的研究を行う。細胞、触媒、電池など様々な分野で固液界面は極めて重要な役割を担っているが、真空を基礎とする表面分析技術では限界があり、固液界面はいまだに十分解明されていない。これまでの分析手法では困難であった固液界面のダイナミクスの解明などを試み、固体と液相との界面で起こる特異な現象の解明を行える革新的な評価技術を実現する高速重イオンによる“MeV-SIMS法"を用い、液滴が付着した試料からの2次イオンスペクトルを計測すると、2次イオンスペクトルは時間とともに変化する。これは、表面に付着した液体が揮発することによるものであり、最初は液体表面から放出される2次イオンである。液体からの揮発が進み液相の厚みが薄くなると固液界面からの2次イオンスペクトルが観察される。さらに、揮発が進むと液体分子がすべて蒸発し固体からの2次イオンスペクトルのみが計測される。界面吸着層からの2次イオンスペクトルが固液相界面の情報を持っているので、様々な吸着層の2次イオンスペクトルを計測した。まず最初に最も多くの場所に存在する水分子の吸着層について、SIMS法を用いて計測を行った。液体状態にあるこれらの液相の2次イオン測定は過去に行われておらず全く前例のない計測である。基板に水滴を滴下して形成した1mm程度の厚い水分子層の表面から観測される2次イオンは液体表面からのものであり、水分子の場合には水クラスターが多く観察される。特に、3量体や4量体の強度が強く観測され、1量体や2量体より高いということは、レーザーを使った液体からの質量分析法の結果と類似しており、水分子の構造安定性を強く反映していると考えられる。固液界面を評価するためには、透過力の高い高速重イオインを1次イオンとして用いる必要がある。数MeVの高速重イオンの飛程は数mmと十分長いため、大気圧中に引き出すことはそれほど困難ではない。しかし、表面で生成した2次イオンを効率よく質量分析計に引き込むには、様々な工夫が必要になってくる。通常のSIMS法では高電界を印可することにより、静電力で2次イオンを引き込むが、大気圧下では残留ガスとの衝突を繰り返すため、イオンの運動エネルギーが失われ電界に従った軌道を取らない。このため、大気圧下では静電力だけでなく、粘性流の流れを使って2次イオンを引き込むことが必要となる。また、1次イオン、2次イオンとも最終的には高真空と接続する必要があるため、差動排気を用いても、大気圧とのインターフェースを取る部分には100umのピンホールとする必要がある。2次イオンをこの少穴から質量分析装置へ効率的に引き込むためのインターフェイスの開発に成功し、大気圧下での2次イオン測定を成功させた。これにより、水などの高い蒸気圧を持つ液体についても測定可能となった。固液界面の評価で最も難しい課題の一つに液相の膜厚コントロールがある。液相表面では吸着と蒸発が動的平衡状態にあるため、吸着が優勢になると膜厚が厚くなり、蒸発が優勢になると膜厚が減少する。例えば水分子の場合には、湿度が高いと吸着が優勢になり膜厚が増加する。
力学系とその分岐の大域的、位相幾何学的研究

代表者はS'の拡大写像の実解析的パラメーターによる分岐2x+a+bcosxのシミュレーションをパーソナル・コンピューターを用いておこない、値bが大きいときは写像が位相推移的、即ち拡大写像と位相共役となるパラメーターaの値はカントール集合をなすこと、このギャップは各有理数に対応していることを数値実験的に確認した。関連分野において、微分幾何学では、塩濱は大津、山口とともに、力学系的手法を用いて、正曲率コンパクト多様体が標準的球面と微分同相となる為の必要十分条件を体積に関する評価で与え、曲率の上限に対する制限を除いてもかような多様体が標準的球面にHausdorff収束する事を示した。力学系と密接な関係をもつ葉層構造論に於ては、西川はTondeurとともに、コンパクト多様体上の調和的ケーラー葉層構造の横断的無限小自己同型のなすリー環の構造を調べ、とくに横断的スケーラー曲率が一定な場合に、松島-Lichnerowitz型の分解定理を証明した。微分方程式論では、吉田は佐々木とともに、二変数で階数が4の線型偏微分方程式に対し基本定理を確立し、その応用としてあるヒルベルトモジュラー多様体上の一意化微分方程式を構成した。数値解析の方面では、中尾は、シャウダーの不動点定理に基く解の存在、一意性、存在領域の立証を行う計算機アルゴリズムを与え、簡単なポアソン方程式に対する有限要素近似解とその誤差評価結果とを用いて自動的に解の存在集合を生成する手順を示すなど、二階線型楕円型境界値問題の弱解の存在を計算機によって検証する方法を確立した。統計学では、野間口はToshioとともに、ランダムベクトル(X、Y)が(p+q)次元であって楕円型分布に従う場合、Xの値が与えられた時のYの条件付分散をXに基づいてYの各要素の順序を正しく予測する確率を最大にする手法とのかねあいで特徴付けることに成功した。
ハイブリッド触媒系による多成分連結型連続反応の開発と全合成への展開

多くの酸素官能基や四置換炭素を有する官能基密集型天然物は、タンパク質を介した信号伝達の新たな制御試薬や革新的な医薬品を提供するための重要なリード構造になる潜在性を持っている。しかし、自然界からの単離は困難であることが多く、創薬応用のためには全合成が必要である。一方、有機合成化学的には、官能基密集型天然物の構造は、合成化学における新戦略および新反応を開発するための理想的なプラットフォームとなる。我々は、このような天然物の全合成のためのハイブリッド触媒を活用した収束的戦略の開発を目指している。収束的合成は、標的分子の構造を一工程ずつ逐次的に組み上げる直線的合成に比して、一挙に分子の複雑さを増すことができるため、より短い合成経路設計に有利である。平成30年度は、クラジエリンおよびタキソール骨格の新たな収束的合成戦略を完成させた。タキソールは、6/8/6員環(ABC環)が特異に縮環したタキサン骨格上に多数の不斉点および酸素官能基を有する。我々は、A環部に対応するアシルテルリドおよびC環部に対応するエノンをラジカル付加反応で連結した。C8位への第四級炭素導入後、パラジウムを用いたケトンα位のアルケニル化反応により8員環B環部を構築し、タキソール骨格を効率的に得た。クラジエリンは、エーテル環を含む6/5/9員環が縮環した骨格を有する。容易に入手可能な官能基密集型化合物である糖誘導体と、官能基許容性の高いラジカル反応を組み合わせることで複雑な化合物群の簡便な合成を可能にした。ケトグロン酸から誘導したアシルテルリド、ラジカル受容体であるエノン、求電子剤であるアルデヒドの3成分を立体選択的に連結した。その後、還元的エーテル化反応と閉環メタセシス反応を経てクラジエリン骨格の収束的合成を達成した。タキソールに代表される官能基密集型天然物の高度に酸化された炭素骨格は、極めて合成困難である。特に、官能基化されたフラグメント同士を連結する信頼性の高い手法は限られているため、収束的合成戦略やハイブリッド触媒の適用は容易ではない。我々はこれまで、ラジカル反応を基軸とした収束的合成戦略を開発してきた。平成30年度は、1バトラコトキシン骨格、2タラチサミン骨格、3クラジエリン骨格および4タキソール骨格に関して、全合成に利用可能な強力な反応を探索した。1バトラコトキシン骨格のAB環とC環の分子間での連結に、パラジウム試薬とニッケル試薬の双方を用いるハイブリッド系の条件が適用可能なことを明らかにした。2タラチサミン骨格の7員環形成反応は、第四級炭素と第三級炭素の同時構築が必要なため極めて困難である。この挑戦的な反応を実現するために様々な光レドックス触媒を応用したところ、高収率での環化反応が特定の条件でのみ起こることを明らかにした。3クラジエリン骨格の構築では、三成分ラジカル反応の有効性を証明した。さらに、Grubbs第二世代触媒を用いた閉環メタセシス反応による10員環の構築では、閉環効率が基質の構造に大きく依存することを明らかにした。4タキソール骨格の構築では、二成分ラジカル反応の有効性を証明した。この検討の際、C環フラグメントの反応性を調査するため多様な構造を持つエノンを連結反応へ適用した。その結果、架橋構造を持つことが、ラジカル受容体としての反応性を向上させるために必須であることを明らかにした。以上のように、極めて温和な条件下、立体障害が高いC-C結合を形成できる様々な反応を実現した。官能基密集型天然物の収束的全合成へのハイブリッド触媒系の活用のために、多角的に研究を推進しており、申請書記載の課題を順調に進展させている。これまでに、官能基密集型天然物の全合成のためのラジカル反応を基盤とした様々な戦略の探究と最適化を達成してきた。開発した官能基許容性が高い収束的合成戦略は、複雑な分子構造を容易に合成可能な多官能基化されたフラグメントから1工程で構築できる。用いる反応の広い基質適用範囲、単純な試薬条件および温和な反応条件ゆえに、これらの強力な収束的合成戦略は、新しい逆合成解析を可能とし、官能基密集型天然物の迅速な全合成に寄与するはずである。一方、開発したラジカル連結反応は、当量以上の試薬を使用する必要がある。ラジカル発生部位およびラジカル発生法等のすべてを最適化することにより、ハイブリッド触媒を用いて高収率で連結体を得る。さらに、ハイブリッド触媒を用いる効率的反応によって現在のフラグメント合成に必要な工程数を削減する。これらの実現によって、官能基密集型天然物の全合成ルートを飛躍的に単純化・短縮化し、現在ある合成論理を刷新する。以下では、タキソールを例として推進方針を述べる。光レドックス触媒を用いると、分子内・分子間ラジカル反応の双方で、立体障害の高いC-C結合が効率的に形成することを明らかにした。また、パラジウム触媒とニッケル触媒を用いるハイブリッド型分子間連結反応を実現した。これらの連結反応は、タキソールの全合成だけでなく、様々なテルペノイドに適用可能であり、応用性が高い。これらの触媒系の適用範囲のさらなる向上およびハイブリッド触媒の適用を目指す。ハイブリッド触媒の適用では、領域の班員の触媒化学分野における成果を活用し、緊密な共同研究も推進する。これにより、フラグメント合成・連結の大幅な効率化を実現する。

確立した全合成ルートから、タキソールの全合成を実現する。さらに共通中間体から、様々な天然・人工類縁体の全合成の達成を目指す。多くの酸素官能基や四置換炭素を有する官能基密集型天然物は、タンパク質を介した信号伝達の新たな制御試薬や革新的な医薬品を提供するための重要なリード構造になる潜在性を持っている。しかし、自然界からの単離は困難であることが多く、創薬応用のためには全合成が必要である。一方、官能基密集型天然物の効率的・実践的・量的な供給には、現代科学が解くべき大きな課題がある。酸素官能基化や四置換炭素が豊富な分子の全合成はルーチンワークには程遠い。すなわち、高い生物活性を担う構造複雑性そのものが、全合成の最大の問題になる。本研究課題では、ハイブリッド触媒系を活用した官能基密集型天然物の革新的な合成戦略の開発を目的としている。続いて、これら革新的な戦略を合成ルート設計に組み込み、官能基密集天然物の代表例であるタキソールの全合成を実現する。平成29年度は、1バトラコトキシン骨格、2イソリアノジン骨格、3タラチサミン部分構造および4タキソール骨格に関して、新たな合成戦略を開発した。1四環性バトラコトキシン骨格のC環部位のC(sp2)-C(sp2)結合形成は、困難であったが、パラジウム試薬とニッケル試薬の双方を用いると高収率で6員環環化反応が進行することが分かった。2五環性イソリアノジン骨格のBC環部位を、SmI2を用いた10員環の渡環反応によって形成し、立体選択的に三置換炭素と四置換炭素を構築した。3五環性タラチサミン骨格のAE環とC環部位を、三成分ラジカル反応によって連結し、立体選択的に二つの三置換炭素と四置換炭素を構築した。4三環性タキソール骨格のA環とC環部位をラジカル反応によって連結後、8員環環化反応によってB環を形成した。この際2つの方法によるタキソール骨格の構築に成功している。タキソールに代表される官能基密集型天然物の高度に酸化された炭素骨格は、極めて合成困難である。さらに、立体障害の大きい四置換炭素が存在する場合、利用可能な反応は大きく限定される。平成29年度は、この問題を解決するため、1バトラコトキシン骨格、2イソリアノジン骨格、3タラチサミン部分構造および4タキソール骨格に関して、全合成に利用可能な強力な反応を探索した。1バトラコトキシン骨格のC環は、ビニルトリフラートとビニルブロミドを足掛かりとしたクロスカップリングによって形成できると予想した。しかし、ニッケル試薬を用いた場合、あるいは(Me3Sn)2存在化パラジウム触媒を用いた場合は、周囲の四置換炭素の立体影響により環化反応は低収率に留まった。一方、パラジウム試薬とニッケル試薬の双方を用いるハイブリッド系の条件では、高収率で環化が進行することが分かった。本反応では、ハイブリッド系が官能基密集型天然物の合成に極めて有効であることを示した。210員環の渡環反応では、還元剤としてBu3SnHを用いた場合とSmI2を用いた場合で、異なる縮環形式の化合物が得られることが分かり、試薬による新たな環化制御の可能性を示した。3立体障害が高い2個の結合の分子間反応による同時構築は、収束的合成戦略を実現するために極めて重要である。本合成では、三成分ラジカル反応の有効性を証明した。
戦時中の文部省推薦図書(絵本)にみる幼児教育観―皇国民としての道徳心をめぐって―

戦時中の文部省推薦絵本を分析し、文部省が幼児に対して「皇国民としての道徳心」をいかに考えてきたのかを明らかにするため、以下の3点の研究に取り組む。1)文部省図書推薦事業の全体像を明らかにする。そして、本事業における文部省推薦絵本とは何であったのかを分析する。2)文部省推薦絵本の内容分析から、幼児に求められた道徳心とは何かを考察し、いつから国家に対する忠誠心などが強調されていったのかを明らかにする。3)文部省、内務省がどこまで幼児を皇国民として考えていたのかについて、両者の違いや共通点を時代の変遷とともに考察する。
Leveraging Cloud Computing and Software Defined Networking Technologies for  Low Latency, Location-aware Internet of Things

IoT(Internet of Things :モノのインターネット)の導入・利活用を促進するためには、既存のインターネットと有機的結合されてゆく必要がある。この研究プロジェクトでは、SDNとクラウドコンピューティングという2つの新技術を活用し、IoTにおけるネットワークやコンピュータ資源の効率的かつ弾力的な運用手法について取り組む。まずこの2つの新技術を含めた可能性のある新技術について調査し、これらの技術を活用した新しい手法を考案する。具体的には、IoTの多様な要求を満たすことを可能とするプロトコルとアーキテクチャを提案する。情報通信工学
極低温液体タンク用繊維強化プラスチックのキャビテーションによる損傷の研究

本研究は、極低温タンク内圧の変化によって生じるキャビテーションによる繊維強化プラスチックの損傷機構を明らかにすることを目的として、ハイドロフルオロカーボンガスを加圧・減圧してキャビテーションを繰り返し発生させる装置を開発・使用し、ガラス繊維強化プラスチックのキャビテーション負荷試験を行ったものである。試験片表面をレーザ顕微鏡観察し、初期表面き裂・空孔の深さがキャビテーション負荷回数の増加に伴い変化することを明らかにした。また、見掛けの層間せん断強さを評価し、表面損傷が大きくなることによる応力集中部の緩和により見かけの層間せん断強さが増大する傾向にあることを明らかにした。ガラス繊維強化プラスチックを対象に、開発したキャビテーション負荷装置でキャビテーションを繰り返し発生させ、試験片表面に生じる損傷について評価を行い、以下の成果を得た。1.超音波探傷器によるキャビテーションによる損傷の検出に関して、浸漬方式を採用し、評価の結果、未損傷と損傷材の比較において、試験片縁の近傍で減衰に有意な差が表れた。また、飛行時間に関しても未損傷材と損傷材で変化があった。しかしながら、損傷と飛行時間の定量的な関係についてさらに検討を要する必要があり、次年度FFTを用いた周波数解析に取り組む。2.繊維強化プラスチックのキャビテーションによる表面損傷は母材である樹脂の損傷に大きく依存すると考え、ラマン分光法による表面損傷の評価を行った。繊維強化プラスチックでは蛍光が強く測定が困難であったため樹脂単体の測定を行い、表面に損傷を受けるとわずかにシフトすることがわかった。損傷量とラマンシフトの関係について、次年度により詳細な評価を行う。3.液体窒素温度におけるキャビテーション損傷の実験を行った。ガスによる冷却(113 K)と液体窒素浸漬冷却(77 K)では試験片の重量変化はなかったが、浸漬中に試験片近傍でヒーターにより発生させたバブルを断続的に100回与えると重量が減じた。次年度は貼り付け型の圧力センサーを用いて試験片表面の圧力変化を測定し、試験方法も含めてより定量性を得られる評価を行う。本研究は、液化ガスを加圧・減圧してキャビテーションを繰り返し発生させる装置を開発・使用し、タンク内圧の変化によって生じるキャビテーションによる繊維強化プラスチックの損傷機構解明を図ったものであり、得られた成果を要約すると以下の通りである。実験は、ハイドロフルオロカーボンガスを圧縮・熱交換して圧力タンク内で液化し、圧力タンク内の試験片を浸漬し、弁開放による急減圧で液化ガスを沸騰させることで試験片にキャビテーション負荷を与えることで行った。実験に供したガラス繊維強化プラスチック試験片の表面をレーザ顕微鏡で観察し、初期表面き裂・空孔に注目して、キャビテーション負荷による深さ及び形状の変化を測定した。初期表面き裂・空孔の深さはキャビテーション負荷回数の増加に伴い、増大する場合とき裂・空孔周囲のキャビテーションにより深さが減少し、表面が平滑化される場合があることを明らかにした。ガラス繊維強化プラスチックの力学特性に及ぼすキャビテーションの影響を評価するためJIS K 7057:2006に準拠したガラス繊維強化プラスチックの見掛けの層間せん断強さを評価した。見かけの層間せん断強さはキャビテーション負荷の影響を受けて変化した。キャビテーション負荷により表面のき裂・空孔深さは増大する傾向にあるが、表面損傷が大きくなることによる三点曲げにおける応力集中部の緩和により見かけの層間せん断強さは増大する傾向にあることを明らかにした。ガラス繊維強化プラスチックを対象に、開発したキャビテーション負荷装置でキャビテーションを繰り返し発生させ、試験片表面の観察および超音波探傷による内部損傷評価および層間せん断強さ評価を実施して、以下の成果を得た。1.レーザ顕微鏡による試験片表面の微視き裂測定では負荷回数増加に伴い微視き裂深さは全体を通して増大する傾向にあるが一部で深さが減少する傾向も示された。キャビテーション負荷回数増加に伴ってき裂が深くなる段階と試験片表面が壊食する段階があると推察され、次年度走査電子顕微鏡を用いてキャビテーション負荷回数増加に伴う試験片表面の変化観察に着手する。2.JIS K 7057(ISO14130)に準拠した見掛けの層間せん断強さはばらつきを示すことが明らかになった。負荷を与えていない試験片の個体差によるばらつきが1 MPa以下なのに対して負荷を与えた試験片のばらつきは約5 MPaになることもあり、タンク内の加減圧によるキャビテーションによって強さに変化が起こることが明らかになった。3.荷重変位曲線直線部分の傾きを5%減じた直線と荷重変位曲線が交差する点で定義した5%オフセット荷重による層間せん断強さ評価において、キャビテーション負荷回数の増加に伴い強さは増加と低下を繰り返しながら全体として減少傾向にあった。この傾向と負荷回数増加に伴うき裂深さの増加傾向はよく一致しており、負荷回数に伴うき裂の深さ変化について今後詳細な検討を行っていくことがキャビテーションによる強度低下のメカニズムの解明につながると考えている。

4.超音波探傷器によるキャビテーションによる損傷の検出に関して、浸漬方式を採用して各種センサーによる検出の試行を行い、損傷の定量的な測定について興味ある結果を得つつある。タンク内圧の変化によって生じるキャビテーションによる(炭素・ガラス)繊維強化プラスチックの損傷機構を明らかにしつつあり、超音波探傷器による損傷評価の他、ラマン分光法による評価も加え、一部成果を得ており、キャビテーションによる損傷の定量的評価法の確立に向けて見通しは明るい。本年度に計画した研究に関しては予定通り実施でき、タンク内圧の変化によって生じるキャビテーションによる(炭素・ガラス)繊維強化プラスチックの損傷機構を明らかにしつつあり、超音波探傷器による損傷評価も一部成果を得ており、キャビテーションによる損傷の定量的評価法の確立に向けて見通しは明るい。申請時に予定していた計画に加えて、本年度の結果を受けて、ラマン分光法にも取り組む。申請時に予定していた計画に加えて、本年度の結果を受けて、次の点についても詳細に検討を行う。1.キャビテーション負荷回数増加に伴う試験片表面の変化について走査型電子顕微鏡を用いて観察を行い、き裂の進展段階と試験片表面壊食段階の関係を明らかにする。2.キャビテーション発生において、発生する直前に負圧になり、発生後局所的に急激に高圧となることが知られている。本研究において行っているキャビテーション試験においても局所的にどのような圧力変化が起きているのか理論的実験的検討を行う。実験では研究協力者の助言を得て、冷媒ガスおよび液体窒素を対象としてベルセロ法を用いて繊維強化プラスチック表面の圧力変化を測定する。申請時に予定していた有限要素解析ソフトの他、試験片表面の圧力変化を測定するための圧力測定装置の開発に用いる。本研究の申請当初に購入を計画していたフェイズドアレイ搭載の超音波探傷器をフェイズドアレイ機能を後から追加できる別メーカーの超音波探傷器に変更・購入した。研究を遂行していく中で、フィズドアレイ機能を用いず通常の探傷走査の方が最適であることがわかり、上記機能を追加することを中止したため23年度の未使用額が発生した。そこで、本研究23年度申請時に予定していた液体ヘリウムおよび有限要素解析ソフトの他、上記推進方策で述べたベルセロ法による測定のための試験片表面の圧力変化を測定するための圧力変換器を用いた装置の開発に用いる。