hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
防災訓練のための臨場感体験型協調環境とコンセプトマップによる意思決定支援

そこで、2)遠隔通信システムを利用したコミュニケーション支援について検討すると共に、特に夜間、闇の中での行動等を想定した音情報の重要性認識と有効活用について検討する。視聴覚情報を利用した提示環境を構築するため、今年度は、没入型投影ディスプレイを利用した立体視映像の提示を評価した。両眼立体視ありとなしの条件、正面、左右面、床面の4面と正面の1面のみの条件で映像を提示し、主観評価を行ったところ、両眼立体視をしなくても、広い視野で映像を提示すれば、ある程度の没入感が得られることがわかった。ただ、立体視条件の方が利用者に近い場所にある物体は立体的に見えやすく、手元の表示には立体視が有効である。さらに、立体視提示の方が疲れやすく、長時間利用の負荷が高いことが示唆された。地上交通網が寸断された場合、遠隔通信は有用なコミュニケーション手段となる。怪我人や物資の供給など、被災地の現状を伝えることは、遠隔地から支援を提供する前提条件となる。今回は遠隔講義を実施し、システム構築に必要な資源、運用に必要な人材、映像音声の質及びインターネット回線の帯域幅等を確認した。また、音情報の重要性認識と有効活用が防災につながることを検討した。災害状況を具体的にイメージできるようにするため、臨場感を伴った可視化・可聴化を行う提示環境を構築するという目的に対し、今年度は既存の没入型投影ディスプレイを利用して立体視映像の提示を評価することを主に計画していた。災害時の避難における意思決定には、防災教育の実施が重要であることが指摘されているが、有効な防災訓練を行うには地域の特性や自治体の情報等を具体的にイメージできる必要がある。そのために、臨場感を伴った映像音声の提示を行うこととした。そこで、まず映像について評価した。没入型投影ディスプレイに立体視映像を提示して主観評価を行った結果、両眼立体視を伴わない映像でも広視野で提示すれば、ある程度の臨場感が得られることがわかった。今回は既存の没入型投影ディスプレイを利用したが、大型であり、持ち運びできない。そこで、近年普及が進んでいるヘッドマウントディスプレイについて今後検討する必要がある。視覚的臨場感だけではなく、音の臨場性を伴った訓練環境を構築するため、音響制御も検討している。しかし、既存の古いシステムを使用していたため、ハードウェアの不具合によって復旧が困難な状態になり、新しいシステムへの移行を行ったところである。音響制御の機能は計画通り進めることができなかったが、遠隔通信システムを利用したコミュニケーション支援を重点的に検討した。遠隔通信を行うには、その通信基盤と装置が必要である。どの通信基盤がどのような状態のとき、有効な装置を組み立てて適切に設定するには日頃から使い慣れている必要がある。災害時には通信回線の品質が悪化したり、電源が確保できなかったりする可能性があり、状況に応じた対応が必要になると考えられる。上記のように研究が進んでおり、「おおむね順調に進展している」と判断した。
NASHにおけるマクロファージの病態生理的意義に関する検討-新規モデルを用いて

非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)は肝硬変・肝癌に進展する病態として注目されているが、従来、肥満とNASH様肝病変を併せ持つ動物モデルが存在しないことが問題となっていた。申請者らはメラノコルチン4型受容体欠損マウスに対する高脂肪食負荷によって、脂肪肝から肝線維化を経て肝細胞癌を発症するマウスモデルを確立した。本モデルを用いた解析により、NASHの病態形成過程におけるマクロファージの分布と機能に変化が起きていることが示唆された。MC4R-KOマウスにおいてNASHを発症する過程を検討するため、負荷1,4,8,16,20週と経時的に解析を行った。野生型マウスでは負荷16週から肝脂質蓄積、炎症・線維化マーカーが軽度増加するものの、負荷20週でも単純性脂肪肝の所見のみであった。一方、旨MC4R-KOマウスでは負荷4週から肝臓への著しい脂質蓄積が認められ、負荷8週において炎症性・線維化マーカーの著しい発現増加が認められた。組織学的には負荷8週で肝細胞風船様変性・炎症細胞浸潤、負荷16週で線維化形成が明らかとなり、負荷20週ではより線維化面積が増加した。NASHはときに肝硬変・肝癌に進展する病態であるが、これまでに肥満・インスリン抵抗性を伴い、脂肪肝からNASH、肝癌を発症する動物モデルは存在しない。そこで、本モデルにおいてNASH様病変からの進展を検討した。負荷を1年間継続したところ、負荷20週よりもさらに線維化が進行し、架橋形成に類似した所見が認められた。さらに、観察した個体すべてにおいて多発性の腫瘤形成が認められ、組織学的にα-fetoprotein陽性の高分化型肝細胞癌と考えられた。野生型マウスにおいてはこれらの所見は認められなかった。これまで肝細胞癌を発症する遺伝子改変マウスの報告があるが、肥満・インスリン抵抗性を伴うものはなく、MC4R-KOマウスは脂肪肝から肝線維化、肝細胞癌への進展を経時的に評価できる全く新しいマウスモデルであると考えられる。昨年度までに申請者らは、メラノコルチン4型受容体欠損マウス(MC4R-KO)に対する20週間の高脂肪食負荷により、肥満に基づく脂肪肝から肝線維化・肝癌に至る全く新しいモデルを確立した。近年、メタボリックシンドロームの基盤病態として慢性炎症が注目されており、特にマクロファージの病態生理的意義が明らかになりつつある。本年度は、申請者らが独自に確立した新規NASHモデルを用いて、NASHの病態形成におけるマクロファージの病態生理的意義を検討した。クロドロネート含有リポソームを用いて肝マクロファージを消去する系を立ち上げ、20週間の高脂肪食負荷後にリポソームを投与した。野生型マウスにおいてマクロファージを消去すると、通常食群・高脂肪食群いずれにおいてもマクロファージマーカーであるF4/80陽性細胞がほぼ消失し、F4/80の遺伝子発現も著明に減少した。また、高脂肪食群では通常食群に比して上昇した炎症・線維化マーカーの発現が低下した。一方、高脂肪食を負荷したMC4R-KOでは、野生型マウスと比較してマクロファージの消失効率が弱く、炎症・線維化マーカーの発現も抑制されなかった。肥満脂肪組織では、細胞死に陥った脂肪細胞をマクロファージが取り囲むCrown-like structure(CLS)が認められることが知られているが、NASHを発症したMC4R-KOの肝臓ではCLSに類似した構造が認められ、特にCLS様構造を形成するマクロファージがクロドロネートリポソームに抵抗性であった。以上から、NASHの発症に伴ってマクロファージの分布に変化が認められ、さらに機能的な変化が起きている可能性が示唆された。
超高速並列光データリンクのためのGaInNAs面発光レーザアレーの研究

光LANや光インターコネクトなどの短距離から都市間までをカバーする低コストな光データリンク用光源が必要になると考えられる.特に,光ファイバに適した長波長1.1-1.6μm帯で温度制御装置を必要としない面発光レーザの実現が重要である.そこで本研究では,光データリンク用の長波長帯面発光レーザを,GaAs基板上材料を用いて実現することを目的とした.まず,GaAs上材料として,高歪GaInAs,GaInNAs,GaInNAsドットおよびGaInAsSbドットの形成について検討を行った.化学ビーム成長法,分子ビーム成長法および有機金属気相成長法を用い,波長の長波長化とその発光効率の向上を検討した.高歪GaInAsによる1.1-1.2μm帯,GaInNAsによる1.2-1.4μm帯,GaInAsSbドットによる1.4-1.5μm帯の発光を実現し,GaAs基板上へ広い波長範囲の材料が形成できることを示した.また,GaInNAsドットは,レーザ特性向上に有利な高密度ドット形成に有効であることを示した.これらの構造/材料では,長波長ほど発光効率が低いが,高歪GaInAsおよびGaInNAsは,従来材料に近い発光効率を実現できたためレーザを製作し,それぞれ波長1.2μm,波長1.4μmまでのレーザ発振を実現した.さらに,高歪GaInAsについてはGaAs系短波長面発光レーザの製作プロセスを適用し,波長1.13μmの面発光レーザを実現した.高温動作,長距離高速伝送実験を行い,GaAs基板上の長波長帯面発光レーザが長距離まで対応可能な光伝送用光源に適用できることを示した.本研究では,波長1.2μm以上の面発光レーザは実現できていないが,今後,結晶形成条件の最適化による発光効率の向上により,1.1-1.5μm帯面発光レーザをGaAs上に実現できるものと考えている.光LANや光インターコネクトなどの短距離から都市間までをカバーする低コストな光データリンク用光源が必要になると考えられる.特に,光ファイバに適した長波長1.1-1.6μm帯で温度制御装置を必要としない面発光レーザの実現が重要である.そこで本研究では,光データリンク用の長波長帯面発光レーザを,GaAs基板上材料を用いて実現することを目的とした.まず,GaAs上材料として,高歪GaInAs,GaInNAs,GaInNAsドットおよびGaInAsSbドットの形成について検討を行った.化学ビーム成長法,分子ビーム成長法および有機金属気相成長法を用い,波長の長波長化とその発光効率の向上を検討した.高歪GaInAsによる1.1-1.2μm帯,GaInNAsによる1.2-1.4μm帯,GaInAsSbドットによる1.4-1.5μm帯の発光を実現し,GaAs基板上へ広い波長範囲の材料が形成できることを示した.また,GaInNAsドットは,レーザ特性向上に有利な高密度ドット形成に有効であることを示した.これらの構造/材料では,長波長ほど発光効率が低いが,高歪GaInAsおよびGaInNAsは,従来材料に近い発光効率を実現できたためレーザを製作し,それぞれ波長1.2μm,波長1.4μmまでのレーザ発振を実現した.さらに,高歪GaInAsについてはGaAs系短波長面発光レーザの製作プロセスを適用し,波長1.13μmの面発光レーザを実現した.高温動作,長距離高速伝送実験を行い,GaAs基板上の長波長帯面発光レーザが長距離まで対応可能な光伝送用光源に適用できることを示した.本研究では,波長1.2μm以上の面発光レーザは実現できていないが,今後,結晶形成条件の最適化による発光効率の向上により,1.1-1.5μm帯面発光レーザをGaAs上に実現できるものと考えている.光通信の急速な広がりに対応し,光LANや光インターコネクトなどの短距離から中・長距離まで大容量伝送する並列光データリンクヘの期待が高まっており,光ファイバに適した1.3-1.55μm帯波長で温度制御装置を必要としないアレー光源が重要となる.面発光半導体レザは,並列光システム用光源として期待され,本研究では,並列光データリンク用の波長1.3μm帯以上の長波長面発光レーザをGaInNAs半導体により実現することを目的とした.本年は,主にGaInNAsによる波長1.3μm帯の実現を目指し結晶成長を行った.超高真空中で高効率なRFラジカル窒素を用いる化学ビーム成長(CBE)法および有機金属気相成長(MOCVD)法により波長の長波長化とその発光効率の向上手法について検討を行った.このため,半導体基板及ぴ材料などの消耗品を購入し,様々な条件下での結晶成長及び結晶成長後処理の検討を行った.CBE法については結晶成長温度の低温化を進め,波長1.3μmでの高効率発光と従来のGaInNAsレーザに比べ半分のしきい値電流のレーザを実現した.また,さらに多くの窒素組成とすることで,波長1.4μmまでのレーザ発振を実現した.今後,超長距離通信に適用可能な波長1.55μmまでの長波長化につながる結果である.

また,MOCVD法で成長したレーザ素子について,パルス電流駆動時にレーザ特性が向上することを見出し,発熱とは異なるメカニズムで,結晶品質改善が進む現象を観測した.GaInNAsが低発光効率となる理由の解明と結晶成長技術へのフィードバックにつながる.以上より,本年の研究成果として,GaInNAsによる波長1.3μm帯の結晶品質向上を行い,従来材料のレーザに近い特性が得られるようになった.いっそうの結晶品質向上とともに,面発光レーザヘの適用を進めることが可能となった.光LANや光インターコネクトなどの短距離から都市間までをカバーする低コストな並列光データリンク用光源が期待されている.特に,光ファイバに適した波長1.3-1.55μm帯で温度制御装置を必要としない面発光レーザアレーの実現が期待されている.本研究では,並列光データリンク用の波長1.3μm長波長帯面発光レーザをGaInNAs半導体により実現することを目的としている.本年は,GaInNAsによる波長1.3μm帯の結晶成長とその品質向上,および,レーザ特性の検討を行った.結晶成長には,結晶中に高効率に窒素を導入可能なRFラジカル窒素を用いる化学ビーム成長(CBE)法,および結晶組成の制御が容易で生産性に優れる有機金属気相成長(MOCVD)法によりGalnNAs結晶の高品質化手法について検討を行った.その実験のため,半導体基板および材料などの消耗品を購入し,様々な条件下での結晶成長の検討を行った.CBE法については,GaInNAsによる量子ドット構造の形成について初期的な検討を行い,さまざまな結晶成長条件とドット構造の関係の解明を行った.また,MOCVD法では,GaInNAsと同等の大きな結晶歪であるGaInAsによる面発光レーザの試作を行い,高歪結晶を用いた面発光レーザ実現の基礎的知見を得た.一方,GaInNAs量子井戸において,GaAs障壁層との界面の発光特性への影響を検討し,結晶品質への影響を明らかにするとともに,中間層の導入による発光効率向上の可能性を見出した.レーザ特性の検討としては,薄膜量子井戸構造の提案と理論的な解析を行い,レーザの高性能化の可能性を指摘した.以上より,本年の研究成果として,GaInNAsによる波長1.3μm帯の結晶品質向上を行い,面発光レーザへの適用可能性についての検討を行った.光LANや光インターコネクトなどの短距離から都市間までをカバーする低コストな並列光データリンク用光源が必要になると考えられる.特に,光ファイバに適した長波長1.1-1.6μm帯で温度制御装置を必要としない面発光レーザアレイの実現が重要である.本研究では,並列光データリンク用の長波長帯面発光レーザおよびそのアレイ動作を,GaAS基板上材料を用いて実現することを目的としている.本年は,動作波長の拡大と面発光レーザの特性向上について検討を進めた.1.1-12μm帯に向けた窒素を含まないGaInAs高歪量子井戸の高品質化,窒素を添加したGaInNAsによる1.3μm帯結晶の高品質化,15μm帯に向けたGaInAsSb量子ドットの検討を行い,GaAs基板上での1.1-1.5μm帯発光を可能とする材料の発光効率向上を実現した.また,パターン基板上へ結晶成長することで位置により異なる波長で発振する面発光レーザアレイ,および光励起型により位置変化により連続波長可変となる構造を実現し,光データリンク光源の波長多重化応用の可能性を示した.面発光レーザの単一横モード高出力化について,反射鏡構造で高次モード損失を増加する手法を提案し,理論的にその有効性を示した.面発光レーザの伝送特性として,高歪GaInAsによる波長1.13μm構造を製作し,140°Cまでの連続動作と2.5Gbps-
負曲率多様体への調和写像と曲面

H^3を定曲率-1の3次元双曲空間形とする。H^3を上半空間モデルで考えると、そこへの曲面Mのはめ込みに対して、Gauss写像Gを(Euclid空間E^3内の場合と同様に)定義できる。すなわち、GはMから単位2次元球面S^2への写像であり、normal Gauss写像と呼ばれる。E^3内の曲面と同様に、H^3内の曲面は平均曲率Hとこのnormal Gauss写像によって局所的には(Kenmotsu型表現公式に則って)決まってしまう。H^3内の平均曲率H一定(CMC-H)曲面について考えるとき、そのnormal Gauss写像Gは、E^3内のCMC曲面のGauss写像のようなS^2の標準計量に対する調和写像にはなっていない。しかし、S^2のある特殊な計量h_Hについては調和写像となっている。特に|H|<1の場合は、h_Hはある円周状に特異点を持っており、その内部ではh_Hは負曲率である。この計量h_Hを自然に拡張して、n次元単位開球D^n上に考えておく。すなわち、(D^n,g)は負曲率で、完備ではないが境界に近づくにつれて曲率は-∞に発散していて大変興味深い。そこで、m次元双曲空間形H^m(のPoincareモデル)から(D^n,g)への調和写像に対する無限円でのDirichlet問題を考え、解の一意性・存在及びreguralityを調べた。また、これらの結果を応用して、3次元双曲空間形内の完備で平均曲率一定H(|H|<1)の単連結曲面を、上記のDirichlet問題の解として得られる調和写像がそのnormal Gauss写像となるように構成できることを示した。本研究は、(負定曲率-1の)3次元双曲空間形H^3内の平均曲率一定(CMC)曲面のKenmotsu型表現公式を研究する過程で得られた、ある負曲率多様体N^nへの調和写像について考察し、CMC曲面の研究へ還元することを目的として始められた。3次元定曲率空間形内の曲面のKenmotsu型表現公式とは、ambient spaceに応じて適宜定められる'Gauss写像'によって、曲面を(局所的)表現したものである。我々は、定曲率空間形の等長変換群が正規直交標構束に推移的に作用しているという事実のもと、統一的メカニズムの解明とともにKenmotsu型表現公式を完成した。ここで、CMC曲面の'Gauss写像'は、2次元単位球面、双曲平面あるいは、ある特殊な計量hをもつ2次元球面への調和写像として特徴付けられるものである。この計量hが単位円板上に(完備ではない負曲率)Riemann計量を定める場合があり、それを自然に高次元化した(n次元非完備)負曲率多様体N^nが考えられる。双曲空間形間の調和写像の無限遠でのDirichlet問題の解決にならい、m次元双曲空間形D^mからこのN^nへの調和写像に対する(無限遠での)Dirichlet問題を考えて、解の存在を示した。m=n=2の場合にはこれを応用して、H^3内のCMC H(|H|<1)の(完備な円板型)曲面の存在を、無限遠でのノイマン型条件の下で示せることが判った。しかし、高次元の場合のN^nへの調和写像については、2次元の場合のような幾何的な意味付けが未だ判っておらず、研究を継続中である。
行列模型による弦理論の非摂動論的定式化

統一理論として有望な超弦理論の現在の問題点は、摂動論的に安定な真空のまわりの摂動論としてしか定式化させておらず、そのような真空は無限個あることである。真の真空は理論の非摂動効果が決定していると考えられている。この真の真空を決定するには、理論の構成的定義を与えるのが近道である。このような構成的定義の候補として、研究代表者が石橋氏、川合氏、北沢氏と1996年に提唱したIIB Matrix Modelやその類型である1997年に糸山氏と都倉氏によって提唱されたUSp(2k)Matrix Modelなどがある。重力を含む統一理論として期待されている弦理論は現在のところ摂動論的に安定な真空のまわりでの摂動論という形でしか定式化されていない。それらの真空は無限個あり、理論の非摂動効果が真の真空を決定していると考えられる。したがって弦理論を非摂動論的に定式化し、理論の真の真空を決定する必要がある。1996年12月に私は石橋延幸氏、川合光氏、北沢良久氏と共同で弦理論の非摂動論的な定式化の候補としてIIB行列模型を提唱した。本年度はこれに関連した研究をいくつか進展させた。まず、この模型では時空は行列の固有値としてダイナミカルに生成されるので、固有値分布のダイナミクスを調べることが重要である。私は西村淳氏と堀田智洋氏と共同でIIB行列模型のフェルミオンの自由度を落としたトーイモデルについて固有値分布のダイナミクスを把握することに成功した。これはIIB行列模型の場合を調べる際の雛形になり得る。また、関連した模型として、IIB行列模型にある射影を施して得られるUSp行列模型をその提唱者の一人である糸山浩氏と共同で調べた。この模型はtype I'理論をもとに定式化されていると考えられている。我々はWilson loop対するSchwinger-Dyson方程式からtype I'理論に合う描像が確かに得られることを示した。この研究はこの模型の無矛盾性を示唆するとともに、今後の解析の基礎となるものである。
山間中小河川流域管理のための地理情報システムの構築

流域管理は、河道を構造物や自然物などを使って整備し、土石流・泥流などが発生しても、社会生活に大きな影響を与える物的・人的被害が発生しないようにすることである。このためには河道の土砂堆積状況と移動形式の把握が重要である。河道の土砂堆積は、山腹・渓岸崩壊による土砂供給によってもたらされる。従って、崩壊による土砂供給量を推定することが基本的な作業の一つである。そのためには、崩壊危険度図を作成して崩壊土砂量を算出する必要がある。さらに、崩壊危険度図の作成には崩壊要因の抽出が基礎となる。富士川水系早川の支流雨畑川の稲叉谷を対象として、数量化II類による崩壊地の解析を行い、重要な崩壊要因として抽出された地形要素(斜面傾斜・方位・型)の図化を行った。これをカラー・ドラム・スキャナーで読み込みディジタル・データ化した。次に、これらの要素に重みをつけて重ね合わせて4カテゴリー(危険-2カテゴリー、安全-2カテゴリー)からなる崩壊危険度図の作成を試みた。更に、崩壊と植生との関係を6時期の崩壊分布図と植生図を使って細かく検討した。手取川流域の大道谷では、DEM(Digital Elevation Model)を作成してこれから方位、傾斜、標高を地形要素として計算し、地形図から水系図を作成、これに地質を加えて崩壊要因の解析を行った。これに基づき、危険度大、危険、やや安全、安全の4カテゴリーからなる崩壊危険度図を作成した。雨畑川では、その最大の支流である稲又谷を対象として、1947,1964,1969,1974,1979の空中写真から作成した崩壊分布図をディジタル化した。さらに、同じ年の植生図もディジタル化した。崩壊との関連を強調するため、タイプ(天然樹林、二次樹林、人工樹林、伐採跡他、天然草地、裸地)、樹種(針葉樹林、混交樹林、広葉樹林、幼樹林、草地、裸地)、樹高(樹高6m以上、2-6m、2m以下、草高2m以下)で分けている。DEM(Digital Elevation Model)は、雨畑川流域全体を50m間隔の格子で作成した。これらのデータを使って、数量化II類による統計解析を行ない、各年次の崩壊要因を抽出した。手取川流域では、南端に分布する白峰村の大道谷をテストケーストした。1969年と1974年の空中写真から崩壊分布図を作成し、ディジタル化した。他に、手取川全域の水系図をディジタル・データで作成した。また既存の植生図、地質図、土壌図をディジタル化した。DEMは2万5千分の1の地形図の等高線をそのままディジタル化した。これらのデータを使って、数量化II類による1969年の崩壊地の解析を行ない、崩壊要因を抽出した。これに基づき、危険度大、危険、やや安全、安全の4カテゴリーからなる崩壊危険度図を作成し、1974年の崩壊分布図と重ね合わせたところ、崩壊の約70%が危険度大・危険の斜面に重なり、的中率は70%程度となった。流域管理計画で最も基本的な資料の一つとなる崩壊危険度図の作成を試みた。富士川水系早川の支流雨畑川の稲叉谷を対象として、崩壊危険度図作成のための数量化II類による崩壊地の解析を行った。地質はほぼ一定と見做し(泥岩、砂岩とそれらの互層)、地形要素、植生と崩壊の関係を検討した。その結果、植生、斜面傾斜、斜面方位、斜面型(凸型、凹型など)が大きく崩壊に関与していることが判明した。このうち植生は自然のままでも年々変化すること、また伐採した場合は急激に変化するので、崩壊危険度図作成の要素から除いた。斜面傾斜、斜面方位、斜面型の図化を行ない、これをカラー・ドラム・スキャナーで読み込みディジタル・データ化した。

次に、これらの要素に数量化II類で得た重み(関与の程度)をつけて重ね合わせ、崩壊危険斜面と非崩壊に大きく分け、それぞれを確率の大きさで2分し、合計4カテゴリー(危険-2カテゴリー、安全-2カテゴリー)からなる崩壊危険度図の作成を試みた。次に、6時期(1947,1964,1969,1974,1979)の空中写真から作成した崩壊分布図と植生図を使って崩壊と植生との関係を細かく検討した。これらの図をディジタル化してARC/INFOという地理情報システムのソフトを使い、崩壊率(期待値)を使って統計解析をした結果、新しい崩壊は人工針葉樹林、伐採跡地、草地に多いことが判明した。
津波被災後の三陸沿岸漁家の食生活及び海洋性微量元素類の摂取と健康状況に関する研究

津波被災後の三陸沿岸漁家の食生活の実態を調査し、食習慣や栄養摂取状況、とくに食事を介した海洋性微量元素・ミネラル類の摂取状況を検討した。平成15年度調査で特徴的であった海産物多食型の食習慣は都市型に変容しつつあり、震災を機に脂質の多い加工食品摂取が増加したことも明らかになった。食事摂取基準と比較して微量元素に摂取不足はみられなかった。ヨウ素は献立表からの計算値と食事試料の実測値との乖離が大きく、その要因の検討を継続している。漁家のモリブデン摂取量は内陸地域より低値であり、主要供給源の豆類摂取量の差によることが示唆された。東日本大地震・津波により被災した三陸沿岸に居住する漁家の食生活の実態を把握し、震災による食生活へ影響や、食事を介した海洋性微量元素類の摂取と健康状況との関連について明らかにする目的で、陰膳実測法による食事調査と健康診断を実施した。調査は平成27年3月末に、岩手県大船渡市でワカメやウニ・アワビの養殖を主力とする漁家19名(男7名、女12名)を対象に実施した。対象者には事前に十分な説明を行い、調査への同意を得ている。また研究内容は岩手県立大学研究倫理委員会の承認を得ている。陰膳実測法による食事調査は、対象者が一日に口にした、全ての飲食物を朝食・昼食・夕食・間食(おやつなど食事以外に食べたもの)に分けて採取・回収した。対象者には食事票に食事内容を記録して提出してもらった。食事内容は食品毎に秤量した後、ミキサーで均一化して分析用試料を調整し、ポリビンに移して分析までー30°Cで凍結保存した。対象者には食事検体回収日に健康診断(問診、形態計測、血圧測定、採血)、生体試料採取(尿、毛髪)、食生活アンケートも実施した。現在、日本食品標準成分表2010年版を用い、食事票から栄養価計算を実施している。また、検査機関において血液生化学検査後、全ての検査項目の評価を行なっている。前回の科研費研究期間に、沿岸の対照として岩手県内陸部農業従事者で同様の調査を行ない、得られたデータの一部を当該年度に学会発表や論文としてまとめた。また、食品成分表に記載が加わったヨウ素について、福島原発事故との関連も踏まえ、日常の食事からの摂取量を明らかにする目的で、分担研究者の宮教大・猿渡と東北文教大・渡邊が食事中ヨウ素量を分析中で、さらに宮城大・中塚はヨウ素の栄養価計算値と実測値との関係を検討している(平成26年度からヨウ素で科研費代表研究者)。今後、食事からのヨウ素摂取を多面的に解明できれば大変有意義である。本研究は東日本大震災・津波により甚大な被害を受けた沿岸漁業者を対象とし、食生活における栄養・食品摂取状況、海洋性微量元素類の摂取と健康状況との関連について、震災・津波による影響や変化の有無を解明し、健康回復に寄与する目的で調査を計画した。震災・津波の対象者に及ぼした身体的・精神的ダメージの軽減を待って平成26年度末に陰膳実測法を持ちいた食事収集を実施し、食事試料と食事票を回収した。合わせて健康診断や血液、毛髪、尿の生体試料も採取して食事摂取状況と健康状況との関連から健康を行なった。本年度は第一に、収集した食事試料の食品重量を秤量した結果と食事票とから、対象者個人毎の1日の食事からの栄養素等摂取量及び食品群別摂取量を管理栄養士が栄養価計算を実施し、得られた数値から、個人摂取量、性別・年齢階層別摂取量等を算出、集計を行なった。データ確認をした後、これを解析用のデータベースとして整理した。同様に健診結果の個人値の集計、性別・年齢階層別に集計してこちらもデータベースとした。個人毎の栄養素等摂取量及び食品群別摂取量の一覧に管理栄養士のコメントを記入したもの及び味噌汁の塩分濃度の測定値を対象地域での平均値と比較したものを調査結果として、対象者個人毎に送付した。後日、結果報告会を地域で実施することで交渉中である。第二に、これらの漁家における調査結果の対照として、平成2325年度に実施した内陸農家における食事中元素摂取状況についても分析値や栄養価計算値を用いて解析し、「内陸農家のマンガン摂取量」(邦文、受理)及び「同対象者のヨウ素摂取量」(英文、投稿中)を専門分野の学会誌に製菓報告した。農家対象者の毛髪中元素含有量も英文投稿受理されている。、本年度は調査で得た試料整理および集計、データベースの作成を実施した。また味噌汁の塩分濃度測定、毛髪は多元素分析装置を用いて元素含有量の測定を行なった。対象者には1日の食事中栄養素等摂取量及び食品群別摂取量、味噌汁の塩分濃度を個人毎に紙ベースでの報告書を作成して郵送したが、現地での管理栄養士による個人毎栄養状況説明と栄養指導及び健診結果の説明や地域での報告会は延期されている。当該研究は2011.3.11の東日本大震災・津波により甚大な被害を受けた沿岸地域の主に漁業を営む者を対象にしている。27年度に実施した研究内容を以下に示した。1収集した食事試料の朝・昼・夕食及び間食ごとの献立票に基づく栄養素等摂取量、食品群別摂取量の地区別・性年齢層別基本統計量の算出及びデータベース作成と点検、2325年度科研調査の内陸4地区農家から得られた同種の基本統計量及びデータベースとの整合性の確認。

2健康診断結果及びアンケート調査の回答内容の入力と点検(29年度も継続作業)。3食事試料のミネラル、微量元素濃度測定のための前処理方法の確立及び前処理の実施。4ヨウ素分析とそのデータ解析、学会発表・論文投稿による成果報告。3については、食事試料中のミネラル、微量元素濃度の測定を多元素同時分析が可能な誘導結合プラズマ質量分析計(以下、ICP-MS)を用いる事を前提に、実験室内での安全性、効率的かつ精度の高い湿式分解法を確立することができた。4では2010年版食品標準成分表で導入された数種の微量元素のうち、ヨウ素に着目し、1日のヨウ素摂取量を明らかにした。また、食事票から算出した計算値と陰膳食事試料をICP-MSにより分析して得られた実測値との関連では、エキスや粉末など形状を変えてあらたな食品に混入して利用された場合の突出した摂取があると計算値と実測値の乖離が認められ、今後、正確な摂取量の把握には細心の注意を払う必要があることが明らかにされた。3、4はともに後述する査読付き論文や学会発表で成果報告を行なっている。当該研究課題は平成25年度までの科学研究費基盤C採択により実施が計画されていたが、研究対象地域及び対象者が東日本大震災・津波による被災に関する配慮が必要なため、実施延期となったが、内陸に対照地域を選定し、調査を先行させた。平成2628年度に科研費基盤Cが再度採択され、延期していた本来の対象である沿岸地域における研究が再開し、調査も実施されて継続的な研究の進捗をみた。2325年度の内陸地域、2628年度の沿岸地域の対象者から得られた食事試料や健康診断情報、試料等は多種類・多項目に及んでおり、それらを基にしたデータベースの作成や一元化に想定していたよりも時間を要した。結果として精度の高いデータベースの完成に至ったが、分析用の試料調整及び測定作業が計画よりも遅れて進行しており、H28年度の最終年度内では着目した元素類のすべてにおいて分析・解析が修了するに至らなかった。当該研究は東日本大震災・津波により甚大な被害を受けた岩手県沿岸地域に居住し、主に漁業に従事する者とその家族を対象とし、食生活面から被災影響や健康状況に関する基礎知見を得ようと計画された。当初計画では平成26年度28年度の3年間で食事調査を実施し、前回の平成23年度25年度科研費により実施された同県内陸部農業地域での食事調査結果との比較検討を予定していたが、対象者から同意を得たのち、実際に調査が開始するまでに時間を要したことと、食事試料の分析前処理作業が予定より遅れたこと等の理由で本年度へ研究継続を申請し、了承されたものである。このような事情により、29年度の研究実績は次のとおりである。A.食事試料の分析用試料調製平成28年度の成果報告「食事試料の硝酸分解法の改良に関する報告」で示したとおり、収集した対象者の食事試料中微量・多量元素・ミネラル量を分析するための硝酸灰化法による前処理装置の改良と運用が可能になったことにより、対象者の朝食・昼食・夕食・間食別の4検体ずつの分析用試料調製が完了した。マイクロウエーブオーブン法に比較して多量の試料量が得られる、ユニシール法に比較して灰化時間を短縮でき、容器損傷等の心配がない有用性が確認された。B.大震災・津波被災後の沿岸地域で居住する対象者の食生活における栄養素等および食品摂取状況についての検討では、2010年度から食品成分表にあらたに記載された微量元素の中からモリブデン摂取量を取り上げた。
DNA切断活性を有するブレオマイシン遷移金属錯体の生物無機化学的研究

ブレオマイシンの制癌作用の第一次作用点はDNA鎖の切断と考えられるが,その作用発現には補欠因子として鉄やマンガンなどの遷移金属イオンを要求している.ブレオマイシンは鉄(II)と分子状酸素,あるいは鉄(III)と過酸化水素の存在下,強力にDNA鎖を切断し,そしてこのDNA分解はグアニンーピリミジン,特にグアニンーシトシン(5'→3')部位に選択的であることを明らかにした.金属ブレオマイシンのDNA切断に及ぼすDNA修飾の影響や酵素DNアーゼによるフットプリンティングの実験結果から,ブレオマイシン遷移金属錯体はB型DNAの小さい溝において,グアニンを含む約3塩基対に結合することが判明した.種々のDNAポリマーに対するDNA結合定数の評価は,ブレオマイシンの塩基配列選択的な結合にはグアニンの2位のアミノ基が重要な役割をはたしていることを強く示唆している.また,ブレオマイシン分子中の末端アミノ部やグロースーマンノース糖鎖部に比べて,金属の違いは切断塩基部位に若干の摂動を与えた.特に,ブレオマイシンーバナジウムー過酸化水素系は明らかに対応する鉄錯体系では起こりにくいグアニンーアデニン(5'→3')部位での切断ガグアニンーシトシン部位と共に見られた.本研究で得られた知見をもとに,金属ブレオマイシンによる選択的なDNA塩基認識の分子機構を提案した.すなわち,ブレオマイシンは金属錯体の生成によってコンパクトなU字型構造をとり,金属結合部位とDNA相互作用部位とが空間的に近接した分子配置を形成する.ビチアゾールーカルボキサミド部位のDNA小溝への結合とそれに伴うグアニン塩基のアミノ基周辺との間の水素結合・立体的適合によって選択的なグアニンーピリミジン塩基部位確認を達成している.このような相互作用様式は,コンピューターグラフィックスからも支持された.ブレオマイシンの制癌作用の第一次作用点はDNA鎖の切断と考えられるが,その作用発現には補欠因子として鉄やマンガンなどの遷移金属イオンを要求している.ブレオマイシンは鉄(II)と分子状酸素,あるいは鉄(III)と過酸化水素の存在下,強力にDNA鎖を切断し,そしてこのDNA分解はグアニンーピリミジン,特にグアニンーシトシン(5'→3')部位に選択的であることを明らかにした.金属ブレオマイシンのDNA切断に及ぼすDNA修飾の影響や酵素DNアーゼによるフットプリンティングの実験結果から,ブレオマイシン遷移金属錯体はB型DNAの小さい溝において,グアニンを含む約3塩基対に結合することが判明した.種々のDNAポリマーに対するDNA結合定数の評価は,ブレオマイシンの塩基配列選択的な結合にはグアニンの2位のアミノ基が重要な役割をはたしていることを強く示唆している.また,ブレオマイシン分子中の末端アミノ部やグロースーマンノース糖鎖部に比べて,金属の違いは切断塩基部位に若干の摂動を与えた.特に,ブレオマイシンーバナジウムー過酸化水素系は明らかに対応する鉄錯体系では起こりにくいグアニンーアデニン(5'→3')部位での切断ガグアニンーシトシン部位と共に見られた.本研究で得られた知見をもとに,金属ブレオマイシンによる選択的なDNA塩基認識の分子機構を提案した.すなわち,ブレオマイシンは金属錯体の生成によってコンパクトなU字型構造をとり,金属結合部位とDNA相互作用部位とが空間的に近接した分子配置を形成する.ビチアゾールーカルボキサミド部位のDNA小溝への結合とそれに伴うグアニン塩基のアミノ基周辺との間の水素結合・立体的適合によって選択的なグアニンーピリミジン塩基部位確認を達成している.このような相互作用様式は,コンピューターグラフィックスからも支持された.1.ブレオマイシンによるDNA切断反応の真の活性種を同定するため、ブレオマイシン-鉄錯体およびモデル合成プペチド-鉄錯体と分子状酸素あるいは過酸化水素との反応を低温ラピッドスキャン電子スピン共鳴法を駆使して追究した結果、鉄(w)-過酸化錯体種を直接検出することに成功し、この活性酸素種が真のDNA切断活性種であることを明らかにした。2.ブレオマイシン-鉄錯体とチトクロームP-450との類似点・相異点を明確にするため、各種分光学的諸定数およびシス又はトランス-スチルベンのエポキシ化反応の両面から検討した。その結果、両者の酸素の活性化機構は極めて類似しているものの、Fe(【IV】)=O種はブレオマイシン-鉄錯体系では存在しないこと等、若干の相異も認められた。また、スチルベンのエポキシ化反応において、ブレオマイシン-鉄錯体系はチトクロームP-450系と同様、シス-スチルベンに対してのみ高い反応性を示し、基質に対する立体特異性をもらした。しかし、単純なモデルペプチド-鉄錯体系は、シスおよびトランス-スチルベンに対してほぼ同じような反応性を示した。3.ブレオマイシン遷移金属錯体のDNA切断反応におけるグアニン-ピリミジン塩基配列特異性の分子機構を解明するため、DNA相互作用部位と考えられるビチアゾール基の修飾を計画し、金属ブレオマイシンへの紫外線照射によって選択的にビチアゾール基を変換させることに成功した。液体クロマトグラフィーで単離・精製した光変換ブレオマイシンを用いて、プラスミドpBR322やファージφΧ174由来の200400塩基対のDNAフラグメントの切断塩基配列地図を作製した。その結果、ビチアゾール基のN-C-C-N骨格部位がDNA塩基配列の認識に重要な役割をはたしている可能性が高いことがわかった。
オパール、逆オパール形状を持ったナノメータサイズの多孔性光触媒の合成

近年三次元周期構造を有するポーラス材料の開発が盛んに行われている。これらの材料は、分離材料として用いることができるだけでなく、フォトニック結晶への応用が期待されている。本研究では、機能性フォトニック結晶の開発を日指し、ポーラス材料の新規作製法の開発と、光応答性フォトニック結晶の開発を行った。特に、単分散粒子が周期的に配列したオパール構造、逆オパール構造の作製と、アゾベンゼンの光異性化反応、液晶の光誘起相転移を利用した光の伝播制御を中心に検討した。本研究で用いたフォトニック結晶はSiO_2逆オパールである。このフォトニック結晶のストップバンドを光で制御するため、アゾベンゼンを骨格にもつAzoLCと、ネマチック液晶5CBの混合液晶を逆オパールの空隙に導入した。得られた複合材料に紫外光と可視光を照射し反射スペクトルの変化を測定したところ、光照射をおこなう前は、反射スペクトルに明確なピークが観察されなかったが、紫外光を照射すると、600nm付近に強いピークが現れることがわかった。この現象は、紫外光照射によりAzoLCが屈曲したcis体へ異性化しネマチック相が等方相へ相転移したためであると説明できる。また、アゾベンゼンを骨格とする高分子液晶を逆オパールの空隙に導入した光応答性フォトニック結晶を作成した。作成したSiO_2逆オパール-高分子液晶複合材料に直線偏光と円偏光を照射するとストップバンドが可逆に変化した。この変化は、アゾベンゼン分子の光による配列の変化により説明できる。すなわち、光照射によりアゾベンゼンのトランス-シス異性化が誘起されるが、直線偏光の場合、偏光方向に垂直にアゾベンゼンが整列する。一方、円偏光を照射した場合、アゾベンゼンの配列がランダムになる。この結果、直線偏光と円偏光を交互に照射することによって屈折率が変化しストップバンドが可逆に変化したものと考えられる。我々はフォトニック結晶に光応答性のある液晶を導入し、光で散乱状態を制御することによってフォトニック結晶の光伝播を制御することに成功した。ここで用いたフォトニック結晶は逆オパールである。作製法としては、まず、垂直堆積法によりガラス基板上に単分散ポリスチレン粒子を自己集合化し、オパール膜を作製した。次にオパール膜を粒径6nmのシリカナノ粒子のエタノール溶液に浸し、一定速度で引き上げることによってシリカナノ粒子をポリスチレン粒子間の隙間に充填した。そして、500°Cで1時間焼成することにより、ポリスチレン粒子を取り除き、シリカの逆オパール構造を作製した。逆オパール膜をガラス基板ではさみ、隙間に液晶を導入した。ここで用いた液晶は、ネマチック液晶(5CB)とアゾベンゼン誘導体液晶(AzoLC)を混合したものである。液晶を導入する際、等方相の状態にするために試料を相転移点上の温度に保ち、導入したあとに自然冷却した。フォトニック結晶の光学特性は室温で反射スペクトルを測定することにより評価した。光照射を行う前は、明確なピークは観察されなかった。これに紫外光を照射すると、600nm付近に強いピークが現れた。このピークは逆オパール構造に由来するストップバンドによるものである。続いて、可視光を照射すると、このピークは減衰し、最終的に紫外光を照射する前と同じスペクトルとなった。この結果から、光照射により可逆的に反射スペクトルの変化が起こることが分かった。

このような光応答性のあるフォトニック結晶はフォトニック結晶として応用できるだけではなく、情報記録や、表示などの材料としての応用も期待されている。光触媒材料である酸化亜鉛の光照射による超親水性と超撥水性のパターンニング、及び、Fe(III)光スピン転移錯体[Fe(5-Br-qsal)_2](NO_3)・2CH_3OHのストライプ構造について検討した。1.酸化亜鉛の超親水性と超撥水性電気化学的に作製した酸化亜鉛膜は、酸化亜鉛がナノスケールでの棒状構造をしている。平均的なカラムの直径は約125nmであり、密度は24カラム/μm^2であった。フッ素コーティング後の前進接触角は167±0.7°後退接触角は159±0.8°であった。対照実験として、酸化亜鉛単結晶表面を同じ手法で撥水処理し、接触角を測定したところ、前進角、後退角はそれぞれ112°、82°であった。このことは、我々が作製した酸化亜鉛膜の接触角が大きいのは、表面のナノ構造によることを示唆している。さらに、酸化亜鉛が光触媒であることを利用して、光照射によりパターンを作製することを試みた。その結果、光を照射したところは表面をコートしている分子が分解し親水性になり、撥水性と親水性のパターンを形成できることが証明できた。2.Fe(III)光スピン転移錯体のストライプ構造[Fe(5-Br-qsal)_2]NO_3・2CH_3OH錯体は温度変化により、T_c=228K及びT_c=132Kで高スピンから低スピンへの相転移、Fe^<III>(t_<2g>^3e_g^2 : S=5/2) -> Fe^<III>(t_<2g>^5e_g^0 : S=1/2)を示した。X線構造解析より、100Kと273Kでは、結晶学的に独立な分子は一分子であり、それぞれ、低スピン状態、高スピン状態であった。また、中間相である173Kでは、独立な分子は二分子であり、低スピン状態を示す一次元鎖と高スピン状態を示す一次元鎖が交互に積層したストライプ構造をしていることがわかった。さらに、低温(5K)で光照射を行うとスピン転移が誘起され、ストライプ状構造を形成することが示唆された。このような、温度、光によるナノスケールでの分子配列制御は、分子素子構築の観点から重要である。外場によりフォトニックバンドギャップ、電導性を自由にスイッチさせることのできる新しい物質を開発することを目指して研究を行った。特に、液晶を複合したフォトニック結晶(逆オパール)の表面処理による光学特性の制御とプルシアンブルー類似物質の電場応答性について検討した。光応答性オパール:逆オパール構造膜の空隙に液晶とアゾベンゼンを充填し光を照射すると、液晶の光相転移によってストップバンドが変化する。しかし、光照射前の状態では、液晶の複屈折のために2つのピークが観測される。そこで、今回は、表面処理により液晶の配向を制御しストップバンドの波長を制御する実験を行った。水平配向の処理をおこなった試料の反射スペクトルを測定したところ、液晶分子に平行な偏光が入射するように偏光板を設置した場合、640nmのピークのみが現れ、600nmのピークは現れないことがわかった。すなわち、長波長側のストップバンドのみを選択的に取り出すことができたといえる。この状態で紫外光を照射し、トランス-シス異性化を誘起すると、液晶相から等方相への相転移が起きストップバンドが610nm付近に現れた。
圧電素子の積層化による振動発電装置の高出力化に関する研究

PZT素子の振動発電特性を大幅に向上させるためにPZT素子の積層化を提案すると共に積層PZT素子の発電理論を構築した。この理論から最適積層数は11層であることを見出した。また、1,3,5,7,11層の積層PZT素子を試作すると共にこれらの発電特性を明らかにするために振動発電実験が行われた。その結果、積層PZT素子の発電特性は発電理論と良く一致しており、発電理論の妥当性が検証された。さらに高出力11層PZT素子を電源として温度センサーと無線送信モジュールの組み合わせた電子デバイスや加速度センサモジュールを駆動させる実験が行われた。その結果、これらの電子デバイスは正常に作動することが実証された。初年度の研究として、まず、試作した厚さ2.5mm,Nbを1.0Mol%添加したピエゾ素子(以下PZT素子)および、この素子を3,5,7層にした積層型PZT素子について、電気的特性と振動荷重に対する発電特性を実験的に詳細に把握した。さらに、積層型PZT素子の等価回路モデルを提案し、実験結果と比較した。その結果、1発電に関する電気的特性は積層数に比例すること、2振動荷重に対する発生電圧は,荷重振幅に対して積層数に比例して増加するが、振動数に対しては頭打ちになること、3発生電力は、7層PZT素子では実験範囲において約8mWと従来の素子に比べ大幅に向上すること、4等価回路モデルを用いた解析により、積層型PZT素子のこれらの発電特性が全て説明できることが確認された。次に、等価回路モデルを用いてさらに発電特性を向上させる積層型PZT素子の最適設計を行い、厚さ2.5mmおよび3mm,Nbを1.0mol%添加した高効率の11層PZT素子を試作した。これらの素子では、振動荷重に対して発電信頼性を高める接着方法や電極構造の改良が行われた。その静電容量や圧電定数はPZT素子の約11倍となることが確認された。その次に、7層PZT素子に試作した整流回路と消費電力3mWのLEDランプを接続して振動発電実験が実施された。その結果、LEDランプが連続的に点灯することが確認された。この結果より、積層型PZT素子を用いてランプ、センサーなどの電気素子を連続的に駆動できる見通しが得られた。さらに、積層PZT素子の加速度センサーへの応用の可能性を調べるため、7層PZT素子を用いた加振試験を行い、その出力電圧を計測した。その結果、計測回路の最適化を行うことでアンプフリーの加速度計としての利用が可能であることが確認された。1.昨年度に試作の11層の積層PZT素子の振動発電実験を行い、振動荷重の振動数および荷重条件が発電特性に及ぼす影響を把握した。本実験より、既存の発電素子の能力を大きく上回る電力が得られることが確認された。さらに、これまでに試作した1,3,5,7層と今回試作した11層PZT素子の振動発電特性と積層PZT素子の発電理論との比較を行い,発電理論の妥当性が検証された。この理論により今回試作の積層PZT素子の発電特性を最大にする最適積層数はおおよそ11層以上であることがわかった。2.試作した11層PZT素子をケーブルレスセンサーの電源として応用する検討を行った。センサーやその情報を送信する回路を駆動する実験の前段階として、必要な電力が得られることを確認するために同等の負荷回路を持つスイッチング回路、定電圧・整流回路および11層PZT素子を組み合わせた振動発電実験を行った。この実験により、11層PZT素子によりスイッチング回路が作動すること、また、作動のための振動荷重条件が明らかされた。3.試作した11層PZT素子をアンプ不要の高感度加速度センサーとして応用する検討を行った。11層PZT素子の素子先端に060gの錘を取り付けた振動実験を行い、振動加速度に対する出力電圧の関係である加速度電圧感度を調べた。先端に60gを取り付けた11層PZT素子に加速度感度は、市販の圧電加速度計のそれに比べて約10倍となり高感度加速度計として十分な感度を有していることが確認された。さらに、電圧計測回路のインピーダンスが加速度電圧感度の周波数特性に及ぼす影響が調べられ、良好な周波数特性と感度を併せ持つようにする計測抵抗値が見い出された。4.上記の各種振動実験による11層PZT素子への振動荷重の回数は約400万回程度となったが、振動発電特性や構造は劣化しておらず、積層型PZT素子の振動耐久性は十分大きいことが確認された。平成26年度までの研究により,積層PZT素子の発電理論が振動発電実験より検証され,積層PZT素子の詳細な発電特性が明らかにされた.また,発電理論より試作したPZT素子の最大電力を得る最適積層数は11層であることが確認された.今年度は11層PZT素子をセンサ駆動のための発電装置や加速度センサーとして用いた以下の適用研究を行った.1.11層PZT素子に,振動発電実験装置により50200Nおよび530Hzの正弦波動荷重を印加し,発生した電力を用いて試作した温度データ送信装置の駆動を試みた.11層PZT素子への荷重が100N以上,振動数が10Hz以上の動荷重が作用した場合には,温度データを20m以上離れた場所に3秒間隔で継続的に送受信できることが確認された.

この結果より,11層PZT素子を用いることで電源不要のワイヤレス状態モニタリングシステムが構築可能であることが示された.2.11層PZT素子に,振動発電実験装置により上記1と同様の正弦波動荷重を印加し,発生した電力を用いて市販のMEMS型加速度センサの駆動を行い,別の振動源の加速度計測を試みた.動荷重が振動数30Hz,荷重200Nの場合においては,約11秒おきに約2.6秒間の加速度時刻歴を計測することができた.この結果より,11層PZT素子は市販加速度センサの電源として適用可能であることが確認された.今後の課題としては,加速度を継続的に計測できるようにさらなる発電能力向上が必要である.3.11層PZT素子に約3kgの錘を付加し,振動源に設置した場合に発生する動荷重による電圧を加速度センサ信号として用いた場合の加速度計測実験を行った.その結果,11層PZT素子の加速度電圧感度はアンプを用いた歪み型加速度計と同等の感度が得られた.この結果より,11層PZT素子は電源とアンプ不要の加速度計として適用可能であることが示された.平成27年度に予定していた積層PZT素子の振動発電特性の理論化と最適積層数の予測に関して平成26年度までにほぼ終了しており,平成27年度は今回試作したPZT素子の最適積層数である11層のPZT素子を試作し,これをセンサ駆動のための発電装置や加速度センサーとして用いた適用研究に注力した.その結果,電源不要のワイヤレス状態モニタリングシステムや加速度センサーの駆動を行えることが確認され,また,市販センサーと同等の感度を持つ電源不要の加速度センサーとしても使用可能であることが示された.以上のように,積層PZT素子は不要な動荷重から大きな電気エネルギーを生みだし,有用な電源デバイスとして適用できることを実証することができた.本研究の主な目的は,発電素子であるPZT素子を積層化して高出力化するための開発手法を確立すると共に,実際の振動する機械設備にこの積層PZT素子を取り付けて温度センサーや加速度センサーおよびデータ送信デバイスを駆動し,外部電源不要でケール不要のセンサシステムの可能性を検証することである.この研究目的に関する研究は,平成27年度までの3年間で完了し,平成27年度の経過報告書としてその成果を全て報告済みである.平成28年度は,本研究で行って来た成果の一部を研究論文として纏め,日本設計工学会に投稿し,その査読に対する対応を行った.その結果,日本設計工学会誌平成28年7月号に掲載された.本論文は,PZT素子を積層化することで高出力の振動発電が行えること,および,PZT素子の積層数,作用する動荷重および動荷重の振動数が積層PZT素子の発電特性に及ぼす影響を実験的に評価した結果について纏めたものである.さらに,平成27年度に行った研究成果(平成27年度研究経過報告で報告)を日本機械学会のDynamics and Design Conference 2015 (D&D2017)にて口頭発表を行った.