hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3次元GISとVRを統合した見る環境としての緑地評価手法開発と自然景観の保全効果

本研究では、都市空間の3次元モデルの構築に始まり、GISとVRシステムを活用して、主に以下のシステム開発と分析を実施した。1)緑地・街路樹配置検討のためのVRシステム開発2)壁面緑化・屋上緑化検討のためのVRシステム開発3)まちづくりにおける空間構成要素配置検討のための支援ツール開発4)緑地環境情報データベースの開発まず、都市空間を形成する景観的な要素と緑地情報を統合して、3次元モデルを構築した。次に、緑地環境を多面的に評価するために、緑地の配置と街路樹配置検討のためのシステム化を図り、評価を行った。また、建物の壁面や屋上の緑化を検討するためのシステムを検討した。ここでは壁面の緑化方法の検討や、屋上緑化可能建物の抽出や可視分析などを行っている。さらに、まちづくりの場面で緑地(ここでは街路樹)の配置を建物高さなどと一体的に検討・評価するための支援ツールを開発し、適用を行った。最後に、見る環境としての緑地の役割を詳細に検討するために、大分市内において緑地の状況を移した画像を収集し、データベース化するとともに、緑の基本計画との比較・検証を行った。このデータベースでは、緑の持つ機能から評価と「見る環境」の視点を加えて、緑地の保全手法について言及を行った。今後はこれらを活用して、都市空間における緑の重要性を認識すると共に、都市内部の緑の配置計画を支援するだけでなく、諸計画へと反映し、よりよい都市空間、生活空間を実現するための一助になることを目的としている。本研究は、市街地内部と周辺に存在する緑を、見る側からの評価について、緑地の存在を空間的に把握できる手法であるGIS、とりわけ3次元GISと、仮想現実感を実現できるVRシステムを駆使することによって実現しようとするものである。本年度は以下の2項目について、大分市や周辺地域における緑地情報を含むVRを試行的に開発した。・緑の活性の状況を3次元の土地起伏の立体モデル上に展開・現実の緑視環境と比較評価緑の活性度や分布状況を把握するために、ランドサットTMデータより土地被覆分類の処理後、緑地情報の抽出を行った。さらに地形的条件の抽出には数値地図50mメッシュ(標高)より、GIS上にて補間処理を行い、等高線を抽出した。これを3次元モデリングソフトウェア上にて、建物情報、道路構造物等の3次元フィーチャの作成をモデリングし、地形モデルと統合した上で、VRのオーサリングソフトウェアであるVirtools Devを使用し、インタラクティブに緑地環境を変化させることのできるシステムを試行的に開発した。研究対象地域としては、大分市中心部や高速道路沿道などの、緑の配置を検討すべき地域を対象とした。このように本年度は、VRシステム試行的に構築し、評価分析やシステム構築および運用上の問題点を抽出した。本システムは緑の配置検討だけではなく、建物ボリュームや用途などの緑地環境と密接に関連する周辺環境の要素も重要であるということを把握した。これらを見る環境として、各種指標と関連させた上で、如何に評価を行うかという点が次年度の課題として挙げられる。本研究は、緑をはじめとして、市街地内部と周辺に存在する緑あるいは今後配置される緑を、見る側からの評価について、緑地の存在を空間的に把握できる手法であるGIS、とりわけ3次元GISと、仮想現実感を実現できるVRシステムを駆使することによって実現しようとするものである。本年度の研究成果は以下のとおりである。(1)VRシステムを使用して、人が緑地を評価する場合に、緑の活性度がどのように評価に結びついているのかを明らかにした。まず静止した状態で周囲を見渡すような行為を想定して3次元画像をコントロールする。ひとつは、実在する都市空間内の建物を緑化(壁面緑化)し、その評価を行なうとともに、システムの有効性を検討した。さらに、今後整備が進む土地区画整理事業地区内の建物や植栽を配置可能なシステムを構築し、WSで活用することにより、その有効性を検討した。システム開発には、コンテンツ制作としてAutodesk Viz4、VRオーサリングソフトウェアのVirtools Devを用いた。

(2)一般的に現実の空間で緑を実体験しながら評価されるのが望ましい。しかし、評価者と評価対象の関係を同一の条件でコントロールする必要がある。そこで、緑の状態を様々にシミュレーションするため、緑の状態、それを歩行状態、道路走行時、鳥瞰など様々なシチュエーションにおいて評価した。このシミュレーションには、(1)で構築したシステムを用いた。次年度は、本年度計画にあった立体視による分析をさらに進めるとともに、分析結果を総合的に評価し、実際の施策に結びつけるための条件整理を行う。模擬的に緑の破壊と保全の組み合わせを実験し、保全効果の予測を行う。また、インターネット上で緑視環境のモデルを公開するためのシステム稼動準備と環境を整備し、WebGISとVRML技術を活用して、公開を行う。本年度は、これまでの分析結果を総合的に評価し、実際の施策に結びつけるための条件整理を行う。方法としては、構築したシステムの改良と拡充、緑地環境情報データベースの構築による都市緑地の総合的な評価である。さらに、インターネット上で緑視環境のモデルを公開するためのシステム稼動準備と環境を整備し、WebGISとVR技術を活用して、公開を行う。1.保全効果の予測、システムの拡充これまで作成したシステムを検証し、システムの拡充を行った。主な内容としては、操作性の向上と緑の配置における樹種などの選択項目の拡充、建物変化の選択項目拡充などである。また新たに、屋上緑化のためのシステムを構築した。この際、緑化可能建物の抽出をGIS上で行った。2.データベース構築大分市全体の緑地環境を評価するために、データベース構築を行い、機能の側面から分類等を行い評価した。このシステムは今後も拡充予定であり、最終的には緑の基本計画策定時における資料提供が期待される。また、本データベースと構築したVRシステムを効果的に組み合わせて利用することで、緑の変化を捉えるとともに、測地的な緑地保全対策を施すことが可能となる。2.インターネット上での公開本研究で構築したシステムをインターネット上で公開した。システム構築には、VRオーサリングソフトである「Virtools Dev」を使用している。
様々な負担金に対する憲法論的検討

本研究のテーマは、「様々な負担金に対する憲法論的検討」である。なぜそういう着想に至ったかというと,今後の高齢化社会の進行によって,益々社会保険料等の負担の上昇が見込まれ,それが個人に対する負担の増加にはね返ってくることが十分に想定される。しかしながら,例えば税の観点から,各種社会保険料の観点から検討がなされることはあっても,総体的な検討,すなわち社会システム全体からの検討がなされることはなかった。それらの問題を,税負担の視点・各種社会保障負担の視点からの検討を手がかりとして,個人に対する国家による金銭負担に関する制度横断的な検討を行うことが,本研究の目的である。本年度は,ドイツの学説で唱えられている担税力原理の概念・課税の下限として生じる生存最低限という考え方を,税収確保目的の憲法適合性審査ばかりではなく,社会保険料やいわゆる「環境税」等の税収確保目的とは違う目的をもつものに対する憲法適合性審査に生かせないのかという点を試みるため,介護保険料賦課処分と憲法14・25条が争いになった最高裁判決を題材として取り上げ,生存最低限という考え方を社会保険料負担に関して適用可能か否かを探り,様々な負担金に対する憲法適合性審査の一端として,富大経済論集53巻2号(2007年11月)に公表した。その中では,社会保険の一種としての介護保険料徴収に関しては,介護保険料を徴収されることによって生活保護基準以下の金額しか手許に残らない者は,国家が何らかの配慮を示すべきものであって;それとは逆に,生活保護基準以下の金額しか手許に残らない,且つ国家が自らこれ以下の収入の者には税を徴収しないと決めた(この点で立法者の判断を尊重している)者に対し介護保険料を徴収することは,「国民共同連帯」という名の下に財産権に対する過度の介入を正当化できるものではない。低所得者に対する不足保険料を補助しているのが公費負担である(勿論それだけに限られる訳ではないが)と考えるならば,負担させるべきではない者からの徴収はできない性質のものである。よって,本来賦課できない者から徴収しており,賦課徴収の強制の度合いのほか,仮に社会保険としての介護保険の目的,特質等をも考慮して判断したとしても,徴収の度合いが強いと考えられる。立法者が収入から税を徴収しないと決めた市町村民税非課税者であるのにも拘らず,その立法者が判断したことと,介護保険料を上記の者から徴収するのは明らかに矛盾したものであり,恒常的低所得者からの保険料徴収は正当化できないものであると論じた。このように社会保険料等の負担に関して,担税力原理の概念で論じたものは殆どなく,社会保障法と租税法両分野の架橋の一手段として本研究の意義は相当程度あると考えられる。ドイツの学説で唱えられている「租税国家」における具体的な権利救済のあり様、すなわち担税力原理の概念を検討し、課税の下限として生じる生存最低限という考え方を、税収目的の憲法適合性審査ばかりではなく、社会保険料やいわゆる「環境税」等の賦課目的の憲法適合性審査にも生かせないのかという点を、ドイツの判例(決定)・学説の分析から明らかにしようと試みた。その分析した中からとりわけ、担税力を有しているからといって本当に課税してよいものかを検討する上で不可欠な、課税の正当化根拠としての職業(選択)の自由について、理論的な検討を加え、嚮導目的の課税といえども、課税できない部分はあるのではないのか、国家が自由に課税物件を選択することができるといっても、許されない部分もあるのではないのかという観点から論じようと試みている。現在職業の自由と課税限度という観点から担税力原理の概念のあり様を探り、早急に論文という形で発表出来るよう、鋭意努力中である。その際研究していて感じたことは、課税の下限といった考え方にさらにプラスして存在すると考えられる課税の上限(例えば『五公五民原則』)といった考え方を精査しないと、その延長線上にあると思われる社会保険料(例えば介護保険料等)の賦課に関して、違憲と判断したドイツ連邦憲法裁判所の判例(決定)や、「様々な負担金」を総合的に考察した憲法適合性審査のあり様を示すのは、難しいという点である。よって課税の上限と下限に関しての憲法論の精緻に全力を上げる必要があると考えている。また、平成18年度以降の年金課税及び介護保険、社会保障全般について、担税力原理の分析に基づいて論じるため、本研究に関連するドイツの制度・判例・学説についての資料を収集し、また同時に、日本における社会保障についての現状について分析するための資料収集を精力的に行った。ドイツの学説で唱えられている「租税国家」における具体的な権利救済のあり様、とりわけ担税力原理の概念を検討し、課税の下限として生じる生存最低限という考え方を、税収確保目的の憲法適合性審査ばかりではなく、社会保険料やいわゆる「環境税」等の、税収確保目的とは違う目的をもつものに対する憲法適合性審査にも生かせないのかという点を、ドイツの判例(決定)・学説の分析から明らかにしようと試みた。その分析の中から、課税の正当化根拠としての職業(選択)の自由について取り上げ、嚮導目的(政策目的)の課税といえども、課税できない部分はあるのではないのか、国家が自由に課税物件を選択することができるといっても、許されない部分もあるのではないのかということを論じ、職業の自由と課税の限界という観点から、担税力原理の概念のあり様を探った。これらの考察の結果を、拙稿「課税の限界としての職業の自由」(富大経済論集52巻2号掲載)という形でまとめた。

その際研究していて感じたことは、課税の下限といった考え方にさらにプラスして存在すると考えられる課税の上限(例えば『五公五民原則』)といった考え方を精査しないと、社会保険料(例えば介護保険料等)の賦課に関して違憲と判断したドイツ連邦憲法裁判所の判例(決定)や、「様々な負担金」を総合的に考察した憲法適合性審査のあり様を示すのは、難しいという点である。よって課税の上限と下限に関しての憲法論の精緻に全力を上げる必要があると考えている。その際には2006年1月18日ドイツ連邦憲法裁判所第2法廷決定についての検討を行う必要があると考えられる。また平成19年度以降の社会保険料の賦課・徴収について、担税力原理といった考え方に基づいて論じるため、本研究に関連する制度・判例・学説についての資料を収集し、日本における社会保障についての現状について分析するための資料収集を精力的に行った。本研究のテーマは、「様々な負担金に対する憲法論的検討」である。なぜそういう着想に至ったかというと,今後の高齢化社会の進行によって,益々社会保険料等の負担の上昇が見込まれ,それが個人に対する負担の増加にはね返ってくることが十分に想定される。しかしながら,例えば税の観点から,各種社会保険料の観点から検討がなされることはあっても,総体的な検討,すなわち社会システム全体からの検討がなされることはなかった。それらの問題を,税負担の視点・各種社会保障負担の視点からの検討を手がかりとして,個人に対する国家による金銭負担に関する制度横断的な検討を行うことが,本研究の目的である。本年度は,ドイツの学説で唱えられている担税力原理の概念・課税の下限として生じる生存最低限という考え方を,税収確保目的の憲法適合性審査ばかりではなく,社会保険料やいわゆる「環境税」等の税収確保目的とは違う目的をもつものに対する憲法適合性審査に生かせないのかという点を試みるため,介護保険料賦課処分と憲法14・25条が争いになった最高裁判決を題材として取り上げ,生存最低限という考え方を社会保険料負担に関して適用可能か否かを探り,様々な負担金に対する憲法適合性審査の一端として,富大経済論集53巻2号(2007年11月)に公表した。その中では,社会保険の一種としての介護保険料徴収に関しては,介護保険料を徴収されることによって生活保護基準以下の金額しか手許に残らない者は,国家が何らかの配慮を示すべきものであって;それとは逆に,生活保護基準以下の金額しか手許に残らない,且つ国家が自らこれ以下の収入の者には税を徴収しないと決めた(この点で立法者の判断を尊重している)者に対し介護保険料を徴収することは,「国民共同連帯」という名の下に財産権に対する過度の介入を正当化できるものではない。低所得者に対する不足保険料を補助しているのが公費負担である(勿論それだけに限られる訳ではないが)と考えるならば,負担させるべきではない者からの徴収はできない性質のものである。よって,本来賦課できない者から徴収しており,賦課徴収の強制の度合いのほか,仮に社会保険としての介護保険の目的,特質等をも考慮して判断したとしても,徴収の度合いが強いと考えられる。立法者が収入から税を徴収しないと決めた市町村民税非課税者であるのにも拘らず,その立法者が判断したことと,介護保険料を上記の者から徴収するのは明らかに矛盾したものであり,恒常的低所得者からの保険料徴収は正当化できないものであると論じた。
サル前部下側皮質における「顔」の記憶のニューロン表現

霊長類の腹側視覚経路の最前部に位置する前部下側頭皮質は,複雑な物体・図形や「顔」の視覚認知・記憶に重要な脳部位である.同領域においては,「顔」に対して選択的に反応する「顔」ニューロンが存在する.しかし,「顔」のアイデンティティの認知・記憶における前部下側頭皮質「顔」ニューロンの機能的役割は必ずしも明確ではない.本研究では,「顔」のアイデンティティの認知・記憶における「顔」ニューロンの機能的役割を明確にする目的で,実際にサルに「顔」のアイデンティティの認知・記憶を必要とする行動課題(「顔」のアイデンティティに基づく遅延見本合わせ課題(I-DMS課題)および「顔」のアイデンティティに基づく非対称的対連合課題(I-APA課題))を遂行させ,前部下側頭皮質腹側部および前部上側頭溝下壁領域から「顔」ニューロンの活動を記録・解析した.I-DMS課題遂行中の「顔」ニューロン活動の計測・解析の結果,以下が明らかになった.1.多次元尺度分析(MDS)に基づく前部下側頭皮質腹側部および前部上側頭溝下壁領域における「顔」空間の解析:前部下側頭皮質腹側部および前部上側頭溝下壁領域から記録されたニューロン全体の「顔」に対するニューロン活動の反応パターンに対する多次元尺度分析(MDS)を行い,「顔」の特徴空間が各脳領域どのように表現されているか解析を行った.解析の結果,前部下側頭皮質腹側部では主に「顔」のアイデンティティに基づき,また,前部上側頭溝下壁領域では主に「顔」の向きに基づき,「顔」の特徴空間が構造化されていることが示された.2.行動反応時間とニューロン応答潜時の時間的相関の解析:I-DMS課題では異なる向きの「顔」を使用して見本刺激とテスト刺激の「顔」のアイデンティティの同異をサルに判断させるが,この課題では典型的には,行動反応時間は見本刺激と正解テスト刺激間の向きの角度差に比例する.本研究ではアイデンティティの認知・判断に必要なサルの行動反応時間と「顔」ニューロンの応答潜時を比較することにより,「顔」ニューロンのアイデンティティの認知・判断における役割を調べた.実験の結果,前部下側頭皮質腹側部の一部の「顔」ニューロンはニューロン応答潜時と行動反応時間との間に有意な正の相関があることが示され,「顔」に基づくアイデンティティの認知・判断と密接に関係することが示唆された.一方,前部上側頭溝下壁領域の「顔」ニューロンの応答潜時と行動反応時間にはこのような有意な相関はなかった.したがって,「顔」のアイデンティティの認知・記憶においてサル前部下側頭皮質の二つの「顔」関連領域すなわち,前部下側頭皮質腹側部と前部上側頭溝下壁領域が異なる機能的役割を果たすことが明らかになった.今後は,I-APA課題遂行中の「顔」ニューロン活動の計測・解析をさらに進め,とくに前部下側頭皮質腹側部における「顔」の記憶表現とそのダイナミクスを明確にする予定である.霊長類の腹側視覚経路の最前部に位置する前部下側頭皮質は,複雑な物体・図形や「顔」の視覚認知・記憶に重要な脳部位である.同領域においては,「顔」に対して選択的に反応する「顔」ニューロンが存在する.しかし,「顔」のアイデンティティの認知・記憶における前部下側頭皮質「顔」ニューロンの機能的役割は必ずしも明確ではない.本研究では,「顔」のアイデンティティの認知・記憶における「顔」ニューロンの機能的役割を明確にする目的で,実際にサルに「顔」のアイデンティティの認知・記憶を必要とする行動課題(「顔」のアイデンティティに基づく遅延見本合わせ課題(I-DMS課題)および「顔」のアイデンティティに基づく非対称的対連合課題(I-APA課題))を遂行させ,前部下側頭皮質腹側部および前部上側頭溝下壁領域から「顔」ニューロンの活動を記録・解析した.I-DMS課題遂行中の「顔」ニューロン活動の計測・解析の結果,以下が明らかになった.1.多次元尺度分析(MDS)に基づく前部下側頭皮質腹側部および前部上側頭溝下壁領域における「顔」空間の解析:前部下側頭皮質腹側部および前部上側頭溝下壁領域から記録されたニューロン全体の「顔」に対するニューロン活動の反応パターンに対する多次元尺度分析(MDS)を行い,「顔」の特徴空間が各脳領域どのように表現されているか解析を行った.解析の結果,前部下側頭皮質腹側部では主に「顔」のアイデンティティに基づき,また,前部上側頭溝下壁領域では主に「顔」の向きに基づき,「顔」の特徴空間が構造化されていることが示された.2.行動反応時間とニューロン応答潜時の時間的相関の解析:I-DMS課題では異なる向きの「顔」を使用して見本刺激とテスト刺激の「顔」のアイデンティティの同異をサルに判断させるが,この課題では典型的には,行動反応時間は見本刺激と正解テスト刺激間の向きの角度差に比例する.本研究ではアイデンティティの認知・判断に必要なサルの行動反応時間と「顔」ニューロンの応答潜時を比較することにより,「顔」ニューロンのアイデンティティの認知・判断における役割を調べた.実験の結果,前部下側頭皮質腹側部の一部の「顔」ニューロンはニューロン応答潜時と行動反応時間との間に有意な正の相関があることが示され,「顔」に基づくアイデンティティの認知・判断と密接に関係することが示唆された.一方,前部上側頭溝下壁領域の「顔」

ニューロンの応答潜時と行動反応時間にはこのような有意な相関はなかった.したがって,「顔」のアイデンティティの認知・記憶においてサル前部下側頭皮質の二つの「顔」関連領域すなわち,前部下側頭皮質腹側部と前部上側頭溝下壁領域が異なる機能的役割を果たすことが明らかになった.今後は,I-APA課題遂行中の「顔」ニューロン活動の計測・解析をさらに進め,とくに前部下側頭皮質腹側部における「顔」の記憶表現とそのダイナミクスを明確にする予定である.平成16年度は、複数のサルに、以下に説明する認知課題を訓練し,学習成立後,慢性ニューロン活動記録実験のための記録チャンバーの設置や眼球コイルの埋め込みなど手術を行った.1.「顔」による遅延見本合わせ課題(F-DMS課題):視覚刺激は主に,サルにとって未知または既知の人物の「顔」を,5方向(右横向き,右斜前向き,および正面向きを含む)から撮影したデジタル画像である,サルが固視点に注視した後,見本刺激が呈示され,一定または任意の遅延期間の後,テスト刺激が呈示される.サルは見本刺激と同一人物(アイデンティティ)の「顔」刺激を同定することが要求される.すなわち,見本刺激と「顔」の向きが異なる場合も,アイデンティティが同一であればそのテスト刺激は正解となる.(1)正解テスト刺激と見本刺激の「顔」の向きの関係と(2)不正解テスト刺激の種類は,展望的符号化条件と回顧的符号化条件で異なる(下記参照).正解テスト刺激が呈示された場合,あらかじめ決められた行動反応(レバー押し)を行うとジュースが報酬として与えられるが,不正解テスト刺激の場合は,サルは何もせずに次の試行の開始を待たなくてはならない.2.展望的符号化(Prospective coding:PC)条件と回顧的符号化(Retrospective coding:RC)条件:PC条件では,(1)正解テスト刺激として使用される「顔」は,必ず見本刺激と同一方向の「顔」であり,(2)不正解テスト刺激として,他の試行で正解テスト刺激として使用された「顔」が重複して使用されることはない.このような条件では動物は展望的符号化を認知方略としてとりやすい.一方,RC条件では,(1)正解テスト刺激として使用される「顔」は,見本刺激と異なる方向の「顔」であってもよく,アイデンティティが一致すれば正解となる.また,(2)不正解テスト刺激として,他の試行で正解テスト刺激として使用された「顔」が重複して使用される場合がある.このような条件では動物は回顧的符号化を認知方略としてとりやすい.3.単一ニューロン活動の記録とデータ解析:サルにはF-DMS課題を(1)PC条件ブロック,(2)RC条件ブロック,(3)PC条件ブロックの順に行わせる.最初の(1)PC条件ブロックで有意な「顔」関連応答のあるニューロンに対して,(2)RC条件ブロックおよび(3)PC条件ブロックでのニューロン応答の変化(特にニューロン応答開始点の時間的移動)を解析する.このような「顔」関連ニューロン応答の比較・解析により,展望的符号化や回顧的符号化などの認知方略に関わる脳内メカニズムのニューロンレベルでの解明が可能になる.現在、同課知課題におけるサルの行動反応と前部下側頭皮質のニューロン活動の記録・解析を行っている.
戦後東アジアにおける<越境>管理体制の成立に関する歴史社会学的研究

2012年度にまず特筆すべきことは、博士論文を執筆したことである。研究会各所には2012年度中に過程博士論文を提出することを計画していたが、計画通り、2012年5月に指導教官から許可を得て、2012年12月に所属大学・所属研究科の規定に従って課程博士論文を提出した。その後、主査・副査の都合上、口頭試問は2013年4月に行われた。2013年6月後半から7月前半の研究科会議で審査結果が報告される予定である。博士論文を執筆する傍ら、学会での口頭報告を行い、また投稿論文を執筆した。学会での口頭報告は4件(そのうち2件が国内、2件が国外)、2012年度内に掲載された論文は1本(書評論文)ある62013年4月30日現在、『ソシオロジ』と『社会学評論』から掲載決定の連絡を受けた論文がそれぞれ1本ずつあり、さらに現在『社会と調査』に投稿し、査読中の論文が1本ある。本年度は、国内・国外で文献調査とインタビュー調査を行った。まず、国内での調査としては8月に沖縄県公文書館で、終戦直後の「密貿易」に関する沖縄軍政府の文献を調査し、9月には国会図書館で、「密航」・「密貿易」、入国管理局設立、外国人登録法制定に関する占領軍(GHQ)の文献を収集した。並行して、5月から6月にかけては大阪市・東大阪市・交野市にて、在日コリアン1世を対象としたデイサービスセンターにて、「密航」経験者に対してインタビュー調査を行い、6名から回答を得た。9月には静岡市にて「密貿易」や闇市取引経験者に対して個人宅や静岡市平和資料センターにてインタビュー調査を行い、1名から回答を得た。また、2012年2月には石垣市・浦添市・那覇市・宜野湾市にて、主に個人宅に手「密貿易」経験者に対してインタビュー調査を行い、5名から回答を得た。国外での調査としては、7月に韓国大田市にある国家記録院、ソウル特別市にある大統領記録院・ナラ記録院、済州市にある済州4・3記念館および済州4・3事件研究所にて、資料収集を行った。収集した資料の内容は、1945年ごろから朝鮮戦争直前までの韓国(南朝鮮軍政府)における「密出入国」の概況および住民登録制度の成立に関係する文書である。また、済州特別市にて、かつて「密出入国」を見聞きした高齢者に対してインタビュー調査を行い、4名から回答を得た。調査の結果は論文にまとめられ、現在『社会学評論』・『史学雑誌』・『Ethnic & Racial Studies』に投稿中である。2011年度中に行うことを予定していたインタビュー調査と文献調査がほぼ完了し、論文投稿を4本(うち1本が年度内に掲載)、口頭発表を4回行うことが出来たため。また、その業績を踏まえて、2012年度内に博士論文を執筆するよう、担当教員と相談がまとまったため今年度は査読論文の掲載を目指すとともに博士論文執筆に集中する。文献資料やインタビュー資料を必要とする場合は、適宜調査を行う。
制御性に優れた自律型ナノモーターの開発と化学システム設計への応用

近年,化学反応のエネルギーを使用して,反応溶液中で自発的に運動を行う触媒型マイクロモーターの研究が盛んに行われている。本研究では,触媒反応としてアルコールなどの有機燃料の酸化反応を利用することで,新しい触媒型白金マイクロモーターの構築を行った。その結果,従来の燃料には無い以下の特筆すべき性質を有することを見出した。1多様な有機燃料に関して広い濃度領域で指向的運動を発現できる。2反応生成物として気相・固相が発生しないグリーンなシステムである。3従来の燃料とは運動方向が逆である。これらの性質は,マイクロデバイスの動力源やドラッグデリバリーシステムなど広範な応用を強く期待させるものである。本年度は、過酸化水素の分解反応の代わりにアルコールやアルデヒドなどの有機燃料の酸化反応を利用することで、新しい触媒型ナノモーターシステムを構築することができた。その結果、従来の燃料には無い以下の特筆すべき性質を有することを見出したので紹介したい。1)多様な有機燃料に関して広い濃度領域で指向的運動を発現できる。燃料として、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、エチレンジアミン、アセトンアルデヒドなど多様な化学種で触媒型Ptモーターが指向的運動をすることを見出した。また、エタノールの場合では、0.2 vol%の広範な濃度領域で指向的運動を観察することができた。2)反応生成物として気相・固相が発生しないグリーンなシステムである。観察中、巨視的および微視的なバブル・不溶物は全く発生しなかった。これは閉空間やマイクロ流路内においても安定に運動を取り出せるという点で極めて重要な特長である。また、エタノールは我々にとっては飲用可能な無害な化学物質であり、生体内でも安全にモーターを動かせる可能性がある。3)従来の燃料とは運動方向が逆である。過酸化水素を燃料としたときは逆向きに運動を行うことがわかった。これにより、モーターの外部環境を変えるだけで運動方向のスイッチングが容易に可能となる。これらの性質は、マイクロデバイスの動力源やドラッグデリバリーシステムなど広範な応用を強く期待させるものである。ここで,既存のほとんどの研究では,燃料として過酸化水素の分解反応を用いているが,過酸化水素の1構造の不安定性,2生体組織への刺激性,3分解反応による気泡生成の三点が広範な応用への妨げとなっている。本研究では,過酸化水素の分解反応の代わりにアルコールやアルデヒドなどの有機燃料の酸化反応を利用することで,新しい触媒型白金マイクロモーターの構築を行った。申請当初の見込みよりも早期に論文が出版(レビュー1報、和文誌1報)されており、現在も、得られた最新の成果に関して新たな論文を執筆中である。コロイド・界面化学本年度の成果を踏まえ、この新しい燃料型モーターの有用性を示していくとともに、運動メカニズムの解明に努めたい。論文投稿費用として年度末に使用する予定だったが、投稿費用と残高のギャップがありすぎたため、次年度に繰り越して使用することにした。次年度の予算と繰越金を合わせて、論文投稿費用として使用させていただく。
ウシ歯髄における組織コラーゲンとコラゲナーゼインヒビターとの相互作用について

ウシ歯髄を6日間EagleのMEM中で培養後、ミンチし、0.25Mショ糖液でホモゲナイズし、2回抽出すると、全インヒビター活性の3435%が1回目の上清に、1112%が2回目の上清に抽出された。ついで沈渣を0.5M Naclで2回抽出すると、さらに、1回目3031%、2回目1516%抽出された。これらを合せると90%以上となり、残りの活性は4M尿素で抽出されたが、10%以下であった。本実験結果は培養歯髄中のインヒビターはショ糖液で容易に抽出される遊離型と塩ではじめて抽出される結合型それぞれ約45%から成るようである。対照として、凍結融解後培養した組織は、同じ抽出操作をくり返しても、インヒビターが全く抽出されないことから、これらインヒビターは培養中に歯髄組織内で生合成されたものと考えられる。現在、さらにこの結合型が歯髄中のどんな成分と親和性を持っているかを細菌性コラゲナーゼやヒアルロニダーゼ処理することによって更に検索中である。最近、私たちはウシ象牙質中にインヒビターが存在することを免疫組織学的に明らかにした。インヒビターは象牙細管に沿って免疫反応陽性物質として認められ、細管間基質には反応は認められなかった。これを更に電顕レベルで検索すると、不定形あるいは顆粒状反応物のほかに細管を取り囲むコラーゲン線維上で、Bd【V】-【VII】、Bd【I】付近に周期的なバンドとしての反応が認められた。インヒビターがコラーゲン線維上に規則的に分布していることを明らかにしたのは本研究が初めてであり、今後、生化学的研究と相俟ってコラーゲンとインヒビターの相互作用を研究する上で重要な知見と考えられる。
1990年代半ばに生じた熱帯太平洋十年規模変動の位相反転メカニズムの解明

熱帯太平洋十年規模変動の位相反転プロセスを数値モデルデータや大気再解析データの解析に基づいて調べた。熱帯太平洋の十年規模変動は、海面水温や海面水位などの物理場のみならず人為起源炭素を含む物質循環場でも見られ、太平洋表層の子午面循環変動と関連していた。1985年前後の十年規模変動の正の位相の弱化には、海洋循環を通じた熱帯域と中緯度域との熱交換が重要である。一方、1990年代半ば以降の負の位相の強化には、北太平洋中緯度の大気変動に起因する、赤道貿易風の強化に伴う極向き熱輸送の増大が寄与している。熱帯太平洋には十年規模の気候変動が存在することが知られており、その位相反転プロセスを明らかにすることは気温や降水量の長期変動の予測のために重要である。平成26年度研究実施計画に従い、全球渦無しモデルデータを用いて、熱帯太平洋十年規模変動の位相反転プロセスの実態解明を行った。まず、モデルで再現された熱帯太平洋の再現性を検証した。風成循環理論より期待される熱帯太平洋の循環と比較するために、海洋上層の流量をエクマン輸送量、地衡流輸送量、西岸境界流輸送量に分けて算出し、観測結果と比較したところ、良好な再現性を確認した。次に、太平洋表層の子午面循環(STC)の長期変動に関連した海面水位変動の特徴を抽出した。その結果、熱帯太平洋十年規模変動の暖期(1977-1987年)と寒期(1996-2006年)で異なる空間パターンが見られることが分かった。暖期は北太平洋で弱い正偏差、南太平洋で強い負偏差が見られ、南北非対称の構造を示すのに対し、寒期は両半球で正偏差が見られ、南北対称の構造を示していた。海面水位変動に対応して、地衡流の変動も暖期と寒期で異なる特徴を示していた。このような海面水位変動や流量変動が十年規模変動の位相反転に及ぼす影響を調べるために、熱帯太平洋上層を対象とした熱収支解析を行い、暖期の終息に関連した位相反転プロセスを調べた。その結果、赤道から離れた海域(off-equator)の風応力回転偏差によって励起された傾圧ロスビー波の伝搬が、海面水位変動を通じて海洋内部に南北流を生じさせ、その南北流に伴う極向き熱輸送の増大が1985年前後の暖期終息に寄与していることがわかった。一方、1990年代半ば付近の寒期の強まりには、赤道貿易風の強化に伴う極向きエクマン輸送による極向き熱輸送の増大が寄与していた。平成27年度研究実施計画に従い、全球渦無しモデルデータを用いて、熱帯太平洋十年規模変動(TPDV)に関連した物質循環場の実態解明を行った。全球海洋を水平方向に11の海域、鉛直方向には3つの層に分割し、それぞれの領域における人為起源二酸化炭素の収支を計算した。その結果、海洋内部に取り込まれた後の人為起源二酸化炭素の輸送と分布には、太平洋表層の子午面循環(STC)が主要な役割を担っていることが分かった。STCは1990年後半以降強化していることが物理場の解析からわかっているので、このことは人為起源二酸化炭素の海洋内部の輸送についても、TPDVに関連した変動が存在することを示唆している。本解析結果を速やかにとりまとめて論文として発表した。次に、全球渦解像モデルデータを全球渦無しモデルデータと比較することにより、海洋モデルの高解像度化が熱帯太平洋の海洋構造の再現性に及ぼす影響を調べた。高解像度モデルでは熱帯不安定波動が南北方向の熱輸送を促進するため、赤道の北側でより昇温する。一方、赤道上や南米大陸沿岸では下層からの冷水の湧昇が強まるため、高解像度モデルでは赤道の南側でより降温する。つまり、高解像度モデルは基本場の海面水温の南北非対称性を強めるようにはたらく。このことは、高解像度海洋モデルを大気モデルと結合させた場合に、熱帯の降水量など基本場の再現性が向上する可能性があることを示唆する。一方、TPDVの再現性については、振幅は増大するものの高解像度モデルにおいても定性的には同様の結果が得られた。上記のことから、海洋モデルの高解像度化の影響は、海洋単体実験よりも大気海洋結合実験でより明瞭になることが期待される。高解像度海洋モデルを用いた大気海洋結合実験を行うための準備として、全球渦無しモデルに高解像度熱帯海洋モデルをネスティングした海洋モデル(熱帯ネストモデル)を新たに開発した。研究目的で設定した二つのテーマ(1位相反転プロセスの実態解明、2位相反転プロセスの要因解明)について、全球渦無しモデルを用いた解析が順調に進んだ。本課題は3年計画であるが、物理場の解析については、1年目に結果を論文としてまとめ、国際誌に2015年1月に出版された。また物質循環場の解析についても、2年目に成果を論文としてまとめ、国際誌に2015年10月に出版された。2年目までに2本の論文の出版まで行えたことから、計画はおおむね順調に進展していると判断した。テーマ2位相反転プロセスの要因解明を中心に行った。まず、熱帯域のみを高解像度化(0.2°x 0.2°)した海洋モデルを用いた大気海洋結合モデルを作成した。従来の海洋モデル(1°x 0.5°)を用いた結合モデル結果と比較することにより、海洋モデル高解像度化の影響を評価した。その結果、熱帯不安定波動の表現の向上による南北熱輸送の強まりにより、海面水温場や降水場の南北非対称性が強まるなど、基本場の再現性向上を確認した。

次に、熱帯太平洋とインド洋の相互作用を明らかにするために、熱帯太平洋からインド洋へのシグナルの伝搬経路と考えられる、(a)大気のテレコネクション(atmospheric control)と(b)インドネシア通過流の変動(oceanic control)を調べた。(a)については熱帯太平洋とインド洋の風の場のラグ相関、(b)については東部インド洋熱帯域の混合層の変動とインド洋の風の場との位相関係を解析した。その結果、熱帯太平洋からインド洋へのシグナルの伝搬は認められたものの、逆方向のシグナルの伝搬は見られず、当初想定していた両者のフィードバック機構は確認できなかった。しかしながら、モデル結果にローパスフィルターをかけて長周期変動のみを抽出した場の解析により、1990年代後半の位相反転に関連した熱帯太平洋における貿易風の強化は、北太平洋中緯度から伝搬してきた変動と関連していることが明らかになった。このシグナルの伝搬は、北太平洋中緯度の大気の内部変動、それに伴う海面フラックス変化による東部太平洋亜熱帯域における海面水温偏差の形成および熱帯域の大気海洋相互作用の強化、という一連のプロセスと密接に関連していた。したがって、大気の内部変動に起因するstochasticな変動が、1990年代半ば以降の熱帯太平洋の十年規模変動の位相反転プロセスに寄与していたことが強く示唆される。熱帯太平洋十年規模変動の位相反転プロセスを数値モデルデータや大気再解析データの解析に基づいて調べた。熱帯太平洋の十年規模変動は、海面水温や海面水位などの物理場のみならず人為起源炭素を含む物質循環場でも見られ、太平洋表層の子午面循環変動と関連していた。1985年前後の十年規模変動の正の位相の弱化には、海洋循環を通じた熱帯域と中緯度域との熱交換が重要である。一方、1990年代半ば以降の負の位相の強化には、北太平洋中緯度の大気変動に起因する、赤道貿易風の強化に伴う極向き熱輸送の増大が寄与している。研究目的で設定した二つのテーマ(1位相反転プロセスの実態解明、2位相反転プロセスの要因解明)について、全球渦無しモデルを用いた解析が順調に進んだ。その結果、位相反転プロセスには従来から指摘されてきた大気外力の変化による外的要因以外に、海洋内部の循環の変化による内的要因が寄与していることを初めて明らかにすることができた。解析結果を速やかに論文としてまとめて国際学会誌に投稿したところ受理され、論文は2015年1月に出版された。本課題は3年計画であるが、1年目で解析および論文の出版まで行えたことから、当初の計画以上に進展していると判断した。今後は、テーマ2位相反転プロセスの要因解明を中心に以下の手順で行う。(1)熱帯高解像度海洋モデルを用いた大気海洋結合モデルの開発:当初、大気海洋結合モデルの海洋モデルは全球渦無しモデル(1°x 0.5°)を用いることを想定していた。しかしながら、2年目に行った解析により、海洋モデルの高解像度化により熱帯太平洋やインド洋の平均場に顕著な違いが生じることが判明したため、高解像度海洋モデルを用いた大気海洋結合モデルを新たに開発する。全球渦解像モデルは計算機資源の制約から用いることができないので、代わりにコストパフォーマンスに優れた、熱帯域のみを高解像度化(0.2°x 0.2°)した海洋モデルを用いる。(2)大気海洋結合モデルの解析:
静水圧力場を活用した新規液相吸着分離サイクルの開発

本研究では,液相圧力を環境因子・操作因子として利用する新規吸着分離サイクルの開発の基礎として,これまでに全く解明の手の及んでいなかった液相吸着における圧力効果をとりあげ,以下の成果を得た.1.静水圧効果検出装置の開発・測定これまでに用いてきた回分式超高圧吸着実験装置より簡便・迅速かつ高感度な静水圧効果測定のための実験装置を考案・製作した.本装置は液体クロマト用送液ポンプにより数百気圧程度の圧力で吸着質溶液を吸着カラムに送り込む流通式装置を基礎とするものである.しかしながらこの程度の圧力レベルでは吸着量の多大な変動は望めないため,所定圧・所定濃度で通液・破過させた平衡状態から圧力にステツプ変動を与えるとともに通液を止め一定時間放置したのち送液を再開するという,独自の操作上の工夫により,吸着量の微小変動の検出を可能とした.2.圧力効果逆転現象の発見数種の芳香族化合物水溶液からの活性炭素繊維への吸着について,流通式及び回分式測定により,圧力効果の正負が吸着量の多寡により変わり得るという,圧力効果の逆転現象を発見した.これは次項に述ベるように,液相吸着における吸着分子集団の状態に関する多大な示唆を与える重要な発見と考えられる.3.圧力効果発現機構の定量化以上のようなデータの蓄積を踏まえ,静水圧効果の発現機構を検討した.ナノオーダ細孔中の吸着相は細孔壁ポテンシャルの影響を多大に受ける結果バルクと異なる圧力を「感じて」おり,その分子容が常圧状態のものと異なっているとの着想を基礎に,ワークステーションを用いてシミュレーションを行い,吸着相での「実効」圧力及びその影響下での分子容をモデル化することで圧力効果発現機構および圧力効果逆転現象の定量化に成功した.これにより,疎水性溶質の圧力効果を予測する基礎が確立された.本研究では,液相圧力を環境因子・操作因子として利用する新規吸着分離サイクルの開発の基礎として,これまでに全く解明の手の及んでいなかった液相吸着における圧力効果をとりあげ,以下の成果を得た.1.静水圧効果検出装置の開発・測定これまでに用いてきた回分式超高圧吸着実験装置より簡便・迅速かつ高感度な静水圧効果測定のための実験装置を考案・製作した.本装置は液体クロマト用送液ポンプにより数百気圧程度の圧力で吸着質溶液を吸着カラムに送り込む流通式装置を基礎とするものである.しかしながらこの程度の圧力レベルでは吸着量の多大な変動は望めないため,所定圧・所定濃度で通液・破過させた平衡状態から圧力にステツプ変動を与えるとともに通液を止め一定時間放置したのち送液を再開するという,独自の操作上の工夫により,吸着量の微小変動の検出を可能とした.2.圧力効果逆転現象の発見数種の芳香族化合物水溶液からの活性炭素繊維への吸着について,流通式及び回分式測定により,圧力効果の正負が吸着量の多寡により変わり得るという,圧力効果の逆転現象を発見した.これは次項に述ベるように,液相吸着における吸着分子集団の状態に関する多大な示唆を与える重要な発見と考えられる.3.圧力効果発現機構の定量化以上のようなデータの蓄積を踏まえ,静水圧効果の発現機構を検討した.ナノオーダ細孔中の吸着相は細孔壁ポテンシャルの影響を多大に受ける結果バルクと異なる圧力を「感じて」おり,その分子容が常圧状態のものと異なっているとの着想を基礎に,ワークステーションを用いてシミュレーションを行い,吸着相での「実効」圧力及びその影響下での分子容をモデル化することで圧力効果発現機構および圧力効果逆転現象の定量化に成功した.これにより,疎水性溶質の圧力効果を予測する基礎が確立された.
足部の生理機能特性からみた快適靴の設計

平成9年度には、まず22°C、28°C、34°C、各50%RH条件下における足部温熱生理特性を検討した。22°Cの低温暴露では血管収縮による皮膚温の低下がみられ、特に趾先、踵で著しく低下した。一方34°C高温暴露では皮膚温の上昇がみられ、部位差、個体差共に小さかった。蒸散量は足底側と足背側で異なった特徴的傾向がみられ、特に足底側は気温に関係なく多かった。足部の生理反応は足部の保温・冷却が身体深部の体温調節と関連し、全身性の快適感や健康をも左右することが示唆された。次いで、靴の熱・水分移動特性を評価するためのモデル実験として、透湿性の異なる穿孔ポリエチレンフィルムで作製した足袋着用時の足部生理反応及び足袋内温湿度の測定を行い、足部を覆う材料の透湿性、通気性の履物内温湿度への影響、さらには皮膚温にも影響を及ぼすことなどを明らかにした。平成10年度には、靴着用時に生じる圧迫が履き心地や快適性、疲労に及ぼす影響を自律神経活動(心電図のR-P感覚変動)から検討した。その結果、圧迫の強いストッキングやヒール靴着用は足部形状を変化させるばかりでなく、交感神経活動レベルの上昇をもたらし、全身性に影響を及ぼすことが示唆された。また、靴内汚染と一般細菌増殖との関係を靴の構造及び着用日数との観点から調べ、靴内菌数は連続着用4日目以降から急激な増加傾向を示し、足背より蒸散量の多い足底程、被覆面積が大きい程靴内細菌数の多いことが明らかとなった。平成11年度は、靴の水分移動特性の違いが自律神経活動レベルに及ぼす影響について検討し、被覆面積が大きく透湿性が小さい程蒸れが感じられ、交感神経活動レベルの上昇傾向がみられた。最後に応用実験として、開放型ヒール靴・上部密閉型スポーツ靴の着用実験を行い、着用靴の構造の違いが足部の皮膚血流量・皮膚温にも影響を及ぼすことなどを明らかにした。【目的】足部の生理機能からみた履心地の良い、快適靴のあり方を追求することを目的として、方法に示す2つの実験を行った。【方法】実験1:2029歳の健康な成人女子20名で、28°C環境下で定常を保った後22°C・28°C・34°C、50%RHの3条件のいずれかに入室し1時間の椅座安静状態で足部皮膚温・蒸散量・血流量(レーザドップラ血流計)及び直腸温の測定を行った。実験2:靴の熱・水分移動特性を評価するためのモデル実験として、20°C・30°C、50%RH環境下で空気孔の直径0.0(面積比0%)・1.2(1.1%)・4.0(12.5%)mm/ cm^2及び12.0(28.3%)mm/4cm^2の4条件のポリエチレンフィルムで作製した足袋着用時の皮膚温、足袋内温湿度(高精度温湿度計)を測定した。被験者は健康な女子学生10名である。【結果】1.足部平均皮膚温29.9±1.2°C(22°C)、33.3±1.0°C(28°C)・36.1±0.5°C(34°C)であり、低温環境ほど部位差、個人差が大となった。22°Cの低温暴露により趾先、踵で著しく低下した。

2.平均蒸散量は足底側で44.8±8.0g(22°C)・55.3±7.1g(28°C)・57.0±6.1g/m^2・h(34°C)、足背側では18.7±5.1g(22°C)・26.5±6.3g(28°C)・46.4±6.8g/m^2・h(34°C)で足底側は足背側より多く、気温の変動が少なかった。3.血流量は34°Cで全被検者とも増加するが22°Cと28°C間には顕著な差はみられず、特に趾先は22°C下で個人差が大であった。4.足袋着用時の足部皮膚温及び袋内温度は30°C下、密閉型足袋着用により温度上昇がみられるが、他の条件については有意な変化はみられなかった。5.袋内湿度は密閉型の場合20°C・30°C共に著しい上昇がみられ、それぞれ81.7%、87.5%高湿に達した。しかし、空気孔の直径が大きくなるに伴い袋内湿度の低下を生じた。[目的]足部の生理機能からみた履心地の良い、快適靴のあり方を追求することを目的として方法に示す3つの実験を行った。[方法]実験1:33°C、50%環境下において足幅部をインサイドベルトにより20・40gf/cm^2加圧及び開放時の足部皮膚温、血流量、心拍変動、主観評価の測定を行った。実験2: 6時間以上靴(ビーチサンダル・運動靴・ヒール靴)着用及び着脱における心拍変動の測定を行った:実験3:靴着用による汚れから生じる微生物汚れ(一般細菌増殖)を靴の形態、部位、着用日数の観点から観察した。[結果]1.足部の圧迫・開放に関する実験結果:I)33°C環境下における足部皮膚温の加圧、開放による影響はみられなかった。2)趾先血流量は20gf/cm^2加圧時で減少、40gf/cm^2で増加傾向を示した。3)40gf/cm^2加圧時では交感神経の促進(LF/HFの増加)、開放時には副交感神経活動の促進(HF/LF+HFの増加)の傾向がみられた。4)圧迫感は20gf/cm^2に比べ40gf/cm^2時で強く、圧迫からの開放感が大であった。2.靴の着脱にともなう心拍変動の結果=1)6時間以上靴着用時と着脱時の心拍変動との間には有意な差が認められ、その差はヒール靴>ビーチサンダル>運動靴の順に大であり、ヒール靴着用により足部を圧迫することは自律神経活動に影響を与え、足部の疲労や緊張を生じることが明らかとなった。3.靴内微生物汚れに関する結果:1)日常着用している靴内の一般細菌数は10^310^5個/cm^2のオーダーにあり、女性より男性で多かった。2)継続着用日数が長くなると靴内細菌数は増加し、4日目以降から急激に増加の傾向がみられた。3)靴内微生物汚れは靴の部位と形態・素材によって異なり、足背部より蒸散量の多い足底部程、被覆面積が大きい程多かった。[目的]足部の生理機能からみた履心地の良い、快適靴設計の基礎資料を得ることを目的として方法に示す2つの実験を行った。[方法]実験1:靴の水分移動特性の違いが自律神経活動に及ぼす影響を検討するためのモデル実験として30°C、50%RH環境下で空気孔の直径0.0(面積比0.0%:A)・1.2(1.1%:B)・4.0(12.5%:C)mm/cm^2及び12.0(28.3%:D)mm/4cm^2の4条件のポリエチレンフィルム足袋着用時の足部皮膚温、足袋内温湿度、心拍変動、主観評価の測定を被験者7名を対象に行った。実験2:25°C、50%RH環境下でヒール靴(上部開放型)・スポーツ靴(上部密閉型)の被覆面積の異なる靴着用時の安静・歩行時の皮膚温、靴内気候の測定を5名の被験者を対象に行った。[結果]1.穿孔フィルム足袋着用による足部皮膚温、袋内温度は密閉型(A)の場合上昇がみられるが、他の条件については有意な変化は見られなかった。
液相乱流濃度場に対するin-situ射光/受光併用超高分解能LIFプローブの開発

本研究では,(I)低侵襲性,(II)高空間分解能,(III)高精度な簡易計測の三点を実現する光ファイバLIFプローブの開発を行った.開発された新型プローブのビーム焦点径は約60μm,光ファイバ端面から焦点までの距離は400μmとなり,従来の対向式吸光濃度測定プローブと同程度の空間分解能を実現できた.また,拡散物質からの蛍光をビーム照射ファイバと同一のファイバで受光することにより,焦点の調整が不要となり簡易計測の点で大きく改善された.軸対称噴流における高シュミット数物質拡散場の計測を行った結果,平均濃度および変動濃度のどちらも既往研究の値と良く一致し,精度のよい測定が行えることが確認された.本研究では,(I)低侵襲性,(II)高空間分解能,(III)高精度な簡易計測の三点を実現する光ファイバLIFプローブの開発を行った.開発された新型プローブのビーム焦点径は約60μm,光ファイバ端面から焦点までの距離は400μmとなり,従来の対向式吸光濃度測定プローブと同程度の空間分解能を実現できた.また,拡散物質からの蛍光をビーム照射ファイバと同一のファイバで受光することにより,焦点の調整が不要となり簡易計測の点で大きく改善された.軸対称噴流における高シュミット数物質拡散場の計測を行った結果,平均濃度および変動濃度のどちらも既往研究の値と良く一致し,精度のよい測定が行えることが確認された.平成25年度は当初の研究計画に基づき,以下の3つの研究を行った.1.プローブ射出光の大きさと集光点距離の検討:光ファイバ先端にシリカグリンレンズを用いることで,プローブ先端から離れた位置に集光することが可能になった.これにより,プローブから射出される光のビーム径に微小化を図ることができた.また,プローブから離れた位置に集光することで,計測点とプローブ先端に間隔を設けることができるため,プローブ挿入による計測結果への影響を小くすることが可能となった.2.レンズチューブの設計/製作とレンズチューブ伝送光の伝送精度の検証:新型光ファイバプローブでは,集光レンズとバンドパスフィルタを用いてレンズチューブに入射した蛍光とレーザ光のうち蛍光のみを分離してフォトマルへ伝送する方式をとるが,この伝送における光量の損失やフィルタのカットオフ特性を評価した.3.光ファイバ/レンズチューブ/光カプラのカップリング,液中物質濃度の計測と精度検証:実際に新型光ファイバプローブを製作し,その焦点距離の評価など,プローブの分解能の検証を行った.また,実際の濃度場計測における計測精度を検証するために,参照用データとして,既存の実験設備を使用して,従来の計測技術(対抗型光ファイバプローブ)により液中軸対称噴流における高シュミット数物質拡散場の計測を行った.さらに,新型光ファイバプローブによる濃度計測の実験準備を行った.とくに,相対的空間分解能の向上を目指し,大型水槽の設計製作を行った.平成26年度の研究は平成25年度終了時に立てた今後の研究の推進方策に基づき,遂行された.以下にその概要を示す.1.大型水槽および新規開発プローブによる軸対称噴流拡散場における濃度計測:平成25年度に製作した大型水槽を用いて,蛍光染料に対する軸対称噴流拡散場を対象として,従来の計測技術(対向型光ファイバプローブ)と新型光ファイバLIFプローブにて計測し,それによって得た計測結果を比較した.新型光ファイバLIFプローブについては,レーザービームの焦点付近から発する蛍光を照射ファイバとは別のファイバで受光する場(Case1)と,同じファイバで受光する場合(Case2)の2種類調べた.その結果,Case2の方が,約2.5倍高い周波数の変動を捕らえることができ,空間分解能がCase1よりよくなっていることがわかった.空間分解能はビーム焦点径が約60μm程度であることから,従来の対向型光ファイバプローブに比し,飛躍的な分解能向上は実現できなったが,低侵襲性,簡易計測については,大きな改善が成された.5普遍平衡領域の存在の有無の証明と微小空間での拡散混合現象の解明とモデル化:本研究では,高シュミット数物質拡散場について慣性対流小領域よりも高波数帯域に存在すると予測されている粘性対流小領域での濃度場計測を目標としていたが,今回開発されて光ファイバプローブでは,光ファイバ端面から400μmはなれた場所に焦点があり,そのビーム焦点径は60μm程度であった.この場合の空間分解能は,テイラーマイクロスケールの1/4程度ではあったが,コルモゴロフスケール(10μm程度)には達しなかった.今後の課題は,光ファイバ径自身をさらに細くし,かつ先端形状を工夫すること,かつより強力な光源を使用することなど,従来よりも先進的な改良を行うことにより,本研究の当初の目的を達成することである.工学本研究の目的は,液中拡散物質の濃度計測用