hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経再生関連分子DINEの機能解析

神経再生関連分子DINEの機能を明らかにするために、DINEノックアウトマウスを解析した。まず、KOの横隔膜において、シナプス形成に必須の役割を果たすMuSK、AChR、LRP4、Dok-7の発現に変化が認められるかどうか、RT-PCR法により検討した。これらの遺伝子の欠損マウスではbranchingの顕著な乱れが生じることが報告されている。しかし、コントロールマウスと比較して、これらの分子の発現に変化は認められなかった。次に、S100抗体(シュワン細胞マーカー)を用いたwhole mount免疫染色により、シュワン細胞に異常が認められるかどうかを検討した。コントロール、KOの横隔膜ともにシナプス形成部位にはS100の陽性反応が認められ、シュワン細胞が存在していることが分かった。同様の結果は、電子顕微鏡を使って、シナプスの微細構造を観察することでも確かめられた。これらの結果より、DINE欠損により生じるbranching異常は、筋細胞やシュワン細胞の極端な変化によるものではないことが示された。また、DINE抗体とNeurofilament抗体(神経マーカー)あるいは蛍光ラベルされたα-bungarotoxin(シナプス後膜マーカー)を用いて、蛍光2重染色を行い、タンパクレベルでのDINEの局在について検討を行った。胎生期の腓腹筋において、DINEとNeurofilamentの陽性反応は重なり、また、DINE陽性反応とBTX陽性反応は隣接してみられた。これらの結果から、DINEは筋内の運動神経軸索に存在し、さらに軸索終末にまで輸送されていることが明らかとなった。ノックアウトマウスの解析により得られたデータと併せて考察すると、DINEは神経細胞の軸索に存在し、何らかの機構で筋内でのbranchingを促進していると予想される。神経再生関連分子であるDINEの機能解明を目的とし、ノックアウトマウス(以降ではKOマウス)の作製を行った。当初はConditonalなKOマウスの作製を予定していたが、人工的に導入した遺伝子の影響のため、DINEの発現が消失したマウスが誕生した。つまり、意図せずConventionalなDINE KOマウスが作製された。そこで当初の計画に修正を加え、ConventionalなKOマウスでDINEの機能解明を目指した。最初に慎重な観察を行ったところ、DINE KOマウスは誕生直後にチアノーゼを呈し、呼吸困難のため数時間内に死に至った。組織学的検討の結果、KOマウスでは肺の拡張がみられず、また横隔膜が萎縮していることが分かった。DINEは神経系特異的に発現する分子であることから、次にDINE欠損による神経系への影響を検討した。実験手法には末梢神経のマーカーを用いた免疫染色法を選択した。胎生10.5日齢では野生型(以降ではWT)とKO間で神経の分布に差は認められなかった。しかし、胎生12.5日齢の横隔膜における神経の分布を検討したところ、WTの神経は横隔膜に到達後、太く数本に分岐していたが、KOではこのような分岐がみられなかった。さらに胎生18.5日齢では、WTの神経は細かい分岐を繰り返し横隔膜全体に分布していたが、KOの神経は分岐が著しく少なく、その支配領域は非常に限定されていた。本研究により、DINEは横隔膜の正常な神経支配にとって必須の分子であることが明らかとなった。神経の発生過程に働く遺伝子の中には神経再生時に機能するものも多く、本研究の成果はDINEの神経再生時の働きを解明していく上で極めて重要である。また、神経の発生過程におけるproteaseの働きについては未だ報告が少なく、本研究の成果はproteaseの新たな機能を示唆する点でも意味のある成果といえる。DINEノックアウトマウス(以降ではKOマウス)の神経の発生過程に異常がみられるかどうかを形態学的に検討した。胎生12.5日齢のKOマウスを詳細に検討した結果、内側胸筋神経、胸背神経で筋内での分岐異常が明らかとなった。しかし、運動神経全般に異常が認められるわけではなかった。また、運動神経以外にも自律神経、感覚神経で神経分岐の観点から検討を行ったが、DINE欠損の影響は認められなかった。DINEの基質を同定するため、in vitro virus法の実験系確立を目指した。本方法はmRNAとそれに由来するペプチド断片を連結させる技術により、in vitroで網羅的かつ高感度に基質を検出することができる優れた手法である。本方法で基質探索を行うためには、in vitro virusライブラリーおよび分泌型DINEタンパクとの2つの作製が必要であるため、まずはこれらの作製をすすめた。本研究により、DINEが特定の筋の適切な神経支配にとって必須の分子であることが明らかとなった。また、本研究をさらに進展させ、in vitro virus法を用いてDINEの基質を同定することで、神経の発生・再生に関する新たな知見が得られると考えられる。コントロール、KOの横

隔膜ともにシナプス形成部位にはS100の陽性反応が認められ、シュワン細胞が存在していることが分かった。同様の結果は、電子顕微鏡を使って、シナプスの微細構造を観察することでも確かめられた。これらの結果より、DINE欠損により生じるbranching異常は、筋細胞やシュワン細胞の極端な変化によるものではないことが示された。また、DINE抗体とNeurofilament抗体(神経マーカー)あるいは蛍光ラベルされたα-bungarotoxin(シナプス後膜マーカー)を用いて、蛍光2重染色を行い、タンパクレベルでのDINEの局在について検討を行った。胎生期の腓腹筋において、DINEとNeurofilamentの陽性反応は重なり、また、DINE陽性反応とBTX陽性反応は隣接してみられた。これらの結果から、DINEは筋内の運動神経軸索に存在し、さらに軸索終末にまで輸送されていることが明らかとなった。ノックアウトマウスの解析により得られたデータと併せて考察すると、DINEは神経細胞の軸索に存在し、何らかの機構で筋内でのbranchingを促進していると予想される。
入院患者における高カリウム血症の頻度とリスク要因に関する研究

入院患者における電解質異常について横断的に検討することで、電解質異常の頻度を明らかにし、リスク要因との関連を探ることを目的とした。その結果、電解質異常は75%見られた。特に本調査において高頻度に見られた電解質異常は低Mg血症であった。高K血症は全入院患者の10%に見られた。高K血症に低Na血症を呈した経腸栄養剤による影響と考えられる例が1名あり、対象とした人数が少なく発症頻度は低いものの、経腸栄養剤による電解質異常について、今後さらに検証する必要がある。電解質異常、特に高カリウム血症は、生命に危険を及ぼす電解質異常である。特に高齢者では、通常カリウム値は上昇していなくても、軽度の負荷がカリウム平衡をくるわせる。一方、経腸栄養剤には、ナトリウム含有量が少ないものが多く、長期に経腸栄養剤を投与(摂取)していると、低ナトリウム血症を呈する場合がある。低ナトリウム血症は、高カリウム血症を生じる可能性があり、この現象は、腎機能低下とは別個に生じることが知られている。高カリウム血症は、臨床においてよく見られる病態であるが、入院患者において生じる発生頻度に関する報告はなく、また、高カリウム血症に関する経腸栄養投与とリスク要因との関連を明らかにした報告もない。そこで、本研究では、入院患者における電解質異常、特に重篤な生命に危険を及ぼす高カリウム血症の頻度を明らかにし、経腸栄養投与とリスク要因が高カリウム血症に及ぼす影響との関連性を探ることを目的とした。高知県は東西に長く、特に西部は高齢化率が高い地域でもある。そこで、軽度の負荷でカリウム平衡のくるいやすい高齢者の症例が多く、かつ初年度は症例数100例程度での前調査として、西部の中核病院で頻度調査を研究を行うこととした。本年度は、該当する病院との研究協力のための協議を行い、承諾を得ることができた。さらに、高知女子大学倫理専門審査委員会の承認を得、現在、協力病院でカルテ上からの情報を協議内容および倫理審査内容に則って、提供できる形にしながら、現在収集を行っている。低ナトリウム血症は、高カリウム血症を生じる可能性があり、この現象は、腎機能低下とは別に生じることが知られている。そこで、今回の研究対象として、軽度の負荷でカリウム平衡のくるいやすい高齢者の症例が多く、症例数100例程度での前調査として、西部の中核病院で頻度調査研究を行うこととした。対象患者100名のうち、経腸栄養を使用している患者は8名と統計解析するには少ない数であったが、8名ともに何らかの電解質異常を認めた。現在、様々な因子による要因を統計解析ソフトSPSSを用い検討している。
ハイブリッド型高品質歯車加工装置の開発的研究

本研究で提案する高品質化処理は,シェービングや歯面研削を最終仕上げとせず,さらにショットピーニング処理とバレル研磨処理を連続して行うハイブリッド型の歯面改質処理である。歯面近傍にショットピーニング処理で圧縮残留応力を生成させ,バレル研磨処理で表面粗さを小さくすることにより,歯元の曲げ強度が高く,トルク伝達歯面の面圧強度の高い歯車が製作できる。この歯車は,摩擦係数が小さくて,耐摩耗性に優れているので,省エネルギーや潤滑油の汚染防止に役立ち,「環境にやさしい歯車」として地球グリーン化に貢献する歯車である。本研究では,歯車の最終仕上げを行うためのショットピーニング処理とバレル研磨処理をおこなうハイブリッド型の歯面改質処理装置を設計・製作している。この処理装置は実験室用であるが,設計を少し変更すれば,実際に歯車製造ラインに設置できれば,歯車の運搬を最小限に抑えることができ,研削後にショットピーニング処理とバレル研磨処理を行ってもコストはそれほどかからないと思われる。本研究では,研削したローラや円筒歯車にショットピーニング処理とバレル研磨処理を連続して施した高品質歯車を製作し,実機で歯車負荷能力試験を行い,歯形や粗さの変化および油膜形成状態を調べながら,本研究で提案する歯車の負荷能力が非常に優れていることを実証した。また,本歯面改質処理法はインボリュート耐車に限らず,任意歯形を持つ各種の歯車にも適用できるので,ハイポイドギヤにも適用した。ハイポイドギヤは最終仕上げとしてラッピングが施されるが,粗さが510μmRyと大きいので,ノイズや潤滑油の温度上昇が問題となっている。ハイポイドギヤの歯面を鏡面にする技術は,現在のところ,本研究で提案した方法が唯一可能であると言ってもよい。本研究で提案する高品質歯車は,歯面研削を最終仕上げとせず,さらにショットピーニング処理とバレル研磨処理を連続して行う(S&B処理)。すなわち,歯面近傍にショットピーニング処理で圧縮残留応力を生成させ,バレル研磨処理で表面粗さを小さくする。歯元曲げ強度が高く,面圧強度の高い歯車が得られ,摩擦係数も小さくて,耐摩耗性に優れているので,省エネルギーや潤滑油の汚染防止に役立ち,環境にやさしい歯車として地球グリーン化に貢献する歯車である。本研究では,研削の他,シェービング及び内歯車砥石を用いたホーニング加工した円筒歯車にもS&B処理を施した。さらに,それらの歯車を用いて,歯車の負荷能力試験を行い,歯形や粗さの変化および油膜形成状態を調べながら,S&B処理歯車の負荷能力が非常に優れていることを実証した。また,S&B処理はインボリュート歯車に限らず,任意歯形を持つ各種の歯車にも適用できるので,ハイポイドギヤにも適用した。その結果,表面粗さは2μmRy以下に減少した。本研究結果の一部は,近日中に学会等で発表する準備をしている。本研究は,歯車の最終仕上げを行うためのS&B処理装置を開発している。この処理装置は,歯車製造ラインにあって,歯車の運搬を最小限に抑えることを目的としている。本研究は平成11年度12年度の研究期間である。S&B処理装置の設計はほぼ終り,現在製作段階にある。平成12年度の前半に完成予定である。

この歯車は,摩擦係数が小さくて,耐摩耗性に優れているので,省エネルギーや潤滑油の汚染防止に役立ち,「環境にやさしい歯車」として地球グリーン化に貢献する歯車である。本研究では,歯車の最終仕上げを行うためのショットピーニング処理とバレル研磨処理をおこなうハイブリッド型の歯面改質処理装置を設計・製作している。この処理装置は実験室用であるが,設計を少し変更すれば,実際に歯車製造ラインに設置できれば,歯車の運搬を最小限に抑えることができ,研削後にショットピーニング処理とバレル研磨処理を行ってもコストはそれほどかからないと思われる。本研究では,研削したローラや円筒歯車にショットピーニング処理とバレル研磨処理を連続して施した高品質歯車を製作し,実機で歯車負荷能力試験を行い,歯形や粗さの変化および油膜形成状態を調べながら,本研究で提案する歯車の負荷能力が非常に優れていることを実証した。また,本歯面改質処理法はインボリュート歯車に限らず,任意歯形を持つ各種の歯車にも適用できるので,ハイポイドギヤにも適用した。ハイポイドギヤは最終仕上げとしてラッピングが施されるが,粗さが510μmRyと大きいので,ノイズや潤滑油の温度上昇が問題となっている。ハイポイドギヤの歯面を鏡面にする技術は,現在のところ,本研究で提案した方法が唯一可能であると言っても考い。
Nrf2-Keap1システムのドライアイにおける神経保護作用

野生型マウス及びNrf2ノックアウトマウスを用いて生体共焦点顕微鏡により経時的に角膜上皮下神経叢の変化を捉える。角膜の侵害受容体として存在するTransient Receptor Potential (TRP)チャンネルの一つであるTRPV1およびTRPA1が角膜知覚神経に存在する。本研究ではTRP受容体の発現の変化を調査する。ドライアイによる行動異常として、うつ症状はこれまでにヒトで報告されているが、マウスにおける角膜痛覚検査及び行動解析で不安症状を評価し、角膜痛覚、角膜神経の形態学的及びTRP受容体を含めた分子生物学的変化との関係を調査する予定である。
子どもが行う普通救急救命のための胸骨圧迫最適化

胸骨圧迫は救急救命の中でも最も重要な行為である.しかし,胸骨圧迫には大きな力を必要とするため,長時間運動を続けるためにエネルギー消費の小さな適切な運動をする必要があるが,適切な運動は訓練者の身長,体重に大きく依存し,体格に合った運動を求める必要がある.本研究では,運動学,動力学の観点から胸骨圧迫を体格に合わせて最適化する手法を提案した.擬似微分と零位相フィルタによって信号の速度,加速度を求める手法を提案し,トルク最小化問題を関節角度の最適化問題に帰着させた.また,小学生の胸骨圧迫を対象として,運動の最適化と同時に背負う重りの最適化も行い,心拍数の計測によりその有効性を示した.胸骨圧迫は救急救命の中でも最も重要な行為である.しかし,胸骨圧迫には大きな力を必要とするため,長時間運動を続けるためにエネルギー消費の小さな適切な運動をする必要があるが,適切な運動は訓練者の身長,体重に大きく依存し,体格に合った運動を求める必要がある.本研究では,運動学,動力学の観点から胸骨圧迫を体格に合わせて最適化する手法を提案した.擬似微分と零位相フィルタによって信号の速度,加速度を求める手法を提案し,トルク最小化問題を関節角度の最適化問題に帰着させた.また,小学生の胸骨圧迫を対象として,運動の最適化と同時に背負う重りの最適化も行い,心拍数の計測によりその有効性を示した.本年度は,子どもが行う胸骨圧迫のための運動最適化と道具の最適化を行った.胸骨圧迫を行う人をリンク系でモデル化する.運動途中に関節の発生するトルクの時間二乗積分値を評価関数として,各関節の時間軌道,胸部を圧迫する時間(タイミング),および患者との距離(膝を着く位置)を設計変数とし,勾配法を用いて評価関数を最小化する運動を求めた.なお,人が閉リンク系を構成すること,膝からの床反力が正であることを拘束条件としている.ここで,運動の周期性を利用して,関節角度データと角速度,角加速度の関係を簡易に表した点において大きな新規性を有している.これにより,任意の運動軌道を実現可能としている.また,東京防災救急協会の協力のもと,これが熟練者(救命士)の運動と一致することをモーションキャプチャデータとの比較により示した.この結果から,提案手法による最適化で得られた運動は,人の運動特性を良く表していることを示した.さらに,人のモデルのパラメータ(長さ,質量)を小学5年生の平均値に合わせて最適化を行ったところ,膝からの床反力が正になるという条件から,適切な運動が行いにくいことを示し,これを補うために背中に重りを背負うことを提案するとともに,上記の最適化計算において重りの質量を設計パラメータと設定することで,重りの最適化を行った.得られた重りの最適解に合わせて運動訓練用重り付きジャケットの重りの量を調整し,体重が45kg前後の訓練者(初心者および熟練者)の運動を観察することで,胸骨圧迫が実施しやすくなることを示した.これまでに,胸骨圧迫を対象として体格に合わせた適切な運動の導出,および,強調姿勢を用いた運動教示手法の開発を行ってきた.しかし,これらを用いた教示では人の学習過程を考慮する必要があり,学習進度に合わせて強調姿勢を変化させる必要がある.そこで,今年度は人の学習過程を力学的にモデル化し,これに合わせた強調姿勢の導出を行った.まず,リンク系の動きの動画を提示し,これが加速運動か減速運動であるかのアンケートを行った.この結果,人は視覚情報からだけでは加速度の情報が取得できないという結果を得た.この結果から,人はデモンストレーションによって運動の姿勢・速度の情報を取得し,運動を実行することで自分自身の加速度情報を取得していると仮定したうえで,さらに,イメージトレーニングの効果を加えた学習の力学モデルを導出した.これは自分の経験によって獲得した加速度情報と,視覚情報を一致させるよう,力の入れ方をフィードバックしながら修正するモデルである.次に,けん玉運動を対象として球を振り上げるまでの訓練を行った.このとき訓練者はヘッドマウントディスプレイに提示された運動教示者と自分の運動を重ねるような訓練,および,次の試行までにイメージトレーニングを行ってもらい,この状況をモーションキャプチャすることで,学習の力学モデルにおけるパラメータのキャリブレーションを行った.また,学習の力学モデルから学習過程に合わせた強調姿勢を導出し,これを提示することで人の学習効果が早まることをシミュレーションによって確認した.ロボット工学本年度の大きな目的であった,「運動の最適化」,および「道具の最適化」についてはその計算アルゴリズムの確立,および検証まで行っており達成できた.特に,胸骨圧迫のモデルに関して検討を行い,これまでの結果に対して,リンク系の自由度の観点から再検討を行い,より人間の動きを反映したモデルへと修整を行った.また,胸骨を圧迫するタイミングを設計変数とするために,時間の最適化法を実装し,さらに,背負う重りの位置,実現法を検討し,これら全てを設計変数とする最適化アルゴリズムを提案した.また,最適化された重りを実装した場合としない場合の比較から,重りを実装することで胸骨圧迫が楽に行えることを確認した.

今後は,社会実装を目指して実際の講習会の現場に使用可能なシステムの構築を行う.ただし,本年度の計画であった人の運動計測装置については検討の余地がある.当初は加速度センサやジャイロセンサを用いてポータブルなシステム設計を行う予定であったが,センサのキャリブレーションなどから実際の場での使用は不向きであること判断し当初購入予定であったセンサの購入を見合わせた.その代替案として光学式の簡易モーションキャプチャを用いることを検討しており,本年度はKinectを購入してデータI/O,PCとの接続に関して検討した.特に,Kinect内部に設定されている人モデルを胸骨圧迫のための人モデルへの変換方法,リアルタイムでの実装に主眼を置く.提案する胸骨圧迫訓練法を実際の現場に反映させることに主眼を置く.そのために,東京防災救急協会の協力をお願いし,実装に至るための検討を実施する.実際の現場(講習会)で使用するためには,簡易システムでのモーションキャプチャが必要であり,さらに,取得データに基づいた目標姿勢の更新を即座に計算する必要がある.そこで,今後はシステム開発と更新アルゴリズムの構築を行う.簡易モーションキャプチャシステムは,本年度購入したKinectをベースとし,さらに,圧迫力を計測するための力センサ,それらのデータを取得するノートPCからなる.更新アルゴリズムに関しては,これまでの手法は人の身体力学モデルに基づいており,その強い非線形性から多くの計算量を要しているが,これを変化量のみを扱うようにし,数回の練習で目標の運動を実施可能とするための学習アルゴリズムとする.また,訓練者の身長・体重を数段階に分け,それらに合わせた最適な補助道具の設計も行う.本年度購入予定であったリンク姿勢角度センサ・無線傾斜センサはキャリブレーションに時間を要するため購入を見送った.また,その費用で補助道具の設計を計画したが,今年度は運動訓練用ジャケット(ジャケットに重りを入れるもの)を使用したため安価に納まった.今年度使用したジャケットは,重りの位置や配置によって重心位置が大きく変化し,所望のものに調整するには多くの時間を費やすことが判明しており,次年度はこの補助道具の設計に繰越金を使用する予定である.
暗号および符号に関連する数論的関数とゼータ関数の研究

情報通信に不可欠な「誤り訂正符号」には、純粋数学と関連をもつテーマがいくつかある。本研究期間においては、そのようなテーマの一つである「線型符号のゼータ関数」および関連する数学について研究を行なった。これは誤り訂正符号の理論と整数論の境界に位置するテーマである。具体的には、線型符号に対して定義される「重み多項式」に類似の多項式である"formal weight enumerator"の探索とそのゼータ関数の性質を調べることであり、新しい多項式の系列発見などの成果が得られた。本研究は、暗号、符号の数論的構造を、ゼータ関数を中心として解明することを目的としている。関連するゼータ関数には、Duursmaによる符号のゼータ関数や、代数体のDedekindゼータ関数などがある。本年度は、剰余位数分布問題に関する計算を主に進めた。まず、2以上で完全h乗数でないような整数aを取る。またpを奇素数として、aのZ/pZの乗法群における位数をD_a(p)で表す。これがいわゆる剰余位数である。なおこの群は、離散対数暗号を構成するときに使われる群であり、ここに暗号とのつながりが見いだせる。研究代表者らは以前、剰余類に沿ったD_a(p)の分布を調べることに成功していた。つまり、D_a(p)をkで割るとl余る素数pの自然密度Delta_a(k,l)を考察し、ある場合に、Dedekindゼータ関数に対するRiemann予想(一般Riemann予想)の仮定のもと、Delta_a(k,l)を決定した。さらに、この問題の「2変数版」も研究した。それは、群Z/pZの乗法群の代わりに、Z/pqZの乗法群(p,qは異なる奇素数)を取って、同様の剰余位数D_a(pq)を考えるものである。この場合、D_a(pq)をkで割ってl余る素数p, qの組(p,q)の自然密度をGamma_a(k,l)で表す。研究代表者らは、aのsquare-free部分が奇数の場合にGamma_a(4,l)を決定することに成功している(l=0,2の場合は無条件、l=1,3の場合は一般Riemann予想のもとで)。本研究では、さらにaのsquare-free部分が偶数の場合に、Gamma_a(4,l)を決定することを目標としており、ある種のガロア群の作用で決まる係数の決定が、一部終了した。本年度は、符号のゼータ関数に関連した研究を行なった。これは、符号の重み多項式の母関数と言えるものであり、代数曲線のゼータ関数に似た性質をもっている。そしてリーマン予想も定式化できる。しかし、代数曲線の場合と違って、符号のゼータ関数がリーマン予想を満たすための条件はまだはっきりと確定されていない。例えば、「extremal自己双対符号はリーマン予想を満たすだろう」という予想がDuursmaにより提出されているが、一部の系列に対してしか、この予想の正しさは証明されていない。さらに、extremalでなくてもリーマン予想を満たす符号も実在する。したがって、リーマン予想を満たす符号の特徴づけは、このテーマの最重要問題であり、また、extremal自己双対符号以外にリーマン予想を満たす符号の系列を発見することも、大いに意義のある問題である。本年度の研究は、符号のゼータ関数の類似である、formal weight enumeratorsのゼータ関数に関する考察を行なった。Formal weight enumeratorsは、実在の符号の重み多項式に非常によく似ているが、MacWilliams変換を施すとマイナスの符号がつくところが実在の符号の場合と異なっている。本年度は、新たなformal weight enumeratorsの系列発見の第一段階として、ある種の不変式環の構造を決定することができた。リーマン予想を満たす不変式の実例がこの年度のうちに複数見つかっており、これはよい成果と判断できるため。本年度は主に符号のゼータ関数の研究を行なった。符号のゼータ関数は、1999年にIwan Duursmaによって発見されたもので、数あるゼータ関数の中でも大変歴史の新しいものであり、その意味で最先端のテーマである。また、情報理論への応用がある符号理論と、純粋数学である整数論で扱われるゼータ関数の両方が登場するという意味で、応用数学と純粋数学の境界領域にあり、大変興味深いテーマである。筆者は10年以上前からこのテーマを手掛けているが、その過程で、符号のゼータ関数は、実在の符号が存在しなくても、重み多項式が与えられれば構成できることに注目していた。さらに、符号とは関連しないがほぼ平行に議論でき、類似の結果が成り立つような多項式の族が存在することもわかっていた。これは数論としてはまことに興味深い現象といえる。本研究期間中も、主としてこの側面に焦点を当てた研究を行なった。具体的にはformal weight enumeratorと呼ばれるある種の不変式、そして符号には関係しないがMacWilliams変換で不変となる多項式に関するゼータ関数とそのリーマン予想に関する研究である。この方向で、新しく興味深い事実がいくつか見つかった。まず一つは、新しいformal weight enumeratorの系列が複数発見されことである。もう一つはそのリーマン予想に関するもので、ある種の系列に対してはDuursmaが提起した問題とはやや違う現象が観察されたことである。

さらに、一部の系列に関しては、不変式環としての構造決定も行なった。期間中の比較的初期の段階で次の問題につながるよい発見ができたため、そこから新たな成果がまた生まれるという結果にもなり、大変実りの多い期間となった。これはまた、在外研究の機会により研究時間が大幅に増えたことにもよる。本研究期間においては、誤り訂正符号に関連するテーマである「線型符号のゼータ関数」とその周辺について研究を行なった。具体的問題はformal weight enumeratorのゼータ関数とそのリーマン予想である。Formal weight enumeratorは、小関道夫氏によって符号および数論の世界に導入された。それは符号理論において重要なType II codeの重み多項式ときわめてよく似た性質をもつものである。筆者はかつて、小関氏のformal weight enumeratorの系列(Type II formal weight enumeratorと呼ぶことにする)に対してもゼータ関数が定義でき、そのリーマン予想に関して、Type II codeと同様の現象が観察されることを報告した。すなわち、Type II codeの場合に類似の関数等式が成立してリーマン予想を考察することができ、extremalな多項式に対してはリーマン予想が成り立つという予想が導かれた。本研究期間では、この方向をさらに追及する研究を行なった。つまり、Type II formal weight enumerator以外のdivisibleformal weight enumeratorの系列探索である。その結果、古典的によく知られているq=2,3,4以外の値に対しても、divisible by 2であるformal weight enumeratorが存在することがわかった(例えばq=4/3)。このようなqは実在の線型符号とは関係しないが、重み多項式レベルで言えば、ぜひ考察の対象とすべきものであり、大変意義深い発見であると言うことができる。情報通信に不可欠な「誤り訂正符号」には、純粋数学と関連をもつテーマがいくつかある。本研究期間においては、そのようなテーマの一つである「線型符号のゼータ関数」および関連する数学について研究を行なった。これは誤り訂正符号の理論と整数論の境界に位置するテーマである。具体的には、線型符号に対して定義される「重み多項式」に類似の多項式である"formal weight enumerator"の探索とそのゼータ関数の性質を調べることであり、新しい多項式の系列発見などの成果が得られた。前述のガロア群の作用で決まる係数は、計算がなかなか困難であるが、現在のところ特別に大きな障害には出会っておらず、計算を進めることができているため。今後も、現在研究中の不変式環について、その詳しい構造決定や、リーマン予想を満たす系列の発見に努力する。困難が生じた場合は、数値実験により傾向をつかみ、目指すべき方向を修正するほか、組み合わせ論、群論に詳しい専門家に意見を求めて困難を回避する。
半導体ナノスピントロニクス

従来の半導体物性に「スピン」という新しい自由度をもたらす様々な材料や構造が作製されるようになり、スピン機能を利用したデバイス実現へ向けた多くの基礎研究が行われるなど、これまで半導体ではあまり意識されなかったスピンを積極的に利用しようという研究が、ここ数年急速に進展している。本企画調査は、「半導体ナノスピントロニクス」分野およびその関連分野の研究者を集め、半導体や磁性体と半導体の複合構造中のスピンが関与する物性・機能およびその応用に関する研究成果について、集中的に討議することにより「半導体ナノスピントロニクス」の基本的な理解を深め,新しいスピン制御デバイスヘの応用の可能性を拓くことを目的として行われた。具体的には、平成14年12月19,20日に仙台国際センターにおいて「半導体中のスピン現象とその応用」に関する総合的な研究会(Physics and Application of Spin-related Phenomena in Semiconductors ; PASPS-8)を開催し、磁性原子を添加した半導体のバルク結晶や薄膜、磁性体と半導体から成る複合構造、非磁性半導体の量子構造、それらを微細加工した「スピントロニクスナノ構造」を対象に、(1)材料・構造の作製に関する材料科学、(2)キャリアスピン、磁性原子のスピン、光の間の相互作用に起因した光・電子物性,(3)キャリアあるいは磁性原子のスピンと伝導電子との相互作用に起因した電気伝導物性、(4)非磁性半導体中に注入・励起されたキャリアスピンのスピン緩和・スピンコヒーレンスなどのスピン物性、(5)以上述べた種々のスピン依存現象の応用可能性、に関して理論、実験、デバイス応用など様々な面からの研究課題を、口頭発表・ポスター発表形式で議論し、「半導体ナノスピントロニクス」と呼ばれる新分野の基盤技術を固めるとともに、21世紀の新しいエレクトロニクスに向けた我が国における研究コミュニティーを形成することができた。
パルスを情報伝達担体とする超低電力１００ＧＨｚ級超伝導量子デジタルシステムの探求

本研究では、パルス駆動回路(単一磁束量子(SFQ)回路、半磁束量子(HFQ)回路)を用いた高速低消費電力のメモリ及びマイクロプロセッサプロトタイプを構築することを目的としている。2018年度では、(1)パルス駆動回路の設計最適化手法、(2)HFQ回路の基本素子となる磁性ジョセフソン接合・回路技術、(3)高速化に向けた高臨界電流密度ジョセフソン接合技術、(4)電磁波配線の細線化ならびに三次元実装技術を中心に研究を進めた。(1)については、信号の到来時刻の推定精度を向上させ、配線長を考慮した概略配線手法を提案した。また、クロック信号とデータ信号と統合して、総配線量を低減する回路設計手法を提案し、信号の統合と分離に必要な回路を示した。(2)に対応し、HFQ回路では、ジョセフソン電流と超伝導位相差の関係が、従来とは反転するpiジョセフソン接合が必要となる。この接合は、強磁性体の交換相互作用を利用して具現化できる。そこで、Nb/PdNi/Niの超伝導-強磁性体-超伝導(SFS)ジョセフソン接合、ならびにPdNiとNbの間にトンネル障壁を設けたSFISジョセフソン接合において、特性のPdNi膜厚依存性を調査した。piシフトが観測されており、現在は集積回路化に向け、従来のSFQ回路との融合技術を着手している。(3)の高臨界電流密度化を実現するため、原子層堆積装置とNb・Moスパッタ室、および6元スパッタ室をクラスター化した新規装置を導入した。現在、立ち上げ中であり、デバイス再現性と歩留まりの評価を進めている。(4)に関連し、3次元実装に向け、高密度バンプを介したフリップチップデバイスを設計、作製し、チップ間の超伝導接続を実証した。また、3次元パラメータ抽出ツールと電磁界シミュレータを立ち上げ、超伝導遅延線の伝送特性を解析するとともに、実験においてそれらの伝送特性を評価した。研究実績の欄では、スペースの関係で触れられなかったが、半磁束量子(HFQ)回路の数値解析は大きな進展があり、回路設計のガイドラインを作成させた。これは既にある程度設計技術が確立された単一磁束量子(SFQ)回路の要素を置き換えることで、HFQ回路が具現化できることを示したもので、今後の回路開発の大きな指針となる。同時に、回路の振る舞いが明確となり、低消費電力化や高速化の定量的な議論が可能となった。従来のジョセフソン接合による集積回路上に磁性ジョセフソン接合を形成する技術を開発した点も計画以上の進展である。これにより、半磁束量子回路のメモリなどの構成の目途が立った。一方、従来のジョセフソン接合の高臨界電流密度化については、装置改造の納入遅れもあり、現時点でも条件抽出中とやや遅れ気味である。ただし、集積回路自身は別装置で作製もでき、従来の臨界電流密度を持つSFQ回路のテスト自身は順調に進んでいる。磁性ジョセフソン接合については、別の装置搬入の関係で、成膜できない時間が生じたこともあり、想定より2か月ほど遅れての研究進捗となる。ただこれも、今後の研究に大きな影響を与えるものではない。そのほかはほぼ計画通りである。以上より、「おおむね順調に進展している。」と自己評価する。高速マトリクスメモリ、低消費エネルギーパルス駆動回路としての半磁束量子回路の実験的な取り組みを本格的に取り組む。そこでは、磁性ジョセフソン接合(pi接合)と通常のジョセフソン接合(0接合)による量子干渉素子(0-pi SQUID)が鍵を握る。最初のステップとして、半磁束量子単位の周期で動作する量子干渉計を実証する。同時に、従来のジョセフソン接合による集積回路上に磁性ジョセフソン接合を形成する技術をベースに、メモリセルと論理回路の実証を図る。設計技術としては、遅延時間制御を最優先に自動配線を行うツールを開発する。これを用いて、マイクロプロセッサの試作を行う。並列演算では、配線が占める面積が相対的に増大する。この影響を回避するために、配線(ストリップ線構造導波路)の細線化を図る必要がある。2019年度は、層間絶縁膜の膜厚の変更等も視野に、細線化とビット誤り率の関係を調査する。パルス駆動回路のさらなる高速化に向け、0接合の高臨界電流密度化が必要となる。これには新たに導入した装置を用い、安定したトンネル障壁層の形成を図る。これは、ジョセフソン接合自身の出力インピーダンスを向上させることから、ストリップ線構造導波路の細線化につながる。オンチップ測定手法等によって、高周波信号伝送特性を評価する。また、単一磁束量子(SFQ)回路とメモリチップを、face-to-faceで三次元実装し、SFQ信号に伴うパルスの伝送特性を評価する。量子雑音が古典的計算に与える影響実験的に解析するために、0-0-pi SQUIDによる1/2分周回路を試作し、評価する。量子雑音が熱雑音よりも大きい環境の創出のために、希釈冷凍機を導入する。これは、量子計算機との融合の基礎実験の意味も持つ。高度なノウハウが必要なため、2019年度は、冷凍機の立ち上げと動作させるスキルの習熟度を上げる努力をする。

2018年度では、(1)パルス駆動回路の設計最適化手法、(2)HFQ回路の基本素子となる磁性ジョセフソン接合・回路技術、(3)高速化に向けた高臨界電流密度ジョセフソン接合技術、(4)電磁波配線の細線化ならびに三次元実装技術を中心に研究を進めた。(1)については、信号の到来時刻の推定精度を向上させ、配線長を考慮した概略配線手法を提案した。また、クロック信号とデータ信号と統合して、総配線量を低減する回路設計手法を提案し、信号の統合と分離に必要な回路を示した。(2)に対応し、HFQ回路では、ジョセフソン電流と超伝導位相差の関係が、従来とは反転するpiジョセフソン接合が必要となる。この接合は、強磁性体の交換相互作用を利用して具現化できる。そこで、Nb/PdNi/Niの超伝導-強磁性体-超伝導(SFS)ジョセフソン接合、ならびにPdNiとNbの間にトンネル障壁を設けたSFISジョセフソン接合において、特性のPdNi膜厚依存性を調査した。piシフトが観測されており、現在は集積回路化に向け、従来のSFQ回路との融合技術を着手している。(3)の高臨界電流密度化を実現するため、原子層堆積装置とNb・Moスパッタ室、および6元スパッタ室をクラスター化した新規装置を導入した。現在、立ち上げ中であり、デバイス再現性と歩留まりの評価を進めている。(4)に関連し、3次元実装に向け、高密度バンプを介したフリップチップデバイスを設計、作製し、チップ間の超伝導接続を実証した。また、3次元パラメータ抽出ツールと電磁界シミュレータを立ち上げ、超伝導遅延線の伝送特性を解析するとともに、実験においてそれらの伝送特性を評価した。研究実績の欄では、スペースの関係で触れられなかったが、半磁束量子(HFQ)回路の数値解析は大きな進展があり、回路設計のガイドラインを作成させた。これは既にある程度設計技術が確立された単一磁束量子(SFQ)回路の要素を置き換えることで、HFQ回路が具現化できることを示したもので、今後の回路開発の大きな指針となる。同時に、回路の振る舞いが明確となり、低消費電力化や高速化の定量的な議論が可能となった。従来のジョセフソン接合による集積回路上に磁性ジョセフソン接合を形成する技術を開発した点も計画以上の進展である。これにより、半磁束量子回路のメモリなどの構成の目途が立った。一方、従来のジョセフソン接合の高臨界電流密度化については、装置改造の納入遅れもあり、現時点でも条件抽出中とやや遅れ気味である。ただし、集積回路自身は別装置で作製もでき、従来の臨界電流密度を持つSFQ回路のテスト自身は順調に進んでいる。磁性ジョセフソン接合については、別の装置搬入の関係で、成膜できない時間が生じたこともあり、想定より2か月ほど遅れての研究進捗となる。ただこれも、今後の研究に大きな影響を与えるものではない。そのほかはほぼ計画通りである。以上より、「おおむね順調に進展している。」と自己評価する。高速マトリクスメモリ、低消費エネルギーパルス駆動回路としての半磁束量子回路の実験的な取り組みを本格的に取り組む。そこでは、磁性ジョセフソン接合(pi接合)と通常のジョセフソン接合(0接合)による量子干渉素子(0-pi SQUID)が鍵を握る。最初のステップとして、半磁束量子単位の周期で動作する量子干渉計を実証する。
出会い頭事故の原因分析と再発防止-視認性向上による交通管理システム再設計-

交通事故の1/4を占める出会い頭事故の大半は生活道路無信号交差点で発生、主因はカーブミラー視認性不全、再発防止策は人間工学3原則に基づく「見える化」促進、ローテク・ローコストのカーブミラー調整で事故削減する事を多発交差点で確認した。俯角1度の微調整で視認距離10m、視認時間1秒も変動する事実を3DCGシミュレーションで発見、全国219万本カーブミラーの総点検と改善を目標に視認性向上簡便マニュアル作成の基礎を固めた。本研究は、依然全国90万件強の事故の1/4が出会い頭事故である事実を受け止めて、事故自体減少を目的に、ローコスト、ローテクで交差点視環境改善と融合した交通管理システム確立を目指すフィールド研究である。過年度研究で横浜市鶴見区芦穂崎地区及び港北区新吉田の約50無信号交差点のカーブミラー約100枚強の視認性を評価、芦穂崎約70%、新吉田約80%とミラー過半数は危険と判明した。筆者提案の「カーブミラー人間工学設置要件3項目:(1)鏡面内道路位置、(2)鏡像死角、(3)距離感支援路面表示」の評価と出会い頭事故件数の相関が高い事も判った。これを受けて道路管理者は交通管理者と連携し、鶴見区芦穂崎地区のミラーを点検、主に鏡面角度調節による鏡面内道路位置改修と鏡像に歪みのある鏡面交換を実施し(2006-6)、事故減少効果を確認した。県警本部が提供した事故速報で改修前(1998-2005)の年平均9.6件(計77件18年)が改修後は3件に減少した事を確認した(2006・10)。継続的データの検証は要るが、改修効果は部分的だが明白である。ただ、鏡面内死角要因改修は未着手であり、直接視界を補うカーブミラーが死角で見えないのは最大矛盾であり、安全最優先の改修が急務である。本来、出会い頭事故は直接視界改善で解決するのが筋である。交差点視環境改善のフィージビリティ調査を鶴見地区で試みた所、住民から隅切り設置に協力的な反応があり、行政・地域の協力で視環境改善が加速、事故削減への期待が高まった。筆者提案で行政面で国・地方レベルの合同会議が設立(2006-10、筆者座長)され、全国219万本のカーブミラー改修の全国展開検討が始まった。都内200台のタクシーに搭載した映像記録型ドライブレコーダで収集した113件のニアミス類型分析で、出会い頭事故件数がトップ2にランクされ、事故統計と整合した。GPSデータから交差点細部分析が可能で、ミラー機能不全との相関関係を分析するなど広範な分析が可能との展望を得た。本研究は依然全国83万件強の事故の1/4が出会い頭事故である事実を直視し、事故の減少を目的に、ローコスト、ローテクで交差点視環境改善と融合した交通管理システム確立を目指す。過年度研究で既存カーブミラーの70-80%は視認性が劣り、特にミラー鏡像死角は出会い頭事故と相関が高い事が判った。対策として「カーブミラー人間工学3原則:(1)鏡面内道路位置、(2)鏡像死角、(3)距離感支援路面表示」を反映したミラー点検・補修を提案、横浜市道路管理者は鶴見区芦穂崎地区で実施、交通管理者は事故削減効果を確認した(2006-10)。更に、取り付けアームをせり出すなどの工夫で鏡面内死角も消去(2007-8)、安全性改善は明白となった。「道路反射鏡設置指針」(1980)の改善提案を視野に入れ、点検・補修工事の全国展開で、全国219万本(国民55人に1本)ミラーの中、視認性不全が原因で発生する出会い頭事故を削減できる見通しがついた。迅速な実施を目標に人間工学原理を反映した現場向き調整法を開発し道路管理者に提案する。日本自動車研究所(つくば市/茨城県城里)模擬市街地/低μ路を用いたカーブミラー視認性実験と取付け諸元とカーブミラー像再現の3次元CGシミュレーションを併用して評価と補修の関係を整理した。新たに、組み立て式携帯型カーブミラーを考案、ミラーの俯角・水平角を迅速正確に測定・調整する方法の開発と、LED3個直列式高輝度光源を自作し、現場で交差点から約100m範囲をカバーするミラー角度調整作業の標準化を進めた。その結果、僅か数度の取り付け角度微調整で視認範囲が大きく変動する関係を特定した。都内200台のタクシーに装着した映像記録型ドライブレコーダで収集したイベント(>0.4Gトリガー)数万件のデータを分析すると、出会い頭事故は常に上位ランクにあり、GPS測位データから交差点を構造分析し、ミラー機能不全との相関を見るなど立体的分析が可能となっている。原因究明と共に再発防止策を運転者側から分析する事が容易になり、本研究課題解決に有効に活用した。

1具体的成果交通事故(2008)は77万件、負傷者95万人、死者5155人共に減少傾向にあるが、追突と出会い頭事故が1/4ずつで全体の5割以上を占める構造は依然不変で深刻である。今回、住民と行政の要望を受けて出会い頭事故頻発交差点(横浜市)を例にシミュレーションソフトを用いたカーブミラー検証と現地実験を実施、成果を得た。(1)カーブミラー設置最適解シミュレーション:従来、現場設置は担当者の経験に頼っていた。カーブミラー新設又は補修(全国219万本の安全付加価値改善)両面で、交差点内水平位置、取付高や角度(俯角、水平角)を3DCGソフト活用により事前検討する実用手順を完成した。(2)実験用ミラーによるフィールド実験:乗用車で搬送可能な自作携帯組立式カーブミラーを活用した簡便設置法を確立した。シミュレーション結果を反映し、実験用ミラーで非優先側から見た優先側道路の視認距離を最大化する最適設置案を確認した。シミュレーション結果と実験用カーブミラー鏡面像との一致度は高かった。(3)ミラー角度微調整と鏡像変化:3DCGシミュレーションで、俯角を1度変えるだけで視認距離が10mも増える関係を発見した。これは生活道路に多い法定速度40km/h道路では視認時間1秒増加を意味し、事故未然防止上有意な差である。(4)実車代替電池式高輝度LED3直列光源:路上で実車を使わないでカーブミラー性能を検証するローコストで人間工学的なミラー角度調整用光源を独自開発し、実用性を確認した。2意義と重要性(1)シミュレーションは軽敏な方法であり、再現性が高く、有効な手法である。(2)カーブミラーを調節することで視認性を向上させ、事故を減らせることが分かった。(3)既設安全装置であるカーブミラーをCG技術を応用した簡便法で首尾良く補修することで交差点視環境が向上し、出会い頭事故削減及び円滑な交通実現に貢献する。
TDP-43発現低下における、fthⅠmRNAへの影響の解析

ALSの病理組織にて認められるタンパク質であるTDP-43は、神経細胞において伝令RNAの軸索内輸送に関わっていると言われている。本研究は、レンチウイルスを用いて遺伝子操作を行い、マウス胎児脳から採取した神経細胞のTDP-43発現を低下させ、同細胞内の細胞体・軸索、各分画におけるfthImRNAの動態に与える影響を調べ、ALSの発生機序について探索するものである。
がん免疫における生体内免疫寛容制御機構の解明

生体は自己のがん細胞に対して免疫寛容となっている。しかしながら、免疫寛容維持と破綻の分子機構は明らかではなく、その解明はがん免疫制御において重要な研究課題である。我々は最近、T細胞副刺激分子であるOX40が免疫寛容破綻に直接的に関与する可能性を示した。そこで、OX40シグナルによるT細胞免疫寛容破綻機構の解明を目的として、本研究を実施した。CD25陽性CD4陽性制御性(Treg)T細胞はT細胞活性化を抑制することにより、生体の免疫寛容を維持する。マウスにおいて人為的にその細胞集団を除去すると、自己免疫発症を促すばかりでなく、がん免疫を増強することが知られている。Treg細胞が恒常的にOX40を発現することから、Treg細胞機能とOX40シグナルに何らかの関連性があると考え、OX40L発現抗原提示細胞(APC)存在下でのTreg細胞機能を検討した。その結果、野生型マウス由来APC存在下ではT細胞活性化抑制効果を発揮したTreg細胞が、OX40L-Tgマウス由来APC存在下では全く抑制効果が発揮できないことを見いだした。さらに、OX40L-Tg-RAG2欠損マウス(各組織にOX40L高発現したリンパ球欠損マウス)にTreg細胞と通常のCD4陽性T細胞を移入したところ、in vivoにおいても抑制機能が発揮できないことが分かった。他のグループの報告によりTreg細胞関連免疫寛容ががん免疫をも抑制することが明らかにされていることから、人為的OX40刺激によりがん免疫を増強できる可能性が高い。実際に、マウスにメラノーマ細胞を移植・腫瘍形成後に、腫瘍内にウイルスベクターを用いてOX40L遺伝子を導入すると、腫瘍増殖速度が著しく抑制されることが分かった。OX40刺激はがん免疫を増強することが明らかになった。
コロナ放電によるよどみ流れ場に置かれた弦の自励的横振動

コロナ放電に伴う線電極の自励的横振動の発生メカニズムの解明を目指して,本研究では,線対平板電極系における固定線電極からのコロナ放電により形成される低レイノルズ数のよどみ流れ場に着目した.第一に,固定線電極直下流側に非導電性の弦を置くと,弦に自励的横振動が発生することを実験により定量的に確認した.すなわち弦の張力を変化させることにより弦の横振動の固有振動数を10種類程度変えて実験を行った結果,弦に発生する自励的横振動は,その振動数が常に基本固有振動数のみからなる.またコロナ放電発生時に印加電圧が低い範囲では,平板電極に平行な横振動が発生する.これらより,非導電性の弦は,コロナ放電に伴うその周辺流体のよどみ流れ,つまりコロナ風による流体力に起因して,自励的横振動が励起されるものと推定される.第二に,この推論を流体力学的に検討するため,まず固定線電極周囲に発生する非定常なよどみ流れ場を定量的に測定した.すなわち,よどみ流れ場全体の様相をParticle Image Velocimeterにより計測し,固定線電極近傍の一点における流れの時間的変動を二次元レーザードップラー流速計により測定した.その結果,線電極と平板電極との間には,線電極の左右に対称な渦が形成され,印加電圧の上昇と共に不安定となり,水平方向に周期的な揺らぎの発生が明らかになった.また以前に線電極の自励的横振動発生原因の一つと考えられていた,線電極後流内の渦の発生とその剥離は観察されなかった.さらにこの対称渦の形成と周期的な揺らぎの発生は,二次元非定常流れを支配するナビア・ストークス方程式を,MAC法をもちいた有限差分により数値的に解いた結果,理論的にも再現された.以上,本研究では,コロナ風による線対平板電極間のよどみ流れ場において,線電極直下に置かれた非導電性の弦の自励的横振動は,線電極と平板電極との間に発生する左右対称な渦の不安定化によることが明らかになった.コロナ放電に伴う線電極の自励的横振動の発生メカニズムの解明を目指して,本研究では,線対平板電極系における固定線電極からのコロナ放電により形成される低レイノルズ数のよどみ流れ場に着目した.第一に,固定線電極直下流側に非導電性の弦を置くと,弦に自励的横振動が発生することを実験により定量的に確認した.すなわち弦の張力を変化させることにより弦の横振動の固有振動数を10種類程度変えて実験を行った結果,弦に発生する自励的横振動は,その振動数が常に基本固有振動数のみからなる.またコロナ放電発生時に印加電圧が低い範囲では,平板電極に平行な横振動が発生する.これらより,非導電性の弦は,コロナ放電に伴うその周辺流体のよどみ流れ,つまりコロナ風による流体力に起因して,自励的横振動が励起されるものと推定される.第二に,この推論を流体力学的に検討するため,まず固定線電極周囲に発生する非定常なよどみ流れ場を定量的に測定した.すなわち,よどみ流れ場全体の様相をParticle Image Velocimeterにより計測し,固定線電極近傍の一点における流れの時間的変動を二次元レーザードップラー流速計により測定した.その結果,線電極と平板電極との間には,線電極の左右に対称な渦が形成され,印加電圧の上昇と共に不安定となり,水平方向に周期的な揺らぎの発生が明らかになった.また以前に線電極の自励的横振動発生原因の一つと考えられていた,線電極後流内の渦の発生とその剥離は観察されなかった.さらにこの対称渦の形成と周期的な揺らぎの発生は,二次元非定常流れを支配するナビア・ストークス方程式を,MAC法をもちいた有限差分により数値的に解いた結果,理論的にも再現された.以上,本研究では,コロナ風による線対平板電極間のよどみ流れ場において,線電極直下に置かれた非導電性の弦の自励的横振動は,線電極と平板電極との間に発生する左右対称な渦の不安定化によることが明らかになった.線対平板電極系において,コロナ放電により誘起された,低レイノルズ数の非定常よどみ流れの発生した状況を確認したのち,線電極周囲の流れをレーザー・ドップラー流速計により測定した.その結果,数値計算により予測されたように,線電極後流に発生する双子渦は剥離しないことが確認された.しかし,系の広域の流れ場には線電極の左右に2つの大きな渦が形成され,電極間の印加電圧を上昇させコロナ風の流速が速くなると,これらの大きな渦の揺らぎが実験により発見された.すなわち,コロナ放電に伴う線電極の自励的横振動の発生原因として,従来から流体力の影響が無視できないとされてきたが,具体的には,"この大きな渦の不安定性が線電極の自励的横振動と係わりを持つ可能性か高い"ことが示された.また,このときの流速は,数値計算で予測された流速の半分程度であるが,オーダー的には同程度であることも確認された.コロナ放電に伴う線電極の自励的横振動の発生メカニズムの解明を目指して,本研究では,線対平板電極系において固定線電極からのコロナ放電により形成される低レイノルズ数のよどみ流れに着目した.

第一に,固定線電極直下流側に置かれた非導電性の弦に,自励的な横振動が発生することを実験により定量的に確認した.すなわち弦の張力を変化させることにより弦の横振動の固有振動数を変動させ実験を行った結果,いずれの場合に対しても弦は単一の固有振動数で横振動する,またコロナ放電発生時に印加電圧が低い範囲では,平板電極に平行な横振動が発生する,これらより,非導電性の弦は,コロナ放電に伴うその周囲のよどみ流れ,つまりコロナ風による流体力に起因して,自励的横振動が励起されたものと推定される.第二に,固定線電極周囲のよどみ流れ場の非定常性を定量的に調べるため,よどみ流れ場全体の様相をParticle Image Velocimeter(PIV)により計測し,固定線電極近傍の一点における流れの時間的変動を二次元レーザードップラー流速計(LDV)により測定した.その結果,線電極と平板電極との間には,線電極の左右に対称な渦が形成され,印加電圧の上昇と共に不安定となり,水平方向に周期的な揺らぎが発生することが明らかになった、さらにこの対称渦の形成と周期的な揺らぎの発生は,二次元流れ場を記述するナビア・ストークス方程式をMAC法により数値的に解くことにより,理論的にも再現された.以上,本研究では,コロナ放電によるよどみ流れ場に置かれた非導電性の弦は,コロナ風による流体力に起因して自励的横振動を起こし,流体力は線電極と平板電極との間に発生する左右対称な渦の不安定化によることが明らかになった。