hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イオン液体の潤滑作用への超熱原子状酸素照射による影響のin-situ測定

近年,イオン液体の超低蒸気圧,化学的安定性,適度な粘度によって宇宙用の潤滑液体として利用することが期待されている.一方,低地球軌道に存在する超熱原子状酸素によって高分子材料を中心に激しく劣化されることが明らかになっているが,イオン液体へ反応性やトライボロジー特性に及ぼす影響は全く未明である.本研究ではレーザープラズマ型超熱原子状酸素発生装置内に具備されたトライボメーター用いて,超熱原子状酸素照射によるイオン液体のトライボロジー特性への影響について調べた.その結果,2.5e20 atoms/cm2の超熱原子状酸素の照射によってもイオン液体のトライボロジー特性には影響がないことが明らかとなった.近年,イオン液体の超低蒸気圧,化学的安定性,適度な粘度によって宇宙用の潤滑液体として利用することが期待されている.一方,低地球軌道に存在する超熱原子状酸素によって高分子材料を中心に激しく劣化されることが明らかになっているが,イオン液体へ反応性やトライボロジー特性に及ぼす影響は全く未明である.本研究ではレーザープラズマ型超熱原子状酸素発生装置内に具備されたトライボメーター用いて,超熱原子状酸素照射によるイオン液体のトライボロジー特性への影響について調べた.その結果,2.5e20 atoms/cm2の超熱原子状酸素の照射によってもイオン液体のトライボロジー特性には影響がないことが明らかとなった.イオン液体は,熱安定性,超低蒸気圧,適度な粘度,また優れた摩擦特性から,次世代の宇宙環境用潤滑液体として期待されている.しかしながら,GPS衛星や宇宙ステーションが飛行する高度200kmから700kmの低地球軌道(low Earth orbit;LEO)における主な残留大気成分である原子状酸素に対する耐性が全く明らかになっていない.そこで本研究では,地上で低地球軌道の原子状酸素環境(単位時間当たり照射量:10e15 atoms/cm2以上,原子状酸素平均並進エネルギー:5eV)を模擬できる超熱原子状酸素ビーム装置を用い,原子状酸素照射化のin-situで摩擦実験を行い,摩擦特性の変化と,イオン液体の劣化の関係を明らかにし,劣化反応の抑制法について開発を試みる.本年度は,実験の整備,予備的な実験,および耐摩耗性とイオン液体のアニオンによる鉄腐食を防ぐための酸化グラフェンの添加に関する研究を行った.主たる実験装置である超熱原子状酸素ビーム装置とその真空チャンバー内で動作する真空摩擦試験機の整備を終えている.また予備実験として,原子状酸素照射しないでイオン液体を滴下して,基板としてSUS304,ボールとしてSUJ2を用いて,面圧約3.0GPaの高面圧で実験を行った.用いたイオン液体は一般的に市販されている,[EMIM+][BF4-],[BMIM+][BF4-],[MOIM+][BF4-]を用いた.摩擦実験の結果,摩擦係数に関してあまり変化が無かったが,10万回の摩擦後に摩擦痕を観察すると,炭化水素基の比較的長い,[BMIM+][BF4-],[MOIM+][BF4-]で摩擦痕周辺に変色が見られた.これはイオン液体のアニオンによるトライボケミカル反応で基板のSUS304が化学的な劣化を受けたためと思われる.しかし,この化学的な劣化は酸化グラフェンを分散することで解消された.イオン液体は,熱安定性,超低蒸気圧,適度な粘度,また優れた摩擦特性から,次世代の宇宙環境用潤滑液体として期待されている.しなしながら,GPS衛星や宇宙ステーションが飛行する高度200kmから700kmの低地球軌道(low Earth orbit;LEO)における主な残留大気成分である原子状酸素に対する耐性が全く明らかになっていない.そこで本研究では,地上で低地球軌道の原子状酸素環境(単位時間当たり照射量:10e15 atoms/cm2以上,原子状酸素平均並進エネルギー:5eV)を模擬できる超熱原子状酸素ビーム装置を用い,超熱原子状酸素照射によるイオン液体の摩擦特性への影響を調べた.照射および摩擦実験は超熱原子状酸素ビーム装置とその真空チャンバー内で動作する真空摩擦試験機を用いて行った.研究当初,照射を行いながら摩擦試験を行っていたが,摩擦力に全く変化がなかった.それゆえ,照射は途中で摩擦を止めて67500shots, 82500shots, 95700shotを照射し,合計2.5×1020atoms/cm2の照射を行った.総照射量は高度にも依るが,おおよそ低地球軌道に23日曝露されたのと一致する.しかしながら,同一条件で大気中,真空中で摩擦を行ったものと摩擦係数はほとんど変化がなかった.さらに実験後の摩擦痕についても真空中とほとんど変わらず,フーリエ変換赤外分光でイオン液体を分析した時も,何もしていないアズレシーブドのイオン液体と,真空中および真空中で超熱原子状酸素を照射したイオン液体で差異は見られなかった.これらの結果から,低地球軌道に23日曝露されても,超熱原子状酸素照射のみではイオン液体の摩擦特性は影響を受けないことが明らかとなった.機械要素設計・トライボロジー超熱原子状酸素ビーム装置ならびにその真空チャンバーで動作する摩擦試験機の整備は終わり実験できる状態である.

ただ,イオン液体が蒸発する成分を特定する質量分析器による測定が,原子状酸素ビームを照射した時の真空度が極度に落ちるため,現状では同一のチャンバー内で使用できない.摩擦試験機を動作させるだけであれば問題ない.それゆえ,原子状酸素ビームを照射してある程度イオン液体を劣化しておき,そこで摩擦試験機を動作させて,質量分析器の測定を行うことにする.イオン液体はカチオンの炭化水素基が長い場合,摩擦するだけでトライボケミカル反応により摩擦痕周辺が化学的な劣化を受ける.おそらく摩擦痕内部も同様な反応で劣化が生じ,摩耗が増大していると思われる.これを防ぐために前年度に酸化グラフェンをイオン液体に分散させて,このトライボケミカル反応を抑えることに成功した.本年度は,原子状酸素を照射しながら摩擦実験を行い,イオン液体のカチオンの炭化水素基長さによる差異,アニオンの種類による差異,原子状酸素照射量による差異,そして酸化グラフェンを加えた時の差異について研究を行う.前年度,真空中で使用する摩擦試験機の整備に時間がかかり、摩擦試験の回数が多くなかった.それゆえイオン液体の購入量が多くなく,全体として費用差が生じた.前年度購入しなかったイオン液体を今年度購入する.
脳損傷後のリハビリテーションによる皮質脊髄回路網形成を促進させるメカニズムの解明

これまでげっ歯類を用いて中枢神経損傷後の運動機能回復機序として,皮質脊髄路が新たな神経回路網を形成することで運動機能を代償することを明らかにしてきた。しかし,げっ歯類とヒトを含めた霊長類とでは皮質脊髄路の構造が異なることが知られている。ヒトやサル(マカク)では皮質脊髄路の一部が直接脊髄の運動ニューロンに結合することで細かい指の動きを可能としているのに対し,げっ歯類ではそのような直接回路は存在しない。そのため,げっ歯類を用いた神経回路研究では,その後の霊長類を用いた研究が重要であると考えられる。そこで,サル脊髄損傷を用い以下に着目して研究を行った。1.脊髄損傷により完全に皮質脊髄路が切断された後でも,自然経過に伴い運動機能の回復はみられるのか。2.一度切断された皮質脊髄路は,自然経過に伴い神経可塑性変化はみられるのか。1.については,脊髄損傷直後より約3ヶ月間継続して行動学的解析を行った。その結果,損傷直後には著しく低下した運動機能は,自然経過とともに徐々に回復がみられた。詳細な解析を行った結果では,粗大な動きは比較良好な回復を示したが,指の巧緻性などの機能障害は顕著に残存した。このことは,指の巧緻動作には皮質脊髄路が重要な役割を担っていることを意味している。2.神経可塑性変化の解析では,脊髄損傷後10日目と150日目の皮質脊髄回路網を可視化して比較した。その結果,損傷後10日目では,損傷部以下での皮質脊髄路はほとんど観察されなかったが, 150日目ではその数が増加しており,その一部は直接運動ニューロンに結合していることが明らかとなった。このことは,一度切断された皮質脊髄路が自然経過とともにその軸索枝を伸長・分岐させ新たな神経回路網を形成することで一部の機能回復をもたらしていることを意味している。これらの結果より,成熟したサル中枢神経においても,代償性に神経回路網形成が起こり,運動機能回復に寄与する可能性が示唆された。当初,計画していたげっ歯類モデルを用いた代償性神経回路網形成については,論文公表を行うことができた。そのため,対象をげっ歯類から霊長類へ変更して研究を継続した。その結果,ヒトと類似した神経回路構造をもつ霊長類で新たな知見を得ることができ,その内容を学会で報告することができた。研究当初は,げっ歯類を用いて脳損傷後におこる代償性神経回路網形成のメカニズム,特にリハビリテーション作用に着目して研究を行った。その結果,脳損傷後のリハビリテーションが代償性神経回路網形成に及ぼす影響について明らかにすることができた。その後は霊長類を用いて,脊髄損傷後の皮質脊髄回路網形成について検討した。しかし,リハビリテーション作用による機能回復および代償性神経回路網形成についてまでは明らかにすることができていない。今後は,これらの関係性について検討を行っていきたい。我々は,これまで運動麻痺の新たな機能回復機序として,傷害から逃れた皮質脊髄路が新たに軸索枝を伸長・分岐し神経回路網を形成することを見いだしているが,脳損傷後,どのようなリハビリテーションがこの回路網形成を促進させるのかについては未だ明らかにされていない。本年度は,一側大脳皮質運動野の損傷後,患側前肢による単純な反復動作を行うリーチ動作(リーチ群)および両前肢の協調性が必要となるrotarodトレーニング(rotarod群)をリハビリテーションとして設定し両群の運動機能の回復過程を比較し,そのリハビリテーションが機能回復に及ぼす影響について検討した。その結果,脳損傷+rotarod群は有意に前肢機能が回復されたが脳損傷+リーチ群ではその機能回復が同じ動作能力の回復のみに制限された。次に,代償性神経回路網の定量化を行った。非損傷側の皮質脊髄路を順行性トレーサーで可視化し,頸髄領域で正中線を越えて障害側へ伸長・分岐させた神経軸索数をカウントした。その結果,脳損傷+rotarod群では,有意に神経軸索枝を伸長・分岐させることが分かった。このことは,脳損傷後の両前肢の協調的トレーニングが頸髄領域での代償性神経回路網形成を効果的に促進させるリハビリテーションであることを示している。しかし,脳損傷+リーチ群では脳損傷のみ群に比べ有意な差はみられなかった。これらの結果から,脳損傷後に施す両前肢の協調的トレーニングは,代償性神経回路網形成を促進させ運動機能を効果的に回復させるリハビリテーションであることを示すものとなった。

その結果,損傷直後には著しく低下した運動機能は,自然経過とともに徐々に回復がみられた。詳細な解析を行った結果では,粗大な動きは比較良好な回復を示したが,指の巧緻性などの機能障害は顕著に残存した。このことは,指の巧緻動作には皮質脊髄路が重要な役割を担っていることを意味している。2.神経可塑性変化の解析では,脊髄損傷後10日目と150日目の皮質脊髄回路網を可視化して比較した。その結果,損傷後10日目では,損傷部以下での皮質脊髄路はほとんど観察されなかったが, 150日目ではその数が増加しており,その一部は直接運動ニューロンに結合していることが明らかとなった。このことは,一度切断された皮質脊髄路が自然経過とともにその軸索枝を伸長・分岐させ新たな神経回路網を形成することで一部の機能回復をもたらしていることを意味している。これらの結果より,成熟したサル中枢神経においても,代償性に神経回路網形成が起こり,運動機能回復に寄与する可能性が示唆された。初年度に立てた研究計画の実施項目を全て明らかにすることができた。さらに現在は,詳細な研究を追加する段階に入っており,当初の予定よりスムーズに研究を進めることができている。当初,計画していたげっ歯類モデルを用いた代償性神経回路網形成については,論文公表を行うことができた。そのため,対象をげっ歯類から霊長類へ変更して研究を継続した。その結果,ヒトと類似した神経回路構造をもつ霊長類で新たな知見を得ることができ,その内容を学会で報告することができた。これまで,脳損傷後におこる代償性神経回路網形成について,特にリハビリテーションが及ぼす作用について明らかにしてきた。今後は,これまで明らかとなった現象に関与する因子の探索ならびに脊髄内での介在ニューロンの役割を詳細データとして蓄積していきたい。リハビリテーション効果による因子の探索は,その同定が難しいことが考えられるが,これまでvitroやvivoで得られているデータをもとにその関係性を明らかにしていきたい。研究当初は,げっ歯類を用いて脳損傷後におこる代償性神経回路網形成のメカニズム,特にリハビリテーション作用に着目して研究を行った。その結果,脳損傷後のリハビリテーションが代償性神経回路網形成に及ぼす影響について明らかにすることができた。その後は霊長類を用いて,脊髄損傷後の皮質脊髄回路網形成について検討した。しかし,リハビリテーション作用による機能回復および代償性神経回路網形成についてまでは明らかにすることができていない。今後は,これらの関係性について検討を行っていきたい。
原子薄膜を用いた電気的極性可変トランジスタの開発

集積回路の消費電力低減が期待される極性可変トランジスタの実現のためには、真性半導体材料に電子と正孔の両方が注入される必要がある。この目的で最適な遷移金属ダイカルコゲナイド系半導体材料としてα相二テルル化モリブデンに着目し、この物質におけるフェルミ準位ピンニングが弱いこと、即ちコンタクトの金属種を変えることで電子と正孔の両方の注入が可能になることを明らかにした。これにより、極性可変トランジスタにおいてこれまで問題であったn型とp型の駆動電流値のアンバランスの問題が解消される。将来の低消費電力集積回路の主要要素と期待される極性可変トランジスタを実現するために、遷移金属ダイカルコゲナイド原子薄膜半導体のデュアルゲートトランジスタの研究開発を行っている。本年度はその初段階として、本研究課題の用途に最適な遷移金属ダイカルコゲナイド原子薄膜半導体材料の選定と、更には金属-半導体接合を形成するコンタクトからの電荷注入特性を詳細に調べた上で、選定された半導体材料に対するコンタクトに最適な金属種の選定に注力した。その目的で、遷移金属ダイカルコゲナイド原子薄膜半導体材料である二テルル化モリブデンの示す両極性に注目し、複数種の金属材料とのショットキー接合を形成し、電荷の注入特性の評価を詳細に行った。これは特に、ほぼ真性の半導体である二テルル化モリブデンに対して、電子と正孔の両方を注入可能にすることを目的としている。一連の実験の結果から、仕事関数の小さなチタンとの接合に対して電子の注入特性が良好であること、逆に仕事関数の大きな白金との接合に対して正孔の注入特性が良好であることが明確となった。また、仕事関数がこれらの金属の中間に位置する金属に対しては、電荷の注入特性は劣ることを見出したが、これはショットキー接合における金属側のフェルミ準位の位置から想定された通りの結果である。これらの結果を元に、極性可変トランジスタの実現において最適な遷移金属ダイカルコゲナイド原子薄膜半導体材料とコンタクトの金属種の組み合わせとして、二テルル化モリブデンと、チタン(n型)ー白金(p型)の組み合わせが最適であるという結論に至った。これらの組み合わせにより、チタンと白金を並列したハイブリッドコンタクトを二テルル化モリブデンに対して形成し、ゲート制御に応じて電子と正孔の両方が注入されることを確認した。目的のトランジスタ構造と動作原理を実現するためのボトルネックの一つと想定されていた、ショットキー接合からの電荷の注入特性の問題に対して、非常に良好な解決への道筋を、本年度における研究から見出すに至った。これは、特に半導体と金属との接合おいてに共通して現れる問題であるフェルミ準位ピンニングが、二テルル化モリブデンにおいては非常に弱くしか現れないという、計画段階で想定した以上の結果を得たことに起因する。このフェルミ準位ピンニングが弱いことで、ショットキー接合を通じた電荷注入過程におけるショットキー障壁のトンネリングを増大する必要性が大きく減少したのであり、コンタクトの設計が想定以上に単純化できる見通しが得られた。更に、得られた結果から、真性半導体に対してゲート制御によって電子と正孔の両方が注入可能となるハイブリッドコンタクトも、当初の計画通りに実現するに至った。また、これらのコンタクトを備えたトランジスタの試作において、次の重要な検討課題となるゲート絶縁膜との積層構造を最適化するための検討にも着手した。これは特に、六方晶窒化硼素やグラフェンとの積層構造を構築するためのものであり、手動にて積層プロセスを行う技術を得つつあるなど、概ね計画通りに進行している。情報処理技術における消費電力削減に向けた新しいトランジスタ技術開発の取り組みとして、遷移金属ダイカルコゲナイド原子薄膜半導体という新しい材料の導入、及びデュアルゲート型の極性可変トランジスタという新しい動作原理のトランジスタ技術の構築に取り組んでいる。これまでに、この目的に対して最適な遷移金属ダイカルコゲナイド半導体材料の検討・選定を行い、数ある材料の中からα相の二テルル化モリブデン(MoTe2)が最適であることを確認していた。特に、MoTe2におけるフェルミ準位ピンニングがある種の金属に対して弱いため、その結果電子注入と正孔注入の両方が比較的容易に実現することを解明した。その次のステップとして、このMoTe2を用いた極性可変トランジスタを形成するためには、ゲート電極からの静電制御にてショットキー接合のバンド変調を制御する必要があるため、ゲートスタックの検討を行った。その目的でMoTe2表面上にアルミナ(Al2O3)等を原子層堆積法にて形成したところ、酸化膜がMoTe2に対して強く電子ドープしてしまうことが判明した。この問題を回避するためには、より安定した高品質な絶縁膜が必要であるが、特に極性可変トランジスタ動作のためには極めて薄い絶縁膜であることが重要である。そこで、安定した薄膜構造であり原子レベルで平坦な表面を有する六方晶窒化硼素(hBN)を劈開したものとの積層構造を構築する技術の確立を行った。特に、原子数層の原子膜を透明なポリマー膜上に貼り付けて、光学顕微鏡にて観察しつつマイクロマニピュレータにて精密に相対的な位置を制御しながら対象の原子膜上にhBNを貼り付けることで、任意の原子薄膜どうしを積層するという技術を構築した。これらの結果を今後の極性可変トランジスタ試作に活用していく。新しいアイデアのトランジスタ構造の構築に向けた要素技術の検討として、特に重要かつ難関となると予想されたゲート絶遠膜及び金属コンタクトの技術開発に関して、概ね計画通りに進捗している。

特に遷移金属ダイカルコゲナイド半導体と金属コンタクトの間に形成されるショットキー障壁の制御の問題を、MoTe2において見出された非常に弱いフェルミ準位ピンニングの効果を十分に活用することで解決可能と明らかにしたことは、本研究における重要なブレークスルーであったと言える。これに加えて、ゲート絶遠膜および閾値制御の技術構築が必要となるが、現在までに原子層堆積法による酸化物の使用が閾値制御の観点からは更なるドーピング技術が要求される問題点を抽出したが、酸化物の代わりとなり得るhBNの閾値への影響については、十分弱いとの予想通りであることの十分な確証を得ることが次なる課題である。以上のように、最終目的とする極性可変トランジスタ構造を構築し、その動作を実現していくための要素技術の構築は順調に進展しており、概ね計画通りの進捗である。これまでに確立してきたショットキー接合からの電荷注入における電荷の極性制御に加えて、ゲート絶縁膜の形成とそれに伴うキャリアドープの影響について検討を重ねた。これまでに、原子層堆積によるアルミ酸化膜の形成による強い電子ドープの影響が問題となることが判っていたが、特にこのプロセスにおいて前駆体として水を用いることの影響が大きいと推測された。そこで、当初の想定通りに六方晶窒化硼素をゲート絶縁膜として用いる検討を行った。このために、光学顕微鏡システムにマニピュレータ制御により位置を精密に設定できる機構を取り付けて、数ミクロン程度の原子膜どうしを貼り合わせる機構を構築した。これによって六方晶窒化硼素の極薄膜をMoTe2に貼り付ける手法を確立した。しかし、貼り付けた原子膜の安定性、とくにその後のプロセス等における原子膜の剥がれ、特に六方晶窒化硼素上に形成したゲート電極の剥がれ、更にはMoTe2チャネルの電気特性の劣化等の問題が見いだされて、今後の検討課題となった。研究期間全体を通じて、遷移金属ダイカルコゲナイド系原子薄膜を用いた極性可変トランジスタの開発を行った。まず、両極性が比較的顕著であったMoTe2が本研究の目的では最適な物質であること、特に電子と正孔の両方が注入可能となるショットキー接合の形成にはこのMoTe2が現状で唯一の解であり、金属の選択によって注入電荷の極性制御が可能であるというることを世界に先駆けて明らかにした。これは電子と正孔の両方を注入する必要がある極性可変トランジスタにおいては決定的に重要な要素技術である。更にゲート絶縁膜とトランジスタの閾値制御についてはMoTe2に特有の問題を解決する必要があることが明らかになった。集積回路の消費電力低減が期待される極性可変トランジスタの実現のためには、真性半導体材料に電子と正孔の両方が注入される必要がある。この目的で最適な遷移金属ダイカルコゲナイド系半導体材料としてα相二テルル化モリブデンに着目し、この物質におけるフェルミ準位ピンニングが弱いこと、即ちコンタクトの金属種を変えることで電子と正孔の両方の注入が可能になることを明らかにした。これにより、極性可変トランジスタにおいてこれまで問題であったn型とp型の駆動電流値のアンバランスの問題が解消される。当初の計画に従って、次年度は遷移金属ダイカルコゲナイド原子薄膜半導体とゲート絶縁膜等との積層構造の検討を行う。
マイクロチップ検出器を用いる界面活性剤のクロマトグラフ法の自動化

界面活性剤(AS)は洗剤などに含まれており、その消費量の増大に伴い環境水汚染源の一つとなっている。従来のASに対する分析法としては溶媒抽出/吸光光度法などがあるが、有害な有機溶媒を多量に用いることや、操作が煩雑で分析に時間を要することなどの欠点があるため、これらの欠点を改善する新たな分析法の確立が求められている。そこで本研究では、試料及び廃液の微量化・分析時間の高速化・省スペースが可能なASイオンセンサを組み込んだマイクロチップ検出器と、試料がμL単位で測定可能で、PC制御により全自動分析が可能なシーケンシャルインジェクション分析法およびクロマトグラフ法と組み合わせたASの自動・分離分析法の検討を行った。1.目的陰イオン性界面活性剤(AS)による環境汚染状況を広範囲にわたって正確に把握するためには、簡便で高感度な化学計測システムの開発が不可欠である。そこで、今年度は、高性能微小ASイオンセンサを組み込んだマイクロチップ検出器(MD)の性能をシーケンシャルインジェクション分析(SIA)法により検討した。2.実験ASイオンセンサ、Ag/AgCl線を組み込んだMDはワイヤーをテンプレートとしてポリスチレン板より作製した。ASの定量のためのSIAプロトコールは以下のようである。シリンジポンプからキャリヤー溶液(1×10^<-2>MLiClを含むpH4.0緩衝溶液)をホールディングコイル(HC)とMDに送液後、試料溶液を6ポートセレクションバルブからHCへと送液した。その後、HC内でキャリヤー溶液と試料溶液を拡散混合させ、MDに送液した。試料溶液であるドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(NaDBS)溶液導入後のASセンサとAg/AgCl電極間の電位差を、イオンメータによりピーク状信号として測定した。3.結果と考察ASイオンセンサを組み込んだMDの応答感度(ピーク高さ及びスロープ感度)に及ぼすキャリヤー溶液と試料溶液の体積比、及びそれらの量の影響をSIA法により検討した。試料溶液とキャリヤー溶液の合計体積は1250μLとした。その結果、キャリヤー溶液1208.3μL、試料溶液41.7μLの場合において、MDはNaDBSに対して最も良好な電位応答を示し、3×10^<-6>M3×10^<-4>MのNaDBS溶液に対して約60.0mV/decadeのネルンスト的応答を示した。分析速度は1試料あたり7分であった。今後、本SIAシステムのNaDBSに対する検出感度を向上させるため、濃縮チップを組み込んだSIAシステムの検討を行う予定である。1.目的今年度は、高性能な微小陰イオン性界面活性剤(AS)イオンセンサを組み込んだマイクロチップ検出器(MD)を用いるASのシーケンシャルインジェクション分析(SIA)法を検討した。2.実験SIAシステムは、2台のシリンジポンプ(SP)、ホールディングコイル(HC)、6ポートセレクションバルブ、MD、イオンメータ(IM)、記録計およびパーソナルコンピュータ(PC)からなる。キャリヤー溶液及び試料溶液の送液は、SPとSVをPC制御して行った。試料溶液には、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(NaDBS)溶液を、キャリヤー溶液には1×10-^2M LiBrを含むpH4.0緩衝溶液を用いた。まずSIA IIのHCにキャリヤー溶液を満たした後、空気、試料溶液の順に吸引を行った。この試料溶液を濃縮カラム(CC)に一定量送液し、CC内に試料溶液を吸着させた。吸着後の溶液を廃棄した後、SIA IのHC内をキャリヤー溶液で満たし、続いて空気と溶離剤であるアセトニトリルを吸引した。その後アセトニトリルをCCに送液し、吸着させた試料溶液を溶離させた。この溶離溶液をSIA IIのHC内でキャリヤー溶液と拡散混合させMDに送液し、試料溶液導入後のASセンサとAg/AgCl電極間の電位差を、IMによりピーク状信号として測定した。3.結果および考察ASの濃縮率に及ぼすCCへの送液速度の影響を検討した。10^<-6>M NaDBS溶液1250μLをCCに濃縮させ、75wt%アセトニトリル62.5μLで溶離させた。分析時間を考慮してMDへの送液速度として20.8μL/sを用いた。次にASの濃縮率に及ぼすCCへ導入する試料溶液の体積の影響を検討した。種々の体積の10^<-6>M NaDBS溶液をCCに濃縮させ、75wt%アセトニトリル62.5μLで溶離させた。NaDBSの濃縮倍率を理論的濃縮率と比較した結果、MDの試料溶液導入体積を2500μLとした。

以上の条件下において、開発したSIA法により、CCを用いることで、1×10^<-7>M3×10^<-6>Mの濃度範囲のASが濃縮、溶離の時間も含めて1試料当り15分の分析速度で自動分析できた。1.マイクロチップ検出器(MD)を用いるシーケンシャルインジェクション(SIA)法を用いて、試薬液の組成や試料溶液のホールディングコイルへの注入量,送液速度などを検討して、陰イオン性界面活性剤(AS)の定量のための最適条件を見いだした。2. SIAIIのホールディングコイル(HC)にキャリヤー溶液を満たした後、空気、AS溶液の順に吸引を行った。この試料溶液を濃縮カラム(CC)に一定量送液し、CC内に試料溶液を吸着させた。吸着後の溶液を廃棄した後、SIAIのHC内をキャリヤー溶液で満たし、続いて空気と溶離剤であるアセトニトリルを吸引した。その後アセトニトリルをCCに送液し、吸着させた試料溶液を溶離させた。この溶離溶液をSIAIIのHC内でキャリヤー溶液と拡散混合させMDに送液し、試料溶液導入後のASセンサとAg/AgBr電極間の電位差を、イオンメーターによりピーク状信号として測定した。3. ASの濃縮率に及ぼすCCへの送液速度の影響を検討した。AS溶液1250 μLをCCに濃縮させ、75wt%アセトニトリル62.5μLで溶離させた。分析時間を考慮してMDへの送液速度として20.8μL/sを用いた。次にASの濃縮率に及ぼすCCへ導入する試料溶液の体積の影響を検討した。種々の体積のAS溶液をCCに濃縮させ、75wt%アセトニトリル62.5μLで溶離させた。ASの濃縮倍率を理論的濃縮率と比較した結果、MDの試料溶液導入体積を2500μLとした。以上の条件下において、開発したSIA法により、CCを用いることで、1×10ー7M3×10ー6Mの濃度範囲のASが濃縮、溶離の時間も含めて1試料当り15分の分析速度で自動分析できた。また、河川水中に加えた既知濃度のASの回収率は90-110%であり、本法はこの種の実試料に適用可能であることが分かった。開発したマイクロチップ検出器を用いるシーケンシャルインジェクション(SIA)法を用いて、試薬液の組成、濃度およびpHや試薬液のホールディングコイルへの注入量,送液速度などを検討して、界面活性剤の定量のための最適条件を見いだした。また、開発したマイクロチップを検出器とし、SIA法によって、廃水や河川水中の陰イオン性界面活性剤を定量できることが分かった。以上のことにより、研究の目的の達成度はおおむね順調である。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究において、開発したマイクロチップを検出器として用いるシーケンシャルインジェクション法による環境水中の界面活性剤の自動分析を行う予定である。すなわち、開発したマイクロチップを検出器とし、市販モノリスカラムを用いるシーケンシャルインジェクション法によって、廃水や河川水中の陰イオン性界面活性剤の分離定量を行い、従来法であるメチレンブルー法および高速液体クロマトグラフ法で得られた結果との比較を行う。
一般相対論における新しい数値解析方法の開発及び重力波の非線型動的現象の解析

1.一般相対論における新しい数値解析方法の開発.(1) Ashtekar形式の一般相対論における実数条件と拘束条件の整理.Ashtekarによって提案された一般相対論の接続表現方法を「3次元超曲面の時間発展」という立場から整理した.特に宇宙項を含む真空の時空の場合に注目した.我々は計量に実数条件を課す場合とトライアドに実数条件を課す場合の相違を明確にし,ゲージ拘束条件と実数条件を自動的に同時に満たす変数を発見した.(2) Ashtekar形式の一般相対論の数値解析への応用.従来のADM形式とAshtekar或いは修正Ashtekar形式を併用することで,これまでの数値解析では得られないゲージ条件を課し得ることを明らかにした.実際に球対称ブラックホール解を使ってゲージ条件の有用性を比較する数値プログラムを作製した.2.重力波の偏極状態の曲率表現方法の提案.重力波では,重力場の非線型相互作用によって2つの振動モードが互いに別のモードの振動を励起させる現象(重力波のFaraday効果)が見られることが知られている.我々はNewman-Penrose法で見ることにより,この現象を担うのはshearとワイルテンソルのCoulomb部分であることを明らかにした.また,3次元超曲面上のデータを用いて重力波の最大偏極方向を特定する方法を提案し,計量の成分を用いずに数値的に重力波のFaraday効果を表現した.3.トポロジカルインフレーションの数値解析.インフレーション宇宙モデルの初期値一般性問題に対して,最近「位相欠陥そのものがインフレーションを引き起こす」というシナリオが提案されている.我々は数値的手段を用いて,ドメインウォール・グローバルモノポール・Yang-Mills帯電したモノポール解について検討し,インフレーションを引き起こすモデルのパラメータ領域を明確にした.1.一般相対論における新しい数値解析方法の開発.(1) Ashtekar形式の一般相対論における実数条件と拘束条件の整理.Ashtekarによって提案された一般相対論の接続表現方法を「3次元超曲面の時間発展」という立場から整理した.特に宇宙項を含む真空の時空の場合に注目した.我々は計量に実数条件を課す場合とトライアドに実数条件を課す場合の相違を明確にし,ゲージ拘束条件と実数条件を自動的に同時に満たす変数を発見した.(2) Ashtekar形式の一般相対論の数値解析への応用.従来のADM形式とAshtekar或いは修正Ashtekar形式を併用することで,これまでの数値解析では得られないゲージ条件を課し得ることを明らかにした.実際に球対称ブラックホール解を使ってゲージ条件の有用性を比較する数値プログラムを作製した.2.重力波の偏極状態の曲率表現方法の提案.重力波では,重力場の非線型相互作用によって2つの振動モードが互いに別のモードの振動を励起させる現象(重力波のFaraday効果)が見られることが知られている.我々はNewman-Penrose法で見ることにより,この現象を担うのはshearとワイルテンソルのCoulomb部分であることを明らかにした.また,3次元超曲面上のデータを用いて重力波の最大偏極方向を特定する方法を提案し,計量の成分を用いずに数値的に重力波のFaraday効果を表現した.3.トポロジカルインフレーションの数値解析.インフレーション宇宙モデルの初期値一般性問題に対して,最近「位相欠陥そのものがインフレーションを引き起こす」というシナリオが提案されている.我々は数値的手段を用いて,ドメインウォール・グローバルモノポール・Yang-Mills帯電したモノポール解について検討し,インフレーションを引き起こすモデルのパラメータ領域を明確にした.
3次元地理情報システムを用いた琵琶湖湖底遺跡のデータベースの開発

本研究は平成10年の単年度で実施した。研究代表者の濱崎と研究分担者の中川は,91件の湖底遺跡,193点の関連文献,224点の出土遺物のデータベースを構築し、この湖底遺跡データベースに遺跡の3次元情報を付加し,3次元地理情報システム上で利用できるデータベースの構築を試み,平面的な位置情報だけでなく,高さ方向のパラメータを用いた分析を試みた。湖底遺跡データベースは,遺跡番号,地図番号,遺跡の名称,所在地,遺跡の種類,時代,立地,現状,備考,参考文献,出土遺物などの項目からなる。遺跡番号,地図番号,参考文献の数字は『平成7年度滋賀県遺跡地図』と則っている。湖底遺跡の位置は湖底遺跡の中心位置の座標を,緯度,経度で計測したもので,数値地図の50mメッシュのデータと整合させるため,度分秒から10進法に変換したものである。標高のデータは報告書に記載してあるものを抜粋したが,当初の調査では標高の記載のないものもあり,また,どの時代の遺構面もしくは包含層の記載なのか不明確なものもあり,標高のデータベースは一部不完全な部分がある。3次元地形モデルは,陸部を数値地図データ50mメッシュ標高のデータを変換して,ArcViewのシェイプ・ファイルを作成し,3次元データとしてテクスチャを貼りつけ,さらにAutoCAD MAP3用のファイルに変換し、利用した。湖底の地形は,湖沼図をもとに入力した。湖底遺跡の位置情報をもとに,3次元地形図の中に湖底遺跡のシンボルをプロットし,湖底遺跡データベースの属性とリンクした。このシステムを用いて,3次元表示が可能な湖底遺跡のデータベースを構築し,現水面からの深さから遺跡の沈下量などを視覚的に分析し,ある領域やある時代の沈下量や地盤変動の解析試みている。
風力利用に適する電圧形インバータ・誘導発電機システムに関する研究

本研究は小形,堅牢で経済的な誘導発電機と電圧形PWMコンバータおよびインバータを組み合わせた新しい発電システムに関し,発電効率の向上や出力電流波形の改善などシステムの高性能化を計るとともに,風力発電に応用する場合の制御方法について理論的および実験的な検討を行うことを目的とした.本研究の種な結果は次の通りである.1.発電機の効率改善のため, PWMコンバータで励磁される場合の誘導発電機の各種損失について詳細な検討を行った.特に,二次高調波銅損については,二次抵抗の周波数特性および一次電流の周波数スペクトラムより算出できること,その低減のためにはスイッチング周波数を高くして発電機の電流脈動を小とする必要があることを明らかとした.2.風速の変化に対して常に高効率で最大出力を得るため,発電機トルクを軸速度の二乗に比例させるとともに,磁束レベルを軸速度の3/2乗に比例させる最適制御法を検討し,その有効性を風車シュミレータを用いた実験により確認した.3.電力系統に力率1の正弦波電流を供給するため, PWMインバータにより発生する高調波をT形高域阻止フィルタの挿入により吸収する方式の検討を行った.この場合,フィルタのインダクタンスおよびコンデンサの共振のため過渡時に大きな振動電流が流れることが問題となったが,電流およびその変化率を帰還してインバータのPWM制御を行うことにより,安定で良好な電流波形を得ることができた.また,電流制御系の理論的な解析により最適な過渡応答を得るための帰還利得を明らかとした.4.風車を模擬した風車シミュレータにより誘導発電機を駆動し,本発電システムを風力発電に応用する場合の定常及び過渡特性を詳細に検討した.特に,過大な風速に対しては,風車のピッチ過度制御を併用することにより回転数の異常な上昇を防止でき,良好な過渡応答が得られた.本研究は小形,堅牢で経済的な誘導発電機と電圧形PWMコンバータおよびインバータを組み合わせた新しい発電システムに関し,発電効率の向上や出力電流波形の改善などシステムの高性能化を計るとともに,風力発電に応用する場合の制御方法について理論的および実験的な検討を行うことを目的とした.本研究の種な結果は次の通りである.1.発電機の効率改善のため, PWMコンバータで励磁される場合の誘導発電機の各種損失について詳細な検討を行った.特に,二次高調波銅損については,二次抵抗の周波数特性および一次電流の周波数スペクトラムより算出できること,その低減のためにはスイッチング周波数を高くして発電機の電流脈動を小とする必要があることを明らかとした.2.風速の変化に対して常に高効率で最大出力を得るため,発電機トルクを軸速度の二乗に比例させるとともに,磁束レベルを軸速度の3/2乗に比例させる最適制御法を検討し,その有効性を風車シュミレータを用いた実験により確認した.3.電力系統に力率1の正弦波電流を供給するため, PWMインバータにより発生する高調波をT形高域阻止フィルタの挿入により吸収する方式の検討を行った.この場合,フィルタのインダクタンスおよびコンデンサの共振のため過渡時に大きな振動電流が流れることが問題となったが,電流およびその変化率を帰還してインバータのPWM制御を行うことにより,安定で良好な電流波形を得ることができた.また,電流制御系の理論的な解析により最適な過渡応答を得るための帰還利得を明らかとした.4.風車を模擬した風車シミュレータにより誘導発電機を駆動し,本発電システムを風力発電に応用する場合の定常及び過渡特性を詳細に検討した.特に,過大な風速に対しては,風車のピッチ過度制御を併用することにより回転数の異常な上昇を防止でき,良好な過渡応答が得られた.
数学的な考え方の育成に焦点をあてた現職教員研修のための教材開発とその実証的研究

「数学的な考え方」を小学校教員が経験するために円の問題,整数の問題,相加平均相乗平均の問題,敷き詰めの問題,順序の問題,を開発し研修会での展開案を作成した。その上で,小学校で研修会を行い,その後の研究授業を通して研修会の成果を確認した。その結果,「統合的な見方」について,ある程度理解し,授業において既習事項と関連づけようとする教員の姿が見られた。その一方,統合的な見方に基づいた「深い学び」の捉え方の理解が難しいことが明らかになった。これは「数学的な考え方」を経験しても,その経験を算数科教材に読みかえることができず,また,児童の様子を「数学的な考え方」の視点で評価できないことを示している。本研究の目的は,算数科における「数学的な考え方」の育成に向けた現職教員研修のための教材を開発するとともに開発した教材の有効性を実際の研修会及び授業研究で検証し,現職教員研修の在り方について提言することにある。今年度は研究者や実践者によって様々な捉え方がなされている「数学的な考え方」について,算数・数学を専門的に研究したことがない小学校教員にも理解されやすいものとするために捉え直すことを行った。その結果,数学的な考え方については「『もっと簡単にしよう』(簡潔),『もっとわかりやすくしよう』(明確),『同じと見よう』(統合)という心情から発した動機を基に算数・数学を創造していく活動(行為)」と捉えることとした。そして,この算数・数学を創造していく活動を数学的なものとして支える要件として「算数の授業での既習の内容に置き換える」ことを重要視することとした.さらに,算数の授業において上記のことを具現化するための問いの視点を「解決の方法をよりよくする」「問題を解決した後に問題の本質的なことを明らかにしようとする」「問題を解決した後これまでに知っているものごととの関連を知ろうとする」の3点にまとめた。こうした,「数学的な考え方」の捉え直しを基に,上記のことを実際に小学校教員が経験できるようにするために円の求積の問題と整数の性質の問題についての研修会での展開案を考えた。なお,こうした実績を成果として発表するために,26年度早々に学会誌への投稿ができるように準備している。昨年度に明らかにした小学校教員を対象とした「数学的な考え方」の捉え方を基に,研修会のための円の面積の問題,整数の性質の問題,そして,順序の問題の展開案を開発した。そして,その一部は小学校教員の研修会において実施した。円の面積の問題については式の展開から簡単な求め方があることに気づき,それが,「同じものから同じものを引くと残りは同じ」となるユークリッドの原論にある原理に基づいていることに気付けるようにしたものである。また,整数の性質の問題は,条件に合う数を探究していくことによって,公倍数,公約数といった数について認識を新たにするというものである。さらに,順序の問題は多様な解き方に共通している原理を教師が明らかにすることの大切さに気付けるようにしたものである。なお,「数学的な考え方」の捉え方については弘前大学教育学部研究紀要にその成果を投稿した。また,開発した展開例については,今年度学会誌に投稿予定である。今年度は昨年度の成果を基に,さらに,数学的な考え方を育成する子供同士の交流活動を実現させるために,そのことを研修会で体験できるような教材とそれを使った展開案を考え,実践を行ってきた。具体的な教材は相加平均と相乗平均の違いを扱うものと,短距離走で追いこした人数を求めるものである。展開は,意図的に,それぞれの解答値が異なることや他者を説得することで葛藤する場面を設定する流れであったり,多様な解答例についての共通性を見出すことでその問題の本質に気付いたりするものを考えた。こうした,教材による研修会を受けた教員の感想は概ね良好なものであった。その一方,新学習指導要領の改訂に向けた中教審等の議論が平成27年度から活発になり,教育課程企画特別部会による「論点整理」等に見られるように,今後の教育の動向がどのようなものになるのか,先が不透明なものともなった。そこで,「数学的な考え方」そのものの動向も含めて,算数科の改訂を見極めるために,研究を1年延長し,新学習指導要領の改訂にできるだけ合わせた,教員研修の教材と展開案の開発をしていくこととした。新学習指導要領の改訂に向けた中教審等の議論が平成27年度から活発になり,教育課程企画特別部会による「論点整理」にも見られるように,今後の改訂の動向を見極めなければならなくなったため。研究最終年度では8月の中教審の審議のまとめ,12月の答申に基づき,アクティブ・ラーニングの視点(主体的で,対話的で,深い学び)を持って授業改善を行うための研修内容を追加した上で,東京都の学校と青森県県内の学校で研修会を行い,その後の研究授業を通して研修会の成果を確認した。その結果,数学的な考え方の核心である「統合的な見方」について,ある程度理解し,授業において本時の学習内容と既習事項とを関連づけようとする教師の姿勢は見られた。その一方で,小学校教員には「対話的学び」のイメージはつくものの,それを通して統合的な見方に基づいた「深い学び」をどのように捉えるのかについての理解が難しいことが明らかになった。これは,小学校教員が研修会で「数学的な考え方」を経験しても,その経験を算数科の教材に読みかえることができず,また,児童の授業の学びの様子を「数学的な考え方」の視点で評価できないということを示している。

したがって日々の授業が既習事項と本日の学習内容の関連を問うだけの形式的な流れを踏襲したものとなり算数科の授業の中で「深い学び」が実現できないという課題も明らかになった。こうした課題は,日々の授業において「深い学び」の視点を持って教師自身が授業実践を改善していくには,「数学的な考え方」を教師が経験すること,教材への理解を深めること,授業での児童の活動を「数学的な見方・考え方」の視点で評価すること,といった多様な事柄を有機的に連携させた教員研修プログラムが必要であることを明らかにした。「数学的な考え方」を小学校教員が経験するために円の問題,整数の問題,相加平均相乗平均の問題,敷き詰めの問題,順序の問題,を開発し研修会での展開案を作成した。その上で,小学校で研修会を行い,その後の研究授業を通して研修会の成果を確認した。その結果,「統合的な見方」について,ある程度理解し,授業において既習事項と関連づけようとする教員の姿が見られた。その一方,統合的な見方に基づいた「深い学び」の捉え方の理解が難しいことが明らかになった。これは「数学的な考え方」を経験しても,その経験を算数科教材に読みかえることができず,また,児童の様子を「数学的な考え方」の視点で評価できないことを示している。「数学的な考え方」の捉え方を明確にし,それに基づいて教材の展開案も開発できているので概ね順調に進展していると考えられる。教材と展開案の開発を進める。その一方では,新学習指導要領の改訂の方向を注視し,その方向に沿った,数学的な考え方の育成について明確にし,それを実現するために,教材と展開案の改善を行い,研修会で実践,省察,評価を行っていき,研究の成果をまとめていく。数学教育学今後は,開発した展開案がどの程度小学校教員の「数学的な考え方」についての認識に影響を与えたのかについて,研修会の様子の分析等調査を行い,その有効性を確かめると共に,新たな教材の展開案も考えていく。まず,「数学的な考え方」について小学校教員に理解されやすいものにするための捉え直しが行えたことが評価できる。そして,2つの教材についてその展開案が示せたことにより,残りの2年間で,さらなる教材の開発と共に,実際に研修会で開発した教材で実践しその成果を実証的に検証できることも順調に進んでいると評価できる理由である。新学習指導要領の改訂に向けた中教審等の議論が平成27年度から活発になり,教育課程企画特別部会による「論点整理」にも見られるように,今後の改訂の動向を見極めなければならなくなったため。当初予定していた,東京での研修会の実践,資料収集のための旅行,及び研究分担者との会議等の回数が,相手の校内事情等や分担者の事情(病気)で減ったため次年度への繰り越し金が生じた。新学習指導要領の改訂に向けた資料収集,小学校教員の実態把握のための資料収集,首都圏等の学校での研修会実施といった研究成果をまとめるために私用するさらなる教材の開発と共に,実際に研修会で開発した教材で実践しその成果を実証的に検証する。研修会は,地域の実態が異なる青森,東京で行い共通して見出されたものは何かを考察するようにする。また,教材の有効性の実証方法は,研修会直後のアンケート,及び,2ヶ月後のアンケートを同一教員に行い,研修会での経験が児童への授業改善につながったのかを調べていく。
近世小氷期の気候特性とその成因-近畿・東海地方の場合-

1.本年度には,先ず18世紀の天候記録を収集することから着手し,後半部については,ほぼ予定どおりの記録を収集し終えた.前半部については現在,なお収集整理中である.2.復元作業は資料の揃った18世紀後半について主として実施し,19世紀の結果につなげて,次のような成果がこれまでに得られている.(1)冬の寒さ18世紀の終り頃,特に1780年代(天明年間)には,30年平均値にして現在より約0.5°C程低い状態が認められる.これは1820年代前後の低温とほぼ同じ程度である.その間の1790-1810年の頃には,比較的暖冬であった.この結果は諏訪湖の御神渡りの見られなかった年の出現状況ともよく一致している.(2)冬の太平洋側の降水量18世紀の終り頃にはやや少ない傾向が認められる.この傾向は19世紀にも続き,1830年代頃から増加に向っている. (3)夏の暑さ8月の平均日最高気温の復元結果をみると,1780年代の低温傾向は顕著であり,1830年代よりも冷夏年の出現頻度が大きくなっている. (4)夏の乾湿条件1780年代は1830年代と並んで晴天日が少ない時代であった.ただし,顕著降水日は1830年代に比べるとやや少ない.1790年代から1820年代にかけては,晴天日の多い時代であり,旱魃の記録の多さからも,この時代の暑さが裏付けられる.3.以上から(1)1780年代を中心にした時代には,冬季に寒冷少雨・夏季に冷涼多雨. (2)19世紀初めには,冬季に厳寒少雨・夏季に酷暑少雨. (3)1830年代以後には,冬季に温暖多雨・夏季に冷涼多雨のパターンが卓越したことが推定できる.なお昨年(1993)の夏の天候推移は天保7(1836)年のそれと酷似しており,両年の大気大循環のタイプの類似性をうかがわせるものがある.1.本年度には,先ず18世紀の天候記録を収集することから着手し,後半部については,ほぼ予定どおりの記録を収集し終えた.前半部については現在,なお収集整理中である.2.復元作業は資料の揃った18世紀後半について主として実施し,19世紀の結果につなげて,次のような成果がこれまでに得られている.(1)冬の寒さ18世紀の終り頃,特に1780年代(天明年間)には,30年平均値にして現在より約0.5°C程低い状態が認められる.これは1820年代前後の低温とほぼ同じ程度である.その間の1790-1810年の頃には,比較的暖冬であった.この結果は諏訪湖の御神渡りの見られなかった年の出現状況ともよく一致している.(2)冬の太平洋側の降水量18世紀の終り頃にはやや少ない傾向が認められる.この傾向は19世紀にも続き,1830年代頃から増加に向っている. (3)夏の暑さ8月の平均日最高気温の復元結果をみると,1780年代の低温傾向は顕著であり,1830年代よりも冷夏年の出現頻度が大きくなっている. (4)夏の乾湿条件1780年代は1830年代と並んで晴天日が少ない時代であった.ただし,顕著降水日は1830年代に比べるとやや少ない.1790年代から1820年代にかけては,晴天日の多い時代であり,旱魃の記録の多さからも,この時代の暑さが裏付けられる.3.以上から(1)1780年代を中心にした時代には,冬季に寒冷少雨・夏季に冷涼多雨. (2)19世紀初めには,冬季に厳寒少雨・夏季に酷暑少雨. (3)1830年代以後には,冬季に温暖多雨・夏季に冷涼多雨のパターンが卓越したことが推定できる.なお昨年(1993)の夏の天候推移は天保7(1836)年のそれと酷似しており,両年の大気大循環のタイプの類似性をうかがわせるものがある.
実仮想統合生産のための協創型ワークベンチの構成法に関する研究

生産現場では,バーチャルリアリティ(VR)技術を用いて,設計・製作対象の共有や3次元的操作,臨場感のある3次元表示.模擬実験等を通じて,現場と同じ感覚で「もの」を創造できる,情報通信技術に基づいた仮想作業場の提供が,新製品早期開発のために強く要請されている。一方,構想設計段階で人間の両手が「もの」を表現・制作する過程は重要である。高精度センシング機能や触覚機能をもつ電子グローブ装置を用いて,手本来の表現能力を生かし,非専門家でも「体感経験」しながら「もの」の制作ができる人間指向インタフェースが求められている。本研究課題では,仮想環境でVRの空間インタフェース技術を用いて,もの造りを現実と同等に試行でき,その結果が実生産に直結できる協創型仮想ワークベンチの構成法に焦点を当てて,次の研究を実施した。(1)実仮想統合設計生産モデルとその構成法遠隔地の人々が,高速ネットワークやVRの技術を用いて,現実には製作困難な製品などを仮想環境内で協同で創造し,実生産に継ぎ目なく移行できる実仮想設計生産モデルとその構成法について,打上げ花火の設計・製造過程を題材として取り上げ,VRを基盤にして研究を行った。(2) 3次元仮想造形用感覚機能統合型インタフェースの実現法人間が両手で行うのと同様な方法で,両手電子グローブを用いて仮想物体の造形と3次元物体の形状入力を直観的操作で行うための手法とその実現法について,主としてジェスチャインタフェースの研究を行った。(3)協創型仮想環境の構築法両手ジェスチャインタフェースや象形的手振りを用いた大型画面上の3次元仮想環境を構築した。そして,現実世界では困難な作業を複数の人間が協同してやっていくことが可能な協創的な環境を試作し,幾つかの題材を用いて,試作した環境の有効性や効果について考察した。遠隔地の人々が,高速ネットワークやVRの技術を利用して経済的・物理的な制約や安全性により設計上の冒険が許されず,現実には製作が困難となる製品を仮想環境内で協同で創造(協創)し,実生産に継ぎ目なく移行できる実仮想統合生産のための作業台であるワークベンチの構成法について研究した。この問題の本質を含む実例として,打上げ花火システムを取り上げ,初年度は下記のように,一連の工程をVRにより支援するワークベンチをネットワーク環境下で構築し,最終的な実仮想統合生産モデル実現のための問題点の解明を試みた。(1)仮想打上げ花火システムVFWSの高速化・3次元化・分散化スタンドアロンの動作環境で試作してきたVFWSに,リアルタイム計算,3次元インタフェース,臨場感表示,遠隔協同作業機能などVRの本質的能力が発揮できない形態であったので,遠隔通信モジュール(遠隔臨場感通信:協同作業工程)の機能を新たに追加して,遠隔地にいる人々の間で協同作業を行うためのコミュニケーション機能,オブジェクトや画面の共有機能を実現し,生産現場や交渉場所が同一場所にあるかのような臨場感を創出できるようにした。(2)分散環境下での実現と検証(1)上述の拡張により,統合分散仮想環境で,花火師が新作花火などを設計し,打上げ,観察するという一連の作業が快適にかつ仮想的に行える構成と機能になっているかどうかを検証した。(2)花火師間あるいは遠隔地にいる顧客と花火師間で,花火打上げの計画,花火大会の予行演習などが協同で対話的に行える仮想作業空間を構築できる構成になっているかどうかを検証した。以上により,ネットワークで接続された分散環境下で遠隔協同作業が模擬できる協創型仮想ワークベンチを試作し,構成と機能を検証した。気心が知れた者が協同作業する生産現場では,対面の臨場感よりも,コンピュータの能力を最大限活用して,設計・製作対象の共有や3次元的操作,臨場感のある