hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
太陽光発電エネルギを利用した植物栽培システムの低コスト化に関する研究

本研究の目的は、養液栽培施設をはじめとする植物栽培施設において必要とされる電気的な負荷を、従来未利用であった太陽光発電エネルギにより供給し、施設を稼動させる上でのコストの低減化を図ろうとするものである。昨年度来の測定により、設置した太陽光発電システムの一日あたりの発電量(DC)は、季節や天候状態によって異なるが、平均で1.6kWh程度であった。これにより使用できる電力量(AC)は1.3kWh程度となるため、ポンプ(200W)では6.5時間、ファン(64W)では22時間の運転が可能であり、間欠運転により余剰電力が生じることが明らかとなった。本年度は、給液ポンプと通気用ファンを組み合わせた効率的な運転条件を検討するとともに、実際の栽培施設においての条件に照らし合わせた運転条件の試算を行った。組み合わせ運転条件としては、まず、給液ポンプをタイマーにより15分ON-45分OFFの間欠運転をさせ、ポンプ停止時に通気用ファンを30分運転させるサイクルを6:0019:00の間に行った。この運転条件では、消費電力量は0.91kWhとなり、朝夕の時間帯を考慮しても、本システムを用いての毎日の運転が可能であることが確認された。次に、ポンプ運転条件は変えず、ファンを温度条件によりON-OFFさせた(68月の夏季において設定温度2535°C)。その結果、消費電力量は0.72.3kWhとなり、設定温度が低いと1日の発電量ではまかなえなくなるため、換気用ファンの運転は温度条件とタイマー制御を組み合わせるなどの工夫が必要と考えられた。今回得られた条件を元に、実際のハウスを想定して、運転条件の試算を行った。一例として軒高5m、桁高3m、面積11×54m=594m^2のハウスにおいて、栽培面積が3×0.5m×128ベッド=192m^2とし,0.75kWのポンプを2基上記の条件で稼動させた場合を考えた。この場合、単位面積あたり15.6Wh/m^2の所要動力となり、今回用いたソーラーパネル面積(4.35m^2)の約23倍の面積が必要とされた。本システムでは13m^2程度の栽培面積をまかなえるものと考えられる。また,ファン1基あたりの換気率が0.81m^3/(m^2・h)となるため、10基のファンを稼動させるとして、必要消費電力量は0.64kWhとなった。この結果から、連続運転は困難であるが、34時間に1回の換気であれば、本システムで供給可能な値と考えられる。今回得られた結果は、植物栽培施設内のエネルギ負荷軽減や低コスト化、自然エネルギの有効利用を考える上でのひとつのデータとなるものと考えられる。今後はエネルギ有効利用の観点から、栽培施設内の冷房あるいは暖房を効率的に行うための地中熱交換のためのエネルギ供給源としての検討についても行っていく予定である。本研究では、施設栽培の低コスト化を図るために、未利用エネルギのひとつである太陽光発電エネルギを栽培施設で必要とされる電力の一部として供給することを目的とした。栽培施設内で電力を消費する装置・機器は多々あるが、その中でも本年度は養液供給用のポンプに着目し、試作した太陽光発電システムの供給電力でどの程度運転が可能か調査した。本研究で試作した太陽光発電システムには、多結晶シリコン製の太陽電池モジュール(G128、京セラ)4枚を用いた。システムは充放電コントローラ(F37、AXON)、インバータ(FI-S1500GRS、未来舎)、バッテリ(GPL-4D、ゼファー)で構成されており、モジュールからの発電量、バッテリー蓄電量、負荷電力量、温度、日射量等をロガー(キーエンス、NR-1000)を介して収録システム(SONY、PCG-R505Q)に記録した。モジュールの発電量は時期や天候状態に左右されるが、晴天時で概ね1.42.0kWh/dであった。充放電や変換ロスにより供給可能電力量は、1.01.6kWh/dとなった。使用した給液用ポンプ(CB-P80J、日立、AC100V)の所用電力は200Wであったため、発電システムにより、1日に58時間程度の運転が可能であった。次年度は、給液用ポンプの運転サイクルを検討すると共に、負荷として通気用ファン、天窓・側窓の開閉、養液冷却用の冷凍機、冬場の暖房用ヒータ等の所用電力を調査し、これらを組み合わせて制御するためのシステムを構築する予定である。本研究では、施設栽培の低コスト化の一手法として、未利用エネルギのひとつである太陽光発電エネルギを施設栽培で必要とされる電力の一部として供給することを目的としている。また、栽培施設内で電力を必要とする装置・機器の効率的な運転条件についても検討する。昨年度の実験結果から、設置した太陽光発電システムの発電量は概ね1.42.0kWh/d(晴天時)であり、AC変換後1.01.6kWh/dの電力が使用可能であった。本年度は、まず給液用ポンプとして200Wのポンプを接続し、運転条件を変えた場合の消費電力を調べた。運転条件は日中8:0016:00の間に連続運転した場合の他にON-OFFサイクルを15分-45分および30分-30分とした。連続運転の場合、一日の総発電量に対して消費電力量がほぼ一致し、余剰電力は生じなかった。

実際のリアルタイム発電でのポンプ稼働時間は5.03hであり、この間の消費電力は1.00kWhであった。リアルタイム発電でまかなえない時間帯はバッテリの補助電力が必要となった。いずれの運転条件の場合でも、日射が十分でない早朝と夕方の時間帯には、リアルタイム発電だけではポンプの運転はまかなえず、バッテリからの補助電力が必要であった。連続運転の場合は、3.5hの間補助電力が必要であった。ON-OFFサイクル15分-45分および30分-30分の場合の消費電力量とポンプ稼働時間は、それぞれ0.35kWhと1.75h,0.7kWhと3.5hであった。これらの間欠給液の場合、一日の総発電量に対して余剰電力が、それぞれ0.85kWh,0.5kWh程度生じた。この給液サイクルで生じた余剰電力をファンやモータ等の電量供給にまかなえると考えられる。そこで、換気用ファン(25W)を信号入出力装置を介して接続し、ポンプの間欠運転中に作動させた。ON-OFFサイクル15分-45分および30分-30分ともに、日中8時間連続してのファン作動が可能であった。今回は、ファンの容量が小さかったため電力供給が可能であったが、次年度は、容量をスケールアップした場合や複数台設置した場合について検討する。また、ファンは常時作動させたが、温度条件によってファンのON-OFF、側窓・天窓開閉用モータの作動についての検討も行う。本研究の目的は、養液栽培施設をはじめとする植物栽培施設において必要とされる電気的な負荷を、従来未利用であった太陽光発電エネルギにより供給し、施設を稼動させる上でのコストの低減化を図ろうとするものである。昨年度来の測定により、設置した太陽光発電システムの一日あたりの発電量(DC)は、季節や天候状態によって異なるが、平均で1.6kWh程度であった。これにより使用できる電力量(AC)は1.3kWh程度となるため、ポンプ(200W)では6.5時間、ファン(64W)では22時間の運転が可能であり、間欠運転により余剰電力が生じることが明らかとなった。本年度は、給液ポンプと通気用ファンを組み合わせた効率的な運転条件を検討するとともに、実際の栽培施設においての条件に照らし合わせた運転条件の試算を行った。組み合わせ運転条件としては、まず、給液ポンプをタイマーにより15分ON-45分OFFの間欠運転をさせ、ポンプ停止時に通気用ファンを30分運転させるサイクルを6:0019:00の間に行った。この運転条件では、消費電力量は0.91kWhとなり、朝夕の時間帯を考慮しても、本システムを用いての毎日の運転が可能であることが確認された。次に、ポンプ運転条件は変えず、ファンを温度条件によりON-OFFさせた(68月の夏季において設定温度2535°C)。その結果、消費電力量は0.72.3kWhとなり、設定温度が低いと1日の発電量ではまかなえなくなるため、換気用ファンの運転は温度条件とタイマー制御を組み合わせるなどの工夫が必要と考えられた。今回得られた条件を元に、実際のハウスを想定して、運転条件の試算を行った。一例として軒高5m、桁高3m、面積11×54m=594m^2のハウスにおいて、栽培面積が3×0.5m×128ベッド=192m^2とし,0.75kWのポンプを2基上記の条件で稼動させた場合を考えた。この場合、単位面積あたり15.6Wh/m^2の所要動力となり、今回用いたソーラーパネル面積(4.35m^2)の約23倍の面積が必要とされた。本システムでは13m^2程度の栽培面積をまかなえるものと考えられる。
衛星ー航空機ー気球ー地上連携観測による中緯度帯における夜光雲発生メカニズムの解明

地球上で最も高い高度(85km付近)に発生する夜光雲は通常、緯度60度以上の極域に夏季に見られる現象である。夜光雲の出現緯度範囲は温室効果ガスの全球的な増加により低緯度側へ拡大することがモデル計算により示されていることから、夜光雲は地球環境変動を映す鏡として注目されている。近年、夜光雲が従来よりも低緯度な地域で観測される例が数例あるが、事例の少なさ故に、これらが単発的現象なのか地球環境変動にリンクした傾向なのかを判別できていない。本研究では、航空機、気球、衛星、地上観測と、あらゆる手段を連携して中緯度帯における夜光雲の連続的な監視を達成し、その出現特性を明らかにする。
他者の動きに埋め込まれた社会的情報の処理機構とその発達

本研究では、他者の動きに埋め込まれた社会的情報の処理機構とその発達メカニズムについて様々な指標を用いることに明らかにすることを目指した。本研究では、他者身体の動作の知覚の発達変化を眼球運動、高密度脳波計測を組み合わせることにより明らかにした。更に、研究代表者らの知見ならびに先行研究に基づき、他者の動き知覚発達に基づく理論モデルを構築し、理論の整備を試みた。研究計画に記載した実験に関する項目では、以下の実験を実施した。眼球運動計測により、4ヶ月児は垂直方向の腕振に比べ水平方向の腕振りを選好し、9ヶ月乳児は水平方向の腕振りを利用して物体を学習することを見出し、論文として発表した。これに続く実験では、身体動作の方向、生物学的な妥当性により動きへの選好が4ヶ月児で異なること、9ヶ月児では物体学習に異なる影響を与えることを見出しており、現在論文執筆中である。さらに、身体の動きに基づく物体学習の神経機序を明らかにするため、6ヶ月児を対象とした高密度脳波計測実験を進めている。また、他者の動き知覚に関連した神経活動を解明するため、新たに開発した刺激提示手法により、6ヶ月児を対象とした高密度脳波実験を実施している。これによりこれまで十分に明らかにされていない、他者の動き知覚に関する神経機序を単一の脳波成分を指標として明らかにする。一方、研究計画に記載した理論研究として、これら一連の実験により明らかにした発達変化ならびに先行研究による知見を説明するための身体動作知覚に関する発達モデルを構築した。理論モデルは、先行研究において構築された顔・視線に関する発達モデルを参考に、2つのシステムからなる他者の動き知覚発達モデルを構築した。一つのシステムは生物学的な動き処理に関するシステム、もう一つは動きの詳細な特性を処理する学習依存的なシステムである。現在、論文としてまとめ投稿し、査読中である。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。他者への選好,他者行為理解,他者の動作による学習など,その発達過程を追うことは社会的認知の発達過程を解明する上で極めて重要である.本研究計画では,そのような社会的認知を構成する基盤となる,他者選好の発達過程,他者の動きに埋め込まれた社会的情報によりどのように学習するかについて明らかにすることを目的とする.本年度は,提案した研究課題を実施するための準備段階として,研究に用いる動画刺激をモーションキャプチャーシステムにより作成し,乳児研究を実施するためのリクルート体制の確立,研究補助員の募集などの研究体制の確立を目指した.さらにこれらの目処がついた段階から,予備調査を実施し,本調査を実施するための準備を進めた.本年度は二つの研究課題の開始と予備検討を射程に研究を進めた.(研究課題1)光点運動のみから他者の行為を知覚可能なバイオロジカルモーションを用い,その運動カテゴリを操作することにより,動きカテゴリへの選好に対する発達過程を追跡した.(研究課題2)他者動作が社会的学習に果たす役割を検討した.研究課題1では,モーションキャプチャー装置により刺激を複数作成し,アイトラッカー課題として実装した.アイトラッカーの適用が難しい低月齢の乳児を対象とした調査では,可搬性のビデオ記録装置を構築し,自治医大附属病院での調査を開始した.研究課題2では,身体動作にどのような社会的情報が埋め込まれているかを明らかにするため,アイトラッカーを用いた学習課題を用い,その運動成分について検討することを目指した.モーションキャプチャー装置を用い,動作を記録した上で,アイトラッカー課題として実装し,予備検討を開始した.提案した研究計画を実施するための刺激作成,研究に必要な装置の構築,乳幼児のリクルート体制,研究補助員の募集などの研究体制の確立を目指した.さらにこれらの目処がついた段階から,予備調査を実施し,本調査を実施するための準備を進めた.提案した研究計画に基づき,本年度は2つの研究課題をそれぞれ同時並行的に進めている.研究課題1では,光点運動のみから他者の動きを知覚可能なバイオロジカルモーションを用い,複数の異なる運動カテゴリの動きの刺激を用い,どちらに選好を示すかをアイトラッカーもしくはビデオ記録を用いた眼球運動計測により明らかにしている.生後112ヶ月児を対象としている.その結果,一部の月齢の乳児において,特定の動きへの選好がみられることが明らかになった.研究課題2では,他者の動きに埋め込まれた働きかけの動きの役割を明らかにすることを試みている.現時点においては,予備的な結果であるが,特定の動作と統制した動作が社会的学習を促進するかどうかについて検討し,特定の動作パターンが学習を促進する働きがあることを見出しつつある.次年度以降にこれらの確定したパラダイムを用いて研究を進める予定である.他者への選好,他者の動作からどのように学習するのかについて,その発達過程を追うことは社会的認知の発達過程を解明する上で極めて重要である.本研究計画では,そのような社会的認知を構成する基盤となる,(研究課題1)他者の動きへの選好の発達過程と,(研究課題2)そのような他者動作をどのように社会的学習に用いるか,の二点について検討してきた.更に,予備的な研究として(研究課題3)このような他者の動き知覚に関連した脳活動を簡便に計測可能な実験パラダイムの開発も同時に遂行している.当初の研究計画にもとづき,光点運動のみから他者の行為を知覚可能なバイオロジカルモーションを用い,その運動カテゴリを操作することにより,動きカテゴリへの選好に対する発達変化を追跡した.研究課題1では,生後112ヶ月乳児を対象とし,視線計測装置によってバイオロジカルモーションへの選好を調べた.

その結果,月齢によって特定の運動カテゴリへの選好が見られることを見出し,月齢によって特定の運動カテゴリへの選好が生じることを示した.また,研究課題2では研究課題1を発展させ,他者の動き情報がどのように学習に影響を与えるか検討した.特に提示する演者の動きの違いがその後の学習にどのように影響を与えるかについて,412ヶ月児を対象とした眼球運動計測装置によって検討している.更に研究課題3では,このような他者動き知覚処理に関連した脳活動を頑健かつ簡便に計測するための脳波計測によるパラダイムの開発を行っている.研究計画に基づき,これまで3つの研究課題をそれぞれ同時並行的に進めている.研究課題1では,光点運動のみから他者の動きを知覚可能なバイオロジカルモーションを用い,複数の異なる運動カテゴリの動きの刺激を用い,どちらに選好を示すかを眼球運動計測により明らかにしている.生後112ヶ月児延べ130名以上を対象として,ビデオ記録ならびにアイトラッカー計測を用いることにより特定の刺激への選好を調査している.その結果,一部の月齢の乳児において,特定の動きへの選好がみられることが明らかになった.研究課題2では,他者の動きに埋め込まれた働きかけの動きの役割を明らかにすることを試みた.412ヶ月児を対象に,特定の動作とそれにマッチした動きが社会的学習を促進するかどうかについて検討した.結果,現時点において,特定の動作パターンが学習を促進する働きがあることを見出しつつある.研究課題3では,光点運動のみから他者の動き知覚を可能なバイオロジカルモーション知覚処理に関連した神経活動を簡便かつロバストに計測可能なパラダイムの開発を目指している.本研究では、他者の動きに埋め込まれた社会的情報の処理機構とその発達メカニズムについて様々な指標を用いることに明らかにすることを目指した。本研究では、他者身体の動作の知覚の発達変化を眼球運動、高密度脳波計測を組み合わせることにより明らかにした。更に、研究代表者らの知見ならびに先行研究に基づき、他者の動き知覚発達に基づく理論モデルを構築し、理論の整備を試みた。研究計画に記載した実験に関する項目では、以下の実験を実施した。眼球運動計測により、4ヶ月児は垂直方向の腕振に比べ水平方向の腕振りを選好し、9ヶ月乳児は水平方向の腕振りを利用して物体を学習することを見出し、論文として発表した。これに続く実験では、身体動作の方向、生物学的な妥当性により動きへの選好が4ヶ月児で異なること、9ヶ月児では物体学習に異なる影響を与えることを見出しており、現在論文執筆中である。さらに、身体の動きに基づく物体学習の神経機序を明らかにするため、6ヶ月児を対象とした高密度脳波計測実験を進めている。また、他者の動き知覚に関連した神経活動を解明するため、新たに開発した刺激提示手法により、6ヶ月児を対象とした高密度脳波実験を実施している。これによりこれまで十分に明らかにされていない、他者の動き知覚に関する神経機序を単一の脳波成分を指標として明らかにする。
「オンラインテスト」を活用した中学生の発話の流暢さと正確さを測る英語指導の実践

《本研究の目的》中学生が課題解決型のタスク(的な)活動(以下, TA)に取り組む際,与えられた場面に応じて適切かつ流暢に発話することが十分にできていないことがわかった。本研究では現在3年生である対象生徒が1年生時より取り組む流暢さを測るリスニングテスト(以下, Lテスト)と高島(2013)らが開発したスピーキングテスト(以下, Sテスト)を1つのセットとするオンラインテストを実施し,発話の流暢さと適切さを向上させるテストの方法とその前後の指導の内容を明らかにする。《研究の内容と方法》(1) LテストとSテストでは与えられた場面(中心となる文法構造は第1部「現在形&現在進行形」,第2部「過去形&現在完了形」で各8問)において,適切な英文(疑問文)が正答となる。(2) Lテストにおいて生徒は問題用紙上の与えられた場面を見て, 4つの選択肢を聞き,各場面で使用するのに適切なものを1つ選ぶ。(3) Sテストにおいて生徒はPC上の与えられた場面で使用するのに適切な英文を考えて発話する(発話は録音)。(4)テスト結果を基に流暢さや適切さが不十分であった場面や文法構造等を分析し,それらを克服させるためのFonF指導(使用場面に重点を置いた説明とTA)を行う。(5)問題の順序を入れ替えて行う2回目を実施し, 1回目との差を分析する。《研究の成果》・テスト1回目から2回目へ, Lテストでは第1部,第2部ともに正答率10%の向上が見られ, Sテストでは13%の向上が見られた。特に1回目のSテストで正答率が27%であった近未来を表す現在進行形を使う場面をTA中に設定しFonF指導を行った結果,その後のSテストで50%に向上した。・Sテストで無回答の総数の割合は1回目で10%, 2回目では7%であったことから,中学校段階の生徒にとってオンラインテスト自体が発話の流暢さを測ると同時に促すタスクとなり,これを活用して前後の指導を工夫することで発話の流暢さを向上させることができる。
初期英国演劇関係資料分析による英国ルネサンス演劇史の再構築に関する研究

平成12年度から14年度までの3年間において、関係資料を収集し、併せて、3篇の論考と1巻の資料集とを執筆した。その内容は次の通りである。"Elizabethan Players and the Vagabond Acts"(2001):通説によれば、エリザベス朝に施行された浮浪者取締法は旅役者の巡業活動を制限したのであるが、本稿はこれに疑義を呈し、取締法が巡業劇団を保護したのだと論じた。というのも、取締法は浮浪者として処罰される役者や芸人や商人を細かく規定しているが、王侯貴族をパトロンとする劇団は処罰の対象からはずされているからである。この除外規定によって、多くの劇団が「合法的に」地方を巡業することができたのである。「英国歴史劇はスチュアート朝において衰退したか」(2002)は:旧来の学説は、英国歴史劇はジェイムズ朝以降衰退したという。これに対して筆者は、ジェイムズ朝・チャールズ朝においても多数の歴史劇が上演されていた可能性が大きいことを、ヘンズロウの「日記」や戯曲古版本の調査を通して論証した。従来の演劇史は、創作・初演情報にあまりに依存している。リヴァイヴァルを考慮に入れれば、ジェイムズ朝・チャールズ朝においてもかなりの英国歴史劇が上演されていたと推断せざるを得ない。「エリザベス朝の旅役者たち」(2003):従来、エリザベス朝の劇団の地方巡業は疫病流行との関連で理解されることが普通であったが、実は大半の劇団が疫病とはかかわりなく地方を巡業した。ロンドンは当時最大の演劇市場であった。しかし芝居が打たれたのはロンドンだけではなかった。この時代、多数の劇団が地方の市や町や村を巡業した。彼らにとってロンドンは最も重要な興行地であったが、地方もロンドンにおとらず重要であった。旅回りは特殊な興行形態ではなく、通常の興行スケジュールに組み込まれていた。巡業に出ることが少なかった1590年代後半の宮内大臣一座は、例外的な劇団であった。Documents relating to the Control of Early English Drama『初期英国演劇統制資料』(2003):ヘンリー八世即位年(1509年)からチャールズ一世時代末期(1649年)までの演劇の検閲・統制関係資料をまとめて、年代順に列挙したものである。所載資料は、演劇の統制に関する議会制定法、枢密院令、国王布告、上演許可あるいは禁止に関する公文書、上演禁止請願書、上演許可願い、演劇がらみの事件や筆禍を伝える書簡や文書、俳優の庇護にかかわる資料から構成されている。初期英国演劇関係資料、研究書を収集するとともに、劇団巡業史、パトロネジ、演劇統制関係の調査を行った。本年度に刊行を予定していた論文は、「エリザベス朝演劇統制令と公演認可」と「浮浪者取締法再考」であったが、前者は予定より早く平成12年3月に出版し(『言語文化論究』11号所収)、後者は近刊の予定である("Elizabethan Players and the vagabond Acts,"

Shakespeare Studies,vol.38掲載予定)。「エリザベス朝演劇統制令と公演認可」は、枢密院令と検閲制度の演劇史的意義を考察している。枢密院はしばしば演劇統制令を発し、宮廷祝典局長は大衆演劇の事前検閲を行った。多くの演劇史家たちは、枢密院令や検閲制度が演劇活動を制限したと考えている。本稿はそのような見解に意義を申し立て、枢密院令が演劇活動を制限することは少なかったことを指摘し、また祝典局長による検閲制度は実は、演劇を制限・禁止するのではなく保護するシステムであったと論じている。"Elizabethan Players and the Vagabond Acts"は、エリザベス朝に施行された複数の「浮浪者取締法」と旅役者との関係について次のように論じている。「浮浪者取締法」は、旅役者保護の側面を持っていた。というのも、この法律は、貴族お抱えの俳優の旅行権を保証したからである。「取締法」は、処罰対象となる役者や芸人や商人を明確に示すことによって実は、諸国を旅することを許される「合法的な」旅役者、旅芸人、旅商人その他を保護したのである。「浮浪者」の詳細な定義が条文に組込まれたのは、「取締法」の施行によって既得権を侵されてはならない人々が多く存在したことの裏返しであった。前年度に引き続いて、初期英国演劇関係資料および研究書を収集し、劇団巡業史、パトロネジ、演劇統制関係の調査を行った。本年度は、"Elizabethan Players and the Vagabond Acts"と「英国歴史劇はスチュアート朝において衰退したか」を刊行した。"Elizabethan Players and the Vagabond Acts"では、エリザベス朝に施行された複数の「浮浪者取締法」と旅役者との関係について論じた。通説によれば、「浮浪者取締法」は、旅役者の巡業活動を制限する法律であった。本稿はこの説に異議を申し立て、「浮浪者取締法」は旅役者保護の側面を持っていたと主張する。というのも、「浮浪者取締法」は、その条文によって、貴族お抱えの俳優の旅行権を明快に保証しているからである。「取締法」は、処罰対象となる役者や芸人や商人を明示することによって実は、諸国を旅することを許される「合法的な」旅役者、旅芸人、旅商人その他を保護したのである。「英国歴史劇はスチュアート朝において衰退したか」では、ロンドンの上演史について、特に歴史劇上演を中心に考察した。通説によれば、英国歴史劇はジェイムズ朝に入ると、あるいは1610年頃から衰退したという。筆者はこの通説を再検討し、加えて、創作・初演情報に過度に依存した演劇史の問題点を指摘し、演劇史記述に旧作品の再上演情報を組み込むことの重要性を提唱した。本論考の特徴は、ロンドン演劇市場中心型の劇団の上演形態を、ヘンズロウの「日記」や刊本の版数調査等を通じて明らかにしている点にある。
近世関所の研究-東海道箱根関所・日光道中栗橋関所を中心として-

本研究では、まず東海道箱根関所史料のうち、かつて筆者らが収集・刊行した箱根関所研究会編『東海道箱根関所史料集」全3巻・箱根古文書を学ぶ会『箱根御関所日記書抜』全3巻以外の散在史料の収集に全力を傾注した。その中心となるものは、小田原旧藩主稲葉家の近世前期の『日記書抜』『御自分日記』『永代日記』をはじめ、小田原市立図書館蔵の『片岡文書』『小田原史料覚書』『足柄史叢』『断鳳片鱗』などの関所関係分、箱根町・小田原市内の個人所蔵関所史料を蒐集した。特に、韮山町江川文庫の『相州箱根御関所修復出来形帳』は現在の箱根関所復原工事中の基本資料で、これを写真撮影して文化庁にも紹介したものである。箱根関所の裏関所の筆頭、根府川関所の分は、小田原市立図書館に収録された『根府川御関所日記書抜』で、このほか個人所蔵の史料も多いが、他に仙石原関所・矢倉沢関所・川村関所・谷ヶ村関所の各個人所蔵史料も、すでに各『町史』史科集収載の分を含めて大略収集することができた。次に栗橋関所については、関番士足立・加藤・島田家など個人所蔵分は完全に撮影に成功し、これを補完する粟橋宿本陣・名主・問屋および渡船場差配の池田家、名主の村田家史料もすべて整理・分類のうえ写真撮影を終えた。関連分として古河歴史博物館蔵の『鷹見泉石日記』18巻は現在刊行中の本すべてを購入した。また、箱根・栗橋両関所とも西国、北田方面の諸大名の参勤交代道中記その他が数多くあり、両関所についての記事も採録したが、これらには近世関所の実態をよく示すものがふくまれており、今後の刊行を目ざして執筆中の著作(全1500頁を予定)に適宜活用している。本研究では、まず東海道箱根関所史料のうち、かつて筆者らが蒐集・刊行した箱根関所史料会編『東海道箱根宿関所史料集』13(編代表・丸山、1332頁)、および箱根古文書を学ぶ会編『箱根御関所日記書抜』上・中・下(941頁)以外の史科蒐集に努めた。その際、小田原旧藩主稲葉家の寛永18年天和3年『日記書抜』、正保2年延宝4年『御自分日記』『永代日記』をマイクロ複写によって収録、小田原市立図書館蔵『片岡文書』1、13、『小田原史料覚書』『足柄史叢』13、『断鳳片鱗』の関所関係分を中心に全面収録した。また、箱根町立箱根関所資料館の展示史料中にも未見分があり、同町芦野湯の元文2年『諸色御用写覚』以下の分も撮影・コピーした。このほか、韮山町江川文庫の慶応元年『相州箱根御関所修復出来形帳』は、限定出版されたが、原史料を撮影して、印刷分と照合した。箱根関所の裏(脇)関所関係としては、仙石原関所-箱根町仙石原の勝俣家文書、川村関所-山北町の山崎家・鈴木家文書、矢倉沢関所-南足利市矢倉沢の田代家・遠藤家文書、また、開成町の瀬戸家・諸星家文書に矢倉沢・谷ヶ村両関所の史料を一部含むことが判明、収録し、小出原市立図書館蔵の『根府川関所日記書抜』を撮影、現像した。

一方、日光道中栗橋関所史料は、埼玉県栗橋町北の足立家・加藤家・島田家(旧関所番人)史料のうち、厖大な数量を誇る足立家の埼玉県立文書館寄託分はすべてマイクロ複写により焼付済みである。また、残りは、直接撮影して焼付けた。そのほか、栗橋家本陣・名主・問屋の池田家文書の整理作業を継続中で、この中の多くの関所関係史料の撮影には未着手であるが、本年度中に撮影の予定である。なお、栗橋宿の日光道中沿いの幸手・中田両宿史料、宇都窩市内にかつて流出した栗橋関所関係の史料の収録を計画中である。他に予定した各地域の史料蒐集は、順番を変更して次年度まわしとなった分もあるが、その多くは部分記述的史料の範疇に属する。平成13年度は、初年度分に引きつづく栗橋関所・栗橋宿および渡船場史料の整理・補充作業をおこなったが、調査の過程で予想外の新史料が続出、発見されたため、その整理作業に多くの日時と経費を要した。もっとも、この史料を放置しての近世関所の研究は無意味なので、その作業に全力を傾注して、マイクロ撮影を完了した。もっとも、宇都宮市内の某家蒐集史料は、きわめて良質かつ基本的な内容のものであるが、慎重を期して次年度まわしとした。一方、日光道中の栗橋宿の両隣り、幸手・中田2宿の関所関連史料は、一部刊行中のものもあるが、概ね蒐集した。なお、街道通行者より見る関所関連記事も、網羅的な調査を企画していたが、その半分少々の調査に終わった。そのうち、西国大名の参勤交代関係の諸日記・記録からアプローチする作業は、高知県立図書館・山内神社宝物資料館・平戸松浦史料館、大村市立史料館・熊本大学附属図書館永青文庫・福岡県立図書館および九州大学九州文化史料室収蔵のものは、過半ないし全部目を通し、必要箇所を筆写ならびにマイクロ撮影した。東北大名の分については、盛岡市立中央公民館収蔵の日光奥州街道の宿場、関所に関する詳細な絵図を入手、そのほかに盛岡藩・秋田藩の参勤交代時の関所記事については、厖大な刊行史料集があり、これに依拠して、抜書き中である。栗橋関所番人の転勤を示す、小仏・金町松戸関所の史料については、後者に関し拙論考で多少ふれているが、完全な史料蒐集は、次年度の調査にゆずらざるをえないが、所期の目的を達成したい。平成14年度は、前2か年分に引きつづく栗橋関所、栗橋宿および渡船場、特に渡船関係の史料補充の調査と整理作業を行った。なお、宇都宮市内の某氏蒐集史料は、栃木県文書館に寄託されており、栗橋関所等の史料を閲覧したが、ここには関連の日光道中・奥州道中を中心に、東海道箱根関所・宿駅史料も含まれるだけに、簡単に史料蒐集を期限内に限定できないことを痛感させられた。そこで、科学研究費補助金の打切り後も、なお継続して独自に蒐集努力はつづけることを決意した。東海道箱根関所については、幕末期(慶応1年)の『東海道箱根御関所普請出来形帳』にもとづく。面番所・休息所など大御番所が完全な形で復元工事が進捗中であり、関所遺構(各礎石、石垣、土塁など)の番皆調査も大略終了しているので、筆者としても全遺構の再現以前に、研究著作の完成を期すべく、若干の補充資料も追加蒐集した。特に小田原蕃が直接管掌する箱根・根府川・仙石原・河村・谷ヶ村・矢倉沢の本関・裏関(口留番所を兼帯)の史料も補足し、『小田原市史』通史・史料編も購入した。日光道中栗橋関所は、天領所在のため、関所番人の転勤が金町松戸関所や甲州道中小仏関所との関連で確認され、両者の史料も豊富に入手できた。特に栗橋関所については、科学研究費補助金による史料調査・整理作業が地元自治体でも認められ、平成15年どより町史編纂の方針が決定、議会も賛成、通過をみた。
スターリニズムと心理学

スターリン時代、心理学はロシアを代表する大学にもその講座はなく、また、代表的な研究雑誌もないという状況にあった。そうした心理学の運命を、精神分析と児童学・精神工学を取り上げ、概観した。また、その時代の心理学者として、数々の危機を生きのびた精神分析学者・心理学者ルリヤと、粛清に消えた精神工学者イサク・シュピールレインを取り上げ、その生涯を見た。本研究は、ソビエトにおいてスターリンが権力を奪取していく1920年代中ごろから権力を確立する30年代後半までのソビエトにおける心理学に注目し、心理学界の動向を通史的に見ていく他、当時の心理学界を代表する人物の置かれた状況等を調べ、スターリニズムと心理学の関わりを明らかにすることを目的としている。本年度は、スターリン期に明らかな弾圧を受けた心理学の潮流である児童学に関して、1928年より発行された児童学専門誌“Πедология"に現れた記事の検索・整理を行い、何が問題とされ、どのような人物が主に係わっていたかを調べる作業を進めた。その結果、児童学は革命・内戦後の混乱した社会にあって子どもに関わる諸問題の解決を目指して、かなり広がりが見られた学的潮流であること、また、やはり禁じられた心理学派である精神分析のロシアにおける発展に係わった人々と児童学に係わった人々との間には少なからぬ重複がみられることが明らかになった。人物史としては、この時期に生き、当局による抑圧も経験することになるヴィゴツキー及びルリヤについて、その活動ぶりと学説の変遷を明らかにする作業を進めてた。本研究は、年度途中である10月に交付決定がなされたため、スケジュール調整がつかず調査のためにロシアへ赴くことは本年度はかなわなかった。かわりにカリフォルニア州立大学サンデェゴ校の心理学史家にして(ヴィゴツキーの高弟である)ルリヤの下で学んだマイケル・コールと研究討議を行うとともに、歴史的資料の提供を受けた。その分析を現在進めているところである。また、国内のソビエト心理学の第一人者である松野豊東北大学名誉教授から必要なレクチャを受けるとともに意見交換及び研究討議を行った。スターリン期に抑圧された科学の代表である児童学について、エトキントなどの先行研究を調べるともに、1928年から1932年まで発刊された専門雑誌「ペドロギア」の記事を検索して、児童学が問題としたもの、児童学が置かれていた状況等について検討した。その結果明らかになったことには、以下のようなことがある。(1)児童学者の少なからぬ者たちが、前時代においては精神分析の活動家であったこと。このことは、抑圧された科学の系譜を、人的繋がりをもって描きうることを示している。(2)児童学に関わりをもっていた省庁には、教育人民委員部は当然として、そのほか、厚生人民委員部、交通人民委員部などもあったこと。(3)ルリヤは1925年に精神分析の国際雑誌"Zeitschrift"のロシアの活動報告の中で、ソビエト・ロシアでは子どもに対する関心がきわめて高まっているとことを記しているが、そうした状況がこれらのことかもうかがわれた。(4)こうした状況の中で、省庁をまたいだ児童学の連絡会議が存在したことが「ペドロギア」の記事検索から確認できた。また、このことは、エトキントが著したロシア精神分析運動史である「禁じられたエロス」の中でも述べられていることであった。(5)そして、このように少なからぬ人民委員部が児童学とかかわっていたということは、児童学が政策科学的性格を強く持っており、政治権力にきわめて近い位置にあったことがうかがえた。また、そのことは、後の時代の弾圧とも関係してくるであろうことが予想された。本年度は、革命からスターリニズム期を生きのびた世界的に著名な(神経)心理学者ルリヤについて調べた。主に行ったのは、彼の二種の自伝の比較である。ルリヤには、ソビエト時代にUCSDのCole教授の勧めで書いた自伝が知られていたが(1979年)、Coleは、ソビエト崩壊後の2006年、ソビエト時代には当局の検閲のために書けなかったこと等を加筆した彼の自伝を再度出版した。この資料の検討を、2009年に我々が行ったColeへのインタビューを踏まえつつ、主に行った。新たに記されていたのは以下のようである。(1)20年代のエイゼンシュテインとの深い親交。(2)20年代後半の精神分析批判は前書に記したよりもっと深刻であったこと。(3)30年代の中央アジア探検は農業集団化と結びついている(と書かれている)こと。(4)30年代半ばの双生児研究に係わっては、粛清された医学生物学研究所所長レヴィットを支持する側にあったこと。(5)医学部への入学に関しては、ヴィゴツキーがルリヤの父に、ルリヤを公の場から隠せと強く迫ったがゆえであったこと。心理学的テストに反対する布告(児童学批判か)が出されルリヤはそのターゲットの一人であったこと。(6)1950年に神経外科研究所を失職したのは、反ユダヤ運動たる"

コスモポリタン批判"によること。(7)1952年、いわゆるパブロフ会議で十分にパブロフ的でないとして強く批判されたこと。(8)"クレムリン医師団事件"では、逮捕は時間の問題と覚悟し、ルボフスキーによれば、朝夕出勤と退勤を一緒にし、それは逮捕されても家族にそれを伝えてもらえるようにと考えてのことであったこと。以上、ルリヤは、児童学批判、コスモポリタン批判、パブロフ会議、クレムリン医師団事件という、関連する知識人を巻き込んだいずれの事件でも逮捕粛清の危機にあったことがわかったが、いずれでも紙一重で切り抜けている。それを可能した要因・条件についての検討は今後に残された。
科学教育的観点からみた数式問題の構造と理解に関する実証的研究

昨年度に引き続き数式問題データベースを更新し,このデータベースを用いて,各教科の指導内容としての数式問題の取り扱われ方,試験問題としての数式問題の取り扱われ方等について解析し,数式問題の特徴を明らかにした。(1)数式問題データベースシステム設計数式問題のデータベース化については,各教科の数式問題の記述方法,入力方法,表示方法,検索方法を再検討し,データベースを一般に公開することを考慮し,クライアント・サーバ方式によるシステム開発を行った。(2)数式問題の収集とデータ入力昨年度に引き続き,入試問題から問題文及び正答率等をコンピュータに入力した。(3)数式間題に関するデータのチェックと正規化?昨年度と同様,入力された数式問題データを印刷し,チェックを行った。(4)指導内容の分析・評価各教科の数式問題の指導内容に着目し,教科書,補助教材等で,個々の数式問題がどのように取り扱われているかを分析した。また,教科書(指導内容)と入試問題における数式問題の取扱いに違いがあるかどうかを分析した。(5)数式問題の構造分析・評価高等学校の入試問題における各教科の数式問題の出題について分析した。数式間題の構造に着目した出題傾向の分析,頻出問題の分析,良質でない問題の分析・評価を行った。(6)数式問題データベースの応用研究数式問題データベースの応用研究として,インターネット上で数式の入出力ができるプログラムを開発した。本研究は,2年間で,理科教育,数学教育,技術教育,情報教育等の各教科の数式問題を対象とし,科学教育的観点からみた数式問題の構造と理解に関する研究を行う。今年度は,公立高等学校の各教科の入試問題から数式問題と基本的情報を収集し,「数式問題データベース」を構築した。さらに,中学校の各教科の教科書や補助教材等から数式問題と基本的情報(内容領域,教育的ねらい等)を収集し,データベースに追加した。高校入試問題データベースから,数学科の数式に関する問題を抽出し,数式問題データベースを作成した結果,全レコード数は2357件になった。その内,正答率の公開不可や正答率を求めていない等の理由で,正答率がないものは1272件(54%)であった。このデータベースを用いて数式問題の基本的構造を分析した結果,数式問題は他の問題と比べて正答率が高い,数式問題の長さが長いほど正答率が低くなる,特定の数字または演算子を含む数式問題は正答率が低い等の興味深い知見を得た。数式問題中に算術演算子(加減乗除,指数,分数,ルート)を1つでも含む数式をグループ化し,そのグループ毎の平均正答率を調べてみると,"×"と"÷"のグループの平均正答率が高く,"指数"のグループの平均正答率が低い。これは複雑な数式に"×"と"÷"は使われないためと,指数を含む問題(2次方程式等)が他の問題と比較して難しいためと考えられる。
核融合炉プラズマ対向材におけるプラズマ粒子注入効果の微視的過程

核融合プラズマ対向壁におけるプラズマ粒子注入効果の研究を目的とし、低エネルギー水素イオン注入による微細組織変化の連続観察をモリブデンとタングステンに関して行った。モリブデンは照射組織の水素エネルギー依存性が強く、4keV以上では転移ループの発生と成長の後転位網が形成されるが、1keV以下では水素集合体が発生する。一方タングステンでは、高エネルギー側ではモリブデンと類似しているが、2keV以下では何も発生しないことがわかった。また水素注入と注入後昇温における微細組織変化と、水素注入後の水素の昇温脱離スペクトルの比較による水素吸蔵機構の検討を行った。タングステンは、水素注入後の昇温により、比較的低温で、発生していた転位ループが表面に滑り出ることが観察されたが、この温度と水素の放出ピーク温度がよく一致することがわかった。すなわち、転位の滑りだしにともなって、そこに保持されていた水素が放出された可能性が示された。また、タングステンにおいては、高純度単結晶材と低純度粉末焼結材の比較を行い、水素の吸蔵量の違いが注入エネルギーによって異なることが明らかになった。すなわち、高エネルギー(8keV)では、はじき出し損傷が多量に起こるため、両材料とも照射欠陥に多量の水素を保持するが、低エネルギー(1keV以下)でははじき出しがほとんど起こらないため、高純度タングステンでは水素の保持する場所がなく、保持量が極めて少なくなる。一方低純度粉末焼結材では照射欠陥以外にも、粒界、介在物などに水素を保持できるため保持量はあまり減少しない。このように、高Zプラズマ対向材料は、その製法、純度も含めて検討する必要があることがわかった。本年度は低エネルギーイオン照射電子顕微鏡を用いて、モリブデン、タングステンについて室温から800°Cの範囲で0.28kevの水素イオンを照射し組織変化の連続観察を行うとともに形成組織の照射後昇温による回復を求めた.特にタングステンのモリブデンとの差に注目し以下の結果を得た.1.転位ループが形成する最低エネルギーはモリブデンでは1kev付近なのに対しタングステンでは3kev付近と高い.2.モリブデンでは転位ループが形成しない低エネルギー水素イオンにより水素集合体が多量に発生するが、タングステンでは3kev付近でわずかに見られるだけである.3.タングステンでは200°C以上では形成した転位ループがある程度成長すると表面にスリップして抜けてしまい結果として転位密度は上昇しない.4.モリブデンでは転位ループの形成しない低エネルギー水素イオンでも高温で長時間照射するとバブルが発生するが.タングステンでは発生しない.5.照射後昇温ではモリブデンの転位は600°Cまで安定であるがタングステンの転位は300°C付近でほとんど回復してしまう.以上よりタングステンはモリブデンより水素イオン照射による組織変化が少く、回復が容易であり、水素の吸蔵が少く特性劣化も少い事が期待される.今後は水素吸蔵量を直接測定するとともに組織変化のモデル計算,タングステンの純度の影響等を調べる予定である.本年度は、水素注入と注入後昇温における微細組織変化と、水素注入後の水素の昇温脱離スペクトルの比較による水素吸蔵機構の検討を行った、タングステンは、水素注入後の昇温により、比較的低温で、発生していた転位ループが表面に滑り出ることが観察されたが、この温度と水素の放出ピーク温度がよく一致することがわかった。

すなわち、高エネルギー(8keV)では、はじき出し損傷が多量に起こるため、両材料とも照射欠陥に多量の水素を保持するが、低エネルギー(1keV以下)でははじき出しがほとんど起こらないため、高純度タングステンでは水素の保持する場所がなく、保持量が極めて少なくなる。一方低純度粉末焼結材では照射欠陥以外にも、粒界、介在物などに水素を保持できるため保持量はあまり減少しない。このような純度による差は、タングステンをプラズマ対向材料として用いる場合極めて重要な要素となる。すなわち、プラズマ対向壁において注入される水素のエネルギーはほとんど1keV以下であり、タングステンの純度の差の効果が大きく現われる事が予想されるからである。一方本結果は、プラズマ・壁相互作用の研究を比較的高いエネルギーの水素イオンを用いて行う事の問題点を明確に示している。最近注目されているベリリウムに関する実験もおこない、注入水素の放出には大きく二つの温度領域があること、組織観察との比較により、低温側は、水素化物の分解、高温側は照射欠陥および内部先在欠陥の回復に対応することが明らかになった。
低バックグラウンド微細飛跡検出器による大深度地下実験室での暗黒物質探索実験

本研究では独自に開発した三次元飛跡検出器「マイクロTPC」を用いた方向に感度を持つ暗黒物質探索実験を行った。2008年に、地上の実験室で製作した検出器を神岡地下実験室へ設置して、地上実験より約5倍感度の高い暗黒物質探索実験を行った。(Physics Letters B 686(2010)11として成果を公表)。その後、更に10倍の感度向上を目指して感度の向上を行い、バックグラウンドの主要な成分となるガス中のラドン・環境ガンマ線の計数率がそれぞれ1/10以下に低減された事を確認した。平成19年度は(1)既存の30cm角マイクロTPCによる神岡地下実験室でのバックグラウンド測定、(2)低バックグラウンド検出器開発のためのラドン検出器製作、(3)大容積検出器開発のための基礎試験を行った。(1)30cm角マイクロTPCを用いて神岡地下実験室で一年間の安定した測定を行った。宇宙線の影響の少ない環境での測定により、現在の検出器は内部の放射性不純物からのバックグラウンドが感度を制限していることが判明した。観測結果とシミュレーションによる研究の結果、ウラン・トリウムなどの放射性不純物からのアルファ線、さらにラドンとして検出器有功体積中への混入が主たるバックグラウンド源であることが判明した。また、活性炭などによるラドン除去を実現するためのガス循環システムを構築した。平成20年度、実際にラドンが減少すること、マイクロTPCの動作に影響を与えないことを地上の実験室で確認したのちに、地下システムに導入する。(2)低バックグラウンド検出器を製作するための材料選択に使用するために、シリコン検出器を用いたラドン検出器を製作した。平成20年度にはこの検出器を用いて材料選択及び、材料からのラドンの放出を低減させる研究を行い、大型マイクロTPC製作の準備を進める。(3)大型マイクロTPCを製作するために、ドリフト長が50cmあるマイクロTPCを製作、実際に50cm先の事象を検出可能であることを確認した。平成20年度は地上の実験室に於いて飛跡検出精度など詳細の測定を行い、大型マイクロTPCの設計を行う。平成20年度は(1)神岡地下実験室に設置した30cm角マイクロTPCの詳細な性能評価及び(2)高感度化、(3)これを用いた暗黒物質探索実験、(4)大容積検出器開発のための低バックグラウンド材料の選別、を行った。(1) 30cm角マイクロTPCの詳細な性能評価として、神岡地下実験室においてガンマ線除去能力、検出効率、検出飛跡の角度分解能の測定を行った。特に角度分解能の測定に関しては同様の実験を行う世界の他グループに先鞭をつける研究となり、結果を論文として公表(Astroparticle Physics.31 (2009) pp185-191)した。(2) 30cm角マイクロTPCの高感度化として、現在の検出器の暗黒物質への感度を制限している、検出器内部の放射性不純物からのバックグラウンドへの対策を行った。神岡地下実験室で6カ月以上の長期間の測定によって、検出器内部の放射性不純物のうちで、ウラン・トリウムなどの放射性同位体からのアルファ線、さらに検出器有功体積中ヘガスとしての混入するラドン原子核が主たるバックグラウンド源であることが判明した。これらの影響を低減する装置の動作パラメータをシミュレーション及び実測によって求めた。(3)で求めた動作パラメータによって、30cm角マイクロTPCを用いて、神岡地下実験室で3カ月間の測定を行った。この結果、マイクロTPCの高感度化に成功、これまでに我々が達成していた方向に感度を持っ暗黒物質探索実験の世界記録を更新した。(4) 2007年度までに製作した、シリコン検出器を用いたラドン検出器用いて材料選択を行った。この結果、ほとんどの構成材料からはラドンの検出が確認されなかったが、一部の材料からはラドンの放出が確認されたため、大型マイクロTPC製作はこれらの材料を除いて設計を行うことに決定した。本研究では独自に開発した三次元ガス飛跡検出器「マイクロTPC」を用いた方向に感度を持つ暗黒物質探索実験を行った。本研究のの神岡地下実験室でのfirst resultをPhysicsLetters B 686(2010)11として出版した。その後、2009年4月より11月までバックグラウンド低減の為にラドン及びγ線への対策を行い、2009年12月より2010年10月までの期間、暗黒物質測定を行い、約1kgdaysの観測量を得た。この間、活性炭を用いたガス循環システムの効力によって、2ヶ月間ガスゲインの低下のない連続測定が行えている。測定結果の高エネルギー事象の解析によって、ラドン起源のバックグラウンドの計数率は約1/10に低減したことを確認した。これも活性炭を導入したことによる。また、検出器のガスゲインの位置依存性を詳細なゲインマップによって補正することで、ガンマ線バックグラウンドの寄与も1/10以下に低減することが確認された。

暗黒物質に対する解析は現在進行中である。2010年10月には低バックグラウンド化の一環として、検出器構成材料を低バックグラウンド材料のものに変更(ガラス強化フッ素樹脂をテフロンに変更)、調整を行っている。また、さらなる感度向上の為に、京都大学において低圧力(現行0.2気圧のCF4ガスを用いた測定に対して、0.1気圧のCF4ガス)ガスによるエネルギー閾値の低下を目指した基礎実験を行い、さらなる発展への指針を得た。
高密度化無撚CNT糸を用いた革新的超軽量高強度複合材料の開発

本研究ではCNT単体の優れた機械的特性が十分に発揮された革新的高強度CNT糸の創製を目的とし,乾式紡績法で作製した無撚CNT糸の高強度化を行った.糸を構成するCNT単体の強度評価および分子動力学解析によるCNT間相互作用力の評価によって,CNT糸の高強度化にはCNT単体の高強度化とCNT間の荷重伝達効率の向上が必要であることを明らかにした.また,それに基づいて黒鉛化処理によるCNTの高純度化,CNT糸と各種ポリマーとの複合化を行い,強度2.4 GPaのCNT糸を創製した.本研究では世界最高強度を有するカーボンナノチューブ(CNT)無撚糸の創成を目標とし,CNT無撚糸を強化材としたプラスチック基複合材料を成形し,その機械的特性を評価した.CVD法でシリコン基板上に垂直に成長したCNTフォレストから微細径のダイスを通して多数本の多層CNT(MWCNT)を直径3050ミクロン程度に束ねた連続強化繊維を作成した.初めに,CNT無撚糸の高強度化を目的として,密度の異なる未処理繊維にPAA/DMSO溶液を含侵させ高密度化処理を行い,未処理繊維の密度の違いによるPAA/DMASO処理の効果を調べた.密度の差異は,CNTフォレストウェブからの取り出し幅を変更させることで実現した.その結果,高密度未処理繊維にPAA/DMASO処理を施すことによって,破断応力1.39GPa,弾性率127GPaを得ることができ,一方,低密度未処理繊維に同様の処理を施すことで,破断応力2,21GPa,弾性率202GPaを得た.これはPAAを用いた高密度化処理によってCNT無撚糸が低グレード炭素繊維に相当する機械的特性を有することを示す結果となった.また,未処理繊維の繊維密度が低い程,高強度・高剛性繊維となる結果を示しており,PAA/DMASO処理高密度化処理の有効性を明らかにすることができた.この高密度化処理はファンデルワールス力に加えてMWCNT間の結合力が水素結合によって向上することに起因すること考えている.さらに,無撚CNT糸に熱処理を加えることで無撚CNT糸の機械的特性の向上を試みた.CNT単体の外周部と内部のアモルフォスカーボンが消失し,CNT層の配向性が大幅に改善される結果を得た.ウェブ幅30mmの未処理繊維にPAA/DMASO処理を施すことにより,破断応力1.39GPa,弾性率127GPaを得た.また,ウェブ幅22.5mmの未処理繊維にPAA/DMASO処理を施すことで,破断応力2,21GPa,弾性率202GPaを得た.未処理繊維の繊維密度が低い程,高強度・高剛性繊維となる結果を示しており,高密度化処理の有効性を明らかにすることができた.この結果は当初予想していた強度・剛性より明らかに高く,研究の進捗状況としてはおおむね順調と言える.また,高密度化処理に関して,材料探査を行い,ポリビニルアルコール(PVA)よりポリアクリル酸(PAA)の有効性を確認している.PAAーCNT間の架橋構造の形成ならびにその強化機構を含めて未解明な点が多いが,PVAと比較して,PAAのヒドロキシ基(OH基)の存在が有効であることを実証した結果となっている.ただ,黒鉛化処理に関しては,処理に際していくつかの不具合を検出しており,この点に関しては早急に改善する予定である.本研究では世界最高強度を有するカーボンナノチューブ(CNT)無撚糸の創製を目標としている.CNT無撚糸を強化材としてポリマーと複合化することで軽量高強度複合材料を成形し,その機械的特性を評価した.CVD法でシリコン基板上に垂直成長したCNTフォレストから微細径のダイスを通して多数本の多層CNT(MWCNT)を直径3050ミクロン程度に束ねた連続強化繊維を作製した.本年度はポリマーとの複合化に伴う無撚CNT糸の高強度化要因の解明を目的して,機械的特性の実験的評価と分子動力学解析を行った.無撚CNT糸はPAA(ポリアクリル酸)などのポリマーと複合化することで機械的特性が2倍以上向上し,強度は最大2.4 GPaに達した.一方,不活性ガス環境下,2800°Cで黒鉛化処理を行った高純度無撚CNT糸を用いた場合,ポリマーとの複合化に伴う機械的特性の向上効果はほぼ確認されなかった.無撚CNT糸は黒鉛化によってCNT表面の官能基を失っており,90°Cの濃硫酸/濃硝酸の混酸に浸漬させ官能基を再付与することで強度向上効果を得た.ポリマー複合CNT糸における強度向上要因を明らかにするため,分子動力学法による無撚CNT糸の引張シミュレーションを行った.解析の結果,無撚CNT糸をポリマーと複合化することでCNT間に作用する分子間力が高まり,糸のマクロな強度が増大することが明らかとなった.また,作用する分子間力はファンデルワールス力を基本として,CNTとポリマー間の水素結合であることを示した.本研究では高強度無撚CNT糸および高強度CNT/ポリマー複合糸の創製を目的としている.本年度までに,無撚CNT糸を紡績して密度状態の制御や不活性ガス下,2800°Cの高純度化処理によって糸の機械的特性を向上させている.