hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
三次元切削温度の時間的変化と加工精度に及ぼす影響

一般に旋削加工における加工行程は,能率向上のための荒加工から,高精度を満足するための仕上げ加工へと進む複数のパスにより実施され,工具が被削材表面を繰り返し通過するため,被削材全体の温度が上昇して寸法精度,加工精度に影響を及ぼす.そこで本研究では,旋削加工により発生する熱に起因し,刻々と変化する被削材表面の温度分布を旋削加工中に熱画像装置により測定し,工具パスによる時間変化を調べ,また,計測結果を基に,切削温度に関する非定常軸対象温度場の解析モデルを構築し数値解析を行い,工具パスに伴う被削材内部の温度の時間変化を解析し考察を加えた.まず,切削条件として,切削速度,送り,切り込みを変化させ,各パスにおける被削材表面温度の時間変化を熱画像装置により計測した。実験結果から得られた温度場を基に,構築した解析モデルの入熱条件を設定し数値解析を行ったところ,実験値と解析値の被削材表面温度の時間変化,ならびに被削材表面全体の温度分布ともよく一致した.実験,数値解析の結果,工具パスにおける被削材内部の温度分布は,パスを重ねるにつれて被削材内部に熱が蓄積されるのが確認され,最も温度の高い部分が熱源である工具刃先の位置となっているが,被削材内部の半径方向の温度勾配は熱源の近傍以外は小さくなっていた.また,切削終了点付近では,チャック保持部に熱が流出するため被削材表面中央部と比べて温度が低く,そのため,温度の高い部分が切削部付近に限定されているのが認められた.さらに,送りが被削材温度に与える影響は大きく,送りの増加により表面温度は低くなることを確かめた.一般に旋削加工における加工行程は,能率向上のための荒加工から,高精度を満足するための仕上げ加工へと進む複数のパスにより実施され,工具が被削材表面を繰り返し通過するため,被削材全体の温度が上昇して寸法精度,加工精度に影響を及ぼす.そこで本研究では,旋削加工により発生する熱に起因し,刻々と変化する被削材表面の温度分布を旋削加工中に熱画像装置により測定し,工具パスによる時間変化を調べ,また,計測結果を基に,切削温度に関する非定常軸対象温度場の解析モデルを構築し数値解析を行い,工具パスに伴う被削材内部の温度の時間変化を解析し考察を加えた.まず,切削条件として,切削速度,送り,切り込みを変化させ,各パスにおける被削材表面温度の時間変化を熱画像装置により計測した。実験結果から得られた温度場を基に,構築した解析モデルの入熱条件を設定し数値解析を行ったところ,実験値と解析値の被削材表面温度の時間変化,ならびに被削材表面全体の温度分布ともよく一致した.実験,数値解析の結果,工具パスにおける被削材内部の温度分布は,パスを重ねるにつれて被削材内部に熱が蓄積されるのが確認され,最も温度の高い部分が熱源である工具刃先の位置となっているが,被削材内部の半径方向の温度勾配は熱源の近傍以外は小さくなっていた.また,切削終了点付近では,チャック保持部に熱が流出するため被削材表面中央部と比べて温度が低く,そのため,温度の高い部分が切削部付近に限定されているのが認められた.さらに,送りが被削材温度に与える影響は大きく,送りの増加により表面温度は低くなることを確かめた.
電子移動を担う遷移金属結合タンパク質の計算科学的研究

本研究の目的は,計算科学的手法により遷移金属結合タンパク質等における生物機能のメカニズムを理論的に解明する点にある。本年度は、複雑な生体内遷移金属イオン結合サイトの電子構造をより単純化して解析するために、昨年度開発したWannier Function Center(WFC)計算プログラムを、シトクロム酸化酵素(CcO)のCu_Aサイトなどに適応した。その結果、Cu_Aサイトの電子構造が機能的二重構造を有することを示した。すなわち、プラットフォームとしてCu_Aサイトの骨格を担う原子と、微妙な機能的制御をもたらす原子群とのふたつの部分から成り立っていることが分かった。また、T1リパーゼの活性部位に存在するNa^+イオンと芳香環のつくる結合(Na^+-π相互作用)に着目し、高度な電子構造計算法を用いてそのポテンシャル場を解析した。これをさらに分子動力学計算と組み合わせて解析した結果、Na^+イオンを水分子に置換した場合には、T1リパーゼの活性部位の立体構造が不安定になることが分かった。X線結晶構造解析による電子密度図のみでは、Na^+イオンの存在を断言することが困難であったが(水分子の可能性が否定できない)、こうした力学的構造安定性の解析によって、Na^+-π相互作用の機能的な役割を含め、その存在が明らかになった。これにより、「Na^+-π相互作用が親水性および疎水性アミノ酸残基を架橋してタンパク質の機能構造単位を形成している」ことを明らかにした。さらには、昨年度に引き続きハイブリッドQM/MM領域の境界をより高精度に取り扱うための理論であるGeneralized Hybrid Orbital(GHO)法の導入を、この計算技術の専門家であるM.Field博士ら(フランス)と推進した。また,電子構造自体の時間発展を追跡する「時間発展電子密度汎関数法(TDDFT)」をタンパク質構造のダイナミクスの解析に応用した。また、GatCABにおけるダイナミクスを解析し、酵素分子内部をアンモニア分子が通過する経路を見出した。またその入り口には、世界最小の逆止弁が存在することを合わせて見出した。本研究の目的は遷移金属結合タンパク質における電子/プロトン移動の機構を計算科学的な手法で理論的に解明することである。巨大なタンパク質に対しても高精度な理論解析を実現するには、量子力学(QM)理論と古典(MM)理論とをジョイントさせたハイブリッドQM/MM計算が有効であり、これは現在最も強力な解析法のひとつである。本研究は、我々のQM/MM計算システムの改良とその応用とを進める。本年度はまず、次の3つの解析法の実装またはその準備を進めた。第一に、電子構造自体の時間発展を追跡する「時間発展電子密度汎関数法(TDDFT)」を、単独のQM計算としてタンパク質に対してテストした。第二に、QM・MM領域の境界をより高精度に取り扱うための「Generalized Hybrid Orbital (GHO)法」の導入を、その専門家であるM.Field博士ら(フランス)との共同によって進めた。第3に、複雑な生体内の遷移金属イオン結合サイトの電子構造を解析するために「Wannier Function Center (WFC)」のプログラムを開発した。またQM/MM計算の応用としては、細胞呼吸において重要なシトクロム酸化酵素(CcO)のCu_Aサイトについて、その電子構造を解析した。これまでの実験では、同じアミノ酸残基からなるCu_Aサイトであっても、生物種によってそのMet残基の酸化還元電位に与える影響が異なり、矛盾した結果がみられた。本年度は前述のQM/MM計算とCu_Aサイトの立体構造モデリングとを組合せることにより、実験結果における先の矛盾を解決した。さらにCcOのプロトン輸送経路に対してQM/MM分子動力学計算を実行し、その解析を進めた。この結果は、CcOにおけるこれまでの機構(QM単独計算により、実験結果と矛盾している)とは異なり、真の描像を明らかにするものと期待される。

また,電子構造自体の時間発展を追跡する「時間発展電子密度汎関数法(TDDFT)」をタンパク質構造のダイナミクスの解析に応用した。また、GatCABにおけるダイナミクスを解析し、酵素分子内部をアンモニア分子が通過する経路を見出した。またその入り口には、世界最小の逆止弁が存在することを合わせて見出した。
積雪と森林が共存する場合の大気・地表面相互作用の研究

1.積雪のある森林小流域に置ける熱収支を,融雪モデルと流出モデルを組み合わせることによって評価した.森林小流域を巨視的に,それぞれ一層の植被層と積雪層からなる系と考えることによって,森林から大気への顕熱フラックスを見積もった.その結果,枝葉上に雪がなければ,真冬の2月下旬でも4060Wm^<-2>の顕熱フラックスが大気に供給され,大気は加熱されることがわかった.さらに,熱収支の様子が,植被の有無によってどのようにかわるかについても調べた.2.融雪期の大気昇温について,データ解析とモデルの両面から検討した.データ解析の結果,積雪が十分に残っている時期の平野部でも,日中の気温が0°C以上になる例が示された.また,日中の気温が高くなる割合は,日照時間が多くなるほど高いことがわかった.しかし,風速は弱くても気温が高くなる割合にはあまり関係がない.つまり,移流が小さいと考えられる風速の弱い日でも,日射が強ければ日中の気温は高くなる.一方,局地循環モデルに森林の熱収支モデルを組み合わせて行った計算で,森林が存在すれば森林から大気へ向かって顕熱が輸送され,大気が加熱されることが示された.また,2次元モデルの計算により,平野部の森林のない積雪面であっても,周辺に森林が存在すれば平野部の大気も昇温することがわかった.以上のことから,森林の存在は融雪期の大気の昇温の主要な原因の一つであると結論づけられた.3.積雪面のアルべ-トの日平均値を日平均気温と日降水量によってパラメータ化した.1.積雪のある森林小流域に置ける熱収支を,融雪モデルと流出モデルを組み合わせることによって評価した.森林小流域を巨視的に,それぞれ一層の植被層と積雪層からなる系と考えることによって,森林から大気への顕熱フラックスを見積もった.その結果,枝葉上に雪がなければ,真冬の2月下旬でも4060Wm^<-2>の顕熱フラックスが大気に供給され,大気は加熱されることがわかった.さらに,熱収支の様子が,植被の有無によってどのようにかわるかについても調べた.2.融雪期の大気昇温について,データ解析とモデルの両面から検討した.データ解析の結果,積雪が十分に残っている時期の平野部でも,日中の気温が0°C以上になる例が示された.また,日中の気温が高くなる割合は,日照時間が多くなるほど高いことがわかった.しかし,風速は弱くても気温が高くなる割合にはあまり関係がない.つまり,移流が小さいと考えられる風速の弱い日でも,日射が強ければ日中の気温は高くなる.一方,局地循環モデルに森林の熱収支モデルを組み合わせて行った計算で,森林が存在すれば森林から大気へ向かって顕熱が輸送され,大気が加熱されることが示された.また,2次元モデルの計算により,平野部の森林のない積雪面であっても,周辺に森林が存在すれば平野部の大気も昇温することがわかった.以上のことから,森林の存在は融雪期の大気の昇温の主要な原因の一つであると結論づけられた.3.積雪面のアルべ-トの日平均値を日平均気温と日降水量によってパラメータ化した.
完全流体における自由表面問題の非線形有限要素解析

ベルヌーイの圧力方程式を体積積分したエネルギー関数を汎関数として用い、三次元容器における非線形スロッシングの有限要素解析の定式化を行った。流体要素の節点座標を自由表面変位の関数として与え、速度ポテンシャルを流体場の変形に追従する移動座標により表現して、汎関数の離散化を行った。簡単な代数方程式の微分によって、三次元容器の場合においても流体場の変形に伴うメッシュの移動ルールを含んだ完全な非線形釣合式を容易に導くことができた。定式化をもとにプログラムの作成を行い、円筒液体貯槽の数値解析を行った。良好な結果が得られることを確認し、提案手法の妥当性について確認した。また、二次元容器の問題では自由用面に浮き屋根を浮かべた場合の問題について扱った。弾性体と完全流体の非線形相互作用問題を支配する汎関数として、Lukeの汎関数(流体圧力の体積積分)とハミルトンの原理の差で表される汎関数を定義し、釣合式の導出を行った。浮き屋根の幾何学的非線形性によって波高の応答が抑えられるようなモデルを解析し、良好な結果が得られることを確認した。提案手法は、リッツ法による定式化を用いることで、自由表面問題の厳密な離散系釣合式を容易に導くことが可能である。また、境界と流体揚内部を区別することなく全ての要素を統一的に扱うことが可能であり、シンプルなアルゴリズムによって解析することができる。種々の問題に適用し、これらの結果を通して有用な手法であることを示すことができた。1二次元任意形状容器における非線形スロッシングの定式化と数値解析ベルヌーイの圧力方程式を体積積分したエネルギー関数を汎関数として用い、二次元任意形状容器における非線形スロッシングの有限要素解析の定式化を行った。簡単な代数方程式の微分によって、二次元任意形状容器の場合においても、流体場の変形に伴うメッシュの移動ルールを含んだ完全な非線形釣合式を容易に導くことができた。定式化をものにプログラムの作成を行い、容器形状が円形容器の場合と台形容器の場合についてそれぞれ数値解析を行った。既往の文献で扱われている解析モデルの数値解析を行い、両者の結果を比較し、良好な結果が得られていることを確認した。2二次元水槽のスロッシング振動実験透明なアクリル板を用いて、矩形型、台形の形2体の試験体を作成した。両試験体とも高さ200mm、奥行き20mmとし、矩形型モデルは幅200mm、台形型モデルは容器側面を30度傾け、水高100mmとしたとき矩形型モデルと水の体積が等しくなるような幅とした。これら2体の試験体をそれぞれ振動台に設置し、電磁式加振器により水平振動台を振動させ、自由表面の波高を計測した。自由表面波高の計測方法は、ビデオ撮影と、容器側面に貼り付けた電極と容器内部の水との間にコンデンサを形成し、水と電極の対面面積の変動によるコンデンサ容量の変化を読み取る方法の2つの方法を行った。微少振動時の定常応答、自由振動、大振幅に到るまでの過渡応答をそれぞれ計測した。定常応答結果と自由振動波形から、減衰定数を推定し、これを与えて数値解析を行った。実験データと数値解析の結果を比較し、数値解析は実験による大振幅時の自由表面の挙動を概ね表現することを確認した。
ナノ磁場空間における分子挙動の解明

ナノサイズの細孔中に取り込まれた分子は、細孔内の特異なパッキングや細孔内壁からの電子的、構造的影響から、バルクとは異なる性質を示すことが知られている。本研究では、ナノチャンネル構造を持ったホスト磁性体(ナノチャンネル強磁性体)を用いて、ナノ空間だけでなく、ナノ空間に生じた磁場も考慮した“ナノ磁場空間"に置かれたゲスト分子やイオンの挙動を明らかにすることを目的としている。ナノ磁場空間というこれまでにない研究分野を開拓し、ゲスト分子の振舞い、特にスピン挙動に対するナノ磁場空間の寄与を明らかにする。
100m走の加速と速度低下に及ぼす義足の影響

本研究の目的は,義足の100m走選手に焦点をあて,100m走中の速度曲線を測定し,速度変化の特徴を明らかにすることであった。対象とした選手は,ロンドンパラリンピック陸上競技短距離走(T44クラス)代表選手2名を対象とした。測定は,2012年11月4日(中京大学梅村陸上競技場)および2013年3月23日(愛知淑徳大学陸上競技場)に実施した。選手の疾走速度は,レーザー速度計測システム(FLM-ST01,フォーアシスト社製)を用いて,選手の後方5mの地点に設置し,100Hzで測定した。レンズ高は,地上から0.5mの高さとした。選手が発揮した疾走速度を分析したところ,2名の選手の全ての試技において,100m走後半に疾走速度の低下が見られ,その特徴は,健常選手の速度低下と類似した傾向を示した。これまで義足の選手は,疲労による速度低下は少ないと考えられてきたが,T44クラスの選手では,100m走後半の疲労に対する疾走技術も重要な要因になることが明らかになった。本研究の目的は,義足の100m走選手に焦点をあて,加速技術や速度低下に及ぼす義足の影響を明らかにすることであった。この目的を達成するために,次に示す2つの課題を実験により,測定し,解析を試みた。課題1,義足の選手が発揮した100m走中の速度曲線を測定し,速度変化の特徴を明らかにした。課題2,速度曲線から累積速度偏差を算出し,義足の選手が苦手とする加速区間や得意とする速度低下区間などの特徴を明らかにした。特に最終年度においては,ロンドンパラリンピックに出場した2名の短距離選手を対象に,レーザー速度測定器を用いて,疾走速度の変化を測定することができた。対象とした選手は,ともに片足義足の選手(T44)であった。測定データの再現性を検証するため,1名の選手については,約5ヶ月の間隔を空けて,2回にわたって実験測定をおこなった。全ての実験測定に関して,選手には,2回の全力疾走を依頼した。全力疾走の間隔は,選手の疲労が回復するために十分な時間を設定した。選手が発揮した疾走速度を分析したところ,全ての試技において,100m走中の疾走速度の低下が見られた。その速度低下の特徴は,健常者の速度変化と類似した傾向を示した。オスカーピストリウス選手に代表される義足の選手は,一般的に加速区間が苦手で,速度低下区間の速度低下が少ないと考えられてきた。しかし,本研究で得られた成果として,片足義足の選手(T44)クラスのにおいては,健常者と同様に,はっきりとした速度低下を発現していた。今後は,これらの選手を対象とした,速度低下を誘発する疾走フォームの特徴を分析したいと考えている。本研究は,義足の選手が100m走レース中に発揮した疾走速度を分析し,加速技術や速度低下に及ぼす義足の影響を明らかにすることを目的としている。これまでのところ,実験・測定に必要なレーザ速度計を購入し,予備実験を終えたところである。予備実験では,レーザ速度計の精度を確認するために,本学陸上部を被験者とし,疾走速度の測定をおこなった。測定方法は,選手が疾走している背後から測定器によるレーザービームを照射し,その反射光を利用して,距離を計測するものである。計測データは,時系列で保存されるが,この時間ー距離関係から疾走速度曲線を求めると高周波ノイズが含まれる。予備実験では,選手のスタート地点後方約7mの地点から,レーザを照射するという,好条件の中で測定をおこなった。このような好条件の予備実験においても,高周波ノイズが検出された。時には,レーザが選手を捉えきれず,測定できないこともあった。速度データが,本研究の核となる情報であるため,より精度の高いデータを得るためにも,測定条件の環境確認は,意義深いことである。被験者には,3度の試技を課し,比較的,測定結果が優良なデータを採用した。有用なデータにおいても高周波ノイズがみられたので,これを除去するために,バターワースフィルタなどを用いて,的確な周波数の同定とノイズ除去方法を検討している。また,測定データの効率的な処理のために,コンピュータ1台を購入し,解析プログラム作成の準備を進めている。

これまでのところ,MatlabとSPSSをインストールし,プログラムの作成に向けた研究環境を整えたところである。疾走速度の計測では,被験者が最高のパフォーマンスを発揮し,験者がそのデータを正確に測定することに最大のポイントがある。これまでのところ,本学陸上部の選手を被験者として,いくつかの測定条件の中で,より正確に速度を測定する方法を検討してきた。選手の背後約7mの地点からレーザを照射(好条件の実験条件)しても,高周波のノイズが検知された。この点が,当初の研究計画で検討していたよりも,難しいことが判明したため,予定よりも多くの時間をかけて,的確な周波数の同定とノイズ除去方法を検討している。それ以外については,概ね順調に研究を進めることができた。今後は,義足の陸上競技選手と健常者の陸上競技選手のデータを測定する。測定したデータは,韓国の崔勝旭先生や三菱レーヨンの下野智史氏の協力を得て,加速パターンや速度低下パターンの違いを明確に示すことを検討している。また,100m走中の加速区間や速度低下区間のより正確な疾走速度を測定するために,デジタルカメラやビデオカメラを用いて,ピッチとストライドの計測も検討している。今回の研究で得られた成果を,学会等で発表できるよう解析を進める計画である。次年度の研究費は,実験・測定のための研究協力者への謝礼や出張費として使用する計画である。ピッチやストライドの測定には,レーザ測定機では分析できない。そのため,デジタルカメラやビデオカメラを購入する計画である。これらの成果を公表するために,学会発表や学術雑誌への投稿も検討しており,それらに必要な出張費や印刷費なども研究費として使用する計画である。
排泄動作の自立支援に関する縦断的研究(機能性尿・便失禁者のための福祉用具)

研究1中等度の歩行障害があっても,排泄動作の自立を維持して在宅生活を送っていた2名の60歳台の女性にリハビリテーション病院入院中と退院後にインタビューした.各々の診断名は頚髄損傷と脳卒中だった.両者ともに,当該病院転入時には留置カテーテルまたはオムツを使用していた.退院までに,歩行器または監視下T字杖使用の条件で排泄動作が自立した.退院後は介護保険のデイサービスなどを利用していた.両者ともに,入院中の排泄介助では「介助者に気がねして,排泄回数や排泄時間を少なしていた」と語った.退院後,両者ともに居室内で転倒して外傷や打撲を経験していた.また,かぜで寝込むことがあり,その後の歩行困難を経験していた.以上の結果から,排泄動作の自立支援プロセスにおいて本人の介助者への気がねに配慮する必要性,および排泄自立を維持するための長期的なリスク管理の必要性が示唆された.研究2一般住宅で介助を受けて,片麻痺者(5名の模擬患者)がトイレへの移動に車いすを使う場合とシャワーキャリーを使う場合の身体的および心理的負担を比較した.シャワーキャリー使用時にはベッド上で下着の上げ下げを行った.車いす使用時にはトイレ内で便座に移乗する際にこれを行った.一連の排泄動作における移乗回数は前者で2回,後者で4回だった.下着の上げ下げに要した時間も移動に要した時間もシャワーキャリーの方が長かった.使用後のアンケートには,シャワーキャリーに対して(下着を脱いだまま移動するので)「寒い」「恥ずかしい」「臀部が痛い」という感想が示された.以上の結果から,体幹・下肢機能障害をもつ人の排泄時の移乗回数を減らすための,シャワーキャリー導入において,下着の上げ下げや移動工程の負担を軽減する工夫(着衣の工夫,シャワーキャリーの操作性向上,環境整備)および本人の心理的負担への対応が必要なことが示唆された.近年,快適に排泄するために開発が進められてきた温水洗浄機能つきポータブルトイレの自立を促す福祉用具としての臨床評価を行った.利用したのは,横移乗でベッドからトイレに移れるベッドサイド型のものである.上肢障害のために排泄後のお尻拭きに介助を要する人がこのポータブルトイレを利用すると,温水洗浄機能無しのものに比べて,尿臭が緩和して,より快適に排泄できることが確認された.ただし,この機能があると,利用者本人が介助を求めなくなる場合もあったので,洗浄後の水分除去を確認して,皮膚トラブルを予防する必要性が明らかになった.また起居・移動動作に障害のある人が使った場合,使用開始3日目(使用23回目)に腰掛ける位置が浅すぎて衣類や床を濡らすというトラブルが生じた.この予防対策機能をポータブルトイレ側に求めるべきか否かについては今後さらに検討を要する.一方で,トラブル発生が使用開始3日目に生じたことから,福祉用具の適応や効果を調べるには,数日間の試用を要することが示唆された.現在,介護保険においてポータブルトイレは購入費支給サービスの対象になっている.貸与に適さない福祉用具の場合,高性能で有効な用具を効率良く普及させるには,用具を試用できるシステムづくりが必要かもしれない.本調査では,1週間すべての排泄にこのポータブルトイレを利用していただき,用具使用前後の利用者本人と介護者へのインタビュー,毎回の排泄で介護者が記入するチェック表,ビデオを用いた動作分析などを行った.これらの手法により,福祉用具の短期的な効果を調べることができた.今後,効果検証の調査期間の影響についても調べる予定である.研究1中等度の歩行障害があっても,排泄動作の自立を維持して在宅生活を送っていた2名の60歳台の女性にリハビリテーション病院入院中と退院後にインタビューした.各々の診断名は頚髄損傷と脳卒中だった.両者ともに,当該病院転入時には留置カテーテルまたはオムツを使用していた.退院までに,歩行器または監視下T字杖使用の条件で排泄動作が自立した.退院後は介護保険のデイサービスなどを利用していた.両者ともに,入院中の排泄介助では「介助者に気がねして,排泄回数や排泄時間を少なしていた」と語った.退院後,両者ともに居室内で転倒して外傷や打撲を経験していた.また,かぜで寝込むことがあり,その後の歩行困難を経験していた.以上の結果から,排泄動作の自立支援プロセスにおいて本人の介助者への気がねに配慮する必要性,および排泄自立を維持するための長期的なリスク管理の必要性が示唆された.研究2一般住宅で介助を受けて,片麻痺者(5名の模擬患者)がトイレへの移動に車いすを使う場合とシャワーキャリーを使う場合の身体的および心理的負担を比較した.シャワーキャリー使用時にはベッド上で下着の上げ下げを行った.車いす使用時にはトイレ内で便座に移乗する際にこれを行った.一連の排泄動作における移乗回数は前者で2回,後者で4回だった.下着の上げ下げに要した時間も移動に要した時間もシャワーキャリーの方が長かった.使用後のアンケートには,シャワーキャリーに対して(下着を脱いだまま移動するので)「寒い」「恥ずかしい」「臀部が痛い」という感想が示された.以上の結果から,体幹・下肢機能障害をもつ人の排泄時の移乗回数を減らすための,シャワーキャリー導入において,下着の上げ下げや移動工程の負担を軽減する工夫(着衣の工夫,シャワーキャリーの操作性向上,環境整備)および本人の心理的負担への対応が必要なことが示唆された.
ツェナートンネル電流における共鳴効果に関する研究

本研究は、半導体量子井戸や超格子をintrinsic層に含むp-i-nダイオードにおいて、強い逆電圧のもとで流れるツェナートンネル電流が、intrinsic層にある量子井戸や超格子の局在準位との共鳴の効果により変調を受けるという現象を調べることを目的とする。特に、電子波の時間発展と干渉効果という観点から、この現象を理解し記述するための理論的な枠組みを構築した。経路積分法に基づいた半古典的共鳴トンネル効果の理論(M. Morifuji and J. Nishie, Physical ReviewB71, 035334(2005))と電子波干渉による固有状態の形成過程を記述するための理論(K, Ikegami, M. Morifuji他, Physica E33, 381-387(2006))を構築し、それに基づいて様々な構造でのツェナートンネル電流を調べた。さらにそれら発展させ、電流の過渡特性を計算するための理論を構築し、ツェナートンネル電流の時間依存性および高周波電界のもとでのツェナートンネル電流を理論的に調べた。さらに上記の理論を応用して、スピン分極がある場合のトンネル電流、すなわち磁気トンネル効果についても調べ、実験結果との比較を行った。本研究の目的は、ツェナートンネル電流における共鳴効果を理論・実験の両面から調べることである。今年度は、電子波の時間発展という観点から電気伝導現象における電子波干渉の効果を理論的に調べた。1.共鳴トンネル効果における電子波干渉の効果を調べた。そのために、経路積分法にWKB近似を適用した理論(Y.Zohta, Phys. Rev. B51,7307(1995))を、時間を追って電子波の運動を記述できるように拡張した。この理論に基づいて、半古典的な描像に基づいて、二重障壁構造を通過する電子の挙動を調べた。その結果、電子は障壁間を部分的に透過しながら多重反射するという運動を行い、それに伴って、透過波、反射波の振幅が部分波間の干渉効果のために、時間を追って形成されて行く様子を記述することができた。この理論により、共鳴トンネル現象を時間を追って記述することができるようになり、振幅の形成過程という新たな視点から現象を理解することができた。2.電子波の干渉効果により量子状態が形成されて行く過程を調べることを目的に、非周期系であるHenon-Heilesポテンシャル中の電子波束の運動を数値計算によって調べた。その結果、たとえ電子波の運動が非周期的であっても電子波干渉の効果によって固有状態が形成されることがわかった。これは、半古典的な描像に基づいた量子条件が満たされないような場合にも、有限の大きさを持つ波束の運動を考えると、干渉による状態の強め合い生じうることを示している。本年度は、ツェナートンネル電流における共鳴効果を、電子波の時間発展と干渉効果という観点から理解し記述するための理論的な枠組みを構築した。1.ツェナートンネル電流の時間変化昨年度までに行った、経路積分法を用いた共鳴トンネル効果の理論(M.Morifuji, Physical Review B71,035334(2005))と電子波干渉による固有状態の形成過程を記述するための理論(K.Ikegami他,Physica E33,381-387(2006))を発展させて、複数のバンドを持つ系に対しても対応できるように理論の拡張を行った。さらにこの理論に基づいて、ツェナートンネル電流の時間発展を計算するためのプログラムを作製した。引き続き、このプログラムを用いてp-i-nダイオードを流れる電流特性の過渡特性に関する計算を行うことを計画している。2.スピン状態の緩和過程上記の理論を静磁場中でのスピンの問題に応用してスピンの緩和過程を調べた。初期状態として任意の方向に向いたスピン関数を取り、外部からの擾乱がある場合にこの状態の時間発展を干渉効果を考慮してシミュレーションにより計算した。その結果、干渉効果により時間とともに固有状態が形成されること、任意の方向を向いていたスピンは擾乱を受けることにより上向き、下向きの2つの状態に緩和していくことが示された。(quant-ph/0609039に投稿。)本研究は、半導体量子井戸または超格子をintrinsic層に含むp-i-nダイオードにおいて、逆電圧のもとで流れるツェナートンネル電流が、量子井戸や超格子の局在準位との共鳴の効果により変調を受けるという現象を調べることを目的とする。

特に、電子波の時間発展と干渉効果という観点から、この現象を理解し記述するための理論的な枠組みを構築した。本年度は、これまでに行った、経路積分法に基づいた半古典的共鳴トンネル効果の理論(M. Morifuji and J. Nishie, Physical ReviewB71, 035334 (2005))と電子波干渉による固有状態の形成過程を記述するための理論(K. Ikegami, M. Morifuji他,Physica E33, 381-387 (2006))を発展させ、電流の過渡特性を計算できるように理論の拡張を行った。特に、ツェナートンネル電流はバンドのp領域からn領域へと流れる電流であるので、バンド間のトンネル電流をうまく記述することのできる手法である、強結合近似法に基づいて複数のバンドを持つ系に対しても電流の計算ができるように理論の拡張を行った。さらにこの理論に基づいて、ツェナートンネル電流の時間発展を計算するためのプログラムを作製した。これを用いてp-i-nダイオードを流れる電流の過渡特性に関する計算を行い、高周波電圧の下での電流-電圧特性を理論的に調べた。
自己運動に伴う触覚呈示による体性感覚拡張に関する研究

本年度は本課題に関連した「叩き動作に対する振動呈示の遅延が材質感呈示に及ぼす影響」の調査,および「誇張表現に基づいた触覚インタラクションの設計・開発」という表題の博士論文を執筆した.「叩き動作に対する振動呈示の遅延が材質感呈示に及ぼす影響」の調査では,昨年度までに開発した叩き動作に対して0.1msで振動呈示することで叩いた対象(タッチスクリーン)の材質を錯誤させるシステムを用いた.本研究では振動呈示に人工的に遅延を加えることで,ユーザが振動呈示に遅延があると感じる閾値および遅延が材質感知覚に及ぼす影響を心理物理実験により調査した.その結果,約5msでユーザは遅延に気づくことが明らかになり,数十から数百ミリ秒の遅延が生じる市販のタッチスクリーンシステムでは材質を錯誤させることは困難であることを示した.「誇張表現に基づいた触覚インタラクションの設計・開発」という表題で本研究によって得られ知見を基盤に博士論文を執筆した.本研究の目的は触覚呈示による運動感覚の増強,錯誤および制御の実現であった.本目的に対して,私はこれまでの計8つの触覚インタラクションを設計・開発に関する研究を手がけた.これらを振り返った際に,触覚インタラクションの設計・開発に誇張表現を適用させることが重要であることを見出した.誇張表現とは現実に基づいた大げさな表現である.「ユーザの自己運動に基づいて生じる感覚を変調したり,別の感覚で代替したり,別の感覚を重畳することで触覚インタラクションの誇張を行う.これにより触覚インタラクションを分かりやすくし,表現の幅を広げることを実現する」というのが本論文の概要である.これは誇張表現を用いた触覚呈示により運動感覚を含む触覚インタラクションの増強,錯誤および制御を実現すると見なすことができ,本課題に関連した研究をまとめたといえる.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は触覚による運動感覚の増強,錯誤および制御の実現である.本年度は自己運動に伴った触覚呈示手法として,減衰正弦振動を用いた叩き動作に対する実物体への材質感重畳手法およびロータリスイッチ的カチカチ感呈示手法の研究を行った.前者では,ユーザが物体を叩く動作に合わせて振動を呈示することで,叩いた物体の材質感を変えるというものである.これにより,例えば柔らかいものを硬くするといった擬似的な反力増強が可能となる.また後者ではモーションキャプチャ装置と振動呈示によってユーザの肘屈伸運動に合わせて離散的な触覚フィードバックを行うシステムの開発を行った.振動刺激のパラメータを調整することで肘関節の材質感を,例えばゴムやアルミニウムに変えられることを明らかにした.更にそれに伴い,疑似的な反力が生じるといった現象も発見した.これらの疑似力覚は運動感覚の増強として利用できると考えられる.また本年度は触覚に限らない感覚呈示手法として,徳利の「トクトク感」のモデル化および再現,歯磨き音の変調による歯磨き感拡張の研究を行った.前者は徳利で液体を注いだときに生じる振動「トクトク感」をモデル化および再現するものである.本研究の最終的な目標は,実際の液体の質感を変調することで,液体の印象(風味等)を変えることである.後者は歯磨き時に生じる音を変調することで歯磨きの印象を変化させるものである.これまでに被験者実験より,強調する周波数によって歯磨きの印象が変化することを明らかにした.これら二つの研究は現段階では本課題の目的である運動感覚増強と少しかけ離れているように見えるかも知れない.しかし最終的には対象の質感を変えることによって,ユーザの対象への接し方,つまり身体運動をユーザの無意識のうちに制御できるのではという考えのもと行われている.本研究の目的は触覚による運動感覚の増強,錯誤および制御の実現である.本年度は負圧を用いた引力覚呈示装置の開発を行った.タッチスクリーンの普及により入力と出力が単一の界面から行えるようになった.こうした中でタップやドラッグなどの入力運動に対する触覚フィードバックに関する研究が盛んに行われている.こうした中で引力呈示を行うものがないことに着目した.タッチスクリーン上で引力呈示が可能になれば,例えばドラッグ中に引力呈示することで摩擦を増加させ指を止めることができる.本研究では負圧を用いることでタッチスクリーン上に引力を呈示するシステムを実現した.エアポンプ,バルブアレイおよびタッチスクリーンからシステムを構成した.これまでにも引力呈示を行う手法として磁力や静電気力を利用するものが提案されているが,前者はユーザに磁石を装着させる必要があり,後者は引力呈示というよりも微細な皮膚感覚を呈示するものであった.一方で本システムは装着の必要がなく,ドラッグ中の指を強制的に止めるほどの引力を呈示可能である.本システムがインタフェースとして,従来のフィードバック手法(振動,視覚的フィードバック)と比較してどれほど使いやすいかをダイヤルGUIを用いて評価した.評価結果は引力呈示によってダイヤルの終端を見つけるというタスクが短時間かつ精度良くなることを示した.特にダイヤルの長さが長くなるとその効果は有意となった.

これは,ユーザが「引力がダイヤルの終端に来たら強制的にドラッグを止めてくれる」といった引力に対する信頼感に起因すると考えられる.物理ダイヤルは終端にくると機械的な引っかかりによってユーザの指を止める.本システムではこの要素を再現できたため,ユーザが信頼して高速かつ高精度にドラッグができたと考えられる.本年度は本課題に関連した「叩き動作に対する振動呈示の遅延が材質感呈示に及ぼす影響」の調査,および「誇張表現に基づいた触覚インタラクションの設計・開発」という表題の博士論文を執筆した.「叩き動作に対する振動呈示の遅延が材質感呈示に及ぼす影響」の調査では,昨年度までに開発した叩き動作に対して0.1msで振動呈示することで叩いた対象(タッチスクリーン)の材質を錯誤させるシステムを用いた.本研究では振動呈示に人工的に遅延を加えることで,ユーザが振動呈示に遅延があると感じる閾値および遅延が材質感知覚に及ぼす影響を心理物理実験により調査した.その結果,約5msでユーザは遅延に気づくことが明らかになり,数十から数百ミリ秒の遅延が生じる市販のタッチスクリーンシステムでは材質を錯誤させることは困難であることを示した.「誇張表現に基づいた触覚インタラクションの設計・開発」という表題で本研究によって得られ知見を基盤に博士論文を執筆した.本研究の目的は触覚呈示による運動感覚の増強,錯誤および制御の実現であった.本目的に対して,私はこれまでの計8つの触覚インタラクションを設計・開発に関する研究を手がけた.これらを振り返った際に,触覚インタラクションの設計・開発に誇張表現を適用させることが重要であることを見出した.誇張表現とは現実に基づいた大げさな表現である.「ユーザの自己運動に基づいて生じる感覚を変調したり,別の感覚で代替したり,別の感覚を重畳することで触覚インタラクションの誇張を行う.これにより触覚インタラクションを分かりやすくし,表現の幅を広げることを実現する」というのが本論文の概要である.これは誇張表現を用いた触覚呈示により運動感覚を含む触覚インタラクションの増強,錯誤および制御を実現すると見なすことができ,本課題に関連した研究をまとめたといえる.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。運動感覚の増強,錯誤および制御に関する手法を数多く構築し,その初期段階といえる触刺激による疑似力覚生起の可能性を示唆した点で進捗は順調であるといえる.さらに触覚に限らない,例えば聴覚呈示といった新たなアプローチによる運動感覚の制御の提案,検討をしたという点において当初の計画以上の進展をしていると評価できる.本年度は触覚呈示により運動様式を変化させるといった本研究が最終目標にかかげる体性感覚の拡張手法を新たに実装し実現した.一方で昨年まで行ってきた研究プロジェクトに関しても国際論文誌の掲載や国際学会での発表といったように成果を形に残すことができた.旧プロジェクトの進捗に加えて新プロジェクトの達成度から当初の計画以上の進展をしていると評価できる.本年度その応用性を示唆した疑似力覚を用いた運動感増強を定量的に評価する.また触覚呈示に限らない感覚呈示による対象の質感変調を用いた身体運動の制御についても,感覚呈示によるユーザの行動の変化について観察を行う.本年度は今年度取り組んだ負圧を用いた引力感覚呈示装置に関する評価をまとめる.さらに最終年ということで,これまでの研究の総まとめを行う.その中で必要とされる追加実験を行っていく予定である.
産学連携における日英比較

この研究テーマは、日本の国立大学は法人化後、どのような方針や組織改革を導入しているかという研究である。大学の研究結果が社会と民間企業に貢献することが期待されている。このことに基づいて、大学の産学連携組織と産学連携戦略的な方針が重要になった。研究は21の国立大学産学連携担当副学長、産学連携組織の長、産学連携コーディネーターへのインタービューと、国立大学、私立大学へのアンケート、さらに公開された資料とビブリオメトリクスにもとづいておこなった。これにより、国立大学における産学連携戦略目標(研究機会の増進)、重要な産学連携の相手となるセクター(医薬、農業・食品)があきらかになった。また、個々の大学による多様な大学改革の取り組みがわかった。この改革は政策的なものと組織的なものとがあり、組織的な改革としては「知的財産戦略本部」、「産学連携委員会」や「産学窓口一体化」、政策的な改革は「知的財産政策」、「産学連携方針」、「利益相反ガイダンス」の導入などがある。そのほか、大学の産学連携に関しての報奨、スタッフの採用と評価などについても調査した。産学連携の促進のためには、「産学連携に関する業務の職員のスキル」が重要な問題である。2003から2005年までの間に、国立大学が多様な改革を導入しているが、政府からの助成は依然として財政的には圧倒的に重要である。しかし、2005年から2010年までの期間においては、共同研究が重要となってきているという変化も見られる。平成16年度は、まず文献のサーベイを行い、それをもとに、調査方法の検討をおこなった。さらに、フィールドワークとして8国立大学と1私立大学に訪問調査をおこなった。文献のサーベイは、海外の本テーマにかかわる論文などと、国内の産学連携、大学改革に関する政府資料などを収集し、読んだ。調査方法の検討では、訪問すべき大学の選定、インタビューの相手の選定、質問事項の決定、などを行った。なお、現在は、今後行う予定の質問表調査のインスツルメントの設計を開始した。フィールドワークとしては、9つの大学「京都大学、九州大学、東北大学、先端研(東京大学)、大阪大、農工大学、東京工業大学、岩手大学、立命館大学」、の産学連携、研究戦略、知財戦略担当の副学長、部長、ライセンスオフィサーとインタビューした。阪大では、二つのベンチャー企業代表取締役(CEO)もインタビューした。この研究テーマに関して、去年の11月で、イタリアで開催される国際シンポジウム「Triple Helix 5」での発表をアクセプトするという通知を受けている。会議は平成17年5月にある。現在のところはこれらインタビューの結果をまとめるとともに、イギリスにおける経験を展望したディスカッションペーパー「理工系人材育成における産官学協力・・・・イギリスのケース」をまとめた。平成17年2月から、アンケートや依頼状やサンプルフレームを作成する。今年の4月から郵送する予定である。
アトピー性皮膚炎の病態における高親和性IgE受容体(FceR1)の関与とサイトカインネットワーク

新しいELISA法によるIgEの測定はじめに:アトピー性皮膚炎(AD)の病態生理学的背景として、角層のバリヤ-機能異常や免疫学的異常の関与が想定されている。ADでは、T細胞の関与するIV型アレルギーの他に、IgEによって惹起されるI型アレルギーもたしかにその臨床病状の形成の一翼を担っており、AD増悪の一因となっている。I型アレルギーは、肥満細胞や好塩基球上のIgEレセプターにIgEが結合し、そのIgEが多価抗原により架橋されることによって始動する。すなわち高親和性IgEレセプター(FcεRI)と実際に結合しうるIgEがその反応を始動しているはずであり、FcεRI-結合性のIgEを測定することが臨床的に重要であると思われる。方法:ヒト血清中のIgEを、組み換え型のヒト高親和性IgEレセプターα鎖細胞外ドメイン(solubleα)を用いたsolubleα-ELISA(FcεRIα鎖に結合しうるIgE)と従来のサンドイッチ-ELISA(血清中の総IgE)にて測定し、アトピー性皮膚炎における種々の臨床的パラメーターとの相関を検討した。対象はアトピー性皮膚炎(AD)患者84名、正常人25名である。結果:1. solubleα-ELISAによるIgEの測定値:FcεRI-結合性IgEは、AD患者において有意に増加していた(p<0.01)。2. AD患者においては、solubleα-ELISAにて測定した血清FcεRI-結合性IgE値のサンドイッチ-ELISAにて測定した総IgE値に対する割合(FcεRI-結合性IgE/総IgE)は有意に低値であった(p<0.01)。3.臨床的パラメーターではADの重症度スコアならびに好酸球数とFcεRI-結合性IgE値との間に相関が認められた。考察:AD患者血清中のIgE分子にはFcεRIに結合し得ない種類の分子の存在、あるいは抗IgE抗体や抗FcεRI抗体など、IgEのレセプターへの結合を阻害する因子の存在が示唆され、現在解析中である。FcεRI-結合性IgEの絶対値は、一つのグループで、ADが重症になるほど増加しており、このグループのADの重症度を反映することが示唆された。
金属およびセラミック金型のレーザープロトタイピング

粉末の初期密度を増加させることが溶融固化部内の空孔欠陥を減少させることが出来るという,平成7年度の結果から,金属粉末を用いたレーザプロトタイピングの研究において50WのパルスYAGレーザーに粉末圧縮装置を付加したシステムを作成し実験を行った.また,熱伝導を考慮した解析も行い現象の解明も試みた.実験の結果,レーザプロトタイピング用の材料金属粉末としてクラッディング(肉盛り)加工用粉末が適していることがわかった.本研究ではNi基合金とCo基合金のクラッディング用粉末について実験を行った.その結果,溶融固化部分に空孔のない緻密な固化が可能でった.成形者の強度試験の結果,Ni基合金では約800HV, Co基合金でも約600HVの硬さを得ることができた.Ni合金では脆性が問題となったが,成形後の熱処理によりねばりが生じ脆性が軽減されることを確認した.本研究では,2次元に固化した層を積層させることにより3次元体を作成する.そこで積層時の層間の接合性,強度を確認するためのモデルとして,レーザクラッディングを用いた.この実験により,母材と肉盛り用粉末との溶け込み量などの溶融現象を調べた.その結果,ピーク出力が大きいほど溶融量が増え,母材への溶け込み量も増加すること,またビーム照射時の余熱が接合強度の増加に有効であることがわかった.3次元体の成形方法について新しい提案を行った.本手法ではレーザビームをスキャンさせて面を作成すると多くの時間を必要とする.そこでシェルと内部に強度を持たせるための梁を作成し,空洞内部には樹脂もしくは低融点合金を流し込み強度を上げる方法を提案した.実際に3次元体の試作も行い,本手法の可能性も確認した.これまでの研究により,粉末の熱伝導率および吸収率が成形性に大きく影響することがわかっている.そこでを熱伝導を考慮した解析を行うことによって,これらの現象の解明を試みた.解析には熱伝導有限要素法を用い,実際の粉末から熱伝導率を求め計算に使用した.計算結果と実験結果の比較も行い,計算の妥当性も確認した.その結果,粉末の密度にともない熱伝導率が大きくなると溶融量は小さなること,レーザのピーク出力を大きくすると粉末は蒸発する温度にまで加熱されることなどがわかった.金属粉末を用いたレーザープロトタイピングの基礎研究を行った.25WCO_2レーザを使用した先年度の研究により,7種類の金属粉末のうち銅とアルミニウムについて良好な結果を得た.しかし,銅粉末については溶融に伴う体積収縮によると考えられるひけ巣状の空孔欠陥が生じた.この欠陥は成形品の密度を低くし,成形の精度も低下させる.そこでこの欠陥を改善する方法として,圧粉して粉末の初期密度を増加させることを提案し,その効果を実証した.また,4種類のレーザを使用,比較することにより,レーザープロトタイピングに適したレーザの種類についても検討を行った.実験には,25WCO_2レーザ,パルスYAGレーザ,連続発振YAGレーザ,2kWCO_2レーザを用い,コンピュータで制御したNCフライス盤のXYZテーブルを使いビームのスキャンおよび集光を行った.そして,様々な密度に圧粉した金属粉末にレーザビームのスキャンを行い,固化した状態および寸法を工具顕微鏡を用いて観察,測定を行った.実験の結果,低出力の25WCO_2レーザでは圧粉した銅粉末を十分に溶融することが出来ず,圧粉することで上昇した熱伝導により,投入した熱量の1%程度しか溶融に使用されていないことが判った.また投入する熱量が同じ場合,継続的に低出力のビームを照射するよりも(連続発振),短時間でもピーク値の高い出力を与えた方が(パルス発振),投入した熱量を効率よく使用でき,大きな溶融を得ることが出来る.その時,周囲の粉末に与える熱の影響も小さくて済むため,未固化粉末の再利用の点からも有効であるといえる.圧粉によるひけ欠陥改善においては,粉末の初期密度を0.38から0.45まで高めることにより,空孔比を90%程度改善することが出来た.粉末の初期密度を増加させることが溶融固化部内の空孔欠陥を減少させることが出来るという,平成7年度の結果から,金属粉末を用いたレーザプロトタイピングの研究において50WのパルスYAGレーザーに粉末圧縮装置を付加したシステムを作成し実験を行った.また,熱伝導を考慮した解析も行い現象の解明も試みた.実験の結果,レーザプロトタイピング用の材料金属粉末としてクラッディング(肉盛り)加工用粉末が適していることがわかった.本研究ではNi基合金とCo基合金のクラッディング用粉末について実験を行った.その結果,溶融固化部分に空孔のない緻密な固化が可能でった.成形者の強度試験の結果,Ni基合金では約800HV, Co基合金でも約600HVの硬さを得ることができた.Ni合金では脆性が問題となったが,成形後の熱処理によりねばりが生じ脆性が軽減されることを確認した.本研究では,2次元に固化した層を積層させることにより3次元体を作成する.そこで積層時の層間の接合性,強度を確認するためのモデルとして,レーザクラッディングを用いた.この実験により,母材と肉盛り用粉末との溶け込み量などの溶融現象を調べた.その結果,ピーク出力が大きいほど溶融量が増え,母材への溶け込み量も増加すること,またビーム照射時の余熱が接合強度の増加に有効であることがわかった.3次元体の成形方法について新しい提案を行った.

本手法ではレーザビームをスキャンさせて面を作成すると多くの時間を必要とする.そこでシェルと内部に強度を持たせるための梁を作成し,空洞内部には樹脂もしくは低融点合金を流し込み強度を上げる方法を提案した.実際に3次元体の試作も行い,本手法の可能性も確認した.これまでの研究により,粉末の熱伝導率および吸収率が成形性に大きく影響することがわかっている.そこでを熱伝導を考慮した解析を行うことによって,これらの現象の解明を試みた.解析には熱伝導有限要素法を用い,実際の粉末から熱伝導率を求め計算に使用した.計算結果と実験結果の比較も行い,計算の妥当性も確認した.その結果,粉末の密度にともない熱伝導率が大きくなると溶融量は小さなること,レーザのピーク出力を大きくすると粉末は蒸発する温度にまで加熱されることなどがわかった.粉末の初期密度を増加させることが溶融固化部内の空孔欠陥を減少させることが出来るという,昨年度の研究の結果をもとに,金属粉末を用いたレーザプロトタイピングの研究において50WのパルスYAGレーザーに粉末圧縮装置を付加したシステムを作成し実験を行った.また,熱伝導を考慮した解析も行い現象の解明も試みた.実験の結果,レーザプロトタイピング用の材料金属粉末としてクラッデイング(肉盛り)加工用粉末が適していることがわかった.本研究ではNi基合金とCo基合金のクラッディング用粉末について実験を行った.その結果,溶融固化部分に空孔のない緻密な固化が可能でった.成形物の強度試験の結果,Ni基合金では約800HV,Co基合金でも約600HVの硬さを得ることができた.Ni合金では脆性が問題となったが,成形後の熱処理によりねばりが生じ脆性が軽減されることを確認した.本研究では,2次元に固化した層を積層させることにより3次元体を作成する.そこで積層時の層間の接合性,強度を確認するためのモデルとして,レーザクラッディングを用いた.この実験により,母材と肉盛り用粉末との溶け込み量などの溶融現象を調べた.その結果,ピーク出力が大きいほど溶融量が増え,母材への溶け込み量も増加すること,またビーム照射時の余熱が接合強度の増加に有効であることがわかった.3次元体の成形方法について新しい提案を行った.本手法ではレーザビームをスキャンさせて面を作成すると多くの時間を必要とする.そこでシェルと内部に強度を持たせるための梁を作成し,空洞内部には樹脂もしくは低融点合金を流し込み強度を上げる方法を提案した.実際に3次元体の試作も行い,本手法の可能性を確認した.これまでの研究により,粉末の熱伝導率および吸収率が成形性に大きく影響することがわかっている.そこで熱伝導を考慮した解析を行うことによって,これらの現象の解明を試みた.解析には熱伝導有限要素法を用い,実際の粉末から熱伝導率を求め計算に使用した.計算結果と実験結果の比較も行い,計算の妥当性も確認した.その結果,粉末の密度にともない熱伝導率が大きくなると溶融量は小さくなること,レーザのピーク出力を大きくすると粉末は蒸発する温度にまで加熱されることなどがわかった.