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水道水の配水過程におけるMXの指標性に関する研究

無数の物質が混在する水道水の水質管理を個別物質の分析に頼ることには限界がある。包括的な水質指標となるバイオアッセイ結果が水質管理に活用されることが望まれる。消毒副生成物を水道水水質の指標とするには、それぞれの特性が異なることから場面に応じた使い分けが必要である。本研究では配水過程を想定し、指標物質としてはMXに着目した。まず、MXの水中での特性を調べる実験を行った。MXは塩素未処理水中および塩素処理水中で経時的に減少した。MXの安定性は水中pHによって大きく異なった。アルカリ域では極めて不安定であり、pHが高くなるほどに安定性は増した。また、塩素を多く注入するほど減少速度は大きくなった。MXの減少には加水分解と塩素分解が影響したものと考えられた。水道水中でもMXはこれらの影響を受ける可能性があるが、減少速度定数からは加水分解の影響が塩素分解より大きいと推定できた。MXの染色体異常誘発性も形質転換誘発性も加水分解と塩素分解の影響を受けて経時的な減少傾向をみせた。塩素注入量の増加に伴って減少速度が大きくなる点もほぼ同じであった。その傾向はMXの染色体異常誘発性・形質転換誘発性についても確認できた。琵琶湖水の染色体異常誘発性や非二段階形質転換誘発性は塩素処理後速やかに生成し、やがて低減した。形質転換誘発性は逆に増加しづけた。塩素処理水の主要な毒性と推定された染色体異常誘発性の変化傾向にMXは定性・定量的に指標となりうることを示せた。しかし、MXを指標とするには残留塩素条件に注意が必要であることも明らかになった。塩素消毒にともなって生成する副生成物は数多く知られているが、本研究では、MXを集中的にとりあげる。最終的な研究目的は、配水過程におけるMXの指標としての妥当性と限界を明示することであり、この目的を達成するため以下を主たる検討内容とした。(1)塩素処理水中でのMXの濃度変化を調べ定量化すること。(2)塩素処理にともなってMXの有害性がいかに変化するかを調べること。(3)琵琶湖水のバイオアッセイ結果とMXの挙動との関係を調べること。得られた結果を示す。1.塩素処理水中でのMXの変化特性を調べ、MXが塩素と反応し濃度が変化する過程を定量的に把握し、毒性の変化との対応を考察可能にした。ここでは新規にプログラマブル温度気化(PTV)注入法を導入し、ガスクロマトグラフ質量分析計(GCMS)によるMXの測定法を確立した。2.塩素処理にともなうMXの有害性の変化を調べた。すなわち、MXに塩素添加した後の染色体異常誘発性、二段階形質転換誘発性、非二段階形質転換誘発性の変化を測定し、MXの濃度変化との関係を把握した。3.琵琶湖水のアッセイ結果は、MXの濃度変化とよく対応していることを示した。これより、MXが指標として妥当な物質であること示唆することに成功した。

水道水中でもMXはこれらの影響を受ける可能性があるが、減少速度定数からは加水分解の影響が塩素分解より大きいと推定できた。MXの染色体異常誘発性も形質転換誘発性も加水分解と塩素分解の影響を受けて経時的な減少傾向をみせた。塩素注入量の増加に伴って減少速度が大きくなる点もほぼ同じであった。その傾向はMXの染色体異常誘発性・形質転換誘発性についても確認できた。琵琶湖水の染色体異常誘発性や非二段階形質転換誘発性は塩素処理後速やかに生成し、やがて低減した。形質転換誘発性は逆に増加しづけた。塩素処理水の主要な毒性と推定された染色体異常誘発性の変化傾向にMXは定性・定量的に指標となりうることを示せた。しかし、MXを指標とするには残留塩素条件に注意が必要であることも明らかになった。
外国人教育方針・指針と在日コリアンを対象とした小学校の授業実践

本研究では、1970年以降、全国で策定された78の方針・指針を収集し、分析を行った。方針・指針の中では、「差別と偏見の排除」「国際理解と国際交流」「外国人児童生徒の進路保障」といった目的が強調されていた。こうした目的をもつ方針・指針の策定には、在日コリアンに対する差別の軽減をめざす市民運動の影響がある。その点については、1970年代の京都市の動向から読み取ることができた。方針・指針に基づいた授業実践は、京都市立陶化小学校の実践について考察した。その結果、韓国・朝鮮の民話、歌、遊び、日朝関係史といった教材を用いて、在日コリアンへの肯定的な意識と、彼らへの理解を深めていることが明らかとなった。平成25年度は、1981年に「外国人の教育方針(試案)」(以下、「試案」と称す)を明らかにし、1992年に「京都市学校外国人教育方針ー主として在日韓国・朝鮮人に対する民族差別をなくす教育の推進について」(以下、「外国人教育方針」と称す)を策定した京都市の外国人教育方針と、小学校の授業実践を中心に研究を進めた。まず、京都市の「試案」についてである。「試案」策定には、民族差別を反対する市民運動が試案の策定に大きく影響した。本研究では、「試案」策定と市民運動の影響関係を文献に基づいて明らかにした。そして、「試案」と、「試案」の成果を踏まえて作成された「外国人教育方針」の概念について検討した。その概念は、次の四点にまとめることができる。第一は、外国人教育が在日コリアンへの教育における差別をなくすことを目指しているということである。第二は、外国人教育が在日コリアンと日本人双方のアイデンティティ形成を目的としていることである。第三は、外国人教育の教育内容が、韓国・朝鮮の文化、歴史(特に、近現代史)、芸術を教材としていることである。第四は、日本の子どもにとって外国人教育が国際性を育成するために意味があると考えられていたことである。「試案」が策定された1981年には、京都市立A小学校において3年間にわたる外国人教育の校内研究が開始された。本研究では、A小学校で外国人教育として民族差別をなくすためにどのような知識と技能を育成しようとしたのか、A小学校で開発された合計82の指導計画を分析・検討した。その結果、次のことが明らかとなった。第一は、低・中学年を中心に、朝鮮民話、あそび、行事などの教材を通して、日本と韓国・朝鮮の共通点と相違点を知り、韓国・朝鮮に対する親近感を抱く内容を構成していたことである。第二は、6年社会科の近代史の単元の中に在日コリアンの歴史を位置付けていたことである。平成26年度は、主に京都市の外国人教育方針・指針の内容を分析し、その内容に基づいて行われた実践事例を考察した。平成26年度の研究成果は具体的に次の2点である。(1)「京都市立学校外国人教育方針」(1992年)に基づいたカリキュラムの成果と限界についてアイデンティティ形成という観点から研究を行った。本研究では、「京都市立学校外国人教育方針」の内容と「京都市小学校外国人教育研究会」に所属する教師たちの実践報告に基づいて、アイデンティティ形成という観点からみた外国人教育の成果と課題を明らかし、これからのカリキュラムの在り方について考察した。外国人教育の成果として、在日コリアンの子どもが韓国・朝鮮人としての自覚を得ることと、民族アイデンティティを形成をめざし、民話、遊び、歌など様々な文化に関する教材及び、「韓国併合」「創氏改名」などをテーマにした外国人教育の歴史教材が開発されたことが明らかとなった。(2)「外国人教育の基本方針(試案)」(1981年)と1980年代初頭に行われた京都市立陶化小学校の校内研究について研究を行った。本研究の目的は、外国人教育としての授業実践の中で民族差別をなくすために在日コリアンと日本人のそれぞれの子どもたちにどのような能力を育成しようとしたのか公立小学校で開発された指導計画の分析を通して明らかにすることであった。その結果、次の2点が明らかとなった。第一に、低・中学年を対象に朝鮮民話などの教材を通して、日本と韓国・朝鮮の共通点と相違点を知り、韓国・朝鮮に対する肯定的なイメージを形成する内容を設定していたことである。第二は、在日コリアンが本名を名乗ることができる教育内容を高学年社会科の近代史を中心に設定していたことである。以上の成果に加え、外国人教育の課題についても論じた。最終年度に行った研究は、次の二点である。第一は、全国自治体の外国人教育方針・指針(以下、方針・指針と称す)を分析・検討したこと、第二に、方針・指針に基づいて外国人教育を実践した例として京都市立陶化小学校(以下、陶化小学校と称す)を例にあげて考察したことである。まず、第一の全国自治体の方針・指針について、本研究では、1970年以降に全国の自治体が策定した78の方針・指針を収集・分析し、方針・指針における外国人児童生徒教育の概念について明らかにした。その結果、外国人児童生徒教育は、差別と偏見の排除を中心的な目的に位置付け、外国人児童生徒の民族的自覚を促し、すべての子どもたちの国際理解と交流を深めることをめざす教育であること。

教員や保護者地域住民の外国人に対する理解を促し、ニューカマーの子どもたちに対しては日本語と日本への適応のための支援を行い、外国人児童生徒が等しく教育にアクセスできることを保証する教育であることがわかった。次に、第二にあげた陶化小学校の外国人児童生徒教育の実践についてである。京都市では、1981年に「外国人教育の基本方針(試案)」が策定された。「外国人教育の基本方針(試案)」に基づいて外国人児童生徒教育に関する実践を開始したのが、陶化小学校である。陶化小学校では、1981年年度から1983年年度にかけて、外国人児童生徒教育に関する校内研究を行った。そこでは、社会、国語、音楽、図工などを対象に、合計82の授業案が開発され、実践された。その特徴は、大きく二つに分けることができる。第一は、子どもたちが韓国・朝鮮に対する肯定的なイメージを形成することのできる民話、歌、遊びなどの教材を用いた実践を行っていたことである。第二は、日朝関係史を教材として在日コリアンについての理解を深めていたことである。本研究では、1970年以降、全国で策定された78の方針・指針を収集し、分析を行った。方針・指針の中では、「差別と偏見の排除」「国際理解と国際交流」「外国人児童生徒の進路保障」といった目的が強調されていた。こうした目的をもつ方針・指針の策定には、在日コリアンに対する差別の軽減をめざす市民運動の影響がある。その点については、1970年代の京都市の動向から読み取ることができた。方針・指針に基づいた授業実践は、京都市立陶化小学校の実践について考察した。その結果、韓国・朝鮮の民話、歌、遊び、日朝関係史といった教材を用いて、在日コリアンへの肯定的な意識と、彼らへの理解を深めていることが明らかとなった。平成25年度と平成26年度の研究を通じて、京都市、大阪市といった在日外国人教育を継続して行ってきた地域の外国人教育方針・指針を収集し、それぞれの内容を分析することができた。また、外国人教育方針・指針に従って、これまで実践を行ってきた数名の教師たちに対する聞き取り調査や、外国人教育に関する研究集会に参加することを通して、1980年代から現在にかけてどのような実践が行われてきたのかについて情報を得ることができた。平成26年度は、各自治体の教育員会に連絡を取り、収集可能なすべての外国人教育方針・指針を収集することができた。これらの資料の分析・検討は、平成27年度の研究課題である。以上の通り、本研究に必要な資料は、おおむね収集することができた。これからの課題は、それらの資料を外国人教育及び多文化教育の理論に従って分析・検討することである。教育学今後の研究は次の2つのテーマに従って進めていきたい。(1)多文化教育の理論に基づいた外国人教育方針・指針の分析と考察を行うことである。研究の手続きは、第一に、1970年代から現在までの外国人教育に関する先行研究を収集し、外国人教育における重要課題とは何かを明らかにすることである。第ニに、第一で明らかにした課題が全国自治体の教育委員会が策定した外国人教育方針・指針の中にどのように具体化されているのかを量的に分析することである。第三に、外国人教育方針・指針の分析結果を米国の多文化教育の理論に基づいて考察し、現在の外国人教育の課題を明らかにする。(2)外国にルーツのある子どものアイデンティティを形成することの意義と課題についてである。研究の手続きは、第一に、外国人教育方針・指針において外国にルーツのある子どものアイデンティティ形成が重要な課題として位置づけられてきたことを明らかにする。
元素識別コヒーレントX線回折顕微法の確立と金属材料の4Dナノーメゾ組織解析

入射X線エネルギーが可変であるX線集光鏡を駆使した元素識別高分解能コヒーレントX線回折顕微法を第三世代放射光施設SPring-8に構築し、機能性金属ナノ粒子のナノ-メゾ組織解析に応用した。銀ナノキューブ粒子の観察において、X線顕微法の空間分解能の世界記録である2nmを達成し、金/銀ナノ中空粒子の三次元電子密度マッピングにも成功した。また、本手法を走査型測定法へ拡張することで、本顕微法の大視野化を実現した。位相の揃ったコヒーレントなX線による回折プロファイルを解析して実空間での物質構造を得ることができるコヒーレントX線回折顕微法(CXDM : Coherent X-ray Diffraction Microscopy)が、現在、第3世代放射光源を用いて研究されている。CXDMはマイクロメーターサイズ試料全体のナノスケール電子密度分布を可視化し、電子密度分布に基づいて試料全体のナノ組織を解析できる。また、X線異常散乱現象という元素の吸収端近傍において見られる特異な散乱現象を利用することにより、吸収端に選んだ元素のみを選択的に像再生することも可能である。元素識別CXDMでは、電子密度分布コントラストに加え元素分布コントラストに基づいて、物質のナノ組織を詳細に解析できる。本研究では、金属材料の「4D電子密度、元素分布解析法」として「元素識別CXDM」を確立することが目的である。平成21年度は、入射X線エネルギーを変化させても焦点位置の変化しないX線全反射集光ミラーによってX線を集光する装置を開発した。具体的には、合成石英平面基板にElastic Emission Machining加工技術を駆使してナノメーターレベルの平坦性を有する楕円形状を作製し、二枚の楕円ミラーを組み合わせたKirkpatrick and Baez (KB)光学系を開発した。集光は高精度自動ステージを複数組み合わせた二次元集光ユニットにより行った。本ミラーを使用することにより、X線の空間コヒーレンスを維持しつつ、試料に照射されるX線光子密度を現在の数百倍程度まで高めることができた。また、銀ナノキューブ粒子を使った実験で、CXDMの世界最高分解能である3nm空間分解能を達成した。平成21年度に、KBミラーによって形成される高フラックス密度の硬X線を利用した回折顕微法を開発し、高分解能化を達成した。今後、更なる高分解能化を目指す上で注意しなければならないのは、分解能がX線波長に近づくにつれて、試料厚さが重要な役割を果たすということである。平成22年度は、試料厚さの効果を考慮し、回折パターンのチルトシリーズデータ収集に基づく高分解能回折顕微法を実証し、さらに金属ナノ粒子のナノ組織解析に応用した。コヒーレントx線回折パターンの測定は、SPring-8のBL29XULにて行った。試料には、形状制御法によって合成された銀ナノキューブ粒子および金銀ナノボックス粒子を用いた。SiNメンブレンで支持した孤立ナノ粒子を集光点に配置し、前方散乱強度をCCD検出器にて測定した。厚さ約150nmの銀ナノキューブ粒子を最大散乱角度約3degで測定した結果、試料厚さの効果に由来する非対称な回折パターンを観測した。さらに、試料を入射X線の方向に対して水平・垂直方向にそれぞれ±1degの範囲でチルトさせ、各角度で回折パターンデータを取得した。そしてそれらをつなぎ合わせ、qz=0面内の回折パターンを導出し、位相回復計算を行った結果、エッジ分解能2nmを有する投影像を再構成できた。金銀ナノボックス粒子については、-75degから+72.5degの範囲を2.5degステップで走査して、合計60枚の回折パターンデータを取得した。位相回復した結果、ボクセルサイズ4.2nmで金銀ナノボックス粒子の三次元電子密度分布像の導出に成功した。等電子密度像には、反応初期過程に見られる表面の小さな穴や窪みが見られた。また、断面像を調べると中空構造が鮮明に可視化され、電子密度分布から粒子の角に金原子の多く含まれる領域が局在していることが分かった。平成22年度までに、X線集光ミラーによって形成される高フラックス密度コヒーレント線を利用した高分解能元素識別CXDMを確立し、金銀ナノボックス粒子の高分解能元素マッピングに応用してきた。平成23年度は、高分解能元素識別CXDMの大視野化に向けて、以下二つの項目について研究を推進した1.走査型CXDM法の開発走査型CXDMでは、試料を光軸垂直方向に二次元的にステップ走査し、各点でのコヒーレントX線回折データを収集する。この手法では、X線を試料上の正確な位置に照射する必要があり、温度ドリフトによるX線照射位置エラーが分解能向上および視野拡大の妨げとなっていた。そこで、SPring-8の実験ハッチ内に恒温化システムを導入し、測定系の温度変化を0.OIK以下とすることで熱膨張・収縮によるドリフトを軽減させた。

さらに、試料上に位置基準となる孤立ナノ粒子を配置し、各点での測定前に、孤立粒子からの散乱X強度プロファイルを測定し、X線照射位置を修正した。これにより、走査型CXDMを10um以上の視野・10nmより優れた空間分解能を有する顕微法として確立した。2.X線異常散乱を利用した元素識別走査型CXDMによる金/銀ナノボックス粒子の観察走査型CXDM装置を用いて金/銀ナノボックス粒子の観察を行なった。SiNメンブレンチップ上に金/銀ナノボックス粒子の単粒子膜を形成さ、測定に用いた。400個以上の金/銀ナノボックス粒子の個々の粒子の中空構造を電子密度分布コントラストとして可視化することに成功した。さらに、金のL3吸収端近傍の2つのX線エネルギーで測定を行い、再構成像の差分を計算することで、金元素のマッピングを行い、金/銀ナノボックス粒子表面に金元素が局在していることが明らかとなった。この成果について、プレスリリースを行い、読売新聞で紹介され、大いに社会の関心を集めた。
後漢経学の基礎的研究

本研究では、後漢時代の『孟子』とその注釈に関してその固有の特徴やこの当時における位置づけを考察したほか、特定の『尚書』の文言をとりあげた経文の継承に関する問題や、経書の要が『易』から『周礼』へと移ったことの二重の意味、すなわち鄭玄がなぜ『周礼』を経書の核に据えたのか、そして経学の『易』が玄学の『易』へどう変貌していくのか、という問題について、基礎的な研究をおこなった。1.平成21年8月23日27日に小樽商科大学・北海道大学を、平成21年12月6日10日に帝塚山学院大学・桃山学院大学・大阪大学を、それぞれ訪問し、資料の調査・閲覧と中国哲学研究者との意見交換をおこなった。中国哲学研究者の在籍する国内の大学における中国哲学・経学関係資料の所蔵情況を把握することにより、それらの資料を今後の後漢経学研究にどう活かすべきかという問題について考えることができた。2.平成21年9月21日26日に中国・北京市の中国職工之家酒店で開催された紀念孔子誕辰2560周年国際学術研討会に出席して「完成使命的《儒教国教化》学説-囲繞日本学者的論議-」と題する研究発表を、平成21年10月31日11月1日に中国・重慶市の重慶信息技術職業学院で開催された儒家文化与青年精神国際学術研討会に出席して「五経与讖緯」と題する研究発表を、平成21年11月7日に東京大学で開催された日本道教学会第60回大会において「後漢時代における『老子』思想の展開」と題する研究発表を、それぞれおこなった。さらに、論文「『史記』『漢書』と漢代思想史研究」(『成城大学共通教育論集』第2号、平成22年3月)を発表した。これらは、平成21年度の本研究の成果として形に表れたものであり、各学会では、発表内容について国内外の多くの研究者と意見交換できた。3.勤務先の研究室において、後漢経学に関する書籍・論文等の資料を収集し、ノートパソコン・高速スキャナー・レーザープリンターといった情報機器をそろえて資料の整理を進め、今後の後漢経学研究の基盤を構築することに努めた。情報機器を駆使することにより、用いたい資料や語句を短時間で調査することができ、後漢経学の資料の体系的整理に大きく寄与するものと考えられる。平成22年10月9日11日に中国・四川省成都市の金牛賓館で開催された第十一届世界顔氏文化聯誼曁国学伝承与東亜経済国際学術研討会に出席し「王充的顔淵観-囲繞対於顔淵之死的理解」と題する研究発表を、平成22年11月1日4日に中国・四川省蒲江県の鶴都家園酒店で開催された紀念鶴山書院創建800周年国際論壇曁宋明理学与東方哲学国際学術研討会に出席し「井上哲次郎之学術分類的当代意義」と題する研究発表を、平成22年12月4日5日に中国・北京市の中国人民大学で開催された国際儒学論壇・2010-"儒家思想与社会治理"に出席し「関於《荘子》中的顔回」と題する研究発表を、それぞれおこなった。さらに、論文「完成使命的《儒教国教化》学説-囲繞日本学者的議論」(『儒学的当代使命:紀念孔子誕辰2560周年国際学術研討会論文集』巻3、九州出版社、2010年4月)と論文「顔回素描-『論語』と『史記』から-」(『成城大学共通教育論集』第3号、2011年3月)を発表した。これらは本研究の成果として形に表れたものであり、各学会では国内外の研究者と意見交換できた。このほか、平成22年8月2日3日、早稲田大学孔子学院で開催された「儒教を読み解く」という連続セミナーに、平成22年10月2日3日、東京大学で開催された「1719世紀東アジアにおける西学の受容と展開」という国際ワークショップに出席し、中国思想における後漢経学の位置づけについて考察する機会を得た。勤務先の研究室においては、アルバイト2名の力を借りて、情報機器を活用して後漢経学関係の資料の整理や入力作業を進めた。これにより、近い将来、用いたい資料や語句を短時間で調査することが可能となり、後漢経学の資料の体系的整理に大きく寄与するものと考えられる。平成23年度は、東日本大震災後の影響があったものの、出席可能な国際会議として、平成23年12月3日4日に中国・北京市の中国人民大学で開催された国際儒学論壇・2011-"儒家的修身与処世社会治理"に出席し、「関於《周礼》的出現与其台頭」と題する研究発表をおこなった。

さらに、文献読解と論文執筆に重点を置き、論文「後漢時代における『孟子』とその注釈」(『後漢経学研究会論集』第3号、後漢経学研究会、2011年6月)、書評論文「渡邉義浩著『後漢における儒教國家の成立』」(『史学雑誌』第120編第9号、財団法人史学会、2011年9月)、論文「『易』の台頭から『周禮』の台頭へ(覚書)」(中央大学文学部『紀要哲学』第54号、2012年3月)、論文「「高宗諒陰三年不言」について」(『中国文史論叢』第8号、中国文史研究会、2012年3月)という4篇の論文を発表することができた。これらはいずれも後漢経学に関する一次資料を検討した本研究の成果として形に表れたものである。このほか、平成23年8月27日に京都大学人文科学研究所で開催された三国志学会第6回大会に、平成23年10月8日9日に九州大学箱崎キャンパスで開催された日本中国学会第63回大会に、平成23年11月12日に筑波大学春日キャンパスで開催された日本道教学会第62回大会に、それぞれ出席して、発表者や他の出席者たちと、後漢経学に関する意見交換をおこなう機会を得ることができた。勤務先の研究室においては、一昨年度・昨年度に引き続き、アルバイト2名の力を借りて、情報機器を活用して後漢経学関係の資料の整理や入力作業を進めた。これにより、近い将来、用いたい資料や語句を短時間で調査することが可能となり、後漢経学の資料の体系的な整理と活用に大きく寄与するものと考えられる。平成24年4月21日23日に中国湖南省長沙市で開催された国際≪尚書≫学会第1回学術研討会に出席し、「東漢時期≪尚書≫的習得與傳授」という口頭発表をおこなった。その直後、4月24日26日の期間、復旦大学出土文献與古文字研究中心で資料閲覧と廣瀬薫雄副研究員との意見交換をおこない、上海博物館の展示物(出土資料)を参観する機会を得た。その後、平成24年7月21日に流通経済大学新松戸キャンパスで開催された中国出土資料学会平成24年度第1回例会で、「後漢時代における顔回像」という口頭発表をおこなった。さらに、書評論文「間嶋潤一著『鄭玄と『周禮』ー周の太平国家の構想ー』」(『新しい漢字漢文教育』第54号、全国漢文教育学会、2012年5月)、論文「経学の『易』から玄学の『易』へ」(『林田愼之助博士傘寿記念三国志論集』、三国志学会、2012年10月)、書評論文「大久保隆郎著『王充思想の諸相』」(『成城大学共通教育論集』第5号、成城大学共通教育研究センター、2013年3月)という3篇の論文を発表した。これらはいずれも本研究の成果として形に表れたものである。そして、平成25年3月には、本研究の4年間の研究成果報告書として『後漢経学の基礎的研究』を刊行した。このほか、平成24年10月6日・7日に大阪市立大学杉本キャンパスで開催された日本中国学会第64回大会に、平成24年12月8日に成城大学で開催された中国出土資料学会平成24年度第2回例会に、平成25年3月16日に慶應義塾大学三田キャンパスで開催された中国出土資料学会平成24年度大会に、それぞれ出席して、発表者や他の出席者たちと、後漢経学に関する意見交換をおこなう機会を得ることができた。研究室では、学生アルバイトを1名を雇い、本研究の研究費でそろえた情報機器を用いて後漢経学に関する資料の整理を進め、研究のための基盤構築につとめた。過去3年間において、計7篇の論文を発表し、7つの学会発表(うち6つが中国における国際会議での発表)をおこなった。また、勤務先の研究室では、毎年度、本研究に関係する資料の検討と整理を一定程度進めることができている。以上から、本研究は、おおむね順調に進展している、ということができる。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は、平成24年度が最終年度となる。最終年度においても、過去3年間と同様に、国内外の学会で研究発表をおこない、論文を発表する予定である。また、勤務先の研究室においても、従来どおり、本研究に関係する資料の検討と整理に従事する予定である。
多重水素移動反応を代表例とした量子論に基づく新しい化学反応理論の構築

本研究課題で得られた成果は以下のように分類され、その一部はすでに学会等で公表した。(1)化学反応におけるポテンシャルエネルギー曲面の記述とモデル化に関する方法論の開発(2)多次元の量子ダイナミックスの手法による酢酸・メタノール錯体や7アザインドール・水錯体等の生体関連モデルの多重重水素移動反応の反応メカニズムに関する理論研究(3)ギ酸二量体やトロポロン二量体等の電子励起状態とそれらが水素移動反応に及ぼす影響の研究(4)DNA塩基対等の複数個の電子状態が状態交差や非断熱遷移を起こす多重水素移動反応の研究(5)フッ化水素の水素結合ネットワーク内の多重水素移動反応の研究本研究課題では、3年間の研究計画で「多重水素移動反応を代表例とした多次元の量子論的動的過程に基づく新しい化学反応理論の構築」を目指す。このうち平成24年度は、平成23年度につづき「1.多重水素移動反応を記述する事ができるポスト反応経路法」の研究とこれに基づく応用研究を行なった;多重水素移動反応を記述する事ができるポスト反応経路法には、多次元の反応曲面を用いた方法を開発した。この方法では、まず反応物、生成物、或いは遷移状態や反応中間体等に対応した分子構造を化学反応を特徴付ける代表点と仮定し、次に原子の全自由度で定義される配位空間の中からこれらの代表点を全て含む最低次の次元数を持つ部分空間を数学的に取り出しこれを反応曲面と定義した。部分空間の定義には、N個の代表点の中のそれぞれ2点を結ぶ変位ベクトルで張られる部分空間を用いた。反応曲面上の量子論的確率過程の計算には、まず反応曲面上の運動を表す量子力学的Hamiltonianを定義した。次にこのようにして定義された反応曲面Hamiltonianの量子力学的な固有解と時間依存の解を求めた。最後に、以上の方法論を酢酸-メタノール錯体の2重プロトン移動反応の解析に応用した。その結果、この方法がこれまでの方法に比べ非常に有効な方法であることが確認され、より複雑で量子効果が重要な化学反応についてもその有効性が期待される。今後は、更にいろいろな系での応用研究を行いつつ、方法論の完成を目指す。H25年度は、本研究課題に関して幾つかの方向から具体的な問題についての理論計算を行い、現在開発中の方法論の検討を行った;1、「7-アザインドール-水錯体のS1状態における多重水素移動反応」に関する反応メカニズムや反応経路の詳細を、高精度な分子軌道計算と量子ダイナミックスの計算により検討した。その結果、このような複雑な水素移動反応では、旧来の反応経路による解釈がほとんど意味をなさないこと、およびポテンシャルエネルギー曲面の大域的な形状に依存した全く新しい動的な反応経路が存在することがわかった。2、「ギ酸二量体の電子励起状態における2重水素移動反応」を例として、電子励起状態が水素移動反応に及ぼす影響を検討した。その結果、電子励起状態では複雑な状態交差による電子状態間の非断熱遷移が、プロトン移動に重要な役割を演じていることがわかった。さらにこのような電子励起状態を充分な精度で計算することが、大変に難しいことがわかった。これについては現在も検討を続けている。なおこれらの研究成果の一部は、「2013年第7回分子科学討論会」で報告した。なおこれらの研究以外に、水素移動反応を模した2次元のモデル系で、古典及び量子ダイナミックスによる数値計算を行い、多重水素移動反応の反応メカニズムの振るまいを詳細に検討した。その結果、1の動的な反応経路についての描象がある程度つかめてきた。また量子力学と化学反応理論とを繋げる方法論の検討を行い、その定式化とコンピューターコードの開発を行った。これについては、現在も継続中である。このうち平成23年度は、主に「1.多重水素移動反応を記述する事ができるポスト反応経路法」の研究を行なった。これには、以下のような段取りで新機軸に基づくオリジナルな反応曲面法と量子論的確率過程の計算法を開発した;反応曲面の定義では、まず反応物、生成物、或いは遷移状態や反応中間体等に対応した分子構造を、化学反応を特徴付ける代表点と仮定する。次に原子の全自由度で定義される配位空間の中から、これらの代表点を全て含む最低次の次元数を持つ部分空間を数学的に取り出し、これを反応曲面と定義する。部分空間の定義には、N個の代表点の中のそれぞれ2点を結ぶNC2個の変位ベクトルで張られる部分空間を用いる。反応曲面上の量子論的確率過程の計算には、まず反応曲面上の運動を表す量子力学的Hamiltonianを定義する。これには既存の反応曲面Hamiltonian法を再定式化する。

次にこのようにして定義された反応曲面Hamiltonianの量子力学的な固有解と時間依存の解を求める。以上の研究を、単に方法論だけではなく酢酸-メタノール錯体やギ酸2量体の電子励起状態における2重水素移動反応を具体的な問題の代表例とし研究を進めた。研究の結果、今回開発中の方法が上記の2重水素移動反応に十分有効な方法であることが確認された。また平成23年度は、研究の初年度ということ、またこの研究課題が化学・物理学・数学の境界領域にあることより、それぞれの学問分野における既知の部分と未知の部分の再確認を基本的なところから行い、研究の足場を固めた。本研究課題では、4年間の研究期間の中で多重水素移動反応を代表例に取り、量子論に基づく新しい化学反応理論の構築に関する基礎研究を行なった。このような方向性の研究は全く新しい試みだったため、直接的に参考となる研究例や数値データ等はほとんど存在しなかった。そのため研究全般において、申請者自らいろいろな分子系で精密な数値計算を繰り返しながら研究を進めた。4年間での研究内容は、基礎理論の開発、コンピューターコードの開発、開発した方法論のテストとデータ収集のための大規模数値計算等、多岐に渡った。これらは、おおよそ以下のように分類される。なおこれらの成果の一部はすでに学会発表等で公表した。(1)化学反応におけるポテンシャルエネルギー曲面の記述とモデル化に関する方法論の研究(2)多次元の量子ダイナミックスの手法を用いた酢酸・メタノール錯体や7アザインドール・水錯体等の生体関連モデルの多重重水素移動反応の反応メカニズムに関する数値計算(3)ギ酸二量体やトロポロン二量体等の電子励起状態の振る舞いとそれらが水素移動反応に及ぼす影響についての研究(4)DNA塩基対を例とした複数個の電子状態が状態交差や非断熱遷移で関与する多重水素移動反応の研究(5)フッ化水素ネットワーク等の複数個の水素結合を有する分子系の分子構造と水素結合の結合様式の研究最終年度は、これらの研究を統括しつつ当初の研究目的である新しい化学反応理論の構築の完成を目指した。しかしながらこの研究課題は大変に難しく、また個々の数値計算にも時間を必要としたため、現時点では完成には至っていない。しかしながら、例えば量子ダイナミックスを用いた種々も分子系の計算結果だけでもそれぞれが最先端の理論計算であり、今後この研究の完成に向けて非常に価値のある結果が得られたと判断している。理論化学H23年度の研究が予算執行可能時期の関係でやや遅れ気味だったため、その流れで今年度の研究もやや遅れ気味となった。しかし内容的には、深く掘り下げることができた。水素移動反応、特に多重水素移動反応の反応メカニズムは大変に複雑で、その一般的理解やモデル化が予想以上に困難だった。例えば水素移動反応の量子ダイナミックスの解析には、カオス的な発想による位相空間での解析まで必要だった。もちろんこのような問題はある程度で棚上げし先に進むことも可能ではあるが、きちんと解析しながら研究を進める方が研究の価値が高くなると判断した。
X線干渉計に向け超伝導遷移端型カロリメータを応用する高位置精度X線検出器の開発

高い空間分解能を持つ「宇宙X線干渉計」を実現する一つの方策は、幅の狭い干渉縞でも捉えられる、高い光子入射位置の特定精度を持つX線検出器を開発することである。そこで本研究では、超伝導遷移端型X線マイクロカロリメータ技術を応用した「高位置精度X線検出器」を開発する。最初のステップとして、X線光子の入射位置を1 μm未満の高い精度で測定することを目標に据えると同時に、超電導遷移端型X線マイクロカロリメータの強みを活かした高いX線分光性能の実現にも挑戦する。
Fe-Co合金の高温強度に及ぼす磁気変態の影響

本研究では、磁性に起因する力学的性質の向上のメカニズムを解明する目的で種々の組成のFe-Co合金を磁気変態温度以下あるいは磁気変態温度以上の温度で高温引張試験を行った。また、比較のため、Fe-Cr合金の高温引張試験を行い、Fe-CoおよびFe-Cr合金の磁気モーメントの違いに注目して両者の変形挙動を比較検討した。強磁性温度領域ではFe-Co、Fe-Cr合金ともに合金濃度の増加とともに変形応力が増加し、一方、常磁性温度領域では、ほとんど変形応力の合金濃度依存性は現れなかった。Feに対するCo原子およびCr原子の原子半径差は小さく、変形応力の濃度依存性は、一般に知られている溶質雰囲気引きずり機構による固溶強化現象とは考えにくい。さらに、強磁性温度領域でのみ変形応力の濃度依存性が現れることを考えると、磁性に起因した強化であるものと考えられる。変形後の転位組織観察では、変形応力の増加とともに転位密度は増加し、亜結晶粒径は減少した。転位密度と変形応力の関係は強磁性温度領域と常磁性温度領域では異なり、転位密度の変形応力依存性は強磁性温度領域の方が大きく、常磁性温度領域から外挿される転位密度よりも強磁性温度領域での転位密度の方が高かった。したがって、磁気変態温度を境に転位運動様式が異なっている可能性が高い。本研究で行った合金濃度範囲においては、Fe基合金の磁気モーメントは、合金濃度の増加とともにFe-Co合金では増加し、Fe-Cr合金では減少する。このことは、磁気モーメントの大きさと磁気固溶強化との間には相関が無いことを示している。ところが、純Feからの磁気モーメントの変化の絶対値を用いた場合、強化の度合いと磁気モーメントの変化の絶対値との間には相関が見られた。したがって、純Feからの磁気モーメントの変化がFe基合金の磁気固溶強化現象と密接な関連があるものと考えられる。本研究は強磁性材料における磁性に起因する力学的性質の向上のメカニズムを解明することを目的として行われている。今年度は、種々の組成のFe-Cr合金を作製するとともに、比較材として、Feに対するサイズ因子はCoと同じで、磁気モーメントがCo添加よりも小さくなるFe-Cr合金を作製し、高温引張試験を行った。また、磁性と密接に関連する因子としては、磁気モーメント、磁性異方性、磁歪、磁区構造などが考えられるため、本研究ではこれらの磁性因子と塑性変形挙動との関連も明らかにしていく必要がある。今年度はその一環として強磁性材料の磁区構造観察も行い、材料中の格子欠陥と磁区・磁壁との相互作用の観察を行った。種々の組成のFe-Cr合金の高温引張試験の結果、これまでFe-Co合金について報告されていた強磁性温度領域でのみ生じる固溶強化が、ボーア磁子の観点からでは純鉄よりも磁気モーメントが小さくなるFe-Cr合金においても固溶強化が観察されるという興味深い知見が得られた。すなわち、キュリー温度以上の常磁性温度域では、Fe-Cr合金の定常変形応力はCr濃度に依存せずほぼ一定であるのに対して、キュリー温度以下の強磁性温度域では、変形応力がCr濃度に依存して変化し、Cr濃度の増加とともに定常変形応力が増加することが明らかとなった。したがって、この現象は磁性に起因する強化であると考えられるが、磁気モーメント、磁気異方性、磁歪、磁区構造といった磁性因子と塑性変形挙動との関連は今後詳細に検討する必要がある。本研究では磁性と塑性という新しい観点から強化のメカニズムを明らかにしていく予定である。
単相交流マイクログリッドの構築

単相同期化力インバータを用いた単相マイクログリッドの構築に向けて、平成30年度は以下の項目について研究を実施した。前年度確立した技術を集約して模擬負荷を用いた単相μGを構築し動作確認を行う。すなわち、前年度構築した電源2台の実験環境にSMUからの信号を与え動作確認を行う。その後、動作確認をしながら電源5台の実験環境の構築準備を行った。その上で次の計画を実施する。(1)周波数調整システム設計と既存分散電源との協調運用機能設計:周波数偏差に基づいたLFC信号に基づきインバータの出力制御を行い、インバータ群が協調した周波数調整システムを構築した。(2)模擬負荷とインバータ実機を用いた単相μGの実証実験環境の構築:開発した拡張型同期化力インバータ制御系を5台準備し、広島大学実験研究棟の地下に設置する模擬負荷装置に実装した。(3)DSPボードへの実装: C言語で記述した開発プログラムをコード化し、専用のDSPボードを用いてインバータ実機複数台を駆動させ、広島大学実験研究棟での実験準備を行った。(4)完全自立システムに向けたDCバス基本制御動作実験:同期化力インバータにエネルギーを供給する直流バスには従来型の制御法を採用し,ここでは提案する単相μGの運用に対して十分な制御性を発揮できるかを確認し、必要に応じて制御動作を調整した。(5)完全自立システムに向けた単相μGの基本制御動作検証:提案法ではインバータに火力発電機の周波数特性を組み込み、既存の三相電力システムの需給調整メカニズムを単相μGにおいて実現を試みた。すなわち、SMUにより複数インバータ出力電力を指令し、負荷が持つ周波数特性に見合う需給バランスが達成されるまでインバータが出力を自動的に調整する基本性能をHILにより検証し、パラメータ最適化を行った。以上より完全自立システムとしての機能構築をほぼ完了した。本研究課題は、(1)同期化力インバータにおける基本制御系の設計、(2)単相μGの自立運用システム化、(3)安定性解析ツールの開発と単相μGの貢献に関する解析評価からなる。(1)については、インバータの基本的な制御系設計を完了し、さらに重要度の高い過電流抑制機能や通常の発電機に備えている機能実装を開発した。これより、性能の良い制御系が構築できたため、(1)については「順調に進展している」と言って良い。また、(2)については、単相マイクログリッドへの需給コントローラの適用のための検討を行い、太陽光発電・電力需要の抑制機能を開発した。よって本項目についても「順調に進展している」と言って良い。一方、(3)については同期化力インバータの安定度解析への適用に関して、基礎的検討を終えた。したがって以上より、全体としては「おおむね順調に進展している」といえる。今後は周波数制御技術、協調的電圧制御機能を実装して、模擬負荷を用いた単相マイクログリッド(μG)を構築して実証実験を行う。具体的には、以下を実施する。(1)実負荷を用いた単相μGの実証実験:広島大学研究棟には、屋上に4系統の単相太陽光発電システム、地階にタップ切替変圧器、電力実験設備があり、前年度の実験環境においては、これらの設備と模擬負荷により単相μGが構成されている。代表者が所属する4階は独立系統となるよう設計されている。そこで、最終年度には模擬負荷を実負荷に切り替え、複数のインバータからなる単相μGを構築する。開発制御系の安定性や性能の評価、複数単相μGの並列運転を実施する。(2)単相μGの特性評価および貢献度評価:開発ツールを用いて様々な状況下での単相μGの特性を評価する。また、これまでの研究で太陽光発電の導入による基幹系統での安定度低下が確認されているので、インバータの導入量を増加させて安定度の向上効果を確認する。日本全体で太陽光発電の最大導入可能量を評価する。以上の内容をとりまとめ、研究期間内に研究目的を達成する。単相同期化力インバータを用いた単相マイクログリッドの構築に向けて、平成29年度は以下の項目について研究を実施した。(1)同期化力インバータにおける基本制御系の設計:単相交流同期化力インバータの基本的な制御系設計を完了した。単相交流同期化力インバータのコア技術として、仮想回転機の同期化力による単相交流回路との同期メカニズムの良好な動作を確認した。さらに本研究の目的である単相マイクログリッドの安定運用のためには、補足的技術として、過電流抑制技術、周波数制御技術、協調的電圧制御機能が必須である。今年度は、このうち過電流抑制技術についてフィードバック制御を用いない新しい制御手法を開発した。リアルタイムシミュレータであるHardware-in-the-loop(HIL)を新規購入し、開発した過電流抑制制御を実装した同期化力インバータの動作検証を行った。(2)需給コントローラの基本機能の構築:需給制御マネージャ(SMU)の基本機能を構築した。SMUは、前日計画機能と当日リアルタイム運用機能を実現した大規模電力システムのシミュレータとして、基幹システムの課題抽出や新手法の開発に使用できるので、本研究ではSMUに対して単相マイクログリッドを管理・運用するコントローラ機能を加えるための検討を行った。そして、独立系統として運用する際に需給バランスを確保するために太陽光発電の抑制機能を開発した。(3)電力システム解析用インバータシミュレーションモデルの開発:提案インバータのモデルはミリ秒オーダー(瞬時値レベル)の動的特性を有するので、電力系統の安定性解析に適した秒オーダー(実効値レベル)の近似モデルを開発中である。

モデル開発と並行して、研究代表者らが所有する安定度解析プログラムに開発中のモデルを組み込むための予備的検討を実施した。本研究課題は、(1)同期化力インバータにおける基本制御系の設計、(2)需給コントローラの基本機能の構築、(3)電力システム解析用インバータシミュレーションモデルの開発からなる。(1)については、インバータの基本的な制御系設計を完了し、さらに重要度の高い過電流抑制機能を開発した。これより、性能の良い制御系が構築できたため、(1)については「順調に進展している」と言って良い。また、(2)については、単相マイクログリッドへの需給コントローラの適用のための検討を行い、太陽光発電の抑制機能を開発した。よって本項目についても「順調に進展している」と言って良い。一方、(3)については同期化力インバータの安定度解析への適用に関して、初期段階の検討を終えた段階である。すなわち、本項目については若干計画より遅れている。したがって以上より、全体としては「おおむね順調に進展している」といえる。単相同期化力インバータを用いた単相マイクログリッドの構築に向けて、平成30年度は以下の項目について研究を実施した。前年度確立した技術を集約して模擬負荷を用いた単相μGを構築し動作確認を行う。すなわち、前年度構築した電源2台の実験環境にSMUからの信号を与え動作確認を行う。その後、動作確認をしながら電源5台の実験環境の構築準備を行った。その上で次の計画を実施する。(1)周波数調整システム設計と既存分散電源との協調運用機能設計:周波数偏差に基づいたLFC信号に基づきインバータの出力制御を行い、インバータ群が協調した周波数調整システムを構築した。(2)模擬負荷とインバータ実機を用いた単相μGの実証実験環境の構築:開発した拡張型同期化力インバータ制御系を5台準備し、広島大学実験研究棟の地下に設置する模擬負荷装置に実装した。(3)DSPボードへの実装: C言語で記述した開発プログラムをコード化し、専用のDSPボードを用いてインバータ実機複数台を駆動させ、広島大学実験研究棟での実験準備を行った。(4)完全自立システムに向けたDCバス基本制御動作実験:同期化力インバータにエネルギーを供給する直流バスには従来型の制御法を採用し,ここでは提案する単相μGの運用に対して十分な制御性を発揮できるかを確認し、必要に応じて制御動作を調整した。(5)完全自立システムに向けた単相μGの基本制御動作検証:提案法ではインバータに火力発電機の周波数特性を組み込み、既存の三相電力システムの需給調整メカニズムを単相μGにおいて実現を試みた。すなわち、SMUにより複数インバータ出力電力を指令し、負荷が持つ周波数特性に見合う需給バランスが達成されるまでインバータが出力を自動的に調整する基本性能をHILにより検証し、パラメータ最適化を行った。以上より完全自立システムとしての機能構築をほぼ完了した。本研究課題は、(1)同期化力インバータにおける基本制御系の設計、(2)単相μGの自立運用システム化、
エネルギー吸収型桁連結装置を適用した橋脚基礎の耐震補強および設計法の開発

本研究では,履歴エネルギー吸収による制震効果を期待した桁連結装置として鋼製ベローズを用いた地震時水平力の低減効果を検討した.ここでは,期待するエネルギー吸収特性を変化させた2種類の鋼製ベローズを比較対象とし,これらの組合せが水平地震力の低減効果に与える影響について数値解析により検討した.レベル1地震動およびレベル2地震動を入力した非線形時刻歴応答解析により,桁間にレベル1地震動用とレベル2地震動用の鋼製ベローズを設置することにより,下部構造の水平地震力を低減することが可能であることを示した.都市高架橋を対象にエネルギー吸収型桁連結装置として,鋼製ベローズを用いた場合の効果を検討し,レベル2地震動に対し安定した繰り返し履歴ループを描く鋼製ベローズが有効であることを明らかにしてきている.基礎構造を直接耐震補強するのではなく,比較的補強が容易な上部構造に制震対策を行うことにより,下部構造に伝わる水平地震力を低減できれば,基礎構造に対する直接的な耐震補強が不要もしくは,地震力低減につながり経済的な耐震補強法となりうると考えられる.本研究では,震度法レベルの地震力で設計された橋脚や橋脚基礎を有する既設橋の耐震補強法として,レベル2地震動に対し有効な鋼製ベローズに加え,レベル1地震動にも有効な鋼製ベローズを組み合せた場合の水平地震力の低減効果を検討する.鋼製ベローズの設置スペースが矮小な際に,レベル2地震用の鋼製ベローズを単独で用いる場合に比べ小型化でき設置スペースの制限についても解決できる可能性も期待できる.鋼製ベローズの諸元は設計式により求め,橋梁全体系解析モデルを用いて,レベル1用鋼製ベローズとレベル2用鋼製ベローズとを併用した数ケースの組み合わせについて非線形時刻歴応答解析を実施し,鋼製ベローズによる下部構造の水平地震力の低減効果を検討した.その結果,レベル1地震動に対して,レベル1用鋼製ベローズのエネルギー吸収効果とレベル2用鋼製ベローズの弾性剛性により,橋脚へ作用する地震力を大きく低減できる.さらに,レベル2地震動の場合も,レベル1用とレベル2用に設計した鋼製ベローズを併用することにより,上部構造や橋台への負担を軽減でき,橋脚に作用する地震力をより低減できる.したがって,鋼製ベローズを桁端部に設置することにより,基礎構造に対する直接的な耐震補強が不要にすることができ,下部構造の耐震性向上策の1つとして用いる可能性を示せた.本研究では,履歴エネルギー吸収による制震効果を期待した桁連結装置として鋼製ベローズを用いた地震時水平力の低減効果を検討した.ここでは,期待するエネルギー吸収特性を変化させた2種類の鋼製ベローズを比較対象とし,これらの組合せが水平地震力の低減効果に与える影響について数値解析により検討した.レベル1地震動およびレベル2地震動を入力した非線形時刻歴応答解析により,桁間にレベル1地震動用とレベル2地震動用の鋼製ベローズを設置することにより,下部構造の水平地震力を低減することが可能であることを示した.これまで,エネルギー吸収型桁連結装置の開発を検討してきた.対象としてきた都市高架橋の桁空間を利用して,エネルギー吸収型桁連結装置を設置することで地震エネルギーを吸収し,橋梁全体としての耐震性能を向上させることを確認してきた.そこで本研究は,補強方法として橋脚基礎を直接補強するのではなく,より簡単な地面より上部で耐震設計法を提案するところにある.そして,前述で述べた項目について,共通する点としては強地震時(レベル2タイプIおよびタイプII)用のエネルギー吸収型桁連結装置およびよく観測される頻繁に発生する地震(レベル1)用のエネルギー吸収型桁連結装置を設置する.桁間にエネルギー吸収装置を新たに設置する事により,当初設計で考慮されていた水平地震力よりも小さな地震力しか入力されないこととなり,結果として,橋脚基礎構造自体に補強工事を行うことなく,橋脚基礎構造の耐震補強効果を得ることができると考えられる.すなわち,レベル2用のエネルギー吸収型桁連結装置およびレベル1用のエネルギー吸収型桁連結装置を同時に用いることにより,橋脚基礎に作用する地震水平力の低減を目的としているところにある.また,設計段階で橋脚基礎の地震に対する耐力を向上させられるように対策を施すことにより,橋梁の建設予算が削られている現状において,より安価で,かつ安全性を確保した橋脚基礎設計の可能性を提案する.上部構造へのエネルギー吸収装置の設置により,既設橋脚基礎の耐震補強や新設橋脚基礎の合理化を期待している点に本研究の独自性があると考えられる.レベル2地震動が発生した場合では,大きな応答変位が上部構造にも生じることが指摘されている.橋軸方向の桁端部に大小2種類の鋼製ベローズを設置することにより,上部構造や橋脚の橋軸方向の応答変位を大きく低減できるのではないかと考えられる.そこで,本研究では,基礎的な研究として,橋軸方向に着目し,鋼製ベローズの力学性能として大小2種類の鋼製ベローズを設置した場合,橋軸方向の繰り返し荷重下での荷重-変位履歴特性を調べるため,静的載荷実験を実施する.さらに,大小どちらか1種類のみの鋼製ベローズを用いる場合より,レベル1とレベル2の地震動両方に有効であるかを調べる.橋軸方向に繰返し載荷した場合の,荷重-変位関係など力学的特性を明らかにした.レベル1用

鋼製ベローズの変位量が8.18mm,レベル2用鋼製ベローズの変位量が-14.17mmの時点で,実験治具が浮かび上がりそれ以上は危険と判断し実験を終了した.大小2種類のベローズの地震力に対する効果は,レベル1用ベローズは比較的小さい変位量でも繰返し履歴ループが安定しているので,桁間連結装置としての十分なエネルギー吸収量があると判断できる.レベル2用ベローズのほうは,引張側の曲線が急で引張側と圧縮側でバランスが取れておらず,エネルギー吸収量が小さくなってしまっている.しかし,変位が10mmのときに反力は20kNと高い値が出ている.また,レベル2地震動のような強い地震を想定する大きな変形がレベル1用鋼製ベローズに作用しても安定した荷重ー変位関係を示すこともわかった.有限要素法解析プログラムを用いてシミュレーション結果との比較を行う.橋脚基礎も含めた橋梁全体系モデル化を用い,有限要素法解析プログラムを用いてシミュレーション解析を行う.また,有限要素法解析プログラムを用いてシミュレーション結果を用いて,エネルギー吸収型桁連結装置の設置効果を検討する.検討する項目としては,エネルギー吸収量,変形性能,橋脚基礎の変形量,橋脚の変形量,橋脚の損傷度等で検討する予定としている.つぎに,提案した橋脚基礎の耐震設計法の評価をする.橋梁システムに対して,レベル2地震動およびレベル1地震動を対象にした場合,橋脚基礎に伝わる上部構造の地震慣性力の低減できているか否かを評価する.橋脚基礎含め橋梁全体で考えたときに耐震性能を保っているのかを評価する.平成23年度に実施した載荷実験で,実験治具に不具合があり想定していた変位量を与えられなかった.実験治具の修正(加工および製作し直し)および実験供試体の追加を平成24年度の予算で行いたい.また,解析を実施するためのパソコンの購入.消耗品関係では,ひずみゲージや,変位計の追加購入する予定.