hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模複合災害における自治体・コミュニティの減災機能に関する社会学的研究

東日本大震災における復興過程において、人々の生活の復興と制度の復興とにタイムラグが生じ、それが復興の実感を妨げている点を、「生活の時間」と「制度の時間」のズレとして分析した。また、そのズレが災害後のコミュニティを疲弊させたり、コミュニティの再編を促すことを指摘した。他方で、震災後に素早い独自施策を打ち出した被災支援自治体は、避難指示区域外または災害救助法適用外といった、制度が想定する被災・避難の枠組みからこぼれ落ちてしまう被災・避難者支援を受け入れ、「非自発的な自主避難」を支えた。減災機能を果たすコミュニティもしくは自治体への注目は、小さな自治、地方自治の重要性への着目につながる。東日本大震災におげる複合災害の経験をヒアリング調査、文献や新聞記事サーベイ、アンケート調査から明らかにしようと試みた。アンケート調査結果は2冊の報告書(速報・暫定版230頁、Web版22ページ)にまとめた。また成果の一部は2012年度科研費報告書にまとめた。1、避難者の動向および受け入れ自治体の施策に関しては、複数県および市町村へのヒアリング調査を実施し、災害時の対応が平時の自治体間交流や地域づくりを通じた交流、被災経験の有無、観光業の集積などが相関していることが明らかになった。また、一定数の避難者を受け入れ続けている自治体においては、数値からは示されないが、避難者の属性が変化していることが示された(自治体連携の減災効果については論文投稿中)。2、原発事故が避難者にもたらした被害の相貌や現状制度の問題点については、仮設住宅・借上げ住宅の調査や広域避難者の調査から、世帯・家族の分離によるストレスの詳細が明らかになったが、その子細はそれぞれに異なる。「住み続ける権利」(井上英夫)と「避難する権利」(河崎健一郎)は相反する権利ではない。そうした状況を総合的に検討する概念装置として「ライフ復権」と「ライフへの権利」を提唱した。また、広域避難者をめぐる状況についても報告書にまとめた。3、文献や新聞記事サーベイなどを通して、原発立地自治体の原発依存体質(への組み込み)については、中間貯蔵施設建設計画においても同様の構図が青写真として存在するのではないかという点がみえてきた。原発事故は反原発の動きを生んだが、原発事故の終息に向けた動きは原発依存構造の再編を企図しているというパラドキシカルな状況にあるのである。報告書・関礼子編2013『被災・避難生活を写真で語る福島県楢葉町、私たちのいま』(pp。164)・関礼子編2013『水俣病から福島原発事故を考える』(pp.189)福島原発事故後の避難者動向について、避難指示区域自治体の避難者の状況ならびに、いわゆる自主避難者(広域避難、母子避難)の状況について、フィールド調査、ヒアリング調査を主体に研究をすすめた。1.エリアごとの補償の有無や補償内容の差異は、同じ地域に避難してきている人々が抱える困難を共有し続けることを困難にしている、2.訴訟など事故の加害性を問う動きがある一方で、被害に抗いつつも事故の社会的費用を結果的に受容していく動向がみられる、という点が明らかになった。また、ハードの復興を中心とした復興計画・事業が持つ時間軸と個々の被災者・避難者の時間軸とのズレが、事業・計画の合意形成を困難にし、あるいは無効にしてしまうという点や、復興計画・事業への被災者・避難者の主体的参加が期待される一方で、実際は、それらプロセスにおいて、主体性を摩耗させたり、計画・事業への不信や無関心を招いているという点が問題点として浮かび上がってきた。これらに関し、自らの生活と将来を自らの手に取り戻すための「ライフの復権」という観点から考察するとともに、避難者に経験された「日常」の浮遊感や「旅」という行き先の不透明感、また避難をめぐる「疎外感」や「揺れ」について分析をすすめた。さらに、民族宗教や民俗芸能をめぐる状況、復興計画・事業における住民の合意形成と事業プロセスのズレ、また避難者受け入れ自治体の状況を中心に調査研究をすすめた。ここでは、震災直後から時を経るに従って従来のコミュニティの減災機能に変化がみられ、従来のコミュニティが持っていた機能は部分的には新たなコミュニティに引き継がれるが、逆に新たなコミュニティとの関係で、帰属をめぐる摩擦となる場合があることが析出された。東日本大震災における復興過程において、ハード面での議論・計画や制度的な設計に関する議論は進んだが、提示される問題解決策のみでは復興の合意形成が困難な状況が生じている。「生活の時間」と「制度の時間」のズレが合意形成を困難にしたり、ひとたび形成された合意を無効化するという事態もみられている。仮設住宅入居・避難指示区域の帰還をめぐる意思表示(アンケート等)に基づいて進められた復興施策が、次の段階では被災・避難者のニーズに合致しないとか、高台移転にあたって進められた早期の合意形成が即座に移転事業開始に結びつかず、時間の経過が合意を覆してしまうなどである。

本研究の成果は、「生活の時間」と「制度の時間」のズレ(タイムラグを伴う事業の実施)がもたらす問題は、災害後の従前のコミュニティの凝集力と復興への意志を疲弊させ、コミュニティの再編を促すことにもつながったという点を析出したことにあるまた、東日本大震災を契機に災害時相互応援協定などの重要性が改めてクローズアップされたが、他方で福島原発事故に伴う避難者受け入れで、広域的な自治体独自の支援があった。小規模な自治体の迅速な被災者受け入れの判断や、地域特性を活かした受け入れ手法、あるいは全県民的な支援体制の構築や府県が一体になっての被災地対口支援など、自治体の減災機能を考える上で自治力が重要なポイントになることを明らかにした。さらに、当初の創意工夫での受け入れにもかかわらず、一律の国の対応指針が自治体の自発的な取り組みを結果的に狭めていくという状況も析出できた。特に原発事故からの避難については、避難指示区域外または災害救助法適用地域外からの避難について、「非自発的な自主避難」という概念構築をし、制度が想定する避難者からこぼれ落ちてしまう避難者にとって、自治体独自の受け入れ支援が持った減災機能の一端を明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。環境社会学26年度が最終年度であるため、記入しない。実施計画7点中、3点について成果報告ができた。(1)当初はヒアリング調査を主体としていたが、状況の流動性をふまえて、自治体との連携したアンケート調査をヒアリングに並行して実施し、2012年11月に調査報告書をとりまとめた。(2)2013年3月に個別のテーマごとに実施してきた調査の進捗状況をまとめた報告書をまとめた。(3)研究会の内容や報告書の一部内容をHPなどで公開した。状況の変化に伴って、予想した以上のスピードで、被害を訴える避難者と、自由に語ることを躊躇する避難者の両極化が進んでいるが、継続的な調査のなかでの信頼関係で後者の声を聞くことができている。補償の対象にはならない、多様な被害のかたちや心性の動きを明らかにすること、またそれをマクロな視点に位置づけることで、災害時の自治体・コミュニティの減災機能について提言しうると考えている。これまでに成果は、論文や学会報告などを通して順次、公開しており、また「聞き書き集」などを通して、見えにくくなる自主避難者の「いま」を発信するなど、研究成果の社会的還元も順調に進んでいる。なお、昨年度の研究目標に掲げた5点についての具体的な進捗状況は以下の通りである。1.役場機能移転自治体の避難者調査・・・地縁血縁で強く結びついていた自治体ー行政区ー住民の関係性が避難で空間的に分散するなかで機能不全を起こしているが、避難者の家族・親族のネットワーク、友人・知人のネットワークは変化しつつも情報のセイフティネットで有り続けていることがわかった。基礎資料としての詳細年表は2013年3月末まで作成終了した。2.ゾーニングによる支援策の格差の問題・・・避難者と避難者受け入れ自治体住民との軋轢の要因やその状況を福島県内と東京、九州などと比較しつつ、これら軋轢をこえようという言説が裁判運動のなかから生み出されつつある点を見いだした。
歯周病原菌における蛋白分解システムとその異常の分子レベル解析

歯周病の主要な病原性細菌の一つであるPorphyromonasginglvalisには細胞結合型および細胞外分泌型のさまざまなプロテアーゼが存在しており、本菌の重要な生理機能や病原性機能を担っていると考えられている。筆者らはこれまで本菌が産生する主要なプロテアーゼとして2つのユニークなシステインプロテアーゼ(ペプチド結合の切断の特異性からアルギニン特異的システインプロテアーゼArg-gingipain(RGP)およびリジン特異的システインプロテアーゼLys-gingipain(KGP)と呼んでいる)の生化学的ならびに遺伝学解析を通じて両酵素が本菌の病原性発現に必須の因子であることを明らかにしてきた。本年度は、RGPをコードする2つの遺伝子とKGPをコードする遺伝子の両方を同時欠損させた三重変異株を作成し、野生株ならびに前年度に作成したそれぞれの酵素の単一完全欠損株のもつ様々な機能に及ぼす影響を調べた。その結果、三重欠損株では細胞内にも細胞外にもまったくRGPおよびKGPの活性は認められず、タイプIコラーゲンや免疫グロブリンなどの分解活性も検出されなかった。さらに、この変異株は牛血清アルブミンのみを含む栄養培地では生育することができなかった。これらの結果から、RGPおよびKGPは栄養源やエネルギー源として利用するアミノ酸の産土や菌体内への取込みに必須であることが明らかにされた。一方筆者らは、前縁度の研究からrgpAおよびkgp遺伝子のC末端領域とヘムアグルチニン遺伝子hagAには本菌の血球凝集素活性やヘモグロビン結合に必要な接着ドメインが存在していることを明らかにしているが、本研究ではrgpA・kgp・hagA欠損三重変異株を作成して野生株のもつ血球凝集素活性やヘモグロビン結合活性に及ぼす影響を調べた。その結果、この変異株では血球凝集素活性もヘモグロビン結合活性もなく、これらの遺伝子産物が本菌の血球凝集能やヘモグロビン結合能に大きく貢献していることが示された。歯周病の主要な病原細菌の一つであるPorphyromonas gingivalis(P.gingivalis)には様々な細胞結合型および分泌型プロテアーゼが存在しており、本菌の重要な生理機能や病原性機能を担っていると考えられている。本菌における蛋白分解システムは、本菌の生理機能や病原性にとって最も基本的で重要な問題である。本年度の研究は、P.gingivalisが保有する主要な2つのシステインプロテアーゼ(Arg-gingipain,RGPおよびLys-gingipain,KGP)が本菌の生理機能に必須である理由とその機構について重点的に研究を行った。まず、各酵素の遺伝子が欠損した変異株を作成し、野生株と比較しながらそれらの性状を解析した。RGPについては遺伝子1個だけを欠損させた一重変異体および2つとも欠損させた二重変異体を、KGPについては一重変異体を作成した。RGPの一重変異体やKGPの欠損変異体は形態的には野生株とほとんど変わらず、細菌膜表層構造も野生株と同じであった。しかし、RGPの二重変異体では野生株で見られる細胞表層の線毛構造がほとんど観察されず、これらを構成する蛋白質の輸送に何らかの欠陥を生じている可能性が示唆された。そこで、線毛を構成する主要な蛋白質であるフィンブリリンと免疫原性の75K蛋白質の細胞内輪送にRGPが関与し得るのか否かを免疫ブロット法とN末端アミノ酸シーケンス胞で解析した。その結果、RGPの二重変異体ではこれらの蛋白質のプロセシングが正常に起こらず、そのために細胞内輸送に障害が生じたことが示された。また、RGPは本菌の保有する好中球傷害活性や血球凝集素活性などの病原性機能を担っているが、KGPには本菌のそれらの機能の発現には直接寄与していないことが示された。ところが、KGP欠損変異体には血液寒天培地上で培養した際、黒色色素産生能がないことから、KGPがヘモグロビンの菌体への結合やヘムの取込みに関与し、本菌の増殖や成長に寄与していることが示唆された。

一方筆者らは、前縁度の研究からrgpAおよびkgp遺伝子のC末端領域とヘムアグルチニン遺伝子hagAには本菌の血球凝集素活性やヘモグロビン結合に必要な接着ドメインが存在していることを明らかにしているが、本研究ではrgpA・kgp・hagA欠損三重変異株を作成して野生株のもつ血球凝集素活性やヘモグロビン結合活性に及ぼす影響を調べた。その結果、この変異株では血球凝集素活性もヘモグロビン結合活性もなく、これらの遺伝子産物が本菌の血球凝集能やヘモグロビン結合能に大きく貢献していることが示された。
ユーラシア社会の人口・家族構造比較史研究

本年度は、この研究プロジェクトの本格的開始元年であり、スタートに当り、国の内外の研究参加者との意志疎通、概念・方法の統一を図るべく2回(8月静岡県裾野市、2月京都)、国内の参加者全員による研究集会をもった。また、国際学会に出席し、席上成果の一部を報告するとともに、研究参加者と意見交換を行った。研究の基礎となる資料収集、その整理、コンピュータ入力の作業は、ほぼ予定通り進捗し、成果の一部は、購入したデスクトップ編集器により「・・・シリーズ」として印刷・配布した。(計15点)1.国際共同研究.予定した出張は、国際学会報告(8月カナダ・モントリオール、11月アメリカ・シカゴ、1月台湾・台北)、研究打合せ(5月フランス・パリ、7月アメリカ・ホノルル、11月アメリカ・ブルーミントン、3月アメリカ・ホノルル)、共同研究実施(8月イタリー、1月中国、2月イタリー)を行い、トルコからは研究者を招聘(1月)し、研究打合せを行った。2.国内研究.首都圏の公共機関に所蔵されている基礎史料(主に江戸時代の宗門改帳)を中心に史料調査を実施し、マイクロフィルム撮影をおこなうと同時に、購入したマイクロフィルムリーダープリンターを用い既収集史料の焼付け、製本を進めた。これにより爾後の整理が容易になった。これから基礎整理シートを作成し、新たに設置し、パーソナルコンピュータシステムに入力を行った。入力プログラムはこのプロジェクトのために新しく開発したものを用い、入力、検索および分析を迅速に行い得るものである。文献目録および収集史料目録の作成は年度内に完成せず、来年度に持ち越した。
生命倫理規範の制度化に関する法哲学的研究

本研究は,「生と死をめぐる規範」について,とくにその規範の制度化について,どのような視座や視点,原理原則が必要とされるのかを理論的かつ実証的に探究することを目的とした。具体的には,欧米型の生命倫理規範の特質と,東アジア型の生命倫理規範の特質とを探究すると共に,わが国の在るべき生命倫理規範を原理的に探究した。その結果は,わが国の生命倫理規範として,欧米型と通底する普遍的な部分と,東アジアやわが国固有の文化的要素を反映したなローカルな部分と,を統合する規範構築の視座の必要性を析出した。本研究は,生命倫理規範がどのように制度化されるべきかを基本テーマとしているが,そのテーマは以下の側面から研究されてきている。(1)本研究の理論的・文献的な研究は,「欧米型生命倫理学の特質と限界」と「生命倫理規範におけるGlobalizationとLocalism」をその研究目的としているが,前者については,欧米型の生命倫理学の基本的特徴として,(a)自己決定至上主義の個人主義,(b)権利基底的な立論,(c)他者危害原則,(d)功利主義的視座を確認した。これらの特質の代替または補完的理論として,個人の権利基底的な規範ではなく,家族に基礎を置く「家族基底的な生命倫理規範」の可能性の原理的に探求した。(2)調査型の実証的研究としては,1937年の憲法の前文に「個人の尊厳(the dignity of the individual)という言葉を欧米で初めて書き込んだアイルランド憲法に,個人主義的な自己決定論の萌芽を確認すべく調査を行った。また,東アジア型の生命倫理規範の特質を探求すべく韓国の研究者にインタビューという形で調査を行った。(3)我が国の「在るべき」生命倫理規範についての原理的研究は,なお形成過程にあるが,種々の問題を通して,自己決定至上主義に立脚した「個人の権利基底的な規範」よりも「家族基底的な生命倫理規範」が適切であると考えられる場面が見えてきた。(4)国際学会での研究発表については,第7回東アジア法哲学シンポジウム(中国・長春)に出席し分科会での司会を担当した。当学会では,本研究の発表にはいたならかったが,中国の研究者との間の意見交換で貴重な示唆を受けた。本研究の目的は,生命倫理規範の制度化に当たってどのような視座又は視点が必要とされているのか,を理論的かつ実証的に探究することにある。(1)理論的・文献的研究a.「欧米型生命倫理学の特質と限界」についての理論的研究欧米型の生命倫理学及びその規範の特質を析出するために,英国の当該領域での法改正(Human Fertilisation and Embryology Act 2008)を考察対象とし,その特質の一端を論文にまとめた。b.「生命倫理規範におけるGlobalizationとLocalism)についての理論的研究を行った。(2)欧米型及び東アジア型の生命倫理規範の特質についての実証的研究a.7月に中国の長春で開催された東北アジア法哲学シンポジウム(於長春理工大学),9月に中国で開催されたIVR(法哲学・社会哲学国際学会連合)北京大会に出席することによって,また韓国への調査によって,研究者や実務家に対するインタビュー調査をとおして,中国および韓国の生命倫理規範の特質の一端を考察した。b.1月には,韓国の研究者および日本の研究者を招いて神戸大学でセミナーを開催し,韓国と日本の生命倫理規範を取り巻く状況を研究した。(3)研究報告熊本大学グローバルCOEリエゾンラボ研究会で研究成果を報告した。(1)理論的・文献的研究a.昨年度からの欧米型の生命倫理学及びその規範の特質についての研究をおこなうと共に,それと対比できる東アジア型の生命倫理規範の理念型の構築を模索した。b.昨年度からの継続として,「生命倫理規範におけるGlobalizationとLocalismについての理論的研究をおこなった。(2)欧米型及び東アジア型の生命倫理規範の特質についての研究昨年度から引き続き,東アジア型の生命倫理規範の特質についての研究成果を確認するため,韓国に出かけて,韓国の研究者との交流をおこない,その交流を通して,欧米型の生命倫理規範の特質も確認した。(3)国際学会等での研究報告鳥インフルエンザ等の流行のために,国際学会での積極的な報告活動をおこなうことができなかった。その代わりに,来日した韓国の研究者との交流を深めた。(4)研究成果のまとめ最終年度にあたり,「延命治療の中止問題」を素材としてこれまでの研究成果をまとめた。
動的環境における視覚情報に適応的なパーティクル・フィルタを用いたSLAM手法

人間型ロボットにより高精細な3次元マップを高速に構築することは非常に挑戦的な課題である。なぜなら、人間型ロボットが歩行をしている限り、足裏と床面との接触の際の振動により視覚映像がぶれるからである。また、人間型ロボットが歩行する環境には、視覚的な特徴が豊富なものから乏しいものまで様々なものの存在が想定される。このような人間型ロボットの歩行による影響を最小限に抑えるために、環境の視覚によるマッピングに関して、任意の画像から3次元データを抽出するタイミングを決定する新たなスケジューリング手法を構築した。これは、人間型ロボットの脚が着地するタイミングを、足部の力覚センサの値の変動から検出し、着地衝撃による振動が収まったタイミングで画像を取得するものである。さらに、Visual odmetry手法を同時に実行することで、ロボットの姿勢の推定を行う。開発した環境マッピング手法を人間型ロボットHRP-2に搭載し実験を行い良好な結果を得た。人間型ロボットを用いた実験を行う中で、ドアを開けるという動作を対象として、人間型ロボットの視覚認識と把持動作を統合する新たな手法を考案した。ドアを開けるには、ドアノブを精度よく認識することが必要であるが、視覚認識では限界があった。この問題を、視覚認識誤差を考慮して把持動作を計画し、ドアノブの検出に力覚センサのデータも用いることにより解決した。これにより、人間型ロボットは、ドアを認識し、近づき、ドアを開けるという一連の動作をオンラインで実行できるようになった。本研究成果は、11.研究成果に示すように、ロボティクスの分野で著名な国内会議で発表するとともに、国際会議で発表予定である。Rao-blackwellizedパーティクル・フィルタ(RBPF)とステレオカメラ情報を使用した3次元SLAMの手法(RBPF-SLAM)を開発した。3次元のRBPF-SLAMは、ステレオ画像データはとてもノイズに富んでいることと、RBPFは高い計算コストを要するため、とても挑戦的な問題であった。それに加えて、現在の視覚データに基づくRBPF-SLAM技術は、その一貫性の問題から、狭い空間で、しかも短時間でしか機能しなかった。言い換えれば、よい信頼性を持って長い時間推定精度を保持することができる長期間にわたるRBPF-SLAMは不可能であった。この目的のために、第一にRBPF-SLAMの中心となるプログラムを開発した。これはロボットのモデルを変更することで、様々な種類のロボットに対応することができる。開発した3次元のRBPF-SLAMでは、環境の表現方法としてグリッドマップを使用する。つまり、ロボットの世界は占有グリッドで表現される。各グリッドの専有確率は、ステレオカメラ情報から得られる奥行データによって得られる。ロボットの姿勢を精度よく推定するために、BPF-SLAMはグリッドマッチングを行う。このマッチングプロセスにおいて、現在の視覚データと構築したマップデータとをマッチングさせることにより、パーティクルはよりよい姿勢を探索することができる。さらに、パーティクル・フィルタを使用した場合の、サンプル数低下問題を解決するために、ランクに基づくリサンプリング(RBR)手法を提案した。これらの成果の一部を、韓国ロボット学会の論文誌に掲載した。BPF-SLAMのよく知られた問題として,RBPF-SLAMの性能は長い期間では保証されないという一貫性問題がある.この問題を軽減するために,ランクに基づいたリサンプリング(RBR)手法を考案した.提案手法を用いることにより,従来手法に対し10倍の長期間にわたりパーティクルのダイバーシティを保つことができた.この結果は,Advanced Robotics(vol.24, no.4, April 2010.)に掲載された.このRBPF-SLAMのフレームワークに則り,3次元のRBPF-SLAMをヒューマノイドロボットに実装した.ヒューマノイドロボットは正確なボクセル・マップが必要である.この意味において,与えられた時刻におけるロボットの姿勢を修正するために,3次元のボクセルマッチングのスケジューリング手法を提案した.提案手法により,従来手法のGMappingに比較して計算時間を数分の一に縮めることができた.ただし,計算時間と得られるマップの精度との間にはトレイドオフがあり,提案手法によるマップは一部においてGMappingを用いるよりも精度が落ちている.この結果についてはIEEE Conf. on Humanoidsにおいて発表した.人間型ロボットにより高精細な3次元マップを高速に構築することは非常に挑戦的な課題である。

これにより、人間型ロボットは、ドアを認識し、近づき、ドアを開けるという一連の動作をオンラインで実行できるようになった。本研究成果は、11.研究成果に示すように、ロボティクスの分野で著名な国内会議で発表するとともに、国際会議で発表予定である。
外部電場下における界面ジャロシンスキー・守谷相互作用力の第一原理計算

全電子フルポテンシャル線形化補強平面波法(FLAPW法)を界面ジャロシンスキー・守谷相互作用力(DMI)の大規模計算が可能なプログラムに改良した。引き続き、プロトタイプ系のCo/Ptの2層金属薄膜に加え、強磁性体3d金属(Fe, Co, Ni)と非磁性体5d金属(Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt)の2層薄膜に対して界面DMIの金属種依存性を系統的に解析した。5d金属を周期律表順のPt, Ir, Os, Reと変化させた場合、界面DMIパラメータがそれぞれ258, -160, 40, -100 meV/nmと振動し、Co/Ptで最も大きな正の値、Co/Irで大きな負の値となること、W, Ta, Hfと変化させた場合には、界面DMIパラメータが146, 79, 41 meV/nmと正の値から減少する傾向が示された。界面DMIパラメータに対する各原子層のエネルギー寄与の解析により、Co/Ptでは界面のPtが、Co/Irでは界面のIrが界面DMIパラメータの決定のうえで重要な役割を担っていることがわかった。また、これらの5d金属種に対する界面DMIの3d金属種依存性を調べた。Feの場合、Coに比べ、界面DMIパラメータが全体的に負の値の方向にシフトする傾向に、Niでは、Ni/Ptで界面DMIパラメータが僅かに得られたものの、他の5d金属で界面DMIパラメータはほぼゼロの値となった。以上のことから、界面DMIは3dおよび5d金属の金属種の組合せにより顕著に依存することが示唆された。外部電場下におけるCo/Ptの界面DMIを考察した。外部電場の導入による界面DMIパラメータの変調は、界面におけるCoとPtのd軌道状態密度及び軌道磁気モーメントの変化と相関があることが示唆された。本年度は全電子フルポテンシャル線形化補強平面波法(FLAPW法)を界面ジャロシンスキー・守谷相互作用力に関する大規模計算が可能なプログラムの改良を以下の通り行った。1.一般化ブロッホ定理を用いたスピンスパイラル構造の第一原理計算プログラムを改良した。一般化ブロッホ定理の導入により、長波長のスパイラル構造(数百原子数)を小さな化学的ユニットセル(数原子個)で計算できる。しかし、モデルの膜厚を増やした場合、結晶構造の対称操作が利用できないこと、逆空間のk点数を数千点以上も考慮しなければならないこと、ノンコリニア磁性を考慮しなければならないことから、行列要素と固有値を求めるプログラムでメモリ容量と計算時間を縮小するための最適化を行った。また、並列化プログラムの開発を開始した。2.スピン軌道相互作用を導入するための第二変分法プログラムを改良した。スピン軌道相互作用を考慮する場合、一般ブロッホ定理が利用できないため、ユニットセルの面内格子定数をスパイラル波長(例えば波数q=0.01の場合、格子定数の100倍の長さ)に一致させた巨大なスーパーセルを用いる必要がある。本手法では、前述1)のスピンスパイラル構造の波動関数を改めて基底関数として取り直し、第二変分法でスピン軌道相互作用を取り入れ、全エネルギーを再計算する。ここでは、メモリ容量と計算時間が飛躍的に増大することから、スピン軌道相互作用に関する行列要素と固有値を求めるプログラムを最適化した。また並列化プログラムの開発を開始した。3.スピン軌道相互作用を考慮した全エネルギーの波数q依存性から、最小二乗法によりqの1次項を導出し、界面ジャロシンスキー守谷相互作用力を決定するプログラムを開発した。スピンスパイラル構造の第一原理計算及びスピン軌道相互作用を導入した第二変分法のプログラム開発を計画通り実施できた。また、プロトタイプ系のCo/Ptの2層金属薄膜に対して、外部電場が無い場合の界面ジャロシンスキー・守谷相互作用力を、前述計算手法を用いて計算し、プログラムの確認及び先行研究との比較を行い、計算手法を検証することができた。界面ジャロシンスキー・守谷相互作用力に関する大規模計算が可能な全電子フルポテンシャル線形化補強平面波法(FLAPW法)プログラムの改良を行った。具体的に、一般化ブロッホ定理を用いたスピンスパイラル構造の第一原理計算及びスピン軌道相互作用を導入するための第二変分法計算において、プログラムの最適化及び並列化を行った。引続き、プロトタイプのCo/Pt2層金属薄膜に対して、外部電場が無い場合と外部電場を考慮した場合の界面ジャロシンスキー・守谷相互作用力と交換スティフネスを計算した。以下、計算結果を示す。1)スピンスパイラル構造の全エネルギーをスパイラル波数qの関数として算出し、全エネルギーの値がスピンスパイラルの回転方向(+qと-q)で異なり、界面ジャロシンスキー・守谷相互作用力が生じることを確認した。また、軌道モーメントの大きさもスピンスパイラルの回転方向で異なる振る舞いを示した。全エネルギーの波数q依存性から、最小二乗法を用いて、波数qの1次項及び2次項を抽出し、界面ジャロシンスキー守谷相互作用力と交換スティフネスを導出した。2)±5V/nmの外部電場を真空層に導入し、外部電場下における界面ジャロシンスキー守谷相互作用力と交換スティフネスを、上記1)と同様に決定した。外部電場の導入により、界面層におけるCoとPt層のd軌道状態密度が変化すること、また、界面ジャロシンスキー守谷相互作用力と交換スティフネスとも、外部電場を印加することにより、それぞれ5%と10%程度変化することがわかった。

開発したプログラムを用いて、プロトタイプのCo/Ptの2層金属薄膜に対し、外部電場が無い場合と外部電場を考慮した場合の、界面ジャロシンスキー・守谷相互作用力と交換スティフネスを計算することができ、また、その起源についても電子構造の観点から明らかにすることができたため。全電子フルポテンシャル線形化補強平面波法(FLAPW法)を界面ジャロシンスキー・守谷相互作用力(DMI)の大規模計算が可能なプログラムに改良した。引き続き、プロトタイプ系のCo/Ptの2層金属薄膜に加え、強磁性体3d金属(Fe, Co, Ni)と非磁性体5d金属(Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt)の2層薄膜に対して界面DMIの金属種依存性を系統的に解析した。5d金属を周期律表順のPt, Ir, Os, Reと変化させた場合、界面DMIパラメータがそれぞれ258, -160, 40, -100 meV/nmと振動し、Co/Ptで最も大きな正の値、Co/Irで大きな負の値となること、W, Ta, Hfと変化させた場合には、界面DMIパラメータが146, 79, 41 meV/nmと正の値から減少する傾向が示された。界面DMIパラメータに対する各原子層のエネルギー寄与の解析により、Co/Ptでは界面のPtが、Co/Irでは界面のIrが界面DMIパラメータの決定のうえで重要な役割を担っていることがわかった。また、これらの5d金属種に対する界面DMIの3d金属種依存性を調べた。Feの場合、Coに比べ、界面DMIパラメータが全体的に負の値の方向にシフトする傾向に、Niでは、Ni/Ptで界面DMIパラメータが僅かに得られたものの、他の5d金属で界面DMIパラメータはほぼゼロの値となった。以上のことから、界面DMIは3dおよび5d金属の金属種の組合せにより顕著に依存することが示唆された。外部電場下におけるCo/Ptの界面DMIを考察した。外部電場の導入による界面DMIパラメータの変調は、界面におけるCoとPtのd軌道状態密度及び軌道磁気モーメントの変化と相関があることが示唆された。1.前年度に引き続き、スピンスパイラル構造の第一原理計算及びスピン軌道相互作用を導入した第二変分法のプログラムを開発する。ここでは、プログラムの最適化はほぼ終了したことから、並列化のプログラムの改良にうつる。2.Co/Pt2層金属薄膜に対して、Co原子層(1原子層3原子層)とPt原子層(3原子層9原子層)の厚さの違いによる界面ジャロシンスキー守谷相互作用力を考察する。また、3d遷移金属層にCoとFe原子層を、重金属層に種々の5d属遷移金属とした2層構造に対して、界面ジャロシンスキー守谷相互作用力の計算を実施し、界面バンド構造との関連性を調べる。前年度に引き続き、Co/Pt2層金属薄膜に対して、Co原子層(1原子層3原子層)とPt原子層(3原子層9原子層)の厚さの違いによる界面ジャロシンスキー守谷相互作用力と電場効果がどのように変化するかを考察する。また、3d遷移金属層にCoとFe原子層を、重金属層に種々の5d属遷移金属とした2層金属薄膜に対して界面ジャロシンスキー守谷相互作用力を計算し、系統的な解析を実施する。
ガイダンス因子による臓器形成の制御機構

セマフォリンとその受容体の多機能性はリガンド-レセプター結合の重複性、それらの時空間的な発現制御だけでなく、細胞内シグナルの多様性をも反映している。従って、セマフォリン分子による個体発生制御の全体像を明らかにするには、ファミリー全体を対象として、複数臓器にまたがった機能の分子レベルから臓器レベルまでの解析を通してより包括的に研究する必要がある。本研究では、(1)心臓の形態形成におけるセマフォリン分子群とその受容体の役割を個体、臓器レベルで解析するとともに、細胞内シグナルと細胞の遊走や運動の制御機構を解析し、(2)これまで個体発生における機能が不明であったクラス4型セマフォリン分子群の機能を、単独及び多重欠損マウスを用いて解析した。(1)心臓-大血管の形態形成におけるセマフォリン・シグナルの解析発生早期に別々の発生過程を経て形成された心臓と血管系は大血管を介して一連の循環システムを形作る。この大血管系は神経管背側より遊走する神経提細胞により形成される。我々はセマフォリン・シグナルが心臓の初期発生において心筋細胞の移動を制御することにより、その形態を決定することを見出し報告した。今回、神経提細胞の移動を新たなセマフォリン・シグナル系が制御することを見出した。膜結合型セマフォリンは体背側に発現し、神経提細胞に反発作用を及ぼす。一方、分泌型セマフォリンは大血管形成部位に発現し、神経提細胞を誘導する。このように、神経提細胞の遊走が部位特異的に発現するセマフォリン群により精妙に制御されていることを見出した。(2)血管形成におけるセマフォリン・シグナルの解析Sema4A欠損マウスにおいては障害角膜の新生血管の過形成が見出された。この作用が、従来報告されていた受容体とは異なるプレキシン分子によることを見出した。さらにVEGFを介する血管新生がこのシグナル系を介する低分子量G蛋白質により抑制されることも見出した。本研究は種々のセマフォリン分子群による臓器形成制御機構を明らかにするために行われ、平成18年度は以下の成果を得た。1.セマフォリン受容体Plexin-A1欠損マウスの作製とその解析:Pexin-A1はNeuropilin-1とともにクラス3型セマフォリンSema3Aの受容体複合体を形成するだけでなく、クラス6型セマフォリンSema6Dのリガンド結合受容体としても機能することが知られている。Plexin-A1欠損マウスを作製しその解析を行い、Plexin-A1がSema6Dの受容体として、破骨細胞の分化や樹状細胞の活性化において必須の機能を果たしていることを明らかにした。2.神経提細胞の遊走と左心室流出部大動脈系の形成におけるセマフォリンの役割:心臓の左心室流出部大動脈系は神経管背側より生じた神経提細胞が同部位へ移動し増殖することにより形成される。この過程における、セマフォリンとその受容体の発現を解析し、心臓に向かって遊走する神経提細胞上では、初期からセマフォリン受容体Plexin-A2が発現し、また後期に.Plexin-D1,Neuropilin-1が高発現することを見いだした。

さらに、Plexin-A2のリガンドであるSema6A,Sema6Bが神経管背側および体幹の外側から鰓弓にかけて、あたかも神経提細胞の移動路を取り囲むように発現していること、一方Plexin-D1とNeuropilin-1受容体複合体のリガンドであるSema3Cは左心室流出部の筋肉層に発現していることが明らかとなった。さらに神経提細胞の遊走に対して、Sema6A,Sema6Bが化学反発活性を発揮し、またSema3Cが化学誘引活性を発揮することから、これらセマフォリンのシグナルによって神経提細胞の神経管から心臓への遊走が巧妙に制御されていることが明らかとなった。セマフォリンとその受容体の多機能性はリガンドーレセプター結合の重複性、それらの時空間的な発現制御だけでなく、細胞内シグナルの多様性をも反映している。従って、セマフォリン分子による個体発生制御の全体像を明らかにするには、ファミリー全体を対象として、複数臓器にまたがった機能の分子レベルから臓器レベルまでの解析を通してより包括的に研究する必要がある。本研究では、(1)心臓の形態形成におけるセマフォリン分子群とその受容体の役割を個体、臓器レベルで解析するとともに、細胞内シグナルと細胞の遊走や運動の制御機構を解析し、(2)これまで個体発生における機能が不明であったクラス4型セマフォリン分子群の機能を、単独及び多重欠損マウスを用いて解析した。(1)心臓-大血管の形態形成におけるセマフォリン・シグナルの解析発生早期に別々の発生過程を経て形成された心臓と血管系は大血管を介して一連の循環システムを形作る。この大血管系は神経管背側より遊走する神経提細胞により形成される。我々はセマフォリン・シグナルが心臓の初期発生において心筋細胞の移動を制御することにより、その形態を決定することを見出し報告した。今回、神経提細胞の移動を新たなセマフォリン・シグナル系が制御することを見出した。膜結合型セマフォリンは体背側に発現し、神経提細胞に反発作用を及ぼす。一方、分泌型セマフォリンは大血管形成部位に発現し、神経提細胞を誘導する。このように、神経提細胞の遊走が部位特異的に発現するセマフォリン群により精妙に制御されていることを見出した。(2)血管形成におけるセマフォリン・シグナルの解析Sema4A欠損マウスにおいては障害角膜の新生血管の過形成が見出された。この作用が、従来報告されていた受容体とは異なるプレキシン分子によることを見出した。さらにVEGFを介する血管新生がこのシグナル系を介する低分子量G蛋白質により抑制されることも見出した。
リトリーバル法による筋状降雪雲の構造と形式維持のメカニズムに関する研究

冬季、大陸からの寒気吹き出しにともない、日本海上では何本もの筋状の雲が発生する。この筋状降雪雲は日本海沿岸地域に局地的豪雪をもたらすものとして、自然災害科学においても重要な対象の一つであるため、近年はドップラーレーダー観測の展開などにより、その内部の流れの場についても詳細なデータが得られるようになった。本研究課題では、1992年12月に北海道石狩平野を中心に展開された重点領域研究の特別観測で得られた風速・反射強度データセットから、石狩湾の地形に沿って形成された降雪雲を選んでリトリーバル法による解析を行ない、降雪雲内部の気温、気圧場を推定した。降雪雲の陸側下層では周囲よりも-0.2°C程度低温で0.2hPa程度高圧の領域が示された。また、この高圧部の形成には低温な空気の存在だけでなく、地形により曲げられた気流と季節風の収束による力学的な効果も寄与していることが解析により示された。さらに,降雪雲上部にも周囲より0.1hPa程度高圧の部分が存在していることが示された.これらの熱力学的構造から、以下の様な降雪雲の維持のメカニズムが推測される。降雪雲下層では、季節風への地形の作用により高圧部が形成され、上向きの気圧傾度力によって筋状の上昇流域が形成される。凝結高度まで持ち上げられた気塊中では潜熱が解放されるため周囲より高温になり、空気はさらに上昇し、降雪粒子が形成される。気塊が安定層に達するとその上昇は押えられ,気圧傾度により気流の発散が起こる.さらに、リトリーバルされた物理量をもとに潜熱放出量の計算を行った.成長期は下層から雲頂付近まで潜熱放出量は正の値であったが、成熟減衰期には雲頂付近で比較的大きな負の値を示した。これから,雲頂付近での乾燥した空気のエントレインメントによる降雪粒子の蒸発が降雪雲のライフサイクルにおいて重要な役割を果たすことが示唆された。本研究課題では、平成9年度は、1992年12月に北海道石狩平野を中心に展開された重点領域研究の特別観測で得られた風速・反射強度データセットから、地形に沿って形成された降雪雲を選んでリトリ-バル法による解析を行ない、降雪雲内部の気温、気圧場を推定した。降雪雲の陸側下層では-0.2°C程度の低温で0.2hPa程度高圧の領域が示された。また、この高圧部の形成には低温な空気の存在だけでなく、地形と季節風の収束による力学的な効果も寄与していることが解析により示された。これらの熱力学的構造から、以下の様な降雪雲の維持のメカニズムが推測される。降雪雲下層では、季節風への地形の作用により高圧部が形成され、上向きの気圧傾度力によって筋状の上昇領域が形成される。さらに、リトリ-バルされた物理量をもとに潜熱放出量の計算を行ったが、成長期は下層から雲頂付近まで潜熱放出量は正の値であったが、成熟減衰期には雲頂付近で比較的大きな負の値を示した。これから雲頂付近での乾燥した空気のエントレインメントによる降雪粒子の蒸発が降雪雲のライフサイクルにおいて重要な役割を果たすことが示唆された。

これから,雲頂付近での乾燥した空気のエントレインメントによる降雪粒子の蒸発が降雪雲のライフサイクルにおいて重要な役割を果たすことが示唆された。
がん疼痛の鎮痛法によって予後は変わるか

骨がん性疼痛モデルにおいて、誘発による痛みだけでなく、自発痛および運動量、また情動に関する行動に大きな変化を認めた。また骨がん性疼痛モデルへのオピオイドの全身投与によって、誘発による痛みおよび自発痛において用量依存的に鎮痛効果が認められた。さらにモルヒネの全身投与によって運動量が回復するなどの効果も見られた。このことはがん性疼痛に対する鎮痛効果と生活の質、予後との関係を解明する一助になると考えられた。骨がん性疼痛モデルマウスを作製し、小動物行動解析装置を用いてオープンフィールド(OF)テスト及び明暗テストを行った。がん細胞を移植した群をsarcoma群、がん細胞を含まない培養液のみを移植した群をsham群とした。OFテストは、四角形のフィールドを中央より外側へ3つのエリアに分け、中央にマウスを入れ各エリア内での運動量、立上り回数、滞在時間を1時間自動測定した。移植前と移植後14日目に測定を行った。sarcoma群では、移植前に比較し移植後は運動量、立上り回数は有意に減少し、滞在時間においては、移植後は外側エリアでの滞在時間が有意に増加した。一方sham群では移植前と移植後に有意な変化は認められなかった。sarcoma群での変化は、がんによる痛みの増強もしくは情動的な変化が影響し運動欲・探究心を抑制したためと考えられる。また滞在時間の変化は、がんによる侵害刺激により不安行動に変化が生じたためと解釈できる。次に薬剤の鎮痛効果を評価するためモルヒネ1, 3, 10mg/kgを腹腔内投与し投与後30分から60分までの30分間同様にOFテストを行った。同量の生理食塩水を投与した群を対照群とした。モルヒネ10mg/kg投与群の運動量のみ対照群と比較して有意に増加した。明暗テストは明箱と暗箱を連結させた容器にマウスを入れ、明箱と暗箱それぞれにおける運動量、立上り回数、滞在時間を30分間自動測定した。運動量、立上り回数、滞在時間ともに移植前と移植後に変化は認められなかった。次に薬剤の鎮痛効果を評価するためモルヒネ1, 3, 10mg/kgを腹腔内投与し投与後30分から60分までの30分間同様に明暗テストを行った。モルヒネ10mg/kg投与群の暗箱での立上り回数のみ対照群と比較して有意に減少した。C3H/HeN系マウス由来骨肉腫細胞(NCTC-2472)をC3H/HeJ系マウスの左大腿骨内に移植し、骨転移性がん性疼痛モデルの作成に成功した。このがん細胞はC3H/HeN系、BALB/c系マウスにおいても、大腿骨に移植可能であることを明らかにした。がんの骨転移による後肢の痛みを評価するため、がん細胞移植前、移植後1週間おきに4週間後まで痛みの評価を行なった。測定には、フィラメントで後肢裏を刺激し、逃避反応で痛みの閾値を測定するフォンフライテスト、マウスが自発痛のため、肢を上に持ち上げる回数を測定するフリンチテスト、左右の後肢にかかる負荷重量を測定するインキャパシタンステスターを用いた。がん細胞を移植したマウスは、メディウムだけを移植したコントロール群と比較し、移植1週間後から痛覚過敏、自発痛を示し、4週間後まで経時的に悪化した。インキャパシタンステスターでの測定では3週間後から正常な右後肢への体重負荷に比較し、左後肢への負荷重量が減少した。がん移植後2週間から4週間に様々な鎮痛薬の鎮痛効果を測定した。鎮痛薬として、モルヒネ: 1mg/kg、3mg/kg、10mg/kg、30mg/kg、フェンタニール: 0.1mg/kg、0.3mg/kg、0.6mg/kg、1mg/kg、オキシコドン: 1mg/kg、3mg/kg、10mg/kg、20mg/kg、トラマドール: 10mg/kg、30mg/kg、60mg/kg 100mg/kgを腹腔内投与し、経時的に鎮痛効果を測定した。モルヒネ、フェンタニール、オキシコドン、ドラマドールのいずれも、用量依存的にフォンフライテスト、フリンチテストで鎮痛効果が認められたが、インキャパシタンステスターでは鎮痛効果は評価出来なかった。骨がん性疼痛モデルマウスを作製し、小動物行動解析装置を用いて明暗試験の追加試験及び社交性試験を行った。がん細胞を移植した群をsarcoma群、培養液のみを移植した群をsham群、何も施術をしていない群をnaive群とした。明暗試験は明箱と暗箱を連結させた容器にマウスを入れ、明箱と暗箱それぞれにおける運動量、立上り回数、滞在時間を30分間自動測定した。

前回までの報告では移植前と移植後に変化は認められなかったが、今回追加試験を行った結果、sarcoma群の明箱での運動量が移植前と比較して移植後有意に低下した。このことはがんによる痛みが不安行動に変化を与えたためと考えられる。次に薬剤の鎮痛効果を評価するため生理食塩水またはモルヒネ1、3、10mg/kgを腹腔内投与し投与後30分から60分までの30分間同様に明暗試験を行った。前回までの報告ではモルヒネ10mg/kg投与群の暗箱での立上り回数のみ生食投与群と比較して有意に低下したが、今回追加試験を行った結果、モルヒネ10mg/kg投与群において、運動量、立上り回数、滞在時間において生食投与群と比較して有意な差が認められた。しかしモルヒネ10mg/kg投与群における変化は、モルヒネの副作用による影響が大きいのではないかと考えられる。社交性試験は2匹のマウスを四角形のフィールドに同時に放し、2匹の合計運動量、接触した回数、接触後5秒以上不動になった回数を60分間自動測定した。naive-naive群、sarcoma-sarcoma群、naive-sarcoma群で試験をした。移植前と移植後に測定を行った。sarcoma-sarcoma群の接触した回数が、移植前と比較して移植後有意に低下した。このことはがんによる痛みが相手に対しての興味や探究心に変化を与え、社交性を低下させたためと考えられる。麻酔科学骨がん性疼痛モデルマウスにおいて、小動物行動解析装置を用いて、オープンフィールドテストおよび明暗テストを行い、正常マウスと骨がん性疼痛モデルマウスの行動の相違を明らかにした。骨がん性疼痛モデルマウスにモルヒネを腹腔内投与し、小動物行動解析装置を用いて、オープンフィールドテストおよび明暗テストを行い、鎮痛薬を用いた場合のマウスの行動の変化を観察した。ラットの骨がん性疼痛モデルおよび、すい臓がん発症モデルマウスの作製は現在準備段階である。骨転移性がん性疼痛モデルマウスの作成に成功し、その痛みの病態を明らかにした。がん性疼痛モデルに対する痛みの評価方法を確立した。4種類の鎮痛薬のがん性疼痛に対する、鎮痛効果を明らかにした。がん性疼痛モデルにおいて、鎮痛薬を用いた場合のマウスの行動解析については、現在正常マウスでのデータを集積中である。ラットの左後肢脛骨内へ乳腺がん細胞を注入し、骨がん性疼痛モデルラットを作製する。骨がん性疼痛モデルラットの脊髄くも膜下にカテーテルを留置する。くも膜下カテーテルよりリドカイン、モルヒネ、フェンタニール、オキシコドン、トラマドール、ジクロフェナクを投与し、鎮痛効果をフォンフライテスト、フリンチテスト、インキャパシタンステスターを用いて評価する。また、鎮痛薬を用いる時と用いない時で、行動の相違を小動物行動解析装置を用いて解析する。すい臓がん発症モデルマウスを作製し、リドカイン、モルヒネ、フェンタニール、オキシコドン、トラマドール、ジクロフェナクを投与し、鎮痛効果を評価する。マウスのがん性疼痛モデルを用いて、鎮痛薬を用いた場合と用いなかった場合のマウスの行動の相違を、小動物行動解析装置を用いて解析する。ラットの左後肢脛骨内へ乳腺がん細胞を注入し、骨がん性疼痛モデルを作成する。
電力クォリティ改善多機能エネルギー貯蔵システムの電力系統への導入

今後増加が予想されるパワーエレクトロニクス応用機器や分散型電源は、電力システムの柔軟な制御や運用の可能性を広げ、効率的な電力の利用を可能とする反面、変換器などから高調波や三相不平衡を発生させることも考えられる。一方、パーソナルコンピュータから半導体の生産現場まで、極めて高品質な電力を要求する局面も増加の一途を辿り、電力システムにおける電力品質の維持と向上はますます重要な課題となっている。本研究では、超伝導エネルギー貯蔵装置(SMES)を、電力貯蔵という装置本来の用途の他に、副次的な効果として、SMESが交直変換器を有することから適切にそれを制御することで、電力品質の向上に利用することを考えている。SMESを大きなエネルギー貯蔵素子を持つアクティブフィルタと見なし、すでに昨年度までの研究で、電力品質の主要な項目である高調波抑制、瞬時電圧低下補償、停電補償(UPS機能)、三相平衡化が達成でき、多機能電力品質改善装置として利用できることを示している。本年度は、各機能に対する電力品質改善制御系が、三相/dq変換、ローパスフィルタ、dq/三相逆変換から構成される同一要素を持つことを用いて、この同一要素に個々の機能を達成する制御系を付加した御御系を構成し、各機能の達成を図った。その結果、各機能を組み込んだ制御系をもつSMESは、少なくとも上述の4機能をもつ多機能電力品質改善装置として働くことを確認した。しかしながら、高調波抑制や三相平衡補償時には、電力品質改善のためにはほとんどエネルギーを必要としないが、超伝導コイル電流に2次調波成分が現れ、その動揺を超伝導コイルのインダクタンスで抑制する必要が生じる。そのインダクタンスの大きさから、必然的にSMESはある程度以上の容量を持つことになる。パワーエレクトロニクス応用機器や分散型電源は、今後ますます増加していくことが予想される。これらのパワーエレクトロニクス応用機器は電力システムの運用制御に柔軟性をもたらす反面、高周波の発生や三相の不平衡度の増加が懸念される。一方、パーソナルコンピュータから半導体生産設備まで、電力品質に非常に敏感な機器も増加しており、電力システムの品質維持と改善は非常に重要な課題であり早急に対処すべき問題である。現在、電力品質改善対策として、積極的に補償電流を電力システムに供給するアクティブフィルタが着目されている。本研究では、元来エネルギー貯蔵装置である超伝導エネルギー貯蔵装置(SMES)が電圧形の交直変換器をもつ場合、アクティブフィルタと同じ機器構成となることから、SMESを大きなエネルギー貯蔵素子を持つアクティブフィルタとして利用することで、高調波制御、瞬時電圧低下補償、UPS機能、三相平衡化補償といった複数の電力品質改善機能を併せ持つ多機能電力品質改善装置として利用することを考えている。今年度は解析ツールであるEMTP-ATP上で、制御系をMODELSで表現し、SMESを詳細に模擬するモデルを作成することで、超伝導コイル電流の変化を解析することができるようになり、上記の各機能時に必要となるエネルギー量を見積もった。その結果、高調波抑制および三相平衡化補償時には制御に必要となるエネルギー量は極めて小さくてよいが、SMESからの補償電流が相間で不平衡となるためSMESのコイル電流に振動が生じる。その振動を抑制するためには超伝導コイルのインダクタンスにある程度以上の大きさが必要であることから、制御には直接必要とはしないがSMESにはある程度の貯蔵エネルギー容量が必要となることを示した。これらのパワーエレクトロニクス応用機器は電力システムの柔軟な制御運用を可能とするが、高調波の発生や三相不平衡の原因ともなりかねない。一方、パーソナルコンピュータから半導体の生産設備まで、瞬時電圧低下など電力品質に敏感な機器も増加しており、電力システムにおける電力品質の維持は非常に重要な課題である。

本研究では、元来エネルギー貯蔵装置である超伝導エネルギー貯蔵装置(SMES)による電力品質の向上について検討している。昨年度、SMESを大きなエネルギー貯蔵素子を持つアクティブフィルタとして利用することで、高調波抑制、瞬時電圧低下補償、UPS機能、三相平衡化補償といった電絵力品質向上が行えることを示した。本年度は、これら複数の電力品質改善機能を併せ持つ多機能電力品質改善装置として利用することを考え検討を行った。これらの電力品質改善のための制御系が、基本的に、三相/dq変換、ローパスフィルタ、dq/三相逆変換からなる一連の同じ構成要素を持っていることから、この一連の構成要素の回りに上述の4つの機能を達成するための制御系を付加し、複数の電力品質改善機能が同時に達成できる制御系を構成した。解析ツールとして、EMTP-ATPを用いて、複数の電力品質改善機能が同時に達成する制御系をMODELSで、交直変換回路を含む詳細なモデルでSMESを表現した。このSMESを簡単な一機一負荷モデルに適用し、高調波抑制、瞬時電圧低下補償、三相平衡化補償の3つの電力品質改善が同時に一つの制御系で達成できることを示した。今後増加が予想されるパワーエレクトロニクス応用機器や分散型電源は、電力システムの柔軟な制御や運用の可能性を広げ、効率的な電力の利用を可能とする反面、変換器などから高調波や三相不平衡を発生させることも考えられる。一方、パーソナルコンピュータから半導体の生産現場まで、極めて高品質な電力を要求する局面も増加の一途を辿り、電力システムにおける電力品質の維持と向上はますます重要な課題となっている。本研究では、超伝導エネルギー貯蔵装置(SMES)を、電力貯蔵という装置本来の用途の他に、副次的な効果として、SMESが交直変換器を有することから適切にそれを制御することで、電力品質の向上に利用することを考えている。SMESを大きなエネルギー貯蔵素子を持つアクティブフィルタと見なし、すでに昨年度までの研究で、電力品質の主要な項目である高調波抑制、瞬時電圧低下補償、停電補償(UPS機能)、三相平衡化が達成でき、多機能電力品質改善装置として利用できることを示している。本年度は、各機能に対する電力品質改善制御系が、三相/dq変換、ローパスフィルタ、dq/三相逆変換から構成される同一要素を持つことを用いて、この同一要素に個々の機能を達成する制御系を付加した御御系を構成し、各機能の達成を図った。その結果、各機能を組み込んだ制御系をもつSMESは、少なくとも上述の4機能をもつ多機能電力品質改善装置として働くことを確認した。しかしながら、高調波抑制や三相平衡補償時には、電力品質改善のためにはほとんどエネルギーを必要としないが、超伝導コイル電流に2次調波成分が現れ、その動揺を超伝導コイルのインダクタンスで抑制する必要が生じる。そのインダクタンスの大きさから、必然的にSMESはある程度以上の容量を持つことになる。