hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高臨場温熱覚によるインタラクション創出のための分布熱インタフェースの開発研究

本研究では温熱技術を用いた人間支援の構築に向けて、高臨場温熱覚を呈示するための分布熱インタフェースの実現を研究目標としている。本年度の研究では多熱源系の制御へ拡張すべく、ジュール熱等の非線形なモデルを考慮した制御手法や、二次元平面における温度分布制御手法を提案した。非線形なモデルを用いた提案手法の制御補償器では、従来手法において外乱とされていた非線形要素を考慮しているため、補償電流が増えるにしたがって増加するジュール熱等の影響を考慮することができ、温度指令値への追従性の向上を実現できた。温度分布制御手法では、二次元熱拡散方程式に基づいたモデルを用いた制御器の設計を行い、平面上の任意の点における所望の温度制御を可能にした。また、本技術を応用した指装着型の温熱覚呈示システムを開発し、指先での繊細な温度分布の再現を可能にした。本システムは4つの熱源と銅板で構成され、4つの熱源による指先での温度分布制御を実現した。さらに前年度に開発した手のひら装着型のサーマルインタフェース(サーモグローブ)を無線化・小型化した。制御PCにはアルディーノを用い、手の甲の部分にすべての回路や制御システムが収まる構成にした。またバッテリー駆動でペルチェ素子に電流を送り込むことができる。さらにグローブ内にバイオメタルファイバーを組み込み、握り動作を再現する収縮機能を搭載した。本技術は「イノベーション・ジャパン2018」にて展示を行い、多くの注目を集めた。以上に述べた本研究内容に関して、国内論文誌への論文掲載や多くの査読付き国際会議の発表に結実した。また、日本学術振興会において「第9回(平成30年度)日本学術振興会育志賞」を受賞し、学術的な視点からも評価された。したがって本年の研究成果は理論の自由度の拡張、ハードウェアの小型化・無線化を行い、理論面・応用面において多いに成果が得られた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究では温熱技術を用いた人間支援技術の構築に向けて、高臨場温熱覚を呈示するための分布熱インタフェースの実現を研究目標としている。従来開発された温熱覚呈示デバイスは温熱呈示部分が他システムと完全に独立しており、人間への装着や他システムとの統合が困難であった。また複数の熱源を表面の分布熱流と捉え、統一的に制御する手法は構築されておらず、繊細な温熱覚を呈示することにはあまり焦点を当てられていなかった。そこで本年の研究では、実現が困難であった温熱覚インタフェースのウェアラブル化や呈示範囲の拡張を実現すべく、装着型のサーマルインタフェース(サーモグローブ)を開発した。本インタフェースは手にはめられるグローブ型になっており、2つのグローブにそれぞれ2つの熱源が埋め込まれている。グローブの指先に埋め込まれた熱源を各グローブで連動して動作させることにより、2つのグローブで感じた「熱い」・「冷たい」という温熱感覚を共有することができる。さらに、仮想的に設けた分布熱コンダクタンスを制御することにより、手のひらの温度分布を自在に変化させることに成功した。これにより、複数熱源の熱伝搬を用いた分布熱制御を構築し、呈示範囲を拡張した繊細な温熱感覚呈示が可能となった。ホットコーヒーとアイスコーヒーを交互に持つ実験を行い、左右のグローブにおいてその熱い・冷たい温熱覚を共有できること、さらに缶を持ったときの温度分布について共有できることを示した。また温熱技術を用いた在宅医療に向けた、熱流による深層熱源の検知手法を開発した。本手法は、サーモグラフィでは検知が困難である、表面に異常のないがんの検知などへの応用を目指している。以上のように、温熱技術を用いた人間支援技術の構築に向けたデバイス設計論とそれに伴う制御理論について、研究成果が得られた。当初の計画では、温熱覚呈示のためのデバイス設計論およひ制御理論をそれぞれ構築することであったが、研究を推進していく中でデバイス設計に合わせた制御理論を見出した。温熱覚呈示デバイスのウェアラブル化や多自由度化を行うことで、手のひらでの温度分布を自在に呈示するための分布熱制御について工学的に理論構築ができたため、当初の研究計画を上回る成果が得られた。したがって、今年度は期待以上の研究の進展があったと判断できる。

制御PCにはアルディーノを用い、手の甲の部分にすべての回路や制御システムが収まる構成にした。またバッテリー駆動でペルチェ素子に電流を送り込むことができる。さらにグローブ内にバイオメタルファイバーを組み込み、握り動作を再現する収縮機能を搭載した。本技術は「イノベーション・ジャパン2018」にて展示を行い、多くの注目を集めた。以上に述べた本研究内容に関して、国内論文誌への論文掲載や多くの査読付き国際会議の発表に結実した。また、日本学術振興会において「第9回(平成30年度)日本学術振興会育志賞」を受賞し、学術的な視点からも評価された。したがって本年の研究成果は理論の自由度の拡張、ハードウェアの小型化・無線化を行い、理論面・応用面において多いに成果が得られた。今後は前年度確立した制御理論をマルチモーダル感覚呈示システムに応用させる前段階として、時空間の熱伝搬における制御理論の一般化を行う。熱分野では放熱や減衰など独特の特色が存在するため、提案する理論のコアな部分と熱に限定される部分を明確に分離し、他システムへの応用を可能にする。温熱感覚呈示技術を時空間の観点から他感覚呈示技術と結びつけ、マルチモーダル感覚呈示システムとしての学問体系の創成を目指す。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
地球内部に於ける物質移動と変化の研究総括

1.マントル及び地殻下部での大規模な物質の移動を伴う地球内部物質の形成と変化について次のことが明らかにされた。(1)MgSiO_3の超高圧高温実験により、MgとSiが6配位席に秩序化した正方晶ガーネットは1600°Cから一致溶融温度迄、17GPaからペロブスカイトヘの相転移圧迄の広い温度、圧力領域で安定で、Alを含まない立法晶ガーネットより高密度であり、ペロブスカイトより高エントロピーである。(2)水を含まない玄武岩マグマの密度は圧力と共に直線的に増加し、無水ソレアイト質マグマから灰長石が晶出するとマグマの分別過程で浮上する。一方、3wt%のH_2Oが存在すると、玄武岩マグマの密度は中間組成の斜長石より小さくなり、晶出する斜長石は沈降する。2.鉱物結晶の形成と変化に関する徴視的研究について、次の成果を得た。(1)1600°C迄の珪酸塩素及び酸化物系高温融体からの結晶の核形成、生長及び融解過程をその場観察するシステムを開発し、透輝石85、頑火輝石15wt%の系等について、核形成速度、結晶生長速度及び融解速度を求めた。(2)1300°C迄試料を加熱可能な高温透過型電子顕微鏡を開発し、Mg-Feオリビンの酸化によるライフーナイトの生成過程、コーディエライトの相変態、輝石の相変態等の機構を明らかにした。(3)珪酸塩融体及びそれを急冷して得たガラス中での第1遷移金属の構造化学的状態と晶出する結晶相の構造との間に相関のあることを明らかにした。3.計算機実験により高温高圧下での造岩系珪酸塩の安定な構造とその物質を明らかにする目的で、SiO_2について非経験的理論計算を行い、2体ポテンシャルの表現を求めた。これに基づく分子動力学的計算により、種々の温度、圧力条件下での安定相を求めた結果は実験事実とよく一致するばかりでなく、新しい高圧相の存在が示唆された。本特定研究の成果を広く地球科学分野の研究者に公開し、討論を行う目的で、昭和63年10月10日、11日の2日間に亘り野口英世記念会館で、各計画研究班及び一般公募研究のうち特に顕著な成果をあげた課題についての研究成果を報告するためのシンポジウムを開催した。参加者は、139名であった。平成元年1月30日から2月1日に亘り行われた第3回「大学と科学」公開シンポジウムのセッション「地球ーダイナミックな躍動」において、計画研究のうちから5テーマを選び研究成果の報告を行った。本特定研究に加わった総ての計画研究及び一般公募研究の成果をまとめた和文報告書「地球内部に於ける物質移動と変化」を作成した。B5版55頁となった。
「まとまり」と「つながり」の観点からみた島嶼性に関する地理学的研究

本研究は,離島を特徴づける要素としての自己完結性と開放性に着目し,両者をそれぞれ「まとまり」「つながり」と捉え,それらの様態によって各離島の地域的特性,すなわち島嶼性が形作られるとの仮説に立つ。これら2つの概念を指標化し,両者をクロスさせることで離島を類型区分し,それぞれの類型から離島の地域的な性格,すなわち島嶼性を解明することを目的とする。その結果,日本の離島は1「まとまり」「つながり」がとくに強度な島,2「まとまり」は強いが「つながり」は弱い島,3「まとまり」は弱く「つながり」が強い島,の3類型に区分することができた。本研究は,離島を特徴づける要素としての自己完結性と開放性に着目し,両者をそれぞれ「まとまり」「つながり」ととらえ,「まとまり」と「つながり」の様態によって各離島の地域的特性,すなわち島嶼性が形作られるとの仮説に立つ。これら2つの概念を指標化し,両者をクロスさせることで離島を類型区分し,それぞれの類型から離島の地域的な性格,すなわち島嶼性を解明することを本研究の目的とする。本年度は昨年度に引き続き「まとまり」と「つながり」の指標化と得点化を研究計画の中心に据え,関連資料・統計データの収集と入力作業を行った。また,「まとまり」の指標化の一環として各離島の地域社会の紐帯を見いだすために,研究代表者および研究分担者がそれぞれ重点を置く離島のフィールドワークを実施した。「まとまり」指標に関してはとくに研究代表者の須山がフィールドとする奄美群島において,村落行事や儀礼,学校行事が指標となり得ることを見いだしつつある。また,「つながり」については,宮内が航路・航空路と人口移動の観点から指標を作成している。本年度はこの研究目的に関連して,研究分担者の平岡が『アホウドリと「帝国」日本の拡大』を出版した。同書は明治・大正期における日本の領土拡大がアホウドリをはじめとする離島資源の略奪的獲得を目的としたものであることを明らかにしている。これはいわば離島間の「つながり」が延長される過程を動態的にとらえた,貴重な研究成果である。また,須山は奄美大島における芸能の継承活動と,郷土料理の商品化について論文を発表し,宮内は日本における島嶼研究の包括的なレビューを口頭発表した。さらに松井がキリシタンツーリズムに関する成果を出版する予定である。本研究は,離島を特徴づける要素としての自己完結性と開放性に着目し,両者をそれぞれ「まとまり」「つながり」ととらえ,それらの様態によって各離島の地域的特性,すなわち島嶼性が形作られるとの仮説に立つ。本年度は研究計画の最終年度として,「まとまり」「つながり」を指標とした離島の類型区分を行い,それぞれの離島が有する地域的な性格を検出する予定であったが,11に記する理由により,研究代表者の須山と分担者の平岡は,研究に従事する十分な時間の確保ができなかった。そのため,本年度の計画を来年度に繰り下げて実施することとする。しかし,本年度にも各離島の個別的な調査は継続され,それぞれについての成果もあげられた。研究代表者の須山は,2001年以来の調査の成果を『奄美大島の地域性』として出版し,群島型島嶼の中心を占める奄美大島が島内のみならず群島全体を統括するまとまりを有すること,鹿児島本土や東京都の政治的なつながりを維持する結節点として働くことを明らかにした。群島や諸島の中心となる島には一定程度の都市的集積があり,これが個別の島嶼や群島をまとめる求心力の源泉となることが明らかとなった。また研究分担者の宮内は,離島に関する研究をレビューし,「まとまり」「つながり」指標の基礎となる諸変数の抽出に従事した。その結果,人口移動と交通デバイスが「つながり」指標の主要構成要素となること,地域社会や同郷者団体などの人的ネットワークが「まとまり」指標を構成するとの推論を得た。また,松井は"Geography of Religion in Japan"を出版し,宗教的紐帯が「まとまり」指標の一部をなすことを,五島列島のキリシタン集団を例に示した。本研究は,離島を特徴づける要素としての自己完結性と開放性に着目し,両者をそれぞれ「まとまり」,「つながり」ととらえ,「まとまり」と「つながり」の様態によって各離島の地域的特性,すなわち島嶼性が形作られるとの仮説に立つ。本年度は「まとまり」と「つながり」の指標化と得点化を研究計画の中心に据え,関連資料・統計データの収集と入力作業を行った。

「まとまり」指標に関してはとくに研究代表者の須山がフィールドとする奄美大島において,地域社会の紐帯を計測・得点化する手法が見いだされつつある。また,研究分担者の宮内は,航路・航空路の運行頻度や始終発から,離島と本土の結合度を見いだす手法の開発に取り組んでいる。研究代表者の平岡は,歴史地理学の立場から,国土フロンティアとしての離島が,本土により近い離島を拠点として開発された経緯を明らかにし,松井は五島列島などを事例に観光資源化される宗教の地域的な意味づけを考察している。これらは「つながり」「まとまり」いずれの意味づけをも含み込むことが明らかとなりつつあり,両者を二項対立的にとらえようとした本研究計画に修正を加える必要性をはらむ。本研究は,離島を特徴づける要素としての自己完結性と開放性に着目し,両者をそれぞれ「まとまり」「つながり」と捉え,それらの様態によって各離島の地域的特性,すなわち島嶼性が形作られるとの仮説に立つ。これら2つの概念を指標化し,両者をクロスさせることで離島を類型区分し,それぞれの類型から離島の地域的な性格,すなわち島嶼性を解明することを本研究の目的とする。前年度に研究代表者の須山と分担者の平岡が,十分な研究時間を取れなかったため,研究機関を1年間延長し,本年度は前年度達成できなかった離島の類型区分とモデルの構築に取り組み,本研究の締めくくりとした。また,本研究の代表者・分担者が主要メンバーとなって,2015年日本地理学会春季学術大会において「離島の存続可能性」と題するシンポジウムを開き,研究の総括と今後の展望を図った。日本の離島を「まとまり」「つながり」をそれぞれ直交させた座標上に配置すると,1両指標がともに強度な離島,2島内での「まとまり」は強いが本土・主島との「つながり」は稀薄な離島,3本土・主島との「つながり」は強いが島内の「まとまり」は弱い離島に大別される。1に属する離島は,奄美大島や福江島のような都市的集積を有する島嶼群の主島であり,2には小笠原諸島や大東島のような隔絶性の高い外洋離島が当てはまる。多くの近海離島や,群島・諸島内の属島は3に分類される。日本の離島では,1に該当する島を中核として3に分類される島がクラスターを形成し,2に当てはまる島が孤立的に分布する空間モデルが描ける。これらの事実は,日本の離島が自己完結的な生活圏を形作ると同時に本土との緊密な関係にも依存し,両者のバランスの上に成り立っていることを示す。人文地理学昨年度は東日本大震災の影響で現地調査が遅滞したが,本年度は被災地以外の地域,とくに沖縄・奄美での調査が進展した。「まとまり」「つながり」の指標化と類型区分にはほぼ目処が立った。本年度は研究計画最後の年であり,研究の全体的な総括と不足部分の補充調査を実施し,それらに基づいて離島の地域区分と空間モデルの構築を企図していた。しかしながら,研究に専念すべき夏季休業期間中に研究代表者と分担者の平岡が,国際会議に参加せざるを得なくなり,十分な時間をとることができなかった。そのため補充調査もまとめのミーティングもできず,成果のとりまとめが完結していない状態にある。最終的なまとめのために研究計画を1年延長し,当初の目的を達成したい。
『中尊寺経』軸端金具に関する基礎的調査研究

平成12年度14年度の3ヵ年の期間内に以下のような調査研究を実施した。1.文献資料及び写真資料の収集整備本調査研究に関連する文献資料及び写真資料を収集し、整理保存した。2.現地調査中尊寺において『中尊寺経』軸端金具に関する現地調査を実施し、その結果2739巻の『中尊寺』経のうち制作当初と判定された486巻の軸端金具に関して、詳細な調書作成とデジタル画像を収集した。3.関連遺品調査高野山金剛峰寺において、同時所蔵の中尊寺経の中から書写年代のわかる8巻についても関連遺品調査を実施した。4.収集データの整理と分析2の現地調査及び3の関連遺品調査で得られたデータを整理保存し、収集データを研究代表者と分担者が共同で分析を行なった。3ヵ年にわたる本調査研究の初年度に当たる本年度は以下のように調査研究を実施した。1.文献資料及び写真資料を収集整備年度前半に本調査研究に関連する文献資料及び写真資料を収集し,整理保存した。2.現地調査中尊寺において『中尊寺経』軸端金具に関する現地調査を平成12年8月28日9月3日及び平成13年2月12日18日に実施した。その結果総数2739巻の『中尊寺』経のうち404巻について調査を終了し,詳細な調書作成とデジタル画像データを収集した。3.関連遺品調査2.の現地調査の際に,中尊寺所在の関連遺品についても調査を実施した。4.収集データの整理と分析2.の現地調査及び3.の関連遺品調査で得られたデータを整理保存し,収集データを研究代表者と分担者が共同で分析を行ない,問題点を整理して次年度の研究にそなえた。本調査研究の第2年度にあたる平成13年度の研究実績の概要は以下の通りである。1.文献資料及び写真資料の収集整備前年度に引き続き、本研究に関連する文献資料を収集し、整理保存した。2.現地調査中尊寺において『中尊寺経』軸端金具に関する調査を実施した。対象とした作品は『中尊寺経』108巻の軸端金具216点で、それらに関する詳細な調書(計測、材質、制作技法、保存状態等)の作成とデジタル画像データを収集した。3.収集データの整理と分析2の現地調査でえられたデータを整理保存し、収集データを研究代表者と同分担者が共同で分析し、問題点を整理して最終年度の調査にそなえた。最終年度に調査対象とする『中尊寺経』軸端金具は、約100巻分200点で、これにより中尊寺所蔵分の『中尊寺経』2700巻の軸端金具に関する基礎的データが収集されることとなり、本年度までの調査研究は順調に進捗している。2.現地調査中尊寺において『中尊寺経』軸端金具に関する現地調査を以下の日程で実施した。平成12年度:8月28日9月3日、平成13年2月12日18日平成13年度:平成14年3月13日17日平成14年度:6月18日23日、平成15年2月19日22日以上の結果2739巻の『中尊寺』経を現地調査し、そのうち制作当初と判定された486巻の軸端金具に関して詳細な調書作成とデジタル画像を収集した。3.関連遺品調査高野山金剛峰寺において、同時所蔵の中尊寺経の中から書写年代のわかる8巻について関連遺品調査を実施した(平成14年10月29日31日)。4.収集データの整理と分析2.の現地調査及び3.の関連遺品調査で得られたデータを整理保存し、収集データを研究代表者と分担者が共同で分析を行なった。
キラル官能基を有する光学分割剤の開発とそれらのキラル識別能・識別機構

キラル官能基を有する光学分割剤として,各種チオホスホン酸,チオホスフィン酸を開発した。これらの光学分割剤は,ラセミのアミン類,アミノアルコール類に対して,それぞれに特徴的な分割能を有していることが分かった。また,X-線結晶構造解析の結果,難溶性ジアステレオマー塩の安定化に寄与する相互作用として,水素結合相互作用,CH/π相互作用,van der Waals相互作用の他にハロゲン相互作用が重要な役割を果たすことが分かった。一方,キラルな第3級アミノ基を有する化合物の構築も比較的容易であり,光学分割剤としての利用の可能性が示唆された。新規チオホスホン酸系光学分割剤の合成とキラル織別能の検討:本研究の準備期間中に合成しそのキラル織別能を検討したチオホスホン酸系光学分割剤が形成する難溶性ジアステレオマー塩のX-線結晶構造解析の結果を基に,より高いキラル識別能の発現を期待して環状チオホスホン酸を設計し,合理的な合成法を開発した。さらに,そのキラル識別能を調べたところ,多くのチオホスホン酸系光学分割剤によって認識される2-アリールアルキルアミン類のキラリティーは識別できないが,チオホスホン酸系光学分割剤では認識できない脂肪族アミン,アミノアルコールのキラリティーを認識できるという特異な現象を見出した。現在,X-線結晶構造解析に基づくキラル識別機構の解明を進めている。新規チオホスフィン酸系光学分割剤の合成とキラル識別能の検討:チオホスホン酸のエステル原子をメチレンに置換したチオホスフィン酸を合成し,それらを用いる2-アリールアルキルアミン類に対するキラル識別能を調べた。その結果,チオホスフィン酸はある程度のキラル識別能を示したが,チオホスホン酸のキラル識別能と比較して全般にやや劣り,難溶性塩がクラスターになるものはないことも分かった。チオホスホン酸とチオホスフィン酸の挙動の差を説明するためにX-線結晶構造解析を行なったところ,チオホスホン酸の場合にはエステル原子が弱いながらも分子間相互作用に寄与していることが分かり,酸性分割剤の設計にとって重要な知見が得られた。キラル窒素を有するモノアミンの合成と単一エナンチオマーの単離:単純な構造でありながらN-キラルなモノアミンの合成を試みた。ターゲット分子として(E)-N,1-(ヘプト-2-エン-1,7-イレン)-9,10-ジヒドロアントラセン-9,10-イミンを設計し,メタセシスを鍵反応とする7段階の反応で合成することができた。各ステップの収率は良好であった。反応生成物を分取用HPLCで精製したところ,純粋な(R_N,9R,10S)-(E)-体が得られた。このエナンチオマーのステレオダイナミックスを調べたところ,化合物は殆ど歪みエネルギーを持っていないにも拘わらず,120°CでもN-キラリティーの反転が起こらない特異な化合物であることを見出した。計算機化学手法によってその理由を調べたところ,ポテンシャルエネルギー的に(R_N,9R,10S)-(E)-体は反転体よりも4.3kcal/molも安定であるために熱力学的に反転体が生成せず,この安定性はHOMOにおけるN-C(鎖)σ-軌道とフェニレンのπ軌道の相互作用に由来することが分かった。我々の長年の研究によって,難溶性ジアステレオマー塩の結晶構造は分割剤の基本骨格に大きく依存することを明らかにしてきた。更に,昨年度までの研究によって,キラル官能基を有する分割剤を用いたときのみ,今まで一般に見られた無限系の21カラム構造ではなく有限系のクラスター構造となる場合があることを見出している。そこで本年度は,この現象をより明確にするため,環状チオホスホン酸反転不能モノアミンおよびビス(ヒドロキシアミン)をデザインし,それらの合成と光学活性体の入手を試みた。さらに,環状チオホスホン酸およびビス(ヒドロキシアミン)のキラル識別能を調べた。その結果,以下のことが分かった。(1)分子内エステル化と選択的ジエステル脱アルキル化を鍵反応とする7員環チオホスホン酸(ラセミ体)の合成経路と,そのジアステレオマー塩法による光学分割法を確立した。さらに,光学活性7員環チオホスホン酸は,今までキラル識別が困難であった脂肪族アミノアルコール類を含む多くのキラルアミノアルコールのキラリティーを認識できることを見出した。(2)7-アザジベンゾノルボルナン誘導体に対して,非対称となるようオレフィンメタセシス反応を利用して更に橋掛けをすることにより,3環性第三級アミン(ジアステレオマー混合物)を合成し,キラルHPLCによって単一の光学活性体を入手した。計算機化学的手法によって求めたラセミ化の活性化エネルギーはラセミ化を阻止できるほど大きくなかったものの,2種の窒素反転体間の生成エネルギー差は充分に大きく,120°Cにおいても一方の異性体が99%以上存在していることを明らかにした。

(3)キラルプール法によって,光学活性ジヒドロキシビス(ヒドロキシアミン)およびジァルコキシビス(ヒドロキシアミン)を合成した。これらの化合物はキラルカルボン酸に対してキラル識別能を発現することを見出した。また,幾つかの難溶性塩についてX-線結晶構造解析を行なった結果,水素結合ネットワークは,21カラム構造やクラスター構造ではなく,シート構造であることを明らかにした。キラルなリン化合物及び窒素化合物の光学活性体を用いて,以下の結果を得た。1.光学活性な環状0-アルキルアリールチオホスホン酸を用いたラセミの脂肪族アミン類あるいはアミノアルコール類のジアステレオマー塩法による光学分割において,分割成績が,我々の主張している分子長原則に従うことを明らかにした。2.塩素置換アリール基を有する光学活性チオホスホン酸による1-(4-ハロアリール)エチルアミン類の光学分割において,ハロゲン相互作用が分割結果に大きな影響を与えることを見出した。3.ジベンゾアザノルボルナンのN-位と3-位をアルケニレン橋で架橋した化合物をメタセシス反応を鍵皮応とする経路によって合成し,キラルHPLCによって単一異性体の単離に成功した。当該化合物はゆっくりとラセミ化するものの熱力学的に極めて安定であり,120°Cにおいても存在比が99.68%であることを明らかにした。N-キラル化合物としての活用が期待される。
介護負担を抱えるケア者自身のためのヒーリングプランの作成

本研究は、高齢者ケアに携わるケア者のストレスマネージメントの一方法として、簡便に実施可能なセルフヒーリングを、米国ヒーリングタッチ認定プログラムの瞑想を参考に、作成することに着手した。その結果、セルフヒーリング法として【第1段階:呼吸を調える】【第2段階:今の自分に意識をむけ、中心軸をつくる(センタリング)】【第3段階:大地と繋がりエネルギーを受け入れる(グランディング)】の3段階から成る7分間の瞑想を誘導する音声ガイドを作成した。作成したセルフヒーリング法については、高齢者ケアに携わるケア者で生体カオス時系列反応(リアプノフ指数、エントロピー)、自律神経反応(交感神経活動、副交感神経活動)、及びストレス対処力(Sense of Coherence;SOC)による評価実験を行った。その結果、介入群は非介入群(安静)に比し、有意な第1段階での交感神経活性化とリアプノフ指数の増大、第1、2段階でのエントロピー増大を認めた。またSOCは第1段階でエントロピーと、第2段階以降で副交感神経活動と、夫々強い負相関を示した。これらより、セルフヒーリングは単なる安静とは異なり、柔軟性と適応性を引き出し、健康生成(SOC)に関与する可能性が示唆された。更に、ケア者におけるセルフヒーリングの12週間長期継続効果について、ランダム化比較試験を実施した。本年度はその結果を分析したところ、実施率67%で、介入群は非介入群に比し、交感神経活動が開始時、8週間後、12週間後の第一段階で、副交感神経活動が12週間後の第3段階及び実施後で、夫々有意な高値であった。一方生体カオス反応は有意差を認めなかった。この要因として測定環境や実施率の影響が考えられた。以上より、セルフヒーリング法の長期継続効果は十分ではなかったが、ケア者が簡便にできるセルフヒーリングプログラムとしての活用可能性が示唆された。本研究の目的は、高齢者の介護負担を抱えるケア者のSense of Coherence(SOC)の維持・向上を意図するケア者自身で行うヒーリングプランを作成することである。そこで平成27年度は、ヒーリングプランを作成するための知識・技術を得るために、文献をレビューし、かつアメリカのエネルギー療法で唯一国家資格となっているヒーリングタッチのヒーラー自身が自分の心身の調和を図るために行っている瞑想(センタリング・グランディング)を学び、ヒーリングタッチの実践を積む機会をもった。それらから得た知見に基づいて、ヒーリングプランの原案となるセルフヒーリング(音声版)を作成した。このセルフヒーリングは、「深呼吸」と「自分に意識を集中させる(センタリング)」と「大地からエネルギーを受け取る(グランディング)」の3段階構成とした。さらに、28年度に予定しているセルフヒーリングの習熟・習慣化の有効性の検証に先立ち、まずはこのセルフヒーリングの質の確保のために、ケアに関わる人々22名を対象に、クロスオーバー・デザインによる介入(安静閉眼・セルフヒーリング)と対照(安静閉眼)の比較実験を実施した。評価にはカオス解析(リアプノフ指数:生体の適応や柔軟性)と自律神経系解析(交感神経活動・副交感神経活動)を用いた。その結果、介入群は1段階で対照群より交感神経活動とリアプノフ指数の有意な増大を認めた。また介入群と対照群の実施前から実施後の交感神経活動とリアプノフ指数の変化のパターンに有意差が認められた。これらより、ケアに関わる人々がセルフヒーリングを行うことは、交感神経活動を保持しつつ生体の適応や柔軟性を引き出す可能が示唆され、今後のセルフヒーリングの習熟と習慣化の有効性を検証する意義と重要性を確認することができた。また平成27年度中に28年度の実験に必要な物品を一部準備し、フィールドを確保した。当初の予定としては、ヒーリングプランの原案となるセルフヒーリング(音声版)を作成するまでであったが、セルフヒーリングの質を確保するための比較実験まで実施し、次の段階の検証実験の意義と重要性を確認することまでできたことは、予定以上の成果であった。また、セルフヒーリングの技術習熟、評価方法の決定と熟知、実験用機器の一部購入、フィールドの確保等を行い、平成28年度に予定している実験の準備も順調に進展している。ただし、平成28年度に実施予定の実験の倫理審査申請を平成27年度中に済ませる予定であったが、平成27年度にはセルフヒーリングの質を確保するための比較実験を追加で実施し、解析に時間を費やしたため、倫理審査申請にまでいたらなかった。高齢者のケアの時代において、ケア者の人間尊重に基づくケア能力の修得は急務である。しかしそれ以前の問題として、ケア者が背負う介護負担や介護ストレスによるうつや離職の問題が顕在化している。このことから本研究では、ストレス対処力とされているSense of Coherence(SOC)が、ケアに対する意識やケアへの専心及び患者の反応への冷静な対処にも関与していることに着目し、ケア者のSOCの維持・向上を図り、介護負担に脅かされず、前向きにケアができるためのヒーリングプランを作成することを目的としている。そこで平成28年度は、ケア者のためのヒーリングプランのコアになるものとして、アメリカのエネルギー療法で唯一国家資格となっているヒーリングタッチのヒーラーが自らの心身の調和を図るために行っている瞑想(センタリング・グランディング)を参考にして作成したセルフヒーリング(ボイスガイド)について、プレテスト結果の検討と学会での発表・討議を行った。

作成したセルフヒーリングは、実施の有無によって明らかな自律神経系の機能およびカオス性の変化に違いを認め、さらにSOCにも何らかの形で関与していることが明らかとなった。これらの結果をもとに、セルフヒーリングをよりケア者が負担なく実施できるようにと、やや時間を短縮したものに改変し、ケア者が毎日簡単で負担なく継続し習慣化できる3か月間のセルフヒーリング・プログラムを作成した。さらに、このセルフヒーリング・プログラムの介入研究の計画を立案し、倫理審査会の承認を得た。また、研究フィールドの確保と介入評価のための測定機器も購入した。そして、高齢者ケアに携わる人々が働く複数の施設で研究への協力者を公募し、およそ40名の参加者で3か月におよぶ介入研究を実施した。本研究では、ヒーリングプランのコアに位置づけるセルフヒーリング・プログラムの長期介入の有効性を、SOCのほか、客観的指標として生体カオス性と自律神経系機能から評価することとした。しかし、これら客観的評価指標のなかの生体カオス性は、1980年代半ばに誕生した最先端科学であり、未だエビデンスが乏しい。そのため、今回作成したセルフヒーリング・プログラムの長期介入による有効性を検討する前に、まずはセルフヒーリングの実施による生体カオス性の反応を確認する必要性が生じた。そこで、当初は予定していなかったが、セルフヒーリングのプレテストを実施・評価することとなり、およそ67か月の計画の遅延が生じている。本研究は、高齢者介護負担を抱えるケア者のセルフヒーリングプランを作成することを目的とし、これまでに米国のエネルギー療法の国家資格であるヒーリングタッチ実践者が自らのエネルギーフィールドのセルフケアとして行っているセンタリング・グランディングの瞑想を参考にしてセルフヒーリング・プログラムを作成してきた。そこで本年度は、高齢者介護に携わるケア者のセルフヒーリング・プログラムの実践中における生体カオス時系列反応(アトラクタ、リアプノフ指数、エントロピーの変化)の分析結果から、高齢者介護に携わるケア者のセルフヒーリングの実践は、単なる安静と異なり、交感神経を活性化させ、強い柔軟性と適応性のあるカオス反応を引き出すとともに、健康生成(Sense of Coherence; SOC)に関与する可能性があることを考察し、原著論文として纏めた。また、前年度末に実施した高齢者介護に携わるケア者の12週間に及ぶセルフヒーリングの介入実験において、参加協力者のセルフヒーリングが日々適切に実践されたか、データ測定時の実験環境はデータに影響がなかったか等について精査し、分析対象となるデータの特定と整理を行った。今後これらのデータを分析し考察するにあたり、国内外における最新の関連した文献の検討も行った。さらに、本研究はセルフケアの現象をホリスティックに捉える試みとして、1980年代半ばに誕生した最新先端科学であるカオス理論を用いていることから、看護において馴染みの少ないカオスについて、学会で紹介した(ホリスティックなケア技術教育)。高齢者介護ストレスを抱えるケア者のストレス対処に関する文献をレビューした。そこで、ストレス対処力(Sense of Coherence;SOC)は、ケアの意識と関連し、日々遭遇するストレスによって増大するエントロピーに抑制的に働くという理論仮説に着目した。
自動分解性シリカの創出と有機－無機ハイブリッド材料のリサイクル技術への応用

本研究では、光照射に応答して分解を始める高分子を創出することで、微細加工性やリサイクル性の高い有機ー無機ハイブリッド材料の開発を目的とした。具体的には、光応答性の自動分解高分子を合成し、特定の波長の光照射に応答して分解させるスキームの構築を目指した。すなわち、材料作成直後は安定性や機械的物性は通常のハイブリッド材料と変わらないが、ある特定波長の光を短時間照射することで、分解が開始されるガラス材料の開発を行った。また、より効果的に分解を起こすために、物質への透過度の高いマイクロ波により発熱し、化学反応を引き起こす物質についても同時に作成を行った。有機ー無機ハイブリッド材料は、ガラスの高い安定性と高分子の機能性を併せ持つ有用な物質である。一方、ガラス成分は化学的に不活性であることから、形成後の加工や修飾が難しい。特に、リサイクル性に乏しい。この問題を解決するために、光駆動型自動分解高分子を第三成分として混在させる系を考えた。特定の光照射により自動的に主鎖の分解が起こり始め、結果として特にガラス成分を分解させることを狙う。本研究を進めることで、ハイブリッド材料に微細加工性とリサイクル性を付与することを目標とする。高分子とガラスを分子レベルで混合させることで、安定性と機能性が両立した有機ー無機ハイブリッド材料が生まれる。特に、発光性高分子を有機部分に用いることで、柔軟な光源や耐久性の高い光学素子への応用が期待される。申請者は現在まで、有機色素含有高分子とシリカを混ぜ合わせ、安定な白色発光素子や高輝度発光体の作成を行ってきた。一方、ハイブリッド材料はガラス成分に由来した高い安定性から、形成後の加工や修飾が難しい。特に、微細加工や材料内部での機能の位置的制御は困難であり、精密な光学素子の足場材料としての応用には課題が多い。また、廃棄物のリサイクルも困難である。ハイブリッド材料の有用性や産業的価値を高めるため、本研究テーマを着想するに至った。UV光照射により自動分解する高分子の合成と、それらの自動分解性高分子を第三成分として含む有機ー無機ハイブリッド材料作成を行う。UV光照射前後における耐熱性、機械的強度、色素内包による漏えいの度合い、濁度について評価を行う。応用例として、汎用高分子+ガラス+自動分解高分子のハイブリッド材料を作成し、汎用高分子の回収量の比較を行う。高分子とガラスを分子レベルで混合させることにより、安定性と機能性を両立させた有機ー無機ハイブリッド材料は特に発光性高分子を有機部分に用いることで、フレキシブルな光源や耐久性の高い光学素子への応用が期待される。我々は現在まで、有機色素含有高分子とシリカを混ぜ合わせ、安定な白色発光素子や高輝度発光体の作成を行ってきた。一方、ハイブリッド材料はシリカ成分に由来した高い安定性から、形成後の加工や修飾が難しい。例えば、ハイブリッド材料のガスバリア性を利用して、PETボトルによるビール用容器が開発された。しかし、既存の廃棄物処理過程でシリカ成分を抜き取ることができないため、市販化には至っていない。ここで、我々は生体光の透過性が低いことと、強い光を照射すると損傷を引き起こすため、微弱な光に応答する物質を作り出してきた。ここで用いた反応を利用することで、温和な条件でハイブリッド材料の性質に変化を引き起こし、機能性材料となるのではと考えた。これらの知見を無機成分に応用することで、加工性やリサイクル性が付与された有機ー無機ハイブリッド材料の創出が可能となるのではないかと考えた。本研究ではまず、光照射に応答して分解を始める高分子を創出することで、微細加工性やリサイクル性の高い有機ー無機ハイブリッド材料の開発を目的とした。高分子化学A.モノマー合成現在、TMS保護基を有するモノマーについては合成を完了しており、重合反応後までの溶解性の確保、並びに脱保護の進行も確認している。また、光照射による分解性を評価するために、機能性分子を導入したモデル化合物の合成も行った。光解離性基が分離した後、速やかに分解することが重要である。分解速度が低い場合、電子供与基の導入により、反応速度の向上についても検討した。B.自動分解性高分子の合成重合反応は上記で得られたモノマーを用い、スズ触媒下、加熱条件下で行った。アミン末端に光解離性基を導入するため、反応の終点にはニトロベンジルアルコール類を添加した。現在、無置換モノマーを用い重合条件を検討したところ、約20量体の物質生成を確認している。

脱保護後の溶解性を鑑み、反応時間・温度・触媒について最適な鎖長を得るための重合条件の検討を行った。鎖長の伸長に伴い、溶解性の低下が観られた。また、シリル保護基の脱保護後においても、さらなる溶解性の低下が観られた。よって、10量体程度のオリゴマーを用いることを検討した。また、光解離性基の導入効率が100%でないことも課題として挙げられた。本テーマでは長鎖の生成物は必要でないことから、重合反応の最初から添加することで、導入効率の向上を図った。現在、80%程度まで末端修飾率の向上を達成していることから、引き続き重合反応条件の最適化を検討する。C. UV光照射による自動分解性高分子の分解挙動の調査モデル化合物と得られた高分子を用いて、光照射後の分解過程を調べた。オルトベンジルアルコールは光反応後にはニトロソ化合物となることから、紫外可視光吸収スペクトルで反応率を計測できた。A.ハイブリッド材料作成自動分解性高分子と汎用性高分子、テトラエトキシシランを混合することにより、自動分解性高分子含有有機ー無機ハイブリッド材料の作成を行う。透明で均一な材料を得るために、温度、触媒、アルキルトリアルコキシシランの利用など、ゾルゲル法における反応条件の最適化を検討する。得られた材料の可視光領域での光吸収から透明度を算出することと、熱分解温度の測定からハイブリッド化の度合いを見積もる。合成と基本物性の評価に関しては申請者の以前までの研究で得たノウハウを元に、順次作業を進めていく。自動分解性高分子を分解させずにハイブリッド材料を作成することが課題である。酢酸など弱酸性条件下、迅速加熱が可能な電子レンジを用い、自動分解性高分子の分解を抑制することを検討する。B.ハイブリッド材料の崩壊反応の検討UV光を照射した後、材料の性質を調べる。TGAによりハイブリッド材料の熱分解温度を算出するとともに、UVにより内部の自己分解性高分子の分解率を調べる。高分子が溶解する溶媒にハイブリッド材料を浸し、内部の高分子の漏出挙動を調べる。光反応時間や自動分解性高分子含有量と崩壊に必要な光反応の時間を調べることで崩壊反応を定量的に捉える。最終的には、光照射時間を短縮するために、ハイブリッド材料作成時の自動分解性高分子の仕込み量やハイブリッド作成条件の最適化を検討する。C.汎用高分子のリサイクル性の検証ポリエチレンテレフタレート(PET)等、産業的にリサイクルの必要性が高い高分子を用いたハイブリッド材料により、同様の実験を行う。特に、PETの再利用では添加物の分離が問題となるが、本研究で簡便に高分子の再回収ができることを示せれば、ハイブリッド化がPETの高機能化の有力な選択肢の一つになると期待されることから、是非成功させたい。
多成分系ガスハイドレート生成・分解速度に対する包摂ガス成分の影響

混合ガスと水から形成できるガスハイドレートは,混合ガスの分離材料として期待されるが生成速度が低い。本研究では,フローリアクターでの機械的・化学的操作による生成速度改善手法を提案した。混合ガス系では,目的ガス含有率減少に比例して生成速度が減少することがわかった。目的ガスの分離効率・回収率を検討したところ,回収率20%で,約54%のフロンガスを99%以上に濃縮できる高い分離効率の手法であることが示された。混合ガス分離材としてガスハイドレートを利用することを念頭に,特にフッ素系ガスと窒素との多成分系ガスハイドレート生成速度に対する包摂ガス成分の影響を検討した。フッ素系ガスには,R-134aおよびR-22を選択した.はじめに耐圧用反応器の設計を行い,所有するガスハイドレート連続生成・回収装置の改良を行った.R-134aおよびR-22ガスを使用して試験を行い,改良後も同様の運転が可能であることを確認した.ガスハイドレート生成速度を評価するために,フッ素系ガス基準の総括生成速度定数aK^*を用いた.純R-134aガスにおいて,操作温度・操作圧力・気泡導入速度をパラメータとして,生成速度への影響を検討した.操作温度が低く,操作圧力が高いほど,気泡表面をR-134aハイドレートが覆い(ハイドレート殻の生成),aK^*を大きく低下させることがわかった.これは,主に生成したハイドレート殻による気液接触阻害のためと結論づけた.気泡表面に生成するハイドレートを剥離させてaK^*の低下を防ぎ,かつハイドレートをスラリー輸送・回収する手段として,水の流動が非常に有効であることを示した.これらの結果を基に,混合ガス系(R-134a-N_2)でハイドレート生成・回収実験を行ったところ,ハイドレートに包摂されたガス成分は,導入ガス組成に比べてR-134aが濃縮されていたが,総括生成速度定数aK^*は主に導入ガス中のR-134a濃度の低下に比例して低下することがわかった。このように,操作温度,操作圧力,導入ガス組成が,ガスハイドレートを混合ガス分離材として有効に利用するための大きなパラメータであることがわかった.より分離効率を上げるためには,速度定数向上を目指し,生成促進剤の添加とその影響について検討しておく必要がある.また,他の代表的なフッ素系ガス(R-22およびSF_6)への有効性について検討していく.混合ガス分離材としてガスハイドレートを利用することを念頭に,ガスハイドレート生成速度に対する生成促進剤の影響および包摂ガス成分の影響を検討した。フッ素系ガスにはR-22およびSF_6を選択した.ハイドレート生成速度の評価には,フッ素系ガス基準の総括生成速度定数aK^*を用いた.純R-22ガスおよび純SF_6ガスにおいて,熱力学的条件(操作温度・操作圧力)をパラメータとすると,前年の純R-134aガスと同様に,操作温度が低く,操作圧力が高いほど,aK^*を大きく低下させることがわかった.これは,主に生成ハイドレート殻による気液接触阻害のためと結論づけた.SF_6ハイドレート生成速度は,R-134aやR-22と比較して一桁小さくなった.ガス種の違いによるハイドレート構造よりも水への溶解度が大きく生成速度に関係することがわかった.純R-22ガスを用いて生成促進剤添加効果を検討したところ,至適添加濃度が存在することがわかった.これは,SDSなどの界面活性剤類では界面吸着量に関係し,THFやTBABなどのハイドレート生成可能物質では生成するハイドレート生成構造の転移が関係すると推定した.ガス種に関係なく生成速度の低下を防ぎ,かつスラリー輸送・回収する手段として,少量のSDS添加や水の流動が非常に有効であった.混合ガス系(R-22-N_2:R-22 60%,80,90%)でR-22回収実験を行ったところ,生成速度は導入濃度の減少に比例して低下した.しかし,ハイドレートに包摂された回収ガス成分は,99%以上にR-22が濃縮されていた.また,分離係数は750と非常に高い値を示した.このように,ガス種や形成できるハイドレート構造よりも,操作温度,操作圧力,導入ガス組成,水への溶解度がガスハイドレートを混合ガス分離材として有効に利用するための大きなパラメータであることがわかった.
凸体の幾何とファジー力学系

3次元空間内のネットの幾何学である離散曲面を考察し、その中で、離散非固有アファイン球面を定義し、その分類を行った。これらの離散曲面の連続極限が滑らかな非固有アファイン球面が回復されることを示した。離散及び滑らかな非固有アファイン球面のループ群表示定理を示し、ベックルンド変換を与え、システマティックに大量の例が構成出来ることを示した。平面有界領域上のディリクレ固有値問題の固有値と固有関数を具体的に数値計算する有限要素法における剛性行列と質量行列を完全に書き下すことに成功し、剛性行列や質量行列とグラフ理論における隣接行列との間の深い関係を明示する定理を示した。この結果、ディリクレ固有値問題の固有値と固有関数がグラフ理論における隣接行列の固有値と固有ベクトルと関係していることを示した。さらにその応用として、数値計算のためのプログラムの計算時間の短縮に役立つことが期待できる。無限グラフの熱核とグリーン核を無限準正則グラフの場合に具体的に計算した。この結果に熱核とグリーン核比較定理とを合わせて、極めてシャープな熱核とグリーン核の評価定理を得ることが出来た。ファジー力学系の定式化として、ファジー・ユークリッド空間内の「太鼓の音」の問題を定式化する試みを行い、ファジー・ユークリッド空間上の測度・可測関数、微分形式と外微分、内積と余微分などを厳密に定義することが出来た。ファジー・ドラム理論の新たな進展が出来るものと期待している。一般の無限グラフの熱核、グリーン核と準正則無限グラフのそれらと比較する比較定理を与え。準正則無限グラフの熱核、グリーン核を決定することにより、熱核、グリーン核の極めて一般的でシャープな評価式を得た。すなわち、固定点からのグラフ距離を用いてて、出次数と入次数を定義し、これらと次数との比を考慮することにより熱核、グリーン核を比較する完全に一般的な公式を得た。この公式は、樹木グラフの場合は等式成立というシャープな公式であることもわかった。3次元空間内のグラフのネットから定まる離散曲面を考察し、新たに、離散線織曲面の概念を提起し、それらを特徴付けを行い、その連続極限が滑らかな線織面になることを示した。更に、非固有アファイン球面のループ群表示と離散非固有アファイン球面の両方についてループ群表示とを与え、システマティックに、非固有アファイン球面と離散非固有アファイン球面とが構成できることを示した。3次元アファイン空間内の非退化ブラシュケ曲面で、アファイン・シェイプ作用素が平行で、ピック不変量が定数であるものは全部で9種類であることを示した。そのうちの7種類は今までに知られているものでアファイン球面からえられるものであり、残りの2種類については、今までに知られていない完全に新しいものであること、及びその構成方法は共に線織面を少し変形して具体的に与えられることを示した。2次元平面内の有界領域Ω上のディリクレ境界値固有値問題の固有値と、Ωの三角形分割に対するグラフの隣接行列の固有値との間に、数値計算における有限要素法を経由することにより、興味ある関係が得られることを示した。すなわち、我々は(1)Ω上のディリクレ境界値固有値問題の固有値を、数値計算するための有限要素法における、剛性行列と質量行列がそれぞれどちらも、三角形の辺の長さの自乗と面積とですべて決定されることを示した。これは、従来の有限要素法の数値計算プログラムソフト作成のアルゴリズムに要する計算の部分を、すべてカットできることを意味している。これは有限要素法の数値計算に大きな進歩をもたらすものであり、実用上、重要な結果をもつものである。(2)(1)で得られた成果を、正三角形分割という特別な三角形分割で適用してみると、剛性行列と質量行列がグラフの隣接行列によって表現されることが分かる。このことから有限要素固有値問題の固有値とグラフの隣接行列の固有値との間に興味ある関係式があることが分かり、Ωの三角形分割のメッシュをどんどん細かくして、最終的にΩ上のディリクレ境界値固有値問題の固有値と、Ωの三角形分割に対するグラフの隣接行列の固有値との間の関係式が得られた。以上の成果は重要であり、アメリカ数学会のContemporary Mathematicsに掲載されることが決まっている。

ファジー力学系の定式化として、ファジー・ユークリッド空間内の「太鼓の音」の問題を定式化する試みを行い、ファジー・ユークリッド空間上の測度・可測関数、微分形式と外微分、内積と余微分などを厳密に定義することが出来た。ファジー・ドラム理論の新たな進展が出来るものと期待している。
大気圧コロナ放電による中温域プロトン伝導体の創製

大気圧コロナ放電によるリン酸塩ガラス中へのプロトンの導入に挑戦した。耐候性に優れたNa2O-Nb2O5-P2O5系ガラスを溶融法によって作製し、0.5mm厚に研磨した後に、400°Cの水素雰囲気中でコロナ放電処理を行った。約50時間の処理を継続したところ、0.5mm厚全域が変質することを見出した。しかしながら、初期含有量の50%のNa+がガラス中に残留した。原因はNb5+の一部がNb4+に還元され、電子伝導が優先したためである。よって、還元されにくい元素で構成される組成の開発が必要であることが分かった。中温域(200°C500°C)プロトン伝導体は、クリーンエネルギー源として期待される燃料電池の必須部材であるにも関わらず、十分な性能の材料が見出されていない。本研究では、集塵・除電などに使われている「大気圧コロナ放電」を用いて、堅牢な酸化物骨格の酸性度の高いサイトへの伝導性プロトンの導入を目的としている。今年度は、ナトリウムーニオブータングステンーリン酸塩ガラスを作製し、400°C、5%水素95%窒素雰囲気にてコロナ放電の印加電圧とサンプル中を流れる電流値との相関を調べた。3 kVの電圧を印加すると約15μAの電流が流れ、2時間後には約25μAまで上昇し、その後、30時間一定であった。得られたサンプルの断面を観察したところ、厚み0.5mmの内のアノード側から約1/2の深さまで変色し、改質されていた。改質領域の組成分析をEDSで行ったところ、50%のアルカリが欠乏し、また、IR測定では、OH基の大幅な上昇が確認された。以上の結果より、水素含有雰囲気中でのコロナ放電処理は、リン酸塩ガラスにおいても有効であり、多量のプロトン導入が可能であることが明らかになった。中温域(200°C500°C)プロトン伝導体の開発は、水素エネルギーの有効活用に必須である。本研究では、大気圧コロナ放電を用いてガラス中へのプロトンの導入に挑戦した。正電圧を印加した針状アノード極から510mm離れたカソード極上にアルカリイオンを含有するガラスを置き、200°Cの大気中でコロナ放電処理を実施したところ、アノード側表面から5μmの深さまでのアルカリイオンが等量のプロトンに全置換されOH基が形成されることをIR吸収およびEDSでの元素分析で明らかにした。その後、耐候性に優れたNa2O-Nb2O5-P2O5系ガラス(0.5mm厚)への水素雰囲気中でのコロナ放電処理を行った。200°C以下では、シリケートガラスと同様にアノード側表面から10μm程度の領域にプロトンが導入されるのみであったが、400°Cで同様な処理を行ったところ、厚さ0.5mm厚のガラスに対して厚さ方向全域の改質に成功した。しかしながら、EDSによる分析の結果、初期含有量の50%のNa+がガラス中に残留する結果となった。原因は、Nb5+の一部がNb4+に還元され、電子のホッピング伝導が優先したためであると考えられる。したがって、還元されにくい元素で構成されるガラス組成の開発が必要であることが分かった。一方、1mmの間隙を設けた2枚のガラスに対してコロナ放電処理を行うと、上層から下層へとアルカリイオンが移動することを発見した。上層のガラス裏面からはじき出されたアルカリイオンが、そこに停滞せず下層ガラス側へ移動したと考えられる。この結果は、ガラスがカソードと接触していなくても、ガラス中のアルカリをプロトンに置換できることを意味し、非接触でガラス薄膜中のアルカリイオンをプロトンに置換できることを示唆しており、コロナ放電が薄膜固体電解質の作製に有望であることが明らかになった。無機材料今年度は5%水素95%窒素雰囲気中でのリン酸塩ガラス専用のコロナ放電処理装置を立ち上げた。ステンレス真空チャンバー内に、高電圧印加可能な針電極とガラス加熱用のカートリッジーヒーターを設置し、安定したコロナ放電処理ができるようにした。この装置を用いて、まずはアルカリ含有アルミノシリケートガラスの処理を行ったところ、空気中よりも高速にアルカリ欠乏層が形成でき、0.5mm厚のサンプルの1/2までプロトンが侵入し、その濃度は1立方センチメートルあたり10の22乗個にも及んだ。今年度より、100%水素雰囲気中でのコロナ放電処理を開始する。また、アルカリプロトン置換効率の高いガラス組成の探索に注力し、コロナ放電特性と置換率との相関を定量的に調べる。さらに、プロトン伝導度の測定を試みる。

コロナ放電処理装置をさらに改良する未使用額については、実験計画の見直しにより次年度実施する予定であった材料探索のための原料や溶融用るつぼ等の消耗品の購入に充てることとした。