hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幾何学的ガロワ理論とモノドロミーの新展開

代数関数体の内部構造を考察する手段として導入された「ガロワ点」,およびその進化形である「準ガロワ点」について多方面からの考察を行った.1.準ガロワ点の群論バージョンとも考えられる「複素鏡映群」について,(準)ガロワ点との関係を詳細に考察した.具体的には,フェルマー曲線の自己同型群を生成する行列を調べ,それが既に得られている,ある複素鏡映群と同型になることを示した.この事実を用い,さらに,複素鏡映群の一般論を援用することで,フェルマー曲線の準ガロワ点の個数と位置を決定した.これは,すでにフェルマー曲線の幾何学的性質から導いた結果と一致する.すなわち,複素鏡映群の観点から別証明を与えたことになる.このことは,2018年12月に開催された「第16回代数曲線論シンポジウム」で発表した.2.ガロワ点に付随する双有理変換について考察した.平面代数曲線が特異点を持つ場合,この双有理変換が何であるのか,今のところよく分かっていない.ある特殊なケースについて,それがクレモナ変換の制限で得られることを示した.これにより,3次巡回群をガロワ群に持つガロワ点について,付随する双有理変換は常にクレモナ変換の制限で得られることが示された.4.本研究課題の補助により,2019年1月に「第6回代数幾何学研究集会ー宇部ー」を開催した.本研究課題の周辺にある最新の研究成果について議論を深めることができた.複素鏡映群との関係は,ようやく見通しが立った状態であり,今後のさらなる研究が必要である.複素鏡映群の理論は,今までに多方面から考察がなされており,それらを広くかつ深くマスターするためにはより一層の努力が必要である.このことは,クレモナ群についても同様である.研究に費やせる時間の確保が簡単にはいかない状況の中で,いかに効率よく研究を進められるかを考えていきたい.また,専門家との研究打ち合わせについても,効率よく実行していきたいと思う.打ち合わせをし,協働することで研究は着実に進展すると思われる.我々が既に得ている「ガロワ点」「準ガロワ点」についての結果を,複素鏡映群の理論から見直すことは大いに意味がある.この方面からの研究を強力に展開したい.そのためには,一つには,自己同型群のきめ細かな考察が必要である.これについては,連携研究者らと研究打ち合わせを重ねることで対応するつもりである.また,幾何学的な性質についても精査する必要がある.とくに,古典的な結果として得られている幾何学的な現象を,我々の「ガロワ点」「準ガロワ点」の言葉を用いて記述することを目指していきたい.このためにも,連携研究者らと研究打ち合わせをする必要がある.打ち合わせを定期的に行い,協働することで確実に研究は進展すると考えている.代数関数体の内部構造を考察する手段として導入された「ガロワ点」,およびその進化形である「準ガロワ点」について多方面からの考察を行った.1.準ガロワ点の群論バージョンとも考えられる「複素鏡映群」について,(準)ガロワ点との関係を詳細に考察した.具体的には,フェルマー曲線の自己同型群を生成する行列を調べ,それが既に得られている,ある複素鏡映群と同型になることを示した.この事実を用い,さらに,複素鏡映群の一般論を援用することで,フェルマー曲線の準ガロワ点の個数と位置を決定した.これは,すでにフェルマー曲線の幾何学的性質から導いた結果と一致する.すなわち,複素鏡映群の観点から別証明を与えたことになる.このことは,2018年12月に開催された「第16回代数曲線論シンポジウム」で発表した.2.ガロワ点に付随する双有理変換について考察した.平面代数曲線が特異点を持つ場合,この双有理変換が何であるのか,今のところよく分かっていない.ある特殊なケースについて,それがクレモナ変換の制限で得られることを示した.これにより,3次巡回群をガロワ群に持つガロワ点について,付随する双有理変換は常にクレモナ変換の制限で得られることが示された.4.本研究課題の補助により,2019年1月に「第6回代数幾何学研究集会ー宇部ー」を開催した.本研究課題の周辺にある最新の研究成果について議論を深めることができた.複素鏡映群との関係は,ようやく見通しが立った状態であり,今後のさらなる研究が必要である.複素鏡映群の理論は,今までに多方面から考察がなされており,それらを広くかつ深くマスターするためにはより一層の努力が必要である.このことは,クレモナ群についても同様である.研究に費やせる時間の確保が簡単にはいかない状況の中で,いかに効率よく研究を進められるかを考えていきたい.また,専門家との研究打ち合わせについても,効率よく実行していきたいと思う.打ち合わせをし,協働することで研究は着実に進展すると思われる.我々が既に得ている「ガロワ点」「準ガロワ点」についての結果を,複素鏡映群の理論から見直すことは大いに意味がある.この方面からの研究を強力に展開したい.そのためには,一つには,自己同型群のきめ細かな考察が必要である.これについては,連携研究者らと研究打ち合わせを重ねることで対応するつもりである.また,幾何学的な性質についても精査する必要がある.とくに,古典的な結果として得られている幾何学的な現象を,我々の「ガロワ点」「準ガロワ点」の言葉を用いて記述することを目指していきたい.

このためにも,連携研究者らと研究打ち合わせをする必要がある.打ち合わせを定期的に行い,協働することで確実に研究は進展すると考えている.研究打ち合わせのための出張を数回予定していたが,校務上,あるいは個人的な理由で実行できないことが多くあった.これは大いに反省すべきことである.このため,旅費の支出が予定より大幅に少なかった.今年度以降は,確実に研究打ち合わせができるようにスケジュールを工夫して組み立てていきたいと考えている.また,研究集会にも積極的に参加し,最新の研究成果をチェックしたり,関係する研究者らと相談をする予定である.自分自身の出張のほか,研究打ち合わせのために連携研究者を招聘することも考えていきたい.
遷移金属酸化物微粒子の局所構造制御とイオン機能の発現に関する研究

メカニカルミリング処理により微細化された圧電性酸化物,オリビン系リン酸リチウム,リチウム遷移金属酸化物の微粒子において,結晶構造中に導入された乱れにより局所構造の変化とそれにともなうLi^+イオン拡散挙動の変化が観測された。ミリング処理により導入された格子の乱れはLiCoO_2, LiMn_2O_4などにおけるイオン拡散に対して不利に作用するが, Liを含む一部の圧電性酸化物中で顕著なイオン拡散を誘起することが明らかになった。本年度は、LiNbO_3単結晶(定比組成、コングルーエント組成)およびオリビン系リン酸リチウムやリチウム遷移金属酸化物にメカニカルミリング処理することで生じる局所構造とLi^+イオン伝導の変化についてXRD、SEM、TEMおよびイオン伝導度測定の結果から議論した。圧電体LiNbO_3に対してエタノールをミリング媒体として用いた場合、ミリング処理と試料の乾燥を繰り返してのべ50時間にわたりミリング処理することで、一部を不完全ながらガラス化することができた。SEMおよびTEM測定ではミリングにより幾重にも折りたたまれたLiNbO_3微粒子は、微粒子内に多量の空隙を含む構造を持つことが分かった。^7Li NMRスペクトル測定の結果は、LiNbO_3とLiTaO_3のいずれにおいてもミリング時間の増加に伴ってLi^+イオンの運動によると考えられる先鋭化が観測された。拡散状態にあるLi^+イオンの割合は40時間のミリングによりLiNbO_3で20%、LiTaO_3で10%程度であった。しかし、LiTaO_3では100時間にわたるミリングでも15%程度のLi^+イオンしか拡散状態に移行しなかった。拡散状態にあるLi^+イオンの割合はLiNbO_3の場合に比べLiTaO_3の場合半分程度であり、LiTaO_3ではLi^+イオン拡散に対するミリング効果は小さいといえる。オリビン系LiMPO_4(M=Mn,Co)の電気伝導測定ではシングルイオンのデバイ緩和モデルによる解析から、ミリング処理にともない容易に拡散しやすい環境が実現される。また、ミリング処理により^<31>P NMRのケミカルシフトの変化が観測され、局所構造がミリング時間とともに変化していることが分かった。また、試料内の遷移金属MnとCoの違いによりケミカルシフトの変化の様子が異なり、遷移金属をとり囲む酸素多面体の局所的な変形に差異があることが分かった。本年度は、LiMO_3単結晶(M=Nb、Ta、定比組成、コングルーエント組成)およびリチウムマンガンスピネルにメカニカルミリング処理することで生じる局所構造とLi^+イオン伝導の変化についてMAS-NMR、イオン伝導度および誘電率測定の結果から次のことが明らかになった。1.圧電体LiNbO_3(LN)とLiTaO_3(LT)に対してミリング処理を行った結果、ミリング時間の増大に伴い拡散状態に移行するLi^+イオン数は増大するが、LNでは約50hの湿式ミリング処理により拡散イオン数は減少を示すが、LTでは同様の処理によっても拡散イオン数の減少は観測されず、150hまで単調に増大し続ける。50h程度ンミリング処理されたLNの^7Li NMRスペクトルの解析から四重極共鳴周波数の急激な増加が観測されたことから、Li核周囲の配位環境の変化がLi^+イオン拡散挙動を抑制するように作用すること示唆している。2.ミリング処理されたLNとLT試料の複素誘電率の虚部ε"はミリング時間の増大に伴い増加したが、これはミリング処理によるLTとLNの電気伝導度の向上に一致している。3.ミリング処理されたLiMn_<1.95>Al_<0.05>O_4の^7Li MASNMRスペクトルから、8aサイトのLiの量はミリング時間2.5hで増加し、10hでは減少する。16d(6配位)と8a(4配位)サイトにある^<27>Al核のスペクトル強度比の解析から10hミリング試料では拡散経路上の8aサイトを占めるAlが2.5hミリング試料より多く、Li^+イオンの拡散経路を乱していると考えられる。ミリング処理を2.5h行うことにより8aサイトを占有するLi量の増加とAl量の減少が起こり、Li^+イオン拡散が起こりやすい環境になっていると考えられる。本年度は、AgNbO_3、NaNbO_3、リチウムマンガンスピネルおよびオリビン系LiMnPO_4にメカニカルミリング処理することで生じる局所構造とLi^+イオン伝導の変化についてMAS-NMR、イオン伝導度および誘電率測定を行い、次のことが明らかになった。1.AgNbO_3のAgサイトにLiを5mol%置換した系では準安定なLiサイトが出現し、それらを介した約13%のLiイオンが運動状態にあると考えられる。Liを15mol%置換した系では10hのミリングによる結晶構造への乱れの導入により、置換されたLiの中で50%を超えるLiイオンが可動状態へ移り、結晶構造が著しく不安定化することが明らかになった。

2.2つの結晶学的に異なるサイトNa(1)とNa(2)を持つNaNbO_3に10hのミリング処理することで新たに5ppm付近に異なるピークが観測され,Na(1)とNa(2)とは異なる準安定なサイトの形成されていることが分かった。Na(2)サイトの非対祢パラメーターはミリング時間の増大とともに変化していることから、5ppmのピークはNa(2)サイト周辺の局所構造の変化に関連していると考えられる。3.LiMn_2O_4においてはミリングにより電気伝導度が変化し伝導度の角周波数依存性は単純なデバイ緩和に従わない。活性化エネルギーはミリング時間の増大にともないわずかに増大した。数Å程度の空間的な広がりをもつ活性化エネルギーの構造の変化がイオン拡散挙動と密接に結びついていることを明らかになった。4.Al,Gaを置換したLiMn_2O_4におけるミリング処理はAl置換ではAlとLiのサイト間の移動が起ったと考えられるが、Ga置換ではGaとLiのサイト間でイオンの移動は起こっていないと考えられる。5.LiMnPO_4においては、ミリング時間の増加にともないピーク強度が減少し、本来のピークの高周波数側に新たなピークの出現が確認された。これはPO_4四面体の局所的な環境の変化に関係していると考えられる。
腹臥位中における自発呼吸温存の効果の解明

重度ARDS患者に対して筋弛緩剤を用いて自発呼吸関連肺傷害を軽減する治療が行われている。筋弛緩の使用により高率にICU acquired weaknessを合併し、そうした患者の社会復帰率は極めて低い。本研究は、(仰臥位ではなく)腹臥位中に自発呼吸を温存すれば、自発呼吸温存の重要な利点を保持しながら(すなわち、横隔膜機能不全やICU acquired weaknessを防ぐ)、呼吸努力による肺傷害を最小限に抑えることができる、という仮説を検証する。
教師が日常的に活用できる「かかわりの力」育成プログラムの開発

研究2年次(平成30年度)は予定通り、鳥取県内の大規模公立中学校(C中学校)、及び愛知県内の大規模公立中学校(D中学校)、愛知県内の中規模公立小学校(E・F小学校)の児童生徒に対し、「かかわりの力育成プログラム」(短時間グループアプローチ&各授業場面におけるペア・グループ対話)を実践し、質的・量的なデータ収集を行った。各校でのスーパーバイズは年23回実施した。スーパーバイズはプログラム実践の参観後、個別、あるいは教員全体に対する指導・助言としてすすめ、「型」の定着を促すとともに全校「一枚岩」実践の維持・継続に効果的であった。実践4校から収集した質的データは、プログラムに関する児童生徒、教師の自由記述である。その記述を自尊感情、ソーシャルスキルの観点で整理すると、それぞれについて成果と課題が示唆された。また、量的データは「学級診断尺度Q-U」である。主に6月ー12月のデータを比較し、学級適応感の指標である「学級満足度」の状況を分析したところ、各学校ともプログラム効果が示唆される結果であった。なかでも実践4校のうち、最も生徒のプラス変容が大きかったのはC中学校であった。通常学級全18学級のほとんどの学級が「満足型」のプロット分布を示すほど生徒の学級適応状況の良好さが明らかになり、全国各地からの視察が相次いだ。このC中の実践をモデルに2019年度から3年間の計画で、「かかわりの力育成プログラム」導入を決めたのが出雲市教育委員会である。一つの中学校区をモデルに実践を行うため、年3回のスーパーバイズを行う予定である。このように、プログラム実践が各地に拡がるのは多忙感を抱える教師であっても「日常的に活用できる」というコンセプトが受け入れられているからである。研究の中間年である今年度、プログラムの効果が検証されるとともに、各地へのプログラム波及の芽が出始めたことを大きな成果と捉えたい。研究2年次(平成30年度)は実践協力校4校のプログラム実践データを収集し、質的・量的な側面からプログラム効果を検証することを計画していた。研究はスムーズに進み、特に、大規模校である鳥取市立C中学校の生徒のプラス変容は驚くほどであった。それ故に、当初は、3年間の研究を終えた後に整理し・発刊する予定であった単著を、C中の実践成果を核にまとめ上げ、年度末の3月、「誰でもできる!中1ギャップ解消法」(教育開発研究所)として刊行した。内容項目は、「不登校・いじめ解決の王道」「中1不登校ゼロを生んだC中の実践」「小中連携かかわりの力育成プログラム」「プログラムを支える技法」「プログラムを支える理論」「学校にかかわりプログラムという文化を創る」である。同書には、他の協力校3校(D中、E小、F小)の実践も紹介してある。不登校・いじめ等の学校不適応に悩みを抱える学校は多い。問題解決に向け力を尽くそうにも多忙感を抱える教師ができることには限界がある。そうした学校現場の状況に対し、本プログラムは「スリム&シンプル」がコンセプトであるため、十分に活用が可能である。学校・教師がプログラム導入への第一歩を踏むために同書が広く活用されることが願いである。また、学術論文としては、F小実践にもとづく「小学校におけるかかわりの力育成プログラムの効果」(名城大学教職センター紀要第16巻.2019)、C中実践にもとづく「親和的学級づくりに向けた短時間グループアプローチ継続実践の効果」(日本教育心理学会第61回総会発表論文集.2019)の2編をまとめた。これらの成果発信により、今後、さらに新たな学校へのプログラム導入が期待できる。研究3年次(最終;令和元年度)は、協力校でのプログラム実践は当初の計画通りに実施予定である。各校を訪問してのスーパーバイズの実施は年23回を予定している。前年の2年次に研究が計画以上に進展し、プログラム効果検証結果を受け、プログラムが一つの完成形として仕上がっている(単著として刊行済み)。それ故、最終年次では、完成プログラムに沿った実践を試み、その中で生まれるであろう課題を整理し、課題への対処を検討する形でより良いプログラム構築を進めたい。具体的には、スーパーバイズの際、管理職、プログラム推進担当教諭、各実践教諭との話し合い、聴き取り、「プログラム実施に関する成果・課題」についての自由記述質問紙調査を実施する。現在、学校現場における喫緊の課題の一つとして学校不適応(いじめ、不登校等)の予防・解決が挙げられる。本研究では3年間をかけて、「教師が日常的に活用できるかかわりの力育成プログラムの開発」を行い、課題解決に向けた一方策を提示することを目指している。児童生徒のかかわりの力を考える際、その構成要因は様々に推察されるが、本研究では先行研究の知見から「自尊感情」「ソーシャルスキル」の2要因を想定し、それらの向上を目的とするプログラム開発を行うこととした。本プログラムの独自性は「児童生徒及び教師にとって負担感が少なく、日常的に継続できる」という点にある。具体的には、「児童生徒の自尊感情・ソーシャルスキルを高めるための、週1回10分程度で実施できるグループアプローチ」と「児童生徒の自尊感情・ソーシャルスキルを定着させるための、各教科等の授業場面におけるペア・グループ対話」の2本柱により構成されるものである。

研究1年次(平成29年度)は、平成2426年度の3年間、愛知県内の中規模公立小学校(A小学校)、及び、平成2526年度の2年間、愛知県内の大規模公立中学校(B中学校)の実践から作成された「試行版かかわりの力育成プログラム」を精査し、「かかわりの力育成プログラム楽しく、シンプルに」(Ver.1 2018.4.8版全20頁)を開発した。プログラム内容(目次)は、「1.かかわりの力育成プログラムとは」「2.研究の学術的背景」「3.本プログラムの学術的特色・独創的な点」「4.短時間グループアプローチの展開例と留意点」「5.各授業場面におけるペア・グループ対話の展開例と留意点」「6.ワークシート例」「7.様々な教材・資料の工夫例」「8.主な参考・引用文献」「9.研究・実践協力校」から構成している。研究1年次(平成29年度)の計画は、これまでの研究成果から既に作成済みであった「試行版かかわりの力育成プログラム」の精査により、新版のプログラム開発を行うことにあった。その当初の計画に関しては、「かかわりの力育成プログラム楽しく、シンプルに」(Ver.1 2018.4.8版全20頁)を開発したことで、研究を順調に進めることができている。さらに、新たな研究協力校として設定した鳥取県内の大規模公立中学校(C中学校)、及び愛知県内の大規模公立中学校(D中学校)の1年生徒を対象に、プログラムの一つの柱「短時間グループアプローチ」の効果研究も進めてきた。両校とも、週1回10分程度のグループアプローチを年間約30回程度実施し、生徒の変容を「学級診断尺度Q-U」「短時間グループアプローチに関する生徒及び担任の自由記述」の2観点から分析した。その結果、両校とも、Q-U得点は全国平均値よりも良好、肯定的な自由記述の増加が示唆された。さらに、校区内4小学校の6年生にも同様な短時間グループアプローチを実践したC中学校1年生と、校区内小学校との連携を行っていないD中学校1年生のQ-U得点を比較したところ、C中学校生徒の状態の良好さが統計的な有意差として明らかであった。このことから、中学校入学時の学級適応を促進するための具体方策として短時間グループアプローチの導入効果が示唆されたと考えられる。これらの研究成果は、「名城大学教職センター紀要第15巻.1-11.中学校入学時の学級適応促進の試み小中連携による短時間グループアプローチの導入.2018」「日本教育心理学会ポスター発表(9月慶応大学予定).短時間グループアプローチを活用した小中連携の効果.2018」として整理した。研究2年次(平成30年度)は予定通り、鳥取県内の大規模公立中学校(C中学校)、及び愛知県内の大規模公立中学校(D中学校)、愛知県内の中規模公立小学校(E・F小学校)の児童生徒に対し、「かかわりの力育成プログラム」(短時間グループアプローチ&各授業場面におけるペア・グループ対話)を実践し、質的・量的なデータ収集を行った。各校でのスーパーバイズは年23回実施した。スーパーバイズはプログラム実践の参観後、個別、あるいは教員全体に対する指導・助言としてすすめ、「型」の定着を促すとともに全校「一枚岩」実践の維持・継続に効果的であった。実践4校から収集した質的データは、プログラムに関する児童生徒、教師の自由記述である。その記述を自尊感情、ソーシャルスキルの観点で整理すると、それぞれについて成果と課題が示唆された。また、量的データは「学級診断尺度Q-U」である。
ON-OFF制御による磁気浮上装置の教材化に関する研究

磁気浮上実験において現在用いられている制御手法は、おもに現代制御理論であるが、数式に頼りすぎ現実の物理現象がわかりにくいという欠点をもっている。また、PID制御においても制御回路が複雑になり、これを教育現場に導入するのは困難である。この研究では、磁気浮上装置を簡単で安価に、そして中学校、高等学校の教材として作成しようとする試みをON-OFF制御を用いて行った。ここでは直径8mm、長さ4cmのボルトにホルマル線(直径:0.6mm)を500回巻きして電磁石として使用する。浮上素子としてパチンコ玉(直径:1cm)、鉄球(直径:1.5cm,2cm)を用いた。制御系は抵抗素子数個と電界効果トランジスタ(2SK3314)を1個用いた簡単な制御回路で構成した。測距センサとして豆電球、フォトトランジスタ(TPS601A)を使用した。制御用電源として、直流定電圧電源(ACアダプターで代用可)と1.5Vの乾電池数個用いた。以上の費用を合計すると数千円程度であり、これは、学校現場においても十分製作可能と考えられる。この研究で提案したON-OFF制御を用いた磁気浮上制御実験においてこれまで行われた例がなく、斬新なアイデアと考えられる。また、非常に簡単で安価な磁気浮上制御教材として中学校、工業高校のみならず大学においても利用可能であり、技術教育の推進に大きな役割を果たすものと考えられる。従来フィードバックを必要とする系における適応学習は、適応制御理論に基づいた方法やファジィ、神経回路モデル(Neural Network, NN)による方法が提案されている。この研究ではフィードバック信号を神経回路モデルの学習のための誤差信号として用い、神経回路モデルに制御対象の逆システムを学習させる前向き制御と従来のフィードバック制御を併用したフィードバック誤差学習適応制御システムを用いた研究を進めている。非線形を持つ磁気浮上装置や倒立振子の解析には従来の線形理論では解析が難しく、フィードバック誤差学習制御が適していると考えられる。ここではレールと台車の間に摩擦が存在する倒立振子制御にフィードバック誤差学習制御を適用した。その結果、線形理論を用いた従来の制御方法(Conventional Feedback Controller, CFC)が改善され、フィードバック誤差学習制御の優れた性能を示すことができた。しかしNNの学習が進み誤差が小さくなるが0にならないことや、誤差が最小になったあと振動現象が生じることが判明した。これらの問題点について今後さらに研究を進める予定である。教材化に関する研究としては「制御教材のためのインタフェース回路の簡単化」という課題に取り組み、プリンタおよびUSBインタフェースを用いて、ロボットアーム制御を簡単なインタフェース回路で実現した。これは初等中等教育における技術教育に有用であると考える。これらの技術を用いて簡単な制御回路による磁気浮上装置を実現しており、論文としてまとめる予定である。なお共同研究者に一人は「モータ制御システム」と「モータ制御装置とその制御方法」の2件の特許を出願している。この問題を解決するために、NNの入力層にスケーリングファクタを導入し、かつ学習速度係数を変えて2段階で学習することを提案し、この振動現象をなくし、制御対象の逆モデルを推定することに成功した。この結果を用いパルス指令に対し、的確な応答をすることが明らかにした。

教材化に関する研究としては「制御教材のためのインタフェース回路の簡単化」という課題に取り組み、USBインタフェースを用いて、センサーの機能を含んだロボットアーム制御を簡単なインタフェース回路で実現した。これは初等中等教育における技術教育に有用であると考える。これらの技術を用いて簡単な制御回路による磁気浮上装置を実現しており、論文としてまとめる予定である。制御対象の変動に対応するための制御手法として適応御理論が考案されている。この適応制御理論ではファジィ理論や神経回路モデル(Neural Network,NN)を用いた方法が提案されている。この研究では川人らによって提案されたNNを用いたフィードバック誤差学習理論を適用した研究を行ってきた。これは神経回路モデル学習のために制御電圧を誤差信号として用い、神経回路モデルに制御対象の逆システムを学習させる前向き制御と従来のフィードバック制御を併用した手法である。非線形を持つ磁気浮上装置や倒立振子の解析には従来の線形理論では解析が難しく、フィードバック誤差学習制御が適していると考えられる。ここではレールと台車の間に摩擦が存在する倒立振子制御にフィードバック誤差学習を適用した。その結果、線形理論を用いた従来の制御方法(Conventional Feedback Controller, CFC)が改善され、フィードバック誤差学習制御の優れた性能を示すことができた。しかしNNの学習が進み誤差が小さくなるが0にならないことや、誤差が最小になったあと振動現象が生じることが判明した。この問題を解決するために、NNの入力層にスケーリングファクタ導入し、かつ学習速度係数や慣性項係数を変えて2段階で学習することを提案し、この振動現象をなくし、制御対象の逆モデルを推定することに成功した。この結果を用いパルス指令に対し、的確な応答をすることが明らかにした。これらの技術を用いて簡単な制御回路によるON-OFF制御による磁気浮上装置教材を完成しており、論文としてまとめる予定である。
幼児・児童の姿勢矯正と体力向上のための運動処方に関する研究

(1)幼児・児童の姿勢の経年的変化について、研究学園都市、近郊の3才から14才までの男女1093名を対象に、安静立位姿勢時の脊柱彎曲,肩下り,左右体重配分,前後重心位置を記録測定し、各年令の立位姿勢の特徴を明らかにした。その結果、幼児期(35才)は上体が前方に傾斜し頭顔部は後方に引かれ,胸椎後彎,腰椎前彎はゆるやかで前かがみの特徴を示した。小学校期(611才)はやや上体は起き上がり,胸椎後彎,腰椎前彎は強くなっている。中学校期(1214才)は上体が起き,頭顔部は前方に突出し反り身の状態になり,胸椎後彎の変化はあまりみられず,腰椎前彎は更に強くなる。特に女子では骨盤の発達と関連してかなり著明な腰椎前彎を示し,臀部の隆起も大きくなる。肩下りは年令に関係なく右肩下りの傾向を示す。前後重心位置は成人に比べてかなり踵よりであった。4才から5才にかけての同一被検者の追跡では、男子の肩下りと前後重心位置に変化がみられたが、全般的には顕著な変化はみられなかった。(2)生まれ月による形態的優劣に関する縦断的研究茨城県吉沼地区の昭和47年生まれの男子34名,女子25名について7年間の形態計測を行い、46月生,79月生,1012月生,13月生に分けて形態的優劣を比較した所、男子の早生まれ(13月)の子どもは有意に形態的に劣っていたが、女子では差異が認められなかった。(3)幼児・児童の体力発達に関する追跡研究茨城県大穂町の1978年に4,5,6才の男子73名,女子53名について8年間の体力追跡データを分析した結果、調整力は48才まで急激な発達を示すが、それ以降は横ばいとなる。筋力と瞬発力は4才から13才まで直線的な発達を示すが、女子では11才以後の発達がにぶる。柔軟性はすべての年令で女子が男子を上まわり、男女とも89才が最も身体が硬い。
淡水レンズ地下水の流動マントル構造の高密度水温観測による解明

淡水レンズ地下水が、流動が遅く長く滞留している中心部分とそれを取り囲む流動が速い若い地下水部分からなる内部構造をもつことを、実測によって明らかにした。典型的淡水レンズがある島嶼において、地下水面付近の高密度温度観測、淡水レンズ下部の多深度電気伝導度観測、淡水レンズ側方外縁部の洞窟内での流向流速観測を行い、(1)大きな降雨時の散発的な地下浸透・淡水レンズへの付加により地下水面下に温度が異なる若い地下水からなる層を生じさせること、(2)降雨の付加のほか潮汐等の影響によって淡水レンズ下面位置が上下動すること、(3)側方外縁部においても潮汐の影響により水平方向に往復する流動が生じることを明らかにした。本研究は、島嶼の貴重な地下水資源である淡水レンズが流動の遅い中心部と降雨時に発達する流動の速い周辺部からなることを明らかにすることを目的とし、初年度は本研究で開発する手法である多深度に設置した小型自動記録式温度計による経時的連続観測の有効性を確かめるため、降雨時に流動層を形成するかん養直後の地下水とより以前から淡水レンズ内に滞留している水とが水温によって区別できることを確認する計画とした。そのため実際に淡水レンズが賦存する島嶼の観測孔に温度計を設置して連続観測を行った。観測期間を含む初年度は対象地域で特に降雨が少ない渇水年であり、降雨に伴って淡水レンズ内の温度変化が観測された事例は期間中に1回のみであったが、少なくとも淡水レンズの水面直下の複数深度に設置した自記温度計で降雨時に温度変化が記録されたことから、用いた観測機器、設置方法で淡水レンズ中の温度変化を捉えられることは確認できた。一方影響のあった降雨事例が1回のみであったことにより、降雨強度の大小に応じて影響の大小が異なることは確認されず、観測された温度変化がかん養した降雨の水温を捉えたものか明確に判断することは出来なかった。このため今後の観測により確認が必要である。また観測対象とした島嶼における既往の観測等資料の収集とあわせ、淡水レンズが賦存する他の島嶼における観測事例の文献調査、現地調査を行った。本研究は、島嶼の貴重な地下水資源である淡水レンズが流動の遅い中心部と降雨時に発達する流動の速い周辺部からなることを明らかにすることを目的とし、当該2年度目には、初年度に有効性を確認した、小型自動記録式温度計を地下水観測孔内の多深度に設置することにより降雨が地表から浸透して淡水レンズに付加した直後の水と元々地下水であった部分を温度によって区別するための経時的連続観測を継続した。観測の結果、観測期間中に数回、比較的大きな降雨に伴って淡水レンズ上部の水面直下で一時的に温度が変化する事例を捉えた。一方多数の小さな降水に対しては温度変化が確認できなかった。また、温度変化が捉えられた事例で降水と温度変化の時間の関係を詳しくみると、降雨が始まって直ちに温度変化が生じるとは限らず、やや遅れて生じる傾向があった。これらは、地表面から地下水面までの不飽和層の貯留効果によるものと考えられた。但し温度変化が捉えられた事例の中での降雨強度の大小と影響の大きさの関連を明らかにするためには、温度変化を捉えた観測事例が十分ではなかった。また、対象とした島嶼において初年度の文献調査・現地調査によって存在を確認した海岸に近い洞窟において、淡水レンズ側方縁辺部の水平方向の水の流動を捉えるため、短期間であるが連続流向測定を行った。潮位の1日2回の満潮・干潮の周期的変動の影響によって、淡水レンズ縁辺部では、1日2回ずつの内陸から海岸へ/海岸から内陸への流動方向の変化を捉えることができた。加えて、淡水レンズあるいは地下水温観測に関する既往の研究等の文献調査のほか、研究の過程で行った潮汐変動の影響をうける観測データの分析手法の検討の成果を、学会発表・論文により公表した。本研究で開発しようとする、地下水観測孔内多深度での連続温度観測による降雨応答の把握手法について、降雨に応答する温度変化を複数回捉えることができ、また淡水レンズ側方縁辺部での水平方向の地下水流動の把握については、短期間であるが潮位変動に応答した流向変化を連続観測することができたため。本研究は、島嶼の貴重な地下水資源である淡水レンズが流動の遅い中心部と降雨時に発達する流動の速い周辺部からなることを明らかにすることを目的とし、当該3年度目には、小型自動記録式温度計を観測孔内の地下水面直下の多深度に設置することによって地表から浸透し淡水レンズに付加した直後の水をとらえるための経時的連続観測を継続するとともに、孔内の水面より上の空中(不飽和帯の深度)にもいくつか自記温度計を設置し、降雨浸透をより明確に捉えることを試みた。観測の結果、前年度までと同様、一部の降雨に伴って淡水レンズ上部の水面直下で一時的に温度が変化する事例を捉えた。同時に不飽和帯の深度での観測でも温度変化が捉えられ、降雨浸透の影響であることは明確であった。事例は少ないながらも降雨の淡水レンズへの浸透付加を捉えることはできたが、その温度変化が見られた水中の深度範囲と降水量との相関関係は明確ではなく、降水が地下水より温度が低く密度が大きい場合に付加した水が孔内で沈降する現象が影響しているなどの可能性が考えられた。

淡水レンズ側方縁辺部の調査では、海洋潮位と海岸近くの地下水位を連続観測し、潮位変動の内陸への伝播の影響によって水面の傾斜が満潮時と干潮時に逆転する可能性があることを確認し、淡水レンズ縁辺部の海岸線から200300m程度内陸に離れた位置までは、地下水が水平方向に往復するように比較的速く流動することを示唆した。加えて、淡水レンズあるいは地下水温観測に関する既往の研究等の文献調査を継続したほか、本研究課題による多深度温度観測の状況や、文献調査の過程で得られた潮汐振動成分を含む観測データ分析手法に関する検討の成果を、学会発表等により公表した。淡水レンズ地下水が、流動が遅く長く滞留している中心部分とそれを取り囲む流動が速い若い地下水部分からなる内部構造をもつことを、実測によって明らかにした。典型的淡水レンズがある島嶼において、地下水面付近の高密度温度観測、淡水レンズ下部の多深度電気伝導度観測、淡水レンズ側方外縁部の洞窟内での流向流速観測を行い、(1)大きな降雨時の散発的な地下浸透・淡水レンズへの付加により地下水面下に温度が異なる若い地下水からなる層を生じさせること、(2)降雨の付加のほか潮汐等の影響によって淡水レンズ下面位置が上下動すること、(3)側方外縁部においても潮汐の影響により水平方向に往復する流動が生じることを明らかにした。本研究で開発しようとする手法である、地下水観測孔内多深度での水温観測を実際に現地の淡水レンズで行い、降雨時の経時的な温度変化を観測することが出来たことから、初年度の最低限の目的であった自記水温観測の有効性の確認は達成できたため。淡水レンズ上部における多深度温度観測については、地下水中だけでなくその上の不飽和層の深度でも自記温度観測を行うことで、地表からの降雨浸透の状況をより明確に捉えられる可能性があるため、不飽和層への自記計設置深度の追加を検討する。また淡水レンズ側方縁辺部における調査では、流向観測よりも長期間の観測が容易な、水位あるいは電気伝導度の観測を行い潮位変動と対比することで、長期間の水平方向の流動状況の連続観測を試みる。あわせて、引続き観測以外の現地調査・文献調査も行い、得られた成果については可能な範囲で学会発表等により積極的に公表する。地下水資源学初年度は渇水年であり降雨に対して淡水レンズ内の温度変化が確認できた事例が少なかったことから、今後観測を継続するに当たっては、観測地点の拡充や新手法の導入よりも、同一箇所において同一手法により観測対象深度の範囲を鉛直方法に大きくし、地点や手法を変えずに一貫した観測を集中して長く行い、降雨強度のみが異なる条件での比較を確実に行うことを次年度の目標とするほうが重要と思われた。また他の観測事例を参考にすると、多数の観測機器を用いた観測手法では若干の割合の機器の故障が発生する可能性があることからも、余裕をもって観測機器を準備し集中して観測を行うほうがよりよい成果につながると思われる。また本研究の参考とするため、初年度と同様、淡水レンズに関する既往の資料調査・現地調査を行い、降雨応答の観測等事例の調査を継続して行うとともに、可能な範囲で学会発表等成果の公表を行う。当初予定していた観測資機材の一部を別予算により手当することができたため。観測する深度数を増やすための観測資機材の購入および過年度に用いたうち故障した一部の観測機材の修理に用いる。また可能であれば学会発表等の成果公表に用いる。観測対象とする深度数を増やすための観測資機材の購入に用いる。また可能であれば他の淡水レンズ賦存地域についての調査や学会発表等の成果公表に用いる。
クッパー細胞と自然免疫機能からみた肝移植後の臓器障害並びに感染性合併症制御の研究

ラットに30分間の門脈阻血を施した後、70%もしくは90%肝切除を行い再灌流させ、それぞれを2群に分けて片方の群に脾動脈結紮を施して合計4群とし、肝切除前、肝切除後経時的に検討を行った。転写因子活性の検討では脾動脈結紮70%肝切除群でSTAT3の高い活性がみられたことに加え、NFkBの活性も高値であった。免疫組織化学染色では90%肝切除群で70%肝切除群に比べ肝細胞中の細胆管側でのMRP-2の発現が低値であった。ラットに肝切除を行い、残肝から類洞構成細胞を分離した。90%肝切除群では残肝容量が10%となるため十分な細胞数が得られず、3匹分を合わせることによって実験に必要な細胞数を得ることが出来た。90%肝切除群の肝星細胞は70%肝切除群に比べ有意に高値のTGF-βを産生していた。Normal Liverから分離した肝細胞をHGF刺激下でKupffer細胞と共培養する実験では、90%肝切除群のKuppfer細胞と共培養した系で70%肝切除群に比べ肝細胞の増殖が抑制されていた。この現象は共培養を同一のwellで行い細胞間の接着が可能な系で認められた。antimicrobial peptideの発現を検討する目的で、マウスに門脈阻血後70%肝切除を施しdexamethasoneを腹腔内へ投与した。経時的に肺組織中のMurine beta defensin(MBD)-1,3 mRNAの発現を検討したところ、細菌感染が無い状態では各群間に有意差はみられなかった。緑膿菌の死菌を気道内に注入して検討したところ、dexamethasone投与群でdefensinの発現は抑制されていた。293細胞にMBD-1の遺伝子導入を行いover-expressionさせることは成功し、western blotでも発現を確認した。この細胞はwild typeに比べ緑膿菌に対するTCID_<50>が100倍高値であった。70%肝切除群では90%肝切除群に比べIL-6の発現が高値であり、脾動脈結紮群では非結紮群に比べ有意差はみられなかったもののIL-6の発現が高い傾向にあった。MRP-2 mRNAの発現は4群間の比較では脾動脈結紮70%肝切除群で最も高値であった。PCNAlabelingindexは同様に脾動脈結紮70%肝切除群で最も高値であった。転写因子活性の検討では脾動脈結紮70%肝切除群でSTAT3の高い活性がみられた。ラットに肝切除を行い、その後残肝から類洞構成細胞を分離し培養することを試みたが、90%肝切除群では残肝容量が10%となるため十分な細胞数が得られず今後集率を向上させるための工夫が必要であると考えている。それでも十分な細胞数が得られなかった場合はラット数匹分の分離細胞を合わせて実験に用いることも検討している。antimicrobial peptide

発現の発現を検討する目的で、マウスに30分間の門脈阻血を施した後70%肝切除を施し、dexamethasoneを腹腔内へ投与した。対照として肝切除後dexamethasone非投与群、単開腹+dexamethasone投与・非投与群をおいて合計4群とし、肺組織中のMurine beta defensin(MBD)-1 mRNAの発現を検討した。細菌感染が無い状態では4群問に有意差はみられなかった。dexamethasoneの投与量を増減させてさらに検討を追加する予定である。また今後緑膿菌を感染させてMBD-1の発現に変化がみられるか検討を行う予定である。さらに皮膚や腸管などの他臓器やMBD-2,3,4についても同様に検討を行う予定である。ラットに30分間の門脈阻血を施した後,70%もしくは90%肝切除を行い再灌流させ,それぞれを2群に分けて片方の群に脾動脈結紮を施して合計4群とし,肝切除前,肝切除後経時的に検討を行った。転写因子活性の検討では脾動脈結紮70%肝切除群でSTAT3の高い活性がみられたことに加え,NFxBの活性も高値であった。免疫組織化学染色では90%肝切除群で70%肝切除群に比べ肝細胞中の細胆管側でのMRP-2の発現が低値であった。ラットに肝切除を行い,残肝から類洞構成細胞を分離した。90%肝切除群では残肝容量が10%となるため十分な細胞数が得られず,3匹分を合わせることによって実験に必要な細胞数を得ることが出来た。90%肝切除群の肝星細胞は70%肝切除群に比べ有意に高値のTGF-βを産生していた。NormalLiverから分離した肝細胞をHGF刺激下でKuppffer細胞と共培養する実験では,90%肝切除群のKuppfer細胞と共培養した系で70%肝切除群に比べ肝細胞の増殖が抑制されていた。この現象は共培養を同一のwellで行い細胞間の接着が可能な系で認められた。antimicrobialpeptideの発現を検討する目的で,マウスに門脈阻血後70%肝切除を施しdexamethasoneを腹腔内へ投与した。経時的に肺組織中のMurinebetadefensin(MBD)-1,3mRNAの発現を検討したところ,細菌感染が無い状態では各群間に有意差はみられなかった。緑膿菌の死菌を気道内に注入して検討したところ,dexamethasone投与群でdefensinの産生は抑制されていた。293細胞にMBD-1の遺伝子導入を行いover-expressionさせることは成功し,westernblotでも発現を確認した。この細胞はwildtypeに比べ緑膿菌に対するTCID_50が100倍高値であった。
手つなぎ歩行支援による歩行機能の回復と評価

本研究では手つなぎ歩行を工学的に実現して歩行支援に適用することを目的とする。本研究の目的達成に向け、今年度は手つなぎが歩行の認知運動機能に与える効果を計測評価し、歩行を誘導するためのロボットのハードウェア要件を中心に設計開発した。ロボット本体の外装については、利用者が手つなぎ歩行訓練時に直感的にロボットを使用できるように、プロダクトデザイナーの協力を得て人間工学的な特性を考慮した外装を設計し、柔軟素材や樹脂材料を用いてロボットの表面部や利用者が握るハンドル部を造形してロボット本体に実装した。ロボット内部には歩行時の生理情報を取得するために脈波計測装置を搭載してハンドル部に計測プローブを配線し、手つなぎ時に利用者がハンドル部を握って歩行を誘導する際に脈波計測を同時に行うシステムを実装した。また、歩行支援の形態が手つなぎ状態から手放し状態に移行しても継続して体温や呼吸を計測できるように、非接触な体温呼吸計測システムを実装した。これらの機能開発に関して、移動ロボットの全体機能は研究実績に挙げた図書で研究成果を発表し、非接触な体温呼吸計測システムについては研究実績に挙げた国際会議で発表した。移動ロボットのハードウェア要件については、ロボット本体、ロボットコントロール部、ロボットアーム部の機構や方式を研究実績に挙げた特許として出願した。手つなぎ歩行支援は、医療施設のリハビリテーションのみならず高齢者施設や障害者施設などにおいても、運動機能の維持やコミュニケーションの活性化などの効果が見込める。今年度は提案装置が医療・介護・福祉の現場に幅広く導入できるよう現場の責任者や専門職員を訪問し、実際に現場にロボットを持ち込んでヒアリング調査を行った。これらの現場調査の成果については、研究実績に挙げた福祉分野の研究会や教育分野の研究会で発表した。本研究の目的達成に向けて、研究はおおむね順調に進展している。研究を実施する上で基盤となる手つなぎ歩行支援ロボットの機能開発について、ロボット本体、ロボット外装、計測システムの実装がおおむね完了している。ロボット本体には全方向駆動機能を実装し、利用者の歩行意図に柔軟に対応した誘導経路の生成や利用者の姿勢に応じた手つなぎが可能となっている。ロボットの外装全周に接触検知機能を実装し、利用者や歩行環境にある障害物等がロボット表面に接触しても速やかに検知して、停止や後退などの動作が可能である。計測システムには手つなぎによる接触を活用してハンドル部から脈波を計測し、手放し状態でも非接触で体温や呼吸を計測することが可能である。体温については計測対象の検出に機械学習を用いることで、歩行時にロボットと利用者の相対的な距離や姿勢が変化しても対象領域を追跡して連続的な計測が可能である。呼吸については対象者の体変動の時系列情報をオンラインで周波数分析しパターン認識することで、利用者の呼吸の有無や呼吸数に加え呼吸異常なども検出することができる。手つなぎ歩行支援ロボットの機能検証には、病院や介護施設との連携が必須である。これまでに歩行研究で実績のある医療研究機関、及び、高齢者施設や障害者施設を有する社会福祉法人との協力体制を築き、現場でのヒアリング調査を実施している。医師や作業療法士が行っている支援方法を観察して、手つなぎ歩行や手放し歩行の支援に都合の良いロボットデザインを検討したり、現場に歩行支援ロボットを持ち込んで改良が必要な項目の検討を進めている。利用者が手つなぎ歩行支援ロボットを利用するにあたり、聞き取りや声掛けなどのコミュニケーション機能やモチベーション向上のための達成度の可視化等が必要であり、これらのシステムデザインに着手している。今後の研究では、これまでに実装した機構やシステムの改良と医療介護施設での被験者試験を優先して推進する。手つなぎ歩行時に利用者が握りやすい多自由度アームハンドを試作し、歩行支援ロボットに実装した。本ロボットを用いた歩行支援とリハビリ従事者の人手による歩行支援を比較して現行の多自由度アームハンドの機能を評価し、歩行動作への介入状態が制御しやすい機構に改良する。握り部についても、手すりのように把持状態が安定しやすい形状や、人との手つなぎのように手放しがしやすい形状など、複数の把持形態を想定したハンド部を検討する。歩行支援ロボットの移動制御には、利用者の運動状態と多自由度アームハンドへの荷重に基づいて利用者への介入状態を制御するアルゴリズムを検討する。現時点で利用者の運動状態の評価は全身動作の計測と足の着地推定に基づいているが、今後は手つなぎ状態から手放し状態への支援形態の移行を想定して、杖などの補助器具を物体認識して運動状態を評価できるようなシステムに改良する。利用者から取得する運動情報と生理情報の統合方法についても検討する。歩行支援ロボットと多自由度アームアンドを一体のシステムとして機能させ、利用者の運動、力、接触、生理の状態を統合的に認識して、ロボットへの力学的な依存度や歩行時の身体的な負荷量を推定する。例えば、利用者からの力が小さい場合は力を和らげるようにアームハンドを駆動制御し、利用者からの力が大きい場合は反発して利用者を支持するようにロボットを駆動制御する。また、利用者への身体的な負荷量を維持して手つなぎ歩行を継続させるようなリハビリ方式を検討し、医療従事者と協力して被験者試験を行ってリハビリ効果を評価する。

ロボット本体の外装については、利用者が手つなぎ歩行訓練時に直感的にロボットを使用できるように、プロダクトデザイナーの協力を得て人間工学的な特性を考慮した外装を設計し、柔軟素材や樹脂材料を用いてロボットの表面部や利用者が握るハンドル部を造形してロボット本体に実装した。ロボット内部には歩行時の生理情報を取得するために脈波計測装置を搭載してハンドル部に計測プローブを配線し、手つなぎ時に利用者がハンドル部を握って歩行を誘導する際に脈波計測を同時に行うシステムを実装した。また、歩行支援の形態が手つなぎ状態から手放し状態に移行しても継続して体温や呼吸を計測できるように、非接触な体温呼吸計測システムを実装した。これらの機能開発に関して、移動ロボットの全体機能は研究実績に挙げた図書で研究成果を発表し、非接触な体温呼吸計測システムについては研究実績に挙げた国際会議で発表した。移動ロボットのハードウェア要件については、ロボット本体、ロボットコントロール部、ロボットアーム部の機構や方式を研究実績に挙げた特許として出願した。手つなぎ歩行支援は、医療施設のリハビリテーションのみならず高齢者施設や障害者施設などにおいても、運動機能の維持やコミュニケーションの活性化などの効果が見込める。今年度は提案装置が医療・介護・福祉の現場に幅広く導入できるよう現場の責任者や専門職員を訪問し、実際に現場にロボットを持ち込んでヒアリング調査を行った。これらの現場調査の成果については、研究実績に挙げた福祉分野の研究会や教育分野の研究会で発表した。本研究の目的達成に向けて、研究はおおむね順調に進展している。研究を実施する上で基盤となる手つなぎ歩行支援ロボットの機能開発について、ロボット本体、ロボット外装、計測システムの実装がおおむね完了している。ロボット本体には全方向駆動機能を実装し、利用者の歩行意図に柔軟に対応した誘導経路の生成や利用者の姿勢に応じた手つなぎが可能となっている。ロボットの外装全周に接触検知機能を実装し、利用者や歩行環境にある障害物等がロボット表面に接触しても速やかに検知して、停止や後退などの動作が可能である。計測システムには手つなぎによる接触を活用してハンドル部から脈波を計測し、手放し状態でも非接触で体温や呼吸を計測することが可能である。体温については計測対象の検出に機械学習を用いることで、歩行時にロボットと利用者の相対的な距離や姿勢が変化しても対象領域を追跡して連続的な計測が可能である。呼吸については対象者の体変動の時系列情報をオンラインで周波数分析しパターン認識することで、利用者の呼吸の有無や呼吸数に加え呼吸異常なども検出することができる。手つなぎ歩行支援ロボットの機能検証には、病院や介護施設との連携が必須である。これまでに歩行研究で実績のある医療研究機関、及び、高齢者施設や障害者施設を有する社会福祉法人との協力体制を築き、現場でのヒアリング調査を実施している。医師や作業療法士が行っている支援方法を観察して、手つなぎ歩行や手放し歩行の支援に都合の良いロボットデザインを検討したり、現場に歩行支援ロボットを持ち込んで改良が必要な項目の検討を進めている。
ナノチューブ、フラーレンへの種々の物質添加と局所構造制御による新奇物性の探索

フラーレン及びナノチューブに様々な物質を添加してドーピング化合物を作製し、熱処理条件の変化、加圧、異種元素の同時添加あるいは薄膜化による挿入原子の位置制御を試み、X線回折、電気抵抗測定及び磁化・磁化率測定により新奇物性を探索した。(1)K_xC_<70>(x=1,2,3,4,6.9)を作製し、x=3,4,9は金属相、x=1,2,6は絶縁相であることを明らかにした。x≒3は超伝導転移を0.5Kに持つが、他の相は40mKまで超伝導に転移しないことが分かった。(2)Na_xC_<70>について、1≦x≦8は面心立方晶であるが、Na飽和相Na_<11>C_<70>は単純立方晶であることがわかった。x=8,11は金属相であるが、2K以上に超伝導転移を持たなかった。(3)Li_xC_<70>について、Li飽和相はLi_<14>C_<70>であり面心斜方構造をとる絶縁体であること、またLi_xC_<70>(1≦x<14)は面心立方構造をとることが分かった。また室温下での加圧によりLi_<14>C_<70>が作製した。(4)その他のC_<70>化合物については、C_<70>S_x(x=48,16)の他、新たにMg_xC_<70>の作製に成功した。(5)C_<60>化合物については、新たにLi_xC_<60>の超伝導を8.8Kで見出し、Mg_xC_<60>の新規作製に成功した。(6)単層カーボンナノチューブについて、K添加および水素吸蔵による物性変化を調べたが、チューブに含まれる多量の強磁性不純物のため、良いデータは得られなかった。(7)K_xC_<70>について、圧力と温度を変化させてX線回折実験を行ったが、顕著な構造相転移は見出せなかった。またCs_3C_<60>の高圧下の超伝導を探索した。(8)クライオスタット付き超高真空蒸着装置を製作して走査トンネル顕微鏡を組み込み、元素添加に伴うフラーレン薄膜の電気抵抗の測定及び原子位置変化とエネルギーギャップの観察を試みたが、現在まで良い成果は得られていない。(1)、(2)、(3)の一部は論文発表済み、他は現在、投稿中及び準備中である。フラーレン及びナノチューブに様々な物質を添加してドーピング化合物を作製し、超伝導検出を主な目的に電気伝導度、磁化率を測定した。積層多層膜の手法を用いてバルクでは困難な新奇化合物作製するためにクライオスタット付き超高真空蒸着装置を製作した。