hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子内プロトン移動速度における溶媒効果の研究

水素結合構造に対する溶媒効果の予備的結果:^<17>O,^<15>Nの同位体濃縮を行った試料について、種々の核磁気緩和時間測定などから、OH O...H)あるいは、NH(N...H)結合距離を見積もった。その結果、-OH.,O-系においては、極性溶媒中で、若干のOH結合距離の伸長がみられた。また溶媒効果は、水素結合距離の伸長に伴い大きくなる傾向が見られた。これらの構造変化に関しては、分子軌道計算による構造予測の結果と比較しつつ、さらに高濃度の濃縮度遺体の試料による実験的検証を行っている最中である。一方、DMANH^+においては、溶媒、あるいは対イオンにより、水素結合構造の大きな変形が観測された。これに関しては、現在、この変形が、溶媒と対イオンいずれとの相互作用によるかの検討を行っている。プロトン移動測定の観測:fulveneに関する、ヘキサン、アセトニトリル中での^<17>O濃縮試料を用いた、種々の核磁気緩和時間の測定の組み合わせの結果、プロトン移動ダイナミックスの寄与が、^<17>O-1H磁気双極子-双極子相互作用揺らぎに反映されていることが示された。・single well, lowbarrier double well, double wellのproton transfer(PT)ポテンシャルが予想される、dibenzoilmethane(DBM),1-benzoyl-6-hydroxyl-6-phenylfluvene (Fulvene),benzoicacid dimer (BA dimer)選び、水素結合構造及びそのプロトンdynamicsおよびその溶媒効果の計測のため、^<17>O濃縮試料を用いた、種々の核磁気緩和時間の測定を行った。その結果、25°Cヘキサン中では、BA dimerのプロトン移動速度τ_<PT>(=k_<PT>^<-1>)は、>>10^<-11>s、一方、DBMでは、そのプロトンは2つの酸素原子のほぼ中間で非局在化していることが判明した。Fluvenにおいては、同条件でそのτ_<PT>は、7x10^<-12>sであると結論された。これは、溶液内での分子内PT速度を決定した初めての例である。(この成果については投稿中)また、fluveneに対する、アセトニトリル、四塩化炭素などの異なる溶媒中での測定の結果を総合すると、PT速度を決定する要因は、溶媒和のゆらぎのダイナミックスではなく、溶媒によるPTポテンシャルの変形に伴うトンネルカップリングの変化によるものであることが示唆された。・シッフ塩基の2つの互変異性体間の自由エネルギー差の異なる3つの誘導体に関して、窒素-15ラベル体を合成し、その^<15>N-^1Hスピン結合定数から、互変異性平衡定数を決定するとともに、種々の核磁気緩和の測定から、水素結合構造及びそのプロトンdynamicsについて調べた。その結果、プロトン移動速度は、置換基の電子的効果、あるいは、立体的効果によるN...O距離の圧縮の効果を極めて鋭敏に反映し、τ_<PT>は10^<-12>s-10^<-10>sにわたり幅広く変化することが判明した。1.single well, lowbarrier double well, double wellのproton transfer(PT)ポテンシャルが予想される,dibenzoilmethane(DBM), 1-benzoyl-6-hydroxyl-6-phenylfluvene(Fulvene), benzoicacid dimer(BA dimer)について,水素結合構造及びそのプロトンdynamicsおよびその溶媒効果の計測のため,^<17>O濃縮試料を用いた,種々の核磁気緩和時間の測定に加え,孤立状態との比較検討のため,abintioMO計算(MP2)を行った。その結果DBMでは,四塩化炭素中で,そのプロトンは2つの酸素原子のほぼ中間で非局在化しているのに対し,孤立状態(分子軌道計算の結果)では,明確にプロトンが局在化していることが判明し,溶媒の分極効果が,プロトン移動ポテンシャルに大きな影響を与えていることが示された。Fluvenにおいては,さらに多種の溶媒,温度における実験を進めた結果,アセトニトリルのような電子供与性に強い溶媒中では,そのPT速度は加速し,ニトロメタンの様な電子受容性の溶媒中では減速することが判明した。このことは,反応の過程で,移動プロトンと溶媒との相互作用が増大し,結果として,反応障壁の減少もしくは,トンネル相互作用の増大をもたらしたことによると考えられる。(成果は投稿中)2.シッフ塩基の2つの互変異性体間の自由エネルギー差の異なる誘導体のN-15ラベル体を用いた,種々の核磁気緩和の測定を引き続き行い,そのプロトン移動速度が,置換基の電子的効果,あるいは,立体的効果によるN....O距離の圧縮の効果を極めて鋭敏に反映することに加え,2つの異性体間のわずかなエネルギー(数kJ/mol)の違いが,高エネルギー側の異性体のプロトンの非局在化をもたらすことを示した。(成果は投稿準備中)3.ステアリン酸およびそのアルキル基に水酸基を導入した異性体において,おもに1H,13CNMRの測定から,多元水素結合集合体の生成を示すとともに,それらの構造が,プロトン移動をともなう特徴的構造を持つ多元水素結合ネットワークを形成することを示した。(成果の一部は公表済み)
自動車シートの「座り心地感」を代行評価する感性計測システムの開発

本研究では,自動車シートの「座り心地」をシートの構成要素である表皮布やパッドの物理特性,座面角より定量化し予測する手法を提案し,その有効性について検討した.被験者は20代男性,50代男性それぞれ20名,官能検査方法は一対比較法(中屋の変法)を用いた.その結果,次のことが明らかになった.(1)シートの座面角が8°のときに最も「高級感がある」と,座面角が15°のときに最も「スポーティー感がある」と評価された.(2)高反発な座部パッドを用いた座部シートほど「軟らかい」,「臀部や大腿部が沈み込む」,「ふわふわした」,「高級な」と評価された.表皮布にトリコットを貼り付けた座部シートは,ジャージを貼り付けた座部シートよりも「前後・左右に滑りにくい」と評価された.この結果は,トリコットの摩擦係数がジャージの摩擦係数よりも大きいことと一致している.(3)官能検査結果より,「手触り感」に関連するイメージ形容語13種類の平均嗜好度と同一の「座り心地」に関連するイメージ形容語の平均嗜好度には非常に高い相関が見られた.この結果より,表皮布の「手触り感」よりシートの「座り心地」を評価することが可能であることがわかった.(4)イメージ形容語の平均嗜好度を目的変数,測定した表皮布の物理特性より求めた主成分得点を説明変数として重回帰分析を行い,「手触り感」,「座り心地」予測式を作成した.主成分は,6種類(主成分1は[圧縮特性と熱特性],主成分2は[表面特性と熱特性],主成分3は[試料厚さ],など)が得られた.(5)実験により得られた予測式の妥当性を検討するために,新たな被験者と試料を用いて市場検証を行った.評価イメージ形容語は「高級感」,「スポーティー感」,「シンプルな」,「カジュアルな」の4種類である.この官能検査で得られた平均嗜好度を実測値,試料の力学的特性より予測した平均嗜好度を予測値として相関分析を行った結果,両者間には高い相関がみられた.本研究では,自動車シートの「座り心地」をシートの構成要素である表皮布やパッドの物理特性,座面角より定量化し予測する手法を提案し,その有効性について検討した.被験者は20代男性,50代男性それぞれ20名,官能検査方法は一対比較法(中屋の変法)を用いた.その結果,次のことが明らかになった.(1)シートの座面角が8°のときに最も「高級感がある」と,座面角が15°のときに最も「スポーティー感がある」と評価された.(2)高反発な座部パッドを用いた座部シートほど「軟らかい」,「臀部や大腿部が沈み込む」,「ふわふわした」,「高級な」と評価された.表皮布にトリコットを貼り付けた座部シートは,ジャージを貼り付けた座部シートよりも「前後・左右に滑りにくい」と評価された.この結果は,トリコットの摩擦係数がジャージの摩擦係数よりも大きいことと一致している.(3)官能検査結果より,「手触り感」に関連するイメージ形容語13種類の平均嗜好度と同一の「座り心地」に関連するイメージ形容語の平均嗜好度には非常に高い相関が見られた.この結果より,表皮布の「手触り感」よりシートの「座り心地」を評価することが可能であることがわかった.(4)イメージ形容語の平均嗜好度を目的変数,測定した表皮布の物理特性より求めた主成分得点を説明変数として重回帰分析を行い,「手触り感」,「座り心地」予測式を作成した.主成分は,6種類(主成分1は[圧縮特性と熱特性],主成分2は[表面特性と熱特性],主成分3は[試料厚さ],など)が得られた.(5)実験により得られた予測式の妥当性を検討するために,新たな被験者と試料を用いて市場検証を行った.評価イメージ形容語は「高級感」,「スポーティー感」,「シンプルな」,「カジュアルな」の4種類である.この官能検査で得られた平均嗜好度を実測値,試料の力学的特性より予測した平均嗜好度を予測値として相関分析を行った結果,両者間には高い相関がみられた.本研究では自動車シートの座面角に注目し,背もたれ角が一定(110°)で座面角を3種類に設定した中級車,大衆車,あるいは軽自動車の運転席シートの「座り心地」を被験者に官能評価させ,座面角が「座り心地」に及ぼす影響を因子分析により解析した.さらに,着座中の被験者とシート間の体圧分布量(接触圧力,面積)を圧力センサシートにより測定し,座面角,「座り心地」官能量と体圧分布量との相関関係を考察した.シートの背もたれ角を110°に設定して,座面角だけを変化させた中級車,大衆車,あるいは軽自動車の運転席シートに着座したときの「座り心地」官能量と体圧分布量との相関関係を考察した結果,得られた知見を以下に示す.1.3種類のシートにおいて,シートの座面角が8°のとき最も「高級感がある」と,座面角が15°のとき最も「スポーティ感がある」と評価された.2.各車種において,座面角,体圧分布量,「座り心地」官能量間の相関関係より,中級車用シートについては,座面角が大きくなるにつれて,「スポーティ感」,「ホールド感」が増加するが,「ゆったり感」は減少する.

3.大衆車用シートについては,座面角が大きくなるにつれて「大腿部下の支持感」が増加する.4.軽自動車用シートについては,座面角が大きくなるにつれて「ホールド感」は増加するが,「ゆったり感」は減少する.自動車シートの設計要素である座部パッドの反発弾性率あるいは硬度が,自動車シートの「座り心地」に及ぼす影響について考察を行った.官能検査の結果より,「フィット感、座りやすさ」の評価が高い硬度(200N/314cm^2)の座部パッドが最も「座り心地」が良いと評価された.座部パッドの硬度と体圧分布量との相関関係より,「座部全体」の接触面積が大きい座部パッドは「よく沈み込み,フィット感があり,圧迫感がなく,高級な」と,「座部全体」及び「臀部」の接触圧力が低い座部パッドは「座りやすい」と評価された.さらに,座部シートの表皮布及びパッドの反発弾性率が異なるシートに短時間着座しているときの「座り心地」,シートのクッション性能,表皮布の摩擦特性,着座中の体圧分布量について測定を行い,官能評価量と表皮布の力学的特性との相関関係を検討した.そして,表皮布とシートパッドの組合せが「座り心地」に及ぼす影響について考察した.その結果,次のことが明らかになった.(1)高反発な座部パッドを用いた座部シートほど「軟らかい」,「臀部や大腿部が沈み込む」,「ふわふわした」,「高級な」と評価された.表皮布にトリコットを貼り付けた座部シートは,ジャージを貼り付けた座部シートよりも「前後・左右に滑りにくい」と評価された.この結果は,トリコットの摩擦係数がジャージの摩擦係数よりも大きいことと一致している.(2)因子分析の結果より,短時間着座による「座り心地」は座部シートの「軟らかさ(反発弾性率に関係)」と「滑りやすさ(表皮布に関係)」で表された.(3)座部シートの「軟らかさ」は「座部全体」,「臀部」の接触面積と「臀部」の接触圧力に影響されることが分かった.(4)座部シートの「滑りやすさ」は,シート表面上の表皮布の「摩擦係数」に影響されることが分かった.本研究では自動車シートの表皮布に注目し,表皮布の力学的特性より「手触り感」と「座り心地」を定量化する手法を提案し,その有効性について検討した.試料は,力学的特性の異なる9種類の表皮布を用いて以下の実験を行った.破験者は20代男性15名,50代男性20名が表皮布の,「手触り感」,表皮布だけが異なるシートについて「座り心地」官能検査(一対比較法)を行った.評価形容語は,自動車のデザインコンセプトより作成した「高級感」,「カジュアル感」などの高次の感性を表現するイメージ形容語,「あたたかい」,「やわらかい」などの表皮布の力学的特性を表す形容語を物理形容語として用いた.その結果,次のことが明らかになった.(1)官能検査結果より,「手触り感」に関連するイメージ形容語13種類の平均嗜好度と同一の「座り心地」に関連するイメージ形容語の平均嗜好度には非常に高い相関が見られた.この結果より,表皮布の「手触り感」よりシートの「座り心地」を評価することが可能であることがわかった.(2)イメージ形容語の平均嗜好度を目的変数,測定した8種類の表皮布の力学的特性より求めた主成分得点を説明変数として重回帰分析を行い,「手触り感」,「座り心地」予測式を作成した.主成分は,6種類(主成分1は[圧縮特性と熱特性],主成分2は[表面特性と熱特性],主成分3は[試料厚さ],など)が得られた.(3)実験により得られた予測式の妥当性を検討するために,新たな被験者と試料6種類を用いて市場検証を行った.評価イメージ形容語は「高級感」,「スポーティー感」,「シンプルな」,「カジュアルな」の4種類である.
環境に配慮した新しい歯車加工法－熱処理後超音波ドライ加工の提案及びメカニズム解明

切削油を用いないドライ環境での歯車加工方法について研究を行った.材料を焼入れしてからドライホブ切り加工を行うことで,歯車の製作過程を単純化でき,低環境負荷・低コストで高精度の歯車を量産することができる.本研究では,材料の硬度を変化させて歯車加工を行い,切削力と加工精度を測定した.その結果,硬度の高いHRC54の材料を加工した場合の方が,硬度の低いHRC23の場合よりも加工精度が高く,切削力も同程度であることを確認した.更に,工具に微小高周波振動を与える振動ホブ切り加工を開発し,ドライ加工による発熱が抑制できることを確認した.本研究は,高周波焼入れ処理後の材料に対しドライホブ加工を行うという新しい歯車加工方法を提案し,最適加工条件を決定するものである.本手法は歯車生産におけるコストおよび切削油による環境負荷を大幅に低減させるが,工具寿命の低下などの問題があるため,最適加工条件の探索が非常に重要な課題となっている.平成25年度は,熱処理後ドライホブ加工の実験,モデル開発,超音波ドライホブ加工装置の検討を行った.熱処理後ドライホブ加工の実験では,高周波焼入れにより硬度の異なる5種類の歯車材料(炭素鋼S45C)を作成し,ドライ環境で歯切り加工をする際の切削力を歪みゲージにより測定した.今年度の成果として,従来の動歪み計による測定系を見直し,ノイズ対策を考えたデータ集録環境を新たに構築したことで,データ取得時の大幅なノイズ低減に成功したことが挙げられる.その結果,再現性の高い切削力データが取得できた.傾向として工作物硬度と切削力は正比例の関係にあり,モデルでの再現が可能であった.一方,工作物が生材と同程度の低硬度の場合,切削力がHRC55程度の高硬度材の場合と同レベルの高い切削力が得られたため,その原因を切りくずの状態から推定した.歯車の表面粗さは,工作物硬度HRC44以上でほぼ一定であった.以上から,工具寿命を延長するには,切削力が小さく高精度加工のできるHRC44程度の工作物硬度が最適である.この条件であれば,生材をドライ加工する場合よりも工具寿命が延長できる可能生がある.一方,加工時間の短縮には,HRC55以上が最適といえる.これは,HRC55以上はほぼ実用強度であり,加工後の熱処理および再加工が不要になるためである.このように,最適な工作物硬度について議論した研究はこれまで無いと思われる.本研究成果によりドライホブ加工の普及が進み,高精度歯車の大量生産が可能になると期待できる.本研究の主たる目的は,(1)高周波焼入れ処理後の材料に対しドライホブ加工を行うという,従来とは逆のアプローチによる新しい歯車加工方法の提案および加工メカニズムの解明,(2)工具寿命の延長を目的とした超音波ドライホブ加工装置の製作・実験および効果の検討,の二点である.これにより,環境への配慮と経済性を両立させた歯車の加工システムの構築を目指している.本年度に実施した主な成果は,(1)「実験・モデルによる加工メカニズム解明」に係る研究,(2)「超音波ドライホブ加工の開発と工具寿命の評価」に係る研究の二点である.以下,詳細を示す.(1)「実験・モデルによる加工メカニズムの解明」について切削力モデルを新規に提案した.本モデルにより,前年度の実験で明かとなっている工作物硬度とホブ切削力の間の非線形関係を説明することができた.本成果により,本研究の目的である高周波焼入れ処理後の高硬度材に対するドライホブ加工の切削力が通常のホブ加工に用いる低高度材の場合の約1.2倍程度に収まることを理論的に示すことができた.本成果により,国内発表2件,海外発表1件を実施することができた.(2)「超音波ドライホブ加工の開発と工具寿命の評価」について,超音波ドライホブ加工装置を新規に設計・開発した.本装置は,ドライホブ加工を行う工作機械である「ホブ盤」の工具部分を軸方向に微小振動させながら加工を行うものであり,切削時に発生する加工温度を大幅に低減することのできる,実用性・新規性の非常に高い装置である.最初に超音波域である20kHzの振動装置を開発し,その後,1kHz以下の振動条件でも効果が得られることを示した.本成果は特許申請を行い,更に国内発表2件を行った.内1件は日本機械学会から推薦論文に採択され,内1件は(公財)工作機械技術振興財団より工作機械技術振興賞(奨励賞)受賞候補に選定された.前年度に開発した超音波ドライホブ加工装置について,安定性の向上および最適加工条件の選定を行った.本加工装置は開発当初,工具を20kHzの超音波域で振動させていたが,工具振動を一定の状態に保つことが難しく,更に工具と振動ホーンの接触部が摩耗する問題が発生していた.今年度は工具支持軸と工具間のはめ合いの変更および皿ばねの設置方法の変更等を行い,安定した加工が可能な装置に改良した.これにより,これまで困難であった工具振動数および工具振幅の細かい変更が可能となり,最適加工条件を実験により検討することができた.開発した装置は「振動歯切り装置」と名称を変更し,論文掲載された.本装置は(公財)工作機械技術振興財団・工作機械技術振興賞(奨励賞)受賞および雑誌「機械技術」誌への掲載決定など注目されており,本内容による招待講演も2回行うことができた.

本装置は,本研究の主たる目的である「高周波焼入れ処理後の材料に対しドライホブを行うという新しい歯車加工方法の提案」を高いレベルで具現化したものであり,硬度HRC5055に硬く焼入れした材料を,加工熱を抑制しながら精密に歯車加工することが可能である.以上から,本研究の目指す「ドライ加工による高品質歯車の大量生産」に向け,大きく前進したものと考えられる.また,振動歯切り加工のメカニズムを解明するために行っていた振動切削モデル解析では,びびり現象が発生する原因とみられる切りくず流出速度の切り替わりパターンの変化を確認した.これは振動加工の安定化に大きく寄与する結果と考えられる.更に,歯車対の衝突を模擬したバウンシングボール系の解析では,ボールに与える振動数の変化によりボールの最大変位が階段状に変化する傾向を確認した.これは歯車系の歯打ち音の発生に関連した現象と考えられる.切削油を用いないドライ環境での歯車加工方法について研究を行った.材料を焼入れしてからドライホブ切り加工を行うことで,歯車の製作過程を単純化でき,低環境負荷・低コストで高精度の歯車を量産することができる.本研究では,材料の硬度を変化させて歯車加工を行い,切削力と加工精度を測定した.その結果,硬度の高いHRC54の材料を加工した場合の方が,硬度の低いHRC23の場合よりも加工精度が高く,切削力も同程度であることを確認した.更に,工具に微小高周波振動を与える振動ホブ切り加工を開発し,ドライ加工による発熱が抑制できることを確認した.【本研究の目的】(1)高周波焼入れ処理後の材料に対しドライホブ加工を行うという新しい歯車加工方法の提案および最適加工硬度の決定を行うこと.(2)ドライホブ加工のモデルを構築し,加工メカニズムについて検討すること.(3)加工した歯車の精度測定および振動性能試験を行い,ドライホブ加工の有用性について検討すること.(4)工具寿命の延長を目的とした超音波ドライホブ加工装置の試作を行うこと.【現在までの達成度】(1)(2)(4)の研究目的について,ほぼ達成している.特に(4)については研究予定よりも1年早く達成することができ,ドライ加工で問題となる熱発生の問題解消に大きく寄与できると思われる成果を得た.この成果により,日本機械学会の推薦論文通知および(公財)工作機械技術振興財団の工作機械技術振興賞(奨励賞)受賞候補通知を頂くことができ,特許申請も行うことができた.以上から,研究目的であるドライ加工による高品質歯車の大量生産に向け,大きく前進したものと考えられる.機械力学(1)研究の目的(3)で挙げている「加工した歯車の精度測定および振動性能試験を行い,ドライホブ加工の有用性について検討すること」について更に研究を進める.ドライ加工による歯車から発生する音の計測・解析は予想よりも困難であったため,これに対応した計測・解析機器の導入を検討する.(2)今年度達成した超音波ドライホブ加工装置について,装置の改良を行う.特に装置の安定性向上と,最適加工条件の選定についての研究が急務である.そのために,今回開発した工具の振動原理および振動機構について更に詳細な研究を行い,本手法を実用的な加工法として確立していく.また,今年度の研究結果より超音波振動でなくとも効果が得られることが明らかとなったため,平成27年度に購入予定であった超音波発信器は購入せず,代わりに(1)で挙げた音響測定・解析用機器の購入を検討する.平成25年度は,研究計画の熱処理後ドライホブ加工の実験,ドライホブ加工3Dモデルの作成,加工メカニズムの解明を行った.
量子ビーム，熱力学測定を駆使した高機能性酸化物の特性発現機構の解明

Li二次電池用正極材料、不揮発性メモリ用,圧電体用の強誘電体酸化物などの高機能性酸化物を対象に、重要な熱力学データを測定し、熱力学的安定性を検討した。また、構造解析として中性子,放射光X線回折および全散乱測定を行い結晶pdf解析を他より先駆けて適用することで局所構造解析も可能になり、平均構造だけでは明らかにできなかった電池の正極材料の充放電過程における局所的な構造変化などについて放射光および中性子線を相補的に用いて明らかにした。これらの関連を検討することで高性能化の指針を得た。高機能性酸化物の特性向上の指針を得るには、特性に係わる反応過程を知ることは重要である。第1に、リチウムイオン電池は自動車用、電力貯蔵用などの大型用電源としての用途が期待されており、エネルギー密度などの更なる性能の向上が求められている。ここで、リチウムイオン電池正極材料の充放電過程では、リチウムの脱挿入過程の構造変化が特性を支配する重要なキーになる。そこで、高容量を示す次世代正極材料候補の0.6Li(Li1/3Mn2/3)O2-0.4Li(Mn1/3Ni1/3Co1/3)O2固溶体の電極特性、初期充電過程における熱力学的安定性や結晶構造を検討した。その結果、充電に伴う各金属元素のサイト移動過程が明らかとなり、遷移金属配列が変化することで熱力学的安定性、構造安定性が変化していることを見出した。さらに、0.4Li2MnO3-0.6LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2を合成し中性子・放射光X線を用いた測定により初期放電過程における可逆安定相形成のメカニズム検討した結果、初期放電過程の3.3V付近に特異的なピーク強度比の変化があり、構造解析の結果、ab軸平面に平行なLi(2c)-Li(4h)間距離がこの電位で同様に収縮していることから新たに可逆安定性の存在を見出し、これが充放電時の電池特性を支配してている因子のひとつと考えられる。第2に、強誘電・圧電セラミックスとして、BaTiO3は優れた特性から非鉛代替材料として期待されている。BaTiO3を固相法・錯体重合法・水熱合成法と異なる方法で合成し、さらに分極処理前、処理後の各合成法の試料で物性、強誘電特性を評価した。その結果、錯体重合法の試料はTi-O間の電子密度が増加し、強誘電特性に影響を与えていること、分極処理により、格子歪み、自発分極が変化しており、その要因が分極方向のTi-O間の電子密度の増加に関係していることを明らかにした。第1に、Liイオン電池は自動車用、電力貯蔵用などの大型用電源としての用途が期待されており、エネルギー密度などの更なる性能の向上が求められている。ここで、Liイオン電池正極材料の充放電過程では、Liの脱挿入過程の構造変化が特性を支配する重要なキーになる。そこで、高容量を示す次世代正極材料候補の0.6Li(Li1/3Mn2/3)O2-0.4Li(Mn1/3Ni1/3Co1/3)O2固溶体の電極特性、充電過程における熱力学的安定性や平均・局所結晶構造を検討した。その結果、充電および放電に伴う各金属元素のサイト移動過程が明らかとなり、遷移金属配列が変化することで熱力学的安定性、構造安定性が変化していることを見出した。さらに、固溶体材料を共沈法で合成し、中性子、放射光X線を用いた結晶・電子構造及び局所構造とサイクルに伴う局所構造の変化を検討した結果、局所構造のLiとOが大きく変化し、平均構造では表現できない局所構造の違いに由来する、中性子・放射光X線全散乱を相補的に用いたPDF解析による局所構造の検討により裏付けている。さらに、充放電が進んだ時の局所構造の変化を明らかにし、PDF解析およびEXAFSから妥当なものである。これらが充放電効率と放電電圧の低下に関与していることを明らかにした。第2に、非鉛系強誘電・圧電材料としてBi0.5K0.5TiO3-BiFeO3-K(Nb, Ta)O3を合成し、強誘電特性と結晶・電子構造の関係について検討した。結晶構造解析から、KNbO3, KTaO3固溶によって格子・八面体歪みが緩和することで強誘電特性が向上していること、SPSで作製した試料は通常焼結に比べて焼結性、強誘電特性が改善され、八面体の結合角分散が増加することを明らかにした。高機能性酸化物の特性向上の指針を得るには、特性に係わる反応過程を知ることが重要である。そこで、高容量を示す次世代正極材料候補の0.4Li2MnO3-0.6LiMO2固溶体において遷移金属(M)の組成を変化させた試料について、電極特性、充電過程における熱力学的安定性や平均・局所結晶構造について検討した。その結果、充電および放電に伴い局所的なMO6八面体の構造歪みが異なることが明らかとなり、これに伴い熱力学的安定性、構造安定性が変化し、電池特性に影響していることを見出した。

さらに、固溶体材料を共沈法で合成し、中性子、放射光X線を用いた結晶・電子構造及び放射光X線・中性子全散乱による局所構造について、レートを変えた場合のサイクルに伴う変化を検討した。その結果、レートにより局所的な遷移金属の配列が異なることを見出した。これらがレートに伴うサイクル特性と放電電圧の低下に関与していることを明らかにした。第2に、非鉛系強誘電・圧電材料としてBi0.5(Na0.7K0.25Li0.05)0.5TiO3(ABO3)およびその固溶系強誘電体を合成し、強誘電特性と平均,局所結晶・電子構造の関係について検討した。結晶構造解析から、B-siteの共有結合性が増加することで酸素欠損が減少し、残留分極が増加していること、Bi(Zn,Ti)O3, Bi(Mg,Ti)O3を2.5%固溶した試料では、Bi周辺の局所的な歪みが増加し、A-siteでの歪みの増加が強誘電特性の向上に寄与していることを明らかにした。Li二次電池用正極材料、不揮発性メモリ用,圧電体用の強誘電体酸化物などの高機能性酸化物を対象に、重要な熱力学データを測定し、熱力学的安定性を検討した。また、構造解析として中性子,放射光X線回折および全散乱測定を行い結晶pdf解析を他より先駆けて適用することで局所構造解析も可能になり、平均構造だけでは明らかにできなかった電池の正極材料の充放電過程における局所的な構造変化などについて放射光および中性子線を相補的に用いて明らかにした。これらの関連を検討することで高性能化の指針を得た。リチウムイオン電池用正極材料, FeRAM用,圧電アクチュエーター用の強誘電体酸化物を対象にして、種々の複合酸化物の合成、キャラクタリゼーション、中性子、放射光を用いた結晶構造(局所、平均構造)解析、欠陥および諸特性について、特性の発現過程(リチウムイオン電池用正極材料では充放電サイクル過程、強誘電体では温度依存)について測定、解析し、得られた熱力学データと比較することで、総合的にこれらの関連を検討し、高性能化の指針を得ることを目的に検討している。リチウムイオン電池正極材料については、複数の物質について初期およびサイクルを重ねた充放電過程における中性子、放射光X線を用いた結晶構造[平均・局所構造]解析を行い、電池特性を支配している因子を明らかにできた。強誘電体についても新たな非鉛系の様々な組成の試料について、中性子、放射光を用いた結晶構造[平均構造]と強誘電特性の関係を明らかにできた。継続中の課題として、レートを変えた試料の平均・局所、電子構造の変化、これらの検討を加味した構造モデルによる量子化学計算結果と実験結果を比較してその妥当性を検討し、電気化学特性との関係について検討中である。工学本研究において、ブレークスルーは電気化学的にLi組成を変化させた充電時の正極材料における構造解析である。問題は試料量であり、放射光は問題ないが、中性子回折では測定時間がかかることである。大強度のJ-PARCができ、測定、解析を工夫することで実際の電極自体を用いて、コインセルサイズの量(8mg;従来の中性子回折測定で行われていた量の1/100)で3ー6時間測定を行い、ex-situにおける平均構造の解析に世界で初めて成功し、大きな注目を集めている。昨年度はJ-PARCがトラブルで停止していた期間も長引いたが動き出したので、中性子全散乱測定を用いたpdf解析による局所構造の解析について取り組んでいく。また、放射光X線でも同様の実験を行い、相補的に解析を行うことで詳細に検討し、電池特性との関係を明らかにする。さらに、充放電のレートを変えた場合についても検討を行う。
執行権強化の比較憲法的研究

現代憲法における執行権強化の傾向をフランス第五共和制憲法の構造と動態の分析によって明らかにしようという構想の下、まず、同憲法の意味・構造を明らかにするためにその制定過程を分析した。この作業の成果は連載論文として発表予定で、現在『香川法学』に一部提出され(近刊予定)、残りも順次発表して行く予定である。また、政権交代というテーマで、執行権強化の帰結という角度から第五共和制憲法制定から現在までのその動態について学会報告を行い、その概要を『憲法問題』第22号に発表した。2008年度は、3年計画の本研究の初年度であり、第一に研究の全体像を明確化すること、第二に、その全体像を押さえたうえで、具体的な成果につながる作業を進めることを目標とした。第一の目標に関連して、8月末から9月初めにかけてフランスに出張し、研究に関連する文献を可能な限り収集した。第五共和制憲法制定50周年にあたり多くの研究成果や回顧録が発表されていたので、実り多い出張であった。本研究は、構想してから10年間手を着けずに放置していたものであった。そこで、帰国後は、その空白を埋めるべく、現在のフランスにおける研究の傾向を知るために、そこで集めた文献の分析にとりかかった。空白期間が長かったため多くの文献が蓄積されていたため、まずは、法学者によるものから読み始めた。その結果、大まかな研究の傾向は把握できたものの、歴史的アプローチを中心とする本研究に直接役に立つものはなかった。直接役立つと思われるのは、歴史学的研究や当事者らの回顧録と思われるが、こうした資料の分析までは手が回らなかった。第二の目標に関連しては、前述のフランス出張前に、1958年憲法の制定過程の研究を実際に開始した。まずは、主として歴史学の研究に依拠しながら、憲法制定につながる政治的背景・文脈を究明しようとした。その結果、この点については、明確なイメージをつかむことができたので、草稿を作成した。次に実際の制定作業の分析に着手したが、現在のところ、フランス出張において収集した資料の分析に時間を取られ、この作業は進んでいない。平成21年度に行った研究活動では、前年度現地調査において収集した資料およびすでに確保しておいた資料を分析する作業が大きな割合を占めた。すでに大まかな構想はできていたが、資料に直接あたりながらその内容を確かめ詳細化していく作業に時間を費やした。特に、歴史研究については、事実を客観的に確認しておかなければ、その意味づけもできないので、おろそかにできず予想以上に時間がかかった。また、研究全体について歴史的な裏付けを取って見取り図を描いてから執筆作業に着手しようと考えているので、同年度において成果を具体的な形にするところまで行かなかった。文献資料を補うためにインタビューを実施する必要があると考え、平成22年3月にフランスで調査を行った。これは、第一に、文献資料からはその全体像がつかみにくい研究者の動向を知ることが、社会状況を明らかにする上で有益であると思われたからであり、第二に、一般的に、資料分析において、社会の雰囲気のようなものから研究も自由ではないので、そうした時代状況を、同時代を研究者として過ごした人に聞いてみることが有益であると考えたからである。なお、平成22年1月に学会報告の依頼を受けた。当初の本研究の進め方とは少しずれるが、本研究の枠組みに入るテーマであるので、依頼を引き受けた。学会テーマは「憲法と政権交代」であり、そのテーマでフランスのことについて報告を行うことになった。3月29日に予備研究会があり、「憲法と政権交代-フランス第五共和制の場合」というテーマで報告した。学会報告は平成22年5月である。今年度の前半は、5月8日の学会報告の準備およびその報告を原稿化する作業を行った。テーマは「政権交代と憲法」だった。報告依頼を受けた時点では本研究との関係がどの程度密接かわからなかったが、学会報告の重要性を考慮して引き受けた。ところが、研究してみると、フランスの場合、執行権強化の成果・延長として政権交代を実現したという関係になり、十分本研究の枠内にあることがわかった。たしかに、計画では執行権強化の制度的基礎の分析が先行することになっていたので、執行権強化の帰結ともいえる政権交代について研究することは、研究の順序を変更することになり、その分当初予定の執筆作業は遅れることになった。しかし、報告準備を通じて、執行権強化の制度的基礎として新たな要素(核兵器の配備・運用)を発見することもできたので、非常に有意義であった。9月に上記報告を原稿化した論文を脱稿した後、当初の計画に戻り、執行権強化の制度的基礎としてフランス1958年憲法の制定過程についての研究成果をまとめる作業に着手した。授業や学内業務と並行したため能率的に進めることができなかったが、年度末2011年3月に4回連載計画の論文の第1回分の原稿を脱稿し、編集担当に提出した。

この連載第1回では、1946年憲法の全面改正-これが1958年憲法制定につながる-が提起されるまでが分析されている。ここでは、1958年憲法による執行権強化の主たる動機が、1946年憲法における過度の議会優位に対する反発にあり、そうした制度の政治的指導力欠如を原因とする軍事的危機を背景として、執行権強化という方針が政治的支持を集めていったことを明らかにした。なお、連載論文の執筆は継続して進行しており順次公表して行く予定である。
急性冠症候群発症に関わるＰＳＧＬ－１陽性ＣＤ４Ｔ細胞の責任冠動脈における役割

動脈硬化進展や粥腫不安定化に白血球の血管内皮細胞(EC)への接着と浸潤は重要である。急性冠症候群(ACS)の責任冠動脈血、粥腫ではP-selectin glycoprotein ligand-1(PSGL-1)+CD4 T細胞を多数認め、ECに強く接着、E/P-selectinを介しアポトーシスを誘導した。さらにApoE-/-マウスの動脈硬化進展、IFNγ+CD4 T細胞、IL17+CD4 T細胞増加と粥腫への浸潤、血管壁のアポトーシスはPSGL-1-/-ApoE-/-マウスで抑制された。すなわち、PSGL-1陽性CD4 T細胞は動脈硬化進展と粥腫不安定化に重要な役割を果たすと考えられる。前年度研究により、急性冠症候群(ACS)の責任冠動脈血および粥腫では、接着分子P-selectin glycoprotein ligand-1(PSGL-1)を強く発現するCD4 T細胞を多く認め、P-selectin、E-selectinを介し血管内皮細胞にアポトーシスが誘導されることが明らかとなった。本年度は、動脈硬化進展および粥腫不安定化におけるPSGL-1の役割を詳細に検討するため、動脈硬化モデルマウスであるApoEノックアウトマウス(ApoEマウス)および我々が確立したPSGL-1/ApoEダブルノックアウトマウス(DKOマウス)を用いて検討した。その結果、高脂肪食負荷ApoEマウスでは、1.著しい動脈硬化進展を認め、末梢単核球を単離し解析したところ、CD69陽性の活性化したINFγ陽性Th1細胞、IL17陽性Th17細胞が増加していた。さらに、大動脈弁輪部粥腫の免疫染色では、多数のPSGL-1陽性CD4 T細胞とPSGL-1陽性マロファージ、少数のPSGL-1陽性好中球の浸潤が認められた。2.次に、動脈硬化粥腫進展に伴い粥腫内にPSGL-1のリガンドであるE-selectin、P-selectin発現が増加しているか免疫染色で検討した。その結果、粥腫内には著しいE-selectin陽性の血管内皮細胞および血管平滑筋細胞、P-selectin陽性の血管平滑筋細胞が増加していた。3.また、動脈硬化進展に伴い粥腫内にTUNEL陽性アポトーシス細胞が多く認められた。一方、DKOマウスでは、4.高脂肪食負荷による動脈硬化進展、粥腫へのPSGL-1陽性炎症細胞浸潤、TUNEL陽性アポトーシスがいずれも抑制され、粥腫は安定化していた。すなわち、PSGL-1/E-selectin・P-selectinシグナルは炎症細胞浸潤による動脈硬化進展と粥腫不安定化に重要と考えられた。急性冠症候群(ACS)を来たす責任冠動脈形成におけるCD4 T細胞の役割を解明するため、1急性期に血栓吸引療法を施行したACS患者末梢血および責任冠動脈血、冠動脈病変のないコントロール患者末梢血におけるCD4 T細胞上の接着分子発現をFACSで解析した。ACS患者末梢血CD4 T細胞ではInteglinβ2およびP-selectin glycoprotein ligand-1(PSGL-1)の発現亢進を認めたが、他の接着分子には差は認めなかった。さらに、ACS患者の責任冠動脈血では末梢血よりもCD4 T細胞上のPSGL-1発現が亢進していた。2Selectin binding assayにより、ACS患者のPSGL-1陽性CD4 T細胞は、E-selectin、P-selectinに結合することが明らかとなった。3血栓吸引療法で得た責任冠動脈の血栓と粥腫、ApoE-/-KOマウス粥腫を免疫染色した結果、多数のPSGL-1陽性CD4 T細胞が血栓および粥腫に浸潤していた。3PSGL-1陽性CD4 T細胞の責任冠動脈での役割を検討するため、CD4 T細胞と血管内皮細胞を共培養しアポトーシスアッセイを行った。正常コントロールではCD4 T細胞による血管内皮細胞アポトーシスは誘導されなかったが、ACS患者ではアポトーシスが誘導され抗PSGL-1抗体で抑制された。さらに、ACS患者においては、末梢血より責任冠動脈血のPSGL-1陽性CD4 T細胞は、より強くcaspase-3活性の上昇を血管内皮細胞にもたらしアポトーシスを誘導した。本年度研究で、T細胞浸潤による動脈硬化粥腫進展には接着分子Integlinβ2およびPSGL-1が関与しているが、ACS発症にいたる責任冠動脈の不安定粥腫形成にはCD4 T細胞のPSGL-1/selectinを介したsignalが重要と考えられた。動脈硬化病変の進展や粥腫不安定化に白血球の血管内皮細胞への接着とそれに続く内皮下浸潤は重要なプロセスである。

本研究では、急性期に血栓吸引療法を施行した急性冠症候群患者(ACS)における末梢血と冠動脈血、責任冠動脈より得た動脈硬化粥腫と血栓組織、および動脈硬化モデルマウスを解析し、接着分子P-selectin glycoprotein ligand-1(PSGL-1)陽性CD4 T細胞の責任冠動脈で果たす役割を検討した。その結果、ACS末梢血CD4 T細胞は正常コントロールに比し、接着分子のうちPSGL-1とinteglinβ2発現が亢進していた。また、責任冠動脈血、粥腫ではPSGL-1陽性CD4 T細胞が多数認められ、血管内皮細胞に強く接着、PSGL-1/E-およびP-selectinを介して血管内皮細胞にアポトーシスを誘導した。さらに、動脈硬化モデルマウスApoE-/-マウス(AooE)のPSGL-1遺伝子をノックアウトしたPSGL-1-/-ApoE-/-マウス(DKO)を作成し、細胞障害性の強いPSGL-1陽性CD4 T細胞が動脈硬化進展に果たす役割を検討した。高脂肪食負荷ApoEマウスで認められた動脈硬化進展はDKOでは抑制されていた。また、末梢単核球を検討した結果、ApoEで増加していた炎症性サイトカインを産生する活性化IFNγ+CD4 T細胞(Th1)、IL17+CD4 T細胞(Th17)は抑制されていた。さらに、動脈硬化粥腫へのinteglinβ2陽性CD4 T細胞、Th1、Th17の浸潤が抑制され、PSGL-1のリガンドであるE-selectinおよびP-selectin発現血管内皮細胞および血管平滑筋細胞、アポトーシスが著明に減少し粥腫は安定化していた。すなわち、PSGL-1陽性CD4 T細胞は動脈硬化進展と粥腫不安定化に重要な役割を果たすと考えられた。医歯薬学・循環器内科学1.動脈硬化進展におけるCD4 T細胞サブセットと接着分子発現の検討:ApoEノックアウトマウス(ApoEマウス)に高脂肪食を与え大動脈を検討した結果、著明な動脈硬化進展とT細胞の活性化、炎症性サイトカインIFNγ産生Th1細胞とIL17産生Th17細胞の増加と粥腫への浸潤を認めた。また、多数のPSGL-1陽性CD4 T細胞、PSGL-1陽性F4/80陽性マクロファージ、Integrinβ2陽性CD4 T細胞の粥腫浸潤が認められた。また、動脈硬化進展に伴いPSGL-1のリガンドであるE-selectinが粥腫内の血管新生に伴い血管内皮細胞および血管平滑筋細胞に強く発現し、TUNEL陽性アポトーシス細胞も多く認められた。また、血管平滑筋におけるP-selectin発現の増強が認められた。これらの結果は、昨年度のヒトACS患者の研究結果を裏付けるものであった。2. PSGL-1/ApoEダブルノックアウトマウス(DKOマウス)における動脈硬化進展の検討: PSGL-1をノックアウトすることにより、高脂肪食負荷ApoEマウスで認められたT細胞活性化、Th1細胞、Th17細胞、マクロファージ、好中球浸潤による動脈硬化進展が抑制された。
有機薄膜系太陽電池の高効率化を目指した接合構造の制御

1.新規バルクヘテロ構造の構築による光電流の増大有機積層型太陽電池においては、電子供与性材料と電子受容性材料を混合させた、いわゆるバルクヘテロ構造を採ることで、効率良く電荷分離が起こることが知られている。一般的に、バルクヘテロ構造は導電性高分子にフラーレン誘導体を混合させることで構築されているが、この場合はフラーレン誘導体の接触状態を制御できないため、生成した電荷を電極まで輸送する経路が十分形成されないという問題点がある。我々は、芳香族アミン化合物(TPD)とフラーレン(C_<60>)を積層し、これらの有機層を加熱処理という新規な方法により、これらの界面にバルクヘテロ構造が形成されることを見出した。処理条件を最適化した結果、短絡光電流は疑似太陽光照射下において約1mA/cm^2から3mA/cm2に増大し、変換効率は0.36%から1.1%に向上した。本構造は、生成した電荷の輸送経路を予め備えているという点で従来型バルクヘテロ構造よりも有利であり、高効率な有機薄膜太陽電池を作製するための基盤技術になると考えられる。2.有機/金属界面の構造制御有機/金属界面においては、電極を蒸着する際に金属微粒子が有機層に侵入し、それに伴って分子状態の変化などが起こると予想される。特に、有機薄膜太陽電池に用いられる材料は結晶性膜を形成するものが多く、金属微粒子の侵入が起こりやすい。そこで、C_<60>薄膜に対する金属電極の侵入度合を、有機膜の静電容量測定や断面電子顕微鏡観察から見積もったところ、金属によって侵入の度合が異なり、AgはC_<60>に侵入しやすい反面、Inは侵入しにくいことが明らかになった。C_<60>/金属界面に、バッファー層としてバソクプロイン(BCP)を挿入したところ、金属微粒子の侵入が抑制され、光電流やF.F(Fill Factor)が向上することが明らかになった。これは、金属微粒子の侵入によって起こっていた励起子失活などの現象が抑制されたためと考えられる。1.加熱処理による光電流の増大有機積層型太陽電池より得られる光起電力は一般に0.5V程度であるが、我々は透明な正孔輸送材料であるある種のアミン化合物(TPD)とフラーレン(C_<60>)を積層することにより、0.8V程度の高い光起電力を得られることを見出した。この材料の組み合わせにおいては吸光度が小さく、短絡光電流が小さいことが問題であったが、有機層を加熱処理することにより、光電流を大幅に増大させることに成功した。処理条件を最適化した結果、短絡光電流は約1mA/cm^2から3mA/cm^2に増大し、変換効率は0.36%から1.0%に向上した。有機層の微細構造について検討した結果、加熱処理によって高さ数十数百nmの筋状の模様が生じており、これはTPDの凝集によるものであることが明らかになった。加熱処理によって有機/有機界面の接合構造が改善し、光電流が増大したものと考えられる。そこで、有機膜の静電容量を種々の金属電極を組み合わせて測定した結果、用いる金属によって電気容量が異なることが明らかになった。これは有機層への侵入の度合が金属によって異なり、AgやMgは侵入しやすい反面、InやAlは侵入しにくいことを示している。バッファー層としてアモルファス薄膜を形成するBathocproineを挿入することにより、金属微粒子の侵入が抑制され、光電流やF.F(Fill Factor)が向上することも明らかになった。そこで、C_<60>

薄膜に対する金属電極の侵入度合を、有機膜の静電容量測定や断面電子顕微鏡観察から見積もったところ、金属によって侵入の度合が異なり、AgはC_<60>に侵入しやすい反面、Inは侵入しにくいことが明らかになった。C_<60>/金属界面に、バッファー層としてバソクプロイン(BCP)を挿入したところ、金属微粒子の侵入が抑制され、光電流やF.F(Fill Factor)が向上することが明らかになった。これは、金属微粒子の侵入によって起こっていた励起子失活などの現象が抑制されたためと考えられる。
執刀外科医の迅速意思決定を支援する病変モデルの空間投影表示インタフェースの開発

内側に黒色アルマイトを施したアルミ製筐体内に固定した10インチタブレット端末の映像をAIプレートにて空中投影し、Intel RealSenseを用いて非接触ジェスチャー操作可能な空間投影装置の試作機を製作した。空間投影性能は、水平・垂直方向にそれぞれ+/-36 deg、+/- 38 degに画像認識性能を有する画像出力を可能であった。動作種は1)モデルをつまんで回転させる動作、2)モデルの拡大縮小をする2種類とした。本ジェスチャーインタフェースは脳神経外科血管内治療時に執刀医が未破裂脳動脈瘤に塞栓コイルを誘導する際に3次元的にモデルを観察する際に使用し、2名の執刀医より有用な評価を得た。実施成果1:動作捕捉プログラムの作成動作捕捉デバイスにはマイクロソフト社製Kinect for Windows v2センサを用い、センサに対し手をグーにして三次元医用モデルを回転、パーにして固定、近づけたり遠ざけたりするとモデルが拡大/縮小表示でき、加えて操作者がモデル内に入り込み様々な角度から生体組織を観察するフライスルーも可能にした。Kinectは操作者の体全体の動きから動作を同定するため必然的に操作者は画面から3,4メートル離れなければならない。そこで新たに市販開始されたIntel社製RealSenseを用い動作捕捉プログラムを作成・検討した。RealSenseを用いることで操作者はモデルに対し1メートルの近接位置で操作可能になり操作性の向上が示唆された。実施成果2:空間投影法に関する反射材の検討ユニチカ社製の再帰反射シート使用した空間投影を実施した。その結果手術室環境光量下にて十分な輝度と解像度を有した投影画像が得られなかった。特に輝度については暗室にて投影画像が確認できるほどの品質であったため、代替案としてアスカネット社製のエアリアルイメージングプレート(AIプレート)を用いて投影するシステム構成に改良した結果、手術室環境光量下においても解像度1280 x 800の十分な輝度を有した画像を空間投影でき当初の目標を達成できた。実施成果3:空間投影装置の製作上記の動作捕捉アルゴリズムおよび空間投影法を用い、装置内に投影モデルを映像源として10インチタブレット端末を内蔵し、装置上面にRealSenseを搭載した空間投影装置の機能試作を行った。AIプレートは215mm x 175mmにカットし、装置材料には実践時の取り回しを容易にするためアルミ製とした。端末に表示された映像源の装置内でのAIプレートを介した乱反射を防ぐため黒色アルマイト処理を表面に施した。1.動作捕捉プログラムの作成本研究にて提案している投影モデルを近接位置で操作する動作を捕捉するためにはワイドレンジの認識距離を必要とするKinectの使用は不向きであった。そのため代替センサとして新たに市販開始されたRealSenseに変更し、当該センサ専用の動作捕捉プログラムを作成した。実装した後操作性の向上が示唆され、当初計画になかったRealSenseを搭載した空間投影装置の機能試作が完成したことから進捗状況は計画より進展している。2.空間投影法に関する反射材の検討当初の計画していたユニチカ社製の再帰反射シートは目標とした空間投影に十分な輝度と解像度を有しておらず、解剖学的に臨床使用に耐え得るものではないと判断した。代替案としてアスカネット社製のエアリアルイメージングプレート(AIプレート)を用いシステム構成を再考し改良をしたことで来期実現目標としていた十分な解像度、および輝度を有した画像を空間投影することができたことから本項目においても進捗状況は予定より進展している。空間投影装置の評価と改良昨年度試作した空間投影装置の空間投影性能に関する評価を実施し、水平方向、垂直方向にそれぞれ+/-36 deg、+/- 38 degの角度内に画像認識性能を有する画像出力を可能であることを確認した。画像出力光量は識別に十分であった一方、投影画像の解像度は臨床使用に耐えうるものではなく、AIプレートの改良が必要であることがわかった。そこで空間投影機構は変更せずAIプレートの変更による機器の改良を検討した。AIプレートは本年度早期の時点で解像度の高い改良版への置換を検討していたが、生産が予定に沿わず本年度の研究期間中に導入することが不可能になったため、本年度は画像を操作するジェスチャーインタフェースに注力し開発を推進した。ジェスチャーインタフェースの改良動作捕捉カメラにはIntel RealSense SR300を用い、試作機製作時に使用した機材の改良版である最新機材を使用した。動作種は1)人差し指と親指でつまむようにしてモデルを回転させる動作、2)手全体をRealSenseに近づけたり遠ざけたりすることで表示モデルの拡大縮小を実現する2種類とした。開発したジェスチャーインタフェースの有用性は脳神経外科血管内治療時に執刀医が未破裂脳動脈瘤に塞栓コイルを誘導する際にモデルを3次元的に観察するときに使用し、臨床環境にて評価を実施した。2名の執刀医が6症例にて使用経験をした後、操作性、表示性、効率性、将来性、動作種の適格性に関しアンケートを実施し(5段階評価で5が最高スコア)操作性5.00、表示系4.0±1.0、効率性4.0±1.0、将来性4.67±0.58、動作種4.0±1.0の評価を得た。以上のように本研究における開発を目指した空間投影表示インタフェースは、医療画像表示機器に対し直感的なジェスチャーで非接触で操作することを可能とした。

空間投影性能は、水平・垂直方向にそれぞれ+/-36 deg、+/- 38 degに画像認識性能を有する画像出力を可能であった。動作種は1)モデルをつまんで回転させる動作、2)モデルの拡大縮小をする2種類とした。本ジェスチャーインタフェースは脳神経外科血管内治療時に執刀医が未破裂脳動脈瘤に塞栓コイルを誘導する際に3次元的にモデルを観察する際に使用し、2名の執刀医より有用な評価を得た。1.動作捕捉プログラムの作成:RealSenseを用いた動作捕捉アルゴリズムは、Kinectと比較してその操作性の向上が示唆されている一方、これまでに臨床医による評価が実施されていないため、操作性に関し定量的な評価を実施する。2.空間投影法に関する反射材の検討:エアリアルイメージングプレート(AIプレート)を用いて輝度、解像度ともに十分な仕様の空間投影が実現できたが、視野角やさらなる高解像度化に向けた検討を行っていく必要があると考えている。今後更に解像度を上げていく予定である。3.空間投影装置の製作:空間投影装置の本試作を実施する。臨床導入に際しては臨床環境、および術野を侵さないよう出射装置を一式天吊型のモジュールシステムとして導入を目指す。機器評価項目としては空間投影表現に関し、投影輝度、解像度、応答性に関する評価を実施する。4.システム全体の評価:執刀外科医によるインタフェースの評価を実施する。Opectを構築した際に実施した評価項目と同様に操作性、機能性、有用性、将来性について使用者アンケートを実施し検討する。臨床応用は脳神経外科、呼吸器外科、形成外科を予定しており、各科からのフィードバックを得ることで症例特有の画像表示レイアウト、最適画像出射プロファイルを形成する。医用工学空間投影装置製作の一部改良に使用するパーツの納期が年度内に調整できないとのことで残額が生じた。同製品を翌年度開始早々に手配する予定である。