hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
空隙媒体による爆発環境の軽減と圧力減衰効果の解明

本研究では,自然災害,海底火山の災害発生時の減災と水中爆発で生じる被害規模の縮小と軽減への技術応用を最終的な目的とし,物体表面に取り付けた凹凸,半円形と楔形の複雑構造を持つ空隙媒体によって,水中爆発時の衝撃波,水流ジェット,爆発ガス膨張収縮運動の抑制により,物体に加わる過剰圧と衝撃力を減衰・軽減させて,物体損傷規模の縮小にかかる減衰・軽減効果の解明と手法を開発する.本研究成果は,水面付近に各種形状の媒体近傍に,水中爆発の発生,それに伴う爆発生成ガスの膨張収縮と水流ジェットの衝撃力印加の減衰・軽減について調査した.入射衝撃波の過剰圧抑制には,半円Foam50>凹凸Foam13>凹凸Foam80,凹凸Foam50>半円Foam80である.水流ジェット抑制には,凹凸Foam50>凹凸Foam13>半円Foam50>凹凸Foam80>半円Foam80である.弾性体後端の過剰応力抑制には,半円Foam50>半円Foam80の順番で効果的であり,可変空隙媒体の密度が高いほど最大過剰圧・応力が減衰した.これは,フォーム骨格固体の非定常抵抗により圧力減衰が誘発される.従って,水中爆発に伴い衝撃波が発生し,爆発生成ガスの運動により発生する二次衝撃波と水流ジェットなどの急激な現象を作り出す.衝撃波の直接波,二次衝撃波,水流ジェットの各成分に分けて水中爆発の減衰効果を利用することが有効な手段であることが判明した.水中爆発時に発生する衝撃波,二次衝撃波と水流ジェットによる動的破壊挙動を,凹凸,半円形,楔形の可変形の複雑構造媒体によって,物体損傷軽減の評価を行うことが研究目標である.フォームによる物体形状の影響を調べ,凹凸,半円形状の空隙フォームは,衝撃圧の減衰と水流ジェットを物体から遠ざける事ができ,当初の研究目標を達成した.特に,水中爆発の減衰と軽減効果は,衝撃波,二次衝撃波及び水流ジェットの減衰を行えばよく,媒体形状(三角,半円),媒体の密度,空隙率,音響インピーダンスやセル構造分布の変更から最大過剰圧・応力の上昇率と換算インパルス,非定常抵抗などから予測されるので,本テーマ解決の糸口となる.水中爆発時に発生する衝撃波,二次衝撃波と水流ジェットによる動的破壊挙動を,凹凸,半円形,楔形の可変形の複雑構造媒体によって,物体損傷軽減の評価を行うことが最終的な研究目標である.フォームによる物体形状の影響を調べ,凹凸,半円形状の空隙フォームは,衝撃圧の減衰と水流ジェットを物体から遠ざける事ができ,当初の研究目標を達成した.特に,水中爆発の減衰と軽減効果は,衝撃波,二次衝撃波及び水流ジェットの減衰を行えばよく,媒体形状(三角,半円),媒体の密度,空隙率,音響インピーダンスやセル構造分布の変更から最大過剰圧・応力の上昇率と換算インパルス,非定常抵抗などから予測されるので,本テーマ解決の糸口となる.水中衝撃波用圧力センサーは,本学所有のセンサーにおいて,水中衝撃波圧の計測を行い,破損・消耗せずに使用する事が出来たためである.爆薬(アジ化銀)は今年度末まで,使用できる数が確保する事が出来たために,購入が不必要であった.研究は,おおむね順調に進んでおり,上記のセンサーと爆薬等,次年度購入予定である.研究代表者助成分に関し,全額使用完了している.研究分担者助成分に関し,物品費材料購入分で可不足が発生した.次年度に物品費材料購入分に充てる.水中衝撃波用圧力センサー2本,ピエゾ圧電型圧力センサー1本,爆薬(アジ化銀)6グラム,粒子画像流速計測用粒子,光学部品,成果発表,共同研究打ち合わせと実験に使用する予定である.
自然免疫機構解明に役立つ天然分子プローブの探索

生体防御遺伝子の転写制御領域にレポーター遺伝子をつないだ遺伝子を導入したショウジョウバエの幼虫を用いて,β-galactosidaseの産生を間接定量することにより自然免疫制御物質をスクリーニングする実験系を構築した。しかしながら,本スクリーニングでは,自然免疫に特異的に作用する物質に加えて,細胞毒性あるいは転写や翻訳阻害作用を有する物質も探索されることがわかった。そこで,自然免疫以外の作用機構によってβ-galactosidaseの産生を制御する物質を排除するために,(1)培養昆虫細胞を用いたスクリーニング(細胞毒性),(2)熱刺激によってβ-galactosidaseの産生が誘導される外来遺伝子を導入したショウジョウバエを用いたスクリーニング(転写・翻訳阻害作用)を確立した。次いで,これらのスクリーニングを用いて自然免疫抑制物質の探索を行った。すなわち,159種の放線菌・糸状菌を培養して,その抽出物についてスクリーニングを行った。その結果,6種培養微生物抽出物が自然免疫に対して特異的に抑制作用を有すると判断した。さらに,6種のなかの1種である糸状菌を大量培養して得た抽出物を,スクリーニングを併用して活性成分を精製したところ,TP-1と仮称した成分が活性物質として単離された。TP-1は,自然免疫活性を濃度依存的に抑制する一方,細胞生存率,転写・翻訳活性に対しては全く影響を及ぼさなかった。(1)自然免疫抑制,活性化を検出する生物実験法の確立生体防御遺伝子の転写制御領域にレポーター遺伝子(β-galactosidase)をつないだ遺伝子を導入したショウジョウバエを用いて,自然免疫制御物質をスクリーニングする実験法を確立した.本実験では,リポ多糖(LPS)非存在下,Dpt-lacZ系ショウジョウバエ3齢幼虫の脂肪体を用いる.自然免疫の活性化により抗菌ペプチド遺伝子の発現が誘導されるが,それに伴ってレポーター遺伝子の発現も誘導される.そこで,レポータータンパク(β-galactosidase)の産生量を測定する.(2)昆虫寄生菌の採取と培養11種の昆虫寄生菌(不完全菌,子嚢菌,接合菌)を採取した.それらの中で,特に,ハナサナギタケ(Peacilomyces tenuipes (Isaria japonica))については,その菌糸体,子実体の生産条件を詳細に検討したうえで,大量培養した.ハナサナギタケに加えて,Nomuraea rileyi, Conidiobolus coronatusを大量培養した.その他の寄生菌は生物活性を測定することができる量を培養をした。現在,昆虫寄生菌エキスを調製し,自然免疫に対する作用や含有成分を検討している.生体防御遺伝子の転写制御領域にレポーター遺伝子をつないだ遺伝子を導入したショウジョウバエの幼虫を用いて,β-galactosidaseの産生を間接定量することにより自然免疫制御物質をスクリーニングする実験系を構築した。
高機能性を有する形状制御型合金ナノ触媒の設計と創製

液相還元法により八面体型および立方体型Pdナノ結晶を作製した。得られたナノ粒子の粒径は透過型電子顕微鏡観察により10 nm程度であることがわかった。また、粉末X線回折、水素圧力組成等温曲線、固体NMR測定により水素吸蔵特性を調べた。その結果、形状により水素吸蔵/放出速度が異なることが明らかになった。さらにPdナノ結晶にPtが被覆した合金ナノ結晶を作製し、その水素吸蔵特性についても検討した。金属ナノ粒子はその「量子サイズ効果」によりナノテクノロジーに関わる分野での中核を担う重要な材料の一つである。その材料開発はサイズの制御だけでなく、合金構造(コアーシェルや固溶体など)や金属組成を任意に制御することで飛躍的に研究範囲が広がった。近年、形状因子が化学的・物理学的性質を向上させる重要なキーファクターとなっているものの、現時点で設計通りに合金の形状を制御できていない。本年度では立方体型Pdおよび立方体型Pdの周りにPtが被覆したPd-Ptコアシェル型ナノ結晶を作製し、水素圧力-組成等温(PCT)曲線測定および水素吸蔵速度測定を行うことで対水素反応性について検討した。Pd-Ptコアシェル型ナノ結晶に関して詳細な水素吸蔵特性を調べるために、水素圧力下in-situ粉末X線回折測定、水素圧力組成等温曲線測定、水素吸蔵速度測定を行った。その結果、Pd-Ptナノ結晶はコア部の立方体型Pdとは異なる水素吸蔵特性を持つことが明らかとなり、その中でも、立方体型Pdに比べ水素吸蔵速度が格段に速いことがわかった。この結果は、Ptの被覆に伴い効率的に水素分子を原子状に解離する能力がエンハンスされていることを示しており、実用化する際に問題となっている遅い水素吸蔵レスポンスに関してPtを薄く被覆するだけで解消できることを示唆している。このような結果から、今後の高機能性ナノ触媒の創製指針を得ることができた。平成23年度では常温・常圧で多量の水素を吸蔵するPdのナノ結晶に着目し、結晶面が水素吸蔵特性に及ぼす影響について検討した。保護剤としてPVPを用い、Pd塩をアスコルビン酸およびクエン酸で還元することで、立方体と八面体の形状を有するPdナノクリスタルをそれぞれ作製した。透過型電子顕微鏡(TEM)観察によって、得られたPdナノ結晶の粒径および形状を調べた。水素が吸蔵された際の格子の膨張について調べるため、水素圧力下での粉末X線回折(XRD)測定を行った。さらに、水素圧力-組成等温(PCT)曲線測定および水素吸蔵速度測定を調べた。TEM写真から、立方体型および八面体型Pdナノクリスタルの平均粒径はそれぞれ12.1 ±3.1 nm、11.8 ±1.9 nmであった。また、格子面間隔から立方体型は(100)面、八面体型は(111)面が表面に露出していることがわかった。PCT曲線測定からPdナノ結晶は形状に関係なく水素吸蔵能を有することがわかった。Pdナノ結晶の粉末XRDパターンから、立方体、八面体の両方でfccの構造を有しており、水素圧力による回折ピークの低角度側へのシフトが観測されたことから、水素吸蔵に伴い格子が膨張していることがわかった。興味深いことに、同じ時間間隔で測定を行ったにも拘らず、八面体では回折ピークが完全にシフトしているのに対して、立方体では2成分のピークが存在していることがわかった。そこで、水素吸蔵速度を検討するため、水素圧の時間変化測定を行った結果、111面を結晶面として持つ八面体は100面を結晶面として持つ立方体型より水素吸蔵速度が速いことが明らかとなった。これらの結果により、111面を有する結晶面では100面に比べ、効率的に水素分子を原子状に解離する能力が高いことが示唆され、今後の高機能性ナノ触媒の創製指針を得ることができた。111面を有する結晶面では100面に比べ、効率的に水素分子を原子状に解離する能力が高いことを見出した。形状に伴う水素吸蔵特性を初めて明らかにすることで、今後の高機能性ナノ触媒の創製指針を得ることができた。今後は形状制御された合金ナノ結晶を合成し、対水素反応性や触媒評価を行うことにより、高機能性を有する合金ナノ結晶を創製する。1.ナノ粒子の合成を行うために必要な試薬・器具として使用する。2.対水素機能性評価実験に必要な器具に使用する。3.得られた成果を発表するための学会費等に使用する。
高炭水化物食が運動に伴う免疫能低下と自発運動量におよぼす影響

習慣的な食餌の違いが,疲労困憊運動後のLipopolysaccharide (LPS)投与後の自発運動量におよぼす影響について検討を行った.F344系雌ラットは個別ケージで飼育し,予備飼育中,小動物用トレッドミルを用いて走行学習(15%傾斜,速度15m/分,15分間)を行った.予備飼育後,高炭水化物食(CHO)+LPS投与群,CHO+PBS投与群,標準食(NOR)+LPS投与群,NOR+PBS投与群の4群に分け,回転ケージ内で飼育し,1週間食餌介入を行った.CHO群の摂餌量はNOR群と等しくなるよう調節した.食餌中の炭水化物が重量あたりのエネルギー量に占める割合は,CHOは85%,NORは75.6%であった.食餌介入1週間後,全てのラットは,小動物用トレッドミルを用いて,15%傾斜,速度漸増法にて疲労困憊に達するまで走行運動を実施した.運動終了直後,麻酔下にてLPS(1mg/kg)あるいはPBSを腸骨静脈より投与した.その後10日間回転ケージ内で飼育し,この間いずれの群も標準食を自由摂取させた.その結果,回転ケージ飼育開始より自発活動量は増加した.その増加パターンに食餌の違いはみられなかった.疲労困憊運動後の自発運動量が運動前と同等の運動量になるまでの回復パターンについて,LPS投与群はPBS群と比較して回復が遅れる傾向がみられたが,有意ではなかった.また,この回復パターンは疲労困憊運動前の食餌の違いに影響されることはなかった.これは,疲労困憊運動後のLPS投与によるTNF-α産生能は食餌の違いにかかわらず同様に抑制されたことや,疲労困憊運動後の血漿コルチコステロン濃度にNOR群とCHO群間の有意な差は見られなかったことが影響していると考えられる.以上のことから,疲労困憊運動前1週間の高炭水化物食摂取は,LPS投与後の自発運動量には影響しないことが示唆された.Fischer344系雌ラット(7適齢,n=24)は,高炭水化物食+運動(CHO+Ex)群,高炭水化物食+安静(CHO+R)群,標準食+運動(CON+Ex)群,標準食+安静(CON+R)群に分け,一週間食餌の介入を行った.介入中の摂餌量は等しくなるよう,CON+R群の摂餌量をもとに調整した.実験当日CHO+Ex群とCON+Ex群にはトレッドミル走を適度漸増法にて疲労困憊に達するまで負荷し,CHO+R群とCON+R群は安静を保持し,負荷終了後麻酔下を羊て腸骨静脈よりLPS (1mg/kg体重)を投与した.採血は負荷終了直後とLPS投与1時間後に行い,血漿コルチコステロン,TNF-α,グルコース濃度の測定を行った.急性運動前・中の炭水化物投与は,運動後の免疫能低下を抑制することが報告されていることから,習慣的な高炭水化物食摂取が,疲労困憊運動後のLPS投与によるTNF-α産生抑制を軽減する可能性が考えられた.しかしながら,一週間の高炭水化物食摂取の影響は観察されず,標準食と同様,疲労困憊運動により血漿コルチコステロン濃度は増加し,運動後のLPS投与によるTNF-α産生は抑制された.血漿グルコース濃度は一週間の高炭水化物食摂取により増加したが,疲労困憊運動後のグルコース濃度には影響しなかった.また,疲労困憊に達するまでの運動時間においても,食餌組成の差違は観察されなかった.以上のことから,習慣的な高炭水化物食摂取は安静空腹時の血漿グルコース濃度を増加させるが,運動時間の延長や疲労困憊運動後のLPS投与によるTNF-α産生抑制には影響しないことが明かとなった.習慣的な食餌の違いが,疲労困憊運動後のLipopolysaccharide (LPS)投与後の自発運動量におよぼす影響について検討を行った.F344系雌ラットは個別ケージで飼育し,予備飼育中,小動物用トレッドミルを用いて走行学習(15%傾斜,速度15m/分,15分間)を行った.予備飼育後,高炭水化物食(CHO)+LPS投与群,CHO+PBS投与群,標準食(NOR)+LPS投与群,NOR+PBS投与群の4群に分け,回転ケージ内で飼育し,1週間食餌介入を行った.CHO群の摂餌量はNOR群と等しくなるよう調節した.食餌中の炭水化物が重量あたりのエネルギー量に占める割合は,CHOは85%,NORは75.6%であった.食餌介入1週間後,全てのラットは,小動物用トレッドミルを用いて,15%傾斜,速度漸増法にて疲労困憊に達するまで走行運動を実施した.運動終了直後,麻酔下にてLPS(1mg/kg)あるいはPBSを腸骨静脈より投与した.その後10日間回転ケージ内で飼育し,この間いずれの群も標準食を自由摂取させた.その結果,回転ケージ飼育開始より自発活動量は増加した.その増加パターンに食餌の違いはみられなかった.疲労困憊運動後の自発運動量が運動前と同等の運動量になるまでの回復パターンについて,LPS投与群はPBS群と比較して回復が遅れる傾向がみられたが,有意ではなかった.また,この回復パターンは疲労困憊運動前の食餌の違いに影響されることはなかった.

これは,疲労困憊運動後のLPS投与によるTNF-α産生能は食餌の違いにかかわらず同様に抑制されたことや,疲労困憊運動後の血漿コルチコステロン濃度にNOR群とCHO群間の有意な差は見られなかったことが影響していると考えられる.以上のことから,疲労困憊運動前1週間の高炭水化物食摂取は,LPS投与後の自発運動量には影響しないことが示唆された.
HIV-IVpr蛋白と相互作用する細胞内因子の同定

HIV-1vpr遺伝子産物のG2期arrest、アポトーシス、核移行、さらには細胞内因子との相互作用に関与するドメインを同定すると同時に、Vpr蛋白と特異的に相互作用する細胞内蛋白の単離を試みた。1.強いアポトーシス活性を持つVpr蛋白のC末端欠失変異体の解析G2期arrest能を完全に消失しているが、G1期arrest能と強いアポトーシス活性を獲得したVpr蛋白のC末端欠失変異体を見いだし、G2期arrestとアポトーシスは異なる経路で発揮される可能性を示した。同様に、野生型VprもG2期arrestとは異なる機序によるアポトーシス誘導能を有する事を明らかにした。これら一連の成果は細胞内に発現させたVpr蛋白が細胞をG2期arrestとは異なる経路でアポトーシス出来るという最初の報告である。野生型Vprと同様の発現能、核膜・核への局在能を保持しているが細胞増殖抑制能を完全に消失している、Vpr17-81変異体をbaitとして、yeast two-hybrid法を行った。UNG、HHR23Aを含む5種類の既知の蛋白質と、6種類の未知の蛋白質をコードする遺伝子が同定された。この中で、HHR23Aについては、C末端側UBAドメインがVprとの結合に重要である事、さらに、この結合にはVprの二つのa-Helixドメイン内の33位のHis、67位のLeu及び74位のIleの各アミノ酸が重要であることを証明した。現在、その他のクローンについても解析を進めている。3.Vpr蛋白とImportin a,bとの相互作用の解析Vpr蛋白の核局在化には、核移行シグナルとして機能しうる2つのa-helixドメインが共に重要であることを明らかにした。In vitro translationで作製した野性型および変異型Vpr蛋白を用いてpull-downassayを行った結果、GST融合型Importin a及びbはVpr蛋白の2つ目のa-helixドメインと相互作用している事が示された。さらに、Digitonin処理をしたHeLA細胞を用いたNuclear import assayにより、Vprの2つ目のa-helixドメインは核内への移行に、1つ目のa-helixドメインは核膜局在に重要であることを明らかにした。
母児相互作用の客観的評価の確立と発達的変化‐母乳育児中の脳酸素代謝を指標として

携帯型近赤外光組織酸素モニター装置を用いて、乳児とその母親の前頭部の脳血流状態の変化を同時測定した。測定結果におけいてその同期性について着目し、母子相互作用に関与する神経相関を明らかにすることを目的とした。実際に測定できたのは、研究参加の同意が得られ、妊娠分娩歴とその後の乳児に身体異常を認めなかった完全母乳中の乳児とその母親、5組。乳児と母親のそれぞれの前頭部に、サイズを合わせたプローブを左右にセットし同時に測定した。測定開始はまず、乳児をベッドに寝かせ、母親はベッドサイドに座り、その間にパテーションを置き、お互いが目視的に確認をできない状態から始めた。5分程度のその状態から、次に母親が乳児のそばに行き、乳児に対して声を掛けたり、触ったり、抱っこする、いわゆるあやす状態で測定を続けた。さらに母親が乳児を抱っこする状態でもその測定を続けた。そして、授乳の状況でもその測定を続けた。今年度は、複数のアナログデータを同じタイミングで記録することのできるPowerLabシステムを導入した。測定データは0.01秒ごとに取得し、エクセルへ移行している。乳児も母親も体動があるため、ノイズも多い。ExpSpecctrumを用いてのドリフト除去の依頼を行っているところである。データをグラフ化し確認したところ、母親は全体的に変化は多くない。乳児は、母親が確認できない状態では、データの変化(振幅、周期)が大きく、またその変化は不規則。授乳中は変化に関して一定のリズムが確認できた。研究施設の改修工事が今年度まで続いたため、測定に適切な場所の確保が難しかったこと。また、研究代表者の本研究に対するエフォートは計画当初30%であったが、その確保について、職務上および私的(家族内での要介護者)な理由から困難が生じている。また、測定機器である、携帯型近赤外光組織酸素モニター装置のコンピュータへの同期不具合が生じ、測定が失敗に終わることも何度かあった。研究施設の改修工事は平成30年度で終了した。測定およびデータ整理のための研究補助者を雇用して、測定の補助を得ることとし、データ収集の機会を増やす。また、プローブの頭部への固定器具および、そこから延びるワイヤーの対象者への固定を再検討して、ノイズの減少およびコンピュータへの確実なデータ移行ができるように対策する。携帯型近赤外光組織酸素モニタ装置を用いて、児と母親の前頭部循環を測定し、児と母親の同期性の視点で検討し、母子相互作用に関与する神経相関を明らかにすることを目的とした。研究参加の同意が得られ、妊娠分娩歴とその後の児に身体異常を認めなかった離乳食開始前の児とその母親、21組を対象とした。児と母親の各左右前頭部に2chNIRSプローベを装着し同時に測定した。測定は以下の3パターン。1母子分離(母児の間にパテーションを置き、顔は見えないが声は聞こえる)2ケアリング(タッチングや近くで声かけ、抱っこなど)3授乳。ExpSpectrumを用いてドリフト除去を行い、統計解析はSPSSを用いて時に対して母親のデータ時間を移動することによって母子の相関(交差相関)を検討した。その結果、分離中、ケアリング、授乳中の順で母児の前頭皮質oxyHb濃度の変化は少なくなった。母子ペアについて、交差相関係数が最大となるタイムラグを検討した結果、位相時間2.3秒を中心とした正規分布を示した。交差相関係数が最大となる状態別タイムラグはケアリング中でばらつきが大きかったのに対して、授乳中ではそれに比べてばらつきが小さい傾向にあった。交差相関をそれぞれの母児の状態別で検討したところ、ケアリング中に比べて授乳中で強い正の相関・強い負の相関がみられる母児ペアが多い傾向であった。声掛けやタッチングをするのみのケアリング中より、しっかりと肌の触れあう授乳中は、児と母親の時間軸をずらした交差相関について、負の相関や正の相関どちらにおいても強い傾向にあり、授乳は母児の脳循環に強く相互作用を期している可能性がある。当初予定していた、研究分担者が異動のため、研究分担できなくなり、データ収集が遅延している。今年度も引き続き、データ収集を行った。それは、携帯型近赤外光組織酸素モニター装置を用いて、乳児と母親の前頭部にプローブを設置し脳血流の状態を測定した。測定は、母子分離状態(乳児は、小児用ベッドに仰臥位とし、母親はパテーションで仕切られたベッドサイドで椅坐位・・・児の視界に母が入らない)、ケアリング(母親が乳児をあやしたり、おむつを替えたりする)、母乳授乳(児の欲求に応じて、普段通りの方法で授乳)の3つの状況で行った。現在のところ、18組の母子よりデータ収集ができたが、データには体動によるノイズも多く、ExpSpectrumを用いてドリフト除去を行っている最中である。一方、データを単純な図に起こしたところ、乳児は母子分離状態において、振幅も周期も変動が高い状態が確認された。授乳中は、振幅および周期の変動が少ない状態が確認できた。母親は、図での確認では、状況による差は認めなかった。データには体動によるノイズが多く、解析対象とするデータの取り込みと、そのドリフト除去に予想以上に時間がかかっている。

本研究は、母乳育児による母子相互作用を形成するメカニズムを解明し、母子相互作用の客観的指標の確立を目指して、母親とその児の前頭皮質の活動性の変化を同時に測定することにより、両者の反応を把握し、月齢や栄養方法(母乳・人工乳)による児の変化、母親自身の変化および児と母親の同期性(母子相互作用)の視点で分析し、母子相互作用に関与する神経相関を明らかにすることが目的である。今年度は、母乳栄養育児中の母子に非侵襲的に組織の酸素代謝・血液量の測定が可能な近赤外線分光法による2チャンネルの携帯型近赤外線組織酸素モニタ装置を用いて、脳血流の測定を行った。しかし、小型無線センサ特有の測定機器上の限界や脳血流測定機器(NIRS)の一部破損が生じ、より安定したデータ測定が可能な機器が必要であることが判明した。より適した器材を再度検討し、変更もしくは新たに準備した。また、複数のアナログデータを同じタイミングで記録する重要性も判明したため、PowerLabシステムを導入した。現在、それらの機器を用いてテスト測定を行っている段階である。研究施設が改修工事に入ったため、測定に適切な場所の確保が困難であった。また、当初、本研究に予定していた研究代表者のエフォートは30%であったが、その確保が困難な状況が続いており、研究推進に困難な状況が続いている。また、小型無線センサ特有の測定機器上の限界や脳血流測定機器(NIRS)の一部破損が生じ、より安定したデータ測定が可能な機器が必要であることが判明したため、機器の選定や、テストなどが必要となり、実際の測定が進んでいない。携帯型近赤外光組織酸素モニター装置を用いて、乳児とその母親の前頭部の脳血流状態の変化を同時測定した。測定結果におけいてその同期性について着目し、母子相互作用に関与する神経相関を明らかにすることを目的とした。実際に測定できたのは、研究参加の同意が得られ、妊娠分娩歴とその後の乳児に身体異常を認めなかった完全母乳中の乳児とその母親、5組。乳児と母親のそれぞれの前頭部に、サイズを合わせたプローブを左右にセットし同時に測定した。測定開始はまず、乳児をベッドに寝かせ、母親はベッドサイドに座り、その間にパテーションを置き、お互いが目視的に確認をできない状態から始めた。5分程度のその状態から、次に母親が乳児のそばに行き、乳児に対して声を掛けたり、触ったり、抱っこする、いわゆるあやす状態で測定を続けた。さらに母親が乳児を抱っこする状態でもその測定を続けた。そして、授乳の状況でもその測定を続けた。今年度は、複数のアナログデータを同じタイミングで記録することのできるPowerLabシステムを導入した。測定データは0.01秒ごとに取得し、エクセルへ移行している。乳児も母親も体動があるため、ノイズも多い。ExpSpecctrumを用いてのドリフト除去の依頼を行っているところである。データをグラフ化し確認したところ、母親は全体的に変化は多くない。乳児は、母親が確認できない状態では、データの変化(振幅、周期)が大きく、またその変化は不規則。授乳中は変化に関して一定のリズムが確認できた。研究施設の改修工事が今年度まで続いたため、測定に適切な場所の確保が難しかったこと。また、研究代表者の本研究に対するエフォートは計画当初30%であったが、その確保について、職務上および私的(家族内での要介護者)な理由から困難が生じている。
北東アジア地域における遠隔教育の制度的設計および教育開発に関する研究

本研究は、北東アジア地域における遠隔教育に関する制度を明らかにした。なかでも、中国と韓国における教育制度と技術動向に重点を置き研究を進め、それぞれの国の高等教育の動向と遠隔教育を導入する経緯について明らかにした。とくに韓国においては、情報通信技術と教育コンテンツの高度化が、進展しており、一方、中国では、技術はそれほど進展していないものの、国家主導によりその規模は拡張している。平成22年度においては、本研究の基盤的情報の収集と分析、ソフトウェアや情報分析ツールの整備、および調査とそのレビューを中心的に展開した。まず、日本を含む北東アジア地域の高等教育事情に関する文献の収集とその分析を行い、本研究の方向性と調査ポイントを明確にした。本研究は、国際的なスキル、とくに同地域の言語力を必要とするため、本学に在籍する大学院生(韓国籍)を雇用し、文献の翻訳や後述する韓国大学の訪問の際、通訳など研究補助として雇用した。情報分析の結果、具体的な調査活動として計画書に記したように、本学の協定大学である江原大学校(韓国・江原道)が適当でると判断し、9月に現地調査を行い、同大学の遠隔教育施設の視察や技術者に対するインタビューを実施した。くわえて、国際戦略担当部長に対するインタビューも実施し、韓国の大学が国を挙げて、国際競争力を高めるため、高度人材育成に努めている点を確認した。これらの知見は日本の高等教育政策に多大な影響を及ぼすと推察できる。一連の調査の結果、韓国の一般的高等教育機関における遠隔教育の技術動向や高等教育政策との関連性などが判明し、予定通りの成果を達成することができた。中国政府は、教育情報化を経済発展と社会情報化の重要部分と位置づけてきており、国の投資によって1980年代から様々な情報化プロジェクトを実施してきた。代表的なプロジェクトを挙げると以下のようになる。(1)教育管理情報システム整備(2)教育情報管理情報システムの整備(3)中国教育科学技術計算網(CERNET)(4)教育機関向けインターネット基幹システム整備(5)全国小中学校情報技術教育プロジェクト(6)小中学校情報化整備(7)西部大学計算機ネットワーク整備(8)陜西省、甘粛省及び新疆自治区など西部の大学の情報を統括するネットワーク整備(9)農村小中学校近代化遠距離教育プロジェクト(10)農村部の中小学生の教育を強化するための遠隔教育プロジェクト(11)中国教育科技グリッド(12)中国教育科学技術計算網上のグリッドコンピューティング整備これらの政府プロジェクトの実施により、中国では教育情報化産業の規模が拡大してきており、その質的向上も進んできている。上でも述べた中国教育科学技術計算網は、全国31省・自治区の200都市以上を網羅しており、3,000万人以上の学生と教職員がこれを利用している。また、次世帯インターネット技術を適用したCERNET2も2006年から利用され、ネットワーク整備と教育情報化は確実に進行している。このような教育機関向けネットワーク整備の結果を受けて、現時点で、都市部では全ての小中学校がインターネットを利用することができるようになった。目下教育機関のインフラ整備の中心は、農村地域など、周辺地域に移っているが、これらの地域においても教育機関に関しては、一般住宅や企業よりも基幹的情報整備は進展している。韓国においては、2000年以降、法整備の後押しもあり、サイバー大学の設立が相次ぎ、問題も起こった。まず、大学乱立により大学経営の問題である。日本と同じく、都市部と地方の大学における格差、つまり学生の人気が都市部の大学に集まり、一方、地方の大学には学生が集まらず、供給の均衡が崩れた。サイバー大学は、ソウル圏を中心とする都市部に集中し、地方におけるサイバー大学の数が減少した。いずれにしろ、情報技術の発展と経済動向の影響でサイバー大学は厳しい競争にさらされている。サイバー大学の課題は、安定的な収入による良好な経営基盤の確立である。依然として韓国内の経済不況は改善されず、サイバー大学は、入学・登録率、再登録率の確保に躍起となっている。大学設置に関しては、規制があり、そのなかでも学生定員は規制されており、したがって、経営のために過剰な学生数を確保するわけにはいかない。これは、当然ながら、教育の質の低下に対する懸念である。これに関連して、専任教員の確保も課されており、学生200に対して専任教員1が原則となっている。また、必要な施設も確保する必要がある。たとえ、サイバー大学であっても、学生のサークル活動などオフラインでの集まりにかかわる場所の確保も必要である。さらに、通常の大学との単位互換やキャンパス施設(図書館、実験実習室)の利用を保証した協定も必要である。韓国においては、サイバー大学の出現は10年程度であるため、歴史も浅く、発展途上である。今後の課題として、まず法制度の整備が必要である。大学院レベルのサイバー大学院の開設とその規制基準の確立、生涯教育法による管理も必要である、つまり正規大学は高等教育法による管理と財政支援があるが、サイバー大学に対しては未整備である。くわえて、適正な授業料の設定や定員規制、教育の質の保証や効率化のための遠隔教育システム・コンテンツの標準化等である。

本研究に関する有益な国際学会に参加できたこと及び本年度の研究課題に関する有益な書籍、情報等を入手できたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。地域研究におけるモンゴル地域及び極東ロシア地域では、インフラ整備や制度の問題によって、本研究の対象として適当でないことが資料分析の結果明らかとなったので、対象を韓国、中国に重点を置き、研究を執行する。平成24年度は最終年度にあたるため研究のまとめも視野にいれながら進行する。
電磁界における三次元境界値問題の一解析

波動に関する三次元境界値問題の一例として、コーナー、リフレクタ、アンテナの解析解を求めることを目標として、本研究を行った。研究の内容は次の二つから成る。(1)楔状方形反射板をもつ点音源からの放射界簡単のため、寸法d×2hの方形剛体板2枚を開き角2ψ_1で楔状に配置し、その前面に点音源をおいた放射系を次の手順で定式化し、Wiener-Hopf方程式を得た。(イ)先づ、反射板が無限に長いとき(h→∞)の界Ψ^∞について、領域ρ>d、ρ<dでそれぞれモード展開を行い、ρ=dの連続条件で無限連立方程式を導き、未知展開係数をその解として決定する。(ロ)次に、1Z1>hの板を除去したため要する補正界ψ^sを計算するため全空間を5つの領域〔ρ>dとρ<dは1Z1>hの自由空間と2つの楔状領域〕にわけ、ρ<dではZ=±hにおける界分布を所期値とするモード展開表示を行う。この際、ρ<d、1Z1>hではΨ^∞とΨ^sの板上における不連続量を相殺するよう定式化する。この表現には"未知であるが、解析的性質は明らかな境界値(ρ=d)が含まれている。(ハ)ρ=dで連続条件を課して連立Wiener-Hopf方程式を導出した。この方法では、Z=±hの界を、それぞれ1Z1>hに対しては区間〔一π、π〕で、1Z1<hに対しては区間〔-ψ_1、ψ_1〕及び〔ψ_1、2π-ψ_1〕で展開するため、結果の方程式が面倒になるのは避けられない。結果の数値解析と電磁波の解析とは残念ながら、今後の問題として残された。(2)無限長コーナー、リフレクタ、アンテナの放射界h→∞の場合、点磁流源に対する放射界をあん部点法で計算し、種々の開き角に対して数値解析を行った。二次元コーナー、リフレクタ、アンテナではあるが、結果の放射界分布は実際のアンテナのそれとかなりの精度で一致するものと思われる。
新規ヌクレオシド含有ポリアセチレンの精密合成と選択的ポリヌクレオチド検出への応用

本年は昨年の研究成果を存分に活用し、引き続きDNAセンサーの開発を行った。昨年の経過より、DNAやRNAがポリアニオンであることに着目した分子設計を試みた。具体的には、ポリフェニルアセチレンの側鎖にアニオンレセプターとして働くスルホンアミド基の導入を行った。その結果、得られたポリアセチレン類にアニオンセンシング能を付与できることが分かった(PPA-Sulfonamide)。また、側鎖官能団に電気吸引性基を導入することで、ポリマーのアニオンセンシング能を自在に調節可能であった。重要なことに、強力な電気吸引性基であるp-ニトロフェニル基を用いることで、DNAの構成要素であるリン酸アニオンを目視により判別可能であった。さらに、得られたポリマーの水/ジメチルホルムアミド(DMF)混合溶液に、ゲストアニオンを添加することで、ポリマー溶液の明らかな色調変化が観測された。この結果は、現在でも困難を極める、水中におけるアニオンセンシングを達成した点で意義深い。従って、以上の結果より、ポリフェニルアセチレンを応答部位として用いるDNAセンサーの実現に向けた礎を築けたと考えている。本年は側鎖にヌクレオシド類を有するポリマーの合成を行った。具体的には側鎖にウリジンを有するフェニルアセチレンモノマーの合成ならびに、その重合を行った。ロジウム触媒を用いた重合により、対応するポリフェニルアセチレン誘導体の合成に成功した。また、得られたポリマーの物性をNMRおよびSEC測定により同定した。さらに、ポリマー主鎖の立体構造を調査するため、円二色性(CD)測定を行った。その結果、側鎖のキラリティーにより、主鎖が一方向巻きのらせん構造を有していることが分かった。しかしながら、得られたポリマーは極性有機溶媒(ジメチルホルムアミド、ジメチルスルポキシド、ヘキサフルオロイソプロパノール)のみに溶解性を示したことから、本分子設計では水を溶媒とした研究展開が不可能であると判断した。以上の背景から、DNAやRNAがポリアニオンであることに着目した分子設計を試みた。具体的には、ポリフェニルアセチレンの側鎖にアニオンレセプターとして働くウレア基を介し、二種の糖類を導入した。その結果、二糖であるセロビオースを導入することで、ポリアセチレンに水溶性を付与できることが分かった。さらに、得られたポリマーの水溶液に、DNAを添加することで、ポリマー主鎖に由来するキラリティーが変化することを見いだした。その結果、二糖であるセロビオースを導入することで、ポリアセチレンに水溶性を付与できることが分かった(PPA-Urea-Cell)。さらに実験条件を詳細に検討することで、リン酸アニオンに対するポリマー溶液の色調変化が観測された。具体的には、ジメチルスルホキシド中、リン酸アニオンの添加に伴い、PPA-Urea-Cell溶液の色が黄色から赤色へと劇的に変化した。この結果より、PPA-Urea-Cellがリン酸アニオン認識の情報を色調変化として出力可能であることが判明した。
大規模機器配管系の確率論に基づく耐震設計技術の構築に関する研究

大規模機器配管系が地震を受けるときのモデル化及び地震応答解析を行い,巨大地震動に対する確率的な耐震設計法についての基礎的な検討を行った.まず複数の地震波を受けるときの応答,ガタ支持の時の応答について調べた.さらに,応答計算の精度を落とさない,構造物の低次元化についても検討した.地震時のリスク評価指標を提案し,被害を減らすための支持方法について検討した阪神大震災や東日本大震災などの大きな地震が多発している日本では,化学プラントや原子力発電所のような重要な大規模な施設においてそのような地震を受けると大きな被害が予想される.このことから本研究課題においては大規模機器配管系に注目し,今後発生しうる未知の巨大地震動に対して,確率的な耐震設計技術の構築について検討を行った.特に平成25年度は,(1)多点入力地震に対する検討,(2)大規模構造物における構造パラメータのばらつきに関する検討を中心に検討を行った.(1)については機器配管系や地盤のモデル化を行い,2点入力の場合を中心に配管系のモデル化を行い,地震応答解析を行った.2入力の場合,2か所の支持点から異なった入力を受けるため,1入力の場合に比べ,配管系の応答挙動が異なることが分かった.多入力時は入力の状態によっては1入力の場合より配管の変位や応力が大きくなり,配管がより危険な状態になることなどが分かり,大規模配管系のための基礎的知見が得られた.(2)については,配管の密度,剛性などの変化や弾塑性サポートの剛性の変化に対し応答がどのように変わるかについて検討した.サポートについては第1剛性よりも第2剛性の影響が大きいなどの知見が得られた.阪神大震災や東日本大震災などの大きな地震が多発している日本では,化学プラントや原子力発電所のような重要な大規模な施設においてそのような地震を受けると大きな被害が予想される.このことから本申請においては大規模機器配管系に注目し,今後発生しうる未知の巨大地震動に対して,確率的な耐震設計技術の構築について検討を行った.特に平成26年度は,(3)耐震設計におけるガタ支持の影響の検討を中心に行った.ガタを有する2つの弾塑性サポートで支持された先端に錘を持つL字型配管系の解析モデルを作成した.そのモデルに対しランダム波を入力し,地震応答解析を行った.確率的な耐震性の信頼性指標として,応力をもとにした配管系自身の動的信頼性,弾塑性サポートのエネルギー吸収の最大化,サポート間のエネルギー吸収量のバランス化を指標として用いた.これらの指標とサポート配置,サポート容量,ガタの大きさなどの関係を調べた.サポート位置については,ガタがない場合は,自由端側のサポートを錘に近い節点に取り付けた場合に配管の動的信頼性は向上する,2つのサポートの取り付け位置を近接させた場合に吸収エネルギーの差が小さくなり,エネルギーの吸収割合が均一化する,さらに,2つのサポートをともに錘に近い節点に取り付けた場合にエネルギーの吸収割合が向上する,などの結果が得られた.ガタについては,固定端側に近いサポートのみでガタを設けた場合は,ガタが大きくなると動的信頼性が向上し,エネルギー吸収割合が低下する,吸収エネルギーの差はサポート位置の組み合わせによって大きくなったり小さくなったりする,などの結果が得られた.また2つのサポート共にガタを設けた場合,ガタが大きくなると配管の動的信頼性は低下し,エネルギー吸収割合も低下し,吸収エネルギーの差が小さくなることなどガタの状態把握の重要性が分かった.阪神大震災や東日本大震災のような大きな地震が発生している日本では,化学プラントや原子力発電所のような重要な大規模な施設においてそのような地震を受けると大きな被害が予想される.このことから本申請においては大規模機器配管系に注目し,今後も派生しうる未知の巨大地震動に対して,確率的に耐震設計技術の構築について検討を行った.特に平成27年度は(4)リスク評価の指標の提案,(5)大規模構造物の耐震設計における低次元化の検討を中心に行った.(4)については機器配管系の損傷の割合,支持構造体のエネルギー吸収率,支持構造体の損傷の割合,複数の支持構造物を用いた場合の支持構造体のエネルギー吸収率の均等化やそれらの組み合わせなどをリスク評価の指標として検討を始めた.配管系に模擬地震波を入力する計算を複数回行い,配管系ならびに支持構造体の応答挙動を調べて,これら指標の値を探った.これらの中では,機器配管系の損傷の割合が一番重要な指標となりそうといえる.また,これらを組み合わせることで総合的なリスク評価ができそうであるといえる.(5)については振動モードの低次元化のために,自動的に重要な振動モードが抽出できるような選択手法を導入した.この手法に基づき重要なモードを抜き出すことを検討した.従来の,重要な振動モードを試行錯誤的に選びだす方法に比べ,重要なモードを簡便に選ぶことができる.さらに,この方法では計算精度もなるべく保持するようになっている.これにより,精度をある程度保持したままで大規模構造物の低次元化されたモデルを作る可能性が示された.研究を進めるにつれ,リスク評価の指標の提案についてはもう少しいろいろ検討が必要となったため.また学会の運営委員に選出され,周年行事担当になり,その業務で時間を取られたため.阪神大震災や東日本大震災のような大きな地震が発生している日本では,化学プラントや原子力プラントのような重要な大規模な施設においてそのような地震を受けると大きな被害が予測される.このことから本申請においては大規模機器配管系に注目し,今後も発生しうる未知の巨大地震動に対して,確率的な耐震設計技術の構築について検討を行った.特に平成28年度はH27年度に引き続き(4)リスク評価の指標の提案,

(5)大規模構造物の耐震設計における低次元化の検討を主に行った.(4)については機器配管系の損傷の割合,支持構造体のエネルギー吸収率,支持構造体の損傷の割合,複数支持構造体を用いた場合の支持構造物のエネルギー均等化やそれらの組み合わせなどをリスク評価の指標として検討を行った.配管系に模擬地震波として白色雑音を入力する計算を複数回行い,配管系ならびに支持構造体の応答挙動や支持構造物のエネルギー吸収量などを計算し,これらの指標の値を調べた.これらの中では,機器配管系の損傷の割合が一番重要な指標となることが分かった.また,これらを組み合わせることで複数の指標を考慮した総合的なリスク評価ができることが分かった.(5)については振動モードの低次元化のために,スパース推定の理論に基づくモード選択手法を導入した.この手法に基づき,計算精度をある程度保ったまま,重要なモードを抜き出すことができた.このことから精度を保持しつつ大規模構造物の低次元化を図る基礎的な検討ができた.大規模機器配管系が地震を受けるときのモデル化及び地震応答解析を行い,巨大地震動に対する確率的な耐震設計法についての基礎的な検討を行った.まず複数の地震波を受けるときの応答,ガタ支持の時の応答について調べた.さらに,応答計算の精度を落とさない,構造物の低次元化についても検討した.地震時のリスク評価指標を提案し,被害を減らすための支持方法について検討した研究実績の概要に示したように,今年度の予定であった,(3)耐震設計におけるガタ支持の影響の検討について,概ね調べることが出来たため,おおむね計画通りに順調に進んでいるといえる.27年度に十分には行えなかったリスク評価の指標の提案についてもう少し検討を重ね,リスク評価指標となる候補を上げ,それらの有用性,複合効果などについて検討を行う.研究のとりまとめを行う.これまでに加え,研究代表者,研究分担者,補助の大学院生がより密に連絡を取り合いながら多面的に検討を進めることで研究が推進されると考えられる.研究成果を広く普及するために,企業の方を対象に,大阪府立大学第103回テクノラボツアー(平成28年11月22日)で「機械力学における研究開発とシミュレーション」を講演し,その中で研究成果を一部紹介した.同第105回テクノラボツアー(平成29年3月3日)で「動的信頼性に基づいた機器・配管系の耐震設計法」を講演し,研究成果を一部紹介した.機械力学・制御今年度の研究により,耐震設計におけるガタ支持の影響の検討が概ね行えた.これを受け,来年度は,リスク評価の指標の提案,大規模構造物の耐震設計における低次元化の検討について研究を進めていきたい.具体的にはこれまでの評価指標を参考に健全性,支持構造体の稼働率やそれらの複合効果の検討,大規模構造物のモード解析などによる低次元化モデルの作成などを行っていく.これまで通り,研究代表者,研究分担者,補助の学生が密に連絡を取り合いながら,多面的な検討をすすめることで,研究が推進されると考える.研究実績の概要に示したように,今年度の予定であった,(1)多点入力地震に対する検討,
単結晶試料を用いたアルミニウム合金の曲げ加工性改善のための基礎研究

曲げ加工性改善のための基礎的情報を得るために、純アルミニウム(Al)およびアルミニウム-マグネシウム(Al-Mg)合金の単結晶試料を対象に曲げ加工を行い、結晶方位が及ぼす曲げ加工性への影響を実験的に調べた。曲げ加工用試料は純AlおよびAl-3mass%Mg合金の単結晶であり、Bridgman法により作製を行った。幅50mm×厚さ5mm×長さ150mmの純Al板材の先端を尖らせ、単結晶を作製した。Al-3mass%Mg合金については純Alと同じ大きさでの作製が難しく、幅30mm×厚さ5mm×長さ50mmとした。作製した単結晶の一部を切り出し、機械研磨と電解研磨を施した後、SEM-EBSDにより結晶方位測定を行った。任意の結晶方位を切り出すため、方位解析によって切り出し角度を決定した。試料の切り出しは放電加工機を利用し行った。試料のサイズは幅5mm、厚さ1.5mm、長さ15mmとした。放電加工で切り出した試料は電気炉で焼鈍を施し、ひずみを除去した。試料の曲げ表面には機械研磨と電解研磨を施し、曲げ試験実施前に再度結晶方位測定に供した。Vブロック法より90°曲げ試験を行った。曲げ試験のクロスヘッドスピードは5m/minで、曲げ加工後の表面を実体顕微鏡により観察を行った。表面観察の結果、初期方位が{001}〈100〉(Cube方位)、{011}〈100〉(Goss方位)、{011}〈2-11〉(Brass方位)の場合、純Al、Al-3mass%Mg合金いずれも曲げ加工性がよい順にCube方位、Goss方位、Brass方位となった。曲げ表面が単純な引張による平面ひずみ変形と考えると、すべり面とすべり方向の対称性がよいこと、すべり方向が引張方向の大円上にあること、その両者を備えているCube方位が曲げ加工に有利であることが示唆される。
新規てんかんモデル「エタクリン酸誘発けいれん」の解析

我々は,マウスにエタクリン酸(EA)の脳室内投与を行い,反復性間代性強直性痙攣が誘発されることを見いだしている。本研究では,この痙攣性神経興奮に付随しておこる遺伝子転写の変化を明らかにするため,興奮-転写変化の連関に深く関わっていると考えられる最初期遺伝子c-fosの発現について詳細に検討した。EA投与後の各経過時間(0,15,30,60分,24時間,7,10,14,21日)の全脳からRNAを抽出し,ジゴキシゲニンでラベルしたc-fos cDNAプロ-ブを用いてノ-ザンブロットにより分析した。C-fosのmRNA量は30-60分後にピ-クに達した後減少し,24時間でほぼ元のレベル戻った。しかし,その後再び7日後から増加し10-14日後にピ-クが見られた。EA投与後30分および7日後のc-fos発現の脳内分布をin situ hybridizationにより分析した。30分後,7日後共に,海馬,大脳皮質および扁桃にmRNAシグナルが著明に検出された。両経過時間間では海馬内分布に差があり,また,30分後に扁桃が,7日後に皮質がより強く染色された。免疫組織化学によりFos蛋白質について解析したところ,上記と同様の経時的変化,脳内分布を示した。NMDA受容体阻害薬2-aminophosphonovaleric acid(APV)および抗痙攣薬ジアゼパム,フェノバルビタ-ル,バルプロン酸をそれぞれ腹腔内に前投与した後,EA投与を行うと全例に痙攣の消失および30分後のmRNA量の減少が見られた。同処理例14日後のmRNA量についても検討中である。以上の結果より,EA脳室内投与後のc-fos mRNAの増加の様式は,痙攣の発現に一致した初期相と10-14日後をピ-クとする後期相からなることが明らかになった。今後,両増加相においてFos蛋白質により転写の制御を受ける遺伝子を明らかにし,その発現と痙攣発生または準備状態との関連について解析したい。
ギガソーラーシティを実現する大都市圏構造のあり方

名古屋都市圏を対象として、郊外戸建住宅へのPVS導入の実質的な一次エネ消費量の削減効果を算定した。その結果、都心地域並みの住宅密度となるように郊外地域を分散集中化すれば、日常行動における自動車利用が減少し、都心のPVSなしの集合住宅居住と比較して、郊外のPVS付戸建住宅居住の方が省エネとなる範囲が数km拡大することを明らかにした。また、愛知県内298ヶ所の配電供給エリアを対象とし、電圧上昇に関わる指標としてエリア単位の最大余剰電力および年間余剰電力量を評価した。その結果、系統への影響を緩和の点からは、住宅・業務部門が混在し,電力需要が大きいエリアのPVS導入容量の増加が有効であった。本研究では、都市計画に反映する太陽光発電システム群の大量導入に関する指標として、1)郊外戸建住宅へのPVS導入の実質的CO2排出削減効果、2)配電系統における電圧上昇の抑制、3)系統事故時におけるPVS群一斉脱落の影響を評価し、これらの得失を説明変数として、都市域におけるPVS大量導入のあり方を提案するものである。2)に関して、昨年度構築した500mメッシュ単位で電力需要1時間値を算定するモデルに対し、各配電変電所の供給エリアの設定する手法の適用、電力需要の算定における気温感応度の考慮などの改善を行い、愛知県内298ヶ所の配電用変電所の供給エリアを対象として、電圧上昇に関わる指標としてエリア単位の最大余剰電力および年間余剰電力量を評価した。その結果、住宅用・非住宅用PVSが戸建住宅分布に基づく場合(Case-1)と比較して、非住宅用PVSの導入容量が戸建住宅や店舗・オフィスビル等が少ないメッシュにおいて大きくなる状況(Case-2)では、愛知県全体における導入容量の地域差は小さいものの、最大電力需要に対する最大余剰電力の割合(比最大余剰電力)が150%に達するエリアも発生した。また、各エリアにおいて比最大余剰電力100 %まで許容できると仮定した場合、導入可能なPVS容量はCase-1に対してCase-2では15%も減少することや、逆にデマンドレスポンスによる昼間電力需要の増加やPVS出力の抑制によって3 GWのPVSを導入するためには、対応すべき年間の余剰電力量はCase-1に対してCase-2では40%も増加することなどを確認した。これらの検討を通じて、PVS導入側の視点では、Case-2のように郊外への導入拡大が有効であるが、系統への影響を緩和するという観点からは、Case-1のように電力需要が大きいエリアのPVS導入容量を増加させることが重要であることがわかった。本研究では、都市計画に反映する太陽光発電システム群の大量導入に関する指標として、1)日常交通行動を考慮した郊外戸建住宅へのPVS導入の実質的CO2排出削減効果、2)配電系統における電圧上昇の抑制、3)系統故障時におけるPVS群一斉脱落の緩和を評価し、これらの得失をPVS群の分散状況を説明変数として定式化するものである。本年度は、1)に関して、中京都市圏の50地域を対象として、勤め人が都心へ通勤する16人家族の世帯がPVS付き戸建住宅に居住する場合を想定し、都心にてPVSなし集合住宅に居住する場合との比較により、PVSの実質的な省エネ効果を評価した。その結果、日常行動にて利用する自動車が燃費のよい燃費の悪いワゴン車を利用する場合でも、都心にてPVSなしの集合住宅に居住するよりも、3人家族の世帯では十数km圏内、4人家族の世帯は67km圏内の郊外地域であれば、PVS付の戸建住宅に居住する方が省エネになり、ハイブリッド車を利用すれば大家族の世帯でも郊外におけるPVS付きの戸建住宅居住は都心におけるPVSなしの集合住宅居住よりも実質的に省エネになることを示した。さらに、住宅密度を都心地域並みに高めるように郊外地域を分散集中化することで、日常行動における自動車利用が減少するため、PVS付の郊外戸建住宅居住の方が省エネとなる都心からの範囲は数km拡大することを明らかにした。また、2)に関して、地域特性が異なる様々な配電系統を対象として太陽光発電システムの大量導入の影響を統計的に評価するため、メッシュ統計、住宅・土地統計調査、商業統計調査を利用して、500mメッシュ単位で年間の電力需要1時間値を算定する手法を構築した。また、本手法を応用し、電気自動車の大量導入時の電圧低下に関する統計的な評価を行った。本研究で目的とする太陽光発電システム(以下、PVS)の大量導入に対応可能な大都市圏のグランドデザインを示すためには、様々な地域の集合体として大都市圏を表し、個々の地域におけるローカルな制約を考慮して、PVS群の導入メリットや課題を明らかにする必要がある。そこで本年度は、まず、PVSが導入されない都心部の集合住宅居住との比較により、PVS付の郊外戸建住宅居住の実質的CO2排出削減効果に関して検討した。