hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セラミックスと金属の接合に関する研究

セラミックスと金属の任意の組合わせに対する接合特性を簡単に調べる方法として,供試セラミックスのコーナー部を切削工具として供試金属を切削する試験方法を検討し,超音波接合試験との対応を調べた.切削中の工具刃先付近では,金属の清浄な新生面とセラミックス工具面との摩擦圧接状態を容易に実現でき,そこの温度は切削速度の変化等によって容易に制御できるのが特長である.切削試験での接合特性の評価には,1.切削後に工具面に残る被削金属の凝着痕の観察,2.一定の短距離の切削後に工具に付着して残留する切りくずの剥離試験,3.構成刃先の付着による仕上げ面のムシレの観察,の3方法を検討した.実験は16種類のセラミックス(市販のクランプ型切削工具チップ8種類を含む)と3種類の金属(アルミニウム,銅および両者の合金)について行なった.その結果,アルミニウムはすべてのセラミックス(多結晶ダイヤモンドを除く)に対して高い接合性を示したが,他は極めて低かった.この結果は超音波接合試験の結果と一致した.なお,切削試験における上記三つの評価方法はそれぞれ特徴があるが,高い接合強度を要求される構造部材への適用に対しては,2.の剥離試験が最適と考えられる.一方,超音波接合と切削との対応を検討する一資料として,超音波接合時の界面の温度上昇を金属同士(銅/コンスタンタンおよび銅/アルミニウム)の組合わせについて熱電対法で測った結果,約500°Cに達することが分かった.金属より熱伝導率の低いセラミックスと金属との接合では,より高い温度が予想されるが、切削によって充分実現できる温度範囲内と考えられる.実験は切削条件(切削距離,切削端部の形状等も含む)や接触面の粗さ等の影響についても行ない,本切削試験のための最適条件を求めた.セラミックスと金属の任意の組合わせに対する接合特性を簡単に調べる方法として,供試セラミックスのコーナー部を切削工具として供試金属を切削する試験方法を検討し,超音波接合試験との対応を調べた.切削中の工具刃先付近では,金属の清浄な新生面とセラミックス工具面との摩擦圧接状態を容易に実現でき,そこの温度は切削速度の変化等によって容易に制御できるのが特長である.切削試験での接合特性の評価には,1.切削後に工具面に残る被削金属の凝着痕の観察,2.一定の短距離の切削後に工具に付着して残留する切りくずの剥離試験,3.構成刃先の付着による仕上げ面のムシレの観察,の3方法を検討した.実験は16種類のセラミックス(市販のクランプ型切削工具チップ8種類を含む)と3種類の金属(アルミニウム,銅および両者の合金)について行なった.その結果,アルミニウムはすべてのセラミックス(多結晶ダイヤモンドを除く)に対して高い接合性を示したが,他は極めて低かった.この結果は超音波接合試験の結果と一致した.なお,切削試験における上記三つの評価方法はそれぞれ特徴があるが,高い接合強度を要求される構造部材への適用に対しては,2.の剥離試験が最適と考えられる.一方,超音波接合と切削との対応を検討する一資料として,超音波接合時の界面の温度上昇を金属同士(銅/コンスタンタンおよび銅/アルミニウム)の組合わせについて熱電対法で測った結果,約500°Cに達することが分かった.金属より熱伝導率の低いセラミックスと金属との接合では,より高い温度が予想されるが、切削によって充分実現できる温度範囲内と考えられる.実験は切削条件(切削距離,切削端部の形状等も含む)や接触面の粗さ等の影響についても行ない,本切削試験のための最適条件を求めた.各種のセラミックスと金属との接合特性,すなわち“ぬれ性"の有無を簡単に知るための方法をとして,主として切削試験について検討し,超音波接合試験との対応を調べた。供試セラミックスを切削工具として供試金属を切削し,工具すくい面への金属の凝着状況や構成刃先の発生状況からぬれ性を判断することの妥当性を確かめるための基礎的な実験を行った。これは,工具すくい面上では容易に高温高圧が得られるだけでなく,ここで工具に接触する切りくず表面は完全に清浄な新生面であることを利用しようとするものである。供試セラミックスとしては,成形ずみで入手容易な市販のクランプ型切削工具チップ(各種セラミックス,立方晶窒化ほう素焼結体及び多結晶ダイヤモンドを含む8種類)及び試製された8種類のファインセラミックスに切れ刃を砥ぎつけたものを用いた。また被削金属としてはアルミニウム合金と銅を用い,施盤上で100200m/minの通常の切削速度で切削した後,すくい面への凝着状況を顕微鏡(本研究費で購入)で観察した。一方,同様の各種材料の組合せについて,超音波接合機(20KHz,600W,振幅約35μm)で接合試験を行い,その接合状況と切削試験の結果との対応を調べた。その結果,アルミニウム合金は試験したすべてのセラミックスに対してきわめてぬれ性が高いのに対して,銅は点状の付着痕が認められる程度で,全面的な凝着は認められない,という点で両試験の結果は完全に一致した。セラミックスと金属の任意の組合わせに対する接合特性を簡単に調べる方法として、供試セラミックスのコーナー部を切削工具として供試金属を切削する試験方法を検討し、超音波接合試験との対応を調べた。切削中の工具刃先付近では、金属の清浄な新生面とセラミックス工具面との摩擦圧接状態を容易に実現でき、そこの温度は切削速度の変化等によって容易に制御できるのが特長である。

切削試験での接合特性の評価には、1.切削後に工具面の残る被削金属の凝着痕の観察、2.一定の短距離の切削後に工具に付着して残留する切りくずの剥離試験、3.構成刃先の付着による仕上げ面のムシレの観察、の3方法を検討した。実験は16種類のセラミックス(市販のクランプ型切削工具チップ8種類を含む)と3種類の金属(アルミニウム、銅および両者の合金)について行なった。その結果、アルミニウムはすべてのセラミックス(多結晶ダイヤモンドを除く)に対して高い接合性を示したが、他は極めて低かった。この結果は超音波接合試験の結果と一致した。なお、切削試験における上記三つの評価方法はそれぞれ特徴があるが、高い接合強度を要求される構造部材への適用に対しては、2.の剥離試験が最適と考えられる。一方、超音波接合と切削との対応を検討する一資料として、超音波接合時の界面の温度上昇を金属同士(銅/コンスタンタンおよび銅/アルミニウム)の組合わせについて熱電対法で測った結果、約500°Cに達することが分かった。金属より熱伝導率の低いセラミックスと金属との接合では、より高い温度が予想させるが、切削によって充分実現できる温度範囲内と考えられる。実験は切削条件(切削距離、切削端部の形状等も含む)や接触面の粗さ等の影響についても行ない、本切削試験のための最適条件を求めた。
筋蛋白質の遺伝子発現と収縮構造形成の分子機構

1.筋原線維形成過程におけるミオシンとミオシン関連蛋白質の発生の相関:胚の骨格筋を蛍光抗体法で観察し、ミオシンの集合からその正しい配列に至る過程においてミオメシン、コネクチンおよびC-蛋白質は重要な役割を演じていること、また一過性に出現する幼若型の筋蛋白質(非筋型アクチンと心筋型C-蛋白質)は構造形成に何らかの役割を果たしたのち、機能的構造から排除される機構があるのではないかということが示された。2.筋原線維形成過程におけるアクチンのダイナミクス:培養骨格筋細胞にローダミン標識アクチンを注入して抗ネブリンおよび抗コネクチン抗体で染色した。その結果、幼若な筋原線維へのアクチン分子の取り込みや交換にネブリンは重要な役割を果たしていることが考えられた。しかしコネクチンにはそのような働きはないことが想像された。このことは抗ネブリンおよび抗ネクチン抗体をあらかじめ注入しておいた細胞にアクチンを注入する実験により確かめられた。3.筋原繊維とストレスファイバーにおけるアクチンとα-アクチニンのダイナミクス:培養心筋細胞に蛍光標識したアクチンおよびα-アクチニンを注入し、両蛋白質のダイナミクスを比較した。その結果、筋原線維の形成過程において両蛋白質の安定性に相違のあることが判明した。この相違がI-Z-I構造の形成に何らかの役割を果たしていることが考えられた。線維芽細胞のストレスファイバーでは両蛋白質のダイナミクスは常に高く、幼若な筋原線維とは似てはいるが、その性質は別であることが示された。1.ニワトリ胚頸部体節における筋蛋白質の分化:ニワトリ胚頸部体節における筋蛋白質の発現と性質(isoform)の変換を蛍光抗体法でとらえた。筋蛋白質は6段階に分かれて発生し、ネブリンとC-蛋白質の出現は最も遅いこと、また筋蛋白質は筋板への神経要素が侵入する以前に出現を完了し、その幼若型isoformの消失はアセチルコリン受容体の集合の形成時期以降であることがわかった。以上より、同時期に発現する蛋白質は共通の発現調節をを受けており、またその発現には神経要素は影響を及ぼしていないこと、さらに蛋白質の性質の多様化には機能的神経筋接合の形成が関係しているのではないかということが考えられた。アクチンおよびミオシンの安定化に関与する蛋白質(ネブリンとC-蛋白質)が早い時期に存在しないことは、幼若筋原線維内におけるisoformの変換を容易にしていることが想像された。2.筋原線維とストレスファイバーにおけるアクチンの動態:蛍光標識した筋型および非筋型アクチンを培養ニワトリ心筋細胞および線維芽細胞に注入し、標識アクチンを取り込んだ筋原線維とストレスファイバーをレーザー光でブリーチしたのち、蛍光の回復を調べた。横紋のない未熟な筋原線維の部分は、横紋のある成熟した部分よりも蛍光の回復が早いことから、発達中の筋原線維内のアクチンは発生段階により異なったダイナミクスを示すことがわかった。また筋型アクチンの回復は非筋型アクチンよりも早いことから、異形(非筋型)のアクチンは筋原線維へは容易には取り込まれない機構が細胞内に存在し、これがisoform変換に有意義に働いているのではないかということが考えられた。さらにストレスファイバーは筋原線維の横紋のない部分よりも蛍光の回復が早いので、両者の構造は似ているが、本質的に異なるものであることが考えられた。1.筋原線維形成過程におけるアクチンのダイナミクス蛍光色素(ローダミン)で標識した筋型および非筋型アクチンを培養ニワトリ心筋細胞にマイクロインジェクションし、標識を取り込んだ筋原線維をレーザー光でブリーチしたのち、蛍光の回復(FR)を調べた。横紋のない未熟な筋原線維の部分は、横紋のある成熟した部分よりFRが有意に早いことから、アクチンは筋原線維の幼若な部分には容易に取り込まれることが判明した。

また非筋型アクチンは筋型のものに比較してFRが有意に遅いことから、筋原線維へ非筋型アクチンは容易には取り込まれないが、筋型アクチンは容易に取り込まれることが判明した。2.アクチンのダイナミクスに対する細胞骨格の役割アクチンのグイナミクスに対する細胞骨格の発生との関連を、培養骨格筋細胞において上述の方法によりFRを調べた後、アクチン関連蛋白質ネブリンの抗体染色をほどこして調べた。横紋のある筋原線維において、ネブリンは′′singlet′′から′′doublet′′の分布状態へと変化するのが観察された。FRは前者の部位では後者の部位より有意に早いことが観察され、若い筋原線維ほどアクチンの交換性が早いことがわかった。ネブリンば′′singlet′′を呈する時期にはアクチンフィラメントとの関連の程度が弱いことが考えられ、このことがアクチンの交換を容易にしていることが想像された。以上より、筋原線維は、幼若なものほどアクチンの交換性が早いこと、また筋型のものほど取り込まれ易い性質をもっていることが判明した。この機構により、発達中の筋原線維中に存在する非筋型アクチンは、次第に筋型のものに置き換わって行くことが考えられた。筋原線維の形成機構を解析するため、その構成蛋白質であるアクチンおよびα-アクチニンのダイナミクスを調べた。蛍光標識したアクチンおよびα-アクチニンを培養心筋細胞および線維芽細胞に微量注入し、両蛋白質の細胞内における分布を比較した。また標識を取り込んだ細胞内構造をレーザー光でフォトブリーチしたのち、蛍光の回復(FR)を調べた。心筋細胞においては、アクチンは筋原線維の横紋のない部分とある部分に線状に取り込まれた。α-アクチニンは前者の部分では線状あるいは点線状に、後者の部分ではアクチンの縞の中央部分に見えた。構造に取り込まれた標識をレーザー光でフォトブリーチして、そのFRを調べると、アクチンのFRは筋原線維の横紋のない部分では早く、横紋のある部分では遅かったが、α-アクチニンはすべての部分で安定していた。繊維芽細胞では、注入したアクチンは線状に、α-アクチニンは線状あるいは点線状に配列していた。この細胞では両蛋白質のFRは高いことが見いだされた。以上の結果より、筋原線維の形成過程において、アクチンとα-アクチニンの安定性(FR)の相違は、I-Z-I構造の形成に何らかの役割を演じていることが予想された.すなわち、Z帯は既存の安定したα-アクチニンの点の集合により、またI帯は既存のアクチンフィラメントが置きかわることにより形成されることが考えられた。線維芽細胞においては、ストレスファイバーはその成分を常に交換しており、このことは線維芽細胞の動的機能の維持のために必要であることが考えられた。
ヒトの目的関数推定に基づく外骨格型ロボットのリアルタイム最適制御

本研究の目的は,ヒトの目的関数推定に基づく外骨格型ロボットの新たな制御フレームワークの実現である.そのために本年度は,提案してきたモデル予測制御法の検証として,外骨格型ロボットの一関節に相当する実機一軸ハイブリッドアクチュエータシステムの運動生成を行った.さらに,多自由度ロボットの目的関数を,計測したヒトのデータから推定する枠組みの開発を行い,シミュレーション上の多自由度ロボットにおいて有効性の検証を行った.以下では,それぞれについて述べる.複数のアクチュエータを持つハイブリッドアクチュエータシステムの制御のためには,タスクの達成に必要な各アクチュエータのトルク配分を決定しなければならない.本年度は,このトルク配分を効率よく決定できる新しいモデル予測制御法を実機ロボットへ適用した.異なる周波数の目標軌道に対する軌道追従タスクにおいて,提案法を用いて実時間でトルク配分を決定できることを示した.さらに,実時間での運動生成を可能にしたことで,従来のモデル予測制御法に比べ良い制御性能を示すことを明らかにした.この結果が学術雑誌に採択された.計測したヒトのデータからロボットの目的関数を推定できれば,ヒトのデータからロボットの多様な運動生成が可能になる.本年度では,シミュレーション上の多自由度ロボットの目的関数を,逆最適制御手法を用いてヒトの運動データから推定する方法を開発した.開発した手法の中ではまず,計測されたヒトの運動データをロボットにおいて実現可能な運動データに変換し,逆最適制御手法によって目的関数を推定した.実験を通して,ヒトのスクワットとジャンプの運動データから目的関数をそれぞれ推定できることを示し,推定した目的を用いて,ロボットはモデル予測制御によって実時間で運動を生成できることを明らかにした.この結果が国際会議に採択され,発表を行った.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。ヒトの目的関数推定に基づく外骨格型ロボットの新たな制御フレームワークの実現に向け,本年度は,制御手法として用いるモデル予測制御法の問題点の解決を行い,多自由度ロボットの多様かつ適応的な運動生成を行った.外骨格型ロボットは,ヒトを支援するために様々な運動を生成することが求められるが,外骨格型ロボットのような多自由度ロボットの多様な運動生成は困難であった.これに対して,モデル予測制御を用いれば,目的関数を与えるだけで,ロボットの全身運動を自律的に,かつ適応的に生成できる.そのため,従来の方法に比べ,多自由度ロボットの多様な運動生成が容易になる.しかし,多自由度ロボットは,高次元の状態・入力空間を持つため,従来のモデル予測制御法を用いた運動生成では,計算時間が問題となった.この問題を解決するために,計算時間の短縮を可能にする新たなモデル予測制御法を提案した.具体的には,ダイナミクスの応答速度の違いに着目した新しいモデル予測制御法を提案した.提案法の有効性を確認するため,7リンク歩行ロボットのダイナミクスシミュレータを構築し,着座・起立,歩行,宙返りなどの10種類の運動生成を行った.提案法を用いることで,目的関数の変更のみで多様な運動を生成可能であることが示された.従来法に比べ計算時間を約50%削減することが可能であり,9種類の運動を実時間で生成できること示した.また,目的関数を切り替えた場合にも,ロボットは目標関数間をスムーズにつなぐ運動軌道を生成し,適応的に運動生成が可能だった.この結果の一部が国際会議に採択され,発表を行った.さらに,実機多自由度ロボットの運動生成を始めており,歩行を想定した脚関節の運動軌道の生成を行った.このとき,高性能計算機を購入し最適化計算の高速化を可能にする計算環境の構築を行うことで,モデル化誤差や通信によって生じる計算時間の増加に対応した.実機多自由度ロボットの多様かつ適応的な運動生成までは至っていないが,計算時間の短縮を可能にするモデル予測制御法の提案,計算環境の構築,シミュレーション上でのモデル予測制御を用いた多自由度ロボットの多様かつ適応的な運動生成を実現しており,実機ロボットでの運動生成も始めているため,おおむね順調に進展していると言える.本研究の目的は,ヒトの目的関数推定に基づく外骨格型ロボットの新たな制御フレームワークの実現である.そのために本年度は,昨年度提案したモデル予測制御法を用いた,3次元空間を移動する多自由度ロボットの運動生成を行った.また,外骨格型ロボットのためのモデル予測制御法の提案を行った.さらに,計測したヒトのデータから目的関数を推定し,多自由度ロボットを制御する枠組みの開発を行っている.以下では,それぞれについて述べる.昨年度提案したモデル予測制御法を,3次元空間を移動するロボットに適用できるように拡張を行った.その結果,3次元空間を移動するシミュレーション上のヒューマノイドロボットが,走行や宙返りなどの運動を実時間で生成することが可能になった.この結果の一部が国際会議に採択され,発表を行った.現在,実機多自由度ロボットへの適用を行っているが,ジャイロセンサの遅れが問題となったため,新しいセンサを購入し,この問題に対応した.外骨格型ロボットには,ヒトを支援するために大きなトルクを出力でき,かつ速い応答が可能なアクチュエータが求められているため,複数のアクチュエータを組みあわせて一つの関節を駆動させる,ハイブリッドアクチュエータシステムが注目されている.

そこで,短い計算時間でハイブリッドアクチュエータへの最適なトルク配分を決定できる,計算効率のよりモデル予測制御法を開発した.シミュレーション実験を通して,提案法を用いれば,タスクに応じて最適なトルク配分を実時間で決定し制御可能であるということが示された.ヒトとロボットはキネマティクスやダイナミクスが異なるため,ヒトから計測した運動軌道等のデータから直接,ロボットを制御するための目的関数を推定することは困難である.そこで,現在,ヒトの運動軌道をロボットにおいて実現可能な軌道に変換する方法を開発している.これまでの研究で,三次元空間を移動する多自由度ロボットの運動生成と,ハイブリッドアクチュエータシステムのためのモデル予測制御法を提案した.これによりモデル予測制御を用いた外骨格型ロボットの制御における問題点を解決したと考えられる.さらに,実機ロボットでの運動生成を続けており,ヒトの運動データから目的関数を推定する枠組みの開発を行っているため,おおむね順調に進展していると言える.本研究の目的は,ヒトの目的関数推定に基づく外骨格型ロボットの新たな制御フレームワークの実現である.そのために本年度は,提案してきたモデル予測制御法の検証として,外骨格型ロボットの一関節に相当する実機一軸ハイブリッドアクチュエータシステムの運動生成を行った.さらに,多自由度ロボットの目的関数を,計測したヒトのデータから推定する枠組みの開発を行い,シミュレーション上の多自由度ロボットにおいて有効性の検証を行った.以下では,それぞれについて述べる.複数のアクチュエータを持つハイブリッドアクチュエータシステムの制御のためには,タスクの達成に必要な各アクチュエータのトルク配分を決定しなければならない.本年度は,このトルク配分を効率よく決定できる新しいモデル予測制御法を実機ロボットへ適用した.異なる周波数の目標軌道に対する軌道追従タスクにおいて,提案法を用いて実時間でトルク配分を決定できることを示した.さらに,実時間での運動生成を可能にしたことで,従来のモデル予測制御法に比べ良い制御性能を示すことを明らかにした.この結果が学術雑誌に採択された.計測したヒトのデータからロボットの目的関数を推定できれば,ヒトのデータからロボットの多様な運動生成が可能になる.本年度では,シミュレーション上の多自由度ロボットの目的関数を,逆最適制御手法を用いてヒトの運動データから推定する方法を開発した.開発した手法の中ではまず,計測されたヒトの運動データをロボットにおいて実現可能な運動データに変換し,逆最適制御手法によって目的関数を推定した.実験を通して,ヒトのスクワットとジャンプの運動データから目的関数をそれぞれ推定できることを示し,推定した目的を用いて,ロボットはモデル予測制御によって実時間で運動を生成できることを明らかにした.この結果が国際会議に採択され,発表を行った.シミュレーション上の多自由度ロボットに対して,提案する制御フレームワークの構成,検証を行う.具体的には,まず,ヒトの起立,着座,歩行動作に対する,目的関数の推定を行う.このとき,生体信号や関節角度・角速度などの運動情報の計測も同時に行い,目的関数へのマッピングを考える.目的関数の推定は,目的関数を生体信号や運動情報計測から直接取り出すことはできないため,逆最適制御を用いて行う.
喉頭のフィードバック機構とその制御に関する形態学的ならびに生理学的研究

本研究では、逆行性トレーサーによる疑核の樹状突起の検討により内喉頭筋に投射する疑核運動ニューロンは、吻側では呼吸と関連するBotzingerのニューロン、鼻側では後疑核のニューロンとの関連が示唆された。また嚥下に関連する咽頭筋を支配する細胞は、他の疑核細胞と比べて、細胞体の大きさに比べ樹状突起の広がりと密度が大きくこのような形態の相違は、嚥下運動の複雑性を示すものと考えられた。これら樹状突起の広がる延髄網様体中には、機能的ニューロントレーサーとされるFos蛋白の免疫組織染色によって声門閉鎖反射、嚥下反射時に孤束核と疑核を結ぶ介在ニューロンが存在していることを示した。これら介在ニューロンは、生理学的にネコを用いた喉頭脳幹誘発電位記録で、P3-N3-P4に相当すると考えられた。潜時から考えると孤束核と疑核の間に、1から数個の介在ニューロンの存在が示唆された。これら介在ニューロンは、Fos蛋白の免疫組織染色によって延髄網様体の中でも特に孤束核の腹側部ならびに疑核の背側部に比較的多く存在し興奮性、抑制性伝達物質であるglutamateや、GABAの免疫組織染色によりこれらの伝達物質を有していることがわかった。したがってこれらの結果より興奮性と抑制性の複数の経路が存在していることがわかった。近年日本でも臨床的に問題となる痙攀性発声障害の一部は、これら脳幹での抑制性の経路が障害を受けることによって痙攀性の発声を生じることが推測され、さらなるこの領域の解明がこれら疾患の治療に貢献できる事と考えられた。我々は現在まで以下の事を明らかにした。1.声門部粘膜を触刺激したときと、上喉頭神経内枝を電気刺激し、喉頭反射を誘発した後、延髄、脳幹での活動ニューロンを抗C-fos抗体を用いて免疫組織学的に染色し刺激伝導経路ならびに介在ニューロンの存在について検討した。触刺激と、電気刺激で誘発されたFos陽性細胞の分布は、基本的に同じであった。Fos陽性細胞は、延髄弧束核、延髄網様体、疑核に多く認められ、この順に陽性細胞数の減少を認め、いわゆる収束が認められた。網様体のニューロンは、従来生理学的に示唆されていた喉頭反射弓中における介在ニューロンと考えられた。また、橋腕傍核、中脳中心灰白質にもFos陽性細胞を認め、これらの部位にも情報伝達が行われていることがわかった。2.つぎに、1で認められたFos陽性細胞が興奮性か、抑制性か、Glutaminate,GABA抗体をC-fos抗体とともに免疫二重染色した。延髄網様体に認められたFos陽性細胞のうちGABA陽性細胞は、弧束核腹側の網様体と疑核の背側、背内側に網様体に認められた。また、Glutamate陽性細胞は、弧束核腹側の網様体に認められた。以上の結果より、喉頭反射弓中において興奮性と、抑制性の複数の経路が存在することが示唆された。また、橋腕傍核に認められたFos陽性細胞のなかにもGABA陽性、中脳中心灰白質に認められたFos陽性細胞のなかにもGABA陽性、Glutamate陽性細胞を認め、これらの経路も喉頭反射の情報伝達に重要な役割をになっていることが示唆された。本研究では、逆行性トレーサーによる疑核の樹状突起の検討により内喉頭筋に投射する疑核運動ニューロンは、吻側では呼吸と関連するBotzungerのニューロン、鼻側では後疑核のニューロンとの関連が示唆された。

また嚥下に関連する喉頭筋を支配する細胞は、他の疑核細胞と比べて、細胞体の大きさに比べ樹状突起の広がりと密度が大きくこのような形態の相違は、嚥下運動の複雑性を示すものと考えられた。これら樹状突起の広がる延髄網様体中には、機能的ニューロントレーサーとされるFos蛋白の免疫組織染色によって声門閉鎖反射、嚥下反射時に孤束核と疑核を結ぶ介在ニューロンが存在していることを示した。これら介在ニューロンは、生理学的にネコを用いた喉頭脳幹誘発電位記録で、P3-N3-P4に相当すると考えられた。潜時から考えると孤束核と疑核の間に、1から数個の介在ニューロンの存在が示唆された。これら介在ニューロンは、Fos蛋白の免疫組織染色によって延髄網様体の中でも特に孤束核の腹側部ならびに疑核の背側部に比較的多く存在し興奮性、抑制性伝達物質であるglutamateやGABAの免疫組織染色によりこれらの伝達物質を有していることがわかった。したがってこれらの結果より興奮性と抑制性の複数の経路が存在していることがわかった。近年日本でも臨床的に問題となる痙攣性発生障害の一部は、これら脳幹での抑制性の経路が傷害を受けることによって痙攣性の発声を生じることが推測され、さらなるこの領域の解明がこれら疾患の治療に貢献できる事と考えられた。
結合組織常在性線維芽細胞の血管内皮細胞への分化誘導機構の解明:再生医療をめざして

血管再生医療に必要な血管内皮細胞の入手先として結合組織常在性の線維芽細胞に注目し、線維芽細胞の血管内皮細胞への分化について遺伝子組換えマウスの角膜組織の移植や角膜細胞の培養を行って検討した。その結果、線維芽細胞の一種である角膜細胞は血管内皮細胞に分化・転換し、血管内皮に組み込まれること、線維芽細胞の内皮細胞への分化・転換は血管新生を起こしている組織に含まれる物質により誘導されることが明らかになり、血管内皮細胞の入手先として有望であると考えられた。【背景及び目的】血管再生医療は虚血に陥った組織等を再生する治療法として注目されている。これに必要な血管内皮細胞は末梢血中の血管内皮前駆細胞を利用する試みが行われている。しかし、末梢血中の血管内皮前駆細胞は非常に少なく治療に必要な細胞を得るのは容易でない。我々は、結合組織に常在する線維芽細胞を血管再生医療に利用することを目的として、線維芽細胞が血管内皮細胞に分化するか否かについて検討を行った。【方法】二種類の実験を行った。1)血管内皮細胞特異的蛋白質、Flk-1の遺伝子のプロモーターにlac-Z遺伝子を結合したTgマウスの角膜固有質の細胞、すなわち線維芽細胞を培養・増殖し、これを予め角膜に腫瘍細胞を移植し血管新生を惹起した野生型マウスの尾静脈に注入、移植した。移植の3日後、角膜の新生血管をX-Gal染色し、パラフィン切片にした。顕微鏡で内皮細胞におけるlac-Zの発現を観察すると共に、デジタルCCDカメラで撮影した。2)血管内皮細胞特異的蛋白質、Tie-2の遺伝子のプロモーターにGFP遺伝子を結合したTgマウスの角膜固有質の組織片を摘出し、これを野生型マウスの角膜に移植し、硝酸銀焼灼により血管新生を惹起した。この数日後、角膜を摘出し、ニコン正立型蛍光顕微鏡により観察し、デジタルCCDカメラで撮影した。これらの実験で用いた角膜は血管を含まず、固有質は線維芽細胞のみから成る組織であるので、角膜固有質の培養細胞の移植や組織片の移植では血管内皮細胞や血管内皮前駆細胞の混入の恐れの全く無い純粋な線維芽細胞の移植ができた。【結果】角膜固有質の培養細胞の移植及び組織片の移植の何れの実験においても新生血管にX-Gal陽性反応を示す内皮細胞やGFP陽性の内皮細胞が観察された。【考察】この研究により線維芽細胞が血管内皮細胞に分化することが示された。このことから、結合組織常在性の線維芽細胞は、血管再生医療のための内皮細胞の入手元になり得ることが示唆された。これに必要な血管内皮細胞は末梢血中の血管内皮前駆細胞を利用する試みはすでに臨床に応用されつつある。しかし、血管内皮前駆細胞は非常に少なく治療に必要な細胞を得るのは容易でない。我々は、結合組織常在性線維芽細胞が血管内皮前駆細胞に代わり得るものと考えて、その可能性を検討した。1)血管内皮細胞特異的蛋白質であるTie2の遺伝子のプロモーターに緑色蛍光蛋白質GFPの遺伝子を結合したTgマウス(Tie2-GFPマウス)の角膜基質の組織片を摘出し、これを野生型マウスの角膜に移植し、硝酸銀焼灼により血管新生を惹起した。この数日後、角膜を摘出し、蛍光顕微鏡により観察し、撮影した。2)Tie2-GFPマウスの角膜基質細胞を培養し、これに硝酸銀焼灼により血管新生を惹起した角膜の抽出液を加え、培養細胞の変化を蛍光顕微鏡により観察した。【結果】1)新生血管にGFP陽性の内皮細胞が観察できた。2)野生型マウスの角膜細胞がGFP蛍光を発するのが、観察された。【考察】実験結果から角膜基質細胞、すなわち結合組織常在性線維芽細胞が血管内皮細胞に分化転換することが確認できた。このことにより、結合組織常在性線維芽細胞が血管内皮前駆細胞に代わり得るものであることが明らかになり、結合組織常在性線維芽細胞は血管再生医療に血管内皮細胞の元として使用できるものと思われた。〔研究の背景及び目的〕血管再生医療は虚血に陥った組織等を再生する治療法として注目されている。これに必要な血管内皮細胞は末梢血の血管内皮前駆細胞を利用する試みはすでに臨床に応用されつつある。しかし、血管内皮前駆細胞は末梢血中には非常に少なく治療に必要な細胞を得るのは容易でない。我々は、結合組織常在性線維芽細胞が血管内皮前駆細胞に替わり得るものと考えて、その可能性を検討した。〔方法〕

二種類の実験を行った。1)血管内皮細胞特異的蛋白質であるTie2遺伝子のプロモーターにGFP遺伝子を結合したTgマウス(Tie2-GFPマウス)の角膜固有質の組織片を摘出し、これを野生型マウスの角膜に移植し、硝酸銀焼灼により血管新生を惹起した。この数日後、角膜を摘出し、蛍光顕微鏡により観察、撮影した。2)Tie2-GFPマウスの角膜細胞を培養し、これに硝酸銀焼灼により血管新生を惹起した角膜の抽出液を加え、培養細胞の変化を蛍光顕微鏡により観察した。〔結果〕以下の結果が得られた。1)新生血管にGFP陽性の内皮細胞が観察された。2)野生型マウスの角膜細胞がGFP蛍光を発するのが観察された。〔考察〕実験結果から角膜細胞、すなわち結合組織常在性線維芽細胞が血管内皮細胞に分化転換することが確認できた。このことにより、結合組織常在性線維芽細胞は血管内皮前駆細胞に替わって血管再生医療に血管内皮細胞の入手元として使用できるものと思われた。
大型二次電池用金属超微粒子を用いる高エネルギー密度新規負極材料の開発

携帯機器の小型・軽量化に伴い、高いエネルギー密度を有するリチウム二次電池にの容量特性向上に対する要求が高まっている。このような要求に対して、本研究では負極活物質として遷移金属酸化物を着目し、よりエネルギー密度の高いリチウム二次電池の基盤技術となるような電極活物質の探索および電極反応の解析をおこなった。酸化物の中で、特にMnV_2O_6,MnMoO_4は高い初期容量と比較的優れたサイクル特性を示した。MnV_2O_6はMnおよびVのどちらも八面体位置にあるBrannerite構造、MnMoO_4はMnが八面体位置Moが四面体位置を占めるα-MnMoO_4構造を有している。これらの酸化物へのリチウムイオンのインターカレーションを解析するため、金属リチウムを対極として2V0Vの電位範囲でサイクル特性の評価を行ったところ初期容量1400mAh/gを示した。X線回折による構造解析の結果、まず結晶構造を保ったままリチウムイオンの固溶反応が起こり、その後リチウム組成が増加すると、もとの結晶構造を維持できなくなりアモルファス化することがわかった。また、その後の2V0Vの電位範囲のサイクルは、このアモルファス相で起こることがわかった。1991年に日本で実用化されたリチウム二次電池は軽量で高エネルギー密度であり、サイクル特性が良好なため、携帯機器の普及とともに急速にその需要が高まっている。現在のところ、市販のリチウム二次電池には正極材料としてコバルト酸リチウム、負極材料として炭素材料が使用されている。この負極に使用されている炭素材料は、その構造層間にリチウムイオンを取り込むことが容易ではなく、高電流密度で充放電を行った場合に分極によりサイクル特性が低下する欠点を有している。そこで、本研究では硫酸スズを主たる負極活物質とし、これに硫酸銀、硫酸銅を添加して、サイクル特性の改善を試みた。電極活物質としては市販の硫酸スズ(99.9%)、硫酸銀(99.9%)、硫酸銅(99.9%)を使用した。これらの電極活物質を導電材であるアセチレンブラック結着材であるPTFEと混合し電極フィルムを作成し、金属リチウムを対極に1MLiClO_4のEC+DEC溶液を電解液として用いて試験セルを組立て、定電流法により充放電試験を行った。まず、硫酸スズのみを活物質とする電極では導電材の割合が40wt%まではサイクル特性が向上した。このとき硫酸銅あるいは硫酸銀を10mol%添加した電極は硫酸スズのみの電極と比較すると、初期容量およびサイクル特性のどちらも向上することが確認された。また、XRD測定およびサイクリックホルタンメトリーの結果、初回の充電においてまず硫酸スズが還元され金属スズの微粒子が生成し、その金属スズ微粒子とリチウムがLiSn,Li_5Sn_2,Li_7Sn_2のそれぞれの合金相を経由して充電が行われ、放電時にはほぼ可逆的に金属スズの状態まで戻ることがわかった。さらに、硫酸銀を添加したものでは金属スズと金属銀が個々にリチウムと合金を形成することも確認された。これらの酸化物へのリチウムイオンのインターカレーションを解析するため、金属リチウムを対極として2V0Vの電位範囲でサイクル特性の評価を行ったところ初期容量1400mAhg^<-1>を示した。
アスパラギン酸のラセミ化反応を利用する骨からの年齢推定に関する研究

アスパラギン酸のラセミ化法(ラセミ化率)による骨からの年齢推定について検索した。1.総アミノ酸(TAA)、酸不溶性コラーゲン(IC)および酸可溶性ペプチド(SP)からのアスパラギン酸D/L比と年齢との相関係数(r)は、男性の酸可溶性ペプチド(0.969)がもっとも高く、いずれも明らかに性差がみられる新しい知見が得られた。2.ヒトの七種類の骨について、実年齢とラセミ化率との相関は、大腿骨(0.985)≧頭蓋骨(0.977)≧胸骨(0.974)>腰椎(0.931)>寛骨(0.881)>肋軟骨(0.763)>仙骨(0.739)の順に高く認められ、骨の種類により差がみられ、頭蓋骨あるいは大腿骨を用いるのがもっとも有効であると思われた。3.骨(アミノ酸残基)の加熱実験を行った結果、1年間の大気中の平均気温を15°Cと仮定し、環境温度15°Cにおける反応速度定数を求めると、k(y)=4.1036×10^<-9>と算出され、骨のラセミ化反応速度は象牙質より遅いことが認められた。4.老化促進モデルマウス(SAN/Iw)の促進系(SAMP2/Iw)と抵抗系(SAMP1/Iw)の頭蓋骨を用いた結果、体温の影響をかなり受けていることが示唆されたが、老化が進むに従い雌雄差の方が大きくなることが判明した。5.ラセミ化率の定量に影響を及ぼすと思われる試料量、試料粒子の大きさ、加水分解温度、時間、塩酸量、塩酸濃度の6項目について検討した結果、加水分解温度がもっとも影響を受けやすく、試料量については、550mgの範周では影響ないことが認められた。6.Aspの他にグルタミン酸(Glu)、アラニン(Ala)を加え比較検討した結果、TAAおよびICよりいずれもSPがもっとも高い相関が得られ、Aspの他にGluおよびAlaを併用することは推定年齢の信頼性をチェックする上で有効である。11年度は、ラセミ化反応による年齢推定に最も適した骨の種類をみいだすことを目的に検索した。試料は男性(22歳から77歳)の大腿骨、頭蓋骨、胸骨、腰椎、寛骨、肋軟骨、仙骨の7種類の骨(10個体)を用いた。アスパラギン酸のラセミ化率は、骨のtotal amino acidからガスクロマトグラフィーにより検出した。実際年齢とラセミ化率との相関(r)は、大腿骨(0.985)≧頭蓋骨(0.977)≧胸骨(0.974)>腰椎(0.931)>寛骨(0.881)>肋軟骨(0.763)>仙骨(0.739)の順に高く認められた。アスパラギン酸のラセミ化率は頭蓋骨>大腿骨>肋軟骨>仙骨>≧寛骨≧腰椎≧胸骨の順に高く検出され、骨の種類により差がみられた。D体は遊離アミノ酸に多く含まれ、脆い骨では洗浄あるいは研磨する際、多量の遊離アミノ酸が除去され、低く検出された可能性がある。われわれは試料の洗浄を2回行い、1回目と2回目のラセミ化率の差を比較した。

大腿骨および頭蓋骨の2回目の洗浄は、1回目より僅かな低値を示したが、それ以外の骨では1回目よりかなり低く検出され、差がみられた。(P:0.01-0.001)。以上の成績は、total amino acidにおける男性試料からのもので、女性試料ではさらに低いD/L比を示すものと思われる。何故ならば、女性は骨粗鬆症など骨疾患患者が多いためである。ラセミ化反応は代謝の緩慢な組織で速いと考えられている。女性は閉経後、健常者でも骨代謝回転が増加し、骨粗鬆症患者ではそれ以上に骨代謝回転が上昇することが指摘されている。これらのことから、骨のtotal aminoacid中のラセミ化反応による年齢推定は、今回の7種類の中では頭蓋骨あるいは大腿骨を用いるのがもっとも有用であると思われた。ラセミ化法によるヒトの骨からの年齢推定について、最も容易に採取しやすい頭蓋骨に着目した。そして、その手段の一つとして老化促進モデルマウス(SAM/Iw)の促進系(SAMP2/Iw)と抵抗系(SAMR1/Iw)の頭蓋骨をもちいてD-アスパラギン酸(D/L比)を求めた。SAM/IwのD/L比は、9ヵ月齢まではSAMP2/Iwおよび雌で高く検出された(P<0.001)。しかし、12ヵ月齢ではSAMR1/IwおよびSAMP2/Iwにかかわらず雄で高く認められた(P:0.01-0.001)。SAM/Iwの前頭骨、頭頂骨および頭頂間骨のD/L比は、頭頂骨>頭頂間骨>前頭骨の順に高い値であった。しかし、D/L比の推移の仕方では骨の種類による差はほとんどみられなかった。ヒトの頭頂骨の内面には、動脈溝、静脈溝が走り、温度が高いことが推測できる。しかし、SAM/Iwの頭頂骨の内面には、はっきりとした脈溝はみられない。前頭骨のD/L比が他の二つの骨のそれよりも低いのは、前頭骨の内面の空洞が影響しているためかも知れない。また、頭頂骨は骨が厚く、他の骨と比べ、洗浄の際、遊離アミノ酸が除去されにくいのかも知れない。著者はヒト大腿骨を洗浄すればするほど、徐々にD-アスパラギン酸が低下することを経験している。これらのことから、SAM/Iwの頭蓋骨のD-アスパラギン酸は、若齢ではSAMR1/Iwより老化の早いSAMP2/Iwで高く、体温の影響をかなり受けていることが示唆されたが、老化が進むに従い雌雄差の方が大きいことが判明した。実際にヒトの骨から年齢推定を行うには、女性骨の場合、充分注意が必要であることが再確認された。アスパラギン酸のラセミ化反応の理解を深め、正確な骨からの年齢推定を行うために、各種分析過程における誤差について検索した。試料は男性の大腿骨を用い、total amino acidからラセミ化率および推定年齢にどの程度の影響が見られるか否か検索した。分析項目は試料量、試料粒子の大きさ、加水分解温度、加水分解時間、加水分解時の塩酸量、加水分解時の塩酸濃度の6項目である。各分析項目のそれぞれの値は、試料量を除き一次反応様式に従い直線的に増減し、ラセミ化率との高い相関(r=0.96以上)が認められた。すでに報告している大腿骨のラセミ化反応速度定数[k(yr)=2.79×10^<-4>]を用い、各分析項目のラセミ化反応速度式からk値を導き、大腿骨のk値より年齢を導いた。その結果、加水分解温度がもっとも影響を受けやすく(3.08歳/°C)、ついで、塩酸量(1.45歳/ml)、塩酸濃度(0.69歳/0.1M)の順であった。試料量は、550mgの範囲では影響しないことが認められた。また、ラセミ化率は試料粒子の大きさが大きいほどならびに塩酸量が多いほど低下した。大腿骨はすでに報告している象牙質と比較すると、ラセミ化反応速度が遅いため、誤差が大きくなる傾向で、慎重に分析する必要があると思われた。
国語科表現指導におけるテクニカルライティング技術を育成するカリキュラムの開発

「テクニカルライティング技術」(岸、2008)とは、読み手の認知の視点を取り入れた文章表現技術をさす。学習者が文章理解の認知的プロセスを学び、その知識を活用して、読み手の立場に立ったマニュアル表現などの説明技術を学んでいくテクニカルライティング技術の授業開発が本研究の目的である。この研究開発は、中学2年生(1クラス30人×4クラス)を対象に行われた。今回は特に「手続きを伝えるマニュアル」に着目し、その作成を行うワークショップ形式の授業を実施した。荷方邦夫(金沢美術工芸大学准教授、認知心理学者)が授業プランへの助言および授業での中学生への実地指導を一部行った。実施した授業は「『日本一分かりやすい紅茶のいれ方』マニュアル」の作成である。まず、紅茶のいれかたについて動画で見て学び、その後、そのいれ方を、各自A4版一枚で、言葉、写真を組み合わせたマニュアルとして表現していく。テクニカルライティング技術指導の要素としては、手順を説明するマニュアルを作成するためのさまざまな視点、技術が含まれる、以下の「理解力」「表現力」「説明力」の観点を取り上げ、指導した。・「理解力」説明内容のポイント、手順をつかみ、伝えたい内容を理解する力。・「表現力」手順やポイントを的確に伝えるためのマニュアル表現を吟味する力。・「説明力」ユーザーの目線にたってマニュアル表現(説明内容・方法)を調整する力。さらに、マニュアルの表現について、「用語」「内容・構成」「体裁」「ビジュアル表現」「ユーザーの動機付け支援」の項目について具体的な手引きを作成し、マニュアル作成をする際に学習者が意識できるように示した。また、試作したマニュアルを「ユーザー評価」として、他者からのフィードバックを受け、さらに伝わりやすくなるように表現を洗練させるようにした。なお、作成したマニュアルの評価については、稲垣忠(東北学院大学教授、教育工学)の監修のもと、「マニュアル制作の思考」と「マニュアル制作の表現」の二つの観点を立ててルーブリックを作成し、パフォーマンス評価を行い、その学習効果を検証した。
地中ワイヤレス通信を用いた斜面崩壊予知モニタリング用センシングモジュールの研究

豪雨による斜面崩壊を予知するために、土中の水分・水位などの斜面状況のモニタリングシステムが重要である。予知精度の向上を図るために、対象地域における多地点モニタリングと複合センサモニタリングが望まれる。超音波の反射特性を利用した土中水分・水位センシング、初期崩壊を検知する加速度センシング、地温センシング、地中の3次元多地点計測に有効な地中ワイヤレス通信機能で構成した地中埋設型複合センシングモジュールのプロトタイプを開発して、機能評価を行った。斜面崩壊予知モニタリングのためのワイヤレス複合センシングモジュールを構築するに当たり、初年度においては、モジュールを構成する土中の水分・水位センサと姿勢変化検知用センサを個々に検討した。1.超音波による水分・水位のセンシング技術検出器は中空の超音波導波管と一端に設置した超音波トランスデューサ(超音波送受信兼用器)で構成されていて、導波管の他端を地中に挿入して地中の水分状態をモニタリングする。信号処理技術の開発により、1個の検出器で土中水分と地下水位の両方を検出できる技術を確立した。また、検出回路の設計により導波管を50cm以下に短くしても十分な測定精度が得られるようになった。これらにより今後開発する埋設型モジュールの小型化が可能になり、屋外の多地点モニタリングにおける検出器の設置費用とシステム費用が安価になるとともに、設置による環境の乱れも少なく出来る。2.姿勢変化センシング技術斜面崩壊の発生初期を検知するためにモジュール筐体の姿勢変化を検知するセンシング技術を検討した。姿勢そのものを検知する方式では高感度の傾斜センサが必要である。姿勢の変化をリアルタイムで検知する方式ではSiのピエゾ抵抗型や圧電型加速度センサ、角速度センサが有効である。衝撃に強いSi型加速度・角速度センサとして気体マスを用いた方式に着目して、これに用いる気体用マイクロポンプを試作して、その基本性能を得ることができた。本研究では降雨による斜面崩壊の予知をモニタリングするためにワイヤレス複合センシングモジュールの構築を目標にしており、初年度は超音波による土中の水分・水位の同時センシング技術を開発した。今年度は地中ワイヤレスモニタリングシステムを構築するために、センシング機能の向上を図るとともに、このセンシング機能と地中ワイヤレス通信機能を集積した地中埋設型モジュールの設計と製作を行った。1.超音波による水分・水位のセンシング技術検出器は中空の超音波導波管と一端に設置した超音波トランスデューサ(超音波送受信兼用器)で構成されている。モジュールの小型化には導波管の短尺化が課題であり、40kHzでも20cm以下の長さで検出が可能になった。また、屋外で計測する場合測定値が周囲温度の影響を強く受けるため、温度補正が重要である。温度補正技術を開発し、20cmの短尺導波管でも補正が可能になった。2.地中埋設型モジュールの設計・製作モジュールは地中ワイヤレス通信回路、アンテナ、超音波水分水位検出器、地中温度センサ、傾斜検出用加速度センサ、測定回路、インターフェイス回路と電池で構成し、これらを防水ボックスに収納した。地中ワイヤレス通信には坂田電気製の電磁波(8.5kHz)通信器を用いた。電磁波への影響を避けるためにプラスチック製の導波管を用い、回路部品のレイアウトにも配慮した。製作したモジュールの機能評価を次年度に行う。本研究では降雨による斜面崩壊を予知するためのモニタリングに向けて、ワイヤレス複合センシングモジュールの構築を目的にしており、初年度は超音波による土中の水分・水位の同時検出の基礎技術の確立、2年目は地中ワイヤレス通信機能とセンシング機能を集積した地中埋設型モジュールの設計と製作を行った。3年目(最終年度)は検出方法の更なる改良と作製したモジュールの機能評価を行った。モジュールは、地中ワイヤレス通信回路、アンテナ、超音波水分・水位検出器、地中温度センサ、傾斜検出用加速度センサ、測定回路、インターフェイス回路、電池で構成し、これらを防水ボックスに収納した。地中ワイヤレス通信には坂田電機製の電磁波送受信器(8.5KHz)の既製品を転用した。超音波による水分・水位計測値の温度補正法として、前年度の2個の導波管検出器を用いるダミーペア方式に代えて、1個の導波管検出器で導波管の途中の部分反射を利用して温度補正を行う方式を新たに提案した。また、この方式で超音波の駆動周波数効果(40300kHz)を調べ、導波管を20cmに短尺化しても95KHzで精度よく測れることを確認した。以上の温度補正方式の改良と超音波の高周波化により、検出導波管の1本化と短尺化を行い、超音波検出部の小型化を図った。モジュールを地中深さ1mに埋設して、地上の通信可能距離を調べた結果、モジュールから25m離れた距離まで通信が可能であった。モジュールを用いて、地中水分・水位計測、傾斜計測、温度計測の複合センシングと地中ワイヤレス通信機能を確認し、これまでの有線による測定と同様の計測データを得ることができた。
低温反応活性セラミックによる太陽集熱水熱分解水素製造システムの開発

1)流動層式ソーラー水熱分解器の開発低温活性の反応性セラミック粒子の開発については、Mnドープセリアについてドープ量15mol%が最適であり、12501300°Cでの熱還元ステップ、1200°Cでの水分解ステップの2段階水熱分解サイクルにより、従来の非ドープセリアの48倍の反応活性が得られることが分かった。一方、Coドープに関しては30mol%が最適であり、上記の反応条件で非ドープセリアよりも高い活性が得られたが、Mn15mol%の活性には及ばなかった。これらドープセリアでは、従来の非ドープセリアが熱還元ステップ1400°C以上、水分解ステップ1000°C以下が必要であることと比較すると、熱還元ステップを低温化出来ているのに加え、反応ステップの温度差が大きく縮小されており、エネルギー効率を高めることができる。さらに、スプレードライ法により流動性の良い真球状セリアの合成条件を決定した。合成した真球状セリアでは従来のセリアの破砕球よりも非常に小さい最小流動化速度を得ることができた。また、100kWの流動層式ソーラー反応器についてはガス分散板等を改造して宮崎ビームダウン太陽集光システムで太陽集光照射試験を行い、十分な高温耐久性を確認した。さらに従来の破砕球セリア粒子を用いて30kW流動層反応器を大型太陽集光シミュレータで試験し、安定に酸素・水素製造のサイクル反応を繰り返せる流動ガスの制御条件を見出した。2)発泡体デバイス式ソーラー水熱分解反応器共沈法で合成したMnドープセリアで高い活性を得ているが、これを従来のスピンコート法でジルコニア発泡体に担持した場合、セリアのデバイスからの剥離が顕著であることが分かった。そこで新しい担持法として蒸発乾固法を考案した。まずは、蒸発乾固法によって共沈法と同等の低温活性を有するMnドープセリア粉末が得られることを確認した。流動層式ソーラー水熱分解器の開発については、従来の非ドープセリアと比較して4から8倍の活性を有するMnドープセリアを見出している。また、スプレードライ法によって真球状セリアの合成法も確立できた。この2つの手法を組み合わせ、Mnドープセリアの真球状粒子を合成できれば本研究の最終目標である真球状ドープセリアの流動層ソーラー反応器試験を実施できる。発泡体デバイス式ソーラー水熱分解器の開発については、共沈法で得られたセリアをジルコニア発泡体へスピンコート法で担持すると剥離が顕著であることが見出された。これに替わる方法として、溶液から直接、発泡体に担持できる蒸発乾固法を考案した。共沈法で合成した場合と同等の活性が蒸発乾固法で合成したMnドープセリア粒子でも得られることが確認されており、これによって問題解決できると期待される。1)流動層式ソーラー水熱分解器の開発スプレードライ法によるMn15mol%ドープセリアの真球状粒子の合成を行う。また、Mn以外のドープ金属についても活性を検討する。同時にドープセリアの電子構造解析を行い、ドープ金属が低温活性を高める機構を推察する。100kWソーラー反応器については熱耐久性が確認されたので宮崎ビームダウン太陽集光システムを用いて水熱分解サイクルの反応試験を行う。2)発泡体デバイス式ソーラー水熱分解器の開発ドープセリアの発泡体デバイスからの剥離が顕著である問題を解決するため、従来のスピンコート法の合成条件を改良するのと並行して、新しく見出した蒸発乾固法によっても反応デバイスを作製する。作製したドープセリア担持反応デバイスを小型太陽集光シミュレータで試験し、耐久性が良く、低温活性の高い反応デバイスを開発する。これに成功した場合は、反応デバイスを大型化して作製し、韓国エネルギー研究技術院(KIER)の太陽炉に設置したソーラー反応器で反応試験する。

2)発泡体デバイス式ソーラー水熱分解反応器共沈法で合成したMnドープセリアで高い活性を得ているが、これを従来のスピンコート法でジルコニア発泡体に担持した場合、セリアのデバイスからの剥離が顕著であることが分かった。そこで新しい担持法として蒸発乾固法を考案した。まずは、蒸発乾固法によって共沈法と同等の低温活性を有するMnドープセリア粉末が得られることを確認した。流動層式ソーラー水熱分解器の開発については、従来の非ドープセリアと比較して4から8倍の活性を有するMnドープセリアを見出している。また、スプレードライ法によって真球状セリアの合成法も確立できた。この2つの手法を組み合わせ、Mnドープセリアの真球状粒子を合成できれば本研究の最終目標である真球状ドープセリアの流動層ソーラー反応器試験を実施できる。発泡体デバイス式ソーラー水熱分解器の開発については、共沈法で得られたセリアをジルコニア発泡体へスピンコート法で担持すると剥離が顕著であることが見出された。これに替わる方法として、溶液から直接、発泡体に担持できる蒸発乾固法を考案した。共沈法で合成した場合と同等の活性が蒸発乾固法で合成したMnドープセリア粒子でも得られることが確認されており、これによって問題解決できると期待される。1)流動層式ソーラー水熱分解器の開発スプレードライ法によるMn15mol%ドープセリアの真球状粒子の合成を行う。また、Mn以外のドープ金属についても活性を検討する。同時にドープセリアの電子構造解析を行い、ドープ金属が低温活性を高める機構を推察する。100kWソーラー反応器については熱耐久性が確認されたので宮崎ビームダウン太陽集光システムを用いて水熱分解サイクルの反応試験を行う。2)発泡体デバイス式ソーラー水熱分解器の開発ドープセリアの発泡体デバイスからの剥離が顕著である問題を解決するため、従来のスピンコート法の合成条件を改良するのと並行して、新しく見出した蒸発乾固法によっても反応デバイスを作製する。作製したドープセリア担持反応デバイスを小型太陽集光シミュレータで試験し、耐久性が良く、低温活性の高い反応デバイスを開発する。これに成功した場合は、反応デバイスを大型化して作製し、韓国エネルギー研究技術院(KIER)の太陽炉に設置したソーラー反応器で反応試験する。