hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低酸素性肺血管攣縮におけるKチャネルおよびNa-K-ATPaseの役割

肺動脈平滑筋の攣縮は,低酸素血症で認められる肺高血圧症の発現に中心的な役割を果たしているが,細胞レベルでのメカニズムは不明であり,肺動脈平滑筋トーンの調節にNa^<+>-K^<+>-ATPaseが関与していることに注目し,ニトロ化合物による血管拡張反応と本酵素活性との関連をイヌ摘出肺動脈輪を用いin vitroで検討した.その結果,ノルアドレナリン誘起性収縮反応に対するニトロプルシド(SNP)の肺動脈平滑筋拡張反応は,コントロール(95%O_2,5%CO_2)の条件下では,Kチャネルブロッカーの影響は受けなかったが,Na^<+>-K^<+>-ATPase阻害薬(ouabain)の存在下で有意に減弱した.このouabainの効果は,低酸素条件(5%O_2,5%cO_2,90%N_2)でも観察された.また,血管内皮細胞のNa^<+>-K^<+>-ATPase活性の関与を検討した結果,血管内皮細胞を剥離した組織において,SNPは細胞内cyclic GMP濃度とouabain感受性^<86>Rb-uptakeを濃度依存的に増加させ(0.15±0.02→0.33±0.66pmol/min/mg weight(p<0.01,n=12)),その効果は低酸素の影響を受けなかった.したがって,ニトロ化合物による肺動脈拡張反応は筋細胞内のNa^<+>-K^<+>-ATPase活性刺激に基づくものであり,また本酵素活性は低酸素条件においても維持されていることが明らかになった.低酸素性肺血管攣縮の評価イヌ肺動脈を摘出し,動脈輪を作製しKrebs-Henseleit液を満たしたorgan chamberに懸垂しその等尺性張力を持続的に測定した.コントロール(95%O_2,5%CO_2)と低酸素曝露(5%O_2,5%CO_2,90%N_2)の状態で,サイクリックGMPを介する拡張反応を検討するため,ノルアドレナリン誘起性収縮反応に対するニトロプルシド(SNP)の抑制効果について比較検討した.その結果,低酸素曝露によりSNPによる肺動脈拡張反応は有意に減弱した(Emax80.1±8.6→57.8±6.8%(mean±SE,P<0.01)).KチャネルおよびNa-K-ATPaseの役割に関する薬理学的検証上記の実験系で,あらかじめ薬理学的阻害薬(イベリオトキシン:Ca^<2+>依存性Kチャネルブロッカー,グリベンクラマイド:ATP sensitive Kチャネルブロッカー,ウアバイン(Ouab):Ka-K-ATPase阻害薬)を添加した条件下で,低酸素性肺血管攣縮の程度を阻害薬非存在下と存在下で比較した.本実験に用いたKチャネルブロッカーおよびouabのいずれも,肺動脈平滑筋の静止時張力には影響を与えなかった.コントロール(95%O_2,5%CO_2)の条件下では,SNPによるノルアドレナリン誘起性収縮反応は,Kチャネルブロッカーの影響を受けなかったが,Ouabの存在下で有意に減弱した.この効果は,肺動脈の内皮細胞を剥離した組織でも認められ,また,ouabの効果は低酸素曝露の影響は受けなかった.肺動脈平滑筋の攣縮は,低酸素血症で認められる肺高血圧症の発現に中心的な役割を果たしているが,細胞レベルでのメカニズムは不明であり,肺動脈平滑筋トーンの調節にNa^<+>-K^<+>-ATPaseが関与していることに注目し,ニトロ化合物による血管拡張反応と本酵素活性との関連をイヌ摘出肺動脈輪を用いin vitroで検討した.その結果,ノルアドレナリン誘起性収縮反応に対するニトロプルシド(SNP)の肺動脈平滑筋拡張反応は,コントロール(95%O_2,5%CO_2)の条件下では,Kチャネルブロッカーの影響は受けなかったが,Na^<+>-K^<+>-ATPase阻害薬(ouabain)の存在下で有意に減弱した.このouabainの効果は,低酸素条件(5%O_2,5%cO_2,90%N_2)でも観察された.また,血管内皮細胞のNa^<+>-K^<+>-ATPase活性の関与を検討した結果,血管内皮細胞を剥離した組織において,SNPは細胞内cyclic GMP濃度とouabain感受性^<86>Rb-uptakeを濃度依存的に増加させ(0.15±0.02→0.33±0.66pmol/min/mg weight(p<0.01,n=12)),その効果は低酸素の影響を受けなかった.したがって,ニトロ化合物による肺動脈拡張反応は筋細胞内のNa^<+>-K^<+>-ATPase活性刺激に基づくものであり,また本酵素活性は低酸素条件においても維持されていることが明らかになった.
感覚器の再生による難聴(聾)の克服

本研究の目標は、聾者を含めた高度感音難聴者の聴覚の回復にある。感音難聴の原因は様々であるが、病態としては、大部分が内耳の感覚細胞(有毛細胞)、有毛細胞から情報を中枢(脳)に伝達するラセン神経節細胞の障害である。有毛細胞およびラセン神経節細胞の再生が可能となれば、一度喪失した聴覚の再獲得も可能と思われる。平成14年度は動物(主にラットやマウス)を用い、障害を受けた聴覚中枢が自然再生することがありうるかどうか検討した。その結果、中枢聴覚路は動物が幼若であれば再生する場合もあることが判明した。成動物では障害部位に胎仔の一部を移植する事により、一部再生が認められた。平成15年度は障害を受けた内耳感覚細胞が自然再生するかを検討した。内耳(蝸牛、前庭)を取り出し、器官培養系で培養した。その結果、内耳の感覚細胞は前庭器では自然に再生することもあり、また機能も回復する可能性があることが示された。内耳に幹細胞を移植すると、またその多くは神経栄養因子を放出することが判明した。この結果から、内耳への神経幹細胞移植は内耳感覚細胞の保護に役立つことが示された。平成16年度は器官培養した蝸牛感覚上皮、前庭感覚上皮に内耳前駆細胞を移植し、内耳有毛細胞に分化しうるかを検討した。その結果、内耳前駆細胞は有毛細胞へ分化しうることが分かった。また、共培養した内耳前駆細胞と胚性幹細胞はシナプス結合を形成し、電気生理学的にも信号の伝達を起こしていることが判明した。これら結果より、障害を受けた内耳有毛細胞が内耳前駆細胞の移植により再生しうることが判明した。また、ラセン神経節細胞を胚性幹細胞で再生させると、これらの細胞は内耳感覚上皮からの信号を中枢に伝達しうる可能性を示した。この結果は高度感音難聴の治療として、細胞移植方法を使用する可能性を示唆するものである。本研究の最終自標は、聾者を含めた高度感音難聴者の聴覚の回復にある。感音難聴の原因は様々であるが、病態としては、大部分が内耳の感覚細胞(有毛細胞)の障害である。感覚細胞の再生が可能となれば、一度喪失した聴覚の再獲得も可能と思われる。従来、内耳感覚細胞は一度障害を受けると再生は困難とされてきた。本研究の目的は、近い将来の臨床応用を目指すべく、まず動物を用い、各種神経成長因子や幹細胞を利用して、障害を受けた内耳有毛細胞や中枢聴覚路の再生を試み、感音難聴に対する基礎研究をおこなうことである。本年度は動物(主にラットやマウス)を用い、障害を受けた内耳有毛細胞や聴覚中枢が自然再生することがありうるかどうか検討した。動物(主にラットやマウス)を用い中枢聴覚路の一部におよび内耳の有毛細胞に障害を与えた。それらが自然再生するかどうかは、中枢部位に関しては、神経軸索を輸送される各種トレーサーを用いて検討する。内耳に関しては、光学顕微鏡および電子顕微鏡にて組織学的に検討した。その結果、中枢聴覚路は動物が幼若であれば再生する場合もあるが、成動物では再生が認められなかった。しかし、障害部位に胎仔の一部を移植する事により、一部再生が認められた。

これは胎仔脳組織から神経栄養因子が分泌されたからではないかと推測され、自然再生を誘導する手段になると考えられた。一方、内耳有毛細胞を音響外傷、耳毒性薬物で傷害し、そこに神経幹細胞、胚性幹細胞などを移植すると、移植細胞の一部は内耳有毛細胞に分化した。この結果は将来高度感音難聴の治療として、幹細胞移植方法を使用する可能性を示唆するものである。1)動物(主にラット、マウス)を用い、障害を受けた内耳感覚細胞が自然再生するかどうか、また再生した際には機能が回復するかどうかを検討した。内耳(蝸牛、前庭)を取り出し、器官培養系で培養、そこにアミノ配糖体薬物などを投与し、内耳に障害を与えた。その後、経時的に内耳感覚細胞の形態を観察すると、前庭器の感覚細胞は一部自然再生することが判明した。しかし蝸牛の感覚細胞はほとんど自然再生しなかった。再生した前庭器の感覚細胞に微小な機械刺激を与えると、感覚細胞のイオンチャンネルが開き、機能が回復すると考えられる結果が得られた。この結果から、内耳の感覚細胞は少なくとも前庭器では自然に再生することもあり、また機能も回復する可能性があることが示された。2)幹細胞を移植すると、移植先で神経栄養因子を放出し、移植先の細胞の保護に役立つことが報告されている。今回は動物(主にラット、マウス)を用い、神経幹細胞を内耳に移植して、それが神経栄養因子を放出するかどうか検討した。神経幹細胞を内耳に移植すると、移植した細胞の多くはグリア細胞に分化し、またその多くは神経栄養因子であるグリア由来神経栄養因子(GDNF)、脳由来神経栄養因子(BDNF)の何れかまたは両方を放出することが判明した。この結果から、内耳への神経幹細胞移植は内耳感覚細胞の保護に役立つ可能性があることが示された。本研究の最終目標は、聾者を含めた高度感音難聴者の聴覚の回復にある。感音難聴の原因は様々であるが、病態としては、大部分が内耳の感覚細胞(有毛細胞)、さらには有毛細胞から情報を中枢(脳)に伝達するラセン神経節細胞の障害である。有毛細胞およびラセン神経節細胞の再生が可能となれば、一度喪失した聴覚の再獲得も可能と思われる。我々はすでに有毛細胞に分化しうる細胞として、ラットを用い内耳前駆細胞の分離・培養に成功している。また、ラセン神経節細胞に分化しうる胚性幹細胞由来の細胞の分離・培養にも成功している。そこで、器官培養した蝸牛感覚上皮、前庭感覚上皮に内耳前駆細胞を移植し、内耳有毛細胞に分化しうるかを検討した。また胚性幹細胞を神経細胞方向に誘導し、この細胞を内耳前駆細胞と共培養し、両者の細胞の神経伝達についての機能を電気生理学的に評価した。今回の研究の結果、内耳前駆細胞は有毛細胞へ分化しうることが分かった。また、共培養した内耳前駆細胞と胚性幹細胞はシナプス結合を形成し、電気生理学的にも信号の伝達を起こしていることが判明した。これら結果は、傷害を受けた内耳有毛細胞が内耳前駆細胞の移植により再生しうることを示した。また、ラセン神経節細胞を胚性幹細胞で再生させると、これらの細胞は内耳感覚上皮からの信号を中枢に伝達しうる可能性を示した。この結果は高度感音難聴の治療として、細胞移植方法を使用する可能性を示唆するものである。
紫外固定点をもつ場の理論の研究

Non-trivialな紫外固定点のある場の理論が存在する可能性は、統一理論や大統一理論を構築する立場からも、大変重要な役割を果たすことが1986年あたりから注目をあびた。特にテクニカラー理論が、ワインバーグサラム理論における最大の謎とされているヒッグス粒子がになっている対称性の破れの動的な起源にせまる理論として、多くの研究者の関心を集めたにもかかわらず、フレイバーの変化する中性カレントが大きくですぎるために、一旦は1980年初期に捨てられた。それに対して、上記の理論の存在は、この困難を回避する方法を提供したのである。このような状況の中で、Latticeによる数値計算によって、あるいはSchwinger Dyson方程式を解くことによって、漸近自由ならびに非自由な場の理論の構造を調べる仕事が重要になってきた。われわれは特にその中で、現代的くりこみ処法を用いて、従来調べられてきた、QED理論の構造とQCDにみられる漸近自由な理論との関係を一つの枠組で調べる方法を提供し、長い間論争になっていた。Fixed pointの理論と漸近的自由の理論との関係を明らかにすることができた。またこうしたゲージ理論における解析ではゲージ依存性が一つの深刻な問題になっていたが、この点に関しても従来用いられているLandauゲージがゲージパラメーター上での紫外固定点になっているという特殊な位置を占めていることを明らかにした。以上、QEDのS-D方程式の解という形で紫外固定点の存在の証明になった際の問題点を、現代的くりこみ処法を用いることによってより広い視点から明らかにすることができた。さらに最近LEPをはじめとする新しい実験でトップコークの質量が少なくとも77GeV以上であることがわかってきた。W-S理論の枠組みの中で、この事実をくみいれて、紫外固定点のある場の理論の枠組みのなかでくりこみ群によるcouplingの動きを記述する新しい処法を提案することも試みた。Nontrivialな紫外固定点をもつ場の理論の存在が確かめられれば、統一理論や大統一理論構築上大変重要な意味をもつテクニカラー力学が現実のフエルミオン質量とFCNC問題を解決する可能性があることに注目する研究者は増えつつある。昨年8月名古屋(愛知大学)で開かれた国際ワークショップ"New Trends in Strong Coupltng Gauge Thecnies"では、この可能性をさまざまな面から討論するよいチャンスになった。特に、このような非摂動論的な力学構造を、Lattiee Monte Larlo法を用いて数値的に確かめる試みと、我々が分析してきたSchuriger-Dyson方程式によるアプローチは色々な意味で相補的な役割をもつ。後者のアプローチでは二つの面から未解決な面が残っていた。一つはゲージ依存性の問題である。今までの分析は、はじめからLandau Gaugeをとっていた。一般のゲージではどうなるかという問題は、色々Confusiyであったが今回現代的くりこみ処方(Polchinsky流)によるrenormalizotion flou)の構造を詳しく分析することによって、任意のゲージパラメター(α)とCoupling constant(入)の二変数面での相図を全面的に明らかにすることができた。そのなかでLandau gauge(α=0)は紫外固定点になっていることも明らかになった。同様の手段・方法を用いて次にはmassive geeuge hoson交換という力学系を調べるために、現在そのexpl=citな方程式をさまざまな物理量の計算が完成したところである。また同じ処方を用いて漸近自由な場の理論と漸近非自由な物の理論を同時にとり扱かい(これをparanetev A=0、or≠0で区別する)(A-入)

planeでの相構造を明らかにする予定である。さらに一般に相変化を起す強い相互作用系におけるBound Statesの構造を広い立場から見直し、PsmesonのみならずVecforchannelについてもその力学的性質を分析し、Hiddenlocal Symmetnyのrealizattonとの関連やHiggsメカニズムを見直したい。Non-trivialな紫外固定点のある場の理論が存在する可能性は、統一理論や大統一理論を構築する立場からも、大変重要な役割を果たすことが1986年あたりから注目をあびた。特にテクニカラー理論が、ワインバーブサラム理論における最大の謎とされているヒッグ粒子がになっている対称性の破れの動的は起源にせまる理論として、多くの研究者の関心を集めたにもかかわらず、フレイバーの変化する中性カレントが大きくですぎるために、一旦は1980年初期に捨てられた。それに対して、上記の理論の存在は、この困難を回避する方法を提供したのである。このような状況の中で、Latticeによる数値計算によって、あるいはSchwinger Dyson方程式を解くことによって、漸近自由ならびに非自由な場の理論の構造を調べる仕事が重要になってきた。われわれは特にその中で、現代的くりこみ処法を用いて、従来調べられてきた、QED理論の構造とQCDにみられる漸近自由な理論との関係を一つの枠組で調べる方法を提供し、長い間論争になっていた。Fixed pointの理論と漸近的自由の理論との関係を明らかにすることができた。またこうしたゲージ理論における解析ではゲージ存在性が一つの深刻な問題になっていたが、この点に関しても従来用いられているLandauゲ-ジがゲージパラメター上での紫外固定点になっているという特殊な位置を占めていることを明らかにした。以上、QEDのS-D方程式の解という形で紫外固定点の存在の証明になった際の問題点を、現代的くりこみ処法を用いることによってより広い視点から明らかにすることができた。さらに最近LEPをはじめとする新しい実験でトップコークの質量が少なくとも77GeV以上であることがわかってきた。W-S理論の枠組みの中で、この事実をくみいれて、紫外固定点のある場の理論の枠組みのなかでくりこみ群によるcouplingの動きを記述する新しい処法を提案することも試みた。
インフルエンザウイルスの不顕性感染メカニズムの解明

インフルエンザウイルスに対する免疫記憶機構を解明するため、同一集団を対象とし継時的にpdmH1N1亜型のウイルスに対する抗体価の変動を調べたところ、常に高い抗体価を保持しているヒトとワクチンを複数回接種しても全く抗体価が上がらないヒトが認められた。そこで、ワクチン接種前後の抗体価を比較したところ、ワクチン接種は影響していないことが分かった。さらに、様々なH3N2亜型のウイルスに対する抗体価を解析したところ、年代別に抗体価に差が認められ、最初に感染したと思われる株に対する抗体価を維持しており、ワクチンの刺激により抗体価を維持しているのではなく、別の要因が関係していることが示唆された。本研究課題では、次の新型インフルエンザ発生によるパンデミックに対抗し得る免疫記憶機構の解明を目的としている。2013年春、中国でH7N9亜型のインフルエンザウイルスがヒトに感染した。そのため、本ウイルスが日本に入ってきた場合の被害の程度を予測するため、日本人が本ウイルスに対する抗体をどの程度保有しているかを解析した。東京大学医科学研究所の血清バンク(医科研血清バンク)から、2012年に採血した20歳から63歳のボランティア200人分の血清の分与を受け、中国の患者から分離したH7N9ウイルス(A/Anhui/1/2013(H7N9))に対する中和抗体価を測定した。その結果、200人全員の抗体価は4以下で、H7N9ウイルスと反応する抗体を全く持っていないことが明らかとなった。2009年のH1N1亜型のウイルスによるパンデミック発生時は、1918年以前に生まれた人がパンデミックウイルスに対する抗体を持っていた。また、1918年以降に生まれた成人も、不顕性感染が多く認められた。これは、本研究課題でもある季節性H1N1ウイルスによる何らかの免疫記憶が関係していると思われる。しかし、今回のH7N9亜型はこれまでヒトの間で流行したことの無い亜型であり、誰も抗体を持っていないことが明らかになったため、本ウイルスが日本に入ってきた場合、重症化する危険性があることが分かった。本研究で得られた結果は、中国で発生したH7N9ウイルスの性状を解析した論文の成果の一部として公表された(Nature 26:551-555, 2013)。次の新型インフルエンザに対抗し得る免疫記憶機構を明らかにする一端として、まず、2009年のパンデミック発生時に採取した血清について、次のパンデミックウイルスとなり得ることが指摘されているH2N2ウイルスおよび、古いH3N2ウイルスに対する抗体価を解析した。その結果、1964年以前に生まれた大人の一部は、1957年にヒトから分離されたH2N2ウイルスおよび、1978年に鳥から分離されたH2N2ウイルスに対する抗体を保有していることが明らかとなった。また、1974年にヒトから分離されたH3N2ウイルスに対する抗体は、1968年以前に生まれた大人の一部が保有していた。しかし、それ以外の大人および子どもは、これらのウイルスに対する抗体を全く保有していなかった。これらの結果から、2009年のパンデミックの時のように、古い型のH3N2ウイルスがヒトの間で感染するようになった場合や、新たなH2N2ウイルスが出てきた場合、パンデミックとなる恐れがあることが明らかとなった。今後は、これらのウイルスに対する監視も必要であることが示唆された。本研究課題は、インフルエンザウイルスに対する免疫記憶機構の解明を目的としている。2014年4月に健康なボランティア80人(年齢分布:25歳-59歳、平均年齢:39歳)から採血を行った。採血の際、同時にワクチン接種歴、インフルエンザ罹患歴等の情報についても収集した。得られた血清を用いて、2009年から2014年に分離された5株のpdmH1N1亜型のインフルエンザウイルスに対する抗体価を調べた。その結果、すべての株に対し高い抗体価を示すヒト、特定の株のみに高い反応性を示す抗体を有するヒト、どの株に対しても全く抗体価が上がっていないヒトに分類された。さらに、インフルエンザ罹患歴およびワクチン接種歴がないにも関わらず、高い抗体価を示すヒトが多数認められた。また、これまで2009年9月、2010年3月、2010年11月、2011年11月にも、同じ集団を対象として採血を実施してきた。この間、複数回採血に参加してくれているボランティアについて、pdmH1N1ウイルスに対する抗体価を解析したところ、インフルエンザ罹患の有無やワクチン接種の有無に関係なく、常に高い抗体価を保有しているヒトと、ワクチンを複数回接種しても全く抗体価の上がらないヒトがいることがわかった。これらの結果から、インフルエンザウイルスに対する抗体価が、ヒトにより大きく異なることが明らかとなった。今後は、これらの差に関わる要因について、解析を進めていく。これまで、2009年9月、2010年3月、2011年11月、2014年4月に同一集団を対象として、ボランティアから採血を行い、pdmH1N1亜型のインフルエンザウイルスに対する抗体価を調べてきた。その結果、インフルエンザ発症の有無や、ワクチン接種の有無に関係なく、常に高い抗体価を保持しているグループと、ワクチンを複数回接種しているにもかかわらず、全く抗体価が上がらないグループが存在することが明らかとなった。

2015年4月、同集団のボランティア57人(年齢分布:23歳-60歳、平均年齢:40.6歳)から採血を実施した。pdmH1N1ウイルスに対する抗体価を調べた結果、高い抗体価を保持するグループのボランティアは引き続き高い抗体価を維持しており、抗体価の上がらないグループのボランティアは、ワクチンを接種していても抗体価の上昇は認められなかった。pdmH1N1に対する抗体価が上がらない原因の一つとして、2009年のパンデミック発生前に流行していた季節性H1N1ウイルスに対する抗体が影響している可能性が考えられたため、2009年に分離された季節性H1N1ウイルス、A/Kawasaki/UTK-4/09に対する抗体価を調べたところ、pdmH1N1ウイルスに対する抗体価で分けられたグループとは全く相関がみられなかった。これらの結果から、pdmH1N1ウイルスに対する抗体価の上昇の有無には、季節性H1N1ウイルスに対する抗体価の上昇は影響していないことが明らかとなった。これまでに解析してきた抗体価の結果から、pdmH1N1亜型のインフルエンザウイルスに対する抗体価に個人差があること、またその個人差には季節性H1N1亜型のインフルエンザウイルスに対する抗体価は相関していないことが明らかとなったため。本研究課題は、インフルエンザウイルスに対する免疫記憶機構の解明を目的としている。これまでに2009年9月、2010年3月、2011年11月、2014年4月、2015年4月に同一集団を対象として、ボランティアから採血を行い、pdmH1N1亜型のインフルエンザウイルスに対する抗体価を調べてきた。その結果、常に高い抗体価を保持しているグループと、ワクチンを複数回接種しているにも関わらず、全く抗体価が上がらないグループが存在することが明らかとなった。高い抗体価の維持とワクチン接種の関係を調べるため、ワクチン接種ボランティアからワクチン接種前と接種1ヵ月後に採血をさせていただき、ワクチン株(pdmH1N1亜型、H3N2亜型、B型ビクトリア系統、B型山形系統)に対する抗体価を解析したところ、いずれの亜型でもワクチン接種による抗体価の変動はあまり認められず、抗体価の高いヒトはワクチン接種前から高い抗体価を維持していることが明らかとなった。そこで、ワクチン接種ボランティアの血液を用いて、1968年、1979年、1992年、2002年、2012年、2014年の各年に分離されたH3N2亜型のウイルスに対する抗体価を解析したところ、年代別に抗体価に差が認められ、一番最初に感染したと思われるウイルス株に対する抗体価が高く、抗原原罪が影響していると考えられた。また、いずれの株に対してもワクチン接種による抗体価の変動はほとんど認められなかった。したがって、ワクチンの刺激により抗体価を維持しているのではなく、別の要因が関係していることが明らかとなった。インフルエンザウイルスに対する免疫記憶機構を解明するため、同一集団を対象とし継時的にpdmH1N1亜型のウイルスに対する抗体価の変動を調べたところ、常に高い抗体価を保持しているヒトとワクチンを複数回接種しても全く抗体価が上がらないヒトが認められた。そこで、ワクチン接種前後の抗体価を比較したところ、ワクチン接種は影響していないことが分かった。
リンク装置を用いた2次元床運動を利用する歩行訓練装置の開発

本格的な高齢化社会を迎えるにあたり,在宅医療の必要性が高まっており,家でもリハビリテーションができる歩行訓練装置の開発が望まれている.現在病院や老人施設等で一般的に行われている歩行訓練では,歩行訓練者が平行棒の間を腕で支えながら移動するため,介護者が必要である.また動力を利用した歩行訓練装置が開発されているが,高価なため、主に病院で使用されている。さらに,簡便な歩行器などもあるが,歩行の環境が整備されていない在宅では使えない。本研究では,在宅で使える歩行訓練装置の開発を目ざし,まず、床板がヒトの歩行軌跡に近い運動を行う6節リンク機構を用いた歩行訓練装置を設計・製作したつぎに、床板が上下運動をするスクリューリンク式歩行訓練装置を提案し,この装置を設計,製作した。この装置は,以前に設計した.偏心カム式歩行訓練装置に比べ,小型,軽量であり,訓練者にとって安全性が高い.さらにこの装置を疑似障害者に使用してもらい,健常者との比較を行った。すなわち,ポジションセンサを用いて被験者の身体各部の軌跡を計測し、この装置に訓練者が乗った時の各部の動きを求め,その特性を調べ,身体各部の動きが歩行障害の度合を示すことを明らかにした。さらにこの装置の利点,問題点を指摘し,在宅で使える歩行訓練装置の実用化に近づけた。我が国では本格的な高齢社会を目前に控え,介護者不足が深刻になることが予想される.このため,高齢者・障害者ができるだけ他人に頼らずに自立した生活を送り,社会参加を促進する福祉機器を開発することが重要となる.歩行訓練は高齢者・障害者の自立した日常生活を支援するものの1つとして欠かせないものである.従来の歩行訓練は平行棒や歩行器を使用したものが多く,訓練する人だけでなく,訓練を補助する人にも多くの負担となっている.また,これらの負担を軽減する動力を利用した歩行訓練装置が開発されているが,高価なため主に病院に納入されている.本研究では,家庭で訓練できるような安価で手軽な歩行訓練装置を開発することを目的とし,リンク装置のリンクの2次元運動を利用し、床が運動をして歩行を補助するリンク式歩行訓練装置を設計した.またこの装置の試作を行い,試作装置を多くの人に使ってもらい,アンケート調査を行った.その結果,家庭用の簡便な歩行訓練装置がないことがわかり,本研究の完成時には大きな需要が見込まれることがわかった.またリンク式歩行訓練装置の床板の幅を広げたり,カバーをかけるなど安全性に配慮する必要があることが指摘された.本研究の成果を踏まえ,次年度は床運動を利用する歩行訓練装置試作2号機の設計・製作を行うことにした.本格的な高齢化社会を迎えるにあたり,在宅医療の必要性が高まっており,家でもリハビリテーションができる歩行訓練装置の開発が望まれている.現在病院や老人施設等で一般的に行われている歩行訓練では,歩行訓練者が平行棒の間を腕で支えながら移動するため,介護者が必要である.また動力を利用した歩行訓練装置が開発されているが,高価なため、主に病院で使用されている。本格的な高齢化社会を迎えるにあたり,在宅医療の必要性が高まっており,家でもリハビリテーションができる歩行訓練装置の開発が望まれている.病院や老人施設等で一般的に行われている歩行訓練では,歩行訓練者が,平行棒の間を腕で支えながら移動するため,介護者が必要である.また動力を利用した歩行訓練装置が開発されているが,高価なため主に病院に納入されている.さらに,簡便な歩行器などもあるが,歩行の環境が設備されていない在宅では使えない.本研究では,在宅で使える歩行訓練装置の開発を目ざし,様々な上下運動を含んだ床運動を訓練者に与える歩行訓練装置を設計,製作することを目的として,まず従来のリンク式歩行訓練装置の改良を行った.つぎに,新たに床板が上下運動をするスクリューリンク式上下運動歩行訓練装置を提案し,この装置を設計,製作した.この装置は,以前に設計した偏心カム式歩行訓練装置に比べ,小型,軽量であり,訓練者にとって安全性が高い.さらにこの装置を疑似障害者に使用してもらい,健常者との比較を行った.すなわち,ポジションセンサを用いて被験者の体の各部の軌跡を計測し,この装置に障害者が乗った時の体の各部の動きを求め,その特性を調べ,体の各部の動きが歩行障害の度合を示すことを明らかにした.さらにこの装置の利点,問題点を指摘し,在宅で使える歩行訓練装置の実用化に一歩近づけた.
InP基板上Be系II-VI族半導体新材料の開発とフルカラーデバイスへの応用

分子線エピタキシー(MBE)法を用いてInP基板上のBe系新材料の開発を行い、これを応用することで、この材料系で世界初の560nm帯黄緑色レーザ発振に成功した。以下に具体的な内容を述べる。1. BeZnTe単層膜及びZnCdSe/BeZnTe超格子を作製し評価した。BeZnTeでは3eV以上の広い直接遷移ギャップが確認され、10^<18>cm^<-3>以上の高p型ドーピングが得られた。また、超格子の15Kにおけるフォトルミネッセンス(PL)測定において、ピーク波長が740nmから507nmの良好な発光が得られた。2. BeZnCdSe及びMgSe/BeZnCdSe超格子の成長及び評価を行った。15KでのPL測定より、572nmから470nmの波長域において良好な発光特性が得られた。3. BeZnTe、ZnCdSe/BeZnTe超格子、MgSe/BeZnTe超格子の屈折率を測定し、これら材料を用いたレーザ構造の導波路解析に応用した。その結果、レーザ発振に必要な充分な光閉じ込め効果があることが示された。4.これまで開発してきた材料を用いてレーザダイオード(LD)及び発光ダイオード(LED)を試作した。LDの構造は活性層をZnCdSe、pクラッド層をMgSe/BeZnTe : N超格子、nクラッド層をMgSe/ZnCdSe : Cl超格子とした。LDを77Kにおけるパルス電流駆動により評価したところ、560nm帯の黄緑色レーザ発振が得られた。またLEDでは、ピーク波長が554nmから644nmの黄緑色から赤色の発光が得られた。さらに、寿命試験により2000時間以上の連続動作が確認され、高い信頼性が示された。5. InP基板上ZnCdSeの高品質化のための新たな手法として、BeZnTeバッファーの導入を行った。これにより10^3cm^<-2>台までの欠陥密度の低減が達成された。本年度は、デバイスを作製するためのBe系新材料の開発を行った。1.ZnCdSe/BeZnTe超格子をInP基板上に分子線エピタキシー(MBE)法により成長させ評価した。層厚比を変えることにより15Kにおけるフォトルミネッセンス(PL)測定においてピーク波長740nm(赤)から507nm(青緑)までの良好な発光が得られた。2.BeZnCdSeの成長及び評価を行った。15KでのPL測定により、Be組成8%の格子整合した試料においてピーク波長572nm、半値幅8.8meVの良好な特性が得られた。さらにMgSe/BeZnCdSe超格子とすることにより525nmから470nmまでのPLピークの短波長化が得られた。3.ラジカル窒素ドープしたBeZnTeの成長を行った。格子整合した試料では3.12eVの広い禁制帯幅と10^<18>cm^<-3>以上の高p型ドーピングが得られた。4.MgSe/BeZnTe超格子のMBE成長を行い評価した。試料の屈折率を測定したところ、この超格子をpクラッド層、1.で述べたZnCdSe/BeZnTe超格子を活性層とした場合にレーザとしての充分な光閉じ込め効果があることが分かった。5.これまで開発してきた材料を組み合わせてLEDを試作した。具体的には活性層にZnCdSe/BeZnTe超格子、pクラッドには窒素ドープBeZnTe、またnクラッドには塩素ドープMgSe/ZnCdSe超格子を用いた。作製したデバイスに室温においてパルス電流を注入したところ、ピーク波長562nmの黄緑色発光が得られた。6.InP基板上ZnCdSeの高品質化のための新たな手法として、BeZnTeバッファーの導入を行った。これにより10^3cm^<-2>台の低い欠陥密度が達成された。

その結果、レーザ発振に必要な充分な光閉じ込め効果があることが示された。4.これまで開発してきた材料を用いてレーザダイオード(LD)及び発光ダイオード(LED)を試作した。LDの構造は活性層をZnCdSe、pクラッド層をMgSe/BeZnTe : N超格子、nクラッド層をMgSe/ZnCdSe : Cl超格子とした。LDを77Kにおけるパルス電流駆動により評価したところ、560nm帯の黄緑色レーザ発振が得られた。またLEDでは、ピーク波長が554nmから644nmの黄緑色から赤色の発光が得られた。さらに、寿命試験により2000時間以上の連続動作が確認され、高い信頼性が示された。5. InP基板上ZnCdSeの高品質化のための新たな手法として、BeZnTeバッファーの導入を行った。これにより10^3cm^<-2>台までの欠陥密度の低減が達成された。
児島湖及びその流域における水環境管理に関する研究

1.パソコンを用いたエキスパートシステムによる流域からの汚濁物質の発生,排出,流達負荷量の推定と水質管理-本課題はパソコンとの対話形式によって、対象とする閉鎖性流域における汚濁物質の発性量と流達負荷量を推定し、計算結果を見ながら、流域の各ブロックにおける汚濁発生削減対策を、画面に表示されたメニューの中から選択することによって、基準点における消減効果を評価しようとするものである。また、流域における土地利用形熊の改変に伴う汚染物質の流出特性の変化も、必要なパラメータの値を変化させることによって、瞬時に推定できる。2.ボックスモデルによる児島湖の水質予測-前述の汚濁物質の流達負荷量予測値を前年度に開発した湖沼水質予測のためのパソコンを用いた計算システムと結合させることにより、長期的、平均的水質予測を行うことができる。これを用いて児島湖の流域下水道整備の効果を評価すると、CODとT-Pの水質改善の効果が認められたが、T-Nについては十分でないことが判明した。とりわけ下水道整備の遅れる農村地域における対策が必要である。3.自然生態系を利用した水質浄化システム-下水処理後の窒素とリン除去のための補完施設として、児島湖の一部を水質緩衝池として利用し、ホテイアオイの植裁による水質浄化能を評価した。児島湖水面の1%10haにホテイアオイを植裁することによって、裁培可能な7カ月間に、月2回収穫したとすると窒素約22000kg,リン約3700kg吸収除去されることがわかった。4.児島湖への界面活性剤の流入特性-界面活性剤は洗剤や農薬に含まれており、水環境に及ぼす2次的な影響を考慮する必要があることが示唆された。この流下過程における濃度変化をみると、特に市街地を貫流する水路において高濃度が検出され、その濃度範囲は50-1250ppbであった。またEDTAやNTAは工場排出の流入地点で検出された。
マイクロシステムにおける環境変化に伴う摩擦力特性の解明

二面間の接触を有するマイクロシステムには,様々な因子が表面吸着力として作用して摩擦力に影響を与えている.本年度は接触面積と摩擦力の関係について,大気環境下ならびに真空環境下で実験を行った.表面吸着力として作用するものに,水分子などによるメニスカス効果,静電力,ファンデルワールス力が考えられる.本研究で対象としているマイクロシステムでは,想定している接触面積(見かけの接触面積)を0.1mm^210mm^2としているため,ファンデルワールス力の影響は小さいと考えた.そこで,静電力がどの程度摩擦力に影響しているのかを調べた.繰り返ししゅう動を行った実験と,除電をしてしゅう動を行った実験を比較すると表面の吸着力が二分の一になった.また接触面積と摩擦力の関係は線形関係で無いことを明らかにした.なお,メニスカス効果については昨年度の実績を参照されたい.次に接触面積が0.17mm^2(質量0.15mg)と0.53mm^2(質量0.41mg)のマイクロシステムを用いて周囲の環境が変化したときの摩擦力の変化を調べた.大気環境下ではそれぞれの摩擦力は4μNと250μNとなったが,真空環境下ではそれぞれ3.0μNと25μNとなった.接触面積の比が3.11であり摩擦係数の比が3.05となったので,真空環境下では接触面積と摩擦係数は線形関係にあるといえる.真空環境下の実験においては除電を行い,また水分子も大気中に比べほとんど存在していないため,静電力やメニスカス効果が摩擦力に与える影響は少ないと考えられる.本研究では,大気環境下においてマイクロシステムのしゅう動に表面吸着力が大きく接触面積と摩擦力は線形関係ではないが,真空環境下においては接触面積と摩擦係数は線形関係にあることを明らかにした.本年度はマイクロシステムにおけるすべり摩擦力測定方法の確立,および環境変化に伴う摩擦力変化について研究を行った.本研究室では単結晶シリコンの異方性エッチングにより,二条のV凸形状を有するマイクロスライダ(代表寸法450μm)とガイド(長さ3mm)からなる微小直線運動機構を製作した.本機構において生じるすべり摩擦力を測定する方法として,半導体ひずみゲージから構成される片持ちはりを利用した.これにより数μNの摩擦力測定が可能となった.次に周囲の環境を変化させたときの,スライダのすべり摩擦特性を調べる実験を行った.実験環境としてはSEMを利用した.実験結果から,大気環境下にあけるスライダの摩擦力の値は約5μN,真空環境下のものは約3μNとなっている.この傾向は100回の繰り返し摩擦力測定においても見られ,その再現性を確認している.この結果,本機構を用いときの結果として,大気環境下における摩擦力は真空環境下のときに比べ約5割程度(1μN2μN)増大していることがわかった.SEMを利用したときに,大気環境と真空環境の間で異なるものとして相対湿度がある.標準状態では物体表面上に吸着している水分子は固体接触域で毛管凝縮していると考えられる.数値計算から大気環境下における相対湿度を50%としたときに,表面粗さ勾配の分布に対して,メニスカスにより本機構においては450μN0.07μNの吸着力が生じる可能性がある.このことから水分子などによって構成されているメニスカスにより発生する吸着力が摩擦力の増大に影響していた(メニスカス効果)と考えられ,実験によりこの影響を検証した。二面間の接触を有するマイクロシステムには,様々な因子が表面吸着力として作用して摩擦力に影響を与えている.本年度は接触面積と摩擦力の関係について,大気環境下ならびに真空環境下で実験を行った.表面吸着力として作用するものに,水分子などによるメニスカス効果,静電力,ファンデルワールス力が考えられる.本研究で対象としているマイクロシステムでは,想定している接触面積(見かけの接触面積)を0.1mm^210mm^2としているため,ファンデルワールス力の影響は小さいと考えた.そこで,静電力がどの程度摩擦力に影響しているのかを調べた.繰り返ししゅう動を行った実験と,除電をしてしゅう動を行った実験を比較すると表面の吸着力が二分の一になった.また接触面積と摩擦力の関係は線形関係で無いことを明らかにした.なお,メニスカス効果については昨年度の実績を参照されたい.次に接触面積が0.17mm^2(質量0.15mg)と0.53mm^2(質量0.41mg)のマイクロシステムを用いて周囲の環境が変化したときの摩擦力の変化を調べた.大気環境下ではそれぞれの摩擦力は4μNと250μNとなったが,真空環境下ではそれぞれ3.0μNと25μNとなった.接触面積の比が3.11であり摩擦係数の比が3.05となったので,真空環境下では接触面積と摩擦係数は線形関係にあるといえる.真空環境下の実験においては除電を行い,また水分子も大気中に比べほとんど存在していないため,静電力やメニスカス効果が摩擦力に与える影響は少ないと考えられる.本研究では,大気環境下においてマイクロシステムのしゅう動に表面吸着力が大きく接触面積と摩擦力は線形関係ではないが,真空環境下においては接触面積と摩擦係数は線形関係にあることを明らかにした.
高・低カルシウム環境における骨代謝と成長・成熟

ティラピア(無細胞性骨)とサクラマス(細胞性骨)について、骨形態計測法を主な手法として骨代謝の動態を調べ以下の結果を得た。1.ティラピアをカルシウム(Ca)不足飼料、Ca不足淡水、実験的鱗再生によるCa需要の高揚を組み合わせた条件下で飼育すると、骨と鱗からCaが流出する。Caの動員には骨基質の形成量の減少及び破壊吸収量の増加による骨量の減少う伴う過程と、骨量の減少を伴わずCa密度の減少による過程の二つが区別され、鱗については後者の過程のみが認められる。前者の過程は骨芽細胞の不活性化及び破骨細胞の活性化により、後者の過程は不活性な骨芽細胞の関与による。環境水のCa不足は飼料のCa不足に比べ大きな効果を示す。Ca不足条件下での骨量及びCa密度の減少は条件の改善により促される骨芽細胞の活性化により速やかに回復する。一方、高Ca条件(10mMCaをふくむ淡水+正常飼料)は新生基質の石灰化速度を高めるが骨量自体には影響しない。破骨細胞は多くは単核小型で、哺乳類のそれが多核巨大であるのに比べその活性は低いと考えられる。又、基質の破壊吸収を伴わないCaの溶出は骨細胞を欠く無細胞性骨では骨基質形成休止中の骨芽細胞を中心に行われ、その機能は哺乳類における骨細胞に比べ低いと考えられる。2.池中養殖サクラマスの1,2才魚における骨の形成、吸収活性の季節変化は、銀毛化、生殖巣の発達する時期に一時的な骨代謝活性の増加と骨形成活性の低下を示す。これは海水適応能の獲得や性成熟という魚体の大きな生理的変化に骨代謝活性が影響されることを示す。海水養殖サクラマスについては現在計測を継続中である。以上の結果から、魚類の無細胞性骨は鱗とともに高等脊椎動物の骨組織同様、摂取し得るCa量及び生理的Ca要求量に応じ、Caを貯蔵又は放出する体内緩衝系として機能することが定量的に明らかにされた。
恒久的にエステル交換触媒活性を発現する新規なアルコキシド型陰イオン交換樹脂の創製

本研究では、恒久的にエステル交換触媒活性を発現する新規なアルコキシド型陰イオン交換樹脂を作製し、その触媒特性や反応メカニズムを明らかにした上で、連続合成システムを構築することを目指す。研究期間は3年であり、初年度となる本年度は、触媒活性に及ぼす樹脂性状の影響を検討した。イオン交換樹脂には、分子サイズの大きなトリグリセリド(分子量900程度)の内部拡散のしやすさを考え、多孔性の強塩基性樹脂の中で最も架橋度と粒径が小さい三菱化学株式会社製Diaion PA306S(架橋度3%,粒径0.15-0.25mm)を用いた。樹脂は工場出荷時に置換基Cl型、水膨潤状態であるため、まず、置換基を効率よくアルコキシド型にする調製法の検討を行った。そして、樹脂を充填したカラムに脱水メタノールを通液することで水を除去した後、1.0mol/dm^3のNaOMe溶液を通液することによって置換基の70%程度をメトキシド型に変換できることが分かった。また、メトキシド型樹脂を用いた場合でも、OH型樹脂と同様に高いエステル交換活性を発現すること、反応系内に水が存在すると樹脂のメトキシド基とOH基とのイオン交換が生じるため、OH基型樹脂で問題となっている触媒活性消失反応が低頻度であるものの起こること、が分かった。さらに、PA306S樹脂と同じ組成を持ち、形状が粒子状ではなく繊維状(繊維径15μm程度)であるイオン交換繊維を触媒として、同様のエステル交換実験を行った。そして、イオン交換樹脂を繊維状にすることによって、扱い易さを保持しつつより小さな直径を達成でき、分子サイズの大きな反応物の触媒内拡散距離が短くなるため、エステル交換活性が著しく増大することが分かった。
家賃補助の時間的変化が賃貸住宅居住期間に与える影響

本研究では、家賃補助のあり方が借家居住期間に与える影響を行動経済学の観点から計量経済学的に明らかにした。大阪市住宅供給公社から入手した住宅の特性、家賃構造、キャッシュバック制度の有無、世帯の所得、家族特性などのデータをもとに、キャッシュバックの額およびキャッシュバック期間が、特定優良賃貸住宅に居住する期間にどのような影響を与えるかを、ハザードモデルを用いて計量経済学的に明らかにした結果、キャッシュバックをもらった世帯で退去率が高いこと、その退去はキャッシュバックが切れる前後で特に高くなることが示された。また、この結果は子育て世帯においてはあまり見られないことがわかった。中堅所得層に対して良好な賃貸住宅供給を促進するために作られた特定優良賃貸住宅(特優賃)制度では家賃補助が入居後徐々に引き下げられ、支払い家賃が引き上げられる。ところが、大阪市では当初設定された特優賃家賃よりも近隣家賃が低下したために、特優賃の空室が増えた。そこで、空室率引き下げのためにキャッシュバックと呼ばれる入居当初の家賃を一定期間引き下げる仕組みが大阪市住宅供給公社で導入された。大阪市住宅供給公社から入手した住宅の特性、家賃構造、キャッシュバック制度の有無、世帯の所得、家族特性などのデータをもとに、キャッシュバックの額およびキャッシュバック期間が、特優賃に居住する期間にどのような影響を与えるかを、ハザードモデルを用いて計量経済学的に明らかにした。次に、特優賃の居住者が特優賃から退出する際に、分譲住宅を購入するか、民間賃貸住宅に移るか、公営住宅に転居するかという複数のハザードを考慮したコンピーティング・リスクモデルを用いて、キャッシュバック制度と居住行動の関係を推定した。また住宅別データをもとに、キャッシュバック制度が空室期間をどのように引き下げるかを、ハザードモデルを用いて分析した。これらの分析結果、キャッシュバックをもらった世帯で退去率が高いこと、その退去はキャッシュバックが切れる前後で特に高くなることが示された。この研究結果を「期限付きキャッシュバック制度が退去行動に与える影響:大阪市住宅供給公社の事例」という論文にまとめ、査読誌『都市住宅学』(No. 84,2014年1月31日、pp.90-98、森知晴・大竹文雄)に掲載された。住宅供給公社および特優賃の家賃は、一般世帯向けと子育て向けによって違いがある。一般向けのものは入居者負担家賃が徐々に引き上げられていくのに対し、子育て向けは定額の家賃となっている。キャッシュバック制度は、2年間一定額の家賃が減額される仕組みである。ハザードモデルを用いて、借家からの退出確率を分析すると、一般向けの場合、キャッシュバックを受けていた人は、キャッシュバック終了時期に退出確率が統計的に有意に上昇する。これに対し、子育て世帯向けでは、キャッシュバック受給は退出確率に有意な影響を与えない。したがって、期間限定の家賃キャッシュバック制度は、子育て世帯のようにもともと長期の居住が期待されるグループには、居住促進政策として有効である。一方、一般世帯の場合には、キャッシュバック期間中の居住だけを念頭においた世帯が入居するという傾向を高めると考えられる。平成24年度においては、大阪市住宅供給公社から提供された業務データを分析データに加工し、入居者の居住期間別退出ハザードを算出、キャッシュバック制度が退出ハザードにどのような影響を与えるかを推定した。平成24年度に当初計画したことをすべて行った。また、平成25年度に行う予定であった、退出先を考慮したコンピーティングリスクモデルの推定にも着手している。こうした分析結果をもとに、論文の作成を行っている。平成25年度においては、24年度に行った研究結果を論文にまとめ、学術雑誌に投稿する。また、平成24年度は、居住者側からの分析であったが、平成25年度は、部屋を単位として分析を行い、キャッシュバック制度が空室期間に与える影響を分析する。この分析によって、キャッシュバック制度が大阪市住宅公社の収益に与える影響を検討する。さらに、家賃補助スケジュールに関する選好を明らかにするために、一般の借家居住者を対象にインターネットアンケートを行う。インターネット・アンケート調査費1、000,000円、RA雇用費1,000,000円、論文の英文校正費、200,000円、研究報告等のための旅費、200,000円、消耗品費92,076円
衛星搭載用大型アンテナ鏡面の超高精度化

本研究では,人工衛星搭載用の大型アンテナシステムの超高精度化を目指し,鏡面を悪化させる要因に関する検討を行うとともに,新しい軌道上形状制御手法を提案し,その実現可能性を検証した.軌道上形状制御手法としては,送受信する電波の強度変化の情報を用いて制御入力を決定する方法,および,光学式形状計測結果を統計処理することにより制御入力を得る制御手法の2つを提案し,その有効性を数値シミュレーションおよび実験を通して確認した.本研究では,人工衛星搭載用の大型アンテナシステムの超高精度化を目指し,鏡面を悪化させる要因に関する検討を行うとともに,新しい軌道上形状制御手法を提案し,その実現可能性を検証した.軌道上形状制御手法としては,送受信する電波の強度変化の情報を用いて制御入力を決定する方法,および,光学式形状計測結果を統計処理することにより制御入力を得る制御手法の2つを提案し,その有効性を数値シミュレーションおよび実験を通して確認した.本研究では,新しい軌道上形状制御手法による人工衛星搭載用大型アンテナシステムの超高精度化法を提案し,その実現可能性を検証した.軌道上での利用が困難であった従来のアンテナ鏡面の形状計測方法を用いることなく,本システムでは,送受信する電波の強度変化の情報のみを用いて制御入力を決定,鏡面形状を制御し,超高精度なアンテナ鏡面を達成することができる.まず,アンテナ鏡面の形状変化とアンテナゲインの間の関係を求め,その関係を基に送受信する電波の強度変化情報を用いたアンテナ鏡面の形状制御方法を導出した.本制御方法では,従来必要であった制御入力の決定における反復的なプロセスは必要なく,直接的に制御入力を求めることができる.衛星搭載用大型アンテナ構造として広く用いられているケーブルネットワーク構造を対象に,数値シミュレーションを実施し,提案した形状制御方法が実現可能であることを明らかにした.このシミュレーションにおいては,アンテナの構造解析と放射特性解析を統合し,超高精度アンテナの設計・評価システムを作成した.さらに,実際の軌道上での運用を想定したアンテナシステムを目指し,軌道上で生じる可能性が高い鏡面の誤差モードについて評価し,形状制御の対象とすべき誤差モードについて検討を行った.ケーブル剛性や初期長さの変化が鏡面に及ぼす影響を評価するとともに,衛星搭載用アンテナにおいて重要な収納・展開を想定した形状再現性についても検討を行い,重要度の高い鏡面誤差モードを明らかにした.制御対象とする鏡面誤差モードを絞り込むことで,鏡面調整機構配置の効率化を行う事ができ,必要な調整機構の数を低減することができた.本研究では、新しい軌道上形状制御手法による人工衛星搭載用大型アンテナシステムの超高精度化法を提案し、その実現可能性を検証する。提案システムでは軌道上での利用が困難であった従来のアンテナ鏡面の形状計測方法を用いることなく、送受信する電波の強度変化の情報を用いて制御入力を決定、鏡面形状を制御し、超高精度なアンテナ鏡面を達成することができる。本年度はまず、アンテナシステムの高精度化と有効性評価において重要となる衛星搭載用アンテナの鏡面誤差に関して、近年、多数の衛星搭載用アンテナにて採用されているケーブルネットワーク型アンテナを対象とした数値シミュレーションを実施し、鏡面誤差の解析・評価を行った。特に展開型アンテナ構造における主要な誤差モードである展開非再現性を評価するため、ケーブルネットワーク構造の数値モデル化手法をクリープ変形に関するモデルを基に構築した。そのモデルにより精度の高い鏡面変形の評価が行えることを、数値解析および実験を通して確認した。次に、それらの鏡面誤差に対してゼルニケ多項式を用いたモード分解・評価を行い、主要な鏡面誤差モードを選定した。鏡面調整機構による制御入力に対する鏡面変形の感度を解析し、選定された誤差モードをより低減できる調整機構位置を選ぶことで、効率的な調整機構配置を設計することができた。これらの検討結果に基づきスケールモデルの基礎設計(アンテナ構造設計、鏡面調整機構配置の選定)を行った。このスケールモデルは、提案する高精度アンテナシステムの有効性検証試験に用いられる。本研究では、人工衛星搭載用大型アンテナシステムの超高精度化を目指し、鏡面を悪化させる要因に関する検討を行うとともに、新しい軌道上形状制御手法を提案し、その実現可能性を検証した。まず鏡面悪化の要因に関して、近年の高精度展開アンテナシステムにおいて問題となっている展開非再現性に焦点を当て、ケーブルネットワークに起因する展開非再現性のモデル化を行うとともに、その有効性を数値解析、実験の両面から確認した。また軌道上での高精度な鏡面形状計測の難さから、これまで実現が困難であった軌道上形状制御を実現するため、次の2つの形状制御法を導出し、その有効性に関して検討を行った。方法1:従来のアンテナ鏡面の形状計測方法を用いることなく、送受信する電波の強度変化の情報を用いて制御入力を決定、鏡面形状を制御する。この方法では利用する電波の波長に応じた精度での形状制御が可能となる。方法2:計測精度要求は満たさないものの、多点での形状計測が可能な光学式形状計測手法を用いて計測された鏡面形状を基に、評価値(鏡面精度の自乗)を算出し、その評価値を用いて制御入力を決定、高精度な形状制御を実現する。この方法では多点での計測結果を用いることで、算出される評価値の計測誤差によるバラツキが低減されることを利用している。方法1に関して、平成24年度までに衛星搭載用アンテナを模擬した数値シミュレーションを実施し、その有効性を確認するとともに、平成25年度には提案手法を組み込んだ、形状調整機構を有するアンテナ試作モデルを設計、開発した。平成25年度にはさらに、主に方法2に関して、数値シミュレーションを実施するとともに、概念検討モデルを開発し、それを用いた有効性検証試験を実施、提案する制御方法の有効性を実証した。

これらの研究の成果は、将来必要とされる衛星搭載用大型高精度アンテナの実現に向け重要な基礎技術となる。本研究で検討している大型展開アンテナの有効性評価においては、制御すべきアンテナ鏡面誤差を適切に設定する必要がある。そのような鏡面誤差モードの選定のため、衛星搭載用アンテナ構造に広く用いられているケーブルネットワーク型アンテナモデルを想定した鏡面誤差モードに関する追加検討を行った。そのため研究に多少遅れが見られるが、これらの追加検討からは新しい知見が得られ、成果報告につながっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後はまず、平成23年度に基礎設計を行ったスケールモデルの開発を行う。このスケールモデルは、展開可能なアンテナ鏡面と鏡面を変形させる鏡面調整機構を持つ構造であり、受信部に設置されたRFパワーメータを用いて受信電波の強度情報を取得し、その情報を基に形状制御を行うシステムである。さらに、このスケールモデルを用いた高精度形状可変アンテナシステムの有効性実証試験を行う。これまで行った数値シミュレーションとの比較を通して、本形状制御手法の有効性を確認すると共に、計測ノイズによる影響といった実用上での問題点やその影響を洗い出す。