hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
加工プロセスモデルを内包した次世代工作機械のためのスマートNCプロセッサの研究

1.ボクセルモデルに基づく加工シミュレータ加工中の被削材形状の変化を予測する目的で,ボクセルモデルに基づく加工シミュレータを開発した.ボクセルモデルにオクトツリー構造を導入し,必要な部分だけを微細なボクセルで表現することで,モデルの精度を確保しながらボクセル使用量(計算機のメモリ使用量)を抑制し,実用的な加工シミュレーションが可能であることを検証した.また,ボクセルモデルの特徴を活かした同時5軸加工の加工シミュレーションも実現した.2.エンドミル加工の切削力シミュレータ加工中の切削力を予測する目的で,エンドミル加工の切削力シミュレータを開発した.スクウェアエンドミルとボールエンドミルを対象に,加工中の切削力が十分な精度で予測可能であることを検証した.さらに加工シミュレータと連携することで,加工中の被削材の形状変化を計算しながら切削力を予測することができるバーチャルマシニングシシミュレーションを実現した.3.5軸制御工作機械のための工程設計支援システム5軸加工の特徴である工具姿勢の自由度を有効に利用した高能率な加工を実現する目的で,5軸制御工作機械のための工程設計支援システム(工具姿勢の決定法)を開発した.工程設計支援システムでは,ボクセルモデルで表現した被削材およびツーリングを利用して,干渉チェックと工具経路生成を高速で行う手法を考案し,加工能率の高い工具姿勢を高速に計算した.4.自律型工作機械のためのスケジューリングシステムスマートNCプロセッサで実現される自律的な工作機械の柔軟な運用を実現する目的で,スケジューリングシステムが加工状況をリアルタイムに監視しながら作業スケジュールを動的に変更することができるリアクティブスケジューリングシステムを開発した.作業時間の変動やばらつきに対しても作業スケジュールが柔軟に更新されることを計算機実験によって確認した.1.ボクセルモデルに基づく加工シミュレータ加工中の被削材形状の変化を予測する目的で,ボクセルモデルに基づく加工シミュレータを開発した.ボクセルモデルにオクトツリー構造を導入し,必要な部分だけを微細なボクセルで表現することで,モデルの精度を確保しながらボクセル使用量(計算機のメモリ使用量)を抑制し,実用的な加工シミュレーションが可能であることを検証した.また,ボクセルモデルの特徴を活かした同時5軸加工の加工シミュレーションも実現した.2.エンドミル加工の切削力シミュレータ加工中の切削力を予測する目的で,エンドミル加工の切削力シミュレータを開発した.スクウェアエンドミルとボールエンドミルを対象に,加工中の切削力が十分な精度で予測可能であることを検証した.さらに加工シミュレータと連携することで,加工中の被削材の形状変化を計算しながら切削力を予測することができるバーチャルマシニングシシミュレーションを実現した.3.5軸制御工作機械のための工程設計支援システム5軸加工の特徴である工具姿勢の自由度を有効に利用した高能率な加工を実現する目的で,5軸制御工作機械のための工程設計支援システム(工具姿勢の決定法)を開発した.工程設計支援システムでは,ボクセルモデルで表現した被削材およびツーリングを利用して,干渉チェックと工具経路生成を高速で行う手法を考案し,加工能率の高い工具姿勢を高速に計算した.4.自律型工作機械のためのスケジューリングシステムスマートNCプロセッサで実現される自律的な工作機械の柔軟な運用を実現する目的で,スケジューリングシステムが加工状況をリアルタイムに監視しながら作業スケジュールを動的に変更することができるリアクティブスケジューリングシステムを開発した.作業時間の変動やばらつきに対しても作業スケジュールが柔軟に更新されることを計算機実験によって確認した.これまでの研究で,切削力の予測に用いる切削加工モデルや,工作機械の制御に用いる仮想倣い加工モデルを開発してきたが,これらを統合して情報を共有することは難しかった。この問題を解決するためには,加工プロセスを一つのモデルで表現し,情報の共有と活用が可能なシミュレーション技術や情報処理技術を開発する必要がある。今年度はこうした技術の中核となる要素技術に関して以下の成果を得た。1.オクトツリーによるボクセルモデルの階層構造,Kitta CubeやMartin Cubeといった近似手法に関する論文を参考に,ボクセルモデルによる加工プロセスモデルを構築した。この加工プロセスモデルは切削シミュレーションだけでなく,CAD/CAM/CAEなどにも利用可能な汎用性と互換性を兼ね備えていると期待できる。2.1で構築したボクセルモデルを用いて,加工形状シミュレーションを実現した。ボクセルモデルでは形状を高精度に表現すると計算機メモリの使用量が急増することが知られているが,多段の階層構造にして計算機メモリの使用量を抑えながら高精度な加工形状シミュレーションを実行した。また,工具の移動指令が微細でB-repモデルを用いた形状表現ではシミュレーションが破綻する加工事例に対して,ボクセルモデルを用いた場合にはシミュレーションが可能であることを実証した。また,加工形状シミュレータと切削力シミュレータを統合して,加工形状変化を視覚化すると同時に加工中の切削力を推定することに成功した。3.工作機械を制御するスマートNCプロセッサとスケジューラとの情報統合を新しく提案した。ここでは,スマートNCプロセッサが有する加工開始と終了の発信機能や加工終了時刻の推定機能を利用して,生産計画を動的に変更可能なリアクティブスケジューリングを実現し,生産変動に対する柔軟な対応や生産効率の改善に貢献できることを示した。平成18年度は,以下の3点について研究を実施した.1.機上計測結果のダイレクトフィードバックレーザ変位計を用いた非接触走査型の加工形状機上測定機能を実現した.

レーザ変位計を加工表面から一定距離を離して走査するために開発済みの仮想倣い機能を利用することで,走査型でありながら高速測定が可能となった.しかし,変位計のアライメントや計測値取得の時間遅れなど測定精度改善のための課題も明らかとなった.また,加工誤差の修正加工を実現するためにボクセルモデルの利用を検討したが,モデルで表現可能な精度や修正加工を行う仮想倣い機能との連携に問題があり,CADモデルの加工面に加工誤差を転写して修正加工用モデルを生成する方式を新たに考案した.2.実時間切削力シミュレーションによる加工状態の認識平成17年度に開発した実時間切削力シミュレータによる切削力の予測値と切削実験による実測値を比較して,定性的にも定量的にも加工状態の認識に利用できることを確認した.また,切削力の予測値とNC工作機械でモニタリング可能な主軸負荷とを実時間で比較する実験を行ったが,モニタリングされる主軸負荷に原因不明の変動や誤差が含まれることがわかり,引き続きその原因究明を実施する.3.製造実行システム(MES)の開発生産システムにおける生産活動の進捗状況をリアルタイムに認識するための技術として,プレゼンスサーバに注目した.加工中や搬送中などといったプレゼンス情報を工作機械やワークに付加し,それを製造実行システムで一元管理することで,工作機械の稼働状況や,ワークの位置などを適切に認識することができる可能性を示した.またその情報をもとにスケジューリングを行うことで,機械やワークの状況を適切に認識してスケジュールの修正を行うことができる.1.ボクセルモデルによる加工シミュレータを利用した加工プロセス制御の試みボクセルモデルで加工除去領域を表現し,ボクセルに製品形状(輪郭)からの距離情報を与えた。加工形状シミュレーションで加工中の加工済領域と未加工領域を区別し,工具が加工済領域に侵入すれば無駄なエアカットを回避する工具経路の生成が可能となった。また,未加工領域では製品形状(輪郭)近傍では低速で,離れた領域では高速で加工するなどの加工プロセス制御を実現した。2. 5軸制御工作機械のための工具姿勢決定支援システムの開発ボクセルモデルによる加工形状シミュレータを利用して,高速に加工除去領域を算出する方法を開発した。3+2軸制御加工を対象に,種々の工具姿勢に対する加工除去領域の大小と加工時間の長短を評価することで,5軸加工における高能率な機械加工を実現するためのツーリングの選定,工具姿勢の決定を実現し,開発手法の有効性を示した。3.製造実行システム(MES)の開発「スマートNCプロセッサ」とスケジューラの連携のために,TCP/IPを用いてテキスト形式で加工時間情報を送受信する方法を考案した。自律型工作機械では予め加工時間を知ることができないため,加工時間がランダムに変化する工作機械をモデル化した生産システムシミュレータとスケジューラを用いて加工の進行状況に応じて動的に加工順序を入れ替えるという計算機実験を行い,工場全体の総加工時間短縮に貢献できることを検証した。
携帯情報端末に搭載する虹彩認証アルゴリズムの開発

本研究では、回転変化に依存しない虹彩認証システムを携帯情報端末の個人認証に応用するために、虹彩認証アルゴリズムの高速化を図った。その結果、登録および認証に要する時間を1秒程度とすることができ、実用的な時間で動作させることができた。また、偽造による“なりすまし"に対応するために、瞳孔反応時における生体虹彩と偽造虹彩の虹彩輝度や瞳孔径をリアルタイムで計測し、その変化率を用いることで生体と偽造を明確に識別できることを明らかにした。本研究では、携帯電話やPDAなどの携帯情報端末に搭載する虹彩個人認証アルゴリズムの開発を目的としている。今年度は、携帯電話等に使用されているマイクロプロセッサを搭載した携帯情報端末開発プラットホーム(Sandgate3-P)に虹彩認証アルゴリズム(虹彩形状認識および回転認識・補正処理)を実装し、アルゴリズムの最適化および認識精度の評価を行った。(1)虹彩認証アルゴリズムのマイクロプロセッサへの実装および最適化携帯電話などに使用されているマイクロプロセッサは、汎用のパソコンに使用されているCPUに比べると処理能力が劣るため、現状の虹彩認証アルゴリズムでは処理速度が著しく低下することが予想される。そこで、これまでに開発してきた虹彩認証アルゴリズムを最適化し、処理速度向上を図った。まず、虹彩認証アルゴリズムを携帯情報端末開発プラットフォームに実装し、各処理の実行時間を計測した。その結果、登録処理に3.3秒、認証処理に6.6秒の時間を要した。特に、極座標変換画像を作成する処理に3秒程度の時間を要することから、極座標変換の処理を高速化するために、1)極座標変換に使用する正弦関数のテーブル化、2)線形補間の簡略化を導入した。これらの最適処理を組み込むことで極座標変換に要する時間が0.035秒となり、大幅な処理時間短縮が実現できた。(2)マイクロプロセッサに搭載した虹彩認証アルゴリズムの性能評価虹彩認証アルゴリズムの最適化処理により、虹彩認証性能の低下が懸念される。そこで、最適処理を施した虹彩認証アルゴリズムの認識精度を調査した。22人分の虹彩画像を使用して認識精度を調査した結果、最適化前とほぼ同程度の認識精度が得られた。虹彩認識精度を向上させるために、局所領域の輝度変化を特徴量とした虹彩コード化法(局所輝度コード化法)を携帯情報端末開発プラットホームに実装し、処理の高速化および虹彩認識性能の評価を行った。また、虹彩の写真などを用いた偽造に対応するために、虹彩輝度変化率と瞳孔収縮率を組み合わせた生体検知法の開発を行った。1.局所輝度コード化法の高速化虹彩認識の精度が高い局所輝度コード化法を携帯情報端末に実装し、処理時間の計測を行った。局所輝度コード化法は、回転変化に対する許容範囲がせまく認識率に影響を与えやすい特性がある。そこで、これまでは回転拡散ネットにより得られた認識方位を基準として、±5°の範囲を1°ごとに回転補正を行っていた。しかし、従来の回転補正法による認証では処理量が多いため、携帯情報端末での処理時間が17.12秒となった。そこで、極座標変換画像を回転方位方向ヘシフトすることで回転方位補正の計算量を低減し、さらに、重複する虹彩領域のコード化処理を削減することでコード生成処理の高速化を図った。その結果、認証に要する時間が1.13秒となり大幅に処理時間を短縮することができ、実用的な認識時間を実現することができた。また、20人分の虹彩画像を用いて認識率を調査した結果、従来の回転補正法を用いた局所輝度コード化法と同等の認識率を得ることができ、処理の高速化による影響がないことを確認した。2.虹彩輝度変化率と瞳孔収縮率を組み合わせた生体検知法の開発虹彩輝度変化率と瞳孔収縮率を用いた生体検知法を開発するために、瞳孔反応時の虹彩の写真を用いた偽造虹彩と生体虹彩に対する虹彩輝度変化率および瞳孔収縮率を調査した。その結果、虹彩輝度変化率および瞳孔収縮率がともに生体虹彩と偽造虹彩で有意な差があり、これらの指標を組み合わせることにより生体と偽造の識別率を向上させることができることを明らかにした。
百済・高句麗滅亡後における新羅の国家統合と東アジア

本研究の目的は、羅唐戦争と呼ばれる669年から676年にかけて起きた新羅と唐の戦争期の動向を中心に、新羅が百済・高句麗滅亡後、その旧領・旧民を吸収しどのように国家統合をはかったのか、そしてその統合過程が東アジア情勢の中でどのように位置づけられるのかを明らかにすることである。本年度は、「羅唐戦争関連の研究」、「在唐百済・高句麗遺民関連の研究」に重点を置いて研究を進めた。1羅唐戦争関連の研究前年度から継続してきた唐人墓誌の検討から得られた研究成果を論考「唐人郭行節墓誌からみえる羅唐戦争ー六七一年の新羅征討軍派遣問題を中心に」として発表した。またこれまでの墓誌研究から得られた知見を活用しつつ、『三国史記』の記事から当時の新羅の対唐認識を復元させることを試み、「羅唐戦争終結期記事にみる新羅の対唐意識ー『三国史記』文武王一四・一五・一六年条の再検討」という論考を発表した。2在唐百済・高句麗遺民関連の研究昨年度から学会発表を基にした意見を基に「在唐百済遺民の存在様態ー熊津都督府の建安移転の史的意義と関連させて」を現在学会誌に投稿中である。また、在唐百済遺民に関わる史料の分析視角を新たに提示することを試みて、「黒歯常之関連史料の総合的再検討ー在唐百済遺民史の分析視角のための試論」という題目で学会発表を行った。これと並行して東アジア情勢の全体像を把握するためには高句麗遺民に対する研究も進展させる必要がある。そこで、2015年3月現在で公開されている高句麗遺民墓誌23点の釈文を作成した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、羅唐戦争と呼ばれる669年から676年にかけて起きた新羅と唐の戦争期の動向を中心に、新羅が百済・高句麗滅亡後、その旧領・旧民を吸収しどのように国家統合をはかったのか、そしてその統合過程が東アジア情勢の中でどのように位置づけられるのかを明らかにしようとするものである。本年度は、「在唐百済遺民関連の研究」、「百済・高句麗遺民墓誌の現地調査」、「羅唐戦争関連唐人墓誌の研究」の3点に重点を置いて研究を進めた。1在唐百済遺民関連の研究百済遺民に関連する墓誌などの石刻史料を解読し、伝世文献にある情報と徹底的に照合して、唐移住後の百済遺民の存在様態に関する総合的な研究を試みた。その成果は、朝鮮学会において「在唐百済遺民の存在様態ー熊津都督府の建安移転の史的意義と関連させて」という題目で報告を行い、『朝鮮学報』へ現在投稿準備中である。2百済・高句麗遺民墓誌の現地調査本研究は出土史料を扱う研究であるため、原碑を確認したうえでの研究が必要になる。百済遺民墓誌12点、高句麗遺民墓誌が20点以上発見されており、これらの史料も含めた調査のため、11月に中国の開封、南京、3月には鄭州、洛陽、西安、杭州などを訪問した。その際に石刻を所蔵する博物館において、史料の所在を確認し、墓誌史料を実見して文字の調査などを行った。その成果を基に着実に研究を進めることできた。3羅唐戦争関連唐人墓誌の研究羅唐戦争に参戦した唐人墓誌の調査も行っており、その成果の一部を陳西師範大学歴史文化学院において開かれた国際シンポジウム「唐與朝鮮半島石刻"國際學術研討会』に参加し、「唐人郭行節墓誌と咸亨年間の新羅征討軍」という題目で報告を行った。

そこで、2015年3月現在で公開されている高句麗遺民墓誌23点の釈文を作成した。26年度が最終年度であるため、記入しない。史料の調査・収集については、上述したとおり、中国での現地調査を実施しており、順調に進んでいる。研究の成果についても、平成25年度中に2度報告する機会を得られ、滞りなく進展している。本研究は、平成25年度に引き続き、百済・高句麗遺民墓誌の検討、現地史料調査を進めていく。これまでは百済遺民の研究を中心に行ってきたが、平成26年度は高句麗遺民に関する研究を進展させたいと考えている。高句麗遺民の墓誌を精読し、唐における高句麗遺民の存在様態について明らかにし、平成26年度中に学会等で報告したい。上述の墓誌研究をより正確に行うためには、中国での現地調査が必要である。南京博物院、西安博物院などに所蔵されている墓誌史料の現地調査を再度行いたい。また中国だけではなく、百済遺民と関連する日本の朝鮮式山城などの渡来人遺跡や、新羅と百済関連の遺跡がある韓国慶州、扶余、益山なども調査する予定である。
18世紀後半のイタリア諸都市とウィーンのオペラ公演におけるレパートリーの相関関係

モーツァルトが活動をした1780年代のウィーンにおける宮廷劇場のオペラ公演について,同時期のイタリアの諸都市、とりわけフィレンツェ,ミラノとの比較を行い,それぞれの公演の特徴と3都市間のレパートリーの相関関係について考察した。その結果,ウィーンのブルク劇場の演目は,フィレンツェのペルゴラ劇場よりミラノのスカラ座の方がより共通するものが多く,特に80年代末期にはそれが顕著であること等が分かった。本研究は,ヨーゼフ二世とレオポルト二世という2代の皇帝が統治した1765年8月から1792年2月までのウィーンにおけるイタリア・オペラ公演について,そのレパートリーがイタリアの主要5都市(ナポリ,ローマ,フィレンツェ,ヴェネツィア,ミラノ)とどのような関わりにおいて形成されたのかを追求するために,各都市のオペラ公演についてのデータベース作成とその分析を通じて,それらの間にどのような相関関係があるのか,またそれぞれの都市のオペラ公演の特色はどのような点にあるのかを明らかにしようとするものである。初年度である平成20年度においては,まず,ウィーンの宮廷劇場における公演にかんして,これまで蓄積してきたデータをより精密なものとし,また,イタリア諸都市にかんする研究の第一歩として,新たにフィレンツェにかんするデータ入力を行った。さらに,日本音楽学会関東支部特別例会(2008年10月4目,立教大学)におけるシンポジウムで,特に1790/91年のシーズンにおけるウィーンのオペラ公演について発表を行い,また,論文にもまとめた。このシーズンの後半,11月以降,ウィーンの宮廷劇場の公演の体制は,新皇帝レオポルト二世により刷新されたが,その意義を理解するためには,皇帝が大公として居住していたフィレンツェにおける劇場公演を踏まえる必要もある。本年度における研究は,その方向性における考察の基礎となるべきものとしても位置づけることができる。本研究は,ヨーゼフ二世とレオポルト二世という2代の皇帝が統治した1765年8月から1792年2月までのウィーンにおけるイタリア・オペラ公演について,そのレパートリーがイタリアの主要5都市(ナポリ,ローマ,フィレンツェ,ヴェネツィア,ミラノ)とどのような関わりにおいて形成されたのかを追求するために,各都市のオペラ公演についでのデータベース作成とその分析を通じて,それらの間にどのような相関関係があるのか,またそれぞれの都市のオペラ公演の特色はどのような点にあるのかを明らかにしようとするものである。2年目である平成21年度においては,初年度に入力したウィーンとフィレンツェにおけるオペラ公演にかんするデータを検証し,足りなかった情報について再入力を行った。また,新たにミラノにおけるオペラ公演にかんするデータ入力の準備も行った。最終年度である平成22年度では,それらのデータを解析し,本研究の結論を出す予定である。また,とくに,ウィーンにおけるオペラ公演については,本年度の出版した著書『フィガロの結婚:モーツァルトの演劇的世界』(ありな書房)の「第2幕」と「第5幕」にこれまでの研究成果を反映させた。それら2つの章では,モーツァルトがオペラ公演とどのようにかかわりつつ《フィガロの結婚》の創作に向かったのか,また,同オペラの初演後の上演状況についてはどのように理解すべきなのかを明らかにしている。中でも,1783年にウィーンでイタリア・オペラが復活した背景の1つに,その前年,ミラノで初演されてヒットしたサルティの《漁夫の利》があった可能性を指摘しえた点に,本研究の独自性が現れている。本研究は,ヨーゼフ二世とレオポルト二世という2代の皇帝が統治した1765年8月から1792年2月までのウィーンにおけるイタリア・オペラ公演について,そのレパートリーがイタリアの主要5都市(ナポリ,ローマ,フィレンツェ,ヴェネツィア,ミラノ)とどのような関わりにおいて形成されたのかを追求するために,各都市のオペラ公演についてのデータベース作成とその分析を通じて,それらの間にどのような相関関係があるのかを明らかにしようとするものである。3年目である平成22年度には。1783年4月から1791年2月までのウィーンとフィレンツェ,ミラノにおけるオペラ公演にかんするデータを入力した上で,それらを中心に考察し,研究のまとめを行った。ウィーンの宮廷劇場では1778年4月以降,イタリア・オペラの公演がなかったため,1783年4月にそれが再開するに当たって,レパートリーを急遽揃える必要が生じた。そのレパートリーは,当初はイタリアの特にヴェネツィアやローマで初演されたものが大半を占めていたが,それらは直接移入されたというより,フィレンツェあるいはミラノを経由してウィーンに入ってきたものと思われる。この事実は,ウィーンが同じハプスブルク家領であったイタリアの2つの都市に依存しつつ,公演を開始したことを強く示唆する。しかし,その公演が軌道に乗り,オリジナルの新作も多く発表されるようになると,フィレンツェやミラノへの依存という側面は弱くなり,むしろそれらの都市でウィーン初演のオペラが上演されるようになる。このように,レパーリー形成における都市相互の関連の歴史的変遷の一端が,この研究で明らかになった。
色素薄膜積層系における自然放出光の微小光共振器による制御

1.新しい色素材料の探索微小共振器効果の研究に使用するには、超薄膜に製膜できること、発光の量子効率が高い化合物であること、発光スペクトルが鋭いこと、有機EL素子に組み込める材料であることなど、の要件を満たす発光材料でなければならない。本年度は、鋭い発光スペクトルを有するヨウロピウム錯体に的を絞り、材料探索を実施した。既知のヨウロピウム錯体は真空蒸着法で製膜できないことに問題があった。そこで、配位子を二元系とすることを試み、真空蒸着が可能な錯体を合成することに成功した。更に蒸着薄膜の安定性を増すための配位子の分子構造上の工夫を加え、赤色の鋭いスペクトルを持つ薄膜EL素子を作製することができた。2.ファブリー-ペロ-共振器を持つEL素子の作製と発光特性の解析誘電体多層膜からなる反射膜上に形成したITO透明電極を陽極に、金属反射膜を陰極に利用し、3層の積層有機層から成る、ファブリー-ペロ-共振器を持つEL素子を作製した。有機層の膜厚を共振条件を満たすように設計することで、発光色素が持つ発光スペクトルと比較してはるかにスペクトル幅が狭い発光スペクトルを示すEL素子を作製することができた。また、発光の放射角依存性(発光パターン)が通常のEL素子とは異なるという、微小共振器効果の発現も確認できた。3.鋭い指向性を示すEL素子の実現上記のファブリー-ペロ-共振器を持つEL素子で発光色素に鋭い発光スペクトルを持つヨウロピウム錯体を導入することで、特定の方位角にのみ光が放出される、言い換えれば鋭い指向性を示す、EL素子を実現できた。共振器構造を形成する電極の間隔を変えると発光パターンが変化することも明確に確認できた。微小共振器を持つ有機EL素子で指向性発光を実現できたことで、有機薄膜系を用いた自然放出光の制御に関する研究の有効性を明確に示すことができた。
肥満および前糖尿病状態における神経障害性疼痛モデルの解析

前糖尿病状態および肥満に伴う神経障害性疼痛モデルの作製を試み、その解析を行った。高脂肪食を負荷することにより、肥満および前糖尿病状態の病態を示すマウスは、それに伴い触アロディニアおよび熱痛覚過敏を示した。さらに、坐骨神経組織において慢性炎症に関わるマーカー分子の発現や組織学的変化がみとめられた。以上の結果より、生活習慣病と共通する慢性炎症の病態が末梢神経でも成立し、神経障害性疼痛の形成に寄与する可能性が示唆される。アディポサイトカインは脂肪細胞由来生理活性物質であり、生活習慣病の主たる成因として注目されている。最近では、脳神経系への生理作用も報告されており、神経疾患への関与の可能性が指摘されている。我々は、以前より、2型糖尿病治療薬として利用されているペルオキシソーム増殖因子活性化受容体(PPAR)γ作動薬ピオグリタゾンが神経因性疼痛モデルにおける触アロディニアならびに熱痛覚過敏に有効であることを示してきた。さらに、アディポサイトカインの一種であり、アロディニア形成に関与するIL-6ならびにTNF-αの発現は、PPARγ刺激により減弱することも明らかにしてきた。本年度は、アディポカインに属するレプチンのアロディニア形成における役割について検討した。マウス坐骨神経(SCN)部分結紮(PSL)により、結紮側SCNにおけるレプチンの発現が増加した。レプチン中和抗体のSCN周囲投与はアロディニアを減弱し、またレプチン遺伝子欠損動物ob/obマウスはアロディニアの不形成を示した。レプチン受容体細胞内シグナルであるJak-STAT経路のPSLによる活性化は、アロディニア形成の基盤分子とされているCOX-2,iNOSならびにMMP-9のmRNA発現を結紮側SCNにおいて増大させた。さらに、PSLによりSCNに集積するマクロファージにおいて、レプチン受容体細胞内シグナルが活性化されることが示された。以上の結果から、レプチンは結紮による触アロディニアの形成を促進性に調節すること、そして結紮側SCNが作用部位の一つであることが示唆された。本研究成果から得られた仮説は、末梢神経損傷による神経障害性疼痛モデルから導いた結論であるが、アディポカイン生成のアンバランスを基礎病態とする肥満および前糖尿病状態における疼痛の形成機序にも通ずる可能性があり、アディポカインが慢性疼痛形成の共通の基盤分子であることを提唱する重要な成果である。従来の境界型に近い定義を有する前糖尿病状態(pre-diabetes)という概念が米国で提唱され、空腹時血糖値および耐糖能により診断される。慢性的な高血糖の結果、全身の血管障害に基づく代謝異常により合併症が出現するが、その代表である糖尿病性神経障害の頻度は高く、QOLを著しく低下させる。その症候については痛みやしびれなどの陽性症状が先行し、進行すると陰性症状としての感覚低下(感覚鈍麻)が出現する。しかし、これまでに前糖尿病状態を呈するモデルを用いて末梢神経障害を検索した例はほとんどなく、発症機序と治療開発に繋がる研究が現在必要とされている。本研究では、高脂肪食を負荷することにより肥満および前糖尿病状態を惹起したマウスを用いて、神経障害性疼痛の形成を精査した。その結果、通常食を負荷したマウスに比べて、高脂肪食群では顕著な体重および脂肪重量の増加、インスリン抵抗性および高レプチン血症を示した。高脂肪食負荷マウスにおいて神経障害性疼痛の特徴的症状である触アロディニアが惹起された。一方でレプチン遺伝子を欠損するob/obマウスは肥満と耐糖能障害を呈するものの、触アロディニアを示さなかった。高脂肪食負荷マウスに対して給餌を通常食に交換すると、形成された触アロディニアは消失した。以上の結果より、高脂肪食負荷マウスは前糖尿病状態の末梢神経障害性疼痛モデルとして有用であり、高脂肪食負荷により発現上昇するレプチンがその疼痛形成を仲介することが示唆される。申請者は、末梢神経周囲膜上にアディポカインを発現する脂肪細胞が分布し、末梢神経損傷モデルではその発現が変動することをこれまでに明らかにしてきた。一方、肥満症では内臓脂肪細胞の増殖・分化異常が、アディポカイン産生の恒常性を崩すことが示されている。そこで、当該モデル動物の末梢感覚神経周囲脂肪細胞でもそのような事象が発生するのか、生じるとすれば、それらが神経障害性疼痛にいかなる影響を及ぼすのかを本課題において明らかにする。本年度は、神経障害性疼痛におよぼす末梢神経周囲脂肪細胞増殖分化の影響を検討した。高脂肪食負荷マウスの坐骨神経あるいは下肢足底皮内の周囲における脂肪細胞について、その数(増殖の指標)とサイズ(分化の指標)の経日的変化を組織学的に検討した。その結果、高脂肪食負荷により、脂肪細胞の肥大化が認められた。

さらに、上記検討により神経機能障害との関与が特定されたアディポカインの神経周囲脂肪細胞における変動を、RT-PCR法により評価した。その結果、レプチンのアップレギュレーションがみられた。同様に、脂肪細胞の分化のマーカーであるC/EBP-α、肥大のマーカーであるmest、炎症反応を示すCOX-2の発現増加がみとめられた。また、全T細胞のマーカーであるCD3γ、樹状細胞/M1型マクロファージのマーカーであるCD11cのmRNA発現増加が認められた。これら免疫系細胞の増加は、免疫組織化学的検討においても、その細胞数の増加が確認された。以上の結果は、高脂肪食負荷により、脂肪細胞の分化と肥大ならびに、M1型マクロファージがそれらに集積し、炎症巣を形成している可能性が示唆された。これらの成果により、高脂肪食負荷により生じる末梢神経障害性疼痛の病態に、坐骨神経周囲における慢性炎症が関与する可能性が得られた。効果的治療が存在しなかった肥満症における神経障害性疼痛に対して、治療標的分子を提示すること、ならびにその食事療法と薬物治療のアプローチ開発が期待される。
センサリーゲノミクスの展開と味覚の生体情報工学の基盤解析

味覚は、動物が適正な摂食行動を行う上で、そしてヒトが高度の食文化を形成し、近代食品産業を発展させる基盤として、きわめて重要な要因である。本年度は味の受容・伝達情報に関するゲノミクスとして、1)モデル魚を用いた味覚システム、2)味覚情報経路の解析を行い、以下の結果を得た。(1)GPCR→Gタンパク質→PLCβ2→TRPM5経路のうち、まず味覚バイオマーカーとして確認したPLCβ2がモデル魚(ゼブラとメダカ)の味蕾に発現すること、次いでT1R系およびT2R系のGPCRおよびTRPM5がヒトや齧歯類とほぼ同様に存在し、T1R1/3,T1R2/3で各種アミノ酸を、T2Rsで苦味物質を受容することを示し、ヒトから魚類に至る脊椎動物共通に「味の嗜好・忌避」システムが存在することを示した。またPLCプロモーターにドミナントネガティブGタンパク質を連結し、トランスジェニック(Tg)不活性型メダカを作出した。(2)T1R3プロモーターに小麦胚芽レクチンWGAを連結して発現させたトランスジェニックマウスを作出した。このマウスの味蕾、一次神経(GG,PNG,TG)および延髄孤束核(NST)におけるWGAシグナルの観察を行った。WGA mRNAおよびWGAタンパク質は、味蕾のT1R3陽性細胞にのみ発現し、他の味、苦味や酸味細胞には観察されなかった。また、鼓索神経節(GG)、舌咽神経節(NPG)、さらには延髄孤束核(NST)の一部の神経細胞にもWGAシグナルを観察し、甘・旨味受容に関わる味細胞-味神経-NST細胞の伝導路を解明することに成功した。味覚系は動物の主要な感覚系の一つである。味物質は口腔中に存在する味細胞において受容後、そのシグナルは味神経を介して後脳に伝達され、中枢神経系での処理を受ける。近年、哺乳類の味細胞におけるシグナル伝達の分子機構の一端が明らかになった。しかし味神経以降の情報処理については、その複雑さから分子レベルでの理解は進んでいない。近年、小型魚類が脊椎動物のモデル生物として注目されている。本研究では味覚受容から神経情報処理までの複雑な過程の分子機構解明を目的に、メダカを用いた味覚系の解析を行った。本年度は味覚分子マーカーの取得、味細胞への外来遺伝子の導入、味覚依存的行動を評価する系の構築を行った。メダカのホスホリパーゼC(PLC-β2)をクローニングし、口腔および鰓弓の味蕾に発現することを確認した。この遺伝子周辺30kbpの領域を含むコスミドクローンを単離解析し、転写制御領域を含むと予想される5'上流域にGFPを連結したトランスジーンを構築した。メダカ初期胚にトランスジーンを注入し、GFP陽性なメダカを得た。G0世代と野生型との交配を繰り返し、現在外来遺伝子を発現するF2世代が得られている。口腔におけるGFP蛍光と内在PLC-β2の発現は組織レベルで一致していた。メダカは小物体を摂取後、嗜好するものは嚥下し、忌避するものは吐出する。この性質を利用し、メダカの味覚行動を摂食量で評価する系の構築を試みた。デンプンと油脂を主成分とし、蛍光物質DiIおよび味物質を保持しうる人工餌を開発した。メダカ稚魚を24時間絶食後、各種の味物質を含む人工餌を与えた。摂食後、腹部のDiI蛍光を観察したところ、アミノ酸と核酸を含む餌を与えた群では蛍光強度が強く、デナトニウムを含む餌を与えた群では弱かった。すなわち本方法により、味覚依存的行動を蛍光強度により評価することが可能となった。

ゼブラおよびメダカにはN末端領域の長いT1RタイプとN末端領域の短いT2Rタイプのレセプターが存在する。T1RにはT1R1,2,3ファミリーがあり、哺乳類と共通である。しかし哺乳類T1R2は1種類であるのに対し、ゼブラは3種、メダカは5種類と複数存在する。これらのレセプターがどのような味物質を受容するかをHEK293細胞を用いて測定した。T1R2とT1R3およびG-タンパク質をHEK293細胞に導入し、48時間後にリガンド(味物質)を添加し、細胞内カルシウム濃度上昇を測定した。その結果、ゼブラおよびメダカのT1R2・T1R3ヘテロダイマーレセプターは、一部のL-アミノ酸類に応答することが明らかとなった。また、T1R2の分子種間では、応答するL-アミノ酸群のパターンが若干異なることもわかった。哺乳類T1R2・T1R3は甘味レセプターであるのに対し、魚T1R2はL-アミノ酸レセプターとして機能するという結果は、T1R2は元々L-アミノ酸を認識するレセプターであったが、陸上で生活する哺乳類に進化するに伴い、アミノ酸ではなく甘味を認識するレセプターに変化したことを推定させる。PLCβ2の転写制御領域1.6KbpにWGAを連結したトランスジェニックメダカを作成した。共導入したGFPの蛍光から、G0およびF1のメダカに陽性シグナルを観察できた。F2を作成して解析する予定である。味覚修飾タンパク質ネオクリンの活性を、T1R2・T1R3を導入したHEK293細胞を用いて解析した。その結果、マウスT1R3とヒトT1R3のキメラでも活性を示すことを明らかにした。しかし、マウスT1R3のみでは活性はなく、ヒトT1R3の部分アミノ酸シークエンスが必要であった。味覚受容から神経情報処理までの複雑な過程の分子機構解明を目的に、メダカを用いた味覚系の解析を行い、これまで味覚受容体ならびに味覚シグナル遺伝子が哺乳類と基本的に共通であることを見い出した。本年度は、魚の受容体のリガンドの探索を行った。これまでヒトや齧歯類の味覚に関する研究のみであったが、我々が世界で初めて魚の味覚システムを解明したことで、脊椎動物全般について新規な知見が得られた。メダカおよびゼブラフィッシュなどのモデル魚にはT1R2が複数存在する。本研究で発見した魚T1R2はゼブラではT1R2a、T1R2b、メダカではT1R2a、2b、2cが存在する。ヒトおよびマウスやラットなどの齧歯類ではT1R2は1種類で、T1R2・T1R3ヘテロダイマーで、シュクロース、サッカリンなどすべての甘味化合物を受容する。ところが魚T1R2はいずれも糖には全く反応せず、ある種のアミノ酸に反応した。魚T1R2a、T1R3、T1R2b、T1R3あるいはT1R2c・T1R3の組み合わせ、あるいは魚種によって受容するアミノ酸の種類(パターン)は異なることを見い出した。魚T1R1・T1R3は哺乳類同様アミノ酸の受容体であった。すなわち、魚は様々なT1R系ヘテロダイマーでGPCRを発現する細胞をもつ。しかもそれらの多くはアミノ酸受容のためのレセプターであることが判明した。またT2Rは苦味の受容体であることを明らかにした。モデル魚のレセプターの解析から進化の過程を考慮すると、プロトタイプの水生生物(魚)が持つT1R系とT2R系は陸上生物種(ヒトや齧歯類)に進化してもそのまま保持しているが、T1R1,2,3は生物種依存的進化した可能性が高い。本年度は、モデル魚の味覚システムをヒトのそれと比べ、共通原理と相違点を解明した。
運動と栄養成分摂取による性ステロイドホルモン増大が糖尿病に及ぼす影響

研究課題1では、1型糖尿病モデルラットにおいて急性のジオスゲニン(性ステロイドホルモン前駆体のDHEAに化学構造が類似している栄養成分)を投与した結果、投与後90分後に有意に高血糖が改善し、骨格筋糖代謝調節経路の亢進が認められた。ジオスゲニン投与により骨格筋内の性ステロイドホルモン濃度が増加し、骨格筋糖代謝活性を亢進し、高血糖を改善することが明らかとなった。研究課題2において、2型糖尿病モデルラットに8週間ジオスゲニンを投与した結果、骨格筋糖代謝活性は亢進し、空腹時血糖、インスリン濃度、さらにインスリン感受性においても有意に改善し、ジオスゲニン投与が2型糖尿病を改善する可能性を見いだした。今年度は運動とジオスゲニンの長期摂取による2型糖尿病の内因性DHEA合成促進とインスリン抵抗性改善に関する検討を行い、2型糖尿病モデルのOLETFラットを用いて慢性のジオスゲニン摂取または、運動トレーニングを8週間行った。【方法】12週齢のZuckerラットを用い、運動トレーニング、ジオスゲニン摂取を8週間行い、単独効果と併用効果を検討する。血糖やインスリン濃度、体重を経時的に8週間モニターして、インスリン抵抗性に対しての効果を検討した。【対象】2型糖尿病Control群(n=10)、2型糖尿病運動トレーニング群(n=10)2型糖尿病ジオスゲニン摂取群(n=10)、2型糖尿病ジオスゲニン摂取+性ステロイドホルモン合成阻害剤群(n=10)【測定項目】1.血糖値、体重2.骨格筋内の性ステロイドホルモン合成酵素(17β-HSD、3β-HSD、P450arom、5α-reductase)3.骨格筋内の糖代謝調節経路(GLUT4、Akt、PKCなど)のタンパク発現現在までに解析データでは運動トレーニングおよび慢性のジオスゲニン摂取により2型糖尿病モデルラットにおける空腹時血糖を改善し、骨格筋糖代謝経路活性も亢進した。さらにインスリンクランプ法により直接的にインスリン感受性を測定し、ジオスゲニン摂取、運動トレーニングによってインスリン感受性が改善された。これらのデータを海外学術雑誌に投稿予定である。本研究の目的は運動、栄養成分摂取による内因性の性ステロイドホルモン増加による、糖尿病改善のメカニズムを分子レベルにて解明し、ヒトへの応用を試みることである。具体的には以下の3つのテーマに焦点を当てて研究を進める。始めに、DHEA合成促進栄養成分(ジオスゲニン)の急性摂取による1型糖尿病の性ステロイドホルモン濃度と血糖値改善の効果とその機序に関する検討し、次に、運動とジオスゲニンの長期摂取による2型糖尿病の内因性DHEA合成促進とインスリン抵抗性改善に関する検討することを目的とした。1型糖尿病モデルラットに対し、急性にジオスゲニンを投与した結果、投与後90分で有意に高血糖状態を改善し、骨格筋糖代謝経路であるGLUT4のトランスロケーションを改善することを明らかにした。次に2型糖尿病モデルラットに慢性的にジオスゲニンを投与した結果運動トレーニング比べて効果は低いものの、空腹時血糖、血中インスリン濃度、骨格筋糖代謝経路の活性が認められた。これは、2型糖尿病によって低下した骨格筋内の性ステロイドホルモン濃度がジオスゲニン、運動トレーニングによって増加したことが貢献していると考えられる。さらに、インスリンクランプ法を用いて直接的にインスリン感受性を評価したところ、同様に運動群および、ジオスゲニン摂取群で有意にインスリン抵抗性が改善していることを明らかにした。以上のことから糖尿病で低下した骨格筋の性ステロイドホルモン濃度は運動やジオスゲニン摂取により増加し、その増加した性ステロイドホルモンが骨格筋糖代謝経路を活性化し、高血糖やインスリン感受性を改善していることを明らかにした。23年度は"一過性DHEA合成促進栄養成分(ジオスゲニン)摂取による血糖値改善の効果とその機序に関して検討した"【方法】8週齢のWistarラットにストレプトゾトシン(STZ)を55mg/kg投与し、1型糖尿病モデルラットを作製した。5日間の安静期間を経て、一過性の実験においてはジオスゲニン(5mg/kg)を腹腔内投与し、投与直後より30分毎に150分後まで血糖値をモニターする。2日後に再びジオスゲニンを投与し血糖値が最も低下する時点で血液、骨格筋、肝臓等の組織を採取した。【対象】正常群(n=10)1型糖尿病Control群(n=10)1型糖尿病ジオスゲニン摂取群(n=10)1型糖尿病ジオスゲニン摂取+DHT合成阻害剤(n=10)【測定項目】1.血糖値、体重2.骨格筋内の性ステロイドホルモン合成酵素(17β-HSD、3β-HSD、P450arom、5α-reductase)

3.骨格筋内の糖代謝調節経路(GLUT4、Akt、PKCなど)のタンパク発現4.血中および骨格筋内の性ホルモン濃度(DHEA,、testosterone、DHT)【結果】1型糖尿病モデルであるSTZらっとにおいて、一過性のジオスゲニン投与により、Control群に比べて、有意に高血糖が改善し、筋内の糖代謝調節経路(Akt-GLUT4)が活性化した。しかしながらアンドロゲン合成阻害剤投与により、血糖値の改善、糖代謝調節経路の活性が抑制された。これらのことから、血糖の改善のメカニズムは、ジオスゲニン投与により、筋内の性ステロイドホルモン増大により、骨格筋の糖代謝調節経路(Akt-GLUT4)が活性化され、血糖値が改善したと考えられる。現在までに、栄養成分摂取および運動トレーニングによる性ステロイドホルモン濃度の増加が糖尿病予防・治療に関与していることを海外学術雑誌に投稿している。ヒト骨格筋における性ステロイドホルモン合成酵素が発現していること、また加齢による影響、さらに、高齢者における運動トレーニングの骨格筋性ステロイド代謝への影響を検討し、報告してきた。平成23年度の研究目的である、(1)DHEA合成促進栄養成分(ジオスゲニン)の急性摂取による1型糖尿病の性ステロイドホルモン濃度および血糖値改善への効果とその機序に関する検討において、現在その成果を海外の雑誌に投稿準備中である。今年度は予定通りに、運動とジオスゲニンの長期摂取による2型糖尿病の内因性DHEA合成促進とインスリン抵抗性改善に関する検討を行っていきたい。今後も骨格筋内の性ステロイドホルモンを増加させることによる糖尿病改善のメカニズムを明らかにしてヒトに応用する予定である。現在は若年者におけるジオスゲニン摂取の影響を検討しており、将来的に、高齢者、2型糖尿病患者にも応用していくつもりである。今後はヒトへの応用にむけて、動物実験の最終段階である、ジオスゲニンの長期摂取を糖尿病モデルラットである、OLETFを用いて行っていく。来年度、今までの基礎実験の結果をもとに、肥満、2型糖尿病改善の研究を行っていくつもりである。1.運動とジオスゲニンの長期摂取による2型糖尿病の内因性DHEA合成促進とインスリン抵抗性改善に関する検討→平成24年度2.高血糖患者に対しての慢性ジオスゲニン投与がインスリン抵抗性に及ぼす効果の検討→平成25年度25年度はヒトへの応用に向けての第一歩で、ジオスゲニンをカプセルにし、服用させていくつもりである。また血液のホルモン、生化学的な指標を見ていくつもりであるため、ジオスゲニン、カプセル、血液解析に研究費を使用していくつもりである。また、現在までの成果をアメリカのボストンで行われるExperimental Biology学会で報告するつもりである。昨年度、各業者が行うキャンペーン時に抗体等を購入し、未使用額が生じたので次年度使用予定である。実験動物(OLETFラット40匹)ジオスゲニンタンパク解析関連試薬ELISA関連試薬成果発表(ACSM's 59th Annual
磁気浮上攪拌翼を用いた混合ユニット直列結合型振動式混合装置の開発

本研究は,攪拌槽内で永久磁石の磁気力によって浮上する磁気浮上攪拌翼を用いた振動型混合装置の開発を目的とする.開発が成功すれば攪拌槽内部の液体や粉体を周囲環境から完全に分離した状態で混合処理を行うことができ,従来の機械駆動式振動型混合装置が持つ,混合液への不純物混入などの問題を克服することができる.本研究では攪拌翼を磁気浮上させる方法として,角型の永久磁石を放射状に配置し,さらにその磁石の配列にハルバッハ配列を採用した.磁気力測定実験及び磁気力の解析により,この磁石の配列を用いることで磁気浮上部に強い磁気力を作用させることができることを確認した.さらに,水中における攪拌翼の振動特性を確認し,本混合装置で採用した磁気浮上機構において,攪拌翼を十分な加振周波数と振幅で振動させることが可能であることを確認した.攪拌・混合対象となる物質の特性に合わせ,攪拌翼の固有振動数を調整した上で,共振点近傍の周波数域で混合装置を運転することによって,効率的に攪拌・混合処理を行えるものと期待できる.本実験から,本研究で試作した混合装置を用いて従来の機械駆動式振動型混合装置とほぼ同等の攪拌翼の運動が実現できることを確認した.本研究は,各種産業分野の製品生産における混合工程の高効率化をはかるため,連続処理型の振動式混合装置の開発を行うことを目的とする.開発する振動式混合装置は,混合ユニットを基本構造とし,その混合ユニットを多層に連結した構造とする計画である.混合ユニットごとに,円筒状の攪拌槽内で磁気浮上する攪拌翼を,周期的に変動する外部磁気力により励振して共振を発生させる.攪拌翼を外部磁気力により励振するため,攪拌槽内液体が外部環境から完全に遮断でき,混合液への不純分物の混入等の問題は一切発生しないという長所を有する.さらに,機械系では避けられるべき共振現象を,攪拌翼の振動に有効利用していることも長所としてあげられる.本研究では,液中の攪拌翼の非線形挙動,振動翼による混合のメカニズムの解明など学術的に未解決な問題を解明し,高効率な振動型混合装置を開発する.平成27年度は,1混合ユニット内の撹拌翼の加振方法について検討を行った.加振方法として採用したのは,1)コイルによる交流磁場,2)外部永久磁石による周期運動,の2種類の方式である.撹拌槽外部に設置したコイルによる発生する交流磁場による加振方法では,外部コイルと攪拌翼上に固定された永久磁石の磁場解析を実施し,混合液中でも撹拌翼を励振できる十分な加振力を発生できることを確認した.さらに試作機までを製作し,基礎実験を行った.一方,外部永久磁石の周期的な運動により撹拌翼を周期励振する加振方法についても検討を行い,試作機を作成して有効性を確認している.これらの加振方法の長所・短所を評価し,今後目的とする混合ユニット直列結合型振動式混合装置の開発の基礎を確立することができた.さらに,混合ユニットの仕様(撹拌槽の大きさや形状,撹拌翼の形状など)についても検討を行い,撹拌翼の運動に関する基礎実験までを完了した.1.液中の撹拌翼に対する加振方法として,撹拌槽の外部に設置したコイルにより発生する交流磁場を利用する方法について検討した.有限要素法による詳細な磁場解析を通して,この電磁加振方式で,所望の振幅と振動数で振動を発生できる十分な加振力が得られることが明らかとなったため,試作機を製作し,実験的に撹拌翼の運動を確認した.過去の実績(実用)例から十分な効率的な混合が見込めることから,液中(水)における攪拌フィンの振動特性の目標として,共振振動数が15Hz以上,振幅を6mm以上とすることを目標としていた.基礎実験の結果,この目標を十分達成できる見通しを得ることできた.本研究で開発する振動型混合装置の加振方法として,非常に多くの利点をもつことが明らかとなった.今後,この加振方式については,コイルの最適仕様や配置などについて,最適化を行っていく計画である.2.一方,外部永久磁石の周期的な運動により撹拌翼を周期励振する加振方法については,実際に混合装置の試作までを完了し,基礎的な実験までを終えた.様々な運転条件(運転振動数,撹拌の振動振幅など)にも,十分対応できることが明らかとなった.3.今後混合装置を開発していく上で,撹拌翼の運動の数値シミュレーションが不可欠となる.このため,平成27年度は,数値解析の際に必要となる液中攪拌翼の減衰能の同定法について検討を行った.位相法による減衰能の同定法を採用し,そのための実験装置を設計・製作した.基本的な実験を終えており,撹拌翼の減衰能の同定が可能であるとの見通しを得ることができた.4.攪拌フィンで擾乱される翼周辺流体の運動の解析を実施するため,粒子法(SPH法)の計算理論を基盤とした流体運動解析プログラムの開発を行っているが,まだ完成には至らず開発途中の段階である.本研究は,攪拌槽内で永久磁石の磁気力によって浮上する磁気浮上攪拌翼を用いた振動型混合装置の開発を目的とする.開発が成功すれば攪拌槽内部の液体や粉体を周囲環境から完全に分離した状態で混合処理を行うことができ,従来の機械駆動式振動型混合装置が持つ,混合液への不純物混入などの問題を克服することができる.本年度は攪拌翼の磁気浮上機構の検討を行った.

本研究では攪拌翼を磁気浮上させる方法として,角型の永久磁石を放射状に配置し,さらにその磁石の配列にハルバッハ配列を採用した.磁気力測定実験及び磁気力の解析により,この磁石の配列を用いることで磁気浮上部に強い磁気力を作用させることができることを確認した.さらに,水中における攪拌翼の振動特性を確認し,本混合装置で採用した磁気浮上機構において,攪拌翼を十分な加振周波数と振幅で振動させることが可能であることを確認した.攪拌・混合対象となる物質の特性に合わせ,攪拌翼の固有振動数を調整した上で,共振点近傍の周波数域で混合装置を運転することによって,効率的に攪拌・混合処理を行えるものと期待できる.本実験から,本研究で試作した混合装置を用いて従来の機械駆動式振動型混合装置とほぼ同等の攪拌翼の運動が実現できることを確認した.しかしながら,最終的にはセンターシャフトの完全遮断が目的であり,永久磁石同士の磁気反発力を利用し振動・制御させる必要がある.今後は攪拌翼の完全非接触での磁気浮上を目指し,磁気浮上機構の改良を行っていく必要がある.平成27年度(研究計画初年度)に振動型ミキサーの試作を行った.平成28年度は,この試作機を使用した磁気力測定実験及び計算機ソフト(有限要素法3次元電磁界解析ソフト(μテック))による磁気力の数値解析により, (1)この磁石の配列を用いることで磁気浮上部に強い磁気力を作用できること,(2)水中における攪拌翼の振動特性を調べ,本混合装置で採用した磁気浮上機構において,攪拌翼を十分な加振周波数と振幅で振動させることが可能であることを確認した.しかるに,研究代表者の諸事情により研究を廃止することとなった.本研究は,攪拌槽内で永久磁石の磁気力によって浮上する磁気浮上攪拌翼を用いた振動型混合装置の開発を目的とする.開発が成功すれば攪拌槽内部の液体や粉体を周囲環境から完全に分離した状態で混合処理を行うことができ,従来の機械駆動式振動型混合装置が持つ,混合液への不純物混入などの問題を克服することができる.本研究では攪拌翼を磁気浮上させる方法として,角型の永久磁石を放射状に配置し,さらにその磁石の配列にハルバッハ配列を採用した.磁気力測定実験及び磁気力の解析により,この磁石の配列を用いることで磁気浮上部に強い磁気力を作用させることができることを確認した.さらに,水中における攪拌翼の振動特性を確認し,本混合装置で採用した磁気浮上機構において,攪拌翼を十分な加振周波数と振幅で振動させることが可能であることを確認した.攪拌・混合対象となる物質の特性に合わせ,攪拌翼の固有振動数を調整した上で,共振点近傍の周波数域で混合装置を運転することによって,効率的に攪拌・混合処理を行えるものと期待できる.本実験から,本研究で試作した混合装置を用いて従来の機械駆動式振動型混合装置とほぼ同等の攪拌翼の運動が実現できることを確認した.1.本ミキサーでは,最終的には複数の混合ユニットを直列に結合した振動型混合装置を開発する計画である.平成27年度は,1つの混合ユニットの加振方法について,2種類の方式について検討を行った.これら二つの加振方式とも,本混合装置に有効利用できることが確認できた.平成28年度は,さらにこれらの加振方式のさらなる改良を行い,より効率的に加振できるようにしていく計画である.特に,加振用コイルについては,その仕様,個数,配置など詳細に検討していく.2.平成27年度に製作した混合装置は,まだ試作機の段階であり,撹拌槽や撹拌翼の形状,さらには混合装置の全体の詳細設計は行っていない.平成28年度以降は,実用化を見据えて,混合装置の設計を行い,実機を完成させる計画である.