hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多孔性無機材料の合成と次世代蓄電池デバイスへの展開

その結果、ナノ構造を有するチタン酸リチウム電極は、リチウムイオン電池負極として優れたレート特性を示し、また、ナトリウムイオン電池負極としても有用であることが分かった。さらに、ナトリウムイオン電池負極として用いた場合には、リチウムイオン電池の場合に比べ、レート特性の低下が見られたが、作動温度を上昇させることにより、レート特性の改善が可能であることを見出した。また、ナトリウムイオン電池用負極である多孔性ハードカーボン電極の開発および細孔特性制御を行った。さまざまな細孔構造と異なる結晶化度を有する電極のナトリウムイオン電池負極特性を比較することで、それらの特性が電池性能に与える影響について詳細に調べた。現在、さらに詳細な検討を行うために、放射光施設を利用した研究を検討中である。さらに、界面活性剤のミセル鋳型法と相分離法を組み合わせることにより、2d-hexagonal構造のメソ孔およびマクロ孔を有するフェノール樹脂の作製に成功し、その炭素化により、階層的多孔構造を有するハードカーボン電極を作製した。得られた電極は、ナトリウムイオン電池負極として、優れた容量およびレート特性を示した。26年度が最終年度であるため、記入しない。多孔性モノリス電極という、新しい形態の電極の電気化学特性評価をはじめ、研究は期待通りに進展したと言える。多孔性モノリス電極と用いて,電極材料の細孔特性の電気化学特性に与える影響について知見を得ることに成功し,研究は期待通りに進展したと思われる。モノリス電極の評価を行うための電気化学セルについて改善点があるので、新しいセルを設計・作製しながら、研究を進める予定である。引き続き種々の多孔性電極材料の合成を行い,随時,電池電極としての性能評価を行う。リチウムイオン電池に加え,ナトリウムイオン電池やマグネシウムイオン電池電極への応用も試みる予定である。超分子鋳型法による電極材料のメソ孔制御については,現在のところ成功していないため,ハードテンプレート法を用いた方法を用いた検討を行う予定である。
熱膨張拘束による超高圧発生装置の開発

ダイヤモンドアンビル高圧装置によって拘束されている試料にパルスレーザを照射して、それによって発生する超高温領域の熱膨張を拘束することにより生じる高圧を利用する超高圧装置の開発を行った。この装置では、ダイヤモンドアンビル高圧装置のように静的に高圧を維持できないが、ダイヤモンドアンビル高圧装置では達成できないテラパスカルオーダの超高圧の発生が可能であるだけでなく、衝撃波による高圧発生における高圧維持時間よりも数桁長い時間高圧を保持できる。本研究では、熱膨張する超高温領域の存在が高圧測定の隘路となることから、超高温領域と圧力測定可能な温度領域を試料内に同時に得るために、加熱試料あるいは圧力媒体として、熱伝導率が小さい気体を用いる方法を提示し、試料として固体水素を用いた場合の試料内温度分布を差分法によって計算することにより、試料内に超高温領域とルビー蛍光が測定できる領域が同時に存在し得ることを示した。さらに、本装置には、試料中の微小領域における高温および高圧の測定を可能にするために、ダイヤモンドアンビルセル内試料における任意の3個所からの輻射光スペクトルおよび試料内任意点に置かれたルビー結晶からの蛍光線スペクトルを時間分解で測定できる光学測定系を結合した。また、低温下で液化した気体中にダイヤモンドアンビルセルを浸すことによって試料室に気体試料を封入する装置を開発するとともに、この気体封入装置と光学測定系に適応した熱膨張拘束用ダイヤモンドアンビルセルを設計試作した。ついで、本装置において、高出力パルスYAGレーザの照射により、ダイヤモンドアンビルおよび光学測定系に損傷がないこと、および時間分解測定においてもルビー蛍光線が測定できることを確認し、開発した装置により超高圧発生実験が可能であることを示した。数百GPaの超高圧がダイヤモンドアンビル高圧装置や衝撃圧縮法によって得られている.しかし,このような外力方式の高圧装置では圧力媒体を必要とし,圧力発生に摩擦の影響が避けられない.また,ダイヤモンドアンビル高圧装置についてはその発生圧力値は限界に達しているように思える.一方,衝撃圧縮法は正確な圧力測定と圧力制御は困難であり,装置は大規模になる.熱膨張拘束による高圧装置は内力方式であるので,摩擦や圧力媒体による圧力損失は外力方式による高圧発生法と比較して無視できる.この方法では熱膨張体に熱エネルギーを高密度に集中させ,これを拘束することができればこれまで以上の超高圧の発生が可能になると期待できる.本研究は,光透過性があり弾性係数および機械強度が大きいダイヤモンドに拘束された物体に高出力のパルスレーザー装置から発振したレーザー光を絞り込んで照射することによって超高圧を発生させる装置の開発を行い,この装置によるテラパスカルオーダーの超高圧発生の可能性について理論的および実験的に検討するものである。本年度において,本装置において発生する高温と高圧をそれぞれ輻射光スペクトルおよびルビー蛍光線あるいはラマン散乱スペクトルの圧力依存性を利用することによって測定するために,次のような機能を持つ光学系を設計試作した.1.高温部からの輻射光の影響を避けてルビーの螢光線やそれよりも遙かに強度が弱いラマン散乱光を測定するために,高温部周辺の高圧発生領域の任意点からの放射光を集光し,これを分光器を介してCCD検出器に分配する.2.1と同時に高圧発生領域高温部の任意箇所からの輻射光を分光器を介してCCD検出器に送る.さらに,上記光学系に適合したダイヤモンド・アンビル拘束用装置の設計と試作を行った.今後は,この光学系に分光器とCCD検出器を取り付け,装置に発生する温度と圧力の測定を行う予定である.地球核における圧力に近い数百GPaの超高圧発生がダイヤモンドアンビル高圧装置や衝撃圧縮法によって行われている.しかし,これらのような外力方式の高圧発生法では圧力媒体が必要であり、高圧発生には摩擦の問題を伴う.現在,それらの最高発生圧力値は限界に達しているようである.熱膨張拘束による高圧発生は内力方式であるため摩擦と圧力漏れの問題がなく,従来の外力方式のものとは全く独立な高圧発生法である.

本研究では,ダイヤモンドアンビルによって高圧で拘束された物質にレーザ光を照射して超高圧を発生させる装置の開発を行うとともに,テラパスカルオーダーの圧力を測定する方法を理論的および実験的に検討するものである.本年度において,これまでに実験室において得られていないテラパスカルオーダーの超高圧の発生を確認するために,高温状態での水素の金属化を目指して,次のように金属化を確認するための測定装置や常温常圧下で気体状態である試料をダイヤモンドアンビル装置に高圧で封入する装置の開発を進めた.1.水素ガスを低温で液化して,この中にダイヤモンド・アンビル高圧装置のピストン・シリンダ部を浸し,ねじと歯車機構により圧力を加えて,ダイヤモンドアンビル装置試料室に液体水素を封入するクライオスタットを設計製作した.2.上記クライオスタットに適合する圧力負荷用ねじ付きダイヤモンド・アンビル装置を設計した.3. He-Neレーザ光ビームを水素試料の任意位置に照射し,透過したレーザ光を分光器を介してCCD検出器に誘導し,金属化による遮蔽効果を利用して超高圧の発生を確認する装置を開発し,これを開発中の熱膨張拘束高圧装置に組み込んだ.ダイヤモンドアンビル高圧装置によって拘束されている試料に高出力パルスレーザを照射して、それによって発生する超高温領域の熱膨張を拘束することによって生じる高圧を利用する熱膨張拘束による超高圧装置の開発を目指して、一例として水素を試料として用いた場合の本装置による高圧発生と高圧測定の可能性について理論的および実験的に検討し、次のような結果を得た。(1)低温により気体を液化し、その液中にダイヤモンドアンビルセルを浸すことによって試料室に気体試料を封入する装置を製作し、実際にこの装置を用いて、水素ガスを液化し、ダイヤモンドアンビルセル試料室に水素ガスを封入できるこが確かめられた。(2)ダイヤモンドアンビルセルに封入された固体化された水素試料にパルスレーザ光を照射した場合に温度分布を差分法によって計算し、それにより試料内に非常に急な温度勾配が生じ、超高温領域とルビー蛍光が測定できる比較的温度が低い領域が狭い試料室において同時に現れることが明らかにされた。(3)パルス幅0.2ms、出力35kWのパルスレーザを本装置光学系を介してダイヤモンドアンビル装置試料室に照射した場合において、ダイヤモンドアンビルおよび光学測定系に損傷が生じないことが確かめられた。(4)本装置測定系において、ルビー結晶に波長514.4nm、出力100mWのレーザ光を照射して得られるルビー蛍光線は、CCDによる時間分解測定において、1ピクセル6.5μsの操引速度の高速測定においても、ピーク位置が測定できるだけの十分な強度を持つていることが確かめられた。(5)以上により、開発した装置において水素を試料として用いて、パルスレーザによる高圧の発生とその測定が可能であることが示された。
日米林業・木材産業の比較分析

本研究は,一つは北米における育成的林業の成立過程と,それの採取的林業との併存構造を解明し,木材の対日輸出の経済力を問うこと,あと一つはその結果として,それが日本国内でどのような問題を生んでいるか,とりわけ日本林業との競争関係を解明することであった。明らかになった点をあげると以下のようである。1.北米における採取的林業から育成的林業への展開は,old growthの生産からsecond growthの生産へ移行しつつ,その過程でアメリカ国内市場における地域問競争の激化と対日輸出の拡大をよんでいる。2.また一方,old growthの生産は環境保護を求める動きのもとで制約を受け,国公有林の生産規制へと発展している。その結果,輸出は木材企業(紙パルプ多国籍企業)の売り手独占的な構造になり,比較優位をより確実なものにさせている。3.しかも,80年代半ばからの円高ドル安移行とその定着は,製品輸入に中心を移しつつ,より外材化を進めた。それが日本の国内自給率を4分の1段階へといっそう後退させる結果になっている。4.しかし,円高現象は日本の企業の海外活動を活発化させた。日本の紙パルプ企業の北米企業の工場買収や,経営参加,さらには発展途上国における植林など新たな動きが展開した。製材企業や木材問屋の中にも海外投資を展開する企業が現れた。5.こうした外材中心の市場体制のもとで日本林業は後退傾向を強めているし,建築用の木材市場をみたとき輸入製品,国内挽き製品,国産材製品の三者が激しく競争を展開している。この中で日本の森林資源の管理の在り方が問われている。本研究は、一つはアメリカの育成的林業の成立過程を明らかにするとともに、採取的林業と育成的林業の併存構造を分析し、対日輸出の経済力を問題にすることである.加えてこの課題はアメリカの貿易の中における木材・林産物の比較優位の構造を明らかにすることである.もう一つはアメリカが比較優位にある木材・林産物が大量の対日輸出を結果しているが、それが日本国内でどのような問題を生んでいるか、とりわけ日本林業との競争関係の解明にある.前者については文献サ-ベ-および統計整理によって研究を進めており、アメリカ国内におけるTimber MineからTree Farmへの移行を明らかにしつつある.またアメリカ西海岸地域の林業がOld growthからSecond growthに移行しつつある過程で、アメリカ国内市場における地域間競争の激化がこの地域の対日輸出の拡大を生んでいる.しかも、1985年以降の円高ドル高基調は、日本資本の直接投資を急増させており、それがいっそう米材輸入の拡大をもたらしている.これらに関連した資料を収集分析した.後者については国内各地(東京、清水、吉野、前橋等)を調査し、米材産地の変貌過程を明らかにするとともに、こうした国内挽き米材製品と現地挽き製品、さらに国産材製品との競争構造を究明し、「三すくみ競争構造」を展望した.今日、木材の自給率が3割を切るまでになっているが、「三すくみ競争構造」の激化のなかで、国産材を基軸に新たなシステムが形成されつつあることも明らかになった.これは今後の日本林業の一つの道筋でもあると考えている.今年度の研究は,一つは木材関連多国籍企業の動向を把握することであった.1980年以降,木材,紙パルプ産業では世界的にM&A(買収と合併)が進行し,リストラクチャリングが広がった.例えば1984年チャンピオン・インタ-ナショナルのセント・レジスの買収,86年のジェ-ムス・リバ-のクラウン・ゼラバッハの買収,90年のジョ-ジア・パシフィックのGNネコ-ザの買収などアメリカ国内の大型M&Aであった.カナダでも81年にBC州最大の企業マックミラン・ブロ-デルがノランダの傘下に入った.

こうしたM&Aは国を超えて進行している.クラウン・ゼラバッハのBC州の資産はニュ-ジ-ランドの最大企業フレッチャ-・チャレンジが買収し,インタ-ナショナル・ペ-パ-は90年にドイツのサンダ-ス社を買収している.北欧でもスウェ-デンのストラ社がドイツのフェルトミユレ社を買収,同国のスベンスカ・セルロ-ズ社でもイギリスのリ-ド・パック社を買収している.また,日本企業も80年代後半の円高,金融緩和,需要の拡大を背景に海外への進出が激増した.このように米・日・北欧の資本が激しく競争している.しかし一方,近年の森林の社会的価値の劇的とも言えるシフトは資本に対する制約要因になろうとしている.例えば,カナダBC州では加・米・日の木材資本の原料基盤であるCrown Forestに新しいTenure(伐採権付与)制度を導入することが模索されている.今年度の研究は、過去2年間の研究の総括である。研究メンバー2人は平成4年45月に北米西海岸の林業地帯を現地調査するとともに、資料の収集に努めた。この調査結果を本研究に反映させた。85年秋から進行した円高ドル安は、外材の輸入をいっそう促進するものになった。しかも加えて、木材産出国から日本に対して市場の開放を求める圧力が高まった。この結果、国内の木材自給率がいちだんと低下し、林業経営は後退の歩を速めた。90年林業センサスはその実態を明らかにしたものであった。農家のサラリーマン化に伴い、非農家林家の激増、農家林家であっても実質的には非農家林家であるものが主流になった。これまでは農家という点で比較的同質であったが、多様な職業をもつ林家からなり、森林を所有し経営する目的も一つに括れなくなった。また不在村の所有が増加している実態は、80年代いっそう進んだ。その一部には林業経営以外に使用する意図をもつものもあり、不在村者であっても森林組合に加入している場合には、森林を林業の場と考え後退過程に踏みとどまっているが、未加入者の多くは林業ばなれしている。いまや林業経営体として確立しているのは一部の経営に過ぎない。多くの林家が保有する管理が放棄された山林をどのように生産力に結び付けていくか、国際化時代の課題を明らかにした。
新規導電性ポリピロールの合成及びその機能複合化

ポリピロール及びポリチオフェンは種々の応用性を持つ興味深い光・電子機能性物質である。これらの性質を決定する因子としてバンドギャップが重要である。計算によるとポリピロール或いはポリチオフェンのバンドギャップはキノイド構造の寄与により小さくなる。そこで、種々の多環芳香族化合物と縮環したピロールは、低いバンドギャップを有するポリピロールのよい前駆体であると予測される。我々は、芳香族ニトロ化合物(1)をDBU存在下イソシアノ酢酸エチルと反応させ続いて脱炭酸させることにより良い収率で縮環ピロール(2)に変換できることを見い出した。^<1)>例えば、ピロール2a、2b、2c、2dがこの方法により合成できた。
「タイマー遺伝子」発現量を指標とした鉢クラゲ発生条件の解明

低温で一定期間過ごすことでストロビレーション(ポリプからクラゲになる変態過程)のスイッチが入るというタイマー仮説を,エチゼンクラゲで実験を行い検討した。エチゼンクラゲでは最短2週間でストロビレーションのスイッチが入ったが,スイッチが入るのに要する期間は一定でなかった。スイッチが入った後は水温が高いほど速く変態が進むとの予想も合わなかった。沖縄科学技術大学院大学と共同でストロビレーション中に発現する遺伝子の解析を行い,ミズクラゲにおけるタイマー遺伝子と似た遺伝子が見つかった。遺伝子発現量の定量実験が行えることを確認するために、22度Cで飼育しているミズクラゲのポリプを10度Cに数日間おいて、RNAを抽出し、オリゴ(dT)セルロースを用いてmRNAを精製し、RNA濃度を測定した。複数回実験を試みたが、RNAを溶出した溶媒中にRNAが検出されなかった。このため、緩衝液を変えるなどして分析条件を検討中である。エチゼンクラゲのポリプにホルモン様物質(5-メトキシ-2-メチルインドール)を投与し、変態を誘導した後、複数の水温条件下(22, 18, 10, 6度C)で変態の進行速度を測定した。22度Cでは2日、18度Cでは5日、10度Cでは13日、6度Cでは31日で、全てのポリプにおいて変態を視認できるようになった。同様の実験をミズクラゲについても10度C、6度Cで実施した。10度Cでは13日目までに全て、6度Cでは31日目までに半数のポリプにおいて、変態を視認できるようになった。エチゼンクラゲのポリプにホルモン様物質を投与し、変態を誘導した後、22度Cで培養し、36時間後、72時間後にRNAを抽出した。変態を誘導しないポリプと変態が終了したクラゲについてもRNAを抽出した。抽出したRNAを沖縄科学技術大学院大学の共同研究者に送付し、次世代シーケンサーを用いた配列組成の分析を行った。得られた配列ごとのリード数を変態の進行段階により比較し、変態の進行中にリード数が多い配列を抜き出した。3つの年度計画のうち、1番目の遺伝子発現量の定量実験は、mRNAの抽出精製、および逆転写リアルタイムPCR法の分析条件を検討中であるが、いずれも満足な結果が得られていないため。2番目と3番目に関してはほぼ予定通り進行しているので、(3)やや遅れているを選択した。昨年度は,エチゼンクラゲのポリプからクラゲへの変態過程における,複数の段階でトランスクリプトーム解析を実施した。本年度は,このとランスクリプトーム解析の結果から,変態過程で発現量が増える配列で,ミズクラゲにおけるタイマー遺伝子に近い配列(RX2),発現量が変わらない伸長因子(EF1)等と相同と考えられる配列4種を選択し,プライマーを試験的に作成した。エチゼンクラゲのポリプを低温条件に置き,4, 11, 16, 30, 44日後にRNAを抽出した。抽出したRNAを,沖縄科学技術大学院大学の研究協力者のラボに送付し,同ラボに滞在してオリゴdTセルロースビーズを用いてmRNAを精製した。精製されたmRNAを鋳型にして逆転写反応を行い,cDNAを作成した。得られたcDNAについて,上記のプライマーを用いたPCR実験を行った。その結果,EF1とRX2についてcDNA断片の増幅が検出されたが,他の3種については増幅が確認されなかった。今後,リアルタイムPCRを用いた実験を実施するためには,プライマーの改善が必要である。同様にミズクラゲのポリプから,mRNAを抽出,精製し,cDNAを作成する実験を,西海区水産研究所のラボにおいて数回実施したが,いずれも十分な収量が得られなかった。「クラゲ発生モデル」のパラメーターをPrice法により推定するRスクリプトを開発し,手持ちのデータを用いてパラメーターを推定した。現状では推定に用いるデータが少ないためか,パラメーターの推定値が収束しなかった。西海区水産研究所において,何度かmRNAの抽出精製を試みたが,mRNAがうまく精製されることがなかった。このため,発現量の定量を行う実験が全く実施できなかった。しかし,沖縄科学技術大学院大学(OIST)の研究協力者の実験室では,mRNAの精製からcDNAの合成までが可能であった。この結果を受けて,今年度は西海区水産研究所において,再度mRNAの抽出精製を試みるが,それでもうまくいかない時は,mRNAの精製以降の実験は,全てOISTに出張して実施することで,計画の遅れを最小限にとどめたい。飼育水温のみを変動させたエチゼンクラゲポリプのストロビレーション実験では,最短で14°C,16日でストロビレーションの誘導が観察された。ストロビレーションの進行は温度依存であったが,事前に想定したクラゲ発生モデルのモデル式に合わない実験結果が得られた。鉢クラゲポリプにホルモン様物質を投与してストロビレーションを開始させる実験では,実験した8種のうち,6種でストロビレーションを誘導する効果が確認されたが,2種では効果が無かった。ホルモン様物質投与によるストロビレーション誘導では水温によるストロビレーション誘導と異なるところがあり,ここでもクラゲ発生モデルのモデル式の修正が必要であった。沖縄科学技術大学院大学との共同研究で,エチゼンクラゲのトランスクリプトーム解析を実施し,cDNAライブラリを作成した。ストロビレーション時に発現量が大きい遺伝子配列の中に,ミズクラゲにおけるタイマー遺伝子に近似な配列が含まれた。

低温で一定期間過ごすことでストロビレーション(ポリプからクラゲになる変態過程)のスイッチが入るというタイマー仮説を,エチゼンクラゲで実験を行い検討した。エチゼンクラゲでは最短2週間でストロビレーションのスイッチが入ったが,スイッチが入るのに要する期間は一定でなかった。スイッチが入った後は水温が高いほど速く変態が進むとの予想も合わなかった。沖縄科学技術大学院大学と共同でストロビレーション中に発現する遺伝子の解析を行い,ミズクラゲにおけるタイマー遺伝子と似た遺伝子が見つかった。今年度実施に至らなかった遺伝子発現量の定量実験について、さらに実験条件の検討を進めるとともに、どうしてもうまくいかない場合は、共同研究機関に滞在して分析を実施するなど、善後策を講じる。エチゼンクラゲのタイマー遺伝子、またはその代替となる遺伝子を特定する。クラゲ発生モデルを構築し、27年度に得られた実験結果を用いて水温と変態の進行速度に関するパラメーターを推定する。エチゼンクラゲについて,伸長因子(EF1)と,変態過程で発現量が増えると考えられる配列(RX2)のプライマーをより適合したものに改善し,リアルタイムPCRによる定量を実施する。リアルタイムPCRにより,低温処理によってRX2が増加することが確認されたら,様々な条件でRX2の定量を実施する。この実験結果をもとに,クラゲ発生モデルのパラメーターを推定する。プランクトン学,水産海洋学2、3月の賃金が予想よりも若干少なかった。2016年5月にスペインで開催れたクラゲ類大発生に関する国際シンポジウムに参加する予定にしていたが,この課題の進捗が予定よりも遅いため,シンポジウムの準備に時間を費やすことができないと判断したため,シンポジウムへの参加を取りやめた。このため,国内のシンポジウムに参加した分を差し引いても,海外出張の旅費に相当する分が余ることになった。試薬代などとして消費する予定である。沖縄科学技術大学院大学のラボに,2回以上出張,滞在して,mRNAの抽出精製実験を確実に実施する予定である。
ストリークカメラを用いた超音速ジェットピコ秒時間分解レーザー誘起螢光測定

本研究で、ストリークカメラを用いた超音速ジェットレーザー誘起蛍光時間分解測定システムを製作した。測定システムは基本的には研究室の保有するピコ秒レーザー、超音速ジェット用真空装置、およびストリークカメラを組み合わせることにより製作した。CWモード同期Nd:YAGレーザーをベースとする高繰り返しのピコ秒レーザーシステム(繰り返し2kHz、パルス幅約3ピコ秒)と組み合わせて用いるために、超音速ジェット噴流を生成するノズルとしてCWのものを製作する必要があった。そこで約100mumのオリフィスを持つパイレックスガラス製のCWノズルを製作した。このCWノズルを用いて押し圧2気圧で真空装置に試料ガスを導入した場合、チャンバー内の真空度は約2×10^<-4>torrであったが、これは超音速ジェットを生成するのに十分な真空度である。次にこのCWノズルを用い、ナノ秒のレーザーによってスチルベンのレーザー誘起蛍光スペクトルを測定し、十分に冷却された孤立分子が生成されることを確認した。以上の予備実験ののち、ピコ秒のレーザーで励起した超音速ジェット噴流中の分子からの蛍光をストリークカメラで測定することを試み、成功した。このような測定にストリークカメラを用いた例はこれまで報告されておらず、初めての試みであったが、本研究によってその有効性が明らかになった。一度に測定できる時間領域は狭くなるが、ストリークカメラを最高速度で掃引すると、約15-20ピコ秒の時間分解能が得られる。これは従来用いられている光電子増倍管による時間相関光子計数法の時間分解能をしのぐ。現在、この測定装置を使い、芳香族化合物最低励起一重項状態の各振電準位の蛍光寿命を詳細に調べており、励起状態の反応、および分子内振動再分配(IVR)についての新たな知見を得つつある。
固体電解質膜反応器を用いた含窒素物質の反応化学的研究

Pt系脱硝触媒の担体として、3価カチオンで置換したヒロリン酸スズが良好な触媒特性を示すことが報告されている。これに対し、その反応中間種をIn situ赤外分光分析したところ、この触媒系では水素とNOxとの反応によってアンモニアが系中で生成し、これが還元剤となって残るNOxを還元する二段階の反応で脱硝が進行することを見出した。通常の水素脱硝反応は温暖化ガスのN_2Oの副生が多いという問題点が知られているが、一旦アンモニアを生成し、アンモニア脱硝反応を行うことでN_2Oの副生が大幅に抑制することに成功し、最適条件で脱硝率90%強(窒素選択性80%)の良好な触媒を得ることができた。また、アンモニアの生成量および反応性は担体の固体酸性に大きく依存していることをあわせて見出した。さらに、他の固体酸性担体として硫酸化処理を施した種々の金属酸化物について着目し、ジルコニア、セリア、アルミナなどを硫酸化することでその脱硝特性を大幅に向上することに成功した。特に、白金担持セリア触媒は水素脱硝反応にまったく触媒活性を示さないが、これに硫酸化処理を行ったところ脱硝率80%強、窒素選択性60%前後と比較的良好な触媒特性が得られた。また、アルミナについては硫酸化処理によって触媒特性の発現温度を140°Cから100°Cに低温化することができ,またそれ以上の温度域における窒素選択性の向上にも成功した。平成18年度は、窒化リチウム隔膜に直流電圧を印加し、電気分解することで窒素透過性隔膜とした窒素透過型膜反応器を作成し、窒素分子の解離を促進することで窒素からアンモニアへの高い転化率(30%)を得ることに成功した。さらに、空気からの選択的窒素透過膜としての応用についても取り組んだが、酸素分子との反応を完全に制御することは難しく、持続的に選択的窒素透過性を得ることはできなかった。また、平成19年度以降実行予定の酸化物イオン導電体膜を用いた脱硝反応についても取り組み、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)膜に白金を担持したPt|YSZ|Pt膜に直流・交流電圧を印加してNO除去反応を行い、その電圧特性、ならびに周波数依存性を評価することで、反応の律速過程について検討した。その結果、反応後のガス中にはN_2OやNO_2などの窒素酸化物成分は含まれず、NOは選択的にN_2に還元除去されていることがわかった。NOの除去率は2V以上の電圧印加で急激に向上し、その後は電圧に対する依存性は見られなかった。また、同じ実効電圧を印加した場合、直流電圧の場合よりも交流電圧のほうがNOの除去率は高い結果となった。これより、本反応系ではNO分子から引き抜かれたO^<2->イオンの膜内伝導が律速段階ではなく、NO分子の隔膜表面への吸着、あるいはNO分子からO原子をO^<2->イオンの形で引き抜く過程が律速段階であることが示唆される。平成19年度は、酸化物イオン導電体膜を用いた直接脱硝反応について研究を行った。イットリア安定化ジルコニア(YSZ)膜に白金を担持したPt|YSZ|Pt膜に交流電圧を印加してNO除去反応を行い、その電圧特性、ならびに周波数依存性を評価することで、反応の律速過程について検討した。印加する交流電圧の周波数を増加するとNOの除去率は急激に低下した。これは周波数が高くなることで正、あるいは負に帯電している時間が短くなり、YSZ表面に吸着したNO分子と負電位の印加によって形成された酸素空孔との反応が起こる前に電位が反転するためと考えられる。また、500°Cから800°Cまでの各温度で直流電圧を印加した場合と、正負変調電圧を印加した場合を比較するとFig.4に示すように700,800°Cの高温度域では直流電圧を印加した場合のほうがNOの除去率は高かったが、600°C以下の反応温度では表面に正負変調電圧を印加した場合のほうが高いNO除去率を示した。これは、直流電圧を印加した場合では解離したO^<2->イオンが膜内を伝導して吸着した面の反対側まで移動する必要があるのに比べ、表面に印加する電圧を変調させた場合では膜内に取り込まれたO^<2->イオンは同じ面から放出されるためO^<2->イオン伝導度低下の影響をあまり受けないためだと考えられ、反応律速過程がNO分子からのO原子の引き抜きだけではなく、O^<2->イオンの膜内伝導も寄与していることが示唆される。

また、アンモニアの生成量および反応性は担体の固体酸性に大きく依存していることをあわせて見出した。さらに、他の固体酸性担体として硫酸化処理を施した種々の金属酸化物について着目し、ジルコニア、セリア、アルミナなどを硫酸化することでその脱硝特性を大幅に向上することに成功した。特に、白金担持セリア触媒は水素脱硝反応にまったく触媒活性を示さないが、これに硫酸化処理を行ったところ脱硝率80%強、窒素選択性60%前後と比較的良好な触媒特性が得られた。また、アルミナについては硫酸化処理によって触媒特性の発現温度を140°Cから100°Cに低温化することができ,またそれ以上の温度域における窒素選択性の向上にも成功した。
古民家評価に有用な森林の生物多様性を反映させた持続可能性指標の開発

古民家における使用部材の樹種および材積と周辺地域の植生との関係について愛媛県内で調査を行なった。確認された樹種のほとんどは各調査家屋周辺の植生と一致しており,周辺の材を使用していることが分かった。使用材積が多いのはスギ,ヒノキである。周辺地域に発展した林業地から,あるいは自宅裏山から伐採,入手していたと考えられる。また,適材適所に応じて広葉樹も多くの種類が使用されていたが,一部は手近にあるもので間に合わせていた。愛媛県南予地域の当初予定を東予地域として,古民家に使用されている部材の樹種とその材積が周辺地域の植生とどのような関係があるかを検討した。植生についての古い記録がある西日本最高峰の石鎚山(標高1982m)の愛媛県西条市大保木地区にある築後約80年の農家住宅(標高432m)を調査対象とした。小屋裏から床下まですべての部材の断面寸法と長さを測定し材積を求めた。また,それらの部材から小試験体を切り出した。採取した小試験体から1センチ四方の立方体を切り取り,蒸留水の入ったビーカー入れ,電子レンジで空気が抜けるまで煮沸した。次にミクロトームで木口,板目,柾目の三断面から20μmの厚さの切片を作製した。切片をスライドガラスに乗せて,ガムクロラールで封入をした後,光学顕微鏡観察により樹種を同定した。その結果,針葉樹はヒノキ,スギ,アカマツ,ツガの4種類,広葉樹はクリ,スダジイ,アカガシ亜属,ヤマザクラの4種類の計8種類を確認できた。いずれも石鎚山周辺に分布する樹種である。材積の使用割合は,針葉樹が全体の90%を占めており,なかでもスギ・ヒノキの割合が高かった。広葉樹は大黒柱にクリ,軒桁にスダジイが使われていたのを除き,大引,敷居,床束,土台に使われていた。これらから,適材適所を部材使用選定の基本としていることがわかった。今回調査した家屋でスギ・ヒノキの使用割合が高いのは,石鎚山を源とする加茂川流域に発展した300年の歴史をもつ人工林業との関係があると思われる。愛媛県南予地域の三間町ならびに中予地域の久万高原町の古民家に使用されている部材の樹種とその材積が周辺地域の植生とどのような関係があるかを検討した。切片をスライドガラスに載せ,ガムクロラールで封入をした後,光学顕微鏡観察により樹種を同定した。その結果,針葉樹ではヒノキ,スギ,ニヨウマツ,ツガ,広葉樹では,クリ,ヤマザクラ,スダジイ,アカガシ亜属,ビワ,トチノキ,コナラ節,ケヤキが確認された。スギ,ヒノキはほとんどの構造材に使用されていた。その他の樹種は,アカマツは強度に優れるが,白蟻抵抗性に劣る為に小屋裏周辺の部材へ,クリは耐久性に優れる為直接地面に接する土台等の床下部材へ,ヤマザクラは耐摩耗性に優れる為磨耗してはいけない敷居や床板へ,ビワとトチノキは化粧性に優れる為床の間の装飾材へ,コナラとケヤキは強度に優れる為梁へ,それぞれ適材適所に使用されていた。一方,ツガとスダジイは他の樹種が使われている箇所に限られた数だけ使われており,修復などのために手近な材を使用したと考えられる。いずれも確認された樹種のほとんどは各調査家屋周辺の植生と一致しており,周辺の材を使用していることが分かった。本年度は,愛媛県南予地域の大洲市にある懸造を有する少彦名神社参籠殿に使用されている部材の樹種が周辺地域の植生とどのような関係があるか調査を行い,昨年度までの研究結果をまとめて,森林の生物多様性を反映させた持続可能性指標の検討を行った。この結果,古民家においても新築時には,柱材では一定の断面寸法のものが80100本必要になるため,スギ・ヒノキの人工林からの供給がいずれの地域でも行われていたことがわかった。施主への聞き取りから裏山に先先代自ら植林したスギ・ヒノキ林からの場合もあった。愛媛県内では,昔から林業が盛んであり,今回の研究対象の築100年以内の古民家ではどのような地域でも新築時に近隣に人工林があり,供給が可能であることを文献資料から確認した。

また,横架材など断面寸法が大きい材は,近隣の里山などからアカマツなどが供給されていたことがわかった。土台には耐久性に優れるクリが近隣の里山などから供給されていたことがわかった。造作材等は,寸法も一定ではなく,また各1本程度しか使用されないため,近隣の植生からビワ,トチノキなど種々の広葉樹が使用されていた。一方,住宅の修復の際には,柱材であっても少量しか必要ないうえに,横架材とともに寸法だけがあえば良いため,ツガやスダジイなどを近隣の植生から伐採して使用していたことがわかった。これらの検討結果から,古民家であっても新築時は人工林が必要であったことがわかった。しかし,現時点でこれらの古民家を修復・維持する際には,人工林以外の多種多様な樹種を必要とし,生物多様性の豊かな里山林が必要となることがわかった。
歴史文献データと野外調査データの綜合を目指した漢語方言史研究

中国における方言研究は長らく字音を対象とした記述研究と比較音韻史研究が中心であった。方言地理学は決して新しい方法論ではないが、中国では従来ほとんど行われることがなかったため、中国方言学の分野では大きな収穫が期待された。これまで日本で志を同じくする研究者が、方言地理学を核として新たな方法を模索しながら共同研究を継続して、漢語方言地図集を第3集まで発表してきた。今回の我々の共同研究はそれを受け継ぐものであった。我々は方言地理学に利用可能な文献データを集積する一方で、文献のみでは埋められない地理的空白をフィールドワークを行うことで埋めることを計画した。また歴史文献に現れる方言データ及び社会言語学的事例についても分析を進め、歴史的考察に利用することにした。初年度には文献データの整理を一段落させ、『地方志所録方言志目録附方言専志目録』を完成、また初年度のフィールドワークのデータを整理し、次年度初頭に『呉語蘭渓東陽方言調査報告』を作成した。これらの作業と平行して、パソコンによる方言地図作成ソフトSEAL (System of Exhibition and Analysis of Linguistic Data)利用のための環境整備を進め、この年度でほぼ作業を完成させた。そして最終年度に試行錯誤を繰り返して方言地図を作成し、討論を重ねてその修正作業を行った。またこれまでは個々の音韻、語彙、文法項目の地図を作成して中国語における様々な特殊な変化の類例を集積して、一般化を模索してきた訳だが、今回は同源語彙間に現れる特殊な変化を容易に観察できるような語彙集も編纂し、「類推」、「民間語言」、「同音衝突」といったような体系的変化以外の変化の事例の集積を図った。これにより従来の方言地図で行われた分析も類似の事例が複数見出せることになり、我々の方言地理学的考察により強い説得力が付与されることになった。その最終報告書が『漢語方言地図集(稿)第4集』である。基礎作業として太田が現代方言の文献資料の収集を担当し、新編地方誌所録方言誌に関してできる限り方言部分の執筆者を特定して、『新編中国地方誌所録方言誌目録』を作成し、今後の2年の研究の基礎固めを行った。この目録はまた別にファイルの形で共同研究者が共有することとし、今後の増補に容易に対応できるようにしてある。太田はまたこの作業で得た資料をもとに分析を行い、音韻変化の例外についての体系的考察を進めた。岩田はパソコンによる方言地理学研究の条件整備を行った。現時点では中国全土で600地点のデータを盛り込むことが可能であるが、地図の精度を更に上げるべく、400地点を増やして1000地点にするという作業は院生アルバイトの利用により、大凡完成した。地点のバラツキ具合、所拠資料の精度の問題などを考えると、なお最善を期して若干地点の取り替えを行う必要があるが、次年度以降の研究のこの面に関する基礎はこれで完成した。岩田もまた、このような作業と同時に方言地理学研究を実践し、方言特徴の伝播を広域的に考察した。木津は最近になって台湾、大陸において大規模な方言データベース作成作業が着手されたという情報が入ったため、歴史的方言文献の収集及び分析の作業をメインに据えることになった。具体的には近世音韻資料としての琉球資料を取りあげ、音韻史研究及び中国の多言語社会、多方言社会についての社会言語学的研究を行った。秋谷は浙江呉語の現地調査を行い、データの収集、整理、分析などを進めた。そのうちの一地点は太田の調査を引き継いだ東陽方言で、もう一地点は蘭渓方言である。いずれも今年度の調査で完了した。

編集作業も8割方済んでおり、報告書としての完成までもう一歩のところまで来ている。秋谷もまた同時進行的にこのようなフィールドワークで得られたデータを活用して、呉方言音韻史の再検討を行った。今年度は昨年度に引き続き、文献データ及び野外調査データの収集を行い、太田斎が昨年度の『地方志所録方言志目録』の増補改定作業を行い、最新の増補改訂版を作成、ファイルの形で共同研究者及び研究協力者が共有できるようにした。また野外調査データについては秋谷裕幸が中心となって年度初頭に『呉語蘭渓東陽方言調査報告』を纏めた。野外データ収集の理論面については中国より荘初昇教授を招き、議論を交わす機会が得られたことで、大きな収穫があった。木津祐子は沖縄に残る唐通事資料の調査を行い、そこに反映する方言的特徴に関しての報告を行った。我々が使用する福嶋秩子(県立新潟女子短期大学)氏開発の方言地図作成ソフトSEAL(System of Exhibition and Analysis of Linguistic Data)は新バージョンが出来、中国語データの利用が可能になった。我々の研究がこれにどのように対処すべきか、また中国における方言地理学研究プロジェクトとどのようにリンクさせるべきかといった問題に関しては岩田礼を中心に議論し、我々としてはSEALに準拠した形で研究を進めていくことを確認した。方言地図作成のための地点ファイルの増補改定作業は太田斎を中心に行われ、従来の650地点を1055地点に増やし、これに対応する文献データファイルも完成し、最終年度の方言地図集作成に向けてパソコン環境の整備は概ね完了した。各構成員に方言地理学で取り上げる典型的な言語現象が明確に現れるような語彙項目を割り当てた。最終年度にはそれらを地図化して分析を加えることになるであろう。今年度はIACL(International Association of Chinese Linguistics)の大会が名古屋で開催され、それを機に多くの海外の研究者と接触し、我々のこれまでの成果(報告書1『地方志所録方言志目録』及び2『呉語蘭渓東陽方言調査報告』と共同研究員の発表論文)を紹介し、我々の研究を知らしめた。研究発表の合間ではあったが議論を交わすこともでき、貴重な提言を得ることができた。最終年度たる今年度は、引き続き地方志所録方言志日録の増補作業を続行、逐次最新版をファイルの形で共同研究者が共有できるようにした。フィールドワークのデータについても、整理が進み、今回は最終報告書にその一部を盛り込んだ。また当初の計画であった方言地図作成ソフトSEALも地点増補作業を完了した(全996地点)。これまでに比べ、格段に密度の高い方言地図が作成できるようになった。この条件の下で、最終的には主たる対象を最も多様性に富み、かつデータも比較的集めやすい動物名称にし、会議の際に各自作成した地図と分析を持ち寄り、検討を重ねた。そしてメールによる討論を通じて最終決定稿を作成し、報告書第3冊として、方言地図集の形で我々の研究成果を纏めた。
xeno-free iPS細胞由来心筋細胞の臨床応用

1大型配向性心筋組織片の作成過去に報告した小型(1cm×1cm)のナノファイバーを用いた心筋組織をscale upし、2.5cm×2.5cmのナノファイバーに配向性をもたした足場を作成しiPS細胞由来心筋細胞を撒くことで大型の心筋組織片を作成した。心筋細胞数についても条件検討を行い、組織の厚みや生存率の最もよかった一枚あたり2.5×10e7の細胞とした。作成した心筋組織は、厚み150-200μm程度で心筋細胞の配向性を有し、免疫染色で発達したサルコメア構造および心筋細胞の成熟に関連するβ-MHCの発現を多く認めた。電気生理学的にも組織片内での拍動の同期を認めた。2大動物(ブタ)への移植実験ミニブタの心筋梗塞モデルを作成して、1ヶ月後に上記で作成した心筋組織の移植を行った。現在のところ心機能の評価については検討中であるが、移植2週間後の組織にて内部にCD31陽性の血管構造を有するヒトトロポニンT陽性の移植組織の生着を認めた。大型の心筋組織の作成に成功し、実際に大動物への移植を行ったため。さらに大動物心筋梗塞モデルでの移植を進め、心筋組織の治療有効性について検討を進めていく予定である。来年度に予定している動物実験により費用がかかるため。
雪舟の絵画活動の文献史料の側面からの研究

本研究は、室町時代の画家、雪舟の絵画活動について、(1)実際的な制作活動と(2)関連する文献資料との相関関係を明らかにしようとしたものである。とくに雪舟の絵画活動のなかから、彼が朝貢使節の一員として中国に渡った時期(14679年)に絞って集中的に調査研究を行った。それによって明らかにすることのできた最大の問題は、雪舟が中国で行った絵画活動には、15世紀後半から16世紀にかけての、一般に大航海時代と呼ばれる世界史的な動向が大きく関わっていたということである。雪舟が中国旅行のなかで、とくに、(A)中国江南の都市文化の興隆のさまを如実に写し取り(「揚子江図巻」「寧波府図」)、(B)東シナ海貿易さらには南海貿易に活躍する諸国民の姿を図に表わしている(「国々人物図巻」)ことに、従来は未検討であった大きな問題が潜んでいることが明らかになった。そのことを、中国渡航時代の雪舟についての興味深い関連記事を多く含む、堺の海会寺の住持、季弘大叔の日記『庶軒日録』から得られた二つのKeywordを軸に分析を行った。その二つのKeywordとは、「経済的流通」と「文化的威信」である。(1)東シナ海貿易での経済活動を前提にしてはじめて理解できる、「国々人物図巻」や「寧波府絵図」などは、「経済的流通」の実際面へのコミットを強く思わせる。(2)一方、雪舟が江南の文人や富裕市民たちとの交流のなかで描いた「四季山水図」4幅の壮大なプロジェクトは、「文化的威信」をかけての制作であったことは明らかである。これを(1)は実用的な「絵図」の仕事、(2)は水墨画の「芸術」の仕事ともいえよう。雪舟のこれからの生涯においても、この「絵図」と「芸術」の二つの領域が、相互に矛盾を孕みつつも、この画家の後世に残した成果の本質をなすものとなろう。そのような見通しを、本研究によって得られたということができる。最晩年の天橋立図こそはその帰結といえるだろう。本年度は予定どおり、雪舟の絵画活動について、(1)史料の探索、(2)収集史料の読解と分析、(3)史料のヴォキャブラリーおよびイディオムの抽出・考察を行った。とくに第1年度の試験的研究という意味から、雪舟の生涯の一定期間に絞ってそれを試みた。応仁元年(1467)、雪舟が遣明船の一行に加わって中国に渡り、足かけ3年の旅を経て日本に帰ってくるまでの期間である。従来の研究に欠けているものとして、今回は特に雪舟らの渡航の10年前の享徳度の遣明船の史料に注目した。その際の記録である「允澎入唐記」は、10年前のものとはいえ、江南と北京の間の旅の実態について、雪舟らの旅にも照明を与えてくれることが、今回の調査研究で明らかになった。研究内容としては私のゼミの大学院生らとともに、原典探索からはじめて、現代活字への翻刻、語句・文辞の解明、現代語訳を踏まえて、ヴォキャブラリー、イディオムのデータベース化を行った。データベースは私のホームページに登載予定である。本研究は次の5つのステップを踏まえながら4年間で行うものである。

(I)史料の総合的探索、(II)収集史料の読解および分析、(III)史料のヴォキャブラリーおよびイディオム分析、(IV)文献資料と絵画作品の相関関係、(V)基礎理論研究。本年度は、前年の試験的調査をふまえて、主として江戸時代に雪舟がどのように理解されていたかについて、上記(I)から(IV)までの諸段階の調査研究を行った。江戸時代の研究資料として最も重要なのは、画史・画論と一般に呼ばれる文献資料と、画譜・絵手本と通称される絵入り版本である。今年とくに研究対象としたのは後者であるが、とくに、それら多数に上る版本に付された序文・跋文に、しばしば雪舟に関する記録、評価、歴史的位置づけにかかわる言説が含まれる。そこで現在、各地の図書館、文庫等に蔵されるそれら絵入り版本(今年度は135件)をコピーによって収集し、多くは漢文体、くずし字で記された序文・跋文を読解する作業を行った。この作業はさらに継続し、読解から分析へと研究を深めてゆく必要があるが、そのためには漢文史料の読解・分析のための多くのトゥール(いわゆる漢文工具書)を必要とする。そこで今年度の補助金によって、辞典、目録、索引等の関連工具書を購入した。来年度への継続研究に活用するつもりである。上記の今年度の成果は、一つは「画譜・絵手本序跋集」として冊子体にまとめた。これは近く研究室のホーム・ページに載せる予定にしているまた同じ成果を踏まえて、「絵手本のアーカイヴ」と題し、11月25日に「画譜・絵手本シンポジウム」において口頭発表を行った。本研究は次の5つのステップを踏んで行ってきた。4年計画の3年めである平成17年度には、上記の(III)と(IV)を集中的に行った。具体的には、最初の2年で、雪舟の中国での仕事に焦点を合わせて行った研究を踏まえつつ、今回はとくに、その雪舟の寧波での仕事について、(III)(IV)の視点からの検討を行った。中心的に取り上げたのは、史料としては後年になってからのものではあるが、中国渡航時代の雪舟についての興味深い関連記事を多く含む、堺の海会寺の住持、季弘大叔の日記『蔗軒日録』である。雪舟の寧波での仕事に直接触れた個所は、『蔗軒日録』の文明18年3月14日の記事である。退役した寧波の大官人・金〓の家で、雪舟の描いた商山四皓、虎渓三笑の二幅対が壁に掛けてあるのを見てきたという、禅僧にして貿易商でもある金子西なる人物の話を、『日録』が書きとめている。今回の研究では、その記事を中心にしつつ、日本の堺から、中国江南の寧波の都市文化を人びとがどう見ていたか、その中で雪舟のことをどう位置づけることができるかを、『日録』の全体の中から検討してみるという作業を行った。その場合、(III)のヴォキャブラリーとイディオムであるが、二つのキーワードが中心として浮かび上がってきた。「文化的威信」と「経済的流通」の二つである。文人の金〓の家に雪舟の絵があったことの根底に、日本からの渡航僧・雪舟の威信をかけた仕事のあり方が窺える。と同時に、雪舟の中国での仕事にはそれとも違う二面性があり、「経済的流通」すなわち東シナ海貿易での経済活動を前提にしてはじめて理解できる、「国々人物図巻」や「寧波府絵図」などがある。今年の研究としては、『蔗軒日録』という史料から浮かび上がる、それら二つのキーワードに照らして、さらに(IV)として、そうした二面性を持つ雪舟の渡航中の作品の新たな位置づけをも試みた。以上の研究成果については、『蔗軒日録』に見られる寧波の都市文化関連のヴォキャブラリーの索引を作成したものを、データベースとしてhpに公開する予定である。
インフレータブル展開宇宙構造物のダイナミクス

次世代の宇宙構造物として期待されているインフレータブル膜構造物の展開ダイナミクスの数値解析手法を提案し、それに基づく数値解析コードを開発した。昨年度までに基本となる部分は開発済みであったが、今年度は膜面同士の接触モデルの定式化、膜面の折癖部分の粘弾塑性モデルの定式化を行い、それぞれ数値計算でモデルの有効性を確認した。膜面のダイナミクスに関しては、未だしわの問題が議論されている段階であり、本研究で取り上げたような非線形効果の考慮までには至っていないのが現状である。しかし、今後、膜面宇宙構造物の研究が進むについて、本研究で取り上げた問題が注目されると考えている。逆に言えば、これまで極めて困難と言われてきた膜面のダイナミクスやそれを用いたインフレータブル構造物のダイナミクスの数値予測が可能であることを示すことができたことが、本研究の最も重要な成果である。本研究全体の具体的成果は以下のようにまとめられる。すなわち、(1)膜面のしわを考慮したダイナミクスの数値計算手法を定式化し、解析コードを開発した。この手法はエネルギや運動量・角運動量を厳密に保存しつつ時間積分が可能であり、数値安定性を保証する。これにより、従来、困難であるとされてきた膜面のダイナミクスの数値計算を可能とした。(2)注入ガスの熱力学的効果を考慮した数学モデルを構築した。数値計算手法はエネルギ原理を満たすように構築されているので、数値安定性が極めて高い。(3)膜面同士の接触を考慮するためのモデルを提案し、解析コードに組み込んだ。展開初期の膜面同士の接触は、展開後の膜面の運動にも重要な影響を与えると考えられる。それゆえ、この接触問題は膜面の挙動予測をする上で決して無視できない問題である。(4)折癖の粘弾塑性モデルを構築した。これは、折癖の発生・成長過程を模擬するために必須である。次世代の大型構造物建築法の一つとして、袋状のものをガスで膨らませて展開するというインフレータブル膜構造が注目されている。インフレータブル構造物の実用化には構造物展開時のダイナミクスの予測技術が不可欠であるが、数値計算や実験による展開運動データは充分に得られていないのが現状である。例えば、インフレータブル構造はガス圧で膜を展開するという極めて単純な展開方式を用いており、展開の信頼性・再現性が高いとされてはいるが、ガス圧や膜の収納時の折り目が膜の展開運動に及ぼす影響の評価は数値計算・実験ともあまり行われていない。そこでまず、薄膜から成るインフレータブルチューブの展開運動を模擬する数値解析コードを開発し、ジグザグに折畳まれたインフレータブルチューブの微小重力下での展開挙動のシミュレーションを行った。この結果、チューブの弾性変形とインフレーションガスの圧力変化との連成により、チューブが振り子状の振動を行う場合があることを明らかにした。次に、数値解析結果の妥当性を検証するため、微小重力環境においてインフレータブルチューブの展開実験を行った。実験は北海道上砂川町にある(財)地下無重力実験センターJAMICにておこなった。この微小重力実験と数値解析とを比較することにより、本研究において開発した数値解析コードがインフレータブルチューブの微小重力下での展開挙動を模擬できることを示した。

特に、チューブの折り目の剛性がチューブ全体の変形挙動に与える影響を数値解析で予測できることと、インフレーションガスとチューブの変形との連成メカニズムを明らかにしたことが本研究の重要な成果として挙げられる。また、チューブが自分自身と接触する場合の変形挙動の予測には不十分な点も確認されたため、解析コードの改善を行った。次世代の宇宙構造物として期待されているインフレータブル構造物の展開ダイナミクスの数値解析手法を提案し、それに基づく数値解析コードを開発した。従来、自動車用のエアバッグの展開解析には動的陽解法が用いられ、膜面のモデルはしわが存在するときとしないときとで異なるものを用いるという、簡易なものが用いられてきた。本研究ではエネルギ・モーメンタム法に基づく陰解法を採用し、膜面のモデルには可変剛性モデルを採用した。また、インフレーションガスについては、自動車用のエアバッグとは異なり、インフレータブル宇宙構造物の場合にはガスの流速が小さいことを考慮し、ガスのダイナミクスの効果を省略した熱力学モデルを導いた。これにより、特殊な場合わけを必要とせず、数値的に安定で、かつ、エネルギ収支を的確に評価できる数値解析手法を定式化できた。そして、提案した数値解析手法の妥当性を確認するため、微小重力実験により得たインフレータブルチューブの展開実験結果との比較を行った。この結果、本研究で提案した方法がインフレータブルチューブのダイナミクスを的確に模擬できることを確認した。本研究の成果は、宇宙構造物に限らず、インフレーションガスのダイナミクスの効果(動圧)が無視できるような構造物の全てに適用することができる。そして、膜面の動的なしわの発生・消滅を考慮できるという点と弾性体の幾何学的大変形と流体との達成解析を陰解法により安定に解くことができる点で非常に汎用性の高いものであり、今後、宇宙構造物に限らず、パラフォイルやエアビーム等の動解析への応用が期待できる。また、宇宙構造物に限って言えば、無重力下という、膜面が動的に不安定になりやすい環境でのダイナミクスを的確に模擬できる点に最大の特徴がある。次世代の宇宙構造物として期待されているインフレータブル膜構造物の展開ダイナミクスの数値解析手法を提案し、それに基づく数値解析コードを開発した。昨年度までに基本となる部分は開発済みであったが、今年度は膜面同士の接触モデルの定式化、膜面の折癖部分の粘弾塑性モデルの定式化を行い、それぞれ数値計算でモデルの有効性を確認した。膜面のダイナミクスに関しては、未だしわの問題が議論されている段階であり、本研究で取り上げたような非線形効果の考慮までには至っていないのが現状である。しかし、今後、膜面宇宙構造物の研究が進むについて、本研究で取り上げた問題が注目されると考えている。逆に言えば、これまで極めて困難と言われてきた膜面のダイナミクスやそれを用いたインフレータブル構造物のダイナミクスの数値予測が可能であることを示すことができたことが、本研究の最も重要な成果である。本研究全体の具体的成果は以下のようにまとめられる。すなわち、(1)膜面のしわを考慮したダイナミクスの数値計算手法を定式化し、解析コードを開発した。この手法はエネルギや運動量・角運動量を厳密に保存しつつ時間積分が可能であり、数値安定性を保証する。これにより、従来、困難であるとされてきた膜面のダイナミクスの数値計算を可能とした。(2)注入ガスの熱力学的効果を考慮した数学モデルを構築した。数値計算手法はエネルギ原理を満たすように構築されているので、数値安定性が極めて高い。