hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自然風のメカニズムを用いて風向変動特性を正確に再現しうる風洞の試作

本研究は,自然風における風向変動特性を再現することを目的とした風洞試験装置を試作し,装置が生成する気流の測定結果に基づき風向変動の制御方法に改良を加えることにより,自然風の風向変動特性を正確に再現し得る風洞の実現のめどをつけることを目的としている.本年度は,コンピュータ制御されたリニアモーターでシャッターの開閉を行える装置を3台増設し,昨年度設置した分と合わせて計4個の風路の開閉を行えるようにした.シャッター開閉のタイミングをパラメータとして実験を繰り返し,安定した風速のままで風向変化を生じさせることのできるタイミングを明らかにした.また,風向を往復で変化させるケースについても検討したところ,最短で0.5秒間隔で風向を往復変化させることができた.しかし,こうした往復の風向変化のケースでは,定常的に生成される風向変化よりも大きな風向変化が瞬間的に生じるオーバーシュートが目立っ結果となった.自然風データを分析し,4秒間に30°近い風向変化(U≒17m/s)と,40秒間程度で60°を超える風向変化(U=1016m/ls)の生じているケースをみつけた.こうした風向変化が,風向変動風洞における何秒に対応するかを相似則に基づいて検討したところ,ガス拡散の予測を想定すると,実現象の4秒は0.002秒,40秒は0.024秒に,風車の耐風性検討を想定すると,実現象の4秒は0.053秒,40秒は0.53秒と非常に短い時間に対応する.ただし,風向変動風洞のサイズを10倍にして,風速も高くすると,この時間は310倍長くなる.自然風の風向変動の試作した風向変動風洞による再現性の検討は,さらにコンピュータ制御のシャッターの数を増やして検討を進める必要があるが,0.5秒で往復の風向変化を概ね達成できていることから,対象とする現象のスケールが小さい場合は,概ね現象を再現する見込みがついたと考えられる.本研究は,自然風における風向変動特性を再現することを目的とした風洞試験装置を試作し,装置が生成する気流の測定結界に基づき風向変動の制御方法に改良を加えることにより,自然風の風向変動特性を正確に再現し得る風洞の実現のめどをつけることを目的としている.本年度は,まず,風向変動風洞装置を改良した.具体的には,出力の高いサーボモータと大型のシロッコファンに取替えることにより,生成される風速を高くし,安定した風速となるようにした.また,風路毎の風速の差を小さくするために,シロッコファンからの流入風があたる部分に曲面板を設置した.さらに,流入風路に,スクリーンを2枚設置することにより,風速分布の一様化をはかった.シャッターの開閉を手動で行い,風向変動およびその際の風速変動特性について検討した.流入と流出の風路をそれぞれ1本ずつ用いる,「単風路の風向変化」の場合には,シャッター開閉のタイミングを種々変えて試してみても,風向変動の瞬間に大きな風速変動が生じてしまうことがわかった.一方,風路をそれぞれ2本ずつ用いる,「2風路の風向変化」の場合には,大きな風速変動を生じさせなくても,風向変動を生じさせることが可能なシャッター開閉のタイミングがあることがわかった.シャッター開閉を制御して,実験の再現性を確保するために,リニアモータを用いて電動でシャッターの開閉を行う装置について検討した.シャッター電動開閉装置を1台試作し,微調整の後に設置したところ,0.25秒で開または閉動作を行うことができた.来年度はシャッター電動開閉装置を最低でも3台増設し,制御されたタイミングでの風向変動とその際の風速変動特性について検討していく予定である.自然風の風向変動特性の検討については,本年度は,自然風中で超音波風速計を用いて風速・風向を測定したデータを収集したにとどまり,特性の検討は実施できていない.本研究は,自然風における風向変動特性を再現することを目的とした風洞試験装置を試作し,装置が生成する気流の測定結果に基づき風向変動の制御方法に改良を加えることにより,自然風の風向変動特性を正確に再現し得る風洞の実現のめどをつけることを目的としている.本年度は,コンピュータ制御されたリニアモーターでシャッターの開閉を行える装置を3台増設し,昨年度設置した分と合わせて計4個の風路の開閉を行えるようにした.シャッター開閉のタイミングをパラメータとして実験を繰り返し,安定した風速のままで風向変化を生じさせることのできるタイミングを明らかにした.また,風向を往復で変化させるケースについても検討したところ,最短で0.5秒間隔で風向を往復変化させることができた.しかし,こうした往復の風向変化のケースでは,定常的に生成される風向変化よりも大きな風向変化が瞬間的に生じるオーバーシュートが目立っ結果となった.自然風データを分析し,4秒間に30°近い風向変化(U≒17m/s)と,40秒間程度で60°を超える風向変化(U=1016m/ls)の生じているケースをみつけた.こうした風向変化が,風向変動風洞における何秒に対応するかを相似則に基づいて検討したところ,ガス拡散の予測を想定すると,実現象の4秒は0.002秒,40秒は0.024秒に,風車の耐風性検討を想定すると,実現象の4秒は0.053秒,40秒は0.53秒と非常に短い時間に対応する.ただし,風向変動風洞のサイズを10倍にして,風速も高くすると,この時間は310倍長くなる.

自然風の風向変動の試作した風向変動風洞による再現性の検討は,さらにコンピュータ制御のシャッターの数を増やして検討を進める必要があるが,0.5秒で往復の風向変化を概ね達成できていることから,対象とする現象のスケールが小さい場合は,概ね現象を再現する見込みがついたと考えられる.
切断部位特異抗体を活用した次世代プロテオミクスツールの開発研究

切断部位特異抗体は、ポリペプチド末端付近のアミノ酸配列に特異的に結合する特殊抗体で、タンパク質分解反応をin situで解析するために使われてきた。近年、カスパーゼ基質のひとつに対して作成した切断部位特異抗体を利用して新規カスパーゼ標的分子が発見され、本抗体の抗原認識特異性を調べるきっかけとなった。カスパーゼによって限定分解され生じたポリペプチドのC末端に対する切断部位特異抗体は、ペプチドライブラリーを利用して調べると、末端一番目のアミノ酸は厳密にアスパラギン際を、末端から二番目のアミノ酸に対しては、類似したアミノ酸を識別できなかった。また、末端から三アミノ酸残基よりも内部の配列に対しては特異性が見られなかった。そこで、カスパーゼ基質のC末端に対する切断部位特異モノクローン抗体を改めて作成し特異性を調べると、末端から二残基目についても類似アミノ酸を識別する抗体が得られた。このことから、モノクローン抗体を利用すれば400種類程度の切断部位特異抗体でタンパク質末端をタイピングできる可能性が示される。本研究の結果から、切断部位特異抗体が、従来のC末端分析法に代わって利用できるための基盤が確立し、次世代プロテオミクスツールとして活用できることが明らかとなった。ポリペプチド鎖C末端の2アミノ酸残基をランダム化して切断部位特異抗体を作成する当初の計画を若干変更し,C末端をアスパラギン酸に固定して実験をおこなった.この理由は,アポトーシスの実行プロテアーゼであるカスパーゼの切断によって生じたC末端がアスパラギン酸となることから,サンプル調製に生物学的な意味をもたせるとともに対照群を作成しやすいことにある.カルパスタチンの切断部位に対する抗体から派生した仮想的配列に対する切断部位特異抗体の抗原認識特異性を調べた.評価は,合成ペプチドを血清アルブミンに固定化してELISAでおこなった.当然のことながら抗体は,C末端がアスパラギン酸のペプチドに特異的で,末端グルタミン酸や末端カルボキシル基がアミド化したペプチドとは反応しなかつた.C末端から2番目のアミノ酸残基としてはL>I>Vの親和性を示した.ELISAでの吸光度ではLはIの5倍であったが,より定量的な方法が必要と考える.C末端から3残基目は,L>H>F>M>Y>W>C>N>I>T>Q>V>P>E>D>K>S>A>G>Rの順でTはLの半分の値を示した.G, A, Sなど小さなアミノ酸に対しては親和性が低く,この場合は4残基目もかかわる可能性が高い.次年度は,これらの結果をふまえてC末端アミノ酸を変化させたときの切断部位特異抗体の特性について解析する予定である.前年度から引き続き、ポリペプチド鎖C末端をアスパラギン酸に固定した切断部位特異抗体の評価を合成ペプチドを血清アルブミンに固定化してELISAでおこなった.C末端アミノ酸の特異性は、当然のことながらアスパラギン酸に対して圧倒的に親和性を示したが、Leu>Met>Cys>Asnにもこの順で有意な結合性が認められた。C末端から2番目のアミノ酸残基は、Leu>Ile>Valの親和性、3残基目は、Leu>His>Phe>Met>Tyr>Trp>Cys>Asn>Ile>Thr>Gln>Val>Pro>Glu>Asp>Lys>Ser>Ala>Gly>Argの順であった。これらの結果をふまえてC末端アミノ酸をチロシンに置換した切断部位特異抗体の作成に着手した。また、末端2残基をランダム化した免疫原に対する単クローン抗体を作成するために、すでに確立しているポリクローン抗体を用いてスクリーニングの手順を検討した。免疫原はペプチドをヘモシアニンに結合しているため、スクリーニング用のペプチドは血清アルブミン(BSA)にペプチド末端のシステイン残基SH基を介して固定化した。96穴プレートに50ngずつBSA-ペプチドを吸着させ、被検定抗体の結合を蛍光標識抗IgG抗体で富士フイルムFLA5000アナライザで定量した。被検定抗体濃度は50ng/mLまで測定可能であった。並行して相互作用解析装置Biacoreでのスクリーニングも検討した。

ペプチドELISAによる抗原抗体親和性の検定を確かめる意味で、T7ファージの系(FD法)で得られた結果と比較した。FD法では定性的な結果は迅速に得られるが、親和性の定量は難しい。免疫原が...DHLDである切断部位特異抗体を被検定抗体とした場合、C末端はAsp、末端から2番目はLeu>Val、3番目はArg>His>Glu=Gln=Tyrという結果になった。前年度までの結果を受けて、カスパーゼ標的分子(切断された基質産物のC末端がアスパラギン酸)に結合する切断部位特異抗体の配列認識特異性の評価をペプチドライブラリをもちいておこなった。C末端は厳密にアスパラギン酸を認識したが、末端から2番目のアミノ酸残基については、33%50%の確率で異なったアミノ残基に結合した。さらに、末端から3番目では、完全ではないがランダム化が観察された。末端から2番目以降のアミノ酸残基に対する結合特異性が、ポリクローン抗体中の異なった抗体に依るものかどうかを確かめるためには、モノクローンの切断部位特異抗体をもちいる必要がある。細胞貯蔵用の液体窒素タンクの事故があり、有用なモノクローン抗体が得られなかった。したがって、別経費で並行して進めていたファージ由来一本鎖抗体をもちいて代替実験をおこなった。その結果、いくつかの切断部位特異モノクローン一本鎖抗体については、末端2アミノ酸残基を厳密に認識しうることが判明した。今後、すべての末端2アミノ酸残基のセット(400通り)について、この性質を確かめる必要があるが、切断部位特異抗体をモノクローン化することによって、本抗体をポリペプチド末端アミノ酸配列の解析に活用しうる可能性が示された。
クエンチダイナミクスによる乱れた系のグリフィス特異性

本プロジェクトでは、乱れのある2次元蜂の巣格子イジング模型において、乱れの程度をパラメターとした絶対零度の強磁性常磁性転移点を厳密に求めることに初めて成功した。次に、量子揺らぎによって起こる絶対零度の相転移である量子相転移の近傍で、系のパラメターをゆっくり動かすクエンチダイナミクスに注目し、物理量のパラメター変化速度に関する普遍的なキッブル・ズーレックスケール則を新たに見出した。また、パラメターをある時刻に瞬間的に動かした後に、動的量子相転移と呼ばれる、ロシュミット重なりという量の時間発展に現れる特異性を、複数の量子非可積分系において新たに発見した。平成26年度科学研究費助成事業による実績は以下の3点である。(1)本事業の研究代表者(以下、単に代表者と書く)は、東京大学物性研究所の森田悟史氏と共同で、層状の乱れを含む2次元イジング模型(正方格子、蜂の巣格子)における乱れの濃度と温度をパラメターとした相図の研究を行い、有限温度の相境界を精密に定め、また絶対零度の転移点を厳密に求めた。本成果は平成26年度の日本物理学会秋季大会において報告した。論文は26年度末の段階で鋭意準備中である。(2)本事業の一環として平成26年度5月20日にインドから来日していたA. Dutta氏とS. Sharma氏(ともにIIT Kanpur)を交えて小規模な研究会を開催した。その前後には、特にA. Dutta氏と研究上の意見交換を行った。それがきっかけとなってA. Dutta氏と共同研究が始まり、不連続量子相転移近傍における量子クエンチダイナミクスの理論を作ることに成功した。この研究は必ずしも本事業と同じ目的を有しているわけではないが、より基本的な乱れの無い系に対するクエンチダイナミクスを扱っており、重要である。本成果は平成27年日本物理学会年次大会で報告し、論文は投稿中である。(arXivにて閲覧可能:1503.01512)(3)代表者は平成26年9月にギリシャ、ロードスで行われた数値解析と応用数学の国際会議に招待され、量子アニーリングに関する講演を行った。量子アニーリングは乱れた系のクエンチダイナミクスを最適化問題に応用したものであり、本事業に密接に関係している。本講演のプロシーディングはAIP Conf. Proc.より出版された。平成27年度は本研究課題に関連する実績として、原著論文4本を出版し、学会発表を3回(うち国際会議招待講演1回)行い、その他セミナー発表を何回か行った。まず前年度末に投稿していた不連続量子臨界点近傍のクエンチダイナミクスについての論文は、8月に正式に出版された。また、前年度から投稿準備を進めていた層状の乱れを含んだ六角格子イジング模型に関する論文については、7月に投稿し、10月にオンライン出版された。27年度には、新たにロシュミットエコーと呼ばれる量に見出される動的相転移という現象についても研究を行った。この現象は、系のパラメターを変化させることに伴うロシュミットエコーの時間発展がある時刻で特異性を持つ、というものであり、一種のクエンチダイナミクスに伴う現象である。研究代表者と共同研究者は、密度行列繰り込み群という数値的手法を用いて解析的には調べることのできない模型を調べ、動的相転移に関して新たな知見を得た。その結果は9月に出版された。クエンチダイナミクスに関して、研究代表者は共同研究者とともに、量子クエンチに伴う1スピンのデコヒーレンス(コヒーレンスの消失)に関する研究も行った。これは、スピン多体系の環境と結合した1スピンを考え、始めにそれぞれが独立な純粋状態にあったとして、スピン多体系が量子クエンチされた時に1スピンと多スピン系がどのように混合状態を作るか、を明らかにするものである。研究代表者たちはデコヒーレンス因子と呼ばれる量が従う普遍的なスケーリング則を見出した。その結果は1月に出版された。ところで、上記の成果は六角格子イジング模型を除いて乱れのない系に関するものである。本課題のテーマに含まれる乱れた系のグリフィス特異性に関しては、数値実験を行っており、予備的な結果を国際会議で報告した。当初の計画では26年度中に有限温度の古典系、27年度に絶対零度の量子系についてクエンチダイナミクスと静的特性を結びつける予定であったが、27年度末の時点で両者を結びつけるまでには至っていない。その理由は、当初本研究課題は乱れた系をターゲットとしていたにもかかわらず、乱れのない系のクエンチダイナミクスについて先に調べる必要性が生じたからである。そのことに気づいたのは、26年度に本プロジェクトの一環として開催した研究会においてインド工科大学カンプールのA. Dutta博士と議論を行ったからである。27年度には彼らとの共同研究を行い、3本の共著論文が出版された。それらは乱れのない系に関するものであるが、予想を超える成果をあげることができたと思っている。乱れのある系については、26年度に行った古典系の静的特性に関する研究が27年度に出版された。これについては計画通りである。一方、古典系・量子系のクエンチダイナミクスの数値実験は必ずしも計画通り進んでいない。乱れのない系の研究は収束に向かっているので、28年度は遅れを取り戻すように乱れのある系に焦点を当てたいと考えている。

以上のように、多少計画から外れたところで予想以上の成果をあげたことと、計画通り進んでいない点があることを勘案し、おおむね順調に進展していると判断した。平成28年度は本研究課題に関連する実績として、論文1本を投稿し、学会発表を3回(うち国際会議招待講演1回)行い、その他セミナー発表を何回か行った。27年度にロシュミットエコーと呼ばれる量に見出される動的相転移という現象の研究を行ったが、28年度中には新たな研究手法を用いて別の模型における動的相転移の研究を行った。動的相転移の研究は、28年度に初めて実験的な観測が行われるなど、現在関心が急速に高まっている。本研究で得た結果は、論文としてプレプリントサーバーに投稿すると同時に論文誌に投稿した。現在1回目の査読を経て再投稿し、2回目の査読の結果を待っている段階である。28年度中には、環境と相互作用する開放量子スピン系のクエンチダイナミクスの研究を開始した。実は開放量子スピン系の研究を行うことは本プロジェクトで計画していたわけではない。しかし、27年度に参加した国際会議において、研究代表者はそれを優先して行わないと手遅れになることを感じたのである。環境と相互作用する開放量子多体系の計算は様々な困難を伴うため、大胆な近似を使うことが多い。研究代表者はそれを避ける方法を27年度から28年度にかけて模索していた。そのような状況において、28年度に参加した国際会議で行った議論がきっかけとなり、研究代表者はこれまでに計算が非常に困難であった開放量子スピン系のダイナミクスの計算を近似を避けつつ可能にする、画期的な手法を思いついた。計算の予備的な結果は28年度3月の国内学会で発表した。本プロジェクトでは乱れのある系のクエンチダイナミクスをその静的特性によって理解することを目指している。プロジェクト開始時には環境と相互作用する開放系のクエンチダイナミクスは研究対象としていなかった。しかし、本プロジェクトを取り巻く情勢、とりわけ量子アニーリングの実験の進歩が予想以上であり、開放系の量子アニーリングを含むクエンチダイナミクスの研究を喫緊の課題として行う必要が生じてきた。そのため、28年度は開放量子スピン系のクエンチダイナミクスの研究、とりわけ計算手法の開発に力を注いだ。当初の計画とは多少異なる道を進むことになったが、乱れのある系のクエンチダイナミクスを理解する点では目標は変わっていない。28年度中に開発した手法を用いて29年度に目標を達成する計画である。このほか、28年度は乱れの無い系のクエンチダイナミクスで生じる動的相転移の研究も行った。この研究も当初の計画になかったものであるが、急速に関心が高まっている問題であり、クエンチダイナミクスに関わる問題でもあるので、28年度中に行った。平成29年度の実績論文1本が出版され、学会発表が4回(うち国際会議招待講演1回)、その他国内の大学におけるセミナー発表が複数回行われた。出版された論文は、前年度より研究を行っていた、ロシュミットエコーに見出される動的相転移に関するものであり、本年度は査読者とのやり取りが行なわれて出版となった。また本年度は昨年度に引き続き、環境と相互作用する開放量子スピン系のクエンチダイナミクスの研究を行った。量子アニーリングに関する実験の進展により、開放量子スピン系のクエンチダイナミクスは注目を集め始めており、今後研究が急速に進むと考えられる。
衛星搭載降雨観測レーダーの統一的信号処理法に関する研究

本研究は、1997年に打ち上げられる熱帯降雨観測衛星(TRMM)に搭載される降雨観測レーダーの周波数帯における降雨粒子による散乱および吸収特性を厳密に計算し、MUレーダー観測に基づく降雨構造モデルを用いたシミュレーションを提案されている多くの一次処理アルゴリズムに適用し、降雨構造を最も精度良く再現するように統合された処理アルゴリズムを開発することを目的としている。本研究では、MUレーダーを用いて観測された降雨粒径分布の鉛直プロファイルを擬似データとして利用し、TRMM降雨強度推定アルゴリズムにおける粒径分布の鉛直変動の影響を調べた。その結果、特に対流性降雨の場合にはランダム誤差と共に、推定の非線形性に起因するオフセット誤差をも生じることが明らかとなった。また大きな誤差要因と考えられている水平方向のビーム内降雨不均一に関しても、MUレーダーを用いて新たに開発した19ビーム観測法により実測を行い、試験的観測による短期間のデータではあるものの、大きな不均一の存在を実証した。この結果に基づいてこの水平降雨不均一が降雨推定に及ぼす影響を数値シミュレーションによって検討し、20mm/h程度以上の降雨強度においては、海面反射強度の推定誤差が降雨強度推定誤差の支配要因となりうることを明らかにした。さらにMUレーダー本来の機能である風速場観測についても、これのビーム走査領域内における擾乱強度を推定する方法を開発し、その精度を数値シミュレーションにより検証して、実際の観測データに有意な小規模擾乱が存在することを明らかにした。本年度には、まず降水粒子による電波の散乱ならびに吸収特性に関する詳細な理論計算を行なった。理論計算についてはほぼ計画通りに計算プログラムが作成でき、従来の研究結果と比較してその精度を検証した。シミュレーションのために購入したワークステーションも予定通り納入され、期待された性能を発揮している。これによって任意の降雨粒径分布を持つ降雨モデルに対してTRMM降雨レーダーで観測されるデータをシミュレートする準備ができた。これと並行して航空機搭載レーダー観測による海面反射エコーの詳細な解析を行なった。これによって観測データより得られる経路積分減衰量(PAI)の精度を定量的に評価することが可能となった。主要な推定誤差の原因のひとつと考えられる降雨の空間的不均一性については、理論的見積りによりどの程度の不均一が問題となるかを評価し、これを検証するために京都大学MUレーダーを用いてTRMM降雨レーダーのビーム照射体積内での降雨の空間不均一性を測定する観測モードを開発し、試験観測を行なった。その結果に基づいて予定される信号処理アルゴリズムの予備的評価を試み、降雨の水平面内の局在性が大きな誤差要因となり得ることが明らかとなった。本年度には、MUレーダーを用いて観測された降雨粒径分布の鉛直プロファイルを擬似データーとして利用し、TRMM降雨強度推定アルゴリズムにおける粒径分布の鉛直変動の影響を調べた。また大きな誤差要因と考えられている水平方向のビーム内降雨不均一に関しても、MUレーダーを用いて新たに開発した19ビーム観測法により実測を行い、実験的観測による短期間のデータではあるものの、大きな不均一の存在を実証した。

さらにMUレーダー本来の機能である風速場観測についても、これのビーム走査領域内における擾乱強度を推定する方法を開発し、その精度を数値シミュレーションにより検証して、実際の観測データに有意な小規模擾乱が存在することを明らかにした。
逐次探索(sequential search)モデルにおける顕示選好テストの構築

本研究では逐次探索的な選択問題について研究する。逐次探索的な選択問題とは、要は選択肢がリスト上に並んでいるような場面での意思決定であり、日常的な例で言えばSNSの投稿を上に並んだものから閲覧しながら「いいね!」をつける場面、あるいは予約サイトで表示されたホテルのリストから宿泊先を決定するような場面が挙げられる。本研究の主たる目的は、そのような場面で人々がどのようなプロセスで意思決定を行なっているのかを実証あるいは実験データをもとに検証する方法論を構築することである。
アルコール代謝ならびに葉酸代謝酵素の遺伝的多型と大腸がんに関する疫学的研究

われわれは症例対照研究によって、多量飲酒者ほど大腸がんのへのリスクとなっていると高く、また中等度アルコール非耐性であるアルデヒト脱水素酵素(ALDH2)のヘテロ個体ではリスクがより高くなる事を明らかにし、大量飲酒が葉酸欠乏を通して大腸がんのリスクとなっていると考えた。それに関連して米国から葉酸代謝酵素Mrthylenetetrahydrofolate reductase(MTHFR)の遺伝子型の違いによって大腸がんのへのリスクが異なるという仮説が出された。(Chen,J etal.Canver Res.56:4862-4864,1996)。この遺伝子の第677塩基にAls(A)とVal(V)の遺伝的多型があって、前者が酵素活性正常、後者が機能低下型であり、V/Vホモ個体は葉酸欠乏になり難いため、大腸がん低危険群であるという。これを確かめるために症例対照研究を行った。症例群は結腸がん179例と直腸がん113例、対照群は良性疾患患者161例で、遺伝子型と飲酒歴その他の生活歴を調べた。遺伝子型検査は末梢血DNAを用いたPCR法、生活歴調査は問診票によった。症例対照全体としてV/V個体の頻度は、男性において40歳代の19%から70歳代の10%へと高年齢ほど低かった。V/V個体は高ホモシステイン血症によって心臓血管系疾患の高危険群であるため、死亡率が高いと解釈できる。常用飲酒者における頻度(17%)は非飲酒者(9%)に比べて有意に高値で、これは飲酒が心臓病死亡に対する防御因子となるためと解釈される。喫煙歴による差は無かった。女性では年齢依存性は明確ではなかった。性と年齢で層化して症例対照群間の比較を行ったが、遺伝子型分布に全く差が認められ無かった。さらに肉類や野菜等の摂取頻度あるいは飲酒歴で層化しても、症例対照の差は認められなかった。以上の結果はこの酵素遺伝子が大腸がんの罹病に関係していないことを示しており、上記の仮説は再吟味すべきであると考えられる。われわれは、飲酒と大腸がんの関連を知るために、結腸がん265例および直腸がん164例と対照群794例を用いて症例対照研究を行い、多量飲酒者ほど相対リスクが高く、また中等度のアルコール非耐性であるアルデヒド脱水素酵素(ALDH2)のへテロ個体ではリスクがより高くなる事をすでに報告した。飲酒と大腸がんの関連は葉酸欠乏を介していると考えられる。それに関連して米国から、葉酸代謝酵素Methylenetetrahydrofolate reductase(MTHFR)の遺伝子型の違いによって大腸がんのリスクが異なるという仮説および疫学的結果が出された。この遺伝子の第677塩基にAla(A)とVal(V)の遺伝的多型があって、前者が酵素活性正常、後者が機能低下型であり、V/Vホモ個体は葉酸欠乏になり難いため、大腸がん低危険群であるという。症例群は結腸がん178例と直腸がん113例、対照群は良性疾患患者と人間ドック受診者の中から症例群と性年齢分布を揃えるようにして288例を選び、遺伝子型と飲酒歴その他の生活歴を調べた。その結果、両群の遺伝子型分布に全く差が認められなかった。

また飲酒歴別に見ても両群間に差はなかった。もともとV/V個体は高ホモシステイン血症を通じて心臓血管系疾患の高危険群である。そのため本研究においても、高年齢群ほど頻度が低下し、しかもそれが喫煙や飲酒歴と無関係ではない。このように対象疾患との関連を調べるべき要因が競合死因となる他疾患の高危険因子である場合には、症例対照研究の手法は不適切であり、上記の米国の研究報告も再吟味すべきである。次年度にはさらに症例数を増やして、食生活との関連を分析する予定である。われわれは、飲酒と大腸がんの関連を知るために、結腸がん265例および直腸がん164例と対照群(良性疾患患者)794例を用いて症例対照研究を行い、多量飲酒者ほど相対リスクが高く、また中等度のアルコール非耐性であるアルデヒド脱水素酵素(ALDH2)のヘテロ個体ではリスクがより高くなる事をすでに報告した。飲酒と大腸がんの関連は葉酸欠乏を介していると考えられる。それに関連して米国から、葉酸代謝酵素Methylenetetrahydrofolate reductase(MTHFR)の遺伝子型の違いによって大腸がんのリスクが異なるという仮説および疫学的結果が出された。この遺伝子の第677塩基にAla(A)とVal(V)の遺伝的多型があって、前者が酵素活性正常、後者が機能低下型であり、V/Vホモ個体は葉酸欠乏になり難いため、大腸がん低危険群であるという。これを確かめるために症例対照研究を行った。症例群は結腸がん179例と直腸がん113例、対照群は呼吸器科外来良性疾患患者161例で、遺伝子型と飲酒歴その他の生活歴を調べた。遺伝子型検査は末梢血DNAを用いたPCR法、生活歴調査は問診票によった。症例対照群全体としてV/V個体の頻度は、男性において40歳代の19%から70歳代の10%へと高年齢ほど低く、V/V個体が高ホモシステイン血症を通じて心臓血管系疾患の高危険群であるため死亡率が高いのであろう。常用飲酒者における頻度(17%)は非飲酒者(9%)に比べて有意に高値で、これは飲酒が心臓病死亡に対する防御因子となるためであろう。喫煙者と非喫煙者の間には差はなかった。また女性ではきれいな年齢依存性は認められなかった。性と年齢で層化して症例対照群間の比較を行ったが、遺伝子型分布に全く差が認められなかった。さらに肉類や野菜等の食品摂取頻度あるいは飲酒歴で層化しても、症例対照間でV/V個体頻度は違わなかった。以上の結果はこの酵素遺伝子が大腸がんの罹病には関係していないことを示しており、上記の米国の研究報告は再吟味すべきであると考えられる。
サーモグラフィによる回転貫入杭の施工性及び支持力評価に関する研究

回転貫入杭の施工性能と支持力との関係を明らかにするために、杭周辺の土の乱れをサーモグラフィによってとらえることを試みた。まず、適切な地盤は砂と粘土の比率が7:3で、含水比が6%8%であり、ライトの照射距離は60cm、照射時間は15秒間であった。以上の条件をもとに、回転貫入杭の貫入速度を4種類に変えて施工性及び支持力に関する実験を行ったところ、きわめて明確にその性能を評価することができた。(2)CFRP製ライザー管の時刻歴応答解析による動的荷重の検討科学研究費補助金の平成17年度の軸方向振動特性の検討では、ライザー管のばね剛性と質量を求め、ばねの固有周期の式からCFRP製ライザー管の固有周期を求めた。本年度の研究では、有限要素法解析により、CFRP製ライザー管上端に種々の周期の上下方向の正弦波形の振動を与え、時刻歴応答解析を行い、CFRP製ライザー管の動的荷重を求めた。この結果を疲労強度の評価のため使用する。本研究は、赤外線サーモグラフィを用いて、建築の小規模築物に用いられている回転貫入杭の支持力機構を明らかにすることを目的としている。本年度は、砂と粘土の配合を7:3とした土に含水量を7%となるように調整した人工地盤を用いて、まず、サーモグラフィの映像が最も鮮明に写るライトの照射条件を明らかにするために、φ50mm×100mmの大きさの試料土に3kNの圧力を作用させ、この状態下の土にライトの照射時間や距離を変えてサーモグラフィの映像を分析した。その結果、ライトから60cm離して15秒間照射した時条件が最も優れていることを見出した。また、サーモグラフィの映像とFEM解析による応力分布を比較したところ、両者は非常によく対応しており、サーモグラフィの映像は、水分の局所的変動を表すと同時に、それが土の粗密の大小に反映され、結果的に応力の分布を反映するものであることを明らうかにした。また、杭先端部の外側に刃を取り付けた回転貫入杭と内側に刃を設けた2種類の杭をφ260mm×500mmの人工地盤に回転させながら貫入させ、その後、土槽を半分に分割し、その切断面をサーモグラフィによってとらえた。その結果、杭先端部の外側に刃取り付けられた杭はそうでない杭に比較して杭の周辺が非常に乱されていることが映像から見てとることができた。さらに、サーモグラフィによる計測を終了した後に、杭周囲の地盤を1辺が5cmのメッシュで区切り、その交点に土壌硬度計貫入させて強度を求め、これを解析することによって得られた地盤の強度分布を先のサーモグラフィによる温度分布図と重ね合わせると、きわめて鮮明に杭周辺の土粒子の挙動を説明することができた。これにより、今後、サーモグラフィと土壌硬度計を併用することによって、杭の支持力に及ぼす施工性の影響を明確にとらえることのできる見通しを得ることができた。本年度は、室内にて回転貫入杭を用いて、2種類の実験を行った。1つは、回転貫入杭の貫入速度と周辺の土の乱れを調べた。羽根の径は73.2mm、ピッチは7.45mm、軸径は48.2mmである。この模型杭に対して、貫入試験を実施し、その後、押し込み実験を行った。貫入時、押し込み時とも直径260mm、高さ500mmの2つ割れの鋼製土槽の中に赤色に着色した層を設けた砂を詰め込んだ。貫入時においては300mmの深さまで杭を回転埋設させ、その後、型枠の一方をはずして断面を整形し、その断面に対してサーモグラフィにより温度分布を撮影するとともに、断面部に土壌硬度計を当て、断面部分の強度分布を調べた。また、土槽底部に土圧計をセットし、押し込み力やトルク及び貫入に伴って発生する土の圧力を調べた。貫入速度は、45mm/min、90mm/min、180mm/min、270mm/minの4種類とした。その結果、45mm/minと90mm/minの貫入速度では杭周辺の土が締固まる現象を示したが、180mm/minと270mm/minでは明らかに、周辺の土が乱れる範囲をサーモグラフィでとらえることができた。着色砂層のみでは、乱れの有無しかとらえられなかった。もう1つの実験は、軸径(48.2mm)のみ同じで、羽根径やピッチが異なる6種類の杭について、押し込み実験を行い、サーモグラフィによる温度分布図と土壌硬度計による貫入抵抗分布及び極限支持力度を求めた。その結果、杭先端直下の圧縮領域は、サーモグラフィによって明確にとらえることができ、圧縮領域の大きさは極限支持力の大きさと明確な関係があることを見出した。また、圧縮領域の大きさは杭先端の羽根の形状によって大きく影響を受けることがわかった。
超音波オンザマシン形状測定によるウォータジェット高精度3次元形状創成

本研究は、ウォータジェット内に超音波を伝播させた形状測定機能を実現し、そこで得られた形状情報をフィードバックすることによってウォータジェット加工の3次元形状創成の高精度化を図ることを目的としている。具体的には、加工に利用されるウォータジェットを超音波の伝搬媒体として利用して形状測定機能を付加させる手法を提案し、ウォータジェットに加工機能と形状測定機能とを同時に持たせることと、オンザマシンで形状情報を帰還させることによって、加工動作及び加工条件の自動決定機能を実現し、ウォータジェット加工の高精度3次元形状測定機能を実現することを大きな目的とするものである。本年度は初年度であることから、まず、ウォータジェット加工の特徴を考慮した3次元形状創成法の提案を行った。具体的には、直交する3軸方向及び2軸周り回転方向の位置決めが可能なウォータジェット加工システムを試作した。この5軸位置決めシステムを用いてウォータジェットと工作物の相対運動、圧力、並びに送り速度を巧みに組み合わせることによって、施削加工機能、フライス加工機構、エンドミル加工機能、ドリル加工機能、研削加工機能、面取り加工機能、バリ取り機能の各加工機能が実現可能となっている。特に、従来の工具とは異なるウォータジェットの柔な性質、流体としての形状連続性、並びに噴流内に存在する砥粒分布を巧みに利用することによって、機械部品の角部丸め加工が容易に実現可能となった。この形状創成法を利用すれば機械部品角部を連続曲面で構成可能となるので、機械部品角部での応力集中の回避やシリンダなどの気密性の向上が期待される。次に、加工に利用されているウォータジェットを超音波の伝搬媒体とすることを念頭に置いた、超音波形状測定の手法と信号処理について検討を行った。
スルホンアミド型キレート試薬の分離機能解析

負電荷を持つ窒素原子をLewis電子対ドナーとして用いるスルホンアミド型キレート試薬の抽出試薬としての機能解析を目的として、以下のような基礎的研究を行った。1 β-ケトエノール型キレート抽出試薬のエノール型-OH基をスルホンアミド基(-NHSO_2R)に置換した場合の効果を評価するため、2-ヒドロキシベンゾフェノンの-OH基を-NHSO_2R基に置換したところ、2価銅イオン(Cu^<2+>)の抽出能が顕著に低下した。これに対し、ケト基(=O)を=NR'基に置換した類縁体の場合には、スルホンアミド化による抽出能の増大が見られた。さらに、R'の末端に-OH基を導入すると抽出能はさらに向上した。この結果より、スルホンアミド型キレート試薬の特性は、当該部位以外のLewis電子対ドナーの選択によって大きく変化しうることが示された。2イオン液体(IL)を抽出相として用いるILキレート抽出系における抽出試薬としてのスルホンアミド型キレート試薬の利用可能性を探索するため、8-スルホンアミドキノリン誘導体を用いた場合の2価金属イオンの抽出挙動を検討した。既存の有機溶媒を用いた場合と比較して、IL系では抽出能が増大し、この型の試薬がILキレート抽出系に有用であることが示された。また、-NHSO_2R基においてR=CF_3とした場合、サイズの小さい金属イオンでは錯形成時の立体障害に起因する抽出能の低下が見られたのに対し、かさ高い金属イオンの場合はCF_3-基とILとの親和性の効果により1:3陰イオン性錯体がイオン交換により優先的に抽出され、結果として抽出選択性に変化が現れた。すなわち、スルホンアミド型キレート試薬を用いるILキレート抽出系では、隣接置換基による選択性制御が可能であると示唆された。負電荷を持つ窒素原子を電子対ドナーとして用いるスルホンアミド型キレート試薬の抽出試薬としての機能解析を目的として、以下のような基礎的研究を行った。1 -OH基を含む各種二座配位子の-OH基をスルホンアミド基(-NHSO_2R)に置換した構造類縁体を合成し、2価銅イオン(Cu^<2+>)をモデルターゲットとしてそのキレート抽出剤としての機能を比較検討した。-OH基が脂肪族炭素原子に結合している(アルコール性-OH基)場合、これを-NHSO_2R基に置換することによりプロトン放出・陰イオン化が可能となり、その結果として中性錯体の形成が可能となる。実際、最も単純な構造と考えられるエタノールアミンの場合であっても、-NHSO_2R基への置換により1価二座配位子としての機能が発現し、Cu^<2+>の抽出が可能となった。一方、エチレングリコールの2つの-OH基を-NHSO_2R基に置換した場合には、負電荷過剰によりマスキング剤として作用した。2 8-ヒドロキシキノリンの-OH基を-NHSO_2R基に置換した配位子は母体物質と同程度以上のキレート抽出能を示したが、β-ジケトンのエノール型-OH基を-NHSO_2R基に置換すると抽出能は顕著に低下した。この現象は、イミン-エナミン互変異性により-NHSO_2R基が=NSO_2R基へと変化して錯形成能を失いうることに起因し、-NHSO_2R基の構造的安定性がキレート試薬としての機能発現に重要な意味を持つことを示唆している。3スルホンアミド型キレート試薬を用いた場合、フェノール性-OH基型の構造類縁体の場合には水和錯体となって抽出能が顕著に低くなるケースであっても、十分高い抽出能を得ることができる。

このことから抽出種においては、配位N原子に隣接する-SO_2-基が近傍の水和水分子を遮蔽して抽出相内での錯体安定化に寄与している推定される。負電荷を持つ窒素原子をLewis電子対ドナーとして用いるスルホンアミド型キレート試薬の抽出試薬としての機能解析を目的として,以下のような基礎的研究を行った。1β-ケトエノール型キレート抽出試薬のエノール型-OH基をスルホンアミド基(-NHSO_2R)に置換した場合の効果を評価するため,2-ヒドロキシベンゾフェノンの-OH基を-NHSO_2R基に置換したところ,2価銅イオン(Cu^<2+>)の抽出能が顕著に低下した。これに対し,ケト基(=O)を=NR'基に置換した類縁体の場合には,スルホンアミド化による抽出能の増大が見られた。さらに,R'の末端に-OH基を導入すると抽出能はさらに向上した。この結果より,スルホンアミド型キレート試薬の特性は,当該部位以外のLewis電子対ドナーの選択によって大きく変化しうることが示された。2イオン液体(IL)を抽出相として用いるILキレート抽出系における抽出試薬としてのスルホンアミド型キレート試薬の利用可能性を探索するため,8-スルホンアミドキノリン誘導体を用いた場合の2価金属イオンの抽出挙動を検討した。既存の有機溶媒を用いた場合と比較して,IL系では抽出能が増大し,この型の試薬がILキレート抽出系に有用であることが示された。また,-NHSO_2R基においてR=CF_3とした場合,サイズの小さい金属イオンでは錯形成時の立体障害に起因する抽出能の低下が見られたのに対し,かさ高い金属イオンの場合はCF_3-基とILとの親和性の効果により1:3陰イオン性錯体がイオン交換により優先的に抽出され,結果として抽出選択性に変化が現れた。すなわち,スルホンアミド型キレート試薬を用いるILキレート抽出系では,隣接置換基による選択性制御が可能であると示唆された。
レーザーアブレーションによるhcpコバルト超微粒子内包カーボンナノカプセルの合成

レーザアブレーションで成膜したCoがスパッタリング法で成膜したCoよりhcp構造を取りやすいという結果がCo単体の成膜および構造解析で判明したため,レーザアブレーション法によりCo-C薄膜を成膜し,その磁気特性を調べた.用いたターゲットは(1)Coターゲット上にカーボンチップを配置した複合ターゲット.(2)Co,Cそれぞれ独立したターゲットである.回転させた(1)のターゲットをアブレーションすることで得られたCo-C薄膜はC母相中にCo微粒子が分散しているグラニュラー薄膜となっていると考えられる.このとき,X線回折による構造解析からfcc構造のCo微粒子が多く,hcp構造のCo微粒子は少ないことがわかった.また,保磁力も約300Oeの値が得られた.しかし,X線回折の結果から見積もられた粒子サイズは26nmであり,磁気記録媒体としては粒子サイズが大きすぎる.そこで,(2)の構成のターゲットを用い,かつハーフミラーを用いて2つのターゲットに同時にレーザアブレーションを行い,粒子サイズの微細化をはかった.しかし,この方法ではCoの組成制御が難しく,体積あたりの磁化が非常に小さく,かつ,保磁力も小さい値しか得ることができなかった.そこで,Co-C薄膜の組成および構造をより正確に制御し,均質なグラニュラー薄膜を作製するために,(2)のターゲットを用い,レーザ側にシャッタを設けることでCo,Cターゲットを交互にアブレーションし,多層膜を成膜し,それを熱処理することで粒子サイズを制御したグラニュラー膜の成膜を試みた.Co層厚を2nmとしたサンプルでは,磁化も非常に小さく,理想的な多層膜とはならず非常に小さな粒子状に成長していることが考えられる.その後熱処理したサンプルは大きな磁化が得られていたが,X線回折からは結晶構造に起因したピークが現れていないことから,粒子状のCoがas-dep時よりは大きく成長している可能性があることがわかった.さらにCo層を4nmとしたサンプルでも同様の結果が得られており,積層構造とならずに粒子状にCoが成長していることが考えられる.以上の結果から,多層膜を熱処理することで構造および組成を制御したグラニュラー薄膜の成膜が可能であることが理解された.レーザアブレーションで成膜したCoがスパッタリング法で成膜したCoよりhcp構造を取りやすいという結果がCo単体の成膜および構造解析で判明したため,レーザアブレーション法によりCo-C薄膜を成膜し,その磁気特性を調べた.用いたターゲットは(1)Coターゲット上にカーボンチップを配置した複合ターゲット.(2)Co,Cそれぞれ独立したターゲットである.回転させた(1)のターゲットをアブレーションすることで得られたCo-C薄膜はC母相中にCo微粒子が分散しているグラニュラー薄膜となっていると考えられる.このとき,X線回折による構造解析からfcc構造のCo微粒子が多く,hcp構造のCo微粒子は少ないことがわかった.また,保磁力も約300Oeの値が得られた.しかし,X線回折の結果から見積もられた粒子サイズは26nmであり,磁気記録媒体としては粒子サイズが大きすぎる.そこで,(2)の構成のターゲットを用い,かつハーフミラーを用いて2つのターゲットに同時にレーザアブレーションを行い,粒子サイズの微細化をはかった.しかし,この方法ではCoの組成制御が難しく,体積あたりの磁化が非常に小さく,かつ,保磁力も小さい値しか得ることができなかった.そこで,Co-C薄膜の組成および構造をより正確に制御し,均質なグラニュラー薄膜を作製するために,(2)のターゲットを用い,レーザ側にシャッタを設けることでCo,Cターゲットを交互にアブレーションし,多層膜を成膜し,それを熱処理することで粒子サイズを制御したグラニュラー膜の成膜を試みた.Co層厚を2nmとしたサンプルでは,磁化も非常に小さく,理想的な多層膜とはならず非常に小さな粒子状に成長していることが考えられる.その後熱処理したサンプルは大きな磁化が得られていたが,X線回折からは結晶構造に起因したピークが現れていないことから,粒子状のCoがas-dep時よりは大きく成長している可能性があることがわかった.さらにCo層を4nmとしたサンプルでも同様の結果が得られており,積層構造とならずに粒子状にCoが成長していることが考えられる.以上の結果から,多層膜を熱処理することで構造および組成を制御したグラニュラー薄膜の成膜が可能であることが理解された.レーザアブレーションにより作製されたコバルトがどのような構造を取るか確認するために,コバルト薄膜をレーザアブレーションおよびマグネトロンスパッタリング法により成膜し,X線回折によって構造の違いを確認した.スパッタリング法によって成膜されたコバルト薄膜はfcc構造を取っており,(111)方向に優先的に配向していた.一方,レーザアブレーションにより成膜されたコバルト薄膜はX線回折の結果hcp(1000)およびfcc(111)に配向した多結晶構造を取っていることが判明した.磁気記録媒体としてコバルト超微粒子を利用するためには磁気異方性の大きなhcp構造を有することが必要であることから,コバルト超微粒子の作製にはレーザアブレーションの利用が有効であることが示された.さらに,コバルト超微粒子内包カーボンナノカプセルを作製する前に,基礎的なデータを取得するため,コバルト原子の基板に対する入射角を変化させコバルト薄膜を成膜したところ,入射角を変化することによってhcpコバルトの配同性を制御することができた.以上の結果をもとにコバルト超微粒子内包カーボンナノカプセルの合成を行った.

ターゲットにはコバルトターゲットの上にカーボンターゲットを重ねた複合ターゲットを用いた.まず,3×10-4Pa以下に排気した真空状態での合成を試みた.試料の構造解析の結果,hcpコバルトとfccコバルトがほぼ同程度存在する多結晶膜になっていることがわかった.また,保磁力もコバルト単体の時と比べ低下していた.つぎに真空状態からHeガスを導入し合成を行ったが,hcpコバルト超微粒子を得ることができなかった.コバルト単体での実験ではhcp構造が得られており,レーザアブレーションされたコバルトはhcp構造を取りやすいと考えられる.合成条件(導入ガス種,ガス圧,合成時の基板温度等)を最適化することにより,hcp構造を有するコバルト超微粒子の作製が可能であると思われる.レーザアブレーションで成膜したCoがスパッタリング法で成膜したCoよりhcp構造を取りやすいという結果がCo単体の成膜および構造解析で判明したため,レーザアブレーション法によりCo-C薄膜を成膜し,その磁気特性を調べた.用いたターゲットは(1)Coターゲット上にカーボンチップを配置した複合ターゲット.(2)Co,Cそれぞれ独立したターゲットである.回転させた(1)のターゲットをアブレーションすることで得られたCo-C薄膜はC母相中にCo微粒子が分散しているグラニュラー薄膜となっていると考えられる.このとき,X線回折による構造解析からfcc構造のCo微粒子が多く,hcp構造のCo微粒子は少ないことがわかった.また,保磁力も約300Oeの値が得られた.しかし,X線回折の結果から見積もられた粒子サイズは26nmであり,磁気記録媒体としては粒子サイズが大きすぎる.そこで,(2)の構造のターゲットを用い,かつハーフミラーを用いて2つのターゲットに同時にレーザアブレーションを行い,粒子サイズの微細化をはかった.しかし,この方法ではCoの組成制御が難しく,体積あたりの磁化が非常に小さく,かつ,保磁力も小さい値しか得ることができなかった.そこで,Co-C薄膜の組成および構造をより正確に制御し,均質なグラニュラー薄膜を作製するために,(2)のターゲットを用い,レーザ側にシャッタを設けることでCo,Cターゲットを交互にアブレーションし,多層膜を成膜し,それを熱処理することで粒子サイズを制御したグラニュラー膜の成膜を試みた.Co層厚を2nmとしたサンプルでは,磁化も非常に小さく,理想的な多層膜とはならず非常に小さな粒子状に成長していることが考えられる.その後熱処理したサンプルは大きな磁化が得られていたが,X線回折からは結晶構造に起因したピークが現れていないことから,粒子状のCoがas-dep時よりは大きく成長している可能性があることがわかった.さらにCo層を4nmとしたサンプルでも同様の結果が得られており,積層構造とならずに粒子状にCoが成長していることが考えられる.以上の結果から,多層膜を熱処理することで構造および組成を制御したグラニュラー薄膜の成膜が可能であることが理解された.
新規分子計測法の産業レベルでの廃プラスチック精密識別への展開

プラスチックは、原料がほとんど石油であり、リサイクルが必須である。マテリアルリサイクル(プラスチックを溶かして再成形し、そのままで再利用)は最も省資源・省エネルギー効果が大きく、そのためには多種多様なプラスチックを精密に識別する必要がある。本研究では、ラマン散乱を始め新しい分光手法を用いた高速かつ精密な識別技術を開発し、水平リサイクル(廃プラスチックを元と同じレベルの製品に再利用すること)に道を開いた。家電リサイクル等から排出される廃プラスチックをマテリアルリサイクルするために、工業レベルでの大量処理に応用可能な新規プラスチック識別法につき研究を行った。1.本年度は主に超高速・高精度測定可能なラマン散乱分光装置を試作した。高出力半導体レーザ(中心波長:785nm)を励起光とし、発生したストークス散乱を透過型回折格子により分光し、裏面入射型FFT-CCDを用いて読み取る。CCDでは垂直方向にたまった電荷をビニング処理により1ラインに集めることで感度を向上させた。開発した識別アルゴリズムはFPGA回路に組み込み高速演算処理させた。その結果、最短3msで、識別可能なSN比のラマンスペクトルが測定可能となった。識別アルゴリズムは2種類のものを開発した。ひとつはピークの有無とその強度比によりプラスチックの種類と添加物含有が判定できる高速かつ適用性の広いもので、もうひとつは多変量解析の一種であるマハラノビス距離により解析するもので、スペクトルの歪みまでも検出し、廃プラスチックの劣化の程度が見積もれる。劣化の指標として重量減少温度といった熱物性に注目し、ラマンスペクトルの歪みと相関があることを見いだした。2.市販のプラスチック原料に無機系添加剤や臭素系難燃剤を所定濃度添加した標準試料を作成し、多くの廃プラスチック標本と共にラマン散乱スペクトルを測定し、廃プラスチック分光研究用のデータベースを充実させた。3.廃プラスチック片にレーザを照射し、発生する熱を赤外検出器で非接触測定し、その昇温・降温プロファイルからプラスチックの熱特性の違いを明らかにし、それによって種類を識別する方法についても検討した。本年度は、励起方法(連続光、断続光、パルス光)とそれぞれに応じた熱信号の測定方法につき検討した。この方法は他の分光測定では困難な黒色プラスチックの識別も可能となる。研究目的は、産業界での実用に耐えうるレーザ励起に基づく新規の廃プラスチック識別法を開発することである。そのために、ラマン散乱現象を利用した精密な識別法、光熱変換現象を利用した簡便な識別法、レーザブレークダウン発光法による添加物等の元素検出法につき研究開発を進めた。ラマン分光法では、毎分100mで移動するベルトコンベア上のプラスチック片に対して3ミリ秒の測定時間で、プラスチックの種類を識別するに十分なSN比で信号が得られる装置を開発した。本年度は特に、高速に移動する物体に対して識別ミスを低くするために、廃プラスチック片の処理量と回収率の依存性、測定時間の効果、デジタル化されたスペクトルの解析方法などについて検討を行った。その結果、実際に家電リサイクル工場から排出された廃プラスチック片から95%以上の精度で選別回収できた。また、スペクトルの歪みを解析し、廃プラスチックの劣化の程度が見積もれる方法を提案した。現在、その検証を進めている。光熱変換法では、黒い色のプラスチックを対象にその識別が可能か検討した。黒色プラスチック片は可視近赤外領域において光を吸収し、時間のかかる赤外分光法を除き光学的な方法では実用的な識別ができなかった。レーザ照射による温度上昇を赤外線検出器やサーモグラフィー装置により測定し、その解析からプラスチックの種類が識別できることを明らかにした。しかし、現時点では、コスト面で有利であるがラマン分光法に競合できるほどの精度は得られていない。レーザブレークダウン法では、高出力のパルスレーザの集光照射によりタルクやタンカルといった添加物中の金属元素が、実用的な感度で検出できることを示した。しかし、産業レベルのリサイクルで最も必要とされている臭素系難燃剤の検出ができていない。現在、その原因を追求している。本年度は、その作動状態を定量的に評価する方法につき検討した。また、励起レーザ光で燃えやすくラマン信号が弱くなる黒・深色のプラスチック片のラマン散乱を効果的に測定できる広受光面分光システムを提案し、その性能を評価した。さらに、スペクトルの歪みを解析し、廃プラスチックの劣化の程度が見積もれる方法を提案し、実際に紫外線劣化させたサンプルの熱物性との相関を測定し、提案した解析方法の妥当性を検証した。