hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
テーラーメードカーボンゲルを用いた高効率エネルギー貯蔵法の開発

材料中のミクロ細孔は一次粒子内に存在し、これらの粒子の間隙がメソ細孔となる。昨年度までにカーボンゲルを合成する際の条件を変えることで一次粒子の形状及び凝集形態をコントロールし、その結果得られる材料のミクロ、メソの両構造をほぼ独立に制御することが可能であることを実証した。また、懸濁重合を応用することによって、微粒子状やフィルム状のゲルを合成するなど、マクロ形状をも同時に制御可能であることを示してきた。本年度はこの構造制御性に優れたカーボンゲルを種々のエネルギー貯蔵システムに適用し、高効率エネルギー貯蔵の可能性について検討した。具体的なシステムとしては、メタン貯蔵、Liイオン電池、電気二重層キャパシターを取り上げた。材料の性質を巧みに利用し、開発した構造制御法を用いて各用途に適合するように材料の構造を精密に制御することで、材料のエネルギー貯蔵密度を大幅に向上させることに成功した。例えばLiイオン電池に関しては、材料にSi微粉末を包含させ、微粒子状に成型することにより従来の負極材の2倍以上の容量を有する材料の開発に成功した。また、構造が精密に制御されたタブレット状の材料を電気二重層キャパシターの電極に利用することにより、従来の2倍以上の容量が容易に実現可能であることを実証した。
ステロイド受容体認識配列における遺伝的多様性の分子基盤の構築

1.ステロイド受容体認識配列(SRE)における遺伝的多様性の全ゲノム解析ヒト全ゲノム中に点在するSREにおける変異の有無を検討するため、申請者は以下の実験を行った。○ヒトゲノム全配列中に存在するSREをマッピングし、そのうち遺伝子コード領域内もしくは近傍に位置するものを抽出する。○塩基変異の存在が推定されたPCR産物の塩基配列を決定し、塩基変異の位置を同定する。PCR-SSCP法により、抽出した各SRE(175箇所)上の変異の有無を探索したところ、3箇所のSRE(TEAD1、NF-IC、NELL1遺伝子内もしくは遺伝子近傍)については実際にSRE中に塩基変異が存在していることを確認した。これらのうち、TEAD1およびNF-ICは転写・シグナル伝達関連因子であり、NELL1は細胞増殖因子であることから、遺伝子発現においてこれらの因子の影響を受ける蛋白は多岐にわたると考えられた。2.各SREにおいて認められた変異が被制御遺伝子の発現に及ぼす影響の検討各変異SREの生理的意義を解明するため、申請者は以下の実験を行った。○子宮頚癌由来HeLa細胞を対象として、各変異SREの近傍に位置する遺伝子におけるステロイド処理時の発現量の変化を、定量的RT-PCR法により検討する。○各変異SREを含む領域および近傍遺伝子の5'-上流領域を含むレポータープラスミドを作成し、ルシフェラーゼアッセイ法によりSREの変異が転写調節に及ぼす影響を検討する。RT-PCR法による検討より、1.において同定した3遺伝子のうちNELL1ではステロイド処理により約46倍の誘導が、NF-ICでは約0,7倍の抑制が認められた。また、ルシフェラーゼアッセイにより各遺伝子変異の転写調節に及ぼす影響を検討したところ、NF-IC遺伝子近傍のSREの変異により、ステロイド処理によるNF-ICの発現抑制能に有意な違いが認められた。一方、NELL1遺伝子近傍のSREの変異は、ステロイド処理によるNELL1の誘導的発現には影響しないことが明らかとなった。1.ステロイド受容体認識配列(SRE)における遺伝的多様性の全ゲノム解析ヒト全ゲノム中に点在するSREのうち、遺伝子コード領域内もしくは近傍に存在するものを抽出し、日本人500検体を対象として各SREにおける変異の有無を検討することにより、その存在頻度を明らかにすることを目的とした。そのため、申請者は以下の実験を行った。○各SRE特異的プライマーを設計し、ファルマスニップコンソーシアム(PSC)により樹立された日本人検体由来細胞株ゲノムDNAを対象として、PCR-SSCP法により塩基変異の有無を探索する。PCR-SSCP法により、抽出した各SRE(130箇所)上の変異の有無を探索したところ、12箇所の推定SRE上、もしくはその周辺領域に変異が存在していることが推測された。また、塩基変異の存在が推定されたSRE配列について塩基配列を決定し、塩基変異の位置を同定したところ、3箇所のSRE(TEAD1、NF-IC、NELL1遺伝子内もしくは遺伝子近傍)については実際にSRE中に塩基変異が存在していることを確認した。これらのうち、TEAD1、NF-ICは転写・シグナル伝達関連因子であり、NELL1は細胞増殖因子であることから、遺伝子発現においてこれらの因子の影響を受ける蛋白は多岐にわたる。これらの各SREの遺伝的多様性が各遺伝子の発現調節におよぼす影響を明らかにすることで、ステロイド剤に対する反応性における個人差を理解するための知見が得られると考えられた。
古代・中世東南アジアとインドとの間の文化交流についての再検討

平成6年度の調査研究は、ヴェトナムにおけるチャンパ王国の遺蹟と、カンボジアにおけるアンコール王国の遺跡の調査を中心に行った。平成7年3月に予定した本調査のための準備として、先ず、平成6年9月に、昨年度インドネシア調査時における研究協力者であるインドネシア科学院のファジャール氏を東京に招聘し、昨年度調査の総括および史料の補足収集を行うとともに、特にインドネシアと大陸部諸国との間の文化交流に関して、日本側メンバーとともに研究会をもった。これに関連する予備調査として、同じく9月に、辛島がインドに向かい、インド側メンバーとともにタミル語の碑文史料の検討を行い、同12月には、桜井がアンコール遺跡周辺の水利網を中心に地理学的調査を行った。さらに、これらの予備調査に基づいて本調査のための段取りをたてたうえで、平成7年2月に、石澤がカンボジアに向かい、プノンペンで、カンボジア文化省、およびプノンペン大学の関係者たちとの打ち合わせを行い、続いてシエムリアップに向かって、碑文、彫刻、建築などについて、アンコール遺跡の現状調査を行って、本調査受け入れの準備を整えた。また同じ2月にはインド側メンバーのシャンムガム氏を招聘し、辛島とともに、タミル語の碑文史料の検討を行った。以上の予備調査に基づき、3月初旬に辛島が再びインドに向かい、インド側メンバー全員とともにサンスクリット語およびタミル語の碑文資料の検討および本調査の最終打ち合わせを行い、その結果をもとにして、3月5日から、日本・インド双方のメンバーが、全員でヴェトナムとカンボジアに赴き、本調査を行った。3月25日までの3週間にわたって行われた本調査では、まず5日から12日までヴェトナムの調査を行った。先ず辛島がインド側メンバーとともにハノイに入り、ヴェトナム側受け入れ機関のハノイ大学とともに研究打ち合わせを行った後、ダナンで、小倉などと合流し、ミソン、インドラ・プラ、ビンディン、ポ-ハイ、ポ-ナガルなど、中部から南部の海岸地帯を中心に残された、チャムの塔といわれるチャンパ王国の遺跡について、その建築および彫刻についての調査を網羅的に行った。続いて13日から24日にかけて行われたカンボジアの調査では、日本およびインドからのメンバーが合流したうえで、最初の三日間プノンペンに滞在し、文化省関係との打ち合せ、およびプノンペン大学の研究者たちとの合同研究会を行った後に、、シエムリアップに向かい、アンコールワットを中心としたクメール王国の遺跡を、建築と彫刻の両面から調査した。調査した建造物は、アンコールワット、バイヨン、東メボン、バンテアイ・クディ、ニェックパン、タケオ、プレループ、王宮、、プラサット・クラヴァン、プラカン、バケン、プラコ-、西バライなど、二十箇所以上に上る。アンコールの碑文資料に関してはほとんどのものが、収集・出版されているが、今回の調査中に従来未解読の碑文を収集し、これをインド人メンバーの碑文専門家ラメ-シュが解読したのは大きな成果である。今後、従来翻訳・出版されている碑文についても、インド人の専門家による再検討の仕事は大きな意義を持つことが予想される。4年間にわたった本プロジェクトの最も大きな成果は、碑文、彫刻、建築など現存のあらゆる文化的遺産を網羅的に再検討した結果、戦前の欧米植民地時代に西欧の学者たちによって確立され、日本でも常識となっている「インド化」された東南アジアという考え方は、明らかに改められるべきであるという認識が、日本側メンバーだけではなく、インド人研究者および東南アジアの現地研究者たちの間で、あまねく共有されるようになったということである。この認識は、古代・中世におけるインドと東南アジアとの交流が、単に東南アジアの「インド化」によって説明されるべきものではないはずであるという当初の目論見に合致し、インドの文化を受容しながら、それを基に独自の文化を築きあげていった東南アジアの側の自立性を高く評価するものであり、本研究のきわめて重要な成果であるといえよう。

先ず辛島がインド側メンバーとともにハノイに入り、ヴェトナム側受け入れ機関のハノイ大学とともに研究打ち合わせを行った後、ダナンで、小倉などと合流し、ミソン、インドラ・プラ、ビンディン、ポ-ハイ、ポ-ナガルなど、中部から南部の海岸地帯を中心に残された、チャムの塔といわれるチャンパ王国の遺跡について、その建築および彫刻についての調査を網羅的に行った。続いて13日から24日にかけて行われたカンボジアの調査では、日本およびインドからのメンバーが合流したうえで、最初の三日間プノンペンに滞在し、文化省関係との打ち合せ、およびプノンペン大学の研究者たちとの合同研究会を行った後に、、シエムリアップに向かい、アンコールワットを中心としたクメール王国の遺跡を、建築と彫刻の両面から調査した。調査した建造物は、アンコールワット、バイヨン、東メボン、バンテアイ・クディ、ニェックパン、タケオ、プレループ、王宮、、プラサット・クラヴァン、プラカン、バケン、プラコ-、西バライなど、二十箇所以上に上る。アンコールの碑文資料に関してはほとんどのものが、収集・出版されているが、今回の調査中に従来未解読の碑文を収集し、これをインド人メンバーの碑文専門家ラメ-シュが解読したのは大きな成果である。今後、従来翻訳・出版されている碑文についても、インド人の専門家による再検討の仕事は大きな意義を持つことが予想される。4年間にわたった本プロジェクトの最も大きな成果は、碑文、彫刻、建築など現存のあらゆる文化的遺産を網羅的に再検討した結果、戦前の欧米植民地時代に西欧の学者たちによって確立され、日本でも常識となっている「インド化」された東南アジアという考え方は、明らかに改められるべきであるという認識が、日本側メンバーだけではなく、インド人研究者および東南アジアの現地研究者たちの間で、あまねく共有されるようになったということである。この認識は、古代・中世におけるインドと東南アジアとの交流が、単に東南アジアの「インド化」によって説明されるべきものではないはずであるという当初の目論見に合致し、インドの文化を受容しながら、それを基に独自の文化を築きあげていった東南アジアの側の自立性を高く評価するものであり、本研究のきわめて重要な成果であるといえよう。平成4年度は、先ず7月に研究分担者の桜井由躬雄が二週間ベトナムに出張し、平成3年度のメコンデルタ地域におけるインド化に関する調査のフォローアップを行ない、調査のカウンターパートであるハノイ大学史学科と研究会を開催した。また8月には同じく研究分担者の小倉泰が二週間インドに赴き、12月の本調査の計画をインド側研究分担者と協議した。小倉は同時に、南インドとマレー半島の文化交流を神像彫刻の制作方法の観点から検討するために、南インドのヒンドゥー彫刻の比例寸法を網羅的に測量するなどの予備調査を行なった。次に、12月から1月にかけて、石澤良昭を除く全員が、本年度の主たる調査地であるタイとマレーシアに向かい、タイ南部とマレーシア北部に点在する、7世紀から10世紀にかけての、ドゥヴァラヴァティーおよびシュリーヴィジャヤ期の諸港市遺跡、特にヒンドゥー、仏教遺跡を三週間にわたって調査し、建築物や彫刻、および碑文について検討して、同時代のインドの建築や美術と比較、分析した。
アモルファス酸化物半導体における熱輸送に着目した高性能フレキシブル熱電素子の研究

高性能な熱電素子を実現するためには、電気伝導度と熱伝道率の独立した制御が不可欠である。一方で、酸化物半導体は、アモルファスでも移動度が高い、低温で薄膜形成が可能、液体プロセスでも形成可能といった興味深い特徴を有している。我々は、これらの特徴は、熱電素子に必要不可欠な熱伝導率制御の可能性を示唆しているのではないかと考えた。そこで、「結晶性」、「形成プロセス方法」、「デバイス構造」の観点から、系統的に実験を進め、アモルファス酸化薄膜における熱輸送の物理を明らかにすると同時にフレキシブル熱電素子の動作実証によって、その原理を検証する。
胃腸混合型腸上皮化生の発生機構-分離腸上皮化生腺管を用いたホメオボックス遺伝子群の解析-

腸上皮化生は、慢性萎縮性胃炎粘膜に多く認められ、胃がんの前がん病変としての可能性からさまざまな検討がなされているが多くの問題が未解決のまま残されている。我々は、器官特異的遺伝子の発現が、腸上皮化生発生に重要であると考え以下のような実験を行った。1.分離腺管でのリアルタイムRT-PCRおよび免疫組織学的検討により、胃特異的転写因子Sox2は、胃(MUC5AC)の形質発現と強い相関関係があり、胃腸混合型腸上皮化生(GI-IM)から腸単独型腸上皮化生(I-IM)になるに従って発現が減少した。腸特異的転写因子Cdx1/2は、腸(MUC2とvillin)の形質発現に一致しており、正常胃粘膜では発現が無く、GI-IMからI-IMとなるに従って、発現が増加した。2.胃がんでも、Sox2とCdx1/2は転写レベルあるいはタンパクレベルで、胃あるいは腸の形質と相関し、組織型とは無関係であった。胃腸混合型の胃がんではSox2とCdx1/2が共発現していた。Cdx2は胃がんの予後因子としても有用であった。また、胃がんのPaneth cell様分化は、腸型形質の一部として発現しており、胃がんの腸型化の過程で出現することがあることを明らかにした。3.直径3ミリ以内の微小粘膜内がんとその隣接非がん粘膜の検討では,胃型あるいは腸型への分化傾向に一定の相関が認められず,胃がんとその周囲の胃粘膜は独立に腸型化が進むことを明らかにした。以上の結果より、腸上皮化生は幹細胞レベルでの分化異常であること示された。また、非がん部およびがん部の形質発現には、胃および腸特異的転写因子の発現が重要であることが示された。1.腺管分離法を用いてヒト正常胃粘膜上皮、腸上皮化生上皮を腺管ごと取り出しtotal RNAを抽出し、リアルタイムRT-PCR法を用いて、胃型分化マーカー(MUC5AC,MUC6)、腸型分化マーカー(MUC2,villin)の発現、腸に特異的なホメオボックス遺伝子(Cdx1,Cdx2)あるいは胃に特異的な転写因子(Sox2)の発現を相対的定量的に検索した。この結果、Cdx1,2は正常胃粘膜上皮では発現が認められなかったが、GI型の腸上皮化生からI型の腸上皮化生になるに従い、徐々に発現が増加した。一方逆に、Sox2は、正常胃粘膜上皮では発現が認められ、GI型の腸上皮化生からI型の腸上皮化生になるに従い、徐々に発現が減少した。以上の結果は、従来の胃・腸の分化マーカーの発現パターンとよく相関した。また、免疫組織学的検討の結果、Sox2は、胃腺窩上皮で発現が高く、腸上皮化生粘膜では低下し、一方でCdx2の異所性発現を確認した。これらの分離腺管上皮での解析にて、正常胃粘膜上皮から腸上皮化生に至る過程で、胃あるいは腸に特異的な遺伝子の発現制御が重要であることが確認された。2.腸上皮化生だけでなく胃がんの形質発現も検索し、Cdx1,Cdx2との関係を検討した。ヒト進行胃がん70例でのCdx1,Cdx2の発現をmRNAレベルで検索したところ、胃がんの組織型とこれらのホメオボックス遺伝子の発現は無関係であった。しかし、Cdx1,Cdx2 mRNAの発現はGtype->GI type->I typeになるに従い増加した。

抗Cdx2モノクローナル抗体を用いたCdx2の免疫組織化学的な検討では、Cdx2発現は、腸型形質発現を有する胃がん細胞に一致して発現し、組織型とは無関係であることが確認された。さらに、ヒト進行胃がん177例を用いた検討ではCdx2発現は、腸型形質発現と高い相関性を示しCdx2陽性胃がんの方が、陰性胃がんより5年生存率が良好であった。さらに、G型、GI型、I型、N型の4種類に分類される形質発現にて、5年生存率を検討した結果、GI型->I型->G型->N型の順に予後が良好であった。つまり、腸型形質を有する胃がんの方が、予後が良い結果となった。胃がん組織にて,胃あるいは腸特異的転写因子群と形質発現との関係を検討した。Real-time RT-PCRと免疫染色にて,胃転写因子Sox2は胃の形質発現(MUC5AC)と強い相関関係があり,一方,腸転写因子Cdx1/2は腸の形質発現(MUC2とVillin)と密接に関係していた。これらは,正常消化管と腸上皮化生だけでなく胃がん組織でも形質発現に重要であることが示された。直径3ミリ以内の微小粘膜内がんとその隣接非がん粘膜の検討では,胃型あるいは腸型への分化傾向に一定の相関が認められず,胃がんとその周囲の胃粘膜は独立に腸型化が進むことを明らかにした。パネート細胞に特異的なマーカーHumandefensin-5(HD-5)の発現を胃がんで検索した。HD-5陽性胃がん細胞は、腸型形質を示す胃がん細胞集団の中に存在し、一部は小腸の陰窩様の構造を成していた。HD-5発現はCdx2発現と密接に関連していたが、胃がんの組織型とは無関係であった。以上より、胃がんのパネート細胞様分化は、腸型形質の一部として発現しており、胃がんの腸型化の過程で出現すると考えられた。
口腔ケアは胃癌を減少させるか?

口腔ケアが胃癌発生に関与するか検討するため、当院において上部消化管内祝鏡を受け、本研究への参加に同意頂いた患者3名に対しアンケート調査、歯科検診、血液検査、尿素呼気試験を行った。アンケート調査は口腔ケア、生活習慣、食習慣に関する項目を主体にした。歯科検診は当院保健医療フロンティア科学分野にて現在歯数、健全吉敷、歯周ポヶット(PD)アタッチメントロス(AL)、Bleedingon probing(BOP)を測定した。血液検査は抗ヘリコバクター。ピロリ(HP)IgG抗体、ペプシノーゲン(PG)、一般生化学、血液学的検査を施行した。抗HPIgQ抗体陽性かつ尿素呼気試験陽性の者をHP感染陽性とした。胃粘膜萎縮は内視鏡所見から木村・竹本分類を用いて判定した。結果として3例すべてにHP感染を認めた。内視鏡的には胃潰瘍を認めた潰瘍例1名(45歳)、異常のなかった無所見例2名(平均70歳)の2群に分けられた。潰瘍例ではPD最大値8mm、PD平均値2.5mmと、無所見例(PD最大値4mm、PD平均値1.9mm)と比較し高値であった。またBOPを潰瘍例で19%に認められたのに対し無所見例では平均11%であった。内視鏡的な胃粘膜萎縮の程度と歯科的パラメータに関連は認めなかった。アンケート調査の結果では潰瘍例では歯ブラシ以外の口腔ケアのための器具は使用していなかったが、無所見例では2名とも歯間ブラシを使用していた。PDやBOPは歯周病の存在および活動性と関連していることから、歯周病の活動性と胃潰瘍発生が関連している可能性が示唆された。口腔ケアしかし胃癌の発生母地となる胃粘膜萎縮と歯科的パラメータに関連を認めなかったことから、今回の検討では口腔ケアが胃癌を減少させる証拠は得られなかった。今後多数例での報告が待たれる。本研究の目的は口腔ケア・口腔衛生状態が胃粘膜萎縮に与える影響を検討することである。まず平成17年にはその基礎的研究として北九州市在住の市立年長者研修大学校に在籍する高齢者のうち、本研究に対しご同意をいただいた231名(男性116名、女性115名)に対し、(1)口腔および全身に関する問診(2)口腔検診(3)血液検査(白血球数、赤血球数、ヘモグロビン値、血小板数、総蛋白、アルブミン、GOT、GPT、γ-GTP、尿素窒素、クレアチニン、尿酸、総コレステロール、HDL-コレステロール、中性脂肪、過酸化脂質、血糖、HbA1c、インスリン、CRP、血清抗H.pylori IgG抗体、ペプシノーゲンI/II比)(4)内科検診を行った。この基礎的研究は事前に九州歯科大学倫理委員会の承認を得て開始し、研究開始の事前に個々の対象者から書面でインフォームドコンセントを受けた。結果としてブラッシングの回数が多いほどH.pylori感染率が低いが、口腔ケアや口腔衛生状態は胃粘膜萎縮の進行に影響を与えないことが示された。また平成18年以降は当院にて上部消化管内視鏡を施行した症例のうち、本研究にご同意をいただいた者に対し(1)口腔および全身に関する問診(2)血液検査(白血球数、赤血球数、ヘモグロビン値、血小板数、総蛋白、アルブミン、総コレステロール、HDL-コレステロール、中性脂肪、CRP、フィブリノーゲン、血清抗H.pylori IgG抗体、ペプシノーゲンI/II比)(3)尿素呼気試験(4)口腔検診(喪失歯数、プラークの有無、歯周ポケットの有無と深さ、歯の汚れ、齲歯の有無)(5)上部消化管内視鏡検査を施行し、口腔ケア・口腔衛生が胃粘膜萎縮に与える影響を検討していく予定である。

PDやBOPは歯周病の存在および活動性と関連していることから、歯周病の活動性と胃潰瘍発生が関連している可能性が示唆された。口腔ケアしかし胃癌の発生母地となる胃粘膜萎縮と歯科的パラメータに関連を認めなかったことから、今回の検討では口腔ケアが胃癌を減少させる証拠は得られなかった。今後多数例での報告が待たれる。
MRスペクトロスコピーを用いて子宮内膜症の悪性化を早期に予測する新規検査法の確立

多施設共同研究でMRスペクトロスコピーを用いてチョコレート嚢胞または内膜症関連卵巣癌の嚢胞内におけるMRS信号強度(R2値:鉄濃度を反映した数値)を測定し、良性のチョコレート嚢胞と癌化の鑑別診断の精度を向上させる。また、嚢胞内R2値に影響を及ぼす可能性のある要因の検討や、前方視的研究により癌化を早期に診断、予測することが可能かを評価するための基準となるデータを収集し、検討する。癌化の過程で鉄の動態に変化がおきるメカニズムを解明することで、癌化に重要と考えられる「鉄」関連遺伝子を抽出する。また、それらを阻害することで癌化を予防できる可能性があるかも検討する。
窒化インジウムアルミニウム混晶表面・界面におけるフェルミ準位ピンニングの制御

窒化ガリウムに格子整合する窒化インジウムアルミニウム(InAlN)の表面、絶縁体/半導体界面、および金属/半導体界面におけるフェルミ準位ピンニングについて調べた。InAlN表面におけるピンニングは適切な絶縁体堆積を行うことで除去されること、および界面形成後の界面準位密度は、界面の形成方法や形成後の熱処理方法に依存して変化することがわかった。特に、酸化アルミニウムとInAlNとの界面の特性と形成方法について調べ、界面準位を低減する独自の方法を見出した。金属/InAlN界面においては、ショットキー障壁の強い金属仕事関数依存性が観測された。InAlNと絶縁膜との界面におけるフェルミ準位ピンニングの制御について検討した。具体的には、InAlN表面に原子層堆積(ALD)により酸化アルミニウム膜を形成し、さらに金属電極を形成して、金属ー絶縁体ー半導体(MOS)構造とし、界面の電気的特性の界面形成プロセス依存性について検討した。InAlNは熱的・化学的には比較的安定であるが、MOS構造作製の際、酸化アルミニウム膜の形成前に、熱処理によりInAlN表面に制御性の悪い酸化が進行した場合には、界面準位が増大し、表面フェルミ準位のピンニングが引き起こされることがわかった。特に、オーミックコンタクト電極作製時には、SiN絶縁膜を表面保護膜としたキャップアニールを行うことが重要であることがわかった。また、熱処理により絶縁体ー半導体界面の界面準位が低減を図ることが多いが、酸化アルミニウム膜は、800 °C以上の高温において微結晶化し、それによる絶縁特性劣化が引き起こされる。しかし、X線光電子分光法(XPS)による詳細な検討により、酸化アルミニウム膜を2 nm程度の厚さの極薄層とした場合には、850°Cの熱処理を行っても、界面における相互拡散や酸化の進行が起こらないことがわかった。これをもとに、本研究においては、まず極薄の酸化アルミニウム膜を形成し、850 °Cで熱処理し、その上にさらにALDにより酸化アルミニウム膜を形成する2段階ALDプロセスにより、絶縁体ー半導体界面を形成することにより、良好な界面の特性が得られ、表面フェルミ準位のピンニングが除去されることがわかった。大気にさらしたInAlN上に形成される自然酸化膜について、その成分と除去方法を明らかにした。すなわち、その成分はAlとInの水酸化物を多く含み、AlとInの比はおおよそInAlNの組成比に近い。これを除去するには弗化水素酸または緩衝弗化水素酸溶液が有効であり、除去した後には、少なくとも、1時間大気中に放置しても再酸化が進行することはないことが分かった。一般に良く用いられる塩酸では完全に除去できず、また、アンモニア溶液では進行は非常に遅いがエッチングされてしまうこともわかった。しかし、表面フェルミ準位のピンニング位置は、これらの処理により変化することはなく、自然酸化膜除去後にALDによりAl2O3膜堆積した場合に、はじめてシフトが観測された。この結果から、Al2O3により表面を不活性化することで、フェルミ準位ピンニング除去を図れる可能性を見出した。そこで実際にMOS構造を作製し評価したところ、適切なプロセスにより界面を形成した場合には界面準位が低減することがわかった。すなわち、ALD Al2O3膜堆積前に行うオーミック電極合金化のための高温熱処理の際、InAlN表面を保護した場合には良好な界面特性が得られたが、表面を保護せずに熱処理した場合には、耐圧が低く、また界面準位密度も十分に低減していない劣悪な特性となった。このことから、耐熱性・耐薬品性に優れたInAlNにおいても、その表面に絶縁体ー半導体界面を形成する際には注意を要し、適切なプロセスにより行われなければフェルミ準位のピンニング除去が実現しないことがわかった。以上の結果から、InAlN表面・界面において、表面での化学結合の未結合手、あるいは界面での結合手の乱れに起因して表面・界面準位が発生し、フェルミ準位をピンニングするという機構が示唆された。絶縁体/InAlN界面に対する熱処理がフェルミ準位ピンニング特性に与える影響について調べ、良好な界面を形成する独自の方法を最適化した。原子層堆積(ALD)法によりInAlN上に厚いAl2O3を堆積後に熱処理を行った場合には、窒素雰囲気中400500°Cの熱処理ではAl2O3/InAlN界面の界面準位が低減するが、600°C以上の温度では界面準位が増加することがわかった。一方、界面に極薄Al2O3層を堆積後、高温で熱処理してから再びAl2O3層を厚く堆積する2段階ALD法を採用した場合には、極薄層の熱処理温度が850°Cという高温であるにも関わらず界面準位が最も低減した。2段階ALD法において高温熱処理を施す極薄層の膜厚は、12nmが適切であることがわかった。

極薄層の膜厚がこれより薄い場合には、アニール時の雰囲気ガス中の微量な汚染の影響を受けてInAlN表面が酸化され、界面準位密度も増加した。さらに、ゲート絶縁膜に2段階ALD法を採用したMOSHEMTにおいて、単層のAl2O3層を絶縁体層とするものに比べ、電流ー電圧特性や電流コラプス特性においてより良好な特性が得られた。これらを総合的に解釈し、Al2O3/InAlN界面におけるフェルミ準位のピンニングを除去するためには、適切な界面形成プロセスを行った後、熱処理をも適切に行う必要があることがわかった。また、金属/InAlN界面のショットキー障壁の金属仕事関数依存性を調べ、ショットキーダイオードに対する容量ー電圧特性測定により、障壁高さの金属仕事関数依存性が強いことがわかった。電子デバイスプロセス当初計画した絶縁体ー半導体界面の制御プロセスを実現できた。充分に良好な特性は得られているものの、完全にプロセスを最適化するところまでは達しなかったためやや遅れていると判断した。表面のフェルミ準位ピンニングの除去機構が明らかにされたので、初年度における当初の目標は達成できた。しかも、その結果は、以降に計画された研究内容に大きな手掛かりとなるものであった。しかしながら、自由表面のフェルミ準位のピンニングについては、工学的な観点から機構解明し、制御方法あるいは除去方法がみつかったものの、ピンニング現象あるいは表面準位の発生自体を物理学的に完全な形でモデル化するには至っていない。例えば、具体的にどのような化学結合が、どのような準位を作り出すかといった点については未解明である。この点は反省点であるが、本研究は工学的制御のための知見を見出すものであるため、物理学的な解釈については範囲を超えていると判断する。見出した制御方法も、生産ラインには導入しにくい特殊な方法でよるものではなく、試作されたMOS構造においてはピンニングの除去がきちんと達成されている。さらには、この知見はHEMTのゲート部にも、電極間(アクセス)領域の表面不活性化にも、受光・発光デバイスの表面不活性化にも応用できる。したがって、工学的知見としては十分に有用なものが得られている。以上のことから、本研究は概ね順調に進展していると判断する。前年度までの研究により積み上げた知見をもとに研究を進める。平成26年度は金属ー半導体界面の研究について計画していたが、研究期間中の調査・研究に基づいて、計画を変更する。現在のところ、InAlNを通した漏れ電流が大きく、その原因は不明のままであり、ショットキーゲート構造の高電子移動度トランジスタ(HEMT)では、素子の特性制御に限界があることが課題となっている。最近の研究によって、MOSゲート構造の採用により漏れ電流を低減できることがわかり、同構造を利用したMOSHEMTにおいて高い遮断周波数が実現されている。すでに実験を行った結果、MOS構造において電極金属を変えても、むしろ、絶縁体ー半導体界面の特性(界面準位や固定電荷)がより大きな影響を与えることがわかった。以上のように、絶縁体ー半導体界面の制御方法の確立が求められる社会的背景となったので、計画を変更し、平成26年度も、絶縁体ー半導体界面の制御を中心に研究を進める。
歩きながらワイヤレス充電を盗電から守る磁界ゆらぎ秘密鍵生成共有の研究

概要:本研究は「歩きながらワイヤレス充電」を盗電から守る、磁界ゆらぎを活用した磁界秘密鍵生成共有方式を提案、磁界秘密鍵方式か生成共有した秘密鍵の秘匿性および盗聴耐性が担保されることを実証する。対象とするワイヤレス充電システムは一面に送電コイルを敷き詰めて、移動する受電端末に磁界結合で高周波電力を送電する。磁界秘密鍵生成共有方式は1送電コイルのON/OFF切替2受電端末の移動により時間変化するコイル間の磁界結合を活用して秘密鍵を生成共有する。平成30年度研究目的:環境変化に依存する磁界ゆらぎによる秘密鍵生成共有システムの提案本年度は大学の異動などの私事で研究に専念することが難しかったため、当初の計画より大幅に遅れている。「秘匿性の高い磁界ゆらぎを得ること」と「環境変化に依存する磁界ゆらぎ」の両方を達成することを目指す。その為、従来想定していた近傍磁界の積極利用は避け、フレネル界、遠方界を積極利用する磁界ゆらぎ生成共有システムを提案、その評価を進めていく。概要:本研究は「歩きながらワイヤレス充電」を盗電から守る、磁界ゆらぎを活用した磁界秘密鍵生成共有方式を提案、磁界秘密鍵方式が生成共有した秘密鍵の秘匿性および盗聴耐性が担保されることを実証する。初年度研究目的:磁界秘密鍵方式により生成される受電電力履歴の秘匿性を検証実施計画:【1】受電コイル移動による磁界ゆらぎの秘匿性の確認【2】送電コイルの切替による磁界ゆらぎの秘匿性の確認【3】1,2で得られた成果を組み合わせた磁界ゆらぎの秘匿性の確認実施内容:【1】磁界結合を用いた平面ワイヤレス給電システムの電磁界解析モデルを作成した。電磁界解析モデルから等価回路モデルを構築した。構築した等価回路モデルから受電コイル移動による磁界ゆらぎを算出した。受電コイルの移動による磁界結合のゆらぎを確認。【2】構築した等価回路モデルから送電コイル切替による磁界ゆらぎを算出した。送電コイル切替による磁界結合のゆらぎを確認。【その他】近傍磁界結合によるゆらぎが、環境依存性のないことから、盗聴局が観測する磁界ゆらぎから、送受電電極間の磁界ゆらぎが推定可能であることを発見した。得られた成果により、近傍磁界ゆらぎを活用するより、フレネル界、遠方界を活用した磁界ゆらぎによる秘密鍵生成共有法がより高い秘匿性が得られる可能性を見出した。本年度の達成目標である「秘匿性の高い磁界ゆらぎを得ること」に対し、「磁界ゆらぎの環境依存性」という当初の想定外の課題に直面、その解決に取り組んでいる。その為、研究実施計画に送れが出ている。初年度の目標である、「秘匿性の高い磁界ゆらぎを得ること」と「環境変化に依存する磁界ゆらぎ」の両方を達成することを目指す。当該年度は研究が進まなかったため、研究費を次年度に持ち越した。したがって、電子回路部品の購入ならびに測定計器類の購入に主に割り当てる。
溶接過程における冶金物理化学に関する研究

1.溶接過程のガス・メタル反応を解明する目的で、雰囲気調整装置を用いてアーク溶解及び溶接した金属材料(主に鋼)の窒素及び酸素吸収について系統的に調べた。以下に鋼についての結果の概要を示す。(1)、アーク溶解過程における鋼に窒素吸収挙動は、その吸収量において熱力学的平衡状態より多くかつジーベルツの法則に従わないものの、個々の合金元素の影響の度合は平衡状態のものと大きな違いがないことがわかった。(2)、アーク溶接過程における鋼の窒素吸収挙動もジーベルツの法則に従わず、アーク溶解の場合と異なり、高Cr合金あるいは高圧窒素雰囲気のような平衡窒素溶解度がかなり高い場合にはそれより低い値を示すことから、反応時間不足が示唆された。しかし、同一溶接条件下では個々の合金元素の影響の度合は平衡状態のものと大きな違いはなかった。(3)、酸素を含む種々の雰囲気下で鉄合金をアーク溶解およびGMA溶接し、溶融金属の酸素吸収挙動に及ぼす合金元素(Si、Mn、Si-Mn、Al、Ti)の影響について系統的に調べた。また、溶融金属中に生成する酸化物系介在物の組成、形態、数、量について調べ、溶接過程における鋼溶接金属の酸素吸収及び脱酸機構について検討を行った。(4)、高圧Ar-CO_2雰囲気下で鋼のGMA溶接を行い、酸素吸収、合金元素量の変化等に及ぼす雰囲気の影響を系統的に示した。また、得られた溶接金属の機械的性質は雰囲気に依存して変化し、それは溶接金属の酸素吸収量の変化で説明することができた。2.溶接過程のスラグ・メタル反応を解明する目的で、単純な組成のフラックスを用いた場合の鋼サブマージアーク溶接金属の酸素量に及ぼすフラックス組成の影響について系統的に調べ、溶接金属の酸素量低減化についての検討を行った。1.溶接過程のガス・メタル反応を解明する目的で、溶接雰囲気調整装置を用いてアーク溶解時の溶鋼の窒素吸収、常圧及び高圧雰囲気下でのアーク溶接金属の窒素吸収並びに酸素吸収について系統的に調べ、以下のような結果が得られた。(1)Arー【N_2】雰囲気下で純鉄及びステンレス鋼のアーク溶解を行い、溶融金属の窒素量に及ぼす雰囲気の影響を調べたところ、溶融金属の窒素量は低窒素分圧雰囲気下では窒素分圧の増加と共に急勾配で増加しそれ以上ではゆるやかに増加する傾向を示したが、ジーベルツの法則には従わなかった。(2)130気圧のArー【N_2】雰囲気下で純鉄及びステンレス鋼を溶接し、溶接金属の窒素吸収について調べたところ、溶接金属の窒素量は窒素分圧と共に増加するが増加の度合は高圧になる程小さくなり、ジーベルツの法則に従わなかった。また、同一窒素分圧雰囲気の場合、その全圧が高くなる程窒素量は減少した。(3)Arー【O_2】雰囲気下で純鉄溶接金属の酸素吸収について調べたところ、溶接金属の酸素量は雰囲気の酸素分圧の増加と共に増加した後ほぼ一定の値となった。ArーC【O_2】雰囲気の場合も、二酸化炭素分圧の増加と共に溶接金属の酸素量は増加したが、その増加量はArー【O_2】雰囲気の場合に比べて小さかった。(4)以上の結果並びに溶融池温度測定結果に基づいて、アーク溶接過程での溶接金属の窒素及び酸素吸収挙動に対する熱力学検討を行った。2.溶接過程のスラグ・メタル反応を解明する目的で、CaOーSi【O_2】2元系フラックスを用いてサブマージアーク溶接を行い、溶接金属中の合金組成、介在物量及び欠陥量等とフラックス組成との関係を調べ、その結果に対して熱力学的検討を行った。

1,溶接過程のガス・メタル反応を解明する目的で,溶接雰囲気調整測置を用いてアーク溶解時の溶鋼及びチタンの窒素吸収,アーク溶接した鋼及び銅溶接金属の窒素吸収並びに酸素吸収について系統的に調べ,以下の結果を得た.(1)ArーN_2雰囲気下でFeーCr及びFeーNi合金をアーク溶解し,溶鉄の窒素量に及ぼす合金元素の影響を調べたところ,窒素量はCr量の増加とともに大きく増加し, Ni量の増加とともに少し減少した.そして,窒素吸収に及ぼす合金元素の影響の度合は平衡測定値と大きな差は無かった. (2)ArーN_2雰囲気下で純チタンをアーク溶解し,溶融チタンの窒素量に及ぼす雰囲気及び溶解時間の影響について調べたところ,窒素量は雰囲気の窒素分圧及び溶解時間の増加とともにほぼ直線的に増加し,かなり低い窒素分圧及び短い溶解時間でも多量の窒素が吸収された. (3)ArーN_2シールドガスを用いて銅をアーク溶接したところ,シールドガス中のN_2%の増加とともに溶接金属の窒素量が増加し,多数の気孔を生じた.この気孔生成は,電極線中に少量のチタンを添加することによって防げた.(4)酸素を含む雰囲気下でアーク溶接した鋼溶接金属の酸素吸収に及ぼす合金元素(Si,Mn,Si-Mn,Al)の影響について調べたところ,いずれの場合も溶接金属の酸素量は熱力学的に予想されるよりも高い値を示した.(5)以上の結果並びに溶融池温度測定結果に基づいて,アーク溶接過程での溶接金属の窒素及び酸素吸収挙動に対する熱力学的検討を行った.2,溶接過程のスラグ・メタル反応を解明する目的で, CaO-SiO_2ーMnO.ナ_<2.ニ>系フラックスを用いてサブマージアーク溶接を行い,鋼溶接金属中の酸素量,合金組成,介在物量及び欠陥量等とフラックス組成との関係を調べ,その結果に対して熱力学的検討を行った.1.溶接過程のガス・メタル反応を解明する目的で、雰囲気調整装置を用いてアーク溶解及びアーク溶接した銅の窒素ならびに酸素吸収について系統的に調べ、以下の結果を得た。(1)Ar-N_2雰囲気下でFe-Cr-Ni三元系合金をアーク溶解及びGTA溶接したところ、窒素吸収量は高Ni低Cr合金程少なく低Ni高Cr合金程多かった。また、その窒素量はFe-Cr及びFe-Ni二元系合金で得られた見かけの活量係数から推定される値とよく一致した。ただGTA溶接した低Ni高Cr合金の場合、反応時間が足りず平衡値よりも低い値を示す傾向にあった。(2)Ar-O_2及びAr-CO_2雰囲気下で鉄合金をアーク溶解及びGMA溶接し、溶融合金の酸素吸収挙動に及ぼす合金元素(Si,Mn,Si-Mn,Al,Ti)の影響について系統的に調べた。また、溶融金属中に生成する酸化物系介在物の組成、形態、数、量について調べ、溶接過程における銅溶接金属の酸素吸収及び脱酸機構について検討を行った。(3)0.12MPaの高圧Ar-CO_2雰囲気下で鋼のGMA溶接を行い、アーク現象、ビート形状、酸素吸収、合金元素量の変化等に及ぼす雰囲気等の影響について系統的に調べた。また、得られた溶接金属の機械的性質は雰囲気に依存して変化し、その変化は溶接金属の酸素吸収量の変化で説明することができた。2.溶接過程のスラグ・メタル反応を解明する目的で、単純な組成のフラックスを用いた場合のサブマージアーク溶接金属の酸素量に及ぼすフラックス組成の影響について系統的に調べ、鋼サブマージマーク溶接金属の酸素量低減化についての検討を行った。
集積化光多重コンピューティングのための多波長受光ICの試作

本研究では,多波長光電子集積回路(多波長OEIC)を実現する際の鍵になるコンパクトな波長選択素子を設計・試作し,多波長OEIC実現に向けた技術課程および達成される性能を明らかにした.1.pn接合フォトダイオード上に誘電体多層膜による光学フィルタを直接堆積して形成される垂直入力形波長選択素子を設計・試作し,これを集積化した多波長受光ICを実現した.アルミマスクを用いたリフトオフ法により誘電体多層膜の微細なパタ-ニングを実現し,最終的には635830nmの範囲の4波長を1チップで分光・検出する4波長受光ICの開発に成功した.2.上記の試作の結果判明した問題といて,波長数を増加した場合に,それぞれを識別する光学フィルタを作成する工程数が増加し,その加工が困難になるという点があげられる.この問題を解決し,さらに多重度を増加することを目的として,単一の誘電体多層膜により多数の波長に対するフィルタを一括して作成する方法を考案した.この方法についての計算機シミュレーションを実施し,波長特性の制御性などの定量的評価を行った.3.多波長OEICにおいては,波長選択素子の他にポリイミド導波路,面発光レーザ等を集積化する必要がある.これらの素子を集積化し,多波長光ハイパーキューブなどの大規模なマルチプロセッサネットワークを構成した場合に達成される性能を評価した.特に,使用可能な波長数に関して評価を行った結果,光導波路幅を20μm程度に微細化し,誘電体多層膜フィルタの膜厚を8μm程度,レーザのゲインバンド幅を100nm程度とした場合,現在の加工精度で約8波長の多重化が可能であることが判明した.この場合,多波長光ハイパーキューブネットワークの面積的複雑さは,約1/64に減少することを示し,波長多重化の有効性を実証した.本研究では,多波長光電子集積回路(多波長OEIC)を実現する際の鍵になるコンパクトな波長選択素子を設計・試作し,多波長OEIC実現に向けた技術課程および達成される性能を明らかにした.1.pn接合フォトダイオード上に誘電体多層膜による光学フィルタを直接堆積して形成される垂直入力形波長選択素子を設計・試作し,これを集積化した多波長受光ICを実現した.アルミマスクを用いたリフトオフ法により誘電体多層膜の微細なパタ-ニングを実現し,最終的には635830nmの範囲の4波長を1チップで分光・検出する4波長受光ICの開発に成功した.2.上記の試作の結果判明した問題といて,波長数を増加した場合に,それぞれを識別する光学フィルタを作成する工程数が増加し,その加工が困難になるという点があげられる.この問題を解決し,さらに多重度を増加することを目的として,単一の誘電体多層膜により多数の波長に対するフィルタを一括して作成する方法を考案した.この方法についての計算機シミュレーションを実施し,波長特性の制御性などの定量的評価を行った.3.多波長OEICにおいては,波長選択素子の他にポリイミド導波路,面発光レーザ等を集積化する必要がある.これらの素子を集積化し,多波長光ハイパーキューブなどの大規模なマルチプロセッサネットワークを構成した場合に達成される性能を評価した.特に,使用可能な波長数に関して評価を行った結果,光導波路幅を20μm程度に微細化し,誘電体多層膜フィルタの膜厚を8μm程度,レーザのゲインバンド幅を100nm程度とした場合,現在の加工精度で約8波長の多重化が可能であることが判明した.この場合,多波長光ハイパーキューブネットワークの面積的複雑さは,約1/64に減少することを示し,波長多重化の有効性を実証した.本年度はpn接合フォトダイオード上に誘電体多層膜による光学フィルタを直接堆積して形成される垂直入力形多波長選択素子の設計および試作を行った.識別する波長としては商用レーザで用いられる635,690,750,830nmの4種類を考え,これらの波長それぞれに選択的に反応するフィルタおよびフォトダイオードを1チップに集積化するものとした.1.まず,誘電体多層膜中の光波干渉を数値計算することにより,4波長に対する光学フィルタの特性を設計した.さらに,SPICE等の電子回路解析プログラムを用いて,電子回路部の設計を行った.2.以上のように設計された4波長受光ICの試作を行った.本試作で特徴的な誘電体多層膜蒸着工程においては,基板温度が300°C程度まで上昇することが予想されたため,誘電体多層膜のパタ-ニングをアルミマスクを用いたリフトオフ法により行うものとした.この適合法を調べるために2波長の受光素子の予備的試作を実施し,パタ-ニングに成功した.現在,イオン注入装置の故障のため4波長受光IC全体の完成が遅れているが,4月中には試作が完了する予定である.3.試作実験の遅延のため4波長受光ICの性能評価が完了していないが,その波長選択性に関して計算機シュミレーションによる評価を実施した.この結果,5μm程度の導波路幅でフィルタの膜厚を約5μmに制限した場合,約10波長程度が識別可能であることが判明した.さらに,この値は電子回路を用いて波長間クロストークの補償を行うことにより大幅に向上することが明らかになった.今後,このような新しい手法に関しても並行して研究を実施する予定である.本年度は,前年度の試作結果を踏まえて,将来の集積回路において波長を情報担体として用いる際の技術的課題を明らかにし,達成される性能を評価した.

1.まず,試作の結果判明した問題としては,波長数を増加した場合に,それぞれを識別する光学フィルタを作成する工程数が増加し,これに伴い光学フィルタの加工が困難になるという問題があげられる.これいついては,フィルタ堆積後のプロセスを極力削減するプロセスフローを考察し,再度試作実験を行った.この結果,4波長程度を識別する素子の場合,現状でも十分安定に作製可能であることが判明した.一方,さらに多重度を増加する場合を想定し,単一の誘電体多層膜により多数の波長に対するフィルタを一括して作成する方法を考案した.この方法についての計算機シミュレーションを実施し、波長特性の制御性などの定量的評価を行った.2.多波長OEICにおいては,本研究で試作する波長選択素子の他にポリイミド導波路,面発光レーザ等を集積化する必要がある.これらの素子を集積化し,多波長光ハイパーキューブなどの大規模なマルチプロセッサネットワークを構成した場合に達成される性能を評価した.特に,使用可能な波長数に関して再度評価した結果,光導波路幅を20μm程度に微細化し,誘電体多層膜フィルタの膜厚を8μm程度,レーザのゲインバンド幅を100nm程度とした場合,現在の加工精度で約8波長の多重化が可能であることが判明した.また,波長多重化によりネットワークの面積的複雑さが波長数の2乗に反比例して減少することを明らかにした.すなわち,上記の考察で導出された波長数8の多重化が実現された場合,ネットワークの面積的複雑さは,約1/64に減少することを初めて示し,波長多重化の有効性を実証した.
デジタルファブリケーションのための３次元曲面モデル生成とデータの軽量化

細分割曲面を自由曲面モデルに変換でき,曲面モデルから造形精度に応じて密度が均一な点群を生成し,複数の滑らかな面にまたがったポリゴンの生成が可能となった.3角形ポリゴン大きさと辺のアスペクト比のばらつきが少ないことが特徴である.また,3次元測定器(スキャナー)によって測定された点群の場合,膨大な測定点群を軽量化することで無駄なポリゴン生成を抑制することができた.本研究では位置合わせした非整列な点群の形状特徴を保持したままで軽量化する手法を提案した.なお,ポリゴンモデルから抽出された稜線形状が,積層モデルで再現できるようにするため,稜線列の方向とスライス方向による,稜線の再現性評価法を提案した.1.ポリゴンメッシュの曲面メッシュへの変換:3次元CGソフトでモデリングしたポリゴンメッシュ(細分割曲面)を2回細分割することで得られた頂点の極限点をベースに境界曲線と曲面のあてはめを行い、曲面メッシュへ変換した.境界曲線の表現方法として、一般的なBezierを用いる。また、曲面の表現方法として、Gregory Patchを用いた。なお、B-spline曲面を用いた表現方法は開発中である。2.点群の軽量化主曲率をベースにしたクラスタリング法を考案し、形状特徴を保ちながら4方向から位置合わせした非整列な点群を軽量化する方法を開発し、NICOGRAPH 2014で発表した。また、計測点群から生成したポリゴンモデルに基づき、積層造形法によって生成される3Dプリンター用積層モデルが、元々のモデルデータの稜線形状を維持する最適な空間姿勢導出方法を開発し、NICOGRAPH 2014で発表した。両方の論文はともにNICOGRAPH 2014で優秀論文賞を受賞し、芸術科学会論文誌へ招待された。現在、学術論文へ投稿中である。1精度に応じた点群の生成位相に制約されることなく、複数の滑らかな面にまたがった点群を生成するために、3Dプリンターの造形精度に応じた点群生成手法を新たに開発した。手順は次の通りである。(a)入力された曲面モデルを、平面でスライスし、平面と曲面モデルの干渉線をNURBS曲線として求める。(b) NURBS曲線を均等に分割するように頂点を配置し、頂点間を線分でつないだポリラインと曲面モデルの距離が許容誤差以下になるまで、NURBS曲線上の分割数を増やす。2ポリゴン化密度が均一な点群のポリゴン化を行った。(a)隣り合う平面から生成された干渉線間にポリラインを利用して初期ポリゴンを生成する。隣接するポリラインの頂点数が異なる場合、2つのポリライン上の頂点を入力として、3次元のDelaunay 3角形分割(4面体分割)を実行する。(b)初期ポリゴンと曲面の距離を算出して、許容誤差より大きな点が三角形内にある場合、ポリゴンを再分割する。これらの手法をまとめてICOGRAPH 2016へ投稿する予定である。今年度に実施計画であったものは、ほぼ予定通り実施することができたが、入力としてCADソフトで生成したNURBS曲面モデルを利用した。ポリゴンメッシュから生成された曲面メッシュを利用していない。曲面メッシュをB-spline曲面やNURBS曲面への変換方法は開発中である。前年度までは、位相に制約されることなく、複数の滑らかな面にまたがった点群を生成するために、3Dプリンターの造形精度に応じた密度が均一な点群を生成し、隣り合う点群間に3角形ポリゴン生成手法を新たに開発した。最終年度では、3角形ポリゴンの面積や、辺のアスペクト比、およびエッジの長さについて、数値的に検証を行いながら、3角形ポリゴンのばらつきを減らすように手法を改良した。その結果、商用のCADソフトのポリゴンに比べ、ばらつきが大きく減っていることが分かった。また、本手法を用いて、実際に3Dプリンターで造形を行い、従来手法との比較を行った結果、従来手法よりも本手法の造形物の表面がきれいことが分かった。本研究の成果として、細分割曲面で表現されているCGモデルを自由曲面モデルに変換でき、曲面モデルから造形精度に応じて密度が均一な点群を生成し、曲面モデルの位相に制約されることなく、複数の滑らかな面にまたがったポリゴンの生成が可能となった。また、3次元測定器(スキャナー)によって測定された点群の場合、膨大な測定点群を軽量化することで無駄なポリゴン生成を抑制することができた。点群の欠落を点群のままで補間し、軽量化してポリゴンを生成することが独創的な点である。細分割曲面を自由曲面モデルに変換でき,曲面モデルから造形精度に応じて密度が均一な点群を生成し,複数の滑らかな面にまたがったポリゴンの生成が可能となった.3角形ポリゴン大きさと辺のアスペクト比のばらつきが少ないことが特徴である.また,3次元測定器(スキャナー)によって測定された点群の場合,膨大な測定点群を軽量化することで無駄なポリゴン生成を抑制することができた.本研究では位置合わせした非整列な点群の形状特徴を保持したままで軽量化する手法を提案した.なお,ポリゴンモデルから抽出された稜線形状が,積層モデルで再現できるようにするため,稜線列の方向とスライス方向による,稜線の再現性評価法を提案した.今年度に実施する計画であったものは、ほぼ予定通り実施することができた。

曲面モデルからSTL形式のファイルを生成した後、3Dプリンターによる造形を行い、造形時間、所要材料、実物の精度(造形精度)などの評価・検証を行う。また、曲面メッシュをB-spline曲面やNURBS曲面への変換方法は引き続き開発を行う。工学曲面メッシュは複数の大きさが異なる面によって構成されている。曲面メッシュの位相に制約されることなく、複数の滑らかな面にまたがった点群を生成するために、3Dプリンターの造形精度に応じて密度が均一な点群を生成しポリゴン化を行い、既存の手法と比較する。今年度は3Dプリンターを購入する計画であったが、新型3Dプリンターの購入を検討しているため、購入しなかった。新型プリンターやPCを購入する予定計画である。新型3Dプリンターを購入する予定計画である。