hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
2次電池の稼動時劣化診断アルゴリズムの開発

電池の劣化を知ることは,電池駆動機器を安全に使用することのみならず,機器の運転特性の改善につながり,また電池を寿命まで使用することができれば,コストならびに廃棄物を低減でき,工学のみならず,経済,環境の視点からも極めて重要である。しかしながら,電池を機器から取り外して劣化を診断する従来法は煩雑であるばかりでなく,特に大容量蓄電システムにおいては実用性に乏しい。本研究では,2次電池の電圧・電流・温度など,電池を利用した機器に電池を装着した状態で得られる情報のみから,電池の特性を表現する電池モデルを構築する数値解析の手法を開発することを目的とする。まず,本研究に必須となる劣化電池サンプルを前年度に引き続き作製した。対象とする電池は,現在広く使用されているリチウムイオン・ニッケル水素・鉛電池とし,繰り返し充放電により試料を作製した。次に,矩形波試験電流により各試料を充放電し,その電圧過渡応答から,電池劣化と強い相関性を有する電池内部インピーダンスを導出するモデリングアルゴリズムについて検討を加えた。充分な試料を確保したリチウムイオン電池に対しては,前年度に開発したz変換に基づくプログラムに軽微な修正を加えることにより,電池容量にかかわらず内部インピーダンスを推定し得ること,また,劣化の進行による変化を検出し得ることが明らかとなり,提案法の実用性を確認した。また,ニッケル水素,鉛電池に対しても同様のアルゴリズムを適用して内部インピーダンスが導出可能であることを確認した。これと並行して,電池劣化診断装置プロトタイプの試作・改良を行った。本機はリチウムイオン,ニッケル水素,鉛いずれの電池にも対応可能で,劣化診断アルゴリズムを検証する任意波形充放電機能も有する。本機を用いて,開発した劣化診断アルゴリズムの検証を容易に行うことが可能となった。(1)特性測定:前年度に引き続き,リチウムイオン・ニッケル水素・鉛電池の充放電を繰り返し,劣化電池サンプルを作製すると共に,過渡応答を測定した。特にニッケル水素電池では,フロート充電後の劣化特性についても検討を加えた。これらの結果から,ニッケル水素電池とリチウムイオンいずれの電池も劣化に伴い高周波に対する内部インピーダンス(抵抗)の上昇は観測されるものの,ニッケル水素電池においては中・低周波領域の特性は劣化による変化はわずかであることが明らかとなった。また,ニッケル水素電池では充放電履歴により高周波インピーダンスが変動することが明らかとなった,鉛電池も他の電池と類似の内部インピーダンス特性を有するが,劣化に対してはニッケル水素電池と同様高周波インピーダンスの変化が顕著であった。(2)電池モデリング・劣化診断アルゴリズム開発:これまで開発したアルゴリズムの改良に加え,ニューラルネットワークの利用についても検討を進めた。いずれの手法についても,計算負荷は軽く,組み込み機器へ搭載可能であることを明らかとなった。ただし,後者の手法には,入力情報の前処理を要する。さらに,大量の情報が必要となるものの,高精度にパラメータ抽出が可能なカルマンフィルタを用いた手法についても検討を加えた。マイクロコントローラなど組み込み機器への搭載は困難であるが,情報通信を利用した集中監視・診断方式をとる場合には使用可能であることが明らかとなった。(3)劣化診断装置:モデルパラメータと劣化の相関性を求め,診断装置プロトタイプに組み込み,試験を開始した。本機は汎用性が高く,外部機関との共同研究にも利用し,この結果をフィードバックしハードウェア,ソフトウェアに改良を加えた。ニッケル水素電池に対しては,瞬時に負荷を接続することにより生ずる過渡現象から劣化を診断する簡易装置ならびにソフトウェアを制作した。(1)特性測定:前年度に引き続き,各電池の充放電を繰り返し,試料の充実を図ると共に電池過渡応答特性を測定する。(2)モデリングアルゴリズム開発:劣化試料が揃うことより,リチウムイオン,ニッケル水素,鉛電池の特性差異について検討を加え,各種電池に対し,安定に電池モデルパラメータが推定できるアルゴリズムとする。これには,推定アルゴリズムの改良のみならず,安定動作に必要なデータ選定・抽出法など前処理についても検討を加える。これには,本年度着手したニューラルネットワークの利用についても検討するなど,今後も視野を広げ複眼の思想で対応する。これまでは主に試験パルス電流充放電による電池電圧応答によるモデリングであったが,風力・太陽光発電などの蓄電システム稼働時,電気自動車走行時の電流波形によるモデリングについても検討する。これにより,ソフトウェアの実用性を高める。(3)劣化診断アルゴリズム開発と診断装置:これまでの成果を,FPGAあるいはマイクロコントローラを用いて,電池劣化診断システムを製作する。前項で得られた電池モデルパラメータと劣化の関係を明らかにしてこれを関数化することにより,電池駆動機器稼働時に電池劣化診断を可能とする組み込みシステムとする。なお,試作過程で得られたノイズなどの実稼働状態における環境に対する安定性を高め,前項のモデリングと劣化診断アルゴリズムの改良を行い,実用的なシステムとする。電池の電圧・電流・温度など,電池を利用した機器の稼動時に得られる情報のみから,2次電池の特性を表現する電池モデルを構築する数値解析の基本手法を開発した。時々刻々変化する電池電圧・電流は一種の過渡現象で,この時間領域過渡現象から,電池内部インピーダンスなどの周波数特性を得た。このインピーダンスは電池の劣化と密接に関連しており,機器稼動時の特性から劣化診断が可能であることを確認した。なお,解析手法は電池と共に用いられる電池管理システム(BMS)などに組み込み可能とすることを想定し,極力計算負荷の小なるアルゴリズムとした。(1)各種2次電池の劣化特性:現在広く用いられている,鉛,ニッケル水素,リチウムイオン電池を対象に,電池の劣化特性を得るため,充放電を繰り返すことにより劣化電池サンプルを作成した。またこの間に電圧・電流過渡波形を測定し,劣化に伴う過渡応答の変化を観測した。

また,電池特性は温度に強く依存するため,温度依存性についても測定した。(2)稼動時電池モデリング手法:電池電圧・電流過渡現象から電池の内部インピーダンスを求める,計算負荷の小なるアルゴリズムをこれまで電力機器のモデリングに利用してきた手法を応用して開発した。Z変換を基礎とする時系列解析法を適用し,複素計算を用いることなく周波数の関数で定義されるインピーダンスを効率的に求めるマイクロコントローラ用の計算手法を構築した。得られた内部インピーダンスなどの特性から電池の等価回路を導出し,過渡応答を再現できる電池モデルを構築した。なお,FPGA搭載劣化診断装置を念頭に,ハードウエアFFTを利用したインピーダンス導出法についても検討を加えた。(3)劣化診断装置と電池モデルの評価:電池劣化診断装置の礎となる充放電装置プロトタイプを,マイクロコントローラを用いて製作した。本装置は,鉛,ニッケル水素,リチウムイオン電池いずれにも対応し得る。まず,これまで有していたリチウムイオン単電池の測定系を一部改修し,鉛・ニッケル水素電池試験用に一部装置を改修した。これにより,現在広く使用されている2次電池である,鉛,ニッケル水素,リチウムイオン電池の充放電試験が可能となった。これら試験装置を用いて充放電を繰り返し,劣化電池サンプルを得ると共に,適時過渡特性を測定した。これらは当初の計画通りである。これに加え,3種の電池に対応し得る小容量電池用の充放電試験装置を自作した。これにより,劣化サンプルをより多く得ることが可能となった。また,本装置は可搬型としたことにより,本学以外でも簡易試験が可能となった。よって,今後他研究機関との共同研究を円滑に進める環境も整えられた。これは当初の計画より先んじて実現した。なお,これらの試験と並行して,これまでの研究により得られた劣化したリチウムイオン電池のデータを用いて,劣化診断計算アルゴリズムに改良を加えた。この計算は主に実測データから電池特性を抽出する計算と,抽出された特性を用いて劣化を診断する計算に大別される。本年度は主に前者について検討した。これまでに,電力機器モデリング用に開発した過渡領域法であるフーリエ・ラプラス変換法,z変換法,Pade近似法,ARMAモデリング法いずれもリチウムイオン電池,ニッケル水素電池,鉛電池のモデリングに適用可能であることが明らかとなった。なお,組み込みコンピュータにアルゴリズムを搭載するには,現状ARMAモデリング法が有効で,FPGAに実装する場合にはフーリエ・ラプラス変換法も有効であることが明らかとなった。
腹腔鏡下胆嚢摘出術のためのヘリカルCTによる3次元胆道画像

腹腔鏡胆嚢摘出術は視野の狭い腹腔鏡下で施行するため、手術前に詳細な胆道解剖の情報が必要とされる。本研究の目的は、腹腔鏡胆嚢摘出術術前検査としてヘリカルCTによる3次元胆道画像の有用性を確立することである。腹腔鏡胆嚢摘出術予定の27人に対して、本人に検査の目的、方法の説明後、同意を得たうえで、胆道造影剤を点滴静注後ヘリカルCTを施行した。ヘリカルCTは、2ミリ厚、2ミリ/秒テーブルスピードでスキャンし、得られた2次元胆道像を3次元に構築した。3次元画像の読影のポイントは1)胆嚢管の長さ、2)胆嚢管の付着部位と方向、3)左右肝管合流部と3管合流部の距離をとし、手術所見とプロスペクティブに対比した。1例で造影剤がすでに十二指腸へ流出したために、3次元胆道像を構築できなかった。3例で胆嚢管に結石が嵌頓しているため、胆嚢管および胆嚢を描出せず前述の1)2)3)を計測できなかった。残りの23例ではCT所見と手術所見は一致した。1cm未満の短い胆嚢管は6例、3cm以上の長いのは1例であり、胆嚢管が総胆管の右壁へ付着するのは8例、後壁には5例、右後には10例であった。左右肝管合流部に胆嚢管が付着するのが、3例あった。これらはすべて手術前に指摘でき、手術は胆道損傷なく施行できた。本症例の中では胆道の副肝管などの破格は存在しなかった。ヘリカルCTによる3次元胆道像は、詳細な胆道解剖情報を提供し、安全に腹腔鏡胆嚢摘出術を遂行するのに有用であった。本研究の目的を達成した。これらの結果は第24回断層映像研究会および、第408回日本医学放射線学会関東地方会で報告した。
生体に利用可能な完全非磁性合金の開発

歯科領域において、口腔内に用いられている金属としては金合金、チタン合金、コバルト・ニッケル合金など様々な合金が用いられている。MR装置内では、それらの大部分の金属がアーティファクトを引き起こすことも知られている。得られたMR像には解剖学的な歪みが生じたり、信号が存在しない画像が発生する。本実験により画像上のアーティファクトの出現やその大きさは、物理学的な磁化率の絶対値に依存し、磁化率が0では、基本的にアーティファクトが生じなく、磁化率が正のときと負の時では、得られるMR信号のパターンが反転することが示された。そして、磁化率は、正のときにはかぎりなく大きな値となるが、負のときにはそれほど大きな値をとることがないことも示された。その結果、磁化率が負となるような合金では、大きな画像上のアーティファクトが生じないことが判明した。合金における磁化率は、金属単体の磁化率に依存し、含有量が多ければ多いほど、その合金はその金属単体の磁化率に影響されることも判明した。チタンは生体内金属として使用でき、MR撮影においても問題を生じないことが知られている。しかし、チタンでさえ、ある程度の磁化率を有し、MR撮影のシークエンスによっては、有意な画像上のアーティファクトを生じることが知られている。以上のことから、正の磁化率を有するチタンに負の磁化率を有する金属を混入させることにより、より磁化率が0となる生体内合金ができあがることが予想された。負の磁化率を有する生体内金属として金があるので、磁化率が0となるような混入率を有するチタンー金合金の作製を試みた。結果的に、磁化率が0となるためには、ほとんどが金となるような合金であり、チタン合金では作製できないことが判明した。すなわち、チタンを中心とした磁化率が0となるような合金は、金の混入では不可能であり、新たな金属でさらなる実験を行う必要があると結論づけられた。合金の磁性は、構成している金属の磁性によって左右されることが示された。磁性は、磁化率の大きさによって、正の磁性である強磁性、超常磁性、常磁性に、負の磁性である反磁性に分類される。生体内合金としては、通常常磁性が使用されているが、合金となった場合には、反磁性などの金属が構成要素となっている。合金の構成要素が常磁性と反磁性の2種類から成り立つと、合金としての性質は、常磁性あるいは反磁性のどちらかになる。実験的に数種類の歯科用合金の組成と磁化率との関係を調べた結果、同じ大きさの磁化率を有するならば、反磁性の性質のほうが有意となることが示された。すなわち、磁化率1の常磁性金属と、磁化率-1の反磁性金属との等量からなる合金の性質は反磁性となることが示された。数種の合金の解析結果から、正の磁化率10に対して、負の磁化率1のオーダーで釣り合うことも示された。生体内合金として用いられているチタンは非磁性体として知られているが、磁化率を測定すると、わずかながら正の磁化率を有するので、MR撮像においてシークエンスの種類によっては、明かなアーティファクトを生じた。そこで、これに負の磁化率を有する金属を、上記の割合で混合することにより、理論的に磁化率0となる合金が作製でき、MR撮像においても、アーティファクトがまったく生じない可能性が示唆された。今後、生体内金属として用いられている金属から負の磁性体を有する金属から、チタンとの混合性や機械的性質などを考慮し、選択し、混合率を変化させ、磁化率0となる割合を見いだす。
フェナレノキシル型安定中性ラジカルの開発

1.ガルビノキシルおよびニトロニルニトロキシドラジカルの電子構造における特性を設計指針の原型とし,新分子性強磁性体の実現を目指す研究を行っている.これらのラジカルの分子特性は,ヘテロ原子ラジカル,奇交互型共鳴系,嵩高い置換基にある.この結果,中性ラジカルの安定化および強磁性的スピン整列が達成されている.フェナレニル系を含む1,3-フェナレノキシルラジカルは上記のような特性を供えた新しい拡張共役型中性ラジカルと見なすことができる.本研究では,(a)フェナレニル型共役系を用いた新しい安定中性ラジカルの設計,合成,(b)置換基の立体的,電子的効果によるラジカルの安定化および分子配列の制御の研究を行っている.2,3.フェナレニル骨格を持つ安定中性ラジカル,即ち室温で単離可能なラジカル,は未知である.そこで既知化合物を含め合成が容易と考えられる誘導体を合成し,対応するラジカルへの酸化反応を検討した.先ず,不安定なラジカルを電子的,立体的に保護する必要があると考え,1,3-フェナレノキシル体の2-位にフェニル基を導入した前駆体であるヒドロキシエノン体をいくつかの酸化剤(K_3[Fe(CN)_6],PbO_2,Ag_2CO_3など)で処理した.得られた生成物の構造は目標とするラジカルが二量化したと考えられる化合物であった.構造は通常の化学的手段に加え,X線結晶構造解析も行って決定した.二量体の生成は目的とするラジカルの電子構造から推定できるが,PM3法によるスピン密度の分子軌道計算から2位のスピン密度が最も高いという結果とも対応している.フェナレノキシルラジカルの安定化にはより嵩高い置換基の導入が必要性であることを示唆しており,今後の重要な設計指針を得た.同様のアプローチは1,6-フェナレノキシル体にも適用でき,その前駆体の合成を終えており,酸化反応を検討している.今後は電子的効果を調べるために,電子供与性,電子受容性のいろいろな置換基の導入を検討したり,Captodative効果についても検討し,ラジカルの安定化,分子配列への効果を調べる.1.ガルビノキシルおよびニトロニルニトロキシドラジカルの電子構造における特性を設計指針の原型とし,新分子性強磁性体の実現を目指す研究を行っている.これらのラジカルの分子特性は,ヘテロ原子ラジカル,奇交互型共鳴系,嵩高い置換基にある.この結果,中性ラジカルの安定化および強磁性的スピン整列が達成されている.フェナレニル系を含む1,3-フェナレノキシルラジカルは上記のような特性を供えた新しい拡張共役型中性ラジカルと見なすことができる.本研究では,(a)フェナレニル型共役系を用いた新しい安定中性ラジカルの設計,合成,(b)置換基の立体的,電子的効果によるラジカルの安定化および分子配列の制御の研究を行っている.2,3.フェナレニル骨格を持つ安定中性ラジカル,即ち室温で単離可能なラジカル,は未知である.そこで既知化合物を含め合成が容易と考えられる誘導体を合成し,対応するラジカルへの酸化反応を検討した.先ず,不安定なラジカルを電子的,立体的に保護する必要があると考え,1,3-フェナレノキシル体の2-位にフェニル基を導入した前駆体であるヒドロキシエノン体をいくつかの酸化剤(K_3[Fe(CN)_6],PbO_2,Ag_2CO_3など)で処理した.得られた生成物の構造は目標とするラジカルが二量化したと考えられる化合物であった.構造は通常の化学的手段に加え,X線結晶構造解析も行って決定した.二量体の生成は目的とするラジカルの電子構造から推定できるが,PM3法によるスピン密度の分子軌道計算から2位のスピン密度が最も高いという結果とも対応している.フェナレノキシルラジカルの安定化にはより嵩高い置換基の導入が必要性であることを示唆しており,今後の重要な設計指針を得た.同様のアプローチは1,6-フェナレノキシル体にも適用でき,その前駆体の合成を終えており,酸化反応を検討している.今後は電子的効果を調べるために,電子供与性,電子受容性のいろいろな置換基の導入を検討したり,Captodative効果についても検討し,ラジカルの安定化,分子配列への効果を調べる.
植物におけるmRNA前駆体スプライシング制御機構とその生理的意義の解明

本研究では、植物におけるmRNA前駆体スプライシングの動的制御機構とその生理的意義の解明を目標に解析を行っている。主な材料は脱分化、分裂組織形成に温度感受性を示すシロイヌナズナ突然変異体、srd2およびridlである。これまでにSRD2はsnRNA(small nuclear RNA)の転写活性化因子であり、RIDl遺伝子はRNAヘリカーゼをコードしていることを明らかにしてきた。まず、両変異体でみられる奇形側根形成に関して詳細な解析を行った。野生型におけるsnRNA量変動を調べたところ、初期の段階では原基の全細胞の核に多量のsnRNAが検出されたが、側根原基の形成終了前後に蓄積量が一旦大きく低下し、その後再び上昇するという興味深いパターンが見出された。srd2変異体では側根形成関連遺伝子の発現様式の撹乱とともに、snRNA量の顕著な低下が観察され、結果として正常な分裂組織を欠いた瘤状側根形成が観察された。以上は、分裂組織の構築・確立にはSRD2に依存したsnRNAの蓄積が重要であることを示しており、rid1変異体も同様の表現型を示すことから、snRNAとRID1の共通分子機能であるスプライシングの活性制御が分裂組織形成には不可欠であると考えられる。また、胚軸脱分化過程を対象としたタイリングアレイを行い、両変異が及ぼす遺伝子発現、特にスプライシングパターンへの影響の網羅的検出を試みた。これまでにいくつかの遺伝子についてスプライシング異常を確認している。スプライシング活性可視化のためには、様々なイントロン配列を導入した蛍光タンパク質遺伝子を複数作製し、形質転換植物体の作出を行った。さらにこれらと変異体の交配を進め、スプライシング活性異常をin vivo検出するシステム構築を行った。以上は今後の研究の基盤となる成果であり、これらを利用したさらなる解析を予定している。本研究の目的は、植物体内のmRNA前駆体スプライシング活性の動態とその制御機構を生理現象と結びつけながら解明することにある。主な解析対象は脱分化、分裂組織形成に温度感受性を示すシロイヌナズナ突然変異体、srd2およびrid1であり、それぞれsnRNA(small nuclear RNA:核内に存在する小さなRNAで、スプライソソームの構成成分)の転写活性化因子およびRNAヘリカーゼをコードしている。本年度はまず、mRNA前駆体スプライシング活性制御異常が植物の発生・成長に及ばす影響を明らかにするため、植物体におけるSRD2遺伝子の発現様式および植物発生におけるsrd2変異の影響を調べた。その結果、SRD2遺伝子は頂端分裂組織や発達中の本葉、花芽などで強く発現していることが分かった。また、srd2変異は発芽後の頂端分裂組織の確立、本葉の葉身発達、配偶体形成などに強く影響するのに対して、生殖相への移行や花芽形成へはほとんど影響しないことが明らかとなった。これらの結果は、snRNA転写活性化によるスプライシング活性制御が、特定の生理過程の進行に重要であることを示唆している。また、RID1遺伝子に関するT-DNA挿入植物体の解析に着手した。遺伝型解析を行ったところ、SRD2の場合と同様、RID1のノックアウト変異体は配偶体致死あるいは胚性致死である可能性が示された。さらに、スプライシング活性のin vivo可視化レポーター系の開発の第一歩として、イントロン配列を挿入した蛍光タンパク質遺伝子を構築し、形質転換植物体の作出を行った。以上をもとに、来年度以降はRID1タンパク質の機能解析、タイリングアレイを用いたスプライシングパターンの変化の検出、in vivoでのスプライシング活性の検出等に着手する予定である。
古代・中世の重要港塩津の総合的研究

研究協力者を含むメンバー5人全員で、新たな地点で発掘が開始された塩津港遺跡の調査を実施し、これまでの研究との関連を検討したが、予想されていた起請文木札の新たな発見などはわずかしかなかった。また滋賀県庁所蔵史料を調査して、明治初期の塩津や大浦に関する絵図類を確認・撮影した。これまでの発掘成果を整理し、報告書作成に協力するとともに、塩津周辺地域の歴史・民俗などに関わる史料・報告書を収集・整理して、問題点を確認した。また塩津港と密接な関係にある日本海岸港湾の古代・中世における実態の検討を進め、能登の拠点港と関連する羽咋寺家遺跡・加茂遺跡、七尾国府津遺跡などの現地調査をメンバー全員で実施した。羽咋市立博物館・のと里山里海ミュージアムでの史料調査・情報収集および、寺家遺跡と密接に関わる能登一宮気多神社の立地環境などの現地調査を行い、中世後期における飛砂の増大などの環境変化による港湾の変遷について検討した。このような全員による調査とともに、各メンバーがそれぞれ考古学・文献史学の立場から、関係事例の分析を進めた。文献史学では、滋賀県立図書館・滋賀県庁・長浜城歴史博物館などで、塩津周辺地域の史料、琵琶湖・近江の交通関係史料の調査を行った。考古学では、琵琶湖および各地の津湊関係遺跡や津湊を守護する宗教施設の発掘調査事例などの収集・比較を進めた。また古代・中世の日本海岸の拠点港湾であった青森県十三湊や、島根県杵築・鳥取県布施などの個別調査を実施し、港湾の立地と変化の実態を検討するとともに、東日本・北日本と畿内の接点となる近江の交通・流通上の役割を確認した。塩津港遺跡1(全3冊)の発掘調査報告書が2019年3月に刊行され、研究協力者の横田洋三と濱修がその重要部分の執筆にあたった。その際、他の共同研究メンバーとの意見交換を重ね、遺構や遺物の解釈について協議した。発掘調査報告書はあくまで考古学的な遺跡調査に関すものに限定されるが、塩津港遺跡は、古代・中世の交通・流通、琵琶湖の環境変動などの諸問題に関わるもので、文献史学を含めた広い視点からの検討が必要であった。塩津は畿内と日本海岸を結ぶ最重要港であったが、関連史料が乏しく、文献史学や歴史地理学からの塩津研究が遅れていたため、塩津や近隣の大浦に関する文献史料や絵図の収集・撮影を進めることができた。塩津港遺跡の平安時代後期の神社遺構の掘立柱建物柱根が北に傾いており、神像や社殿の建築部材などが北側に倒壊しているため、1185年の琵琶湖西岸断層による元暦地震(マグニチュード7.4)の津波の影響とする推定がなされてきた。この点については、元暦地震の評価に直結するものであり、現在文献史料の解釈や地震学の成果などをふまえた広い角度から、検討を進めている。それとともに琵琶湖岸および日本海岸の津湊に関する考古・文献史料を収集しており、大規模な防波堤などを構築することができず、自然条件を重視して立地するほかはなかった古代・中世の港湾と環境変動の問題を、宗教施設の役割を含めて検討している。また寺家遺跡など、塩津とつながる日本海側の港湾やそれを守護する神社の現地調査を実施し、塩津港遺跡の交通史上の特質を整理・確認することができた。今年度に引き続き、文献史学の側面から、周辺の自治体や資料館などに残された塩津関連史料の調査を継続するとともに、琵琶湖水上交通および日本海交通における塩津および周辺地域に関連する記述の収集など、広く文献史料の分析を進める。出土起請文木札などの位置づけとあわせて、塩津・塩津港の実態を文献史学の方法で明らかにする。塩津港遺跡が示す古代・中世の港湾の実態を、同時期における全国的な事例との比較から考古学的に明らかにする。また護岸工事のあり方など、土木技術の側面からも事例調査を進め、特徴を明確にする。あわせて、発掘された神社遺構や遺物などの分析を通じて、港湾とそれを取り巻く宗教施設の意味・性格を明らかにする。塩津港遺跡は14世紀末には水没しているが、この状況は湖西と若狭をつなぐ平安・鎌倉期の拠点港木津と全く同じであり、木津および周辺地域(摂関家領河上荘など)を含めた琵琶湖環境全体の変化との関連について検討を進める。また元暦地震が塩津港遺跡に与えた影響について確定する。最終年度である今年夏には、安土城考古博物館で、塩津港遺跡発掘調査成果展が開催され、研究代表水野が講演会、研究協力者の濱・横田が関連講座を担当する予定である。また研究成果は、今年度末に報告論文集を出版できるように準備を進めており、滋賀県のサンライズ出版から出版の内諾を得ている。研究協力者を含むメンバー5人による研究会を重ねて、史料調査を進めた。富山県射水市新湊博物館所蔵の石黒家作成近世絵図類のなかに、塩津関係絵図が含まれていることがわかり、「慶応三年四月越前近江糧道測量絵図」・「慶応三年敦賀より琵琶湖北岸迄道筋舟川略図」などのデータを入手した。また旧西浅井町役場所蔵史料を調査し、塩津の地籍図類を撮影した。塩津港遺跡出土起請文木札の文字の再調査を進めるとともに、塩津の歴史・民俗などに関わる先行研究および地元自治体・郷土史家による出版物を収集した。塩津港遺跡および周辺地区の現地調査をメンバー全員で実施し、立地条件や琵琶湖の水位変動との関わりなどについて検討した。

同じく滋賀県埋蔵文化財センターに保管されている塩津港遺跡出土遺物を実見して、京都との関連など、都市的性格について考察した。また塩津と密接な関係にある日本海岸の拠点港敦賀について、敦賀市立博物館での史料調査・情報収集および、古代・中世の敦賀津やそれと密接に関わる気比神社の立地環境などの現地調査を実施した。このような全員による調査とともに、各メンバーがそれぞれ考古学・文献史学の立場から、関連史料収集や事例分析を進めた。文献史料では、滋賀県立図書館・長浜城歴史博物館・東京大学史料編纂所などで、塩津周辺地域の史料や中世塩津の地頭であった熊谷氏関係史料、琵琶湖・近江の交通関係史料の調査を行った。考古史料では、琵琶湖および各地の津湊関係遺跡や津湊を守護する宗教施設の発掘調査事例などの収集・比較を行った。あわせて、東日本・北日本と畿内の接点となる近江の交通・流通上の役割を再確認した。近世に西廻り航路が開かれるまで、塩津は畿内と日本海岸を結ぶ最重要港であったが、関連史料が乏しいため、文献史学や歴史地理学からの塩津研究はほとんどなされてこなかった。このため、塩津に関する文献史料や絵図・地籍図の収集・撮影を優先的に進め、史料の残存状況と問題点を把握した。それとともに、琵琶湖岸から発見された1114世紀の塩津港遺跡について、遺跡の立地環境や出土遺物を調査して、その特徴を確認するとともに、湖岸環境の変化を含む県内および県外各地の津湊に関する考古・文献史料の収集を進めた。また11世紀に遡る神社遺構や最古の起請文木札が検出されているため、神社関係の絵画資料・発掘事例や起請文を収集・整理するなど、広い角度から資料収集と分析を進めた。また塩津と陸路でつながり、日本海側の入り口となる敦賀津やそれを守護する気比神社の現地調査を実施し、あわせて、現段階における塩津港遺跡の交通史上の特質を整理・確認して、課題の共有を図ることができた。研究協力者を含むメンバー5人全員で、新たな地点で発掘が開始された塩津港遺跡の調査を実施し、これまでの研究との関連を検討したが、予想されていた起請文木札の新たな発見などはわずかしかなかった。また滋賀県庁所蔵史料を調査して、明治初期の塩津や大浦に関する絵図類を確認・撮影した。これまでの発掘成果を整理し、報告書作成に協力するとともに、塩津周辺地域の歴史・民俗などに関わる史料・報告書を収集・整理して、問題点を確認した。また塩津港と密接な関係にある日本海岸港湾の古代・中世における実態の検討を進め、能登の拠点港と関連する羽咋寺家遺跡・加茂遺跡、七尾国府津遺跡などの現地調査をメンバー全員で実施した。羽咋市立博物館・のと里山里海ミュージアムでの史料調査・情報収集および、寺家遺跡と密接に関わる能登一宮気多神社の立地環境などの現地調査を行い、中世後期における飛砂の増大などの環境変化による港湾の変遷について検討した。このような全員による調査とともに、各メンバーがそれぞれ考古学・文献史学の立場から、関係事例の分析を進めた。文献史学では、滋賀県立図書館・滋賀県庁・長浜城歴史博物館などで、塩津周辺地域の史料、琵琶湖・近江の交通関係史料の調査を行った。考古学では、琵琶湖および各地の津湊関係遺跡や津湊を守護する宗教施設の発掘調査事例などの収集・比較を進めた。また古代・中世の日本海岸の拠点港湾であった青森県十三湊や、島根県杵築・鳥取県布施などの個別調査を実施し、港湾の立地と変化の実態を検討するとともに、東日本・北日本と畿内の接点となる近江の交通・流通上の役割を確認した。
ディバイド絡み目の拡張と準正絡み目および代数曲線の関係について

この研究の当初の目的は,A'Campoが1990年代後半に構成したディバイド絡み目の概念を深く研究し,さらにその拡張を構成することにより,準正絡み目と代数曲線の幾何学的関係をより明らかにしていくことであった.それに関連して昨年度末より,この数年の間に新たに定義された結び目不変量の性質を調べ始めたところ,大変興味深い結果が得られた.Khovanovホモロジー理論を基に構成されたRasmussen不変量という新しい結び目不変量に関し,ベネカン不等式と類似の評価式が成立して系として結び目の4次種数のベネカン不等式の別証明が得られることが,昨年度までにPlamenevskayaやShumakovitchによって示されたが,今年度川村は評価式の改良版を構成し,系としてRudolphによって改良された4次種数のベネカン不等式の結び目についての別証明を与えた.また,同じ議論によって結び目フレアホモロジー理論を基にRasmussen不変量に先立って構成された別な不変量についても類似した結果を得た.これらの結果は論文にまとめて投稿した.さらに今年度後半からは,評価式のさらなる改良版を構成し,以上の結果はまとめて国内外で口頭発表した.この結果は結び目および絡み目の新しい複雑な不変量の評価を射影図の情報から比較的容易にしかもある程度の精度で可能にしたことで,様々な研究に広く応用される可能性が大きい.また,準正絡み目がこの研究の中で扱う不変量の評価式の等号を成立させることも注目すべき点で,その幾何学的意味の考察は将来も広い分野において継続すべき課題である.関連研究の予定だった以上の研究が当初の予想より重要度が高かったために時間も費やしてしまい,準正絡み目を全て表すディバイドおよびグラフディバイドの絡み目の拡張の可能性については残念ながら新たな結果を得るには至らなかったが,将来的にはその課題に留まらない大発展が予想される成果が得られたことで,この研究は成功であったといえる.この研究の目的は,A'Campoが1990年代後半に構成したディバイド絡み目の概念を深く研究し,さらにその拡張を構成することにより,準正絡み目と代数曲線の幾何学的関係をより明らかにしていくことであった.本年度は,ディバイド絡み目の現在までに構成された拡張で表せる準正絡み目の特徴の分析を中心に研究を遂行した.具体的にはまず,ある条件下でのディバイド絡み目の結び目解消数と4次元クラスプ数を,スライスオイラー数との比較により求めた.既に有限個の閉区間のはめこみで得られるディバイドについては,二重点の個数がその絡み目の結び目解消数と4次元クラスプ数に等しいことがわかっていたが,この研究では有限個の閉区間と円周のはめこみで得られるディバイドがある条件を満たすとき,その絡み目の結び目解消数と4次元クラスプ数がディバイドの二重点と円周の個数の和に一致することを示した.この条件を満たすディバイドの例としてはslalom divideやordered Morse divideという重要なものを含む.特に後者は代数曲線の特異点の絡み目も全て表せることが知られており,今回の結果は比較的広い絡み目類が対象であるといえる.以上の結果は研究集会などで公表し,論文にもまとめた.また,ディバイドの定義をグラフのはめこみに拡張したグラフディバイドとその絡み目の性質についても現在研究中である.例えば同じ絡み目を表す異なるディバイドやグラフディバイドの間の関係について調べた.特にグラフディバイドのサイクルの本質性について現在まとめている最中である.この成果が得られれば,グラフディバイドの絡み目の集合が比較的大きいものであることを表す材料となる.この研究の目的は,A'Campoが1990年代後半に構成したディバイド絡み目の概念を深く研究し,さらにその拡張を構成することにより,準正絡み目と代数曲線の幾何学的関係をより明らかにしていくことであった.本年度は,準正絡み目全体と一致するディバイド絡み目の拡張の可能性を探るために,前年度までに構成したグラフディバイド絡み目の性質を調べた.具体的には,次の状況を考察した.異なるグラフディバイドで同じ絡み目を表す場合はいくつもあるが,サイクルを含むグラフディバイドの絡み目が,サイクルのないもの,あるいは含んでいても円であるようなものでは表されることがないという例を挙げ,グラフディバイド絡み目の種類の多さを証明した.複雑なものも多く構成できるため,各性質をみたすための同値条件を求めるまでには至らなかったが,グラフディバイド絡み目の集合が比較的大きいものであるということを確認できた.以上の結果は研究集会で公表し,論文にまとめた.なお当初の目標であった準正絡み目全体と一致する拡張の構成は,予想以上に困難で本年度は新たな結果を出すまでには至らなかった.以上の研究と並行して,この研究に関連して,この数年の間に新たに定義されている数々の結び目不変量について情報を多く収集した.ディバイド絡み目や準正絡み目,代数曲線との関連について現在研究中である.一般の絡み目に関する性質を新たに見出すことにより,本研究課題の対象としているものの性質がより明らかになるのではないかと期待している.この研究の当初の目的は,A'Campoが1990年代後半に構成したディバイド絡み目の概念を深く研究し,さらにその拡張を構成することにより,準正絡み目と代数曲線の幾何学的関係をより明らかにしていくことであった.それに関連して昨年度末より,この数年の間に新たに定義された結び目不変量の性質を調べ始めたところ,大変興味深い結果が得られた.

Khovanovホモロジー理論を基に構成されたRasmussen不変量という新しい結び目不変量に関し,ベネカン不等式と類似の評価式が成立して系として結び目の4次種数のベネカン不等式の別証明が得られることが,昨年度までにPlamenevskayaやShumakovitchによって示されたが,今年度川村は評価式の改良版を構成し,系としてRudolphによって改良された4次種数のベネカン不等式の結び目についての別証明を与えた.また,同じ議論によって結び目フレアホモロジー理論を基にRasmussen不変量に先立って構成された別な不変量についても類似した結果を得た.これらの結果は論文にまとめて投稿した.さらに今年度後半からは,評価式のさらなる改良版を構成し,以上の結果はまとめて国内外で口頭発表した.この結果は結び目および絡み目の新しい複雑な不変量の評価を射影図の情報から比較的容易にしかもある程度の精度で可能にしたことで,様々な研究に広く応用される可能性が大きい.また,準正絡み目がこの研究の中で扱う不変量の評価式の等号を成立させることも注目すべき点で,その幾何学的意味の考察は将来も広い分野において継続すべき課題である.関連研究の予定だった以上の研究が当初の予想より重要度が高かったために時間も費やしてしまい,準正絡み目を全て表すディバイドおよびグラフディバイドの絡み目の拡張の可能性については残念ながら新たな結果を得るには至らなかったが,将来的にはその課題に留まらない大発展が予想される成果が得られたことで,この研究は成功であったといえる.
非平面π骨格のひずみエネルギーを利用したπ電子系化合物の機能開拓

本研究では、非平面π骨格のひずみエネルギーの利用を提案し、その機能開拓を試みた。具体的な利用法は、折れ曲がり骨格を持つシクロオクタテトラエンを左右から引っ張るという非常にシンプルな方法でそれを平面化、即ち化合物の遷移状態を取り出すものであった。この試みは遷移状態における分子の構造解明や電子物性の解明に大きく役立ち、π電子系化合物におけるひずみエネルギーの利用について一つの道筋を与えるものになると考えている。目的化合物を幾つもの合成ルートによって合成を試みたが、いずれも目的物を得るには至らなかった。今後はその知見を活かして、より合成が可能と考えられるルートによって合成を引き続き試みる。本研究では、非平面π骨格のひずみエネルギーの利用を提案し、その機能開拓を目指している。ベルト状やボウル状構造を持つ非平面π共役系は、通常平面構造である芳香環が非平面化する為に高いひずみエネルギーを内在するものの、それを利用した研究展開はされてこなかった。本研究における具体的な非平面π共役系のひずみエネルギーの利用法は、折れ曲がり構造を持つシクロオクタテトラエンに着目し、左右から引っ張るという非常にシンプルな方法で平面化、すなわち化合物の遷移状態およびそれに至る過程の構造を取り出す試みである。この試みは、遷移状態における分子の構造解明や電子物性の解明に大きく役立ち、π電子系化合物におけるひずみエネルギーの利用について一つの道筋を与えるものになると考えている。初年度においては、その目的化合物としてイミド基を二つ有したシクロオクタテトラエン誘導体をデザインして合成を試みた。当初は、無水マレイン酸もしくはアセチレンジカルボン酸ジエステルと、フランをディールス・アルダー反応でカップリングさせた後、その化合物にアセチレンジカルボン酸ジエステルをNi触媒を用いて[2+2]環化反応で付加させて、シクロオクタテトラエン前駆体を合成することに成功した。しかしながら、その前駆体からシクロオクタテトラエンへ導く反応が予想通りに進行せず、異なる合成ルートの検討を強いられた。別の合成ルートによる試みも、シクロオクタテトラエン前駆体までは合成できたものの、続く反応によるシクロオクタテトラエンの生成は現在までのところ確認できておらず、イミド基を二つ導入したシクロオクタテトラエンの安定性が低いのではないかと考えられる。そこで、イミド基ではなくチオフェン骨格を有したシクロオクタテトラエン誘導体の合成を現在進めている。初年度は目的分子の合成を目指し、まずはその母骨格となるイミド基を二つ導入したシクロオクタテトラエン誘導体の合成を二通りの異なるルートで試みたものの、現在までの所どちらのルートにおいても生成・単離に至っていない。その原因の一つとして、目的のシクロオクタテトラエン誘導体の反応性が申請者の予想よりも高く、反応途中で余計に反応してしまっていることが考えられる。そこでイミド基ではなく、チオフェン骨格を二つ導入して類似の構造を有したシクロオクタテトラエン誘導体の合成も同時に進めているが、こちらも同様にまだ単離には至っていない。こちらの化合物においては、チオフェン骨格のアルファ位が無保護の状態で反応を進めていたため、途中のルイス酸条件下における反応でオリゴマー化の副反応が進行していることが考えられる。また、八員環を形成する反応自体の効率が悪く、このことも単離に至らない大きな原因の一つとなっている。ベルト状やボウル上構造を持つ非平面π共役系は、通常平面構造である芳香環が非平面化する為に高いひずみエネルギーが内在するものの、それを利用した研究展開はされてこなかった。本研究における具体的な非平面π共役系のひずみエネルギーの利用法は、折れ曲がり骨格を持つシクロオクタテトラエン(COT)に着目し左右から引っ張るという非常にシンプルな方法で平面化、すなわち化合物の遷移状態およびそれに至る過程の構造を取り出すものであった。最終年度においては、当初予定していたイミド基を二つ有したCOTの合成が困難であったため、新たに分子設計をしたチオフェン骨格を有したCOT誘導体の合成を試みた。しかしながらイミド基を二つ有したCOT誘導体の合成と同様に、チオフェン骨格を有した目的のCOT誘導体も得ることが叶わず、分子設計の大幅な変更を余儀なくされた。そこで、より合成が可能であると考えられる分子骨格について検討を行い、量子化学計算によりCOTの構造(平面性)について考察を行った。その際、COTを左右に引く骨格の剛直性の違いがCOTの平面性に大きく影響を与える事が明らかとなり、今後研究を展開する上で興味深い知見となった。上記のように未だ目的化合物の母骨格であるシクロオクタテトラエン誘導体の合成ができていないため、まずはその合成に注力する。

現状の打開策として、(1)当初の予定である、イミド基を有したシクロオクタテトラエン誘導体において、本当に反応性が問題なのか精査するために、反応試薬を変更して単離・精製できないかを試みる。(2)チオフェン骨格を有したシクロオクタテトラエン誘導体は、アルファ位の保護を行いオリゴマー化を防ぐと共に、八員環を形成する反応を変更して効率よく得ることができるよう改良を試みる。(3)シクロオクタテトラエン誘導体において、イミド基やチオフェン骨格以外の骨格を導入して研究目的が達成できないか再度検討し、別の候補の化合物の合成も試みる。以上の打開策を展開して目的のシクロオクタテトラエン誘導体を合成し、物性評価を行う予定である。構造有機化学
気管支喘息におけるγδT細胞の作用機序に関する研究

気管支喘息の病態においてαβT細胞および好酸球が中心的な役割を担っていると考えられているが、これまで肺、腸管など外界との接触の多い上皮内に多数存在するγδT細胞がどのように喘息の発症及び重症・難治化の機序に関与しているか、また免疫制御・炎症反応に関わる強力なサイトカインであるTNF-αの喘息病態における意義は全く明らかにされていなかった。申請者のグループはTNF-αdeficient及びtransgenic miceを用いて喘息モデルを作製後、anti-TCR-δモノクローナル抗体投与前後における気道炎症及び気道過敏性の変化を検討し、TNF-αtransgenic miceの肺組織中にはwild typeに比べ10倍以上のγδT細胞が存在し、TNF-αが気道過敏性を有意にdown-regulateしていることを世界ではじめて明らかにした。またTNF-αの機能的に異なった二つの受容体(TNFRp55、p75)の役割についても不詳であったが、我々はTNFRp55^<-/->及びp75^<-/->miceを使用して喘息モデルを作製し、抗原誘発による気道炎症及び気道過敏性獲得におけるTNFRの重要性について検討した。その結果TNF-αはp75 receptor pathwayを介してγδT細胞を活性化し、気道過敏性を抑制的に制御していることが明らかとなった。一方喘息においてどのγδTCR T細胞サブセットが気道炎症及び気道過敏性をコントロールしているかを明らかにする目的で、マウス喘息モデルに主要γδT細胞サブセットに対するモノクローナル抗体を投与し、またTCR Vγ4/6^<-/->mice、MHC classI^<-/->miceなどによる喘息モデルの検討より、Vγ4T細胞がMHC classI依存性に気道過敏性を抑制的に制御する可能性を報告した。また、申請者のグループは慢性喘息(リモデリング)モデルとして長期間抗原暴露を繰り返した場合に、気道炎症及び気道過敏性が減弱することが知られているが、この機序の1つとしてγδT細胞、Vγ4T細胞が重要な役割を果たしている可能性を報告した。さらに、このγδT細胞、Vγ4T細胞は、気道局所へのネブライザー投与においても同様に気道過敏性抑制効果が認められた。以上、今回の研究により、喘息病態におけるγδT細胞の役割が解明され、さらに今後の新規喘息治療薬開発における重要な研究結果が得られた。αβT細胞依存性の抗原誘発による気道炎症及び気道過敏性の機序を、γδT細胞がどのように制御しているかを解明することは、気管支喘息病態をより詳細に把握する上で非常に重要な研究であると考え今回の研究を開始した。気管支喘息の病態においてαβT細胞および好酸球が中心的な役割を果たしていると考えられているが、肺、腸管など外界との接触の多い上皮内に多数存在するγδT細胞がどのように喘息の発症及び重症・難治化の機序に関与しているかは全く明らかにされていない。またTNF-αは免疫制御・炎症反応に関わる強力なサイトカインであるが、喘息病態における意義は未だ不明である。

今回申請者のグループはTNF-αdeficient mice及びTNF-αtransgenic miceを使用して喘息モデルを作製後、anti-murine TCR-δMAb投与前後における気道炎症及び気道過敏性の変化を検討し、Am J Respir Crit Care Medに報告した。この研究により、TNF-αtransgenic miceの肺組織中にはwild typeに比べ10倍以上のγδT細胞が存在し、TNF-αが気道過敏性を有意にdown-regulateしていることが世界ではじめて明らかとなった。また、TNF-αには機能的に異なった二つの受容体、TNFR p55とp75があることが知られているが、気管支喘息におけるこれらの役割については明らかにされていなかった。今回我々はTNFR-/-mice及びp75-/-miceを使用して喘息モデルを作製し、抗原誘発による気道炎症及び気道過敏性の獲得におけるTNFRの重要性について検討した。その結果TNF-αはP75 receptor pathwayを介してγδT細胞を活性化し、気道過敏性を抑制的に制御していることが明らかとなりJ Immunolに報告した。さらに、喘息においてどのγδTCR T細胞サブセットが気道炎症及び気道過敏性をコントロールしているかを明らかにする目的で、マウス喘息モデルに主要γδT細胞サブセットに対するモノクローナル抗体であるanti-TCR Vγ1,Vγ4mAbを投与し、またTCR Vγ4/6-/-、mice、MHC class1-/-miceなどによる喘息モデルの検討より、γδTCR T細胞サブセットのなかでVγ4T細胞がMHC class1依存性に気道過敏性を抑制的に制御している可能性が示唆され、Proc Natl Acad Sci USAに報告した。気管支喘息の病態においてαβT細胞および好酸球が中心的な役割を果たしていると考えられているが、これまで肺、腸管など外界との接触の多い上皮内に多数存在するγδT細胞がどのように喘息の発症及び重症・難治化の機序に関与しているか、また免疫制御・炎症反応に関わる強力なサイトカインであるTNF-αの喘息病態における意義は全く明らかにされていなかった。申請者のグループはTNF-αdeficient及びtransgenic miceを用いて喘息モデルを作製後、anti-mouse TCR-δmAb投与前後における気道炎症及び気道過敏性の変化を検討し、TNF-αtransgenic miceの肺組織中にはwild typeに比べ10倍以上のγδT細胞が存在し、TNF-αが気道過敏性を有意にdown-regulateしていることを世界ではじめて明らかにした。またTNF-αの機能的に異なった二つの受容体(TNFRp55、p75)の役割についても不詳であったが、我々はTNFRp55^<-/->及びp75^<-/->miceを使用して喘息モデルを作製し、抗原誘発による気道炎症及び気道過敏性の獲得におけるTNFRの重要性について検討した。その結果TNF-αはp75 receptor pathwayを介してγδT細胞を活性化し、気道過敏性を抑制的に制御していることが明らかとなった。
処理性能と処理コストに基づく膜ろ過高度浄水システムの最適構成に関する検討-統計的解析と実験的検証-

富栄養化に伴う異臭味原因物質の増加,農薬などの微量有機物による水源の汚染に加えて,クリプトスポリジウム(粒径35μm)等の病原性原虫類による水道本の安全リスクが心配されている.クリプトスポリジウムのような耐塩素性原虫等の微粒子除去を目的とした処理方法として砂ろ過は十分ではない.UF膜やMF膜を用いた膜ろ過では除去できるが,ろ過圧力が大きく,運転コストやその設備費用等が大きい.本研究では,より分離孔径の大きい金属膜を用いた超高フラックス膜ろ過により原虫等の水中微粒子の除去を試みた.木曽川を水源とする名古屋市鍋屋上野浄水場の敷地内に金属膜ろ過プラントを設置し,積層金属メッシュフィルター,金属不織布フィルター,および金属粉末焼結フィルターの3種類の金属膜を使用して選定実験を行った結果,金属粉末焼結フィルターろ過水のみに5μm以上の微粒子がカウントされなかったことから,クリプトスポリジウム除去を目的とした金属膜として最も有効であることが示された.さらに,4種類の異なるサイズの微粒子トレーサ(平均粒径1.2μm,2.0μm,3.2μm,5.0μm)を用いて金属粉末焼結フィルターの除去性能を調査した結果,1.2μm以上の粒径の除去率は99.9%(3log)以上,2.0μm以上の粒径の除去率は99.99%(4log)以上,3.2m以上および5.0μm以上の粒子の除去率は99.999%(5log)以上であった.このことから,今回の金属粉末焼結フィルターによるろ過装置は,実質的にクリプトスポリジウムのほぼ完全な除去を期待できる.フミン質を多く含む泥炭地水をメンブランフィルターにてろ過し,懸濁物質を取り除いたのちの試料水を対象に,ポリ塩化アルミニウム(PACl),硫酸アルミニウム(Alum),鉄・シリカ高分子凝集剤(PSI)をそれぞれ凝集剤とした凝集ジャーテストと孔径0.1,0.45,1.0,3.0,5.0μmの有機MF膜によるろ過実験を行った。実験より得たデータを有機物の分子量分布,凝集剤の移行率,フロックの粒径分布などの視点から整理・解析し,その結果により天然有機物の凝集・ろ過処理特性を比較・検討した。試料水の初期pHを7.0に調整した場合,E260とTOCによる有機物の残留率は凝集剤の注入率の増加に伴って減少する。また,いずれの凝集剤も,有機物の残留率の低下に伴ってその使用量が増加し,凝集フロックヘの移行率はある注入率以降からはそれぞれ約100%に達した。試料水の初期pHを5.5に調整した場合においては,pH7.0の場合に比べて,有機物に対する除去率が高く,必要とする凝集剤の注入率が低いことがわかった。PAClとPSIの場合では,それぞれある値までに凝集剤を加えると,凝集剤の凝集フロックへの移行率は増加する。これに対し,Alumの場合では,有機物の除去パターンに随伴するように,アルミニウムの使用量とフロックへの移行率は有機物の除去率の増加に伴って上昇するが,有機物の除去率が低下すると著しく低下する。凝集剤の注入率をそれぞれ一定とし試料水のpHを凝集処理の全過程においてそれぞれ7.0と5.5に制御した条件下では,PAClとPSIを用いた場合,分子量が大きいフミン質の分画分は急速攪拌0.5分で5.0μm以上のフロックにまで成長し,フミン質全体は5.0μm以上のフロックと0.1μm以下の未凝集分に大別される。これに対し,Alumを用いた場合では,PAClとPSIの挙動と異なり,フミン質は5.0μm以上のフロックと0.1μm以下の未凝集分のほかに,0.1μm以上と5.0μm以下の中間フロック粒子にも含まれていることが確認された。富栄養化に伴う異臭味原因物質の増加,農薬などの微量有機物による水源の汚染に加えて,クリプトスポリジウム(粒径35μm)等の病原性原虫類による水道本の安全リスクが心配されている.クリプトスポリジウムのような耐塩素性原虫等の微粒子除去を目的とした処理方法として砂ろ過は十分ではない.UF膜やMF膜を用いた膜ろ過では除去できるが,ろ過圧力が大きく,運転コストやその設備費用等が大きい.本研究では,より分離孔径の大きい金属膜を用いた超高フラックス膜ろ過により原虫等の水中微粒子の除去を試みた.木曽川を水源とする名古屋市鍋屋上野浄水場の敷地内に金属膜ろ過プラントを設置し,積層金属メッシュフィルター,金属不織布フィルター,および金属粉末焼結フィルターの3種類の金属膜を使用して選定実験を行った結果,金属粉末焼結フィルターろ過水のみに5μm以上の微粒子がカウントされなかったことから,クリプトスポリジウム除去を目的とした金属膜として最も有効であることが示された.さらに,4種類の異なるサイズの微粒子トレーサ(平均粒径1.2μm,2.0μm,3.2μm,5.0μm)を用いて金属粉末焼結フィルターの除去性能を調査した結果,1.2μm以上の粒径の除去率は99.9%(3log)以上,2.0μm以上の粒径の除去率は99.99%(4log)

以上,3.2m以上および5.0μm以上の粒子の除去率は99.999%(5log)以上であった.このことから,今回の金属粉末焼結フィルターによるろ過装置は,実質的にクリプトスポリジウムのほぼ完全な除去を期待できる.