hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無電解ニッケルめっき廃液からのニッケルろう剤製造法の開発

本研究では,無電解ニッケルめっき廃液から,ニッケルを付加価値の高い状態で回収することを目的として,ニッケルろう剤製造の可能性について調査した。本研究の遂行により,廃液中のニッケルを褐炭中に濃縮する方法,ニッケルが担持された褐炭をガス化してケイ素をわずかに含むニッケル微粒子を製造するための最適条件,および回収されたニッケル微粒子が1000°C以下の低温で溶融することの3点が明らかになった。これらの結果より,無電解ニッケルめっき廃液からニッケルろうを製造できる可能性が示唆された。本研究は、安価なニッケルろう剤製造法の開発を目的として、廃棄物である無電解ニッケルめっき廃液および未活用資源である褐炭を利用したニッケルろう剤製造について検討することである。昨年度までに、褐炭を利用して無電解ニッケルめっき廃液からニッケルを回収するための好適条件を明らかにしてきた。平成25年度は、1ニッケル微粒子好適製造条件を探索すること、および2拡散接合実験の基礎的検討を実施することにした。前者については、無電解ニッケルめっき廃液に褐炭を含浸することにより調製したニッケル担持褐炭を種々条件下でガス化することにより微粒子を製造し、微粒子製造の好適条件を探索した。検討因子は、ニッケル担持率、ガス化温度、反応ガス種である。水蒸気ガス化においては、反応後期まで未燃炭素が残存し、最終的には燃焼が必要であることがわかった。しかしながら、未燃分の存在により微粒子径の増大が抑制されること、また未燃分がわずかであるためごく短時間の燃焼で済み、燃焼後も粒子径の著しく変化しないことが確認された。一方、酸素ガス化の場合、発熱反応であるためヒートスポットが形成し、微粒子径が著しく増大することが確認された。また、ガス化温度および担持率について、本実験条件範囲においては、ガス化温度750°C程度、担持率数%程度が好適であることが確認された。拡散接合の基礎的検討として、まず、微粒子のサイズ効果を検討するために、酸処理した褐炭より調製したニッケル担持炭をガス化して得られた酸化ニッケル微粒子を水素雰囲気下で加熱したところ、ニッケルのバルクの融点が1455°Cであるのに対し、本実験で製造したニッケル微粒子は800°Cで5分加熱しただけで完全に溶融することがわかった。ステンレスの接合に用いられるニッケルろう剤は高価である。接合プロセスの低コスト化を図るには、1安価なろう剤を用いること、2少量のろう剤で接合を可能にすること、および3低温での接合を実現することの3点が挙げられる。そこで本研究では、安価なニッケルろう剤製造法の開発を目的として、廃棄物である無電解ニッケルめっき廃液および未活用資源である褐炭を利用したニッケルろう剤製造について検討することとした。平成24年度の実施計画は、1無電解ニッケルめっき廃液からニッケルを回収する技術の開発と、2ニッケル微粒子好適製造条件を探索することであった。前者については、アンモニアを用いて塩基性雰囲気に調製した無電解ニッケルめっき廃液中に褐炭を浸漬することにより、褐炭中の含酸素官能基にニッケルがイオン交換され、廃液中のニッケルを回収できることが確認できた。ニッケル回収にはpH=11程度が望ましく浸漬時間30分1時間でほぼイオン交換が進行することがわかった。また、無電解ニッケルめっき廃液中に共存する亜リン酸イオンがイオン交換を阻害することが明らかになった。イオン交換阻害を抑制することを目的として、カルシウム化合物添加による亜リン酸イオン除去について検討したところ、ニッケル回収率が向上した。後者のニッケル微粒子好適製造条件探索については、安定的に調製可能な試薬を用いてニッケル担持褐炭を調製し、種々条件下で熱分解およびガス化することにより微粒子製造の好適条件を検討した。ニッケル担持率が高い場合、ニッケル微粒子が合一成長しやすいため、微粒子径が大きくなりやすく、かつ、粒子径分布が幅広くなることがわかった。炭素転化率が高くなるのに伴って微粒子径が著しく大きくなり、担体である炭素が消失すると合一成長しやすいことが確認できた。ニッケル担持率、ガス化温度、ガス化時間を系統的に検討する必要がある。本研究は,未活用資源である褐炭のイオン交換能を利用して廃棄物である無電解ニッケルめっき廃液からニッケルを褐炭中に濃縮し,これをガス化することにより,安価なニッケルろう剤を製造することを目的としている。該研究の実施により,無電解ニッケルめっき廃液からニッケルを褐炭中に濃縮する方法,およびニッケルが濃縮された褐炭からのニッケル回収の好適条件が明らかになった。具体的には,塩基性雰囲気下において,褐炭の質量に対して最大で約20%のニッケルを褐炭中に保持できることが明らかになった。

イオン交換された褐炭からのニッケル回収について,水蒸気ガス化では反応後期にわずかに未燃分が残り,このことによって,回収されるニッケルが微粒子となること,また,残存未燃分を完全に除去するために燃焼する必要が生じるが,その過程における顕著な粒子成長がないことがわかった。一方,酸素ガス化では,発熱反応であるためにヒートスポットが生じ,粒子同士が互いに凝集・溶融し,比較的大きな粒子となることが明らかになった。本実験条件範囲においては,水蒸気ガス化温度750°C程度,担持率5%程度が好適であった。また,種々条件下で処理した微粒子のSEM観察の結果から,ニッケル担持炭をガス化して得られた酸化ニッケル微粒子が,水素雰囲気下において,800°Cで5分加熱すると完全に溶融することが確認された。実際にステンレス基板間に得られた酸化ニッケル微粒子を塗布して水素雰囲気下で加熱処理したところ,ステンレス基板同士が接着されることを確認した。化学工学,反応工学ニッケル微粒子製造のための好適条件の探索については、平成25年度までにほぼ終了しており、無電解ニッケルめっき廃液から褐炭にニッケルを濃縮する方法、および褐炭に濃縮したニッケルをニッケル酸化物として回収する方法についての一連のプロセスがほぼ決定した。拡散接合については、試料の物性測定が難航していたため、実際に接合するにはいたっていない。しかしながら、昨年度末に、基材上に静置した試料を基材ごと加熱する方法により、粒子としての融点を測定する方法が確立できたので、平成26年度は、回収試料の物性評価を実施するとともに、接合実験に取り組む。平成24年度の研究実施計画は大きく2つの課題であった。このうち、無電解ニッケルめっき廃液から褐炭を用いてニッケルを回収する技術の開発については、回収可能であることを明らかにするとともに、おおよその最適条件が明らかになった。また、検討過程において発生したイオン交換阻害の影響についても、その抑制方法を明らかにした。効率等を検討するうえで、もう少し細部のデータをまとめる必要があるが、概ね目標は達成できたものと考える。また、ニッケル微粒子製造好適条件の探索については、生成した微粒子径に対するニッケル担持濃度、ガス化温度、およびガス化時間それぞれが及ぼす影響についてその傾向が確認できた。その基礎データを基に、平成25年度は系統的な検討に入ることができる。平成26年度は、平成25年度に引き続いて拡散接合実験を実施する。まず、拡散接合のための基礎物性を把握することを目的として、各種試料の溶融挙動を観察する。金属試験片上に、ニッケル微粒子を塗布したものを、加熱し、実験後試料の状態を走査型電子顕微鏡で観察することにより、溶融挙動を検討し、拡散接合に適した反応条件を模索する。検討因子は、雰囲気ガス種、加熱温度、加熱時間とする。また、拡散接合実験は、基礎実験に基づいて設定された実験条件について実施する。接合実験結果については、接合試験片の接合部分の電子顕微鏡観察および化学組成分析(FE-SEM/EDX)により評価する。接合実験結果と、平成25年度実施のニッケル微粒子製造好適条件探索の結果を総合的に判断し、ニッケルろう剤を目的としたニッケル微粒子最適製造条件を決定する。特に、着目するポイントとしては、粒子径分布と化学組成が接合に及ぼす影響である。併せて、平成25年度に得られた試料の電子顕微鏡画像を解析することにより微粒子成長モデルの構築を行う。
極低温低角度回転蒸着法による遺伝子転写過程の動的イメージング

転写複合体の形成は情報伝達系の究極であり、また分子が分子を認識して機能する典型である。このような分子認識過程では構造が極めて重要な役割をはたす。したがって、それらの構造解析は転写を理解するうえで必須である。我々は低角度回転蒸着法を改良して転写複合体の直接観察を試みた。本研究の推進により遺伝子の転写や組み変えといった生命の重要現象が一部ではあるが動的形態変化として捉えられるようになった。本年度は次の二点について研究を行った。(1)CREBとソマトスタチン遺伝子プロモーター領域との結合を三次元的に明らかにした。すなわち、CREBは二量体として機能するが、ロイシンジッパー部分を向き合うように二量体が形成される。これら二量体によって形成されるクレバスの間にDNAを挟み転写因子としての機能を果たすことになる。しかし、多くの観察結果から、ただ挟むだけでなく、捻っていることが考察される。DNAに捻りと屈曲を与えることにより転写開始を増強していることが形態的に予測された。(2)大腸菌のDNAとポリメラーゼの結合を明らかにした。ポリメラーゼは生化学的にβ,β',α,α,δの四つのサブユニットからなることが生化学的に明かとなっている。分子量の違いを基準としてa,b割り当てると二つのαサブユットの上にβとβ'のサブユニットが向かい合って被さった構造となることが明かとなった。この際β,β'とα,αとの間には大きなチャンネルが形成される。そしてこのチャンネルにDNAが挟まれることが形態的に示された。一方δ因子の構造は明らかにできなかったが、δ因子がDNAプロモーター部を認識する機能があること、およびこの因子を外したコア酵素の構造との比較から、α,β間に存在する大きなチャンネルにDNAと共に存在するものと思われる。
日本語のモーラと音節構造に関する総合的研究

(1)強勢とアクセントの理論研究において、パラメータの指定に関する方式を新たに考案し、理論的進展を見た。(2)外国語からの借用の際に、どの母音を挿入するかに関する検討を組織的に行い、不完全指定理論(Theory of Underspecification)に基づき、/u/を日本語の中立母音とすべきであるということを明らかにした。(3)音声ハイエラーキーと調音可能性の度合いに関する研究を行い、音声ハイエラーキーに基づく日本語の音節構造を提示し、調音可能性の度合いを確かめるための実験を行い、興味ある成果を得た。(4)日本語音声の知覚上の分布のメカニズムを明からにするために、ターゲット・モニタリング・タスクに代わる新たな実験方法により、日本語のCVQとCVNの音節を語頭に含む3種類の単語の知覚上の分節点を決定する実験を行い、モーラと音節の2つの単位が共存する可能性を明らかにした。(5)日本語における成人と幼児のいい誤りの特徴について検討し、いずれの場合にも、交換される要素そのものの性質よりも隣接する音節、あるいはモーラの環境の方が深く関わっていることを明らかにした。(6)子供の尻取りに関する実験を行い、その結果に基づいて、日本語に特徴的とされる「モーラ」という韻律単位が、言語発達の段階でどのように獲得されるかを考察した。(7)子供の尻取りに関して、その単語を仮名文字で読んだり書いたりしたことがあるかないかが、分節に影響を与えることが明らかになった。(8)日本語のモーラと音節の構造の諸相が詳細にわたって明らかにされた。
幾何学的手法を基軸とした三次元多様体の研究とその広がり

片桐ははリーマン計量全体の中の臨界リーマン計量に関して研究を行った.山下は2元生成メビウス変換群と3次元双曲幾何学との関連について研究を行った。小林は三次元多様体のHeegaard分解,写像類群を利用した流体の混合に関する研究を行った.これらに関して例えば,高いHempel距離を持つHeegaard分解を許容する三次元多様体を境界で貼りあわせて得られる三次元多様体の既約なHeegaard分解は必ずこれらのHeegaard分解の融合(amalgamation)になっていることが分かった,等の結果が得られた.片桐ははリーマン計量全体の中の臨界リーマン計量に関して研究を行った.山下は2元生成メビウス変換群と3次元双曲幾何学との関連について研究を行った。小林は三次元多様体のHeegaard分解,写像類群を利用した流体の混合に関する研究を行った.これらに関して例えば,高いHempel距離を持つHeegaard分解を許容する三次元多様体を境界で貼りあわせて得られる三次元多様体の既約なHeegaard分解は必ずこれらのHeegaard分解の融合(amalgamation)になっていることが分かった,等の結果が得られた.片桐ははリーマン計量全体の中の臨界リーマン計量に関して研究を行った..山下は2元生成メビウス変換群と3次元双曲幾何学との関連について研究を行った。小林は三次元多様体のHeegaard分解,写像類群を利用した流体の混合に関する研究を行った.これらに関して次の結果が得られた.・2元生成メビウス変換群が「type preserving」という性質をみたす場合の性質を明らかにした.この条件をみたさない場合についてさらに研究を行うための計算機実験も行った。・高いHempel距離を持つHeegaard分解を許容する三次元多様体を境界で貼りあわせて得られる三次元多様体の既約なHeegaard分解は必ず上記の高いHempel距離を持つHeegaard分解の融合(amalgamation)になっていることを示した.これはこのような多様体のHeegaard分解には強い剛体性が成り立つことを示すものである.・任意の三次元多様Mが与えられたとき,その単体分割の3単体の個数に対して,ある定数Cで次の条件を満たすものが存在することを示した.Mの任意の種数がC以上のHeegaard分解のHempel距離は2以下である.この事実はSchleimerによって既に知られていたものであるが,本研究では,このCの値の評価を大幅に改良することに成功している.・結び目のトンネル数が連結和で退化するとき,元のトンネルの和集合で与えられるトンネルが定めるHeegaard分解がdestabilizeできる必要十分条件を与えた.さらに具体的な例でそのようなdestabilizationが実際におきているものがあることを示した.このような現象は今回始めて明らかになったものである.片桐ははリーマン計量全体の中の臨界リーマン計量に関して研究を行った.山下は2元生成メビウス変換群と3次元双曲幾何学との関連について研究を行った。小林は三次元多様体のHeegaard分解に関する研究を行った,これらに関して次の結果が得られた.・片桐は,リーマン計量の接空間の直交分解とリーマン汎関数の臨界点についての関係について結果を得た.結果は現在論文としてまとめており,公表予定である.
微細磁性体配列のスピン検出走査電顕による研究

1.Ni(110)単結晶に対して、スピン偏極電子線を用いたNi2p_<2/3>およびNi2p_<1/2>SXAPSの測定を行った。軟X線強度をパルスカウント法で計測したので、ΔE=0.13eVの高分解能のスペクトルを得ることができた。スペクトル解析により、APSスペクトルは空の状態密度だけに依存するわけではなく、内殻ホールのできる確率を考慮に入れなければいけないことがわかった。このことは特にNi2p_<1/2>スペクトルでは顕著である。2.微細磁性体配列は、通常の走査電子顕微鏡を使用し、電子線リソグラフィー技術によって作成を試みている。これまでに、レジストの加工条件を決定した。3.自作した小型スピン偏極度検出器を使用し、マグネタイト(110)単結晶表面から放出される2次電子のスピン偏極度を測定した。観測されたスピン偏極度は約10%であった。これは鉄と酸素の全価電子の平均スピン偏極度と一致する。
態度・習慣領域評価による医学部入学者選抜の妥当性に関する長期間継続的追跡調査研究

本研究の目的は,AO(態度・習慣領域評価)方式,教科型(英語・数学)方式,問題解決能力試験(KMSAT)方式による入学者の,入学後における動向を長期間にわたって継続的に追跡調査・解析することを通して,平成15年度から開始したAO方式による入学者選抜の妥当性について詳細に検証することである。そこで,本年度は,平成15年度入学者が平成21年3月に,6年間の全課程を修了したので,平成15年度全入学者90名を対象として,全履修科目成績,学生間ピア・レヴユーによる態度・習慣領域評価スコア,共用試験(OSCE, CBT)成績,医師国家試験合格率を,各選抜方式による入学者群で比較・解析した。その結果,学生間ピア・レヴユーによる態度・習慣領域評価では,ほとんどすべての評価項目においてAO方式による入学者のスコアが有意に高く,また,13年次および5・6年次の全履修科目およびOSCE(4年次末)の成績は,AO方式による入学者群において有意に良好であった。さらに,教科型方式とKMSAT方式による一般選抜群には6年間の過程において数名の留年者が出現するのに封して,AO方式による入学者にはそのようなケースはほとんど認められなかった。以上のように,AO方式による入学者の入学後における動向が,他の2方式による入学者の動向を凌駕していることから,長時間をかけた態度・習慣領域評価による入学者選抜の有効性が強く示唆された。なお,14年次の研究結果は学術論文として,「大学入試研究ジャーナル」(2007年第No.18)等においてすでに公表した。しかし,医師国家試験の合否は平成21年3月末に判明するため,平成15年度全入学者の入学後6年間の動向に関する本年度における研究成果については,平成21年度4月以降に公表せざるを得ない。現在は,その研究成果の「医学教育」への投稿を準備している段階である。本研究の目的は、AO(態度・習慣領域評価)方式、教科型(英語・数学)方式、問題解決能力試験(KMSAT)方式による入学者の、入学後における動向を長期間にわたって継続的に追跡調査・解析することを通して、平成15年度から開始した態度・習慣領域評価による入学者選抜の妥当性について詳細に検証することである。そこで、本年度は、平成15年度入学者が平成19年3月に、共用試験が課せられる4年次までの全課程を修了したので、平成15年度全入学者90名を対象として、14年次の全履修科目成績、2年次および4年次修了段階における学生間ピア・レヴユーによる態度・習慣領域評価スコア、共用試験(OSCE、CBT)成績を、AO、教科型、KMSATの各選抜方式による入学者間で比較・解析した。その結果、学生間ピア・レヴューによる態度・習慣領域評価では、ほとんどすべての評価項目においてAO(態度・習慣領域評価)方式による入学者のスコアが有意に高く、このスコアと選抜時態度評価スコアとの間に正の直線回帰が認められた。また、14年次の全履修科目およびOSCEの成績は、AO(態度・習慣領域評価)方式による入学者群において有意に良好であった。さらに、教科型方式とKMSAT方式による一般選抜群には14年次の過程において数名の留年者が出現するのに対して、AO(態度・習慣領域評価)方式による入学者にはそのようなケースはまったく認められなかった。以上のように、AO(態度・習慣領域評価)方式による入学者の入学後における動向が、他の2方式による入学者の動向を凌駕していることから、長時間をかけた態度・習慣領域評価による入学者選抜の有効性が強く示唆された。なお、本研究結果は学術論文として、大学入試研究ジャーナル(2007年第No.18)において公表した。
fusarium oxysporum における交配不完全性と病原性分化の関係

昨年度取得した交配不完全性(asexual)な子のう菌Fusariumoxysporumの交配遺伝子(MAT)領域の構造をheterothallicな(正常な交配能を有する)近縁種Gibberella fujikuroiと比較した。その結果、両種のidiomorph上には相同の遺伝子(MAT1-1-1,MAT1-1-2,MAT1-1-3;MAT1-2-1)がコードされており、塩基配列の相同性も高いことが明らかとなった。さらに、F.oxysporumのすべてのMATの発現がRT-PCRにより確認された。一方、Alternaria alternataの両idiomorph上にはそれぞれ一つづつの(MAT1-1-1;MAT1-2-1)の遺伝子がコードされていた。両idiomorphwo含むMAT領域をA.alternataからそれぞれクローン化し、heterothallicなCochliobolus heterostrophusの正常な交配型遺伝子を除去した株(ChMAT-0)に導入してヘテロロガスを発現させた。A.alternataのMAt領域を導入した株(ChMAT-0{AaMAT1-1-1}およびChMAT-0{AaMAT1-2-1})は、それぞれ、C.heterostrophusの交配テスターとの間で交配し、完全世代を形成した。また、ChMAT-0{AaMAT1-1-1}×ChMAT-0{AaMAT1-2-1}の交配でも子嚢殻の形成が確認された。この結果により、asexualなA.alternataのMAtの機能性には問題がないことが示された。以上の二種のasexualな子のう菌に関する結果は、両種がasexualdearu原因がMATの機能不全ではなく、MAT領域以外にあることを強く示唆した。子のう菌の交配型遺伝子MAT-2に存在するDNA結合部位の高い保存性に基づく交配型遺伝子取得法(Arieら,1997)により、交配不完全性なFusarium oxysporumおよびAlternaria alternataから交配型遺伝子と考えられるそれぞれ一組の断片を取得した。これらはF.oxysporumで約4.6kbと3.8kb、A.alternataで約1.9kbと2.2kbで、それぞれ既知の交配型遺伝子に存在する保存配列α・boxあるいはHMG-boxを持ち、共通配列に挾まれて存在していた。このためそれぞれはidiomorphと考えられ、α-boxを含むものをMAT-1、HMG.boxを含むものをMAT-2とした。Aalternata数株およびF.oxysporum各分化型について染色体サザン解折とPCRを行った結果、供試した菌株はどれもMAT-1もしくはMAT-2の一方を保持し、同時に両方を持つものは見出されなかった。この結果を踏まえ、F.oxysporum各菌株の交配型(MAT-1またはMAT-2のをそれぞれプライマーFα1+Fα2、FHMG11+FHMG12を用いたPCRにより識別する手法を確立した。この識別法により世界各地由来のトマト萎凋病菌(F.oxysporumf.sp.lycopersici)の交配型を検定した結果、全株がMAT-1であった。一方、多くのF.oxysporum菌株のエンドポリガラクツロナーゼコード遺伝子の塩基配列を元に系統樹を描いたところ、その中ですべてのf.sp.lycopersici菌株はクラスターを形成した。以上のことから、トマト萎凋病菌は、トマトに対する病原性を獲得した後に、asexualな増殖を繰り返し、世界的に拡大したことが示唆された。今後は、取得した交配型遺伝子について近縁で有性生殖能を持つ菌の交配型遺伝子と比較し、欠損や挿入などの遺伝子の構造の差の解析、ヘテロロガス発現等の方法で機能性の調査、両遺伝子の発現の調査を行い、交配型遺伝子が交配不完全性に関与している可能性について検討する。

昨年度取得した交配不完全性(asexual)な子のう菌Fusariumoxysporumの交配遺伝子(MAT)領域の構造をheterothallicな(正常な交配能を有する)近縁種Gibberlla fujikuroiと比較した。その結果、両種のidiomorph上には相同の遺伝子(MAT1-1-1,MAT1-1-2,MAT1-1-3,MAT1-2-1)がコードされており、塩基配列の相同性も高いことが明かとなった。さらに、F.oxysporumの全てのMATの発現がRT-PCRにより確認された。一方、A1ternaria alternataの両idiomorph上にはそれぞれ一つづつの(MAT1-1-1 ; MAT1-2-1)の遺伝子がコ-ドされていた。両idiomorphを含むMAT領域をA.a1ternataからそれぞれクローン化し、heterothallicなCochliobolus heterostrophusの正常な交配型遺伝子を除去した株(ChMAT-0)に導入してヘテロロガス発現させた。A.alternataのMAT領域を導入した株(ChMAT-0{AaMAT1-1-1}およびびChMAT-0{AaMAT1-2-1})は、それぞれ、C.heterostrophusの交配テスターとの間で交配し、完全世代を形成した。また、ChMAT-0{AaMAT1-1-1}×ChMAT-0{AaMAT1-2-1}の交配でも子嚢殻の形成が確認された。この結果により、asexualなA.a1ternataのMATの機能性には問題はないことが示された。以上の二種のasexualな子のう菌に関する結果は、両種がasexualである原因がMATの機能不全ではなく、MAT領域以外にあることを強く示唆した。
超高速精密位置決めテーブルの構造と制御

本研究では,工作機械の重要な構成要素であるテーブルシステムを対象として,その高精度化及び高速化を実現するため,従来等閑視されてきたテーブルと送り駆動系の結合部に着目し,その特性とテーブルの運動特性との関係について実験と解析の両面から検討を行った.具体的には,特性可変機能を具備するテーブルー駆動系の結合部構造を新たに提示し,ボールねじ駆動による空気静圧案内方式のテーブルシステムに実際に組込むことによって,テーブルの超高速位置決め動作時におけるテーブルー駆動系の結合部特性とテーブルの位置決め精度及び運動精度の評価を行った.さらに,結合部特性を十分に考慮した詳細なテーブルシステムのモデルを提示し,シミュレーションにより各構成要素の特性とテーブルシステムの総合的な性能との関係について詳細な検討を行った.その結果,以下のような成果が得られた.(1)テーブルの高速微小位置決め時に,ボールねじナットに発生する回転トルクによりテーブルにその送り方向と垂直な方向の複雑な変位が生じ,その挙動がテーブルー駆動系の結合部剛性に依存することを実験により明らかにした.(2)クローズドループ制御方式のテーブルシステムの場合,テーブルー駆動系結合部の送り方向と垂直な方向の剛性を増大させることにより,テーブル位置決め動作の高速化が可能であることを実験により明らかにした.(3)結合部特性を考慮したテーブルシステムのモデル化により,テーブルの位置決め動作時における複雑な運動挙動の定性的傾向をシミュレーションにより得ることが可能であることを明らかにした.(4)シミュレーションにより,テーブルー駆動系の結合部剛性には最適値が存在し,特に,送り方向と垂直な方向の最適剛性はテーブルの案内剛性と一致することを明かにした.(5)シミュレーションにより,テーブルの位置決め動作の高速化には送り駆動系の高剛性化が最も有効であることを明らかにした.本研究では,工作機械の重要な構成要素であるテーブルシステムを対象として,その高精度化及び高速化を実現するため,従来等閑視されてきたテーブルと送り駆動系の結合部に着目し,その特性とテーブルの運動特性との関係について実験と解析の両面から検討を行った.具体的には,特性可変機能を具備するテーブルー駆動系の結合部構造を新たに提示し,ボールねじ駆動による空気静圧案内方式のテーブルシステムに実際に組込むことによって,テーブルの超高速位置決め動作時におけるテーブルー駆動系の結合部特性とテーブルの位置決め精度及び運動精度の評価を行った.さらに,結合部特性を十分に考慮した詳細なテーブルシステムのモデルを提示し,シミュレーションにより各構成要素の特性とテーブルシステムの総合的な性能との関係について詳細な検討を行った.その結果,以下のような成果が得られた.(1)テーブルの高速微小位置決め時に,ボールねじナットに発生する回転トルクによりテーブルにその送り方向と垂直な方向の複雑な変位が生じ,その挙動がテーブルー駆動系の結合部剛性に依存することを実験により明らかにした.(2)クローズドループ制御方式のテーブルシステムの場合,テーブルー駆動系結合部の送り方向と垂直な方向の剛性を増大させることにより,テーブル位置決め動作の高速化が可能であることを実験により明らかにした.(3)結合部特性を考慮したテーブルシステムのモデル化により,テーブルの位置決め動作時における複雑な運動挙動の定性的傾向をシミュレーションにより得ることが可能であることを明らかにした.(4)シミュレーションにより,テーブルー駆動系の結合部剛性には最適値が存在し,特に,送り方向と垂直な方向の最適剛性はテーブルの案内剛性と一致することを明かにした.(5)シミュレーションにより,テーブルの位置決め動作の高速化には送り駆動系の高剛性化が最も有効であることを明らかにした.
米国のSTEM教育調査及びそれを踏まえた我が国の理数教育の在り方の考察(その2)

○研究の目的米国における理数教育、特にブッシュ政権以来米国政府が力を入れてきたSTEM(科学・技術・工学・数学)教育の実態を把握するとともに、我が国の理数教育と比較することにより有益な示唆を得ることを目的とした。第2回である今回は、特にオバマ政権の成果とトランプ政権の姿勢を中心に把握し、その効果や評価を行うことを目指した。○研究の方法米国の理数教育の実態把握のため、米国科学教師協会(NSTA)、米国補助STEMスクールコンソーシアム(NCSSS)、マグネットスクール・オブ・アメリカ、スタンフォード大学、バークレー大学、カリフォルニア州教育省、make school等の関係者からの意見聴取を行った。また、我が国の状況とも比較するため、科学技術振興機構のスーパーサイエンスハイスクール(SSH)の担当者から情報入手するとともに、我が国においてSTEM教育研究を行う静岡大学等の専門家との意見交換を行った。○研究の成果現地で訪問した機関から、米国の状況や各機関の姿勢について意見聴取ができたほか、訪問できなかった機関からも貴重な情報が得られた。その結果、1米国では州や郡(county)レベルでの教育が中心ではあるが、全米での自主的な連携システムや大学で作成される教材の利用等により、米国全体としてのSTEM教育が推進。2STEM教育については明確な定義が存在。3オバマ政権の政策はうまくいかなかった部分もあるが、全体としてはSTEM教員の数は増加。4トランプ大統領はあまりSTEM教育に関心は示していないが、STEM教育に興味ある議員や関連団体等によるロビイング活動は活発に実施。5芸術も含めSTEAMという用語が用いられ始め、カリキュラム内や課外学習等より広範なSTEM教育が実施。等の現状が把握できた。ただ、STEM教育には米国に特別な背景もあり、日本での教育に反映する場合には、教育システムを含む日本の制度や文化・習慣を踏まえた上で、適切な加工・利用が必要であることを認識できた。
アリストテレスの政治思想の歴史的体系的研究

本年度は、本研究の最終年度にあたり、研究全体の完成を目指した。すなわち、すでに論文として成立した研究成果、「アリストテレスの奴隷論-その正当化の論理と超克の可能性」(『思想』893号)、「アリストテレスの『政治学』における市民と国制の概念」(『聖心女子大学論叢』93号)、「アリストテレス『政治学』における中間の国制」(『思想』920号)に加え、「アリストテレスの経済思想」に関して研究をまとめ、これによって、本研究の完結を目指した。その結果は、「経済と倫理-アリストテレスの経済思想」(『思想』962号)として完成した。アリストテレスは経済活動に本来的活動と非本来的活動の別を認め、前者は人間に生を可能にする不可欠条件として容認したが、後者はこの条件を逸脱し富の蓄積自体を自己目的化するものとして、断罪した。西欧近代の経済思想においては、この区別が放棄された結果、富の無際限の自己増殖が起こり、それによる人間の頽廃と地球環境の破壊が現在人類を脅かしている。このことを顧みれば、富はあくまでも「善き生のために」という倫理的制約の下にある、というアリストテレスの思想は、今、真剣に考慮されなければならないだろう。以上により、本研究は所期の目的を達成した。本年度、私は研究をデモクラシーの問題に集中した。先ず、五月の日本哲学会のシンポジウム「正義と公共性」で私は司会者を務めたが、全体の論議を「公共性とはなにか」という問題に収斂した。公共性とは、常に支配権力の意向を反映するものだが、それ故に時代とともに変遷し、現代では民衆一般の意向を表すものと考えられている。デモクラシーはこの意味での公共性に支えられて成立するが、しかし、今や、NGOに見られるように、公共性は国境を越えて広がる状況に入ったが故に、デモクラシーとして国家もまた一国規模では完結しえないであろう。七月には、『人間会議』第二巻に「現代政治にもの申す」というエッセーを書いたが、その中で私は、デモクラシーの基礎としての公共的理性は教育によって一般民衆の中に育成されねばならぬものであり、この理性を身につけた民衆の一人一人が、自律的な生き方を確立し、国家のあり方に責任をとる意識をもったとき、真に「善き国家」が成立する、と論じた。八月には、エルサレムで一週間にわたり国際プラトン学会が開催され、プラトンの『法律』が討議の主題となった。私はこの会議に参加し、九月の日本ギリシア哲学会でその要点を報告した。プラトンは晩年には人間の自律能力に絶望し、人間の暴力と欲望を制御するには法律による厳しい規制による他はない、と考えたようだ。だから、ここで構想されている国制はデモクラシーではなく、哲学者による絶対王制である。次いで、十一月の哲学会のシンポジウム「哲学は社会め変革に寄与しうるか」では、私は提題者として「最善の国制」について論じたが、それはアリストテレスの言う「中間の国制」、現代人の言う「デモクラシー」である。この国制は、少数の知的・倫理的エリートに支配権力を委ねる体制ではなく、平凡な多くの人々の同意に基づく体制である。この体制において人間の自由と平等が実現される。しかし、デモクラシーにおいても杜会の階層的構造はなくならない。豊かな者と貧しい者、優れた者と劣った者、との差異をどうして克服できるだろうか。二〇〇二年の四月には、京都フォーラムで「デモクラシーと幸福」という論題のもとに国際会議が開催される。私はそこでこの社会の階層的構造の問題をとりあげ、人間の幸福をどこに見定めるべきかを論ずる予定である。本年度は、四月の京都フォーラムでの研究発表から研究活動を開始した。その要点は以下の通りである。デモクラシーは人間の自由と平等を実現するための最善の政治形態であるが、しかし、人間(共同体、国家)には能力差があるため、社会の階層的構造の生成を決して免れえない。アリストテレスは、この階層的構造を端的に容認し、一定の知的・道徳的水準以上の人間にデモクラシーを実現する可能性を認めたが、知的・道徳的霧者の立場に身をおいて考えれば、そうは行かない。

ここに、現代世界における多文化共存の根本問題がある。この問題に対処する方向は、ロールズが意図したように、自由な自己実現(能力主義)を容認しつつ、勝れた者の能力は自分のためのものではなく、社会(地球)全体のためのものである、という観点によって、制御されるべきである、というものであろう。この研究発表以後の研究は、アリストテレスの政治思想のうち主として経済,思想の解明に集中した。かれは経済活動に本来的活動と非本来的活動の別を認め、前者は人間に自足的生活を可能にするもの、と容認し、後者は自足的生活を逸脱して富の蓄積自体を自己目的化するもの、と断罪した。西欧近代の経済思想においては、この区別が放棄された結果、環境破壊をも含めて現在の世界的な経済状況の混乱が生まれた、と言えるだろう。このことを顧みれば、アリストテレスの経済,思想の本質を再検討することは、現在、非常に重要な課題である、と思われる。次年度においては、この研究結果を論文にまとめ、さらに、残された部分としての教育,思想、また、安定した政体が崩壊してゆく原因についての分析、をまとめ、三年間にわたるアリストテレス政治思想の研究を完結に導くつもりである。本年度は、本研究の最終年度にあたり、研究全体の完成を目指した。すなわち、すでに論文として成立した研究成果、「アリストテレスの奴隷論-その正当化の論理と超克の可能性」(『思想』893号)、「アリストテレスの『政治学』における市民と国制の概念」(『聖心女子大学論叢』93号)、「アリストテレス『政治学』における中間の国制」(『思想』920号)に加え、「アリストテレスの経済思想」に関して研究をまとめ、これによって、本研究の完結を目指した。その結果は、「経済と倫理-アリストテレスの経済思想」(『思想』2004年6月号掲載予定)として完成した。アリストテレスは経済活動に本来的活動と非本来的活動の別を認め、前者は人間に生を可能にする不可欠条件としてこれを容認したが、後者はこの条件を逸脱し富の蓄積自体を自己目的化するものとして、断罪した。西欧近代の経済思想においては、この区別が放棄された結果、富の無際限の自己増殖が起こり、それによる人間の倫理的頽廃と地球環境の破壊が現在人類を脅かしている。このことを顧みれば、富はあくまでも「善き生のために」という倫理的制約のもとに追求されねばならない、というアリストテレスの思想は、今、真剣に考慮されなければならないだろう。以上により、本研究は所期の目的を達成した。
カオスによる輸送現象の研究

本研究は、カオスや乱流が存在するとき散逸構造の下ではどのような物理過程が存在しているかという問題、すなわち、エネルギー散逸,熱の発生,エントロピー生成などの熱統計力学的なrealisticな輸送現象としての側面から力学系を見るための基礎となる研究である。具体的には、カオスや乱流を表わす非線形決定論的方程式に射影演算子法を適用して、揺動力を含む線形確率方程式を導き出し、その揺動力の時間相関関数から輸送係数を得るという手法を用いた。数値シュミレーションを通して、所謂カオス輪送現象と呼ばれる現象の存在を明らかにし、それに伴う輸送係数を具体的に求めその物理的な意味の解明を目指した。先ず、典型的なカオスを示す散逸力学系、特に周期外力のかかった系としてはもっとも簡単なカオス系であるDuffing系と保存力学系カオスのある種の典型例であるHenon-Heiles系に射影演算子法を適用し記憶関数を求めた。更に、Fourier-Laplace変換により記憶関数スペクトルの形でカオス摩擦係数を取り出すことを試み、一応の成果を得た。次に力学系の実変数のパワースペクトルで見られるカオスによるピーク構造をこの記憶関数スペクトルで解釈できるかどうか研究を進めた結果、大局的には「カオスによるピークは非対称Lorentzianの重ね合わせで表現できる」こと、そして「そのピーク構造は近似的ではあるが記憶関数スペクトルと一定の関係がある」ことを明らかにした。しかし、ここで得られた関係式は取り扱う系の非線形性により異なるため残念ながらそこに普遍性を見出す事はできなかった。研究計画ではこれらの量のカオス分岐による変化やここで取り扱った系以外の様々な典型的な系に対して同手法を適用し、系に依存しない普遍性を見いだす予定だったが、それは今後の課題として残った。本研究は、カオスや乱流が存在するとき、散逸構造の下ではどのような物理過程が存在しているのかという問題、すなわち、エネルギー散逸,熱の発生,エントロピー生成などの熱統計力学的なrealisticな輸送現象としての側面から力学系を観測する為の基礎となる研究である。具体的にはカオスや乱流を表わす非線形決定論的方程式に射影演算子を適用して、揺動力を含む線形確率方程式を導出する。そこではカオスによるランダムな揺らぎを表す揺動力と記憶を表す記憶関数が定義される。カオス摩擦係数などの輸送係数は、揺動力の時間相関関数より得られる。カオスや乱流の数値シュミレーションを通してカオス輸送現象の存在を明らかにし、それに伴う輸送係数を具体的に求め、その物理的な意味を解明するというのがこの研究の目的であるが、初年度の今年は、典型的な散逸力学系、特に周期外力のかかった系としてはもっとも簡単なカオス系であるDuffing系を研究対象として解析を行った。揺動力の時間発展は非線形演算子によるため直接計算することができないが、非線形力を定義するとその時間発展は直接計算できる。この非線形力と揺動力との関係からカオス誘導摩擦係数の導出を試みた。非線形力の時間相関関数を2つの減衰振動の重ね合わせで表わすことで近似的に求めることはできたが、理論と数値実験との一致は良くなかった。そこで、周期振動する外力による成分とカオス的なランダム振動を区別せずに観測していることに問題があるのではないかと推測し、外力の影響を排除する変数変換を施してカオス振動成分のみを取り出す試みを行った。これにより修正された非線形力と揺動力との関係式からマクロな変数の時間相関関数を非線形力の時間相関から再現できることがわかった。これらの結果は2005年1月の国際学会で発表し、現在、論文にまとめているところである。

本研究は、カオスや乱流が存在するとき、散逸構造の下ではどのような物理過程が存在しているのかという問題、すなわち、エネルギー散逸,熱の発生,エントロピー生成などの熱統計力学的なrealisticな輸送現象としての側面から力学系を観測する為の基礎となる研究である。具体的にはカオスや乱流を表わす非線形決定論的方程式に射影演算子を適用して、揺動力を含む線形確率方程式を導出する。そこではカオスによるランダムな揺らぎを表す揺動力と記憶を表す記憶関数が定義される。そして、カオス摩擦係数などの輸送係数は、揺動力の時間相関関数より得られる。カオスや乱流の数値シミュレーションを通してカオス輸送現象の存在を明らかにし、それに伴う輸送係数を具体的に求め、その物理的な意味を解明するというのがこの研究の目的であるが、現在のところ典型的なカオス力学系であるDuffing系(非自律散逸系),エノン-ハイレス系(保存力学系),レスラー系とローレンツ系(自律散逸系)を研究対象として解析を行っている。特に第一段階として周期外力のかかった系としてはもっとも簡単なカオス系であるDuffing系に関してこの手法のプロトタイプを作ることを試みている。理論的には、ここで定義された揺動力の時間発展は非線形的な発展をするため直接計算することができないため、時間発展が直接計算できる非線形力を新たに定義する。非線形力の時間相関関数と記憶関数との関係からカオス誘導摩擦係数を導出することができる。まだ論文にはなっていないが、この一年の成果として、我々の定義した非線形力の時間相関関数とマクロな運動を表わす振動数行列によりマクロな力学変数の持つ時間相関の構造を厳密に記述することができる事がわかってきた。そして、カオス摩擦係数などの輸送係数は、揺動力の時間相関関数より得られる.カナスや乱流の数値シュミレーションを通してカオス輸送現象の存在を明らかにし、それに伴う輸送係数を具体的に求め、その物理的な意味を解明するというのがこの研究の目的であるが、現在のところ典型的なカオス力学系であるDuffing系(非自律散逸系),エノン-ハイレス系(保存力学系),レスラー系とローレンツ系(自律散逸系、を研究対象として解析を行っている。理論的には、揺動力の非線形的な時間発展を直接計算する代わりに、時間発展が直接計算できる非線形力を新たに定義し、その時間相関関数と記憶関数との関係からカオス誘導摩擦係数を導出することができる。この非線形力の時間相関関数と振動数行列によりマクロな力学変数の持つ時間相関関数の構造を厳密に記述することができる事を見いだして、Duffing系,エノン-ハイレス系に関しては学会発表等で報告してきた。また、エノン-ハイレス系に関しては論文でも報告した。
人工知能の深層学習による短期降雨予測への挑戦

本研究は、人工神経回路網(Artificial Neural Network; ANN)の深層学習(Deep Learning)アルゴリズムを活用して気温、気圧、水蒸気量などの気象因子情報を縮約し、その特徴を結びつけることにより、大流域を対象として数時間から数日先までの降雨予測が可能な新たな概念の短期降雨予測モデルを作成することである。さらに、深層学習を活用したモデルの作成に止まらず、様々な形の深層学習構造と入力の組み合わせを用いて学習アルゴリズムの特徴を調べることにより、定量的な値として出力が要求される工学計算分野でのANNの活用性を広げることである。研究2年目の平成30年度では、本研究で開発した都市域豪雨発生予測モデルを改良して予測精度を向上することに集中した。そのために、まず入力データとして活用した降水量、気温、日射量、風速、風向の5つの気象変数の予測精度への影響を分析した。分析結果、降水量以外の変数を入力から外しても予測精度に多くの影響を渡さないことを分かった。しかし、2変数以上の情報を外すと有意義で精度が低下することを確認した。また、入力情報となる観測地点を8地点から16地点まで徐々に増やしても予測精度は大きく変わらなかった。しかし、元の8地点を外して入力データを作成すると顕著に精度が下がることが分かった。これにより、モデルに必要な最低限の入力情報と観測地点を把握することができた。また、機械学習のSuper Resolution(超解像度)アルゴリズムを用いて、低解像度の降水空間情報を高解像度の情報に変換する手法を模索した。検討の結果、CNNに基づいた超解像度アルゴリズムは降水情報のダウンスケーリングのみならず降水予測モデルへも応用可能であることを分かった。今年度では、本研究で開発した畳み込みニューラルネットワークによる都市域豪雨発生予測モデルを改良しつつ、対象地域を京都、大阪、東京に広げてモデルの応用性を検討した。入力データに対して気象因子の種類、観測地点の数を変化して、そしてモデルの構造や学習条件も幅広く検討することにより安定的なモデルの作成と応用を成功的に確認することができた。また、超解像度アルゴリズムを新たに導入することにより、低解像度の降水空間情報を高解像度の降水情報としてダウンスケーリングする手法を成功的に開発して、短期降水予測モデルへの応用を模索することができた。来年度は、開発ができたCNN都市域豪雨発生予測モデルを京都、大阪、東京以外の大都市域でも作成・応用し、モデルの応用可能性を高める。また、高解像度GCMおよびRCM出力データを学習データとして活用した超解像度アルゴリズムの短期降雨予測モデルの作成を完了する。今年度検討した60km格子から20km格子へのダウンスケーリング手法を基にして10km格子までのダウンスケーリングを検討しつつ、複数の気象因子を入力データとして活用した短期降雨予測モデルを作成する。本研究は,人工神経回路網(Artificial Neural Network; ANN)の深層学習(Deep Learning)アルゴリズムを活用して気温,気圧,水蒸気量などの気象因子情報を縮約し,その特徴を結びつけることにより,大流域を対象として数時間から数日先までの降雨予測が可能な新たな概念の短期降雨予測モデルを作成することである.さらに,深層学習を活用したモデルの作成に止まらず,様々な形の深層学習構造と入力の組み合わせを用いて学習アルゴリズムの特徴を調べることにより,定量的な値として出力が要求される工学計算分野でのANNの活用性を広げることである.研究の初年度である平成29年度の研究では,気象庁のAMeDAS観測情報を用いて都市範囲のレベルで集中豪雨発生を予測できる機械学習によるモデルを作成した.機械学習の中で特に画像認識の分野で活躍している畳み込みニューラルネットワーク(CNN)の応用を考え、集中豪雨予測モデルを考案した.具体的には,AMeDAS気象観測データの10分ごとの観測値から降水量、気温、日射量、風速、風向の5つの気象変数を使用し,京都周辺から上記の気象変数が得られる8地点を選び出して実験を行った.活用データは2008年から2017年の10年間の観測データの内、豪雨の発生の多い6月から9月のデータを中心に学習と検証を行った.今年度作成した実験モデルでは,実際降った豪雨に対して7割以上予測できたが,降らない場合にも降ると予測する誤差が大く見つかったので,この誤差を減らすための改良を進めている.平成29年度では,基礎的な空間・時間解像度の情報を用いてANNの深層学習アルゴリズム基本設計を行いANNの構造および学習アルゴリズムをテストすることができた.また,以下の分析ポイントに対しても必要な経験と知識を得ることができた.(1)深層の中で行う情報の変換:ANN深層学習アルゴリズムの画期的な面は,関連性がありゆる様々な入力情報を与えればその中で必要な情報だけ取り上げてその特徴を圧縮し,出力との最適な関連性を取り上げる.(2)入力や隠れ層構造による出力の感度:与えられた様々な組み合わせの入力気象因子がどのようなパターンで出力(予測降雨)の精度と関係があるのかを調べて,その理由を気象学の観点から分析する.今年度では、複数の観測地点の時系列変化に対しCNNの応用を考え、降水量に閾値を設定することで近似的な集中豪雨の予測を試した.実験結果からモデル精度の改良は必要であると考えられるが、集中豪雨の発生予測に対してCNNの適用が可能であることが示された.本研究は、人工神経回路網(Artificial Neural Network; ANN)の深層学習(Deep Learning)アルゴリズムを活用して気温、気圧、水蒸気量などの気象因子情報を縮約し、その特徴を結びつけることにより、大流域を対象として数時間から数日先までの降雨予測が可能な新たな概念の短期降雨予測モデルを作成することである。

さらに、深層学習を活用したモデルの作成に止まらず、様々な形の深層学習構造と入力の組み合わせを用いて学習アルゴリズムの特徴を調べることにより、定量的な値として出力が要求される工学計算分野でのANNの活用性を広げることである。研究2年目の平成30年度では、本研究で開発した都市域豪雨発生予測モデルを改良して予測精度を向上することに集中した。そのために、まず入力データとして活用した降水量、気温、日射量、風速、風向の5つの気象変数の予測精度への影響を分析した。分析結果、降水量以外の変数を入力から外しても予測精度に多くの影響を渡さないことを分かった。しかし、2変数以上の情報を外すと有意義で精度が低下することを確認した。また、入力情報となる観測地点を8地点から16地点まで徐々に増やしても予測精度は大きく変わらなかった。しかし、元の8地点を外して入力データを作成すると顕著に精度が下がることが分かった。これにより、モデルに必要な最低限の入力情報と観測地点を把握することができた。また、機械学習のSuper Resolution(超解像度)アルゴリズムを用いて、低解像度の降水空間情報を高解像度の情報に変換する手法を模索した。検討の結果、CNNに基づいた超解像度アルゴリズムは降水情報のダウンスケーリングのみならず降水予測モデルへも応用可能であることを分かった。今年度では、本研究で開発した畳み込みニューラルネットワークによる都市域豪雨発生予測モデルを改良しつつ、対象地域を京都、大阪、東京に広げてモデルの応用性を検討した。入力データに対して気象因子の種類、観測地点の数を変化して、そしてモデルの構造や学習条件も幅広く検討することにより安定的なモデルの作成と応用を成功的に確認することができた。また、超解像度アルゴリズムを新たに導入することにより、低解像度の降水空間情報を高解像度の降水情報としてダウンスケーリングする手法を成功的に開発して、短期降水予測モデルへの応用を模索することができた。平成30年度は高解像度GCMおよびRCM出力データを用いて,以下の学習アルゴリズムをテストして定量的な降雨予測モデルを作成する.・対象地域:利根川流域と淀川流域をそれぞれ含む(180kmX180km)の領域を設定する.この領域は,60km格子の場合は3X3,20km格子の場合は9X9,10km格子の場合は18X18のレベルで,入力情報の空間解像度を上々に細かくして分析を行う.・利用データ:気候変動予測情報創生プログラムで計算された日本領域の気候モデルNHRCM5km現在気候出力を利用する.また,重要分析ポイントとして,深層の中で行う情報の変換および入力や隠れ層構造による出力の感度を気象学の観点から分析する.来年度は、開発ができたCNN都市域豪雨発生予測モデルを京都、大阪、東京以外の大都市域でも作成・応用し、モデルの応用可能性を高める。