hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
計算機支援による材料設計

本年度は研究代表者が組織委員長となって平成2年8月28日から31日まで池袋サンシャイン・シィティで開催された「第1回材料科学・工学へのコンピュ-タの応用」国際会議の総決算と平成4年9月22日から25日までパシフィコ横浜で行なわれる「第2回材料・分子科学・工学へのコンピュ-タの応用」国際会議へ向けての研究の推進が主であった。このため、三重県湯の山保養所で平成3年11月25日から27日まで住込みで徹底的に発表、討論を行なった。また、平成3年12月12日、13日神奈川サイエンス・パ-クにおいて日本MRSとの共催で公開の発表、討論会を行なった。この国際学会は1994年に米国、1996年にフィンランド、19998年にイタリアで開催することが決った。また、平成5年日本MRSと国際MRS委員会主催の先端材料の国際会議、平成5年8月31日より池袋サンシャインで国際シンポジュ-ムを行なうことが内定している。これらの国際会議のコア-をなしているものはまさに本研究グル-プである。これらの国際会議を通じて最近Modellingand Slmulation in Materials Scienceという学術雑誌が英国のInstituteof PhysicsからとComputational Materials Scienceという学術雑誌が発刊されることになった。さらにこの分野の研究を重点領域研究に発展させようという動きがある。エレクトロニクス、バイオテクノロジ-と共に材料は先端材料の三大柱の一つである。技術が行き着くところまで発展した終極において、最後の決め手となるのは材料で、材料が最終的に技術が成功するかどうかの鍵を握っている場合が多い。最近の傾向として金属材料、無機材料、半導体、有機材料というような縦割りの分類ではなく、すべての材料に共通する指針のもとに材料設計が行われる気運になってきている。また、最近の計算機の発展により、第一原理から種々の材料設計の計算も行われ、現象論的デ-タを取入れた材料設計および計算機シミュレ-ションなどがある。本研究では材料全分野の日本の研究者が集まり、緊密な協力のもとに、2月に三河三谷に全員集まり、2泊3日間材料設計に関する研究連絡、討論を行った。これらの討論の研究成果および研究成果報告、を印刷、広く配布した。金属材料、半導体材料、無機材料、有機材料、複合材料について、材料設計の成功例につき検討した。この中でもとくに金属材料としてはアモルファス、液体材料、金属間化合物、Ni基耐熱合金、磁性合金および一般合金を取扱う。セラミックス材料、高温超伝導材料、半導体、環境に対する性質として、特に照射に対する性質も取扱った。このほか材料のデ-タベ-ス、ガラス設計の人工知能についての発表、討論を徹底的に行った。鈴木(東工大)は金属間化合物準結晶の臨界せん断応力の計算を行った。また日本金属学会「計算機による材料設計研究会」とも連絡をとり、相互間の討論を行った。1990年東京において「コンピュ-タによる材料科学工学への応用」国際会議を開催する予定である。本年度の研究成果は何といっても本研究代表者堂山が委員長として「第1回材料科学・工学へのコンピュ-タ-の応用」と題する国際会議を平成2年8月28日より31日まで池袋サンシャインシティで開催し、本研究班分担者が、この会議の根幹をましたことである。この国際会議は約600名の出席者、発表者を集め、発表論文約230編を集め、プロシ-ディングをエルゼビア-出版社から出版されることになった。この国際学会に本研究班が総合研究Aがあったため、どれだけ多く貢献出来たかその効果ははかり知れない。外国研究者との討論ももちろん活発に行なう機会が得られた。この会議は世界で初めてであり、その成功のため、第2回をもう一度日本で1992年に行ない、1994年は米国で、1996年、1998年はフィンランド、イタリアで行なおうというところまで決ってしまった。本研究の偉大な成果である。

また、平成2年11月13、14、15日に山梨県石和で研究発表討論会を行ない、前述の国際学会の成功と反省、今後の研究推進方針について討論した。本研究班を通じて冬眠状態にあった研究者が再び刺激を受け活発に研究を再開した者も幾人かいたことも本研究の成果といっていいであろう。この国際会議、研究発表会において、「計算機支援による材料設計が軌道に乗り、日本の新たな推進力のコア-としての形態が整ったことの本研究の成果である。本年度は研究代表者が組織委員長となって平成2年8月28日から31日まで池袋サンシャイン・シィティで開催された「第1回材料科学・工学へのコンピュ-タの応用」国際会議の総決算と平成4年9月22日から25日までパシフィコ横浜で行なわれる「第2回材料・分子科学・工学へのコンピュ-タの応用」国際会議へ向けての研究の推進が主であった。このため、三重県湯の山保養所で平成3年11月25日から27日まで住込みで徹底的に発表、討論を行なった。また、平成3年12月12日、13日神奈川サイエンス・パ-クにおいて日本MRSとの共催で公開の発表、討論会を行なった。この国際学会は1994年に米国、1996年にフィンランド、1998年にイタリヤで開催することが決った。また、平成5年日本MRSと国際MRS委員会主催の先端材料の国際会議、平成5年8月31日より池袋サンシャインで国際シンポジュ-ムを行なうことが内定している。これらの国際会議のコア-をなしているものはまさに本研究グル-プである。これらの国際会議を通じて最近Modellingand Simulation in Materials Scienceという学術雑誌が英国のInstitute of PhysicsからとComputational Materials Scienceという学術雑誌が発刊されることになった。さらにこの分野の研究を重点領域研究に発展させようという動きがある。
触媒的ヒドロシリル化を基軸とする高活性な含ケイ素有機金属クラスタの創製と触媒開発

本研究では、触媒的ヒドロシリル化反応を基軸とする高い活性を有する含ケイ素有機金属クラスターの創製とその新規触媒反応の開発を目的として研究を行っている。昨年度は、種々の類似のクラスター触媒の反応性の系統的な調査と、テトラメチルオキサジシラシクロペンタンからポリシルエーテルを与える開環重合を検討した。本年度は触媒反応の中間活性種を捕捉すること、そこから得られた知見を元とする高活性触媒反応の開発による新規反応の発見を目的として研究を行った。まず、反応性の比較的低いクラスターを選び、ヒドロシランとの量論的な反応を行った結果、配位不飽和なシリルヒドリドクラスターを単離することに成功した。このクラスターは高い触媒活性を有するとともに、触媒反応終了時に再生することを明らかにした。すなわち本触媒系では反応の前後でクラスター骨格が保持されているという重要な知見を得た。この結果は現在Organometallics誌で掲載準備中である。以上からクラスターとヒドロシランが初期に反応することがヒドロシリル化反応の鍵となると考え、反応前に触媒とシランを予め反応させる触媒活性化法を開発した。その結果反応速度が大幅に向上し、第2世代の新規触媒反応開発への重要な足がかりとなることを明らかにした。すなわち、この方法により従来ヒドロシリル化触媒では困難とされ、数例しか報告のないカルボン酸およびその誘導体の還元反応によるアルコールあるいはアミン合成を室温で容易に達成することが可能である。この結果は現在特許出願中であるとともに投稿準備中である。また、これまで真空条件でしか反応が進行しなかった環状エーテル類の開環重合反応についても不活性ガス下で容易に進行し、分子量制御等反応を自由にコントロールできることを明らかにした。以上の結果は今後のクラスター触媒の開発研究の重要性を充分にアピールするものであり、今後、より詳細な反応機構研究によるクラスター触媒の役割の解明を通じてさらなる新規反応の開発を可能にするものと考えられる。本研究では、触媒的ヒドロシリル化反応を基軸とする高い活性を有する含ケイ素有機金属クラスターの創製とその新規触媒反応を開発目的として研究を行っている。本年度は、既に明らかにされたヒドロシリル化反応の反応性などの詳細な調査、中間活性種の捕捉あるいは推定を段階的に進めた。また、新規反応の開発を検討した。多環式芳香族化合物としてアセナフチレンを配位子に持つルテニウム3核カルボニルクラスターによる、ケトン、アセタール、環状エーテル(エポキシド、オキセタン、テトラヒドロフラン)のヒドロシリル化、環状エーテル化合物の開環シリル化重合を基軸として、その他の共役π配位子(アズレン類)を持つクラスターとの反応性を比較した結果、共役π配位子の存在は反応に必須であるが、その種類にかかわらず反応が進行すること、金属の核数では三核錯体が最も効率的にヒドロシリル化生成物を与えることを明らかにした。種々の触媒とヒドロシランとの加熱反応を行った結果、配位子の違い、金属の核数の違いによって酸化的付加した生成物の構造が異なることを明らかにした。それらの構造は触媒反応の反応性の違いを反映しており、COを脱離して酸化的付加生成物を与え易い触媒ほど反応性が低いことも判った。反応活性種に関する知見を得るため、触媒とヒドロシランの反応を追跡した結果、三核ヒドリドシリル錯体が原料との平衡混合物として生成することを明らかにした。この結果は、反応活性種が三核構造を保っていること、共役大配位子のハプティシティ変化が反応の駆動力になっていることを強く裏付けるものとなった。また、基質としてテトラヒドロシランに類似のテトラメチルオキサジシラシクロペンタンを用いると開環重合が進行し、ポリシロキサンを与えることも見出した。このような反応は従来のヒドロシリル化触媒では全く見られない。

また、これまで真空条件でしか反応が進行しなかった環状エーテル類の開環重合反応についても不活性ガス下で容易に進行し、分子量制御等反応を自由にコントロールできることを明らかにした。以上の結果は今後のクラスター触媒の開発研究の重要性を充分にアピールするものであり、今後、より詳細な反応機構研究によるクラスター触媒の役割の解明を通じてさらなる新規反応の開発を可能にするものと考えられる。
モジュラー多様体と不連続群の整数論

代数曲線の基本群上のガロア表現については,研究の方向について新たな見通しが得られた。それは代数曲線のべき零なレベル構造付きのモジュライ空間を考えその定義体を問題にすることである。これを純代数幾何学的に定式化するのは少々面倒になるが、代数曲線のモジュライ・スタック上の正準的な(代数曲線の)普遍後に随伴する,ファイーバの基本群上のモノドロミー表現を開いて簡明に問題を定式化できることをまず見出した。いま素数lをひとつ固定すると、上の構成より,有理数体Q上にある無限次ガロア拡大の塔で最初がQに1のlべき乗根を全て付け加えた体で,その上にl^∞次のべき零拡体たちの塔でで各段階の相対ガロア群が有限生成Zl-加群となるものが自然に生じる。これがP^1-{0,1,∞}のとき伊原が調べたものと同じかどう知るのは興味深い問題である。いくつかの得られた結果は両方が“よく似ている"ことを示す('93年6月Bounで話す)宮崎琢也氏(数理研,大学院D1)といっしょに,2次シンプレクティク群Sp(2:IR)の主系列表現のwhittaker関数でminimal K-typeをもつものの満す偏微分方程式系を明示的に求めた。これはS_P(2:Q)の保型形式のL-関数の完全な理論を得るための実素点での研究の重要なステップであるとともに,整数論の問題をはなれても,物理数学の重要な主題である戸田格子(openで量子力学の時)の新しい例も与えている。伊原と松本はbraid群の完備への絶対ガロア群GQの作用のさらに精密な研究をおし進めた。玉川は代数曲線とその上の有限個の点の組みが退化するときに,惰性群の基本群への作用を記述する結果を得,さらにDirnfeld加群のTate予想(の類似物)を証明した。
全胞状奇胎、部分胞状奇胎の動物実験モデル作製および絨毛癌発生機構の解明

細胞遺伝学の発展により、全胞状奇胎、部分胞状奇胎が各々、雄性発生、三倍体という染色体異常に基づいていることが明らかとなった。胞状奇胎は絨毛癌への移行が高率であり、特に関心が持たれている。発生工学の技術を応用し、マウスにおいて人為的に雄性発生卵、三倍体卵を作り、その発育過程を観察することにより、ヒト絨毛がなぜ水腫化するのか、なぜ癌化するのかを解明したいと考え実験を計画した。雄性発生卵を作製する方法として、二精子受精に基づく三倍体卵より雌性前核を除去した。ヒトにおいては二精子受精に基づく胞状奇胎が高率に癌化するといわれている。三倍体卵は媒精液に20%仔牛血清を添加し、精子濃度を高めた体外受精にて高率に得られた。前核除去における卵細胞損傷を少なくするためにはマイクロピペットの口径を前核とほぼ同じ大きさにするとよいことが分かった。初期胚のより生理的環境下での培養の試みとして、寒天円柱内に卵を封入し、マウス腹腔内での培養を行なった。この培養法は、二細胞以降の卵の発育には適していたが、今回の実験における一細胞卵の培養には不適当であった。初期胚の卵管内移植は手技的に煩雑で、特に術中出血が問題となる。卵巣嚢上を走向する血管をあらかじめ熱した針で凝固しておくとより簡便に移植できることがわかった。この方法により、卵に機械的操作の加わっていない三倍体卵の移植を40個試みたが、着床を確認することはできなかった。今後例数を重ね雄性発生卵、三倍体卵の発育過程が解明され、ヒトにおける絨毛性疾患の続発性変化機構が明らかとなる一助になれば幸いである。細胞遺伝学の発展により、全胞状奇胎が雄性発生に基づくこと、さらに全胞状奇胎のうち二精子受精に基づくものは続発性変化を生じやすいことが明らかとなった。そこで近年発展した発生工学の技術を応用し、マウスにおいて二精子受精による三倍体卵を作製したのち、雌性前核を除去することにより、二精子受精に基づく雄性発生卵を作製、移植することによって絨毛腫瘍への移行を検討し、染色体異常に基づく発癌機構解明を目指した。今年度として、まず二精子受精に基づく三倍体作製に努力した。体外受精用の精子を20%ウシ血清を加えて前培養することにより、ICRマウスにおいて33%(血清非添加群で6%、実験卵総数426個)、CDF_1マウスにおいて38%(血清非添加群で15%、実験卵総数319個)、B_6C_3F_1マウスにおいて21%(血清非添加群で8%、実験卵総数676個)、各々二精子受精に基づく三倍体卵を得ることができた。上記で得られた三倍体卵から、第2極体の近傍に位置する雌性前核をマイクロピペットにて吸引除去することにより57個の雄性発生卵を作製した。(うち破壊変性したもの29個、一細胞のままのもの17個、二細胞に分裂したもの11個)現在のところ二細胞までの発育しか確認されていないが、これは一つにはin vitroでの培養条件そのものの影響と、さらにマイクロマニピュレーションの操作の影響が大きく関係していると思われる。前核除去用のマイクロピペットは現在510μmの径のものを使用し、卵細胞膜を貫通して除去しているが、今後1015μmの径のものを使用し卵細胞膜を貫通せずに除去する方法を検討したいと思っている。in vitroでの卵の十分な発育を確認後、腎被膜下、精巣被膜下、子宮内移植を試みたいと思っている。

(現在まで少数例の移植を試みたが、すべて移植卵は吸収されてしまった。)細胞遺伝学の発展により、全胞状奇胎雄性発生に基づくこと、さらに全胞状奇胎のうち二精子受精に基づくものは続発性変化を生じやすいことが明らかとなった。そこで発生工学の技術を応用し、マウスにおいて二精子受精による三倍体卵を作製したのち、雌性前核を除去することにより、二精子受精に基づく雄性発生卵を作製し、移植することによって、絨毛性腫瘍への移行を検討し、染色体異常に基づく発癌機構解明を目指した。前年度において、三倍体卵を高率に得る方法、前核除去用のマイクロピペットについて検討した。しかし得られた雄性発生卵はin vitroの培養においては二細胞以上に発育しなかった。その原因一つとして、in vitroでの培養条件の悪さが考えられ、より生理的条件下での卵培養系の確立を目的として、以下の腹腔内での卵培養実験をおこなった。雌マウスはICR,F_1,(C57×C3H)を、雄マウスはICRを用いた。過排卵処置後、自然交配で得られた各発育段階の卵を採取した。1.6%寒天の円柱(半径34mm,長さ1.5cm)に卵を封入し、雄マウス、非妊マウス、偽妊娠マウスの腹腔に入れた。13日後、寒天を取り出し、位相差顕微鏡下で卵の発育を観察した。桑実胚よりの培養では、ICR、F_1で各々、72.4%(実験卵数n=58)、74.3%(n=35)が胚盤胞以上に発育した。二細胞からでは、F_1で65.3%(n=49)が胚盤胚以上に発育したが、ICRにおいて胚盤胞まで発育したものはなかった。一細胞からでは、ICR、F_1で各々、50%(n=90)22.7%(n=100)が二細胞まで発育し、そのうち33%、68%が四細胞までの発育で止まった。寒天を移植されるマウスの雌雄での差はなかった。今回の実験で寒天に封入された卵が腹腔内で発育することが証明されたが、今後より適切な条件を検討し、雄性発生卵に対しても応用していくつもりである。細胞遺伝学の発展により、全胞状奇胎、部分胞状奇胎が各々、雄性発生、三倍体という染色体異常に基づいていることが明らかとなった。前年度まで、発生工学の技術を応用して、マウスにおいて雄性発生卵、三倍体卵を作製することができた。しかし、それらの卵はin vitroにおいては発育が不良であった。マウス前核期卵は卵管内移植することが必要とされているが、その手枝は煩雑である。より簡便な、より生理的な培養方法として、diffusion chamber内に卵を封入し、マウス腹腔内での培養を試みたが、chamber内に析出するフィブリンにより卵回収が困難であることが分かった。そこで寒天円柱に卵を直接封入し、腹腔内での培養を試みた。この方法によりF_1(C57×C3H)マウス卵において、桑実胚の74%が胚盤胞に、二細胞の65%が胚盤胞まで発育した。ICRマウス卵においては、桑実胚の72%が胚盤胞にまで発育した。腹腔内の環境は、卵割の進んだ胚には良好と考えられた。しかし、一細胞期よりの発育は悪く、F_1マウス卵で二細胞、四細胞まで発育したものは、各々、22%、15%であった。ICRマウス卵においては、50%、17%であった。四細胞以上に発育したものは認められなかった。以上のことより、生理的環境下と思われた腹腔内培養は、今回の実験の一細胞期の培養系には残念ながら適さないことが判明した。したがって、一細胞期卵は卵管内移植が必須の手技と考えられた。卵巣嚢上を走向する血管をあらかじめ焼灼しておくと術中出血に悩まされることなく容易に卵管内移植できることが分かった。
カイラルシグマ模型を用いた原子核に対する原子核構造と真空の効果の研究

私は研究題目にあるように「カイラル対称性」と「真空(繰り込み)の寄与」がどのように原子核物理に影響を与えられるのかを研究してきた。前年度は「カイラル対称性」と「繰り込みの寄与」が満たされた理論を構築した。そして今年度はそれぞれがどのように原子核物理に応用できるのかを議論した。カイラル対称性の申し子であるパイ中間子が原子核構造にどのように重要であるのかがわかった。特に軽い原子核(ヘリウム・炭素・酸素)においてパイ中間子がもたらす特有の高い軌道角運動量が原子核構造に重要な寄与があることがわかった。理研で実験されるRIBFビームを用いた不安定核実験に対してもパイ中間子の寄与は重要な寄与のひとつである。一方で繰り込みの寄与は従来の相対論的平均場理論と比べて大きな有効質量をもたらすので、励起状態におけるさまざまな巨大共鳴に対しても有効な寄与であることがわかった。この両者を取り入れた理論を構築する必要がある。さらに繰り込み理論は小さなスピン軌道力を持っている。その特徴を活かしてJ-PARCにおけるハイパー核実験にも適応できる議論を行っている。また中性子星の内部では高温・高密度状態であることが知られている。そこで、我々の模型を用いて高温状態の振る舞いを議論した。現象論的な模型である線形シグマ模型と同様の結果が得られただけではなく、初めてフェルミオンである核子の寄与を取り入れた議論ができた。最近では、原子核構造だけではなく皮応理論におけるカイラル対称性と繰り込み理論を応用している。その取り組みから得られた知識を持って、原子核構造に立ち返ることで新たな知見や認識がふくらむであろう。カイラル対称性はハドロン物理学や素粒子物理学において重要な対称性の一つである。そのカイラル対称性を原子核物理においても取り入れることを目標にしている。私はColeman-Weinbergの繰り込み方法を用いた質量項の無い線形シグマ模型を構築し、その模型の性質を研究してきた。線形シグマ模型は繰り込み可能な模型であるが、核子のone loopの繰り込みが行われた有効ポテンシャルは不安定であることが知られている。そこで負の質量項のない線形シグマ模型を考えると、カイラル対称性が量子補正(loopの寄与)により自発的に破れ、初めて安定なポテンシャルを作り出すことができた。またフェルミオンとボソンのone loopの寄与が約96%打ち消し合う機構があり、全体として「自然な」大きさの相互作用となっていることがわかった。この模型を用いて、^<16>Oの原子核構造を考察する。通常の線形シグマ模型にベクター中間子を導入して原子核を記述すると、非圧縮率が大きくなりすぎるためにp波が広がりきれずに表面付近に局在する。そのため密度分布が実験結果とは異なる形で現れる。質量項の無い線形シグマ模型を用いると、密度分布は実験結果に近づき、波動関数の繰り込みが大きく影響を及ぼしていることがわかった。また、カイラル対称性は有限温度中で回復するということも知られている。質量項の無い線形シグマ模型では、カイラル対称性はT=200MeV付近で回復し、パイ中間子とシグマ中間子の質量の大きさが逆転する領域が見られる。これまでの議論はone loopの寄与に対して展開されている。次にtwo loopやさらに高次のloopの寄与を考える必要がある。また今の模型は強い相互作用に対する模型であるので、loopの寄与を非摂動論的に考えるべきである。そこでCornwall, Jackiw, and Tomboulis (CJT)の方法を用いて繰り込みを非摂動的に取り扱うことで、one loopの摂動計算と同様な代数的な式を導出でき、大きな結合定数や負の質量項の起源を理解することができた。
電気化学的手法を用いた化学修飾酵素によるC-H活性化法の開発

酵素は、その高い特異生により合成化学的な応用が注目されている。また、電極反応は、その特異な反応場と人為的な制御の容易さにより精密合成の新たな手段となる。本研究では、一原子酵素添加酵素の一つであるドーパミンβ-ヒドロキシラーゼ(DBH)およびチトクロームP450に注目し、電極反応と酵素反応を組み合わせ、化学的に不活性なC-H結合を位置選択的、かつ立体特異的に活性化し光学活性アルコール等の合成について検討した。1.DBH・電子メディエーター・電極システムによる光学活性アルコール合成新たにferrocenyl polyethyleneglycol誘導体を合成し、DBH蛋白分子に直接ferrocenyl基を持つメディエーターを共有結合で導入したハイブリッドタンパク質(Fc-PEG-DBH)を作成し、その電気化学的挙動およびハイブリッドタンパク質による不斉合成について検討した。その結果、Fc-PEG-DBHは、これまでの方法に比べ数百倍効率的に電極と電子の授受を行い、光学活性アルコールを合成できることが明らかとなった。また、基質特異性について検討した結果、末端に水酸基やアミノ基等の水素結合においてプロトン供与体となる基をもつphenylalkyl化合物が良い基質となり、生成物としてR体の光学活性アルコールを生成し、またindan誘導体のような2環化合物ではS体の光学活性アルコールを生成することが明らかとなった。2.シトクロームP450camの電極システムによる活性発現シトクロームP450camへ電極から電子を供与し、その酵素活性を発現させる方法について検討した結果、putidaredoxinを介することで炭素電極からシトクロームP450camへの電子授受が可能であることが明らかとなり、その際、酵素活性に基ずく触媒電流が観測された。今後は有用化合物合成への応用が期待される。
胃切除ラット顎骨骨量と象牙質形成減少へのオリゴ糖の改善効果と作用機序に関する研究

我々はラットの胃を全摘出(GX)することによって引き起こされる顎骨骨病変と象牙質形成抑制に対するフラクトオリゴ糖(FOS)摂取の影響を検索した。35日齢の雄性SDラット28匹に偽手術またはGX手術を施し、精製飼料で4週間飼育した。次にフラクトオリゴ糖(7.5%)添加または無添加の飼料で、それぞれの群を6週間飼育し、上下顎骨を摘出した(SH, SH+FOS、GX、GX+FOS群)。下顎骨横断面の反射電子像を用いて形態計測を行い、海綿骨面積(TBA)、皮質骨面積(CBA)、横断面面積(TA)の算出した。また、横断面切片を用いて、エナメル質、象牙質および歯髄腔面積の算出も行った。次ぎに上顎切歯矢状断切片を作成し、蛍光顕微鏡を用いてテトラサイクリンとカルセイン標識の距離を計測し象牙質形成速度の算出を行った。TBAとCBAはGX群で顕著に減少していた。FOS摂取はこの減少を回復させたが、SH群レベルまでの回復はみられなかった。TAはGXにより有意な減少を示した。一方、GX群ではエナメル質および象牙質面積の減少が、GX+FOS群では歯髄腔面積の減少が観察された。象牙質形成速度の減少はGX群のみで親察された。これらの結果はFOS摂取がGX後に減少した骨量を完全ではないが改善させること、象牙質形成速度をSHレベルまで回復させる作用を有していることを示唆した。【目的】フラクトオリゴ糖(FOS)摂取により、胃全摘出(GX)ラットの長管骨骨量減少が改善されることを我々は報告をしてきた。また、GXにより下顎骨の骨量並びに象牙質形成が抑制されるという結果を我々は得ている。今回、長管骨と異なったモデリング様式をもつ顎骨および象牙質の形成に対してFOSがどのような改善作用を呈するかについて検索することを目的として本実験を行った。【方法】35日齢の雄性SDラット24匹に偽手術またはGX手術を施し、精製飼料で4週間飼育した。次にフラクトオリゴ糖添加または無添加の飼料で6週間飼育し、上下顎骨を摘出した。下顎骨を用いて形態計測を、上顎切歯では象牙質形成速度の計測を行った。飼育期間中の経時的マーカーとしてテトラサイクリンとカルセインを用いた。【結果】GXによる体重増加の減少はFOSの摂取開始3週間目より改善がみられたが、GXによる下顎骨断面の面積減少はFOSにより改善されなかった。しかしながら、FOS摂取により、海綿骨・皮質骨の骨量はGXラットで増加していた。GXラット上顎切歯象牙質形成速度の低下は、FOS摂取により改善された。また、FOS摂取GXラットでは下顎骨切歯歯髄腔の矮小化が観察された。【結論】1 FOS摂取はGXラット下顎骨骨量の減少を改善する2下顎骨の成長発育に対するFOSの影響は観察されなかった。3 GXラットにおいてFOS摂取は象牙質形成速度を増加させる。4偽手術ラットにおけるFOS摂取の象牙質形成速度への影響は観察されなかった。

下顎骨を用いて形態計測を、上顎切歯では象牙質形成速度の計測を行った。飼育期間中の経時的マーカーとしてテトラサイクリンとカルセインを用いた。【結果】GXによる体重増加の減少はFOSの摂取開始3週間目より改善がみられたが、GXによる下顎骨断面の面積減少はFOSにより改善されなかった。しかしながら、FOS摂取により、海面骨・皮質骨の骨量はGXラットで増加していた。GXラット上顎切歯象牙質形成速度の低下は、FOS摂取により改善された。また、FOS摂取GXラットでは下顎骨切歯歯髄腔の矮小化が観察された。【結論】1 FOS摂取はGXラット下顎骨骨量の減少を改善する2下顎骨の成長発育に対するFOSの影響は観察されなかった。3 GXラットにおいてFOS摂取は象牙質形成速度を増加させる。4偽手術ラットにおけるFOS摂取の象牙質形成速度への影響は観察されなかった。
栄養学的アプローチによる家畜における繁殖率の向上

本研究では栄養科学的な背景を基盤に体内の栄養代謝状態の変化が、家畜の繁殖機能におよぼす影響を検討した。我々が考案した給餌処置により牛において血中グルコース濃度が上昇することがわかり、また給餌直後において卵巣の機能が一時的に促進されることを発見した。また実験動物のヤギにおいては一時的な増餌により発育する卵胞の数が増加することが明らかとなり、下垂体および卵巣からのホルモン分泌を介して繁殖率を向上させる効果があると考えられた。ヒツジやヤギに対する高栄養給餌処置は排卵数と産子数を増加させる効果がある。本年度は雌ヤギの黄体開花期に4日間の高栄養給餌処置を行い、給餌前後における血中性ホルモン濃度を調べ、卵巣活動との関連を調査した。雌ヤギ6頭を反復供試した。超音波画像検査により排卵を確認した日をDay 0とし、処置群(T群, n=5)にはDay 12からDay 15までの4日間にわたり可消化養分総量維持要求量の2.5倍、対照群(C群, n=5)には維持要求量の飼料を給与した。Day 0から次回排卵まで連日あるいは隔日に超音波画像検査と採血を行い、卵巣活動および血中ホルモン濃度の推移を調べた。また、Day 12とDay 14に給餌前2時間から給餌後6時間まで10分毎に採血を行い、給餌前後のプロジェステロン(P4)、黄体形成ホルモン(LH)、卵胞刺激ホルモン(FSH)濃度の変化を調べた。Day 14およびDay 16の卵巣における直径2mm以上の卵胞数はT群がC群に比べ多い傾向(p<0.1)にあった(Day 14; 4.8±1.3 vs 3.6±1.9: Day 16; 5.0±2.0 vs 3.6±0.9)。Day 12において両群ともに給餌開始後1時間にP4濃度の有意な上昇が観察された。Day 14ではT群において給餌開始後1時間から2時間までのP4濃度がC群に比べて有意に高かった。Day 12からDay 15のLH濃度はC群と比較してT群では有意に高かった。FSH濃度は両群間で有意な差はなかった。黄体開花期における4日間の高栄養給餌処置はその後の発育卵胞数を増加させる傾向にあり、Day 12からDay 15におけるLH分泌の亢進と高P4濃度の維持を介して繁殖率を向上させる効果があることを示唆するものである。本研究課題では栄養学的なアプローチにより家畜の繁殖率を向上させることを目的とし、栄養的に条件の異なる環境が繁殖機能に及ぼす影響を検討した。平成23年度は、乳牛において分娩後の繁殖と栄養状態との関係を検討した。その結果、初回排卵が分娩後早期に起こらなかった牛群において体重の減少が大きくなる傾向がみられ、これらの群は分娩後早期に血中グルコース濃度が高かった。以上より、分娩後の初回排卵は、分娩後早期の体重の低下およびグルコース濃度が関係していることが示唆された。平成24年度は雌ヤギの黄体開花期に4日間の高栄養給餌処置を行い、給餌前後における血中性ホルモン濃度を調べ、卵巣活動との関連を調査した。雌ヤギの排卵後1215日に処置群に対して可消化養分総量維持要求量の2.5倍の飼料を給与した。処置期間の卵巣における卵胞数は処置群において多い傾向にあり、プロジェステロン(P4)濃度の上昇が観察された。黄体開花期における4日間の高栄養給餌処置は発育卵胞数を増加させ、高い血中P4レベルの維持を介して繁殖率を向上させることを示唆した。最終年度では給餌レベルの異なる経産牛および未経産牛において繁殖機能の違いを比較検討した。経産牛については分娩後卵巣周期が回復したことを確認した後の泌乳最盛期(給餌量を増加させる時期)に、未経産牛(泌乳していない状態)については繁殖供用開始適齢期である14ヶ月齢においてサンプリングを行い、発情周期における卵巣機能の違いを比較検討した。例数はまだ十分ではないものの、黄体期における最大黄体直径および血中P4濃度、また卵胞期における排卵卵胞直径に違いは認められなかった。乳牛における餌の給与が急性的に卵巣機能に影響を及ぼすことが先行実験において示されていることから、給餌前後という短時間における変化についても今後検討する必要があると考えられた。平成23年度は、未経産牛におけるプロピレングリコールによるグルコース利用性の促進効果が卵巣機能に及ぼす影響について検討を加え、国際学術雑誌において公表した。次に、乳牛において分娩から初回排卵に至る過程における栄養状態の変化を詳細に調査することを目的とし、特に初回排卵と分娩後早期の体重およびBody Condition Score(BCS)の推移に着目して両者の関係を検討した。ホルスタイン種乳牛9頭を供試した。体重およびBCSを分娩後1日21日の間は隔日、以後は7日毎に測定した。

卵巣の変化を調べるため、分娩後7日から分娩後第2回排卵まで隔日で臨床繁殖検査を行い、発情徴候が見られた場合は、排卵するまで連日行った。血中性ホルモン濃度およびグルコース濃度を測定するため、連日あるいは隔日に採血を行った。全ての供試牛における平均1日乳量は、29.0±5.8kgであった。初回排卵が分娩後早期に起こった牛(早期群)と起こらなかった牛(後期群)に区分して解析すると、後期群でより体重の減少が大きくなる傾向がみられた。BCSの損失は、後期群でよりBCSの損失が大きくなる傾向がみられた。血中エストラジオール濃度は、全ての供試牛で分娩後速やかに減少し、早期群では分娩後2週前後に明瞭なピークが観察された。血中グルコース濃度と乳量には負の相関が認められ、グルコース濃度は分娩前から分娩後19日までの期間において、早期群で後期群と比較して有意に低かった。以上より、分娩後の初回排卵は、分娩後早期の体重、BCSの低下および変化率が関係していることが示唆された。現在ヤギおよび乳牛における短期間の増餌および飼料給与が卵巣機能に及ぼす影響について検討を加えており、解析を進めている。当初予定していた黄体開花期における増餌が卵巣活動に及ぼす影響を調べ、短期間の増餌を行うことにより発育卵胞数が増加する傾向にあることを明らかにした。これは特にヒツジやヤギなど12頭の多胎動物において栄養学的なアプローチにより繁殖率を向上させることが、黄体開花期からの短期間の給餌により可能であることを示唆している。この成果は日本獣医学会において公表し、当初の目的の一部を達成する成果である。以上のことから、今年度はおおむね順調に進展していると自己評価した。乳牛において、プロピレングリコールによるグルコース利用性の促進効果が卵巣機能に及ぼす影響に関して、その研究成果を国際学術雑誌(Animal)において公表し、新たに乳牛の分娩後における栄養状態と卵巣機能再開との関係を明らかにした。特に体重やBody Condition Score値そのものというよりもそれらの変化率が重要であることが明らかとなった(第152回日本獣医学会において報告)。一方、ヤギにおける増餌が卵巣機能に及ぼす具体的なメカニズムの解析については、発情周期を回帰するヤギの解析に時間がかかり、サンプリングを開始した段階である。栄養学的なアプローチにより家畜の繁殖率を向上させる給餌方法について検討を加える。最近の研究において、乳牛における餌の給与が急性的に下垂体および卵巣からのホルモン分泌に影響を及ぼすことが明らかとなったことから、餌の給与という普段行われている行為自体に対する繁殖機能の反応を詳細に調べ、どのような因子がどのようなメカニズムを介して卵巣機能に影響をおよぼしているか調査する。家畜の繁殖率を栄養学的なアプローチにより向上させる新たな飼養管理法について検討を加える。ヤギにおいて、増餌が血中のグルコース、インスリン、性ステロイドホルモンおよび黄体形成ホルモン分泌に及ぼす影響を詳しく調べる。特に本研究において、乳牛における飼料給与が卵巣ホルモン分泌の亢進およびホルモン代謝に影響を与えることが明らかとなったことから、ヤギにおける増餌においても卵巣機能および妊娠に関与する黄体ホルモンや黄体形成ホルモン分泌が変化することが想定されることを考慮して実験を進める。平成23年度に発情周期を回帰するヤギの解析に時間がかかったことから、今年度は当初から解析する雌ヤギの頭数を増やす対応策を講じる予定である。
超音波技術による水質評価装置の開発

本研究は,本申請者が提案し実現している液相系弾性表面波マイクロセンサを利用した水質評価装置を開発することを目指している.本年度は次のような成果を得ることができた.多機能マルチチャンネル溶液測定システムを開発し,水の力学的特性(粘性率),電気的特性(複素誘電率)が同時に高感度で測定でき,水の種類などが識別できるシステムを開発した.同時にプローブ型の新しい電極を試作した.2.イオン溶液識別システムの開発弾性表面波センサを用いてフロー系を構成し,その過渡応答波形の違いを利用し,各種イオンの識別に成功した.3.混合溶液の成分を知る新しいアルゴリズムの開発単一イオン水溶液の濃度を知るだけでなく,二つのイオンの混合水溶液のそれぞれのモル濃度を知るアルゴリズムを考案した.実験的にもその有効性を確認し,さらに多種類のイオンが含まれる場合の分析方法の貴重な一歩を築くことができた.4.水中残留中性洗剤の新しい超音波測定法の開発1個の微少液滴を弾性表面波デバイスにより振動させ,その振動数の変化により微量の残留中性洗剤の測定ができることを実験的に見出した.表面張力の変化が振動数の変化として検出される.本研究は,本申請者が提案し実現している液相系弾性表面波マイクロセンサを利用した水質評価装置を開発することを目指している.本年度は次のような成果を得ることができた.多機能マルチチャンネル溶液測定システムを開発し,水の力学的特性(粘性率),電気的特性(複素誘電率)が同時に高感度で測定でき,水の種類などが識別できるシステムを開発した.同時にプローブ型の新しい電極を試作した.2.イオン溶液識別システムの開発弾性表面波センサを用いてフロー系を構成し,その過渡応答波形の違いを利用し,各種イオンの識別に成功した.3.混合溶液の成分を知る新しいアルゴリズムの開発単一イオン水溶液の濃度を知るだけでなく,二つのイオンの混合水溶液のそれぞれのモル濃度を知るアルゴリズムを考案した.実験的にもその有効性を確認し,さらに多種類のイオンが含まれる場合の分析方法の貴重な一歩を築くことができた.4.水中残留中性洗剤の新しい超音波測定法の開発1個の微少液滴を弾性表面波デバイスにより振動させ,その振動数の変化により微量の残留中性洗剤の測定ができることを実験的に見出した.表面張力の変化が振動数の変化として検出される.1.装置に係わる実績が三点得られた(1)多機能性マルチチャンネルの作製とその有効性を示した.弾性表面波センサは小型で多チャンネル化が容易である.これを利用し,周波数と伝搬面上の金属膜のパターンにより多機能(水の力学的特性,電気的特性を同時測定)なシステムを作製した.(2)液体を流しながら測定するフロー系センシングシステムを開発した.過渡応答特性の計測により液体クロマトグラフィーに近い分析能力を確認した.(3)センサシステムのモ-ルド法と材料を見い出した.ホトリソグラフィ法により作製された電極を液体から保護する必要がある.センサ特性と低下させず,超音波モードに適した方法と材料を見い出した.2.アルゴリズムに係わる実績が二点得られた.(1)導電率,誘電率図表により水を評価する方法各種の水は,力学的特性の差は小さく,電気的特性(誘電率,導電率)の差が大きい.そこで,誘電率・導電率図表を提案し,この図表より28種類のミネラルウォーターを評価し,本方法の有効性を明らかにした.(2)過渡応答特性を含むデータ群に対する評価アルゴリズムの提案フロー系システムの実験により,様々な試料液体の過渡応答が得られるようになった.未知試料の成分とその量を知るアルゴリズムを考案し,今後の水質評価の貴重な一歩を築くことができた.本研究は,本申請者が提案し実現している液相系弾性表面波マイクロセンサを利用した水質評価装置を開発することを目指している.本年度は次のような成果を得ることができた.多機能性マルチチャンネル溶液測定システムを開発し,水の力学的特性(粘性率),電気的特性(複素誘電率)が同時に高感度で測定でき,水の種類などが識別できるシステムを開発した.同時にプローブ型の新しい電極を試作した.2.イオン溶液識別シスタムの開発弾性表面波センサを用いてフロー系を構成し,その過渡応答波形の違いを利用し,各種イオンの識別に成功した.3.混合溶液の成分を知る新しいアルゴリズムの開発単一イオン水溶液の濃度を知るだけでなく,二つのイオンの混合水溶液のそれぞれのモル濃度を知るアルゴリズムを考案した.実験的にもその有効性を確認し,さに多種類のイオンが含まれる場合の分析方法の貴重な一歩を築くことができた.4.水中残留中性洗剤の新しい超音波測定法の開発1個の微少液滴を弾性表面波デバイスにより振動させ,その振動数の変化により微量の残留中性洗剤の測定ができることを実験的に見出した.表面張力の変化が振動数の変化として検出される.
変換群の位相的研究

この研究での中心課題は,非コンパクトリイ群の球面への可微分作用についての研究であった。特に,内田伏一により既に得られていたローレンツ群$SO_-0(p,q)$の球面への可微分作用の構成と分類に関する研究に倣って,リイ群$Sp(p,q)$の$4p+4q-1$-次元球面への可微分作用の構成と分類に関して研究を行い,前者と類似の成果を挙げることができた。内田伏一はその成果を平成11年の変換群論国際研究集会で口頭発表したが,更に論文にまとめ公表する準備を進めている。井伊清隆はリーマン多様体(特に,複素射影空間,四元数射影空聞)の接バンドル上での複素構造のリーマン幾何的な構成法とその特徴付けについて研究し,山大紀要にその成果の一部を発表した。安井孜は可微分多様体の間の連続写像を与え,これとホモトープな埋め込みの存在のための条件,このような埋め込みのイソトピー分類を研究した。特に$n$次元多様体から$n$次元複素射影空間への埋め込みの分類に成功した。更にボルディズム理論からの埋め込み問題へのアプローチを行った。麻生透は2次特殊複素線形群$SL(2,C)$の4次元球面$S^4$へのなめらかな作用で,固定点を持つ場合を研究した。与えられた作用を、$SL(2,C)$の極大コンパクト部分群である$SU(2)$に制限したとき,$SU(2)$の3次およぴ4次の実既約表現から誘導される$S^4$への線形作用である場合の研究を行った。中心課題に関しては今回の成果によって,極大コンパクト群に制限した作用が余次元1の軌道を持つような非コンパクトリイ群$G$の可微分作用の分類と構成に関して,$G$が半単純かつ単純群の場合についての研究が一段落したことになる。今後は,$G$が半単純で単純群の直積になる場合についての研究を行う計画である。非コンパクトリイ群の球面への可微分作用の研究が中心課題であるが、内田伏一はSp(p,q)の4p+4q-1次元球面への可微分作用に関して、ローレンツ群SO(p,q)の球面への可微分作用の場合と類似の結果が得られる見通しを得た。今年度の目標は基礎データの作成であったが、更に進展があり、その成果を変換群論研究集会で口頭発表した。尾方隆司は2次元複素射影空間内のケーラー角度一定な極小曲面の分類に関して研究成果を挙げ、数理解析研究所の研究集会で口頭発表した。井伊清隆は四元数射影空間の接バンドル上にリーマン幾何的な方法で複素構造を構成し、成果を印刷発表した。内田吉昭は周期結び目の多くはΔ型結び目解消数が1とならないことを示し、成果を印刷発表した。特に,内田伏一により既に得られていたローレンツ群$S0_0(p,q)$の球面への可微分作用への構成と分類に関する研究に倣って,リイ群$Sp(p,q)$の$4p+4q-1$-次元球面への可微分作用の構成と分類に関して研究を行い,前者と類似の成果を挙げることができた。

井伊清隆はリーマン多様体(特に,複素射影空間,四元数射影空間)の接バンドル上での複素構造のリーマン幾何的な構成法とその特徴付けについて研究し,山大紀要にその成果の一部を発表した。安井孜は可微分多様体の間の連続写像を与え,これとホモトープな埋め込みの存在のための条件,このような埋め込みのイソトピー分類を研究した。特に$n$次元多様体から$n$次元複素射影空間への埋め込みの分類に成功した。更にボルディズム理論からの埋め込み問題へのアプローチを行った。麻生透は2次特殊複素線形群$SL(2,C)$の4次元球面$S^4$へのなめらかな作用で,固定点を持つ場合を研究した。与えられた作用を、$SL(2,C)$の極大コンパクト部分群である$SU(2)$に制限したとき,$SU(2)$の3次および4次の実既約表現から誘導される$S^4$への線形作用である場合の研究を行った。中心課題に関しては今回の成果によって,極大コンパクト群に制限した作用が余次元1の軌道を持つような非コンパクトリイ群$G$の可微分作用の分類と構成に関して,$G$が半単純かつ単純群の場合についての研究が一段落したことになる。今後は,$G$が半単純で単純群の直積になる場合についての研究を行う計画である。
栄養所要量策定のための基礎代謝量および安静時代謝量の測定システム構築に関する研究

健康を維持し十分な生活活動を営むために、栄養所要量を正確に知ることは重要である。正確な栄養所要量は、厳密なエネルギー消費量(EE : Energy Expenditure)の測定が基礎となる。本研究では、間接熱量測定法を用いたヒューマンカロリメーター(IHC : Indirect Human Calorimeter)で測定されるEEの、精度管理を目的としたシミュレーションプログラムを構築した。昨年度構築したシミュレーションプログラムは、IHCを構成する各装置(ガス濃度分析計、流量計等)の測定誤差を入力項目として、人工的な測定誤差を適切に設定することにより、各装置の測定誤差と、IHCで測定されるEEの測定誤差との関連を定量的に評価するものであった。しかし、算出されるEEは、IHCの給気・排気側のO_2・CO_2量のみを考慮したものであり、すなわち、IHCシステムの時定数(=測定室容積/排気流量)に従い緩やかな動的変化をするものであり、IHC内に滞在する被験者の呼吸に即時応答するものではなかった。本年度構築したシミュレーションプログラムは、IHCの給気・排気側のO_2・CO_2量に加えて、IHC内におけるO_2・CO_2量の時間変化率を考慮して、IHC内に滞在する被験者の呼吸に即時応答するEEを算出する。IHCが設置されている独立行政法人国立健康・栄養研究所に出張し、測定システムの調節・改良を行いながら、アルコール燃焼実験を繰り返し行うことにより、シミュレーションプログラムの妥当性を確認した。本年度構築したシミュレーションプログラムは、現段階では、各装置の測定誤差を入力項目に含まないため、各装置の測定誤差と、被験者の呼吸に即時応答するEEとの関連を定量的に評価するためには改良が必要である。この改良は、昨年度構築したシミュレーションプログラムを統合することにより実現可能である。間接熱量測定法を用いたヒューマンカロリメーター(IHC : Indirect Human Calorimeter)をコンピュータ上に模擬するシミュレーションプログラムを開発した。研究目的は、シミュレーションプログラムを用いて、IHCを構成する各装置の測定誤差と、IHCで最終的に測定されるエネルギー消費量(EE : Energy Expenditure)の測定誤差との関連を定量的に明らかにすることにある。IHCは、被験者のEEを長時間(24時間以上)連続して測定するシステムであり、O_2濃度分析計、O_2濃度分析計、流量計、温度計、湿度計、気圧計、そして被験者が快適に滞在できる測定室(約20m^3)から構成される。測定室の給気・排気側におけるO_2・CO_2濃度および流量(約150L/分)を測定することにより、被験者のEEを測定する。IHCの特徴は、1)測定室内のO_2・CO2濃度が常に動的に変化し、2)その変化量が微小(毎分10ppm程度)なことである。このため、EEを厳密に測定するための精度管理に多大な工夫と努力が求められる。開発したシミュレーションプログラムの特徴は、1)IHCを構成する装置ごとの測定誤差を任意に設定可能とし、2)IHCシステムの時定数(=測定室容積/排気流量)を考慮したEEの動的変化を経時的に算出する点にある。これにより、要求精度を満たすためにどの装置をどの精度まで改良すべきかという情報が得られ、測定システムの効率的な構築につながる。EEの測定誤差にはO_2濃度分析計と流量計の測定誤差が最も影響し、例えば24時間のEEを±0.5%の誤差で測定するには、O_2濃度を±50ppm、流量を±0.7Lの誤差で測定する必要がある結果となった健康を維持し十分な生活活動を営むために、栄養所要量を正確に知ることは重要である。
空気圧ベローズアクチュエータを用いた自立型移動式自動移乗機の開発

本研究は、人間親和性を有する移乗機を開発することを目的としている.そのため,まず,介護士による移乗動作を計測することにより,介護者に対し負担を軽減させるための介護姿勢及び移乗軌道について検討した.また,被介護者がもれたかかるサポータ部に関して,座位姿勢による負担の違いについて明らかにした.これらの生体計測の結果を踏まえ,理想的な移乗軌道を実現する介護機器を提案した.ここで,衝撃力をアクチュエータ本体で緩和し,柔軟性を有する空気圧ベローズアクチュエータを移乗機に応用している.また,移乗する際の人の姿勢は座位からとし,車椅子や普通の椅子からの移乗を想定して行っている。空気圧ベローズアクチュエータは,摺動部がなく,摩擦の影響を受けない.さらに,ベローズチャンバ内圧力とベローズ変位量の関係は線形性を有するので,外力を容易に推定することができる.また,ベローズアクチュエータはアクチュエータおよび力センサの同時利用,すなわち,力センシング機能を有することから,被介護者に過大な負担をかけることなく,柔軟に持ち上げることができる.試作した移乗機のサポータ部は,内圧式拮抗型ベローズアクチュエータにより支えられ,サポータ部を有する移乗機構部は外圧式拮抗型ベローズアクチュエータにより回転駆動する構造である.そして,移乗機を用いて人間親和な移乗動作を実現するための手法を明らかにした.また,被介護者が移乗機移乗部により立ち上がる際の負担を抑えるために,被介護者がサポータにもたれかかる力により被介護者を持ち上げるトルクを推定する指針を検討した.そして,座位状態においてサポータにもたれかかった力を元にしたトルク推定式を導出した.さらに,人間と移乗機が接触する部位であるサポータ部に関して,被介護者の体型及びもたれかかる姿勢により,被介護者に対する負担度を明らかにした.すなわち,サポータに長時間もたれかかることにより被介護者が感じる負担の状況を心拍数及び乳酸値により調べた.その結果,サポータにもたれかかることによる負担は,全身疲労ではなく局部的な疲労に起因することが分った.また,サポータにもたれかかる姿勢においても,重心位置を一定にしている場合は負担が増大し,重心位置が変動する場合は,疲労が減少することが明らかとなった.本研究は、人間親和性を有する移乗機を開発することを目的としている.そのため,まず,介護士による移乗動作を計測することにより,介護者に対し負担を軽減させるための介護姿勢及び移乗軌道について検討した.また,被介護者がもれたかかるサポータ部に関して,座位姿勢による負担の違いについて明らかにした.これらの生体計測の結果を踏まえ,理想的な移乗軌道を実現する介護機器を提案した.ここで,衝撃力をアクチュエータ本体で緩和し,柔軟性を有する空気圧ベローズアクチュエータを移乗機に応用している.また,移乗する際の人の姿勢は座位からとし,車椅子や普通の椅子からの移乗を想定して行っている。空気圧ベローズアクチュエータは,摺動部がなく,摩擦の影響を受けない.さらに,ベローズチャンバ内圧力とベローズ変位量の関係は線形性を有するので,外力を容易に推定することができる.また,ベローズアクチュエータはアクチュエータおよび力センサの同時利用,すなわち,力センシング機能を有することから,被介護者に過大な負担をかけることなく,柔軟に持ち上げることができる.試作した移乗機のサポータ部は,内圧式拮抗型ベローズアクチュエータにより支えられ,サポータ部を有する移乗機構部は外圧式拮抗型ベローズアクチュエータにより回転駆動する構造である.そして,移乗機を用いて人間親和な移乗動作を実現するための手法を明らかにした.また,被介護者が移乗機移乗部により立ち上がる際の負担を抑えるために,被介護者がサポータにもたれかかる力により被介護者を持ち上げるトルクを推定する指針を検討した.そして,座位状態においてサポータにもたれかかった力を元にしたトルク推定式を導出した.さらに,人間と移乗機が接触する部位であるサポータ部に関して,被介護者の体型及びもたれかかる姿勢により,被介護者に対する負担度を明らかにした.すなわち,サポータに長時間もたれかかることにより被介護者が感じる負担の状況を心拍数及び乳酸値により調べた.その結果,サポータにもたれかかることによる負担は,全身疲労ではなく局部的な疲労に起因することが分った.また,サポータにもたれかかる姿勢においても,重心位置を一定にしている場合は負担が増大し,重心位置が変動する場合は,疲労が減少することが明らかとなった.本研究は,自立的な移動が可能な空気圧駆動自立型移動式自動移乗機を開発することを目的とする.そのため,被介護者が椅子やベット等から移乗する場合の移乗動作を解析した.また,介護者は,理学療法士及び未熟練者とし,移乗動作を3次元画像処理装置及びフォースプレートにより測定した.さらに,移乗動作についても検討を行った.すなわり,座位から立位させる軌道が,直線の場合と曲線の場合について比較を行った.また,介護者が被介護者を支える位置が,脇の下の場合と腰の場合についても測定した.未熟練者が介護移乗動作を行う場合,直線的に被介護者を持ち上げる動作に比べ,腰を引き,持ち上げる曲線動作の方が,膝,腰,脇部の動作角度が大きく変動し,局部的な部位のみを使う直線軌道に比べ,負荷の分散を行うことができ,腰への負担を軽減できることが明かとなった.