hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「『日本書紀』の文書ファイル化による日本古代政治史研究」

本研究においては、『日本書紀』全文の文書ファイル化という、これまで全く行なわれていなかった研究環境を構築することによって、『日本書記』の本文研究、およびそれを利用することによる律令制成立期の政治史研究に発展をもたらすための基礎を築き、ワープロソフトの検索・置換・選択・並べ換え機能を活用することによって、律令制成立期の政治制度史を再構築することを目的とした。そして、活字で印字された『日本書紀』本文をイメージスキャナで画像撮影し、日本語認識ソフトによって一字ずつ文字判定して、MS-DOSのテキストファイルに変換し、次いでそれをパソコンのワープロソフトに取り込み、文書ファイルとするという研究方法を予定していた。当初採用を予定していた日本語認識ソフト「採字帳」は画像撮影した文字に対して、一字ずつ学習を加えて、字引を作成してやらなければ、文字として認識することがないので、はるかに認識率の優秀な「OCR事始」にソフトを変更した。これは新聞程度の活字ならば、90%以上の認識率を示すはずであった。ところが、旧字体がほとんどで、しかも訓点等が多い『日本書紀』本文の認識率は、きわめて低いものであった(おおむね二、三割程度)。そこで本研究では、結局大量の研究補助者を動員し、一字一句を訂正したうえで、何度も見直しをすることになってしまった。本年度中に継体紀以降の入力を行なう予定であったが、実際はその半分、孝徳紀以降しか入力できなかった(それでも日本古典文学大系本にして267ページに上る)。ワープロ・ソフトに含まれている検索・置換・選択・並べ換え機能を活用することによって、『日本書紀』編纂過程や編纂者の特色を抽出し、律令制成立期の政治制度史を再構築する作業は、孝徳紀以降に限った上で現在進行中であるが、古代国際関係については、その途上で新知見を得、論文を一本執筆することができた。
二足性を獲得した周防猿まわしサルの生体維持機構の追跡調査

二足起立姿勢をとらせたニホンザルに対するX線写真撮影の結果,猿まわしの調教をうけたサルの脊柱にはヒト的な特徴である腰椎前弯が発生していることが判明した。ニホンザルをはじめヒト以外のほとんどの霊長類の脊柱には胸腰部を通じ後弯しか存在しない。四肢性歩行者である彼らの胸腰椎は腹側に凸な曲げモーメントに耐える構造になっている。一方,調教ザルに認められた腰椎前弯の機能的意義は二足性起立時に,1)腰椎に発生する曲げモーメントを減少させる,2)体幹を起立させる固有背筋のテコ比を高め,効率的な筋活動を可能にする,3)体の重心を背側方向に移動させ,体重を支える後肢の負担を軽減させる,ことにあると考えられる。さらに,腰椎前弯の発達度と,調教期間,調教方法との関係について検討した。一般に,調教期間が長いサル(3年以上)は,短いサル(約1年未満)よりも顕著な弯曲を示す。また前者では,四肢性姿勢時でも腰椎前弯が認められるが,後者では弯曲は失われ通常のニホンザルに近い状態を示す。しかしながら,調教期間の長い個体群についてみると,調教期間が必ずしも前弯度と相関をしていない。腰椎前弯の発達の程度には第一に調教期間,第二に個体が潜在的に持っている能力の程度が関係していると考えられる。三番目の要因として,二足歩行のための調教方法の違いが示された。調教の初期段階で二足起立姿勢を維持する訓練を受けたサルは,始めから立って歩く訓練を受けたサルに比べ,同程度の調教期間の経過後,より顕著な脊柱の代償性弯曲を示す。二足起立姿勢をとらせたニホンザルに対するX線写真撮影の結果、猿まわしの調教を受けたサルの脊柱にはヒト的な特徴である腰椎前弯が発生していることが判明した。四肢性歩行者である彼らの胸腰椎は腹側に凸な曲げモ-メントに耐える構造になっている。一方、調教ザルに認められた腰椎前弯の機能的意義は二足起立時に、1)腰椎に発生する曲げモ-メントを減少せれる、2)体幹を起立させる国有背筋のテコ比を高め、効率的な筋活動を可能にする、3)体の重心を背側方向に移動させ、体重を支える後肢の負担を軽減させる、ことにあると考えられる。さらに、腰椎前弯の発達度と、調教期間、調教方法との関係について検討した。一般に、調教期間が長いサル(3年以上)は、短いサル(約1年未満)よりも顕著な弯曲を示す。また前者では四肢性姿勢時でも腰椎前弯が認められるが、後者では弯曲は失われ、通常のニホンザルに近い状態を示す。しかしながら、調教期間の長い個体群についてみると、調教期間が必ずしも前弯度と相関していない。腰椎前弯の発達の程度には第一に調教期間、第二に個体が潜在的に持っている能力の程度が関係していると考えられる。三番目の要因として、二足歩行のための調教方法の違いが示された。調教の初期段階で二足起立姿勢を維持する訓練をうけたサルは、始めから立って歩く訓練をうけたサルに比べ、同程度の調教期間の経過後、より顕著な脊柱の代償性弯曲を示す。静的な二足起立状態を経験する過程で、調教ザルは体幹を前項させ下肢を深く屈曲させた姿勢から、体幹により直立させ下肢の伸屈度が高い姿勢をとるようになる。この段階で腰椎前弯は最もよく発達すると考えられる。

このような安定的、より効果的な二足起立姿勢を獲得したニホンザルは、容易に安定した二足歩行をおこなうことが可能である。このことは、人類が二足歩行に移行する以前に、前適応として安定した二足姿勢の獲得があった可能性を示唆する。本来四肢性歩行者であるニホンザルに、ヒトと同じ機能適応を持った脊柱弯曲がこれほど顕著に発達した背景には、彼らも活動時間の非常に多くを体幹を直立させた状態で過ごすことが考えられる。脊柱に関するかぎり、多くの霊長類は二足性への前適応を持っている可能性があることが示唆された。1989年,調教ザルの1頭(ジロー)が急性肺炎で死亡し,研究代表者らによりその骨格標本が調査された。この個体は11年間という長期間にわたり猿まわしの訓練をうけており,顕著な脊柱弯曲も確認されていた。Wolffの法則に述べられているように,骨は外から加えられる力により,適応的成長をおこなう。この調査は,二足性の導入によって発生した負荷に対する骨形態の変化を明らかにするものである。腰椎前弯は,腰椎(椎体)自身の変形よりも,椎間円板とくに繊維輪の成長に影響されることが明らかになった。最も大きな負荷がかかる最尾側の腰椎には負荷によると思われる椎体の変形が認められた。一方,椎体の大きさに関してはそれほど顕著ではないものの,腹背方向に拡大する傾向が認められた。下肢骨には,力学的強度の増大,関節面サイズの成長が認められた。これらは二足性に伴う負荷に対する適応と考えられる。断面形状から計算される長骨の構造的強さは通常のニホンザルに比べきわめて大きい。骨質の厚さは厚く,髄腔は相対的に狭い。仙腸関節,股関節,膝関節などの関節面は程度の差はあるものの,いずれも通常より大きい。一般にこれらの特徴はヒトとヒト以外の霊長類を比較した際にも認められるものである。しかしながら,大腿骨体の構造的強さのパターンを検討すると,通常のニホンザルと共通性が認められ,ストライド歩行に適応したヒト独特の構造とは異なっている。これらのことから,1)増大した負荷に耐えた結果,後肢骨の強度は大きく向上した,2)二足歩行とはいえ,ニホンザルのそれとはヒトの歩行とはかなり異なった負荷をもたらす,という結論が得られた。
大地震後に防災拠点施設の機能を維持できる耐震性能向上技術の開発

本研究は地震後の防災拠点施設となる既存RC造の庁舎および学校・体育館が,大地震後に機能を維持できる耐震性向上技術の開発を目的に以下の検討を実施した。(1)部位の継続使用性のための損傷評価と補強工法の提案,(2)架構による補強効果の評価と解析モデルの構築,(3)補強された施設の大地震後の機能維持に資する耐震性能評価手法の適用その結果,非耐力壁,鉄骨置き屋根体育館の支承部のおよびコンクリート杭基礎の損傷軽減と耐力向上に資する技術をそれぞれ開発し,それらの補強効果を確認し解析モデルに必要な知見を得た。それらを用いて地震後継続使用性を確保するための補強設計方法を提案し,その評価例を示した。平成26年度は以下の成果が得られた。1.非耐力壁:RC造の実大サイズの方立て壁の構造実験を行い,ひび割れ幅・長さを用いた損傷評価モデルを構築するための詳細な損傷計測を実施した。評価モデルとしてひび割れ幅と長さを簡易的に評価するマクロモデルと材料の歪みレベルを考慮したFEM解析によるミクロモデルによる方法を提案した。さらには,RC造方立壁の損傷低減及び構造性能改善を目的として,耐震補強及び配筋改善を施した実大試験体2体に対する載荷実験を実施した。いずれの試験体も変形性能が大幅に改善されるとともに,残留ひび割れ幅及び長さ,コンクリート剥落面積といった損傷量が,無補強の基準試験体に比べて大きく低減できた。2.RC柱・鉄骨置き屋根接合部:既往の実験的研究の結果に基づいて,RC架構と鉄骨屋根の接続部(屋根支承部)の破壊モードと既往の設計評価式の対応について検討を行った。また,この対応関係の検証や実際の破壊現象を再現するために,屋根支承部を含む部分架構試験体の動的破壊性状を把握するための振動台実験を計画し,アンカーボルトがせん断降伏する破壊モードの試験体(標準試験体)2体と加振装置の設計を行い,これらを製作した。3.RC造杭基礎:上部構造と下部構造からなる部分架構試験体を杭種およびパイルキャップ内の配筋の違いをパラメータにし,地震を受けた後の状況を構造実験によって再現し,それらの破壊モードや構造特性に関するデータを収集した。実験変数とした杭種はPHC,RC,SC杭であり、各部材(柱・基礎梁・パイルキャップ・杭)の破壊性状より建物における継続使用性に与える影響を検討した。また損傷した基礎構造の継続使用性を確保できる補修や補強の可能性について検討した。平成27年度は以下の成果が得られた。1.非耐力壁:RC造の方立て壁を有する2層1スパンの部分架構に対する構造実験を行い,水平変形に応じて方立て壁に生じる軸力の大きさを計測し,その特徴を評価するための実験データを収集した。平成27年度に繰り越した予算を用いて平成28年度は以下の成果が得られた。27年度実施したRC造の方立て壁を有する2層1スパンの部分架構実験結果を用いて,部材及び架構を線材置換したモデルとFEM解析によるモデル化を実施し,実験で得られた架構および部材の挙動の評価を行った。その結果,架構全体および方立壁の荷重変形関係はおおよそ評価できることを確認した。さらに熊本地震によって被災した非耐力壁を有する共同住宅を調査し,それらのモデル化に関する検討を実施した。その際,上記部分架構試験体で得られた知見に基づくモデル化することの妥当性を確認した。2.RC柱・鉄骨置き屋根接合部:体育館のRC架構とS造屋根の接合部(定着部)について、前年度までに実施された接合部(定着部)の静的載荷実験の結果に基づいて、柱-屋根の部分架構における振動台実験を行い、被害状況の再現、検証を行うとともに、被害を防止するための補強方法の有効性を確認した。3.RC造杭基礎:上部構造と下部構造からなる部分架構試験体に対して構造実験を実施した後に,生じた損傷を補修・補強し,その後に再度構造実験を実施し,構造特性の回復度合いや発生した損傷状態に関するデータを収集した。その結果,RC杭試験体は補修前に比べ最大耐力が正載荷時で約13%増加し,負載荷時で約22%増加した。各部材の変形性能は補修前程度に改善している。一方,SC杭試験体を補修した場合には,耐力上昇は見込めず,最終的にパイルキャップのせん断破壊し,パイルキャップが破壊した場合に構造性能を十分に回復させる補修工法がないことが明らかとなった。研究計画を変更した後は予定通りに進展したため。1.非耐力壁:昨年度実施したRC造の方立て壁を有する2層1スパンの部分架構実験結果を用いて,部材及び架構を線材置換したモデルとFEM解析によるモデル化を実施し,実験で得られた架構および部材の挙動の評価を行った。またより損傷低減効果の高い改修工法について部材実験を実施した結果より補強効果を表現するモデルを提案した。以上の検討で得られた知見に基づいて,補強された施設の大地震後の機能維持に資する耐震設計手法およびその設計例を提示した。

2.RC柱・鉄骨置き屋根支承部前年度までに得られた知見に基づいて,支承部を耐震補強した施設の大地震後の機能維持に資する耐震設計手法およびその手法を用いた設計例を提示した。3.RC造杭基礎:場所打ち杭の耐震性能および損傷後の補修・補強方法を明らかにするための構造実験を実施した。曲げ破壊型の杭体はせん断余裕度が小さい場合には曲げ降伏後にせん断破壊が生じ,耐力が低下すること,せん断破壊型の杭体はせん断破壊により著しく耐力が低下することが確認された。杭体の耐力は,等価な矩形断面に柱の耐力評価式を適用することで,概ね評価できることを示した。また,損傷後の杭体に対して,モルタルにより補修することで,補修前の8割程度まで耐震性能を復旧することができること,あと施工アンカーを用いた鋼板巻き立て補強により剛性・耐力を大幅に向上できること示した。上記及び前年度までに得られた知見に基づいて,補強された施設の大地震後の機能維持に資する耐震設計手法を提示した。本研究は地震後の防災拠点施設となる既存RC造の庁舎および学校・体育館が,大地震後に機能を維持できる耐震性向上技術の開発を目的に以下の検討を実施した。(1)部位の継続使用性のための損傷評価と補強工法の提案,(2)架構による補強効果の評価と解析モデルの構築,(3)補強された施設の大地震後の機能維持に資する耐震性能評価手法の適用その結果,非耐力壁,鉄骨置き屋根体育館の支承部のおよびコンクリート杭基礎の損傷軽減と耐力向上に資する技術をそれぞれ開発し,それらの補強効果を確認し解析モデルに必要な知見を得た。それらを用いて地震後継続使用性を確保するための補強設計方法を提案し,その評価例を示した。当初の研究計画から,配分された予算に応じて実験規模などを変更し,これまでは予定通りに実施できているため。昨年度終了課題のため今後の推進方策はない。28年度が最終年度であるため、記入しない。建築防災当初予定していた体制と内容で計画通り進める28年度が最終年度であるため、記入しない。
新興国における農村フィールド実験と医療データベースを結合した政策シミュレーション

本研究課題は、ベトナムにおいて、特に財政面での医療保険制度の持続可能性に焦点を当て、問題の抜本的な解決策として地域未利用資源を活用した農法改善事業のフィールド実験を行い、その事業評価手法と政策シミュレーションについて新たな提案を行うことを目的としている。初年度である2018年は、現在、個人ベースである医療保険制度が、家族ベースに変更になることを想定した仮想質問により、家族全体で医療保険に加入するためにどれだけの支払い意思(Willingness-to-pay)があるのか?そして、支払い意思額に関連した要因はどのようなものであるかを分析した論文を公刊した。ベトナムでは政府が政策的に医療保険制度を個人ベースから家族ベースへ切り替えること計画しており、本研究の分析結果が示す政策インプリケーションは実務的に極めて重要である。そして、分析のなかでは、特に、保険の適用対象となる医療サービスを受けることのできる一次レベルの村落医療施設における医療サービスの質がどの程度、保険料の支払い意思と相関しているかを検証している点がこれまでの同様の研究にはない新たな視点である。分析結果は一次医療施設における病気に関するコンサルテーションに対する満足度が保険加入への支払い意思額と正に相関していることを示しており、一次医療施設のおける医療サービスの質の向上が保険加入率の向上および保険制度の財政的持続可能性にとって非常に重要であることを示唆している。今後は、こうした医療保険に対する支払い意思額の分析を基礎として、地域未利用資源を活用した農法改善事業のフィールド実験の実施を計画している。そして、最終的にはそうした農法改善事業の事業評価を行う計画であるが、その際には医療保険加入に対する支払い意思額がどのように変化するかについても検証する予定である。本研究課題の進捗状況であるが、概して計画通り進行している。初年度である2018年は上述のような医療保険に対する支払い意思額の分析を行い論文を公刊しつつ、有機農法に関する技術の普及についての研究も進めている。技術の普及については、農業技術普及員によるフォーマルな技術研修を通じたルートに加え、友人や知人を通じた情報の伝搬というインフォーマルなルートを通じた知識、技術の伝搬が考えられる。現在進めている研究では、こうした2つのルートのうち、どちらがより効果的に技術の普及に役立っているかを検証している。また、特にインフォーマルなルートについては、夫と妻の社会的なネットワークのどちらが農業技術の普及にとってより重要かというジェンダーの視点からも分析も行っている。更に、ベトナム中部の農村で近年急速にその普及が進んでいるKH1という新しい品種のコメの導入についての研究も進めている。有機農法に関する研究と同様に、フォーマル、インフォーマル、両方のルートを通じた技術普及について分析を進めているが、これまでに農業技術普及員による技術研修は新しい技術を初めて導入する際に効果的である一方、翌年にも継続してその技術を使い続けるかについては友人や知人の行動を参考にしていることが明らかとなった。こうした研究はベトナム中部の村で実施してきた現地調査により得られたデータを用いて分析を行っている。そして、技術普及の関する研究に加え、農法改善事業の人々の健康状態に与える影響についても研究を進めている。有機農法の導入は化学肥料の利用を減少させることが期待される。また、KH1は収量を保ったまま農薬の利用を減少させることができる新品種だとされている。こうした新しい農法がどれだけ人々の健康状態を改善するのかについても研究を進めている。今後は、これまで無駄になっていた地域未使用資源を活用した食物の質の改善事業に着目していく。具体的には、養鶏における技術の改善を考えている。地域未使用のハーブ供与により鶏の食欲を増進させ鶏卵の栄養価の改善と鶏肉の生産性の増加を図る。こうした農法改善事業の実施の結果として、自給自足による健康改善効果と市場販売を通じた所得向上による住民の栄養状態の改善効果が期待できる。本研究では、ベトナム中部の村で2つの異なるフィールド実験を行う。ひとつはランダム化比較試験(RCT)である。上述の新しい農業生産技術をランダムに選ばれた人々にのみ教える。RCTより農業生産技術を導入した家計とそうでない家計を比較することが可能となり、どの程度所得が向上するのか、健康状態の改善が図られるのか、罹患率が減少するのか、厳密な意味での因果的効果を測定することができる。そして、もうひとつは、村のリーダーなど特定の個人にのみに教える実験である。この実験と村の悉皆調査から新しい農業技術に関する知識伝播についての空間ネットワーク分析が可能となる。本研究は、ベトナムの農業大学と医科大学と連携して行う。既にフエ農林大学とは複数年に渡る協力関係にあり、信頼関係の構築もできており、フィールド実験の準備も進めている。また、フエ医科薬科の協力により、通常では取得が難しい医療データベースへのアクセスが可能になっており、現在の疾病・疾患の傾向、発症頻度、現在の医療費を把握することができる。それらの情報とフィールド実験の結果を合わせることにより、1)疾病・疾患の発症頻度の低下・改善予測、2)それに伴う医療費削減の規模予測、3)国家レベルで将来の医療費負担の規模の推測を行うことを計画している。初年度である2018年は、現在、個人ベースである医療保険制度が、家族ベースに変更になることを想定した仮想質問により、家族全体で医療保険に加入するためにどれだけの支払い意思(Willingness-to-pay)があるのか?

そして、支払い意思額に関連した要因はどのようなものであるかを分析した論文を公刊した。ベトナムでは政府が政策的に医療保険制度を個人ベースから家族ベースへ切り替えること計画しており、本研究の分析結果が示す政策インプリケーションは実務的に極めて重要である。そして、分析のなかでは、特に、保険の適用対象となる医療サービスを受けることのできる一次レベルの村落医療施設における医療サービスの質がどの程度、保険料の支払い意思と相関しているかを検証している点がこれまでの同様の研究にはない新たな視点である。分析結果は一次医療施設における病気に関するコンサルテーションに対する満足度が保険加入への支払い意思額と正に相関していることを示しており、一次医療施設のおける医療サービスの質の向上が保険加入率の向上および保険制度の財政的持続可能性にとって非常に重要であることを示唆している。今後は、こうした医療保険に対する支払い意思額の分析を基礎として、地域未利用資源を活用した農法改善事業のフィールド実験の実施を計画している。そして、最終的にはそうした農法改善事業の事業評価を行う計画であるが、その際には医療保険加入に対する支払い意思額がどのように変化するかについても検証する予定である。本研究課題の進捗状況であるが、概して計画通り進行している。初年度である2018年は上述のような医療保険に対する支払い意思額の分析を行い論文を公刊しつつ、有機農法に関する技術の普及についての研究も進めている。技術の普及については、農業技術普及員によるフォーマルな技術研修を通じたルートに加え、友人や知人を通じた情報の伝搬というインフォーマルなルートを通じた知識、技術の伝搬が考えられる。現在進めている研究では、こうした2つのルートのうち、どちらがより効果的に技術の普及に役立っているかを検証している。また、特にインフォーマルなルートについては、夫と妻の社会的なネットワークのどちらが農業技術の普及にとってより重要かというジェンダーの視点からも分析も行っている。更に、ベトナム中部の農村で近年急速にその普及が進んでいるKH1という新しい品種のコメの導入についての研究も進めている。有機農法に関する研究と同様に、フォーマル、インフォーマル、両方のルートを通じた技術普及について分析を進めているが、これまでに農業技術普及員による技術研修は新しい技術を初めて導入する際に効果的である一方、翌年にも継続してその技術を使い続けるかについては友人や知人の行動を参考にしていることが明らかとなった。こうした研究はベトナム中部の村で実施してきた現地調査により得られたデータを用いて分析を行っている。そして、技術普及の関する研究に加え、農法改善事業の人々の健康状態に与える影響についても研究を進めている。有機農法の導入は化学肥料の利用を減少させることが期待される。また、KH1は収量を保ったまま農薬の利用を減少させることができる新品種だとされている。
選択的冠血流計測(レーザドプラカテーテル)による心筋内冠循環の病態解析

心筋内冠循環の計測は、そこが血流調節,物質交換の場であることから、冠循環動態・病態の解析に極めて重要であるが、現在まで技術的制約のため知見はわずかである。本研究では、我々が独自に開発した光ファイバ型レーザドプラ血流計により、心筋内冠動静脈における拍動性血流を計測した結果について報告する。光ファイバ型レーザドプラ血流計の光源はHe-Neレーザを用い、直径125μmの光ファイバで血管内にレーザ光を射出する。赤血球により反射されたレーザ光は、同一の光ファイバで受信し、赤血球の速度に比例する"ドプラ信号"をスペクトラムアナライザで検出する。心筋内冠静脈血流は、収縮早期に急速に立ち上がり、収縮期を通じて流れるが、拡張期に入ると漸減した。実験後、樹脂鋳型法により確認した血管の直径は約500μmで、深さは心外膜側より約1mmであった。心筋内冠動脈血流を中隔枝で分枝部より2cm程度中隔内に入った所で計測した。心筋内冠動脈血流は心筋外冠動脈とは異なり、収縮早期にスパイク状の逆流を認め、また収縮期を通じて明らかな逆流を認めた。顕微鏡映画法による心筋表層の微少動脈血流は収縮期に順流の存在が報告されており、一方心筋外冠動脈では収縮期に通常、逆流は認められない。従って、収縮期に高い心筋内圧により心内膜側の血管から搾り出された血液が心外膜側に近い心筋内冠動脈を流れ、一方、拡張期には心外膜側以上に心内膜側に血液が流れ込むと考えられる。すなわち、心内膜側と心外膜側の間で、心周期に伴い血流の分布変化が生じていると考えられる。
Therapeutic biofilmによる歯周病・根面う蝕治療アプローチの転換

加齢とともに増加する歯周病および根面う蝕のコントロールは未だ十分ではない。既存の細菌バイオフィルム除去のアプローチのみでは十分な効果がえられておらず,国民が必要としている当該治療学のイノベーションが必要である。本研究は,既存の概念を転換して,予防・治療のためのバイオフィルム・『Therapeutic biofilm』を形成することにより歯周病および根面う蝕の制御を目指すものである。
舌癌動物モデルにおけるTAMの浸潤とCOX-2の関係

本来抗原提示などによって癌を抑制するはずの腫瘍関連マクロファージ(M1-tumor associated macrophage (M1-TAM))が、何らかのきっかけで腫瘍促進性のM2-TAMに表現型を変える機序については不明な点が多い。マクロファージが最初から全て癌促進的に働くとは考えにくく、少なくとも前癌病変の段階では抑制的に働くM1マクロファージが主と予想している。そこで、癌発生・進行過程におけるTAMの出現パターンを動物モデルを用いて観察することにした。野性型マウスに4-nitroquinoline-1-oxide (4NQO)を投与することにより舌癌が発生することが知られている。我々はパイロットスタディとしてまず数匹のマウスに4NQOを投与し、舌癌ができることを確認した。大体10週間投与を継続すると前癌病変が発生することをHE染色で確認し、本格的に群分けし数を揃えて改めて舌癌モデルマウスの飼育を開始した。その後、20週目以後癌化が始まることが判明した。4NQOのみ与える群、4NQOと同時に投与量の異なる2通りのCOX-2選択的阻害剤並行投与群を設けている。今のところ肉眼的、或いはHE染色上では4NQO単独投与群とCOX-2選択的阻害剤並行投与群の間に癌の発生・進行状況に大きな差異は認めていない。マウスの苦痛も考慮し、15・20・25・30週でマウスを屠殺し、舌癌の進行状況を観察するとともに、病理組織標本の作製および舌からRNA抽出を行っている。現在統計学的解析が可能になるように検体数を増やしているところである。Nが揃ったところで免疫染色およびRT-PCR法を用いてTAMの発現パターンを観察する。肉眼的にはあまり差はなさそうに見えるが、COX-2選択的阻害剤投与のTAM出現に及ぼす影響も観察していく予定である。その後、大体15-20週目以後癌化が始まることが判明した。現在63例からRNA抽出を行ったが、うまく抽出できない症例もあり進行中である。また、免疫染色も施行しているが、きれいな発色を得るのに苦戦し抗体のメーカー等を変更するなど試行錯誤中である。また、今のところ当初予想していたマクロファージの腫瘍内への浸潤があまり見られず、抑制性T細胞の方がよく観察されることがわかってきた。舌癌動物モデルにおけるtumor associated macrophage(TAM)の浸潤とCOX-2阻害薬投与の影響をみる実験を計画した。この動物モデルは発がん物質4NQOの投与開始から最低30週を要する実験であるため、その間ヒト舌癌組織を用いた研究を並行して行った。マウスの実験の途中結果で、このモデルでは殆どTAMの浸潤が見られないことが判明してきた。動物実験とヒト舌癌組織を用いた実験結果を呼応させるため、我々はまずヒト舌癌組織における抑制性T細胞(Treg)の浸潤を観察した。ヒト舌癌組織34検体を用い、CD4/Foxp3、CD8/Foxp3の各免疫2重染色を行い、陽性細胞数をカウントした。そして初期舌癌においては、癌nest部への高度のTreg浸潤が予後不良因子であることが判明した(Hanakawa H, Orita Y, et al. Acta Otolaryngol 2014; 134: 859-64)。続いて、舌癌においてまだ原発は小さいにもかかわらず頸部転移を起こす要因として、high mobility group box1(HMGB1)の発現を免疫染色を用いて26例のヒト舌癌組織を検討したが、HMGB1の発現強度は舌癌の頸部転移予測因子とはなりえないことが判明した(Hanakawa H, Orita Y, et al. J Laryngol Otol 2014; 128: 926-31)。

舌癌マウスモデルにおいては、RT-PCR、免疫染色法を用いて検討した結果、舌癌発生初期にTreg、IL-10が多く、癌の進行とともに減少すること、またTGF-βは逆に癌発生初期に少なく進行とともに徐々に増加する傾向にあることがわかった。COX-2阻害剤は癌の進行等に大きな影響を与えなかったがTregが癌浸潤部に集積するのを抑制する傾向が見られた。舌癌の治療・予防においては、癌発生初期にTregを抑制することが重要なのではないかと予想された(論文投稿中)。この舌癌マウスモデルは、1クールに30週間(約7.5か月)を要し、更にこの実験を始めるにあたってのパイロットスタディを行うのに10週間要した。また、当初可能な限り少ない数のマウスで実験を遂行しようとしたが、不慮の病死やマウス同士の争いが元と思われる死亡が散見され、1クール終了時点で当初予定していた検体数より不足となった。更に、予定通りRNAが抽出できない(技術的問題あるいはマウス個体の問題)症例があり時間を要した。現在、ほぼRNA抽出作業は完了し、何も与えていない所謂コントロールマウスの標本を作成中である。また、順次パラフィン包埋して取りためたホルマリン固定標本も免疫染色しているが、当初予想した通りにはなかなか染まらず、条件設定等に苦戦している状態である。また、前述のとおり舌癌発生・進行過程であまりマクロファージそのものが同定されず、リンパ球と関連するサイトカインの上昇を認め、検討中である。頭頸部腫瘍学、腫瘍免疫学RT-PCRはほぼ目標症例数に達したため、その結果をふまえて免疫染色の対象を絞り込む。また、当初の研究ターゲットであった腫瘍関連マクロファージがあまり認められないかわりに、抑制性T細胞に関連する他事象で興味深い結果もみられるため、そちら方面での解析も進める予定である。不足となることが予想できた時点でマウスの追加注文を行ったが、時間を要する実験なので多数まだ不足分の週数に達していない状態である。現在、目的の週数に達した検体から順にRNA抽出作業を行い、また、順次パラフィン包埋して取りためたホルマリン固定標本も免疫染色/in situ hybridization用に準備中である。検体数が十分解析が可能な数に達すれば、RT-PCR・免疫染色等は比較的一気にスムースに施行できることが予想されているため、今後は暫くやや多めのマウスを飼育し目標数到達を目指す。物品を予定より安購できたのと、実験進行が多少遅れ気味になっているため、この先必ず必要だがまだ未購入の物品があるため。実験の進行を速やかにし、実験の遅れを取り戻し、予定の物品を購入する。
ハドロン加速器ビーム増強のための誘導加速装置の開発

平成14年度は誘導加速空洞本体のR&D項目の内以下の課題を解決した。(1)誘導加速空洞用の磁性体の特性試験と、空洞を1MHzで駆動した場合の発熱の除去法のR&DをANSYSを用いた熱解析を行い、それに基づいてR&D2号機空洞を製作し冷却媒体の循環試験等を行った。その結果、絶縁油による強制対流冷却、水による熱交換という冷却方式を確立した。(2)誘導加速空洞のビームとの相互作用の大きさの自安であるCoupling Impedance測定ベンチの構築を行った。将来的にも様々な構造と大きさの加速空洞が製作される予定であるが、これらのCoupling Impedanceの掌握は不可欠であり、ネットワークアナライザーと組み合わせる同軸構造impedance測定器を製作した。(3)平成15年度はKEK12GeV-PSに誘導加速空洞導入する場合の必要な制御系の構築を諮った。全部はまだ完成していない。誘導加速には加速装置を全てデジタル信号で制御するコンセプトが立てられている。誘導電圧生成はビームバンチ信号と閉じこめ用の既存RF信号を合成して加速器コントロール室で作られ、加速器トンネル近傍においた高圧モジュレーターのゲート駆動用の親信号として送られる。DSPを使うた信号生成方法が現在構築中である。数回のMachine Studyの中で実際の加速器機器を運転しながら、伝送信号特性の詳細な情報を得ている。誘導加速装置の開発今年度は出力2.5kV、繰り返し1MHz動作可能な誘導加速空洞とそれを駆動するパルスモジュレーターの開発を目標とした。誘導加速空洞はこれまでのR&Dで得られた熱設計、電気設計の為のデータベースを参考に、超微細結晶合金を挿加し、加速ギャップ、高圧導入部、冷却ポート、ビーム用真空容器を持った実機に極めて近い物を製作した。製作された空洞の高圧導入部にパルス信号を印加し透過波、反射波を測定する事によって、この空洞の抵抗成分、容量成分、インダクタンス成分の周数応答についてのデーターベースを作った。特に、内部構造体である磁性体デイスクや冷却用銅板の数をパラメーターに実機最終仕様を決める上で必要なデータ収集を行った。一方、パルスモジュレーターはスイッチング素子としてMOSFETを使用した、フルブリッジ回路方式を採用した。当初、回路自身が持つ大きなインダクタンスの為、期待する矩形波に大きな振動が有ったが、回路構成をトポロジカルに大きく変形し、可能な限り浮遊のインダクタンスを減らす改造を行った。450オームの模擬負荷で、出力1.5kV、繰り返し1MHzの連続運転を達成した。又、出力2.2kV、1MHzバーストモード運転でも安定な矩形主力波形を得た。しかし、当初の予測より、MOSFET素子本体並びに、回路中の各種抵抗での発熱が多く、現在の充電器の能力では出力2.5kV、連続1MHz運転が困難である事が分かった。今後、素子の冷却能力を上げ、充電器のパワーを増大しなくてはならない事が分かった。誘導加速シンクロトロン実証試験に向けての準備研究KEK12GeV-PSでの実証試験の第一段階では、既存RFで閉じこめた陽子バンチを誘導加速する事が計画されているが、誘導加速の性質上、誘導加速電圧のドループは不可避である。このドループの影響が加速及びRFによるバンチ綴じ込めにどの程度影響が出るか、ドループの絶対量が何処まで許されるかを理論的に解明した。誘導加速の応用に関する後半な議論2002年10/28-30にRecentProgress in Induction Accelerators(RPIA2002)云う表題で国際ワークショップを開催し、内外から約60名の研究者が参加し、誘導加速を支える基盤技術、誘導加速の後半な応用、そこでの加速物理上の問題点等について議論を行った。発表された論文、会議内容は各種メデイアで公表された。
粒子線を利用した癌細胞選択的照射療法の基礎研究

原子炉中性子による細胞選択的治療法BNCTの研究を推進、多発肝臓癌、悪性胸膜中皮腫の世界初BNCTを実施した。並行してホウ素化合物の選択的送達法の研究、腫瘍でのホウ素分布の改善、濃度向上の為の手法を開発した。腫瘍栄養動脈への化合物注入、腫瘍血管阻害剤アバスチン投与、先行X線照射等である。原子炉に替わるサイクロトロン中性子源も開発し、中性子ビームの物理学的・生物学的特性を検索し、臨床利用の可能性を立証した。1.GB/AAのBNCTでは、GTVの最低線量を>40Gyにするために、BPA 700mg/kgを投与するBNCTを実施中であるが、これが線量分布の改善に直接に繋がる訳ではない。最も重要なファクターは硼素濃度のT/Nである。これは腫瘍が本来持つ生物学的性質によって決まる。改善できるファクターは中性子の分布である。腫瘍の摘出死腔に空気を注入(手術時にオンマヤチューブを留置)すると、死腔サイズが十分なら線量分布の有効な改善、従ってGTVの最低線量基準を達成できることが臨床例で明らかになった。新たな治療対象として、再発を繰り返す悪性髄膜腫を加え、光子線では決して得られない効果を確認した。良い適応になると考えられる。2.治療後再発頭頸部癌のBNCTでは、従来、500mg/kgのBPAを2時間で投与し、終了後15分以内の中性子照射開始を基本としてきた。この場合、照射中の血中硼素濃度の減衰が大きく、照射10-15分後の硼素濃度は開始前の約60%に低下する。濃度低下は腫瘍内硼素化合物分布の不均一の拡大に繋がる。そこで、毎時200mg/kgで2時間注入、最後の1時間を100mg/kgとし、最後の1時間に中性子照射を行うこととした。これによって照射中の血中硼素濃度は安定、かつ上昇した。500mg/kgの場合、30ppmで維持できることが分かった。3.肝臓癌のBNCTでは、腫瘍に閉じ込めた硼素化合物濃度を高めるため、バルーンカテーテルで血流を一時的に遮断し、腫瘍を高濃度のBSH溶液に接触させることを考案した。鳥約30分の遮断の後、lipiodolで塞栓した。4.アスベストによる胸膜中皮腫は治療の困難な腫瘍であるが、F-BPA PETでは>3.0の集積比が得られたので、試験的にBNCTを施行したところ、明らかな腫瘍の縮退が得られた。一方、正常肺には有害事象を生じなかった。1)悪性性脳腫瘍のBNCTでは、悪性髄膜腫に対する試みにおいて新たな進展があった。本来、髄膜腫細胞は著しく放射線抵抗性であるが、BNCTによって顕著な縮小と線量が十分ならば病巣を制御できることが明らかになった。病巣の多くの部分が外頸動脈によって支配されていることから、BBBの影響を受けないので、頭頸部癌と同様に500mg/kgのBPAを3時間にて注入しつつ中性子照射を行う手法を採用して効果を上げている。BSHの使用は将来、不要になり、また、効果を腫瘍病巣に限定するために外頸動脈投与も選択肢になる可能性が在る。2)治療後再発頭頸部癌では、BPAの経動脈投与による効果の選択性の向上を、これまでの症例をレビューし、従来の経静脈投与法と比較検討した。この結果、GTVの平均線量で3倍近い線量が投与可能になることが分かった。ただ、BPAは本来、口腔粘膜に対するCBE値が大きいので、これを緩和する意味でもCBE値の小さいBSHの併用が良いと考察された。現在、BSH5g投与中の血中硼素濃度の変化を調べており、頭頸部癌の如きBBBの無い腫瘍では、投与時間をやや延長し、投与中の棚素濃度の高い時期に中性子を照射する可能性も検討している。3)アスベストによる胸膜中皮腫は治療の困難な腫瘍であるが、F-BPA PETでは>3.0の集積比が得られ、試験的にBNCTを施行したが、効果を検証する実験を、肺に対する効果と比較しながら行った。中皮腫細胞の代用としてSCCVII(マウス扁平上皮癌)を胸腔内に移植し、癌細胞の播種、一部は微小腫瘤の状態を作り、棚素化合物BPAを経静脈投与、中性子を照射して生存期間の変化によって効果を調べると、BPA投与・中性子照射群でのみ有為な生存期間の延長が認められた。現在、肺組織に対する影響の病理学的検索などを進めているところである。平成19年度も京大炉が燃料の低濃縮化のため休止した。休止期間中の研究には日本原子力研究開発機構の4号炉を用いたが、夏季と年末に生じた研究所および炉のトラブルのため、中性子の利用が不可欠な研究は停滞せざるを得なかった。

しかし、途中までの研究で、(1)ヌードマウス移植中皮腫モデルに対する治療実験を実施し、有効性が確認できた。(2)硼素化合物の腫瘍内ミクロ分布の不均一を是正する目的で、抗VEGF抗体薬の併用を着想し、その準備研究に入ることができた。(3)分担研究者が作成したBPAおよびBSHに対する抗体により、そのミクロ分布を検証できる目処がたった。(4)BSHとBPAを併用した際、物理線量をX線等価な生物線量に換算するのに各々の硼素化合物に由来する硼素濃度を区別することが不可欠である。そこで、BPAの蛍光を利用して血液試料中のBPAを測定する試みを行い、硼素濃度で60-70ppmまで0.5ppmレベルの精度で測定できる方法を確立した。BSH存在下でも弁別測定が可能である。(5)悪性脳腫瘍例を対象に原子炉中性子を用いてBNCTを実施したこれまでの症例の結果を解析したところ、再発症例でBNCTを行った場合にも既存の治療に勝る結果が得られること、また治療歴のない症例に初回治療としてBNCTを行った場合には1年生存率は80%、2年生存率は50%近くなることが分かり、標準治療に勝ることが判明した。今後、局所制御の改善に伴う脳室、脊髄などへの播種を如何に防ぐかの研究も必要になる状況となった。平成20年度も京大炉が燃料の低濃縮化のため休止した。又、日本原子力研究開発機構の4号炉も引き続き運転を停止した。従って、中性子の利用が不可欠な研究は停滞せざるを得なかった。一方、京大原子炉実験所では医学医療研究に供するサイクロトロン中性子源の準備が進み、中性子ビームのスペクトル、生体に照射した場合の中性子(熱・熱外・高速)や付随して発生するガンマ線の分布などのシミュレーション研究が進み、原子炉中性子よりも優れた総線量分布になることが分かった。このシミュレーション結果と低電流量で試験的に発生させた中性子の強度および分布を比較すると、強度は予想の約70%であった。核データのないエネルギー領域についての推定であったので、この差は誤差の範囲内と考えられる。現在、目標の電流量の達成に向けて調整中である。昨年度に着想した抗VEGF抗体薬(アバスチン)の投与によるホウ素化合物分布の改善の可能性を調べた。中性子が得られないので効果からの評価やαオートラジオグラフィによる直接的な分布の検索はできなかったが、アバスチンが投与された腫瘍では、静注したヘキストの分布の改善が明瞭であった。21年度、原子炉の再稼働を待って、効果の均一化について検証する予定である。BSHとBPAを併用した際にBPAを選択的に測定する迅速かつ簡便な方法を確立した。257nmの光で励起し、放出される275mmの蛍光を測定する方法であり、フェニルアラニンの化学構造に特異性の高い性質を利用したものである。測定は血漿中の濃度を測定するのであるが、ヘマトクリットの個体差を自動的に補正出来る工夫を施し、血中硼素濃度で60-70ppmまでを0.5ppmレベルの精度で測定できる方法である。21年度の原子炉再稼働後の医療照射に応用しその精度と有用性を検証する予定である。平成21年度には原子炉実験所で開発中であったサイクロトロン中性子源が略完成し、中性子ビームを得ることが出来る状態となった。ビームの物理特性、放射線生物学特性を実験にて検索した。中性子のエネルギースペクトルは原子炉よりも高エネルギー側にシフトしていることが実験的に確認された。これは医学利用にとって正負の両面を有する。深部線量が改善する点では利点となるが、表面線量(皮膚)を押し上げる欠点にもなる。また、中性子の強度は、現状で原子炉中性子の約1.4倍であり、今後、照射野形成装置の改良で更に最高1.5倍高め得る。
組合せ論における確率的及び擬確率的手法の研究とその応用

セメレディの一様性補題というグラフ理論の定理が、さまざまな組み合わせ論で有効であったことがすでに知られていたが、このセメレディの一様性補題をきれいな形で拡張した。従来の一様性補題は、複雑な手続きを何回も繰り返すことにより、所望の分割を得ていたが、非常に単純な確率的サンプルをたった一回とることによってほぼ常に実現されることが、この新しい拡張の利点である。この利点を生かし、いくつかの問題において応用し、有効性をしめした。本研究では、組み合わせ理論における確率的および擬確率的方法論をグラフ理論のほかに、広い対象へ適用可能にする。この過程とともに、乱数を疑似乱数で置き換えた"弱い確率論"である擬確率論という新しい理論の基礎を構築するとともに、幅広い離散数学の重要な古典的問題を解く。擬確率的方法の仕組みは次の2段階に分けられる。まず、(1)任意の巨大な離散構造が擬確率的構造であらわされること、そして(2)擬確率的構造は確率的性質(対応する確率構造が高確率で満たす性質)を満たすこと。これらによって、任意の巨大離散構造に対して、所望の性質を調べることができる。最近、離散構造体の代表例であるグラフだけでなく多くの離散的モデルに対して、(1)が成り立つことがわかってきた。(2)においてどれだけ良い性質が示せるかどうかに、応用上の鍵がかかっている。平成19年度は、(1)と(2)のバランスをよく研究した上で、主に超グラフを主な舞台として、応用をかんがみながら、周辺技術の整備にはかった。超グラフの擬ランダム性の研究はとても重要性が増している、なぜなら、それによって関数解析やエルゴード理論、確率論や理論計算機科学の諸定理を導けることもわかってきたからである。(例えば、Szemerediの定理の組合せ論的別証明が導かれる。)その具体的な応用例として、超グラフの任意の遺伝的性質Pをもつクラスの族のサイズが、Pのある綺麗な不変数によって、ほぼ決定されることを示せた。遺伝的性質とは、かなり普遍な概念である。これは、Bollobasら多くの研究者が、20年近くにわたってグラフや3-グラフ、k-グラフで行った多くの研究成果の拡張になっている。本研究では、超グラフから離れて、さらに一般的な色つき超グラフへ拡張することで、より自然な証明を完成させている。平成20年度も前年度と引き続き、(1)と(2)のバランスをよく考えた上で、超グラフを主な台として、応用をかんがみながら、周辺技術の基礎整備にはかった。関数解析やエルゴード理論からの手法に加え、数学基礎論ないしはモデル理論を応用した超準解析の手法が効果的に使用できることがわかった。これにより、Szemerediの定理やその関連する様々な定理の別証明ができ、従来のものよりも初等的では無いものの、異なった視点からの面白い知見が得られる。これらの技術を改良することで、ある意味でそれらよりさらに強い結果も得られることがわかってきた。この方面の研究は、より広範な分野の視点や手法を取り込む傾向にあるので、筆者が良く慣れている特定の手法を固定せず、筆者の従来の専門外であるような専門領域へも積極的に研究の幅をより広く深く考えていく予定である。近年、離散構造体の代表例であるグラフだけでなく多くの離散的モデルに対して、(1)が成り立つことがわかってきた。平成21年度も前年度に引き続き、(1)と(2)のバランスをよく考えた上で、超グラフを主な舞台として、応用をかんがみながら、周辺技術の基礎整備にはかった。関数解析やエルゴード理論からの手法に加え、数学基礎論ないしはモデル理論を応用した超準解析の手法が効果的に使用できることがより深く理解できた。そしてさらに純粋に組合せ論的確率論を適用する手法でも、Szemerediの定理よりもより強い密度版Hales-Jewettの定理が証明できることがわかった。これは従来では、エルゴード理論を経由する証明しか知られていなかった定理である。

この証明手法と、従来のSzemerediの定理の筆者による証明との関係を調べた。後者のほうが単純明解であり、前者のほうがより複雑ではあるが、その関連性の詳細は、さらに調べる必要がある。この方面の研究は、より広範な分野の視点や手法を取り込む傾向にあるので、筆者が良く慣れている特定の手法を固定せず、筆者の従来の専門外であるような専門領域へも積極的に研究の幅をより広く深く考えていく予定である。擬確率的方法の仕組みは次の2段階に分けられる。まず、(1)任意の巨大な離散構造が擬確率的構造であらわされること、そして(2)擬確率的構造は確率的性質(対応する確率構造が高確率で満たす性質)を満たすこと。これらによって、任意の巨大離散構造に対して、所望の性質を調べることができる。近年、離散構造体の代表例であるグラフだけでなく多くの離散的モデルに対して、(1)が成り立つことがわかってきた。(2)においてどれだけ良い性質が示せるかどうかに、応用上の鍵がかかっている。平成22年度も前年度に引き続き、(1)と(2)のバランスを考えた上で、超グラフ及びいくつかの離散構造を舞台として、応用をにらみながら周辺技術の基礎整備にはかった。従来からの関数解析やエルゴード理論からの手法、及び数学基礎論ないしはモデル理論を応用した超準解析の手法が効果的に使用できることがさらにより深く理解できた。また、近年の筆者の手法と結果は、重要な帰結としてある数論の定理を導くが、数論の手法はほとんど使っていない。そこに数論的手法や代数的手法を取り入れることにより、より豊かな世界への道があることもわかった。それに関連して加法的数論・加法的組み合わせ論からのアプローチと理論計算機科学への応用も考察した。この方面の研究は、より広範な分野の視点や手法を取り込む傾向にあるので、筆者が良く慣れている特定の手法を固定せず、筆者の従来の専門外であるような専門領域へも積極的に研究の幅を広げてきた。この投資は今後のこの研究の発展に重要な意味を持ってくると思う。この研究はこの時点で完成しているわけでは無く、技術的にも思想的にも進化し続けるものと思われる。
集光型宇宙太陽発電衛星のシステム検討とサンドイッチ型発送電モジュールの開発研究

本研究では、新しい集光型宇宙太陽発電衛星の宇宙工学の観点からのシステム検討と、実現に不可欠なサンドイッチ型発送電モジュールの開発が本研究の目的であった。システム検討としては軌道計算から始め、もっとも難問であった排熱の方法を検討した。その解決策として反射板による太陽光のスペクトル選択を提案し、10倍の集光が可能なことを示した。サンドイッチ型発送電モジュールの開発では、初年度に単素子アンテナの基礎開発、次年度にアクティブフェイズドアレイアンテナヘと発展させ、最終年度にはレトロディレクティブ方式のデモンストレーションに成功した。宇宙から地上へ無線送電を行うためには高精度なビーム制御が要求され、レトロディレクティブ方式が最適と考えられている。本研究ではレトロディレクティブ方式のための移相器を数種類開発した。回転型、デジタル型、アナログ型、ハイブリッド型移相器である。デジタル移相器では位相精度や損失の点で改良し、アナログ移相器ではスタブの活用により位相を180°変化させることができた。回転型移相器は電気素子を使用しない点や簡単な構造など新しい移相器で、Active Phased Arrayの位相制御に有効性を示した。ハイブリッド型は、デジタル型とアナログ型の長所を生かした移相器で、容易に7bitsもの精度を実現できることを示した。4台のサブアレイからなるレトロディレクティブ方式を開発し、約4mの距離のビーム制御に成功した。このデモンストレーションでは送電波はレトロディレクティブ方式により制御され、レクテナに取り付けられたLEDの点灯により受電を確認した。このデモンストレーションの成功により、本研究で開発したレトロディレクティブ方式の有効性を実証した。さらにサンドイッチ型宇宙太陽発電衛星の有効性を実証できたと考える。将来の大型代替エネルギー源として期待される宇宙太陽発電衛星にとって、送電用マイクロ波ビームを正確に受電点に集中させる技術は最も重要な技術のひとつである。本研究において全く新しいレトロディレクティブ・アンテナ・システムを提案し、実際に設計・製作し、実験によりその有用性を実証した。本研究で提案したシステムは、受電点から送電側に送信されるパイロット信号の周波数を送電波の半分の周波数とした。このため従来から問題とされた送電波出力位相の不確実性を完全に除去できる信頼性の非常に高いシステムが実現できた。また、パイロット信号の位相検出部と送電波側部を独立させたため、受信したパイロット信号の振幅の変化が、送電波の位相制御に影響を及ぼすこともなく、高利得のマイクロ波増幅器も不必要となった。検出部の出力はデジタル信号であるため、コンピュータ制御と組合せ位相ずれの解消、自由にビームの走査や完全にコンピュータのみの制御をおこなうことができるたいへん柔軟性のあるシステムを実現することができた。新システムでは、位相共役回路をミキサ-、移相器、DC増幅器で構成し、パイロット信号位相検出用2.9GHz5bit移相器、送電波位相制御用5.8GHz4bit移相器、パイロット信号受信アンテナ、送電アンテナ、ミキサ-、2逓倍器、電力分配器の設計、製作をした。全ての回路は小型化、軽量化を考え、送電アンテナを含み一体構造とした。新しいレトロディレクティブ・アンテナ方式を実証するために、4台のサブアレイ・アンテナを作製した。サブアレイの位置が変化しても受電点での送電波の位相が変化しないこと、およびマイクロ波エネルギーが常に集中できることを実証した。すなわち送電波の位相が設計どおりに制御されていることが確認された。本研究では、集光型宇宙太陽発電衛星に必要なサンドイッチ型発電・送電モジュールの開発が目的である。本年度は高効率増幅器とアンテナ素子を重点的に開発した。マイクロ波無線送電には、増幅器の高効率化が不可欠である。この増幅器の効率の向上のため、方形電圧波形によるF級動作を試みた。

FETでの消費電力を抑さえたF級動作は理論効率100%である。しかしF級は非常に高いレベルでの回路設計・製作が必要となるため、その実現は困難でほとんど報告例がない。まずは高出力GaAsFETを用いてA級動作で電力増幅器の開発を行ない、2.45GHzにおいて、FETのドレイン効率43%を得た。このA級電力増幅器をF級へと発展させることで、その効率の上昇を図った。F級動作では、全次数の高調波のインピーダンス制御が必要であるが、今回はスタブにより有限の次数の高調波のインピーダンスを制御することでその変化を観測した。その結果、偶数次高調波と第三次高調波を制御した増幅器は、A級よりも全体的に5%の上昇がみられた。送電アンテナとしては、小型・薄型・軽量で基板上で製作可能、かつ放熱性が良いという条件からスロットアンテナを選択した。このスロットアンテナの数値解析法として有限要素法とモーメント法による両手法と、実際にアンテナを試作して得られた値との比較・検討を行った。有限要素法にはEMASを、モーメント法にはEnsembleを用いてアンテナの解析を行った。アンテナの反射特性と放射パターンにおいても、モーメント法解析によるシミュレーション結果と実験値を比較し、有効な結果が確認できた。また、最適なスロットアンテナの設計を行ったところVSWRが1.2という放射効率の良いモデルが設計できた。本研究では、集光型宇宙太陽発電衛星に必要なサンドイッチ型発送電モジュールの開発が目的である。本年度は最終年度であり、発送電モジュールの心臓部ともいえるレトロディレクティブ方式の実証モデルの製作と、開発成果の総括としてのマイクロ波ビーム制御のデモンストレーションを行った。宇宙から地上へ無線送電を行うためには、高精度なビーム制御が要求され、レトロディレクティブ方式が最適と考えられている。この方式は受電側から送られたパイロット信号を基に送電波の送信位相を制御する方式である。本研究ではレトロディレクティブ方式のための移相器を数種類開発した。それは回転型、デジタル型、アナログ型、ハイブリッド型移相器である。デジタル移相器では、位相精度や損失の点で改良し、損失で約-2-3.5cBに抑えることができた。アナログ移相器ではスタブの活用により位相を約180°変化させることができた。回転型移相器は、電気素子を使用しない点や簡単な構造など新しいコンセプトの基で、Active Phasec Arrayの位相制御に有効性を示した。ハイブリッド型は、デジタル型とアナログ型の長所を生かした移相器で、容易に7bitsもの精度を実現できることを示した。4台のサブアレイからなるレトロディレクティブ方式を開発し、マイクロ波送電のデモンストレーションを行い、約4mの距離のビーム制御に成功した。このデモンストレーションでは、送電波はレトロディレクティブ方式により制御され、レクテナに取り付けられたLEDの点灯により受電を確認した。