hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遠隔操作の多項目観測による西之島形成プロセスの解明

2018年6月の気象庁の「凌風丸」による西之島周辺海域の調査の際,2017年6月に設置した海底地震計の回収と新たな海底電位磁力計の設置,ドローンによる2017年4月から8月の再噴火活動で流出した溶岩流および地形把握のための画像撮影と,噴出物試料の採取を実施した.2018年7月13日には再度の噴火発生が確認されたため,火口周辺の規制範囲が1.5kmまで拡大した.この噴火は8月上旬には終息したが,火口周辺規制は解除されず10月に予定していた再上陸調査も実施が不可能となった.そこで,2018年9月の気象庁の「啓風丸」による西之島周辺海域の調査の際,再度,ドローンによる遠隔の多項目観測と2018年7月の噴出物の採取を実施した.ドローンによる多項目観測では,新たに空中磁気測量の試験観測の行い,西之島全域の空中磁気測量実施に目処をつけた. 2018年7月の噴火活動で流出した新たな溶岩流の地形も詳細に把握し,その噴出量は約50万m3と見積もられた.さらに,2108年7月の噴出物の採取にも成功し,西之島の3回にわたる噴火活動のすべての時期の噴出物を収集することが出来た.回収した海底磁力電位計に新鮮なTube pumiceが付着しており,これらの試料の分析から,山腹での海底噴火の可能性が示唆された.西之島は富士山に匹敵する大規模な山体を持っていることから,長期に高いマグマ噴出率で活動を続けた事が考えられる.今回の調査により,西之島山頂部での噴火に至るマグマ上昇プロセスや,西之島山体下の浅部(1.5-2km)とより深部のマグマだまりの存在が明らかになった.今回の一連の活動でも山腹の海底噴火の可能性があり,今後,海底観測データとの比較や海底地形の変化をより詳細に把握することにより,マグマ上昇・噴出プロセスがより明解になり,噴火メカニズムと火山体の発達史が明らかになることが期待される.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。2016年6月に気象庁の海洋気象観測船「啓風丸」を用いて無人ヘリコプターによる西之島観測を実施し,島の詳細な画像撮影と火砕丘からのスコリア採取に成功した.採取した試料の分析から,マグマが滞留している環境は浅所と深所の2つ存在していることが明らかになった.海底地震計では噴火活動に伴う振動が捉えられていたが,2015年8月以降その数は減少し2015年11月末以降はほとんど観測されなくなった.この火山活動の低下を受け,東京大学大気海洋研究所の学術研究船「新青丸」により,10月16日から25日にかけて西之島の火山活動と生物相の上陸調査を実施した.調査内容は,西之島に上陸しての地質調査および火山噴出物の採取,地震・空振観測点の設置,噴火後の海鳥営巣状況の把握と,西之島周辺海域での海底地震計,海底電位磁力計の設置・回収とウェーブグライダーを用いた離島モニタリングシステムの試験である.上陸調査では西海岸に上陸して,2014年3月から2015年11月頃までに噴出した溶岩・噴石及び旧島の溶岩,旧島上に堆積した火山灰を採取した.これらの噴出物について,XRFによる全岩化学組成分析を行った結果,全ての資料についてSiO2含有量59.5-59.9wt%の安山岩組成であり,1973-1974年噴出物と旧島溶岩との中間的な組成であること,及び今回の溶岩は化学組成が狭い範囲に集中し,時間経過とともSiO2含有量がやや低下した可能性があることがわかった.旧島上に設置した地震空振観測点からは順調に観測データが送られてきており,西之島の活動に関連する可能性のある長い継続時間を持つ高周波の微動が時々記録されている.今後,2017年6月に回収される海底地震計,海底電位磁力計の解析結果とあわせて,西之島のマグマ供給系が2年間の長期にわたりどの様に変化したかを地質学と地球物理学の両面から解明していく.本研究計画では当初,西之島の噴火活動が活発で上陸調査が困難な状況にあるため,遠隔観測のプラットホームである無人ヘリコプター及び海底地震計観測を活用し,西之島での地球物理学的観測と物質科学的データの取得を行い,西之島形成のプロセスを解明することを目指していた.しかし,2015年11月以降の活動低下を受け,2016年8月には西之島の火口周辺規制が500mに緩和され,上陸調査が可能となった.この規制緩和以前の2016年6月に気象庁の海洋気象観測船「啓風丸」を用いて無人ヘリコプターによる西之島観測を実施し,当初の計画にある島内の画像撮影と火砕丘からのスコリア採取に成功し,採取した試料の分析からマグマが滞留している環境は浅所と深所の2つ存在していることを明らかにした.10月の東京大学大気海洋研究所の学術研究船「新青丸」の共同利用研究による西之島調査では上陸調査が実現できるよう,無人ヘリコプターで撮影した画像を分析し,関係各方面との調整を行うことで,生態系の世界自然遺産に登録されている西之島の環境保全を優先する形で生態系研究者及び環境省と合同で上陸調査を実現した.

本研究計画の立案時点では上陸調査の見通しがたたない状況であったが,上陸調査を実施できたことにより2014年3月から2015年11月頃までに噴出した溶岩・噴石及び旧島の溶岩,堆積した火山灰を採取することに成功し,長期にわたる噴火活動のメカニズムを解明するための重要な手がかりを得た.また,西之島周辺での海底地震計の回収・設置,海底電位磁力計の設置を行い,噴火活動の詳細な推移と西之島直下の比抵抗構造の解明を通じてのマグマ溜り把握に向け大きな前進が出来た.遠隔地洋上の火山島の活動把握に向けて旧島上に地震空振観測点を設置し,ウェーブグライダーを用いた離島モニタリングシステムの試験にも成功し,当初予定した研究計画より大きな進捗があった.2018年6月の気象庁の「凌風丸」による西之島周辺海域の調査の際,2017年6月に設置した海底地震計の回収と新たな海底電位磁力計の設置,ドローンによる2017年4月から8月の再噴火活動で流出した溶岩流および地形把握のための画像撮影と,噴出物試料の採取を実施した.2018年7月13日には再度の噴火発生が確認されたため,火口周辺の規制範囲が1.5kmまで拡大した.この噴火は8月上旬には終息したが,火口周辺規制は解除されず10月に予定していた再上陸調査も実施が不可能となった.そこで,2018年9月の気象庁の「啓風丸」による西之島周辺海域の調査の際,再度,ドローンによる遠隔の多項目観測と2018年7月の噴出物の採取を実施した.ドローンによる多項目観測では,新たに空中磁気測量の試験観測の行い,西之島全域の空中磁気測量実施に目処をつけた. 2018年7月の噴火活動で流出した新たな溶岩流の地形も詳細に把握し,その噴出量は約50万m3と見積もられた.さらに,2108年7月の噴出物の採取にも成功し,西之島の3回にわたる噴火活動のすべての時期の噴出物を収集することが出来た.回収した海底磁力電位計に新鮮なTube pumiceが付着しており,これらの試料の分析から,山腹での海底噴火の可能性が示唆された.西之島は富士山に匹敵する大規模な山体を持っていることから,長期に高いマグマ噴出率で活動を続けた事が考えられる.今回の調査により,西之島山頂部での噴火に至るマグマ上昇プロセスや,西之島山体下の浅部(1.5-2km)とより深部のマグマだまりの存在が明らかになった.今回の一連の活動でも山腹の海底噴火の可能性があり,今後,海底観測データとの比較や海底地形の変化をより詳細に把握することにより,マグマ上昇・噴出プロセスがより明解になり,噴火メカニズムと火山体の発達史が明らかになることが期待される.2017年4月18日に西之島の噴火活動が再開し,同年8月上旬まで継続した.再噴火活動の推移を把握するため,同年5月に気象庁の「啓風丸」を用いて西之島周辺海域の海底地震計,海底電位磁力計,ベクトル津波計の回収と海底地震計の再設置を行った.この噴火活動は8月上旬にほぼ停止したが,西之島の規制区域は火口周辺1.5kmとなったため,10月に予定されていた再上陸調査は2018年10月に延期することとなった.そこで2017年度は,それまでに収集した観測データ及び試料の解析・分析を中心に研究を進めた.西之島周辺海域に設置した海底地震計には噴火に伴うシグナルが継続して記録されており,2015年2月以降の噴火活動を連続的に明らかにすることが出来た.2016年10月の上陸調査で西之島旧島に設置した地震・空振観測装置では,2017年4月の再噴火に先行するマグマ上昇に伴う地震および地殻変動を明瞭に捉え,この観測システムが遠隔火山島の噴火活動を把握する上で有効である事を実証した.さらに,この島内観測点のデータと海底地震計のデータを組み合わせることにより,再噴火に至るマグマ上昇のプロセスに関する知見を得ることが出来た.噴出物の分析から,西之島のマグマは安山岩であることが判明したが,噴出したマグマの温度は1050°C程度と,島弧の安山岩としてはやや高温かつ低斑晶量であること,そのマグマは深さ1.5-2kmに存在する低温の浅部
若材齢コンクリートの引張クリープ特性に関する研究

マスコンクリートでは、セメントの水和熱に起因する温度応力がコンクリート打込み直後から生じる。打込み直後は、コンクリートがフレッシュな状態から硬化していく過程にあり、応力が小さくてもクリープひずみはかなり大きくなる可能性がある。そして、水和反応による温度履歴とともに、生じる応力も圧縮から引張へ転じるため、非常に複雑な挙動を示す。本研究では、若材齢時のコンクリートのクリープ挙動を解明するためにのクリープ試験を行うとともに、温度ひび割れに特に影響を与える引張クリープに着目し,温度応力への影響を定量的に評価することを目的とした。そして、以下の研究を実施し、次のような成果を得た。1)圧縮クリープは、応力強度比50%以下で載荷応力とクリープひずみの線形性が成り立ち、それ以上では載荷応力の影響を受ける。これは、従来言われている線形性の成立範囲である40%よりも大きい。一方、引張クリープは、載荷材齢3日、5日では、応力強度比20%以上については載荷応力とクリープひずみの線形性は成り立たない。しかし、載荷材齢7日以降には線形性が成り立つ傾向にある。また実験の範囲内では、同一応力強度比の引張クリープひずみは、載荷材齢に関わらずほぼ等しいことが明らかとなった。2)温度を一定で応力を実際のマスコンクリートに合わせて変化させたクリープ試験を行い、応力減少過程のクリープについて検討した結果、変化する除荷応力に対して、除荷時の応力強度比に基づいた重ね合わせ法が適用できることが明らかとなった。3)高応力強度比のもとで引張クリープ試験を行った結果、クリープひずみの大きさは引張強度にはほとんど影響しないこと、応力強度比の影響は70%以上であらわれ、引張伸び能力が低下することが明らかとなった。本研究では、このような若材齢時の特徴を持つコンクリートの特に引張クリープ性状を把握するために引張クリープ試験を行うとともに、温度応力解析に適用できる引張クリープモデルを構築することを目的としている。本年度は、以下の研究を実施し、次のような成果を得た。1)作用応力強度比を一定とし、養生温度と載荷温度を変化させたクリープ試験を実施した。若材齢時には養生温度の影響が小さく載荷応力強度比の影響が大きいこと、載荷中の温度の影響は従来の積算温度で考慮されるよりも大きいことなどを明らかにした。また、温度の影響を考慮する方法として、温度の3乗に期間をかけた変数で表す方法を提案した。2)温度を一定で応力を実際のマスコンクリートにあわせて変化させたクリープ試験を行い、応力減少過程のクリープについて検討した。その結果、独自の除荷関数を提案するとともに、変化する除荷応力に対して除荷時の応力強度比に基づいた重ね合わせ法が適用できることを見出し、その方法を提案した。以上の成果から、温度・材齢・応力強度比に加えて、それらが変化する実際の温度応力状態に適用できるクリープの予測方法の基本的なモデルの構築を進めた。

本研究では、このような若材齢時の特徴を持つコンクリートの特に引張クリープ性状を把握するために引張クリープ試験を行うとともに、温度応力における引張クリープの影響を定量的に評価することを目的としている。本年度は、以下の研究を実施し、次のような成果を得た。1)引張クリープひずみがひび割れ(引張破壊)に与える影響を評価するために、高応力強度比のもとでクリープ試験を行った。クリープひずみの大きさは引張強度にはほとんど影響しないこと、応力強度比の影響は70%以上であらわれ、引張伸び能力が低下することが明らかとなった。2)温度応力を擬似した圧縮・除荷・引張の応力状態でのクリープ試験を、昇温・降温に制御した状態で行い、クリープモデルの重ね合わせ法の適用性を検討した。壁のように温度応力変化の速いもの(急速昇温・急速降温)に対しては、応力増分法で引張破壊に至るまで適用できるが、スラブのように引張側の温度応力変化が遅いもの(急速昇温・緩速降温)に対しては、重ね合わせ法では引張側の高応力強度比の領域で応力を過少評価する傾向にあることが明らかとなった。
高齢者の歩行および自転車移動を規定する地理的要因の横断的・縦断的検討

性年代間で選択距離に若干の差はあったが、高齢者が歩いて行こうと思う距離は1 km以内、自転車では2 km以内であることがわかった。首都圏高齢者を対象とした縦断研究では、歩行移動は自宅周辺の鉄道路線数、文化施設数が多くなるほど、促進されやすいことがわかったが、中山間地域における横断研究ではこのような関連性はみられなかった。自転車については、中山間地域と首都圏の両高齢者で、高い人口密度と小さい傾斜角度が積極的な利用と関連した。また、中山間地域では、近隣に利用可能な駅がない者において自転車利用が多かった。縦断研究が乏しい当該分野において3年間の縦断研究を実施できたことは重要な成果であるといえる。平成26年度は高齢者が歩行および自転車で移動しようと思う距離について検討した。茨城県笠間市の要介護認定を受けていない全高齢者16870名に調査票を送付し、検討項目に回答した8680名を解析に用いた。歩行距離については「行きたい場所(知人宅、スーパー、飲食店、病院、バス停・駅など)が自宅から、どの位の距離であれば、歩いて行こうと思いますか」を問い、「1300 m以内、2500 m以内、31 km以内、42 km以内、53 km以内、63kmより遠い距離」の選択肢で回答を求めた。自転車距離については「行きたい場所が自宅からどの位の距離であれば、自転車で行こうと思いますか」を問い、「自転車に乗れない(健康面・技術面を含む)、1500 m以内、21 km以内、32 km以内、43 km以内、55 km以内、65 kmより遠い距離」で回答を求めた。回答者の距離に関する認識をできるだけ正確にするため、上記の設問と併せて市内の代表的な3駅より、1 kmに相当する施設(学校や郵便局)を例示した。歩行で行こう思う距離については1 kmもしくはそれ以内を選択する者が、前期男性の70.9%、前期女性の73.2%、後期男性の77.0%、後期女性の79.0%を占めた。自転車については、前期男性の4.5%、前期女性の13.3%、後期男性の14.3%。後期女性の54.2%が、自転車に乗れないと答えた。自転車に乗れる者において、前期男性の54.2%、前期女性の61.0%、後期男性の61.1%、後期女性の63.1%が、自転車で行こうと思う距離として2 km以内もしくはそれ以内を選択した。性、年齢で多少の違いはあるが、歩行であれば1 km以内、自転車であれば2 km以内であれば、高齢者が歩行や自転車で移動する意思があることが分かった。平成27年度は平成26年度追跡調査のデータ整理と、横断分析に関する成果発表を中心に行った。具体的な成果としては、高齢者は歩行で1km以内、自転車で2km以内であれば、歩行や自転車で移動する意思があることを明らかにし、これを国際学会にて発表した。また、運動拠点(運動サークルなど)までの道路距離が500mよりも遠くなると次第に運動拠点に対する認知率が低下するが、友人の家を訪ねていることで認知率が高まることを論文として発表した。なお、平成27年度は、協力自治体における二次予防事業関連予算の縮小のため、追跡調査が実施できなかった。そのため、これまで別の研究でフィールドにしていた都内健診センターで同種の調査を行えるよう関係機関ならびに倫理委員会からの承認を得た。ベースラインデータには平成25年度データを利用可能であり、これまで調査を進めてきた自治体のフィールドと時期が一致している。年間受診者は約15,000名、このうち65歳以上の高齢者は約1,500名(約10%)である。本フィールドは健診センターであるため、医学的データが利用可能である点、調査予算に影響されることなく安定的な追跡が可能である点に利点がある。また、これまで行ってきた調査が中山間地域であったのに対し、健診センターは都内であるため、地域間比較ができ、研究の幅が広がる。平成28年度は、協力自治体での追跡調査の復活に向けた取り組みをしつつ、健診センターでの追跡調査に従事する。現在まで利用していたフィールドでの追跡調査が困難となったが、別のフィールドを確保し、申請書と同様の研究を遂行できている。平成28年度は、首都圏の健診コホートにおける3年目の追跡調査を行った。昨年度までに明らかにした高齢者が歩行(約1 km)、自転車(約2 km)で移動しようと思う距離に基づき、対象者の自宅から1 kmと2 km範囲以内の多様な施設(集会所、公園、レクリエーション施設、文化施設など)の数と、範囲内のバス停、鉄道駅における路線数をそれぞれ算出し、歩行移動と自転車移動との関連性を縦断的に検討した。基本属性、調査開始時の総身体活動量、人口密度、平均傾斜角度を調整したCox回帰分析の結果、平成25年度時点では歩行移動時間が週150未満の者であっても、自宅から1 km以内に文化施設が多くある者や、範囲内の鉄道駅における路線数が多い者は、3年間のうちに歩行移動時間が週150分以上に達する可能性が有意に高まることがわかった。また、自宅周辺の高い人口密度が将来的な週150分以上の歩行移動時間の到達を予測した。自転車移動に関する分析では、自転車移動がない者が3年間のうちに自転車移動を開始することを有意に予測できた施設はなかった。将来的な自転車移動の開始については、自宅周辺の人口密度が高いことと、平均傾斜角度が小さいことが有意な予測因子であった。

高齢者における歩行や自転車移動と環境要因の関連性を3年間の縦断研究として検討できたことは、縦断研究が乏しい当該分野において一定の成果を得たといえる。なお、平成28年度は、一度は打ち切られた中山間地域コホートの追跡調査の復活に向けた交渉を行った。その結果、平成25年度と同様の悉皆調査を平成29年6月に実施することになり、4年後の追跡調査が実現できることになった。引き続き、中山間地域コホートと首都圏の健診コホートの両コホートを追跡し、更なる研究の発展に努める。性年代間で選択距離に若干の差はあったが、高齢者が歩いて行こうと思う距離は1 km以内、自転車では2 km以内であることがわかった。首都圏高齢者を対象とした縦断研究では、歩行移動は自宅周辺の鉄道路線数、文化施設数が多くなるほど、促進されやすいことがわかったが、中山間地域における横断研究ではこのような関連性はみられなかった。自転車については、中山間地域と首都圏の両高齢者で、高い人口密度と小さい傾斜角度が積極的な利用と関連した。また、中山間地域では、近隣に利用可能な駅がない者において自転車利用が多かった。縦断研究が乏しい当該分野において3年間の縦断研究を実施できたことは重要な成果であるといえる。当初の計画通り、大規模な疫学調査に基づき、高齢者が歩行や自転車で行こうと思う距離について明らかにすることができた。中山間地域と首都圏の地域間比較研究が実施可能となったため、高齢者の歩行・自転車移動と関連する環境要因が都市度で異なるか比較する。応用健康科学平成27年度は、GISによる環境評価に基づき、歩行や自転車よる移動と環境要因の関連性について検討を進める。また追跡調査を行う。
逆位相の膜陥入を伴う生命現象のユビキチン化による分子制御機構解

鉄の主要な受容体であるTransferrin Receptorの新しい分解代謝制御機構が存在する事を明らかにした。またHIV-1などレトロウイルスの細胞内増殖・出芽の宿主抑制因子であるBST-2(Tetherin)の細胞内輸送およびHIVアクセサリータンパク質であるVpuによるその分解の分子機構について明らかにした。さらに新規美白化合物2種類についてその作用機構を明らかにした。エンドソームは形質膜あるいはトランスゴルジ領域からリソソームへの中間に位置する細胞内コンパートメントであり、限界膜がその内部に陥入し形成される内腔小胞を持つ多胞体様構造(MVB : multivesicularbody)と呼ばれる特徴的な構造を持つ。MVBにおける内腔小胞は、細胞外からのエンドサイトーシスで形成される小胞や細胞内の輸送小胞の形成とはトポロジー(膜位相)的には逆位相であり、その形成の分子機構は未だ不明な部分が多い。このような逆位相の小胞形成はHIVをはじめとする一部のウイルスの形質膜上での出芽(Budding)と相関性があることが指摘されてきている。本研究ではこれまでの知見をもとに、2つの逆位相の膜の陥入による小胞形成、すなわちHIVウイルスの形質膜上での出芽、および細胞質分裂(cytokinesis)におけるmidbody形成の分子機構について、特にユビキチン化・脱ユビキチン化による制御機構に着目して明らかにする。今年度の研究成果としては、1)ユビキチンリガーゼNedd4に結合する膜蛋白質NDFIP2(Nedd4-interacting protein 2)がGap-junctionを形成するNedd4の基質蛋白質であるConnexin43の発現量制御を行なっていること、2)HIV等のエンベロープウイルスに対する宿主制御因子であるBST2(Tetherin)をHIVアクセサリー蛋白質であるVpuが細胞表面からリソソームへと輸送・分解に導いていることを明らかにした。(2)Nedd4-Interacting Protein 2 (NDFIP2)がユビキチンリガーゼNedd4とPYモチーフを介して結合すること、リソソームに於いて非常に短い半減期で分解を受けていること、Gap junctionを形成するConnexin43のNedd4によるダウンレギュレーションを制御している(競合阻害)という新しいConnexin43の代謝・発現量制御機構が存在する事を報告した(C.Ohzono,et.al., Biol.Pharm.Bull.,2010)。(3)TfRが細胞周期M期前半においてユビキチン化を受け、細胞質分裂時には徐々に脱ユビキチン化されてくる。このTfRユビキチン化は分裂溝へエンドソーム由来の小胞が局在することと密接に関連している)。従って、TfRのユビキチン化には少なくとも2つの異なる生理的役割があることが示唆された。(4)膜結合型ユビキチンリガーゼであるMARCH (Membrane Associated Ring-CH)ファミリー蛋白質のひとつがTfRを基質として認識し、そのユビキチン化によるリソソームでの分解に関与することなどを予備的実験により明らかにした。(1)鉄の主要な受容体であるTfR (Transferrin Receptor)は細胞内の鉄含量に依存して転写レベルでの発現制御を受けていることが知られているが、蛋白質レベルでの分解機構についてはほとんど報告がない。TfRが鉄イオン濃度依存的にユビキチン化を受け、徐々にリソソームでの分解を受けているという新しいTfRの代謝・発現量制御機構が存在する事を報告した(Genes to Cells, 2011)。さらに膜結合型ユビキチンリガーゼであるMARCH (Membrane Associated Ring-CH)ファミリー蛋白質のひとつがTfRを基質として認識し、そのユビキチン化によるリソソームでの分解に関与することなどを明らかにした(第84回日本生化学会大会、日本薬学会第132年会・シンポジウム、投稿論文準備中)。(2)TfRが細胞周期M期前半においてユビキチン化を受け、細胞質分裂時には徐々に脱ユビキチン化されてくる。このTfRユビキチン化は分裂溝へエンドソーム由来の小胞が局在することと密接に関連している。さらに別の鉄輸送体であるDMT1 (Divalent Metal Transporter-1)が、やはり細胞周期に依存したユビキチン化を受けることも見出した(投稿論文準備中)。(3)Trans-Golgi network膜タンパク質TGN46の細胞内輸送および局在化の分子制御機構について解析を行ない、新規のタンパク質選別輸送の分子機構が存在することを明らかにした(第84回日本生化学会大会、投稿論文準備中)。
食品製造プロセスにおいて発生する汚れの装置表面への付着と脱離機構の解明

本研究では、1)タンパク性汚れ、ペプチド、アミノ酸の付着特性の解明、2)タンパク質の固体表面に対する直接の付着部位の決定、及び3)酵素及び過酸化水素/紫外線により発生する水酸化ラジカルを利用した汚れの洗浄機構の解明の3点に焦点を絞り検討した。固体表面としてはステンレス表面を取り上げた。タンパク質としてβ-ラクトグロブリン(β-Lg)、牛血清アルブミン(BSA)、ゼラチン(Gel)を取り上げ、ステンレス表面に対する付着特性を種々の条件下で明らかにした。β-LgとBSAについては、中性より酸性側では、不可逆的な吸着挙動を示した。付着温度が上昇するに従い、β-LgとBSAの付着量は増加したが、これはシステイン残基間の結合反応やS-S交換反応による界面凝集反応により多分子層吸着が形成されるためであることが示唆された。一方、Gelに関しては温度上昇に伴い、付着量は低下した。さらに、ペプチド類とアミノ酸の付着挙動を調べたところ、酸性条件下では、酸性アミノ酸(GluとAsp)が付着に関与することが明かとなった。β-Lgのステンレス表面に対する直接の付着部位を同定するために、プロテアーゼ消化により調製されたペプチド断片の付着特性を明らかにした。その結果、アミノ酸配列の125番目から136番目のPeptide T5(Thr-Pro-Glu-Val-Asp-Asp-Glu-Ala-Leu-Glu-Lys)領域が有力な付着部位の一つであることが示唆された。このペプチドとステンレス平板間の相互作用をFT-IRを用いて調べたところ、酸性アミノ酸の側鎖カルボキシル基が解離した状態で付着していることが明らかにされた。さらに、タンパク質で汚染された表面の種々の条件下で酵素洗浄と水酸化ラジカル洗浄を行い、その挙動をアルカリ洗浄の結果と比較した。本年度は、タンパク質の付着の基礎となるアミノ酸やペプチド類のステンレス表面への付着を詳細に検討した。吸着実験は、いずれの場合も種々の濃度のアミノ酸あるいはペプチドを溶液1ml中に100メッシュ程度のスレンレス粒子(SUS316)を懸濁し、30゚Cで1時間振盪後、上清のアミノ酸濃度をアミノ酸分析機により定量した。濃度減少から付着量を算出した。平衡付着量と平衡濃度の関係は、いずれの場合もLangmuir型吸着等温式で整理できた。グルタミン酸やアスパラギン酸などの酸性アミノ酸は、酸性領域(pH34)で吸着平衡定数、最大吸着量ともに、高い値を示した。アミノ酸を吸着させステンレス平板をFT-IRで解析したところ、C末端と側鎖のカルボキシル基がともに、ステンレス平板表面と相互作用しているためであることが示された。一方、リジンやアルギニンなどの塩基性アミノ酸は、アルカリ領域で吸着平衡定数と最大吸着量が高くなった。グリシン、セリン、フエニルアラニンなど、側鎖に解離基をもたないアミノ酸については、付着量は少なく、付着の相互作用も弱いものであった。これらの結果から、アミノ酸の固体表面への付着の相互作用は多点結合が重要な役割を示すことを明らかにした。一方、システインの場合は不可逆的な吸着がみられた。アスパラギン酸のダイマーやオリゴマー(平均重合度7.4)を用いて吸着実験を行ったが、モノマーの結果と傾向的に類似していた。しかし、ポリグルタミン酸(平均重合度105)の場合には不可逆的な付着がみられた。食品製造プロセスにおける装置表面への汚れ成分の付着機構を明かにすることは、洗浄操作の効率化にとって必要不可欠である。本年度は低分子量汚れ成分に着目し、脂質性汚れ物質と色素性汚れ物質のステンレス表面への付着特性の解明を試みた。

脂質性汚れ物質としては各種脂肪酸を、色素性汚れ物質としてはMethylene Blueを骨格とする6種類の色素を取り上げた。これらの付着成分の分子構造や溶媒の性質(pH、イオン強度、組成)が付着特性に及ぼす影響及びステンレス表面における付着状態の解析を行った。ステンレス粒子を種々の濃度の各汚れ成分を溶解した液に懸濁し、振盪後の上清濃度を測定し、濃度差から吸着量を算出した。各汚れ成分を付着させたステンレス平板のIRスペクトルを測定し、吸着分子の解離状態及び配向を考察した。脂肪酸と色素のいずれにおいても吸着等温線はLangmuir式に従った。脂肪酸の吸着に際しては、吸着量と吸着平衡定数のpH依存性などから静電気的相互作用と水素結合が主に付着に関与していることが示唆された。Methylene Blueのステンレス粒子への吸着にも静電気的相互作用が関与していること、また色素はステンレス表面に対して垂直に配向していることが明かにされた。さらに、Methylene Blueの置換基の体積が大きくなると吸着平衡定数が小さくなり、ステンレスとの相互作用が弱くなる傾向がみられた。さらに、過酸化水素と紫外線(254nm)を利用したOHラジカルを用いる洗浄の予備的検討も行った。本年度は、1)タンパク性汚れの付着特性に決定的な影響を及ぼすペプチドの付着特性の解明と2)過酸化水素/紫外線により発生する水酸化ラジカルを利用した汚れの洗浄方法の開発の2点に焦点を絞り検討した。1)の項目については、β-ラクトグロブリンのステンレス表面に対する直接の付着部位であるPeptide T5(Thr-Pro-Glu-Val-Asp-Asp-Glu-Ala-Leu-Glu-Lys)中の酸性アミノ酸(GluとAsp)の1個あるいは複数個をAlaに置換したペプチドを固相合成法により調製し、ステンレス粒子に対する付着特性を調べた。酸性アミノ酸が2個以上存在するペプチドの付着は、不可逆的な付着と可逆的な付着の2つの機構から成ることが推測された。さらに、この条件では酸性アミノ酸の数が少なくなると、不可逆的な付着量は余り変化しないが、可逆的な付着量が減少した。5個の酸性アミノ酸の4個あるいは全てをAlaに置換したペプチドはステンレス粒子に対して殆ど付着しなかった。これらの結果から、酸性アミノ酸の存在が付着に対して支配的な影響を及ぼすことが確認された。ペプチド類とステンレス平板間の相互作用をFT-IRを用いて調べたところ、酸性アミノ酸の側鎖カルボキシル基が解離した状態で付着していることが明らかにされた。過酸化水素/紫外線により発生する水酸化ラジカルを利用して、ステンレス平板に不可逆的に付着しているβ-ラクトグロブリンの脱離挙動に及ぼす種々の因子について調べると共に、条件の最適化を行った。さらに、過酸化水素による紫外線強度の減衰、ラジカルの発生・消滅速度、及びタンパク質分解速度を考慮に入れることにより、付着タンパク質の減少速度を表現するモデルを提案した。モデルから、付着タンパク質分解に最適な過酸化水素濃度が存在すること、脱離速度は紫外線強度にほぼ比例すること、固体表面上の液の深さに反比例することなどが示されたが、実験結果と良好な一致がみられた。
シミュレーション・モデリング・発見的最適化を統合した最適設計システムの構築と応用

本研究では,発見的最適化,モデリング手法,シミュレーション技術を統合した新たな最適設計の枠組みを構築し提案した。その提案手法を電磁界解析シミュレータを用いた電磁アクチュエータの最適設計に適用し,提案手法を検証した。新たに構築した枠組みは,シミュレータの計算負荷が軽い場合と重い場合に各々対応した2つパスを持ち,実用的な計算時間で最適解が得られる手法である。計算負荷が重い場合には,発見的最適化手法とモデリング手法とを組み合わせた,より少ないシミュレーション回数で最適解が得られる手法である。多数の設計変数を持つ多自由度モータ(サーフェスモータ)の最適設計を行い,本手法の有用性および実用性を検証した。研究実績の概要は,以下の通りである。1.PSOとRBFネットワークを用いた統合的最適化手法の構築と検証:シミュレーション・モデリング・最適化を統合した統合的最適化を用いた最適設計システムの構築のため,多自由度モータの最適設計問題の数理的定式化,最適化アルゴリズムの改良とモデリング手法との融合を行なった。多自由度モータ設計の最適化問題は,磁極形状のパラメータなどの連続変数と磁極数などの離散変数から構成される非線形混合整数計画問題となり,この問題を解くために本研究では,GA以上の探索性能を持つとされるParticle Swarm Optimizationを用いた。また,電磁界シミュレータからの評価データからの評価関数のモデリングには,高精度な曲面近似能力を持つRadial Basis Functionネットワークを用いた。電磁界解析に基づく電気機器のモデリングと最適化手法を結合させることで,汎用最適設計システムを構築し,様々な条件設定の下でシミュレーションを実行し,アルゴリズムの収束性・最適性などの基礎的検討を行なった。その結果を踏まえて,統合的最適化を用いた最適設計システムを構築した。2.電磁界解析に基づく多自由度モータのモデリングと解析:多自由度モータ(サーフェスモータ)の設計では,新しいアクチュエータであるため,規格等がなく,設計の自由度が高く,仕様や用途に応じて設計する必要がある。この新型モータにおける設計要素として,固定子および可動子の磁極形状,ギャップ,巻線巻数などを設定し,性能の向上には鉄心などの飽和を考慮しつつ,磁束密度に応じて最適な形状にするため,パラメータが多い複雑な形状の多自由度モータ(サーフェスモータ)の電磁界解析モデルを構築し,種々の条件の下,多自由度モータの最適設計を行い,提案システムの実用性を検証した。平成25年度の研究実績の概要は,以下の通りである。1.サーフェスモータの最適設計とシミュレーションによる性能評価:サーフェスモータの設計では,新しいアクチュエータであるため,規格等がなく,設計の自由度が高く,仕様や用途に応じて設計する必要がある。この新型モータにおける設計要素として,固定子および可動子の磁極形状,ギャップ,巻線巻数などの多数のパラメータがある。設計要求を満たす最適な形状にするため,パラメータが多い複雑な形状のサーフェスモータの電磁界解析モデルを構築し,PSOとRBFネットワークを用いた統合的最適化手法を用いて多自由度モータの最適設計を行った。2.最適設計に基づく多自由度モータの試作と詳細な性能検証:最適設計に基づき,サーフェスモータ等を試作し,推力・推力リップル・鉄損などの諸性能が設計に近い状態で実現されているかを検証する予定であったが,設計結果の形状の試作の検討を行ったところ,試作が難しく再設計が必要になり,試作途中である。3.PSOとRBFネットワークを用いた統合的最適化手法の構築と検証:シミュレーション・モデリング・最適化を統合した統合的最適化を用いた最適設計システムの構築を行い,多自由度モータの最適設計を行なった。多自由度モータ設計の最適化問題は,非線形混合整数計画問題となる。この問題を解くために本研究では,GA以上の探索性能を持つとされるParticle Swarm Optimizationを用い,評価関数のモデリングには,高精度な曲面近似能力を持つRadial Basis Functionネットワークを用いた。電磁界解析に基づく電気機器のモデリングと最適化手法を結合させることで,汎用最適設計システムを構築した。様々な条件設定の下でシミュレーションを実行し検討を行なった。平成23年度の研究実績の概要は,以下の通りである。1.PSOとRBFネットワークを用いた統合的最適化手法の構築と検証:シミュレーション・モデリング・最適化を統合した統合的最適化を用いた最適設計システムの構築のための準備として,多自由度モータの最適設計問題の数理的定式化,最適化アルゴリズムの改良とモデリング手法との融合を行なった。多自由度モータの最適線形問題は,磁極形状のパラメータなどの連続変数と磁極数などの離散変数から構成される非線形混合整数計画問題となり,この問題を解くために本研究では,GA以上の探索性能を持つとされるParticle Swarm Optimizationを用いた。

また,電磁界シミュレータからの評価データからの評価関数のモデリングには,高精度な曲面近似能力を持つRadial Basis Functionネットワークを用いた。電磁界解析に基づく電気機器のモデリングと最適化手法を結合させることで,汎用最適設計システムを構築し,様々な条件設定の下でシミュレーションを実行し,アルゴリズムの収束性・最適性などの基礎的検討を行なった。2.電磁界解析に基づく多自由度モータのモデリングと解析:多自由度モータ(サーフェスモータ)の設計では,回転機と違い規格等がないため,設計の自由度が高く,仕様や用途に応じて設計されることが多い。これらのモータにおける一般的な設計要素として,固定子(ステータ)磁極形状,可動子(ムーバ)磁極形状,ギャップ,巻線巻数などを設定し,性能の向上には鉄心などの飽和を考慮しつつ,磁束密度に応じて最適な形状にするため,パラメータが多い複雑な形状の多自由度モータ(サーフェスモータ)の電磁界解析モデルを構築し,数値実験的に検証した。本申請課題は,シミュレーション・モデリング・最適化を統合した統合的最適化を用いた最適設計システムの構築と,最適設計に基づく多自由度モータ(サーフェスモータ)の試作と性能検証・評価を目指しており,本年度までで,以下の主要な研究課題についてほぼ達成した。(1)電磁界解析に基づく多自由度モータ(サーフェスモータ等)のモデリングと解析。(3)構築した統合的最適化を用いた多自由度モータ(サーフェスモータ等)の最適設計とシミュレーションによる性能評価。(4)提案手法の実用性と有用性を,多自由度モータの実設計による検証。その結果,本課題は,おおむね順調に進展している。本申請課題は,シミュレーション・モデリング・最適化を統合した統合的最適化を用いた最適設計システムの構築と,最適設計に基づく多自由度モータ(サーフェスモータ)の試作と性能検証・評価を目指しており,本年度では,以下の主要な研究課題についてほぼ達成した。(2) Particle Swarm Optimization(PSO)とRadial Basis Functionネットワーク(RBFN)を用いた統合的最適化手法の構築と数値実験による最適性の検証。今後の研究の推進方策は,以下の通りである。(1)多自由度モータの最適設計とシミュレーションによる性能評価:多自由度モータ(サーフェスモータ等)の詳細な解析モデルを構築し,基礎的な検討を行った最適設計システムと結合させ,統合的最適化を用いた多自由度モータ最適設計システムを完成させ,実用性を検証する。
多種情報源からのデータマイニング手法による肝炎知識の発見

多様な情報源を相互活用する知識発見手法を提案し、診療データから肝炎に関する有用な知識を発見することを目的とした本研究は、この研究期間に以下の実績をあげ、当初設定した研究目的をほぼ達成することができた。1.時区間関係を活用する時相論理に基づく時系列抽象化の新手法を開発した。この新手法は、診療記録の時系列データを解析し、データ中のありうる全時区問関係を抽出するものであり、えられた関係を用いて、肝炎研究の上の問題に関する規則を発見した。2.巨大なテキスト情報源を活用するためのテキストマイニング手法(条件付確率場、トレランス・ラフ集合などの先端の機械学習技法を用いたもの)を開発し、(a)学習段階の探索空間を狭めるための背景知識、(b)診療データに対するデータマイニングで発見した規則を解釈するための知識という二通りの知識発見を目的としてMEDLINEに適用した。3.学習手法、医学文献、専門家による判断を相互に組合せる医療データマイニングヘの統合アプローチを開発し、単にそれぞれの手法を用いるよりもこのアプローチの方が効率的であることを示した。4.その他の成果としては、基礎研究においてカーネル手法、データ・発見プロセスおよび規則の可視化、ルール帰納法、最適化の諸課題に、バイオインフォマティクス領域でタンパク質問相互作用の問題に取り組み、その成果を、先端的な学習手法を用いた医療データ研究の継続および、診療記録データと病原遺伝子との関係の解明という方向につなげることができた。本研究は,長期にわたって蓄積された肝炎患者の履歴データから,肝炎の診断や治療に関して,当該のデータベースのみならず利用可能な多様な関連情報源(医療文献データベース,医療専門家など)を相互に活用しつつ,これらを計算機技法で処理可能とすることで,この分野にとって新規性が高く有用な知見を獲得するための方法論・手法の開発を目的としている.本研究における平成16年度の成果は以下の3点に集約できる.1.時系列抽象化アプローチの展開:多変数の時系列として表されるデータの特徴を捉えて抽象化表現を与えることで,計算機で処理可能かつ直感的に理解し易い,不規則な時系列データからの知識発見手法として従来より開発してきた時系列抽象化アプローチの抽象化パターン抽出手法(APE)としての改良および時区間関係抽出法(TRE)という新手法の展開を行った.APEが単一時系列を記述する抽象化パターンを抽出し,1患者を検査項目とその時系列パターンを表す概念値のとして表現することを基本的アプローチとしたのに対し,TREは異なる時系列における意味あるイヴェント間の関係の集合として1患者を表現することで,重要な変化が発生するタイミングに重点を置いた規則の発見を目指す.TREにおける時区間関係は,Allenが提案した時間論理に準拠するものであるが,本研究が対象とするデータの取得間隔が不規則であることから,イヴェントの重複や前後関係をAllenの13の関係に準じて区別するために,それぞれを互いに識別する境界を緩やかに設定するソフト・マッチアプローチを採用していた.2.医療専門家との共同作業による背景知識の獲得と知識発見プロセスへの反映:医療専門家との共同作業は,単にデータから得られたパターン/モデルへの評価を得るだけでなく,医療専門家とデータマイニング実施者双方がデータ,背景知識あるいは手法の解説・議論を通じて,共通の土台を築き,課題に対する洞察を深める機会として,セッション自体が重要である.こうしたセッションによる16年度の成果としては,統計的有意性の評価を発見プロセスにおける後処理に導入したことが挙げられ,より医療専門家の関心に適う絞込みをデータから得られたルール集合に対し施すことで,評価者の負担も軽減することができた.3.医療文献からの背景知識の獲得:医療文献に特化したテキストデータを情報源とする知識獲得については,まだ端緒についたばかりであるが,固有表現抽出手法により検査項目に関する周辺情報を獲得し,データ解析の探索空間の絞り込みや規則のフィルタリング等に利用する方式を検討している.以上を通じた平成16年度は,臨床医が経験的にウィルスの違い以外に特別な差異は無いと考えるB型肝炎/C型肝炎をそれぞれ特徴付ける規則の候補を抽出したことが総合的成果であり,専門家による評価の段階にある.平成17年度の主な成果は下記3点である.

1.時系列抽象化における新たな手法の開発.ウイルス性肝炎に関して血液検査等における事象間の時系列パターンあるいは「ZTTおよびTTTの検査値において高値をベースに突出値が発生する前にALP値が正常値から高い異常値へと変化する」などの時区間関係の検出・探索を行う時区間関係抽出法を開発した.この手法により,元の慢性肝炎患者の検査履歴データから問題発見につながる重要なデータセットを生成し,多様なデータマイニング手法を適用し新規で有用な知識を発見することが可能となる.2.肝炎に関するMEDLINEの論文アブストラクトに対するマイニング手法の開発.背景知識を獲得し,他の発見に活用するための手法であり,肝炎に関する7万件の論文アブストラクトを検討し,その結果を他の研究手法との関連付けることで他の手法による発見成果の解釈や他の手法における探索空間の絞込みなどに役立てることができる.3.医療専門家の発見の評価.医療専門家との継続的な議論を通して,彼らから上記手法等による発見の評価を受け,手法や発見の限界や今後の展開について明確にする.最終的には肝炎研究の先端に貢献するよりよい成果を得ることを目指し,上記3点を組合わせる研究活動を行ってきた.多様な情報源を相互活用する知識発見手法を提案し、診療データから肝炎に関する有用な知識を発見することを目的とした本研究は、この研究期間に以下の実績をあげ、当初設定した研究目的をほぼ達成することができた。1.時区間関係を活用する時相論理に基づく時系列抽象化の新手法を開発した。この新手法は、診療記録の時系列データを解析し、データ中のありうる全時区間関係を抽出するものであり、えられた関係を用いて、肝炎研究の上の問題に関する規則を発見した。2.巨大なテキスト情報源を活用するためのテキストマイニング手法(条件付確率場、トレランス・ラフ集合などの先端の機械学習技法を用いたもの)を開発し、(a)学習段階の探索空間を狭めるための背景知識、(b)診療データに対するデータマイニングで発見した規則を解釈するための知識という二通りの知識発見を目的としてMEDLINEに適用した。3.学習手法、医学文献、専門家による判断を相互に組合せる医療データマイニングへの統合アプローチを開発し、単にそれぞれの手法を用いるよりもこのアプローチの方が効率的であることを示した。4.その他の成果としては、基礎研究においてカーネル手法、データ・発見プロセスおよび規則の可視化、ルール帰納法、最適化の諸課題に、バイオインフォマティクス領域でタンパク質間相互作用の問題に取り組み、その成果を、先端的な学習手法を用いた医療データ研究の継続および、診療記録データと病原遺伝子との関係の解明という方向につなげることができた。
舞踊と体操における注視点の相異に関する実験的研究

Dynamic MovementによるImpressionの美と, Moving MovementによるExpressionの美を追究する2種の全身運動視聴時における眼球運動の相異を系統するため,眼球運動データ処理システムを用いて実験をおこなった.本学学生の体操部員男子1名(体操歴7年)に対し,日本体操協会が認めたナショナルメンバーのうちの2名の床運動(いずれも演技時間63秒弱)をビデオテープにより提示し,その後,特に説明することなく,現在世界第一線で活躍中の男性舞踊手によるバレエを視聴させ,眼球運動を記録した.床運動は,運動のまとまりから4区分に区切った.バレエは,その流れの中でテレビ画面上Full Figureの部分を10秒間単位で5個所とりあげた.データ解析の結果得られたものは,軸跡表示,度数分布表示として視線の移動速度と注視時間,時間経過表示として移動速度(平均)と注視時間(合計),統計値表示として注視角度,移動速度,注視時間の平均値と標準偏差,そして平均注視位置図と移動方向分布図などである.今回の1例の結果では,眼球の移動軌跡による移動範囲では床運動の方が広かった.本機器では,視線の移動角速度が秒速5度未満を注視しているものとみなして処理しているが,表示された移動速度の度数分布からみると,床運動では平均1区分につき注視点の89%が注視したことになり,舞踊では薬92%が注視したことになった.注視時間の度数分布図からその傾向をみると,床運動よりも舞踊の方が注視時間の変化に富むことが認められた.そして平均移動を速度においても舞踊の方が変化が大きかった.統計数値として表示された注視時間の平均値,標準偏差とも床運動より舞踊の方が大きな値であった.その他幾つかの情報もカラープリントにより出力され,これらを詳細に読んでいくと,動作分析など今まで予想していた以上に発展的研究がなされるのではないかと思われた.Dynamic MovementによるImpressionの美と, Moving MovementによるExpressionの美を追究する2種の全身運動視聴時における眼球運動の相異を系統するため,眼球運動データ処理システムを用いて実験をおこなった.本学学生の体操部員男子1名(体操歴7年)に対し,日本体操協会が認めたナショナルメンバーのうちの2名の床運動(いずれも演技時間63秒弱)をビデオテープにより提示し,その後,特に説明することなく,現在世界第一線で活躍中の男性舞踊手によるバレエを視聴させ,眼球運動を記録した.床運動は,運動のまとまりから4区分に区切った.バレエは,その流れの中でテレビ画面上Full Figureの部分を10秒間単位で5個所とりあげた.データ解析の結果得られたものは,軸跡表示,度数分布表示として視線の移動速度と注視時間,時間経過表示として移動速度(平均)と注視時間(合計),統計値表示として注視角度,移動速度,注視時間の平均値と標準偏差,そして平均注視位置図と移動方向分布図などである.今回の1例の結果では,眼球の移動軌跡による移動範囲では床運動の方が広かった.本機器では,視線の移動角速度が秒速5度未満を注視しているものとみなして処理しているが,表示された移動速度の度数分布からみると,床運動では平均1区分につき注視点の89%が注視したことになり,舞踊では薬92%が注視したことになった.注視時間の度数分布図からその傾向をみると,床運動よりも舞踊の方が注視時間の変化に富むことが認められた.そして平均移動を速度においても舞踊の方が変化が大きかった.統計数値として表示された注視時間の平均値,標準偏差とも床運動より舞踊の方が大きな値であった.その他幾つかの情報もカラープリントにより出力され,これらを詳細に読んでいくと,動作分析など今まで予想していた以上に発展的研究がなされるのではないかと思われた.
SF6代替ガスの破壊抑制条件の最適化に関する研究

窒素を主体とした雰囲気中で放電を繰り返すと、窒素原子および分子はエネルギーを蓄積しやすいため、放電を停止した後にも電子が空間に供給される。供給電子数を減らすために蓄積されたエネルギーを開放する必要があり、一酸化窒素や炭酸ガスを微量に混合することが効果的であった。しかし、放電直後の短時間領域ではその効果は認められなかった。一方、電子付着により電子数を減らすSF_6の効果は顕著であった。CF_3Iは最も顕著な抑制効果があるが、解離の影響を軽減する必要性の高いことが明らかとなった。窒素を主成分とした密閉容器中で放電を繰り返すと、絶縁破壊確率が増加する傾向が認められる。これは放電により発生した窒素活性種の蓄積が原因となり、電極等の表面で電子を発生させ、それが破壊の初期電子として振る舞うことによるものと考えられた。そこで、窒素を主成分としNO,O_2,SF_6あるいはCF_3Iをわずかに混合したガス中で放電を繰り返した場合の放電遅れ時間を測定し、電子付着の効果の有効性を確かめた。その結果、電子付着係数の大きなガスを混合した場合には、放電遅れ時間が短くなりその変化は小さくなる、つまり、初期電子の供給量の減少したことが実験的に明らかとなった。さらに、電子の供給過程は、電極の半径と電極間距離を変化させた場合の比較より、電極表面の凹凸の発生による局部的な電界の増加のため、電界電子放出により供給されたものではないと判断した。したがって、窒素活性種の蓄積が原因とする予測が裏付けられたことになる。この成果は、電気学会で発表し、平成22年夏には電気学会の論文誌に掲載される予定である。ところが、CF_3Iを混合した場合、窒素単独の場合に比べれば、電子の供給量は大幅に減少するものの、放電を繰り返すと、供給される電子数が増えるといった、ほかのガスとは全く違った傾向を示すことが実験的に明らかとなった。測定後に電極表面の組成分析を行ったところ、ヨウ素の析出が観測された。そこで、CF_3Iの分解により発生する生成物の空間での蓄積やヨウ素の電極への付着が原因と考えられた。これらの成果は、高電圧工学国際会議で発表した。あわせて、自動計測するための制御回路の作成に取り組み、平成22年度の実験ではシステムに組み込むための準備を行った。窒素を主成分とした密閉容器中で放電を繰り返すと、絶縁破壊確率が増加するとともに、放電遅れ時間が短縮する傾向が認められる。これに対して、1年目には、放電により発生した窒素活性種の蓄積が原因となり、これらが電極等の表面で内部エネルギーの解放により電子を発生させている事を確かめた。この成果は、電気学会論文誌に掲載された。2年目は窒素活性種の内部エネルギーの解放反応が効率よく進行するとともに、発生した電子を付着により吸収する2つの効果が同時に期待できるCF_3Iをわずかに窒素雰囲気中に混合したガス中で放電を繰り返した場合の放電遅れ時間を測定した。ところが、放電遅れ時間と放電発生頻度との関係をグラフにまとめると、本来は直線となる特性が曲線になる事が実験的に明らかとなった。これは、CF_3Iの分解により発生する生成物が空間に蓄積するとともに、ヨウ素が電極に付着することが原因と考えられた。そこで、放電の繰返し数を減らし、頻繁に雰囲気ガスを交換したところ、特性が直線になった。このような実験的な工夫により、CF_3Iをわずかに窒素雰囲気中に混合した場合の電子供給数を測定したところ、窒素単独の場合に比べれば電子の供給量は大幅に減少する事が確かめられた。また、CF_3Iの混入量に対する供給電子数の変化は、圧力が低い場合には、脱励起反応が主となる場合と同様な傾向が得られるのに対して、圧力が高くなると脱励起反応が主となる場合の依存性と違いが生じる事が明らかとなった。これらの成果は、放電とその応用国際会議、さらに電気学会全国大会で発表した。窒素を主成分とした気体中で絶縁特性を測定すると、窒素は内部エネルギーを長時間保持する性質があるため、放電を繰り返すと後続の放電時の絶縁特性を低下させる危険性が高い。そこで、特性の低下を防ぐために、窒素に別種の気体を混合させる方法が考えられる。その際、混合させるガスの種類と混合の割合を見出す事を本年度の研究目的とした。前年度の研究により、脱励起作用により内部エネルギーを解放させる性質の高い分子の混合と、発生した電子を付着する効果の高いガスの混合がそれぞれ有効であることを明らかにしてきた。しかし、脱励起作用をする分子を混合させた場合、前段の放電終了後1秒以下の領域ではむしろ、混合しない場合よりも多くの電子を発生させてしまうことが本年の研究によって明らかとなった。したがって、密閉容器中に配置する電力機器の絶縁のために窒素を主成分とする雰囲気を利用する場合には、複数のガスを混合する必要があることが明らかとなった。具体的には、一酸化窒素や炭酸ガスと酸素あるいはSF6を混合させる方法が有効と判断された。

その際に混入させるガスの混合比は数%程度で良いことが実測により判断された。したがって、SF6を使用したとしても、その使用量を数十分の一に減らすことが可能である。一方、脱励起作用と電子付着作用を併せ持つCF31は、電子の発生を抑制するためには極めて有効であるが、放電によるヨウ素の電極表面への析出、その結果として圧力が高い場合における電子発生に対する抑制効果の低下、が明らかになった。そこで、CF3Iの脱励起と付着の作用を有効に活用するためには解離したヨウ素を吸着する物質を容器内に配置する等の対策が不可欠であることが明らかとなった。したがって、絶縁特性だけに着目すればCF3Iを利用する効果は高いが、実用的な観点から見れば更に別の視点からの検証が必要であることを明らかにした。