hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新・高機能な電気磁気応答物質および現象の開拓

本研究課題では,絶縁性磁性体におけるエネルギー損失の少ない磁性の絡んだ未踏の複合電子物性の創成を目的とした。特に,電場による磁性の制御といった電気磁気効果に関連した新物質・新物理現象の発見および従来を越える高機能な電気磁気効果の実現をねらった。具体的な成果として,(1)フェライト磁石類似の鉄酸化物における電気磁気効果を利用した室温での不揮発的な磁化の電圧制御,(2)トロイダルグラスという新規なガラス状態の概念の提唱,(3)電気四極子配列の鏡像異性の提唱およびその実験的実証,(4)高圧力印加による磁気誘起電気分極の巨大化などといった,電気磁気効果に関連した種々の新物質・新物理現象を実現させた。平成25年度の研究実施計画において、「六方晶フェライトにおける室温動作電気磁気効果の高性能化」および「電場を用いた磁性制御」といった2つのテーマに対して特に注力することを記載した。前者に関しては、以前に我々のグループで発見された、磁場による電気分極制御が室温でも可能なZ型六方晶フェライトSr3Co2FeO24O41に関して、c軸配向試料を作製し、同試料を用い、室温での電場印加による不揮発的な磁化制御を実現させることに成功した。さらに、これまで室温での電気磁気効果が観測されたことのないY型六方晶フェライトBaSr(Co,Zn)2Fe11O22においても、高酸素圧下のアニール熱処理を施すことにより絶縁性が増し、室温における電気磁気効果(電気分極の磁場制御および磁化の電場制御)を実現させることに成功した。後者の電場を用いた磁性制御に関しては、すでに上述の六方晶フェライトの結果で一部、実施しているが、ほかにも従来から電気磁気効果を示すことで知られるCr2O3を再検証し、電場または磁場下における同物質のマルチフェロイック性に関して議論し、また室温での電場印加磁化制御を明確に示すことを行った。ほかにも、平成23年度より構築を進めてきたダイアモンドアンビルセルを用いた超高圧下における誘電率および比熱同時測定系を用いて、マルチフェロイック物質Mn2GeO4の磁気・強誘電特性に対する圧力効果の詳細を調べるといったことも行った。以上の成果に関しては、すべて査読付の論文として発表を行った。また、前年度の成果として挙げ、論文発表まで至っていなかったトロイダルモーメントによる新規なグラス状態「トロイダルグラス」という概念の提唱に関しても、論文発表を行った。平成24年度は、フラストレート磁性体の中でも長距離秩序のないスピングラスに着目し,スピングラスにおける多スピン自由度の検出の可能性を探ることを実施計画のひとつとしていた。研究対象物質として絶縁性磁性体XYスピングラスと報告されているNi0.4Mn0.6TiO3を取り上げた。平成23年度まで我々の研究ですでに,同試料においてグラス温度領域近傍でトロイダルモーメントの存在を示唆する非対角かつ反対称的な電気磁気効果が観測されていた。しかしながら,観測された電気磁気効果がトロイダルモーメントを一様方向に揃えるように磁気モーメントがグラス凍結したことに起因するものであるかは,さらなる検証が必要であった。そこで本研究では,より詳細な軸[ポーリング電場・磁場依存性,時間依存性(aging, relaxation)など]にわたる電気磁気特性測定(交流磁化率,誘電率,電気磁気効果等)をXYスピングラス系Ni0.4Mn0.6TiO3に対して行った。また、平成23年度より構築を進めてきたダイアモンドアンビルセルを用いた超高圧下における誘電率および比熱同時測定系を用いて、マルチフェロイック物質CuCrO2の磁気・強誘電特性に対する圧力効果の詳細を調べるといったことも行った。平成26年度の研究実施計画において、平成25年度までに行ってきた新規・高機能な電気磁気相関物質の開発を引き続き推進・発展させることに加え、固体酸素における電気磁気相関発現の可能性の探索、また結晶・磁気・電気四極子構造に起因するキラリティに関する研究を推進するとした。【新規・高機能な電気磁気相関物質の開発】に関しては、磁気秩序誘起型強誘電体は磁場の印加により強誘電特性を劇的に変化させることが魅力の一つであるが、その強誘電電気分極の大きさはBaTiO3など一般的な強誘電体のそれに比べ、2桁以上小さいことが応用などを考えるうえで問題視されていた。平成23年度より構築を進めてきたダイアモンドアンビルセルを用いた超高圧下における誘電特性測定系を用いて、代表的な磁気秩序誘起型強誘電体の1つであるTbMnO3の強誘電特性に対する圧力効果を調べた結果、約5GPa以上の高圧力下において同物質の強誘電分極の大きさが1桁以上増大することを発見した。【キラリティに関する研究】では、鏡像異性体を持ち、かつ電気磁気効果を示すことが知られていたDy化合物DyFe3(BO3)4において、円偏光を用いた共鳴軟X線回折測定を行った。その結果、同化合物の中でDyの4f電子の電気四極子が右または左巻きにらせん状に配列していることが確認でき、また、円偏光軟X線を集光させ試料表面上で2次元的に移動し、反射X線を観測することによって、電気四極子配列の鏡像異性構造と対をなす、右巻き・左巻き構造が1つの試料中で共存する構造「ドメイン構造」を観測することにも成功した。

平成27年度は、前年度まで行ってきた物質合成のアプローチと高圧下での測定系を用いたアプローチという2つの手法で高機能な電気磁気相関現象の開拓をねらうといった研究をさらに推進した。前年度までに発表した等方的圧力印加によるマルチフェロイック特性の高機能化に加えて、本年度は一軸圧力下での電気磁気特性測定系を用いて、電気磁気特性の一軸圧力印加効果の詳細を調べ、高機能化の方策を探るとしていたが、実際に測定系の構築を完了し、いくつかの電気磁気効果物質に対する測定を行ってきた。学会発表での成果発表を行ったが、平成28年度には論文での成果の発表を行う予定である。キラリティに関する研究に関しては、キラリティを内包する物質の合成を進め、キラルな結晶構造を持つA(TiO)Cu4(PO4)4 (A = Ba, Sr)において、キラリティを定量性を持った秩序変数とみなす手法を提案し、キラル度合いとマクロなドメイン構造(右手構造と左手構造の共存構造)の関連性を明らかにした。また、XY的なスピングラスのふるまいを示すBaCo6Ti6O19がスピングラス相において、電気磁気効果を示すことを見出した。この結果は、新たなスピングラス電気磁気結合物質の発見を意味し、さらに磁気無秩序系における電気磁気効果を発現する物質の拡充といった点で意義があると考えている。室温動作のマルチフェロイクスに関する研究としては、これまでの本課題研究により見つかった六方晶フェライトにおける電気磁気効果の室温動作に関して、電気磁気動作の阻害の要因となる系の伝導性を抑制する高酸素圧アニール効果に関しての詳細を調べ、その関連性を提示した。高機能な電気磁気相関物質の開発という観点では、これまでの成果をさらに発展させるという形ではあるが、順調に研究は進展していると判断する。また、結晶キラリティや磁気無秩序系電気磁気効果物質に関する研究においては、新たな物質系を見出すなど、新たな研究の展開の種も育ってきていると判断する。一方、平成27年度の計画で述べた電気磁気効果に対する1軸圧の効果に関する研究、固体酸素に関する研究に関しては、学会発表での成果発表にとどまり、今後、論文での成果発表のための研究のさらなる精査を行っていく。平成28年度は、マルチフェロイック物質をはじめとする種々のフェロイックおよびアンチフェロイック秩序状態におけるドメイン形成に着目し、マルチフェロイックドメイン、反強磁性ドメインなどといった各種ドメイン構造の観測さらにはその制御法の確立を図った。ドメインに関する具体的な成果としては、以下の2つが挙げられる。1.らせん磁気秩序に起因してマルチフェロイックな特性を示す六方晶フェライトBa1.3Sr0.7CoZnFe11AlO22を対象として、円偏光共鳴軟X線回折測定を実施し、2つの異なる磁気ドメイン構造の存在を明らかにした。その1つは従来から知られたらせん秩序に起因するキラルドメインに対応するが、もう1つはこれまで同物質では議論されたことのない共線的な反強磁性構造に起因するドメイン構造であることを提案した。2.らせん磁気秩序を示すマルチフェロイクスとしては強磁性・強誘電性を同時に示す稀有な物質であるMn2GeO4を対象として、同物質における複合ドメイン(強磁性ドメイン、反強磁性ドメイン、強誘電性ドメイン)の結合状態を偏極中性子散乱および現象論的理論のアプローチにより明らかにした。この結果は、特殊なコニカルらせん構造を持つマルチフェロイクスにおける電気磁気結合の振る舞いをドメインのレベルで明確に説明したという点で意義あるものである。
光-STMハイブリッド超分子分解能分光法の開発

STM-TERSではスペクトルが様々な測定条件の影響を受ける。本研究では凹凸金基板内の位置やバイアス電圧等の条件を系統的に変化させ、スペクトル変化やその由来について検討した。光照射領域内分子数一定の条件下で、入射光偏光が基板の凹部分に対し垂直な場合にラマン信号が非常に大きくなる(即ち増強電場が大きくなる)ことがわかった。また大きいバイアス電圧では金由来の発光が増えラマン信号も減少するため、STM-TERSでは小さいバイアス電圧が適していることがわかった。本年度は、金の探針を作製し金(111)単結晶基板や金蒸着基板、あるいはグラファイト基板などに金ナノプレートを圧着した基板を用いることによって、繰り返し安定してSTM探針増強ラマン分光法(STM-TERS)を行うことができるようになった。また、STMのトポ像測定時に同時にラマンシグナルを測定するラマンマッピング(トポ像とともにトポ像のように各位置でのラマンシグナルの強度を画像化する)が測定可能になり、ドリフト(探針が時間経過とともに試料表面で元の位置からずれてしまう事)の影響なしに試料の構造とシグナル強度の比較ができるようになった。STM-TERS測定時にSTMのトンネル電流やバイアス電圧が大きい時に現れる特徴的なスペクトル変化(特定波長の発光およびラマンピークの出現)についてはパラメーター依存性を系統的に測定した結果、プラズモン励起に由来する発光が入射光とトンネル電子の両方が合わさって励起されている可能性が示唆された。また、入射光強度に対するラマン強度依存性を測定し、STM-TERSでは最大のラマンシグナルが得られる上限の入射光強度が存在することがわかった。光強度によるトポ像の変化は種々の実験(入射光の強度や照射時間、STMの走査モード、入射光の配置などによるトポ像変化の測定)から、入射光による探針および探針ホルダーの熱膨張によるものであると示唆された。本年度は、入射光の偏光方向や、STM測定時のバイアス電圧やトンネル電流の値を系統的に変化させた測定条件でギャップモードSTM-TERSを行い、ラマンスペクトルの測定や、STMのトポ像測定時に同時にラマンシグナルを取得するラマンマッピング(トポ像とともにトポ像のように各位置でのラマンシグナルの強度を画像化する)を行った。その結果種々の条件でラマンスペクトルおよび特徴的な発光スペクトルが観測された。STM探針が試料に対して45度傾いた配置では、試料に平行な2つの偏光方向を比較すると探針に平行な偏光方向でラマンシグナルがより大きくなることがわかった。またバイアス電圧を大きくするとラマンシグナルは減少し続けるが、発光は減少した後に再び増大した。このためラマンシグナルの観測には小さいバイアス電圧が適していることがわかった。バイアス電圧によりラマンシグナルが減少する原因として、試料と探針の間に表面吸着水が存在しているために試料-探針間の距離がバイアス電圧の増加によって大きく離れることが示唆された。発光スペクトルは励起光の波長によらず同様に観測され、また試料の形状(金ナノ粒子および平滑金基板)あるいは表面の吸着分子種やその有無の影響もほとんど受けなかった。このことから観測された発光は金に由来することがわかった。発光が探針毎に異なることや、探針に金クラスターを吸着させた実験結果などから、観測された発光は金探針作製時に探針表面に自然発生する金クラスター由来であることが示唆された。今年度は安定したSTM-TERS測定およびラマンマッピングが可能になり、それに必要な探針や基板を作製することができるようになった。またSTMのパラメーターに対するスペクトルの変化を系統的に調べることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は種々の測定条件の影響を評価し、分子の化学情報を定量的に得られる手法としてSTM-TERSを確立させる。具体的にはSTM-TERS(スペクトルおよびラマンマッピング)を測定し、基板の凹凸、用いるレーザーの波長、STMのトンネル電流やバイアス電圧などに対するスペクトル依存性を調べる。また探針形状や装置の光学的性能を改良することによって空間分解能および感度を向上させる。
英和辞書使用能力育成のための電子教材開発とその効果の検証

本研究の目的は、英語学習者の英和辞書使用能力を育成するための電子教材を開発し、その効果を検証することである。当該研究では、学習者の潜在的な能力を測定し、それに応じた適度で適切な手助けを与えることで学習を促進することができるとされるダイナミックアセスメントを理論的・方法論的枠組みとしている。そのため、開発した電子教材の学習への有効性が確認されれば、日本の英語教育の辞書指導に貢献することができるだけでなく、学術的にも大きな意義がある。本年度、電子教材はウェッブアプリケーションとして開発を進めた。さらに、電子教材の開発と並行し、学習者の英和辞書使用能力を測るためのテスト(紙媒体)も改訂・作成した。これは電子教材の学習効果を測定するための事前テストと事後テストに利用するものである。国際学会(7月Euralex 2018、9月Independent Learning Association Conference 2018)や複数の国内学会、講演会に参加し、他の研究者と本研究に関し、積極的に意見交換を行った。また、電子教材のパイロット版を使用し、大学1年生20名を対象に予備研究を行った。これらの研究活動により、パイロット版の電子教材の問題点を改善し、機能を追加・向上させ、最終版の完成に至った。電子教材の完成後、大学1年生約30名、2年生約50名を対象に主研究を行った。事前・事後テストと電子教材の使用により得られた学習者のデータを分析し、電子教材の辞書使用能力への効果を検証した。電子教材は当初マイクロソフト社のエクセルをプラットフォームとして開発を進めていたが、学習教材としての利便性や機能性を考慮した結果、ウェッブアプリケーションとして開発することとなった。もととなるデータの移行においては専門業者に委託したが、申請者側にも電子教材の改善、管理、運用等において基本的なプログラムの知識・技術が求められ、その習得に時間を要した。また、ウェッブアプリケーションであるため、サーバー契約とそれに伴うデータの移行が必要となった。これにも新たな知識・技術が必要となったため、開発には当初の想定の以上の時間を要してしまった。さらに、予定していた研究実施箇所(学校)が、相手側の事情により、実施が困難となり、新たに研究実施箇所・参加者を探すこととなったため、全体的に研究が遅れてしまった。当該研究は当初は3年の計画であり、H30年度が最終年度であったが、上記理由により期間の延長申請を行った。これにより、研究遂行上に時間的な余裕が生じた。本研究の目的は日本人英語学習者の英文読解の際の英和辞書使用能力の向上を支援する電子教材の開発し、さらに実際に学習者に運用し、その効果を検証するものである。研究の進行は、(1)辞書使用能力育成のための電子教材の開発、(2)事前・事後調査用紙の作成、(3)研究対象者(参加者)の確定、(4)パイロットテスト、(5)研究対象者への事前調査、(6)本実験、(7)研究対象者への事後調査、(8)実験結果の考察、(9)研究成果の発表、となっている。さらに本実験は、(a)研究対象者の英和辞書使用能力および英文読解能力のタスク(事前テスト)(b)教師による辞書指導と、電子教材を使った辞書トレーニングの対照実験、(c)研究対象者の英和辞書使用能力のタスクおよび英文読解能力のタスク(事後テスト)の3構成である。初年度にあたる平成28年度は、電子教材の開発および、研究対象者の英語学習および辞書使用に関する調査用紙の作成を中心に行った。本研究ではヴィゴツキーによる社会文化理論を理論的枠組みとし、電子教材開発においては、その「発達の最近接領域(ZPD)」概念を応用し、実践するものである。そのため、電子教材の開発と並行し、ヴィゴツキーの著作物や社会文化的アプローチを取った応用言語学の領域での先行研究を概観し、研究手法および電子教材のデザインの理論的妥当性を再検証するとともに、見識を深めた。また、開発途中の電子教材の利用可能な部分をプロトタイプとして本研究の対象者と同程度の英語能力を持つ日本人英語学習者2名に対し、試験的に運用した。そこで判明した電子教材の機能や利用上の問題点を精査し、改良を加えていった。研究の経過・成果は、国内外の学会で発表を行った。参加した研究者からの専門的知見は、本研究を進める上で非常に有益なものとなった。研究実績の概要でも述べたように、H28年度は電子教材の開発と、学習者の英語学習暦、英語の辞書使用、辞書指導に関する調査用紙作成を行った。開発段階の電子教材を定期的に外国語教育や心理学を専門分野とする研究者に発表・報告を行い、質問や意見を精査した。さらに、開発途中の電子教材の一部をプロトタイプとして、日本人英語学習者2名に試験的に運用した。これらにより、電子教材のハイライトとなる段階的支援機能やユーザインタフェース面に改善点があることが判明した。電子教材開発は当初、初年度に完成の予定であったが、上記のような改善点が判明した。そのため、教材に改良を加えるため、H28年度に引き続き、H29年度も電子教材開発を進めていくこととなった。当該研究の目的は、(1)日本人英語学習者の英和辞書使用能力を高める電子教材の開発と(2)その学習効果を検証するものである。H29年度はH28年度に続き、電子教材の開発を中心に研究を展開した。

当初、H28年度の研究計画申請時に予定していたマイクロソフト社のエクセルをプラットフォームとして使用していたが、電子教材として開発を進めていく中で、当該アプリケーションの機能にさまざまな限界点があることが判明した。さらに、教材としてのユーザビリティの観点からも、操作性、視認性に問題点があることを確認した。そのため、プラットフォームを変更し、H29年度からはWeb形式の電子教材(オンライン教材)として開発を進めていった。問題の出題形式、採点方法、教材のデザインに関しては、既存の英語学習用電子教材を参考にしたり、外国語教育を専門とする研究者数名からの意見を取り入れながら、改良を重ねていった。さらに、電子教材による学習効果の更なる向上を目標とし、問題数を当初よりも大幅に拡充した。出題する問題に関しては、問題文、語彙、文法の妥当性について他の研究者の意見を参考に検証を行った。電子教材のプラットフォームとして、当初はマイクロソフト社のエクセルを利用する予定であったが、電子教材として開発を進めていく途中、当該アプリケーションの機能にさまざまな限界点があることが判明した。また、ユーザビリティの観点からも、操作性、視認性などに問題点があることが確認された。そのため、プラットフォームを変更し、Web形式の電子教材(オンライン教材)として開発することとなった。これにより、高度なプログラミング技術が必要となり、業者に委託する部分が生じ、業者の選定、開発に関する打ち合わせ等に時間を費やすこととなった。また、同時に、電子教材のデザインや出題する問題や出題形式にも大幅な変更を加えた。さらに、研究の実践を予定していた学校から、事情により研究を許可できないとの連絡があり、対象校・被験者を新たに探す必要となってしまった。本研究の目的は、英語学習者の英和辞書使用能力を育成するための電子教材を開発し、その効果を検証することである。当該研究では、学習者の潜在的な能力を測定し、それに応じた適度で適切な手助けを与えることで学習を促進することができるとされるダイナミックアセスメントを理論的・方法論的枠組みとしている。そのため、開発した電子教材の学習への有効性が確認されれば、日本の英語教育の辞書指導に貢献することができるだけでなく、学術的にも大きな意義がある。本年度、電子教材はウェッブアプリケーションとして開発を進めた。さらに、電子教材の開発と並行し、学習者の英和辞書使用能力を測るためのテスト(紙媒体)も改訂・作成した。これは電子教材の学習効果を測定するための事前テストと事後テストに利用するものである。国際学会(7月Euralex 2018、9月Independent Learning Association Conference 2018)や複数の国内学会、講演会に参加し、他の研究者と本研究に関し、積極的に意見交換を行った。また、電子教材のパイロット版を使用し、大学1年生20名を対象に予備研究を行った。これらの研究活動により、パイロット版の電子教材の問題点を改善し、機能を追加・向上させ、最終版の完成に至った。電子教材の完成後、大学1年生約30名、2年生約50名を対象に主研究を行った。事前・事後テストと電子教材の使用により得られた学習者のデータを分析し、電子教材の辞書使用能力への効果を検証した。
ミミズと刈草を活用した汚泥堆肥化技術の開発

下水道と河川、それぞれの分野において、汚泥、刈草等廃棄物の処理技術の開発、検討が行われている。また、ミミズを活用した廃棄物処理技術が近年、再度着目されてきている。これらに共通するキーワードは“堆肥化"である。そこで本研究では、ミミズ・汚泥・刈草すべてを活用した、汚泥処理技術および、これらの資源の有効活用システムの開発を目的とする。ミミズに、下水汚泥と刈草の混合物を餌として与え、排泄物(糞粒)を得る(ミミズコンポスト)とともに、下水汚泥と刈草の混合による堆肥化を同時に行う。生産物として、ミミズ糞粒、刈草と汚泥の混合堆肥、増殖したミミズが得られるため、これらを活用する方法を提案する。平成30年度は、下水処理場の最初沈殿池の重力濃縮汚泥を、ミミズ堆肥やココピートに混合したものを餌としてシマミミズの飼育を行い、生重量の測定や、堆肥化の分析を行った。その結果、最初沈殿池の重力濃縮汚泥を脱水しなくても、混合量の調整によりシマミミズの飼育が可能であることが明らかになった。土の含水率が80%以上で2カ月以上シマミミズの生育を行うことができ、ミミズ堆肥化システムにおいて、汚泥の脱水にかかるエネルギーを削減できる可能性が示された。また、シマミミズの飼育用の副資材は、ココピートでも利用可能であるが、ミミズ堆肥を用いた方が、含水率の安定には有用であることが明らかになった。下水汚泥を脱水しなくてもミミズの飼育が可能であることが明らかとなり、ミミズ堆肥化施設を下水処理場に導入することを想定した場合に消費するエネルギーが削減できる可能性が示された。汚泥を用いたミミズ飼育において、ミミズが飼育可能な下水汚泥の含水率の調整に、計画よりも時間を要したため、刈草を汚泥に混合したケースでの飼育において、数値的な結果が得られていないが、飼育は順調に行えており、総合的にみて、計画通りの進捗状況であると判断した。下水処理場の余剰汚泥や消化汚泥、刈草と下水汚泥を混合したミミズ飼育を引き続き行い、ミミズの生重量の測定、堆肥化の評価のデータの蓄積を行う。その後、増殖したミミズ、生産されたミミズ堆肥について、栄養素や重金属等の分析により、現実的に利用可能か評価を行う。同時に、下水処理場での導入に向けたフィージビリスタディを行う。ミミズの飼育において、下水汚泥の含水率の調整に当初の計画よりも時間を要したため、使用額との差が生じた.
歯周病罹患歯の抜歯規準の設定に関する研究

歯周病罹患歯の抜歯基準を設定するための疫学的研究を行った。歯の機能を評価する一指標として、咬合力咬合接触面積・咬合圧を測定し、それらを咬合能力とした。対象者は岡山市内小・中学生・大学生・市町村検診時の成人ボランティア・岡山大学歯学部附属病院外来患者の総数934名である。咬合感圧紙(プレスケール)を最大咬合力で咬ませ、印記された部位の色の濃度と面積を画像解析装置で分析し、全歯列の咬合力(kg)、咬合接触面積(mm^2)、咬合圧(kg/mm^2)を算定した。その結果を以下に示す。1.記述疫学的研究(1)咬合能力におよぼす因子のうち、現在歯数の違いが一番大きく、ついで性別であった。(2)しかし、学童期では、現在歯数には依存しないで、年齢・性別が大きな因子であった。(3)咬合能力の性差は、小学校3年生頃より認められた。(4)咬合能力は、20歳前後にピークがあり、その後は減少した。(5)現在歯数が20本以下になると、咬合圧の急激な上昇がみられ、残存歯の負担過重や、咬合のバランスが崩れていくことが示唆された。2.分析疫学的研究(1)補綴物装着者の咬合能力は、健常者を100とした場合、ブリッジ装着者で70、部分床義歯装着者で30、総義歯装着者で7であった。(2)単独冠およびブリッジの装着前後では、咬合能力に大きな違いはなかった。(3)部分床義歯の装着によって咬合圧の減少がみられ、ある程度の咬合能力の回復が見込まれた。(4)補綴物に対する馴れの現象がみられ、補綴物装着後咬合能力が上昇していくことが観察された。(5)動搖歯が存在しても、性別、年齢、現在歯数をマッチングさせると、咬合能力に差は認められなかった。以上の結果から、歯周病罹患歯について、歯の動搖の有無で抜歯することは、歯数の減少を来たし、咬合能力を低下させることが示唆された。歯の機能を評価する指標として,咬合力,咬合圧,咬合接触面積に着目した。咬合感圧紙(プレスケ-ル)を最大咬合力で咬合させた後,印記された色調とその面積を咬合力測定装置で測定した。まずデ-タの標準化のために,(1).健全歯列所有群の年齢別分布,(2).歯周病患者メインテナンス期における分布,(3).義歯装着者の分布を調査した。(1)健全歯列所有群:小学校児童(92名),中学校生徒(38名)を対象にした。咬合力,咬合接触面積は増齢的に増加した。しかし,小学校5年は低く,側方歯群交換期によるものと考えられる。(2)メインテナンス期における歯周病患者:咬合力,咬合接触面積とも,40歳50歳まで増齢とともに増加したが,それ以降加齢とともに減少した。また,残存歯数が19本以下になると,咬合力,咬合接触面積が有意に減少することが観察された。

残存歯数が15本以下では,咬合圧が有意に増加し,残存歯に過重な負担がかかっていることが示唆された。(3)義歯装着者:岡山市民の中からランダムサンプリングした被検者の中から,総義歯装着者(13名),両側遊離端義歯装着者(14名),橋義歯装着者(49名)について調査した。その結果,総義歯装着者は平均咬合が2.49kg,平均接触面積0.78mm^2,両側遊離端義歯装着者は12.34kg,4.41mm^2,橋義歯装着者は39.41kg,12.71mm^2であった。統計的に平均咬合力,平均接触面積ともに総義歯装着者群,両側遊離端義歯装着者群,橋義歯装着者群の各群間で有意な差が認められた。このことより,残存歯数が多い被検者の方が咬合力,接触面積が大きいことが示唆された。被検者に咬合感圧紙(プレスケ-ル)を最大咬合力で咬ませた後、画像処理をして、咬合力、咬合圧、咬合接触面積を測定した。今年度は、補綴物の咬合に及ぼす影響を中心に調査した。(1)臼歯部補綴物の種類の違いによる比較(昨年度からの継続):咬合力は健常者が47.8±4.5kgであるのに対し、橋義歯装着者はその59%,部分床義歯装着者は29%,総義歯装着者は6%であった。咬合接触面積について健常者で15.3±1.4mm^2であるのに対し、各々、63%、27%、6%と咬合力と同じ比率であった。以上の結果は、昨年度と大きな違いは認められなかった。(2)補綴物装着前後の比較:金層冠の装着前の咬合力は24.8±3.8kgであり、装着後は24.7±5.2kgと有意な差は認められなかった。咬合接触面積も8.6±1.3mm^2に対し、装着後は8.6±1.5mm^2で有意差はなかった。また、橋義歯の場合、装着前の咬合力が27.3±6.7kg、装着後は25.8±7.0kgで有意差はなく、咬合接触面積も、9.2±2.2mm^2、10.6±2.0mm^2と差は認められなかった。一方、部分床義歯では、有意差はないものの、咬合力;咬合接触面積とも、わずかに上昇が認められた(15.6±2.7,16.3±2.7kg;4.4±0.8,5.0±0.8mm^2)。また、咬合圧は部分床義歯装着前で4.2±0.3kg/mm^2であったのが、装着後3.4±0.3kg/mm^2と有意な減少がみられた。以上の結果から、咬合力、咬合接触面積でみる限り、金属冠や橋義歯等の補綴修復物による咬合の回復は十分になされていないように思われる。一方、部分床義歯の咬合回復は健常者の3分の1程度であるが、部分床義歯を装着することにより、咬合力、咬合接触面積の上昇とともに、咬合圧の有意な減少がみられ、咬合力が分散されていることが示唆された。咀嚼能力を、咬合感圧紙(プレスケール)を用いて、咬合力、咬合圧、咬合接触面積で表現した。今年度は、(1)現在歯数・年齢による変化、(2)補綴物の装着前後およびリコール時の変化、について検討を加えた。(1)現在歯数・年齢と咬合圧・咬合力・咬合接触面積の関係について:(1).咬合圧(Kg/mm_2)は年齢による差は認められない。しかし、現在歯数が20本以下になると急に上昇する。これは、いずれの年齢においても、現在歯数が20本以下になると、過重な負担がかかることを意味する。現在歯数20本は、一つの閾値であり、それを超えると、負担過重のため歯の喪失速度が高まる可能性が考えられる。(2).咬合力(kg)・咬合接触面積(mm_2)は、現在歯数28本以上の群において、増齢的に増加している。この理由については、高齢者は咬合機能が優れている者のみが対象となってしまっていることが考えられる。また、コホート効果も無視できない。しかし、27本以下の群においては、増齢的に減少している。(2)補綴物の装着前後およびリコール時の変化:(1).金属冠・橋義歯はいずれも、装着前よりも装着後において咬合力・咬合接触面積共に減少する傾向がみられる。
肝硬変症患者の胃粘膜障害に対する治療法の確立

肝硬変症患者の胃粘膜障害に対する治療法の確立を目的に種々の検討を行った。背景に肝硬変症に起因する門脈圧亢進症が存在し更に門脈圧の亢進が主因で発生するPortal hypertensive gastropathy(PHG)が存在している。従って門脈血行動態の検討ぬきには進められず、胃粘膜血行動態および門脈血行動態の2面から追及した。主原因は門脈圧亢進症であるが病変発症の現場は胃粘膜であり肝-胃相関における胃粘膜局所の治療も不可欠と考えられた。第1義的治療は門脈圧を低下させることにある。2.Vasopresainは門脈圧を有意に低下させるが、肝障害(intrinsic clearanceの低下)を誘発する。Nicardipineはこのデメリットを改善する。しかし、VasopressinとNicardipineを同時投与しても門脈圧はVasopressin投与時以上には低下しない。3.Nitroglycerinは門脈圧を低下させるがMajor shuntの存在例で有意に低下する。同時に胃粘膜血液量も低下させPHGの本態であるgastric mucosal congestionをも改善させる。平均動脈血圧も低下したが、major shunt(-)群と有意差なくNitroglycerinの薬効であることが確認された。4.第2義的に胃局所におけるPHG治療薬としてTeprenylacetonとCetrax ateを検討した。Portal hypertensive gastropathy(PHG)におけるプロプラノロールの有効性の機序【研究背景並びに目的】PHGは門脈圧亢進症患者において、非静脈瘤性出血の主因となっている。この病態に関しては、門脈圧亢進症とガストリンの血管拡張作用に起因する胃粘膜充血が重要視されている。一方、治療においてはプロプラノロールが有効と報告されているが、この機序については不明である。今回の研究の目的は、この点について言及することにある。【対象と方法】内視鏡的にPHGを認めた肝硬変症患者18名を対象とした。彼らを無作為にプロプラノロール投与群(n=9)とプラセボ投与群(n=9)に振り分けた。治療前後(1週間)で胃粘膜血流(レーザードップラー法)並びに血中ガストリン値を測定した。プロプラノロール投与群においては、安静時心拍数を約20%減少せしむる量まで調節した。なお、胃粘膜血流の測定においては、術者は投薬の内容は知らずに施行した。【結果】プロセボ投与群は胃粘膜血流、血中ガストリン値の両者とも変化しなかった。一方、プロプラノロール投与群では、前庭部で0.88±0.28Vから0.73±0.26V(P<0.05)、体部で0.94±0.35Vから0.78±0.25V(P<0.05)と有意に胃粘膜血流は減少した。しかしながら、血中ガストリン値は変化しなかった。【結語】プロプラノロールのPHGに対する有効性は、血行動態学作用による胃粘膜充血の緩和に基づくものと示唆された。一方、ガストリンの低下に起因する液性因子の関与は少ないものと思われた。2)肝硬変性門脈圧亢進症患者9例、コントロール4例にIsosorbide Dinitrate'を40mg/dayで4週間投与後門脈血行動態を検討した。有意な肝血流の低下を伴わず(0. 72±0. 29→0. 71±0. 34l/m)肝静脈圧勾配は低下した(-18%, P<0. 02)。合併症もなかった。従ってIsosorbide dinitrateは肝硬変性門脈圧亢進症患者に長期投与可能な薬剤として期待できる。2.更にNitroglycerinについても、肝硬変性門脈圧亢進症患者30例について胃粘膜血流と門脈圧について検討した。門脈圧はMajor collateralを有する群で有意に低下した。

またnitroglycerin 1.0μg/kg/mの投与により胃粘膜の血液量(spectrophotometryによるIHB)は有意に低下(-16%, P<0. 001)し、門脈圧亢進症患者の胃粘膜のcongestionを改善させると結論した。
高分子表面の機能設計による人工腱及び靱帯の開発

・高分子表面に、骨との結合性に優れ、骨の無機成分であるハイドロキシアパタイトの薄層を形成させる方法を確立した。すなわち、高分子基材表面にハイドロキシアパタイトと親和性をもつリン酸含有モノマーをグラフト重合した後、それをカルシウムとリン酸を含む水溶液に浸漬することによって、ハイドロキシアパタイトの結晶化を表面において進行させ、均一な沈着層を形成させることができた。・テ-パ-加工したポリエチレンロッドをラットの大腿骨に埋入し、ロッド表面が直接新生骨と接する割合(骨接触率)を測定したところ、埋入後6週の時点で、未処理のものと比較してリン酸含有モノマーをグラフト重合したものおよびハイドロキシアパタイトの薄層を形成したものでは高い骨接触率を示した。またポリエステル縫合糸をラット大腿骨に埋入し、引っ張り試験を行ったところ、埋入後6週の時点で未処理のものと比較してリン酸含有モノマーをグラフト重合したものおよびハイドロキシアパタイトの薄層を形成したものでは有意に高い骨結合性を示した。・骨髄細胞の組織培養によりin vivoでの骨形成(骨芽細胞活性)に匹敵しうる骨形成をin vitroで形成させうることを物理学的、生化学的、遺伝子発現実験により確かめた。またそのin vitroの骨形成が組織培養のシャーレ上のみならず種々生体材料上でも可能であることを示した。さらに非常に興味深いことであるが、このin vitroで形成された骨がin vivoへ移植されても旺盛な骨新生能力を示すことを確かめた。・高分子材料の整形外科領域における臨床応用として生体内吸収性材料であるポリ-L-乳酸(PLLA)靱帯を膝関節靱帯損傷例に用い、いまだ術後短期間であるが良好な成績を得た。・高分子表面に、骨との結合性に優れ、骨の無機成分でもあるヒドロキシアパタイト(HA)の薄層を形成させる方法を確立した。すなわち、高分子基材表面に、HAと親和性をもつリン酸基含有モノマーをグラフト重合した後、それをカルシウムとリン酸を含む水溶液に浸漬することによって、ヒドロキシアパタイトの結晶化を表面において進行させ、均一な沈着層を形成させることができた。形成したHA層の靱性および高分子基材との接着性は、グラフト重合鎖の存在によって高められることが明らかになった。HA層の水への溶解性は、薄層形成の条件を変化させることによって低下し、湿潤環境下においてより安定な層とすることができた。一方、生体類似の環境下においては、材料表面下での急速なHAの結晶成長が観察され、骨結合性材料としての有用性がin vitroにおいて証明された。・縫合糸、棒状及びテ-パ-状の高分子材料表面にリン酸基を固定化することにより骨結合性が得られることをIn vivoで確認した。・材料表面における骨形成関連遺伝子の測定:骨髄細胞とポリマー(polyactive)の複合体化により効率よく骨形成を引き起こす実験系を見いだし、その評価を組織学的のみならず、生化学的(Alkaline phosphatase活性ならびにBone Gla proteinの定量)にもおこなった。すなわち複合体移植(皮下移植)2週後よりAlkaline phosphatase活性が上昇し始め、Bone Gla proteinは3週より検出できた。これらの結果は以前のハイドロキシアパタイトを用いた結果とよく一致した。形成したHA層の靭性および高分子基材との接着性は、グラフト重合鎖の存在によって高められることが明らかになった。

HA層の水への溶解性は、薄層形成の条件を変化させることによって低下し、湿潤環境下においてより安定な層とすることができた。一方、生体類似の環境下においては、材料表面下での急速なHAの結晶成長が観察され、骨結合性材料としての有用性がin vitroにおいて証明された。・縫合糸、棒状及びテ-パ-状の高分子材料表面にリン酸基を固定化することにより骨結合性が得られることをin vivoで確認した。・材料表面における骨形成関連遺伝子の測定:骨髄細胞とポリマー(polyactive)の複合体化により効率よく骨形成を引き起こす実験系を見いだし、その評価を組織学的のみならず、生化学的(Alkaline phosphatase活性ならびにBone Gla proteinの定量)にもおこなった。すなわち複合体移植(皮下移植)2週後よりAlkaline phosphatase活性が上昇し始め、Bone Gla proteinは3週より検出できた。これらの結果は以前のハイドロキシアパタイトを用いた結果とよく一致した。テ-パ-加工したポリエチレンをラット大腿骨に埋入し組織標本より骨接触率を計測した。また編み糸状のポリエステルをラット大腿骨に埋入し力学的評価をおこなった。これらの実験において、ともにリン酸基を有する高分子鎖の表面グラフト重合をおこなったものおよびさらにハイドロキシアパタイトを沈着させたものでは未処理のものと比較して有意に高い骨結合性を示した。骨髄細胞と高分子材料の複合化による骨形成に関する最近の知見として,フィルム状のポリエステル表面にリン酸基を有する高分子鎖のグラフト重合をおこない、さらにこの表面にて骨芽細胞の組織培養をおこなったところ、走査電子顕微鏡にて培養開始2週間後にポリエステル表面に高電子密度の薄層が形成されることが確認された。また骨髄細胞の組織培養によりin vivoでの骨形成(骨芽細胞活性)に匹敵しうる骨形成をin vitroで形成させうることを物理化学的,生化学的,遺伝子発現実験により確かめ、そのin vitroの骨形成が組織培養のシャーレ上のみならず種々生体材料上でも可能であることも示した。さらに非常に興味深いことであるが,このin vitroで形成された骨がin vivoへ移植されても旺盛な骨新生能力を示すことを確かめた。この様に骨髄細胞の複合化実験の基礎的解析もおこなった。また高分子材料の整形外科領域における臨床応用としてPLLA靱帯を膝関節靱帯損傷例に用い,いまだ術後短期間であるが良好な成績を得た。
人口減少・超高齢化時代の地方都市における持続可能な低密居住市街地モデルの構築研究

人口減少に伴い、市街地を集約しようとする動きに対して、「救う」市街地と「捨て去る」市街地の選別をすることには疑問がある。わが国地方都市の中心市街地、郊外住宅市街地等、これまでに開発されてきた地区の多くが、捨て去られるのではなく、新しい価値を有する持続的な居住地となり得るはずである。本研究は、以上のような考え方に基づき、低密かつ快適に暮らし続けることのできる、新しい時代の「低密居住市街地モデル」を構築することを目的としている。
電子機器火災の発生および延焼メカニズムの解明

電気機器の高電圧化および高電界化が進み,その安全対策はきわめて重要な課題である.特に火災原因として知られる被覆電線などは,燃焼にあずかる高分子材である被覆部と心線である金属導電体とが極めて異なる熱伝導特性を有するため,思いがけない燃焼形態をとる.前年度(H17)では,電線火災を想定したモデルの下で燃焼実験(ショートを想定した着火)および数値計算(着火および燃え広がり)を行い,その特性把握を試みた.その結果,着火については解析結果と実験結果がよい一致を示したが,燃え広がりについては相当する実験(微小重力環境が必要)が困難であるために,解析結果の妥当性を検証することができない.本年度では,この燃え広がり実験の問題を回避すべく,相似則を用いて微小重力環境と輸送過程を同程度になるような「低圧空間」を用いて研究を展開した.なお,あまり知られていないが宇宙飛翔体や飛行機内部には低圧条件が課せられることが常であるため,この研究は航空機火災の安全性や宇宙開発の安全性を評価するものとして今後の展開が期待できる.低圧空間では酸素量が減少するため,通常は燃えにくい(=燃え広がり速度が低下する)と考えられており,実際に過去の研究ではそういわれていたが,電線火災は研究例がない.実際に実験を進めていくと「低圧になるほど酸素が少ないにも関わらず燃え広がり速度は単調に増加する」ことがわかった.これは微小重力場と類似した結論であるが,酸素量の面からすれば素直に受け入れ難い事実である.心線を通じた熱伝導輸送がその大きな要因であり,実験結果から推測した熱収支によれば,未燃の高分子が受ける熱の半分以上が心線を通じた熱伝導であることがわかった.このように熱伝導1生の高いものの存在が,これまでの安全規格の概念を覆す可能性があることが指摘された.今後低圧火災についてさらに研究を進めていく予定である.電気機器の高電圧化および高電界化が進み,その安全対策はきわめて重要な課題である.特に火災原因として知られる被覆電線などは,燃焼にあずかる高分子材である被覆部と心線である金属導電体とが極めて異なる熱伝導特性を有するため,思いがけない燃焼形態をとる.本研究では,電線火災を想定したモデルの下で燃焼実験および数値計算を行い,その特性把握を試みた.主に行った研究テーマは以下の通りである.1)過電流による電線着火特性の把握(実験および解析)2)電線上の火炎燃え広がり現象(実験および解析)過電流による自発着火実験では,過熱電流の低下に伴い着火遅れ時間が延びるが,急な加熱の場合と緩い加熱の場合で,自発着火の起こり方が異なることを見出した.特に微小重力場を用いて流れ場を制御した実験においては,弱い電流ほど着火時の被爆範囲が広がり,危険となる可能性があることを示した.燃え広がりの実験は,特に過密な電線配置であり且つ安全性を求められる宇宙船や飛行機などの低圧雰囲気状態を模擬してデータ取得を行った.その結果,通常は低圧になるほど燃焼しにくいと考えられていたのが,逆にある低圧部において常圧雰囲気下よりも燃え広がり速度が早くなる,すなわち火災危険性が高まる,あるいは防災基準が地上のものを適用できなくなることを世界で初めて明らかにした.この原因については次年度にさらなる検討を行う予定である.解析は宇宙船内部を模擬した微小重力環境に特化した想定で行い,微小重力場で顕著となる火炎からの輻射が燃え広がり現象にどの程度影響を与えるのか,系統的に調べた.結果,輻射モデルに依存して現象が大きく異なり,実際の現象を再現するためには輻射モデルの洗練が重要であることを示した.電気機器の高電圧化および高電界化が進み,その安全対策はきわめて重要な課題である.特に火災原因として知られる被覆電線などは,燃焼にあずかる高分子材である被覆部と心線である金属導電体とが極めて異なる熱伝導特性を有するため,思いがけない燃焼形態をとる.前年度(H17)では,電線火災を想定したモデルの下で燃焼実験(ショートを想定した着火)および数値計算(着火および燃え広がり)を行い,その特性把握を試みた.その結果,着火については解析結果と実験結果がよい一致を示したが,燃え広がりについては相当する実験(微小重力環境が必要)が困難であるために,解析結果の妥当性を検証することができない.本年度では,この燃え広がり実験の問題を回避すべく,相似則を用いて微小重力環境と輸送過程を同程度になるような「低圧空間」を用いて研究を展開した.なお,あまり知られていないが宇宙飛翔体や飛行機内部には低圧条件が課せられることが常であるため,この研究は航空機火災の安全性や宇宙開発の安全性を評価するものとして今後の展開が期待できる.低圧空間では酸素量が減少するため,通常は燃えにくい(=燃え広がり速度が低下する)と考えられており,実際に過去の研究ではそういわれていたが,電線火災は研究例がない.実際に実験を進めていくと「低圧になるほど酸素が少ないにも関わらず燃え広がり速度は単調に増加する」ことがわかった.これは微小重力場と類似した結論であるが,酸素量の面からすれば素直に受け入れ難い事実である.心線を通じた熱伝導輸送がその大きな要因であり,実験結果から推測した熱収支によれば,未燃の高分子が受ける熱の半分以上が心線を通じた熱伝導であることがわかった.このように熱伝導1生の高いものの存在が,これまでの安全規格の概念を覆す可能性があることが指摘された.今後低圧火災についてさらに研究を進めていく予定である.
エネルギーマネージメントを考慮した振動発電による自己完結型電源システムの開発

本研究の目的は,エネルギーマネージメントを考慮した振動発電による自己完結型電源システムの開発であり,2年目の平成30年度計画は1年目に開発した自己完結型電源システムの実応用となる。この目的の下,今年度は応用分野として期待される無線センサノードへの電源供給に向けたパワーマネージメントシステムの構築,最適発電構造の提案,製品化に向けた耐久性評価を実施した。ここでは,機械工場設備の振動により加速度センサノードを駆動し,えられる間欠的なセンサ情報に基づく故障診断システムの構築を行った。本開発システムでは,振動からの回生エネルギーにより断続計測方式ではあるが,加速度センサノードを50ms間隔で駆動し,えられたデータに対し学習理論を導入することで80%以上の高確率で故障診断が可能となることを実際の工場振動を用いて実験検証した。また,昨年度に引き続き各種振動に対する最適構造(形状,厚さ,面積など)の短期開発を目指し,振動発電シミュレータの開発を実施した。ここでは,数十パーセントの誤差での推定が可能となっている。更に,自己完結型電源システムの応用として,大規模災害など災害医療現場で利用可能な小電力機器用電源システムの開発を進めている。ここでは,昼間の作業時に災害医療派遣チームが履く安全靴で発電・蓄電し,夜間作業時にLED照明やスマホによる情報発信に利用可能な電源システムを構築し,その試作品を製作した。実施項目に関する研究成果として,Journal論文3編ならびに国内外の学会5件にて発表を行った。昨年度に開発した各種発電構造による自己完結型電源システムの応用として,センサノード駆動による工場機器の故障診断システムの構築に加え,新たに被災地医療現場で利用可能な発電靴の開発にも着手しており,当初計画以上に順調に進んでいる。また,各種振動に対する最適構造の短期開発のために,振動発電シミュレータの開発も進めているが,おおむね順調である。一方,発電靴による一日の作業量(歩数)での発電量(蓄電量)は,現状試算ではスマホバッテリー容量のわずか数パーセント程度であり,発電構造や発電手法の改善・向上を図る必要がある。これについては,開発した振動発電シミュレータを併用し次年度に実施予定である。以上より,全体としてはおおむね順調に進展している。本開発のシステムでは,振動からの回生エネルギーにより加速度センサノードを50ms間隔で駆動し,そのデータに基づき,学習理論を導入することで80%以上の高確率で故障診断が可能となることを実際の工場振動を用いて実験検証した。本開発システムは,今後ビックデータに基づくITやAI技術が導入される工場での利活用が可能であり,実用化可能性は非常に高いと思われる。今後は,本システムの耐久性評価,低コスト実現に加え状態・寿命推定機能などのデータ利活用機能の付加など,実用化を目指した開発を進めていく予定である。また,今年度は被災地で医療活動を行う災害派遣医療チームとともに,これまでに開発した振動発電技術を災害医療現場で利用できないかの検討を開始した。今後は,災害医療派遣チームの重要な任務の一つである夜間実施の情報発信作業に利用可能な発電靴について,最適エネルギー回生構造とそのマネージメントシステムを開発していく予定である。本研究の目的である振動発電による自己完結型電源システムの開発とその応用に対し,今年度はまず,(1)衝撃と曲げの2つのモードの併用発電構造による広帯域・高出力化を検討した。ここでは,横型構造から縦型への構造変更と間接衝撃発電のシム径の見直しにより,(平均)発電電力において50%以上の高出力化を達成している。つぎに,(2)振動発電の用途拡大を目的に,圧縮発電構造について検討した。その特徴である出力が周波数に依存されない点を考慮し,自転車サドルへ導入し,発電特性に対する基礎実験を実施した。その結果,走行時の発電電力により,1回の無線センサモジュールの駆動が(路面状況によっては)6.6 s毎に可能となることを検証した。また,(3) 2次電池付きエネルギーマネージメントシステムを含めた間接衝撃発電構造に対し,各種の無線センサモジュール駆動試験を実施し,駆動時間の伸長(最大で53%)を確認した。さらに,(4)圧電デバイスを含む振動発電装置を製作・実験検証することなく,おおよその発電特性が推測できる振動発電シミュレータの開発にも着手した。最後に,開発している自己完結型電源システムの高耐久化として,(5)自転車ペダル用回転ハーベスタの耐久試験を実施し,最適はじき量を解析するとともに,その指針を明示化した。以上の研究成果を,Journal論文1編ならにびに国内外の学会3件にて発表した。衝撃と曲げの併用構造による高帯域・高出力化については,ほぼ順調に進んでいる。また,圧縮構造についても入力周波数に依存せず広帯域に発電可能となることを検証し,併用構造への応用可能性が確認できた。パワーマネージメントとその応用についても,無線センサモジュール駆動実験の実施,振動発電シミュレータの新規提案など,順調に進んでいる。自己完結型電源システムの高耐久化では,ペダル用回転ハーベスタやサドル圧縮発電での実験評価により具体的に検証が進んでおり,順調である。積層構造による電圧電流の最適化による発電電力最大化については,良好な結果がえられる新しい提案には至っていない。

ここでは,機械工場設備の振動により加速度センサノードを駆動し,えられる間欠的なセンサ情報に基づく故障診断システムの構築を行った。本開発システムでは,振動からの回生エネルギーにより断続計測方式ではあるが,加速度センサノードを50ms間隔で駆動し,えられたデータに対し学習理論を導入することで80%以上の高確率で故障診断が可能となることを実際の工場振動を用いて実験検証した。また,昨年度に引き続き各種振動に対する最適構造(形状,厚さ,面積など)の短期開発を目指し,振動発電シミュレータの開発を実施した。ここでは,数十パーセントの誤差での推定が可能となっている。更に,自己完結型電源システムの応用として,大規模災害など災害医療現場で利用可能な小電力機器用電源システムの開発を進めている。ここでは,昼間の作業時に災害医療派遣チームが履く安全靴で発電・蓄電し,夜間作業時にLED照明やスマホによる情報発信に利用可能な電源システムを構築し,その試作品を製作した。実施項目に関する研究成果として,Journal論文3編ならびに国内外の学会5件にて発表を行った。昨年度に開発した各種発電構造による自己完結型電源システムの応用として,センサノード駆動による工場機器の故障診断システムの構築に加え,新たに被災地医療現場で利用可能な発電靴の開発にも着手しており,当初計画以上に順調に進んでいる。また,各種振動に対する最適構造の短期開発のために,振動発電シミュレータの開発も進めているが,おおむね順調である。一方,発電靴による一日の作業量(歩数)での発電量(蓄電量)は,現状試算ではスマホバッテリー容量のわずか数パーセント程度であり,発電構造や発電手法の改善・向上を図る必要がある。これについては,開発した振動発電シミュレータを併用し次年度に実施予定である。以上より,全体としてはおおむね順調に進展している。まず,無線センサモジュールの応用として,機械工場の故障診断・寿命推定への導入検討を進めていく。ここで,無線センサモジュールから送信される信号は,工場設備の駆動周波数から見た場合,極めて間欠的な信号となるため,十分な発電能力に加え,適切な信号処理を含めた工場設備の健全性に対する故障診断技術を構築する必要がある。また,今年度新たに提案した振動発電シミュレータについて,各種の圧電デバイスと振動発電構造に対する実験結果との比較検証を行い,その有用性評価を実施する。また,応用機器を含めた評価についても検討する。積層構造に対しても,高容量,低周波数という利点を最大限発揮でき,同時に衝撃発電での高電圧,低電流出力を効率的に回生する振動発電システムの開発を進めていく。本開発のシステムでは,振動からの回生エネルギーにより加速度センサノードを50ms間隔で駆動し,そのデータに基づき,学習理論を導入することで80%以上の高確率で故障診断が可能となることを実際の工場振動を用いて実験検証した。