hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
結晶化学による電子多自由度設計と熱電変換材料開発

5d遷移金属酸化物、特にイリジウム酸化物に着目し以下の二つの指針に基づいて熱電変換材料の設計(第一原理計算)、薄膜合成、性能評価を行った。1.幾何学的フラストレーションの強い格子に起因したフラットバンド金属本研究で得られたスピネル型イリジウム酸化物LiIr_2O_4において、フラットバンドが形成されることを、第一原理電子状態計算から見出した。絶縁体であるLiIr_2O_4に対してリチウムデインターカレーション(Ir_2O_4)によるホールドープを試みたが金属状態は得られなかった。光学スペクトルによる電子構造の観測からIr_2O_4がスピン軌道相互作用と電子間相互作用の協奏によって小さなエネルギーギャップをもつ半導体になっていることが示唆される。2.電子間相互作用やスピン軌道相互作用に起因した小さなエネルギーギャップをもつ半導体スピン軌道相互作用を考慮した第一原理電子状態計算から、AIrO_3(A=Sr,Ca)がスピン軌道相互作用によって小さな直接ギャップの開いた半金属になることが期待される。特に、格子の小さいCaIrO_3の方が、ギャップが大きく、キャリア数が少ないと予想された。実際、CaIrO_3の方が、キャリア数が少なくナローギャップ半導体に近い傾向を示した。一方で熱起電力は150K付近で極大(30μV/K)を示し、半金属状態を残していることが伺える。さらにエピタキシャル歪みによって格子を縮めるなどの工夫によって、ナローギャップ半導体の実現と熱電性能の向上が期待される。本研究によって、5d遷移金属酸化物においてフラットバンド金属の実現が難しいことが示された。スピン軌道相互作用と電子間相互作用によって小さなエネルギーギャップを伴った半導体になってしまうためである。一方で、ナローギャップ半導体は高い熱起電力と低い電気抵抗を両立させる舞台である。耐酸化性の酸化物ナローギャップ半導体は、中温領域での排熱発電への応用が大いに期待でき、5d遷移金属酸化物がその舞台となることを示せた。本研究の目的は、Pulsed laser deposition(PLD)法を用いて、強相関電子系遷移金属酸化物において顕在化する、電荷・スピン・軌道といった電子多自由度を自在に制御し、高効率熱電変換材料といった機能性材料を開発することにある。電子多自由度は結晶構造や遷移金属元素の種類、形式酸化数に大きく依存している。これらすべてのパラメータを制御し、目的とする機能を有する物質の創出はそう簡単ではなく、極端な条件下での反応経路を構築する必要がある。そこで平成19年度において以下の実験を行った。1.PLDを用いた新物質合成手法の構築我々は、熱的に非平衡な製膜過程であるPLD法によるエピタキシャル薄膜成長が、新たな化学反応の場として有望であることを見出した。実際、これまでにバルクでは合成例の無いIr^<3+>を含むスピネル酸化物の合成に成功している。これは典型的な熱電酸化物であるNa_xCoO2のCo^<3+>と同じ電子配置を持っており高い熱電特性が期待できる。今後ホールの注入や結晶格子の歪みの制御によって熱電特性のチューニングが課題となる。2.結晶格子の歪み制御市販されている基板のみでは取りうる格子定数が非常に限られている。歪みを制御すために格子定数を自在に選択できるバッファー層の開発を行った。結果、おおよそ1Aにもわたる範囲で格子定数を制御出来るようになり伸縮双方の歪みを印加することが可能となった。本研究の目的は電気冷蔵庫のエネルギー変換効率を上回る熱電変換材料を創出することである。そのために本研究では、高い電気伝導率と大きな熱起電力の両立を重要課題として物質探索に取り組んでいる。具体的には、三角格子やカゴメ格子など幾何学的にフラストレートした結晶構造に起因した平坦な電子バンド分散(フラットバンド)をもつ物質の設計に注力している。フラットバンドでは大きなフェルミ面に起因した高い電子移動度と、電子速度の非対称性に起因した大きな熱起電力が期待できる。1.新規スピネル型酸化物LiIr_2O_4のエピタキシャル薄膜合成に成功した。形式的にはIrの酸化数が3.5+となるが、Ir^<3+>を含む酸化物はバルクでの合成例がほとんどなく、合成が非常に難しいことで知られていた。放射光、電子線回折を用いて、世界で初めて単結晶薄膜の構造解析に成功し、実際にIrが三次元三角格子ネットワークを形成したスピネルの結晶構造であることを実証した。同じ電子配置を有するRhのスピネル型酸化物LiRh_2O_4では理論的にフラットバンドの存在が示唆されており、LiIr_2O_4でもフラットバンドの存在が期待できる。2.高い電気伝導性と大きな熱起電力の両立はいまのところ実現していない。LiIr_2O_4の電気抵抗は温度の低下とともに上昇する絶縁体的挙動を示し、室温付近の熱起電力は+30μV/Kと小さい値だった。Ir一原子あたり0.5個ものキャリア(ホール)がいるIr^<3.5+>の状態にも関わらず、絶縁体的挙動を示すことから、Ir^<3+>とIr^<4+>の電荷が結晶化した絶縁体となっていることが考えられる。LiRh_2O_4が室温以上で金属状態と大きな熱起電力を同時に実現するのに対し、空間的に広がった5d軌道にもかかわらずLiIr_2O_4では絶縁体的挙動を示す。結晶構造に起因したフラットバンドが存在するだけでなく、フラットバンドを形成する電子軌道の性質(4d、5d軌道)が熱電特性に重要であることを意味している。

5d遷移金属酸化物、特にイリジウム酸化物に着目し以下の二つの指針に基づいて熱電変換材料の設計(第一原理計算)、薄膜合成、性能評価を行った。1.幾何学的フラストレーションの強い格子に起因したフラットバンド金属本研究で得られたスピネル型イリジウム酸化物LiIr_2O_4において、フラットバンドが形成されることを、第一原理電子状態計算から見出した。絶縁体であるLiIr_2O_4に対してリチウムデインターカレーション(Ir_2O_4)によるホールドープを試みたが金属状態は得られなかった。光学スペクトルによる電子構造の観測からIr_2O_4がスピン軌道相互作用と電子間相互作用の協奏によって小さなエネルギーギャップをもつ半導体になっていることが示唆される。2.電子間相互作用やスピン軌道相互作用に起因した小さなエネルギーギャップをもつ半導体スピン軌道相互作用を考慮した第一原理電子状態計算から、AIrO_3(A=Sr,Ca)がスピン軌道相互作用によって小さな直接ギャップの開いた半金属になることが期待される。特に、格子の小さいCaIrO_3の方が、ギャップが大きく、キャリア数が少ないと予想された。実際、CaIrO_3の方が、キャリア数が少なくナローギャップ半導体に近い傾向を示した。一方で熱起電力は150K付近で極大(30μV/K)を示し、半金属状態を残していることが伺える。さらにエピタキシャル歪みによって格子を縮めるなどの工夫によって、ナローギャップ半導体の実現と熱電性能の向上が期待される。本研究によって、5d遷移金属酸化物においてフラットバンド金属の実現が難しいことが示された。スピン軌道相互作用と電子間相互作用によって小さなエネルギーギャップを伴った半導体になってしまうためである。一方で、ナローギャップ半導体は高い熱起電力と低い電気抵抗を両立させる舞台である。耐酸化性の酸化物ナローギャップ半導体は、中温領域での排熱発電への応用が大いに期待でき、5d遷移金属酸化物がその舞台となることを示せた。
跨境地域における社会変容と民族アイデンティティ―雲南省ラフ族の事例から

本研究は、中国・ミャンマー・タイ国境に跨って分布するラフ族の自他意識のあり方を探ることを目的としている。特に、研究蓄積の少ない中国雲南省において、ラフ族が現在どのような社会変容に直面し、その中でいかなる自己意識を紡いでいるのかを探る。本年度は、雲南民族大学に訪問学者として所属し、昨年度の不足を補うために長期フィールドワークを行う一年であった。調査期間は、2011年5月3日10月9日、11月8日3月10日の約9ヶ月間である。2011年5月3日10日は、瀾槍県政府と竹塘郷政府において文書資料の収集に当たった。県全体の民族構成や各民族人口、竹塘郷の村落情報などを収集した。その後、2011年5月11日10月9日はフィールドワークを実施した。調査の主なトピックは、昨年度得られた知見を踏まえて、ラフ族女性と漢族男性との新たな婚姻関係に定めた。中国では、1979年の計画生育政策の実施以降、跡継ぎとなる男児出産を重視する漢族のあいだで産児コントロールが行われ、男女比のバランスが崩れている。そうして生まれた嫁不足を補うように、多くの漢族男性たちがラフ族居住地域に嫁探しに訪れている。漢族と接する機会が増えていくなかで、ラフ族の自意識がどのような変容を遂げているのかに関心があった。そのため、村内で漢族との結婚によって婚出した女性の人数、年齢、学歴、婚出先、婚出の契機などをインタビューして歩いた。その結果、ちょうど改革開放と計画生育政策の実施時期に重なる1980年代から徐々に婚出が始まり、現在に至るまで計64人もの女性が婚出していることが明らかになった。(調査村の総世帯数は81世帯、総人口は135人)。主な婚出先は、江蘇省、江西省、安徽省、湖南省、河南省などの農村であった。また、ラフ族女性の甚だしい婚出はラフ族地域の嫁不足も引き起こし、それを補うように、国境を越えてミャンマーに嫁探しに行く者が現れ始めていることを知った。特に、文化大革命の時期に国外逃亡した親戚がいる者がネットワークのハブになり、新たな国境間関係が活発になりつつあった。2011年10月10日からは一度昆明に戻り、データ整理と資料収集を行った。特に、ラフ族女性が多く混入している地域の人口統計を収集した。2011年10月15日からは、漢族と結婚して安徽省に住むラフ族女性を訪ね、彼女たちが婚出したときの状況、婚出の方法、現在の生活に対する彼女たちの考え方などについて聞き取りを行った。その後、2011年11月8日からは再び調査地に移動し、フィールドワークを継続した。この時期には、漢族と結婚した女性や、嫁を得られず出稼ぎに行っている高齢独身男性たちが春節のために里帰りするため、彼らの結婚観や恋愛観について聞き取りを行った。これらのデータをもとに、来年度は博士論文の執筆に専念する予定である。フィールドワークを通して研究内容に具体性が増し、研究目的を追求するための方途が明確化してきた。新しい婚姻関係がもたらすつながりの契機と、そこで更新されていく自己認識の有り様を、ミクロな聞き取りデータから明らかにすることが可能になったのは、大きな成果である。また、新たに発見した関連トピックも、中国の他地域での社会問題なども包含する、奥の深い内容であると考えている。ただ、政治的な理由から一時期フィールドワークの許可が下りず、計画が後半にずれ込んだため、研究発表を行う機会が削られてしまったのが残念であった。約一年半のフィールドワークによって蓄積した多様なデータを整理・分析し、博士論文の執筆に邁進する予定である。漢族男性との結婚を促進させるラフ族社会のプッシュ要因と、ラフ族嫁を必要とする漢族社会のプル要因を、様々な側面から解き明かし、そのなかを生きるラフ族女性の選択について考えたい。博士論文の各章となる予定の、ラフ族の婚姻形態の変化や、漢族と結婚した女性のライフヒストリー、漢族との結婚の増大に伴って盛んになる邪術の語りなどを、学会発表や論文執筆のかたちでアウトプットしていく予定である。また、関連するトピックとして、計画生育政策の変遷と実態、労働移動と戸籍法、婚姻法の実態、出産方法の変遷、などについても、文書資料や補充調査から考察を深めていきたいと考えている。また、これらの状況を、タイ側のラフ族の婚姻形態と付き合わせてみるとどのような違いが見えるのかについても、将来的に取り扱っていきたい。2009年度は、博士予備論文の内容を補強するための補充調査とともに、雲南民族大学に所属し、民族言語の習得及び調査許可申請などを行った。まず2009年4月には、瀾滄ラフ族自治県で開催されたラフ族の新たな祭日「葫蘆節」を観察し、90年代に創設された民族祭典のあり方と効果について調査を進めた。その後、それらのラフ族表象がラフ族の実生活に与える影響を知るために村落調査も行い、表象と日常の距離感について村民の現状を把握することができた。7月16日には京都大学東南アジア研究所で開催された研究会「東南アジア跨境域を流動する人々」

第1回「中国西南地域少数民族における民族の表象と実践」にて博士予備論文の内容を発表し、長期調査に向けての構想を含め、準備を進めた。6月から8月までは、「大学院教育改革支援プログラム」に参加し、「アジア・アフリカにおけるマイノリティの諸相」というタイトルで共同研究を企画した。研究代表者として若手研究者と活発な議論を行い、8月28日にはカメルーン共和国ヤウンデ第一大学にて研究会の開催を実現することができた。その後、2009年9月から2010年2月23日までは研究指導委託のかたちで中国雲南省に渡航し、博士予備論文の補充調査・ラフ語の習得・調査村選定・調査許可申請を行った。博士予備論文の補充調査については『ラフ族史』執筆者へのインタビューを継続的に行い、不足していた情報を着実に得ることができた。ラフ語については、日常会話なら聞き取れるほどの上達を実感することができた。また、調査許可申請については、雲南省政府の正式な調査許可を獲得することができた。これは3年間一度も降りなかった外国人研究者への長期フィールドワーク許可である。本年度の大きな研究実績は、本格的なフィールドワークで得られた知見と、平成21年度「大学院教育改革支援プログラム」共同研究「アジア・アフリカにおけるマイノリティの諸相-日常における葛藤や交渉へのまなざしから-」の報告書である。まず、2010年4月に瀾滄ラフ族自治県で開催されたラフ族の祭日「葫蘆節」では、タイから伝統宗教派のラフが招待され、中国のラフ族表象に対する彼らの反応を見ることができた。特に、共産主義に抵触しないよう宗教色を脱色し、「文化」として展示されている「グシャ文化」(グシャとはラフ族の至高神)の像に対して、タイのラフたちが線香をあげ、祈りを捧げている姿は印象的であった。この内容は、上記の報告書にて論じた。その後のフィールドワークで明らかになった点は主に3つある。第一に、「ラフオリ(ラフの伝統)」と呼ばれる現象について、精霊の駆除という伝統的な疾病治療が語られることが多いことが分かった。近代医療が普及してもこの手法はなくならず、むしろラフの伝統として、他民族と区別する指標となっていた。第二に、現地漢族とラフ族との関係性に着目するに至った。中国の支配民族として語られる遠い存在としての「漢族」とは異なり、現地漢族はラフ族と漢族の中間的存在と認識され、特殊な民族間関係が生まれていた。第三に、同じ民族間結婚でありながら、近年ラフ族女性の漢族への婚出が甚だしいことが分かった。これらの現象は、ラフ族の「伝統」観念と、漢族とラフ族との民族間関係とジェンダーという問題に整理でき、ミクロな視点からアイデンティティを捉えることを目指す本研究において、手応えのある調査ができた。本研究は、中国・ミャンマー・タイ国境に跨って分布するラフ族の自他意識のあり方を探ることを目的としている。特に、研究蓄積の少ない中国雲南省において、ラフ族が現在どのような社会変容に直面し、その中でいかなる自己意識を紡いでいるのかを探る。本年度は、雲南民族大学に訪問学者として所属し、昨年度の不足を補うために長期フィールドワークを行う一年であった。調査期間は、2011年5月3日10月9日、11月8日3月10日の約9ヶ月間である。2011年5月3日10日は、瀾槍県政府と竹塘郷政府において文書資料の収集に当たった。県全体の民族構成や各民族人口、竹塘郷の村落情報などを収集した。その後、2011年5月11日10月9日はフィールドワークを実施した。調査の主なトピックは、昨年度得られた知見を踏まえて、ラフ族女性と漢族男性との新たな婚姻関係に定めた。
電子温度揺動の多スケール間結合に着目したプラズマ乱流熱輸送の非局所性に関する研究

核融合科学研究所のLHDにおいて相関型電子サイクロトロン放射計測による電子温度揺動の多点同時計測システムを構築した。局発周波数を変更可能とすることで、プラズマ中の計測領域を任意に選択することができる点が、本システムの特徴である。予備実験の結果、信号のDC成分(電子温度)は既存のECE計測と良く一致したことから、電子サイクロトロン放射自体を検出することには成功した。次に、相関解析を行ったが、有意な電子温度揺動は得られなかった。様々な改造や検討を重ねた結果、電子温度揺動を計測するための抜本的対策として、大口径の受信アンテナを有する専用の受信系を構築することが最善であるとの結論に至った。これまでの研究で閉じ込め方式を問わず、磁場閉じ込め環状プラズマの周辺部を冷却すると同時に中心部の電子温度が上昇する現象(非局所輸送現象)が発現すること、すなわち、同プラズマの熱輸送に「非局所性(ある場所の熱流束が遠く離れた場所の温度勾配に依存する性質)」が現れることを見出している。また最近の研究により、同現象の本質的要因はミクロスケールの乱流とメゾ・マクロスケールの乱流構造との相互作用にあることを指摘しているが、その決定的証拠はまだ得られていない。そこで、本研究の具体的な目的は、プラズマ乱流熱輸送に現れる非局所性における様々なスケールの乱流揺動、特に電子温度揺動の時空間構造を明らかにし、その相互作用を解明することである。当該年度は、核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)において相関型電子サイクロトロン放射(correlation Electron Cyclotron Emission:cECE)計測による電子温度揺動の多点同時計測システムの構築を進め、同システムの有効性の評価を行った。システムの開発効率を上げるために、プラズマから電子サイクロトロン放射(ECE)を受けるアンテナや計測機器を設置する部屋までの伝送系は、慨存の電子温度分布計測システムのそれらを共用とした。システム全体の内、構築が完了した一部のチャンネルのみを用いた予備実験を実施した結果、信号のDC成分である電子温度は既存のECE計測と良く一致した。ただし相関解析を行ったところ、有意な電子温度揺動を得ることができていないことが分かった。今後解析を進めて、電子温度揺動が計測できていない原因を突き止める。その原因が計測システム側にある場合は、早急に改善を進め、次年度の実験では完全なシステムで計測を開始できるようにする。本研究の具体的な目的は、プラズマ乱流熱輸送に現れる非局所性における様々なスケールの乱流揺動、特に電子温度揺動の時空間構造を明らかにし、その相互作用を解明することである。最終年度である本年度は、本研究の基盤となる核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)で生成される高温プラズマ中の電子温度揺動の測定に成功するべく、開発を進めている相関型電子サイクロトロン放射(correlation Electron Cyclotron Emission: cECE)計測システムにおいて低雑音化などの改良に取り組んだ。同システム内での信号分岐の影響を調べるために、一時的にチャンネル数を16から4に減らしたが、依然として強いノイズ成分しか検出されなかった。LHDプラズマからの電子サイクロトロン放射(ECE)は、cECE計測システムに伝送される以前に既に既存のECE計測システムにも伝送されている。既存のECE計測システムでかろうじて観測されているMHD的な温度揺動成分がcECE計測システムでも見られるかどうか相互相関解析を実施したところ、同様な温度揺動を抽出することはできなかった。このことは、cECE計測システムにECE信号を分岐した時点で既にSN比が非常に小さくなっていることを示唆している。そこで、cECE計測システムにおけるSN比が既存のECE計測システムと比較してどの程度劣化しているか調べたところ、約1/70であることが判明した。乱流に起因する電子温度揺動の強度はMHD的な電子温度揺動のそれと比較して、1桁程度小さいことが予想されている。このことから、抜本的対策として、大口径の受信アンテナを有する専用の受信系を構築することが最善であるとの結論に至った。昨年度、核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)において予備実験を実施したが、電子温度揺動を計測することができなかった。

そこで、本年度は雑音に埋もれた揺動信号を抽出できる条件を確認するために簡易的な模擬解析を行った。具体的には、ランダムノイズとランダムもしくはコヒーレントな揺動が重畳された信号を人工的に生成し、これに対して相互相関解析を行った。その結果、SN比0.1の信号を抽出するためには、解析点が10の5乗点(実験では0.1秒間に相当)必要なことが分かった。また、本年度は相関型電子サイクロトロン放射計測に基づく電子温度揺動計測システムの構築が進み、合計16チャンネルとなった。これにより取得したデータに対して相互相関解析を行ったが、電子温度揺動信号を抽出することができなかった。上記模擬解析結果を踏まえると、取得したデータのSN比が小さいことがその原因として考えられる。実際、現在測定されている雑音強度は理論予想より3倍程度大きいことがわかっている。今後、次年度での電子温度揺動計測成功に向けて、帯域制限などにより低雑音化を進める予定である。核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LED)において、相関型電子サイクロトロン放射(correlationECE>計測による電子温度揺動の多点同時計測システムの構築が進んだことは進展であるが、電子温度揺動が評価できていないことから。25年度が最終年度であるため、記入しない。核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)において、相関型電子サイクロトロン放射(correlation ECE)計測による電子温度揺動の多点同時計測システムの構築が進展したが、電子温度揺動が評価できていないことから。現在のシステムでは電子温度は計測できているが、電子温度揺動が計測できていない。電子温度揺動が計測できていない原因が、そもそも電子温度揺動がほとんどないプラズマであったためか、計測システムに問題があったためか解析を進めることで明らかにする。アンテナ構成も含めて、その原因が計測システム側にある場合は、早急に改善を進める。現在の計測システムで電子温度揺動を計測できていない理由の一つとして、SN比が小さいことがあげられる。そこで、まず計測器の帯域制限や電子回路の見直しなどにより低ノイズ化に取り組む予定である。これらの対策により、電子温度揺動が計測できるようになり次第、電子温度揺動の時空間構造に関する実験データ取得に取り組む。
超並列アナログ回路網とFPGAを組み合わせた両眼立体視システムの開発

生体視覚系を模倣した超並列アナログ回路網と書き換え可能な集積回路であるFPGAを組み合わせた高速・高精度・低消費電力な両眼立体視システムの開発を行った。両眼立体視に必要な両眼画像の前処理および類似度計算を行うスイッチトキャパシタ回路網チップと類似度を考慮に入れた視差マップ作成を行う補間処理回路網チップを0.18um CMOS集積回路により試作した。FPGAを組み合わせた視覚システムにより各チップの立体視システムとしての所望の機能および性能を確認した。両眼立体視は空間的に膨大な量の画像情報を扱う必要があり計算コストが極めて高く、高速デジタルコンピュータや画像処理装置を使用する場合、消費電力が極めて高くなる。一方、生体視覚系を模倣した脳型視覚デバイスは超並列アナログ回路網による実時間かつ低消費電力な画像処理が実現できるが処理精度や汎用性に問題がある。そこで、超並列アナログ回路網とFPGAを組み合わせた高速、高精度、低消費電力な両眼立体視システムの開発を行った。23年度は、1次元160画素のスイッチトキャパシタ回路網および補間処理回路網の集積回路チップ試作を行った。前者は平滑化、輪郭強調、方位選択などの画像前処理が可能であり、後者は左右画像による類似(視差の評価)度を考慮に入れた視差マップの作成を行うことが出来る。24年度では、試作チップの評価を行った。補間処理回路網については1次試作で計画以上の画素数および立体視に十分な処理能力を達成することができた。また、スイッチトキャパシタ回路網の構造で適切な画像前処理が達成できることが確認できた。そこで、画像前処理用の2次元スイッチトキャパシタ回路網チップの2次試作を行った。0.18μm CMOS集積回路プロセスを利用し、5.0mm角のチップ上に128×128画素のスイッチト抵抗回路網チップを試作し、平滑化、輪郭強調、方位選択などの立体視に必要な画像前処理が可能であることを確認した。当初の計画に比べ3倍程度の画素数を達成した。FPGAを組み合わせた視覚システムにより立体視の各要素回路が動作可能であることが確認できた。応用として立体視の要素回路である画像前処理システムが視覚野刺激型人工視覚の前処理に適用可能であることを検討し、人工視覚を開発するためのエミュレータへの適用を進めた。そこで、超並列アナログ回路網とFPGAを組み合わせた高速、高精度、低消費電力な両眼立体視システムの開発を行う。23年度は、提案する両眼立体視システムの主要な構成要素であるスイッチト抵抗回路網チップと補間処理回路網チップの一次試作を行った。スイッチト抵抗回路網は平滑化、輪郭強調、方位選択などの画像処理が可能であり、生体視覚系に見られる視覚処理を積極的に導入できる。一方、補間処理回路網チップはスイッチト抵抗回路網の入力部にアナログメモリを配置することで左右画像による類似(視差の評価)度を考慮に入れた視差マップの作成を行うことが出来る。両眼立体視では基本的に水平方向の左右画像の特徴点から視差情報を得るので1次元構成の回路網チップで視差検出処理が可能である。1次元構成にすることで、小規模の試験チップでも水平方向に解像度の高い処理チップが実現でき、様々な画像・奥行き条件での実験が可能になる。0.18μm CMOSプロセスを利用し、2.5mm角のチップ上に1次元160画素のスイッチト抵抗回路網および補間処理回路網を設計した。また、抵抗要素をスイッチト抵抗からスイッチトキャパシタに変更したチップも設計した。スイッチトキャパシタはスイッチト抵抗に比べ処理精度が劣る可能性があるが、ナノ秒単位での高速制御を必要としないため、より小型に設計できる。これらの回路網が提案する両眼立体視に適用可能であることをSPICEシミュレーションにより確認した。科研費申請時から所属が広島大学から大阪大学に変わり研究環境を整えるのに時間がかかり、異動先でのプロジェクト研究も始まったため、23年度は十分な研究時間が確保できず、回路網チップの一次試作の完成が年度末にずれ込んでしまった。ゆえに、両眼立体視システムのアルゴリズム検討および回路網チップの設計は予定通り実施できたが、試作チップの動作確認及び試作チップとFPGAを組み合わせた試験システムの試作・評価が出来ていない。まず、遅れている試作チップの動作確認及び試作チップとFPGAを組み合わせた試験システムの試作・評価を実施する。その後、申請当初の予定通り、0.18um CMOSプロセスを利用してスイッチト抵抗回路網チップと補間処理回路網チップの最終試作を行う。

申請時から研究費が減額されているので、チップサイズを申請時の4.9mm×7.4mmから4.9mm角に縮小し、スイッチト抵抗回路網チップの画素数を100×100から100×60画素、補間処理回路網チップの画素数を50×50から50×30画素に変更する。各チップの消費電力は30mW以下に抑え、システム全体の消費電力を1W以下に設計する。そして、FPGAと各チップを組み合わせ最終的な両眼立体視システムを開発する。所望の両眼立体視が30fpsの処理速度で実施できることを確認する。自動車の運転支援や自律移動ロボットへの応用を念頭に、様々な視覚環境において正しく奥行き情報が検出できるかを評価する。試作チップの設計および納品が遅れたため試験システムの開発に至らず、23年度の研究費に未使用額が生じたが、今年度行う予定の研究計画と合わせて、この試験システムの開発を実施する。
PCR法を用いた骨髄移植後慢性GVHDのモニタリング

慢性GVHDは広い意味での自己免疫疾患と考えられ、その病因の一つとして自己反応性T細胞の関与が考えられている。一方、T細胞抗原レセプターVβ17陽性T細胞は、末梢血中には非常に少数しか存在しないが、IN VITROの研究では自己抗原に非常に強く反応すると言われているユニークなT細胞である。我々は骨髄移植後の患者でこのVβ17陽性細胞をPCR法で検出することにより慢性GVHDの診断およびその重症度判定が可能か否かを検討した。今回の研究では骨髄移植後100日以上経過し、臨床的に慢性GVHDの症状を有する患児2名、慢性GVHDの症状の見られない患児3名からそれぞれ末梢血単核球を採取しDNAを抽出しPCR反応を施行した。その実験結果は以下の通りである。(1)慢性GVHD陽性の患者2名共にVβ17特異的バンドの増幅がみられたが、慢性GVHD陰性の患児3名では、Vβ17特異的バンドは検出されなかった。(2)免疫抑制剤(FK506)を服用している慢性GVHD陽性患児では、FK506の増量および症状の軽減に伴い、Vβ17特異的バンドの増幅が弱くなることが確認された。(3)慢性GVHD陽性の患者2名の間でのVβ17特異的バンドの増幅度の差は、必ずしも両者のGVHDの重症度の違いを意味するものではなかった。*以上の結果より、PCR法によるVβ17特異的バンドの検出は慢性GVHDの診断および同一患者での重症度のモニタリングには有用であると考えられたが、複数の患者間での重症度の比較に用いるには現段階ではまだ無理があると思われた。
TDP-43プロテイノパチーにおける神経変性機序に関する研究

本研究では、TDP-43による神経変性機序発揮機序を解明するため、TDP-43を発現するTDP-43 tg flyにおいて網羅的遺伝子探索を行い、1TDP-43 tg flyではオートファジーの亢進がその複眼変性に関与すること、また、2ほ乳類細胞においてTDP-43がULK1 mRNAと結合して、その発現を制御し、オートファジー活性を制御することを見出した。また候補遺伝子の探索から、3CRESTの過剰発現が神経変性を引き起こす、4Profilin 1の変異はTDP-43を細胞質に移行させることにより、神経変性を増悪化する、5FUSの自己重合はその毒性発揮に重要であることを見出した。1オートファジー機構がTDP-43による神経変性に与える影響の検討。TDP-43による複眼変性を呈するTDP-43 tg flyを用い、オートファジー関連遺伝子をノックダウンしたところ、Atg1, 3, 6, 13のノックダウンによりTDP-43による複眼変性が軽減することを明らかにした。またTDP-43はAtg1 mRNAと結合するが、RNA認識配列を欠損したTDP-43は結合出来ないことを見出した。さらにNeuro2a細胞においてTDP-43をノックダウンしたところ、Atg1の哺乳類ホモログUlk1の発現が低下し、オートファジー活性が低下することを見出した。これらの結果はTDP-43がUlk1を介してオートファジーを制御すること、またオートファジー経路はTDP-43による神経変性に関与することを示唆する。2電位依存性カリウムチャネルがTDP-43による神経変性に与える影響の検討。TDP-43 tg flyを用い、電位依存性カリウムチャネルshaker及びshalのノックダウンがTDP-43による複眼変性を増悪させることを明らかにした。3TDP-43による神経変性に関与する遺伝子の網羅的探索。CRISPR-Cas9システムを用いてTDP-43を欠損したNeuro2a細胞を作出したところ、細胞死を引き起こすことが認められた。4TDP-43の核細胞質間輸送機構の解明。ALSの病因遺伝子であるProfilin1のtg flyを作出し、TDP-43 tg flyと交配したところProfilin1の変異がTDP-43の局在を細胞室に移行させることを見出した。5TDP-43プロテイノパチーモデルマウスの作出。AAV9を用いてTDP-43を脊髄運動ニューロンに過剰発現するモデルマウスの作出に成功した。このマウスはロータロッド試験によりmotordysfunctionが認められた。1、5の項目に関しては当初の計画以上に進展しており、TDP-43による神経毒性にオートファジー経路が関与すること、またTDP-43がオートファジーを制御していることを見出した。また新たなTDP-43プロテイノパチーモデルマウスの作出にも成功した。2、4は概ね順調に進展している。電位依存性カリウムチャネルがTDP-43による神経毒性に関与すること、またfALS変異型Profilin1がTDP-43の細胞質移行を促進することを見出しつつある。一方3について、TDP-43を欠損させたNeuro-2a細胞が細胞死を起こすことがわかり、fALS変異型TDP-43ノックインNeuro-2a細胞を作出して網羅的解析に用いることにした。そのため進行がやや遅れている。これらの進行状況からおおむね順調に進展していると判断した。これまでに、TDP-43 tg flyを用いてTDP-43の神経毒性にAtg1を介したオートファジーが関与することを明らかにした。そこでTDP-43がオートファジー活性に関与するか解明するため、Neuro2a細胞においてTDP-43をノックダウンしたところ、Atg1哺乳類ホモログであるUlk1の発現量、及びオートファジー活性が低下し、ヒトTDP-43を発現させると回復した。一方RNA結合能を欠いたTDP-43を発現させても回復しなかった。さらにCRISPR/Cas9を用いてUlk1の3'UTRの(UG)n領域を欠損させると、TDP-43ノックダウンによるUlk1発現の低下が抑制された。これらの結果はTDP-43がUlk1のmRNAを介してオートファジーを制御することを示唆する。TDP-43 tg flyの毒性に関与する遺伝子の網羅的探索を行いAtg1あるいは、オートファジー経路に関与するAtg13, Atg7, Atg5, LC3がTDP-43毒性依存的に発現上昇すること、そしてそれらのノックダウンはTDP-43の毒性を軽減させることを見出した。Tg flyを用い、ALSの病因遺伝子であるProfilin1の変異がTDP-43の局在を細胞質に移行させることにより、毒性を増悪することを見出し、発表した(Matsukawa, et al., JBC 2016)。前年度作出したAAV9-TDP-43を用いてTDP-43を脊髄運動ニューロンに過剰発現するモデルマウスを用い、生化学的にUlk1の発現が低下すること、免疫組織化学的にユビキチン陽性所見が増加することを見出した。さらにAAV9-TDP-43マウスは進行性の運動機能低下を認めた。

2の項目は既に完了した。また、1、3、5の項目は予定通りに進行しており、TDP-43がAtg1/Ulk1のmRNAを介して、毒性を発揮すること。さらにTDP-43は生理的条件下でもオートファジー制御因子であることを、これまでのTDP-43 tg flyにおいて明らかにし、新たなTDP-43プロテイノパチーモデルマウスにおいても見出しつつある。さらに4の項目ではfALS変異型Profilin1がTDP-43の細胞質移行を促進することにより毒性を発揮することを見出し、発表した。これらの結果から、研究は概ね順調に進行していると判断する。これまで本研究においてTDP-43 tg flyを用いたスクリーニングにより、TDP-43による神経変性にAtg1を介したオートファジー経路が重要な役割を果たしていることを見出し、さらにNeuro2a細胞においてTDP-43をノックダウンすると、Atg1のほ乳類ホモログであるUlk1の発現が低下することを見出した。そこで本年度はまず、TDP-43 tg flyとAtg8-GFP tg flyと交配して検討したところ、TDP-43 tg flyでオートファジーが亢進していることを明らかにした。また、Neuro2a細胞において、TDP-43がUlk1 mRNAと結合すること、さらにTDP-43のノックダウンにより、Ulk1の発現が低下するが、同じくAtg1のほ乳類ホモログであるUlk2の発現は変化しないことを見出した。さらにTDP-43のノックダウンによりオートファジーが低下し、ヒトTDP-43のレスキュー実験により回復することを見出した。一方遺伝子編集により、TDP-43との結合領域であるUlk1の3'UTRの(UG)リピートを欠損させたNeuro2a細胞において、TDP-43のノックダウンを行ったところ、Ulk1の発現低下が一部生じたことから、TDP-43はUlk1の3'UTR (UG)リピートだけでなく、別の箇所にも結合する可能性が考えられた。さらに、これまでに樹立したアデノ随伴ウイルスを用いてTDP-43を発現するAAV-TDP43発現系を用いてUlk1ノックアウトマウスにTDP-43を過剰発現させたところ、TDP-43の発現により、生存率が低下し、さらにrota-rodテストにおいて著しく運動機能が低下することが確かめられた。この結果はUlk1がTDP-43による毒性に防御的に働いている可能性を示すと考えられた。本研究では、TDP-43による神経変性機序発揮機序を解明するため、TDP-43を発現するTDP-43 tg flyにおいて網羅的遺伝子探索を行い、1TDP-43 tg flyではオートファジーの亢進がその複眼変性に関与すること、また、2ほ乳類細胞においてTDP-43がULK1 mRNAと結合して、その発現を制御し、オートファジー活性を制御することを見出した。また候補遺伝子の探索から、3CRESTの過剰発現が神経変性を引き起こす、4Profilin 1の変異はTDP-43を細胞質に移行させることにより、神経変性を増悪化する、5FUSの自己重合はその毒性発揮に重要であることを見出した。5のTDP-43プロテイノパチーマウスモデルが作出されたことから、1の計画について、オートファジー経路がどのようにTDP-43毒性に関与するか、ショウジョウバエモデルに加え、マウスモデルで検討を行う。
自在π拡張反応の開発とグラフェンナノリボン合成への応用

本研究では、次世代有機エレクトロニクス材料の候補化合物として大きく期待される多環芳香族炭化水素(PAH)やπ拡張へテロ芳香環、ナノグラフェンなどを効率的に合成する新手法「縮環π拡張反応(APEX反応)」の開発に成功した。本APEX反応はパラジウム触媒を用いた新しい触媒反応系であり、官能基化されていないPAHやヘテロ芳香環を直接反応に用いて一段階でのπ拡張が可能である。また連続的なAPEX反応、すなわちAPEX重合反応の開発によって、一段階で構造が精密に制御されたグラフェンナノリボンの合成にも成功した。平成26年度は多環芳香族炭化水素(PAH)のK領域選択的な直接π拡張反応(APEX反応)の開発とその機構解明をおこなった。フェナントレンやピレンといったPAHに対し、パラジウム触媒・オルトクロラニル存在化、π拡張ユニットとしてジベンゾシロール類を用いる事で、K領域と呼ばれる領域選択的にAPEX反応がが起こり、π拡張されたPAH、ナノグラフェン類を与えることを見いだした。量子化学計算によってアリールケイ素化合物とパラジウム・オルトクロラニル触媒のトランスメタル化、続くPAHのK領域での配位、カルボメタル化を経て結果的に官能基化されていないPAHの炭素ー水素結合の形式的な直接変換が起こり、これまでにないK領域のAPEX反応がおこっていることが明らかになった。K領域をもつ適切なPAHテンプレートと適切なジベンゾシロールを合わせ用いることでこれまでにない大きさ、構造のナノグラフェンを短段階かつ構造選択的に合成することにも成功し、これらの成果をまとめて論文発表を行った(Nature Commun. 2015, 6, 6251.国内外ニュース・新聞・ハイライト12件)。平成26年度に開発したパラジウム触媒とジベンゾシロール誘導体による多環芳香族炭化水素(PAH)の一段階π拡張反応(APEX反応)を用い、様々な基質に対するAPEX反応を検討した。その結果、基質としてチオフェン、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、インドールなどヘテロ芳香環を用い、π拡張試薬としてジベンゾシロール誘導体を用いた場合にもAPEX反応が進行し、新規π拡張芳香環が一段階で合成できることを見出した。また、ジアリールアセチレンに対して本触媒系を適用したところ、一段階で9,10-ジアリールフェナントレン類が得られることがわかった。現在これらの研究成果をまとめ、論文投稿準備中である。昨年度から行っているAPEX反応の量子化学計算を用いた気候解明研究も結果がまとまり次第論文を投稿する予定である。また、適切なPAHとジベンゾシロールユニットを併せ持ちいることで連続的なAPEX反応が進行し、構造の定まったグラフェンナノリボンが合成できることも見出している。今後さらに条件検討を行い、APEX重合反応の開発を目指す。研究計画どおり、様々な芳香環の一段階π拡張反応の開発に成功し、かつ最終年度の目標のAPEX重合反応によるグラフェンナノリボン合成の開発に早い段階でたどり着いた。平成26年度および27年度に開発した芳香環直接π拡張法(APEX反応)を駆使し、幅、長さ、エッジ構造が制御された“均一な"グラフェンナノリボンの合成を行った。パラジウム塩、銀塩、オルトクロラニルを用い、bay領域がケイ素架橋したフェナントレン誘導体をもちいると、フェナントレンのK領域で逐次的にπ拡張反応が進行し、cove型グラフェンナノリボンが一段階で合成できることを見出した。本反応は重合反応とグラフェン化(あるいは脱水素環化、酸化)が同時に行える画期的重合反応であり、一段階π拡張重合(APEX重合)と名付けることとした。合成できるグラフェンナノリボン(GNR)は周辺構造がcove型のGNRであり、分子量分布測定の結果から15万程度の数平均分子量をもつ長さ100 nm以上のGNRであることがわかった。またこのAPEX反応を応用し、様々な芳香環とシロールユニットとの自己APEX重合反応、交互APEX重合反応にも成功した。原子間力顕微鏡(AFM)の結果から、合成したGNRはグラフェン基盤上での自己組織化能を有していることもわかった。本結果は国内特許申請(特願2016-014380)とPCT出願(PCT/JP2017-003037)を行っており、論文投稿準備中である。本年度の研究結果は当初予定していた研究計画以上の進展をみせており、また合成したGNRの物性解明についての共同研究を行うきっかけとなるなど、期待される以上の結果をもたらした。計画通り速度論的実験、量子化学計算などによって芳香環直接π拡張反応の反応機構解明に成功し、オルトクロラニルが酸化剤としてだけでなく配位子として働いていること、高いK領域選択性、律速的なカルボメタル化反応などの知見をえることに成功したため、概ね順調に研究が進展していると言える。最終年度はAPEX重合反応によるグラフェンナノリボン合成法の確立を行い、論文投稿とともに様々な物性を測定する。

グラフェンナノリボン合成では、同一分子内にK領域とシロール部位を有するものユニットを使ったAPEX重合反応や、2箇所にK領域を有する様々なPAHテンプレートと2箇所にシロール部位を有するジベンゾシロール誘導体を用いた交互APEX重合を検討する。有機合成化学、構造有機化学、有機金属化学今回電子不足なカチオン性パラジウム・オルトクロラニル種の発生、芳香環のπ配位、カルボメタル化という機構を経て芳香環の直接π拡張反応がおこっていることが明らかとなった。この知見は他の電子不足金属触触媒の適用やPAHのK領域以外でのπ拡張を潜在的に可能にすると期待できる。これらの知見をもとに平成27年度、28年度は計画通り多種多様なAPEX反応の開発とグラフェンナノリボン合成へと展開する予定である。H27年度、H28年度の配分額が当初希望額より少額であったため。H26年度配分額の一部を繰り越してH27、H28年度の物品費等に使用する。
情報コンテンツの提示により変化する「場」の状態推定と制御に関する研究

複数の人が1つの空間を共有してコミュニケーションを行う場面を想定し,このような空間を,適切なインタラクティブメディアの力によって,より良い状態にすることを考える.まず,適当なセンサを使って人々の言語的・非言語的行動を計測し,そのデータを解析することによって,対象空間の状況や雰囲気を推定する.そして,その結果に応じてコンテンツを作成し,適当なメディアを介して空間に刺激として情報提示することによって,空間をより良い状態にすることができる.加えて,空間そのものの物理的構成を変化させることによっても,状況や雰囲気を変化させることができる.このような考え方に基づいて研究を進めた.複数の人が1つの空間を共有してコミュニケーションを行う場面を想定し,このような空間を,適切なインタラクティブメディアの力によって,より良い状態にすることを考える.まず,適当なセンサを使って人々の言語的・非言語的行動を計測し,そのデータを解析することによって,対象空間の状況や雰囲気を推定する.そして,その結果に応じてコンテンツを作成し,適当なメディアを介して空間に刺激として情報提示することによって,空間をより良い状態にすることができる.加えて,空間そのものの物理的構成を変化させることによっても,状況や雰囲気を変化させることができる.このような考え方に基づいて研究を進めた.本年度は,まず,複数の人が会話を行う「場」の状態を表わす指標を整理し,これらの中から重要なものを計測できるセンサの種類の検討を行った.「場」の状態を表わす指標として,個人ごとの発話量や手・頭の動きに加えて,視線や対人距離,また複数人によるこれらの行動の同時性など複合的指標を加え,「場」の状態への影響度を算出して,「場」の状態を定義した.そして,コミュニケーションの活性度として「場」の状態を判断するために重要なデータを取得できるセンサを確定して実験環境に配置した.そして,これらを利用して,その計測結果から「場」の状態を自動的に推定できることを示す実験システムを試作した.センサを装着した初対面の3人の参加者で会話し,取得したセンサデータからその「場」の状態を評価する実験を行った.具体的には,センサによって取得されるデータから表される各指標を用いて「場」の状態を表わす重回帰式を示した.また,来年度以降の情報コンテンツの提示と「場」の状態の関係を解明する実験に向けて,テーブル型情報コンテンツとアンビエント情報コンテンツを試作した.テーブル型情報コンテンツでは,3人によって囲まれる領域内に情報コンテンツ提示用のテーブル型ディスプレイを配置した,アンビエント情報コンテンツでは,創発の考え方に基づいて,コンテンツの個々の要素が状況に応じて自律的に離合集散を繰り返しながら新たなコンテンツを自動的に作り出す新しい情報コンテンツ制作のアルゴリズムを検討した.複数の人が会話を行う「場」の状態をセンシング・推定し,その結果を利用してリアルタイムにフィードバックをかけることで,「場」の状態を制御(活性化または抑制するなど)するための要素技術を確立するのが本研究の目的である.そのために,情報科学と対人社会心理学の両分野の研究者の協力により,次の3つの研究課題に取り組んだ.(1)複数の人が会話を行う「場」の状態とその変化を,センサによって取得される非言語情報から自動的に推定する手法を確立する.(2)「場」に対するフィードバックとして情報コンテンツの提示を考え,その提示と「場」の状態の関係を解明する.(3)これらの結果を用いて,「場」の状態に応じて情報コンテンツを提示することにより,「場」を制御することができるシステムを試作し,評価実験を通して「場」をより良い状態に誘導するための知見を得る.これらの具体的な例として,センサ情報から「場」の状態推定,場の状況に応じた柔軟なコンテンツの表示,人の空間行動に影響を及ぼす動的空間デザインについて成果をあげた.複数の人が会話を行う「場」の状態をセンシング・推定し,その結果を利用してリアルタイムにフィードバックをかけることで,「場」の状態を制御(活性化または抑制するなど)するための要素技術を確立するのが本研究の目的である.そのために,情報科学と対人社会心理学の両分野の研究者の協力により,研究課題に取り組んできた.本年度は,まず,「場」の状態を表わす指標として,対人コミュニケーション・チャネルに関する検討を行い,個人ごとの発話量や手・頭の動きに加えて,視線や対人距離,また複数人によるこれらの行動の同時性など複合的指標を加え,「場」の状態への影響度を算出して,その状態を同定する方法について検討した.そして,「場」の状態を表わす指標を整理してそのための情報を取得するセンサを決め,実験環境に配置した.そして,センサを装着した初対面の3人の参加者で会話し,その「場」の状態を評価する実験を行った.また,6名の実験参加者でも同様の実験を行った.その結果から,センサによって取得されるデータから表される各指標を用いて「場」の状態を推定する重回帰式を求めた.

次に,実験で用いるためのコンテンツを,物理的・空間的側面と情報内容的側面の両面からいくつか試作した. 1つはテーブル型情報コンテンツで,テーブルそのものの割り込みが対人コミュニケーションに及ぼす影響に関する検討を行った.他には,基本的なインタラクションの1つであるポンティングについて検討し,また,コンテンツの個々の要素がインタラクションなどの状況に応じて柔軟にかつ自律的に離合集散を繰り返しながら新たなコンテンツを自動的に作り出す新しい情報コンテンツ制作の方法を,生物の基本行動原理を参考にしたアルゴリズムで実現した.また,推定された「場」の状態に応じて新たな刺激を外部からフィードバックとしてかけることで,その状態の制御を試みる実験空間を試作した.実験データの解析などはほぼ終え,トップコンファレンスと呼ばれる国際会議やジャーナルへの投稿の準備中である.25年度が最終年度であるため、記入しない。情報科学と対人社会心理学の両分野の研究者の協力による研究課題への取り組みが軌道に乗ってきた.実験データを詳細に解析し,いろいろな知見を導き出して,難関のトップコンファレンスと呼ばれる国際会議やジャーナルへに採択される高度で深い内容の議論を展開する.25年度が最終年度であるため、記入しない。コンテンツを中心とする情報科学/工学と,人と人のコミュニケーションを対象とする対人社会心理学の双方の知見の相乗効果を発揮した研究成果により,未来の人類の豊かな生活を築くための1つの力にしたい.
新規汎用型伝導熱量計の開発と熱量測定の統合化によるセメント性能検査システム

セメント産業において廃棄物や副産物の原・燃料へ利用が進んでおり、持続可能な社会の構築のために非常に役立っている。しかし、健全な社会資本を構築するためのセメントの品質を確保することは、最も重要なことである。本研究では、各種の熱量計を開発し、それらの組み合わせによりセメントの初期性能を把握する品質管理・検査ステムを構築した。セメントの初期性能としては、流動性、凝結特性、断熱温度上昇特性および初期強度発現性と熱測定とを関連させ、それぞれ独自の熱測定を提案した。さらに検査システムの適用事例としてスラッジのリサイクル、フッ化物の流動性への影響、セメントの性能予測への利用などについてまとめた。セメント産業において廃棄物や副産物の原・燃料へ利用が進んでおり、最終処分場の延命や持続可能な社会の構築のために非常に役立っている。健全な社会資本を構築するためのセメントの品質を確保することは、最も重要なことである。廃棄物使用に伴い、また、より高度な各種の材料の使用により簡便な品質管理・検査手法の確立が望まれる。また、海外への建設会社の仕事の展開も検討されているが、セメント品質の変動への対応に苦慮している。このような状況において、簡便なセメントの品質検査手法の開発が切望されている。本研究では、各種の熱量測定を利用することで体系的な品質検査システムの構築を目的している。本年度までの研究により、従来のコンダクションカロリメータの撹拌機構を改良した改良型コンダクションカロリメータ、反応速度測定装置、微少量断熱熱量計およびサンドイッチ型コンダクションカロリメータを開発し、それらの利用による統合的なシステムを構築した。さらに適用範囲の拡大を目指して、遅延剤を用いたスラッジ水の利用における熱量計の利用法を確立し、膨張材の表面処理による反応制御への熱量計の利用や鉱化剤としてフッ素系化合物を用いた場合の流動性への影響などへの熱量測定によるセメントの性能予測手法の適用性を明らかにし、本システムの適用範囲を拡大した。本研究では各種の熱測定装置開発し、それらの組み合わせによるセメントの初期性能を把握する品質管理・検査システムを提案した。特に、個別の熱量測定によるセメントの性能予測を統合化し、熱測定装置の組み合わせにより、より簡便な品質管理システムの構築が可能であることを明らかにした。混合材を多量に使用したセメントや産業廃棄物使用量を増大させたセメントあるいは凝結遅延剤によりセメントの水和を制御したスラッジなどを利用する場合には,現状の試験成績表によるセメントの受け入れ検査では不十分であり,実際に使用しているセメントの性能やスラッジ水中のセメントがどの程度の水和能力を有しているかなどを把握してコンクリートの製造に反映させる検査システムの構築が必要である.これから実際に使用しようとするセメントやスラッジ水中のセメントの性能を的確に捉えて,コンクリートの製造に反映できるような,熱量測定の統合化による労力のかからないセメントの初期性能の検査システムを構築することを目的に実施した.本年度は,ペルチェ素子を利用して,恒温槽の不要な簡易型のコンダクションカロリメータを開発し,セメントの水和反応速度の測定が可能であり,品質管理に十分使用できることを明らかにした.しかし,比較試料を中心にして,6点の測定試料をその周囲に配置する設計としているため,測定は可能であるが,ノイズが約35μVであり,さらに改良研究を行っている.比較試料と測定試料を対にして同一の位置に配置する方式に代えるとノイズが約2μVに低減することを見いだしているので,装置の改良を実施する予定である.なお,新規熱量計の開発には,熱量計製造会社の協力により開発費用は発生していない.遅延剤により水和を制御されたスラッジ水中のセメント量を熱量計により把握するシステムの検討では,硝酸マグネシウムを利用し,遅延剤で水和抑制したセメントの水和を再開させる手法を確立し,熱量計による水和熱の測定からセメント量の定量が可能であることを見いだした.さらに,セメントの水和反応モデルを利用することとで,初期10時間程度の熱量測定から24時間後の水和熱量を推定可能なことを明らかにした.廃棄物使用に伴い、また、より高度な各種の材料の使用により簡便な品質管理・検査手法の確立が望まれる。従来のコンダクションカロリメータの撹拌機構を改良した改良型コンダクションカロリメータ、反応速度測定装置、微少量断熱熱量計およびサンドイッチ型コンダクションカロリメータを開発し、それらの利用による統合的なシステムを構築した。