hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
事故もしくは意図的な日用化学用品摂取による毒性および薬物動態データベースの構築

過去に報告した陽イオン界面活性剤・塩化ベンザルコニウム(消毒薬として最も広く使用されている)の経口摂取や血管内投与による毒性と薬物動態を検索した方法を基に、同様な手法を用いて他の化合物について実験を行った。1)界面活性剤の化学的性質の違いによって毒性発現の経過が異なるか、また毒性発現する用量が異なるか、2)同じ消毒薬でも界面活性剤と非界面活性剤で毒性発現が異なるか、投与経路により毒性発現が異なるかを見極める目的で実験を行った。陽イオン性として塩化ベンザルコニウムとは別の塩化ベンゼトニウム(消毒薬)、陰イオン性としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(その内代表的な俗称LAS、洗剤成分)、両性イオン性としてアルキルアミノエチルグリシン(消毒薬)、非イオン性としてポリオキシエチレン20(各種溶解剤)、非界面活性消毒薬としてグルコン酸クロルヘキシジンとエタノール、陰性コントロールとして生理食塩水を用いた。投与量は低用量から高用量の範囲で36種類の量を血管内投与した。また経口投与では250および1250mg/kgの2種とした。投与経路は大腿動脈投与(血管造影を想定)、頸静脈投与(点滴や静脈注射を想定)およびゾンデを用いた胃内投与、経過観察は投与後24時間行った。その結果、1.大腿動脈投与では、投与直後は変化が見られないが、数時間経過して毒性が発現すること、2.頸静脈投与では、投与直後に呼吸障害が起こり易いこと、3.毒性発現の様式は、化学的性質と投与経路により異なること、4.毒性を起こす程度は総合的に判断して、血管内投与では、陽イオン性および非界面活性剤の消毒薬>陰イオン性および両性イオン性>非イオン性界面活性剤、経口投与の場合はイオン性界面活性剤>非界面活性剤の消毒薬>非イオン性界面活性剤と考えられる。【背景・目的】消毒薬に広く使用されている陽イオン界面活性剤、塩化ベンザルコニウム(BZK)の毒性と薬物動態について系統的に検討を行ってきた。今回は化学的性質が異なる他の界面活性剤や界面活性剤を含まない消毒薬の毒性について検討した。【方法】使用した界面活性剤は、陽イオン性のBZKと塩化ベンゼトニウム(BZT)、両性イオン性の塩酸アルキルジアミノエチルグリシン(Tego)、陰イオン性のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(LAS)と非イオン性のポリオキシエチレンアルキルエーテル(Volpo)。消毒薬のグルコン酸クロルヘキジン(Maskin)、対照は生理食塩水を用いた。動物はSprague-Dawley系雄性ラットを用い、経口(PO)、頚静脈(JV)と大腿動脈(FA)投与を行った。ドーズは文献的LD_<50>を参考に、血管内投与は3150mg/kg、経口投与は250および1250mg/kgを使用した。投与後、24時間観察を行い、24時間目に試料を採取した。【結果・考察】毒性発現は化合物の種類、また投与経路により異なった。各化合物で程度の差はあるが、血管内投与ではJVでは投与直後に呼吸が一旦停止し、回復できなかったラットは早い時期に死亡した。FAでは時間の経過とともに徐々に衰弱した。BZKとBZTは1520mg/kgで、LASとTegoは100mg/kg以上のドーズで死亡し、Volpoは全て生存、MaskinはBZKやBZTと同程度の毒性がみられた。経口投与では、界面活性剤は高濃度ドーズでVolpoを除き死亡した。その他の消毒薬は全て生存した。使用したドーズと毒性発現の結果から推定される毒性ランクは、血管内投与の場合:陽イオン性およびマスキン>陰イオン性・両性イオン性>非イオン性界面活性剤、POの場合:イオン性界面活性剤>マスキン>非イオン性界面活性剤と考えられた。その結果、1.大腿動脈投与では、投与直後は変化が見られないが、数時間経過して毒性が発現すること、2.頸静脈投与では、投与直後に呼吸障害が起こり易いこと、3.毒性発現の様式は、化学的性質と投与経路により異なること、4.毒性を起こす程度は総合的に判断して、血管内投与では、陽イオン性および非界面活性剤の消毒薬>

陰イオン性および両性イオン性>非イオン性界面活性剤、経口投与の場合はイオン性界面活性剤>非界面活性剤の消毒薬>非イオン性界面活性剤と考えられる。
環境負荷が極めて低い小型高効率熱交換器の開発に関する基礎研究

鉛直円管の上向き乱流水流および層流温水流中に、環境負荷の極めて低い液体であるハイドロフルオロエーテル(HFE-7200)の低温液滴を1個ずつ下向きに噴出させる実験を行った。まず、水流に添加したトレーサー粒子と降下する液滴を撮影し、得られる画像を処理し、液滴の運動と水流速度場の計測を行った。その結果、揺動を伴いながら沈降する液滴の後流部に非定常に渦が現れること、を明らかにした。つぎに、トレーサー粒子を含まない層流温水流について、レーザー誘起蛍光温度計測法を用いて温度場の計測を行った。その結果、低温液滴により生じる熱後流は渦の観察される領域より狭いこと、を明らかにした。この理由として、水のプラントル数が高いこと、および渦により高温の水が後流部に巻き込まれることが考えられる。円管下部における液滴の回収に関連して、HFE-7200の液滴を多数含む、円管内水乱流の可視化実験を行った。漏斗の壁の間に生じる壁噴流に加えて、乱流プロモーターであるリングを管内壁に取り付けることにより、漏斗の上方でほとんどの液滴は軸方向に向きを変えること、このため液滴の回収率が上がること、を得た。HFE-7200と類似の物性値を持つ液滴を含む、鉛直チャネル乱流の流動・熱伝達に関する数値シミュレーションを実行した。計算結果より、壁面の近くに液滴があるとき、その周りでは小規模な縦渦が抑制されること、液滴の後流部へ巻き込まれる大規模な流れの一部が壁近傍の低速・高温流体を軸方向に運ぶこと、高速・低温の主流の一部が液滴の頂部において向きを変え壁面近傍に到達すること、これらはいずれも壁近傍の縦渦による運動量・熱輸送よりも大規模で著しいこと、したがって正味熱伝達は向上する可能性があること、を明らかにした。現有の鉛直管実験装置を用いて、常温の上向き水流中に環境負荷の極めて低い液体であるフロリナート(FC-72)あるいはハイドロフルオロエーテル(HFE-7200)の液滴を1個ずつ下向きに噴出させた。水流に添加したトレーサー粒子と降下する液滴を撮影し、得られる画像を処理し、液滴の運動と水乱流速度場の計測を行った。その結果、高比重のフロリナートの液滴は直線的に沈降し、他方、比重のやや低い液滴は揺動を伴いながら壁面近傍を沈降するものが多く観察された。液滴が通過する領域では、水流の平均流速の低下のみならず、流れ方向、水平方向の乱れ強さが増加していることを明らかにした。これは、液滴の非対称な後流によることを示した。さらに、液滴が壁から遠ざかる際に壁近傍乱流構造に影響を与える可能性を示した。ハイドロフルオロエーテルよりもやや低比重の液滴1個を含む鉛直チャネル乱流の流動・熱伝達に関する数値シミュレーションを実行した。計算結果より、壁面の近くに液滴があるとき、その周りではヘアピン渦に起因する低速・高温流体の持ち上がりが抑制され、熱伝達が低下傾向にあることを得た。さらに、液滴の後流部へ巻き込まれる著しい流れの一部が壁近傍の低速・高温流体を軸方向に運ぶこと、高速・低温の主流の一部が液滴の頂部において向きを変え壁面近傍に到達すること、これらはいずれもヘアピン渦による運動量・熱輸送よりも大規模で著しいこと、したがって正味熱伝達は向上する可能性があることを得た。

粒子画像速度計測法とレーザー誘起蛍光温度計測法を用いて、不溶性液滴を含む水流の速度と温度の同時計測法を確立した。これを加熱底面上に不溶性液滴がある水槽内の自然対流に適用して、手法の有効性を確認した。鉛直円管の上向き層流温水流中に、環境負荷の極めて低い液体であるハイドロフルオロエーテル(3MNovec社製HFE-7200)の低温液滴を1個ずつ下向きに噴出させる実験を行った。まず、水流に添加したトレーサー粒子と降下する液滴を撮影し、得られる画像を処理し、液滴の運動と水流速度場の計測を行った。その結果、揺動を伴いながら沈降する液滴の後流部に非定常に渦が現れること、この渦は固体球の後流に見られるΩ型渦と類似するがその発生周波数は低いこと、を明らかにした。つぎに、トレーサー粒子を含まない場合について、レーザー誘起蛍光温度計測法を用いて温度場の計測を行った。その結果、低温液滴により生じる熱後流は渦の観察される領域より狭いこと、を明らかにした。この理由として、水のプラントル数が高いこと、および渦により高温の水が後流部に巻き込まれることが考えられる。円管下部における液滴の回収に関連して、HFE-7200の液滴を多数含む、円管内水乱流の可視化実験を行った。漏斗の壁の間に生じる壁噴流に加えて、乱流プロモーターであるリングを管内壁に取り付けることにより、漏斗の上方でほとんどの液滴は軸方向に向きを変えること、このため液滴の回収率が上がること、を得た。HFE-7200と類似の物性値を持つ複数の液滴を含む、鉛直チャネル乱流の流動・熱伝達に関する数値シミュレーションを実行した。計算結果より、壁面の近くに液滴があるとき、その周りでは小規模な縦渦が抑制されること、液滴の後流部へ巻き込まれる大規模な流れの一部が壁近傍の低速・高温流体を軸方向に運ぶこと、高速・低温の主流の一部が液滴の頂部において向きを変え壁面近傍に到達すること、これらはいずれも壁近傍の縦渦による運動量・熱輸送よりも大規模で著しいこと、したがって正味熱伝達は向上する可能性があること、を明らかにした。
神経筋シナプス形成の分子機構

神経筋シナプス形成に必須であるDok-7/MuSKシグナルの分子メカニズムの解明ため、Dok-7およびMuSKと相互作用する未知の分子群の同定を試みた結果、Dok-7とMuSKに相互作用する分子として、それぞれCrkIIとLrp4を同定した。また、Dok-7トランスジェニックマウスの解析およびin vitro実験系を利用して、不明であったDok-7によるMuSK活性化機構の一端を明らかにした。当該研究の目的は、神経筋シナプスの形成および維持に関わる分子機構において、その中心的な役割を果たす受容体型チロシンキナーゼMuSKの活性化機構を解明するとともに、その破綻が招く難治疾患の病態解明、さらには、その治療法の開発である。当該年度においては、MuSK活性化を担う細胞内因子Dok-7の分子内における機能モチーフを複数同定し、それらの解析を行った。興味深いことに、先天性筋無力症候群の患者で同定されたDOK7遺伝子に関する変異の多くが、Dok-7の機能モチーフを失活させるものであった(Hamuro, et. al. J. Biol. Chem. 2008;283:5518-24)。また、機能モチーフの一つであるSH2標的配列に関しては、それに相互作用するアダプター分子CrkIIを同定した(Hamuro, et. al. J. Biol. Chem. 2008;283:5518-24)。一方、MuSKと相互作用する分子についても、質量分析機器を利用することで新たに同定した(未発表)。このMuSK会合分子は未報告のものであり、今後、詳細な解析が必要である。Dok-7およびMuSKと相互作用する分子の探索以外に、LRP4と呼ばれる膜タンパク質に関する研究にも着手した。LRP4は、その遺伝子改変マウスは神経筋シナプスを形成できないことから、MuSKの活性化あるいはその機能調節になんらかの貢献をしているものと考えられる。そこで、LRP4遺伝子の単離、動物細胞での発現ベクターの作成、抗体の作成を行った。さらには、LRP4と会合する分子群の探索も進めている。2)筋特異的受容体型チロシンキナーゼMuSKが、agrinのような細胞外因子(リガンド)に依存せずに活性化(自己リン酸化)に至る分子プロセスを明らかにするために、各種実験を行った。その結果、筋組織中におけるDok-7の過剰発現が神経筋シナプスの過形成を誘導することを証明し、さらには、試験管内において、Dok-7が直接MuSKチロシンキナーゼを活性化しうることを証明した(Inoue et al.Sci, Signal.2009)。本研究成果は、長らくその実体が不明であったMuSKの活性化機構に関わる筋自律因子がDok-7であることを強く指示するとともに、CrkIIやLrp4といった新たなシグナル分子が神経筋シナプスの形成機構に関与することを示唆するものであり、その学術的な意義は高い。また、Dok-7遺伝子に関するトランスジェニックマウスの解析結果は、将来的な筋無力症に関する遺伝子治療の可能性を示唆しており、今後の重要な研究課題の礎となりうる。
新しい調査手法による断層破砕帯構造の不均質性の検出

昨年度に引き続き,断層帯の微細構造を解明するため,跡津川断層帯の1カ所(有峰湖の西側:大多和)に臨時観測点を設置し,地震観測を行なった.収録した波形を用いて,コーダ波減衰の空間分布の解明と減衰異方性の解析を行なった.解析の結果,相対的に断層帯内のみを通るパス上における減衰が断層の外側よりも大きい(断層帯内:100150;断層帯外:300500)という傾向が見られた.また,走向方向の不均質性としては,断層帯の中央部の減衰が縁辺部よりも大きい(Qの最小値:138)という傾向が見られた.次に,減衰異方性の解析を行なった結果,断層の走向と直行方向に振動するコーダ波の減衰が大きいことが分かった.これらの傾向は昨年度の解析からも検出されている.観測時期が異なるが同じ傾向が見られるということは,ここで検出した減衰構造の不均質性は,跡津川断層帯における普遍的な構造であると言える.以上の結果から,跡津川断層帯内では普遍的に断層に平行なフラクチャ群が卓越しており,特に断層帯の中央部のフラクチャ密度が高く,減衰が大きくなるという構造があることが明らかになった.このような構造不均質は,断層破砕帯の構造と地震発生との関係を考える上で重要である.さらに,箱根・足柄地域の4カ所に臨時観測点を設置し,地震観測を行なった.この観測の目的は,地震活動度の時間変化に関連した地殻構造の時間変化を減衰や異方性の解析から検出することであった.この解析については,予想に反して解析に用いることのできた地震数が少なかったため目立った成果が得られなかった.跡津川断層帯において,コーダ波の減衰特性に関する2つの研究を実施した.1つ目は,様々なパスを通る地震波を用いたコーダ波減衰の解析である.解析にはコーダ正規化法を採用した.解析の結果,観測点-震源の組み合わせによって,減衰(Q値)が異なることが明らかになった.特に断層帯内のみを通るパスにおける減衰が最も大きく(Q値が最も小さく),Q値は140であった.これに対し,周辺領域におけるQ値は250520程度と断層帯内よりも大きく(減衰が小さく)なった.これは,跡津川断層帯内全体が,周囲に比べて高減衰領域となっていることを示し,断層帯の構造が周辺領域と明らかに異なることを示している.2つ目は,S波コーダ波を用いた減衰異方性の研究である.解析には,断層帯内・外で発生した地震の波形を断層帯内に設置した観測点で収録したものを使用した.解析の結果,断層上で発生した地震については,断層の走向方向に振動する波の減衰が小さく(Qが大きく;220310),走向と直行方向に震動する波の減衰が大きい(Qが小さい;140150)ことが分かった.これは,断層の走向に平行なフラクチャ群の配列などといった断層帯の構造が,地震波の減衰に影響を及ぼしていることを示している.したがって,減衰異方性の解析から,断層帯の詳細な構造が推定できることが明らかになった.以上2つの研究結果から,跡津川断層帯内では,断層に平行なフラクチャ群などの構造が原因となって高減衰領域をつくり出していることが明らかになった.昨年度に引き続き,断層帯の微細構造を解明するため,跡津川断層帯の1カ所(有峰湖の西側:大多和)に臨時観測点を設置し,地震観測を行なった.収録した波形を用いて,コーダ波減衰の空間分布の解明と減衰異方性の解析を行なった.解析の結果,相対的に断層帯内のみを通るパス上における減衰が断層の外側よりも大きい(断層帯内:100150;断層帯外:300500)という傾向が見られた.また,走向方向の不均質性としては,断層帯の中央部の減衰が縁辺部よりも大きい(Qの最小値:138)という傾向が見られた.次に,減衰異方性の解析を行なった結果,断層の走向と直行方向に振動するコーダ波の減衰が大きいことが分かった.これらの傾向は昨年度の解析からも検出されている.観測時期が異なるが同じ傾向が見られるということは,ここで検出した減衰構造の不均質性は,跡津川断層帯における普遍的な構造であると言える.以上の結果から,跡津川断層帯内では普遍的に断層に平行なフラクチャ群が卓越しており,特に断層帯の中央部のフラクチャ密度が高く,減衰が大きくなるという構造があることが明らかになった.このような構造不均質は,断層破砕帯の構造と地震発生との関係を考える上で重要である.さらに,箱根・足柄地域の4カ所に臨時観測点を設置し,地震観測を行なった.この観測の目的は,地震活動度の時間変化に関連した地殻構造の時間変化を減衰や異方性の解析から検出することであった.この解析については,予想に反して解析に用いることのできた地震数が少なかったため目立った成果が得られなかった.
葉緑体酸素発生系ホモログ群の分子機能の全容解明

緑色植物の葉緑体には、水分解ー酸素発生反応を行う光化学II複合体の、水分解ー酸素発生側に結合する膜表在性タンパク質であるPsbPとPsbQのホモログ(酸素発生系ホモログ)が、数多く存在する。本研究では、シアノバクテリアやシロイヌナズナの変異体を用いて、それらの分子機能を解析した。その結果、PsbPとPsbQホモログが、光合成電子伝達鎖において、光化学系II活性の光環境適応や、光化学系II周辺の循環的電子伝達に関わる葉緑体NDH複合体の蓄積など、重要かつ多様な機能を有することを明らかにした。本研究の目的は、緑色植物特有に発達した葉緑体酸素発生系(OEC)タンパク質の分子機能を解明することである。本年度は、PsbPホモログの根源的機能を有すると考えられる原核生物型PsbP (CyanoP)の分子機能を解明すべく、Synechocystis sp. PCC 6803のCyanoP欠損変異株(⊿P株)を新たに作出し、様々な生育条件下における野生株との生育比較を行った。その結果、光化学系II (PSII)の酸素発生反応に必須であるカルシウム、塩素イオンを除いた培地で植え継ぎを繰り返すことで⊿P株の増殖の遅れ、PSIIの酸素発生活性の低下が顕著に観察された。そこでCyanoPのPSIIへの結合様式を明らかにするため、チラコイド膜の界面活性剤による可溶化条件を再検討した。そして最適化した界面活性剤を用いてチラコイド膜の可溶化を行い、Blue-Native PAGEやゲル濾過、ショ糖密度勾配遠心法によるPSII複合体の分離を試みた。その結果、CyanoPが含まれる複合体画分を得ることができた。一方、CyanoPと進化的に最も近いと考えられるPPL1についても、シロイヌナズナPPL1遺伝子発現抑制株、及び、過剰発現株を用いて、様々な光条件下における野生株との生育比較実験を行った。その結果、PSII-LHCIIの安定性のみならず、迅速な集光機能の調節にPPL1が関わることを示唆する結果を得た。一方、活性型PSIIが局在するグラナチラコイドにはPPL1の蓄積がほとんど認められなかったことから、PPL1はPSII-LHCII複合体の形成過程に関わる可能性も考えられた。シアノバクテリアと緑色植物は異なる集光タンパク質を有することから、PPL1とCyanoPの分子機能は進化の過程で分化したことが示唆された。最近、光化学系Iの分子集合にPPD1が関与することが他のグループによって報告された。本研究結果とあわせて、緑色植物において、PsbPとPsbQホモログが多様に機能分化していることが明らかとなった。本研究は緑色植物特有に発達したOECホモログ群の分子機能を解明することを目指している。本年度はまず、各OECホモログに対するポリクローナル抗体を作成した。現在、それら抗体を用いてBlue Native/SDS二次元電気泳動やスクロース密度勾配遠心により、各OECホモログの葉緑体チラコイド膜における複合体形成の有無を評価している。一方、分子機能がある程度判明したOECホモログに関しては、さらなる機能解明を行った。強光照射下において損傷した光化学系IIの修復過程に関わることが示唆されているPPL1については、その欠損が光化学系II反応中心と光捕集タンパク質(LHCII)との相互作用に影響していることをクロロフィル蛍光解析、低温蛍光スペクトル解析、及び、生化学的解析によって認めた。ショ糖密度勾配遠心法では、PPL1はLHCIIを含む複合体との相互作用が示唆された。現在、PSII-LHCII複合体形成におけるPPL1の役割と強光ストレス耐性との関係についてさらに解析を行っている。一方、光合成の循環的電子伝達関わるNAD(P)H dehydrogenase様(NDH-like)複合体の活性に必須だが、そのサブユニットとしては同定されていないPQL3については、GFPとの融合タンパク質を一過的に発現させる系を用いてその細胞内局在を解析した。その結果、PQL3の葉緑体外への局在が示唆された。また、NDH-like複合体のサブユニットと判明したOECホモログに関して、混乱を避けるためにPhotosynthetic NDH Subunit (略してPns)を冠する新しいサブユニット名を、関係する研究者とともに提案した。最近、海外のグループから、PsbPホモログの一つであるPPD1が光化学系Iの複合体形成に関わるという結果が発表された。我々も新しい知見を得ているが、別のグループからPsbPファミリーに関する総説も発表されるなど、年々競争が激化してきている。そこで現状、論文発表という面では我々は遅れていると判断した。出来るだけ早く成果をまとめて発表すべく努力していく。PPL1とPQL3に関しては、光合成電子伝達鎖の機能調節因子としての新しい機能が解明できつつあると考えている。

一方、PPDタンパク質に関しては、一部の分子に関して外国グループから論文発表がなされたため、選択と集中による戦略の見直しを行うことで対応した。研究動向の情報収集を行い、選択と集中による戦略の見直しを行った結果、まずは我々が先行していると思われるPPL1とPQL3の解析結果を論文にまとめることに集中することが重要だと判断した。他の機能未知のPPDタンパク質に関しては、昨年度作成した抗体を用いて相互作用するチラコイド膜タンパク質複合体の同定を進める。その結果に基づいて、今後さらに解析を継続すべき対象(遺伝子)を精査していく予定である。第一に、PPL1とPQL3に関して分子機能の完全な理解に向けて研究を進める。PPL1は相互作用する膜タンパク質分子(LHC)の特定、及び、組換えPPL1タンパク質と単離PSII膜を用いた再構成実験系による機能評価を行う。一方、PQL3については、PQL3欠損変異株における他の葉緑体NDH-like複合体サブユニット遺伝子の発現、及び、その遺伝子産物の蓄積パターンへの影響をより詳細に解析する。また、PQL3の細胞内局在に関しても、別の生化学的手法によっても確認する。最後に機能未知のPPDタンパク質に関しては、変異体と特異的抗体を用いた分子生物学的、生化学的解析を継続する。ただし、競合する研究グループの動向を考慮する必要があり、現在、必要な情報収集を行っている。場合によっては、共同研究を行うことも考慮する。現有設備の活用と試薬利用の効率化を徹底した結果、次年度に研究費を一部残すことができた。これらは消耗品の購入と培養室の電気代等を含む植物栽培に関わる経費に用いて、研究のさらなる推進に活用する。使用機器の故障等がない限り、大きな設備備品の購入は計画していない。一方、次年度は最終年度ということで、論文発表と海外の学会における成果発表の費用を多めに計上する予定である。それに伴う研究計画の大きな変更はなく、研究費は予定通り支出される見込みである。本年度は予定していたよりも研究室で残存していた設備、及び、試薬を効率的に用いることができたため、次年度に研究費を一部残すことができた。その一部は次年度において、外国グループとの情報交換、ならびに共同研究の打合せを目的した海外学会参加のための旅費として使用する予定である。それに伴って現時点で研究計画の大きな変更はないと考えており、研究費は予定通り支出される見込みである。
エレクトロニクス実装を志向した高調波発生の解析と制御

非線形光学結晶を用いた波長変換技術は,レーザ精密微細加工,特に全固体レーザの応用に重要な技術である.波長変換は,一般に繰り返し照射下で多く用いられるが,繰り返し照射下での高調波発生に関する従来の研究・開発は,実験的・経験的立場がとられており,理論的な研究は1パルス照射または連続照射による定常状態を対象としたものしかみられない.波長変換に不可欠な位相整合は結晶の温度に敏感で,温度変化があると変換効率が低下する.繰り返し照射の非定常状態下では,レーザ吸収の影響があるため結晶の温度変動が生じる.よってこれが波長変換に与える影響を解析するには,1パルス照射や連続照射による定常状態を想定した従来の理論解析では不可能である.このような研究背景,問題に対し,本研究では,繰り返し照射におけるレーザ吸収による熱の影響を考慮した非定常理論解析を行った.まず第二高調波発生について,レーザ吸収を考慮した高調波発生の支配方程式を導き,熱伝導方程式と連成した解析モデルを構築した.非線形光学結晶には,KDP結晶,KTP結晶を想定した.つぎに,第二高調波発生(SHG)について,入力基本波を集光し,集光効果による入力パルスの高強度化に伴う高効率化と,結晶温度の大きな変化に伴う効率低下に関する理論的解析を行った.さらに,構築した解析手法と解析結果に基づいて,最適な位相整合温度を調べ,結晶内部に生じる最大温度に位相整合温度を合わせると高変換効率化が図れることを見出した.本方法を用いると,先に明らかとなったビーム広がり角や繰り返し周波数の影響をほとんど受けることなく高変換効率が得られることをシミュレーションによって確認した.エレクトロニクス分野応用の基礎として,シリコンの吸収係数の温度依存性測定,シリコン単結晶のレーザ内部加工に関する研究,レーザの多重反射と蒸発を考慮したレーザ穴あけ加工の熱流体解析なども行った.非線形光学結晶を用いた波長変換技術は,レーザ精密微細加工,特に全固体レーザの応用に重要な技術である.波長変換は,一般に繰り返し照射下で多く用いられるが,繰り返し照射下での高調波発生に関する従来の研究・開発は,実験的・経験的立場がとられており,理論的な研究は1パルス照射または連続照射による定常状態を対象としたものしかみられない.波長変換に不可欠な位相整合は結晶の温度に敏感で,温度変化があると変換効率が低下する.繰り返し照射の非定常状態下では,レーザ吸収の影響があるため結晶の温度変動が生じる.よってこれが波長変換に与える影響を解析するには,1パルス照射や連続照射による定常状態を想定した従来の理論解析では不可能である.このような研究背景,問題に対し,本研究では,繰り返し照射におけるレーザ吸収による熱の影響を考慮した非定常理論解析を行った.まず第二高調波発生について,レーザ吸収を考慮した高調波発生の支配方程式を導き,熱伝導方程式と連成した解析モデルを構築した.非線形光学結晶には,KDP結晶,KTP結晶を想定した.つぎに,第二高調波発生(SHG)について,入力基本波を集光し,集光効果による入力パルスの高強度化に伴う高効率化と,結晶温度の大きな変化に伴う効率低下に関する理論的解析を行った.さらに,構築した解析手法と解析結果に基づいて,最適な位相整合温度を調べ,結晶内部に生じる最大温度に位相整合温度を合わせると高変換効率化が図れることを見出した.本方法を用いると,先に明らかとなったビーム広がり角や繰り返し周波数の影響をほとんど受けることなく高変換効率が得られることをシミュレーションによって確認した.エレクトロニクス分野応用の基礎として,シリコンの吸収係数の温度依存性測定,シリコン単結晶のレーザ内部加工に関する研究,レーザの多重反射と蒸発を考慮したレーザ穴あけ加工の熱流体解析なども行った.非線形光学結晶を用いた波長変換技術は,レーザ精密微細加工,特に全固体レーザの応用に重要な技術である.波長変換は繰り返し照射下で多く用いられるが,繰り返し照射下での高調波発生に関する従来の研究・開発は,実験的・経験的立場がとられており,理論的な研究は1パルス照射を対象としたものしかみられない.波長変換に不可欠な位相整合は結晶の温度に敏感で,温度変化があると変換効率が低下する.繰り返し照射下では,レーザ吸収の影響があるため結晶の温度変動が生じる.よってこれが波長変換に与える影響を解析するには,1パルス照射を想定した従来の理論解析では不可能である.このような研究背景,問題に対し,本研究では,繰り返し照射におけるレーザ吸収による熱の影響を考慮した理論的解析を行った.従来の複素振幅方程式は,レーザ光吸収を考慮していない.そこで,まず第二高調波発生について,レーザ吸収を考慮した高調波発生の支配方程式を新たに導き,熱伝導方程式と連成した解析モデルを構築した.非線形光学結晶には,KDP結晶,KTP結晶を想定した.入射基本波の強度が一様分布とガウス分布の場合について,繰り返し照射における結晶の温度上昇に伴う変換効率の低下と変動,出射パルスのビームプロファイルの乱れなどについて,理論解析した.その結果,繰り返し照射下での第二高調波発生は,定常的なものではなく,高強度レーザであればあるほど出力が不安定になることを定量的に示した.また,最も制御しにくい結晶内部中心領域で温度が上昇しやすいことがわかった.さらに,極短時間の1パルス内でも,出射パルス波形が時々刻々変動すると同時に,空間的なプロファイルも複雑に変化することなどを明らかにした.これらは,パルス幅が短くなるほど実験的に確認するのが困難であり,本研究の解析法およびその結果は有用であるといえる.非線形

光学結晶を用いた波長変換技術は,レーザ精密微細加工,特に全固体レーザの応用に重要な技術である.波長変換は,一般に繰り返し照射下で多く用いられるが,繰り返し照射下での高調波発生に関する従来の研究・開発は,実験的・経験的立場がとられており,理論的な研究は1パルス照射または連続照射による定常状態を対象としたものしかみられない.波長変換に不可欠な位相整合は結晶の温度に敏感で,温度変化があると変換効率が低下する.繰り返し照射の非定常状態下では,レーザ吸収の影響があるため結晶の温度変動が生じる.よってこれが波長変換に与える影響を解析するには,1パルス照射や連続照射による定常状態を想定した従来の理論解析では不可能である.このような研究背景,問題に対し,本研究では,繰り返し照射におけるレーザ吸収による熱の影響を考慮した非定常理論解析を行った.まず第二高調波発生について,レーザ吸収を考慮した高調波発生の支配方程式を導き,熱伝導方程式と連成した解析モデルを構築した.非線形光学結晶には,KDP結晶,KTP結晶を想定した.本年度は,第二高調波発生(SHG)について,入力基本波を集光し,集光効果による入力パルスの高強度化に伴う高効率化と,結晶温度の大きな変化に伴う効率低下に関する理論的解析を行った.その結果,集光レーザの吸収に伴い結晶内部に生じる温度分布や,この影響を受け変動する変換効率などを定量的に明らかにすることができた.また,結晶内に生じる温度分布を考慮した上での最適な集光の度合いを検討した.さらに,ウォークオフを考慮した上で,レーザ吸収を含む複素振幅方程式と熱伝導方程式を連成解析し,結晶内温度分布や変換効率,出力ビームプロファイルの時間変化にウォークオフが及ぼす影響も理論的に解析した.非線形光学結晶を用いた波長変換技術は,レーザ精密微細加工,特に全固体レーザの応用に重要な技術である.波長変換は,一般に繰り返し照射下で多く用いられるが,繰り返し照射下での高調波発生に関する従来の研究・開発は,実験的・経験的立場がとられており,理論的な研究は1パルス照射または連続照射による定常状態を対象としたものしかみられない.波長変換に不可欠な位相整合は結晶の温度に敏感で,温度変化があると変換効率が低下する.繰り返し照射の非定常状態下では,レーザ吸収の影響があるため結晶の温度変動が生じる.よってこれが波長変換に与える影響を解析するには,1パルス照射や連続照射による定常状態を想定した従来の理論解析では不可能である.このような研究背景,問題に対し,本研究では,繰り返し照射におけるレーザ吸収による熱の影響を考慮した非定常理論解析を行った.まず第二高調波発生について,レーザ吸収を考慮した高調波発生の支配方程式を導き,熱伝導方程式と連成した解析モデルを構築した.非線形
二足ヒューマノイド・ロボットを用いた医療福祉機器の定量的評価法に関する研究

本研究は主に「人体運動の模擬」と「実環境下での運動の実現」を目指して開発を行った.前者としては,障害者歩行の模擬と人間形足部による人間らしい歩行といった人体運動シミュレータとしてより人間に近い運動を実現した.後者としては,不整地路面適応制御やオンライン歩行パターン生成の開発を行い,モデル化の難しい実環境下にも対応可能なシステムの構築を行った.さらに,ソフトウェア・シミュレーションによる事前検証や電気ハードウェアの改良による信頼性向上などにも取り組んだ.本研究は主に「人体運動の模擬」と「実環境下での運動の実現」を目指して開発を行った.前者としては,障害者歩行の模擬と人間形足部による人間らしい歩行といった人体運動シミュレータとしてより人間に近い運動を実現した.後者としては,不整地路面適応制御やオンライン歩行パターン生成の開発を行い,モデル化の難しい実環境下にも対応可能なシステムの構築を行った.さらに,ソフトウェア・シミュレーションによる事前検証や電気ハードウェアの改良による信頼性向上などにも取り組んだ.申請者らがこれまで開発したヒューマノイド・ロボットWABIAN-2に対し,実用性を考慮したロボットシステムの扱いやすさの向上のため,本年度は主に,信頼性向上のための電装系の改良等を行った.これまでの歩行実験データをもとに電線の許容電流値の再検討を行い,適正な電線に変更することで電装の軽量化を行った.この結果,ロボット全体の重量が,67.5[kg]から64.7[kg]となり2.8[kg]の軽量化に成功した.また,WABIAN-2にて擬似障害歩行動作を実現するために,障害者の歩行データ取得および解析,より柔軟な足部の軌道設定が可能となる時間1経路分離型足部軌道生成法の開発,擬似障害パターン生成アルゴリズムの開発を行った.障害者歩行データ取得のための実験では,三次元動態計測装置および床反力計により計測を行った.三次元動態計測装置では,より正確な情報を得るため下肢一関節につき2つのマーカーで計測し,全身で27のマーカーにより歩行情報を取得した.時間/経路分離型新軌道生成法では,従来の方法における時間/経路の依存関係を回避するため,経路および軌道計画を別々に設定することで経路が時間に依存しない軌道設定法を開発した.擬似障害歩行パターン生成アルゴリズムでは,ヒト歩行の模擬の際,すべてのパラメータを与えることは困難であるため,設定するべきパラメータとして足先軌道・膝関節角度・腰軌道を設定し,歩行時にバランスを保っため上体を用いる割合を最適化の対象として,Genetic Algorithmにより最適なパラメータを探索することで歩行パターンが生成される.本年度改良されたWABIAN-2,および生成された擬似障害パターンにより,WABIAN-2による歩幅0.25[m]歩行周期0.96[s]での,体幹の動きを積極的に用いた障害者に似た歩行を実現した.・研究目的現在の社会の高齢化に伴い高齢者を支援する福祉用具の需要が高まっているが、被験者に対する負荷や安全の問題からその評価が非常に難しい。そこで2足ヒューマノイド・ロボットWABIAN-2Rを人体運動シミュレータとして活用することで、被験者を必要としない安全で定量的な評価を提案している。近年では、研究室のみならず公道などのユーザの使用環境下での歩行能力改善が課題となっている。そこで本年度は以下の2点を実現することを目的とした。1.高速な路面適応動作可能な足部および安定化制御を開発し、±10[mm]のオウトツや4[deg]程度の傾斜のある路面における安定歩行2.アクティブな歩行支援機を用いた歩行実験のためのシミュレーション・研究方法1.に関しては、コンプライアンス制御では吸収できない高速な倣い動作を実現することを目指す。具体的には、足部に2枚の球面を軟素材で接続した機構を搭載し、着地時に足部が外力に対し倣った後、球面同士が摩擦力によって固定されることで実現する。また、同時に姿勢制御も導入し、安定歩行の実現を目指す。2.に関しては、歩行中にロボットが受ける外力を推定することを目指し、動力学シミュレーションソフト"WEBOTS"により歩行支援機を用いた歩行シミュレーションを行う。・研究結果1.に関しては、姿勢制御により福岡市内の公溢における目標路面での安定歩行を実現した。また、足部機構は踏んだ段差に対して約40%倣い、着地衡撃を軽減可能であることを確認したが、歩行中に球面ジョイントに滑りが生じ、転倒するという問題点が見られ、今後関節構造にロック・フリー機構を搭載することで実現を目指す。2.に関しては、WEBOTS上でアクティブな歩行支援機を用いた歩行に成功した。今後、摩擦係数など各パラメータ設定などの妥当性を検討した上で、得られた外力データを基に安定化制御の開発を進める。近年の高齢者の増加と共に,肢体障害者数は年々増加する一方である.中でも下肢機能障害を抱える障害者の数は最も多く,このような障害者の自立を支援するより効果的な福祉・リハビリテーション機器の開発の必要性が近年高まっている.そこで,福祉・リハビリ機器の有効性の定量的に評価することを目指し,人間の運動を模擬可能な2足ヒューマノイド・ロボットを開発することを目的とする.最終年度に当たる平成20年度は,以下の2点について研究を推進した.

1.多様な歩行を実現可能な運動パターン生成法の開発義足や杖などの福祉用具の評価を行なうにあたり,上半身の運動を伴う多様な歩行を実現する必要がある.しかしながら,しゃがむなどの重心が大きく変動する運動の場合,ロボットのダイナミクス特性が大きく変化するため,従来の歩行パターン生成法では厳密なロボットモデルに基づいて運動パターンを生成することが難しかった.そこで新たに歩行中の運動状態に応じて逐次,運動パターンを計算・生成するアルゴリズムを開発し,環境に応じて歩行しながら運動パターンを生成し,安定して歩行することに成功した.2.アーチ構造を模擬した人間形足部機構の開発従来の2足ヒューマノイド・ロボットの足部に注目すると,爪先を有するものはあったが,人間足部の大きな特徴であるアーチ構造を持ったものはなかった.そこで,アーチ構造を模擬した人間形足部機構の開発し,より人間に近い歩行に成功し,その有効性を確認した.
核融合炉設計と評価(総括班)

第1の研究項目「関連技術のシステム解析」に関しては、本年度開始する本研究の方針を具体的に決定するため、従来核融合炉設計と評価について行われて来たいろいろな角度からの検討・評価について調査した。その結果、評価の基準に、立場によるずれが見られ、そのために客観的比較が困難であることに注目し、本研究においては、先ず評価の方法論を確立することに主眼を置くこととし、最近の核分裂炉の置かれている立場などを考慮して、核融合炉の意義をソーシャルアクセプタンスの立場に置き、可能な限り客観的・定量的に評価することとした。先ずその第1段階としては、論拠となる設定条件を明確にして共通の基盤となり得るデータベースを構築することが必要であり、本年度は具体的検討を行うための組織作りを行った。また本総括班に関係する研究の細目については、ブランケット工学との関係を検討して、トリチウム理工学の成果を活かすものとしてトリチウムプラズマと壁との相互作用の研究を計画的に遂行することとした。第2の課題「大型装置への適用技術」については、比較的大型のプラズマ実験装置(ヘリオトロン,レーザー,タンデムミラー)及び中・小型の特殊装置を利用する共同研究を行い、エネルギー特別研究(核融合)の成果の完成度を高めるとともに、大型プロジェクト研究と、科学研究費による自発的研究との整合性を高めるよう努めた。特に大型装置に関しては、そのプロジェクト研究に推進の上からも有益であった。その他の活動としては、上記研究課題に関する計画研究及び公募研究に関する報告会と共に、炉設計と評価に関する研究会を行い、炉設計に基本的方針,炉設計核データ,炉材料と電磁力の評価,カセットコンパクトトロイド炉,アドバンストICF炉,レーザー核融合などに関して研究発表と討論を行った。
火災住居の研究-儀礼的意義の検討-

従来の研究において、「戦乱」あるいは「失火」など主として災害史的側面からその原因が考えられてきたわが国先史・古代の火災住居を、儀礼的な意義をもった「意図的な火災」といった観点から再検討した。まず、東北・関東地方における縄文時代および弥生・古墳時代の火災住居の報告例を文献によって調査した。調査数は、3,045軒の竪穴住居址である。調査の結果、縄文時代では、青森・秋田地方の中期および後期において約7%の火災住居出現率が確認された。これに対し岩手・宮城・福島・山形および関東各県の中・後期では、いずれも3%以下の出現率であった。このことから、先に筆者が北海道の縄文時代の火災住居出現率が、中期以降上昇することを明らかにしたが、この傾向が、隣接する東北地方北半部にまで及ぶことが明らかになった。おそらく、北海道と同様に、東北地方北半部についても、儀礼的に住居を焼き払うといった風習があったことが予想される。一方、弥生時代以降については、特に奈良・平安時代の火災住居の出現率についてであるが、検出住居数の多い遺跡において、遺跡ごとの非常におおきな偏りが各県ともにみられることが明らかとなった。その原因については、今後明らかにしていかなければならない興味深い問題である。
負のマグヌス力の発生と境界層遷移との関係の解明

球技においてマグヌス力は,飛翔中のボールを曲げる上で大きな役割を果たしている.真球の場合,ある特定のレイノルズ数において,通常の向きとは逆向きに働く負のマグヌス力の存在が報告されている.球技の中で真球に近いものとして卓球がある.そこで本研究においては,卓球ボールを用いて風洞試験を実施し,卓球ボールにおける負のマグヌス力の発生領域を明確にした.また飛翔試験の結果,風洞試験の結果が再現されず,より速い速度域において負のマグヌス力が発生することがわかった.これは,卓球ボールのような軽い球の場合,空気抵抗による減速が大きく影響するためと思われる.回転する球周りの流れにおいてマグヌス力が発生することはよく知られているが,特定のレイノルズ数領域において,通常のマグヌス力とは逆向きの力が発生することはあまり知られていない.本研究は,この回転する球周りの流れにおいて発生する負のマグヌス力に注目し,その発生メカニズムの解明とスポーツ工学への応用を目指した基礎研究である.力計測を行うことにより負のマグヌス力があるレイノルズ数以上の領域で発生することが再確認された.このとき揚力係数は,回転数の増加とともに直線的に増加したのち急激に減少しその後,再び緩やかに揚力が増加することがわかった.揚力の減少が起こる回転数はレイノルズ数の増加とともに減少し,また抗力係数も同様の傾向を示すことがわかった.また,回転数を球の周速度と球の直径に基づくレイノルズ数で定義すると,揚力が急激に変化するレイノルズ数が一定値となることがわかった.このことは,球表面に形成される境界層が大きな役割を果たしていることを示唆している.真球を用いた球技として卓球が存在する.得られた計測結果と卓球競技におけるフォアハンドスマッシュの結果から予測されるレイノルズ数および回転数を比較すると,負のマグヌス力が発生する領域内に重なる領域が存在する.そこで力計測の結果からドライブ回転するボールにおける揚力,抗力を算出する簡易的な近似式を提案し,同式によって導かれる軌跡により球が負のマグヌス力が発生する領域を有する飛翔の場合,他の軌跡に対しまっすぐ進行したのち急激に落下する軌跡となることを示した.また,同試験装置を用いて剥離点が固定される角柱を用いた試験を行い,自由回転によって選択される回転数が強制回転時において最大抗力を発生する回転数に一致するという興味深い結果が得られている.回転する球周りの流れにおいて逆向きのマグヌス力が特定のレイノルズ数領域において発生する.このレイノルズ領域は,真球を用いた卓球においてフォアハンドスマッシュの初速に基づくレイノルズ数と一致する.これらの知見は,一定風速で流れる風洞内での力計測によって得られたが,実際の流れ場がどのような現象となっているかは未知の部分が多い.そこで本年度は,流れ場の把握のため二次元の粒子画像計測法を用いて球周りの流れ場の計測をおこなった.その結果,マグヌス力の発生の向きに応じて後流の傾きが変わることが確認された.またこのとき剥離点も移動している様子が観察されている.一方,実際に飛翔する球においては,時々刻々と球速が変化するため風洞における定常状態の現象とは異なる可能性がある.そこで,卓球ボールを射出するマシンを制作し,初速・回転数を変えて球の軌跡を計測した.事前に風洞試験で得られていたレイノルズ数と揚力,抗力の関係から求まる軌跡と実際の球の軌跡を比較することにより,風洞試験において負のマグヌス力が発生する初速域以外は結果が概ね一致するのに対し,負のマグヌス力が発生する初速域では,結果が異なることがわかった.実際,球の軌跡から求めたマグヌス力をみると,限りなくゼロに近いものの負とはなっていない結果となった.以上のことより,飛翔中の球に働く力は,準定常の条件とはことなり加速度の影響を受けているものと推測される.回転する球周りの流れにおいてマグヌス力が発生することはよく知られているが,特定のレイノルズ数領域において,通常のマグヌス力とは逆向きに力が発生する負のマグヌス力の存在はあまり知られていない.球技においては,ボールに回転を与えることによって様々な変化をさせることで試合を面白くしている.このような負のマグヌス力の存在は,新たなる球種の可能性を導く.物理的には,この現象は球表面の境界層遷移と密接な関係にあると考えられているが,その詳細は不明な点も多い.本研究においては,この負のマグヌス力の発生を風洞試験と飛翔試験を通じて実験的に解明を試みた.初年度には,風洞試験により力計測および可視化を行い負のマグヌス力が発生する領域を特定した.この発生領域は,卓球におけるスマッシュの初速領域を含んでおり,卓球の試合において同現象が起こる可能性が示唆された.次年度は,実際に卓球ボールを射出する2ローター式のマシンを作成し,飛翔経路と風洞試験から得られている揚力・抗力から求まる軌跡を比較することによって飛翔中の球において同現象が見られるか確認を行った.この結果,飛翔中の球においては風洞試験よりも高いレイノルズ数において同現象が確認された.本年度は,より高精度に飛翔中の揚力を確認するために,昨年度作成した卓球ボールマシンを用いて飛翔中の球周りの流れ場を時系列PIVを用いて計測した.飛翔中の球は撮影した画像内で移動するため座標変換し球を固定した座標系にてPIV解析をおこなった.

この結果,風洞試験において負のマグヌス力が発生すると予測される回転数よりも若干高い回転数において対称な後流速度分布が計測されほぼ揚力がゼロの状態となっていることがわかった.この前後の回転数ではマグヌス力は正の方向に発生しており,飛翔中の球においても負のマグヌス力がある特定の領域において表れることがわかった.球技においてマグヌス力は,飛翔中のボールを曲げる上で大きな役割を果たしている.真球の場合,ある特定のレイノルズ数において,通常の向きとは逆向きに働く負のマグヌス力の存在が報告されている.球技の中で真球に近いものとして卓球がある.そこで本研究においては,卓球ボールを用いて風洞試験を実施し,卓球ボールにおける負のマグヌス力の発生領域を明確にした.また飛翔試験の結果,風洞試験の結果が再現されず,より速い速度域において負のマグヌス力が発生することがわかった.これは,卓球ボールのような軽い球の場合,空気抵抗による減速が大きく影響するためと思われる.予定していたPIV装置の導入が年度末になってしまったため,本年度は,十分な風洞試験は行うことが出来なかった.一方で,より実現象に近い飛翔中の球の軌跡を解析することにより風洞試験と実現象に違いがあることがわかり,主目的の回転球周りの流れ場に関しては新たな知見を得ることができ進捗したと考えている.流体力学風洞試験ならびに飛翔試験で得られた知見をより正確なものにするため装置の改良を行い,計測精度の向上を目指す.また新規導入したPIV装置により飛翔中の球周りの流れ場の計測にもチャレンジし,実現象と風洞試験の違いについても明らかにしていく.当初計画では,二次元円柱による計測から流れの三次元性の影響を調べる予定であったが,他の研究者の飛翔実験では負のマグヌス力が表れないとの新しい報告があり,予定していた試験期間で再度,球を用いて力計測を行いデータの再確認したため予定より遅れることとなった.一方で,得られた球の力計測の結果から軌跡をシミュレートするために必要な簡易的な揚力・抗力の算出式を導出した.これは最終年度に予定していたものであるが実用上重要であると思われるため先行して発表しており遅れを十分カバーしている.また,装置の応用として剥離点が固定される角柱による実験も進めておりおおむね順調に進展んしていると考えている.当初計画では,二次元模型を製作する予定であったが,本年度は風洞利用期間も限られたこともあり,二次元模型を用いた計測は行わないことにしたため発生したものである.本年度は,球周りに形成される流れ場に注目し計画通り実験を進める.年度後半には,3次元PIV計測装置一式が導入される予定となったため,年度後半は,PIVを用いた計測により球周りの流れを詳細に調べて行く.点計測から面計測へ計測効率が大幅にあがることで研究を推進して行く.また,他の研究者による飛翔実験では負のマグヌス力が表れていないことから,同研究者とディスカッションを通じて風洞実験と実際の飛翔における現象の違いについて検討を進めて行く予定である.平成27年度請求額と合わせて,新規導入したPIV装置に必要な治具製作費ならびに装置の改良の費用として平成27年度の研究遂行に使用する予定である.当初計画では,三次元性の影響を調べるため回転円柱を製作する予定であったが,本年度は球による再試験を行ったため製作しなかったことにより生じたものである.平成26年度請求額と合わせて,当初計画通り模型の制作と新規に別途調達予定となったPIV装置を同試験装置に組み込むための治具製作費として平成26年度の研究遂行に使用する予定である.
新ルチル製造法およびチタン資源の開発

平成1819年度に得られた成果をまとめると次のようになる。1.流動層を用いたイルメナイト鉱石の酸化挙動解析:流動層のコールドモデル実験をまず室温で行い、流動化のためのガス流量を決定した。1173及び1223Kにおけるイルメナイトの酸化実験は、オーストラリア産、モザンビーク産の鉱石を用いて5%O_2-Ar混合ガスにより行った。温度及び鉱種による差はほとんど無く、約20分で酸化率がほぼ1に達し、主な相であるイルメナイト(FeTiO_3)が酸化反応:2FeTiO_3(s)+1/2O_2(g)=Fe_2TiO_5(s)+TiO_2(s)によりシュードブルッカイト(Fe_2TiO_5)とルチル(TiO_2)の2相に転化したことを酸化前後における試料のXRD及びEPMA分析により確認した。また、この後の冷却条件によってルチルの結晶性が影響を受け、後の酸浸出で、ルチルの浸出が起こってしまうことが考えられるため、流動層酸化後の冷却速度を変えた実験も行った。2.酸化鉱石の酸浸出機構の解明:一定の硫酸濃度における浸出が可能となるよう、還流冷却器付の容器を用いて、さらにオイルバスを用いて温度をコントロールして酸浸出を行った。なお、リン酸溶液による浸出試験も併行した。その結果、シュードブルッカイト成分の浸出率は冷却速度が小さい程大きい傾向があり、5K/minの徐冷が適当であることがわかった。一方、ルチル成分の浸出率は空冷の結果に比較し、徐冷の方が約1/3の10%と著しく抑制される結果が得られた。3.環境影響と経済効果の分析・評価:本プロセスと、競合すると考えられる硫酸法の2つについて、TiO_2を製造する場合のエネルギー所要量、CO_2排出量を算出し比較することにより、プロセス評価を行った。反応の化学量論式に基づいて、TiO_21kgを本プロセスあるいは硫酸法で製造する場合について計算を行った結果、エネルギー所要量およびCO_2排出量は、硫酸法に対して本プロセスの方がそれぞれ11.4MJおよび0.9kg少ないことが分かり、本プロセスによるルチル製造法の優位性を示すことができた。平成18年度に得られた結果をまとめると次のようになる。1.流動層を用いたイルメナイト鉱石の酸化挙動解析:流動層のコールドモデル実験を予め室温で行い、流動化のためのガス流量として、流動化最小速度の計算値の約2.2倍の0.124m・S^<-1>(5000cm^3(STP)・min^<-1>)と決定した。1173及び1223Kにおける酸化実験は、5%O_2-Ar混合ガスにより行った。温度による差はほとんど無く、約20分で酸化率がほぼ1に達し、鉱石の主な相であるイルメナイト(FeTiO_3)が酸化反応:2FeTiO_3(s)+1/2 O_2(g)=Fe_2TiO_5(s)+TiO_2(s)によりシュードブルッカイト(Fe_2TiO_5)とルチル(TiO_2)の2相に転化したことを酸化前後における試料のXRD及びEPMA分析により確認した。