hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
特殊な出口形状を有する超音速ノズルを用いた粉末冶金用超微細金属粒子製造法の開発

粉末冶金用原料金属粉末の製造法の一つであるアトマイジング法では、得られる金属粉末の平均粒径はかなり大きく、粒径の微細化が重要な技術開発の課題となっている。しかし噴流による微粒化の機構が全く分かっていない。本研究は、超音速ノズルからから得られる噴流による液体の微粒化過程を実験的に解明し、超微粒子金属粉末を製造するための超音速ノズルシステムを開発することを目的とした。本研究において、得られた結果を以下に述べる。(1)水滴の微粒化過程を観測するため、Nd:YAGレーザーのTHG(波長355nm)を用いた紫外ホログラフィ法による計測を新たに考案し、実証試験を行った。この紫外レーザー・インライン・ホログラフィ法による微粒子計測は世界的に例がない新しい方法で、可視光と比較して計測領域を広くできる利点がある。(2)出口端に突起を設けた特殊出口形状を有するオリフィスを作成し、これから得られた超音速自由噴流による微粒化状況を観測した。その結果、突起により若干微粒子の直径が減少することが分かったが、その減少程度は3%程度でしかないことが分かった。しかし、オリフィス出口に直径50ミクロンのワイヤを張った実験では、粒径が10-20%も減少する結果が得られ、オリフィス出口形状を工夫することにより、粒径の小さい微粒子が製造可能であることが示された。(3)噴流の構造をオイラー方程式にTVD法を適用して理論的に計算する手法を開発した。噴流の数値解析では複雑な形状を有する噴流の計算を行うため、境界適合格子を用いた曲線座標による計算方法を開発し、微粒化に最も寄与する噴流境界部分の計算精度をあげるとともに、オリフィスの出口形状の特殊性に対応するため、三次元コードによる解析方法を開発した。粉末冶金用原料金属粉末の製造法の一つであるアトマイジング法では、得られる金属粉末の平均粒径が数10ミクロンから数100ミクロン程度でかなり大きく、粒径の微細化がこれからの重要な技術開発の課題となっている。しかし噴流による微粒化の機構が全く分かっていないため、微粒化プラントの建設は試行錯誤法によっているのが現状で、その設計方針の確立が切実な問題になっている。本研究は、超音速ノズルから得られる噴流による液体の微粒化過程を実験的に解明し、超微粒子金属粉末を製造するための新しいガスアトマイザー超音速ノズルシステムを開発することを目的とする。本研究において、現在までに得られた結果を以下に述べる。(1)超音速ノズルから得られる超音速噴流による水滴の微粒化過程を観測した。測定には極短パルスNd:YAGレーザーを使用したレーザーホログラフィ法とシャドウグラフ法を適用した。とくに、レーザーホログラフィ法については、Nd:YAGレーザーのTHG(紫外、波長355nm)を用いた紫外ホログラフィ法による計測を新たに考案し、実証試験を行った。ホログラムフィルムの紫外域における感光特性、ビーム伝送特性など、未知の部分も数多く存在したが、本年度の研究により、この方法により微粒子測定ができる見通しを得ることができた。(2)ノズルからの超音速噴流の内部構造を解析するためのソフト・ウェアを製作した。数値解析には直交座標系上でTVD法を適用した。従来報告されている方法では、圧力比が30程度までしか解析できなかったが、境界条件を工夫したところ、本ソフト・ウェアで圧力比1500までの自由噴流の構造が計算できるようになった。

粉末治金用原料金属粉末の製造法の一つであるアトマイジング法では、得られる金属粉末の平均粒径が数10ミクロンから数100ミクロン程度でかなり大きく、粒径の微細化がこれからの重要な技術開発の課題となっている。しかし噴流による微粒化の機構が全く分かっていないため、微粒化プラントの建設は試行錯誤法によっているのが現状で、その設計方針の確立が切実な問題になっている。本研究は、超音速ノズルから得られる噴流による液体の微粒化過程を実験的に解明し、超微粒子金属粉末を製造するための新しいガスアトマイザー超音速ノズルシステムを開発することを目的とする。本研究において、現在までに得られた結果を以下に述べる。(1)超音速オリフィスから得られる超音速噴流による水滴の微粒化過程を詳細に調査した。ホログラフィ測定には、昨年度までに開発したNd:YAGレーザーのTHG(紫外、波長355nm)を使用する紫外ホログラフィ法を適用し、噴流の圧力比を種々変化させるとともに、水滴の落下位置をマッハディスク前後で変化させて実験を行い、微粒化の状況を詳細に調査した。その結果、噴流で微粒化された粒子の平均粒径は約30μmで、圧力比の増加とともに平均粒径が小さくなることが分かった。また、微粒化後の粒径の分布状態も本方法で明らかにできることが分かった。(2)昨年までの研究において、噴流の構造をオイラー方程式にTVD法を適用して理論的に計算する手法を開発したが、実際の金属粉末微粒化では、マッハディスクの十分下流の領域が使用される可能性がある。そこで、本年度は計算格子を不等間隔格子とし、計算領域を下流に拡張して安定な収束解が得られるよう計算スキームを改良した。本方法により、噴流出口直径の20倍以上下流の領域まで計算可能であることが示された。粉末冶金用原料金属粉末の製造法の一つであるアトマイジング法では、得られる金属粉末の平均粒径が数10ミクロンから数100ミクロン程度でかなり大きく、粒径の微細化がこれからの重要な技術開発の課題となっている。本研究は、超音速ノズルからから得られる噴流による液体の微粒化過程を実験的に解明し、超微粒子金属粉末を製造するための新しいガスアトマイザー超音速ノズルシステムを開発することを目的とする。(1)昨年度までに完成させた紫外レーザーホログラフィ計測システムを超音速オリフィスから得られる自由噴流に適用し、オリフィス前後の圧力比を始め、水滴落下位置の差による微粒化状況の変化の状態を明らかにした。さらにオリフィス出口端に突起を設けた特殊出口形状を有するオリフィスを作成し、これから得られた超音速自由噴流による微粒化状況を観測した。その結果、突起により若干微粒子の直径が減少することが分かったが、その減少程度は3%程度でしかないことが分かった。しかし、オリフィス出口に直径50ミクロンのワイヤを張った実験では、粒径が10-20%も減少する結果が得られ、オリフィス出口形状を工夫することにより、粒径の小さい微粒子が製造可能であることが示された。
クラスターイオンの非破壊的飛行時間質量分析

本研究ではパルスイオンビームの非接触非破壊の検出手段として誘導電荷測定法を確立すること、またそれを種々のイオンビーム実験に応用することを目的として実験を行った。まずイオンが通過する穴の径やシールド、メッシュの効果を検討する為に、種々の形状の誘導電荷検出電極を製作した。これをレーザーアブレーション/飛行時間質量分析装置に組み込み、炭素クラスターの質量スペクトルを測定した。点電荷が検出器を通過するモデルで電極近傍の電場計算を行い、実験で得られた誘導電荷信号と比較解析したところ両者は定性的に一致した。信号検出系の改良も行い最終的には十分に高い分解能とS/N比で質量スペクトルを得ることができた。この検出器の感度がクラスターサイズに依存しないことを利用し、炭素クラスターの正確なサイズ分布を求めたところ、特定の条件下では炭素数数百の大きいクラスターが大量に生成していることがわかった。また非破壊検出という特性を生かし、負イオンクラスターの光脱離効率の測定を行った。さらに負イオンクラスターを固体表面に入射して2次電子放出効率の衝突エネルギー依存性の精密測定を行った。表面衝突実験では特にSEMで入射イオン量をモニターしにくいため、誘導電荷検出器の使用が有効であった。以上の結果の一部は内外の学会において発表するとともに論文として公表した。また、最近いくつかの研究グループが誘導電荷検出器の有用性を認めてその導入を検討を始めたことも成果としてあげたい。飛行時間質量スペクトルの非破壊的測定を目的として誘導電荷測定器を製作した。誘導電圧を測定することによって微分型の信号を得た。検出用の電極にグリッドを用いた場合高い時間分解能が得られたが、メッシュに衝突するイオンによって2次電子放出が起こり、ピーク波形が変形するという欠点があった。そこでグリッドを使用しないタイプの検出器を新たに作成したところ、若干の分解能の低下はあったが良好なピーク波形が得られた。この誘導電荷測定器をレーザー蒸発装置に組み込み、炭素クラスターについて以下の成果を得た。1:この検出器がイオンの速度に依存しないことを利用し、レーザー蒸発法で生成した炭素クラスターイオンの真のサイズ分布を測定し、それが従来の2次電子放出を利用した検出器で得られるサイズ分布より高質量側にシフトしていることを確認した。またレーザーのフルエンスが小さいときに、炭素数数百のクラスターが大量に生成していることを明らかにした。2:ヘリウムガスでレーザー蒸発生成物を輸送し、その移動時間を測定した。この実験は従来の検出器では困難である。測定の結果、プラズマ中で正負イオンが不均一に局在した状態で輸送されていることがわかった。3:非破壊であることを利用し、2つの誘導電荷検出器をイオンビーム中に配置してその間でパルスレーザーによる光脱離を行った。C10-の光脱離による信号の減退を観測した。以上の結果を学会等で発表するとともに1については現在投稿準備中である。
ブラックホール摂動論に基づく重力波の研究

近年、日本を含む世界各国で開発されつつある干渉計重力波検出器の目的は、電磁波の代わりに重力波を使った天文学、すなわち重力波天文学の確立である。そのためには、検出される重力波から、その源の物理状態が正確に再現されなければならない。本研究では、重力波源として、巨大ブラックホールとコンパクト星の連星系に注目し、ブラックホール摂動論を使って重力波放出の反作用も含めたコンパクト星の軌道進化の計算法を定式化することを目標にした。このアプローチでは、コンパクト星を点粒子近似するため、重力波の反作用力に(物理的でない)発散が生じる。そこでこれを正則化する必要がある。そのためには重力特有のゲージ問題という原理的問題と正則化を以下に正確に効率的に行うかという実際的問題の2つを解決しなくてはならない。ゲージ問題に関しては、球対称ブラックホールの場合に、調和ゲージで直接解く方法とRegge-Wheelerゲージで解く方法とを提案した。この研究を通して、ゲージ問題の本質的な部分が解決した。一方、正則化の効率的手法については、任意の軌道に関して正則化が可能な解析的方法を開発した。これにはポストニュートン展開を必要とするが、最大の利点は、それが解析的であるために、どれほど高い次数が必要であっても、それが有限である限り、一度計算してしまえば、それで済む点である。現在、反作用力の実際的な計算のために必要なポストニュートン展開の次数を調べており、近い将来、明確な答えが得られるはずである。巨大ブラックホールとコンパクト星の連星系の軌道進化を明らかにする上で重要となる,コンパクト星に対する重力波輻射の反作用力を求める方法を提案し,それに基づいてポストニュートン展開の1次(1PN)での自己重力反作用項をブラックホール摂動論を用いて導出した.その過程で,我々の方法は自己重力の発散項を系統的に取り除くには,有効であるが,重力固有のゲージ問題を解決しなければ,最終的に物理的な答えに到達し得ないことが,明らかになった.現在ゲージ問題の解決に向けて研究を進めでいる.また,連星がスピンを持っている場合の効果については,連星の運動方程式をポストニュートン近似の2.5次のオーダーまで導出する研究を完成させた.ブラックホール時空上を運動する粒子の引き起こす重力場が粒子自身に与える自己力は,その発散部分を共変的に引き去った残り,いわゆるテール部分で与えられることが知られていたが,その具体的計算法が分かっていなかった.これに関して,場の粒子軌道付近での解析的性質を利用した「パワー展開正則化」と場の球面調和関数展開を利用した「モード正則化」の方法を提案した.重力の場合には,単に発散部分を取り去るだけでなく,ゲージの自由度をどう取り扱うかの問題がある.これを避けるために,まず,ゲージ自由度のないスカラー粒子に対して「パワー展開正則化」を適用して,その有効性を確かめた.また,シュバルツシルド時空に限った場合には,モード正則化の方法が有効であり,自己力の発散部分は,場がスカラー,ベクトル,テンソルのいずれであるかに係わらず基本的に同じ構造を持つ事を示した.これによって,本来の目標である重力場の自己力の計算に向けての準備がほぼ整った.ブラックホール時空上を運動する粒子の引き起こす重力場が粒子自身に与える自己力の発散部分を共変的に除去する方法として,昨年度に提案した,場の球面調和関数展開による「モード正則化」の方法を適用し,具体的に引き去られるべき項を明示した.また,重力の場合に現れる,座標ゲージの問題を解く方法として,回転していない(シュバルツシルト)ブラックホールの場合に関しては,すべての計算を調和ゲージで実行することが可能であることを示した.しかし,この方法は非常に面倒な計算が必要であり,様々な状況への応用を考えるとあまり現実的でない,という欠点がある.現在,様々な角度からより良い方法を探索しているところである.近年,日本を含む世界各国で開発されつつある干渉計重力波検出器の目的は,電磁波の代わりに重力波を使った天文学,すなわち重力波天文学の確立である。

そのためには,検出される重力波から,その源の物理状態が正確に再現されなければならない。本研究では,重力波源として,巨大ブラックホールとコンパクト星の連星系に注目し,ブラックホール摂動論を使って重力波放出の反作用も含めたコンパクト星の軌道進化の計算法を定式化することを目標にした。このアプローチでは,コンパクト星を点粒子近似するため,重力波の反・作用力に(物理的でない)発散が生じる。そこでこれを正則化する必要がある。昨年度までに,この正則化の方法について実際的に有効な方法を開発するし,重力特有のゲージ問題の解決に向けて,まず,球対称ブラックホールの場合に,調和ゲージで直接解く方法とRegge-Wheelerゲージで解く方法と二つを提案し,後者の方法でポストニュートン展開の低次の項に関して,具体的に正則化された力を求めた。しかし,この方法は,円軌道のように特殊な軌道には有効であるが,それ以外の一般軌道に関しては,各軌道ごとに数値計算を精度よく実行する必要が生じ,計算コストが非常に高くなる。これを解消するために,任意の軌道に関して正則化が可能な解析的方法を開発した。これにはポストニュートン展開を必要とするが,最大の利点は,それが解析的であるために,どれほど高い次数が必要であっても,それが有限である限り,一度計算してしまえば,それで済む点である。現在,どの次数までの展開が必要であるか,いくつかの軌道に関して,簡単のためにスカラー粒子を考えてテスト計算を実行しており,近い将来明確な答えが得られるはずである。
流脈線ローブのダイナミクスに基づく3次元流体混合機構の解明

撹拌槽内における流体混合は,最も基本的な単位操作のひとつであるにも拘わらず,混合機構に関する理論的研究はほとんど行われてこなかった.その最大の原因は,混合パターンすなわち流体中の形の動きと,流体物質自体の動きを混同したことにある.本研究では,流線パターンや流体粒子軌跡ではなく,流脈線や流脈面が混合パターンを生み出す鋳型となることを示し,それを用いて3次元撹拌槽内の層流混合機構を説明する新しい理論を提示した.その理論の正しさを実験的に実証するとともに,これに基づいた新しい撹拌装置を開発した撹拌槽内における流体混合は,最も基本的な単位操作のひとつであるにも拘わらず,混合機構に関する理論的研究はほとんど行われてこなかった.その最大の原因は,混合パターンすなわち流体中の形の動きと,流体物質自体の動きを混同したことにある.本研究では,流線パターンや流体粒子軌跡ではなく,流脈線や流脈面が混合パターンを生み出す鋳型となることを示し,それを用いて3次元撹拌槽内の層流混合機構を説明する新しい理論を提示した.その理論の正しさを実験的に実証するとともに,これに基づいた新しい撹拌装置を開発した1.研究の目的および意義撹拌槽内の混合機構を明らかにすることは,混合操作の改善や新しい撹拌装置の開発にとって不可欠である.しかし,撹拌槽内の流れは3次元かつ非定常であるため,その普遍的な3次元構造を捉えることは極めて困難とされてきた.そこで,撹拌翼の先端から伸びる流脈線が混合過程において鋳型の役割を果たすと考え,その実験的検証とそれに基づく混合モデルの構築を行った.2.研究成果(1)パドル翼の先端から伸びる流脈線を蛍光レーザー発色させ,その形状の時間変化を超高感度ビデオカメラで撮影した.それにより,羽根通過周期ごとに観測する限りその形状が時間的に不変であり,また脱色混合実験の映像と比較して,この流脈線に沿って混合パターンが形成されることを実験的に明らかにした.(2)簡易流動モデルを用いた数値解析より,混合パターンの輪郭は,時間が経過するにつれて翼先端から伸びる流脈線の形状に漸近することを明らかにした(3)以上の結果より,翼先端から伸びる流脈線が混合パターン形成の鋳型となっていることを,実験および数値シミュレーションの両面から明らかにした.(4)これらの研究成果を踏まえて,従来とは全く異なる視点から,流脈線ローブを元にした,撹拌槽内の層流混合に対する新しいモデルを構築した.撹拌操作は化学プロセスにおける主要な単位操作のひとつとして古くから研究されてきた.その一方ではミキシングに理論無しとも言われてきた.その主要な原因として,第1に流体混合現象が肉眼で容易に観測できるため,安易で直感的な解釈が行われていたこと,第2に(流跡線や流線で表現される)流体物質の動きと,流体中に現れるパターンの動きとを同一視し混同してきたこと等が挙げられる.本研究の目的は,非線形ダイナミクス理論に立脚した3次元撹拌槽内の層流混合の理論的構造を,力学系の数学的理論と実験による可視化測定の両面から明らかにすることであった.撹拌翼の先端から流出する着色液によって形成される流脈線や流脈面が,時間的に不変な混合の鋳型となること,流脈線やその集合体としての流脈面の屈曲化と折り畳み変形の反復が複雑な混合パターン生成する主要因であること,周囲の流体と混合しにくい孤立混合領域が出現する理由などを明確に示した.また,初期パターンに依存して様々な混合パターンが出現する可変性と,流れ場が指定された時点で確定する不変性すなわち混合の鋳型との関係を明確にした.これにより,従来までケース・スタディ的な域を出なかったミキシング理論に代わる新しい理論を提示した.それと同時に,従来のミキシング研究における誤った点を指摘するとともに,ミキシング現象の変質を把握するための新しい実験手法の開発と新しい数値解析法のあるべき姿を提示した.さらに,本混合理論の応用として,新しい撹拌翼の提案,新しい邪魔板の形態と設置方法を提案した.また,混合の現場では長い間謎とされてきた大型撹拌翼の代表であるマックスブレンド翼[○!R]が高い混合性を示す理由を本混合機構を用いて初めて明らかにし,その有効性を示した.本研究で提示した層流混合理論と流脈線や流脈線に基づく実験的解析法は,これからの流体混合の研究ならびに応用における標準理論となると考えられる.
切除不能肝細胞癌に対する局所免疫化学療法と動脈遮断併用療法の確立と臨床応用

1.臨床的研究切除不能肝癌に対する新しい治療法としてdouble lumen ballo on Catheterによる間欠的肝動脈遮断と制癌剤併用療法を考案し、肝細胞癌19例、転移性肝癌14例に施行した。治療成績を腫瘍少率50%以上およびKaplan-Meierによる累積一年生存率でみると肝細胞癌は73.7%と51.6%、転移性肝癌は35.7%と23.1%で、肝細胞癌においてきわめて良好な成績が得られた。肝細胞癌に対する本法の有用性を解明するためTc99m^^・ーMAAシンチグラフィーを用い肝細胞癌の腫瘍血行動態に及ぼす肝動脈遮断の影響について検討したところ、腫瘍部の動脈血流量は非腫瘍部の約3.3倍であるが、バルーン拡張による動脈遮断下では8.8倍に上昇すること、しかし動脈遮断によって動脈性血行の腫瘍内分布域が狭少となることが判明し、動脈遮断下と非遮断下の制癌剤併用投与の合理性が示された。また、高張塩処理自己血漿の静脈内投与による腫瘍の急性壊死現象についてはすでに実験的に明らかにしているが、その臨床応用として諸種の治療に抗した進行悪性腫瘍18例に本法を施行し、18例中13例に肉眼的あるいは腫瘍マーカーや光顕的検討において何らかの変化を認め、とくに殺細胞性抗癌剤との併用が有効であることを認めた。2.実験的研究ヌードマウス継代移植ヒト肝細胞癌株および無血清下培養ヒト肝細胞癌株を樹立し、in vivoおよびin vitroの実験系において肝細胞癌の生物学的特性につき検討を加え、ヒト肝癌細胞がAFP、アルブミンのみならずトランスフェリン、フィブロネクチンなどの産生能を有すること、また、肝細胞癌細胞がプロスタグランディンE_2を産生し、これが肝細胞癌の発育増殖に大きく関与していることを明らかにした。ヌードマウス継代移植株の検討ではインドメサシン投与によって移植腫瘍の潜伏期の延長とともに、腫瘍退縮例のあることが認められた。I)実験的研究1)肝細胞癌培養細胞株の樹立:人肝細胞癌細胞の生物学的特性を知るとともに,免疫化学療法の効果とその発現機序を明らかにするため,肝細胞癌細胞の培養系を樹立し,主としてその蛋白合成能につき検討を加えた. (Gas traen terologia Japonica V.22に掲載)2)ヌードマウス継代移植ヒト肝細胞癌株の樹立:AFP産生ヒト肝細胞癌のヌードマウス可移植株を用い, in vivoの実験系における固形癌としての肝細胞癌の発育様式とこれに関与する因子について,とくに腫瘍血管の新生とプロスタグランディンの関連について検討を加えた. (日本消化器病学会雑誌V.84に掲載)3)VX_2カルチノーマ担癌家兎に対する高張塩処理血漿投与の影響:VX_2担癌家兎より得た血漿を高張塩(0.5M kcl又は1.5M Nacl)処理し,静脈内投与の影響を検討し,対照に比し有意な生存期間の延長を認めるとともに,腫傷細胞の壊死現象を組織学的に確認した. (The 8^<+h>Asia Pacific Cancer Conference 1987, 9,第25回日本臨床免疫学会1987, 7,発表)II)臨床的研究

1)癌症例における血中CIC測定の意義:高張塩処理自己血漿投与による抗腫瘍効果は担癌生体の血中CICに作用することによってその効果が得られるものと推定されているが,その機序はいまだ解明されていない. CICの組成状態や治療前後の血中CICの変動について検討を加えた. (第29回日本消化器病学会大会にて発表)2)各種癌症例に対する高張塩処理及びprotein Aカラム処理自己血漿投与の臨床成績:現在までに直腸癌や乳癌の再発例,転移性肺癌などに本法を試み,臨床円状の改善,生存期間の延長,腫瘍マーカー値の低下を認め, (第25回日本癌治療学会総会1987,10発表),現在,転移性肝癌や肝細胞癌にも応用している.1.臨床的研究切除不能肝癌に対する新しい治療法としてdouble lumen balloon Ctaheterによる間欠的肝動脈遮断と制癌剤併用療法を考案し、肝細胞癌19例、転移性肝癌14例に施行した。治療成績を腫瘍縮少率50%以上およびKaplan-Meierによる累積一年生存率でみると肝細胞癌は73.7%と51.6%、転移性肝癌は35.7%と23.1%で、肝細胞癌においてきわめて良好な成績が得られた。肝細胞癌に対する本法の有用性を解明するためTc99m-MAAシンチグラフィーを用い肝細胞癌の腫瘍血行動態に及ぼす肝動脈遮断の影響について検討したところ、腫瘍部の動脈血流量は非腫瘍部の約3.3倍であるが、バルーン拡張による動脈遮断下では8.8倍に上昇すること、しかし動脈遮断によって動脈性血行の腫瘍内分布域が狭少となることが判明し、動脈遮断下と非遮断下の制癌剤併用投与の合理性が示された。また、高張塩処理自己血漿の静脈内投与による腫瘍の急性壊死現象についてはすでに実験的に明らかにしているが、その臨床応用として諸種の治療に抗した進行悪性腫瘍18例に本法を施行し、18例中13例に肉眼的あるいは腫瘍マーカーや光顕的検討において何らかの変化を認め、とくに殺細胞性抗癌剤との併用が有効であることを認めた。2.実験的研究ヌードマウス継代移植ヒト肝細胞癌株および無血清下倍養ヒト肝細胞癌株を樹立し、in vivoおよびin vitroの実験系において肝細胞癌の生物学的特性につき検討を加え、ヒト肝癌細胞がAFP、アルブミンのみならずトランスフェリン、フイブロネクチンなどの産生能を有すること、また、肝細胞癌細胞がプロスタグランディンE_2を産生し、これが肝細胞癌の発育増殖に大きく関与していることを明らかにした。
慢性閉塞性肺疾患病態における自然免疫の役割の解明

自然免疫における主要構成要素であるToll様受容体(TLRs)は病原体などの外来因子の特定の構造パターンを認識し、生体防御機構における初期免疫応答のセンサーとして重要である。本研究では慢性閉塞性肺疾患(COPD)の病態形成に重要と考えられるタバコ煙刺激によりマクロファージや気道上皮においてTLR3の発現および反応性が亢進することを明らかにし、この機序がCOPDおよび喫煙者の肺における好中球性炎症および肺構造破壊、気道粘液産生増強に関与する可能性を示した。COPDは罹患率と死亡率の高い疾患であり、その病態解明および制御が重要である。本研究ではCOPD病態におけるtoll様受容体(TLRs)をはじめとする自然免疫の役割を肺構成細胞において明確にすることである。H24年度までに手術肺での組織学的検討およびヒト末梢血由来マクロファージを用いた検討により、喫煙はマクロファージにおけるTLR3発現および受容体応答を増強し、好中球性炎症および肺構造破壊機序に関与する可能性を示すことができた(A. Koarai, et al. Respirology 2012)。H25年度は臨床検体を用いた病態の確認を計画したが、検体採取が進まず、検討が困難であった。H25年度のもう一方の検討計画であるCOPD病態およびその増悪における気道粘液過産生の制御の病態解明のため、気道上皮におけるムチン産生へのTLR3の関与の検討を行った。ヒト気道粘液分泌腫瘍細胞(NCI-H292 cell)を用いてTLRsリガンド刺激によるMUC5AC産生およびそのシグナル経路を調べた。TLR3受容体リガンドであるpoly(I:C)によりMUC5AC産生の増加が認められ、機序としてEGFRおよびその下流シグナルであるERK1/2の関与をwestern blot法による蛋白のリン酸化および阻害薬を用いた検討により明らかにした。また、タバコ抽出液前処置によりMUC5AC産生がさらに増強することを示した。本研究ではCOPD病態におけるtoll様受容体(TLRs)をはじめとする自然免疫の役割を肺構成細胞中、主にマクロファージにおいて明確にすることである。その一つとして喫煙者およびCOPD病態でのマクロファージにおけるTLR3反応性亢進が肺気腫形成に関与する可能性を明らかにするため、以下の検討を施行した。肺癌疑い患者の手術で得られる肺組織を用い、免疫染色による組織学的検討により、TLR3の発現が肺胞マクロファージにおいて健常者に比し、COPDおよび喫煙者において増強していることを示し、その発現が喫煙歴と正の相関および肺拡散能と負の相関関係を示すことを明らかにした。また、健常者末梢血単核球を分離培養し得られる単核球由来マクロファージを用いて、タバコ煙がマクロファージにおけるTLR3の発現を増強し、タバコ煙がTLR3リガンド刺激によるIL-8およびMMP-9産生が増強され、抗酸化物質であるN-アセチルL-システインにより抑制されることを示した。これらの結果より喫煙はマクロファージにおけるTLR3発現および受容体応答を増強し、好中球性炎症および肺構造破壊機序に関与する可能性を示した(A. Koarai, et al. Respirology 2012)。H25年度は培養細胞、喀痰および手術肺由来のマクロファージを用いて上記病態を確認する予定である。また、COPDおよびその増悪の病態では気道における粘液過産生の制御は重要であり、上記の病態の気道上皮におけるムチン産生への関与を明らかにするため、我々はヒト気道粘液分泌腫瘍細胞(NCI-H292 cell)を用いて検討するべく、培養系の確立の準備を開始し、H25年度はTLR3リガンド刺激によるムチン産生におけるタバコの影響およびその機序を検討する予定である。H24年度までに手術肺での組織学的検討およびヒト末梢血由来マクロファージを用いた検討により、喫煙はマクロファージにおけるTLR3発現および受容体応答を増強し、好中球性炎症および肺構造破壊機序に関与する可能性を示した(A. Koarai, et al. Respirology 2012)。また、H25年度にはCOPD病態およびその増悪における気道粘液過産生の制御の病態解明のためヒト気道粘液分泌腫瘍細胞(NCI-H292 cell)を用いて検討をおこない、TLR3受容体リガンドであるpoly(I:C)刺激によるMUC5AC産生がタバコ抽出液前処置により増強されることを示した。

本研究では喫煙刺激によりマクロファージや気道上皮においてTLRsの反応性が亢進し、その結果、ウイルス感染時には好中球性炎症および肺構造破壊、気道粘液産生が増強する可能性を示した。TLRsのシグナル経路の解明およびその制御することでCOPDの増悪の制御が可能になると考えられた。医歯薬学マクロファージにおけるデータをまとめたが、臨床検体での確認が進まなかった。しかし、気道上皮におけるムチン産生機序の解明に関しては当初の予定の結果が得られており、総合的には概ね順当に進展したと考える。今年度の予定に関し、喫煙者およびCOPD病態でのマクロファージにおけるTLR3反応性亢進が肺気腫形成に関与する可能性を明らかにする目的に関し、2012年のRespirologyに報告し、加えて、気道上皮におけるムチン産生に関する検討も平行して開始することができたため。H26年度はタバコ煙のpoly(I:C)刺激によるMUC5AC産生に対する増強機序に関して培養細胞に加えヒト気道上皮三次元培養を用いて検討を進める予定である。また、ヒト手術肺から気道上皮細胞などの細胞を分離培養し健常者とCOPDとのTLRs刺激などに対する反応性の比較検討も進める予定である。また、可能であれば閉塞性肺疾患増悪機序の解明するためウイルスを用いた検討や細胞障害時に放出される内因性分子「ダメージ」関連分子パターン(DAMPs)の肺構成細胞に与える影響等も検討する予定である。喫煙者およびCOPD病態でのマクロファージにおけるTLR3反応性亢進が肺気腫形成に関与する可能性を明らかにする目的に関し、喫煙はマクロファージにおけるTLR3発現および受容体応答を増強し、好中球性炎症および肺構造破壊機序に関与する可能性を、Respirology 2012に報告したが、H25年度は培養細胞、喀痰および手術肺由来のマクロファージを用いて上記病態を確認する予定である。また、COPDおよびその増悪の病態では気道における粘液過産生の制御は重要であり、前述した病態の気道上皮におけるムチン産生への関与を明らかにするため、我々はヒト気道粘液分泌腫瘍細胞(NCI-H292 cell)を用いて、TLR3リガンド刺激によるムチン産生におけるタバコの影響およびその機序(主としてTLR3ーEGFRーERK経路)を検討する予定である。さらに可能であれば細胞障害時に放出される内因性分子[「ダメージ」関連分子パターン(DAMPs)]としてHMGB1などがCOPDの喀痰で増えていることが示されており、そのCOPD病態への関与を気道上皮やマクロファージ等の肺構成細胞において明らかにするため検討を行う予定である。次年度使用学は今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。平成25年度の未使用額は平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。実際には、TLR3などのリガンド、阻害薬およびELISAキット、培養液等の費用に用いる予定である。次年度使用額は今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成25年度請求額とあわせ、平成25年度の研究遂行に使用する予定である。TLR3などのリガンド、阻害薬およびIL-8,MMP-9などのELISAキット等の費用に用いる予定である。
燃料電池の磁場分布・電流分布解析装置の開発

固体高分子形燃料電池は水素と酸素を反応させる原理により,発電時に発電ムラが発生する.このために,固体高分子形燃料電池の発電効率を高くするために膜電極接合体の発電電流分布を知ることは重要である.本研究では,固体高分子形燃料電池単セルの電極の周囲に発生する発電磁場を磁気センサを用いて非接触で磁場分布を測定した.これにビオ・サバールの法則及び最小二乗法を適用して,発電電流密度分布を推定することを行った.その結果,燃料電池発電の電流密度の推定に有効であることを確認した.固体高分子形燃料電池は水素と酸素を反応させる原理により,発電時に発電ムラが発生する.このために,固体高分子形燃料電池の発電効率を高くするために膜電極接合体の発電電流分布を知ることは重要である.本研究では,固体高分子形燃料電池単セルの電極の周囲に発生する発電磁場を磁気センサを用いて非接触で磁場分布を測定した.これにビオ・サバールの法則及び最小二乗法を適用して,発電電流密度分布を推定することを行った.その結果,燃料電池発電の電流密度の推定に有効であることを確認した.本研究は、固体高分子形燃料電池(PEFC)の発電時に発生する発電磁場をMIセンサを用いて非接触で計測する装置を開発し、磁場分布を電流分布へ変換することにより、電池内部の発電状態を可視化し、作動状態を解析できる装置の開発を目指すとともに、燃料電池開発における性能・寿命等の向上に資することが目的である。発電磁場の計測法として、燃料電池セルを挟んだ集電板上にMIセンサを接近させ、集電板に流れる電流から発生する空間磁場による磁束密度を計測する方法を検討し、非接触で発電磁場を計測してグラフィック表示し、磁場を可視化する装置を設計・試作した。MIセンサは、5×5のマトリクス状に配列し、燃料電池セルの発電範囲(5cm×5cm)全体を短時間で計測できるようにした。動作原理は、CPUが磁場検出用のMIセンサ回路にデマルチプレクサからセンサの選択信号とx軸・y軸切替え信号を駆動回路へ送ると25個のMIセンサが切替わり、2軸の磁場データが出力される。MIセンサの出力データはマルチプレクサにより選択され、それぞれのセンサの出力データをCPUのポートへ出力させる。出力された磁場データはA/D変換されてパソコンへ送出され、パソコン側では、csv形式で保存するようになっている。試作した装置で、燃料電池の発電時のセルの磁場測定を行った。アノード側での実験条件は水素圧力15[kPa]、水素流0,05[L/min]、酸素流量1[L/min]、電流0.45[A]で行い、カソード側は水素圧力15[kPa]、水素流量0.05[L/min]、酸素流量1[L/min]、電流0.5[A]で行った。その結果、どちらも燃料の入り口付近と端子付近が高い磁束密度が表れることが分かった。この実験から、発電時における燃料電池周囲の磁場変化を計測することで、その磁場に合うMEA内の発電電流分布を推定できる可能性がある。固体高分子形燃料電池(PEFC)は、発電効率が高く、CO2排出量の削減が可能であり、NOxやSOx等の大気汚染物質の排出量削減などの利点から、自動車や家庭用コジェネレーションにおける再生可能エネルギー源として期待されている。しかしながら、その運転にあたっては、ガス拡散などにより発生する発電ムラの低減が発電効率の重要な課題となっており、PEFCの電源装置としての本格的導入には、更なる発電効率の向上、長寿命化および製造コスト削減などの課題がある。本研究では,固体高分子形燃料電池の発電時に発生する発電磁場をMIセンサ(MI:Magneto-Impedance sensor)を用いて非接触で計測する装置を開発することを目標としている。磁場分布を電流分布へ変換することにより、電池内部の発電状態を可視化し、作動状態を解析できる装置開発を目指すとともに燃料電池開発における性能・寿命等の向上に資することを目的としている。平成23年度は、磁場分布・電流密度を計算するアプリケーションを開発することを目標とした。燃料電池のエンドプレートを格子状にn分割し、各分割の中心にMIセンサを置き、磁場を測定する。これにより、格子の区間内では、電流が一様であると仮定して、発生磁場からの発電電流の数値計算を行うものである。具体的には、エンドプレートのxy方向の幅、z方向の厚さなどの各座標が定まっておれば、各座標の磁場は、ビオ・サバールの法則により、(磁場:H_n)=(位置関係によって決まる係数:a_<ij>)×(電流値I_n)の形で表すことができる。電流と磁場をx方向とy方向に分けて考えると磁場は電流に直交する向きに発生することから、z方向に発生する磁場は無視するとして、x方向、y方向のそれぞれの成分に分けて考えることができる。この考え方を微小導体に適用して、プレートの幅で2重積分して、磁場を計算する。東日本大震災を受けてエネルギー政策の見直しが行われ,再生可能エネルギーが注目されている.燃料電池はCO2,NOxなどの大気汚染物質の排出がなく,クリーンな電源として注目を集めている.特に固体高分子形燃料電池(PEFC: Polymer Electrolyte Fuel Cell以下,PEFCと略称)は,低温での発電,短時間起動が可能などの長所を有し,家庭用定置型電源,電気自動車用電源など実用化が進んでいる.また,小型・軽量なため災害発生時の非常用電源,可搬型電源としても期待されている.

しかしながら,PEFCは水素と空気中の酸素を反応させる原理から運転時に発電ムラが発生する.燃料電池開発において,発電効率の向上を目指すとき,燃料電池の構成部としてその発電に重要な膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly,以下MEA)における発電状態を知ることは,重要な要素となる.発電中に発生する磁場を測定し,発電電流を求める計測法が提案されているが,電流分布を求めるまでは至っていない.本研究では,燃料電池発電によって,PEFC単セル電極(エンドプレート)の周囲に発生する発電磁場を磁気センサ(Magneto-Impedance Sensor以下,MIセンサ)を用いて測定した.これに,ビオ・サバールの法則を適用して,非接触で電池内部の電流分布を測定する手法を開発し,電流密度分布を推定することを行った.そして,最小二乗法を用いて発電磁場分布から電流密度を推定する手法の有効性について検証した.固体高分子形燃料電池セルの発電特性を解析するための磁場計測装置を試作し、その動作を確認することができた。この装置を用いて、セルの発電磁場を計測し、セルの発電状態を可視化することは可能となった。燃料の水素、空気(酸素)の注入量により、発電状態が変化していることを可視化することはできた。しかしながら、その磁場分布から電流密度を計算し、セル内部の物質移動の状態を明らかにする目標が達成されていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度までに開発した、発電磁場測定装置を用いて、固体高分子形燃料電池セルの発電磁場を計測し、それを可視化することは達成できている。3次元磁場表示から発電状態を確認することは可能となった。しかしながら、測定磁場データから、電流密度に変換してセル内部の発電状態を推定するところに至っていない。今後は、研究の目標を達成するために、電流密度への変換数値計算アルゴリズムを見直すとともに、市販されている磁場・電流解析ツールなどを用いて、電流密度を計算することも試行してみたいと考えている。
実装性を考慮した省リソースデバイス向け暗号プロトコル設計理論の研究

RFIDタグやセンサーなど計算能力やメモリが制限されていて、パソコンやサーバ向けに設計された暗号化や認証のための技術が利用できないデバイスにおいても、安全な通信や認証を行うために、安全性が証明されるとともに実際のデバイスにも実装可能な軽量な暗号プロトコルを設計し実装するための研究を行った。その成果として、PUFと呼ばれる、デバイスの製造時の物理的差異を用いた暗号プロトコルを設計し、その安全性を証明するとともに、実際のデバイスにおける安全性を統計学的に示した。また、RFID用の認証プロトコルを実装する際のハードウエア実装の性能評価を行い、実用に向けた技術的な目安を示した。本研究は、(1)既存の省リソースデバイス向け暗号プロトコルの実装性の評価、(2)回路規模などの実装性を考慮した安全性評価手法の確立、(3)現実的なRFIDタグを想定した暗号プロトコルの設計、(4)設計した暗号プロトコルの安全性評価、(5)性能、安全性、回路規模などトレードオフを考慮した暗号プロトコルの設計ガイドラインの構築の5つのフェーズで構成されており、今年は(3)と(4)を実施した。(3)においては、平成24年度に(1)で研究したPUF(物理的複製困難関数)を利用した認証プロトコルについて、サイドチャネル攻撃などを用いたデバイス内の一部の秘密情報の漏洩という、現実的に流通するタグにおいて想定される攻撃を想定した暗号プロトコルを構築した。この方式では、PUFで利用する不揮発性メモリの領域の全部が漏洩したとしても、なりすましの防止と通信データの累積によるプライバシ情報の漏洩の防止が可能となっている。そして、(4)として、(3)で設計した暗号プロトコルについて、ゲーム列を利用した安全性証明手法を用いて、所期の目的通りの安全性を有していることを証明した。上記の成果は、暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS)2014において発表した。本研究は、(1)既存の省リソースデバイス向け暗号プロトコルの実装性の評価、(2)回路規模などの実装性を考慮した安全性評価理論、評価手法の確立、(3)現実的なRFIDタグを想定した暗号プロトコルの設計、(4)設計した暗号プロトコルの安全性評価、(5)性能、安全性、回路規模などトレードオフを考慮した暗号プロトコルの設計ガイドラインの構築の5つのフェーズで構成されており、本年度は(1)と(2)を実施した。(1)においては、省リソースデバイス向けの暗号プロトコルに利用可能なコンポーネントして近年注目が高まっているPUF(物理的複製困難関数)を用いた暗号プロトコルの評価に関する検証を進めた。PUFは、認証や鍵の生成などへの応用に対して、個々のデバイスの物理的性質の製造上の差異により生じる出力の乱数性などを用いる技術であるが、これまでに理論的に提案されている複数のPUFの方式に対して、FPGAに対して実装を行い、その実装性を実機で評価するとともに、安全性の評価としてその乱数性などについて実際に評価を行い、SRAM PUFを用いた認証プロトコルについて、その安全性の確認と、安全な運用条件の導出を行い、SCIS2013において発表した。また、これらの結果について、既存のRFIDタグ向け認証プロトコルに応用した際の評価手法の確立を行った。(2)においては、RFID認証プロトコルの安全性評価理論において、近年注目されている、複数の暗号プロトコルの組み合わせの安全性も保証可能なUC(汎用結合可能性)フレームワークにおけるRFIDタグの安全性評価モデルを改良するとともに、その他のモデルとの関係性を示した。また、PUFを使ったRFID用の認証プロトコルについて、その安全性評価モデルと手法を確立し、現在国際会議に投稿中である。本研究は、(1)既存の省リソースデバイス向け暗号プロトコルの実装性の評価、(2)回路規模などの実装性を考慮した安全性評価理論、評価手法の確立、(3)現実的なRFIDタグを想定した暗号プロトコルの設計、(4)設計した暗号プロトコルの安全性評価、(5)性能、安全性、回路規模などトレードオフを考慮した暗号プロトコルの設計ガイドラインの構築、の5つのフェーズで構成されており、平成24年度は(1)と(2)、平成25年度は(3)と(4)、平成26年度は(5)を実施した。平成26年度は、実験を通じてサイドチャネル情報を用いたRFID認証が可能であることを確認し、研究成果はISEC研究会で発表した。この研究成果は「サイドチャネル認証」という新たな研究テーマに繋がるものであり、暗号回路の実装方法だけでなく,RFIDタグ全体のアーキテクチャにまで踏み込んだ実装性を議論する研究テーマを発掘することができたと考える。また、自身が構築した安全性・プライバシー保護のあるRFID認証プロトコルを物理的な端末に実装するため、どのような形で各暗号学的な構成要素へ落とし込み、理論的なプロトコルの安全性を損なわずに動作可能なプログラムに変換できるかを考察した。回路規模の制約から耐タンパー性を有するRFIDタグを想定することが現実的でないことから、物理的複製困難関数を利用したRFID認証プロトコルを構築し、マイクロコントローラとネイティブなハードウェア実装において、必要な計算時間(サイクル数)を検討した。

研究期間全体を通じて、PUF(物理的複製困難関数)をターゲットとして、既存のPUFの実装性の検証と評価手法の確立、安全性評価モデルの確立、PUFにとって現実的な脅威であるサイドチャネル攻撃に対して安全なプロトコルの評価と安全性評価、そしてプロトコルの設計ガイドライン構築を行い、目的を達成した。暗号プロトコル、暗号技術、安全性評価本研究で平成25年度に予定してい計画については、予定通り完了した。平成24年度より、コストの面で実用性が高いとされているPUF(物理的複製困難関数)に焦点を当てていたが、平成25年度の成果では、PUFを用いた場合のRFID認証プロトコルの構成を分析し、その中で現実的なPUFベースRFIDタグにおいて不揮発性メモリに対する情報漏洩攻撃が発生する状況に対するセキュリティ確保の研究を行った。その結果として、このような攻撃に対しても安全性を保つRFID認証プロトコルの設計とその安全性証明を完了することができた。そのため、当初の予定通り達成できていると考える。本研究で平成24年度に予定していた計画については、予定通り完了した。特に、(1)既存の省リソースデバイス向け暗号プロトコルの実装性の評価については、既存の方式の実装性の検証や、実装性を加味した評価方法を確立しただけでなく、PUFという現在注目を浴びている新しい方式に対しても、その実装性を加味した評価理論と評価手法を確立し、その上で、世界でもこれまでにない最大規模となるFPGA実験を行い、認証プロトコルに必要な乱数性の検証と、実デバイスにおける評価手法と評価理論の確立、運用条件の導出を行ったことは、当初の予定を上回ったと言える。(2)回路規模などの実装性を考慮した安全性評価理論、評価手法の確立についても、Columbia大Moti Yung教授とのとの打合せを重ね、数ある暗号プロトコルの安全性評価理論のうち、組み合わせ上の有用性が高いUCモデルについての既存方式の問題点の指摘と、より汎用性の高い評価モデルを確立でき、当初の想定を上回る結果が出たと言える。この結果は、現在、国際会議に投稿中である。平成24年度、平成25年度と、当初の計画と比して、PUFという実用性の高い新しい技術に対しても適用可能な理論と方式を確立した。当初よりも広い適用に対して、順調に研究成果を挙げていることから、今後も予定通りに遂行する。当初の予定では、(5)性能、安全性、回路規模などトレードオフを考慮した暗号プロトコルの設計ガイドラインの構築を行うこととなっている。過去2年間に構築した理論、プロトコルに加えて、特に性能や回路規模という実装面でのトレードオフに着目し、そのトレードオフを評価する手法と、その手法に基づいて現実のPUFやRFIDタグにおける設計のガイドラインを構築し、学会等で発表し、今後の安全なデバイスの設計方針として社会還元を目指す。当初の予定通りに研究が推移していることから、今後も予定通りに研究を遂行する予定である。
高層煙突支持部材に発生する自励振動の防止方法に関する研究

旋回流れ内に置かれた弾性棒に生じる振れ回り運動について,2つの装置で旋回流れを作り検討した.その結果,渦放出に起因した流れ方向と直交する向きの振動と振れ回り運動が生じることを明らかにした.後者の振れ回り運動のメカニズムについては,動圧の効果を表す剛性行列の非対称性によって説明できることを示している.石油化学プラントや発電所等では、高層煙突が数多く設置されている。これらの高層煙突は、鉄塔構造で支持されているものも多い。一般に、空気流れと部材が干渉し後流中に発生する渦がもとで個々の部材が振動し、一群の部材あるいは鉄塔全体の振動に発達することがある。このような空力励振は、カルマン渦が原因であることが多い。カルマン渦による振動現象であれば、風の向きに関わらず振動が発生する。しかし、本研究で対象とする振動は一定の方向からの風向きでのみ振動が発生した。このようなことから良く知られているカルマン渦による振動ではないことが分かる。また、煙突の風上側では煙突まわりの流れのウェイクギャロッピングではない振動も発生する。製品の設計においては、カルマン渦による振動を防止するための検討はなされているが、本研究が対象としている流体が関連する不安定振動については振動の防止方法が確立されていない。申請者らは、実際に観測された現象をもとに、理論解析を行っている。流れ場を仮定し部材に働く圧力を計算した。この圧力を外力とした部材の運動方程式から振動モードについて検討を行い、風速により不安定振動が発生することを明らかにしている。この理論解析をもとに、系の安定判別を行うことが可能となった。さらに本年度は流れ場の可視化を行うために実験装置を大きく改造した。流れ場がなかなか安定しなかったため調整に時間が取られた。流れ場の流速計測を実施するとともに、円柱周りでの弾性棒の振れ回り実験を行い、データを計測した。前年度までの実験と定性的に同じ結果が得られている。特に円柱の上流側と下流側でその振れ回りの特性が変化することを確認した。石油化学プラントや発電プラントなどでは高層煙突を数多くみることができる。この高層煙突は、鉄塔構造で支持されているものも多い。一般的に、空気流の乱れや部材の後流中に発生する渦がもとで個々の部材が振動し、一群の部材あるいは鉄塔全体の振動に発達することがある。この度、強風時に高層煙突を支持する鉄塔の補強部材(ブレース)が風速および風向に依存して強く振動する現象が観察された。一般的に風による振動はカルマン渦が原因であることが多い。しかし、カルマン渦による振動は風向によらないにも関わらず発生した振動はある特定の風向でのみである。このようなことから一般的に良く知られたカルマン渦による励振ではないことが考えられる。また、煙突の風上側では煙突まわりの流れのウェイク部によるウェイクギャロッピングではない振動も発生する。製品の設計段階においてはカルマン渦による振動を防止することは検討されている。しかし本研究課題で対象とする流体が関連する不安定振動についての振動防止方法は現在検討されていない。私達はこれまで実際に観測された現象をもとに、理論解析を行っている。流れ場を仮定しブレースに働く圧力を計算した。この圧力を外力としたブレースの運動方程式から振動モードについて検討を行い風速によって不安定振動が発生することを明らかにした。この理論解析にもとづき、系の安定判別を行うことができるようになった。本年度では、これまでの結果を踏まえて、円柱近傍に設置された弾性構造部材の不安定振動の各パラメータの特性の把握を詳細に行った。新たに水路を製作し、流れの可視化を行い、鉛直に配置された弾性棒に加わる流体力に与えるパラメータの影響を実験を主体として明らかにした。旋回流れ内に置かれた弾性棒に生じる振れ回り運動について,2つの装置で旋回流れを作り検討した.その結果,渦放出に起因した流れ方向と直交する向きの振動と振れ回り運動が生じることを明らかにした.後者の振れ回り運動のメカニズムについては,動圧の効果を表す剛性行列の非対称性によって説明できることを示している.石油化学プラントや発電プラントなどでは高層煙突を数多くみることができる。

この圧力を外力としたブレースの運動方程式から振動モードについて検討を行い風速によって不安定振動が発生することを明らかにした。この理論解析にもとづき、系の安定判別を行うことができるようになった。本年度では、こうした背景を踏まえて、円柱近傍に設置された弾性構造部材の不安定振動の各パラメータの特性の把握と制振方法を確立することを目的とし、鉛直に配置された弾性棒に加わる流体力に与えるパラメータの影響を実験を主体として明らかにした。本研究は、円柱近傍の流れ場とその中に配置された弾性部材と構造部材との相互作用により発生する流体関連振動である。この発生メカニズムを実験を主体として明らかにしていく。実験結果は、順次理論解析結果と比較を行うことにより、理論解析の検証をおこなっていく。実験系の各パラメータの影響についてのデータを取得することはできた。さらに、流れ場を可視化可能な実験装置の製作が完了した。この装置で振れ回り実験を行い求める振れ回りを計測し観察することができている。今後は流れ場からの流体力を評価するとともに、数値シュミレーションにより、その振動発生モデルを構築するとともにそのメカニズムと振動の防止方法の検討を行う。本研究は円柱近傍の流れ場とその中に様々な角度で傾けて設置された構造物部材との相互作用により発生する不安定振動の発生メカニズムを実験を主体として明らかにしていく。実験結果は順次理論解析と比較を行うことにより、理論解析の検証を行っていく。本年度は、実験を主体として各パラメータの影響を調べることができたため。平成25年度は、平成24年度に引き続き実験を主体としてデータを収集し、各パラメータの影響と発生メカニズムにおける役割を明らかにする。さらに得られたデータにより理論解析を検証するとともに、数値解析によりより詳細な検討を実施する。新しい実験装置をを流れ場の計測と可視化を行うとともに、流れ場からの流体力を評価検討する。さらに可視化した、それらのデータと数値シミュレーションの実施結果からモデルの検証を行う。これらの検討結果から、不安定振動の防止方法について、その方法を検討し実験と数値シミュレーションの両方から振動防止方法の構築を進める。平成24年度は23年度に引き続き実験を主体としてデータを収集し、各パラメータの特性を明らかにするとともに、適切な減衰の付加方法を明らかにしていく。さらに得られたデータをもとに理論解析を行い、その結果をもとにした対策案を構築し実証実験を行う。その結果から自励振動の対策および防止方法の設計指針を構築する。昨年度の研究成果に引き続き、新たに製作した可視化した流れ場での実験を実施しその結果と数値シミュレーションの結果を比較しながら、円柱周りに配置された弾性棒の振れ回り振動の防止方法を構築する予定である。結果については、学会にて報告するとともに、関連分野での学会に参加し他の関連研究成果の情報を収集する。(1)「円柱近傍に斜めに配置された弾性棒の理論解析」、(2)「減衰の付加方法の検討および実験データの解析とまとめ」、(3)「円柱近傍に斜めに配置された弾性棒に加わる流体力の実験および結果の解析」、(4)「振動対策の検討」、(5)「振動対策方法の実証実験」に関連して実験装置や計測消耗品について使用するとともに、関連研究について情報を収集する。