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内因性、外因性ダイオキシン受容体リガンドの代謝と毒性発現経路

ダイオキシン受容体(AhR)は、様々な化学物質を認識することが知られている。外因性のリガンドとしてはダイオキシン、PCB、多環芳香族類などが知られている。また、内因性のリガンドとしては研究代表者の研究で明らかになったインディルビンをはじめ、ICZ、FICZ、DIMなどのインドール化合物が知られている。HPLCとバイオアッセイを組み合わせることにより、環境中には、多種類の外因性リガンドが存在することを明らかにした。染色工場の排水や、下水処理水中はAhRリガンド活性を示した。水環境中のAhRリガンドの単離精製をすすめたところ、いくつかの染料を同定した。この中には、赤ボールペンに使われるローダミンB、黄色染料のHydroxybenzo[b]quinophtaloneなどがあった。また、様々な染料の標準品のAhR活性を調べたところ、アントラキノン系の染料にリガンド活性があることを見出した。さらに、様々な食品中のAhRリガンド活性を調査したところ、コーヒー中に数種類のAhRリガンドがあることをつきとめた。内因性または食品由来のインドール系リガンド、インディルビン、ICZ、FICZ、DIMのAhRリガンド活性を比較した結果、インディルビン、ICZ、FICZのいずれにも極めて強い活性が観察された。また、これらのリガンドは自らが誘導するCYP1A1やCYP1A2によって極めて容易に分解されてしまうことも明らかにした。これらの強いAhRリガンドと、ダイオキシンの毒性の違いは、この代謝のされやすさにあると考えられる。さらに、AhRがリガンド依存的にp21の発現を誘導し、細胞周期に影響を与えるメカニズムの一端を明らかにした。本研究では、内因性、外因性のAhRリガンドの毒性発現メカニズムについて整理しようとするものである。【多環芳香族化合物のAhR活性とDNA損傷性】21種類の多環芳香族化合物、7種類の多環芳香族ケトン、11種類の多環芳香族キノン化合物のAhRリガンド活性とDNA損傷性を調べ毒性のランク付けを行った。【食品中新規AhRリガンド】AhRリガンドは広い範囲の食品中に普遍的に存在しているようである。しかし、そのリガンドの化学構造や食品中の存在量に関してはほとんど情報がなく、今後の研究が必要である。身近な飲料である緑茶、ウーロン茶、コーヒー、リンゴジュース、トマトジユース中にAhRリガンドが存在するかどうか調査した。これらのブルーレーヨン抽出物中にはいずれもAhRリガンド活性が認められた。HPLCで分画し、バイオアッセイを行った結果、緑茶、コーヒー、リンゴジユースには少なくもと2種類以上のAhRリガンドが存在することが明らかとなった。現在このリガンドの単離精製をすすめている。【インディルビン定量方開発】天然のAhRリガンドであるインディルビンを定量するため、インディルビンの^<13>C標識体を内部標準として、LC/MS/MSで定量する系を開発した。定量限界は10pg/ml程度であった。【AhRリガンドの細胞周期に与える影響】AhRが細胞周期に影響を与えるメカニズムはCDK阻害タンパクの誘導、RBとの結合などがある。CDK阻害タンパクの誘導には、様々な相互作用が存在するらしい。現在AhRとあるサイトカインの相互作用について詳しい解析を行っている。

HPLCとバイオアッセイを組み合わせることにより、環境中には、多種類の外因性リガンドが存在することを明らかにした。水環境中のAhRリガンドの単離精製をすすめたところ、いくつかの染料が同定できた。また、アントラキノン系の染料にリガンド活性があることを見出した。さらに、コーヒー中にも数種類のAhRリガンドがあることをつきとめた。現在、構造を解析中である。内因性または食品由来のインドール系リガンド、インディルビン、ICZ、FICZ、DIMのAhRリガンド活性を比較した結果、インディルビン、ICZ、FICZのいずれにも極めて強い活性が観察された。また、これらのリガンドは自らが誘導するCYP1A1やCYP1A2によって極めて容易に分解されてしまうことも明らかにした。これらの強いAhRリガンドと、ダイオキシンの毒性の違いは、この代謝のされやすさにあると考えられる。
認知言語学の応用によるマンガ表現理論と教育活用法の基礎研究

本研究の目的は、マンガ表現の成り立ちを分析・研究し、マンガの実制作指導とマンガ研究の両方に活かすことである。特色としては、認知言語学の知見がマンガの分析にも重要であることを示し、さらに物語論と関連づけることで、現代マンガを理論的に分析するための一定の枠組みを提示した。また、それらの研究の土台となる歴史資料の発掘を進め、ストーリーマンガの成立期である18201930年代の資料の所蔵状況を国内各施設で調査した。それらの収蔵データは今年度以降に発表・公開する予定である。認知言語学をマンガに応用するための基礎研究として、語用論や認知意味論の先行研究の検討を行なった。これらの知見をマンガへ応用する際の問題について検討を加え、いったんとりまとめた成果については、7月25日に早稲田大学で開催されたワークショップ「マンガ、あるいは「見る」ことの近代」(早稲田大学総合人文科学研究センター研究部門「イメージ文化史」主催)にて発表を行なった(発表タイトル「フキダシの流行と「語り」の問題ー192030年代の日欧米」)。また、イメージの修辞学の先行研究の検討と、マンガへの応用の可能性を探るために、連携研究者の夏目房之介(学習院大学大学院教授)氏、森本浩一(東北大学教授)らと共同で研究フォーラムを11月14日に行ない、物語論(ナラトロジー)という切り口から検討を行なった。言語に関する問題を「図像と言語の組み合わせ」であるマンガへ応用する際の妥当性と可能性を探るために、マンガ研究者4名(中田健太郎、野田謙介、三浦知志、三輪健太朗)にコメンテーターとして加わってもらい議論を広く公開しながら検討を進めた。ストーリーマンガの成立期の基礎調査については、国内の主要アーカイブズの収蔵資料の調査や収集を広く行ない、川崎市市民ミュージアム、国立国会図書館、京都国際マンガミュージアム、大阪児童文学館(大阪府立中央図書館内)などで活動を行なった。特に今期は、日本マンガの重要史料でありながら研究が進んでいない「明治ポンチ本」と呼ばれるマンガの初期資料の調査を重点的に進め、今後の研究対象となる基礎資料を相当な規模で確保することができた。連携協力者などと協力しながら、計画していた内容を比較的円滑に進めることができた。第一に、前年度の研究成果を踏まえて、研究の論点と対象作品の検討を行なった。まず論点については、認知言語学からのアプローチを明確にするために「言語としてのマンガ」「マンガにおける言語」という2つのとらえ方を導入した。特に前者については、絵や効果線などがレトリックとして機能する実態に注目し、言語表現をいかにマンガの絵で表現しうるかを重要な論点として採用した。対象作品については、世界初の本格ストーリーマンガとされる19世紀前半のロドルフ・テプフェールの作品、明治30年代の「明治ポンチ本」と呼ばれる一群の出版物、およびストーリーマンガが世界的に本格普及する192030年代の日本の新聞連載マンガ(翻訳作品を含む)を重点的に取り上げ、分析を進めた。第二に、マンガ史の再検討と、資料の追調査を進めた。上記の論点を検討した結果、19世紀におけるテプフェールの影響や、日本におけるコマ割りマンガの普及、連載作品の増加と単行本化の実態などを追調査する必要が生じ、内外のアーカイブ所蔵の史料を中心に調査を進めた。2017年2月27日にはテプフェール作品の検討のためのワークショップを、連携研究者の夏目房之介(学習院大学大学院教授)氏と主催し、絵と言語の関係性の検討を行なった。これらの成果を中間報告としてまとめる作業を進めており、当初計画していた平成28年度中の発表には至らなかったが、平成29年度中に発表できるよう準備をしている。第三には、得られた知見をマンガ創作者の教育に応用するために、大学生を対象としたワークショップを実施し、言語表現を絵と効果線等で表現する実例データの収集と分析を進めた。連携研究者などと協力しながら、だいたいの計画内容は円滑に進めることができた。ただし、ワークショップの実施が年度末に近かったため、成果の中間まとめ作業が遅れており、平成29年度夏以降にずれ込む見込みである。今年度は、研究成果をマンガ教育に活用する方法の構想と検証を行なった。前年度までに行なった18301930年代のマンガ作品の分析をもとに、「ストーリーマンガにおいては、人間(登場人物)の「感覚ー行動図式」の描写が、意味のある物語を成立させる根本的な要素となっている」ことに注目し、この点からマンガ表現教育のための基本プログラムを構想した。具体的には、「感覚ー行動図式」の3要件(知覚・情動・行動)の中で絵に描ける(目で見える)のは、基本的に「行動」のみであることから、「行動イメージによって意味を伝える」叙述方法を検討し、言語との対比から、「動詞」の機能がマンガにおいていかに成立するかに論点を絞って教育プログラムを構成した。特に、認知言語学の知見を参照し、自動詞と他動詞の問題(特に「する」と「なる」の問題)に絞って分析を進めることで、言語とは異なるマンガの物語叙述方法を検討することができた。また同時に、英語などの他言語とは異なる日本語的な認知の問題も浮上し、アメリカのコミックスや、フランスのバンドデシネなどとは異なる、日本のマンガの特徴も論点に入れることができた。作成した教材は、実際に大学生のマンガ教育に導入し、有効性を検証するためのデータの収集を行なった。「デジタルによるメディアの変化」については、実態調査を行ない、主にマンガが発表されているプラットホームの現状の確認を進めた。

実際に商業出版として公開されているウェッブ雑誌の協力を得て問題点の分析を進め、上記のマンガ表現教育プログラムと関連づけるための基礎データを収集した。本研究の目的は、マンガ表現の成り立ちを分析・研究し、マンガの実制作指導とマンガ研究の両方に活かすことである。特色としては、認知言語学の知見がマンガの分析にも重要であることを示し、さらに物語論と関連づけることで、現代マンガを理論的に分析するための一定の枠組みを提示した。また、それらの研究の土台となる歴史資料の発掘を進め、ストーリーマンガの成立期である18201930年代の資料の所蔵状況を国内各施設で調査した。それらの収蔵データは今年度以降に発表・公開する予定である。まず、1研究の論点と対象史料の選択・検討を進める。(1)マンガの中で特に注目すべき表現上の特徴の検討。(2)今後の研究対象とすべきマンガ作品や作家、潮流などの検討。次に、2マンガ史全体の再検討と追調査を進める。これらを相互に検討するために、ワークショップまたはシンポジウムを開催する。さらにこれらの知見に基づき、マンガ創作者の教育に応用するための基本問題や、見込まれる意義や問題点などを検討する。まず、前年までの成果の中間まとめを行なう。その後、1デジタルによるメディアの変化の実態調査と研究、2今後のマンガ教育に活用する方法のまとめ、の2つの作業を進める。最終的には、すべての研究成果をマンガ創作教育の場で活用するための教授法を構想し、それを実践するためのワークショップを開催する。その結果を検証し、意義や今後の課題を検討し、論文としてまとめる。調査を行なった「明治ポンチ」のアーカイブ収蔵情報を今年度中に公開する予定。マンガ当初の計画に必要な出費を行なったが、見込みよりも安価に執行することができたため。当初の計画に必要な出費を行なったが、見込みより安価に執行することができたため。資料収集を進めるための物品費にあてる予定である。デジタルメディア上のマンガ創作の検証に必要な物品費にあてる予定である。
細胞環境下での核膜孔の安定かつ過渡的なナノ構造測定技術を開発

我々の体の設計図であるDNAを格納する細胞核は、核膜と呼ばれる二重膜に覆われている。核内外の物質の能動的なやりとりには、核膜にある唯一のゲートである核膜孔が使用されている。核膜孔は核膜孔複合体(Nuclear Pore Complex: NPC)から成り立っており、その複合体は約30種類のNPCタンパク質(ヌクレオポリン)により構成されている。本研究課題では、「細胞環境下での核膜孔の安定かつ過渡的なナノ構造測定技術を開発」に関する探索を行った。腫瘍のグレードと核構造の異常性とに相関があるため、核の形態はがん診断において重要な病理学的ターゲットとなり得る。ゆえに、我々は正常細胞とがん細胞におけるNPCのナノスケール構造の安定的かつ過渡的な変化や差異の詳細を解明するため、ナノ構造測定技術を開発することを目的とした。実施期間中、当研究課題の基礎となる、大腸がん細胞における核膜孔複合体のチャネル部分を構成していると報告されているタンパク質群、FG-Nups(フェニルアラニンーグリシンーヌクレオポリン)について構造およびダイナミクスのナノスケールにおける可視化を行った。これらの結果をまとめて論文とし、現在雑誌に投稿中である。また、ヌクレオポリンの一種であるPOM121が、核内輸送タンパク質Importin-betaと共に、前立腺がんの治療において標的となり得ることをレビューにて発表した(Cell Chem. Biol., 2018 IF5.592)。さらに、独自のヌクレオポリンを持つインフルエンザウイルスにおいて、ヘマグルチニン(HA)前駆体タンパク質そのものと、その構造変化のナノスケールにおける可視化に成功した(BBA-general Subjects, 2019 IF4.81)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。細胞核膜上に多数ある核膜孔は核膜孔複合体(Nuclear Pore Complex: NPC)から成り立っており、その複合体は約30種類のNPC因子(ヌクレオポリン)から構成されている。本研究課題では細胞環境下での核膜孔の安定かつ過渡的なナノ構造測定技術を開発に関する探索を行った。実施期間に、大腸がん細胞における核膜孔についてナノスケールの構造およびダイナミクスの可視化に世界で初めて成功した。このヒト細胞由来の核膜孔を観察する技術については、特許出願を行っている(特願2017-223106号ー「高速原子間力顕微鏡による細胞小器官の観察のための試料調製方法」)。この技術により、核膜孔ゲートの変形と喪失ががん細胞の死に至るコードの一つであることを解明した(ACS Nano 2017 IF13.9)。さらに、幹細胞の性質を維持するために、NPCが秩序ある分子輸送場を構築する分子メカニズムを解き明かした(EMBO Reports, 2018 IF8.5 )。本研究により、NPCの動態は細胞の状態に応じてダイナミックに変化し、細胞の運命を方向づける分子ナノゲートとして機能することが明らかとなった。この細胞運命決定に関わるヌクレオポリンの新機能は世界的にも注目され始めた研究領域であり、本研究成果はEMBO Reports誌のNews & Viewで取り上げられた。一方、ヌクレオポリンの一つTPRによる大腸がん細胞のクロマチン構造変化・染色体安定化機構を明らかにした(Oncotarget, 2018 IF5.2)。高いインパクトファクターの雑誌に原著論文を3報発表したため。今後、細胞の運命決定要因である遺伝子発現制御メカニズムの解明に向けて融合研究を推進し、DNA・クロマチン構造のナノスケール測定技術の開発、NPCダイナミクス解析技術の開発に着手し、細胞核膜・クロマチンのインタープレイによるナノ構造の解明を目指す。
Ｘ線スペクトルを用いた状態分析による新しいＣＨＩＭＥ年代測定の高精度化の試み

名古屋大学で独自に開発されたサブグレイン非破壊地質年代測定法であるCHIME年代測定法やLA-ICP-MS・SIMSによるジルコン・モナザイトのU-Th-Pb系・U-Pb系年代測定の信頼性を向上させるため、鉛の移動の問題を解決する新しい分析手法を開発した。電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)による珪素やリンの状態分析を行うことにより、結晶構造が損傷を受けている可能性のある部位を検出することに成功した。インド及び愛知県三河地方に産するジルコン結晶に応用したところ、損傷の可能性のある部位と無い部位を分けることができた。今後、実際の年代測定と併用できるように実用化する必要がある。平成25年度は平成24年度の結果をもとにスペクトルを取得する波長の範囲を限定し、結晶構造の変化を確実にとらえることを目標に実験を行った。花崗岩及び変成岩から分離したジルコンのX線スペクトルを、名古屋大学年代測定総合研究センターの日本電子株式会社製JCXA-733(ローランド円の半径140mm)及び韓國地質資源研究院の協力のもとで釜山国立大学のカメカ社製SX-100(ローランド円の半径160mm)を用いて取得した。使用した分光結晶は、JCXA-733ではPETで、SX-100ではTAPである。加速電圧は15kVとした。分析に先立ち、JCXA-733の劣化した部品を交換するとともに、変動をさらに小さくするため電子回路の見直しを行った。スペクトルを解析したところ、ジルコン中のSiのX-ray RamanはHfの特性X線の妨害により実用的な精度で測定することが困難であることが明らかになった。他の発光スペクトルについても微量元素の存在可能性を考慮しながら精査した。その結果、他の元素の妨害を受けず、Siの状態分析が可能な領域が存在することが明らかになった。本研究課題は、当初はEPMAを用いたCHIME年代測定の高精度化のみを目的にしていたが、Kusiak et al. (2013)により同位体年代でも同様の問題があることが指摘され、本研究課題の成果が同位体年代の高精度化にも応用可能である可能性が明らかになった。そこで、研究代表者が中心となり、他大学と合同で研究集会を開催した。花崗岩からジルコン粒子を分離し、電子プローブマイクロアナライザーを用いてX線発光スペクトルを測定した。X線発光スペクトルに関する実験は、名古屋大学年代測定総合研究センターの日本電子株式会社製JCXA-733(ローランド円の半径140 mm)及び研究協力者(韓國地質資源研究院趙騰龍先任研究員等)の協力のもとで釜山国立大学共同実験実習館のカメカ社製SX-100(ローランド円の半径160 mm)を用いて行った。分光結晶はThallium acid phthalate及びPentaerythritolを用いた。加速電圧は15 kVとした。長時間連続測定を行うため、現有のJCXA-733に対し、電子回路の見直し及び温度係数の小さい電子部品を用いるなどの改造をして安定性を向上させた。X線発光スペクトルの測定結果から、ジルコン粒子内でX線発光スペクトルの形状が異なるドメインが見いだされた。このことは、鉱物粒子内における結晶構造の何らかの変化が検出できている可能性を示唆しており、本研究課題の目的達成における重要な知見である。名古屋大学のJCXA-733と釜山国立大学のSX-100ではローランド円の半径及び分光器駆動範囲が異なっているため、全く同じ条件での比較は不可能であった。しかし、それぞれの装置において適切な分析条件を設定すれば上述のスペクトルを得られることが明らかになった。また、JCXA-733では長時間連続測定による電子光学系の汚染がほぼ予想された程度であることが明らかとなった。そのため、当初の予定通り、通常よりも短い間隔で分解清掃を行う必要がある。一方、分光器駆動部分の劣化が想定した範囲を超えており、今後対策を検討する必要がある。Kusiak et al. (2013)では、ジルコン結晶内でミクロンスケールで鉛が移動し、年代測定の前提である閉鎖系の仮定が成立しえないことがあることを同位体レベルで明らかにした。CHIME年代測定法や、LA-ICP-MS・SIMSによる年代測定の信頼性は、測定部位が年代測定の仮定を満たしているかどうかに大きく依存する。鉛の移動の問題(Tilton et al., 1957; Scharer & Allere, 1982; Suzuki, 1987; Kusiak et al., 2013)は、放射壊変やウランの自発核分裂に伴う結晶の損傷が原因になると考えられている。そこで、ジルコンおよびモナザイトの結晶構造の損傷を非破壊で検出するため、EPMAを用いたSi及びPの状態分析法を開発した。

インドの変成岩(先カンブリア時代)のジルコンおよび愛知県三河地方の花崗岩(白亜紀)のジルコンのSi K殻イオン化に伴う発光エックス線を解析したところ、SiO4四面体構造が破壊されている可能性を示唆するスペクトルが得られた。開発段階としては成功と判断し、今後実用化を検討する。地質年代学本年度は分析装置のメーカーに依存せず、かつ、現実的な測定時間で結晶構造の変化をとらえることが可能である条件を明らかにすることが平成25年度の主たる目的であった。実験の結果、X線の干渉を受けずに状態分析可能なスペクトルを取得することが可能であることが明らかになり、本研究課題を遂行する上で重要な知見が得られた。そして、結晶構造の状態の変化と考えられるスペクトル形状の検出に成功した。また、分析装置の安定性についても平成24年度より向上している。以上のことから、おおむね順調に進展していると考えられる。本年度は結晶構造を反映している可能性のあるX線発光スペクトルを見出すことであったが、名古屋大学および釜山国立大学の電子プローブマイクロアナライザーで粒子内でX線発光スペクトルの形状の異なるドメインを見出すことに成功した。このことは、電子プローブマイクロアナライザーによるX線発光スペクトルの測定により結晶構造の違いを検出できる可能性を示している。いずれのX線発光スペクトルも、エネルギー範囲を限定すれば現実的な時間で測定可能であると予想され、平成24年度の予定通りの結果が得られている。引き続き日本電子株式会社製EPMAとカメカ社製EPMAを用いてX線発光スペクトルを取得し、CHIME年代測定に用いる鉱物の状態分析を行う。その際、SHRIMPやLA-ICP-MSなど同位体年代測定で異常な結果が出ている試料を用いることにより、これまでに得られたスペクトルの違いがEPMAを用いた状態分析が異常な年代を示す部分の指標となるか検証する。また、EPMAだけでなく、ラマン分光分析も応用可能であるか検討する。日本電子株式会社製EPMAとカメカ社製電子プローブマイクロアナライザーを用いて、引き続きX線発光スペクトルの収集を行う。平成24年度の研究で、両社で異なる測定条件を用いる必要があることが明らかになったので、どちらの電子プローブアナライザーでも設定可能な分析条件で測定できるX線スペクトルに着目する。平成24年度に結晶構造の情報を反映している可能性が示唆されたX線スペクトルをより精密に測定することによって、より高速に測定可能かつ結晶構造の違いに敏感なスペクトルを選定する。平成24年度の実験により、分光器駆動系の劣化が若干想定を超えることが明らかになった。そこで、当面は部品交換の間隔を短くすることにより対応するが、交付申請時の目標である「現実的な測定時間」かつ「結晶構造の変化をとらえることが可能である」分析条件の最適化をめざすことにより、部品の劣化を最小限にするよう検討する。カメカ社製EPMAでPETを用いてSi及びPのX線発光スペクトルの精密測定を行うには「extended」タイプの分光器が必要で、使用できない場合はTAPで行わなければならない。
確率場で表される計量経済モデルの停止時を用いた推測

本研究では停止時刻を用いた統計的推測の理論についての研究を行い、応用としてオンラインモニタリングへの適用を考えた。特に、(1)経済時系列が定常的であるか爆発的であるかのモニタリング、(2)金融資産価格のリスク管理に用いることができる変動性のオンライン推定方法、(3)ベンチャー企業の倒産、合併、上場のオンラインモニタリングについて考察した。本研究では確率場で表される計量経済モデルの停止時を用いた推測について考察する。具体的な研究テーマは次の4つである。(1)時系列の単位根のモニタリング問題、(2)金融資産価格のボラティリティのノンパラメトリック推定、(3)確率場として表される利子率の期間構造モデルの推測、(4)を導入したベンチャー企業の多変量生存時間分析。停止時を用いた統計的推測の方法は、統計的逐次解析理論とよばれ、その実用的意味は、データの観測が現実の時刻の推移とともに徐々になされていく場合、適切な時刻でサンプリングをいったんやめ、推測を行うというところにある。通常の経済モデルの統計的推論では、過去のデータがすでに与えられている場合か、アンケート調査のようにいっせいにデータが得られるといった場合で、停止時が推測に用いられることはない。しかしながら、経済モデルの解析でも、オンラインで観測過程をモニタリングしている状況においては、停止時を用いた推測に意義があると考えられる。本研究では上記の4つの問題で、(1)パネル時系列、(2)金融資産価格、(3)利子率の期間構造、(4)ベンチャー企業の生存時間、のそれぞれをオンラインで観測する状況を考え、停止時を用いた統計的推測を考察する。19年度においては特に(1)と(2)について実績を残した。(1)については"Sequential Unit Root Test"と題して、いくつかの国内外の学会にて報告を行った。また(2)についても国内学会での報告を行い、また海外査読雑誌に掲載が決定した。
情動伝染が集団の協調ダイナミクスに及ぼす影響

本年度は研究課題の主題である無自覚的な身体的協調行動に関する実験を実施した。具体的には、互いがどの程度資源を投入しているのか、意識しないうちに調整を行う課題において、非意識的な役割分化がどのように生じるかを調べた。課題では、2人の人が同時に感圧センサーを押し、2人の平均圧力が目標値になるように調整するよう教示した。力が弱すぎると目標に到達せず、強すぎると目標値を超えてしまうため、目標達成のためには2人が力の入れ加減を調整することが求められる。この課題では、実験参加者は自身の力の入れ加減やその貢献度を認識できないようになっているが、本人たちにもわからないうちに強く力を入れる人とあまり力を入れない人に役割分化していた。しかしながら、目標値を本人たちにわからないように変化させる状況をつくると、その変化をペアのうちどちらが修正するかはその時々で異なっていた。ここから、全体的な力の入れ加減の役割形成と、変化への対応の役割について、異なる調整プロセスが働いていることが示唆されたため、今後それぞれに対してどのような要因が関連するのかを詳しく調べるための実験を実施する予定である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
生体分子機能および化学反応網における選択性と統計性のダイナミックス基盤の創生

相空間構造に立脚して熱的環境において、頑健に存在し得る反応の選択性の起源とその崩壊原理を解明した。また、1分子の挙動の時系列データを通して、背後に存在する自由エネルギー地形および状態遷移ネットワーク構造をできるだけ自然な形で得る汎用なダイナミックス基盤を開発した。この方法論を用いて、将来的には、例えばアルツハイマー病の原因であるアミロイド凝集体の形成機構の解明などへの展開が期待される。反応遷移における統計性の起源:状態変化における統計性の起源を法双曲的不変多様体の崩壊・分岐現象を通して明らかにした。遷移ダイナミックスがポテンシャル井戸内のアーノルドの網の目構造とどのように接続するかを調べ、作用空間における異常拡散のメカニズムを考察した。O(^1D)+N_2O→NO+NO気相反応の短寿命反応経路における2つのNO分子間の高速エネルギー交換のメカニズムを明らかにした。階層的エネルギー地形の情報理論:クラスター、ガラス、過冷却液体およびたんぱく質の構造・物性・ダイナミックスを理解するうえでエネルギー地形学・形態学は非常に重要である。情報エントロピーに立脚して、エネルギー地形の構造トポロジーの複雑さに基づいて、たんぱく質の折り畳み易さを系統的に評価することを可能にするエネルギー地形の構造多型性や経路多重性を定量化する指標を開発した。水の場としての集団運動と生体分子構造転移ダイナミックス水の生体分子の構造変化と生体分子「近傍」の水の異常拡散を評価するための時空間分解した局所拡散解析法および水の粗視化された集団運動を評価するサイト速度場ベクトル解析を新規に開発した。その結果、(1)水分子は多様な拡散(記憶を持つ異常拡散、記憶を持たないブラウン拡散)を時々刻々遍歴していること、(2)生体分子が構造転移を起こす時空間スケールにおいて"渦"状の集団運動が産まれること、(3)サロゲートデータ解析より、観測された渦状の集団運動が個々のサイト速度ベクトル場が互いに空間相関を持たないとする確率過程として焼直せないこと、更には、空間平均する空間スケールが非常に大きくなると、大数の法則に従い始め力学性を消失すること、などを新規に明らかにした。このほか、1分子時系列データから多次元自由エネルギー地形ならびに状態空間の遷移ネットワーク構造を構成する手法の開発も行った。大自由度反応系における相空間の構造解析理論の構築:ポテンシャル井戸内部のどのような相空間構造が"局所平衡"近似を成立させるのか、換言すると、どのような井戸内部の相空間構造が異なるベイスン間を経巡る系の分子記憶を担いえるのかは化学反応動力学における未踏の未解決問題である。有限次の正準変換摂動理論において、これまでの新旧の座標変換では、シンプレクティック構造が完全に保存しないことに由来する作用変数の揺らぎが、強い高次元カオス系においては無視できないことが判明した。我々は新規に母関数をハミルトニアンとする仮想的な時間発展を行い、新旧の座標変換を高精度で実行するとともに、ポテンシャル井戸内の"不変多様体の残骸"を検出する新しい方法論を構築した。時系列情報から構成される複雑ネットワークと背後に存在する力学系の相空間構造計算力学では、手順として(連続量である)時系列データを離散的な時系列に変換して、離散化(=シンボル化)された時系列に対して条件付き確率分布が等しいシンボル時系列の集まりを一つの"状態"として定義する。1分子観察においては、時系列データは常に観測ノイズを含むため、シンボル化は必須であることは自明であるが、時系列をシンボル化する際に損失する情報を最小にするためにはどのような手続きが最適であるかは未解決な難問として残っている。ヘノンーハイレス系と呼ばれる2自由度力学系を例に、得られるネットワークがもつ多様性(=すべての状態の滞在確率に対するシャノン情報量)を最大にするように座標の時系列データをシンボル化すると、時系列情報の背後に存在する相空間構造の非一様性を反映したネットワーク構造が再構成できることを新規に見出した。局所平衡や詳細釣り合いを前提とせず、生体分子が持つ"動的な"状態およびそれらをつなぐ時空間スケールをまたがる階層的なネットワークを時系列情報から再構成する方法論を開発した。この方法論では、与えられた時系列をある長さの(時系列)断片に分解し、「与えられた時系列に沿って次に現れる断片(未来配列)の情報を予測するうえで、どれくらいの長さの過去配列の情報を必要とするか?」を問い、その長さを同定し「状態」を同じ遷移確率分布をもつ時系列断片の集合として定義する。定義から、すべての断片は固有の遷移確率分布を持つひとつの状態に帰属することになるので、分子記憶を自然に取り込んだ状態を繋ぐ状態遷移ネットワークを構成することができる。

1分子観察されたフラビン還元酵素の構造揺らぎの時系列(Yang,H. et.al. Science 302, 262(2003))に我々の方法論を適用し、(1)ブラウン拡散の時間領域に近づくにつれて、ネットワークがコンパクトになるとともに、ノード(状態)当たりのリンク数が増大し、状態遷移ネットワークのもつ多様性が減少すること、(2)異常拡散を示す時間領域において、状態間遷移をマルコフ過程と見做すために、ある有限の長さの時系列断片から状態を定義する必要があること、すなわち、局所平衡に基づくマクロな意味のネットワーク描像はこの短時間領域においては成り立たないこと、(3)通常拡散を呈する時間領域においては、より少数の状態から構成され、「過去の履歴を伴う必要のない局所平衡概念に基づく通常の準安定状態」として解釈されること、などが新規に時系列情報から読み取ることができることを明らかにした。このほか、多自由度力学系のポテンシャル井戸内の反応自由度-熱浴自由度の間のエネルギー移動を支配する不変構造残骸を検出する手法の開発や高次元力学系における(再交差挙動を与えない)厳密な遷移状態の分岐現象を初めて明らかにすることに成功した。
マルチモダリティ磁気共鳴像を用いた統計的病態解析システムの構築に関する基礎的検討

本研究は、脳白質Atlas(Mori, Oishiet al., Neurolmage 40: 570-582(2008))を利用して、さらに統計的に有利な異常値検出手法を開発することを目的としている。本研究は、臨床応用を目的とするものではなく、各病態における異常値の検出手法を目的とするMedical Scienceに属する。また、本研究は、MRIから得られる情報を用いて病態解析行うことから、医用情報解析とその医科学領域への応用を目的とし、主に情報解析手法の開発を行うことから、大きくは情報解析分野に属する。本研究は、研究期間内に、解析手法の一次的な完成を目指す。また、2年目より、症例への適用を開始する。症例への適用に際して、必要となるソフトウェア群を整備し、解析ツールとして整備する。対象症例は、正常脳加齢データセット、ロベクトミーデータセット、Williams症候群データセット、強迫性障害(Obsessive-Compulsive Disorder: OCD)データセットなどの脳白質の変性疾患を特徴とするデータ群である。さらに、本研究では、脳白質以外にも特定構造を有する脳内構造物(テンプレート)として取り扱うことが可能であると考えられる側脳室についてもDTIを用いた統計的な解析手法を開発する。研究期間内の計画および達成の様子は以下の通りである。「Sub-Atlas Based Analysis (SBA)解析手法の開発」および「加齢データセットへの適用」については予定開発項目を達成した。さらに、側脳室に関する解析では、VBA主体ではあるが2本の論文を投稿中であり、1件の特許を出願済みである。Atlas Based Analysis (ABA)およびVoxel Based Analysis (VBA)とSBAを組み合わせた手法の開発は、具体的な適用データセットに基づかなければ進行できないため、平成22年度に側脳室または加齢データセットを例に進めることとした。それ以外の計画は順調に推移しており、一部平成22年度分の計画(加齢データセットへの適用)も進行し、論文として投稿しているため、当初計画は概ね達成している。本研究は、脳白質Atlas (Mori, Oishi et al., NeuroImage 40 : 570-582 (2008))を利用して、さらに統計的に有利な異常値検出手法を開発することを目的としている。対象症例は、正常脳加齢データセット、強迫性障害(Obsessive-Compulsive Disorder : OCD)データセットなどの脳白質の変性疾患を特徴とするデータ群である。さらに、側脳室に関する解析では、VBA主体ではあるが3本の論文を投稿中であり、2件の採録が決定している。本研究は、脳白質Atlas (Mori, Oishi et al., Neuro Image 40 : 570-582 (2008))を利用して、さらに統計的に有利な異常値検出手法を開発することを目的としている。
形態の異なる２種のスプリントの交互使用による睡眠時ブラキシズムの治療効果の検討

本研究は、睡眠時ブラキシズムに対するスプリントの効果的な使用方法を検討するための基礎的な情報を得ることを目的として行った。本研究において、通常のスプリントの使用法(連続使用)においては、装着して間もない期間のみでしか観察されなかった咬筋筋活動減弱効果が、間歇的なスプリントの使用により、装着直後に加え4週間後においても観察された。このことより、スプリントを間歇的に使用することで、より長期に睡眠時ブラキシズムを減少させられる可能性が示唆され、スプリントを間歇的に使用するという、新たな使用法とその効果についての基礎的情報を示すことができた。本研究は、睡眠時ブラキシズムに対し、スプリントを用いた効果的な装着方法を検討するための基礎的な情報を得る事を目的とした研究である。睡眠時ブラキシズム患者に対しスプリントを使用すると、装着12週後には、咬筋筋活動減少効果が高いが、スプリントを長期に使用し続けると、咬筋筋活動減少効果が減弱する事がわかっている。本研究では、スプリントの連続使用群(通常使用)と比較し、非連続使用群において、長期的に咬筋筋活動減弱効果が見られるかを検討するものである。本研究は、睡眠時ブラキシズムに対しスプリントを用いた効果的な装着方法を検討するための基礎的な情報を得ることを目的とした研究である。被験者各群10名、計20名に対し測定・解析が終了し、解析結果より、通常の連続的なスプリントの使用では装着直後から2週間を超えない短い期間のみで統計的有意な咬筋筋活動減弱効果がみられたが、間歇的にスプリントを使用することにより、装着直後に加え、装着開始後4週目においても、咬筋筋活動減弱効果が観察できた。このことにより、スプリントを間歇的に使用するという、新たな使用法とその効果についての基礎的情報を示すことができた。歯科補綴学また、学術雑誌への投稿に向けて、論文を作成を行っているため、概ね順調にすすんでいると考える。今後、学会にて発表した成果を、学術雑誌への掲載を目指し、論文作成・投稿・掲載を目指す。必要な場合は、その必要性に応じて追加実験も行う。当初の予定では、人件費・謝金がかかる予定であったが、雇い入れが困難であったため、残額が発生した。当初人件費は100,000円であったため、残額が100,000円となるはずであるが、研究の進行が早く、成果発表を前倒しで行った事もあり、残額は19,701円となった。次年度は、論文作成・投稿を行うとともに、必要に応じ追加実験・成果発表を行うため、物品購入・人件費・成果発表の費用(旅費・学会費等)として使用する予定である。
難治性腰下肢痛の病態におけるサイトカインと接着分子の役割解析

難治性腰下肢痛患者に対する硬膜外内視鏡術の鎮痛効果、神経機能への影響を評価した。また、疼痛の原因となっている神経根領域にサイトカインと接着分子が産生されているかを調べるため、硬膜外腔の洗浄液中のサイトカインと接着分子を測定した。ビデオガイドカテーテルに覆われた硬膜外内視鏡を腹臥位にした患者の仙骨裂孔より挿入し、責任神経根がある椎間孔付近の硬膜外腔の癒着剥離と生理的食塩水による洗浄を行い、洗浄液中のサイトカインと接着分子を測定した。また、術前、術後1週間、1ヶ月、3ヶ月、6ヶ月に腰下肢痛の程度、Disability Index、硬膜外ブロックの鎮痛効果日数、責任神経根の支配皮膚領域での電流知覚閾値(2000、250、5Hz)を測定した。腰下肢痛とDisability Indexは術後3ヶ月まで術前に比べ有意に低下した。硬膜外ブロックの鎮痛効果日数も術後有意に延長した。電流知覚閾値は2000Hzで術後3ヶ月まで術前と比べ有意に低下したが、250Hzと5Hzでは術前、術後を通して変化は認められなかった。腰部椎間板ヘルニア患者で洗浄液中の接着分子が検出されたが、腰部脊柱管狭窄症では検出されなかった。2000Hzの電流知覚閾値はAβ神経機能を反映しており、この神経は圧刺激よる障害を受けやすいことが知られている。硬膜外内視鏡術の鎮痛効果とAβ神経機能の改善期間が一致することから、硬膜外内視鏡術の治療効果機序の一つとして、硬膜外腔癒着による神経根の圧迫の解除が考えられた。また、腰部脊柱管狭窄症群では洗浄液中のサイトカインや接着分子は検出されなかったことから、これらの要素は脊柱管狭窄症患者の疼痛発現への関与が少ないことが推測された。各種治療に抵抗性である難治性腰下肢痛患者6名に対して硬膜外内視鏡術を施行した。疾患名は腰部脊柱管狭窄症4名、Failed Back Pain Syndrome1名、腰部椎間板ヘルニア1名であった。患者を腹臥位にし、細径内視鏡をセットしたビデオガイドカテーテルをイントロデューサーを通して仙骨裂孔より挿入し硬膜外腔の肉眼的観察をおこなった。6名全員に疼痛の原因になっている神経根領域に硬膜外腔の癒着が認められた。また4名に同部の発赤が認められた。内視鏡操作による癒着剥離は4名で可能であり、2名は癒着が高度なため不可能であった。癒着剥離を行うことの出来た4症例において、内視鏡の先端を疼痛の原因となっている神経根領域に置き、生理的食塩水を10ml注入洗浄を行い回収し、硬膜外洗浄中のサイトカイン(IL-1、IL-6、IL-8、TNR-α)と接着分子(ICAM-1)を測定した。健常ボランティアでの手技はまだ行っていない。よって今のところ難治性腰下肢痛患者においてサイトカインと接着分子の値の意義はまだ不明である。また、硬膜外内視鏡術の治療効果をみるために、術前、術後(1日、7日、1ヶ月、2ヶ月、3ケ月)の電流知覚閾値、間欠性跛行距離、疼痛の程度(安静時痛、体動時痛)、しびれの程度、硬膜外ブロックの有効期間も測定した。癒着剥離が出来た4名全員に3ヶ月にわたる疹痛としびれの軽減傾向、硬膜外ブロックの有効期間の延長がみられた。また4名中3名において電流知覚閾値(2000Hz)の改善も認められた。今後、症例を増やして治療効果と硬膜外洗浄液中のサイトカインと接着分子の量の変化を検討する予定である。

また、腰部脊柱管狭窄症群では洗浄液中のサイトカインや接着分子は検出されなかったことから、これらの要素は脊柱管狭窄症患者の疼痛発現への関与が少ないことが推測された。
深海魚マルアオメエソの発光映像記録と博物館等での社会教育的利用に関する研究

アオメエソ属(Chlorophthalmus)魚類のマルアオメエソ(C.borealis、通称メヒカリ)の発光の研究は、肛門周辺の発光器に発光バクテリアを共生させていること以外殆ど行われていない。本研究では、発光器がありながら発光が確認されていないマルアオメエソの発光を、ふくしま海洋科学館で飼育されている個体を用いて高感度CCDにより微弱な発光点として世界で初めて撮影した。また、摂餌等で運動が活発になる午前0時頃にやや強い発光を確認した。平成23年度学術研究調査船淡青丸の研究航海で、高速仔稚魚定量採集ネット(MOHTネット)及びビームトロールを用いた黒潮流域の採集調査を実施した。マルアオメエソの着底期稚魚と親魚を採集することはできなかったが、船上での高感度CCDを用いた暗視野での撮影方法を確立した。静岡県沼津市戸田沖で採集されたマルアオメエソ成魚の発光器切片標本をミクロトームで作製し、顕微鏡で観察・記録写真の撮影を行った。その結果、この魚の原始的な発光器には発光バクテリアをほとんど確認することはできなかった。進化の過程で微弱な発光に意義があるとすれば、成熟の度合いと発光バクテリア量に何らかの相関関係がある可能性が示唆された。さらに、東京大学大気海洋研究所(猿渡敏郎)、ふくしま海洋科学館(山内信弥)と協力し学際的な共同研究を行い、マルアオメエソに対する社会認識を向上させるために、インターネット上の日本魚類学会ホームページでの研究紹介を介して、研究成果を発信した。本研究は、従来の固定標本を用いた発光器構造研究だけではわからないマルアオメエソの発光を伴う行動生態を、飼育下での高感度CCDを用いた暗視野での撮影記録により解明に一歩近づいたことに意義がある。平成22・23年に日本魚類学会例会で口頭発表した成果は、岩手県立博物館平成25年度企画展においてパネル・標本展示のみならず動画による情報公開することが決定している。
金属修飾有機薄膜表面における近紫外光誘起電子放出現象のフォトカソードへの応用

本研究では、有機半導体薄膜の一種である亜鉛フタロシアニン(ZnPc)上にごく薄い銀を蒸着することで、非常に低いエネルギーの光で電子放出が起こる現象についてその詳細を調べた。ZnPc上に銀を蒸着すると、銀/ZnPc界面に電気二重層が形成され、見かけの仕事関数が低下することがわかった。また、銀がナノメートルサイズの微粒子として存在していて、これらの表面で発生している表面プラズモンが電子放出を手助けしているのではないかということも示唆された。我々は、有機/金属界面電子構造への光照射の影響に関する実験をおこなってきたが、その過程で光電子放出に関する興味深い現象を見出した。それは、4eV以下の光照射によって、有機/金属界面から光電子放出が起こるという現象である。具体的には、微量の銀を亜鉛フタロシアニン(ZnPc)薄膜上に堆積させた表面に3.4eV程度の光を照射することで、光電効果による電子放出が観測された。銀やZnPc自体の仕事関数は4eV以上であり、単純な光電効果の閾値を考えると3.4eVの光照射では光電効果による電子放出が見られないはずである。そこで、本研究ではこの異常な光電効果の原因を探るとともに、光照射による電子放出現象をフォトカソードとして利用できないかという応用上の観点から研究を行った。まず、光電子分光法を用いた実験で、ZnPc薄膜上にAgを蒸着することで電子構造にどのような変化が起こるかを観測した。その結果、ZnPc薄膜上にAgを蒸着することで表面がプラス、内部がマイナスとなるような真空準位のシフトが起こることが分かった。この結果、試料表面の見かけの仕事関数が低下することが示唆された。しかし、真空準位シフトだけでは試料表面の仕事関数が3.4eV以下にはならず、さらに複合的な要因があることが示唆された。そこで、原子間力顕微鏡や透過電子顕微鏡を用いてAgのZnPc薄膜上での構造を観測した結果、10nm以下の非常に細かい粒子状で存在しているときに電子放出が起きやすい傾向がわかった。Agの表面被覆率が多くなりすぎると電子放出能が低下した。これらのことは、銀の形状が電子放出に影響を及ぼしている可能性を示唆しており、Agの表面プラズモンが電子放出を支援しているのではないかと考えている。当初目指した期間内でのフォトカソードへの応用までには至らなかったが引き続き研究を進めており、萌芽研究として一定の成果が得られた。本研究は、有機薄膜上に微量に銀を堆積させることで起こる異常な光電効果について、その起源の解明と、フォトカソードへの応用の検討を目的としている。平成24年度には、異常な光電効果の生じる試料表面の条件について詳細な検討を行った。具体的には、電子放出現象の光強度・波長依存性、下地となる有機半導体分子の種類による光電子放出現象への影響、有機薄膜表面での銀粒子の形状、銀粒子の蒸着による表面電子構造の変化について実験を行った。その結果、電子放出電流は光強度にほぼ比例して増加することがわかった。これは本光電効果が、2光子吸収による電子放出現象ではないことを強く示唆する結果である。また、光電子放出を起こす光の波長閾値は、亜鉛フタロシアニンと銀の組み合わせで370nm程度であることがわかり、銀の仕事関数や亜鉛フタロシアニンのイオン化ポテンシャルよりもかなり低いエネルギーの光で光電効果が生じていることがわかった。下地については、亜鉛フタロシアニン以外にも、銅フタロシアニン、ポリ3ヘキシルチオフェンにおいても、微量の銀を蒸着することで異常な光電効果が起こることを確認した。さらに、有機薄膜上での銀の形状について原子間力顕微鏡や透過電子顕微鏡によって観測を行い、数nmの粒子状で存在していること、また、光電子分光法により、銀の蒸着によって、有機薄膜表面の真空準位が大幅に低下することなどの事実も明らかになった。また、フォトカソードとして利用する際には、効率や寿命などが問題となるが、これに関連して、大気曝露により異常な光電効果は消滅してしまうことがわかった。異常な光電子放出現象の解明に向けて、初年度である平成24年度には、大きくわけて三つの目標があった。1試料作製および光電子放出効率測定装置の作製2表面構造測定3電子構造測定である。このうち1試料作製および光電子放出効率測定装置については、光照射用の光学系の整備は完了したが、in situで試料作製を行えるようにする機構についての整備が年度内の完成には至らなかった。この点は予定より遅れている。ただし、2および3については、それぞれ初期の目標である試料表面での銀の形状と、銀蒸着による電子構造の変化を明らかにすることができたことから、ほぼ順調に研究を進展させることができたと考える。また、学外施設での測定において、効率良く測定を行ったことで予定以上の種類の有機薄膜についての光電効果についての結果が得られた。この点は評価できると考える。

以上を総合して、おおむね順調に進展していると評価した。平成24年度の研究結果から、有機薄膜表面の真空準位の変化と、試料表面における銀粒子の形状が特異な電子放出現象の鍵となっていることが示唆された。ただし、真空準位の低下量および銀粒子の形状と光電子放出効率との定量的な関係については、より詳細な測定が必要である。そこで、これらの測定については、引き続き外部の実験施設での光電子分光実験などを用いて明らかにしていく。また、光電子放出効率の定量評価のために、in situでの試料作製が可能な量子効率測定装置をできるだけ早く完成させる。本現象の応用例として考えているフォトカソードについては、最大電子電流量や寿命、エネルギー純度などが課題となってくると考えられるため、これらの測定についても上記量子効率装置を用いて観測していきたい。平成25年度から研究代表者が他機関に異動することとなり、量子効率測定装置を新所属機関に移設することとなった。平成24年度予算で整備予定であった量子効率測定装置の光学機器および一部製膜装置は、量子効率測定装置を設置する実験室の環境によって調整する必要がある。しかし、新所属機関における実験室の割り当てが3月半ば以降となるため、平成24年度内に納品することは不可能となったため、これらの装置の整備に充てる予定であった予算が残額として生じた。そこで、この予算を平成25年度に繰り越し、新所属での実験室の環境に合わせて機器の整備を行うことで、効率的に予算を運用する予定である。
油圧式圧電アクチュエータの小型化設計と制御実験

油圧式圧電アクチュエータは、積層型圧電素子で駆動される往復運動ポンプとシリンダを組み合わせたアクチュエータであり、小型で大きな力を発生できる。この特長を生かすため、本研究では油圧式圧電アクチュエータを、ブレーキ・バイ・ワイヤーと呼ばれる新しいブレーキシステムにおいて、4輪それぞれのホイールに取り付ける動力源附きブレーキ装置へ応用することを目的とした。この装置の基本構成要素は、動力源としての圧電ポンプ、ブレーキ操作状態を切り替えるための3位置電磁弁、ブレーキ力を発生するためのカリパー及びカリパーピストンから成っている。そして、圧電ポンプ駆動電圧を制御することによって、所要のディスクパッド押付力が得られるものである。本報告書はこのブレーキ装置に関する研究結果とを取りまとめたものであり、下記の(1)、(2)、(3)の内容から成っている。(1)積層型圧電素子を用いたブレーキ装置に関する研究:これは、ブレーキ装置の概念設計、数学モデルの作成、ディスクパッド押付力の制御方策等の内容から成っており、最終的には、直径33mm、長さ55.5mmの積層型圧電素子を用いて、ブレーキ力発生に要する時間10msec、最大ディスクパッド押付力20kNの性能が得られることを示している。また、指令信号を与えれば、ディスクパッド押付力が正確に制御できることが示されている。付録として、方程式(数学モデル)の無次元化と離散化の方法を示している。(2)C言語によるシミュレーションプログラム油圧式圧電アクチュエータは、積層型圧電素子で駆動される往復運動ポンプとシリンダを組み合わせたアクチュエータであり、小型で大きな力を発生できる。(2)C言語によるシミュレーションプログラム油圧式圧電アクチュエータは油圧ポンプとシリンダを組み合わせたアクチュエータであり、小型で大きな力を発生するという特徴を持っている。この特徴を生かすため、本研究では自動車用独立ブレーキシステムへの応用を目的し、今年度はアクチュエータシステムの設計とシミュレーションを行った。アクチュエータシステムの構成:現在の乗用車用ブレーキシステムは、シャーシ上のポンプで発生された油圧を四輪のブレーキシリンダに分配する方式をとっているが、将来的には制動性能の向上や信頼性の確保のために、独立な動力源を有するブレーキを四輪それぞれに取り付ける方式が検討されている。このとき、シリンダ駆動の動力源に要求される瞬時出力は約200Wである。この30%がポンプの定常出力であると仮定し、システムを次のように構成した。すなわち、出力60W(流量3.0cm^3/sec,圧力20.0MPa)の圧電ポンプ、瞬時出力140W(7.0cm^3/sec,20.0MPa)のアキュムレータ、流量制御弁、リザ-バおよびブレーキシリンダである。ポンプの小型化設計とシミュレーション:小型化のポイントとして機械的共振系を種々検討したが、振動質量が大きくなりすぎることが判明した。そこで油圧管路の共振を用いることとした。予備的研究では直径22mm,長さ66mmの圧電素子を用いて、30cm^3/sec,2MPaの出力を得るために内径6mmの共振管を利用していたので、今回の流量が1/10に減少したことに対応して管径を細くし、コイル状にして小型化した。ポンプ弁としては、流量が小さいので圧力損失は無視できること、高圧に耐える必要があることなどを考慮して従来の円盤弁をボール弁に変更した。このような基本方針のもとにシミュレーションを繰り返し、上記の仕様に合致するパラメータを決定した。このポンプの試作・実験は次年度の予定である。平成9年度は、圧電ポンプによって油圧をアキュムレータに蓄圧し、制御弁を用いてブレーキ力(ディスクパッド押付力)を操作する方法を検討したが、この方法ではポンプ・制御弁・アキュムレータの3点セットを必要とするため、小型化が難しい事が判明した。

そこで、平成10年度は、制御弁・アキュムレータを省いてポンプ単体で直接にディスクパッド押付力を制御する方法を改めて検討し、シミュレーションで妥当性を確認した。これらの概要を下に記す。詳細は報告書に記されている。(1)ブレーキ装置の概念設計:圧電ポンプの実験データ、小型自動車用ブレーキ装置に要求される性能等に基づいて、圧電ポンプ、3位置電磁弁、カリパーピストン等の配置及び基本寸法を決定した。(2)数学モデルの作成:ブレーキ装置の最適化および動特性調査のため、ポンプ室、ポンプ弁、共振管、カリパーピストンに関する詳細な数学モデルを作成し、C言語によるシミュレーションプログラムを作成した。(3)ディスクパッド押付力の制御方策の立案:ディスクパッド押付力は非線形特性を有するため、通常のPDでは制御は困難である。そこで外乱オブザーバを用いて、安定で高精度な制御則を導出した。(4)ポンプの設計:昨年度の方法に比べて今年度の方法ではより大きな出力のポンプを必要とするので、これを改めて設計した。試作を始めたところであり、まだ完成していないので、次年度に継続する予定である。