hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
キラルな高分子固定化金属アミドの開発と高選択的不斉触媒反応への活用

光学活性アミノ酸から誘導されるキラルなジアミンを高分子に固定化し、対応する亜鉛、あるいはリチウムアミドに変換したのち不斉触媒反応に適用し、有用な光学活性化合物を高い光学純度で簡便に得る手法の開発を行った。平成17年度は(S)-1-ベンジル-2-(アニリノメチル)ピロリジンおよび側鎖芳香環に置換基をもつ類縁体を不斉触媒として用いジエチル亜鉛のベンズアルデヒドへの不斉付加反応を行った。その結果、(S)-1-ベンジル-2-(アニリノメチル)ピロリジンあるいは(S)-1-ベンジル-2-(ρ-クロロアニリノメチル)ピロリジンを用いたときに90%ee以上の選択性で(R)-1-フェニルプロパノールが得られることが分かった。そこで、1-位の置換基をρ-ビニルベンジル基とし、スチレン、ジビニルベンゼンとの共重合を行うことにより高分子試薬を調製し、同様の反応を行った。その結果、いずれの場合も単量体を用いた場合よりもわずかに選択性が向上するという興味ある結果が得られた。平成18年度は、L-プロリンあるいは(-)-オクタヒドロインドールカルボン酸から高分子固定化キラルジアミンを合成し、反応系内でリチウムアミドに変換したのち、メソ型エポキシドのアリルアルコール誘導体への触媒的不斉異性化反応を行った。メソ型エポキシドとしてシクロヘキセンオキシドを用い反応条件を検討したところ、THF中0.2当量の高分子固定化リチウムアミドと1当量の尿素型添加剤を用いて室温で24時間撹拌を行うことにより、対応する低分子試薬を用いた溶液中の反応と同等の収率および光学収率で目的物が得られることを見いだした。また、他のメソ型エポキシドを用いた場合にも、同様の結果が得られた。いずれの反応においても、高分子固定化試薬を反応後回収し再利用したところ、繰り返して使用しても収率、選択性を維持できることが分かった。不斉触媒反応は、光学活性化合物を得るための省資源、省エネルギーかつ環境汚染防止にも配慮した優れた方法である。一方、反応剤を高分子に固定化すると、(1)反応剤の安定性が増す、(2)反応後に簡単な操作で生成物との分離ができる、(3)回収・再使用が容易になる、などの利点があり、不斉反応剤を高分子に固定化し利用する研究も報告されるようになったが、実用的な方法はまだ少ない。本研究では、研究代表者の研究室で開発された(S)-プロリンあるいは(S)-インドリン-2-カルボン酸から誘導されるキラルなジアミンを高分子に固定化し、対応する亜鉛、ホウ素、あるいはリチウムアミドに変換したのち不斉触媒反応に適用し、簡便に有用な光学活性化合物を高い光学純度で得る手法を開発することを目的としている。その結果、(S)-1-ベンジル-2-(アニリノメチル)ピロリジンあるいは(S)-1-ベンジル-2-(p-クロロアニリノメチル)ピロリジンを用いたときに90%ee以上の選択性で(R)-1-フェニルプロパノールが得られることが分かった。そこで、1-位の置換基をp-ビニルベンジル基とし、スチレン、ジビニルベンゼンとの共重合を行うことにより高分子試薬を調製し、同様の反応を行った。

その結果、いずれの場合も単量体を用いた場合よりもわずかに選択性が向上するという興味ある結果が得られた。また、高分子試薬を回収し洗浄後同様の反応に用いたところ、3回繰り返し用いても同様の収率および選択性で目的物が得られるが分かった。不斉触媒反応は、光学活性化合物を得るための省資源、省エネルギーかつ環境汚染防止にも配慮した優れた方法である。一方、反応剤を高分子に固定化すると、(1)反応剤の安定性が増す、(2)反応後に簡単な操作で生成物との分離ができる、(3)回収・再使用が容易になる、などの利点があり、高分子固定化不斉反応剤を利用する研究も報告されるようになったが、実用的な方法はまだ少ない。本研究では、キラルなジアミンを高分子に固定化して不斉触媒反応に適用し、簡便に有用な光学活性化合物を高い光学純度で得る手法を開発することを目的としている。平成17年度は(S)-1p-ビニルベンジル-2-(アニリノメチル)ピロリジン、スチレン、ジビニルベンゼンとの共重合により得られる高分子試薬を用い、ジエチル亜鉛のベンズアルデヒドへの不斉付加反応を行い、90%ee以上の選択性で(R)-1-フェニルプロパノールが得られること、および高分子試薬を用いることによりわずかに選択性が向上するという結果を得た。平成18年度は、レプロリンあるいは(-)-オクタヒドロインドールカルボン酸から高分子固定化キラルジアミンを合成し、反応系内でリチウムアミドに変換したのち、メソ型エポキシドのアリルアルコール誘導体への触媒的不斉異性化反応を行った。メソ型エポキシドとしてシクロヘキセンオキシドを用い反応条件を検討したところ、いずれの場合もTHF中0.2当量の高分子固定化リチウムアミドと1当量のジベンジルプロピレンウレアのジリチウム塩を用いて室温で24時間攪拌を行うことにより、対応する低分子試薬を用いた溶液中の反応と同等の収率および光学収率で目的物が得られることを見いだした。また、他のメソ型エポキシドを用いた場合にも、同様の結果が得られた。さらに、高分子固定化試薬を反応後回収し再利用したところ、5回繰り返して使用しても収率、選択性を維持できることが分かった。
ゴマの機能性成分の吸収率とそれに及ぼす調理加工の影響

本研究は、ゴマリグナンの体内動態と調理加工による影響を調べることを目的とした。研究1年目の本年はゴマリグナンの種類による吸収率を調べる動物実験を行う予定であった。しかし、機器の不調や設置場所の変更などがあったため、予定通りに進まなかった。研究計画の順序を変更し、まず生体内と食品中のゴマリグナン濃度の測定条件の設定を行った。設定した測定条件で、ゴマを調理加工した場合のゴマリグナン量を測定した。日常の生活を想定し、ゴマ種子を加熱(ゆで調理、揚げ調理)した場合のゴマリグナン量を測定した。実験1.ゆで調理の影響:ゴマを10倍容の沸騰水中で10分または30分加熱後、乾燥させ測定した。その結果、セサミン、セサモリン共に加熱無しに比べてゆで加熱で減少したが、ゆで時間による差は見られなかった。実験2.揚げ調理の影響:ゴマを160°C、180°C、200°Cに熱したキャノーラ油で5分または10分加熱した。加熱後冷却し測定に用いた。温度が高温、加熱時間が長いほど、ゴマの着色がみられた。セサミンは、180°C10分、200°C10分加熱で減少し、セサモリンは160°C、180°Cの10分、200°Cの5分および10分で減少した。保存による大きな変化は認められなかった。また、調理加工後の保存は、セサミンおよびセサモリン量に影響しないことが示された。次年度以降、ゴマリグナンの生体内の利用性を検討していくために、体内への吸収率や体内動態についての実験を進める。分析機器の不調が続いたため、測定条件の設定に時間を要した。そこで、研究計画の順序を変更し、まず生体内と食品中のゴマリグナン濃度の測定条件の設定を行った。今年度は、貴重な生体試料ではなく、繰り返し測定しやすいゴマ調理加工品のゴマリグナン量を測定することとし、実験を進めた。今年度の研究により、生体中のゴマリグナン量を測定する条件を設定することができたため、今後は当初の目的であるゴマリグナンの生体内利用率を調べる実験を進めていく予定である。次年度の使用額が生じた理由は、今年度の研究計画がやや遅れたため、使用する予定であった実験動物や試薬などを購入しなかったことが挙げられる。しかし、次年度以降、すぐに実験を進められる状況にあるため、次年度分として請求した助成金と合わせて、遅れた実験と次年度予定する研究に必要な物品等に使用する予定である。
異種結晶接合によるシリコン導波路型光機能デバイスの創成と機能集積光回路の形成

シリコン光集積回路を実現するための基礎として、シリコン導波路に発光デバイス用の化合物半導体及び非相反デバイス用磁気光学結晶を直接接合する方法を研究し、接合条件を明らかにした。この方法を用いて、シリコン導波路で光アイソレータ及び光サーキュレータを製作し、それぞれ最大のアイソレーション30dB及び15dBの良好な特性を実現した。また、シリコン導波路型機能素子として97%のTE-TMモード変換率をもつモード変換器、シリコン導波路と光電変換用面実装フォトダイオード間をランダム偏波に対して86%の結合効率で光結合するアポタイズグレーティング結合器を得ることができた。さらに、これらの機能素子を集積化したシリコン光集積回路を形成するためのデバイス製作プロセスを検討した。シリコン細線光導波路の強い光閉じ込め効果を利用することで光回路の小型化が可能である。SOIウエーハ上のシリコン導波層に複数の光機能素子を形成し、超小型なシリコン光機能回路の実現を目指す。発光機能と光非相反機能を実現するために、化合物半導体および磁気光学ガーネットを直接接合法によってシリコン導波路上に接合し、シリコン導波路で発光機能、非相反機能などを実現して高機能な光回路の開拓を目指す。平成22年度は、異種結晶集積化技術として表面活性化接合法を用い、化合物半導体InP及び磁気光学ガーネットとSOIウェーバを接合するために最適な条件の解明を進めた。ウェーバの前処理条件による表面平坦性の変化、真空中のプラズマ処理条件による表面平坦性の変化などを中心に、接合条件に対する接合強度の依存性を明らかにした。また、光デバイス単体形成の基礎検討として、Si導波路上の発光デバイスとして適した化合物半導体の導波路構造の設計、光帰還を行うための分布帰還導波路構造の設計を行った。さらに、光非相反デバイスとして光サーキュレータに着目し、導波路設計を明らかにし、高い消光比を実現するための干渉導波路の試作を行った。設計により30nmの帯域にわたって、20dB以上のアイソレーションが実現可能であることと、試作した干渉導波路において30dB以上の消光比を実現することができた。また、光合分波機能を実現するために、マッハツェンダー干渉計型光合分波器をSi細線導波路で構成するための設計を明らかにした。SOIウエーハ上のシリコン導波層に複数の光機能素子を形成し、シリコン細線導波路の強い光閉じ込め効果を利用した超小型なシリコン光機能回路の実現を目指す。シリコンでは実現が困難な発光機能と光非相反機能を実現するために、化合物半導体および磁気光学ガーネットを直接接合法によってシリコン導波路上に接合し、シリコン光回路で発光機能、非相反機能などを実現して高機能な光回路の開拓を目指す。平成23年度は、表面活性化接合法を用いて磁気光学ガーネットをSOIウェーハ上に形成したシリコン細線導波路上の特定部分に接合する方法を検討し、これをもとに干渉導波路形光アイソレータをシリコン細線光導波路で試作した。試作したシリコン細線導波路形光アイソレータにおいて、18dBのアイソレーションを実現することができた。また、前年度において設計を行ったマッハツェンダー干渉導波路形の光合分波器をシリコン細線導波路で試作し、その分波出力をシリコン細線導波路に実装したフォトダイオードで光-電気変換することで、分波特性を明らかにした。設計波長に対して10ナノメートル程度の中心波長シフトがあるが、設計で意図した分波特性を得た。なお、分波回路の光伝搬損失の低減が今後の課題である。さらに、送信光源、光アイソレータあるいは光サーキュレータ、送受信光合分波器等の光機能素子を集積化してシリコン光回路上に形成するために、集積化デバイス製作プロセスを検討した。シリコン光導波路回路の形成、光ファイバ接続部のスポットサイズ変換器、光アイソレータ用磁気光学結晶の直接接合までの製作プロセスを検討した。送信光源用の発光層の集積化が今後の課題である。平成24年度は、表面活性化接合法を用いて磁気光学ガーネットをSOIウェーハ上に形成したシリコン細線導波路上の特定部分に接合する技術を確立し、これをもとに干渉導波路形光アイソレータ及び光サーキュレータのアレイをSOIウェーハ上で製作した。シリコン細線導波路を用いることによって、いずれも600×500 μm2程度の小型なデバイス構造で形成することができた。

製作した光アイソレータで、従来の特性を大きく上回るアイソレーション30 dBを実現した。また、光サーキュレータでは、完全循環型の四端子サーキュレータ動作を実証し、最大のアイソレーションとして15 dBを得た。さらに、送信光源と光アイソレータを集積化するために、半導体レーザの出力モード(TEモード)と光アイソレータの動作モード(TMモード)間の偏波整合を行うために、光アイソレータと同一のプロセスで製作することができるシリコン導波路TE-TMモード変換器を製作し、80%以上のモード変換率を実現した。これによって、光源と光アイソレータをシリコン光回路上に集積化する見通しができた。さらに、光/電気変換を行う場合に、アポタイズ回折格子によってシリコン細線導波路から受光デバイスへ結合させることで、無偏光の入射光を80%以上の効率で結合できることを明らかにした。磁気光学結晶の集積化とこれを用いた光アイソレータの試作で十分な成果が得られている。また、シリコン光回路素子では、おおむね目的とする機能素子の試作が進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。シリコン光回路で機能集積を進める上でキーとなる発光デバイスについて、他の光デバイスとともに発光層をシリコン光回路上に集積化するプロセスが今後の課題として残っている。今後、この点を中心に、機能デバイス集積化の研究を進める。
白色脂肪の褐色化-太りにくい体質の獲得に向けて-

褐色脂肪は脂肪を燃焼して熱を産生する特殊な脂肪組織であり、その熱産生能を担うのが脱共役蛋白質UCP1である。前年度までの研究により、脂肪細胞から分泌されるレプチンがUCP1を活性化することで全身のエネルギー消費を亢進させ、体脂肪を減少させることが明らかになった。一方、UCP1はレプチンのエネルギー消費亢進作用のみならず、レプチン感受性の調節を介して摂食抑制作用にも関与する可能性が示唆されたので、UCP1によるレプチン感受性の調節機構について解析を行った。野生型マウスにβ3受容体作動薬を慢性的に投与すると、通常UCP1が存在しない白色脂肪にUCP1が異所性発現する。これらのマウスではレプチンの摂食抑制作用が増強していた。アデノウイルスを用いて、UCP1欠損マウスの白色脂肪に人為的にUCP1を発現させてもレプチン作用の増強が認められたので、白色脂肪の異所性UCP1がレプチン作用の増強、つまりレプチン感受性の増加を引き起こすと考えられた。レプチンは視床下部の弓状核に作用してJAK2-STAT3経路を活性化し、摂食抑制作用を示すことが知られているので、リン酸化STAT3(活性型STAT3)を指標に中枢でのレプチン感受性を調べた。レプチン投与後の弓状核でのリン酸化STAT3レベルは、対照マウスに比べβ3受容体作動薬慢性投与マウスにおいて増加していた。したがって、β3受容体作動薬慢性投与によるレプチン感受性の増加は中枢レベルで起こっていると考えられた。以上の結果から、これまで発熱分子として知られてきたUCP1がレプチン感受性の調節を介して摂食調節にも関与する可能性が示唆された。UCP1による熱産生が、寒冷環境下での体温維持に必須であることが知られているが、感染や炎症時に起こる発熱に寄与するのかは不明である。また、肥満などのエネルギー代謝異常が社会的関心を集めているが、エネルギー消費の自律的調節におけるUCP1の役割については不明な点が多い。そこで二つの生理的因子、IL-1βとレプチンに注目し、それらの作用における褐色脂肪-UCP1の役割について検討した。1.感染や炎症時の発熱におけるUCP1の役割野生型およびUCP1欠損マウスに、感染や炎症時の主要な発熱メディエーターであるIL-1βを投与すると、いずれのマウスにおいても体温が上昇したが、熱産生の指標である酸素消費量は変化しなかった。一方、IL-1βを投与すると、いずれのマウスにおいても自発運動量が有意に減少した。運動量の変化が酸素消費量に強く影響していると考え、その影響を補正したところ、いずれのマウスでもIL-1β投与により同程度に熱産生が起こっていることが判明した。以上の結果から、感染や炎症時の発熱にはUCP1による熱産生の寄与が低いことを明らかになった。2.エネルギーバランスの自立的調節におけるUCP1の役割レプチンは白色脂肪から分泌され、中枢に作用して摂食を抑制して体脂肪を減少させることが知られていたが、同時にエネルギー消費を亢進させることが示唆されていた。そこで、レプチンの体脂肪減少作用に褐色脂肪-UCP1がどれだけ寄与するかを明らかにするために、野生型およびUCP1欠損マウスにレプチン発現アデノウイルスを投与して高レプチン血症を誘導した。高レプチン血症の誘導により、野生型マウスではエネルギー消費量が増加し、体脂肪が減少したが、UCP1欠損マウスではこのような変化は認められなかった。以上の結果から、レプチンは褐色脂肪-UCP1を活性化して、体脂肪を減少させることが明らかになった。
有機材料による多励起子生成反応の新展開：新規材料と逐次反応の実験的探索

近年、二量体分子の一重項分裂(SF)に関する爆発的な研究進展が見られるものの、一重項分裂を介した量論的な二電子移動の報告は未だ皆無である。代表的なSF分子であるペンタセンとは異なり、テトラセンを用いると、このような逐次反応への展開が期待できるが、問題点として逆反応である迅速な三重項ー三重項消滅(TTA)による阻害が挙げられる。そこで本研究では、2,2'ービフェニレンリンカーとしたテトラセン二量体を合成し、分子内高効率SFおよび生成したT1からの定量的な分子間電子移動の観測を行った。その結果、テトラセン二量体では独立した三重項励起子の高効率生成(ΦT = 175%)だけでなく、クロラニルを電子アクセプターとして一重項分裂を介した量論的な分子間電子移動反応(ΦET = 173%)をはじめて実現した。また、ペンタセン二量体を修飾した量子ドット(QD)ではQDの選択的光励起からペンタセンへのエネルギー移動と続くSFの高効率逐次反応の観測(ΦT = 160%)にはじめて成功した。一重項分裂と電子移動/エネルギー移動の逐次反応観測について世界で初めて発表することができたため。研究計画にあるように、今後はより複雑な一重項分裂の関与した逐次反応系へ展開する予定である。
ミネラル欠乏が老化を伴う炎症性疾患に及ぼす影響と防御機構の解明

鉄欠乏状態が老化と炎症に対する生体内防御機構に与える影響について検討を行った。(1)老化および若齢マウスに鉄欠乏食投与はタンパク質の酸化を亢進したが、抗酸化分子のmRNA発現量の増加やオートファジーを活性化した。(2)NIH3T3細胞に鉄キレート剤deferoxamine(DFO)処理を行った結果、ROS産生関連酵素の遺伝子発現の増大によりROSが増加した。さらにDFO処理は老化関連分子群のタンパク質発現を増加した。以上より、鉄欠乏は酸化ストレスを亢進する一方で、生体防御機構を活性化することが、慢性的な防御機構の活性化は結果として、細胞老化を引き起こす可能性を有することが示唆された。本研究の初年度計画として、「ミネラル摂取不足が老化に伴う炎症性疾患の発症状態を増悪する」という不透明なポイントを明らかにすることを目的とし研究を遂行した。試験計画として、20週齢老化促進モデルマウス(SAMP-6)における鉄欠乏食投与(12週間)を介した大腸炎発症機構について解析を行った。具体的な方法として、コントロール食と鉄欠乏食の12週間摂取に対し、大腸炎誘発試薬であるデキストラン硫酸塩(3% DSS)を飲水投与した2群(DSS群およびDSS;FeD群)を設定した。まず、生存率および大腸炎発症リスクについて解析した結果、DSS単独投与群と比較し、DSS+FeD群では、生存率の低下と激しい出血が認められた。続いて、鉄欠乏マーカーである血中ヘモグロビン値(Hb)は、鉄欠乏食を与えた群において、有意に血中Hb値が低下した。大腸粘膜における炎症性サイトカインであるTNF-α、IL-6の遺伝子発現は、DSS群に対し、DSS+FeD群は2倍近く上昇することを明らかにした。また、LC-MS/MS法によるDSS+FeD群で特異的に変動するタンパク質を同定した結果、脳でPeroxiredoxin-1、脾臓でAlpha-actinin-1、腎臓でEndoplasminの発現が特異的に増加していることを明らかにした。また興味深いことに、通常食(AIN-93)を投与していた12週齢BALBマウス(幼若モデル)に対して、32週齢SAMP-6マウス(老化モデル)の血中ヘモグロビン値が2倍近く高いことを明らかにした。また、詳細な解析を行った結ところ、大腸粘膜における鉄輸送トランスポーターDMT1は、DSS+FeD群で増加、一方で鉄排出トランスポーターFPN1は有意差はなかったが減少傾向が認められた。現在、諸臓器中のミネラル濃度を測定しているところである。2年目の研究計画として、培養細胞試験を用いて【ミネラル摂取不足が老化を伴う炎症性疾患の発症状態を増悪する】という不透明なポイントをより詳細に明らかにするために培養細胞を用いた試験を遂行した。二年次計画案として、初年度に鉄欠乏時において変動したタンパク質群が偽陽性か否かについて鉄キレート剤を用いてた培養細胞試験および動物組織を用いて検討を行った。しかしながら、すべての候補タンパク質群に影響が認められなかった。そこで方向性を変え、以下の研究を行った。これまでに鉄欠乏時において肝臓中および血中脂質過酸化量が増大することを報告している。そこで鉄キレート剤を用い、タンパク質の酸化状態について解析を行った。結果、マウス心臓および鉄キレート時において酸化タンパク質が著しく増大することを明らかにした。また、その生体防御機構としてタンパク質分解機構の一つであるオートファジーが活性化することを明らかにした。現在、その詳細な分子機構について検討中である。本研究課題では、現代食生活において摂取不足が懸念されているミネラル、特に鉄と老化の2点に着目した。鉄は必須微量元素であり、生体内鉄濃度は輸送担体により厳密に制御されている。加えて、加齢に伴う老化による輸送担体の機能低下は過剰な鉄の蓄積を招き、DNAや脂質の酸化を亢進し、加齢疾患リスクを増大させる。そこで本研究では、幼若期の鉄欠乏状態が心臓中酸化タンパク質の増大させること、それはp47phoxの発現上昇およびcatalaseの活性低下により活性酸素種を増大させ、タンパク質の酸化を亢進が関与することを示唆する結果を得た。さらに慢性的な鉄欠乏状態はオートファジー(タンパク質分解機構)を誘導することで結果として、細胞老化を誘導することを見出した。以上より、幼弱期からの慢性的な鉄欠乏状態は、酸化ストレスを増大させることで老化を誘導することが示唆された。初年度に候補として得られたタンパク質群が偽陽性との結論に至ったことから実験計画を変更せざるを得なくなったことから若干の遅れが生じてしまった。しかしながら、過去の研究を踏まえ、鉄欠乏時に酸化ストレスが上昇する一旦を明らかにできたことから最終年度は、その詳細な分子メカニズムを明らかにすることを最優先事項とする。

食生活二年次において鉄欠乏時にタンパク質分解機構が活性化することで酸化ストレスに対応していることが明らかとなった。本現象については動物試験および培養細胞試験において再現性が幾度と得られている。そこで本年度は、これが鉄欠乏時だけに得られるのか?それとも銅や亜鉛欠乏時において認められるのかを明らかにしていくことを目的とする。初年度の計画通り、おおむね研究は順調に遂行されている。本研究では、老化促進モデルマウスである20週齢SAMP-6マウスを12週間の長期鉄欠乏食投与を行うことで、老化時における鉄欠乏状態の作成に成功し、老化時における鉄欠乏状態は大腸炎を劇的に悪化させることを見出すことができた。加えて、鉄欠乏時における大腸炎発症に対する生体防御メカニズムとして、大腸粘膜のみならず、肝臓、腎臓のみならず、脳においても抗酸化酵素群が誘導されることを明らかした。また、当初の計画にはなかったが、幼若期と老化時における大腸粘膜中の鉄輸送および排出分子の遺伝子発現が大きく異なることを明らかにできた点は今後のミネラル欠乏と老化の研究を進展させる上で重要であると考えられる。初年度に引き続き、本年度も当初計画通り、研究を遂行していく。本年度は初年度に得られた鉄欠乏状態を培養細胞系に移し、より詳細な遺伝子発現制御メカニズムを明らかにする。具体的な研究推進方策としては、RAW264.7細胞(マクロファージ)、Hep1c1c-7細胞(肝臓)、CaCO2細胞(結腸)を用いた解析を行う。特に、肝臓や神経モデルとして使用されている培養細胞株を用い、初年度に得られた鉄欠乏と大腸炎時に増強されるタンパク質を過剰発現およびノックダウンした系を用い、細胞内シグナル伝達を明らかにする。加えて、当初計画にはなかったが、初年度に幼若マウスと老化マウスの大腸粘膜中鉄取り込み・排出分子の遺伝子発現が大きく異なっていることを明らかにしたことから、再度、再現性を含め、in vivo試験を遂行する。当初計画において、初年度に老化と炎症を伴った状態を明らかにするために、数十種の遺伝子発現を解析する予定であったが、比較的、予想した関連遺伝子が変動したことから、解析する遺伝子数を減らしたため、未使用額が生じた。初年度に解析を行わなかった遺伝子発現についても解析を行うこととし、初年度未使用額をその費用として充てることとする。
極低頻度巨大地震に対する重要構造物の地震応答解析手法高度化のための基礎的研究

本年度は,申請書に記載のうち「断層状態推定の高度化」の内容として「高詳細な地殻変動解析手法を用いたアセノスフェア粘性率・断層変位同時推定手法の開発」を行った.海溝型巨大地震震源域の現在の固着状態等の情報を得るため,日々の地殻変動観測データを用いて,逆解析的に断層面上での変位を長期に渡りモニタリングすることが重要と考えられる.一方,解析の際に地中粘性率という物性値の設定が難しいことが知られている.高詳細な地殻変動解析と地殻変動観測データを用いた,断層変位と地中粘性率の同時推定により,より適切な粘性率の設定が可能であると期待されるため,そのような推定手法の開発に取り組んでいる.本年度は特に,適用例として取り組む東北地方太平洋沖地震を模した双子実験の問題設定をより現実的なものとし,観測点位置や地殻構造モデルの異なる様々なケースを調べ,計算性能についても詳細に検討した.次に,物理シミュレーションに基づいた適切な震源断層シナリオを提示するための手法として期待される「地震サイクルシミュレーション」の内容として,前年度までに開発してきた地殻変動の高速な粘弾性有限要素計算手法を地震サイクルシミュレーションに適用するための手法開発を行った.地震サイクルシミュレーションでは,断層面上でのすべり速度に対するせん断応力の時間微分値の計算が必要となる.すべりに対する応答の解析的表現を用いた応力計算が多用されてきたが,本研究では,地殻構造の三次元不均質性や粘弾性などの複雑な構成則を考慮するために,必要な応力を有限要素計算する手法を開発し,京コンピュータ上で実装した.規範的な問題設定にたいして地震サイクルシミュレーションを行ったところ,既往研究と整合する結果を得た.この手法を,実領域の地殻構造モデルに対して適用すれば,物理シミュレーションに基づいた震源断層シナリオの提示へ向けた大きな一歩となる.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,交付申請書「(A-1)断層状態推定の高度化」を達成するための基礎研究として,長期間にわたる地殻変動の,有限要素法を用いたコンピュータシミュレーション手法を開発した.日本列島全体の地殻変動を解析する場合,大きな領域に対して複雑な地殻構造を再現した詳細な計算用メッシュ(以下高詳細モデル)を生成し,そのメッシュを用いて解析を行う必要がある.そのための計算量が大きなものとなるため,京コンピュータ上での解析手法の開発・実装を行った.次に開発した手法を,東北地方太平洋沖地震後の日本列島の地殻変動解析に適用した.地震後に陸域・海底で観測された地殻変動データは,本研究の手法を用いて定性的にある程度説明可能であった.一方,地震防災上重要な問題のひとつである津波高さ想定においては,震源断層に対する海底面の上下変動の解析(以下津波波源解析)を行い,次に与えられた震源断層に対する津波の順解析を行う,という手順が用いられる.「(A-1)断層状態推定の高度化」にかかわる解析結果から,津波波源解析に高詳細モデルを導入することで,想定結果に大きな影響がある可能性が示唆された.これに基づき,今年度下半期において,詳細な津波波源解析に基づいた津波解析を行うための準備を進めた.具体的には,南海トラフ地震震源域を対象に高詳細モデルを作成し,与えられた震源断層モデルに対する海底の上下変動解析を行った.その結果を,海底面が平坦で,物性値が均一であるモデル(単純化モデル)と比較したところ,双方の結果の差はかなり大きく異なることがわかった.現在は,津波解析のためのシミュレーションコードを作成し,上記の津波波源解析結果を入力とした津波解析を行っているところである.試験的解析の限りでは,高詳細モデルと単純化モデルにおける沖合での波高が最大で数割程度変化する可能性が示唆されてきている.当該年度は,申請書に記載のうち「断層状態推定の高度化」の内容と,「地球サイクルシミュレーション」を行うため新たに必要と判断された内容に相当する,「高詳細な地殻変動解析手法を用いたアセノスフェア粘性率・断層変位同時推定手法の開発」を行った.日々の地殻変動観測データを用いて,逆解析的に断層面上での変位を長期モニタリングすることで,海溝型巨大地震の震源断層モデルを適切に設定できると期待される.一方,解析の際に地中粘性率という物性値の設定が難しいことが知られている.高詳細な地殻変動解析と地殻変動観測データを用いて,断層変位と地中粘性率を同時に推定することにより,より適切な粘性率の設定が可能であると期待される.当該年度は,この推定問題を非線形最適化問題として定式化し,計算負荷の小さい最適化手法の開発を試み,京コンピュータ上にて実装した.東北地方太平洋沖地震を模した数値実験への適用を通じ,現実的な計算時間内で良好な結果を得られることがわかった.また「断層状態推定の高度化」から派生した研究として,高詳細な地殻変動解析を用いた津波波高推定手法の基礎的検討を行っている.前年度からの検討により,地震防災上重要な問題のひとつである津波高さ想定に,地殻変動の高詳細解析を導入することにより,想定結果に大きな影響がある可能性が示唆されている.当該年度は津波解析実行までを含めてその影響を検討した.東北地方太平洋沖地震震源域を対象に高詳細解析用有限要素モデルと比較用の単純モデルを作成し,与えられた震源断層モデルに対する海底の上下変動解析を行った.

次に,解析結果を入力として,津波研究者らとの共同研究により,津波解析を行った.結果からは,東北地方太平洋沖地震のように,断層面の浅い部分に大きな断層変位を持つ場合には,海底上下変動解析の際の地殻構造の単純化が津波想定結果に大きな影響を与えることが示唆された.当該年度は,前年度申請書の内容を遂行する中で,申請テーマに対し新たに重要と判断された二つの問題を中心に研究業務を遂行した.高詳細地殻変動解析を用いた震源・地殻パラメータ同時推定手法においては,手法開発に伴う比較的複雑な定式化や実装を遂行し,適用問題において良好な結果を出すまでに至った.この研究内容は,土木系の国内会議において講演賞を受賞するなど,一定の評価を受けている.高詳細地殻変動解析の津波波高推定への適用においては,津波を専門とする研究者との共同研究により,高信頼な津波解析手法を導入した検討を進めた.結果,論文投稿準備に至るなどの進捗を見せている.研究成果としては,査読付き論文が共著のものを含め2編の登載と国内外で5回の発表があった.また査読付き雑誌に投稿済み,あるいは投稿準備中の論文が数篇あることなどから,成果の観点からも「おおむね順調に進展している」との評価に値するものと考えられる.本年度は,申請書に記載のうち「断層状態推定の高度化」の内容として「高詳細な地殻変動解析手法を用いたアセノスフェア粘性率・断層変位同時推定手法の開発」を行った.海溝型巨大地震震源域の現在の固着状態等の情報を得るため,日々の地殻変動観測データを用いて,逆解析的に断層面上での変位を長期に渡りモニタリングすることが重要と考えられる.一方,解析の際に地中粘性率という物性値の設定が難しいことが知られている.高詳細な地殻変動解析と地殻変動観測データを用いた,断層変位と地中粘性率の同時推定により,より適切な粘性率の設定が可能であると期待されるため,そのような推定手法の開発に取り組んでいる.本年度は特に,適用例として取り組む東北地方太平洋沖地震を模した双子実験の問題設定をより現実的なものとし,観測点位置や地殻構造モデルの異なる様々なケースを調べ,計算性能についても詳細に検討した.次に,物理シミュレーションに基づいた適切な震源断層シナリオを提示するための手法として期待される「地震サイクルシミュレーション」の内容として,前年度までに開発してきた地殻変動の高速な粘弾性有限要素計算手法を地震サイクルシミュレーションに適用するための手法開発を行った.地震サイクルシミュレーションでは,断層面上でのすべり速度に対するせん断応力の時間微分値の計算が必要となる.すべりに対する応答の解析的表現を用いた応力計算が多用されてきたが,本研究では,地殻構造の三次元不均質性や粘弾性などの複雑な構成則を考慮するために,必要な応力を有限要素計算する手法を開発し,京コンピュータ上で実装した.規範的な問題設定にたいして地震サイクルシミュレーションを行ったところ,既往研究と整合する結果を得た.この手法を,実領域の地殻構造モデルに対して適用すれば,物理シミュレーションに基づいた震源断層シナリオの提示へ向けた大きな一歩となる.申請時には日本列島の粘弾性変形解析手法の開発・適用を予定しており,手法開発部分については順調に研究を遂行した.適用の中の,計算結果の観測データとの比較においても,地殻変動現象自体の知見を蓄えるのに時間を要した一方,最終的には一定の成果を得ることができ,投稿予定の論文での議論に厚みをあたえることができた.その議論からは,日本列島の粘性パラメータ推定という新たな問題を見出し(次項参照),検討を始めた.
圧縮木材の変位回復を活用した接合部および面格子壁の開発と経年劣化の評価

本研究は研究段階を4ステージに分割し実施する。第1ステージでは、圧縮木材単体の形状復元挙動に関する研究、第2ステージは圧縮木材を用いた面格子壁の一部分を取り出した実験的研究、第3ステージは、実大の面格子壁の実験および力学的モデルの構築、第4ステージは、圧縮木材および面格子壁の耐久性評価とする。平成30年度は、各ステージの研究とりまとめを行った。また、研究成果の一部を日本建築学会学術講演梗概集に投稿した。平成28年度は、第1ステージ、第4ステージを中心に、その他のステージの研究も実施した。具体的な研究課題は、(1)圧縮木材を用いた接合部の最適化検討、(2)圧縮木材を用いた面格子壁の耐震性能評価、(3)圧縮木材および圧縮木材を用いた接合部の耐久性能検証とした。圧縮木材には、比重の低い木材が適するため、主にスギを主眼とした研究を実施するが、比較対象としてヒノキも用いた。研究課題(1)では、接合部の形状に関する検討を行い、接合部内部に凹を設けることで圧縮木材が大変形時に移動するという問題点を解決することに成功した。また、圧縮木材の形状に関する研究も行い、圧縮木材のせいを低くすることで大変形時の移動が少なくなることを確認した。研究課題(2)では、実際の建物を対象とした耐震補強計算を実施し、面格子壁の耐震性能を確認するための静的載荷実験を要素試験体で実施した。要素実験結果は、計算値と概ね良い一致を示し、圧縮木材を用いた面格子壁の力学的モデルの構築に貢献することができた。研究課題(3)では、耐久性能検証実験場の検討を行い、沖縄県与那国島を試験候補地に選定した。本研究課題は平成28年度研究計画をほぼ満足する結果となり、研究の進捗状況は概ね順調であるといえる。その理由として、平成28年度は、当初予定していた第1ステージ、第4ステージを中心に、具体的な研究課題を、(1)圧縮木材を用いた接合部の最適化検討、(2)圧縮木材を用いた面格子壁の耐震性能評価、(3)圧縮木材および圧縮木材を用いた接合部の耐久性能検証と設定した。研究成果は各ステージで概ね良いものが得られたが、研究成果(3)の耐久性能検証では試験地の選定のみとなってしまったため、「概ね順調」という評価とした。平成29年度は、第2ステージ、第4ステージを中心に、その他のステージの研究も実施した。第2ステージにあたる研究課題(1)では、前年度の研究成果より圧縮木材のせいを低くすることで大変形時の挙動が改善されることが確認されたため、本年度の圧縮木材のせいを低くすることと併せ、接合部に挿入する圧縮木材の圧縮温度・圧縮率などを変更した試験体を作成した。研究課題(2)では、研究課題(1)で作成した面格子壁の静的載荷実験を要素試験体で実施した。要素実験結果は、計算値より初期剛性が低い結果となり、接合部に挿入する圧縮木材の最適化に関する研究を継続する必要があることが確認された。第4ステージにあたる研究課題(3)では、耐久性能検証試験地として選定した沖縄県与那国島において既往の木材暴露試験データなどを収集・分析を行った。その他、第3ステージの力学的モデルの構築に向けた研究を開始した。本研究課題は平成29年度研究計画をほぼ満足する結果となり、研究の進捗状況は概ね順調であるといえる。その理由として、平成29年度は、第2ステージ、第4ステージを中心に、具体的な研究課題を、(1)圧縮木材を用いた接合部の最適化検討、(2)圧縮木材を用いた面格子壁の耐震性能評価と設定した。研究成果は研究課題(2)で実施した静的載荷実験で思うような成果が得られなかったことから、「概ね順調」という評価とした。平成29年度は、1年目の研究成果を基に3課題を所属機関が有する試験機材等を活用して試作・試験・評価の工程を継続する。

特に(1)圧縮木材を用いた接合部の最適化検討、(2)圧縮木材を用いた面格子壁の耐震性能評価の課題を中心に研究を行い、圧縮木材の変位回復を活用した接合部および面格子壁の力学的モデル構築を検討する。平成30年度は、2年目の研究成果を基に所属機関が有する試験機材等を活用して試作・試験・評価の工程を継続し、圧縮木材の変位回復を活用した接合部および面格子壁の力学的モデル構築を検討する。平成28年度は、当初予定していた第1ステージ、第4ステージを中心に、具体的な研究課題を、(1)圧縮木材を用いた接合部の最適化検討、(2)圧縮木材を用いた面格子壁の耐震性能評価、(3)圧縮木材および圧縮木材を用いた接合部の耐久性能検証と設定した。研究成果は各ステージで概ね良いものが得られたが、研究成果(3)の耐久性能検証では試験地の選定のみとなってしまったため、次年度使用額が生じた。平成29年度は、当初予定していた第2ステージ、第4ステージを中心に、具体的な研究課題を、(1)圧縮木材を用いた接合部の最適化検討、(2)圧縮木材を用いた面格子壁の耐震性能評価、(3)圧縮木材および圧縮木材を用いた接合部の耐久性能検証と設定した。しかしながら、研究課題(2)の要素試験体の作成に想定以上の時間を要したため、試験体数が少なくなり、次年度使用額が生じた。また、平成29年度に生じた次年度使用額の原因である研究課題(2)の要素試験体の作成を早急に実施する。平成29年度は、1年目の研究成果を基に3課題を所属機関が有する試験機材等を活用して試作・試験・評価の工程を継続する。また、平成28年度に生じた次年度使用額の原因である研究課題(3)圧縮木材および圧縮木材を用いた接合部の耐久性能検証において暴露試験体を試験地に設置する予定である。
軸索切断後の中枢神経細胞の変性抑止と軸索再生に関する研究

実験動物として成熟ラットを用い、脳固定装置にて頭部を固定後、開頭し、上丘にDil,RITC,fast blue等の蛍光色素の注入を行なった。蛍光色素は視神経すなわち網膜神経節細胞の軸索を逆行性に伝わり、神経節細胞の細胞体を標識することができる。その後、実験動物を飼育し、標識後約2週間で実験動物の視神経を麻酔下にて、眼窩内で血管系に影響を与えないように切断した。また,硝子体内注入法にて硝子体に成長因子などの神経活性化因子を注入し、数日間飼育したのち、その眼球を摘出した。網膜を単離し、蛍光顕微鏡にて標識された神経節細胞を観察し、その生存数を計測した。この方法により、軸索切断後の神経節細胞の変性による細胞数の減少を硝子体内に注入した物質が如何にその変性を抑止しうるかを検討中である。すなわち、神経変性過程における抑止因子、促進因子の解明をめざしている。またCollagen培養法などを用いて、これらの網膜神経組織を培養し、経時的に網膜神経細胞からの神経突起の再生を直接顕微鏡下に観察,記録している。この培養液に、様々な物質を添加し、及ぼす影響を検討することにより神経再生における促進因子・抑制因子を解明するべく努めている。このように網膜神経細胞における神経変性抑止および神経再生現象を解析し、神経再生に至適な条件を探求し、神経再生の促進因子・抑制因子の網膜内での作用機序を解明して再生のメカニズムを探求しているが、若干の知見を得ているものの今だに全容を明らかにするには遠く、今後の研究を必要としている。
膜貫通型分子Enpp1を介した正所性カルシウム沈着と老化制御

骨粗鬆症の骨密度低下等により骨の脆弱性が増大し、骨折のリスクが増大する疾患と定義される。この骨密度低下の最も大きなリスクとして、女性における閉経と、男女共加齢が挙げられる。閉経は骨吸収細胞である破骨細胞の活性上昇により、骨量が減ることが知られている。一方、加齢による骨密度減少のメカニズムの詳細は明らかではなかった。申請者は1回膜貫通型分子Enpp1 (ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1)に着目し、Enpp1の機能不全型自然変異マウスであるttw (tip toe walk)マウスの解析を行い、ttwマウスではリン代謝の恒常性維持機構の破綻からカルシウムの異所性沈着をきたし、その結果、骨からはカルシウムが失われ骨量が減少することを明らかにした。また、特にリン負荷においてttwマウスがこの骨粗鬆症以外にも寿命の短縮や、動脈硬化等の様々な老化所見を呈することを認めている。しかし、このEnpp1がどの臓器で全身的なリンやカルシウムのホメオスターシス、さらには老化を制御するのかは明らかではない。そこで、Enpp1 floxマウスを作成し、Enpp1によるリンやカルシウム代謝および老化を制御する責任臓器を同定し、その制御機構を明らかにすることとした。Enpp1 floxマウスの樹立を行い、全身的にCreを発現するCAG Creマウスと交配し、CAG Cre/Enpp1-flox/flox (Enpp1 cKO)マウスを作成したところ、ttwマウス同様の表現型を呈したことからEnpp1 floxマウスの作出に成功した。さらに、Enpp1の転写制御領域の下流において、Enpp1のスタートコドンからin frameでノックインするレポーターマウスの樹立を行い、すでに産仔を得ている。これまでのttwマウスの解析から、Enpp1が全身的なカルシウム・リン代謝、さらには老化を制御することを明らかにしている。これらのことを受けて、Enpp1を発現し、Enpp1を介したこれらの制御を行う責任臓器を同定するため、Enpp1 floxマウスの作出に成功している。全身的にEnpp1を欠損するEnpp1 cKOマウスの解析からは、ttwマウスと同様の表現型を呈することを見出しており、Enpp1 floxマウスの樹立している。そこで、Enpp1の臓器特異的なコンディショナルノックアウトマウスを作成するため、様々な臓器特異的Creマウスとの交配を進めている。これまでのttwマウスの解析から、Enpp1の機能不全により骨細胞で産生されるFGF23の血中濃度の異常を来すことを見出しており、骨細胞およびその上流である骨芽細胞においてEnpp1を欠損させる組織特異的Enpp1欠損マウスの作出を進め、当該マウスの作出がほぼ完了している。また、同様にttwマウスの解析から、Enpp1の機能不全により腎臓におけるビタミンDの活性化調節機構の破綻を来すことを見出していることから、腎臓特異的にEnpp1を欠損するマウスの作出を進め、こちらもすでにCreマウスの入手から交配が進行している。また、Enpp1の発現を生体マウスでリアルタイムに観察するためのEnpp1レポーターマウスの作出を行い、すでに相同組み替えから仮親への移植を終え、産仔を得ている。このように、予定していた組織特異的Enpp1欠損マウスの作出およびEnpp1レポーターマウスの樹立が進行しており、おおむね順調に進展していると判断している。今後は、現在進めている臓器特異的Enpp1コンディショナルノックアウトマウスの作出を完了させ、各々の系統において、リン負荷等におけるカルシウム・リン代謝の異常や老化の進行、血中FGF23や活性型ビタミンD等の解析を行う。これらの解析によりttwマウスやEnpp1 cKOマウスと同様の表現型を呈する臓器特異的Enpp1コンディショナルノックアウトマウスを同定し、Enpp1を発現し、Enpp1を介したカルシウム・リン代謝および老化を制御する責任臓器を決定する。また、Enpp1レポーターマウスにおいても、マウスの作出が確認出来次第、リン負荷等においてEnpp1を強く発現する臓器をin vivo imaging等で決定する。これらの解析により、Enpp1を介して全身的なカルシウム・リン代謝や加齢の恒常性を制御する臓器を決定したのちは、その臓器におけるEnpp1を発現する責任細胞を決定し、当該細胞のin vitro等の解析から、Enpp1を介したカルシウムやリン代謝、老化の制御機構の解明を進める。さらに、Enpp1の抗体作成も進め、膜貫通型タンパク質であるEnpp1の可溶型タンパク質の有無等を計測するシステムの樹立を進める予定である。

また、特にリン負荷においてttwマウスがこの骨粗鬆症以外にも寿命の短縮や、動脈硬化等の様々な老化所見を呈することを認めている。しかし、このEnpp1がどの臓器で全身的なリンやカルシウムのホメオスターシス、さらには老化を制御するのかは明らかではない。そこで、Enpp1 floxマウスを作成し、Enpp1によるリンやカルシウム代謝および老化を制御する責任臓器を同定し、その制御機構を明らかにすることとした。Enpp1 floxマウスの樹立を行い、全身的にCreを発現するCAG Creマウスと交配し、CAG Cre/Enpp1-flox/flox (Enpp1 cKO)マウスを作成したところ、ttwマウス同様の表現型を呈したことからEnpp1 floxマウスの作出に成功した。さらに、Enpp1の転写制御領域の下流において、Enpp1のスタートコドンからin frameでノックインするレポーターマウスの樹立を行い、すでに産仔を得ている。これまでのttwマウスの解析から、Enpp1が全身的なカルシウム・リン代謝、さらには老化を制御することを明らかにしている。これらのことを受けて、Enpp1を発現し、Enpp1を介したこれらの制御を行う責任臓器を同定するため、Enpp1 floxマウスの作出に成功している。全身的にEnpp1を欠損するEnpp1 cKOマウスの解析からは、ttwマウスと同様の表現型を呈することを見出しており、Enpp1 floxマウスの樹立している。そこで、Enpp1の臓器特異的なコンディショナルノックアウトマウスを作成するため、様々な臓器特異的Creマウスとの交配を進めている。これまでのttwマウスの解析から、Enpp1の機能不全により骨細胞で産生されるFGF23の血中濃度の異常を来すことを見出しており、骨細胞およびその上流である骨芽細胞においてEnpp1を欠損させる組織特異的Enpp1欠損マウスの作出を進め、当該マウスの作出がほぼ完了している。また、同様にttwマウスの解析から、Enpp1の機能不全により腎臓におけるビタミンDの活性化調節機構の破綻を来すことを見出していることから、腎臓特異的にEnpp1を欠損するマウスの作出を進め、こちらもすでにCreマウスの入手から交配が進行している。また、Enpp1の発現を生体マウスでリアルタイムに観察するためのEnpp1レポーターマウスの作出を行い、すでに相同組み替えから仮親への移植を終え、産仔を得ている。このように、予定していた組織特異的Enpp1欠損マウスの作出およびEnpp1レポーターマウスの樹立が進行しており、おおむね順調に進展していると判断している。今後は、現在進めている臓器特異的Enpp1コンディショナルノックアウトマウスの作出を完了させ、各々の系統において、リン負荷等におけるカルシウム・リン代謝の異常や老化の進行、血中FGF23や活性型ビタミンD等の解析を行う。これらの解析によりttwマウスやEnpp1 cKOマウスと同様の表現型を呈する臓器特異的Enpp1コンディショナル
熱間鍛造用金型の寿命価エキスパートシステムの開発

熱間鍛造型の寿命正しく評価するための重要点の一つは,型の熱軟化を推定できることにある.このためには型の受ける正確な熱サイクルの推定が必要である.鍛造型の温度場を解析するためには高温素材と型の接触熱抵抗および潤滑冷却材による型表面における熱伝達率の現場情報が必要となるが殆どそれが明らかにされていない.そこで,鍛造現場において鍛造作業条件をいろいろ変更して実鍛造温度場の計測を行うことを試みた.また,モデル鍛造試験を用い温度計測を行いつつ各種金型材の熱負荷試験を行った.これらを基に型寿命評価を支援するための5つのプログラムからなる計算機システムを作成した.中小企業の鍛造現場で利用することを考え,プログラムは,総てパーソナルコンピュータ(NEC-PC9801VM2+2MBRAM+数値演算プロセッサ8087)上で実行できることを前提にした.(1)鍛造中の温度の連続計測データを取り込み接触熱抵抗および冷却熱伝達率を見積もるための二種類の解析プログラム.(2)熱伝導および応力解析を行うための任意断面形状の軸対称もしくは二次元形状と任意の境界条件を処理する有限要素自動分割プログラム.(3)型の疲労寿命評価に必要となる,鍛造型表面層に生ずる熱応力振幅を見積もるための弾塑性プログラム.(4)熱間鍛造に常用される7種の型材の焼き戻し母曲線の式表示を含む型軟化を予防評価するプログラム.(5)金型の設計を支援するため型軟化状態,鍛造型温度場,応力場等の計算結果の評価を容易にするための図形処理プログラム.熱間鍛造型の寿命正しく評価するための重要点の一つは,型の熱軟化を推定できることにある.このためには型の受ける正確な熱サイクルの推定が必要である.鍛造型の温度場を解析するためには高温素材と型の接触熱抵抗および潤滑冷却材による型表面における熱伝達率の現場情報が必要となるが殆どそれが明らかにされていない.そこで,鍛造現場において鍛造作業条件をいろいろ変更して実鍛造温度場の計測を行うことを試みた.また,モデル鍛造試験を用い温度計測を行いつつ各種金型材の熱負荷試験を行った.これらを基に型寿命評価を支援するための5つのプログラムからなる計算機システムを作成した.中小企業の鍛造現場で利用することを考え,プログラムは,総てパーソナルコンピュータ(NEC-PC9801VM2+2MBRAM+数値演算プロセッサ8087)上で実行できることを前提にした.(1)鍛造中の温度の連続計測データを取り込み接触熱抵抗および冷却熱伝達率を見積もるための二種類の解析プログラム.(2)熱伝導および応力解析を行うための任意断面形状の軸対称もしくは二次元形状と任意の境界条件を処理する有限要素自動分割プログラム.(3)型の疲労寿命評価に必要となる,鍛造型表面層に生ずる熱応力振幅を見積もるための弾塑性プログラム.(4)熱間鍛造に常用される7種の型材の焼き戻し母曲線の式表示を含む型軟化を予防評価するプログラム.(5)金型の設計を支援するため型軟化状態,鍛造型温度場,応力場等の計算結果の評価を容易にするための図形処理プログラム.熱間鍛造型の寿命評価を行うために最も重要な点の一つは、型の熱軟化を予測することにある。熱軟化の予測をするには正確な熱サイクルをしる必要があるが、現在のところこれが殆ど出来ていない。その理由の一つは、金型と材料面間の熱通過抵抗が不明な点にある。そこで、粗さのある表面間の0.5秒以内の非定常熱伝導問題を解析し、その熱通過抵抗を一様膜厚さの等価抵抗膜で置き換えることが可能であることを示すことが出来た。またそれを見積るための換算式を求めることも出来た。実際金型に14点の熱電対を埋め込み現場における鍛造実験を行って金型の受ける熱サイクルを求めた。計測された熱サイクルを取り込み金型と材料面間の実際の熱通過抵抗を評価するための新しい有限要素法のプログラムを開発した。この結果、鍛造中熱通過抵抗が加工の進展につれ2ないし3倍変化することが明らかになった。この事実を考慮することにより全熱サイクルをこれまでに無く正確に見積ることが出来るようになった。これによって、鍛造速度や潤滑冷却条件を変更して、これまで不明であった実際鍛造下の熱通過抵抗を求めるための基礎準備が完了した。但し、鍛造中の温度計測において表面近傍に取り付けた熱電対の寿命が数百サイクルと短いことが判明した。現在これを改善するため新しい形式の金型を作成中である。さらに、現場では高周波加熱機等の影響で温度計測値に外乱が相当含まれており、これを除去するためのプログラムを検討中である。以上に述べた成果の一部を昭和62年塑性加工春季講演会で報告する予定である。次年度では、現場実検データの蓄積と金型寿命評価のためのエキスパートシステムをプロログ言語とC言語等を組み合わせて作成する予定である。