hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動作空間測定ソフトウェアの開発

輪郭線の抽出を試験するためのデータとして、動作空間が問題となるような狭い空間での作業として、実際の浴室の洗い場で、体を洗っている状態を撮影して用いた。以下の工夫を加えた。基準画面と分析画面の差(差分画面)の各画素において、異なるとみなすか同一とみなすかの境、閾値の決定を先ず検討した。この閾値は、標準としては、差分画面の各画素の分布において、値の小さな部分に生じる群の最高値付近を自動設定させた。ただし影が濃い場合は不適切な値となるので、分布を見ながら値を手動で設定できるようなインターフェイスとした。また基準画面と分析画面の相関を求めて、その相関が高い部分は分析面に背景が残っているとみなした。また差分画面と分析画面および差分画面と基準画面の相関を求め、その相関の差が大きい場合は、基準画面または分析画面のどちらかの影響が強いことから、対象が存在する可能性が高いと考え、その部分で抽出画面に小さな欠落がある部分を、対象へと修正した。依然として背景と対象との差が小さい場合の認識はできない場合が多いが、旧システムに比べると明らかに検出能力が高くなった。学会発表において、ヒトを対象とする場合は赤外線カメラを用いることで、認識しやすくなるのではないかとの指摘を受けた。そのため安価に入手できる赤外線カメラを用いて検討を行なったが、効果は無かった。複数の輪郭線から対象とするべき輪郭線の選択、輪郭線の条件分け、輪郭線データおよび基準画面の保存と読み込み、較正データの作成インターフェイスなどの作成を行った。近距離での撮影では、対象の奥行きが測定誤差に大きく関係するため、それを考慮した最終的な輪郭線データの分析部の作成を行なっている。先ず、輪郭線の画面への表示とマウスを用いた測定部分を設け、動作空間を求めるための最低限必要な機能を有するようにした。本システムは、基準画面と異なる部分を対象として抽出する原理であったが、特定部分のみの抽出や排除することによる対象抽出の柔軟性と精度の向上のために、色指定による識別を可能とする機能を加えた。この色指定による認識では、抽出対象の区別が可能であり、その特徴を生かすために、複数の区別した対象を扱かえるようにした。また、抽出過程における区別だけではなく、それらの区別を再構成して対象を設定するシステムとした。以上の改良によって、頭、手、腕、胴、脚、足部などと色分けしてそれぞれを分離して識別することも、連続しているものであれば組み合わせて、例えば「下半身」として対象にまとめることもできるようになった。また、色指定の認識では背景と指定色が異なれば、背景に変化があっても抽出が可能であるため、測定の適用範囲が広がった。単なる最大利用空間ではなく、空間の利用頻度分布として求める機能と、その操作を容易にするために分析繰り返し機能を設けた。実際の応用として、車椅子乗車時の動作、睡眠時の動作範囲、携帯式ゲーム使用時において、動作範囲や姿勢の変化性などを測定した。また色指定の識別部分を小さなマークのようなものにして、中心座標を出力することで、特定点の動きを測定することも可能であり、椅子からの立ち上がり・腰掛け時の主要関節部分の動きの測定を試みた。
大腸菌における分泌蛋白質の合成と,その遺伝子発現の調節機構

大腸菌における主要外膜タンパク質であるOmpC,OmpFタンパク質の合成調節機構を、特に遺伝子発現の調節という観点から研究し、その分子機構に関して多くの新しい知見を得た。(1).ompC遺伝子の発現(転写)調節に重要な各々のプロモーター構造を明らかにした。両遺伝子ともに、従来大腸菌においてよく知られているプロモーター構造(-35,-10領域)に加えて、その上流の塩基配列(約70塩基対)が、プロモーターの活性化に必須であることが明らかとなった。この領域は、正の調節因子OmpRタンパク質の作用部位であることが示唆された。このことは、-10領域の塩基置換により、上流領域を必要とせず発現するompC,ompFプロモーター変異株を作成することによっても確められた。(2).ompC,ompF遺伝子の発現調節に重要な調節遺伝子ompR,envZの産物及びその性質を明らかにした。OmpRタンパク質はompC,ompF遺伝子の活性化に必須な正の調節因子(アクチィベーター)であることが明らかになった。ompR遺伝子の変異により、調節の様式が変化する多種類のompR変異株を分離解析し、OmpRタンパク質が機能上重要な二つの領域からなることが示された。OmpRタンパク質を多量に精製することに成功し、生化学的解析を行なった。精製OmpRタンパク質を用いることにより、OmpRタンパク質が、ompC,ompFプロモーター上流の特異的領域に直接結合することを証明した。EnvZタンパク質は培地浸透圧に応答したompC,ompFの発現調節に重要であることが、envZ遺伝子の欠失変異株を作成することにより明らかとなった。これらOmpRとEnvZ両タンパク質が機能的に相互作用していることが、遺伝学的解析から示された。以上、本研究により、環境の変化に応答して特異的遺伝子が活性化される正の調節系の分子レベルでの研究としては、その解析が最も進んだ系にまで研究を進めることができたと考えている。今後、より一般的な新しい概念が導き出させることが期待される。
反応性プラズマ中のラジカルの生成過程

プラズマエッチングのプロセスガスとして用いられているハロゲン化炭化水素放電プラズマ中におけるラジカルの生成過程を調べることを目的とした。まず種々の塩化メタン類や三塩化ホウ素の電子衝突による発光スペクトルを観測した。励起スペクトルや発光寿命の測定から、電子励起状態のラジカルの生成過程を同定した。特に四塩化炭素(CCl_4)からのCCl(A)とCl_2(D')状態は、第1イオン化ポテンシャルより高い超励起状態を経由して生成することが他の実験結果との比較より分かった。他の試料ガスについても同様な結果が得られている。次に、これらの結果を用いて、ホロ-カソ-ド放電とマイクロ波放電中の四塩化炭素/アルゴン混合気体からの発光を観測し、CCl(A)とCl_2(D')状態の生成過程を調べた。このとき、発光は放電部の上流から、放電部を積分する配置で観測した。300nmより長波長ではアルゴンからの発光が強いので、主に180-300nmでの発光を解析した。放電中のラジカルの温度を推測する1つの方法として、CCl(A-X)バンドを分解能をあげて測定しシュミレ-ションによりA状態の振動・回転分布を解析した。アルゴン圧2.5torrのホロ-カソ-ド放電では回転温度として350±50Kを得たが、これは回転緩和を多少受けていると思われる。またMW放電での低圧の限界付近(0.34torr)では600±50Kの回転温度が得られた。一方振動分布は振動緩和を受けていない分布比としてP(v'=1+2)/P(v'=0)=0.1を得た。これらの結果を他の研究と比較し、放電中ではCl(A)状態は電子と四塩化炭素分子との衝突で直接しているのではなく、一度生成したCC12,CC13等のラジカルと電子との二次的な衝突で生成していると結論された。
対流性集中豪雨予測に関する都市気象学的アプローチ

対流性集中豪雨の予測精度を向上させるため都市気象学的なアプローチによって以下の成果を得た。(1)詳細な都市気象データベースの解析から、集中豪雨頻発域である東京-練馬-埼玉ライン上に都市化による海風遅延領域が見出された。(2)詳細な建物GISを利用した乱流計算により実都市の流体力学的粗度を推定する新しい推定式が提案された。(3)都市陸面に関する最新知見を導入した都市気象モデルによる豪雨シミュレーションにより、都市化により集中豪雨が強化されることが示された。関東の局地的集中豪雨15事例抽出し、都市影響(都市キャノピー・人工廃熱・修正粗度高さ)を考慮した解析と考慮しない解析を比較した。まず、都市がメソ前線に及ぼす一次影響として「バッファー効果」を指摘する。これは、都市域でのメソ前線の遅延と運動量・熱・水蒸気の滞留(滞留効果)、および都市風下域での水平風収束・上昇流生成(障壁効果)、の2つで特徴づけられる。それを踏まえ、全豪雨事例を、以下のように分類し、メカニズムを考察した。(a)東京湾海風前線で降雨が強化される海風前線型(2事例)、(b)西部山岳部で発生した降雨セルの外出流前線と東京湾海風前線の収束により降雨強化されるタイプで、前日の都市影響の履歴が反映される広域メソ型(6事例)、(c)その混合型(1事例)、(d)都市影響が明確でないタイプ(4事例)、(e)降雨再現に失敗したケース(2事例)。都市が降雨を顕著に抑制した事例は無かった。また、広域メソ型の感度実験で、都市高層化による建物高度の増大が、降雨を局所的に増加させることを示した。(1)高時空間解像度の都市気象・地理情報の整備と降雨量との対応関係の把握東京都アメッシュを用いた高解像度の降雨分布(空間解像度250m)、MAPCUBEによる高解像度建物情報分布(250m)およびGPS可降水量のデータの対応関係を調べた。豪雨分布が、東京の微細な標高に対応して、西高東低の分布になっていること、練馬などの北西部だけでなく、山手線内に対応する東京中心部においても降雨の空間偏差が見られること、などの新しい知見が得られた。(2)降雨発生先行指標としての地上風収束・GPS可降水量の利用可能性の検討地上の微細地形と降雨分布の対応関係が見られたことから、建物による修正粗度の影響を含めて地上風速収束を正確に予測するための都市キャノピーモデルの精度向上を行った。残念ながら、GPS可降水量単独での豪雨予測先行指標としての利用可能性については、否定的な結果が得られた。(3)都市気象モデルによる豪雨発生予測可能性の予備的検討気象モデルWRFに、上記の建物よる修正粗度高さや都市キャノピーモデルを導入するための予備的検討を行った。(1)降雨先行指標としての地上風速収束量の利用可能性の再検討前年度まで既存のGPS可降水量データと環境省による大気汚染常時測定局の風速データ用いて、豪雨先行指標としての利用可能性を検討し、その限界点も明らかになった。今年度は、東工大キャンパス内に風速リモートセンサーであるコヒーレント・ドップラーライダーが設置される新たな状況を勘案し、ラーダー観測風速の豪雨先行指標としての利用可能性についても検討した。ライダーは視線方向の風速成分しか原理的に計測できないが、視線方向速度の空間パターンの相関解析から、直接計測できない半径方向の風速成分を推定する新たな手法を開発し、2次元の水平風速ベクトル場から、豪雨指標となる収束・発散量を導出する(VIV法)ことが可能となった。この手法を用いて、水平収束と同じく東工大キャンパスに設置されているマイクロ波放射計による積算可降水量(IWV)との対応を調べたところ、豪雨開始の12時間には水平収束・IWVともに顕著な上昇を開始し、豪雨先行指標としての利用可能性が示された。(2)都市気象モデルによる豪雨発生予測可能性の検討メソ気象モデルWRFに最新の陸面過程モデル(Kanda et al.,2005)と細密建物地理情報を組み込んだ、降雨シミュレーションを行った。細密建物地理情報は別途LESによる高解像度解析によって蓄積されてきたデータベースを用いて精度の向上を図った。豪雨の再現性はいまだ十分ではないが、細密建物地理情報の有無が、豪雨強度を有意に強化することを明らかにした。降雨先行指標としての地上風速収束量の利用可能性の再検討高時空間解像度の都市気象情報を詳細に検討した結果、東京ー練馬ー埼玉を結ぶライン上で、その東西域に比べて海風侵入が著しく遅延する領域が見出された。この領域は、周囲よりも弱風化・高温化し、夕刻近くまで海風が停滞する。

海風遅延域は、集中豪雨の頻発域とほぼ合致しており、海風遅延域と集中豪雨発生の因果関係は、この研究課題内では完全には解明されなかったが、今後、その解明が重要な課題として残された。また、次に述べる高精度化した都市気象モデルによって、この海風遅延域が、都市域の運動量・熱粗度の増加及び、人口排熱の増加といった、都市化によって引き起こされていることが明らかとなった。都市気象モデルによる豪雨発生予測可能性の検討メソ気象モデルWRFに最新の陸面過程モデルと細密建物地理情報を組み込んで、東京における豪雨事例を対象として、豪雨シミュレーションを行い、それによって都市化により集中豪雨が強化されることなどが示された他の連携プロジェクトの恩恵により、当初使用予定のなかったライダー・マイクロ放射計などの最先端リモートセンサーの利用によって、VIV法など、豪雨先行指標として有効性が期待される技術開発がなされた。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定どおり、さらに改善された都市気候学的な詳細な地表面パラメタリゼーションを用いた豪雨解析を行うと同時に、ライダーなどの最先端リモートセンサーの観測値も有効に利用して最終的な成果としたい。
第二次大戦前イギリスの労働政策と関税改革の関係

当該年度は前年度までに収集した史料を用いて研究論文の作成に専念し、2014年11月に政治経済学・経済史学会の学会誌『歴史と経済』に投稿したが、審査ではC判定となった。論文の指摘箇所の加筆訂正の後に2015年4月中に再投稿し、5月9日に再審査の予定である。論文作成に集中するために史料調査を行うことができなかったが、国内の図書館にある関連史料や国内外の大学・研究機関の電子化史料に研究に用いることのできる史料が多くあることが分かり、今後の研究に活用したいと思う。研究題材として、20世紀初頭にイギリスの植民地大臣ジョゼフ・チェンバレンにより主張された関税改革運動における社会保障としての側面を取り上げた。通説的には関税改革の目的とされていた、保護関税による国内市場と産業保護や、植民地や自治領などの帝国諸地域との互恵関係の構築は、産業需要の保護による国内労働者の雇用保護と拠出制老齢年金の実施、収入関税による老齢年金の財源確保のための手段としての機能を持ち、有権者である労働者の自発的自助の達成と従来の二大政党制と自由主義的な資本主義への労働者の政治的包摂が最終的な目的であることが分かった。また、関税改革運動に勝利して成立した自由党政権で成形成された、強制参加の社会保険や労働市場の組織化などの国家による介入や統制、誘導といった強制性を特徴とする現代的な福祉国家とは異なり、チェンバレンの政策思想は労働者や企業の自発的自助に期待し、介入が限定的であった。関税改革の社会政策としての側面は、これまで単線的に語られていた福祉国家の政策思想である「新自由主義」NewLiberalismまたは介入的自由主義への移行が、実際には多様で複線的な形態を持っていたことを示唆できると思う。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度において、科研費を用いてイギリスのウォーリック大学のModern Record Centerに所蔵されている20世紀のイギリスにおける関税改革運動に関する資料を収集してきた。収集した資料は主に関税改革運動の推進団体である、関税改革連盟の月刊機関誌である。その中で、関税改革運動の雇用保護としての側面と、それを媒介とした社会保障との関連が見いだされ、これまでの主張を裏付けることができると考えている。また、第一次世界大戦中の記事の中では、関税改革運動の目的が次第に変化していったことが見いだされた。関税改革の目的は、帝国内自治領との特恵関税によって、イギリス工業の需要を確保して国内の雇用の保護することと、帝国内の経済的結合を強化することにあったが、第一次世界大戦中から、次第に関税改革とイギリスの安全保障を結び付ける言説が多くなった。この言説は食料や原料、兵員の供給地として帝国諸地域を位置づけ、また戦争遂行に必要な物資や財、人材を生産するためにイギリス工業と国民の雇用・生活水準は維持されなければならず、そのために関税改革による帝国規模での経済圏が必要であるというものだった。こうした関税改革の解釈は大戦前からも存在していたが、大戦の経験を経て関税改革運動の主軸となっていったのではないかと考えられる。1923年の総選挙において、関税改革を主張する保守党は敗北し、イギリスは戦前の自由貿易体制の復興を目指すことが確認された。しかし、1921年に重要産業の製品輸入に対して保護関税を賦課する産業保護法が成立し、自由貿易を追求する一方で国家による市場への介入の必要性もまた認識されていった。その背景には、第一次世界大戦後、産業競争力の低下やポンドの通貨安定性の低下、雇用・社会保障制度の不安など、様々な問題に対して国家の介入、保護、統制が必要であるという認識が定着しており、その手段として関税改革が位置づけられたのではないかと考える。関税改革の社会政策としての側面は、これまで単線的に語られていた福祉国家の政策思想である「新自由主義」New

Liberalismまたは介入的自由主義への移行が、実際には多様で複線的な形態を持っていたことを示唆できると思う。26年度が最終年度であるため、記入しない。史料の収集は史料調査によって進んでいるが、それを用いた論文作成は現在進めているところであり、未だ完成に達していない。今年度中に論文を完成させ、次の段階に進みたい。今後は収集した史料を基に第一次世界大戦から1932年の輸入関税法、オタワ特恵関税協定に至るまでのイギリスの関税改革運動の動きと、イギリスにおける政策思の中で関税がどのように受容されていったのかを研究したい。その際、これまで主に労働政策や産業保護の観点から関税改革と帝国統合を考えてきたが、安全保障や通貨・外貨政策など、第一次世界大戦以降に強くなった観点からも研究を進めていきたい。
肝胆膵鏡視下手術におけるAuto-Fluorescence Imagingの応用

Auto-Fluorescence Imaging(AFI)は表層型の腫瘍描出に有効であることがわかった.特に血流の多い肝臓に関してはよいコントラストが得られることより,肝硬変など表面凹凸の強く腫瘍の触知が難しい臓器に対する鏡視下手術において有用な技術であることを確認できた.また,fluoroscein sodiumと呼ばれる蛍光剤を使うと,肝胆膵においける細径の脈管部を強く蛍光させることが可能であり,このシステムを使った術中ナビゲーションの可能性を示唆できた.Auto-Fluorescence Imaging(AFI)は表層型の腫瘍描出に有効であることがわかった.特に血流の多い肝臓に関してはよいコントラストが得られることより,肝硬変など表面凹凸の強く腫瘍の触知が難しい臓器に対する鏡視下手術において有用な技術であることを確認できた.また,fluoroscein sodiumと呼ばれる蛍光剤を使うと,肝胆膵においける細径の脈管部を強く蛍光させることが可能であり,このシステムを使った術中ナビゲーションの可能性を示唆できた.本研究はAuto-Fluorescence Imaging(AFI)という蛍光内視鏡ビデオシステムを肝胆膵領域における鏡視下手術に応用することを目的としている.自家蛍光用の内視鏡システムを使用するが,腫瘍描出や脈管トレースを行う臨床応用のためには蛍光コントラストを高めるための蛍光剤使った実験をいくつか試行する必要があると思われた.まずいくつかの蛍光剤を使用して,本システムが組織内にある蛍光剤を認識できるかどうかを確認し,Fluorescein sodiumが非常にコントラストが高く・高輝度の画像を与えてくれることが判明した.組織細部の解剖学的脈管をトレースできるかどうかをみるため,ブタを使い胆道系および膵管に注入したFluorescein sodium溶液を注入することにより毛細脈管が描出されるかどうかを確認した.次にリンパ管など腫瘍転移ルート検索が可能であるかどうかを確認するため,臓器近傍に注入し,インドシアニングリーンおよび赤外線観察システムと同様のトレースが可能であるが,解像度に問題があることを確認した.次に腫瘍描出能力を検討するため,実際の手術中所見にて赤外線システムと本システムを比較検討して,従来よりわかっている肝腫瘍での腫瘍描出の差をサイズ,深度で比較検討し,両者のメリット・デメリットを明確化させた。さらにこのシステムを膵腫瘍に対して行った.これらのことより,限定的ではあるが本システムが肝胆膵領域に応用可能であることが示唆された.Auto-Fluorescence Imaging (AFI)という蛍光内視鏡ビデオシステムを肝胆膵領域における鏡視下手術に応用することを目的としている.視覚を中心とする腹腔鏡下手術においてはとくに腫瘍描出や脈管トレースができることは大きなアドバンテージとなる。これを実現するために生体内での蛍光コントラストを高めるための蛍光剤をいくつか試行している.これまで試行した中で、すでに臨床用の試験薬として使われているFluoresceinsodium蛍光剤が発色もよく描出されることを確認した.この方法によって切除区域のトレースだけでなく、脈管走行を確認できるかどうかをみるため、動物を使った手術にて確認中である.また、腫瘍描出能力を検討するため,実際の手術中所見にて赤外線システムと本システムを比較検討して,従来よりわかっている肝腫瘍での腫瘍描出の差をサイズ,深度で比較検討,症例を重ねることにより両者のメリット・デメリットをより明確化させた.現在、蛍光内視鏡としての新しい活用法として、腫瘍だけでなく虚血組織の描出が可能かどうかを現在実証中である.腫瘍を特異的に視覚化させる蛍光性抗体に関しては、描出に十分な集積性をたかめるべく、いくつかの抗体や投与量を検討中である.基礎的な動物実験にて,fluresceinsodiumを投与後に蛍光観察が十分可能であることが判明した.膵管・胆管・リンパ管すべてが腹腔鏡下にてAuto-Fluorescence Imaging (AFI)ファイバー観察による描出可能であり,Flurescein sodiumが鏡視下手術でも十分蛍光観察可能であることを確認した.また一方でAFIが表層型の肝腫瘍において描出することが可能であることを報告した(Minagawaら,Surgery 2011)が,肝表面とは違い周囲組織が不均一のことが多い胆道系・膵管における腫瘍の描出には腫瘍特異的な蛍光が必要とおもわれた.そのため,術中に視認を可能とするため,研究計画にあるとおり5ーアミノレブリン酸の投与によって腫瘍に自己蛍光をもたせ,胆道癌,膵臓癌患者においてAFIと5-ALA蛍光による多面的観察が可能であるかを確認した.平成24年度の当施設倫理委員会にて5ーアミノレブリン酸投与の臨床試験を開始した.まだ計画した症例数に達していないが,5ーALAは腫瘍にタイプによってよく蛍光するものとそうでないものがあり,さらに検討する必要があると思われた.しかしながら,AFIは5-ALAの画像から非特異的なものを除去判別することが可能であることが分かった.また,これまでの術中観察の経験にて,臓器の表面観察すると虚血部位が視認できることが判明した.腫瘍の視覚化そして臓器の血流確認という幅広い応用が可能であり,手術治療における根治度そして安全性の向上にAFI観察が貢献できることがわかった.内容の一部はInternational Association of Surgeons, Gatroenterologists and Oncologist 2012にて発表した.腫瘍特異性蛍光剤の投与はまだ動物実験レベルであり、臨床試験応用まで至っていない.24年度が最終年度であるため、記入しない。

すでに臨床的に使用されている蛍光剤を脈管走行確認によるAFI利用において活用して実証する.別波長の光源をつかってみることによって、これまでとは違った利用法を模索する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
白血病発症に関与する時計遺伝子の解明と革新的治療の開発

シフトワーカーに大腸癌、前立腺癌や乳癌の発症率が優位に高いことや、癌細胞では時計遺伝子発現の異常などの報告がされ、2007年にサーカディアンリズム障害を伴う交替制勤務がWHOから発がんのリスク因子に挙げられた。ヒトの様々な疾患とサーカディアンリズムとの関連が注目されているが、白血病との関連についての解析はほとんどない。そこで白血病細胞株や白血病患者検体を用いた時計遺伝子の解析を行うことにより、その白血病発症と時計遺伝子との関連や時計遺伝子を標的とした新規治療法の開発に着手した。ヒトの様々な疾患とサーカディアンリズムとの関連が注目されているが、致死的疾患である癌、特に白血病との関連についての解析はほとんど為されていない。生体内でサーカディアンリズムは臓器・細胞レベルに至るまで広く存在し、その機能について新たな知見が集積されている。白血病発症に関与する構成成分(時計遺伝子)の解析は、この調節機構が如何に破綻し生体内で白血病の発症に関わるのか、さらに広義の癌の発症に関わる課題も明らかになってくるものと思われる。我々は、当科に入院した急性白血病患者の初診時骨髄検体を用いて時計遺伝子群のmRNA発現レベルをreal time PCR法にて解析した(この研究は当院IRBにて審査され、患者の文書による同意を得ている)。Per1-3、Bmal1遺伝子は健常人骨髄に比べ発現低下し、一方でCry1,2、Clock遺伝子は発現増加していることが示された。さらに臨床的にはCry1/Per2比が予後予測因子と相関していることが明らかとなった。このように白血病患者の芽球において優位な時計遺伝子の変動を認められたことは、白血病発症機構に時計遺伝子およびその遺伝子産物によって調節される分子が何らかの役割を果たしていることを示唆するものである。さらに我々はG-CSFによる末梢血幹細胞動員時の白血球時計遺伝子の発現変化についても解析を行い、G-CSF投与により有意な時計遺伝子の変化があること(PER3,CRY2,BMAL1の低下、CRY1の増加)その変化は血中ノルアドレナリン濃度と相関関係があることが示された。末梢血幹細胞動員時に交感神経系を介して時計遺伝子の発現調節が行われていることを示唆する所見であり、サーカディアンリズムの観点から幹細胞採取効率化につながる方法を検討中である。上記の結果については現在論文投稿中である。2007年にサーカディアンリズム障害を伴う交替制勤務がWHOから発がんのリスク因子に挙げられた。シフトワーカーに大腸癌、前立腺癌や乳癌の発症率が優位に高いことや、癌細胞では時計遺伝子発現の異常などのエビデンスが報告された。ヒトの様々な疾患とサーカディアンリズムとの関連が注目されているが、致死的疾患である癌、特に白血病との関連についての解析は少数の報告しかない。サーカディアンリズムに重要な役割を果たしている時計遺伝子の発現について我々は当科に入院した急性白血病患者の初診時芽球細胞を用いて時計遺伝子群のmRNA発現レベルをreal time PCR法にて解析した。この研究により時計遺伝子であるPer1、Per2、Per3、Bmal1遺伝子は健常人骨髄に比べ発現低下し、一方でCry1,2、Clock遺伝子は発現増加していることが示された。これらの時計遺伝子の変化が白血病発症に与える影響について解析を行った。さらに正常造血幹細胞の末梢血幹細胞動員は骨髄内に存在する骨髄微小環境(ニッチ)から造血幹細胞が末梢血中へ移行する現象であるが、この動員機構にも時計遺伝子が関与していることが報告されている。骨髄微小環境を介した正常造血幹細胞と白血病幹細胞の関係を考慮すると腫瘍細胞自体の問題だけでなく、その周囲の骨髄微小環境におけるサーカディアンリズムの変化が病態の変化に関与している可能性もある。

シフトワーカーに大腸癌、前立腺癌や乳癌の発症率が優位に高いことや、癌細胞では時計遺伝子発現の異常などの報告がされ、2007年にサーカディアンリズム障害を伴う交替制勤務がWHOから発がんのリスク因子に挙げられた。ヒトの様々な疾患とサーカディアンリズムとの関連が注目されているが、白血病との関連についての解析はほとんどない。そこで白血病細胞株や白血病患者検体を用いた時計遺伝子の解析を行うことにより、その白血病発症と時計遺伝子との関連や時計遺伝子を標的とした新規治療法の開発に着手した。患者検体を用いた時計遺伝子の解析は既に予定通り進行している。さらに末梢血幹細胞動員時の白血球時計遺伝子の変化については興味深い結果が得られ論文投稿中でリバイスの結果待ちの状態である。つい最近の論文によれば時計遺伝子Bmal1やClockが急性骨髄性白血病の発症に関与していること、特に白血病幹細胞の分化と時計遺伝子の関係について遺伝子変異動物を用いた解析が報告された。(Puram et al. 2016, Cell 165,303-316)この論文には我々も当初から計画していたMLL-AF9白血病マウスモデルを扱っていることから、研究の新規性も考慮しPML-RARaをモデルとした研究に変更する方針である。血液内科時計遺伝子発現変化と白血病腫瘍化の関係について着目し、臨床検体を用いた解析から時計遺伝子の基本因子であるPer2, Bmal1,Cry1発現レベルと造腫瘍能について研究する。近年,遺伝子の転写制御についてヒストンの修飾によるクロマチンの構造変化(クロマチンリモデリング)が数多く報告されているが,時計遺伝子においてもその重要性が注目されている。ヒストンH3の4番目のリジン残基に特異的なメチルトランスフェラーゼであるMLL1はサーカディアンリズムをつかさどる時計遺伝子群の発現に必要な場の制御を行うことが報告された(Katada. Nat Struct Mol Biol. 2010)。MLL1は予後不良な11q23転座型白血病細胞から単離された蛋白であり、その代表的なMLL-AF9キメラ遺伝子の白血病発症機構における時計遺伝子の機能について検討する。
発育期損傷脳におけるニュ-ロンの可塑性に関する実験的研究

生後1日目及び60日目のラットの右大脳皮質を電気メスで広範に焼灼除去したのち、経日的に大脳と脊髄を組織学的に検索した。その結果1.一側大脳皮質を広範に除去しても長期生存可能であり、且つ生後1日目手術群では神経学的異常もほとんど認められなかった。また、2.脊髄後索の皮質脊髄路の有髄線維は、皮質除去側に対応する左側で、著しく萎縮し、且つ有髄線維の数の減少が見られるが、大径線維の数には差がなく、小径線維は日齢とともに漸次増加した。この皮質除去側に対応する左側脊髄後索の皮質脊髄路線維の起始ニュ-ロンを同定するため、生後1日目に右側大脳皮質を除去した成熟ラット、及び正常成熟ラットの左側頚髄にHRPを注入し、逆行性HRP法を行なうとともに、他のラットでは左側(健側)皮質にHRPを注入して順行性HRP法を行った。その結果、3.逆行性HRP法では、正常ラットではHRP陽性ニュ-ロンは右側大脳皮質の第V層に限局していたが、右側皮質焼灼除去ラットではHRP注入と同じ左側大脳皮質の第V層に限局して若干のHRP陽性ニュ-ロンが認められた。4.また、順行性HRP法では、正常ラットではHRP陽性線維の全てが延髄錐体部で交叉するが、右側皮質焼灼除去ラットでは交叉しないHRP陽性線維が少数認められた。さらに、生後7、14、28、56日目に右大脳皮質を焼灼切除したのち23ヶ月目に左大脳皮質にHRPを注入し、延髄の錐体交叉および頚髄の皮質脊髄路を順行性HRP法により観察した。その結果、5.生後7日目に手術したラットの延髄の錐体交叉部では、生後1日目に手術した群と同程度の同側性皮質脊髄路(HRP陽性)が形成されていた。また、生後14日目手術群、及び28日目手術群でも同側性皮質脊髄路の形成は認められたが、その程度は手術日齢とともに著明に減少し、生後56日手術群ではもはやその形成は見られなかった。生後1日目及び60日目のSDラットの大脳半球を電気メスにて広範囲に焼灼した.両群の処置ラットを,術後1ヶ月, 2ヶ月及び3ヶ月以上の時点で屠殺し,大脳及び腰髄の切片をHE, Nissle及びKB染色し,組織学的に検索するとともに,腰髄の一部はエポン包埋し, 1μ切片のトルイジンブルー染色標本として大脳皮質脊髄路の変化を検索した.一部の処置ラットには腰髄後索にHRPを注入し,残存ニューロンの可塑性を検索した.その結果, 1.一側大脳半球皮質を広範囲に焼灼したが,死亡したり,共喰いされるものはなかった. 2.各群とも術後軽度な運動障害と,脊柱の右側弯曲を示した.新生仔処置群では2週目でほぼ正常に歩行するようになったが, 60日処置群では3ヶ月後でも脊柱弯曲がみられた. 3.組織学的には(1)新生仔処置群の健側(左)

大脳半球は良好に発達し, 2ヶ月以後には大脳縦裂は処置側に著しく偏倚していた.また健側の大脳皮質幅は同日令対象群のそれよりも増大していた.しかし, 60日処置群ではこのような所見は乏しかった.(2)焼灼欠損部表面は上皮様組織で覆われ,襄状になっていた.(3)延髄錘体路は各群とも焼灼対応側が著しく萎縮を示した.4.脊髄では皮質脊髄路である後索腹側部に明らかな左右差がみられた.健側では軸索の密度,直径とも正常対象群と比較して明らかに増大していた.一方,処置対応側では軸索の密度は低下し,太いものと細いものが混在していた.この所見は新生仔処置群で特に顕著であり,またこの細い軸索は加齢とともに増加した. 5.脊髄後索にHRPを注入すると,両側の赤核と健側大脳皮質第V層のニューロンが染色された. 6.^3H・プロリン・オートラジオグラフィーは目下実施中である.新生仔ラット(生後24時間以内)及び生後60日目9ラットの右大脳皮貭を広範に電気燒灼した。昭和63年度は、このうち新生仔処置群の皮貭脊髄路及び赤核脊髄路の再生や発達を経日的に検索した。具体的には、(1)処置ラットの体重増加、皮射機能や運動機能の発達、(2)各日齢の処置ラットの腰髄のエポー包理lu切片のトイジンブルー染色標本にもとづく皮貭脊髄路の軸索の密度径の比較、(3)Golgi法による皮貭脊髄路及び脊髄前角ニューロンの突起の観察、(4)HRP法による皮貭脊髄路及び赤核脊髄路の可塑性の観察等を行なった。その結果、(A)体重増加は半球皮貭燒灼群が無処置対象群に比し有意に少かったが、原始皮射や粗大運動の発達面では両群間の差は軽度であった。ことに、運動機能は生後50日以後になると両群間の差は殆んどみられなくなった。(B)腰髄部の皮貭脊髄路の有髄線維は、皮貭燒灼側(右)に対応する左側で著しい数の減少がみられるが、個々の線維の径は対側及び無処置群のそれと差はなかった。(C)Golgi法による処置群の左半球皮偵及び脊髄前角のニューロンの検策では、樹状突起の分岐。伸展は各日齢とも無処置群のそれよりやや劣るものの、有意差はなかった。(D)各処置群の右側頚髄(健丈皮貭に対応)にHRPを注射すると、大脳皮貭におけるHRP陽性ニューロンは左半球皮貭の第V層に限局してみられる。ところが左側頚髄(燒灼半球に対応)にHRPを注射すると、同側の健丈皮貭に相当数のHRP陽性ニューロンが観察された。(E)赤核には左右ほぼ同数のHRP陽性ニューロンが存在した。以上の結果、新生仔期に右大脳皮質除去を行なうと、健丈な左皮質から同側脊髄及び対側赤核への新たな線維連絡が予想以上の規模で形成されることが明らかとなった。過去2年間の研究において、新生仔期にラットの右大脳皮質を広範に電気焼灼した場合には、左側大脳皮質から同側性の皮質脊髄路が可塑的に形成されてくるが、生後56日目のラットでは右大脳皮質を切除しても同側性の皮質脊髄路は形成されないことを明らかにした。平成元年度は、1.発育期の皮質脊髄路が、どの時期頃まで、可塑性を有するかを検索するため、それぞれ生後7、14、28、56日目に右大脳皮質を焼灼切除したのち、処置後23ヶ月目に左大脳皮質知覚運動野にHRPを注射し、延髄の錐体交叉および頸髄の皮質脊髄路を順行性HRP法により観察した。2.さらに、上記の同側性皮質脊髄路の起源を検索するため、生後1日目のラット16匹の右大脳皮質を切除し、述後3、7、10、及び14日目に、Aと同一方法で、延髄の錐体交叉および頸髄の皮質脊髄路を順行性HRP法により観察した。その結果、1.生後7日目に手術したラットの延髄の錐体交叉部では、生後1日目に手術した群と同程度の同側性皮質脊髄路(HRP陽性)が形成されていた。また、生後14日目手術群、及び28日目手術群でも同側性皮質脊髄路の形成は認められたが、その程度は手術日齢とともに著明に減少し、生後56日目手術群ではもはやその形成は認められなかった。
東日本大震災による大型津波の海浜性昆虫群集への影響と復元過程予測

東日本大震災による津波被害地域63地点において、津波前後の海浜甲虫相の個体数動態を調査した。24地点について津波前(2009, 2010年)と津波後(2012-2014年)の海浜環境の変化と甲虫類の個体数の増減を比較した。(1)砂浜が消失など大きな環境変化が起きた地点では、甲虫類個体数はほぼ消滅した。(2)部分的な環境改変地点は8割で回復していた。(3)環境変化のなかった地点では個体群は維持されていた。ケシガムシ類は環境指標種に適している。【目的】東日本大震災の大型津波が、海浜性生物の分布に与える影響に関して、日本の生物地理学的観点から調査を行った。1)津波前と13年後の海浜性昆虫群集を比較し、津波による群集の消失・縮小状況を記載し、2)現在、生存している群集の地理的遺伝的差異を記載し、群集消失地で新たな群集が形成された際の個体の由来(分散・移入の経路)を知るための基礎情報を集積。昆虫の生息環境である浜の海藻・海草塊(群集)の種構成を調べ、3)海藻・海草塊の種構成変化が昆虫群集の形成過程へ与える影響をみることである。【実施内容】(1a)津波被害地域とその周辺地域について調査をおこなった。津波前と2012年、13年に調査を行った計55地点のうち20地点(北海道太平洋海岸4地点,青森県2、岩手県7、宮城県7)において海浜性昆虫および打ち上げられた海藻・海草塊を採集した。調査時期は7月13日から11月3日まで。採集された昆虫、海藻・海草は種レベルまで同定を行うため、乾燥標本の作製を行った。(1b)津波が海浜性昆虫群集に与えた影響記載の精度を高めるため、過去の情報を「博物館所蔵標本の調査」を千葉県立中央博物館、青森県郷土資料館において行った。【意義と重要性】津波後、3年目の海浜性昆虫の生息・分布データの収集は本研究の重要なデータであり、そのデータが本年度において問題なく集められたことは、幸いであった。また申請時には十分に予測できなかったことであるが、東北地方の沿岸部の津波対策として、防潮堤、砂浜地での盛土などの防災事業が急速に進んでおり、特に大規模防潮堤が砂浜域に設置された場合、津波前の海岸環境とは異なる人工環境が創成されることとなる。多くの海浜性昆虫個体群が地域的に絶滅する可能性が高くなっており、生物多様性保全学のアセスメント、モニタリングとしての意義もある本研究の重要性が一層増したと考えられる。【目的】東日本大震災の大型津波が、海浜性生物の分布に与える影響に関して、生物地理学的観点から調査を行った。昆虫の生息環境である浜の海藻・海草塊(群集)の種構成を調べ、3)海藻・海草塊の種構成変化が昆虫群集の形成過程へ与える影響をみることを目的とした。津波前調査を行った地点を含め、計約55地点(北海道9地点,青森県5、岩手県11、宮城県10、福島県3、茨城県6、千葉県11)において海浜性昆虫および打ち上げられた海藻・海草塊を採集した。調査時期は6月23日から8月8日まで。(1b)津波が海浜性昆虫群集に与えた影響記載の精度を高めるため、過去の情報を「博物館所蔵標本の調査」を岩手県立博物館、青森県郷土資料館において行った。【意義と重要性】津波後、2年目の海浜性昆虫の生息・分布データの収集は、本研究の最も重要なデータであり、本年度においてデータが問題なく集められたことは、幸いであった。津波直後のデータの生物地理学的、生物多様性保全学的意義は大きく、将来の研究の原点となる。また申請時には予測できなかった防潮堤、砂浜地での盛土などの防災施設の建設事業が急速に進んでおり、特に大規模防潮堤が砂浜域に設置された場合、津波前の海岸環境とは異なる人工環境が創成されることとなり、海浜性昆虫個体群が地域的に絶滅する可能性が高くなっており、生物多様性保全学のモニタリングとしての本研究の重要性が一層増したと考えられる。東日本大震災による津波被害地域において、津波前後の海浜性昆虫相(甲虫類)の変化を調査した。

調査地点は総数53(のべ津波前29、後87地点)、うち25地点(青森6箇所、岩手8、宮城9、福島2)で詳細な比較を行った。採集された甲虫類は6科77種。環境指標種は、ケシガムシ類、エンマムシ類、ハマベゾウムシとした。海浜環境変化は、津波により(1)著しく変化、消失、(2)部分的変化、(3)変化無にレベル分けした。レベル(1)は8地点あり、いずれも指標種は津波後消失し復元しなかった。レベル(2)は11地点あり、砂浜が縮小される変化が多い。指標種のケシガムシでは、2012年に個体数が一旦減少し2013,14年に津波前と同様に回復(1地点)、個体数減少(2地点)、増加(3地点)であった。レベル(3)は6地点で、ケシガムシでは、津波後に個体数が一旦減り増加(3地点)、そのまま減少(1地点)、個体数が増え減少(1地点)、そのまま増加(2地点)であった。ケシガムシ類は、様々な増減パターンが見られたが、一定量の餌資源(打上海藻)が供給されば、津波前同様まで個体数回復することが示唆された。エンマムシは飛翔能力が高く、レベル(2-3)で一定数の個体を見ることができ餌資源(海鳥などの死体)が供給されれば、ケシガムシ同様に回復が示唆された。ハマベゾウムシは、飛翔せず移動力が低く、餌資源のアマモ(打上塊)が津波で影響を受けたこともあり、著しく個体数を減少させ回復していないことが示唆された。大型津波の海浜性甲虫類への影響は不明であったが、津波による環境撹乱を経ても多くの種、個体群が回復することが示された。しかし、砂浜の消失や人工物(防潮堤など)の設置よる海岸環境の大改変には対応できず回復が不可能であることが示された。種によって津波環境変化への反応も異なり、海浜甲虫類が環境指標種として重要であることが示された。昆虫分類学当初計画では60地点を調査する予定であったが、昨年度55地点の調査が行われ、本年度はそのうちの20地点の詳細な調査がなされ、ほぼ順調に計画通りに進んでいる。多くの津波被災地では、海岸線に立ち入りができない地点も多く、致し方ない状況であった。標本の同定については、問題なく行われている。計画では60地点を調査する予定であったが、55地点の調査が行われ、ほぼ順調に計画通りに進んでいる。津波被災地では、海岸線に立ち入りができない地点も多く、致し方ない状況であった。標本の同定については、東北地方の博物館2カ所に関して行い、問題なく行われている。遺伝的変異のデータ収集は順調であるが、解析については、初年度のため、解析を始めたところである。遺伝的変異の成果はまだ見えていないが、次年度以降の解析業務が主であるため計画の進捗状況としては問題ない。震災復興事業で、防潮堤等の建設が始まると現在よりも海岸域への立ち入りが制限される可能性があり、調査地の減少が予想される。その場合は、調査可能地点のより詳細なデータの収集により、研究精度の劣化の無いよう検討する予定であう。平成25年度は、上記平成24年度の調査・研究を再度行い、前年及び津波前の状況と比較、検討する。特に前年の調査実態に応じ、調査地の変更や調査地点数の変更を検討する。遺伝的変異の推定に関しては、研究を遂行する過程で前述の領域だけでは変異に乏しく解析が困難であると判断される場合、同じくミトコンドリアDNA ND2遺伝子の一部を計画している。この領域は、Cox1ほど一般的に用いられる領域ではないが、研究分担者の小林がいくつかの甲虫の系統解析及び系統地理解析に成功しており、十分な遺伝的変異の検出が見込まれる領域である。また、飛翔力が高いガムシなどは、津波影響後に新たに個体群を形成している可能性がある。
化学発光を利用する微量金属元素の高感度分離分析に関する研究

化学発光法を分析に利用する際、分析対像物への選択性が最も大きな問題点である。そこで化学発光を検出器とした分離分析システムを考案し、より効果的な定量法を開発することに目的を置き本研究を遂行した。目的達成のための第一段階として、ルミノ-ル/H_2O_2の化学発光反応系に対する各種金属元素の触媒としての増感効果に関して集中的に検討した。選択した金属元素は、コバルト(II)、銅(II)、鉄(III)など主に遷移元素である。その結果、増感効果の度合いはコバルト>マンガン>,鉄>銅>金>カドミウム>ニッケル>セリウムの順であった。それぞれの検出限界を求めたところ、コバルトについてはこれまでの報告された結果に比べ劣る結果となった。このことについて種々検討したところ今回われわれが設計したフロ-系が2流路であったため、ルミノ-ル、H_2O_2そして金属イオンが均一に混合されないまま化学発光検出器へ導入されたためであることが推測された。これを改良するためにはフロ-系を3流路とし、まずルミノ-ルとH_2O_2を混合させた直後、金属イオンを添加させるようなフロ-系を組み立てなければならないと考えられる。ランタン、セリウム、サマリウムなど6種類の希土類元素について検討したところ、セリウムについてのみ増感効果が現れたところから多量希土類中のセリウムの選択的定量が可能であると考えられる。また本研究で得られた結果から、コバルト、鉄、ニッケル、銅及び亜鉛のポストカラム法による同時定量が可能であることが分かった。さらに貴金属元素の中の金について検討したところ、約5ppmまでは検出可能であり、現在さらに低濃度まで検出できるよう引き続き検討中である。
応力誘起変態を利用した微小領域表面損傷評価法の研究

ディスク(SUS304)を1020°Cで焼入れし,酸化膜を10%の塩酸により酸洗いで除去した.このディスクをダイヤモンド圧子(先端半径r=0.1mm,0.2mm,0.8mm)で垂直荷重0.5,1.0,1.5,2.0Nのもとで繰返し摩擦させた場合の塑性変形箇所の磁気力による変位量(鉄針の摩擦こん表面上1μmの位置での磁気力による変位量)を測定した.また,摩擦こんに垂直な断面曲線から摩擦こん断面積の形状変化と摩擦方向の断面曲線から微細条こんの形状変化から微少な塑性変形量を求め,繰返し接触回数に対する磁気力による変位量変化との対応関係を調べた.その結果,次のようなことが明らかになった.1.荷重を変化させた場合,同じ繰り返し回数に対してWが大きくなるほど磁気力による変位量が大きくなる.2.圧子の先端半径Rを変化させた場合,同じ繰り返し回数に対してもRが小さくなるほど磁力による変位量が大きくなる.3.摩擦方向に垂直な摩擦こん断面積の増加とともに磁力による変位量が増大する.また,同じ摩擦こん断面積であれば,Rが小さい方が磁力による変位量が大きくなる.4.摩擦方向の相対的な微細条こん平均断面積はWが大きいと減少し,磁力による変位量が増大する.5.圧子の先端半径Rを変化させた場合,Rが小さい方がビッカース硬さHVの繰り返しによる上昇の度合いが大きくなる.また,同じ荷重ではRが小さいほど摩擦係数は大きくなる.6.R=0.8mmの圧子でW=0.5Nのときのみヘルツの最大圧力Pmax/HVが1より小さくなり,弾性接触となる.なお,このときには初期の磁気力による変位量は小さいが,ある繰り返し回数になると急に大きくなる.その他の場合,Pmax/HV>1となり,最初の接触状態から塑性接触になる.ディスク(SUS304)を1020°Cで焼入れし,酸化膜を10%の塩酸により酸洗いで除去した.このディスクをダイヤモンド圧子(先端半径r=0.1mm,0.2mm,0.8mm)で垂直荷重0.5,1.0,1.5,2.0Nのもとで繰返し摩擦させた場合の塑性変形箇所の磁気力による変位量(鉄針の摩擦こん表面上1μmの位置での磁気力による変位量)を測定した.また,摩擦こんに垂直な断面曲線から摩擦こん断面積の形状変化と摩擦方向の断面曲線から微細条こんの形状変化から微少な塑性変形量を求め,繰返し接触回数に対する磁気力による変位量変化との対応関係を調べた.その結果,次のようなことが明らかになった.1.荷重を変化させた場合,同じ繰り返し回数に対してWが大きくなるほど磁気力による変位量が大きくなる.2.圧子の先端半径Rを変化させた場合,同じ繰り返し回数に対してもRが小さくなるほど磁力による変位量が大きくなる.3.摩擦方向に垂直な摩擦こん断面積の増加とともに磁力による変位量が増大する.また,同じ摩擦こん断面積であれば,Rが小さい方が磁力による変位量が大きくなる.4.摩擦方向の相対的な微細条こん平均断面積はWが大きいと減少し,磁力による変位量が増大する.5.圧子の先端半径Rを変化させた場合,Rが小さい方がビッカース硬さHVの繰り返しによる上昇の度合いが大きくなる.また,同じ荷重ではRが小さいほど摩擦係数は大きくなる.6.R=0.8mmの圧子でW=0.5Nのときのみヘルツの最大圧力Pmax/HVが1より小さくなり,弾性接触となる.なお,このときには初期の磁気力による変位量は小さいが,ある繰り返し回数になると急に大きくなる.その他の場合,Pmax/HV>1となり,最初の接触状態から塑性接触になる.
複合材料構造の損傷による最終強度劣化と損傷解析手法の開発

繊維強化複合材料は,層間剥離やマトリックスクラックなどの二次的な損傷が連成して最終破壊を引き起こすので,初期損傷を設計でどのように取り扱うかは複合材料構造設計での最重要課題となっている。本研究課題では,実験により複合材料内の損傷発生、進展と最終強度の関係を明らかにし,破壊シミュレーション手法を駆使することにより破壊原因を特定することを目指して研究を実施した。数値解析では結合力モデルと圧縮破壊モデルを用いた損傷解析における問題点と可能性の検討と拡張有限要素法による剥離モデル化の検討を行った。この中で圧力容器の損傷からの破壊メカニズムの研究と圧力容器設計に関する設計指針衝撃損傷と損傷板の圧縮強度劣化に関する研究積層板の円孔周り応力集中部での圧縮破壊現象の研究接着界面の振動応力特異性と破壊メカニズムの四つのテーマを中心に研究を進め,得られた知見を7編の雑誌論文に発表した。破壊メカニズムと強度の推定のためには,損傷解析ツールが重要であるが,そのためには,安定に解析結果が得られる定式化が不可欠であり,その方針での研究を進めた。ただし拡張有限要素法を駆使することを初期に考えたが,応力解析結果から損傷領域と非損傷領域の境界を陽に導くことの困難さを実感させられ,拡張有限要素法による解析ツールの開発に関しては成果は不十分となったが,ガウス点ごとに損傷を表す手法を発展させ,応用した。拡張有限要素法と同様,この方法でも要素境界と関係なく損傷域を表すことができることを示し,この手法を応用することで複合材料損傷問題のシミュレーションを実施した。損傷解析の一つの方向性を示すことができたと考える。この手法は動解析にも応用でき,損傷の不安定な進展が伴う場合にも有効であることを示した。繊維強化複合材料は、層間剥離やマトリックスクラックと言った二次的な損傷がときに連成して思わぬ強度低下を引き起こす。したがって初期損傷を設計でどのように取り扱うかはいまだ複合材料構造設計での最重要問題である。この問題を明らかにするためには、実際に起こる初期損傷の最終破壊にいたるメカニズムを知ることが重要となる。本年度は、損傷解析手法に関しては、結合力モデルの損傷解析における問題点を明らかにするために・要素内の積分点数の影響・結合力要素とその近傍のみ自由度を上げることの効果・結合力の結合力-相対変位関係と解の収束に関して考察した。結合力要素内の積分の精度をあげることにより計算の収束が若干よくなることが分かった。また、クラック面内の節点数だけを増やすことにより全体の自由度を大きく節約できて計算効率を高めることが可能であることを見出したが、さらに損傷面だけの節点数を増やすだけでは不十分で損傷面と直角方向の自由度も重要であることが分かった。また、市販の有限要素プログラムを用いる場合、結合力の仮定と解の収束の間には、確とした関係は見られず、結合力と相対変位間の関係が滑らかであるモデルの方が、収束が滑らかとなる傾向がある程度である。収束と結合力の関係式の関係に関してはさらなる研究が必要であることが明らかになった。自作の試験片に関して準静的な集中荷重を与える実験を行い、損傷を発生させ、損傷を観察した。荷重点付近では剥離がなくその周囲に剥離部が広がる傾向があることとトランスバースクラックを介して層上下の層間剥離が連なっていることが見出された。この問題を明らかにするためには、初期損傷から最終破壊にいたるメカニズムを知ることが重要となる。

本年度は、昨年に引き続き、損傷解析手法に関しては、結合力モデルの損傷解析における問題点を明らかにするために・要素内の積分点数の影響・結合力要素とその近傍のみ自由度を上げることの効果・結合力の結合力-相対変位関係と解の収束に関して考察した。クラック面内の節点数だけを増やすことにより全体の自由度を大きく節約できて計算効率を高めることが可能であることを昨年度に見出したが、これを全てのクラック問題に適用することができるように破面にのみ自由度数を変更させる機能を持たせる新しい手法に挑戦している。また、市販の有限要素プログラムを用いる場合、結合力の仮定と解の収束の間には、確とした関係は見られず、結合力と相対変位間の関係が滑らかであるモデルの方が、収束が滑らかとなる傾向がある程度である。収束と結合力の仮定の関係に関して研究をつづけている。圧縮荷重下での様々な損傷の進展に関して引き続き実験と解析を行い、このメカニズムを明らかにするとともに、損傷進展過程のシミュレーション手法に関して研究を続けている。繊維強化複合材料は、層間剥離やマトリックスクラックと言った二次的な損傷がときには連成して思わぬ強度低下を引き起こす。したがって初期損傷を設計でどのように取り扱うかは複合材料構造設計での最重要課題である。損傷解析手法に関しては、界面破壊のシミュレーションのための結合力モデルと圧縮破壊のモデル化のための弾性率を減少させる損傷モデルを用いた損傷解析における問題点と可能性の検討と拡張有限要素法の剥離モデル化の検討を引き続き行った。3層界面破壊要素を提案し、クラック近傍の変形の自由度を上げることにより若干だがスムーズな損傷進展を実現でき、クラック先端部の応力の表式が損傷進展解析において本質的な条件であることを明確にできた。損傷からの破壊メカニズムに関する研究として、いくつかの課題について実行した。複合材料製圧力容器に関してはマイナーな損傷が重大な繊維破壊を引き起こすメカニズムを明らかにし、圧力容器設計に関する指針を示すことができた。複合材料積層板の円形孔周りの応力集中部からの破壊に関して実験を実施し、様々な損傷の累積過程が現れることを示した。損傷の発生が試験片ごとに異なりその後の損傷累積過程に大きく影響する。応力集中部の大きさも圧縮による損傷発生に寄与する。動的効果を考慮した解析を行い、実験結果をある程度説明できたが、損傷発生の体積効果を考慮した損傷解析手法を開発することは今後の課題としたい。また拡張有限要素法を剥離した複合材料板に応用し、剥離のモデル化に有効であることを示した。