hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電気・電子機器の電磁環境最適設計技術の開発

初年度の研究では、ケーブルからの電磁波の放射特性を調べる電磁界解析プログラムや電磁波吸収体、電磁シールドの設計プログラムを作成した。ケーブルからの電磁波の放射特性に関しては、同軸ケーブルに空隙を設けた場合の空隙の寸法と放射量・周波数の関係、放射を抑制するために取り付けるフェライトコアの長さや厚みに対する吸収効果を把握することができた。電磁波吸収体の設計に関しては、多層型電磁波吸収体の材料定数を最適化するアルゴリズムとすることで所望の周波数帯域の電磁波を吸収することが確認できた。また、一層型吸収体に空孔を設け、その配置を最適化するアルゴリズムとすることで、所望の周波数の電磁波を吸収することが確認できた。電磁シールドの設計に関しては、ガラス板に導体パターンを貼り付け、そのパターンを最適化するアルゴリズムとすることで、所望の周波数の電磁波を遮蔽することが確認できた。次年度は、測定による検討及び電磁波吸収体・電磁シールドの製作の容易性も設計要素に加える検討を行った。測定による検討では同軸ケーブルに空隙を設けた場合の空隙寸法に対する伝送特性の変化を調べ、シミュレーション結果と同様に空隙の大きさや周波数に応じて変化することが確認できた。また、遮蔽特性が明らかとなっている既製品の電磁波遮蔽シートの遮蔽特性を測定したところ、所期の遮蔽性能を得ることができた。電磁波吸収体・電磁シールドの設計に関しては製作の容易性を目的関数に加えることで吸収・遮蔽特性のみを評価した場合よりも吸収・遮蔽特性は若干劣るものの、製作が容易と考えられる配置が得られることが明らかとなった。なお、空孔・導体板の配置と吸収(透過)量・周波数の関係を明らかにすることはできなかったが、吸収体の材料定数・厚さの変化に対する吸収(透過)量・周波数の変化を把握することができた。本研究では、ケーブルから放射される電磁波を検討するためにFDTD法により解析を行うことにした。まず理論解のわかる方形同軸線路の解析をFDTD法により行い、インピーダンスの計算誤差が少ないことが確認できた。次に、実際のケーブルからの電磁波放射を想定するために、同軸線路外導体を網目状にして解析を行った。また、外導体のないワイヤーハーネスをツイスト加工していない場合についても解析を行い、放射率や放射されやすい周波数帯域を調べることができた。また、ケーブルにフェライトコアを取り付けた場合の解析を行い、フェライトコアの長さや厚みに対する吸収効果を把握することができた。本研究では続いて、所望の周波数の電磁波を透過・吸収させる電磁波吸収体の設計をシミュレーションにより検討した。まずは理論解のわかる1層型の誘電性吸収体、磁性吸収体の吸収特性をFDTD法により求めた。その結果、理論解とほぼ一致することが確認できた。次に、吸収体を5層型として、それぞれの層の材料定数を遺伝的アルゴリズムにより決定することで510[GHz]の電磁波を吸収させる吸収体の設計を試みた。その結果、510[GHz]の吸収特性は1層で設計した場合よりも大幅に改善できることが確認できた。また、1層型吸収体の表面に導体パターンを貼り付けたり、1層型吸収体に空孔を設けることで所望の周波数を透過・吸収させることを試みた。なお、導体パターンや空孔の配置を決定するために遺伝的アルゴリズムを用いた。その結果、所望の周波数の電磁波を透過・吸収できることが確認できた。以上のように本年度の研究では、ケーブルから放射される電磁波量及び周波数帯域をFDTD法シミュレーションにより調べることができた。また、電磁波放射を抑制するための電磁波吸収体をFDTD法と遺伝的アルゴリズムにより設計できることをシミュレーション上で確認できた。本年度の研究では、まず同軸ケーブルの空隙から放射される電磁波を評価するために昨年度作成したシミュレーションプログラムと測定結果の比較を行った。

信号発生源であるトラッキングジェネレータとスペクトラムアナライザ間を健全な同軸ケーブルでつないで伝送電力を測定し、続いて空隙を設けた同軸ケーブルの伝送電力を測定することで伝送率を求めた。その結果、シミュレーション結果と同様に高周波になるほど伝送率が低減する、空隙が大きくなるほど伝送率が低減することが確認できた。次に、遮蔽性能が明らかとなっている既製品の電磁波遮蔽シートの遮蔽特性の評価を試みた。トラッキングジェネレータで発生させた信号を送信アンテナから放射し、受信アンテナで受信した信号をスペクトラムアナライザで測定した。その結果、所期の遮蔽樽性を得ることができた。また、昨年度の研究に引き続き、所望の周波数の電磁波を吸収させる空孔配置型電磁波吸収体、所望の周波数の電磁波を遮蔽する導体板配置型電磁シールドの設計をシミュレーションにより検討した。本年度は昨年度作成した設計プログラムにおいて、製作の容易性を目的関数として加えた多目的設計プログラムとした。その結果、吸収・遮蔽特性のみを評価した場合に比べ、吸収・遮蔽特性は若干劣るものの、製作が容易と考えられる配置が得られることが明らかとなった。なお、空孔・導体板の配置と吸収(透過)量・周波数の関係は明らかにすることはできなかったが、吸収体の材料定数・厚さの変化に対する吸収(透過)量・周波数の変化を把握することができた。以上のように本年度の研究では同軸ケーブルの伝送特性をシミュレーションプログラム、測定により評価することができた。また、製作が容易と考えられる空孔配置型電磁波吸収体・導体板配置型電磁シールドを設計できることをシミュレーション上で確認できた。
非抗原性ブタ気管細胞外マトリックスを用いた異種気道手術材料の開発

呼吸器系手術において生じる気管、気管支レベルでの気道欠損において欠損部または過切除範囲を補填しこれを可能にする医療材料、技術未だ十分とは言えない。ブタ気管細胞外マトリックス(CM) (Conconi MT,et al. Transpl Int 2005)が抗原性を有さずかつ臨床応用の可能性があることに注目し、平成24年度の科研研究を通して、ブタ由来ECMパッチが気道修復材料として使用可能だと示した。実臨床においては管状構造(tubular)としての材料が必要とされる場面は多いため、本研究では管状ECMが臨床で応用可能か、かつ前回の研究課題であったECM上の上皮化の促進が図れるのかについてである。全身麻酔下にイヌ気管を長さ4cm(気管軟骨6リング)に管状切除し、切除部位へ3cmのtubularECMを移植した。この時に内腔狭小化を防ぐためにシリコンチューブ(デューモンチューブ&reg;:原田産業株式会社気管用TDストレート型長さ4cm外径12mm)を内腔へ留置した。尾側、頭側を端々吻合し手術を終了した。1匹に行い術後経過は特に問題なく、3カ月経過したが特にトラブルは認めない。今後の改善点としてはレシピエントとなるイヌ気管は径が細く、移植するtubularECMは径がイヌ気管に比べ太く口径差があることだがこれは吻合方法を工夫することで改善が期待できる。麻酔方法も改善すべき点であり、麻酔維持を吸入薬のセボフルレンで行っているが、移植の際に挿管チューブを外す必要があり、プロポフォールにて維持を行う完全静脈麻酔が必要と考えられた。現在1年を通して移植実験を1匹でしか行えておらず、やや遅れている状況である。麻酔方法の確立や施設、他業務の多忙のため実験の時間を十分に用意することができずこのような状況となっているが、新年度からは実験日を確保することができるために改善が期待できる。今年度中にtubularECMの作成を引き続き行い計12本を作成する。tubularECMを用いたイヌへの異種移植を行い、経過が問題なければECM上の組織生検を行い宿主の反応、マトリックス上の上皮化を検討する。それと同時にイヌを犠牲死(1,3,6,12, 24ヶ月)させ組織学的にマトリックス上の反応、変化(粘膜再生、血管新生など)を評価する。(理由)イヌを用いた実験の回数が少なかったことがに予定していた使用額に届かなかった理由と考える。(使用計画)実験完遂を目指すために必要なビーグル犬の購入及び、薬品、物品の購入を行う。
内視鏡外科修練に関する全国サーベイおよび修練プログラムモデルの開発

本研究では一般外科領域で広く普及したものの、体系的な修練システムが確立しておらず、その修練環境についても未だ実態が把握されていない本邦の内視鏡外科手術修練の現状を調査し、新たな修練モデルを開発することを目的とした。具体的には以下の3つの目的を柱とした研究が進行中である。1).内視鏡外科修練状況および手術手技習熟度を調査する全国サーベイを実施する2).サーベイから得られたニーズに基づく内視鏡外科修練プログラムモデルを開発する3).修練管理システムにより内視鏡外科修練プログラムを実施し有用性を検討する平成30年度研究計画は「A).全国サーベイのためのアンケート項目作成、およびB).全国サーベイ実施、データ収集および解析」であった。研究は計画通り進行し、日本内視鏡外科学会教育委員の協力により全国サーベイのための詳細なアンケート項目が作成された。さらに平成30年78月にかけて日本内視鏡外科学会卒後10年目以下の会員約2600人を対象に「内視鏡外科修練に関する全国サーベイ」の実施を完了した。アンケート回答は紙媒体郵送およびオンラインシステムの2つの手法を用いることで高い回答率の確保を図った。最終的な回答率は28.5%であった。アンケート結果からは現在の日本国内の若手外科医の内視鏡外科修練状況、内視鏡外科手術経験と自己評価による習熟度が明らかになった。サーベイデータの解析結果は平成30年12月6日に福岡で開催された日本内視鏡外科学会学術集会中、本研究結果を報告する特別企画にて報告された。上記研究実績概要への記載のごとく、平成30年度研究計画にある「A).全国サーベイのためのアンケート項目作成、およびB).全国サーベイ実施、データ収集および解析」はすでに終了しており、さらに本研究の協力学会である、日本内視鏡外科学会学術集会においてその解析結果を報告済みである。平成30年度研究計画にある「A).全国サーベイのためのアンケート項目作成、およびB).全国サーベイ実施、データ収集および解析」は予定通り終了した。平成31年度研究計画である、「内視鏡外科基本知識・手技プログラム開発」および「内視鏡外科手術別修練プログラムモデル開発」については現在、その開発を進めるために国外の既存プログラム情報、国内外科関連学会提供の情報、外科教育領域の論文情報を収集しながら、国内の現状に合わせたプログラム原案を検討中である。プログラム開発の後には平成32年度の研究計画である「修練管理システムによるプログラム実施および有用性検討」を行い、本研究の最終的な目的達成に繋げる。平成30年度から平成31年度への繰越金額は267,152円であった。この繰越金は当初支払い予定であった、全国サーベイのアンケート発送・回送作業代119,756円の請求及び郵送に関わる切手代等の支払いが遅れたために生じたものであり、平成31年度に使用予定である。平成31年度以降の予算については概ね計画通り使用予定である。
企業における人的資本投資と株主による監視との関係についての実証分析

本研究の目的は、企業の人的資本投資と株主による経営者監視との間のトレードオフ関係を実証分析することである。大規模データ分析から、人的資本を重視する企業は、内部資金確保のため利益調整を節税の方向で行うこと、内部資金積み増しとともに株主への還元額も高めに設定していることが実証的に見出された。また買収防衛策に関する分析から、人的資本投資の中には経営者保身を動機とする投資が存在する可能性が示唆された。不完備契約理論における経営者努力の重要性、大株主によるガバナンス機能などの株主ガバナンスのあり方、人的資本や無形資産などと研究開発投資、資源ベースの経営戦略論などの各分野における先行研究を幅広くレビューし、人的資本の重要性の高い企業においては、経営者の自由裁量と株主による監視とがトレードオフを起こす可能性を理論的に示すことで実証分析に向けての検証仮説を構築した。次に東証1部上場企業で特定の産業(技術革新の激しい電気産業、化学産業など)に絞り、小規模サンプルでのパイロット・スタディーを実施し、株主の属性メジャメント、人的資本のメジャメントなどの変数のあり方について検討した。また人的資本の重要性が鍵となる状況の一つとして買収防衛策導入時を選定し、人的資本の重要性が高い企業においては、買収防衛策導入は返って株主の利害を促進するとの仮説を検証することとした。そこで買収防衛策導入時の株価反応を分析する目的でサンプルを収集し、イベント・スタディを実施した。目下の実証結果は、人的資本の重要性が高い企業において買収防衛策導入は株主価値を促進するというよりも、むしろ人的資本に過剰投資している企業が買収防衛策を導入する可能性を示唆している。内生性の問題は別として、人的資本の二面性(企業価値向上に繋がる面と経営者エントレンチメントに繋がる面)を確認する分析結果となった。最後に包括的な分析用データベースの構築に向けて、直近まで過去10年間の全上場企業の企業別・年度別パネル・データベースを整備しつつある。平成22年度の研究成果としては以下の2点である。第一の成果は、人的資本の多寡が重要になると想定される状況の一つとして買収防衛策導入に着目した実証分析を完了した。すなわち人的資本の重要性か高い企業が買収防衛策を導入すると株主価値を促進するのか、あるいは逆に毀損するのかを問う仮説を、買収防衛策導入アナウンスメントに対する株価反応データを用いたイベント・スタディにより検証した。得られた実証結果は、人的資本の重要性が高い企業が買収防衛策を導入すると株主価値をより毀損することを示しており、人的資本投資の中には経営者の保身を動機とする非効率的な投資が含まれている可能性を示唆している。第二の成果は、これまで整備した人的資本、企業統治、企業業績に関するパネル・データを用い、人的資本を重視する企業の資金調達行動、株主との利害調整について新たな知見を得ることを目的とした研究を推進したことである。目下の実証結果によれば、人的資本を重視する企業は、価値評価が困難であるという人的資本の特性から外部資金調達よりも内部資金に依存せざるを得ないが、そのために利益調整を節税の方向で行う、すなわち裁量的な会計発生高を活用して課税対象利益を抑制する傾向があることが見出された。また人的資本への投資のために内部資金の残高を高めると、経営者の自由裁量範囲の拡大に伴ういわゆるフリー・キャッシュ・フローのエイジェンシー・コスト(Jensen(1986))が主に株主投資家により懸念されるが、実際には人的資本を重視する企業は、内部資金積み増しとともに株主への配当などの還元額も高めに設定していることが実証的に見出された。本研究の目的は、経営者の企業特殊的な人的資本投資と株主による経営者への監視との間のトレードオフ関係がどのように生じ、かつ解決され得るかを実証的に明らかにすることである。ここでのトレードオフ関係とは、株主による経営者への監視は企業の経営効率を高める機能を持つが、他方、株主の監視機能が強すぎると、企業価値にとり重要な経営者の人的資本投資へのインセンティブが阻害されてしまう可能性があるという点である。平成23年度の研究成果としては、これまで整備した人的資本、企業統治、企業業績に関するパネル・データを用い、人的資本を重視する企業が株主との利害調整をどのように行うかを明らかにすることを目的として配当政策に関する実証分析を推進したことである。具体的には、人的資本への投資活動を維持するために資金の保有水準を高めるとともに、株主への配当を抑制するという「情報の非対称性仮説」を、一方で、人的資本を重視する企業は、資金の保有水準を高めるとともに株主へより多くの配当を支払うという「配当の利害調整仮説」を設定した。さらに、この仮説を検証するために、平成11年度から平成19年度までの9年間における製造企業をサンプルとして、資金保有割合および配当割合を被説明変数とし、人的資本重要度の代理変数である研究開発費売上高比率を説明変数とした重回帰分析を行った。その結果、人的資本が重要である企業においては、資金保有割合が高く、株主への配当割合も高いことが確認された。
福祉系高校における職業と大学への接続

福祉系高校生と卒業生及び教員への調査から、福祉の目的が明確な生徒は授業や実習に意欲的であり、福祉系の就職や進学を選択して社会福祉分野で中核層を形成していることが明らかになった。福祉系以外に進んだ生徒も高校福祉教育の意義を評価していた。従って、福祉系高校では生徒の個別性や高校タイプ及び地域性に配慮して、高校教育と大学教育の接続性や地域との緊密な連携を図る事が重要である。急速に進展する日本社会の少子高齢化に対応する専門高校として創設された福祉系高校を研究対象として、職業と大学への接続教育に関する研究を行った。概要は以下の通りである。1.情報収集と研究課題の明確化。国内外の文献研究及び情報収集を行い、福祉系高校における介護福祉従事者養成の実際が「社会福祉士及び介護福祉士法」改正により大転換した現状を把握した。2.福祉系高校生に対するアンケート調査の分析。福祉系高校生の進路選択に関してSPSSを用いて詳細な分析を行い、(1)実習経験にみられる「福祉志向・能動」「現実直面・内省」因子が,福祉系進路(福祉就職・福祉進学)への選択行動を強化する.(2)女子・入学動機の明確な者・資格取得高校生は,何れも能動的で内省的な実習を行い,入学から卒業まで福祉系進路希望を維持する.(3)どの属性においても、進路希望変更の時期は2年実習後から3年実習前の間が最も顕著でありリアリティショックによる葛藤体験や内省行動をリフレクションによって再学習に結びつける営みの重要性が明らかになった.3.高大接続教育によるサービスラーニングの推進。高校生と大学生の協働による「ふくしの学びと仕事」DVD制作を通して高大接続による社会福祉教育としてのサービスラーニングの先駆的実践を推進した.4.海外フィールド調査及び比較研究。グローバルな研究的視点からオーストラリアにおけるデュアルクレジットシステムのフィールド調査を行い、日本の高大接続教育との比較を行った。本研究では、福祉系高校における職業と大学への接続を検討することを目的として、福祉系高校生アンケート調査A・福祉系高校卒業生アンケート調査Bの分析、卒業生へのインタビュー調査C・福祉系高校教員インタビュー調査Dの実施と分析を行った。その結果、1.福祉系高校生の大半が幼少期以降の福祉的体験を背景とした明確な福祉への目的意識を持ち、2.能動的・内省的な実習経験や適切な実習指導が福祉分野への進路選択に及ぼすこと、3.実習不安への不十分な事前指導やリアリティショックへの不十分な事後指導が進路変更を招くこと、4.地域性(大都市圏と中核都市圏、農村部圏)が進路選択や学校生活への満足度に影響を与えていることが明らかになった。また、福祉系高校在籍中に介護福祉士資格を取得し、福祉系大学へ進学して社会福祉士や高校福祉科教員免許等を取得した者が、福祉分野や福祉教育分野での新しい中核層を形成していることも明らかになり、福祉系高校卒業後直ちに職業(介護従事者等)へ接続する者と、大学への接続を経て職業(相談員・公務員・福祉科教員等)へ接続する者との二重構造が示された。以上の結果から、福祉系高校卒業生の福祉分野における長期にわたる定着率の背景となる福祉教育における、1.入学動機の差異や性差等の生徒の個別性に対する配慮、2.資格取得や実習に対する高校タイプによる指導法の柔軟性とシステム化、3.地域産業や高齢化率、交通網など地域性に対応した進路指導の対応が重要であるとの知見を得た。従って、福祉系高校と福祉系大学との緊密で継続的な高大接続教育(デュアルクレジットシステムや高校生と大学生との直接的な交流を含む)に対する連携と、地域の施設や機関との日常的な交流(ボランティア活動や実習指導を含む)の推進が極めて重要であるといえよう。
人間のナビゲーション行動に対する大視野・高解像度刺激提示の効果

東京大学インテリジェントモデリングラボラトリーの巨大5面ディスプレイ(CABIN)を用いて、人間行動における大視野・高解像度刺激の効果を測定した。特に今年度は、(1)実物大ステレオ写真における知覚、および(2)自己運動知覚に及ぼす奥行きの効果の研究を行った。(1)ステレオ写真を観察すると「書き割り効果」と呼ばれる現象が生じる。人物の身体の奥行きが実際にはあるのに(物理的な視差情報としては存在するのに)、それが知覚されず映画の書き割りのように、背景から浮き出て、平べったく知覚される。これまで観察距離が実際よりも少ないためにこの現象が生じると言われてきたが、実際の撮影距離とサイズ、観察距離を操作した研究はなかった。結果、撮影距離と観察距離が等しく、網膜サイズも等しいとき、書き割り効果は生じず、奥行きのある身体が知覚された。但し、多くの場合その奥行き量は過小評価された。(2)これまで視覚刺激からの自己運動知覚においては、手前よりも奥の刺激の方が自己運動知覚に重要であるとされてきた(相対奥行きの効果)。しかし、刺激に対する絶対距離の効果は検討されていなかった。手前と奥に2つの奥行きの刺激を提示するのではなく、1つの面を試行によって異なる絶対距離に提示し(奥行きの手がかりとしては、遠近法および両眼視差)、絶対距離が遠い刺激の方が自己運動に有効か調べた。結果、絶対距離の効果は、相対奥行きの効果よりも小さいものの、刺激までの距離が遠い方が自己運動印象を強くすることがわかった。このように、人間の行動において、視野が大きいことやその解像度が高いことは重要な意味を持っている。このような刺激を提示できる実験装置を用いることによってこれまで明らかにされてこなかった人間知覚のメカニズムが解明される可能性がある。本研究は,人間のナビゲーション(進行方向の決定・遂行)とそれにまつわる姿勢制御に対する大視野・高解像度刺激提示の効果を測定することである.特に初年度である本年度は,頭部搭載型のディスプレイ(HMD)及び全視野包囲型のディスプレイ(東京大学インテリジェント・モデリング・ラボラトリ-のCabin)を用いて,その効果を測定するための実験パラダイムの確立と予備的な実験を行った.まず,ナビゲーション及び姿勢制御に影響を与えるであろう「視覚情報からの自己運動知覚」を,(1)口頭報告及び(2)重心動揺から測定することが,最初の段階と考えられた.予備的な実験の結果,高解像度の運動刺激は,視覚処理系において非常に解像度が低いとされる周辺視野までの広い範囲に提示されたときに始めて,強い自己運動知覚を生じさせることができた.また,重心動揺の強度は,刺激の運動強度と相関していた.しかし,興味深いことに,口頭報告される自己運動の方向は,刺激強度によって逆転する地点があることがわかった.この現象については,さらに体系的に視野の広さや運動の種類を操作した実験をする必要がある.さらに,このような自己運動知覚を生じさせる運動刺激を提示しつつ観察者に自発的な歩行を課したところ,不可避的にその進行方向にゆがみが生じるのが観察された.このことは,視野内の運動およびそれによって誘発される自己運動知覚が,人間の歩行時にリアルタイムに利用されていることを示している.しかし,その歩行時にナビゲーションに利用されているものが,視覚刺激の運動そのものからの進行方向情報なのか,それによって生じた自己運動知覚あるいは姿勢制御の結果なのかを特定することは,次年度の課題である.東京大学インテリジェントモデリングラボラトリーの巨大5面ディスプレイ(CABIN)を用いて、人間行動における大視野・高解像度刺激の効果を測定した。
HDLダイナミズムと粥状動脈硬化への影響

高比重リポタンパク(HDL)は,末梢のコレステロールの除去,抗炎症など様々な抗粥状動脈硬化作用を有している.しかし,HDLは単一なものではなく,総称であり,それぞれの狭義のHDLはタンパクや脂質の構成成分や機能がそれぞれ大きく異なっている.そのため,HDLと粥状動脈硬化の連関や早期の病態把握のためには,より細分化されたHDLを丁寧に理解する必要がある.しかしながら,まだごく一部のHDLしか解析されていない.本研究では,(病態)生理学的な条件でダイナミックに変動するHDLの形成機序やそれぞれのHDLの性質・機能への影響について研究し,粥状動脈硬化伸展のメカニズムを紐解き,病態の早期把握を目指す.高比重リポタンパク(HDL)は,末梢のコレステロールの除去,抗炎症など様々な抗粥状動脈硬化作用を有している.しかし,HDLは単一なものではなく,総称であり,それぞれの狭義のHDLはタンパクや脂質の構成成分や機能がそれぞれ大きく異なっている.そのため,HDLと粥状動脈硬化の連関や早期の病態把握のためには,より細分化されたHDLを丁寧に理解する必要がある.しかしながら,まだごく一部のHDLしか解析されていない.本研究では,(病態)生理学的な条件でダイナミックに変動するHDLの形成機序やそれぞれのHDLの性質・機能への影響について研究し,粥状動脈硬化伸展のメカニズムを紐解き,病態の早期把握を目指す.
航空機姿勢制御における流体力学的推力偏向技術の性能評価システムの開発と応用

本研究では,流体力学的推力偏向(Fluidic Thrust Vectoring: FTV)技術をモデル航空機に組み込み,有効な姿勢制御機構として従来の姿勢制御手法と同等以上に機能することを示すことを目的としている。平成30年度の研究実績の概要を以下に示す。1.本研究で開発するFTVノズルは,偏向制御の原理上,主流流路を一度絞る必要があるが,それがダクテッドファンにとって抵抗となり,推力が弱くなるという課題があった。本年度はノズルの絞り量が偏向角と推力に及ぼす影響について調査を行い,得られた結果からFTVノズルの形状最適化作業を実施した。2.前年度プロペラタイプの模型飛行機で動作確認を終了している自律飛行システムとロギングシステムをダクテッドファンタイプの模型飛行機に搭載し,飛行試験を実施した。その結果,再現性の高い周回飛行が可能であることを確認した。これによりFTV性能評価システム構築が大部分完了したことになる。3.計算機上でFTVノズルの性能評価を行うため,またFTVノズルの最適な形状を数値シミュレーションによって効率的に探索するために,シミュレーションによる現象の再現に取り組んでいるが,シミュレーションにおける主流の偏向角が実験値よりも小さくなるという課題を抱えていた。本年度は,ダクテッドファンによって引き起こされる旋回流を模擬することによって推力偏向角の再現性が向上することを見出した。今後は旋回流の強さを実験によって測定し,シミュレーションの精度向上を図り,FTVノズルの性能評価及び設計に数値シミュレーションを活用する環境を整える。本研究課題申請時,平成30年度以降の研究計画を以下のように立案していた。(1)前年度までに構築した自律飛行システム及びFTVノズルを試験機に搭載し,飛行実験を実施する。(2)再現性の高い飛行条件で得られた高精度のデータを解析することで,FTV機構の問題点を明らかにし,次の改良型FTV機構設計のための基礎データを得る。(3)データのフィードバックを受けて改良型FTV機構の検討を進め,設計製作・数値解析と実験による性能評価・実機に組み込んでの飛行試験という開発サイクルを実行する。(1)について,前年度までに構築した自律飛行システムをダクテッドファンタイプの模型飛行機に搭載した飛行試験を実施し,再現性の高い周回飛行を行うことに成功した。次にFTVノズルを搭載しての飛行を試みたところ,上述の推力不足が明らかとなり,飛行に十分な推力を得るためのFTVノズル改良を実施した。この推力不足は当初予期していなかったことであり,FTVノズルを搭載しての試験は滑走と高度数メートルの短距離飛行のみであった。従って,FTVノズルを搭載しての(2)の試験は未実施であるが,前年度に構築したデータロギングシステムにより,(1)の試験だけでも有用なデータを得ることができ,FTVノズル改良に大いに役立てることができた。本研究課題の目的には,FTVノズルの効率的な開発のためのサイクル構築も含まれており,今回の試験→データ解析→ノズルの改良という流れはこのサイクルに乗ったものと考えることができる。よって,(3)についても改良型FTV機構の開発という1サイクルを終了し,次年度に改良したFTVノズルを搭載した飛行試験を行うことによって新しいサイクルを回していく環境が整ったと考える。今後は,今年度までに開発した自律飛行システム・飛行データロギングシステムを用いて,FTVノズルをモデル航空機に搭載して飛行実証試験を実施する。実験室レベルでの試験・数値シミュレーション・飛行試験のデータを総合的に解析し,FTVノズル性能改善のための課題を洗い出し,改良型ノズルを設計・製作する。このような開発サイクルを複数回実施し,より高い性能を有するFTVノズルを実現する。数値シミュレーションにおいては,前年度から課題となっていたシミュレーション上のFTVノズルの偏向角が実験値よりも小さく出ることについて,ダクテッドファンによって生成される旋回流をシミュレーション上で模擬していないことが原因と示され,解決の糸口が見つかった。今後は5孔ピトー管を用いて実機体で発生している旋回流の強さを測定し,数値シミュレーションに反映することで計算による現象の再現性を向上させていく。本研究では,流体力学的推力偏向技術(Fluidic Thrust Vectoring: FTV)をモデル航空機に組み込み,有効な姿勢制御機構として従来の姿勢制御手法と同等以上に機能することを示すことを目的としている。平成29年度に得た成果の概要を以下に示す。1.主流の偏向角度の制御性を改善することを目的として,主流から分岐される2次流路入口形状に工夫を施した改良型FTVノズルを設計・製作し,その推力偏向性能を数値シミュレーション及び室内実験によって検証した。その結果,非線形性が強かった2次流路入口開度に対する主流偏向角が線形に近づき,偏向角の制御性が改善されることを確認した。2. FTV機構の性能を飛行試験によって検証する際に必要となる,飛行条件を一定に揃えるための自律飛行システムと,詳細な飛行データを収集するためのロギングシステムの構築を行った。小型コンピュータに慣性計測装置(IMU)を接続し,オープンソースのフライトコントローラーをベースとしたソフトウェアを組み込んでモデル航空機に搭載した。飛行データは小型コンピュータに接続したSDカードに任意の情報を50Hzで記録可能とした。フライトコントローラにはFTVで姿勢制御を実現するための改造を施した。飛行試験を実施する前段階として,フライトシミュレータとフライトコントローラソフトを接続し,自律飛行動作の検証を行い,良好な結果を得た。3.上記フライトコントローラをプロペラエンジン機に搭載して自動操縦による飛行試験を実施した。その結果,手動操縦では得られない再現性の高い周回飛行が可能であることを確認した。

本研究によって,FTV機構の設計・実験・数値計算に飛行実証のフェーズを加えた開発サイクルが構築され,より高性能なFTV機構が短期間で実現することが期待される。FTV機構の実用化へ向け,本研究の工学的意義は大変大きい。平成29年度は大きく以下の2つの計画を立て,研究を実施した。1.自動飛行システム及び飛行データロギングシステムの構築と飛行試験2. FTVノズルの最適化及び飛行試験1.については高い再現性で周回飛行を実現する自律飛行システムと,詳細な飛行データをロギングするシステムの構築に成功した。これにより,舵面で行う姿勢制御とFTV機構を使用した姿勢制御性能の比較検証を定量的に行うことができる試験環境を実現することができる。また,FTVノズルの改良による性能改善も飛行試験を通して確認することが可能となり,FTV機構実用化へ向けたより実際的な評価を行うことも可能となる。更に,フライトコントローラの機能である自動離着陸を含めた完全自律飛行にも成功しており,バッテリーの制約による短い飛行時間(34分)を効率的に試験時間として使うことができるようになった。本計画項目は,ベースとなるソフトウェアとして採用したArdu Pilot Mega (APM)のソースコードの規模の大きさ・複雑さから,取り扱いの習得に時間がかかり,当初計画通り進まないことが懸念された事項であったが,順調に進捗した。2.については,先行して開発していたFTVノズルを改良し,主流偏向角の制御性を改善することに成功した。当初計画では,この改良型ノズルを手動操縦で飛行実証することを予定していたが,手動操縦では改良前ノズルとの性能比較が難しく,得られる成果が少ないと判断した。1.で述べた自律飛行システムの構築が順調に進んだことから,本自律飛行システムに搭載した飛行試験を次年度実施することとした。以上のように,本研究課題は,当初計画に照らしておおむね順調に進展している。本研究では,流体力学的推力偏向(Fluidic Thrust Vectoring: FTV)技術をモデル航空機に組み込み,有効な姿勢制御機構として従来の姿勢制御手法と同等以上に機能することを示すことを目的としている。平成30年度の研究実績の概要を以下に示す。1.本研究で開発するFTVノズルは,偏向制御の原理上,主流流路を一度絞る必要があるが,それがダクテッドファンにとって抵抗となり,推力が弱くなるという課題があった。本年度はノズルの絞り量が偏向角と推力に及ぼす影響について調査を行い,得られた結果からFTVノズルの形状最適化作業を実施した。2.前年度プロペラタイプの模型飛行機で動作確認を終了している自律飛行システムとロギングシステムをダクテッドファンタイプの模型飛行機に搭載し,飛行試験を実施した。その結果,再現性の高い周回飛行が可能であることを確認した。
漆の耐久性表層構造に関する研究

ATR-IR,ESCAを用い漆の表層耐久構造を,その生成機構をモデル反応により検討した.漆膜の最上層(第1層)は(ウルシオールー糖蛋白)重合体で,ウルシオールキノンー不飽和側鎖の結合型の濃度が大で,ジフェニル,ジベンゾフラン型の濃度は小さい.大気に接した界面層の固化後反応の進行と共に表層下に生成し蓄積する水分が分散している多糖塩を表層に抽出濃縮し,多糖塩の解離により,生成するCa^<++>, Mg^<++>がセミキノンラジカルを捕捉し,キノン生成を抑制してジフェニル,ジベンゾフラン型構造を生成し易い.従って重合下の反応層中の水分の濃度の影響により第1層に次ぐ下層の多糖塩濃度,即ちCa^<++>, Mg^<++>濃度を異にし,それによりウルシオール重合体の構造単位を異にする. Mg^<++>, Ca^<++>域は多糖がカテユール誘導体の酸化重合反応における結合形式に影響を与え, Mg^<++>がオリゴマーと紫色の錯体を作り漆膜の深赤褐色に対応していること,またウルシオールの重合で2量化後C-Oカップリングによる高分子化が起りうることをモデル反応の研究結果から明らかにした.HPLC法によりラッカーゼ,ステラシァニン,水可溶蛋白の効率よい分離法を確立した.水可溶蛋白はesrにより既知ラッカーゼとは分子量を異にする銅蛋白酵素を,また定性反応,クロマト分離によりペルオキシダーセを含んでいる.各成分を水と共に,単独域は混合,また多糖塩をウルシオールに添加して重合活性を25°C, RH80%で調べた.水可溶蛋白が最も活性で,ラッカーゼは最小で,これらに多糖塩を添加すると活性が増大した.水溶液中での活性はラッカーゼ〓水可溶蛋白である.従ってウルシオール中へのラッカーゼの分散性が活性に著しく大きい影響を与えていることが判明した.またラッカーゼ単独では他の例に比し,ウルシオールの空気酸化重合の寄与が小さい.従って混合状態の改良が望まれると共にペルオキシダーセのウルシオールの酸化重合への寄与の可能性がある.ATR-IR,ESCAを用い漆の表層耐久構造を,その生成機構をモデル反応により検討した.漆膜の最上層(第1層)は(ウルシオールー糖蛋白)重合体で,ウルシオールキノンー不飽和側鎖の結合型の濃度が大で,ジフェニル,ジベンゾフラン型の濃度は小さい.大気に接した界面層の固化後反応の進行と共に表層下に生成し蓄積する水分が分散している多糖塩を表層に抽出濃縮し,多糖塩の解離により,生成するCa^<++>, Mg^<++>がセミキノンラジカルを捕捉し,キノン生成を抑制してジフェニル,ジベンゾフラン型構造を生成し易い.従って重合下の反応層中の水分の濃度の影響により第1層に次ぐ下層の多糖塩濃度,即ちCa^<++>, Mg^<++>濃度を異にし,それによりウルシオール重合体の構造単位を異にする. Mg^<++>, Ca^<++>域は多糖がカテユール誘導体の酸化重合反応における結合形式に影響を与え, Mg^<++>がオリゴマーと紫色の錯体を作り漆膜の深赤褐色に対応していること,またウルシオールの重合で2量化後C-Oカップリングによる高分子化が起りうることをモデル反応の研究結果から明らかにした.HPLC法によりラッカーゼ,ステラシァニン,水可溶蛋白の効率よい分離法を確立した.水可溶蛋白はesrにより既知ラッカーゼとは分子量を異にする銅蛋白酵素を,また定性反応,クロマト分離によりペルオキシダーセを含んでいる.各成分を水と共に,単独域は混合,また多糖塩をウルシオールに添加して重合活性を25°C, RH80%で調べた.水可溶蛋白が最も活性で,ラッカーゼは最小で,これらに多糖塩を添加すると活性が増大した.水溶液中での活性はラッカーゼ〓水可溶蛋白である.従ってウルシオール中へのラッカーゼの分散性が活性に著しく大きい影響を与えていることが判明した.またラッカーゼ単独では他の例に比し,ウルシオールの空気酸化重合の寄与が小さい.従って混合状態の改良が望まれると共にペルオキシダーセのウルシオールの酸化重合への寄与の可能性がある.漆固体膜表層と内部の構造をFT-IR法により調べ、表層ではウルシオールの重合反応性が漆膜生成時の条件-湿度と温度、特に湿度により著しく異なり、その際、成膜反応の進行に伴ない表層に濃縮される多糖の寄与が大きいこと、即ち高湿度下ではウルシオールはジベンゾフラン型の構造単位を生成し易いことを明確にした。その原因究明のため、まず漆のアセトンパウダーの成分(多糖,ラッカーゼ,ステラシアニン,その他3成分)分離を、従来の【(NH_4)_2】【SO_4】を用いる塩析方法に水系のTSKgelCM-3SWカラムを用いる高速液体クロマトグラフィーを併用して行ない成功した。その際00.25MNaCl水容液の0.05Mトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンHCl塩緩衝液(PH74)を溶出液に用いた。

漆から分離した上記成分を調整し、ウルシオールにラッカーゼ,ラッカーゼ+多糖,ラッカーゼ+ステラシアニン,分離した一つの成分1,あるいは1+ラッカーゼを水分と共に1020重量パーセント混合した後、ブレード(76μm)を用いてガラス板に塗布し、相対湿度80%,温度2025°Cで反応を行なった。ラッカーゼのみでは反応は遅く、2週間後、固化しなかった。しかしラッカーゼに多糖が共存すると反応は促進され、1日後、固化した。その表層にはジベンゾフラン型のウルシオール重合体の寄与の大きいことが強い1279及び1201【cm^(-1)】の吸収の観測により、この予測を実証することができた。漆固体膜の表層には1268及び1213【cm^(-1)】にVc-o-cの、1070【cm^(-1)】に多糖に基づくVc-oの強い吸収がみられ、漆とこのモデル反応ではジベンゾフランの構造が異なり、その相異は漆に含まれている糖蛋白の作用によるものと推定している。分別した区分1,2はラッカーゼ+多糖と類似の表層構造を与えるが、定性実験により新しく見出だされたペルオキシドであることが判明した。なお、分離した新しい酵素を含め、酵素の精製、同定及び作用機構について研究を行なう準備をすすめている。
Ewing肉腫の発がん機構の解明と分子標的治療の開発

Ewing肉腫(ES)は悪性骨軟部腫瘍の中で最も生命予後不良な腫瘍の一つである。ES症例の90%以上で染色体転座t(11:22)(q24;q12)の結果、異常な融合遺伝子EWS-Fli1が生じている。この融合遺伝子産物は強力な転写因子として働き、ESの発がん原因と考えられている。これまでに我々は、EWS-Fli1が癌抑制遺伝子Rbに関係した細胞周期制御因子(p27,p21,cyclin E)を標的とし、Rb経路を阻害することがES発がんに深く関与していることを明らかにした。一方、p53経路についてはほとんど明らかにされていないため、EWS-Fli1によってp53の機能、特にアポトーシスの誘導がどのように抑制されているかを解明する目的で研究を行った。その結果、EWS-Fli1とp53は直接結合しており、p53正常ES細胞においてもp53の機能抑制が生じていた。EWS-Fli1によってp53の下流のエフェクター分子の発現がどのように変化するかを調べた結果、アポトーシス関連遺伝子の発現変化は認められなかったが、p21の発現が抑制されていた。p21の発現抑制は、p53の機能抑制の他、プロモーターレベルでのピストン脱アセチル化が関与していた。そのためピストン脱アセチル化酵素阻害剤がESに有効と考えられ、実際にin vitro及びin vivoにおいても腫瘍増殖抑制効果が認められた。しかし多剤耐性ES細胞には無効の場合もあり、臨床応用には十分な検討が必要と考えられた。次に、EWS-Fli1の切断点部分を含むsiRNAを合成し、EWS-Fli1発現をノックダウンした場合にES細胞がアポトーシスに陥るかを調べたところ、p27発現が著明に誘導され細胞周期が停止したが、ES細胞にアポトーシスは誘導されず、細胞老化(senescence)が誘導されることが判明した。従って、EWS-Fli1によるES発がん機構として、細胞老化の回避があると推察された。これはこれまでに報告されていないEWS-Fli1の機能であり、ES発がん機構の解明と分子標的治療の開発研究に新しい視点を与えるものである。Ewing肉腫(ES)は、骨軟部悪性腫瘍の中で最も生命予後不良な腫瘍である。ESの90%以上の症例で染色体転座t(11:22)(q24; q12)がみられ、その結果、異常な融合遺伝子EWS-Fli1が生じる。この融合遺伝子産物は強力な転写因子として働き、正常線維芽細胞をtransformする活性を有することが知られており、異常な転写因子EWS-Fli1はESの発がん原因そのものと考えられている。これまでに我々は、ES細胞株を用いEWS-Fli1融合遺伝子発現と増殖能との間に正の相関があり、EWS-Fli1融合遺伝子はESの癌化のみならず、その生物学的性質をも規定している可能性があることを示してきた。さらに我々は、EWS-Fli1は癌抑制遺伝子Rbに関わる細胞周期制御因子を標的とし、Rb経路を阻害することがES発がんに深く関与していることを明らかにした。しかし、ESではゲノムの守護神とも称されるp53が正常であることが多く、Rb経路の異常だけでESの発がんを説明することはできない。

本研究の目的は、転写因子EWS-FIi1によってp53の機能がどうのように抑制されているかを解明し、ES発がん機構の全容を明らかにすること、さらに、そこに関わるEWS-Fli1の標的遺伝子を明らかにし、そのシグナル伝達経路を阻害することで、ES細胞の増殖等の悪性形質を有効に抑制できるか検討を加えること、である。EWS-Fli1によるp53機能抑制機構の解明のため、本年度は以下の実験を行った。1)ES細胞株におけるp53機能の解析各種ES細胞株を用いて、p53の変異状態を調べ、p53正常とp53異常の細胞に分けた。p53正常のES細胞では、p53変異ES細胞に比して、細胞増殖が遅く、接着能も弱かった。これらのES細胞にp53発現ベクターを導入したところ、p53の過剰発現により細胞はアポトーシスに陥り、ES細胞増殖が制御可能であった。これらの結果は、p53正常ES細胞においてもp53の機能抑制が生じており、その抑制がp53過剰発現により克服されたことを示唆する。ESにおけるp53機能回復の重要性が示されたものと考えている。EWS-Fli1とp53の結合の有無を免疫沈降実験で調べた。p53正常ES細胞およびp53発現ベクターを導入したp53欠損ES細胞から核抽出液を採取し、Fli1抗体あるいはp53抗体で沈降し、p53抗体あるいはFli1抗体でブロットした。また、in vitroで合成したEWS-Fli1とp53を用いて同様の実験を行った。その結果、EWS-Fli1とp53は確かに結合していることが明らかとなり、その相互作用によりp53の機能が抑制されているものと推察された。Ewing肉腫(ES)は悪性骨軟部腫瘍の中で最も生命予後不良な腫瘍の一つである。ES症例の90%以上で染色体転座t(11:22)(q24;q12)がみられ、その結果、異常な融合遺伝子EWS-Fli1が生じる。この融合遺伝子産物は強力な転写因子として働き、ESの発がん原因と考えられている。これまでに我々は、EWS-Fli1融合遺伝子はESの発がんのみならず、その生物学的性質をも規定している可能性があることを示してきた。さらに我々は、EWS-Fli1が癌抑制遺伝子Rbに関係した細胞周期制御因子(p27,p21,cyclin E)を標的とし、Rb経路を阻害することがES発がんに深く関与していることを明らかにした。しかし、ESではゲノムの守護神とも称されるp53が正常であることが多く、Rb経路の異常だけでESの発がんを説明することはできない。本研究の目的は、転写因子EWS-Fli1によってp53の機能がどうのように抑制されているかを解明し、ES発がん機構の全容を明らかにすること、さらに、そこに関わるEWS-Fli1の標的遺伝子を明らかにし、そのシグナル伝達経路を阻害することでES細胞の増殖等の悪性形質を有効に抑制できるか検討を加えること、である。昨年度には、各種ES細胞株を用いてp53の変異状態を調べ、p53正常ES細胞においてもp53の機能抑制が生じており、その抑制がp53過剰発現により克服されること、EWS-Fli1とp53は免疫沈降によって共沈し、両者が結合していること、を明らかとした。これらの結果をふまえ、本年度においては以下の実験を行った。EWS-Fli1とp53の結合の詳細を解析するため、EWS-Fli1とp53のGST融合蛋白質のdeletion mutantを作成し、EWS-Fli1とp53の結合について、実際にどのドメインで結合しているかを明らかにした。
金属におけるHeによる伸び増加の異常現象の解明

金属中に殆んど固溶しないヘリウムが存在すると、ヘリウムによる金属の伸びが減少する。しかし、最近われわれが転位だけが存在する鉄やニッケル試料にヘリウムを導入すると、伸びが減少よりむしろ増加の現象が見られた。本研究では、この異常現象を解明するために、鉄中の欠陥とヘリウムの相互作用を調べた。転位だけを導入した鉄にヘリウムを入れると、ヘリウム原子が鉄中の転位にトラップされる。これらのヘリウム原子が引張中に一旦転位から放出され、再び引張により形成された原子空孔にトラップされる。従って、原子空孔の集まり、つまり亀裂の発生が抑制される。結果として伸びが増加する。この方法により、鉄の水素脆化の低減ができる。金属中の転位にトラップされるヘリウムが高温または転位の移動により転位から脱離ができると考えられる。転位から脱離されたヘリウムがもし再び他の欠陥にトラップされなかったら、試料の表面から出ていく。本研究では、ヘリウムの脱離挙動を調べるため、引張試験機にガス分析の四重極型質量分析装置を設置した。転位だけを導入した鉄の引張試料に弾き出し損傷ができない100eVのヘリウムを1.0×1020 ions/m2注入し、引張ながらヘリウムガスの放出を測定した。転位を導入した鉄に比べ、ヘリウムを注入した試料の伸びが増加したことと降伏応力が減少したことが再確認された。しかしながら、ヘリウムを注入した試料に対して、明確なヘリウムの放出ピークが観察されなかった。これは引張前に転位にトラップされたヘリウムが引張中に転位から脱離され、引張中に形成された原子空孔に再びトラップされたことを示唆している。また、鉄中の原子空孔とヘリウムの相互作用及びに水素に及ぼす影響を調べた。鉄中の転位にトラップされたヘリウムの放出温度が800 K付近であった。これに対して、原子空孔及び原子空孔集合体にトラップされたヘリウムの放出温度はそれぞれ1200、1500 Kであった。鉄中に水素を注入しても、欠陥によりトラップされたヘリウムの放出ピークが変わらないので、転位または原子空孔にトラップされているヘリウムと水素の相互作用は弱いことが分かった。さらに、水素とヘリウムの照射順番が試料中の水素の捕獲量を影響する。ヘリウムが先に照射した試料が水素をトラップ量は増加した。ヘリウムが欠陥との相互作用は強いので、ヘリウム照射によって形成された格子間原子と原子空孔の再結合が少ない。従って、水素とヘリウム照射の損傷量が同じでも、ヘリウム照射した方が残った欠陥の量が多いと考えられる。以上の結果を国際雑誌論文として投稿した。当初の計画通り、京都大学原子炉実験所に設置されている引張試験機にガス分析装置を購入し取り付けた。また、テスト実験でガス分析装置の動作確認をし、実際の引張試験中に応力とひずみ及びガス量のデータを取得した。また、引張試験片の微細組織変化の解析も行っている。この結果、次年度以降は異なる条件下でヘリウムと欠陥の相互作用、それに及ぼす水素の影響についての研究に問題なく行えることから本判定とした。前年度の実験に続き、今年度に5%と40%冷間加工の鉄試料に対して、ヘリウム注入による力学特性の変化への影響を調べた。5%と40%冷間加工の鉄試料の原子空孔集合体をなくすため、それぞれ350°Cで0.5時間と450°Cで1時間の焼鈍を行った。焼鈍後の試料にほぼ転位だけが存在する。これと同じように熱処理を施した厚み0.1mmの5%と40%冷間加工の引張試料に対して、弾き出し損傷ができない100eVのヘリウムを1.0×1020、または5.0×1020ions/m2注入した後に、引張試験を行った。5%冷間加工により転位を導入した鉄に比べ、ヘリウム1.0×1020 ions/m2を注入した試料の0.2%耐力と最大引張応力はやや増加した。また、伸びも1%程度に増加した。一方、40%冷間加工により転位を導入した鉄に比べ、ヘリウム1.0×1020 ions/m2を注入した試料の0.2%耐力と最大引張応力はやや減少したが、伸びは殆んど変らなかった。ヘリウム注入量を5.0×1020 ions/m2まで増加したら、伸びはようやく増加に転じた。ヘリウムの未注入試料に比べ、伸びが約1%程度に増加した。ヘリウム注入量の変化が0.2%耐力と最大引張応力の影響が見られなかった。前年度に行った10%冷間加工により転位を導入した鉄の結果を加えてまとめると、転位にトラップされたヘリウムが鉄の0.2%耐力と最大引張応力に影響を与えないが、延性を改善する。透過型電子顕微鏡を用いて、10%と40%冷間加工による鉄中の転位組織を観察した。転位密度はそれぞれ2.5×1013と1.3×1014/m2であった。注入後のヘリウムの分布が冷間加工率の増加と共に、試料の表面に集中する。従って、冷間加工率が高い試料においては、冷間加工率が低い試料と同じ伸びを得るため、より多いヘリウムの注入が必要である。当初の計画通り、前年度の実験と異なる変形量の鉄におけるヘリウム注入による力学特性の影響を調べた。

また、透過型電子顕微鏡を用いた組織観察により、変形量が違う鉄中の転位密度のデータを取得した。これに基づいて鉄に注入されたヘリウムの分布を計算した。計算結果が変形量の異なる鉄におけるヘリウムによる力学特性への影響をうまく説明した。それ以外に、変形した鉄に対して、水素または重水素イオン照射を行った。最終年度の鉄の力学特性に及ぼす水素、ヘリウムの相乗効果の研究環境を整えた。鉄と同じ構造を持つタングステンにおける欠陥とヘリウムとの相互作用を調べ、その成果を国際雑誌(Philosophical Magazine Letter 96 (2016) 477-481)に発表した。鉄鋼材料の水素脆化の現象が140年前に発見されたが、脆化のメカニズムはまだ明らかになっていない。鉄鋼材料の水素脆化を防ぐために、様々な方法が開発された。今年度に鉄中に水素による引張特性の劣化に及ぼすヘリウムの影響を調べた。転位を導入した鉄に、原子の弾き出しが起きない低エネルギーのヘリウムと水素を注入した。引張試験機により鉄試料の延性を調べ、水素を注入した試料の延性は悪くなったのに対して、ヘリウムを注入すると、鉄の延性が良くなった。引張試験後の試料の微細組織を調べた結果、ヘリウムを注入することによって、引張変形中に形成する微細な亀裂の成長が抑制されることが分かった。この結果は、ヘリウム原子が亀裂の成長に必要な原子空孔の拡散を遅らせたことを示唆している。結果として、試料の延性が良くなった。また、鉄に原子の弾き出しが起こる高エネルギーヘリウムを鉄に照射したところ、鉄の表面に水素をトラップする原子空孔が形成し、水素拡散が抑制され、水素脆化が改善する。これからの低炭素社会においては、水素がクリーンエネルギーとしてますます注目されている。従って、水素をいかに安全かつ安く貯蔵または輸送することは非常に重要なことである。本研究で得られた知見を用いて水素を安全に使える材料の開発に貢献する。この成果を国際雑誌(Scientific Reports 7 (2017) 16927)に発表した。その他、鉄と同じ構造を持つ鉄合金とタングステン合金における高エネルギー粒子照射による損傷組織の発達過程、または欠陥と水素やヘリウムとの相互作用も調べた。鉄に比べ、タングステンの方が原子空孔と水素やヘリウムの結合は強いが、添加元素を入れると、水素やヘリウムの蓄積が抑制される。これらの結果から鉄のみならず、他の材料においても微量な添加元素を入れると、水素による材料の力学特性の劣化を低減することを示唆している。金属中に殆んど固溶しないヘリウムが存在すると、ヘリウムによる金属の伸びが減少する。しかし、最近われわれが転位だけが存在する鉄やニッケル試料にヘリウムを導入すると、伸びが減少よりむしろ増加の現象が見られた。本研究では、この異常現象を解明するために、鉄中の欠陥とヘリウムの相互作用を調べた。転位だけを導入した鉄にヘリウムを入れると、ヘリウム原子が鉄中の転位にトラップされる。これらのヘリウム原子が引張中に一旦転位から放出され、再び引張により形成された原子空孔にトラップされる。従って、原子空孔の集まり、つまり亀裂の発生が抑制される。結果として伸びが増加する。この方法により、鉄の水素脆化の低減ができる。当初計画通り研究が進展しており、このまま計画通りに研究を遂行する予定である。前年度に続き、変形した鉄における転位とヘリウム、更に水素との相互作用を調べる。