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コミュニティ・ビジネスにおけるイノベーション－草の根イノベーションの実証研究

地方創生の動きの中でコミュニティ・ビジネス(以下CB)に期待が集まっている。しかしCBでの成功はまれである。その条件は理念に基づく商品開発にあり,経済的利益を獲得できる商品を継続的に開発できるか否かが成功を決める。成功商品により経済的基盤を確保する一方,社会的価値の追求を行うというポートフォリオ・マネジメントが可能になるからである。国内外におけるCB商品開発の事例研究をもとにその成功要因を抽出した。平成25年度の作業は、以下の3点から実施した。先行研究に関する文献レビュー、対象企業リストの作成と先行取材である。1、先行研究に関する文献レビュー:地域企業とコミュニティ・ビジネス分野でのイノベーションについて、研究動向をレビューするため情報収集を行った。最先端の研究と差別化した新しい理論モデルを構築するための素材を広範囲に収集した。また、経営学、商学及び公共管理・地域づくり関連、イノベーション理論関係の国内外の学会に積極的に出席し、最新情報の収集を図ってきた。2、対象CB等の調査と選定:研究対象として最適な企業を選定するために、候補となる対象CBの定性調査を行った。平成25年度は、次年度に向けての理論枠組みの精緻化の期間であったが、国内の5社程度を対象に先行調査を実施した。リーダーシップは重要な研究領域としているが、当初からケース毎に長時間にわたる丹念でかつ密着したインタビュー調査が必要となることを想定し、いくつかの事例の中から5社程度に対象を定性的調査を行ったものである。遠藤は、東北大震災後の復旧過程において草の根イノベーションと想定されるコミュニティ・ビジネスの立ち上げ、プロセスを調査してきた。また、井上、志賀、遠藤は、青森県内の優れた事例について定性的調査を実施した。3、論文の執筆・発表:理論枠組みを想定しつつ、ケースに基づいた調査研究をまとめ、論文として執筆し、また国内外で研究報告を行った。平成26年度は本格的な現地調査を実施してきた。国内(全国)と海外(アジア、スイス)での現地調査を実施した。最終年度の平成27年度にも調査を継続するが、主に調査の補完と研究成果の産出活動を行う。ここでは初年度と異なる主たる作業を中心に記載する。1、CB調査平成25年度に行なったプレ調査と理論枠組みの修正を受けて、本格的な地域、企業調査を行った。国内及び海外において優れた実践を行っている地域・企業の調査を行った。この地域、企業選定にあたっては、国内は前年度よりの蓄積があるが、海外調査は遠藤が立ち上げた地域経営学会及びアジア・欧米等の研究ネットワークを活用した。2、研究途中経過、成果公表活動ケース・スタディで得られた地域・企業の新しい取り組みや新機軸は、新しい理論の候補であり、それは国内外学会で発表を行い、研究水準の評価を確認してきた。さらにこの研究プロジェクトの総括として、2つの方法で研究成果を公開する。第1に、研究論文の公刊である。また、成果を一般の読者にも読みやすい形で発信するため、ケースの公開である。平成27年度は、研究成果の啓蒙書と草の根イノベーションのリーダーシップに関するテキストを執筆する予定である。この作業によって地域での活動のための入門書として活用することができるだろう。第2に社会的な貢献のために、大学の立地地域で公開研究会を開催し、学界だけでなく広く一般に知見を公開して、成果の社会的還元を行ってきた。その条件は商品開発にあり,経済的利益を獲得できる商品を継続的に開発できるか否かが成功を決める。CBが経済的に自立し,継続的に経済的価値と社会的価値を実現するためには,まずもって経済的な価値を実現できる商品開発に成功しなければならない。成功した商品で得たキャッシュフローを,収益を期待できない社会的価値の実現に投入することが不可欠だからである。その意味で,社会性と経済性の軸で商品や事業のポートフォリオ・マネジメントがCBには求められる。また,このポートフォリオ・マネジメントの中核基盤となるのが商品開発における成功である。商品開発においてCBが首尾よく成功するための条件は,もちろん一般の商品同様の要素が存在する。しかし,CBの場合それに加えて,次の条件が重要である。第一に,コミュニティ粘着的な情報の見極めと,コミュニティ粘着的なコンセプトの創出である。これは単なる特産品や地場材料を意味しない。むしろコミュニィが持つ風土や歴史そして何らかの特性に根ざした情報から生じるソフトこそ重要である。これを確立すると,独特の価値の消費者への提供につながり,きわめて稀少性が高く,かつ模倣が難しいものとなる。つまり競争力の高い商品となりうるのだ。第二に,多様な情報,利害を整理統合して,上記のコミュニティ粘着的コンセプトを核にした商品を創出するリーダーが必要であり,すなわち重量級プロダクトマネージャーと呼べるリーダーの存在が重要である。さらに第三として、これらのリーダーシップにおいて、いくつかの事例では、利他性などの精神的な特質が示唆された。

地域社会の活性化さらには日本経済の活性化の観点からコミュニティ・ビジネス(以下CB)に大きな期待が集まっている中、本研究では、困難な社会的課題を解決すべく果敢に取り組みを進めているCBを、真のイノベーションの創出者であると位置付けてきた。したがって、本研究は、CBのイノベーション成功要因(その真髄)を実証的に解明することを通じて、地域で苦闘している多くのCBは勿論、行き詰りに悩む大企業も含む一般企業のイノベーションの成功に資することを目的としてきた。今年度は、昨年度の調査を受けて、CB及びその地域的特性、地域経営といった関連領域について、それぞれの専門領域から広範囲にアプローチし、イノベーションの成功要因を解明すべく、調査研究を進めてきた。地域経営、リーダーシップ、自治体施策との関連の側面から研究が深まっており、概ね順調に進展しているといえる。自治体経営論、経営学、経営戦略論、地域経営論平成27年度は、これまでの現地調査の中でさらに解明すべきであると考えられたところについて調査を実施する。状況に応じて海外の調査地を含む現地調査も視野にいれたい。平成26年度、国内外の調査と理論枠組みの検討、修正を受けて、補完的な調査も必要と考えている。これらの地域・企業調査を踏まえて、その研究途中経過及び成果の報告を順次行っていく。その際、遠藤等の立ち上げた日本で最初の「地域経営学会」を有効に活用し、研究会及び公開フォーラムの形で成果を市民にも公表していく。また、メンバーの所属している各学会、海外研究会での発表を順次行い、グローバルなネットワークを構築し、研究・実践の輪を海外にも広げる。地域社会の活性化さらには日本経済の活性化の観点からコミュニティ・ビジネス(以下CB)に大きな期待が集まっている中、本研究では、困難な社会的課題を解決すべく果敢に取組みを進めているCBは、真のイノベーションの創出者であると位置付けてきた。したがって、本研究は、CBのイノベーション成功要因(その神髄)を実証的に解明することを通じて、地域で苦闘している多くのCBは勿論、行き詰まりに悩む大企業も含む一般企業のイノベーションの成功に資することを目的とした。今年度は、CB及び関連領域について、それぞれの専門領域から広範囲にアプローチし、イノベーションの成功要因を解明すべく、調査研究を進めてきた。リーダーシップや経営の側面から研究が深まっており、概ね順調に進展いているといえる。国内の調査対象地域・企業を研究の趣旨に従って精査して実施した結果、2年度においては対象地域・企業数が当初予定に比べて少なくなった。しかし、少ない対象地域・企業に対して濃密な調査が必要になったことから其々の項目において変更が生じた。平成26年度は本格的な現地調査を予定している。
悪性リンパ腫の病態の解明

1. ATLLと制御性T細胞の関係ATLLにおいて、FOXP3発現を来たしているグループと、陰性のグループで臨床的、病理学的特徴を比較した。両者は予後に差はなかったものの、組織学的特徴と易感染性のリスクに差を認め、生物学的に異なる特徴を有する可能性が示唆された。論文を作成し、投稿中である。2.非定型的濾胞性リンパ腫の解析濾胞性リンパ腫のなかでも、新たなentityになりうるCD10陰性MUM1陽性濾胞性リンパ腫について、論文が発表された。それに引き続き、bcl2蛋白が陰性である濾胞性リンパ腫、BCL2遺伝子転座を伴わない濾胞性リンパ腫について解析し、蛋白レベルではp53,bcl6が、遺伝子異常としてはBCL6転座、3trisomyがBCL2転座を代替する重要な異常であり、lymphomoagenesisに関与していると思われた。3.バーキットリンパ腫の解析主にc-myc転座陰性のバーキットリンパ腫に焦点をあてて解析し、これらが遺伝子異常、蛋白発現に関わらず、Burkitt様の経過をたどることを見出した。論文化し、受理された。1.ATLLと制御性T細胞の関係制御性T細胞のmaster gene, FOXP3の発現をATLLの組織において確認した。陽性群および陰性群において、その病理学的特徴、臨床的特徴を比較し、以上のまとめを論文として作成、現在投稿中である。2.非定型的濾胞性リンパ腫の解析非定型的濾胞性リンパ腫の中で、その分化段階が正常と著しく異なるMUM1陽性CD10陰性のものに関して、臨床病理学的な特徴を解析し、そのまとめを投稿、受理された(上記3)。また、濾胞性リンパ腫のもっとも特徴的な癌遺伝子であるbcl2について、それを発現していないものについてp53などの他の癌関連遺伝子の発現を調べ、論文化した。現在投稿中である。3.バーキットリンパ腫の解析バーキットリンパ腫(BL)は比較的まれなリンパ腫で、おもにアフリカ、ニューギニアに多い。しかし、これらはendemictypeと呼ばれ、ほぼ前例にEB-virusが関与しているが、日本での発症例で同ウイルスが関与していることは非常にまれであり、sporadic typeと呼ばれる。これら2typeのBLは生物学的特徴が異なると考えられるが、その点はあまり検討されていない。またBLは8番染色体上のc-myc遺伝子の転座が特異的であり、病態形成に決定的に関与しているとされている(Diebold J et al. Burkittlymphoma In : Jaffe ES etal.eds.Tumours Haemotopoietic and Lymphoid Tissues.Lyon, France : IARC Press;2001:181-184)。しかし、しばしば転座陰性のものが存在し、これらはBurkitt like lymphoma(BLL)と呼ばれるが、c-myc以外のどの分子が病態に関与しているのかは不明である。これら、BL, BLLにおいて、cmyc遺伝子の転座の有無、およびCD10,bcl2などの蛋白の発現がどのように影響しているかについて、検討を加えた。現在データは揃ってきており、今年度中に論文化する予定である。
痛覚情報処理における神経栄養因子を中心とする細胞内情報伝達機構の解明

慢性坐骨神経紘約モデルにおいて、痛覚過敏とアロディニアの経時的な変化を定量的に評価した。同時に脊髄後角表層のGABA免疫陽性神経細胞および線維、終末の経時的変化も定量化したが、特にアロディニアの消長とGABA免疫陽性抑制性神経成分の変化の間に強い相関関係が観察された。すなわち、神経損傷3日後より損傷側においてGABA免疫陽性神経細胞と線維が減少し始め、その後3-5週間まで両側において免疫陽性成分はほとんど消失した。対側では、約7週間後にはGABA免疫陽性神経成分はほぼ正常のレベルに回復したが、損傷側では、回復は不完全であった。また、この時間経過は、いわゆる`dark neuron'の出現経過とよく一致した。脊髄神経結紮モデルにおいては、結紮3日後に、両側性にGABA免疫陽性神経成分のわずかな減弱が認められ、1週間後には更に進行し少なくとも3週間この変化は持続した。3週目頃より回復の兆候が見られた。グリシン免疫陽性神経成分は神経損傷1週間後から減少したが、その後の経過はGABAに類似していた。これらの結果より、ニューロパチー発症メカニズムとして、脊髄における脆弱な抑制性介在神経の一時的な機能不全が強く示唆された。この変化が一時的な神経伝達物質産生のダウンレギュレーションによるものか、部分的な神経細胞死によるものか、あるいはそれらの両方の因子が関与するものかは現在、免疫組織化学的、分子生物学的手法を用いて検索中である。神経栄養因子の一つであるサボシンをこれらニューロパチーモデルに投与したが、特にアロディニアに対し著明な治療的効果が認められた。さらに、神経栄養因子を豊富に含有する副腎髄質をニューロパチー動物の脊髄クモ膜下腔に移植すると、GABA免疫陽性神経成分の回復もアロディニアの回復も顕著に促進された。これらより、神経栄養因子による、慢性難治性疼痛に対する画期的な治療法としての可能性が大いに期待される。本年度の研究により以下の成果が得られた.1.ニューロパチーモデルとして,Chungらによる脊髄神経結紮モデルとBenettらによる座骨神経結紮モデルを作成することが可能となった.2.非侵害性機械刺激に対するアロディニアを,VonFreyhairsを用いてChaplanらによる(1994)Up-down methodにて正確に定量的評価を行うことが可能になった.3.座骨神経結紮モデルにおいて痛覚過敏,アロディニアの時間的経過を行動薬理学敵手法により観察,同時に脊髄後角のGABA含有抑制性介在ニューロンの形態的な経時的変化との関連が明らかになった.すなわちGABA含有ニューロンは,神経損傷3日後より結紮側において減少し始め3週間後まで両側で完全に消失する.非結紮側では約7週間後にほぼ損傷前のレベルにまで回復するが,結紮側では完全には回復しない.これが,GABA含有抑制性介在ニューロンの変性によるものかもしくは一時的なdownregulationによるものかは,まだ明らかではない.またこのような形態学的変化と非侵害性機械刺激に対するアロディニアの消長の間には良好な相関関係が見られた.4.脊髄神経結紮モデルにおいて,脊髄での抑制性介在ニューロンであるGABAおよびglycine含有ニューロンの経時的な形態学的変化を免疫組織化学的手法を用いて調べた.その結果,ニューロパチー発症メカニズムにおける脊髄に存在する脆弱な介在ニューロンの機能不全の関与が証明された.5.脊髄におけるマイクロダイアリシス法が確立された.

6.予備実験として,神経栄養因子であるサポシンのニューロパチーに対する治療的効果が確認された.慢性坐骨神経紘約モデルにおいて、痛覚過敏とアロディニアの経時的な変化を定量的に評価した。同時に脊髄後角表層のGABA免疫陽性神経細胞および線維、終末の経時的変化も定量化したが、特にアロディニアの消長とGABA免疫陽性抑制性神経成分の変化の間に強い相関関係が観察された。すなわち、神経損傷3日後より損傷側においてGABA免疫陽性神経細胞と線維が減少し始め、その後3-5週間まで両側において免疫陽性成分はほとんど消失した。対側では、約7週間後にはGABA免疫陽性神経成分はほぼ正常のレベルに回復したが、損傷側では、回復は不完全であった。また、この時間経過は、いわゆる`dark neuron'の出現経過とよく一致した。脊髄神経結紮モデルにおいては、結紮3日後に、両側性にGABA免疫陽性神経成分のわずかな減弱が認められ、1週間後には更に進行し少なくとも3週間この変化は持続した。3週目頃より回復の兆候が見られた。グリシン免疫陽性神経成分は神経損傷1週間後から減少したが、その後の経過はGABAに類似していた。これらの結果より、ニューロパチー発症メカニズムとして、脊髄における脆弱な抑制性介在神経の一時的な機能不全が強く示唆された。この変化が一時的な神経伝達物質産生のダウンレギュレーションによるものか、部分的な神経細胞死によるものか、あるいはそれらの両方の因子が関与するものかは現在、免疫組織化学的、分子生物学的手法を用いて検索中である。神経栄養因子の一つであるサポシンをこれらニューロパチーモデルに投与したが、特にアロディニアに対し著明な治療的効果が認められた。さらに、神経栄養因子を豊富に含有する副腎髄質をニューロパチー動物の脊髄クモ膜下腔に移植すると、CABA免疫陽性神経成分の回復もアロディニアの回復も顕著に促進された。これらより、神経栄養因子による、慢性難治性疼痛に対する画期的な治療法としての可能性が大いに期待される。
農作物の温度応答におよぼす葉セレブロシド分子種の影響

農作物を含めた植物の温度応答と膜脂質、特にセレブロシドとの関連性を調査した。その結果は次の通りである。1.農作物の葉セレブロシドの相転移温度は、構成スフィンゴイドの不飽和結合の幾可異性によって著しく異なることを明らかにした。すなわち、シスー8ー不飽和スフィンゴイド含有型分子種の相転移温度は、トランスー8ー不飽和スフィンゴイド含有型分子種のそれよりも2040°C低かった。また、構成脂肪酸に△^<15>ーシス二重結合が導入された分子種の相転移温度は同じ鎖長の飽和脂肪酸含有分子種のそれより1525°C低下した。2.低温処理(馴化)すると、低温耐性植物のダイコン実生およびエンドウ上胚軸のグリセロリン脂質/セレブロシドの値は低下したが、低温感受性植物の西洋ガボチャ実生およびリョクトウ下胚軸のそれはほとんど変化しないか、もしくは若千増加した。また、低温耐性植物および低温感受性植物ともに、低温処理で若千不飽和化された。低温感受性植物のセレブロシド組成は、低温処理によりほとんど変動がみられなかったが、低温耐性植物のダイコン実生のそれは、低温処理により若千変動がみられた。すなわち、シスー8ー不飽和スフィンゴイドおよびシスー15ー不飽和ヒドロキシ酸含有分子種の割合に若千の増加がみられた。しかし、低温耐性植物であるエンドウ上胚軸の低温処理によるセレブロシド組成の顕著な変動は認められなっかた。3.光の存在下で低温処理を行うと、暗所生育した場合よりも膜脂質組成の変動が顕著であった。低温感受性植物のリョクトウ下胚軸を低温処理すると小胞体(標識酵素であるNADHーチトクロムCレダクタ-ゼ活性)の増大およびホスファチジン酸の増加が認められた。耐寒性および非耐寒性植物から葉セレブロシドをそれぞれ分離し、植物の低温感受性とセレブロシドの分子的特性との関連性を明らかにすることを目的として研究を行なった。その結果は次のとおりである。1.逆相HPLCによる植物の葉セレブロシドに8-不飽和を有する6種の分子種を分離した。2.植物の葉セレブロシド種の相転移温度は、構成スフィンゴイドの8-不飽和の幾何異性によって大きく異なっていた。すなわち、シス-8-不飽和含有型分子種の相転移温度はトランス-8-不飽和含有型分子種よりも低かった。構成脂肪酸にシス-二重結合が導入された分子種は、相転移温度を大幅に低下した。3.耐寒性植物(ライムギ、コムギ、ホウレンソウ、キャベツ、レタス、タイコン)の葉セレブロシドでは、構成スフィンゴイドのt18:1^<8t>/t18:1^<8c>の比がいずれも1.0以下であった。一方、非耐寒性植物(アズキ、ダイズ、トウモロコシ、カボチャ、トマト、キュウリ)の葉セレブロシドでは、耐寒性植物と同じ傾向を奏するグル-プとトランス-8-不飽和型が多いグル-プの2群が見出された。4.シス-不飽和シトロキシ脂肪酸含有セレブロシドは、数種の耐寒性植物(ライムギ、コムギ)のみに検出され、非耐寒性植物の葉には見出されなかった。5.非耐寒性植物である西洋カボチャの本葉と子葉を低温馴化するとリン脂質のジアシルグリセロ-ル残基に不飽和化の現象が認められた。6.耐寒性植物であるダイコン茎葉を低温処理すると、セレブロシドの不飽和ヒドロキシ脂肪酸の割合が増大した。1.植物の低温感受性とセレブロシド分子種との関連性を調査した。

植物セレブロシドの相転移温度は、構成スフィンゴイドの8位の二重結合の幾可異性(シス型とトランス型)によって著しく異なっており、シス型含有分子種の相転移温度はトランス型含有分子種のそれに比べて2040°C低いことを明らかにした。2.植物の葉セレブロシドの化学組成、品種や生育段階ではほとんど変動がみられなかった。しかし、低温耐性植物のダイコン実生を低温処理したところ、セレブロシド組成の変動がみられた。この現象は、低温感受性植物のリョクトウやアズキ実生にはみられず、低温耐性植物であるエンドウ実生でもみられなかった。また、低温処理により、グリセロリン脂質の含量に対するセレブロシドの含量は、低温耐性植物であるダイコン茎葉およびエンドウ上胚軸では減少するのに対し、低温感受性植物である西洋カボチャ実生およびリョクトウ下胚軸では変化しないか、もしくは若干増加した。低温処理により低温耐性植物および低温感受性植物ともに、グリセロリン脂質のジアシルグリセロ-ル残基が若干不飽和化されたが、セレブロシド組成は低温耐性植物のダイコン実生のみが変動した。ダイコン実生のセレブロシドは、シス型の△^<15>不飽和ヒドロキシ脂肪酸を含有していた。この不飽和ヒドロキシ脂肪酸は、調べた10数種の植物のうち、低温耐性植物のみにみられた。3.低温感受性のリョクトウを低温処理した時の膜脂質を調査した。膜脂質は光の存在下で低温処理すると変動が著しく、小胞体のマ-カ-酵素であるNADHーチトクロムCレダクタ-ゼ活性の増大とホスファチジン酸の増加が認められた。
網状模様パターンの網状進化

本研究課題では、動物体表に見られる模様パターンの多様性や、多様性を生み出すメカニズムを解明することを目指し、とくに遺伝子浸透や種間交雑などの網状進化に関わる事象と、擬態的で複雑な網状模様パターンとの関連を明らかにする目的で研究を行った。網状模様パターンをもつ動物種とその近縁種との間で模様パターン解析および比較ゲノム解析を行うことで、模様パターンと系統関係との関連について新たな知見が得られた。種間交雑や遺伝子浸透など、網状進化に関わるイベントが、新たな形質の獲得や環境適応等、生物進化の過程で一定の役割を果たしてきたことが、近年徐々に明らかとなってきている。動物体表に見られる模様パターンは交配選好や擬態等、適応的にも重要な形質であるが、新たなパターンが獲得されるメカニズムはまだよくわかっていない。数理モデルの検討から、複雑で擬態的な「網状模様パターン」が「網状進化」によって生じ得るという仮説を導いた。本研究では、網状模様パターンを持つ動物種とその近縁種との間で比較ゲノム解析を行うことで仮説を検証し、網状進化という新たな視点から模様パターンの多様性と進化をとらえなおすことを試みている。初年度である本年度は、主に硬骨魚類を対象として、網状模様パターンをもつ生物種のうち、近縁種に白斑点模様をもつ種、黒斑点模様をもつ種の両方がいるものについて、当該種および近縁種のサンプル収集を行った。これまでに、トラフグ属、モヨウフグ属、サケ属、イワナ属、タイセイヨウサケ属、コリドラス属の各魚種について、個体サンプル、体表組織サンプル、DNA/RNAサンプルのいずれかもしくはすべてを収集している。一部魚種については、種間交雑あるいは属間交雑個体のサンプルの入手にも成功した。これらサンプルを用いて、体表組織中の黒色素細胞を含む暗色部を対象としたRNA-seq、および、リボソームDNAタンデムリピートのITS領域の配列解析を進行中である。本研究課題の現時点での進捗状況について、当初計画で予定していた研究対象生物種のうち半数以上のサンプル収集をすでに完了し、またRNA-seqやITS領域の解析についても一部開始しているが、未収集のサンプルがあり、また収集済サンプルについても一部解析未着手のものがあるため、やや遅れている状況であると認識している。種間交雑・遺伝子浸透といった網状進化に関連する事象が、環境への適応や新たな形質の獲得など生物進化の過程において一定の役割を果たしてきたことが近年徐々に明らかとなってきている。動物体表にはさまざまな模様パターンが見られ、これらは交配選好や擬態等、適応的にも重要な形質であるが、新奇の模様パターンが獲得されるメカニズムについてはまだよくわかっていない。我々の先行研究における数理モデルの検討から、複雑で擬態的な「網状模様パターン」が「網状進化」によって生じ得るという仮説が導かれている。本年度は、硬骨魚類の中で網状模様パターンをもつ生物種のうち、トラフグ属、モヨウフグ属、サケ属、イワナ属、タイセイヨウサケ属に属する複数種について、斑点模様をもつ近縁種と合わせ、次世代シーケンサを用いたゲノムリシーケンス解析、RNA-seq解析を行った。このうちいくつかの種についてはリファレンスゲノムへのマッピング率が極端に悪いか、そもそもリファレンスゲノムが存在しない状況であったため、ドラフトアセンブリの構築も試みた。これらのドラフトゲノム配列に対して再度マッピングを行ったところ、極めて高いマッピング率が得られた。以上により得られたデータを用いた比較ゲノム解析について、現在進めているところである。当初計画で予定していた研究対象生物種のうち多くについてサンプル収集に成功している。またゲノムリシーケンスやRNA-seq解析についても進めることができており、総じておおむね順調に進展していると認識している。遺伝子浸透や種間交雑など、網状進化に関わる事象が、環境への適応・新たな形質の獲得など生物進化の過程において小さくない役割を果たしてきたことが近年徐々に明らかとなってきている。動物体表は見られるさまざまな模様パターンは交配選好や擬態等、適応的にも重要な形質であるが、新奇の模様パターンが獲得されるメカニズムについてはまだよくわかっていない。数理モデルにもとづく検討によって導かれた仮説ー複雑で擬態的な「網状模様パターン」が「網状進化」によって生じ得るーをもとに、本研究では、網状模様パターンをもつ動物種とその近縁種との間で比較ゲノム解析を行うことでこれを検証し、網状進化という新たな視点から模様パターンの多様性と進化をとらえなおすことを試みた。本研究の当初計画で研究対象としていた魚種のうち一部の属について、極めて興味深い新種が新たに発見、記載されたため、研究計画の延長を伴う見直しを行った。その最終年度となる本年度は、当該種を含む複数の近縁種のサンプル収集および次世代シーケンサを用いたDNA解析を進めた。これらの結果を前年度までのデータと合わせ比較ゲノム解析を行ったところ、一部の魚種において種間交雑を極めて強く示唆するデータが得られ、これは数理モデルおよび模様パターン定量解析にもとづく予測と極めて整合性の高いものであった。これらの成果は、模様パターンという複雑な形質の多様性・進化を数理モデルによる予測をもとに探るという本研究のアプローチの、高い有効性・可能性を示すものであると考える。

本研究課題では、動物体表に見られる模様パターンの多様性や、多様性を生み出すメカニズムを解明することを目指し、とくに遺伝子浸透や種間交雑などの網状進化に関わる事象と、擬態的で複雑な網状模様パターンとの関連を明らかにする目的で研究を行った。網状模様パターンをもつ動物種とその近縁種との間で模様パターン解析および比較ゲノム解析を行うことで、模様パターンと系統関係との関連について新たな知見が得られた。当初計画で予定していた研究対象生物種のうち未収集のものについてサンプル収集を進める一方、体表組織RNA-seq解析やITS領域の解析についても並行して順次進めていく予定である。当初計画で予定していた研究対象魚種のうち未収集のものについてサンプル収集を進める一方、これまでに次世代シーケンスで得られたデータの解析を進めていく予定である。また、当初計画で研究対象としていた魚種のうち一部の属について、本研究の研究機関開始後、極めて興味深い新種が新たに発見、記載されたため、当該種についてのサンプル収集およびDNA解析を追加で行う予定である。発生生物学、進化生物学、数理生物学当初計画の研究対象生物種のうち一部魚種についてサンプル収集が未着手であり、当該サンプルおよび既に収集済の一部サンプルについてのRNA-seq等解析が未実施となっているため、次年度使用額が生じている。本研究の当初計画で研究対象としていた魚種のうち一部の属について、本研究の研究機関開始後、極めて興味深い新種が新たに発見、記載されたため、当該種のサンプル収集およびDNA解析を追加で行う必要が生じ、研究計画の見直しが必要となった。また、当該サンプルの入手に時間を要したため、DNA解析を次年度に行う必要が生じた。当初予定していたサンプル収集、および未実施であったRNA-seq解析等の費用として使用する予定である。当該新種について、サンプルの収集および次世代シーケンサを用いたDNA解析を行うために使用する予定である。
ポンプ圧送がコンクリートのレオロジー性質に及ぼす影響に関する実験的研究

平成15年度は、フレッシュコンクリートおよびモルタルのレオロジー性質の変化について実験的に検討した。またさらに、ポンプ圧送後の物性を調査する目的で、硬化後のコンクリートの物性についても若干の検討を行った。検討の結果、以下のような知見を得た。1.フレッシュコンクリートのレオロジー性質の変化パターンポンプ圧送時のように、せん断力を与えられた場合、せん断力の大きさと与えている時間に比例して変化していくフレッシュモルタルの性質をレオロジーの観点から実験的に検討した。また、実大実験のシミュレーションモデルを提案するとともに、その妥当性を検討した。その結果、ポンプ圧送による品質変化や圧力ロスに及ぼす実験パラメータを定量的に把握することができた。2.骨材相がフレッシュモルタルのレオロジー性質に及ぼす影響骨材粒度や混合比率が、レオロジー性質に及ぼす影響について検討したところ、仮想の余剰膜厚理論を用いることにより、調合条件とレオロジー性質を合理的に関係づけることができた。3.圧縮強度試験誤差に関する検討圧縮強度試験時の載荷面の平坦さや異物混入による試験の不具合について実験的に検討した。実験では、平坦な載荷面に異物に見立てた鋼製円盤を設置した。異物の寸法や位置がみかけの圧縮強度に及ぼす影響を確認するとともに、試料の強度レベルによる違いについても定量的なデータを収集した。平成14年度は、フレッシュモルタルのレオロジー性質の変化について実験的に検討したところ、以下のような知見を得た。1.せん断力を受けるモルタルのレオロジー性質の変化パターンせん断力を与えた時に、せん断力の大きさと与えている時間に比例して変化していくフレッシュモルタルの性質をレオロジーの観点から実験的に検討した。コンシステンシー座標上では、せん断力を与える前後のコンシステンシー曲線は交点を持っており、この交点における応力状態は、試料が受けるせん断力の大きさに強く影響されていることが分かった。そのため、ポンプ圧送のように、ほとんど試料に作用するせん断力が変化しない場合は、1点を中心にコンシステンシー曲線が変化するため、変化を予測することが可能であることが分かった。2.時間経過によるモルタルのレオロジー性質の変化パターン練り上がりから、時間経過とともに変化していくフレッシュモルタルの性質をレオロジーの観点から実験的に検討した。コンシステンシー座標上で、時刻tと時刻t+Δtのコンシステンシー曲線の交点を検討したところ、この交点のひずみ速度がだんだん小さくなることが分かった。そこで、交点のひずみ速度が一定速度が小さくなるモデルを提案し、実験結果と比較したところ、非常に良い相関を得た。
電気化学的手法に基づくオンサイト地下水汚染評価技術の開発

本研究では、地下水中ヒ素の濃度レベルと存在形態を現場で迅速に測定する簡易分析法を開発した。測定可能なヒ素の最低濃度は0.001mg/Lであり、本分析法は地下水ヒ素汚染をその場で評価できるだけの感度を十分に有していた。操作の簡略化により、測定時間は従来の分析法に比べて1/5以下に短縮した。開発した簡易分析法を埼玉県の地下水汚染調査に適用した結果、埼玉県中西部地域の井戸から0.0010.088mg/Lの亜ヒ酸(As(III))が検出された。ストリッピングボルタンメトリー(SV)によるヒ素化合物の化学形態別分析法を開発した。SV条件について検討した結果、電解液は1.2mol/L塩酸、前電解電位は-0.4V vs.Ag/AgCl、前電解時間は15分が最適であった。最適条件下、ピーク面積で作成した亜ヒ酸(As(III))の検量線は、0.520μg/Lで原点を通る直線となった。As(III)5μg/Lにおける相対標準偏差は約5%であり、精度面でも良好であった。As(III)0.2μg/Lの繰り返し測定から求めた検出限界は、電解時間5分で0.07μg/Lであり、水素化物発生ノ原子吸光分析法と同程度の感度が得られた。ヒ酸(As(V))は、チオ硫酸ナトリウムでAs(III)に還元してからSV測定した。チオ硫酸ナトリウムを使用したことにより、100%の還元率が得られた。試料溶液に還元剤を添加しても定量感度の低下は認められず、検量線は120μg/Lで原点を通る直線となった。ヒ素のSVでは、銅、カドミウム、鉛などが妨害元素として作用したが、これらは陽イオン交換樹脂やキレート樹脂により分離除去可能であった。埼玉県中西部地域のオンサイト地下水汚染調査に開発した分析技術を適用したところ、複数の井戸で環境基準を超えるヒ素が検出された。化学形態分析の結果、地下水中のヒ素はほとんどAs(III)の形で存在することが明らかとなった。SVにより測定したヒ素濃度は、公定法の結果と概ね一致した。SVを適用したオンサイト分析は、固定電源を必要とせず、市販のバッテリーで23日間、連続測定可能であった。1地点当たりの分析所要時間は約10分であり、簡便性及び迅速性の面でも優れていた。ストリッピングボルタンメトリー(SV)によるヒ素の化学形態別分析法を開発し、これをオンサイト地下水汚染調査に適用した。埼玉県内で採水した地下水を研究所に持ち帰りSV測定したところ、0.0010.088mg/Lのヒ素濃度が検出された。分析結果はJIS法により得られた値と良く一致したことから、本分析技術は精度面でも良好であることが実証できた。環境基準を上回るヒ素が検出された地下水は、地域的に局在化しており、埼玉県中西部、南東部、北東部地域を中心に分布していることが分かった。地質試料の分析と地下水質特性の解析から、ヒ素による地下水汚染は自然由来の可能性が示唆された。地質からのヒ素溶出メカニズムとしては、(1)弱アルカリ性の停滞性地下水との接触、(2)褐鉄鉱の還元に伴うヒ素の溶出が考えられ、南東部地域では(1)、中西部地域では(2)、北東部地域では(1)及び(2)が起こっていることが判明した。中西部地域の地下水をオンサイト分析したところ、ヒ素のほとんどは亜ヒ酸(As(III))として存在することが明らかとなった。一方、河川水中のヒ素はヒ酸(As(V))として存在していた。地下水の酸化還元電位は59100mVvs.NHEと比較的低かったが、河川水の酸化還元電位は400mVvs.NHE以上であった。このように環境条件の違いにより、ヒ素の化学形態は異なることが分かった。今回分析した地下水試料について、ヒ素化学形態の経時変化を調べたところ、採水後6日間経過した時点で、As(III)濃度は2065%減少した。無機態ヒ素濃度(As(III)+As(V))に大きな変動は認められなかったことから、時間と伴に一部のAs(III)がAs(V)へ酸化されたものと考えられる。地下水中には、様々な塩類の共存が想定される。そこで、本分析法の適用範囲の拡大を目的とし、ストリッピングボルタンメトリー(SV)における共存元素の影響及び妨害抑制法について検討した。妨害元素による影響を抑制するため、ディスク型の陽イオン交換樹脂(充填量280mg)及びキレート樹脂(充填量280mg)を用いた前処理について検討した。無機元素の一定量を含む水溶液25mLを毎分6mL程度の速さで固相カートリッジに通水し、無機元素の除去率を測定した。

無機元素を含む水溶液のpHを弱酸性から中性付近(pH37)に調整した場合、1mg/LのCd(II)、Cu(II)、Pb(II)及びBi(III)は陽イオン交換樹脂及びキレート樹脂で98%以上、1mg/LのSb(III)及びHg(II)はキレート樹脂で90%以上、1mg/LのAg(I)はキレート樹脂で約50%回収できた。一方、0.01mg/LのAs(III)及びAs(V)は、同条件では陽イオン交換樹脂及びキレート樹脂に一切保持されなかった。これらの固相分離を操作に組み込むことにより、As(III)0.01mg/Lの定量において、Cd(II)、Cu(II)、Pb(II)及びBi(III)は1mg/L、Sb(III)は0.1mg/L、Ag(I)及びHg(II)は0.05mg/Lまで共存可能な許容濃度が増加した。
平準化を考慮した統合的生産計画・指示方式の開発とSCMにおける性能評価

本研究では、先行情報をもつ需要ならびに季節変動をもつ需要に対して生産の平準化指示方式を提案し、これらの平準化指示方式を多段階生産在庫システムに適用したときの性能を、従来からのかんばん方式、MRP方式、CONWIP方式、基点在庫方式などと比較して評価した。比較評価のためには、多段階生産在庫システムが含む多数の在庫点の在庫水準を最適決定する必要がある。本研究では、シミュレーションをベースとした汎用的在庫水準決定アルゴリズムを開発し、数値実験によって解の精度と計算速度を検討した。結果として、開発した最適化アルゴリズムならびに平準化指示方式の性能が高いことが示された。世界の標準的生産管理システムといえるMPRシステムは、事前需要情報が得られる場合に有効とされており、現実の世界でも、何らかの事前需要情報が得られることが多い。本研究では、2013年度において、事前需要情報を有効に利用できる平準化の手順を開発し、その有効性を数値実験によって検証することを目的として研究を進め、平準化生産指示のロジックを提案し、数値実験を行って、従来の生産指示方式と提案方式との性能比較を行った。また、それら生産指示方式に共通して利用できる簡便な最適化アルゴリズムを開発し、その妥当性についても検討した。本研究ではまず、MRPベースの平準化指示方式と事前需要情報と出荷量を使った平準化指示方式の2方式を提案し、それらとMRP方式ならびにかんばん方式との間で性能比較を行った。数値実験の結果によると、(1)事前需要情報が利用できるときでも、かんばん方式と比較してMRPの性能は高くない、(2) MRPベースの平準化は、かんばん方式より性能が高い、(3)事前需要情報と出荷量を使った平準化指示方式は、MRP方式より総コストで35%60%の費用低減効果のあることなどが確かめられた。これらの成果は、日本経営診断学会誌へ論文投稿を行い、掲載が決定している。事前需要情報と出荷量を使った平準化指示方式を若干改善し、CONWIP方式と基点在庫方式を加えて性能比較を行った。数値実験の結果、提案方式での総費用は、(1)かんばん方式より31%51%、(2) COPWIP方式より20%35%、(3)基点在庫方式より30%43%の費用低減効果があるなど高い性能を示した。これらの成果の一部は国際会議IJIE2013(2013年10月)で発表し、また、日本経営工学会平成26年度春季大会(2014年5月)で発表することが確定している。世界の標準的生産管理システムといえるMRPシステムは、事前需要情報が得られる場合に有効とされており、現実の世界でも何らかの事前需要情報が得られることが多い。本研究では、事前需要情報を有効利用した平準化の手順を開発し、その効果を数値実験によって検証することを目的に研究を進めてきた。研究ではまず、平準化生産指示ロジックを提案し、数値実験を行って、従来の生産指示方式と提案方式との性能比較をシミュレーション実験によって行った。研究ではまず、MRPベースの平準化指示方式と事前需要情報を利用したかんばん方式ベースの平準化指示方式の2方式を提案し、それらとMRP方式やかんばん方式、CONWIP方式、基点在庫方式との間での性能比較を多段階・単一品種のシステムで実施し、事前需要情報を利用したかんばん方式ベースの平準化指示方式が、ほかの指示方式より総コストで20%50%強の費用低減効果があること、事前需要情報の効果が23工程のシステムで5%10%程度あることを数値実験で示した。これらの結果を多段階・多製品の生産在庫システムに拡張し、数値実験を実施した。その結果は、概ね単一品種の場合と類似の結果が得られた。結果は、国際会議APIEMS2014などで発表した。さらに、本研究の基礎的課題であった多在庫点をもつ複雑な多段階生産在庫システムにおける各在庫点での簡便な在庫水準最適化アルゴリズムの性能評価を多くの数値実験によって実施し、アルゴリズムの妥当性を確証することができた。アルゴリズムの妥当性は、過去に部分的検討を行ってきたが、今回の結果から、アルゴリズムの性能が期待していた以上に精度や汎用性の点で優れていることが確かめられた。結果は、機械学会生産システム部門研究発表講演会2015(2015年3月)等で発表した。平成27年度は、4月に大学経営学部長の要職に思いがけず就任したこと、ならびに大学院博士後期課程に在学する大学院生の研究指導のため、年度当初に立てた計画は十分に達成できなかったのは残念であったが、下記の成果を得ることができた。(1)SCMを含む多数の在庫点を有する多段階生産在庫システム(平準化された発注指示方式等を含む)における在庫水準決定アルゴリズムの性能について、数値実験を実施し、単位在庫保管費用と単位品切費用と品切れ率のパラメータ間に望ましい関係が成立しない場合についても、提案したアルゴリズムがよい結果を与えることをシミュレーション実験で検証した。この結果は、日本機械学会生産システム部門研究発表講演会No.16-9(2016年3月)において研究発表を行った。(2)季節変動を考慮したときの生産平準化の方法を提案し、その性能をシミュレーション実験によって検証した。季節変動を考慮したMRP方式は、計画ロジックの原理から優位性が発揮されると予想したが、本研究で提案した3番目の方式がもっとも優れており、約20%程度の費用削減効果のあることが数値実験で示された。

季節変動が小さいとき、提案手法の費用削減効果はもっと大きくなる。結果の一部は、日本生産管理学会第43回全国大会(2016年3月)において研究発表を行った。(3)SCMにおいては在庫削減が一つのキーワードとなるが、在庫削減の経営財務上の効果について考察し、売上高を棚卸資産で割った棚卸回転率など棚卸資産を使った経営指標が生産性の指標であることなどを数学的に証明した。これらの結果は、日本経営診断学会第48回全国大会(2015年9月)において研究発表を行い、2016年4月に学会誌論文として投稿済みである。本研究では、先行情報をもつ需要ならびに季節変動をもつ需要に対して生産の平準化指示方式を提案し、これらの平準化指示方式を多段階生産在庫システムに適用したときの性能を、従来からのかんばん方式、MRP方式、CONWIP方式、基点在庫方式などと比較して評価した。比較評価のためには、多段階生産在庫システムが含む多数の在庫点の在庫水準を最適決定する必要がある。本研究では、シミュレーションをベースとした汎用的在庫水準決定アルゴリズムを開発し、数値実験によって解の精度と計算速度を検討した。結果として、開発した最適化アルゴリズムならびに平準化指示方式の性能が高いことが示された。これまでに、本研究の根幹をなす事前需要情報を考慮した平準化指示方式を提案し、機械加工型の多品種・多段階生産在庫システムでの最適化と平準化指示方式の有効性に関して数値実験を行い、その有効性が確かめられた。結果の一部は、国際会議や国内学会の大会で発表した。また、平準化指示方式の性能評価だけでなく、多くの在庫点をもつ複雑な生産在庫システムにおける各在庫点での在庫水準決定アルゴリズムの性能評価を行い、実務上大切な汎用性、分権性、計算速度について提案アルゴリズムが高い性能をもつことを示すことができた。以上のように、研究の進展は順調と考えている。しかし、当初予定していた内外の論文誌への投稿は進んでいない。国際会議における発表を受けて、幾つかの国際誌から投稿の呼びかけはあったが、まだ投稿論文が完成しておらず、この点での進展が遅れている。経営工学2015年度は、過去2年間の研究で得られた成果を内外のジャーナルに投稿することを優先したい。また、多段階・多製品の生産在庫システムにおける最適在庫水準決定アルゴリズムに関して、若干の実験を追加し、内外の会議で発表を行うとともにジャーナルへの投稿を行う予定である。これまでに,本研究の根幹の一つをなす指数平滑法を使った平準化生産指示方式に関して、機械加工型多品種・多段階生産・在庫システムの最適化とその有効性に関して研究を行い、その成果の一部をまとめ、学会誌ならびに国際会議において発表した。日本機械学会論文誌(2013年2月)に掲載された論文「SCMにおける平準化生産・発注の最適化とその効果に関する研究」に対して、2014年3月に日本機械学会より生産システム部門学術業績賞が贈られた。2013年度は、これらの成果をもとに、事前需要情報を考慮した平準化指示方式の開発とその性能評価を行うことを目標に研究を進めた。まず、事前需要情報が考慮されているMRP計算ロジックに平準化を取り入れた生産指示方式を単一品目・多段階システムに関して開発し、その性能をシミュレーション実験によって評価した。
木材の有炎燃焼・赤熱燃焼に関わる熱物性値の解明と燃焼シミュレーション

コーンカロリー試験での燃焼の再現・予測を目的として、炭化物が加熱を受けた状態で赤熱燃焼する状況を熱伝導解析により計算するモデルを構築した。モデルでは、炭化物を厚さ方向に細分化し、微小時間での境界領域での外部との熱移動と酸化発熱、各領域間での熱伝導を計算している。温度等木材・難燃処理材の炭化物の高温時の熱伝導解析には、温度・厚さ・水分量などの物理量を各領域について逐次計算する必要がある。また、木材や炭化物の熱伝導解析には、熱伝導率等多くの物性値が必要となるが、その多くは温度依存性がある。特に木材は温度上昇により水分の蒸発や熱分解が生じるため非常に複雑に変動する。そこで、多くの文献値や研究事例を取りまとめ、木材の温度上昇時の熱的挙動を適正に説明し得る各物性値の温度変化を検討し、計算モデルへと反映させた。酸化発熱の具体的数値は実験より得た値を用いた。差分法を改良した解析手法を用いて燃焼の再現計算を行ったところ、実際の燃焼結果と異なる結果が得られた。これは、これまで実施してきた上記発熱速度と風速の関係をコーンカロリーメーター試験機にて計測する際に用いていた試験体が薄い炭化物であり、有風下の燃焼により短時間で燃え尽き、正確なデータが取れていないことが原因と考えられた。今後はこれまで炭化時の割れや平滑性に関する制限により薄い炭化物サンプルしか作成できなかった点を修正し、炭化物サンプルをより厚みのあるものとし、上記計測の追加試験を実施することで発熱に関するデータの精度の向上を図る必要がある。さらに、より長時間の実験での発熱速度計測を行うことで更に実態に近づけた再現・予測が可能となると考えられる。研究の最終年度である平成30年度に、差分法を改良した数値解析モデルによる燃焼の再現計算を行い、炭化物の赤熱燃焼時の発熱速度と周囲風速との関係について実際の実験値との比較を行ったところ、用いた試験体が薄い炭化物であったことが原因で実際の燃焼結果と異なる結果が得られた。そのため、これまで炭化時の割れや平滑性に関する制限により薄い炭化物サンプルしか作成できなかった点を修正し、炭化物サンプルをより厚みのあるものとし、上記計測の追加試験を実施することで発熱に関するデータの精度の向上を目指すこととした。有風下での炭化物の赤熱燃焼について、厚さや形状を改良したサンプルを用いて実験を行い、より精度の高いデータを取得する。また、送風機にも改良を加え検証する風速範囲を増やすほか、難燃処理サンプルの薬剤量などの範囲も増やす予定である。これらより取得したデータを数値計算モデルへと組み込み、実験での燃焼常用の再現を行いモデル妥当性を検証する。木材の熱分解時の吸発熱性状を把握することを目的に、円柱型の木材サンプルを木材の発火温度以下の一定温度にて加熱する実験を実施した。スギ、カラマツからなる直径50mm、繊維方向長さ100mmの円柱形の試験体を用い、絶乾、気乾の各含水状態としたもの、および絶乾とした後に空隙内を窒素置換したもの(-0.092MPaに減圧後窒素を注入)をサンプルとした。サンプル断面中央、表面、それらの中間(表面より12.5mm)にて温度推移を計測した。加熱にはマッフル炉を用い、窒素雰囲気下(流量7.5L/min)にて常温から所定の温度(250°C350°C)まで昇温したのち一定温度に保持する加熱条件とした。その結果、上限温度300°C以上の条件において、試験体内部の温度は、300°Cを超える付近より急激に温度が上昇し、数分後のピークでは表面の温度を100°Cほど上回る状況を確認した。中央ほど高温となっていること、加温温度250°Cではこのような内部温度の逆転は見られないことから、これは250°C以上で顕著となる熱分解反応による内部での発熱を示唆している。また、窒素置換のサンプルでも発熱が見られることなどから、低酸素雰囲気においても木材内部での熱分解が発熱側であることが示唆された。炭化物の燃焼性状(発熱速度など)と風速や加熱条件との関係を明らかにするためのコーンカロリー試験機を用いる実験に関して、被加熱中のサンプル表面に送風するための、送風ファンの付いたステンレス製ダクトを作製した。ファンへの供給電力をコントロールしサンプル表面の風速を制御できる仕様とし、各条件ごとの実験に供するために、供給電圧とサンプル表面での風速分布の関係など、次年度以降の当該試験に向けた基礎条件を整備した。コーンカロリーメーターによる木材の熱分解時熱収支の計測に関して、実験装置の校正用ガス配管系統の補修に時間が掛かったことにより、研究の進捗にやや遅れが生じたが、当該遅延については、装置改修が一応完了したことから平成29年度内に対処可能である。その他の事項については計画通りの進捗となっていることから、おおむね順調に進捗していると判断した。木材の炭化物の燃焼性状と風速等の関係をコーンカロリーメーターを用いて把握するため、コーンカロリーメーター試験機に設置可能な平坦な炭化物の作製方法を検討した。具体的には、スギ引き板と鋼材平板を交互に重ね、上部に重しとして鋼材を載せたものを、窒素置換下のマッフル炉にて加熱する方法により、反りや割れの少ない平板状の炭化物を作製することができることを明らかにした。また、その際のマッフル炉の温度制御についても検討し、木材の熱分解に伴うサンプル温度の不安定化やマッフル炉外での可燃ガスの燃焼を抑制可能な温度制御スケジュールを明らかにした。

次いで、この方法で作製した炭化物サンプルに対して、昨年度策定した有風下での燃焼性を把握する試験法により、炭化物の赤熱燃焼性状と表面流速との関係を調査した。実験にはコーンカロリーメーターに送風機を組み合わせた実験装置を用い、平板状のサンプル上面への加熱強度、サンプル上面の風速をパラメータとした。風速の制御は、送風ダクトに設置した送風ファンへの電流値を電源装置にてコントロールすることで行った。コーンカロリーメーター付属のガス分析器により発熱速度を、同じく付属のロードセルによりサンプルの重量減少を計測した。さらに、熱画像撮影装置によりサンプル表面の温度を計測した。当初の予測の通り、炭化物の赤熱燃焼による発熱速度は、表面の流速が大きくなるほど増大することが示唆された。また、サンプルへの加熱強度が大きくなるほど発熱速度が大きくなることも明らかにした。これらの性状の関係性は事前に予想されてはいるものであるが、その具体的数値の既往データはほとんどなく、木材に限らず表面燃焼する物質の燃焼を予測する上で重要なデータといえる。H28年度の計測機器の補修により生じた一部の実験実施の遅れはH29年度の早い時期に挽回できたため、研究の進捗は概ね計画通りと判断した。コーンカロリー試験での燃焼の再現・予測を目的として、炭化物が加熱を受けた状態で赤熱燃焼する状況を熱伝導解析により計算するモデルを構築した。モデルでは、炭化物を厚さ方向に細分化し、微小時間での境界領域での外部との熱移動と酸化発熱、各領域間での熱伝導を計算している。温度等木材・難燃処理材の炭化物の高温時の熱伝導解析には、温度・厚さ・水分量などの物理量を各領域について逐次計算する必要がある。また、木材や炭化物の熱伝導解析には、熱伝導率等多くの物性値が必要となるが、その多くは温度依存性がある。特に木材は温度上昇により水分の蒸発や熱分解が生じるため非常に複雑に変動する。そこで、多くの文献値や研究事例を取りまとめ、木材の温度上昇時の熱的挙動を適正に説明し得る各物性値の温度変化を検討し、計算モデルへと反映させた。酸化発熱の具体的数値は実験より得た値を用いた。差分法を改良した解析手法を用いて燃焼の再現計算を行ったところ、実際の燃焼結果と異なる結果が得られた。これは、これまで実施してきた上記発熱速度と風速の関係をコーンカロリーメーター試験機にて計測する際に用いていた試験体が薄い炭化物であり、有風下の燃焼により短時間で燃え尽き、正確なデータが取れていないことが原因と考えられた。今後はこれまで炭化時の割れや平滑性に関する制限により薄い炭化物サンプルしか作成できなかった点を修正し、炭化物サンプルをより厚みのあるものとし、上記計測の追加試験を実施することで発熱に関するデータの精度の向上を図る必要がある。さらに、より長時間の実験での発熱速度計測を行うことで更に実態に近づけた再現・予測が可能となると考えられる。研究の最終年度である平成30年度に、差分法を改良した数値解析モデルによる燃焼の再現計算を行い、炭化物の赤熱燃焼時の発熱速度と周囲風速との関係について実際の実験値との比較を行ったところ、用いた試験体が薄い炭化物であったことが原因で実際の燃焼結果と異なる結果が得られた。