hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規動物モデルを用いたCOPDと併存症の研究

COPD動物モデルマウスの肺組織の転写プロファイル解析を行った。TGマウスにおけるIL-18の発現レベルは、野生型マウスの57倍に上昇していた。また、多くの遺伝子に発現変動が見られ、週齢を重ねるごとにその数は増大し、変動幅も大きくなった。5,9,13週齢のいずれかで野生型マウスと比較して1.5倍以上のシグナル値変動があったスポットは約14%に達した。変動遺伝子の中でもっとも興味深かった遺伝子はchitinase 3-like 1(Chi3l1)/ヒトcartilage glycoprotein 39(gp39)とChi3l3の2つのchitinase関連遺伝子であった(論文投稿中)。慢性閉塞性肺疾患(COPD)は併存症の多い疾患として知られている。COPD死亡原因の多くを脳卒中や心筋梗塞が占め、栄養障害・骨粗鬆症・糖尿病・鬱病などはCOPD患者のQOLを大きく障害する。また、COPDの存在により、他の疾患の危険因子が増加する;これはCOPDと肺癌について特に顕著である。したがって、COPD患者の治療と管理にはこれらの併存症のコントロールが重要になってくる。我々はこれまでにCOPD患者の肺の炎症は禁煙によっても完全には改善しないことを明らかにした。また、その炎症部位のCD8陽性T細胞には炎症性サイトカインIL-18の発現が増強しており、COPDの炎症が持続する機序にIL-18が関与している可能性が強く考えられた。ヒト・サーファクタント・プロモーター(SPC)を使った恒常的発現肺特異的発現IL-18トランスジェニック(SPC-IL-18TG)マウスを樹立した。このTGマウスは肺にCD8陽性T細胞を伴う肺気腫が誘導された。加えてこのTGマウスをIL-18で誘導されると考えられるTh2型サイトカインIL-13遺伝子を欠損させると肺気腫だけでなく肺への炎症細胞浸潤が抑制された。驚いたことに、このTGマウスは骨関節炎(OA)様症状を発症しており、IL-18は全身病変を誘導することが示唆された。現在、COPDの臨床病期と併存症の重症度との相関、測定可能な臨床検査での危険因子の検討などを行い、動物実験成績との比較検討を行っている。ヒト肺サーファクタントプロモーター(SPC)を用いて恒常的に肺特異的発現する炎症性サイトカインIL-18トランスジェニック(TG)マウスを樹立した。このマウスの肺には大型の泡状肺胞マクロファージとCD8陽性T細胞が中心の炎症細胞浸潤と肺胞構造の破壊による肺気腫状の変化が病理学的に見られた。心臓は著明な右心不全と肺高血圧が確認された。興味深いことにこのTGマウスの肺には著明なIL-18の発現とともにTh1サイトカインIFN-gと同時にTh2サイトカインのIL-5,IL-13の発現を認めた。これらの研究結果をふまえ、最重症(GOLD Stage IV)の慢性閉塞性肺疾患(COPD)患者の肺病変部を免疫染色法を用いて解析したところ、肺病変部には著明なIL-18の発現とCD8陽性T細胞の著明な浸潤を確認した。また血清のIL-18値はCOPD患者の肺機能(%FEV1)と逆相関していた。これらの研究結果はCOPDの発症や重症化にIL-18の関与を示唆するだけでなく、樹立したTGマウスはヒトのCOPDの病態に似ていることが示唆された。そこで本COPD動物モデルにおける病態を網羅的な遺伝子発現情報から考察するため、本マウスの肺組織の転写プロファイル解析を行った。
FMO法に基づく計算手法とプログラムの発展的開発

本研究は、FMO法の発展的開発を電子相関計算と分子動力学シミュレーション(FMO-MD)の二つの軸線を取って展開している。各々の平成21年度の成果概要を以下にまとめる。電子相関計算では、golden standardといえるCCSD(T)まで計算可能なファイルレス並列化エンジンの独自開発に成功したことがハイライトと言える。多電子論では下位の近似は系統的に導出されるので、その特徴を活かしてQCISD(T)やMP4(SDQ)などもキーワード指定でそのまま実行出来る。実行速度的には世界水準をクリアしており、さらにFMO計算との連携も既に取れているために、実タンパク質への応用も出来ている。一例を挙げると、HIV-1プロテアーゼ(198残基)に阻害剤が結合した系のFMO-CCD/6-31G計算が64コアのPCクラスター上でも6日間で完走するレベルであり、かっては想像すら出来なかったタンパク質のCC計算が本研究によって実現されたインパクトは極めて大きい。励起状態の計算では、CIS(D)の繰込み修正を発展させた他、計算コストを低減しつつ精度を保持する新しいアプローチとして2体および3体の励起エネルギー補正法を実装し、蛍光タンパク質群についてテスト計算を行って良好な結果を得た。FMO-MD関係では、3体のエネルギーと力の補正を実装し、水和系のシミュレーションの信頼性を大幅に改善することに成功した。応用例を示すと、Zn(II)イオンに64個の水を水和させた液滴モデルをHF/6-31Gレベルでシミュレーションしたところ、コレまでの2体ではZn-0距離の平均値は2.09A、3体では2.05Aとなり、実験値の2.06±0.02Aとの対応において後者が勝ることは明らかである。また、懸案であったMP2のエネルギー微分計算の高速並列エンジンの開発にも成功しており、FMO-MDの信頼性が電子相関導入の点からも高められた。各々の平成20年度の成果概要は以下のようになる。電子相関理論では、独自の並列処理アルゴリズムに基づいてFMO-MP3計算をPCクラスター上で実タンパク質に対して適用可能としたことが上期の代表的成果であり、FMO-MP2に対する相対コストは10倍ほどで済む。後期は、基底状態の結合クラスター展開・多体摂動論としては最良の結果を与える{CCSD(T), QCISD(T), MP4(SDTQ)}までのプロトタイピングを完了させ、振幅・残渣ベクトルのハンドリングと積分処理についての本実装前の検討を進めた。また、自己エネルギーを繰込む修正2次摂動論も開発した。他方、応用計算では赤色蛍光タンパク質(DsRed, mFruits)の電子遷移エネルギーを、多層FMOスキームの下で多高次補正を含むCIS(D)計算によって評価し、実験値を0.1eV以内の精度で再現することに成功した。また、蛍ルシフェラーゼの発光エネルギーについても同様の計算を行い良好な結果を得た。FMO-MDでは、多くの求核攻撃反応を記述できるBlue Moon拘束力学を導入し、先ずHFエネルギー勾配でメンシュトキン反応に適用し、妥当な自由エネルギープロファイルを得た。しかし、定量性・信頼性の向上には相関の考慮が不可欠であるため、後期にMP2エネルギー勾配エンジンを開発した(凍結内殻制限も可能)。アルゴリズム的には、一切の作業ファイルを使わずに並列化しているため、超並列スーパーコンピュータでの実行にも向いている。このMP2勾配エンジンは3体補正FMO(FMO3)との併せてFMO-MDシステムに組み込んでおり、水素結合系の凝集相反応の定量的シミュレーションが可能になると考えている。
細胞内におけるRNAサイレンシング機構の分子ダイナミクス

RNA干渉やマイクロRNAによる遺伝子抑制に代表されるRNAサイレンシングは,遺伝子発現を制御するシステムとして真核生物に広く保存されています.このシステムの中核を担うのが,Argonauteタンパク質と1本鎖RNAからなる複合体RNA-induced silencing complex (RISC)です.しかし,RISCの形成と作用の詳しい分子メカニズムについては,いまだ謎に包まれています.本研究では,全反射蛍光顕微鏡による1分子イメージングという手法を用いて,RISCの形成と標的認識のメカニズムを明らかにしました.転写後遺伝子発現制御機構の1つ,RNAサイレンシングは,真核生物において広く保存されており,発生,ウイルス防御,ゲノム安定性など,さまざまな生命現象を司っている.さらに,遺伝子を抑制し,機能を調べるための簡便な方法として,その有用性が注目されている.その一方で,RNAサイレンシング機構の作用複合体であるRNA-induced silencing complexについては,細胞内においてどのように機能的な複合体が形成されるのか,そしてどのように標的mRNAに作用するのか,といったことが未解明である.本研究では,Argonauteタンパク質(Ago)へのRNA2本鎖積み込み過程だけでなく,RISC成熟化過程,さらに標的mRNAの認識と切断過程まで含めた,RISCの作用機序全体のダイナミクスを明らかにすることを目的としている.平成26年度は,AgoがRNA2本鎖を取り込んでから,2本鎖のうち片方の鎖(パッセンジャー鎖)を排出するまでにかかる時定数を実験的に求めた.これを行うために,RNA2本鎖積み込み過程を可視化する1分子イメージング系を発展させ,イメージング条件の検討と最適化を実行した.その結果,RISCの成熟化は少なくとも2ステップ以上の過程を含んでいることを明らかにし,それぞれの時定数はおよそ200秒程度と推定した.転写後遺伝子発現制御機構の1つ,RNAサイレンシングは,真核生物において広く保存されており,発生,ウイルス防御,ゲノム安定性など,さまざまな生命現象を司っている.さらに,遺伝子を抑制し,機能を調べるための簡便な方法として,その有用性が注目されている.その一方で,RNAサイレンシング機構の作用複合体であるRNA-induced silencing complex(RISC)については,細胞内においてどのように機能的な複合体が形成されるのか,そしてどのように標的mRNAに作用するのか,といったことが未解明である.本研究では,Argonauteタンパク質(Ago)へのRNA2本鎖積み込み過程だけでなく,RISC成熟化過程,さらに標的mRNAの認識と切断過程まで含めた,RISCの作用機序全体のダイナミクスを明らかにすることを目的としている.平成27年度は,形成したショウジョウバエAgo2 RISCを用いて,Ago2-RISCによる標的認識および切断過程の1分子イメージング系を確立した.まず,内在性のAgo2タンパク質を含むショウジョウバエS2細胞から,細胞破砕液を抽出した.次にこの破砕液に蛍光標識RNA2本鎖を加えてRISC形成を行わせることで,ガイド鎖が蛍光標識されたAgo2-RISCを調製した.そして,蛍光標識した標的RNAをガラス基板上に固定し,形成したAgo2-RISCを加えることで,標的認識および切断反応を1分子観察した.その結果,これまで未知であった標的切断時の中間体を同定し,標的切断後の複合体解離過程を明らかにした.RNA干渉やマイクロRNAによる遺伝子抑制に代表されるRNAサイレンシングは,遺伝子発現を制御するシステムとして真核生物に広く保存されています.このシステムの中核を担うのが,Argonauteタンパク質と1本鎖RNAからなる複合体RNA-induced silencing complex (RISC)です.しかし,RISCの形成と作用の詳しい分子メカニズムについては,いまだ謎に包まれています.本研究では,全反射蛍光顕微鏡による1分子イメージングという手法を用いて,RISCの形成と標的認識のメカニズムを明らかにしました.申請者がこれまでに確立したRISC形成過程の1分子イメージング系を大きく発展させることで,生化学的には解析困難であった,RNA2本鎖積み込みとRISC成熟化を切り分けて解析することに,はじめて成功した.現状では,細胞内での観察を行うために克服すべき課題は多く残されているが,試験管内でのRISC形成過程の解析は大きく進展したといえる.1分子イメージング今後はさらに,RISCを形成するために必要なAgo以外の因子に蛍光標識を導入し,タンパク質因子を可視化した状態での解析を目指す.また,RISC形成過程だけでなく,標的認識と切断過程の解析にも取り組む.これらと並行して,効率よくRISCが形成されるような蛍光標識Agoの調製方法を検討し,Agoのダイナミクスを捉える1分子観察系の構築を目指す.
軽費老人ホーム(B型)入居者の介護予防に合致した食の自立支援

3年間の継続的な世代間交流を加味した生きがい講座は、高齢者の生活満足度、体力、骨密度などに好影響を与えられた。食の専門家が不在であり、生活の自立が入居条件の施設において、栄養管理マニュアル(身体健康度の記録、栄養評価、栄養教育媒体など)は、有効であると推察される。軽費老人ホーム(B型)において、『自炊できること』が居住の絶対条件となっており、その条件を満たせなくなると、速やかに特別養護老人ホームや医療機関などの施設へ移らなければならない。それを防ぐ上で加齢による身体的退行、持病の悪化は『自炊=自立』の障害であり、いかにこれらを予防し、ADLを維持していくかが重要となる。ADL維持には食事管理は重要だと考えるが軽費老人ホーム(B型)には栄養士配置は義務化されていない。そこで、このような施設において、栄養士がいかに支援し、ADL維持・自立に貢献できるのか、高齢者への自立支援における課題の検討(学会発表)の結果を踏まえ、有効と考えられる具体的な支援内容を決定しなければなない。今回の検討で、「食事内容について気をつけているにも関わらず、不足している栄養素が多い」「必要量に対して不足しているにも関わらず、自身の意識としては充足していると思っている人が多い」ことが判明し、骨粗鬆症進行に関与する栄養素が不足傾向にあり、骨折によるADL低下予防のために、これらに関する正しい知識が必要であることと、必要とされる食事内容と実際の食生活の間のズレを是正する必要がある。そこで、少しでも長く、自立(=自炊)生活を継続するための支援内容の具体案として、(1)当該施設で行っている2回/週の食事提供サービスを利用し、骨粗鬆症予防に関する具体的メニューの提示とともに、その食事内容、栄養素について説明していく。(2)指導側、受け手側双方が一緒に内容を確認しながら各自の栄養状態の現状を把握できるよう、各個人ごとに栄養カルテを作成し、支援を行う。今回の結果より、当該施設全体としての優先課題を"骨粗鬆症予防"とし、さらに個別栄養カルテ作成のうえ、個人のニーズに対応した栄養・食事指導を実施していくこととする。今後、これらの有用性および指導頻度の適正を評価・検討していく。軽費老人ホーム(B型)居住者の自立維持の栄養学的支援・介入計画を立てるため、優先順位とその支援内容及び課題を把握すべく、昨年に引き続き、実態調査を行った。同居住者女性17名を対象に、体組成(InBody430)、身体活動量(スズケン・加速度計付歩数計)、血液データ及び食事調査を実施。Geriatric Nutritional Risk Index(以下GNRI)との相関を調べた。また、各測定値におけるGNRIの影響を分析するため、リスクなし群5名(98≦GNRI)、軽症リスク群6名(92≦GNRI<98)、中・重症度リスク群6名(GNRI<92)の3群に分け分散分析を行った。その結果、平均年齢82.5±8.6歳、BMI21.0±2.6kg/m^2(実質体重45.2±2.6kg)、測定前1年間の体重減少率-3.9±4.1%、基礎代謝量1040.5±109.2kcal、摂取エネルギー量1559.9±311.0kcalであった。GNRIとの相関を強く(p<0.01)示したものは、体重、BMI、Alb、ウエスト径で、他に、体組成(水分、タンパク、ミネラル、脂肪、骨格筋量、筋肉量)、基礎代謝、総消費量、レプチン、食事摂取量<脂肪、多価不飽和脂肪酸>が示された(p<0.05)。群間比較は、体重(F(2,14)=7.738,p<0.005)・BMI(F(2,14);15.189,p<0.001)・レプチン(F(2,14)=4.965,p<0.05)・食事摂取量のMgとPにGNRIの影響が有意(いづれも2群間)であった。分析結果は、GNRIでは体重(BMI)に強く影響しているのは当然と言える。エネルギー及びたんぱく質摂取量と相関は見られなかったが、MgやPはたんぱく質を推察できるかもしれない。高齢者の血清Alb値が、栄養障害の指標か、また、加齢現象としての弱い持続的な炎症反応かを観察するために、他の指標を組み合わせたい。体重減少率とは、相関がみられなかったが、最大値-11.1%、最小値+3.4%個人差が大きい。個人が抱える疾病は多様で、包括的な栄養評価と合わせた食の支援が不可欠であることが示唆される。【目的・方法】軽費老人ホーム(B型)居住者を対象に日常生活の活動時間の違いが体組成および食事内容に与える影響について検討した。対象は同ホーム居住者17名である。体組成(lnBody430)、加速度計付歩数計(スズケン・ライフコーダーPLUS)により7日間の身体活動量を測定した。食事摂取量は、面接による食事摂取頻度法で行った。

身体活動調査の結果により対象者を活動強度が中等度以上の活動時間が30分以上と30分未満の2群に分け、体組成、身体活動状況、食事摂取内容を比較した。また、昨年度測定の体組成の変化についても比較検討をした。【結果・考察】低活動群8名(83.3±3.8歳)は、高活動群9名(75.9±2.0歳)に比較し、運動量(エネルギー量)と歩数が低く(p<0.05)、むくみ(p<0.05)が示された。昨年度の体組成測定結果との比較では、低活動群は、体重・体脂肪量の減少傾向(低活動群:昨年比86.2±3.4%、高活動群:昨年比108.3±8.2%)を示し、その傾向は、胴体部分の脂肪量(低活動群:昨年比81.5±4.3%、高活動群:昨年比151.1±52.0%)が最も顕著であった。高活動群で体重は不変であり、体脂肪量は増加した。食事摂取エネルギー量は変化はないが、やや糖質量が多い傾向がみられた。低活動群は日常生活で活動の強度が低く、運動量も少ないことが、むくみにつながったと考えられる。活動量の低下は、筋肉の減少につながると考えられるが、今回の調査期間では、筋肉の減少は示されず、体脂肪の減少に伴う体重減少が示された。低活動群は、運動量が少ないにも関わらず、総消費エネルギーに見合うエネルギーを摂取できていないため体重減少が示された可能性が示唆される。今回の結果を基に本施設居住者に対して、運動と栄養(食事)の両面からアプローチし、施設居住の条件である食の自立・生活の自立が維持できる支援を行いたい。
ＲＮＡ分解を介した核局在型高分子非コードＲＮＡ作用マシナリーの制御機構の解明

自然免疫システムは、細菌やウイルス等の感染病原体の初期認識ならびにその後の炎症反応の惹起や獲得免疫の誘導に重要な役割を果たす生体防御メカニズムのひとつである。この自然免疫システムでは、感染病原体に対抗したサイトカイン類の適切な発現制御が要となる。当アイソトープ総合センターの秋光教授、和田教授らのグループは、ウイルス感染に応答したサイトカイン遺伝子の転写制御を核内長鎖ノンコーディングであるNEAT1が制御していることを見いだし、その分子機構を解明した。インフルエンザウイルスなどの感染がNEAT1ノンコーディングRNAを転写誘導し、誘導されたNEAT1がIL8などのサイトカイン遺伝子群の転写リプレッサーであるSFPQをプロモーターから乖離(脱抑制)させることを見いだした。このSFPQの乖離がサイトカイン遺伝子の転写を引き起こし、その結果、ウイルス感染細胞からのサイトカイン類の発現量を増加して自然免疫システムを活性化するメカニズムを明らかにした。今回の研究では、核内長鎖ノンコーディングRNAが自然免疫応答の分子スイッチとして機能することを初めて示した成果である。これまで、ウイルス感染に応答したサイトカイン遺伝子群の転写活性化機構として、転写因子NFκBが主に注目されて研究がなされてきた。NEAT1が欠損した細胞では、NFκBが正常に存在してもサイトカイン遺伝子が十分に転写誘導されなかったことから、今回見いだされたNEAT1ノンコーディングRNA依存的なサイトカイン遺伝子発現誘導機構は適切な自然免疫応答にとって必須な機構であることがわかった。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、哺乳動物細胞における核内高分子非コードRNAの分解経路を明らかにすると共に、高分子非コードRNAの機能制御におけるRNA分解の生理的意義を明らかにすることである。この目的を達成するため、(1)各種の核局在型高分子非コードRNA(HOTAIR, ANRIL, MALAT1, NEAT1など)の分解制御にかかわる新規タンパク質の系統的ノックダウンスクリーニングを実施する。ノックダウンスクリーニングでは、small hairpin RNA (shRNA)発現ライブラリーを使用する。さらに、(2)核内RNA分解経路が高分子非コードRNAの機能調節に重要な役割を担っているかについて多角的に検討する。既に、パラスペックルタンパク質PSFが核局在型高分子非コードRNAであるNEAT1の分解制御機構にかかわることを示唆する知見を得ている。また、NEAT1の安定化がパラスペックルの構造と機能に影響することも見出している。これらの知見は、核内高分子非コードRNAには固有の特異的RNA分解経路が存在し、さらに、RNA分解は核内高分子非コードRNAの機能制御を担うとする考えを支持する結果である。本年度は、スクリーニングを900遺伝子以上について実施し、スプライシング因子がNEAT1の安定性制御に関与していることを発見した。当初予定とほぼ同程度の研究進展があるため。平成25年度では、平成24年度に同定した新規の核内RNA分解因子の機能解析を中心に研究を展開する。具体的には、核内RNA分解因子の細胞内局在解析、分子間相互作用解析(標的RNA、及びnuclease等との相互作用)、変異体を用いた構造活性相関解析(機能ドメインの同定)、刺激依存的な局在変化や翻訳後修飾変化の有無の解析、などを実施する。また、分解標的となる核内高分子非コードRNAの機能(エピジェネティック制御など)がRNA分解によって制御されるかを調べる。以上の解析から、核内高分子非コードRNAの分解機構の分子基盤を明らかにするとともに、その核内RNA分解の生理的意義についても明らかにすることを目指す。
投機実行処理の高速化に適したプロセッサコアアーキテクチャに関する研究

本年度は昨年度構築した並列投機実行を行うシミュレータを用いて並列投機実行最適化を行うバイナリトランスレーション方式を利用したプロセッサアーキテクチャの検討およびアーキテクチャに基づいたハードウエアの構成を行った。特に、投機的メモリアクセスを実現するための投機的アクセスバッファを中心に構築を行った。構築はRTLレベルのVHDLによって行い、回路合成、配線レイアウトについては、Synopsys社のAutomatic Synthesis Compiler(ACS)を用いて、回路の合成からレイアウトまでを一括して行い、LSIのライブラリはLSI Logic社の1.5umのスタンダードセルライブラリを用いて行った。本ライブラリはクロック100MHzまでの回路に適するものであるため、20MHzから100MHzまでの回路についての回路構成を行った。昨年度のシミュレーション結果から、構成上の問題となる、外部へのデータ送信バッファと、内部からの外部アクセスへのマッチングを同時に行うことができる回路として構成し、全ての返答が同一クロック内に返る回路として実装した場合、同一サイズの同一クロックで動作する1次キャッシュと比較して10%の回路増加で実現できることが分かった。また、クロックの上昇に伴う回路増大も1次キャッシュにおける回路増大と同様であり、実現上の困難が少ないことが示された。本研究の成果として、オンチップマルチプロセッサの今後において、マルチスレッド間のメモリアクセスの依存関係を維持したまま実行できるための機構を用いて投機実行を行うことにより性能向上が得られることと、それを実現する回路構成がオンチップマルチプロセッサが実現できる回路規模において十分に現実的なサイズで実現できることを示すことができた。本年度は並列投機実行を行うシミュレータを用いてと並列投機実行最適化を行うバイナリトランスレーション方式を利用したプロセッサアーキテクチャの検討およびアーキテクチャの構築を行った。シミュレータはSolaris8マルチプロセッサ上で複数のプロセッサのシミュレーションを行うことが可能なマルチスレッドシミュレータとなっており、マルチプロセッサシステムと同様に共有メモリ上にデータ空間をもち、通信はマルチスレッドライブラリを用いて実現されている。また、プログラム生成は移植したクロスコンパイラシステムによって生成され、実験が容易にできるようになっている。また、バイナリトランスレーションの最適化においては、実行時再構成方式が生成するプログラムの事前生成を行い実行の最適化手法について(1)並列実行するに対応したレジスタ割付方式および命令再構成を行うことにより命令実行数を減少できること、(2)要素プロセッサに投機実行用命令を追加することにより、メモリアクセスのハードウエアを減少できること、また、実行時再構成方式での重複実行において分岐命令の実行を可能にすることによって投機実行の精度を上昇させることが可能であることを示し、バイナリトランスレータに実装した。バイナリトランスレータは最適化のために実行時と同様にプログラムをバイナリプログラムフォーマットにしたがって制御構造を読み取り並列実行可能部分を検索する。これらの機能を有効に機能させるプロセッサアーキテクチャとして多段パイプライン構造によるデータフォワーディング機能をもつ処理部分とマルチコンテクストをもつレジスタファイル機能、そして、複数のプログラム流をコントロールできる制御部分の構成とその具体化を行った。来年度は投機的なメモリアクセスの高速化を実現するメモリ階層部分を構築する。
都市圏と中山間地域-人口変化の特性と地域政策の在り方-

都市サイクルの空間動学的アプローチに拠り執り行なった本研究の成果は、その重要度順に次の3範疇に分類できる。(I)都市圏システムに於ける人口の集散に関する実証分析、(II)同分析結果に基づく地域(都市圏中心地域及び周辺地域)政策に対する提言、並びに(III)経済活動の空間的集散過程に関するレッシュ・モデルの理論的考察。この順で以下に、研究成果の概要を記す。[I]1我が国都市圏システムに、逆都市化現象が比較的近い将来発現する可能性は低くない。しかし、同現象が長期間にわたり継続する見込みは小さい。2東京都市圏の中心部以外の地域に比較して、同圏中心部の居住人口吸収ポテンシャルは今後相対的に増大する。3中小都市圏の中心部に比較して、東京都市圏中心部の居住人口吸収ポテンシャルは今後相対的に増大する。4東京都市圏内人口の空間的再分布過程は、20世紀末迄に後期郊外化段階をほぼ終えた。これを受けて同過程は、再都心化段階へ極く近い将来移行する可能性が高い。[II]東京都市圏に今後予想される「人口の長期的都心回帰趨勢」に照らすと、地域政策立案上次の2点を指摘できる。1「都市の集積経済性」を一層高める視点から、「東京都心部に重点を置いた、都市活力の回復に貢献し得る創造的都市政策」の、前広且つ着実な立案・執行が乞われる。2大都市圏内中山間地域の政策立案・執行にあたっては、地域人口の回復を期す従来型の経済発展政策に比較し、「地域の質的魅力度向上を主目途とするアプローチ」が、より現実的・合目的的であろう。[III]レッシュの「N-n対応値」には、N≧19に対し誤謬のあることが判明した。よって同対応値表は、(1)N値の入れ替え調整作業(n値の逆転現象に対処)、及び(2)N値の削除処理作業(n値の重複現象に対処)により修正を施す要がある。本研究は2年計画で進めており、第1年度(平成13年度)は研究計画調書の「研究計画・方法」欄に記載したフェーズ1、2、及び3の各テーマと取り組むとともに、フェーズ3の実証分析的考察の中で本研究の基本的狙いと密接に係わる、「空間経済学的市場の展開過程」に関する理論的考察を併せて試みた。かかる研究作業の成果として新たに得られた知見は、下記の通りである。1我が国の都市圏システムに逆都市化現象が比較的近い将来発現する可能性は、少なからず存在する。しかし、同現象が長期間継続的にわたる見込みは少ない。2中長期的視座に立つと、大都市圏東京の郊外化・都心化現象について、次の指摘が可能である。(1)東京都市圏の郊外部及び中山間地域に比較して、同圏都心部の居住人口吸収ポテンシャルは今後相対的に増大する。(2)中小都市圏の都心部に比蚊して、束京都市圏都心部の居住人口吸収ポテンシャルは今後相対的に増大する。(3)(以上に鑑み)「人口の再都心化現象を痴らす大きな都市サイクルのうねり」に賢明に対舷し、且つ、大都市都心部の集積経済性を一層効率的に高める視点から、東京都心部に重点を置いた「都市活力の回復に貢献し得る創造的都市政策」の、前広な立案・実施が現在強く乞われている。本研究は2年計画で進めており、第2年度(平成14年度)は研究計画調書の「研究計画・方法」欄に記載したフェーズ37の各テーマと取り組んだ。

併せて、フェーズ3の実証分析的考察の中で本研究の基本的狙いと密接に係わる、「空間経済的市場の展開過程」に関する理論的考察を、A.Loschの唱える地域立地論(regional location theory)に照準を合わせて試みた。研究の成果として新たに得られた知見は、下記の通りである。1東京都市圏内人口の空間的再分布過程は、20世紀末迄に後期郊外化段階をほぼ終えており、極く近い将来には前期再都心化段階へ移行する可能性が大きい。2東京都市圏内及び他の大都市圏内の中山間地域にあっては、我が国人口変動が比較的高い確度で辿ると予想される今後の「長期的都心回帰趨勢」に照らすと、地域政策の立案にあたり次の視座に立っことが乞われる。(1)地域の質的魅力向上を主目途とするアプローチが、地域人口の集積に拠る経済発展政策に比較し、一般により現実的であろう。(2)都心部人口が有する「有償・無償ヴォランティア人口資源」の有効活用を、地元発展政策プログラムへ積極的に織り込む努力が肝要であろう。3レッシュの「N-n対応値」(即ち、旧レッシュN-n対応値)のNは、N≧19に対し、次の修正作業を要する。(1)N値の入れ替え調整作業(n値の逆転現象に対処する作業)。(2)N値の削除処理作業(n値の重複現象に対処する作業)。
読本を視座とした近世中期歴史意識の研究

史学史ないし史学思想史において従来空白期間として扱われてきた近世中期について、読本を視座として、歴史観より外延を広げた歴史意識という概念に基づいて再検討し、そこに、歴史や記録に残らない庶民の過酷な生に目を向けようとしたり、人間の生をめぐる理不尽さや不条理さを歴史の中に見出したりするような関心のあり方が窺えることを明らかにした。本研究ではその一端を示したに過ぎないが、こうした関心のあり方が、近世歴史意識に対する一般的な認識としてある鑑戒史観や皇国史観という枠に収まらないものであることは明らかである。本研究の成果は、そうした近世歴史意識に対する従来の見方を相対化し、修正するための第一歩として位置づけられる。史学史ないし史学思想史において従来空白期間として扱われてきた近世中期について、歴史観より外延を広げた歴史意識という概念に基づいて再検討し、そこにうかがえる歴史意識の諸相を明らかにするという本研究の目的を達成するべく、研究の初年度である平成20年度は、まず源平の争乱、南北朝の争乱などに関する読本、軍書など、資料の基礎調査と収集を行った。またその成果の一部として、学術論文「「浅茅が宿」を読む一やつれはてた宮木の姿から一」が学術雑誌『日本文学』2008年12月号誌上に発表した。「浅茅が宿」については、秋成が『重編応仁記』や『鎌倉大草紙』などの軍書を詳細に読み込んだ上で利用していることが既に指摘されている。本論ではその指摘を踏まえ、戦争に翻弄された名もなき人々がどのように描かれてきたかという観点から軍記物語や軍書類と「浅茅が宿」とを対比し、本編に伺える歴史に対する興味関心のあり方を論じた。結論として「浅茅が宿」は、軍書類の断片的な記述から(あるいはそれがなくとも)思いを馳せることのできる、しかし記録には殆ど何も残らなかった名もなき人々に戦乱がもたらしたものについて、ありえた歴史の一齣を描き出した作品と位置づけられる。そうした歴史や記録に残らない庶民の過酷な生に目を向けようとするところに、本編からうかがえる歴史意識の特徴を指摘できるだろう。そうした過酷な状況を生きた過去の人間の姿に対する興味関心は、「浅茅が宿」を含む『雨月物語』に限らず、近世中期の読本や軍書に幅広く見出されるものではないか。それが現時点の私の見通しである。史学史ないし史学思想史において従来空白期間として扱われてきた近世中期について、歴史観より外延を広げた歴史意識という概念に基づいて再検討し、そこにうかがえる歴史意識の諸相を明らかにするという本研究の目的を達成するべく、研究の二年目である平成21年度は、まず南北朝の争乱、藤原仲麻呂(恵美押勝)の乱などに関する読本、軍書など、資料の基礎調査と収集を行った。また前年度からの調査と検討による成果の一部として、論文「歴史との対話-「白峯」論-」を学術雑誌『日本文芸論叢』第19号誌上に、「信義の行方-「菊花の約」論-」を学術雑誌『文化』第73巻第3・4号誌上に発表した。「白峯」については、秋成が『保元物語』の流布本や異本、また『本朝通紀』『保建大記』など、多くの軍書や通俗史書を参照していることが既に指摘されているが、前掲拙論では、崇徳院の造形に関する「白峯」の選択がそのいずれとも完全には重ならないことを指摘し、そこに、常識的な倫理道徳とその規準自体はあるべき理として認めると同時に、そうした理が通らない、あるいは理によっては割り切れない現実の理不尽さが歴史上において繰り返されるありように対する秋成の強い関心が窺えることを論じた。また「菊花の約」については、その時代背景が『陰徳太平記』を典拠とすることが指摘されている。拙論では、「菊花の約」に、信義という美徳を貫く人が報いられることの余りに少ない現実の理不尽さに対する憤りと嘆きが籠められていることを論じ、『陰徳太平記』を想起させる設定は、陰徳陽報の発想とは対極にある本編の作品世界において、アイロニカルな響きを強く帯びていることを指摘した。このように、読本を視座として見た近世中期歴史意識においては、いわゆる鑑戒史観や皇国史観とは異なり、人間の生をめぐる理不尽さや不条理さを歴史の中に見出していくような関心のあり方が窺える。本研究ではその一端を提示したに過ぎないが、それでも近世歴史意識に対する従来の見方を相対化し、修正する手がかりは得られたものと考える。
超短パルス軟Ｘ線分光法によるディラックフェルミオンの超高速ダイナミクスの研究

グラフェンはわずか炭素原子一層からなる究極のナノ材料であり、優れた電子・光特性を有することから、次世代の光電子デバイス材料として有望視されている。我々はこれまでデバイス動作の基礎となるグラフェンの光応答の研究を行い、フェムト秒(千兆分の一秒)という極めて短い時間スケールでの超高速キャリアダイナミクスを明らかにした。本年度はその延長として、グラフェンと半導体の接合系での電荷移動ダイナミクスの追跡を行い、フェムト秒からマイクロ秒(百万分の一秒)に渡る包括的なキャリアダイナミクス研究を試みた。SiC(シリコンカーバイド)熱分解法はSiCの加熱というシンプルなプロセスで大面積・高品質なグラフェンシートを作成できることから、工業利用に適した手法である。グラフェンの成長基板となるSiCの最表面には、Siで終端されたSi面とCで終端されたC面の二種類が存在し、それぞれで異なった界面状態を持つグラフェンが得られることが知られている。そこで我々はSi終端面上グラフェン(Si面グラフェン)とC終端面上グラフェン(C面グラフェン)のキャリアダイナミクスを調べ、その時間構造および界面状態がダイナミクスに及ぼす影響を時間分解光電子分光法により調べた。その結果、グラフェンとSiC基板は共通であるのに関わらず、Si面グラフェンとC面グラフェンでキャリアダイナミクスの緩和時間が大きく異なり、界面状態での緩和が示唆される結果が得られた。Si面およびC面グラフェンにおける界面状態密度とグラフェンの状態密度を見積もったところ、Si面グラフェンでは界面状態でのキャリア再結合、C面グラフェンではグラフェン内でのキャリア再結合が緩和時間を決めていることを明らかにした。29年度が最終年度であるため、記入しない。二次元炭素材料であるグラフェンはディラックフェルミオンと呼ばれる質量ゼロの電子状態を有し、広帯域光吸収や高キャリア移動度といった優れた光・電子特性を示す。本研究では、その優れた特性を光デバイスに応用する足がかりとして、グラフェンのキャリアが光励起されてから緩和するまでに起こる一連のプロセスを、超短パルス紫外光を用いた時間分解光電子分光法により、フェムト秒(千兆分の一秒)の極めて短い時間スケールでの追跡を試みた。我々は炭化ケイ素上にグラフェン層を高品質に作成することで、不純物や欠陥などによる散乱の影響を排除し、グラフェンにおける光励起キャリアの純粋な緩和ダイナミクスを抽出することに成功した。また、我々は理論面からのアプローチを行い、緩和の詳細な様子の定量評価を行った。その結果、光励起されたグラフェンキャリアは、まず光学フォノンとの散乱により数百フェムト秒の時間スケールで、互いが熱平衡状態になるまで急速にエネルギーをやり取りすることがわかった。このスキームに基づいた理論モデルは実験で得られた緩和ダイナミクスを非常によく再現し、グラフェンにおけるキャリア緩和の理解を深めることに成功した。また、同時に本研究課題の肝である超短パルス光源および測定システムの改良を行った。本測定における時間分解能は超短パルス光の時間幅により決まるが、時間幅が短いほど光学素子を通過した際の群速度分散の影響を受け、時間幅が広がりやすい。我々は時間幅が広がりやすい透過型の光学素子ではなく、時間幅が広がりにくい反射型の光学素子を採用するなど、光学系の設計を見直すことで、時間分解能を従来の100fsから50fsまで向上させることに成功した。これにより、これまで観測できなかった時間スケールの現象を捉えることが可能になったため、本研究課題である「ディラック電子系の超高速ダイナミクス」のより詳細な理解が期待される。時間分解光電子分光実験に関してはグラフェンを対象とした超高速キャリアダイナミクスの追跡を実験と理論の両側面から理解を深めることができ、計画以上に大きな進展があった。また、該当年度において様々な学会、シンポジウムで成果発表を行った。時間分解共鳴磁気カー効果実験に関しては、予算やビームタイムの都合から未だ立ち上げ段階にあるが、大型放射光施設Spring-8で関連実験、予備実験を行うなど、早期立ち上げに向けて着実に進展している。グラフェンは炭素からなる二次元物質であり、質量ゼロのディラック電子に起因する特異な物性を示すことから、シリコンを超える光デバイス材料として注目を集めている。デバイス応用としては、例えば、超高速光検出器やTHz帯レーザー光源、透明電極膜などが挙げられ、一部はすでに実用化されるなど、非常に有望な物質である。一方で、その動作の基礎となるグラフェンの光励起キャリアダイナミクスに関して統一的な理解がなされていないなど、まだ未解決の問題も多い。これはグラフェンキャリアの緩和の過程において、構造欠陥や基板との散乱に起因する外因的な緩和過程と、電子-フォノン散乱などの内因的な緩和過程の両者が競合して関与しており、グラフェンにおける本質的なキャリア緩和の情報が覆い隠されているためである。そこで、当該年度における研究では炭化ケイ素上に高品質なグラフェン試料を作成し、外因的な欠陥散乱の影響を極力排除することで、グラフェン本来のキャリアダイナミクスを観測することを試みた。測定には超短パルスレーザーを用いることで、フェムト秒(千兆分の一秒)という極めて短い時間スケールで光励起キャリアが緩和していく過程を追跡した。その結果、我々はこれまでの報告よりも長いキャリア寿命を観測することに成功した。また、その中から本質的なキャリア緩和の情報を抽出すべく、理論モデルによる解析を行った。

解析結果からは欠陥散乱が大幅に抑制されていることが示され、その結果、これまで観測が困難であった光学フォノンの非調和崩壊、ディラック点における緩和のボトルネック効果など、グラフェンキャリアの本質的な緩和過程を抽出することに成功した。超短パルスレーザーを用いた時間分解光電子分光法により、グラフェンにおける光励起キャリアの緩和過程の解明に成功した。この成果は学会・シンポジウム発表、国際誌での論文発表など、数々の成果発表に繋がった。そのため、当該年度は本研究テーマの目標の一つである「グラフェンにおける光励起キャリアの超高速ダイナミクスの研究」に関して大きな進展があったと判断する。グラフェンはわずか炭素原子一層からなる究極のナノ材料であり、優れた電子・光特性を有することから、次世代の光電子デバイス材料として有望視されている。我々はこれまでデバイス動作の基礎となるグラフェンの光応答の研究を行い、フェムト秒(千兆分の一秒)という極めて短い時間スケールでの超高速キャリアダイナミクスを明らかにした。本年度はその延長として、グラフェンと半導体の接合系での電荷移動ダイナミクスの追跡を行い、フェムト秒からマイクロ秒(百万分の一秒)に渡る包括的なキャリアダイナミクス研究を試みた。SiC(シリコンカーバイド)熱分解法はSiCの加熱というシンプルなプロセスで大面積・高品質なグラフェンシートを作成できることから、工業利用に適した手法である。グラフェンの成長基板となるSiCの最表面には、Siで終端されたSi面とCで終端されたC面の二種類が存在し、それぞれで異なった界面状態を持つグラフェンが得られることが知られている。そこで我々はSi終端面上グラフェン(Si面グラフェン)とC終端面上グラフェン(C面グラフェン)のキャリアダイナミクスを調べ、その時間構造および界面状態がダイナミクスに及ぼす影響を時間分解光電子分光法により調べた。その結果、グラフェンとSiC基板は共通であるのに関わらず、Si面グラフェンとC面グラフェンでキャリアダイナミクスの緩和時間が大きく異なり、界面状態での緩和が示唆される結果が得られた。Si面およびC面グラフェンにおける界面状態密度とグラフェンの状態密度を見積もったところ、Si面グラフェンでは界面状態でのキャリア再結合、C面グラフェンではグラフェン内でのキャリア再結合が緩和時間を決めていることを明らかにした。今後もグラフェンの超高速キャリアダイナミクスにおいて、温度・光励起強度・ドープ量などの実験パラメータを制御した研究を進め、より詳細な緩和機構の理解を目指す。また、本研究課題の重要なテーマの一つである「グラフェンテラヘルツレーザーの開発に向けたテラヘルツ帯反転分布の観測」を目指し、研究を展開していく。グラフェンのキャリアダイナミクスの総合的な理解を目指すべく、今後は放射光によるグラフェン-基板間の電荷移動ダイナミクスを明らかする。特にグラフェンは太陽電池などへの透明電極膜としても有望な材料であり、半導体からグラフェンへの電荷移動ダイナミクスの知見が求められている。
ナノ領域における無機粒子の凝集・分散現象の制御と新しいナノコンポジット材料の創製

昨年度に引き続き,分散粒子の表面改質を要しない簡便な直接溶融混練法による有機・無機ナノコンポジットの創製を目指し,当初の計画通り以下の研究を実施した。(1)溶融混練法による高分子中への分散に適した各種金属酸化物ナノ粒子多孔質凝集体の予備調製粒径が1020nmの酸化チタン,酸化アルミニウム,酸化亜鉛の各種ゾルを出発原料として,ゾルのpH調整・無機塩添加操作により,各コロイド粒子水溶液分散系を不安定化(凝集促進)して,多孔質凝集体を調製した。その結果,pHや添加無機塩の種類・濃度により,凝集体の孔構造が大きく変化することを明らかにした。酸化チタン系では,凝集促進のための添加剤として無機塩の代わりに有機酸を所定量添加する実験も行い,無機塩添加の場合と比べて,より大きな孔を有する凝集体を調製できることが分かった。(2)混練による溶融高分子中での凝集体の解砕・分散(コンポジット化)研究(1)にて予備調製した凝集体を,親・疎水性が異なる複数の高分子とともにそれぞれ混練し,溶融高分子内部に発生するせん断力で凝集体を解砕して各金属酸化物粒子を分散させることを試みた。用いる高分子の粘度特性を考慮して,せん断力を可能な限り高い状態となる混練条件を検討した。結果としては,昨年度のシリカの場合ほどの良好な分散結果が得られなかったものの,解砕メカニズムに関する情報が得られ,混練時間を長くするなどの混練条件のさらなる検討により,分散性の改善の可能性が示唆された。(3)シリカ/フッ素高分子系ナノコンポジットの引張り特性評価昨年度調製に成功したシリカ/フッ素高分子ナノコンポジットを引張り試験に供した。シリカ分散粒径がナノスケールまでサイズダウンすると,伸びが低下しない等の特異な特性が発現することが分かった。(4)本研究のまとめと報告本研究の成果を学術論文あるいは国内・国際会議にて発表した(裏面の11.研究発表を参照のこと)。分散粒子の表面改質を要しない簡便な直接溶融混練法による有機・無機ナノコンポジットの創製を目指し,当初の計画通り以下の研究を実施した。(1)破砕強度や粒子配列構造が制御されたナノ粒子軟凝集体の調製平均一次粒径が12,57,100,200mmの各コロイダルシリカ水溶液を出発原料として,多孔質シリカナノ粒子凝集体の調製を行った。得られた凝集体について,電子顕微鏡による観察,水銀圧入法および窒素ガス吸着法による孔分布・比表面積等の孔構造の解析を行うと同時に,微小圧縮試験を実施して凝集体の破砕強度も測定した。その結果,溶液のpHおよび共存陽イオンの種類・濃度により凝集体を形成した時の孔構造・破砕強度が決定されることが分かった。この結果を踏まえて,研究(2)の高分子中への分散に最適な低強度軟多孔質凝集体の調製条件を決定した。(2)溶融混練によるナノシリカと各種高分子とのコンポジット化研究(1)にて得られた軟凝集体を,疎水性の程度が異なる複数の高分子(エチレン・ビニルアルコール共重合体,ポリカーボネート,ポリスチレン,フッ素樹脂)とともに混練し,高分子内部に発生する剪断力で軟凝集体を解砕してシリカを分散させた。まず,高分子の粘度特性を把握して,溶融混練過程で発生する剪断応力と軟凝集体の強度の関係を元に決定した混練条件を検討した。そのような条件で混練を行った結果,200mm径シリカについては,高分子の親・疎水性によらず,一次粒子レベルで均一に分散することが分かった。さらに,一部高分子については,100mm径のシリカー次粒子の均一単分散を達成し,それ以下の一次粒径のシリカの場合もナノクラスターレベル(100mm以下の大きさ)での分散を確認した。なお,分散不良のサンプルが得られた場合には,画像解析により分散の程度を定量化して,適宜その結果を新たな混練条件の決定・実験へフィードバックした。

結果としては,昨年度のシリカの場合ほどの良好な分散結果が得られなかったものの,解砕メカニズムに関する情報が得られ,混練時間を長くするなどの混練条件のさらなる検討により,分散性の改善の可能性が示唆された。(3)シリカ/フッ素高分子系ナノコンポジットの引張り特性評価昨年度調製に成功したシリカ/フッ素高分子ナノコンポジットを引張り試験に供した。シリカ分散粒径がナノスケールまでサイズダウンすると,伸びが低下しない等の特異な特性が発現することが分かった。(4)本研究のまとめと報告本研究の成果を学術論文あるいは国内・国際会議にて発表した(裏面の11.研究発表を参照のこと)。
粉末の摩擦面への供給によるマイルド摩耗遷移

繰り返しを伴う金属のすべり摩耗には、シビア摩耗とマイルド摩耗の2種類があり、摩擦距離が増えるとシビア→マイルド摩耗遷移が起こる。マイルド摩耗では、酸化摩耗粉が摩擦面で固着・焼結されて酸化膜(トライボ膜)が生成し、このトライボ膜により金属同士の凝着が抑制されて低摩耗になると考えられる。したがって、酸化摩耗粉の代わりに表面エネルギーの大きいナノメータサイズの酸化物超微粒子を摩擦面に供給すれば、摩擦面でトライボ膜がより生成し、マイルド摩耗遷移が促進されると期待できる。本研究では、粒径が数10nm数100nmのFe_2O_3粉を鋼の摩擦面に供給し、その粉末粒径や試験荷重がシビア→マイルド摩耗遷移に及ぼす影響を調べた。また、シビア→マイルド摩耗遷移における摩擦面の変化の様子を詳細に観察し、摩擦面のトライボ膜の生成状況を明らかにした。実験方法は、ピンオンディスク摩耗試験を行った。ピンとディスクの摩耗試験片はS45C焼ならし材を使用し、試験粉末はディスク摩擦面に供給した。供給した粉末は、粒径が30nm、300nm、500nmのα-Fe_2O_3粉3種類である。トライボ膜の生成過程を調べるため、デジタルマイクロスコープ顕微鏡で摩擦面を観察し、さらに、画像解析処理ソフトにより摩擦面に生成したトライボ膜の面積率を測定した。本研究の結果、次の結論が得られた。(1)30nmのFe_2O_3粉を摩擦面に供給すると、いずれの場合においてもシビア→マイルド摩耗遷移が現れる。(2)供給したFe_2O_3粉の粒径が小さいほど、また、荷重が小さいほどマイルド摩耗に遷移する摩擦距離は短くなる。(3)マイルド摩耗に遷移した摩擦面では、黒っぽく見える部分(トライボ膜)が島状に観察される。(4)摩擦距離が増えるにしたがって、摩擦面のトライボ膜は生成と消滅を繰り返しながら増えていく。また、シビア摩耗の過程でもトライボ膜はすでに生成していて、シビア→マイルド摩耗遷移が生じた瞬間の摩擦面には大きな変化はない。(5)供給したFe_2O_3粉の粒径が小さいほどトライボ膜面積率は大きく、トライボ膜が生成されやすいためにマイルド摩耗を促進する。また荷重が大きいと試験開始直後でトライボ膜面積率は大きくなるが、マイルド摩耗になるためのトライボ膜面積率は大きい。繰り返しを伴う金属の乾燥すべり摩耗において、初期の摩耗量は多いが摩擦距離が増えると極めて摩耗速度が小さくなるシビアーマイルド摩耗遷移が生じる。マイルド摩耗では、酸化摩耗粉が摩擦表面に固着して金属同士の凝着を防ぐので、摩耗粉の生成速度やその摩擦面への固着速度が影響すると予想される。したがって、摩耗粉の代わりとなる粉末を積極的に供給し、それを繰り返しすべりにより摩擦表面に固着させることができればマイルド摩耗を達成できると期待できる。

本研究課題では、鋼同士の繰り返しすべり摩耗において、粉末を摩擦面に供給し、その粉末の種類、粒径、硬さ、量が及ぼすマイルド摩耗への遷移の影響を明らかにすることを目的としている。摩耗試験は、ピンオンディスク摩耗試験機を用いて、炭素鋼S45Cの試験片で、油潤滑無しの大気中において、試験荷重4.9N49N、摩擦速度0.050.5m/s、試験時間60分の条件で行った。本年度では、粉末の種類として、カーボニル鉄粉(粒径6.4μm)、ガス中蒸発法で作成したFeナノ超微粒子粉末(粒径20nm)、気相反応法で作成したFe_2O_3ナノ超微粒子粉末(粒径30nm)、Fe_3O_4マグネタイト粉末(粒径6.1μm)を用いた。これらの粉末は、摩耗試験開始直後のディスク摩擦面に0.1gまたは0.5g添加した。Feナノ超微粒子粉末(粒径20nm)を添加した場合には、摩擦面上で鉄の酸化による発熱反応が一気に進み供給したFe粉末が酸化鉄になってしまったため、試験を中止した。カーボニル鉄粉を供給した場合の摩耗曲線では、粉末無しの場合の摩耗曲線と同様にマイルド→シビア摩耗遷移が現われ、むしろカーボニル鉄粉を添加した方が摩耗が激しく、ほとんど効果が無いことが分かった。しかし、Fe_2O_3ナノ超微粒子粉末、Fe_3O_4マグネタイト粉末を添加した場合においては、ピンの摩耗体積が試験開始から試験終了までほとんど増加しないマイルド摩耗を示した。すなわち、これらの粉末では、シビア摩耗を抑制しマイルド摩耗を促進させる効果が得られ、1/401/200と大幅に摩耗量を低減できることを明らかにした。繰り返しを伴う金属のすべり摩耗では,すべり距離の増加に伴ってシビア-マイルド摩耗遷移が生じる.この機構の一つとして,摩擦面での酸化膜生成が知られており,数10nmの非常に細かい酸化摩耗粉が固着・焼結されて,酸化膜が摩擦面に生成することが知られている.今年度の研究では,数10nm数μmのFe_2O_3粉またはFe粉を鋼の摩擦面に供給し,その粉末サイズがマイルド摩耗遷移に及ぼす影響を調べ,マイルド摩耗に寄与する限界の粉末サイズや摩耗面の酸化膜の生成について検討した.粉末を供給しなかった場合には,終始シビア摩耗であったのに対し,30nm,300nm,500nmのFe_2O_3粉を供給した場合には,すべり距離の増加に伴ってシビア→マイルド摩耗遷移が生じた.一方,1μmのFe_2O_3粉を供給した場合では,シビア→マイルド摩耗遷移は発生せず,粉末なしの場合と同様な摩耗曲線が得られた.また,マイルド摩耗遷移が生じるFe_2O_3粉末の限界サイズは,試験荷重やすべり速度が大きくなるにしたがって小さくなった.このように,マイルド摩耗に寄与する限界のFe_2O_3粉末サイズを試験条件によって示したのは,本研究が始めてである.また,Fe粉を供給したテストでは,20nmの場合はシビア-マイルド摩耗遷移は生じたのに対し,1.65μmの場合はマイルド摩耗遷移は生じなかった.20nmのFe粉は,摩耗テスト中に摩擦面上で酸化反応が生じていた.したがって,微細なFe粉は,摩擦面で酸化しFe_2O_3粉と同様にマイルド摩耗遷移を促進するといえる.供給した粉末サイズが小さいほど,マイルド摩耗が生じるためのすべり距離が短くなった.これは摩擦面で酸化膜が生じやすいためと考えられる.また,高荷重,高速度になるほどマイルド摩耗が生じるためのすべり距離は長くなった.これらのことから,酸化膜の生成速度と除去速度の大小が遷移現象に関係していると考えれる.