hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
萌芽技術に対するリスクの認知機構の解明

本研究で今後取り上げていく萌芽技術を選定するために、調査を実施した。調査では、まず現時点において社会的な認知度や関心度が比較的高いとされている萌芽技術等を取り上げて2つの調査を実施し検討した。1つ目の調査では予備調査として大学生を対象に、10個の萌芽技術に関して、各技術に対するリスク認知、主観的知識量、客観的知識量、技術者や組織への信頼感等の測定を行った。その結果をもとに、情報分野に関する萌芽技術は、リスク認知や主観的知識と客観的知識の知識水準に関して、本研究課題で取り上げるのに適した性質をもつ可能性が示唆されたため、今年度は当該分野の技術を取り上げて検討をすることとした。2つ目の調査では、情報分野の4つの技術(人工知能(AI)、機械学習、自動運転、仮想現実(VR))を取り上げ、幅広い年齢層の一般市民を対象としたWEB調査を実施した。調査では、各技術へのリスク認知、主観的知識量、客観的知識量、リスク管理にかかわる組織への信頼感、関心等を測定した。調査結果からは、人工知能、機械学習、仮想現実の技術においては、主観的知識と客観的知識がいずれもリスク認知を抑制する効果が確認され、その効果は両方の知識水準がともに高い場合に最も低減される可能性が示唆された。しかし、自動運転に関しては、知識量の効果は信頼感の効果を調整する働きのみが確認され、信頼感がリスク認知を抑制する可能性が示唆された。当初予定していた一般市民を対象としたWEB調査を実施し、いくつかの萌芽技術の科学的知識量の主観的評価と実際の知識量を測定することができたため、おおむね順調に進展しているものと考えている。今年度実施したWEB調査のデータを分析し、萌芽技術へのリスク認知に対する知識要因(主観的知識量、客観的知識量)と、個別の感情経験の個人差による影響がどのようなものか、理論的にも整理を進めていくことを検討している。
コミュニティケア支援情報システムにおける情報品質に関する研究

前年度に引き続き、コミュニティケア支援情報システムについて、利用者が期待する情報品質を満足させるための要件について、社会環境的視点と技術的視点から検討を行った。社会環境的視点における検討では、ュビキタス情報社会における利用者の潜在的な価値観を調査する一手法としてAHP(階層化意思決定法)を導入し、情報システムの情報品質を測定する因子について、様々なカテゴリの利用者に対するアンケート調査とその結果について分析し、考察を加えた。その結果、利用者の期待する情報品質を知るためには、継続的な利用履歴情報に加えて、その他の日常生活におけるインフォーマル情報の取得と分析が必要であること、様々な利用者が利用するコミュニティケア支援情報システムにおいては、適切な利用支援を行う必要があることの2点を確認した。一方、技術的視点における検討では、情報品質に対する影響因子である利用者の知識の差に着目して、一般利用者向けのコミュニティケア支援情報システムの一例として ̄、利用者中心型パーソナル歯健康管理システム(Home Dental Clinic)の設計と実装を行った。情報品質を高めるための主たる機能は、文字情報を補完するための小型のカメラによる画像情報記録機能、歯科の専門用語を解説する辞書機能の2点である。とりわけ、マルチメディア情報の活用は利用者間のコミュニケーションを促進する上でも重要である。また、上記の研究成果については、情報通信学会、情報処理学会等の国内学会及び情報通信政策について議論を行う国際電気通信連合(ITU)のワークショップ、情報品質についての国際学会(11^<th> International Conference on Information Quality)にて行った。コミュニティケア支援情報システムの利用者はケアの専門家に加え、実際にケアサービスの受給者自身も含む一般の人々も含まれる。そこで、利用者の特性について整理した結果をシステムの設計に反映させるべく以下の2つのテーマに取り組んだ。1.ユビキタス情報社会における情報品質に関する研究「いつでも」「どこでも」に加えて、「誰でも」が情報通信サービスを利用できる社会環境が実現するとされるユビキタス情報社会におけるサービスを情報の流通構造に基づいて、プレゼンス型、コンテキスト型、個人プロファイル型の3種類として定義し、代表的なサービスの分類を行った。一方で一般の人々のサービスに対する意識調査を行い、その結果をコレスポンデンス分析により評価した。成果は学術論文誌、国際学会(10^<th> International Conference on Information Quality)及び国内学会において発表を行った。2.1.に基づくコミュニティケア支援情報システムに関する研究コミュニティケア支援情報システムの利用者をアクタ(actor)として位置づけて、システム上を流通する情報についてインタビュー及び情報システムのプロトタイプ(ユビキタスケアノート)の試用実績に基づく整理分類を行った。その結果、利用者中心型で十分な情報品質を維持するためには、従来は情報化の対象外であったインフォーマル情報の情報化、フォーマル-インフォーマル情報間のセマンティックな階層モデル化の必要性とこれに基づく支援システム構築の必要性を確認した。成果は国際学会(4^<th> International Conference on Healthcare Technology Management)及び国内学会において発表を行った。
ゲーム感覚で身につく学生向け生活安全教材の開発

本研究では、社会的自立過程において様々な生活安全リスクに接するであろう学生向けに、ゲームのように楽しみながら生活安全への意識と知識を身に付けられることを目的とし、ICTを用いたクイズ型生活安全教材の開発を行った。方法としては、学生向けの生活安全クイズを作成し、eラーニングシステムにてクイズ型生活安全教材とした。この教材はWebブラウザからクイズに回答するもので、PCやスマートフォンから追加アプリ不要で利用できる。完成した教材について本校学生による任意の試用アンケート調査を実施し、無記名・4択及び自由記述式にて24名の回答が得られた。アンケート集計結果では、操作性・学習効果(自己評価)・関心(別の問題もやってみたいと思うか)について9割前後の肯定的回答が得られた。更に、自由記述欄において、ネット犯罪や税といった分野への関心の高さが見られたほか、普段の情報源としてネットがテレビを上回っていることが明らかになった。また、コンテンツについては、今回文章のみでの構成だったが、ランキングや動画の導入には過半数が否定的であり、多機能化よりも手軽さが重視されることが分かった。以上の結果より、この教材は生活安全教育に有用であると考えられる。これらについて第9回高専技術教育研究発表会にてポスター発表を行ったのち、教材を公開した。URLはhttps://quiz.chiekura.jp/(平成29年度末でサーバ契約終了)今後の課題としては、eラーニング・サーバ費用の確保と、学生の関心が高かった分野についての出題の充実が挙げられる。
人間の行動認識を目的とした強化学習に基づく適応的な原始動作の重ね合わせ

本研究では,人間の意図的な動作を追跡できるように,HMM(隠れマルコフモデル)に基づいたTD(Temporal Difference)学習アルゴリズムを開発した.意図的な動作は,1から5までの数をプリミティブ(原始的)な手指サインとして示すこととした.そして,上記アルゴリズムをズーム・トラッカ,すなわち取得画像の中の特徴的な部分をパン・チルト機能によって追跡することも,ズーミング機能によってズーム・インすることもできる視覚システムにインストールした.はじめに,HMMアルゴリズムを用いて,人間の自然な歩き動作や手によるサインの動作,さらにサインから再び自然な歩き動作に戻る動作を例として,人間の体の特徴的な部分の動きをモデル化した.つぎに,TD学習アルゴリズムを用いて,ズーム・トラッカが人間の意図的な動作を追跡しクローズアップする動作をTD学習によって獲得できるようにした.そして原理的には,以下のメカニズムによって,上記2つのアルゴリズムの統合が可能となった.すなわち,HMMにおける状態遷移確率をTD学習の報酬として割り当てることにより,人間の動作を追跡できる画像内の状態間の遷移確率が増大するようにズーム・トラッカの行動を学習するというものである.人間が意図的な手のふるまいを呈示した場合のみをズーム・トラッカによって自動識別できる必要があり,そのためには,最終的に呈示された手先の動作が予め教示されたプリミティブ動作と一致しているか否かが判断できる必要がある.プリミティブ動作の抽出は,他のプリミティブ動作との発展的な重ね合わせが可能となるように,ウェーブレットの2-D Symmletフィルタの適用によって達成された.本研究ではさらに,状態モデルの自動更新機能および新たな状態の切り分け識別機能を上記のHMMに基づくTD学習アルゴリズムに組み込んだ.本研究では,初期的に定義した原始動作パターンの繰り返しの中に新たな原始動作を発見するための差分エンジンの開発導入を行い,原始動作データ全体の再構造化を行うアプローチを提案する.そしてこのために,強化学習の導入により,人間の行動を上記の原始動作の重み付き重ね合わせとして適応的に構成できることを示すことを目的としている.研究計画1年目は,計画通り,HMM(隠れマルコフモデル)を用いて人間の意図的な原始動作を表現し,人間の行動を適応的に構成するための方策決定規範として強化学習を導入することにした.本研究においては,人間の全身行動の中で例えば顔の表情や手振りなど,特にどの部分に意味のある意図的な行動が表出されるかを選択的に注視できるようにするというシステムの行動が,強化学習の学習課題として与えられた.アルゴリズムの概要として,HMMの状態遷移確率をそのままTD学習におけるActor-Critic手法の報酬として定めることにより,HMM, TD学習の両者を統合的に利用することが可能となった.すなわち,HMMによって表現された事前のシミュレート経験と合致する動作に至るような注視行動をシステムがTD学習で獲得できるように,行動パターンを形成する方策を最適化できるようにした.これにより,人間による自然な歩行の追跡,手先でのサイン表示を目的とした手の振り上げ行動のズームアップ追跡,さらに,手を下ろして歩行動作に戻る手振り行動の追跡,のそれぞれを達成する方策が経験的に獲得できる結果が得られた.このとき,学習に要したエピソード回数はいずれの方策についても50回程度であり,アルゴリズムの収束性も確認できた.しかしながら,注視行動が空間的にも時間的にも離散的で,システムの精細かつ滑らかな挙動を与えることができる段階までには至らず,2年目に研究すべき項目として残された.本研究では,人間の意図的な動作を追跡できるように,HMM(隠れマルコフモデル)に基づいたTD(Temporal Difference)学習アルゴリズムを開発した.意図的な動作は,1から5までの数をプリミティブ(原始的)な手指サインとして示すこととした.そして,上記アルゴリズムをズーム・トラッカ,すなわち取得画像の中の特徴的な部分をパン・チルト機能によって追跡することも,ズーミング機能によってズーム・インすることもできる視覚システムにインストールした.はじめに,HMMアルゴリズムを用いて,人間の自然な歩き動作や手によるサインの動作,さらにサインから再び自然な歩き動作に戻る動作を例として,人間の体の特徴的な部分の動きをモデル化した.つぎに,TD学習アルゴリズムを用いて,ズーム・トラッカが人間の意図的な動作を追跡しクローズアップする動作をTD学習によって獲得できるようにした.そして原理的には,以下のメカニズムによって,上記2つのアルゴリズムの統合が可能となった.すなわち,HMMにおける状態遷移確率をTD学習の報酬として割り当てることにより,人間の動作を追跡できる画像内の状態間の遷移確率が増大するようにズーム・トラッカの行動を学習するというものである.人間が意図的な手のふるまいを呈示した場合のみをズーム・トラッカによって自動識別できる必要があり,そのためには,最終的に呈示された手先の動作が予め教示されたプリミティブ動作と一致しているか否かが判断できる必要がある.プリミティブ動作の抽出は,他のプリミティブ動作との発展的な重ね合わせが可能となるように,ウェーブレットの2-D Symmletフィルタの適用によって達成された.本研究ではさらに,状態モデルの自動更新機能および新たな状態の切り分け識別機能を上記のHMMに基づくTD学習アルゴリズムに組み込んだ.
マイクロアレイの網羅的遺伝子情報に基づくIGF-Ⅰによる歯の形態制御機構の解析

本研究では、IGF-Iによる歯の形態制御機構を解明するため、マイクロアレイによりIGF-Iが発現を変動させる因子の同定を行った。さらに、歯の発生過程においてIGF-Iが歯性間葉細胞に及ぼす影響を解析するために、マウス歯胚から単離した歯性間葉細胞を用いて培養実験を行った。その結果、IGF-Iは歯の発生を制御する因子の発現を亢進し、また、歯性間葉細胞の増殖と分化を亢進することが明らかとなった。再生医療は近年様々な領域で研究が推進されており、歯科分野においても、いかに生理的機能を持つ歯の再構築を行えるかが期待されている。しかし、歯の三次元的構築技術の開発において進展は見られるものの、形態制御の問題はいまなお未解決である。申請者の所属するグループの研究は、再正歯の大きさを特定する因子がIGF-1であるという知見を得たため、本研究においてはIGF-1を基軸とした歯の形態制御機構の解明を目的とした。本研究は、天然歯に類似した形態的特徴を持つ再生歯の作製技術の一助となり、さらには歯の再生の実用化に向けた基盤技術の開発が発展に寄与するという点で大きな意義がある。まず初年度においては、IGF-1により発現制御を受ける下流因子の同定のために、マイクロアレイによる網羅的解析を行った。マイクロアレイは、膨大な遺伝子群の中から、ある細胞現象に関わる遺伝子群の候補を検討するうえで有用である。ここでは、胎生14.5日齢のマウス下顎臼歯歯胚を用い、IGF-1添加、非添加下にて器官培養を行った。培養後、Dispase処理により上皮と間葉組織を分離した。得られた組織のRNAを精製し、マイクロアレイの試料として用いた。遺伝子発現のプロファイリングおよびクラスタリングの結果、IGF-1により発現変動が見られる遺伝子として、上皮組織および間葉組織とも歯の発生過程に関連する遺伝子が複数挙げられた。これらの因子について、発現パターンおよび機能の解析を行う予定である。再生医療は近年様々な領域で研究が推進されており、歯科分野においても生理的な機能を持つ歯の再生が期待されている。しかし歯の再生医療を目指した三次元的構築技術の開発は大いなる進展が見られるものの、形態制御の問題が今なお未解決である。申請者の所属するグループは、再生歯の大きさを特定する因子を追求し研究を進めたところ、IGF-I添加により再生歯の大きさが増大する結果を得た。しかし、IGF-Iによる歯の形態制御機構は未だ不明であり、その解明はIGF-Iを用いた再生歯の大きさの制御方法を確立するうえで必須である。そこで、IGF-Iにより発現制御を受ける歯の形態制御に関わる因子の同定を本研究の目的とした。まず、胎生14.5日齢のマウス下顎臼歯歯胚を用いて、IGF-I添加、非添加下にて器官培養を行った。その後、Dispase処理にて上皮および間葉組織の分離を行い、得られた組織のRNAを精製した。次に、前年度マイクロアレイ解析により同定されたIGF-Iにより発現制御を受ける下流因子の中でも、特に上皮および間葉組織において歯の発生過程に関わる遺伝子について発現パターンの解析をreal-time PCRを用いて行った。その結果、歯胚間葉組織では培養14日目においてIGF-IによるDmp1の発現上昇が認められた。また、IGF-Iにより再生歯の大きさが増大するメカニズム解析のために、マウス歯胚間葉細胞を用い培養実験を行った。その結果、間葉細胞は培養25日目で活発な増殖を示し、56日目にかけてプラトーに達した。さらに、IGF-Iによる増殖の亢進が認められた。今後、IGF-Iによる形態制御を受けた再生歯胚におけるIGF-Iを中心としたシグナルネットワークの更なる解明が、効率的な歯の形態制御法の開発につながることが期待される。本研究により得られた結果に基づき、我々は現在論文作成中である。医歯薬学初年度は、IGF-1が歯胚の遺伝子発現に及ぼす影響のマイクロアレイによる網羅的解析を行い、IGF-1により変動する関連遺伝子について、膨大な数の遺伝子から特定の細胞現象に関与する遺伝子の同定を行った。これらの結果のデータマイニングは、形態制御を受けた歯胚におけるIGF-1を中心としたシグナルネットワークのデータ構築を可能とした。以上のことから、当初の計画通りに進行しているといえる。今後の計画としては、IGF-1により発現変動を示す因子が、歯胚上皮および間葉細胞の増殖、分化に及ぼす影響の解析を行う。さらに、IGF-1下流因子に着目し、発現様式と機能を解析する。ここでは、各種阻害剤を用い、IGF-1を経由するシグナル伝達機構を明らかにする予定である。これらの研究結果により、歯の形態制御におけるIGF-1シグナルネットワークの全容が解明され、より効率的な再生の形態制御法の開発を図る知見が得られると予想される。
技術・情報教育のための情報機器変遷画像データベースに関する実践的研究

本研究では,情報教育のための計算機器変遷を対象とし,複数の画像関連コンテンツファイルを一括して一つの画像の中に埋め込んで煩雑なファイル管理を簡便にできる画像データベース構造を提案した。さらに,世界各国で収集した計算機器変遷画像をデータベース化し,多人数の利用者が秘匿性を保ってデータベースを利用できるようにした。これにより,学校教育で利用できる計算機器変遷に関わる画像データベースを構築できた。本研究では、紀元前からの情報機器変遷についての研究を行い、最終的に研究成果を学校教育における情報資質向上に役立てることを目的としている。その中で、技術・情報教育を大局的に捉える「情報機器変遷に関わる基礎研究」と技術・情報教育の普及に関連する「Web環境による中等教育学校への情報発信」に力点を置いている。平成19年度の研究では、「画像データベースに関わる基礎研究」と「情報機器変遷に関わる情報収集」の一部分について研究を行った。画像データベースに関わる基礎研究では、画像透かし手法の開発を進展させ、これまで開発してきた説明文章ファイルの画像への埋め込み技術をさらに発展させた。特に、TIFF画像における画像透かし技術の中に視認識回避機構を組み込み、画像透かしを行っても画像の劣化をほとんど感じない画像透かし手法を開発した。さらには新たなタグ情報を構成し、画像劣化を全く伴わない画像透かし手法も開発した。これにより、画像の説明文章を画像そのものに組み入れてデータベース化することが可能となり、画像データベース管理の容易な情報機器変遷データベースを構築することが可能となった。加えてLAMPベースのシステムを構築し、画像内部に埋め込まれている文章のキーワード検索機構を構築し、画像データベース利用が格段に向上した。情報機器変遷に関わる情報収集については、文字・数字の発達から見た情報機器変遷としての沖縄の藁算を取り上げ、ドイツHNFコンピュータミュージアムでの藁算エプロジェクトに協力して藁算制作についてのコメントを行った。さらに、ドイツ博物館とドイツ技術博物館を訪問し、現存はしていないが最古の機械式計算器と言われるSchickard計算器ならびに世界で初めてのコンピュータと評価されているZuseコンピュータを中心として調査を行い、研究室で復元しているレプリカと比較研究した。本研究では,紀元前からの情報機器変遷についての研究を行い,最終的に研究成果を学校教育における情報教育の質向上に役立てることを目的としている。その中で,技術・情報教育を大局的に捉える「情報機器変遷に関わる基礎研究」と技術・情報教育の普及に関連する「Web環境による中等教育学校への情報提供」に力点を置いている。平成20年度の研究では,「画像データベースのアルゴリズム研究」と「情報機器変遷に関わる情報収集」について研究を行った。画像データベースのアルゴリズムに関わる研究では,これまで開発していた視認識回避領域への画像透かし手法をさらに進展させ,TIFF画像の構造を改良するデータハインディング技術を伴ったアルゴリズムへと発展させた。特に,TIFF画像の中に拡張タグを利用した追加情報ブロックを組み込み,データハインディング技術により画像の劣化が全くない画像透かし手法を開発した。これにより,説明文章と対象画像の両者を同時に管理することなく対象画像のみを管理すればよいテキスト・画像一体型の画像データベース構造を開発した。このとき,LAMPベースのシステムにより画像データベースを構築し,利用者の利用権限に応じた著作権管理機構も組み込んだ。これにより,著作権強度が強くて限定された利用者しか利用できない画像に対しては部外者が見ることができない機構を作り上げることができ,著作権管理が容易な画像データベースとしての機能も持たせることができ,利用性が格段に向上した。また,情報機器変遷に関わる情報収集については,米国コンピュータミュージアムを訪問し,バベッジの階差機関の動画情報や静止画情報を含めて,コンピュータ発達史についての大量の画像情報収集を行った。本研究は,紀元前からの情報機器変遷についての調査研究を行い,最終的に情報機器の画像教材情報を画像データベースとし,情報教育に役立てることを目標としている。平成21年度においては,これまで蓄積してきた古代からの大理石で作られた線そろばん画像や欧米でのコンピュータの変遷画像に加えて,新たにイタリアでのローマ時代のそろばん画像や計算用コインの収集さらには中国での上2珠・下5珠そろばんの収集も行い,情報機器変遷に関わる現物ならびに画像情報の蓄積を進めた。また,ソフトウェアの面では,TIFF画像のフォーマット構造のプライベートタグ情報を利用して画像フォーマットを再構成し,教育利用のための教材テキスト情報を画像の中に組み込み,新しい教育利用画像データベースを構築した。これにより,煩雑な教材テキスト情報のファイルをなくし,全て画像1枚に情報を集約し,データベース管理の簡便さを可能とさせた。さらに,最大536ユーザが各々別々の教材情報を一つの画像に組み込むことができるようにし,同一画像データベースを利用して,別々のユーザが別々のコンテンツを同時に利用できるWeb情報提供システムを構築した。このとき,各々のユーザが組み込んでいる教材情報は互いに見えないようにセキュリティ機能を持たせ,また収集している計算機器変遷に関わる画像情報をデータベースの中で簡単に検索でき,かつ教材テキスト情報の抽出・修正ができるツールも開発した。加えて,これらを情報教育の中での利用を考える際にe-Learningシステムとしての構築が必要となるが,情報教育体系の中での情報機器変遷のWeb教材提供システムを音声利用機能を備えたシステムへ発展させた。
ナノ細孔薄膜を分子捕集場とした水晶振動子型ガスセンサーの開発

ナノ細孔薄膜によって気相中の揮発性有機化合物(VOC)を捕集し,これによる薄膜の質量変化を水晶振動子微量天秤(QCM)法で測定することを原理としたガスセンサを開発した。ナノ細孔薄膜は棒状ミセルを鋳型として形成され,孔径数ナノメートルの均一な細孔構造を有するシリカー界面活性剤複合体である。その比表面積は1000m^2/gに及ぶ。本研究では,この薄膜を水晶振動子上に固定化することにより,三次元ナノ空間を利用したQCM型のセンサを作製し、特にトルエンの高感度検出を目指した。作製したナノ細孔薄膜のFTIR-RASスペクトルを測定したところ、細孔内に界面活性剤ミセル、シラノール基と水素結合した水分子の存在が明らかとなった。ミセルは細孔空間を占有してしまうこと、また、水分子はトルエンとシラノール基のπ-カチオン相互作用を阻害することが予想された。トルエン分子を細孔内に効率良く捕集するためにはこれらを細孔内から排除する必要がある。そこで、センサを加熱処理した。そのFTIR-RASスペクトルから、加熱処理温度の上昇にともなってミセル、水分子が細孔内から除去され、孤立シラノール基が生成したことが明らかとなった。センサをチャンバー内に設置し,高純度窒素ガスフロー条件下でトルエンガスに対する周波数の応答を検討した。その結果,未加熱のセンサでは全く応答が観測されないのに対し、加熱処理したセンサではトルエンの吸着による周波数の減少が観測された。さらに、高純度窒素ガスに切り替えることで周波数は上昇し、始めの値に復帰した。このことから、本センサがトルエンガスに対して可逆的に応答することがわかり、ガス濃度のリアルタイム計測が可能であることを実証された。さらに、周波数の変化量はトルエンガスの濃度に対して直線的に依存し、定量が可能であることがわかった。検量線から決定したトルエンに対する本センサの検出下限値(3σ)は約50ppbであった。濃縮操作を経ずに、ppbオーダーのVOCガスをリアルタイム計測可能なセンサの開発に初めて成功した。本研究は,ナノ細孔薄膜によって気相中の揮発性有機化合物(VOC)を捕集し,これによる薄膜の質量変化を水晶振動子微量天秤(QCM)法で測定することを原理としたガスセンサーの開発である。QCM法はナノグラムオーダーの質量変化を検出可能なin-situ測定法として多方面で用いられている。一般的なQCMでは,水晶振動子上の金電極に対する物質の吸脱着に伴う質量変化を振動子の共振周波数変化から計測する。従って,物質検出量が金電極の表面積で規定されるため,質量の小さな分子の検出には不向きであり,より汎用的な化学センサーとしてQCMを利用するためには,その高感度化が必要不可欠である。これに対して,本研究ではナノ細孔薄膜のQCMへの応用を提案した。ナノ細孔薄膜は棒状ミセルを鋳型として形成され,孔径数ナノメートルの均一な細孔構造を有するシリカ-界面活性剤複合体である。本研究では,この薄膜を水晶振動子上に固定化することにより,3次元空間を利用したQCM測定を可能にし,感度および検出限界の大幅な向上を図った。特に,気相中のVOCガスを標的化学種とし,毛管凝縮現象による細孔内部への分子捕集を試みた。ナノ細孔薄膜を固定化した水晶振動子をチャンバー内に設置し,アルゴンで適宜希釈したクロロホルムガスに対する周波数の応答を検討した。その結果,濃度依存的な周波数の減少が観測され,100ppbオーダーのクロロホルムを検出可能であることを確認した。さらに,この周波数応答は可逆的であり,VOCガスのオンライン検出に利用可能であることがわかった。また,細孔内にミセルが残存するとガスに対する感度が大幅に悪化することより,細孔内空間全てがガス分子の捕集に利用されていることが示唆された。

その結果,未加熱のセンサでは全く応答が観測されないのに対し、加熱処理したセンサではトルエンの吸着による周波数の減少が観測された。さらに、高純度窒素ガスに切り替えることで周波数は上昇し、始めの値に復帰した。このことから、本センサがトルエンガスに対して可逆的に応答することがわかり、ガス濃度のリアルタイム計測が可能であることを実証された。さらに、周波数の変化量はトルエンガスの濃度に対して直線的に依存し、定量が可能であることがわかった。検量線から決定したトルエンに対する本センサの検出下限値(3σ)は約50ppbであった。濃縮操作を経ずに、ppbオーダーのVOCガスをリアルタイム計測可能なセンサの開発に初めて成功した。
神経細胞の入力依存的な生死決定の臨界期を担う分子機構の解析

成体の嗅球では新しく生まれた抑制性神経細胞(顆粒細胞)が既存の神経回路に組み込まれている。我々は、マウス成体嗅球の新生顆粒細胞の生存が、細胞が生まれて特定の時期(14-28日)の匂い入力によって左右される(臨界期が存在する)ことを示してきた。生死決定の臨界期は如何にして始まり、終わるのか、また生死を左右するシグナル機構は何か、を明らかにすることを目的とし、まず分子機構を効率よく検討するためのin vitro系の作成を行った。前年度に、マウス嗅球からの2段階分散培養によって、「既存の神経回路に新しい顆粒細胞が組み込まれる」in vitro系を確立した。DsRed2標識新生細胞が既存の神経回路へ組み込まれる過程を追跡し、特定の時期の神経活動抑制によって新生細胞の生存が低下することを見出し、in vitro系で生死決定の臨界期を再現することができた。本年度は臨界期の細胞の形態を詳しく観察した。それらは多くのスパインを形成しており、in vivo嗅球と同様、既存のグルタミン酸作動性投射ニューロンとシナプス構造を作っていた。神経細胞の生存に重要なakt分子のリン酸化を検討したところ、NMDAR依存的な活動抑制によって、臨界期の新生細胞特異的にaktリン酸化が低下することが判明した。これらのことから、臨界期は新生細胞のシナプス形成時期に相当し、臨界期の始まりと終わりを規定する機構は、シナプス入力を中心としたaktのリン酸化機構をもとに理解できると考えられた。さらに、個体レベルの解析により、新生顆粒細胞の生死決定が食餌摂取の時間におこることを見出した。すなわち、嗅球新生顆粒細胞の生死決定には「新生神経細胞の分化段階に規定される臨界期」と、「動物個体の摂食行動に規定される臨界期」の、2つの臨界期が存在することが判明し、この両者の分子機構の統合的な解析が必要であると考えられた。成体の嗅球では新しく生まれた抑制性神経細胞が既存の神経回路に組み込まれている。我々は、マウス成体嗅球の新生抑制性神経細胞の生存が、細胞が生まれて特定の時期(14-28日)の匂い入力によって左右され、匂い入力依存的な神経細胞生存には臨界期が存在することを示してきた。またこの時期は、新生神経細胞のシナプス形成期に相当していた。本研究の目的は、1.神経活動が新生神経細胞の生存シグナルとなる分子機構2.臨界期の開始と終了を規定する分子機構3.臨界期の生死決定とシナプス形成の関連を明らかにすることである。この解析のため、本年度は「既存の神経回路に新しい神経細胞が組み込まれる」ことを再現するin vitro培養系の樹立を行った。野生型マウス胎生期嗅球の分散培養で神経連絡を作らせたのち、赤蛍光蛋白を発現するトランスジェニックマウス嗅球の細胞を加えたところ、その30%程度が生存して既存の神経回路に組み込まれた。蛍光標識細胞を加えて7日後に、薬剤投与で神経活動を抑制すると、アポトーシスをおこす蛍光標識細胞の割合が増加したが、既存の蛍光陰性神経細胞にはアポトーシスを誘導しなかった。また、nestin promoter-GFPマウスと赤蛍光蛋白マウスの交配仔の嗅球からGFPを指標に抑制性神経細胞のprogenitorを単離して培養系に加えたところ、組み込まれた細胞は抑制性神経細胞の形態と成熟したスパインを有していた。以上のことから、既存の神経回路に新生抑制性神経細胞がシナプス結合して組み込まれ、神経活動を抑制すると臨界期の新生神経細胞の細胞死が誘導されるという、嗅球in vivoの現象を再現できるin vitro培養系が確立できた。今後タイムラプス観察などで新生神経細胞の入力依存的な組み込みの臨界期の分子機構を詳細に解析していくことが可能となった。

すなわち、嗅球新生顆粒細胞の生死決定には「新生神経細胞の分化段階に規定される臨界期」と、「動物個体の摂食行動に規定される臨界期」の、2つの臨界期が存在することが判明し、この両者の分子機構の統合的な解析が必要であると考えられた。
非可換解析学の研究

柏原正樹は完全可積分系の観点及び方法により研究課題である「非可換解析学」の研究を進め、アフィンリー環の反支配的最高の重みの場合について、Kazhdan-Lusztigの指標公式を証明することに成功した。河合隆裕は竹井義次助教授と共同で代数解析学の観点及び方法により研究課題の研究を進め、非調和振動子の永年方程式の具体形に関するBender-Wuの予想について、Vorosの厳密なWKB解析によりこれを証明した。伊原康隆は松本真助手と共同で数論の観点及び方法により研究課題の研究を進め、完備化したArtinの組み紐群上の有理数体の絶対ガロア群の作用を解明した。斎藤盛彦は代数幾何学の観点と方法により研究課題を研究し、n変数の正則関数の芽fに対し超局所微分作用素を用いてそのb関数b_f(s)を定義し、それがfのBernstein多項式の(s+1)倍になることを示した。中西襄は阿部光雄助手と共同で場の量子論の観点と方法により研究課題を研究し、新しい図式を使う方法により2次元量子重力場の共変理論における截端ワイトマン関数の正確な構成に成功した。証明の重要な論点はBRS不変性である。永田雅嗣はトポロジーの観点及び方法により研究課題の研究を進め、同変手術完全系列における正規写像の分類空間とその同変ホモトピー型について研究成果を得た。
摂食行動に関わるセロトニン受容体の発現制御に働くノンコーディングRNAの解析

snoRNAは通常リボソームRNAの成熟に働く。今回、セロトニン受容体2C mRNAと相補配列を持つ脳特異的MBII-52 snoRNAの生理機能を確かめる目的で、マウス脳組織からのMBII-52複合体の単離と転写産物解析を行った。多様なバリアントを持つMBII-52は、部分分解を受けた短躯型として存在することと、NucleolinやELAVL1と新規の機能複合体を形成することを見出した。セロトニン受容体は中枢神経系における摂食行動調節に密接に関わっており、脳組織ではリガンド刺激に対して異なる応答を示す複数のセロトニン受容体2C(5-HT_<2C>R)アイソフォームが発現していることが知られている。本研究では、この分子多型の成立機序として脳組織特異的な発現を示し5-HT_<2C>R mRNAとの塩基相補性を持つsnoRNAであるMBII-52に着目し、5-HT_<2C>Rアイソフォームの発現パターン制御に働くMBII-52-タンパク複合体の分子動態・制御機構の解明を目指す。本年度は、RNAアフィニティ精製法を応用したMBII-52 snoRNA-タンパク複合体の単離と質量分析を行った。マウス脳抽出物のグリセロール密度勾配遠心分離では、MBII-52-タンパク複合体は通常のsnoRNA複合体と同等の沈降速度12S付近に分画され、高い塩濃度条件(420mM)での可溶化においても安定であった。この複合体のアフィニティ精製後の質量分析では、17種類のタンパクを検出した。なかでもNucleolinとELAVL1は、特異抗体による免疫沈降によってMBII-52 snoRNAが共沈することも確認しており、MBII-52複合体形成におけるシャペロン活性、核質・核小体間のMBII-52輸送、mRNAの安定性に関わっていることが推察された。また、培養神経細胞から多段階精製を経て核質成分と核小体とを分離・解析した結果、MBII-52 snoRNAは核質にも多量に分布していることを明らかにできた。これらの成果により、従来のsnoRNA機能(核小体におけるリボソームRNAの成熟を補助する)とは異なる機能として、MBII-52 snoRNAはNucleolinやELAVL1と協同することで核質に局在し、5-HT_<2C>R mRNAの転写後成熟に作用しうることを示した。セロトニン受容体2Cは中枢神経系における摂食行動調節に密接に関わっており、脳組織では複数のアイソフォームが発現している。この分子多型の成立機序として、脳特異的に発現するMBII-52snoRNAが受容体2C mRNAとの塩基相補性を持つことに着目し、前年度までに、マウス脳抽出物のアフィニティ精製により受容体2C mRNAの転写後修飾に作用しうる新規MBII-52-タンパク複合体(Nucleolin、ELAVL1を含む)を同定した。本年度では、本来のsnoRNA複合体(Fibrillarinコアタンパクと複合体を形成して核小体におけるリボソームRNA成熟を補助する)と新規複合体の成立機序の解明を目指して、ゲノム上に多コピー存在するMBII-52バリアントと機能複合体との関連を検索した。塩基多型解析ではゲノムクラスター上のMBII-52バリアントは51種であったが、マウス脳抽出物の転写産物解析で得られたMBII-52はそのうち15種であった。また転写産物解析においては、MBII-52転写産物の27%が45塩基前後の短躯型(全長は79塩基)として検出された。In silicoでのRNA二次構造予測により元となるMBII-52構造を解析すると、これらのMBII-52バリアントは転写後全長で存在するMBII-52バリアントよりも熱力学的に不安定な高次構造をとることが判明した。免疫沈降により、短躯型MBII-52はFibrillarinと会合するが、NucleolinとELAVL1とは結合していないことも明らかとなった。これらの成果により、1)転写されたMBII-52が機能複合体に組み込まれるうえでは高次構造の安定したバリアントが主体となること、2)構造の不安定なMBII-52は分解されるがFibrillarinとの複合体として存在すること、を明らかにした。
ドイツ語圏諸国におけるエコロジー憲法構想の意義と問題点に関する研究

ドイツ語圏諸国(ドイツ、スイス、オーストリア)におけるエコロジー憲法(エコロジーを構成原理とする憲法)について、学説や運動による構想、諸国の連邦および州(ラント、カントン)における実定憲法化の過程と現状を明らかにした。同時に、それが憲法に関する近代的な原理(人権の保障や民主主義など)との関係で一定の緊張関係にたつものでもあることを示唆した。本研究課題に関する2008年度における成果は、森英樹編『現代憲法における安全-比較憲法学的研究をふまえて』(日本評論社)所収の拙稿「エコロジー的安全と憲法ドイツ語圏諸国のエコロジー評議会構想」である。本稿は、近年わが国でも設置が提唱されている「将来世代の環境利益や人間以外の生物の環境利益を守る番人としてのオンブズマン」の検討において参照されるべき先例として、ドイツ語圏諸国におけるエコロジー評議会構想の展開を跡づけたものである。ドイツでは、2008年の国法学者大会において世代間公正がテーマとされ、基本法に世代間公正に関する新たな条項をつけ加える基本法改正法案が連邦議会に提出されたことに関する専門家の公聴会が開催されるなどしている。そのなかでも、永続可能性評議会の構想が提唱されている。研究実施計画では、今年度は個人の環境保護義務にかかわる「基本義務」概念について検討する予定であったが、上記の状況もあり、本研究課題の一部として次年度以降に予定していた制度的側面を当面先行することとなった。エコロジー憲法原理の要素としての「世代間公正」と憲法という問題について、2009年度においては「子どもの権利」に即して、ドイツ連邦共和国基本法の改正に関するさまざまな議論を見るという作業を行うこととなった。その議論のなかには、世代間公正によって子どもに対する選挙権の付与を根拠づけるものもある。ドイツ連邦議会では、近年繰り返し、この問題に関し法案の提出や専門家に対するヒアリングなどが行われていることを知ることができた。なおこの議論は、日本における憲法改正手続法の制定に伴う法制的整備の一環としての公職選挙法改正による選挙権付与年齢の引き下げに関する議論とのかかわりという意義をも有するものであった。そうしたこともあり、ドイツにおける未成年者選挙権論について、本研究の一部として研究成果をまとめることを考え、勤務大学学内紀要に投稿申し込みをしたが、遺憾ながら執筆には至らなかった。世代間公正の観点からするドイツ連邦共和国基本法の改正に関する議論としてはさらに、家族条項であり親の権利について規定している基本法6条に、子どもの権利に関する新たな規定を追加するかどうかという問題についても、連邦議会で法案の提出や専門家に対するヒアリングなども行われていることを知ることができた。この問題も、子どもの権利条約の国内法化の課題という側面と共に、世代間公正の基本法規定化の課題という側面もあることが知られた。2009年度の研究実績は、申請書記載の二年次の計画の忠実な実施からは展開を見せているとは言えるのだが、もとより研究の全体構想の一部としての本質を失わず、また2009年度以降の計画として記載しているエコロジー憲法構想と民主制の憲法原理との緊張関係という課題について、未成年者選挙権論と民主制の緊張関係に即して実施しているとの自己評価が可能である。2010年度においては、上記子どもの権利に関し研究成果の公表に結びつけたいと考えている。なお2009年度の研究成果のうち、下欄記載のものは、具体的には核兵器廃絶条約案に関する「書評」であるが、核兵器問題はエコロジー問題の一部であることのみならず、条約案に対する「新しい国際法観を切りひらく」との評価を、筆者自身が翻訳・紹介した世代間責任に関するユネスコ宣言の意義という観点から行っており、本研究の一部と考えているので、記載した。本研究は、ドイツ語圏諸国のエコロジー憲法構想をその先駆から今日に至るまで総合的に跡づけるとともに、その理論的な意義と問題点を考察することを直接の目的とし、平成22年度の研究実施計画としては、ドイツにおいて環境問題や年金問題などをめぐって世代間公正というテーマが憲法問題として重要性を増大させつつあることについて、その展開をフォローすることを第一の課題とした。それについて、2010年7月開催の「子どもと法」研究会で「未来の世代と憲法」との標題の研究報告を行い、つぎの点を明らかにした。1.法・法学の歴史において未来の世代は、近代社会の幕開け期および第二次大戦後の核時代到来期という、人類史の転換期に登場しているが、いままた未来の世代がみたびその姿を現しつつあること。2.今日につながる未来の世代への言及は、地球規模の資源・エネルギーや環境の問題をめぐる環境権的発想から出発し、法のエコロジー的新志向を経て、「未来の世代に対する責任」から「未来の世代の権利」の主張に現れていること。3.そうした議論のドイツ語圏における先駆としてペーター・サラディンのそれを位置づけることができるが、近年のドイツ、スイス、オーストリアの憲法動向や国際宣言にその定着を見いだしうること。
極限環境下で安全に作動する高信頼性バルブの試作

極限環境下で安全に作動する高信頼性バルブの試作を目的として,従来使用されているバタフライ弁,仕切弁,ホロージェットバルブを取り上げ,モデルを用いた流れパターンの観察,実機損傷量の測定などを行った。特に構造が簡単で,流量制御特性が良好であることから,最も使用頻度が高いバタフライ弁を取り上げて,実機の十分の一模型のバタフライ弁まわりの流れパターンを観察し,キャビテーション壊食に係わるキャビテーション衝撃圧を感圧紙により定量的に測定するとともに,ハイドロホンによりキャビテーションノイズを詳細に測定し,以下のことを明らかにした。1.バタフライ弁まわりの流れを最高記録速度40,500コマ/秒のハイスピードビデオカメラにより詳細に観察した結果,弁体下流管路壁面に生ずるキャビテーション壊食は,弁体まわりの局所的に高速となる流れ場と弁体による逆流域との強いせん断流れに深く起因しており,弁体まわりに生じた渦キャビテーションがこのせん断領域で発達し,また,逆流域で多数の渦キャビテーションが合体することにより,高壊食性渦キャビテーションへ発達することを明らかにした。2.上記の強いせん断流れを抑制するために,バタフライ弁に突起物を設けて,流れを乱すことにより局所的高速流領域を拡散し流速を低下させると,壊食性が減少する可能性を,感圧紙によるキャビテーション衝撃圧の測定,および,ハイドロホンによるキャビテーションノイズにより明らかにした。3.弁座の交換が容易な偏心形弁において,流れに対する弁体の取付方向が弁体凸部を上流側にする場合と平板部を上流側にする場合の二通りが考えられるが、流量係数は弁体の取付方向によらないことを明らかにした。超高速マイクロ液流状態における流動機構の解明を目的として,まず,液体として超純水を取り上げて,超純水の超高速状態における特性としてキャビテーション特性を詳細に調べた。次に,翼列翼形まわりの流れ,ノズル内部およびノズル吐出し部の流れ等を取り上げて,実験および数値解析を行い,以下のことが明らかになった。1.実験に使用した超純水は,有機物は254nm以下,TOCは10ppb以下,無機物については抵抗率18MΩ/cm以上と極めて純度の高い水であるが,試料水中の微少空気溶解量の測定に適した沼知の方法により,キャビテーションの発生に深く係わる超純水中の空気含有度を測定した結果,超純水の空気含有度は,水道水等に比較して,10%以上大きいことが明らかになった。すなわち,超純水は,有機物・無機物の粒子や,イオンなどはほとんど含有されていないが,空気含有度は比較的高いことから,キャビテーション核として気泡核が十分に存在し,キャビテーションは発生し易いと考えられる。2.翼列翼形まわりの流れにおいては,翼形の微小前縁形状差により,サブキャビテーション性能およびスーパキャビテーション性能が大きく異なることを実験的に明らかにした。また,その原因が前縁近傍のはく離に係わっている可能性を数値解析により示し,その最適形状を求めた。したがって,マイクロオーダのはく離を考慮することにより,既存の流体機械の効率を改善することも可能であることを示した。3.超高速での流れパターンを詳細に調べるために,超高速気中水噴流および超高速水中水噴流の流れパターンの観察および壊食試験を行い,特に,水中水噴流では,噴流が周期的変動を生じる興味深い結果を得た。また,壊食性もこの噴流の変動性に深く係わることを明らかにした。極限環境下で安全に作動する高信頼性バルブの試作を目的として,構造が簡単で流量制御特性が良好であることから,最も信用頻度が高いバタフライ弁を取り上げ,特に,軸が弁体の中心を通る同心形弁と弁座の交換が容易な偏心形弁まわりの流れパターンを高速写真観察法により観察し,キャビテーション壊食に係わるキャビテーション衝撃圧を感圧紙により定量的に測定するとともに,水中ハイドロホンによりキャビテーションノイズを,また,振動加速度を詳細に測定し,以下のことを明らかにした。

1.バタフライ弁まわりの流れを最高記録速度40,500コマ/秒のハイスピードビデオカメラにより詳細に観察した結果,弁体下流管路壁面に生ずるキャビテーション壊食は,弁体まわりの局所的に高速となる流れ場と弁体による逆流域との強いせん断流れに深く起因しており,弁体まわりに生じた渦キャビテーションがこのせん断領域で発達し,また,逆流域で多数の渦キャビテーションが合体することにより,高壊食性渦キャビテーションへ発達することを明らかにした。2.高壊食性渦キャビテーションまわりの流れを,レーザライトシート法により可視化し,上記のハイスピードビデオカメラに撮影して得られたディジタル画像を画像処理することにより,直径が数ミリオーダの高壊食性渦キャビテーションまわりの流れ場が計測可能であることを示し,高壊食性渦キャビテーションは渦コアを中心として回転し,やがて,渦コアに向かって収縮・崩壊することを明らかにした。3.弁座の交換が容易な偏心形弁において,流れに対する弁体の取付方向が弁体凸部を上流側にする場合と平板部を上流側にする場合の二通りが考えられるが,流量係数は弁体の取付方向によらないことを明らかにした。
ヒト脳腫瘍の癌遺伝子の臨床的悪性度との検討

ヒト脳腫瘍Vー87MG,Uー373MGのcell lineを用いて,ヒトインターフェロン(α,β,γ)による抗腫瘍効果を細胞数,形態の変化,ガン遺伝子(v-myc,erbB)m-RNAの発現量,及び産生産物の定量変化により比較検討していった.まず方法として,培養細胞の培養液1mlあたり1000単位のヒトインターフェロン(α,β,γ)をそれぞれ投与, 3日目ごとに培養液ともども新しく交換した.細胞数形態変化は, 3日目, 6日目, 9日目に測定, m-RNAは9日目のを採取した.細胞数は, V-87MGにおいてはほとんど抑制は認められなかったが, U-373MGにおいては, βに特に強く抑制が認められた. (α,γ)にも抑制は認められている.形態変化は, V-87MG, U-373MGともどもγによって著明な突起の伸長が認められているが, α,βにおいては,特別な変化は認められなかった.現在V-mgc,erbBのm-RNA発現量及び,抗体をもちいての産生産物を定量中である.なお,ラット脳腫瘍EA-285に対してプロスタグランディンD_2(PD_2)の抗腫瘍効果を測定したが,投与したPD_2の濃度差によりV-mycのm-RNA発現量に差が認められている.ヒト脳腫瘍Vー87MG,Uー373MGのcell lineを用いて,ヒトインターフェロン(α,β,γ)による抗腫瘍効果を細胞数,形態の変化,ガン遺伝子(v-myc,erbB)m-RNAの発現量,及び産生産物の定量変化により比較検討していった.まず方法として,培養細胞の培養液1mlあたり1000単位のヒトインターフェロン(α,β,γ)をそれぞれ投与, 3日目ごとに培養液ともども新しく交換した.細胞数形態変化は, 3日目, 6日目, 9日目に測定, m-RNAは9日目のを採取した.細胞数は, V-87MGにおいてはほとんど抑制は認められなかったが, U-373MGにおいては, βに特に強く抑制が認められた. (α,γ)にも抑制は認められている.形態変化は, V-87MG, U-373MGともどもγによって著明な突起の伸長が認められているが, α,βにおいては,特別な変化は認められなかった.現在V-mgc,erbBのm-RNA発現量及び,抗体をもちいての産生産物を定量中である.なお,ラット脳腫瘍EA-285に対してプロスタグランディンD_2(PD_2)の抗腫瘍効果を測定したが,投与したPD_2の濃度差によりV-mycのm-RNA発現量に差が認められている.
炭化物とナノCu粒子を複合利用したハイブリッド鋼の提案

粒子分散強化は金属材料の基本的な強化機構の一つであり、鉄鋼材料の場合、セメンタイトを代表とする炭化物が一般的に強化分散粒子として使用されている。一方、近年ではナノテクノロジーによる鉄鋼材料の高機能化研究が盛んに行われており、数nm数十nmの非常に微細な分散粒子(ナノ分散粒子)を利用して鉄鋼材料の高強度化を図ろうとする試みがなされ、その一つとしてナノCu粒子が注目されている。ただし、ナノCu粒子分散鋼の優れた機械的性質は、単に分散粒子のサイズが微細であることだけでなく、「分散Cu粒子自体が鉄基地に比べて十分軟質である」というCu粒子の特徴によってもたらされている事実も示唆されている。今後、大きな降伏強度と加工硬化率を有し高強度・高延性を兼ね備えた材料を得るためには、炭化物とCu粒子を同時に最適な状態で分散させ、それぞれの特長を融合させてやること(ハイブリッド化)が有効であると考えられる。そのような鉄鋼材料、「ハイブリッド鋼」の有効性を証明することを本研究の最大の目的とし研究を遂行した。その結果、様々なハイブリッド鋼(フェライト型ハイブリッド鋼、マルテンサイト型ハイブリッド鋼、パーライト型ハイブリッド鋼など)の創製に成功し、炭化物とCu粒子の複合析出により鋼の強度-延性バランスが大幅に改善することが明らかとなった。さらに、炭化物とCu粒子それぞれの分散状態を制御することにより鋼の降伏強度と加工硬化率を独立して任意にコントロールできる可能性が示唆された。軟質粒子分散鋼(Cu粒子)と硬質粒子分散鋼(炭化物粒子)の引張変形挙動の相違本年度は、引張特性(降伏強度、加工硬化率、延性)に及ぼす析出粒子の性質(軟質or硬質)の影響を明らかにするため、Cu粒子と炭化物粒子をそれぞれ単独に分散させた鋼を製造し、これらの引張変形挙動を比較、検討した。まず、供試材をFe-2mass%Cu組成、Fe-0.87mass%V-0.21mass%C組成に合金設計し、これらの時効処理条件を種々変化させることによって、両鋼種における析出粒子の分散状態(体積率、粒子径)を同程度に制御した。これらの試料を引張試験に供した結果、降伏強度は炭化物粒子分散鋼>Cu粒子分散鋼であり、軟質なCu粒子は硬質な炭化物粒子に比べて析出強化能が小さいことが確認された。これは、両析出粒子と転位との相互作用の違いに起因するものであり、炭化物粒子の場合は転位が粒子を迂回して通過していくOrowanメカニズムにより材料が強化されているのに対して、Cu粒子の場合は転位がそれをせん断して通過していくCuttingメカニズムにより強化されているためである。また、Cu粒子は転位にCuttingされて応力緩和を生じることから、加工硬化率を増大させる効果が炭化物に比べて小さいことも明らかとなった。さらに、Cu粒子と炭化物粒子を同時に分散させたハイブリッド鋼を作製し、その引張特性を調査した。ハイブリッド鋼は高い強度と優れた延性を兼ね備えており、軟質粒子と硬質粒子の分散状態を制御することで強度と延性を自由にコントロールできる可能性が示唆された。本年度は以下の種類のハイブリッド鋼の創製を試み、その組織学的および機械的特徴を調査した。(A)マルテンサイト型ハイブリッド鋼マルテンサイト組織を基地組織とし、その内部に硬質炭化物粒子(NbC)と軟質Cu粒子をそれぞれ単独分散および複合分散した3種類の鋼を作製し、焼戻しに伴う硬度変化(時効硬化挙動)ならびに組織変化を調査・比較した。その結果、複合分散鋼の時効硬化挙動は、単独分散鋼のそれぞれの時効硬化挙動を反映しており、さらに両鋼よりも高いピーク硬度を示した。詳細な組織観察の結果、複合分散鋼において、NbCとCu粒子は独立して微細分散していることが確認され、炭化物粒子とCu粒子によるハイブリッド効果が実現されることが証明された。(B)パーライト型ハイブリッド鋼フェライトとセメンタイトのラメラ組織であるパーライト鋼にCuを添加し、共析変態挙動ならびに得られる組織の特徴とその引っ張り特性を調査した。

その結果、添加したCuはパーライト/オーステナイト界面でフェライト相に濃化し、その後、微細なCu粒子として析出することが明かとなった。そして、得られた鋼は、Cu粒子の分散強化が加算されることで従来のパーライト鋼に比べてより高い強度を有していた。さらに、フェライト相中のCu粒子が軟質であることに起因して、鋼の塑性変形能は大きく低下しないため、本鋼を伸線加工することも可能であり、従来のピアノ線の強度を上回る超高強度ピアノ線の創製にも成功した。粒子分散強化は金属材料の基本的な強化機構の一つであり、鉄鋼材料の場合、セメンタイトを代表とする炭化物が一般的に強化分散粒子として使用されている。一方、近年ではナノテクノロジーによる鉄鋼材料の高機能化研究が注目されており、数nm数十nmの非常に微細な分散粒子(ナノ分散粒子)を利用して鉄鋼材料の高強度化を図ろうとする試みもなされている。ただし、ナノCu粒子分散鋼の優れた機械的性質は、単に分散粒子のサイズが微細であることだけでなく、「分散Cu粒子自体が鉄基地に比べて十分軟質である」というCu粒子の特徴によってもたらされている事実も示唆されており、今後、大きな降伏強度と加工硬化率を有し高強度・高延性を兼ね備えた材料を得るためには、炭化物とCu粒子を同時に最適な状態で分散させ、それぞれの特長を融合させてやること(ハイブリッド化)が有効であると考えられる。そのような鉄鋼材料、「ハイブリッド鋼」の有効性を証明することを本研究の最大の目的とし研究を遂行した。その結果、様々なハイブリッド鋼(フェライト型ハイブリッド鋼、マルテンサイト型ハイブリッド鋼、パーライト型ハイブリッド鋼など)の創製に成功し、炭化物とCu粒子の複合析出により鋼の強度・延性バランスが大幅に改善することが明らかとなった。さらに、炭化物とCu粒子それぞれの分散状態を制御することにより鋼の降伏強度と加工硬化率を独立して任意にコントロールできる可能性が示唆された。