hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ふく射スペクトル制御型熱ダイオードを用いた高効率ソーラー熱光起電力発電

本課題ではこれまでの研究で培ってきた高温環境下でのふく射スペクトル制御技術に基づく熱ダイオード技術および熱放射準単色化技術の開発を行い、ソーラー熱光起電力(Thermo PhotoVoltaic; TPV)発電システムの飛躍的効率向上を目的として研究を行ってきた。ソーラーTPVシステム高効率化のためには入射エネルギー量と放射面からの熱放射量との比、すなわち熱の整流性の指標となる放射抽出効率を大きくする必要がある。昨年度は高い光電変換効率実現のために重要な準単色熱放射構造の作製に成功した。また高い放射抽出効率を有するアブソーバ・エミッタの概念設計を行い75%の放射抽出効率が可能な構造を見出した。今年度は構造および作製プロセスの最適化を行い、光学シミュレーションと同様の狭帯域熱放射ピークを実験的に得ることができた。また高い放射抽出効率が期待できるキューブ型アブソーバ・エミッタを作製し発電試験を行った。その結果、高い放射抽出効率に起因する世界トップレベルの高いエネルギー変換効率(5.6%)を達成することができた。またさらなる効率向上に寄与するものとしてアブソーバにおける角度選択吸収の実現が挙げられる。本研究ではアブソーバ表面に角度選択吸収特性を持たせるのではなく、光学ミラーによりアブソーバからの再放射を回収することで再放射ロスを抑制しエミッタからの放射抽出効率のさらなる向上が可能であることを見出した。以上の研究より新たな太陽エネルギー利用のための基盤技術を構築することができたと考えている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究ではこれまでの研究で培ってきた高温環境下でのふく射スペクトル制御技術、すなわち高温フォトニクスに基づく熱ダイオード技術および熱放射準単色化技術の開発を行い、ソーラー熱光起電力(Thermo PhotoVoltaic; TPV)発電システムの飛躍的効率向上を目的とする。ソーラーTPV発電は集光太陽光によって加熱された放射体からの熱放射光をPVセルによって電力へ変換するシステムであり、多接合セルを用いる集光型太陽光発電と競合できるレベルの発電効率を潜在的に有し、且つ単接合セルを用いるため発電コストを低く抑えることができる。しかし現在報告されている最大効率は10%以下と低い。本システム効率向上のためには各デバイス間におけるエネルギー輸送効率の大幅な向上が必要であり、本研究はソーラーTPV発電システム効率向上のためのブレークスルー技術になると期待される。大幅な効率向上実現のために本年度は熱放射スペクトル制御による熱ダイオード技術の開発、および熱放射準単色化技術の開発を行った。本年度はエミッタからの熱放射量比を大きくしたアブソーバ・エミッタシステムを用いた発電システムの設計を行い、多層膜を用いて熱ふく射スペクトル特性を制御することによって75%以上の放射抽出効率が実現できることを示した。また設計したアブソーバ・エミッタ構造の作製プロセスを最適化し、構造を実現した。また、微細キャビティ構造に基づく熱放射準単色化構造の作製においてもプロセス設計を行い、構造の実現および光学特性評価を行った。解析値と同様の特性は得られていないものの、想定した構造に起因するピークを発現させることができた。本研究の目的はふく射スペクトル制御型熱ダイオード技術および熱ふく射準単色化技術に基づくソーラー熱光起電力発電システムの大幅な効率向上実現である。本年度は高効率発電システム実現のための要素技術である、ふく射スペクトル制御型熱ダイオード技術および熱ふく射準単色化技術の開発および実証を目的として研究を行った。その結果、多層膜構造表面を持つ、エミッタからの熱放射量比を大きくしたアブソーバ・エミッタ構造において75%の高い放射抽出効率が達成可能であることを示し、また微細キャビティ構造を用いた熱ふく射準単色化技術においても実際の構造作製を進め、熱ふく射準単色化への道筋がついたことから本研究はおおむね順調に進捗していると判断する。本研究では高温環境下でのふく射スペクトル制御技術によって熱を一方向へ輸送する熱ダイオード技術と熱放射スペクトル準単色化技術の開発によって、ソーラー熱光起電力(Thermo PhotoVoltaic; TPV)発電システムの飛躍的効率向上を目指す。しかし現在報告されている最大効率は10%以下と低く、本システム効率向上のためには各デバイス間におけるエネルギー輸送効率の大幅な向上が必要である。本年度はふく射スペクトル制御技術による熱の一方向輸送を実現するため太陽光吸収面(アブソーバ)と熱放射面(エミッタ)に大きな面積比を有するキューブ型アブソーバ・エミッタの開発を行った。その結果、エミッタ側への熱輸送効率、すなわち熱抽出効率は従来の40%程度から60%程度まで改善することができた。またアブソーバとエミッタ面積比によって最適な熱ふく射スペクトルが異なることを見出し、その関係性について詳細解析を行った。さらに解析結果を反映したキューブ型アブソーバ・エミッタを作製し、発電試験を行い、5%超のシステム効率を達成した。

また熱ふく射スペクトル準単色化においては微細キャビティ構造を用いた準単色化技術を検討してきたが、本年度、近赤外域に狭帯域ピークを有する構造を実現することができた。得られたピーク幅から計算されたキャビティのQ値は11程度であり、シミュレーション結果ともよく一致するスペクトルを得ることができた。この結果は本研究で提案した微細構造による熱ふく射スペクトル準単色化コンセプトを実証するものである。エミッタへの熱輸送効率、すなわち放射抽出効率が高いキューブ型アブソーバ・エミッタ構造を開発し、アブソーバとエミッタの面積比を踏まえた熱ふく射スペクトル特性を最適化のための詳細解析を行った。さらに解析結果をもとにキューブ型・アブソーバ・エミッタを用いたSolar-TPV発電評価用システムを作製、発電試験を通して5%超と世界トップレベルの発電効率を実現することができた。また、熱ふく射スペクトル準単色化についてシミュレーションとよく一致した狭帯域ピークを実現することができ、本研究で提案したコンセプトを実証することができた。以上より、進捗状況を上記の通り判断した。本課題ではこれまでの研究で培ってきた高温環境下でのふく射スペクトル制御技術に基づく熱ダイオード技術および熱放射準単色化技術の開発を行い、ソーラー熱光起電力(Thermo PhotoVoltaic; TPV)発電システムの飛躍的効率向上を目的として研究を行ってきた。ソーラーTPVシステム高効率化のためには入射エネルギー量と放射面からの熱放射量との比、すなわち熱の整流性の指標となる放射抽出効率を大きくする必要がある。昨年度は高い光電変換効率実現のために重要な準単色熱放射構造の作製に成功した。また高い放射抽出効率を有するアブソーバ・エミッタの概念設計を行い75%の放射抽出効率が可能な構造を見出した。今年度は構造および作製プロセスの最適化を行い、光学シミュレーションと同様の狭帯域熱放射ピークを実験的に得ることができた。また高い放射抽出効率が期待できるキューブ型アブソーバ・エミッタを作製し発電試験を行った。その結果、高い放射抽出効率に起因する世界トップレベルの高いエネルギー変換効率(5.6%)を達成することができた。またさらなる効率向上に寄与するものとしてアブソーバにおける角度選択吸収の実現が挙げられる。本研究ではアブソーバ表面に角度選択吸収特性を持たせるのではなく、光学ミラーによりアブソーバからの再放射を回収することで再放射ロスを抑制しエミッタからの放射抽出効率のさらなる向上が可能であることを見出した。以上の研究より新たな太陽エネルギー利用のための基盤技術を構築することができたと考えている。本年度は整流特性を評価するための評価手法の確立と実測による放射熱伝達量の評価を行う。またエミッタにおける熱ふく射準単色化のための構造を実現し、高温熱放射特性を評価する。さらにそれら基板技術を取り入れた発電システムの設計を行い発電性能評価に向け研究を進める。今後はキューブ型アブソーバ・エミッタを用いた発電システムをベースに更なる発電効率向上を目指す。
実海域掘削データを用いたドリルパイプ変動軸応力推算による掘削効率向上に関する研究

実海域掘削データの継続的な取得を行うために、地球深部探査船「ちきゅう」船上に掘削データ取得装置の構築を行った。そして、得られた実海域掘削データをもとに、実際にドリルパイプに作用した変動軸応力の推算、および理論計算値との比較を行った。また船体動揺のドリルパイプへの伝搬抑制機器であるコンペンセータの性能評価も合わせて実施した。これらにより得られた知見をもとに,掘削計画時のドリルパイプ強度検討、並びに運用条件策定を進める。海洋掘削においては船体動揺のドリルパイプ伝搬により二つの問題が生じる。一つは変動軸応力の発生によるドリルパイプ上端の強度問題である。他方は,掘削面でのドリルビット接地圧変動により生じるStick-Slip現象である。Stick-Slipが発生するとドリルビットが損傷するだけでなく,孔壁の崩壊による掘削作業の中止,もしくは掘削可能であっても掘削地層が粉砕されるため科学掘削で重要となる試料の採取が出来ない。そこで,地球深部探査船「ちきゅう」の掘削制御監視装置に,データ取得装置を接続することを考え,取得装置や取得データ内容を含めた取得要領に関する検討を行った。その上で,仮のデータ取得装置を接続し,実海域での掘削作業中において,一部のデータ取得を実施した。そして,その掘削データの分析を行い,まずはデータの整合性や信頼性に関する検討を実施した。第一の問題である変動軸応力に関しては,必要データの抽出を行い,ドリルパイプ上端の張力変動をもとに実際に作用する応力の統計値(有義値)の考察を行い,従来の理論解析との比較を実施した。また,Stick-Slip現象を把握するために,船上で与えたドリルパイプの回転のドリルビットへの伝搬挙動に関するモデル化を行い,掘削地層との摩擦モデルを用いてStick-Slipを表現できる理論モデルを構築した。そして,実海域データを参考にして想定される変動軸応力の伝搬のもとでStick-Slipの発生の有無について考察を行った。地球深部探査船「ちきゅう」の掘削制御監視装置に,データ取得装置を接続し,実海域での掘削作業中における掘削データの取得を行った。そして,その掘削データの分析を行い必要データの抽出を行い,掘削作業効率化に関する研究を行った。まずは第一の問題である変動軸応力に関して,ドリルパイプ上端の張力変動をもとに実際に作用する応力の統計値(有義値)の考察を行い,従来の理論解析との比較を実施した。また,Stick-Slip抑制の一つの手段として,ヒーブ・コンペンセータによる船体動揺のドリルパイプへの伝搬抑制が挙げられる。実際に「ちきゅう」にも装備されている。しかし,その特性については十分把握されていない。そこで,ヒーブ・コンペンセータに関する実海域データの取得を行い,船体動揺およびコンペンセータの作動について統計解析し,コンペンセータの海域試験中での動揺の伝搬抑制性能,および位相差や船体動揺に依存する作動特性についての研究を実施した。大深度掘削において問題となるドリルパイプ強度については、船体動揺に伴う動的応力の推算が重要となる。種々の仮定のもとに長大なドリルストリングの縦振動解析を行い、動的応力を推算するが、実験による検証はスケールの問題より困難である。そこで、地球深部探査船「ちきゅう」船上に構築をした実海域データ取得装置より得られた実海域掘削データをもとに、実際にドリルパイプに作用している変動軸応力の推算を行った。また、船体より吊り下げられたドリルパイプへの船体動揺の伝搬抑制のために、ヒーブ・コンペンセータが設置されている。このコンペンセータを介して伝わった上下揺が変動軸応力を惹起するため、コンペンセータの実海域での性能の把握も合わせて行った。結果として、コンペンセータは高い伝搬抑制性能を持つことが確認された一方で、状況によっては、コンペンセータ作動の位相が見られ、それにより抑制が制限される場合もあった。また、変動軸応力は、推算値より小さいことが多いが、大きな応力が作用している場合も限定的ではあるが観察され、従来の検討が必ずしも安全とは言えない。これらの実海域データによる考察を踏まえて、ライザー掘削およびライザーレス掘削両方で現在計画されている大深度科学掘削におけるドリルパイプ強度検討を行った。この強度検討を踏まえて、ドリルパイプ購入および運用条件の策定などへと進める予定にしており、「ちきゅう」の実運用への大きな貢献が実現できた。
リズム性の概念による、身体性と社会性の相互作用についての現象学的研究

本研究の目的は、社会における身体的行為の意義を解明するため、「リズム性」の概念を提唱し、新たな方法論を切り開こうとするものであった。この視点から本年度は「社会性とリズム性」をテーマに、社会性の形成と変容における身体性との関係を主題化した。その成果は以下の三つの論文および学会発表に結実した。1.「機械は作動するか-ドゥルーズ/ガタリにおける機械の問題系」(別記『ドゥルーズ/ガタリの現在』所収)。本稿は、ドゥルーズとガタリの機械の概念の意義を検討し、この概念が、身体を社会性へと媒介し、その形成と変容を織りなすリズム性に関係することが明らかにした。2.「エートスの製作としての『生の技法』-フーコーとデリダによる『みずからに死を与える主体』の行為論」(別記『ノイズとダイアローグの共同体』所収)。本稿は、フーコーとデリダの「死」を廻る省察を検討し、「生」がその技法に支えられながら内的に細分化し、多様な行為として現れてゆく身体的リズムを記述する方法論を提唱する。その際、本研究で今年度購入した叢書Performance (Routeledge)が有益であった。3.「贈与・瞬間・忘却-『死を与える』をめぐって」(別記日仏哲学会シンポジウム口頭発表)。本発表においては、デリダの贈与についての省察を「制度化」の問題に結びつけ、贈与の問題系を忘却と記憶の社会的リズム論として練り上げることを目指した。本発表を元にした論文は、日仏哲学会の学会誌『フランス思想・哲学研究』第一三号に今春発表さる(原稿受理済み)。平成17年度は、「現象学とリズム性」をテーマに研究を進め、「リズム性」の概念を厳密に規定することを目指し、以下の研究を行った。1.現象学的方法論に基づいてこの概念をどのように論じられるかを主題的に研究した。デリダ、シェレル、木村敏、ドゥルーズらの研究成果を検討し、同時に広い意味で現象学的な方法を採る芸術論、音楽美学などに関する著作を収集し、徹底した検証を行った。2.その成果を踏まえ、「研究発表」欄の業績の他、以下の口頭発表を行った。2)「鏡像のメタモルフォーズ」(日本独文学会第59回総会春季研究発表会、シンポジウム「纏う、あるいは、<本質>から遠く離れて」)、2005年,早稲田大学。1)においては、デリダが「不可能な歓待の可能性」と呼ぶものを検証することによって、「歓待」が市民社会の社会的紐帯に一定のリズム性を付与するものであることが示された。2)においては、視覚的なパースペクティヴの問題が、芸術におけるリズム性の問題へと深められる過程が検証された。以上の発表は、2006年度以降に論文として、共著に収められて出版される予定である。(1)平成18年度は「身体性とリズム性」をテーマに研究を進め、身体性の問題がリズム性の視点からどのようた論じられるかを明らかにし、その社会論への応用可能性を検討することを目指した。まず「反転ずる身体とパースペクティヴ性-メルロ=ポンティ後期思想の射程」という論考では、現象学的な知覚論軸・時間論で使用される「射映」の概念を、パースペクティヴ性の問題として取り上げ直すとともに、その身体論的な意義を明らかにした。こうして身体の「リズム性」が、メルロ=ポンティの身体の反転性の問題系との突き合わせによって、他者との関係の根源的な創設に関ることを明らかにした。また単著『デリダーきたるべき痕跡の記憶』においては、デリダの「間隔化」の概念を取り上げ、それを時間論へと投げ返すことにより、,リズム性の概念が社会論にも後半に応用可能であることが明らかになった。またシンポジウムロ頭発表「生の権力と新たな生の形式の発明」においても'、本研究で収集した資料を利用し、ミシェル・フーコーの「生の権力」の概念の哲学的射程を、「死の瞬間」という時間論的な視点から明らかにすることができた。これらの論考を執筆するにあたっては、身体に関する哲守・社会科学における業績を集めた叢書The Body : Critical Concepts in the Social Sciences (Routeledge)が議論を整理する上で非常に有益であった。3.「贈与・瞬間・忘却-

『死を与える』をめぐって」(別記日仏哲学会シンポジウム口頭発表)。本発表においては、デリダの贈与についての省察を「制度化」の問題に結びつけ、贈与の問題系を忘却と記憶の社会的リズム論として練り上げることを目指した。本発表を元にした論文は、日仏哲学会の学会誌『フランス思想・哲学研究』第一三号に今春発表さる(原稿受理済み)。
頭頚部扁平上皮癌の局所浸潤能におけるCD44変異型の発現と発現調節機構の研究

【目的および方法】頭頚部扁平上皮癌においてのCD44変異体(CD44v)の発現と臨床病理学的因子との関係を調べるため、他部位の癌で転移や予後と相関が示されているCD44v6(v6)、およびCD44v2(v2)に対するモノクローナル抗体を用いて免疫組織学的検討行うとともに、In vitroにおいては頭頚部扁平上皮癌培養細胞を用いてCD44v6抗体添加による癌浸潤能の変化について検討を行った。【結果】頭頚部扁平上皮癌89例の原発巣の免疫組織学的検討では、v6の発現の低下が頚部転移率と、またv2の発現の低下が予後の低下と正の相関を示した。また、v6、v2の発現の低下はいずれも癌の分化度の低下と正の相関を示した。v6については、さらに手術にて摘出した37例の新鮮凍結標本を用いて蛋白レベルでの定量を行い、有意にv6蛋白の低下が頚部転移率と相関することを証明した。頭頚部扁平上皮癌培養細胞のうち、v6蛋白陽性細胞HSC-2を用いたIn vitroのinvasion assayの検討では、v6抗体添加によりI型コラーゲンゲル内への浸潤細胞数が増加する傾向が認められた。同時にv6抗体によるHSC-2の細胞運動能、増殖能、MMP-1(マトリックスメタロプロテアーゼ-1)分泌能への影響を検討した結果、細胞運動能、増殖能は有意な変化は認めなかったが、MMP-1の分泌はv6抗体添加により有意に上昇した。【考察および今後の展望】頭頚部扁平上皮癌においてv6、v2の発現の低下は生物学的悪性度の指標になりうることが考えられた。さらに、v6については癌の局所浸潤において重要な役割を担っている可能性が高く、MMP-1のみでなくコラゲナーゼ分泌調節機構への関与について検討して行く予定である。頭頸部扁平上皮癌においてのCD44変異体(CD44V)の発現と臨床病理学的因子どの関係を調べるため、他部位の癌で転移や予後と相関が示されているCD44v6(v6)、およびCD44v2(v2)に対するモノクローナル抗体を用いて免疫組織学的検討行うとともに、In vitroにおいては頭頸部扁平上皮癌培養細胞を用いてCD44v6中和抗体添加による癌浸潤能の変化について検討を行った。【結果】頭頸部扁平上皮癌113例の原発巣の免疫組織学的検討では、v6の発現の低下が頸部転移率と、またv2の発現の低下が予後の低下と正の相関を示した。v6については、さらに新鮮凍結標本を用いて蛋白レベルで定量を行い、有意にv6蛋白の低下が頸部転移率と相関することを証明した。頭頸部扁平上皮癌培養細胞のうち、v6蛋白陽性細胞4種を用いたIn vitroのinvasionassayの検討ではCD44v6抗体添加により2種のcell lineにおいてコラーゲンゲル内への浸潤細胞数が増加する傾向が認められた。しかし、癌細胞運動能、増殖能には影響を示さなかった。【考察および今後の展望】頭頸部扁平上皮癌においてCD44v6、v2の発現は生物学的悪性度の指標になりうることが考えられた。さらに、CD44v6については局所浸潤能との関係が注目され、コラーゲン分解酵素発現調節への関与について検討して行く予定である。
リジッド幾何学とトロピカル幾何学の手法によるミラー対称性の研究

具体的には次のようなことを行った。まずホモロジカルミラー対称性予想に基づいてブローアップの深谷圏にベースの多様体の深谷圏が埋め込まれるという予想を立てた。さらにAbouzaid達の例においてブローアップのSYZミラーとして得られるLandau-Ginzburg模型とベースのトーリック多様体のSYZミラーとして得られるLandau-Ginzburg模型を比較することでこの予想の成立を強く示唆する結果を得た。また量子Gysin mapが満たすべき代数的な関係式を発見した。これらの結果を用いることで量子コホモロジー環の互いに直交する冪等元を構成することができ、それを用いてブローアップの量子コホモロジー環の構造を部分的に決定することができた。さらにこの議論と簡単な代数によって量子コホモロジー環が完全に決定できるような具体例を発見した。この計算で用いた量子Gysin mapを用いる手法は一般性の高いものであり応用できる例は他にも数多くあると思われる。またこれらの結果を論文としてまとめた。平成26年度が最終年度であるため記入しない。平成26年度が最終年度であるため記入しない採択された課題はStrominger, Yau, Zaslowによるミラー多様体の構成に関する予想をリジッド幾何学及びトロピカル幾何学の立場から研究するというものであったが本年度はまずStrominger, Yau, Zaslowのミラー構成の既に知られている具体例に対していくつかの考察を行った。より具体的には以下の事を行った。Abouzaid, Auroux, Katzarkovによるトーリック多様体の中の超曲面のStrominger,Yau、Zaslowの意味でのミラー構成をQuintic 3-foldなどのより具体的なCalabi, Yau多様体に対して適用した。そしてこのようにして得られたLandau, GinzburgモデルがLandau/Ginzburg対応を通して古典的なOrbifoldの手法によるミラー構成と一致することを観察した。さらにこの二つの構成の一致を用いてミラー写像を正則円盤の数え上げによって定義される不変量の母関数として記述する具体的な関係式を予想することができた。またこの母関数を多様体への群作用による局所化の手法を用いて実際に計算するアイデアを得た。この関係式はミラー写像の整数性に対する新しい証明及び幾何学的解釈を与えると期待される点で興味深いと思われる。これまで記述したことはより一般にトーリック多様体の中の完全交叉として得られるCalabi, Yau多様体に対しても同様に実行できると思われるためその方向での研究も進めている。今年度は昨年度に引き続きholomorphic diskの数え上げに関する研究を行った。具体的にはAbouzaid-Auroux-Katzarkovの扱った例についてopen Gromov Witten不変量の計算をlocalizationの手法を用いて行った。この不変量の母関数はmirror mapと一致すると期待されるため現在その証明に取り組んでいる。その研究の過程でmirror theoremがGromov widthの評価に応用できることがわっかたためこれについても研究し、semi Fano toric多様体のGraoov widthの上からの評価等を得た。これはLuによるtoricFano多様体の場合の結果の完全な拡張になっている。またSeshadri constantに関する最近の結果を用いることにより既存の結果より良い下からの評価が得られることを2次元射影空間の3点のblow upなどのいくつかの具体例で確認した。Gromov Witten不変量の具体的な計算への興味からGLSMについての研究も行い新しい具体例を構成した。この例は巨大体積極限を2つ持っており、それぞれの点での対応する多様体は射影双対の関係にあることを確かめた。これらの多様体は導来同値であることが期待されるため非常に興味深い例だと思われる。また物理学におけるGLSMのtwo sphere partition functionが数学におけるabelian-nonabelian対応の拡張を与えると思われるためこれについても研究している。平成26年度が最終年度であるため記入しない具体例の研究によりSYZへの理解が深まり、トロピカル幾何学とのかかわりもより良く分かったため。基本的には予定通り行うが、Calabi,Yauとは限らない場合に正則円盤の数え上げの重要性がはっきりしたためそれとトロピカル幾何学との関係についても研究する。計算したopen Gromov Witten不変量が実際にmirror mapと一致することを証明する。Giventalによるquantum Riemann-Roch, quantum Serreを用いて証明できると期待している。またこの計算と同様の手法を用いて量子cohomologyやJ関数の計算を行い、mirrorのchiral ringとの関係を調べようと考えている。
生体素材のみで作る小児用新規動脈グラフトの開発

我々は先行研究で、ラット大動脈平滑筋細胞に細胞外基質の薄膜を作ることで細胞を積層し、高い弾性を有する多層の三次元平滑筋細胞シートを作製することに成功した。先行研究の技術をもとに、本研究ではヒト臍帯動脈平滑筋細胞を用いて生体素材のみからなる小児用の新規動脈グラフトを開発することを目的とした。積層の際の細胞密度や培養時間を改良点として、7層で50ミクロン以上の厚みのある細胞積層体を得ることが出来た。さらに、多層積層体の破断張力は、1874±255 mmHg (718-3138 mmHg)であり、ラット腹部大動脈にパッチグラフトとして移植を行ったところ、5か月後に長期開存性を確認することができた。先天性心疾患の外科治療では人工血管が多く使用されており、小児に理想的な人工血管とは、異物の残存や石灰化がなく、成長する可能性があるものと考えられている。さらに動脈グラフトには体血圧に耐えられる高い弾性が必要である。しかしながら理想的な動脈グラフトは近年の顕著な再生医学の進歩にも関わらずいまだ実現していない。ラット新生児大動脈平滑筋積層細胞体の厚みは5層の場合約40マイクロメートルとなった。重層された細胞シートの弾性をDMT社のティッシュープラーを用いて張力を測定した。この2方向の引っ張り試験より、この平滑筋細胞積層体の張力はマウス大動脈の中膜とほぼ同等であることが確認された。また電子顕微鏡やエラスチカワンギーソン染色で弾性線維が構築されていることも確認できた。ラット新生児大動脈平滑筋積層細胞体の厚みは15層の場合約200マイクロメートルとなった。さらに、ラット平滑筋シートをパッチグラフトとして、ラット腹部大動脈に移植したところ、2.5ヶ月の生存を確認し、内皮化も良好で狭窄も認められなかった。平成27年度に予定していた、ラット新生児大動脈平滑筋細胞を用いた血管シートは安定して作製することができ、組織学的にも弾性線維の構築が確認された。さらに張力試験で、作製した血管シートは生体の血管と同等の張力を有することも確認でき、血管シートのラット同種移植に成功した。これらの進捗により到達度は予定以上の進捗とした。ラットの細胞シートはチューブ状に加工することで、チューブグラフトとして移植することができ、張力測定により、破断圧力も1400 mmHgを超えることがわかった。さらに、ヒトへの応用に向けて、ヒト臍帯血管平滑筋細胞を同様の方法で積層することに成功した。ヒトの細胞シートはパッチグラフトとしてヌードラットに移植し、3か月までの開存を確認することができた。

先行研究の技術をもとに、本研究ではヒト臍帯動脈平滑筋細胞を用いて生体素材のみからなる小児用の新規動脈グラフトを開発することを目的とした。積層の際の細胞密度や培養時間を改良点として、7層で50ミクロン以上の厚みのある細胞積層体を得ることが出来た。さらに、多層積層体の破断張力は、1874±255 mmHg (718-3138 mmHg)であり、ラット腹部大動脈にパッチグラフトとして移植を行ったところ、5か月後に長期開存性を確認することができた。平成26年度に予定していた、ラット新生児大動脈平滑筋細胞を用いた血管シートは安定して作製することができ、組織学的にも弾性線維の構築が確認された。さらに張力試験で、作製した血管シートは生体の血管と同等の張力を有することも確認できたため、予定以上の進展であった。ラットの血管シートをラットに同種移植することは年度内には到達できなかった。理由として、移植可能な面積のより大きい血管シートを作製する際に、辺縁で厚みが不均一となったり、亀裂が生じたためである。現在この点に関して条件検討を行っており、そのため到達度は予定通りの進捗とした。平成27年度はラットの同種移植に耐えられる血管シートを作製することに成功した。平成28年度は移植数を増やして、長期予後を検討する。内皮化や狭窄の程度を免疫染色、マイクロCT、超音波検査、尾動脈を用いた血圧測定などで検討する。平滑筋細胞は種族や年齢、部位により大きく形質が変化することが知られている。平成28年度は、ラットの同種移植に加えて、ヒト由来細胞でのグラフト作製に取り組む。ヒト臍帯動脈由来の平滑筋細胞シートを作製し、高い弾性を有する培養条件の最適化を行う。最終的にはヒト臍帯動脈由来の平滑筋細胞シートを、動物に移植し、動脈グラフトの開存性、耐久性、成長性の有無を検討する。循環生理学平成26年度により大きな血管シートを作製した際に、シートが均一にできない、又は辺縁に亀裂が生じるといった問題点が認識された。平滑筋細胞は培養条件によって大きく形質が変化することが知られている。そこで、積層細胞体に供する平滑筋細胞の性質を変化させることで、より局所的に凝集しにくく弾性線維を高発現することが出来るのではないかと着想した。平成27年度は、平滑筋細胞をさまざまな細胞外基質の上で培養し、血管シートに最適な条件を検討する。さらに、作製した血管シートを移植まで培養する際にも血清濃度などの培養条件を検討する。これらを通して、移植可能なより大きな血管シートの安定的作製を目指す。これらが達成されれば、ラット平滑筋細胞シートを成長因子含有の生体吸収性シートとともにラット大動脈に同種移植を行い、動脈グラフトとしての最適な移植条件を検討する。さらに、ヒト臍帯動脈由来の平滑筋細胞シートを作製し、高い弾性を有する培養条件の最適化を行う。消耗品が当初の予定より安価に購入できたため。27年度の消耗品購入に充てる。
甲状腺濾胞細胞の新奇培養法を用いたサイログロブリンによる甲状腺機能制御機構の解明

甲状腺ホルモンは甲状腺上皮細胞により構成される甲状腺濾胞で合成される。このホルモンの前駆体であるサイログロブリンが甲状腺の機能に及ぼす影響を調べるため,グラジエントカルチャーシステムを用いて甲状腺上皮細胞と血管内皮細胞とによる極性機能培養法を確立した。この培養法を用いて検討した結果,サイログロブリンは甲状腺ホルモン産生を亢進させるカテプシンKの濾胞への分泌を促進することが示され,ホルモン合成を直接調節していることが明らかとなった。甲状腺ホルモン合成の基質分子サイログロブリン(Tg)は分子量約600,000の巨大な糖タンパク質であるが,最近甲状腺濾胞機能の自己調節能や甲状腺細胞の増殖制御作用をもつことが明らかになってきた。しかしこれらに関する研究は主に単層培養細胞を用いた系で行われており,極性をもつ甲状腺細胞の生理機能を正確に反映しているとは言い難い。そこで本研究では,Tg分子がどのようなメカニズムで甲状腺組織の機能制御を行っているかを明らかにするひとつの方法として,グラジエントカルチャーシステムを用いて,生理機能を保持した状態の甲状腺上皮細胞を培養することのできる新たな培養法の確立を目指した。まず,甲状腺濾胞を模した状態を作るための極性培養に用いる支持体の表面をコートする物質の検討を,ラット甲状腺上皮細胞FRTL-5を用いて行った。その結果,細胞接着はMatrigelを用いた時が最も強く,細胞間の密着性を十分に保つことがわかった。続いて支持体として各種フィルターを検討したところ,孔サイズ0.45μmのNitrocelluloseの二重膜が,二相間の培養液の漏出がなく培養に適している事がわかった。つぎに,これらの条件下で,頂端側培地としてTg含有培地,基底側培地としてTg不含培地を用い,培養液を灌流させながらFRTL-5細胞の培養を濾胞内腔を模した状態で行った。その結果,灌流培養48時間後には頂端側の培養液に含まれるTgの量が増加していた。また,培養液中に分泌される各種プロテアーゼについて検討したところ,Cathepsin Kの活性が特に頂端側で増加することがわかった。これらの結果から,本条件下でFRTL-5細胞を培養すると,生理的機能をもった細胞として維持できることがわかった。現在,アガロース小滴ゲルを用いて,同様に生理機能を保持した甲状腺細胞の培養が可能となるよう,アガロース濃度や小滴のサイズなど,各種条件を検討中である。甲状腺組織の主要機能である甲状腺ホルモンの合成・分泌は甲状腺刺激ホルモン(TSH)を含む様々な因子により統合的に制御されているが,甲状腺の濾胞構造依存的な制御機構についての研究はほとんど行われていない。本研究では,サイログロブリン(Tg)による甲状腺細胞の機能制御作用に対する詳細な機構の解明を行うため,甲状腺上皮細胞の極性培養法と小滴三次元培養法の確立を目指した。極性培養法については,マトリゲルでコートしたニトロセルロース膜を細胞支持体としたグラジエントカルチャーシステムを用い,膜の一方に血管内皮細胞,他方に甲状腺上皮細胞を播種し,甲状腺濾胞構造を模した形で灌流培養を行った。その結果,Tgは甲状腺ホルモン産生に関わるカテプシンKの上皮細胞頂端側への分泌を促進するが,TSHは逆に抑制することを見いだした。一方小滴培養法については,細胞支持担体としてアルギン酸ナトリウム,ポリアクリルアミド,アガロース,コート剤としてポリ-D-リシンを用い,最適条件を検討した。アルギン酸ナトリウムの場合,2%4%の溶液を用いて小滴を作成して検討したところ,低濃度では細胞支持体としての強度が不足し培養途中で小滴が崩壊し,逆に高濃度では小滴の径が大きくなりすぎて小滴表面に隙間なく上皮細胞を播種することができなかった。アガロースの場合も同様な傾向が認められたが,培養が可能となるようなアガロースの種類や条件を再検討している。一方支持体としてポリアクリルアミドを用いた場合は,十分な強度と大きさをもった小滴を作成することには成功したが,細胞が小滴に十分接着せず,コンフルエントにまでは至らなかった。現在接着力を向上させるためのコート剤やコート法のさらなる検討を行っている。以上の結果をもとに,最適化した小滴培養法を用いてTgによる甲状腺機能制御機構の解明を行う予定である。このホルモンの生合成過程は甲状腺刺激ホルモン(TSH)を含む様々な因子により制御されているが,甲状腺の濾胞構造に依存した制御機構についての研究は行われていない。本研究では,甲状腺ホルモン合成に対するサイログロブリン(Tg)の作用が甲状腺濾胞構造を通してどのように関与するかを解明するため,生体内での甲状腺上皮細胞の状態を再現することのできる極性培養法を確立し,検討した。

マトリゲルでコートしたニトロセルロース膜を細胞支持体としたグラジエントカルチャーシステムを用い,膜の一方に血管内皮細胞,反対側に甲状腺上皮細胞を播種し,内皮細胞側にはウシ胎児血清を含む培養液(培養液B),上皮細胞側には各種増殖因子を添加した培養液(培養液A)を還流することにより,濾胞構造を模した極性培養を行った。灌流培養後,Tgは上皮細胞頂端側の培養液Aにのみ分泌され培養液Bには分泌されなかったことから,この培養系が甲状腺の濾胞機能を再現していることがわかった。続いて培養液AにTgを添加して培養したところ,甲状腺ホルモン産生を亢進するカテプシンKの培養液Aへの分泌が促進された。一方,培養液BにTSHおよびインスリンを添加して培養したところ,カテプシンKの分泌は阻害された。それに対し,リソソーム内で作用するカテプシンB・Lについては,いずれの因子も影響を与えなかった。以上の結果より,Tgは甲状腺上皮細胞の増殖を促進するだけでなく,甲状腺ホルモン合成の調節を直接行っていることが示唆された。そこで,甲状腺ホルモンが実際に基底側に放出されているかを計測したところ,検出感度以下であったため定量的な評価を行うことはできなかった。今後,この培養系をスケールアップすることにより甲状腺ホルモンの定量が可能になれば,Tgの新たな機能とその作用機構が明らかになると期待される。
経済危機と構造改革―なぜ政党競争が『新自由主義』的経済政策の導入に貢献するのか？

本研究の最大の発見はOECD20カ国の政党の選挙の政策位置が、不況後にイデオロギー軸上を右に移動し、経済回復で左に戻ることである。この意外な結果を説明として、主要政党指導者が、経済運営に関して、経済国際化とともに、イデオロギーよりも政策有能性を競うという仮説を、経済投票理論、国際政治経済、政党競争理論などの最新研究に立脚して構築した。仮説の実証は、第一に、全政党の移動の計量分析でなされ、次いで、移動の結果である不況時の財政抑制は、支出削減に依拠し税制改革に拠らないことを実証し、最後に、公的債務が大きく、格差が小さい場合以外は、長期的な国の財政規模に大きな影響がないことを明確にした。1.本研究全体の中核部分となる先進諸国の政党、政府、議会の政策選好の変動要因の分析のため、必要な先行研究の検討を終え、さらに独自の実証分析のためのデーターセット作成をほぼ終了した。最新の世界的な研究がどこまでこの問題に接近しており、どのような点で本研究が独自の理論的・実証的貢献ができるのか、そのためにはどのような分析が必要なのかが明らかになった。2.本研究の中心的な仮説である、国際的経済危機、特に不況時の通貨・金融市場の激動が、各国の政府や議会の政策選好をどのように変動させ、その結果どのように構造改革(規制改革および労働市場改革)や財政改革(財政収支の改善と財政支出の抑制)に帰結するのかに関しての計量的分析をほぼ終了した。この部分の予備的計量分析は本研究応募時に終了していたが、更に、仮説との整合性や各政策領域での独立変数の統一性などを踏まえ、回帰モデルの改善を行って、確定的といえる結果を得るところまで到達した。3.平行して、次の段階の準備として、構造改革や財政政策の規定要因として現在の比較政治経済分析の研究サーベイを行い、比較分析に関しては、これまでの成果の検討を終了した。また、計量分析を肉付けする事例の選択もほぼ終了した。但し、各国の事例の執筆にまでは至っていない。4.上記1.に関しては、先進諸国の主要政党、政府、議会の政策選好が景気循環とともに変動し、しかも長期的趨勢としては市場指向的であることが確認できている。このような変動要因の説明変数として、資本移動に伴う経済政策への制約と市場指向的政策の結果としての格差増大を想定している。この問題は、国際化した市場の民主的統治の可能性をめぐるより大きな、現代の政治経済の根源的な問題ー市場促進的政策や経済格差拡大と民主的統治は両立するのかーを問うものであることを、先行研究の検討を通して自覚するにいたった。1.先進諸国(OECD20ヵ国)の主要政党や議会中位の政策位置が景気循環に連動することを発見し、それを説明する仮設を提示し、その実証を行った。個別の国でも、左右の主要政党の選挙での政策位置は、不況の谷を境にイデオロギー軸上の右に連動し、景気回復とともに左に連動し、分析期間(1970年代から2000年代)全体ではわずかながら右上がりに推移している。2.従来あまり着目されてこなかった景気と連動する左右の政党の政策位置を説明する仮説として次のものを提示した。国際的資本移動の増大に伴い、各国政府は景気回復のため、通貨・物価価値の安定を雇用回復に優先させる抑制的財政金融政策を余儀なくされ、その結果、不況後の選挙で、政権党も、政権をめざす責任野党も、直面する経済課題に有能に対応できることを有権者に示すため、「不人気」な政策の継承を是認し、敢えてポピュリスト的拡張政策を回避する。特に責任野党がポピュリスト的政策に退行しないことが政策論議(policy straight-talk)を深化させ、その動きを景気順応的にする一方、主要政党に対抗的なポピュリスト的ニッチ政党の隆盛をもたらす。3.その検証を計量分析および実際の選挙時の政党指導者の政策発言の事例分析で行った。計量分析は先進20ヵ国を対象に、(比較マニフェストデータより算出した)各政党や議会や投票者の政策位置を従属変数に、景気、「国際金融市場変動に対する脆弱性」、「所得格差」などを独立変数に分析した。更に、事例的検証としては不況直後の選挙で投票や議会の政策位置が左方向に移動した「想定外」事例ー1980年代のカナダ、ノルウェー、ニュージーランド、1990年代のスペイン、イギリス、日本、そして大不況のスペイン、ノルウェー、スウェーデン、アメリカーと特に大不況期の各国の対応を概観し、本仮説の妥当性を、計量分析を超えて明らかにした。本研究の最大の発見はOECD20カ国の政党の選挙の政策位置が、特に政権をめぐって競争している主要政党が不況後にイデオロギー軸上を右に移動し、経済回復で左に戻ることである。この意外な結果を説明として、主要政党指導者が、経済運営に関して、経済国際化の深化とともに、特に国際資本移動の増大とともに、イデオロギーよりも政策有能性を競うという仮説を、経済投票理論、国際政治経済、政党競争理論、立法過程などの最新研究に立脚して構築した。経済投票理論は有権者が経済政策のような合意争点に関しては、イデオロギーよりも有能性を重視することを示唆する。国際政治経済は、有能性を示すために、なぜ主要政党指導者は、失業増大を抑制するための財政出動ではなく、もしろ、財政抑制と構造改革を採用するのかを説明する。政党競争の最新研究は政党指導者は中位投票者の選好に政策を合わせるのでなく、自分の政策に有権者が賛同するよう宣伝することを示唆する。

最後に、立法過程論の研究は、党内の反対や野党の妨害を抑えて法案を通貨させて、有能性を示すためには政府指導者は政策の内容を譲歩し、その結果、政策の変化は与党の中位議員よりも議会全体の中位議員の選好を反映することを示唆する。仮説の実証は、第一に、全政党の移動の計量分析でなされ、政党は、特に主要政党は、景気循環に合わせて失業の増大にもかかわらず右に動くこと。次いで、移動の結果である不況時の財政抑制は、合意が得やすい支出削減に依拠し税制改革に拠らないこと、そして変化の規模は議会中位議員の位置をはねいしていることを実証し、最後に、長期的には、公的債務が大きく、格差が小さい場合以外は、景気循環への経済対応は、国の財政規模に大きな影響がないことを明確にした。本研究の最大の発見はOECD20カ国の政党の選挙の政策位置が、不況後にイデオロギー軸上を右に移動し、経済回復で左に戻ることである。この意外な結果を説明として、主要政党指導者が、経済運営に関して、経済国際化とともに、イデオロギーよりも政策有能性を競うという仮説を、経済投票理論、国際政治経済、政党競争理論などの最新研究に立脚して構築した。仮説の実証は、第一に、全政党の移動の計量分析でなされ、次いで、移動の結果である不況時の財政抑制は、支出削減に依拠し税制改革に拠らないことを実証し、最後に、公的債務が大きく、格差が小さい場合以外は、長期的な国の財政規模に大きな影響がないことを明確にした。研究の最大の眼目である政党位置の景気順応的変動を説明する仮説の提示とその実証ー計量的実証と事例分析の双方を終了した。学会発表としては2014年10の東京大学とアイルランド国立大学ダブリン校のシンポジュウム(ダブリン開催)、2014年10月の日本政治学会で発表した。今後、2015年の4月のシカゴで開催されるアメリカ中西部政治学会(Midwest Political Science Meeeting)と2015年5月熊本で開催予定の日本選挙学会でも発表の予定である。前者の原稿は完成しており、後者の原稿を持って最終稿としたい。政治経済本研究のもう一つの柱である、経済政策のうち特に政党が審議する財政政策に関しては、それが、景気変動の状況と議会、有権者の中位の先行位置できまることを実証する。この議論の計量分析にあたる部分は、既に2011年の日本政治学会と2013年のサンフランシスコでのアメリカ政治学会(American Political Science Association)と2014年のアメリカ中西部政治学会(Midwest Political Science Meeeting)で発表した。今後は(1)計量分析を裏打ちする事例分析の追加執筆を完成させるとともに、(2)最近完成させた景気循環にともなう政党や政党の重心の位置変動に関する議論と統合する予定である、これにより、経済危機の結果、どのように政党の政策先行が変動し、その結果、どのような詮索の変化がもたらされるかという、本研究の全体像が完成することになる。1. <研究実績の概要>の1.に関連して、経済国際化と政党、議会、政府の政策選好の変動との関係、および経済格差とこれらの主体の政策選好の変動との関係についての実証分析は、ここ数年アメリカの学術雑誌を中心に議論されてきているが、まだ本格的検証に至ってない。まして、この両者の作用の結果として選好の景気循環的変動を説明している議論はなく、本研究は独自の仮説が検証可能なデーターセットを作成した。
病原性大腸菌における遺伝子・タンパク発現による病原因子の検索

病原性大腸菌は腸管出血性大腸菌、腸管病原性大腸菌、腸管毒素原性大腸菌、腸管侵襲性大腸菌、腸管凝集粘着性大腸菌の5つのカテゴリーに分類される。本研究では病原性大腸菌について病原遺伝子検出による迅速なカテゴリー推定及び機能する病原因子の検出法の開発を目指している。前者の病原遺伝子検出によるカテゴリー推定として、5つのカテゴリー型別を可能とする9種類以上の病原因子遺伝子同時増幅による病原性大腸菌同定は、分離菌の病原性判定だけではなく臨床での迅速な下痢起因病原性大腸菌の診断に応用できる。本年度では病原性大腸菌すべてのカテゴリーを決定するmultiplex PCR法に関して、10種類及び12種類の病原因子を同時に検出できるmultiplex PCR法を確立た。この成果についてはMicrobiology and Immunologyに発表予定である(掲載号49-6)。また、EHEC multiplex PCR系に関しても新規ベロ毒素検出プライマーを開発し、検出系の構築を試みた。この成果に関しては日本細菌学会にて発表(平成16年4月)した。後者の病原因子の検出に関しては、mRNAをモニタリングすることで、感染に重要な役割を担う付着・分泌機能に関与する病原因子等の産生条件を明らかにすることを試みた。そこで、本年度では病原因子発現検出系に関してはリアルタイムPCRを用いて発現パターンの厳密なmRNA定量を検討した。その結果、血清型が異なるEHECでの病原遺伝子発現時におけるmRNA発現パターンがそれぞれ異なることが明らかになった。また、これらのmRNA発現パターンは近年発見された新たな発現制御因子pchの発現パターンと一致していた。これら病原因子の発現条件の解析は、病原因子検出法確立に活用できると同時に簡易な病原性菌の分離法の開発、病原因子の遺伝子発現制御機構の解明への道を開くことが期待される。本研究では病原性大腸菌について病原遺伝子検出による迅速なカテゴリー推定及び産生する病原因子の検出法の開発を目指している。前者の病原遺伝子検出によるカテゴリー推定として、本研究では、各カテゴリーの併せて9種類以上の遺伝子を同時にPCRにより検出するmultiplex PCRの開発を行っている。5つのカテゴリー型別を可能とする9種類以上の病原因子遺伝子同時増幅による病原性大腸菌同定は、分離菌の病原性判定だけではなく臨床での迅速な下痢起因病原性大腸菌の診断に応用できる。本年度では病原性大腸菌すべてのカテゴリーを決定するmultiplex PCR法に関しては10種類及び12種類の病原因子を同時に検出できるmultiplex PCRの構築を、大腸菌純培養試料を用いて行った。このカテゴリーを決定するmultiplex PCR法については現在、その結果を論文にまとめつつある。また、後者の病原因子発現の検出に関しては、mRNAをモニタリングすることで、感染に重要な役割を担う付着・分泌系病原因子等の産生条件を明らかにすることを試みた。そこで、本年度では病原因子発現検出系に関してはRT-PCRによるmRNA定量を検討した。その結果、EHEC・EPECの病原遺伝子発現時におけるmRNA定量条件が明らかになった。また、解析の過程として上記病原遺伝子の発現パターンの異なる臨床由来EHEC株が幾つか判明した。これらのmRNA定量に関してはリアルタイムPCRを用いて定量パターンの厳密な比較を行う予定である。病原因子タンパクの発現条件の解析は病原因子検出法確立に活用できると同時に簡易な病原性菌の分離法の開発、病原因子の遺伝子発現制御機構の解明への道を開くことが期待される。
転がり接触面の塑性変形進行を考慮した転動疲労発生限界

転がり接触面を有する機械要素の使用限界向上策として、転動面の塑性変形を許容する新たな転動面疲労設計手法を取りまとめた。設計手法の骨格として、世界で初めて次の3点を実証的に解明した。(1)転動面の塑性変形が安定化(飽和)する接触圧力、内部加工硬化と転動繰返し数の関係(2)接触面端部の局所接触圧力と端部塑性変形進行の関係(3)塑性変形が生じる転動面の転動疲労ピット寿命は初期の最大接触圧力発生位置ではなく、塑性変形後の形状に基く接触圧力によって決まる。目的:転がり接触面の塑性接触圧力域での使用を可能とする設計手法を構築するために、高接触圧力下での塑性変形進行、流体潤滑油膜状況、転動疲労発生状況を実験的に確認する。実施内容:平成18年度は、転がり接触面の塑性変形進行に伴う接触圧力と弾性流体潤滑油膜厚さの変化挙動の解明を行った。光干渉式弾性流体潤滑油膜厚さ測定装置を用い、塑性接触圧力状態で接触繰返しを行い、繰返しに伴う接触領域、油膜厚さおよび転動体(ステンレス鋼球)内部の硬さ変化(加工硬化程度)の実測を行った。結果:実験の結果、塑性変形のシェイクダウン状態(加工硬化が飽和)になる接触繰返し数、および初期接触圧力に応じた接触繰返しによる接触圧力低下程度を求めることが可能となった。結果を接触圧力変化予測式とすると共に、実験チャート化した。特に、従来転動に伴うシェイクダウン回数が45回の応力繰返し数といわれていた点は、今回の実験で、成句ダウン回数は初期接触圧力が大きい程大きく、接触圧力と初期内部硬さの比が1.0程度では約10E7回の繰り返しを要することが明らかになった。また解析により、潤滑油膜変化は塑性変形形状に対応していることも明らかにできた。今後の予定:平成19年度はローラ試験片を用いだ線接触エッジ接触部の塑性変形を伴う弾性流体潤滑油膜観察と、ローラによる片当り集中接触圧力下で塑性変形をともなう状況下での、転動疲労発生限界の確認を実施する。局所転がり接触圧力による塑性変形進行とその飽和現象を解明した。初年度に明らかにした球を用いた点接触での塑性変形と潤滑状態変化が、線接触の端部(エッジ部)でも生じることを確認し、塑性変形が生じる条件では、初期形状に基づく端部には転動疲労損傷は生じないという新たな知見を得た。光干渉式弾性流体潤滑油膜観察測定装置を用い、ころ(ローラ)を試験片として、線接触端部に局所接触圧力が生じる状態での、油膜厚さ変化をin-situ計測した。その結果、塑性変形の進行に伴い端部の油膜形成状態が変化することが観察できた。すなわち、端部塑性変形の進行により、端部の接触圧力状態が緩和され、接触圧力が最も大きい(油膜厚さが最も薄い)領域が、初期形状による端部から、本体軸方向内側へ移動することが判った。転動面の耐久性に影響する接触端部は、材料がシェイクダウン(塑性変形飽和)するまで移動し、初期の形状端部とは異なる箇所が新たな接触端部となり、転動疲労損傷が発生する箇所になることが推定された。更に、この推定を確認するためにテーパーローラを用いた4ローラ転動疲労試験機を用いて、強制的に端部強当り状態をつくり転動疲労試験を実施したところ、疲労ピットは初期形状端部(テーパ端部)ではなく、より内側に生じることが確認できた。これらの結果から、歯車や転がり軸受の接触端部転動疲労損傷防止設計は、端部の局所接触圧力を計算して損傷発生繰返し数と発生位置を予測する必要があることが判った。19年度結果を踏まえ、20年度は片当り等で端部が塑性変形する転動面の転動疲労損傷発生限界確認試験を実施し、損傷を防止するための端部形状設計手法を取りまとめて行く予定である。転がり接触面を有する機械要素の使用限界向上策として、転動面の塑性変形を許容する新たな転動面転動疲労設計手法を取りまとめた。第3年度は、第1、第2年度で解明した塑性変形進行と接触圧力、弾性流体潤滑油膜厚さの関係を踏まえ、塑性変形が生じる条件下で転動疲労試験を実施した。使用した試験機は光干渉式油膜厚さ計測試験機のガラス板を焼入れ鋼板に換えてローラを押し付ける方式で標準端部形状の影響確認を、4ローラ試験機のセンタローラをテーパとして強制片当りで接触面端部に塑性変形を生じさせる状態での転動疲労発生限界の確認試験を実施した。これらの実験の結果、主に次の4点が明らかとなった。(1)転動繰り返しにより塑性変形が安定化する接触条件は、塑性変形後の形状で求めた接触圧力と内部最大せん断応力位置での加工硬化後硬さの比が0.4である。

(2)転動面端部が自由端の場合は、塑性変形により初期の最大接触圧力位置が非接触となる、従って転動疲労が生じない。(3)塑性変形が生じる場合の転動疲労発生限界は、シェイクダウン後の形状で決まる接触圧力と接触繰返し数の関係で示され、初期形状による最大接触圧力の塑性変形による緩和を考慮する必要がある。(4)塑性変形が生じる転動面に生じる転動疲労ピットは、初期接触圧力最大位置に生じるのではなく、塑性変形発生後の形状に基く接触圧力でほぼ決まる。以上の結果を踏まえ、研究の最終とりまとめとして、塑性変形の有無、塑性変形が生じる場合の接触圧力変化と油膜厚さ変化を考慮する新たな転動面設計手順を提示した。提案手法は、動力伝達用歯車の歯面強度設計、転がり軸受の転動疲労設計として、特に接触面端部プロファイル設計に活用できることがわかった。
回転分子モーター蛋白質の駆動力伝達部位の弾性が回転速度・トルクに与える影響

生命活動に不可欠なATP合成酵素は、2つの回転分子モーターが共通の回転軸で連結されたユニークな構造をもつ。構造・機能への理解が最も進んだ蛋白質のひとつだが、機械的な動作原理は未だ不明である。共通の回転軸(駆動力伝達部位)の弾性率だけを変化させ、不可分だった分子内のトルク伝達、回転速度制御という情報の分離を試みる。一般に分子機械は、慣性・重力を利用できない上に、激しい熱運動に晒されながらも精巧な運動を行う。その実現には、共通の機械的な動作原理が存在するはずである。ATP合成酵素をモデルに、「駆動力伝達部位の弾性が、どのように運動(機能)に影響するのか」という視点から、その動作原理を見出したい。