hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機械工学で要求される問題解決のための知識表現法およびその処理法に関する研究

知識工学の機械工学への応用性を探る目標で,流帯工学の初等問題を具体的に取り上げ,その解決過程の解析,シミュレーションを試みた.初年61年度は,特に時間,位置,状態などの変化がない問題として,物性値問題を対象に選んだ.この領域の問題が持つデータは(1)ある"もの"に付随したデータ,(2)物理量間の関連を支配する関係式として与えられるデータ,(3)陽には与えられない常識的,暗黙的データに分けられる.ここでは,これらのデータを互いに利用しつつ,求めた量から既知の量に至る関係,つまり解法を自動的に求めるシステムを構成した.また同じ静的問題に限り,問題解決のためのコンサルテーションシステムを,プロダクションシステムにより作成した.これは与えられた量と求めたい量を見比べつつ問題を解決する人間の思考,推論過程を考察した上で,そのシミュレーションを行うことにより実現した.ここでは特に,この種の問題で必要となる推論制御機能の強化をはかることにより,システムを利用者の対話をとおして解決を行う.62年度は,扱う問題領域を拡げ,複数の部分問題の世界と,それらを関連付ける上位の世界から全体問題が構成されるような場合を含めた.この例には運動量交換があり,交換前後の各運動状態とそれらを結びつける運動量の交換法則から成り立っている.このため,複数の知識源の推論がお互いに独立で,かつ利用しあいつつ解決を行うための多重推論機構を実現し,すなおな問題表現ができ,また実際問題解決において有用であることを示した.また,より柔軟なインターフェイスとして,日本語入力機能をとり上げ,この分野の問題表現に対し構文解析,意味解釈を行い,計算機内部表現に変換するための機能の検討およびその設計,構築を行った.知識工学の機械工学への応用性を探る目標で,流帯工学の初等問題を具体的に取り上げ,その解決過程の解析,シミュレーションを試みた.初年61年度は,特に時間,位置,状態などの変化がない問題として,物性値問題を対象に選んだ.この領域の問題が持つデータは(1)ある"もの"に付随したデータ,(2)物理量間の関連を支配する関係式として与えられるデータ,(3)陽には与えられない常識的,暗黙的データに分けられる.ここでは,これらのデータを互いに利用しつつ,求めた量から既知の量に至る関係,つまり解法を自動的に求めるシステムを構成した.また同じ静的問題に限り,問題解決のためのコンサルテーションシステムを,プロダクションシステムにより作成した.これは与えられた量と求めたい量を見比べつつ問題を解決する人間の思考,推論過程を考察した上で,そのシミュレーションを行うことにより実現した.ここでは特に,この種の問題で必要となる推論制御機能の強化をはかることにより,システムを利用者の対話をとおして解決を行う.62年度は,扱う問題領域を拡げ,複数の部分問題の世界と,それらを関連付ける上位の世界から全体問題が構成されるような場合を含めた.この例には運動量交換があり,交換前後の各運動状態とそれらを結びつける運動量の交換法則から成り立っている.このため,複数の知識源の推論がお互いに独立で,かつ利用しあいつつ解決を行うための多重推論機構を実現し,すなおな問題表現ができ,また実際問題解決において有用であることを示した.また,より柔軟なインターフェイスとして,日本語入力機能をとり上げ,この分野の問題表現に対し構文解析,意味解釈を行い,計算機内部表現に変換するための機能の検討およびその設計,構築を行った.本年度は、流体工学、機械力学の問題解決に必要となる知識の選定と、その構造について検討し、あわせて各方面における知識表現法、処理法を調べ、従来から報告されているシステムが、本研究に利用、活用できる点について検討した。そして、流体工学、機械力学に現れる問題が多岐にわたることを考慮して、まず人間が問題を解こうとする場合の解決過程を支援するシステム、および基本的な問題の自動解決をはかるモデルの試作を行った。知識工学において、プロダクションシステムは広く応用されている手法の1つである。支援システムでは、物理量間の関係をもったつながりで問題解決が行われることに基づき、与えられた量と求めたい量の両者を見比べつつ、ユーザとの対話を行いながら問題解決の過程を見い出す機能を、プロダクションシステム上で実現した。流体の物性値問題を考える場合、そこで用いられるデータとして、ある"もの"に付随したデータ、物理量間の関連を支配する関係式として与えられるデータ、および問題中に陽には与えられていないような、常識的判断のもとで得られるデータがある。自動問題解決モデルの試作では、これらのデータを通して、求めたい量から既知の量に至る関係、つまり解法を探索することにより、与えられた物性値問題を処理することができることを示した。これらの試作を通して、問題解決に利用される事項、知識には、問題領域全体に依存するもの、ある部分領域のみに関連するもの、複数の部分領域の関係として与えられるものがあり、これらを効率的に扱う必要性が示された。このため今後、これらの知識の階層的表現法、利用法について検討を加え、研究を進める。
転写共役因子TIFbの造血幹細胞における役割

本研究では、造血組織におけるTIF1bの役割を解析し、TIF1bが赤芽球の成熟、骨髄球細胞分化及びに造血幹細胞の骨髄再構築能に重要な役割を果たすことを見出した。さらに、網羅的発現解析やクロマチン免疫沈降法等によりTIF1bがp21遺伝子座に結合し転写抑制に働く事を明らかにした。また、TIF1b欠損細胞ではヘテロクロマチン蛋白質であるHP1aの蛋白質量が減少しており、HP1aがTIF1bによるp21の発現抑制に機能すると考えられる。以上の解析から本研究ではTIF1bによるp21の抑制が造血幹細胞機能に必須の役割を果たす事を明らかにした。これまでに、申請者は、Bmi1の機能発現機構を明らかにするため、Flag-Bmi1を発現するヒト未分化型白血病細胞株よりBmi1複合体を部分精製し、構成因子群の同定を行った。昨年度は、これら構成因子の中から、Bmi1との結合性を検証済みであるTIF1bに着目し、造血幹細胞における機能解析を行った。すなわち、胎生期から造血組織でCre recombinaseを発現するTie2-Creマウスを用いてTIF1b遺伝子のコンディショナルノックアウトマウスを作製し、解析を行った。この結果、TIF1b^<F/F>;Tie2-Cre胎児では、前赤芽球以降の赤芽球の成熟が著しく阻害されており、変異胎児は胎生中期に貧血により致死であった。従って、TIF1b遺伝子が胎児期の赤血球分化に重要な機能を有すると考えられる。さらに、競合的移植実験からTIF1b^<F/F>;Tie2-Cre造血幹細胞の骨髄再構築能が著しく障害されている事を明らかにした。また、TIF1b^<F/F>;Mxl-Cre細胞を用いて再構築した個体において、TIF1bをpIpC処理により不活化した場合にはTIF1b^<F/F>;Mxl-Cre細胞が選択的にレシピエント個体より消失した。これらの結果は、細胞内在的なTIF1bの機能が造血幹細胞に必須である事を示唆している。さらに、TIF1b^<F/F>;Mxl-Cre造血幹細胞ではp21の発現が脱抑制されており、クロマチン免疫沈降法によりTIF1bが直接p21遺伝子プロモーターに結合する事を明らかにした。これらの結果はTIF1bによるp21の抑制が造血幹細胞機能に必須の役割を果たす事を示している。現在、TIF1bとCdknla(p21)の二重変異マウスを作成中であり、レスキュー実験を行う予定である。一方で、TIF1b^<F/F>;;Tie2-Cre造血幹細胞ではヘテロクロマチンの構成に重要な役割を果たすHPlaのタンパク質量が減少し、その核内局在が変化する事を見出した。現在、TIF1bによるp21の発現抑制におけるHP1aの関与に関して検討中である。これまでに、転写共役因子であるTIF1bがBmi1と結合し、ポリコーム複合体と共精製されることを見出している。また、レポーターアッセイによりTIF1bの転写抑制活性がBmi1等のポリコーム遺伝子のノックダウンにより減弱することを明らかにした。これらの結果は、TIF1bとBmi1が協調的に造血幹細胞制御に働く可能性を示唆するデータである。このような背景から昨年度は、胎生造血における役割をTie2-Creマウス、成体造血における役割をMx1-Creマウスを用いたTIF1bコンディショナルノックアウトマウスを用いて解析し、TIF1bが赤芽球の成熟、骨髄球細胞分化及びに造血幹細胞の骨髄再構築能に必須の役割を果たすことを見出した。さらに、TIF1b^<F/F>;Tie2-Cre造血幹細胞ではp21の発現が脱抑制されており、クロマチン免疫沈降法によりTIF1bがp21遺伝子プロモーターに結合し転写抑制に働くことを明らかにした。一方で、変異造血幹細胞ではヘテロクロマチンの構成因子であるHP1a量が減少し、ヘテロクロマチン領域の数が減少することを見出した。また、TIF1b及びにHP1aのChIP sequence解析を行い、各々1000以上の結合領域を同定している。これらの結果とTIF1b^<F/F>;Tie2-Creのマイクロアレイ解析の結果を比較検討しp21以外の標的遺伝子の同定を行い、これら遺伝子発現に対するHP1a等のヘテロクロマチン因子の影響を検討中である。
毛包特異的癌抑制遺伝子ノックアウトマウスの作製:癌幹細胞の制御を目指して

皮膚癌幹細胞に由来する癌組織の生物学的特性を明らかにし、病理学的にどのように分類されるかを検討するため毛包幹細胞特異的にPTENをノックアウトしたマウスを作製した。すなわち毛包幹細胞で発現されるケラチン15のプロモーターでCre酵素を発現するマウスとloxP配列でPTEN遺伝子を挟まれたマウスを交配して作製した。約1年間マウスを観察したがコントロールマウスと比べて明らかな腫瘍発生の増加を認めなかった。癌の克服において、抗癌剤に対する耐性と転移は大きな課題である。癌幹細胞は、薬剤耐性と増殖能を持ち、癌微小環境では血管に隣接して存在することが示唆されている。従って、癌幹細胞の生物像を理解し得る動物モデルの開発は、癌の病態を解明する上で極めて重要な課題である。皮膚の幹細胞は毛包に存在し、その発現分子はケラチン15である。本研究課題では平成21年度、ケラチン15プロモーター下で癌抑制遺伝子Ptenを破壊するモデル・マウス作りに着手した。(2) Cre-loxPシステムによる表皮特異的Ptenコンディショナル・ノックアウト・マウス(K15-CrePGR/PTEN^<□□□>)の作製:今回、Cre-loxPシステムを用いたケラチン15(K15)プロモーターによるバルジ特異的コンディショナル・ノックアウト・マウスを作製した。これは、K15プロモーターにより発現したCre-recombinase活性により、あらかじめloxP siteを挿入したPTENを、DNAレベルで破壊,除去したものである。(3) Creリコンビナーゼ発現誘導:K15-CrePGRトランスジェニックマウスは、プロゲステロン拮抗阻害剤RU486を皮膚に塗布することにより、Creリコンビナーゼの発現を誘導することが可能である。生後8週齢(first telogen)、雄雌のマウスに、5日間にわたりRU486を塗布して発現誘導した。(4)自然発癌誘導:K15-CrePGR/PTEN^<△/△>における発癌過程を、現在観察中である。本研究課題では、毛包特異的PTENコンディショナル・ノックアウトマウスK15-CrePGR/PTEN^<-/->を作製し、表現型解析を行う。マウス・バルジ細胞に由来する皮膚悪性腫瘍を誘導し、皮膚癌幹細胞のモデルとして確立することを目指す。Creリコンビナーゼ発現誘導:K15-CrePGRトランスジェニックマウスは、プロゲステロン拮抗阻害剤RU486を皮膚に塗布することにより、Creリコンビナーゼの発現を誘導することが可能である。生後8週齢、雄雌のマウスに、5日間にわたりRU486を塗布し皮膚表現形について観察中である。自然発癌誘導と観察:表皮特異的K5-Cre/PTEN^<-/->は、PTENの消失とともに自然経過で扁平上皮癌を生じる。従って、K15-CrePGR/PTEN^<-/->においても発癌が自然経過で生じるかどうかRU486を継続投与し長期間観察中である。本研究課題では、毛包特異的PTENコンディショナル・ノックアウトマウスK15-CrePGR/PTEN^<-/->を作製し、その表現型の解析を行うことを目的とした。すなわちマウス・毛包のバルジ細胞に由来する皮膚悪性腫瘍を誘導し、皮膚癌幹細胞のモデルとして確立することを目指した。K15-CrePGR(FVB/N)の作製:K15-CrePGRのbackgroundはC57BL/6SJLである。このため本研究課題においてはbackgroundをそろえるため、あらかじめFVB/Nと交配しK15-CrePGR(FVB/N)トランスジェニックマウスを作製した。Cre-loxPシステムによる毛包特異的PTENコンディショナル・ノックアウトマウス(K15-CrePGR/PTEN^<-/->,FVB/N background)の作製:Cre-loxPシステムを用いてケラチン15(k15)プロモーターによるバルジ特異的PTENコンディショナル・ノックアウトマウスを作製した。まずloxP-flanked PTENマウスをFVB/Nと交配しFVB/N backgroundとした。さらに上記のK15-CrePGRセウスを交配しK15-PTENコンディショナル・ノックアウトマウス(FVB/N background)を作製した。Creリコンビナーゼ発現誘導:K15-CrePGRトランスジェニックマウスは、プロゲステロン拮抗阻害剤RU486を皮膚に塗布することによりCreリコンビナーゼを誘導することが可能である。発癌誘導と観察:短期間(5日間)ある硫は長期にRU486を塗布したマウスとコントロールマウスと比較して皮膚癌の発生に差があるか観察しているが現在のところ明らかな差は認めていない。
N-ヒドロキシMDMAの使用証明に関する研究

N-OH-MDMAおよびMDMAは不斉炭素を1つもち、d体とl体の2つの光学異性体が存在する。N-OH-MDMA、MDMA共に密売されているものはラセミ体(dl体)である。MDMAについては、d体とl体で代謝速度が異なることが知られており、乱用者尿中のMDMAおよびその代謝物MDAのd体/l体比について、使用状況による違いが報告されている。したがって、N-OH-MDMA使用者尿についてキラル分析を行い、MDMAおよびMDAのd体/l体比を比較することで、N-OH-MDMAとMDMAの使用の識別ができる可能性が考えられた。そこで、本研究ではその分析法の開発から着手した。はじめに、アキラル分析条件について液体クロマトグラフ質量分析法(LC/MS)およびキャピラリー電気泳動質量分析法(CE/MS)を用いた分析法の確立を行った。次いで、その分析法を基に、LC/MSではキラル分離カラムを用い、CE/MSでは泳動液へのキラルセレクターの添加を行い、最適条件の検討を行った。その結果、アニオン性シクロデキストリンをキラルセレクターとしたCE/MSにおいて、良好なキラル分離を達成することに成功した。なお、現時点では、N-OH-MDMA使用者尿の例数が少なく、MDMA使用者との間に統計的に有意な違いを見いだすまでには至っていない。これについては、今後も継続して研究を行っていく予定である。
二本鎖RNAを用いたSmad結合タンパク1(Sip1)の核内シグナル伝達の解明

我々は、ヒルシュスプルング病症候群がZFHX1B(Smad interacting protein-1 (Sip1)をコードする)の異常で発症することを初めて明らかにした。本研究は、本症の病態を分子レベルで明らかにするために、siRNAを用いて培養細胞及びマウスの初代脳培養細胞内のSip1の機能を阻害し、その結果生じる様々な遺伝子の発現異常や、神経細胞の形態変化等を明らかにすることを目的としている。ZFHX1BをノックダウンするsiRNAの作製を行った。(1)4種類のSip1に特異的な配列のsiRNAをin vitroで合成した。これらのsiRNAを293細胞に導入し、Sip1の発現量をRT-PCR法により定量した。1種類のsiRNAが、Sip1の発現量を何も加えないコントロールに比べ約30%抑制していた。(2)ヒトSip1の開始コドンから約600bp領域の2本鎖RNAを作製し、Dicer酵素により約25merの断片にしたsiRNAを293細胞に導入した。Sip1発現量はコントロールに比べ、約60%抑制された。(3)9種類のsiRNA配列をpSUPERに挿入し、siRNAを細胞内で発現するベクターを作製した。また、Luciferaseの3'-非翻訳領域に、上記のsiRNAの標的となるSip1の配列を挿入したsiCHECKベクターも作製した。293細胞に上記のsiRNA発現ベクターとsiCHECKベクターを同時に導入後、Luciferase活性を測定し、siRNAの発現抑制効果を評価した。1種類のベクターが、コントロールに比べ約80%抑制していた。(3)で作製したsiRNAベクターは、sip1の機能を十分に阻害できることが明らかとなった。現在、マウスのP19細胞にsiRNA発現ベクターを導入し、神経細胞の形態変化の異常等を解析している。我々は、ヒルシュスプルング病に、著明な知的障害、てんかん、運動発達遅延、小頭症、特異的な顔貌を合併するヒルシュスプルング病症候群がZFHX1Bの異常で発症することを初めて明らかにした。本症の病態を分子レベルで明らかにするために、ZFHX1B遺伝子産物であるSmad interacting protein-1 (Sip1)タンパク質の機能解析を行っている。本症の患者には著明な知的障啓が見られるため、脳神経発達におけるSip1の役割に注目している。本研究は、siRNAを用いて培養細胞及びマウスの初代脳培養細胞内のSip1の機能を阻害し、その結果生じる様々な遺伝子の発現異常や、神経細胞の形態変化等を明らかにすることを目的としている。今年度は、ZFHX1BをノックダウンするためにsiRNAを作製をした。(1)4種類のSip1に特異的な配列のsiRNAを作製した。それらのsiRNAをマウスNeuro2A、あるいはF9細胞に導入し、定量的RT-PCRによりSip1のmRNAを測定した。Sip1の3'utr部位のsiRNAを導入した細胞では、ベクターのみを導入したコントロールに比べ、Sip1の発現量が70%程度に低下していた。(2)ヒトSip1の開始コドンから約600bp領域の2本鎖RNAを作製し、Dicer酵素により約25merの断片にしたsiRNAをHEK293細胞に導入した。Sip1の発現量はコントロールに比べ、40%程度に低下していた。作製したsiRNAは、Sip1の機能を阻害できることが明らかとなった。今後、さらにノックダウンできるsiRNAを作製しマウスの初代脳培養細胞に導入し、遺伝子の発現異常や、神経細胞の形態変化等の異常を明らかにする予定である。
種々の癌細胞株及び腫瘍組織で発現増強している遺伝子の解析

癌細胞では,正常細胞と異なる発現をしている種々の遺伝子が存在すると考えられている。我々は,癌細胞において特異的に発現増強していると思われる約6kbのmRNAの3'末端150塩基のcDNAをクローニングしたため、これをプローブとして,cDNAライブラリーを再スクリーニングし,陽性クローンを数個得た。このクローンについて塩基配列を検討したが、cDNAの3'末端800bpとgenomic DNA 3.5kbを含んでいた。mRNAの全長をクローニングして全塩基配列を決定することはできなかったが、得られた塩基配列には,データベースと有意なホモロジーはなかった。このcDNA断片をプローブとして種々の癌細胞株および肺癌組織についてサザンブロッティングおよびノザンブロッティングを行なった。この遺伝子は、サザンブロッティングにより癌細胞においてDNAの増幅や再編成は認められなかったが、上皮系の癌細胞で発現増強が認められた。また、同一症例の肺癌組織でも、転移巣によって発現量が異なっており、p53遺伝子の変異、1番染色体短腕の欠失、テロメア長の延長を認めた転移巣での発現増強が認められた。この遺伝子の発現増強は、c-mycやRb遺伝子の発現量とは関係なく、PHA刺激したリンパ球やB cell lineでは低レベルな発現量しかなく、単に細胞増殖に関わる遺伝子ではないことが示唆された。さらに5'側のシークエンス解析および発現レベルの解析,アミノ酸配列の推定を引き続き検討中である。
日本庭園の全体的な空間構成が感性評価に与える影響

本研究では、枯山水庭園の魅力を科学的に解明するため、全体的な空間構成と鑑賞者の印象評価との関係を調べた。始めに、京都にある18の庭園を対象として、3Dレーザースキャナーによる実測調査を行った。続いて、バーチャルリアリティ装置を用いて、それらの庭園の評価実験を行った。その結果、周囲の環境による包囲が、鑑賞者が感じる印象を向上させることが明らかになった。この結果は、庭自体のデザインだけでなく、庭園全体のデザインも、その空間の魅力に寄与していることを示唆している。平成23年度には、感性評価実験を行う準備として、日本庭園の現地調査を行った。京都の18の枯山水庭園を選定し、3Dレーザースキャナーによる空間構成の実測およびパノラマ写真の撮影を行った。また、ヘッドマウントディスプレイを用いた実験装置を作製し、庭園の周囲全方向の環境を呈示できるようにした。平成24年度には、計画していた2つの実験を行った。実験1では、龍安寺の石庭を対象とし、画像を加工した場合の感性評価への影響を調べた。具体的には、方丈の庇の形状(環境の包囲の度合い)および庭石の配置を変化させ、オリジナルの画像の評価と比較した。しかし、被験者の評価に有為な差はみられなかった。実験2では、18の庭園を対象とし、感性評価と空間構成との関係を調べた。分析の結果、総合的な評価(「美しさ」「面白さ」「落ち着き」の平均値)と環境の包囲の度合い(周囲の環境までの距離の平均の逆数)との間に、有意な正の相関がみられた。この結果は、「周囲の環境による包囲が、庭園の魅力の創出に寄与している」という本研究の仮説を支持している。今回の実験によって得られた成果は、日本の伝統的文化の理解のためにも、また、人間の感性の解明のためにも有意義であるといえる。枯山水の庭園については、庭石の配置のような要素的なデザインだけが注目されてきた。しかし、本研究によって“環境"という新しい視点の重要性が示唆された。この成果は、平成25年度に開催される人間-環境学会および知覚と行為の国際会議で発表する予定である。また、本研究に関連する課題として、環境知覚の基礎的な特性を調べる実験も並行して行った。特に、距離や傾きの知覚を対象として、環境の計測結果との関連を分析することにより、視覚システムが環境に適応していることを示唆する結果が得られた。23年度の研究実績としては、日本庭園の現地調査を行ったことが挙げられる。京都にある11カ所の寺院において、合計18の庭園を調査した。調査の内容は、写真撮影と空間計測である。まず最初に、庭園に面した縁側の中心から、周囲全方向の環境を撮影した。魚眼レンズを用いて周囲を撮影し、その写真を専用のソフトウェアで繋ぎ合わせることにより、前後左右360°のパノラマ画像を作成した。次に、庭園の空間計測を行った。縁側の中心に三次元レーザースキャナーを設置し、周囲全方向の空間構成を計測した。この作業については、レーザー計測を専門としている測量業者に依頼した。今回の庭園調査で得られた成果は、以下の二点において意義があるといえる。第一に、作成したパノラマ画像をバーチャルリアリティ装置で呈示することにより、庭園の環境をリアルに再現することができるという点である。今回の調査対象のような有名な日本庭園では、現地で実験を行うことが事実上不可能である。今回の成果は、この問題点を解決し、今後の庭園研究および感性研究の可能性を広げるものである。第二の意義として、伝統的な庭園についての重要な資料であるという点が挙げられる。庭園の調査を行うためには、それぞれの寺院から特別な許可を得る必要がある。そのため、庭園の空間構成のデータは図面くらいしか存在しない。今回の計測では、レーザースキャナーを用いることにより、三次元的な空間構成を詳細に計測した。このデータは、庭園の現状の記録として貴重な資料であるといえる。さらに、23年度には、空間計測データを分析することにより、人間の空間知覚(距離や傾きの知覚)の特性について検討した。この研究成果は、これから行う感性評価に関する研究の基礎的段階として位置づけられる。この研究により、視覚の基礎的特性を理解するとともに、空間計測データの分析方法の確立を進めることができた。当初の計画では、レーザー距離計と電動雲台を組み合わせて、空間計測装置を自作する予定であった。しかし、購入を予定していたレーザー距離計を実際に試してみたところ、性能が不十分であることが分かった。具体的な問題点としては、計測可能距離が短いこと、環境の表面の状態によって計測エラーが生じることなどが挙げられる。市販されている三次元レーザースキャナーは、十分な性能であるが高価であり、今回の予算では購入することができなかった。そこで、三次元レーザースキャナーを所有している測量業者に作業を依頼することにした。

各メーカーの機器の性能を比較した結果、ライカ社のものが今回の庭園調査に適していることが分かった。この機器を所有している適当な業者を選定し、打ち合わせを重ねる必要があったため、庭園の調査を実施するのが遅れてしまった。また、庭園調査の許可を得るのにも、予定していた以上に時間を要した。庭園の写真撮影および空間計測は、観光客がいない状態で行う必要があった。そのため、それぞれの寺院から特別な許可を得て、基本的に拝観時間外に作業をおこなった。京都にある枯山水庭園から研究対象に適したものを選定し、下見を行った上で、書面にて調査の許可を申請した。幸いなことに11の寺院から許可が得られ、合計18カ所の庭園を調査することができた。さらに、測量業者の都合を考慮して調査計画を立てる必要があったため、作業を実施するのに時間が掛かった。23年度に予定していた実験1を翌年度に実施することにしたため、その分の研究費を繰り越すことになった。当初の研究計画では、23年度と24年度に一回ずつの庭園調査と実験を行う予定であった。しかし、庭園調査をまとめて先に行い、それから二回の実験をまとめて行うことにした。上述のように、必要な庭園調査は既に完了している。したがって、24年度には主に実験を行っていく予定である。まず、感性評価実験に用いるバーチャルリアリティ装置を用意する必要がある。この点については、他の研究室の没入型スクリーンを使用するために、既に交渉を進めているところである。装置の用意ができ次第、予備実験を経て本実験を行う予定である。実験1では、庭園の空間構成の違いにより感性評価が変化することを検証し、実験2では、空間構成と感性評価の相関関係をより詳細に調べる。これらの実験を同時に行うことにより、被験者を集める手間が省けるだけでなく、実験に要する時間も節約することができる。また、実験を実施すると同時に、庭園の空間構成の分析を進める。空間計測で得られたデータを用いて、庭園の空間構成を定量的に表現することをこころみる。最終的には、感性評価実験の結果を空間構成との関連から分析し、本研究の成果とする。上述のように、24年度の主な作業としては、感性評価実験を行うことが挙げられる。そのために必要な費用として、被験者に支払う謝金が必要となる。また、実験で呈示する刺激画像を作成するために、パソコンと画像処理ソフトを購入する予定である。さらに、本研究は日本の伝統的文化に関係しているので、得られた成果を国際的に発表したいと考えている。そのため、国際学会に参加するための旅費や、国際的な論文誌に投稿するための英文校正費も必要になる。
柔軟な機械を実現するための形状記憶合金薄膜を用いた人工筋肉アクチュエータの開発

1.市販のTiNi合金線材を母材として蒸着を行うことを前提として、フラッシュ真空蒸着装置を試作した。ボ-ト加熱による通常の真空蒸着で成膜を行うと、TiとNiの蒸気圧の違いによって基板側から膜の厚さ方向に向かって組成がNiリッチからTiリッチへと変動するのが避けられない。フラッシュ法を採用することによって、この組成の変動を許容範囲にまで小さくすることができるようになった。また、フラッシュ法で母材を蒸発させている状態で、シャッターを用いて蒸着のタイミングを制御することによって、膜の平均組成を所定の50at%Ni近傍に容易に制御することができるようになった。2.フラッシュ真空蒸着によって成膜したTiNi合金薄膜(4355at%Ni)の形状記憶性を、X線回析による構造解析、膜の電気抵抗の温度変化、応力-歪み特性から検討した。形成した薄膜は、高温のBCC母相から冷却によるマルテンサイト変態、再加熱による母相への逆変態を示し、熱弾性型マルテンサイト変態による形状記憶特性をもつことを確認した。中でも、4550at%Niの組成をもつTiNi合金薄膜は、室温でマルテンサイト相、75°C以上で母相という相変態を示し、常温からの加熱と放冷で形状回復を起こすことができることからアクチュエータ用薄膜として最適なものと結論した。3.形成した薄膜は、無負荷の状態では完全に元の記憶形状に回復した。また薄膜をダイヤフラムとして250Paの圧力の印加によって322μmまで変形させた状態では、圧力に抗して65μmの形状回復を示した。今後さらに、形状回復特性の評価を行う予定である。また、フォトファブリケーションによる膜のパタ-ニングを行い、微細パターン・アレイの協調動作による柔軟な動きをするアクチュエータとして仕上げていく予定である。
毒ヘビの血液に存在する3種のホスホリパーゼA_2阻害タンパク質の構造と機能

無毒ヘビであるシマヘビに,中国マムシPLI_αと約70%の相同性をもちながらPLA_2阻害活性を示さないPLI_α様タンパク質が存在することを明らかにし,そのcDNAをクローニングした.次に,中国マムシPLI_αとシマヘビPLI_α様タンパク質のキメラ変異体を作製し,中国マムシPLI_αの1336位の配列がPLA_2との結合や阻害に重要であることを明らかにした.さらにこの領域の中で特に26,28,29位のアミノ酸残基が重要であることがわかった.一方,PLI_αの立体構造を明らかにすべく,中国マムシ血清から精製したPLI_αについて結晶化条件を検討し,針状結晶を得ることができた.しかし現在のところ,X線回折像は得られていない.シマヘビ血清にもII型塩基性PLA_2を特異的に阻害するPLI_βが存在することを明らかにし,精製するとともにそのcDNAをクローニングした.また,中国マムシPLI_βの大腸菌による発現系を確立すべく,現在検討中である.一方,中国マムシ血清から精製したPLI_βについて結晶化条件を検討しているが,現在のところ結晶は得られていない.分離した中国マムシPLI_γの2種のサブユニットから,阻害活性をもつPLI_γが再構成できるかどうか検討している.また,中国マムシ血清から精製したPLI_γの結晶化条件を検討しているが,現在のところ結晶は得られていない.無毒ヘビであるシマヘビに,中国マムシPLI_αと約70%の相同性をもちながらPLA_2阻害活性を示さないPLI_α様タンパク質が存在することを明らかにし,そのcDNAをクローニングした.次に,中国マムシPLI_αとシマヘビPLI_α様タンパク質のキメラ変異体を作製し,中国マムシPLI_αの1336位の配列がPLA_2との結合や阻害に重要であることを明らかにした.さらにこの領域の中で特に26,28,29位のアミノ酸残基が重要であることがわかった.一方,PLI_αの立体構造を明らかにすべく,中国マムシ血清から精製したPLI_αについて結晶化条件を検討し,針状結晶を得ることができた.しかし現在のところ,X線回折像は得られていない.シマヘビ血清にもII型塩基性PLA_2を特異的に阻害するPLI_βが存在することを明らかにし,精製するとともにそのcDNAをクローニングした.また,中国マムシPLI_βの大腸菌による発現系を確立すべく,現在検討中である.一方,中国マムシ血清から精製したPLI_βについて結晶化条件を検討しているが,現在のところ結晶は得られていない.分離した中国マムシPLI_γの2種のサブユニットから,阻害活性をもつPLI_γが再構成できるかどうか検討している.また,中国マムシ血清から精製したPLI_γの結晶化条件を検討しているが,現在のところ結晶は得られていない.1.中国マムシ血清から3種のPLA_2阻害タンパク質の大量精製と結晶化既に確立した精製方法を用いて、約30mlの中国マムシ血清からPLIα,PLIβ,PLIγを精製している。これらの精製した阻害タンパク質についてHanging Drop法を用いて結晶化の条件を検討中である。現在のところ、PLIαについては針状結晶が得られ、X線結晶解析に適した結晶を得るよう結晶化条件を至適化している。PLIγについては沈殿を生じ、結晶は得られていない。2.PLA_2阻害タンパク質の部位特異的変位導入を用いた構造活性相関PLIαに関して我々が確立している発現系を用いて中国マムシPLIαとシマヘビ由来のPLIαホモログとのキメラタンパク質を作成し、PLA_2阻害活性を測定した。その結果、中国マムシPLIαの1334位が中国マムシ酸性PLA_2に対する阻害活性に重要であることがわかった。この領域のうちAsn-26をLysに置換した変異体N26Kにおいて阻害活性の顕著な低下が見られた。すなわちPLIαに存在するCRD様配列は必ずしもPLA_2との相互作用に直接かかわるのではなく、PLIαの3量体構造の保持などの構造的な基盤としての役割を果たしており、PLA_2との相互作用にはCRD以外のN末端領域が必要であると考えている。3.PLA_2と阻害タンパク質との相互作用中国マムシ酸性PLA_2を固定化したセンサーチップを用いて、表面プラズモン共鳴を測定することによって、PLIαとの相互作用を測定した。その結果、Ca^<2+>によって結合速度および解離速度は影響を受けず、PLIαとPLA_2との相互作用にCa^<2+>は全く関与しないことが明らかとなった。また、基質アナログであるアルキルホスホコリンの存在下で、PLA_2に対するPLIαの結合速度の低下と解離速度の上昇が見られ、PLIαはPLA_2の基質結合部位に結合することが推測された。1.PLA_2阻害タンパク質の結晶化とX線結晶構造解析約30mlの中国マムシ血清から精製したPLIα,PLIβ,PLIγについて,Hanging Drop法を用いて結晶化の条件を検討した.PLIαについては針状結晶が得られたが,PLIβとPLILγについてはまだ結晶が得られていない.得られたPLIαの結晶はSpring-8で解析したが,測定中に結晶が崩壊し,X線回折像は得られなかった.現在,結晶化の至適条件を再検討するとともに,大腸菌で発現させた組み換えタンパク質を用いた結晶化も検討中である.

2.PLA2阻害タンパク質の部位特異的変異導入を用いた構造活性相関昨年度,中国マムシPLIαとシマヘビPLIα-LPとの種々のキメラ変異体を作製することにより,中国マムシPLIαの1336位の配列がPLA_2との結合や阻害に重要であることがわかった.本年度はこの領域内の部位特異的変異体を作製し,阻害活性とBIACOREを用いた相互作用の解析を行い,26,28,29位のアミノ酸残基が特に重要であることを見いだした.大腸菌発現系を用いて発現させたPLIβはうまく再構成されなかったので,ジスルフィド結合を形成していないと考えられる2カ所のCys残基をSer残基に変異させたPLIβを作製した.現在,このPLlβ変異タンパク質がうまく再構成されるかどうか検討している.3.PLA_2と阻害タンパク質の相互作用中国マムシ酸性PLA_2および塩基性PLA_2を固定化したセンサーチップを用いて,表面プラズモン共鳴を測定することによって,PLIαとその変異体およびPLIβとの相互作用を測定した.その結果中国マムシPLIαの28位を変異させることによって3量体構造が不安定になることが示唆された.また,再構成したPLIβは元のPLIβとは異なり,酸性PLA_2に対しても相互作用を示すことがわかった.
下行性抑制系による脊髄痛覚伝達ニューロンの抑制機序

成熟ラット脊髄横断スライスに後根を付した標本を作製し、ブラインドパッチクランプ法を用いてセロトニンおよびノルアドレナリンの後角膠様質細胞に対する作用を調べた。ノルアドレナリン(1060muM)は30%の細胞に外向き電流を、30%の細胞に内向き電流を誘起した。40%の細胞においてノルアドレナリンは自発性興奮性微小シナプス電流(mEPSC)の頻度を減少した。この作用はalpha_2受容体作動薬のクロニジンによっても誘起され、またalpha_2受容体拮抗薬で抑制されたことから、alpha_2受容体を介するものと考えられた。次に微小抑制性シナプス電流(mIPSC)に対する作用を調べた。ノルアドレナリンとフェニレフリンはmIPSCの頻度を著明に増大させ、この作用はプラゾシンによって抑制されたことからalpha_1受容体を介するものと考えられた。セロトニンは30%の細胞に外向き電流を、10%の細胞に内向き電流を誘起した。5-HT_1A受容体作動薬である8-OH-DPATはセロトニン同様の外向き電流を発生した。一方、内向き電流は5-HT_2受容体拮抗薬のケタンセリンによって抑制された。約20%の細胞において、セロトニンはmEPSCの頻度を減少させたが、他の20%の細胞においてはmEPSCの頻度を増大させた。mIPSCに対しては著明な変化を示さなかった。以上の結果より、ノルアドレナリンは膠様質細胞に対して興奮作用、抑制作用の両方を示したが、シナプス前作用ではmEPSCを抑制しmIPSCを増大させたことから痛覚伝達に対し抑制的に働いていることが示唆された。またセロトニンの作用は膠様質細胞に対して興奮性および抑制性の作用を示し、シナプス前にも促進的および抑制的作用を示すなど一定した傾向がみられなかった。おそらく個々の細胞に対し異なる作用を有するものと考えられる。以上の結果は米国神経科学学会および阪大国際シンポジウムにおいて発表した。
狭間隙無声放電のオン・オフ変調と放電の空間的移行による高濃度オゾナイザの研究

オゾナイザとして外形20mmφの円筒管を用いた。誘電体として外径側に肉厚1.0mmのパイレックスガラスを用い、同心円状の電極を用い空隙長0.2mmとした。長さは300mmある。印加電圧(7kV、10kHz)を加え、非放電期間を設定するON-OFF変調方式を導入して、オゾン生成効率の改善を図った。供給ガスは酸素とし気圧はほぼ大気圧である。1例として、酸素の供給量を2l/minについての実験結果を述べる。印加電圧の周波数f=10kHzとした。ON-OFFの時間は3mSと100mSとした。また、比較のためf=60Hzの連続放電の場合のオゾン生成効率も測定した。ON-OFFと連続の場合の消費電力は同じとした。その結果、ON-OFF方式の場合のオゾン生成効率は連続の場合のそれと比較して20%以上の上昇が確認された。次に、電源のON-OFF変調を更に発展させて放電空間移行方式(リレー方式)を導入した。本実験では同じ形状の上述の2本の放電管をもちいて実験を行った。放電特性、オゾン生成効率はほぼ同じである。電源のON-OFFを維持し、かつ2本の放電管に電力を別々に投入するため、トランジスタの高電圧スイッチを用いて、高圧直流電源を10kHzで連続に投入する場合とON-OFFで投入する場合の比較を行った。このON-OFF変調された電源を時間をすらして2本の放電管に投入した。また、2本の放電管は同一容器に設置して定量の供給酸素で行った。この結果、オゾン生成効率の投入電力に対する最大値は約2倍に上昇することが確認された。円筒形平行平板バリアー放電装置(直径:150mm、誘電体:パイレックスガラス、厚さ0.51.0mm、放電空間長d0.12.0mm可変)を製作した。放電は2枚のデスク型の電極間に誘電体を設置して、誘電体と一方の電極間に放電を維持するバリアー放電である。供給ガスはO_2で0.5l/min4l/minの範囲で流量を変えてO_3の濃度を測定した。電源は、60Hzの商用周波数を用いトランスで昇圧して10kVまでの電圧を印加した。O_3濃度は254nmの紫外線の吸収を測定して、紫外線の吸収率より求めた。得られた結果の一例は次の通りである。消費電力p=4W一定とし、O_2供給ガス流量1.5l/min、誘電体厚さ0.5mmのときdを0.22.0mmまで変化するとO_3濃度は約d=1mmのとき最大値を取り約5000ppmとなった。O_2よりO_3の生成過程をO_2からOへの解離とそれに続くOとO_2とO_2を媒体とした3体衝突によるO_3の生成とし、一方O_3の解離はOとO_3の解離再結合及び、O_3と電子の衝突によるOとO_2への解離を考慮したレート方程式より計算して、O_3生成量を計算した。その結果、O_3の生成量の計算値はほぼ実験値と一致し、合理的な結果を得た。今後これらの実験及び計算を更に行い、より高濃度のO_3を生成するための放電の条件を求める。また、放電空間的移行等による高濃度O_3の生成について検討し、研究を行う予定である。長さは300mmである。

印加電圧(7kV、10kHz)を加え、非放電期間を設定するON-OFF変調方式を導入して、オゾン生成効率の改善を図った。供給ガスは酸素とし気圧はほぼ大気圧である。1例として、酸素の供給量を2l/minについての実験結果を述べる。印加電圧の周波数f=10kHzとした。ON-OFFの時間は3mSと100mSとした。また、比較のためf=60Hzの連続放電の場合のオゾン生成効率も測定した。ON-OFFと連続の場合の消費電力は同じとした。その結果、ON-OFF方式の場合のオゾン生成効率は連続の場合のそれと比較して20%以上の上昇が確認された。次に、電源のON-OFF変調を更に発展させて放電空間移行方式(リレー方式)を導入した。本実験では同じ形状の上述の2本の放電管をもちいて実験を行った。放電特性、オゾン生成効率はほぼ同じである。電源のON-OFFを維持し、かつ2本の放電管に電力を別々に投入するため、トランジスタの高電圧スイッチを用いて、高圧直流電源を10kHzで連続に投入する場合とON-OFFで投入する場合の比較を行った。このON-OFF変調された電源を時間をすらして2本の放電管に投入した。また、2本の放電管は同一容器に設置して一定量の供給酸素で行った。この結果、オゾン生成効率の投入電力に対する最大値は約2倍に上昇することが確認された。
緊急時対応に求められるチームワークの要素とその向上方略の解明

本研究は事故や災害などの緊急時対応に必要なチームワークの具体的な要素と,その向上に有効な教育・訓練の方略を明らかにすることを目的としている。平成30年度は,後述する理由により,実地調査の進捗が難航したため,緊急時対応に関する最新の知見の収集とその理論的整理,及び前年度までに得られた知見のとりまとめを行った。高リスク産業におけるチームワークの要素は,研修・訓練による直接的な介入を通した向上を前提としていることから,主に行動面に着目した研究知見が多く,高信頼性組織や組織レジリエンスなどの既存の理論的枠組みを援用して整理することが可能であった。チームワークの態度および認知の要素については,近年,凝集性,心理的安全性,共有メンタルモデル,チーム状況認識,トランザクティブ・メモリー・システムなどが精力的に検討されているが,諸研究によって着目する概念に違いがあり,体系的に整理する必要性が示唆された。緊急時対応に備えた人材の育成については,リスク最小化の専門性,Know-Whyの伝承,事故の教訓の伝承など,その知見の一部をハンドブックに執筆した(人材育成学会(編)『人材育成ハンドブック』金子書房)。チームワークの認知・態度・行動の要素についての理論的整理に関しては,平成31年(令和元年)度中に公刊予定の書籍と論文にまとめた。前年度までの知見を踏まえつつ,緊急時対応におけるチームワーク評価尺度の完成に向けて調査を準備中である。平成30年4月に子が出生し、その対応・養育のために時間を要した。また6月末から7月にかけて発生した西日本豪雨災害(平成30年7月豪雨)の影響により、研究協力機関・組織での調査の実施が難航し、計画変更を余儀なくされた。文献調査や理論研究は進めたが、以上の理由から、本研究の進捗状況は「遅れている」と判断した。研究協力企業・組織への質問紙調査を準備中である。緊急対応におけるチームワークの評価尺度の信頼性・妥当性の検証を行うとともに、チームワークの各側面の向上に有効な指導上のノウハウを整理し、最終成果としてまとめる。本研究は事故や災害などの緊急時対応に必要なチームワークの具体的な要素と、その向上に有効な教育・訓練の方略を明らかにすることを目的としている。具体的な研究項目は以下の3つである。1.専門組織や先進的企業の事例から、緊急時対応に必要なチームワークの要素、および教育・訓練における指導上のノウハウを抽出し、理論的に整理する。2.緊急時対応におけるチームワークを認知・態度・行動の三つの側面から測定する新たな評価尺度を開発する。3.どのような教育・訓練の方略が、緊急時対応におけるチームワークのどの側面・要素の向上に有効であるのか明らかにする。3カ年計画の初年度にあたる平成28年度は、以下の研究を行った。1.緊急時対応に必要となるチームワーク要素の抽出欧米で精力的に行われているチームワーク研究の知見、および危機管理に関する文献を精査するとともに、国内の実務現場で行われている取り組みについて情報収集を行った。得られた資料から、緊急時対応において鍵を握ると理論的に想定されるチームワーク要素を抽出した。このチームワーク要素は本研究の基盤的枠組みとなるものであり、さらに精緻化した上で論文として投稿する準備を進めている。2.緊急時対応とチームワークの教育・訓練に関する実地調査急な環境変化への対応力の教育を実践する海事技術者の養成機関1機関、想定外の失敗への備えと教訓活用に取り組む先進的企業1社の実践を対象に実地調査を行った。各組織で行われている教育・育成の概要を把握するとともに、緊急時対応力とチームワークの育成効果の実態を把握する質問紙調査を実施した。得られた知見の一部は、産業・組織心理学会(於立教大学)で発表し、次年度に国際会議(European Congress of Psychology)でも報告を予定している。文献研究と収集した情報に基づくチームワーク要素の抽出とその理論的整理の進捗は概ね順調であり、その評価尺度の基礎データの収集を行うことができた。しかし、当初計画していた緊急時対応に関する訓練の指導上のノウハウを明確化するには至っていない。これは学内業務との調整が困難であったこと、また代表者の機関異動などもあり、研究協力組織とのスケジュール調整が難航したことによるものである。教育訓練の現場での実地調査・ヒアリング調査が不足してしまい、使用予定であった旅費を次年度に繰り越すことになった。以上のことから、本研究の進捗状況は「やや遅れている」と判断した。平成29年度は、以下の研究を行った。1.緊急時対応におけるチームワークの評価尺度の試作前年度の文献調査と情報収集の成果に加えて,欧米の緊急時対応に関する知見,また近年新たな発展を遂げている不測の事態に強い高信頼性組織に関する知見を基に,理論的なチームワーク要素の枠組みに準じた評価尺度項目を試作した。

さらに項目を具体化する過程において,最近のチーム研究で活性化しているチーム適応(team adaptation)やチーム学習(team learning)の視点を考慮した尺度作成を行った。成果の一部(特に組織としての学習の側面)は,European Congress of Psychologyや日本心理学会において報告した。2.緊急時対応とチームワークの教育・訓練に関する実地調査電力関連のインフラ企業2社に対し,想定外の失敗への備えと教訓活用の取り組みについてインタビュー調査を行った。チームとしての振り返りや能力開発の視点から,有意義な情報が得られたため,それらの知見を整理した上で,学会での報告及び論文発表を準備している。前年度から継続して行っている文献研究・情報収集,企業への実地調査は進んでおり,緊急時対応におけるチームワークの評価尺度の試作には至ったが,進捗はやや難航している。まず,緊急時対応に関する実践的な訓練のノウハウを整理するための実地調査がさらに必要であり,またチームワークの評価尺度を使用した質問紙調査の実施を迅速に進める必要がある。代表者の機関異動を経て,研究協力組織とのスケジュール調整が難航している。実地調査と質問紙調査に使用予定の印刷費や旅費を次年度に繰り越すことになった。以上のことから、本研究の進捗状況は「やや遅れている」と判断した。本研究は事故や災害などの緊急時対応に必要なチームワークの具体的な要素と,その向上に有効な教育・訓練の方略を明らかにすることを目的としている。平成30年度は,後述する理由により,実地調査の進捗が難航したため,緊急時対応に関する最新の知見の収集とその理論的整理,及び前年度までに得られた知見のとりまとめを行った。高リスク産業におけるチームワークの要素は,研修・訓練による直接的な介入を通した向上を前提としていることから,主に行動面に着目した研究知見が多く,高信頼性組織や組織レジリエンスなどの既存の理論的枠組みを援用して整理することが可能であった。チームワークの態度および認知の要素については,近年,凝集性,心理的安全性,共有メンタルモデル,チーム状況認識,トランザクティブ・メモリー・システムなどが精力的に検討されているが,諸研究によって着目する概念に違いがあり,体系的に整理する必要性が示唆された。緊急時対応に備えた人材の育成については,リスク最小化の専門性,Know-Whyの伝承,事故の教訓の伝承など,その知見の一部をハンドブックに執筆した(人材育成学会(編)『人材育成ハンドブック』金子書房)。チームワークの認知・態度・行動の要素についての理論的整理に関しては,平成31年(令和元年)度中に公刊予定の書籍と論文にまとめた。前年度までの知見を踏まえつつ,緊急時対応におけるチームワーク評価尺度の完成に向けて調査を準備中である。平成30年4月に子が出生し、その対応・養育のために時間を要した。また6月末から7月にかけて発生した西日本豪雨災害(平成30年7月豪雨)の影響により、研究協力機関・組織での調査の実施が難航し、計画変更を余儀なくされた。文献調査や理論研究は進めたが、以上の理由から、本研究の進捗状況は「遅れている」と判断した。
実用化に向けた鉄酸化物系高温用熱電発電デバイスの開発と性能評価

高温用鉄酸化物熱電発電デバイスの開発を目指し、本年度は前年度に引き続きP型CuFeO_2とN型Fe_3O_4の熱電性能の向上を行い、さらに性能向上した材料を用いて熱電発電デバイスの試作と評価を行った。P型では、前年度得られた材料の組成の最適化を行い、CuFe_<0.49>Cr_<0.49>Mg_<0.02>O_2という組成で最大ZTの10%の向上に成功した。N型ではFe_3O_4のFe^<2+>をM^<2+>で置換した試料M_xFe_<3-x>O_4の置換元素M依存性を詳細に調べ、(1)電気伝導率やゼーベック係数はM依存性が小さいのに対して室温付近の熱伝導率はMの種類によって大きく異なること、(2)その熱伝導率は置換された元素のイオン半径の差が大きいほど小さくなることを発見した。これはM_xFe_<3-x>O_4の熱電特性の設計に役立つ重要な結果である。これを利用し、Zn_<0.6>Fe_<2.4>O_4という組成で室温から高温にかけた広い温度領域でZTの向上に成功した。熱電発電デバイスの作製において、従来のπ型デバイスに変わり、高温側を金属電極で架橋せず直接接合するデバイスを放電プラズマ焼結法により作製した。これは(1)高価な金属電極を用いない、(2)熱膨張率の差が小さく熱応力によるデバイスの破断が起こりにくいという点で、安価な高温用熱電発電デバイスとして優れた構造である。実際に作製したデバイスの出力特性を評価し、高温側を700K、定温側を300Kとした際に3mW/cm^2という出力密度を得た。これは発電コストに直すと92,000円/Wとなる。今回実際に測定できなかった高温側を1200K、定温側を300Kとした際の発電コストをシミュレーションし、最大で200円/Wが達成できる見通しを得た。これは現在実用化されているBi_2Te_3系材料の1,250円/Wよりも安く、実用可能なレベルの鉄酸化物熱電発電デバイスの可能性を示すことができた。高温用鉄酸化物系熱電発電デバイスの開発を目指し、本年度はp型CuFeO_2とn型Fe_3O_4の熱電性能の改善を行った。p型では、固溶限の拡大を狙ってCuFeO_2のFe^<3+>サイトを複数の2価の遷移金属で共置換を行った。Ni^<2+>単置換に比べ電気伝導率の向上が得られ、CuFe_<0.98>Ni_<0.01>Co_<0.01>O_2で最大でZT=0.15(1150K)が得られた。次に熱伝導率の低減に取り組んだ。当初計画していたCuサイトの重元素置換より原料費が安くて済むCuFe_<1-x>M_xO_2(M=Mn,Cr)固溶体の作製を行い、六方晶のCuFeO_2と単斜晶のCuMnO_2という構造の少し異なる物質のリ固溶体CuFe_<1-x>Mn_xO_2で熱伝導率の大幅な低減が得られることを発見した。ただし、CuFe_<1-x>Mn_xO_2では電気伝導率と融点の低下のためZTの向上は得られなかった。固溶体で最大のZTはCuFe_<0.47>Cr_<0.5>Mg_<0.03>O_2の0.11(1150K)であった。その他にもCuFeO_2試料中に直径100500nm程度の空孔(ナノボイド)を分散させることに成功し、ZTの向上が得られている。n型ではM_xFe_<3-x>O_4(M=Zn,Ni)を作製した。無置換のFe_3O_4でもZT=0.05(900K)が得られたが、900K以上ではFe_2O_3へ酸化してしまった。部分置換によるFe^<2+>の減少による耐酸化性の向上によりx=0.6以上の試料でp型と同じ1150Kまでの安定性が得られた。結果として、Ni_<0.6>Fe_<2.4>O_4で最大のZT=0.07(1150K)が得られた。目標であるZT=0.3には達していないものの、p型CuFe_<0.98>Ni_<0.01>Co_<0.01>O_2・とn型Ni_<0.6>Fe_<2.4>O_4は熱電特性の温度依存性が似ており、熱電発電デバイスの作製が可能であると考えられる。N型ではFe_3O_4のFe^<2+>をM^

<2+>で置換した試料M_xFe_<3-x>O_4の置換元素M依存性を詳細に調べ、(1)電気伝導率やゼーベック係数はM依存性が小さいのに対して室温付近の熱伝導率はMの種類によって大きく異なること、(2)その熱伝導率は置換された元素のイオン半径の差が大きいほど小さくなることを発見した。これはM_xFe_<3-x>O_4の熱電特性の設計に役立つ重要な結果である。これを利用し、Zn_<0.6>Fe_<2.4>O_4という組成で室温から高温にかけた広い温度領域でZTの向上に成功した。熱電発電デバイスの作製において、従来のπ型デバイスに変わり、高温側を金属電極で架橋せず直接接合するデバイスを放電プラズマ焼結法により作製した。これは(1)高価な金属電極を用いない、(2)熱膨張率の差が小さく熱応力によるデバイスの破断が起こりにくいという点で、安価な高温用熱電発電デバイスとして優れた構造である。実際に作製したデバイスの出力特性を評価し、高温側を700K、定温側を300Kとした際に3mW/cm^2という出力密度を得た。これは発電コストに直すと92,000円/Wとなる。今回実際に測定できなかった高温側を1200K、定温側を300Kとした際の発電コストをシミュレーションし、最大で200円/Wが達成できる見通しを得た。これは現在実用化されているBi_2Te_3系材料の1,250円/Wよりも安く、実用可能なレベルの鉄酸化物熱電発電デバイスの可能性を示すことができた。