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自律分散型コンピュータ環境におけるインターワークフロー支援の研究

研究の目的CORBAに代表される分散オブジェクト技術の普及は計算機システムの自律分散化を可能にした.このような環境を最適に利用できるような,複数の組織にまたがるワークフロー(以下,インターワークフロー)の記述モデルを解明し,そのモデルに基づくインターワークフロー支援システムを試作する.研究成果従来のインターワークフローは,組織間で仕事の依頼関係が固定した連携業務を対象にしていた.これに対し,本研究では,仕事の依頼関係を柔軟に変更可能な連携業務をも支援可能とすることを目的とする.このため,従来のワークフローサーバ/クライアントが固定したモデルではなく,ワークフローを制御・調整するWfCoordinator,ワークフローの単位作業であるタスクを実行するWfExecutor,およびプロセス定義データを管理・配布するWfDistributorからなるワークフローモデルを考案した.WfExecutorはタスクを自身で実行するだけでなく,自身が下位階層のWfCoordinatorとなり,新たにWfExecutorを割り当ててタスクの実行をゆだねることもできる.その場合に,タスクを分解して,複数のWfExecutorに割り当てることも可能である.このようなワークフロープロセスのダイナミックな変更のために,WfExecutorは,WfDistributorからプロセス定義データを入手した上で,WfCoordinatorとなる.また,このプロセス定義データをXML形式で記述する定義言語を開発した.本研究では,提案したワークフローモデルを導入したエンドユーザ向けの企業間電子商取引システムの試作と,その実現性の確認を行った.本試作システムは,エンドユーザの要求に応じて,組織間の連携関係を部分的に追加,解消,変更することを特徴とし,それにより迅速かつ柔軟な組織間連携を実現可能としている.研究の目的CORBAに代表される分散オブジェクト技術の普及は計算機システムの自律分散化を可能にした.このような環境を最適に利用できるような,複数の組織にまたがるワークフロー(以下,インターワークフロー)の記述モデルを解明し,そのモデルに基づくインターワークフロー支援システムを試作する.研究成果従来のインターワークフローは,組織間で仕事の依頼関係が固定した連携業務を対象にしていた.これに対し,本研究では,仕事の依頼関係を柔軟に変更可能な連携業務をも支援可能とすることを目的とする.このため,従来のワークフローサーバ/クライアントが固定したモデルではなく,ワークフローを制御・調整するWfCoordinator,ワークフローの単位作業であるタスクを実行するWfExecutor,およびプロセス定義データを管理・配布するWfDistributorからなるワークフローモデルを考案した.WfExecutorはタスクを自身で実行するだけでなく,自身が下位階層のWfCoordinatorとなり,新たにWfExecutorを割り当ててタスクの実行をゆだねることもできる.その場合に,タスクを分解して,複数のWfExecutorに割り当てることも可能である.このようなワークフロープロセスのダイナミックな変更のために,WfExecutorは,WfDistributorからプロセス定義データを入手した上で,WfCoordinatorとなる.また,このプロセス定義データをXML形式で記述する定義言語を開発した.本研究では,提案したワークフローモデルを導入したエンドユーザ向けの企業間電子商取引システムの試作と,その実現性の確認を行った.本試作システムは,エンドユーザの要求に応じて,組織間の連携関係を部分的に追加,解消,変更することを特徴とし,それにより迅速かつ柔軟な組織間連携を実現可能としている.研究の目的CORBAに代表される分散オブジェクト技術の普及は計算機システムの自律分散化を可能にした.このような環境を最適に利用できるような,複数の組織にまたがるワークフロー(以下,インターワークフロー)の記述モデルを解明し,そのモデルに基づくインターワークフロー支援システムを試作する.平成11年度は次の2つを傾斜的に並行して進めた.(1)自律分散型インターワークフローモデルの開発従来のインターワークフローは,組織間で仕事の依頼関係が固定した連携業務を対象としていた.これに対し,本研究では仕事の依頼関係を柔軟に変更可能な連携業務をも支援可能とすることを目指している.このため,従来のワークフローサーバ/クライアントが固定したモデルではなく,ワークフローを制御・調整するWorkflowCoordinator(以下WfC),ワークフローの単位作業であるタスクを実行するWorkflowExecuter(以下WfE),およびプロセス定義データを管理・配布するWorkflowDistributer(以下WfD)からなるワークフローモデルを考案した.WfEはタスクを自身で実行するだけでなく,自身が下位階層のWfCとなり,新たにWfEを割り当ててタスクの実行をゆだねることもできる.その場合に,タスクを分解して,複数のWfEに割り当てることも可能である.このようなワークフロープロセスのダイナミックな変更のために,WfEはWfDからプロセス定義データを入手して修正した上で,WfCとなる.また,このプロセス定義データをXML形式で記述する定義言語を開発した.(2)自律分散型インターワークフロー支援システムの設計上記モデルに基づいて,自律分散型インターワークフロー支援システムの設計を行った.本システムはJavaを用いてMicrosoftWindowsNTパソコン上で設計した.研究の目的CORBAに代表される分散オブジェクト技術の普及は計算機システムの自律分散化を可能にした.このような環境を最適に利用できるような,複数の組織にまたがるワークフロー(以下,インターワークフロー)の記述モデルを解明し,そのモデルに基づくインターワークフロー支援システムを試作する.平成12年度は,以下の順序でシステムの試作と運用実験を行った.1.前年度に開発した自律分散型インターワークフロー支援システムにおけるプロセス定義データをシステムの実装に際し,再検討した.3.2で構築したシステムの試験運用し,自律分散型インターワークフロー記述言語の分析を行い,不備,機能不足等のブラシュアップを行った.本研究で試作したシステムの実現性を確認するために,エンドユーザを対象にした電子商取引システムを例として構築した.

この試作システムは,本研究で提案した支援機構を実装したものとなっており,エンドユーザの要求に応じて,組織間の連携関係を部分的に追加,解消,変更することを特徴とし,それにより迅速かつ柔軟な組織間連携を実現する.今後の課題としては,本試作システムと商用のワークフロー管理システムとの接続を行い,有効性を確認する必要がある.
精密有機合成によるフラーレンホスト空間の増築

本研究は、開口型フラーレン誘導体の開口部より共役系を筒状に延伸することでホスト空間を増築し、ゲスト化学種を拡張するといった計画のもとに実験を行った。ホスト空間増築に必要なビルディングブロック導入方法として、開口部メチレン水素のアルキル化反応を開発するとともに、アルキル置換基によりゲストの封入・排出速度を制御できることを明らかとした。また、筒状延伸の出発物質として期待できるケトオキシム開口体を新たに合成した。本研究は、開口フラーレン(フラーレンの炭素-炭素結合骨格を化学的に切断することにより得られる穴のあいたフラーレン)の開口部から、有機化学反応で炭素π共役系を筒状に延伸させることにより、フラーレンキャビティ空間の増築を図るものである。この増築は、短期的にはフラーレンに収容不可能なサイズの化学種の内包実現(例えばアセチレンなどの線状分子包接や異分子の同時包接)を目的とするものである。長期的には物質変換触媒、特殊反応場、ナノ試験管としての応用展開を目指すものである。初年度である平成20年度は、研究の第一段階として、申請者らがこれまでに開発した三タイプの開口C_<60>フラーレン誘導体を原料とし、開口環上に位置する官能基の更なる化学変換方法を素反応として確立することを年度目標として実験に取り組んだ。その結果、収率・反応条件など今後改善が必要であるものの、20員環の開口部を有する開口体について、新たな骨格変換反応を開発した。化学変換に伴う分子包接特性の変化については今後詳細な実験検討が必要であるが、水の自発的内包などほぼ同様の包接挙動を示すことをこれまでに確認している。この結果を踏まえ、平成21年度は、(1)初年度開発した骨格変換反応の条件最適化とスケールアップ,(2)同反応に使用する反応剤に分子設計を施すことにより、当面の目標である炭素π電子系の拡張を図る。新たに合成した化合物の分子包接特性に関する評価実験についても計算化学実験と並行して進める予定である。本研究は、開口フラーレン(フラーレンの炭素-炭素結合骨格を化学的に切断することにより得られる、穴のあいたフラーレン)の開口部を起点として、有機合成化学的手法により炭素π共役系を筒状に延伸させ、フラーレンキャビティ空間の増築を図るものである。本増築は、短期的にはフラーレンに収容不可能な化学種の内包実現(例えばアセチレンなどの線状分子包接や異分子の同時包接)を目的とするものである。長期的には、物質変換触媒、特殊反応場、ナノ試験管としての応用展開を目指すものである。研究初年度(昨年度)は、申請者らがこれまでに合成した三種類の開口フラーレン誘導体をもとに、増築に必要な分子素子の導入方法として、開口部に位置するメチレン水素のアルキル置換反応を開発した。二年目にあたる本年度は、上記反応で得られた生成物の構造決定を行うとともに、分子封入・排出特性に関する初期評価を行い、アルキル基を選択することにより封入・排出の速度論的制御が可能であることを確認した。次に、空間増築の第二段階として、上記反応で導入した複数の置換基の連結について実験検討を開始した。現在のところ、目的とする化学変換は達成できていないが、設計上の問題点は絞られつつある。以上の状況を踏まえ、最終年度となる平成22年度は、増築用分子ユニットの設計改良を継続して行い、連結を実現することで目的とする空間増築を完了する。また、短期目標として掲げた線状分子の挿入、異分子同時挿入について評価実験を行う。本研究は、開口フラーレン(フラーレン骨格の炭素-炭素結合を化学的に切断して得られる穴のあいたフラーレン)の開口部を起点として、有機合成化学的手法で炭素π共役系を筒状に延伸し、フラーレンキャビティ空間の増築を図るものである。この化学的な増築は、短期的にはフラーレンに収容不可能な化学種の内包実現(例えばアセチレンなどの線状分子包接や、異分子同時包接)を目的とするものである。長期的には、物質変換触媒、特殊反応場としての応用展開を目指すものである。平成20,21年度の研究では、出発物質とした開口フラーレンに特徴的な開口環上のメチレン水素に着目し、アルキル化反応による分子素子導入法を開発した。生成物の構造を決定するとともに、分子封入・排出特性の初期評価を行い、アルキル置換基の選択により封入・排出の速度論的制御が可能であることを確認した。最終年度である平成22年度は、上記アルキル化反応で導入した分子素子の連結による筒状化(平成21年度より継続)、ならびに開口部環上に残ったメチン水素の脱水素化によるπ共役系構築を中心に取り組んだが、いずれも目的とした構造変換は実現できなかった。このため新たなアプローチとして、電子不足オレフィン、カルボニル化合物、リンイリド等との反応を検討した結果、新規物質変換反応を発見したものの、いずれも生成物は予想したものではなく、現在解析を行っている。分子封入については、目的とした内部空間の増築が叶わなかったことから、出発物質を用いて異分子封入実験を実施した。
量子ホール状態におけるスカーミオン構造の解明

更新申請時には2層系ν=2整数量子ホール状態におけるスカーミオン励起の測定を行っていました。スカーミオン励起は電子間相互作用によって多数の電子スピンが同時に反転する現象です。その後、ν=2/3分数量子ホール状態の研究を行いました。この状態は電子と偶数本の磁束量子を合わせた複合フェルミオンを用いるとν=2整数量子ホール状態に変換できます。これらの研究により、ν=2では2つの量子ホール状態が、ν=2/3では3つの量子ホール状態と2つのヒステリシスが存在することを明らかにしました。さらに、電子間相互作用と複合フェルミオン間相互作用を比較するためにトンネリング相互作用の異なる4つの2層系試料を用いてν=2とν=2/3の比較を行いました。2層系は電子密度を変えることにより層内と層間の相互作用の比を変えることが出来るので、相互作用の効果を調べるのに適しています。これまでは複合フェルミオン間相互作用は有効質量に繰り込まれ、無いものとして扱われて来ましたが、今回の実験により複合フェルミオン間相互作用の分数量子ホール状態に与える影響は電子間相互作用の整数量子ホール状態に与える影響と同様に大きいことが分かりました。このことから、複合フェルミオン間相互作用は実際の磁場から複合フェルミオンに貼り付けた磁場を引いた有効磁場中でのクーロン相互作用であると言えます。
ループ空間と分類空間のコホモロジー論

これを与えるべき代数的集合GをCayley代数の拡張を行なって、定義を与えた。これから低生する代数的集合については、多様体となることが判ったが、G自体は未だopenである。(2) co-Hopf空間とHopf空間がsplitする為の条件をcohomologyの言葉で与えた。...これはN.Odaとの共同研究である。2.上記中、(1)については、低生した集合についてまとめている。又、(2)については、投稿準備中(preprint)である。
スピンドルチェックポイントに関連したタンパク質複合体Nuf2-Heclの機能解析

細胞周期の過程において、安定に染色体が娘細胞へ分配されることは、生物にとって最も基本的かつ重要な性質である。染色体の不安定性を防ぐために、細胞は様々なチェックポイント制御機構を備えており、スピンドルチェックポイント機構は、M期進行において中心的な役割を担っている。我々は保存されたセントロメアタンパク質Nuf2に注目して、Nuf2がHec1と複合体を形成して、M期でスピンドルチェックポイントタンパク質Mad2と結合することを明らかにしてきた(J.Cell Sci., 2003)。昨年度までの研究において、Nuf2-Hec1複合体の機能解析とNuf2複合体と結合するタンパク質群の探索を行い、Hec1は、構成的セントロメアタンパク質であるCENP-Hと相互作用することが明らかになった。本年度は、iFRAP法を用いてHec1の安定性を調べた結果、Hec1はG2のセントロメアでは、ダイナミックな挙動をとるが、M期のセントロメアでは、安定した構造をとって、Mad2複合体と相互作用することが明らかになった。このことより、Nuf2-Hec1複合体は、チェックポイントタンパク質と構成的セントロメアタンパク質を結びつける働きを行っていることが示唆された(Mol.Cell.Biol., 2005)。また、プロテオミクスを用いた多様な解析からNuf2-Hec1複合体が、CENP-Hの他にMis12複合体という他のセントロメアタンパク質や、ダイニンのサブユニットとも結合していることが明らかになった。今後は、Nuf2-Hec1複合体のタンパク質として機能あるいは活性の解明が、セントロメアにおけるスピンドルチェックポイント機構制御の解明につながると思われる。染色体の不安定性をふせぐために、細胞は様々なチェックポイント制御機構を備えており、紡錘体チェックポイント機構も近年注目を受けている。紡錘体チェックポイントに関与するタンパク質群は間期には細胞質や核膜に存在するが、M期の進行に伴いセントロメアに局在し、分裂中期から後期にかけて染色体から消失する。紡錘体が適正にセントロメアに結合していない染色体では消失しないことから、これらのタンパク質群はチェックポイントのセンサーと考えられる。我々はチェックポイント機構と染色体不安定性の関係を理解するために、スピンドルチェックポイントに関連したタンパク質複合体であるNuf2-Hec1に注目してその機能解析を行っている。本年度は、Nuf2-Hec1のタンパク質局在に関わるドメインの同定と、この複合体に結合するタンパク質の同定を目指した。Nuf2-Hec1は、S期には、セントロソームに局在しG2期から分裂期にセントロメアに局在することが明らかにされている。そこで、各種欠失変異コンストラクトを作成し、それぞれの局在に必須なドメインの同定を行った。次に、酵母の2ハイブリッド解析を用いてこの複合体に結合するタンパク質のスクリーニングを行った。その結果、Hec1は、セントロメアタンパク質であるCENP-Hと強く結合することが明らかになった。分裂期の抽出液を用いて、免疫沈降実験を行った結果、Nuf2複合体とCENP-Hは、動物細胞内においても結合していることが確認できた。さらに、CENP-H抗体の免疫沈降により、スピンドルチェックポイントタンパク質のMad2が共沈してきた。これらの結果を考えると、Nuf2-Hec1は、セントロメアにおいて、CENP-Hが存在するインナーセントロメアとMad2が存在するアウターセントロメアのコネクターとして機能している可能性が強く示唆された。
Arnold-Chiari奇形の脳幹機能障害に関する電気生理学的研究

1.臨床研究においては、当初の計画をほぼ完遂することができ、その結果を4編の原著、1編の症例報告として発表することができた。電気生理学的手法を用いて、脳幹機能の経時的変遷パターンを検討できたことに加え、MRIを用いて脳幹奇形の形態学的変遷パターンを検討できたことは大きな収穫であった。後脳症状を発現した臨床例は経験できず、したがって、外科的治療の脳幹機能に及ぼす影響を電気生理学的に検討することができなかった。2.基礎研究は、臨床研究に比べ計画通りにはいかず、十分な成果を挙げることができなかった。その最大の原因は、適当なmyeloschisisラットモデルの作成ができなかったことにある。抗ラット妊娠腎兎血清誘発中枢神経系奇形胎仔ラットを作成し、脳幹部における神経繊維の伸長につき検討しているが、当初の計画からは多少ずれている。実験的myeloschisisにおける脳幹の病理学的検索は今後の課題として残った。(1)蝸牛神経の伝導時間が成長にともない延長する。(2)下位頚神経の伝導時間も成長にともないい延長する。(3)脳幹内の伝導時間は成長にともない短縮し正常化する。(4)脳幹の機能障害は奇形の程度に必ずしも相関しない。(5)蝸牛神経が強く伸展されている症例では、高頻度に延髄レベルの機能障害が存在する。等の新しい知見が得られた。これらのデータは、下記学会にて発表し、かつ論文投稿中である。2.基礎的研究はMyeloschisisラットモデルの作成がむずかしく、さらにラットでの誘発電位の測定が技術的に困難である。平成6年、再度の試みを予定している。1.臨床研究においては、平成5年度に続き、脊髄髄膜瘤患者のABR、SEP,Blink reflexの経時的測定を行った。その結果、Arnold-Chiari奇形(Chiari第2型奇形)においては、電気生理学的に脳幹機能の改善と下位脳神経の伸展傾向が示された。これらの所見は、Chiari第2型奇形を有する患者が晩発性の発症をきたす機序と減圧手術の有効性を示唆するものである。2.基礎研究ではmyeloschisisラットモデルの作成がむずかしく、抗ラット妊娠腎兎血清誘発中枢神経系奇形胎仔ラットを作成し、脳幹部における神経線維の伸長について検討している。当初の予定と少し異なっているが、実験的myeloschisisにおける脳幹の病理的検索に何とか近づけたいと考えている。臨床症例に恵まれず、後脳症状発現例での外科的治療の脳幹機能に及ぼす影響を電気生理学的に検討することができなかった。
脂質修飾された視細胞G蛋白質による光情報変換機構の解析

交付申請書に記載の研究実施計画に沿って研究を進め、以下の知見を得た。1.ウシ視細胞のG蛋白質トランスデューシン(Tαβγ)のαサブユニット(Tα)のN末端には四種類の脂肪酸が結合している。このうち不飽和脂肪酸C14:1およびC14:2の構造を決定するため、各種異性体を化学合成して天然物と比較解析した結果、それぞれ5-cisおよび5-cis、8-cisであることが判明した。この珍しい脂肪酸修飾の生理的意味を知るため、TαのN末端領域に対応する脂肪酸付加ペプチドを合成し、Tαβγに対する効果を調べた。その結果、脂肪酸の違いによってTβγに対するTαの親和性が異なる可能性が示唆された。2.TγのC末端Cys残基はS-ファルネシル化され、α-カルボキシル基はメチル化されている。このメチル化の役割を知るために、メチル化型Tβγと脱メチル型Tβγを分離した。この両者の機能を比較した結果、Tγのメチル化は、ファルネシル化と相加的にTαとTβγの間の相互作用を増強し、受容体-G蛋白質間の情報伝達を加速することがわかった。また、Tγのメチル化は不可逆であり、生体内でTγはほぼ完全にメチル化されていることが示唆された。3.桿体と錐体の生理機能の違いが、光受容体のレベルでどのように説明できるかを調べるため、ニワトリ網膜からロドプシンと緑錐体光受容体を精製した。両者の光反応過程を解析した結果、生理活性をもつメタII中間体の生成・崩壊の時定数に顕著な違いがあることを見出した。現在、さらに定量的な解析を行っている段階である。4.桿体Tαと錐体TαのcDNA塩基配列に基づいて、これらを特異的に認識するペプチド抗体を作成した。これらの抗体を用いて生化学的、免疫組織化学的検討を行った結果、色感受性の異なる四種類のニワトリ錐体は、共通(42kDa)のG蛋白質αサブユニットをもっていることが示された。
次世代シーケンサーを応用した小児重症ウイルス感染症の診断

前年度に引き続き、現不明の小児重症患者から得られた血清検体を用いて、ウイルスを含む病原微生物の網羅的な検出を試みた。患者より採取された血清からDNAおよびRNAの抽出し、DNA、RNAライブラリーを作成した。DNAライブラリーはNextera XT (illumina)を、RNAライブラリーは、ScriptSeq (illumina)を用いて作成し、次世代シーケンサー(HiSeq 2500)により1検体あたり約2000万リード判読した。これまでの検討から、本手法により高感度で細菌やウイルス由来のDNAおよびRNAを検出できることが確認している。平成30年度は、主に急性心筋炎の臨床検体を解析した。小児および成人の心筋炎17症例の血清からDNAおよびRNAライブラリーを作成し、次世代シーケンサー(HiSeq 2500)により1検体あたり約2000万リードの判読を行った。得られた結果をメタゲノム情報解析パイプライン(MePIC)により解析し、国際データベースに登録されている既知の全てのウイルスの配列の有無を検討した。パイプラインでウイルス由来のリードの存在が示唆された検体に関してはCLC workbench (CLC bio)を用いて、各ウイルス配列へのマッピングや配列相同性を確認した。17症例中、6症例からヒトパルボウイルスB19,RSウイルス、EBウイルス、アストロウイルス、ヒトペギウイルス、TTウイルス由来の配列が検出され、ウイルス血症の存在が示唆された。一部のウイルスにおいてはPCRを行い、ウイルス由来核酸の存在を確認した。また、1例からヒトペギウイルスが多量に検出されたが、現在までのところヒトペギウイルスの病原性は不明であり、さらなる検証が必要と考えられた。(1)次世代シーケンサーによる臨床検体からのウイルス検出系の構築前年度に引き続き、重症感染症患者より採取された血清から次世代シーケンサーを用いた網羅的なウイルス検出系の構築およびその検証行っている。H29年度はこの手法を用いて小児劇症肝炎患者の血清を用いて病原ウイルスの検出を試みたところ、20症例中3例から有意と考えられるウイルスが検出され、有用は手法であることが示唆された。(2)病原ウイルス不明の心筋炎患者からのウイルス検出平成30年度は、主に急性筋炎の臨床検体を解析した。急性心筋炎は、ウイルス感染が契機となって発症することが多いとされている一方で、病原ウイルスの特定は困難な症例が多い。そこで、小児および成人の原因不明の急性心筋炎の症例からウイルスを含む病原微生物の検出を前述の手法を用いて行った。小児12例、成人5例の計17症例を対象とした。11例は劇症型心筋炎に分類され、うち6例は死亡例であった。心筋組織の生検結果が得られている10例中、8例がリンパ球性心筋炎であり、2例が好酸球性心筋炎であった。急性期に採取された血清からDNAおよびRNAライブラリーを作成し、次世代シーケンサー(HiSeq 2500)により1検体あたり約2000万リードの判読を行った。また、検出されたそれらのウイルスのうち、EBウイルス、ヒトバルボウイルスB19,RSウイルス、TTウイルスおいては、PCRによってウイルス由来核酸の存在が確認された。(1)病原ウイルス不明の呼吸不全患者からの病原ウイルスの網羅的検索平成31年度は、小児急性呼吸不全患者の肺胞洗浄液からの病原ウイルスの網羅的検索を計画している。小児において、呼吸器感染症は最も高頻度にみられる感染症であるが、時に重症化し集中治療を要する。呼吸器感染症の病原微生物検索には、主に喀痰培養が用いられるが、病原微生物が特定されない例が一定数存在することに加えて、口腔内常在菌との判別が時に困難である。そのため、無菌検体である気管支肺胞洗浄液が、病原微生物の検出には適していると考えられている。また、小児の呼吸器感染症の多くはウイルス感染が原因と考えられており、次世代シーケンサーを用いることで、PCRなどの系が確立していないウイルスが検出されることが期待される。平成31年度には、これまでに蓄積されている検体を中心に、20例程度の解析を検討している。さらに、メタゲノム解析で既知の病原ウイルスが検出されなかった症例を中心に、de novoアセンブリ解析をCLC workbenchや、Virus TAP (国立感染症研究所)用いて行う。de novoアセンブリにより再構築された配列と、既知のウイルスとの相同性と検証することで、何らかのウイルスの存在が疑われた場合には、より多量の解析を行うことで、新規ウイルスの全塩基配列の解読を試みる。(2)ウイルスの病原性の検証病原ウイルスが検出された検体に関しては、次世代シーケンサーの判読リード数を増やして再解析を行うことで、ウイルスの分子疫学や病原性に関連した遺伝子の解析等を行う。また、肝生検、心筋生検などで患者の病変組織が得られている場合には、組織を用いて次世代シーケンサーによる解析を行うとともに、ウイルスの免疫染色やPCR法を行うことで、組織への感染の有無を評価し、さらに病理学的な検証を行う予定である。

既知のウイルス感染症患者より採取された血清からDNAおよびRNAの抽出し、DNA、RNAライブラリーを作成した。DNAライブラリーはNextera XT (illumina)を使用した。RNAライブラリーはOvation RNA-Seq (NuGen)、ScriptSeq (illumina)、SMARTer Strand RNA-Seq (Takara Bio)の3つのキットで、C型肝炎ウイルスを含んだ血清を用いて、ウイルスRNAの検出感度の比較を行った。比較検討した3つのキットの中では、Ovation RNA-Seq Systemが、最も高感度でウイルス由来のRNAを検出できたため、以後の解析は、このキットを用いた。DNAウイルスについては。Nextera XTでウイルス由来核酸が高感度で検出されることを確認した。平成29年度は、劇症肝炎の臨床検体を解析した。小児の劇症肝炎20症例の血清からDNAおよびRNAライブラリーを作成し、次世代シーケンサー(HiSeq 2500)により1検体あたり約1500万リードの判読を行った。得られた結果をメタゲノム情報解析パイプライン(MePIC)により解析し、国際データベースに登録されている既知の全てのウイルスの配列の有無を検討した。パイプラインでウイルス由来のリードの存在が示唆された検体に関してはCLC workbench (CLC bio)を用いて、各ウイルス配列へのマッピングや配列相同性を確認した。20症例中、7症例において何らかのウイルス由来の配列の存在が示唆された。非特異的な配列等と考えられるものを除くと、3例で有意なウイルス由来配列の存在が確認された(TTウイルス2例、アデノ随伴ウイルス1例)。しかしならが、これらのウイルスの病原性については未知の部分が多く、劇症肝炎との関連については、さらなる検討が必要である。(1)次世代シーケンサーによる臨床検体からのウイルス検出系の構築既知のウイルス感染症患者より採取された血清からDNAおよびRNAの抽出し、DNA、RNAライブラリーを作成した。DNAライブラリーはNextera XT (illumina)を、RNAライブラリーはOvation RNA-Seq (NuGen)を用いることで、ウイルス由来核酸が高感度で検出されることが可能であった。血清検体は、DNAやRNAがごく少量しか含まれていないため、ライブラリーを作成するために十分な量が得られていないことが危惧された。特にRNAライブラリーの作成においては、抽出されたRNAが必要量に満たないため、解析に必要なライブラリーを作成が困難であり、ウイルスRNAの検出高率も不十分であった。しかしながら、Ovation RNA-Seqは、ごく少量のRNAからも解析に必要なRNAライブラリーを作成することが可能であり、1000万リード程度の解析を行うことで、一般に用いられる定量PCRとほぼ同程度の感度で検出することが可能であった。さらに、ウイルス配列の詳細についもて解析することが可能であり、次世代シーケンサーによる臨床検体からのウイルス検出は、非常に有用な手法であることが示唆された。(2)病原ウイルス不明の劇症肝炎からのウイルス検出
参照領域及び動脈採血省略を伴うPETによる汎用神経受容体濃度画像作成手法の構築

本研究では、PETを用いての神経受容体濃度定量画像化手法の汎用化を目的とし、無採血化及び参照領域省略のためのアルゴリズムを提案した。無採血化アルゴリズムでは、変分ベイズ法に基づく手法の確定を図るとともに、Logan plot法に基づいた交差点探索法の構築を進めた結果、FDG, MPDX, TMSXに対する無採血に対して肯定的な結果を得た。変分ベイズ法に基づく手法は、本グループが既に提案している独立成分分析を応用した無採血化アルゴリズムに対して非負拘束条件を導入するものであり、その結果、血液中の放射能濃度波形の推定精度が向上するとともに、同時に得られる血液体積画像が生理学的に妥当なものとなった。Loganplot法に基づく手法は、異なる領域間においても血液中の放射能濃度曲線は共通であることを利用し、Logan plotより導出されるかれる式より血中濃度の項を削除するものである。しかし問題の数学的構造より、PETデータ中の雑音に極めて敏感なアルゴリズムとなる。そこで、動態モデルに基づいたクラスタリングを中核とする前処理を開発した結果、安定した推定波形を得ることが可能となった。参照領域省略については、以下の戦略を採った。即ち受容体濃度を速度定数より直接計算することで参照領域を不要とする。しかし、1画素毎の速度定数の推定は、PETデータのSN比が劣悪であることから実用とならない。そこで、先ずLogan plotによって画像毎の総分布体積を求めた上でこれを拘束条件とすることで、推定対象となる速度定数の削減を試みた。しかしLogan plotはPETデータの雑音によって総分布体積が過小評価されるといる問題を有することから、MAP推定によるLogan plotの改良を図り、高速かつ安定した分布体積の推定が可能となった。本年度は,無採血化アルゴリズムとして,変分ベイズ法に基づく手法の確立を図るとともに,Logan plot法に基づいた交差点探索法の構築を進めた結果,FDG, MPDX, TMSXに対する無採血に対して,肯定的な結果を得た.変分ベイズ法に基づく手法は,提案済みの独立成分分析を応用した無採血化アルゴリズムに対して,非負拘束条件を導入するものであり,その結果,血液中の放射能濃度波形の推定精度が向上するとともに,同時に得られる血液体積画像が生理学的に妥当なものとなった.Loganplot法に基づく手法は,問題の数学的性質から,PET実測データ中の雑音に極めて敏感なアルゴリズムである.そこで,動態モデルに基づいたクラスタリングを中核とする前処理を開発した結果,安定した推定波形を得ることが可能となった.以上より本年度は,無採血化に対するアルゴリズム開発がほぼ完了した.本年度は、前年度までに開発したPET動態データからの血液成分を推定するための2つのアルゴリズム、変分ベイズ法に基づくアルゴリズム(EPEL)及びLogan plotによる交叉点探索法に基づくアルゴリズム(EPISA)ついて、臨床データを用いた性能検討を行いその結果を論文化した。EPELでは非負条件の導入によって血液体積に関する画像が得られるが、得られた結果はヒト脳の血管走行を良く反映していた。EPISAはPETデータ中の雑音に強く影響されるという欠点の克服が問題であったが、βアミロイド描出用プローブである11C-PIBに対する適用ではアルゴリズムは良く動作した。本年度は更にこの結果をサル動物データに対して適用を試みた結果、実用化への感触を得た。
天井等の水平要素の落下防止機構を有する中規模空間構造の人的安全性と耐震社会の実現

学校体育館に取り付く2段組みブレースを用いた次の在来工法天井を対象としている。すなわち、建築用鋼製下地材を用いて下地を組み、石膏ボード等で天井面を構成する在来工法による吊り天井を用いた工法である。張間方向に水平地震動を受ける対象とする在来工法天井の振動性状においては、下段ブレースの応力に伴う吊ボルトの座屈に起因して天井板や野縁等の天井面がロッキング応答する。研究成果は、ブレース応力に伴う吊ボルトの座屈に起因するロッキング応答を含む地震応答性状の分析に基づき最大鉛直地震力の発生位置や震度、応答スペクトル法を用いた水平応答値の予測法等を提案したものである。対象とするアーチトラス架構及び単層ラチスシェル天井の解析モデル、部材特性等を許容応力度設計等に基づいて定め、その構造特性を設定している。本単層ラチスシェルのせん断耐力に及ぼす積雪荷重を想定した付加鉛直荷重の影響を解明する。これにより、部材座屈が先行するための条件、すなわち全体座屈荷重に対する付加鉛直荷重の割合を定量的に示すとともに、その座屈検定法を提案した。現実的な設計法としては、動的地震力を静的水平力及び鉛直力に置換した静的地震力に基づき部材を設計し、動的解析により目標値を満足することについて検証する方法が用いられている。本研究では、アーチトラス架構に作用する等価静的地震力を刺激関数と加速度応答スペクトル値により推定できることを明らかにするとともに、静的及び動的弾塑性解析によりその妥当性を検証した。アーチトラス架構に取り付く水平要素に作用する等価静的地震力もアーチトラス架構と同様な手法で推定できることを明らかにした。また、天井を有するアーチトラス架構の弾塑性地震応答解析を行い、動的崩壊性状を解明する。また、等価静的地震力を作用させて本構造の静的弾塑性解析を行い、部材座屈の発生位置等の崩壊性状に関して動的解析と比較・検討して両者の適合度を確認した。妻壁の剛性・耐力に起因する鉛直応答を含む静的地震力と単層ラチスシェルの危険部材位置の特定に基づく保有水平耐力の算定法を提案した。さらに、多雪地域に建つ曲面屋根構造すなわち単層ラチスシェルを有する大スパン建築構造特有の屋根鉛直応答と屋根積雪荷重を考慮した耐震性能について評価した。本研究では、多雪地域に建つ学校体育館等の中規模空間構造のひとつとして鋼製下地在来工法や単層ラチスシェル(ゲビオン)等の天井を有するトラスアーチ架構を対象とする。そして、水平要素に作用する地震応答加速度を解析的に求め、等価な静的地震力に換算することにより作用震度を明確にすることを目的にしている。対象とするトラスアーチ架構、単層ラチスシェル天井の解析モデルや部材特性等を許容応力度設計等に基づいて設定した。そして、静的弾塑性解析及び弾塑性地震応答解析によるシミュレーションを用いて研究を進めた。本単層ラチスシェルのせん断耐力に及ぼす積雪荷重を想定した付加鉛直荷重の影響を解明した。これにより、部材座屈が先行するための条件、すなわち全体座屈荷重に対する付加鉛直荷重の割合を定量的に示すとともに、その安全性を確認する検定法を提案した。本構造の設計法としては、応答加速度を静的水平力及び鉛直力に換算した静的地震力に基づき部材を仮定し、動的解析により目標値を満足することについて検証する方法が現実的である。したがって、等価静的地震力算定法の提案を次のように試みている。本研究では、トラスアーチ架構に作用する等価静的地震力の算定式を刺激関数や加速度応答スペクトル値等により導出するとともに、静的及び動的弾塑性解析によりその妥当性を検証した。そして、アーチトラス架構に取り付く水平要素に作用する等価静的地震力をトラスアーチ架構と同様な手法で算定できることも明らかにした。また、単層ラチスシェルに天井パネルを有するトラスアーチ架構の弾塑性地震応答解析を行い、動的崩壊性状も解明した。さらに、等価静的地震力を作用させて本構造の静的弾塑性解析を行い、部材座屈の発生位置等の崩壊性状に関して動的解析と比較・検討して本提案法の制度についても確認することができた。本研究では、多数建つスパン30mほどの中規模空間構造物の屋根部における水平要素すなわち天井等の非構造要素や梁等の構造要素を対象としている。そして、それらが地震を受けたときにその水平要素の崩落から生命を守る人的安全性について保障することを研究の主な目的としている。具体的には、学校体育館に取り付く2段組みブレースを用いた次の在来工法天井を対象としている。すなわち、建築用鋼製下地材を用いて下地を組み、石膏ボード等で天井面を構成する在来工法による吊り天井

(以下、在来工法天井と略記する)を用いた工法である。また、天井懐を大きくする場合、鉛直ブレース(以下、ブレースと略記する)を2段組みとする場合がある。張間方向に水平地震動を受ける対象とする在来工法天井の振動性状においては、下段ブレースの応力に伴う吊ボルトの座屈に起因して天井板や野縁等の天井面がロッキング応答する。この応答により天井下地材やクリップ等に付加的な地震力が作用することも予見される。したがって、ロッキング応答を考慮した地震応答性状に基づく耐震性能評価法が必要であると考えられる。しかしながら、このような耐震性能評価については、十分な知見が得られているとは言い難い。本研究では、まず、上述した天井構成部材の部材座屈や幾何学的非線形性に起因するロッキング応答が地震応答性状に及ぼす影響を分析した。次に、その地震応答性状を考慮して応答性能評価法の提案とその妥当性も示した。これを要するに、ブレース応力に伴う吊ボルトの座屈に起因するロッキング応答を含む地震応答性状の分析に基づき最大鉛直地震力の発生位置や震度、応答スペクトル法を用いた水平応答値の予測法等を提案したものである。建築構造屋根面の地震応答に及ぼす鉛直ブレース等の鉛直構造要素における剛性や耐力、履歴吸収エネルギー能力等の解明や保有耐力評価法の提案まで進展している。計画書に記載したダンパー性能に基づく応答低減については研究を一層進める必要があると考えている。研究実績で述べた成果の一部は平成25年度日本建築学会構造系論文集の1月号に掲載されるとともに今年8月に開催される日本建築学会大会でも発表の予定である。すなわち、上記の論文等は本研究成果の進捗状況や目標の達成度を示す明確な成果であることを示しているので、上記のように判断した。現在まで屋根面や天井の水平構造要素、鉛直構造要素の耐震性能評価の解明をほぼ終了しているので、今後は水平構造要素の応答低減に及ぼす制振ダンパーの効果や必要性能等について推進して本研究課題を達成したいと考えている。今後の研究については、ダンパー等を用いた応答低減により、天井を落下させないめの性能設計と検証法を確立するために本構造の動的挙動の解明を進める。そして、人命の保護について保障するために次のように研究を一層推進する。すなわち、履歴吸収型ダンパーを配置し、制振構造としての吸収エネルギー効果について解析的に分析・検討する。さらに、平成24年度の研究で得られた成果と組み合わせて本研究目的を達成する。該当なし
マイクロチャネルを用いるin vitroカロース中空ファイバー生産モデル系の構築

近藤らは植物プロトプラストを酸性かつ大過剰Ca2+下で培養することにより、β-1,3-グルカンからなる中空繊維束が産生されることを発見した。繊維分泌は細胞膜上で生じており、膜上の合成酵素の集合形態が中空繊維束の形成に寄与することが示唆された。そこで、細胞を破裂させ、細胞膜表面を露出させた一細胞ゴーストをマイクロチャネルデバイスへ固定することで合成酵素の集合状態を維持したまま、繊維束産生現象を再現させる半人工モデル系を構築した。これにより繊維産生に関与する因子(pH、カルシウムイオン濃度、など)が特定された。とくに、マイクロチャネル内に生じるフローが、重要なファクターであることが判明した。本研究は、「酸性下で大過剰のカルシウムイオンを添加した系でカルスプロトプラストを培養すると、細胞外に、ナノサイズの中空糸が束となったマイクロサイズ幅(14μm)のカロース(β-1,3-グルカン)巨大繊維を生産・噴出する」という研究代表者らが見出した現象のモデル系を構築し、さらに植物ナノ繊維化の半人工プロセスの提案へと挑戦するものである。既報に従って、I字型マイクロ流体デバイスを作成した。I字型マイクロ流体デバイスの流路の途中に切り込みを入れ、40μm経のポリエチレン製メッシュを挟み込んだ。シラカンバの葉柄由来のカルスからプロトプラストを調製し、マイクロマニピュレーターを用いてマイクロ流体デバイス内にそれらを導入・固定し、反応バッファーをそのデバイス内に流すことにより、カロース生産を試みた。分取した液をaniline blue fluorochromeで染色し、蛍光顕微鏡観察へ供するとともに、1 %で負染色しTEM観察へ供した。蛍光顕微鏡観察では、すべての流速で緑色蛍光を発する膜状の物質が観察された。蛍光顕微鏡で観察された膜状の物質はカロースの凝集物、もしくは流している途中で脱離した微小な細胞膜片に合成されたカロースが堆積されたものだと考えられる。TEM観察では、幅が数十μmのリボン状のファイバーが観察された。現在、生産物がカロースであるか確認するための免疫抗体染色の条件検討を行っている。以上の結果は、本研究で、マイクロチャネルを用いるデバイスで、カロース生産モデル系を実現させることができる可能性を示したことになる。本研究は、研究代表者らが見出した「大過剰のカルシウムイオン添加した酸性下でカルスプロトプラストを培養すると、細胞外に、ナノサイズの中空糸が束となったマイクロサイズ幅(14μm)のカロース(β-1,3-グルカン)巨大繊維を生産・噴出する」という現象をモデル化し、植物ナノ繊維化の半人工プロセスを提案しようとするものである。昨年度は、シラカンバの葉柄由来のカルスからプロトプラストを調製し、マイクロマニピュレーターを用いてマイクロ流体デバイス内にプロトプラストを導入て反応バッファーをプロトプラストが固定されたデバイス内に流すことでカロース生産を試みた。その結果、緑色蛍光を発する膜状の物質が観察され、カロースの凝集物、もしくは流している途中で脱離した微小な細胞膜片に合成されたカロースが堆積されたものだと考えられた。本年度は、カロース合成に関与するプロトプラスト膜タンパクの抽出をまず検討した。その酵素活性を評価するために所定条件の反応により得られたカロースと推定される物質の生産量の定量をAniline blue染色により蛍光分光光度計を用いて試みた。粗酵素を用いた酵素反応の後の液中には蛍光顕微鏡観察レベルでは何も観察できなかった。そこで、透過電子顕微鏡(TEM)観察に酵素反応液試料を供したところ、幅約30 nmのファイバーとそれを構成する幅約10 nmのサブフィブリルが観察された。これが中空糸となっているかについては現在検討中である。この結果は、抽出したプロトプラスト膜タンパクが不定形ではなく、カロースファイバー形態を形成させる酵素群であることを示唆するとともに、これを半人工触媒系として次年度のマイクロチャネル内に導入することにより、植物ナノ繊維化の半人工プロセスの構築へとつながっていくものである。当初の計画で、「平成26年度から27年度の2年以内のデバイスの完成を目指す」とあり、それに向かって成果は順調にあげている。本研究は、植物ナノ繊維化の半人工プロセスの提案へと挑戦するものである。そのためのキーポイントは、マイクロチャネル流路にカロース合成複合酵素の役割の一部を担わせる点にある。すなわち、マイクロチャネル流路とプロトプラストの合成酵素を含有した細胞断片(ゴースト)とを合体させたin vitro半人工デバイスの構築が最優先される。本27年度の結果により、抽出したプロトプラスト膜タンパクがカロースファイバー形態を形成させる酵素群を含むことが示唆された。これにより、合成酵素を含有した細胞断片(ゴーストか膜タンパク)を合体させたin vitro半人工デバイスの各部品の準備ができたことになる。

とくに、マイクロチャネル内に生じるフローが、重要なファクターであることが判明した。本研究は、研究代表者らが見出した「大過剰のカルシウムイオン添加した酸性下でカルスプロトプラストを培養すると、細胞外にナノサイズの中空糸が束となったマイクロサイズ幅(14μm)のカロース(β-1,3-グルカン)巨大繊維を生産・噴出する」という現象をモデル化し、植物ナノ繊維化の半人工プロセスを提案しようとするものである。最終年度である本年度は、プロトプラストをバーストさせて得られた細胞断片として、膜タンパクの機能解析を可能とするゴーストを調製し、それを用いて半人工プロセスの構築を目指した。すなわち、このゴーストの一細胞を固定し、カロース繊維を産生する生物(プロトプラスト)と人工反応経路(マイクロチャネル)を一体化させた、半人工マイクロチャネルデバイスの構築を試みた。この半人工デバイスによるカロース産生系を用いることによって、カルスプロトプラストを培養した大過剰のカルシウムイオン添加した酸性下の培養条件を再現したところ、生細胞の場合と同様に、長さ約500μm、幅約35μmの繊維状物質が得られ、しかもABF染色により緑色の蛍光を示した。このことは、マイクロチャネル内に固定したゴーストからカロース含有物質の合成が生細胞の場合と同様に再現されたことを示す。以上の結果は、今後さらに、pHやCa2+濃度の変化に対するプロトプラストのストレス応答を系統的に検討することを可能とし、カロース繊維産生に関与する環境因子の解明に新たなアプローチを加える。当初の計画で、「平成26年度から27年度の2年以内にデバイスの完成を目指す」とあり、それに向かって成果は順調にあがっている。本研究は、植物ナノ繊維化の半人工プロセスの提案へと挑戦するものである。そのためのキーポイントは、マイクロチャネル流路にカロース合成複合酵素の役割の一部を担わせる点である。すなわち、マイクロチャネル流路とプロトプラストの合成酵素を含有した細胞断片(ゴースト)とを合体させたin vitro半人工デバイスの構築が最優先される。そのため、計画では、平成26年度から27年度の2年以内のデバイスの完成を目指している。上記の点において、I字型だけではあるが、マイクロチャネル流路を作製し、流動場でコーストの固定を確認し、チャネルを通過した分取液中にカロースファイバー状断片が観察されたことは、半人工プロセス構築のための第一歩を踏み出したということができる。平成28年度は、研究計画にしたがって、Y字型チャネルを作製し、Y字の2分岐入路から2液を導入させる培養を試みる。まず、in vitro半人工デバイスの構築検討の前に、マイクロチャネル流路として、試薬の流れパターンの検討が必要である。すなわち、ポンプの圧力に依存した流速、ならびに試薬含有溶液の粘度に依存して、乱流または層流の流れを生じる。層流となると溶液自体の混合は起きにくく、この層流形成がマイクロチャネルのリアクターとしての欠点とされている。本課題のY字型チャネルの場合は、2つの入り口から流れる各試薬が、合流しても層流のまま別々に流れる場合と、乱流にして2液を合流点で混合しながら培養するという流路による二つの培養法を試みる。
Ni基超合金単結晶タービン翼における2次結晶方位の最適化

ガスタービン翼用Ni基超合金単結晶の[001]方位は,クリープ特性に優れ,ヤング率が小さいことから低サイクル疲労強度あるいは熱疲労強度にも優れている.このため,動翼の長手方向の主方位は[001]方位から10°以内に制御されている.それに対し,主方位に垂直な2次方位については,現時点では全く制御されていない.そこで,本研究では,単結晶動翼として最もバランスのとれた機械的特性が得られる2次結晶方位を明らかにすることを主たる目的とした.その研究の中で,中低温域のクリープに対しては特異な{111}<112>すべり,引張強度および疲労強度に関しては,{111}<101>すべりの活動に起因する塑性異方性が主要な影響因子であることを明らかにした.また,この研究の過程で,供試合金の基本的特性を調べるため,塑性異方性が最も顕著となる温度域でクリープ試験を行い,5wt%のReを含む第3世代合金TMS75は,Re量が約半分のCMSX4やTMS82+などの第2世代合金に比べ,大きな1次クリープひずみを示しクリープ強度が著しく低いことを明らかにした.この研究結果に興味をもったケンブリッジ大学ロールスロイス研究所のRae博士と共同研究を行った.その結果,この第3世代合金の低温域におけるクリープ強度低下は,2つの積層欠陥対をはさんだ部分転位の運動に起因していること,および,この部分転位の形成にReとCoが複合的に作用していることを世界に先駆けて明らかにした.その特異な強度劣化のメカニズムについて,世界的に著名なガスタービン材料の国際会議において発表した.これらの研究の結果,先進合金は{111}<112>すべりが生じやすく2次結晶方位の影響が大きいため,2次結晶方位を含む結晶方位制御が重要となることを明らかにした.ガスタービン翼用Ni基超合金単結晶の[001]方位は,クリープ特性に優れ,ヤング率が小さいことから低サイクル疲労強度あるいは熱疲労強度にも優れている.このため,動翼の長手方向の主方位は[001]方位から10°以内に制御されている.それに対し,主方位に垂直な2次方位については,現時点では全く制御されていない.そこで,本研究では,単結晶動翼として最もバランスのとれた機械的特性が得られる2次結晶方位を明らかにすることを主たる目的とした.その研究の中で,中低温域のクリープに対しては特異な{111}<112>すべり,引張強度および疲労強度に関しては,{111}<101>すべりの活動に起因する塑性異方性が主要な影響因子であることを明らかにした.また,この研究の過程で,供試合金の基本的特性を調べるため,塑性異方性が最も顕著となる温度域でクリープ試験を行い,5wt%のReを含む第3世代合金TMS75は,Re量が約半分のCMSX4やTMS82+などの第2世代合金に比べ,大きな1次クリープひずみを示しクリープ強度が著しく低いことを明らかにした.この研究結果に興味をもったケンブリッジ大学ロールスロイス研究所のRae博士と共同研究を行った.その結果,この第3世代合金の低温域におけるクリープ強度低下は,2つの積層欠陥対をはさんだ部分転位の運動に起因していること,および,この部分転位の形成にReとCoが複合的に作用していることを世界に先駆けて明らかにした.その特異な強度劣化のメカニズムについて,世界的に著名なガスタービン材料の国際会議において発表した.これらの研究の結果,先進合金は{111}<112>すべりが生じやすく2次結晶方位の影響が大きいため,2次結晶方位を含む結晶方位制御が重要となることを明らかにした.ガスタービン翼用Ni基超合金単結晶の[001]方位は,クリープ特性に優れ,ヤング率が小さいことから低サイクル疲労強度あるいは熱疲労強度にも優れている.このため,動翼の長手方向の主方位は[001]方位から10°以内に制御されている.それに対し,主方位に垂直な2次方位については,現時点では全く制御されていない.そこで,本研究では,単結晶動翼として最もバランスのとれた機械的特性が得られる2次結晶方位を明らかにすることを主たる目的とする.2次結晶方位の主要な影響因子として,試験片内部の応力状態および{111}<112>すべりの活動が考えられる.2次結晶方位を最適化するにあたり,まずこれらの影響因子について明らかにする必要がある.そこで,特異な{111}<112>すべりが,4種類の単結晶Ni基超合金のクリープに及ぼす影響についてケンブリッジ大学と共同研究を行った.その結果,{111}<112>すべりには合金元素であるReおよびCoが大きく影響することを明らかにした.また,5種類の結晶方位を有する試験片について,平面ひずみ状態から平面応力状態に段階的変化させ,すなわち板厚寸法が3.2mmから0.25mmまでの範囲の試験片を作製してクリープ試験および引張試験を行った.その結果,試験片の厚さが減少すると{111}<112>すべりが抑制されクリープ強度が増すことが明らかになった.その程度は,結晶方位により大きく異なり,今後,主方位と2次方位の影響の面から検討し,こうした結果を総合し結晶方位の最適化を試みる.前年度までの研究において,引張り強度,クリープ強度および疲労強度に及ぼす2次結晶方位の影響について体系的に調べた.

その結果,2次結晶方位の影響が最も顕著になる温度領域で,Re添加量の高い先進合金のクリープ強度が著しく低いことが明らかになった.本年度は,この知見を基に,さらに実機環境を考慮して研究を進めた.即ち,ガスタービン動翼用単結晶Ni基超合金の耐用温度の向上は,高温域で強度低下するマトリックスを強力に固溶強化するRe(レニウム)添加により達成されてきた.即ち,CMSX4に代表される第2世代合金では約3wt%Re, RR3000(別名CMSX10)に代表される第3世代合金では約6wt%のReが添加されている.航空機の離陸時においてタービン動翼の空冷孔付近に負荷される低温高応力下での強度特性評価を行い,Re添加量の高い先進単結晶超合金は,合金系によっては低温高応力下でクリープ強度が著しく低いことおよびそのメカニズムを,ケンブリッジ大学との共同研究において明らかにした(実績(1)).この劣化のメカニズムが,2次結晶方位の影響の主因である{111}<112>すべりにより生じるため,本年度はTMS75,TMS82+,CMSX10などの先進超耐熱合金について,航空機の離陸時においてタービン動翼の空冷孔付近に負荷される低温高応力下での強度特性評価を行い,2次結晶方位の影響の主因である{111}<112>すべりとクリープ強度との関係について体系的に調べた.この結果,先進合金は{111}<112>すべりが生じやすく2次結晶方位の影響が大きいため,2次結晶方位を含む結晶方位制御が重要となることを明らかにした.