hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3つの新しい運動制御系の解析

研究課題が3つの運動制御系であったが、この2年間での実績は2つの柱からなる。(1)細胞骨格を担う微小管の制御因子LZTS2の機能を明らかにした。(2)癌細胞の生体内の運動は癌浸潤や転移に大きく関与するため、マウス個体を利用した転移系を用いて転移の制御機構の一端を明らかにした。(1) LZTS2は癌抑制遺伝子候補として同定されたがその機能は不明であった。我々は、本分子が微小管の切断分子であるKataninの主としてp80サブユニットに結合し、p60サブユニットの切断活性を抑制するとこを分子および細胞レベルで証明した。LZTS2の発現、活性、細胞内局在によって、微小管切断が亢進すると細胞は運動能を亢進させる。一方、切断が抑制されるとG2/M期で細胞周期は停止し増殖は抑制される。この現象がゲノムの不安定による突然変異の獲得やタキサンなどの抗がん剤の有効性にも関与することを示した。(2)癌の転移を促進する物質としてケモカインS100A8/S100A9およびSAA3を同定した。両者ともにTLR4の内因性アゴニストであることも示した。TLR4は本来外来性エンドトキシンのセンサーとしての免疫学的に重要な生体防御的役割を担っている。これらのケモカインの発現はVEGFやTNFなど複数の増殖因子によって制御される。原発巣から分泌されるこれらの物質が内分泌的に遠隔臓器に作用し、あたかもエンドトキシンを産生する感染巣が遠隔臓器に存在するように生体に感知させ、それに向かって骨髄からTLR4発現単核球性貪食細胞が移動すること、同様にTLR4発現癌細胞も移動すること、などを証明した。本年度に予定した研究実施計画の(1)と(3)において成果をあげたので報告する。(1)(肺転移実験)では、S100A8がSAA3の発現を誘導し、この両者のパラクラインカスケードが肺転移に重要であることを発見した。両者に対する中和抗体を作製し、これらが癌の自然転移や転移モデルにおける抑制効果を示すことを明らかにした。S100A8とSAA3ともに自然免疫の中核的病原体センサーであるTLR4の内因性リガンドとして機能することを生化学的実験、細胞レベルの実験、および動物実験で証明した。SAA3は転写因子NFkBを活性化SAA3自分自身の発現を亢進(自己増幅)するというユニークな特徴を示した。骨髄から肺への骨髄球系細胞の動員にも両者は重要であり、今後この現象と転移との関連の詳細を研究していく方針である。(2)(LDL受容体実験)では伸展はなかった。(3)(LZTS2の実験)では、LZTS2が中心体および中間体に局在する分子であり、細胞分裂や細胞運動に重要な役割を果たしていることを証明した。微小管切断分子として知られるKataninを負に制御すること、M期の進行とともに細胞内局在を変えること、などがそのメカニズムであった。このメカニズムは、神経突起の伸展にも働いておいる根源的な共通要素であることも証明した。さらに、現在注目されている抗がん剤タキサンの腫瘍における感受性や抵抗性を決定している一因子であることも示した。このような観点から単にKatanin制御分子としての位置づけにとどまらず、antephaseチェックポイントに関与する可能性も主張している。
ミクロ/マクロスケール三次元画像化解析法によるゲルの刺激-応答機構の解明と分子設計への展開

私どもが開発した三次元NMRイメージングシステムと超磁場勾配NMRプローブシステムを併用して測定した高分子ゲルの三次元画像化した情報をもとに、機能性ゲルの刺激-応答の機構をミクロおよびマクロレベルから解明し、分子設計まで展開する方法論を確立した。さらに、同位体ラベルした網目密度の均一なゲルおよび網目密度の不均一なコンポジットゲル、また金属イオンを含んだゲルに刺激として電場、温度、混合溶媒の組成変化を与え、その応答としてゲルの収縮および変形、金属イオンの移動、網目高分子鎖の構造・ダイナミックスの変化をNMRイメージング法で実時間のイメージ画像を測定し、応答のミクロおよびマクロレベルから解明を行った。さらに、私どもが開発した高分解能^1HNMRイメージングプローブに本申請で導入した高速データ処理システムを組み込み、従来にない三次元高分解能イメージ画像の観測に成功した。また、電場印加実験ができるようにNMRプローブ内での装置の組み込みを行った。本システムを利用して、次のような研究成果を得た。(1)このシステムのなかにハイドロゲルを設置し、電場の印加時間を関数としてゲルの収縮過程を核スピン密度の空間分布および運動の目安になる緩和時間T_2の空間分布を測定し、画像解析することにより収縮機構を解明した。(2)金属イオン(Mn^<2+>,Pr^<2+>およびCu^<2+>イオン)を含んだゲルに電場印加することにより、金属イオンの空間分布を決定する。これにより金属イオンが網目鎖内をどのように相互作用しながら拡散するのかを解明した。また、超磁場勾配パルスNMRプローブを用いて網目鎖内の溶媒とプローブ分子または金属イオンの拡散機構の精度高い解析を行う。出来るだけ磁場勾配の強さを大きくし、拡散係数が10^<-11>-10^<-12>cm^2s^<-1>まで測定できるように超磁場勾配NMRプローブを改良し超磁場勾配パルスNMRの拡散の機構の研究への応用の範囲を広げた。NMRイメージング法が核の空間分布の情報を与えることに注目し、超磁場勾配NMRプローブを用いて拡散過程について分子レベルでの情報をもとに、機能性ゲルの刺激-応答の機構をミクロおよびマクロレベルから解明し、分子設計まで展開する方法論を確立することを、本研究の目的とした。さらに、本研究では、同位体ラベルした網目密度の均一なゲルおよび網目密度の不均一なコンポジットゲル、また金属イオンを含んだゲルに刺激として電場、温度、混合溶媒の組成変化を与え、その応答としてゲルの収縮および変形、金属イオン(Li^<1+>イオン、Mn^<2+>イオン)の移動、網目高分子鎖の構造・ダイナミックスの変化をNMRイメージング法で実時間のイメージ画像を測定し、応答のミクロおよびマクロレベルから解明することを目的とする。さらに、これら研究成果を基盤に刺激-応答性高分子ゲルの分子設計システムを進展させ、確立することを目的とする。実施計画として、最近私どもが開発した高分解能^1HNMRイメージングプローブを本申請で導入した高速データ処理システムを組み込み、従来にない高分解能イメージ画像を観測できるように行った。また、電気的刺激、レーザ光線による温度変化の実験ができるようにNMRプローブ内での装置の組み込みを行った。(1)このシステムの中にハイドロゲルを設置し、電場の印加時間を関数としてゲルの収縮過程を核スピン密度の空間分布および運動の目安になる緩和時間T_2の空間分布を測定し、画像解析することにより収縮機構を解明する。(2)金属イオン(Li^+、Na

^+、Ca^<2+>、Mn^<2+>およびCu^<2+>イオン)を含んだゲルに電場印加することにより、金属イオンの空間分布を決定する。これにより金属イオンが網目鎖内をどのように相互作用しながら拡散するのかを解明してきた。(3)温度により相転移するゲルにレーザ線を照射し、部分的に網目鎖を収縮させたとき溶媒がどのように網目鎖間通っていくのかを解明してきた。また、超磁場勾配パルスNMRプローブを用いて網目鎖内の溶媒とプローブ分子または金属イオンの拡散機構の精度高い解析を行う。できるだけ磁場勾配の強さを大きくし、拡散係数が10^<-11>10^<-12>cm^2s^<-1>まで測定できるように超磁場勾配NMRプローブを改良し超磁場勾配パルスNMRの拡散の機構の研究への応用の範囲を広げることを行った。以上のことからNMRイメージング法および超磁場勾配パルスNMR法が高分子研究に有力な方法であることを明らかに示し、今後さらに発展させる。NMRイメージング法が核の空間分布の情報を与えることに注目することと超磁場勾配NMRプローブを用いて拡散過程について分子レベルでの情報をもとに、機能性ゲルの刺激-応答の機構をミクロおよびマクロレベルから解明し、分子設計まで展開する方法論を確立することを、本研究の目的とした。さらに、本研究では、同位体ラベルした網目密度の均一なゲルおよび網目密度の不均一なコンポジットゲル、また金属イオンを含んだゲルに刺激として電場、温度、混合溶媒の組成変化を与え、その応答としてゲルの収縮および変形、金属イオンの移動、網目高分子鎖の構造・ダイナミックスの変化をNMRイメージング法で実時間のイメージ画像を測定し、応答のミクロおよびマクロレベルから解明することを目的とする。さらに、これら研究成果を基盤に刺激-応答性高分子ゲルの分子設計システムを進展させ、確立することを目的とする。これらの目的にしたがって、私どもが開発した高分解能^1HNMRイメージングプローブを本申請で導入した高速データ処理システムを組み込み、従来にない高分解能イメージ画像を観測できるように行なった。また、電場印加実験ができるようにNMRプローブ内での装置の組み込みを行った。(1)このシステムのなかにハイドロゲルを設置し、電場の印加時間を関数としてゲルの収縮過程を核スピン密度の空間分布および運動の目安になる緩和時間T_2の空間分布を測定し、画像解析することにより収縮機構を解明した。(2)金属イオン(Li^+、Na^+、Ca^<2+>、Mn^<2+>およびCu^<2+>イオン)を含んだゲルに電場印加することにより、金属イオンの空間分布を決定する。これにより金属イオンが網目鎖内をどのように相互作用しながら拡散するのかを解明した。できるだけ磁場勾配の強さを大きくし、拡散係数が10^<-11>-10^<-12>cm^2s^<-1>まで測定できるように超磁場勾配NMRプローブを改良し超磁場勾配パルスNMRの拡散の機構の研究への応用の範囲を広げた。
多軸変動負荷に対応した疲労強度評価モデルおよび疲労強度設計支援解析ツールの開発

3軸応力・ひずみ状態における最大主応力・主ひずみの方向の変化量を定量化し、非比例負荷下での応力・ひずみおよび疲労損傷を評価するための評価モデルを提示した。同評価モデルを基に応力・ひずみ状態、負荷の非比例度および疲労損傷をビジュアル的に示すことができる解析ツールを開発した。これにより研究者・技術者らは、多軸負荷に関する特別な知識や判断を要することなく疲労強度評価が可能となり、開発した評価・解析ツールを実用化へ向けての準備が整った。航空機や高速鉄道車両、原子力機器などの実機を構成する部材では、繰返し荷重の応力・ひずみが多方向に複雑に変動する多軸負荷(非比例多軸負荷)を受けることが多い。しかしこのような負荷に関して、その多軸応力・ひずみ状態や損傷状態を適切に評価する手法はいまだ確立されていない。よって、本研究では、申請者が多軸疲労寿命評価モデルとして提案しているIS損傷評価手法(IS法)を繰返し変動負荷に応用するための改良・強化を行い、実機部材の応力・予測寿命などを瞬時に評価できる簡便で実用性の高い多軸疲労強度設計支援解析ツール開発することにある。平成24年度(初年度)は、(1)研究調査・データ収集および(2)多軸疲労試験を実施し、(1)と(2)で得られた情報およびデータの解析結果を踏まえて、繰返し負荷に適応すべく改良したIS法を組み入れた(3)多軸疲労強度評価モデル(モデル)の基礎を整備した。平成25年度では、平成24年度から継続して非比例多軸の変動負荷における疲労損傷に及ぼす材料依存性および負荷経路依存性を明らかにするために疲労試験を実施し、得られた試験結果および(1)で得た情報を総合的に評価分析して、非比例多軸の変動負荷で各種損傷パラメータを抽出し、それを反映してIS法の変動負荷対応へと繋げた。最終目標は、多軸疲労強度設計支援解析ツール(ツール)を開発し、設計、維持・管理の現場の技術者が、多軸疲労強度評価を容易且つ機械的にできるようにするための疲労強度評価・解析支援のシステムを構築する。よって、本研究では、申請者が多軸疲労寿命評価モデルとして提案しているIS損傷評価手法(IS法)を繰返し変動負荷に応用するための改良・強化を行い、実機部材の応力・予測寿命などを瞬時に評価できる簡便で実用性の高い多軸疲労強度設計支援解析ツール開発を開始した。初年度は、(1)研究調査・データ収集および(2)多軸疲労試験を実施し、(1)と(2)で得られた情報およびデータの解析結果を踏まえて、繰返し負荷に適応すべく改良したIS法を組み入れた(3)多軸疲労強度評価モデル(モデル)の基礎を構築した。最終目標は、多軸疲労強度設計支援解析ツール(ツール)を開発し、設計、維持・管理の現場の技術者が、多軸疲労強度評価を容易且つ機械的にできるようにするための疲労強度評価・解析支援のシステムを構築することにある。航空機や高速鉄道車両、原子力機器などの実機を構成する部材では、繰返し荷重の応力・ひずみが複雑に変動する多軸負荷(非比例多軸負荷)を受けることが多い。しかしこのような負荷に関して、その多軸応力・ひずみ状態や損傷状態を適切に評価する手法は未だ確立されていない。そこで本研究では、研究代表者の非比例多軸負荷における一連の疲労強度研究の基礎的な成果を基に、構造機器・部材の疲労に関する実設計・開発および維持管理の現場への応用を強く意識した、多軸疲労強度評価ツールの開発を行った。非比例多軸負荷における応力・ひずみの評価手法として、サイクル中で最大値をとる主応力ないし主ひずみ面に着目して主軸の方向変化量を定量化し、それに基づいた多軸疲労寿命評価モデルとしてIS(Itoh-Sakane)損傷評価手法を提案している。それを三軸応力・ひずみ状態に適用できるように拡張した。この改良IS法は、多軸疲労設計・評価を行う上で応力・ひずみの状態を機械的に計算できるたいへん便利な手法である。さらに、同手法を強度設計の現場の技術者により使い易くするために時系列の応力・ひずみの振幅や同主軸方向の変化の度合いをビジュアル的に示すことができる解析ツールを製作した。本解析ツールは、複雑な繰返し多軸変動負荷状態を単軸の繰返し変動負荷に変換し、従来の繰返し変動負荷と同様の強度評価ができるようになっており、これにより研究者・技術者らは、多軸負荷に関する特別な知識や判断を要することなく疲労強度評価が可能となった。今後の課題として、開発した解析ツールを実用化に繋げるための改良と強化を施し、応力・予測寿命などを簡便に評価できる実用性の高い改良版の多軸疲労強度設計解析ツールへの展開が必要であるが、本研究成果ではその基礎が構築できた。

材料力学平成25年度に予定していた、モデルやツールの開発に必要な材料強度特性情報を得るための材料試験がほぼ実施できた。その具体的な試験内容は、ステンレス鋼および高Cr鋼を対象に主に薄肉円筒試験片に軸とねじりの組合せ負荷を独立且つ任意に与えた変動負荷の試験、さらに内外圧を与えた多軸疲労試験を実施した。なお、得られる試験データは適宜モデルやツールの開発にフィードバックする必要があることから、実験は最終年度も継続する。初年度の研究として予定していた(1)研究調査・データ収集および(2)多軸疲労試験を実施し、(1)と(2)で得られた情報およびデータの解析結果を踏まえて、繰返し負荷に適応すべく改良したIS法を組み入れた(3)多軸疲労強度評価モデル(モデル)の基礎を提示できた。そのエビデンスとして、本研究と直接関連する発表論文(学会発表および学術論文)がある。多軸疲労強度設計支援解析ツールの開発では、モデルを基に応力・ひずみの時刻歴のデータおよび実験から得られる寿命データ(非比例多軸負荷による損傷増加の材料依存性を示すパラメータαが追加)を入力すると、計算部分はブラックボックスでも最終的に、応力・ひずみの状態(応力・ひずみの大きさと主軸方向の変化)、非比例度、応力・ひずみ範囲、同平均値、さらに予測寿命が出力される。また、出力データからは、非比例多軸負荷の状態を視覚的および数値にて確認することができ、非比例度を考慮した強度評価の要否の判断や予測寿命の瞬時な把握・判断が可能である。すなわち、非比例多軸負荷での疲労に関する専門知識がない技術者でも機械的且つ手軽に解析ツールを扱うことができる点において汎用性が高く、優位性があるツールとして開発する。モデルおよびツールは、負荷経路および多軸負荷場の厳しさの可視化の工夫や、入力メニュー画面の改良、ヘルプ画面などの機能を追加するなど、さらになる汎用性の向上を図る。多軸疲労試験(概要の(1))は、平成24年度から予備試験的に行っているが、平成25年度からは本格実施に移行する。概要に記した(1)と同様に非比例多軸の変動負荷における疲労損傷に及ぼす材料依存性および負荷経路依存性を明らかにするために疲労試験を実施する。得られた試験結果および(1)で得た情報を総合的に評価分析して、非比例多軸の変動負荷で各種損傷パラメータを抽出し、それを反映してIS法の変動負荷対応へと繋げる。試験内容は、主に薄肉円筒試験片に軸とねじりの組合せ負荷を独立且つ任意に与えた変動負荷の試験とする。また、必要に応じて、さらに内外圧を与えた多軸疲労試験も行う。具体的な試験の実施内容は、(1)の調査、データ収集の結果を踏まえて最終的に確定する。(3)の多軸疲労強度評価モデルの開発では、上述の(1)および(2)により非比例多軸の変動負荷にも対応したIS法に基づいたモデルを開発する。モデルの開発期間は、平成24年度平成26年度前期とする。年度末使用額の残高が少額であったため、次年度に繰り越した。物品費(実験消耗品費)として使用。該当なし
多変数数学関数回路の自動合成システムの開発に関する研究

本研究では,多変数数学関数回路の自動合成システムを開発するために,新しい空間分割アルゴリズムに基づく区分多項式近似法を考案した.考案した近似法に基づいた自動合成システムを用いることで,非専門家でも,高速かつコンパクトな多変数数学関数回路を容易に設計でき,人手不足のために低下することが懸念されているディジタル回路の設計生産性を,大幅に改善できる.また,提案した書換え可能な回路構成は,様々な数学関数を一つの回路で実現できるため,多種多様なディジタルシステムで再利用でき,コストダウンも期待できる.本研究では,多変数数学関数回路の自動合成システムを開発するために,新しい空間分割アルゴリズムに基づく区分多項式近似法を考案した.考案した近似法に基づいた自動合成システムを用いることで,非専門家でも,高速かつコンパクトな多変数数学関数回路を容易に設計でき,人手不足のために低下することが懸念されているディジタル回路の設計生産性を,大幅に改善できる.また,提案した書換え可能な回路構成は,様々な数学関数を一つの回路で実現できるため,多種多様なディジタルシステムで再利用でき,コストダウンも期待できる.区分多項式近似に基づく多変数数学関数回路の自動合成システムの開発を目的とし,平成20年度は,システムのプロトタイプを開発するために,以下の研究を行った.1.多次元空間の分割アルゴリズムの考案:区分多項式近似に基づく数値計算回路のサイズや性能は,定義域(多次元空間)の分割法の効率で決まるため,高速かつコンパクトな数値計算回路を設計するために,本研究では,まず,効率的な空間分割アルゴリズムについて研究を行った.そして,コンピュータグラフィックスなどの様々な文献を参考に,再帰的空間分割アルゴリズムを考案した.様々な二変数数学関数を用いた多数の計算機実験により,本提案アルゴリズムを用いることで,高速かつコンパクトな多変数数学関数回路を容易に生成できることが確認できた.2.多変数数学関数回路の回路構成の考案:次に,提案アルゴリズムで得られた定義域の分割を,高速かつコンパクトに実現する書換え可能な回路構成について研究を行った.様々な回路構成を試行錯誤し,最終的に, EVBDD (Edge-Valued Binary Decision Diagram)という決定グラフを用いた回路構成が優れているという結論に達した.また,提案アルゴリズムでは,任意の近似多項式を用いることができ,二変数数学関数回路の設計には,接平面多項式とバイリニア補間多項式が効果的であることを,回路のFPGA実装により実証した.本年度の研究では,以上のように,空間分割アルゴリズムとそれを実現する回路の考案に成功し,二変数数学関数回路のプロトタイプ自動合成システムの開発に成功した.昨年度(平成20年度)に開発した自動合成システムに拡張を加えることを研究の目的とし,平成21年度は,以下の研究を行った.1.多変数離散関数(多次元データ)への応用:世の中の様々な物理現象は,数学関数として定義されておらず,測定値や実験データ(二次元データ)などの2変数離散関数として与えられる場合が多い.そのような離散関数から数値計算回路を自動合成するために,本研究では,2変数スプライン補間関数とバイリニア補間関数を用いて与えられた離散関数を近似し,数値計算回路を自動合成した.スプライン補間関数とバイリニア補間関数の両方をうまく組み合わせることで,高い計算精度と速度の両方を満たす数値計算回路の自動合成に成功し,山岳の標高データなどを用いた実験により,本数値計算回路は,ソフトウェア実装に対し,約129倍から176倍の性能が得られることを確認した.提案した数値計算回路は,大量データの計算に特に優れており,1秒間に計算できるデータ量は,ソフトウェアで計算できるデータ量の約531倍から704倍におよぶことを確認した.2.浮動小数点回路への拡張:次に,固定小数点回路から浮動小数点回路への拡張に関する研究を行った.様々な回路構成を試行錯誤し,最終的に,単調関数においては,EVMDD(Edge-Valued Multiple-valued Decision Diagram)という決定グラフを用いた回路構成が優れているという結論に達した.また,本研究では,提案した回路構成を数学的に解析し,その複雑さを明らかにした.そして,回路のFPGA実装により提案回路のコンパクトさを実証した.提案手法は,従来利用されていた多項式近似ではなく,決定グラフを用いているため,高精度とコンパクトさの両立に成功した.
プロゲステロン抵抗性に着目した、早産の治療標的分子の検索

早産の発症には子宮のプロゲステロン(P)ーP受容体(PR)シグナル減弱が関わっているとされるため、本研究では、ヒト子宮内膜初代培養系および子宮のp53欠損早産マウスモデルを用いて検討した。ヒト細胞を用いた検討では、正期産検体と比較し早産検体で特異的なP応答遺伝子群が同定できた。マウスモデルにより、p53-Sestrin-AMPK-mTORC1の経路が早産発症の重要経路であることが判明し、これらの分子や経路に着目することで新しい早産の予防的治療が可能になると考えられた。プロゲステロン(P)はP受容体(PR)を介して働く。分娩発来には子宮におけるP-PRシグナル減弱が重要と考えられており、早期のP-PRシグナル減弱いわば「P抵抗性」が早産の中心的な病因・病態であると推測される。本研究では、P-PRシグナルを調節するコレギュレーターやPRコシャペロンFKBP52に着目し、P-PRシグナル調節機構と早産との関連につき明らかにすることを目的としている。平成24年度の研究では、P抵抗性を有するFKBP52欠損マウスと自然発症早産マウスである子宮特異的p53欠損マウスを掛け合わせ、2重欠損マウスの早産の表現型を解析し、P抵抗性の早産への関与の検証を試みた。現在引き続き表現型の確認を行っている。また、妊娠子宮におけるPのターゲットとして野生型・FKBP52欠損・PR欠損の各マウス子宮を用いたプロテオミクス解析を行い、ガレクチン1というPR応答性遺伝子を同定した。さらにガレクチン-1投与により、P作用の低下による流産を抑制することを示した(Hirota Y, Endocrinology 2012)。今後はgalectin-1と早産についても検討を進める予定である。加えて自然発症早産マウスであるp53-欠損マウス子宮でもプロテオミクス解析を行い抗酸化酵素群の発現低下を検出し、酸化ストレスと早産との関連を明らかにした(Burnum KE, Hirota Y, et al. Endocrinology 2012)。さらに、妊娠前・妊娠初期・妊娠後期(正期産/早産、帝王切開/経膣分娩)由来のヒト子宮内膜間質細胞を用いて、PRの転写調節のターゲットとなる遺伝子を免疫沈降シーケンシングで抽出し、合わせてマイクロアレイを用いてP誘導性のmRNAを抽出した。現在免疫沈降シーケンシングとマイクロアレイの結果を合わせて情報解析を行っている。本検討により、正常妊娠の時期に応じたPRのターゲットのダイナミックな変化および早産に特異的な変化を明らかにでき、P抵抗性と早産の機序の解明に貢献できると考えている。分娩発来には子宮におけるプロゲステロン(P4)作用の減弱が重要と考えられており、早期のP4シグナル減弱いわば「P4抵抗性」が早産の中心的な病因・病態であると推測される。本研究の目的は、P4シグナル調節機構と早産との関連を明らかにすることである。これまでの研究で、癌抑制遺伝子p53を子宮特異的に欠失したマウスにおいて、子宮内膜の細胞老化増強、Cox2・PGF2α上昇が起こり、早期の子宮収縮が誘発され約半数の個体が自然早産となることを見出した。またこの早産モデルにおいて、mTORC1阻害剤ラパマイシンの投与とp53/p21の2重欠損マウスを用いた検討から、p53欠損子宮ではmTORC1活性化が起こりp21を介して細胞老化が誘導され、Cox2発現が上昇し最終的に子宮収縮が起こり早産に至っていることがわかった。平成25年度の研究では、ヒト早産では細菌感染を合併することが多いことから、p53欠損早産マウスにLPSを投与し、早産の発症率を検討したところ、コントロールマウスでは妊娠の障害にならない量(10μg)のLPSによって、p53欠損マウスでは卵巣のP4産生が低下し100%早産をきたすことが明らかとなった(Cha J, JCI 2013)。このLPS投与によるp53欠損マウスの早産に対して、P4とラパマイシンとの同時投与によって、母体および胎仔に明らかな副作用なく早産とそれに伴う新生仔死亡を予防することができた。さらに、ヒト早産の臨床検体でも、子宮内膜のmTORC1活性化と細胞老化が認められた。本研究により、早産マウスモデルで認められる細胞老化の経路がヒトの早産でも関わっていると考えられ、遺伝体質と細菌感染が相互的に作用し早産の発症を誘発している可能性が明らかになった。また、P4と細胞老化の経路を抑制する薬剤による新しい早産予防法の可能性を見出すことができた(Hirota Y. Inflamm Regen 2014)。プロゲステロンはプロゲステロン受容体(PR)を介して働く。分娩発来には子宮におけるプロゲステロン-PRのシグナル減弱が重要と考えられており、早期のプロゲステロン作用の減弱いわば「プロゲステロン抵抗性」が早産の中心的な病因・病態であると推測される。本研究では、プロゲステロンによる子宮内膜の機能調節やプロゲステロン・シグナルと早産との関連につき明らかにすることを目的としている。本年度は、プロゲステロンが子宮内膜に及ぼす作用メカニズムの解明を目指して研究を行った。

子宮内膜は排卵直後はエストロゲンの作用によって鋸歯状となるが、その後の卵巣黄体化に伴いプロゲステロンに暴露されることで、子宮内膜は適切な細胞増殖・分化の状態を獲得し、管腔はスリット状になる。子宮内膜上皮に着目すると、着床前着床期にかけて起こる変化は、プロゲステロンによる細胞増殖の停止、細胞極性の減弱が挙げられ、いずれも子宮内膜の胚受容能獲得の必要条件である。プロゲステロンの影響下にこれらの変化が起こることがその後の着床の成立には必須であり、この機構が障害されると着床しない。着床の場である子宮体部と着床しない子宮頸部の比較による検討を行ったところ、microRNA-200a低下によってPR発現増加とプロゲステロン代謝酵素20a-HSD発現減少が子宮内膜上皮に誘導され、プロゲステロン・シグナル活性化を介して子宮内膜上皮の増殖停止が起こり、子宮が着床能獲得することが明らかとなった。本研究により、プロゲステロンによる子宮内膜の調節機構として、新たな分子経路の存在を見出すことができた。ヒトおよびマウス検体を用いた予定の研究が順調に行われており、その成果として既にプロジェクトに関連した複数の論文を発表することができた。これらの成果をさらに発展させ次年度以降の研究の進展が期待できる。プロゲステロンは核内受容体であるプロゲステロン受容体を介して働く。分娩発来には子宮におけるプロゲステロン-プロゲステロン受容体シグナルの減弱が重要と考えられており、早期のプロゲステロン-プロゲステロン受容体シグナル減弱いわば「プロゲステロン抵抗性」が早産の中心的な病因・病態であると推測される。本研究では、プロゲステロン-プロゲステロン受容体シグナル調節機構と早産との関連につき明らかにすることを目的としている。本年度の研究では、妊娠前・妊娠初期・妊娠後期(正期産/早産、帝王切開/経腟分娩)由来のヒト子宮内膜間質細胞を用いて、プロゲステロン受容体の転写調節のターゲットとなる遺伝子を免疫沈降シーケンシングで抽出し、合わせてRNAシーケンシングを用いてプロゲステロン誘導性のmRNAを抽出した。本研究から、プロゲステロン応答遺伝子が妊娠の時期特異的にダイナミックに変化することが明らかとなった。また、経腟分娩検体について、早産と正期産で比較することにより、正期産の検体で見出したプロゲステロン応答遺伝子の中で、早産検体でプロゲステロンに対する応答が低下している遺伝子を見出すことができた。現在、早産に関わるプロゲステロン応答遺伝子について機能解析を進めている。本研究により、脱落膜におけるプロゲステロン・プロゲステロン受容体の複合体のターゲット遺伝子の早産特異的な変化を示すことができ、プロゲステロン抵抗性と早産の機序の解明の糸口を見出すことができた。早産の発症には子宮のプロゲステロン(P)ーP受容体(PR)シグナル減弱が関わっているとされるため、本研究では、ヒト子宮内膜初代培養系および子宮のp53欠損早産マウスモデルを用いて検討した。ヒト細胞を用いた検討では、正期産検体と比較し早産検体で特異的なP応答遺伝子群が同定できた。マウスモデルにより、p53-Sestrin-AMPK-mTORC1の経路が早産発症の重要経路であることが判明し、これらの分子や経路に着目することで新しい早産の予防的治療が可能になると考えられた。マウスおよびヒト検体を用いた研究が順調に行われており、その成果として本年度はプロジェクトに関連した論文を複数の英文誌に発表することができた。これらの成果をさらに発展させ、次年度以降の研究の更なる進展が期待できる。研究は順調に進展しているため、今後の研究は当初の研究計画に沿って研究を進める予定とする。
「まちづくり」をテーマとした総合的な学習に関する実践的研究-学校と社会の教育的融合をめざして-

本研究は、学校教育における「まちづくり」をテーマとした総合的な学習の意義を明らかにしながら、その社会教育との連携の可能性について探ることを目的とし、新潟県上越市の小・中学校と地域活動を中心とした実践例をもとに、分析、考察を行い、そのあり方について研究したものである。現在の日本社会における政治・経済の変化は、地方のあり方を再認識させるものとなり、地域社会の中での「まちづくり」というテーマ自体が重要なものとなっている。そして、子どもたちも含めた住民への市民教育や地域を創造していく人の育成といった視点が、地域全体に求められている。今まで学校教育では行われてこなかったこのような地域に根ざした市民教育の場として「総合的な学習の時間」の持つ意義は大きい。地方自治体である新潟県上越市の「まちづくり」に対する積極的な取り組みを背景として、市内の小・中学校が学校教育の中でどのような実践を積み重ねているか、また、それに地域住民がどのようにかかわり、互いに学び合っているか、それらの実践例をもとに総合的な学習のあり方について考察し、検討を加え、今後の方向や課題をまとめた。地域が、学校を核にして子どもたちを育てていくという考え方に基づき、学校教育と社会教育が連携して教育実践を重ねていくことにより、新たな学校教育の可能性やそのあり方が明らかにされてくると考える。平成12年度の研究は、「まちづくり」をテーマとした総合学習教材を開発するための調査研究を行なうことを主たる内容としている。それは大きく3つの項目について調査することになっており、その3つの調査対象は、1.イギリス、グラスゴー1999プロジェクトと、アメリカAIAによって行われている実践2.総合学習の推進校である上越教育大学学校教育学部附属小・中学校、及び上越市立大手町小学校の実践3.地域素材の収集、であった。これらの調査研究は概ね予定通りに進められているが、今後その資料収集の範囲をどこまで拡大できるかにより、さらに内容が深まり、新しい課題も出てくると思われる。本年度、研究計画以外のことで研究上非常に意味深い情報を得ることができた。それは、学校と地域の融合教育研究会の冬季フォーラムが上越市で開催され、そこで発表された実践報告から最近の動向や成果について検討する機会が得られたことである。このことは、この地域における実践ばかりでなく、異なる条件の中での実践について広く検討できる可能性をもたらした。また、総合学習教材に、学校と地域の融合教育(特に学校と親や地元住民とのかかわり)という視点を加えることによって、総合的な学習の時間の多様な展開が期待され、それは生涯学習へつながるものと考えられる。今まで学校教育では行われてこなかったこのような地域に根ざした市民教育の場として「総合的な学習の時問」の持つ意義は大きい。地域が、学校を核にして子どもたちを育てていくという考え方に基づき学校教育と社会教育が連携して教育実践を重ねていくことにより、新たな学校教育の可能性やそのあり方が明らかにされてくると考える。
触媒化学気相成長法による酸化亜鉛ナノ構造の形成とカーボンナノ構造との複合

塩化亜鉛(ZnCl_2)-水(H_2O)原料系を用いた大気圧化学気相成長(CVD)法による硝酸ニッケル塗布SiO_2/Si(100)基板上への酸化亜鉛(ZnO)ナノワイヤー(NWs)の成長実験及び透過型電子顕微鏡(TEM)観察、制限視野電子線回折(SAED)測定、エネルギー分散X線分光(EDX)法によるNWsの局所構造解析を行った。その結果、成長時の原料供給(VI/II)比が大きい場合には気相-固相(VS)成長、小さい場合には触媒を介した気相-液相-固相(VLS)成長によってNWsが成長することが明らかになった。また、反応過程で生じるHClがNWsの成長を阻害し、成長の再現性に影響及ぼすという問題点も明らかになった。そこで、HClの生成を避けるためにZnCl_2の代わりに高純度Zn粉末を用いたZn-H_2O原料系でのZnO NWsの作製を試みた。その結果、この原料系でのZnO NWsの成長の可能性が明らかになり、NWs成長の再現性を向上させることにも成功した。硝酸ニッケルを直接基板上に塗布した場合、どちらの原料系を用いた場合にも昇温時に触媒金属微粒子間の凝集が生じるため、NWsの直径分布は80800nmと広い。そこで直径分布の均一化を図るためカーボンナノチューブの直径制御に用いられているゼオライト細孔へ触媒金属微粒子を担持するという方法をZnO NWs成長へ適用した。その結果、直径20100nmの単結晶ZnO NWsの成長が確認され、この方法が直径の制御に有効であることを示す結果が得られた。ZnO NWと多層カーボンナノチューブ(MWNTs)とのヘテロ接合の形成を目的にZnO NWsを堆積したSiO_2/Si(100)基板上へエタノールを原料とする大気圧CVDの法によるMWNTsの成長を試みた。しかしながら、成長過程でZnO NWsが分解され、ヘテロ接合形成に至らなかった。本年度は、(1)「塩化亜鉛(ZnCl_2)-水(H_2O)原料系を用いた化学気相堆積(CVD)法による酸化亜鉛(ZnO)ナノワイヤー(NWs)の形成」と(2)「カーボンナノチューブ(CNT)のCVD法による低温成長」という二つの課題に取り組んだ。(1)については、(a)ZnCl_2及びH_2Oがともに原料導入管によって基板直前で混合される方式と(b)ZnCl_2のみが原料導入管で基板直前まで運ばれる方式とでZnOMsのCVD成長を試みた。両方式でZnONWsの成長が確認されたが、前者の方式で作製されたZnONWsの直径分布の広がり(100-300nm)は後者(100-1000nm)より狭いという傾向が確認された。また、後者の方式で作製されたNWsの先端には、気相-液相-固相(VLS)機構による成長を示す触媒金属粒子が見られた。いずれのZnONWsの室温フォトルミネッセンススペクトルにおいても励起子の関係するバンド端発光が支配的であり、この原料系で作製されたNWsが高品質であることを示す結果が得られている。(2)については、現在使用中のCVD装置の電気炉が二温度領域であることから、上流側をエタノール熱分解用(熱分解領域)、下流側を触媒コート基板加熱用(基板加熱領域)と役割を分担することで、CNTのデバイス応用上重要な基板温度の低温化の可能性を探ることとした。基板加熱領域温度(基板温度)および熱分解領域温度をパラメータとして成長実験を行った結果、基板温度400°Cまで低下してもワイヤー状のカーボンナノ構造が観察された。基板温度500°Cで作製した試料の透過型電子顕微鏡(TEM)による観察からは、成長したワイヤー状カーボンナノ構造が積層カップ型カーボンナノファイバー(CNF)であることが明らかになった。さらに基板温度が400°Cまで低下するとグラフェンシートの積層に規則性が見られなくなっていた。

そこで直径分布の均一化を図るためカーボンナノチューブの直径制御に用いられているゼオライト細孔へ触媒金属微粒子を担持するという方法をZnO NWs成長へ適用した。その結果、直径20100nmの単結晶ZnO NWsの成長が確認され、この方法が直径の制御に有効であることを示す結果が得られた。ZnO NWと多層カーボンナノチューブ(MWNTs)とのヘテロ接合の形成を目的にZnO NWsを堆積したSiO_2/Si(100)基板上へエタノールを原料とする大気圧CVDの法によるMWNTsの成長を試みた。しかしながら、成長過程でZnO NWsが分解され、ヘテロ接合形成に至らなかった。
研究活動スキルの共有・継承・学習を支援するＳＮＳに関する研究

本研究の目的は,研究グループによる研究活動で創発されるインフォーマルな経験則を研究活動スキルであると捉え,新たに研究グループに配属される研究初学者が研究活動スキルを学習する過程を支援するSNS(Social Networking Service)を開発することである.本システムの特徴は,論文やプレゼンテーションの作成過程において教員と学生の間で交わされるコメントをバージョンやメタデータとともに管理することで,研究グループ内で重視されているコメントや典型的な進捗状況プロセスを経験情報として抽出することや,修正の難しいコメントへの他の学生の対応過程をピアレビューすることが可能である点である.平成23年度に開発した研究活動支援SNSのプロトタイプの運用を通じて,研究コミュニティ内で論文ファイルおよびプレゼンテーションファイルをその修正過程に関するコメント情報とともに収集・蓄積した.加えて,研究活動における進捗状況や意味的構造を表現したメタデータを付与できるように拡張した.さらに,ここで付与されたコメント情報およびメタデータに対して相関ルールに基づくデータマイニングを適用することにより,研究コミュニティにおける典型的な進捗状況や意味的構造を表現するスキーマを,研究コミュニティにおける重要度の高い経験情報として抽出する機能を開発した.さらに,研究コミュニティの構成員に研究活動スキルに関するエントリをアクティビティおよびトピック単位でWiki形式により編集する機能を実装する機能を開発し,プロトタイプSNSに組み込む形で運用を行った.研究活動スキルは大きく4つに分類されており,それぞれの項目に対し達成度合いの判断基準となるルーブリックを設定することによって,構成員が自分自身のスキルを自己評価することが可能となった.こうした自己評価は,「対外発表」や「学位論文執筆」などといった研究活動におけるマイルストーン毎に集約され,時系列およびレーダチャートの形式で可視化することにより,研究コミュニティの構成員間でピアレビューを行うことができる.なお,コメント情報やメタデータに関するデータマイニングに当たっては,利用者の特定につながる情報は削除する形で実施した.平成23年度から24年度にかけて開発した研究活動支援SNSのプロトタイプシステムを,研究グループ内において継続的に運用し,研究グループ内の構成員が作成した論文ファイルやプレゼンテーションファイル,プログラムのソースファイルとその修正過程に関するコメント情報や進捗状況・意味的構造を表現したメタデータを収集・蓄積した.これらのデータに対してテキストマイニングや相関ルールに基づくデータマイニングを適用することで,研究グループにおける典型的な研究活動スキーマをその出現頻度と順序関係から抽出した.研究活動スキーマを活用することによって,研究グループの新たな構成員はこれまでの研究グループの研究活動の進め方を時系列やレーダーチャートの形式で客観的に理解することが可能となる.このことは,研究グループという一種のコミュニティオブプラクティスにおいて,新たな構成員が正統的周辺参加によって徐々に研究グループ内での役割を理解するフェイズを支援するものとなる.また,過去に行われた修正過程を確認することで,論文修正やプレゼンテーションのブラッシュアップといった研究活動スキーマの構成要素に対して,各自の活動に対する構成員同士のピアレビューを行わせる試みを行った.さらに,平成25年度には,タブレット型端末によるシステムの利用が容易になるようにプロトタイプのインタフェースを改良し,研究活動過程情報の入力に関わる負荷を軽減する取り組みを進めた.また,研究代表者が行っている大学院レベルの第二言語学習(アカデミックランゲージラーニング)支援環境とプロトタイプシステムを連携させることにより,第二言語による論文添削やプレゼンテーションスキルアップを対象とした支援機能を実現した.なお,コメント情報やメタデータに関する研究グループ全体に関わるデータマイニングについては,利用者の特定につながる情報は削除する形で実施した.本研究の目的は,研究グループによる研究活動で創発されるインフォーマルな経験則を研究活動スキルであると捉え,新たに研究グループに配属される研究初学者が研究活動スキルを学習する過程を支援するSNS(Social Networking Service)を開発することである.本システムの特徴は,論文やプレゼンテーションの作成過程において教員と学生の間で交わされるコメントをバージョンやメタデータとともに管理することで,研究グループ内で重視されているコメントや典型的な進捗状況プロセスを経験情報として抽出することや,修正の難しいコメントへの他の学生の対応過程をピアレビューすることが可能である点である.本研究の目的は,研究グループによる研究活動で創発されるインフォーマルな経験則を研究活動スキルであると捉え,新たに研究グループに配属される研究初学者が研究活動スキルを学習する過程を支援するためのSNS(Social Networking Service)を開発することである.特に,研究グループで共有・継承される研究活動スキルを研究グループにおけるソーシャルキャピタル(社会的資産)と位置付け,その価値を持続・増大させる支援機能を有するSNSを開発することを目指した.平成23年度においては,研究グループの構成員の研究活動スキルに基づいて構築した仮想ユーザであるペルソナに基づいて,論文およびプレゼンテーションの修正過程モデルを構築するとともに,それらの活動を促進するための支援機能として,添削支援機能・研究知継承支援機能・進捗状況分析機能をそれぞれ設計し,プロトタイプの実装を行なった.開発したプロトタイプの特徴は,これまで論文やプレゼンテーションのバージョン間で分散して管理されてきたコメントを集約して管理できるようにすることで,研究グループのなかで重要視されているコメントを抽出したり,修正の難しいコメントへの他の学生の対応過程を明らかにすることが可能になる点である.これにより,日々の研究活動を活性化することはもとより,研究グループにおいて従来暗黙的に継承されてきた研究活動スキルを効果的に学習するための重要な基盤となることが期待される.なお,プロトタイプとして開発したシステムの概要は,国際会議・国内研究会・全国大会等で発表を行なっている.本研究の目的は,研究コミュニティによる研究活動で創発されるインフォーマルな経験情報を研究活動スキルであると捉え,新たに研究コミュニティに配属される研究初学者が研究活動スキルを学習する過程を支援するためのSNS(Social Networking Service)を開発することである.

これまでに開発した機能を随時プロトタイプSNSに組み込みながら,研究コミュニティで実際に運用を行なうことを通じて,研究発表で利用する論文およびプレゼンテーションの修正過程に関するコメントやメタデータを分析し,研究コミュニティにおける典型的な可視化することが可能となっている.こうした活動を実践的に行うことで,研究コミュニティにおいて従来暗黙的に継承されてきたインフォーマルな経験情報が,一種の研究活動スキルとして再構成され,新たなコミュニティの構成員に対しても共有・継承できるインフラとして活用されはじめている.このことは,一般にコミュニケーションツールとして活用されているSNSに対して,研究コミュニティで共有・継承されるべき経験的情報をコミュニティキャピタル(コミュニティの資産)として位置づけ,その価値を持続・増大させる支援機能を提供できているという点において2年目における研究目的を概ね達成できていると判断できる.(1)平成23年度にはまず,研究代表者の対象領域である"システム開発を中心とした教育・学習工学分野"において重視するアクティビティを再構成したアクティビティモデルを検討した.同時に,研究グループの構成員の研究活動スキルに基づいた仮想ユーザであるペルソナを構築し,研究活動のための場としてWebサービスを設計する.研究活動Webサービスの設計にあたっては,アクティビティ毎に生成される研究成果や経験情報を他の構成員や他のアクティビティにおいても共有・再利用できるようにプライバシーやセキュリティに留意した.(2)研究過程におけるインフォーマルな経験情報を蓄積する機能をプロトタイプサーバに実装するとともに,入力した経験情報に対して研究活動の過程を表すアクティビティと研究活動の内容を表すトピックの観点からメタデータを付与する経験情報構造化機能を実現した.同時に,テキストマイニングに基づき類似度の高い経験情報に対するメタデータを自動的に関連付ける機能を実装した.以上のことから,研究実施計画の(1)研究活動過程におけるアクティビティモデルに基づく研究活動Webサービスの設計,(2)プロトタイプSNSサーバの構築及び研究活動Webサービスの一部実装,の大部分は完了している.ただし,修正過程に関するコメント情報や時系列情報の集約・蓄積は平成24年度以降の課題である.
帯電した絶縁物のコロナ除電シミュレーション

本研究の目的は絶縁物のコロナ除電現象を理論的に解明することである。正・負イオンの2次元電気流体力学シミュレーションを用いて導体除電との比較及び種々の初期表面電荷密度分布の絶縁物の除電現象を調査した。絶縁物除電では,イオン挙動が除電面の電荷だけなく反対面の電荷に影響され,過除電の原因となることが示され,導体を用いる標準試験法で得られた除電器の性能評価結果を絶縁物除電に適用する場合の妥当性検討と問題点を指摘した。これらの結果からトラブルとなりうる除電不良の原因が解明され,これを防止するための除電器の使用法を提案した。さらにシミュレーションによって得られたオフセット電圧の最小化理論を実験で確証した。本研究の目的は,これまでの科研費課題で開発した二次元電気流体モデル(帯電物体は導体)を絶縁物に適用できるように発展させて,絶縁物のコロナ除電現象を理論的に明らかにすることである。絶縁物では帯電電荷と反極性のイオンが到達した部分のみが除電されるため,導体除電とは現象が大きく異なることが予測できる。さらに,実際の除電対象は絶縁物であるので,より現実的な現象を扱うことになる。また,除電器の性能を評価する標準試験法では,試験の簡便性から帯電物体として導体を用いている。つまり,帯電物体を導体として得られた結果を絶縁物の除電に適用する場合の妥当性を検討すべきであり,そのためには導体と絶縁物で除電現象の相違を明らかにする必要がある。絶縁物の除電では,イオン挙動が除電面とは反対側の電荷にも影響され,さらに,被除電物体の面積が大きい,または,これが移動している場合は,イオンが被除電物体の反対側に十分に到達することが困難であるので,十分には除電されないであろう。実際に起こっている不具合はこれらによるものと予測できる。ここでは,これらのトラブルに対応する除電現象をシミュレートし,原因を解明して,それを解決する研究を実施する。当該年度予定の導体と絶縁物の除電現象の比較は,23年度に終了したので,これをまとめて国内・国際会議,論文(印刷中)に報告した。この比較により絶縁物の除電は初期表面電荷に依存することが示唆されたので,5種の初期表面電荷分布(一様;表のみ正;裏のみ正;表が正,裏が負帯電;表が正負両極性帯電)について標準試験法を対象として除電現象を調査した。初期表面電荷分布に依存して,除電器によって静電気トラブルや着火を誘引しうる両極性帯電や過除電(逆帯電)が除電の初期段階に生じうることを示した。これを防止するための除電器の適切な配置を提案した。結果は国際会議,論文(印刷中)として報告される。本研究の目的は絶縁物のコロナ除電現象を理論的に明らかにすることである。絶縁物では帯電表面電荷と反極性のイオンが到達した部分のみが除電されるため,導体除電とは現象が大きく異なることが予測でき,実際の除電対象物は絶縁物であるので,より現実的な現象を扱うことになる。除電器の性能を評価する標準試験法では,試験の簡便性から帯電物体として導体を用いているが,帯電物体を導体として得られた性能評価結果を絶縁物の除電に適用する場合の妥当性を検討すべきであり,そのためには導体と絶縁物で除電現象の相違を明らかにする必要がある。絶縁物の除電では,イオンの挙動が除電面の反対側にある電荷にも影響されて過除電を起こしたり,さらに被除電物体の面積が大きい,又は,移動している場合は,反対側にイオンが到達するのが困難と推測でき,これらが実際の除電の不具合の原因となっていると予測できる。本研究では,これらのトラブルに対応する除電現象をシミュレートして原因を解明し,除電によるトラブルの解決方法を提供する。当該年度は,これまでの成果(導体と絶縁物の除電現象の比較,5種の初期表面電荷分布の除電現象;なお,開発コードは被除電物体の表面電荷を除電しているイオンが空間に戻れるようになっていたので,表面で除電後にイオンが消滅する境界流束を考慮したモデルと比較・検討した)を総括し,論文として公表した。さらにシミュレーションにより提案できた交流除電器のオフセット電圧をゼロにする方法を実験により実証し,論文として公表した。一般的な除電方法である被除電物体の片側のみに除電器を配置する場合,除電器側の表面のみが帯電している場合を除いて過除電が除電過程に生ずることが解ったので,解決策として現在実施中の両面同時又は横からの除電(問題が生じないか確認する)及び,ローラ搬送フィルムの除電のシミュレーションの成果は論文にて公表する予定である。

本研究の目的は,これまでの科研費課題で開発した二次元電気流体モデル(帯電物体として導体を対象)を絶縁物に適用できるように発展させて,絶縁物のコロナ除電現象を理論的に明らかにすることである。絶縁物では,帯電電荷と反極性のイオンが到達した部分のみが除電されるため,導体の除電とは現象が大きく異なることが予測できる。実際の除電対象は絶縁物であるので,より現実的な除電現象を取り扱うことになる。また,除電器の性能評価の標準試験では,試験の簡便性から帯電物体として導体を用いている。つまり,帯電物体を導体として得られた結果を絶縁物の除電に適用する場合の妥当性を検討すべきであり,そのためには導体と絶縁物で除電現象の相違を明らかにする必要がある。当該年度は,計画どおり絶縁物の二次元電気流体モデルを開発し,その妥当性を検討した。さらに,24年度予定の導体と絶縁物の除電現象の違いを,二次元電気流体シミュレーションにより調査し,導体を用いる標準試験法の妥当性を検討している。実施事項は下記のとおりである。なお,現状調査および開発モデルの妥当性の検討には研究協力者の支援も得ている。1)現状調査除電器および除電技術の現状とその問題点を技術者を交えて調査した。改めて,除電現象の理解とその技術は経験的知識に依存しており,トラブルに対しても経験的に対応しているのが現状であり,絶縁物除電の理論的解明が期待されていることを認識した。2)絶縁物除電モデリング導体の除電で開発した,気流,正・負イオン流と電界を計算する,軸対称2次元電気流体モデルを絶縁物に適用できるように,電荷保存則に基づいた絶縁物表面電荷の除電モデルを開発した。さらに,導体と比較するため,導体の表面電荷を数値的に計算し,これを初期表面電荷密度分布とした。3)シミュレーション実施導体と絶縁物の除電現象を,直流および交流除電器について比較した。当初計画の当該年度(24年度)実施予定の導体と絶縁物の除電現象の比較のシミュレーションは23年度に繰り上げて実施したので,23年度報告段階で研究計画を変更し,絶縁物除電の初期表面電荷分布の依存性について調査する研究を研究を実施することにした。これは,導体との比較のシミュレーションで,イオン挙動が絶縁物の表面電荷分布に強く依存することが予期されたからである。今年度は,この繰り上げて実施した導体との比較のシミュレーションの成果をまとめて,国際会議,論文(印刷中)にて報告した。さらに,この変更計画した種々の初期表面電荷分布の絶縁物除電のシミュレーションについて実施した。成果は国際会議,論文(印刷中)として報告される。計画どおり縁物表面電荷密度の物理モデルの構築,二次元電気流体絶縁物除電モデルコードの開発,試行によるモデルの妥当性検討をした。さらに,24年度に実施する予定だった導体との比較のシミュレーションを先行して実施した。絶縁物の除電では,初期段階で逆帯電(除電しすぎの状態)が生じていることがわかった。この逆帯電という現象はトラブルの原因となりうるが,除電器性能試験に用いる導体の除電では現れないことから,この試験法の問題点の提起と適切な使用法を提案した。当初計画の25年度に実施する項目は,除電器直径の影響と絶縁物厚さの影響を調査する予定であったが,エキスパートや研究協力者等から要望された移動帯電物体の除電に着手することにした。当初計画よりも重要なテーマであり,移動物体を取り扱うことから,より現実的であり,シミュレーション技法としても興味深い内容となる。