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エネルギー有効利用のための高圧縮空気発生機関に関する研究

複数の動力源を持つハイブリッドシステムは自動車車両の燃料消費量低減に有効である.本研究は,熱機関-電動機,熱機関-油圧モータなどのすでに提案され,研究されているシステムと異なる,空気圧力を用いた動力システムを提案した.本システムはディーゼル機関と空気圧縮機を一体化した高圧縮空気発生機関を中心に,空気貯蔵タンクおよび膨張機を代表的な構成要素とする.本研究ではまず,このシステムの理論的な熱効率について考察し,理想的にはブレイトンサイクルと同じ熱効率を持つことを示した.また,動力システムとして必要な出力調整機能を持たせる方法と,出力を変化させた時の熱効率の変化について検討し,本システムが低出力ほど高い熱効率を持つ車両駆動用として都合のよい特性を持つことを明らかにした.また,空気発生機関においては圧力比を高く取って,それに適合する圧縮比を選ぶことがエクセルギー効率を高めるのに必要なことや,膨張機においてはそのサイズの許容範囲内で締切比の最高値を低く抑えることが高効率運転につながることを示した.次に,電磁駆動式可変タイミング吸気バルブを有する膨張機を試作,運転し,その問題点を明らかにするとともに,改善策を検討した.駆動力の小さな電磁駆動方式では,バルブの開閉速度が十分でなく,低い出力を発生することが難しい.この問題に対して,バルブが閉まるにつれて流量係数が急激に小さくなる構造を考案し,出力の可変範囲をある程度広げることに成功した.また,膨張機の出力は理論値よりも15%程度低い値となったが,排気時間面積の増大などの対策により改善できる見込みを示した.複数の動力源を持つハイブリッドシステムは自動車車両の燃料消費量低減に有効である.本研究は,熱機関-電動機,熱機関-油圧モータなどのすでに提案され,研究されているシステムと異なる,空気圧力を用いた動力システムを提案した.本システムはディーゼル機関と空気圧縮機を一体化した高圧縮空気発生機関を中心に,空気貯蔵タンクおよび膨張機を代表的な構成要素とする.本研究ではまず,このシステムの理論的な熱効率について考察し,理想的にはブレイトンサイクルと同じ熱効率を持つことを示した.また,動力システムとして必要な出力調整機能を持たせる方法と,出力を変化させた時の熱効率の変化について検討し,本システムが低出力ほど高い熱効率を持つ車両駆動用として都合のよい特性を持つことを明らかにした.また,空気発生機関においては圧力比を高く取って,それに適合する圧縮比を選ぶことがエクセルギー効率を高めるのに必要なことや,膨張機においてはそのサイズの許容範囲内で締切比の最高値を低く抑えることが高効率運転につながることを示した.次に,電磁駆動式可変タイミング吸気バルブを有する膨張機を試作,運転し,その問題点を明らかにするとともに,改善策を検討した.駆動力の小さな電磁駆動方式では,バルブの開閉速度が十分でなく,低い出力を発生することが難しい.この問題に対して,バルブが閉まるにつれて流量係数が急激に小さくなる構造を考案し,出力の可変範囲をある程度広げることに成功した.また,膨張機の出力は理論値よりも15%程度低い値となったが,排気時間面積の増大などの対策により改善できる見込みを示した.今年度は空気発生機関の理論的な熱効率・出力特性を明らかにするとともに,本機関の重要な成立要件である,高温吐出空気からのエネルギー回収方法と,膨張行程における自着火燃焼の制御法について検討を行った.また,この検討に必要な基礎的データを得るため,購入した直流電気動力計およびオパシメータを用いて在来機関を幅広い出力および着火時期の条件で運転して性能および排気特性を調査した.理論サイクルに基づく基本的な熱効率・出力特性を評価した結果から,車両の推進力を空気モータのみによって得る場合には,機関は高圧空気の吐出仕事のみを行い,Braytonサイクルと等価な高い熱効率が得られるものの,圧縮比および圧力比を高めても,出力は在来機関の60%程度しか得られないことが判明した.この点を改善するために,機関から軸出力を取り出し,これを車両の駆動力の一部として利用するハイブリッドシステムを検討した.このシステムでは,軸出力を取り出すため,サイクル締切り比が大きくなり,熱効率がやや低下する欠点を有するが,在来機関とほぼ同等の平均有効圧力が得られる.次に,実際の利用において大きな熱効率低下の要因となる空気貯留タンクおよび配管系における顕熱損出を防ぐため,吐出空気からのエンタルピー回収法について検討した.その結果,吐出空気のエンタルピーを熱交換によって媒体変換し,空気タービンで膨張仕事を回収して過給するシステムを検討し,十分な出力が得られることなどが分かった.本年度はまず,高圧縮空気発生機関を中心とする動力システムが様々な負荷で運転されることを前提に理論的な効率検討を行った(池上,川那辺).その結果によると,空気発生機関においては圧力比を高くとって出力を確保し,それに見合った圧縮比を選ぶことで高いエクセルギー効率が得られることが判明した.また,圧力比を固定して空気膨張機の締切比を変更することによって出力を変化させる場合,締切比が小さくなる低出力ほど効率が良好であり,このシステムが低負荷を多用する車両に適していることや,膨張機のサイズが許せる範囲内で締切比の最高値をできるだけ低く取ることが全体のエクセルギー効率を高めることにつながることなどが分かった.次に,電磁駆動式の可変タイミングバルブを有する単流型膨張機を試作し運転試験を行った(塩路,石山,野村).バルブは最大出力150Nのごく小型のソレノイドアクチュエータにより開弁され,コイルばねで閉弁される駆動方式とした.

運転の結果から,バルブ開弁期間を可変とすることで出力をある程度調整できることが判明したが,当初は開弁期間をある程度以上短くすることができなかったため,低い出力を実現することが困難であった.そこで,バルブが閉まるにつれて流量係数が急激に小さくなる構造を考案し運転を行った結果,出力可変範囲を広げることに成功した.膨張機の出力は理論値よりもl5%程度低い値となったが,排気時間面積の増大等の対策により改善できる見込みが得られた.
骨格筋由来多能性幹細胞移植と生体吸収チューブを用いた末梢神経再生

研究成果の概要(和文):骨格筋間質幹細胞群(Sk-34、Sk-DN細胞)を含んだ総合増幅型幹細胞群を使用し、再生不能な広範囲マウス坐骨神経欠損を再生する実験行った。エタノール処理した生体チューブ内に幹細胞群を移植した結果、移植後4週間で欠損部分に移植細胞由来GFP陽性のシュワン細胞、神経内膜・周膜細胞が軸索再伸展を補助する形で出現し、神経そのものを架橋していた。術後8週には、移植細胞はチューブ領域を超えて両断端のレシピエント神経内へ拡散していた。したがって骨格筋間質由来幹細胞は末梢神経再生治療に対して、最適な細胞群であると考えられ、臨床応用を目指してさらに研究を続けて行きたい。我々は広範囲末梢神経欠損・損傷治療の自家神経移植法の代替え方法として生体吸収性チューブと細胞移植治療を組み合わせることで、より活発な組織再生と長い末梢神経修復が期待できるのではないかと考えている。そこでまず申請者らが見出した骨格筋間質由来幹細胞(Sk-34,Sk-DN細胞)が神経損傷環境下で末梢神経の再生にいかに貢献したかを、GFP-Tgマウスをドナーとし、ヌードラット坐骨神経損傷部(活発な神経再生因子の環境)に、Sk-34,Sk-DN細胞を直接移植し、移植4週間後のGFP陽性細胞の分化を検討した。さらに移植細胞(Sk-DN細胞のsingle sphereを5日間培養後)の中枢神経系へのprofile(中枢神経系因子;Musashi-1,Nestinの発現)をRT-PCRで検討した。移植したGFP細胞(Sk-34,Sk-DN細胞)は移植4週間後には活発に組織に生着していた。また同部の凍結切片から損傷部の大部分がGFP陽性組織で満たされていた。また再生したGFP陽性組織はN200で染色される神経線維を取り囲むように存在し、シュワン細胞と考えられた。免疫電顕においてこのGFP細胞は神経周膜細胞とシュワン細胞に活発に分化・誘導していた。さらにSk-DN細胞1つからMusashi-1,Nestinの中枢神経系因子の発現がみられた(single cell PCR)。今後は、生体吸収性チューブによる架橋にプラスして、活発な神経周皮細胞、Shwann細胞への分化能を持つ骨格筋間質由来幹細胞(Sk-34,Sk-DN細胞)を同時に移植し、末梢神経をより機能的に、広範囲に、さらに早期の再生を促すことができる可能性が示唆される。前年度までの成果として、「骨格筋間質由来幹細胞(Sk-34,Sk-DN細胞)は損傷した坐骨神経内でシュワン細胞、神経内膜・周膜細胞へと活発に分化し、ワーラー変性を起こした有髄・無髄両神経軸索を再生する」ことを示した。即ち、Sk-34、Sk-PN両細胞群は共に末梢神経再生能を有していることが確認できた。そこで今年度は、得られた成果を臨床応用に一歩近づける目的で、骨格筋間質由来幹細胞をより効率的に増幅し、神経損傷治療に応用することを試みた。骨格筋間質由来幹細胞群を抽出した後、分離・精製せずに分化を抑えた形で増幅培養し、前年度同様の「マウス坐骨神経損傷モデル」を用いて分化能力を検討した。その結果、末梢神経系細胞への分化能力には全く変化なく、むしろ少量の筋肉から大量の移植細胞が得られることが確認できた。また、この増幅幹細胞系では骨格筋細胞への分化能が大幅に低下しており、非骨格筋系の組織への応用に際してはさらに有利であることが判明した。この結果を受けて、今後の実験はこの「骨格筋由来総合増幅型幹細胞群」を利用して行うこととした。今年度第二のステップとして、次に実際に欠損した神経再生への応用を検討した。マウス坐骨神経を完全断裂し、その部分をシリコンチューブ、生体吸収性チューブで架橋し、その中に増幅型幹細胞群を注入する実験を行った。その結果を以下に示す;(1)当初、臨床で使用されている生体吸収性人工神経(PGA tube)は小動物(特にマウス、ラット)に使用するにはあまりにも口径が大きいこと、硬度が強過ぎること、また、12ヶ月では全く分解しないこと等から、本実験には不向きであることが明らかとなった。現在、同様の材料でさらに小径で柔軟な形に加工できないかを検討している。(2)代わりにシリコンチューブを用いた実験では、予想通り欠損部分に移植細胞由来GFP陽性のシュワン細胞、神経内膜・周膜細胞が軸索再伸展を補助する形で存在し、神経そのものを架橋していた。これは、僅か6週間での結果であり、非移植群に比べて有意に早い回復であり、現段階では上々の結果と考えている。

前年度までの研究成果として、1実際に臨床応用することを想定した「骨格筋由来総合増幅型幹細胞群」の開発を行い、2実際に、「マウス坐骨神経損傷モデル」を用いて分化能力を検討した結果、3これまでの基礎実験同様に期待通りの細胞分化・組織再構築能を発揮することを確認した。さらに、当初の計画していた生体吸収性人工神経(PGA tube)を用いて、完全断裂した神経を架橋する実験を行ったが、小動物では硬度が強すぎる点、及び細かい加工が困難な点から、計画の変更を余儀なくされた。本年度は、PGA tubeに代わる素材を模索する実験として同種マウスの生体管腔組織(マウス気管、食道、腸管、大血管等)を70%エタノールで処理し、架橋チューブとして利用、上記の総合増幅型幹細胞群との移植実験を繰り返し行った。その結果、に食道粘膜下層をのみを用いた実験において、術後僅か4週間で欠損部分に移植細胞由来GFP陽性のシュワン細胞、神経内膜・周膜細胞が軸索再伸展を補助する形で出現し、神経そのものを架橋していた。また、術後8週には、ほぼ95%の軸索が再架橋を果たし、移植細胞はチューブ領域を超えて両断端のレシピエント神経内へ拡散しながら、神経系細胞に分化し、軸索を保護していた。これらの結果は、1神経欠損が10mm以上であること、2非移植群ではほとんど回復が見られないこと、3神経グラフト移植(現時点での臨床におけるゴールドスタンダード)法でも30%前後の回復に止まることを考慮すると、正に画期的な結果と考えられる。さらに、骨格筋細胞への分化(神経内では必要ない)を押さえた培養増幅法も併せて開発することが出来た。これらの成果をもとに現在論文を作成中である。次のステップとして、実際にヒト骨格筋由来多能性幹細胞を抽出し、免疫不全動物へ移植する実験を計画中である。移植幹細胞群をソーティングすることなく、より少量の骨格筋サンプルより増幅培養する方法を開発したことは、臨床応用に一歩近づく成果であると考えている。また、今年度開発した「骨格筋由来総合増幅型幹細胞」群では、骨格筋細胞への分化能が大幅に低下していることが明らかとなった。これは、非骨格筋系の組織への応用に際してさらに有利である。同時に、血管系再構築の能力も有していることから、様々な組織再生治療に応用できる可能性が示された(神経-血管網は身体すべての組織器官に共通であるため)。当初利用予定であった人工神経・(生体吸収チューブ)は、本研究には不向きであることが判明したが、現在代替え法を検討している(次項参照)。24年度が最終年度であるため、記入しない。現行、臨床で使用されている生体吸収性人工神経(PGA tube)を利用することが不可能であることが判明したこと。また、シリコンチューブはあくまでも実験的であり、臨床応用には不向きであるため、現在、その代替法として、同種マウスの腸管、大動脈、大静脈を液体窒素処理またはアルコール処理し、架橋チューブとして利用することを検討している。予備実験では好結果が得られていることから、上記のいずれかを利用して、当初の目的(より長い神経欠損を治療する)を達成できると考えている。
耐熱性炭素繊維強化熱可塑性樹脂の粘弾性挙動とその支配因子

本研究は,耐熱性炭素繊維強化熱可塑性樹脂の粘弾性特性の解明を目的として,熱可塑性樹脂ポリイミド炭素繊維強化プラスチックのクリープ挙動の定量的定性的評価を試みた。使用した材料は,繊維容積混入率が0,3.5,7.6,15.6%の4種のCFRTPであり,クリープ試験の温度範囲は160°Cから280°Cまでのとし,空気を媒体として,曲げ試験で行った。未結晶状態の供試CFRTPのクリープ特性の研究各混入率にまた各温度別にクリープコンプライアンス曲線を求めた。この各繊維混入率ごとのクリープコンプライアンス曲線群より,マスター曲線を作成し,その際のシフト量の特徴より材料が示すクリープ現象がアレニュウス型の線形粘弾性理論に従うことを明らかにした。さらに,新たに提案した2つの移動因子を用いることで,使用した材料全体について1本のクリープコンプライアンスのマスター曲線を表現し得ることを確認した。結晶化ポリイミド系CFRTPのクリープ特性の研究上記CFRTPの母材樹脂を重量割合14%と最大の31%まで結晶化を行い,結晶化がFRPのクリープ特性に及ぼす影響を検討した。結晶化度を変えた結果,12種の材料が得られ,それぞれについてマスター曲線の作成を試みた。その結果,結晶化した材料でも同一混入率ごとに一本のマスター曲線を描くことが可能であり,すべての材料においてアレニュウス型の温度-時間換算則が成立することを明らかにした。また結晶化がCFRTPの弾性率に与える影響はわずかであるものの,クリープ挙動に対しては繊維の混入効果と同様,粘弾性特性の発現を制約すること,言い替えれば著しく耐熱性を向上させることを明らかにした。繊維混入率と結晶化度のクリープ挙動への影響を統一して扱い得るかを検討したが,結晶化度14%の材料だけが特異な挙動を示したため困難と判断した。その理由として結晶化の発生場所が炭素繊維の存在で不均一化するためとの示唆を得た。初年度の研究目的とした、非結晶状態の炭素繊維強化可塑性ポリイミド樹脂の耐熱性に関わる力学特性を明らかにするのためにクリープ変形に注目した。繊維容積混入率が0,3.5,7.6,15.6%の4種のCFRTPについて、温度域160°C,190°,220°C,250°Cから280°Cの5条件を選択し,各混入率材料別に,また各温度別にクリープコンプライアンス曲線を求めた。この各繊維混入率毎のクリープコンプライアンス曲線群より,マスター曲線を作成した。その水平移動量と試験温度との関係を調べた結果,供試材料のクリープ現象がアレニュウス型の線形粘弾性理論に従い変形することを明らかにした。さらに,繊維混入率の変化の粘弾性特性への影響を調べるため全ての混入率のマスター曲線を水平と垂直の2つの移動因子を用いて,使用した材料全体のマスター曲線を作製した。その結果,1本のマスター曲線となることが確認され,全混入率の材料を通してアレニュウス型の線形粘弾性変形する事実を確認した。これらの成果は日本機械学会に論文投稿を行った。ポリイミド樹脂の結晶化が機械的性質に与える影響を明らかにするため、結晶化の温度と継続時間の確立を計り、希望する結晶化度の試験片を作製することを可能とした。さらに曲げ特性への結晶化の影響を明らかにし,その一部を機械学会にて発表した。

恒温恒湿槽を使用し,炭素繊維強化可塑性ポリイミド樹脂についてホットウェット処理とその機械的性質への影響を調べる事を目的としたがまず予備試験としてAFRPを用い、この処理の強度への研究し,その結果の一部を既に報告した。平成7年度は,前年度と同じ0, 5, 10, 20%の4種の炭素繊維強化熱可塑性ポリイミド樹脂材料について,母材樹脂の結晶化がFRPのクリープ特性に及ぼす影響,並びにホットウェット処理の機械的性質への影響を検討した。樹脂の結晶化が粘弾性特性に及ぼす影響については,前年度に完成した任意の結晶化度の試料を作成する方法を用い,結晶化度が0,15,32%の材料を準備して3点曲げ試験法により,クリープ特性を研究した。各繊維混入率の材料ごとに結晶化度を変えた結果,12種の材料が得られ,それぞれについてマスター曲線の作成を試みた。その結果,結晶化した材料でも繊維混入率ごとに一本の曲線を描くことが可能であり,すべての材料においてアレニュウス型の温度-時間換算に準じるを明らかにした。結晶化が樹脂母材の弾性係数の変化を与える影響はわずかであり,またコンプライアンスの値へも極めて限定された影響を与えるにすぎなかったが,クリープ挙動については繊維混入効果と同様,粘弾性特性の発現を制約し長時間側にシフトすること,すなわち粘弾性挙動が発生しにくい方向に変化することを定量的に示した。また同一結晶化度の材料では,繊維混入率が異なっても,すべの曲線がコンプライアンス軸シフトファクタと時間軸シフトファクタの2つのシフトファクタを使用することにより,1本のマスター曲線を作成し得ることを明らかにした。さらに,繊維混入率と結晶化度をシフトファクタとして全体で1本のマスター曲線の作成を試みたが,結晶化度の影響によりマスター曲線群は一本には載らなかった。これは,繊維の分散のように結晶化の発生が一様でなく,繊維の量により発生機構に変化が起きていることを示唆しており,今後より詳細にこの機構の解明が必要であることを明らかにした。また,ホットウェット処理の機械的性質への影響を検討した。室温,50°C及び80°Cの3種の温度条件で前年度に購入した恒温恒湿装置を使用して相対湿度(50%, 70%, 90%)での吸水量の定量的評価を行い,時間的変化がフッィクの拡散則に準じること明らかにした。短時間でのクリープ試験には影響は観察されなかったことから,長時間クリープ試験を現在も行っている。
コーチングを用いた効果的な薬剤師教育システムの構築

【研究目的】「コーチング」は目標を明確にし、それに向かって自ら考え行動していくための手法のひとつである。医療分野では、看護師等の教育、医療スタッフ(医師、看護師等)が患者に対してコーチングを取り入れ、リハビリや薬物療法への積極的な関与に応用する等の報告がある。申請者は、薬剤師教育にコーチングを用いることで、他の医療スタッフや患者との円滑なコミュニケーション等を介して、より安全で適正な薬物療法に貢献できるのではないかと考えた。そこで、本研究では、より効果的な薬剤師教育につながるコーチングの取り入れ方を検討するため、コーチングを実践しながら、データ収集するとともに、個々のコミュニケーション能力やパフォーマンス向上の度合いを数値化し、コーチング前後で比較・解析した。これらをもとに、コーチングの薬剤師教育への関わり方を評価し、効果的な薬剤師教育システムを構築することを目的とした。【方法・計画】対象は、今年度薬剤部に配属になった新人16名とした。期間は平成23年9月平成24年1月とし、コーチングを行う場所は調剤室とした。コーチングは1対1の3分間コーチングを基本とし、必要に応じて延長して行った。また、コーチングスキルの維持および、新人へのコーチングによる評価を適正に行うため、新人へのコーチングとは別に申請者自身がメンターコーチによるコーチングプログラムを受講した。【結果・考察】コーチングを通して新人教育の進捗状況を個々に把握し、目標と到達期間の設定や関わるタイミング等について、コーチングによる手法を用いて個別対応を促進させたことで、例年に比べて脱落者なく薬剤師教育が推進された。今回の結果より、新人教育にコーチングの手法を取り入れることは有用であることが示唆された。
統合失調症関連分子ＤＢＺの脳可塑性における役割の解明

本研究課題では統合失調症発症メカニズムの解明を目指し、我々の研究グループが統合失調症関連分子として報告したDBZと、近年注目されつつある脳可塑性の異常に注目し、その関連について検討を行った。その結果、脳可塑性制御に重要な役割を果たしていると考えられている抑制性神経細胞の発達にDBZが関与しており、抑制性神経伝達物質GABA合成酵素の1つであるGAD67の発現制御へのDBZの関与が明らかとなった。以上の結果から、DBZの異常は抑制性神経細胞の発達異常を介して脳の可塑性に影響を与え、統合失調症の発症につながる可能性が考えられ、その解明は統合失調症発症メカニズムの解明に大きく寄与すると考えられる。近年、新たな統合失調症発症メカニズムとして、環境からの刺激によって神経回路網が柔軟に変化する「脳の可塑性」の異常が注目されつつある。本研究課題では、我々の研究グループが統合失調症関連分子として同定したDBZと脳可塑性との関わりを詳細に検討し、DBZ機能の解明、さらには統合失調症発症における脳可塑性異常の関与について解明することを目的とする。これまでの研究において、我々の研究グループはDBZを統合失調症関連因子であるDISC1の結合因子として同定し、神経細胞の形態変化に関わることを報告した。一方で、抑制性神経細胞の異常が統合失調症発症に関与すること、さらには抑制性神経細胞の発達が脳の可塑性に関与することが様々な研究において示唆されている。そこで本研究課題ではまず、抑制性神経細胞の発達におけるDBZの役割について検討した。その結果DBZノックアウトマウスでは大脳皮質において抑制性神経伝達物質GABAの合成酵素のひとつであるGAD67のmRNA・タンパク発現量が減少していることを明らかにした。さらに、平成24年度はゴルジ染色法を用い、DBZノックアウトマウスにおける抑制性神経細胞の形態について検討を行い、体性感覚野における突起伸展の異常に関する結果が得られた。以上の結果から、DBZは抑制性神経細胞の発達に関与していることが明らかとなり、脳の可塑性に影響する可能性が示唆された。DBZの異常は抑制性神経細胞の発達異常を介し、脳の可塑性に影響を与え、統合失調症の発症につながる可能性が考えられ、統合失調症発症メカニズムの解明に大きく寄与し、新規治療薬開発につながる可能性が考えられる。そこで現在、同じくDBZノックアウトマウスにおいて、神経細胞のスパイン形態について詳細な検討を行っており、脳の様々な領域での変化について検討している。近年、統合失調症発症メカニズムの1つとして、環境からの刺激によって神経回路網が柔軟に変化する「脳の可塑性」の異常が注目されている。本研究課題では、我々の研究グループが統合失調症関連分子として報告したDBZ(DISC1-binding zinc finger protein)と脳可塑性との関わりについて検討することで、DBZ機能の解明、さらには統合失調症発症における脳可塑性異常の関与について解明することを目的として研究を行った。これまでの研究で、DBZは培養細胞系において神経細胞の分化・発達に関わることを報告している。また、抑制性神経細胞の異常が統合失調症発症に関与すること、さらには抑制性神経細胞の発達が脳の可塑性に関与することが報告されている。そこで我々は抑制性神経細胞の発達におけるDBZの役割について検討した。その結果、DBZノックアウトマウスの大脳皮質ではparvalbumin陽性interneuronの突起の分岐や長さに異常が見られること、抑制性神経伝達物質GABAの合成酵素のひとつであるGAD67の発現量が減少していることが明らかになった。以上の結果から、DBZの異常が抑制性神経細胞の発達異常、回路網の形成異常を介して脳の可塑性に影響を与え、統合失調症の発症につながる可能性が示唆された。今後のさらなる詳細な検討は統合失調症発症メカニズムの解明に大きく寄与し、新規治療薬開発につながる可能性が考えられる。本研究課題では、我々の研究グループが統合失調症関連分子として報告したDBZと脳可塑性との関わりを詳細に検討し、DBZ機能の解明、さらには統合失調症発症における脳可塑性異常の関与について解明することを目的とする。これまでの研究においてDBZは神経細胞の形態変化に関わることを報告し、抑制性神経細胞の異常が統合失調症発症に関与すること、さらには抑制性神経細胞の発達が脳の可塑性に関与することが報告されている。そこで平成23年度はまず、抑制性神経細胞の発達におけるDBZの役割について検討した。その結果、DBZノックアウトマウスでは大脳皮質において抑制性神経伝達物質GABAの合成酵素のひとつであるGAD67のmRNA・タンパク発現量が減少していることを明らかにした。

以上の結果から、DBZの抑制性神経細胞の発達への関与、および脳の可塑性に影響する可能性が示唆された。DBZの異常は抑制性神経細胞の発達異常を介し、脳の可塑性に影響を与え、統合失調症の発症につながる可能性が考えられ、統合失調症発症メカニズムの解明に大きく寄与し、新規治療薬開発につながる可能性が考えられる。そこで現在、同じくDBZノックアウトマウスにおいて、ゴルジ染色法を用いた神経細胞の突起伸展など発達に伴う形態変化、脳可塑性関連シグナル分子の異常について検討を行っている。前述のとおり、平成24年度はDBZノックアウトマウスにおいて抑制性神経細胞の突起伸展異常を明らかにした。現在、抑制性神経細胞のスパイン形態について、その変化を同じくゴルジ染色法によって検討しており、抑制性神経細胞の発達におけるDBZの役割の解明を目指す。以上のことから、おおむね順調に進行していると考える。前述のとおり、平成23年度はDBZノックアウトマウスにおいて抑制性神経伝達物質GABAの合成酵素GAD67の発現量異常を明らかにした。現在、神経細胞の発達に伴う形態変化の観察、および脳可塑性関連シグナル分子の発現・活性変化について検討しており、本研究課題の計画書通りに順調に進行していると考える。本研究課題は若干の変更があったものの、おおむね順調に進んでいる。引き続き計画の通り研究を進める。本研究課題は計画書の通り順調に進んでいる。引き続き当初の計画の通りの研究を進める。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行した。また、これまでに得られた結果から研究計画に若干の変更を行ったため、当初の見込み額と執行額は異なった。今後は前年度の研究費も含め、予定通りの計画を進めていく。そのため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はない。今後は前年度の研究費も含め、当初の予定通りの計画を進めていく。
量子計算量理論における量子オラクルの研究

1.量子計算と量子測定は密接に関連した概念であるが,その関係は未だ十分に解明されたとはいいがたい.ニールセンは,ある種の観測量の測定可能性からある計算不可能関数の計算可能性が導けるので,測定可能性の概念を弱める必要性があると指摘した.本研究では,有限精度の測定可能性の概念を新たに導入することにより,ニールセンの指摘したジレンマを解消すると共に,この測定可能性の新しい概念のもとで,任意の観測量が測定可能であることと,チャーチ・チューリングの意味で計算可能な関数のクラスが機能的関数のクラスに一致することを示した.2.量子情報処理の精度の限界を調べるために次の研究を行った.誤差作用素と保存量の間の不確定性関係から一般測定相互作用の誤差の下限が得られることを示した.この下限はウィグナー,荒木,柳瀬による非撹乱的な測定の測定精度が保存則によって制限されるという主張を一般の測定相互作用に拡張すると共に,柳瀬によって得られたスピン測定の測定誤差の下限を改良するものである.この精度の限界は,プローブが再現的に繰り返し測定可能である限り,プローブが非常に大きな保存量を持つことを要求している.巨視的な測定装置の場合は,この制限は深刻なものではないが,量子計算機め計算素子において実行される測定相互作用に当てはめた場合には,小さくて正確な量子計算機の実現に対する深刻な障害と考えられる.量子オラクルの概念の基礎付けのために,実効的に計算可能な量子オラクルをもつオラクル量子Turing機械を,オラクルを持たない量子Turing機械で模倣することができるかという問題を研究した.この問題に対しては,Bennett,Bernstein,Brassardたちの結果とAharonov,Kitaev,Nisanたちによる結果が知られているが,前者は,オラクルが決定的関数であり,クエリー状態に決定的に遷移することが仮定されており,後者は,オラクルが確率的関数であることが仮定されている.本研究では,オラクルが一般のユニタリ変換を実行するという仮定と,クエリー状態と非クエリー状態の重ね合わせに遷移することも許すという仮定の下で,完全に一般的にこの問題を研究した.その結果,次の研究成果をえた.1.任意のk次モニック多項式p(x)に対して,p(x)ステップの遅延を引き起こす量子Turing機械が存在することを証明した.2.量子Turing機械Mで多項式時間に計算可能なユニタリ変換Uに対して,MにオラクルUを付随させたオラクル量子Turing機械をある多項式p(x)の遅延で模倣する多項式時間量子Turing機械が構成できることを証明した.1.量子計算と量子測定は密接に関連した概念であるが,その関係は未だ十分に解明されたとはいいがたい.ニールセンは,ある種の観測量の測定可能性からある計算不可能関数の計算可能性が導けるので,測定可能性の概念を弱める必要性があると指摘した.本研究では,有限精度の測定可能性の概念を新たに導入することにより,ニールセンの指摘したジレンマを解消すると共に,この測定可能性の新しい概念のもとで,任意の観測量が測定可能であることと,チャーチ・チューリングの意味で計算可能な関数のクラスが機能的関数のクラスに一致することを示した.2.量子情報処理の精度の限界を調べるために次の研究を行った.誤差作用素と保存量の間の不確定性関係から一般測定相互作用の誤差の下限が得られることを示した.この下限はウィグナー,荒木,柳瀬による非撹乱的な測定の測定精度が保存則によって制限されるという主張を一般の測定相互作用に拡張すると共に,柳瀬によって得られたスピン測定の測定誤差の下限を改良するものである.この精度の限界は,プローブが再現的に繰り返し測定可能である限り,プローブが非常に大きな保存量を持つことを要求している.巨視的な測定装置の場合は,この制限は深刻なものではないが,量子計算機め計算素子において実行される測定相互作用に当てはめた場合には,小さくて正確な量子計算機の実現に対する深刻な障害と考えられる.
国民国家の変遷と憲法による国家の基礎づけの可能性について

1今年度の研究においては、当初国民国家を憲法によって基礎づけることの可能性について考察を始めた。しかし研究を進めるにつれ、近代憲法が前提とする解放された個人をまず議論の出発点にしなければならないという理解に至った。近代憲法とは、個人が国家という形で結集することを選んだことの印に他ならないからである。2個人が国家をどのように運営するかは、従来民主主義の問題として考えられてきた。しかし、憲法学において民主主義が語られるときには「国民の意思」を国政に反映することが求められてきたのであり、そもそも個人の意思からいかにして「国民の意思」が形成されるのかは十分な考察の対象とされてこなかったように思われしかし、そのような理解の仕方は、あくまでも個人から出発して国家を形成しようとする本研究にとっては不十分なものであった。そこで私は、民主主義の正当性の根拠を国民の間の討議(del iberation)におく最近のアメリカ・ドイツの議論を参考にしつつ、個人主義と国家意思の形成理論とを結び付ける試みを行った。また、そのような国民の討議が実際に国政に反映されるためにはどのような制度が必要とされるのか-これは国家の憲法的制度化の問題に他ならない-についても、検討を加えた。4これらの点について、自分にとっても、また従来の憲法学に対しても新たに知見を加えることができたと考えている。研究成果については英語でまとめ、自分が参考にした海外の研究者に対しても私見を示し、批評を加えてもらって今後の研究への刺激としたいと考えている。
一次資料調査と史的考察により諸学を融合する人文科学としての東アジア映画学の構築

本研究の柱ないし研究部会は以下の通りの構成となっている。1東アジア映画の基盤をなす映画フィルム等、歴史的文化資源の発掘と分析。2東アジア内外において国境を越えて活躍した映画人の人的交流、映画製作、教育、研究の軌跡の発掘と考察。3映画アーカイヴの構築と研究・教育・創作を結びつけて実践を重ねている内外の映画人からの聞き取り調査、討論。4東アジア映画学の理論構築に資する文献資料調査と分析考察。最終年度となる当該年度においては、1については研究代表者である佐藤忠男の長年の東アジア映画との関わりをインタビュー形式で映像にまとめた他、台北国立芸術大学において日本映画受容史の調査を行った。2については俳優の李香蘭(山口淑子)に関する資料の発掘と考察を行い単著として出版した他、俳優のブルース・リーをはじめとする東アジア映画における男性ヒーロー像についてのこれまでの研究成果を公開対談によって発表した。3については、韓国・中国・台湾・日本共同のドキュメンタリー映画制作プロジェクトの一環として各研究機関の専門家への聞き取り調査を継続し一般誌向けの記事にまとめた他、映画創作・研究・教育・アーカイヴ構築を実践している中国の北京電影学院の映画人とともに、現代の日本および中国映画のシナリオ作法をめぐるシンポジウムを開催した。4については、2で記した李香蘭についての研究の他、生誕100周年を迎え国内外の再評価がめざましい映画監督・川島雄三についての資料調査・関係者へのインタビューを行い、書籍にまとめた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1東アジア映画学の基盤をなす映画フィルム等、歴史的文化資源の発掘と分析。3映画アーカイブの構築と研究・教育・創作を結びつけて実践を重ねている内外の映画人からの聞き取り調査、討論。当該年度においては、1については、アジア映画祭企画上映と作品収集の実績を持つ福岡市総合図書館の調査を行った。2については、中国の「古典」的映画の上映、分析考察に加え、台湾、マレーシア、香港等、根拠地を転じつつ教育・研究・創作を続ける映画人の人的交流とその軌跡の発掘と考察を試みた。3については、韓国、中国における海外調査、聞き取り、交流意見交換に加え、インドネシア、カンボジアにおけるアーカイブ構築の経験者を講師として招聘し、研究会を開催し、聞き取り結果を成果物(冊子作成)として作成した。4については、国内における文献資料調査に加え、戦前戦中戦後GHQ占領期の資料については米国国文書館所収の占領関連・検閲関連文書の収集、米国西海岸UCLAの日系社会関連資料の収集などを行った。研究分担者、連携研究者、研究協力者による研究会のほか、海外からの招聘講師の講演会、シンポジウム等を開催し、一部公開し、報告書冊子を作製した。個々の研究分担者が、謝辞記載の査読付き論文を執筆している。研究代表者佐藤忠男を中心に、細野辰興、アンニ、荒井晴彦らは、国内アーカイブ(主として福岡市総合図書館)所蔵のアジア映画の共同調査を行った。個別研究として、研究分担者の荒井晴彦は中国映画シナリオ界を中心とする人脈とアーカイブ関連の調査、アンニは、戦時下・GHQ占領下における中国、香港、日本の映画人および映画製作・上映の交流調査、安岡卓治は日韓、日中、および日本と台湾におけるドキュメンタリーの国際的人的交流および映画製作、上映、教育交流の研究と創作にかかわった。川崎賢子は米国の資料、UCLA所蔵の日系新聞、スペシャルコレクション所蔵の渡米した日本映画人資料等の調査収集を行った。石坂健治、土田環は、アジアにおける映画創作・研究・教育・アーカイブ構築を実践する講師の招聘、講演会企画、成果物作成に携わった。今年度、カンボジア、フィリピン、インドネシアから研究講演に招聘した。ポストコロニアル期におけるアジア映画の資源の保全と発掘、再構築について実りある議論が蓄積された。一部は研究の社会的還元の意義から一般にも公開され、印刷物も刊行された。今年度後半はほぼ隔月の頻度で研究分担者の報告及び発掘された「古典」的アジア映画試写鑑賞の研究会を持った。年度末には、研究分担者に連携研究者、研究協力者を交え、海外の講師を招聘した国際研究発表会を開催した。今年度はエドウィン氏のインドネシアにおけるアーカイブ構築とフィルムリユースによる現代美術制作にかかわる講演、アンニの戦後東アジアの映画交流における李香蘭研究、志村三代子のGHQ占領下における日本映画人のハリウッド進出および人的交流、日本イメージ分析としての「東は東」研究、蔡宜静「越境する映画監督蔡明亮について」などの研究成果が発表された。川崎賢子は米国公文書館所蔵「山口淑子ファイル」の分析考察を行い査読付き論文を発表した(謝辞記載あり)。

当該年度においては、1については俳優の李香蘭(山口淑子)が戦中・GHQ占領期に主演した映画作品の試写会を東京国立近代美術館フィルムセンターで行い、また連携研究者フフバートルの協力を得て、モンゴルで製作された初期の作品の試写会と検討のための研究会を研究拠点である日本映画大学で開催した。2については、李香蘭の他、香港の映画スターで国際的に活躍した俳優、ブルース・リーに関する資料の発掘と考察を行った。3については、東アジア映画について専門的な知識を有する日本の映画人への聞き取り調査のほか、韓国・中国・台湾・日本共同のドキュメンタリー映画制作プロジェクトの一環として各研究機関の専門家への聞き取り調査、オーストラリア、モンゴルの映画人および研究者への聞き取り調査を行った。また、北京電影学院から講師を招聘し、対談および聞き取り調査および意見交換を行った。この対談は一般に向けて公開された。4については、李香蘭に関する戦中・GHQ占領期の関連資料収集と、国内外における文献資料調査を行った。研究代表者・佐藤忠男を中心に、昭和女子大学のフフバートル氏と連携し、モンゴル映画に関する調査を行った。モンゴルでのアーカイヴに関する聞き取りと、映画作品の調査を経て、モンゴルで製作された初期の映画作品の試写鑑賞と、その検討を行う研究会を研究拠点である日本映画大学において開催した。個別研究として、佐藤はアジア映画祭企画上映と作品収集の実績を持つ福岡市総合図書館が主催する対談イベントに出演し、東アジア映画に関する研究成果に言及すると共に、現地のアーカイヴ担当者への聞き取り調査等を行った。研究分担者の川崎賢子は俳優の李香蘭に関する資料等の調査収集を進め、国内研究会や、オーストラリアで開催されたワークショップにおいて、研究成果の発表を行った。細野辰興は俳優のブルース・リーに関する現地調査を行い、今後の調査研究の基礎を固めた。安岡卓治はドキュメンタリー映画を専門とする韓国・中国・台湾の研究者や映画人との国際的交流と創作に携わり、聞き取り調査を行った。荒井晴彦、アンニ、石坂健治は映画創作・研究・教育・アーカイヴ構築を実践している中国の北京電影学院から講師を招聘し、現代中国映画についての対談イベントの開催と聞き取り調査を行った。対談イベントは研究の社会的還元の意義から一般にも公開された。本研究の柱ないし研究部会は以下の通りの構成となっている。1東アジア映画の基盤をなす映画フィルム等、歴史的文化資源の発掘と分析。2東アジア内外において国境を越えて活躍した映画人の人的交流、映画製作、教育、研究の軌跡の発掘と考察。3映画アーカイヴの構築と研究・教育・創作を結びつけて実践を重ねている内外の映画人からの聞き取り調査、討論。4東アジア映画学の理論構築に資する文献資料調査と分析考察。当該年度においては、1についてはポスト満映の所在地である中国の鶴崗で調査を行ったほか、福岡で開催されたフィルム・アーカイヴに関するワークショップ参加者への聞き取り調査を行った。2については昨年度に引き続き俳優の李香蘭(山口淑子)に関する資料の発掘と考察を行ったほか、俳優のブルース・リーをはじめとする東アジア映画における男性ヒーロー像についての研究を継続した。
真核生物の鞭毛運動による推進力発生メカニズムの力学的考察

本年度は(1)弾性体を用いた力学モデルの設定とその解析を実施する.(2)水槽実験を行い流速実験データを取得する.(1)について,円板に細い弾性棒を装着し,粘性流体中で細い弾性棒を往復運動させる力学モデルを設定した.このモデルに境界条件を課し,その条件を満足する固有値・境界値問題を理論的に解析して,固有値に対応する細い弾性棒の固有関数を得ることが出来た.この結果は直ちに2011年2月6日に計測自動制御学会中国支部津山地区計測研究会で共同研究学生と共に発表した.(2)の水槽実験については,機械構造用炭素鋼鋼材(丸棒)を薄くスライスして回転円板を作成した.この円板はステッピングモータで往復運動させて振らせるが,そのための制御システムを構築した.円板の円周上に直径1mmの穴を開け,そこに長さ60mmで直径1mmの細い数種類の弾性棒(ベリリウム銅,ばね用ステンレス,ばね鋼鋼線,ピアノ線,硬鋼線)を差し込み,鞭毛と見立てた.この振動システムをアクリル製の水槽上に設置し,水槽には水を満水状態にして,水槽内底部に流速計を設置した.以上の実験装置において,鞭毛部を往復運動させて,それによる鉛直下向の流速を流速計で測定して実験データを取得した.また,高速度カメラ(借用物品)を用いて水槽内の鞭毛運動を観察し,鞭毛の鞭毛先端の傾き角と発生流速との関係を明らかにした.また,流速データから運動理論を用いて推進力を求めた.これらの成果は専攻科生(池内雄大)の特別研究報告書としてまとめた.平成21年度は顕微鏡と記録装置を用いて鞭毛運動の観察を行う.その観察結果を参考に力学モデルを設定し,そのモデルの解析と考察を行う.上記の研究実施計画のもとに研究を行った.真核生物としてマウスの精子を用いることにし,透明な精子を観察できる顕微鏡の選定を行った.その結果,位相差顕微鏡が適切であることを見出し,その選定と購入を行った.また,観察した精子を何度でも再生観察できるように画像の記録装置を選定・購入した.精子は生きたものが必要であり,マウスの凍結精子をドライシッパーに保存して搬入し,解凍を行うことで凍結精子を再生・培養して運動能力を取り戻したものを観察した.観察すると同時に適当な画像をTVカメラで撮影し,DVDに保存していった.画像を保存する際に高速タイマーを画像の下面に表示させた.これは精子の移動速度の大きさを把握するためである.記録した画像を適当に処理することで精子の移動速度と鞭毛の運動を求めた.ストークスの抵抗法則を用いて精子が移動する際に受ける抵抗の大きさを求めた.精子が等速移動をしていると仮定すれば,この抵抗力が鞭毛による推進力に等しいはずである.このようにして精子の鞭毛による推進力の大きさを推定することができた.精子の推進力発生メカニズムを力学的に解明するためには,精子の力学モデルを設定し,それを適当な境界条件と初期条件のもとに解く必要がある.力学モデルの設定は行えたが,それを解く作業を平成21年度中に完全に完了できていない.この課題は次年度の前期中には完了するべく努力する予定である.平成21年度の研究成果については平成22年2月に専攻科生の池内雄大と共同発表の形で計測制御学会で口頭発表を行った.本年度は(1)弾性体を用いた力学モデルの設定とその解析を実施する.(2)水槽実験を行い流速実験データを取得する.(1)について,円板に細い弾性棒を装着し,粘性流体中で細い弾性棒を往復運動させる力学モデルを設定した.このモデルに境界条件を課し,その条件を満足する固有値・境界値問題を理論的に解析して,固有値に対応する細い弾性棒の固有関数を得ることが出来た.この結果は直ちに2011年2月6日に計測自動制御学会中国支部津山地区計測研究会で共同研究学生と共に発表した.(2)の水槽実験については,機械構造用炭素鋼鋼材(丸棒)を薄くスライスして回転円板を作成した.この円板はステッピングモータで往復運動させて振らせるが,そのための制御システムを構築した.円板の円周上に直径1mmの穴を開け,そこに長さ60mmで直径1mmの細い数種類の弾性棒(ベリリウム銅,ばね用ステンレス,ばね鋼鋼線,ピアノ線,硬鋼線)を差し込み,鞭毛と見立てた.この振動システムをアクリル製の水槽上に設置し,水槽には水を満水状態にして,水槽内底部に流速計を設置した.以上の実験装置において,鞭毛部を往復運動させて,それによる鉛直下向の流速を流速計で測定して実験データを取得した.また,高速度カメラ(借用物品)を用いて水槽内の鞭毛運動を観察し,鞭毛の鞭毛先端の傾き角と発生流速との関係を明らかにした.また,流速データから運動理論を用いて推進力を求めた.これらの成果は専攻科生(池内雄大)の特別研究報告書としてまとめた.
断層内の微細粒子の成因と地震学的意義

変形や変質の集中する断層コアに存在する微細粒子は断層の力学的挙動に大きく影響を与えている.本研究は断層物質の解析と粘土鉱物の粉砕実験の両面から微細粒子の性質の解明を進めた.天然断層物質の解析から粉砕の指標として粒径分布のフラクタル次元の有効性が確認されたほか,中央構造線では低温で形成された変質帯ほど断層コアに向かって分布が狭くなっていくことがわかった.粉砕実験では主として水の有無による違いを調べ,層間水を有するモンモリロナイトについて塑性限界を超える水を含むと粉砕や非晶質化が進みにくいことがわかった.また鉱物粒子の形状などは実験と天然の断層が似ていることも確認された.本研究では天然の断層物質の解析と粘土鉱物の粉砕実験などを通じて,断層帯の微粒子の産状やその形成過程などを明らかにすることを目的としている.1.天然の断層物質の解析:野島断層周辺の粒度解析を系統的に実施し,破砕の程度の指標とされるフラクタル次元が2以上と特徴的な値を示す深度はコア観察における岩相の記載及び深度とよく一致した.また,破砕エネルギーとフラクタル次元の間には強い相関が見られ,地震活動の累積に伴いフラクタル次元もべき乗則に従って増加する可能性が示唆された.さらに,三重県内の中央構造線を対象として,未記載の三峰山南方の露頭を調査するとともに,飯高赤穂の断層を貫く坑井の下盤側の解析を進めた.三峰山の露頭については下盤の三波川変成岩と上盤の領家帯との物質境界に固結したウルトラカタクレーサイト帯を確認する一方,より下盤側強く破砕した断層ガウジ帯が認められた.また,上盤側の領家帯では厚さが1-2mの粘土化が著しいカタクレーサイト帯が認められた.これは飯高赤穂の中央構造線を貫く坑井と似た特徴である.一方,飯高赤穂の坑井での下盤の三波川帯では,断層近傍でスメクタイトや沸石などの熱水変質鉱物が認められたほか,方解石をはじめアンケライト,シデライト,マグネサイト,ドロマイトなど鉄マグネシウムに富む多種の炭酸塩鉱物が出現することが特徴的であった.これらは断層帯の流体の性状などを考察する上で重要な情報を与える.2.粘土鉱物のメカノケミカルな変化含水条件で合成サポナイトの粉砕実験を行い,昨年度までの乾式条件での実験と比較した.サポナイトは湿式条件では長時間粉砕しても非晶質化が進まなかった.これは層間の水が潤滑剤としての役割を果たすとともに,層間の膨潤によって分散系を作ることが原因と考えられる.水の有無によってスメクタイト系の鉱物を含む断層の挙動が大きく影響を受ける可能性がある.変形や変質の集中する断層コアに存在する微細粒子は断層の力学的挙動に大きく影響を与えている.本研究は断層物質の解析と粘土鉱物の粉砕実験の両面から微細粒子の性質の解明を進めた.天然断層物質の解析から粉砕の指標として粒径分布のフラクタル次元の有効性が確認されたほか,中央構造線では低温で形成された変質帯ほど断層コアに向かって分布が狭くなっていくことがわかった.粉砕実験では主として水の有無による違いを調べ,層間水を有するモンモリロナイトについて塑性限界を超える水を含むと粉砕や非晶質化が進みにくいことがわかった.また鉱物粒子の形状などは実験と天然の断層が似ていることも確認された.1.天然の断層物質の解析断層破砕帯の分布や構造が分かっている兵庫県の野島断層や六甲断層および三重県の中央構造線を対象に,断層破砕帯の詳細な記載と解析を行い,熱水変質の環境などを推定した.また,破砕帯内部で系統的に薄片による粒度分析を行い,変形の集中する断層コアでは周囲の破砕が弱い部分に比べて粒径と累積頻度の関係を示すべき数が2を超える程度に大きくなっている傾向が示された.2.加熱と粉砕によるカオリナイトとサポナイトの非晶質化加熱によってカオリナイトは470 °Cから1000°Cの間で80分から2分以内で非晶質化した.また,加熱によるサポナイトの非晶質化にはそれより長い時間が必要であった.カオリナイトの非晶質化の活性化エネルギーは,98kJ/molとなり,これはカオリナイトの水溶液中への溶解の活性化エネルギーと近い値である.一方,遊星型ボールミルによる粉砕実験によってカオリナイトはおよそ180分,サポナイトは540分でほぼ完全にピークが消え非晶質化した.粉砕容器内で発生する衝突エネルギーは近似的には5.3J/sと見積もられ,それがすべて非晶質化に用いられるとすれば,試料1kgの非晶質化に必要なエネルギーはカオリナイトは9550kJ/kg,サポナイトは28700kJ/kgと見積もられた.大地震においては,数十秒のすべり時間で1000 °C近い温度上昇が見込まれる.また,断層岩の粒径解析などから大地震の破壊エネルギーは100010000kJ/kgとなる.カオリナイトは大地震の破壊エネルギーによって非晶質化される可能性がある.一方でサポナイトはカオリナイトよりは非晶質化されにくいことが示唆された.

台湾のチェルンプ断層のガウジではカオリナイトの選択的消失がみられるが,カオリナイトの非晶質化のしやすさを反映していると考えられる.今年度は従来用いたサポナイトの結晶で粉砕方法をメノウ乳鉢に変えた実験,および実験方法としては昨年までの遊星型ボールミルを用いて物質をサポナイトからモンモリロナイトに変えた二つの実験を実施した.両者とも含水比と粉砕時間を変えて結晶の変化をX線粉末回折と電子顕微鏡観察,赤外分光などによって解析を行った.(1)メノウ乳鉢によるサポナイトの粉砕実験乾式と湿式(含水比を200%)の条件でメノウ乳鉢で粉砕実験を行った.乾式の場合は24時間程度でかなりX線回折のピークの強度が減少し,SEMによる観察や赤外分光などからも,非晶質化がかなり進行していることが示されたが,湿式条件では,全く非晶質化が進行しなかった.これは遊星型ボールミルを用いた実験と同様であり,粉砕様式による大きな違いはないことがわかった.SEM観察による鉱物の特徴は天然の断層ガウジとかなり似ていることがわかった.(2)遊星型ボールミルによるモンモリロナイトの粉砕実験従来よりも含水比を細かく変えて実験したところ,含水比が25%以下までは,数時間の粉砕で非晶質化が進行したが,それ以上の含水比になるとほとんど非晶質化が進行しなかった.25%という含水比は,モンモリロナイトのコンシステンシーの収縮限界に相当し,それ以上水がはいるとモンモリロナイトは塑性的にふるまうことが知られている.モンモリロナイトー水系においては,含水比が25%までは,ほとんど無水状態と同じようにふるまい,25%以上になると,固体ー水系というよりは分散系としてふるまって個々の粒子には大きな衝撃がかかっていないと考えられる.このことは,モンモリロナイトを多く含む断層ガウジの摩擦特性を考えるうえで重要な視点である.地質学天然の断層物質解析については,粒度分析については計画通りに進み,手法を確立して野島断層に適用することができた.また中央構造線についてもほぼ計画通りに進んでいる.粘土鉱物の粉砕実験についても,ほぼ計画どおりに進み,粘土鉱物に水を加えることで非晶質化しにくくなることが明らかになった.一方,実験と実際の断層活動との関連付けについては,まだ検討がそれほど進んでいない状況である.実験系については,関連する論文を出すことができたが,天然物質系についてはまだ中途の状況である.天然の断層物質解析については,粒径分布を用いた破砕の定量的解析については,ほぼ予定通りデータを取得でき,解析手法も改良することができた.鉱物解析についてもほぼ順調に進んでいる.非晶質化についての実験についても,カオリナイト,サポナイトについて加熱と粉砕の両者のプロセスでそれぞれの非晶質化を実現し,非晶質化に必要なエネルギーを評価することができた.これと実際の地震エネルギーとの比較が課題となっている.天然の断層物質の解析については,鉱物の産状を中心に解析を進める.実験については,層間水を含むスメクタイト系の鉱物を中心に,含水量などを変えて天然の断層の含水条件に近づけるとともに,実験後の粉砕物の観察を進めて天然の断層物質との対比ができるよう解析を行う.最終年度なので,実験と天然断層物質解析の統合を進めるとともに,論文執筆も行う.統合:天然の断層物質と実験生成物の粒度分布や産状の比較検討を進める.天然の断層物質の解析:24年度に引き続き,野島断層と中央構造線の断層物質の解析と実験を進める.二つの断層ははいずれも花崗岩地殻に内陸地震の活動を見ているので,比較検討のため沈み込み帯の地震の断層も検討する.対象としては四万十付加体中の延岡衝上断層を予定している.実験:24年度に引き続き,粘土鉱物として新たにイライトも加えて粉砕と加熱実験を継続する.初年度は単一鉱物を出発物質としたが,複数の粘土鉱物を混合させるなどより天然の断層物質に近い条件で実験を行う.また,実験後の物性評価も実施する.