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βーアドレナリン受容体による酸シクラ-ゼ活性型G蛋白の認識制御機構の解析

βアドレナリン受容体がシグナル伝達する分子機構を解明した。βアドレナリン受容体はG蛋白、中でもG_sを活性化することがそのシグナル伝達機構の中心にあることが既に判明している。私は、以前の研究から、G蛋白活性化に必須のアミノ酸1次構造を発見していた。これをβアドレナリン受容体に適応したところ、第3細胞内ル-プに2ケ所候補領域を見い出した。このうち、第259残基から第273残基の15残基領域(βIIIー2と呼ぶ)にG_s活性化作用を見い出した。他の1ケ所、ないしコントロ-ルとして合成した第3細胞内ル-プとC端領域のペプチドにはG_s活性化作用はみられなかった。βIIIー2は、世界で初めて見い出されたナノモル濃度でG_sを活性化するペプチドである。βIIIー2の構造・機構相関の実験から、βIIIー2のG_s活性化能には、N端のRRSS構造とC端のKが必要であることが明らかとなった。βIIIー2は、ナノモル濃度で、S49リンパ腫細胞膜のアデニ-ル酸シクラ-ゼ活性を保進した。S49細胞には、G_sの突然変異により、βアドレナリン受容体刺激からG_sが脱共役した変化株uncが存在する。βIIIー2はunCの細胞膜では、アデニ-ル酸シクラ-ゼを活性化しなかった。βIIIー2のN端4残基目のセリン残基はプロティンキナ-ゼA(PKA)によりリン酸化され受容体全体のG_sから脱共役を共起するアミノ酸残基であることが知られていた。そこで私は、βIIIー2ペプチドをPKAにてリン酸化し、これを精製し、G_sへの活性を調査した。その結果、リン酸化βIIIー2のG_s活性化作用は著減し、代ってGi活性化作用が増強した。このようなリン酸化による配列のG蛋白特異性のスウィッチは、従来のデ-タの大部分を説明すると共に、全く新しい知見を受容体シグナル伝達の分野に与えるものである。
海底孔内計測と深海掘削試料の総合によるプレート沈み込み帯の現行地質過程の解明

本研究では準備作業として、国際深海掘削計画(ODP)で得られた掘削コアデータ、孔内計測データの中から、特にプレート沈み込み帯に焦点を絞り、データの系統的収集、整理を行った。対象とした海域はバルバドス沖、コスタリカ沖、日本海溝、南海トラフである。収集・整理したデータの品質を検査した後に、コアの岩相、変形構造、流体組成と孔内計測による現場物性データとを精密に対比する作業を行った。データ処理・対比作業の結果をもとに、以下のようなデータ解析と解釈を行った。(1)堆積物の圧密と歪の決定とそのモデル化プレート沈み込み帯での堆積物の圧密を理論的、および解析的な手法で正規圧密、テクトニック圧密、過剰荷重圧密の3成分に分離し、プレート沈み込み方向に沿った変化、地域による変化を算出した。この結果、過剰荷重圧密成分が、最も重要な寄与成分であることが判明した。また、堆積物の圧密量から歪速度を算出し、堆積物の種類や層厚、プレート沈み込み様式対応関係を評価した。(2)堆積物の体積変化率、透水率、間隙水圧から理論的および解析的に流体移動量を見積もり、岩相や地域による変化を評価し、プレート沈み込み帯内の流体移動様式に制約を与えた。その結果、珪質な化石層の存在が流体の排出源と流路として重要な役割を果たしていることが判明した。また、孔内計測データから解析した流体排出量は、コア試料の実験結果に基づく流体排出量よりも1桁大きいことが判明した。本年度は国際深海掘削計画(ODP)で得られた掘削コアデータ・孔内計測のデータ、および千葉県内で採取された掘削コアと坑井データの収集・整理・解析を行なった。ODPデータに関してはバルバドス、コスタリカ、南海トラフ、オレゴンの4海域を研究の対象とした。データは実際に研究航海に参加して取得したものの他に、書籍、CD-ROMなどの記録媒体、インターネットによっても入手した。収集・整理したデータの品質を検査した後に、コアの岩相、変形構造、流体組成と孔内計測データとを精密に対比する作業、孔内計測データを各掘削孔ごとに精密に対比する作業を行なった。この作業によって、以下のことが現在までに明らかになった。1)プレート沈み込み帯における孔内計測データを坑井間で精密対比することにより、コア試料では成し得なかった、堆積物の脱水量の定量化を高分解能で可能にした。2)バルバドスのプレート沈み込み帯で、デコルマ帯における脱水速度、流体移動の最小見積値を求め、従来コアの物性計測から得られていた透水性よりも1桁大きな透水性をもっていることが判明した。これらの研究成果は、平成10年7月に台湾で行なわれた、米国地球物理学連合(AGU)西太平洋地球物理学会議、平成10年12月にサンフランシスコで開催されたAGU秋季大会にて研究発表を行なった。これらの研究成果は現在海外学術雑誌へ投稿中である。プレート沈み込み帯における堆積過程の解明と,コアと孔内計測を統合した高分解能研究手法を確立するために、千葉県内で採取された掘削コアと坑井データを利用した研究を開始した。今年度はコアの記載・分析,物性計測,孔内計測の基礎データの取得と比較を行った.本研究では準備作業として、国際深海掘削計画(ODP)で得られた掘削コアデータ、孔内計測データの中から、特にプレート沈み込み帯に焦点を絞り、データの系統的収集、整理を行った。
非侵襲性歯周組織再生療法の開発-磁性化幹細胞デリバリーシステムの応用-

本研究では、細胞デリバリーシステムを歯周組織再生療法に応用することにより、患者への負担が少なく効率性の高い新規の非侵襲性歯周組織再生療法を樹立するための足がかりとなる方法・技術の開発を目指し、組織幹細胞への外来基質の効率的な取り込み方法について比較検討を行った。その結果、歯周組織再生に重要な役割を担う歯根膜幹細胞を対象とした場合、エレクトロポレーション法が最も効率性の高い方法であることが明らかとなった。1)各種間葉系幹細胞の硬組織形成分化能解析マウス歯根膜細胞株MPDL6およびMPDL22、マウス歯肉線維芽細胞株MG/B6、マウス前骨芽細胞株MC3T3-E1、マウス線維芽細胞株NIH3T3をそれぞれ石灰化誘導培地(10mM b-glycerophosphate、50μg/ml ascorbic acid含有10% FCS α-HEM)にて長期培養し、経日的に硬組織形成細胞への分化指標となるアルカリフォスファターゼ(ALPase活性)およびアリザリン染色による石灰化物形成を測定することにより、各細胞の硬組織形成細胞への分化能を評価した。その結果、MPDL22とMC3T3-E1は、ALPase活性および石灰化物形成能の著明な上昇を示し、HPDL6、MG/B6、NIH3T3は、ALPase活性および石灰化物形成能の上昇は示さなかった。従って、硬組織形成分化能を有するHPDL22とMC3T3-E1をマウスへ移植する細胞株候補とした。2)トランスフェクション実験レーザーにより緑色発光を示すGFP発現ベクターを各種のトランスフェクション試薬を用いて細胞内へ導入することにより、いずれの方法が最も効率よく細胞内導入を行うことができるのかを検討した。リポフェクション法として、Effectine、電気的導入法としてAmaxa、センダイウイルス法としてGenome oneを用いた。ホスト細胞は、MPDL22、HEK-293、EPC19細胞を用いた。各細胞へpMaxGFPをトランスフェクションし、48時間後にレーザー共焦点顕微鏡にて観察した。視野中のGFP陽性細胞をカウントすることにより、導入効率を計算した。その結果、Amaxaを用いた電気的導入法が、全ての細胞株において最も高い導入効率を示すことが明らかとなり、上記間葉系幹細胞株への磁性化コロイドを導入する方法として、Amaxaを用いた電気的導入法が適していることが示された。レンチウイルスによる細胞への外来基質取り込み試験歯根膜細胞およびHEK293細胞に新しい細胞トランスフェクション法であるレンチウイルス法を使って、GFPタンパク発現ベクターを遺伝子導入し、トランスフェクション法の効率を検討した。導入効率の解析には、経日的にレーザー蛍光顕微鏡を用いて生細胞の状態でGFP陽性細胞数を測定した。その結果、細胞の種類により導入効率が異なっており、HEK293細胞においては、非常に高い効率での外来基質の導入が示された。一方、歯根膜細胞においては、導入効率は非常に低いことが明らかとなった。外来基質取り込み細胞の細胞分化機能解析外来基質であるGFPを細胞内に取り込ませた細胞の生存率については、培養皿に付着したGFP陽性細胞を蛍光顕微鏡にて観察することにより判定した。さらに、付着している細胞を回収しトリパンブルー染色により、生細胞、死細胞数を測定した。また、外来基質の溶媒となるDMSOの細胞分化過程における細胞障害性を解析するために、歯根膜細胞をDMSOを添加した石灰化誘導培地(50 mM β-glycelophosphata、10μg/ml ascorbic acid、10%FCS含有α-MEM培地)にて硬組織形成細胞へと分化誘導したところ、その細胞分化過程には全く影響を及ぼさないことが明らかとなった。マウス実験的歯周炎モデルの検討歯周組織再生モデル構築のため、野生型C57/B6マウスの口腔内へPorphyromonas gingivalisを3日ごとに投与することで、実験的歯周炎を惹起し、歯周組織の破壊を誘導した。その結果については、現在、解析中である。
器質的疾患としての脳卒中後うつ状態の解明と治療法の開発

過去の文献を参考に、マウスの両側総頚動脈に内径0.18mmのマイクロコイルを装着し、両側頚動脈狭窄モデル(BCAS)を作成した。処置後1、3、7、14、21、28日後の脳血流量と行動所見(Garcia test、Grid walking test、Open fieldtest、Tail suspensiontest、Y-maze test)を測定した。比較として、縫合用糸による片側左総頚動脈結紮モデル(Thread)と中大脳動脈永久閉塞モデル(pMCAO)を作製し同様な評価を行った。誘導1日後からpMCAO群・Thread・コイルBCAS群のすべてにおいて脳血流量が低下した。糸による片側結紮は、1か月後には回復したが、コイルBCAS群では維持されていた。粗大な神経症状としては、Garcia testにおいては群間で差異は見られなかったものの、Grid walking testにおいて誘導1か月後の踏み外し回数ミスが有意に増加していた。以上より、白質傷害モデルであるコイルBCASマウスにおいて、脳血流量の慢性的な低下が認められ、一部の行動所見に異常が認められた。しかし、記憶や自発行動といったものには差異がみられなかった。保存脳切片を用い、組織染色や免疫染色を適宜追加する。一方、臨床例を対象とした検討では、良好な転帰が得られたクモ膜下出血(SAH)例においても、発症後亜急性期慢性期にかけて、白質組織の進行性の萎縮がみられることが確認された。これはSAHの臨床的重症度、動脈瘤の分布との相関性が見られた。マウスを用いた動物モデル(クモ膜下出血モデルおよび両側頚動脈狭窄による慢性低灌流モデル)において、慢性期の白質傷害を安定して惹起することができるようになった。予想通り白質傷害によって粗大な神経症状がほぼ発生しないことや、死亡率が少ないことも確認された。ただし、これまでの研究成果とも傾向としてよく合致するが、白質傷害の程度には個体差が大きい。このため現時点では軸索、髄鞘の傷害といった免疫組織学的所見と実際の症候との間に関連性を見出すまでには至っていない。さらに、亜急性期(14日後)から慢性期(1ヶ月以降)における認知機能評価、行動機能評価においても一定した結果を得るには至っていない。白質傷害の経時的な進行やその程度にも個体差があるものと推定され、評価時期や評価方法についての再検討が必要であると考えている。一方、臨床例についてもクモ膜下出血後慢性期に白質傷害が発生、進行し得ること、慢性期の白質傷害と軽微な後遺症状や日常生活動作の低下とが相関している可能性が見出された。本研究で注目していた「これまで軽視されがちであった脳卒中後の軽度の精神神経症状と慢性期白質神経傷害」との関連を強く示唆する所見と考えられる。これまでの研究成果は、日本脳循環代謝学会総会、スパズムシンポジウムといった全国規模の国内学会にて発表した。研究成果の一部は現在和文ではあるが論文化を進めており、近日中に投稿予定である。動物モデルにおける白質傷害は安定して惹起することができている。しかしながら、白質傷害惹起後の慢性期の神経症状や生存期間に個体差が大きく、安定して慢性的なうつ状態を観察し、定量的に評価できるまでには至っていない。引き続き評価時期や手法など、本研究を進める上で最適と考えられる実験手法の確立に努める必要がある。本研究の目的を達成するため、引き続き動物モデルで安定した評価方法を確立するための検討を継続する。一方、臨床例において脳卒中後慢性期の軽微な神経症状や日常生活動作の低下に白質神経傷害が関与している可能性を見出している。このため、臨床例においても画像所見、臨床症状と白質傷害の関連性を追求する。臨床データからより照準を絞った基礎研究ターゲットを見出し、効率的に基礎研究を継続していく方針である。次年度使用額が生じているが、少額であり、ほぼ予定通りであったと考えている。
マイクロ波交番電場・磁場による固体界面における電子移動加速効果の実験的検証

マイクロ波照射下での固液不均一反応では多くの反応促進効果の例が報告されており、マイクロ波の選択加熱による熱的効果や非熱的効果について議論されている。ここでマイクロ波が電子移動反応の再配向エネルギーを低下させているという仮説を立てた。そのため電位を変えることのできるビオロゲン誘導体とニッケル粒子との一電子移動反応をモデル反応として選択した。この反応をマイクロ波照射下とオイルバス加熱で比較した結果、マイクロ波によって反応速度が増加していることが観測され、これは、電子移動に対するマイクロ波効果の実験的な証拠である。マイクロ波照射下で促進される電子移動反応を実証する実験データを系統的に蓄積した。水中におけるニッケル金属からビオロゲン誘導体分子に対する電子移動還元反応速度に対するマイクロ波促進効果を明らかとし、その速度論的解析を行った。ビオロゲン誘導体を溶解した水中にニッケル金属粒子を分散し、マイクロ波加熱および通常加熱の条件下で、ニッケル金属からビオロゲン誘導体への電子移動によるビオロゲン誘導体還元反応を溶液の吸収スペクトル測定により追跡し、マイクロ波照射下では、同じ温度の通常加熱に比較し、還元反応が数倍加速されることを明らかとした。この加速効果は、電子受容体であるビオロゲン誘導体の還元電位が負側にあるほど、大きく観測されることがわかった。ニッケル金属粒子表面にビオロゲン誘導体が吸着するモデルを作り、ラングミュア-ヒンシェルウッド型の速度式により還元挙動を解析し、表面における電子移動速度定数を得ることができた。この電子移動速度定数にマーカス理論を適用するとによって、この促進効果が、再配向エネルギー変化よりもむしろ、電子軌道関数の重なり積分項の変化に起因しているとの仮説に至った。硫化カドミウムからビオロゲン誘導体への光誘起電子移動速度定数に対するマイクロ波照射効果を調べた。硫化カドミウムの発光寿命を計測することにより、表面に固定化した電子受容体としてのビオロゲン誘導体への光誘起電子移動速度を測定した。マイクロ波照射下で、この電子移動速度が加速される結果を得た。以上、酸化還元反応がマイクロ波照射下では加速される現象に対して、電子移動過程にマイクロ波が影響を及ぼしていることを直接示す実験結果を得ることができた。Ni,Fe,Co金属粒子を分散した水溶液中において、ビオロゲン誘導体への電子移動反応を溶液の吸収スペクトル変化を追跡することにより観測した。Ni金属粒子では、電子移動反応によるビオロゲン誘導体還元を示すカチオンラジカルの吸収の立ち上がりが確認できた。マイクロ波照射下で連続的に溶液の吸収スペクトルを測定可能な系を組み立て、この電子移動反応に対するマイクロ波照射効果を調べたところ、マイクロ波照射下では、電子移動速度が3倍程度加速することが確認できた。Ruトリスビピリジン誘導体からビオロゲン誘導体への光誘起電子移動に対するマイクロ波照射効果を同様に調べたところ、促進効果は確認できなかった。マイクロ波促進効果は、電子移動に対する自由エネルギー変化が小さいほど大きく、すなわち、電子移動が自発的に起こり難い系に対して顕著になる傾向が確認できた。Ni金属からビオロゲン誘導体に対する電子移動反応速度をマーカス理論によって取扱い、電子移動に伴う再配向エネルギーを得る手法の検討を行い、その見通しを得ることができた。金電極表面にアルキルチオールを介してフェロセンを固定化し、フェロセンー電極間の電子移動を再クリックボルタンメトリーにより測定可能な系を組み立て、この電極におけるフェロセンの酸化還元電子移動速度が、温度に依存しないことを確認した。フェロセンへの電子移動速度へのマイクロ波照射効果の確認を試みた。電極界面におけるマイクロ波電場磁場の分布解析がこの手法の鍵となる知見を得た。Ni金属ナノ粒子からビオロゲン誘導体への電子移動速度に対するマイクロ波効果の確認は、申請書内容を完全に遂行できた。電極界面における電子移動に対するマイクロ波効果については、手法の確立を行うことができた。Ni金属ナノ粒子からビオロゲン誘導体への電子移動速度測定を行い、マーカス理論による解析を行う。そこで得られる電子移動に対する再配向エネルギーをマイクロ波照射下と通常加熱下で決定し、マイクロ波が電子移動反応に対して及ぼす効果について論じる。電子受容体・電子供与体分子を修飾配列した電極を用いて、電子移動速度を測定し、マイクロ波効果を明らかにする。これらの結果を総合的に理解し、マイクロ波の交番電場・交番磁場が化学反応系における電子移動過程に対してどのような効果を及ぼすかを明らかにし、マイクロ波利用化学の基盤体系化の端緒とする。該当なし。
生体反応とカップルする大規模構造変化のためのマルチレゾリューション法構築

DoMEモデルはX線結晶構造解析などで得られた構造からドメイン運動の情報を抽出し、ドメイン運動を能くサンプル可能である。しかし、膜タンパク質や4つ以上のドメインを持つ大規模なタンパク質においては、構造変化に関わる相互作用を追加するmicro-mixing法では記述できない構造変化がみられる。そこで、より複雑な相互作用の交代を記述可能なmacro-mixing法の導入を行った。macro-mixin法では、複数のポテンシャル面を自由エネルギー差とポテンシャル面の交差点の値をパラメータとして繋ぐ方法である。複雑な相互作用の記述が可能である一方、パラメータの決定手法は困難であった。そこで、初期パラメータで得られたシミュレーションデータから異なるパラメータでの自由エネルギー面を再見積もりする手法を開発した。これにより意図するmacro-mixing法のパラメータを決定することが可能となった。この手法を用いて、micro-mixing法で構造変化を解析した水溶性タンパク質での解析を行い、同様に二つの状態を能くサンプルできることを確認した。更に他の水溶性タンパク質でも同様の解析を行い、状態間の遷移をサンプルできることを確認した。この結果に関しては、現在論文を作成中である。また、前年度に開発したレアサンプリング手法と組み合わせ、代表的な膜輸送タンパク質に対しても適用を行い、構造変化の解析も行った。平成28年度は、1.膜ポテンシャルの構築と2.代表者らが構築した粗視化モデルであるDomain Motion Enhanced(DoME)モデルをString法やレプリカ交換サンプル法に適用するサンプリング法の構築の準備を行った。1に関しては、膜タンパク質の構造変化の解析を行うため、タンパク質と膜分子との相互作用を模したポテンシャルを構築し、DoMEモデルに適用した。具体的には、膜面に水平な方向に対しては中心から離れる方向に反発項を、垂直方向に対しては結晶構造から得られた各残基に対する親和性を与える関数を、それぞれ導入した。その結果、膜貫通部位の運動が抑制され、膜分子の効果を陰に取り入れる膜ポテンシャルの効果を示した。また、代表的な膜輸送タンパク質であるカルシウムイオンポンプの全原子モデルでのMDを行い、膜貫通部位、水溶性ドメインの両方に対して揺らぎ・運動の解析を行った。2に関しては、当初は平成30年度に行う予定であったが、開発した手法を広めることを目的とし、所属チームで開発している分子動力学法(MD)ソフトウェアGENESISの新バージョンの公開にあわせて行った。具体的には、DoMEモデルの最小自由エネルギー経路を求めるstring法、求めた経路上の自由エネルギープロファイルを求めるレプリカ交換アンブレラポテンシャル(REUS)法への適用を行った。これらの計算では、反応座標となる集団変数はDoMEモデルから求めた主成分座標を用いた。また、この集団変数に対してREUSを実行する際によりサンプリング効率を上げる手法を適用した。この結果は、原著論文の一部として現在投稿中である。平成28年度では膜タンパク質における大規模構造変化の解析を行うのに必要な、膜ポテンシャルの構築を計画していた。この計画に従い、タンパク質と膜分子との相互作用を模したポテンシャルを構築し、タンパク質の粗視化モデルであるDoMEモデルに適用した。DoMEモデル、膜ポテンシャルのどちらも所属チームで開発しているMDソフトウェアGENESISに導入し、MDのみならず、レプリカ交換法計算やstring法などの自由エネルギー計算にも対応させた。さらに、DoMEモデルを用いた自由エネルギー計算において効率を上げる手法を開発した。これらの成果はソフトウェアの新バージョンとして公開を行い、原著論文を投稿中である。自由エネルギー計算手法へのDoMEの適用は、平成30年度に計画していたものであり、その点では計画以上に進展している。しかし、その一方で平成28年度に計画していた膜タンパク質の全原子モデルを用いた揺らぎや運動の解析に関しては遅れが生じている。これは、従来の手法より高速で安定な分子動力学手法の開発を行っていたためである。手法の開発は既に終了しており、現在は膜タンパク質のMD計算を高速に実行している。そのため、揺らぎや運動の解析は平成29年度の前半に行う予定であり、十分に遅れを回復できる見込みができた。以上の点から、現時点までの進捗はおおむね順調に進展していると考えている。平成29年度は、1.脂質二重膜、二重膜中の膜タンパク質に対して全原子モデルによる分子動力学法(MD)計算を行い、膜分子、膜タンパク質の運動と揺らぎの解析、2.代表者らが開発した粗視化モデルであるDomain Motion Enhanced(DoME)モデルによるレアイベントサンプリング法のプロトコル作成、3.これまで開発した粗視化モデル群を所属チームで開発中のMDプログラムGENESISへの導入を行った。1に関しては、前年度に開発した膜ポテンシャルのパラメータ精製と膜分子、膜タンパク質における運動と揺らぎの特徴を捉えることを目的として実施した。具体的には溶媒である水分子を露わに取り扱う全原子モデルを用い、脂質二重膜、二重膜中の膜タンパク質の系に対して、それぞれ数百ナノ秒オーダーのMD計算を行った。得られたトラジェクトリから、膜貫通部位、水溶性ドメインの両方に対して揺らぎ・運動の解析を行った。2に関しては、前年度にレアイベントサンプリング法の一つである粗視化モデルによるstring法、アンブレラサンプリング法を開発し、GENESISへ導入した。今年度は比較的小さな水溶性のマルチドメインタンパク質を用いて、2つの反応状態間の反応経路、自由エネルギープロファイルの計算を行った。その結果、計算パラメータであるstring法のイメージ数や拘束ポテンシャルの力の定数などが結果に依存することを明らかにした。そのため、効果的なプロトコルを作成すべく、網羅的な計算を行い、パラメータ決定に対する指針を作成した。

3に関しては、これまでに開発した粗視化モデル群(膜分子ポテンシャル、multi-basinモデル、全原子粗視化モデル)をGENESISへの導入を現在進行中で行っている。この導入によってこれらのモデル群を様々な種類のタンパク質への適用が期待できる。当初の計画通りに1)脂質二重膜、膜タンパク質の全原子モデルのMD計算による運動・揺らぎの解析、2)開発した粗視化モデルを用いた複数の反応状態間の構造変化の解析と自由エネルギー計算を行うためのプロトコル作成、3)開発した粗視化モデル群をGENESISへ導入した。特に2)に関しては、string法のパラメータや初期経路の決定にあたり、反応経路や拘束ポテンシャルのパラメータにより想定以上に経路が変化してしまうなど、想定しなかった困難があった。しかし、網羅的にパラメータを変化させながら、自由エネルギー経路の計算を行う手順を根気よく行った結果、最終的にパラメータ決定の指針を見出すことができ、研究上の大きな進展を得られた。しかし、そのため、全原子粗視化モデル、multi-basinモデルのパラメータの精製に関しては、当初の計画より若干遅れている。しかし、これら粗視化モデル群をGENESISへ導入する事により京コンピュータ、Intel Xeon, Intel Phiなどの様々なアーキテクチャーでの大規模計算が可能となった。これらを駆使することにより効率的なパラメータ決定が期待できるため、おおむね順調に進行していると考えている。DoMEモデルはX線結晶構造解析などで得られた構造からドメイン運動の情報を抽出し、ドメイン運動を能くサンプル可能である。しかし、膜タンパク質や4つ以上のドメインを持つ大規模なタンパク質においては、構造変化に関わる相互作用を追加するmicro-mixing法では記述できない構造変化がみられる。そこで、より複雑な相互作用の交代を記述可能なmacro-mixing法の導入を行った。macro-mixin法では、複数のポテンシャル面を自由エネルギー差とポテンシャル面の交差点の値をパラメータとして繋ぐ方法である。複雑な相互作用の記述が可能である一方、パラメータの決定手法は困難であった。そこで、初期パラメータで得られたシミュレーションデータから異なるパラメータでの自由エネルギー面を再見積もりする手法を開発した。これにより意図するmacro-mixing法のパラメータを決定することが可能となった。この手法を用いて、micro-mixing法で構造変化を解析した水溶性タンパク質での解析を行い、同様に二つの状態を能くサンプルできることを確認した。更に他の水溶性タンパク質でも同様の解析を行い、状態間の遷移をサンプルできることを確認した。
境界層はく離の自己制御作用に関する研究

はく離直前の状態にある流体,あるいははく離した流体と壁面との干渉効果を利用して,境界層はく離を抑制する,いわゆるはく離の自己制御の可能性について調べることを目的として実験を行った.前年度に引き続き二次元非対称ディフューザの開き壁面に生する乱流はく離を取り上げて,壁面粗さ要素の周囲に生ずる微小なはく離うずと主流との干渉について調べた.本年度は,前年度に行った種々の粗さ要素のうち,特にグルーブを選び,グルーブピッチを変化させて,その影響を調べると共に,流れの可視化実験を行った.グルーブを特に選んだ理由は,一定のグルーブ形状の場合に低レイノルズ数でははく離が促進され,高レイノルズ数では逆にはく離が抑制されることが,過去の研究において報告されていることによる.レイノルズ数を4.2×10^4に固定し,グルーブのピッチを変えてディフューザの圧力回復率,逆流率,流速および乱れ強さの分布を測定した.その結果,ピッチを大きくして行くにつれてはく離は促進されると同時に圧力回復率が低下し,従来報告されている様なはく離抑制の効果はまったく認められなかった.はく離直前の状態にある流体,あるいははく離した流体と壁面との干渉効果を利用して,境界層はく離を抑制する,いわゆるはく離の自己制御の可能性について調べることを目的として,その第一段階として粗面壁の効果について実験を行った.対象とした流れは,二次元非対称ディフューザの開き壁上に生ずる乱流はく離流である.ディフューザはアスペクト比8の短形断面で,一面だけが開き角が自由に変えられる様になっている.流入条件は十分発達した二次元チャンネル乱流であり,出口は大気開放である.まず,全面を水力学的に滑らかなアルミニウム壁とし,レイノルズ数4.2×10^4において,開き角θを変えながらはく離流の基本特性を調べた.その結果, (1)θ=7゚の時,初めて開き壁の下流端近傍で瞬間的に逆流が始まり,それと同時に圧力係数の低下が始まること, (2)θ=10゚までははく離域は開き壁上のみに限られること,(3)はく離の有無にかかわらず,各壁面における静圧は一致することなどが明らかになった.次に,開き壁全面をサンドペーパー,ハニカム,グループ,リブレットに取り替えて,壁面静圧,逆流率,流速および乱れ強さ分布を測定した.その結果,粗さレイノルズ数300以下の分散粗さは乱流はく離に影響しないが,その他の供試壁では,いずれもはく離が促進されることが分った.最後に,滑面において瞬間的な逆流が始まる位置よりも下流の開き壁のみを粗面に取り替えた場合について,上と同様の測定を行った.その結果は全面が滑面の場合と一致し,はく離した後の流れに対しては壁面の条件は重要でないことが明らかとなった.以上の結果,はく離の自己制御に対しては,はく離点より上流の壁面に着目すること,その際,粗さレイノルズ数300以下とすることなど,今後の研究に対して重要な指針が得られた.はく離直前の状態にある流体,あるいははく離した流体と壁面との干渉効果を利用して,境界層はく離を抑制する,いわゆるはく離の自己制御の可能性について調べることを目的として実験を行った.前年度に引き続き二次元非対称ディフューザの開き壁面に生する乱流はく離を取り上げて,壁面粗さ要素の周囲に生ずる微小なはく離うずと主流との干渉について調べた.本年度は,前年度に行った種々の粗さ要素のうち,特にグルーブを選び,グルーブピッチを変化させて,その影響を調べると共に,流れの可視化実験を行った.グルーブを特に選んだ理由は,一定のグルーブ形状の場合に低レイノルズ数でははく離が促進され,高レイノルズ数では逆にはく離が抑制されることが,過去の研究において報告されていることによる.レイノルズ数を4.2×10^4に固定し,グルーブのピッチを変えてディフューザの圧力回復率,逆流率,流速および乱れ強さの分布を測定した.その結果,ピッチを大きくして行くにつれてはく離は促進されると同時に圧力回復率が低下し,従来報告されている様なはく離抑制の効果はまったく認められなかった.はく離直前の状態にある流体、あるいははく離した流体と壁面との干渉効果を利用して境界層はく離を防止、あるいは軽減する、いわゆるはく離の自己制御の可能性について調べることを目的として実験を行った。まず粗面壁上に出来る微少なはく離渦と主流との干渉について調べるために、二次元非対称ディフューザの開き壁をサンドペーパー,ハニカム,リブレット,グルーブの4種類の粗面に交換し、(1)壁面静圧(2)順流率(3)速度分布(4)乱れ強さを測定し、水力学的に滑らかな金属壁の場合と比較した。ディフューザ開き角は10゚、ディフューザ長さ/入口巾=20、入口条件は二次元チャンネル乱流、出口は大気開放で、レイノルズ数は4.2×【10^4】とした。その結果、以下の点が明らかとなった。1)開き壁全面を粗面とした場合:粗面の構造にかかわらず、はく離領域は上流に移動し、圧力回復率は低下する。しかし、粘性底層厚さの60倍以下程度の粗さの場合には、この影響は無視できる。

グループではピッチの増大に伴って、はく離初生点の上流への移動、はく離領域の拡大、圧力回復率の低下が見られる。2)はく離領域のみを粗面とした場合:粗面の構造にかかわらず、はく離初生点の位置は変化しない。ハニカムの場合は、はく離領域の大きさや最大圧力回復率も変化しない。リブレッドの場合は、高さを大きくするとはく離域は下流に移動し、圧力回復も改善される。以上の結果には、粗さ要素の後方に生ずる微小渦の影響よりも、粗さ要素を取り付けることによる壁面形状の変更、すなわち開き角の見かけ上の変化の影響の方が現われていると考えられる。したがって粗面壁は、はく離の自己制御に対して有効ではないことが結論づけられた。しかし、逆に粘性底層厚さの60倍程度の粗さでも、はく離に悪影響を及ぼさないことがわかったことは、今後、多孔質壁,軟質壁等種々の壁面をテストする上で有益な情報が得られたと言える。
脳血管診断のための頸動脈血流・脈波伝播特性の高精度解析

本研究では,超音波断層像の撮像速度を従来の数十Hzから数千Hzまで向上させた独自の超高速イメージング法を用いて,局所の脈波伝播速度および脳血管系の弾性特性を反映していると考えられる脈波の反射特性に関する解析を行った.局所脈波伝播速度を計測・推定する手法を開発し,推定された脈波伝播速度の極性から入射波と反射波を同定することに成功した.また,血行動態解析については,血球からの超音波エコーを可視化してその動きを高時間分解能で観察することを可能とした.さらに,可視化した血球エコーの空間周波数解析により流線を描出する手法を開発した.我が国の死因の3割近くを占める循環器系疾患の主な原因である動脈硬化症の早期診断は重要な課題である.動脈硬化の診断には血流速度計測が行われるほか,血管壁の弾性特性(硬さ)を評価できる脈波伝播速度法が広く用いられている.しかし,現在の血流速度計測法は超音波ビーム方向のみの速度成分しか計測できず,複雑な流れの測定には不向きである.また,脈波伝播速度は速いため(数m/s),心臓から手首もしくは足首までの非常に長い伝播経路間の平均的な特性しか評価できず,また,脳梗塞と関係する脳血管状態も診断できない.本研究では,超音波断層像の撮像速度を従来の数十Hzから数千Hzまで向上させた独自の超高速イメージング法を用いて,局所の脈波伝播特性を解析し,脳血管系の機械的特性を反映していると考えられる脈波の反射波を検出する手法を開発する.本年度は,前年度に引き続き(1)頸動脈局所脈波伝播特性の解析および(2)血流イメージング法に関する検討を行った.(1)については,前年度開発した,頸動脈壁振動の加速度波形から局所脈波伝播速度を推定する手法により推定された脈波伝播速度の極性から伝播方向を特定して反射波を検出し,反射波の振幅を確認したところ,健常者においては反射波の振幅が入射波の10分の1程度であることが分かった.動脈壁の弾性率が上昇すると(硬くなる),入射波に対する反射波の比(反射率)が高くなると考えられることから,本手法により反射波を検出してその振幅を推定することで,動脈硬化症による脳血管系硬化の検出可能性が示唆された.(2)については,前年度は血流画像の時間方向平均幅を大きくすることで流れの軌跡を描出していたが,描出された流線は不鮮明なものであった.そこで,得られた血流画像を空間周波数分析することにより,流線を明瞭に描出する手法を開発した.本研究では,超音波断層像の撮像速度を従来の数十Hzから数千Hzまで向上させた独自の超高速イメージング法を用いて,局所の脈波伝播速度および脳血管系の弾性特性を反映していると考えられる脈波の反射特性に関する解析を行った.局所脈波伝播速度を計測・推定する手法を開発し,推定された脈波伝播速度の極性から入射波と反射波を同定することに成功した.また,血行動態解析については,血球からの超音波エコーを可視化してその動きを高時間分解能で観察することを可能とした.さらに,可視化した血球エコーの空間周波数解析により流線を描出する手法を開発した.我が国の死因の3割近くを占める循環器系疾患の主な原因である動脈硬化症の早期診断は重要な課題である.動脈硬化の診断には血流速度計測が行われるほか,血管壁の弾性特性(硬さ)を評価できる脈波伝播速度法が広く用いられている.しかし,現在の血流速度計測法は超音波ビーム方向のみの速度成分しか計測できず,複雑な流れの測定には不向きである.また,脈波伝播速度は速いため(数m/s),心臓から手首もしくは足首までの非常に長い伝播経路間の平均的な特性しか評価できず,また,脳梗塞と関係する脳血管状態も診断できない.本研究では,超音波断層像の撮像速度を従来の数十Hzから数千Hzまで向上させた独自の超高速イメージング法を用いて,局所の脈波伝播速度および脈波の反射特性から脳血管系の機械的特性を推定する手法を開発する.今年度は,(1)頸動脈局所脈波の計測・解析に関する研究,および(2)血流イメージング法に関する研究を行った.(1)については,心拍による頸動脈壁振動速度・加速度波形を約3500 Hzの高時間分解能で超音波計測し,周波数解析によりその位相を解析することで進行波と反射波を弁別できることを示した.また,脈波の伝播に伴う加速度波形の位相変化から,15 mm程度の局所において進行波および反射波の伝播速度をそれぞれ個別に推定できることを示した.また,(2)について,赤血球からの微弱な散乱波をSN良く計測するためのコード化送信方法およびパルス圧縮方法について研究開発を行い,赤血球からの散乱波を他の軟組織の超音波断層像と同様に可視化できることを示した.また,3500 Hzの高時間分解能計測により赤血球からの散乱波の,血流による動きを観察できることが分かり,その動きから流線に関する情報が得られることを示した.当初に計画した,頸動脈脈波の進行波・反射波の弁別に成功するとともに,赤血球からの超音波散乱波のイメージングにも成功し,流線に関する情報を得ることができたことから,順調に研究が進展していると評価できる.今後は,弁別した脈波の進行波・反射波を個別に解析して反射率等を推定する手法について検討を行う.また,血流計測については,頸動脈分岐部などにおいても計測を行い,分岐による乱流なども可視化できるようにする.

(1)模擬循環系の構築:前年度に研究開発した手法・システムの評価を行うための模擬循環系の構築を行う.電子制御可能な拍動流ポンプを用いて頸動脈血流と同様の拍動流を発生させる.模擬血管内腔からも散乱波が発生するようにするため,流体としては超音波散乱体を混入させた模擬血液を用いる.模擬血管としては,模擬血管寸法および弾性特性の変化による圧力波(脈波)の反射特性の変化を検討するため,異なる寸法のシリコーンゴム管を用いる.(2)模擬循環系を用いた基礎実験による評価:(A)進行波・反射波分離法の評価:模擬血管を用いて評価実験を行う.計測部位より下流に,計測部位と寸法の異なるシリコーンゴム管を接続し,反射波が発生するようにする.下流側に接続するシリコーンゴム管の寸法を変化させた場合に,それと対応して推定した反射波振幅が変化することを確認する.(B)流線描出法の評価:血流計測法に関しては,拍動流ポンプを用いて流速を変化させ,流速に対応してエコー軌跡の長さが変化することを確認する.流速の真値は別途流速計を用いて計測しておく.また,模擬血管内に人工的に狭窄部位を設けて乱流を発生させ,乱流による流線の変化が観察できることを確認する.(3)ヒト頸動脈のin vivo計測: (A)頸動脈を伝播する脈波の計測:超高速超音波イメージングシステムを用いて,脈波到来に伴う頸動脈壁振動速度の空間分布を計測してフーリエ変換もしくはヒルベルト変換を用いて複素信号化し,開発した進行波・反射波分離方法を適用する.得られた進行波・反射波振幅から頸動脈と脳血管系の接合部位における反射係数を算出する.(B)頸動脈の血流計測:ヒト頸動脈から得られた超音波信号に開発した血流動態計測法を適用し,血球からのエコーの軌跡を可視化して流線を描出できることを確認する.
日本語支援者の学び解明と促進を目指した多文化サービスラーニングの開発

「生活者としての外国人」に対する日本語教育人材育成の必要性が叫ばれている。本研究は、このような人材を育成する方法としてサービス・ラーニング(以下、SL)を取り入れた多文化SLを開発する。本研究では支援者側の学びに注目し、SLの理念設計である互恵性、能動的学習、体験への省察を導入することで、多文化間で学び合い、地域コミュニティと連携することのできる日本語教育人材および市民性の育成方法を提案する。
女性農業者のワークライフバランスとキャリア形成に関する実証研究ー日欧韓国際比較

女性農業者がワークライフバランス(WLB)をどのように考え、実践しているか、その実態を生活時間分析から調査し、国際比較の視点を加味し、今後の支援体制を検討した。その結果、女性農業者のWLBの実態は国内においても、また、国際比較の観点からも農業経営、作物、労働、農業・社会保障制度など多様な背景と要因があることが明らかになった。これらを背景に、日本において行政が行っている女性農業者のキャリア形成支援のための研修に着目し、経済的自立、キャリアアップの効果とその評価を検討した。1)2013年8月・9月にかけてドイツの女性農業者があらゆるライフステージにおいて、健康で農業労働と家庭生活、休暇、余暇、社会活動をバランスよく実現できるあり方の聞き取り調査を行った。また次年度の調査地の検討のためスイスへ視察をしてきた。2)2014年にラオスにてアジア農村社会学会が開かれる。その学会での発表を行うために平成24年度に行った日本の山梨県で行った女性農業者の調査報告をまとめ、投稿した。タイトルはEmpowerment of Female FarmersWanting to Starta Business女性農業者たちが受けた公的な講座がどのような支援として効果をもたらしたかを明らかにするとともに、その意義を検証する。さらに、講座を通して得られた効果がどのような新しいネットワークを作り出しているか。また、どのような新しい活動とつながり、個人の起業活動をさらに促す効果があることを明らかにする。報告者は女性農業者が生涯にわたり、自らの能力を十分発揮し、自らの意思で労働と生活を楽しめるワークライフバランスの重要性に関心を持っており、この観点から本テーマにアプローチしている。2)そして,ポルトガルのリスボン周辺のユーカリ種苗の視察、また女性労働のあり方を視察した。スペインのマドリッドとバルセロナにおける市場調査と労働の実態を視察してきた。女性労働力の重要性の違い、比率について明らかにすることができた。市場では女性が多く働いており、女性労働力が重要であるとことを視察で確認した。3)また、11月には山梨県の女性農業者に科学研究費テーマの女性農業者が生涯にわたり、健康で仕事と生活・余暇をバランスよく実現できるための支援体制を検討し、円滑なキャリア形成諸条件を解明するために女性農業者から聞き取り調査を行った。対象者たちの子育て期から現在までの農業におけるキャリア形成の在り方と地域社会における女性活動の歩みの変化を明らかにするために意義があった。4)「オランダ女性農業者の働き方からみた生活時間分析」の論文でオランダ調査の結果の分析を行った。女性農業者の生活時間調査から労働時間、家事労働時間、子育て・交流時間を割り出し、農繁期農閑期の時間配分の相違に着目し、その特徴を見いだした。これらの分析からWLBが可能な諸条件を検討することに意義があった。テーマに関する比較研究のための海外調査研究をイギリス女性農業者・農村を対象に企画し実施した(2014年8月)。ヨーロッパはかなり日本と異なる農業政策や家族制度、生活意識を持つため、国際比較研究の基礎データを収集し、農業政策を中心に、制度、家族のあり方、暮らし、文化に関する資料をあらかじめ収集、整理しておく必要があった。農業の先進国と位置づけられる国において、どこが共通し、異なるかを明らかにし、日本がどのようなことを学べるかを明らかにするためである。日本で実施している調査表に基づき、イギリスの女性農業者に面接インタヴューを行い、基礎的な資料を収集した。アジアに関しては、韓国の資料を収集、実態を知るため、国際シンポジウム「東アジアにおけるローカルフードシステムの再編と展望」(2015年1月26日に日本大学生物資源学部)に参加した。その結果「2013年女性農業者実態調査」(韓国の農村経済研究院所属チョンウンミ主任研究員が作成資料)を得ることができ、日本語訳(日本大学生物資源科学部研究員の徐美朗さんに翻訳依頼)をし、韓国女性農業者の現状の資料を得ることができた。以上のような現地調査と資料収集から、テーマである女性農業者のワークライフバランス(WLB)のあり方と円滑なキャリア形成の諸条件を解明するための資料収集ができた。今後、ライフコース視点も加味しながら、農業政策の視点から資料整理、分析を行う。農学研究目的の達成度についてはおおむね順調に進展している。1)前年に引き続き、基本となる作業を継続し、特に、概念の整理、概念構成の再検討、研究枠組の再確認をしながら、平成25年度は主に、前年度に行った調査の整理、既存データの整理、関連する内外の先行研究のレヴュー、再整理をした。2)日本における女性農業者のキャリア形成をライフコース視点から解明する。農業を継続できた要因と背景、また、職業としての農業に関する意識、他の職業からの転職要因等を明らかにし、円滑なキャリア形成については女性農業者の労働にかかわる主体的意思決定、行動分析を行った。女性が生涯にわたり、労働を継続するとともにライフステージに応じて次世代育成、介護、社会活動をするための具体的な支援策を見出し、それらが可能になる諸条件は何かを解明するため論文を投稿した。

3)平成25年度は韓国調査を実施する予定であったが、韓国の情勢が良くなく、1人で行動できる場所ではなかったため断念した。しかし、ヨーロッパ調査はドイツへ行き、日本で行っている調査表に基づき、対象地域の女性農業者に面接インタヴューを行った。日本と異なる農業政策や家族制度、生活意識を持つと予想されたドイツの国際比較研究の基礎データを収集し、農業政策、制度を整理し、特徴を今後明らかにする。研究目的の達成度についてはおおむね順調に進展している。当初の計画より幅を広げて研究調査をした領域もある。1)国際学会にての報告は計画通り順調に進み、WEBに報告書が掲載され、農業者のための行政支援の重要性の認識を指摘できたことは注目され、評価された。2)ヨーロッパの調査を計画し、女性農業者の労働の実態を視察することができた。女性労働力の重要性の違い、比率について明らかにすることができた。また農産物も多様な品種を確認した。市場では女性が多く働いており、女性労働力が重要であるとことを視察で確認したことは評価できる。3)11月の山梨県女性農業者の聞き取り調査は当初の計画をさらに進めた形で行えたことは評価できる。4)研究目的を明確にし、日本との比較研究の基礎となる農業先進国であるオランダについての調査研究をまとめることが出来たことは、評価できる。1)最終年度も基本となる作業を継続する。特に、報告書をまとめるために必要な作業を行う。その報告書を基に、出版が可能なように研究の全体像を検討する。概念の整理、概念構成の再検討、研究枠組の再確認をしながら、調査結果のデータを総括的に整理する。また、アジア農村社会学会がラオスで行われる予定であるため、その報告準備をする。2)平成26年度のテーマに関する海外研究はヨーロッパ調査を主に行い、出来れば韓国でも聞き取り調査を実施したいと考えている。テーマである女性農業者のワークライフバランス(WLB)のあり方と円滑なキャリア形成の諸条件を解明するための分析、まとめを行う。ライフコース視点も加味しながら、農業政策の視点から分析し・整理し知見をまとめる。欧州とアジアの女性農業者の聞き取り調査から日本の文化、暮らしに適応した支援のあり方を検討、解明し、提案してく予定である。1)昨年に引き続き、基本となる聞き取り調査を継続する。特に、概念の整理、概念構成の再検討、研究枠組の再確認をしながら、平成25年度は主に、昨年度に行った調査の整理、既存データの整理、関連する内外の先行研究のレヴュー、再整理する。2)日本における女性農業者のキャリア形成をライフコース視点から解明する。農業を継続できた要因と背景、また、職業としての農業に関する意識、他の職業からの転職要因等を明らかにする。円滑なキャリア形成については女性農業者の労働にかかわる主体的意思決定、行動分析を行う。
女性琉球舞踊指導者のアメリカ社会におけるエイジェンシーの分析

本研究は、第二次世界大戦中あるいは米軍統治下の沖縄からアメリカに移民し、現在アメリカで琉球舞踊指導者として活動する四人の女性たちのライフヒストリーをたどり、異国で伝統芸能を継承する彼女たちの活動が、アメリカ社会における沖縄系移民のコミュニティ形成にどのような役割を果たしてきたかについて明らかにすることを目的とする。アメリカ社会におけるこのコミュニティの位置や様相、そして沖縄系コミュニティがアメリカ社会の変容に与える影響を明らかにしようとする分野横断型の着想であることから、沖縄「移民研究」の事例にとどまらず、「アメリカ研究」や「女性学」にも意義をもつ研究である。
鉄道模型とPLCを活用した疑似列車制御装置(ATC)の製作

1.研究目的苫小牧高専機械工学科学生向けに教育改善の一環として,苫小牧高専機械工学科実習工場では,生産加工実習等において,制御実習としてPLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)およびパソコンを活用した初歩的な制御用実験装置を製作し活用することにより教育改善を行っている.PLC等を活用した制御回路の実習を行い,学生からの感想および提案から,ランプの点灯などの確認も大事ではあるが,移動を伴うことによる動作確認が目視でき,より実用的かつ楽しく取り組むことのできる実験装置を望んでいることがわかった.そこで,制御実習装置を改良するにあたり,鉄道模型およびPLCを活用した疑似列車制御装置(ATC)を製作し,生産加工実習等において,本校機械工学科学生向けに制御回路について実習を実施し教育改善を行うことを目的とする.2.研究方法研究方法を下記の1)2)に示す.1)鉄道模型およびPLCを活用した疑似列車制御装置(ATC)の製作を行う.装置の仕様を下記のI)VII)に示す.I)鉄道模型のNゲージレールおよび鉄道車両を活用し,レール上に車両を走らせる.II)PLCおよびラダー図を用いて模型車両,レールおよび信号等アクチュエータの制御を行う.直流入出力・タイマー回路等を活用し,レールのカーブ,ポイントおよび踏切の近傍にセンサを設置することにより疑似列車制御装置の実習ができる.III)制御回路入力は,直流5V,12Vおよび24Vとし,スイッチおよびセンサを用いる.IV)制御回路出力は,直流12Vとし,LEDを活用した信号,鉄道模型の動作,レールのポイントなどのON/OFF等に用いる.V)レールのカーブにはカント(傾斜}ありおよびカント無しを設ける.VI)鉄道模型の車両には振子機能付きおよび振子機能なしの2種類を用意するVII)模型の動作時に車載カメラおよび既存のビデオカメラ等を用意し遠心力が目視可能な実験装置とする.2)本校実習工場内において1グループ(810人)の学生が,機械工学科生産加工実習において制御実習を行う.3.研究成果本研究内容によって考えられる効果を以下の1)3)に示す.1)1実習工場内において実習時の1グループ(810人)の学生が,PLC等を活用した疑似列車制御装置(ATC)の実習が可能となる.2)鉄道模型およびPLCを活用した制御実習を行うことにより,普段の生活において身近な移動を伴うことによる動作確認が目視できることにより,電気・電子制御学習において学生の理解度が高まり,興味を引くことが期待される.3)創成型実習において,メカトロにつながる課題が可能となり,より一層,学生の創作意欲をかき立てる事が可能である.上記実習を経験したことにより,学生が卒業し,生産工場において生産技術部門等に配属されたとき,PLCによる制御を応用し,生産管理が可能となる.1.研究目的苫小牧高専機械工学科学生向けに教育改善の一環として,苫小牧高専機械工学科実習工場では,生産加工実習等において,制御実習としてPLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)およびパソコンを活用した初歩的な制御用実験装置を製作し活用することにより教育改善を行っている.PLC等を活用した制御回路の実習を行い,学生からの感想および提案から,ランプの点灯などの確認も大事ではあるが,移動を伴うことによる動作確認が目視でき,より実用的かつ楽しく取り組むことのできる実験装置を望んでいることがわかった.そこで,制御実習装置を改良するにあたり,鉄道模型およびPLCを活用した疑似列車制御装置(ATC)を製作し,生産加工実習等において,本校機械工学科学生向けに制御回路について実習を実施し教育改善を行うことを目的とする.2.研究方法研究方法を下記の1)2)に示す.1)鉄道模型およびPLCを活用した疑似列車制御装置(ATC)の製作を行う.装置の仕様を下記のI)VII)に示す.I)鉄道模型のNゲージレールおよび鉄道車両を活用し,レール上に車両を走らせる.II)PLCおよびラダー図を用いて模型車両,レールおよび信号等アクチュエータの制御を行う.直流入出力・タイマー回路等を活用し,レールのカーブ,ポイントおよび踏切の近傍にセンサを設置することにより疑似列車制御装置の実習ができる.III)制御回路入力は,直流5V,12Vおよび24Vとし,スイッチおよびセンサを用いる.IV)制御回路出力は,直流12Vとし,LEDを活用した信号,鉄道模型の動作,レールのポイントなどのON/OFF等に用いる.V)レールのカーブにはカント(傾斜}ありおよびカント無しを設ける.VI)鉄道模型の車両には振子機能付きおよび振子機能なしの2種類を用意するVII)模型の動作時に車載カメラおよび既存のビデオカメラ等を用意し遠心力が目視可能な実験装置とする.2)本校実習工場内において1グループ(810人)の学生が,機械工学科生産加工実習において制御実習を行う.3.研究成果本研究内容によって考えられる効果を以下の1)3)に示す.1)1実習工場内において実習時の1グループ(810人)の学生が,PLC等を活用した疑似列車制御装置(ATC)の実習が可能となる.2)鉄道模型およびPLCを活用した制御実習を行うことにより,普段の生活において身近な移動を伴うことによる動作確認が目視できることにより,電気・電子制御学習において学生の理解度が高まり,興味を引くことが期待される.3)創成型実習において,メカトロにつながる課題が可能となり,より一層,学生の創作意欲をかき立てる事が可能である.上記実習を経験したことにより,学生が卒業し,生産工場において生産技術部門等に配属されたとき,PLCによる制御を応用し,生産管理が可能となる.