hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハイブリット間接型強誘電体:共有結合性に依存しない強誘電性発現機構の開拓

本研究では,強誘電体・圧電体の物質研究の新しいパラダイムの構築を念頭に,構成元素の共有結合性に依存しない機構に基づいて、新規強誘電体・圧電体の開拓を目指した.具体的には,ルドルスデンーポッパー型層状ペロブスカイト酸化物に焦点を当て,強誘電体の物質探索を行った.計算と実験を組み合わせた研究を通じて,Sr3Zr2O7が新規強誘電体であることを発見した。また,二種類の非極性の構造歪み(酸素八面体回転)の組み合わせが結晶構造の反転対称性を破り,強誘電性の発現をもたらすことを実験と理論から明らかにした.さらに,この系では酸素八面体回転により多くの準安定相が存在し,強誘電相と競合していることがわかった。従来のペロブスカイト酸化物強誘電体では局所的な金属元素ー酸素間の共有結合(二次ヤーン・テラー効果)が結晶構造の反転対称性の破れをもたらすが,研究代表者らは,菱面体晶ペロブスカイト型(ニオブ酸リチウム型)ScFeO3や層状ペロブスカイトNaYTiO4において,構成元素の共有結合に依存しない機構によって結晶構造の反転中心が消失することを示した.本研究では,強誘電体・圧電体の物質研究の新しいパラダイムの構築を念頭に,この原理を拡張する.具体的には,酸素八面体回転エンジニアリングにより新規強誘電体・圧電体の物質群を開拓し,特異な物性・機能創出を目指す.平成28年度は,高圧合成法によりニオブ酸リチウム型構造をもつ新物質InFeO3を得ることに成功した.この化合物には二次ヤーン・テラー活性イオンが含まれていないが,点電荷モデルならびに第一原理計算から評価された自発分極値は非常に大きい(約100μC/cm2).加えて,室温で弱強磁性が観察され,ネール温度は545 Kと高い.このため,高温でも動作可能なマルチフェロイック材料としての応用が期待される.これに並行して,層状ペロブスカイト酸化物Ruddlesden-Popper相に焦点を当て,第一原理格子動力学計算を用いて強誘電体の物質探索を行った.放射光X線・中性子回折を用いていくつかの系の構造解析をしたところ,酸素八面体回転に基づいて結晶構造の反転対称性が破れ,強誘電性・圧電性が発現することが実証された.平成28年度は、二次ヤーン・テラー効果に依存しない機構に基づく強誘電体・圧電体をいくつか見出すことができた.いずれも最終的な研究目的を達成するための重要な知見をもたらすものである.得られた成果の一部はすでに論文としてまとめており,アメリカ化学会の材料化学の専門誌Chemistry of Materialsに2報が掲載された.これまでの研究において,第一原理計算による物質探索・物質設計が非常に有効であることがわかり,研究の進展に大いに貢献している.また,国内および海外施設で測定した高精度な放射光X線・中性子回折データを使って,結晶構造を精密に同定することに成功している.強誘電体の評価装置も整備されつつあり,評価手法も向上した.今後,第一原理計算ー構造解析ー物性評価の有機的な連携により,新規な強誘電体・圧電体が発見される可能性は大いにある.従来のペロブスカイト酸化物強誘電体では局所的な金属元素ー酸素間の共有結合(二次ヤーン・テラー効果)が結晶構造の反転対称性の破れをもたらすが,研究代表者らは,菱面体晶ペロブスカイト型(ニオブ酸リチウム型)ScFeO3やルドルスデンーポッパー型層状ペロブスカイト相NaRTiO4(Rは希土類)において,構成元素の共有結合性に依存しない機構によって結晶構造の反転中心が消失することを示した.本研究では,強誘電体・圧電体の物質研究の新しいパラダイムの構築を念頭に,この原理を拡張する.具体的には,酸素八面体回転エンジニアリングにより新規強誘電体・圧電体の物質群を開拓し,特異な物性・機能創出を目指す.平成29年度は,ルドルスデンーポッパー型層状ペロブスカイト酸化物に焦点を当て,強誘電体の物質探索を行った.まず,第一原理計算により強誘電体の候補物質を選定し,固相反応によりそれらの多結晶体を合成した.次に,得られた試料に対して放射光X線回折,中性子回折,光第二高調波発生および強誘電ヒステリシスの測定を行った.これら計算と実験を組み合わせた研究を通じて,Sr3Zr2O7が新規強誘電体であることを発見した。具体的には,ZrO6八面体回転が結晶構造の反転対称性を破り,強誘電性の発現をもたらすことを見出した.また,放射光X線回折,中性子回折,光第二高調波発生の温度変化からSr3Zr2O7の強誘電相転移を同定し,ZrO6八面体回転がどのような機構で強誘電相を安定化するのかを明らかにした.この他にも,磁性イオンを含むある種のペロブスカイト関連層状酸化物において室温で強磁性(弱強磁性)と強誘電性が現れることを見出した.結晶構造に基づいた考察から,強磁性と強誘電性の発現に酸素八面体回転が関与していることが示唆された。

本研究では,強誘電体・圧電体の物質研究の新しいパラダイムの構築を念頭に,構成元素の共有結合性に依存しない機構に基づいて、新規強誘電体・圧電体の開拓を目指した.具体的には,ルドルスデンーポッパー型層状ペロブスカイト酸化物に焦点を当て,強誘電体の物質探索を行った.計算と実験を組み合わせた研究を通じて,Sr3Zr2O7が新規強誘電体であることを発見した。また,二種類の非極性の構造歪み(酸素八面体回転)の組み合わせが結晶構造の反転対称性を破り,強誘電性の発現をもたらすことを実験と理論から明らかにした.さらに,この系では酸素八面体回転により多くの準安定相が存在し,強誘電相と競合していることがわかった。今年度は最終年度となることから,これまでに着実に成果の得られている研究をさらに加速させる.具体的には,放射光X線・中性子回折だけでなく,ナノスケール解析や分光法を駆使して精密構造を決定する.強誘電性の発現や強誘電相転移機構の解明だけでなく,磁性や可視光応答性の付与による高機能化を実現し,新しいタイプの強誘電体を得るための設計指針を得る.今年度の終了時点ではできるだけ多くの,また,質の高い論文をインパクトファクターの高い学術雑誌で公開することを目指して研究を進める.工学
音楽がもつ治療・教育的効果の解明と障害児教育における実践への応用

本研究は障害児教育における「音楽を活用した取り組み」をより効果的に行うことを目的として計画されたものである。「音楽を活用した取り組み」を理論的に計画し、さらにその教育効果について科学的に評価するためには、音楽が人間に及ぼす効果や影響について客観的に知る事が不可欠である。初年度は琉球大学内にまず脳波計を軸とした生理学的な指標全般の計測システムを整備した。この琉球大学内に整備した計測機器を用いて今年度も引き続き実験的検討を進め、特に健常者を対象とした基礎実験を継続的に行った。この実験的検討から得られた所見として、音楽鑑賞時の脳波変動には、特に「心理的構え」の相違がきわめて大きな影響を与えていることが明らかとなった。次の段階としては障害児を直接的に対象とする前に「心理的構え」について重点的にデザインされた実験的検討を行うことの重要性を指摘した。そのことによって音楽鑑賞時に生じる意識変動の特異性について、今後さらに詳細な所見が得られるものと考えている。さらに昨年度には学校現場や臨床場面での計測を可能とするために小型の計測機器を導入し、その使用の可能性と有効性を検証した。今年度は解析のためのソフトウェアを導入しながら様々な状況での計測を試みた結果、将来的に学校現場やフィールドにおける有用性を実証することができた。一方、混入雑音が多くみられる障害児からの生理学的指標に関わるデータの分析には、デジタル信号処理を応用したフィルタリングの手法を用いた検討を進めてきた。これまでに265次のFIRデジタルフィルタを用いた広域遮断型の特性が有効であることが明らかとなっている。今年度は従来的なアナログフィルタと移動平均との方法論的な比較を行うことによって具体的な波形変化を示しながらその有効性を明らかとした。本研究は障害児教育における「音楽を活用した取り組み」をより効果的に行うことを目的として計画されたものである「音楽を活用した取り組み」を理論的に計画し、さらにその教育効果について科学的に評価するためには、音楽が人間に及ぼす効果や影響について客観的に知る事が不可欠である。初年度は琉球大学内にまず脳波計を軸とした生理学的な指標全般の計測システムを整備することが最優先事項であった。この点については、現在整備がほぼ終了して具体的な実験的検討を進めている。すなわち、これまでに行ってきた基礎的な研究成果を踏まえて、音楽鑑賞場面における生理心理学的な実験的検討を行うために必要な「対照刺激(変調雑音)」の改善を目指し、実際に脳波記録を行いながら引き続きその有効性について検証している。今回は特に、これまでに作成した「ラウドネス」のコントロールに加え、メロディやハーモニーの要素と深いかかわりをもつ「ピッチ」の要素をコントロールする新たな刺激を作成中である。これらの対照刺激と音楽鑑賞時の脳波変動の異動を知ることによって、音楽鑑賞時に生じる意識変動の特異性について、今後さらに詳細な所見が得られるものと考えている。一方、混入雑音が多くみられる障害児からの生理学的指標に関わるデータの分析には、デジタル信号処理を応用したフィルタリングの手法が有効であることが考えられる。現在、混入が予想される様々なタイプの雑音をシミュレートしながら、より効果的なフィルター特性の解明を進めている。また障害児については、実際に教育現場へ出向いた事例的な研究として、同時に進めている実践研究の科研費を活用しながら準備を進めている。

2年目には学校現場や臨床場面での計測を可能とするために小型の計測機器を導入し、使用の可能性と有効性を検証している。また琉球大学内に整備した計測機器を用いて今年度も引き続き実験的検討を進め、特に健常者を対象とした基礎実験については終了している。この実験的検討から得られた所見として、音楽鑑賞時の脳波変動には、特に「心理的構え」の相違がきわめて大きな影響を与えていることが明らかとなった。今後は、昨年度から開発を進めているメロディやハーモニーの要素と深いかかわりをもつ「ピッチ」の要素をコントロールした対照刺激と「心理的構え」について重点的にデザインされた実験的検討を行うことによって、音楽鑑賞時に生じる意識変動の特異性について、今後さらに詳細な所見が得られるものと考えている。一方、混入雑音が多くみられる障害児からの生理学的指標に関わるデータの分析には、デジタル信号処理を応用したフィルタリングの手法を用いた検討を進めてきた。これまでに265次のFIRデジタルフィルタを用いた広域遮断型の特性が有効であることが明らかとなっている。本研究は障害児教育における「音楽を活用した取り組み」をより効果的に行うことを目的として計画されたものである。「音楽を活用した取り組み」を理論的に計画し、さらにその教育効果について科学的に評価するためには、音楽が人間に及ぼす効果や影響について客観的に知る事が不可欠である。初年度は琉球大学内にまず脳波計を軸とした生理学的な指標全般の計測システムを整備した。この琉球大学内に整備した計測機器を用いて今年度も引き続き実験的検討を進め、特に健常者を対象とした基礎実験を継続的に行った。次の段階としては、障害児を直接的に対象とする前に「心理的構え」について重点的にデザインされた実験的検討を行うことの重要性を指摘した。そのことによって音楽鑑賞時に生じる意識変動の特異性について、今後さらに詳細な所見が得られるものと考えている。さらに昨年度には学校現場や臨床場面での計測を可能とするために小型の計測機器を導入し、その使用の可能性と有効性を検証した。今年度は解析のためのソフトウェアを導入しながら様々な状況での計測を試みた結果、将来的に学校現場やフィールドにおける有用性を実証することができた。今年度は従来的なアナログフィルタと移動平均との方法論的な比較を行うことによって具体的な波形変化を示しながらその有効性を明らかとした。
クラゲ異常発生の行方とその大量の死骸が海洋生態系へ与えるインパクトの解明

本研究では主に大型クラゲを対象にし,近年,連続して発生している大型クラゲの異常発生に伴う,その大量の死骸が海洋生態系へ与えるインパクトを解明することを目的としている。初年度である20年度は,海底に沈降後の大型クラゲの死骸に誘引される生物を撮影するための一定間隔で撮影を行うタイム・ラプス・カメラシステムを2器作製してテストを実施してきたが,大型クラゲの大量発生はなく実海域での実験はできなかった。21年度は,本種が日本海に大量に出現する10月に北海道大学水産学部附属練習船おしょろ丸の日本海実習航海時に,隠岐諸島の南東の水深約240mの点にて,上記タイム・ラプス・システムを用いて,大型クラゲ死骸に誘引される生物の観察を行った。その結果,死骸が海底に到達してまもなく(約10分後)から,腐肉食者であるクモヒトデ,巻貝がクラゲ死骸に集まるのが観察できた。最終年度である22年度は、当該大型クラゲの大発生が予測されたが、限定的な発生にとどまった。このような状況ではあったが、発生期の10月下旬におしょろ丸にて日本海の南西部において目視観測を実施したが、その分布は認められなかった。本研究で明らかにした水中におけるクラゲの音響散乱特性を考慮して、日本海において計量魚群探知機を用いてクラゲを探査したが、当該大型クラゲおよびクラゲに集まる他の生物との対応を認めることはできなかった。クラゲの異常発生は、今後、発生する可能性の非常に高い問題であり、本助成が終了した後も、実施する予定である。初年度である20年度は,海底に沈降後の大型クラゲの死骸に誘引される生物を撮影するための一定間隔で撮影を行うタイム・ラプス・カメラシステムを2器作製してテストを実施してきた。大型クラゲは,東シナ海,黄海を発生源であると考えてられているが,今年度は,これまで過去数年間,連続して認められた大型クラゲの大量異常発生が起こらなかったために,本種を用いた調査,観測を実施することができなかった。また,今年度はクラゲの体の密度を測定し,生死による変化や周囲の海水密度を変化させることでクラゲの密度がどのように変化するかを調べた。今回は,比較的飼育しやすいミズクラゲを対象とし,新潟市の水族館で飼育されていた個体を用いた。実験に当たり塩化マグネシウムを用いてミズクラゲに麻酔をかけ,ほとんど拍動が無い状態で密度の測定を行った。その結果,生死による明らかに密度が異なること,体密度は周囲の海水の密度に応じて変化させることがわかった。今回はこの変化の詳細を追うことが出来なかったため次年度の課題としたい。また,来年度は大型クラゲを対象として同様の実験を試みる。これらのデータは,クラゲの死骸がどのように海底に沈降していくか,また,環境の変化にどこまで対応できるかを調べる上で貴重なデータになる。今年度は,本種が日本海に大量に出現する10月に北海道大学水産学部附属練習船おしょろ丸の日本海実習航海時に,隠岐諸島の南東の水深約240mの点にて,上記タイム・ラプス・システムを用いて,大型クラゲ死骸に誘引される生物の観察を行った。また,どのような個体が死亡後に海底へ沈降するかを明らかにするため,今年度は,生きた大型クラゲの生体密度計測を行った。結果,大型クラゲの生体密度は,周囲の海水密度より若干重かった。また,大型クラゲより手に入りやすいミズクラゲを用いて,種による生体密度の違いおよび,クラゲの生体密度と周囲の海水密度との関係について調べた。その結果,種による生体密度の差はなかった。また周囲の海水密度を変化させた時,ミズクラゲの生体密度は海水密度に応じて変化し,順応したクラゲの生体密度は,周囲の海水密度に関わらず,海水よりやや重かった。これより,遊泳が困難なクラゲは,海底に沈降する可能性が高いことがわかった。次年度は,大型クラゲの生体密度を重点的に計測する予定である。。

21年度は,本種が日本海に大量に出現する10月に北海道大学水産学部附属練習船おしょろ丸の日本海実習航海時に,隠岐諸島の南東の水深約240mの点にて,上記タイム・ラプス・システムを用いて,大型クラゲ死骸に誘引される生物の観察を行った。その結果,死骸が海底に到達してまもなく(約10分後)から,腐肉食者であるクモヒトデ,巻貝がクラゲ死骸に集まるのが観察できた。最終年度である22年度は、当該大型クラゲの大発生が予測されたが、限定的な発生にとどまった。このような状況ではあったが、発生期の10月下旬におしょろ丸にて日本海の南西部において目視観測を実施したが、その分布は認められなかった。本研究で明らかにした水中におけるクラゲの音響散乱特性を考慮して、日本海において計量魚群探知機を用いてクラゲを探査したが、当該大型クラゲおよびクラゲに集まる他の生物との対応を認めることはできなかった。クラゲの異常発生は、今後、発生する可能性の非常に高い問題であり、本助成が終了した後も、実施する予定である。
生体内で起こる皮質回路シナプス可塑性におけるアストロサイトの役割

生体脳において、アストロサイトが神経活動から受ける影響とアストロサイトの活動が神経可塑性に与える影響について検討した。まず、大脳皮質の活動がその投射先のアストロサイトに影響を及ぼし得るかを検討した。大脳皮質運動野の神経活動を薬理的に亢進させると、その投射先である線条体のグルタミン酸は時間を経て減少することを見出した。そこで、グルタミン酸トランスポーターの膜上の発現を調べてみたところ、アストロサイトに発現が高いGLAST及びGLT-1が上昇している傾向が認められた。即ち、神経入力依存的にアストロサイトのグルタミン酸トランスポーターの膜上の発現量が調節されることを見出した。この事から、皮質のてんかん発作が投射先である線条体のグリア機能に影響することが示唆された。次に、感覚入力の変化によるアストロサイト機能への影響を検討すると為に、マウスを豊かな環境飼育と隔離飼育し、比較した。すると、豊かな環境で飼育した群において、海馬のガンマ活動が亢進したことが確認された。この経験依存的な脳波活動の亢進にアストロサイトのカルシウム動態が関与しているかを検討するために、同様の実験をアストロサイトのカルシウム上昇を抑制したIP3R2KOマウスで行った。しかしながら現段階では、飼育環境に依る海馬ガンマ波の変化に強い有意差は認められなかった。目下、海馬で観測される脳波パターンについて、経験依存的かつアストロサイトのカルシウム動態に依存的な変化が起こるかを解析中である。また、感覚入力欠損によるアストロサイトの形態的変化を二光子顕微鏡で観測する実験も行ったが、結論を得るのに十分なデータを取得できず、引き続きデータ収集および解析を行っている。27年度が最終年度であるため、記入しない。ラットで報告されている豊かな環境飼育による脳波オシレーション(γ波)の増大をC57BL/6マウスで再現できるかを検討した。マウスを単離環境あるいは豊かな環境にて6週間飼育した後、ウレタン麻酔下にて海馬脳波を記録した。多点同時記録を行うために。脳波記録には16チャンネル線形シリコンプローブ(電極間距離50μm)を用いた。ウレタン麻酔下では大脳皮質と同期して海馬では脳波状態が遷移する。脳波状態としてはθ波期と非θ期に大別される。θ波期は、より早い30ー80Hzのγ波が出現することが知られている。また、γ波は記録位置によって海馬由来と大脳皮質由来の振動が記録される。記録された脳波データのθ波期は、Matlab言語で組まれた解析プログラムにより自動的に抽出され、θ波期のγ波の振幅の比較を行った。その結果、マウスにおいても(単離飼育群と比較して)豊かな飼育群のほうがθ波期のγ波の振幅が右側海馬で大きくなることが確認できた。次に、アストロサイトがこのような経験依存的な脳の可塑性に関与しているかを検討するために、同様の実験をアストロサイトのカルシウム上昇が抑制されているIP3受容体2型ノックアウトマウスを用いて行った。現在、脳波データの解析を行っている。また、経験依存的変化が大脳皮質でもアストロサイト依存的に起きているかを確認するために、マウスの感覚器(例、ヒゲ)変化が大脳皮質感覚野アストロサイトに与える影響を観測している。麻酔下の観測ではあるが、特徴的なカルシウム変化を観測できる予備データを得たが、さらなる実験と解析を必要としている。脳実質へのウィルス微少投与手術による脳可塑性の干渉を示唆する結果をふまえ、非侵襲イメージングを可能とする為にアストロサイトに選択的にカルシウム感受性蛍光色素(G-CaMP7)を発現するトランスジェニックマウスの作製を試みた。

しかし、アストロサイトに選択的にG-CaMP7を発現するマウスは、いずれも発現量が低く、イメージングに利用するのは不可能であった。したがって、経験依存的に起こる大脳皮質の変化がアストロサイトのカルシウム活動にも起こり得るかを評価する実験の進捗が遅れている。また、マウスの豊かな飼育環境による脳波変化の評価においては、個体差があり、統計的検定をするのにより多くの個体数を必要とすることが判明し、実験に時間がかかっている。マウスでの豊かな環境による脳波変化が得られる飼育条件検討に時間がかかり、電子顕微鏡による形態変化の評価まで着手することが本年度ではできなかった。27年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度の実験を継続させると共に、データ解析を行う。ヒゲ活動がある時期と無い次期で、アストロサイトのCa2+活動に変化があるのかを調べる。アストロサイト活動依存的に放出される物質の候補の一つであるATPの測定に着手する。アストロサイトCa2+イメージング用トランスジェニック動物作成において、アストロサイトとニューロン両方に強いG-CaMP7を発現する個体を得る事ができたので、ウィルスの代わりに利用することを検討する。豊かな環境飼育によるマウスでの脳波変化はγ波に変化が起きる飼育条件を見出したので、他の脳波パターンにも変化が起きているかを検討する。さらに、アストロサイトのCa2+活動が抑制されている遺伝子改変マウスでも同様の実験を行い、アストロサイトのCa2+が慢性的に起こる神経回路変化に寄与しているかどうかを検証する。
血流を介して骨吸収と骨形成を共役させる全身性因子の解明

本研究では、骨吸収と骨形成の共役が血流中の生理活性物質を介するものと想定し、その解明を目的とした。我々は、強力な骨形成促進活性を有するBone Morphogenetic Prot in(BMP)が血中に存在することを見出しており、骨代謝の共役因子はBMPである可能性を考えた。この仮説を検証するため、本研究ではヒトBMP-4トランスジェニックマウスの作製を試みた。組織特異的な発現制御を可能にするため、通常状態ではCAGプロモータの制御下でEGFPを発現し、その下流にLoxP配列で挟んだBMP-4遺伝子を組み込んだベクターを構築した。これをマウス受精卵にインジェクトし、EGFPの発現を指標として複数のラインを樹立した。これらのマウスをCre DNAリコンビナーゼ発現マウスと交配させたところ、Creの発現組織と一致してBMP-4の発現誘導が確認された。従って、これらのマウスはBMPによる骨形成をin vivoで解析するための有用なツールとなる。ヒトBMP-4を高発現したトランスジェニックマウスを作製するために、まず、ヒト骨肉腫細胞よりBMP-4cDNAをRT-PCR法でクローニングし、シークエンスを確認した。さらに、本cDNAをCre-LoxPシステムの制御下で発現させるために、CAGプロモーター・LoxP・EGFP・loxP・BMP-4の順で挿入した発現ベクターを構築した。本ベクターを培養細胞にトランスフェクションし、Cre発現ウイルスを感染させると、EGFPの発現量が減少し、代わりにBMP-4の発現が増加することをRT-PCR及び蛍光顕微鏡下での観察により確認した。このとき、誘導されたBMPが生物活性を示すか否かを検討するためマウス筋芽細胞C2C12を用いて同様のトランスフェクション実験を行った。その結果、Cre酵素を発現させた細胞群では、BMPを作用させたときと同様に筋分化が抑制され、代わりに骨芽細胞の分化マーカーとなるアルカリホスファターゼ活性や、転写因子Osterixの発現誘導が検出された。従って、この発現ベクターが導入された細胞でCre酵素を発現させれば、生物活性を有したBMPの発現を誘導することができることが確認された。以上の結果を基に、次年度は本ターゲティングベクターをマウスの胚にインジェクションし、トランスジェニックマウスを樹立する計画である。
分子ダイポールを利用した電子移動経路設計の光電変換ナノデバイスへの展開

本研究は分子ダイポールを利用して構造と機能界面を制御し、一方向の電子移動を実現するナノサイズの光電変換分子素子の構築を提案している。環境エネルギーを用いたエネルギーハーベスティングの実現、つまり、有機電子デバイスの微細化・低消費電力化には、光合成系タンパク質に見られるようなナノレベルでの構造制御と、電子移動の方向制御が課題である。本研究では、αヘリックス構造とβシート構造に着目して、規則的に配列したアミド基が誘起するダイポールの方向を制御して、高効率で一方向の電子移動が可能な天然のタンパク質に匹敵するナノ光電変換デバイスの開発を目指す。
再生心筋を用いた不整好治療への新しいアプローチ:「バイオペースメーカー」の開発

胚性幹(ES)細胞由来心筋(ESCM)を用いた細胞移植が、徐脈性調律異常に対する新しい治療となりうるか-「バイオペースメーカ」の可能性について調べた。マウスNkx2.5-GFPノックインES細胞から分化した胚様体から、FACSを用いてESCMを分離した。外科的手技により作成した完全房室ブロックマウスの房室結節部にESCMを約20万個注入し、長時間心電図記録を行ったところ、PBSのみを注入したSham群においては、全経過中房室ブロック(HR:168±10bpm, n=5)が持続したが、ESCM移植群においては5例中4例で洞調律への変換が見られた(洞調律復帰群HR:683±50bpm, n=4)。また、10日後に心臓を摘出し、免疫組織染色によりgap junction蛋白(connexin40,43)の発現を調べたところ、免疫組織染色では、Sham群においては、房室結節部に線維化が見られ、connexin40、connexin43発現の不連続性が見られたが、ESCM移植群においては房室結節領域にESCMが存在し、connexin40、connexin43を発現して周囲のhost心筋細胞との間にgap junction結合を形成していた。ESCMを完全房室ブロックマウスの房室結節部に移植すると房室伝導が回復した。これは、ESCM移植が徐脈性調律異常に対する新しい治療的アプローチとなる可能性を示唆する。一方、あらかじめ分化・誘導させていない未分化ES細胞を移植したマウスでは、心室壁内に内胚葉系・中胚葉系組織を含む奇形種を形成した。ESCMの移植は心臓伝導障害に対する新しい治療的アプローチとなる可能性が示唆されるが、細胞移植を安全に行うためには未分化ES細胞を移植細胞から完全に除去することが必要と考えられた。本研究課題においては、胚性幹(ES)細胞由来心筋を用いた細胞移植が、完全房室ブロックなどの心臓伝導障害に対する新しい治療となりうるか-その可能性について調べた。マウスNkx2.5-GFPノックインES細胞から分化した胚様体から、Fluorescence Activated Cell Sorterを用いて心筋細胞に分化した細胞(ES cell derived cardiacmyocyte:)を分離した。外科的手技により作成した完全房室ブロックマウスの房室結節部にES細胞由来心筋細胞を約20万個(in 20μL)注入し、長時間心電図記録を行った。また、10日後に心臓を摘出し、免疫組織染色によりgapジャンクション蛋白(connexin40,43)の発現を調べた。対照群には、PBS(20μL)のみ注入した。その結果、PBSを注入したSham群においては、全経過中房室ブロック(HR:168±10,n=5)が持続したが、ESCM移植群においては5例中4例で洞調律への変換が見られた(洞調律復帰群HR:683±50bpm,n=4)。免疫組織染色では、Sham群においては、房室結節部に線維化が見られ、connexine40、connexine43発現の不連続性が見られた。一方、ESCM移植群においては房室結節領域にESCMが存在し、connexine40、connexine43を発現して周囲のhost心筋細胞との間にgap結合を形成していた。ES細胞由来心筋細胞を完全房室ブロックマウスの房室結節部に移植すると房室伝導が回復した。これは、ES細胞由来心筋細胞移植が徐脈性調律異常に対する新しい治療的アプローチとなる可能性を示唆する。

胚性幹(ES)細胞由来心筋(ESCM)を用いた細胞移植が、徐脈性調律異常に対する新しい治療となりうるか-「バイオペースメーカ」の可能性について調べた。マウスNkx2.5-GFPノックインES細胞から分化した胚様体から、FACSを用いてESCMを分離した。外科的手技により作成した完全房室ブロックマウスの房室結節部にESCMを約20万個(in 20μL)注入し、長時間心電図記録を行ったところ、PBSのみを注入したSham群においては、全経過中房室ブロック(HR:168±10,n=5)が持続したが、ESCM移植群においては5例中4例で洞調律への変換が見られた(洞調律復帰群HR:683±50bpm,n=4)。また、10日後に心臓を摘出し、免疫組織染色によりgapジャンクション蛋白(connexin40,43)の発現を調べたところ、免疫組織染色では、Sham群においては、房室結節部に線維化が見られ、connexine40、connexine43発現の不連続性が見られたが、ESCM移植群においては房室結節領域にESCMが存在し、connexine40、connexine43を発現して周囲のhost心筋細胞との間にgap結合を形成していた。ESCMを完全房室ブロックマウスの房室結節部に移植すると房室伝導が回復した。これは、ESCM移植が徐脈性調律異常に対する新しい治療的アプローチとなる可能性を示唆する。一方、あらかじめ分化・誘導させていない未分化ES細胞を移植したマウスでは、心室壁内に内胚葉系・中胚葉系組織を含む奇形種を形成した。ESCMの移植は心臓伝導障害に対する新しい治療的アプローチとなる可能性が示唆されるが、細胞移植を安全に行うためには未分化ES細胞を移植細胞から完全に除去することが必要と考えられた。
ゲノムバイオロジーを基盤とする黄色ブドウ球菌の分子疫学と危害評価

近年、複数株の黄色ブドウ球菌ゲノム全塩基配列が決定されたことにより、このゲノム情報を基盤としたブドウ球菌の病原性の解明と疫学への応用が期待されている。本研究は、ゲノム配列情報を活用し、特にブドウ球菌の重要な病原因子であり、ヒトの食中毒の原因毒素であるエンテロトキシン(SE)に焦点を絞り、SE遺伝子群がコードされている可動性遺伝因子(pathogenicity islands, prophageおよびプラスミド)の特徴を明らかにすること、さらに、近年その存在が明らかになってきた新型SEの生物活性についても詳細な解析を行うことを目的として、以下の研究を行った。A.ブドウ球菌SE遺伝子プロファイルと既知の可動性遺伝因子SE保有パターンとの関連すべてのSE遺伝子を検出可能なmultiplex PCRシステムを開発し、食中毒由来黄色ブドウ球菌69株、健康ヒト由来黄色ブドウ球菌97株のSE遺伝子プロファイルを行った。さらに、この遺伝子プロファイルをゲノム配列決定によって明らかになった種々の可動性遺伝因子のSE遺伝子保有パターンと比較したところ、多くの株でSE遺伝子の存在様式は既知の可動性遺伝因子SE多型パターンに従っており、黄色ブドウ球菌のSE遺伝子プロファイルは、どのような可動性遺伝因子をゲノム上に保有しているかで決定されることが推測された。しかしながら、既知のSE保有パターンに従わない株も存在し、新たなアロタイプが存在する可能性が示唆された(FEMS Microbiological Lettersに発表)。SED, SEJおよびSElR遺伝子をコードするプラスミド、p196の全塩基配列を決定し、既知のブドウ球菌のプラスミドと比較したところ、p196はSE遺伝子以外にペニシリン耐性に関与する遺伝子群、カドミウム耐性に関与する遺伝子群を保有することが明らかになった。C.新型SEの生物活性の解析以前我々が発見した新型SEであるSERの生物活性を精査し、SERはスーパー抗原活性を有することを明らかにした。また、SERの定量的検出法を確立した。これらの結果より、国際ブドウ球菌スーパー抗原性毒素命名委員会の勧告に従い、本毒素をSElRと再命名した(Infection and Immunityに発表)。さらにスーパー抗原活性を人為的に欠失させたSECをマウスに免疫することによりTh2免疫反応を誘導することが可能であり、ブドウ球菌間に防御的に働くことを明らかにした(Infection and Immunityに発表)。さらに、新型SE-like toxinであるSElPの生物活性を詳細に解析し、本毒素はスーパー抗原活性を有し、トガリネズミに嘔吐を引き起こすことを明らかにした(Infection and Immunityに受理)。以上の成果は、食中毒原性黄色ブドウ球菌がどのような法則性をもってSE遺伝子のセットを保有しているか、また、どのようにして複数のSE遺伝子を獲得してきたか、さらにSEがどのように疾病に関与しているかを明らかにするうえで、極めて重要な知見であると考えられる。

以上の成果は、食中毒原性黄色ブドウ球菌がどのような法則性をもってSE遺伝子のセットを保有しているか、また、どのようにして複数のSE遺伝子を獲得してきたか、さらにSEがどのように疾病に関与しているかを明らかにするうえで、極めて重要な知見であると考えられる。近年、複数株の黄色ブドウ球菌ゲノム全塩基配列が決定されたことにより、このゲノム情報を基盤としたブドウ球菌の病原性の解明と疫学への応用が期待されている。本研究は、ゲノム配列情報を活用し、特にブドウ球菌の重要な病原因子であり、ヒトの食中毒の原因毒素であるエンテロトキシン(SE)に焦点を絞り、SE遺伝子群がコードされている可動性遺伝因子(pathogenicity islands, prophageおよびプラスミド)の特徴を明らかにすること、さらに、近年その存在が明らかになってきた新型SEの生物活性についても詳細な解析を行うことを目的として、以下の研究を行った。B.ブドウ球菌SE遺伝子プロファイルと既知の可動性遺伝因子SE保有パターンとの関連上記multiplex PCRシステムを用い、食中毒由来黄色ブドウ球菌69株、健康ヒト由来黄色ブドウ球菌59株のSE遺伝子プロファイルを行った。さらに、この遺伝子プロファイルをゲノム配列決定によって明らかになった種々の可動性遺伝因子のSE遺伝子保有パターンと比較したところ、多くの株でSE遺伝子の存在様式は既知の可動性遺伝因子SE多型パターンに従っており、黄色ブドウ球菌のSE遺伝子プロファイルは、どのような可動性遺伝因子をゲノム上に保有しているかで決定されることが推測された。しかしながら、既知のSE保有パターンに従わない株も存在し、新たなアロタイプが存在する可能性が示唆された。C.新型SEの生物活性の解析SEJあるいはSEDとSEJをコードするプラスミド上に、これらのSE遺伝子とタンデムに新型SEであるSER遺伝子が存在することを明らかにした。さらにSERの生物活性を精査し、SERはスーパー抗原活性を有することを明らかにした。また、SERの定量的検出法を確立した。以上の成果は、食中毒原性黄色ブドウ球菌がどのような法則性をもってSE遺伝子のセットを保有しているか、また、どのようにして複数のSE遺伝子を獲得してきたかを明らかにするうえで、極めて重要な知見であると考えられる。次年度は、本年度の成果を基に、既知の可動性遺伝因子のSE保有パターンに従わない株の遺伝子解析を進め、新たな可動性遺伝因子が存在するか否かを検索する。それとともに、SER関連プラスミドの塩基配列を決定し、これらのプラスミドの遺伝学的特性を明らかにする。さらに、簡便に可動性遺伝因子を検出・分類するための手法を開発し、これをブドウ球菌食中毒の分子疫学に応用することを目指す。
痴呆高齢者家族の効果的な社会資源の活用を実現する支援方法開発のための質的研究

本研究は、認知症高齢者および家族による社会資源の利用プロセスを明らかにし、社会資源の適切な活用を阻害または可能にする要因を概念化することを目的として調査を実施した。訪問看護ステーション等の利用者からインタビュー対象を募り、調査参加の意思を確認を得た上で、インタビューを実施した。介護者へのインタビューでは、認知症高齢者を介護する家族の介護上の困難の経験およびそれに伴う社会資源利用(あるいは非利用)のプロセスを訊ねた。介護支援専門員へのインタビューは、該当する介護者への支援の経験に限って語ってもらうようにした。グラウンデッドセオリー法に基づく質的分析を行って社会資源利用および社会資源利用支援のプロセスを概念化した。合計で16組のインタビューとその分析を実施した。家族による社会資源の利用の障壁は、1)介護支援専門員側の要素、2)利用者の要素、3)家族の要素、4)その他の要素、とまとめられ、これらの様相とこれらに対する対処法は利用するサービスの種類によって異なっていた。家族のみでの介護に限界を感じるまで頑張ってからサービス利用を考える家族もあり、それには複数の理由が関わっていた。まず、介護支援専門員との関係の開始に苦労する家族があった。利用者の意向はサービス利用に反映するが、どの程度反映するかは主介護者と利用者の続柄により異なるようだった。サービス利用の開始には、利用者の老いに対する受容が利用者・家族のどちらにも必要である様子が伺われた。サービス利用による経済的な負担について言及する家族も見られた。介護支援専門員による支援には、利用を少しずつ拡大して抵抗感をなくしてゆくという漸増的なアプローチが多様に見られた。非看護職の介護支援専門員は、サービス利用を支援するにあたり、利用者の身体状況に関する見通しがつかないことを不自由感として語る者が複数みられたが、特にそのようには感じていない者もあり、多様であった。本研究は、認知症高齢者および家族による社会資源の利用プロセスを明らかにし、社会資源の適切な活用を阻害または可能にする要因に対する効果的な支援方法を概念化し、明らかにすることを目的として調査を実施している。本研究では、認知症高齢者の家族および担当の介護支援専門員を対象としてインタビューを実施し、データとしている。訪問看護ステーションおよびその他の介護保険関連サービスの利用者などからインタビュー対象を募った。書面及び対面により対象者(認知症高齢者家族および介護支援専門員)に趣旨を説明し、調査参加の意思を確認を得た上で、インタビューを実施した。グラウンデッドセオリー法に基づく質的分析を行って社会資源利用および社会資源利用支援のプロセスを概念化している。今年度は、8組のインタビューとその分析を実施し、分析を実施した。社会資源の利用プロセスを構成するいくつかの主要な概念を得ている。例えば、サービス導入を図る家族・介護支援専門員の協働的な戦略は、「とりあえず行ってみる」「タイミングを図る」「ともに盛り上げる」「なじみの演出」「しっかりお膳立て」「not personalizing」「説得」「何度も少しずつ働きかける」「利用者に分かる言葉で伝える」「代替案を練る」「利用者の意向に添う位置づけ」などが概念化された。サービス導入の際の家族の経験は、「迷う」「見切る」「手詰まり」「今はまだ不要」「家族からは言いにくい」「アラカルトとしてのサービス」「ケアマネへの頼りかた」などが概念化されている。次年度は、データを追加しつつさらに洗練する予定である。

本研究は、認知症高齢者および家族による社会資源の利用プロセスを明らかにし、社会資源の適切な活用を阻害または可能にする要因を概念化することを目的として調査を実施した。訪問看護ステーション等の利用者からインタビュー対象を募り、調査参加の意思を確認を得た上で、インタビューを実施した。介護者へのインタビューでは、認知症高齢者を介護する家族の介護上の困難の経験およびそれに伴う社会資源利用(あるいは非利用)のプロセスを訊ねた。介護支援専門員へのインタビューは、該当する介護者への支援の経験に限って語ってもらうようにした。グラウンデッドセオリー法に基づく質的分析を行って社会資源利用および社会資源利用支援のプロセスを概念化した。今年度も8組のインタビューとその分析を実施した。家族による社会資源の利用の障壁は、1)介護支援専門員側の要素、2)利用者の要素、3)家族の要素、4)その他の要素、とまとめられ、これらの様相とこれらに対する対処法は利用するサービスの種類によって異なっていた。家族のみでの介護に限界を感じるまで頑張ってからサービス利用を考える家族もあり、それには複数の理由が関わっていた。まず、介護支援専門員との関係の開始に苦労する家族があった。利用者の意向はサービス利用に反映するが、どの程度反映するかは主介護者と利用者の続柄により異なるようだった。サービス利用の開始には、利用者の老いに対する受容が利用者・家族のどちらにも必要である様子が伺われた。サービス利用による経済的な負担について言及する家族も見られた。介護支援専門員による支援には、利用を少しずつ拡大して抵抗感をなくしてゆくという漸増的なアプローチが多様に見られた。非看護職の介護支援専門員は、サービス利用を支援するにあたり、利用者の身体状況に関する見通しがつかないことを不自由感として語る者が複数みられたが、特にそのようには感じていない者もあり、多様であった。
クラウドソーシングと群集知形成のための超分散開発基盤の研究

本研究では,高い専門性を要するソフトウェア開発作業を,不特定多数の個人にインターネット技術を使って外注する「クラウドソーシング」と,それら個人間での「群集知形成」を支援する超分散開発基盤技術を開発した.具体的には,「多言語対応コミュニケーション・知識形成基盤」と「Lightweight & Massive PDCAサイクル基盤」の2つを開発し,実証実験によってその妥当性,有用性を評価した.個人を単位とした新たな超分散開発形態は,ソフトウェア開発における多重請負構造を解消し,開発リスク低減とソフトウェア品質向上をもたらす.本研究では,高い専門性を要するソフトウェア開発作業を,不特定多数の個人にインターネット技術を使って外注する「クラウドソーシング」と,それら個人間での「群集知形成」を支援する超分散開発基盤技術を開発した.具体的には,「多言語対応コミュニケーション・知識形成基盤」と「Lightweight & Massive PDCAサイクル基盤」の2つを開発し,実証実験によってその妥当性,有用性を評価した.個人を単位とした新たな超分散開発形態は,ソフトウェア開発における多重請負構造を解消し,開発リスク低減とソフトウェア品質向上をもたらす.A-1-1「言語グリッド」Webサービスを活用した多言語開発におけるコミュニケーション支援技術言語グリッドが提供する機械翻訳サービスと専門辞書サービスを用いて,ソフトウェア開発文書の理解支援を行うシステムを試作した.日本・中国間のオフショア開発模擬実験を行い,有効性を確認した.複数拠点のソフトウェア開発において,成果物(実行プログラム)とテストプログラムの共有方法を検討した.OSLC標準に準拠したソースコードリポジトリや仕様書を格納した構成管理システムを調査し,ツール間の連携が製品レベルで採用されつつあることがわかった.A-1-3ソーシャルネットワーク分析によるクラスタ形成・知識共有支援技術OSSプロジェクトデータを基に数百人規模の開発者の「開発履歴DB」を構築し本研究で開発した支援技術を適用した結果,開発者の役割や業務に応じた知識クラスタの形成を確認することができ,H24年度実施予定の支援技術のシステム化に研究成果を得ることができた.A-2-1レビュープライオリティ手法によるソフトウェア仕様明確化支援技術特に注力する着眼点を設定するシンプルなレビュー方法を検討し,実際のシステム開発で収集した過去の不具合管理表を調査した.その結果を「優先検出欠陥種別の設定を目的とした不具合管理表の分析」として報告した。A-2-2ソフトウェア開発を対象としたライトウェイトなマッシブデータ収集・分析支援技術個人もしくは小規模組織を単位として,作業工数をリアルタイムに把握,記録する方式を開発し,開発作業に用いられているアプリケーションソフトウェアの実行状況を把握できることを,プロトタイプシステムにより確認した.A-2-3リポジトリマイニングに基づく品質保証支援技術対象プロジェクトの開発履歴DB内に蓄積されたテキストの語彙情報の語長がソフトウェアの品質にどのような影響を与えているかを調査した.「言語グリッドWebサービスを活用した多言語開発におけるコミュニケーション支援技術」では,多言語ソフトウェア文書に加えて,成果物の各種メトリクスを共有するためのWebサービスの開発を行った.評価実験の結果,データに基づく細かい振り返りが可能になることを確認した.「OSLC技術による成果物共有支援技術」では,コミュニケーションを限定した簡易アプリケーション(タイムカード)を用い,分散開発でソースコードリポジトリを共有する実験を行った.その結果,被験者との議論の中でOSLC技術によりやりとりがスムーズになることが期待されることを確認した.「ソーシャルネットワーク分析によるクラスタ形成・知識共有支援技術」では,24年度にシステム化した知識クラスタ形成支援手法を複数のOSSプロジェクトに適用し有用性を評価した.複数拠点にまたがる開発者の社会的関係を考慮したタスク割当が生産性の効率化に寄与することを確認した.「レビュープライオリティ手法によるソフトウェア仕様明確化支援技術」では,仕様明確化に寄与するレビューガイドラインをブラッシュアップし,実証実験を実施した.過去の不具合管理システムに蓄積されたキーワードからレビューの重点化が可能であることを確認し,仕様の明確化につながる結果を得た.「ソフトウェア開発を対象としたライトウェイトなマッシブデータ収集・分析支援技術」では,24年度に構築した開発データ収集・分析システムを用いて,実際の開発環境における適用実験を行い,システムの妥当性や有効性を評価した.「リポジトリマイニングに基づく品質保証支援技術」では,研究分担者が開発したクラウドによるソフトウェア不具合モジュール検出器の実運用への適用可能性を探るため,タイ・カセサート大学の研究者と議論を行った.タイにおけるVSSの現状の把握と今後の展開についての意見交換を行った.A-1-1「言語グリッド」Webサービスを活用した多言語開発におけるコミュニケーション支援技術:多言語開発におけるソフトウェア文書理解に焦点をしぼり,言語知識の不足によるコミュニケーション問題,および,フィードバックに基づく定量的な理解度把握を支援するシステムを構築した.また,日本と中国の間での模擬的な開発実験を行い,システムの有効性を評価した.A-1-2 OSLC技術による成果物共有支援技術:多数の独立した開発者が単一のシステム開発を分担する場合に効果的なシステム分割を検討し,オンラインショッピングサイトを題材に分割した.また,オンラインショッピングサイト運営企業の熟練者に分割方法に関して意見聴取した.A-1-3ソーシャルネットワーク分析によるクラスタ形成・知識共有支援技術:23年度に構築した「開発履歴DB」をモデルとし,必要かつ有効な知識クラスタに関する調査に基づいて,不具合修正プロセスにおける開発者間の社会的関係「不具合割当パターン」に着目した支援手法をシステム化した.A-2-1レビュープライオリティ手法によるソフトウェア仕様明確化支援

技術:23年度に作成した「仕様明確化に寄与するレビューガイドライン」を,実証実験に向けドキュメント化した.有識者からのフィードバックや不具合管理システムの蓄積データを分析し,プライオリティ手法を洗練した.A-2-2ソフトウェア開発を対象としたライトウェイトなマッシブデータ収集・分析支援技術:23年度に構築したプロトタイプシステムの実証評価を通じて,企業との連携の下,分散開発にも適用可能な,ライトウェイトな開発データ収集・分析システムを構築した.A-2-3リポジトリマイニングに基づく品質保証支援技術:ソースコード中に存在する語彙の情報を通じて,モジュールに不具合が存在する確率を計算するWebベースのシステムを開発・実装した.当初計画段階において本年度に予定していた学会発表を予定通り執り行うことができたため.25年度が最終年度であるため、記入しない。計画していたシステムが実装できて評価実験も行えた.さらにメトリクス可視化システムのプロトタイピングも行えたため.また,当初計画段階において本年度に予定していた学会発表を予定通り執り行うことができたため.23年度に開発した要素技術をそれぞれ統合し,二つの基盤をシステムとして構築する.システム実装は,奈良先端大,神戸大,京都工繊大,和歌山大での分散開発とする.システム化で得られた知見は,システム機能にフィードバックすると共に,各要素技術のチューニングに役立てる.25年度が最終年度であるため、記入しない。24年度に開発した構築したシステムを用いて,技術基盤の妥当性,有用性を評価すると共に産業界向けベストプラクティスとしてまとめる.また,自然言語文書の理解に加えて,プロジェクト進捗やプロダクトメトリクス等をオフショア開発でうまく共有できるシステムへと拡張していきたい.
非円形歯車加工用NC工作機械とその制御に関する研究

近年,非円形歯車の重要性が認識され,需要が急激に伸びている。しかし,従来の設計方法や加工方法では,需要に対する生産が追いつかないため,量産可能な加工機の開発が強く望まれるようになっている。たとえば,非円形歯車の設計は,通常の円形歯車と異なり,実際の使用条件に依存した複雑な計算を伴うため,コンピュータを用いた総合的な開発システムが必要となってくる。本研究では,非円形歯車の生産性の向上を高めるために,非円形歯車加工用NC工作機械の性能向上を図るとともに,CAD/CAM用のソフトウェアを開発し,非円形歯車の設計から加工までの能率向上を目的としている。本研究における研究実績は次のとおりである。まず,既存のギヤシェーパとホブ盤の駆動系を改造し,非円形歯車を高精度に加工することが可能なNC歯切り盤とした。次に,非円形歯車の一つの応用例として,ウォーム減速器の回転誤差補正機構に非円形歯車を用いることを提案し開発したCADシステムによって,そのような非円形歯車が容易に切削可能であることを明らかにした。特にこの中で提案されたフーリエ変換を用いた誤差補正曲線は,従動側,駆動側のどちらのピッチ曲線も閉曲線となることが保証される曲線であり,連続回転が可能な不等速伝達機構の設計に非常に有効となる。本CADシステムは,このフーリエ変換による設計手法を含んでおり,従来から行われている経験的な設計手法と比較して極めて効率的に非円形歯車の設計を行うことを可能とした。また,非円形歯車の新たな応用例として,移動車の操舵機構に非円形歯車を用いることを提案し,操舵機構用非円形歯車が単純なだ円系歯車となることを明らかにした。提案された機構は,旋回半径を極めて小さくできる利点を有し,また,だ円系歯車は量産可能な非円形歯車の1つであるため,将来,各種の移動車への搭載が期待される。近年,非円形歯車の重要性が認識され,その需要が急激に伸びるにつれて,量産可能な加工機の開発が強く望まれてきている.非円形歯車の加工にはNC工作機械が適しているが、加工速度を上げると,従来のNC用トラッキングサーボ機構では位置決め誤差が増大するため,非円形歯車を高精度かつ高能率に加工する上で大きな障害となっていた.また非円形歯車の設計には,通常の円形歯車と異なり,実際のシステムに依存した複雑な計算が必要となる.本研究は,サーボ系の位置決め誤差を減少するため,フィードフォワード補償と繰り返し制御を適用し、非円形歯車加工用NC工作機械の性能向上を図るとともに,CAD/CAM用のソフトウェアを開発し,非円形歯車の設計から加工までの能率向上をはかるものである.本年度は,まず始めにNC歯切り盤の改造を行った.歯切り盤として用いたギヤシェーパとホブ盤は,研究代表者らによって既にNC化されていたが,駆動系にはオープンループ制御が用いられていた.本研究では加工精度および加工速度を向上させるため,ステッピングモータをサーボモータに置き換え,さらに位置センサを付加してクローズドループ系とする改造を行った.同時に,これを駆動するための高速コントローラの製作および制御ソフトウェアの開発を行った.NC歯切り盤の高速化において問題となるのはサーボ系の位置決め誤差の増大であり,この誤差は出来上がった非円形歯車の回転誤差に直接影響を及ぼすため,極めて重要である.

そこで本研究では,フィードフォワード補償と繰り返し制御により,この位置決め誤差の低減を図ることにした.ワークステーションによる制御系のシミュレーション結果,および実機での応答特性試験の結果より,トラッキング誤差を極めて小さな値に抑えることが可能であることがわかり,次年度における研究の基礎が確立された.近年,非円形歯車の重要性が認識され,需要が急激に伸びている.しかし,従来の設計方法や加工方法では,需要に対する生産が追いつかないため,量産可能な加工機の開発が強く望まれるようになっている.たとえば,非円形歯車の設計は,通常の円形歯車と異なり,実際の使用条件に依存した複雑な計算を伴うため,コンピュータを用いた総合的な開発システムが必要となってくる.本研究では,非円形歯車の生産性の向上を高めるために,非円形歯車加工用NC工作機械の性能向上を図るとともに,CAD/CAM用のソフトウェアを開発し,非円形歯車の設計から加工までの能率向上を目的としている.本研究における研究実績は次のとおりである.まず,既存のギヤシェーパとホブ盤の駆動系を改造し,非円形歯車を高精度に加工することが可能なNC歯切り盤とした.次に,非円形歯車の一つの応用例として,ウォーム減速器の回転誤差補正機構に非円形歯車を用いることを提案し開発したCADシステムによって,そのような非円形歯車が容易に切削可能であることを明らかにした.特にこの中で提案されたフーリエ変換を用いた誤差補正曲線は,従動側,駆動側のどちらのピッチ曲線も閉曲線となることが保証される曲線であり,連続回転が可能な不等速伝達機構の設計に非常に有効となる.本CADシステムは,このフーリエ変換による設計手法を含んでおり,従来から行われている経験的な設計手法と比較して極めて効率的に非円形歯車の設計を行うことを可能とした.また,非円形歯車の新たな応用例として,移動車の操舵機構に非円形歯車を用いることを提案し,操舵機構用非円形歯車が単純なだ円系歯車となることを明らかにした.提案された機構は,旋回半径を極めて小さくできる利点を有し,また,だ円系歯車は量産可能な非円形歯車の1つであるため,将来,各種の移動車への搭載が期待される.