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ブロードバンド環境下の最適エコシステムに関する研究

日々の経済社会活動の隅々にまで浸透しつつあるブロードバンドインターネットを支えるエコシステムについて、利用拡大によるネットワーク容量の供給制約の顕在化に由来するネットワーク中立性問題の観点からいくつかの実証分析を行った。それにより、本問題の緊急性、および、インターネットサービスプロバイダ(ISP)市場の競争性に多くを依存しているわが国の規制フレームワークの問題点を指摘し、望ましい競争環境を育成していくための制度提案(ISPによる情報開示の促進および当該情報の解釈を行う「ISPソムリエ」の導入)を行った。ネット上の混雑事象・ブロードバンド普及に関する従来までの情報収集や先行研究調査を踏まえた論文を作成し、国際的な書籍に掲載するとともに、これまでの実証分析の結果を内外の学会(ITS[国際電気通信学会6月早稲田大学]、TPRC[電気通信政策研究会議10月、ジョージメイソン大学]、および公益事業学会九州部会[11月、大分大学])で報告し、関連の学識経験者や実務家と意見交換を行い、今後の研究内容の改善に資する知見を得た。それらの知見を踏まえ、さらに追加的な資料収集や、電気通信事業者や大手ISP、あるいは総務省関連部局に対するヒアリング調査を行った結果、先進国で共通の事象である「ネットワーク中立性問題」に対してわが国のアプローチが大きく異なる原因について、「長期的に見た場合、NTTの公益事業体としての矜持に大きく依存しているのではないか」という仮説を構築し、追加資料の収集を行うとともに論文執筆を開始した。本論文については、欧米各国におけるネットワーク中立性対策の相違点を検証する目的で韓国の研究機関(Korea Information Society Development Institute)の下で編纂が進められている国際学術誌に投稿する予定の下、執筆を進めている。また、ネット混雑事象に対する支払性向を調査するために、2011年1月にアンケート調査を実施し、モバイルブロードバンドと固定ブロードバンドのそれぞれについて実証的な結果を得つつある。本実証分析の結果については2011年度の国内外の学会(公益事業学会およびITS)で報告を行う予定である。ネット上のトラヒック混雑問題(ネットワーク中立性問題)に対するわが国政府の対処の特殊性と、消費者に対する情報開示の欠落の問題を中心に論文を作成し、内外の学術誌(Communications & Strategies ; Colnmunications & Convergence Review ;情報通信学会誌)に掲載された。また、2011年11月には国際学会(DigiWorld Summit 2011)から招待を受け講演を行った。講演においては、わが国におけるネットワーク中立性問題の現状とそれに対する総務省の対応方策について共同規制としての有効性の観点から分析を行い、わが国において現在講じられている解決策には「ISP市場の競争が十分であること」および「提供されているインターネット接続サービスに対する利用者のリテラシーが十分に高いこと」という二つの前提条件が存在しており、少なくとも後者については大いに疑問があることを指摘し、当該問題点を克服するために「ISPソムリエ」と名付けた技術的情報を解釈する専門家を育成する必要があることを主張した。本主張に関しては、同学会に参加した各国の有識者から有益なフィードバックを得ることができた。加えて、前年度より引き続いて実施してきたいくつかの実証分析の結果を、ITS([国際電気通信学会]、6月、台北)および公益事業学会(6月、日本大学)で報告し、関連の学識経験者や実務家と意見交換を行い、今後の研究内容の改善に資する知見を得た。また、年度末には、翌年度の研究課題であるISP市場における競争状況に関する分析の準備作業として先行文献調査等を実施した。平成24年度の研究活動では、まず、昨年度行った文献調査とウェブアンケート調査をもとに、わが国のブロードバンドISP市場のスイッチングコストの実証的推計を行い、現在の競争状況は新規利用者に対してはともかく既存利用者に恩恵を及ぼす水準には不十分であることを明らかにした。中間的な分析結果等に関しては、情報通信学会(6月、国際教養大学)、TPRC(9月、George Mason University)、および生活経済学会九州部会(10月、鹿児島大学)にて報告を行い、有識者からのフィードバックを得た。また、詳細な内容については国際学術誌での公刊をめざし原稿執筆・投稿を行った。このほかにも、前年度までの分析結果をEuropean Regional ITS Conference(7月、Vienna University of Economics and Business)および日本地域学会(10月、立正大学)で報告し、さらなる分析水準の高度化を図った。日本地域学会報告の成果については、ITSで刊行される叢書の一部として原稿を準備中である。加えて、研究期間を通じて得られたすべての研究成果を取りまとめるべく原稿執筆を行い、平成25年6月の著書出版を目指して作業を継続している。あわせて、本研究課題の遂行を通じ、物理的設備の制約をほとんど受けることなしにインターネット上で全サービスを展開するOTT(Over-the-top)事業者がブロードバンドエコシステムを大きく変貌させつつあることが明らかとなったため、後続研究課題として予備的な文献調査などを実施した。(本件については、平成25年度に新たな科学研究費助成事業(基盤研究(C))として採択されている。)

本研究の二大目的の一つである「通信ネットワークに顕現しつつある供給制約に対処するための基礎的知見の獲得」については順調に進展しており、招待講演を要請されるなど当初の期待を大きく上回る成果が得られつつある。他方、「ネットワークとコンテンツの融合を活かす最適エコシステムを実現する規制枠組みの提案」については市場の変化が著しく、情報収集はやや遅れ気味である。24年度が最終年度であるため、記入しない。目的1「通信ネットワークに顕現しつつある供給制約に対処するための基礎的知見の獲得」については、ISP市場における競争状況についての実証分析を終えた後、ただちに研究書出版のための原稿執筆にとりかかる予定である。一方、目的2「ネットワークとコンテンツの融合を活かす最適エコシステムを実現する規制枠組みの提案」に関しては、携帯電話ビジネスをベースとしたビッグデータの二次利用に焦点を絞り研究を展開することを検討する。
基地所在市町村の財政構造および地域経済に関する実証研究

基地所在自治体の財政問題については,幾つかの優れた先行研究による蓄積がある。本研究は,これらの研究成果を踏まえ,計量分析手法を用い基地関連の補助金・交付金が自治体財政や地域の産業構造および雇用状況に与える影響等について,出来る限り客観的な観点から検討したものである。基地財政に関わる研究に関して,本研究のような計量分析および産業連関分析を用いた研究はこれまで報告されていなかった。本研究の目的は,沖縄において基地関連補助金・交付金が,どのような過程を経て自治体歳出の各費目へ流れているかを解明し,それによる地域経済への影響を分析することである。その具体的な研究課題は以下の4点である。1.沖縄県内の自治体へ交付される基地関連補助金・交付金と各歳出項目との関連性を,1980年2004年度のパネルデータを用い分析を行うこと。2.基地関連補助金・交付金が地域の産業活動と雇用面へ与える影響を,地域産業連関表を用い主に需要面から計測すること。3.県内の基地所在市町村の財政,地域経済の状況を県内の他の自治体および県外基地所在自治体の現状と比較,検討すること。4.これらの結果を踏まえ,県内の基地所在市町村における財政上の問題点を指摘し,解決へ向けた方策を提言すること。研究1年目の平成19年度は,県内市町村の財政データおよび関連資料の収集と,その分析に力点を置き研究を行ってきた。その結果,下記の研究蓄積および成果が得られた。1.分析用データの蓄積(1)1985年度2003年度までの県内自治体の財政データ(歳入,歳出等)および基礎データ(人口,市町村民所得,産業別生産高など)の収集とワークシートへの入力。(2)1985年2000年まで4期分の産業連関表(34部門)の収集とワークシートへの入力。2.一部研究成果の公表上記研究課題2に関して,基地政策との関連性が指摘されている社会資本整備を主体とした国の補助金政策について,特に県内の雇用面へ与える影響に焦点をあてて分析を行い,その結果を「沖縄県における公共投資の雇用創出効果」として公表した。これは平成20年度の研究の足がかりとなるものである。本研究の目的は,沖縄において基地関連補助金等が,どのような過程を経て自治体歳出の各費目へ流れているかを解明し,それによる地域経済への影響を分析することである。その具体的な研究課題としては以下の3点が挙げられる。1.沖縄県内の自治体へ交付される基地関連補助金・交付金と各歳出項目との関連性を,1980年2004年度のパネルデータを用い分析を行うこと,2.基地関連補助金・交付金が地域の産業活動と雇用面へ与える影響を,地域産業連関表を用い主に需要面から計測すること,3.県内の基地所在市町村の財政,地域経済の状況を県内の他の自治体および県外基地所在自治体の現状と比較・検討すること。これまで,県内市町村の財政データおよび関連資料の収集と,その分析に力点を置き,研究をすすめてきた。その結果,1. 1985年度2003年度までの県内自治体の財政データ(歳入,歳出等)および基礎データ(人口,市町村民所得,産業別生産高など)の収集とワークシートへの入力,2. 1985年2000年まで4期分の産業連関表(34部門)の収集とワークシートへの入力などの作業を終え,その研究成果を2008年1月,「沖縄県における公共投資の雇用創出効果」として公表した。これは,基地政策との関連性が指摘されている社会資本整備を主体とした国の補助金政策について,特に県内の雇用面へ与える影響に焦点をあてて分析を行ったものである。2008年度は,関連データの収集を継続して行うとともに,上記研究課題の1,3について分析をすすめてきた。その内容の一部は2008年3月の財政学研究会(於:立命館大学)において報告したところであるが,まだ脱稿までには至っていない。研究期間はこれで終了となるが,今年度中の完成を目指して継続して取り組んでまいりたい。
胃分化型腺癌における基底膜接着幹細胞の同定および生物学的意義と胃型腸型形質発現

本研究の目的は、胃癌の癌幹細胞を同定することである。胃癌細胞のスフェロイドではモノレイヤーで培養した場合と比較し、KIFC1、KIF11、IQGAP3の発現が亢進していた。KIFC1は高分化腺癌、KIF11は腸型形質の胃癌、IQGAP3は胃型形質の胃癌において特に高発現していた。これらをノックダウンするとスフェロイド形成が阻害されたことから、胃癌の癌幹細胞の形成に重要であることが示唆された。一方、食道扁平上皮癌においては放射線化学療法後の腫瘍細胞にポドプラニンが染色され、癌幹細胞のマーカーになる可能性がある。今後はKIFC1、KIF11の阻害剤の効果を検討する予定である。癌の発生・治療抵抗性において癌幹細胞の重要性が指摘されてはいるが、組織学的な特徴は全く分かっていない。本研究では胃癌における基底膜接着幹細胞に類似した細胞の組織学的な特徴を明らかにすることを当初の目的とした。本研究は胃癌の病態解明に必要不可欠であり、研究が発展すれば治療戦略の構築、治療効果の判定・予測に貢献できる。平成25年度では、幹細胞の局在が明らかとなっている食道扁平上皮を材料に、幹細胞マーカーの一つであるポドプラニンの解析を行った。外科的に切除された食道扁平上皮癌85例を材料にポロドプラニンの発現を免疫染色で検討したところ、食道非腫瘍部では幹細胞が存在すると予想されているpapillarybasal cellに染色された。一方、腫瘍部においては主に3パターンに分類された。すなわち、腫瘍胞巣の辺縁に染色されるパターン(31%)、腫瘍胞巣全体に染色されるパターン(19%)、全く染色されないパターン(51%)である。臨床病理学的因子との関連を解析した結果、ポドプラニンが腫瘍胞巣全体に染色される症例はそれ以外の症例と比較し有意にステージが進行しており、さらに予後不良であった。放射線化学療法が施行された症例についてもポドプラニンの発現を免疫染色で検討した結果、腫瘍胞巣全体に染色されるパターン、全く染色されないパターンのみが認められ、腫瘍胞巣の辺縁に染色されるパターンは認められなかった。幹細胞は放射線化学療法に対し抵抗性を示すことから、ポドプラニンが腫瘍胞巣全体に染色されるパターンにおいてはポドプラニン陽性細胞が幹細胞と考えられ、腫瘍胞巣の辺縁に染色されるパターンではポドプラニン陽性細胞は幹細胞ではないと考えられた。今後はこのポドプラニンが腫瘍胞巣全体に染色される症例においてインテグリンα2等の各種幹細胞について検討を加えると共に、胃癌においても解析を加える。癌の発生・治療抵抗性において癌幹細胞の重要性が指摘されている。細胞株レベルでは様々なマーカーが同定されているが、組織学的な特徴はまったく分かっていない。本研究では胃癌組織における癌幹細胞の組織形態学的な特徴を明らかにすることを目的とする。特に基底膜接着幹細胞に類似した細胞に注目し、組織学的な特徴を明らかにする。平成26年度では、癌幹細胞により構成されるスフェロイドに注目し解析を進めた。すなわち、胃癌細胞株MKN-45、MKN-74を材料にモノレイヤーの状態で培養したものと、スフェロイドを形成させた状態で培養したものからmRNAを抽出し、GeneChipを用いて網羅的遺伝子発現解析を行った。これらの遺伝子発現プロファイルを比較し、幹細胞が含まれているスフェロイドを形成させた状態で培養したもので発現が上昇している遺伝子を抽出した。スフェロイドを形成させた状態では、モノレイヤーの状態と比較し、KIFC1の発現が亢進していることが明らかとなった。KIFC1については利用可能な抗体があり、さらに検討を進めた。外科的に切除された胃癌166例を材料にKIFC1の発現を免疫染色で解析した結果、KIFC1は非腫瘍部胃粘膜ではほとんど染色されなかったのに対し、胃癌組織では多くの腫瘍細胞の核に染色された。合計で59例(36%)の症例で陽性例を認め、臨床病理学的因子との関連を解析した結果、KIFC1陽性例は有意に高分化腺癌が多く、有意に予後不良であった。次にMKN-74を材料にKIFC1の発現をsiRNAでノックダウンし、スフェロイド形成能について検討した。その結果、ノックダウンした細胞ではスフェロイドの数、大きさ、いずれもが低下した。以上の結果から、KIFC1は胃癌において発現が亢進しており、スフェロイド形成に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。平成27年度では、スフェロイドにおいて高発現しているKIF11とIQGAP3に注目し解析を進めた。KIF11はkinesinモーター蛋白質の1つで、モーター蛋白質として細胞分裂時において染色体の分配に関わっているが、胃癌におけるKIF11の発現解析は報告がなく、免疫染色で解析した。胃癌166例を材料にKIF11の発現を免疫染色で解析した結果、胃癌組織では多くの腫瘍細胞の核に染色された。合計で119例(72%)の症例で陽性例を認め、KIF11陽性例の多くは腸型形質の胃癌であった。

次にMKN-74を材料にKIF11の発現をノックダウンし、スフェロイド形成能について検討した結果、スフェロイドの数、大きさ、いずれもが低下した。以上の結果から、KIF11は腸型形質の胃癌の発生に関わっていると考えられた。IQGAP3は膜貫通蛋白質でErkのリン酸化に関わっている。胃癌におけるIQGAP3の発現解析は報告がなく、胃癌165例を材料にIQGAP3の発現を免疫染色で解析した。その結果、IQGAP3は胃癌組織では腫瘍細胞の膜に強い発現を認め、34例(26%)の症例で陽性で、IQGAP3陽性例は有意に胃型形質の胃癌であり予後不良であった。次にMKN-74を材料にIQGAP3の発現をノックダウンし、スフェロイド形成能について検討した結果、スフェロイドの数、大きさ、いずれもが低下した。以上の結果から、IQGAP3は胃型形質の胃癌の発生に関わっていると考えられた。研究期間全体を通じ、KIFC1、KIF11、IQGAP3いずれも基底膜接着幹細胞に類似した細胞の特異的なマーカーではなく、組織学的な特徴を明らかにするには至らなかった。本研究の目的は、胃癌の癌幹細胞を同定することである。胃癌細胞のスフェロイドではモノレイヤーで培養した場合と比較し、KIFC1、KIF11、IQGAP3の発現が亢進していた。KIFC1は高分化腺癌、KIF11は腸型形質の胃癌、IQGAP3は胃型形質の胃癌において特に高発現していた。これらをノックダウンするとスフェロイド形成が阻害されたことから、胃癌の癌幹細胞の形成に重要であることが示唆された。一方、食道扁平上皮癌においては放射線化学療法後の腫瘍細胞にポドプラニンが染色され、癌幹細胞のマーカーになる可能性がある。今後はKIFC1、KIF11の阻害剤の効果を検討する予定である。本研究では胃癌組織における癌幹細胞の組織形態学的な特徴を明らかにすることを目的とする。H26年度の研究において、癌幹細胞が含まれるスフェロイドにおいて、KIFC1の発現が亢進していることを明らかにした。癌幹細胞のマーカーは数種類同定されているが、KIF遺伝子群については全く報告されていない。KIF遺伝子群は薬剤耐性との関連も指摘されており、癌幹細胞が薬剤耐性を有することと一致する。一方、免疫染色の解析では、腫瘍組織中の0-70%の癌細胞に染色された。癌幹細胞は腫瘍組織中の数パーセント程度と推定されており、KIFC1陽性細胞は明らかに数が多い。KIFC1陽性細胞の少なくとも一部は癌幹細胞であるが、多くは癌幹細胞ではないと考えられる。従って、KIFC1以外にも他のマーカーを同定することが必須である。KIFC1という新規癌幹細胞マーカーを同定し、研究は順調に進行してはいるが、他のマーカーの同定、あるいはより特異性の高いマーカーの開発が必須で有り、さらなる研究が必要である。分子病理学本研究では胃癌組織における癌幹細胞の組織形態学的な特徴を明らかにすることを目的とする。特に基底膜接着幹細胞に類似した細胞に注目し、組織学的な特徴を明らかにする。H25年度ではポドプラニン陽性細胞が癌幹細胞マーカーであることを明らかにし、H26年では、KIF遺伝子群、特にKIFC1が癌幹細胞マーカーとして有用であることを明らかにした。一方、免疫染色を行うと070%の腫瘍細胞が染色され、癌幹細胞に真に特異的ではないことは明白である。以上を踏まえ、基底膜接着幹細胞に特徴的に発現するインテグリンα2の発現を免疫染色で解析し、ポドプラニン陽性細胞、あるいはKIFC
真空型帯電液滴ビームによる高空間分解能三次元質量分析イメージング

水溶液の真空エレクトロスプレーをビームソースとする真空型帯電液滴ビーム銃の試作機を開発し、電流強度やビーム径を評価した。またその試作機を三重収束飛行時間型質量分析計に設置し、二次イオン質量分析を行うとともに二次イオン収率の絶対値を評価した。さらには帯電液滴ビームをエッチングビームとしても使用し、有機薄膜試料で深さ方向分析が行えることを確認した。以上の結果から、帯電液滴ビームによる二次元イメージング分析と深さ方向分析を融合することで三次元質量分析イメージングを実現できると考えられる。本研究は試料のイオン化効率が極めて高い帯電液滴衝撃法を用いることにより、感度と空間分解能に関して画期的な性能をもつ質量分析イメージング技術を確立することを目的としている。平成26年度の研究開発においてはまず、真空エレクトロスプレーを用いる帯電液滴ビームのソース部の高輝度化および安定化の改善を進めた。以前の研究ではビームのソースとなる水溶液をシリンジポンプにより供給してきたが、帯電液滴ビームの強度が一時的に不安定になることがあり、研究開発の障害となっていた。その原因としては液体供給ラインのどこかで気泡が生じると、その気泡がクッションとなりシリンジポンプ方式では液体の流量が一定でなくなるためであると考えられる。そこで液体中の気泡発生を抑制し、液体の流量を安定化させるための手法として、圧力制御型の液体供給システムを構築し、それをエレクトロスプレー用エミッタと接続した。このシステムを採用したソース部から得られる帯電液滴ビームの強度を長時間モニターしたところ、極めて安定したビーム電流が得られることがわかった。また高い空間分解能でイメージングを行うためには、電流密度を維持したまま集束させることが重要となる。そこで今回得られた帯電液滴ビームのビーム径を評価するため、二次電子検出器を設置した。一般にイオンビームにおいては、ビームを電場でスキャンしながら金属メッシュ試料などに照射して二次電子像を取得することでビーム径を評価できる。ただし帯電液滴は通常のイオンビームとは質量や速度が大きく異なるため、二次電子が発生しない可能性もある。そこで今回得られた帯電液滴ビームをステンレス製のメッシュ試料に照射し、二次電子像が得られることを確認した。本研究は新しいクラスタービームである帯電液滴を一次ビームとして用いることにより、二次イオン質量分析法における二次イオン生成効率を大幅に向上させ、感度と空間分解能に関して画期的な性能をもつ質量分析イメージング技術を確立することを目的としている。平成27年度の研究開発においては、真空エレクトロスプレーをビームソースとする真空型帯電液滴ビーム銃の試作機と従来からあるGaイオンビームを発生できる液体金属イオン銃を三重収束飛行時間型質量分析計に設置し、両方のイオンビーム衝撃によって発生する二次イオンの強度を直接的に比較した。実験では10kVの高電圧で加速させたGaイオンおよび帯電液滴の一次ビームをアミノ酸のアルギニン、グルタミン酸およびトレオニンの薄膜試料に照射し、生成された二次イオンの強度を比較した。Gaイオンをアルギニン(分子量174.20)に照射した場合には、プロトンが付加した分子の強度は極めて低く、分子が損傷して発生する分解片イオンの強度の方が高かった。一方帯電液滴を照射した場合には、分解片イオンよりもプロトン付加分子の強度が高く、分子があまり壊れずソフトにイオン化できることがわかった。また1粒子衝撃あたりの二次イオン発生効率を計算したところ、帯電液滴はGaイオンと比較して約3900倍も二次イオン発生効率が高いことがわかった。さらに分子量が比較的大きいDes-Arg9-Bradykinin(分子量904.02)の場合には、Gaイオンではプロトン付加分子は全く検出されなかったが、帯電液滴ではプロトン付加Bradykininがアミノ酸分子の場合と同等の強度で観測された。以上のことから帯電液滴は有機分子をイオン化する効率が極めて高いことを実用的な質量分析計による観測で実証することができたと考えられる。二次イオン質量分析法において、感度と空間分解能に関して画期的な性能をもつ質量分析イメージング技術を確立するためには、一次ビームとして使用する真空型帯電液滴ビーム装置とそれに適合した二次イオン質量分析部の両方を構築していかなければならない。真空型帯電液滴ビーム装置については、平成26年度に圧力制御型の液体供給システムをエレクトロスプレー用エミッタに接続することにより、15時間以上の連続運転でも電流強度の変動は上下5%以内に収まることを確認した。平成27年度には真空型帯電液滴ビーム発生装置の試作機を飛行時間型二次イオン質量分析計に設置して、二次イオン収率の絶対値を評価することに成功している。高感度で高い空間分解能を有するイメージング分析を実現するには極めて高い二次イオン収率が必要であるが、帯電液滴ビームを用いた場合の二次イオン収率の絶対値が従来のイオンビームと比較して極めて高いことを証明できた。以上のことから帯電液滴ビームを用いるイメージング質量分析に必要な実験セットアップの構築が順調に進んでおり、当初の計画通りの研究開発であったと考えている。本研究は新しいクラスタービームである帯電液滴ビームを一次イオンビームとして用いることにより、二次イオン質量分析(SIMS)法における脱離イオン化の効率を大幅に向上させ、感度と空間分解能に関して画期的な性能をもつ質量分析イメージング技術を確立することを目的として研究開発を行ったものである。

水溶液の真空エレクトロスプレーをビームソースとする真空型帯電液滴ビーム銃の開発試作機を三重収束飛行時間型質量分析計に設置し、質量分析を行うとともに二次イオン生成効率の絶対値を評価した。帯電液滴ビームおよび比較のためのGaイオンビームをアミノ酸のアルギニン(分子量174.20)に照射し、生成されたプロトン付加分子の強度を両者で比較したところ、帯電液滴ビームはGaイオンと比較して約7800倍も二次イオン発生効率が高いことがわかった。さらに比較的分子量の大きいDes-Arg9-Bradykinin(分子量904.02)の場合には、Gaイオンでは分解片イオンのみしか観測されなかったが、帯電液滴ではプロトン付加Bradykininがアミノ酸分子ときと同等の強度で観測された。このときの二次イオン収率の絶対値は、現在SIMSで実用的に使用されている最も性能の高いクラスターイオンより100倍以上高いものであった。また帯電液滴ビームをメッシュ試料に照射して投影型イメージング分析のテストを実施したところ、十分コントラストの高いイメージ像を取得することができた。さらには帯電液滴ビームを脱離イオン化だけでなくエッチングビームとしても使用し、アミノ酸薄膜試料で深さ方向分析が行えることを確認した。以上の結果から帯電液滴ビームによる二次元イメージング分析と深さ方向分析を融合することで三次元質量分析イメージングを実現できると考えられる。水溶液の真空エレクトロスプレーをビームソースとする真空型帯電液滴ビーム銃の試作機を開発し、電流強度やビーム径を評価した。またその試作機を三重収束飛行時間型質量分析計に設置し、二次イオン質量分析を行うとともに二次イオン収率の絶対値を評価した。さらには帯電液滴ビームをエッチングビームとしても使用し、有機薄膜試料で深さ方向分析が行えることを確認した。以上の結果から、帯電液滴ビームによる二次元イメージング分析と深さ方向分析を融合することで三次元質量分析イメージングを実現できると考えられる。感度と空間分解能に関して画期的な性能をもつ質量分析イメージング技術を確立するためには、プローブとなる帯電液滴ビーム側と二次イオン質量分析部側の両方を構築していかなければならない。プローブ側については圧力制御型の液体供給システムをエレクトロスプレー用エミッタに接続することにより、帯電液滴ビームの安定性を大幅に向上できることを証明した。また高空間分解能イメージングに重要となるビーム集束化についても二次電子検出器を設置してビーム径の評価を開始している。以上のことから帯電液滴ビームを用いるイメージング質量分析に必要な実験セットアップの構築が順調に進んでおり、当初の計画通りの研究開発であったと考えている。本研究の目的である感度と空間分解能に関してこれまでよりはるかに優れた性能をもつ質量分析イメージングを実現するためには、一次ビームとして使用する真空型帯電液滴ビーム装置と二次イオンの透過率が高い質量分析部を組み合わせて、最適な実験システムを構築することが重要でなる。平成27年度には真空型帯電液滴ビーム発生装置を市販装置に近い三重収束飛行時間型二次イオン質量分析計に設置することができ、アミノ酸やペプチド試料において二次イオン収率の絶対値を評価することができた。
分子シンクロ機能を持つコアーコロナ型高分子ナノスフェア

親水性マクロモノマーと疎水性ビニルモノマーのラジカル共重合により、親水性コロナー疎水性コア型高分子ナノスフェアが合成できることを明らかにしてきた。単分散性を保ったままで、100nmから数μmの範囲で粒径を制御することが出来、分離・精製も容易な超微粒子である。これまで、金属コロイド触媒の担体、ペプチド経口DDS担体、集積材料素材、医療診断薬への応用等についての研究を進めてきた。また、最近、ポリエンチングリコールマクロモノマーとスチレンの共重合体であるコアーコロナ型高分子ナノスフェアの構造を、その超薄切片を透過型電子顕微鏡で観察し、またXPS分析により明確にしている。ここでは、この微粒子を用いたエイズウイルス(HIV-1)捕捉とエイズワクチンへの展開について示す。ポリメタクリル酸マクロモノマーとスチレンのラジカル共重合によりポリスチレンコアーポリメタクリル酸コロナの高分子ナノスフェアを合成した。次に、コンカナバリンAを水溶性カルボジイミドを用いて固定化した。エイズウイルス培養液に加え、遠心分離し、上澄み液のgp120量、生細胞感染実験、また、沈澱物の電子顕微鏡観察により、効率良くエイズウイルス捕捉が達成されていることが明らかになった。さらにHIV-1を捕捉した高分子ナノスフェアの免疫応答性について調べ、エイズワクチンへの可能性について検討を行った。マウス膣洗浄液中のHIV-1特異的IgAおよびIgGをELISAを用いて検出したところ、レクチン固定化ナノスフェアに捕捉されたHIV-1を投与した群のみに、高いIgAの誘導が確認された。HIV-1特異的IgAを誘導できるHIV-1捕捉高分子ナノスフェアは、未だ開発されていないエイズワクチンへの展開が十分見込めるとの結論に至った。その他、研究発表:雑誌論文の項に示した内容は分子シンクロナイゼーションのコンセプトを基本に研究した成果である。親水性高分子をコロナに持つポリスチレンコアナノ微粒子は、親水性マクロモノマーとスチレンのラジカル共重合を水-エタノール混合溶媒を用いて行うと合成できる。親水性高分子の機能発現に相応しいグラフトポリマーであり、この粒径100-3000nmの単分散性微粒子は薬物担体等の多機能を有している。まず、この微粒子のコア-コロナ構造を明らかにするために、ポリエチレングリコールマクロノモノマーをコロナに持つポリスチレン微粒子を合成しエポキシ樹脂に包埋し、ミクロトームで切断し割断面を電子顕微鏡観察した。マクロモノマーの分子量等を変化させ調べた結果、コア-コロナ構造の詳細が明らかになり、次年度以降の研究の基礎となる知見が得られた。別途、電荷を持つコア-コロナ型微粒子の集合挙動を調べ、環境に応答したミクロな化学構造変化がマクロな高分子集合系構築を生み出す"分子シンクロシステム"を見いだした。また、立体規則性ポリメタクリル酸メチル(PMMA)のステレオコンプレックス形成に着目し、水晶発振子を用いて、アイソタクチックおよびシンジオタクチックPMMAを交互に吸着させることにより高分子超薄膜形成が可能であることを見いだした。明らかにステレオコンプレックス形成を駆動力としており、この高分子をシンクロさせた新しいコンセプトによる高分子薄膜形成が広範に研究展開する可能性があると結論した。D、Lポリ乳酸のコンプレックス形成を駆動力とした高分子薄膜形成についても詳細に検討した。
触媒性のある壁面上の反応性混合気体の流れに対する希薄化の影響

触媒性壁面を過ぎる二成分混合気体の流れに対し、二成分気体が壁面で反応する場合に、気体の希薄化の影響を理論的に調べた。すなわち、希薄度があまり大きくない場合に、準連続体領域で用いられるべき方程式とそれに対するすべり境界条件がどうあるべきかを求めた。その結果、壁に垂直方向の分子拡散速度は、壁面での反応度にのみ依ること、また、速度や温度の滑り係数は、壁面での二成分気体分子の割合に依って大きく変化することなどが明らかにされた。この方程式系を用いて触媒性を持つ二平面間の高速流を解析し、触媒壁が流れや熱伝達量にどう影響するかを明らかにした。さらに、三成分混合気体に対しても同様の解析を行った。この場合、壁面での温度のとびが気体分子の混合比によって異なり、比によっては、正にも負にもなりうることが示されている。また、高温二原子分子の持つ振動エネルギーの固体表面での緩和とその温度のとびの条件求めた。その結果を用いて、粘性衝撃層内の流れの様子を調べている。次に、容器から触媒壁を持つ有限長さの管を経て別の容器に流れ出る反応性混合気体の自由分子流れを取り上げ、管を通る流量や管内での反応の割合がどのように変化するかを場合に調べた。その結果、反応生成物の割合は、管の長さが直径の2、3倍になれば、非常に長い場合のそれにほぼ一致するようになること、逆流により反応生成物が上流の容器に戻ってくる割合がかなり大きいことなどが明らかにされた。さらに、固体壁(Ptを取る)と気体分子(Xeを取る)の干渉を分子動力学法を用いて調べた。実験的な研究においては、流れの流量が、希薄度、壁面によりどのように変化するかを調べた。理論的研究の一つとして、宇宙飛翔体の大気圏再突入時に問題となる、触媒性壁面で原子気体が再結合を起こし分子になる反応過程に対し希薄化の影響を調べている。反応に伴う非定常現象の解明のため、突然に壁面で反応が進行しだした場合の気体内の流れの様子を調べ、反応度・希薄度による流れの形態変化を明らかにした。次に、反応性気体の定常な流れにおける希薄化の影響を調べるため、平面壁に沿う原子分子混合気体の流れを考え、クヌーセン層の解析を行っている。その結果、流れに対するすべり境界条件の反応度に対する変化を明かにしている。これらの成果は国際希薄気体力学会議で発表し、その会議録に発刊予定である。また、流れに対する反応と希薄化の具体的影響を調べるため、平面壁上の剪断流を考え、すべり流として解析を行っている。この成果は応用力学講演会で発表され、その会議録に発刊されている。次に、化学工学に関連の深い触媒に関する問題として、触媒壁を持つ円管を通る2成分混合気体の自由分子流、および一端が閉鎖されている円管に対する自由分子流の解析を行っている。その結果、反応生成量が円管の長さおよび壁面での反応率によってどのように変化するか、したがって、どのていどの円管を用いるのが効率的であるかを明かにしている。これらの成果は、日本機械学会の講演会で発表している。理論的研究の一つとして、触媒性壁面で、2成分混合気体分子が反応を起こし他分子になる過程に対し、平面壁上の混合気体のクヌーセン層の解析を行うことによって、希薄化の影響を調べている。その結果、クヌーセン層内の温度分布や温度のすべり境界条件を求め、小さな反応度に対する変化を明かにしている。壁に垂直方向の流速と反応度の関係も求めている。また、多原子分子の混合気体に対し、壁面でのすべり境界条件を求める解析を行っている。回転、振動温度の壁面での跳びの条件を求め、その結果を用いて衝撃波後の流れの解析も行っている。

これらの成果は第19回国際希薄気体力学会議で発表し、その会議録に発刊予定である。さらに、固体表面で物理的に吸着した分子が存在する場合の気体分子と固体表面の干渉を調べるため、分子動力学を用いて研究を行っている。壁の温度が低い場合には、気体分子は壁面に層をなして吸着されること、その温度はほぼ壁温に等しいことが示された。この成果は、日本機械学会の講演会で発表している。反応性のある2成分混合気体が、触媒性平面壁で反応する場合に、気体の希薄化がもたらす影響について理論的に調べた。ボルツマン方程式の模型方程式を基にして漸近理論を展開することにより、流れと壁面近傍に現れるクヌーセン層の解析を行い、準流体力学的領域で用いられるべき方程式とそれに対する滑り境界条件がどうあるべきかを調べた。その結果、温度のとびは、気体分子の混合比によって異なり、比によってはとびの値が正にも負にもなることが解った。触媒性のある壁面での分子の挙動を解析し、反応のメカニズム、反応分子や反射分子の持つ分子速度分布がどのようであるかを明らかにしようという目的のため、固体壁(Ptを取る)と気体分子(Xeを取る)の干渉を分子動力学法を用いて調べた。具体的には、クエット流の解析を行い、壁面でのすべりの様子、反射分子の持つ速度分布を調べた。その結果、壁面での分子の反射は、通常用いられている拡散反射とは異なること、その度合は、クヌーセン数が大きいほど大きいことが明らかにされた。円管を通る気体のコンダクタンスを、円管が高温に熱せられているときは、実験的に求めた。その結果、壁温が高くなるほど、希薄度が小さいときのコンダクタンスは下がること、希薄度が大きくなるにつれ、この減少は小さくなることが示された。
細胞外小胞のRNAメチル化計測によるがんバイオマーカーの最高性能化と実用化

RNAのメチル化修飾(エピトランスクリプトーム)を1塩基レベルの高い解像度と網羅性で明らかにしたい。そこで、尿や血液に含まれる細胞外小胞(エクソソーム[EV])に着目する。EVの『殻』(EV脂質膜)と『中身』(RNAメチル化)を微小流路で連結して検討し、画期的ながん診断法を開発する計画である。この『殻』はナノ細線(NW)と抗体で選別し、また『中身』はトンネル電流シークエンス(TS)と質量分析(MS)でRNAメチル化を解読する。予備的検討の結果を踏まえながら、単一EV集団の1塩基の解像度のエピトランスクリプトーム情報まで掘り下げて検討し、臨床応用のための基盤を構築していく。
女性の身体性と主体性の関係をめぐるコンフリクト―帝政期ドイツ市民女性運動を中心に

近代以降、性をめぐる言説のなかで女性の身体性と主体性の関係はどのように論じられてきたのか。本研究はこの問いに、帝政期ドイツの市民女性運動を牽引した女性たちに焦点をあてて接近する。性やセクシュアリティをめぐって政治的・文化的・科学的な対立が起きていた当時のドイツにおいて、女性の身体性と主体性の関係は、女性性を本質的なものとして〈自然〉へと還元する言説とリベラルな言説との対抗関係のなかで問われていた。本研究は、男性科学者によって構築された知に影響を受け、またそれに抗しながら、女性の身体性と主体性をめぐって葛藤したフェミニストたちの思考の軌跡を、とくに思想史の観点から明らかにするものである。
変化する社会環境に対応できる社会性行動の基盤となる神経回路とその調節機構の解析

適切な社会性行動には、時々刻々と変化する社会環境の中で社会性刺激を適切に読み取り、その価値判断を行い、それに基づいて適切な行動を選択決定し実行する過程が必要である。そういった過程の何らかの異常が発達精神障害やその他の精神疾患に付随する社会性行動の異常の裏に存在すると考えられる。本研究は社会性行動に異常の見られる人の疾患のマウスモデルと野生マウスで社会性行動に関わる脳領域の回路を比較することによって、この過程を明らかにすることを目的とする。社会性行動に関わる脳領域には扁桃体、側坐核、腹側被蓋核や縫線核、海馬そして前頭前野が知られているが、特に前頭前野における認知機能が価値判断に重要である。前頭前野は大きく分けて、内側前頭前野と眼窩前頭野の領域に分けられ、そのどちらの領域も社会性行動に何らかの形で関わっていることが神経細胞活動性マッピングで明らかとなった。それぞれの領域の社会性行動における機能の違いを探るため、それぞれの脳領域への入力を逆行性にラベルして調べたところ、どちらの領域も扁桃体や海馬、視床(の腹内側部)からの入力を受けるが、視床の中で両者に投射する領域はお互いに相補的に位置しており、それぞれの領域に投射する神経細胞の視床の中での分布が異なっていることが明らかとなった。このことはそれぞれの前頭前野を含む視床を介するネットワークが異なっている事を示唆している。また、社会性刺激に対する適応が野生型に比べて遅いマウスモデルでは、社会性刺激時のこの視床領域の活性化のパタンが野生型と異なっており、視床の活性化のパタンの違いが社会性刺激に対する適応の違いに相関している可能性が示唆された。この視床領域への入力がどうなっているかを調べ、野生型とマウスモデルでの違いをさらに検討し、社会性行動の適応に関わるネットワークの全体像を明らかにすることが今後の課題である。適切な社会性行動には、時々刻々と変化する社会環境の中で社会性刺激を読み取り価値判断を行い、それに基づいて適切な行動を決定し実行する諸過程が必要と考えられる。その適応を伴う社会性行動に関与する神経回路と調節機構をマウスで明らかにし、その回路と調節機能の異常の自閉症などの社会性行動の異常を示す発達精神障害への関与の可能性をヒトのゲノム解析の結果に基づくマウスモデルを使って探るのが本研究の目的である。本年度は、反復社会性刺激のあとに新規の社会性刺激を加えるという行動パラダイムの中で活性化される脳領域とその間の神経回路のつながりを解析し、価値判断の変化とそれに伴う行動決定に関与する領域として前頭前野(PFC)と扁桃体、そして視床を同定した。また、価値判断の変化に伴い視床での神経活動が上がり、逆にPFCでの神経活動が下がることが観察され、またこの活動変化に視床からPFCへの投射が関わることが示唆された。さらに、ドパミンやオキシトシンといった神経調節系がこの回路の活動に影響を与えている可能性が示唆されたため、候補となる受容体の遺伝子発現解析を行ったところ、PFCにはオキシトシン系の受容体が発現していることがわかった。こういった回路と調節系が適切な社会性行動の決定と遂行に重要であることから、社会性行動に異常のあるマウスではPFC,扁桃体、視床を含む回路の形成異常、及び/あるいは、オキシトシン系を中心とした神経調節系の異常が関与していることが示唆される。本年度の研究実施計画通りに進行しているため。適切な社会性行動には、時々刻々と変化する社会環境の中で社会性刺激を適切に読み取り、その価値判断を行い、それに基づいた適切な行動を決定し実行する過程が必要と考えられる。その適応を伴う社会性行動に関与する神経回路と調節機構をマウスで明らかにし、その回路や調節機能の異常が社会性行動に異常の見られる自閉症等の発達精神障害へどのように関与しているかを、ヒトゲノムの解析の結果に基づくマウスモデルを使って探るのが本研究の目的である。本年度は、昨年度の解析から明らかになった認知機能に関わる前頭前野の適応を伴う社会性行動への関与を明らかにするために、その経路への光遺伝学等での介入による行動への変化の解析を目指した。が、その解析の中で前頭前野のうち、内側前頭前野、眼窩下皮質の両者が我々の解析している行動に異なった関与の仕方を示す可能性が示唆され、また、それぞれの領域内でも細胞毎に他の脳領域、例えば視床核とのつながりに違いが見られ、発達の時期も異なり、それぞれが担っている機能が異なる事が示唆された。さらには内側前頭前野と眼窩下皮質の間にもつながりがあり、このような行動の調節には様々な回路がヒエラルキーを作って関与している可能性が考えられた。そのヒエラルキーの中で昨年度明らかにされたオキシトシン系を中心とした神経調節系がさらに調節をしてると考えられ、自閉症等の発達障害で見られる社会性行動の異常には様々なレベルでの異常が関与している可能性が考えられる。遺伝子組み換えの技術的な問題から、本年度作製の予定であった実験遂行に必要なトランスジェニックマウスの作製に成功していないため。

本研究は社会性行動に異常の見られる人の疾患のマウスモデルと野生マウスで社会性行動に関わる脳領域の回路を比較することによって、この過程を明らかにすることを目的とする。社会性行動に関わる脳領域には扁桃体、側坐核、腹側被蓋核や縫線核、海馬そして前頭前野が知られているが、特に前頭前野における認知機能が価値判断に重要である。前頭前野は大きく分けて、内側前頭前野と眼窩前頭野の領域に分けられ、そのどちらの領域も社会性行動に何らかの形で関わっていることが神経細胞活動性マッピングで明らかとなった。それぞれの領域の社会性行動における機能の違いを探るため、それぞれの脳領域への入力を逆行性にラベルして調べたところ、どちらの領域も扁桃体や海馬、視床(の腹内側部)からの入力を受けるが、視床の中で両者に投射する領域はお互いに相補的に位置しており、それぞれの領域に投射する神経細胞の視床の中での分布が異なっていることが明らかとなった。このことはそれぞれの前頭前野を含む視床を介するネットワークが異なっている事を示唆している。また、社会性刺激に対する適応が野生型に比べて遅いマウスモデルでは、社会性刺激時のこの視床領域の活性化のパタンが野生型と異なっており、視床の活性化のパタンの違いが社会性刺激に対する適応の違いに相関している可能性が示唆された。この視床領域への入力がどうなっているかを調べ、野生型とマウスモデルでの違いをさらに検討し、社会性行動の適応に関わるネットワークの全体像を明らかにすることが今後の課題である。本年度に得られた結果をもとに我々の持つ社会性行動に異常のあるマウスモデルを使って明らかにされた社会性行動に関与する回路の異常を解析する。但し我々の持つ社会行動に異常のあるマウスモデルのうちGtf2i遺伝子を3コピー持つトランスジェニックマウスについてはその発現が継代中に失われたためそのマウスの新たなる作製が必要である。今年度に得られた知見から、社会性行動のパラダイムで活性化された神経細胞特異的にそのつながりを追いかける手法が今後の回路の全容解析には必要であり、その技術開発とその遂行を目指す。また、ノックアウトマウスと対照させるためのトランスジェニックマウスの作製は必須であり、その開発を目指す。次年度に必要なマウスの継代維持の途中で実験に必要なマウスの問題が発覚したため、新たにラインの作製が必要となり、そのマウス経費を次年度に持ち込む必要が生じたため。トランスジェニックマウス作成のための費用、ならびにマウスの飼育費用が最終年度に見込まれるため、その費用を次年度に持ち越した。実験計画に必要な幾つかの機器や消耗品等については所属機関内で調達が可能であった。実験遂行に必要なトランスジェニックマウスの作製と維持に使用する。
漂流青年ゴンザの翻訳したコメニウスの著作に関する総合的研究

平成12年度は、以下の調査活動を中心にして、3人が作業を分担して研究をすすめた。(1)井ノ口は、スペインのサラマンカ大学図書館を訪ね、コメニウス関係文献の調査をした。(2)上記の調査も参考にして、「コメニウス関係文献目録」を作成した。(3)『世界図絵』の1662年版のマイクロフィルムについて引き続き分析を継続した。(4)佐々木は、平成11年度にドイツのゲッチンゲン大学においてアッシュ・コレクションの調査にたずさわったが、その際入手した資料をもとにして論文を執筆した。(5)上村は、ゴンザ方言の特徴的な語彙を選び、鹿児島県下各地における残存状況を引き続き調査した。(6)井ノ口は、ベルリンで開催された「ドイツ・コメニウス学会」に参加した他、9月にスペインで開催された国際教育史学会第22回大会において、コメニウスの『世界図絵』の挿絵に関する発表を行った。(7)今年度の実績として特筆すべきことは、ゴンザとソウザが1734年2月1日に自ら書いたメモを発見したことである。これによって、二人の名前がゴンザエモンとソウザエモンであることがわかッた。二人は、従来推察されていた以上に多くの漢数字やいろは仮名文字を書くことも明らかになった。以上のように、当初の計画を上回る活動が実施できた。平成11年度は、以下の調査活動を中心にして、3人が作業を分担して研究をすすめた。(1)井ノ口は、内外の図書館において『世界図絵』等コメニウス関係文献の所蔵調査を行った。国内では、金沢大学、東京大学、名古屋大学等の図書館で調査をした。海外ではチェコ共和国において、プラハのチェコ科学アカデミー哲学研究所、コメニウス博物館、国立博物館等でコメニウス関係文献を閲覧し、ウヘルスキー・ブロトのコメニウス記念館でも文献の複写をした。(2)上記の調査も参考にして、「コメニウス関係文献目録」を2種類作成した。(3)チェコの調査で入手した『世界図絵』の1662年版のマイクロフィルムについて分析した。これはゴンザとボグダーノフが翻訳に際して底本とした可能性が高いと見られる版である。(4)佐々木は、ドイツのゲッチンゲン大学においてアッシュ・コレクションの調査にたずさわった。(5)上村は、ゴンザ方言の特徴的な語彙を選び、鹿児島県下各地における残存状況を調査した。(6)上村と井ノ口は、国際日本文化研究センター客員教授のヴラディスラブ・ニカノロヴィッチ・ゴレグリャード博士を訪ね、鎖国時代のロシアにおける日本水夫たちについて研究指導を受けた。以上のように、当初に計画していた活動は、ほぼ実施できた。
形状記憶合金ワイヤ駆動可変形状トラス

可変形状トラスは,骨組構造(トラス構造)の部材を可変長アクチュエータに置き換えることにより得られる機械システムであり,その多彩な用途が期待されている.本研究課題では,可変長アクチュエータとして形状記憶合金ワイヤを用いた,軽量・小型の幾何形状可変システムとしての可変形状トラスの特性を評価した.運動の記述に必要な関係式の定式化を行うとともに動力学シミュレーションを実施した.また,試作システムによる動作実験を行い,その実現可能性を確認した.可変形状トラスは、本質的に多くの運動学的自由度の保有が可能であることによる多彩な動作と、トラス構造を基本とすることによる軽量性・高剛性という特性を持つ魅力的な機械システムである。本研究課題ではアクチュエータとして形状記憶合金ワイヤを用いることにより、このようなメカニズムのシステムとしての特性ならびに実現可能性を検討する。研究計画の概要としては以下のような項目が挙げられる。(1)このようなメカニズムは、運動学のみを扱う場合でも力学的な考察が必要である。準静的な運動を想定した運動学モデルを構築するとともに、計算機シミュレーションによりその運動学的特性について検討する。(2)形状記憶合金ワイヤは、形状記憶合金であることによる温度による特性変化と、ワイヤであることに起因する張力のみを支えられるという構造力学的特性を併せ持つ。これらの特性を考慮した可変形状トラスの動力学モデルを構築し、計算機シミュレーションによりその特性を評価する。(3)可変形状トラスは二次元構造であれば節点部の構成が単純になる。このような試作システムを構築し、動作実験によりその実現可能性についての基礎的な検討を行う。(4)可変形状トラスの三次元試作システムを構築し、実用的なシステムとしての実現可能性について検討する。また、特に節点部の構成について多面的に考察する。(5)一般にトラス構造のシミュレーションにおいては理想化された節点モデルを用いるが、可変形状トラスの場合には特に三次元システムの場合に実際的な節点構成の影響について評価する必要がある。このような点について適切なモデルを構築するとともに、実際的な節点構成が運動学的・力学的特性に及ぼす影響について検討する。(6)形状記憶合金ワイヤをアクチュエータとし、トラス構造を基本とするこのようなシステムは、駆動のためのモータ類を必要とせず、また全体として軽量なメカニズムとして構築することができる反面、個々のワイヤについては基本的にOn/Offの二値的な駆動となる。このような特性を活かすことができる適用分野について検討し、それらを想定した特性評価を行う。(7)研究全体として形状記憶合金ワイヤ駆動可変形状トラスの実現可能性ならびに有用性について総合評価を行う。可変形状トラスは,骨組構造(トラス構造)の部材を可変長アクチュエータに置き換えることにより得られる機械システムであり,その多彩な用途が期待されている.本研究課題では,可変長アクチュエータとして形状記憶合金ワイヤを用いた,軽量・小型の幾何形状可変システムとしての可変形状トラスの特性を評価した.運動の記述に必要な関係式の定式化を行うとともに動力学シミュレーションを実施した.また,試作システムによる動作実験を行い,その実現可能性を確認した.可変形状トラスは,従来は固定のものであったトラス構造の部材を可変長アクチュエータとすることにより,その形状ならびに力学的特性を状況に応じて調節することを可能とする機械システムあるいは構造システムである.可変形状トラスの応用としては様々なものが考えられ,その研究も多くなされているが,基本的に高多自由度を特徴とするこのような機構においては比較的安価で軽量の可変長部材の適用が望ましい.本課題はこのような観点から可変形状トラスのアクチュエータに形状記憶合金ワイヤを適用することについて研究を行うものである.研究期間の初年度であった本年度は,主として実現可能性の検討の観点から以下に示すような内容について研究を行った.1.形状記憶合金ワイヤの特性のモデル化形状記憶合金の特性は非線形であるが,これを区分線形的に表現した力学モデルを構築した.2.動作シミュレーショントラスの構造部としてワイヤを用いる場合構造としての安定性を保持するために不静定性のトポロジが必要となる.これに起因する内力を利用した双方向の駆動を想定した二次元および三次元の可変形状トラスに上記のモデルによる形状記憶合金ワイヤを適用した場合の動作シミュレーションを行った.3.二次元可形状トラスの試作実に形状記憶合金ワイヤを用いた二次元の可変形トラスを試作し,予備的な動作実験を行った.上記項目2のシミュレーションおよび項目3の試作二次元システムによるの実験の結果,状記憶合金ワイヤを用いた可変形状トラスの実現が可能であることが確認できた.形状記憶合金ワイヤは通電による加熱および空冷による冷却によって,その力学特性が大きく変化する.本研究で扱う可変形状トラスはこのような形状記憶合金ワイヤをアクチュエータとして用いている多自由度メカニズムである.本年度は,このような機械システムの動力学的特性の観点から,以下のような点について研究を行った.1.形状記憶合金ワイヤの過渡特性のモデル化2.そのような過渡特性を勘案した運動方程式の定式化3.動力学シミュレーションによる動特性評価4.二次元試作システムによる動作実験による振動特性の観測13による動力学シミュレーションの結果,形状記憶合金の高温状態での剛性が動特性に大きな影響を持つことが示された.また,トポロジの違いが与える影響も大きく,これらの動特性を考慮した形状

記憶合金ワイヤ部材の配置が重要であることも示唆された.4の実験の結果はまだ基礎的なものであり,定量的な評価までは至っていないが,過渡的な応答とシステム全体の動特性について興味深い結果が得られている.また,まだ動作実験は行っていないが,本年度は3次元可変形状トラスの実験システムの試作も行った.本研究で扱っている可変形状トラスへのワイヤ部材の適用においては,圧縮力を支えることができないという顕著な力学的特性をもつワイヤ部材が,主たる構造部材としての機能をも果たす.このような場合,自重の影響が比較的小さい二次元平面機構の場合と,その影響が大きい三次元立体機構の場合では,異なる視点からの検討が必要となる.以上のような観点から,本年度は下記のような点について研究を行った.【三次元立体システムの動作実験】昨年度末に試作した三次元試作システムの動作実験を行った.駆動自体は達成できたものの,三次元可変形状トラス特有の問題である自重の影響ならびにトラス節点部のオフセットの影響が大きいことも確認した.【並列ワイヤ機構の運動学】ワイヤを用いた並列リンク機構では,圧縮を受ける部材が(運動学的観点からは)消失するという問題を扱う必要がある.このような問題の一般的な観点からの運動学の取り扱いについての研究も行った.【特異姿勢に着目した動作生成】三次元並列駆動メカニズムでは,比較的容易にいわゆる特異状態の近傍の姿勢を取り得る.しかしながら近年いくつか指摘されているように,特異姿勢は必ずしも単に避けるべき姿勢ではない.このような観点から,リンク機構の特異姿勢近傍の力学的特性の活用についての研究を行った.本年度は最終年度であり,形状記憶合金ワイヤ駆動可変形状トラスについてこれまでの研究成果を踏まえた多面的な検討を行った.三次元試作システムについては節点部の構成について再検討を行った.形状記憶合金ワイヤ駆動可変形状トラスは多段構成にすることにより有意な幾何形状可変動作が可能となるが,一段あたりの形状変化は比較的小さなものである.そこで,現状の球面ジョイント様式のものではなく,弾性変形によるものを考案し,基本設計を行った.しかしながら,試作まで行うことはできなかった.このような幾何形状可変メカニズムの利用に際しては,いわゆる逆運動学問題を解くことによる動作生成が重要である,本研究のメカニズムではアクチュエータとして形状記憶合金を用いていることから.一般のメカニズムとは異なり,過去の経歴への依存を考慮した逆運動学の取扱いが必要となる.この問題に対し,力学条件を考慮した問題の定式化を行い,遺伝的アルゴリズムによる解法を示した.形状記憶合金ワイヤ駆動可変形状