hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Al合金の疲労挙動と確率疲労特性の及ぼす雰囲気の影響

Al合金7075-T6および比較のためS35C焼ならし材を用いて、実験室内の温度と湿度を制御した環境下で疲労試験を行い、3つの実験室大気条件(20°C・湿潤(20-moist),35°C・湿潤(35-moist),35°C・乾燥(35-dry))下の温度・湿度の変動が疲労挙動に及ぼす影響を検討した。(1) S-N曲線:S35Cでは、20-moistが35-moistおよび35-dryより疲労寿命が大きい。湿度の影響はあまり大きくない。一方、7075-T6では、20-dryが20-moistおよび35-moistより疲労寿命が湿度に影響され大きいが、温度の影響はあまり顕著でない。(2)き裂発生寿命に及ぼす大気の影響:S35Cでは、き裂発生寿命は温度の影響を受け温度の低い方がき裂発生寿命は大きいが、湿度の影響は認められない。一方、7075-T6では乾燥大気中のき裂発生寿命が湿潤大気中より著しく大きい。また、温度の影響はあまり認められない。(3)き裂の伝ぱ挙動に及ぼす大気の影響:S35C、7075-T6いずれも微視的き裂の伝ぱ挙動は湿度の影響を受け、乾燥大気中の伝ぱ速度が湿潤大気中より大きい。長いき裂の伝ぱは湿度の影響をほとんど受けない。(4)疲労挙動の分布特性と統計的性質:疲労寿命・き裂発生および伝ぱ寿命は3母数ワイブル分布で整理でき、き裂伝ぱ速度分布は対数正規分布で整理できる。S35Cでは、き裂伝ぱ速度の変動係数CVは、き裂長さの減少と共に増加するが、き裂が0.3mmを越えれば0.3に漸近する。一方、7075-T6では、CVに環境や疲労各段階の違いは認められない。(5)両材の疲労挙動に及ぼす実験室大気の影響に差が生じた理由は不明である。疲労き裂の発生・進展挙動は繰返し応力下の転位運動や微視的塑性変形に支配され、今後この観点から温度・湿度の影響に対する物理的意味の解明を行う必要がある。AI合金の疲労挙動に及ぼす実験室雰囲気の影響を明らかにするため、温度(20,35°C)および相対湿度(40,80%)を組み合わせて変えた大気中において、時効硬化AI合金7075-T6平滑材の回転曲げ疲労試験を行った。そして、各雰囲気中の基本S-N曲線を求めるとともに、レプリカ法による表面の疲労被害を連続観察した。また、一部S35C焼ならし材についても同様の実験を行い、7075-T6との比較を行った。得られた主な結論を以下に示す。1.基本S-N曲線には雰囲気の違いが認められ、相対湿度が大きい方が疲労寿命および時間疲労限は小さい。一方、温度の影響はほとんど認められない。これはS35Cで得られた雰囲気の影響(温度の影響が大きく、湿度の影響はあまり認められない)と異なる。2.き裂は繰返しのごく初期に結晶粒内に点発生的に発生し、繰り返しとともにせん断形の伝ぱ形態を示すが、その後、引張り形で伝ぱ拡大する。また、き裂の挙動に雰囲気による本質的違いは認められない。

3.雰囲気が7075-T6材の疲労過程のどの段階に大きく影響するかを調べたところ、き裂の発生寿命および微視的き裂の伝ぱ寿命に及ぼす影響が傾向的に大きいことが明らかになった。しかしながら、データのばらつきが大きく定量的な検討はできなかった。次年度は統計的疲労試験を行い、この点を定量的に明らかにする計画である(S35Cについては、予備実験として前年度行った結果と本年度追加実験を行った結果から、雰囲気の影響を疲労の各段階ごとに定量化できた)。4.破面をSEMにて観察し、疲労の段階によりファセット・ストライエーションを伴う破面が観察された。しかしながら、雰囲気と破面の関係は認められない。自然環境で予想される変動内の3つの実験室大気条件のもとで、時効硬化Al合金7075-6平滑材の回転曲げ疲労試験を行った。その際、疲労挙動のばらつき特性を考慮して雰囲気の影響を検討するため、同一応力下で複数(10本程度)の試験片を破断させ、表面の連続観察結果およびその統計的処理結果に基づいて、僅かな温度・湿度の変動が疲労挙動に及ぼす影響を統計的に検討した。以下に得られた主な結論を示す。(1) S-N曲線には湿度の影響が大きく現れ、20°C・乾燥大気中(20-dry)が20°C・湿潤大気中(20-moist)および35°C・湿潤大気中(35-moist)より疲労寿命が大きい。また、温度の影響はあまり認められない。一方、疲労限度は疲労寿命に見られる程環境の影響を大きく受けないが、湿度が小さい方が疲労限度は大きくなる。(2)き裂は表面の介在物と母相の境界付近を起点に発生し、発生後は介在物と母相の境界に沿って伝ぱする。その後組織の影響を受けなから母相内をせん断形で伝ぱするが、き裂長さが0.1mm程度を越えれば引張り形の伝ぱが支配的になる。なお、すべり帯を起点とするき裂発生形態も認められた。(3)き裂発生寿命は湿度の影響を強く受け、湿度の低い方がき裂発生寿命は長寿命側に分布するが、温度の影響はあまり認められない。一方、き裂伝ぱ挙動は湿度の影響を受け、乾燥大気中の伝ぱ速度が湿潤大気中より大きいが、温度の影響はあまり顕著でない。(4)き裂発生寿命、き裂伝ぱ寿命およびき裂伝ぱ速度は、いずれもワイブル分布で整理できる。また、この場合の変動係数の値に、環境の違いによる差は認められない。
生体組織間シグナルカスケード理解のための、多視点・多臓器同時イメージング法の開発

人をはじめとする多細胞生物では、厳密な生命機能の維持・調節をおこなうために、高度に分化した組織・器官を所持し、また各々の情報を生体シグナルとして血管を介して送受信することで、生命の動的恒常性を維持している。これらの多臓器情報伝達の機構を正確に理解するために、申請者は3次元可動軸を持つ複数のアームを接続した非線形光学顕微鏡の作成、およびそれを用いた時間遅れのない多視点・多臓器高速イメージング法の開発を試みる。これにより連続的に生じる多臓器情報伝達の情報発信源および受信地において細かな時空間解像を有した連続生体反応の同時記録が可能となり、多臓器情報伝達機構および生体恒常性維持機構の解明につながる。
植物の薬物代謝遺伝子を用いた内分泌攪乱化学物質代謝型植物新品種の作出

内分泌攪乱化学物質(Endocrine disruptor : ED)による環境や農水畜産物の汚染の拡大とそれに伴う人の健康並びに生態系への影響が心配されている。これらEDは極低濃度(ナノレベル)で動物の内分泌系に作用する。そこで、ナノレベルのEDsを検出・負荷軽減する新たな技術が求められている。植物は発達した根系を介して、広範囲から極低濃度の化学物質を吸収・集積する。また、作物は環境下での管理が容易で、環境安全性が高い。そこで本研究では、植物の薬物代謝型P450遺伝子を探索し、それらのED代謝性能を評価することを試みた。1.タバコの薬物代謝・誘導型P450遺伝子CYP71A11タバコのCYP71A11遺伝子は2,4-Dなど多くの化学物質の処理で誘導発現する。生成したCYP71A11は除草剤クロロトルロンのN-脱メチル化を触媒し、除草剤代謝・選択性に関与している。多くの化学物質の内、除草剤ブロモキシニルによる遺伝子誘導発現に係わるプロモーター領域を特定することを試み、ブロモキシニル応答因子を明らかにした。2.イネ薬物代謝型P450の除草剤代謝イネから取得したCYP72A18とCYP72A21のcDNAをおのおの酵母に発現し、相当するP450発現酵母ミクロソーム画分を用いて各種除草剤代謝分析を行った。その結果、CYP72A18は除草剤ペラルゴン酸を代謝することが判明した。代謝産物はω-1水酸化ペラルゴン酸であることを同定した。3.除草剤多剤耐性雑草ロリウム品種のP450遺伝子ロリウムの除草剤多剤耐性品種WLR2は除草剤クロロトルロンなどの代謝活性が高く、しかも、特異的にCYP71R4を発現している。そこで、本cDNAをクローニングし、酵母に発現し、酵母ミクロソームを用いて除草剤の代謝を測定した。その結果、CYP71R4は除草剤クロロトルロンを代謝した。ロリウムの多剤耐性には除草剤代謝に係わる本P450遺伝子の発現が係わっていることが判明した。(1)アラビドプシスP450欠損株の取得アラビドプシスT-DNA変異株からCYP71B11,CYP86A1,及びCYP86A2の欠損株を選定し、ホモ接合体を取得した。これらの内、CYP86A1欠損株は除草剤ピリブチカルプに過感受性を示した。また、CYP71B11とCYP86A1のcDNAを取得して、それらを酵母に発現し、各種基質の代謝分析を行い、CYP71B11がトランスケイヒ酸を、CYP86A1が脂肪酸を代謝することが判明した。(2)単子葉及び双子葉植物の薬物代謝型P450遺伝子の取得イネのcDNAライブラリーをスクリーニングし、新規P450の分子種のcDNAクローンを取得した。(3)薬物代謝型P450遺伝子の各種植物種での分布タバコCYP71B11のプロモーターに、レポーター遺伝子GFPを結合し、タバコに形質転換したところ、NAにより、茎の皮層に特異的に誘導発現が認められた。1.アラビドブシスP450cDNAの取得アラビドブシスT-

DNA変異株について、CYP71B11欠損株、CYP86A1欠損株、CYP86A2欠損株を取得し、また、野生株WSからそれらのcDNAを取得した。その他、CYP71A12、CYP71A13についてもcDNAを取得した。これらのcDNAを酵母に発現して、基質の代謝を測定した。CYP71B11、CYP71A12は除草剤を代謝し、CYP86A1は除草剤ピリブチカルブの標的酵素であることが示唆された。2.イネの薬物代謝型P450遺伝子の取得イネ日本晴を各種薬剤で処理した後、RT-PCR法でCYP72A18とCYP72A21のcDNAを取得した。これらはイネから取得された最初のP450分子種であり、除草剤の代謝、除草剤による誘導に関与していると思われる。3.薬物代謝型P450遺伝子の各種植物での分布取得したP450分子種のcDNAの各種植物種での分布を検索した結果、単子葉と双子葉でP450分子種の分布が異なっていた。1.シロイヌナズナCYP71B11の機能解明シロイヌナズナT-DNA挿入CYP71B11遺伝子欠損株、また、野生株WSとそれにCYP71B11cDNAを導入したCYP71B11過剰発現株について除草剤感受性試験を行った結果、スルフォニルウレア系除草剤クロロスルフロン、ニコスルフロン及びフルピルスルフロンに対して、野生株に比べてCYP71B11遺伝子欠損株は過感受性を示し、CYP71B11過剰発現株は耐性を示した。また、^<14>C標識クロロスルフロン、イマゾスルフロンをシロイヌナズナの3系統に与えて、代謝物を分析した結果、両除草剤の代謝はCYP71B11過剰発現株が最も速く、次いで、野生株WSで、CYP71B11遺伝子欠損株はほとんど代謝しなかった。以上の結果、CYP71B11はスルフォニルウレア系除草剤の代謝に関与することが判明した。2.イネの薬物代謝・誘導型P450遺伝子イネ日本晴を各種薬剤で処理した後、定量PCR法でCYP72A18とCYP72A21の遺伝子の転写活性化を測定した。その結果、CYP72A18は除草剤2,4-D、トリフルラリン、シマジンなどで転写誘導されることが判明した。従って、CYP72A18遺伝子には除草剤応答性因子が存在すると思われる。そこで、イネCYP72A18遺伝子の5'上流域をクローニングし、各種シスエレメントを解析したところ、外来異物応答に係わるシスエレメントが認められた。3.イネ薬物代謝型P450遺伝子の酵素機能取得したイネCYP72A18とCYP72A21のcDNAをおのおの酵母に発現し、相当するP450発現酵母ミクロソーム画分を用いて各種除草剤の代謝分析を行ったが、代謝活性は認められなかった。1.タバコの薬物代謝・誘導型P450遺伝子CYP71A11タバコのCYP71A11遺伝子は2,4-Dなど多くの化学物質で処理した植物体において誘導発現する。生成したCYP71A11は除草剤クロロトルロンのN-脱メチル化を触媒し、除草剤代謝・選択性に関与している。多くの化学物質の内、除草剤ブロモキシニルによる遺伝子誘導発現に係わるプロモーター領域をゲルシフトアッセイにより特定することを試み、ブロモキシニル応答因子を明らかにした。2.イネ薬物代謝型P450の除草剤代謝イネから取得したCYP72A18とCYP72A21のcDNAをおのおの酵母に発現し、相当するP450発現酵母ミクロソーム画分を用いて各種除草剤の代謝分析を行った。
凍結化学療法に関する研究(凍結後の組織内PEPの消退と抗腫瘍効果)

凍結により生ずる局所循環障害を利用して抗腫瘍薬物の組織内濃度を高め維持する方法を試みてきた。今回は抗癌剤の種類による組織内濃度推移の比較およびVX-2腫瘍組織への白金薬剤の移行に関する実験を行った。実験モデルに家兎を用い、抗癌剤はCDDPおよびNedaplatinを用いた。凍結手術装置はLINDE CE-4型で直径8mmのプローベを用いた。凍結条件は-180°C,凍結部位は舌、頬粘膜、腰背部皮膚および移植腫瘍とした。腰背部にVX2癌を移植し直径2030mmとなった時点で実験に供した。抗癌剤の投与量はPEP10mg/kg、白金製材mg/kgとし、静脈内にone-shot投与した。15分後に凍結し、以後経時的に血清内および各組織内の白金製材濃度(総白金量)を原子吸光法で測定した。CDDP血清内濃度は1時間後0.19μg/g、3時間後0.12μg/g、6時間後0.12μg/g、24時間後0.11μg/gで48時間以降は測定限界以下となった。組織内濃度は1時間後で血清内濃度の24倍の0.370.99μg/gで、6時間後までは凍結部位の方が対照に比較し僅かに高濃度であった。以後組織内濃度は徐々に低下するものの1週後でも0.070.48μg/gの濃度を維持しており、凍結部と対照間の濃度差は顕著でなかった。Nedaplatinの血清内濃度は6時間、組織内濃度は24時間で消失しCDDPに比べ持続時間は短かったが、口腔組織では凍結組織における濃度は対照より高く保たれていた。CDDPとの持続時間の比較に関しては測定方法に問題があるとも考えられ、RI法による追試も必要と考えられた。CDDPはどの組織でも血清より長時間、Nedaplatinは口腔の凍結組織により高い濃度が持続し、ともに凍結化学療法の併用薬剤としての有用性が示唆された。
ランダムタンパク質を表層に提示した細胞の進化工学的機能開発

ランダムなアミノ酸配列をもつ人工タンパク質(約140アミノ酸残基)を大腸菌中で発現させたところ、得られた形質転換株の約50%がランダムタンパク質を発現しており、その約25%は水に可溶性であった。2種類の可溶性の人工タンパク質を精製してその性質を調べたところ、2次構造はもっていないものの、モルテングロビュール程度のコンパクトさをもった形をしており、千量体を形成し、弱いながらもエステラーゼ活性を示すことがわかった。以上の結果は、天然のタンパク質がきちんとした立体構造をとることと、高い触媒活性を示すことは、進化の過程で獲得された性質と考えられる。そして、ランダムタンパク質が進化の出発点としてふさわしい性質を有していることが明らかとなった。そこで、25個のランダムタンパク質をコードしている遺伝子にランダム変異を導入して得られた遺伝子ライブラリーをファージミドに挿入し、人工タンパク質をfdファージのgeneIIIタンパク質と融合した形で発現させ、2.1×10^6のライブラリーを得た。その際に導入した変異の率は全長13.0アミノ酸の中で平均3.45であり、ランダムタンパク質の発現効率は21.7%であった。得られたファージライブラリーのバラエティーは、10^610^8程度であった。
スピン三重項高温超伝導電子対の研究

平行なスピンを持った電子同士が合成スピンモーメントS =1のスピン三重項電子対を形成した特異な超伝導状態を高温で発現させることを目的とし、スピン一重項である酸化物、及び窒化物超伝導体と磁性体からなるヘテロ接合構造の作製とその電気的特性を調べた。まず、構造が単純で良好な界面特性が期待できる無限層構造酸化物超伝導体Sr0.9La0.1CuO2の作製検討を行い、超伝導コヒーレンス長が長いため界面制御に有利な、a軸成長膜が得られることを見出した。また、a軸成長Sr0.9La0.1CuO2薄膜と強磁性Sr2CrReO6、及び反強磁性SrLaVMoO6とのヘテロエピタキシャル成長を達成した。次に、窒化物超伝導体NbN接合への磁性層の挿入効果を調べた。極薄(1.0 nm)の強磁性CoFe層を挿入した接合では、ゼロ磁場で極小となるジョセフソン臨界電流を有し磁場方向に対して非対称的なフラウンホーファー回折パターンが観測され、極薄強磁性層挿入に伴う接合界面での磁気的不均一性のよるスピン三重項超伝導の可能性が示唆された。また、a軸成長Sr0.9La0.1CuO2薄膜と強磁性Sr2CrReO6薄膜、及び反強磁性SrLaVMoO6薄膜とのヘテロエピタキシャル成長を達成した。スピン三重項電子対生成のためのスピン反転制御の新しい手法として、ホイスラー合金系強磁性/反強磁性交換結合膜を検討した。成長温度により界面構造を制御したホイスラー合金系強磁性/反強磁性積層膜における磁気特性の評価から、優れた交換結合特性が得られることを明らかにし、超伝導接合におけるスピン反転層として有用であることを示した。今後、ホイスラー合金系反強磁性/強磁性交換結合膜を挿入したNbN超伝導接合、及びa軸成長Sr0.9La0.1CuO2薄膜と強磁性Sr2CrReO6、反強磁性SrLaVMoO6との酸化物ヘテロ接合における検討を行うことにより、スピン三重項超伝導電子対の高温動作化への指針が得られるものと期待される。平行なスピンを持った電子同士が合成スピンモーメントS =1のスピン三重項電子対を形成した特異な超伝導状態を高温で発現させることを目的とする。このため、今期間中はスピン三重項高温超伝導電子対発現の舞台となる、超伝導体(S)/ハーフメタル(HM)ヘテロ構造の作製のための各要素技術の検討を行った。S層としては、構造が単純で良好な界面特性が期待できる無限層構造超伝導体Sr0.9La0.1CuO2を用い、HM層の組み合わせの候補材料として、1)強磁性ハーフメタルSr2CrReO6、2)反強磁性ハーフメタルSrLaVMoO6、3)強磁性ハーフメタルFe2CrSi、4)反強磁性Ru2MnGe、5)強誘電体Ba0.7Sr0.3TiO3を用いることとした。まず、それぞれの単一薄膜を格子整合単結晶基板上へ成長させたところ、コヒーレントなエピタキシャル成長が生じ、良好な磁気的・電気的特性が得られることとを明らかにした。

この中で、無限層Sr0.9La0.1CuO2については、基板、バッファーとの格子整合性を精密に制御することで、従来報告されているc軸成長だけでなく、超伝導コヒーレンス長が10倍以上長いため界面制御の観点から積層化に有利な、a軸成長も可能であることを見出した。この結果は、スピン三重項高温超伝導電子対発現のためのヘテロ構造におけるS層として有望であることを意味している。HM層については、スピン一重項電子対からスピン三重項電子対への変換を支配する界面スピン活性を制御する観点から、上記1)-5)の中から各種組み合わせを検討した。各薄膜の最適成長条件と界面特性を考慮しつつ、ヘテロエピタキシャル成長化を進め、Sr2CrReO6/SrLaVMoO6、Fe2CrSi/Ru2MnGe、およびFe2CrSi/Ba0.7Sr0.3TiO3がHM層の構造として有望であることを見出している。本研究目的の実現に最も重要な、超伝導体(S)/ハーフメタル(HM)ヘテロ構造の作製のための各要素技術の検討については、予定通り研究は進展している。S層としては、当初計画していた層状ベロブスカイトYBa2Cu3O7やEuBa2Cu3O7ではなく、界面特性制御の観点から構造が単純な無限層構造超伝導体Sr0.9La0.1CuO2を用いることとしたが、超伝導コヒーレンス長が長く積層化に有利なa軸薄膜化にも成功している。HM層については、効果的なスピン活性制御が可能な、交換結合型強磁性/反強磁性構造であるSr2CrReO6/SrLaVMoO6とFe2CrSi/Ru2MnGeとともに、磁場だけでなく電場による磁気電気(ME)効果を介して界面スピン活性制御が可能な積層マルチフェロイック構造としてFe2CrSi/Ba0.7Sr0.3TiO3が有望であることも見出しており、今後のスピン三重項高温超伝導電子対発現のためのヘテロ構造作製のための基礎検討は完了している。前年度までに得られた知見を元に、スピン三重項高温超伝導電子対発現のための超伝導体(S)/ハーフメタル(HM)ヘテロ構造の作製検討とその接合特性の評価を進める。S層としては、コヒーレンス長が長く積層化に有利な無限層構造超伝導体Sr0.9La0.1CuO2のa軸成長エピタキシャル薄膜を活用することとする。HM層として、交換結合型強磁性/反強磁性(HM)構造であるSr2CrReO6/SrLaVMoO6とFe2CrSi/Ru2MnGe及び、積層マルチフェロイック(HM/MF)構造であるFe2CrSi/Ba0.7Sr0.3TiO3を検討する。S/HM/S接合界面に極薄MF層を挿入したS/MF/HM/S積層膜、およびS/MF/HM/MF/S積層膜に対して、微細接合に加工することにより超伝導トンネル型接合とする。ここでは、MF層とHM層の膜厚をパラメータとした系統的な実験を行い、最大ジョセフソン電流の磁場・温度依存性、最大ジョセフソン電流以上の電流を流した時の準粒子トンネル特性、接合常伝導抵抗値と電場の関係、MF層の強誘電特性に依存したME効果の影響等、を評価して、マルチフェロ性と反強磁性ハーフメタル性がスピン三重項電子対の生成に及ぼす効果を考察し、その支配要因を解明することで、純スピン三重項電子対ジョセフソン電流を観測する。上記の研究計画を推進するため、超伝導体(S)/ハーフメタル(HM)ヘテロ構造の作製のためのターゲット材料、単結晶基板、素子加工プロセス用材料等に研究費を使用する。また、最終年度であるため、国際会議での発表、論文投稿関係に費用を計上する。
中部山岳地域における水循環および物質循環過程の研究

中部山岳地域の高山源流域において水収支および物質収支に関する研究を行い、次のことが明らかとなった。梅雨から秋にかけて降水頻度が高く、これに対応して一時的に流出量も増加するが、基底流量が最も大きくなるのは融雪期である。融雪流出が始まるまでの冬期間には、渓流水のpHと電気伝導度は徐々に増加するが、融雪流出の開始とともに両者は急激に低下する。梅雨や台風による流量増加時にも渓流水のpHと電気伝導度は一時的に低下する。融雪初期には渓流水中のCl-濃度が増加する。また、渓流水中のNO3-濃度は降雨による流量増加時に増加する。重点調査対象流域として、犀川水系梓川流域の前川(北アルプス:乗鞍岳源流域)と天竜川水系小黒川流域の小流域(中央アルプス:木曽駒ヶ岳)を設定し、必要な観測機器を設置した。両流域では時間分解能が高く長期間にわたる水・物質循環過程を研究する予定である。今後、気象・水文観測により水収支を明らかにし、降水、土壌水、地下水、河川水の継続的な採取・分析により水・物質循環過程を明らかにする。降水としては、林外降水のみならず林内降水も採取し、雨については樹幹流も採取している。冬期間には、海岸部から山岳域まで含めた調査対象地域全域で新雪の採取を行っている。冬型の気圧配置による事例と南岸低気圧による事例での試料を採取できるように採取地点を調整している。さらに、高山域において積雪の表層から地表面までの全層採取を3センチメートルの厚さごとに行い、化学分析を行っているところである。今後、積雪全層の水素・酸素安定同位体比と化学主成分濃度の分析を行うことにより、その地点での降雪による水および化学主成分の起源やインプット量の時間変動を明らかにすることができる。重点調査対象流域として、犀川水系梓川流域の前川(北アルプス:乗鞍岳源流域)に必要な観測機器を設置し、時間分解能が高く長期間にわたる水・物質循環過程を研究している。これまで、気象・水文・雪氷観測により水収支を明らかにし、降水、土壌水、地下水、河川水の継続的な採取・分析により水・物質循環過程を明らかにしている。その結果、降水量の標高効果を加味することにより、水収支は概ねバランスすることを明らかにし、物質収支としては、C1^-イオンはバランスするが、NO_3^-イオンは流域内での内部循環に使われる部分があり、SO_4^<2->イオンや陽イオンについては大きな流出超過であることが明らかになった。SO_4^<2->イオンの流出超過については、火山と温泉の影響が示唆された。冬期間には、高山域において積雪表層から地表面までの全層採取を3センチメートルの厚さごとに行い、化学分析を行っている。乗鞍高原においては、定期的に積雪断面観測調査を行い層位ごとの時間変化をとらえることをめざし、中央アルプスにおいては、東西に横断する測線で積雪断面観測調査を行い、積雪水量の比較やイオンの沈着量の差異について検討している。これまでに、積雪水量が森林限界の上下で大きく異なることを明らかにし、森林限界よりの高い標高では、西側斜面から東側斜面への風による雪の再配置がなされている可能性を指摘することができた。調査対象流域では、梅雨から秋にかけて降水頻度が高く、これに対応して一時的に流出量も増加するが、基底流量が最も大きくなるのは融雪期である。融雪初期には渓流水中のCl^-濃度が増加する。

また、渓流水中のNO_3^-濃度は降雨による流量増加時に増加する。このふたつ以外の渓流水中の主要イオン濃度は、電気伝導度の変動とほぼ同期している。流域単位の水収支を検討することにより、降水量データの不十分な山岳流域においても、降雪量を評価することがある程度可能となるので、北アルプス乗鞍岳東側斜面の河川源流域で水収支に関する研究を実施した。研究対象流域の水収支を考える際に標高の低い地点のみの降水量を用いると、流出高超過になる。そこで、暖候期についてはアメダス観測による降水量の高度補正を行い、寒候期については流域内における積雪水量観測結果による降水量補正を行うと、蒸発散量も考慮に入れた収支式でバランスするようになることを明らかにした。さらに、研究対象流域における物質収支についても研究を行った。陽イオンの物質収支では、新しい火山体を基盤とする岩石土壌からの溶出が極めて多いことを反映し、流域への大気沈着量に比べて渓流水としての流去量が圧倒的に多くなることが明らかとなった。一方、岩石土壌からの溶出などを考慮する必要のないCl^-イオンについては、大気沈着量と渓流水としての流去量がオーダー的にバランスし、また、NO_3^-イオンについては、流域内での消費や内部循環によって、流域への大気沈着量が渓流水としての流去量よりも大きくなっていることを示すことができた。
遺伝子工学による新しい治療用アイソトープ標識ヒト型モノクローナル抗体の開発

アイソトープ(RI)標識モノクローナル抗体が、免疫反応により病巣に特異的に集積することを利用して、抗体は癌、炎症、心筋梗塞、血栓などの画像診断のみならず癌、エイズや移植に伴った急性拒絶反応などの治療にも応用されようとしている。そこで本研究では悪性リンパ腫をモデルとして、遺伝子工学により副作用の少ない治療用RI標識ヒト型モノクローナル抗体を開発することを目的として研究を行った。Bリンパ球細胞表面抗原CD20と反応するマウス由来のモノクローナル抗体を用いて、本学倫理委員会の許可を得て、悪性リンパ腫患者における^<131>I標識抗CD20抗体の腫瘍集積性、安全性を検討した。さらに胃癌、大腸癌に対するモノクロ-ナル抗体A33をヒト型化。^<131>I標識抗A33ヒト型抗体を胃癌患者に投与し、その安全性、腫瘍集積性を確認した。細胞障害性の強いアイソトープであるレニウム-186(^<186>Re)、イットリウム-90(^<90>Y)の抗体、キレート剤などへの標識方法の研究を行い、その成果を研究会、学会誌に報告した。本研究の目的は悪性リンパ腫をモデルとして、遺伝子工学の手法を用いて治療用RI標識ヒト型抗体を開発することである。そこでまず悪性リンパ腫と反応するネズミ由来の単クロン抗体の性状および動物モデルにおける有用性を検討した。Bリンパ球細胞表面抗原CD-20と反応する抗体を放射性ヨードで標識。標識抗体はヒトリンパ球と反応するが、大腸癌細胞とは反応しない。またリンパ腫細胞を移植したスキッドマウスに集積した。そこで細胞障害性の強い放射性ヨード-131で標識した抗CD-20抗体を用いて、治療に関する動物実験を行った。投与する標識抗体の量に応じて動物に移植した腫瘍の発育を明らかに抑制し、治療効果は顕著であった。一方、米国ではRI標識していない抗CD-20抗体のみの投与でも悪性リンパ腫の治療に臨床的に有用なことが明らかとなった。そこで抗CD-20抗体のみを用いた実験を行ったところ、動物実験でも有意な腫瘍抑制効果が見られた。本実験は抗CD-20抗体による悪性リンパ腫治療の基礎研究としてのみならず、その作用機序の解明にも有用なモデルである。そこで本研究では悪性リンパ腫をモデルとして、遺伝子工学により副作用の少ない治療用RI標識ヒト型モノクローナル抗体を開発することを目的として研究を行っている。まずBリンパ球細胞表面抗原CD20と反応するマウス由来のモノクローナル抗体を用いて、動物を用いた基礎検討を行った。放射性ヨード(^<131>I)で抗CD20抗体を標識。悪性リンパ腫細胞を移植したスキッドマウスに投与したところ、移植腫瘍の増殖を抑制した。抗CD20抗体を臨床応用すべく製造中で、平成11年度に安全性試験を行った後、本学倫理委員会の許可を得て、悪性リンパ腫患者における^<131>I標識抗CD20抗体の腫瘍集積性、腫瘍への放射線吸収線量を測定する予定である。さらに細胞障害性の強いアイソトープであるレニウム-186(^<186>Re)の抗体標識に関する研究を行っているが、レニウム-186は腫瘍集積性が高く、放射性ヨードと異なり外来治療できると考えられ、患者のQ0Lからも臨床応用が期待されている。一方、β線放出核種であるイットリウム-90(^<90>Y)は比放射能が低く、抗CD20抗体の標識にはなお検討が必要である。Bリンパ球細胞表面抗原

CD20と反応するマウス由来のモノクローナル抗体を用いて、本学倫理委員会の許可を得て、悪性リンパ腫患者における^<131>I標識抗CD20抗体の腫瘍集積性、安全性を検討した。さらに胃癌、大腸癌に対するモノクローナル抗体A33をヒト型化。^<131>I標識抗A33ヒト型抗体を胃癌患者に投与し、その安全性、腫瘍集積性を確認した。細胞障害性の強いアイソトープであるレニウム-186(^<186>Re)、イットリウム-90(^<90>Y)の抗体、キレート剤などへの標識方法の研究を行い、その成果を研究会、学会誌に報告した。
清代の賤業従事者と警察機能

本研究は清代の北京の警察について、とくに現場の捕り手(番役・捕役。彼らは賤業従事者と位置づけられていた)であった人々と、彼らの社会的地位の分析を試みるものである。この目的を達成するために、清代の公文書史料を調査し、番役・捕役と、彼らが頼っていた非正規であり、また時に不正を働いてもいた私的協力者との関係性について分析した。それによって、清代における社会秩序形成の特質の一端を明らかにした。本年度は研究課題「清代中国の賤業従事者と警察機能」に関する档案史料を網羅的に収集するため、北京の第一歴史档案館、台北の中央研究院傅斯年図書館、故宮博物院図書文献館を繰り返し訪問した。また国内でも関連する先行研究を整理しつつ、東京大学東洋文化研究所の大木文庫、仁井田文庫に所蔵されている漢籍を中心に、法律・行政に関する史料を随時調査していった。一年間を通して収集し得た史料を分析したところ、当初の課題であった下記2点を明らかにすることができた。1嘉慶・道光年間に番役が賤業と認定されるに至った過程の解明。番役の賤業認定をめぐって、嘉慶・道光年間に政府内で議論が行われ、規定の改変が繰り返された。これは、清代中期の身分秩序問題の一つである。さらには番役への褒賞のあり方も議論になっていた。本年度はこれらの議論の過程を細かに追跡し、また番役を賤業と認定して、その子孫の科挙受験を禁止した結果、北京の治安維持にどの様な影響が生じたかを考察していった。2番役・捕役の活動実態の解明。従来、番役・捕役の活動実態については、犯罪のもみ消しや犯罪者との結託などが指摘されてはいたが、具体的にどの様に活動していたのかは不分明であった。本年度はこの点について考察を進めることができた。以上の2点は番役・捕役によって担われていた治安維持の一端を明らかにする上で、重要な論点であると考えられる。本年度は、北京の中国第一歴史档案館、台北の中央研究院歴史語言研究所傅斯年図書館、国立故宮博物院図書文献館での史料調査を行い、警察、身分制度に関する公文書史料を収集した。また中央研究院近代史研究所の図書館では、北京周辺の公文書史料と、清末民国初期に刊行されていた雑誌・新聞類の調査を行った。これらの中でも特に供述書を多量に収集できたのは、非常に大きな成果であり、この供述史料を分析することによって、警察制度に関する研究を大きく進展させることができた。日本においては東京大学東洋文化研究所に所蔵されている漢籍を調査した。これら文献史料に加えて、絵画史料、写真史料の調査も試みた。特に重点的に分析した『万寿盛典図』には、北京の警備にあたっていた兵士の姿、街のいたるところに配置されていた兵士の詰め所などが非常に数多く描かれており、警察研究にとって極めて貴重である。清末民国初期に撮影された写真もまた当時の社会状況や人々の姿を読み解く上で重要なもので、今後の研究にはこれら絵画史料、写真史料も積極的に生かしていきたい。なお以上の史料調査および考察の成果として、『史学雑誌』に「清代北京の捕り手」が掲載された。本論文は北京の捕り手であった番役・捕役と、彼らの下で活動していた私的な協力者の活動実態、19世紀以降の北京の治安悪化といった諸点について論じるものであり、これによって、研究実施計画で予定していた成果発表は実現できたと考えられる。中国大陸、台湾での史料調査も順調に進み、かなりの成果を得た。論文執筆も順調に進んでいる。27年度が最終年度であるため、記入しない。清代北京の都市社会史研究計画の変更は特にはない。既に論文執筆を始めており、掲載を目指す。
南西諸島の民謡旋律の系統に関する比較分析研究

沖縄の古典音楽旋律と民謡旋律(具体的には民俗芸能である臼太鼓の旋律群)との間の旋律の系統関係について、従来の研究を検証するための方法論について検討を進めた。さらに分析資料を継続的に作成し、一層の充実化に務めた。その結果、新たな知見がいくつか得られた。さらに奄美諸島の八月踊り系芸能の旋律と沖縄本島の臼太鼓旋律の系統関係の解明について基礎的研究を行った。そのために、奄美大島の八月踊り旋律について資料作成作業を進めた。まず7月に両班合同の全体メール会議を開催し、今後の作業計画と研究の展開について打ち合わせた。沖縄本島班は、夏期(9月、10月)に沖縄本島北部の臼太鼓芸能のフィールドワークを実施し、従来の研究で未収集だった音源・映像資料の補充を行った。11月以降は、金城の開発した民謡旋律の分析手法を元に、小林がこれまで明らかにしてきた臼太鼓旋律の系統関係と、琉球古典音楽との対応関係について方法論的検討を進めた。具体的には歌詞音列(金城)による旋律の類似性分析を古典音楽、臼太鼓旋律へ適用し、両ジャンルの旋律の比較分析を試みた。さらに、この研究計画全体に必要となる南西諸島民謡旋律データベース構築のためのフォーマットについて検討し、『日本民謡大観沖縄奄美』等の文献に基づいて試行的にデータ入力を開始した。この作業のために大学院生2名を研究補助員として雇った。北部島嶼班は、9月に伊是名島と奄美大島(含加計呂麻島)の芸能に関するフィールドワークを実施し、現地の民謡に関する未収集音源・映像資料の補充を行った。10月以降は、これまでの研究で八月踊り系芸能の旋律の系統関係がどこまで明らかにされてきたかを検討し、今後の調査研究課題について議論した。それと共に、南西諸島民謡旋律データベースの構築についての協議に参加した。2月初旬には、両班合同のメール会議を開き、今年度の各班の進行状況と達成度を報告確認し、今年度の総括を行った。7月に両班合同の全体会議(沖縄県立芸大)とメール会議を開催し、今年度の作業計画と研究の展開について打ち合わせた。沖縄本島班は、昨年度に引き続き夏期に沖縄本島中南部の臼太鼓芸能のフィールドワークを実施した。昨年度に加えて周辺離島地域も調査の対象に加えた。従来の研究で未収集・未整理だった音源・映像資料の補充に努めた。夏期以降は、昨年度に引き続いて金城の開発した民謡旋律の分析手法を元に、臼太鼓旋律の系統関係と琉球古典音楽との対応関係についてさらに分析的研究を進めた。北部島嶼班は、夏期に昨年度に引き続き奄美大島の八月踊り系芸能のフィールドワークを実施した。また久万田研究室所蔵の沖縄音楽芸能関係映像記録(Hi8テープ100本分)を業者に委託してデジタル化し、従来の研究で未整理だった音源映像資料の整備を進めた。10月以降は、昨年度に引き続き八月踊り系芸能の旋律の系統関係を分析すると共に、トカラ列島、種子島・屋久島と奄美諸島間の旋律の伝播関係についての旋律データベースの充実を図った。2月初旬に両班合同の全体メール会議を開き、今年度の各班の進行状況と達成度を確認し、今年度の総括を行った。6月に両班合同の全体会議をメールを利用して実施した。沖縄班は、夏期に沖縄本島及び周辺離島の祭祀芸能のフィールドワークを数か所実施するとともに、それらの場で歌われる民謡旋律の系統比較研究を昨年度に引き続き継続した。また、これまで行ってきた臼太鼓旋律と琉球古典音楽旋律の系統・対応関係の研究を進めた。北部島嶼班は、89月に奄美諸島のフィールドワークを行い従来未収集だった音源・映像資料の補充を行った。両班ともに10月以降は、沖縄本島臼太鼓旋律と奄美八月踊り系芸能の旋律との系統関係についての分析作業を行った(H28年度中に成果発表予定)。さらに種子島・屋久島、トカラ列島、三島村の民謡旋律と、沖縄本島、奄美諸島民謡旋律との比較系統関係を分析するための民謡データベースの充実を図った。2月には両班合同の全体メール会議を開き、これまでの3年間の作業の進行状況と達成度を確認し、成果発表についての打合せを行った。沖縄本島班は、沖縄本島の資料補充に関しては充分な結果を出しているが、本島周辺離島に関して資料収集・補充が思うように進行していない。北部島嶼班は、奄美諸島北部に関しては、資料的にも充実しており研究を進めているが、奄美諸島南部(与論島、沖永良部島)については、調査および資料補充が遅れている。これらは、当該地域でのフィールド調査が計画通りには進んでいないことが原因と考えられる。民族音楽学沖縄本島班においては、本島周辺離島に関して資料収集・補充が思うように進行していない。また奄美諸島北部に関しては、奄美諸島南部(与論島、沖永良部島)について調査および資料補充が遅れている。そのため今後の進展によっては、本プロジェクトの目的を沖縄本島地域と奄美諸島北部との比較検討に絞ることを検討している。

沖縄本島班はそれぞれ実地調査を行い、これまで未収集の音源資料の補充を計画通りに行うことができた。平成26年度は全体会議および各班の調査が計画通りには進まなかった。またデータ整理用のパソコンの納入が年度内に間に合わなかったために、備品費の執行額も少なくなった。沖縄本島班は、臼太鼓旋律の系統関係と、琉球古典音楽との対応関係について分析的検討を進める。北部島嶼班は、八月踊り系芸能の旋律の系統関係についての検討を進めると共に、音源、映像が未収録の地域について補充調査を進め、データの充実につとめる。平成27年度は最終年度となるので、沖縄本島班、北部島嶼班ともに積極的に調査を実施して、前年度の遅れを取り戻したいと考えている。またデータ整理用のパソコンをできるだけ早く購入して、報告書作成に向けてデータ整理を進めようと考えている。北部島嶼班の夏期調査において、奄美大島以外の調査ができなかったことで、旅費の執行が少なかった。また、両班において実際の旋律分析の方法論検討、民謡旋律データベースのフォーマット検討に時間を要し、実際の分析、入力作業の開始が予想外に遅れたために、謝金の執行が計画通りに進まなかった。沖縄本島班、北部島嶼班共に夏期までに旋律分析作業、民謡旋律データベースの入力作業を進め、平成25年度の作業の遅れを取り戻す計画である。
対称性によって守られたトポロジカル量子相の理論的研究

分数量子ホール系のラフリン状態をもとにした階層状態を、一次元電子系を二次元面に並べて結合させるcoupled wire approachにおいて複合粒子描像に対応する非局所変換を適用することによって構成した。さらに、ランダウ準位が半分占有されたときの複合フェルミ液体やパフィアン状態も構成した。さらに、3次元のトポロジカル相を記述するcoupled wire模型を構成することを試みた。スピン1/2の一次元量子XYZ模型におけるイジング秩序相とダイマー秩序相の間の量子相転移について、ギンツブルグ・ランダウ理論を超える相転移の例として再検討を行った。ボゾン化法と繰り込み群の解析によって、量子相転移のユニバーサリティークラスは自由ボゾンのガウシアン模型であることを明らかにした。さらに、SU(2)対称な点からの摂動がSU(2)WZW模型に対するcurrent-current相互作用として表されることを示し、1ループの繰り込み群の解析を行った。また、相互作用するディラック・フェルミオン系としてXYZ模型を表したとき、そこから得られる有効理論とボゾン化法で得られる有効理論が一致することを示した。さらに、イジング秩序相とダイマー秩序相のそれぞれに対して、一方の相におけるdomain wallが他方の相の秩序を持っていることを指摘した。グラフェンにケクレ状の格子歪みが生じた絶縁体について、トポロジカル結晶絶縁体の観点から解析を行い、その絶縁体が高次トポロジカル絶縁体とみなせる場合があることを指摘した。下記のとおり、二つの研究をほぼ予定通りすすめることができた。その一つは、相互作用する質量0のディラック・フェルミオン系における秩序相の間の量子相転移の研究を、一次元XYZ模型を例として行い、より深い理解が得られた。もう一つは、強相関トポロジカル相の例として分数量子ホール系の階層状態をcoupled wire模型によって構築できた。多数の一次元系を結合させて高次元トポロジカル相を構成するcoupled wire approachによる研究を継続し、さらに発展させる。トポロジカル結晶絶縁体における欠陥に束縛された電子状態について研究を進める。例えば、空間群対称性によって守られた零エネルギー束縛状態の構成や分類を行い、欠陥を記述するパラメータを仮想的な座標(波数)とする一次元高い結晶絶縁体のトポロジカル指数について考察する。また、強相関ディラック・フェルミオン系の量子相転移やそれを記述する理論の双対性について再検討を行う。対称性によって守られたトポロジカル量子相について、いくつかのテーマについて理論研究を行った。研究成果の一つは、トポロジカル絶縁体およびトポロジカル超伝導体に対する電子間相互作用の効果である。自由フェルミオン系のトポロジカル絶縁体・超伝導体の分類理論が電子相関効果によってどう変更されるかを理解するため、表面のギャップレスのディラック粒子間にはたらく相互作用を動的なディラック質量項の形で表し、ディラック粒子を積分することで非線形シグマ模型を導いた。非線形シグマ模型に付加されるトポロジカル項に関する考察から、10種の対称類と各空間次元に対して、分類表をつくった。この分類表は、1次元BDIクラスのZ8や3次元DIIIクラスのZ16など、先行研究の結果を含み、それらを拡張するものである。次に、3次元の時間反転対称で鏡映対称性によって守られてトポロジカル結晶絶縁体に対して電子相関効果を調べ、この場合には分類がZ8になることを2つの異なる手法を用いて示した。さらに、鏡映対称性で守られた2次元ボーズ粒子系のトポロジカル相を分類した。研究成果の2つめは、時間反転と空間反転で対称な3次元結晶で、価電子バンドと伝導バンドが点で接するようなディラック半金属に関する研究である。時間反転と空間反転のみではディラック点は不安定であり、回転や鏡映などの結晶対称性をさらに課すことで安定化する。回転対称性をもつ3次元物質に対して、回転軸上に生じるディラック点のトポロジカル荷を定義し、ディラック点の分類を行った。研究成果の3つめは、トポロジカル絶縁体を特徴づけるトポロジカル電気磁気効果の研究である。磁場中で電気分極が生じる電気磁気効果を実験で検証するには、磁場中のトポロジカル絶縁体薄膜でランダウ準位充填率ν=0の量子ホール絶縁体が有望であることを指摘した。トポロジカル絶縁体及びトポロジカル超伝導体に対する電子相関効果の問題に関して、非線形シグマ模型を用いた理論解析により10種の対称性クラスと各空間次元についてトポロジカル絶縁体・超伝導体を分類する一般論をつくることができた。これは重要な研究成果であると考えている。また、鏡映や回転の空間対称性によって守られたトポロジカル絶縁体やディラック半金属についても着実な研究の進展があった。時間反転対称でスピン軌道相互作用が強い電子系が、価電子バンドと伝導バンドがブリルアン域中の点または線でくっついている半金属のバンド構造をもつメカニズムを、2回らせんあるいは映進の変換を含む空間群(例えば、No. 11)をもつ結晶に対して明らかにした。まず、らせん変換と空間反転の合成が、鏡映変換と鏡映面に垂直方向の半端な並進の合成に等しい場合を考えた。この合成変換で不変となるブリルアン域の部分空間のうち、合成変換と空間反転が反交換する部分空間には、バンドが交差(4重縮退)する線が必ず存在する。同様に、映進変換と空間反転の合成が、π回転変換及び回転軸に垂直方向の半端な並進の合成に等しい場合を考えた。

この合成変換で不変となるブリルアン域の部分空間のうち、合成変換と空間反転が反交換する部分空間には、バンドが交差(4重縮退)する点が必ず存在する。上記2つのメカニズムによってバンド交差が点または線で起こる模型を構成し、そのバンド構造を計算して実証した。また、磁場によって時間反転対称性が破れた場合についても考察し、ワイル点が生じてフェルミ・アークが表面ブリルアン域に現れ得ることを示した。直交する3方向に2回らせん軸をもつ空間群のいくつか(No. 19, 61, 198, 205)に対して、スピン軌道相互作用が強く空間反転対称な電子系の一般的なバンド構造を考察した。それぞれの空間群に対して、点あるいは線でバンド交差がどのように起こるかを明らかにした、さらに少なくとも8つのバンドが必ずつながっていることを示した。複数の縮退したワイル点あるいはディラック点をもつ電子系に対して、電子間相互作用による不安定性について考察した。らせんや映進などの非共型空間群の対称性を持つ結晶に対して、電子系のバンド構造の縮退の様子とそのトポロジカルな性質に関しては、縮退の発生する基本的なメカニズムを明らかにすることができた。さらに、いくつかの空間群を例にとって、対称性から決められるバンド構造の特徴を明らかにすることができた。一方、トポロジカル相に対する電子間相互作用の効果については、繰り込み群などの解析から相図の構造について理解を深めることができた。時間反転変換で不変でかつスピン軌道相互作用の強い電子系では、結晶のもつ空間群の対称性に応じてエネルギーバンド構造にバンド交差があらわれる。昨年度に引き続き、二つの直交するらせん軸をもつ空間群や、さらに立方晶で3回の回転軸をもつ場合に対して、ワイル点やディラック点などのポイントノードとラインノードがブリルアンゾーンのどこに現れるべきであるかを一般的に考察した。3回回転軸がある場合、ブリルアンゾーンの端で3回回転で対称なR点では、エネルギーバンドが交差して6重縮退点が生じる場合があることを示した。さらに、ブリルアンゾーンの中心のΓ点では、バンドが2重もしくは4重縮退することを明らかにした。2次元トポロジカル超伝導状態の磁束にはマヨラナ・ゼロモードが束縛される。このような磁束格子が正方格子を組んでいる場合に、マヨラナ粒子間の4体相互作用が1粒子ホッピングよりも大きな強結合パラメータ領域の基底状態と相図を、モンテカルロ計算や平均場近似によって決定した。低温相では正方格子の対称性を自発的に破ったボンド秩序(ストライプ秩序)が生じ、有限温度でイジング的な相転移を起こすことが分かった。ディラック電子は電子間相互作用が強いとき、反強磁性やダイマー化などの秩序状態を示すと考えられる。これらの秩序状態をあらわす秩序変数がディラック質量項に対応する模型における量子相転移について、有効場の理論の構築を目指して研究を行っている。時間反転対称性と空間群対称性によって守られたバンド交差点(線)についての研究には一定の成果が得られ、論文発表を行った。また、相互作用が重要な系の一例として、強く相互作用するマヨラナ粒子系についても研究が一段落し、論文を投稿した。
電気化学法によるチタン基板表面のマイクロパターニング

チタンは耐食性に優れており、DSAタイプの金属酸化物電極の基板として用いられている。基板であるチタンの表面積が大きくないために、基板上に電気伝導性の高表面積金属酸化物を用いる。しかし、金属酸化物のほとんどは電気伝導性をもたないため、電極として用いるためには基板自体を高表面積化し、その上に金属酸化物薄膜を担持する必要がある。本研究では、チタン基板を高表面積化するために、チタン基板上を還元性酸化チタンで被覆することを目的とした。高表面積の酸化チタン膜を得るためには、酸化チタン前駆体の調製が重要である。本研究では触媒を用いて、低温での低次元成長した酸化チタンの合成のために触媒を用いることを検討した。さらに、チタン基板と酸化チタンの界面設計が重要であることから、鉄基板表面へのシリカコーティング膜の作製について調べ、シュウ酸溶液で前処理することにより鉄基板表面にシュウ酸鉄の薄膜が形成され、シリカは鉄基板に付着することを明らかにした。これらの研究をふまえ、触媒を用いて合成した酸化チタンゲルを、シュウ酸処理したチタン基板に被覆し、600°Cで水素還元処理すると、液相エピタキシャル成長した針状粒子を有する高表面積電気伝導性電極が得られた。チタン金属は酸に強く、酸化消耗も受けにくいため、工業電解用アノードの基板として広く用いられている。このチタン基板表面にマイクロオーダーの凹凸をつけるパターニング修飾の技術を確立をめざして、本年度はチタン金属の表面処理と腐食挙動の関係を明らかにすることを目的とした。表面を機械研磨して平坦なチタン基板を作製し、フッ酸と過酸化水素の混合溶液を用いて化学研磨した後、電気化学的に腐食試験を行った。種々の電解液を試みた結果、1MKBr+0.1Mグルコン酸溶液を用いた場合に、チタン基板が腐食されやすかった。さらに、機械研磨処理と化学研磨処理の間にチタン表面の酸化処理を加えると、化学研磨後の電気化学試験においてより著しい腐食が観察された。化学研磨によって酸化物層が除去されることが知られている。除去される酸化物層の厚さによって、除去された後に露出するチタン表面の性状をかえると考えられる。機械研磨処理後にスパッタ処理をおこなってチタン基板を粗面化し、酸化処理、化学研磨処理の後、腐食試験をおこなった。平滑なチタン基板を用いた場合とは異なる腐食挙動が認められた。チタン基板が粗面化されることによって、生成した酸化物層に違いが生じたと考えられる。
人工衛星搭載(姿勢制御エンジン用)燃料ポンプ駆動用リニアモータの開発研究

人工衛星の大形化・長期運用化に伴って,姿勢制御エンジンの燃料が増大し,現在のガス圧送燃料供給方式では重量,容量の点から限界が生じる。本研究は,エンジンへの燃料供給をリニアモータ駆動のポンプで行うことによりシステムの高効率化と軽量化を図る「リニアモータポンプ方式」を提案し実用化研究を行うもので,平成3年度から2年間で,駆動用リニアパルスモータ(LPM)及びドライバを設計・試作し,基礎特性の実測,理論式の導出・評価,モータの軽量化を優先する最適設計,最適制御アルゴリズムの決定を目的として研究を行ってきた。本研究で得られた主な成果は,以下の通りである。1.4極,25V,150WのリニアパルスモータとパワーMOSFETを用いたドライバを試作してモータが設計通りに動作することを確認し,さらに静推力特性の実験値が導出した特性算定式による理論値と良く一致することを確認した。2.モータ可動子にバネをつけてサイクル運動系を構成し,位相面解析を行ってモータの定格推力とストローク長及びサイクル数の関係を明らかにすると供に,制御アルゴリズムの開発を行って,実験により理論通りに比較的小さな推力で共振運動を行えることを確認した。3.以上のLPMについての研究に加えて制御法の研究を行うために,平成4年度にLPM・ドライバ,推力センサ,リニアエンコーダ及び計測値処理装置で構成される試験装置を新たに完成した。今後,共振系におけるバネの強さ,定格推力,ストローク長,サイクル数の最適組み合わせの決定に関する実験的研究及びスイッチ切り替え時期を含む最適制御アルゴリズムの決定に関する理論的,実験的研究を進めていく予定である。本研究は,エンジンへの燃料供給をリニアモ-タ駆動のポンプで行うことによりシステムの高効率化と軽量化を図る「リニアモ-タポンプ方式」を提案し実用化研究を行うもので,今年度から2年間で,駆動用リニアパルスモ-タ(LPM)及びドライバを設計・試作し,基礎特性の実測,理論式の導出・評価,モ-タの軽量化を優先する最適設計,最適制御アルゴリズムの決定に関する研究を行うものである。今年度の研究で得られている知見をまとめると,以下の通りである。(1)ハイブリッド形LPMの有限要素法による電磁界解析プログラムを完成し,さらに解析的に静推力特性算定式を導出した。(2)4極,25V,150Wのリニアパルスモ-タとパワ-MOSFETを用いたドライバを試作してモ-タが設計通りに動物することを確認し,さらに静推力特性の実験結果が有限要素法及び新たに導出した特性算定式による結果と良く一致することを確認した。(3)モ-タ可動子にバネをつけてサイクル運動系を構成し,可動子が比較的小さな推力で共振することを確認すると共に位相面解析を行ってモ-タの定格推力とストロ-ク長及びサイクル数の関係を明らかにした。(4)現在,可動子位置センサの製作,CPUにDSPを導入するための基礎実験,有限要素法を用いたモ-タの軽量化を最優先した最適設計に関する研究を進めている。今後,(1)モ-タの最適設計,(2)ドライバの改良,(3)共振系におけるバネの強さ,定格推力,ストロ-ク長,サイクル数の最適組み合わせの決定,(4)最適制御アルゴリズムの決定に絞って理論的,実験的研究を進めていく予定である。人工衛星の大形化・長期運用化に伴って,姿勢制御エンジンの燃料が増大し,現在のガス在送燃料供給方式では重量,容量の点から限界が生じる。