hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
垂直型レーザー干渉計の基礎研究

本研究は、地球上で、水平二方向(X軸、Y軸とする)に腕が展開する従来のレーザー干渉計の腕を、鉛直方向(Z軸とする)にも展開し、干渉計の腕がX-Y、Y-Z、Z-X軸に配置される計三台のレーザー干渉計を設置することにより、単独サイトでも、重力波源を同定可能にする重力波検出用三軸レーザー干渉計システムを開発するために必要な、「垂直型レーザー干渉計」の基礎研究行う。平成18年度は、まず、平成17年度に設計された「垂直懸架型3段振り子」の構築と、その防振性能評価が行われた。今回は、ミニガスフィルター素材として、入手性のし易さの点から、従来よく使用されていたマレージング鋼とは異なり、熱処理済みベリリウム銅を使用した。結果、ほぽ問題のない強度が得られ、設計荷重10kgに対し、無調整で2Hzという低い共振周波数が得られ、ほぽ目的通りの性能が確認された。このガスフィルター部を1段目の防振装置、2段目3段目を、擬弾性特性を持つ伸縮性アモルファス線の弾性特性自身(共振周波数12Hz)を防振装置とした垂直懸架型3段振り子で懸架防振された鏡によりFabry-Perot共振器を構成し、鏡への磁石コイル力による位置制御、及び、レーザーの周波数の制御の2通りの制御により、問題なく共振制御ができることが確認され、研究計画の最大の目的である、垂直型レーザー干渉計(Z軸)の心臓部を構築することに成功した。また、すでに神岡鉱山内で設置、運用済みの水平型レーザー干渉計部(X, Y部)においては、20Hz30Hzの周波数帯域においては、2×10^-163×10^-17[m/rHz]の変位感度を達成し、それは、世界のレーザー干渉計型重力波アンテナとして世界最高変位である。100Hz付近においては、3×10^-18[m/rHz]を達成し、それは、LIGOの世界最高変位感度1×10^-19[m/rHzlにつぐレベルである。本研究は、地球上水平二方向(X軸、Y軸とする)に腕が展開する従来のレーザー干渉計の腕を、鉛直方向(Z軸とする)にも展開し、干渉計の腕がX-Y、Y-Z、Z-X軸に配置される計三台のレーザー干渉計を設置することにより、単独サイトでも、重力波源を同定可能にする重力波検出用三軸レーザー干渉計システムを開発するために必要な、「垂直型レーザー干渉計」の基礎研究行う。平成16年度は、まず「真空系」担当では、垂直干渉計を包含するための真空タンクの設計を行い、真空タンクの準備を行った。水平部分に関しても、真空ダクトおよびゲートバルブなどが準備された。「周波数安定化レーザー光源」担当では、532nmの波長と50mWの出力をもつ高性能安定化レーザー準備し、周波数安定化システムに必要な光学部品の調達、制御設計が行われた。「光学系・制御系の設計」担当では、Mode-Cleaner用FP光共振器と腕FP共振器の反射率設定・制御設計を行った。「鏡・光学素子設計・制作」担当では、縦懸架用鏡基材の曲率決定・及び製作準備が行われた。「垂直懸架・防振系」担当では、懸架鏡の垂直防振系の設計に関し、特に垂直防振用ミニガスフィルターの設計が行われた。

「干渉計シミュレーション」担当では、e2eプログラムにより、FP共振器の共振時における干渉信号シミュレーション、および制御信号シミュレーションが行われ、それを元に、予想外乱発生時における制御のシミュレーションを行い、制御系の妥当性を評価した。本研究は、地球上で、水平二方向(X軸、Y軸とする)に腕が展開する従来のレーザー干渉計の腕を、鉛直方向(Z軸とする)にも展開し、干渉計の腕がX-Y、Y-Z、Z-X軸に配置される計三台のレーザー干渉計を設置することにより、単独サイトでも、重力波源を同定可能にする重力波検出用三軸レーザー干渉計システムを開発するために必要な、「垂直型レーザー干渉計」の基礎研究行う。平成17年度は、まず、「周波数安定化レーザー光源」担当では、YAG倍波レーザー(532nm)の固定共振器による予備周波数安定化実験が行われた。一つの方法は、532nmの光の一部を固定共振器に導入し、パウンド・ドレーバー法により得られた誤差信号を、YAG基本波用YAG結晶につけられたPZT、光軸上に設置された外部EOMに帰還することにより共振制御を行うもので、問題なく制御が可能なことが示された。二つ目の方法は、倍波の元になっている基本波のほうを固定共振器に導入し、それを共振制御することにより、倍波周波数安定度を得る方法だが、この方法でどの程度得られるかの評価の準備が行われた。レーザー「光学系・制御系の設計」「鏡・光学素子設計・制作」担当では、腕FP共振器の鏡の調達が行われ、スペック99.9%以上を満たす低ロス高反射鏡(曲率:無限大と1m)を製作した。「垂直懸架・防振系」担当では、垂直防振用振り子として、3段振り子を使用することとし、そのための構造設計が行われた。特に重要な部位である、垂直防振用ばねとして使用するミニガスフィルターの設計・製作も行われた。また、その他部位に関しても、設計が行われた。平成18年度は、まず、平成17年度に設計された「垂直懸架型3段振り子」の構築と、その防振性能評価が行われた。今回は、ミニガスフィルター素材として、入手性のし易さの点から、従来よく使用されていたマレージング鋼とは異なり、熱処理済みベリリウム銅を使用した。結果、ほぼ問題のない強度が得られ、設計荷重10kgに対し、無調整で2Hzという低い共振周波数が得られ、ほぼ目的通りの性能が確認された。このガスフィルター部を1段目の防振装置、2段目3段目を、擬弾性特性を持つ伸縮性アモルファス線の弾性特性自身(共振周波数12Hz)を防振装置とした垂直懸架型3段振り子で懸架防振された鏡によりFabry-Perot共振器を構成し、鏡への磁石コイルカによる位置制御、及び、レーザーの周波数の制御の2通りの制御により、問題なく共振制御ができることが確認され、研究計画の最大の目的である、垂直型レーザー干渉計(Z軸)の心臓部を構築することに成功した。また、すでに神岡鉱山内で設置、運用済みの水平型レーザー干渉計部(X,Y部)においては、20Hz30Hzの周波数帯域においては、2×10^-163×10<^-17[m/rHz]の変位感度を達成し、それは、世界のレーザー干渉計型重力波アンテナとして世界最高変位である。100Hz付近においては、3×10<-18[m/rHz]を達成し、それは、LIGOの世界最高変位感度1×10^-19[m/rHz]につぐレベルである。
視覚障害者のための日本語入力システムに関する研究

本研究は,視覚障害者,特に文字を覚えている中途失明者のための日本語入力システムに関する研究である.タブレットペンによりオンライン手書き入力をし,認識結果を音声で返して編集作業を行う形式であり,このシステムにより晴眼者との電子メールのやり取りを可能にすることをめざした.本研究期間中に取り上げた主な研究項目と結果は以下の通りである.(1)視覚障害者が書く漢字のデータベース作り.視覚障害を持つ人から大量の文字サンプルを入手することは困難を伴うので,晴眼者の目隠し状態での疑似データを含めることとし,最終的に3216文字種,約10万文字のデータを収集,蓄積した.(2)オンライン文字認識アルゴリズム(1文字単位)の高度化.教育漢字1000字程度を対象とした基礎的なアルゴリズムの開発をさらに発展させ,JIS第1水準漢字,ひらがな,カタカナ,記号,アルファベットなど3216字の文字種に拡大し,この文字種拡大に伴う文字認識精度の低下を補うためにアルゴリズムの一層の高度化をはかった.(3)単語単位,文節単位の認識文字修正アルゴリズムの開発1文字単位の文字認識に失敗した場合の単語単位ないし文節単位の認識文字修正アルゴリズムを2種類追加開発し,全体としての精度改善を果たした.(4)視覚障害者用の文字入力・計算機制御用(マンマシンインタフェース)デバイスの開発.視覚障害者にとって利用しやすいデバイスとして,右手にペン入力デバイス,左手に5本の指に対応したボタン操作を基本とした構造を試作し,複数の視覚障害者に実際に試用して貰うことによりシステムの最適化を図った.(5)文書処理全般に対する視覚障害者用の計算機制御方式の開発.ファイルの管理,文章修正,既存データの利用など日本語入力システムとして障害者と計算機との対話をどのような構造で実現するかが問題であり,(4)項の入力,計算機制御デバイスとも関連して視覚障害者がもっとも利用しやすいシステム構成を検討した.特に視覚障害者が電子メールを自由に取り扱うことが出来ることを目的としたメール送受信、ファイリング関係の充実を重点的に図った.本研究は,視覚障害者,特に文字を覚えている中途失明者のための日本語入力システムに関する研究である.タブレットペンによりオンライン手書き入力をし,認識結果を音声で返して編集作業を行う形式であり,このシステムにより晴眼者との電子メールのやり取りを可能にすることをめざした.本研究期間中に取り上げた主な研究項目と結果は以下の通りである.(1)視覚障害者が書く漢字のデータベース作り.視覚障害を持つ人から大量の文字サンプルを入手することは困難を伴うので,晴眼者の目隠し状態での疑似データを含めることとし,最終的に3216文字種,約10万文字のデータを収集,蓄積した.(2)オンライン文字認識アルゴリズム(1文字単位)の高度化.教育漢字1000字程度を対象とした基礎的なアルゴリズムの開発をさらに発展させ,JIS第1水準漢字,ひらがな,カタカナ,記号,アルファベットなど3216字の文字種に拡大し,この文字種拡大に伴う文字認識精度の低下を補うためにアルゴリズムの一層の高度化をはかった.(3)単語単位,文節単位の認識文字修正アルゴリズムの開発1文字単位の文字認識に失敗した場合の単語単位ないし文節単位の認識文字修正アルゴリズムを2種類追加開発し,全体としての精度改善を果たした.(4)視覚障害者用の文字入力・計算機制御用(マンマシンインタフェース)デバイスの開発.視覚障害者にとって利用しやすいデバイスとして,右手にペン入力デバイス,左手に5本の指に対応したボタン操作を基本とした構造を試作し,複数の視覚障害者に実際に試用して貰うことによりシステムの最適化を図った.(5)文書処理全般に対する視覚障害者用の計算機制御方式の開発.ファイルの管理,文章修正,既存データの利用など日本語入力システムとして障害者と計算機との対話をどのような構造で実現するかが問題であり,(4)項の入力,計算機制御デバイスとも関連して視覚障害者がもっとも利用しやすいシステム構成を検討した.特に視覚障害者が電子メールを自由に取り扱うことが出来ることを目的としたメール送受信、ファイリング関係の充実を重点的に図った.1.単語単位、文節単位の認識文字修正アルゴリズムの開発1文字ごとの認識処理が終えた後での、単語単位、文節単位での誤り訂正処理方式の検討を進めた。昨年までは、単語辞書と日本語文法辞書を参照しながら最適な単語列を探索する探索木生成方式を採用してきた。本年はこれとは別に、連続する文字列の生成確率に着目したNグラムモデルを用いることの有効性を検証した。第1段階としてバイグラムを用いた誤り訂正処理を行った結果、探索木生成方式(精度84%)よりは良い結果(精度89%)が得られた。今後トライグラムへの拡張、および探索木方式との併用などによる精度向上をはかる予定である。2.文書処理全般に対する視覚障害者用の計算機制御方式の開発視覚障害者が文字を入力する手段としてタブレット上に右手で入力する事とし、計算機の各種コントロールは左手の5本の指に対応したボタンでのみ行い、また計算機の状態は音声で返すという基本構造を取ることとし、キーボードは一切使わないで済む構造を構築した。この簡単な入力手段に対応して計算機の各状態の割り振り方を整理した。また、単に文書作成機能に止まらず、電子メール機能を新たに付加することとし、そのための基本構造を構築した。またこの構成が実際の視覚障害者にどのように受け入れられるかをテストする意味でプロタイプを1,2の視覚障害者に試用してもらい、評価してもらう作業に入った。3.視覚障害者用の文字入力

・計算機制御用(マンマシンインタフェース)デバイスの開発上記2項に対応して、文字入力ならびに計算機制御用のデバイスの検討を進めた。左手キーボードの配置並びに大きさなどの改良を行い、試用テストを行った。本研究は,視覚障害者,特に文字を覚えている中途失明者のための日本語入力システムに関する研究である.タブレットペンによりオンライン手書き入力をし,認識結果を音声で返して編集作業を行う形式であり,このシステムにより晴眼者との電子メールのやり取りを可能にすることをめざした.本研究期間中に取り上げた主な研究項目と結果は以下の通りである.(1)視覚障害者が書く漢字のデータベース作り.視覚障害を持つ人から大量の文字サンプルを入手することは困難を伴うので,晴眼者の目隠し状態での疑似データを含めることとし,最終的に3216文字種,約10万文字のデータを収集,蓄積した.(2)オンライン文字認識アルゴリズム(1文字単位)の高度化.教育漢字1000字程度を対象とした基礎的なアルゴリズムの開発をさらに発展させ,JIS第1水準漢字,ひらがな,カタカナ,記号,アルファベットなど3216字の文字種に拡大し,この文字種拡大に伴う文字認識精度の低下を補うためにアルゴリズムの一層の高度化をはかった.(3)単語単位,文節単位の認識文字修正アルゴリズムの開発.1文字単位の文字認識に失敗した場合の単語単位ないし文節単位の認識文字修正アルゴリズムを2種類追加開発し,全体としての精度改善を果たした.(4)視覚障害者用の文字入力・計算機制御用(マンマシンインタフェース)デバイスの開発.視覚障害者にとって利用しやすいデバイスとして,右手にペン入力デバイス,左手に5本の指に対応したボタン操作を基本とした構造を試作し,複数の視覚障害者に実際に試用して貰うことによりシステムの最適化を図った.(5)文書処理全般に対する視覚障害者用の計算機制御方式の開発.ファイルの管理,文章修正,既存データの利用など日本語入力システムとして障害者と計算機との対話をどのような構造で実現するかが問題であり,(4)項の入力,計算機制御デバイスとも関連して視覚障害者がもっとも利用しやすいシステム構成を検討した.特に視覚障害者が電子メールを自由に取り扱うことが出来ることを目的としたメール送受信、ファイリング関係の充実を重点的に図った.
次世代半導体製造プロセスで必須の高真空対応形スーパークリーンロボットの試作研究

スーパークリーンロボットは磁気軸受と磁気浮上の技術を応用して,完全非接触の3次元ロボットを実現することを目的としている.平成13年度までに鉛直方向と鉛直軸周りの運動を司る回転アクチュエータとラジアル方向の移動を司るリニアアクチュエータの単独試験は完了している.平成14年度には,まず回転アクチュエータのアウターロータに取り付けたリニアアクチュエータの移動中の安定浮上制御について研究した.リニアアクチュエータ単独の非接触浮上において発生した高次固有振動のロバスト不安定発振対策として,その動的モデルを用いて中心位置と最大伸張位置でのH-infinity制御器を設計して,リニアアクチュエータの位置に応じて,両制御器ゲインを調整するゲインスケジュールH-infinity制御器をReal Time Linuxで実現した.回転アクチュエータの超高精度な位置決めを実現するため,回転アクチュエータのステッピングモータの駆動方式としてマイクロ駆動方式を採用し,オープンループで所望の制度を得ることができた.平成15年度には,リニアアクチュエータのゲインスケジュールH-infinity制御の設計点を中央と両端2カ所,合計3カ所で設計し,線形補間により制御ゲインを設定する方法を実装した.回転アクチュエータの位置決め制御では,所定位置に到達後の自由振動を早急に低減するため,ステッピングモータのパルス発生タイミングの調整を試みた.しかし,この方法だけでは振動が長く続くことを明らかにした.平成16年度には,回転アクチュエータの移動中及び停止時に発生する回転方向固有振動を短時間に低減し,位置決め時間を短縮するため,回転アクチュエータの回転角速度を検出して,励磁磁極の機械角と電気角の位相補償を採用した.この方法で,回転アクチュエータの移動から静止までの時間の短縮に成功した.両アクチュエータを同時に作動させるとコリオリ力や遠心力によりリニアアクチュエータにヨー方向と半径方向の振動が大きくなることが判明した.スーパークリーンロボットは磁気軸受と磁気浮上の技術を応用して,完全非接触の3次元ロボットを実現することを目的としている.平成13年度までに鉛直方向と鉛直軸周りの運動を司る回転アクチュエータとラジアル方向の移動を司るリニアアクチュエータの単独試験は完了している.平成14年度には,まず回転アクチュエータのアウターロータに取り付けたリニアアクチュエータの移動中の安定浮上制御について研究した.リニアアクチュエータ単独の非接触浮上において発生した高次固有振動のロバスト不安定発振対策として,その動的モデルを用いて中心位置と最大伸張位置でのH-infinity制御器を設計して,リニアアクチュエータの位置に応じて,両制御器ゲインを調整するゲインスケジュールH-infinity制御器をReal Time Linuxで実現した.回転アクチュエータの超高精度な位置決めを実現するため,回転アクチュエータのステッピングモータの駆動方式としてマイクロ駆動方式を採用し,オープンループで所望の制度を得ることができた.平成15年度には,リニアアクチュエータのゲインスケジュールH-infinity制御の設計点を中央と両端2カ所,合計3カ所で設計し,線形補間により制御ゲインを設定する方法を実装した.回転アクチュエータの位置決め制御では,所定位置に到達後の自由振動を早急に低減するため,ステッピングモータのパルス発生タイミングの調整を試みた.しかし,この方法だけでは振動が長く続くことを明らかにした.平成16年度には,回転アクチュエータの移動中及び停止時に発生する回転方向固有振動を短時間に低減し,位置決め時間を短縮するため,回転アクチュエータの回転角速度を検出して,励磁磁極の機械角と電気角の位相補償を採用した.この方法で,回転アクチュエータの移動から静止までの時間の短縮に成功した.両アクチュエータを同時に作動させるとコリオリ力や遠心力によりリニアアクチュエータにヨー方向と半径方向の振動が大きくなることが判明した.スーパークリーンロボットは磁気軸受と磁気浮上に関する技術を応用して,完全非接触の3次元ロボットを実現することを目的としている.平成13年度までに鉛直方向と鉛直軸周りの運動を司る回転アクチュエータとラジアル方向の移動を司るリニアアクチュエータの単独試験は完了している.本年度は,リニアアクチュエータを回転アクチュエータに取り付けて作動確認を行うため,高性能パソコンとA/D, D/Aコンバータを新規購入し,主として,回転アクチュエータのアウターロータに取り付けたリニアアクチュエータの移動中の安定浮上制御を分担させた.リニアアクチユエータのハンドの部分は軽量化された柔軟な構造となっているため,比較的低い振動数から固有振動数が存在する.移動中の浮上制御では,リニアアクチュエータ単独の非接触浮上において発生した高次固有振動のロバスト不安定発振が発生した.その対策として,従来はノッチフィルターを多用していた.しかし移動に伴いアクチュエータ支持点が変わるので,この方法には限界がある.そこで本年度は,ゲインスケジュールH-infinity制御理論を応用した制御法を適用することとした.まず,リニアーアクチュエータのハンドの伸び縮みに対応した動的モデルを作成した.その動的モデルを用いて中心位置と最大伸張位置でのH-infinity制御器を設計して,リニアアクチュエータの位置に応じて,両制御器ゲインを調整するゲインスケジュールH-infinity制御器をReal Time Linuxで実現した.さらに,回転アクチュエータの超高精度な位置決めを実現するため,回転アクチュエータのステッピングモータの駆動方式としてマイクロ駆動方式を採用し,オープンループで所望の制度を得ることができた.スーパークリーンロボットは磁気軸受と磁気浮上に関する技術を応用して,完全非接触の3次元ロボットを実現することを目的としている.

平成13年度までに鉛直方向と鉛直軸周りの運動を司る回転アクチュエータとラジアル方向の移動を司るリニアアクチュエータの単独試験は完了している.平成14年度には,まず回転アクチュエータのアウターロータに取り付けたリニアアクチュエータの移動中の安定浮上制御について研究した.リニアアクチュエータ単独の非接触浮上において発生した高次固有振動のロバスト不安定発振対策として,ノッチフィルターに替えて,ゲインスケジュールH-infinity制御理論を応用した制御法を適用した.その動的モデルを用いて中心位置と最大伸張位置でのH-infinity制御器を設計して,リニアアクチュエータの位置に応じて,両制御器ゲインを調整するゲインスケジュールH-infinity制御器をReal Time Linuxで実現した.さらに,回転アクチュエータの超高精度な位置決めを実現するため,回転アクチュエータのステッピングモータの駆動方式としてマイクロ駆動方式を採用し,オープンループで所望の制度を得ることができた.平成15年度には,リニアアクチュエータのゲインスケジュールH-infinity制御の設計点を中央と両端2カ所,合計3カ所で設計し,線形補間により制御ゲインを設定する方法を実装した.回転アクチュエータの位置決め制御では,所定位置に到達後の自由振動を早急に低減するため,ステッピングモータのパルス発生タイミングの調整だけでは振動が長く続くことを明らかにした.その振動低減のため,ステッピングモータの励磁電流可変制御の検討を行った.スーパークリーンロボットは磁気軸受と磁気浮上の技術を応用して,完全非接触の3次元ロボットを実現することを目的としている.平成13年度までに鉛直方向と鉛直軸周りの運動を司る回転アクチュエータとラジアル方向の移動を司るリニアアクチュエータの単独試験は完了している.平成14年度には,まず回転アクチュエータのアウターロータに取り付けたリニアアクチュエータの移動中の安定浮上制御について研究した.リニアアクチュエータ単独の非接触浮上において発生した高次固有振動のロバスト不安定発振対策として,その動的モデルを用いて中心位置と最大伸張位置でのH-infinity制御器を設計して,リニアアクチュエータの位置に応じて,両制御器ゲインを調整するゲインスケジュールH-infinity制御器をReal Time Linuxで実現した.回転アクチュエータの超高精度な位置決めを実現するため,回転アクチュエータのステッピングモータの駆動方式としてマイクロ駆動方式を採用し,オープンループで所望の制度を得ることができた.平成15年度には,リニアアクチュエータのゲインスケジュールH-infinity制御の設計点を中央と両端2カ所,合計3カ所で設計し,線形補間により制御ゲインを設定する方法を実装した.
二つの水酸化シグナルによる造血恒常性の統御機構の解明

造血幹細胞は自身の自己複製能と多分化能を通じて個体の生涯における血液細胞産生を担う。造血幹細胞制御における水酸化酵素の機能を検討し,造血幹細胞の制御においてプロリン水酸化酵素(prolyl hydroxylase; Phd)ファミリーが幹細胞活性と細胞周期、移植生着能の制御において不可欠な役割を果たすことを遺伝学的解析から見出した。また、ニッチ細胞における低酸素応答因子の機能を検討し、分化細胞産生において低酸素応答因子が必要であることを見出した。本研究では、HIFファミリーとその活性を制御する水酸化酵素に着目してHIF依存性・非依存性の造血幹細胞とニッチの制御機構を解明し、造血恒常性における骨髄低酸素環境の果たす役割の全貌を理解することを目的とする。本年度はPHD2誘導型コンディショナルノックアウト(cKO)マウスにおけるスタンダードな造血解析や、フローサイトメーターを用いた造血幹・前駆細胞分画の頻度と細胞数の検証を行った。その結果、同マウスは多血症を呈するにもかかわらず造血幹細胞分画は比較的維持されていることが示唆された。さらに機能アッセイとして造血幹細胞移植や連続移植を行い幹細胞活性の測定を実施した。また、PHD1/2/3トリプルcKO造血幹細胞を準備するために、Creペプチドの短期処理によるcKO誘導条件の至適化を実施した。所属機関異動に伴う動物コロニーの再構築がほぼ完了し、全体的には当初予定通りに進行している。造血幹細胞が維持される成体骨髄の環境は、低酸素環境であることが知られている。これまで申請者は造血幹細胞ニッチとしての低酸素環境の重要性に着目して研究を展開してきた。その結果、造血幹細胞は低酸素によって安定化する低酸素応答転写因子(hypoxia-inducible factor; HIF)のHIF-1alphaの活性化を介してピルビン酸脱水素酵素(pyruvate dehydrogenase; PDH)リン酸化酵素(PDH kinase; Pdk)のうちのPdk2とPdk4の転写活性化を行うことを見出した。しかし、現状ではHIFがどのように骨髄の低酸素環境を感知しているか、HIF以外の低酸素センサーも造血恒常性に寄与しているかはいずれも明らかになっていない。本研究では、低酸素環境による造血制御の全貌を理解することを企図してこれら双方の制御に関わる二つの水酸化酵素、プロリン水酸化酵素とアスパラギン水酸化酵素に主に着目した解析を進めている。本年度はプロリン水酸化酵素であるPhd2あるいはPhd1-3を誘導的に造血幹細胞を含む全身で欠損したマウスモデルのフェノタイプを比較し、造血幹・前駆細胞分画における効果がPhd2欠損時とPhd1-3欠損時で異なることを見出した。また、ニッチ側でHIFを欠損したマウスモデルの解析を実施し、分化細胞産生にニッチ側のHIFが寄与することを見出した。今後はいかなるメカニズムでこれらの形質が制御されているかの検討を実施することで、造血幹細胞がどのように低酸素環境を感知しているか検証する予定である。着実に解析を進行できているため。造血幹細胞が維持される成体骨髄の環境は、体内の臓器の中でもとりわけ低酸素環境であることが知られている。本研究では、低酸素環境による造血制御の全貌を理解することを企図してこれら双方の制御に関わる二つの水酸化酵素に主に着目した解析を進めている。本年度はHIFのプロリン水酸化酵素であるPhdファミリーの全遺伝子、すなわちPhd1からPhd3を全て誘導的に造血幹細胞を含む全身で欠損できるマウスモデルを用意し、タモキシフェン投与により全身欠損を誘導したうえでフェノタイプを検討した。既報では主に造血幹細胞から前駆細胞への分化ブロックが中心である、と考えられていたコンセプトとは異なり、今回用意したマウスでは造血幹細胞システム全体の恒常性に異常が生じていることが見出された。また、ニッチ側でHIFを欠損したマウスモデルの解析を実施し、既報の炎症シグナル抑制とは異なる機構で、ニッチ側のHIFが造血恒常性維持に寄与することを見出した。動物コロニーの再構築がほぼ完了したため、計画に沿いつつ研究推進を図る。今後はマウスモデルで観察された造血幹・前駆細胞や分化細胞産生の変容の背景にある分子機構について解析を実施して、造血幹細胞がどのように低酸素環境を感知しているか検証する予定である。
分権的マッチング制度の理論研究

大学入試マッチングに焦点を当て、有限の定員がある大学が複数あり、能力を私的情報として持つ受験生が努力して良い試験結果を得るというモデルをコンテスト・ゲームとして定式化した。そして、合格者を調整して全体で決める集権的制度、そして各大学が個別に合格者を決める分権的制度を理論と被験者実験を用いて比較した。集権的制度と分権的制度のそれぞれ下で対称均衡を明示的に導出した。さらに、能力の低い学生は分権的制度を好み、能力の高い学生は集権的制度を好むことを理論的に証明し、被験者実験によって確かめた。この研究プロジェクトは、マッチング市場において中央集権的制度と分権的制度の比較を理論的に分析し、その結果を経済実験によって実証する。特に、理論面では、先着順による非分割財の配分など分権的制度に対してコンテスト理論を応用する。本年度は、研究代表者が現在共同研究している大学入試マッチングの集権的制度と分権的制度の進行中の論文について研究を実施した。より強い理論結果を得ると同時に、既に得られている実験結果に対して新たに統計分析を行った。さらに、実験結果を補強し、今後の理論モデルの展開を検討するために、新たな経済実験の実施が必要と判明した。そのため、本年度は、実験実施のための準備を行った。当初想定した理論モデルにおいて強い理論結果を証明できずにいるが、基本モデル(Hafalir, Hakimov, Kubler, and Kurino, 2014)において新たな理論結果を得たため。この研究プロジェクトは、マッチング市場において中央集権的制度と分権的制度の比較を理論的に分析し、その結果を被験者実験にて検証する。28年度は、研究代表者が現在共同研究している大学入試マッチングの集権的制度と分権的制度の論文に関連した確率的メカニズムに関する共同研究を行い、その成果は海外学術雑誌(Mathematical Social Sciences)に掲載される予定である。また、関連した共同論文でマッチング市場に関する論文2本をGames and Ecnomic BehaviorとSocial Choice and Welfareという海外学術雑誌に出版した。また、昨年度は、マッチング市場での中央集権的制度と分権的制度の比較論文草稿(College Admissions with Entrance Exams: Centralized versus Decentralized)に新たな実験結果を追加し、再改訂を行なった。その後、海外学術雑誌に投稿した。今年度は、投稿の結果を待ち、それ次第で論文を改訂し、出版に向けた活動を行う。また、他大学の研究者と意見交換をし、理解を深め、論文に反映する。29年度は、この研究論文に関連した確率的メカニズムに関する共同研究の成果を海外学術雑誌(Mathematical Social Sciences)に出版した。これは、集権的なマッチング市場において、中心的な役割を果たすProbabilistic Serial Mechasnim(PSメカニズム)に関わるものである。3人の場合には弱耐戦略性、序数効率性、無羨望性によって特徴付け可能という従来の結果が、一般に5人以上には拡張できないことを証明した。また、大学入試マッチング制度に関して中央集権的制度と分権的制度を比較する草稿(College Admissions with Entrance Exams: Centralized versus Decentralized)の論文を海外学術論文に再投稿し、条件付き採択された。再投稿に際して次のような結果を追加・修正した。元々のモデルは有限人であったが、それが非加算無限集合になるlarge marketにおいては中央集権的制度での均衡と分権的制度での均衡の双方を求め、そしてそれらが一致することを理論的に証明した。また、実験結果において、効率性を測定する指標を新たに検討した。そして、元々導出していた有限人での両制度下の均衡が異なる、つまりマッチング市場での摩擦について新たな考察を加えた。本プロジェクの実施期間は2年あるので、実施期間当初の研究計画で想定していた理論モデルに固執し、結果を出すことを目標にする。同時に、基本モデル(Hafalir, Hakimov, Kubler, and Kurino, 2014)の理論と実験の拡張を展開する。研究計画にあるように、海外研究協力者と意見交換を行うと同時に、国内外のセミナーおよびカンファレンスに積極的に参加する予定である。昨年度は、マッチング市場での中央集権的制度と分権的制度の比較論文草稿(College Admissions with Entrance Exams: Centralized versus Decentralized)に新たな実験結果を追加し、再改訂を行なった。今年度は、投稿の結果を待ち、それ次第で論文を改訂する。確実に出版に結び付けるため、国内外のセミナーや学会に参加、他大学の研究者と意見交換を行い、論文に対する理解を深め、論文に反映する予定である。ミクロ経済学、ゲーム理論、マッチング・マーケットデザイン研究会で外部より(国内の)研究者を招聘する予定であったがキャンセルになったため未使用金が発生した。

研究会で外部より国内研究者を招聘する予定であったが、数人キャンセルがあったため、未使用金が発生した。海外研究協力者を日本に招聘するために研究費を使用する。また、情報収集や意見交換のために学会や研究会に参加する旅費として研究費を使用する。その他、関連図書の購入、PC周辺機器購入に研究費を使用する。情報収集や意見交換のため学会や他大学訪問のための旅費として研究費を使用する。
肝硬度測定法を用いた慢性肝疾患患者における血小板減少機序の解明

申請者らは、肝疾患のウイルス学的背景の違い、即ちB型慢性肝炎およびC型慢性肝炎における血小板減少の差異に着目し、脾機能亢進以外の血小板減少機序について検討を行った。各慢性肝炎において、肝硬度測定(FibroScan:Echosence社)によって得られる肝線維化の程度、超音波で得られる脾腫の程度を調整・層別化し、血小板数を比較した。また、同様に各群における血漿Thrombopoietinレベルに着目し検討を行った。B型慢性肝炎とC型慢性肝炎の脾腫の程度と血小板数を、肝硬度(=肝線維化の程度)によって層別化(肝硬度5.0以下,5.0-10.0,10.0-15.0,15.0kPa以上の4群)し比較したところ、肝硬度15kPa以上(=肝硬変)に於いて、脾腫の程度が同等であるにもかかわらず、C型慢性肝炎で有意に血小板減少は進行していた。C型慢性肝炎では血小板減少に逆相関するべきThrombopoietinlevelの有意な上昇が認められなかった。この事はThrombopoietinの肝でのproduction低下が、病期進展に伴う可能性を示唆していた。以上、未だ未知の血小板減少機序を、今後さらに臨床で汎用されて行くであろう肝硬度測定法を用いて解明した本研究は、殊に慢性肝疾患の臨床診断・治療方針決定の場において、非常に有用であると考えられる。
テラヘルツ領域の精密誘電分光による水和ダイナミクスの研究

0.2から3.5THzにわたるより広い周波数領域での水および重水における誘電率を精密に測定し、テラヘルツ領域の緩和成分の起源について議論した。このTHz成分の同位体効果をデバイ緩和およびローレンツ振動の両方の観点から検討したところ、デバイ緩和でよく記述できることを見出した。またこの温度依存性を慎重に解析してみると、緩和時間や緩和振幅に顕著な温度依存性が見られなかった。この成分の起源としては、分子同士の衝突によるもの、または拡張緩和子などが候補として考えられ、同位体効果や温度依存性をうまく説明することができる。次に様々な溶質資料の水溶液の誘電率を測定し、ここから水和水に関する情報を定量的に求めるために、Onsagerの局所電場理論を用いた解析を試みた。このとき水和水および溶質分子はGHzよりも長い緩和時間を持つと仮定して水和水と溶質の配向分極率をゼロとしているが、テラヘルツ領域に見られる緩和成分は水和されても残っていることを見いだした。これらの実験結果は解析のわずかな誤差に対して求められる水和数が大きく変化してしまう。そこでこれらのパラメータの導出法をより慎重に検討し、また溶質の濃度依存性、溶質分子依存性、温度依存性を新たに測定した。その結果、濃度、温度ともに水和数が減少するのだが、水和水分子の大きさ(密度)はほぼ一定である、分子の表面積が大きくなるほど水和数が大きくなることなどを見出している。このようにテラヘルツ領域の光学応答から水和に関する様々な情報を抽出することができることを見出した。水溶液中のバルクの水分子が減少したかのように振る舞う。このことからTHz領域の誘電率測定から水和水分子の個数およびその誘電応答を評価する手法を確立した。溶質試料として様々な濃度のアミノ酸(アラニン、アルギニン)、2糖類(スクロース、トレハロース)の水溶液を測定した。その結果、水溶液の溶質分子の密度を高くしても誘電率の実部は大きな変化をもたらさないものの、虚部は密度とともに減少した。これらの誘電率から水和水に関する情報を定量的に求めるために、Onsagerの局所電場理論を用いた。水溶液の複素誘電率はバルク水、水和水、溶質分子の3成分の分極率和で与えられるとして定式化した。そしてこの式を用いて測定で得られた分散関係を最小二乗法でフィッティングした。パラメータは水和数、水和水分子を球とし見なしたときの半径、溶質の分極率の3つである。また水和水および溶質分子はGHzよりも長い緩和時間を持つと仮定して水和水と溶質の配向分極率をゼロとした。ショ糖を例としてあげると、解析で得られた水和水は12.8個であり、超音波を用いた実験結果の13.9個と近い値を示している。また水和水の半径はバルク水の半径の0.81倍であり、この半径は溶質分子の種類によらないことを見いだした。水和水の半径が小さいということは水和水の密度がバルク水の密度よりも高い(1.9倍)ということを示しており、他の実験結果と整合する。これらの解析では密度依存性、溶質分子依存性を検討した結果、バルク水においてテラヘルツ領域に見られる緩和成分は水和されても残っていることを見いだした。この成分は水においてもその起源が不確定であり、THzの成分に対する新たな知見を与えるものと考える。
癌組織様オルガノイドの樹立による筋線維芽細胞の癌ニッチとしての役割の解明

近年、癌の成長・悪性化には、癌組織中の微小環境(癌ニッチ)が重要な役割を果たしていることが明らかになってきた。特に、筋線維芽細胞は癌ニッチの主役として注目されている。しかし、筋線維芽細胞がどのように癌細胞の成長や悪性化を制御しているのか、反対に癌細胞が筋線維芽細胞の挙動にどのような影響を与えるかなど、癌細胞と筋線維芽細胞の相互作用についての分子機構はほとんど明らかになっていない。本研究では、がん細胞が産生したHB-EGFが筋線維芽細胞のErb1/4受容体を介してERK1/2およびJNK1/2を活性化することで筋線線維芽細胞の遊走を促進し、癌ニッチへ呼び寄せることを明らかにした。消化管の筋線維芽細胞は上皮細胞の足場として存在し、その組織学的局在から上皮ニッチとしての重要性が古くから指摘されてきた。生理的な重要性に加え、癌ニッチとしての病態生理的な重要性が明らかになったことでさらに注目が高まっているが、これまで適切な細胞株が存在しなかったことがこの分野の研究の進展を妨げてきた。申請者はこの問題を解決するため、世界で初めてマウス腸筋線維芽細胞株を樹立した。本研究は、胃癌および大腸癌における筋線維芽細胞の癌ニッチとしての役割を解明することを目的とし、(項目A)従来の細胞間相互作用解析法を用いた検討、(項目B)癌組織様オルガノイドを用いた検討、の2つの視点から解析する。本年度は、項目Aについては、マウス正常上皮細胞株aMoC1にがん促進因子であるRasV12を安定発現させた細胞株aMoC1-RasV12を作製した。これら2種類の細胞株の培養上精が筋繊維芽細胞に与える影響を検討し、aMoC1-RasV12の培養上精に筋繊維芽細胞の遊走を促進する作用があることを見出した。現在、培養上精中のいずれの因子によって遊走が促進しているかを解析している。項目Bについては、ヒト大腸癌組織と周辺部の正常部組織からエアーリキッド法によるオルガノイドの作製を試みている。また、それぞれの組織から筋繊維芽細胞を単離し、その正常の違いの比較を行った。項目Aについては、昨年度マウス正常上皮細胞株aMoC1にがん促進因子であるRasV12を安定発現させた細胞株aMoC1-RasV12を作製し、これら2種類の細胞株の培養上精が筋繊維芽細胞に与える影響を検討した結果、aMoC1-RasV12の培養上精に筋繊維芽細胞の遊走を促進する作用があることを見出すことができた。現在、培養上精中のいずれの因子によって遊走が促進しているかを解析しているが、候補となる因子も見つかって来ているため、順調に進展していると考える。エアーリキッド法は、従来のクリプト上皮や上皮幹細胞単独で作製するオルガノイドと異なり、筋繊維芽細胞を含む様々な細胞を含有する。外科手術時に摘出される新鮮標本が必要なため、思うように研究が進展していないことから、本項目についてはやや遅れていると判断する。全体を通しては概ね順調に進展していると判断できる。我々はこの問題を解決するため、世界で初めてマウス腸筋線維芽細胞株を樹立した。

本年度は、項目Aについては、マウス正常上皮細胞株aMoC1にがん促進因子であるRasV12を安定発現させた細胞株aMoC1-RasV12の培養上清が、筋線維芽細胞の表現型に与える影響を解析し、培養上精中のHB-EGFがErb1/4受容体を介してERK1/2およびJNK1/2を活性化することで筋線維芽細胞の遊走を促進していることを明らかにした。項目Bについては、ヒト大腸癌組織と周辺部の正常部組織からエアーリキッド法によるオルガノイドの作製を行った。また、ヒト消化管癌組織から筋線維芽細胞を単離し、その性状の違いを比較した。近年、癌の成長・悪性化には、癌組織中の微小環境(癌ニッチ)が重要な役割を果たしていることが明らかになってきた。特に、筋線維芽細胞は癌ニッチの主役として注目されている。しかし、筋線維芽細胞がどのように癌細胞の成長や悪性化を制御しているのか、反対に癌細胞が筋線維芽細胞の挙動にどのような影響を与えるかなど、癌細胞と筋線維芽細胞の相互作用についての分子機構はほとんど明らかになっていない。本研究では、がん細胞が産生したHB-EGFが筋線維芽細胞のErb1/4受容体を介してERK1/2およびJNK1/2を活性化することで筋線線維芽細胞の遊走を促進し、癌ニッチへ呼び寄せることを明らかにした。項目Aについては、aMoC1-RasV12の培養上精に含まれる筋繊維芽細胞の遊走を促進する因子の同定を行う。現在、RasV12により発現量の増加するサイトカイン・ケモカイン類をreal-time PCR法を用いて網羅的に検討したのちに、発現量の増加したものについて、筋繊維芽細胞の遊走に与える影響を解析している。候補となるサイトカインが上がっていることから、今後は1RasV12により当該サイトカイン発現が上昇する分子機構、2当該サイトカインによって筋繊維芽細胞の遊走が促進する分子機構、を明らかにして行く。項目Bについては、外科手術時に摘出される新鮮標本が必要なため、研究の進展の予測が難しいが、引き続きヒト大腸癌組織と周辺部の正常部組織からエアーリキッド法によるオルガノイドの作製を行う。臨床サンプルには個体差が存在する。大腸癌由来のオルガノイドについては、凍結保存が可能であり、ある程度の標本数から作製したオルガノイドを集めたいと考えている。また、同時にそれぞれの組織から筋繊維芽細胞を単離し、その正常の違いの比較を行っており、癌組織中の筋繊維芽細胞と正常組織の筋繊維芽細胞が、上皮細胞や癌細胞に与える影響についても解析していく。薬理学
人工石灰化の顕微鏡観察装置

コラゲンやムコ多糖のゲル内でりん酸カルシウムの結晶を生成させ,その過程を顕微鏡下で観察できる装置を試作した.この装置は上下にCa溶液とP溶液を還流させ,イオン透過膜を介してCaイオンとPイオンを中央にある反応室内のコラゲンやムコ多糖のゲル内に浸透させ,このゲル内でりん酸カルシウムの結晶が生じてくる過程を偏光顕微鏡で観察できるようにしたものである.この装置に溶液の温度を一定に保つ恒温系装置と溶液のpHを測定し,記録させるとともにpHを一定にする制御装置をつけた.還流・反応チャンバーは実体顕微鏡で観察するプラスチック板製マクロ観察用と偏光顕微鏡(40400倍)で観察するステンレス鋼製のミクロ観察用を作った.イオン透過膜として透析膜が, CaとPの環液液は0.3MCaCl_2. 0.3〓Na_2HPO_4・12H_2Oに0.15MTris緩衝液と0.05MNaClを加えたものがもっとも適していることがわかった.液温は3536°Cとし, pHは7.410の範囲内とした. I,II,III,IV型コラゲンのゲル内に生じた結晶は細長い板状で,コラゲンの型による結晶の形や大きさの差はなかった.X線回析像はオクタりん酸カルシウムのパターンを示した.コンドロイチン硫酸A,B,Cのゲル内で生じる結晶はコラゲンゲル内に生じるものに比べ,結晶は細くて短く,互いに集まって大小の球状塊を形成した. X線回析像,水酸化アパタイトの結晶パターンを示していた.対照としたゼラチンゲルでは結晶の形や大きさはコンドロイチン硫酸ゲル内のそれに似ていたが, X線回析像はコラゲンのそれに似ていた.コラゲンとコンドロイチン硫酸の混合ゲル内に生じる結晶は細かくて短い板状で,球状塊を示し,コンドロイチン硫酸ゲルのそれに似ていた.一般に酸性になるとオクタりん酸カルシウムの結晶が生じ,アルカリ性では水酸化アパタイトが生じ易い傾向がある.結晶形成には5日以上の還流時間が必要であると思われる.コラゲンやムコ多糖のゲル内でりん酸カルシウムの結晶を生成させ,その過程を顕微鏡下で観察できる装置を試作した.この装置は上下にCa溶液とP溶液を還流させ,イオン透過膜を介してCaイオンとPイオンを中央にある反応室内のコラゲンやムコ多糖のゲル内に浸透させ,このゲル内でりん酸カルシウムの結晶が生じてくる過程を偏光顕微鏡で観察できるようにしたものである.この装置に溶液の温度を一定に保つ恒温系装置と溶液のpHを測定し,記録させるとともにpHを一定にする制御装置をつけた.還流・反応チャンバーは実体顕微鏡で観察するプラスチック板製マクロ観察用と偏光顕微鏡(40400倍)で観察するステンレス鋼製のミクロ観察用を作った.イオン透過膜として透析膜が, CaとPの環液液は0.3MCaCl_2. 0.3〓Na_2HPO_4・12H_2Oに0.15MTris緩衝液と0.05MNaClを加えたものがもっとも適していることがわかった.液温は3536°Cとし, pHは7.410の範囲内とした. I,II,III,IV型コラゲンのゲル内に生じた結晶は細長い板状で,コラゲンの型による結晶の形や大きさの差はなかった.X線回析像はオクタりん酸カルシウムのパターンを示した.コンドロイチン硫酸A,B,Cのゲル内で生じる結晶はコラゲンゲル内に生じるものに比べ,結晶は細くて短く,互いに集まって大小の球状塊を形成した. X線回析像,水酸化アパタイトの結晶パターンを示していた.対照としたゼラチンゲルでは結晶の形や大きさはコンドロイチン硫酸ゲル内のそれに似ていたが, X線回析像はコラゲンのそれに似ていた.コラゲンとコンドロイチン硫酸の混合ゲル内に生じる結晶は細かくて短い板状で,球状塊を示し,コンドロイチン硫酸ゲルのそれに似ていた.一般に酸性になるとオクタりん酸カルシウムの結晶が生じ,アルカリ性では水酸化アパタイトが生じ易い傾向がある.結晶形成には5日以上の還流時間が必要であると思われる.本年度は主として装置の試作と透過膜の選択、環流液の処方と濃度環流速度と環流時間について検討した。1)装置の試作反応室はマクロ観察用(40倍まで)とミクロ観察用(40400倍)の2種類をつくることとし、まずマクロ観察用反応室を試作した。材質は透明プラスチックとゴム板を使用したが、長時間使用すると変形が甚しく、次回使用時に隙間を生じ、水漏れの原因となった。ボルトの位置を変えて水漏れをある程度防ぐことができた。ミクロ観察用反応室には金属を使うことにし、その材質について、加工の難易、気密性の問題などを目下検討中である。2)透過膜の選択イオン透過膜と半透膜についてしらべた。イオン透過膜は透過するイオンの選択性に優れているが、厚さと光の透過性(支持膜が偏光性をもっていることや着色している点)に難点があり、顕微鏡下で観察するには適していない。現在主として半透膜を使い、種々の高分子透過膜について検討中である。3)環流液についてCa溶液としてCa【Cl_2】,P【O_4】溶液として燐酸バッフアーを用いたがPHの変動が大きいため、トリス-HClおよびカコヂール酸バッファーを用いCaをP【O_4】については数種の化合物について検討した。

バッファーを用いた場合反応室内の沈殿は少ないが、環流液のPHは安定している。濃度は高いほど沈殿の量が多い。4)環流の速度と時間環流速度と沈殿の生成の間には相関はない。環流時間は56利間経つと半透膜全面に沈殿が付着して、膜のイオン戸過性が悪くなり、反応室内の沈殿量は増加しなくなる。1週間環流してみたが、1日後のものと大差がなかった。生じた沈殿を偏光顕微鏡でみたが大部分のものは偏光性がなく、結晶化は進んでいなかった。長時間環流したものでは膜に付着したりボン状または立方形の結晶(偏光性あり)がみられたが、数は少ない。今年度は主としてコラーゲンの水酸化アパタイト結晶形成に対する影響をしらべた。1.ミクロ観察用装置の改良試作:ステンレススチール板を用いた反応室と環流室からできた偏光顕微鏡観察装置を作成した。これにより20倍から400倍の倍率の下で反応室を観察できるようになったが、コラーゲンゲルに結晶が沈着し始めると白濁するため、ゲルの内部が見えなくなる。2.透過膜と環流液:前年度の研究結果から、透過膜はスペクトラ1(Spectrum Madical Ind. Co.)がもっとも適しており、環流液は0.3Mの塩化カルシウムおよび第二燐酸ソーダをそれぞれ0.1Mトリス-塩酸緩衝液に溶かし、これに0.05M塩化ナトリウムと抗生物質を加えたものを用いた。3.コンドロイチン硫酸内での結晶形成:2%コンドロイチン硫酸Aを反応室に入れ、上記環液液で714日間環液した。コンドロイチン硫酸はゲル化しなかったが、反応室内に板状結晶や放射状に配列する小さな針状結晶がみられた。しかしその数は少なかった。X線回折によるとこれらは水酸化アパタイトであることがわかった。結晶の大きさは小さい。4.コラーゲンゲル内での結晶形成:精製されたコラーゲンは市販されていなかったので、Call matrix (新田ゼラチンK.K.、生物化学研究所)を用いた。コラーゲンのI-A、I-P、【II】、【III】、【IV】型を反応室内に入れ、上記環流液を7日間環流した。Cell matrixは23分でゲル化し、次第に不透明となり、白濁した。そのため環流中に直接顕微鏡下で観察できないので、パラホルムアルデヒド固定した後、薄切して顕微鏡で観察した。複屈折性の針状結晶がゲル中に散在し、ところどころにこれらの針状結晶が長く伸びて放射状に配列し、大きな球状塊となっていた。X線回析ではC軸よりもa軸方向によく成長した水酸化アパタイトであることが示された。
環境負荷低減を目指した焼結金属歯車の高強度化

本研究は,焼結歯車の高強度化により,動力伝達用歯車製造時の環境負荷低減を目指すものである.本研究では,各種表面転造浸炭焼入れ焼結金属歯車を製作して運転試験を行い,荷重伝達能力を調べた.その結果,焼結材料を動力伝達用歯車用材料として使用するためには,密度7.3 g/cm3程度以上の低合金焼結材料を用いて,歯形形状を最適化した転造工具により歯表面の転造を行うことが有効であることを明らかにし,動力伝達用歯車製造に関わる大幅な環境負荷低減ができる可能性があることを示した.本研究は,焼結歯車の高強度化を図り,動力伝達用歯車の焼結歯車への代替を可能にして,動力伝達用歯車製造に関わる環境負荷低減を目的とするものである.本年度の研究実績は以下のとおりである.(1)各種表面転造を施した高密度焼結歯車の製作新しく開発されたFe-0.5Ni-1.0Mo-0.26C焼結材料(密度7.4,7.5g/cm3)を用いて疲労試験に使用する歯車を製作した.歯車は,焼結円板をホブ切りし,浸炭焼入れ,歯面研削をおこなったものと,ホブ切り後表面転造あるいは各種ショットピーニングを行って,浸炭焼入れ,歯面研削を行ったものを製作した.(2)空孔率分布,硬さ分布の測定試験歯車を切断し,断面の写真撮影を行って,焼結まま歯車,表面転造歯車,ショットピーニング歯車の空孔写真の撮影を行い,空孔写真から空孔率分布を測定した.また断面の硬さ測定を行って,硬さ分布を測定した.これらの結果に基づき,表面転造,ショットピーニングが表面近傍の空孔率分布に及ぼす影響,転造,ショットピーニングの効果が現れる表面からの深さの関係を明らかにした.(3)疲労試験1)曲げ疲労試験上記(1)で製作した歯車に対してパルセータ試験を行って曲げ疲労強度を調べ,密度7.5g/cm3の歯車では,焼結ままでも溶製材浸炭焼入れ歯車に匹敵する曲げ疲労強度を有するが,7.4g/cm3歯車では強度が不足すること,いずれの歯車も表面転造,ショットピーニングによって溶製材歯車と同等以上の強度が得られることを示した.2)運転試験上記(1)で製作した歯車の運転試験を行い,焼結金属歯車の損傷形態はピッチングが支配的であること,密度7.4,7.5g/cm3の焼結まま歯車の面圧強度は溶製材歯車の場合よりも低いが,表面転造あるいはショットピーニングを施すことにより,溶製材歯車に匹敵する強度が得られることを示した.当初は高Cr焼結材を使用予定であったが,本研究では使用材料をFe-0.5Ni-1.0Mo-0.26C焼結材料に変更した.材料変更以外は概ね研究計画通りに進んでいる.詳細は以下のとおりである.(1)当初予定していた,表面転造を施した高密度焼結金属歯車の製作については,研究実績の概要に述べたように,計画通り遂行できた.さらにショットピーニングを施した歯車も製作できたことは当初の計画以上といえる.試験ローラを製作できなかったことはマイナス要因ではあるが,全体としては概ね順調に進展していると考えられる.(2)空孔率分布,硬さ分布については,(1)で製作したすべての歯車に対して測定することができた.また,ショットピーニングの影響範囲が表面転造に比べて極めて小さいことが明らかになり,今後の研究を進める上で有益な情報を得ることができた.(3)製作した歯車の曲げ疲労試験,運転試験は当初の予定通り遂行できた.焼結金属歯車の荷重伝達能力は,焼結ままの歯車では,溶製材浸炭焼入れ歯車よりも低いが,表面転造あるいはショットピーニングを施すことにより同等以上とすることができることを示したことは,動力伝達用歯車として焼結金属歯車を使用することができ,環境負荷低減に大いに資することができると考えられる.本研究は,焼結歯車の高強度化を図り,動力伝達用歯車の焼結歯車への代替を可能にして,動力伝達用歯車製造に関わる環境負荷低減を目的とするものである.本年度の研究実績は以下のとおりである.(1)低密度焼結金属歯車に対するパルセータ試験,運転試験7.27.3g/cm3程度の低密度焼結金属歯車に対して表面転造を施し,疲労試験を行って,低密度浸炭焼入れ焼結金属歯車の荷重伝達能力を明らかにした.母材の密度が低くても歯面に表面転造を施すことにより,曲げ疲労強度は一般に良く用いられる溶製材浸炭焼入れ歯車と同程度になることが分かった.また,面圧強度に関しては,密度7.3g/cm3の歯車では歯面に表面転造を施すことにより溶製材浸炭焼入れ歯車と同程度になったが,密度7.2g/cm3の歯車では表面転造を施しても溶製材浸炭焼入れ歯車よりは低いことが分かった.(2)低合金焼結金属歯車に対するパルセータ試験,運転試験低合金焼結金属歯車に対して疲労試験を行って,荷重伝達能力を明らかにした.曲げ疲労強度は,母材の密度が7.2g/cm3程度以上の歯車に表面転造を施すことにより溶製材浸炭焼入れ歯車と同程度になるが,面圧強度に関しては,密度7.3g/cm3以上の歯車に表面転造を施す必要があることが分かった.(3)歯研レス