hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模多型・発現プロファイルからの多要因データマイニングによる疾患機序経路の解明

疾患の多要因・大規模かつ不完全な多型・発現プロファイルから柔軟に推論する手法を確立し,それを実際に収集した疾患データに適用して疾患機序経路および個人の薬剤応答性を解明するのが本研究の目的である.まず,遺伝的要因に環境要因を加えた多要因の現象を一度に扱う最尤法アルゴリズムの理論的枠組を構築した.また複数のlocus(SNP)の相加・相乗効果を扱うモデルと最尤法アルゴリズムの理論的枠組を構築した.またマイクロアレイの不完全で連続データの扱いを確立し,さらに2群間で発現の差のある遺伝子を網羅的に抽出する枠組とアルゴリズムを新規に提案した.時系列発現プロファイルから遺伝子ネットワークを推定する研究では,微分方程式は解が不定となる問題が発生することを示した.以上の理論的枠組を実際の大規模多型タイピングデータおよびマイクロアレイからの大規模発現プロファイルに適用し,癌,慢性関節リウマチなどの分野で,新たな医学・生物学的知見を得るに至った.まず,卵巣癌での漿液性/粘液性の違いと相関の大きい遺伝子を抽出し,卵巣癌の治療への一助とした.肝癌では,病理像では診断しにくい原因ウイルスの判定に寄与する遺伝子や,進行度・分化度に関わる遺伝子などの抽出を行ない,その機能を解析した.慢性関節リウマチでは,大規模多型タイピングの結果,免疫・炎症に直接関わるIL-3遺伝子のプロモータ内のSNPが慢性関節リウマチに大きく関わることが見い出され,さらに他の遺伝子との組み合わせによって有意さがさらに高まること,つまりゲノム上では離れた複数の遺伝子の産物が同時に疾患で寄与することが発見された.多型のタイピング結果や発現プロファイルなど,大規模なデータが産生される場では,自動的なバックアップ装置が必要である.このことから,現在のディスク容量と日常発生するデータ量に見合ったDLTテープライブラリを科研費補助金にて購入した.疾患の多要因・大規模かつ不完全な多型・発現プロファイルから柔軟に推論する手法を確立し,それを実際に収集した疾患データに適用して疾患機序経路および個人の薬剤応答性を解明するのが本研究の目的である.まず,遺伝的要因に環境要因を加えた多要因の現象を一度に扱う最尤法アルゴリズムの理論的枠組を構築した.また複数のlocus(SNP)の相加・相乗効果を扱うモデルと最尤法アルゴリズムの理論的枠組を構築した.またマイクロアレイの不完全で連続データの扱いを確立し,さらに2群間で発現の差のある遺伝子を網羅的に抽出する枠組とアルゴリズムを新規に提案した.時系列発現プロファイルから遺伝子ネットワークを推定する研究では,微分方程式は解が不定となる問題が発生することを示した.以上の理論的枠組を実際の大規模多型タイピングデータおよびマイクロアレイからの大規模発現プロファイルに適用し,癌,慢性関節リウマチなどの分野で,新たな医学・生物学的知見を得るに至った.まず,卵巣癌での漿液性/粘液性の違いと相関の大きい遺伝子を抽出し,卵巣癌の治療への一助とした.肝癌では,病理像では診断しにくい原因ウイルスの判定に寄与する遺伝子や,進行度・分化度に関わる遺伝子などの抽出を行ない,その機能を解析した.慢性関節リウマチでは,大規模多型タイピングの結果,免疫・炎症に直接関わるIL-3遺伝子のプロモータ内のSNPが慢性関節リウマチに大きく関わることが見い出され,さらに他の遺伝子との組み合わせによって有意さがさらに高まること,つまりゲノム上では離れた複数の遺伝子の産物が同時に疾患で寄与することが発見された.多型のタイピング結果や発現プロファイルなど,大規模なデータが産生される場では,自動的なバックアップ装置が必要である.このことから,現在のディスク容量と日常発生するデータ量に見合ったDLTテープライブラリを科研費補助金にて購入した.
家族性血球貪食症候群の迅速診断法確立と細胞工学的手法を用いた病態解明

血小板を用いた家族性血球貪食性リンパ組織球症(FHL)3型5型の迅速スクリーニング法を確立すると同時に、FHL3症例のスクリーニング検査として細胞障害性T細胞の脱顆粒機能検査とmunc13-4蛋白発現解析の組み合わせが有用である事を発見した。又、発症早期の臨床検査結果によりFHLと二次性血球貪食症候群の病形推定が可能である事を発見した。家族性血球貪食症候群(FHL)の1型であるFHL5の原因分子であるMunc18-2が血小板に発現している事を確認し、血小板蛋白を用いたウェスタンブロット法による迅速診断法を確立した。又、フローサイトメトリー法を用いた蛋白発現解析法もほぼ確立している。新たな試みとして、血小板の脱顆顆粒解析を用いたFHL35の診断にも取り組み、FHL3症例由来の血小板は顆粒放出能が落ちている事を確認したが、血球貪食症候群の急性期に於いては2次性症例にも認められる現象である事を突き止め、今後の血球貪食症候群の病態解明に寄与した。H22年度は全国より40例のFHL解析依頼があり、FHL2・FHL3それぞれ1症例を迅速に診断した。FHL4及びFHL5については新規症例の発見はなかったが、これまで既に集積されていたFHL疑い症例の解析から、日本にもFHL5症例が存在していた事が明らかとなった。又、原因不明のFHLと思われる2症例の存在が確認され、FHL35と同様に細胞障害性顆粒の放出障害が原因である事を解明した。FHLは早急な免疫抑制療法と造血幹細胞移植を必用とする重症疾患であるため、患者由来の細胞はごく限られた期間しか入手出来ない上、解析に際してステロイドや免疫抑制剤の影響を排除する事は不可能である。この為、FHL患者由来のiPS細胞を樹立し、そこから各種免疫細胞への誘導が可能となれば、半永久的な細胞供給が可能となり、ステロイドや免疫抑制剤の影響を受けない、より自然に近い状態での解析が可能となるが、22年度には作成する事が出来なかった。c)FHL患者由来iPS細胞からM細胞並びに単球/マクロファージ系細胞への分化誘導FHL患者由来ではないが、正常iPS細胞から樹状細胞への分化誘導にほぼ成功した。H23年度は全国から50例のFHL解析依頼があり、3例のFHL2症例を迅速に診断した。FHL3、FHL4、及びFHL5については新規症例の発見はなかった。FHLが否定された症例の中に、原発性血球貧食症候群の原因の一つとして知られる3例のX連鎖性リンパ球増殖症2型が確認され、この内2例は兄弟例であり同一の遺伝子変異を有していたが、その表現型は非常に異なる事が確認された。又、解析依頼症例全例に対してNK細胞の脱顆粒機能試験を行い、二次性の血球貪食症候群(HPS)と思われる症例の一部に一過性の機能低下を呈する症例が存在する事が判明し、この様な症例ではNK細胞数が減少している傾向がある事も明らかとなった。HPSの病態安定後に再検査したところ、何れの症例でも回復傾向が確認され、共通の病態を有する疾患亜群である可能性が示唆された。更に、解析依頼症例の一部で患者末梢血中の細胞障害性T細胞の活性化を検討したところ、急性期HPSの状態に於いてもその活性化の程度は非常に事なっている事が確認され、HPS病態の多様性が示唆された。以上の結果は、これまで混沌としていたHPSの病態を整理細分化する手掛かりと考えられ、今後のHPS病態解析に大きく寄与するものと思われる。正常人コントロール及びFHL2・FHL3症例由来のCTLラインを作成し、活性化によるapoptosisについて比較解析したが、有意な差は確認できなかった。c)FHL患者由来iPS細胞からNK細胞並びに単球/マクロファージ系細胞への分化誘導iPS作成の同意が得られなかった為、平成23年度にはFHL患者由来のiPs細胞を作成する事が出来なかった。A)家族性血球貪食症候群(FHL)スクリーニングと病態解析:全国より寄せられたFHL疑い症例に対してスクリーニングを行い、新たに5例のFHL3症例を診断した。この内3症例は乳児期早期発症の典型例であったが、残りの2例は7歳と15歳発症の晩期発症非典型例であった。遺伝子解析の結果、晩期発症例はUNC13D遺伝子にミスセンス変異を有しており、NK細胞並びにCTLの脱顆粒機能を解析した所、NK細胞の脱顆粒機能が比較的残存しているのに対し、CTLの脱顆粒機能は早期発症例と同程度に低下している事が判明した。この結果より、FHLの発症時期と残存NK細胞機能との関連が示唆された。B)血球貪食症候群の多様性:FHLスクリーニングに寄せられたHLH症例の発症早期の臨床情報を原因別に解析した所、LDH等の溢脱酵素はFHLより二次性HLH症例に於いて高い傾向があった。白血球分画・ferritin・sIL-

2Rを各病型間で比較検討した所、FHL症例では全例が(リンパ球)/(好中球)比が1以上であり、(sIL-2R)/(ferritin)比も一例を除いて1以上であった。一方、二次性HLH症例の(リンパ球)/(好中球)比は1以下である症例が多く、sIL-2Rの値に比してferritinの上昇が著しい症例が存在する事が判明し、MAS症例や新生児HSV-HLH症例にこの傾向が強いことが判明した。EBV-HLH症例や原因不明例に於いては明らかな傾向は認められなかった。以上の結果より、発症早期の白血球分画・ferritin・sIL-2R・LDHを検討する事により、病型推定が可能である事が示された。C)患者由来iPS細胞の樹立と各血球細胞への分化誘導:iPS細胞より単球系細胞の誘導方法を確立した。又、FHL3症例由来線維芽細胞を用いてFHL3-iPSの樹立に取り掛かっている。FHLのスクリーニング体制を確立し、二次性HPS症例に関しても機能面から病態を整理細分化できる可能性のある知見が得られており、今後の発展が期待できる。FHL患者由来のiPS細胞が樹立出来ておらず、原発性HPSの病態解析がやや遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。全国から寄せられるHPS症例に対し、FHL原因分子のスクリーニングに加えて末梢血の細胞サプセット解析やサイトカインプロファイル等の包括的スクリーニングを行い、HPS全般に関して病態解析を進める。FHLの病態解析については、既に造血幹細胞移植を受けて状態の安定している患者さんの協力を得てiPS細胞を樹立し、そこからNK細胞や単球・マクロファージ・樹状細胞を誘導して、刺激に対する反応や共培養系を用いて機能解析を進める。
新規敗血症治療標的としてのＡＴＰシグナリング

セプシス(敗血症)とは高サイトカイン血症状態の全身性炎症反応症候群に感染症が重なった病態であり、多臓器不全や敗血症ショックにより高い死亡率を示すが、未だに有効な治療法が確立されていない。本研究では、セプシスの新たな治療標的としてATPシグナリングに注目し検討した。免疫細胞やマウス敗血症病態モデルを用いた検討の結果、敗血症病態におけるP2Y11受容体やP2X7受容体の重要性を明らかにした。本研究により、P2Y11受容体やP2X7受容体を介したATPシグナリングが新たなセプシス治療標的となる可能性が示された。セプシス(敗血症)とは高サイトカイン血症状態の全身性炎症反応症候群(SIRS)に感染症が重なった病態であり、多臓器不全や敗血症ショックにより高い死亡率を示し、開発国において死因の上位にランクされている。しかしながら、そのメカニズムは極めて複雑なことから未だに有効な治療法が確立されていない。その治療法を開発するため、1年目は、セプシスの治療標的としてP2受容体の可能性を検討し、新たにP2Y11受容体阻害薬が急性炎症反応を抑制出来ることを明らかにした。一方、P2X7受容体は、免疫細胞に多く発現し、炎症性サイトカインの産生に重要な役割を担っていることが知られており、これまでに我々はP2X7受容体の敗血症への関与を示唆する予備データを得ているため、本年度は敗血症へのP2X7受容体の関与について検討を行った。敗血症モデルとしては、新たに慢性敗血症モデルである盲腸結紮穿孔モデル(CLP)を用いた。CLPセプシスモデルマウスにおいて持続的な体重の減少、脾臓重量の有意な増加がみられた。また、血清中ALT活性、クレアチニン値の増加がみられたことから、肝臓、腎臓での障害が示唆された。血清中・腹腔洗浄液中では、IL-6、IL-1β、IL-18産生量の増加が認められた。そこで、P2X7-KOマウスを用いてセプシス病態モデルマウスを作製したところ、Wild typeマウス(WT)では手術4日後の生存率が50%であるのに対し、P2X7-KOマウスでは生存率が100%であった。このセプシス病態のP2X7-KOマウスでは、血清中・腹腔洗浄液中のIL-6、IL-1β、IL-18産生量も低いことが確認された。これらの結果から、セプシス病態におけるP2X7受容体の関与が示唆された。現在、P2X7受容体阻害薬によるセプシス病態抑制効果について検討中であり、病態抑制効果の傾向が認められている。敗血症病態におけるATPシグナリングの重要性と新規治療標的を明らかにするため、1年目では、マクロファージ活性化過程におけるSLC17A9依存性ATP開口放出とP2受容体の関与をin vitro、ex vivo実験において検討した。まず、ヒト単球由来THP-1細胞およびマウス腹腔マクロファージをリポ多糖(LPS)およびIFN-γ存在下で24時間培養し活性化させた活性化マクロファージをLPSで刺激した結果、10-20分後をピークに培養上清中ATP濃度が増加した。このATP放出は、ATP開口放出の阻害薬を前処置することにより抑制された。さらに、マクロファージにおいてMANT-ATPおよびquinacrineで共染色されるATP含有小胞の存在およびATPを分泌小胞内に取り込ませる輸送体SLC17A9の発現が確認された。さらにSLC17A9をノックダウンすることによってATP放出は抑制された。これらの検討により、LPSによって開口放出を介してATPが放出されることが明らかとなった。次に、放出されたATPがLPSによるマクロファージの活性化に関与しているか、またどの受容体を介しているかを検討した。マクロファージM1型分化およびLPS誘発IL-6産生は、P2Y11受容体阻害薬およびP2Y11受容体ノックダウンによって顕著に抑制された。これらの結果から、LPSによるマクロファージの活性化へのP2Y11受容体の関与が明らかになった。以上の検討により、LPSによるマクロファージ活性化過程において、ATPの開口放出およびP2Y11受容体活性化の関与が明らかとなった。さらに、マクロファージや樹状細胞においてP2X4受容体がP2X7受容体の炎症作用に関与することを明らかにした。次年度は、P2X7, P2X4, P2Y11受容体阻害薬を用いて敗血症モデルへの抗炎症効果を検討する。セプシス(敗血症)とは高サイトカイン血症状態の全身性炎症反応症候群に感染症が重なった病態であり、多臓器不全や敗血症ショックにより高い死亡率を示し、開発国において死因の上位にランクされている。

しかしながら、そのメカニズムは極めて複雑なことから未だに有効な治療法が確立されていない。その治療法を開発するため、1年目は、セプシスの治療標的としてP2受容体の可能性を検討し、新たにP2Y11受容体阻害薬が急性炎症反応を抑制出来ることを明らかにした。また、2年目では、慢性敗血症モデルである盲腸結紮穿孔モデルを用いて、セプシス病態におけるP2X7受容体の重要性を明らかにした。本年度、P2X7受容体阻害薬によるセプシス病態抑制効果について検討を行った結果、P2X7受容体阻害薬投与により生存率低下抑制、肝炎病態・腎炎病態の軽減が認められ、血中サイトカイン濃度増加も抑制された。このうち、全身性炎症反応による肝炎病態におけるP2X7受容体の役割について詳細に検討するため、肝マクロファージ(Kupffer細胞)におけるP2X7受容体機能を解析した。その結果、P2X7受容体活性化は、IL-1βやPGE2産生などを誘導していることが明らかとなり、炎症反応惹起に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。また、自己免疫性肝炎病態モデルに対するP2X7受容体阻害薬の効果を検討したところ、3種のP2X7受容体阻害薬によって肝炎発症が抑制出来ることを明らかにした。これらの結果、P2X7受容体は、全身性炎症反応によるセプシス病態や肝炎病態において重要な役割を担っており、P2X7受容体阻害薬は全身性炎症病態抑制に有効である可能性が示唆された。以上、3年間の研究成果から、セプシスなどの全身性炎症反応症候群の新たな治療標的として、P2X7受容体やP2Y11受容体を示すことに成功した。生物系薬学これまで急性・慢性セプシスモデルマウスを用いて、P2Y11受容体のみならず、P2X7受容体の関与も明らかにした。現在、P2X7受容体阻害薬による検討も順調に進行しており、予備的データとして病態抑制効果が確認され始めている。このように、本研究は当初の計画以上に順調に進行し、今後の展開が期待できる。研究計画に基づき、1年目の研究を問題無く遂行した。すべての実験項目について検討が成功し、抗炎症薬のターゲットとなる受容体として新たにP2Y11受容体およびP2X4受容体を特定することができた。そのため、本研究は計画以上に進展しているといえる。P2Y11およびP2X7受容体阻害薬を急性・慢性セプシスモデルへ投与し、生存率、体重、血中サイトカイン量、肝炎マーカー、腎炎マーカーの測定を行い、その病態抑制効果について検討を行う。また、副作用についても検討を行う。当初の研究計画であるP2X7受容体に着目した研究に加え、初年度に明らかになった新規標的P2Y11, P2X4受容体にも着目して以下に示す研究を行う。1敗血症患者の重症度とP2X7受容体活性との相関性を検討する。敗血症患者の臨床所見および血液を共同研究先の病院より得たのち、以下の測定を行う。血清中P2X7受容体依存性・非依存性サイトカインレベルをELISAにて測定する(申請者)。血中リンパ球の構成割合および各細胞種のP2X7受容体発現量をフローサイトメトリーによって測定する(研究協力者:Pablo Pelegrin博士)。2急性敗血症モデルとしてLPS投与によるendotoxinshockモデルマウスを用いて検討する。多量のLPSをマウス腹腔に投与し、124時間後に血液を採取する。また腹腔内も生理食塩水で洗浄し、サンプルとする。血清中および腹腔洗浄液中のサイトカイン濃度をELISAにて測定する。
光合成の集光装置の発現制御に開わる新規緑/赤色光受容体の機能解析

シアノバクテリアは酸素発生型の光合成を行う原核生物であり光化学系複合体の集光装置としてフィコビリソームを持つ。一部の種のフィコビリソームでは、赤色光を吸収するタンパク質であるフィコシアニンと、緑色光を吸収するタンパク質であるフィコエリスリンの組成が緑・赤色光に応容して調節される。この現象は「補色順化」と呼ばれ、その存在は100年以上も前から認知されていた。近年の解析により、この応答は緑色光吸収型と赤色光吸収型の間を可逆的に光変換するフィトクロム型光受容体(シアノバクテリオクロム)によって制御されることが明らかとなった。申請者らは、この光受容体のテトラピロールであるフィコシアノビリン(PCB)色素が、緑色光吸収型では脱プロトン化され、赤色光吸収型ではプロトン化されていることを発見した。また、光変換に伴うプロトンの脱着には、PCBのC15-ZからC15-Eへの異性化と、色素近傍のアミノ酸残基の両方が必要であった。これまでの知見を合わせて考えると、補色順化の光受容体の吸収型の変換は、PCBのC15-ZからC15-Eへの異性化に伴う、色素近傍の荷電性アミノ酸を介したプロトンの脱着によって引き起こされる事が強く示唆された。さらに、アミノ酸置換変異体の解析により、プロトン化と脱プロトン化に必須なアミノ酸の同定に成功した。このような光変換機構は、既知の赤色光・遠赤色光受容体であるフィトクロムでは、テトラピロール分子が両吸収型でプロトン化されている点とは大きく異なっている。これらの結果は、緑・赤色光変換型のシアノバクテリオクロムの光変換機構の解明における、非常に重要な知見である。シアノバクテリアは酸素発生型の光合成を行う原核生物であり、光化学系複合体の集光装置としてフィコビリソームを持つ。一部の種のフィコビリソームでは、赤色光を吸収するタンパク質であるフィコシアニンと、緑色光を吸収するタンパク質であるフィコエリスリンの組成が緑・赤色光に応答して調節されることが知られている。この現象は「補色順化;complementary chromatic adaptation」と呼ばれ、その存在は100年以上も前から認知されていたが、その分子機構には不明な点が多い。我々は、フィコエリスリン含量のみが調節されるタイプの補色順化(2型)を示すNostoc punctiforme ATCC 29133において、シアノバクテリア独自のフィトクロム様光受容体(シアノバクテリオクロム)の1つであるCcaSが、CcaRのリン酸化を介してフィコエリスリンの発現調節を行なうことを明らかにした。一方、CcaSとよく似た色素結合ドメインを持つシアノバクテリオクロムであるRcaEは、フィコシアニン含量とフィコエリスリン含量の両方を調節するタイプの補色順化(3型)を制御することが示唆されている。我々は、RcaEの色素結合ドメインもCcaSと同様の緑・赤色可逆光変換を示すことを明らかにした。しかし、RcaEよりもCcaSのほうがドメイン構成やシグナル伝達経路が単純である。このことは、過去にCcaS→RcaEへの進化が起こり、その結果、2つのタイプの補色順化が成立したことを示唆している。これらの研究は、補色順化を制御する光受容体の生化学諸性質と、その遺伝子発現の制御機構を結びつけた先駆的な研究であり、光応答の研究分野における重要な成果である。
海潮流エネルギー利用超電導発電システムの研究

海潮流発電用小型高効率回転機本体の設計・試作研究と評価を目的とし、高温超電導体の結晶の塊(バルク磁石)を超電導界磁に利用する以下のマイルストーンを設定している。1.バルク磁石により最大発電効率を得るための、最適な磁石の寸法と発生最大磁束を決定して適合性と適用限界を明らかにし回転機本体の試設計を行う。2.回転機本体の発電構造に必要なバルク超電導磁石の改良・改質を行い適用限界を実証する。3.発電基礎試験を含め2年間の研究の成果として、海水流発電用回転子構造を決める要素を完成させる。23年度は発電基礎試験を行い、超電導のメリットを抽出、実証すること、試設計と最適化した超電導磁石材料の開発と改質のまとめ、回転子構造の基礎試験評価による以下のまとめを行った。・回転機構造における多数回のバルク界磁への着磁に対して十分な機械的強度・耐性をもつ構造設計を確立した。・同時に回転子のバルク界磁8個以上のより精度の高い温度制御性をネオンガスの凝縮による熱サイフォンと熱輻射を考慮した新しい電機子コイルにより、超電導磁石のメリットを生かした運転温度、界磁磁束の構成を設定した。・発電動作試験の結果、30Kまでの短時間の冷却とバルク界磁への着磁により得た界磁磁束分布から、3相発電電圧波形を観測した。あわせてkVAからMW級の電気・機械設計を必要な技術要素の試験とともに完了し大容量化へ進む電磁機械工学的基盤を確立した。国際学会を含めて9編の論文発表を行った。現時点での電磁機械工学的観点から、メリットとデメリットを具有するバルク超電導磁石の優れた磁束捕捉性能をどこまで回転機としての発電機性能に生かすことができるかがほぼ明らかになった成果は高く評価できる。機械性能としては、電機子などの持続的改良により、高効率を追求すること。また、kVAからMWクラスの試作機の性能実証に取り組む要素基盤ができたと考える。本研究の目的は潮流を利用した次世代のエネルギープラントを実現するために、高温超電導を用いた小型高効率を有する発電機の設計および試作である。研究計画に習い、初年度は以下の項目を達成した成果として報告する。【発電機形状の選定】MW級の発電機を実現するために現在までに開発された超電導回転機を調査し、我が国の内海及び本土近海への適応性を検討した。日本だけでなく、米、欧州など世界の国々を含めて包括的に考証することにより、超電導体の形状、軸に対する界磁方向、磁束の集中を引き起こす鉄心の有無などの基本構造を検討した。その結果、径方向に磁場を発生するラジアル形状の回転界磁構造を有する事とし、その界磁には日本が世界を先導する技術のひとつであるバルク超電導体(超電導の結晶の塊)を採用することとした。【基本パラメータの決定】主となる設計パラメータの決定を行い構造の基本設計を確立した。高エネルギー密度をもつ潮流からの入力トルクを想定し1220rpm程度の低回転で所定の出力を発生することとした。バルク超電導体を用いた界磁は、これまでの液体窒素中での試験結果を応用し、磁場解析ソフトMAGNETを用いて擬似的にバルク体を表現する手法を用いた。30Kまで冷却された時の発生磁束を推定し3T以上を発生するものとした。【バルク体の性能向上】バルク体の性能は電機子に誘導される出力に直結する。新たな磁束ピン止め中心材料として軟磁性粒子(MP:Fe-Cu-Nb-Si-Cr-B)の添加し、超電導材料の特性を高め、その体内に捕捉することのできる磁束密度の向上を図った。バルク体を液体窒素温度で着磁した結果、0.4mol%添加した材料において30%程度の磁束密度の向上を確認することができた。具体的に最大磁束密度0.109T□0.153T、総磁束6.15uWb□8.09uWbの顕著な捕捉磁束密度の向上を達成した。今後バルク体の大型化を含めたさらなる性能向上を図る。平成22年度、我々の研究グループは、小型高効率である高温超電導(HTS)潮流発電機の実用化を目指す上で必要とされる要素技術の開発として以下の研究を行った。今後、本年度の実績を元に発電機の評価試験を行う計画である。1.【HTSバルク磁石の性能比較】我々は、HTSバルク磁石を利用した発電機の実用化に向けて、低コスト・高性能なHTSバルク磁石を検討した。我々は安価なYBaCue系と性能の良いGdBaCuO系のマルチシードバルクに着目し、温度30K、印加磁場4Tにおいて着磁した結果、YBaCuO系マルチシードバルクは3.91Tの捕捉磁束密度を示した。2.【HTSバルク磁石の着磁改良】発電機の出力性能において、HTSバルク磁石の総磁束量は重要な役割を担う。我々はHTSバルク磁石の総磁束量向上を目的とし、着磁技術の改良を行った。まず初めに、バルク磁石のより効率的な冷却方法の採用として凝縮ネオンによるサーモサイフォンを採用した。また着磁コイルを内側と外側の2回路を有するコイルとしてその形状を最適化した。3.【発電機の本体部品の改良】HTSバルク磁石を用いた発電機の試作機を構成するため、機械部品において以下の重要な改良を行った。

8個ある界磁バルクの温度をより正確に制御できる回転軸の開発、ネオンガスを冷媒とする閉サイクルサーモサイフォン冷却システムの採用、新たな着磁コイルの励磁システムと電機子コイルの冷却効率の向上、測定チャンネル、測定箇所の増加による測定システムの向上、輻射と交流損失を防ぐシールドの考察を行った。成果の一部は、2010年開催の2つの国際学会の招待講演や基調講演で公表され、論文3篇が発表されている。海潮流発電用小型高効率回転機本体の設計・試作研究と評価を目的とし、高温超電導体の結晶の塊(バルク磁石)を超電導界磁に利用する以下のマイルストーンを設定している。1.バルク磁石により最大発電効率を得るための、最適な磁石の寸法と発生最大磁束を決定して適合性と適用限界を明らかにし回転機本体の試設計を行う。2.回転機本体の発電構造に必要なバルク超電導磁石の改良・改質を行い適用限界を実証する。3.発電基礎試験を含め2年間の研究の成果として、海水流発電用回転子構造を決める要素を完成させる。23年度は発電基礎試験を行い、超電導のメリットを抽出、実証すること、試設計と最適化した超電導磁石材料の開発と改質のまとめ、回転子構造の基礎試験評価による以下のまとめを行った。・回転機構造における多数回のバルク界磁への着磁に対して十分な機械的強度・耐性をもつ構造設計を確立した。・同時に回転子のバルク界磁8個以上のより精度の高い温度制御性をネオンガスの凝縮による熱サイフォンと熱輻射を考慮した新しい電機子コイルにより、超電導磁石のメリットを生かした運転温度、界磁磁束の構成を設定した。・発電動作試験の結果、30Kまでの短時間の冷却とバルク界磁への着磁により得た界磁磁束分布から、3相発電電圧波形を観測した。あわせてkVAからMW級の電気・機械設計を必要な技術要素の試験とともに完了し大容量化へ進む電磁機械工学的基盤を確立した。国際学会を含めて9編の論文発表を行った。現時点での電磁機械工学的観点から、メリットとデメリットを具有するバルク超電導磁石の優れた磁束捕捉性能をどこまで回転機としての発電機性能に生かすことができるかがほぼ明らかになった成果は高く評価できる。機械性能としては、電機子などの持続的改良により、高効率を追求すること。また、kVAからMWクラスの試作機の性能実証に取り組む要素基盤ができたと考える。
第一原理計算に基づいたドーパントレベルの定量化と材料機能設計

ドーパントや固有点欠陥の電子レベルは,ドーパント・固有点欠陥由来の電気,光学,磁気特性を制御・設計する上で最も基本的な情報である.本研究では,半導体や絶縁体中のドーパントおよび固有点欠陥の電子レベルを,第一原理計算に基づいて定量的に評価する手法を確立した.また,この手法を種々の機能性酸化物や化合物半導体などに応用することで,ドーパント・固有点欠陥由来の機能を予測した.ドーパントや固有点欠陥の電子レベルは,ドーパント・固有点欠陥由来の電気,光学,磁気特性を制御・設計する上で最も基本的な情報である.本研究では,半導体や絶縁体中のドーパントおよび固有点欠陥の電子レベルを,第一原理計算に基づいて定量的に評価する手法を確立した.また,この手法を種々の機能性酸化物や化合物半導体などに応用することで,ドーパント・固有点欠陥由来の機能を予測した.ドーパントレベルは,半導体ではドナー及びアクセプタのイオン化レベル,3d遷移金属元素や希土類元素を添加した蛍光体や磁性半導体等では遷移金属・希土類元素ドーパントの酸化還元レベルとして,ドーパント由来の電気,光学,磁気特性を制御・設計する上で最も基本的な情報である.その重要性から,ドーパントレベルを実験的に計測するだけでなく,第一原理計算に基づいて予測する試みが古くからなされてきた.しかし,計算に用いられる電子相関の近似と計算モデルの制約により,定量的な評価がなされていない.本研究では,これらの問題を克服し,半導体及び絶縁体中のドーパントレベルを,第一原理計算に基づいて定量的に評価する手法を確立することを目的とする.また,第一原理に基づいたフォノン計算を行い,格子振動の効果を取り入れることで,実験値と直接対応づけられるような,有限温度下でのドーパント特性を予測する.さらに,この手法を機能性酸化物・窒化物中の様々なドーパントに適用し,ドーパント由来の機能の設計に応用することを目指す.平成21年度には,希薄極限でのドーパントレベルを定量的に評価する手法を確立するため,電子構造が比較的シンプルな半導体であるSi,C,BN,ZnOを対象として,ハイブリッド密度汎関数法による電子状態の再現性の向上と大規模計算に基づいた欠陥間相互作用のモデル化を行った.欠陥間相互作用のモデル化については,数種類のサイズのスーパーセルについて系統的な計算を行い,欠陥間の静電相互作用を多極子展開した結果にフィッティングすることで,欠陥間距離の関数として定式化した.これは,過去に提案されている手法に基づいているが,欠陥の電子状態に応じて,静電相互作用に寄与する正味の欠陥電荷を用いるなど,修正が必要であることが判明した.このため,欠陥の電子状態の分布を詳細に調べ,各状態に応じた補正法を検討した.ドーパントレベルは,半導体ではドナー及びアクセプタのイオン化レベル,3d遷移金属元素や希土類元素を添加した蛍光体や磁性半導体では遷移金属・希土類元素の酸化還元レベルとして,ドーパント由来の電気,光学,磁気特性を制御・設計する上で最も基本的な情報である.その重要性から,ドーパントレベルを実験的に計測するだけでなく,第一原理計算に基づいて予測する試みが古くからなされてきた.しかし,計算に用いられる電子相関の近似と計算モデルの制約により,定量的な評価が十分になされていない.本研究では,これらの問題を克服し,半導体及び絶縁体中のドーパントや空孔などの点欠陥のレベルを,第一原理計算に基づいて定量的に評価する手法を確立することを目的とした.また,フォノンの計算により格子振動の効果を取り入れることで,有限温度下でのドーパント・点欠陥の特性を予測し,ドーパント・点欠陥由来の機能の設計に応用することを目指した.平成22年度には,前年度に確立した希薄極限でのドーパント・点欠陥のレベルを定量的に評価する手法を,種々のペロブスカイト酸化物や太陽電池用化合物半導体などに応用した.その結果,チタン酸バリウム中の酸素空孔について,ドナーレベルが決定されるとともに,深いドナーとなる準安定状態の存在が予測された.また,銅インジウム二セレン化物などの化合物半導体における各種点欠陥のレベルと電気特性における役割を明らかにした.
難治性気道炎症疾患におけるSIGIRR発現・機能調節の分子基盤とその治療応用

嚢胞性線維症(CF)は呼吸器の慢性炎症が主病変の常染色体劣性遺伝性疾患であるが、炎症を惹起しやすい要因の一つとしてTLRシグナル抑制分子の発現量低下が挙げられる。本研究では未だCFにおいて報告のないTLRシグナル抑制分子SIGIRRに着目し、正常とCF細胞におけるSIGIRR発現量を全細胞と細胞膜上レベルで比較した。その結果、全細胞では正常およびCF細胞におけるSIGIRR発現量に大きな差異はなかったが、CF細胞膜上のSIGIRR発現量は正常細胞と比して著しく低下していた。今回の結果から、CF細胞においてSIGIRRの細胞膜上への発現効率又は膜上での安定性が低下していることが示唆された。嚢胞性線維症(CF)は,多くの患者で治療法のない難治性遺伝性疾患であり,その病態形成に呼吸器感染症とそれに伴う慢性炎症が重要な役割を担う.申請者は,長年,CF治療法解明のために,原因遺伝子CFTRの細胞内輸送制御機構に着眼し,また,一方で,CFをはじめとする慢性炎症の理解の観点から,Toll-like receptors (TLRs)の負の調節因子に着目して,種々の研究を行ってきた.本研究では,いまだ適切な炎症治療法のないCFの呼吸器疾患に対し,SIGIRRを標的にした治療法を提起する世界初の試みを行い,実現性の高いCF炎症調節薬の開発を最終目標として掲げ研究を遂行する。本研究課題において具体的に実施する研究内容は以下の2点である。まず一つ目は、CF気道モデルにおけるSIGIRRの発現低下機構の解明、二つ目はCFにおけるSIGIRRの新規内因性リガンドIL-37の役割の探索とIL-37を用いたCF治療法の妥当性の評価を行う。当該年度は、一つ目のテーマであるCF気道モデルにおけるSIGIRR発現低下機構に関して検討を行った。まず、正常およびCF気道上皮細胞におけるSIGIRRのmRNA発現量を細胞株および初代培養細胞の両方を用いて検出した。その結果、全てのCF細胞におけるSIGIRR mRNA発現量は、正常細胞と比較して顕著に減少していた。更にその発現減少は、CF細胞におけるSIGIRR mRNAの安定性低下に起因するものではないことを確認した。次にSIGIRRのプロモーター活性を正常およびCF細胞間で比較するために、ヒトSIGIRRのプロモーター領域1kbpを組み込んだルシフェラーゼプラスミドを細胞株および初代培養細胞の正常・CF細胞のペアに導入し、プロモーター活性を測定した。その結果、正常およびCF細胞間でSIGIRRプロモーター活性の差異は検出されなかった。嚢胞性線維症(CF)は難治性遺伝性疾患であり、その病態形成には呼吸器感染症とそれに伴う慢性炎症が重要な役割を担う。本研究では、未だ適切な炎症治療法のないCFの呼吸器疾患に対しToll-like receptors(TLRs)のシグナル抑制分子であるSIGIRRを標的とした治療法を提起することを最終目標として掲げ、研究を遂行する。本研究テーマにおいて実施する研究内容は以下の2点である。まず1つ目は、CF気道モデルにおけるSIGIRR発現低下機構の解明、2つ目は、CFにおけるSIGIRRの新規内因性リガンドであるIL-37の役割の解明とIL-37とSIGIRRを標的としたCF治療法の探索である。当該年度は、まず1つ目の研究内容に沿って、正常およびCF気道上皮細胞における細胞質および細胞膜上SIGIRRタンパク質の発現量比較を行った。既に前年度の研究結果から、正常と比してCF細胞におけるSIGIRRのmRNA発現が低下していることを確認していたが、予想に反してCF細胞におけるSIGIRRタンパク質の細胞内発現量は正常細胞と同等であった。その要因として、CF細胞におけるSIGIRRタンパク質の安定化が寄与することも見いだした。次に細胞膜上におけるSIGIRR発現量を比較したところ、CF細胞においてSIGIRRの細胞膜上発現量が顕著に減少しており、正常とCF患者由来初代培養気道上皮細胞を用いた場合でも同様の結果が得られた。SIGIRRの内因性リガンドであるIL-37は炎症性刺激依存的に核内へ移行もしくは細胞外へ分泌され抗炎症作用を発揮することから、細胞膜上でのSIGIRR発現量減少はCF細胞の易炎症性状態に関与する可能性が示唆された。妊娠出産で研究を一時中断していたため。薬理学、細胞生物学ヒトSIGIRRのプロモーター領域1kbpを用いた検討では正常およびCF細胞間でのプロモーター活性に変化が見られなかったことから、更に長鎖のプロモーター領域をクローニングし、1kbpより上流のプロモーター領域が活性にどのように影響を与えるのか両細胞間で比較する必要がある。またSIGIRR蛋白質の安定性についても正常およびCF細胞で比較検討する。妊娠出産で一時研究を中断していたため未使用額が生じた。次年度は初代培養細胞も積極的に使用し、より精度の高い研究を実行する。
相選択基準を考慮した凝固過程のミクロノマクロモデリング

あらゆる競合する相・形態のなかで最も界面温度の高い相が成長するという基準を設け,平ら・セル・デンドライトの形態の先端温度を計算することで,広範な凝固条件に対応する相・組織選択を検討した。本年度は包晶反応系を中心に過冷凝固・一方向凝固の両条件下で解析した。過冷凝固にはバルク過冷度ΔT、一方向凝固時には成長速度Vと温度勾配Gがそれぞれ与えられ,Trivedi,Lipton and Kurzモデルによって先端曲率半径R、先端温度T^*、先端濃度C_L^*を求めることができる。kineticな過冷と成長速度の間には線型な関係を仮定し,分配係数・液相線の勾配には速度依存性を考慮して求めた。Vが0.1m/s程度までは溶質の拡散の寄与が大きく、それ以上の速度では熱拡散の寄与が大きい。また、固液界面での局所平衡からのずれを表すΔT_kは1m/s以上の速度になると大きくなる。δ、γ相のデンドライトあるいはセル先端温度とバルク過冷度の関係を求めた。バルク過冷度が約20K以下ではδ相、20K以上ではγ相の先端温度が高いことが分かった。相選択基準に従うと、約20K前後で生成相がδからγに変わることが予想でき、この予測は実験結果とよく一致した。一方向凝固において晶出する相および組織形態がどのように選択されるかをFe-Ni,Fe-Cr-Ni系に適用した。過冷度が小さい場合にはペクレ数P《1であり,溶質の拡散に起因する過冷度(ΔTc)はΔT_c〓ΩΔT_0kとなる。ここでΔT_0;凝固温度範囲,Ωは過飽和度でこの場合2P。故にΔT_c〓RVΔT_0klDである。先端曲率半径Rは`stability criterion'によって決められ,解析的に求められる。過冷凝固並びに一方向凝固時に相選択基準を考慮して相・組織がどのように決定されるかについて検討した。主にデンドライト成長理論をFe-Ni,Fe-Cr-Ni系に適用し,本モデルの有効性を確認した。
成人T細胞性白血病に対する骨髄非破壊的臍帯血移植後の抗腫瘍免疫の解析

本研究においてはリンパ腫型ATL2症例に対して造血細胞移植を施行し経時的に末梢血サンプルを採取分離し移植後の経過を解析した。骨髄破壊的な前処置で臍帯血移植を施行した第1症例は、移植後Day60までに末梢血中proviral loadが感度以下に達したのちDay100以降再び検出されているが、1年までの追跡で3copies/1000PBMNCのレベルに良好にコントロールされている。血縁者間骨髄非破壊的末梢血幹細胞移植を施行した第2症例は、Day130までに末梢血中proviral loadが感度以下になり1年後まで持続している。いずれの症例も完全寛解を持続、良好な経過を取っている。これら症例での移植後の抗HTLV-1免疫能の解析目的に経時的に末梢血単核球を分離保存した。移植後の患者末梢血よりHTLV-1感染細胞株の樹立を試みたが、現在までのところ細胞株の樹立が成功していない。現在固相化CD3/CD28によりT細胞を活性化させ各種サイトカイン添加するなどにより感染細胞株の樹立を試みている。リンパ腫型ATLでは腫瘍細胞の末梢血中での動態など不明な点が多く、HTLV-1組み込み部位塩基配列を用いたATL細胞検出系の確立を試みた。腫瘍サンプルよりDNAを抽出しinverse-long PCR法によりプロウイルス組み込み部位近傍のDNAを増幅し塩基配列を決定、特異的プライマーを設定してPCRによる末梢血中のATL細胞の検出系を確立した。これら2症例において腫瘍と同一クローンを末梢血中に検出した。第1例では経時的検討により、移植後末梢血中腫瘍細胞もPCRによる解析感度以下となった。さらにATL20症例において同様の解析を行い、2例において治療後ATL細胞クローンが交代している事を明らかにした。今後移植例におけるATL細胞クローンの交代について検討を加える予定である。移植対象となる成人T細胞性白血病/リンパ腫(ATL)患者を広く集め、本研究治療の臨床試験的側面を考慮して、eligibility criteriaを満たす症例は本研究に登録し臍帯血を用いた骨髄非破壊的臍帯血移植(RI-CBT)を施行するとともに、それ以外は個々の患者毎に移植適応を検討、移植の適応となる患者は各患者に最適の移植を選択して、本研究と同様の解析を平行して行う方針とした。本年度は地域的な問題もあり症例の集積が遅れ2症例のみ治療を行った。第1例はリンパ腫型、LSG15プロトコールにより完全寛解に到達したが、年齢が50歳以下のため本研究のeligibility criteriaを満たさず、臓器予備能も良好のため骨髄破壊的臍帯血移植を施行し、臍帯血移植後の抗ウイルス、抗腫瘍免疫を解析することとした。第2例は急性型、LSG15プロトコールにて部分寛解にしか到達せず本研究のeligibility criteriaを満たさなかった。HLA完全一致の妹がいることからこちらをドナーに選択して骨髄非破壊的骨髄移植(RIST)を施行、同様の解析を施行することとした。第1例は臍帯血移植が成功し現在外来通院中である。化学療法中、移植後のHTLV-1 proviral DNA定量の結果、移植後2ヶ月以内にproviral loadが感度以下に低下していた。移植前、移植後末梢血回復後の単核球を解析用に経時的に分離保存、また移植後の末梢血単核球由来HTLV-1 immortalized cell line作成用細胞を分離保存した。第2例についてはHLA一致血縁ドナーからRISTを施行した。

HTLV-1proviral load定量のデータでは、移植前は部分的な減少にとどまった。本例も治療経過に伴い経時的に解析用の末梢血単核球の分離保存を行った。移植後末梢血がまだ回復していないので回復ししだいHTLV-1 immortalized cell line作成用も含めて単核球分離保存を進めることとした。本年度は昨年移植を施行した2症例につき経時的に末梢血サンプルを採取分離し移植後の経過を解析した。骨髄破壊的な前処置で臍帯血移植を施行した第1症例は、移植後Day60までに末梢血中proviral loadが感度以下に達したのちDay100以降再び検出されているが、1年までの追跡で3copies/1000PBMNCのレベルに良好にコントロールされている。血縁者間骨髄非破壊的末梢血幹細胞移植を施行した第2症例は、Day130までに末梢血中proviral loadが感度以下になり1年後まで持続している。いずれの症例も完全寛解を持続、良好な経過を取っている。リンパ腫型ATLでは腫瘍細胞の末梢血中での動態など不明な点が多く、HTLV-1組み込み部位塩基配列を用いたATL細胞検出系の確立を試みた。腫瘍サンプルよりDNAを抽出しinverse-long PCR法によりプロウイルス組み込み部位近傍のDNAを増幅し塩基配列を決定した。この塩基配列に基づき特異的プライマーを設定してPCRによる末梢血中のATL細胞の検出系を確立した。これら2症例において腫瘍と同一クローンを末梢血中に検出した。第1例では経時的検討により、移植後末梢血中腫瘍細胞もPCRによる解析感度以下となった。第2例については解析を継続している(2006年リンパ網内系学会発表予定)。これら症例での移植後の抗HTLV-1免疫能の解析目的に経時的に末梢血単核球を分離保存した。移植後の患者末梢血よりHTLV-1感染細胞株の樹立を試みたが、現在までのところ細胞株の樹立が成功せず解析が施行できなかった。また、移植症例については病棟運営の関係から登録症例数がのばせず、上記2例の施行にとどまった。
超音波マイクロスペクトロスコピ-による音波物性と物質・材料評価に関する基礎研究

昭和59年61年の3年間,特定研究(1)「超音波スペクトロスコピ-とその物質工学への応用」が実施され、その後の発展を踏まえ、重点領域研究計画の具体化を計った。研究を総活する総活班の他に、15名の研究分担者を分野別に5班に分けて班毎に調査研究を行い,さらに分担研究者ら全員による研究討論会(全体会議)を平成4年1月30日に東北大学で行った。また,適宜,班長会議を開催し平成5年度発足重点領域の計画と申請書の作成準備・作業を進め,その重点領域申請書を一式、2月28日に文部省へ提出した。重点領域研究の計画の概要は、まず申請領域名を「超音波バイオスペクトロスコピ-による生体組織の音波物性の解明と生体組織診継への応用に関する基礎的研究」と題して、3年計画として、研究組織を6つの班と総活班とで構成した。以下に各班の研究題目名と班長名を列記する。〔第1班〕「生体分子およびその集合体の超音波物性」(高木堅志郎・東大生研教授)、〔第2班〕「高周波帯超音波による生体組織の定量計測と組織診断」(田中元直・東北大抗研教授)、〔第3班〕「生体組織計測用超音波振動子の研究開発と超音波音場の計測法及び超音波の生体作用」(井出正男・武蔵工大工教授)、〔第4班〕「低周波数帯超音波による静的及び動的生体組織の超音波特性の計測法とそのinーvivo計測法」(大槻茂雄・東工大精研教授)、〔第5班〕「超音波エネルギ-の利用による生体組織の変性と破壊の基礎研究」(渡辺泱・京都府立人医教授)、〔第6班〕「生体組織構造及び機能に関する超音波情報の電算処理技術の研究開発」(中鉢憲賢・東北大工教授)、及び〔総活班〕「超音波バイオスペクトロスコピ-に関する総合的研究」(田中元直・本研究代表者)。
超小型電極送り機構を用いたドットマトリクス方式による三次元形状創加工法

本研究では、放電加工もしくは電解加工において一列または複数列に配置されたピン状の電極の長さをリアルタイムに制御しながらxy方向にスキャンすることで、三次元形状を創成する方法を開発することを目的としている。平成8年度までに以下の事項について検討した。(1)【小型電極送り機構の開発】圧電素子を用いた小型電極送り機構を数種類開発した。そのうち、インチワ-ム構造を持つ電極ダイレクトドライブ機構がドットマトリクス方式に適当であることを明らかにした。(2)【加工ユニットの試作】6本の電極を持つ加工ユニットのプロトタイプを試作した。(3)【加工特性】ドットマトリクス方式により三次元形状を加工できることを確認した。電極消耗を補償しながら同一の部分を繰り返し加工することで平滑化する方法および、電極送りのxy方向のピッチを狭くすることで平滑化する方法の2種類について検討を行った。前者は、加工面の平滑化だけでなく、形状精度の改善にも効果があることが明らかになった。(4)【放電分散の効果】試作した加工ユニットでは、6本の電極は絶縁されている。放電を強制的に分散させるために、各電極にトランジスタ式放電回路を1回路ずつ接続した。実験により、抵抗率の比較的高いシリコンだけでなく、抵抗率の低い炭素鋼に対しても強制的な放電分散が可能であることを確認した。また、強制的な放電分散を行った方が、クラックが少ない面が得られることを確認した。(5)【細線を用いた表面処理】直径0.1mmのタングステン線を用いて、工具鋼に対して電極消耗条件で単発放電により加工を行った。加工面を観察すると盛り上がりが観察された。その部分の硬度は、鋼電極で加工した。場合より高かったため、タングステンの付着が期待できる。製品の開発時間の短縮のために、金属材料への直接的なラピッドプロトタイピング法が要求されている。切削加工により慨形を作る方法では、後工程でバリやカッタマークを除去する必要がある。放電加工を用いれば上記の問題は起こらないが、電極整形時に切削加工と同様の問題が生じる。また、微細形状を持つ電極の製作は困難である。本研究では、放電加工もしくは電解加工において、一列または複数列に配置された多数のピン状の電極の長さをリアルタイムで制御しながらxy方向にスキャンさせることで、三次元微細形状を創成する方法を開発することを目的としている。この方法をドットマトリクス方式と呼ぶことにする。(1)形状創成加工の基礎実験近接して配置したワイヤ電極を用いて放電加工を行い、本手法の効果を確認した。また、各ワイヤ電極にパルス分配を行うことで放電を強制的に分散させ、クラックレス加工が可能なことを確認した。(2)電極送り機構の小型化および改良これまでに開発した電極送り機構を分類、比較し、本手法に用いる機構を選定した。その結果、インチワ-ム機構を利用した電極ダイレクトドライブ機構を用いることにした。(3)プロトタイプ設計のための予備実験加工ユニットでは、電極送り機構と電極を束ねるホルダ間で電極を曲げる必要がある。そこで、電極送り機構とホルダ間の距離と、電極の曲げの限界を実験的に求めた。また、電極材料は塑性変形しにくいタングステンが適していることが明らかになった。(4)加工ユニットのプロトタイプの試作上記の(2)、(3)で得られた結果に基づき、6台の電極ダイレクトドライブ機構を円周上に配置したプロトタイプを設計し、試作した。加工ユニットの寸法は、約100×100×200mmである。

本研究では、放電加工もしくは電解加工において一列または複数列に配列された多数のピン状の電極の長さをリアルタイムで制御しながらxy方向にスキャンすることで、三次元形状を創成することを目的としている。平成7年度までに、インチワ-ム方式による細線電極送り装置を試作し、その制御性の評価および試作装置による放電加工特性の評価を行った。(1)試作1号機による基礎実験大きさが数cm程度のインチワ-ム機構を製作し、電極ガイドと駆動源との幾何学的位置関係による制御性の限界を確認した。(2)試作2号機によるワイヤ電極駆動試験試作1号機による試験結果を踏まえ、ボールペンのキャップ程度の大きさのインチワ-ム機構を6台製作し、これらを放射状に配列してドットマトリクス方式の放電加工ユニットを製作した。それぞれのインチワ-ム機構は1列に穴のあいた電極ガイドに拘束された6本の細線電極の位置を独立に制御可能なことを確認した。(3)試作2号機による放電加工実験上記2号機を既設の放電加工機に取り付け、放電パルス電源を接続して放電加工を行った。鋼の表面に対して大きさ5mmの文字をプリンタで印字するように加工した。高精度な加工を行うためには、各ワイヤを最適な距離に配置すること、電極全体に揺動運動を付与する必要があることが明らかになった。(4)電極位置決め装置を用いた電極消耗の補償電極先端は通常の細穴放電加工と同様に消耗しやすい。したがって電極位置決め装置が必要となる。そこで、ステッピングモータと楕円カムを用いて位置決め装置を製作した。1カ所で加工するごとに電極先端長さを調節し、電極消耗量を補償することで3次元形状の創成が可能となった。本研究では、放電加工もしくは電解加工において一列または複数列に配置されたピン状の電極の長さをリアルタイムに制御しながらxy方向にスキャンすることで、三次元形状を創成する方法を開発することを目的としている。平成7年度に試作した加工ユニットを用いて、平成8年度は、加工特性の改善、放電分散の効果および表面処理への適用の可能性について検討した。(1)加工特性の改善電極消耗を補償しながら同一の部分を繰り返し加工することで平滑化する方法および、電極送りのxy方向のピッチを狭くすることで平滑化する方法の2種類について検討を行った。前者は、加工面の平滑化だけでなく、形状精度の改善にも効果があることが明らかになった。(2)放電分散の効果試作した加工ユニットでは、6本の電極は絶縁されている。放電を強制的に分散させるために、各電極にトランジスタ式放電回路を1回路ずつ接続した。実験により、抵抗率の比較的高いシリコンだけでなく、抵抗率の低い炭素鋼に対しても強制的な放電分散が可能であることを確認した。また、強制的な放電分散を行った方が、クラツクが少ない面が得られることを確認した。(3)細線を用いた表面処理の可能性の検討直径0.1mmのタングステン線を用いて、工具鋼に対して電極消耗条件で単発放電により加工を行った。加工面を観察すると盛り上がりが観察された。その部分の硬度は、銅電極で加工した場合より高かった。銅電極で加工した場合には、焼き入れと同様の効果が得られることが明らかになっている。