hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ガリウム砒素リン系半導体超格子構造による高効率発光素子材料の実現

本研究で取り扱った砒素リン系半導体超格子構造においては、ガリウム砒素に近い組成領域では室温でレーザ発振するほどの高品質なものが得られているが、ガリウムリンに近い組成領域では間接遷移型半導体であり、しかもバンドラインアップが、電子と正孔が別々に閉じ込められるようなタイプIIであるという実験結果があるために、高効率の発光材料としては適当ではないと考えられてきた。しかしながら、フォトリフレクタンス分光法およびフォトルミネッセンス分光法を用いることによって、ガリウムリン基板上に超格子構造を作製した場合には、ガリウムリン・ガリウム砒素リンヘテロ界面はどのような組成領域においてもタイプIとなることがわかった。さらに本研究によって、すべての組成領域において直接遷移エネルギーギャップ、間接遷移エネルギーギャップのどちらについてもタイプIヘテロ構造が実現されていることが初めて明らかになった。また、基板にガリウム砒素リンを用いて、ガリウム砒素・ガリウムリン超格子を作製し、どちらの層にも歪が加わるようにした。この場合、間接遷移バンドの縮退が解けてタイプIとタイプIIの両方のヘテロ構造が同時に存在するような極めて興味深い状況が実現することがわかった。実際に両方の光学遷移に対応するフォトルミネッセンスが観測され、発光寿命にもタイプIとタイプIIの違いが反映されることが明らかになった。以上、高効率にするために不可欠な基礎物性に関する十分な知見を得ることが出来た。
影を用いた場の創出的メディア表現とコミュニティ・コミュニケーションへの活用

居場所づくりの支援には,無意識の領域にまでコミュニケーションを拡大する技術が必要になる.そこで,身体と存在的に非分離な影が,場の創出的メディアとして働くことを示すとともに,影を使った二領域的通信原理を基に,人々の間に存在的なつながりが生まれる居場所のコミュニケーション支援とそのネットワーク化に必要な基盤的技術の開発を行い,場のコンテクストや間合いの創出に着目して,その有用性を確認した.居場所づくりの支援には,無意識の領域にまでコミュニケーションを拡大する技術が必要になる.そこで,身体と存在的に非分離な影が,場の創出的メディアとして働くことを示すとともに,影を使った二領域的通信原理を基に,人々の間に存在的なつながりが生まれる居場所のコミュニケーション支援とそのネットワーク化に必要な基盤的技術の開発を行い,場のコンテクストや間合いの創出に着目して,その有用性を確認した.地理的に離れた場所にいる人々が一緒になって即興的に会話をしたり,体験を共有したりするためには,出会いの場が各人の間で共創出されることが必要になるが,この条件を現行の通信システムは原理的に満足していない.そこで我々は,存在を伝える創出的なメディアとして身体の影を活用することを構想し,影の暗在的な働きに着目した場の表現手法や身体性の拡張手法を研究することによって,出会いの場づくりを支援できる共存在のコミュニケーションシステム(影システム)や,場のネットワーク拠点としての「共存在の家」の設計原理を明らかにすることを目指す.本年度は交付申請書に記載した計画に従い研究を実施し,以下の成果を得た.(1)集団における各人の存在位置と身体的な動きの同時計測装置の開発に成功した.またこれを使って,過去の現場の出来事を当事者に替わって追体験できる「場のアーカイブ」について検討した.(2)参加者の存在を二つの身体の影を使って影システムに表現する手法を考案し,これが共存在感や身体的コヒーレンスを強め合うための新しい空間表現として有効であることを実験的に確認した.(3)2箇所間の通信を3箇所間に拡張するための影の取得,投影,通信ソフトを製作することにより,3箇所の現場をほぼ同時に統合することに成功し,出会いの場を多様にコーディネーションできる見通しを得た.(4)参加者の立ち位置と動きの変化に対応した音声を参加者の影とともに双方向で送りあうために,スピーカアレイを用いた簡易型の複数音源定位システムを考案,製作した.(5)以上の(1)-(4)を影システムに組み込み,各種の影表現やコミュニケーション実験を可能にした.その他に,基礎的な研究として,身体の影の働きを時空的な間(ま)の生成や道具による身体イメージの拡張と関連づけて実験的に検討し,場の創出的メディアとしての影の存在論的二重性について考察した.地理的に離れた場所にいる多様な人々の出会いの場づくりを支援することが可能な「共存在のコミュニケーションシステム」(影システム)や、場のネットワーク拠点としての「共存在の家」の設計手法について検討するため、昨年度の成果をふまえ、交付申請書に記載した計画に従って以下の研究を実施した。(1)昨年度製作した複数音源定位装置や3箇所間通信装置を影システムに組み込んだコミュニケーション実験を行った。その結果、複数人による同時発話時の存在位置定位や、離れた3箇所間での間合いのとれた会話や共同描画が実行可能であることを実験的に明らかにした。(2)身体の影と音声との統合的な表現手法として、影で表現された話者の頭部位置から音声を提示することを実現するため、コミュニケーション空間の天井面と床面にスピーカアレイ配置した簡易型の三次元的空中音像表現システムを考案製作し、その有効性を確認した、(3)過去の出来事の現場を再現して、当事者の身体表現を追体験するため、記録保存した過去の人物の影映像に画像処理を施すソフトを開発した。これにより過去の仮想的な現場に自身の身体を置くことが可能な「場のアーカイブシステム」を実現し、その有効性を検討した。(4)自身の影を消去したり、時間的、空間的に自身の身体からずらしたりすることが可能な実験システムを開発し、コミュニケーションにおける間(ま)の生成と共有に、身体と影との存在論的な非分離性がどのように関わっているのかを実験的に検討した。以上の他に、人物や個物の仮想的な影表現手法や、異なる形状のコミュニケーション空間をつないだ時の影の表現手法(位置や形状の操作)についても検討した。また、影には、存在そのものを表現する働きと運動動作などの機能を表現する働きが存在し、これらの二重の働きを活用することで、出会いの場における気づきや主体的な表現を引き出せる可能性があることを考察した。本年度は交付申請書に記載した計画に従い研究を実施し,以下の成果を得た.(1)昨年度までに開発した影システムをワークショップなどの場づくりの現場で運用する際に必要となる要件(現場の状況に応じたシステム構成など)や問題点等について調査し,これをもとに,様々なフィールドへの対応が可能な影システムの開発を行った.とくに,サーモカメラと距離画像カメラを組み合わせた影生成アルゴリズムを開発し,温度環境の変動にシステムを柔軟に対応させることを実現した.そして本システムを用いて,屋外の2箇所間をつなぐ運用試験を行い,異なる集団間において出会いの場の創出を支援できる見通しを得た.

(2)身体と影との存在的な非分離性に起因して,影が場の創出メディアとして働くと考え,歩行速度に比例して傾く自身の影像を身体から分離せずに足元から提示する場合(以下,身影)と,足元からではなくスクリーン中に全身の影像を提示する場合(以下,シルエット)を比較する実験を行った.その結果,影に対して,身体が反応するまでの時間が,身影の方がシルエットに比べ100[ms]程度早いことが見出され,このことから身体には影に対して無意識的に反応する働きと,意識的に反応する働きの二種類の異なる働きが存在すること,さらには前者が場の創出に関わる可能性があることを,時間遅れ影による別の実験結果などもあわせて考察した.(3)研究期間(3年間)に得られた成果をもとに,影は身体の存在的表現と機能的表現の二つの異なる働きを担っており,これらの循環的なダイナミクスによって共存在的な表現の場が創出されることについて考察し,出会いの場の統合原理やコミュニティ支援に向けた共存在の場(家)の設計手法などを総合的に検討した.また,出会いの場の創出には,表現のズレにより生じると推察される気づきが重要な役割を担っており,影身はその有効な支援メディアになることもあわせて示した.
機能未知遺伝子の機能解析を指向した任意配列を認識する人工転写因子の構築

現在、様々な生物のゲノム計画により、様々な生物の染色体の全塩基配列が明らかにされ、得られた塩基配列より遺伝子領域が同定されている。機能既知の遺伝子配列との相同性を基に、同定された遺伝子の機能を推測する場合が多いが、必ずしも該当する機能既知の相同遺伝子配列がなく、機能が未知のままの遺伝子は少なくない。この場合に、機能未知の遺伝子の発現を人工的に活性化・抑制し、その時の表現型を検討することにより、機能未知の遺伝子の機能を推測することが一つの有力な手段となる。しかし、天然に存在する転写因子はある特定の遺伝子上流配列のみを認識し、下流の遺伝子の発現を制御するため、任意の遺伝子上流配列を認識し、下流の任意の遺伝子の発現を活性化・抑制することは従来できなかった。本研究課題では、この点に鑑み、任意の遺伝子上流配列を認識し、下流の任意の遺伝子の発現を制御する人工転写因子を創製し、機能未知の任意の遺伝子の機能解析に利用できる系を構築することを目的として研究を行った。具体的には、機能未知遺伝子の上流配列と三重鎖核酸を形成しうる単鎖RNAに転写活性化or抑制ドメインをつなげ、この複合体を機能未知遺伝子の上流配列に結合させ、機能未知遺伝子の発現を制御することとした。しかし、単鎖RNAと蛋白質である転写活性化or抑制ドメインとをつなぐことは容易でないため、リンカーとしてRNA結合蛋白質とこの標的RNA配列との複合体を用いることとした。つまり、標的の遺伝子上流配列に結合する三重鎖核酸形成用の単鎖RNA(TFO)とRNA結合蛋白質の標的RNA配列(RS)との融合RNAと、RNA結合蛋白質(RBP)と転写因子の転写活性化or抑制ドメイン(ED)との融合蛋白質とが、RBP-RS相互作用を介して結合することにより、TFOとEDが一体化した新規の人工転写因子が構築される。この融合RNAおよび融合蛋白質発現用の各々のプラスミドを構築し、出芽酵母に導入した。出芽酵母アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子のプロモーター配列の下流にlac Z遺伝子を挿入したものをレポーター遺伝子として用い、構築した人工転写因子システムを評価した。
がん分子標的薬の長期毒性データに基づく新規ベイズ流用量探索デザインの研究開発

米国National Cancer Insititute (NCI)の臨床医学専門家、生物統計家等と共同して、細胞障害性薬剤、分子標的薬、がんワクチンの単剤療法における長期毒性のプロファイル分析を実施し、米国臨床薬理学会誌に論文発表した。本研究からは、分子標的薬においても、細胞障害性薬剤と類似した長期毒性プロファイルを示すことが明らかとなり、用量探索法においても長期毒性を考慮した方がよいことが改めて確認された。また、分子標的薬のための用量探索法として、Bayesian Lassoを用いた用量探索法を開発し、王立統計学会誌に論文発表した。この方法は、遺伝子プロファイル別に有効性と毒性を同時評価して推奨用量を同定する新たな第I/II相試験デザインであり、既存方法よりも簡便かつ同等の性能を有する方法であることが、シミュレーション実験により確認された。現在は、Reative dose intensity (RDI)に基づく新たながん第I相試験デザインを研究開発し、論文にまとめている。がん分子標的薬の長期毒性データを考慮した用量探索法を複数提案し、論文化した。また、がん早期探索試験の領域において、マスタープロトコル試験の概念が提唱され、本研究のこれまでの成果を活用して、バスケットデザインの研究開発も新たに開始した。NCIとの共同研究として、2剤併用療法の長期毒性プロファイルの分析を進める。また、分子標的薬のための用量探索デザインに加えて、がんゲノム医療のためのバスケットデザインの研究開発を並行して進める。2017年度は、米国National Cancer Insititute (NCI)の生物統計家等と共同して、分子標的薬の有害事象の発現状況を調査し、論文発表した。本研究からは、第1サイクル目以降もグレード3以上の毒性が一定の頻度で発現していることが分かり、本研究の目的である長期毒性を考慮した用量探索法の必要性が実データに基づいて裏付けられた。また、NCIの生物統計家等とは、細胞障害薬,分子標的薬、免疫治療,及びこれらの併用療法における毒性プロファイルを分析する研究を新たに進めている。現在、約4万例の毒性データを解析中である。他方で、分子標的薬のための用量探索法として、新規の用量探索法をいくつか開発しており、それぞれ論文投稿中(又は論文執筆中)である。代表的なものとしては、Bayesian Lassoを用いた用量探索法である。この方法は、有効性と毒性を同時評価し、遺伝子プロファイル別に推奨用量を同定する。既存方法よりも性能が優れていることがシミュレーション実験により示され、当該研究領域に新たな方法論を提供できると考えている。また、NCIとの共同研究の結果、Reative dose intensity (RDI)が、がん第I相試験の新たな評価項目として有用である可能性が示唆された。この結果を踏まえて、既存の3+3デザインにRDI評価を組み込む方法や、RDIを指標とした用量探索デザインを新たに開発し、現在、論文にまとめている。がん分子標的薬の長期毒性データを考慮した用量探索法を複数提案し、現在、論文投稿中であり、おおむね順調に進展している。がんゲノム医療の急速な進展により、がん臨床試験のデザインにも新しい概念が提唱されはじめた。マスタープロトコル試験と呼ばれる新たな臨床試験方法論では、遺伝的特徴が異なる複数の部分集団が混在する早期臨床試験を扱うことになり、当該試験に適したデザインの開発が求められている。本研究では、分子標的薬の用量探索法の研究に加えて、このような異質集団に対する早期臨床試験デザインの研究開発も同時に進めることとする。2017年度は、NCIの研究者との打ち合わせのための米国出張することなく研究を進めることができたため、当該助成金が生じた。2018年又は2019年度に訪問して、研究を円滑に進める予定である。また、研究内容を拡大したために、こちらの研究を進めるための学会参加や海外研究者へのインタビューなどの経費に充てる予定である。本事業をとおしてマスタープロトコル試験に関する研究課題が見いだされ、現在、それらに係る新しい研究を実施している。当該研究の成果発表(学会発表や論文投稿費用等)に必要な資金を繰り越すこととした。
血液浄化によりアルツハイマー病脳アミロイドを除去する治療システム基本構成の創成

アルツハイマー病の原因物質であるAβを、血中から除去することで脳内濃度を下げて、認知機能を改善する治療システムの構築のため、人工透析患者の血中Aβ変化を解析した。1.Aβの除去率が高い吸着材料を見出し、この素材のカラムで血液浄化を行っている透析患者ではAβは50%程度除去されていた。2.透析器によってもAβが除去され、これにより他組織から血液へのAβ移行(引抜)が促進される事を見出した。透析患者は、血中Aβが高濃度にも関わらず認知能力が保たれており、長期透析の方が認知能力が高かった。以上から、血液からのAβ除去が認知機能の維持、改善に寄与する可能性が示唆された。基盤Cアルツハイマー病の原因物質であるAβを、血中から除去することで脳内濃度を下げて、認知機能を改善する治療システムの構築のため、人工透析患者の血中Aβ変化を解析した。1.血中Aβ(Aβ1- 40、Aβ1-42、Aβオリゴマ)の測定系の構築1)検体取得、前処理法、保存方法の検討・健常人ボランティア血液を用いて、学外病院での採血を想定した工程で、血液採取から血漿分離、-80°Cフリーザーでの凍結保存、解凍後の測定までのプロトコールを確立した。2)測定系の構築: ELISAおよびウェスタンブロット(1) ELISA:血漿中のAβ1-40、Aβ1-42を再現性よく測定できる系を構築した。(2)ウェスタンブロット:測定系の要素技術、装置を整え、一次抗体の選定、濃度の検討を開始した。2.透析を中心とする血液浄化治療におけるAβ除去量の解析1)血中Aβ濃度以外の測定項目の選択藤田保健衛生大学医学部神経内科、腎内科の医師と協議して以下の項目を測定することに決定した。・認知能力: MMSE(医師の指導を受けた研究代表者らが測定)・脳の画像診断: X線CT撮影とする。透析患者は原則全員撮影。・腎機能:クレアチニンを主項目とし、BUN、AIbなどの情報も収集する。透析導入前、導入後の両群でのデータを取得する。2)対象となる患者の選択・アルツハイマー病のリスクが高い糖尿病を除外とした。・年齢は65歳-75歳を基本とするが、対象患者が少なければ年齢幅を広げることで決定3)研究協力組織での倫理委員会承認取得・藤田保健衛生大学病院の倫理委員会の承認を取得した。・名古屋市内かわな病院での倫理委員会の承認を取得した。4)患者検体の採取開始:インフォームドコンセントを取得後、患者データの収集を開始。(1)藤田保健衛生大学病院では3例の透析患者検体を取得、MMSE, CTの測定を終了。うち1例はβ2MG吸着除去療法と透析との併用であった。この症例を含む2例については、血中Aβ1-40の濃度を測定し、in vitroで選定したAβ吸着材がヒトの体外循環でもAβを除去することを確認した。(2)かわな病院で17名の透析患者のMMSE測定、CT測定、および血液検体取得を行った。Aβ1-40、Aβ1-42濃度については、順次測定中。1.研究協力組織の拡大人工透析患者、および吸着材による症例数を確保するため藤田保健衛生大学病院、かわな病院に加えて、知立クリニック、新生会第一病院に参加を求め、各々の倫理委員会での承認を得た。インクルージョンクライテリアは非糖尿病のおよそ65歳-75歳の透析患者。2.Aβ吸着材の検討HDCカラム前後で、血中Aβ1-40は50%程度、Aβ1-42は40%程度除去された。ダイアライザーと併用はされているが、全身循環血のAβ1-40、Aβ1-42は各々46%、27%低下し、血中からAβが除去されることを確認した。2)HDCによるAβの吸着除去メカニズムに関する検討を開始した。3.ダイアライザーによるAβ除去の検討1)ダイアライザーのみ施行の透析患者21例(同一患者で異なるダイアライザー素材での施行症例があるため22施行)の血液採取、背景データを取得し、一部はCT測定を行うことができた。ダイアライザー前後で、血中Aβ1-40は60%程度、Aβ1-42は50%程度除去された。全身循環血のAβ1-40、Aβ1-42は各々53%、28%低下し、ダイアライザー単独でも血中からAβが除去されることを確認した。2)予備的な解析では、膜素材によってAβ除去能が異なる場合があり、症例数を増やして解析する予定。3)ダイアライザーによるAβ除去が、濾過によるのか、膜表面での吸着かについて除去機構の検討を開始した。

4.認知能力(MMSE),脳病変(CT)との対比についての解析を開始したが、症例数の追加が必要。5.ダイアライザー、吸着材とも血中Aβ濃度の低下に関する速度論的な検討を開始した。血液浄化により血管外からのAβの流入、および/または血管内でのAβ産生を示唆する予備的な結果を得たが、さらなる解析が必要。1.透析患者における血中Aβ除去量の解析1)透析器のみで血液浄化した非糖尿病患者37例(68.9±4.1歳)を解析した。・4時間施行時において、透析器前後でAβ_<1-40>は63.9±14.4%、Aβ_<1-42>は51.6±17.0%除去され、透析器が高いAβ除去性能をヒトで示すことがわかった。・全身循環血液中のAβ濃度は、4時間透析でAβ_<1-40>は51.1±8.9%、Aβ_<1-42>は32.7±12.0%低下した。速度論的解析から、血液浄化施行中には血液外組織(脳とは限らない)から血中へ、Aβ_<1-40>は32ng/min、Aβ_<1-42>は3.0ng/minの流入(湧き出し)があることがわかった。この湧き出しは血液浄化施行終了とともにおよそ1/100程度に減少し、血液浄化がトリガーとなって血液へのAβ湧き出しが促進されている事が示唆された。2) β2マイクログロブリン除表カラム(HDC:C_<16>-セルロース)で血液浄化した非糖尿病透析患者5例(65.6±7.1歳)を解析した。HDCカラム前後でAβ_<1-40>は50.3%、Aβ_<1-42>は38.2%除去された。2. Aβ吸着材HDCの除去メカニズム・様々な鎖長のアルキル基をシリカまたはセルロース担体に結合させたビーズを用い、表面を吸着等温線、XPS、近赤外線などで解析したところ、表面の自由水と吸着水が分離でき、「最低限の吸着水を有し、適度な疎水性を有する構造」がAβ吸着には必要であることがわかった。(大阪府大工竹内雅人准教授との共同研究)3.中空糸によるAβ除去メカニズム・透析、全濾過、吸着の検討から、Aβ除去には、中空糸内面および膜厚方向の吸着の関与がある事が示唆された。4. Aβオリゴマーの測定・血漿中のAβオリゴマーはウェスタンブロットでは明確な確認ができなかった。ELISAを検討中。5.透析患者の認知能力(MMSE),脳病変(CT)の解析を行った。高い血中Aβ濃度にも関わらず認知能力、および脳組織は比較的保たれており、長期透析患者の方がMMSEが高い傾向があった。以上から、Aβ除去を含む血液浄化が認知機能の維持、改善に寄与する可能性が示唆された。基盤C
恒温植物の熱産生プロセスに関する研究

植物は哺乳動物とは異なり、自らの体温を調節することなく、外界の気温と共にその体温が変動するものと考えられてきた。ところが驚くべきことに、ある種の植物には、自ら発熱し、体温を調節するものが存在する。本研究においては早春に花を咲かせる発熱植物である「ザゼンソウ」に着目し、本植物の熱産生に関わるシステムを明らかにするための研究を行った。はじめに群落地および人工気象室におけるザゼンソウの発熱変動データーを収集し、肉穂花序の恒温維持に関わる特性を検討した。その結果、ザゼンソウの肉穂花序は約60分を1周期とする体温振動を示すことが明らかになった。興味深いことにこの体温振動は、外気温の変動を原因とする体温の変化により引き起こされ、しかも、この体温振動が誘導されるための体温変化の閾値は0.3°Cであると見積もられた。植物界でこのような微少温度変化を認識し、恒温性を維持できる生体応答システムはザゼンソウ以外には報告がない。この研究成果は、2001年夏に米国で開催されたアメリカ植物生理学会年次総会で招待講演を行った。次に、このザゼンソウに特徴的な体温振動過程における発熱関連遺伝子のmRNA発現量について検討した。発熱関連遺伝子としては、哺乳動物で非ふるえ熱産生の原因遺伝子であることが明らかになっている脱共役タンパク質(uncoupling Protein : ucp)のザゼンソウホモログ、および、植物の発熱原因遺伝子であるとされているシアン耐性呼吸酵素(alternative oxidase : aox)遺伝子をターゲットとした。特にaox遺伝子は従来ザゼンソウ肉穂花序より単離されておらず、本研究においてその単離を行った。ノーザン解析により、肉穂花序の体温振動過程におけるucpおよびaox遺伝子の発現を調べたところ、それぞれのmRNAの蓄積量には大きな変動がなく、体温の変動は発熱関連遺伝子の転写レベルでは調節されていないことが推察された。脱共役タンパク質(uncoupling protein:UCP)はミトコンドリアの呼吸により生じたプロトン勾配をATP合成と共役せずに解消し、生じた自由エネルギーを熱として放出することが知られている。私は、発熱植物であるザゼンソウの肉穂花序で特異的に発現している2種類の新規UCP関連遺伝子(SfUCPa & SfUCPb)の単離に成功し、これらの発現が低温で誘導されることを明らかにしてきた。本研究ではSfUCPaおよびSfUCPbの出芽酵母における発現系を構築し、誘導される形質の変化について解析した。実験はpESCベクターのGal10プロモーターの下流に両遺伝子を挿入し、塩化リチウム法により出芽酵母に導入し、選択培地によって遺伝子組み換え酵母を選抜した。さらに、得られた遺伝子導入酵母をガラクトース添加培地で培養した結果、SfUCPaおよびSfUCPb遺伝子を導入した株の増殖は野性株に比べて有意に抑制されることが判明し、その効果はSfUCPB発現株でより顕著であることが明らかになった(野性型の55%阻害)。また、SfUCPAおよびSfUCPB発現株におけるミトコンドリア内膜の膜電位を蛍光プローブを用いて解析したところ、それぞれの遺伝子を発現している株における膜電位は野性株と比較して有意に低下していることが判明し、またその効果はSfUCPB発現株でより大きいことが明らかになった。これらの結果はザゼンソウ由来のUCP関連遺伝子がミトコンドリアにおける脱共役反応に密接に関与していることを示唆していると考察された。
高次脳機能障害者に対する経頭蓋直流電気刺激の自動車運転能力への効果

経頭蓋直流電気刺激(tDCS)が注意機能及び運転能力を改善するか無作為化臨床試験を実施した.7日間,1回20分,2mAのAnodal tDCS(A)群が6名,1回15秒,200μAのSham(S)群が4名ののべ10名であった.結果は,TMT-BがA群で有意に改善し,SDMTがA群で有意に成績が低かった.脳障害者の左前頭前野anodal刺激で視覚的・言語的注意課題が改善した報告があり,今回のTMT-Bの結果と合致する.SDMTの成績低下は左Anodalや右Cathodalによる右前頭葉抑制による可能性が示唆された.今回の結果からは,tDCSが自動車運転能力まで影響を示す結果に乏しかった.本研究では,経頭蓋直流電気刺激(tDCS)が高次脳機能障害者の注意機能及び自動車運転能力を改善するかを明らかにする目的で、無作為化臨床試験(RCT)を実施する計画である.平成24年度は2名の被験者のみであったが,平成25年度は6名へ経頭蓋直流電気刺激(tDCS)を実施した.7日間,1回20分,2mAのtDCS群が3名,1回15秒,200μAのsham群が3名と無作為に割り付けた.平成24年度の患者も加え,介入前後でtDCS群5名とsham群3名で比較すると,変化率[=(介入後の値-介入前の値)/介入前の値]はTrail Making Test partB,標準注意検査法のContinuous Performance Test(CPT) SRT反応時間,CPT AX課題正答率でtDCS群が有意に改善した.以上の結果よりtDCSにより注意機能を含む何らかの機能改善は見込めると判断でき,その改善により自動車運転能力の改善を示す可能性はあるものと考えられる.また,学会発表に関しては,高次脳機能障害者の自動車運転に関する発表を日本リハビリテーション医学会学術集会で行った.運転と認知機能研究会では,本研究でターゲットとしている注意機能を測定するCPT課題と自動車運転に関する演題があり,また,当院の作業療法士より当院で使用している自動車運転シミュレーターの発表があり,注意機能と運転能力がどのように関わっているのか情報収集を行った.経頭蓋直流電気刺激(tDCS)が注意機能及び運転能力を改善するか無作為化臨床試験を実施した.7日間,1回20分,2mAのAnodal tDCS(A)群が6名,1回15秒,200μAのSham(S)群が4名ののべ10名であった.結果は,TMT-BがA群で有意に改善し,SDMTがA群で有意に成績が低かった.脳障害者の左前頭前野anodal刺激で視覚的・言語的注意課題が改善した報告があり,今回のTMT-Bの結果と合致する.SDMTの成績低下は左Anodalや右Cathodalによる右前頭葉抑制による可能性が示唆された.今回の結果からは,tDCSが自動車運転能力まで影響を示す結果に乏しかった.本研究では,経頭蓋直流電気刺激(tDCS)が高次脳機能障害者の注意機能及び自動車運転能力を改善するかを明らかにする目的で、無作為化臨床試験(RCT)を実施する計画である.平成24年度は,研究の準備,備品の購入,2名の被験者へ経頭蓋直流電気刺激(tDCS)を実施した.7日間,2日20分,2mAのtDCSの介入を実施した.介入前後でいずれの患者においても,注意機能検査のTrail Making Test partB,視覚性記憶検査のRey複雑図形3分後再生,簡易自動車運転シミュレーターの認知反応時間の平均が改善した.その他に患者Aは失語症を合併していたが,聴覚的理解,発話ともに改善し,患者Bは左半側空間無視を合併していたが半側空間無視が改善した.これは,近傍の言語野への影響や全般的注意の改善に伴う方向性注意の改善によると考えられた.また,UFOV検査においては,患者Aは配分的注意や選択的注意課題での改善を,患者Bは処理速度課題で改善を認めた.標準注意検査法やシミュレーター検査のその他の測定項目は2症例で合致した結果が得られていない.以上の結果よりtDCSにより注意機能を含む何らかの機能改善は見込めると判断でき,その改善により自動車運転能力の改善を示す可能性は十分にある.また,学会発表に関しては,高次脳機能障害者の自動車運転に関する発表を高次脳機能障害学会で行った.運転と認知機能研究会では,本研究でターゲットとしている注意機能と自動車運転に関する演題があり,注意機能と運転能力がどのように関わっているのか情報収集を行った.本研究では,経頭蓋直流電気刺激(tDCS)が高次脳機能障害者の注意機能及び自動車運転能力を改善するかを明らかにする目的で無作為化臨床試験(RCT)を実施する計画である.3年間でのべ10名が参加し,同一患者は6ヶ月以上期間をあけて参加した.7日間,1回20分,2mAのAnodal tDCS(A)群が6名,1回15秒,200μAのSham(S)群が4名であった.評価項目はTrail makingtest(TMT),標準注意検査法(CAT)のSDMT,CPT,Rey-Osterriethの複雑図形(ROCF),UFOV,簡易自動車運転シミュレーター(SiDS)とした.

結果は,両群間で介入前は全評価項目に有意差はなかったが,介入後はTMT-B,SDMTで有意差を認めた.介入前後の比較では,TMT-BがA群で有意に改善する傾向を示し,SDMTがA群で有意に成績が低下する結果であった.変化割合=(介入後の値-介入前の値)/介入前の値は,同様に両群間でTMT-BとSDMTで有意差を示した.その他の項目は,SiDSの危険車間率の変化割合が両群間で有意差を示しS群で成績が改善した.過去の報告では,健常者の注意機能やワーキングメモリの研究において,前頭葉のtDCS刺激で,左は言語的な課題,右は視覚的な課題で効果を示す報告が散見される.脳障害者では本研究と同様の左前頭前野のtDCS刺激で,視覚性・言語性の注意・ワーキングメモリ課題が改善した報告があり,今回のTMT-Bの改善を示した結果と合致する.一方で,視覚性の注意・ワーキングメモリ課題であるSDMTはA群でS群より効果を示さなかったが,これは左Anodalや右Cathodalによる右前頭葉機能の抑制による可能性が示唆された.今回の結果からは,tDCSが自動車運転能力まで影響を示す結果に乏しかった.リハビリテーション医学当初の予定では,平成24年度は6名,平成25年度は8名に実施する予定であったが,合計で8名の実施と遅れている.予想以上に注意機能障害を有して自動車運転も希望される対象者が少なかったことが影響している.交付申請書には,平成24年度は6名の患者に実施する予定であった.しかし,直流電気刺激装置は速やかに購入できたが,注意の配分要素を含み自動車運転と関連するUFOV検査とタッチモニターの準備が遅れ,2名の被験者しか実施できなかった.またSham刺激対象者は1名も実施できておらず進行状況はスムーズとは言えない.外傷性脳損傷の患者家族会に本研究の情報を提供し,被験者を募集している.ホームページでの募集も継続して行い,平成26年度は被験者の数を増やす予定である.平成24年度に2名に実施でき研究の流れは把握できたため,平成25年度で症例を増やし結果の集積を進めたい.平成25年度は10例に実施する予定とし,達成可能な人数と判断している.平成24年度の2名は純粋な注意機能障害ではなく合併症を伴っており,結果も一定の傾向とは言えず,今後は選択基準に合致した症例で検討を進める.学会参加を3回予定していたが,1回は諸事情により参加しなかったため,旅費での使用が少なかった.電極やパッドなどの消耗品を時間的都合で購入できなかったが,劣化はあるため次年度購入予定.平成26年度は海外学会での発表を予定している.また,直流電気刺激前後の評価として実施している運転能力と関連するとされるUFOVという検査ソフトがWindows XP版でありサポートが終了したため,Windows7版の購入を予定している.また,直流電気刺激ので電極パッドやケーブルなどは破損しており購入が必要である.必要備品は初年度に購入したため,消耗品で電極パッドやケーブルなどの破損があれば購入が必要である.学会発表・参加は3回予定しており,旅費,参加費が必要である.平成24年度で主要な物品の購入は終了したが,端数が生じたため繰越金が若干発生した.
降雨流出と河道の地域特性を反映した全国一体型の洪水予測モデリング

観測水位の無い中小河川も含めて、日本全国の洪水を統一的に予測する技術を開発する。具体的には、降雨流出から洪水氾濫までを一体で解析するRRIモデルを空間解像度約150 mで日本全国に適用する。ベイズ推定に基づく全国モデルのパラメータ同定法を考案し、地質や土壌が洪水特性に及ぼす影響をパラメータ分布に反映させる。さらに、流域の地形、地質、年最大流量などが河道特性に及ぼす影響を全国規模で明らかにし、モデルの河道断面標準値を定める。同定したモデルを用いて、平成30年7月豪雨など近年発生した豪雨災害の解析を行い、日本各地で発生する洪水の流量、水位、氾濫の再現性を検証する。
透明なモデル動物ゼブラフィッシュを用いた右脳と左脳の情報処理機構解析

本研究課題では、左右非対称性を示すゼブラフィッシュ手綱核の神経活動の違いを明らかにするため、実験をおこない以下の成果を得た。1)カルシウム指示薬の局所微量導入により左右半球における神経活動同時記録に成功した。2)ゼブラフィッシュ成魚脳における安定した細胞外記録法を確立した。3)微量色素導入により左右非対称な手綱核神経回路を解剖学的に可視化した。4)当該分野における知見を総説として発表した。ゼブラフィッシュ手綱核は、その神経結合や組織構築に左右非対称性を示すことから、脳の左右差の形成機構や情報処理機能解明のモデルとして注目されている。平成18年度は、まず小型魚類を用いた脳の左右非対称研究について、これまでの研究を踏まえてまとめ、細胞工学誌に総説を発表した。平成18年度に行った研究は、1)カルシウム指示薬による神経活動の可視化、2)左右非対称性を示す手綱核神経回路の出力経路の解析、の2つである。受精後5日目のゼブラフィッシュ稚魚は、透明性を保っているため脳深部の信号を光学的に検出することが可能である。一方、oregon-green BAPTA-AM試薬は細胞外から導入することができ、神経活動に伴う細胞内カルシウム濃度変化を光信号に変換する。本試薬を左右手綱核に顕微注入し、高速共焦点レーザー顕微鏡で記録することで、一細胞レベルでの自発発火信号を左右半球で同時に記録することに成功した。現在、発達に伴う左右性の有無などについて信号処理ソフトMATLABを用いて検討中である。また、これまでの研究から我々は、左手綱核が主に腹側脚間核へ連絡し、右側手綱核が主に腹側脚間核に連絡することを明らかにしてきた。平成18年度は、左右非対称な手綱核神経回路がどのようにしてその情報を脳の他部位へ出力するかを調べるために、蛍光色素を微量注入して形態学的に解析し、出力経路の候補として縫線核、中心灰白質などを同定した。来年度さらに、その左右性や左右手綱核電気刺激に対する応答様式について検討する。平成19年度は、小型魚類を用いた脳の左右非対称研究について、本研究の背景及びこれまでの解剖学・発生学的研究を踏まえてまとめ、Medical Bio誌に総説を発表した。平成19年度に行った研究は、昨年度に行ったカルシウム指示薬によるゼブラフィッシュ手綱神経細胞活動の数値解析及び左右非対称性を示す手綱核神経回路の出力経路の解析である。神経細胞活動のアナログ信号をデータ解析ソフトMATLABによりフィルタ処理及びピーク検出を行い、発火頻度や相関について検討した。平成19年度は、左右非対称な手綱核神経回路がどのようにしてその情報を脳の他部位へ出力するかを調べるために、拡散の速い標識色素をスクリーニングし、麻酔下のゼブラフィッシュ成魚脳に微量注入した。神経線維の投射パターンについて形態学的に解析したところ、標識色素バイオサイチンは順向性及び逆向性に神経細胞体および神経線維を標識した。形態学的に解析したところ、色素注入部の尾側の神経構造に出力経路の候補としてセロトニン神経細胞の豊富な縫線核及び後脳中心灰白室などを同定した。さらに、これらの同定した神経伝導路の左右性及び活動様式について検討するため、電気生理学的測定装置及び成魚固定ステージなど開発・設置し活動測定を行った。平成20年度は、小型魚類を用いた脳の左右非対称研究について、本研究の背景及びこれまでの解剖学・発生学的研究を踏まえてまとめ、Development、Growth and Differentiation誌及び細胞工学誌に総説を発表した。平成20年度に行った研究は、昨年度に行ったカルシウム指示薬によるゼブラフィッシュ手綱神経細胞活動の数値解析及び左右非対称性を示す手綱核神経回路の出力経路の解析である。平成20年度は、左右非対称な手綱核神経回路がどのようにしてその情報を脳の他部位へ出力するかを調べるために、軸索標識色素をスクリーニングし、有用であったBiotinylated dextran amine, Neurobiotin及びDiIをイオン泳動法で注入することに成功し、麻酔下及び固定したゼブラフィッシュ成魚脳に微量注入した。形態学的に解析したところ、セロトニン神経細胞の豊富な縫線核に投射する神経細胞体を腹側脚間核に多数見出し、定量的に解析した。これらの結果を平成20年12月の分子生物学会シンポジウムで発表した。

さらに、これらの同定した神経伝導路の左右性及び活動様式について検討するため、電気生理学的測定装置及び成魚固定ステージなど開発・設置し活動測定を行った。現在までに、ゼブラフィッシュ成魚における局所脳波及びユニット記録に成功しており、解折中である。
化学集積回路の創成-半導体集積回路上に化学を集積

化学反応の検出,化学反応の制御,物質の効率的な輸送を半導体集積回路上で行うことにより様々な化学反応をチップ上に集積した化学集積回路の実現を目的に研究を着手した.この化学集積回路は,医療・環境・健康への応用が最も期待される分野である.検査診断システムにおいては,その取扱いに専門性を要せず短時間で分析可能で,ユビキタス情報社会と整合性の高いことが求められ,その上で極微の生体分子を検出することが最重要課題となる.本研究の主な目的は,生体分子の増幅を行いながら化学反応の検出を行う化学集積回路の実現にある.化学反応を検出するために,電気化学計測のCMOS集積回路を新たに設計した.電位検出型64x64センサアレイ,電流検出型32x32センサアレイ,電位・電流・インピーダンス計測を統合したマルチモーダル型16x16センサアレイを設計した.従来の回路を改良すると伴に,インピーダンス計測用のオンチップ検波回路およびローパスフィルタを新たに設計し,要求性能である10MHzまでの高周波信号を検出する見通しを得た.更に,バイオ信号を電流のパルス幅に変換し,時間ディジタル変換によりディジタル化する新たな回路を考案し,時間分解能で3桁の性能向上が得られる見通しを得た.また,化学反応の制御,物質の効率的な輸送のために,ポリイミド保護膜-SU8マイクロ流路ーステルスダイシングのポストCMOS集積プロセスを検討した.当初,ポリイミド残渣によるワイヤボンディング不良問題が発生したが,ボンディングパッドの構造およびプロセスの改良により解決の見通しを得た.更に,PDMSマイクロ流路-シリコーン/Oリング/溶液ホルダによる実装系の検討を行い,電気配線・溶液送排出の統合に対する見通しを得た.25年度が最終年度であるため、記入しない。25年度が最終年度であるため、記入しない。
電柱鳥類学：電柱・電線を介した都市における人と鳥との共生関係の実態解明

日本の都市に見られる、電柱、およびそれに架かっている電線は、都市の主要な構成要素の一つとなっている。この膨大にある電柱・電線を、鳥類が巧みに利用している。たとえば、さえずる場所、餌を探す場所、巣を作る場などどしてである。都市に生息する鳥類は、人間がここ100年程で作り出した電柱電線を、足場として利用しているといえる。これは、森林において、鳥類が樹木を用いているのと同じと考えることができるかもしれない。鳥類が電柱・電線を使うことは、ヒトが都市生態系の中でエコシステム・エンジニアとして、鳥類に生息場所を提供する形の一つといえる。その結果、電柱・電線の存在は、都市の鳥類多様性を高めている可能性がある。一方で、鳥類が電柱・電線を使うことで、停電などの電気事故も生じ、人間社会に悪影響を及ぼしている。そこで、本研究では、電柱・電線の存在が、都市の生物多様性の指標である鳥類多様性にどのように影響するのかを明らかにすることを目的とする。さらに、鳥類が電柱・電線を利用することで生じる悪影響についても評価する。その2つから、電柱・電線の存在と鳥類の関係を総合的に明らかにし、その関係のあり方を考察すること目的とする。昨年度は函館市内および千葉市内において基本的な調査をしたが、それを継続しより詳しいデータを集めた。また、それを基にして、全国的な調査の実施を始めた。電柱を含めた人工構造物の利用に関する論文が受理された。函館市内および千葉市内の詳細な調査を継続し、どのような鳥類がどのように電柱電線を利用しているかについて、より詳細なデータが集まっている。来年度中にまとめて発表する予定である。NPO法人バード・リサーチを通じて全国調査を開始した。この調査では、異なる電力会社の地域にある都市大学のバードウォッチングサークルに依頼して、電柱電線の鳥類調査をしてもらうものである。鳥類の電柱電線利用に関する、全国的な傾向あるいは地域差を見つけるためのものである。今年度は冬期の調査を行い、来年度に繁殖期の調査を行い、その2つを合わせて、結果とする予定である。今年度については必要なデータが全て揃った。北海道電力函館支店よりアームをお借りして、中にスズメの巣があるという状態を疑似的に作り出して、温度を計測した。来年度中にまとめて、発表する予定である。日本鳥学会誌に総説を発表した。全体の趣旨は工構造物への営巣をまとめたものだが、その中で、電柱への営巣についてもまとめた。鳥類調査はデータを集めるのに、季節などもあるため時間がかかるが、函館市と千葉市において、2年の調査を行い論文を書けるデータが集まってきた。最低で3つの論文を作成できるので、来年度は、これらを論文化する。さらに来年度の全国調査の繁殖期のデータが集まれば、全国調査についても1年分のデータが揃う。越冬期と繁殖期の違い、地域の違いなどについて、解析を進める予定だる。

全体の趣旨は工構造物への営巣をまとめたものだが、その中で、電柱への営巣についてもまとめた。日本の都市に見られる、電柱、およびそれに架かっている電線は、都市の主要な構成要素の一つとなっている。この膨大にある電柱・電線を、鳥類が巧みに利用している。たとえば、さえずる場所、餌を探す場所、巣を作る場などどしてである。都市に生息する鳥類は、人間がここ100年程で作り出した電柱電線を、足場として利用しているといえる。これは、森林において、鳥類が樹木を用いているのと同じと考えることができるかもしれない。鳥類が電柱・電線を使うことは、ヒトが都市生態系の中でエコシステム・エンジニアとして、鳥類に生息場所を提供する形の一つといえる。その結果、電柱・電線の存在は、都市の鳥類多様性を高めている可能性がある。一方で、鳥類が電柱・電線を使うことで、停電などの電気事故も生じ、人間社会に悪影響を及ぼしている。そこで、本研究では、電柱・電線の存在が、都市の生物多様性の指標である鳥類多様性にどのように影響するのかを明らかにすることを目的とする。さらに、鳥類が電柱・電線を利用することで生じる悪影響についても評価する。その2つから、電柱・電線の存在と鳥類の関係を総合的に明らかにし、その関係のあり方を考察すること目的とする。そのうち今年度は、函館市内および千葉市内において、基本的な調査を始めた。どのような鳥類が電柱・電線のどこを利用しているかを、どのような利用の仕方をしているのか、基本的な調査を始めた。いくつかのパターンが見られており、これをもとに来年度さらに詳しい調査に入る予定である。今年度は、鳥類がどのように電柱・電線を利用するかの基本的な状況を野外で確認することを目的としている。函館と千葉で、基本的な調査を開始した。種によって止まる場所が異なるなど、いくつかのパターンが発見できており、順調に進んでいる。冬期に、サーモグラフィを用いて電線の温度を計測し、それが鳥類の電線への止まり行動に影響するかについても調査をしたが、はっきりした傾向は出ていない。電線の温度差があまり大きくないことと、止まる行動は、電線の温度以外のさまざまな要因に影響を受けるので、実際に効果があるとしても、それらにマスクされてしまっている可能性がある。はっきりさせるために、よほど大量のデータが必要になると考えられる。これについて、計画を練り直す予定である。北海道電力函館支所にご協力いただいて、カラス類の巣の営巣状況、撤去状況などについて詳しくお話を伺った。いくつかデータの提供もいただいた。また、実際の撤去作業も見せて頂いた。これらのデータを活かして、カラス対策がどれくらい負担になっているかを明らかにする予定である。鳥類調査はデータを集めるのに、季節などもあるため時間がかかるが、函館市と千葉市において、2年の調査を行い論文を書けるデータが集まってきた。最低で3つの論文を作成できるので、来年度は、これらを論文化する。さらに来年度の全国調査の繁殖期のデータが集まれば、全国調査についても1年分のデータが揃う。越冬期と繁殖期の違い、地域の違いなどについて、解析を進める予定だる。当初の予定では、1年目、2年目で基本的なデータをとり、それを活かして、3年目に全国調査をする予定であった。
ホロカソード放電型スパッタ装置によるフリーカーボン含有高潤滑コーティング膜の創成

“ホローカソード放電型スパッタ装置(HCD)"と同等の機能を有しながら,機能性・拡張性に富む“アーク放電収束プラズマ輸送型イオンプレーティング装置(VACS-100)"を用い,ドロップレットがほとんどない極めて平滑なコーティング膜の生成に成功した.FAD(Filtered Arc Deposition)法を成膜原理とするこの装置で生成したTiN膜は,通常のAIP法やHCD法に比べて膜硬度や密着性に優れており,この膜をコーティングしたエンドミルは,プリハードン鋼(JIS SUS420J2)の乾式側面切削において良好な耐摩耗性と切削性を示した.“ホローカソード放電型スパッタ装置(HCD)"と同等の機能を有しながら,機能性・拡張性に富む“アーク放電収束プラズマ輸送型イオンプレーティング装置(VACS-100)"を用い,ドロップレットがほとんどない極めて平滑なコーティング膜の生成に成功した.FAD(Filtered Arc Deposition)法を成膜原理とするこの装置で生成したTiN膜は,通常のAIP法やHCD法に比べて膜硬度や密着性に優れており,この膜をコーティングしたエンドミルは,プリハードン鋼(JIS SUS420J2)の乾式側面切削において良好な耐摩耗性と切削性を示した.本研究は革新的なコーティング工具の開発が目的であるため,独自のコーティング装置である“ホロカソード放電型スパッタ装置"の導入を検討した.しかし,本研究のコアであるコーティング膜創成装置の製作過程で不具合が判明し,装置の抜本的な再設計を行ったため完成が平成25年度にずれ込んだ.したがって,本研究実績は本来平成24年度に行う予定で平成25年度に持ち越した分の内容となっている.1. (H24年度):当初の“ホロカソード放電型スパッタ装置"と同等の機能を有しながら,機能性・拡張性に富む“アーク放電収束プラズマ輸送型イオンプレーティング装置"の設計をコーティングメーカーと共同で行った.これは,FAD(Filtered Arc Deposition)手法による成膜を可能にしたもので,より平滑なコーティング膜が生成できる.2. (H24年度):アークイオンプレーティング法によるTiAlN/AlCrN-コーティングエンドミルを作製し,膜の機械的性質・構造を明らかにするとともに,難削材であるオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)およびプリハードン鋼(SUS420J2)の切削に適用した.2層構造TiAlN/AlCrN-コーティング工具は,単層構造のAlCrNに比べて母材との高い密着性を有しながら,AlCrN本来の耐熱性を維持することを示した.また,この2層構造コーティングエンドミルはTiAlNに比べ切削抵抗が低く,逃げ面摩耗も小さいことを明らかにした.3. (平成25年度):“アーク放電収束プラズマ輸送型イオンプレーティング装置"を導入し,成膜のための調整を行った.すなわち,(1)放電パラメータ(カソード・アノード間距離/ダクトバイアス電流/バックコイル電流)の最適化,(2)ターゲットと形成される膜の組成比の関連づけ,を行い,正常にコーティング膜が生成できることを確認した.本研究では独自のコーティング装置である“ホロカソード放電型スパッタ装置"の導入を予定していたが,コアであるコーティング膜創成装置の製作過程で不具合が判明し,装置の抜本的な再設計を行ったため完成が平成25年度にずれ込んだ.したがって,本研究実績は本来平成24年度に行う予定で平成25年度にずれ込んだ内容も含んでいる.1. (平成24年度):“ホロカソード放電型スパッタ装置"と同等の機能を有しながら,機能性・拡張性に富む“アーク放電収束プラズマ輸送型イオンプレーティング装置"の設計を行った.これは,FAD(Filtered Arc Deposition)手法による成膜を可能にしたもので,より平滑なコーティング膜が生成できる.2. (平成25年度):“アーク放電収束プラズマ輸送型イオンプレーティング装置"を導入し,成膜のための調整を行った.すなわち,(1)放電パラメータ(カソード・アノード間距離/ダクトバイアス電流/バックコイル電流)の最適化,(2)ターゲットと形成される膜の組成比の関連づけ,を行い,正常にコーティング膜が生成できることを確認した.4. (平成25年度):膜と基材の密着度に影響するボンバード(表面をエッチング)条件の最適化を図った.その結果,Arボンバードの他,TiAl金属イオンボンバードが有効であることが判明した.5. (平成25年度):導入したコーティング装置(VACS-100)およびコーティングメーカ所有の装置でTiAlN-コーティングチップを作製し,切削実験を行った.その結果,本装置で作製したチップは優れた耐摩耗性を示すことを明らかにした.平成25年度末に完成したFAD(Filtered Arc Deposition)法を成膜原理とする“アーク放電収束プラズマ輸送型イオンプレーティング装置(VACS-100)"による本格的な成膜実験を実施した.得られた主たる研究実績は以下の通りである.1.本装置で生成したコーティング膜は膜厚が一様で,ドロップレット(Macro-particle)がほとんどないため,膜の表面粗さは母材のそれとほぼ同じである.すなわち,極めて平滑なコーティング膜が生成できる.2.コーティング膜の機械特性は主として成膜時のバイアス電圧に依存し,バイアス電圧を上げることにより膜硬度が上昇する.

一方,母材との密着強度はバイアス電圧を上げるに連れて低くなる.これは電圧が高くなれば金属イオンを引きつける力が強くなるために,膜の結晶化率が増加するとともに,膜内部の残留応力が圧縮方向に強く働くためである.なお,過度の電圧はボンバードメントが過剰に起こり,膜が脆くなる.3.微粒子超硬スクエアエンドミルにTiN-コーティングを施し,プリハードン鋼(SUS420J2)の乾式側面切削を行い,市販のホローカソード型イオンプレーティング法のものと切削特性を比較した.その結果,FAD法による工具は市販のものと比べて低い切削抵抗と優れた耐摩耗性を示した.これは本手法によるコーティング膜が同じコーティング膜材質においても高い硬度と優れた母材との密着性を持つためである.また,コーティング面が平滑なため,工具逃げ面への工作物の凝着も少なく,仕上げ面も良好であった.4.カーボンをターゲットとして水素を含有しないDLC(テトラヘドラルアモルファスカーボン: ta-C)の成膜に成功した.DLCコーティング膜も極めて平滑である.26年度が最終年度であるため、記入しない。精密加工学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の特徴は独自のコーティング装置の導入であるが,この装置の製作過程で不具合が生じて再設計を余儀なくされ,その開発と導入が遅れたことに尽きる.本来,平成24年度でコーティング装置のチューニングと成膜条件を確定する予定であったが,装置の導入が平成25年度にずれ込んだため,当初の予定を達成できなかった.しかしながら,成膜実験と切削実験を開始できる段階まで終了し,下記の有益な結果を得ている.1. (H24年度):設計変更した“アーク放電収束プラズマ輸送型イオンプレーティング装置"はドロップレット(溶滴)のない平滑な膜の生成が可能であり,当初の“ホロカソード放電型スパッタ装置"と同等の機能を有していることを確認している.また,装置自体は小形化したが,成膜チャンバーは比較的大きく,エンドミルを20本程度同時にコーティングできる.2. (H24年度):2層構造のTiAlN/AlCrN-コーティングエンドミルが優れた切削性能を有することを示すことによって,多層構造膜の有効性を明らかにした.すなわち,新しい膜種を開発することはもちろん重要であるが,母材との密着性・耐熱性・平滑性など種々の特性を有している既存の膜種の多層化・階層化によっても優れたコーティング工具を製作可能であることを明らかにした.3. (平成25年度):“アーク放電収束プラズマ輸送型イオンプレーティング装置"による成膜実験を開始し,ドロップレットのない平滑な膜の生成に成功した.また,生成パラメータを変えることによって,膜厚,密着度,組成などが変化することを明らかにした.ただし,現段階では成膜レートがやや小さく,最適成膜条件までは明確にできていない.本研究の特徴は独自のコーティング装置の導入であるが,この装置の製作過程で不具合が生じ,再設計を余儀なくされ,その開発と導入が遅れたのが大きい.本来,平成24年度でコーティング装置のチューニングと成膜条件を確定する予定であったが,装置の導入が平成25年度にずれ込んだため,当初の予定を達成できなかった.しかしながら,成膜実験と膜の特性評価および切削実験を開始できる段階まで終了し,下記の有益な結果を得ている.