hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子生物学プロファイリングによる膀胱上皮内癌治療効果と予後予測マーカーの探索

1シグナルが局所再発、進展、あるいは薬剤耐性に関与していること、腫瘍が産生するコラーゲンタイプIVα1とコラーゲンタイプXIIIα1が腫瘍の浸潤ポイントにおいてtumor buddingを誘導することを確認した。最後に、BCG膀注療法では組織内でCD4、CD8、CD56、血液・尿中でIL1A、ILl2、IL17Aが誘導されるが、抗癌剤マイトマイシンではCD56、CD204、Foxp3が抑制され、IL4、IL17Aを誘導するなど、薬剤により誘導する免疫細胞とサイトカインが異なることを確認した。2) 155例の筋層非浸潤性膀胱癌における腫瘍関連マクロファージ(TAM)と腫瘍関連線維芽細胞(TAF)の癌微小環境としての意義を明らかにした。CXCL1、CD204(TAMマーカー)、αSMA(CAFマーカー)、E-cadherin、MMP2を免疫染色し、CXCL1の発現がTAMとTAFのリクルートに関連し、腫瘍の増殖と播種を促進することを明らかにした。癌微小環境におけるCXCL1シグナルは再発、進展、さらに薬剤耐性に関与していた(論文公表)。3)膀胱腫瘍が産生するコラーゲンタイプIVα1とコラーゲンタイプXIIIα1が、腫瘍の浸潤ポイントにおいてtumor buddingを誘導することを確認した(論文公表)。4) BCGおよび各種抗癌剤の膀注療法により惹起される免疫細胞誘導とサイトカイン誘導について検討した。BCG膀注療法ではCD4、CD8、CD56が誘導されるが、CD204、制御性T cell、PD-L1は抑制されず治療抵抗性に関連し、抗癌剤のマイトマイシンではCD56、CD204、Foxp3は抑制された。サイトカインでは、BCGはIL1A、ILl2、IL17Aを誘導し、マイトマイシンはIL4、IL17Aを誘導するなど、薬剤により誘導する免疫応答が異なることを確認した(論文公表)。膀胱上皮内癌のBCG療法抵抗性には、膀胱癌組織のOCT3/4、vimentinの発現上昇、E-cadherinとCXCL1の発現低下、CD4、CD8、CD56、CD204、Foxp3陽性細胞の誘導の有無が関連する。局所浸潤や転移の予後には膀胱癌組織における浸潤に関連するCLDN4、癌微小環境で再発・進展・薬剤耐性に関与するCXCL1、およびtumor buddingを誘導するcollagen type VIα1 / XIIIα1が関連する。また、筋層浸潤の予測には、尿中IL8、MMP9、MMP10、angiogenin A、APOE、SDC1、A1AT、PAII、CA9、VEGFのパネルが有用である。関連施設の検体提供の協力を得て、前向き解析の対象症例数を増やす。Illumina assayでは受託解析が可能であるがコストは高く、コストを抑制するためには新規性に乏しくなるがメチル化PCRアレイを使用する方法も検討する。さらに前向き研究として、採取した上皮内癌症例のうちBCG膀注療法奏効例および抵抗例の尿試料を用いて網羅的解析を継続して行う。現時点で、膀胱上皮内癌におけるOCT3/4はBCG膀注療法の効果を予測するマーカーとなる可能性が示唆され、KLβについても分子メカニズムもさらに解析し、上皮内癌の新規治療ターゲットとしての可能性を追求していく。新規の上皮内癌検体の収集は難しいこともあり、今後も対象症例を逐次集積しながら、網羅的解析を継続する。
活性酸素を起因とするガン発症モデルマウスの構築と解析

ミトコンドリア電子伝達系複合体IIのサブユニットの1つであるシトクロームb大サブユニット(C.elegansではCYT-1:マウスやヒトではSDHC)の異常が、エネルギー代謝異常、活性酸素発生量の増大、細胞死を招く。さらにヒトにおいて、このサブユニットをコードする遺伝子の異常がパラガングリオーマ(傍神経節腫)の患者の中に発見されている。そこで本研究では、この遺伝子に変異を持つマウス細胞や個体を構築し、解析することを目的とした。マウス胎児細胞では過剰な細胞死を引き起こすとともに、細胞死から逃れた細胞を高頻度に形質転換させた。これらの成果から、ミトコンドリアから生じる活性酸素は、過剰な細胞死を誘導し早老化や老年性疾患を助長する半面で、細胞増殖能が無限化され造腫瘍性を示す形質転換を誘導し発癌を助長し得ることが示唆された。この細胞のアポトーシス誘導をシグナル伝達経路から調べたところ、ミトコンドリアを起因としたシグナル伝達経路の活性化によりアポトーシスが誘導されていることが明らかになった。このアポトーシス誘導は細胞増殖が抑制された老化細胞に対しては細胞生存数の減少を促進させ、酸化ストレスにより腫瘍化した細胞に対しては増殖抑制効果を示すことを明らかにした。これらの結果は、ミトコンドリアの酸化ストレスが腫瘍増殖抑制に伴う良性腫瘍化に深く関与することを示唆した。さらに、ミトコンドリアからの活性酸素の発生量や発生時期をテトラサイクリンにより生体外部から任意に制御可能な条件付遺伝子組換えトランスジェニック・マウスを作製した。各器官・臓器のテトラサイクリンによるSDHC遺伝子の誘導を観察した。その結果、脳と筋肉を除く器官・臓器で誘導が確認された。このマウスは酸化ストレス高感受性であることから、生体内酸化ストレスを原因とするガン発症のモデル動物として、機構の解明に貢献することが期待される。ミトコンドリア電子伝達系複合体IIのサブユニットであるシトクロームbに変異をもつマウスmev-1培養細胞(NIH3T3)を構築し、ミトコンドリアからの活性酸素発生量の増加、それにともなうアポトーシス(細胞死)や、ヌードマウスに移植すると腫瘍を形成するような形質転換が生じることを確認した。さらに、マウス細胞に導入した同じ変異遺伝子を持つトランスジェニックマウスを構築し、組織から活性酸素が過剰発生していることを確認した。しかし、このマウスは不妊であったため、この変異マウスを改変し、ミトコンドリアからの活性酸素の発生量や発生時期をテトラサイクリン(Tet)により生体外部から任意に制御可能(Tet-on/off)な条件付遺伝子組換えTet-mev-1マウスを作製した。1.mev-1マウス培養細胞(1)アポトーシス誘導をシグナル伝達経路から調べたところ、ミトコンドリアを起因としたシグナル伝達経路の活性化によりアポトーシスが誘導されていることが明らかになった。これらの結果は、ミトコンドリアの酸化ストレスが早老現象および腫瘍増殖抑制に伴う良性腫瘍化に深く関与することを示唆した。2.Tet-mev-1マウストランスジェニックマウス(1)現在、14系統、30匹を取得している。(2)このうち1系統のマウスを解剖し、この外来遺伝子の発現を各器官・臓器で調べた。その結果、各組織では弱い発現が認められ、筋肉では認められないことが明らかになった。正常細胞における細胞内酸化ストレスは、その大部分がミトコンドリアから発生する活性酸素に起因する。

本研究においてミトコンドリア電子伝達系複合体IIのサブユニットであるSDHCに変異をもつマウスmev-1培養細胞(NIH3T3培養細胞)を構築し、ミトコンドリアからの活性酸素発生量の増加、それにともなうアポトーシス(細胞死)や、ヌードマウスに移植すると腫瘍を形成するような形質転換が生じることを確認した。ヒトにおけるこの遺伝子変異はパラガングリオーマを生じることが知られている。哺乳類におけるこの遺伝子の機能と酸化ストレスとの関わりを検証するために、マウス細胞に導入した同じ変異遺伝子を持つトランスジェニックマウスを構築し、組織から活性酸素が過剰発生していることを確認した。しかし、このマウスは不妊であったため、ミトコンドリアからの活性酸素の発生量や発生時期をテトラサイクリン(Tet)により生体外部から任意に制御可能(Tet-on/offな条件付遺伝子組換えTet-mev-1マウスを作製した。Tet-mev-1マウストランスジェニックマウス(mev-1/-):現在、14系統のマウスを維持し、そのうちNo.37系統について詳細に調べている。(1)脳、筋肉、肺、肝臓、腎臓、脾臓、膵臓、胃、睾丸、筋肉の10の器官・臓器から細胞を抽出し、テトラサイクリンによるSDHC遺伝子の誘導を観察した。その結果、脳と筋肉を除く器官・臓器で誘導が確認された。(2)農薬として使われ、生体内で活性酸素を産生するパラコートに対する感受性を調べた。その結果、パラコートに対して高感受性を示すことが確認された。(3)各臓器のアポトーシスの頻度を解析中である。
最適パターン発見に基づく大規模半構造データからの知的情報獲得システムの開発

本研究は,大量のウェブページやXML等の大規模半構造データからのデータマイニング(ウェブマイニング)に基づき,大量のデータ解析を対話的に支援する効率的なツールとして,従来の情報検索システムを超えた新しい情報アクセスシステムの実現方式を明らかにすることを目標としている.その鍵になる技術として,最適パターン発見を木やグラフ構造に拡張し,計算量理論と計算学習理論の最新の成果を援用しながら,半構造データに対する頑健かつ高速な最適化パターン発見アルゴリズムの開発に取り組んだ.平成17年度は,初年度から昨年度までの研究成果と統合し,最適半構造マイニングのプロトタイプシステム構築を目指した.研究項目としては,有用な情報源の発見,特徴的なパターンの発見,情報の抽出の3つの情報獲得問題に加えて,昨年度から新たに研究を開始した知識索引問題について取り組んだ.今年度得られた具体的な結果のうち主要なものは以下のとおりである.(1)大規模なトランザクションデータによく見られる疎な組み合わせ集合データを効率よく扱うことのできるデータ構造であるZBDD(Zero-suppress BDD)をベースに,その構造の元で重み付き積和集合を計算可能なZBDDパッケージツールVSOP(Valued Sum-Of-Products)の開発を推し進め,頻出するパターン集合を表現するZBDDを単純直交分解する機能を追加した.これにより,そのデータに内包された意味的構造を自動抽出することが可能になった.(湊)(2)パターン発見アルゴリズムによる分類・予測の長期的ふるまいに関する理論保証を与えることに成功した.(ツォイクマン)(3)系列データからの極大モチーフパターンを効率よく枚挙するアルゴリズムを得た.(有村:H13-H16代表)(4)Arc構造付きテキストに対する高速なパターン照合アルゴリズムを得た.(喜田)本研究では,大量のウェブページやXML等の大規模半構造データからのデータマイニング(ウェブマイニング)に基づき,大量のデータ解析を対話的に支援する効率的なツールとして,従来の情報検索システムを超えた新しい情報アクセスシステムの実現方式を明らかにすることを目標としている.鍵になる技術として,最適パターン発見を木やグラフ構造に拡張し,計算量理論と計算学習理論の最新の成果を援用しながら,半構造データに対する頑健かつ高速な最適化パターン発見アルゴリズムの開発に取り組んだ.平成16年度は,前年度の成果に基づき,(a)有用な情報源の発見,(b)特徴的なパターンの発見,(c)情報の抽出の3つの情報獲得問題について,次の研究を行った.(1)前年度開発した最適分類パターンの決定木学習システムBONSAIへの組み込みによる,高精度テキスト自動分類手法を,複数のパターンのブール結合に一般化した(竹田・篠原).(2)XPathパターンに対する最適パターン発見アルゴリズムを設計し,半構造データマイニングエンジンを開発した.とくに今回は,より現実の半構造データに近い無順序木モデルに対して,高速なパターン発見エンジンを開発した.パターンの圧縮表現に対する,高速な列挙アルゴリズムを開発した.独自に開発したオンライン化技術を用いて,オンラインパターン発見手法を開発した(有村).これに関連して,電子情報通信学会第14回データ工学ワークショップ優秀論文賞をH16年7月に受賞した.また,これまでに開発した半構造検索とマイニングの有機的結合のための高速半構造ストリーム照合システムに関して,情報処理学会山下記念研究賞をH16年11月に受賞した.(3)半構造データからの情報抽出や圧縮と密接な関係に関して,理論的に性能評価をもつち,半構造データに適した線形時間文法圧縮アルゴリズムを開発し,性能に関する理論的解析を行った.並行して,2次元空間に散在した点列に対する近似パターン照合アルゴリズムの計算量を開発し(下薗,篠原),個々のアルゴリズムの最適化をおこない,性能を向上させた(全員).最後に,ウェブデータとXMLデータに関する評価実験をおこない,この方式の有効性を評価した(有村・篠原).抽出した知識索引に関して,BDDを用いた大規模トランザクションデータ管理法を開発した(湊・喜田・有村)本研究は,大量のウェブページやXML等の大規模半構造データからのデータマイニング(ウェブマイニング)に基づき,大量のデータ解析を対話的に支援する効率的なツールとして,従来の情報検索システムを超えた新しい情報アクセスシステムの実現方式を明らかにすることを目標としている.その鍵になる技術として,最適パターン発見を木やグラフ構造に拡張し,計算量理論と計算学習理論の最新の成果を援用しながら,半構造データに対する頑健かつ高速な最適化パターン発見アルゴリズムの開発に取り組んだ.平成17年度は,初年度から昨年度までの研究成果と統合し,最適半構造マイニングのプロトタイプシステム構築を目指した.研究項目としては,有用な情報源の発見,特徴的なパターンの発見,情報の抽出の3つの情報獲得問題に加えて,昨年度から新たに研究を開始した知識索引問題について取り組んだ.今年度得られた具体的な結果のうち主要なものは以下のとおりである.(1)大規模なトランザクションデータによく見られる疎な組み合わせ集合データを効率よく扱うことのできるデータ構造であるZBDD(Zero-suppress BDD)をベースに,その構造の元で重み付き積和集合を計算可能なZBDDパッケージツールVSOP(Valued Sum-Of-Products)の開発を推し進め,頻出するパターン集合を表現するZBDDを単純直交分解する機能を追加した.これにより,そのデータに内包された意味的構造を自動抽出することが可能になった.(湊)(2)パターン発見アルゴリズムによる分類・予測の長期的ふるまいに関する理論保証を与えることに成功した.(ツォイクマン)(3)系列データからの極大モチーフパターンを効率よく枚挙するアルゴリズムを得た.
音声処理の神経心理機構と言語の発達

1)年少グループ(生後6-8か月)は概してRL、WYとも弁別が可能である。2)年長グループ(生後10-12か月)には概してRLの弁別はできない。3)年長グループにはWYの弁別が可能なときもあるが、不可能なときもある。この理由について、大方の研究者の意見では、乳幼児の知覚はphoneticな知覚からphonologicalな知覚へと移行するからだという。河野(1997)で明らかにした全体的音声処理機構は音声刺激を全体的として「あるがまま」に知覚する能力をもっている。一方、分析的音声処理機構は日本語の音韻構造を確立し、これに沿った知覚をするように全体的音声処理機構に指令を出す仕事をしている可能性がある(河野、1997)。ここに、全体的音声処理機構の知覚=-肩蝙な知覚、分析的音声処理機構=phonologicalな知覚という図式が生まれる。これについて、baby talkの性格やObler(1981)などの先行研究にその傍証を求めつつ、河野の過去10年間の研究成果をまとめることによって(河野、1999)、全体的音声処理機構と分析的音声処理機構は互いに階層構造をなしていることを立証した。こうすることによって、R-Lの弁別は全体的音声処理機構、R-Lの弁別ができなくなるというのは分析的音声処理機構による音声分析の結果だが、分析的処理機構の枠がはずれると、全体的な音声処理機構本来の知覚が復活する、すなわち、R-Lの弁別ができるようになる可能性があることが理論的に推察されるようになった。これについて、右脳には損傷はないが、左脳には何らかの損傷があり、そのために言葉に障害を持つ患者は、k-Vの弁別が健常者より容易にできるという実験結果が得られた。また上記3)の結果は音声学的な知覚から音韻的な知覚に切り替わる途中では、分析的音声処理機構が活性化しているので、全体的音声処理機構の知覚が抑えられると考えれば説明がつく。
無機ナノ粒子を利用した高輝度蛍光診断の研究と膀胱癌部位診断への応用

本研究では蛍光診断薬で染色された癌部位から発する蛍光を、高い屈折率で光の強散乱効果をもつ酸化チタンにより増大し、表層の微小な癌部位を鮮明に可視化することで、蛍光が弱い、すぐに消光するといった課題を解決し、癌部位を確実に手術で除去するための診断技術にする基礎研究を実施した。(1)粒子の材料基本設計と作製方法の確立:生体適合性を持たせるため酸化チタンナノ粒子へのポリエチレングリコール装飾手順を標準化し、安定的に供給する作製プロセスを確立した。(2)癌細胞を用いた可視化性能の実証:内視鏡を想定した光学測定装置を構築し、ヒト膀胱癌癌細胞に蛍光診断薬(5-アミノレブリン酸)と生体適合性酸化チタンナノ粒子を併用投与により、最大1.7倍程度明るくなる蛍光増強効果があり、明るく見える時間を延長できることも明らかとなった。(3)蛍光増強メカニズムの解析:生体適合性酸化チタンナノ粒子の癌細胞への取込みを解析した結果、エンドサイトーシスによって膀胱癌内へ取り込まれて濃縮され、蛍光を増強して消光時間を延ばす効果があることが明らかとなった。本研究の取り組みにより、蛍光が弱い、すぐに消光するといった癌の蛍光診断のもつ課題を、酸化チタンナノ粒子による蛍光増強効果によって改善し、よりはっきりと持続して癌を可視化できることが示された。本方法は蛍光診断薬を併用投与するだけで蛍光増強効果が得られることから、他の蛍光診断改良方法と併用、あるいは他の種類の蛍光診断色素と併用するなど、より汎用性の高い手法となりうる。また、医療分野のみならず、蛍光で染色する環境中の菌数や菌種の検査の改良など、環境分野への応用可能性等もあると考えられる。・ヒト膀胱癌細胞株への術中蛍光診断法の癌可視化の性能向上検討において、蛍光診断薬5ーアミノレブリン酸(ALA)を単独で投与した場合と比較して、ALAに加えて生体適合性酸化チタンナノ粒子を投与すると相対蛍光値が1.5倍以上の蛍光増強効果を示すことを確認した。また、生体適合性を持たせるための酸化チタンナノ粒子へのポリエチレングリコール装飾手順を標準化し、生体適合性酸化チタンナノ粒子を安定的に供給する作製プロセスを確立した。さらに、動物試験での癌可視化性能向上を目指した検討を行い、癌細胞付着性因子を装飾することで、ALA単独と比較して相対蛍光値が2.5倍以上の蛍光増強効果を示す酸化チタンナノ粒子を作製することができた。・酸化チタンナノ粒子による蛍光増強メカニズムを解明するため、酸化チタンナノ粒子を投与した癌細胞の酸化チタン量測定系を確立し、メカニズム解明への道筋を得た。研究項目1 :酸化チタンナノ粒子の材料設計確立a)色素複合化酸化チタンナノ粒子とb)色素併用のため細胞付着性を高めた酸化チタンナノ粒子の使用についてそれぞれ調査を行い、ユーザーである泌尿器科の医師からの意見をまとめた結果、蛍光色素を複合した酸化チタンナノ粒子よりも蛍光色素と酸化チタンナノ粒子を個別に投与するほうが汎用性が高く、使い勝手も良いことが明らかとなったためそちらの検討に注力した。次に、色素併用のため細胞付着性を高めた酸化チタンナノ粒子に関して、酸化チタンナノ粒子の製造プロセスを精査し、特にPEG装飾後の粒子精製過程を最適化することでALA単独と比較して相対蛍光値1.5倍以上の蛍光増強効果を示す分散粒子を安定的に作製することが可能となった。さらに抗体等の細胞付着性因子を装飾することで細胞への付着性を向上させ、かつ分散安定性も保持した酸化チタンナノ粒子作製に成功した。この細胞付着性因子を複合化した酸化チタンナノ粒子により、ALAを単独と比較して相対蛍光2.5倍以上の蛍光増強効果を示した。研究項目2 :腫瘍選択性向上と可視化性能の実証a)癌細胞選択性および可視化性能評価に関して、膀胱癌、大腸癌をはじめとする種種の癌細胞に対し、酸化チタンナノ粒子の可視化性能評価を行った結果、いずれの癌細胞に対しても蛍光増強効果を持つことが示された。また以前の検討で、酸化チタンナノ粒子を投与した癌細胞の光散乱が増大することが明らかとなっており、酸化チタンナノ粒子が細胞に吸着および取込まれることが光散乱、さらには蛍光増強効果に寄与すると予想し、検証に必要な細胞に吸着および取込まれた酸化チタンナノ粒子の量を定量化する手法を、微量金属分析の前処理方法を検討することで確立した。以上から、蛍光増強メカニズム解明への道筋を得た。

本研究の取り組みにより、蛍光が弱い、すぐに消光するといった癌の蛍光診断のもつ課題を、酸化チタンナノ粒子による蛍光増強効果によって改善し、よりはっきりと持続して癌を可視化できることが示された。本方法は蛍光診断薬を併用投与するだけで蛍光増強効果が得られることから、他の蛍光診断改良方法と併用、あるいは他の種類の蛍光診断色素と併用するなど、より汎用性の高い手法となりうる。また、医療分野のみならず、蛍光で染色する環境中の菌数や菌種の検査の改良など、環境分野への応用可能性等もあると考えられる。研究項目2 :腫瘍選択性向上と可視化性能の実証可視化性能の実証に関わり、超解像度蛍光顕微鏡観察により、細胞内でのナノ粒子の吸着および取込み状態を可視化し、分布パターンと蛍光増強効果の関連などについて解析をする。得られた評価結果をもとに、さらに効率的に蛍光増強効果を高めるための粒子設計として最適化を行う。また、膀胱癌同所性モデルによる可視化性能評価として、膀胱癌モデルマウスを構築して基礎動物試験を実施し、使用シーンに近づけた環境での酸化チタンナノ粒子による蛍光増強効果を評価する。評価のための測定法についても検討を行う。研究項目3:体内動態および安全性の基礎評価正常マウスへの投与による体内動態および安全性の基礎評価として、設計最適化した酸化チタンナノ粒子を正常マウスへ投与し、粒子の急性毒性などの安全性を評価する。当初の検討計画にあったa)色素複合化酸化チタンナノ粒子とb)色素併用のため細胞付着性を高めた酸化チタンナノ粒子の使用についてそれぞれ調査を行った結果、蛍光色素と酸化チタンナノ粒子を個別に投与するほうが汎用性が高く、使い勝手も良いことが明らかとなったため、b)色素併用のため細胞付着性を高めた酸化チタンナノ粒子の検討を優先的に推進した。また、酸化チタンナノ粒子の蛍光増強効果に関するメカニズム解明に向け、これまでに得られた結果から、細胞内でのナノ粒子の吸着および取込状態の把握が必要と考え、その検討のために今後新たに評価用粒子作製や試薬購入を予定している。それらの新たに得られた知見に基づく優先度や計画の変更により次年度使用が生じ、2018年度は新たな評価用粒子の作製や試薬購入、および事前研究計画に沿った予算使用を計画している。
触媒的連続結合形成反応を基盤とした高度縮環型複素環構築法の開発と創薬展開

バンコマイシンは細胞壁合成酵素を阻害することで抗菌活性を示すグリコペプチド系の抗生物質である。バンコマイシンはメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)にも有効な医薬品として知られているが、近年バンコマイシンに対する耐性菌(VRE)が報告されるようになり、新たな作用機構を有する有望な抗生物質の開発が強く求められている。本研究では、バンコマイシン耐性に克服しうる新規感染症治療薬の開発と創薬展開に関する研究課題に真摯に取り組み、以下の成果を得た。報告者らは、これまでにバンコマイシン耐性菌がバンコマイシンの細胞壁結合部位であるD-アラニル-D-アラニンのD-アラニンをD-乳酸へ構造を変化させて耐性を獲得していることに着目して、特定のアミド基のカルボニルを除去したバンコマイシン誘導体が有効な抗菌作用を示すことを明らかにしている。今年度は、D-乳酸のエステル基と水素結合を形成可能なアミジンの導入により抗菌活性が向上することを期待し、これまでのバンコマイシン誘導体の合成研究において得られた知見に基づいて、特にアミジンの効率的な導入に重点を置いた誘導体合成の詳細な検討を行った。その結果、適切な合成中間体に対してアミド基をチオカルボニル基に誘導後、銀とアンモニアを作用させることによりアミジンを有する誘導体の合成に成功した。さらに、合成した誘導体に対してモデルリガンドを用いた結合親和性の評価を行った結果、期待通り結合親和性が向上することを明らかにした。複雑な複素環骨格を有する生物活性化合物の合成は、通常多段階の変換を必要とするため、実用な連続結合形成反応の開発が期待されている。遷移金属触媒を用いた連続環化反応は、高度に縮環した複素環を効率的に構築できる有用な手法として近年注目を集めている。報告者は、連続環化を引き起こす基質としてプロパルギル化合物を用いた触媒的連続環化反応による多環式複素環の効率的構築法の開発を目的として本研究に着手し、以下の成果を得た。報告者はこれまでに、分子の両末端に求核部位を有するプロパルギルブロミドに触媒量のパラジウムを作用させると分子内連続環化反応が効率良く進行し、縮環型二環性複素環を一挙に構築できることを報告している。今年度は、連続環化反応の一般性の拡大を目的として詳細な検討を行った。その結果、適切なテザー炭素と求核剤を有する基質に対して、塩基性条件下において触媒量のパラジウムを作用させると、連結型または縮環型二環性複素環が収率良く得られることを見出した。さらに、2-アルキニルアゼチジンがアリルジカチオン等価体として機能することを期待して検討を行ったところ、期待通り環拡大-連続環化反応が進行し、プロパルギルブロミドと同様の二環性複素環を収率良く得ることに成功した。報告者は前述の環拡大-連続環化反応の有用性に着目し、2-アルキニルアジリジンとイソシアネートを用いた連続環化反応についても検討を行った。その結果、アルキン末端に求核部位を有する2-アルキニルアジリジンに対してパラジウム触媒とイソシアネートを作用させると、開環-イソシアネートの挿入-連続環化反応が効率よく進行し、連結型二環性複素環が選択的かつ高収率で得られることを見出した。この際、適当な反応条件を選択することにより、1分子または2分子のイソシアネートが挿入した環化体が選択性良く得られることを見出した。
安全な水素エネルギー社会の実現に向けたハイブリッドデトネーションアレスターの開発

可燃性気体の流れる配管内でデトネーション波が発生すると,設備に深刻な被害を及ぼす可能性があるため,デトネーション波を消炎させる技術を確立することが重要となる.既存のアレスターに用いられている消炎素子の間隙は極めて小さいため,アレスターを通過時の流量が小さくなることが問題である.本研究ではデトネーション波を回折させる機構にフレーム・アレスターを接続したハイブリッド型のアレスターを構築した.アレスター下流を伝播する燃焼波の挙動の観察および流量を測定することで,既存のデトネーション・アレスターの流量低下の課題を改善することを目的とした.実験には内径20 mmの円筒管にデトネーション波を回折させる機構にフレーム・アレスターを接続した装置を用い,化学量論混合比の水素空気予混合気を充填して実験を行った.回折機構には多孔板を用い,外径の孔の径D,板厚Lおよび回折させる回数nを変化させた.フレーム・アレスターは消炎素子の間隙Rおよび枚数Nを変化させた.本研究で得られた知見を以下に要約する.(1)回折機構出口における火炎の伝播速度を低下させるには,D=60 mm,L=14 mm,n≧7の条件とすることが有効であり,火炎は回折機構入射前の約20%にまで減速された.(3)これらの条件のうち,流量を最も大きくするには,D=60 mm,L=14 mm,n=5,R=0.2 mm,N=1の条件とすることが有効であり,既存のアレスターと比べて流量が約1.5倍に増加した.多くの孔を設けた多孔板にデトネーション波を入射させることにより,デトネーション波の伝播速度が大幅に低下することが明らかにされ,多孔板の条件によっては入射前のデトネーション波の伝播速度の20%程度にまで下がることが明らかにされた.このようなデトネーション波の速度低下をもたらす原因を探るため,50 ×50 mmの断面を有するデトネーション管を用いた可視化実験を行っている.実験では,多孔板を最大で4枚挿入し,各多孔板からデトネーション波が回折する挙動について,シュリーレン光学系および超高速度ビデオカメラを用いた可視化観察を行っている.デトネーション管には,水素と酸素の混合気体を約100 kPaまで充填し,多孔板にChapman-Jouguetデトネーション波を入射させている.その結果,多孔板から回折する回数が増加するにしたがって,デトネーション波が衝撃波と燃焼波に分離する挙動が明らかにされた.このような結果は,円管を用いた場合に可視化観察することが困難であったデトネーション波の減速メカニズムを説明するものであり,多孔板に設ける孔の形状,数,配置など,回折機構の設計条件を決定するにあたり,重要な知見であると考えられる.また,このような知見により,上述した多孔板およびフレーム・アレスターの条件を決定することができた.さらに,回折機構によりデトネーション波の伝播速度を低下させた後,フレーム・アレスターに入射させることにより,熱損失により燃焼波が消炎する結果が得られた.回折機構により伝播速度を低下させておくことにより,燃焼波の熱損失が生じやすい条件となるため,フレーム・アレスターに用いている消炎素子の間隙を比較的大きい条件でも消炎に成功している.これにより,流量が低下する問題を改善することができた.上述した理由により,本研究の進捗状況は概ね順調であると考えられる.上述した50×50 mmの断面を有するデトネーション管に挿入する多孔板の枚数を増加させ,デトネーション波の減速過程を可視化観察することにより詳細にすることを計画している.これまでの実験では,最大で4枚の多孔板を挿入して実験を行ってきたが,デトネーション波の伝播速度は未燃気体の音速程度まで減速した後は一定となり,減速しない結果が得られている.デトネーション波は衝撃波と燃焼波に分離するが,燃焼波から生じる圧力波が前方を伝播する衝撃波を補強するため,衝撃波は減衰しない可能生が高い.そこで,燃焼波から生じる圧力波をさらに減衰させるための機構が必要と考えられ,形状の異なる多孔板を種々挿入することにより,衝撃波および燃焼波の減速過程について明らかにすることが次の課題である.第2に,多孔板の下流にフレーム・アレスターを挿入し,フレーム・アレスターによって燃焼波の消炎の成否について,高速度ビデオカメラ,圧力変換器による圧力計測およびフォトトランジスターを用いた発光を検知することにより,明らかにする計画である.具体的には,回折機構の下流に挿入するフレーム・アレスターの消炎素子形状を種々変化させ,多孔板下流を伝播する衝撃波および燃焼波の伝播速度に対する消炎成否の関係を明らかにすることを計画する.また,デトネーション管に充填する水素ー空気予混合気体の初期圧力についても変化させ,初期圧力と消炎成否の関係についても整理する予定である.第3に,上記の研究により得られた最適な多孔板およびフレーム・アレスターを内径20 mmの円管に挿入し,デトネーション波の消炎過程を明らかにする計画である.また,内径50 mmの円管にも同様のアレスター装置を挿入して実験を行うことにより,デトネーション・アレスターを設計するための客観的なデータを得ることを最終的な推進方策として考えている.デトネーション波は,可燃性予混合気体中を超音速で伝播する燃焼波であり,デトネーション波面における圧力および温度などの状態量は急峻に上昇する.

したがって,可燃性気体が流れる配管内においてデトネーション波が発生した場合には,配管を破断するなどの事故の生じる可能性が高い.したがって,デトネーション波を消炎させるためのデトネーション・アレスターを開発することが工学上において重要な課題となっている.本研究では,デトネーション波を消炎させるためのデトネーション・アレスターの開発を目指し,その基礎実験を行うこととしている.実験では,直径2 mmの孔を多数あけた多孔板を実験装置に挿入し,多孔板にデトネーション波を入射させ,デトネーション波の消炎過程について明らかにしている.さらに,多孔板の後方にはフレームアレスターを挿入している.すなわち,デトネーション波が多孔板を通過することによってその伝播速度が大幅に減衰して衝撃波と燃焼波に分離する.さらに,減速した燃焼波をフレーム・アレスターに入射させることによって消炎させようとするのが本研究のポイントである.従来のデトネーション・アレスターに比べ,多孔板によってデトネーション波の伝播速度は約2,000 m/sから約350 m/sにまで減速することが明らかにされた.十分に減速した燃焼波を消炎させるには,目の粗いフレーム・アレスターを用いても十分に消炎の効果のあることを明らかにした.目の粗いフレーム・アレスターを用いてもデトネーション波の消炎に成功しているため,これを実用化した場合には,圧力損失が少なく可燃性気体の流量を確保できるといったメリットが期待できる.今後は,多孔板の形状,予混合気体の条件を種々変化させるとともに,フレーム・アレスターの目の粗さを変化させ,デトネーション波の消炎に最も効果的なアレスター装置を明らかにする計画である.デトネーション波を消炎させるデトネーション・アレスターを開発するには幅広い実験条件下においてその消炎特性を明らかにする必要がある.可燃性気体については,化学量論混合比の水素ー空気の混合気体を用いており,その初期圧力を条件として変化させている.また,多孔板の形状,枚数,およびフレーム・アレスターの目の粗さをパラメータとして変化させており,これらの条件がデトネーション波の消炎に及ぼす影響について定量的に明らかにしている.具体的な進捗状況としては,デトネーション波を多孔板に入射させ,複数の孔からデトネーション波を回折させる現象を10回程度繰り返すことにより,多孔から生じる膨張波により,デトネーション波面における温度および圧力の低下を生じさせていると考えられる.この膨張効果により.デトネーション波の伝播速度は未燃気体の音速程度にまで減速することを明らかにした.デトネーション波は減速するが,衝撃波と燃焼波がほぼ一体化して伝播している状態と考えられる.燃焼波を消炎させなければ,燃焼波により前方の衝撃波が補強されるため,衝撃波が壁面に反射を繰り返すことにより,デトネーション波の再開始現象を生じさせることが明らかにされている.したがって,燃焼波を消炎させるためのフレーム・アレスターを挿入し,フレーム・アレスターによる燃焼波の消炎特性について実験的に調査している.多孔板を挿入することにより,燃焼波の伝播速度は音速程度にまで減速しているため,目の粗いフレーム・アレスターによっても消炎されることが明らかにされた.デトネーション・アレスターを実用化するには,種々の条件を変更して実験を行う必要があるが,概ね当初の計画通りに研究が進んでいる.可燃性気体の流れる配管内でデトネーション波が発生すると,設備に深刻な被害を及ぼす可能性があるため,デトネーション波を消炎させる技術を確立することが重要となる.
努力呼気における肋間節・腹筋の協調運動に関する研究

努力呼出時の呼息筋の制御機構を解析した。第一段階として、漏洩電流、周波数特性利得入力低抗雑音防止に優れた筋電図アンプを設計・製作した。続いて麻酔下のイヌで微小ワイヤー電極を用いて呼吸筋々電図を測定した。この結果高炭酸ガス負荷により呼吸中枢を刺激すると横隔神経では活動中の運動ニューロンの発火頻度の増加が優勢であるが、腹筋では大型の運動ニューロンの動員が早期に認められ両筋肉の活動様式に差異のあることが明かとなった。主実験は成人を対象とし、呼吸流両肋間節IC)・外膜斜筋(EO)・内膜斜筋(IO)筋電図を測定した。努力呼出時のFlow筋電図ともに再現性は良好で、各筋肉の活動はflowの減少と共に低下し、taper型とhill型に分類された。ICは7/9がtaper型IOは4/6がhill型、EOは8/11がtaper型を呈した。努力呼出の連続試行はフローボリューム曲線呼息筋活動、筋電図の高周波・低周波成分比に有意な変化を与えなかった。努力呼出中に呼気回路の一時的狭窄後に筋肉活動は一過性に低下し、この潜時はEOで61.5-100.0msec、IOで61.5-106.5msec、ICで58.0-92.3msecで、同一被験者で各呼吸筋での値は近かった。回路の一過性狭窄時に胸腔内圧は軽度上昇したが、口腔内圧上昇は高度で、再開放によりゼロに回復した。キシロカインを用いた気道麻酔は潜時に有意な変化を与えなかった。結論:努力呼出時の呼息筋の活動には、筋固有のパターンが存在し、努力呼出のような随意的な動作でも呼吸筋の活動型は予め決定されている。また努力呼出の連続試行は呼吸筋疲労をきたさない。回路狭窄に基づく筋への抑制的な制御は各筋で同一の経路を介し、脊髄より上位での反射あるいは脊髄レベルでの多シナプス性の経路を考えるべきである。この反応には肋間節内の受容器よりは口腔あるいは上気道の受容器が関与している可能性が高い。まず,本学ME学教室に依頼して筋電図アンプを新たに製作したが,高性能集積回路素子を輸入する必要があったため,手持ちのアンプでも測定が可能な表面電極による実験を先行させた.この結果,努力呼気時に被験者の半数に胸・腹筋活動の解離がみられ,「横隔膜によって隔てられる両呼息筋は独立した機能単位として活動する」という予想を裏付けるものであった.さらに詳細な解析を行なうにあたり,肋間筋筋電図は努力呼気時には体動による影響が大きく,精度の限界があることがわかったため,腹筋に対象を限定することとした.新アンプと気道閉鎖システムは予定より遅れて10月に完成したが,このシステムを用いて努力呼出時に気道の一過性閉塞を行い,外腹斜筋に留置した微小ワイヤー電極で筋肉活動の測定を行うと,閉塞の直後に一過性の活動低下が繰り返し観察され,努力呼出時に腹筋は胸腔内圧の変化に基ずく調節を受けていると推定された.

現在はこれらの結果を解析中であるが,この結果は第28回日本胸部疾患学会総会で報告の予定である.現在進行中の実験は,筋肉活動の一過性低下の起源が気道内の受容器にあるか否かを検討するために,キシロカイン吸入により気道受容器のブロックを行なったうえで努力呼出を行なわせている.また,技術的な問題として,体動時の電極の移動に基づく筋電図の外乱をデジタルフィルターによって処理する方法を試みている.本年度はヒトを対象として努力呼出時の呼息筋活動を解析した。呼吸流量肋間筋(IC)・外腹斜筋(EO)・内腹斜筋(IO)筋電図を測定した。精度を高めるために今年度はアナログフィルター(24dB/oct)と、周波数特性(2.8kHz)のよいチャート式レコーダーを筋電図解析に併用した。努力呼出時のFlow筋電図ともに再現性は良好で、各筋肉の活動はflowの減少と共に低下し、taper型とhill型に分類された。ICは7/9がtaper型、IOは4/6がhill型、EOは8/11がtaper型を呈した。努力呼出の連続試行はフローボリューム曲線呼息筋活動、筋電図の高周波・低周波成分比に有意な変化を与えなかった。努力呼出中に呼気回路の一時的狭窄を行うと、狭窄後に筋肉活動は一過性に低下し、この潜時はEOで61.5ー100.0msec、IOで61.5ー106.5msec、ICで58.0ー92.3msecで、同一被験者で各呼吸筋での値は近かった。回路の一過性狭窄時に胸腔内圧は軽度上昇したが口腔内圧上昇は高度で、再開放によりゼロに回復した。逆に、回路の狭窄ー開放ー狭窄実験をも行なったが、被験者の反応には、behavioralな要素が多いと判断した。4%キシロカインのエアロゾル吸入を用いた気道麻酔は潜時に有意な変化を与えなかった。結論:努力呼出時の呼息筋の活動には筋固有のパターンが存在し、努力呼出のような随意的な動作でも呼吸筋の活動型は予め決定されている。また、努力呼出の連続試行は呼吸筋疲労をきたさない。回路狭窄に基づく筋への抑制的な制御は各筋で同一の経路を介し、脊髄より上位での反射あるいは脊髄レベルでの多シナプス性の経路を考えるべきである。この反応には肋間筋内の受容器よりは、口腔あるいは上気道の受容器が関与している可能性が高い。慢性閉塞性肺疾患患者の解析に至らなかった点が反省される。
滑動感：ヒトの運動知覚に対する超高速情報の寄与

高速プロジェクタ(最大フレームレート5000 Hz)による情報密度の高い動き(高密運動)を観察すると「ヌルヌル」のような滑らかな運動質感(滑動感:かつどうかん)が知覚されることを見出だした.本研究では,高密運動とそこから生じる質的知覚に着目した.第一に,従来の運動提示と新たに見出した高密運動提示を比較し,知覚の差異を生み出す時間情報と空間情報を心理物理実験によって特定することを目的とした.特に平成30年度には,高密運動と低密運動の弁別が可能となる時間密度について検討した.実験では,独立変数として様々な時間密度(30 Hzから720 Hzまで)を持つ運動刺激を設定した.また,時間・空間密度を操作するが速度を固定する条件(円軌道を1秒間に1周する速度もしくは1秒間に4周する速度)も設定した.実験課題は,提示した運動刺激が連続的に知覚されるか離散的に知覚されるかを二肢強制選択法により回答し,恒常法により,各刺激に対して連続的に知覚された比率を測定した.実験の結果,時間・空間密度の上昇に伴い,連続的に知覚される比率は増加した.連続的に知覚される閾値については,時間密度,運動速度で記述するよりも,空間密度により記述することで知覚比率の変化を説明することができることを示した.具体的には,今回使用した円刺激のサイズ(直径1.3 deg)に対して,次のフレームが約0.5 deg以内の重なりを持って移動する時に連続的に動きが知覚された.本成果は2019年日本視覚学会冬季大会において発表を行なった.動きが連続的に知覚される条件について,先行研究で検討されていた以上の幅広い時間密度を用いて検討を行なった結果,時間密度だけではなく空間密度の関与を示した点において,当初目的としていた点について明らかとなったと考えている.平成30年度の成果において,空間密度の影響を示すことができたものの,特定の大きさの刺激のみを用いていたため,他の大きさの刺激を用いた検討が必要であると考える.また時間密度の検討においては,一回の提示あたりの画像提示時間(いわゆるデューティー比)についての検討も必要となるため,これらについての検討を進める.また,「滑動感」についての検討を進めるため,「ヌルヌル」した動き,「カクカク」した動きを決定する要因ついて主観評価より検討を進める.高速プロジェクタ(最大フレームレート5000 Hz)による情報密度の高い動き(高密運動)を観察すると「ヌルヌル」のような滑らかな運動質感(滑動感:かつどうかん)が知覚されることを見出だした.本研究では,高密運動とそこから生じる質的知覚に着目した.第一に,従来の運動提示と新たに見出した高密運動提示を比較し,知覚の差異を生み出す時間情報と空間情報を心理物理実験によって特定することを目的とした.特に平成30年度には,高密運動と低密運動の弁別が可能となる時間密度について検討した.実験では,独立変数として様々な時間密度(30 Hzから720 Hzまで)を持つ運動刺激を設定した.また,時間・空間密度を操作するが速度を固定する条件(円軌道を1秒間に1周する速度もしくは1秒間に4周する速度)も設定した.実験課題は,提示した運動刺激が連続的に知覚されるか離散的に知覚されるかを二肢強制選択法により回答し,恒常法により,各刺激に対して連続的に知覚された比率を測定した.実験の結果,時間・空間密度の上昇に伴い,連続的に知覚される比率は増加した.連続的に知覚される閾値については,時間密度,運動速度で記述するよりも,空間密度により記述することで知覚比率の変化を説明することができることを示した.具体的には,今回使用した円刺激のサイズ(直径1.3 deg)に対して,次のフレームが約0.5 deg以内の重なりを持って移動する時に連続的に動きが知覚された.本成果は2019年日本視覚学会冬季大会において発表を行なった.動きが連続的に知覚される条件について,先行研究で検討されていた以上の幅広い時間密度を用いて検討を行なった結果,時間密度だけではなく空間密度の関与を示した点において,当初目的としていた点について明らかとなったと考えている.平成30年度の成果において,空間密度の影響を示すことができたものの,特定の大きさの刺激のみを用いていたため,他の大きさの刺激を用いた検討が必要であると考える.また時間密度の検討においては,一回の提示あたりの画像提示時間(いわゆるデューティー比)についての検討も必要となるため,これらについての検討を進める.また,「滑動感」についての検討を進めるため,「ヌルヌル」した動き,「カクカク」した動きを決定する要因ついて主観評価より検討を進める.予定していた国際会議への参加を見送ったこと,宿泊費が不要であった都市への学会参加があったことにより旅費の使用が予定より少なくなった.
雲量の自動連続測定システムの開発に関する研究

本研究の目的は、専ら目視観測に依存している雲量測定に替わり、雲量を機械的に測定し記録するシステムを構築して、その装置を開発することである。研究結果の概要は以下である。(1)雲量の測定システムの決定:雲量の機械的な測定のため、天空要素を天空光の色温度により空か雲かに判別することとした。太陽高度、天空要素の高度、天空要素と太陽との角距離に関して、色温度による判別条件を求め、雲量の測定方法を決定した。(2)天空走査型色彩輝度計の試作と測定プログラムの作成および性能確認:全天空を走査する装置に市販の色彩輝度計を搭載し、天空走査型色彩輝度計を試作した。また、この装置による測定のためのコンピュータ・プログラムを開発した。色彩輝度計の重量による天空走査装置への負荷の問題があるものの、全体的に概ね満足できる性能を有することを確認した。(3)天空走査型色彩輝度計による雲量の測定:九州大学で天空走査型色彩輝度計による雲量の測定を行い、同時に測定したグローバル照度、全天空照度、グローバル放射照度、天空放射照度と雲量との関係を検討した。グローバル照度とグローバル放射照度は、雲量との明らかな関係が見られず、全天空照度と天空放射照度は、雲量の増加と共に大となる傾向にあった。(4)ビデオ・システムによる雲量の測定:九州共立大学でビデオ・システムによる雲量の測定を行った。これは、魚眼レンズを取り付けたビデオ・カメラをコンピュータに接続して全天空の画像を取り込み、雲量を求めるものである。同時に測定したグローバル照度と雲量との関係を雲形別に検討した結果、高層雲ではグローバル照度に対する雲量の影響はなかった。本研究の目的は、専ら目視観測に依存している雲量を機械的に測定し記録するシステムの構築と機器の開発である。平成8年度の研究実績は以下である。(1)雲量の測定システムの決定本研究では、雲量を機械的に測定するため、天空光の色温度によって天空要素を空か雲かに判別する。まず、目視による天空要素の空か雲かの判別結果と色彩輝度計による天空光の色温度の実測資料を対応し、空と雲の判別条件を決定した。すなわち、太陽高度、天空要素の高度、天空要素と太陽との角距離の3つの要因のそれぞれに関して、空に相当する実測データの97%を含む色温度の領域、雲に相当する実測データの97%を含む色温度の領域、空と雲の判別が困難と考えられるその他の領域を定め、空と雲の判別境界を示す回帰式を求めた。色彩輝度計で取得する天空光の色温度データは、太陽高度、天空要素の高度、天空要素と太陽との角距離に関する判別条件にかける。まず、第一の条件で空か雲かを判定する。ここで判別できなかったデータのみを、第二の条件にかけ判定する。第二の条件でも判別できなかったデータは第三の条件にかける。このように天空要素を空か雲かに判定し雲量を算出する。(2)天空走査型色彩輝度計の試作と測定プログラムの作成市販の色彩輝度計を全天空を走査する装置に搭載し、天空走査型色彩輝度計の製作を試みた。また、天空を走査してデータを取得するコンピュータ・プログラムを開発した。更に、上記(1)で決定した雲量の測定システムをプログラムに組み込み、雲量の測定自記プログラムとした。平成9年度の研究実績は以下である。(1)天空走査型色彩輝度計のテスト測定九州大学において、平成8年度に製作した天空走査型色彩輝度計を稼動し、データ取得のプログラムなど、装置の総合的な性能をチェックした。

コンピュータ・システムの不安定性により、天空走査中に装置が停止するという事例が見られた。しかし、装置全体として、概ね満足できる性能を有することを確認した。(2)ビデオ・システム併用による雲量測定の試み九州大学において、天空走査型色彩輝度計とビデオ・システムによる雲量の同時測定を試みた。ビデオ・システムによる雲量測定は、ビデオ・カメラに等距離射影方式の魚眼レンズを取り付け、これをコンピュータに接続して天空の画像を取り込み、雲量を求めるものである。これも、目視観測による測定結果の個人差を排除し、かつ、全天空写真による雲量測定に比べ、時間と費用を削減できるという利点がある。試験測定の結果、レンズの周辺光量の補正、ビデオ測色による色度の校正などの検討課題を得た。また、測定途中に下記項目(3)が生じたため、これら2つの方法による測定を次年度に持ち越して継続し、その結果を検討することとした。(3)天空走査型色彩輝度計の調整天空走査部分の装買における電気系統の接続不良により、測定に障害が発生した。よって、これを改善した。本研究の目的は、雲量を機械的に測定し記録するシステムの構築と機器の開発である。平成10年度の研究実績は以下である。(1)天空走査型色彩輝度計による雲量測定九州大学において、天空走査型色彩輝度計による雲量測定を行った。これより、連続的に測定しているグローバル照度、全天空照度、グローバル放射照度、天空放射照度について、それぞれの変動と雲量の関係を検討した。グローバル照度とグローバル放射照度は、雲量が1以下の場合を除き、雲量に関する変動のばらつきが大きかった。全天空照度と天空放射照度は、雲量が大きくなるにつれて増加する傾向にあった。また、クラウド・レイショ(グローバル成分に対する天空成分の比)は雲量と共に増加し、雲量10のとき約1の値に収束した。(2)ビデオ・システムによる雲量測定九州共立大学において、ビデオ・システムによる雲量の測定を行った。これは、等距離射影方式の魚眼レンズを取り付けたビデオ・カメラをコンピュータに接続して天空の画像を取り込み、雲量を求めるものである。ビデオ画像について、目視による判別で雲形と雲量を求め、同時に測定したグローバル照度の変動を雲形別、雲量別に検討した。雲形の分類は気象庁の気象観測指針に従い、上層雲(巻雲、巻積雲、巻層雲)、中層雲(高積雲、高層雲、乱層雲)、下層雲(層積雲、層雲、積雲、積乱雲)に分類した。このうち、測定期間中に乱層雲と積乱雲は観測されなかった。雲量は、ビデオ画像を1,000分割して、各天空要素が空か雲か、あるいは障害物その他であるかを判別し、空と雲の天空要素数に対する雲の天空要素数の割合として算出した。高層雲について、昼光照度の変動に対する雲量の影響は見られなかった。中層雲、低層雲については、雲量が大きいときのデータしか得られず、雲量別の十分な検討ができなかった。
成層化土層を用いたATESのための基礎実験

ATES(Aquifer Thermal Energy Storage)と呼ばれる蓄熱技術の効率的な運用のためには,地下土壌中の熱と水の同時移動現象に関する知見が必要となる。本研究では,帯水層からの熱損失抑制(蓄熱効率の向上)に注目し,不飽和帯を通って損失する熱の流れが熱伝導率の低い低水分土層によって抑制されるのではないかと考え,室内実験を行った。実験には大型カラムを用い,細砂(中央粒径0.2mm)と粗砂(中央粒径0.8mm)による2層の成層土層を対象とした.基本的に,所定の地下水位を設定したカラム上下端にさまざまな温度勾配を与え,カラム内の温度,圧力水頭,熱フラックスを測定した。以下に,得られた知見の概要を述べる。1.不飽和帯中の水分移動に伴う熱移動の大きさを評価するため,カラム内土壌の真の熱伝導率とこれに水分移動に伴う熱移動分も含めた見かけの熱伝導率を計算した。その結果,低水分量に設定された粗砂層内で両者の差が大きく,土層内に低水分量領域が設定され真の熱伝導率が小さく抑えられても,水分移動に伴う熱移動が補完的に働き,不飽和帯での熱損失はそれほど抑制されないことが推察された。2.ほぼ定常に達した時点での実験結果から,熱・水移動成分の大きさを検討した。その結果,これまでの研究例でみられる以上に,低水分量の粗砂層内での,温度勾配を駆動力とする水蒸気移動量が大きく,水蒸気が拡散以外の形態で移動していることが推測された。3.有限要素法による非定常解析を行い,実験データの再現性を試みた。その結果,不飽和透水係数,圧力水頭の温度係数,熱的水蒸気拡散係数といった各種土壌特性パラメータが複雑に絡み合って影響しており、とくに非線形性が大きい低水分量領域での,これらのパラメータの正確な把握が重要であることが明らかになった。
積層複合構造物の弾塑性有限変位挙動に関する基礎的研究

軽量性,高比強度,高比剛性を持つ繊維強化複合材料(FRP)は,構造軽量化、耐衝撃性や耐腐食性の重要な航空・宇宙産業,自動車産業,船舶・海洋産業を中心に広い分野で使用され,最近では高耐久性にも注目して,土木・建築材料としても期待されている。本研究ではこのような積層複合構造の基礎的な研究として,積層板および積層偏平シェルの非線形挙動特性に関する研究を行った。1)まず,等方性偏平シェルの非線形問題に関して,基礎微分方程式に基づいて直接的,効率的かつ信頼性の高い解析手法を開発し,飛び移り座屈および分岐座屈挙動について考察した。その結果,楕円放物面の曲面形状において飛び移り座屈現象が多くみられ,周辺の拘束条件により座屈荷重は大きく変化してくることを明確にした。さらに、終局限界においては塑性膜状態になることを,有限要素法による解析と併せて確認した。2)つづいて,等方性偏平シェルの力学的特性を調べるために,載荷装置を作製し,載荷実験を実施した。しかしながら,曲面形状ゆえの載荷方法の難しさ,あるいは初期不整の影響により,耐荷力は弾塑性有限変位解析結果よりも著しい低下となり,満足した結果が得られなかった。今後,載荷方法の改善,初期不整の実態調査などが必要である。3)さらに,本解析手法を一次せん断変形理論に基づく積層複合構造の有限変異問題に拡張し,線形問題の場合よりもせん断変形の影響は顕著に現われることを明らかにした。また,非線形挙動は積層数や積層順序よりも弾性係数比や配向角などに大きく影響され,大幅な座屈荷重の低下がみられた。今回用いた諸元における座屈荷重は破壊強度以下であり,破壊パターンとしては層間剥離などによる破壊現象であること考えられるため,これらの破壊メカニズムおよび基礎理論の調査を行った。