hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新しい機能性流体の凝集効果を利用した新しいダンパー併用アクチュエーター装置の開発

車両や自動車などに搭載するダンパとして,従来から,磁性流体やMR流体を使用した粘性ダンパがある.これらのダンパに使用される流体は,磁場に反応する機能性流体の一つであるが,磁性流体の場合には飽和磁化が小さいため,磁性流体ダンパの減衰効果が小さいという問題が,一方,MR流体の場合には粒子が沈降してしまうため,MR流体ダンパの振動特性が時間的に変化してしまうという問題がある.そこで,本申請者は,磁性流体の飽和磁化が大きく,MR流体と比べて比較的粒子が沈降しにくい,新しい機能性流体として,磁気混合流体(Magnetic Compound Fluid(MCF))を開発した.また,国内外における学会等で発表を行うことができた.さらに,JSTから特許申請にまで至った.次に,MCFダンパやMR流体ダンパのように,いかなる粒子が分散した流体をダンパに使用した場合に,粒子が沈降しない粒子無沈降型ダンパの開発に成功した.また,国内外における学会等で発表を行うことができた.さらに,TLOから特許申請にまで至り,建築構造物における耐震ダンパに実用化される段階にまで至っている.このダンパは,磁場を印加する手法を変えることにより,アクチュエータにも成り得ることを確認した.つまり,本申請の本題である,新しい機能性流体としてのMCFをもちいた,ダンパーアクチュエータ併用装置が開発できた.また,このダンパーアクチュエータ併用装置の周波数特性に起因するのは,MCF中の粒子の凝集体(クラスタ)によるものであることを明らかにした.また,このクラスタについて,初めて,流体から抽出することに成功し,肉眼で確認できる大きさからμmオーダーの大きさまで,自由に大きさを制御手法についても開発した.この技術は,自己集積化技術に結びつくものであるが,JSTから特許申請にまで至った.これらについて,国内外における学会等で発表を行っているが,クラスタという凝集効果を利用した,新しいダンパーアクチュエータ併用装置の周波数特性について,実験的に明らかにした.本研究は,2年間にわたって行う研究であるので,本年度での研究成果は,その途中経過における研究成果である.まず,磁場に反応する新しい機能性流体を開発した.その特性について,回転粘度計を用いて粘度特性を,また,直流磁場と高周波数帯交流磁場を用いて磁化特性を実験的に調べた.また,従来の磁場に反応する機能性流体としての磁性流体やMR流体と比較検討した.さらに,これらの流体の内部構造について,SEMや実体顕微鏡を使用して実験的に調べた.これらの結果を用いて,次に述べるダンパー併用アクチュエーター装置における実験指針とした.次に,新しいダンパー併用アクチュエーター装置について試作し,その実験を行った.用いた磁場は,磁場強度や磁場方向など,いろいろな種類の磁場であり,また,装置の寸法や新しく開発した数種類の機能性流体等,実験条件は多岐にわたっている.それらの実験結果から,ある条件下において,最も有効的であるという結果を得た.そのターゲットは,建築構造物等に使用されるべき装置である.現在,その建築構造物に組み込む場合について検討中であるが,このように,実用化に至るまでの基礎データを得ることに成功した.一方,ダンパーとしての効果とアクチュエーターとしての効果の両方が発現する場合の装置において,どちらの効果が実験条件により変化するのかについても併せて実験的に検討を行った.また,これらの成果の一部は,特許申請を検討中である.さらに,これら一連の研究成果は,平成14年度において国内外における学会や論文において発表する予定である.車両や自動車などに搭載するダンパとして,従来から,磁性流体やMR流体を使用した粘性ダンパがある.これらのダンパに使用される流体は,磁場に反応する機能性流体の一つであるが,磁性流体の場合には飽和磁化が小さいため,磁性流体ダンパの減衰効果が小さいという問題が,一方,MR流体の場合には粒子が沈降してしまうため,MR流体ダンパの振動特性が時間的に変化してしまうという問題がある.そこで,本申請者は,磁性流体の飽和磁化が大きく,MR流体と比べて比較的粒子が沈降しにくい,新しい機能性流体として,磁気混合流体(Magnetic Compound Fluid(MCF))を開発した.また,国内外における学会等で発表を行うことができた.さらに,JSTから特許申請にまで至った.次に,MCFダンパやMR流体ダンパのように,いかなる粒子が分散した流体をダンパに使用した場合に,粒子が沈降しない粒子無沈降型ダンパの開発に成功した.また,国内外における学会等で発表を行うことができた.さらに,TLOから特許申請にまで至り,建築構造物における耐震ダンパに実用化される段階にまで至っている.このダンパは,磁場を印加する手法を変えることにより,アクチュエータにも成り得ることを確認した.つまり,本申請の本題である,新しい機能性流体としてのMCFをもちいた,ダンパーアクチュエータ併用装置が開発できた.また,このダンパーアクチュエータ併用装置の周波数特性に起因するのは,MCF中の粒子の凝集体(クラスタ)によるものであることを明らかにした.また,このクラスタについて,初めて,流体から抽出することに成功し,肉眼で確認できる大きさからμmオーダーの大きさまで,自由に大きさを制御手法についても開発した.この技術は,自己集積化技術に結びつくものであるが,JSTから特許申請にまで至った.これらについて,国内外における学会等で発表を行っているが,クラスタという凝集効果を利用した,新しいダンパーアクチュエータ併用装置の周波数特性について,実験的に明らかにした.
有機ラジカル分子がつくる反強磁性カゴメ格子

分子間の磁気的相互作用の考察から反強磁性S=1カゴメ格子ととらえることができる(m-MPYNN^+)・X^-系について、磁気的相互作用に対する対イオンの影響について検討を加えた。まず、X^-=I^-<BF_4^-<CIO_4^-と対イオン交換を行った塩について、格子定数および帯磁率の測定を行った。その結果を以下の表に示す。すべての結晶は三方晶系に属し、対イオンのサイズが大きくなるにつれて、二次元面を構成するa軸長が顕著に増大する。それに対し、積層方向であるc軸長については大きな変化は見られない。次に磁気的パラメータについては、ダイマー内の強磁性的相互作用であるJ_1についてほとんど変化なく約10Kで一定であるのに対し、スピンフラストレーションと大いに相関のあるダイマー間の反強磁性的相互作用J_2については、対イオン交換の効果が顕著に現れている。これらの結果は対イオンのサイズがダイマー間の配向を変化させ、その結果として、磁気的パラメータが変化するものと解釈される。また複塩を調製することにより、対イオンのサイズをコントロールし、カゴメ格子反強磁性体の磁気的パラメータの連続的変化が可能であるということを示した。
高温超伝導かご型誘導同期発電機の全超伝導化と高出力化に関する研究

本研究では、研究代表者らが提案している高温超伝導誘導同期回転機について、同機の発電機応用を指向した高性能化に関する解析的かつ実験的検討を実施した。まず、室温から連続駆動可能なハイブリッド2重かご形構造を提案し、また高出力化の検討を実施した。さらに、高効率同期発電の原理を実証し、全超伝導化に成功した。本年度は、数kW級の高温超伝導誘導/同期機(High Temperature Superconductor Induction/Synchronous Machine: HTS-ISM)を試作し、その特性を解析的かつ実験的に検討した。まず、市販のビスマス系高温超伝導テープ材をかご型2次巻線に適用したHTS-ISMについて、その微小なすべりを精密に計測した。その結果、液体窒素大気圧沸点(77 K)、駆動周波数60 Hzにおいて、すべりが無負荷で0.00001程度、負荷回転状態でも0.0001程度のオーダーであることが分かった。また、このすべり値は駆動周波数が小さくなるほど大きくなることを明確化した。さらには、非線形等価回路解析によって、上記すべりの原因が、ロータバーとエンドリングのバンダ接続抵抗に起因することを突き止めた。上記微小すべり、およびHTSテープ材の非線形電流輸送特性を考慮した特性解析コードを開発し、無負荷回転特性について、実験結果を定量的に再現できるコード開発に成功した。また、回転子巻線については、HTS巻線が常伝導転移してもすべり回転状態を維持できる超伝導/常伝導ハイブリッド2重かご形巻線構造を提案し、論文発表した。一方、固定子巻線の超伝導化についても、ビスマス系高温超伝導レーストラックコイルをベースとした3相2極構成について試作を完了した。即ち、上記HTS固定子巻線とHTSかご型2次巻線を組み合わせることにより、全超伝導HTS-ISMが完成することになり、現在鋭意試験準備を進めているところである。全超伝導かご型HTS-ISMが完成すれば、特に低速回転時におけるエネルギー変換効率が改善されると大いに期待される。H21年度は、主として高温超伝導誘導同期機の発電特性の実証と.全超伝導化に関する検討を実施した。まず、H20年度に試作完了した高温超伝導誘導同期機(かご型回転子巻線のみ高温超伝導化し、固定子巻線には銅線を使用)を用い、市販のPWMインバータを使用して異なる周波数に対する発電試験に成功した。次に、全超伝導機の開発を指向し、ポリイミド絶縁ビスマス系高温超伝導レーストラックダブルパンケーキコイルを試作するとともに、空芯ならびに鉄心内における臨界電流特性を液体窒素中で測定した。その結果、鉄心内におけるコイルの臨界電流について、所謂エッジワイズ巻(線材幅広面を回転子周方向に平行に配置)では臨界電流が殆ど変化しないが、本研究で対象としているフラットワイズ巻(幅広面を周方向に垂直に配置)では510%程度低下することが分かった。また、その結果について、所謂鏡像効果に伴う臨界電流特性の磁界依存性と考えられることを、電磁界解析をベースに示した。さらに、ビスマス系高温超伝導線材を適用した全超伝導機を試作し、線材許容曲げ歪特性の制約から十分な固定子電流容量を得られずに定常回転には至らなかったものの、数秒の回転を確認することができ、即ち研究代表者らが提案している固定子巻線法の妥当性を検証することができた。H22年度には、本年度見出された課題を解決し、定常回転可能なモデル機を試作・試験する予定である。さらには、DSPを利用した可変速回転制御コードの開発と回転制御試験に成功した。最後に、大型発電機設計のための予備概略設計検討を実施した。本年度は、前年度までの成果をベースに、試作した全高温超伝導小型モデル機の回転試験を実施した。また、風力発電他を想定した大形低速発電機の概略設計検討を実施した。さらには、本回転機を直流電気鉄道に適用する解析的検討も実施した。以下に、得られた成果を列記する。(1)市販のコアを利用して、小型モデル機の設計を行った。回転子巻線については、ロータバーに必要な臨界電流が得られるように、使用する高温超伝導線材の並列バンドル数を決定した。また、固定子巻線については、使用する高温超伝導線材の臨界電流値を勘案して巻数を決定した。さらに、決定した巻数を実現するためのレーストラックダブルパンケーキコイルの形状や構成を決定した。(2)設計に基づき、モデル機を試作した。試作に際しては、巻線の各工程において、高温超伝導線の臨界電流特性の劣化が無いか、液体窒素中における実測定によって逐一チェックした。(3)試作機を、既設のメタルクライオスタット内に固定し、液体窒素浸漬冷却後に回転試験を560Hzの駆動周波数において実施した。その結果、全超伝導機としては世界で初めて1800rpmの高速回転試験に成功した。さらには、ビスマス系高温超伝導固定子巻線について、その臨界電流値を超える電流値においても暫時回転状態を維持出来ることを実験的に実証し、即ち全超伝導回転機においても、過負荷耐量の概念が成立することを示した。

(4)非線形等価回路解析に基づいて理論解析を実施し、試作機の限界特性を検討した。(5)上記成果をベースに、風力発電を想定した5MW級高温超伝導かご型誘導同期発電機について、概略ではあるが設計検討を実施した。(6)研究した高温超伝導機を直流電気鉄道へ適用する解析的検討も実施し、同機の回生機能を利用することによって、高効率直流き電システムが実現可能性であることを示した。
ガンマ線バースト放射機構についての理論的研究

ガンマ線バースト放射メカニズムとして、フォトスフェリックモデルの拡張を行い、カンマ線バーストスペクトルの再現を行います。特にフォトスフェリックモデルにジッター放射の効果を組み込むことを計画しています。現在我々の数値シミュレーションでは光球面の位置を、トムソン散乱断面積と電子密度の情報を用いて、光学的厚さ=1となる面と定義しています。しかし、世界の他のグループによるモンテカルロ計算等の研究により、これら光子のLast Scattering領域は、上記アプローチで求めた光球面を含んだ、立体的な構造を持つことが知られています(e.g. Pe'er & Ryde ApJ 2011)。ガンマ線バーストは密度の低いジェットですので、この広がりはスペクトルを議論する上で無視出来ない程の大きさを持つと考えられています。言葉を代えて言えば、よりリアリスティックにエネルギースペクトル再現を試みるためには、モンテカルロ計算を用いて、温度・ローレンツ因子のばらつきを持つ、Last Scattering領域内の各流体要素からの寄与を正確に足し上げる必要があるどいうことです。我々はLast Scatteringによって光子がどのように散乱(逆コンプトン散乱を含む)を経験して、スペクトルの変化、時間の遅れなど経験し、最終的に地球上に到達するのかということをモンテカルロ計算します。この際、モンテカルロ計算にジッター放射の効果を取り込み、世界初のジッター効果入りフォトスフェリックモデルを確立します。これによってガンマ線バーストスペクトルの完全な再現を試みます。査読有論文2本を公表し、国際会議口頭発表も一件行っています。研究は順調に進んでいます。このままの調子で研究を推進します。特に九州大学の共同件きゅ者との共同研究をより推進します。ガンマ線バースト放射メカニズムとして、フォトスフェリックモデルの拡張を行い、ガンマ線バーストスペクトルの再現を行います。しかし、世界の他のグループによるモンテカルロ計算等の研究により、これら光子のLastScattering領域は、上記アプローチで求めた光球面を含んだ、立体的な構造を持つことが知られています(e.g. Pe'er & Ryde ApJ 2011)。言葉を代えて言えば、よりリアリスティックにエネルギースペクトル再現を試みるためには、モンテカルロ計算を用いて、温度・ローレンツ因子のばらつきを持つ、Last Scattering領域内の各流体要素からの寄与を正確に足し上げる必要があるということです。現状としては、アクセプトされておりませんが、上記モンテカルロ計算の論文を一本査読紙に投稿中であり、またジッター放射の解析的な論文については投稿準備中のところまで来ています。研究員Jirong Mao氏の来日は2012年7月であり、年度当初からではないにもかかわらず、フォトスフェリックモデルについて査読論文1本投稿中、ジッター放射モデルについては論文準備中のところまで来ている。このままの方針で研究を進める。平成25年度に於いては平成24年度に得られたモンテカルロ計算を拡張し、ジッター放射効果を取り入れたモンテカルロ計算を実行する。これにより、ガンマ線バーストスペクトルの完全再現を試みる。可能であれば、スペクトルのみならず、当初の研究計画を超えて偏光度についての評価も行う。

これは近年日本の観測衛星イカロスによってガンマ線バーストの偏光が測定されたという報告を受けてのものである。このままの調子で研究を推進します。特に九州大学の共同件きゅ者との共同研究をより推進します。
ホヤの芽体発生を制御する遺伝子の機能解析

本研究では、出芽ホヤの芽体において様々な組織が成体体細胞の分化転換によって生じること、レチノイン酸が分化転換を誘導する内在因子であることを明らかにしてきた。初年度(11年度)はホヤから単離されたレチノイン酸受容本(RARとRXR)がレチノイン酸依存的な転写調節因子として機能すること、レチノイン酸によって発現が誘導されるプロテアーゼ(TRAMP)に細胞増殖活性があることを明らかにした。今年度(12年度)には以下のことを明らかにした。1.TRAMPの活性活性部位に変異を導入し酵素活性をなくした(プロテアーゼドメインのみからなる)タンパクが増殖促進活性を持つ、つまり細胞増殖誘導がプロテアーゼ活性とは別の機能によることがわかった。2.TRAMPN末側のタンパク間相互作用に関与するドメインを1つあるいは2つ含むリコンビナントタンパクを調製し、ウェストウェスタン法によって結合タンパクを探索した。2ndスクリーニングまで進んだが、まだクローンは得られていない。3.TRAMPリコンビナントタンパクを免疫原として抗体を調製した。TRAMP mRNAの間充織細胞における発現はレチノイン酸によって誘導されることがわかっている。レチノイン酸処理した間充織細胞の上清にTRAMPタンパクが分泌されるかどうか、抗体を用いて確認を試みた。4.胚発生におけるRAR/RXRの機能と役割を解析するためにカタユウレイボヤからRARとRXRのcDNA断片を単離した。一方、藤原らの別の研究で解析中のESTデータの中にRAR cDNAの配列を発見した。RAR、RXRの胚における発現を解析し、レポーターアッセイなどによって機能を解析する予定である。我々の研究室では、出芽ホヤの芽体において様々な組織が成体体細胞の分化転換によって生じること、レチノイン酸が分化転換を誘導する内在因子であることを明らかにしてきた。本研究では、平成11年度に以下のことを明らかにした。1.我々が出芽ホヤから単離したレチノイン酸受容体(RARとRXR)の機能解析を行った。in vitro転写/翻訳系で合成したタンパクを用いてゲルシフト解析を行い、ホヤRAR/RXRがヘテロ二量体を形成して特定の塩基配列に結合することを示した。またこの配列を調節領域に持つレポーター遺伝子および組織特異的エンハンサーの下流にRARとRXRをつないだエフェクター遺伝子を同時にホヤ胚に導入し、これをレチノイン酸処理することによって、ホヤRAR/RXRがレチノイン酸依存的な転写活性化能を持つ真の受容体であることを証明した。これは無脊椎動物で初の機能的レチノイド受容体の報告である。2.我々はレチノイン酸の標的遺伝子をディファレンシャルディスプレイ法によって複数同定した。そのうち1クローンは、全長cDNAの構造解析から、N末端側に他のタンパクとの結合モチーフを多数持ち、C末端側にトリプシンに似たプロテアーゼ触媒ドメインを持つ複雑な構造のタンパク(TRAMPと名づけた)をコードすることがわかった。本研究では、TRAMP触媒ドメインのリコンビナントタンパクを作製し、出芽ホヤの囲鰓腔上皮(出芽のとき様々な組織に分化する多能性上皮)由来の株化培養細胞を処理したところ、その分裂・増殖を著しく促進した。市販のトリプシンでは細胞増殖促進活性はないので、これはTRAMPのプロテアーゼ機能とは別の活性と考えられる。3.TRAMPおよびRAR、RXRのmRNAの発現を調べた。いずれの遺伝子のmRNAも、芽体において特定のタイプの間充織細胞で発現していることがわかった。
プロラクチンの魚類色素胞に対する直接作用と体色変化における役割

脳下垂体ホルモン・プロラクチンは魚類の皮膚にある赤色素胞、黄色素胞に直接作用して色素顆粒拡散を誘起するが、黒色素胞には作用しないという特徴的なホルモンであることを見い出した。数種の魚種において同様な結果を得たので、プロラクチンの色素顆粒拡散作用が魚類に一般的な現象であると結論付けた。さらに、こうした作用と、婚姻色との関連を探るために、赤・黄色素胞のプロラクチンに対する反応性に季節的な変化があるかどうかを調べた。野外で飼育したティラピアの赤色素胞は78月に最も高い拡散度を示し、11月には020%の低い反応しかみられなかった。黄色素胞は78月に最もよく反応するものの、他の時期にもある程度の高い反応が観察できた。また、室温が年間を通じて約25°Cに設定されている室内飼育の魚の赤・黄色素胞も年間を通して反応した。これらの結果から、プロラクチンは通常の体色発現にも、赤・黄色素胞を拡散させるという効果で関与しているが、特に繁殖期には、赤い婚姻色の強調に重要な役割を果たすものと推察された。そこで、プロラクチンの血中レベルを調べた。淡水中で飼育されたティラピアのプロラクチン濃度はPRL_<177>が55.7ng/ml、PRL_<188>が3.2ng/mlであった。赤、黄色素胞に対してPRL_<177>が拡散効果を持ち、PRL_<188>は無効であることが本研究でわかったので、ティラピアでは、プラズマレベルの高いPRL_<177>が実際に体色に関与している可能性が示唆された。婚姻色発現個体のプロラクチン濃度については未測定で、引き続き実験する予定である。一方、プロラクチンと男性ホルモン(アンドロゲン)を1日おきに2週間、ティラピアに腹腔内注射したが、婚姻色発現には至らなかった。複雑な調節系が予想される。プロラクチンの細胞内情報伝達系を検討したところ、二次メッセンジャーはサイクリックAMPであり、アデニル酸シクラーゼの活性化を介していることがわかった。本年度は数種の魚種の培養色素胞に対するプロラクチンの生理的作用を中心に解析が進み、次のような知見が得られた。1.黄色素胞・赤色素胞のみがプロラクチンに反応して色素顆粒の拡散が生じ、黒色素胞は全く反応しないという結論は魚類一般に当てはめてよい。2.ティラピアのプロラクチンには2分子種(tPRL_<177>・tPRL_<188>)あるが、その内、tPRL_<177>が色素顆粒の拡散に有効で、この傾向はどの魚種にも共通であった。ヒツジプロラクチンもtPRL_<177>に匹敵する効果を示した。3.ティラピアやメダカの黄色素胞、ソードテ-ルの赤色素胞のように、年間を通じて皮膚に多数存在する明色色素胞(黄色素胞・赤色素胞を指す)は1年中プロラクチンに直接反応した。しかし、春から夏にかけて婚姻色を発現するティラピアやタイリクバラタナゴの赤色素胞は、婚姻色発現の時期には非常によく反応するが、秋から冬にはほとんど反応を示さず、プロラクチンに対する反応性には季節的な変化が認められることもわかった。以上の細胞レベルの解析に加えて、個体レベルでのプロラクチンの役割を実証するために、ティラピアに対するプロラクチンの連続投与を行った。

1日おきに2週間投与したが婚姻色の発現はなく、黄色素胞の反応性にも特に変化はみられなかった。続いて、プロラクチンと男性ホルモン(テストステロン)の投与を2週間行ったが、婚姻色の発現には未だ到っていない。性ホルモンやプロラクチンの濃度の検討、飼育中の環境条件の検討などが求められており、引き続き実験を行っている。本年度は数種の魚種から赤・黄色素胞を分離、培養し、プロラクチンの色素顆粒拡散作用が魚類に一般的な現象であることを確認した。さらに、こうした作用と、婚姻色との関連を探るために、赤・黄色素胞のプロラクチンに対する反応性に季節的な変化があるかどうかを調べた。野外で飼育したティラピアの赤色素胞は78月に最も高い拡散度を示し、11月には020%の低い反応しかみられなかった。黄色素胞は78月に最もよく反応するものの、他の時期にもある程度の高い反応が観察できた。また、室温が年間を通じて約25°Cに設定されている室内飼育のタイリクバラタナゴの赤・黄色素胞は、季節を問わずよく反応した。この条件下では、赤い婚姻色が一年中次々に発現した。同じく、室内飼育のゴクラクハゼ(赤い婚姻色は発現しない種)の赤・黄色素胞も年間を通して反応した。これらの結果から、プロラクチンは通常の体色発現にも、赤・黄色素胞を拡散させるという効果で関与しているが、繁殖期、赤い婚姻色の強調に重要な役割を果たすものと推察される。そこで、プロラクチンの血中レベルを調べた。淡水中で飼育されたティラピアのプロラクチン濃度はPRL_<177>が55.7ng/ml、PRL_<188>が3.2ng/mlであった。PRL_<177>が拡散作用を示し、PRL_<188>は無効であることが昨年度の研究でわかっているので、前者のレベルが高いという結果は、実際にプロラクチンが体色に関与している可能性を支持するものである。婚姻色発現個体については未測定で、引き続き実験する予定である。一方、プロラクチンと男性ホルモン(アンドロゲン)を1日おきに2週間、ティラピアに腹腔内注射したが、婚姻色発現には至らなかった。複雑な調節系が予想される。プロラクチンの細胞内情報伝達系を検討したところ、セカンドメッセンジャーはサイクリックAMPであり、アデニル酸シクラーゼの活性化を介していることがわかった。
電気穿孔法を使った下丘を構成する特定のニューロン群の形態学的解析

ノシセプチン遺伝子のプロモーター部位にコレラトキシンBサブユニットを連結してノシセプチン産生細胞に導入された場合のみレポーター遺伝子であるコレラトキシンBサブユニットを発現する人工DNAを作成し、複数のラットの下丘にエレクトロポレーション法で導入した。標本は固定されて免疫組織化学的に解析され、コレラトキシンBサブユニットの免疫活性について下丘の神経細胞に明瞭な陽性像を得るに至った。また、コレラトキシンBサブユニットとノシセプチンおよびGABAとの単一細胞での共存も確認された。遺伝子導入において一定の成果が得られたと判断されたため、以上の内容を以って解剖学会および聴覚研究会において発表を行い、また日本音響学会聴覚研究会資料に論文として掲載された。遺伝子導入と発現には非常に高い効率での成功し、簡便な成獣ラット神経細胞への遺伝子導入法としてのエレクトロポレーション法を確立することには成功したが、多くの条件検討の結果この方法では遺伝子発現量を維持したまま局所回路の解析に適切なところまで導入細胞を減らすことが難しいことが分かり、この目的のためには別の手段を用いた方が適切であると考えられた。最新の研究においてウイルスベクターの開発が進んでおり、情報収集の結果シンドビスやレンチといった新しく実用化されたウイルスベクターが局所回路の解析目的に適していると考えられた。今後は成獣ラット神経細胞への遺伝子導入法の別目的への応用とウイルスベクターを使った形態学的解析の両者をさらに進めていきたい。まず、計画で申請した人工DNAの作成に成功した。ノシセプチン遺伝子を含むBACのクローンはEnsembl Genome Browserで検索され、該当するBACのクローンが複数存在することが確認された。そのうちRP23-101F9というクローンを入手し、ノシセプチンのプロモーター部位を制限酵素で切り出してサブクローニングした。さらにそのプロモーター部位をコレラトキシンBサブユニットの遺伝子の上流つなぎ合わせ、ノシセプチンのプロモーター支配下にコレラトキシンBサブユニットが発現するような機構にした。作成された人工DNAは以後の解析のため大量に精製した。この人工DNAは培養細胞系にカルシウムリポフェクション法で導入され、コレラトキシンBサブユニットの発現を蛍光抗体法で観察し、蛍光を示す細胞の存在を確認した。これにより人工DNAのノシセプチンプロモーターに充分なプロモーター活性があること、また免疫活性のあるレポータータンパクが確かに作られていることがを確認された。さらにこの人工DNAをエレクトロポレーション法を用いて下丘の神経細胞に導入し発現させる事を試みた。主に成ラットの下丘実質内にDNA溶液を注入し、この用途のために新たに設計された電極を用いて下丘に電位をかけた。この操作の2日後にラットの脳を固定し得られた下丘組織の標本でレポータータンパクであるコレラトキシンBサブユニットの発現を免疫組織化学的に検索し、複数の神経細胞で陽性像を得ることができた。また、二重蛍光抗体法により、コレラトキシンBサブユニットの免疫活性を持つ細胞がノシセプチン及びGABA含有している事を確認した。さらなる確認作業が必要ではあるが、現時点ではプロモーター活性の特異性も確保され、この後の解析に進むことが可能であると期待できる。前年度に作成した人工DNA、すなわちノシセプチン遺伝子のプロモーター部位にコレラトキシンBサブユニットを連結してノシセプチン産生細胞に導入された場合のみレポーター遺伝子であるコレラトキシンBサブユニットを発現する人工DNAを、複数のラットの下丘にエレクトロポレーション法で導入した。さらにまた一部の人工DNAを導入したラット個体からえられた標本について下丘全体を連続切片として免疫組織化学的染色を行うことによる単一神経細胞の形態解析を試みたが、正確な形態解析のためには標識されてくる細胞数が多すぎる等の改善を要すべき点があることが明らかになった。これについては投与DNA量などの条件を変化させて適した条件を検索中である。また、エレクトロポレーション法以外の遺伝子導入法による発現の可能性を探るべく、当研究室で開発中のキトサン-PLLA微細粒子による遺伝子導入を試みたが、現在のところ遺伝子発現を検出しておらず条件を検討中である。

遺伝子導入と発現には非常に高い効率での成功し、簡便な成獣ラット神経細胞への遺伝子導入法としてのエレクトロポレーション法を確立することには成功したが、多くの条件検討の結果この方法では遺伝子発現量を維持したまま局所回路の解析に適切なところまで導入細胞を減らすことが難しいことが分かり、この目的のためには別の手段を用いた方が適切であると考えられた。最新の研究においてウイルスベクターの開発が進んでおり、情報収集の結果シンドビスやレンチといった新しく実用化されたウイルスベクターが局所回路の解析目的に適していると考えられた。今後は成獣ラット神経細胞への遺伝子導入法の別目的への応用とウイルスベクターを使った形態学的解析の両者をさらに進めていきたい。
庭師とのコラボレーションによる環境配慮型住宅のローカルモデルの提案

居住文化の継承と発展の視点から、庭の計画を重視した地域型環境配慮住宅の開発をめざし、京町家を対象とした庭や庭師の調査を行った上で環境配慮型住宅のローカルモデルを提案することを目的として研究を行った。1京町家の庭づくりに携わる庭師に対する調査、2京町家の庭における生活実態調査(京町家の生活を綴った随筆の分析、居住者へのインタビュー)の成果を踏まえ、3庭から考える環境配慮型住宅ローカルモデルの提案にむけた庭師の仕事に関する参与観察調査を行った。そして、庭の機能や住宅内外の関係といった物理的・空間的条件に加え、住宅づくりにおける庭師の役割とそれが発揮される環境整備といった人的条件を明らかにした。伝統的な京町家において蓄積されてきた庭と建物の関係性、および庭の役割と意義を明らかにするために、平成26年度の研究実施計画の1点目である、京町家の庭に携わる庭師を対象とした聞き取り調査を進めた。調査の主対象とした庭師は、京町家の庭だけでなく、寺社仏閣やホテル等の商業建築など幅広い建築物の庭の造園と管理を手がける熟練した技術者である。調査を通じて、1市街地の住宅における庭の意義、および伝統的な京町家街区における庭の連担の合理性、2庭に関する京都独自の事柄として、剪定の技術や素材の豊富さおよびこだわりの強さ、3住まい手による日常的な庭の管理の内容と、特に京都におけるその重要性、4庭の設計の際に重要な判断材料となる視点、について把握することができた。また、住まい手にとっての庭の意義を高める方法として、1作庭への住まい手参加、2庭における生活行為の展開、3室内から見える庭の視覚的効果の活用、4日常的な手入れを庭とかかわる機会として楽しむ工夫、の4点として整理することができた。今年度の研究実施計画の2点目である京町家の庭における生活実態調査として、京町家における京町家における生活を綴った居住者によるテキスト分析、および京町家居住者のインタビュー調査は現在継続中である。さらに、研究実施計画の2点目を発展させ、韓国における伝統的な木造住宅である韓屋における庭と建物の関係性および庭の役割と意義についての調査も行った。本研究課題は、居住文化の継承、発展の視点から、庭の計画を重視した地域型環境配慮住宅の開発をめざし、京町家を対象とした庭の調査を行った上で、庭師とのコラボレーションにより、環境配慮型住宅のローカルモデルを提案することを目的としている。前年度までに行ってきた1京町家の庭づくりにたずさわる庭師に対する調査、2京町家の庭における生活実態調査(京町屋における生活を綴った居住者による随筆の分析、京町家居住者へのインタビュー調査)の成果を踏まえ、3庭から考える環境配慮型住宅のローカルモデルの提案にむけたワークショップ計画の検討を行った。ワークショップ計画の検討にあたって、庭師と建築士のコラボレーションにおける視点や方法を明確にするために、京町家の庭に携わる庭師、および庭との関係を熟慮した住宅の設計に携わる建築士へのインタビュー調査を複数回行った。インタビュー調査の結果、1庭師のタイプの違い(職人タイプかプロデューサータイプ)を考慮する必要があること、2住まい手の維持管理に対する意識や能力も庭の設計内容に影響すること、3建物全体の施工プロセスの中で庭の設計にできること、できないことを考える必要があること、などが明らかになった。また、上記の研究内容2を発展させ、韓国における伝統的な木造住宅である韓屋における庭と建物の関係性、日本国内の歴史的街並みが残る過疎地域の木造住宅における庭と建物の関係性についての調査も行った。本研究の主な研究手法である京町家の庭に携わる庭師との意見交換およびそれにもとづく設計ワークショップ計画の立案に当初の想定以上の時間を要している。そのため、研究計画の遂行は当初の予定よりもやや遅れている。前年度までに行ってきた1京町家の庭づくりにたずさわる庭師に対する調査、2京町家の庭における生活実態調査(京町家における生活を綴った居住者による随筆の分析、京町家居住者へのインタビュー調査)の成果を踏まえ、3庭から考える環境配慮型住宅のローカルモデルの提案にむけたワークショップ計画の検討を行った。当初の研究計画ではワークショップを開催する予定であったが、ワークショップの準備の過程において庭師の仕事は想定していたよりも多様で複雑であり、ワークショップという仮想的な環境のもとでは庭師と建築士のコラボレーションの可能性を探ることが困難であることが明らかになった。また、建築士とのコラボレーションについて豊富な実績を有する庭師の協力を得ることができたことから、研究方法を変更し、上記の庭師を対象としたインタビューや参与観察等の方法によって分析し、住宅づくりにおける庭師の役割とそれが発揮される条件を明らかにした。

1京町家の庭づくりに携わる庭師に対する調査、2京町家の庭における生活実態調査(京町家の生活を綴った随筆の分析、居住者へのインタビュー)の成果を踏まえ、3庭から考える環境配慮型住宅ローカルモデルの提案にむけた庭師の仕事に関する参与観察調査を行った。そして、庭の機能や住宅内外の関係といった物理的・空間的条件に加え、住宅づくりにおける庭師の役割とそれが発揮される環境整備といった人的条件を明らかにした。京町家における生活を綴った居住者によるテキスト分析、および京町家居住者のインタビュー調査について、平成26年度で完了する予定であったが、予想よりも内容が増えたため、調査内容のとりまとめおよび分析を平成27年度にも継続して行うこととしたが、全体としておおむね順調に進展している。庭師との意見交換そのものは継続的に行っており、庭師のタイプ、庭の維持管理、建物の施工との関係など、当初想定していたよりも多くの重要な論点を抽出することができた。今後は、このような論点を踏まえた設計ワークショップを実施することで、当研究課題の目的をより精緻に達成することが可能になると思われる。都市計画・建築計画まず、継続して行っている京町家の庭における生活実態調査として、京町家における生活を綴った居住者によるテキスト分析、および京町家居住者へのインタビュー調査の分析およびとりまとめを行う。また、研究代表者らが基本計画および基本設計に携わり、庭の計画を重視して建設された住宅団地(『平成の京町家東山八坂通』2014年2月竣工)の居住者を対象としたヒアリングを行い、入居後1年を経過しての居住者による庭への評価についても調査を行う。次に、これまでの調査結果をふまえて、庭師とのコラボレーションによる環境配慮型住宅のローカルモデルを構想する。具体的には、庭師との協働による庭の計画案の作成、建築士による設計ワークショップの開催、作成した設計案について評価、の3段階を予定している。その際には、具体的な敷地を想定し、周辺環境や方位などの敷地条件から、住宅の計画より先行して庭の計画案を作成した上で、建築士による設計ワークショップを開催する。作成した案の評価においては、町家居住者や大工棟梁、環境工学の研究者などの協力を得る予定である。本研究の主な研究手法である京町家の庭に携わる庭師との意見交換およびそれにもとづく設計ワークショップ計画の立案に当初の想定以上の時間を要しており、研究計画の遂行は当初の予定よりもやや遅れている。そのため、次年度への研究機関の延長を希望した。物品費が予定より少なくなったことから、一部のみ次年度使用額が生じた。今後は、このような論点を踏まえた設計ワークショップを実施することで、当研究課題の目的を延長した研究機関内により精緻に達成することが可能になる。京町家の庭における生活実態調査の参考となる書籍の購入等に充てる予定である。
インド・バングラデシュにおけるPM2.5暴露経路の解明と健康影響低減政策の研究

本年度は、バングラデシュを対象に、PM2.5が幼児の健康に及ぼす影響を分析するために、以下の研究を実施した。(1)バングラデシュを対象にしたDemographic and Health Survey(DHS)のデータ(個人レベルのデータ。2011年および2014年調査の2期間)、および、衛星データによって観測されるPM2.5濃度の測定値(van Donkelaar et al., (2018)によって提供されたデータ。1kmグリッドの空間解像度)を取得した。(2)取得したデータを加工し、分析のためのデータベースを構築した。具体的には、1DHSデータには、個々の個人の居住地に関するGPS情報が付与されているため、その情報を用いて、衛星による観測データとマッチングし、各サンプルにおける大気暴露をリンクさせた(これを室外汚染の暴露量をみなした)、2幼児の健康状態として、低体重かどうか、成長阻害かどうか、咳症状があるかどうか、息切れ症状があるかどうかの4つの指標を用いることとした。3家庭内の燃料消費(料理など)によって生じる室内汚染の代理変数として、家庭内で固形燃料を使用しているかどうかのダミー変数(使用している家計は室内汚染にさらされ、そうでない家計は室内汚染にさらされていない)を作成した。4幼児の大気汚染暴露量として、誕生前の母胎内での室外汚染暴露量、誕生後の室外暴露量を区別し、それそれの暴露量を計算した。(3)構築したデータベースを用いて、幼児の健康状態を被説明変数とし、幼児の暴露を、幼児の母胎内室外汚染暴露量、誕生後の室外暴露量、室内汚染の3つの指数に区別し、幼児の健康関数に関して、予備的推計を実施した。その結果、母胎内での室外の暴露は、低体重を引き起こし、生後の室外暴露は低体重および呼吸器疾患を引き起こす傾向があることがわかった。当初は、家計調査(各家計で計測機器を設置し、暴露量を測定。加えて、家族属性情報の収集など)のプレ調査を実施する予定にしていた。しかし、家計調査を主に担当する予定にしていた者が、昨年春に、脳梗塞(軽い症状)に罹患し、療養を余儀なくされたため、海外での調査を実施することができなかった。このため、研究計画を変更し、1年目に予定していた研究内容を2年目に実施することとし、2年目に予定していた研究を1年目に実施することとした。このため、2年目に実施予定であった研究は予定通り順調に実施されているが、1年目に予定していた研究が2年目に実施することとした。このように、当初の研究計画の順序を変更したものの、全体計画自体は変更せずに済むものと考えており、おおむね順調に推移しているといえる。先に述べたように、健康上の理由から、当初予定していた研究計画を変更し(内容は変更せず、研究予定の順序を変更した)た。具体的には、1年目に予定していた研究内容を2年目に実施することとし、2年目に予定していた研究を1年目に実施することとした。

このため、研究計画を変更し、1年目に予定していた研究内容を2年目に実施することとし、2年目に予定していた研究を1年目に実施することとした。このため、2年目に実施予定であった研究は予定通り順調に実施されているが、1年目に予定していた研究が2年目に実施することとした。このように、当初の研究計画の順序を変更したものの、全体計画自体は変更せずに済むものと考えており、おおむね順調に推移しているといえる。先に述べたように、健康上の理由から、当初予定していた研究計画を変更し(内容は変更せず、研究予定の順序を変更した)た。具体的には、1年目に予定していた研究内容を2年目に実施することとし、2年目に予定していた研究を1年目に実施することとした。
多段連続培養を利用した嫌気性微生物叢の階層的共生機構の解明とメタン生成の高効率化

汚泥消化プロセスに関わる微生物叢を3段連続型バイオリアクターに大別して培養することによりそれぞれの共生関係を探り,高効率なメタン生成プロセスの設計を目的としたものである。全量2Lの3段直列連続培養を行った結果, CODおよびメタン発生量に関して並列培養に比べて効率が約50%上昇したが, 16SrRNAのrealtimePCR分析では各槽のバクテリアおよび種々メタン生成アーケアの分布に顕著な差は認められなかった。一方, 200ml小型培養器の嫌気汚泥に対して増殖速度の速い外来のメタン生成アーケアMethanothermococcus okinawensisの移植を試み, T-RFLP分析によるM. okinawensisの増殖とメタン蓄積量の増加が観測された。下水処理によって大量発生する余剰汚泥や都市型生ゴミなどを嫌気的な微生物群により分解して有機質の持つエネルギーをメタンガスとして回収する取り組みが積極的に行われてきている。本研究は,この嫌気的な汚泥消化・メタン生成プロセスに関わる複雑な微生物叢を階層的に特徴が類似している三つの微生物群(加水分解菌群,水素・酢酸生成菌群,メタン生成アーケア群)に大別し,これらの培養に多段連続型バイオリアクターを導入することよって嫌気性微生物の共生関係を解明し,高効率なメタン生成プロセスを設計することを目的とする。先ず,各槽2Lから成る3段直列メタン生成培養装置を製作し,各槽同一の条件で嫌気汚泥の連続培養を試みた。その結果,連続運転における様々な問題(汚泥濃度,液供給速度,ガス出口装置形状など)が明らかとなり,これらを考慮して装置を改良し,その運転を行なっている。また,小型の密閉型ガラス培養器も製作し,回分培養による培養温度条件の検討を行った。一方,嫌気微生物群を分析するためのリアルタイムPCRに用いるプライマーの作成と改良を試み,分析条件の検討を行なった。余剰汚泥や都市型生ゴミなどを嫌気的な微生物群により分解してメタンを回収する取り組みが行われている。本研究は,この嫌気的な汚泥消化・メタン生成プロセスにかかわる微生物叢を三つの微生物群(加水分解細菌群,水素酢酸生成細菌群,メタン生成アーケア群)に大別し,多段連続培養によって嫌気性微生物の共生関係に関する情報を得て高効率なメタン生成プロセスの設計を目指したものである。容量2Lの培養槽3基を並列に並べ,温度42°C,滞留時間15dで2ヶ月間連続運転を行った。菌叢, COD,メタン発生量が安定した後,培養槽を直列に連結し,滞留時間を10dに低下させて3段直列連続培養を行った。その結果,メタン濃度は一段目培養槽では約70%で定常になり,二段目と三段目では一段目より少し遅れてそれぞれ約45%と20%の定常値となった。CODも下流槽になるに従って低下し, 3段目では50mg/mlであった。これは,流速が遅い並列培養での値とほぼ等しく,多段直列培養によって効率が約50%上昇することが分かった。直列運転開始前と開始後67dにおける各槽のバクテリアおよび種々メタン生成アーケアの分布を16SrRNA遺伝子のreal time PCRコピー数から解析したところ, CODやメタン発生量に大きな差があるにもかかわらず,各培養槽に顕著な差は認められなかった。今後,培養をさらに継続すると共に,培養温度を変化させて状況を観察する必要がある。一方, 200ml小型培養器を用いて嫌気汚泥の静置培養を行い,これに増殖速度の速い外来のメタン生成アーケアMethanothermococcus oklnawensisの移植を試みたところ,メタン蓄積量の増加が観測された。さらに, T-RFLPで分析したところM. okinawensisの増殖が確認できた。今後,多段直列培養槽への移植によるプロセスの効率化を検討する。
原発性胆汁性肝硬変の発症・病態形成における新規疾患感受性遺伝子の役割

日本人PBCの新規疾患感受性遺伝子として同定されたTL1Aは、PBC患者の血中・肝局所において顕著に増加していた。血中TL1Aは、治療薬であるウルソデオキシコール酸によりPBC非進行群において有意に減少するが、PBC進行群では持続高値であることが明らかとなった。これらの結果は、TL1AがPBC、特に進行群患者において新たな治療標的である可能性を示唆する。また、in vitroとin vivoの解析から、単球、マクロファージ、胆管上皮細胞から産生されるTL1Aは直接的に胆管障害に関与するよりも、Tリンパ球を介しPBCの病態形成に関与する可能性が示唆された。原発性胆汁性肝硬変(PBC)の新規感受性遺伝子TNFSF15からコードされるタンパクTL1Aが、PBCの血中において健常人コントロールと比較し有意に増加していた。PBC肝局所におけるTL1A遺伝子発現は、血中TL1Aと同様に非疾患コントロールと比較し増加していた。PBC進行群患者の肝局所におけるTL1A遺伝子発現はPBC非進行群患者よりも高い傾向を示した。肝局所のTL1A陽性細胞は、血管、クッパー細胞、胆管細胞、浸潤リンパ球であり、PBC患者ではこれらのTL1A陽性細胞数が非疾患コントロールと比較し増加していた。これらの結果からTL1Aは、PBCの病態形成に関与するだけでなくPBC活動性や病期のマーカーとなる可能性が示唆された。また、PBC非進行群患者の血中TL1AはPBC治療薬であるウルソデオキシコール酸(UDCA)により有意に減少するのに対し、PBC進行群患者では血中TL1Aの有意な減少は認められなかったことから、TL1AはUDCA治療抵抗性患者であるPBC進行群に対する新たな治療標的となる可能性が示唆された。培養胆管細胞(HIBEC)はTL1Aを恒常的に発現し、2本鎖RNAであるpolyI:C刺激により可溶型TL1A産生の増加を認めた。HIBECにおけるpolyI:C誘導性TL1A産生は、ADAM阻害剤であるTAPI-1により顕著に抑制されたことから、膜型タンパク切断による可溶型タンパク分泌機構であるEctodomainsheddingを介し誘導されていると考えられた。これらの結果は、胆管細胞から産生されるTL1AがPBC肝局所におけるTL1A発現増加やPBC病態形成に関与する可能性を示唆する。PBC肝内におけるTL1AとそのレセプターであるDR3の陽性細胞を明らかにするとともに、PBC病態形成に関与するTL1A-DR3経路の解析をおこなった。PBC肝浸潤リンパ球におけるTL1A陽性細胞は主に単球・マクロファージであり、傷害胆管の周囲に多く認められた。肝内TL1A遺伝子発現は、PBCの疾患活動性が高い群は低い群と比較し有意に高値であった。PBC肝内におけるDR3陽性細胞は、主に胆管細胞、浸潤単核球であった。浸潤単核球の主なDR3陽性細胞はT細胞であり、PBCの病態形成に関与が指摘されているIL-17産生T細胞にもDR3発現が認められた。In vitroの解析により、DR3は、ヒト末梢血単核球では細胞表面と細胞内に発現するのに対し、胆管細胞では細胞内にしか発現が認められなかった。TL1Aは、培養胆管細胞からのケモカイン・サイトカイン産生や抗Fas抗体,TRAIL,可溶型CD40リガンドによる培養胆管細胞のアポトーシス誘導に顕著な影響を及ぼさなかった。一方、TL1Aは既報の如くナイーブCD4陽性T細胞からIL-17産生T細胞の分化を促進した。以上の結果から、単球、マクロファージ、胆管上皮細胞から産生されるTL1Aは、胆管上皮細胞のサイトカイン・ケモカイン産生、アポトーシス誘導を介し直接的に胆管障害に関与するよりも、Tリンパ球を介しPBCの疾患活動性に関与する可能性が示唆された。日本人のPBCとクローン病に共通する疾患感受性遺伝子としてTNFSF15,CXCR5,ICOSLG,IL12B,STAT4を同定した。両疾患の発症に対しTNFSF15,CXCR5,ICOLGのリスクアリルは同一であったが、IL12B,STAT4のリスクアリルは異なっていたことから、これらの遺伝子の多型は両疾患の病態形成の共通性と異質性に関与している可能性が考えられた。肝臓病学PBC患者の血中・肝局所におけるTL1Aの解析成果を論文(Liver International 2014)にて報告することが出来た。PBC肝局所におけるTL1Aの役割を明らかにするために、引き続きPBC患者検体や培養胆管細胞を用いて解析する予定である。
情報環境エンリッチメントによる新たな健康・医療戦略「情報医療」の開発

脳は化学物質によって作動する臓器の一つであり、その情報処理過程も化学反応であることから、脳では「情報と物質の等価性」の原理が成り立つ。こうした認識のもと、研究代表者らは物質的側面から脳病態にアプローチする従来医療を補完する新しい健康・医療戦略として、情報処理の側面から脳の健康にアプローチする〈情報医療〉を提唱し、その方法論の確立と有効性の検証を進めてきた。本研究は、情報環境エンリッチメントがもたらす生体への効果と作用機序を、齧歯類を用いた基礎研究と、健常者および精神・神経疾患を対象とする臨床研究とを統合した実証研究によって明らかにすることを通して、〈情報医療〉の体系化を目指す。本研究は、脳の健康と精神・神経疾患の病態を情報処理の側面から理解する情報医療の体系化と、情報環境エンリッチメントを健康増進ならびに精神・神経疾患や生活習慣病の予防と治療に応用する方略を開発することを目的としている。音情報を中心とした情報環境エンリッチメントの生体に対する生物医学的効果と作用メカニズムを、基礎研究と臨床研究とを統合することで検証する。超高周波成分を含む音情報を中核とする情報環境エンリッチメントによる健康増進作用について、学術的な知見の体系化と臨床的エビデンスの確立を目指している。その遂行により、薬物治療中心の現代物質医療に対置される「情報医療」の新たな健康増進・医療戦略としての確立が期待される。
多様な土壌条件に対応し得る三次元耕うんシミュレータの開発

耕うんは作土を作物の栽培に適した状態に調整する重要な農作業のひとつである.近年では,土壌-耕うん機器間の相互作用の解明や耕うん機器の開発時間ならびにコスト削減のため,数値解析手法の開発が試みられている.本研究では,三次元個別要素法に基づく土壌耕うんシミュレータの開発を行い.プラウ表面に作用する土壌抵抗や土壌の切削現象を解析した.さらに,解析結果と実測結果の比較・照査により,両者が定性的に一致することを示した.近年の農作業の省力化や環境保全型農業への関心の高まりから,省耕起,浅耕法,部分浅耕法などの新しい耕うん技術が多数開発され実用化されている.これらの耕うん技術は実機試験や栽培試験等によってその有効性の評価が行われている.本研究では,耕うんメカニズムやプロセスの解明を行うため,数値計算力学的手法の一手法である三次元個別要素法を用いた耕うんシミュレータの開発を行った.23年度では,耕うんシミュレーションに用いる土壌の材料定数(土壌の剛性,土壌粒子間の粘着力および結合力)の推定を行った.次に,実際に圃場で用いられているはつ土板プラウを採寸して作成したプラウの三次元形状モデルを用いて,(1)プラウ面に作用する各分力値の予測とその妥当性を文献データと比較・照査し,解析結果が実測結果と同様の傾向で計算できること,(2)土壌特性の違いが土壌の反転性に及ぼす影響を定性的に評価できることを示した.24年度では,前年度の解析結果を踏まえて,その精度向上を目的に,まず,室内土壌槽を用いた耕うん実験装置を製作し,小型ディスクプラウによる土壌切削実験を行った.実験では,小型ロードセルを用いた切削抵抗,三次元スキャナを用いた土壌表面の切削痕形状の計測を行った.一方,三次元スキャナを用いて供試したディスクプラウの三次元形状モデルを作成し,同形状モデルを導入した耕うんシミュレーションを行い,得られた解析結果を実測結果と比較・照査した.その結果,解析では土壌を構成する個別要素粒子の数に限界があることから,平均の切削抵抗はほぼ同程度に予想されたのに対し,その変動波形は実測結果に比べて上下に大きく振動する傾向を示した.この点は土壌モデルの再検討が必要と判断された.土壌表面の切削痕については両者に比較的良い一致が認められた.耕うんは作土を作物の栽培に適した状態に調整する重要な農作業のひとつである.近年では,土壌-耕うん機器間の相互作用の解明や耕うん機器の開発時間ならびにコスト削減のため,数値解析手法の開発が試みられている.本研究では,三次元個別要素法に基づく土壌耕うんシミュレータの開発を行い.プラウ表面に作用する土壌抵抗や土壌の切削現象を解析した.さらに,解析結果と実測結果の比較・照査により,両者が定性的に一致することを示した.近年では,農作業の省力化や環境保全型農業への関心の高まりから,省耕起,浅耕法,部分浅耕法などの新しい耕うん技術が多数開発され実用化されている.これらの耕うん技術は実機試験や栽培試験等によってその有効性が実証されつつあるが,耕うんメカニズムひいてはプロセス全般を解明するまでには至っていない.本研究では,三次元個別要素法を用いた耕うんシミュレータの開発により,耕うん作業時の土壌の切削,破砕,反転,投てき現象を再現するとともに,既存の耕うん技術による土壌環境改善効果の検証ならびに耕うんメカニズムの解明,ひいては新たな耕うん技術・装置の開発に寄与し得る基礎データの収集を行うものである. 23年度においては,まず,三次元個別要素法による土壌の力学挙動表現に不可欠となる土壌の剛性,土壌粒子間の粘着力および結合力の推定を行った.具体的には,個別要素法における粒子間バネ定数,粘性減衰係数,摩擦係数に加え,土壌塊の表現に必要となる粒子間結合バネ定数を,過去に実施した圃場土壌の土質試験デーならびに国内外の論文等の実測結果を参考に同定を行った.一方,九州大学附属農場が保有するはつ土板プラウと所属研究室が保有する小明渠作溝用サイドディスクを採寸し,これらの三次元数値モデルの作成を行った.さらに,サイドディスクのモデル化に関しては,本研究費で購入した三次元レーザスキャナを用いた三次元数値モデルの作成も試みた.以上のデータを用いて耕うんシミュレーションを行った結果,はつ土板プラウに関しては,(1)プラウ面に作用する各分力値が文献値と同様の傾向で予測できること,(2)土壌特性の違いが土壌の反転性に及ぼす影響を評価できることなどを示した.他方,サイドディスの解析では,ディスク取付角度の違いが作溝特性に及ぼす影響を評価できる可能性を示した.23年度にロータリ耕うんの試験を行う予定であったが,使用圃場の手配と耕うんシミュレータの開発に予定した以上の時間を要したため,次年度に行うこととした.このため,23年度では,けん引式耕うん作業であるプラウによる耕うん現象の解析を優先して進めた.24年度では,九州大学構内実験土槽において耕うん試験を実施する.