hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
精巣上体における精子の選択的分子獲得機構に関する研究

精子は精巣上体通過中に、内腔液から機能性分子を選択的に取り込むことで受精能力を獲得する(精巣上体成熟)。最近、このプロセスが精巣上体で分泌されるエクソゾームにより仲介されることが報告されたが、選択的分子獲得に関わるメカニズムは明らかではない。本研究では、精巣上体成熟機構を細胞膜の機能解析を通して解明することを目的とした。その結果、精子はエクソゾームからタンパクを選択的に獲得する可能性が示唆された。また、タンパクの獲得を制御する精巣上体管内腔液のpH調節には、上皮細胞群における細胞内シグナリング経路の関与が示唆された。さらに、エクソゾームは主に精巣上体頭部で分泌される可能性が示唆された。最近までの研究から、精巣上体上皮細胞が管内腔に分泌するエクソゾームは、膜ラフトを介して精巣上体成熟において精子の選択的外部タンパク獲得を促進していると考えられた。そこで本研究では以下2つの実験計画を遂行している。1)膜ラフトの精子精巣上体成熟における機能的役割まず、と蓄場由来ブタ精巣上体にマイクロカニューラを使って精巣上体エクソゾームの還流を試みた結果、精巣上体尾部内容物の回収に成功した。その後その内容物を超高速遠心分離に供し、エクソゾームを含む分画を獲得した。次に、ビオチンで標識したエクソゾームを精子と共培養に供した後、精子の獲得したタンパク質のプロファイルをSDS-PAGEで調べた。この結果、一部のエクソゾームタンパクが精子において確認されたことから、エクソゾームは精子の選択的タンパク質獲得に関与していることが判った。しかし、SDS-PAGEで検出されたタンパク質シグナルは微弱だったことから、現在実験条件の最適化を進めている。今後条件を最適化でき次第、膜ラフトを崩壊させたエクソゾームを使って、同様の共培養実験を進める。また、ブタにおいて精巣上体一次培養細胞の確立を行った。その結果、マウスと比べブタでは精巣上体細胞を効率的に分離できないことが判った。この原因は、精巣上体塊に含まれる精子やその他結合組織がマウスに比べ多いことによると推察される。そこで精巣上体からの精子の前除去、および消化酵素量を変更し実験条件の検討を進めている。2)膜ラフト制御下にある機能性タンパク分子種の同定回収したエクソゾームをSDS-PAGEに供した結果、様々なタンパク質がエクソゾームに会合していることが判った。しかし、タンパク質シグナルが微弱であることから、エクソゾームを増量して条件検討を行っている。条件検討が終わり次第、界面活性剤(TX-100)不溶性分画のプロテオームを進める予定である。最近までの研究で、精子の精巣上体成熟は、精巣上体上皮細胞から分泌された機能性タンパク質と会合するエクソゾームが、膜ラフトを足場として精子と膜融合することによることが示唆されている。しかし、現在までの知見は非生理的条件下で行われた体外培養試験によるものが多い。そこで今年度はマウス精巣上体を使って上皮細胞によるエクソゾーム分泌の特性解明に取り組むと共に、精子とエクソゾームの膜融合が精巣上体のどの部位で起こっているか検討した。まず、膜ラフトに特異的に存在するGM1のマーカーを用いて、凍結精巣上体組織においてエクソゾームの局在を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。その結果、エクソゾームは精巣上体頭部の一区画に集中的に存在していることが分かった。また興味深いことにその周辺区画においてはエクソゾームを含む特定細胞種が存在していることも分かった。共焦点レーザー顕微鏡像の解析の結果、エクソゾームを豊富に含む特定細胞は上皮細胞のうち分泌型として知られるクリアー細胞であることが推察された。そこでクリアー細胞特異的に発現するV-ATPaseB1およびa4サブユニットの局在とエクソゾームの局在を比較した。その結果、エクソゾームを豊富に含む特定細胞がクリアー細胞であることが分かった。精子とエクソゾームが精巣上体のどの部位で膜融合を起こすのか調べるため、精巣上体頭部、体部および尾部から回収した精子におけるGM1量を比較した。その結果、GM1量は精巣上体頭部で最も多く、以後体部、尾部に掛けて減少することが分かった。このことからエクソゾームと精子の膜融合は、精巣上体頭部で主に起こっている可能性が示唆された。本研究の結果を踏まえ、今後は精巣上体成熟期間中にエクソゾームを介して精子が獲得するタンパク質分子の機能的役割を調べると共に、マウス精巣上体上皮細胞の培養手法を確立することで体外実験系の構築に取り組む。

26年度が最終年度であるため、記入しない。繁殖生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。まず、実験の開始が赴任から間がなかったため、実験室環境のセットアップに時間が相当の時間を費やすことになり、十分に実験の時間がとれなかったことが理由の一つである。この問題は徐々に緩和されてきているので、今後は実験の進展も早くなると考えられる。この状況下でも、精巣上体から分離したエクソゾームをブタ精巣上体精子と共培養した際、一部タンパク質の以降が起こることを示す知見が得られたことは率直に評価したいと考えている。また、本実験は、申請者が確立したマウス精巣上皮一次培養細胞の作製法を元に、ブタ精巣上体でも同様の実験を遂行する予定であったが、思わぬところでマウスと比較してブタ精巣上体上皮一次培養細胞の単離が困難であることが判明した。現在、従来法に修正を加え、実験条件の最適化を進めている。今年度の実験によって、実験上の様々な問題点が浮き彫りにされた。ます、今後マススペクトロメトリーを使って、エクソゾームから精子へ移行したタンパク質種を同定するためには、SDS-PAGEである程度のタンパク質シグナルを得る必要がある。そのため、より多くのタンパク質がビオチン化されるような処理条件への変更、ならびに実験に用いるエクソゾームの量を増やすなどして対応したいと考えている。またブタにおいて精巣上体一次培養細胞の確立に技術的障害があることが判明したため、まず従来法の改良など実験条件の検討を進めている。万が一、以上の取り組みで技術的障害が取り除けない場合には、精巣上体一次培養細胞を使った実験をブタからマウスに変更することで解決を図る予定である。この精巣上体上皮一次培養細胞の確立は、本年度計画している精巣上体成熟における上皮細胞ー精子幹のクロストーク機構の解明に不可欠であることから、現実的に対応をしたいと考えている。さらに本年度は、エクソゾームからの精子へのタンパクの移行を促進する生理条件、ならびに機能的役割を調べる計画にしている。万が一、精巣上体一次培養細胞の利用が、ブタからマウスに変更された場合には、当初計画のエクソゾーム処理精子による人工授精は技術的に遂行不可能となるので、代替法として体外受精法の利用を計画している。
革新的チタン-アミン反応剤を用いる有機反応の開発とファインケミカルズ合成への応用

ルイス酸-アミン反応剤は,従来塩基法とは異なる優れた反応性・選択性を示す.これらの特徴を利用して,これまでに独自のTi-Claisen縮合,aldol付加反応,さらにはオキシムエーテルを用いるMannich型付加反応を開発してきた.また,これらを利用することで,有用な天然物・香料・医薬・新規ファインケミカルズの合成への短段階・実用的合成への応用を行ってきた.最近,これまでに報告例のなかった不斉交差型Ti-Claisen縮合,さらには類型のaldol付加,Mannich付加への展開に成功した.これらは,キラルテンプレート効果を利用する不斉反応であり,予想以上の一般性を持つことが分かり,ほぼ100%の交差選択性,および>95%の立体制御を可能とした.基質は極めて調整が容易であり,不斉補助剤も回収することが可能である.これら反応群の合成適応範囲を格段に向上させ,これらを駆使し特異機能分子,すなわち,光学活性医農薬や複雑な構造を有する生理活性天然物の短段階効率的不斉全合成を進行中である.今年度は,上述の反応を利用して,植物毒性天然物;Alternaric acid(10段階,通算収率13%),および血管新生阻害活性天然物;(-)-Azaspirene(22段階,通算収率2.7%)の不斉全合成を達成した.前者は鎖状3連続不斉中心を有する化合物で,2例目の全合成であり,工程数・通算収率ともに優れている.後者はスピロ環骨格および3連続不斉中心を有する最近注目の化合物で3例目の合成例であり,工程数・通算収率は2番目である.今後,これらの研究の更なる展開として,一連の革新的アシル化の重要な研究として,光学活性α-ヘテロ原子ブロックの実用的合成法の確立を目指し,大学や企業で広く利用できるレヴェルまで引き上げる.ルイス酸-アミン反応剤は,従来塩基法とは異なる優れた反応性・選択性を示す.これらの特徴を利用して,これまでに独自のTi-Claisen縮合,aldol付加反応,さらにはオキシムエーテルを用いるMannich型付加反応を開発してきた.また,これらを利用することで,有用な天然物・香料・医薬・新規ファインケミカルズの合成への短段階・実用的合成への応用を行ってきた.最近,これまでに報告例のなかった不斉交差型Ti-Claisen縮合,さらには類型のaldol付加,Mannich付加への展開に成功した.これらは,キラルテンプレート効果を利用する不斉反応であり,予想以上の一般性を持つことが分かり,ほぼ100%の交差選択性,および>95%の立体制御を可能とした.基質は極めて調整が容易であり,不斉補助剤も回収することが可能である.これら反応群の合成適応範囲を格段に向上させ,これらを駆使し特異機能分子,すなわち,光学活性医農薬や複雑な構造を有する生理活性天然物の短段階効率的不斉全合成を進行中である.今年度は,上述の反応を利用して,植物毒性天然物;Alternaric acid(9段階,通算収率16%),および血管新生阻害活性天然物;(-)-Azaspirene(24段階,通算収率2.3%)の不斉全合成を達成した.前者は鎖状3連続不斉中心を有する化合物で,2例目の全合成であり,工程数・通算収率ともに優れている.後者はスピロ環骨格および3連続不斉中心を有する最近注目の化合物で3例目の合成例であり,工程数・通算収率は2番目である.今後,これらの研究の更なる展開として,一連の革新的アシル化の重要な研究として,光学活性α-ヘテロ原子ブロックの実用的合成法の確立を目指し,大学や企業で広く利用できるレヴェルまで引き上げる.ルイス酸-アミン反応剤は,従来塩基法とは異なる優れた反応性・選択性を示す.これらの特徴を利用して,これまでに独自のTi-Claisen縮合,aldol付加反応,さらにはオキシムエーテルを用いるMannich型付加反応を開発してきた.また,これらを利用することで,有用な天然物・香料・医薬・新規ファインケミカルズの合成への短段階・実用的合成への応用を行ってきた.最近,これまでに報告例のなかった不斉交差型Ti-Claisen縮合,さらには類型のaldol付加,Mannich付加への展開に成功した.これらは,キラルテンプレート効果を利用する不斉反応であり,予想以上の一般性を持つことが分かり,ほぼ100%の交差選択性,および>95%の立体制御を可能とした.基質は極めて調整が容易であり,不斉補助剤も回収することが可能である.これら反応群の合成適応範囲を格段に向上させ,これらを駆使し特異機能分子,すなわち,光学活性医農薬や複雑な構造を有する生理活性天然物の短段階効率的不斉全合成を進行中である.今年度は,上述の反応を利用して,植物毒性天然物;Alternaric acid(10段階,通算収率13%),および血管新生阻害活性天然物;(-)-Azaspirene(22段階,通算収率2.7%)の不斉全合成を達成した.前者は鎖状3連続不斉中心を有する化合物で,2例目の全合成であり,工程数・通算収率ともに優れている.後者はスピロ環骨格および3連続不斉中心を有する最近注目の化合物で3例目の合成例であり,工程数・通算収率は2番目である.今後,これらの研究の更なる展開として,一連の革新的アシル化の重要な研究として,光学活性α-ヘテロ原子ブロックの実用的合成法の確立を目指し,大学や企業で広く利用できるレヴェルまで引き上げる.
居住選好特性に着目したコンパクトシティ誘導手段とその評価に関する研究

本研究では,日本の全国,都道府県,市の各層において土地・住宅・世帯特性と居住選好や宅地評価の関係を分析し,コンパクトシティへの誘導手段の検討のための科学的知見の提供を試みた.その結果,現在は交通,買い物,医療などの便の悪い郊外の一戸建て住宅に住む中高年世帯が都心部への住み替えを志向している傾向がうかがえた.すなわち,このような都心部への住み替え志向の高い世帯を念頭においた適切な誘導策を施せば,都市集住が進む可能性が示唆された.また,このような都心集住が環境負荷削減に繋がることも定量的に示した.本研究では,日本の全国,都道府県,市の各層において土地・住宅・世帯特性と居住選好や宅地評価の関係を分析し,コンパクトシティへの誘導手段の検討のための科学的知見の提供を試みた.その結果,現在は交通,買い物,医療などの便の悪い郊外の一戸建て住宅に住む中高年世帯が都心部への住み替えを志向している傾向がうかがえた.すなわち,このような都心部への住み替え志向の高い世帯を念頭においた適切な誘導策を施せば,都市集住が進む可能性が示唆された.また,このような都心集住が環境負荷削減に繋がることも定量的に示した.平成21年度は,まず滋賀県全体を対象とした低炭素社会に関するバックキャスティング研究の成果を題材に,中長期的にみてどのような政策転換が地域の交通部門や土地住宅部門において求められるのかを検討した。その研究の成果をまとめると,次のとおりである。1)地域社会で長期的に旅客自動車交通需要を大幅に削減するためには,自動車分担率と自動車トリップ長の両方を削減する必要があり,そのためには,可住地人口密度を高めることに加え,自市町村での通勤比率を維持・向上していくこと(企業の安定立地・誘致)も重要である。2)現実に,滋賀ではDID人口が2000年2005年の5年間で2割増加している市もあり,思い切った政策誘導によりこのような人口密度目標を設定することは理不尽ではない。3)人口に占めるDID人口割合が高く自動車に依存しない市ほど住宅地地価は高く,資産としての魅力を維持しうるポテンシャルが高い。4)高密度地域や集合住宅の居住者は,住宅の広さや自然へのふれあい面で不満をもっており,自然環境へのアクセスを充実させながら,一定の広さと質を確保した集合住宅を整備・誘導して人口を集積することは,温室効果ガス排出削減面のみならず税収面でも有効な政策となる。5)ガソリン消費に対する価格弾性値は全国では-0.43に対し滋賀では-0.91と高く,地域によっては自動車燃料税制の見直しにより大幅な燃料消費削減が見込める。平成22年度は滋賀県大津市域を対象とし,郊外の住宅を都心部に集約するコンパクトシティ政策の実施に伴う環境負荷への影響を明らかにした。環境負荷については,旅客交通および住宅(建設・使用)から発生するCO2を対象とし,大津市32小学校区別に推計した結果を積み上げることにより,政策評価を行った。集約シナリオにういては,2010年から2030年の間に,撤退対象学区において新しく着工される住宅を集約対象学区にシフトする場合を想定した。集約対象学区については,交通手段に占める鉄道分担率が高いことをもとに12学区を選定した。撤退対象学区については,鉄道分担率が低い,または鉄道駅が存在しないことをもとに8学区を選定した。推計の結果は以下のとおりである。1) 2030年のBaUケース(集約なし)では,2000年から8.2%のトリップ数増加となった。とくに自動車トリップについては,人口構成の変化や自動車運転免許保有率の上昇により,10.3%の増加となった。一方,2030年集約シナリオでは,2030年BaUと比べて,鉄道トリップが0.6%増加,自動車トリップが2.5%減少という結果となった。2) 2030年集約シナリオの年間CO_2排出量は,2030年BaUと比べて旅客交通部門では1.6%の減少,住宅部門で0.6%の減少となり,全体では0.9%のCO_2排出削減が見込めることがわかった。住宅需要実態調査における今後の住み替え立地に対する選好(都市中心部,郊外,田園・リゾート)を順序ロジスティック分析により明らかにした.全国規模でみると,都心中心部への住み替え志向が高いのは,人口密度が低く,大型小売店や病院が少なく,自動車保有台数の多い地域に居住する世帯であった.また,都市中心部への住み替え志向の高いのは,住宅床面積が広く,世帯人数が多く,世帯主の年齢が高い世帯であった.現在は,交通,買い物,医療などの便の悪い郊外の一戸建て住宅に住む中高年世帯が都心部への住み替えを志向していることがうかがえる.すなわち,このような都心部への住み替え志向の高い世帯を念頭においた適切な誘導策を施せば,都市集住が進む可能性が示唆された.また,同様の分析を都道府県別に行ってみると,世帯特性(床面積,世帯人数,世帯主年齢)については上述した全国規模の解析結果と同じ傾向となる都道府県がほとんどであった.一方,地域特性については全国規模の結果とは異なる地域特性が明らかになった.たとえば,公共交通機関の整備が不足し自動車保有台数が多くても,郊外・田園居住への住み替えを志向する地域は,北海道,千葉,新潟,岡山,香川,沖縄であった.また,栃木では人口密度の低い地域に居住する世帯が引き続き郊外への住み替えを志向している.このような地域での誘導策の検討にあたっては,郊外・田園居住への根強い選好特性に留意する必要があろう.

平成24年度は,ミクロな視点での集住方策の検討に資するべく,京都市を対象として研究を進めた。まず,現在の住宅および生活環境に対する京都市民の総合評価に影響する要因について,住宅需要実態調査(2003)のマイクロデータより世帯主年齢別にプロビット分析を行った。その結果,いずれの世代でも住宅地平均地価の高い地域ほど満足度が高い一方,住宅費負担感が重いほど満足度は低いという結果をえた。また,世帯主が40歳代・50歳代と60歳代以上の世帯では大型小売店舗密度が高い地域ほど満足度が高い一方,病院・診療所密度はむしろ満足度を低下させるという結果となった。つぎに1.で明らかになった住宅地価と住宅・住環境に対する総合評価の正の関係に注目して,市内228地点の住宅地公示地価と利便性,環境性等の関係をヘドニック法により分析した。被説明変数である住宅地価への影響要因を標準最小二乗法により推定した(決定係数: 0.66)。その結果,大気環境の改善により宅地評価を高めることが示された。また,人口密度や建蔽率との宅地評価の間にも正の関係がみいだされた。なお,宅地評価と容積率に負の関係があるのは,京都市の景観保護のための建築規制の影響と推察された。さいごに現在の住まいに継続して居住する意思と世帯属性や住環境の関係について,世帯主年齢別にプロビット分析を行った。40歳代・50歳代と60歳代以上の世帯で共通して,世帯人数が多く一人当たり床面積の広い世帯ほど継続居住の意思が強いことが明らかになった。またこれらの世帯では,世帯当たり自動車保有台数が少ない地域ほど継続居住意思が強かった。60歳代以上の世帯に限っては,大型小売店舗密度が高く通勤時間が短いほど継続居住の意思が強いという結果をえた。中長期的な宅地評価の維持のため,建蔽率が高く良質な中低層住宅街区の整備に加えてその住環境水準の改善が重要である。全国・都道府県・市町村の階層で,地域の人口密度・利便性・環境要素と住宅・世帯の特性に応じた居住選好の実態が明らかになり,都市への集住政策を進めるにあたっての有用な知見が蓄積されつつある.あわせて,このような集住政策がもたらしうる交通需要や環境負荷面での効果も推計できた.24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度となる平成24年度は,具体的な都市集住誘導策の検討を進めるとともに,それに要する費用等についても可能な限り分析し,これまでの研究成果をとりまとめる予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
電気化学的酸化法による次世代電子デバイスに応用可能な絶縁体薄膜低温創製法の開発

高速・省エネルギー型の次世代メモリとして注目されている抵抗変化型メモリ(ReRAM)のような電子デバイスに実装可能な新規の絶縁膜を低温創製するために、有機溶媒中での電気化学的酸化反応を用いた“電気化学液相成長プロセス"による複合アニオン化合物薄膜探索を行った。また、作製した絶縁体膜上に電極を形成した<金属/絶縁体膜/金属>構造の電流ー電圧特性を測定し、ReRAMへの適用可能性を調べた。ReRAMでは、抵抗素子としての動作中に生成(および消滅)する導電経路(フィラー)が特性を大きく左右し、フィラーの生成/消滅には絶縁膜中の空孔濃度や欠陥密度が重要な因子となる。金属酸化物をベースにし、酸化物イオンより大きな形式電荷をとる窒化物イオン(ー3価)や小さな形式電荷をとるハロゲンイオン(ー1価)などを複合化した絶縁体薄膜を作製し、膜中の組成や結合状態と<金属/絶縁体膜/金属>構造の電流ー電圧特性の相関を調べた。平成30年度は、平成29年度に引き続き、ReRAM用の絶縁体膜として提案されているタンタル(Ta)を中心に、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)などの金属基板をアンモニア水や水酸化テトラアンモニウム水溶液を添加したメタノール溶液中で電気化学的酸化処理した。アンモニア水や水酸化テトラアンモニウム水溶液の添加濃度や電気化学的酸化電圧の検討を行った結果、0.1 Mのアンモニア水/メタノール溶液中、+5 Vの印加電圧で30分間の電気化学的酸化して形成したTaOxNy(x=2.3,y=0.20)薄膜を用いた<金属/絶縁体膜/金属>デバイスにおいてReRAMで求められる電流ー電圧特性が得られることを見出した。室温の大気圧下での電子デバイスに適用できる絶縁体薄膜作製法として、本研究で着目した電気化学的酸化プロセスの展開が重要であることが確認できた。アンモニア水や水酸化テトラアンモニウム水溶液を添加したメタノール溶液中、対極と参照極に白金(Pt)を用いて、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)などの金属基板表面に電気化学的酸化処理を行った。18 Vの印加電圧で30分間の電気化学酸化処理を行うことで、酸化物イオンと窒化物イオンを複合化した複合アニオン化合物層が生成することをX線光電子スペクトル(XPS)から明らかにした。また、30分間の電気化学的酸化処理により、表面には10 nm程度の酸化膜(絶縁体膜)が形成されることが分かった。0.1 Mのアンモニア水/メタノール溶液中、+5 Vの印加電圧で30分間の電気化学的酸化処理を行ったTa基板表面にアルミニウム(Al)電極を真空蒸着して作成した<金属/絶縁体膜/金属>デバイスにおいて、ReRAMで求められる電流ー電圧特性を得た。種々の作製条件で形成した絶縁体薄膜を用いて作成した<金属/絶縁体膜/金属>デバイスの電気的特性について、XPSスペクトルから求めた絶縁体薄膜中の組成から、アニオンリッチの組成をもつ薄膜では絶縁特性が悪く、ReRAMで求められる電流ー電圧特性を示す絶縁体薄膜ではほぼ定比組成(Taの形式電荷:+5価)であることを見出した。昨年度の研究において課題であった絶縁体薄膜表面の平滑性について、種々の条件で電気化学的酸化処理を行った基板表面のSEM観察を行った結果、電気化学的酸化処理後も、陽極酸化処理で観察されるような表面微細構造の荒れは観察されないことが分かった。電気化学的酸化法で形成した薄膜が電子デバイスに応用可能であることを踏まえ、電気化学的酸化プロセスおよび反応セルの改良・設計を行っている。また、電気的特性の向上のために、低温ポストアニール処理のための基礎データ収集も行っている。最終年度にあたり、電気化学的酸化処理で形成した絶縁体薄膜を用いたReRAMデバイスの特性向上のために、1)薄膜形成条件の改良、2)薄膜形成後のポスト処理法の検討、3)<金属/絶縁膜/金属(またはSi)>構造の電気的特性評価を行う。1では、有機溶媒として用いるメタノール、2-プロパノール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド中の水分量の制御と電解質の検討を行う。特に、絶縁体層の膜厚を制御するために、電気化学的酸化プロセスの改良を行う。この改良については、電圧印加方法を中心に平成30年度後半から基礎データを収集している。また、反応性電気化学的成膜プロセスへの展開も行う。このプロセスを構築することで、シリコン(Si)や任意の導電体基板表面に絶縁体薄膜層を形成するための全電気化学的プロセスが達成でき、エネルギー消費量の少ない材料創製プロセスが設計できる。2では、400°C以下の温度での低温ポストアニール処理を軸に、膜質改善(膜中OH基の減少、カチオン欠損制御)を行う。ReRAMデバイスへの応用の課題である、電気化学的酸化で形成した絶縁体薄膜中に見出された15%におよぶカチオン欠損の制御法として、水素アニールを検討する。一方、ポスト溶液処理プロセスとして、無水極性溶媒中での電気化学的処理も検討する。この方法では、熱処理そのものが不要になる。

3では、作製した<金属/絶縁膜/金属(またはSi)>構造形成後の電気的特性に加えて、導電フィラメント形成後(フォーミング過程後)と導電フィラメント断線処理後(プログラム後)の電気的特性およびその信頼性の測定を行い、絶縁体薄膜作製条件および薄膜の物性との総合的評価から、電気化学的酸化処理による電子デバイス用新規絶縁体薄膜作製とReRAMデバイスの創製を行う。有機溶媒中で電気化学的酸化処理を行う「電気化学液相成長プロセス」を用いて、高速・省エネルギー型の次世代メモリとして注目されている抵抗変化型メモリ(ReRAM)をはじめとする、電子デバイスに実装可能な新規の絶縁膜の低温創製法の検討を行った。高い絶縁特性だけでなく、絶縁膜中の空孔濃度や欠陥密度の制御性の観点から、複合アニオン化合物薄膜に着目して研究を進めた。ReRAM用の絶縁体膜として提案されているタンタル(Ta)系酸化物を中心に、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)などの金属の複合アニオン化合物の探索を行った。フッ化アンモニウムやアンモニア、水酸化テトラメチルアンモニウムなどを添加したメタノール溶液中で電気化学的酸化処理を行うことにより、フッ化物イオンや窒化物イオンをドープした金属酸化物薄膜が、室温の大気圧下で形成できることを確認した。生成膜の成膜速度や含まれる化学種は、電気化学的酸化における印加電圧と添加する無機塩の濃度に依存して変化した。反応を検討するために、備品として購入したケミカルインピーダンスアナライザを用いて、反応中の電量測定や電気化学インピーダンススペクトルなどの電気化学測定を行い、現在結果の解析中である。形成した<Ta系酸化物膜/ Ta>試料の絶縁体膜表面に真空蒸着法でアルミニウム(Al)を蒸着した<Al / Ta系酸化物膜/ Ta>デバイスを作製し、導電特性を測定したところ、ReRAMとしての動作が可能であることを確認できた。ReRAMのような電子デバイスへの適用が可能な<絶縁体膜/金属>構造を室温の大気圧下で形成できることは、デバイス製造時におけるエネルギー消費の低減に大きく貢献でき非常に重要であり、本プロセスの有用性が確認できた。メタノール溶液中で金属基板(Ta、Ti、Ni、Znなど)を電気化学的酸化することにより、表面には複合アニオン化合物が生成していることを、X線光電子スペクトル(XPSスペクトル)やRamanスペクトルから確認した。メタノール中に、フッ化アンモニウムを添加することでフッ化物イオンや窒化物イオンがドープされた酸化物が、アンモニアや水酸化テトラメチルアンモニウムなどを添加することでオキシナイトライドが生成した。メタノール中への添加物の濃度を0.01 Mから0.3 Mの範囲で種々調製し、それぞれの濃度で金属基板への印加電圧を0.5 Vから5 Vの範囲で種々設定して電気化学的酸化処理を行い、生成物の同定を行っている。フッ化アンモニウムを溶解したメタノール溶液中の電気化学的酸化では、Ti基板表面へのオキシフルオライド類似化合物の生成が速やかに進行することが分かった。それに対して、アンモニアや水酸化テトラメチルアンモニウムを溶解したメタノール溶液中では、より緩やかな反応が観測された。Ta基板上に形成したTaオキシナイトライド層上に0.1 μmのAl電極を真空蒸着して作製した<Al / TaON / Ta>構造の電流ー電圧特性の測定を行い、ReRAMとして応用可能な電気的特性が観測されることを確認している。電気的特性評価において、表面のラフネスが課題であることが見出された。そこで、表面研磨による基板表面の平坦化処理を導入し、効果について、現在確かめている。
難治性精神疾患と抗NMDA受容体抗体の関連について

本研究では、抗NMDA受容体抗体が、精神症状、認知機能の出現に関連する可能性について検討するために、難治性精神疾患患者の中で抗NMDA受容体抗体を有する者について調査を行った。結果は、ケースシリーズとしてステロイドパルス療法の効果を認めた症例とレビー小体型認知症の特徴を有する症例を報告した。また、難治性精神疾患患者の認知機能と抗NMDA受容体抗体価の関係を明らかにした。これらの結果から、精神疾患患者の中で免疫学的異常を有する者の存在が示唆され、今後免疫異常を持つ精神疾患の治療について免疫療法の適応の可能性を示唆する成果を得ることができた。H26年度は、対象患者に対して、血液および髄液の抗NMDA受容体抗体を測定した。診療体制の構築のため、抗体測定の開始が遅くなったが、73名の患者から、140検体で、抗NMDA受容体抗体を測定した。当初の目標では、100名からの抗体測定を予定していたので、概ね順調な進捗状況である。また、抗体陽性者7例について、免疫療法を行い、現在治療後の評価を行っているところである。研究実績の発表の場としては、第36回日本生物学的精神医学会において、「抗甲状腺抗体を有する精神疾患患者におけるELISA法を用いた抗グルタミン酸受容体サブユニット(NR1-NT,NR2B-NT2)抗体の抗体価の測定」をポスター発表した。また、同学会において、「interactive case conference新たな病態理解と治療戦略に向けて「抗NMDA受容体抗体と精神症状」」というセッションでの発表を行った。特に、後者のセッションでは、難治性精神疾患患者に対するNMDA受容体抗体の測定の重要性を喚起し、精神疾患の自己免疫性の病態解明と治療法の開発についての重要性を発表する意義の大きな会となった。H28年度は、対象患者に対して、血液及び髄液からの抗NMDA受容体抗体を測定した。72名の患者から、123検体で、抗NMDA受容体抗体を測定した。当初の目標では、100名からの抗体測定を予定していたので、概ね順調な進歩状況であると考えている。また抗体陽性者については、免疫療法を行い、現在治療後の評価を行っているところである。目標例100例に対して、72名132検体を集めているので、当初の目的をほぼ達成していると考えている。特徴的な症例については、症例報告を行うなど質的検討も行っている。ほぼ順調な進捗状況と考えている。H28年度は、対象患者の血清および髄液から採取した、抗NMDA受容体抗体の抗体価と、臨床症状の検討を行った。結果を、シンポジウム「自己免疫と精神疾患」にて、「橋本脳症とNeuropsychiatric SLEにおける、精神免疫学的側面について」(日本精神神経学会2016年)一般髄液所見正常のNPSLE患者における、臨床的特徴と髄液抗NMDA受容体抗体NR1,NR2抗体との関連についての調査(日本精神神経学会2016年)NPSLEにおける抗ds-DNA抗体と抗NR1, NR2抗体、精神症状の関係の検討(日本神経免疫学会2016年)で報告している。現在、結果をさらに解析中であり、査読付き国際学術誌への投稿を予定している。また、H29年6月に名古屋で行われる、第113回精神神経学会学術総会において、シンポジウム「自己抗体と精神症状」で、申請者がシンポジストとして発表することが決定している。これらの発表は、難治性精神疾患患者に対するNMDA受容体抗体測定の重要性を喚起し、精神疾患の自己免疫機序の解明と治療法の開発にとって、意義のある発表であると考えている。H28年度は、抗体測定患者数は増えなかった。患者データの解析を開始したが、いくつかの項目で、抗体測定患者の臨床症状についての情報収集を増やす必要性が生じ、予想以上の作業量であり、進行に若干の遅延を生じている。抗体測定は当初100名を目標としていたが、H26年度は70名からの検体測定となった。初年度であり、検査環境の構築に時間を要したため、目標に対して7割の達成は概ね順調と考えている。H28年度も抗体測定を継続しつつ、最終年度であるため、抗体陽性者陰性者の臨床的特徴のまとめを行う。また、免疫療法施行者に対しての治療の評価を行っていく。学会発表、論文作成を行い、投稿、出版まで達成したい。現在、結果をまとめているところであり、論文の作成、投稿、出版に集中する。精神医学H27年度も、引き続き、抗体測定を継続する。同時に、検査結果の整理を行い、随時学会発表、論文作成に入る予定である。当初予定していた国際学会への参加がなかったことにより、繰越金が生じた。研究のまとめに遅延が生じたため、論文の作成、投稿、出版にかかる費用が未使用であり当該年度の使用額が予算に満たなかった。

1465円の残額が発生したが、端数であり無理に使いきらずに、次年度に持ち越し、抗体測定や心理士への謝礼に充当することにしたため。当初よりH28年度には、国際学会への参加を予算としてあげているため、H27年度の繰越金(国際学会への参加費)は抗体測定にあて、登録症例数を出来る限り増やす。繰越金以外のH28年度予算は、当初の予算どおりで、学会発表のための旅費、ポスター等作成費、論文作成の諸費用(英文校正、投稿費用)、雑費(文房具、書籍)を予定している。現在、論文の作成、投稿、出版準備中であり、論文作成に関しての英文校正、投稿費用等に残額を使用する予定である。次年度に持ち越し、引き続き抗体測定や心理士への謝礼などに充当する。
ふく射二色法による高温ガス温度の"その場"測定技術の開発

高温ガス中に存在するCO2からのふく射強度を,赤外線カメラで測定することにより,非接触で高分解能の2次元温度分布測定高精度で行うことができるアルゴリズムと計測装置の構築を行った.本計測法を,超音速高温流れ場に適用した結果,衝撃波構造に伴う流れ場の温度分布を高精度で計測することができた.また,自動車用エンジン筒内を模擬した急速圧縮機内での予混合気圧縮自着火過程に適用した結果,冷炎反応による低温酸化反応および熱炎による高温酸化反応から生じた温度分布変化を,それぞれ捉えること成功した.高温ガス中に存在するCO2からのふく射強度を,赤外線カメラで測定することにより,非接触で高分解能の2次元温度分布測定高精度で行うことができるアルゴリズムと計測装置の構築を行った.本計測法を,超音速高温流れ場に適用した結果,衝撃波構造に伴う流れ場の温度分布を高精度で計測することができた.また,自動車用エンジン筒内を模擬した急速圧縮機内での予混合気圧縮自着火過程に適用した結果,冷炎反応による低温酸化反応および熱炎による高温酸化反応から生じた温度分布変化を,それぞれ捉えること成功した.本研究で用いるふく射二色法は,測定対象に含まれるCO2からのふく射強度を2つの波長帯について測定することで,対象温度を非接触で測定する方法である.温度を算出するにあたって,各温度,圧力,CO2濃度における4.4μm付近のCO2のふく射強度をあらかじめ把握しておく必要がある.このため,本研究ではふく射計算コードRADCALにより作成されたデータベースをもとに計算を行っているが,エンジン筒内に相当する高温高圧条件での推算値にはある程度の誤差を含んでいることが予想される.エンジン筒内は圧縮直線の500K付近から熱炎発生後の2000K程度まで,広範囲にわたって温度域が変化し,また圧力のそれに応じて大きく変化する.ふく射エネルギーは温度の低下に対して非線形に低下するため,2つの波長帯を,圧縮直後の比較的低い温度が適切に測定できるように選択する必要がある.しかしながら,このような条件では,熱炎発生時の温度計測に非常に大きな誤差が発生することが分かった.この原因として,2つの波長帯で測定されるふく射強度から算出される2つの濃度-温度曲線が,高温域では区別しにくくなり,先に述べたデータベース上の誤差が非常に大きな温度変動となって現れるためである.従来では,この現象を回避するために,測定波長域を切り替える必要があったが,本年度は,温度測定校正用のフラットバーナーを用いて半実験的な補正式を構築し,これを適応した.その結果,急速圧縮機を使った燃焼試験において,圧縮直前から熱延発生後の広い条件にわたって,単一のフィルターの組み合わせで温度測定を行うことに成功した.本年度は,これまで1点計測にとどまっていた本手法を多次元に拡張し,温度分布情報を得られる手法の確立を目指した.具体的には,赤外線カメラをアレイセンサとして用いることで,ふく射強度の2次元情報を入手し,これまで得られた知見をもとに温度再構成する.この手法を,高エンタルピ超音速流れ場の計測に応用した.超音速流れ場においては,衝撃波による大きな温度分布があり,また接触することで新たな衝撃波が発生することから,熱電対のような接触式の点計測では温度計測が困難とされている.しかしながら,本手法を用いたところ,衝撃波構造による温度分布を明確に捉えることに成功した.また,燃焼の不均一による温度分布情報などが得られ,燃料インジェクターの改良に寄与する知見となった.また,本手法はこれまでセンサの応答速度が十分でないために,エンジンの圧縮過程などを測定することは難しかったが,本年度より本学機器分析センターの導入された高速度赤外線カメラを用いることにより,高時間分解能・高解像度での温度計測が可能である見通しが立った.実際に,急速圧縮機で1%程度のCO2をドーピングして,圧縮比12程度で圧縮試験を行い,シリンダヘッドに取り付けたサファイアガラスを通して観察を行ったところ,圧縮時の渦輪による温度変化(計算上では30K程度と見積もられている)を観察することに成功した.これらの知見をもとに,本年度は急速圧縮機内での温度分布情報の取得を目標とする.今年度は,高速度赤外線カメラを用いて,エンジンの圧縮爆発過程を模擬した急速圧縮機内での熱炎発生前の冷炎反応時温度分布の測定を行った.均質予混合自着火(HCCI)エンジンにおいては,圧縮により高温となった予混合気の時着火により燃焼が開始する.自着火過程は,燃料分子の分解による低温度の冷炎反応と,その後の急激な温度上昇を伴う熱炎反応に分けられるが,HCCI燃焼においては,予混合気のどの部分から冷炎反応が開始され,どの部分から熱炎反応が開始されるかを把握することが重要である.本研究では,CO2の4.4μmの波長帯を利用して,ナローバンドパスフィルタを通して特定の波長域のふく射強度を測定することで,冷炎発生時および熱炎発生時のシリンダ内温度分布をとらえることに成功した.この結果,例えば,ノッキング現象回避のためにシリンダ内に燃料濃度の勾配をつけて圧縮自着火を行った場合,比熱比が小さく圧縮後温度が高くなる領域から冷炎反応が開始される様子が観察された.この傾向は,予混合気の局所当量比が0.1程度と非常に低い場合でも観察され,冷炎開始位置は圧縮後のシリンダ内温度分布に大きく影響を受けることが分かった.

一方で,熱炎反応は必ずしも温度の高い場所から開始されるわけでなく,当量比と局所温度がある一定の条件となった領域から開始するため,低温度領域から熱炎が拡大する現象が見られた.これは,当量比が低すぎる場合は,比熱比の影響から冷炎反応は早期に開始するが,その後の熱炎反応までの着火遅れ時間が長く,当量比の高い低温度領域での着火遅れ時間のほうが短くなったためと考えられる.本研究では,"その場"計測のための小型計測装置の開発を目標の一つとしていたが,装置の小型化には概ねのめどが1年目にすでに付いた.また,1点計測においては奥行き方向に温度分布がある場合や,測定点がエンジン筒内を代表しないケース等で得られた情報の判断が難しいが,アレイセンサを用いることで,これらの場合にも対応できる手法を確立できた.24年度が最終年度であるため、記入しない。温度再構成のための手法そのものはほぼ確立しており,急速圧縮機を使って,圧縮時および燃焼時での温度計測データを蓄積し,測定精度を向上させる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
ユビキタス環境のための全体プログラミング方式

ユビキタスコンピューティング環境において多数のユビキタスデバイスによる群コンピューティングを実現することを目標として、環境内に数百から数千個規模のユビキタスデバイスが存在するときに、デバイス全体を対象としたマクロなプログラミングを行えるような方式を確立した。複数のLEDマトリックス上で光パターンをエディットする方法、グローバル通信とローカル通信を組み合わせてトポロジを構築していく方法などを開発した。さらにプログラム方式としては、ルールベースやプログラム変換、モバイルエージェントなどの枠組みを考えた。本研究ではユビキタス環境において多数のユビキタスデバイスによる群コンピューティングを実現する。すなわち、環境内に数百から千個規模のユビキタスデバイスが存在することを想定して、環境内のデバイス全体を対象としたプログラミングを行えるような方式を確立する。具体的には以下のような利用例を可能にするプラットフォームを確立する。・デバイス全体を一斉に動作させ、同期を取りながらセンシング、10制御を行う・一部のデバイスだけを交代で動作させる。地面にばら撒かれたセンサをうまく交代で動作させて、限られたバッテリでの動作持続時間を長くする。・空間にばら撒かれた発光デバイスを使って大きなスクリーンとして利用する。・自律移動可能なユビキタスデバイスを用いて、全体を整列させ、一列になって移動させる。あるいはアリの採餌行動などを模して、特定のものを探したり、運搬したりさせる。個々のデバイスとしては、簡単なメカニズムで統合的な動作が容易に実現できるルール処理型のユビキタスコンピュータを想定する。それを用いて以下に挙げる3つのプログラミング方式を実現することで、上記のような群コンピューティングを実現する。・ルール処理エンジン生成のためのメタプログラミング・実行ルールのためのグローバルプログラミング・環境適応のためのローカルプログラミングユビキタスコンピューティング環境において多数のユビキタスデバイスによる群コンピューティングを実現することを目標として、環境内に数百から数千個規模のユビキタスデバイスが存在するときに、デバイス全体を対象としたマクロなプログラミングを行えるような方式を確立した。本研究では、多数の超小型コンピュータを「群」としてプログラミングする新しいパラダイムの実現を目指している。本年度は、群コンピューティングの実現に向けてのプログラミングモデルの検討を行い、プログラム言語の設計を行った。全体を三層に分けて設計し、メタプログラミングのための論理プログラミングの枠組み、グローバルプログラミングのためのオブジェクト指向プログラミングの枠組み、ローカルプログラミングのためのルール処理エンジンを考えた。また、群制御の枠組みとして、プロジェクタなどの光を用いて制御する方式や、無線放送通信を用いる方式、個別にマイコンにプログラムを格納する方式を実装し、群制御の有効性や要求事項を抽出した。これらの研究成果は、4件の国際会議および14件の国内研究会等で発表し、優秀論文賞や発表賞を受けるなどの評価を得ている。本年度の研究成果はそれぞれ要素技術の一部分を実現するものであり、まだまだ全体はバラバラの状態にあるように見えるが、全体を統合するコンセプトに関してはすでにある程度固まっており、今後論文としてまとめていく予定である。本研究で実現しようとしている全体プログラミングは分散コンピューティングの新しい形態であり、多数のユビキタスデバイスを統合的に扱うための有望な手段であるため、本年度の研究成果を基に全体を統合していくことで、目標を達成できるものと考えている。本年度は、昨年度検討した群コンピューティングの実現に向けてプログラミングモデルについての具体的な検討を行い、いくつかの観点から全体プログラミングに関する研究開発を行った。これまで本研究プロジェクトでは、ユビキタス環境においてプログラミングを行うために、(1)ルール処理エンジン生成のためのメタプログラミング、(2)実行ルールのためのグローバルプログラミング、(3)環境適応のためのローカルプログラミングの三つの観点からのプログラミングに焦点を当てているが、これらに対して、Adaや並列論理プログラミング言語、演繹オブジェクト指向プログラミング言語などで用いられているアプローチを参考にして、以下のような研究成果を得た。・メタプログラミングでは、対象となる情報を処理できる様々なルール処理エンジンを生成できる必要がある。ルール仕様の記述、ルール処理エンジンの記述、ルール全体の動作に関する検証などいくつかの簡単からのメタブログラミングについての要求事項を抽出した。特にこれを具現化するために、ユビキタス環境の多様性を重視して、「におい」「味」「振動」といった五感情報を処理する様々な小型デバイスを作成し、環境・状況認識への適用を試みた。・グローバルプログラミングでは、多くのデバイスを一斉に制御するメカニズムに焦点を当てた。プロジェクタによる一斉制御が可能な「ユビキタス光デバイス」の設計と実装を行い、グローバルプログラミングの有用性を確認した。実装したデバイスは神戸ルミナリエのイベントステージにおいて運用している。また、ネットワークに接続された端末や移助端末も含めてプログラムを全体に配信するための方式についても研究開発を行った。こちらのシステムでも効率的な放送による制御メカニズムを実現している。・様々な環境に適応できるローカルプログラミングを実現に向けて、バイクレースのレース状況を把握するシステムを作成した際に得られた知見をまとめた。本年度は多数のコンピュータを「群」としてプログラミングするいくつかの個別のシステム・環境構築を行うことができたので、次年度以降これらを整理しなおし、プログラミングパラダイムとして汎用性の高いプラットホームとしてゆく予定である。ユビキタス環境において多数のユビキタスデバイスによる群コンピューティングを実現することを目標として、環境内に数百から数千個規模のユビキタスデバイスが存在するときに環境内のデバイス全体を対象としたプログラミングを行えるような方式を確立している。

本年度は、複数のLEDマトリックス上で光パターンをエディットする方法、グローバル通信とローカル通信を組み合わせてトポロジを構築していく方法などを開発してきた。またプログラム方式として当初はルールベースの枠組みを考えてきたが、本年度は特にルールベースからの拡張としてプログラム変換やモバイルェージェントの枠組みを考えた。これまでの研究の結果として、多数のデバイスを連携動作させる群コンピューティングには.個々のデバイスがどのようにつながっており全体の中でどのような位置にあるかを知り、それをうまく利用して役割を果たしていくことが重要であることが分かっているが、これらは当初オブジェクト指向、論理プログラミング、メタプログラミングなどの枠組みをうまく組み合わせることで抽象化できるものと想定していたことに反するものである。つまり、トポロジのコーディングがこれらの枠組みにはアプリオリには備えられていないことから、サンプルアプリと実応用の間には重大なギャップがある。このような研究の過程で、格子状の有線ネットワークがローカルトポロジとグローバルトポロジの関係が比較的自明である(ホップが座標に対応する)ことから、モバイルエージェントの組み合わせにより、シンプルでミクロなトポロジに基づいて実行可能なプログラムで、マクロな挙動を制することが可能であることに気づき、今年度より簡単なシステム構築を進めながら方式検討を行っている。
岩石の3軸圧縮試験における破壊後の横方向変形の進展と分布に関する研究

秋吉大理石,白浜砂岩,ベレア砂岩の3種類の岩石に対して,3軸圧縮試験を行い,試験時の供試体中央断面における半径変位分布を破壊後を含めて測定することにより,横方向変形の進展と分布について検討した,半径変位の計測には,試料の周囲に30度毎に取り付けられた12本のカンチレバ-型変位計を用いた.測定した半径変位をフーリエ級数により近似し,任意方向の変位を定量的に表現した.まず,岩石の横方向変形成分を等方変形成分,異方変形成分,平行移動成分,せん断面に沿う滑りに伴って生じる横ずれ成分に分離し,横方向変形の進展に付いて検討した.その結果,弾性領域から塑性領域に入ると等方的変形が明らかに卓越し、延性的に変形が進行すること,また,急激な応力低下が見られると、等方的変形は停滞し、破断面に沿うすべりが支配的になることが定量的にわかった。さらに、測定断面の平行移動は実験開始直後から生じていることや、異方的変形が強度破壊点近傍からは現れることもわかった。次に,最大横方向変位に着目して横方向変形の進展に付いて検討した結果,延性的な秋吉大理石では,供試体の全体破壊による等方変形が破断面にそったすべりによる変形を大きく上回ることがわかった.一方,白浜砂岩では,等方的な変形と破断面にそったすべりによる変形が同程度であり,軸ひずに対する最大横ひずみの比は側圧にかかわらずほぼ一定になることがわかった.さらに,最も脆性的なベレア砂岩では変形の大部分が破断面にそったすべりとなるため,軸ひずみに対す最大横ひずみの比は側圧にかかわらずほぼ一定になることがわかった.最後に,岩石の変形はその内部の破壊によってもたらされる部分が大きいことから,秋吉大理石についてX線CTスキャナを用いて試料内部のCT値の分布を測定し、横方向変形との相関について検討を行った。その結果,軸ひずみの進展に従って内部のCT値が減少し、破壊の卓越する方向に直交して破断面が形成されることがわかった.秋吉大理石,白浜砂岩,ベレア砂岩の3種類の岩石に対して,3軸圧縮試験を行い,試験時の供試体中央断面における半径変位分布を破壊後を含めて測定することにより,横方向変形の進展と分布について検討した,半径変位の計測には,試料の周囲に30度毎に取り付けられた12本のカンチレバ-型変位計を用いた.測定した半径変位をフーリエ級数により近似し,任意方向の変位を定量的に表現した.まず,岩石の横方向変形成分を等方変形成分,異方変形成分,平行移動成分,せん断面に沿う滑りに伴って生じる横ずれ成分に分離し,横方向変形の進展に付いて検討した.その結果,弾性領域から塑性領域に入ると等方的変形が明らかに卓越し、延性的に変形が進行すること,また,急激な応力低下が見られると、等方的変形は停滞し、破断面に沿うすべりが支配的になることが定量的にわかった。その結果,軸ひずみの進展に従って内部のCT値が減少し、破壊の卓越する方向に直交して破断面が形成されることがわかった.岩石の3軸圧縮試験における岩石の横方向変形計測には従来より歪みゲージ,チェーン式周歪み計,リング式変位計等が使用されてきた.しかし,これらによる計測では,岩石が破壊した後の大きな横方向変形とその変形異方性(変位分布)を計測することが不可能である.そこで,本研究では圧縮試験時に用いる試料のペデスタルに片持ち梁式変位計を8本取り付け,岩石試料中央部において周方向45度毎の横方向変形を計測する方法を考案した.また,このように測定点数が増加すると測定点毎で測定時刻にずれが生じ,特に破壊時の早い現象や変形異方性を正確に捉えることが不可能になる.そこで新たに高速データスキャン機能を持つデータロガーと制御用コンピュータを導入し,変位計を含めた岩石の3軸圧縮試験時における多点横方向変位計則システムを構築した.このシステムを用いて異なる封圧下における白浜産砂岩の3軸圧縮試験を行ったところ,破壊後の岩石の横方向変形挙動を変形異方性を含めて精度良く捉えることができるようになった.また,フーリエ解析手法を利用して岩石の横方向変形を等方変形成分,異方変形成分,平行移動成分,破断面に沿った滑りによる変位成分に分解して,これらの成分の試験中における進展挙動を解析する方法を考案した.この方法により,破壊後における岩石の横方向変形挙動を明らかにすることができるようになった.

さらに,地下空洞周辺岩盤の空洞への押出し等の変形挙動を解析する上で重要と考えられる最大横方向変形についてもその変形量ならびに方向を定量的に評価することができるようになった.秋吉大理石,白浜砂岩,ベレア砂岩の3種類の岩石に対して,3軸圧縮試験を行い,試験時の供試体中央断面における半径変位分布を破壊後を含めて測定することにより,横方向変形の進展と分布について検討した.半径変位の計測には,試料の周囲に30度毎に取り付けられた12本のカンチレバ-型変位計を用いた.測定した半径変位をフーリエ級数により近似し,任意方向の変位を定量的に表現した.まず,岩石の横方向変形成分を等方変形成分,異方変形成分,平行移動成分,せん断面に沿う滑りに伴って生じる横ずれ成分に分離し,横方向変形の進展について検討した.その結果,弾性領域から塑性領域に入ると等方的変形が明らかに卓越し、延性的に変形が進行すること,また,急激な応力低下が見られると、等方的変形は停滞し、破断面に沿うすべりが支配的になることが定量的にわかった。さらに、測定断面の平行移動は実験開始直後から生じていることや、異方的変形が、強度破壊点近傍から現れることもわかった。次に,最大横方向変位に着目して横方向変形の進展について検討した結果,延性的な秋吉大理石では,供試体の全体破壊による等方変形が破断面にそったすべりによる変形を大きく上回ることがわかった.一方,白浜砂岩では,等方的な変形と破断面にそったすべりによる変形が同程度であり,軸ひずに対する最大横ひずみの比は側圧にかかわらずほぼ一定になることがわかった.さらに,最も脆性的なベレア砂岩では変形の大部分が破断面にそったすべりとなるため,軸ひずに対する最大横ひずみの比は側圧にかかわらずほぼ一定になることがわかった.最後に,岩石の変形はその内部の破壊によってもたらされる部分が大きいことから,秋吉大理石についてX線CTスキャナを用いて試料内部のCT値の分布を測定し、横方向変形との相関について検討を行った。その結果,軸ひずみの進展に従って内部のCT値が減少し、破壊の卓越する方向に直交して破断面が形成されることがわかった.