hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水棲生物モニタリングのためのセンサ情報収集手法の開発

シミュレーションによる比較評価により、既存の主要なDTN (Delay Tolerant Networking)手法に対する提案手法の有効性を確認した。また、得られた成果を英文論文誌IEICE Transactions on Information and Systemsに発表した。加えて、さらなる消費電力の削減のために通信媒体として可視光を用いる場合の初期検討を行った。具体的には、魚に取り付けた端末に装着されたLEDから発光される光と水中に設置した全方位カメラを用いた情報収集手法を検討した。簡易なモデルでシミュレーション評価を行い、提案手法の基本特性を明らかにした。また、試作機の開発と簡易な実証実験を行った。当初の予定通り、マルチホップ型の情報収集手法については、提案手法を英文論文誌にまとめて発表することができた。また、通信媒体として可視光を用いる手法については、初期検討と一部の実証実験を行った。当初の計画のうち最低限の内容は満たしていることから概ね順調に進展しているといえる。しかしながら、後者については、成果の発表や実機実験をベースにした手法の改良等の検討が必要であり、次年度にそれらを行う予定である。これまでに開発した手法を元に手法の確立を行う。また、通信環境をより現実的なモデルとし、手法の拡張を行うことを予定している。また、拡張した手法を評価する予定である。今年度初期検討を行ったマルチホップ型の情報収集手法に対して、より多面的な評価を行う予定である。また、通信媒体として可視光を用いる場合の検討、カメラを用いた情報収集手法の検討も行う予定である。今年度検討を行った可視光通信を用いる手法について、初期検討結果をベースとして成果の発表を行う。また、提案手法のより多面的な評価および実機実験結果に基づく改良を行い、得られた成果の発表を行う予定である。国際会議への投稿を予定していたがスケジュールが合わず投稿を取りやめたこと、論文誌の掲載料の支払いを予定していたが査読の遅延により年度内の支払いが行えなかったことによる。国際会議参加費が当初の予定よりも少なく済んだことと、論文誌の掲載料の支払いを予定していたが年度内の支払いとならなかったことによる。来年度に積極的に成果を発表する予定である。研究代表者の身内が事故に遭い、日常生活を行える状態に回復するまでの半年間、看病、家事、育児などの負担が増加、研究に使用できる時間が減少した。そのため、研究の完成度を高めることができなかった。また、出張や論文投稿を行えず成果の発表を行えなかった。
細胞シートを用いた心筋前駆細胞移植による梗塞後心筋修復の分子機序の解明

成体マウス心臓より単離したSca-1陽性心筋前駆細胞を用いて細胞シートを作成し、心筋梗塞マウス心臓へ移植したところ、心臓機能の経時的な回復が観察された。Sca-1陽性細胞は可溶性VCAM-1を発現し、可溶性VCAM-1はその受容体であるVLA-4を介して血管新生、心筋保護、Sca-1陽性自身の遊走・生着を促進し、細胞シート移植のよる心臓機能回復を調節していることが明らかとなった。心臓由来Sca-1陽性細胞シートを心筋梗塞マウスに移植することにより心機能が改善することが明らかになっているが、その詳細な機序は明らかになっていない。そこで今回我々はSca-1陽性細胞の心筋分化能および移植細胞の分泌する増殖因子を介したパラクリン効果について検討を行った。Sca-1陽性は、移植4週目には移植直後に比し約2割の細胞の生着が確認された。また生着したSca-1陽性細胞の約3割が心筋細胞特異的蛋白を発現していることが確認された。次にSca-1陽性細胞の分泌蛋白について検討を行った。細胞シート移植の対照として用いた脂肪間葉系細胞では、梗塞後心機能改善効果を認めなかったことから、Sca-1陽性と脂肪間葉系細胞の培養上清を回収し、サイトカイン抗体アレイを行ったところ、Sca-1陽性においては可溶性VCAM-1の発現が多いことが観察され、ELISA、western blotにおいてもその発現の差異が確認された。次にSca-1陽性細胞培養上清の機能について検討を行った。Sca-1陽性細胞培養上清は、血管内皮細胞の管腔形成を促進した。一方Sca-1陽性細胞にVCAM-1特異的miRNAを遺伝子導入し、再度培養上清を回収し血管内皮細胞の管腔形成は抑制されたことから、Sca-1細胞培養上清は分泌するVCAM-1を介して血管新生促進効果を有することが明らかとなった。次に心筋保護効果について検討した。過酸化水素で処理を行った新生仔ラット心筋細胞にSca-1陽性細胞培養上清を添加することにより、心筋細胞のviabilityが改善した。この効果はVCAM-1のknock downにより減弱し、またVCAM-1の受容体であるVLA-4の中和抗体添加により抑制されたことから、Sca-1陽性細胞は、自身の分泌するVCAM-1およびVLA-4を介した機序により心筋保護効果を示すことが明らかとなった。昨年までの検討により、成体マウス由来Sca-1陽性細胞は、その分泌するVCAM-1により、血管新生促進効果、酸化ストレスからの心筋細胞保護効果、さらに自身の遊走促進効果を示すことが明らかとなった。今年度は、Sca-1陽性細胞シート移植による心機能改善効果とVCAM-1との関連を検証した。Sca-1陽性細胞シートを心筋梗塞マウスの心臓に移植すると、移植23週目にかけて左室短縮率の改善が顕著となることから、この時期にVCAM-1の受容体であるVLA4に対する中和抗体をマウスの腹腔内投与し、心機能、心臓の線維化、血管新生、移植細胞の生着について評価した。Sca-1陽性細胞シート移植により認められていた左室径の拡大抑制および左室短縮率改善効果、さらには心臓カテーテル検査での+dp/dtの改善、左室拡張末期圧の抑制効果が有意に消失することが明らかとなった。シート移植4週目での心臓組織を用いたマッソントリクロム染色では、シート移植による線維化抑制効果は、VLA4中和抗体により有意に消失し、心臓線維化が促進していることが観察された。また抗von Willebrand factor抗体を用いた免疫染色では、シート移植による梗塞境界部での血管数増加効果が、やはりVLA4中和抗体により抑制される結果が観察された。Sca-1陽性細胞は、レトロウイルスベクターによる遺伝子導入の結果、恒常的にRFP蛋白を発現することから、抗RFP抗体を用いた免疫染色により移植細胞の生着を評価した。梗塞境界領域で観察されていたRFP陽性細胞は、抗VLA4抗体投与群では有意に減少していた。以上より心臓由来Sca-1陽性細胞シート移植は、移植により心臓内で発現が亢進したVCAM-1が、その受容体であるVLA4を介し、血管新生や線維化抑制、そして自身の生着の維持を介して心機能の改善効果に寄与しているものと考えられた。
『エミール』再考‐宗教を基盤に据えた人格形成論として‐

本研究では、近代教育思想の祖と評されるルソー(J.J.Rousseau.1712-1778)の教育思想について、それがキリスト教的な倫理観を基盤にして構想されたものであり、宗教なくしては成立し得ない人格形成論であったという観点に立ち、『エミール』を再考した。ルソー生誕300年を記念して新たに刊行されたルソー全集や、ジュネーブで開催されたルソー生誕300年記念事業への参加等を通して、より広範で多角的な視点を得ることができた。結果、『エミール』の続編でありながら、今日まで十分な評価が与えられてきたとは言い難い『エミールとソフィ』という作品に対する再評価の必要性を指摘し、成果報告としてまとめた。本研究の目的は、近代教育思想の祖と評されるルソー(J.J.Rousseau.1712-1778)の教育思想について、それがキリスト教的な倫理観を基盤にして構想されたものであり、宗教なくしては成立し得ない人格形成論であったという観点に立ち、これまで概して、近代啓蒙主義的ヒューマニズムの流れの中で合理主義的に解釈されることの多かった『エミール』を、宗教的世界観との連続性に着目しつつ、全面的にとらえ直すことである。「研究実施計画」に示したとおり、本年度(平成24年度)は、前年度(平成23年度)に調査・収集した資料の読解・分析を行いつつ、並行してルソー生誕300年記念事業に参加し、できるだけ最新の動向を把握するよう努めた。参加した記念事業の講演集や発表論文集などに関しては、刊行されるのが来年度(平成25年度)以降の予定であるため、具体的な内容に踏み込んだ検討は最終度に反映させる予定である。本年度は差し当たり、300年記念事業の概要について、とくにルソー研究の聖地であるジュネーヴと本国の動向を中心に報告書を作成した。また、論文としては、前年度、従来の教育学研究があまり重要視してこなかったルソーの著作群を見直す作業を進める中で着想するに至った『エミールとソフィ』の作品的価値について、改めて内容を発展させ、前年度の論文とは異なる観点から検討し直した論考を、専門の学術学会を通して発表することで本研究の着想をより手堅いものとなるよう投稿を試みた。(本稿はその後、査読の上、掲載が決定した。)本研究の目的は、近代教育思想の祖と評されるルソー(J.J.Rousseau.1712-1778)の教育思想について、それがキリスト教的な倫理観を基盤にして構想されたものであり、宗教なくしては成立し得ない人格形成論であったという観点に立ち、これまで概して、近代啓蒙主義的ヒューマニズムの流れの中で合理主義的に解釈されることの多かった『エミール』を、宗教的世界観との連続性に着目しつつ、全面的にとらえ直すことであった。研究期間中は、従来の教育学研究があまり重要視してこなかったルソーの著作群、すなわち『社会契約論』や『ポーランド統治考』といった比較的政治学的色彩の濃いもの以外の著作群や、それらに関連した史資料(和文・欧文双方を含む)を中心に分析を進める必要があったが、本助成金をいただいたおかげで、2012年度のルソー生誕300年を記念して新たに刊行されたルソー全集や研究論文等を収集・閲覧したり、ジュネーブで開催されたルソー生誕300年記念事業の数々(国際大会含む)に参加したりすることができ、より広範で多角的な視点からルソーの教育思想を捉え直すことができた。とりわけ、本研究では、『エミール』の続編でありながら、今日まで十分な評価が与えられてきたとは言い難い『エミールとソフィ』という作品について、ルソーの教育思想をとらえ直す上では改めて再評価されるべき著書であるという確信を得たことは大きな収穫であった。「研究実施計画」に示したとおり、本年度は、上記の目的を達成するための基礎的研究として、従来の教育学研究があまり重要視してこなかったルソーの著作群、すなわち、『社会契約論』や『ポーランド統治考』といった比較的政治学的色彩の濃いもの以外の著作群や、それらに関連した史資料(和文・欧文双方を含む)を調査・収集するとともに、それら収集した資料の読解・分析を行った。

本年度、取り組んだ予備的検討の成果は、来年度以降、ルソーの教育思想全体をとらえ直していく際の基礎的研究として活用することになる。なお、本研究の全体の成果は、折しも来年度、ルソー生誕300年を迎えるにあたり、すでに多くのイベントやシンポジウム、刊行物などを通して情報が更新される可能性が高いため、それら最新の動向を踏まえたうえで、最終年度にまとめる予定である。なお、本年度は、従来の教育学研究があまり重要視してこなかったルソーの著作群を見直す作業を進める中で、『エミール』の続編でありながら、今日まで十分な評価が与えられてきたとは言い難い『エミールとソフィ』という作品からルソーの教育思想のとらえ直しを始める必要性があるとの発想に至ったため、本研究の初期段階におけるひとつの成果として、この点を論文にまとめ掲載した。本研究の目的を達成するためには、従来の教育学研究があまり重要視してこなかったルソーの著作群やそれらに関連した史資料を収集、分析することが不可欠であるが、前年度同様、本年度も助成金をいただいたおかげで、とくに先行研究に関して必要があると判断された文献の主たるものを引き続き収集し、読解・分析することができた。とくに、本年度は刊行が遅れていたルソー新全集(スラトキン&シャンピオン版)を全巻、入手することができたことはもちろんのこと、それ以外にも、ルソー研究においては約100年近い歴史と伝統、権威をもつAnales Jean-Jacques Rousseau(ルソー年報)をほぼ、そろえることができたことも、信頼度の高い貴重な研究成果を必要に応じてすぐに閲覧することを可能にさせ、目的達成のための時間短縮、効果的な時間の捻出をもたらし、研究の順調な進展につながったのではないかと考える。さらに、本年度、ルソー生誕300年を記念した事業に参加し、やはり東京国際大会とはまた違った、世界的な研究水準や動向に触れ、本研究の目的達成に向けて大いに刺激を受けたが、こうしたジュネーヴへの国際大会への参加は日本からは4名(うち2名は東京大会の主催者)と少なく、決して安いとは言えない国外出張費を助成していただけたことも研究の順調な進展につながっているのではにかと認識している。本研究の目的を達成するためには、従来の教育学研究があまり重要視してこなかったルソーの著作群やそれらに関連した史資料を収集、分析することが不可欠であるが、本年度、助成金をいただいたおかげで、とくに先行研究に関して必要があると判断された文献の主たるものを入手し、翻訳、読解に着手することができた。ルソーの著作群に関しては計画段階では、本年度から随時刊行される予定であったガルニエ社からのルソー全集の刊行が遅れているため、この点に関してのみ計画通りにはいかなかったものの、かわりに夏にシャンベリーを中心とした現地訪問の際に思いがけない資料の発掘など、予期せぬ収穫などもあったおかげで、全体としては目的の達成のための基礎的研究に関して順調に進んでいるといえる。今後は本年度までで収集・読解した資料を中心としながら、(また、本年度参加したルソー生誕300年記念事業の講演集や論文集などが刊行されたらその内容もできるだけ反映させながら)、最終年度のまとめに向けて取り組んでいくこととする。今後は本年度に収集し読解をはじめた先行研究のさらなる検討、分析をすすめつつ、さらに次年度に刊行される予定であるルソー全集の二種類の校訂版を中心に、ルソーの思想についての全体的把握に努める。とくに、次年度はルソー生誕300年を迎え、多くの記念行事、講演、大会、シンポジウム、出版などが予定されており、次年度はそれらの動向にも注視しつつ、日々更新されていくことが予想される情報を踏まえながら、最終年度のまとめに向けて取り組んでいくこととする。
細胞表面機能分子に対するモノクロ-ナル抗体を用いての白血球機能異常の解析

T細胞レセプタ-(TCR)は、従来単一と考えられていたが、1986年夏に初めて、Brennerらにより第二のTCR γδ型の存在が示された。しかしヒトにおいてγδT細胞の機能は不明な点が多い。現在まで免疫不全症、感染、自己免疫疾患などで増加することが報告されている。今回、I型自己免疫性多腺症候群に赤芽球勞を合併した例において末梢・骨髄リンパ球中に著増したγδT細胞の形態的機能的検討を行なった。末梢血に増加したγδT細胞は、顆粒リンパ球の形態を有し、遺伝子解析にてモノクロ-ナリティは認められなかった。患者の末梢リンパ球機能検査では、PHA、ConA、カンジダ抗原には反応が極めてわるかったがCD3モノクロ-ナル抗体、PPDに対して比較的保たれていた。アロや自己のリンパ球混合培養では反応が著明に低下していた。このγδT細胞は生体内で活性化されていると考えられ、K562細胞などに細胞障害性を有しており、その細胞障害性はCD3やγδTCRに対するモノクロ-ナル抗体でブロックされた。さらに患者γδT細胞は正常ヒト造血幹細胞のBFUーEを抑制し、CFUーGMを抑制しなかった。そのBFUーEに対する抑制はIgM抗CD3モノクロ-ナル抗体でほぼ完全に、抗γδTCRモノクロ-ナル抗体で部分的に解除された。T細胞培養上清も同様にBFUーEに対しつよい抑制効果を有していたので、γδTCRが直接BFUーE細胞を認識しているのではなく、T細胞由来液性因子が抑制に関与しているようである。この患者においてはγδT細胞異常増殖が赤芽球勞の病態に深く関与していると考えられる。好中球チトクロームbは活性酸素の産生に関与し、慢性肉芽腫症の大部分で欠如あるいは低下がみいだされる。チトクロームbは、正常好中球表面に存在するか否か、又細胞表面から欠如していることが慢性肉芽腫症の診断に有用であるか否か不明であった。。そこでヒト好中球チトクロームbに対するモノクローナル抗体を用い、正常者、慢性肉芽腫症患者7例(男6:女1)、患児の母親3名の好中球膜表面チトクロームbをフローサイトメーターにより測定した。その結果男性患者6例では欠損ないし著減、女性患者1例では正常に存在、母親3名中2名でチトクロームbが正常に存在する群と欠如する群が混在した。このように好中球表面チトクロームbを測定することは慢性肉芽腫症の診断上有用であり、保因者の検索、遺伝形式の推定にも役立つ。この方法は必要血液量が少量ですみ出生前あるいは新生児期の慢性肉芽腫症の診断にも応用できることが判明した。Tリンパ球表面機能分子に対する自己抗体の有無をループスエリテマドーデス(SLE)79例において検索した。Tリンパ球に対する抗体の有無をモノクローナル抗体の結合阻害で調べたところ3CD2モノクローナル抗体の結合阻害が2例にみられ、CD3、CD28モノクローナル抗体の結合阻害はみられなかった。又正常ヒトリンパ球に対する活性化をフォルボールエステル存在化でみると31例に有意のDNA合成促進がみられた。病勢との関連等を現在検討中である。
染色体の核内配置制御メカニズムの解明

これまでに、植物の染色体タンパク質複合体であるコンデンシンII(Cnd II)の変異体の間期核において偏ったセントロメアの配置がみられることが明らかとなっている。そこで、本課題では、Cnd IIの染色体配置の分子機構の解明、及び、セントロメアの偏在を指標とした新たな染色体配置制御因子の探索と機能解析を通じて、植物の間期核における染色体の核内配置制御機構を包括的に理解することを目的とした。既知の文献に基づいて新規染色体配置制御因子の探索を行った。核膜タンパク質であるCRWNの変異株では、核の形態が変化にくわえて染色体間相互作用が変化する。そこで、核の形態に関与する遺伝子の変異体について解析を行った。その結果、調べた中でCRWNの変異株のみ、偏ったセントロメアの配置が起こることが分かった。イメージング解析の結果、Cnd IIは分裂期前後で強いセントロメア局在を示し、セントロメアは分裂期後期から終期にかけてランダムに核内に配置されることがわかった。分裂期後期から終期にかけて核膜が再構成されることから、セントロメア上のCnd IIと核膜上のCRWNが相互作用することで、セントロメアが核膜上のランダムな位置にアンカリングされ、核膜の再構成と供にセントロメアが分散する仮説を立て、現在検証している。Cnd IIによるセントロメア以外の領域の配置制御を検証した結果、通常セントロメアに非常に近接して存在するヘテロクロマチン領域が、Cnd II変異株では離れてしまうことが分かった。一方で、この現象は核膜タンパク質CRWNの変異株では認められなかった。このことは、セントロメアの配置を制御する機構とその他のヘテロクロマチン領域の配置を制御する機構は異なることが示唆する。以上から、Cnd IIは2つの異なる機能をもって染色体の特定の領域の配置を決定していると考えられた。26年度が最終年度であるため、記入しない。
極限的並列性を指向した集合論理VLSIアーキテクチャに関する研究

VLSI技術の極限的微細化と大規模化に伴い,内部配線の激増に起因する問題が深刻な障壁となりつつある.本研究では,配線問題に制限されない次世代高並列集積システムの構築を目指して,「多値論理」および「集合論理」と呼ばれる新しい演算原理に基づくVLSIアーキテクチャの可能性を検証した.1.2値M系列を情報担体とする同期式集合論理のための基本論理ゲートの組を発案し,これによる集合論理回路の合成手法を明らかにした.2.集合論理回路では,M系列の長さと多重度を調節することにより,信号線上の情報量と信頼性を柔軟に制御できることを明らかにした.3.双方向電流モード回路方式に基づく集合論理回路の実現方式を提案した.さらに,集合論理に基づく9×9画素完全並列画像処理用テンプレートマッチング回路を0.6μm CMOS技術を用いて設計・試作した.40×40画素程度のテンプレートマッチング回路を構成した場合,チップ面積を約30%,配線領域を約78%削減することが可能である.4.2値M系列を情報担体として大幅な配線量の削減を可能にする新しいニューラルネットワークアーキテクチャを発案した.5.研究概念を任意の直交符号をキャリアとする一般的なチップ内/チップ間CDMA通信方式に拡張するとともに,符号系列の位相オフセット誤差の問題を克服できる多値CDMA方式を発案した.6.以上の研究と並行して,多値論理VLSIアーキテクチャに関する研究を行うとともに,集合論理方式との比較を行った.ニューラルネットワークなどのアナログ信号配線の多いアーキテクチャではCDMA方式が有効であり,シグナルプロセッサなどのディジタル演算を多用する応用では多値論理方式が適しているという結論を得た.今後,多値論理/集合論理VLSIアーキテクチャの大規模応用技術を開発することが重要な研究課題である.VLSI技術の極限的微細化と大規模化に伴い,内部配線の激増に起因する問題が深刻な障壁となりつつある.本研究では,配線問題に制限されない次世代高並列集積システムの構築を目指して,「多値論理」および「集合論理」と呼ばれる新しい演算原理に基づくVLSIアーキテクチャの可能性を検証した.1.2値M系列を情報担体とする同期式集合論理のための基本論理ゲートの組を発案し,これによる集合論理回路の合成手法を明らかにした.2.集合論理回路では,M系列の長さと多重度を調節することにより,信号線上の情報量と信頼性を柔軟に制御できることを明らかにした.3.双方向電流モード回路方式に基づく集合論理回路の実現方式を提案した.さらに,集合論理に基づく9×9画素完全並列画像処理用テンプレートマッチング回路を0.6μm CMOS技術を用いて設計・試作した.40×40画素程度のテンプレートマッチング回路を構成した場合,チップ面積を約30%,配線領域を約78%削減することが可能である.4.2値M系列を情報担体として大幅な配線量の削減を可能にする新しいニューラルネットワークアーキテクチャを発案した.5.研究概念を任意の直交符号をキャリアとする一般的なチップ内/チップ間CDMA通信方式に拡張するとともに,符号系列の位相オフセット誤差の問題を克服できる多値CDMA方式を発案した.6.以上の研究と並行して,多値論理VLSIアーキテクチャに関する研究を行うとともに,集合論理方式との比較を行った.ニューラルネットワークなどのアナログ信号配線の多いアーキテクチャではCDMA方式が有効であり,シグナルプロセッサなどのディジタル演算を多用する応用では多値論理方式が適しているという結論を得た.今後,多値論理/集合論理VLSIアーキテクチャの大規模応用技術を開発することが重要な研究課題である.平成10年度は,擬似ランダム系列を情報担体とする高並列・高信頼化集合論理回路網の系統的設計法を明らかにした.1. M系列を情報担体とする同期式集合論理のための基本論理ゲートの組としては,集合和,集合積,集合論的リテラルの系が,CMOS電流モード回路技術による実現を想定した場合に,最もコンパクトな実現を可能にすることが判明した.また,任意の集合論理関数を3段回路として実現可能であることが明らかになった.2.集合和,集合積,集合論的リテラルによる集合論理式の簡単化手法として,繰り返し共有項生成手法を考案し,集合積項数が最小となる集合論理回路網を合成するための論理設計法を確立した.3. M系列においては,情報の多重化が可能であるのみならず,変調された信号が時間的・周波数的に分散するために,極限的に微細化された配線で問題になるクロストーク雑音などの外乱に強いという性質を有する.そこで,同期式集合論理システムを想定し,信号線上のS/N比とビットエラーレートの関係を定量的に評価した.この結果,集合論理システムにおいては,M系列の系列長と多重度の2つのパラメータを調節することにより,信号線上の情報量と信頼性を柔軟に制御可能であることが明らかになった.4.上記1に関する検討の過程で,CMOS電流モード回路技術による集合論理システムは,しきい論理的な動作を基本とする並列処理アーキテクチャにおいて特に有用であるという見通しを得た.この性質は,配線問題が特に深刻となっているニューラルネットワークなどの応用において効果を発揮すると考えられる.これらの応用に関しても,今後,具体的な検討を行う予定である.平成11年度は,CMOS双方向電流モード回路技術に基づく集合論理VLSIの実現方式とそれに適するコンピューティングアーキテクチャについて検討した.1.双方向電流モード回路方式による小規模な集合論理回路を設計し,その動作をHSPICEシミュレーションにより検証した.

情報担体となるM系列は,線形帰還シフトレジスタの出力を双方向電流信号に変換することによって発生し,信号の多重化を結線による電流加算のみで実現した.2.上記の結果を踏まえて,集合論理に基づく9×9画素完全並列画像処理用テンプレートマッチング回路を0.6μmCMOS技術を用いて設計・試作し,その動作をシミュレーションおよび測定により確認した.40×40画素程度のテンプレートマッチング回路を構成した場合,M系列による情報の多重伝送に基づいて,システムのチップ面積を約30%,配線領域を約78%削減することが可能であることを明らかにした.3.CMOS双方向電流モード回路技術は,しきい論理的な動作を基本とする並列処理アーキテクチャにおいて特に有用であると思われる.このようなアーキテクチャとして,配線問題が深刻になるニューラルネットワークについて検討した.CMOS双方向電流モード回路技術により,多重化された信号に対して,その検出動作と積和演算動作を一体化した受信回路を構成することが可能であることをHSPICEシミュレーションによって明らかにした.4.上記の2および3の検討の結果,本研究で提案する情報の多重伝送の概念は,チップ内(およびチップ間)におけるCDMA通信として一般化が可能であると考えられる.今後,多値信号による多重通信などに代表される他の方式との定量的比較が必要であると思われる.5.膨大な記録が必要になるFPGAなどの再構成型システムへのチップ内多重通信技術の適用について検討した.平成12年度は,これまでに検討してきた情報の多重伝送の概念を一般化したチップ内/チップ間CDMA(Code-Division Multiple Access)通信技術の可能性を検討し,今後の研究課題を明らかにした.1.2値M系列を多重化キャリアとしたLSIシステムの概念は,任意の直交符号をキャリアとする一般的なチップ内/チップ間CDMA通信方式に拡張することが可能である.一方,チップ内/チップ間CDMA通信における最大の問題は,配線遅延による符号系列の位相オフセット誤差であり,これがシステムの誤動作の主要因になる可能性がある.これを解決するために,多値M系列をキャリアとする多値CDMAの可能性を検討した.位相オフセット誤差の度合いに応じて,適切な多値M系列をキャリアとして使用することにより,誤差を完全にキャンセルできることを明らかにした.2.多値CDMAをニューラルネットワークなどに適用した場合について総合的な評価を行った.具体的には,ホップフィールド型ニューラルネットワークに関して,2値CDMA方式と多値CDMA方式を比較し,前者は位相オフセット誤差の影響を強く受けるのに対して,多値CDMA方式では位相オフセット誤差の影響を受けない構成が可能であることを明らかにした.
概日時計プログラムによる炎症性掻痒の日内変動の分子基盤と時間薬理への応用

生体時計は、地球の自転にともなう昼夜の規則正しい変動に基づき形成された、生命にとって最も根源的な「時間」の仕組みである.本研究では『かゆみ』という神経感覚が一日のなかで消長する仕組みを、かゆみに関わるTRPチャネルや炎症に対する申請者の研究経験を基に解明する.具体的には、所属研究室が所有するPer1/2/3・Cry1/2・Bmal1-KOマウスを用いて、TRPチャネルやその制御分子の発現及び翻訳後修飾の日内変動を分子レベルまで明らかにする.本研究は、体内時計を基盤とした分子プログラムによるかゆみ症状の日内変動機構を明らかにし、かゆみ時間症状の実体の解明とその緩和を目指すことを目標とする.生体時計は、地球の自転にともなう昼夜の規則正しい変動に基づき形成された、生命にとって最も根源的な「時間」の仕組みである.本研究では『かゆみ』という神経感覚が一日のなかで消長する仕組みを、かゆみに関わるTRPチャネルや炎症に対する申請者の研究経験を基に解明する.具体的には、所属研究室が所有するPer1/2/3・Cry1/2・Bmal1-KOマウスを用いて、TRPチャネルやその制御分子の発現及び翻訳後修飾の日内変動を分子レベルまで明らかにする.本研究は、体内時計を基盤とした分子プログラムによるかゆみ症状の日内変動機構を明らかにし、かゆみ時間症状の実体の解明とその緩和を目指すことを目標とする.
自然リンパ球の活性化と皮膚炎の病態に関する研究

IL-33はIL-1ファミリーに属する炎症性サイトカインである。ヒトのアトピー性皮膚炎(AD)の表皮ではIL-33が高発現していることからhK14をプロモーターとしてIL-33を表皮で過剰産生する遺伝子改変マウスを樹立したところ、IL-33受容体を発現する2型自然リンパ球(group 2 innate lymphoid cells; ILC2)が活性化し、Th2サイトカイン産生の増加を伴ってADに酷似する皮膚炎が自然発症した。このマウスからRORα機能欠損マウスの骨髄を移植してILC2を消去すると皮膚炎の発症は消失した。従ってILC2がIL-33誘導性皮膚炎に重要であることが判明した。AD皮膚に集積する2型自然リンパ球(ILC2)の特性を解明申請者らはヒトケラチン14をプロモーターとしてIL-33を表皮で過剰産生する遺伝子改変マウス(IL-33Tg)を樹立した。このマウスではIL-33受容体を発現する2型自然リンパ球(group 2 innate lymphoid cells; ILC2)が活性化し、IL-5などのTh2サイトカイン産生の増加を伴ってADに酷似する皮膚炎が自然発症する。ILC2の分類は、現在はinflammatory ILC2 (iILC2)とnatural ILC2 (nILC2)に分けられる(Huang Y and Paul WE, Inflammatory group 2 innate lymphoid cells. Int Immunol. 2016)。例えばIL-25で誘導されたnuocyteはiILC2に、ナチュラルヘルパー細胞はnILC2に分類される。申請者らが樹立した新規AD病態モデルマウスIL-33Tgの皮疹部の皮膚をコラゲナーゼ活性をもつ酵素で溶解し比重遠心法にて白血球だけを分離する手法で皮膚に浸潤するILC2の表面マーカーをフローサイトメーターで解析したところ、Lin陰性、Sca-1陽性、ICOS陽性、ST2 (IL-33R)陽性、Thy1強陽性、KLRG1中間陽性、IL-17RB弱陽性であり、その表現型はnILC2に一致することが判明した。このように、IL-33Tgマウスの2型自然リンパ球(ILC2)はナチュラルヘルパー細胞(nILC2)に相当することが判明した。新規AD病態モデルマウスIL-33Tgを好塩基球のない遺伝子改変マウスと交配する予定であったが、本学動物実験施設の都合で受精卵から好塩基球のない遺伝子改変マウスを起こすのが8ヶ月待ちとなり、その分遅延したものの、現在では無事にマウスが生体まで育ったことで交配を開始しつつある。なお、現在ではすぐに受精卵からマウス作成ができる体制に戻っている。また、ILC2のないマウスも本学で既に利用可能となり、実験を進めていくことが可能な体制となっている。IL-33は2型自然リンパ球(ILC2)を抗原が存在しなくても刺激でき、ILC2から大量のTh2サイトカイン産生を促す炎症性サイトカインである。申請者らは、表皮でIL-33を過剰に産生する遺伝子改変マウス(IL-33Tg)を樹立した。このマウスはILC2の活性化を伴ってアトピー性皮膚炎(AD)の症状を再現する新規ADの病態モデルである。しかし、ヒトADおよびIL-33Tgに生じる皮膚炎が実際にILC2の活性化を介するかは不明である。まず、IL-33TgマウスをRag2KOマウスと交配し、獲得免疫系が作用しない状態にしたところ、それでもなお皮疹が発症し、自然免疫系、例えばILC2の関与が考えられた。そこで、ILC2のないマウスの骨髄移植によってILC2を除去し、その効果を観察した。具体的には、ILC2細胞を欠損するマウス(RORα-/-)を用いる実験系、すなわち放射線照射したIL-33TgマウスにRORα-/-マウスの骨髄移植を行ったところ、RORα+/-マウス(ヘテロ)の骨髄移植を行ったマウスにおいては皮膚炎が発症したのに対して、RORα-/-マウスの骨髄移植を行ったマウスでは当然ながらILC2が消失しており、皮膚炎も発症しなかった。したがって、IL-33の標的細胞としてはILC2が非常に大切であることが判明した。今後は、ほかの方法、たとえば、ILC2を消去しても同様の結果が得られるのかどうか、慎重に検討していく予定である。また、皮疹を観察しているとIL-33Tgではアトピー性皮膚炎のみならずアトピー性角結膜炎をも発症することが判明したので、こちらも解析予定である。ILC2を抗体で消去するには、あらかじめIL-33TgマウスをRagKOマウスと交配しなければならない。マウスの交配には時間がかかるため、当然ながら、交配の結果が出揃うのに時間がかかり、最終的な表現型解析は平成29年になることが予想されている。IL-33はIL-1ファミリーに属する炎症性サイトカインで、上皮系細胞の核内に活性型として存在する。研究代表者らは、ハプテンによるなどで刺激で角化細胞がIL-33を細胞外に放出することを示してきた(Imai Y, et al. J Dermatol Sci,2014)。即ち、IL-33は細胞障害性の刺激によって遊離する警報因子“alarmin"と考えられる。ヒトのアトピー性皮膚炎(AD)の表皮(ケラチノサイト)ではIL-33が高発現していることから、ADの皮膚では「警報因子が過剰」な状態と考えられる。

そこで、研究代表者らはヒトケラチン14をプロモーターとしてIL-33を表皮で過剰産生する遺伝子改変マウス(IL-33Tg)を樹立した。このマウスではIL-33受容体を発現する2型自然リンパ球(group 2 innate lymphoid cells; ILC2)が活性化し、IL-5などのTh2サイトカイン産生の増加を伴ってADに酷似する皮膚炎が自然発症していた。そこで、AD様皮膚炎を自然発症するこのIL-33TgマウスをILC2のない系統であるRORαからの骨髄移植によってILC2を除去したところ、皮膚炎はまったく発症しなかった。さらに、皮膚のTh2サイトカイン、ケモカインのレベルはほぼ正常レベルにまで低下していた。このように、ADの皮膚炎発症におけるILC2の役割を明らかにした。今後は、さらに、ILC2以外にも好塩基球もIL-33受容体を発現していることから、これらの細胞がIL-33Tgの皮膚炎発症に関与する可能性も考えられるため、好塩基球のない遺伝子改変マウスと交配、あるいはこれらの細胞を消去する抗体を投与し、その影響を検討し、また好塩基球とILC2の関連性についても実験・実証を進める予定である。IL-33はIL-1ファミリーに属する炎症性サイトカインである。ヒトのアトピー性皮膚炎(AD)の表皮ではIL-33が高発現していることからhK14をプロモーターとしてIL-33を表皮で過剰産生する遺伝子改変マウスを樹立したところ、IL-33受容体を発現する2型自然リンパ球(group 2 innate lymphoid cells; ILC2)が活性化し、Th2サイトカイン産生の増加を伴ってADに酷似する皮膚炎が自然発症した。このマウスからRORα機能欠損マウスの骨髄を移植してILC2を消去すると皮膚炎の発症は消失した。従ってILC2がIL-33誘導性皮膚炎に重要であることが判明した。ヒトのアトピー性皮膚炎(AD)ではILC2が皮膚で増加しているが、ADの皮膚炎がILC2の活性化に依存するかどうか証明することは不可能である。そこで、AD様皮膚炎を自然発症するIL-33TgマウスをILC2のないマウスと交配あるいは骨髄移植によってILC2を除去し、その効果を観察して、ADの皮膚炎発症におけるILC2の役割を明らかにする。ILC2以外にも好塩基球もIL-33受容体を発現しており、これらの細胞がIL-33Tgの皮膚炎発症に関与する可能性も考えられる。そこで、好塩基球のない遺伝子改変マウスと交配、あるいはこれらの細胞を消去する抗体を投与することで、その影響(表現型)を観察する。IL-33Tgマウスと好塩基球欠損可能マウスの交配が終了し、そのフェノタイプの最終的な解析を行う。IL-33TgマウスとRagKOマウスの交配が終了し、抗体でILC2を消去した場合のフェノタイプの最終的な解析を行う。結果の論文投稿を行う。皮膚科学急な円安により輸入品の価格が暴騰したため、無理に購入せず、次年度に回せる解析は次年度にまわしている。実験で得られたサンプルも固定したままmRNAを抽出していないものや解析せずに置いてあるものがごく少量ある。3千円と誤差範囲であり、ほぼ予定通りである。円安が改善してきたため、当初の予定通りに輸入となる消耗品(RNA抽出キット、ELISAキット、PCR関連消耗品、抗体など)を購入していく予定である。キムワイプ等
走性現象の数理モデルの高精度数値解法の開発とその数値解析

物理学、化学、生物学等の自然科学分野でよく現れる走性現象を調べるために非線形放物型偏微分方程式系で記述される走化性数理モデルが提出されている。解析解が一般に存在しないため、高精度の数値解を求めることが各分野の発展にも極めて重要な研究テーマである。本研究では、研究代表者は研究協力者たちの協力で、無限領域におけるKeller-Segel型非線形放物型偏微分方程式系に対して、有限領域における近似的な非線形問題を導出する結果を得て爆発解の有効な数値解を求める方法を開発した。さらに、特異性の解を持つ楕円型偏微分方程式の高精度数値解法と孤立波の数値シミュレーションについても研究成果を得た。今年度は自発細胞両極性の現象を記述する空間1次元の半無限区間上の移流拡散方程式の爆発解の数値スキームを構成した。細胞を球対称の形から好適な軸を持つ状態にさせるプロセスが細胞両極性と呼ばれる。走化性現象においてある化学物質の勾配が細胞の移動方向を決めると同様に、細胞両極性は、ある外部の非対称合図によって制御される。細胞両極性に関する研究は近年活発に行われ、多くの反応拡散方程式で記述する数理モデルが提出されたが、ダイナミックスは完全にはまだわかっていない。フランスの研究者たちによって提出された半無限区間上の移流拡散方程式の爆発解の数値スキームを構成することで、解とモデルの挙動へ向けた重要な一歩を得ることに成功した。今年度は、半無限区間上の移流拡散方程式の初期値境界値問題を空間1次元の有界領域における初期値境界値問題で近似する成果を得た。具体的には、1次元Keller-Segel型モデルは半無限区間上の問題なので、その爆発解等の数値シミュレーションは極めてむずかしくて、有限空間上の境界値問題で近似する必要がある。移流拡散方程式にラプラス変換を施すことにより、局所非線形的な吸収型境界条件を得ることができた。この吸収型境界条件を用いて、有限空間上の境界値問題を導入することに成功した。しかも、境界値条件が時間に依存しないことで、時間変数に対する離散化がより容易に行われ、非線形常微分方程式のシステムを得ることができた。この非線形常微分方程式のシステムを数値的に解くことにより、爆発解の数値シミュレーションが可能となった。数値実験が行われ、有限空間の長さというパラメーターと境界値問題の境界条件の間に関係があることを明確化していることに成功した。物理学、化学、生物学等の自然現象の数理モデルの中で多くのものが偏微分方程式で記述されている。生物学、生態学等のシステムにおいて、細胞、個体群等は外部の刺激を受けるとき相応する反応をする特性をもつ。このような特性は走性と呼ばれる。走化性、走光性、走気性等は走性のよく現れる形となっている。そのために、数値的に解くことは、ダイナミックスの解明や現象の理解および予測に対して重要な手段と言える。今年度は自発細胞両極性の現象を記述する移流拡散方程式の2次元空間上の領域における数理モデルを考察した。爆発解の存在域を調べる数値スキームを構成した。この数値スキームを適用することにより、爆発解が存在するかどうかの数値シミュレーションを実現した。自然科学の研究分野に現れた爆発解に関する問題に対して、工学の現場では、具体的な計算結果が求められている。したがって、有効で高精度の数値解法と対応する数値解析の評価が求められる。ここで得られた成果は工学の現場に応用されることが期待できる。今年度は、半無限区間上の移流拡散方程式の初期値境界値問題を空間2次元上の領域における初期値境界値問題へ拡大し考察した。2次元Keller-Segel型モデルとして1次元区間上の問題よりも解析が難しいので、その爆発解等の数値シミュレーションを実現するには高精度の数値スキームを構成する必要がある。1次元有限空間上の境界値問題を導入することに成功したので、それを2次元領域へ拡大し、非線形常微分方程式のシステムを得ることができた。この非線形常微分方程式のシステムを数値的に解くことにより、爆発解の数値シミュレーションを実現し、数理モデルに対して数値実験が行われた。爆発解の存在域をある程度調べることに成功した。これら成果をまとめて学術誌に投稿する予定である。(1)特異性の解を持つ楕円型偏微分方程式の高精度の数値解法に関する研究研究代表者は、北京林業大学のXiao-Yu Zhang准教授と中国河海大学の王如雲教授との共同研究で、楕円型偏微分方程式のDirichlet境界値問題の高精度の数値解法の開発とその数値解析の誤差評価を従事した。真の解が領域の境界でその微分係数が発散するという特異性がある問題に対して、伸長関数を使う格子点の再細分化によってShortley-Weller法の高精度性を示す数値スキームの誤差評価を与えた。伸長関数のパラメータを調整することによりほぼ2次精度で真の解に収束することを証明した。研究成果は論文としてまとめられ、学術誌Numerical Functional Analysis and Optimizationに発表した。

これらテクニックは、自然科学の研究分野に現れた爆発解をもつ問題に関する数値スキームの構成に応用でき、有効で高精度の数値解法と対応する数値解析の評価が求められる。(2) Rossby孤立波の性質及び数値シミュレーションに関する研究研究代表者は、中国河海大学の王如雲教授およびその研究グループとの共同研究で、弱いシェアーのある流体において、不安定な地形によって強制されたRossby孤立波の性質とその数値シミュレーションに関する研究を従事した。強制項をもつ新しいKdV方程式が導出され、子午波数が1と2の場合に対して生成した孤立波の進化を調べた。さらに、擬似スペクトル数値解法によって孤立波の数値シミュレーションを行った。研究成果は論文としてまとめられ、学術誌Nonlinear Dynamicsに発表した。物理学、化学、生物学等の自然科学分野でよく現れる走性現象を調べるために非線形放物型偏微分方程式系で記述される走化性数理モデルが提出されている。解析解が一般に存在しないため、高精度の数値解を求めることが各分野の発展にも極めて重要な研究テーマである。本研究では、研究代表者は研究協力者たちの協力で、無限領域におけるKeller-Segel型非線形放物型偏微分方程式系に対して、有限領域における近似的な非線形問題を導出する結果を得て爆発解の有効な数値解を求める方法を開発した。さらに、特異性の解を持つ楕円型偏微分方程式の高精度数値解法と孤立波の数値シミュレーションについても研究成果を得た。自発細胞両極性のKeller-Segel型システムは空間1次元でも爆発解をもつことがフランスの研究者Calvez, Meunier and Voituriezc等に示された。その爆発解の数値的なスキームを提出し、その数値解析の理論を立てることが本研究の目的である。初年度では、空間1次元の有界領域における初期値境界値問題で近似する成果を得た。その次に、最後の離散近似解の爆発性質をもとの爆発解の性質を反映させるために、非線形常微分方程式系をどのように数値的に解くかという問題を解決するために研究を展開していく。さらに、誤差評価を従来の収束解析方法で得られるかという問題も着手する考えとなる。本研究ではモデル問題に対応する空間非一様な分割を行い、その上でコンパクト有限差分スキームを構成することにより、空間変数に対して3次または4次以上の精度の近似解を得られるように期待できる。1次元と2次元のKeller-Segel型システムについて数値的なスキームを提出したので、最後の年度には、その数値解析を行い、またほかの反応拡散方程式で記述した数理モデルへ適用する。誤差評価を従来の収束解析方法で得られるかという問題も着手する考えとなる。偏微分方程式の数値解析
更新世末におこった新世界産陸生哺乳類の大絶滅に関する研究

1.北アメリカの更新世哺乳類に関する文献は予想以上に多く、またシンポジウムなどのまとめとしてロ-カルな機関から不定期に又は単行本扱いで出版されているものも多く、入手に時間を要した。論文集に収載された論文は本研究課題にかかわる問題を比較的総括的に扱っているものが多く、全体を把握するには都合がよい。特に32点については詳しく検討した。2.Martin and Klein(1984):Quaternary extinctionsは1980年代はじめまでにおける、更新世後期の大型哺乳類の大絶滅に関する研究の集大成であり、そのデ-タは最重要である。しかし、その中でMartinが北アメリカの更新世末に絶滅した大型哺乳類としてリストした33属については、それ以降いくつかの属に検討が加えられ、1990年現在31属とされている。3.過去25年間に出版された^<14>C年代のうち、絶滅に関してほとんど異論のない25属の大型哺乳類にかかわるものは307件あった。個々のデ-タをその信頼性の高さによって区別した結果、信頼性の高い年代のデ-タだけで見る限り、25属すべて10,000年(恐らく10,800年)前までに絶滅していることがわかった。しかも、シャスタナマケモノ、ウマ、キャメロプス(ラクダ)、アメリカマストドン、マンモスの5属はほとんど同時に絶滅したことも確かとなった。4.しかしなお、絶滅の原因が人類による過剰殺戮なのか、あるいは急激な気候変動なのかを確定できるほどデ-タの精度は高くなく、その数も多くないのが現状である。5.詳しく検討した文献は、A04班がつづけてきた文献情報資料集の第7号として編集・印刷した。
粒子の運動・反発エネルギーに着目したコールドスプレー皮膜成膜条件マップの構築

金属微粒子を固相のまま成膜させるコールドスプレー(CS)法は多くの長所を有するが,粒子の付着機構が未だ明確になっていないことが課題となっている.CS装置を利用したアプローチでは,粒径にバラツキがあり,不均一な形状の無数の微粒子がほぼ同時に基材上に衝突してしまうことで,付着機構解明を困難にしていた.本研究では,形状・粒径を固定させた真球を単一で基材上に衝突させ,衝突速度および衝突粒子の評価を行うCS模擬単粒子衝突試験装置を開発した.本装置を用い,種々の材料の組み合わせに対する粒子付着現象を詳細に評価し,粒子の運動・反発エネルギーに着目したコールドスプレー皮膜成膜条件マップの構築を行った金属微粒子を固相のまま成膜させるコールドスプレー(CS)法は多くの長所を有するが,粒子の付着機構が未だ明確になっていないことが課題となっている.CS装置を利用したアプローチでは,粒径にバラツキがあり,不均一な形状の無数の微粒子がほぼ同時に基材上に衝突してしまうことで,付着機構解明を困難にしていた.本研究では,形状・粒径を固定させた真球を単一で基材上に衝突させ,衝突速度および衝突粒子の評価を行うCS模擬単粒子衝突試験装置を開発した.本装置を用い,種々の材料の組み合わせに対する粒子付着現象を詳細に評価し,粒子の運動・反発エネルギーに着目したコールドスプレー皮膜成膜条件マップの構築を行った今年度は,運動エネルギーも求めるための粒子速度の計測および流体解析に注力し,検討を進めた.運動エネルギーに影響を及ぼす粒子速度に関しては,取り扱う粒子が極めて細かいことおよび粒子速度が速いことの理由から,数年前までは高速度カメラを用いてもその計測が困難であった.しかし,最近になり,粒子画像流速測定法(PIV)の発展によりコールドスプレー法による粒子速度計測の可能性が見えてきた.計測時には高速度カメラにより飛行粒子の観察も行った.その結果,飛行中の粒子が明確に観察できており,粒子速度の計測が可能なことが明らかとなった.これらの装置を用い,ガス温度,ガス圧力を変化させ,粒子速度の定量評価を行った.粒子計測の結果,速度は1,500m/sec以上となっている位置も確認された.数回の計測による再現性を確認しており,ばらつきの少ない計測が可能であった.粒子速度は,ガス圧力の上昇に伴い,顕著に上昇することが明らかとなった.一方,ガス温度を変化させた場合,温度上昇によっても粒子速度はほとんど上昇しないことが明らかとなった.これは温度上昇により,ガスの膨張が顕著になり,そのため粒子速度が上昇しないことが推測された.また,数値解析により,粒子速度の解析を行った.その結果,2MPaまでの解析結果は,実験結果とほぼ同等の結果を示した.しかし,ガス圧力が3MPaの場合,解析結果と実験結果は大きく異なった.これは解析に用いている粒子温度がガス温度に等しいと仮定しているが,実際の粒子温度はガス温度よりも顕著に低いことが考えられるため,この点を考慮することで実験結果と解析結果の合わせ込みを行う.今年度は,最終年度であるため,前年度コールドスプレーにおける粒子付着メカニズムを解明するために開発した,単粒子衝突試験システムにより,Al粒子の粒子付着現象を評価し,基材材料の違いによる粒子付着速度(臨界速度)を求めた.開発した単粒子衝突試験システムは,直径1mmの単粒子をヘリウムガスによって加速し,高速で基材に衝突させる装置である.実際のコールドスプレー粒子は数十μm程度と微小であり,また大小様々な形状の粒子が無数に飛翔していることから,個々の粒子の速度や運動エネルギーを正確に評価することは極めて困難であった.本装置では,予め大きさや形状が明らかな球状の単粒子を衝突させることで,粒子の速度や運動エネルギーを正確に評価することが可能である.粒子の速度は,2つのレーザー間を粒子が通過した時間差から評価した.速度に応じ,粒子は基材に衝突した後にリバウンドするか,基材上に付着する.この際の粒子が付着し始めるときの速度(臨界速度)を定量的に評価した.本装置により,各材料の組み合わせにおける臨界速度を評価し,臨界速度に及ぼす材料因子を特定することが可能になった.本装置を用いAl粒子における臨界速度を求めた結果,基材材料によって臨界速度は異なり,Al基材では約440m/s,Cu基材では300350m/s,Ni基材では380m/s以下,Ti基材では臨500m/s以上等の結果を得ることができ,粒子速度と基材材料に対する粒子付着条件マップを構築することができた.ただし,本試験で評価された臨界速度と各材料の機械的特性(硬さ)の相関性は認めらなかった.付着粒子の詳細観察から,材料表面に生成している自然酸化皮膜の存在が影響していることが示唆された.コールドスプレーにおける粒子の成膜では,粒度分布を持った無数の粒子がほぼ同じタイミングで基材に衝突するため,1つずつの粒子の飛翔速度や粒径が異なることや粒子間での干渉による速度の変化があり,粒子の変形挙動と付着の関係を正確に評価することが困難である.そこで,平成24年度は,粒径を固定した単粒子を飛翔させ,基材表面へ付着させることが可能な「コールドスプレー模擬単粒子衝突システム」を開発した.

このシステムは,単粒子のみを飛翔させ,速度を制御することで,スプレー条件を変化させた際の各種材料に対する粒子付着挙動を詳細に評価することが可能である.最終年度である25年度は,このシステムを用い,粒子付着に及ぼす粒子の大きさ,粒子速度,および粒子-基材の組み合わせ等のパラメータを変化させ,コールドスプレーにおける粒子成膜条件マップを構築する.上述の実験と平行し,数値解析においても,同パラメータを変化させた場合の影響を詳細に評価し,実験データの信憑性を向上させる.さらに,実験データおよび解析データを用い,粒子速度および粒径から得られる粒子の運動エネルギーおよび基材への粒子付着時に発生する反発エネルギーを求め,運動エネルギーおよび反発エネルギーの違いによる粒子付着への影響に関しても検討し,粒子付着の評価式(理論式)を求める.この結果から,実験によるスプレー条件の最適化を行わずして,最適な成膜条件を解析で求める手法を確立する.また,粒子と基材成膜の組み合わせに関し,材料の機械的特性とスプレー条件から予測可能にさせる.得られた結果は,日本溶射学会全国講演大会,日本材料学会年次大会等で口頭発表し,発表時に得られた多くの意見を参考にジャーナル紙への投稿を行う.粒子画像流速測定法(PIV)を用い,当初の予定通りの実験結果を得ることに成功している.数値解析に関しては,高圧力側でまだ実験結果との一致は得られていないものの,低圧力側での評価は可能となっており,解析に用いる条件を最適化することでこの問題は解決するものと判断している.25年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は,単独粒子の速度を計測する目的でコールドスプレー模擬単粒子衝突システムを開発し,単粒子を基材上へ付着させることに成功した.現在,有限要素解析,粒子法等の数値解析との比較を行っており,おおむね良好な結果が得られている.今後は粒子速度,粒子材料を変化させ,成膜条件マップを完成させる.粒子速度に及ぼす粒子形状,大きさ,粒度分布,および比重(密度)に着目し,評価を行う.粒子速度は,粒子が球状かブロック状かといった形状の影響,粒子径の大小による大きさの影響,および無数の粒子が同時に噴射されるため粒子の粒度分布の影響等を受ける.これら粒子パラメータの影響を評価するために,1パラメータのみを変化させて(他パラメータは固定),粒子速度の評価,および運動エネルギーの評価を実施し,定量的に,形状・大きさ・粒度分布が粒子速度へ及ぼす影響を明らかにし,無視可能なパラメータと無視できないものを明確にする.また,粒子の比重(密度)も粒子速度に影響を及ぼすことが予測されるため,材料の種類をアルミとステンレス鋼等で変化させる,あるいは同材料であっても気孔の有無によりかさ密度を変化させた粉末に関しても評価を実施する.25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度に開発したコールドスプレー模擬単粒子衝突システムを用い,粒子速度および粒子・基材材料を変化させ,成膜条件マップを完成させる.ただし,現時点では,粒子速度が十分ではなく,軟質材料粒子のみの付着が可能なことから,粒子速度の改善を行い,硬質材料粒子の付着も可能にさせる.この際,高速度カメラを用い,粒子が塑性変形する様子を詳細に観察する.また,粒子の変形挙動を有限要素解析および粒子法の一種であるSPH法(Smoothed Particle Hydrodynamics Method)を用い解析することにより,スプレー条件の選定を実験することなく,解析から求める手法を確立する.