hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
αへリックスの構造変化が不可欠な活性型プロスタグランジンＥ２合成酵素１の構造研究

炎症性脂質メディエータを産生するプロスタグランジンE2合成酵素を脂質二重膜を模した環境で結晶化し、X線結晶構造解析に使用できる結晶を得た。また、同じタンパク質ファミリーに属し、構造既知のロイコトリエンC4合成酵素の活性部位をターゲットとした阻害剤スクリーニングで得られた候補化合物の中から、MPGES1の酵素活性を抑制する有機低分子を見出した。これらの結果から、MPGES1の分子機能を探る実験を行うことが可能になった。本研究では、炎症性疾患の治療薬やがんの発症を抑制する薬剤開発の対象タンパク質であるマイクロゾーマルプロスタグランジンE2合成酵素(mPGES1)のX線結晶構造解析を行う。X線結晶構造解析では、十分なX線回折能を持つ結晶が必要となる。昨年度までの結晶のX線回折能は不十分であった。結晶化中のタンパク質の安定性の不足と、タンパク質の末端のペプチド鎖の構造の不均一性が、不十分なX線回折能の原因との作業仮説のもと実験を行った。結晶化中のタンパク質の安定に保つため、モノオレインの脂質相中での結晶化を行った。水和したモノオレインは結晶化の過程で細胞膜の脂質二重膜に似た相を作る。細胞の中で脂質二重膜中に存在しているmPGES1を含む膜タンパク質は、モノオレインの脂質相中でより安定に結晶化できると考えられる。mPGES1を分裂酵母の細胞膜に発現し、ドデシルマルトシドで細胞膜から可溶化した。精製の過程でドデシルマルトシドをデシルマルトースネオペンチルグリコールに置換し、約50mg/mlに濃縮した。モノオレインと濃縮液を混合し、mPGES1をモノオレインのキュービック相に再構成した。mPGES1を含むキュービック相に結晶化溶液を添加し結晶化を行った。その結果、10 um x 10 um程度の大きさの板状結晶が成長した。この結晶は、SPring-8のマイクロフォーカスビームラインで3.7オングストローム分解能の回折点が観察された。昨年度に比べ、格段にX線の回折能が向上した。構造の不均一性を少なくするため、カルボキシル末端の精製タグをアミノ末端に移動し、さらに精製タグとmPGES1のアミノ末端の間にタンパク質分解酵素認識配列を挿入した。その結果、構造の不均一性の原因となり得る余分に付加されたアミノ酸を2個に減らすことが可能になった。マイクロソーマルプロスタグランジンE2合成酵素(mPGES1)は、核膜や各周辺の小胞体に存在する膜タンパク質で、炎症に関わる脂質性情報伝達物質プロスタグランジン(PG)E2を生産する。mPGES1はグルタチオンを触媒中心とし、シクロオキシゲナーゼがアラキドン酸から生合成するPGH2を基質とする。シクロオキシゲナーゼを阻害する仕組みで働く抗炎症剤は広く用いられているが、重篤な副作用も知られている。そこで炎症性脂質メディエータPGE2産生の末端酵素であるmPGES1は、新しい作用機序の薬剤の開発対象として期待されている。X線結晶構造解析を進めるには十分高い分解能までX線を回折する結晶が必要である。昨年度の研究で脂質メソ相にmPGES1を埋め込んで結晶化することで、3.7Å分解能までX線を回折する結晶を得た。メソ相で成長する結晶の平均的な大きさは10μm程で、この結晶からの回折強度データ測定には数ミクロンの太さまでX線を集光できるビームラインを使用する事が不可欠である。mPGES1の構造解析やその後の低分子との複合体構造解析を進める上では、測定で制約の多い結晶は好ましくないといえる。そこで、本年度はより大きな結晶を作るための検討を行った。実験方針としては、文献情報があるnーオクチルーβーDーグルコシドの利用を中心に、mPGES1分子間の相互作用が増加する事を期待して、アルキル鎖の長さが短い界面活性剤を結晶化で用いた。アルキル鎖の短い界面活性剤は、分裂酵母で発現したmPGES1を細胞膜から可溶化するには十分ではなく、一端nードデシルーβーDーマルトシドで可溶化して精製を行ってから、界面活性剤を置換する必要があった。条件検討の結果、nーオクチルーβーDーグルコシドで安定化した見掛けの粒形が単一のmPGES1を得ることが出来た。ヒト由来マイクロゾーマルプロスタグランジンE2合成酵素1(mPGES1)は、炎症やがんの発症に関わる生理活性脂質プロスタグランジン(PG)E2の生合成を行う膜タンパク質である。電子顕微鏡によって解析されたmPGES1では、基質結合部位に向かって折れ曲がった膜貫通αヘリックスによって基質PGH2が結合できない「閉じた」基質結合部位であったことから、PGH2結合には構造変化が起こると考えられている。PGH2を結合可能な構造の解明を目指し、精製方法の改良、結晶化条件の探索を実施した。

精製での陽イオン交換カラムの追加は、最終精製試料の紫外吸収スペクトルの比(ABS260nm/ABS280nm)の安定に寄与した。最終精製試料への数十mMのアミノ酸の添加によって、複数の結晶化条件が見いだされた、また、成長する結晶の数の抑制に効果があった。結晶化にコール酸骨格の界面活性剤を加えると、結晶が単結晶として成長する確立が向上した。これらの検討の結果、斜方晶系と六方晶系に属す結晶が得られた。最初に得られたこれらの結晶の、X線回折実験での最高分解能は何れも9Å程度であった。分解能改善を目的とし、各種界面活性剤や脂肪酸の結晶化への添加、分子量の異なるポリエチレングリコールへの置換、各種濃度の塩溶液との蒸気平衡による脱水の影響を調べたが、これらの検討だけでは、飛躍的な分解能の改善は見られていない。X線の回折能は、結晶方位に関係なく等方的である事から、特定の方向の分子間相互作用が極端に弱いというよりも、mPGES1分子の構造に多様性があり、これにより最高分解能が低くなっていると推定している。一本目と二本目の膜貫通αヘリックスの間の、タンパク質ファミリーの構造既知タンパク質に比べ長い膜外ループがその原因かもしれない。X線回折能の改善は、モノオレインを使った結晶化で進展した。水和したモノオレインが提供する細胞の脂質二重膜に近い環境での結晶化では、生理的な環境で機能する状態により近いmPGES1の結晶構造解析が可能になると思われる。生理活性脂質であるプロスタグランジン(PG)E2は、炎症やがんの発症に関わる。mPGES1は、細胞の核膜周辺のリン脂質から遊離したアラキドン酸を材料としてPGE2を生合成する膜タンパク質である。生体中で脂質二重膜という脂質環境下で安定に存在し機能する膜タンパク質の機能は、周辺の脂質二重膜の脂質組成等の影響を受ける。この観点から、炎症性疾患やがんの発症を抑制する薬剤開発の情報源として期待される、mPGES1の三次元構造座標の解明や薬剤候補化合物の結合様式の解明は、生体膜中のmPGES1で行うことが理想である。モノオレインを使った脂質環境を基盤とするmPGES1の結晶の利用は、生体膜中で機能する状態により近いmPGES1の構造解析を可能にする。達成すべき最初の課題は、高分解能までX線を回折する結晶を作る事であるが、今年度の実験では、高分解能解析が可能なmPGES1の結晶を得る事ができなかった。今年度の結晶化条件探索で見つかった結晶は、等方的な回折能を有し、また、伸びた形状の回折点も見られなかったが、全方位で回折の分解能が不十分であった。結晶ができるものの、タンパク質の構造のわずかな不均一性などによって、結晶内の原子配列の周期性が不完全であるためと思われる。この実験で使用している発現用のタンパク質コンストラクトには、C末端に八つのヒスチジン残基が精製用タグとして結合している。精製用タグの結晶化に対する影響に一般則は無いが、定まった構造をとっていない可能性が高く、結晶の質の低下の原因となる可能性は否定できない。また、タンパク質ファミリー内のアミノ酸配列のアライメントでは、一本目と二本目の膜貫通αヘリックスの間に、比較的長い膜外ループがあり、この部分に構造上の多様性がある可能性もある。より大きな結晶が成長する条件を探ることは、構造解析のスループットを考える上で非常に重要である。
超分子遷移金属錯体触媒の創成に関する研究

カリックス[4]アレーンに比べてより大きな疎水的空洞を有するフェノール環6枚により構成されるカリックス[6]アレーンを用い,その1,3,5位下部リムをジフェニルホスフィノメチレン基などで修飾したホスフィン配位子の合成を行った。これら得られたホスフィン配位子の構造は^1H-,^<13>C-,^<31>P-NMR,FD-マススペクトル,元素分析ならびにX線構造解析で同定を行い,カリックスアレーン部位がpinched-cone配座を有していることを明らかにした。さらに,これらの配位子の遷移金属中心への挙動を検討した。その結果,9族遷移金属と反応させたところ,3つの金属中心に2つの配位子が配位した,極めて大きなキャビティを有する錯体の単離に成功した。これらの錯体の溶液中での挙動については温度可変NMR測定により検討を行った。その結果,これらの錯体が,溶液中で極めて柔軟性に富んだ構造を有しており,その挙動は用いる溶媒分子の影響を極めて強く受けることが明らかとなった。またこの錯体の単結晶を得ることにも成功し,X線結晶構造解析を行い,キャビティ内に溶媒分子が取り込まれている構造を明らかにした。さらに,カリックス[6]アレーン部位にリン元素を1つ導入した新規配位子の合成にも成功した。これらの配位子を用い,ロジウム錯体存在下において,種々の基質のヒドロホルミル化反応を行った。その結果,このカリックスアレン部位を有する新規遷移金属錯体がこれらの反応において,極めて高い触媒活性を有することを見出した。本研究においては,カリックス[6]アレーンの6つの水酸基のうち,1,3,5位をメチル化した生成物を単離した。そして,残った水酸基にメチレン基を一つあるいは二つ介してホスフィン部を結合させることに成功した。得られた有機リン配位子は,水酸基が結合している側(下端)が狭く,その反対側(上端)がより広いというように,その命名の起源であるギリシャ聖杯に似た空孔を全体として有しており,'極めて興味深い配位子である。本研究においては,この配位子の単結晶成長にも成功し,そのX線結晶構造解析を行った。その結果,本配位子は,金属中心に配位するホスフィン部がカリックスアレーン骨格の同じ側に存在する,いわゆるコーン配座構造を有していることが明らかになった。さらに,本反応においては,このホスフィン配位子とロジウムあるいはイリジウム錯体前駆体との錯体化反応も行った。その結果,配位子が3点で金属中心に配位する極めて興味深い構造を有することを明らかにした。これらの錯体の核磁気共鳴スペクトルを測定したところ,錯体はフラクショナルな挙動を示し,錯体が溶液中で極めて柔軟な構造を有していることが示唆された。また,この配位子が有する特異な超分子相互作用を活用した分子触媒反応を開発するために,ヒドロホルミル化反応ならびにヒドロシリル化反応も行った。
サイトカインを用いた多発性骨髄腫細胞株樹立とその増殖制禦に関する細胞工学的研究

骨髄腫細胞の増殖を考える上で、生体内で形成される微小環境、特に骨髄微小環境が重要であるとの観点から、骨髄ストロ-マ細胞の一構成成分であるマクロファ-ジを用い、マクロファ-ジと骨髄腫細胞増殖の相互関係及び、樹立骨髄腫細胞の増殖機構に関し研究を行った。現在まで下記の点を明らかにし報告している。1.マクロファ-ジは骨髄腫細胞増殖に強い作用を有し、マクロファ-ジをfeeder layerとして骨髄腫細胞の樹立が飛躍的に高まる事。2.骨髄腫細胞はILー6、ILー1に反応して増殖を示すが、マクロファ-ジは主としてILー6を分泌して増殖促進作用を示す事。3.マクロファ-ジを用いて1年以上培養維持している細胞株6株を樹立し、更に樹立途上(培養1年以内)の4株を得ている事。4.骨髄由来の骨髄腫細胞株はマクロファ-ジあるいはILー6依存性増殖を示すのに対し、髄外由来骨髄腫細胞株は培養早期よりマクロファ-ジあるいはILー6非依存性増殖を示す事。5.樹立培養株のうち、ILKM3、KM4の2株はNーRAS癌遺伝子エクソン2コドン61に点突然変異を有し、ともにコドン61plがグルタミンよりリジンに置換されている事。6.マクロファ-ジは骨髄腫細胞に対し、少数であれば増殖促進活性を示すが、過剰比率になると増殖抑制活性を示す。この増殖抑制作用にはマクロファ-ジと骨髄腫細胞の接着が必要であり、マクロファ-ジのLFA1抗原が骨髄腫細胞の発現するICAM1に接着する事により起こる現象である事。今年度の実験において、マクロファージfeeder layer、マクロファージ培養上清、インターロイキン6(IL-6)を用いて多発性骨髄腫細胞株の樹立を試み7種類の細胞株を樹立した。これらの細胞株のうち髄外浸潤巣由来の細胞はマクロフアージあるいはサイトカインには非依存性の自発的増殖を示し、一方骨髄由来の細胞株は、マクロファージあるいはILー6依存性増殖をす(J.Exp.Med 1989)。以上の事は生体内に於ても骨髄細胞の増殖が骨髄微少環境やサイトカインの制御下にある事、また骨髄由来の骨髄腫細胞と髄外浸潤巣由来の骨髄腫細胞の間に性状の変化の生じている事を意味する。抹消血単球を用いた実験に於ては、骨髄腫細胞の増殖制禦にマクロファージが重要な働きをする事、即ち少数のマクロファージはサイトカイン分泌を介して骨髄腫細胞の増殖を促進し、一方過剰のマクロファージの添加は骨髄腫細胞の増殖を抑制する事を明らかにした(Acta Hemato! Jap 1988)。以上の結果から、骨髄腫細胞の培養が我々の開発した方法で可能である事を確認し、64年度には本方法を用いて更に多数の骨髄腫細胞培養樹立を試みる。またIL6以外のマクロファージ由来骨髄腫細胞増殖因子や増殖制禦に関与するマクロファージ膜抗原についても検討を加える他、C-myc、N-r2s等の癌遺伝子、IL-6、IL-6リセプター遺伝子などの発現に関し検討を加え、骨髄腫細胞の増殖に関与する異常を明らかにしていく予定である。骨髄腫細胞の増殖を考える上で、生体内で形成される微小環境、特に骨髄微小環境が重要であるとの観点から、骨髄ストロ-マ細胞の一構成成分であるマクロファ-ジを用い、マクロファ-ジと骨髄腫細胞増殖の相互関係及び、樹立骨髄細胞の増殖機構に関し研究を行った。2.骨髄腫細胞はIL-6、IL-1に反応して増殖を示すが、マクロファ-ジは主としてIL-6を分泌して増殖促進作用を示す事。

3.マイクロファ-ジを用いて1年以上培養維持している細胞株6株を樹立し、更に樹立途上(培養1年以内)の4株を得ている事。4.骨髄由来の骨髄腫細胞膜はマクロファ-ジあるいはIL-6依存制増殖を示すのに対し、髄外由来骨髄腫細胞株は培養早期よりマクロファ-ジあるいはIL-6非依存性増殖を示す事。5.樹立培養株のうち、ILKM3、KM4の2株はN-RAS癌遺伝子エクソン2コドン61に点突然変異を有し、ともにコドン61p1がグルタミンよりリジンに置換されている事。6.マクロファ-ジは骨髄腫細胞に対し、少数であれば増殖促進活性を示すが、過剰比率になると増殖制御活性を示す。この増殖抑制作用にはマクロファ-ジと骨髄腫細胞の接着が必要であり、マクロファ-ジのLFA1抗原が骨髄腫細胞の発現するICAM1に接着する事により起こる現象である事。
日常生活環境に対する高齢者の注視による視覚情報処理と転倒危険因子の認知との関連

人が通常の歩行速度で歩行移動中に視覚に入る生活環境(屋外:歩道橋の昇降、屋外:一般住宅)をビデオテープに録画し、それをスクリーンに再生しアイマークレコーダを用い注視点の移動、停留時間等を測定し生活環境内の転倒危険因子の認知について検証した。被験者は65歳以上の高齢者(転倒経験者、非転倒経験者)、中年(40歳前後)、若年(20歳前後)で、転倒に関連する筋力、平衡感覚、循環動態、呼吸機能、視覚障害、内服、既往歴、転倒に関する知識等の測定と問診を行った。屋外の階段昇降の場面では階段昇段時高齢者と他の被験者では注視点の動き等に明確な違いは認められなかった。一方、階段降段時、注視点の垂直方向角度から高齢者は中年、若年に比べマイナス角度が多く下向き歩行が多かった。また注視点の移動範囲、移動距離、移動速度いずれも高齢者は中年、若年に比べ劣る一方で、ある場所への注視点の停留時間は中年、若年に比べ長かった。現在、注視点の停留による転倒危険箇所の認知についてはデータの解析中である。これまでデータを解析した結果からは、歩道橋昇降時のような転倒あるいは転落の危険がある場所では注視点を足元方向すなわち下方に集中するため注視によって入力される環境に対する視覚情報は足元に限られる傾向が認められる。その結果、今後歩行する進行方向の視覚情報は入力量が少なく、予測判断に必要な視覚情報が少ない状態にある可能性が示唆される。視覚認知実験に用いるDVDを作成した。その過程はデジタルビデオカメラを用い、高齢者が立位で目の高さと歩行速度を高齢者のそれらとほぼ一致させ屋内および屋外の生活環境を歩行した視覚が握える映像を撮影し、照度などを調整したうえでDVD映像を作成した。屋内は一般住宅の玄関から屋内で2階への昇降を含み、屋外は道路と歩道橋の昇降である。現在、高齢者と中年、青年の各年齢群の男女被験者を用い、アイカメラを装着した状態でDVD映像に対する注視点の観察、分析等を行ない、データを蓄積している。また、被験者の筋力、バランス感覚(重心点の移動)、視力等の計測も同時に実施している。今後、高齢者の転倒経験者、非経験者および中年、青年を比較対照として高齢者転倒群の視覚情報処理の特性を量的にまた質的に分析していく計画である。
鉄道事業における上下分離の機能と効率性

第1に、鉄道における上下分離やオープンアクセスにより、価格や効率性への望ましい効果を明らかにする理論研究を行った。第2に、上下分離やオープンアクセスを活用しているEU及びイギリス,ドイツの実態調査を行い,経済効率と問題点、特にインフラ管理と参入障壁について論じた。第3に、国鉄民営化後のイギリスの鉄道会社の生産効率性、および日本の第三セクター鉄道会社と地方の民間鉄道会社の生産効率性の比較についての実証研究を行った。鉄道事業における上下分離の機能と効率性を研究テーマとし、鉄道事業の特性を取り入れた理論研究、実証研究、ヒアリング調査による事例研究を行った。1.理論研究では,鉄道の上下分離やオープンアクセスが運賃にもたらす効果にっいて研究した。地域独占経営(日本型)、オープンアクセス(ドイツ型)、上下分離(イギリス型)のそれぞれの場合の運賃を比較し、上記の順に安くなることを示した。本研究については、今後さらに精緻化の上で論文としてまとめる予定である。2.実証研究では,第三セクター鉄道の生産性に関する研究として「効率性指標に基づく並行在来線鉄道会社の経営に関する検証」がまとまり、2009年6月に公益事業学会2009年度大会(京都大学)で報告される。また、JRの民営化後の生産性についての研究として、「JRの費用構造に関する実証的検証-新幹線と在来線との兼営の効果-」が草稿としてまとまった。3.海外の事例研究では,EUおよびドイツの鉄道改革についての調査研究を行い、欧州委員会エネルギー交通総局、ドイツネットワーク庁、ドイツ独占委員会、ベルギー鉄道規制庁、ベルギー競争庁に対してヒアリング調査を行った。また、ドイツネットワーク庁鉄道部長カーステン・オッテ氏の来日に際して日本とドイツの鉄道政策について意見交換を行った。EUとドイツの鉄道改革についての調査研究の結果は、論文「EUとドイツの鉄道改革」としてまとめられ、近く『国民経済雑誌』(平成21年5月号)に掲載される。4.日本の事例研究では,新幹線の並行在来線のために設立された第3セクター鉄道の実態調査として、九州の肥薩おれんじ鉄道、および、その主要な出資者である熊本県庁と鹿児島県庁に対するヒアリング調査を行った。2008年度に行った欧州委員会およびドイツ規制・競争当局での調査およびその後の文献研究の成果を、柳川が中心となり、「EUとドイツにおける鉄道改革」(国民経済雑誌)と題した論文で公刊し、欧州における鉄道改革の進展を整理、評価し、上下分離やオープンアクセス制度の導入が生産性向上をもたらしたことを示した。また、国内での鉄道事業に関する研究成果を「持続可能な経済発展のための競争環境の整備」(経済政策ジャーナル)と題した論文で公刊し、日本での幹線旅客鉄道における競争の促進とそれによる生産性の向上のために、上下分離やオープンアクセスの制度の導入が求められることを論じた。また、吉野が中心となり、上下分離やオープンアクセス及びインフラへの報酬制度が鉄道運賃の市場価格にどのような影響を与えるかについて理論研究を行った。さらに、播磨谷が中心となり、JRの新幹線と在来線の兼営の費用構造への効果、および並行在来線会社の効率性に関する研究を行った。これらはいずれも下記公取委報告書にて公表されている。これら以外に、関連する成果を挙げると、海外調査を通じて知己を得たドイツ連邦ネットワーク庁鉄道部によって行われた、上下分離に伴うインフラマネジャーの報酬制度に関する国際的調査に協力した。さらに、本科研の共同研究者3名に岡村薫氏(公正取引委員会競争政策研究センター研究員)を加えた4名で行われた共同研究に、本科研の研究成果を一部反映したものとして、「効率性指標に基づく並行在来線の経営に関する検証」と題した学会報告を行うとともに、「日本の国鉄改革に関する検証」と題したディスカッションペーパー、並びに「旅客鉄道の生産性と幹線旅客鉄道におけるモード間競争」と題した報告書(いずれも公正取引委員会競争政策研究センター発行)を作成した。本年度は、第1に昨年度の学会報告論文を加筆修正し、論文を公刊した。(柳川隆・播磨谷浩三・岡村薫「並行在来線鉄道会社の効率性の計測」『公益事業研究』)。ここでは、整備新幹線の開業に伴ってJRから分離、設立された並行在来線第三セクター鉄道会社の経営の問題について、距離関数をベースとする確率的フロンティアモデルから計測した効率性の指標から検証を行った。第三セクター鉄道に地方鉄道を含むサンプルを対象とし、経営形態別の比較や、並行在来線各社の効率性の違いをもたらす背景について検証を行った。分析の結果、第三セクター鉄道は地方鉄道よりも相対的に非効率的であり、産出不足を反映する効率性の指標の方が、投入過剰を反映する指標よりも相対的に大きいことが確かめられた。しかしながら、個々の並行在来線鉄道会社の効率性は、その水準や年度毎の変動が必ずしも一様ではなく、普遍的な特性は認められなかった。これらの背景として、各社の設立後の沿革や上限分離の採用などの経営特性の違いから解釈を行った。また、平成21年度の繰越に係る研究を行い、下記の論文を公表した。詳細は、平成21年度の研究実績報告書に記載の通りである(柳川隆,吉野一郎,播磨谷浩三
グラフ分割アルゴリズムの新しい設計手法に関する研究

本年度は,主に選挙区割問題などに応用がある「グラフの均一分割問題」について研究を行った.この問題は,点に整数の重みが付いたグラフが与えられたとき,グラフから辺を削除し,各連結成分に含まれる点の重みの合計が均一になるように分割する問題である.本研究では,各点に2つ以上の重みが与えられていても,部分k木の均一分割問題が擬多項式時間で解けることを示した.また,2つ以上与えられた点の重みのうち,分割を求める際には1つだけを自由に選択できる場合についても考察を行い,擬多項式時間アルゴリズムを与えることができた.これらの結果は,IEICE Trans.on Information and Systemsに掲載になった.また,電力系統の配電融通問題などに応用がある「需要点と供給点のあるグラフの分割問題」も研究を進めた.この問題は,需要点と供給点のあるグラフに対し,電力が供給されない需要点ができてしまうとき,供給されている需要点の需要量の合計を最大にする最大化問題である.この問題の近似可能性を明らかにした論文を,海外の学術雑誌に投稿した.主に電力系統の配電融通問題などに応用がある「需要点と供給点のあるグラフの分割問題」を扱った.この問題は,需要点と供給点のあるグラフに対し,電力が供給されない需要点ができてしまうとき,供給されている需要点の需要量の合計を最大にする最大化問題である.従来,木と呼ばれる単純なグラフに対しては,この分割問題を解く完全近似スキームが知られていた.ここで,完全近似スキームとは,任意の精度の近似解を効率よく求めることができるアルゴリズムである.本研究では,直並列グラフ,部分k-木と呼ばれる構造的グラフに対し,分割問題を解く完全近似スキームを与えた.また,一般のグラフに対しては近似スキームが存在しそうにないことを示し,分割問題の近似可能性を明らかにした.これらの結果は,国際会議ISAAC2006にて発表した.また,木に対するアルゴリズムを計算機に実装し,その性能を評価・解析した.本年度は,主に選挙区割問題などに応用がある「グラフの均一分割問題」について研究を行った.この問題は,点に整数の重みが付いたグラフが与えられたとき,グラフから辺を削除し,各連結成分に含まれる点の重みの合計が均一になるように分割する問題である.本研究では,各点に2つ以上の重みが与えられていても,部分k木の均一分割問題が擬多項式時間で解けることを示した.また,2つ以上与えられた点の重みのうち,分割を求める際には1つだけを自由に選択できる場合についても考察を行い,擬多項式時間アルゴリズムを与えることができた.これらの結果は,IEICE Trans.on Information and Systemsに掲載になった.また,電力系統の配電融通問題などに応用がある「需要点と供給点のあるグラフの分割問題」も研究を進めた.この問題は,需要点と供給点のあるグラフに対し,電力が供給されない需要点ができてしまうとき,供給されている需要点の需要量の合計を最大にする最大化問題である.この問題の近似可能性を明らかにした論文を,海外の学術雑誌に投稿した.
胃粘膜防御機序に関する研究-胃上皮細胞増殖因子cDNAクローニング-

1.胃上皮細胞増殖因子cDNAのクローニングRT-PCR法により得た新たなcDNAフラグメントをプローブとして種々のcDNAライブラリーをスクリーニングし、人大脳cDNAライブラリーより全長約1900baseから成るcDNAのクローニングに成功した。得られたcDNAは2種類のスプライスバリアントから成り、アミノ酸配列はともにN端側よりシグナルペプチド、2ヶ所のfollistatin様構造、EGF様構造、膜貫通ドメイン、細胞質ドメインが予想された。私共は、368個と418個のアミノ酸から成ると予想されるこれら蛋白質を仮にTRa,TRbと命名した。2. GST-TR, GST-TREGFの作成とモノクローナル抗体、ポリクローナル抗体の作製GSTとの融合蛋白質GST-TR, GST-TREGFドメインを作製し精製後、家兎に免疫し、ポリクローナル抗体を作製した。又、マウスに免疫ののち、EGFドメインに対するモノクローナル抗体を作製した。3. TRa, TRb, cDNAのCOS7細胞への一過性導入及びNIH3T3細胞への安定的導入TRの精製及び培養液上清の生物活性の測定のためTRa, TRb, cDNAをSRα発現ベクターに構築し、COS7細胞、NIH3T3細胞にトランスフェクトした。TRa, TRb, cDNAをプローブとしてノーザン分析すると、両cDNAはCOS7, NIH3T3細胞にそれぞれ導入され、mRNAを高発現することが示された。細胞を可溶化し、モノクローナル抗体で免沈後、ポリクローナル抗体でウェスタンブロットすると、TRaは65kDa, TRbは70kDaの蛋白として観察された。そこで現在、COS7培養液上清及びクローン化したNIH-TR細胞培養液上清のEGF受容体リン酸化能、erbB2リン酸化能を検討中である。
糖鎖高分子を用いた病原体防除材料の開発

細胞表面に存在する糖鎖と病原体の結合を利用した新規な糖鎖高分子材料の合成と機能の解析を行った。硫酸化糖、ウロン酸を側鎖にもつポリアクリルアミド誘導体を合成して、グリコサミノグリカンのモデル分子として働きを検討して,アミロイドβの凝集抑制効果を示すことを明らかにした。糖鎖高分子について、RAFT剤を用いたリビングラジカル重合を検討し、チオール末端を有する糖鎖高分子を得ることができた。得られた糖鎖高分子については、金や金微粒子に対し容易に結合して、複合材料を得ることができた。高分子の側鎖に糖鎖を持つ、"糖鎖高分子"を用いて、病原性タンパグ質や細菌と効率よく結合する高分子を合成、重合法とその生理活性の検討、また、病原体を除去するための複合材料の検討を行った。平成20年度研究では、グリコサミノグリカンという生理活性多糖に含まれる、硫酸化糖、ウロン酸に含まれる糖鎖をベースにして、新規糖鎖高分子の合成を行った。その他に、マンノースやガラクトースを側鎖に有する糖鎖高分子の合成を行った。高分子の重合法として、RAFTリビングラジカル重合を利用して、分子量を制御すると同時に末端にチオールを持つ高分子を合成した。チオールは金や白金、マレイミドと結合する性質があり、複合材料を容易に形成することが可能である。先ず、グリコサミノグリカンモデル高分子を利用して、アルツハイマーアミロイドの凝集抑制材料の開発を行った。この材料はアミロイドβタンパク質と結合して凝集を防ぐとともに、特に硫酸化糖成分がアミロイドβの凝集核の形成を防ぎ、ウロン酸成分が線維の伸張を防ぐことを明らかにした。また、リビングラジカル重合を利用して、末端に官能基を導入して、金属微粒子や基板と複合化した材料を調製し、これらが病原体と高い結合性を示し、同時にナノ材料の特性に基づいて光学的なレスポンスをすることを示した。また、金属微粒子と結合させた場合には、微粒子と複合化することで、微粒子を細くして病原体を除去できることを示した。高分子の側鎖に糖鎖を持つ、"糖鎖高分子"を用いて、病原性タンパク質や細菌と効率よく結合する高分子を合成、重合法とその生理活性の検討、また、病原体を除去するための複合材料の検討を行った。平成21年度研究では糖鎖高分子のRAFTリビング重合、及び複合材料形成を通じて、効率のよい複合材料の形成手法の検討、また複合材料の機能解析を行った。また、平成20年度の研究の継続としてグリコサミノグリカンモデル高分子の機能解析についても引き続いて行った。糖鎖高分子のRAFTリビングラジカル重合では、トリチオール型のRAFT剤による糖鎖高分子の合成について検討を行い、糖鎖高分子の精密で自在な合成が可能になることを示した。また、RAFT剤末端については還元することでチオール末端を持つポリマーとなり、金基板や金微粒子と結合を作る。金基板に対して、Grafting Toの形で糖鎖高分子を結合させて、タンパク質との結合を測定した。マンノース担持高分子では、マンノース認識タンパク質に対する結合とそれ以外のタンパク質では結合量に20倍以上の差があり、特異的な結合を形成するバイオインターフェースを形成していることが分かった。また、硫酸基を持つ糖鎖高分子として、グリコサミノグリカンモデル高分子の機能の検討についても引き続き行った。主鎖を生分解性高分子のγ-ポリグルタミン酸とし、6位硫酸化糖鎖を結合させた高分子を合成した。このような糖鎖高分子とアクリルアミドを主鎖とする糖鎖高分子をアルツハイマーアミロイドβの凝集阻害活性によって評価した。主鎖によって、2つのアミロイドβの凝集阻害活性については大きな違いがあり、γ-ポリグルタミン酸をベースとした高分子の方が凝集阻害活性に優れでいることがわかった。
微細空気泡の吹き込みによる低揮発性液体燃料の予混合燃焼に関する研究

微細空気泡を利用する新しい液体燃料燃焼法を重油のような低揮発性燃料に適用することを試みた.火炎の熱を積極的に上流にフィードバックさせ燃料の蒸発を促進するため,気泡層下流に発泡セラミック板を置き,これを保炎板兼熱循環器とした.保炎板の空孔率および厚さ,燃料(重油)の予熱,供給空気・燃料流量(当量比)などによる燃焼状態への影響および排気特性,(CO/CO_2,UHC)を調べ,次のような結果を得た.1.発泡セラミック保炎板の厚さ(1030mm),空孔率(8088%)による燃焼状態への影響は大きくはない.ただし,保炎板が厚いと,また空隙率が小さいと整流や熱循環の性能が良くなる反面,内部を通過する燃料の熱分解を促進する効果も大きく,長時間の使用に対しては空隙部での煤の堆積(目詰まり)が問題となる.2.低揮発性燃料を用いたときの保炎板への燃料の供給は,燃料蒸気としてよりも,気泡層先端部での気泡の破裂が作り出す飛散小液滴による方が主であり,保炎板はこれら小液滴に対する蒸発器として働く.3.重油のような高い粘度を有する燃料では,保炎板内部での燃料流動を容易にさせ火炎の安定性を高めるために,適度な予熱を行って燃料の粘性を低減する必要がある.予熱は蒸発促進にも効果がある.4.重油に対して,ほぼ保炎板全面が赤熱状態となる燃焼が比較的広い空気流量範囲(燃焼負荷範囲)で実現できた.また,空気流量によっては,当量比=0.5といったかなり希薄な領域でも安定に燃焼させることができ,熱循環による燃焼促進の効果が確認された.5.排気特性に関しては,CO/CO_2は希薄側では低レべルに抑えることが可能であり,また,UHCは広い負荷範囲で室内環境基準(10ppm)を達成できた.微細空気泡を利用する新しい液体燃料燃焼法を重油のような低揮発性燃料に適用することを試みた.火炎の熱を積極的に上流にフィードバックさせ燃料の蒸発を促進するため,気泡層下流に発泡セラミック板を置き,これを保炎板兼熱循環器とした.保炎板の空孔率および厚さ,燃料(重油)の予熱,供給空気・燃料流量(当量比)などによる燃焼状態への影響および排気特性,(CO/CO_2,UHC)を調べ,次のような結果を得た.1.発泡セラミック保炎板の厚さ(1030mm),空孔率(8088%)による燃焼状態への影響は大きくはない.ただし,保炎板が厚いと,また空隙率が小さいと整流や熱循環の性能が良くなる反面,内部を通過する燃料の熱分解を促進する効果も大きく,長時間の使用に対しては空隙部での煤の堆積(目詰まり)が問題となる.2.低揮発性燃料を用いたときの保炎板への燃料の供給は,燃料蒸気としてよりも,気泡層先端部での気泡の破裂が作り出す飛散小液滴による方が主であり,保炎板はこれら小液滴に対する蒸発器として働く.3.重油のような高い粘度を有する燃料では,保炎板内部での燃料流動を容易にさせ火炎の安定性を高めるために,適度な予熱を行って燃料の粘性を低減する必要がある.予熱は蒸発促進にも効果がある.4.重油に対して,ほぼ保炎板全面が赤熱状態となる燃焼が比較的広い空気流量範囲(燃焼負荷範囲)で実現できた.また,空気流量によっては,当量比=0.5といったかなり希薄な領域でも安定に燃焼させることができ,熱循環による燃焼促進の効果が確認された.5.排気特性に関しては,CO/CO_2は希薄側では低レべルに抑えることが可能であり,また,UHCは広い負荷範囲で室内環境基準(10ppm)を達成できた.微細空気泡を利用する新しい液体燃料燃焼法を低揮発性燃料に適用するには,火炎の熱を積極的に上流にフィードバックさせ燃料の蒸発を促進する必要があるが,この目的のため,気泡層下流に発泡金属板または発泡セラミック板を置き,これを保炎板兼熱循環器とした.今年度は,保炎板の材質,空孔率および厚さ,初期燃料液面と保炎板との距離,燃料(灯油,重油)の予熱などの燃焼状態への影響を調べ,次のような結果を得た.1.保炎板の材質を比較した場合,発泡金属板の方が熱循環性能は良いが,その分,保炎板内部を通過する燃料の熱分解を促進するため,長時間の使用に対しては多孔部での煤の堆積が問題となる.発泡セラミック板でも多少の煤の堆積が見られた.発泡セラミック保炎板について厚さ(1030mm),空孔率(8088%)を変えたが,燃焼状態への影響は小さかった.ただし,空孔率の大きい方が煤の堆積による目詰まりを生じ難い利点を持つ.2.初期燃料液面と保炎板との距離は燃料蒸発のための有効時間に関係するが,低揮発性燃料を用いたときの保炎板への燃料の供給は,燃料蒸気としてよりも,気泡層先端部での気泡の破裂により飛散する小液滴による方が主であるため,この距離による燃焼状態への影響は,揮発性燃料(メタノール)のときほど大きくない.3.特に重油のような高い粘度を有する燃料では,保炎板内部での燃料流動を容易にさせ火炎の安定性を高めるため,適度な予熱を行って燃料の粘性を低減する必要がある.

4.発泡セラミック保炎板を用いた場合,灯油,重油に対して,ほぼ保炎板全面が赤熱状態となる燃焼が比較的広い空気流量範囲にわたって実現できた.また,空気流量によっては,当量比=0.5のかなり希薄な領域でも安定に燃焼させることができ,熱循環による効果が確認された.微細空気泡を利用する新しい液体燃料燃焼法を重油のような低揮発性燃料に適用することを試みた.火炎の熱を積極的に上流にフィードバックさせ燃料の蒸発を促進するため,気泡層下流に発泡セラミック板を置き,これを保炎板兼熱循環器とした.保炎板の空孔率および厚さ,燃料(重油)の予熱,供給空気・燃料流量(当量比)などによる燃焼状態への影響および排気特性(CO/CO_2,UHC)を調べ,次のような結果を得た.1.発泡セラミック保炎板の厚さ(1030mm),空孔率(8088%)による燃焼状態への影響は大きくはない.ただし,保炎板が厚いと,また空隙率が小さいと整流や熱循環の性能が良くなる反面,内部を通過する燃料の熱分解を促進する効果も大きく,長時間の使用に対しては空隙部での煤の堆積(目詰まり)が問題となる.2.低揮発性燃料を用いたときの保炎板への燃料の供給は,燃料蒸気としてよりも,気泡層先端部での気泡の破裂が作り出す飛散小液滴による方が主であり,保炎板はこれら小液滴に対する蒸発器として働く.3.重油のような高い粘度を有する燃料では,保炎板内部での燃料流動を容易にさせ火炎の安定性を高めるために,適度な予熱を行って燃料の粘性を低減する必要がある.予熱は蒸発促進にも効果がある.4.重油に対して,ほぼ保炎板全面が赤熱状態となる燃焼が比較的広い空気流量範囲(燃焼負荷範囲)で実現できた.また,空気流量によっては,当量比=0.5といったかなり希薄な領域でも安定に燃焼させることができ,熱循環による燃焼促進の効果が確認された.5.排気特性に関しては,CO/CO_2は希薄側では低レベルに抑えることが可能であり,また,UHCは広い負荷範囲で室内環境基準(10ppm)を達成できた.
複数の遷移金属錯体上での新規分子変換反応の開発

多核遷移金属錯体内に存在する金属-金属間の相互作用を利用して特異な反応性を発現させ、従来の単核金属錯体を用いた時には達成できなかった触媒反応の開発を行った。具体的には、申請者らの研究グループが検討を行ってきた独自性の高い「カルコゲン(硫黄、セレン、テルル)架橋二核ルテニウム錯体を用いた時にのみ特異的に進行する新規分子変換反応」に関する研究のさらなる発展及びリンに代表される周期律表第15周期に属する元素(リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス)で架橋された新しい同種及び異種多核金属錯体を設計・合成するとともに、新たに構築された多核反応場での新しい触媒反応性の開発について研究を行った。研究期間内の研究成果は以下の通りである。(1)光学活性硫黄架橋二核ルテニウム錯体存在下、プロパルギルアルコールを用いた芳香族化合物のエナンチオ選択的なプロパルギル化反応の開発を行った。(2)ジカチオン性カルコゲン架橋二核ルテニウム錯体の合成とその触媒機能開発を行った。触媒量のジカチオン性硫黄架橋二核ルテニウム錯体存在下、プロパルギルアルコールとアセトンとを反応させたところプロパルギル位置換生成物は全く生成せずに代わりに、共役不飽和ケトンが良好な収率で得られた。(3)リン架橋二核ルテニウム錯体の合成とその触媒機能開発を行った。申請者らの研究グループが従来用いてきた硫黄、セレン、テルルなどのカルコゲン元素の代わりにリンで架橋された二核ルテニウム錯体の設計を行うと共に、対応するリン架橋二核ルテニウム錯体の合成に成功した。多核遷移金属錯体内に存在する金属-金属間の相互作用を利用して特異的な反応性を発現させ、従来の単核金属錯体を用いた時には達成できなかった触媒反応の開発を行った。本年度の研究成果は次の3点である。(1)電子豊富な芳香族化合物のエナンチオ選択性なプロパルギル化反応の開発に成功した。触媒量の光学活性硫黄架橋二核ルテニウム錯体存在下、アニリン、フラン、ピロールなどの芳香族化合とプロパルギルアルコールとを反応させると、芳香族化合物がプロパルギル化された生成物が良好な収率及び高エナンチオ選択的に得られた。申請者らの研究グループが従来用いてきた硫黄、セレン、テルルなどのカルコゲン元素の代わりに、リンで架橋された二核ルテニウム錯体の設計を行うと共に、対応するリン架橋二核ルテニウム錯体の合成に成功した。

具体的には、申請者らの研究グループが検討を行ってきた独自性の高い「カルコゲン(硫黄、セレン、テルル)架橋二核ルテニウム錯体を用いた時にのみ特異的に進行する新規分子変換反応」に関する研究のさらなる発展及びリンに代表される周期律表第15周期に属する元素(リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス)で架橋された新しい同種及び異種多核金属錯体を設計・合成するとともに、、新たに構築された多核反応場での新しい触媒反応性の開発について研究を行った。本年度の研究結果は次の2点である。(1)N-置換インドール誘導体のエナンチオ選択性なプロパルギル化反応の開発に成功した。触媒量の光学活性硫黄架橋二核ルテニウム錯体存在下、N-置換インドール誘導体とプロパルギルアルコールとを反応させると、インドール環のベータ位がプロパルギル化された生成物が良好な収率及び高エナンチオ選択的に得られた。(2)硫黄架橋2核ルテニウム錯体の類縁体である硫黄架橋2核オスミウム錯体の合成を試みたが、現在の所該当する錯体の合成には成功していない。しかし、幾つかの副生成物である単核オスミウム錯体の単離に成功し、その詳細な構造を単結晶X線構造解析によって確認した。
近世後期～幕末期の和市変動と萩藩財政の研究

本研究は、萩藩を事例に、近世最後の50年間における物価変動と藩財政の関係を解明した。この間に、貨幣価値は9分の1に下落し、米価が9倍に上昇したこと、藩札の大増刷や産物取立政策と藩財政の関係などを解明した。また、萩藩近世後期の財政システムは、一般会計のみならず、返済方・撫育方・札座・諸役所修補銀などの特別会計からなっており、この両方を見なければ、藩財政の総体を解明できないこと、藩の借銀のうち多くがこの特別会計からの借り入れであることを解明した。さらに、明治期の藩札・藩債の償還について、萩藩を事例に具体的に解明した。幕末・維新期の和市変動と萩藩財政の関係を解明するため、関連史料を探求し、古文書の釈文を作成した。前の年度までに執筆した、幕末期と維新期のあり方に続いて、その裏面をなす、御用達商人の藩財政に果たした役割の解明をめざし、「萩藩の財政と御用達商人」(やまぐち学の構築9号、2013年3月)を発表した。この分野の幕末・維新期の研究は、著しく政治史に偏っているので、財政史の観点からのアプローチは、当該期の研究にインパクトを与える意義がある。平成25年度は、特に産物取立政策と藩財政の関連及び政治史と財政史の架橋にも注意して、「萩藩終末期の産物取立と藩財政」を執筆した。「史料編」も作成した。平成23年度から平成25年度までの研究成果報告書『近世後期幕末期の和市変動と萩藩財政の研究』を発表した。研究課題「近世後期幕末期の和市変動と萩藩財政の研究」の解明のために、当該年度に実施した研究の成果は、以下の通りである。1.益田家文書(東大史料編纂所所蔵・寄託)の藩財政に関わる史料を博捜し、重要史料の釈文を作成し、分析を行った。主要なものは原本照合を行った。2.山口県文書館所蔵・寄託の毛利家文庫・松原家文書・讃井家文書、萩博物館所蔵の杉家文書の史料調査を行い、藩財政に関わる重要史料をマイクロカメラで撮影し、現像・焼き付けを行った。そのなかから重要度の高いものの釈文を作成し、分析を行った。3.萩・山口藩の幕末・維新期の藩財政研究、とりわけ維新期のそれの手薄なのに鑑み、「維新期山口藩財政研究序説」を執筆して公表し(やまぐち学の構築8号)、この主題に関する一定の見通しを得た。その成果は、A従来藩札の発行量と時期が不明確だったのに対し、天保初年の大増刷1万5000貫目、安政5年元治1年の大増刷2万5000貫目、戊辰戦争期出札13万貫目であり、特別会計や豪農商を利用して戦費を調達したことを解明したこと、B藩札償還の具体相を和市変動を手掛かりに解明したこと、C明治初年の銀目廃止(金直し)を利用して大坂借銀を大幅に減額した具体相を解明したこと、D藩債償還の経過を、借銀額・政府からの金札貸与・戦費との関連・和市変動との関連・貸し銀取立との関連、削除債の割合・版籍奉還や廃藩置県の影響、などの諸側面から解明したこと、である。全体として和市変動に注目することで、これまで手薄であった幕末・維新期の財政史研究を進める成果を一定度挙げたと思う。史料を広く収集し、論文も3編執筆した。「幕末期萩藩財政史研究序説」(『やまぐち学の構築』第7号、125頁、2011年)を前倒しで発表でき、今年度には「維新期山口藩財政史研究序説」(『同』第8号、133頁、2012年)を発表できたので、幕末維新期の藩財政についての一定の見通しを得ることができた。引き続き史料を収集し、分析を行う。近世後期幕末・維新期を見渡した論文を加えて、成果報告書を完成する。東大史料編纂所所蔵・寄託の「益田家文書」については、科学研究費による共同研究の成果として電子版写真を入手できたので、これの検索・コピー・釈文作成に努めたい。また、山口県文書館・萩博物館の史料調査を行い、マイクロカメラによる撮影、現像・焼き付けをし、重要文書の釈文作成を行いたい。史料をデジタル撮影し、釈文を作成する。成果報告書を完成する。平成23年度東京大学史料編纂所共同利用・共同研究拠点共同研究員に採用されたため、益田家文書の原本照合の機会に恵まれ、旅費の支給をうけた。そのため予算の余りが若干でた。
異相界面を利用して結晶配向制御による高機能非線形光学材料の設計

近年、有機材料の光第二高調波発生(SHG)に関する研究が活発になされている。SHGに非中心対称構造を有する結晶にのみ発現する。従っていかに結晶構造を制御するかが,新規材料を設計する上で非常に重要となる。我々は単独ではSHG活性を示さないパラニトロアニリン(pーNA)とポリーεーカプロラクトン(PCL)を混合し、結晶化させるとpーNAとPCL間に働く水素結合のため電界を印加することなしにSHG活性が発現することを見いだした。pーNAの組成比がPCLに対して25Wt%程度であると共晶構造と形成し、PCLの結晶成長方向を制御することによりSHG活性なpーNAが一方向に配向したトランスクリスタルが作製できた。次に自己組織化膜上でのpーNAの結晶成長を試みた。石英ガラスを、3ーアミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)ーエタノ-ル水溶液中に浸漬することにより、ガラス表面上にアミノ基を導入した。またニトロ基の導入はアミノ基にて化学修飾されたガラス基板をpーニトロ塩化ベンジルーベンゼン溶液中で還流することにより行った。pーNAをメタノ-ル溶液に溶解し、表面を修飾したガラス基板上にスピンコ-トし、pーNA多結晶薄膜を得た。アミノ基やニトロ基をガラス表面に導入した基板上で作製したpーNA薄膜は全てSHG活性であった。これに対してガラス表面が疎水性となるアルキル基を導入した基板上ではSHG活性なpーNA薄膜は得られなかった。以上の結果よりSHG活性なpーNAを作製するためにはpーNAと基板間の水素結合が不可欠であるということが示唆された。APTESでコ-トしたガラス基板上に作製したpーNA結晶薄膜の非線形光学定数はd_<33>=100pm/Vであると算出された。この値は非線形光学材料として良く知られているLiNbO_3のd_<33>の約3倍の大きさである。これらの材料をデバイス化することにより高効率の光偏光器が作製できるであろう。
超小型遠心圧縮機の開発

近年、超小型ガスタービンの研究開発が行われており、その中で圧縮機の性能向上は重要な課題とされている。超小型遠心圧縮機は、二次元翼を有する羽根車を超小型ガスタービンへ適用するために、子午面形状を最適化することが重要となる。本研究では、超小型ガスタービン用遠心圧縮機の設計指針を確立させることを目的として、最終モデルの5倍(直径20mm)と6倍(直径24mm)の外径で相似形状になるように設計、製作し、得られた性能特性の比較、検討した。本研究は、超小型飛行機用ジェットエンジン、ロボットやガスタービン発電機など、高いエネルギー密度を必要とし、再利用可能でかつ携帯用電源として期待されている超小型ガスタービンの主要な要素である超小型遠心圧縮機の実現可能性を、設計方法を含めて明らかにすることを目的とする。今年度は、小型ターボチャージャをベースに、これを小型化し、超小型にまで縮小して、連続的に寸法を縮小させた場合の性能特性と流れを測定し、得られた性能特性を検討した。実験では5倍モデルである羽根車直径20mmと10倍モデルである羽根車直径40mmの遠心圧縮機を設計、製作し性能試験を行った。小型ターボチヤージャを用いて、後述する実験項目を対象に性能特性および流れパターンの測定の実験を行い、使用するセンサーの作動をチェックした。羽根車用のケーシングを製作し、性能試験を行った。性能特性の測定方法には、光学式回転計、圧力変換機、小型ピトー管、熱電対などを用いた。圧力比、羽根車効率、圧縮機効率、羽根車入口および出口、羽根なしおよび羽根付ディフューザ、および、シュラウドケーシングの静圧を測定した。羽根車と羽根付ディフューザのマッチングは重要であるので、これに対しては羽根枚数および羽根形状を変化させ、最適な羽根付ディフューザを検討した。羽根車に関しては、この段階では羽根車入口、出口およびシュラウドに沿うケーシング静圧の測定を行った。本研究で試作した羽根車において羽根枚数の違いによって流量と圧力比に大きく影響を与えた。しかしながら羽根車およびディフューザの設計において種々のパラメータを一義的に決定することは困難であり、今後もさらに調査する必要がある。近年、微細加工技術の発達により分散型電源や超小型航空機用を目指した超小型ガスタービンに関する研究が各要素単位で盛んに行われており、自走型ロボットや携帯機器の発達に伴い小型電源の需要が高まりつつある中、その実用化が期待されている。本研究では超小型遠心圧縮機の設計指針を確立することを目指し、最終寸法モデルの4倍、5倍、6倍サイズ(羽根車直径16mm、20mmおよび24mm)の遠心圧縮機を設計、製作し、性能試験を試みた。さらに、相似則が性能特性に及ぼす影響について比較、検討を行った。本研究で試作した羽根車の仕様は、圧力比は3、設計回転数(4倍サイズ)は500,000rpmとした。この大きさは既存の機械加工によって3次元形状め流路が十分製造可能であり、また10mm程度まで小型化しても機械加工によって対応出来ると考えられる。ここでは、はるかに小型化された場合やシリコンウエハー上でMEMSを応用した大量生産を行うことを視野に入れ、2次元形状の流路を選択した。一般的な3次元形状の羽根車に対して大幅な性能低下が予測されるが、このような2次元形状の超小型遠心圧縮機に関する設計指針はほとんど存在しないため、新たな知見を得ることが必要と考えられる。6倍サイズと4倍サイズの性能試験結果を比較すると流量に関しては相似則が成り立ったが、圧力比は相似にならなかった。4倍サイズの羽根車では、チップクリアランスが製作の都合上、6倍サイズと同程度になってしまったため、回転数をあげても得られる全圧力比が上昇しなかった。寸法を完全に相似にすることは極めて困難であり、小型化による性能低下は最終寸法に向けてさらに大きくなることが推察される。本研究では超小型遠心圧縮機の設計指針を確立することを目指し、最終寸法モデルの5倍、6倍サイズ(羽根車直径20mmおよび24mm)の遠心圧縮機を設計、製作し、性能試験を試みた。この大きさは既存の機械加工によって3次元形状の流路が十分製造可能であり、また10mm程度まで小型化しても機械加工によって対応出来ると考えられる。

今年度の研究では、2次元翼を有する遠心圧縮機羽根車において子午面形状の変化による性能への影響を調べるために、子午面形状の異なる二種類の羽根車を、直径4mmの最終モデルの5倍(直径20mm)と6倍(直径24mm)の外径で、相似形状になるように設計・製作した。またこれらの4種類の羽根車を装着した遠心圧縮機の性能試験を行い、得られた性能特性の比較、検討を行った。羽根車直径は、羽根車性能に対する子午面形状の違いによる傾向に対しては影響を与えないが、羽根車とディフューザとの組合せに対しては影響を与えた。ディフューザでの圧力回復率の違いが圧縮機の最大流量に影響を与えた。