hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大電力パルススパッタ放電の特性解明と成膜用金属イオン源への展開

大電力パルスマグネトロンスパッタ(HPPMS)の放電特性解明を主目的に電圧電流密度特性や発光スペクトルを詳しく調べた結果、HPPMSは異常グローモードで動作しており、放電領域が陰極全面に広がり、電子閉じ込めが悪化していることで電圧が顕著に上昇していることがわかった。また、新規な高密度金属イオン源として、プラズマドリフトを用いて磁場を横切ってイオンを引き出す不均一ペニングスパッタ装置を考案した。【目標】(1)大電力パルススパッタ(HPPMS)実験装置および計測装置を整備し、(2)大電力スパッタ放電の基礎特性、放電形態変化を明確にする。さらに、(3)スパッタ収量とガス圧力、放電電流等との関係を調査する。【実施内容】(1)既設の真空チャンバ及び排気装置、高電圧パルス発生器に,直線移動可能な円盤形マグネトロンスパッタ装置(直径1インチ、Cuターゲット)、高空間分解能多チャンネル分光システム、汚損対策付き静電プローブを組み合わせた実験装置を完成させた。(2)直流スパッタ(DCMS)とHPPMSとの違いを明確にするため、放電電流密度を変化させ、電流電圧特性、発光像観察、発光スペクトルとイオン密度の空間分布測定を実施した。その結果、HPPMSでは電流密度とともに、正規グローから異常グローへと遷移し、一定の電力密度を超えるとアーク転移することがわかった。スパッタ粒子密度は異常グロー領域で最大となり、ここがスパッタの最適条件であることがわかった。マグネトロンに特徴的なリング状発光が観測され、その幅が電流密度の増加とともに拡大し、やがで円盤全体まで広がった。正規グローでは電流密度は一定に保たれ,電流とともに放電面積が変化することが知られており、このモデルと矛盾しない。アーク遷移すると放電電圧が1000Vから70-80Vに急降下し、Cuのスパッタ収率が激減する。このとき、発光にはアルゴン原子のみが寄与するため、放電の色が緑からピンクに変化することが見て取れた。(3)Cuスパッタ膜をSi基板上に形成し,マスキング法とレーザー顕微鏡を併用して、Cu膜の堆積速度(スパッタ蒸気量に比例する)、表面形状と放電電力、アルゴンガス圧力との関係を調べた。堆積速度は概ね電力に比例し、ガス圧に反比例することがわかった。【成果】次年度の成膜実験に資する放電特性、スパッタ粒子生成などの基礎データがほぼ計画通りに取得できた。【目標】(1)円板形大電力パルススパッタの放電特性・放電形態の理解、(2)大電力パルススパッタによるCu膜の形成および微視組織の観測、(3)ホロー陰極型大電力パルススパッタ装置の製作と成膜への適用【実施内容】(1)1インチ径Cu,Tiターゲットを用いた基礎試験によって、円板形大電力パルススパッタの電流電圧特性、プラズマ生成の挙動が概ね理解できた。特に異常グローの開始からアークに遷移する過程が高い再現性で現れ、その機構を定性的に説明できた。応用として熱電変換材料として期待されるマグネシウムシリサイド膜(Mg2Si)の成膜を試みた。Mgターゲットはアークに遷移し易く他のターゲットとは異なる挙動を示した。ひき続き原因を探求する。(2)大電力パルススパッタによるCu成膜を行い、微視構造についてdcスパッタとの比較を行った。室温ではサブミクロンの粒径の多結晶膜で、両者の明確な違いは見られなかった。ヒーターの不良で昇温での成膜ができなかった。装置を改善の上、次年度再試する。成膜では、応用が期待されるMg2Siの成膜と特性評価に注力したい。(3)ホロー陰極型スパッタ装置を試作して、dc及びパルスでプラズマ生成を行った。陰極内部での電子の静電閉じ込めによる放電安定化、高効率プラズマ発生を期待したが、放電が不安定になる問題があった。電極構造を再設計して改善することも考えられたが、強い磁場で電子を閉じ込める方式での放電安定化がより適切と考え、ペニング型のスパッタ源を製作した。期待通り安定な放電と強いプラズマ生成に成功した。磁場閉じ込め型では、磁力線を横切るイオン引き出しに難点が予想されるが、ここでは磁場に勾配を持たせ、ドリフトでイオンを引き出す新方式を世界ではじめて組み込んでいる。次年度はこの装置を用いて高密度金属プラズマの発生、磁場を横切るイオン引き出しの実証試験を実施する。【成果】円板形大電力パルススパッタの電流電圧特性、放電形態の遷移、プラズマ生成の挙動が概ね理解できた。スパッタ成膜の応用として熱電変換素子として有望なMg2Si成膜の準備を整えることができた。世界初の粒子ドリフトを利用したイオン引き出しを行う、変形ペニング型スパッタ源を考案し、実証試験の準備を整えた。1大電力パルススパッタ放電の電流電圧特性と放電形態(継続)CuターゲットとMgターゲットについて電流電圧特性を比較した。MgはDC駆動では安定した放電が可能だが、大電力パルス駆動では0.05A/cm2の低電流密度でもアーク転移を発生した。酸化膜が発生しやすいことが原因と思われるが,機構は十分解明されていない。

いずれにしても成膜(後述の熱電半導体Mg2Si合成で利用)ではDC駆動が適切と判断された。2大電力パルス駆動ペニング放電スパッタ源の特性評価高電離度金属イオン源への応用を目指してペニング型スパッタ源を大電力パルス駆動し、放電安定性、イオン密度とその分布を測定した。陽極を磁極に近接して設置することによって放電電流が増し、安定性が改善された。密度分布はパルススパッタとDCとでほぼ相似であるが,密度の絶対値はパルススパッタで約2桁増加した。次ぎに、磁場分布に勾配を持たせることによってドリフト効果でイオンを磁場外に引き出すことを試みたが、イオンフラックスの顕著な増加は観測できなかった。磁場勾配をより大きくするなどの改良が必要に思われた。。3 DCスパッタを応用した熱電半導体マグネシウムシリサイド(Mg2Si)膜の合成と最適合成条件の探索単結晶Si基板上にMgをDCスパッタ堆積させ、Ar雰囲気中でアニール処理することによってMg2Si膜を合成した。結晶構造をXRD、レーザーラマン分析を用いて分析した。ラマンスペクトルがバルクMg2Si結晶のそれと相似形であることから、得られた膜の結晶性は高く、XRD測定からは、粒径200nm程度の結晶子を含む多結晶膜であることがわかった。最適アニール温度は350°Cであった。Mgの蒸発を防ぐために封入されるArの最適圧力は50Pa以上であった。(1000Pa以上は未調査)。真空(10-5Pa程度)ではMg2Siの合成が確認できなかった。成膜実験において、ヒーターの不良により基板の加熱ができなかった。(ただし、報告書執筆の現時点では、修理が完了しており問題は解決している。)当初計画したホロー陰極型大電力パルススパッタ源は放電が安定しない問題があった。(新に変形ペニング型スパッタ源を考案し、放電の安定化、強いプラズマの発生に成功している。世界初のスパッタイオン引き出し機構を試験する。)24年度が最終年度であるため、記入しない。大電力パルススパッタの放電特性・放電形態の理解という第一の課題はほぼクリアしつつある。成膜実験については、当初のCu,Tiなどの金属膜に留まらず、新エネルギー開発研究の中で注目されるMg2Siに代表される熱電変換素子のプラズマ合成に挑む。大電力パルススパッタの新方式については、変形ペニング型スパッタ源を設計試作し、概ね安定な放電特性が得られているので、高密度金属イオン源としての当該方式の可能性を次年度追求する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
皮膚に遊走するウィルス特異的T細胞の分化と機能

ウィルス感染時に活性化、増殖するCD8^+T細胞の多くが、ウィルス特異的な細胞であることが知られている。このような細胞の一部はアポプトーシスによる細胞死から逃れ、末梢の組織内でメモリーT細胞(effector memory T細胞)として残存、生体防御機構の一端を担っている。同じ部位に繰り返し皮疹を生ずる固定薬疹の病変部にはeffector memory CD8^+T細胞が常在し、このCD8^+T細胞が原因薬投与により過度に活性化、局所の傷害を引き起こすことを我々は明らかにしてきた。そこで本研究では、固定薬疹病変部を経時的に検討することによりeffector memory CD8^+T細胞の分化と役割を明らかにするとともに、これらの細胞が皮膚に常在するための因子を明らかにすべく検討を行った。原因薬投与により固定薬疹病変部effector memory CD8^+T細胞は、CD8^+ CD45RA^+からCD45RO^+へとその発現を変えるとともにCD56,CD94,CD122(IL-15R)などを発現しNK細胞類似のphenotypeを示すようになる。さらに、effector memory CD8^+Tの細胞の生存に重要なIL-15を表皮細胞が発現していた。実際、原因薬中止4年後にもeffector memory CD8^+T細胞が病変部に常在し続けることが確認された。以上より、固定薬疹病変部に常在するeffector memory CD8^+T細胞は、本来は生体防御のための細胞でありながら活性化と共にNK細胞類似の表面マーカーを発現し、局所の傷害に係わっていることが明らかになった。さらに皮膚はこれらの細胞が生存するのに好都合な環境を作ることにより、生体防御機構としての役割を果たしていると考えられた。ウィルス感染により活性化、増殖するCD8 T細胞の多くはウィルス抗原特異的T細胞であることが、テトラマーを用いた解析により明らかになってきた。これらの細胞の一部はアポトーシスから逃れ、メモリーT細胞として局所に残り生体防御を担う一方、組織傷害をも起こしうる可能性があることを我々は報告している。近年、そのメモリーT細胞を、リンパ節を循環するcentral memoryと皮膚・粘膜などの末梢組織に常在し局所免疫に携わるeffector memoryとに分ける考え方が提唱され、ウィルス特異的T細胞は恐らくeffector memory細胞として局所に残存するようになると考えられている。我々は、薬疹の特殊系である固定薬疹の病変部には、このeffector memory細胞が常在していることを明らかにしているが、この常在effector memory細胞がどの程度の期間、局所に存在しうるのかについて検討を行った。Effector memory CD8 T細胞活性化2-3週間後には、病変部局所に活性化前と同様のeffector memory細胞が常在していた。さらに、活性化4年後の病変部においても同様のeffector memory細胞がsilentの状態で常在していることが確認された。これらeffectormemory細胞がapoptosisから逃れ、病変部局所でsurviveするためには、IL-7やIL-15といったサイトカインの関与が必要とされている。実際、基底細胞に一致してIL-15の発現が確認され、皮膚はeffector memory細胞が生存しやすい部位であるといえる。最近の報告によれば水痘帯状疱疹ウイルス(varicella zoster virus ; VZV)はメモリーCD4^+T細胞に選択的に感染し、CLAなどの接着分子を発現せずに皮膚へホーミングするとされている。しかし、我々は既にCLAが直接的なホーミングレセプターではなく糖転移酵素であるfucosyltransferaseIV(Fuc-TIV)及びVII(Fuc-TVII)の発現こそがホーミングに重要であることを示しており、本研究ではVZV感染細胞がFuc-TIV、Fuc-TVII発現を介して皮膚にホーミングしうるかを検討した。

用いた検体は、水痘病変部、帯状疱疹部、水痘をまだ形成していない帯状疱疹汎発疹部及び非病変部である。1.各種メーカー(CD3,CD4,CD8)の検討では、水疱部では真皮中層にかけてCD4^+T細胞及びCD8^+T細胞が混在し多数浸潤していたが、病期が進むにつれCD8^+T細胞が増加する傾向が認められた。水疱を形成していない初期の段階と考えられる汎発疹部では毛嚢部にCD4^+T細胞が浸潤しCD8^+T細胞は認められなかった。非病変部では、少数ながら毛嚢部にCD4^+T細胞が認められるものもあった。3.上記で確認された浸潤細胞がVZV抗原を発現しているかについて検討した。水疱部では主に水疱部蓋水疱底の表皮細胞に陽性所見がみられたが、病変辺縁部の真皮浸潤細胞にもウィルス抗原を発現している細胞が認められた。これらの細胞は2重染色にてCD4^+T細胞で、Fuc-TVII単独陽性が大部分を占めていることが連続切片にて確認された。また、汎発疹部・非発疹部毛嚢のCD4^+T細胞にはウィルス抗原は認められなかった。以上より、VZV感染CD4^+T細胞はCLAの発現なしにFuc-TVIIの発現のみで皮膚に遊走する可能性が示された。
無脊椎動物の複合糖脂質糖鎖発現の多様性とその生物学的意義

前口動物の3門(節足,環形および袋形動物),4綱(倍脚,多毛,貧毛,ヒルおよび線虫綱)に属する動物の糖脂質を調べ,それらより構造特異性を有する多数の新型糖脂質の存在を報告してきた。その中でも最大の発見は,環形動物,多毛綱および袋形動物,線虫綱に酸性糖脂質としてイノシトールリン酸を含有する新型のリン糖脂質が存在することを明らかにしたことである。既に,それらのうちのいくつかについては化学構造を決定しており,糖脂質糖鎖の新しい領域を開発することができたと言える。環形動物(Annelida)は,動物系統分類学の上から節足動物(Arthropoda)と軟体動物(Mollusca)の中間に位置するとされ,現在,原始環虫綱,貧毛綱,多毛綱,ヒル綱およびユムシ綱の5綱に分類されている。これらの中で,我々は既に,貧毛綱および多毛綱の糖脂質を調べ,中性糖脂質の主な構造はneogala系列(Galβ1-6Gal)であること,また,両綱共に新型のホスホコリンを含有する両性イオン型糖脂質が多量に存在することを明らかにし,それらの化学構造をcholinephosphate(→6)Galβ1-Cerおよびcholinephosphate(→6)Galβ1-6Galβ1-Cerと決定している。このように環形動物の糖脂質には,他の前口動物由来のそれらと比べて,極めて特色のある化学構造を有するものが含まれていることから,糖脂質の特異な領域を成していると考えられる。本研究では,海産多毛綱に属するイトメ,Tylorhynchus heterochaetusの酸性糖脂質画分の検索を行い,その主要酸性糖脂質がイノシトールリン酸を含むものであることを明らかにすると共に,それらのうち2種類の完全構造を決定した。今までに,植物,菌類などにフィトグリコリピドとして報告され,それらのうちいくつかは化学構造が決定されている。しかし,今のところ,我々の知る限りでは,動物界でそれらに類するものが見いだされた例はなく今回が初めてである。
環境細菌の極貧有機炭素源環境下での生育を司る機構の解明

典型的な好気性従属栄養環境細菌Sphingobium japonicum UT26株でadhX遺伝子が高発現すると大気中のCO2を取り込みながら炭素源非添加無機培地で生育可能となる現象を見出した。さらに、adhX高発現株のトランスポゾン変異株ライブラリーの解析により、ピルビン酸/リン酸ジカイネース、アセチルCoAシンテターゼ、イソクエン酸リアーゼをコードすると推定される遺伝子が本表現型に必須であることを明らかにし、UT26株の全ゲノム配列情報も利用して、PPCによるCO2固定を伴うグリオキシル酸回路が超低栄養条件下での同化過程として機能している可能性が高いという重要な知見を得た。地球表層環境に広く棲息する好気性従属栄養環境細菌群は極貧有機炭素源環境下でも生育する機構を有していると様々な状況証拠から推定されるが、明確な科学的記述が困難であり、未開拓な研究分野である。申請者は、環境汚染物質分解能を有する典型的な好気性従属栄養環境細菌Sphingobium japonicum UT26株の研究過程で、炭素源非添加無機培地で大気中CO2を生体成分として固定して生育可能な突然変異株を取得した。本研究の目的は、十分な科学的再現性の元に分子機構の解明が可能な本系を利用して、新規なCO2固定系が関与すると推定される本細菌株が有する極貧有機炭素源環境下での生育機構の全貌を解明し、さらに、本機構の好気性従属栄養細菌群における普遍性を明らかにし、細菌の極貧栄養条件下での培養という広範な応用への可能性を検討することである。本研究では、「UT26株でadhX遺伝子が高発現すると炭素源非添加無機培地で生育可能となる現象」に着目して研究を実施し、adhX遺伝子高発現株でも大気中の標識CO2の取り込みが観察されることを明らかにすると共に、adhX高発現株のトランスポゾン変異株ライブラリーから取得した当該表現型に変異を持つ株の解析を進めた。これら変異株のトランスポゾン挿入部位を同定し、さらに、候補遺伝子の再破壊と相補実験を実施した結果、ピルビン酸/リン酸ジカイネース、アセチルCoAシンテターゼ、イソクエン酸リアーゼをコードすると推定される遺伝子が本表現型に必須であると結論した。これら遺伝子産物の推定機能とUT26株の全ゲノム配列情報から、PPCによるCO2固定を伴うグリオキシル酸回路が超低栄養条件下での同化過程として機能している可能性が高いという重要な知見を得た。本年度は、特に「UT26株でadhX遺伝子が高発現すると炭素源非添加無機培地で生育可能となる現象」に着目して研究を実施し、以下の結果を得た。(1)adhX遺伝子高発現株でも大気中の標識CO2の取り込みが観察された。(2)adhX遺伝子産物のアルコールデヒドロゲナーゼ(ADH)活性に必須と推定されるアミノ酸残基に変異を導入した変異型adhX高発現株では、ADH活性は低下したが、当該表現型に変化はなく、ADH活性と当該表現型との明確な関連性は見出されなかった。(3)adhX高発現株のトランスポゾン変異株ライブラリーを作製し、当該表現型に変異を持つ株を得た。さらに、これらのトランスポゾン挿入部位から、当該表現型に関与する遺伝子として、推定acetyl-CoA synthetase遺伝子、推定pyruvate/phosphate dikinase遺伝子、推定isocitrate lyase遺伝子を同定した。adhX高発現株でも大気中の標識CO2の取り込みが確認できたことに加え、当該表現型に関与する3つの遺伝子を新たに同定することができたため。(1)adhX自身の機能解析の継続(2)adhX高発現株を利用して同定した、当該表現型に関与する3つの遺伝子の機能の解明(3)当該表現型に関与する他の遺伝子の同定と解析(4)他の環境

細菌株でのadhXホモログの機能に関する研究上記(1)(3)により、本現象の分子機構を明らかにすると共に、(4)により、普遍性と応用への可能性を検討する。上記研究を実施するために、多量の分子生物学および生化学研究用の試薬を使用する。また、研究支援のための謝金を必要とする。さらに、学会等において、情報の収集と成果の発表を行う予定である。
確率微分方程式を用いた銀河宇宙線太陽変調と宇宙粒子および反粒子の起源の研究

カレントシートを含むParker-typeやFisk-typeの惑星間空間磁場(HMF)モデルを構築し、銀河宇宙線太陽変調を確率微分方程式でシミュレーションすることで、太陽変調の宇宙線電荷符号依存性の定量的な解析を可能とする空間フル3次元コードを開発した。銀河宇宙線強度の22年周期変動を定性的に再現できたが、陽子/反陽子比の変動の定量的再現には至らなかった。一方でHMFの極性が異なる時期のAMSおよびPAMELAによる電子/陽電子比の観測結果は再現できた。宇宙線の伝播は移流拡散方程式(Fokker Planck eq.)で記述されるが、本研究ではこれに等価な確率微分方程式(SDE)を用いて、銀河宇宙線の太陽変調を研究した。本年度は太陽風速度の緯度依存性や太陽光球面における磁力線の差動回転を起因とする惑星間空間地場の乱れ(Fisk field)が銀河宇宙線太陽変調に及ぼす影響をSDEにFisk fieldを組み込んだシミュレーションコードを開発した。太陽風速度に緯度依存性がある場合、その勾配に応じて磁場強度が変化する。シミュレーション実験によりこれまで定性的に予想されていたFisk fieldが太陽変調に及ぼす影響を定量的に確認することができた。この成果は第30回宇宙線国際会議で発表した。またFisk fieldを入れた磁場モデルによって1997年のBESS実験によって観測された宇宙線陽子・反陽子のエネルギースペクトルをよく再現できることを確認した。この結果から、観測された宇宙反陽子は、銀河宇宙線と星間物質との核相互作用で2次的に生成される成分だけで説明され、ミニブラックホールの蒸発などのexotic成分はあっても極少量であることが略確実であることが判明した。また当初計画していた衝撃波などの不連続面が存在する場合のSDEシミュレーション実験に局所時間なる概念を取り入れる試みは進展をみなかった。一方上述した研究の発展とした、スターバースト銀河NGC 253の電波ハローの研究について、銀河風および磁場構造モデルを改良した新しい考察を展開し論文にまとめた。惑星間空間磁場(IMF)としてParkerのモデルを採用したのではBESS実験による陽子と反陽子のエネルギースペクトルが再現できないことは確認されている。IMFの極性Aと粒子、の電荷の積qAに依存する銀河宇宙線太陽変調の22年周期についてもParkerモデルでは定性的には説明できるが定量性に欠ける。IMFのモデルとしてBurger等による修正Parkerモデルを採用して確率微分方程式を用いた太陽変調現象のシミュレーション実験を行った。このIMFモデルは、太陽風速度に緯度依存性を持たせると同時に、横向き磁場の揺らぎを起因とするIMFの擾乱が同時に存在する状況を近似的に表現する磁場を想定する。その結果、極性qAへの依存性はParkerモデルの場合と同様でドリフト運動が太陽変調現象を支配していること、太陽風速度の緯度勾配の符号が反転する緯度での磁場の反転を起因とする宇宙線強度の無視できない変動があること、またその変動の符号(Parkerモデルの結果との比較の意味で)が、極性qAの符号に依存することを発見した。これらの結果は第30回宇宙線国際会議のプロシーディングに論文として出版された。また太陽極域の差動回転に伴ってIMF,特に極域のそれがParkerモデルと大きくずれることがFiskによって指摘されている。(Fisk型のIMF)。Fisk型のIMFを想定すると、qA>0の極性の時期に極域からドリフトしてくる粒子の太陽変調の様子が大きく影響を受けると予想された。確率微分方程式を用いたシミュレーション実験によりこの効果を確認した。結果として、世界で初めてBESSによる陽子、反陽子の精密エネルギースペクトルの再現に成功した。結果は現在学術誌論文として投稿するべく準備中である。太陽変調現象には太陽圏環境、星間空間での宇宙線エネルギースペクトル(LIS)、宇宙線拡散係数が強く影響し、信頼性のある太陽変調モデルを構築するにはこれら全ての方面からの考察が必要となる。このうち太陽圏環境に関しては昨年度までに研究を進め、太陽風速度の緯度依存性や太陽光球面における磁力線の差動回転を起因とする惑星間空間地場の乱れ(Fisk field)を組み込んだ太陽変調シミュレーションコードを開発した。残るLISや拡散係数を求めるには、観測との比較を繰り返すことによって観測を矛盾なく再現できる数値をイタレーションする必要がある。そこで本年度は、本研究で開発したFisk-type惑星間空間磁場を考慮した太陽変調シミュレーションコードで宇宙線陽子、反陽子、電子、陽電子のエネルギースペクトルを計算し、観測結果と比較することで観測を矛盾なく説明できる宇宙線エネルギースペクトルおよび拡散係数を探求した。研究成果はしかるべき科学論文で報告する予定であり、現在投稿論文を準備している。この他上述した研究の発展として、確率微分方程式を用いた数値計算手法で銀河宇宙線の年齢分布や宇宙線源の空間分布、PLDの推定を行った。

第一段階として行った等方拡散モデルの計算では、銀河宇宙線のPLDおよび年齢分布が対数正規分布型になることや、比較的若い銀河宇宙線は、discrete source(とりわけ太陽系近傍で最近発生した超新星残骸)からの寄与が強いことが分かった。この研究成果は第31回宇宙線国際会議や日本物理学会秋季大会で発表した。その後行ったエネルギー損失過程を組み込んだ数値計算では、太陽系近傍で最近発生した超新星残骸からの寄与が銀河宇宙線電子のPLDおよび年齢分布に強く影響することが分かり、その詳細を日本物理学会第65回年次大会で報告した。
自然言語の統合的理解・生成システムに関する協力研究

平成4年4月に姉妹校となった九州工業大学(KIT)とサイモンフレーザー大学(SFU)は,それぞれ国や州の支援を得て,情報工学に関し活発な研究教育を行っている.とりわけKITの知能情報工学科とSFUの計算機学科は,自然言語処理の部門に力を注ぎ,従来から交流を重ねてきた.本研究は,自然言語の構文解析,意味解析,機械辞書などへの応用を,心理モデルに基づいて統合的に処理するシステムの構築を目的としている.従来から寓話の世界にちなんだ“イソップワールド"プロジェクトを推進してきたが,昨年度,知性と感性を持つエージェントのプロトタイプを完成した.このエージェントは,自然な環境に住み,願望を持ち,プランを立て,実行し,感情を生起し,そして発話する.本年度は,もう1人のエージェントを導入し,両者の間で協調的な対話や行動を行うよう,拡張した.まず心理モデルとして,「勧誘」を話題にしたプランニングのモデルを勧誘する側,される側の両方から構造化した.各エージェントは,心の中に自己のプランニングモデルの他相手のモデルも持ち,相手の心理状態を“読み"ながら,対話する.プランニングモデルは,勧誘を構成するいくつかの要素的心理状態とそれらの間の依存関係で把握され,ネットワークによって表現される.各心理状態は,それ自身小さなネットワークになっており,小ネットワークの各ノードは,例えば“目標s"型の,局所的プロダクションルールで構成される.実験により両エージェントの間で柔軟な対話が確認された.またプランニングによる知的処理に加えて,情緒の生起を“パターン理解"としてとらえる手法も拡張した.“嬉しい",“怖い"など8種類の基本的情緒を詳細に分析し,従来の約40種類に加え新たに40種類の特徴を得た.これらにより,エージェントの感性は,より豊かになった.次に,言語の理解と生成については,すでにプロトタイプにおいて,非言語的な心理過程と言語の深層構造を対応づける問題について基本的な方式を提案している.これに対し,話者の信念処理や比喩理解の方式について改良を加えた.特に信念管理は,曖昧な情報から事実を推論する信念生成部と,得られた信念の間で矛盾がないようチェックする信念管理部とからなる.およそ50素種類の信念関係の推論ルールを作成し,実験的に確認した.一方言語の深層構造と表層構造を対応づける部分についてもいくつか進展させた.日本語については,外国人の日本語学習に注目し,まず誤りのタイプを詳しく調べた.次に誤り文を生成する規則を考え,それらを用いて学習過程における誤りを自動的に検出するサブシステムを構築した.特に誤り生成規則を人手によらず自動作成する部分に工夫を凝らした.一方英語については,HDPS文法に基づいて翻訳や自然言語インターフェイスのサブシステムを改良した.特に英語の複合語の解析部分に力を入れたが,基本的には文の格構造を利用するもので,日本語においても同様の考えが通用するものである.次に本研究の応用としてデータベースとその自然言語インターフェイスの構築であるが,すでにSystemXとDBLearnという2つのインターフェイスを作成している.SystemXについてはカナダのケーブルシステム企業のデータベースに適用し,有効性が評価された.またDBLearnについては,事例からの類推による学習方式を導入し,利用者が曖昧な表現で質問しても関連データを検索できる方式を開発した.最後にアニメーションと知的CAIへの応用についても成果をあげることができた.アニメーションについては物語文章の意味を理解した上で,環境内における主人公の時間的,空間的位置関係を柔軟に推論する方式に改良を加えるととに,レートレーシング手法に基づく高画質の画像生成技術を開発した.またCAIに関しては,マルチメディアを駆使して,英語やスペイン語を教育する手法について考案した.平成4年4月に姉妹校となった九州工業大学(KIT)とサイモンフレーザー大学(SFU)は,それぞれ国や州の支援を得て,情報工学に関し活発な研究教育を行っている.とりわけKITの知能情報工学科とSFUの計算機学科は,自然言語処理の部門に力を注ぎ,従来から交流を重ねてきた.本研究は,自然言語の構文解析,意味解析,機械辞書などへの応用を,心理モデルに基づいて統合的に処理するシステムの構築を目的としている.従来から寓話の世界にちなんだ“イソップワールド"プロジェクトを推進してきたが,昨年度,知性と感性を持つエージェントのプロトタイプを完成した.このエージェントは,自然な環境に住み,願望を持ち,プランを立て,実行し,感情を生起し,そして発話する.本年度は,もう1人のエージェントを導入し,両者の間で協調的な対話や行動を行うよう,拡張した.まず心理モデルとして,「勧誘」を話題にしたプランニングのモデルを勧誘する側,される側の両方から構造化した.各エージェントは,心の中に自己のプランニングモデルの他相手のモデルも持ち,相手の心理状態を“読み"ながら,対話する.プランニングモデルは,勧誘を構成するいくつかの要素的心理状態とそれらの間の依存関係で把握され,ネットワークによって表現される.各心理状態は,それ自身小さなネットワークになっており,小ネットワークの各ノードは,例えば“目標s"型の,局所的プロダクションルールで構成される.実験により両エージェントの間で柔軟な対話が確認された.またプランニングによる知的処理に加えて,情緒の生起を“パターン理解"としてとらえる手法も拡張した.“嬉しい",“怖い"など8種類の基本的情緒を詳細に分析し,従来の約40種類に加え新たに40種類の特徴を得た.これらにより,エージェントの感性は,より豊かになった.次に,言語の理解と生成については,すでにプロトタイプにおいて,非言語的な心理過程と言語の深層構造を対応づける問題について基本的な方式を提案している.これに対し,話者の信念処理や比喩理解の方式について改良を加えた.

特に信念管理は,曖昧な情報から事実を推論する信念生成部と,得られた信念の間で矛盾がないようチェックする信念管理部とからなる.およそ50素種類の信念関係の推論ルールを作成し,実験的に確認した.一方言語の深層構造と表層構造を対応づける部分についてもいくつか進展させた.日本語については,外国人の日本語学習に注目し,まず誤りのタイプを詳しく調べた.次に誤り文を生成する規則を考え,それらを用いて学習過程における誤りを自動的に検出するサブシステムを構築した.特に誤り生成規則を人手によらず自動作成する部分に工夫を凝らした.一方英語については,HDPS文法に基づいて翻訳や自然言語インターフェイスのサブシステムを改良した.特に英語の複合語の解析部分に力を入れたが,基本的には文の格構造を利用するもので,日本語においても同様の考えが通用するものである.次に本研究の応用としてデータベースとその自然言語インターフェイスの構築であるが,すでにSystemXとDBLearnという2つのインターフェイスを作成している.SystemXについてはカナダのケーブルシステム企業のデータベースに適用し,有効性が評価された.またDBLearnについては,事例からの類推による学習方式を導入し,利用者が曖昧な表現で質問しても関連データを検索できる方式を開発した.最後にアニメーションと知的CAIへの応用についても成果をあげることができた.アニメーションについては物語文章の意味を理解した上で,環境内における主人公の時間的,空間的位置関係を柔軟に推論する方式に改良を加えるととに,レートレーシング手法に基づく高画質の画像生成技術を開発した.またCAIに関しては,マルチメディアを駆使して,英語やスペイン語を教育する手法について考案した.研究の目的は,九州工大(KIT)で従来から進めてきた知性と感性を持つエージェントの構築に,サイモンフレーザー大(SFU)で考案,開発した知的システムを融合させ,両者における学術研究の発展と国際協力関係を促進しようとするものである.具体的には,以下に示す心理モデル,言語理解と生成,データベース,および知的CAIなどに関して取り組んだ.1.心理モデルについては,KITの提案している8つの領域から成るモデルにSFUが種々の角度から意見を述べ,それに基づきSS10上に原型を作成した.2.言語理解については,KIT側で単一化文法による,日本語特有の敬語処理プログラムを,またSFU側で英語特有のコーディネーション処理プログラムを開発した.また心理モデルに基づいて言語の深層構造を生成するアルゴリズムの開発にも取り組んだ.また,アニメーションを利用した言語理解の実験も行なった.3.データベースについては,SFU側で,学習によってダイナミックに変化する大規模データの取り扱いに関し,論理型プログラミングによる演繹型データベースの改良に取り組んだ.
日本で発見された原始的被子植物化石とこれに伴う白亜紀後期植物の生物組織学的研究

1.6月から10月にかけて、北海道三笠市周辺に分布する上部白亜系、中上部蝦夷層群のアンモナイト/ジュル中から多くの植物化石を採集した。これらの化石は、内部の細胞組織がよく保存されており、したがって、これらについて、ピール法による切片を作製することに成功した。現在までに識別できた植物は、ベネチテス目のオトザマイテス、球果目のナンヨウスギ、コウヨウザン、被子植物の雌性花、ヤシの果実などで、他に被子植物の起源を探る上で、重要と考えいれる果実がある。以上のうち、被子植物の雌性花については、8月にメルボネンで開かれた、第3回国際古植物学会議で口頭発表を行ない、またオトザマイテスについては、2月京都で開かれた、日本古生物学会年会で口頭発表を行った。これらについては、現在論文刊行の準備中である。2.得られた化石から、上部蝦夷層群植物群は、亜熱帯の海洋性気候のもとで生育した植物群で、この植物群が、北海道の現在の位置にあることは、おそらく、地塊が南方起源で、白亜紀後期以後北上したものと考えられる。3.本研究の最終目標は、後期白亜紀の古植物地理を明らかにすることにあるが、白亜紀後期以前の正確な知識なくしては目的を達することが不可能である。よって、三畳紀以後の植物分布および、分布を特徴づける分類群について、裏面に記したように6編の論文を刊行した。4.オトザマイテス葉について、葉柄および葉の横断面がはじめて明らかにされた。北海道の上部白亜系オトザマイテスは、その組織から明らかにベネチテス目中の独立した層で、従来考えられてきたような形態属ではなく、また、知られる限りでは、本属が、白亜紀後期まで生存したことは確実である。
陸上起源物質による湿原汚染の実態把握のための新技術の開発に関する研究

湿原の生物はわずかな環境の変化に対して極めて敏感で、特に水質変化に対する生物相の変遷は、尾瀬ケ原や釧路湿原を始めとして国内外で重大な環境問題となっている。しかしながら、実際に生物相が変化しているにもかかわらず、既存の水質分析法では、汚染の実態がとらえにくく水質の変化が見落とされたり過小評価されるケースが多い。これは、水のサンプリングが、湖沼や河川に比較して極めて困難なうえに、湿原内(特に泥炭地)での流量や流速の正確な測定ができないために、水質をある一定時における水中のイオン濃度として評価せざるを得ないことに起因している。そこで本研究は、湿原水中の栄養塩類を水質に加えて流速・流量も加味した総合的な量(マス)としてとらえるための新手法の開発を目的とし、イオン交換樹脂をトラップとして用い、一定期間内にあるポイントを通過するイオンの総量を測定しようというものである。本年度は、昨年度までの問題点であった樹脂を入れるトラップの素材について(樹脂の粒径に適合し、かつ泥炭水の動きを妨げず浸透性に優れる)室内実験で検討を続けた。これと並行して、予備的に湿原にイオントラップを設置して、トラップでキャッチしたイオンの量と泥炭水の水質分析結果とを比較してみたが、やはり樹脂を入れるトタップの素材に問題があり、実際よりも過小評価してしまう危険性が指摘された。また湿原の形状やサイズ、泥炭の質、水の供給の違いによって、トラップを放置する期間を考慮しなければならないことが明らかになった。今後は、さらにシステムの充実化を実験室内で試験・検討するとともに、このシステムを湿原の湿原水や泥炭土中に一定期間設置し、その効果を既存の水質分析法や土壌分析法との比較を行いながら検討する。
非アルコール性脂肪肝炎への進展に関わる腸管粘膜表層細菌の解析

アルコール摂取が無いにもかかわらず脂肪肝から脂肪性肝炎(NASH)を発症し肝硬変に至る患者が増えつつあり、非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)と呼ばれる。さらにBMI正常であるにもかかわらず、膵切除後や消化管術後など腸内細菌変化が起こる患者でNASHを発症する患者が存在する。糞便中の腸内細菌構成の違いも指摘されているが、脂肪肝からNASH、肝硬変に至るリスク因子については十分わかっていない。本研究の目的は、NASHに特徴的なの腸管粘膜上皮表面の細菌叢やNASHの進行に関わる腸管粘膜上皮表面の細菌叢を、臨床検体を用いて次世代シーケンサーで解析する。
プラスチック-石炭の高性能共熱分解プロセスの開発

本研究ではポリオレフィンをはじめとする種々の廃プラスチックを水素ならびに炭化水素ラジカル供与物質として利用する、新しい石炭の急速熱分解プロセスを開発する。すなわち、微粉炭と廃プラスチックを緊密に接触させて急速熱分解し、石炭の熱ラジカルに対して、プラスチックから生成する水素・炭化水素ラジカル等の活性種を高収率で供与し、当該プラスチックのモノマなどの化学原料を得ると同時に、石炭の液収率、とりわけBTXなどの軽質芳香族の収率の向上を無理なく実現しようとするものである。本研究により以下の結果を得た。(1)ポリオレフィンと石炭とを機械的に混合すると、石炭粒子表面を被覆する程度の接触であっても、共熱分解によりタール収率が増加した。これは水素あるいは炭化水素ラジカルが移行し、熱分解時の石炭フラグメントラジカルの安定化に寄与したことを示す。(2)ポリオレフィンを360420°Cで1時間熱処理してTHFなどに溶解させ、その中に粉砕した石炭を混合して処理することによって、石炭を溶剤で膨潤させるとともに、プラスチックの低分子化合物と複合化した。この複合化物を急速熱分解したところ、石炭とプラスチックが緊密に接触しているので、効果的にラジカルが移行し、タール生成が大幅に促進された。(3)酸素存在下でポリオレフィンを熱分解すると、熱分解温度を200°C以上低下させることが可能であり、二酸化炭素の生成量も2%以下になることを明らかにした。本研究ではポリオレフィンをはじめとする種々の廃プラスチックスを水素並びに炭化水素ラジカル供与物質として利用する、新しい石炭の急速熱分解プロセスを開発する。すなわち、微粉炭と廃プラスチックスを緊密に接触させて急速熱分解し、石炭の熱分解ラジカルに対して、プラスチックスから生成する水素、炭化水素ラジカル等の活性種を高効率で供与し、当該プラスチックスのモノマなどの化学原料を得ると同時に、石炭液収率、とりわけBTXなどの軽質芳香族の収率を無理なく実現しようとするものである。本年度は、ポリオレフィンを360°C420°Cで1時間熱処理してTHFなどに溶解させ、その中に粉砕した石炭を混合して処理することによって、石炭を溶剤で膨潤させるとともにプラスチック低分子化物の複合化を行った。FTIR分析、DSC分析の結果、プラスチック由来の化合物が石炭の網目構造の内部に挿入されているととを確認した。複合化物はキュリーポイント熱分解装置を用いて工業装置に類似した速度で昇温し、2次熱分解が起こらない条件での熱分解挙動を測定した。石炭とプラスチック単独の熱分解挙動と、それらの複合化物の熱分解挙動を比較し、プラスチックから石炭に効果的にラジカルが移行していることを種々の反応条件下で確認し、本プロセスの有効性を明らかにした。この実験において、購入した質量分析計を用いて熱分解生成物の測定を行った。すなわち、微粉炭と廃プラスチックを緊密に接触させて急速熱分解し、石炭の熱分解ラジカルに対して、プラスチックから生成する水素、炭化水素ラジカル等の活性種を高効率で供与し、当該プラスチックのモノマなどの化学原料を得ると同時に、石炭液収率、とりわけBTXなどの軽質芳香族の収率の向上を無理なく実現しようとするものである。これは水素および炭化水素ラジカルが移行し、熱分解時の石炭フラグメントラジカルの安定化に寄与したことを示す。
Wnt/βカテニン経路の幹細胞性維持・分化誘導機能に関するゲノムワイド研究

Wnt/βカテニン経路の幹細胞性維持と分化誘導という相反する作用の機序をマウス多能性幹細胞において明らかにすることが本研究の目的である。標識ペプチドが付加されたβ-カテニンをもつマウスES細胞において、βカテニンに対するクロマチン免疫沈降-シーケンス法とWnt/β-カテニン経路反応性遺伝子の発現プロファイリングを行った。これらのデータを解析した結果、Wnt/βカテニン経路による多能性制御はTcf3と多能性転写因子群を、分化制御はTcf3とMEK経路下流で働くEtsとの協調を介するものと考えられた。これらの知見は高品質な幹細胞の安定的供給と効率的な分化誘導法の開発につながるものと期待される。本研究の目的は、多能性幹細胞におけるWnt/β-カテニン経路の機能と作用機序を詳細に明らかにすることである。下流の転写複合体の構成要素であるβ-カテニンに着目し、本年度は以下のように研究をすすめた。2. Ctnnb1BioFL/+-BirA ES細胞におけるβ-カテニンに対するChIP-seqから約10000領域をβ-カテニンのゲノム結合領域として同定した。3. Wnt/β-カテニン経路反応性遺伝子の発現プロファイリング:種々の条件で刺激した野生型ES細胞においてマイクロアレイ解析を行った。4.バイオインフォマティクスによるデータ解析:1.および2.から、転写調節に関与するβ-カテニンのゲノム結合領域を選別し、ES細胞で重要な働きをもつ19種類の転写関連因子の結合領域と比較解析した。その結果、特に多能性に重要な5種類の転写因子とβ-カテニンの結合領域が、ゲノムDNA上で高頻度に重複することを見出した。「Oct4、Sox2、Nanog、Tcf3と共に結合する領域(領域A)」と「Tcf3のみと結合する領域(領域B)」の二つに大きく分けられ、領域Aは多能性に関連する遺伝子の周囲に、領域Bは分化に関連する遺伝子の周囲に多く分布していた。さらに、領域AではOctとSoxの認識配列が、領域BではTcfの認識配列が優位に存在することが判明した。この知見は、Wnt/β-カテニン経路が、多能性を制御する際にはOct4、Sox2、Nanog、Tcf3を介した遺伝子ネットワークと協調して働き、分化を制御する際には主にTcf3を介することを示唆している。本研究の目的は、多能性幹細胞におけるWnt/βーカテニン経路の機能と作用機序を明らかにすることである。下流の転写複合体の構成要素であるβーカテニンに着目した解析を以下の通り行った。1.バイオインフォマティクスによるChIP-seq及び発現プロファイリングのデータ解析:25度までに、Ctnnb1BioFL/+;BirA ES細胞における抗FLAG抗体あるいはストレプトアビジンを用いたChIP-seq(クロマチン免疫沈降ーシーケンス法)からβーカテニンの結合領域をゲノムワイドで明らかにするとともに、そのデータ解析から、多能性と分化において、Wnt/βーカテニン経路が異なる遺伝子ネットワークを用いることを明らかにした。そこで、26年度は遺伝子ネットワークに着目した解析を行った。βーカテニンの結合領域にはTcf3の結合モチーフと共に、FGFシグナルの下流で働く転写因子のモチーフが有意に存在した。そこで、Wnt/βーカテニン経路による多能性維持と分化のそれぞれにおいて、この転写因子が果たす役割とそのメカニズムを、ES細胞における機能喪失系で検証した。その結果、この転写因子の活性が抑制されることが、Wnt/βーカテニン経路による多能性維持に重要な役割を果たすことを示唆するデータが得られた。2. βーカテニン転写複合体のプロテオーム解析:3xFLAGタグとビオチンタグを用いた2段階精製により、Ctnnb1BioFL/+;BirAES細胞の核抽出液からβ-カテニンの転写複合体のアフィ二ティー精製を行うためのカラム洗浄と溶出条件に関する基礎検討を行った。最適と思われる条件における精製を開始した。今後は、1.により同定された遺伝子ネットワークについて、プロテオーム解析の結果を統合しながらさらに詳細に明らかにしたいと考えている。特に、Wnt/βーカテニン経路とFGFシグナルの下流で働く転写因子の協働作用に着目した解析を進める。骨軟骨生物学・再生医学当初の計画では、β-catenin-Biotin-3xFLAGノックインES細胞を作出し、ChIP-seqと発現プロファイリングの一次データ取得までを計画していた。しかし、26年度に計画されていたデータの統合的解析が進み、β-カテニンを中心とした転写ネットワークの一部を明らかにすることができた。

今後は、β-カテニン転写複合体のプロテオーム解析を進め、そのデータとこれまでに得られた転写ネットワークのデータとを統合的に解析することで、β-カテニンの転写協働因子の候補を検索していきたい。また、これまでに得られた知見を、レポーターアッセイ・ゲルシフトアッセイ・共免疫沈降等によりin vitroにて検証すると同時に、発現解析とin vitroおよびin vivoにおける機能解析を通じて新規標的遺伝子の同定を行う予定である。本年度の一次データ取得において、これまでの予備実験の結果を踏まえつつ、大規模な実験条件の設定を行う予定であった。しかし、予備実験で候補となった実験条件が、予想以上に適した条件であることが判明した。これにより、実験条件の設定とデータ取得が当初の計画以上にスムーズに進んだため、使用経費の削減につながった。β-カテニン転写複合体のプロテオーム解析の条件設定に多くの実験を要すると予想されるため、そちらへ優先的に使用していく。また、大規模解析から得られた知見を、生化学・分子生物学・マウス遺伝学的手法を用いて行うことを計画していたが、実際に得られた知見を鑑みると当初の計画以上の経費が必要であると予想される。したがって、この検証実験にも適宜使用する予定である。
CH/π相互作用を利用したPKCδ選択的薬剤の創製

発がんプロモーターの主要なターゲットであるプロテインキナーゼC(PKC)には、10種のアイソザイムが存在する。放線菌の産生するindolactam-V(1)は、nMオーダーでPKC C1ドメインに結合する。一方、1のインドール環をベンゼン環に置換したbenzolactam-V8(2)は、1と同じ水素結合性官能基を有しているにも関わらず、1よりも約30倍低い結合活性しか示さない。本研究代表者らは、1とPKCδのC1ドメイン(δ-C1B)との結合において、インドール環とδ-C1Bの11番目のプロリン残基(Pro-11)がCH/π相互作用(水素原子とπ電子系との間の引力的相互作用)することにより結合能が高められている可能性に注目した。フッ素原子は、水素原子とファンデルワールス半径が最も近い一方で、CH/π相互作用をほとんどしない。そこで、δ-C1BのPro-11の4位水素原子2個をフッ素原子に置換した変異ペプチドを合成し、1および2との結合能を評価した。その結果、1の変異ペプチドに対する結合能は、野生型に比べて11.5倍低下したのに対し、2では結合能の低下が認められなかった。これより、2のPKC結合活性が1よりも低い理由が、CH/π相互作用の欠如に由来すること、また、1のインドール環は、Pro-11の4位水素原子とCH/π相互作用することによって、1の高いPKC結合活性に寄与していることが示唆された。Pro-11は、全PKCアイソザイムC1ドメインに保存されていることから、リガンドの適当な位置に芳香環を結合させることによって、PKC結合活性を高めることができるはずである。このような観点から2の9,10位にベンゼン環を結合させたnaphtholactam-V8をデザインした。本化合物は、2よりも約10倍強いPKCδ結合活性を示した。
変動荷重における空気中、腐食環境中の鋼のき裂進展特性

本研究は3年がかりの第3年目のものであり、その研究実績は次のとおりである。1)1年目は一定荷重で、応力比の差異によるき裂進展2)2年目は塩水環境下のもとでの、き裂進展3)3年目は二段階変動荷重におけるき裂進展特性について行った。(1)最大応力、最小応力が一定の一定振幅での試験から任意の波形による疲労試験が可能となった。(2)変動荷重時における最大荷重時のき裂開閉口点は一定荷重試験のそれと比べ低下することがわかった。これは、き裂進展駆動力の増大を示し、一定振幅試験で同程度の載荷重の疲労試験と比べ速く進む。このことは、高レベル時の亀裂開閉口応力は低レベル時の開閉口応力に支配されることを示している。(3)本実験において、き裂距離がノッチ先端より6mmに達するまでの時間に対する過大荷重の載荷時間の割合は僅か1.9%程であるが、き裂進展距は2.286(mm)と、全き裂長の38.1%を占めた。(4)き裂の遅延現象ははっきりと確認できた。過大荷重の載荷時間が長いほど、き裂の遅延現象が顕著に表れた。(5)変動荷重時には一定荷重時に比べ結晶粒界を進展するき裂が多い。(6)このことは、SEM観察からも確認できた。本研究は3年がかりの第1年目のものであり、その研究実績は次のとおりである。1)片振りと両振りにおけるき裂進展特性について応力比の差異がき裂進展特性に及ぼす影響を検討した。片振り試験においては応力比0.4、0.2、0.0を使用し、両振り試験においては応力比-0.25、-0.5、-0.75を使用した。実験結果としては(1)き裂開閉口点応力は、き裂駆動力に関与しき裂進展速度と密接な関係を持つ。(2)応力比RがR>0域ではRの増加に伴いき裂進展駆動力は増大するのでき裂進展速度は速くなる。(3)応力比R>0域でのき裂開閉口点は載荷重の中立応力と一致し、引張り側が全てき裂進展駆動力として働く。(4)き裂開閉口点/全振幅応力で整理すると、き裂開閉口点応力と応力比直線関係が得られた。2)変動荷重による銅のき裂進展性について実験項目は(1)供試体のマシンノッチ先端より1mm,3mm,5mm点に動的ひずみゲージを貼付し応力-ひずみ曲線より変動荷重下によるき裂開閉口応力を求め、クラックメーターを併用し、高レベル荷重時と低レベル荷重時での実時間におけるき裂進展の挙動を調べた。また、マイクロハイスコープを使用し動的観察をすることにより、高レベル荷重時と低レベル荷重時のき裂進展挙動を観察できた。最後に、変動荷重と一定荷重下におけるき裂長さとき裂速度との差異を検討した。二段階変動荷重疲労実験により、き裂開閉口応力は二段階荷重条件下では一定荷重の応力比R=0の場合とほぼ同じ値をとることがわかった。実際の構造物での複雑な荷重状態での一定振幅、繰り返し荷重疲労試験に比べ、き裂進展挙動は高レベル側の応力に優先的に支配されることを明らかにした。本研究は3年がかりの第2年目のものであり、その研究実績は次のとおりである。1)二段階変動荷重におけるき裂進展特性について実験項目は(1)供試体のマシンノッチ先端より1mm,3mm,5mm点に動的ひずみゲージを貼付し応力-ひずみ曲線より変動荷重下によるき裂開閉口応力を求め、クラックメーターを併用し、高レベル荷重時と低レベル荷重時での実時間歴におけるき裂進展の挙動を調べた。その結果、高レベル時の亀裂開閉口応力は低レベル時の開閉口応力に支配されることが明らかとなった。2)塩水環境下での繰り返し荷重による鋼の微視き裂挙動の影響供試体を完全塩水浸漬状態に設置するために、アクリル樹脂製の腐食セルボックスを製作した。

腐食セルボックスの製作は循環腐食溶液中でも繰り返し荷重下における疲労き裂挙動を精度良く連続動的観察することが最大の課題であったためである。腐食セルボックス中の供試体は、腐食水に常時接触している。使用した腐食水は3%Nacl水溶液で、常時温度25゚,酸素循環状態で、PHは78である。腐食溶液は100cc/minの速さで循環した。この結果より(1)繰り返し載荷重が増加するに伴い、き裂進展速度も増加することがわかった。塩水環境下では載荷重レベルの違いが顕著にき裂進展挙動に影響した。(2)環境条件に関わらず載荷重条件が小さいければ、き裂進展速度の遅い微視き裂領域が存在しないことがわかった。(3)塩水環境下では応力条件によってき裂発生時期は左右されることを実験により示した。(4)き裂進展に実際に関与するき裂進展駆動力が塩水環境下では全載荷重の85%となる。これに対して大気環境下では約75%であった。塩水環境下のほうが約1割ほど大きい。このき裂進展駆動力の割合から塩水環境下のほうが大気環境下に対して、き裂進展速度が速いことが説明できた。(6)下限界値〓K_<th>は塩水環境下では2は3.145MPa√m、大気環境下は2.208MPa√mと塩水環境下のほうが高い実験数値を示した。本研究は3年がかりの第3年目のものであり、その研究実績は次のとおりである。1)1年目は一定荷重で応力比の差異によるき裂進展2)2年目は塩水環境下のもとでの、き裂進展3)3年目は二段階変動荷重におけるき裂進展特性について行った。(1)最大応力、最小応力が一定の一定振幅での試験から任意の波形による疲労試験が可能となった。(2)変動荷重時における過大荷重時のき裂開閉口点は一定荷重試験のそれと比べ低下することがわかった。これは、き裂進展駆動力の増大を示し、一定振幅試験で同程度の載荷重の疲労試験と比べ速く進む。このことは、高レベル時の亀裂開閉口応力は低レベル時の開閉口応力に支配されることを示している。(3)本実験において、き裂距離がノッチ先端より6mmに達するまでの時間に対する過大荷重の載荷時間の割合は僅か1.9%程であるが、き裂進展距は2.286(mm)と、全き裂長の38.1%を占めた。(4)き裂の遅延現象ははっきりと確認できた。過大荷重の載荷時間が長いほど、き裂の遅延現象が顕著に表れた。(5)変動荷重時には一定荷重時に比べ結晶粒界を進展するき裂が多い。(6)このことは、SEM観察からも確認できた。