hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
面発光デバイスを目指した沿面放電の制御と面発光強度の向上に関する検討

従来,沿面放電は,電力設備では,絶縁破壊に至らしめる厄介者として,その発生と進展を抑制することを目的に,発生・進展メカニズムに関する研究がなされてきた。まったく逆の視点の沿面放電の積極的な応用に関する研究は,最近まであまり行われていなかった。そのため,この沿面放電の工学的応用としては,オゾナイザや環境汚染物質処理等限られたものしかない。本研究では,沿面放電の制御技術を確立し,照明やディスプレーなどの面発光デバイスへの応用を目指し,応用可能な輝度を有する均一な面状沿面放電を安定に発生させることを目標として,下記の検討を行った。電気的計測および光学的計測を通じて,実験的に固体誘電体沿面における荷電粒子の振る舞い,固体誘電体との相互作用の実像に迫ることによって,面状沿面放電の発生・進展メカニズムと背後電極の影響および放電発光メカニズムの解明を進めた。すなわち,面状沿面放電に対して,主に下記の視点で検討を行った。(1)沿面放電における放電電流等電気的手法による荷電粒子の振る舞い(2)沿面放電における発光スペクトル測定と放電発光過程面状沿面放電の輝度を向上させる方策について検討を行うには,まず本研究で採用した電極系においてネオンガス中での放電発光の評価が重要と考えられ,正確な発光スペクトルと発光強度の計測を行った。ネオンガス中でより強い発光が得られる面状沿面放電発生条件について検討を行った。また,ネオンとは異なるガス中においても検討を行い,面状沿面放電の発生と発光に及ぼす影響が大きいと考えらる荷電粒子との相関についても調べた。また,沿面放電による蛍光体励起を用いた白色発光デバイスの試作し,発光動作を確認した。本研究では,沿面放電の照明やディスプレーなど面発光デバイスへの応用を目指して,沿面放電の制御技術を検討し,均一な面状沿面放電を安定に発生させるとともに,応用可能な輝度を得ることを目標としている。本年度は,比較的低電圧での放電開始が期待されるNeガスを用いて,ガス圧力,背後電極の幅,印加電圧をパラメータとして,放電開始電圧,放電電流,放電時の消費電力等の電気的な測定,放電の発生と進展の光学的観測を行った。その結果,ガス圧10kPa40kPaの範囲において,Neガスを用いた場合,乾燥空気の場合に比べて,放電開始が約0.3kV低くなること,乾燥空気の場合に比べて,低電圧で放電が進展することが明らかになった。また,背後電極の幅を変化させることにより,線状,面状の沿面放電を得ることができた。面状沿面放電の発光領域は,印加電圧の増大とともに,空間にも拡がることが観測された。この発光は,石英ガラスにより制限された放電空間から外にも拡がることが見出され,光電離等の作用による可能性を指摘した。さらに,面状沿面放電を均一に発生させるとともに輝度を向上させる手法の探査するためには,先ず,ガス・電離気体と固体誘電体との相互作用の実体の解明を図り,面状沿面放電の発生・進展メカニズムおよび放電発光メカニズムを正確に把握することが必要と考えられる。そこで,本年度,小型瞬間分光ユニットを導入し,実際に上述の電極・ガス誘電体の構成において,放電発光スペクトルの計測を開始した。

本研究では,沿面放電の制御技術を確立し,照明やディスプレーなどの面発光デバイスへの応用を目指し,応用可能な輝度を有する均一な面状沿面放電を安定に発生させることを目標として,下記の検討を行った。電気的計測および光学的計測を通じて,実験的に固体誘電体沿面における荷電粒子の振る舞い,固体誘電体との相互作用の実像に迫ることによって,面状沿面放電の発生・進展メカニズムと背後電極の影響および放電発光メカニズムの解明を進めた。すなわち,面状沿面放電に対して,主に下記の視点で検討を行った。(1)沿面放電における放電電流等電気的手法による荷電粒子の振る舞い(2)沿面放電における発光スペクトル測定と放電発光過程面状沿面放電の輝度を向上させる方策について検討を行うには,まず本研究で採用した電極系においてネオンガス中での放電発光の評価が重要と考えられ,正確な発光スペクトルと発光強度の計測を行った。ネオンガス中でより強い発光が得られる面状沿面放電発生条件について検討を行った。また,ネオンとは異なるガス中においても検討を行い,面状沿面放電の発生と発光に及ぼす影響が大きいと考えらる荷電粒子との相関についても調べた。
Ｎ型糖鎖を用いた臓器特異的癌腫瘍マーカーの開発

健常者11検体と食道癌患者63検体をGlycoModを用いて糖鎖構造の中から18糖鎖を選択した.これらの18糖鎖による多変量解析を行い、有意差が認められた糖鎖を4つ抽出した.このうち3つは,過去に行ったMALDI-TOF-MSで抽出された糖鎖構造と一致し,新たに1つの糖鎖が発見された.これらの糖鎖は食道癌に特異的で精度の高い糖鎖マーカーとして利用できると考えられた。また、健常者群と膵臓癌患者群間で、両者の層別化が可能な発現糖鎖が9つ抽出可能であった。4個の候補糖鎖で有意差が認められ,再現性が確認された.膵臓癌に特異的な糖鎖マーカーとしてさらに症例を増やして検討する必要がある.これまでに食道癌患者を対象とし、血清中の糖鎖の網羅的解析を行い、食道癌に特異的な糖鎖マーカーを検索した。食道癌患者37例と健常者の11例を用いて,検体の血漿から、タンパク質と修飾N型糖鎖を糖鎖精製キットBlotGlycoで遊離した.ヒドラジド基を有するビーズで遊離N型糖鎖を標識した後にMALDI-TOF-MSで精製分離、質量分析を行った。得られたデータをSIMCA-P+を使用し多変量解析した。得られた糖鎖の発現パターンをもとに、健常者群と食道癌患者群との間でOPLS法による層別化が有意に可能であった。また、健常者群と食道癌患者群間で、両者の層別化が可能な発現糖鎖が6つ抽出可能であった。この6糖鎖を利用し、健常者と食道癌患者の半数症例との間で判別モデルを構築し、残り半分の食道癌患者で判別可能かを検証したところ、モデルのAccuracyは、87.5%であった。今回,健常者11検体と食道癌患者63検体を用いて,Profiling Solution(データ抽出ソフト)による網羅的な観測イオンの抽出を行った.GlycoModを用いて糖鎖構造(文献等で報告されている糖鎖構造のみ)の中から18糖鎖を選択した.これらの18糖鎖による多変量解析をマン・ホイットニーのU検定により有意差検定を行い、有意差がある糖鎖のみを選択して検討した.有意差が認められた糖鎖は4つ抽出された.このうち3つは,過去に行ったMALDI-TOF-MSで抽出された糖鎖構造と一致し,新たに1つの糖鎖が発見された.これらの糖鎖は食道癌に特異的で精度の高い糖鎖マーカーとして利用できると考えられた。4個の候補糖鎖で有意差が認められ,再現性が確認された.膵臓癌に特異的な糖鎖マーカーとしてさらに症例を増やして検討する必要がある.膵癌は早期発見が困難であり、発見された時には進行癌で切除不能な症例が少なくない.また、放射線治療・化学療法など集学的治療の発達により徐々に治療成績の向上はみられるが,未だ最も悪性度の高い消化器癌である。膵臓癌の腫瘍マーカーは、現在CEA,CA19-9,Dupan-2,Span-1などで、進行癌でも陽性率は高くない。糖鎖は,タンパク質の翻訳後修飾をなす重要な生体分子の一つで,発生・分化・増殖・がん化などに伴い糖鎖構造が変化し、すでにCA19-9やSLXがシリアルLeグループの糖鎖抗原として臨床応用されている。最近、肝癌でフコシル化AFPが悪性度を示すバイオマーカーとして注目されるようになった。今回、膵臓癌患者を対象とし、血清中の糖鎖の網羅的解析を行い、膵臓癌に特異的な糖鎖マーカーを検索した。得られた糖鎖発現プロファイル解析で、診断の可能性を検討した。同意の得られた膵臓癌患者19例と健常者の11例。検体の血漿から、タンパク質と修飾N型糖鎖を遊離、ヒドラジド基を有するビーズで遊離N型糖鎖を標識した後に精製分離、質量分析を行った。得られた糖鎖の発現パターンをもとに、健常者群と膵臓癌患者群との間でOPLS法による層別化が有意に可能であった。以前に検討した6個の候補糖鎖のうち,今回の解析でも4個は有意差が認められ,再現性が確認された.

膵臓癌患者のおける血清中の糖鎖の網羅的解析を行い、6糖鎖を抽出し、そのうち4糖鎖は再現可能であった.膵臓癌に特異的な糖鎖マーカーとしてさらに症例を増やして検討する必要がある.各種臓器の癌で各々に特異的な糖鎖の抽出が可能であった.特に難治性癌である食道癌と膵臓癌ではこれまでの報告にない新規の糖鎖マーカーが抽出されている.健常者と食道癌患者の半数症例との間で判別モデルを構築し、残り半分の食道癌患者で判別可能かを検証したところ、モデルのAccuracyは、87.5%であった。膵臓癌でも症例蓄積中である.これまでに臓器特異的糖鎖が抽出可能であったため,多数例で再現性の検討を行い,腫瘍マーカーとして,特異度,正診率の検討が必要である.消化器健診受診者を対象に検診結果とその後の消化器精査の追跡調査を施行する.糖鎖の発現と検診で発見に至った消化器癌症例と比較し、糖鎖の発現により予想される振り分けと実際の消化器検診の結果との検証を行う.研究費の多くは,糖鎖を測定するために必要なBlotGlycoキット及び糖鎖ラベル化試薬に用いる.残りは国内外の学会発表の旅費として計上する.
光伝送による生体内圧情報の分析に関する研究

術中電気メスが使用されると,心電計や脳波形は強力な電磁障害を受けて使用できなくなる.このように現在一般に不可能とされている電気メス使用中の心電図や脳波測定を実現するため,すでに基本開発されている光多重生体計測システムの実用化と,これにより得られた生体情報をコンピューター室まで伝送し,処理するために光ファイバーを用いた手術室内光伝送システムの実用化を目的として試作・検討を行った.光多重生体計測システムは電池駆動のトランスミッターにより心電図,脳波2チャンネル,血圧の電気信号を多重化して光信号に変換した後,光ファイバーを通して伝送し,受信機(モニター本体)で信号再生するものである.スペクトラムアナライザーを用いた電気メスノイズの解析の結果,電磁波ノイズは減衰が大きいが伝導ノイズは減衰が小さく数Hz数百Hzのスペクトルを持つことが確認され,システム全体の耐ノイズ性を向上する上で問題となるのは手術室内に設置される光多重生体計測システムの受信部と光伝送システムの入出力インターフェース部の伝導ノイズであることなどが分った.以上の結果を考慮して伝送距離50m/時分割方式4チャンネル(心電図・脳波2チャンネル・血圧)の光伝送システムを試作し検討した.以上の研究により従来不可能とされていた電気メス使用中の術中心電図や脳波を測定し,伝送,処理することが可能になった.さらに光伝送方式では患者に接続されるトランスミッターとモニター本体(受信部),モニター本体とコンピューター間が光ファイバーで完全に電気的に絶縁されるため最も重要なミクロショックや熱傷事故に対する安全性の点でも理想的であり,耐ノイズ性と同時に高い安全性を実現できる点が本研究の特長である.術中電気メスが使用されると,心電計や脳波形は強力な電磁障害を受けて使用できなくなる.このように現在一般に不可能とされている電気メス使用中の心電図や脳波測定を実現するため,すでに基本開発されている光多重生体計測システムの実用化と,これにより得られた生体情報をコンピューター室まで伝送し,処理するために光ファイバーを用いた手術室内光伝送システムの実用化を目的として試作・検討を行った.光多重生体計測システムは電池駆動のトランスミッターにより心電図,脳波2チャンネル,血圧の電気信号を多重化して光信号に変換した後,光ファイバーを通して伝送し,受信機(モニター本体)で信号再生するものである.スペクトラムアナライザーを用いた電気メスノイズの解析の結果,電磁波ノイズは減衰が大きいが伝導ノイズは減衰が小さく数Hz数百Hzのスペクトルを持つことが確認され,システム全体の耐ノイズ性を向上する上で問題となるのは手術室内に設置される光多重生体計測システムの受信部と光伝送システムの入出力インターフェース部の伝導ノイズであることなどが分った.以上の結果を考慮して伝送距離50m/時分割方式4チャンネル(心電図・脳波2チャンネル・血圧)の光伝送システムを試作し検討した.以上の研究により従来不可能とされていた電気メス使用中の術中心電図や脳波を測定し,伝送,処理することが可能になった.さらに光伝送方式では患者に接続されるトランスミッターとモニター本体(受信部),モニター本体とコンピューター間が光ファイバーで完全に電気的に絶縁されるため最も重要なミクロショックや熱傷事故に対する安全性の点でも理想的であり,耐ノイズ性と同時に高い安全性を実現できる点が本研究の特長である.すでに開発している光多重伝送生体計測システムと手術室内光伝送システムとを用いて、術中の生体情報を安全かつ正確に測定し、伝送処理するための方法を実用化するためには電気メスが発生する雑音の解析と、それに対する計測システムの耐ノイズ機構の開発が必要であった。電気メスからの雑音には電源ラインを経由する伝導雑音と空間を伝播する電磁雑音があり、スペクトラムアナライザー(61年度購入)を用いて、これらの雑音解析を行った。その結果、伝導雑音に対しては光伝送方式の場合に問題となるのは光多重伝送生体計測システムの受信部と手術室内光伝送システムの入出力インターフェース部であることが確認でき、比較的容易に理想的な耐ノイズ機構の開発が実現できた。また、電磁雑音に対しては光多重計測システムのトランスミッター部のシールドを改良することにより充分な耐雑音性を有する脳波計用の増幅器が実現された。心電図、脳波、血圧等の生体情報を一本の光ファイバーで多重伝送するための方式については、耐雑音性の点からは光波長多重方式が望ましく、コスト、消費電力の点では時分割方式が望ましいのであるが、電気メスの強力な雑音が存在する術中生体計測に際しては、時分割方式でも可能であることが確認できた。以上の研究成果により、術中偶発するミクロショックや熱傷発生の危険性に対する安全性を理想的に高く保持しつつ術中生体情報の忠実度の高い計測と処理の実用化が可能となった。
超流動ヘリウム中における半導体量子ドットの生成と光マニピュレーション

超流動液体ヘリウム中でレーザーアブレーションを行うことにより、ワイドギャップ半導体CuClの微粒子を作製した。昨年度の走査型電子顕微鏡観察によって、マイクロメートル程度以上の大きさのものの他、十から百ナノメートル程度のいわゆる量子ドットが存在することが明らかとなっていた。今年度はさらに、透過型電子顕微鏡(TEM)でも観測を行い、空間分解能を格段に向上させたところ、数ナノメートルの量子ドットも多数見いだした。また、格子縞が見られる程、結晶性のよい微粒子が数多く存在することも明らかとなった。TEM測定において、電子線回折像の解析やエネルギー分解X線分光による組成分析も行い、ナノメートルサイズの量子ドットがCuClであることを確認した。このように、ナノメートルサイズで結晶性の良いCuCl量子ドットの超流動ヘリウム中における直接生成に成功した。母体結晶中に担持さわたCuCl量子ドット以外には格子縞を伴った電子顕微鏡像が観測された例はなく、本実験は初めての結果である。さらに、作製したCuCl量子ドットに、その励起子共鳴に相当するエネルギーをもったマニピュレーション光を照射し、輻射力による運動の制御を行った。昨年度はスペクトル幅の広いフェムト秒レーザーを用いて、数十ナノメートル程度の量子ドットをセンチメートル程度の距離に亘って、重力による沈降に打ち勝って移動させることに成功していた。今年度はマニピュレーション光として、一桁程度幅の狭いピコ秒レーザーを用い、量子ドットのサイズを選別できる可能性について調べた。この場合も昨年度と同様の光制御に成功し、さらに、輻射力によって移動できた量子ドットのサイズ分布がフェムト秒レーザーを用いた場合に比べて狭くなっていることが分かった。こうして、共鳴光による量子ドットの光マニピュレーションにおいて、サイズ選択が可能であることを初めて明らかとした。生成された微粒子を走査型電子顕微鏡で観察したところ、マイクロメートル程度以上の大きさのものに加え、十から百ナノメートル程度のいわゆる量子ドットも観測された。使用した装置では数ナノメートル以下のサイズのものは観測できないため、さらに小さな量子ドットが作製できた可能性もある。また、特性X線の測定による組成分析から、生成された量子ドットがCuClからなること、またカソードルミネッセンス測定から、CuCl量子ドットとしてよく知られた発光を示す良質な結晶性を有していることも確認した。このようにCuCl量子ドットの超流動ヘリウム中における直接生成に成功した。さらに、作製したCuCl量子ドットに、その励起子共鳴に相当するエネルギーをもったマニピュレーション光を照射し、輻射力による運動の制御を試みた。手始めにスペクトル幅が広く、粒径数十ナノメートルの量子ドット全てに共鳴するような光を用いて、できるだけ多くの量子ドットを制御することを目指した。その結果、目論み通り、数十ナノメートル程度の量子ドットをセンチメートル程度の距離に亘って、重力による沈降に打ち勝って移動させることに成功した。また、現状の装置と比べて試料空間が十倍程度大きなクライオスタットを作製し、その立ち上げと特性評価を行った。この新クライオスタットを用いて量子ドットの移動距離を大きくし、光マニピュレーションと同時にサイズ選別を行うことを計画中である。
遺伝性ニューロバチーの遺伝子診断法の確立

Charcot-Marie-Tooth病は2500人に一人と最も頻度が高い遺伝性ニューロパチーである。欧米の報告では、1型の8割の症例に染色体17p11.2-p12の遺伝子重複が検出され、重複の認められない症例ではPeripheral Myelin Protein22(PMP22)、Po蛋白、Connexin32(Cx32)の遺伝子変異が確認されている。遺伝子重複の検出が遺伝子診断の第一歩であり、遺伝子重複の反復配列位置するプローブを利用してサザンブロットハイブリダイゼーションを行い、放射活性をイメージアナライザーで計測するという簡便で確実な診断法を確立した。次に、CMT1Aの遺伝子重複の認められない症例に対し、PMP22、Po蛋白、Cx32の遺伝子変異についてスクリーニングするSingle Strand Conformational Polymorphism(SSCP)法を確立した。国内各地から依頼のあったCMT病関連疾患128家系を解析した。結果は染色体17p11.2-p12の遺伝子重複25家系、17p11.2-p12の遺伝子欠失6家系、PMP22遺伝子変異2家系、Po蛋白遺伝子変異4家計、Cx32遺伝子変異9家系を検出した。遺伝子重複は欧米と異なり、本邦では約20%の症例にしか検出されなかった。また、検出されたPMP22、Po蛋白、Cx32の遺伝子変異の殆どは未報告の遺伝子変異であった。更に、原因の同定出来ない症例に対しては、新たな病因候補遺伝子としてミエリン会合性糖蛋白質の遺伝子変異の有無について検索したが、変異は確認されなかった。この遺伝子は遺伝性ニューロパチーの病因となりうる可能性は低いと思われた。日本人では遺伝子重複の症例は少なく、民族の特異性の伺われ、また、病因遺伝子が同定されない症例が多く、新たな病因遺伝子の解明が求められる。遺伝性ニュロ-パチーの遺伝子診断の確立遺伝性ニュロ-パチーの代表的疾患であるCharcot-Marie-Tooth(CMT)病は2500人に一人と頻度の高い疾患である。私達はCMT病1型の遺伝子診断法の確立を試み、最初にCMT病1型の多くの症例に認められる染色体17p11.2ーp12の遺伝子重複の診断法を検討した。平成9年度には同部位に存在する反復配列から分離されたpHK1.0Pをプローブとする簡便で精度の高いサザンブロット法を確立した。さらに、重複の認められない症例についてはSingle Strand Conformatonal Polymorphism(SSCP)法を用い、Peripheral Myelin Protein 22(PMP22)、P0蛋白、Connexin32(Cx32)の遺伝子変異についてスクリーニングする方法を確立した。これらの方法を用いて国内各地から依頼のあった71家系の遺伝子解析を行い、17p11.2ーp12の遺伝子重複を15家系、17p11.2ーp12の遺伝子欠失を4家系、PMP22遺伝子変異を2家系、P0蛋白遺伝子変異を4家系、Cx32遺伝子変異を5家系に検出した。PMP22、P0蛋白、Cx32遺伝子変異の殆どは新しい変異であった。合計41家系に何らかの遺伝子変異を検出したが、残る30家系については病因が不明であり、SSCPよりも感度のよいスクリーニングの開発と、新たな病因遺伝子の解明が求められる。遺伝性ニューロパチーの代表的疾患であるCharcot-Marie-Tooth(CMT)病の遺伝子診断の検索法を確立した。診断のフローチャートを作成し、これに基づき日本国内の各施設から依頼されたCMT病関連疾患128家系を解析した。

結果は染色体17p11.2-p12の遺伝子重複を25家系、17p11.2-p12の遺伝子欠失を6家系、Peripheral Myelin Protein 22(PMP22)遺伝子変異を2家系、Po蛋白遺伝子変異を4家系、Connexin32(Cx32)遺伝子変異を9家系に検出した。46家系に何らかの遺伝子変異を検出したが、しかし、82家系については病因は不明であった。欧米の報告と異なり、17p11.2-p12の遺伝子重複による症例が少ないこと、病因遺伝子が同定されない症例が多いことが判明した。民族特異性が伺われる。原因不明の症例に対し、ミエリン会合性糖蛋白質の遺伝子構造を解析したが、遺伝子変異は確認できなかった。新たな候補遺伝子の解析が待たれる。
運動器連結システムの構築におけるコラーゲン線維形成の機能的役割

腱による骨格及び筋肉の機能的連結は、運動器としての組織構築に極めて重要であるが、連結部の形成機構はほとんど解明されていない。本研究では、コラーゲン線維形成に必要な分子シャペロンHsp47を腱特異的に欠失するconditional knockout (CKO)マウスを作成し、運動器の連結におけるコラーゲン線維形成の役割を解析した。CKOマウスでは、胎生期において腱組織のコラーゲン線維形成が著しく抑制されていたが、細胞による運動器の連結は維持されていた。従って、胎生期における運動器の連結部形成には、コラーゲン線維形成以前に構築されている細胞間の連結が重要な役割を果たしていることが示唆された。Hsp47は、コラーゲン線維形成に重要な役割を担う分子シャペロンである。本研究では、組織特異的にHsp47を欠失させることにより、腱・靭帯の形成過程におけるコラーゲン線維の役割を検討した。腱・靭帯特異的にHsp47を欠失するConditonal knockout (CKO)マウスを作製するため、Scleraxis (Scx)の発現制御領域下でCre recombinase (Cre)を発現するトランスジェニックマウス(ScxCre Tg)またはノックインマウス(ScxCre KI)を使用した。ScxCre TgとHsp47-loxPマウスの交配により得られたCKOマウス胚では、マッソン・トリクローム染色により検出される腱・靭帯のコラーゲン線維が著しく減少していた。また、電子顕微鏡での解析の結果、このCKOマウスの腱組織では、細胞外に形成されるコラーゲンfibrilの著しい減少だけでなく、粗面小胞体の変化も検出された。さらに腱原基から未成熟な腱組織が形成される過程を詳細に解析した結果、Hsp47の欠失により、一部の腱細胞でアポトーシスが誘導されていることが明らかとなった。CKOマウスの腱・靭帯細胞においては、骨芽細胞及び軟骨細胞の分化マーカー分子の異所性発現は検出されなかった。一方、ScxCre KIとHsp47-loxPマウスの交配により得られたCKOマウスにおいては、腱・靭帯におけるコラーゲン線維形成の部分的な抑制が認められた。骨、筋肉、及び腱・靭帯の組織間の連結は、本研究で作製したいずれのCKOマウスにおいても維持されていた。従って、連結された運動器としての組織構築には、各原基の移行部の細胞により維持される連続性が極めて重要な役割を果たしていることが示唆された。ScxCre Tg及びScxCre KIマウスをレポーターマウス(Rosa26RまたはAi14マウス)と交配し、詳細に解析した結果から、これらのマウスでは、Creの発現部位及び発現レベルが異なっていることが明らかとなった。従って、それぞれのマウスで作製したHsp47 CKOマウスの表現型の違いは、この発現の違いに起因することが考えられた。ScxCre Tgでは、Creの異所性の発現が考えられたが、複数のTgラインでの詳細な解析により、発生の初期では、Scxが腱・靭帯原基だけでなく、軟骨の原基にも発現していることが明らかとなった。ScxCre Tg及びScxCre KIを用いて作製したHsp47 CKOマウスの表現型解析は順調に進行している。Scx発現細胞の分化系譜が、より詳細に明らかになったことにより、これらの二種類のマウスを使用して今後の解析対象とする組織の部位及び時期を決定することができた。出生前の組織を対象とした解析では、ScxCre Tg; Hsp47flox/floxを使用する。一方、線維軟骨等、出生後に形成される組織を対象とした解析では、ScxCre KI; Hsp47flox/floxを使用する。石灰化部位を含む組織では、川本法により非脱灰凍結切片を作製して解析に用いる。それぞれのマウスにおけるコラーゲン線維形成に関しては、電子顕微鏡による画像解析を行う。ScxCre Tg; Hsp47flox/floxの解析から、腱・靭帯形成におけるHsp47の欠損の影響は、部位によって異なっていることが明らかとなった。このことから、Bip/Grp78等の小胞体ストレスマーカーの発現を調べることにより、腱・靭帯の形成部位による小胞体ストレスに対する感受性の違いについて検討する。また最近、小胞体ストレスは、様々な細胞の分化にも影響することが明らかとなってきていることから、Scx発現細胞の分化状態についても、分化転換の可能性を含めて詳細に解析する。解析対象としているマウスの維持経費に使用する。また、免疫組織学的・分子生物学的解析のため、抗体及び酵素等の試薬の購入が必要となる。得られたデータを解析するための機器類のメンテナンス及び消耗品の購入に使用する。
フラッシュ合成されたナノ金属酸化物を利用した低環境負荷・高温熱電素子の開発

フラッシュ合成法をナノ粉末金属酸化物の製作に適用し,これらのナノ粒子を原料とした不定比酸化物熱電変換材料,および,その製造プロセスを研究し,p型とn型熱電半導体の最適組成を決定した。また,これら金属酸化物粉末の最適な固化成形方法を明らかにした。熱電発電は,廃熱を回収する小規模なエネルギー変換システムとして期待されている。しかし,従来の熱電変換材料は重金属等の有害化危惧物質を含んだ材料が多く,環境負荷の少ない材料が望まれている。この点において酸化物熱電変換材料は環境負荷が少なく,金属の熱電変換材料では問題になる高温大気中における安定性も高い材料として注目されている。また,化学量論比からずれた不定比金属酸化物半導体は,酸素の欠乏量,過剰量によりキャリア濃度を制御可能であり,定比組成を厳密に制御できれば,有用な熱電変換材料になる。一方,燃焼合成法の一種であるフラッシュ合成法は,任意の不定比組成を有する不定比金属酸化物をサブマイクロメートルの粒子径で合成可能な手段であり,酸化物熱電変換材料を作製するのに非常に有用な方法である。このため,フラッシュ合成法を粉末酸化物の製作に適用し,これを原料とした不定比酸化物熱電変換材料,および,その製造プロセスを研究し,1.p型熱電半導体の最適組成の検討p型熱電半導体材料に関しては,酸素過剰型チタン酸化物(TiO1+x)を候補材料とし,チタンと酸素の不定比性(組成比)と熱電特性の関係を明らかにした。2.n型熱電半導体の選定不定比金属酸化物のうち,酸素欠乏型でn型を示す熱電材料中から,SrTiO3-x,ZnO1-xに候補材料を絞り込んだ。3.研究成果の発表それぞれの段階での研究内容を適宜まとめ,海外及び国内の会議,研究会において積極的に成果の発表を行い,他の研究者からの助言,批判を受けた。また,化学量論比からずれた不定比金属酸化物半導体は,酸素の欠乏量,過剰量によりキャリア濃度を制御可能であり,不定比組成を厳密に制御できれば,有用な熱電変換材料になる。このため,フラッシュ合成法を粉末酸化物の製作に適用し,これを原料とした不定比酸化物熱電変換材料,および,その製造プロセスを研究し1.n型熱電半導体の最適組成の検討n型熱電半導体における組成の最適化を行った。金属元素・酸素の不定比性と熱電特性の関係を調査し,熱的安定性の観点から材料・組成を検討した。2.金属酸化物粉体の固化成形方法の検討焼結手法,微細な不定比金属酸化物粉体を用いた,焼結条件等,固化成形条件の最適化を行った。また,焼結方法の検討とともに,微細な粉体を圧粉成形する手法,焼結助剤の添加の検討も平行して行った。熱電発電は,排熱を回収する小規模なエネルギー変換システムとして期待されている。このため,フラッシュ合成法を粉末酸化物の製作に適用し,これを原料とした不定比酸化物熱電変換材料,および,その製造プロセスを研究し,1.金属酸化物粉体の固化成形方法の検討フラッシュ合成法により直接合成された不定比酸化物の粉体を固化成形するポイントは,高温で焼結する際に合成された材料の不定比を変えないことであり,そのためには,短時間で焼結を完了させることが重要であった。このため短時間で焼結することが可能なパルス通電焼結法とミリ波焼結法の検討を行った。

特に,平成22年度までに有益な知見の得られたパルス通電焼結法に関しては実験とともに焼結機構のシミュレーションを行い,焼結条件等,固化成形条件の最適化を検討した。2.総合的評価p型,n型熱電半導体材料の最適組成及び金属酸化物粉体の固化成形方法,試作した熱電変換素子に関する総合的な評価・検討を行った。3.研究成果の発表それぞれの段階での研究内容をまとめ,海外及び国内の会議,研究会において積極的に成果の発表を行い,他の研究者からの助言,批判を受けた。
東クシ祖語における動詞活用体系の再建

これまでのエチオピアでのフィールドワークで収集したアッレ語データの再検討を行なった。動詞活用体系の理解が進んできたことによって、他のクシ系言語との比較も部分的に行なうことができるようになった。例えば動詞語幹の形成は他のクシ系言語と同じように接尾辞による派生方法を取っており、接尾辞の形態的特徴からも起源を共にすると結論付けられる。他方、他のクシ系言語とは動詞活用の系統が異なるように見受けられる。例えば、基本的な傾向としてクシ系言語では主語が単数で二人称または女性の場合に対応する活用語尾には*/t/が含まれるが、アッレ語とツァマイ語は完結相(perfective aspect)には現れるものの、非完結相(imperfective aspect)では現れないという特徴がある。しかし、クシ系言語の特徴として知られている動詞活用語尾のパターン(一人称単数と三人称単数男性の活用語尾が一致する、そして二人称単数と三人称単数女性が一致するという特徴)は、アッレ語とツァマイ語でも共有されている。つまりデュライ語群の言語は、クシ祖語に遡ると考えられる動詞活用の形態素と語尾のパターンを継承しつつ、新たな動詞活用(i.e.非完結相)を発展させたと考えられる。またアッレ語における否定表現は、前年度から引き続き調査を続けているが、やはり形態的・統語的な方法を用いていないという結論に至った。超分節的特徴による否定表現であると考えられるが、これまでの調査で得た言語データやデュライ語群の先行研究はこれを裏付ける決定的な証拠がない。少なくとも超分節的特徴による否定の表現はアフロアジア語族の他の言語には見られないことから、デュライ祖語における革新であると考えられる。否定表現において主語代名詞と人称標示接語が隣り合う場合、縮約が顕著に観察されており、これは超分節的特徴による影響である可能性がある。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度はフィールドワークによる言語資料の収集と分析を中心に研究を行なった。研究計画に則り、エチオピア連邦民主共和国へ2度渡り、文献資料に乏しい少数民族の言語であるアッレ語(アフロアジア語族クシ語派東クシ語群)の調査研究を行なった。1回目の調査ではアッレ語の2方言(高地方言、低地方言)について基礎語彙1700語の音声資料を獲得し、2回目の調査では低地方言における重文や複文などを用いた文例を収集した。アッレ語にはアムハラ語(エチオピア・セム語群)や他のクシ系言語で見られる副動詞が存在しないことは既に知られていた。しかし、これらの言語で副動詞を用いる表現をアッレ語で表す際、重文と同じ構文を用いるか、主動詞のイベントに付随するイベントを不定詞に名詞の格標識を付加した表現によって表す構文を用いることが、2回目の調査で新たに確認された。また、アッレ語の調査と平行して東クシ語群に特有と考えられている状態動詞活用(Sative jugation)とエジプト語(アフロアジア語族エジプト語派)sdm-f活用の類似について分析を試みている。両者は同じ語族に属しているため比較言語学的方法が可能とは考えられるが難航しているため、通言語的な「属格主語」という言語類型論的枠組みから分析を行なっている。今現在、未だ決定的な結論には至っていないが、状態動詞活用とsdm-f活用は、共時的な類似に留まらず、通時的にも発達過程が比較可能である可能性が示唆されている。平成26年度は昨年度から引き続きフィールドワークによる言語資料の収集と分析を進めた。研究計画に則り、エチオピア連邦民主共和国(以降、エチオピア)で2度のフィールドワークを行い、文献資料が著しく乏しい少数民族の言語であるアッレ語(アフロアジア語族クシ語派東クシ語群デュライ語群)の調査研究を実行した。1回目の調査ではアッレ語における副動詞表現の調査を試みたが、調査地に到着後すぐマラリアに罹患してしまったことから、十分な調査を行うことはできなかった。ただし、エチオピアの首都にあるアジスアベバ大学の研究者との情報交換と協力体制の確認をすることができたのは収穫であった。2回目の調査は、前回行う予定だった副動詞表現の調査に加えて、重文や複文の表現を調査した。この調査は滞りなく行うことができ、特に複文表現の分析がアッレ語の動詞組織の新たな解釈へとつながった。これによって先行研究における解釈の問題点を明確にした。また、研究発表を通じて東クシ語の研究者だけでなく、言語類型論など理論言語学の研究者と意見交換を行うことができた。さらに、前述のアジスアベバ大学の研究者の中にはアッレ語を対象とする方がおり、帰国後も電子メール等を利用して情報交換を続けている。研究成果の発表についても、本年度は学会等で口頭発表6件(内、国外学会1件、国際学会3件、英語発表4件)とポスター発表1件(ただし共同発表者として)を行い、またフィールドワークから獲得したデータを基にして論文発表を行った。

例えば、基本的な傾向としてクシ系言語では主語が単数で二人称または女性の場合に対応する活用語尾には*/t/が含まれるが、アッレ語とツァマイ語は完結相(perfective aspect)には現れるものの、非完結相(imperfective aspect)では現れないという特徴がある。しかし、クシ系言語の特徴として知られている動詞活用語尾のパターン(一人称単数と三人称単数男性の活用語尾が一致する、そして二人称単数と三人称単数女性が一致するという特徴)は、アッレ語とツァマイ語でも共有されている。つまりデュライ語群の言語は、クシ祖語に遡ると考えられる動詞活用の形態素と語尾のパターンを継承しつつ、新たな動詞活用(i.e.非完結相)を発展させたと考えられる。またアッレ語における否定表現は、前年度から引き続き調査を続けているが、やはり形態的・統語的な方法を用いていないという結論に至った。超分節的特徴による否定表現であると考えられるが、これまでの調査で得た言語データやデュライ語群の先行研究はこれを裏付ける決定的な証拠がない。少なくとも超分節的特徴による否定の表現はアフロアジア語族の他の言語には見られないことから、デュライ祖語における革新であると考えられる。否定表現において主語代名詞と人称標示接語が隣り合う場合、縮約が顕著に観察されており、これは超分節的特徴による影響である可能性がある。エチオピアでのフィールドワークによるアッレ語の一次資料獲得は順調に進んでいる。その他の東クシ語に関しても資料収集およびアッレ語を含めた比較言語学的分析を行っている。また言語類型論をはじめとする理論的フレームワークを利用して分析が進んだ。特に移動表現の言語類型論的フレームワークを用いた分析によって、アッレ語の複雑な動詞文の理解が進み、他の東クシ諸言語との比較対照を始めている。27年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画に則り、今後は資料の分析と研究成果の発表に力を入れる。具体的にはアッレ語の動詞形態統語論をまとめ、東クシ語と比較対照し、東クシ祖語における動詞活用体系の再建を試みる。また国内外の学会に参加することで、関連する最新の研究についても引き続き調査を続けていく。エチオピアでの調査によるアッレ語一次資料の獲得は順調に進んでいる。その他の東クシ諸言語の資料収集についても着実に進んでいる。分析については主眼にある比較言語学的方法だけでなく、通言語的な視点から言語類型論の枠組みなどを取り入れることで新たな見識が得られた。引き続きエチオピアでの調査を行い、アッレ語の動詞活用のより詳細な記述を行なう。アッレ語を含む東クシ諸言語を網羅的に調査し、東クシ祖語における動詞活用体系の再建形の提案を試みる。またアフリカ諸語や言語類型論の研究成果や枠組みを用いて再建形の妥当性を自ら検討する。
微細複合組織鋼材の延性特性を支配する材料損傷挙動の解明

複合組織鋼(ここではフェライト-パーライト二相組織を有する鋼材)を取り上げ,延性き裂発生までの損傷プロセスについて,異なる多軸応力場で引張り負荷を受ける試験を用いて観察を行った。延性き裂の発生は,不均質な微視二相組織形態の影響を受け,二相境界における軟質材側(フェライト相側)におけるマイクロボイド(約1μm程度)発生に支配されることを見いだした。この傾向は,歪負荷中の応力多軸度が異なる場合においても同様であった。このような観察結果から,不均質な二相組織形態に起因した応力/歪場の局在化挙動の再現,さらにはそれに伴う局所的なマイクロボイド発生までの材料損傷のモデル化を通じて,延性特性に影響を及ぼす材料損傷挙動が明確にされるものであることが明らかにされた。以上のような損傷プロセスの実験・観察から,対象鋼材における二相組織のランダム分布特性を再現することの重要性が示され,Voronoi tessellation法を利用した三次元二相組織構造モデルの構築法を開発し,三次元弾塑性FEM解析に供した。一方,材料中のミクロボイド発生までの損傷モデルを仮想・提案し,二相組織構造モデルを用いたFEM解析に導入した。これは,不均質組織に起因して応力/歪が局在化した領域でマイクロボイドが発生するまでのナノ/サブミクロンサイズのボイドの発生や成長を損傷と捉え,その損傷度は塑性歪と応力多軸度により促進され,それに伴い材料強度(降伏強度)が低下するという損傷・強度連成モデルである。ここで,解析対象の全要素寸法を,実験で延性き裂発生直前の負荷レベルで生じ始めたマイクロボイドとほぼ同じ寸法である1μmとすることにより,損傷の進展からミクロボイドの発生,さらにはその後のミクロボイドの相互作用にも起因した延性き裂発生挙動のシミュレーションを行った。異なる多軸応力状態下で歪(マクロ相当塑性歪)を付与したときの損傷状況を比較した。ボイドの形成挙動ないしはそれらが連結して形成される延性き裂のプロファイルが応力多軸度によって異なるという実験結果を再現でき,実験・観察から推察された延性特性を支配する材料損傷挙動の妥当性が示された。複合組織鋼材の延性き裂発生を支配する材料損傷挙動を解明するため,対象鋼材として軟質のフェライトと硬質のパーライトの二相組織を有する溶接構造用鋼を用いた。この鋼材から平滑丸棒試験片を採取し,延性き裂発生までの種々の歪レベルまで引張負荷を与えた後,除荷して試験片内部中央をSEMにより観察した。その結果,延性き裂が発生する直前の負荷塑性歪レベルで除荷した試験片の観察から,数μm程度以下の小さなボイドが数多く見られ,そのほとんどがフェライト-パーライト二相境界におけるフェライト相側で生じていた。さらに,このようなボイドは大きな塑性歪の付与により初めて顕著に見られることが確認された。また破面観察から,典型的なディンプルの大きさは破断面近傍の結晶粒径と良く対応し,このディンプルの尾根の部分には先の微小ボイドに対応する小さなディンプルも確認された。これは,延性き裂の発生が,従来から一般に認識されている延性破壊のプロセス(比較的大きな介在物を起点としたボイドの成長・合体)ではなく,き裂発生直前の歪レベルでの微小ボイドの発生が支配的であることを推察させるものである。このように対象とした微視的強度的不均質を有する複合組織鋼材においては,硬度が異なる二相組織境界近傍のフェライト相側(軟質部側)で微小ボイドが急激に増加し始める,すなわち複数個の境界近傍でボイドが生成する条件が満たされることが主たる要因となり,また,これらの微小ボイドどうしが合体,さらにはそれらの相互作用による歪や応力の局在化挙動挙動が最終き裂形成の要因であることも推察された。すなわち,延性き裂発生までの材料の損傷として,負荷開始からのボイドの成長量ではなく,大きな塑性変形を伴って初めて生じる微小ボイトの発生を支配するミクロ構造変化(ナノ・サブミクロンボイドの発生・成長や転位構造変化など)に見いだすべきであることが示唆された。

これは,不均質組織に起因して応力/歪が局在化した領域でマイクロボイドが発生するまでのナノ/サブミクロンサイズのボイドの発生や成長を損傷と捉え,その損傷度は塑性歪と応力多軸度により促進され,それに伴い材料強度(降伏強度)が低下するという損傷・強度連成モデルである。ここで,解析対象の全要素寸法を,実験で延性き裂発生直前の負荷レベルで生じ始めたマイクロボイドとほぼ同じ寸法である1μmとすることにより,損傷の進展からミクロボイドの発生,さらにはその後のミクロボイドの相互作用にも起因した延性き裂発生挙動のシミュレーションを行った。異なる多軸応力状態下で歪(マクロ相当塑性歪)を付与したときの損傷状況を比較した。ボイドの形成挙動ないしはそれらが連結して形成される延性き裂のプロファイルが応力多軸度によって異なるという実験結果を再現でき,実験・観察から推察された延性特性を支配する材料損傷挙動の妥当性が示された。
高圧処理による生体高分子物質の構造変化に関する研究

生体を構成する材料や生体そのものに対するに数千気圧の圧力効果の研究はいままでまったく見過ごされているが、1986年に筆者らが加熱のほかに加圧処理が現代的な食品の加工や保存に必須であることを提唱して以来、産業界のみならず大学や公的な研究機関で積極的な研究が行われるようになってきた。本研究ではバイオサイエンスの分野での圧力効果を研究し、生体高分子の天然構造の解明に資すとともに、なによりも加圧食品の基礎科学を構築することを目的にし、以下の成果を得た。1.各種タンパク質やデンプンの加圧下(1000気圧以上)での変化を直接観測し、変性あるいは糊化の可逆的変化を解析した。一方、熱変性も測定し、圧力と熱効果の相関関係を明らかにした。2.食品材料(生物素材)を用い、細胞膜や細胞内顆粒の構造変化の圧力依存性を測定し、圧力の細胞や生体組織への影響を解析した。その結果、タンパク質と脂質の複合体が圧力効果を受けやすく細胞内顆粒は1000気圧以下で崩壊すること、デンプン顆粒は圧力抵抗性が高く、加温と圧力の併用が効果的なことを見出だした。3.圧力下でSS結合の化学修飾を行ない、リボヌクレア-ゼなど数種のタンパク質の立体構造の特徴を明らかにした。4.約20種のデンプンの圧力と熱に対する影響の相関関係を解析し、A型とB型の識別を明らかにした。また、加圧デンプンの老化が遅いことを見出だした。5.加温して加圧する場合におこる食品特有の化学反応の圧力依存性を解析した。以上の成果は食品の加圧加工、加圧殺菌、加圧保存の有効性に科学的な基盤を与えた。本研究では、天然高分子化合物の対する圧力効果を具体的に把握し、これらの天然構造の解明に資することを目的にし、本年度の研究実施計画に添い以下の成果を得た。1.サファイア製光学窓付き高圧容器に試料(各種タンパク質、デンプン、多糖)を入れ分光光度計にセットし、加圧下(1000気圧以上)での変化を直接解析する方式により、以下の成果を得た。(1)タンパク質溶液を加圧し、紫外・可視光の吸収変化を観察し、変性の可逆的変化を解析した結果、20003000気圧で可逆的変性が容易におこるのに対し、不可逆的な構造変化は6000気圧以上でも容易ではないことが分った。特に、タンパク質分解酵素やデンプン分解酵素などの耐圧性が強かった。(2)プロテア-ゼあるいはアミラ-ゼは、圧力変性が困難であるのに対し、熱変性が容易なのは、脱アミド化や弱い共有結合の破壊を伴うことに原因があると推測した。2.圧力によるタンパク質の立体構造変化を知るため、高い圧力処理(10006000気圧)の後の露出および埋没アミノ酸残基の状態識別を行なった。そのため、リボヌクレア-ゼAを材料に還元カルボキシメチル化する化学修飾法により解析した。その結果、加圧変性は尿素変性や加熱変性と類似の状態を作り出すと考えられた。3.圧力処理したタンパク質やデンプン試料の酵素分解性が著しく高いこと、物理化学的性状(粘度、分子形、溶解性など)が加熱処理のものと大きく異なる結果を得た。これらの知見をもとに、食品に加圧処理を施す際の酵素作用の制御の問題を今後の課題として提起した。生体材料や生体に対する圧力効果を具体的に把握し、これらの天然構造の解明に資すとともに、加圧食品の基礎を構築することを目的にし、以下の成果を得た。1.光学窓付き高圧容器を用い、各種タンパク質やデンプンの加圧下(1000気圧以上)での変化を直接解析し、変性あるいは糊化の可逆的変化を観測した。

一方、熱変性も測定し、圧力と熱効果の相関関係を明らかにした。2.食肉や植物組織や酵母を材料にし、細胞膜、細胞内顆粒の構造変化の圧力依存性を測定し、圧力の生体材料や生体組織への影響を解析した。その結果、圧力の影響はタンパク質と脂質の複合体が受けやすく細胞内顆粒は1000気圧以下で崩壊すること、デンプン顆粒は圧力抵抗性が高く、加温と圧力の併用が効果的であった。3.アミノ酸残基の状態識別をするため、圧力下でカルボキシメチル化法とピリジルエチル化法によるSS結合の状態を解析し、リボヌクレア-ゼなど数種のタンパク質の立体構造の特徴を明らかにした。4.約20種のデンプンの圧力と熱に対する影響の相関関係を解析し、A型とB型の識別を明らかにした。5.加温して加圧する場合におこる食品特有のメイラ-ド反応や加水分解反応などの圧力依存性を解析し、これらの反応が抑制されることを明らかにした。これらの成果は食品の加圧加工、加圧殺菌、加圧保存の有効性に科学的な基盤を与えるものと評価できる。
低コヒーレンス干渉法の開発と管内相変化伝熱における薄液膜挙動の解明への適用

表面張力作用が大きい微細流路の気液二相流,相変化特性に支配する薄液膜の挙動の新たな非接触直接計測手法として,低コヒーレンスレーザー干渉法を提案し,そのメカニズムの検証と薄液膜計測への適用性を確認した.提案手法は,実際の半導体レーザーの位相の不連続性を利用し、薄膜を透過した後の干渉縞の強度と光路長差との関係を特定する.その関係を用いて,液膜の空間分布のみならず,液膜の絶対厚みの情報も取り出すことが可能である.また,高速カメラを用いて計測することで,高時間,空間解像度での液膜挙動の非接触計測が可能になることを確認した.干渉縞の輝度と光路長差の関係を用いて,矩形管内の液膜の計測を試みた.まず,厚み150μmのカバーガラス板を提案した低コヒーレンス干渉法で計測し,148.8150μmの結果が得られた.計測誤差は1%以内であった.提案した低コヒーレンス干渉法の計測手法が確立したと考えられる.ただし,壁厚が55μmの矩形を用いて,2回の計測でそれぞれ63.1と47.4の結果が得られた.計測誤差は±15%前後があった.これは,壁面は完全に平坦ではないため,光が壁面を通過時の屈折が発生する影響だと推測している.更なる計測手法の改善が必要である.さらに,噴流衝突でできた薄液膜に本提案手法を適用してみた.噴流衝突で形成した1次シートは噴流速度の増加により大きくなるが,その厚みは,噴流速度の影響に受けず,おおよそ13μmから17μm付近になることが分かった.その結果,従来研究結果と同様なので,提案手法を用いて薄液膜の空間、時間分布の同時計測が有効であることを示した.本研究は,低質量速度で高伝熱性能が期待できる微細矩形伝熱管内において冷媒が相変化の際に形成される薄液膜を高精度に計測するため,低コヒーレンスレーザー干渉法による液膜厚さの絶対値と分布の同時計測と,レーザー共焦点変位計による局所液膜厚の高速計測を行い,伝熱管の形状,表面特性および動作条件における相変化伝熱特性を解明する.H28年度は、まず低コヒーレンスレーザー干渉法の開発を行った.低コヒーレンス干渉法は空間的なコヒーレンスの低い光源を用いて、参照光と薄液膜を透過する測定光から形成する二次元の干渉縞の強度情報を検出し,それを行程差に変換することで液膜厚みの情報が得られる手法である.マイクロアクチュエーターを用いて参照ミラーの位置を10μmずつ変位させて生じる干渉縞のピーク点の光強度を記録し,参照ミラーの位置情報との相関から検量線を作り、実際の矩形管の断熱条件における干渉縞の計測および液膜情報の抽出が成功した.また、レーザー共焦点変位計を用いて、0.25mm1mmの円形微細流路内の気液二相流流動様式の変化、スラグ流領域の圧力損失損失特性、気相速度および薄液膜厚みの高速計測を行った.管径、気液組成比、質量速度および表面特性による薄液膜挙動を系統的に計測した.更に、微細流路内の気液流動特性を明らかにするために、移動座標系におけるスラグ流の流動特性の数値解析を行い、実験結果とよく一致した数値数値解析結果が得られた.当初の目標である低コヒーレンス干渉法の開発がほぼ成功した.これから開発した手法を矩形管に適用し二次元液膜の計測を行う予定である。また、レーザー共焦点変位計を用いて内径0.25mm1mmまでの微細流路における気液二相流動特性の計測を行い、数値計算手法との比較も行った.次世代空調機用高性能熱交換器の伝熱管として期待されている扁平多穴管を主なる対象として,表面張力作用が大きい微細流路の蒸発伝熱性能に支配する薄液膜の挙動の非接触直接計測手法の開発を行う.特に低コヒーレンスレーザー干渉法により伝熱面における二次元的な薄液膜厚と分布を同時に計測する手法を開発し,レーザー共焦点変位計による局所液膜厚の高速計測と併用することで,伝熱管の形状,表面特性および動作条件における薄液膜の特性のモデリングを行い,伝熱実験計測および数値解析に必要な液膜挙動情報を提供することが研究の目的である。H28年度には、空間的なコヒーレンスの低い光源を用いて、参照光と薄液膜を透過する測定光から形成する二次元の干渉縞の強度情報を検出し,それを光路差に変換することで液膜厚みの情報を抽出できることが確認した。0.15 mmのカバーガラスを計測対象とした時のレーザー共焦点とのズレは0.8%以内であることが得られた。H29年度において、低コヒーレンスレーザー干渉法を用いて、実際の矩形管における薄液膜の干渉縞の計測および液膜情報の抽出を試みた。流動条件における干渉縞の記録ができたものの、正しく強度の情報が抽出できなかった。その理由は、矩形管の側面は平坦でないため、光が透過する時に強度の偏りが生じるためである。更に、気液二相流が流れる時の大きい流動抵抗により、矩形管内部が膨張と収縮が繰り返して、光の強度の偏りの時系列的な変化も生じた。結論として、2枚の壁が挟んだ液膜の計測に対して、光強度の信号を用いる限界があることがわかった。更に高性能な微細伝熱流路の形状を理論的に検討し、広がり流路の流動現象の可視化観察と実験計測を行った。

広がり流路を用いて、並行微細流路より数倍高い伝熱性能、高い流動安定性が得られた。この広がり流路の流動・伝熱現象の可視化計測とメカニズムの解明に研究方向を変更した。H29年度において、低コヒーレンスレーザー干渉法を用いて、実際の矩形管における薄液膜の干渉縞の計測および液膜情報の抽出を試みた。流動条件における干渉縞の記録ができたものの、正しく強度の情報が抽出できなかった。その理由は、矩形管の側面は平坦でないため、光が透過する時に強度の偏りが生じるためである。更に、気液二相流が流れる時の大きい流動抵抗により、矩形管内部が膨張と収縮が繰り返して、光の強度の偏りの時系列的な変化も生じた。結論として、2枚の壁が挟んだ液膜の計測に対して、光強度の信号を用いる限界があることがわかった。壁を介さない液膜の計測対象を考え、その膜の挙動(厚み、時間的な変化など)を計測することの準備を行うと同時に、より高性能な広がり微細伝熱流路の流動・伝熱特性の検討に方向を変更した。表面張力作用が大きい微細流路の気液二相流,相変化特性に支配する薄液膜の挙動の新たな非接触直接計測手法として,低コヒーレンスレーザー干渉法を提案し,そのメカニズムの検証と薄液膜計測への適用性を確認した.提案手法は,実際の半導体レーザーの位相の不連続性を利用し、薄膜を透過した後の干渉縞の強度と光路長差との関係を特定する.その関係を用いて,液膜の空間分布のみならず,液膜の絶対厚みの情報も取り出すことが可能である.また,高速カメラを用いて計測することで,高時間,空間解像度での液膜挙動の非接触計測が可能になることを確認した.干渉縞の輝度と光路長差の関係を用いて,矩形管内の液膜の計測を試みた.まず,厚み150μmのカバーガラス板を提案した低コヒーレンス干渉法で計測し,148.8150μmの結果が得られた.計測誤差は1%以内であった.提案した低コヒーレンス干渉法の計測手法が確立したと考えられる.ただし,壁厚が55μmの矩形を用いて,2回の計測でそれぞれ63.1と47.4の結果が得られた.計測誤差は±15%前後があった.これは,壁面は完全に平坦ではないため,光が壁面を通過時の屈折が発生する影響だと推測している.更なる計測手法の改善が必要である.さらに,噴流衝突でできた薄液膜に本提案手法を適用してみた.噴流衝突で形成した1次シートは噴流速度の増加により大きくなるが,その厚みは,噴流速度の影響に受けず,おおよそ13μmから17μm付近になることが分かった.その結果,従来研究結果と同様なので,提案手法を用いて薄液膜の空間、時間分布の同時計測が有効であることを示した.(1)非円形(矩形,三角形)微細流路における液膜挙動の可視化観察と伝熱特性の把握:水力直径0.51mm程度の矩形・三角管内の管内凝縮・蒸発時の流動様式変化を高速カメラで撮影し,伝熱性能の実験計測を行う,伝熱管形状,冷媒の物性および運転条件における液膜挙動の巨視的な情報を取得する.凝縮実験において,水冷による凝縮時の流動様式変化と伝熱特性を計測する.蒸発実験においては,無電解メッキ法を用いてガラス管内壁面に金薄膜コーティングした蒸発管を用いて,流動沸騰時の可視化観察と伝熱性能実験を行う.使用する冷媒は低GWP冷媒であるR1233zd(E)である.(2)レーザー共焦点変位計による蒸発時の薄液膜挙動の直接測定:レーザー共焦点変位計を用いて金メッキ透明ガラス管における蒸発時の薄膜挙動の直接計測を行う.伝熱管は,矩形,三角形のガラス管を用いる.冷媒の質量流束,熱流束と乾き度を条件に局所液膜の時系列変化を計測する.また,レーザー共焦点変位計を固定するステージをマイクロアクチュエーターで微調整することで,液膜の空間分布の情報も取得する.