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マルチスケール制御によるトレードオフ・バランシング高性能マグネシウム合金の創製

本研究は、電子・原子レベルからマクロまでのマルチスケール制御によるトレードオフ・バランシングされた高性能マグネシウム合金の創製を目的とし、その成果を以下にまとめる。(1)「第一原理分子動力学計算による変形挙動の解析と合金設計」では、マグネシウムの脆さの原因となる底面と非底面の臨界分解せん断応力の大きな差を、単結晶の理想すべり変形における積層欠陥エネルギーの理論計算から論じた。その結果、Li、Al、Znのいずれの添加でもその差が小さくなることを見出した。また、結合強度の異方性を電子密度分布から論じた。(2)「機械的特性や成形性に優れた合金の創成プロセスの構築」では、拘束型押出し(ECAE)によるMg-Zn系合金へのZr系析出物微細分散と結晶粒微細化による衝撃特性の向上を達成した。また、ECAEによるMg-AI系(AZ31)合金の結晶粒微細化と方位制御による伸びのひずみ速度逆依存性が見出され、1.8×10^3_<S-1>の室温高速引張下で50%もの飛躍的な伸びの向上を達成した。また、種々の合金において、低温ないし高速超塑性が発現することを明らかにした。(3)「拡散接合および摩擦攪拌接合技術の確立」では、圧縮場での超塑性変形における空洞消滅モデルから拡散接合条件式を導き、AZ31合金が、最適条件下では、アルミニウムの1/3の接合時間で十分な接合強度が得られることを示した。また、摩擦攪拌接合では、純マグネシウムは十分な接合強度が得られないが、合金では母材の90%以上の接合強度が得られた。(4)「圧延板からのプレス成形技術の確立」では、深絞りの成形限界がポンチ肩上での引張曲げによる破断限界に依存し、473K以下の加熱によりそれが向上することを示した。また、引張試験では評価し難い局所的な変形能がプレス成形性の向上に重要であることを示し、切欠き感受性試験による成形性評価を提唱した。本研究では、in-situ複合化プロセスおよび強加工を利用した同時マルチスケール制御プロセスにより、電子状態(エレクトロンレベル制御)、粒界構造(アトミックレベル制御)、第2相粒子(ミクロレベル制御)、結晶粒(メゾレベル制御)、集合組織(マクロレベル制御)などの各階層での制御を行うことを目的とした。特に、高比強度マグネシウム合金の最大の弱点である耐熱性、剛性(弾性率)、衝撃特性に及ぼす材料学的な各因子の影響を解析することを目指した。さらに、これら因子の影響を定量的に評価し、各階層因子の影響のモデル化を試みることにより、最終的に、種々の特性を両立するトレードオフ・バランシングに優れた高性能マグネシウム合金を創製する事を目的とした。今年度は、時間的制限を鑑み、「in-situ複合化プロセス」の製造プロセス構築と、「電子状態、界面・粒界創造などの第一原理数値計算」のシステム構築を、主として行った。本研究で行った具体的な研究成果は以下のとおりである。(1) in-situ Mg2Si強化マグネシウム基複合材料の創製プロセスを確立した。すなわち、急冷効果および最適バルク固化成形プロセスにより、Mg2Siの微細均一分散と結晶粒微細化の同時制御に成功した。

具体的には、急冷凝固法によりSiを大量強制固溶させ、最適な熱間(温間)温度で大きなひずみ導入により発生する再結晶挙動を利用して、結晶粒の微細化(粒径1ミクロン以下)と1ミクロン以下のMg2Siを高体積率に析出させることを同時に行い、in-situ複合化を達成することができた。Mg2Siは、高温においても安定な化合物であり、また密度も小さいことから理想的な第2相複合強化粒子であるので、高強度、高剛性、高耐熱性が期待される。次年度以降は、この複合材料の諸特性を調査する予定である。(2)第一原理計算によるマグネシウムの完全結晶体の構築を行った。本研究では、擬ポテンシャル法による第一原理計算を行ったが、マグネシウム完全結晶体の構造安定性を計算した結果、a、c軸の格子定数は報告結果とよい一致を示し、制度のよい計算結果が得られた。構築した計算システムを利用して、現在、Mg-Li合金の完全結晶体の構築を実施中である。以後、これらの基本システムおよび装置を利用して、トレードオフ・バランシングに優れた高性能マグネシウム合金の合金設計・創製を目指す予定である。本研究では,マグネシウムおよびその合金に対して電子・原子レベルからマクロまでのマルチスケール制御を行い,多用な特性を同時に有するトレードオフ・バランシングされた高性能マグネシウム合金創製の可能性を検討する.本研究の目的は,(1)第一原理計算による変形挙動の電子・原子レベルでの解析と制御,(2)衝撃特性に影響する因子の解明と衝撃特性に優れた合金の創製プロセスの構築,(3)拡散接合および摩擦攪拌溶接の確立,(4)量産のための市販圧延板のプレス成形条件確立と成形性支配因子の究明,の4つに大別できる.(1)については,マグネシウム完全結晶とMg-Li合金の格子定数,弾性率の計算において高精度の計算システム構築を確認し,マグネシウム単結晶の理想すべり変形での積層欠陥エネルギーの計算から,底面よりはるかに大きい柱面すべりの臨界せん断応力を説明し,また両者の電子論的な違いについても考察した.(2)については,Mg-Zn系合金において,強加工・拘束型押出成形プロセスにより,Zr系析出相のサブミクロン以下の微細均一分散と1μm以下の結晶粒微細化を同時達成し,さらに底面すべり方向と最大せん断すべり方向を一致させる方位制御プロセスにより250MPa以上の高強度と30%以上の大きな伸びおよび優れた衝撃特性を得た.(3)については,純マグネシウムにおいて,拡散接合で接合界面が消滅する最適条件下で母材の85%以上の高い接合強度が得られたが,摩擦攪拌溶接では空洞生成により母材の40%の引張強度しか得られなかった.(4)については,AZ31合金で対板厚比2.5の小さいポンチ肩半径の深絞りを行い,453Kで限界絞り比2.2を得,また小さい絞り比では比較的高速な成形も可能であることを確認するとともに,室温での脆性的破断が高張力下での引張曲げによることを確認し,引張曲げ試験で成形限界が予測できることを確認した.1.強加工を利用した粒径微細化と方位制御高性能マグネシウムの創製プロセス確立のため,組織微細化,集合組織制御に取り組み,以下の知見を得た.Mg-Zn系合金に強加工・拘束型押出成形を適用して,微細結晶粒にサブミクロン以下のZr系析出相を多量に析出させるプロセスが構築できた.また,この押出成形で,底面すべり方向と最大せん断すべり方向を一致させる方位制御を行うことにより,250MPa以上の高強度と30%以上の伸びが得られたが,300°C以上の温度域では粒成長し,高温での成形加工には問題があることが明らかになった.2.電子状態,界面・粒界構造などの第一原理数値計算擬ポテンシャル法での第一原理計算により,マグネシウムのすべり変形のシミュレーションを行い,以下の知見を得た.
エウリーピデース「ヘカベー」写本の伝承研究―同作品校訂・注釈本へむけて

本研究の目的は2つあった。今日まで、日本で古典文献の(ヨーロッパの古典)校訂テクストの確立、およびその確立した本文を注釈するという作業がなされたことはなかった。これがわが国において、可能かどうか探ってみること、これが第一である。第二には、これと平行して古典学の同僚諸氏(全国の)に、日本の古典学が国際的な役割を果たしていくためには、欧語論文の生産ももちろん必要であるが、同時に、学界の研究・教育の中核に古典文献学を据える、という、学問の内容の転換が必要であることを様々な機会を捉えて説くこと、であった。ことは一挙には進まないが、実践の部分も理念の部分も確実に一歩は進めることができた。本年度は、マイクロフィルム・リーダー・プリンターを購入し、写本のマイクロフィルムを入手することから、始められた。中世のギリシア語アルファベットは、読むのにいくらかの習熟を要し、現在、訓練中であるとともに計画進行中である。その為、研究計画そのものには、いくらかの遅れが出るものと推定される。研究計画には、日本の西洋古典学に、ある種の変化をもたらす、という狙いもあったが、こちらの方は、極めて順調に進んでいる、と自負できる。まず、13年11月8日に北海道大学で、「日本の文献学-現状と展望」と題したシンポジウムを開いた。大学の援助もあり、学士院会員の久保正彰氏、京都大学教授のE.Craik氏らを招き、日本の西洋古典学がこれからどのように進歩してゆくべきか、について、極めて真剣な討議がなされた。さらに、このシンポジウムの成果は、全国的に知れ渡り、14年の日本西洋古典学会で、全国規模で、同じ問題を再度検討することとなった。そして、パネラーとして、安西が選ばれた。さらに、個人的にも、日本の古典学を現在担っている数名のものが、安西と同方向の研究を開始するとの決断をしたと表明している。これは、いづれ、研究の進展にともない、共同研究に発展するものと期待できる。安西個人の研究の進展は、計画よりも遅れるとの見通しを得た一年であったが、古典学全体の規模で考えるならば、予想以上の成果が得られたと判断する。今年度は、エウリーピデース本文の伝承の核心問題に関わる部分を研究対象とした。すなわち、写本L(Laurentianus 32.2、フィレンツェ在のイタリア国立図書館が所蔵)と写本P(Palatinusgr.287、ヴァチカン図書館蔵、と、Laurentianus con. Soppr. 172、-フィレンツェの国立図書館蔵に分かれる)の関係である。両者の関係については既に40年来、通説と思われる見解が認められてきたが、校訂本を作る為には、この定説の再検討は欠かすことができない。2つの(実際には3つの、だが)写本の校合を、マイクロフィルムをとおして進めて行く過程で、しかし、この「定説」には、実際はかなり問題が含まれている可能性があることを発見した。この成果については、平成15年から発足する研究会「フィロロギカ」(9月に都立大学で総会開催)にて、発表する予定である。定説に問題を発見した以上、校訂本に向けての作業の長期化は避けられないが、ことの性質上やむをえないことであろう。本研究自体は、日本の西洋古典学も、古典学の核心の作業(写本の検討をつうじての、校訂本あるいは校訂・注釈本の創出)に参加すべきである、という、いわば日本における西洋古典学の意味を変えるような主張を持っている。さいわい、学会内にも理解者はかなりおり、平成14年6月広島大学で開催された西洋古典学会総会では、本研究者の主張を中心に据えたシンポジウムも開催された。そこでの基調報告は、15年3月発行の学会誌に掲載される。本研究は、古典文献学の一部をなすべき個人研究ではあるが、同時に今述べたように、日本で為されている学問の一分野の内容の変更を迫るような主張を持っており、本職が主催する研究集団「フィロロギカ(現在約15名が参加)」の活動をつうじて、その主張も広げていきたい。本科学研究の目的は、課題に掲げられた具体的研究の実現(「ヘカベー」校訂本の完成)をめざす、ということよりも、むしろ、日本の西洋古典学界に属する研究者たちが、欧米のClassics研究の核心をなす、古典本文批判作業(例えば、研究課題に示されたような作業)の一翼を担うだけの研究段階に達しているかどうか、また一般にそういった作業を日本古典学会内の必須の研究と考えるべきかどうかについて内外に問いを発することであった。3年間の研究の結論を言えば、どちらもイエスという評価を得た、と判断する。

「フィロロギカ」という研究者集団結成に至る「文献学研究会」を13年秋以来、6回開催した。そのうち4回には、のべ5名の欧州籍研究者が参加した。そのすべてを組織・司会し、そのうち4回については自ら研究発表を行った。いずれの会でも、欧州の研究者と連絡を取りながら(作業が重ならないようにしながら)、安西を作業を続けるべきだし、広く学会全体でコミットしてゆきべきだ、という評価を得た、と判断する。
疫学と実験研究による低周波騒音の健康障害の解明と予防法の開発

【背景】現在までに、低周波音の健康リスクを科学的根拠に基づいて証明した研究は極めて少ない。これは、わが国において低周波音の環境基準値がないことの理由の1つにもなっている。代表者等は、先行研究において、日常生活において曝露されうるレベルの低周波音が、成獣および新生仔期野生型マウスの平衡機能・運動機能を障害する可能性を報告してきた。【目的】本研究では、低周波音(95 dB・100 Hz)を12時間/日で5日間曝露した際の内耳に対する急性の影響を調べることを目的として動物実験を実施した。さらに、ポータブルプレーヤーを用いて音楽を聴く機会の多いヤングアダルト(110名)を対象として、音楽成分(周波数)が平衡機能・運動機能(重心動揺)に与える影響を疫学研究で調べた。【研究成果】動物実験において、低周波音は野生型マウスの内耳におけるストレス反応性分子の発現を亢進させることをメッセージレベルとタンパク質レベルで解明した。一方、低周波音は、マウスの聴力には全く影響を与えなかった。今後、ストレス反応性分子の発現が亢進する現象に対する生物学的意義について検討する必要がある。一方、音楽に含まれる低周波音がヒトの平衡機能・運動機能に与える影響を、重心動揺計を用いて調べた。多変量解析を用いた疫学研究により、「音楽に含まれる低周波音成分が平衡機能・運動機能を改善する」という予想外の結果を得た。以上のように、本研究では、低周波音に対する生体反応に関する新知見を動物にて示すとともに、低周波音の健康影響に関する新知見をヒトで示した。本研究では、成獣期および新生仔期における低周波音亜急性曝露の健康影響を解明する動物実験を推進してきた。今回、成獣期マウスにおける低周波音急性曝露の健康影響を解明した。さらに、ヒトの疫学研究により、低周波音の健康影響に関する新知見を示した。これらの知見は、低周波音の環境基準値を科学的根拠に基づいて策定するための基礎データになりうる成果であるだけでなく、予防法開発の基盤となるデータである。以上のような成果から、本研究は、おおむね順調に進展していると評価できる。医工連携研究により、20-100 Hzを含む周波数の低周波音を出力できる音刺激装置の改良(精度の向上・軽量小型化等)を進める。さらに、低周波音を曝露された場合の健康影響を、細胞・動物・ヒトを対象とした医学・生物系研究で、より多角的に評価する。以上のような包括的環境研究を実行し、低周波音の環境基準値を策定する上で、有効性・信頼性の高い基礎データを提供することをめざす。同時に、低周波音による健康障害を予防できる技術の開発をめざす。【背景】世界的に見ても低周波騒音の健康リスクは、ほとんど不明である。我が国においても状況は同じで、環境基準値もないのが現状である。代表者等は、先行研究において、日常生活で曝露されうるレベルの低周波騒音が、成獣野生型マウスの平衡機能障害を誘発する可能性を示した。【目的】本研究において、より正確に100 Hzの低周波騒音を純音で曝露できる装置を作製した。さらに、幼生期マウスを用いた動物実験にて、100 Hzの低周波騒音に対する健康影響を音量(dB)別に調べた。以上により、幼生期マウスにおける低周波騒音曝露の健康影響の解明をめざした。【研究成果】1)幼生期マウスに50-70 dBの低周波騒音(100 Hz)を4ヶ月曝露し、ローターロッドや平均台歩行試験等を用いて、平衡機能を調べた。50 dBおよび60dBでは平衡機能にほとんど影響を与えなかったが、70 dBでは、有意にローターロッドや平均台歩行試験の成績(平衡機能)が低下した。さらに、平衡機能障害は数ヶ月経過しても回復しなかったので、本健康障害は不可逆的である可能性が高い。さらに、幼生期に70 dB・100 Hzの低周波騒音を4ヶ月曝露されたマウスにおける内耳前庭にある球形嚢および卵形嚢に形態学的障害が認められた。以上の結果は、幼生期に曝露された低周波騒音により、内耳前庭の球形嚢および卵形嚢が障害を受け、不可逆的な平衡機能障害が誘発される可能性があることを示している。さらに、50 dBおよび60dBの曝露では平衡機能に影響をほとんど与えなかったものの、70 dBで有意に平衡機能が障害されたことは、70 dBが低周波騒音により誘発される平衡機能障害の閾値になる可能性を示している。以上のように、本研究では、低周波騒音の幼生期曝露に関して、環境基準値の策定に有効な基礎データを提案した。本研究では、当初の予定通り、幼生期における低周波騒音の亜急性曝露の健康影響を解明するとともに、環境基準値の基礎データとなりうる成果を、動物(マウス)を用いて、世界で初めて提案した。ゆえに、おおむね順調に進展していると評価できる。【目的】

本研究では、低周波音(95 dB・100 Hz)を12時間/日で5日間曝露した際の内耳に対する急性の影響を調べることを目的として動物実験を実施した。さらに、ポータブルプレーヤーを用いて音楽を聴く機会の多いヤングアダルト(110名)を対象として、音楽成分(周波数)が平衡機能・運動機能(重心動揺)に与える影響を疫学研究で調べた。【研究成果】動物実験において、低周波音は野生型マウスの内耳におけるストレス反応性分子の発現を亢進させることをメッセージレベルとタンパク質レベルで解明した。一方、低周波音は、マウスの聴力には全く影響を与えなかった。今後、ストレス反応性分子の発現が亢進する現象に対する生物学的意義について検討する必要がある。一方、音楽に含まれる低周波音がヒトの平衡機能・運動機能に与える影響を、重心動揺計を用いて調べた。多変量解析を用いた疫学研究により、「音楽に含まれる低周波音成分が平衡機能・運動機能を改善する」という予想外の結果を得た。以上のように、本研究では、低周波音に対する生体反応に関する新知見を動物にて示すとともに、低周波音の健康影響に関する新知見をヒトで示した。本研究では、成獣期および新生仔期における低周波音亜急性曝露の健康影響を解明する動物実験を推進してきた。今回、成獣期マウスにおける低周波音急性曝露の健康影響を解明した。さらに、ヒトの疫学研究により、低周波音の健康影響に関する新知見を示した。これらの知見は、低周波音の環境基準値を科学的根拠に基づいて策定するための基礎データになりうる成果であるだけでなく、予防法開発の基盤となるデータである。以上のような成果から、本研究は、おおむね順調に進展していると評価できる。今後も当初の計画通り、種々の周波数(Hz)の低周波騒音を純音で出力できる音刺激装置の改良を進める。さらに、低周波騒音曝露の健康影響について、内耳における作用部位と作用機構を、より詳細に検討し、健康障害のメカニズムを解明する。さらに、医工連携研究により低周波騒音自体(環境)からのストレスを緩和できる技術の開発を進める。医工連携研究により、20-100 Hzを含む周波数の低周波音を出力できる音刺激装置の改良(精度の向上・軽量小型化等)を進める。さらに、低周波音を曝露された場合の健康影響を、細胞・動物・ヒトを対象とした医学・生物系研究で、より多角的に評価する。以上のような包括的環境研究を実行し、低周波音の環境基準値を策定する上で、有効性・信頼性の高い基礎データを提供することをめざす。同時に、低周波音による健康障害を予防できる技術の開発をめざす。
植物性食品材料中のチアミン結合タンパク質に関する研究

1.食物性食品材料中のチアミン結合タンパク質の分布穀類,豆類,種実類,いも類,野菜類,果実類,きのこ類,藻類など45種類の食品材料を選び、チアミン結合物質を検索した。しいたけ,わかめを除くすべての食品材料中に活性物質の存在が認められた。このうち穀類,豆類,種実類,いも類の抽出液の活性は熱およびプロナーゼ処理すると失活した。したがって植物種子もしくは同じような役割をする部分に含まれる活性物質はタンパク質であると推定した。米、小麦種子について結合能の分布を調べたが、胚芽に極めて高い活性が認められ、チアミン結合タンパク質は種子の特定部位に存在していた。2.チアミン結合タンパク質の単離米およびそば種子より活性成分を抽出し、塩析,透析,イオン交換クロマトグラフィーおよびゲル濾過により精製した。精製チアミン結合タンパク質は電気泳動的に単一であった。3.チアミン結合タンパク質の性質植物種子に含まれているチアミン結合タンパク質はすべてグロブリン系タンパク質であった。このタンパク質はチアミン-リン酸,チアミンニリン酸オキシチアミン,ピリチアミンとは結合せず、チアミンに対してのみ高い親和性を示した。70°C以上で熱処理すると失活し、80°Cでは5分で完全に活性を失った。種子を40°C以下で6ケ月貯蔵したが失活は認められなかった。また発芽にともなう結合能の変化を調べたが、あわ,米,小麦,ひまわり,大豆,えんどうのすべての種子は発芽6日目で活性はほとんど認められなくなった。
受容体チロシンキナーゼ機能遮断モノクローナル抗体による粥状動脈硬化進展抑制の解析

粥状動脈硬化は各種細胞間の刺激応答、特にサイトカインならびに増殖因子などの液性因子が関与しあって成立することが明らかになりつつある。粥状動脈硬化初期巣は、単球の血管内皮への接着、内膜への遊走、マクロファージへの分化ならびに泡沫細胞化を特徴とし、他方進行病巣では血管中膜平滑筋細胞の内膜への遊走と増殖が顕著となる。本研究ではこれらの過程に関わる液性因子のうちM-CSF(マクロファージコロニー刺激因子)受容体チロシンキナーゼであるc-fmsならびに同じく受容体チロシンキナーゼであるPDGF(血小板由来増殖因子)α、β受容体各々に対する拮抗抗体を粥状動脈硬化モデル動物であるアポEノックアウトマウスに投与し、粥状動脈硬化進展への影響を解析した。抗c-fms抗体を投与したマウスでは粥状動脈硬化の初期病変が著しく抑制されるが、進行した病変には効果を認めなかった。ゆえにM-CSFは少なくとも粥状動脈硬化の早期においては病変発症に必要であるが、進展病変の維持には必須ではないことを示すものである。他方マウスPDGFβ受容体に対する拮抗抗体を投与したマウスでは、進行した病変において、病変の更なる進展に対する抑止が認められ、病巣における血管平滑筋細胞/マクロファージ細胞比の低下傾向を示した。一方PDGFα受容体に対する拮抗抗体の粥状動脈硬化進展への抑制効果は抗β受容体抗体のそれに比べ軽微であった。以上より進行病変においてはPDGFβ受容体からの情報伝達系が重要であり、その遮断は進展した病変に対しても治庫的効果を持つ可能性を示す。現在各因子からの情報伝達遮断が細胞の集族、細胞周期、細胞死誘導に与える影響につき検索中である。
沖縄の近代化にともなう淡水問題の環境史的分析

淡水の不足と質の悪化は地球規模の問題である。とりわけ、沖縄においては、淡水問題のさまざまな問題が集中的に現れているので、そこに焦点をあてた。沖縄の問題点は、日本の他の府県よりも規模の大きい公共事業が展開され、多くのダムができ、その結果、ダムの集中しているヤンバル地方の自然環境の悪化、また伝統的な水利用の廃止がみられた。本論文ではこのような大規模な水利用システムの相対化を提案した。本研究は沖縄の近代化によって、沖縄の淡水問題はどのような課題を背負うようになってきたのかを環境史的に明らかにすることを目的とするものであり、本年はその初年度にあたる。この初年度は研究の準備作業と、沖縄などのいくつかのフィールドにでかけて、資料の蓄積をすることに専念した。そのため、まだ公表した論文などはないが、すでに草稿段階までできあがった論文があるので、次年度中に論文の公表に至るであろうと想定される。基本的に沖縄などで、淡水問題の不足と水質が問題となってくるのであるが、それが安易にダムなどの巨大な施設で対応しようとする傾向が高い。いわゆる公共事業のすべてが問題とは言えないが、こと沖縄においては、仕事をつくるために公共事業を行っている側面が強く、環境的には必ずしも望ましくない政策がうたれる傾向があることは否定できない。したがって、本年度の研究においても、その対極とも言えるコミュニティレベルの水の利用の実態についてのデータの収集にかなりの精力をそそぐことになった。それぞれのコミュニティがなにゆえに、従来の水を得る方法、すなわち湧き水や井戸や小川など、を捨てて水道などに頼ることになったのかを、それを使っていた人たちからの聞き取りを通じて少しずつ問題点をあきらかにしていく作業を現在はすすめている。水の文化など価値観に関わるデータも意図的に集めるようにしている。たとえば、水の神の信仰などがそうである。この信仰を通じて、水利用にあたっての水についての人びとの考え方が類推できる。本年度は当該研究に関わって当然のことながら、沖縄を中心に調査をしたり、資料を収集しつつ、合わせて比較のためにこのテーマにとって有効な他地域の淡水の調査、湧き水や洗い場、河川についての環境社会学的調査を行った。昨年からの調査の結果、本年は学会誌にこの課題にもとづく研究成果を発表することができた。すなわち「沖縄の泉水施設の変遷とムラの戦略」『村落社会研究ジャーナル』である。また、調査の過程で感じたことを新聞のエッセイで発表した。それはつぎのようなものである。「未来を照らす伝統の種子取祭」『八重山毎日新聞』2010/10/17である。このように着々と成果をあげつつあるが、これはまだ調査をして集めたデータの一部にすぎない。今後、数年をかけて論文等の形で成果を発表することになるだろうと想定している。そもそも沖縄の淡水問題を典型として、日本の淡水の問題は量の問題とともに質の問題もある。量は淡水の量的不足であるが、質としては水質である。現在、とりわけ水源において水質を守ることが必ずしも政策として十分に機能していないので、この問題に対して、なにか有効な方法を見つける必要がある。また、淡水の問題は、いわゆる飲料水としてとりわけその質が要求されるが、その質の保持のためには、文化の問題に関与せざるを得ないと考えている。人間の価値観の問題である。したがって、環境文化ということを視野に入れる必要も調査の過程を通じて痛感するようになった。沖縄の近代化はきわめてむずかしい課題だが、地元のコミュニティのなかで近代化がどのようになされているのかを丁寧にみる必要がある。淡水問題は地球規模で大きな問題となりつつある。それは淡水の量的な側面と質的な側面の両面において、ともに問題となっている。わが国では、沖縄がこの淡水問題の問題点が如実に出ているので、沖縄に焦点をあてて研究を行った。ただ、沖縄が端的にこの問題が現出しているためにで研究タイトルに沖縄がついているが、いわゆる沖縄研究ではない。関心は日本規模である。また研究は十分に行い得なかったが、地球規模でもある。研究は、沖縄での調査はもちろん、小笠原などの類似の条件のところも調査をした。また、富山県黒部市や滋賀県高島町など、日本の各地での調査をも加えた。調査の結果、以下のような知見を得た。ひとつは上水道システムという,いわゆる巨大システムを相対化(否定でもなく、現在のような絶対化でもない)することが望ましいと言い切ることができるだけのデータと分析結果を得た。どういうことかというと、沖縄を含めて、豊富に湧き水(清水)がわきでていたり、地下水として豊富な井戸水がある場所が日本では少なくない。上水道システムを完備するために、それらが埋め立てられたり、また親水公園という名のもとに、「使用しない水」として変更させられたりしている。使用しない水になると、飲料水でなくなるので、水の質が現実として悪化していた。

また、それらの湧き水や井戸水を利用しなくなると、いわゆる「地元の水」に住民たちが関心をなくし、その結果、上水道の水も量的に不足し、質的に悪化していくことが分かった。どういうことかというと、地方の住民が住んでいたり、利用している山はともに、上水道の水源となることが多い(水源が山奥だけのところはほとんどない)。自分たちが使わない水がじつは下流の都市の住民の水源となるのであり、その自分たちが使わなくなった水が質的に悪化し、また量的な保全を怠っているのである。
高密度流体中の芳香族炭化水素の光吸収挙動と光誘起酸化反応

芳香族炭化水素のモデル化合物としてベンゼンを選び、まず気相でのレーザー光誘起酸素酸化反応を試みた。光源となるエキシマーレーザー光の波長を193nm、248nmの2種類とし、ベンゼン/酸素/光吸収剤(亜酸化窒素又はオゾン)の混合系に光照射を行なったところ、目的とするフェノール等の含酸素化合物は生成せず、低級(C2C4)のオレフィン及びCOxの生成のみが観察された。また光吸収剤や酸素が存在しない系でも光吸収が起こり、やはり低級オレフィンが主生成物であった。これらの実験事実より、気相のレーザー光誘起反応では、レーザー強度が大きいために主にベンゼン自身の光分解が起こり、気相酸素は生成するフラグメントを二次的に酸化する役割を果たすことがわかった。これに対し、超臨界二酸化炭素中にベンゼンと酸素を溶解し、水銀灯を照射する実験を行なったところ、酸化反応生成物としてヒドロキノン、キノン、フェノール等の含酸素化合物が観察された。この結果は以下のような超臨界流体特有の性質を利用したものであると説明することができる。(1)ベンゼンの二酸化炭素への溶解度が超臨界状態で大きく上昇ため、均一系で反応を行うことが可能である。(2)高密度流体中では衝突誘起効果によって酸素分子の光吸収率が増加し、活性酸素種を生成させることができ、基質や酸素濃度を自由に変化させることによって、ベンゼンの光解離を抑制しつつ、活性酸素種による酸化反応を有利に進めることができる。(3)反応後に常圧に戻すと、生成する含酸素化合物は油相に残るため、有機溶媒を用いる場合に比べ分離が容易であり、抽出技術との組み合わせが期待できる。ベンゼン等の難酸化性物質を超臨界二酸化炭素中で光酸化する試みは例がなく、上述の特徴に加え、室温でしかも安定な溶媒中で行えるという安全性の観点からも、将来的に有用な技術となりうる可能性が示された。
チトクロムbc型NOリダクターゼの構造・機能相関

Paracoccus halodenitrificansのNOリダクターゼについて、4つの鉄中心の分光学的および磁気的検討を詳細に行い、高スピンヘムbと非ヘム鉄が近接していることを明らかにした。また、基質であるNOがこの複核鉄中心の両方に結合することを見いだした。さらに、分子内電子移動過程の検討および金属中心の酸化還元電位の測定から、低スピンヘムc→低スピンヘムb→高スピンヘムb-非ヘム鉄なる電子移動が行われ、NOが還元体に結合し、N_2Oへと変換されることがわかった。一方、構造遺伝子norCおよびnorBの配列を決定し、金属結合部位を特定するとともに、高次構造モデルを構築した。その結果、NOリダクターゼが末端酸化酵素の先祖酵素であるとの説が妥当なものであると思われた。分子進化による機能変換を決定づけたのは、非ヘム鉄からCuBへの変換であり、非ヘム鉄への配位グループであるグルタミン酸の非配位性アミノ酸への置換によって配位数が減少したため、基質がNOから酸素分子へと変化したものと考えられた。さらに、構造遺伝子の決定はプロトン輸送経路についても示唆した。この知見は、分子進化の過程で如何にしてチトクロムオキシダーゼがプロトンポンプ機能を持つに至ったかを示唆するものであった。さらに、今年度は大量発現系の構築を目指して種々検討してきた。チトクロムcサブユニットについては、大腸菌および酵母において、タンパクとしては大量発現できたが、ヘムの含有量が少なく、もう一段の工夫が必要である。Alcaligenes xylosoxidans GIFU1051のNOリダクターゼについては、NorCに相当する成分を有しておらず、新種のNOリダクターゼであることがわかった。しかしながら、本酵素は極めて不安定であるので、詳細な研究には時間を要すると考えられる。
落花生のQTL解析によるオレイン酸含有量の遺伝様式の解明とDNAマーカーの開発

高オレイン酸含有量の落花生育種を促進するため、オレイン酸含有量を制御する候補遺伝子情報を用いて選抜マーカーを開発し、マーカー選抜育種を開始した。同時に落花生のゲノムワイドな多型DNAマーカー(マイクロサテライトおよびトランスポゾン挿入マーカー)を開発し、連鎖地図の作成を行った。ゲノムワイドなDNAマーカーも選抜マーカーとして利用したところ、5年の選抜工程を3年に短縮することができた。油脂作物である落花生(Arachis hypogaea)は種子中に大量の脂肪酸を蓄積する。オレイン酸はリノール酸に比べて酸化しにくいため、品質が劣化しにくく人体に悪影響を与えないことから高オレイン酸含有量の落花生が求められている。一方、種子成分を改良する育種は従来の育種法では選抜が困難なことから、本研究では落花生の高オレイン酸含有量に関わる選抜DNAマーカーの開発を試みた。解析集団としてオレイン酸含有量の異なる両親由来のF_2集団を作成し脂肪酸の含有量を測定したところ、解析を行った188個体中8個体が高いオレイン酸/リノール酸含有比を示した。また、オレイン酸からリノール酸への変換時に働く不飽和酵素を制御する遺伝子としてfad2およびfad6が同定されていることから、これらの遺伝子を中心に脂肪酸の合成経路に関わる遺伝子ファミリーをリストアップし、イントロンを挟むエクソン領域にプライマーを設計してF_2集団の両親である「八I-0311」と「ナカテユタカ」間の多型を検索した。その結果、リノール酸をほとんど生成しない「八I-0311」のFAD2AはSNPによるアミノ酸置換、FAD2Bはトランスポゾンの挿入による終止コドンの出現が原因で機能を失っていると考えられた。これらの変異配列をもとに「ナカテユタカ」と「八I-0311」のFAD2AおよびFAD2B遺伝子の多型を検出するDNAマーカーを開発し、F_2集団の脂肪酸の含有量をもとにオレイン酸/リノール酸比とFAD2AおよびFAD2B遺伝子の遺伝子型と比較した。この結果、FAD2AおよびFAD2B遺伝子の両者が変異型ホモの個体はオレイン酸/リノール酸比が高いことが明らかになった。すなわち、オレイン酸からリノール酸への変換を支配している遺伝子はこの2つの遺伝子であり、これらの変異を検出するDNAマーカーが選抜マーカーとして有効なことが明らかとなった。解析集団の両親にはオレイン酸高含有系統に「八I-0311」(オレイン酸含有量約80%)、エリート系統に「ナカテユタカ」(オレイン酸含有量約50%)を用い、21年度までにF_3種子を採種してF_4植物体を育成中である。また、前年度に開発した候補遺伝子領域由来のオレイン酸高含有量に関する選抜DNAマーカー「FAD2A」および「FAD2B」をF_2集団にタイピングし、各F_2後代のオレイン酸含有量と比較することで、これら選抜マーカーの有用性を検証した。すなわち、2つのマーカーの遺伝子型が「八I-0311」型になることで高オレイン酸含有量個体が選抜できることが明らかとなった。マーカーと表現型により選抜したF_2個体について「ナカテユタカ」による戻し交雑を行った後、自殖をしたBC_1F_<3:4>種子を育成した。BC_1F_<3:4>種子は選抜マーカーによるスクリーニングを行った後、22年度に再度戻し交雑および自殖を行って、育種母系を育成する予定である。また、多型マーカーをゲノムワイドに開発し、連鎖地図の構築を引き続き行うために、トランスポゾン領域を用いたマーカー(TEマーカー)およびSNPマーカーの開発を着手した。TEマーカーは設計した528マーカーのうち両親間で多型を示すマーカーの数は59だった。また、SNPマーカー開発のために次世代型シーケンサー等を用いて合計で00Mbの遺伝子領域の配列を収集した。本研究では千葉農林総合研究所の有する遺伝資源コレクションの中で最もオレイン酸含有量が高い系統と収量性等の農業形質に優れるエリートラインを用いてF_2解析集団を作製し、マイクロサテライトマーカーによる落花生の連鎖地図を作製する。またCandidate gene由来の選抜マーカーを用いて、落花生の脂肪酸含有量に関するMABS (Marker Assisted Backcross Selection)を行う。前年度までの結果から落花生は他の植物種に比べて極めて系統間のDNA配列多型が少なく、常法を用いて十分数の多型マーカーを取得するには膨大な費用が必要であることが明らかとなった。一方、連鎖地図作成の結果から、マーカーの多型更なる開発が必要であることが示唆された。そこで、in silicoによる多型解析を組み込むことで、低コストな多型DNAマーカーの開発を試みた。その結果、「郷の香」「金時」間で多型を示すゲノムSSRマーカー793,およびTEマーカー310を得た。また、また、開発したマーカーについて「ナカテユタカ」「YI-0311」間で多型を検出するマーカーを解析したところ、436の多型マーカーを得ることができた。

一方、オレイン酸含有量に関するMABSでは現在BC_2F_5世代の種子を採種中である。BC_2F_4世代においては、オレイン酸含有量に関わる領域以外のナカテユタ型のゲノムの割合は85.3%95.6%であり、平均で91.7%だった。ゲノムワイドな選抜マーカーを用いなかった場合、供試BC_1F_3世代に2回戻し交雑することで、ナカテユタ型のゲノムの割合期待値は91.2%に、3回戻し交雑することで95.6%となる。一方、本事業においては1回の戻し交雑でナカテ型のゲノム割合を平均91.7%,最高95.6%となったことから、通常の育種に比べて12年の期間短縮を図れたと考えられる。
3D-RISM/スモルコフスキー理論による電解質水溶液の超音波吸収の研究

統計力学理論を用いて、微視的相互作用から電解質溶液の超音波吸収スペクトルを計算するための理論的定式化を行った。超音波吸収を与える周波数依存の体積粘性率は、久保-グリーンの公式を用いて、圧力揺らぎの時間相関関数と関連付けられる。本研究では、圧力揺らぎをイオン間の二体分布の揺らぎに射影して、イオン間の相対運動と超音波緩和を結びつけた。その際の結合定数として、距離依存の「超音波緩和に有効な」イオン対の部分モル体積の微視的表式も与えられた。イオン対の熱力学的体積は、イオン間距離の関数として、デバイ長程度の距離で減衰し、大きな濃度依存性を持つ。一方、「超音波緩和に有効な」体積は、有限濃度でもクーロン型の漸近形を持つことが理論的に示され、また、濃度依存性も比較的小さいことが、以下の述べる数値計算で示された。数値計算は、170mMの硫酸マグネシウム水溶液を模した系で行った。イオン間の相関関数は、DRISM/HNC理論を用いて求めた。水溶液中の超音波吸収スペクトルの理論計算のための基礎として、水溶液中の硫酸マグネシウムイオン対の部分モル体積のイオン間距離依存性の計算を行った。イオン対の周りの溶媒和構造を一次元または三次元RISM積分方程式理論で計算し、部分モル体積をKirkwood-Buff理論で評価した。同時に計算したイオン間の平均力のポテンシャルには、それぞれcontact ion pair(CIP), solvent-separated ion pair (SIP), doubly solvent-separated ion pair (SSIP)に対応する極小点が2.85,5.0,7.0Åに見られたCIPとSIPの間には大きな活性化障壁が存在し、一方、SIPとSSIPの間にはほとんど障壁は見られなかった。このことは、SIPとSSIPの間の平衡が速いというYeagerらの主張と対応している。また、連続誘電体理論で電縮から計算される部分モル体積がイオン間距離の接近に伴い単調増加するのとは異なり、分子論的に計算されるイオン対の部分モル体積は、4.5Å付近に極小点が見られた。このことから、SSIPからSIPへの変化が体積収縮を伴うというEigen, Tammの解析が非物理的であるというHammesの主張は成立しないことが分かる。この極小点におけるイオン対の溶媒和構造を詳細に解析したところ、このイオン間距離では、水分子が陰イオンと水素結合をしつつ双極子モーメントを陽イオンと反対方向に向けた安定な水和構造が存在し、この構造が部分モル体積の減少に寄与していることが分かった。
熱ゆらぎを有効利用した分子モーターの機能発現機構の解析

昨年度は、新たに作成したミオシンサンプルの生化学的特性等が、これまで用いていたサンプルと同等であることを確認するための実験を行い、使用予定のサンプルに問題がないことを確認した。また、サンプル作成に並行してレーザートラップ顕微鏡の構築を行った。光学系の構築は順調に進み、力学操作用のプローブ(ポリスチレンビーズ)を十分な強度で安定に視野中心に捕捉することに成功した。しかしながら、当初使用予定であったSutter社製の高精度ステージが不調でスムーズにサンプル位置を調整できないという問題が生じた。本計測法によるアクトミオシン系の力学操作において、基盤に固定したアクチンフィラメントとトラップされたビーズにコートされているミオシン間の距離の調節は非常に重要であり、ナノメートル精度でのステージ操作は必須である。しかしながら、高精度ステージは非常に高額で本研究予算枠では代用品を準備することは出来ず、また、所属研究室にも同等の装置の予備はなかったためレーザートラップによる計測は断念せざるを得なくなった。新たな計測方法として、当研究室の岩城研究員により新規開発されたDNA折り紙技術を用いた超微細バネを用いた計測を行うことにした。岩城研究員が開発した超微細バネの詳細は省かせていただくが、これにより既存の顕微鏡で力学測定イメージングを行うことができるようになった。現在、本研究のために新たに設計されたサンプルの調整をしており、実用化に向けておおむね目処が立っている段階にある。幾つかの問題により、出だしがだいぶ遅れてしまったが、ラベル率の上昇やイメージング計測によるデータ収集効率の上昇などのポジティブな結果も多く得られており、今後の研究は加速度的に進むと考えている。(抄録なし)当初の予定では昨年度中に力学操作と一分子イメージングの同時計測顕微鏡の構築を行い、実験条件の探索を行う予定であった。しかし、実験に用いる予定であったミオシンサンプルの発現・精製系の何れかの段階に問題が生じ、十分に活性のあるサンプルが調整できないという問題が生じた。結果的に本問題は研究室の引っ越しなどの際に、ミオシンと共発現させていたカルモジュリン(調節タンパク質)の発現に用いていたウィルスの活性が落ちてしまっていたものと判明した。本問題を解決するために、これまでミオシンとカルモジュリンの発現ウィルスを別々に作成していたが、一つのウィルスで2種類のタンパク質を発現可能な系を導入することにより、ミオシンは取れてくるが活性がないという状況が起こらないようにすることに成功し、現在は安定に活性のあるミオシンを得ることが可能となった。また、ウィルスを作り直す際にコンストラクトを見直し、ラペル方法を変更した。これまで、ミオシンのヘッド側(N-ter)とテイル側(C-ter)をそれぞれ特異的にラベルする際にHalo-tagとHis-tag抗体による標識方法を用いていたが、2色ラベルされる確率が低い(数パーセント)という問題があり、データ収集効率が低いことが想定されていた。当初の研究計画ではデータ取集効率を上げるために力学計測の方法としてレーザートラップ(操作性・定量性はよいが一度に一つの分子しか計測できない)ではなく、磁気トラップ(操作性・定量性は劣るが画面内の複数の分子を同時に計測できる)を用いる予定であった。しかし、ミオシン発現ウィルスを作り直す際にサンプルのコンストラクトを見直し、C-terの標識にSNAP-tagを用いたところ、2色ラベルの効率は飛躍的に上昇し、ほぼ100%の効率を得ることに成功した。このため、力学操作の方法として精度の高いレーザートラップを用いることが可能となった。現在、新たに作成したミオシンサンプルの生化学的特性等が、これまで用いていたサンプルと同等であることを確認するための実験を行っており、確認したものに関しては良好な結果を得ている。昨年度は活性が十分あるサンプルが得られないという問題により、出だしがだいぶ遅れてしまったが、ラベル効率の上昇などのポジティブな結果も得られている。

このため、本年度中に当初の目標を達成することは十分可能であると考えられる。一分子多色イメージング顕微鏡に力学計測を行うためのレーザートラップ顕微鏡を組み込み、ミオシンVIおよびミオシンVの負荷存在下での挙動を計測し、生体内での機能の違いとそれぞれに特有の歩行機構の関係性を精査する。(抄録なし)
高精度なメラノーマ構造パターン抽出技術に基づく皮膚がん診断支援システムの開発

本研究では,ダーモスコピー画像の処理・解析に基づく,皮膚がん支援システムを構築することを目的とする.本システムでは,独自の画像演算理論に基づき,画像処理の共通基盤を構築する.これにより,(1)「高精度なメラノーマ構造パターン抽出に基づく病変識別」,(2)「メラノーマ構造パターンの統合的可視化」を同時に実現しうる要素技術を開発する.これらの質的に異なる2つの情報を提示することにより,皮膚科医の判断を効果的に支援するシステムの開発を行う.本研究では,ダーモスコピー画像の処理・解析に基づく,皮膚がん支援システムを構築することを目的とする.本システムでは,独自の画像演算理論に基づき,画像処理の共通基盤を構築する.これにより,(1)「高精度なメラノーマ構造パターン抽出に基づく病変識別」,(2)「メラノーマ構造パターンの統合的可視化」を同時に実現しうる要素技術を開発する.これらの質的に異なる2つの情報を提示することにより,皮膚科医の判断を効果的に支援するシステムの開発を行う.
ヒト口腔癌Bcl-2ファミリー遺伝子の発現様式と治療効果の検討

本研究の予備研究として、臨床サンプル(口腔癌組織)24例を用い、Bcl-2 family遺伝子および遺伝子産物の発現と術前放射線・化学療法の治療効果との相関を比較検討し、1)癌組織では正常に比べてBaxの発現が有意に低下していること2)治療抵抗性の癌組織においてBcl-2高発現例が多い傾向を示すことを明らかとした。次いで、Bcl-2遺伝子/遺伝子産物の検索が口腔癌の術前治療効果の予測因子と成り得るか否か、また、Bcl-2 familyの中の、どの因子が重要な役割を担っているのかを明らかとするために、岐阜大学医学部附属病院歯科口腔外科にて、口腔扁平上皮癌と病理組織学的に診断された患者より、初診時、無治療状態で採取した試験切除標本の一部を研究サンプルとして集積した。また、各々のタンパク発現の有無及び発現様式の検討を行うために、Bax、Bcl-2タンパクとp53タンパクを対象として標本の免疫組織学的染色の準備とBcl-2 family遺伝子解析のための準備を行った。さらに、両者の解析と外科的切除を行った切除標本を検討し、大星・下里の分類に従いI, IIa, IIb, III, IVの4型に分類し治療効果の判定とBcl-2 family遺伝子発現との相関性を検討する資料整理を行い、現時点では成果を公表する段階には到達していないが、次年度以降に於ける詳細な解析のための準備と成果発表に向けた作業を推進した。
拘束強せん断変形法による高速超塑性合金の開発

ECAP(Equal-Channel-Angular-Pressing)法とは金型中で交差する同じ径の二つの溝孔(Channel)を通して材料を押し出し,溝孔の交差面上で材料に集中的にせん断変形を与えるというきわめて単純なものであり,加工前後で材料の径は変わらないから,原理的にプレス回数,すなわち与えられるひずみ量には制約がなく,バルク状態のままできわめて大きな加工ひずみを蓄積することができるので結晶粒を超微細化することができる.本研究では,金型の設計,プレス温度,プレス速度,また,繰り返しプレス過程で材料を挿入する方向を組み合わせプロセスの最適化を試みた.純Alを用いたモデル実験によれば,同一面上での繰り返しせん断を三次元的に組み合わせると最も少ないプレス数で結晶粒が微細粒化されることがわかり,平均1.2μmの超微細粒が得られた.合金元素を添加すると得られる結晶粒径は小さくなり,3%Mg添加で平均粒径は0.2μmに達する.一方,プレス温度の上昇と共に結晶粒径は大きくなるが組織の熱的安定性は高くなる.超塑性特性発現のためには微細組織の熱的安定性の付与が必要であり,微細粒子の分散あるいは2相化が有効である.Al-6%Cu-0.4%Zr合金(Supral-100A)をECAP加工すると平均粒径が約0.5μmとなり,従来超塑性特性の発現が報告されているより低温かつ高ひずみ速度573k,1x10^<-2>s^<-1>で約970%の超塑性伸びが観測された.Al-5.5%Mg-2.2%Li-0.12%Zr合金(1420合金)でも従来の加工熱処理材と比較して低温で著しい高ひずみ速度超塑性を発現することができた.モデル合金のAl-Mg-Sc合金でのECAPプロアセスの最適化により,すべてのひずみ速度領域で従来の報告より大幅に優れた特性が達成できた.ECAP(Equal-Channel-Angular-Pressing)法とは金型中で交差する同じ径の二つの溝孔(Channel)を通して材料を押し出し,溝孔の交差面上で材料に集中的にせん断変形を与えるというきわめて単純なものであり,加工前後で材料の径は変わらないから,原理的にプレス回数,すなわち与えられるひずみ量には制約がなく,バルク状態のままできわめて大きな加工ひずみを蓄積することができるので結晶粒を超微細化することができる.本研究では,金型の設計,プレス温度,プレス速度,また,繰り返しプレス過程で材料を挿入する方向を組み合わせプロセスの最適化を試みた.純Alを用いたモデル実験によれば,同一面上での繰り返しせん断を三次元的に組み合わせると最も少ないプレス数で結晶粒が微細粒化されることがわかり,平均1.2μmの超微細粒が得られた.合金元素を添加すると得られる結晶粒径は小さくなり,3%Mg添加で平均粒径は0.2μmに達する.一方,プレス温度の上昇と共に結晶粒径は大きくなるが組織の熱的安定性は高くなる.超塑性特性発現のためには微細組織の熱的安定性の付与が必要であり,微細粒子の分散あるいは2相化が有効である.Al-6%Cu-0.4%Zr合金(Supral-100A)をECAP加工すると平均粒径が約0.5μmとなり,従来超塑性特性の発現が報告されているより低温かつ高ひずみ速度573k,1x10^<-2>s^<-1>で約970%の超塑性伸びが観測された.Al-5.5%Mg-2.2%Li-0.12%Zr合金(1420合金)でも従来の加工熱処理材と比較して低温で著しい高ひずみ速度超塑性を発現することができた.モデル合金のAl-Mg-Sc合金でのECAPプロアセスの最適化により,すべてのひずみ速度領域で従来の報告より大幅に優れた特性が達成できた.高速超塑性特性の発現には結晶粒の超微細化が必須でありる.ECAP(Equal Channel Angular Pressing)法によれば材料の大きさは加工の前後で変わらず,酸化などの汚染もなく,孔のないバルク状態の超微細結晶粒材料が得られる.プロセスはきわめて単純で,適用できる材料に原理的に制約がなく,従来の材料特性を飛躍的に向上できる可能性がある.純Alについて歪の各段階での組織を電子顕微鏡で解析した結果,結晶粒の微細化は動的再結晶により起こること,せん断方向の組み合わせにより形成される組織が異なり,結晶粒の微細化には繰り返しせん断を三次元的に組み合わせることが最も有効であることが明らかとなった.純Al,Cu,Al-Mg,Al-Zn合金などについて調べた結果,微細粒は達成されたが粒界は準安定状態で,移動抑制粒子がないため容易に粒界移動を起こした.

超塑性特性発現のための基本条件,すなわち,微細粒,固溶強化,組織の熱的安定性を考慮して組織設計を行った結果,673Kと473KでのECAPを組み合わせたAl-Mg-Li-Zr(1420)合金を623Kで引張変形すると,10^<-2>s^<-1>の歪速度で1100%を超える超塑性伸び,10^<-1>s^<-1>の早い歪速度でも900%の伸びが観測され,従来の超塑性特性が大幅に改善されいわゆる高速超塑性特性の達成に成功した.Al-Mg-Sc合金をECAP処理した結果,高速超塑性特性が発現し,ECAP法が高速超塑性特性の発現にきわめて有効であることが明らかとなった.ECAP(Equal-Channel-Angular-Pressing)法とは金型中で交差する同じ径の二つの溝孔(Channel)を通して材料を押し出し,溝孔の交差面上で材料に集中的にせん断変形を与えるというきわめて単純なものであり,加工前後で材料の径は変わらないから,原理的にプレス回数,すなわち与えられるひずみ量には制約がなく,バルク状態のままできわめて大きな加工ひずみを蓄積することができるので結晶粒を超微細化することができる.本研究では,金型の設計,プレス温度,プレス速度,また,繰り返しプレス過程で材料を挿入する方向を組み合わせプロセスの最適化を試みた.純Alを用いたモデル実験によれば,同一面上での繰り返しせん断を三次元的に組み合わせると最も少ないプレス数で結晶粒が微細粒化されることがわかり,平均1.2μmの超微細粒が得られた.合金元素を添加すると得られる結晶粒径は小さくなり,3%Mg添加で平均粒径は0.2μmに達する.一方,プレス温度の上昇と共に結晶粒径は大きくなるが組織の熱的安定性は高くなる.超塑性特性発現のためには微細組織の熱的安定性の付与が必要であり,微細粒子の分散あるいは2相化が有効である.Al-6%Cu-0.4%Zr合金(Supral-100A)をECAP加工すると平均粒径が約0.5μmとなり,従来超塑性特性の発現が報告されているより低温かつ高ひずみ速度の573K,1x10^<-2>s^<-1>で約970%の超塑性伸びが観測された.Al-5.5%Mg-2.2%Li-0.12%Zr合金(1420合金)でも従来の加工熱処理材と比較して低温で著しい高ひずみ速度超塑性を発現することができた.モデル合金のAl-Mg-Sc合金でもECAPプロアセスの最適化により,すべてのひずみ速度領域で従来の報告より大幅に優れた特性が達成できた.