hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微細穴内面の超精密加工技術に関する研究

本年度においては、小径管内面の仕上げ加工を行う目的で新しい加工法ー砥粒を含んだ加工液を管内に流動させ、管を自軸回りに回転させることにより流れに旋回を与え、その際に生じる遠心力をも利用して砥粒を管壁に有効に作用させて行う加工ーを提案した。本加工法は自由砥粒方式で砥粒の大きさや加工液の流動条件(流量、管の旋回度、砥粒濃度、等)を変えることにより、砥粒の運動を制御して表面創成を行おうとするもので、小径管内面の粗加工から仕上加工まで有効であると考えられる。よって、本加工法の加工特性を調べることを本研究の目的とした。まず、観察、計測などに便利な基礎実験装置(管内径φ40mm)を試作し、回転管内における単一粒子の運動を可視化実験と理論解析により調べた。さらに、アルミニウム合金(A5056)を試料(内径φ40mm)にA#46砥粒を用いて、加工液の流量と管の回転数を変えて加工実験を行い、加工量と表面粗さを測定し加工表面の観察を行って考察した。得られた主な結果は次の通りである。1)回転する管内での粒子の運動は、仮定のもとにたてた運動方程式の結果と定性的な一致を得た。2)加工液の流量を増すと、砥粒の運動エネルギが増加して加工量は増える。3)管を回転させることにより遠心力が作用して管壁付近の砥粒濃度が上昇し、砥粒が有効に加工面に作用するため加工量は増加する。しかし、回転を上げすぎると砥粒の運動エネルギが減少して加工量は減る傾向となる。つまり、本加工法には最適加工条件が存在する。4)加工表面の観察より、全ての加工条件において表面は梨地状であり、砥粒の衝突によって生じている。1.実験装置の製作とそれを用いた基礎実験研究計画の一環である実験装置の製作はまず概念設計→装置部品の製作→組立を経て62年10月に完了した.特に本年度は砥粒に旋回を与える旋回発生装置と試料セット部の設計・製作に多大の工夫をこらした.すなわち,旋回発生部は, 2条のねじれ溝を持った円柱を試料セット部入口に配し旋回流を発生させた.本年度の主要な研究課題は旋回流中の砥粒の運動を種々の加工条件下で解析することにあるので試料セット部は外部から砥粒の運動を可視化できるように透明アクリルパイプを使用し,さらに上流部から下流部に向かって穴内面各部の内圧が測定できるよう13個の圧力測定孔を設けた.測定されたデータはのちに実施する下降実験のデータ解析に使用できるようにした.2.砥粒の運動の可視化実験効果上記アクリルパイプ中(加工穴内面想定)の砥粒の運動の様子をプロジェクタからの光をスリットを通して観察した結果,可視化による砥粒の運動の解析が可能でるあことが明らかにされた.3.加工中の穴内面圧力測定結果上記アクリルパイプ中の圧力分布を砥粒番数,砥粒率及び流量を変えて,実測した.その結果,圧力変動部つまり加工むらの生じ易い部分が存在しており,あらかじめ加工条件との関係においてこの部分が予知できることがわかった.4.加工実験結果上記アクリルパイプ中に試料セットし,加工実験を行った.その結果,かなり良好な仕上面が得られた.今年度の実験計画は本報告の1及び2まであるが,ほぼ計画通りの研究ができた.

次年度は本年度の基礎データを基に詳細な加工実験を行う予定である.本年度においては、小径管内面の仕上げ加工を行う目的で新しい加工法-砥粒を含んだ加工液を管内に流動させ、管を自軸回りに回転させることにより流れに旋回を与え、その際に生じる遠心力をも利用して砥粒を管壁に有効に作用させて行う加工-を提案した。本加工法は自由砥粒方式で砥粒の大きさや加工液の流動条件(流量管の旋回度砥粒濃度等)を変えることにより、砥粒の運動を制御して表面創成を行おうとするもので、小径管内面の粗加工から仕上加工まで有効であると考えられる。よって、本加工法の加工特性を調べることを本研究の目的とした。まず、観察、計測などに便利な基礎実験装置(管内径φ40mm)を試作し、回転管内における単一粒子の運動を可視化実験と理論解析により調べた。さらに、アルミニウム合金(A5056)を試料(内径φ40mm)にA#46砥粒を用いて、加工液の流量と管の回転数を変えて加工実験を行い、加工量と表面粗さを測定し加工表面の観察を行って考察した。得られた主な結果は次の通りである。1)回転する管内での粒子の運動は、仮定のもとにたてた運動方程式の結果と定性的な一致を得た2)加工液の流量を増すと、砥粒の運動エネルギが増加して加工量は増える。3)管を回転させることにより遠心力が作用して管壁付近の砥粒濃度が上昇し、砥粒が有効に加工面に作用するため加工量は増加する。しかし、回転を上げすぎると砥粒の運動エネルギが減少して加工量は減る傾向となる。つまり、本加工法には最適加工条件が存在する。4)加工表面の観察より、全ての加工条件において表面は梨地状であり、砥粒の衝突によって生じている。
遷移金属窒化物中で実現する６配位窒化ケイ素：新規高硬度材料の実現へ

硬質薄膜材料の代表であるTiN薄膜に、第三元素としてSiを添加したTi-Si-N薄膜は、TiN結晶内へのSi固溶が明らかではない。パルスレーザー堆積法でMgO基板上にエピ成長させた薄膜を作製し、次の知見を得た。Siの添加量を調整した結果、SR=0-15%のTi-Si-N薄膜がエピ成長していた。SiはTiN結晶内に固溶つまりSiが6配位状態で存在していることが示唆された。硬度は最大で56.9GPaであった。XPSでは、Si-N結合起因の102 eVのピークが得られ、これまでa-SiNXだと思われていたピークと同じ位置であり、固溶状態においても同様のピークを示すということになる。硬質薄膜材料の代表であるTiN薄膜に、第三元素としてSiを添加したTi-Si-N薄膜は、硬度が向上するとして研究が盛んに行われている。高硬度化要因はSiが固溶できないためにナノコンポジット化し、結晶粒径の減少が理由とされている。これは、SiがNに対して4配位の結合をしやすいことと、Ti-Si-N中の結晶相が非常に微細であることからTiN結晶内へのSi固溶が明らかにできないためである。XPSのピークシフトから非晶質相のSiNXの存在およびSi固溶の否定を結論づけている。一方で、超高圧合成法で報告されているスピネル型構造Si3N4における一部のSiは、窒素に対して6配位で結合している。このことから、同じく6配位のTiN中にもSiが固溶できる可能性がある。そこで本研究ではSi添加TiN中のSiの存在形態の解明を目的とした。TiとSiのターゲット面積比SR (=Si/(Ti+Si))を0-25%で変化させてSiの添加量を調整した結果、X線回折と電子線回折から、SR=0-15%のTi-Si-N薄膜がエピ成長していた。Siを添加した状態でも薄膜が単結晶ライクで第2相が観察できないことから、SiはTiN結晶内に固溶つまり通常では4配位状態をとるSiが6配位状態で存在していることが示唆された。硬度はSR=10%において、最大で56.9GPaであった。SR=15%のXPSでは、Si-N結合起因の102 eVのピークが得られ、これまでa-SiNXだと思われていたピークと同じ位置であり、固溶状態においても同様のピークを示すということになる。一般のTi-Si-NにおけるXPS結果は、(Ti,Si)N中のSi-N結合起因のピークという解釈が妥当だと考えられる。材料科学
代替財と補完財を同時に競売するためのオークションデザインに関する研究

複数の代替財と補完財を同時に効率的な競売する動的なオークションメカニズムを提案し、その性能を吟味し、情報効率性とユーザーの便利性の観点から検討した。この研究はオークション理論と一般均衡理論に対して大きな学術的な意味がある。研究結果の大部分は国際的に有名な雑誌に発表された。特に、その一部は経済学に国際的に評価が極めて高い雑誌「Econometrica」に2009年に発表された。今年度の研究実績はおおむね以下の四点に要約できる。1.価格が一定の範囲で制約されている複数財を同時に競売するための動的オークションメカニズムを提案し、その収束性と性能について考察した。この研究はオークション市場の効率性、安定性及び入札者の共謀防止に重要な意味がある。内容は雑誌論文の1番のEconomicsLetters(アメリカ)に掲載予定である。3.複数の人の参加する経済活動についてどのような提携が形成されるか、提携の利得(コスト)がメンバーの間にどのように分配されるかに対して初めに一般的な解法を提案した。内容は雑誌論文の3番のJournal of Mathematical Economics(アメリカ)に掲載予定である。4.複数の代替財と補完財を同時に効率的な競売するオークションメカニズムを提案し、情報効率性とユーザーの利便性の観点から検討した。この内容は国際的に評価が高い経済学会(Econometric Society Meeting,アメリカ)に発表されており、雑誌(Econometrica)に審査中である。今年度の研究実績はおおむね以下の3点に要約できる。1.複数の代替財と補完財を同時に効率的な競売する動的なオークションメカニズムを提案し、その性能を吟味し、情報効率性とユーザーの便利性の観点から検討した。内容は雑誌論文の一番として経済学に国際的に評価が極めて高い「Econometrica」に掲載予定である。2.価格が一定の範囲で制約されている複数財を同時に競売するための動的なオークションメカニズムを開発し、その収束性と性質について考察した。内容は雑誌論文の2番のEconomics Lettersに掲載した。3.経済、経営、生産計画、システム設計など様々な分野において現れる問題はしばしば非線形相補性問題として定式化される。非線形相補性問題に対して、これまでに連続性という仮定の下でその性質に関する多くの解析がなされてきた。ところが、現実に連続性を満たさない場合は極めて多い。下記の雑誌論文の3番の「Mathematics of Operations Research」に掲載している研究は初めて連続性を使わずに離散非線形相補性問題を考察し、解の存在性と安定性を調べた。本研究は経済学と経営学上の現実問題を解決するための重要な分析道具となることが期待できる。
経験マイニング : Web文書からの個人の経験の抽出と分類

商品やサービスなど,指定されたトピックに関連する個人の経験の記述をWeb文書集合から収集し,述語項構造に基づく表現形式に構造化するとともに,事態タイプ(ポジティブ/ネガティブな出来事・状態,入手・利用等の行為など)や事実性情報(当該事態の時間情報とそれに対する話者態度)といった意味情報を解析する経験マイニングを開発した. 20年度の具体的成果は次の4点である.(1)評価極性知識獲得の大規模実験:事態タイプのうち,とくに「遅刻する,炎症が治まる,錆が出る」など,評価極性を持つ出来事に関する知識の獲得に注力し,大規模なWeb文書コーパスからこれを獲得する実験を行った.その結果,コーパスのサイズを大きくすると,獲得できる知識の精度,カバレッジともに劇的に向上に,最終的に1.6億文のコーパスから75以上のカバレッジを85以上の精度で獲得できることが確かめられた.(2)事実性解析モデルの洗練:事実性解析については, 2007年度の成果をベースに,事実性タグ体系の見直しと訓練データの拡張を行った.また,文中で隣接する事態表現の事実性の間に依存関係があることに着目し,これをFactorial CRFでモデル化することによって解析精度を向上させることができた.(3)公開デモサイト「みんなの経験」の開発:以上の成果を利用し,文書集合から実際に経験情報を抽出し,データペース化するシステムを開発するとともに,これを最近1年半分のプログ記事(約1億5千万記事)に適用し,約5千万件の経験情報からなる経験データベースを構築した.このデータベースは,今年度新たに開発した公開デモサイト「みんなの経験」で検索できるようになっている.同サイトは,プログデータの利用契約の締結に時間を要したが, 2008年12月上旬に無制限一般公開できる運びになっている.(4)民間への技術移転:大手Webポータルサイト「@nifty」を運営するニフティ株式会社と連携し,同社のサービス業務に経験マイニングの技術を導入する準備を進めた.商品やサービスなど,様々な事物(トピック)に関る個人の経験を広くWeb文書集合から抽出し,データベース化する技術を開発する.具体的には,指定されたトピックに関連する個人の経験の記述をWeb文書集合から収集し,述語項構造に基づく表現形式に構造化するとともに,事態タイプ(ポジティブ/ネガティブな出来事・状態,入手・利用等の行為など)や事実性情報(当該事態の時間情報とそれに対する話者態度)といった意味情報を解析する。これにより,Web上に散在する膨大な数の個人の経験が意味的な索引とともにデータベース化され,〈トラブル〉や〈要望〉といった意味による柔軟な検索が可能になる.19年度は課題全体の設計を行うとともに,次の3点で成果を得た.(1)事実性解析:まず複数のトピックに関するブログ記事を人手で分析することによって,タスクの要件を洗い出し,テンス・アスペクトの一般化である時間情報とモダリティの一般化である態度情報の解析の組み合わせからなる課題を設計した。つぎに,約4千件の訓練事例を作成し,factorial CRFにより一定の精度で解ける見込みを得た.(2)事態タイプ分類:事態タイプの中核となる評価極性,とくに名詞の評価極性をコーパスから自動獲得する実験を行い,既存の方法を大幅に改善できることを示した.(3)応用システム:以上の成果を利用し,経験に基づくブロガー検索システムを開発した.このシステムは,特定の商品に関する人々の経験を〈興味あり〉〈買った〉〈満足〉などの経験クラスで検索し,結果をブロガー単位で表示する.例えば「iPod touchに興味を持っている人」,「実際に買った人」,「満足している人」を集めることができ,マーケティング等の情報源として有効活用できると考えている.商品やサービスなど,指定されたトピックに関連する個人の経験の記述をWeb文書集合から収集し,述語項構造に基づく表現形式に構造化するとともに,事態タイプ(ポジティブ/ネガティブな出来事・状態,入手・利用等の行為など)や事実性情報(当該事態の時間情報とそれに対する話者態度)といった意味情報を解析する経験マイニングを開発した. 20年度の具体的成果は次の4点である.(1)評価極性知識獲得の大規模実験:事態タイプのうち,とくに「遅刻する,炎症が治まる,錆が出る」など,評価極性を持つ出来事に関する知識の獲得に注力し,大規模なWeb文書コーパスからこれを獲得する実験を行った.その結果,コーパスのサイズを大きくすると,獲得できる知識の精度,カバレッジともに劇的に向上に,最終的に1.6億文のコーパスから75以上のカバレッジを85以上の精度で獲得できることが確かめられた.(2)事実性解析モデルの洗練:事実性解析については, 2007年度の成果をベースに,事実性タグ体系の見直しと訓練データの拡張を行った.また,文中で隣接する事態表現の事実性の間に依存関係があることに着目し,これをFactorial CRFでモデル化することによって解析精度を向上させることができた.(3)公開デモサイト「みんなの経験」の開発:以上の成果を利用し,文書集合から実際に経験情報を抽出し,データペース化するシステムを開発するとともに,これを最近1年半分のプログ記事(約1億5千万記事)に適用し,約5千万件の経験情報からなる経験データベースを構築した.このデータベースは,今年度新たに開発した公開デモサイト「みんなの経験」で検索できるようになっている.同サイトは,プログデータの利用契約の締結に時間を要したが, 2008年12月上旬に無制限一般公開できる運びになっている.(4)民間への技術
1分子追跡用新規蛍光ナノ粒子の開発と、クラスリン被覆ピットのシグナル機構の解明

全く退色とブリンキングのない蛍光性のシリコンナノ粒子で、細胞膜上の受容体を特異的に標識し、クラスリン被覆ピットから細胞内に取り込まれる瞬間を1分子レベルで可視化することに成功した。より多種のターゲット分子をナノ粒子で標識するために、酵素タグに対するリガンドによる表面修飾法の開発をおこなった。ミリ秒オーダーの受容体間の会合や、シグナル分子との複合体形成の素過程を検出するための、高感度・高速カメラを開発し、0. 1ミリ秒時間分解能でのシグナル受容体の1分子運動追跡に成功した。本研究の目的は、「新規蛍光性シリコンナノ粒子を、我々の1分子観察技術と組み合わせ、生細胞の1蛍光分子イメジング技術に劇的な改善をもたらす」こと、それにより、「細胞膜上のクラスリン被覆ピットと呼ばれるナノドメインの形成機構とシグナル伝達プラットフォームとしての作動機構を解明する」ことである。平成21度は、1.親水性表面処理と生体分子への結合方法を開発する。2.プローブの特性解析をおこなう。3.細胞膜上の受容体を特異的に標識し、長時間の1蛍光分子追跡をおこなう。ことを目標とし、以下の成果を得た。1に関しては、1-(1).化学エッチングの条件と、シリコンウエハーからのナノ粒子の回収方法を工夫し、直径1.9nmの青色ナノ粒子の収量を大幅に改善した。1-(2).ナノ粒子表面上の水素原子をアリルアミンで置換することにより、親水性表面処理をすると同時にアミノ基を導入できるようになった。1-(3).より広く使用できる生体分子の標識方法として、HaloTag融合タンパク質にナノ粒子を結合させる方法を検討した。2に関しては、ナノ粒子表面のアミノ基にHaloTagリガンドを共有結合させ、HPLCで精製できる条件を得て、HaloTag融合タンパク質を発現した細胞だけに、ナノ粒子-HaloTagリガンドが結合することを確認した。3に関しては、長時間観察に加えて、受容体とシグナル分子の短時間(1-100ミリ秒)の結合を検出するための高速観察も重要であることがわかってきた。そのために必要な、高感度・高速カメラを開発し、細胞膜上の受容体分子、脂質分子の1分子運動を、0.1ミリ秒の時間分解能(毎秒10,000コマ)で追跡することに成功した。本研究の目は、「新規蛍光性シリコンナノ粒子を、我々の1分子観察技術と組み合わせ、生細胞の1蛍光分子イメジング技術に劇的な改善をもたらす」こと、それにより、「細胞膜上のクラスリン被覆ピットと呼ばれるナノドメインの形成機構とシグナル伝達プラットフォームとしての作動機構を解明する」ことである。平成22年度は、1.親水性表面処理と生体分子への結合方法を改善する。2.細胞膜上の受容体(Gタンパク質共役受容体;GPCR)を特異的に標識し、1分子追跡をおこなう。3. CCPの受容体選別機構を調べる。1に関しては、1-(1).トランスフェリン分子(トランスフェリン受容体に対するリガンド)を表面に共有結合した赤色ナノ粒子(直径4nm)の水中での蛍光強度は9時間経過しても80%維持されること、受容体への結合特異性は6時間経過しても失われないこと、を確認した。1-(2).HaloTagリガンドを共有結合したナノ粒子をプローブとして確立し、細胞膜上のHaloTagタンパク質融合受容体をターゲットとすると、より多くの種類の生体分子の特異的標識が可能になる。HaloTagリガンドを結合した青色ナノ粒子(直径2nm)の蛍光強度が20時間以上経過しても70%以上維持されることを確認した。2に関しては、GPCR(フォルミルペプチド受容体)のモノマー/ダイマー2次元平衡定数、および受容体間の結合/解離の時定数を1分子蛍光イメジング法で定量する方法を確立した。解離の時定数は約90ミリ秒と非常に短いこと、また、刺激後のシグナル分子のリクルート時間も100ミリ秒程度以下の短時間であることが予想されることから、高感度・高速(0.1ミリ秒時間分解能)観察のための装置、運動の定量解析のための手法の開発を進めた。これらに基づき、3のプロジェクトを現在進めている。本研究の目的は、「新規蛍光性シリコンナノ粒子を利用した1蛍光分子追跡により、細胞膜上のクラスリン被覆ピット(CCP)と呼ばれるナノドメインの形成機構と、シグナル伝達プラットフォームとしての作動機構を解明する」ことである。平成23年度は、Gタンパク質共役受容体(GPCR)をはじめとする、様々なシグナル受容体をシリコンナノ粒子で標識する方法を確立し、「CCP毎に集積するシグナル受容体の種類は選別を受けるのか、CCPへの集積前後で受容体にリクルートされる分子が変化することにより、機能調節を受けるのか」を検証することを目標とし、以下の成果を得た。

(1)シリコンナノ粒子の1分子プローブとしての汎用性を高めるため、酵素タグ(HaloTag)に対するリガンドを共有結合した粒子を作製し、CHO-K1細胞に発現させたHaloTag融合受容体(Halo-GPI)を特異的に標識することに成功した。しかし、GPCRに関しては、細胞外にHaloTagを融合した状態で細胞膜に発現させることが困難であったため、1分子追跡には至らなかった。(2)アクチン膜骨格の仕切りが入った細胞膜上での、受容体1分子の拡散運動(ホップ拡散)と、CCPへの集積を正しく評価するためには、ミリ秒以上の高時間分解能での高感度・高速1分子追跡技術、および、ドメインあたりの滞在時間の定量解析法を開発する必要があった。開発の結果、有機蛍光色素(Cy3,TMR)で標識したシグナル受容体(GPIアンカー型タンパク質Thy1、EGF受容体)の、0.1ミリ秒時間分解能における1分子追跡に成功した(世界初)。特に、EGF受容体に関しては、リガンド(EGF)刺激前後でのドメインあたりの滞在時間の変化を評価し、刺激後は、シグナル複合体形成により、膜骨格のコンパートメントに刺激前の約1.5倍長く滞在することがわかった。
AE法及びレーダ探査による文化財の生物劣化の非破壊診断と保存処理の監視技術

AEおよび電磁波レーダを用いた歴史的建造物の腐朽および虫害などの劣化状況の非破壊診断方法について、実験や調査をもとに測定装置、測定条件と診断性能との関係を総括し、個々の診断技術と総合的な劣化診断評価技術をとりまとめた。AEを用いたシロアリなど虫害の非破壊検出の手法を確立し、これと他の非破壊・破壊検査とを統合し、総合的な生物劣化診断の手法を確立した。さらに今回電磁レーダによる欠点検出技術をベースに、より精度の高い電磁波診断技術を開発した。従来に比べて短波長の電磁波を用いることにより、木材内部の欠陥や材質をより詳しく評価できることを明らかにした。出土木材の乾燥やPEG等の保存薬剤含浸などの処理中に発生するAEの検出実験から、乾燥過程やPEG処理の条件変化に伴う材料の状態変化に由来するAEを検出することができた。また木材乾燥過程における水分移動に関して有限要素法を用いて理論的考察を行った。以上の成果をとりまとめ、学会発表、論文投稿や特許出願を行った。本年度は以下の調査および研究を行った。1.歴史的木造建築物として備中松山城(岡山県高梁市)および功山寺(下関市)において、腐朽およびシロアリなどによる虫害の調査を行った。また一般木造民家(岡山県児玉、兵庫県宝塚市および和歌山県貴志川町)においてシロアリ食害調査を行った。特に後者については、近年問題になりつつある外来種であるアメリカカンザイシロアリの被害について調査した。さらに外来種であるネバダオオシロアリの分布調査を兵庫県川西市で行った。また鳥居の劣化調査を伏見稲荷大社(京都市)で行った。2.木材の腐朽程度を測定する装置として、ドリル穿孔抵抗を測定する装置を開発し、これを小型電動ドリルに取り付け、穿孔抵抗測定実験を行った。抵抗値と密度や材質などとの関連を明らかにした上で、この装置を用いた腐朽程度の評価の可能性を検討中である。3.出土木材のPEG保存処理、恒温乾燥および真空凍結乾燥中に発生するAEの検出実験を行った。乾燥条件、AE計測条件、試料の種類とAEの消長との関係を明らかにし、各処理におけるAE発生のメカニズムを検討した。4.電磁波レーダを用いた木材内の空洞や高含水率部位の検出実験を行い、検出可能な空洞の規模とレーダ装置の性能との関係、反射波の特徴と内部欠点の種類との関係を明らかにした。5.建設リサイクル材料である汚泥固化破砕材を用いたシロアリの物理的バリアの性能を実験室および木質住宅において検討した。歴史的建造物の腐朽および虫害の発生状況を調査した。国宝および重要文化財を含む神杜仏閣など15件について、目視・打診・触診による劣化調査、組織培養など生物学的・化学的手法による診断、軽微な破壊を伴う診断を行い、劣化の発生状況を調査した。その上で、本研究で開発したAEモニタリング、レーダ探査や穿孔抵抗測定装置の劣化診断への適用性を検討し、改良点を抽出した。また建造物の保存修理に先立つ劣化診断の手法を一般するための資料収集や調査を継続して行ってきた。さらに劣化による材料の強度低下の評価方法を検討し、有限要素法を用いた構造解析によって建造物の強度性能や安全性を評価するための手法を検討した。出土木材の乾燥や保存処理中に発生するAEの検出実験を昨年に引き続いて行い、処理プロセスとAEの消長との関連を検討した乾燥過程やPEG処理の条件変化に伴う材料の状態変化に由来するAEを検出することができた。その再現性を検討中である。以上の研究成果を取りまとめて、関連学会で発表するとともに、学会誌への投稿準備を行った。AEおよび電磁波レーダを用いた歴史的建造物の腐朽および虫害などの劣化状況の非破壊診断方法について、過去2年間に実施した実験や調査をもとに測定装置、測定条件と診断性能との関係を総括し、個々の診断技術と総合的な劣化診断評価技術をとりまとめた。劣化診断の手法を、その目的や手法に応じて、3段階に分け、目視・打診・触診による劣化調査、組織培養など生物学的・化学的手法による診断、軽微な破壊を伴う診断を含めて、総合的な診断技術のマニュアル化を行った。従来に比べて短波長の電磁波を用いることにより、木材内部の欠陥や材質をより詳しく評価できることが明らかになった。

出土木材の乾燥や保存処理中に発生するAEの検出実験を昨年に引き続いて行い、処理プロセスとAEの消長との関連を検討した。乾燥過程やPEG処理の条件変化に伴う材料の状態変化に由来するAEを検出することができた。また木材乾燥過程における水分移動に関して有限要素法を用いて理論的考察を行った。以上の研究成果を取りまとめて、関連学会で発表するとともに、学会誌への投稿準備を行った。
高強度・高弾性繊維強化複合材料の苛酷複合環境強度に関する基礎的研究

高強度・高弾性繊維強化樹脂基複合材料の引張破壊・疲労強度特性に及ぼす電子線照射効果,真空環境効果,衝撃損傷に及ぼす水環境効果,電子線照射環境効果について検討した。電子線照射により,樹脂が硬化されるとともに繊維/樹脂界面強度が上昇して,斜交強化材や一方向強化材の繊維直角方向強度に大きな影響を与えることを明らかにした。また,アラミド繊維強化エポキシ樹脂基複合材料は,大気中強度に比べて真空中強度が低下すること,また,真空環境よりさらに大気中に環境を変動することによりさらに強度が低下することを示した。併せて,アラミド単繊維の機械的性質に及ぼす水環境・真空環境効果について検討を加え,吸水あるいは真空環境にさらすことにより単繊維の強度が低下し,また,真空環境中に放置した後,空中に環境を変動することにより,さらに強度が低下することを明らかにし,繊維強度と複合材強度の関連を考察した。併せて,原子間力顕微鏡による原子オーダの繊維表面の3次元形状を評価して,損傷と変形機構について検討を加え,ナノメータオーダの繊維損傷を初めて可視化することに成功し,吸水と真空環境に放置することにより,「ふくれ」と「溝」状のナノメータオーダの損傷が生じて,繊維スプリッティングが促進されて強度が低下することが主因でることを示した。また、耐衝撃損傷特性に及ぼす繊維種類(炭素繊維,アラミド繊維)とマトリックス樹脂(エポキシ樹脂,PEEK樹脂)の影響を検討するとともに,吸水による耐衝撃特性について検討した。さらに,ウィスカ強化アルミニウム,アルミナ繊維強化アルミニウムの強度特性におよぼす真空環境,高温環境,引張・ねじり組合せ負荷の影響を検討を加えた。本年度は,高温硬化型炭素繊維強化エポキシ樹脂基複合材料の処女材(未照射材)および電子線(宇宙環境に相当する10^9rad)を照射した試験片の引張破壊特性と片振り疲労試験を,大気中で実施した。用いた試験片は,一方向積層強化材の繊維方向([0°]強化材),繊維横方向([90°]強化材),および斜交積層強化材([±45°]強化材)である。電子線照射により,樹脂の硬化されるとともに繊維/樹脂界面強度が上昇して,[90°]強化材の弾性係数および破断強度は未照射材に比べて上昇すること,また,[±45°]強化材では,樹脂の硬化と界面強度が上昇して降伏強度が電子線照射により上昇するとともに,層間強度が上昇して破断強度も上昇することを明らかにした。一方,[0°]強化材では,電子線照射による機械的特性に及ぼす影響はほとんど見られなかった。疲労特性について見ると,[±45°]強化材では,引張破壊特性と同様に,電子線照射により疲労寿命が上昇し,この上昇はとくに低応力域で顕著であることを示した。一方,[0°]強化材では,電子線照射の疲労寿命に及ぼす影響は小さかった。さらに,炭素繊維強化PEEK樹脂基複合材の[±45°]強化材の破壊と疲労に及ぼす水環境効果について検討を加え,エポキシ樹脂をマトリックスとする複合材料と比較して,吸水量は極めて小さいこと,また,引張強度に及ぼす吸水効果はほとんど観察されないが,疲労強度は吸水により大きく低下することを明らかにした。さらに,アコースティックエミッション信号の振幅・周波数・持続時間などの複数AEパラメータ評価を行うとともに,荷重負荷・疲労試験の途中で試験を中断する中断試験を実施して,超音波顕微鏡による界面・層間損傷観察,および低真空型走査電子顕微鏡による破面観察を行い,破壊機構に及ぼす電子線照射環境効果について総合的に検討した。本年度は,アラミド繊維強化エポキシ樹脂基複合材料の真空,真空・空中環境変動効果について検討を加えた。一方向強化

エポキシ樹脂基複合材料の繊維方向および繊維直角方向の真空中引張強度は,空中放置材の空中引張強度に比べて低下すること,また,真空に放置したのち空中に環境を変動することによりさらに強度が低下するを明らかにした。また,疲労強度は,引張強度特性を反映して、単寿命域では空中疲労強度よりの真空中疲労強度が低下するとともに,真空・空中環境変動を受けた複合材の空中疲労強度はさらに低下することを示した。しかし,高寿命域では,真空中疲労強度のほうが、長時間真空中にさらすことによる繊維の劣化により,逆に真空・空中環境変動を受けた複合材の空中疲労強度よりも強度の低下が見られることを示した。さらにアラミド単繊維の機械的性質に及ぼす水環境・真空環境効果について検討を加え,単繊維の強度は,吸水あるいは真空環境にさらすことにより引張強度が低下すること,また,真空環境中に放置した後,空中に環境を変動することにより,さらに強度が低下することを明らかにし,繊維強度と複合材強度の関連を考察した。併せて,原子間力顕微鏡による原子オーダの繊維表面の3次元形状を評価して,損傷と変形機構について検討を加え,ナノメータオーダの繊維損傷を初めて可視化することに成功し,吸水と真空環境に放置することにより,「ふくれ」と「溝」状損傷が生じて,繊維スプリッティングが促進されて強度が低下することを明らかにして,アラミド繊維強化エポキシ樹脂基複合材料の真空中引張・疲労強度の劣化機構を明らかにした。
水素投与の脳保護作用:エネルギー代謝に関するNMRおよびESRによる検討

目的は、水素ガスの脳保護作用とフリーラジカルの関係を検証し、水素ガス投与が脳のエネルギー代謝にどのように影響するかを明らかにすることである。エダラボンは臨床で良く用いられているラジカル捕捉剤である。同一実験系で水素ガス(4%50%)とエダラボン(105000μM)のEC_<50>を算出した。水素ガスはラジカル捕捉能が見られずEC_<50>の算出は不可能であった。一方、エダラボンのEC_<50>は705μMであった。平成21年度の結果と合わせ「水素ガスがラジカル捕捉能を持ち、それにより神経細胞保護作用を及ぼす」という説は支持できない。ラットの脳スライスを凍結破砕し抽出を行い、^1H-NMRおよび^<31>P-NMRを行った。虚血再灌流モデルを用いて、虚血再灌流負荷前後の代謝物の測定を行った。4%および8%水素投与群とコントロール群の比較(Tukey多重比較)をした。N-アセチルアスパラギン酸の負荷後/負荷前比は、それぞれ77.1%, 61.4%, 69.3%であり、8%水素投与群は4%水素投与群より有意に回復が悪かった(補正p=0.O11)。γ-アミノ酪酸や「クレアチンとホスホクレアチン(PCr)」も、8%水素投与群は4%水素投与群より有意に回復が悪かった(補正p=0.022, 0.035)。その他、^1H-NMRでコントロール群と有意差のある群は見られなかった。^<31>P-NMRによる、PCr測定では8%水素投与群と4%水素投与群に有意差は見られなかった。β-ATPは、それぞれ53.8%, 60.6%, 54.1%であった(有意差なし)。平成21年度の結果と比較して、抽出物の実験でもβ-ATPの様に同様の傾向は見られている。水素ガスは神経保護効果を及ぼす程のラジカル捕捉能があるとは言えないが、4%では神経保護作用があり、8%を超えると神経細胞に障害を与える可能性を考えなくてはならなくなった。ニューロンは内部にヒドロキシラジカルの強い捕捉剤となるグルコースを少なくとも1mM程度持っていると考えられ、これと63.8ng/mlの水素ガス含有液のラジカル捕捉能を比較した。コントロールとのESR信号相対値で、水素97%、グルコース89%で有意にグルコースの捕捉能が勝った(p<0.05)。また、ラットの脳スライスを用いて、^<31>P-NMRによる高エネルギーリン酸化合物の測定を行った。現在、様々なモデルで検討中であるが、虚血再灌流モデルと高カリウム負荷モデルの結果を示す。水素投与群と非投与群の2群に分けた。前者のモデルにおいて、負荷後12時間のγ-ATPレベルは水素投与群の方が有意に高かった(p<0.05)。後者のモデルにおいて、負荷直後のクレアチンリン酸レベルは水素投与群の方が有意に高かった(p<0.05)。後者のモデルでは、負荷をかけても最終的には高エネルギーリン酸化合物は負荷前と同じ程度まで回復しており、細胞傷害を起こすほどのヒドロキシラジカルの発生はないと考えられる。この実験により水素ガスがヒドロキシラジカルを捕捉して脳保護作用を及ぼすと考えるには捕捉能が弱すぎる点、水素ガス投与がラジカルがあまり関与していない環境下でもエネルギー代謝に影響を及ぼしている可能性がある点を考慮して今後の実験をすすめる予定である。

β-ATPは、それぞれ53.8%, 60.6%, 54.1%であった(有意差なし)。平成21年度の結果と比較して、抽出物の実験でもβ-ATPの様に同様の傾向は見られている。水素ガスは神経保護効果を及ぼす程のラジカル捕捉能があるとは言えないが、4%では神経保護作用があり、8%を超えると神経細胞に障害を与える可能性を考えなくてはならなくなった。
原始連星系円盤の質量降着期の研究

観測によると、生まれたばかりの星に付随する星周物質はディスク形状をしていることが分かってきた。典型的なディスクのサイズは数千AU程度である。ディスク内のガスの物理状態を詳しく調べることにより、このディスクは非常にゆっくりと回転しながら中心に向かって動的収縮をしていることも明らかになってきた。このようなディスク状星周エンベロープは、その中心部で起こる連星系形成に大きな影響を及ぼすと期待される。本研究ではまず、動的降着を続けるディスク状星周エンベロープの形成および進化過程を数値シミュレーションによって調べた。従来の研究では、数値計算の技術的困難から、分子雲コア内で原始星が形成される以前の進化(星なしコア段階)が重点的に調べられてきた。本研究では、原始星形成後の進化を調べるためにsink-cell法を開発した。この方法を用いることにより、ディスク状星周エンベロープの進化(原始星形成期)を非常に進化の進んだ段階まで追跡することに成功した(典型的な計算では、分子雲コアの全質量の9割が中心部に降着する段階まで追跡した)。その結果、星形成領域に際だって多い、細長い分子雲コアが重力収縮すると、空間的に広がった動的降着するディスク状星周エンベロープ(半径数千AU)が自然に形成されることが明らかとなった。さらにガス円盤は動径方向に収縮を続け、中心部に連星の母体となる回転平衡円盤を形成することが分かった。この結果は、査読付雑誌に投稿中である。
骨改造機構における骨芽細胞と骨髄細胞の相互作用因子の解析

前年度の本研究で,骨芽細胞と骨髄細胞をcoーcultureすると骨髄細胞からMacー1^+LFAー1^+細胞がクロ-ナルに増殖し,かつ,骨芽細胞のALPase活性が抑制されることを明らかにした.平成2年度は,これらの細胞から産生される因子の性状を解析すると共に,骨芽細胞とcoーcultureした骨髄細胞に活性型Vit.D_3を用いて破骨細胞の誘導を試み,以下のような結果を得た.1.骨芽細胞と骨髄細胞とのcoーculture上清にみられるMacー1^+LFAー1^+細胞増殖因子とALPase活性抑制因子を詳細に検討すると,Macー1^+LFAー1^+細胞増殖因子は骨芽細胞のみの培養上清にも認められたが,ALPase活性抑制因子は骨芽細胞と骨髄細胞のcoーculture上清にのみ示された.2.両細胞のcoーculture上清を限外濾過膜で濃縮後,ICー2cell(GMーCSFとILー3に依存して増殖するクロ-ン細胞)に添加培養し,DNA合成により調ベたが,有意なGMーCSFもしくはILー3活性は認められなかった.3.濃縮液を培養直後と7日間培養後の骨芽細胞に添加して経日的に細胞内ALPase活性を測定したところ,骨芽細胞のALPase活性抑制因子は,ALPase活性を阻害するものではなく,新たに合成されるALPaseを抑制することが示唆された.4.骨芽細胞とcoーcultureした骨髄細胞に活性型Vit.D_3を添加して培養すると多核のTRーACPase陽性の破骨細胞様細胞が形成された.以上の結果より,破骨細胞の誘導機構には骨芽細胞と骨髄細胞の相互作用が密接に関与していることが明らかになった。1.骨芽細胞とco-cultureした骨髄細胞では、培養3日目から細胞数およびDNA合成の著明な増加が認められた。2.骨芽細胞とco-cultureした骨髄細胞をFACS(傾向活性化自動細胞解析装置)で解析すると、増殖した細胞はMac-1およびLFA-1抗原陽性細胞であった。また、Mac-1およびLFA-1抗原陽性細胞の分画は近似し、両分抗原を保有した細胞が増殖したことを示していた。3.骨芽細胞のALPase活性は骨髄細胞とのco-cultureにより明らかに抑制された。4.骨芽細胞と骨芽細胞から産生される因子の産生には、何らかのタンパク合成の過程が関与していた。以上の結果より、骨芽細胞と骨髄細胞から両細胞の分化機能をコントロ-ルする因子が相互に産生されることが明らかになった。このことより、生理的な骨改造のメカニズムにはこれらの相互作用因子による制御機構が働いていると考えられた。歯科矯正学分野では,骨のダイナミックな特性を利用して,顎顔面部の成長発育の制御を試みたり歯の移動等を行っているが,生理的な骨改造機構の詳細な機序については未だ不明な点が多い。特に骨形成と骨吸収を制御していると考えられている骨芽細胞と骨髄細胞の相互作用因子についての知見は少ない。そこで,マウスの骨芽細胞(1×10^5 cells)と骨髄細胞(1×10^6 cells)をMillicell(Millipore社)を介してcoーcultureすることにより,骨改造機構におけるこれらの細胞の分化と増殖に対する相互作用因子の影響を調べた.その結果,骨芽細胞とcoーcultureした骨髄細胞では,培養3日目から細胞数およびcellular DNA合成の著明な増加が認められた.また,4日間骨芽細胞とcoーcultureした骨髄細胞を細胞分化抗原のモノクロ-ナル抗体を用いてFACSで解析すると,増殖た細胞はMacー1およびLFAー1抗原陽性細胞であり,しかもこの細胞群より多数の破骨細胞が形成された.

次に,骨芽細胞のALPase活性は,骨髄細胞とのcoーcultureにより培養3日目から明らかに抑制された.以上の結果より,骨芽細胞と骨髄細胞は両者の分化機能をコントロ-ルする因子を相互に産生していることがわかった.このことより,生理的な骨改造機構は骨芽細胞と骨髄細胞の相互作用因子により制御されていることが示唆された.
生体防御に重要な転写因子IRFに制御される遺伝子群とその相互作用

1.IRF-1標的遺伝子としてDifferential Display法を用いてlysyl oxidase遺伝子を同定した。この遺伝子は癌抑制遺伝子として機能することが知られておりIRF-1の発現との相関があることからIRF-1の癌抑制能の一端を担う可能性が示唆された。またIce遺伝子がIRF-1標的遺伝子となり脾臓におけるT細胞のアポトーシスに関わることが判明した。2.IRF-1と直接相互作用する因子として核小体蛋白B23が同定された。この因子はIRF-1のDNA結合部位に作用することでIRF-1の機能をantagonizeし癌遺伝子として機能することが明らかとなった。3.IRFファミリーの1つであるp48(ISGF3γ)遺伝子欠失マウスの解析より、この因子は従来type I IFNシグナルにおいて必須であることが知られていたが、type II IFNシグナルにおいても必須でありさらにtype IIFN産生にも重要な役割を果たすことがわかった。IRF-1標的遺伝子の検索及び相互作用する因子の同定、単離に関しては上記のように興味深い知見が順調に得られたと考える。しかしIRF-1/IRF-2欠失マウス由来細胞において新たに同定した転写因子IRF-3の精製は少量かつ不安定な蛋白であるために困難の極めている。そこでIRF-3の認識する配列が他のIRFファミリーと類似しているので新たなIRFファミリーの有無を遺伝子レベルから同定することも検討している。
バイオバンク・ジャパンサンプルに対する全ゲノムデータの構造的解析

理化学研究所統合生命医科学研究センター基盤技術開発研究グループにおいてIllumina OmniシリーズのSNP arrayによって生成された171,979人、884,948 SNPsからなる全ゲノムSNP遺伝型データについて、同センター統計解析研究チームにおいてQuality Controlを実行して作成された高精度全ゲノムSNP遺伝型データを受領し、解析を開始した。このレベルのデータを取り扱うにあたって、購入した計算機の持つメモリの範囲で解析が可能となるようにデータを読み込むプログラムの作成を行った。その際、LAPACKやEIGENなどの公的に利用可能なライブラリにおいて使用可能なデータとなるように工夫している。PLS回帰、CART、RandomForestなどを今後実行する予定である。具体的に交互作用を示している遺伝子セットそのものの検出をするための解析を計画する傍ら、複雑遺伝性疾患の遺伝的モデルとして以前から広く用いられていて、近年ゲノムワイドデータにも応用されている分散成分モデル(Variance component model)を応用し、相加的作用項のみならず交互作用を表す項を加え、それぞれの分散成分を推定することで、全ゲノムにおける全体的な交互作用の大きさを推定したり、またこの交互作用項を工夫することで様々なタイプの交互作用効果のうちどのようなタイプの交互作用の影響が大きいかを検討する解析に取り組んでいる。このモデル推定には大サンプルが必要であるところ、BBJデータはそれに適したサンプルであると考えられる。これは研究計画に述べた、データ構造全体についての様々な解析法を検討した結果、行っているものである。理化学研究所統合生命医科学研究センター基盤技術開発グループにおいてIllumina OmniシリーズのSNP arrayによって生成された171,979人、884,948 SNPsからなる全ゲノムSNP遺伝型データについて、同センター統計解析研究チームにおいてQuality Controlを実行して作成された高精度全ゲノムSNP遺伝型データを受領し、解析を開始した。本年度は機械学習法の一つで、最も優れた手法の一つとされるRandomForest法を用いてゲノムデータの解析を行った。この手法を用いることで、ゲノム上の多数の遺伝的変異を同時に用いた疾患発症の予測精度を検討することができるが、膨大な記憶容量と計算量が必要であり、このデータに最適なプログラムを用いる必要があったため、まずその検討を行った。様々な解析アルゴリズムを検討したところ、我々の持つ膨大なデータ量に対して解析可能であったRangerライブラリを選択し、実装した。実際の解析にあたっては、まずチューニングを行い解析パラメータの最適化を検討した。その後、すべての遺伝的変異が加法的効果を持つとの仮定のもとに、一次結果を得た。現在は、本研究課題の目標でもある、非加法的効果(エピスタシスなど、すなわち複数の遺伝的変異がその組み合わせによってそれぞれ単独とは別の効果を持ちうるとするもの)を仮定した解析に取り組んでいる。また、Variance Component Modelを用いた非加法的効果の大きさの推定については、プログラムの実装に引き続き取り組んでいる。私自身が管理職となり書類仕事が増えたことにより大きな遅れが生じているが、可能な限りの範囲で解析を進めている。前年に引き続き、理化学研究所統合生命医科学研究センターが有するIllumina OmniシリーズのSNPアレイにより生成された全ゲノムSNP遺伝型データを用いて、全ゲノムSNPデータを構造として捉える解析を実施した。他方、前年度より取り組んでいる非加法的効果のVariance componentを解明する試みについては、今後も引き続き継続していくこととした。主な問題点はモデルというよりは効率的な計算を行わなければならない点にあり、効率的なプログラムの実装が必要である。またその一方、研修生の金井正弘氏とともに、全ゲノムSNPデータに標準的解析(ポリジェニックモデルによる解析)を行った後、その関係性を観察することからバイオバンクジャパンのゲノムデータの構造解明、さらにはアジア人集団・欧州系集団の疾患など形質への遺伝的効果の構造解明へと迫る取り組みを行った。その結果、ポリジェニックモデルの観点から、集団間で遺伝構造的に類似する疾患、異なる疾患などがあることを発見した。遺伝型データのクオリティコントロール(精度管理)確定に時間がかかり、データ受領並びに解析の開始が遅れた。その上でプログラム作成に時間を取られている。その他、私の役職が徐々に変化したため、本務の作業が非常に多くなってしまっている。このことは反省し、次年度は本研究テーマにより時間を割けるように努力する予定である。エピスタシスの効果全体の寄与度の推定、並びに実際にエピスタシス効果を起こす遺伝子セットの同定に向けて引き続き解析を進める。遺伝統計学エピスタシスの効果全体の寄与度の推定と、実際にエピスタシス効果を起こす遺伝子セットの同定に向けて解析を進めていく予定である。本務の作業が多くなったため、使用しなかったものがある。本務の作業が多くなったため、本科研費事業に関連した学会に行くことができず、旅費を使用しなかった。成果が出たところでの発表に関連した旅費として使用する予定である。本科研費を使用した業績発表のための学会出張費などに使用する。
遷移帯の存在を否定する立場からのコンクリートの物性解釈

コンクリートの物性を,骨材ーセメントペーストマトリックス界面領域(遷移帯)に帰着させて考えることが多いが,その実体は必ずしも明らかではない.そこで本研究においては,電気伝導度の計測とセメント粒子の空間統計量に基づいて,遷移帯存在の可能性を調べた.その結果,遷移帯の連結に起因する現象は認められず,点過程統計量およびそのシミュレーションでも,遷移帯と考えられる局所領域の存在は確認できなかった.微細なセメント粒子にて界面は相応に充填され,界面近傍においても統計的に均質にセメント粒子は分布していた.よって,遷移帯はランダム過程の変動内の見かけの現象であり,その評価は統計学的になされるべきである.透水性試験に代わる物質透過性試験として,電気伝導率試験を重点的に実施した.厚さを変化させたセメントペースト,モルタルおよびコンクリート供試体を作製し,所定材齢にて電気伝導率を計測した.また,ITZ(遷移帯)はセメント粒子の充填不足に起因するとの前提から,界面領域および界面の影響を受けないバルクセメントペースト領域におけるセメント粒子の分布を点過程として評価した.このとき,骨材が存在する視野内ではセメント粒子は凝集性配置に見えるというバイアスを排除するため,ランダム場としてセメントペーストマトリックスのみに完全ランダムな点過程を発生するシミュレーションを行い,これを空間分布の帰無仮説として実際の供試体中でのセメント粒子配置と比較した.その結果,セメント粒子が完全ランダム分布となるセメントペーストから骨材領域のセメント粒子点を単純に間引いた点過程と,実際のコンクリート中のセメント粒子の点過程はほぼ一致し,このことはITZを考慮してもしなくても同様であった.さらに,実際のコンクリート中では,骨材のせん断作用によってセメント粒子フロックが壊され,より完全ランダムに近い分布を示すことが明らかとなった.しかし,その場合であっても,実際の分布はランダム分布の95%信頼区間の変動の範囲内の分布であった.一方,電気伝導率の測定結果では,遷移帯の存在を示唆するような結果は得られず,コンクリートの電気伝導率は常に骨材による希釈率から推定される値よりも小さい値を示した.結局,電気伝導率とセメント粒子分布からは,ITZの存在を示唆するような証拠は得られないと結論づけられた.また,その他の重要な成果として,画像内のクラスター番号に着目して,ITZの連続経路を可視化する手順が見出され,このアルゴリズムの明確化を今後の研究計画に加えることにした.以上の成果は,現在,査読付き論文1編として投稿中である.当初計画していた透水性試験の代わりに電気伝導率試験を実施することにしたことが,大きく研究を進捗させる結果をもたらした.電気伝導率試験実施に関してはこれまで多くの研究実績を有し,研究グループ内でのノウハウの蓄積がある.また,試験装置改良のため装置メーカー技術者との交渉も,これまでのやりとりの実績があるので,スムーズに行うことができた.このため,新しい取組みであった供試体厚さを変化させての電気伝導率測定では,問題を生ずることなく順調に実験データを蓄積していくことができた.また,このことが実験計画に時間的な余裕をもたらし,当初平成28年度に実施する予定であった点過程としての評価を,計画を前倒しして着手することを可能にした.この点過程としての取り扱いや解析に関しては,従来,画像解析ソフト,独自に開発してきた統計解析ソフトウェアおよびpythonプログラミングを組み合わせることで,定量評価や配置シミュレーションを行ってきた.しかし,より簡単でかつ汎用性があると判断して,これまで基礎知識の習得を行ってきた汎用統計解析ソフトRを,今年度初めて本格的に導入することにした.これに関しては,同じ研究機関に所属する数理工学を専門とする教員の指導,助言を仰ぐことができたのが大きな突破口となった.従来行ってきた解析の多くの過程をRに置き換えることになり,画像解析ソフトウェアからのデータ出力と点過程としてのモンテカルロシミュレーションが,一連の解析としてスムーズに進むようになった.この解析手順にはまだ改良の余地あろうが,解析結果の信頼性向上にも大きく寄与することになったと判断している.以上の結果より,研究は当初計画以上に進展していることに疑いの余地はないと信ずる.昨年度までにおいて,セメントの粒子配置を点過程にて表現し,その分布状況の空間統計量の評価から遷移帯に相当するような領域の存在は確認できないこと,および遷移帯の存在を裏付けるような電気伝導特性の変化は,厚さを変化させたコンクリート供試体にて観察されないことを明らかにした.そこで今年度は,これらの成果に基づき,セメントの水和進行を点過程のパラメータである点密度およびセメント粒度分布の変化と関連付けながら解析を行い,初期のセメント粒子充填状態の推定および材齢の進行にともなうセメント粒子密度の変化をシミュレーションにより検討を行った.その結果,セメント粒子充填における骨材の壁効果の影響は,骨材周囲に一様に生じているわけでなく,統計的な性質を持つことを改めて示した.以上のことから,セメントの粒度分布において細かい粒子は非常に多く,これらは骨材表面に十分に接近可能であって,領域としての充填不足域が形成されるとは限らないことが推察された.初期のセメント粒子配置のランダム変動の範囲内の現象が遷移帯の側面であることを確信した.また,昨年から引き継いだ検討課題であったRによるシミュレーションおよびその結果の表現については,マッピングにて濃淡を表す手段を確立し,ある任意材齢の水和度とセメント粒子配置から,それ以前の材齢のセメント粒子密度を濃淡表示した.

また,セメント粒子を表す点の発生をランダムに行うだけでなく,セメントペーストマトリックス中の未水和セメント以外の領域に発生させるシミュレーションも可能となった.その結果,若材齢期にては界面に濃度の低い領域が統計的な変動のもと観察されるが,全体としてはよりランダムな状態であることが示された.すなわち,界面であっても粒子はランダムであり,特徴的に粒子が少なくなるような状況は考えにくいことが明らかとなった.水セメント比の変化と点密度の対応を明らかにすることを計画していたが,その計画中にてセメント水和反応の進行にともなう粒度分布の変化を点密度に関連付ける方が研究目的に合致するとの結論に至った.使用している市販セメントの粒度分布を求めることはできないが,セメント共同試験結果をもとに初期の粒度分布を推定することにした.それから多くの研究者が用いているように,所定の反応厚さを仮定して水和度を計算する手法を援用して粒度分布を計算し,別途観察により求めた点密度との関係を明らかにした.これから,逆解析的に初期状態を推定することを思いつき,概ね妥当と判断される練り混ぜ直後の状態(初期状態)をシミュレーションできるようになった.この結果を基本にして,任意の水セメント比にて水和度と点密度の関係を明確にする見通しがたった.この点は当初計画では次年度実施予定であったので,順調に進んだ一つの成果と考えている.また,点過程の濃淡領域差をマッピングにて表示できるようになったことも,論文執筆上の説得力の大きな向上をもたらした.しかし,その一方にて,その推定された初期状態と実際の状態を比較して妥当性を検証する予定であったが,初期状態を再現する試料作成が困難であり,セメント粒子の沈降問題の解決に至らなかった.この間,担当していた学生の身心の状態が不安定になり,実験が思うように進まない期間が相当期間あったことが研究を遅延させることにもなった.以上のことを総合的に判断すると,今年度単年度の評価では,プラスマイナス相殺に近い.しかし,昨年度が計画以上の進展であったことおよびこのような状況の中でも1編の査読付き論文として投稿を終えることができたことと新たな表現方法をツールとして確立できたことを考慮すると,研究計画全体としては依然として(2)概ね順調段階にあると判断する.本研究は従来存在すると信じられながらも,その存在が明確ではないコンクリート中の骨材-セメントペースト界面領域(遷移帯)に関して,コンクリートをランダム不均質材料としてその内部組織を統計学に基づいて定量的評価を行い,その結果から遷移帯の存在を合理的に否定しうる可能性について検討してきた.これまでの界面領域観察の基づく研究成果から,最終年度においては可能な限りの若材齢にて界面観察を行い,セメント粒子充填性の評価を行うことを第1の目的とした.練り混ぜ直後から始発までのごく若材齢にてモルタル試料の凍結真空乾燥を行い,その後直ちに樹脂含浸を行って包埋することを試みた.しかし,均質な試料作成が困難であった.