hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラクトフェリンの腸上皮細胞による取込みと細胞内消化および再放出の生理的意義

乳タンパク質であるラクトフェリン(LF)のもつ様々な生理機能は広く知られている。これまでに、ヒト腸管上皮様細胞(Caco-2)内に取り込まれたLFの一部は断片化されて細胞外に再放出されることを明らかにしている。LFの分解ペプチドが強い生理作用を示すことから、細胞内に取り込まれたLFは細胞内プロセッシングを受け、強い生理作用をもったペプチドとして細胞外へ放出される可能性を着想した。四重極型質量分析システムを用いた定量的質量分析法により、再放出されたLFの分解断片の同定と定量を行った結果、ペプチド断片によって放出される量が異なり細胞内でペプチドが生成されることが示唆された。乳タンパク質であるラクトフェリン(LF)は、経口投与により免疫や代謝に関連した様々な生理機能を発揮することが知られている一方で、経口投与されたLFの腸管吸収機構については明らかとなっていない。本研究者のこれまでの研究より、LFは細胞内に取り込まれた後、一部は細胞内で部分分解され、細胞外へ再放出されると推定される。本研究ではLFの細胞内への取り込み、およびその後の放出経路を明らかにし、さらに細胞外へ放出されたLFの分解断片の構造を明らかにすることを目的とし、2つの実験を遂行することとした。1)細胞外へ再放出されたLFのペプチド解析LFの分解ペプチドであるLFcinが強い生理作用を示すことから、細胞外へ放出されたLFはLFcinを含む、強い生理機能をもったペプチドとして放出される可能性が考えられる。多孔性膜上で分化させたCaco-2細胞を用いて、頂端側にLFを加えて一定時間培養した後、頂端側溶液および基底側溶液を回収することによってLFのペプチド断片を回収した。本研究者のこれまでの研究では、基底側溶液中のLFは免疫ブロット法では検出されず、ELISA法を用いた高感度定量分析系でも検出されるLFは極めて微量であった。細胞内で分解されたペプチドの中には抗体認識されないペプチドも含まれており、質量分析機では検出可能であると考えられることから、MALDI-TOF-MS質量分析機によって再放出されたLFのペプチド断片を網羅的に解析した。2)LFの細胞内局在領域について生化学的、および各オルガネラマーカーを用いた細胞組織学的解析当初の予定では初年度に行う予定であったが、当該年度内の8ヶ月の産前産後休暇、育児休暇期間には実験を休止していたため、次年度に行うこととした。本研究ではLFの細胞内への取り込み、およびその後の放出経路を明らかにし、さらに細胞外へ放出されたLFの分解断片の構造を明らかにすることを目的とした。細胞内で分解されたLFペプチドの中には抗体認識されていないペプチドも含まれていると推定されることから、質量分析機では検出可能であると考えられる。そこで、nanoLCカラムによるペプチドの分離と濃縮、およびMALDI-TOF-MS質量分析機によって再放出されたLFのペプチド断片を網羅的に解析した。2)LFの細胞内局在領域についての生化学的、および各オルガネラマーカーを用いた細胞組織学的解析今年度行う予定であったが、1)の実験において一部でLF特異的ピークが検出されたため、1)の実験を中心に行い、2)の実験は次年度行うこととした。1)細胞外へ再放出されたLFのペプチド解析昨年度行った質量分析機による解析では、スペクトルのノイズが大きく、LFペプチド以外にもCaco-2細胞から分泌されたタンパク質も含まれていると考えられたことから、nanoLCカラムを用いてペプチドを分離、濃縮したのちに、質量分析機によるスペクトル解析を行った。nanoLCカラムを用いてペプチドを分離、濃縮することで、前年度に比べスペクトルのノイズが抑えられ、LF特異的とみられるピークが一部で検出されたことから、順調に進展していると判断した。さらに、LF添加時特異的にCaco-2細胞から免疫機構に関するタンパク質のペプチドが検出されたことから、LFの腸上皮細胞における免疫機構への作用が示唆された。しかし検出感度が高くないことから、再放出されるLFペプチドは微量であることが考えられる。さらに、Caco-2細胞が再放出するLFペプチドは、細胞内で分解され低分子となっていることが考えられる。2)LFの細胞内局在領域についての生化学的、および各オルガネラマーカーを用いた細胞組織学的解析質量分析機によるLFのペプチド解析が軌道に乗ってきたことから、本実験は次年度に行うこととした。

乳タンパク質であるラクトフェリン(LF)は、経口投与により免疫や代謝に関連した様々な生理機能を発揮することが知られている一方で、経口投与されたLFの腸管吸収機構については明らかとなっていない。本研究者のこれまでの研究より、LFは細胞内に取り込まれた後、一部は細胞内で部分分解され、細胞外へ放出されると推定される。本研究では、細胞外へ放出されたLFの分解断片の構造を明らかにすることを目的とした。1)細胞外へ再放出されたLFのペプチド解析LFの分解ペプチドであるLFcinが強い生理作用を示すことから、細胞外へ放出されたLFはLFcinを含む、強い生理作用をもったペプチドとして放出される可能性が考えられる。多孔性膜状で分化させたCaco-2細胞を用いて、頂端側にLFを加えて一定時間培養した後、頂端側溶液および基底側溶液を回収することによってLFのペプチド断片を回収した。QTRAP5500LC/MS/MSシステムを用いて定量的質量分析法により解析し、再放出されたLFの分解断片の同定と定量を行った。その結果、ペプチドによって細胞外へ放出される濃度が異なることが明らかとなった。2)LFの細胞内局在領域についての生理化学的、および各オルガネラマーカーを用いた細胞組織学的解析今年度行う予定であったが、1)の実験において興味深い結果がみられたため、2)の実験は行わず、1)の実験を重点的に行うこととした。1)細胞外へ再放出されたLFのペプチド解析昨年度nanoLCカラムを用いてペプチドを分離、濃縮した後に、MALDI-TOF/MS質量分析機によるスペクトル解析を行うことによって、LF特異的と見られるピークが一部で検出されていたが、ペプチドの同定までは至らなかった。今年度はESI法によりペプチドをイオン化するQTRAP5500LC/MS/MSシステムを用いて解析したところ、約250 fmolという微量なLFをトリプシン分解した際の分解断片も検出可能であることが明らかとなった。この方法により複数のペプチド断片が同定され、これらのペプチド断片はLFのほぼ全長に渡って分布していた。さらに、この同定結果をもとにCaco-2細胞から再放出されたLFの分解断片の同定および定量を行ったところ、ペプチドにより放出される濃度に差があり、生理機能をもつとされるペプチドが高濃度に放出されることが示唆された。2)LFの細胞内局在領域についての生理化学的、および各オルガネラマーカーを用いた細胞組織学的解析質量分析機によるLFのペプチド解析が軌道に乗ってきたため、1)の実験を重点的に行い、2)の実験は行わなかった。本研究者のこれまでの研究により、LFは細胞内に取り込まれた後、一部は細胞内で部分分解され、細胞外へ放出されると推定される。本研究では細胞外へ放出されたLFの分解断片の構造を明らかにすることを目的とした。LFの分解ペプチドであるLFcinが強い生理作用を示すことから、細胞外へ放出されたLFはLFcinを含む、強い生理作用をもったペプチドとして細胞外へ放出される可能性が考えられる。
LCATノックアウトマウスの作成とそれを用いた動脈硬化発症機序の研究

LCATはHDL上で遊離コレステロールをコレステリルエステルにエステル化する酵素であり、コレステロール逆転送系において中心的な役割を担う酵素であることが古くから推察されてきた。しかし、ヒトLCAT欠損症において動脈硬化性疾患の合併は明らかでなく、LCATの動脈硬化防御における位置づけは必ずしも確固たるものではない。我々は動脈硬化防御機構としてのコレステロール逆転送およびHDL代謝におけるLCATの役割、LCATの生理的意義を解明するためLCAT欠損マウスの作成を行った。LCAT欠損マウスにおいては血中総コレステロール(正常の23%)、HDLコレステロール(同7%)、アポA-I(同14%)は著明に低下し、中性脂肪(同212%)は中程度に増加していた。電子顕微鏡による各リポ蛋白の観察によってLCAT欠損マウスにおいてdiscoid HDLの存在と連銭形成が明らかとなった。VLDLやLDL分画にも異常な形態のリポ蛋白が存在し、ヒトLCAT欠損症に認められる異常リポ蛋白であるLpXも確認された。これらのことよりLCATが欠損することによってHDL代謝のみならずアポB含有リポ蛋白代謝にも異常が生じることが明らかとなった。さらに脂肪染色(Oil Red O,filipin)にて腎臓への遊離コレステロールの沈着を明らかにし、アルブミン尿も確認した。これらはLCAT欠損症における腎障害の原因として遊離コレステロールの沈着が一因をなすことを示唆するものと考えられる。backcrossを繰り返しそのgeneticbackgroundを均一にしたLCAT欠損マウスに脂肪負荷(15%fat,1.25%cholesterol,0.5%cholic acid)を行いその動脈硬化の程度を検討したところ、LCAT欠損ホモ接合体、ヘテロ接合体、正常マウスの順にLCAT活性の増加と共に動脈硬化病変の増加を認めた。このことは少なくともCETP活性のないマウスにおいてはLCATは動脈硬化促進的に作用することを示唆するものである。さらに動脈硬化を高率に発症するアポ蛋白E欠損マウスとも交配中である。今後LCATが欠損することによって生じる動脈硬化、腎障害の機序について生化学的、組織学的に検討していく予定である。平成10年度は、主に作製したLCAT欠損マウスの病態およびリポ蛋白代謝異常の詳細な検討を行った。LCAT欠損マウスにおいては血中総コレステロール(正常の23%)、HDLコレステロール(同7%)、アポA-I(同14%)は著明に低下し、中性脂肪(同212%)は中等度に増加していた。ゲル濾過(FPLC)によるリポ蛋白の分析でもLCAT欠損マウスにおいてはVLDL分画の増加とHDL分画の著明な低下が認められた。さらに電子顕微鏡的に円板状(discoid)HDL粒子、HDLの連銭形成(rouleaux formation)の存在も確認し、LCATがHDLの成熟に重要であることも示した。これらのことよりLCAT欠損マウスはヒトLCAT欠損症のモデルとして有用であることを示された。ヒトLCAT欠損症においてはリポ蛋白代謝異常の他に角膜混濁、腎機能障害の存在が特徴的である。LCAT欠損マウスにおいては角膜の組織学的検討ではH/E染色、PAS染色ともに正常で、oil red O染色にても角膜に脂質の蓄積所見は認められない。また、腎臓の組織学的検討では軽度の腎糸球体硬化像(メサンギウム細胞の増殖と間質の増加)を認めたが、血清BUN,Creatinine値は正常であった。

現在のところ普通食(chow diet)投与にてLCAT欠損マウスには動脈硬化の発症が認められていないが、LCATと動脈硬化発症、進展、防御との関連を明らかにするため、現在geneticbackgroudを均一にするためC57BL/6Jマウスとbackcross中であり、同時に脂肪負荷(15%fat,l.25%cholesterol,0.5%cholic acid)を継続中である。また、動脈硬化を高率に発症するアポ蛋白E欠損マウスとも交配中である。平成11年度は、作製したLCAT欠損マウスの表現型をさらに明らかにするとともにLCATと動脈硬化発症、進展、防御との関連を明らかにすることを試みた。電子顕微鏡による各リポ蛋白の観察によってLCAT欠損マウスにおいてdiscoid HDLの存在と連銭形成が明らかとなった。VLDLやLDL分画にも異常な形態のリポ蛋白が存在し、ヒトLCAT欠損症に認められる異常リポ蛋白であるLpXも確認された。これらのことよりLCATが欠損することによってHDLのみならずアポB含有リポ蛋白代謝にも異常が生じることが明らかとなった。さらに脂肪染色(Oil Red O,filipin)にて腎臓への遊離コレステロールの沈着を明らかにし、アルブミン尿も確認した。これらはLCAT欠損症における腎障害の原因として遊離コレステロールの沈着が一因をなすことを示すものと考えられる。次に動脈硬化を検討するためC57BL/6Jマウスとbackcrossを繰り返しgenetic bakgroundを均一にした。C57BL/6Jマウスを対照として脂肪負荷(15%fat,1.25%cholesterol,0.5%cholic acid)を行いその動脈硬化の程度を検討したところ、LCAT欠損ホモ接合体、ヘテロ接合体、正常マウスの順にLCAT活性の増加と共に動脈硬化病変の増加を認めた。このことは少なくともCETP活性のないマウスにおいてはLCATは動脈硬化促進的に作用することを示唆するものである。さらに動脈硬化を高率に発症するアポ蛋白E欠損マウスとも交配中である。
体温調節に関わる情報の視床下部内伝達路の解析

視束前野・前視床下部(POAH)は体温の恒常性維持に不可欠な多くの自律性及び行動性反応間の協調,さらには体温調節と他のホメオスタシス調節との機能連関に中心的な役割を果しており、この統御機能について温度ニューロンを中心に行われた神経生理学的研究から多くの知見が得られてきた.POAHを温度刺激すると適切な調節反応が起こることから,体温調節に関係した温度ニューロンがPOAHに存在することは間違いない.しかし,体温調節系の細かい神経回路網が不明で,今のところ温度感受性という必要条件のみがニューロンを同定する方法なので、温度ニューロンの反応性に関する知見とマクロな調節反応の解析結果を残念ながら直接には結び付けられない.そこで本研究は特に体温調節性の皮膚血管運動とふるえに関する視床下部内下行路の解析を行った.視床下部を視束前野の尾側で一側前額面に切断を行うと、切断側の視束前野を加温したときのふるえは全く影響を受けず、皮膚血管運動は減弱したが残存した.左右の視束前野の間には皮膚血管運動調節の回路では接続があるが、ふるえの回路にはないようである(以上平成4・5年度)さらに視床下部の一側の内側あるいは外側をマイクロナイフで切断,健常側刺激時の反応を基準として切断側刺激時の反応が消失・減弱していれば切断部位を信号が下行していると考えられる.ふるえ、皮膚血管運動いずれも視床下部の外側(内側前脳束)を切断すると切断側の視束前野加温に対するふるえ抑制、皮膚血管拡張の反応が消失、あるいは減弱した.一方視床下部内側の反応に影響しなかった.ふるえ、皮膚血管運動いずれの調節も視束前野からの遠心性信号は内側前脳束を下行するものと思われる.さらに皮膚血管運動についは内側前脳束にカイニン酸を注入し細胞体を破壊しても反応には影響しなかった.ここではシナプスの交代なしに信号は下行しているようである.(以上平成6年度)視束前野・前視床下部(POAH)は体温の恒常性維持に不可欠な多くの自律性及び行動性反応間の協調,さらには体温調節と他のホメオスタシス調節との機能連関に中心的な役割を果しており、この統御機能について温度ニューロンを中心に行われた神経生理学的研究から多くの知見が得られてきた.POAHを温度刺激すると適切な調節反応が起こることから,体温調節に関係した温度ニューロンがPOAHに存在することは間違いない.しかし,体温調節系の細かい神経回路網が不明で,今のところ温度感受性という必要条件のみがニューロンを同定する方法なので、温度ニューロンの反応性に関する知見とマクロな調節反応の解析結果を残念ながら直接には結び付けられない.そこで本研究は特に体温調節性の皮膚血管運動とふるえに関する視床下部内下行路の解析を行った.視床下部を視束前野の尾側で一側前額面に切断を行うと、切断側の視束前野を加温したときのふるえは全く影響を受けず、皮膚血管運動は減弱したが残存した.左右の視束前野の間には皮膚血管運動調節の回路では接続があるが、ふるえの回路にはないようである(以上平成4・5年度)さらに視床下部の一側の内側あるいは外側をマイクロナイフで切断,健常側刺激時の反応を基準として切断側刺激時の反応が消失・減弱していれば切断部位を信号が下行していると考えられる.ふるえ、皮膚血管運動いずれも視床下部の外側(内側前脳束)を切断すると切断側の視束前野加温に対するふるえ抑制、皮膚血管拡張の反応が消失、あるいは減弱した.一方視床下部内側の反応に影響しなかった.ふるえ、皮膚血管運動いずれの調節も視束前野からの遠心性信号は内側前脳束を下行するものと思われる.さらに皮膚血管運動についは内側前脳束にカイニン酸を注入し細胞体を破壊しても反応には影響しなかった.ここではシナプスの交代なしに信号は下行しているようである.(以上平成6年度)視束前野・前視床下部(POAH)は体温の恒常性維持に不可欠な自律性及び行動性反応間の協調に中心的な役割を果たしており、この統御機能について温度ニューロンを中心に行われた神経生理学的研究から多くの知見が得られてきた.POAHを温度刺激すると適切な調節反応が起こることから、体温調節に関係した温度ニューロンがPOAHに存在することは間違いないが、体温調節系の神経回路網が不明で、今のところ温度感受性という必要条件のみがニューロンを同定する方法なので、ニューロンの反応性に関する知見とマクロな調節反応の解析結果を直接には結び付けられない.もしある特定の体温調節効果器反応に関係したニューロンが次にどこへ信号を送っているのかが明らかになれば、温度感受性以外にもニューロンを同定することが可能になり、POAHの統御機能の解析も飛躍的に進むものと期待される.本年度は体温調節系の神経回路網理解の第一歩としてPOAHの温度刺激で誘発出来るラットのふるえ皮膚血管運動に関係した神経機構で、左右のPOAH間には情報の交換があるかについて検討を加えた.ケタミン麻酔下のラットで皮膚温測定用の熱電対を左右後肢足底に装着した.ふるえの解析では大腿四頭筋に筋電図測定用の針電極を刺入した.熱電対と一体になった微小熱極をPOAH内に挿入した.POAHの尾側で一側の視床下部全体を前額断面でナイフで切断した.室温28°Cで、切断側の熱極に高周波電流を通電して脳温をランプ状に上昇させると皮膚血管拡張が両側性に観察された.皮膚血管運動の情報は左右のPOAH間を連絡しているようである.

一方、室温5°Cにラットを暴露し定常的なふるえが観察された状態で切断側の局所脳温を上昇させてもふるえの抑制は見られなかった.ふるえに関しては左右のPOAH間に情報のやり取りは無いようである.視束前野・前視床下部(POAH)は体温の恒常性維持に不可欠な多くの自律性及び行動性反応間の協調,さらには体温調節と他のホメオスタシス調節との機能連関に中心的な役割を果たしており、この統御機能について温度ニューロンを中心に行われた神経生理学的研究から多くの知見が得られてきた.POAHを温度刺激すると適切な調節反応が起こることから,体温調節に関係した温度ニューロンがPOAHに存在することは間違いない.しかし,体温調節系の細かい神経回路網が不明で,今のところ温度感受性という必要条件のみがニューロンを同定する方法なので、温度ニューロンの反応性に関する知見とマクロな調節反応の解析結果を残念ながら直接には結び付けられない.そこで本年度はそれを明らかにする第1歩として左右のPOAH間には体温調節特にふるえの調節に関して情報の交換があるかの解析を行った.実験はケタミン麻酔下のラットで行い,大腿四頭筋から筋電図を測定した.ラットを脳定位固定装置に固定し,熱電対と一体になった微小熱極をPOAH内に挿入した.さらにPOAHの尾側で一側の視床下部全体を前額断面でハラス型のマイクロナイフで切断する。つまり切断側ではPOAHから下位への接続が絶たれている.熱極に高周波(500kHz)電流を通電して局所脳温を42°Cまでランプ状に上昇させる.室温15-20°Cにラットを暴露し定常的なふるえが観察された状態で局所脳温を上昇,ふるえの抑制を反応として解析した.健常側の刺激はふるえを抑制したが、切断側の刺激は無効であった.この結果はふるえの調節には左右のPOAH間に情報のやり取りのないことを示唆する.視束前野・前視床下部(POAH)は体温の恒常性維持に不可欠な多くの自律性及び行動性反応間の協調,さらには体温調節と他のホメオスタシス調節との機能連関に中心的な役割を果たしており、この統御制機能について温度ニューロンを中心に行われた神経生理学的研究から多くの知見が得られてきた。POAHを温度刺激すると適切な調節反応が起こることから、体温調節に関係した温度ニューロンがPOAHに存在することは間違いない。しかし、体温調節系の細かい神経回路網が不明で,今のところ温度感受性という必要条件のみがニューロンを同定する方法なので、温度ニューロンの反応性に関する知見とマクロな調節反応の解析結果を残念ながら直接には結び付けられない。そこで今年度は特に体温調節性の皮膚血管運動とふるえに関する視床下部内下行路の解析を行った。視床下部の一側の内側あるいは外側をマイクロナイフで切断.内側のPOAHに熱極を埋め込み一側ずつ加温して調節反応(ふるえ・皮膚血管運動)を観察した。健常側刺激時の反応を基準として切断側刺激時の反応が消失・減弱していれば切断部位を信号が下行していると考えられる。ふるえ、皮膚血管運動いずれも視床下部の外側(内側前脳束)を切断すると切断側の視束前野加温に対するふるえ抑制、皮膚血管拡張の反応が消失、あるいは減弱した。一方視床下部内側の切断は反応に影響しなかった。ふるえ、皮膚血管運動いずれの調節も視束前野からの遠心性信号は内側前脳束を下行するものと思われる。さらに皮膚血管運動については内側前脳束にカイニン酸を注入して細胞体を破壊しても反応には影響しなかった。ここではシナプスの交代なしに信号は下行しているようである。
機械処理のための言語構造の言語間対照研究

この研究班は全体を4グループに分け、研究を分担している。第1グループは語の意味用法の対照研究を分担し、本年度は次のような研究を行った。1.語構成と統語構造。英語の接尾辞-ableと日本語の「可能」についてそれぞれの分析を行い、英語では「......されうる」のような受身の可能の用法が多いのに対して日本語ではそうでないことを明らかにするなど、日英語の用法がパラレルでないことを明らかにした。2.語の意味用法の比較対照を行うために有効な、語の記述理論のサーベイを行い、コア理論とプロトタイプ理論を比較、検討した。3.動作を表わす語を中心として対照研究のためのデータベースを作成した。第2グループは、機械翻訳における訳語選択を分担する。訳語選択の実験には文の解析が柔軟に行えるシステムを構築する必要がある。本年度は、このためにLangLABというシステムを開発し、来年度に行う訳語選択の実験の準備を行った。第3グループは語結合の文法・意味的特徴に関する対照研究を分担する。本年度は基本動詞1300を抽出し、形態・統語的観点から分類した。動詞の多義的変容を分析し、表現パターンの形成に有意義に動く統語構造の抽出をこころみた。接頭語auf-をとりあげ、どのような意味機能をもつかを分析し、動詞の意味と作用しあって複合動詞の意味を形成するメカニズムの分析を行った。第4グループは法情報に関する日英語対照研究を分担する。本年度は法情報の定義とその内容の検討を行った。日本語と英語の時相の差について、形態的・意味的な観点から検討した。実世界のレベルの現象を動態と静態に分ける。動態現象と焦点との相対的な関係で、動態完了相と動態未完了相とが得られる。これに静態相を加えた三者について日英語の使用語形を分類配置した。法情報をになう用法を日英語について検討し、実態分析のためのデータ日英語各1万文を蓄積した。
数式処理の振動解析への応用

数式処理を用いた振動解析については系統的な研究がほとんどないため,基本アルゴリズム,プログラム方法,適用限界などは十分に分かっていない。そこで,本研究では各種振動解析法に対して数式処理を適用して解析のための基本アルゴリズムを蓄積すること,数値処理を利用した振動との接点を求め,振動解析の自動化・省力化について検討することを目的とした。研究では,振動解析の基本となる線形振動系の支配方程式の数式処理法から検討を行い,連立1階微分方程式に帰着する新しい解析法を示した。多自由度系ではスカラ-場の勾配を求める機能を追加して系の質量行列と剛性行列を求め,系の動特性を迅速に求める方法を示した。連続体においても振動数方程式の誘導から近似解を得るまで一貫して数式処理システムによって効率良く振動解析が行えることを示した。また数式計算が複雑な摂動法,漸近法などの非線振動解析法に数式処理が有効利用できることを示した。数式処理をさらに有効利用するためには数値処理技術を用いた有限要素法や実験モ-ド解析などと有機的に結合できることが望ましい。そのため本研究では実験モ-ド解析に数式処理を適用して数値処理と結合した効率的振動解析法についても検討を行った。実験モ-ド解析では系の数学モデルを求めるために必要な最小2乗法と一次方程式の求解がベクトルの内積と行列計算に過ぎないことに着目すれば,数式処理の中核をなすリスト処理機能が応用でき,プログラム効率と柔軟性に優れた振動解析が可能なことを示した。また,この方法を冷凍機サイクル配管系の振動特性の解析に応用して,曲管部の振動特性に及ぼす影響などを調べ,解析方法の有効性を明らかにした。数式処理の振動解析への応用の一環として,本年度は数式処理システムDerive,Mathematicaを利用して,種々の振動解析法に対する数式処理的方法の適合性を検討した。研究では,最も基本的な1自由度振動系の過渡振動解析への数式処理の応用から検討を始めた。その結果,従来のように,2階微分方程式を直接取り扱うよりも,系を1階の微分方程式2個に分解して解析する方法が数式処理には適していることを明らかにし,ステップ応答,正弦波応答などに適用してその有効性を確認している。また最近特に関心の高い最適制振理論においては,原理から結果を得るまでの計算の複雑さが問題になることが多いが,数式処理システムを適用することにより最終結果が容易に得られることを確認した。多自由度系では,振動系モデルから運動方程式を記述するための質量行列や剛性行列など系の諸量を迅速に得ることが要求される。これについては,スカラ-場の勾配を計算するコマンドを追加ことで目的を達成できること,これら諸量に行列処理用コマンドを適用すれば,系の振動特性が容易に得られることを示した。連続体の場合は,振動数方程式の誘導を微分演算を含む簡単な数式処理によって行えること,得られた超越方程式型の振動数方程式の解は,グラフィック機能と数値処理機能を利用することで容易に得られることを示した。非線形振動では,摂動法,漸近法など,計算原理の割りに式計算が面倒なものに,数式処理が有効であることを示した。数式処理システムを種々のタイプの振動問題に適用した結果,いくつかのコマンドを追加することにより,簡単に振動解析を行えることが明らかになった。今後,これらの結果を踏まえ,有限要素法など大規模な数値処理的解析法との接点を探り,振動解析の自動化・省力化についての検討を行いたい。数式処理の振動解析の一環として,本年度は主として従来数値処理に重点がある振動解析への応用について検討を行った。研究では,実験技術とコンピュ-タ技術が結合して急速に普及しつつある実験モ-ド解析への数式処理の適用を検討した。

実験モ-ド解析は実験的に得られた伝達関数の生デ-タから測定やデ-タ処理の際に生ずる誤差を除去して固有振動数,減衰係数,レジデュ-,剰余質量,剰余剛性などのモ-ダルパラメ-タを精度よく求めて振動系の数学モデルを構成し,系の応答予測や最適化に応用する方法である。モ-ド解析には種々の数値処理方法が提案されているが,最小自乗法を用いた曲線適合が基本となっている。一般に最小自乗法は数値処理計算の代表例となっており,手続き型言語による高速処理が常識になっている。本研究では最小自乗法をべクトルの内積と考え,数式処理システムの中核をなす豊富なリスト処理機能を用いてモ-ド解析を行うことを提案した。その結果,代表的なモ-ド解析法であるサ-クルフィト法,簡便法,偏分反復法などのプログラムも数式処理システムにより約50行で記述でき,プログラミング効率と見通しの良さの点で数値処理システムよりはるかに勝っていることが示された。また,モ-ド解析では最終的には数値処理を必要とするが,数式処理上でも通常のデ-タ数である200個程度までは実用上問題なく数値処理できることが明らかになった。さらに本研究では多量のデ-タ処理を行う場合を考慮して,数値処理用プログラムを数式処理システムで作成する方法や数値処理システムとの結合方法などについても検討した。以上のように数式処理システムが実験モ-ド解析に有効に利用できることが明らかになったので,冷凍機サイクル配管系の振動特性の解析に応用し,曲管部の振動特性への影響を明らかにした。減衰モデルについて若干の検討を行った上で,結果を学会発表する。
束縛関係に対するイントネーションの効果

1束縛関係に対するイントネーション効果を研究した。具体的に、束縛関係に対する制限を談話中のイントネーションの使用に対する制限に還元するよう試みた。この還元化は扱ったデータの一部分にのみ適当であることがわかった。自己指向性の分布に関わる残りのデータはイントネーションの持つ特性として分析されるものではないことが明らかになった。2イントネーションに基づいた分析の妥当性を示すために、自己指向性の分析を発展させた。自己指向の特性は以下の三つの構成要素に分かれる。(ア)代名詞が個々の考えを通して個人を指示すること、(イ)別個の述部がその考えをある個人に帰属させること、(ウ)(ア)における代名詞の使用が(イ)に述べた述部によって個人に帰属された考えの一部を成すということ。この分析は、イントネーションに基づく制限と併せて、束縛理論より広範囲なデータを説明することができ、ここ二十年間以上始めて伝統的束縛理論に代わり得る理論になる。3この分析は代名詞、定名詞、不定名詞、固有名詞が既出の談話中の表現要素にイントネーション的依存関係を持つことを説明するのに特に成果を挙げた。しかし、数量詞を含む表現が同様の制限に従うという特性を扱うことが出来ていない。このことはイントネーションにかかる制限がまだ充分に一般化されていないことを示唆する。よって、数量詞とイントネーションの関係が明確化が今後の研究では望まれる。4未完成である本研究の成果を言語学の分野の他の研究と関連づけるための準備段階として、ギャレス・エヴァンズ、ジョン・ペリ-、イレナ・ハイム、ジェームス・ヒギンボッサム、ハワード・ラズニックなどによる多種多様な文献を収集し、研究した。さらに2つの国際会議でこの研究の成果を発表した。
有機スラリーのゲル化を利用した多孔質微粒子の高強度成形法と構造制御法の開発

フェノールとホルムアルデヒドから合成した有機ゲルに粉末状の活性炭,ゼオライト,カーボンナノホーンを添加し,一方向凍結,凍結乾燥,炭素化によって微粒子含有カーボンクライオゲルを作製した。微粒子はハニカム状に成形でき,活性炭あるいはゼオライトの添加によって,カーボンクライオゲルの細孔特性が向上する知見が得られた。次に,ゼラチンゲルをバインダーとして利用し,焼成によってアルミナ焼結体を作製した。その結果,作製条件を制御することで,均一な細孔分布をもち,高強度のハニカム状アルミナ焼結体の作製に成功した。さらに,特別な還元処理を行うことなく,白金を担持したハニカム状アルミナ焼結体の作製に成功した。本研究では,吸着材,触媒担体として優れた機能をもつ多孔質微粒子の高強度マクロポーラス成形体を開発することを目的とする。具体的には,活性炭などの微粒子を含有するスラリーの一方向凍結によって氷晶を成長させ,凍結乾燥によってマイクロハニカム状に成形し,炭素化によってカーボン成形体を作製する手法を確立する。平成26年度は,以下の研究成果が得られた。フェノールとホルムアルデヒドに,触媒として炭酸ナトリウム,希釈剤として蒸留水を加え,有機ゲルを合成した。次に,一方向凍結により,ハニカム状に成形し,凍結乾燥,炭素化によってマイクロハニカム状カーボン(CMH)を作製した。フェノールを原料として作製したCMHは,レゾルシノールから作製したCMHに比べてハニカム開口径が大きいことがわかった。得られたCMHに二酸化炭素賦活を行うことでBET表面積とミクロ孔容積が大幅に向上することがわかった。フェノールとホルムアルデヒドから調製した原料ゾルに粉末状の市販活性炭を添加し,一方向凍結,凍結乾燥,炭素化によって活性炭の成形体を作製した。作製試料の断面SEM画像から,活性炭をマイクロハニカム状に成形することが可能で,連通気孔径は100μm以上であることを明らかにした。CMHはミクロ孔をほとんどもたずにメソ細孔性である。したがって,活性炭をマイクロハニカム状に成形してもメソ孔容積の顕著な低下は見受けられない。一方,ミクロ孔容積は成形することによって低下するものの,活性炭含有率から考えて低下は著しくなかった。これは,活性炭粒子がカーボンゲルの構造に影響を与えていると推察された。具体的には,微粒子を含有するゲルの一方向凍結,凍結乾燥によってマイクロハニカム状に成形し,炭素化や焼成によって微粒子成形体を作製する手法を確立する。平成27年度は,以下の研究成果が得られた。フェノールとホルムアルデヒドから調製した原料ゾルに粉末状の多孔質微粒子を添加し,一方向凍結,凍結乾燥,炭素化によって微粒子の成形体を作製した。多孔質微粒子として粉末状活性炭,粉末状ゼオライト,粉末状カーボンナノホーンを用いた。作製過程において有機ゲルに一方向凍結を適用し,マイクロハニカム状カーボン(CMH)を作製した。CMHの強度の制御因子に検討を加えたところ,ゲルのエージング時間を長くすれば開発目標である圧縮強度2MPa以上を実現できることが分かった。活性炭やゼオライトの成形において,細孔特性が向上することが分かった。特に,活性炭の成形において,ゾル作製時に活性炭を含有させた場合,ミクロ孔容積が加成性を仮定して求めた推測値よりも大幅に増加する知見が得られた。ゼラチンゲルをバインダーとして利用し,焼成によってハニカム状アルミナセラミックスを作製し,試料形状や強度に及ぼす作製条件の影響を詳細に検討した。その結果,作製条件を制御することで,均一な細孔分布をもち,高強度のハニカム状アルミナセラミックスの作製に成功した。また,作製試料の収縮率,強度および空隙率はハニカム開口径や壁の構造に依存することがわかった。さらに,アルミナ含有ゼラチンゾルに酸化白金粉末を添加することで,特別な還元処理を必要とせずに,白金担持ハニカム状アルミナセラミックスの作製に成功した.以上のように,ゲルの一方向凍結を活用すれば,種々の微粒子を高強度成形できる興味深い知見が得られた。交付申請書記載の開発数値目標は,連通気孔径:100μm以上,成形体強度:圧縮強度2MPa以上,ナノ細孔特性:多孔質微粒子の細孔特性保持である。研究成果の概要に述べたように,開発目標中の連通気孔径とナノ細孔特性を満たすマクロポーラス成形体を作製することに成功した。交付申請書の研究計画で27年度に実施予定の多孔構造制御に関して,有機ゲルを利用する場合,凍結条件(凍結温度,凍結速度)に検討を加えている。レゾルシノールとホルムアルデヒドおよびフェノールとホルムアルデヒドから作製したCMHの気孔径(マクロ細孔径)が凍結温度と冷媒中へのゲル

浸漬速度(凍結速度)を用いて相関できることを明らかにした。したがって,当初の計画以上に進展していると自己評価できる。化学工学有機スラリーのゲル化を利用して多孔質微粒子の高強度成形法と構造制御法を確立するために,今後は交付申請書に従って研究を実施するが,平成26年度の進捗状況を鑑みて,当初計画に多孔質粒子としてアルミナ粒子を追加する。(1)多孔構造制御高強度で連通気孔をもつ成形体を作製するには,気孔率,気孔径,壁構造を制御する必要がある。成形体の作製条件と構造解析結果より,多孔構造の制御因子を下記のように明確化し,100μm以上の連通気孔径をもつ成形体を作製する。成形体の気孔径(マクロ細孔径)の制御因子としては,多孔質微粒子濃度,バインダーと溶媒の種類,凍結条件(凍結温度,凍結速度),炭素化条件(炭素化温度,昇温速度)が考えられるので,実験的に詳細な検討を加え,高強度の成形体が具備すべき多孔構造を明確にする。さらに,一方向凍結時の熱流束シミュレーションを実施し,理論的な裏付けを与える。(2)成形体の高強度化マクロポーラス成形体強度の制御因子を下記のように明確化し,圧縮強度2MPa以上の成形体を作製する。なお,荷重負荷による破壊試験によって作製した成形体の強度を測定する。成形体の高強度化のためには,気孔を形成する壁厚の増加,炭素化の適切な進行が重要である。壁厚の増加には,スラリー溶液の選定と凍結速度の増加が有効である。炭素化を十分に進行させるには,バインダーの種類,溶媒の選定,昇温速度,炭素化温度に詳細な検討を加える必要がある。(3)微粒子成形法としての評価と総括吸着材や触媒担体として使用するためには,強度と細孔連通性が重要である。交付申請書記載の開発目標に基づいて材料を評価し,本研究を総括する。平成26年度の研究経費のうちで375,971円を平成27年度に持ち越すことになった。交付申請書の物品費では,平成26年度に石英管の購入費を計上していた。石英管は高温で炭素化して微粒子を成形するために使用される。石英管は高価な消耗品であり,破損などでの補充を想定して購入費用を計上していた。しかし,研究遂行時に想定ほど補充の必要がなかったのが経費持ち越しの主な理由である。有機スラリーのゲル化を利用して多孔質微粒子の高強度成形法と構造制御法を確立するために,今後は交付申請書に従って研究を実施する。しかし,平成26年度に当初計画以上に研究が進展したために,当初計画に多孔質粒子としてアルミナ粒子を追加する。このために,平成26年度の持ち越し研究費から物品費として27万円を使用する予定である。また,研究の進捗状況を鑑み,対外発表を充実させる予定である。このための旅費として10万円を追加使用する計画を立てている。先ず,多孔構造の制御因子を明確化し,100μm以上の連通気孔径をもつ成形体を作製し,成形体のマクロ構造を制御する方法を確立する。次に,壁厚の増加と炭素化の十分な進行の観点から,成形体の高強度化を検討する。さらに,交付申請書記載の開発目標に基づいて材料を評価し,本研究を総括する。
非線形放物型偏微分方程式の解の複素特異点とパターン形成の関係

研究代表者は,反応拡散系や自由境界問題のV字進行波解,進行スポット解や指状進行解などさまざまな非平面進行波解の構成や全域解の構成を行ってきた.このようなパターン解の存在証明において,精度のよい近似解を構成する手法を開発してきた.アレン・カーン方程式は可積分系ではないが,パンルベ解析から双線形方程式を導くことができ,そこで得られた関数を用いて,解の非線形合成を行ってきた.精度よい近似解の構成から“複素特異点"の情報を導き出すことが,解の形状を調べることに対応し,本研究課題の着想に至った.まず,実軸上の反応拡散方程式を複素平面内の適当な領域に解析接続可能であることを示した.しかし,一般には,複素平面全体には拡張不可能であり,特異点が存在する.この特異点の運動を,熱方程式とアレン・カーン方程式を対象として調べた.まず,熱方程式の解を複素数の範囲で考え,その性質を調べた.すると,有理型関数の性質を満たす初期値を考慮しても,少しでも時間が経てば領域内から特異点が除去されてしまう.したがって,特異点が時間に対して連続的に存在するためには,非線形性が重要な役割を果たすことが示唆された.アレン・カーン方程式を複素領域に拡張した場合,厳密解を用いて,複素特異点の移動を調べた.特異点が持つ性質について考察するために,一般化を試み,いくつかの結果を得た.また,別の複素拡張として,一次元藤田型方程式の複素原始方程式,すなわち解の定義域および値域が複素領域である微分方程式でその両者を実軸へと制限したものが藤田型方程式となるものを構成した.しかし,その具体的な解を等角写像を用いて構成することには至らなかった.さらに,無限遠からの分岐に関する研究も行った.この手法では,無限遠から分岐する解なので,振幅が大きな解を捉えることができる.RabinowtizやStuartの結果を拡張して論文をまとめた.複雑な形状をもつ非線形偏微分方程式のパターン解は,数値計算によって得られていが,数学的には証明するのは難しい.それらの数学的に表現のために,本研究課題では,非線形放物型偏微分方程式を複素領域に拡張し,その特異点の実軸からの距離等の情報から特徴付けることを目的としている.空間変数を複素領域に拡張すると,放物型・楕円型偏微分方程式は適切でなくなる.そのため,本研究課題では非線形偏微分方程式を複素領域に拡張すること,および,その複素特異点の位置のダイナミクスとパターン形状の関係に関する研究を行っていく.まず,等角写像や特殊関数等を用いた厳密解を特異点の視点から考察し直し,特異点の位置情報を得ようと考え,今年度は,関連する論文の情報収集を行い,分担者を集めた複数回の情報交換を行った.また,複素領域上への拡張方法を確立し,複素特異点の位置情報を得るために,簡単な方程式における複素領域への拡張を数値計算により試行した.さらに,ヘレ・ショウ問題における樹枝状形状の数学的構成を目標として,流体領域の形状とそれに付随する等角写像の特異点との関係を研究した.なお,これらの研究においていくつかの困難な点があり,そっらを打開する手法として,新しい全域解の構成を行った.全域解は,放物型方程式の解でありながら,時間が正にも負にも解ける解のことである.自由境界問題の解として,回転するスポット解の構成に成功し,解の形状と複素特異点の関係を調べる情報を増した.また,1次元のAllen-Cahn方程式に関しては,フロントを3つもつ全域解の構成に成功し,現在,論文をまとめているところである.複素領域への拡張問題は,数学的にも数値的にも大変難しい問題である.現在のところ,これまでの文献を調べて,それらの情報を総合的に判断するべく,分担者と協力して行っている.これらの文献調査により,研究組織全体として問題の理解が深まった.放物型方程式の複素領域上への拡張に関する数値計算により複素特異点の情報は集まりつつある.自由境界問題であるヘレ・ショウ問題における樹枝状形状の数学的構成を目標として,粘性流体領域の形状とそれに付随する等角写像の特異点との関係についても研究を行い,研究組織全体で議論を行った.また,可積分性と複素領域への拡張問題の関係についても議論した.なお,全域解の構成については,自由境界問題の回転スポット解の構成を行い,論文に発表した.フロントを3つもつAllen-Cahn方程式の全域解の構成に成功し,現在,論文をまとめているところである.また,無限遠からの分岐についても,研究協力者と議論を進め,一部進展を得た.以上より,概ね順調に進んでいると判断できる.本研究課題では,非線形放物型偏微分方程式の解の形状に関する情報を複素領域の特異点の実軸からの距離等の情報から特徴付けることを目的としている.放物型・楕円型偏微分方程式を空間変数を複素領域に拡張すると,そのままでは適切でなくなる.そのため,本研究課題では非線形偏微分方程式を複素領域に拡張する手法を開発し,その複素特異点の位置のダイナミクスとパターン形状の関係に関する研究を行っている.具体的には,以下の3つのテーマについて研究を行っている.(1)反応拡散系の複素領域への拡張および複素特異点とパターン形成の関係,(2)自由境界問題のパターン形成と複素特異点の関係,(3)無限遠からの分岐や爆発問題と複素特異点の関係

まず,テーマ1に関しては,複数回の研究打合せを行い,アレン・カーン方程式のような拡散項と非線形項のみからなる反応拡散系を複素領域への拡張することには成功し,アレン・カーン方程式の特殊解の持つ複素特異性との関係を調べ,その成果をミネソタ大学において口頭発表した.現在,この研究を論文にまとめる作業を行っている.次に,テーマ2の等角写像や特殊関数等を用いた厳密解を特異点の視点から考察し直す研究については,まだあまり進んでいない.最後に,テーマ3の一つである無限遠分岐については,研究は順調に進み,多くの例で起きることが分かってきた.より多くの数理生物モデルに応用できる条件を取り出している段階にあり,現在まとめているところである.この研究が終わった段階で,複素特異点との関係を考察していく.本研究課題では,以下の3つのテーマについて研究を行っている.(1)反応拡散系の複素領域への拡張および複素特異点とパターン形成の関係,(2)自由境界問題のパターン形成と複素特異点の関係,(3)無限遠からの分岐や爆発問題と複素特異点の関係まず,テーマ1に関しては,複数回の研究打合せを行い,アレン・カーン方程式のような拡散項と非線形項のみからなる反応拡散系を複素領域への拡張することには成功し,複素領域への拡張に関してはすでに成功し,アレン・カーン方程式の特殊解の持つ複素特異性との関係を調べ,その成果をミネソタ大学において口頭発表した.現在,熱方程式の持つ複素特異点の性質について調べており,アレン・カーン方程式の複素特異点との関係を調べているところである.全域解の構成については,フロントを3つや4つもつアレン・カーン方程式の全域解の構成に成功し,現在,論文にまとめた.テーマ2では,ヘレ・ショウ問題のような自由境界問題を等角写像で写像することによって得られる方程式の複素特異点について調べる予定であるが,現在のところ,まだ手が付けられていない.テーマ3の無限遠分岐については,研究は順調に進み多くの例で起きることが分かってきた.より多くの数理生物モデルに応用できる条件を取り出している段階にあり,現在まとめているところである.この研究が終わった段階で,複素特異点との関係を考察していく.一般的な爆発問題と複素特異点の関係は,テーマ1との関係で現在研究を進めており,いくつかの例を構成することで状況を把握しようと試みているが,まだよく分かっていないのが現状である.以上のように2年間でいくつかの成果が得られた.研究代表者は,反応拡散系や自由境界問題のV字進行波解,進行スポット解や指状進行解などさまざまな非平面進行波解の構成や全域解の構成を行ってきた.このようなパターン解の存在証明において,精度のよい近似解を構成する手法を開発してきた.アレン・カーン方程式は可積分系ではないが,パンルベ解析から双線形方程式を導くことができ,そこで得られた関数を用いて,解の非線形合成を行ってきた.精度よい近似解の構成から“複素特異点"の情報を導き出すことが,解の形状を調べることに対応し,本研究課題の着想に至った.まず,実軸上の反応拡散方程式を複素平面内の適当な領域に解析接続可能であることを示した.しかし,一般には,複素平面全体には拡張不可能であり,特異点が存在する.この特異点の運動を,熱方程式とアレン・カーン方程式を対象として調べた.まず,熱方程式の解を複素数の範囲で考え,その性質を調べた.すると,有理型関数の性質を満たす初期値を考慮しても,少しでも時間が経てば領域内から特異点が除去されてしまう.
耐熱高分子基複合材料のマイクロフラクチャメカニクスの実験的解明

本研究では,代表的な耐熱高分子をマトリックスとする繊維強化複合材料の,最も基本的な積層構成である0°/90°層からなる直交積層板を用い,(1)90°層内の初期マトリックスクラック発生,(2)マルティプルマトリックスクラック発生,(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生,の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを,負荷装置を付加した光学顕微鏡(OM),走査型電子顕微鏡(SEM)および走査型超音波顕微鏡(SAM)を用いる単調負荷および疲労負荷中のその場観察により定量的に明らかにするとともに,実験結果を説明し得る新しいマイクロメカニクス理論解析を行った.1.実験材料としては,標準材としての180°C硬化従来型エポキシ樹脂(TGDDM/DDS系),およびそれを高靭化したものをマトリックスとするカーボン繊維強化複合材料を用いた.変形破壊プロセスの相違を調べる目的で,積層構成としては,基本的な[0/90n/0](n=4,8,12)を用いた.2.層間剥離発生を抑制する目的で,層間にそれぞれ異なる樹脂層を導入した2種類の積層板を製作し、損傷プロセスに与える効果を明らかにした.3.室温および80°Cにおける負荷中OM,SEMまたはSAM内のその場観察装置を用いて,(1)90°層内の初期マトリックスクラック発生,(2)マルティプルマトリックスクラック発生,(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生,の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを各負荷段階でその場観察した.4.90°材強度の統計的性質を考慮したマトリックスクラック発生則,エネルギバランスに基づく層間剥離進展則を新たに提案し,上記実験結果を説明した.本研究では,代表的な耐熱高分子をマトリックスとする繊維強化複合材料の,最も基本的な積層構成である0°/90°層からなる直交積層板を用い,(1)90°層内の初期マトリックスクラック発生,(2)マルティプルマトリックスクラック発生,(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生,の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを,負荷装置を付加した光学顕微鏡(OM),走査型電子顕微鏡(SEM)および走査型超音波顕微鏡(SAM)を用いる単調負荷および疲労負荷中のその場観察により定量的に明らかにするとともに,実験結果を説明し得る新しいマイクロメカニクス理論解析を行った.1.実験材料としては,標準材としての180°C硬化従来型エポキシ樹脂(TGDDM/DDS系),およびそれを高靭化したものをマトリックスとするカーボン繊維強化複合材料を用いた.変形破壊プロセスの相違を調べる目的で,積層構成としては,基本的な[0/90n/0](n=4,8,12)を用いた.2.層間剥離発生を抑制する目的で,層間にそれぞれ異なる樹脂層を導入した2種類の積層板を製作し、損傷プロセスに与える効果を明らかにした.3.室温および80°Cにおける負荷中OM,SEMまたはSAM内のその場観察装置を用いて,(1)90°層内の初期マトリックスクラック発生,(2)マルティプルマトリックスクラック発生,(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生,の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを各負荷段階でその場観察した.4.90°材強度の統計的性質を考慮したマトリックスクラック発生則,エネルギバランスに基づく層間剥離進展則を新たに提案し,上記実験結果を説明した.耐熱高分子基複合材料の開発には,基材と強化繊維との相互作用や界面層挙動を含むミクロ変形・破壊特性が重要な材料設計因子である。本研究では,代表的な耐熱高分子を基材とする繊維強化複合材料の,最も基本的な積層構成である0゚/90゚層からなるクロスプライ(直交)積層板を用い,(I)90゚層内の初期マトリックスクラック発生,(II)マルテイプルマトリックスクラック発生,(III)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生,の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを,レプリカ法、および,負荷装置付き光学顕微鏡(OM),走査型電子顕微鏡(SEM),走査型超音波顕微鏡(SAM)を用いる負荷中その場観察により定量的に明らかにし,マイクロメカニクスの理論解析の実験的検証を行うことを目的とした。本年度の成果は以下に示す通りである。1.実験材料としては,標準材としての180°C硬化のエポキシ樹脂(TGDDM/DDS系),および層間ポリアミド粒子分散エポキシ樹脂,各々マトリックスとするカーボン繊維強化複合材料を用いた。変形破壊プロセスの相違を調べる目的で,積層構成としては,基本的なクロスプライ[0/90n/0](n=4,8,12)を用いた。2.室温における負荷中レプリカ法,OM,SEMまたはSAM内のその場観察装置を用いて,上記(I)(III)各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを各負荷段階でその場観察した。また,その場観察法により初めて可能になる各種の特徴,この方法の適用限界を明らかにした。3.上記(I)(III)各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスのモデリングを行った。変形のシアラグ解析,損傷発生の確率分布,き裂進展のエネルギ解析などを組合せた理論解析により,実験結果を巧妙に説明した。本研究では,代表的な耐熱高分子をマトリックスとする繊維強化複合材料の,最も基本的な積層構成である0゚/90゚層からなるクロスプライ(直交)積層板を用い,(1)90゚

層内の初期マトリックスクラック発生,(2)マルティプルマトリックスクラック発生,(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生,の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを,負荷装置を付加した光学顕微鏡(OM),走査型電子顕微鏡(SEM)および走査型超音波顕微鏡(SAM)を用いる負荷中のその場観察により定量的に明らかにし,マイクロメカニクスの理論解析の実験的検証を行うことを目的とした.1.実験材料としては,標準材としての180°C硬化従来型エポキシ樹脂(TGDDM/DDS系),およびそれを高靭化したものをマトリックスとするカーボン繊維強化複合材料を用いた.変形破壊プロセスの相違を調べる目的で,積層構成としては,基本的なクロスプライ[0/90n/0](n=4,8,12)を用いた.2.層間剥離発生を抑制する目的で,層間に樹脂層を導入した積層板を製作し,損傷プロセスに与える効果を明らかにした.3.高温雰囲気制御装置を取り付けた引張り試験機を用い,基礎となる応力-ひずみ関係を室温から高温にわたり求めた.4.室温における負荷中のOM,SEMまたはSAM内のその場観察装置を用いて,(1)90゚層内の初期マトリックスクラック発生,(2)マルティプルマトリックスクラック発生,(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生,の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを各負荷段階でその場観察した.5.繰り返し疲労負荷下における損傷プロセスをレプリカ法により観察し,単調準静的負荷下での挙動との相違を明らかにした.本研究では,代表的な耐熱高分子をマトリックスとする繊維強化複合材料の,最も基本的な積層構造である0゚/90゚層からなる直交積層板を用い,(1)90゚層内の初期マトリックスクラック発生,(2)マルティプルマトリックスクラック発生,(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生,の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを,負荷装置を付加した光学顕微鏡(OM),走査型電子顕微鏡(SEM)および走査型超音波顕微鏡(SAM)を用いる単調負荷および疲労負荷中のその場観察により定量的に明らかにするとともに,実験結果を説明し得る新しいマイクロメカニクス理論解析を行った.1.実験材料としては,標準材としての180°C硬化従来型エポキシ樹脂(TGDDM/DDS系),およびそれを高靱化したものをマトリックスとするカーボン繊維強化複合材料を用いた.変形破壊プロセスの相違を調べる目的で,積層構成としては,基本的な[0/90n/0](n=4,8,12)を用いた.2.層間剥離発生を抑制する目的で,層間にそれぞれ異なる樹脂層を導入した2種類の積層板を製作し,損傷プロセスに与える効果を明らかにした.3.室温および80°Cにおける負荷中OM,SEMまたはSAM内のその場観察装置を用いて,(1)90゚層内の初期マトリックスクラック発生,(2)マルティプルマトリックスクラック発生,(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生,の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを各負荷段階でその場観察した.4.90゚材強度の統計的性質を考慮したマトリックスクラック発生則,エネルギバランスに基づく層間剥離進展則を新たに提案し,上記実験結果を説明した.