hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁場誘起結晶構造相転移の研究

主として遍歴電子メタ磁性体の磁気弾性効果を磁場中X線回折および磁化測定によって調べ、我々の研究室において過去に行われた局在電子系の物質(希土類金属)に対する実験の結果と比較して、遍歴電子系特有の磁気弾性効果を調べた:1,ラーベス相化合物Lu(CoGa)_2系は典型的な遍歴電子系でメタ磁性転移を示す物質として知られているが、この系の磁気体積効果を調べた。化合物が自発磁化を持ち始める組成領域では、結晶構造が正方晶から立方晶へ1次相転移をすることが判明し、スピンゆらぎを取り込んだ理論の結果によってよく説明されることもわかった。また、Tc以上の温度において、磁場の印加によって常磁性から強磁性に1次相転移を引き起こすことも見出された。これらの結果はX線回折を使った本研究で初めて解明されたことで、遍歴電子メタ磁性体を理解する上で大きな貢献を示したといえる。2.六方晶化合物(FeMn)_2Pの磁気相転移も2副格子間の磁気相互作用による遍歴電子メタ磁性転移であることが推定されている。バンド構造の特性から、Mn置換によって1次相転移のときの格子の不連続転移が顕著になることが予見されたが、X線回折による測定においてその不連続性の特質が確かめられた。また、磁気体積係数が、常磁性領域と強磁性領域とで顕著な違いが観測された。これはバンド構造が2つの状態で異なることを示していて、この化合物の遍歴性を反映している。ここで我々が得た実験結果をふまえて今後の理論的発展が期待される。3.このほか四重極秩序をしめすRB_2C_2系およびフラストレート系化合物CuFeO_2の磁場中X線回折を行った。1)局在電子系として希土類金属を取り上げ、Dy,Ho,Erにおける磁気弾性効果の実験をこれまでに行ってきた。格子定数の温度、磁場に対する変化や、格子変調構造の出現と磁気構造の関係を詳細に調べて希土類金属における磁気弾性効果に対して新たなる認識を得ることが出来た。また、格子の変化から、中性子回折では困難であった磁気構造の決定や、磁気相転移の性質を調べることも出来た。これらの結果を今年度にいくつかのレヴューとしてまとめて発表した。2)ラーベス相化合物Lu(CoGa)_2系は典型的な遍歴電子系でメタ磁性転移を示す物質として知られているが、この系の磁気体積効果を調べた。3)低温で反強四重極、反強磁性秩序を示す希土類化合物DyB_2C_2において、6T以上の磁場を正方晶結晶のa軸方向にかけると結晶構造相転移を引き起こすことを見出した。この相転移は、しかしながら、高温の無秩序状態においても起こることが判明し、さらに詳細な研究が必要であることがわかり、今後の重要な課題となった。低温で反強四重極、反強磁性秩序を示す希土類化合物RB_2C_2(R=Dy, Tb, Gd)の磁場下におけるX線回折実験を前年度に引き続いて行った。DyB_2C_2では、6T以上の磁場を正方晶結晶のa-軸方向にかけるとゼロ磁場の結晶構造の約2倍周期の構造が部分的に誘起されることが判明していた。

この結晶構造変化は低温の反強磁性、反強四重極の秩序領域のみでなく、高温の常磁性領域まで観測されていた。今年度は、更に磁場を[110]方向にもかけて測定を行った。また、同様な四重極、磁気構造を持つTbB_2C_2についても実験を行った。その結果、DyB_2C_2のみならず、TbB_2C_2においても、磁場をかける方向に関係なく、また、秩序温度以上の温度領域で、約6T以上において磁場誘起結晶構造変化が観測された。これらの構造変化が四重極秩序と関連するものかどうかを調べる目的で、軌道角運動量を持たないGdB_2C_2の磁場に対する結晶構造の変化を調べたが、DyB_2C_2およびTbB_2C_2と同様、6T近傍で同様の結晶構造変化が見られた。以上に結果から、DyB_2C_2,TbB_2C_2,およびGdB_2C_2で観測された磁場誘起結晶構造変化は、四重極秩序と関係なく引き起こされるものと判明した。この構造変化の起源はまだはっきりしないが、Kasuyaが提唱しているexchangepair Jahn-Tellerの機構による可能性もあると考えられる。1)前年度までに行った遍歴電子メタ磁性体であるラーベス相化合物Lu(CoGa)_2系の磁気体積効果に続いて2つの磁性副格子を持つ遍歴電子反強メタ磁性であるFe_2P系について調べた。Fe_2Pにおいては、1次相転移による格子定数の不連続変化は小さいが、Mnを2%だけFeと置き換えるとこの不連続変化は大きくなりヒステリシスを示す。これは、理論的にもFeMnPでは1次相転移が顕著であるという予測と一致している。また、Mnを置換することにより反強磁性相があらわれ、更にこの相においては磁場をかけることで磁化曲線に2段のステップが見られた。このことは、反強磁性が磁場によって2つの相に変化することを示唆している。この磁気構造の変化に対応する結晶格子の変化はまだX線回折で見出されていない。2)低温で反強四重極、反強磁性秩序を示す希土類化合物DyB_2C_2において、6丁以上の磁場を正方晶結晶のa軸方向にかけると2倍周期にほぼ対応する逆格子位置に反射が現れ、結晶構造相転移を引き起こすことを見出した。この相転移は、しかしながら、高温の無秩序状態においても起こることが判明し、また、TbB_2C_2,GdB_2C_2においても同様な現象が観測された。このことから、この相転移が希土類イオンと関係するものかどうか確かめるためにLaB_2C_2においても確かめたところ、同じ反射が現れた。以上の結果から、この反射は磁気的あるいは四極子の秩序とは関係ないことであると結論される。原因はまだ不明だが、例えば伝導電子の磁場による分極が影響するということもあるかもしれない。1)前年度に引き続き、遍歴電子系磁性体の磁気弾性効果に関連する研究を行った。(FeMn)_2P系は、遍歴電子型メタ磁性体として考えられている。この系が、常磁性状態から強磁性状態にメタ磁性転移を引き起こすときには、Fe^I位置のバンドとFe^<II>(あるいはMn)位置のバンドの磁気モーメント間の交換相互作用がこの転移の引き金となると考えられている。従って、転移に伴いバンドがシフトして構造に何らかの変化がある場合は、それが例えば磁気弾性効果に反映されることも考えられる。そこで、磁場中におけるX線回折により、キュリー温度以上の格子定数の磁場依存性を測定し、同一試料の磁化測定結果と併せて、常磁性領域と強磁性領域における磁気弾性係数を求めた。その結果、常磁性領域の磁気弾性係数は、強磁性領域のそれに比べ530倍大きいという結果が得られた。Fe_2P系と同じく、遍歴電子メタ磁性と考えられているLu(CoGa)_2においても同様な結果が観測されている。
高病原性腸管出血性大腸菌を用いた病原性遺伝子群の発現制御の普遍性と特異性の解析

国内分離の腸管出血性大腸菌を用いて系統(クレード)解析および志賀毒素遺伝子型を解析した。疫学的に関連性のない溶血性尿毒症症候群(hemolytic uremic syndrome: HUS)患者由来株と無症状保菌者(asymptomatic carriers: ACs)由来株(いずれも異なるPFGEパターンを示す)を用いた解析から、特定のstx型を持つクレードがそれぞれ、HUSおよびACsに有意に多いことが明らかとなった。腸管出血性大腸菌として国内で最も分離頻度の高い血清型であるO157:H7のうち、1999-2012年までに分離された300株以上のHUS発症者由来株をPFGEで型別を行い、271株の異なるPFGE型のHUS由来株を抽出した。これらの株を無症状由来の異なるPFGE型を持つ388株と比較したところ、HUS由来株に有意にクレード8(近年、高病原性のO157:H7として着目されている系統)株の多いことが明らかとなり、これらの解析結果は統計学的にも有意となった。今後、我々の研究から明らかとなってきた病原性遺伝子について、これらの高病原性株における発現レベルの解析を行う予定である。大腸菌実験室株(K-12株)とO157:H7Sakai株のゲノム配列のin sillico解析から、Sakai株に特異的に存在する非翻訳RNAをいくつか同定した。このうちのうちの1つ(srRNA #41)を構成的に発現させると、LEEの発現が顕著に低下する一方、べん毛の発現が著しく上昇することが明らかとなった。今年度はLEE側の標的遺伝子の解析を行い、LEEの発現制御因子をコードするlerの転写がsrRNA #41の構成的な発現によって低下することを明らかにした。一方、べん毛側の標的遺伝子としてはsrRNA #41の構成的な発現によってべん毛のマスターオペロンであるflhDの転写が上昇するが、その下流のクラス2べん毛遺伝子群の転写発現への影響がより顕著であったことから、標的遺伝子について再度検討する必要性が明らかとなった。腸管出血性大腸菌(enterohemorrhagic Escherichia coli: EHEC)として日本国内で最も分離頻度の高い血清群O157において、これまでの系統学的解析からclade 8と呼ばれる系統が高病原性株として知られている。EHEC感染症の重症例である溶血性尿毒症症候群(hemolytic uremic syndrome: HUS)を発症した患者由来株と無症状保菌者由来株を用いた解析から、clade 8に加えて、いくつかの新しいclade(公表を見合わせる)が有意にHUS由来株に多いことが明らかになった。同様な系統学的解析をO157についで国内での分離頻度の高いEHECの血清群O26について行ったところ、特定の系統(公表を見合わせる)が重症例に有意に多いことが明らかとなった。これらのO157およびO26で明らかとなった高病原性と考えられる系統株は、いずれも志賀毒素遺伝子に共通の特徴(公表を見合わせる)があることが判明した。今後、各血清群における系統ごとの志賀毒素産生量、接着遺伝子群(locus of enterocyte effacement: LEE)発現量、へモリシン産生量および培養細胞への接着能について詳細に解析すると共に、特定のマウスを用いたin vivoでの病原性の評価を行う予定である。また、毒素遺伝子を運ぶファージの塩基配列を精査し、毒素産生量とファージ遺伝型の相関について詳細に解析を行う予定である。大腸菌の実験室株(K-12由来株)にも共通に存在する大腸菌のコールドショック蛋白質の一つであるCspEは、低コピープラスミドを用いて構成的に発現させると、腸管出血性大腸菌O157の病原性因子の一つである3型蛋白質分泌装置(locus of enterocyte effacement: LEEにコードされている)の発現が顕著に抑制されることが我々の解析から明らかとなっていた。LEE外部にコードされ、LEE遺伝子発現のマスター・レギュレーターをコードしているpchA,B,Cの転写発現におけるCspEの作用を解析したところ、CspEを低コピープラスミドで構成的に発現させるとpchAの転写が顕著に低下する一方、pchBとpchCの転写はほとんど変動がなかった。次に、cspEの欠失株を構築したところ、野生株と比較してpchAの転写上昇が確認されたことから、CspEはpchAの転写またはその上流に存在する遺伝子を介してLEEの発現を制御していることが明らかとなった。CspE以外のCsp(CspA, C, D, E, G, H)についてマルチコピー効果を同様に解析したところ、少なくともCspCがCspEと同様にLEEの発現制御を行っていることが明らかとなった。本研究課題と密接に関連した発現制御機構として、LEEの発現に影響を及ぼす制御遺伝子の機能解析を行う必要が生じた。

これらの解析から、LEE内部にコードされる発現制御因子Lerと、LEE外部にコードされる発現制御因子LrhAがそれぞれ独立に、LEEと協調的に発現上昇が起こる病原性因子の一つであるエンテロヘモリシンの活性を制御していることが明らかとなった(Iyoda et al., 2011)。O157:H7の高病原性系統株(クレード8)が国内のHUS発症者由来株(2012年の株を含む)に有意に多いことを明らかに出来たが、これらの株における新規病原性遺伝子の同定に向けて必要な情報となる、病原性遺伝子群の発現制御機構の解明には未だ多くの未解決点が残されている。srRNAのLEEの発現制御に関しては標的遺伝子を特定することが出来たが、べん毛発現制御における標的遺伝子については結論が得られていない。LEEの発現に影響を及ぼす制御遺伝子の機能解析を行う必要が生じた。これらの解析から、LEE内部にコードされる発現制御因子Lerと、LEE外部にコードされる発現制御因子LrhAがそれぞれ独立に、エンテロヘモリシンの活性(LEEと協調的に発現上昇が起こる病原性因子の一つ)を制御していることが明らかとなり、この内容を論文としてまとめることに多くの時間を割いた。従って、当所の計画からはやや遅れているが、計画に収載出来なかった重要な発現制御機構の一端を明らかにすることが出来たと評価出来る。高病原性O157:H7の系統と考えられるクレード8において、高病原性の原因を解明するためには、既知の病原性関連遺伝子群の発現レベルを解析することと、既知の発現制御下にある新規病原性関連遺伝子群の同定およびその発現レベル解析が必要である。高病原性株で新規病原性関連遺伝子群の同定を行うためにはゲノム解析が必須であるが、今年度中には達成は困難であると予想される。そこで、ゲノム解析が終了しているO157:H7Sakai株をモデルとし、これまでに明らかとなっている発現制御因子の制御下に存在する遺伝子の網羅的解析を行う予定である。今年度論文としてまとめた内容(Iyoda et al., 2011)をさらに発展させた解析を行う予定である。具体的には、LEEの遺伝子発現制御における負のフィードバック制御に関して、現在解析中の内容を優先的に進める予定である。この研究内容は当研究課題に密接に関連したLEEの発現制御の解明に非常に重要であることと、他の研究グループとの激しい競合が予想されていることから、本論文作成に必要なデータの取得を優先させる。その結果、当初の研究計画が予定通り進まない可能性もあるがやむを得ないと考えている。マイクロアレイによる発現解析:約150万円成果発表(論文、学会):約15万円その他(書籍代、印刷代等):約9万円消耗品:約150万円今年度の研究費は適切に執行済みであり、端数の6,241円のみを次年度へ繰り越すだけである。この額について特に説明はない。この額を足した次年度の研究費のうち、ほとんどは物品費として使用する。その他、研究代表者の国内出張旅費、研究協力者への出張旅費、謝金および振込費等を計上する予定である。
自律遊泳屈曲形水中推進機構の研究

1.平成11年度までに開発したイルカ形推進機構の試作2号機について,第1関節の角度振幅をこれまでの20゚から35゚に変更し,第1関節の角度振幅が推進速度および推進効率などにおよぼす影響を実験的に調査した.2.遊泳実験の結果,第1関節の角度振幅が35゚の場合,最大推進速度は約1.9m/s,最大推進効率は約55%であった.昨年度までの角度振幅が20゚の場合には,最大推進速度は約1.9m/s,最大推進効率は約65%であったので,推進速度は角度振幅20゚と35゚の場合でほぼ同程度であり,推進効率に関しては角度振幅35゚の方が低いことが明らかになった.3.角度振幅35゚の場合についても20゚の場合と同様に,第2関節のばね定数を様々に変化させ,ばね定数が推進効率におよぼす影響を実験的に明らかにした.4.昨年度までに開発した境界要素法(パネル法)に基づく推進機構胴体および尾びれの三次元物体まわりの流れを解析する理論解析プログラムを用いて,推進機構胴体部に加わる非定常流体力分布を線形理論と比較した.その結果,流体力の時間変動の位相は線形理論とパネル法で同様の傾向を示したが,振幅に関してはパネル法の方が線形理論の約1/2程度の低めであり,線形理論は胴体に加わる流体力を大きめに見積もる傾向があることがわかった.1.平成10年度までに開発したイルカ形推進機構の試作2号機を改良し、第1関節の関節角および関節トルク、第2関節の関節角を測定可能なシステムを構築した。2.遊泳実験の結果、推進速度は最大で約1.9m/s、推進効率は約65%であった。動力源を1号機の圧縮空気から電気モーターへと変更し大出力化を図った結果、1号機の約1.7倍の推進速度を得ることができるようになった。また、推進効率に関しては、1号機とほぼ同程度であった。3.第2関節のばね定数を様々に変化させ、ばね定数が推進効率におよぼす影響を実験的に明らかにした。その結果、推進効率を最大化する最適なばね定数が存在することがわかった。4.境界要素法(パネル法)に基づき、推進機構胴体および尾びれの三次元物体まわりの流れを解析する理論解析プログラムを開発した。本プログラムは微小時間ごとにその瞬間の流れ場を解き、時間積分法により時間を進めることにより、任意の非定常運動への拡張が可能である。5.開発した解析プログラムにより、まず3次元尾びれまわりのみの解析を行ない、線形振動翼理論など他の翼理論と推進特性の解析結果を比較した。1.平成11年度までに開発したイルカ形推進機構の試作2号機について,第1関節の角度振幅をこれまでの20゚から35゚に変更し,第1関節の角度振幅が推進速度および推進効率などにおよぼす影響を実験的に調査した.2.遊泳実験の結果,第1関節の角度振幅が35゚の場合,最大推進速度は約1.9m/s,最大推進効率は約55%であった.昨年度までの角度振幅が20゚の場合には,最大推進速度は約1.9m/s,最大推進効率は約65%であったので,推進速度は角度振幅20゚と35゚の場合でほぼ同程度であり,推進効率に関しては角度振幅35゚の方が低いことが明らかになった.3.角度振幅35゚の場合についても20゚の場合と同様に,第2関節のばね定数を様々に変化させ,ばね定数が推進効率におよぼす影響を実験的に明らかにした.4.昨年度までに開発した境界要素法(パネル法)に基づく推進機構胴体および尾びれの三次元物体まわりの流れを解析する理論解析プログラムを用いて,推進機構胴体部に加わる非定常流体力分布を線形理論と比較した.その結果,流体力の時間変動の位相は線形理論とパネル法で同様の傾向を示したが,振幅に関してはパネル法の方が線形理論の約1/2程度の低めであり,線形理論は胴体に加わる流体力を大きめに見積もる傾向があることがわかった.
固体酸素高圧金属相の構造と物性

軽元素の等核2原子分子、H_2,O_2やN_2からなる分子性固体の圧力誘起金属化や分子解離の研究は固体物性学や化学結合論さらには惑星科学の見地から重要なテーマでは。特に、固体酸素はその構成分子、O_2の基底状態が三重項の常時性であることから高圧相の電気磁気的性質が注目されている。最近、95GPaの高圧下で固体酸素の反射スペクトルにDrude型の金属的な振舞いが観測され、金属酵素の存在が確実になってきている。申請者らは1.高エネルギ物理学研究所(KEK)と欧州放射光研究所(ESRF)の高輝度放射光源を用い、固体酸素の粉末X線回折実験をこれまで未踏の圧力領域であった181GPaまで行い、金属化が報告されていた圧力、96GPaで構造相転移を初めて観測し、この新高圧金属相(ζ)の結晶構造に関する知見を得、ζ相が181GPaまで安定であることを明らかにした。これまで構造が不明であったε高圧相の構造解析を行い、分子配向に関する知見を得た。2.ε高圧相の単結晶育成に成功し、この結晶が顕著な二色性を持つことを明らかにした。3.高圧ラマン分光をこれまで未踏の圧力領域であった110GPaまで行い、固体酸素の金属化を示唆する結果を得ると共に、O_2分子の伸縮振動(ビブロン)と秤動(リブロン)の圧力依存性を明らかにした。赤外吸収分光をこれまで未踏の60GPaまで行い、ε高圧相が3本の赤外活性ビブロンバンドを持つこと、各バンドのエネルギーが20GPa付近で極小を持ち高圧側で正の圧力依存性を示すことを明らかにした。また、5本の結合音の圧力依存性も得た。以上のことから、25GPa以上の高圧下ではO_2分子の結合は圧力増加に伴い強まると見られ、高圧金属相はO_2分子から成ると示唆された。また、O_2分子の常磁性を特徴づけるπ*電子が酸素の金属化に重要な役割を果していることが示唆された。軽元素の等核2原子分子、H_2, O_2やN_2からなる分子性固体の圧力誘起金属化や分子解離の研究は固体物性学や化学結合論さらには惑星科学の見地から重要なテーマである。特に、固体酸素はその構成分子、O_2の基底状態が三重項の常磁性であることから高圧相の電気磁気的性質が注目されている。最近、95GPaの高圧下で固体酸素の反射スペクトルにDrude型の金属的な振舞いが観測され、金属酸素の存在が確実になってきている。申請者らは[1]高エネルギ物理学研究所(KEK)と欧州放射光研究所(ESRF)の高輝度放射光源を用い、固体酸素の粉末X線回折実験をこれまで未踏の圧力領域であった151GPaまで行い、金属化が報告されていた圧力、96GPaで構造相転移を初めて観測し、この新高圧金属相(ζ)の結晶構造に関する知見を得、ζ相が151GPaまで安定であることを明らかにした。[2]ε高圧相の単結晶育成に成功し、この結晶が顕著な二色性を持つことを明らかにした。

[3]高圧ラマン分光をこれまで未踏の圧力領域であった110GPaまで行い、固体酸素の金属化を示唆する結果を得ると共に、O_2分子の伸縮振動(ビブロン)と秤動(リブロン)の圧力依存性を明らかにした。[4]赤外吸収分光をこれまで未踏の60GPaまで行い、ε高圧相が2つの赤外活性ビブロンバンドを持つこと、各バンドのエネルギーが20GPa付近で極小を持ち高圧側で正の圧力依存性を示すことを明らかにした。また、4つの結合音の圧力依存性も得た。以上のことから、20GPa以上の高圧下ではO_2分子の結合は圧力増加に伴い強まると見られ、高圧金属相はO_2分子から成ると示唆された。また、O_2分子の常磁性を特徴づけるπ*電子が酸素の金属化に重要な役割を果たしていることが示唆された。軽元素の等核2原子分子、H_2,O_2やN_2からなる分子性固体の圧力誘起金属化や分子解離の研究は固体物性学や化学結合論さらには惑星科学の見地から重要なテーマである。特に、固体酸素はその構成分子、O_2の基底状態が三重項の常磁性であることから高圧相の電気磁気的性質が注目されている。最近、95GPaの高圧下で固体酸素の反射スペクトルにDrude型の金属的な振舞いが観測され、金属酸素の存在が確実になってきている。申請者らは[1]高エネルギ物理学研究所(KEK)と欧州放射光研究所(ESRF)の高輝度放射光源を用い、固体酸素の粉末X線回折実験をこれまで未踏の圧力領域であった181GPaまで行い、金属化が報告されていた圧力、96GPaで構造相転移を初めて観測し、この新高圧金属相(ζ)の結晶構造に関する知見を得、ζ相が181GPaまで安定であることを明らかにした。これまで構造が不明であったε高圧相の構造解析を行い、分子配向に関する知見を得た。[2]ε高圧相の単結晶育成に成功し、この結晶が顕著な二色性を持つことを明らかにした。[4]赤外吸収分光をこれまで未踏の60GPaまで行い、ε高圧相が3本の赤外活性ビブロンバンドを持つこと、各バンドのエネルギーが20GPa付近で極小を持ち高圧側で正の圧力依存性を示すことを明らかにした。また、5本の結合音の圧力依存性も得た。以上のことから、25GPa以上の高圧下ではO_2分子の結合は圧力増加に伴い強まると見られ、高圧金属相はO_2分子から成ると示唆された。
超コンパクト次世代超伝導コイル機器を実現する線材/コイルのインターフェース技術

近年実用化へ移行しつつあるREBCO高温超伝導線材は、超伝導機器を20 Kレベルの高温で、従来よりもはるかに高い電流密度・エネルギー密度で運転できる可能性を持つので、電力機器をはじめとする様々な用途への適用が期待されている。しかしながら、REBCO線材をコイル化すると、「コイルとしての特性が線材の能力より顕著に劣化する問題」をはじめとする様々な技術課題があった。本研究ではこれらの課題の内でもっとも重要な3つの技術課題(劣化、遮蔽電流、熱暴走)を研究し、REBCO線材をコイル機器に使用するために必要な基盤技術を構築した。次世代の超伝導コイルシステムを革新する技術として期待されるREBCOコイルの技術課題(超伝導特性の劣化、遮蔽電流磁場による磁場精度の低下、熱暴走によるコイルの損傷)を解決するための技術を研究した。エポキシ含浸によるREBCOコイルの超伝導特性の劣化を防ぐ技術として、REBCO線材の表面にポリイミド電着被膜を施す技術がある。この手法は、線材の端部につおいて被膜が分厚くなり、被膜厚の不均一性が生じる問題がある。当該年度は、電着被膜を形成する過程を最適化することで、従来より均一度の高い被膜を形成することに成功した。REBCOコイルにおける遮蔽電流磁場を抜本的に低減する技術の構築に向け、多芯REBCO線材を用いた場合の遮蔽電流磁場の低減効果を定量化する実験と数値解析を行った。REBCO超伝導層を幅方向に3分割した多芯REBCO線材を試作し、これを用いてコイルを製作し、液体窒素中で通電し、遮蔽電流磁場を測定した。コイルの負荷率が低い場合は、遮蔽電流磁場の低減効果はあまり見られないが、負荷率が高くなり、コイル臨界電流に近づくと、遮蔽電流磁場が顕著に低減する効果を見出された。REBCOコイルが熱暴走した場合の保護技術として、絶縁を用いない非絶縁コイルに関する基礎的な現象を明らかにするために数値解析コードの開発を行った。これにより、非絶縁コイルが熱暴走をしたときに、巻線内部における複雑な電流分布と温度分布をシミュレートすることが可能になった。エポキシ含浸によるコイル特性の劣化を防ぐために、REBCO線材の表面にポリイミド電着被膜をコーティングすることが有効であることが、これまでの研究で分かっている。しかし、実際のコイルに必要となる長尺のREBCO線材に均一なコーティングを施すことは困難であり、これまで成功していなかった。今回、コーティングプロセスの最適化により、始めて数十メートル級の長尺線材にコーティングを施すことができた。REBCOコイルにおける遮蔽電流磁場を抜本的に低減するために、幅狭REBCO線材・超伝導層を分割した多芯化REBCO線材を用いた2種類のコイルを製作して中心磁場を測定した。どちらのケースでも遮蔽電流磁場が明確に小さくなることを明らかにした。また、これらのコイルの遮蔽電流磁場を数値解析し、コイルの中でどのように遮蔽電流が分布しているかをとらえた。REBCOコイルが熱暴走を起こした場合の保護技術として、絶縁を用いない非絶縁方式の有用性が期待されているが、この方式では、励磁遅れと呼ばれる現象が実用上問題になる可能性がある。小型の非絶縁REBCOコイルを製作し、励磁遅れ時間を定量化したところ、別のプロジェクトで製作した中型の非絶縁REBCOコイルと比べ、励磁遅れ時間が予測より大幅に短いことが明らかになった。この差異は、本技術を実用化する上で重要であり、今後の研究で十分な検証を行う必要がある。当該年度は特に遮蔽電流磁場による磁場精度の低下に関して実験的な検討を行った。昨年度、遮蔽電流磁場を低減するための方策として、超伝導層を多芯化したREBCO線材を使用することで、遮蔽電流磁場が低減できることを明らかにしたが、この種の線材の外層に銅安定化材を形成した場合、銅安定化材を介して芯間を流れる結合電流により、遮蔽電流磁場の低減効果が出るまでに時間を要することが分かった。この現象は、他のプロジェクト研究によって試験されたソレノイド方式コイルにおいて指摘されていたが、本研究では、パンケーキ巻方式コイルにおいて、この時間が非常に長くなることが明らかとなった。これは、巻線方式によって、結合電流のループの大きさが支配され、それによって減衰時定数が変わるためである。この結果より、実際の機器に用いるコイルにおいては、巻線方式とコイル形状を考慮することで、結合電流の時定数をコントロールできることが示唆された。この知見は、NMR装置やMRI装置、加速器といった精密磁場(時間的に安定で、空間的に均一な磁場)が必要とされる機器を設計するときに有効である。今後、この現象をより定量的に扱うための解析技術の構築を進めることが重要である。近年実用化へ移行しつつあるREBCO

高温超伝導線材は、超伝導機器を20 Kレベルの高温で、従来よりもはるかに高い電流密度・エネルギー密度で運転できる可能性を持つので、電力機器をはじめとする様々な用途への適用が期待されている。しかしながら、REBCO線材をコイル化すると、「コイルとしての特性が線材の能力より顕著に劣化する問題」をはじめとする様々な技術課題があった。本研究ではこれらの課題の内でもっとも重要な3つの技術課題(劣化、遮蔽電流、熱暴走)を研究し、REBCO線材をコイル機器に使用するために必要な基盤技術を構築した。REBCO高温超伝導コイルの3つの主要な技術課題について、それぞれ重要な知見を得ることができたため。27年度が最終年度であるため、記入しない。低温・超電導工学REBCO高温超伝導コイルの3つの主要な技術課題について、実用化を念頭に置いた研究を進める必要がある。また、別の種類の有望な高温超伝導線材の技術が進展してきており、これらを併せて研究対象としていく。REBCO高温超伝導コイルの3つの主要な技術課題それぞれについて、解決技術になりうる重要な知見を得ることができたため。研究を実施していく中において、計画よりも解析作業等の補助業務を要する期間が短くなったため、技術補佐員の人件費が当初予定していた額より少なくなり年度内の完了が困難となった。REBCO高温超伝導コイルの3つの主要な技術課題それぞれについて基礎的な研究を行ってきたが、今後は実用化の観点を取り込み、さらに推進するべきである。次年度も解析作業等の補助業務に係る人員が必要となるため、技術補佐員の人件費として使用を計画している。
確率振動積分の漸近評価

ウィーナー空間における停留位相の方法について、我々は以前に二次のウィーナー汎関数を位相関数とする確率振動積分に対し一般的な公式を示しLevyの確率面積を含む二次のウィーナー汎関数のクラスに対し漸近評価を与えていたが、二次のウィーナー汎関数を位相関数とする場合ではあるが,物理学で知られているVan Vleck-Pauliの公式の類似物を得た.この公式においては全ての量が古典力学に現われる作用や古典軌道などの量で表されており極めて見通しが良くなった.また、計算もそれまでのものより簡単になった.さらに、我々はヤコビ場との関係についても結果を得て、二次のウィーナー汎関数については事情がかなりわかってきたといえる。最近,MalliavinとTaniguchiが,位相関数に解析的という強い仮定のもとではあるが,極めて一般的な設定で停留位相の方法を論じている.しかし,位相関数が二次以外のウィーナー汎関数については指数関数的に減少することを示すにはいたっていない.一方,もとのファインマン積分の場合には,Fujiwaraが累次積分の極限という定義に立ち返って有限次元の停留位相の方法を繰り返し使って,位相関数が二次以外のときにも無限次元の停留位相の方法が成り立つことを示している.彼の方法は,そのままでは我々の場合には適用できないが,参考になる方法であると思われるので、その方向で、停留位相の方法を確立することのできる適当なクラスの二次以外のウィーナー汎関数を探すことを当面の研究目標としたい.ウィーナー空間における停留位相の方法について、我々は以前に二次のウィーナー汎関数を位相関数とする確率振動積分に対し一般的な公式を示しLevyの確率面積を含む二次のウィーナー汎関数のクラスに対し漸近評価を与えていたが、二次のウィーナー汎関数を位相関数とする場合ではあるが,物理学で知られているVan Vleck-Pauliの公式の類似物を得た.この公式においては全ての量が古典力学に現われる作用や古典軌道などの量で表されており極めて見通しが良くなった.また、計算もそれまでのものより簡単になった.さらに、我々はヤコビ場との関係についても結果を得て、二次のウィーナー汎関数については事情がかなりわかってきたといえる。最近,MalliavinとTaniguchiが,位相関数に解析的という強い仮定のもとではあるが,極めて一般的な設定で停留位相の方法を論じている.しかし,位相関数が二次以外のウィーナー汎関数については指数関数的に減少することを示すにはいたっていない.一方,もとのファインマン積分の場合には,Fujiwaraが累次積分の極限という定義に立ち返って有限次元の停留位相の方法を繰り返し使って,位相関数が二次以外のときにも無限次元の停留位相の方法が成り立つことを示している.彼の方法は,そのままでは我々の場合には適用できないが,参考になる方法であると思われるので、その方向で、停留位相の方法を確立することのできる適当なクラスの二次以外のウィーナー汎関数を探すことを当面の研究目標としたい.
聴覚による他者の実体を知覚するメカニズムの解明

近年,バーチャルリアリティ技術の発展に伴い,仮想空間における他者の存在感をも伝える技術開発が進めれている。従来の研究で障害物知覚における聴覚の寄与が報告されていることから,聴覚が他者の実体を知覚するうえでも有用な働きをすると考えられる。しかし,そのメカニズムや手がかりとなる音響情報については不明である。そこで本研究では,近距離の他者に対する不快感(パーソナルスペースの侵害)に着目し,音響情報の物理的分析,心理物理学的手法,生理学的方法を組み合わせ,聴覚におけるヒトの実体を知覚するメカニズムについて明らかにすることを目的とする。平成30年度では,昨年度までに改良を進めたバイノーラルシステムを用い、実在感の知覚に必要な音響情報の解明についての検証を進めた。これまでに低周波帯域の情報が必要であることを示唆する結果が得られていたが、汎用性のある結果であるか確認するため、被験者数を増やし検討を行なった。その結果、個人差が大きく、現象の再現性が低かった。これは用いた頭部伝達関数(HRTF)が実験者個人の実測された関数であったためと考えられた。そこで、バイノーラルシステムの専門家に協力を仰ぎ、HRTFデータを変更し、再度実験を行ない、再現性を確認した。また、これまでは音声にHRTFを重畳した刺激を提示していたが、音刺激の種類による違いについても検証するため、音声以外にノイズ、手を叩くなどの動作音、機械音、音声を基にした雑音駆動音声などを使用し、同様の実験を行なった。その結果、動作音など人の存在を知覚させるような音と機械音などの音では明らかにパーソナルスペースに違いがあることが示された。これらのことから、生物由来の音であるかの判断がなされてから気配知覚が処理されているのではないかと考えている。これまでのところ、当初予定していた実在感の知覚に必要な音響情報の解明に迫ることができたと考えている。また、音刺激の種類を操作することで,実在感の知覚に寄与する処理過程を示唆する結果が得られたとも考えている。しかし,昨年度に得られた実験結果の再現性を確認するため、被験者数を増やしたところ、個人差が大きく、現象の再現性が低いという問題が生じてしまった。この原因として使用した頭部伝達関数(HRTF)の個人性によるものと考えられたため、HRTFデータの改善を行う必要があったため、当初の計画より予定が遅れた。加えて、一昨年度末から昨年度にかけて、家族に介護が必要となる事態が生じ、当該研究に従事する時間を十分に当てることができず、当初の予定通りに研究を進めることができなかった。特に、投稿した論文の査読対応、および昨年度実施した実験の論文化の着手が著しく遅れてしまった。以上の理由から、研究の遂行はやや遅れていると言わざるを得ない。今年度はこれまで得られた結果をまとめ、ジャーナルに投稿する予定である。加えて、査読対応で求められている追加実験を行い、論文誌の掲載を目指す。このため1.実体知覚における聴覚系の寄与の解明,2.実体知覚の手がかりとなる音響情報の解明,3.実体知覚の処理レベルの推定,という研究項目を設定して研究を進める予定である。研究計画の初年度である28年度では,上記の1.実体知覚における聴覚系の寄与の解明について研究を進めた。実験に用いる聴覚刺激提示装置としてバイノーラルシステムを用い,調整を行った。具体的には,ヒトが接近する音を収録し,接近による物理的な音響刺激の変化の分析,およびバイノーラルシステムで提示し,実空間における音響情報の変化を再現できているか,検証した。加えて,聴取実験を行い,音源までの距離が変化していることを知覚できているか,確認を行った。その結果,音響情報の物理的な変化の傾向をほぼ再現できているものの,低周波数帯域では実空間との差異が大きくなることがわかった。また,主観的には対象までの知覚された距離にばらつきがあることがわかった。この結果から,実験装置としては低周波帯域での補正を要することが明らかになった。また,システムによる比較を想定して,スピーカを用いた3次元音場再現システムの結果を整理した。研究計画における本年度の位置付けは,実験に用いる装置の開発と適用性の確認である。この計画に従い,実験に用いるバイノーラルシステムを調整し,接近刺激の物理的な再現性および聴感上の印象を検討した。その結果、低周波帯域の再現性が低く,装置の調整がさらに必要であることがわかった。また,聴感上もパーソナルスペースが侵害されている感覚は得られなかった。このことから物理的に再現できていない低周波帯域の音響情報が実在感の知覚に重要である示唆を得た。以上の結果から,概ね研究は順調に遂行されている言える。従来の研究では,障害物知覚における聴覚の寄与が報告されていることから,聴覚が他者の実体を知覚するうえでも有用な働きをすると考えられる。

そこで本研究では,近距離の他者に対する不快感(パーソナルスペースへの侵害)に着目し,音響情報の物理的分析,心理物理学的手法,生理学的方法を組み合わせ,聴覚におけるヒトの実体を知覚するメカニズムについて明らかにすることを目的とする。このため1.実体知覚における聴覚系の寄与の解明,2.実体知覚の手がかりとなる音響情報の解明,3.実体知覚の処理レベルの推定,という研究項目を設定して研究を進める予定である。平成29年度は,上記の1.実体知覚における聴覚系の寄与の解明についての検討を進めるとともに,2.実体知覚の手がかりとなる音響情報の解明についての検討に着手した。具体的には,28年度で明らかになった実験に用いたバイノーラルシステムの低周波数帯域の再現性に関しての改善を試みた。同時に,スピーカシステムを用いて接近刺激を提示するためにシステムの構築を行ない,程周波数帯域の音情報がパーソナルスペースの侵害に及ぼす効果について検討した。また,28年度に整理を行った3次元音場再現システムでの実験成果をまとめ,論文化を行った。研究計画における本年度の位置付けは,実験に用いる装置の開発と適用性の確認と実体知覚の手がかりとなる音響情報の解明である。昨年度に引き続き,実験に用いるバイノーラルシステムを調整し,接近刺激の物理的な再現性および聴感上の印象を検討した。合わせて,スピーカを用いたシステムを構築し,検証した。スピーカシステムを用い,提示される接近刺激の周波数帯域を操作し,パーソナルスペースの侵害に与える影響について検証したところ,低周波数帯域の情報がパーソナルスペースの侵害に影響していることがわかった。その一方で,本年度は生理学的手法を用いた検証に着手する予定であったが,スピーカシステムを新たに構築する必要があったため,着手に至ることができなかった。そのため,研究の遂行は若干遅れていると言える。近年,バーチャルリアリティ技術の発展に伴い,仮想空間における他者の存在感をも伝える技術開発が進めれている。従来の研究で障害物知覚における聴覚の寄与が報告されていることから,聴覚が他者の実体を知覚するうえでも有用な働きをすると考えられる。しかし,そのメカニズムや手がかりとなる音響情報については不明である。そこで本研究では,近距離の他者に対する不快感(パーソナルスペースの侵害)に着目し,音響情報の物理的分析,心理物理学的手法,生理学的方法を組み合わせ,聴覚におけるヒトの実体を知覚するメカニズムについて明らかにすることを目的とする。平成30年度では,昨年度までに改良を進めたバイノーラルシステムを用い、実在感の知覚に必要な音響情報の解明についての検証を進めた。これまでに低周波帯域の情報が必要であることを示唆する結果が得られていたが、汎用性のある結果であるか確認するため、被験者数を増やし検討を行なった。その結果、個人差が大きく、現象の再現性が低かった。これは用いた頭部伝達関数(HRTF)が実験者個人の実測された関数であったためと考えられた。
ジストログリカン糖鎖を形成する酵素複合体の同定とその作動メカニズムの解明

昨年度までに筋ジストロフィーの原因遺伝子産物(TMEM5、FKTN、FKRP、POMK、ISPD)のノックアウト細胞を樹立した。本年度は、これらノックアウト細胞にαジストログリカンを発現させ、質量分析により、リコンビナントタンパク質上の糖鎖の構造解析を行った。その結果、本糖鎖の還元末端構造であるリン酸化3糖構造(Man-(phospate)-GlcNAc-GalNAc)の先に、リビトールリン酸が2つタンデムに結合し、その還元末端にさらにキシロースとグルクロン酸が結合した配列を見出すことができた。ISPD、FKTNおよびTMRM5のノックアウト細胞にはリン酸化3糖構造先にリビトールリン酸の付加がおきていないことから、第一番目のリビトールリン酸の付加に関与していることが考えられる。またFKRPのノックアウト細胞にはリビトールリン酸1残基の付加が認められたことら、FKRPは2つ目のリビトール付加を担っていることが予想される。こうした結果は、ごく最近報告された論文(Kanagawa et al. Cell Reports 14, 2209&#8211;2223)の結果と一致するものであった。その一方で、プルダウンアッセイにより、FKTN、FKRP、TMEM5が3者複合体を形成していること、TMEM5がLARGEと相互作用していることを明らかとした。先行研究により、LARGEとB4GAT1が相互作用していることが報告されていることから、ゴルジに存在する原因遺伝子産物は、大きな複合体を形成していることが考えられる。このような、ラミニン結合性糖鎖の生合成に関わる酵素群が複合体を形成し、複雑なラミニン結合性糖鎖の生合成過程を担っているものと予想される。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、ラミニン結合性糖鎖の構築に関わる酵素群が複合体を形成しているという着想のもと、ラミニン結合性糖鎖の構造の同定および本糖鎖の形成機構の分子基盤の解明を目指すものである。本年度は、HEK293T細胞を用いて発現させたFc融合αジストログリカンを対象にラミニン結合性糖鎖の分析を行った。その結果、αジストログリカンに特異的なラミニン結合性糖鎖の還元末端構造にあたるリン酸化3糖構造が検出できたことに加えて、本リン酸基にグルクロン酸が連結している可能性を見出した。一方で、これまでにジストログリカノパチーの原因遺伝子として機能が未知な遺伝子産物が未だ存在する。そこで、ゲノム編集技術により、原因遺伝子産物であるFKTN、FKRP、TMEM5のノックアウト細胞を樹立した。これら3種類のノックアウト細胞は、いづれもラミニン結合性糖鎖が欠損していた。今後はこれら細胞を利用して、原因遺伝子産物の機能解析を行う予定である。また、TMEM5ノックアウト細胞に対して、mycタグを融合させたTMEM5を導入することで、数種類のTMEM5結合タンパク質を見出すことができていることから、ラミニン結合性糖鎖の生合成に関わる酵素群が複合体を形成している可能性を示すことができている。本研究を通じて、ラミニン結合性糖鎖の還元末端に位置するリン酸化3糖構造の非還元末端側に結合している糖残基を見出すことに成功した。更には、ジストログリカノパチーの原因遺伝子が複合体を形成していることを明らかにした。以上、総合的に判断して概ね順調に研究は進展している。ラミニン結合性糖鎖のリン酸に結合しているグルクロン酸残基の転移を担う糖転移酵素を、本年度に樹立したノックアウト細胞を活用することで同定する予定である。一方で、プロテオミクス解析により、TMEM5に結合したタンパク質の同定を行う。

更には、同定した酵素複合体を試験管内で再構成することで、複合体の担うラミニン結合性糖鎖の形成機構を明らかにすることを計画している。27年度が最終年度であるため、記入しない。
高圧凍結技法を用いたラット単離胃粘膜・酸分泌後壁細胞の膜動態研究

胃酸分泌に与る胃底腺壁細胞は、摂食からしばらく続く酸分泌刺激状態と食間から食前にかけての休止状態を繰り返す。このうち休止状態から酸分泌刺激状態へ移行する「酸分泌刺激時」の壁細胞動態については、1980年代に初代培養壁細胞や単離胃底腺などの実験モデルが確立されて以来、数多くの新知見が集められてきた。しかし、酸分泌刺激状態から休止状態へ移行する「酸分泌後回復期」の壁細胞動態に関しては、再現性の高い実験モデルがなく不明な点が多い。我々は生体の胃粘膜に近い組織形態を保ち、ヒスタミン等の試薬に速やかな反応性を示す「ラット単離胃粘膜モデル」の応用研究により、再現性の高い酸分泌後回復期壁細胞の実験モデルを確立し、高圧凍結技法による回復期壁細胞の形態変化ならびにプロトンポンプの局在変化を解析した。その結果、酸分泌後回復期の壁細胞は頂上膜を細胞内に回収後、いわゆるオートファゴソームとは異なる「特異な多重膜構造」を形成し、頂上膜に局在するプロトンポンプ(酸分泌に関与)を回収・処理しながら酸分泌休止状態へ回復することが示唆され、論文ならびに学会報告した。この酸分泌後回復期壁細胞モデルを用いたさらなる解析によって、酸分泌状態から休止状態へ移行する壁細胞の形態変化や、プロトンポンプを有する細胞膜動態の解明が加速されるものと期待される。さらに、酸分泌刺激後の単離胃粘膜において、胃小窩部壁細胞が胃小窩内腔に剥離する現象を見出した。興味深いことに、剥離した壁細胞内にもプロトンポンプを有する多重膜で構成された多数のオートファゴソーム様構造が電顕レベルで観察されており、現在、臨床で汎用される胃酸分泌抑制剤:H2レセプター阻害剤とプロポンプインヒビターを用いた応用研究を進めている。現在、臨床で汎用される胃酸分泌抑制剤:H2レセプター阻害剤とプロポンプインヒビターを用いた応用研究を進めている。
遮熱コーティングの微視的様相に着目したクリープ及び疲労損傷機構の解明

遮熱コーティング(TBC)の損傷挙動その場観察装置を開発し、クリープ及び疲労損傷挙動をコーティング組織と関連付けて調べた。クリープ負荷ではトップコート組織の影響は軽微であるが、疲労負荷ではトップコート内の存在するセグメントき裂先端やトップコート/ボンドコート界面性状がき裂発生と密接に関連していることを明らかにした。さらにTBCの耐はく離性評価や種々の負荷条件を考慮した多元的損傷抵抗評価法を提案した。ガスタービン高温部材である動翼部に遮熱コーティング(TBC)を適用する場合,部位によって熱機械的負荷モードが異なるため,信頼性と耐久性に優れた高性能のTBCシステムの設計・開発には,機械的負荷条件下におけるTBCシステムの損傷劣化メカニズムを解明することが不可欠である.本研究では,先行研究で開発した機械的損傷挙動その場観察装置を改良し、熱機械的負荷条件下におけるき裂発生・進展挙動をコーティング微構造と関連づけて究明するために、次の内容に取組んだ。(1)TBCシステム損傷挙動その場観察装置の改良赤外線イメージ炉内で試験中の試験片のコーティング組織を詳細に観察するために,作動距離が長くてズーム機能を有する顕微鏡観察装置を購入し,取り付けジグ等を設計・開発して現有のその場観察装置に組み込み,装置の高性能化を図った.さらに高温試験中に金属ボンドコート層や基材の酸化を遅延させるためにターボポンプによる炉内真空排気を取り入れた.その結果,顕微鏡装置のマルチフォーカス機能等によって焦点深度の深い観察が可能となり,トップコートだけでなく,ボンドコートや基材内部へのき裂進展挙動を明瞭に観察できるようになった.この装置を用いた予備試験として実施した多結晶基材のTBCシステムの損傷挙動その場観察結果と先行研究結果を合わせて論文としてまとめることができた(2)TBCシステム試験片の作製基材合金として単結晶Ni基超合金CMSX-4を入手したが,結晶方位解析と機械加工に予想以上に時間を要してしまい,その場観察実験を実施することができなかった.次年度以降,コーティングの組成・組織だけでなく,単結晶基材の結晶方位の影響も含めてTBCシステムの損傷挙動の解明を本格的に実施するガスタービン高温部材である動翼部に遮熱コーティング(TBC)を適用する場合,部位によって熱機械的負荷モードが異なるため,信頼性と耐久性に優れた高性能のTBCシステムの設計・開発には,機械的負荷条件下におけるTBCシステムの損傷劣化メカニズムを解明することが不可欠である.本研究では,機械的損傷挙動その場観察装置を用い,き裂発生・進展挙動をコーティング微構造と関連づけて検討した.(1)TBCシステム損傷挙動その場観察先行研究よりも高温である900°Cでクリープ及び疲労損傷挙動のその場観察を実施した.クリープ負荷下では,ひずみの増加に伴ってトップコート表面からき裂が発生するが,ボンドコートの塑性流動によって基材内部への進展が抑制される.一方,疲労負荷条件下ではトップコート/ボンドコート界面からき裂が発生し,基材内部へ進展して最終破断に至る.ただし,ボンドコート表面にビーズ処理を施し,ボンドコートをち密化させると,疲労き裂はボンドコート内をジグザグ状に進展し,進展速度をやや遅延できることを明らかにした.(2)TBCシステムのはく離損傷評価TBCシステムが受ける各種損傷の中で,トップコートのはく離は実用上深刻な問題である.そこでTBCの損傷機構を多角的視点から検討するために,各種TBCシステムについて,JISH8451に従って熱衝撃抵抗を調べた.その結果,トップコートがYSZの場合,優れた熱衝撃抵抗を示す一方,A1203では熱衝撃過程で発生する圧縮応力がトップコート/ボンドコート界面近傍に層間はく離き裂を誘発し,熱衝撃抵抗を低下させた.実機の起動・停止に伴ってTBCには圧縮負荷が繰り返し作用するので,次年度は圧縮疲労負荷条件下におけるTBCシステムのはく離損傷挙動も調べ,多角的観点から損傷機構の解明を行う.ガスタービン高温部材には、耐酸化性に優れた金属ボンドコート(BC)と遮熱性に優れたセラミックトップコート(TC)からなる遮熱コーティング(TBC)が必要不可欠である。高性能のTBCシステムの設計・開発に向け、本研究では,機械的損傷挙動その場観察装置を用い,き裂発生・進展挙動をコーティング微構造と関連づけて検討するとともに、種々の機械的試験方法に基づく損傷抵抗の多元的評価を試みた。(1)TBCシステム損傷挙動その場観察トランスピレーション冷却技術の開発に向け、超多孔質なTCを有するTBCについて、室温および高温における引張損傷挙動のその場観察を行い、現用のTBCと比較検討した。試験温度によらず、引張負荷の増加に伴い、TC表面や内部からき裂が発生し、TC/BC界面まで達した後、界面に沿って進展してTCをはく離させる。しかし、現用のTBCに比べて超多孔質TBCは引張負荷ひずみ収容能力に優れ、TC内からのき裂発生・進展を遅延させることを明らかにした。

(2)種々の機械的試験法に基づくTBCの損傷抵抗の多元的評価TCのはく離は実用上深刻な問題であるが、高温部材の部位によってTBCに作用する熱機械的負荷は著しく異なる。そこで、4点曲げ試験法を利用した静的な引張・圧縮負荷および動的な引張・圧縮負荷(疲労)、さらにせん断負荷曲げ負荷に対する損傷抵抗を調べ、これらに基づく多元的評価を提案し、次の事柄を明らかにした。TC組織の影響は、静的負荷条件下における損傷に対しては軽微であるが、せん断負荷や動的負荷における損傷に対して著しい。高温酸化処理によるTCの焼結化やTC/BC界面に生成するTGOは、各種機械的負荷に対する損傷抵抗を低下させ、特に圧縮やせん断負荷ではその影響は顕著となる。・損傷挙動を観察するために,試験片平行部の観察面を鏡面仕上げしなければならないが,特殊な丸棒試験片を用いているため,研磨を手動で行い,試験片準備に非常に時間を要してしまった.・実用的な低応力負荷条件で試験を行ってしまったため,試験片1本につき長時間を要し,様々な条件を検討することができなかった.24年度が最終年度であるため、記入しない。・試験片の研磨方法を改善する.・実機TBCシステムでは,高温下でのクリープや疲労だけでなく,低温下で圧縮負荷の繰り返し作用によるトップコートのはく離損傷挙動の解明も重要であるので,単純な帯状TBC試験片を用い,曲げ圧縮疲労によるトップコートのはく離挙動も調べ,これらを併せてTBCシステムの損傷機構の解明を多角的観点から取り組む.24年度が最終年度であるため、記入しない。