hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環境対応形工作機械用クリーンテーブルシステムの開発

本研究では、平成13年度から2年間の計画で、潤滑油の供給を必要としないクリーンテーブルシステムの開発を行った。平成13年度は、主にテーブル案内面材料の選定に関する基本的性能評価とテーブル構造の設計と実験用テーブルシステムの試作を行った。まず案内面材料の摩擦・摩耗特性の評価を行った。その結果、エポキシ樹脂にPTFEを添加した材料が最も低摩擦な特性を示すことが明らかとなった。さらに、エポキシ樹脂中のPTFE含有量は、案内面の摩擦・摩耗特性に強く影響することが確認された。つづいて、摩擦・摩耗特性の評価試験の結果にもとづいて、クリーンテーブルシステムの構造と案内面材料を選定した。さらに、潤滑油が不要な案内面をもつ小型高速テーブルシステムの設計を行った。高負荷時に対応した圧縮空気供給による空気半浮上機構を採用した、ハイブリッド案内構造の設計を行った。本研究計画の第2年度目にあたるH14年度は、主としてテーブルの実機への組み込みを行い、実用使用条件での性能評価を実施した。まず、試作したテーブルシステムの性能評価を実施した。評価項目としては、駆動時の摩擦抵抗、温度特性、耐摩耗性、テーブル運動精度・位置決め精度、案内面剛性ならびにダンピングを考え、種々のテーブル荷重と駆動速度について評価実験を行った。各種の固体潤滑剤について摩擦試験を行った結果,エポキシ樹脂にPTFEを添加したものが最も低摩擦な特性を示した。また、案内面接触部に空気半浮上機構を適用することにより,固体潤滑複合材料の耐摩耗性が向上し,案内面寿命について実用に供しうる水準を満たすことができた.さらに、高荷重条件については、案内面へ圧縮空気の供給を行いその供給条件とテーブル性能の関係を調べ、えら得た結果を総合して、オイルレスすべり案内テーブルの設計指針を提示することができた。近年、地球規模での環境問題がクローズアップされている。工作機械においては廃油と電力消費の低減が大きなテーマとなっており、これらの消費量を極力低減した環境対応形工作機械の開発が進められている。その実現へ向けた重要な研究開発項目の一つとして、潤滑油の供給が不要なクリーンテーブルシステムの開発が挙げられる。本研究では、平成13年度から2年間の計画で、潤滑油の供給を必要としないクリーンテーブルシステムの開発を行っている。平成13年度は、研究の初年度として、主にテーブル案内面材料の選定に関する基本的性能評価とテーブル構造の設計と実験用テーブルシステムの試作を行った。実際の工作機械における滑り案内面の作動条件を再現し、固体潤滑複合材料の性能評価が可能な往復しゅう動型の摩擦試験機としての実験用テーブルシステムの設計と試作を行った。つぎに、これを用いて各種の固体潤滑剤について摩擦試験を行った。PTFE含有量が多い材料ほど相手材への移着量が多く、摩擦係数は低いが耐摩耗性に劣ることが明らかとなった。平成14年度において、その性能評価を実施する計画である。工作概械においては廃油と電力消費の低減が大きなテーマとなっており、これらの消費量を極力低減した環境対応形工作機械の開発が進められている。

その実現へ向けた重要な研究開発項目の一つとして、潤滑油の供給が不要なクリーンテーブルシステムの開発が挙げられる。本研究では、平成13年度から2年間の計画で、潤滑油の供給を必要としないクリーンテーブルシステムの開発を行っている。本研究計画の第2年度目にあたるH14年度は、主としてテーブルの実機への組み込みを行い、実用使用条件での性能評価を実施した。まず、試作したテーブルシステムの性能評価を実施した。評価項目としては、駆動時の摩擦抵抗、温度特性、耐摩耗性、テーブル運動精度・位置決め精度、案内面剛性ならびにダンピングを考え、種々のテーブル荷重と駆動速度について評価実験を行った。各種の固体潤滑剤について摩擦試験を行った結果,エポキシ樹脂にPTFEを添加したものが最も低摩擦な特性を示した。また、案内面接触部に空気半浮上機構を適用することにより,固体潤滑複合材料の耐摩耗性が向上し,案内面寿命について実用に供しうる水準を満たすことができた.エポキシ樹脂中のPTFE含有量は,案内面の摩擦・摩耗特性に強く影響することが明らかとなり、PTFE含有量が多いものほど相手材への移着量が多く,摩擦係数が低いが,耐摩耗性には劣ることが指摘された。さらに、高荷重条件については、案内面へ圧縮空気の供給を行いその供給条件とテーブル性能の関係を調べ、えら得た結果を総合して、オイルレスすべり案内テーブルの設計指針を提示することができた。
在宅酸素療法実施者の長期療養を目的とした管理区分開発に関する縦断的研究

本研究の目的は、在宅酸素療法実施者の安定した長期療養管理および在宅看護支援に資するため、これまでに申請者が示したDIHOT-K(Desaturation Index for Home Oxygen Therapy by Kamei)を用いて、適切な療養管理区分を明らかにし、その区分別に在宅酸素療法実施者の生活の特性を示し、長期在宅酸素療法実施者の在宅ケアに用いる療養管理の方法を開発することである。対象は、家庭において24時間酸素飽和度(SpO2)測定を行い、DIHOT-Kを評価した在宅酸素療法実施者50名で、このうち睡眠時低酸素症例を除いた41名を分析対象とし、これらの者の5秒間隔の24時間SpO2および脈拍データ各々17,280カウントのデータを用いた。うち、10名には追跡し再度同様な訪問調査を行った。分析は、昨年度設定した在宅酸素療法管理指標(DIHOT-K)管理区分をもとに、行動記録等から対象者の日常生活特性などを分析して明確化した。その結果、DIHOT-K管理良好区分と管理不良区分の対象者の日常生活特性の違いとして、活動負荷量、吸入回数、喫煙、および脱酸素飽和発生頻度が上げられた。活動負荷は2.5METsが基準であり、吸入回数3回程度、脱飽和発生頻度は25回/日程度で管理状態が2分されることが示唆された。しかし、追跡調査からは管理区分に影響する明確な要因は抽出できなかった。以上から、DIHOT-K管理区分による管理良好・不良群の生活特性が明確化し、在宅看護支援には生活負荷の適切性、吸入の適切性、禁煙指導、脱飽和の発生を防ぐ呼吸法指導などが重要であると考えられた。今後、継続して追跡を行い、さらに適切な療養管理の指標を明確化することが必要である。本研究の目的は、在宅酸素療法実施者の安定した長期療養管理に資するため、これまでに申請者が示したDIHOT-K(Desaturation Index for Home Oxygen Therapy by Kamei)を用いて、療養管理区分を明らかにすること、およびDIHOT-K療養区分別に在宅酸素療法実施者を追跡し、生活の経過、転帰、生存率などから管理区分の妥当性を示し、以上から長期在宅酸素療法実施者の在宅ケアに用い得る療養管理区分を開発することである。対象は、1994年までに24時間酸素飽和度測定によるDIHOT-Kを評価した者50名で、これを追跡コホートとし、今回も同意が得られた者を調査対象とした。方法は、在宅酸素療法管理指標(DIHOT-K)管理区分15段階を設定し、各療養管理区分ごとに追跡し、対象者の生活状態などの情報を分析した。その結果、DIHOT-K管理区分1(最も良い管理状態)の対象者は、自覚症状スコア、痰の量、Borg Scale Scoreの程度が管理不良群よりも低いことが明らかになり、管理区分4の対象者では男性で肥満傾向が示され、管理区分5(最も悪い管理区分)の対象者では自覚症状の程度が最も重いことが示された。従って、DIHOT-K管理区分を5段階と設定したことは妥当であることが示唆された。以後の経過については現在も観察中である。
非ペプシン型酸性プロテアーゼのNMRとX線結晶構造解析による3次元構造解析

クロコウジカビ(Aspergillus niger var.macrosporus)が分泌する酸性プロテアーゼAは,従来知られているプロテアーゼとは種々の点で著しく異なる全く新しいタイプのプロテアーゼであり,3次元構造を明らかにすることは極めて重要である.蛋白質の3次元構造を決定する方法としては、X線結晶構造解析法と、多次元NMR法がある.X線結晶構造解析では分子全体の精密な3次元構造を明らかになるのに対して,NMR法では溶液中のゆらぎや部分構造を明らかにするのにも適している.以上の点を踏まえて本研究の目的は,X線結晶構造解析法と多次元NMR法の両法を適用することによって,未知の立体構造モチーフを含むと考えられる酸性プロテアーゼAの精密3次元構造,及びそのゆらぎについて解明することである.NMRスペクトルのpH依存性から,この蛋白質はpH4.5付近で構造変化を起こし,pH6以上で数残基のカルボキシル基の協同的解離により,不可逆的に変性することが分かった.またα水素のシグナルのうち水より低磁場側に位置するものが多いことから,この蛋白質はβシート構造に富むものであることが示唆された.さらに重水中で測定した2次元スペクトルで,200個ほどの指紋領域のシグナルのうち約100個が観測されることからこの蛋白質には堅固なコアが存在することが明らかである.この蛋白質の3次元構造とその動的性質を解明するために,^<13>C,^<15>Nで同位体ラベルした試料を調整し,3次元スペクトルを測定した.本酵素の結晶は,1.31.5Aの高分解能までX線回折強度データを与える.3種類の重原子同型置換体を得て構造解析を行った.主鎖の2次元構造はαヘリックスがほとんどなくβシート構造に富んでおり,NMRの結果と一致した.また,分子全体の構造はクロワッサンの様な形をしており,分子量がペプシンの約1/2であるにもかかわらず,分子全体の形はペプシンに相似している.クロコウジカビ(Aspergillus niger var.macrosporus)が分泌する酸性プロテアーゼAは,従来知られているプロテアーゼとは種々の点で著しく異なる全く新しいタイプのプロテアーゼであり,3次元構造を明らかにすることは極めて重要である.蛋白質の3次元構造を決定する方法としては、X線結晶構造解析法と、多次元NMR法がある.X線結晶構造解析では分子全体の精密な3次元構造を明らかになるのに対して,NMR法では溶液中のゆらぎや部分構造を明らかにするのにも適している.以上の点を踏まえて本研究の目的は,X線結晶構造解析法と多次元NMR法の両法を適用することによって,未知の立体構造モチーフを含むと考えられる酸性プロテアーゼAの精密3次元構造,及びそのゆらぎについて解明することである.NMRスペクトルのpH依存性から,この蛋白質はpH4.5付近で構造変化を起こし,pH6以上で数残基のカルボキシル基の協同的解離により,不可逆的に変性することが分かった.またα水素のシグナルのうち水より低磁場側に位置するものが多いことから,この蛋白質はβシート構造に富むものであることが示唆された.さらに重水中で測定した2次元スペクトルで,200個ほどの指紋領域のシグナルのうち約100個が観測されることからこの蛋白質には堅固なコアが存在することが明らかである.この蛋白質の3次元構造とその動的性質を解明するために,^<13>C,^<15>Nで同位体ラベルした試料を調整し,3次元スペクトルを測定した.本酵素の結晶は,1.31.5Aの高分解能までX線回折強度データを与える.3種類の重原子同型置換体を得て構造解析を行った.主鎖の2次元構造はαヘリックスがほとんどなくβシート構造に富んでおり,NMRの結果と一致した.また,分子全体の構造はクロワッサンの様な形をしており,分子量がペプシンの約1/2であるにもかかわらず,分子全体の形はペプシンに相似している.クロコウジカビが分泌する酸性プロテアーゼAは,アスパラギン酸プロテアーゼに近縁の酵素だと考えられるが、従来知られているアスパラギン酸プロテアーゼとは種々の点で異なる全く新しいタイプのプロテアーゼであり,未知の新しい3次元構造モチーフを含んでいる可能性が高い.蛋白質の3次元構造を決定する方法としては,X線結晶構造解析法と,多次元NMR法がある.これら両法は,X線結晶構造解析では分子全体の精密な3次元構造が明らかになるのに対して,NMR法では溶液中のゆらぎや部分構造を明らかにするのにも適している,などそれぞれ特長を持っている.以上の点を踏まえて,X線結晶構造解析法と多次元NMR法の両法を合わせ適用することによって,未知の立体構造モチーフを含むと考えられる酸性プロテアーゼAならびにその酵素・基質複合体の精密3次元構造,及びそのゆらぎの全貌を詳細に解明することを目指して本研究を進めている.平成5年度には以下の研究を行った.(1)C-13,N-15ラベル標品の調製-3次元NMR測定に必要なN-15均一ラベル標品ならびに4次元NMR測定に必要なC-13,N-15二重ラベル標品を得るために,これらの同位体を含む培地でカビを培養してプロテアーゼAを得る最適条件を種々検討した結果,蛋白質を窒素源とした場合のみプロテアーゼAが産生されることがわかった.

現在アイソトープラベルした蛋白質を窒素源としてプロテアーゼAを調製している.(2)2次元NMRスペクトル測定と連鎖帰属(sequential assignment)-3種類の2次元NMRスペクトル(化学結合情報のDQF-COSYとHOHAHA,空間距離情報のNOESY)を測定した。2次元スペクトルはシグナルが全体に分散しているものの分子量が大きく,シグナルの帰属は現在進んでいない.(3)重原子同型置換結晶の作成と回折強度データの測定-新規の立体構造を持つタンパク質の3次元構造を解く唯一の道である重原子同型置換体の作成を行い,重原子同型置換体を得て回折強度データを収集した.現在構造解析を進めている.クロコウジカビ(Aspergillus niger var.macrosporus)が分泌する酸性プロテアーゼAは,従来知られているプロテアーゼとは種々の点で著しく異なる全く新しいタイプのプロテアーゼであり,3次元構造を明らかにすることは極めて重要である.蛋白質の3次元構造を決定する方法としては,X線結晶構造解析法と,多次元NMR法がある.X線結晶構造解析では分子全体の精密な3次元構造が明らかになるのに対して,NMR法では溶液中のゆらぎや部分構造を明らかにするのにも適している.以上の点を踏まえて本研究の目的は,X線結晶構造解析法と多次元NMR法の両法を合わせ適用することによって,未知の立体構造モチーフを含むと考えられる酸性プロテアーゼAの精密3次元構造,及びそのゆらぎについて解明することである.NMRスペクトルのpH依存性から,この蛋白質はpH4.5付近で構造変化を起こし,pH6以上で数残基のカルボキシル基の協同的解離により,不可逆的に変性することが分かった.またα水素のシグナルのうち水より低磁場側に位置するものが多いことから,この蛋白質はβシート構造に富むものであることが示唆された。さらに重水中で測定した2次元スペクトルで,200個ほどの指紋領域のシグナルのうち約100個が観測されることからこの蛋白質には堅固なコアが存在することが明らかである.この蛋白質の3次元構造とその動的性質を解明するために,^<13>C,^<15>Nで同位体ラベルした試料を調製し,3次元スペクトルを測定した。本酵素の結晶は,1.31.5Åの高分解能までX線回折強度データを与える.3種類の重原子同型置換体を得て構造解析を行った.主鎖の2次元構造はαヘリックスがほとんどなくβシート構造に富んでおり,NMRの結果と一致した.また,分枝全体の構造はクロワッサンのような形をしており,分子量がペプシンの約1/2であるにもかかわらず,分子全体の形はペプシンに相似している.
林業および林産業廃棄物の高度資源化に関する基礎的研究

スギ・ヒノキ樹皮は農業用資材用として期待されているが、樹皮に含まれる抽出成分は植物に対して生長阻害作用を示すことが報告されており、それらの用途には適さないとされている。そこで、本研究では、スギ・ヒノキ樹皮成分の草本植物に対する生長阻害作用の詳細を明らかにすることと、その対策法の開発を主な目的とした。スギおよびヒノキ樹皮を外樹皮と内樹皮に分離した後粉砕し、各樹皮粉をベンゼンで脱脂処理後、ソックスレー抽出器でメタノール抽出した。得られたベンゼン抽出物あるいはメタノール抽出物を脱脂綿培地に所定量添加し、25°Cの恒温器中でキュウリ、ナス、ケナフなどの数種の草本植物の成長試験を行った。メタノール抽出物については更に、細かく分画し、化合物を単離分析するとともに、各分画物の生長阻害作用を調べた。スギ、ヒノキ樹皮のメタノール抽出物は草本植物に対して強い生長阻害作用を示し、外樹皮よりも内樹皮の方がその作用な大きいことがわかった。更に、スギ、ヒノキともに内樹皮の抽出物量は外樹皮よりも圧倒的に多く、生長阻害作用に及ぼす内樹皮の重要性が明らかになった。スギ、ヒノキ内樹皮メタノール抽出物を溶剤分画後、各フラクションの生長阻害効果を調べた結果、1-ブタノール可溶部と分画残渣に生長阻害効果が見られた。1-ブタノール可溶部は更にエタノールを用いたGPCで分離され、カテキン、カテキン二量体などの化合物が単離された。カテキンも強い生長阻害効果を示したが、活性の主体は存在量の多い溶剤分画残渣およびGPC溶離残渣に存在し、これらは高速GPCおよび分解反応などにより、カテキンの数量体である縮合タンニン構造を持つものと推定された。すなわち、樹皮抽出成分の植物生長阻害作用は縮合タンニンが主な原因となっていることを明らかにした。他方、樹皮抽出成分の生長阻害作用を失活させる方法として、いくつかの化合物の添加が有効であることを明らかにした。木材工業廃材のうち,大量に発生するにもかかわらず用途の少ないスギ・ヒノキ樹皮を農業用資材として利用する試みがなされている。しかしその一方で,樹皮に含まれる抽出成分は植物に対し成長阻害作用を示すことが報告されており,それらの用途には適さないといわれている。そこで,本研究では,スギ・ヒノキ樹皮成分の草本系植物に対する成長阻害作用の詳細を明らかにすることと、その対策法の開発を主な目的とした。スギおよびヒノキ樹皮を外樹皮と内樹皮に分離した後粉砕し,16メッシュ通過の樹皮粉を調製した。各樹皮粉をベンゼンで脱脂処理した後,ソックスレー抽出器で8時間メタノール抽出した。得られたベンゼン抽出物あるいはメタノール抽出物を脱脂綿培地に所定量添加し,25°Cの恒温器中でキュウリ,ナス,ケナフなどの数種の草本系植物の成長試験を行った。スギ,ヒノキ外樹皮メタノール抽出物4%添加培地において,播種後7日目のキュウリの成長量はブランクに対して3分の2程度であり,スギ,ヒノキ内樹皮メタノール抽出物4%添加培地ではキュウリの成長量はブランクの2分の1以下であった。

外樹皮,内樹皮抽出物ともにそれ以上添加しても成長量は4%の時をわずかに下回るのみであった。スギ,ヒノキ樹皮のメタノール抽出物は植物に対する成長阻害作用を示すことは明らかであり,外樹皮よりも内樹皮の方がその作用は大きいことがわかった。また,スギ,ヒノキともに内樹皮の抽出物量は外樹皮よりも圧倒的に多く,成長阻害作用に及ぼす内樹皮の重要性が明らかにされた。ベンゼン抽出物でも外樹皮のものを3%添加するとある程度の成長量の低下が見られたが,樹皮中にベンゼン抽出物は12%しか存在しないことを考えると,その影響は小さいものと思われる。他方,樹皮抽出成分の成長阻害作用を失活させる方法として,ゼラチン,PVPの添加が有効であることを明らかにした。大量に発生するにもかかわらず用途の少ないスギ・ヒノキ樹皮を農業用資材として利用するには,樹皮に含まれる抽出成分が植物に対して成長阻害作用を示すために,問題があるといわれている。そこで,本研究では,スギ・ヒノキ樹皮抽出成分の草本系植物に対する成長阻害作用の詳細を明らかにすることと,その対策法の開発を主な目的とした。スギおよびヒノキ樹皮を外樹皮と内樹皮に分離した後粉砕し,樹皮粉を調製した。各樹皮粉をベンゼンで脱脂処理した後,ソックスレー抽出器で8時間メタノール抽出した。得られたメタノール抽出物およびその溶剤分画物,更にはGPC,液体クロマトグラフィーによる分画物を脱脂綿培地に所定量添加し,25°Cの恒温器中でキュウリの成長試験を行った。同様に,.樹皮抽出物添加培地に種々の物質を添加してキュウリの成長試験を行い,樹皮抽出物の成長阻害効果を抑制する働きを調べた。また,各分画物から単離した化合物はNMR, GC-MSスペクトルで分析した。スギ,ヒノキ内樹皮メタノール抽出物を酢酸エチル可溶部,1-ブタノール可溶部,分画残渣に分けた後,各フラクションのキュウリに対する成長阻害効果を調べた。これらの中で,1-ブタノール可溶部と分画残渣に成長阻害効果が見られた。1-ブタノール可溶部からは更にエタノールを用いたGPCで分離すると,カテキン,カテキン二量体などの化合物が単離された。GPCカラムに残った溶離残渣はアセトンで溶出させた。カテキン添加培地では添加量は少なくても大きな成長阻害効果を示すことがわかった。存在量の多い溶剤分画残渣およびGPC溶離残渣は大きな成長阻害効果を示した。これらは高速GPCおよび分解反応などにより,カテキンの数量体である縮合タンニン構造を持つものと推定された。すなわち,樹皮抽出成分の植物成長阻害作用は縮合タンニンが主な原因となっていることを明らかにした。他方,樹皮抽出成分の成長阻害作用を失活させる方法として,いくつかの化合物の添加が有効であることを明らかにした。
３Ｄプリント可能な高強度β-ＴＣＰセメントペーストの開発

前年度に引き続き,β型リン酸3カルシウム(βTCP)粉末に添加するジルコニア(ZR)粉末の種類と量が,リン酸カルシウムセメント(CPC)硬化体の強度に及ぼす影響を調べた。ZR粉末が混入しにくい容器で粉砕したβTCP粉末に,2種類のZR粉末(ZR粉末が混入しやすい容器由来の粉末(eZR),市販のナノジルコニア分散液から得た粉末(nZR))を1mass%から6mass%の範囲で添加して再度粉砕し,CPC原料とした。作製した2種類各6添加率のZR粉末添加CPC硬化体は,添加率0mass%の硬化体より圧縮強度(CS),間接引張強度(DTS)ともに増加あるいは同等の値を示した。また,CS,DTSともに本実験の添加率の範囲内で最大値を示し,ZR粉末添加量には最適値が存在した。ZR粉末が混入しやすい容器で粉砕したβTCP粉末を用いた硬化体の強度の最大値と,上記2種類の試料の最大値同士を比較すると,nZR試料はCS,DTSともほぼ同等の値を示したが,eZR試料ではCSが約90%の値にとどまった。また,破断面観察の結果,nZR試料の破断面は相対的に緻密で,eZR試料の破断面には気孔由来と思われる凹凸が目立った。CPC硬化過程におけるZR粉末の役割としては,ハイドロキシアパタイト(HAP)の析出促進と,その結果としてHAP結晶の緻密な凝集構造の形成が考えられる。今回用いたeZR粉末は,ZR粉末が混入しやすい容器で粉砕したβTCP粉末を酸洗後,濾別した残渣であり,もっともサイズの小さい粉末が回収されていない可能性が高い。一方,nZR粉末は市販のナノ結晶であり,eZR粉末より小さいサイズの粉末が多いと推定された。その結果,同じ重量でも,nZRは結晶数が多く,HAP結晶の析出を促進し,結晶凝集体が緻密化することで,高強度化すると考えられた。破断面の気孔の多寡は,その反映と考えられた。これまでに用いたボールミリング法の粉砕容器の材質はジルコニア(ZR)であり,粉砕条件によってはβ型リン酸3カルシウム(βTCP)粉末にZR粉末が混入することがわかった。βTCP粉末の粉砕による効果と,ZR混入による効果を分けて評価するため,ZRが混入しない粉砕を試みた。容器とボールの材質として,ZRより耐摩耗性に優れ,硬く,高密度であるタングステンカーバイド(WC)を選択した。ZRの場合と同条件でミリングしたが,セメント硬化体の強度はβTCP未粉砕の場合の10%程度であり,様々な条件で粉砕しても同様であった。粉砕後の粉末を分析した結果,相構成は同じだったが非晶質化が進んでおらず,ZRより粉砕効果が低いと考えられた。ZRよりも密度の高いWCを用いて粉砕効果が低かった理由は解明できなかったが,βTCPの改質に不向きであることから,以降の研究では引き続きZR製の容器とボールを用いることとした。βTCP粉末へのZR粉末混入の影響を調べるため,粉砕後のβTCP粉末に2種類のZR粉末を添加し,その影響を定量的に調べた。容器とボールが摩耗して得られた粉末(eZR)と,市販のナノジルコニア分散液を蒸発させて得たZR粉末(nZR,平均径100 nm)を1mass%6mass%追加して,セメント硬化体の強度を測定した。摩耗しにくいジルコニアボールを用いてミリングしたZR粉末に,得られたeZRとnZRを添加したところ, eZRでは2%添加で,nZRでは1%添加で最大の圧縮強度(CS)が得られ,それぞれ34.7 MPa,38.2 MPaであった。また,eZRでは4%添加で,nZRでは3%添加で最大間接引張強度(DTS)が得られ,それぞれ7.84 MPa,8.32 MPaであった。ZR粉末は強度を増加させたが,粉末の種類による差は認められなかった。強度増加の原因は現在のところ不明である。容器の材質の変更(ZRからWC),粉砕条件の見直し,ZR粉末の添加,容器に入れるβTCP粉末の量,ボールミリングの回転速度と時間,ZR粉末の添加量,練和液と粉末の混合比(混水比)などの条件を調整することで,射出性,硬化速度,強度のバランスの取れたリン酸カルシウムセメントを開発することができた。体内に注入後のセメントの硬化挙動を調べるため,擬似体液(SBF)中でのin vitro硬化と,ラット体内でのin vivo硬化の評価を行った。硬化後に圧縮試験を行うため,セメントを管状のシリコーン・モールドに充填後,モールドごとラット皮下に留置し,円柱形の圧縮試験片の形状を維持した。未粉砕βTCPセメントは,硬化後に皮膚組織と癒着していたが,改質βTCPセメントには癒着は見られなかった。改質βTCPセメントは硬化が早く,軟組織が侵入する時間の余裕がなかったと考えられた。未粉砕βTCPセメントの強度は著しく低かったが,改質β-TCPの強度はin vitro,in vivoいずれも充分な強度を示した。ただし,大気中で硬化させたセメントよりは低かった。改質β-TCPは硬化が速いため,体内あるいはSBF中で周囲へのリン酸イオンの移動が起こりにくく,HAPが析出しやすいためと考えられた。これまでに開発してきたセメントペーストを新規購入した3Dプリンタで射出成形できるか,基礎的な評価を行った。射出圧力を注入性試験と同じ100 MPaとして,射出可能なノズル径を評価した。

その結果,注入性試験で使用してきた内径2 mmの注射器のノズルよりもはるかに小さい,内径0.4 mmのノズルで射出が可能であることを確認した。これまでに,点や線,四角や円形などの基本的な図形を積層することに成功した。本研究のリン酸カルシウムセメント(CPC)粉末原料であるβ型リン酸3カルシウム(βTCP)の微細化に際し,粉砕容器からジルコニア(ZR)粉末が混入し,CPC硬化体の強度に影響することが判明している。そこで,ZR粉末の種類と添加量(重量分率)がCPC硬化体の強度に影響するかを調べた。異なる3種類のZR粉末を用意した。1つ目は粉砕容器由来の粉末(eZR),2つ目は市販のナノジルコニア分散液から得た粉末(nZR,平均粒径100 nm),3つ目は市販の短繊維状粉末(fZR,平均直径610 μm)である。微細化βTCP粉末に3種類のZR粉末を1%から6%の範囲で加え,硬化後の圧縮強度(CS)と間接引張強度(DTS)を評価した。添加した粉末の種類によって最高強度を示す添加量は異なった。CSについては,eZRでは添加量2%時に最大値34.7 MPa, nZRでは添加量1%時に最大値38.2 MPa,fZRでは添加量3%時に最大値31.8 MPaを示した。DTSについては,eZRでは添加量4%時に最大値7.8 MPa, nZRでは添加量3%時に最大値8.3 MPa,fZRでは添加量4%時に最大値5.4 MPaを示した。CS,DTSいずれの場合も,ZR粉末を添加しない試料のCS,DTSより有意に高かったが,粉末の種類による有意差は認められなかった。以上より,ZR粉末の添加量の最適化により,CPC硬化体の強化が可能であると判断した。開発したCPCペーストの3Dプリントに関しては,ペーストのチクソトロピーに起因する射出時の粉液分離現象抑制のため,液にゲル化剤を添加して粘度を上げることで分離現象の抑制が可能とわかった。しかし,粘性の調整のためにペースト温度を上げるとセメントの硬化が促進され,射出可能時間が短くなることがわかった。そのため,異なる解決手法が必要と判断した。3Dプリント可能なCPCペーストの開発に必要な2つの材料特性それぞれについて,向上への指針を明らかにすることができた。1つ目は,CPC硬化体の強度向上である。本研究では,ペーストの射出性を維持しつつ硬化体の強度を向上させる手法として,CPC粉末の微細化が有効であることを示してきたが,新たに,微細なジルコニアの微量添加により,射出性を維持しつつ,さらなる高強度化が可能であることを見出した。高強度化の機序が明らかでないため,添加した粉末の種類とサイズのいずれかが,あるいは双方が効果を発揮しているのか判別できていないが,今後,異なる種類のセラミックス粉末で同様の検討を行うことで,より効果的な強度向上が可能か解明できると考えている。2つ目は,CPCペーストの射出性向上である。3Dプリントに用いる通常のペーストと異なり,CPCペーストは粉液混合体であるため,加圧によりチクソトロピーを示し,粉と液が分離しやすい。その解決には,液にゲル化剤を添加して粘度を増加させる手法が有効だが,粘度低下のためにペーストの温度を上げると,セメントの硬化が促進して短時間で射出困難となるリスクが高くなり,逆に粘度増加のために温度を下げると,セメントが硬化せずに射出体の強度が低く,積層に耐えないリスクが高くなる。この相反を解決するために,通常のゲル化剤とは逆の温度依存性を示す「ポロキサマー」を見出し,今後の試作に用いることとした。
建築空間と日本的環境構築の関係性に関する研究

Cristiano Lippa君は、これまで宇宙空間の無重力状態における人間の知覚と、知覚を元に形成される最適な建築空間についての研究を行ってきた。その中で、都市構造や都市形態に無意識に現れるであろう都市に自生的に形成される秩序が、無意識の知覚に影響を及ぼしているとの仮説より、都市の断面図を作成し、ISSスペースステーションを始めとする宇宙空間で採用されている構造もデュールとの比較分析を行った。2014年度では引き続き、同様の関心から、人間の知覚の深層に影響を及ぼすであろう都市構造に着目し、都市のスカイラインや地平ラインの分析を行いながら、宇宙空間の居住モデュールへの重力知覚の適用について考察をしている。都市におけるコミュニティや交通、空地や歩道などの水平要素の関係性と、アイコン、スペクタクル、権威性、タワーの高さ競争、高層ビル開発といった垂直要素の関係性は、自然界の原理で説明できることを示した。また、彼はその研究を、2014年夏に行ったワークショップで応用し、ローマにおける都市構造と水平要素としての古代城壁の関係性についての提言を行った。ワークショップには東京大学・ローマ大学サピエンツァ、ペンシルバニア州立大学計40名程度の学生が参加し、フィールドワークと議論を繰り返しながら、数十キロにも及ぶ古代城壁といった長い「水平のランドマーク」を都市でどう扱うべきかという議論を主導し、様々な提言を行い、ワークショップを成功に導いた。理論的・実践的なトライアル・分析を通し、独自の理論を形成することに成功している。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の平成25年3月31日までの初期段階では、宇宙建築と日本における構築環境に関する先行研究の調査を行いました。これらの先行研究の論理の一貫性および本研究の主題との関連性を分析することで、本研究の構造モデルと方法論の選択に応用する事が可能となりました。建築とそれらを取り巻く環境の比較にあたって、先行研究で見られるグラフィックを使用した表現の手法を基に、独自の視覚表現の作成に着手しました。本研究の初期段階での主な構想は、日本の都市環境の建築と宇宙の建築を科学的に比較および分析するためにセクション(断面図)を用いるというものです。建築における断面図は、ルネッサンス時代に図面での表現として考案された手法です。本研究の意図はこの断面図というツールを科学的研究に応用し、複数の重要な既存建築物の断面図を描き比較することで、その部分的な構築要素だけでなくその社会性、経済性、そして人の関係性を同時に表すというものです。将来的に地球全体は、一国における現象と同様に都市化して完全に構築されていく傾向にあります。例として日本の都市、特に大都市の断面を見ると、そこでの開発の垂直性やそれに伴った三次元構造と厚みの増大が散見されます。この三次元構造はISS宇宙ステーションの機能的計画と類似しており、都市的(従って惑星的)環境での重力とその法則に対する抵抗は、垂直方向の厚みの増大という結果がもたらされます。これらの考察から、次の段階である地球の一部分、特に日本列島近辺の図的表現での分析の開始へと至りました。分析結果の表現として、人口の構築物や人間の生活モジュールを含む、地表から地球大気の低軌道セクターまでの幾つかの断面図表す計画としています。この初期段階である過去数ヶ月間は、分析対象の下部断面を構成している東京の地形と都市構造の関連性への理解に向けてきました。Cristiano Lippa君は、21世紀のさらなる宇宙進出を前提とし、建築分野における、地球外空間での建築空間についての研究に取組んで来た。建築は常に屋内空間を有し、ある環境下に建てられることから土地や環境といった外部空間との関係性の元で考えられることが普通であるが、宇宙空間では屋内で完結する。彼独自のユニークな観点としては、宇宙を対象にしていること以上に、建築空間の研究に重力という概念を持ち出し、建築空間における知覚と、その重力による影響を考察しようとした点にある。外部と内部の関係と同時に、建築はものと人間の関係を持つため、人の知覚というテーマは非常に重要である。これまでも普遍的なテーマであったと言えるが、だからこそ重力という科学的な現象と、地球外空間において知覚という感覚的な事象が重要となるという視点に独自性がある。2013年度には、関連理論や言説を幅広く類型化し、視覚的に比較することでの分析を主に行った。建築の外部空間における人間の知覚は、理論的・概念的に捉えられる傾向があり、人間は重力といった物理現象を意識的には知覚していないと考えられる点など、議論の余地は大きいが、独自の観点で建築を見返すことはしばしば新しい発見を生む。また、近年改めて宇宙空間や宇宙開発に注目が集まっていることもあり、宇宙空間をより精密に議論する時期でもある。そういった字義通りの意味でも、建築への概念を見直すアナロジー的な意味でも、重力に着目する意義は少なくない。

2014年度では引き続き、同様の関心から、人間の知覚の深層に影響を及ぼすであろう都市構造に着目し、都市のスカイラインや地平ラインの分析を行いながら、宇宙空間の居住モデュールへの重力知覚の適用について考察をしている。都市におけるコミュニティや交通、空地や歩道などの水平要素の関係性と、アイコン、スペクタクル、権威性、タワーの高さ競争、高層ビル開発といった垂直要素の関係性は、自然界の原理で説明できることを示した。また、彼はその研究を、2014年夏に行ったワークショップで応用し、ローマにおける都市構造と水平要素としての古代城壁の関係性についての提言を行った。ワークショップには東京大学・ローマ大学サピエンツァ、ペンシルバニア州立大学計40名程度の学生が参加し、フィールドワークと議論を繰り返しながら、数十キロにも及ぶ古代城壁といった長い「水平のランドマーク」を都市でどう扱うべきかという議論を主導し、様々な提言を行い、ワークショップを成功に導いた。理論的・実践的なトライアル・分析を通し、独自の理論を形成することに成功している。26年度が最終年度であるため、記入しない。2013年度には、数多くの地球外空間における空間の断面図を収集・編集・作成し、類型化・分析を行うための作業に時間を割いた。作成した多くの断面図から読み取れる特徴的な空間や特異点を取り出し、それらの特に人間同士の関係性等から分析を行った。同時に比較対象として地球の都市スケールでの断面図等も実測・作成し、社会スケールでの比較分析を行った。その分析では、特に日本の都市の垂直性が強調される結果となったが、その都市構造モデルと、ISSスペースステーションの計画との類似性が指摘することができた。つまりISSでは重力の定義や知覚のために、既存の都市計画と類似したような垂直性を導入しているのか、無意識に垂直性を強調しているものと考察できる。これまでは空間や知覚や屋内外の関係性といった理論的な分析を主に行ってきたが、今後は実際の宇宙空間と日本の建築環境についてより具体的なフェーズで、具体的に比較しながら研究を進めていく。宇宙建築と日本の建築環境に関しては、その都市構造レベルの類似性や、人間の知覚の応用、宇宙空間の物理特性などをより詳細に分析していく。(2)先行研究の分析後、部分的な変更はありましたが、大部分は当初の研究計画に基づき総合的に良い進捗状況であると考えています。本研究の一部はすでに国際学術会議や専門誌において発表しており、国際的なアカデミックコミュニティから建設的なフィードバックと支援を受けています。次の段階は、断面図としてのツールの定義と、それを用いた分析の継続となります。断面図は全ての情報を表す純粋な図面表現ではないため、どの科学的情報や要素が含まれるのか選択する必要があります。結果として、単に断面図ツールの科学的有効性のみでなく、比較的容易に理解できる視覚表現として提示することを目標としています。更に国際会議やシンポジウムに出席し、専門家やその他学者からのフィードバックを得る予定です。最終段階は研究結果の出版物となります。
居住空間におけるスギ材の心理的及び生理的効果に関する研究

計算作業後の疲労回復では、スギ無垢材で内装を施した実験室では対照室に比べて疲労感の回復が早く、木材の「見え」と「匂い」の相乗効果が示唆された。枕元にスギ材を設置したところ、設置なしの条件に比べて主観評価による睡眠の質が向上した。スギ材の加工形状等による視覚影響では、単純縞パターンは視覚ストレスとはなりにくいことが示唆された。木材の匂いによる脳の賦活化を近赤外法で評価し、本法による新たなヒトへの評価法の可能性が示唆された。本研究では、スギ材のヒトに対するポジティブな影響は、心理的な効果(主観による知覚・認識)を中心に穏やかな影響が観察され、視覚効果と相まってその効果が増強される場合も散見された。近年、スギ材には、優れた空気浄化機能があること、その抽出成分にはストレス緩和効果や睡眠内容の改善効果などのあることが報告されている。これらの作用によるヒトへの心理的・生理的な効果が実証できれば、居住者の健康改善や健康増進に寄与できる新たな居住空間を提案することが期待される。本研究では、スギ材に着目し、居住空間にスギ材を用いた場合のヒトの心理的ならびに生理的な効果について検証することを目的としている。平成24年度は、1)スギ材による睡眠の質や入眠に与える影響、2)スギ材内装環境室における見えと心理・視覚認知反応の評価の実験について、被験者の協力を得て実施した。実験の結果、1)においては、スギスリット材パネルを枕元に設置した場合(スギ設置有り)と何も設置しない場合(スギ設置無し)で比較した結果、スギ設置有りの場合では、睡眠の質が有意に改善されていることが示唆された。また、スギスリット材からは、セドロールやβーオイデスモールが特異的に放散されていることが確認された。これらの物質にはストレス緩和効果等があることから、本実験において睡眠の質の改善に寄与した可能性が考えられた。2)では、幅100mmのスリット材と板目材を用いて、壁面に縦貼りや横貼り等の配置を変えた場合の心理・視覚認知反応を評価した。その結果、見た目の快適感は、目の高さに横貼りされた板目材では、主観的には視覚ストレスを与えにくいものと考えられた。前年度の実験では、スリットによる単純稿パターンは視覚ストレスとはなりにくいことが示唆されたが、今年度の実験では、さらに配置による効果を確認できた。平成25年度は、スギ材等の木材から放散される匂い物質が嗅覚神経系に与える影響について、近赤外分光分析法等を用いて評価する予定である。また、これまでのデータをとりまとめ、適宜学会等での発表及び学術雑誌へ論文投稿する予定である。これらの作用によるヒトへの心理的・生理的な効果が実証されれば、居住者の健康改善や健康増進に寄与できる新たな居住空間を提案することが期待される。平成23年度は、作業負荷後の疲労回復効果、木材の香りが嗅覚神経系に与える影響、スギ材内装環境室における見えと心理評価の実験を行った。平成24年度は、睡眠の質や入眠に与える影響、スギ材内装環境室における見えと心理・視覚認知反応の評価の実験を行った。最終年度である平成25年度は、これまでのデータの解析を仕上げてとりまとめ、学会や学術誌等で発表を行った。論文投稿等は、さらに今後も継続予定である。また、今年度は、大阪府環境農林水産部みどり推進課からの協力要請により、保育園の木質内装化による室内環境や園児に対する影響について、保育士や保護者のアンケート調査を実施した。アンケート調査は、2014年10月中旬12月下旬に木質内装化工事前後において、大阪府内の4つの保育園の工事室(35歳児138名)と対照室(35歳児98名)で実施し、その結果を比較評価した。保育士および保護者アンケートからは、工事後に教室がより明るく、温かみのある雰囲気に変化したことや、より落ち着く、集中できる空間であると評価されるなど、内装の木質化工事によって教室内の雰囲気が改善されたことが明らかになった。スギ材には優れた空気浄化機能があることや、その抽出成分にはストレス緩和効果や睡眠内容の改善効果等が報告されている。ヒトに対するこれらの作用の効果が実証されれば、居住者の健康改善や健康増進に寄与できる居住空間を提案できる。

平成23年度は、1)スギ材内装環境室における作業負荷後の疲労回復、2)スギ材による嗅覚負荷刺激時における脳血流変化の計測、3)スギ材内装環境室における見えと心理評価の実験について、被験者の協力を得て実施した。また、いずれの実験も関係機関の倫理審査で承認を得て実施した。実験の結果、1)においては、スギ材内装環境室では対照室と比べて作業負荷後の疲労回復が早いことが示唆された。スギ材内装環境室では、スギ材から放散されるセドロールやβ-オイデスモールが特異的に検出された。これらの物質にはストレス症状緩和効果等があることから、本実験において疲労回復効果をもたらした可能性が考えられた。2)では、近赤外分光分析計(NIRS)を用いて、スギ材、合板、ゴム等を嗅覚負荷した際の前頭葉の脳血流変化を計測した。現在測定データの解析中である。3)については、スギ材の接地面積や見え(スリット形状の有無等)を変えて、アイマークレコーダーで被験者の視線を追跡し、心理状態や疲労感を評価した。スリット材ではスギ材からの放散物が多くなるが、視覚的な不快感やストレスが懸念されていた。しかし、視線の停留点解析や主観評価の結果から、スリットによる単純縞パターンは視覚ストレスとはなりにくいことが示唆された。平成24年度は、長時間の効果として、睡眠の質や入眠に与える効果を評価する予定である。また、見えの評価については観察距離を変えた場合のヒトの反応を評価する予定である。スギスリット材による睡眠実験及び見えの評価については、計画通りに進捗し、申請者らの期待通りの結果が得られた。全体的に、期待通りの結果が得られたことなどを踏まえて(1)の評価とした。疲労回復実験及び見えの評価については、計画通りに進捗し、申請者らの期待通りの結果が得られた。申請者らは、さらに近赤外分光分析計を用いて、スギ材の放散物が嗅覚中枢系を中心とした脳神経系に与える影響を評価し、現在データ解析を行っている。全体的に、期待通りの結果が得られたことや、生理面での評価については、さらに踏み込んだ実験を行ったことから、(1)の評価とした。交付申請書の計画通りに今後も推進する予定である。具体的には、平成24年度に実施したスギ材等の木材による嗅覚神経系に与える影響について、近赤外分光分析法等を用いて評価を行う予定である。また、これまでのデータをとりまとめて、適宜学会等での発表及び学術雑誌ヘ論文投稿する予定である。欧州では、健康に配慮した建材について、臭いによる主観的な評価が実施されている。しかし、客観的な評価方法については、まだ確立されたものはみあたらない。最終年度であるため、残された予算は少ないが、木材等の建材による嗅覚神経系への作用効果の評価については、予備的な実験もを含めて検討したいと考えている。また、本件については、さらに評価方法を詳しく検討するためにも、今回の科研費の成果から発展した研究として、新たに科研費を申請する予定である。具体的には、長時間の効果として、睡眠の質や入眠に与える効果を評価する予定である。また、見えの評価については、観察距離を変えた場合のヒトの反応を評価する予定である。平成23年度に、約6万8千円程次年度使用額が発生した。研究成果の投稿の遅れなどによるものであり、次年度に使用する予定である。
反応性自己組織化膜と物理蒸着の組合せによる無機／高分子シームレス界面形成

有機/無機電極の接合では,材料の性質が大きく異なるため,界面の制御が容易でない.そこで末端に反応性官能基を持つ自己組織化膜を無機基板表面に形成し,その上に反応性モノマーを蒸着して熱処理することにより,無機基板表面に安定な共有結合で固定化された電極/高分子界面を形成した.また,反応性末端を持つ自己組織化膜の表面に正孔輸送性高分子を塗布して紫外光を照射することで,界面に安定な共有結合を形成した.このようにしてシームレスな界面を実現することにより,高分子薄膜の付着強度が大きく改善されるのみならず,電極から高分子層への正孔注入が促進され,有機発光素子の発光特性改善にも応用できることが示された.本研究は、末端に反応性官能基を持つ自己組織化膜(SAM)を無機材料表面に形成し、モノマーを蒸着することで無機/有機シームレス融合界面を持つ高分子薄膜を無溶媒で成長させることを目的とする。平成24年度の研究ではベンゾフェノンを末端に持つSAM表面にビニルモノマーを蒸着することで高分子薄膜を固定し、基板からの電荷輸送を促進できることを見出した。そこで本年度は、SAMの反応末端及び分子種が界面制御に与える影響を検討した。酸化インジウムスズ表面に、末端官能基としてベンゾフェノンの他、エポキシド及びビニル基を持つSAMを作製した。この表面にテトラフェニルジアミノビフェニルのジビニル誘導体を真空蒸着し、真空中で加熱して反応させた。得られた膜を有機溶媒中で超音波処理することで、高分子の固定化を評価した。また、膜表面に電極を形成して正孔輸送型デバイスを構築し、電気的特性を評価した。さらにSAM形成による表面電位の変化を測定した。反応性SAMを介した有機/無機界面の結合形成に関しては、ビニル末端が最も低温で反応した。界面の電気的特性に関しては、結合形成による電荷注入の促進が観察され、最も優れた界面特性を与えたのはビニル末端であった。従来、電荷注入特性はSAMによる仕事関数の変化に支配されるとされた来たが、表面電位測定及び界面反応の有無に対して比較を行った結果、界面の結合形成及びSAMの分子長がより大きな改善効果を与える要因となることが示唆され、シームレス界面の概念が有用であることが明らかとなった。以上の結果、有機/無機シームレス界面を形成するために有効なSAM分子についての有用な知見が得られ、このような界面が有機電子デバイス構築にあたって有意義であることが確認された。有機/無機電極の接合では,材料の性質が大きく異なるため,界面の制御が容易でない.そこで末端に反応性官能基を持つ自己組織化膜を無機基板表面に形成し,その上に反応性モノマーを蒸着して熱処理することにより,無機基板表面に安定な共有結合で固定化された電極/高分子界面を形成した.また,反応性末端を持つ自己組織化膜の表面に正孔輸送性高分子を塗布して紫外光を照射することで,界面に安定な共有結合を形成した.このようにしてシームレスな界面を実現することにより,高分子薄膜の付着強度が大きく改善されるのみならず,電極から高分子層への正孔注入が促進され,有機発光素子の発光特性改善にも応用できることが示された.有機エレクトロニクスデバイスでは、無機/有機接合が重要な役割を果たすが、有機薄膜と無機表面には共有結合が存在しないために、様々な問題が発生する。そこで本研究では、末端に反応性官能基を持つ自己組織化膜(SAM)を無機材料表面に形成し、引き続きモノマー材料を蒸着することによって、無機/有機シームレス融合界面を持つ高分子薄膜を無溶媒で成長させることを目的とする。本年度は特に末端にベンゾフェノン(BP)を持つSAMを用い、透明電極である酸化インジウムスズ(ITO)表面に、半導体(正孔輸送性)機能を持つ高分子薄膜を固定することを試みた。SAM膜はITO表面を順次グリシドキシ系シランカップリング剤のトルエン溶液及びアミノベンゾフェノンのクロロホルム溶液に浸漬することで形成し、対水接触角測定、エリプソメトリーならびにX線光電子分光によって確認した。上記SAM表面に(1)テトラフェニルジアミノビフェニルのジビニル誘導体(DvTPD)を真空蒸着し、加熱によってSAM膜との反応及びDvTPDの重合を促進させる手法、及び(2)半導体性高分子であるフェノキサジンーフルオレン共重合体(H5)をスピンコートにより製膜し、紫外線照射によってSAMと反応させる手法、2つのアプローチでシームレス界面を形成した。得られた界面特性は、高分子層の付着強度の測定によって評価するとともに、ITOから高分子層への電流注入特性、及び高分子層表面に発光層を蒸着して形成した有機発光素子(EL)特性の2種類の電気的測定によって評価した。本研究の結果、BP末端を持つSAM膜を介すことで密着性の高い高分子薄膜が形成されるのみならず、界面を介しての電荷(正孔)注入が促進され、その結果として有機ELのデバイス特性の改善に有用であることが見出された。また、界面での選択的結合形成を高分子薄膜パターン形成に応用できることも示された。有機エレクトロニクスデバイスは、有機薄膜と無機表面に共有結合が存在しないため様々な課題を持つ。本研究では、末端に反応性官能基を持つ自己組織化膜(SAM)を無機材料表面に形成し、引き続きモノマー材料を蒸着することによって、無機と有機がシームレスに融合する界面を持つ高分子薄膜を形成した。

まず酸化インジウムスズ表面に、ベンゾフェノン、アゾ基、エポキシ基、ビニル基などの末端官能基を持つSAMを作製し、その表面に正孔輸送性材料であるテトラフェニルジアミノビフェニルのジビニル誘導体を蒸着した後、加熱によってSAMと蒸着膜を反応させた。その結果、膜の基板への付着強度に顕著な増大が見られ、有機溶媒に不溶かつ剥離しないシームレスな界面を持つ高分子膜が得られた。これを用いて正孔輸送型デバイスを構築し、界面の電気的特性を評価した結果、反応性SAMの導入による電荷注入の促進が観察された。IV特性から電荷再結合中心やトラップの減少が示唆され、シームレス界面によって電気的欠陥の少ない接合を実現できると考えられる。次に新たな展開として、シームレス界面の概念を溶液プロセスに拡張することを試みた。反応性末端を持つSAMの表面に正孔輸送性高分子であるフルオレンーフェノキサジン共重合体をスピンコートし、SAMを介してシームレス界面を形成した後、発光層、電子輸送層及び陰極を蒸着して有機発光素子(EL)を作製した。SAM分子構造のモデル計算と併せて解析した結果、EL素子の発光効率は、SAM分子の双極子、HOMO準位、分子長などでも変化するが、界面をシームレスに結合させることにより、これらの効果を大きく上回る改善効果が得られることが示された。以上の結果より、反応性末端を持つSAMを介して無機/高分子界面をシームレスに結合でき、付着強度のみならず、デバイス特性にも顕著な改善が得られることが明らかとなった。有機薄膜形成及びその有機エレクトロニクス応用本研究で提案した有機/無機シームレス界面の概念が、界面の電気的特性の改善に寄与し、デバイス構築に有用であることが示された。その機構が、従来のSAMによる界面制御の概念とは異なり、明らかに化学結合由来のものであることが示唆され、最適なSAM分子設計についての指針が得られた。これらに基づき、学術論文の発表及び多数の学会発表を行った。本研究で当初提案した基本概念である、無機基板(電極)表面と高分子薄膜界面を共有結合によって融合させることにより、膜の付着強度ならびに界面が関与する電気的特性が改善されることの原理検証がなされた。また、副次的効果として、高分子薄膜パターン形成への応用が可能なことが新たに見出された。これらの結果に基づき、国内外で複数の学会発表を行った。なお当初計画では、本概念による剛直性高分子の成長を研究対象の一つとして挙げており、これについての成果発表は平成24年度中は行っていないが、平成25年度の学会発表を投稿済みである。(1)最適化とデバイス応用本年度得られたSAM分子種の効果に対する基礎的知見に基づき、最適なSAM分子の設計を行う。具体的には、できるだけ分子長が短く、反応性に富むSAMを用いる。この表面に正孔輸送高分子を蒸着重合で形成し、さらに発光層、電子輸送層及び電子注入電極を積層することで有機発光デバイスを形成する。これによってシームレス界面形成の効果をデバイスレベルで確認する。(2)異種プロセスへの拡張旧来デバイス形成に関しては、物理蒸着プロセスが良好な結果を与えることが認識されているが、実用的には溶液プロセスがコスト的に有利と考えられており、一つの学術的潮流を形成しつつある。そこでこれまで得られたシームレス界面の概念を、溶液プロセスに拡張して適用することを試み、実用性及び汎用性の観点からも有用性を明らかにする。