hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脱植民地期セネガルにおける若年層の台頭と「市民社会」の生成

独立期のセネガル社会の様相を明らかにすることを目的とした本研究では、「ナショナル・アイデンティティ」の捉え方の変遷を追う作業が中核に据えられる。新生セネガル・ネーションの生成過程をたどってみた結果、それが「アフリカ性」の追求のなかから発生してきたものであったことが、昨年度までの研究で明らかになった。支配対象の枠組みとして創造/想像されてきた「アフリカ」概念を再定義する脱植民地化の動きが新生社会の基盤となったからである。よって本年度はまず、昨年度ダカールおよびエクサンプロヴァンスの公文書館で収集した一次史料の分析を通して、「アフリカ」概念がセネガルの知識人たちを中心にいかに再定義され、仏領西アフリカの脱植民地化を牽引していったかをまとめ、雑誌論文のかたちで発表した(13.研究発表欄、雑誌論文参照)。一方、この「アフリカ」的価値とナショナリズムとの分節点を捉えるうえで大きな意味を持つのが、各ネーションのリーダーたちが関わり、やがてそれぞれのナショナル・アイデンティティへと吸収されていくパン・アフリカ主義思想である。パン・アフリカ主義運動の中心にはガーナ初代大統領となるクワメ・エンクルマがいたが、西アフリカで初の独立国となったガーナの政策はセネガルをはじめとする周辺仏領西アフリカ地域に影響を与えただけでなく、セネガルで周縁化された勢力を取り込むなど、独立期の西アフリカ地域全体の情勢を左右するものであったと考えられる。本年度後半はパン・アフリカ主義思想の領土ごとの受容と、とりわけ英領、仏領2つの地域にまたがる運動の変遷を明らかにすべく、再びエクサンプロヴァンスの公文書館で史料収集にあたった。パン・アフリカ主義と独立初期のナショナリズムとの極めて密接な関係性を捉えることは、双方の思想運動の理解につながるものである。本研究は、独立セネガルの転換点となった1968年の学生運動が、セネガル社会の生成過程の状況を反映するできごとであったという考えから、それがひとつの運動や要求として表面化するまでの期間、セネガル社会がどのように脱植民地化をはかったのかを辿ることで、セネガル・ナショナリズムを再考することを目的としている。セネガルが脱植民地化を模索するなかで基盤となったのは、1960年の独立にいたるまでの国民生成の過程であるが、なかでも「アフリカ性」という概念が重要な役割を果たしていたと考えられるため(学会発表参照)本年度の研究はこの概念の生成と受容の過程に焦点をあて、当該概念がどのように脱植民地化の動きを形成し、またどのようにしてそれが同時にセネガル・ナショナリズムという新しい潮流へと合流していったかについて分析を試みた。とりわけ初年度にあたる本年度は一次史料の収集・分析が中心となったが、ダカールの公文書館、フランス国立図書館で当時の社会状況を規定する中心的な主体であった諸政党に関する史料、機関誌等を閲覧できたことはまさにその状況を理解するうえで大きな収穫であった。これらの史料を分析していくなかで「アフリカ性」の表象はフランスおよびセネガル両者のイスラーム政策と大きなかかわりがあること、当時の植民地社会の動きは冷戦という国際情勢と不可分であることが明らかになったため、後期に訪れたエクサンプロヴァンスの公文書館では、イスラーム勢力、共産党勢力に関するフランス当局の報告資料を中心に調査した。その結果植民地化の過程で形成されていった絶対的他者としての「アフリカ性」のイメージは、やがて非同盟主義に見られるような、覇権勢力との一定の距離を保つ概念として被植民者に再利用され、概念の脱植民地化が行われるとともに、その定義が次第にセネガル特有のものとしてナショナリズムへと変遷していったことが明らかになった。本年度の中心的な課題は先行研究の整理および一次史料の収集・分析にあったが、研究の進展に従って継続した調査が必要であるものの、本年度の研究で、本研究の核となる史料および文献の全体を把握することができたと考えられるため。

本年度の成果をもとに、今後は引き続き一次史料の収集・分析を中心とするセネガルにおける調査を行うほか、二次文献の分析も並行して行い、セネガルの脱植民地化、および独立後の社会生成の過程をたどる。ただし、独立後のセネガル社会の生成過程は、同時に同地域を対象とした文化人類学的研究の知見を必要とすると考えられるが、本研究はそれらの研究を参照しつつも、歴史学的視角により重点をおくこととする。そのため、実態としての社会状況よりも、その状況と共存関係にある構成員のアイデンティティに着目し、とりわけ「アフリカ性」概念の変遷とそれをめぐる政治状況をたどることを中心課題とする。
緊張筋に対する鍼刺激の筋弛緩作用について

鍼治療の筋緊張に対する弛緩作用の有無を明確にする目的で、動物の下腿三頭筋に対して、実験的に筋緊張モデルを作成し、足関節を他動的に一定角度まで背屈させた時の足底部に加わる圧力を指標に、鍼治療前後の変化を観察した。その結果、強縮負荷筋緊張モデルラットに対する当該筋への鍼刺激は、その直後効果において、無処置と比較して筋弛緩作用を有する傾向を見出した。この結果は、従来から経験として言われている鍼治療の筋弛緩作用にエビデンスを与える第一歩となる成果と考えた。鍼治療による筋弛緩作用を明確にする目的で、筋緊張モデルラットを作成し、介入として鍼刺激を行い筋緊張の変化を観察した。筋繁張モデルは、ラットの下腿三頭筋に電気刺激による強縮負荷「刺激頻度:80Hz(刺激幅1ms:矩形波)、刺激強度:5mA、刺激条件:2分間の無刺激期間を介して、計4set」を与えて作成した。筋緊張の評価には静的・動的筋張力測定器(ねずみ用トルク)を用い、麻酔下に足関節を30度、40度、50度に背屈(他動)し、足底に加わる下腿三頭筋の伸長陸張力を筋緊張の程度として測定した。測定は、強縮負荷前、強縮負荷5分後、1日後、2日後、3日後に行った。鍼刺激は強縮偵荷直後から5分間、下腿三頭筋5カ所(腓腹筋起始部2カ所、アキレス腱移行部3カ所)に行った。その結果、無治療コントロール群では強縮偵荷5分後に伸畏性張力は有意に増加し、13日経過後にはいずれも強縮負荷前値に戻った。一方、鍼台療群では強縮偵荷5分後にはコントロール群と同様に、強縮換荷前値と比較して有意な増加を示したが、その増加量はコントロールと比較して有意に低下した。しかし、コントロール群では強縮負荷後1日では強縮潰荷前値に回復したのに対し、鐡治療群では回復傾向にはあるが、強縮負荷前値までは戻らなかった。このことから、鍼治療は強縮による筋緊張に対し、その筋を弛緩させる作用は有するが、筋に鍼を刺入することにより、局所的な炎症を引き起こし、強縮後翌日に自然経過として見られる筋緊張の回復を遅延する可能性が考えられた。今回の結果は人と比較して非常に小さいラットの筋に、人と同様の刺激を行った結果であり、過刺激となった可能性が高く、今後の課題として、鍼の直径や刺入深度を変更した場合の結果も必要と考えた。また、今回はpreliminalyな研究として、鍼の刺入部位も一般的なものとしたが、刺入部位の違いによる筋緊張緩和作用の変化についても検索する必要性を考えた。筋緊張モデルは、ラットの下腿三頭筋に電気刺激による強縮負荷「刺激頻度:80Hz(刺激幅1ms:矩形波)、刺激強度:5mA、刺激条件:2分間の無刺激期間を介して、計4set」を与えて作成した。筋緊張の評価には静的・動的筋張力測定器(ねずみ用トルク)を用い、麻酔下に足関節を30度、40度、50度に背屈(他動)し、足底に加わる下腿三頭筋の伸長性張力を筋緊張の程度として測定した。鍼刺激は強縮負荷直後から5分間、下腿三頭筋5カ所(腓腹筋起始部2カ所、アキレス腱移行部3カ所)に行った。その結果、無治療コントロール群では強縮負荷5分後に伸長性張力は有意に増加し、13日経過後にはいずれも強縮負荷前値に戻った。一方、鍼治療群では強縮負荷5分後にはコントロール群と同様に、強縮負荷前値と比較して有意な増加を示したが、その増加量はコントロールと比較して有意に低下した。しかし、コントロール群では強縮負荷後1日では強縮負荷前値に回復したのに対し、鍼治療群では回復傾向にはあるが、強縮負荷前値までは戻らなかった。また、今回はpreliminaryな研究として、鍼の刺入部位も一般的なものとしたが、刺入部位の違いによる筋緊張緩和作用の変化についても検索する必要性を考えた。
K中間子稀崩壊実験による小林益川モデルの精密検証

高エネルギー加速器研究機構において、E391a実験(世界で初となるK中間子の稀崩壊モードK_L→π^0vv^^-の分岐比測定を主な目的とした実験)の2回目のデータ収集を2005年の1月から4月まで行った。その後、取得されたデータの約12%を用いて解析を行い、1回目の実験からデータの質が大きく改善が改善されたことを示し、この崩壊崩壊モードにおいて世界最高感度となる結果を出した。現在はさらに全データについての詳細な解析を進めている。また、アメリカ合衆国BNL研究所で2008年に開始予定であったのKOPIO実験(同じくK_L→π^0vv^^-の分岐比測定を目的とした実験)のために開発されていた中性ビーム中に置かれる光子検出器について、将来東海村のJ-Parcで行われるK中間子実験に対してその高い検出能力を応用する可能性を検討し、実験感度等の研究を行なった。平成15年度は、高エネルギー加速器研究機構で2004年2月より行われているE391a実験(世界で初となるK中間子の稀崩壊モードK_L→π^ovv^^-の分岐比測定を主な目的とした実験)のための検出器の建設、ソフトウェアの開発等の準備を主に行った。また、過去に行われたテスト実験のデータを元に、建設中の検出器の性能評価を行い、平成15年の9月に宮崎で行われた日本物理学会2003年秋季大会で発表を行った。さらに実験開始後は、実データの解析を元にした検出器の精密な調整による、よりS/N比の高いデータ取得のための研究を行った。また、アメリカ合衆国BNL研究所で2008年に開始予定のKOPIO実験(同じくK_L→π^ovv^^-の分岐比測定を目的とした実験)のための検出器開発の基礎研究を行い、その結果得られた荷電粒子による空気中の窒素による発光の問題を詳細に調べ、これを論文に纏めた(Nuclear Instruments and Methods Aに掲載が決定済み)。また、この結果より中性ビーム中における中性子起源の陽子によるノイズレベルの研究を行い、その評価を行った。本研究では以下に述べる二つのK中間子稀崩壊実験に関わる研究、開発を進めた。第一は高エネルギー加速器研究機構で行われているE391a実験における研究である。この実験は中性K中間子が中性パイオンと二つのニュートリノに崩壊する過程の分岐比測定を行うことが目的であり、同時にこの測定を主目的とする世界初の実験である。2005年1月より3月にかけて第二期のデータ収集が行われたが、その中でデータ収集システムの改善、新検出器の製作、シミュレーションソフトウェアの開発、物理解析、等を行った。また、昨年行われた第一期の実験データを元に、検出器の性能評価やエネルギー較正を行い、平成16年9月に高知大学で行われた日本物理学会2004年秋季大会で発表を行った。また、メインの検出器となるヨウ化セシウム結晶の較正について詳細に研究し、論文にまとめた(Nuclear Instruments and Methods Aに掲載予定)。さらに第二期実験のデータが蓄積され始めてからは、第一期以降に行われた検出器の改善について、得られた物理データをもとに詳細な評価を行い、また、より効率の良いデータ解析手法についての研究を行った。第二はアメリカ合衆国BNL研究所で予定されているKOPIO実験における開発研究である。この実験は上述のE391a実験と同じ物理過程の詳細測定を目的としており、世界で初めてのイベント観測をめざしており、宇宙の粒子・反粒子のバランスの崩れのもととなるCP対称性の破れの起源を研究する。この実験は現在、測定器の開発段階にあるが、この中で特に中性ビーム中に置かれる光子検出器やビームパイプ内に設置される荷電粒子検出器についての基礎研究を行った。
基本群の有限体上の線型表現から定まる位相不変量と幾何構造に関する研究

3次元多様体、特に結び目の補空間を主な研究の対象としてその基本群の有限体上の線型表現、それを用いて定義される不変量、及びそれらと多様体の幾何学的な構造との関係について研究した。特に表現としては2次元特殊線型群への表現を扱った。具体的にはコンピュータを用いて,与えられた結び目に対する具体的な線型表現、線型表現の共役類の個数、twisted Alexander多項式の計算を行い、それらを用いて結び目の補空間の間の全射準同型写像の存在や写像度の計算などに関する系統的な研究を行った。基本群から標数pの有限体上で定義された2次の特殊線型群への表現を考え,これにより定義されるねじれAlexander不変量について研究を行った。昨年度からの和田氏(奈良女子大),鈴木氏(東大)との共同研究の結果に関しては今年度2つの雑誌に掲載された。今年度はこれらの結果に引き続き,鈴木氏と共同で全射準同型写像の存在により定義される結び目群の間の半順序に関して研究を進め以下3点に亘る結果を得た。1.三葉結び目及び八の字結び目の極小性。2.10交点以下の結び目における順序と結び目の周期との関係。3.具体的に構成した全射準同型写像の写像度1の写像による実現可能性。これらに関しては現在論文を準備中である。また森藤氏(東京農工大)との共同研究で,元来有理式として定義されるねじれAlexander不変量がいつ有理式からLaurent多項式になるかについて研究を進めた。和田によりこれまで知られていた結果や北野-森藤による結果の拡張となる結果が得られた。こちらに関しても論文を現在準備中である。6月には数学国際研究所(フランス・マルセイユ)で行われた研究集会に参加者し,ヨーロッパやアメリカの研究者と討論、情報の収集を行った。結び目の補空間の基本群である結び目群からの有限体上の線型表現について主に研究を行った.結び目群は有限生成群であるので,結び目群から有限群への準同型写像の個数は常に有限個になる.従って,結び目群から固定された有限群への線型表現の個数,あるいはその群への線型表現の共役類の個数はそれ自体が結び目の位相不変量となる.この線型表現の個数という素朴な位相不変量が結び目の分類や結び目群の間の全射準同型写像の存在問題にどの程度強力な不変量であるかについて鈴木正明氏(秋田大学)と共同で研究を行った.具体的にはまず素数pを固定する.このとき結び目群から標数pの有限素体上の2次の特殊線型群への表現の場合について線型表現の共役類の個数を考える.そして,10交点以下の結び目の分類表であるReidemeister-Rolfsenの結び目の表にある各結び目に対して,素数pをいくつまで考えれば,結び目がこの表にある他の結び目と区別することができるかについて研究をし,その素数pの値を全て決定した.そして,得られた素数pの値とそれらの線型表現を用いて定義されるねじれAlexander多項式による結び目の分類に関する結果との比較を行った.また結び目群の問に全射準同型写像が存在すればそれらの結び目群の線型表現の個数に関して不等式が成立するので,これに関しても以前に和田昌昭氏(奈良女子大学),鈴木正明氏(秋田大学)との共同研究で得られていたねじれAlexander多項式を用いた全射準同型写像の存在のための必要条件から得られる結果との比較を行った.結び目群から標数pの有限素体上の2次元特殊線型群への準同型写像(表現)の個数に関する研究を中心に行った.特に今年度は表現から定まる位相不変量ではなく,与えられた標数pに対して表現の全体(表現の共役類の全体)に関して研究を進めた.研究の大部分は鈴木正明氏(秋田大学)と共同で研究を行った.具体的には10交点以下の素な結び目のリストに対してコンピュータを用いて小さい素数pから順に表現を具体的に計算し与えられたpに対して表現の個数を計算した.同じ計算を表現に全射や非可換という条件を付けて実行した.それらの結果を考察する事により任意の結び目に対して全射表現の個数は4の倍数になる,あるいは非可換表現の個数は2の倍数になる,などの予想が得られた.あるいは偶数になるなどの制限が付くことを証明した.これらの予想に関して2次元特殊線型群の外部自己同型群の構造や平方剰余の理論などを用いる事によりこれらの予想を証明する事が出来た。これらの結果については2007年8月に行われた全日本トポロジーシンポジウムや2008年1月に行われたThe Fourth East Asian School of Knots and RelatedTopicsなどで報告を行った.素な結び目の結び目群の間に全射準同型写像を用いて,素な結び目の間の半順序関係を定義することができる.この半順序関係は素な結び目の幾何学的な複雑さを測り比較していると考えられる.この半順序関係を具体的に決定するためには結び目群の間に全射準同型写像を具体的に構成する事が必要である.

一方で全射準同型写像の非存在はいくつかの不変量(古典的にはAlexander多項式)を用いて決定することが可能である.特に標数pの有限素体上の2次元特殊線型群への準同型写像を用いて定義されるtwisted Alexander多項式は全射の非存在に関して強力な判定法を与える.本年度はtwisted Alexander多項式を用いて11交点以下の結び目のどの組み合わせに対して半順序関係が成り立つかについて鈴木正明氏(秋田大学),堀江啓一氏(Software Cradle),松本峰子氏(創価大学)らと共同で研究を行った.この研究はさらに高い交点数に関する研究のスタートとなることが期待される.また,11交点の結び目に対して初めて現れる幾何学的な現象もあるので,この結果を今後より詳細に調べていくことで今後の進展が期待される.
個別要素法と有限要素法を用いた磁性体半溶融加工のマイクローマクロシミュレーション

希土類磁石は通常磁性粉末を磁場中成形することによって製造されているが,大形で高強度の製品の製造は一般に困難である.このため、鋳造された磁性材料を半溶融加工することによって結晶粒の方向を配向させようという試みが行われている.この加工法では,磁性材料を高温にして結晶粒界を溶かして結晶が自由に回転できる状態で鍛造および圧延加工を行って結晶粒を配向させている.この加工において配向現象が計算できれば,加工工程の最適化を容易に行うことができるため,結晶粒の配向現象を計算したいという強い要求が産業界にある.本研究では,磁性材料の半溶融加工における結晶粒の配向現象をシミュレーションするために,マイクロ的解析法とマクロ的解析法を組合わせた.粒子モデルである個別要素法と連続体モデルである有限要素法を組合わせることによって,微視的および巨視的な両方の挙動をシミュレーションできる新しい方法を提案した.磁性材料の半溶融加工では,半溶融状態にある磁性材料の液相が流出しないように鋼製のカプセルで密封して加工されているが,磁性材料の結晶粒の挙動に個別要素法を,カプセルの塑性変形に剛塑性有限要素法をそれぞれ用いた.個別要素法を使用することにより,結晶粒の相互作用によって結晶粒が配向するという現象が再現できるようになり,現実的な解が得られた.また,半溶融磁性材料をワセリンとプラスチック楕円柱,カプセルとプラスティシンでそれぞれモデル化した実験を行い,本解析法の計算精度を評価した.さらに,カプセルおよび工具の形状を変化させた計算を行い,最適な加工条件について考察を加えた.希土類磁石は通常磁性粉末を磁場中成形することによって製造されているが,大形で高強度の製品の製造は一般に困難である.このため、鋳造された磁性材料を半溶融加工することによって結晶粒の方向を配向させようという試みが行われている.この加工法では,磁性材料を高温にして結晶粒界を溶かして結晶が自由に回転できる状態で鍛造および圧延加工を行って結晶粒を配向させている.この加工において配向現象が計算できれば,加工工程の最適化を容易に行うことができるため,結晶粒の配向現象を計算したいという強い要求が産業界にある.本研究では,磁性材料の半溶融加工における結晶粒の配向現象をシミュレーションするために,マイクロ的解析法とマクロ的解析法を組合わせた.粒子モデルである個別要素法と連続体モデルである有限要素法を組合わせることによって,微視的および巨視的な両方の挙動をシミュレーションできる新しい方法を提案した.磁性材料の半溶融加工では,半溶融状態にある磁性材料の液相が流出しないように鋼製のカプセルで密封して加工されているが,磁性材料の結晶粒の挙動に個別要素法を,カプセルの塑性変形に剛塑性有限要素法をそれぞれ用いた.個別要素法を使用することにより,結晶粒の相互作用によって結晶粒が配向するという現象が再現できるようになり,現実的な解が得られた.また,半溶融磁性材料をワセリンとプラスチック楕円柱,カプセルとプラスティシンでそれぞれモデル化した実験を行い,本解析法の計算精度を評価した.さらに,カプセルおよび工具の形状を変化させた計算を行い,最適な加工条件について考察を加えた.
大容量多層メモリ回路技術の開発

磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)は、多層化によるチップ面積の削減による低コスト化が必須であり、このための基礎技術を開発する必要がある。3層の電流検出により重み付け係数の最適化により電流検出感度を約2倍に高められるが、今回さらにMR比についても検討した結果MR比を2-3とすることで最大感度とすることができることを明らかにした。低消費電力化のため、太陽電池を集積化し、高電圧を発生する新方式を提案し、これにより高性能な回路とすることを明らかにした。Magnetic Tunnel Junction(MTJ)を用いた磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)は、近年DRAM、Flashメモリに置き換わる理想的なメモリとして、開発が進められている。現在は、64Mビット容量の開発が行なわれているが、大容量のメモリを実現するには、多層化によるチップ面積の削減による低コスト化が必須であり、このための基礎技術を開発する必要がある。このためMRAMの積層化時の信号電圧の見積もり、およびコスト比較が重要となる。今回、2層から3層としたときの信号の低下の見積もり検討を行った。2層及び3層とすることで、1層目のメモリ素子に対する2層目、3層目のメモリ素子の抵抗値の比をk2、k3とする。通常は、これらを2,4とすることで最適な多層メモリ検出が行われるが、MRAMの素子の抵抗が持つ電圧非線形性により最適なkの値はこれらとは異なる。3層の電流検出により重み付け係数の最適化によりk2、k3をそれぞれ1.4、3.02とすることで電流検出感度を約2倍に高められることが分かった。これに加え、メモリの周辺駆動回路における低消費電力化の検討を行った。このために、0.18umルールのMOSFETを用いたCMOSインバータの低消費電力化検討を行い、基板フローティング効果について回路シミュレーションにより検討を行った。この結果、基板バイアスを容量カップリングで制御すると、電源電流を減少させられることが分かった。これらにより、低消費電力、高密度多層MRAMの回路技術の検討の結果、その技術内容の概要を明らかにした。3層の電流検出により重み付け係数の最適化により電流検出感度を約2倍に高められるが、今回さらにMR比についても検討した結果MR比を2-3とすることで最大感度とすることができることが分かった。この結果、基板バイアスを容量カップリングで制御すると、電源電流を減少させ、かつ遅延時間を短縮化できることが分かった。このために、0.18umルールのMOSFETを用いたCMOSインバータの低消費電力化検討を行い、太陽電池を集積化し、高電圧を得る方法を新たに提案して高性能に動作することを実証した。
金属３Dプリンタを用いた高強度ニッケル基超合金の積層造形

タービン翼にはγ'相体積率が高い柱状晶/単結晶鋳造合金,航空機用タービンディスクにはγ"相を強化相とする多結晶鍛造合金IN718(インコネル718)が用いられている.IN718のようなγ"相析出強化型合金では,γ"相の析出速度が非常に遅いことから時効処理中ゆっくりと析出するため,母相が硬化する前に残留応力を除去することができ,積層造形に用いられている.しかし,研究代表者は,IN718のレーザビーム積層造形材の強度は,室温において溶解鍛造材を上回るが,従来の溶解鍛造材に比べ高温強度特性が劣る,すなわち,既存の溶解鍛造材に比べ,時効した積層材のクリープ寿命は1/2,クリープ延性で約1/6でと,格段に劣ることを明らかにした.これは主としてデンドライト間に析出するδ相にって沿って高温で割れが生じること,造形中の急熱,急冷により生じる高密度の転位が割れの先端の応力集中を緩和できないためであることを明らかにした.また,タービン翼用合金では,γ'相体積率の高い析出強化型合金であるため,ひずみ時効割れを起こし積層造形が困難である.CM247LCに対して,積層造形後の残留応力を解放するやきなまし熱処理のとき,析出速度の速いγ'相は残留応力が解放されるよりも前に析出し,母相が硬化するために割れひずみ時効割れ,およびデンドライト間のZr, Hf偏析による凝固割れを起こすことを明らかにした.ガスタービンにおいて代表的な2種類の超合金について,高温パーツとして使用可能な積層造形プロセスを確立させるための知見を得た.タービン翼にはγ'相体積率が高い柱状晶/単結晶鋳造合金,航空機用タービンディスクにはγ"相を強化相とする多結晶鍛造合金IN718(インコネル718)が用いられている.IN718のレーザ積層材は,従来の溶解鍛造材に比べ高温強度特性が劣る.これは主として積層材が混粒結晶組織となることが主要因と考えられるため,積層超合金の柱状晶/単結晶造形を試みた.供試材はARCAM A2XおよびEOSM280で造形されたNi基合金IN 718を用いた.溶解鍛造材では,一般に溶体化熱処理982 °C/1 h (空冷)の後,時効処理として718°C/8 h (炉冷)+621°C/10 h (空冷)を施す.本研究では,積層造形後熱処理を施していないものをas-built材,前述の溶体化及び時効熱処理を施したものをSTA (Solution Treated and Aged)材,直接時効熱処理のみ施したものをDA (Direct Aged)材とした.引張試験は650°Cで行い,クリープ試験は550 MPa/650°Cで行った.【結果】電子ビーム積層造形法のas-built材において垂直面で,一方向凝固材に似た積層方向に細長く伸びる柱状結晶粒が観察された.電子ビーム積層造形材では,レーザ積層造形材で観察されるようなMPBs (Molten Pool Boundaries)やデンドライト組織は観察されなかった.両造形法の積層まま材では,微細なNb化合物が観察された.また,電子ビーム積層造形のDA材,STA材では,複数の相が合体した析出物が観察された.STA材,DA材において,電子ビーム積層造形材の方がレーザ積層造形材に比べクリープ寿命と延性が優れていた.電子ビーム積層造形材では,デンドライト組織は生成せず,柱状晶組織が発達したためと考えられる.特に,電子ビーム積層造形のDA材で優れたクリープ寿命を示した.IN718合金において,電子ビーム積層造形法による造形まま材において垂直面で,一方向凝固材に似た積層方向に細長く伸びる柱状結晶粒が観察された.電子ビーム積層造形材では,レーザ積層造形材で観察されるようなMPBs (Molten Pool Boundaries)やデンドライト組織は観察されなかった.両造形法の積層まま材では,微細なNb化合物が観察された.また,電子ビーム積層造形のDA材,STA材では,複数の相が合体した析出物が観察された.STA材,DA材において,電子ビーム積層造形材の方が,柱状晶組織とデンドライト組織が発達しないため,レーザ積層造形材に比べクリープ寿命が優れていた.特に,電子ビーム積層造形のDA材で優れたクリープ寿命を示し,積層造形のアキレス腱であった高温クリープ特性を改善することができた.また,γ'析出強化合金IN939において,溶体化中に,造形中に導入されたひずみにより再結晶が生じることを見出した.タービン翼にはγ'相体積率が高い

柱状晶/単結晶鋳造合金,航空機用タービンディスクにはγ"相を強化相とする多結晶鍛造合金IN718(インコネル718)が用いられている.IN718のようなγ"相析出強化型合金では,γ"相の析出速度が非常に遅いことから時効処理中ゆっくりと析出するため,母相が硬化する前に残留応力を除去することができ,積層造形に用いられている.しかし,研究代表者は,IN718のレーザビーム積層造形材の強度は,室温において溶解鍛造材を上回るが,従来の溶解鍛造材に比べ高温強度特性が劣る,すなわち,既存の溶解鍛造材に比べ,時効した積層材のクリープ寿命は1/2,クリープ延性で約1/6でと,格段に劣ることを明らかにした.これは主としてデンドライト間に析出するδ相にって沿って高温で割れが生じること,造形中の急熱,急冷により生じる高密度の転位が割れの先端の応力集中を緩和できないためであることを明らかにした.また,タービン翼用合金では,γ'相体積率の高い析出強化型合金であるため,ひずみ時効割れを起こし積層造形が困難である.CM247LCに対して,積層造形後の残留応力を解放するやきなまし熱処理のとき,析出速度の速いγ'相は残留応力が解放されるよりも前に析出し,母相が硬化するために割れが生じるひずみ時効割れを起こすことを明らかにした.ガスタービンにおいて代表的な2種類の超合金について,高温パーツとして使用可能な積層造形プロセスを確立させるための知見を得た.IN718のレーザ積層造形では,unexpected δphaseが高温強度特性を劣化させることを見出した.タービン翼用合金CM247LCでは,レーザー積層後に,ミクロな割れが多数観察されたことを見出し,ニッケル基超合金のレーザー積層造形における問題点を明確にしたタービン翼にはγ'相体積率が高い柱状晶/単結晶鋳造合金,航空機用タービンディスクにはγ"相を強化相とする多結晶鍛造合金IN718(インコネル718)が用いられている.IN718のようなγ"相析出強化型合金では,γ"相の析出速度が非常に遅いことから時効処理中ゆっくりと析出するため,母相が硬化する前に残留応力を除去することができ,積層造形に用いられている.しかし,研究代表者は,IN718のレーザビーム積層造形材の強度は,室温において溶解鍛造材を上回るが,従来の溶解鍛造材に比べ高温強度特性が劣る,すなわち,既存の溶解鍛造材に比べ,時効した積層材のクリープ寿命は1/2,クリープ延性で約1/6でと,格段に劣ることを明らかにした.これは主としてデンドライト間に析出するδ相にって沿って高温で割れが生じること,造形中の急熱,急冷により生じる高密度の転位が割れの先端の応力集中を緩和できないためであることを明らかにした.また,タービン翼用合金では,γ'相体積率の高い析出強化型合金であるため,ひずみ時効割れを起こし積層造形が困難である.CM247LCに対して,積層造形後の残留応力を解放するやきなまし熱処理のとき,析出速度の速いγ'相は残留応力が解放されるよりも前に析出し,母相が硬化するために割れひずみ時効割れ,およびデンドライト間のZr, Hf偏析による凝固割れを起こすことを明らかにした.ガスタービンにおいて代表的な2種類の超合金について,高温パーツとして使用可能な積層造形プロセスを確立させるための知見を得た.γ'析出強化合金IN939において,溶体化中に,造形中に導入されたひずみにより,溶体化熱処理およびクリープ変形中に再結晶が生じることを見出した.溶体化処理を最適化することによろ,結晶粒が等軸微細化化する可能性が高い.そこで,共晶γ-γ'粒子および粒界上γ'相による結晶粒成長抑制効果を利用して,熱処理割れの原因となる母相中の微細析出相再固溶と残留応力除去とを同時に行う未再結晶溶体化条件を見いだす.処理後,規定された760°C/16hの時効熱処理を施し,クリープ試験等の高温強度試験を行う.これまでに明らかにしたニッケル基超合金のレーザー積層造形における問題点を解決するプロセスおよび後処理を検討する.予定していた積層造形費用が企業との共同研究となり,費用負担が軽減された.欧米での国際会議発表を予定していたが,次年度の会議に変更した.また,材料の購入を次年度に変更した.繰り越し金は,積層造形用費用に充てる.
血友病Ａインヒビター制御を目的とした人工多能性幹細胞の応用

血友病Aインヒビターの制御を目的に、血友病AマウスからiPS細胞を作製し、第VIII因子遺伝子を導入後に、胸腺髄質上皮細胞へ分化させた上で胸腺へ移植した。その結果、この細胞移植療法により第VIII因子に対するインヒビターの発生が抑制できることを明らかにするとともに、インヒビターの発生に関わる複数の免疫応答遺伝子群を特定し得た。本研究は、血友病A患者に発生するインヒビターの制御を主たる目的とする。血液凝固第VIII因子欠損マウス(血友病Aマウス)に対して第VIII因子を反復投与することにより発生する抗第VIII因子抗体(インヒビター)を保有するマウスを疾患動物モデルとして、第VIII因子遺伝子を導入した自己体細胞由来人工多能性幹細胞(iPS細胞)の胸腺組織への選択的細胞移植療法が第VIII因子特異的な免疫寛容誘導をもたらし、インヒビターの発生の制御に至る可能性とそのメカニズムを明らかにする。前年度において研究基盤となる血友病Aマウスの皮膚線維芽細胞からのiPS細胞の樹立とともに、第VIII因子遺伝子を組み込んだSIVウイルスベクターの作製を終えている。本年度は、1)樹立したiPS細胞を用いて、hanging drop法によるembrynonicbodyの形成後、fibroblast growth factor (FGF)-7, FGF-10およびbone morphogenetic protein 4等による胸腺上皮細胞へのin vitro分化誘導系を確立した。2)SIVベクターを用いて血友病Aマウス由来iPS細胞に対して第VIII因子遺伝子を導入し、胸腺上皮細胞へ分化誘導させた細胞において第VIII因子活性を認めた。3)上述の細胞を高解像度超音波システムガイド下で、血友病Aマウス胸腺組織に選択的に移植する手法を確立し、luciferase搭載SIVベクターを感染させたiPS細胞移植マウス胸腺にluciferase活性が局在することを確認した。本研究は、血友病インヒビターの制御法の開発を主目的とし、インヒビター誘導第VIII因子欠損マウス(血友病Aマウス)を疾患モデルに用い、自己体細胞由来人工多能性幹細胞(iPS細胞)の細胞移植が第VIII因子抗原特異的な免疫寛容をもたらしインヒビターの発症を抑制する可能性とその制御機序を細胞レベルで探索するものである。1)血友病Aマウスから皮膚線維芽細胞を単離し、初期化4因子であるOct3/4、Klf4、Sox2、c-Myc遺伝子、およびc-Mycを除いた3因子の遺伝子の導入を行い、4因子誘導から30コロニー、3因子誘導から6コロニーを得ることができた。2)得られたコロニーを20継代以上培養し、ES様形態、ALP染色、SSEA-1発現、Nanog, Eras, Fbx15,Oct3/4などのmRNAの発現を確認し、iPS細胞の検証を行った。3)SIVベクターに完全長ヒト第VIII因子cDNAとB domain deleted第VIII因子cDNAを組み込むとともに、これらの5'側上流にCMVおよびEF-1alphaプロモーター、あるいはautoimmune regulator (AIRE)、cadherin 5、CD68などの細胞特異的プロモーターを配置したコンストラクトを作製した。さらにトレーサー実験を目的としたEGFPcDNAおよびluciferase cDNAを組み込んだコンストラクトを同時に構築し、これらすべてについてSIV化を終了させた。4)EF-1alphaプロモーターを用いることにより樹立した第VIII因子由来iPS細胞でEGFPの持続な高発現細胞が得られること、AIREプロモーターがマウス胸腺上皮細胞株IT-76MHC細胞(東北大学伊藤恒教授より供与)において特異的なluciferase活性が誘導されることが明らかとなった。本研究は、血液凝固第VIII因子に対する同種抗体(第VIII因子インヒビター)の発症リスクが高い重症型血友病A患者に対して、患者自身の体細胞から樹立した人工多能性幹細胞(iPS細胞)を用いた遺伝子細胞治療法により、インヒビター産生を特異的に制御するため臨床研究への応用を目的とする。本年度は、血友病Aマウス由来iPS細胞にSIVベクターを用いてAIREプロモーターの下流にヒト第VIII因子cDNAを連結させたコンストラクトを遺伝子導入させた後に、新規に確立したin vitro分化誘導系により胸腺上皮細胞へ分化誘導させ、高解像度超音波システムガイド下でマイクロインジェクション法を用いて、血友病Aマウスの胸腺組織に選択的に細胞移植を行った。FVIIIを発現するiPS細胞由来胸腺上皮細胞の移植マウスに対して、FVIIIの反復刺激により生じる抗FVIII抗体価をBethesda法により定量解析した。FVIII遺伝子を導入したiPS細胞由来胸腺上皮細胞の移植マウスは、非遺伝子導入胸腺上皮細胞移植マウスに比較してFVIII反復刺激後の抗FVIII価が有意に低下した(24.8±37.0 vs 98.9±69.1 BU/mL, p=0.025)。これらのことから、iPS細胞由来胸腺

上皮細胞を用いた遺伝子細胞治療法は、血友病Aに対する免疫寛容導入療法の有用な研究基盤となると考えられる。医歯薬学当初の研究計画どおりに、樹立したiPS細胞への遺伝子導入、in vitro胸腺上皮細胞分化誘導系の構築、およびマウス個体を用いて胸腺組織への細胞移植手法を確立することができており、次年度に向けた免疫寛容誘導の研究へ展開する準備が完了しているため。当初の研究計画どおりに、血友病AマウスからのiPS細胞の樹立、遺伝子導入を目的とした完全長ヒト第VIII因子搭載SIVウイルスベクターの作製を終了し、次年度以降のin vitroおよびインヒビター誘導血友病Aマウスモデルを用いた研究へ展開する準備を完了したため。血友病Aマウス由来iPS細胞の胸腺上皮細胞への分化誘導と、SIVベクターによる第VIII因子の遺伝子導入、胸腺組織への選択的細胞移植療法を有機的に組み合わせることにより、新規の抗原特異的免疫寛容誘導療法の開発基盤とする。次年度は、iPS細胞移植血友病Aマウスの免疫応答と免疫寛容誘導成立機序を個体レベルおよび細胞、分子レベルの解析へと展開する予定である。血友病Aインヒビター発症の予防と治療に繋げる新規方策を開発するため、血友病Aマウス個体における免疫応答の制御を目的に胸腺組織への選択的なiPS細胞移植法を具現化する。特にiPS細胞から胸腺上皮細胞への分化誘導系の検討、SIVベクターを用いたiPS細胞へのヒト完全長第VIII因子遺伝子導入法の確立、さらにヒト第VIII因子を発現する血友病Aマウス由来iPS細胞のマウス胸腺組織への細胞移植法に研究を展開する予定である。in vitroの実験が順調に遂行できたことと、次年度に費用のかかるマウスを用いた実験が予定されているため。血友病Aマウスを用いた細胞移植実験を複数の条件下で行う。該当なし
超新星1987Aにおける高エネルギー粒子加速と光度曲線への影響

超新星1987Aの爆発後1000日頃の光度曲線の理論推定値からのずれを、衝撃波によって加速された宇宙線の電離損失で説明できる可能性を探るのが本研究の目的である。従って超新星残骸中での高エネルギー粒子加速を電離損失も考慮してシミュレートできるプログラムの開発が必須である。本研究開始時点ではモンテカルロ法を用いることを考えたが、途中から大きな方針転換をはかった。高エネルギー粒子の加速伝播過程はFokker-Planck方程式で記述される。確率過程論の分野ではよく知られていることであるが、Fokker-Planck方程式は、それに対応する連立確率微分方程式に等価である。この等価性に着目して連立微分方程式を解くことは、元の偏微分方程式を解くことに比べてはるかに容易である。この方針に沿ってEuler法を用いて確率微分方程式を解くプログラムを開発した。このアルゴリズムを用いるとFermiI,II型の両加速プロセスをほぼ同様に扱うことが可能である。しかし現在のところ粒子は試験粒子扱いにとどまっている。拡散定数のエネルギー依存性は入れない衝撃波によるFermi I型の加速プロセスについては、10^6ケの粒子についてのシミュレーションをわずか約30分の計算時間で実行できる(導入したワークステーションで)。エネルギー損失としては現在シンクロトロン放射のみを入れているが、制動放射、電離損失を入れるのはそう困難ではないと予想される。開発したアルゴリズムでは粒子の空間分布も得られるので、加速粒子からのガンマ線、電波発生の空間、時間変化も予測できる。超新星1987Aでの粒子加速と、電波およびガンマ線生成のシミュレーション結果を近々の内にまとめる予定である。
機能性磁性ナノ粒子を用いた高性能筋細胞バイオアクチュエータの開発

生体外で人工的に作製した筋組織は、再生医療をはじめ、薬剤スクリーニングやバイオアクチュエータへの応用が期待される。これまでに、磁性ナノ粒子であるマグネタイトを正電荷脂質で包埋したマグネタイトカチオニックリポソーム(MCL)を用いて、筋芽細胞を磁気標識し、磁石で細胞を集積させて三次元組織の構築を行い、筋分化誘導培地で培養することで、高密度の筋管細胞が特定方向に配向した人工筋組織の作製に成功した。作製した人工筋組織において、電気刺激に応答した収縮運動がみられたが、その収縮力は生体内の筋肉組織と比較すると弱く、より収縮力の強い筋組織の構築が必要である。生体内で筋組織は、神経系を介した電気刺激によって、収縮運動することで機能と構造を維持している。一方で、試験管内での人工筋組織の培養において、培養筋組織は「脱神経状態」であるため、筋管の発達が限定されると考えられる。そこで本年度は、MCLを用いて作製した人工筋組織に、持続的な電気刺激を与えて培養を行うことによって、収縮力の高い人工筋組織の誘導を行うことができるかについて調べた。まず、電気刺激培養条件について印加電圧、パルス幅、周波数をパラメータとして検討を行った結果、分化誘導4日目から0.3V/mm、4ms、1Hzの電気刺激培養条件で電気刺激培養を行うことで、より収縮力の高い人工筋組織を誘導することができた。電気刺激培養後の人工筋組織を免疫染色した結果、顕著なサルコメア構造を確認することができた。さらに、ウエスタンブロットによる筋特異的タンパク質の発現解析を行った結果、電気刺激培養を行うことでMyosin heavy chainやTropomyosinといった筋形成・筋収縮に関与するタンパク質の発現上昇を確認した。これらの結果から、電気刺激培養が高機能な人工筋組織を誘導する方法として有用であることを明らかにした。我々の身の回りにあるアクチュエータと比較すると、生体内の筋肉は極めて高いエネルギー変換効率を有していることから、筋肉組織をアクチュエータとして用いることが可能と考えられる。これまでに、生体内の筋肉組織や心筋細胞を用いて、アクチュエータへの応用を試みた例はいくつかあるが、細胞数の確保が困難、倫理的な問題といった課題が挙げられる。本研究では、半無限的に増殖可能な筋芽細胞株C2C12細胞と機能性磁性ナノ粒子を用いて人工的に三次元筋組織を作製し、「機能する」つまり電気刺激に応じて収縮運動する人工筋組織(バイオアクチュエータ)を構築することを目的として研究を行った。平成22年度は、研究実施計画に基づいて、磁力を用いた三次元筋組織構築法に関する研究、電気刺激培養による強力な筋組織の誘導の2つの課題に関して研究を行った。磁力を用いた三次元筋組織構築法に関する研究では、機能性磁性ナノ粒子を用いて磁気標識した筋芽細胞を磁力によって環状に集積させて環状筋組織を作製し、その後作製した環状筋組織を筋分化誘導培地で培養を行い、分化した筋組織を誘導することができた。また、本方法で作製した筋組織は、電気刺激に応答し力を発生したことから、本方法で作製した筋組織はバイオアクチュエータに応用可能であることが明らかとなった。また、電気刺激培養による強力な筋組織の誘導については、電気刺激を与えながら筋組織を培養した結果、筋組織の収縮力を向上できることがわかった。高性能なバイオアクチュエータ作製のためには強い収縮力を発生する筋組織を誘導する必要があり、本研究で用いた手法で、電気刺激による筋組織培養の有効性を示すことができた。生体内の筋肉は、動作に柔軟性がある、自己増殖・自己修復が可能、常温常圧でエネルギー変換効率が高効率といった特長を有していることから、バイオアクチュエータとしての応用が期待される。そこで本研究では、電気刺激に応じて収縮運動するバイオアクチュエータの構築を目指して、生体外で人工的に三次元筋組織を作製する方法について研究を行った。これまでに、磁力を用いた筋組織構築法により、生体内の筋肉と同様な性質を有する筋組織の作製に成功しているが、一定の厚さ以上の組織を作製する場合、組織中心部への酸素・栄養供給が阻害され、細胞が壊死するという問題を抱えていた。生体内の筋肉は、酸素・栄養を供給するために血管網が張り巡らされており、生体外でラージスケールの筋組織を作製するためには血管のような管を筋組織内に配置し、酸素・栄養を供給しながら培養を行う必要がある。本年度は、機能性磁性ナノ粒子で磁気標識した筋芽細胞を、中空糸を規則的に配列した培養空間内に磁力を用いて充填し環流培養を行うことで、組織中に十分に酸素、栄養が供給可能なバイオリアクターの開発を行った。筋分化培養期間中、経時的に培養液をサンプリングし、グルコースおよび乳酸濃度を測定した結果、グルコースが枯渇することなく、作製した筋組織に対して十分に栄養を供給しながら培養できることが分かった。また、筋分化培養終了後に筋組織断面の観察を行った結果、作製した筋組織内で筋芽細胞は筋管へ分化していた。さらに、ウエスタンブロット法による筋特異的なタンパク質の発現確認を行った結果、筋分化誘導培養することで筋形成・筋収縮に関与しているMyosin Heavy Chain(MHC)、Tropomyosinの発現を確認した。これらのことから、中空糸を規則的に配置した環流デバイスを用いることで、筋組織培養のスケールアップが可能であることが示唆された。

これまでに、磁性ナノ粒子であるマグネタイトを正電荷脂質で包埋したマグネタイトカチオニックリポソーム(MCL)を用いて、筋芽細胞を磁気標識し、磁石で細胞を集積させて三次元組織の構築を行い、筋分化誘導培地で培養することで、高密度の筋管細胞が特定方向に配向した人工筋組織の作製に成功した。作製した人工筋組織において、電気刺激に応答した収縮運動がみられたが、その収縮力は生体内の筋肉組織と比較すると弱く、より収縮力の強い筋組織の構築が必要である。生体内で筋組織は、神経系を介した電気刺激によって、収縮運動することで機能と構造を維持している。一方で、試験管内での人工筋組織の培養において、培養筋組織は「脱神経状態」であるため、筋管の発達が限定されると考えられる。そこで本年度は、MCLを用いて作製した人工筋組織に、持続的な電気刺激を与えて培養を行うことによって、収縮力の高い人工筋組織の誘導を行うことができるかについて調べた。まず、電気刺激培養条件について印加電圧、パルス幅、周波数をパラメータとして検討を行った結果、分化誘導4日目から0.3V/mm、4ms、1Hzの電気刺激培養条件で電気刺激培養を行うことで、より収縮力の高い人工筋組織を誘導することができた。電気刺激培養後の人工筋組織を免疫染色した結果、顕著なサルコメア構造を確認することができた。さらに、ウエスタンブロットによる筋特異的タンパク質の発現解析を行った結果、電気刺激培養を行うことでMyosin heavy chainやTropomyosinといった筋形成・筋収縮に関与するタンパク質の発現上昇を確認した。これらの結果から、電気刺激培養が高機能な人工筋組織を誘導する方法として有用であることを明らかにした。本年度は、中空糸型バイオリアクターを用いた三次元筋組織の構築に関して研究を行い、その成果を投稿論文(1報)、学会発表(1件)により報告した。当初の研究計画通りに研究成果をあげており、おおむね順調に進展している。これまでに、磁力を用いた筋組織構築法で生体内の筋肉と同様の性質を有する筋組織の誘導に成功していたが、課題として作製した筋組織の収縮力が弱いことが挙げられた。そこで次年度は、作製した筋組織に電気刺激などの物理的な刺激を与えながら培養することで、より収縮力の高い筋組織の誘導を目指す。得られた成果については、投稿論文、学会発表を通して報告していく予定である。
溶融金属中介在物の分離に関する流体力学的研究

溶融金属中に懸濁する非金属介在物を除去し,清浄度の高い金属素材を得ることは金属製造プロセスに求められている重要な課題である。本研究では溶融金属中微小介在物の流体力学的挙動を解明することを目的として,以下の2項目について基礎的研究を行った。1.円管内流動水中の中空ガラス粒子の泳動垂直円管内水流中の中空ガラス粒子(55135μm)の半径方向泳動に関する実験を行い,以下の結果を得た。(1)上昇流中の粒子は壁方向に泳動し壁に付着する。その壁付着効率ηは管の長さとともに大きくなり,液流速,粒子径,液粘度及び管径に依存した。管レイノルズ数Reが5000以上になるとηは急激に減少し,粒子は管内で均一に分散するようになる。(2)下降流中の粒子は壁から離れる傾向にあるが,Reが大となると均一に分散するようになる。(3)既往の揚力理論より軌道理論を用いて算出したηの計算値の実測値を表し得なかった。(4)流体の慣性効果を表す無次元パラメータβを既往の理論式に導入し,ηの実測値からβを求めた。このβは管Reおよび粒子Reで良く相関され,βの実験式が求められた。(5)実験式に基づく計算により,溶鋼中アルミナ粒子の壁付着による除去法の有効性を検討した。2.攪拌下の微小粒子の凝集速度攪拌槽を用いてラテックス(PSL)(2.85μm)およびアルミナ粒子(1.8,4.85μm)の水溶液中での乱流凝集速度を測定し、以下の結果を得た。(1)PSL粒子については急凝集条件下で凝集速度が既往の理論で表された。(2)アルミナ粒子については水溶液のPHおよび電解質濃度を種々変えて,急凝集条件を検討した。その結果,pH=8,C(NaCl)>0.1mol/lで急凝集となることが示された。(3)小径のアルミナ粒子の凝集速度は理論で表されたが,大径粒子では再分散の現象が認められた。溶融金属中に懸濁する介在物は,金属材料の欠陥となり様々の重大な問題を惹き起こすことが知られている。本研究ではこの介在物の有効な除去法を検討するために,流体力学的立場から介在物挙動に関する基礎的研究を行うことを目的とした。本年度は常温の水ー粒子系を対象として,以下のような実験的研究および理論的検討を行った。1.円管内水流中の固体粒子の泳動(1)実験的研究:内径2および3.3cmの2種の垂直ガラス円管内に所定流速の水を上昇または下降させ,管入口より介在物を模擬した低密度の中空ガラス粒子(密度0.46g/cm^3,粒子径75120μm)を注入し,下流における壁付着効率ηを実測した。ηは下降流の場合には常に0であり,粒子の泳動は壁から管軸に向いて起きることが示された。一方,上昇流では壁付着傾向が明確に認められ,ηは液流速,粒子径,管径および液粘度で複雑に変化した。

(2)理論的研究:ηと諸因子との関係を既往の流体力学的泳動理論と軌道理論とを組み合わせて求めた計算値と比較した。その結果,ηは粒子の回転による泳動力を考慮した理論と流体の慣性効果による泳動力を考慮した理論との中間に位置し,本実験系の粒子泳動には両者の機構を考慮する必要があることが示された。ηの実測値に基づいて泳動の理論を修正し,泳動速度の半理論式を導出した。2.種々の流れ系における固体粒子の移動縮流や衝突流などの実プロセスに現れる流れ系における粒子挙動を理論的に評価し得る手法を開発中である。3.攪拌下の微小粒子の凝集速度酸化鉄粒子の粒径分布をコ-ルタ-カウンタ-と光学顕微鏡とを併用して測定,比較し,コ-ルタ-カウンタ-の特性を評価・検討中である。溶融金属中に含まれる介在物は流れ場で凝集・肥大化し、その一部が製品に残留すると、線材のきずなどの重要な問題を惹きおこす。本研究ではこの介在物の有効な除去法を検討するために、流体力学的立場から介在物挙動に関する基礎的研究を行うことを目的とした。平成3年度は以下のような研究を行った。1.円管内流動水中の中空ガラス粒子の泳動垂直円管内に中空ガラス粒子(55135μm)を懸濁した水を鉛直上方に流し、粒子が壁に集まる効率(壁付着効率)ηを測定した。平成3年度は平成2年度より広範な条件下で実験を行った。ηに及ぼす粒子径、液流速、円管内径および液の粘度の影響を表すための無次元相関式の導出を試みた。すなわち、流体の慣性効果を表す無次元パラメタ-βを既往の理論式に導入し、ηの実測値からβの値を求めた。このβは管レイノルズ数および粒子レイノルズ数で良く相関されることが示され、βに関する実験式が求められた。この実験式より、溶鋼中アルミナ粒子の場合について、壁付着に関する諸因子の影響が定量的に評価され、壁付着による除去法に有効性が検討された。2.撹拌下の微小粒子の凝集速度撹拌槽を用いてポリスチレン・ラテックス(PSL)(2.95μm)およびアルミナ粒子(4.85μm)の水溶液中での乱流凝集速度を測定した。PSL粒子については電気二重層効果のない、いわゆる急凝集の条件が成り立つことが確認され、また凝集速度が既往の理論で表されることが示された。一方アルミナ粒子については凝集速度は溶液のpHによってことなり、その凝集速度は既往の理論では表せなかった。今後、より微小粒子を用いた実験よび粒子間ポテンンシャルなどに関する理論的考察が是非必要である。