hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
下肢障害者用歩行形移動装置の試作研究

本研究では下肢障害者用の移動装置として人間が搭乗して操縦する形式の歩行移動装置を対象とし,その脚機構の総合,試作実験および理論計算による歩行特性の解析を行った.まず本歩行装置が人間の生活環境内で移動することを前提条件とし,その具体的な仕様を決定した.歩行環境の大部分が平らな水平面であることから,脚運動を水平面定常歩行用の基本運動と坂道や階段上の歩行用の調整運動に分けて考え,前者を1自由度の4節近似直線運動機構により,後者を2自由度の5節機構により創成し,それらをパンタグラフ機構により合成して足部へ伝達する脚機構を提案した.水平面定常歩行における本体の高さの変動や遊脚の接地角などを考慮した4節近似直線運動機構の総合法を導き,その諸元を決定した.階段昇降時の足部運動の計画法を導くと共に,足部の作業領域を考慮した5節機構とパンタグラフ機構の総合法を導き,その諸元を決定した.さらに歩行面に存在する未知の微小な凹凸による本体の傾きを修正するために,両脚支持期間において足関節などの固定・開放を制御することによる受動的な修正法を提案し,具体的な制御則を明らかにした.次に歩行装置(全高1179mm,全質量136kg)を試作し,歩行装置の足部が所要の作業領域を有していることを確認して歩行実験を行ったところ,歩行装置が最大歩行速度が50歩/分の水平面定常歩行および20mm程度の凹凸を有する平面上の安定な歩行を実現することが確認された.さらに歩行装置の本体沈込みについて,脚機構の対偶すきま,駆動系のバックラッシおよび伝動軸や本体フレームの弾性変形を考慮して理論解析を行って実験値と比較し,本体の沈込みに関する設計資料を得ることができた.本研究では下肢障害者用の移動装置として人間が搭乗して操縦する形式の歩行移動装置を対象とし,その脚機構の総合,試作実験および理論計算による歩行特性の解析を行った.まず本歩行装置が人間の生活環境内で移動することを前提条件とし,その具体的な仕様を決定した.歩行環境の大部分が平らな水平面であることから,脚運動を水平面定常歩行用の基本運動と坂道や階段上の歩行用の調整運動に分けて考え,前者を1自由度の4節近似直線運動機構により,後者を2自由度の5節機構により創成し,それらをパンタグラフ機構により合成して足部へ伝達する脚機構を提案した.水平面定常歩行における本体の高さの変動や遊脚の接地角などを考慮した4節近似直線運動機構の総合法を導き,その諸元を決定した.階段昇降時の足部運動の計画法を導くと共に,足部の作業領域を考慮した5節機構とパンタグラフ機構の総合法を導き,その諸元を決定した.さらに歩行面に存在する未知の微小な凹凸による本体の傾きを修正するために,両脚支持期間において足関節などの固定・開放を制御することによる受動的な修正法を提案し,具体的な制御則を明らかにした.次に歩行装置(全高1179mm,全質量136kg)を試作し,歩行装置の足部が所要の作業領域を有していることを確認して歩行実験を行ったところ,歩行装置が最大歩行速度が50歩/分の水平面定常歩行および20mm程度の凹凸を有する平面上の安定な歩行を実現することが確認された.さらに歩行装置の本体沈込みについて,脚機構の対偶すきま,駆動系のバックラッシおよび伝動軸や本体フレームの弾性変形を考慮して理論解析を行って実験値と比較し,本体の沈込みに関する設計資料を得ることができた.下肢障害者用の移動機械として人間が搭乗して操縦し移動する形式の歩行機械を対象とし,その脚機構の総合および試作実験による基本的な歩行特性の解析を行った.まず,本歩行機械が人間の活動環境内で移動することを想定し,歩行機械に求められる大きさの限界(例えば横幅が800mm以下)や適応すべき段差の高さ(約200mm)などを調査し,歩行機械の諸元ならびに歩行機械に具備すべき機能を具体的に決定した.また最も基本的な歩行状態である水平面定常歩行時には,搭乗者の手動入力でも移動が可能なように,1軸まわりの回転入力で消費エネルギーの少ない歩行を実現する脚機構の構成を明らかにした.すなわち2自由度パンタグラフ脚機構に水平面直進歩行用の1自由度近似直線創成機構と足部相対位置調整用の2自由度調整運動創成機構を組み込んで足関節の鉛直面内の運動を創成し,足首部に鉛直軸回りの回転運動創成機構を配することで旋回運動を創成する構成である.そして具体的に機構の形式,配置,寸法および入力運動を定めた.次に,歩行機械の小形・軽量化を図る観点より,パンタグラフ脚機構の脚節同士の干渉や階段歩行時の脚節と階段との干渉などを考慮した総合条件を定め,所要の作業領域が得られる一般的な総合法を導出した.さらに動力伝達要素などの設計においては実際の干渉解決策やモジュール構造化を適用し,小形化や整備性の向上を図った.最後に,以上の理論的考察を基に実際の歩行機械(全高1179mm,全質量131kg)を試作し実験した結果,所期の運動の創成および多少の凹凸のある水平面上の定常歩行における姿勢の安定な保持といった基本的な歩行機能が実現された.

研究対象の歩行装置は,下肢障害者用の移動装置として適用されるため,階段等を含む日常生活空間内で安定に移動することが求められる.本年度は,平成5年度に試作した歩行装置(全高1179mm,全質量136Kg)について,本体の上下動や姿勢角変動を測定し理論解析結果と比較して,装置の設計における問題点について検討を加え,検討結果に基づき装置の再設計を行い,歩行実験を行った.まず,本歩行装置の脚機構駆動系の基本特性を把握するために.各アクチュエータを駆動したときの足部作業領域および本体の変位を測定して,階段歩行等に必要な足部運動が実現できることを確認した.しかし本歩行装置の本体が歩行中に設計値より役25mm沈み込み,前後に約2°傾く等の現象がみられた.これらは安定歩行の実現上問題点であると考え,本歩行装置の静力学的特性を調べた,すなわち,本体を台上に固定した状態において足部に種々の荷重を加えて装置各部の変位を測定し,その測定結果と,脚機構の対隅すきま,駆動系のバックラッシおよび伝動軸や本体フレームの弾性変形を考慮した変位解析結果を比較し,本体の沈み込みおよび傾斜の原因について種々検討を加えた.その検討結果を基にして具体的に弾性変形を考慮した本体フレームの最適化を行ったところ,本体の沈み込みは約20mmに減少した.そして,水平面定常歩行実験を行ったところ,本歩行装置は速度50歩/分の安定な連続歩行を行うことが確認できた.昨年度に引き続き試作した歩行移動装置(全高1179mm,全質量136kg)について、実験および理論による歩行特性の解析を行い、最後に本研究をまとめて歩行移動装置の設計指針を明らかにした。試作移動装置において歩行中に現れる本体の沈み込み(約25mm)や本体姿勢角の振動(約10゚)などの問題点の解消策を明らかとするために、それらの現象の要因として軸受のすきまと摩擦、駆動系のバックラッシおよび伝動軸やリンクの弾性変形などを考慮した機構の運動解析システムを構築し、脚機構全体に関する精密な運動解析を行うとともに、その理論解析結果と歩行実験による本体の高さや姿勢角の変動に関する測定結果を比較・検討した。その結果、駆動系のバックラッシおよび弾性変形が脚運動に及ぼす影響が最も大きいこと、脚節の弾性変形の影響はほぼ無視し得ることなど、脚機構における対偶すきまや節の弾性係数などの動力学的諸元と本体の沈み込み量などの動力学的特性の関係を把握した。また、本体の沈み込みや傾きと遊脚上の軸受のすきまよって生ずる遊脚足部の接地タイミングのずれに影響されずに指示脚の切換えタイミングを判断するために、歩行中の足部に作用する荷重の変動を歪ゲージと動歪計を用いて計測し、両脚に等しい荷重が作用する時点を支持脚切換えタイミングとするなど、脚の変形を考慮した歩行制御則を示し、歩行実験によりその有効性を確認した。最後に、本研究をまとめ、本移動装置の設計指針を明らかにした。
社会性昆虫シロアリの概日行動リズムに関する行動解析および時計遺伝子の役割の解明

シロアリはアリ・ハチなどの膜翅目と同様に高度に社会性を発達させた昆虫のグループのひとつである。また、シロアリは不完全変態昆虫であることや半倍数性の性決定システムをとらないことなど、アリ・ハチ類とは系統的に大きく異なる。このことが、アリ・ハチ類を用いて活発な社会性研究が行われる中、シロアリ類における社会性に関する研究の必要性を決定づける。今回、ヤマトシロアリのRNAseqプロジェクトの成果により、ヤマトシロアリには、他の昆虫で見つかっている一通りの時計遺伝子レパートリーが存在し、発現していることが明らかになった(Fuchikawa et al.未発表)。また、そのアミノ酸配列に基づいた系統解析の結果、ある時計遺伝子と社会性の進化との関わりを示す特徴的な事実が見つかった。今後、さらなる解析を行い、国際専門誌に発表予定である。ヘブライ大学(イスラエル国)Guy Bloch氏との共同研究で行った、内勤バチ脳内の時計遺伝子発現解析により、内勤バチでも外勤バチと同様に時計遺伝子発現が一日の周期で明瞭に振幅していることが明らかになった(Fuchikawa et al.未発表)。つまり、このことは、外勤バチ同様に、内勤バチ脳の体内時計が時を刻んでいることを意味する。内勤バチは社会的環境であるコロニー状態で一日周期の行動リズムを示さず、例えば幼虫への餌やり行動などは昼夜の別なく行われることが分かっている。したがって、この結果は、内勤バチが示す昼夜の絶え間ない巣内活動は体内時計システムの休止によって実現されているのではなく、体内時計は進行しつつ、その下流における制御で一日の活動リズムを見かけ上、消失させているというモデルを支持する。本研究により、概日リズムのカースト間可塑性を実現する神経基盤の根幹部分が一つ明らかになった。26年度が最終年度であるため、記入しない。生物の日周活動リズムは普遍的に見られ、一般的にはそれらは光や温度といった環境因子によって調節されている。例えば洞穴性動物といったような、明瞭な環境周期にさらされずに生息している生物においても活動の日周性が見られる生物が存在する。シロアリ類は地下や朽木の中といったほとんど光の環境変化にさらされない場所に棲む。地中性シロアリのヤマトシロアリを用いてその野外コロニーリズムを新たに改良した材を食害する音を探知するシステムを用いて明らかにした。彼らは夏期においては夜活動的になり、その他の季節では特に日周期的な活動は見られなかった。さらに、巣における温度を解析すると、夏期において、巣の温度と活動は負の相関を示した。対照的に、冬季と秋季においては正の相関を示した。このことはヤマトシロアリでは野外コロニーの活動は温度に影響を受けており、その温度に対する反応は単純な比例関係でないことがわかった。また、社会性昆虫リズムの個体間相互作用についての実験を実施した。社会性昆虫は多数の個体が密集してコロニーを形成して暗い巣の中に棲息しており、全個体が必ずしも規則正しい一日の明暗のサイクルを経験していない。そのような状況において、各個体の活動リズムはどのような方法で保たれているのであろうか。巣にとどまり育児に専念することが分かっている育児蜂を巣で飼育し、以下の2種類の互いにタイミングのズレた環境周期を同時に育児蜂に与え、育児蜂のリズムがどちらの環境因子に従うか調べた。(1)育児蜂の滞在区域(巣内)に与えた明暗サイクル(2)育児蜂に自由に接触してくる蜂(活動リズムの明瞭な採餌バチ)の活動サイクル。その結果、処理後の育児蜂は明暗サイクルではなく蜂の活動サイクルに同期したリズムを示すことがわかった。社会性昆虫は群れ全体を高度に組織化させており、それに伴い各個体は形態や行動が分化している。概日リズムといった生物の活動周期性についてもコロニー内で分化することがいくつか報告されているが、代表的社会性昆虫であるシロアリでそのような研究はまだない。本研究によりシロアリも他の社会性昆虫同様カースト間で行動リズムに違いが見られた(Fuchikawa et al.投稿準備中)。交尾飛行に出かける繁殖カースト個体は実験室における個別飼育下でも行動に概日リズムが見られる。しかしながら、不妊であるワーカーは同様の飼育環境下で概日リズムが見られない。これらから、繁殖に向かう個体は交尾相手に出会う効率のために活動タイミングを整え、一方、採餌や巣の構築に関わる個体は一日を通して労働することでコロニー間の競争力を向上させるといったやり方で、コロニー内の社会的役割に応じて柔軟にリズム特性を変えていると考えられる。コロニー内の各個体は分業に伴い分化した行動リズムを示すものの、その行動リズムの分化は時計遺伝子によってどのように生み出されているのか、シロアリのみならず、他の社会性昆虫でも明らかになっていない。私は様々な実験的操作に最も有利なミツバチを用いてその時計遺伝子による行動リズム分化の制御機構を明らかにしようと試みた。私はイスラエル・ヘブライ大Guy Bloch氏との共同研究で社会性昆虫ミツバチの脳内にある行動リズムを制御する部位(時計細胞を社会性昆虫で初めて明らかにした。この細胞において時計遺伝子PERIODタンパク発現量は日内変動していた。

このことが、アリ・ハチ類を用いて活発な社会性研究が行われる中、シロアリ類における社会性に関する研究の必要性を決定づける。今回、ヤマトシロアリのRNAseqプロジェクトの成果により、ヤマトシロアリには、他の昆虫で見つかっている一通りの時計遺伝子レパートリーが存在し、発現していることが明らかになった(Fuchikawa et al.未発表)。また、そのアミノ酸配列に基づいた系統解析の結果、ある時計遺伝子と社会性の進化との関わりを示す特徴的な事実が見つかった。今後、さらなる解析を行い、国際専門誌に発表予定である。ヘブライ大学(イスラエル国)Guy Bloch氏との共同研究で行った、内勤バチ脳内の時計遺伝子発現解析により、内勤バチでも外勤バチと同様に時計遺伝子発現が一日の周期で明瞭に振幅していることが明らかになった(Fuchikawa et al.未発表)。つまり、このことは、外勤バチ同様に、内勤バチ脳の体内時計が時を刻んでいることを意味する。内勤バチは社会的環境であるコロニー状態で一日周期の行動リズムを示さず、例えば幼虫への餌やり行動などは昼夜の別なく行われることが分かっている。したがって、この結果は、内勤バチが示す昼夜の絶え間ない巣内活動は体内時計システムの休止によって実現されているのではなく、体内時計は進行しつつ、その下流における制御で一日の活動リズムを見かけ上、消失させているというモデルを支持する。本研究により、概日リズムのカースト間可塑性を実現する神経基盤の根幹部分が一つ明らかになった。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究成果がすでに国際学術誌に1本掲載されている。朽木や地中に営巣するといった、活動を計測する上で困難な特性を持つヤマトシロアリにおいて、手法に工夫を凝らし活動計測を成功することができた。研究成果が国際学術誌に1本掲載されている。その論文ではコロニーレベルでの活動リズムが明らかにされた。現在、個体レベルでの活動リズムも順調にデータが蓄積している。基本的に申請書に記載の通りに推進する。個体の活動について野外における活動計測に困難があるので、シロアリ以外の社会性昆虫も併用して解析を行う。昆虫社会を維持する仕組みにおいて時計遺伝子がどのようにかかわるかはシロアリ以外の社会性昆虫でも明らかになっておらず、様々な実験的操作に最も有利なミツバチを用いた研究も並行して行う。
分散遺伝的アルゴリズムに基づくVLSIフロアプラン設計

本研究では,VLSIチップのフロアプラン設計に注目し,分散遺伝的アルゴリズムに基づくVLSIフロアプラン設計手法を開発することを目的として,研究を行った。本年度に得られた主な成果を以下にまとめる。1.生態ピラミッドの概念を取り入れた分散遺伝的アルゴリズムの提案:最適解を求めることが困難な組合せ最適化問題に対し,遺伝的アルゴリズムに生物界における生態ピラミッドの概念を取り入れた分散遺伝的アルゴリズムを提案し,ハイパーグラフ分割問題に適用して,提案アルゴリズムの有効性を実験的に検証した。2.遺伝的アルゴリズムによるスタンダードセル配置手法の開発:スタンダードセル方式VLSIチップのセル配置設計に対し,遺伝的アルゴリズムに基づく論理回路分割手法と線形計画法を組み合わせたスタンダードセル配置手法を提案し,計算機実験により提案手法の有効性を確認した。3.トボロジ制約に基づくフロアプランニング手法の開発:VLSIチップのフロアプラン設計に対し,ブロック配置におけるトポロジ制約を動的に変更しながらフロアプラン設計を行うヒューリスティックアルゴリズムを開発し,計算機実験により提案手法の有効性を確認した。4.タイミング制約を考慮したパフォーマンスドタブンスタンダードセル配置手法の開発:VLSIチップのレイアウト設計手法において,与えられたタイミング制約を満たすセルの配置を求めるセル配置手法を提案した。提案配置手法では,まずタイミング制約を考慮した最小カット配置手法により高速に初期配置を求める。次に、非線形計画法に基づく配置改良手法により配置改良を行う。最後にタイミング制約を考慮した列割り当て手法でセルを列状に配置する。提案手法を計算機上に実現し,ベンチマークデータを用いて実験を行った結果,提案手法の有効性を確認した。
Spreading depressionによる神経細胞死と脳保護

Spreading depressionは、繰り返し起こる神経細胞膜の脱分極である。神経細胞の脱分極は細胞内のイオン環境を大きく変化させるものであり、このイオン環境の変化がミトコンドリアの活動を変化させると考えられる。近年、ミトコンドリアはアポトーシスを指令する細胞内小器官であることが明らかになりつつあり、神経細胞死をコントロールする機序を解明する上で、ミトコンドリアの役割を検討する必要がある。本研究では虚血の伴うミトコンドリア膜電位の変化とその後に起こる神経細胞死の関係を検討した。35mmディッシュに培養した初代培養海馬神経細胞を用いた。虚血に近い条件を作るため無酸素無糖培養(OGD)を一定時間行った。無酸素状態を作るため、酸素センサーを用いて酸素が検知されるとサーボコントロールにて95%窒素と5%二酸化炭素の混合ガスを培養器内へ噴出させる専用の培養器を開発した。この培養器内にて30,60,90分間培養し、OGD直後、3時間後、24時間後のミトコンドリア膜電位、ATP含有量、細胞死の有無、アポトーシスの発生の有無を検討した。ミトコンドリア膜電位は電位依存性色素JC-1を用い、共焦点顕微鏡あるいは、蛍光顕微鏡にて観察し、評価した。ATP含有量はluciferin-luciferase反応を用いた。細胞死の検討はCalceinおよびEthidiumを、アポトーシスの検討にはTUNEL法を用いた。その結果、30分のOGDでは、再酸素化後、膜電位は過分極し、90分のOGDでは、再酸素化しても膜電位は過分極していた.60分OGDでは、過分極および、脱分極の両者が見られた。30分OGDの直後では、細胞死はほとんど見られなかったが、24時間後にTUNEL陽性細胞が見られた。90分OGDでは、多くの細胞が直後に細胞死を起こしていた。24時間後にはTUNEL陽性細胞も見られた。以上の結果より、短いOGDでは、ミトコンドリア膜電位は過分極を示し、その後、そのような細胞はアポトーシスを起こし、長いOGDでは、膜電位は脱分極し、ネクローシスに至ることが示唆された。ミトコンドリア膜電位の観察初代培養神経細胞を用いて無グルコース、無酸素による実験的虚血状態を作るモデルを作成した.このモデルを用いてミトコンドリア膜電位の変化を電位依存性色素(JC-1)を用いて、レーザー顕微鏡および蛍光顕微鏡下に観察した.その結果、30分の実験的虚血後にはミトコンドリア膜電位は脱分極しているが、その後、再酸素化により再分極し、さらに過分極することが示された。しかし、60分虚血では再酸素後、再分極するものは少なくなり、90分虚血では神経細胞は膨化し、再酸素化後には、再分極するものは見られなかった.ATP量の測定96穴プレートに初代培養神経細胞を植え、ミトコンドリア膜電位の観察と同様の実験的虚血条件を作成した。各条件でのATP量をluciferin-luciferase反応にてルミノメータにて定量した。その結果、30分の実験的虚血ではATP量は保存されており、過分極が起こっている状況でもATP量には変化は見られなかった.一方、60分、90分虚血後では、ATPはほとんど残っていなかった。これらのATP定量は、同時にガラス窓つき96穴プレートにてJC-1による蛍光観察も行い、膜電位の変化も同様に起こっていることを確認した。以上の結果より、ミトコンドリア膜電位の脱分極はATPの枯渇を示すものではないが、膜電位が再分極するのはATPの残存量に依存するものである事が示唆された.平成14年度は、これらの結果をさらに確認し、虚血時のミトコンドリア膜電位とATP量の関係を明らかにしていきたい.Spreading depressionは、繰り返し起こる神経細胞膜の脱分極である。

30分OGDの直後では、細胞死はほとんど見られなかったが、24時間後にTUNEL陽性細胞が見られた。90分OGDでは、多くの細胞が直後に細胞死を起こしていた。24時間後にはTUNEL陽性細胞も見られた。以上の結果より、短いOGDでは、ミトコンドリア膜電位は過分極を示し、その後、そのような細胞はアポトーシスを起こし、長いOGDでは、膜電位は脱分極し、ネクローシスに至ることが示唆された。Spreading deprssionは、繰り返し起こる神経細胞膜の脱分極である。神経細胞の脱分極は細胞内のイオン環境を大きく変化させるものであり、このイオン環境の変化がミトコンドリアの活動を変化させると考えられる。近年、ミトコンドリアはアポトーシスを指令する細胞内小器官であることが明らかになりつつあり、神経細胞死をコントロールする機序を解明する上で、ミトコンドリアの役割を検討する必要がある。本研究では虚血の伴うミトコンドリア膜電位の変化とその後に起こる神経細胞死の関係を検討した。35mmディッシュに培養した初代培養海馬神経細胞を用いた。虚血に近い条件を作るため、無酸素無糖培養(OGD)を一定時間行った。無酸素状態を作るため、酸素センサーを用いて酸素が検知されるとサーボコントロールにて95%窒素と5%二酸化炭素の混合ガスを培養器内へ噴出させる専用の培養器を開発した。この培養器内にて30,60,90分間培養し、OGD直後、3時間後、24時間後のミトコンドリア膜電位、ATP含有量、細胞死の有無、アポトーシスの発生の有無を検討した。ミトコンドリア膜電位は電位依存性色素JC-1を用い、共焦点顕微鏡あるいは、蛍光顕微鏡にて観察し、評価した。ATP含有量はluciferin-luciferase反応を用いた。細胞死の検討はCalceinおよびEthidiumを、アポトーシスの検討にはTUNEL法を用いた。その結果、30分のOGDでは、再酸素化後、膜電位は過分極し、90分のOGDでは、再酸素化しても膜電位は過分極していた。60分OGDでは、過分極および、脱分極の両者が見られた。
黄色ブドウ球菌由来Isd蛋白質によるヘム輸送機構の解明

Isd蛋白質がどのようにhemeを認識し、輸送しているかについて迫るため、今年度は各種ポルフィリンを用いて解析した。中心金属を様々な金属原子に置換した金属ポルフィリンを用いてIsdH-NEAT3(IsdH^<N3>)ドメインとの相互作用を分光学的にならびにゲル濾過を用いて評価したところ、2価の金属イオンを有する金属ポルフィリンに対しては結合せず、3価で安定な金属イオンならば結合可能であった。等温滴定型熱量測定(ITC)を用いた実験系でIsdH^<N3>と3価の金属ポルフィリン間の親和性を測定したところ、各金属間で親和性に差が存在することが認められた。さらにIsdA, IsdCのような、下流の鉄ポルフィリントランスポーターに対して同様に親和性を測定したところ、いずれの金属においても下流のものほど親和性が上昇していることが判明した。この親和性の違いをさらに考察すべく、IsdH^<N3>とマンガンポルフィリンの複合体の結晶構造解析を行ったところ、構造は鉄ポルフィリンの場合とほぼ一致しており、親和性の相違は、5配位に用いられているTyrの水酸基と金属との間の結合エネルギーに起因している可能性が強く示唆された。IsdH^<N3>、IsdA、IsdCにおいて、結合が確認された金属ポルフィリンに関して、鉄ポルフィリン同様に、金属ポルフィリン輸送が生じるのかを測定したところ、マンガン、ガリウムポルフィリンも同様に下流へと輸送されることが明らかとなった。これは、金属ポルフィリンが抗菌剤として用いられうることを示唆している。大腸菌発現系によるIsdH蛋白質の3番目のNEATドメイン(以下IsdH-NEAT3)が発現、およびアフィニティー精製、サイズ排除クロマトグラフィーによる精製が可能であった。ヘム結合能をヘムに特徴的なSoret帯の吸収を指標として、蛋白質あたり結合するヘム分子の数を求めた。2分子以上のヘムが結合することが示され、そのうち1つ目と2つ目以上のヘムは異なる様式で結合することが示唆された。等温滴定型熱量計を用いて更に精査したところ、IsdH-NEAT3あたり4分子のヘムが結合していることが確認された。これまでに報告されたヘム蛋白質と比較して、一度に複数のヘムを補足できるという点で新規な特性を見出すことができた。2,IsdH-NEAT3変異体のヘム結合能の解析IsdH-NEAT3の結晶構造からTyr642がヘムの鉄原子に配位しており、ヘムの結合に重要な残基であると考えた。ヘム結合領域を構成している他の残基にも着目し、Tyr642Ala,Tyr646Ala,Met565Ala,Tyr593Ala,およびTyr642Ala/Tyr646Alaの変異体を作成し、等温滴定型熱量計を用いて野生型との比較を行った。いずれの変異体でもヘムの結合が確認されたが、親和性が減少しており、特にTyr642Ala/Tyr646Alaの二重変異体で顕著であった。ヘムの結合により起こるエンタルピー変化が変異体では親和性と相関して小さくなっていた。これらの結果からIsdH-NEAT3のヘム結合にはTyr642は必須ではなく、ヘムは疎水的な残基で構成される溝に入り込むことで低親和性ながら結合することが示された。これはヘム輸送蛋白質ヘム間の直接的な相互作用を立体構造情報と熱力学的パラメーターから精査した初めての例であるといえる。3,IsdH-NEAT3とヘムからなる複合体の解析1、2で、野生型および変異型IsdH-NEAT3は蛋白質1分子あたり複数のヘム分子を結合していることが示された。IsdH-NEAT3に結合するヘム分子数の増大に伴う、IsdH-NEAT3-ヘム複合体の分子量の変化をサイズ排除クロマトグラフィーで検討したところ、予想に反して多量体が形成していることが明らかとなった。この画分を回収し、分析超遠心解析を行ったところIsdH-NEAT3が4分子程度会合した会合体が、更に会合していることが示された。これはヘム分子自体の有する会合する性質と、更に蛋白質との相互作用を介して超分子を形成することに着目し、確認した点で新規な知見であると考えられる。IsdHを構成している蛋白質のうち、NEAT1,NEAT2,NEAT1-2,NEAT2-3,NEAT1-2-3(連結ドメイン)とヒト由来ヘモグロビンとの相互作用をITC,サイズ排除クロマトグラフィー等を用いて解析した。サイズ排除クロマトグラフィーにおいて、NEAT1-2-3とヘモグロビンを混合し、ロードしたところ、複合体として溶出されていることが分かった。上記5種のドメインあるいはドメイン連結体とヘモグロビンとの相互作用をITCで測定したところ、NEAT1-2-3とNEAT1-2に関しては、ドメイン4に対しヘモグロビンが1個結合していることが分かり、ヘモグロビンの対称性からみて興味深い結果となった。また、熱力学的パラメータおよび親和性の観点から、NEAT1,NEAT2単独ドメインの場合とNEAT1-2,NEAT1-2-3の場合を比べ、連結ドメインの方がエントロピーの減少が大きく、親和性が高かったことが明らかとなった。

また連結ドメイン間の比較では、1-2と1-2-3の比較において、NEAT3ドメインが存在していた方が親和性が低下していることが分かり、ヘモグロビンとの結合を担っているのは主にNEAT1およびNEAT2ドメインであることを示していた。これらの結果は、各ドメインが協同的に働くことにより、ヘモグロビンと結合し、ヘムを奪取していることを示唆している。これらの複合体の溶液中での構造を知るため、サイズ排除クロマトグラフィーで複合体を分取し、X線溶液散乱を行ったが、複合体が溶液中で、複数の分子種として存在しているか、あるいは結合が速い平衡にあることから、モデリングが可能なほどの散乱データを得ることが出来なかった。Isd蛋白質がどのようにhemeを認識し、輸送しているかについて迫るため、今年度は各種ポルフィリンを用いて解析した。中心金属を様々な金属原子に置換した金属ポルフィリンを用いてIsdH-NEAT3(IsdH^<N3>)ドメインとの相互作用を分光学的にならびにゲル濾過を用いて評価したところ、2価の金属イオンを有する金属ポルフィリンに対しては結合せず、3価で安定な金属イオンならば結合可能であった。等温滴定型熱量測定(ITC)を用いた実験系でIsdH^<N3>と3価の金属ポルフィリン間の親和性を測定したところ、各金属間で親和性に差が存在することが認められた。さらにIsdA, IsdCのような、下流の鉄ポルフィリントランスポーターに対して同様に親和性を測定したところ、いずれの金属においても下流のものほど親和性が上昇していることが判明した。この親和性の違いをさらに考察すべく、IsdH^<N3>とマンガンポルフィリンの複合体の結晶構造解析を行ったところ、構造は鉄ポルフィリンの場合とほぼ一致しており、親和性の相違は、5配位に用いられているTyrの水酸基と金属との間の結合エネルギーに起因している可能性が強く示唆された。IsdH^<N3>、IsdA、IsdCにおいて、結合が確認された金属ポルフィリンに関して、鉄ポルフィリン同様に、金属ポルフィリン輸送が生じるのかを測定したところ、マンガン、ガリウムポルフィリンも同様に下流へと輸送されることが明らかとなった。これは、金属ポルフィリンが抗菌剤として用いられうることを示唆している。
前近代日本における歴史的景観形成についての災害文化論的アプローチ

本研究では、前近代日本における歴史的景観・地域秩序の形成に、自然災害が与えた影響を通時代的に検討した。具体的には、1水田農業の支柱である灌漑用水の地域的利用に注目し、分水慣行の変容に水害や旱害などの自然災害が深く関わり、景観や地域秩序の形成にも大きな影響を与えていたことを明らかにした。2災害文化の蓄積が地域社会で進んできたことを、地域住民の努力による災害記念碑の保全の現状を通して確認した。3災害や治水に関する伝承や伝説が、地域的災害の記憶や現実の対応を反映したものであることを明らかにした。本研究では、兵庫県域を中心とする近畿エリアにおける地域史料の研究・分析を通して、地域の歴史的景観・地域秩序の形成にその地域独自の災害文化が深く関わっていることについて一定の解答を得ることを最大の目標に据えている。本年度は、まず地域の歴史的景観や地域秩序の概念的理解、地域の災害文化の諸相を把握するための準備期間にあてた。そのため、本研究を遂行する上での基盤となる歴史的景観研究、災害文化論研究、灌漑水利を中心とする農業技術研究などの諸分野における研究文献・資料、および地域史料が掲載された地域自治体史等を収集・購入した。また次年度以降、本研究を効率的かつ有意義に進めるためのフィールドを措定するために、現地への出張調査も行った。具体的には、(1)兵庫県南部六甲山南麓地帯、(2)同県北部円山川支流出石川上流部、(3)同県中部丹波市域、(4)同県中部加古川中流域、(5)同西部市川流域、(6)奈良県奈良市・大和郡山市・天理市域、(7)岡山県南部吉井川・高梁川流域等を対象とした。調査の結果、六甲山南麓地域(神戸市兵庫区平野地区・東灘区住吉地区等)、丹波市氷上町の石生地区、および小野市などにおける灌漑水利の調査・研究を深めることとした。なお岡山県域への調査は、大規模河川における灌漑遺構が大規模かつ良好に残存する地域として、本研究にとって多大な参考になるものと判断し実施した。2009年12月には共同研究者・協力者とともに研究会を開催した。ここでは、研究代表者の木村以下、共同研究者の松下、研究協力者の森元純一氏、高橋清吾氏によってそれぞれ専門とする分野に関する報告が行われた。これにより本研究関係者の間で、本研究の方向性について理解を深め、共通認識を持つことができた。また研究代表者の木村は、これまで進めてきた研究の一つの帰結として、神戸大学大学院人文学研究科地域連携センター年報『LINK』誌上に下記のような論文を発表することができた。本研究においては、兵庫県域を中心とする近畿エリアにおける地域史料の研究・分析を通して、地域の歴史的景観・地域秩序の形成にその地域独自の災害文化が深く関わっていることについて一定の解答を得ることを最大の目標に据えている。本年度は、昨年度までに実施してきた準備的なフィールドワークの成果に基づき、以下のような具体的なフィールドを設定した。(1)歴史的景観形成と灌漑水利との関係を考証できるフィールドとして兵庫県丹波市氷上町石生地区を措定し、用水路・ため池とその水がかりについて現地調査を中心に行った。(2)また近世以来たびたび水害や旱害に見舞われその際に作成された諸史料が豊富に残存する同県丹波市内の地区(市島町中竹田、氷上町香良、柏原町上小倉など)についても文献資料を中心に調査を実施した。次に(3)古来水害が多発してきた兵庫県域の大河川のうち、千種川、揖保川、市川水系を対象に、災害文化と歴史的景観形成の関連を調査・研究した。その際、川や水に関わる神社配置の問題なども分析対象とした。(4)これまで進めてきた分水施設の調査のエリアを兵庫県小野市域や北摂地域(宝塚市・箕面市・猪名川町など)へも広げて、さらに細密な調査・研究を行った。上記の調査・研究を進めるために、池上一幸氏(丹波市氷上町石生在住)、青木雄一氏(同市市島町中竹田在住)、八木富瑳子氏(同市氷上町香良在住)、兵庫県氷上氏東地区自治振興会、丹波市教育委員会、佐用町教育委員会、香寺町史研究室、小野市立好古館などへ協力を求めた。また本研究を進めるために昨年に引き続き、森元純一氏(岡山県和気町教育委員会)、高橋清吾氏(神戸大学大学院生)を研究協力者に迎え、河野未央氏(尼崎市立地域研究資料館)にも協力を仰いだ。2010年12月には共同研究者・協力者とともに研究会を開催した。ここでは、研究代表者の木村以下、共同研究者の松下、研究協力者の森元純一氏によってそれぞれ専門とする分野に関する報告が行われ、河野未央氏にも研究会での意見・助言をいただいた。

これにより本研究関係者の間で、本研究の方向性について理解を深め、共通認識を持つことができた。本研究においては、兵庫県域を中心とする近畿エリアにおける地域史料の研究・分析を通して、地域の歴史的景観・地域秩序の形成にその地域独自の災害文化が深く関わっていることについて一定の解答を得ることを最大の目標に据えている。本年度は、昨年度までに行ってきた調査・研究をベースに、前近代に発生した災害とその対策に関する文献資料の調査を集中的に進めた。また、同市内では洪水を中心とする災害モニュメントの調査を丹波市内に集中する形で進めた。丹波市内に集中したのは初年度より進めてきた同市内での文献史料調査が進んできた結果であり、今後史料に基づく研究の深化が見込めるようになった。また、兵庫県北部但馬地域において円山川水系沿岸に存在する災害モニュメントの調査、および文献史料の調査を実施した。さらに、初年度より進めてきた水利分水施設の調査のエリアを淡路島内に求めて、調査をおこなった。上記の調査・研究を進めるために、丹波市内の八木芙瑳子氏、田中耕作氏、青木雄一氏、吉見勝弘氏、中澤敏氏、青木正文氏、佐中ますみ氏、飯谷幹夫氏、常勝寺、達身寺、丹波市山南町金屋自治会、丹波市山南町谷川自治会、淡路市内の高田知幸氏、および豊岡市教育委員会より調査協力をいただいた。また本研究を進めるために研究協力者として、昨年に引き続き、森元純一氏(岡山県和気町教育委員会)を迎えるとともに、新たに河野未央氏(尼崎市立地域研究史料館)、中岡宏美氏(吹田市職員)にも協力を仰いだ。2011年12月には共同研究者・協力者とともに研究会を開催した。ここでは、研究代表者の木村以下、共同研究者の松下、研究協力者の森元純一氏、河野未央氏、中岡宏美氏によってそれぞれ専門とする分野に関する報告が行われ、報告の後に行われた討論の場での意見・助言をいただいた。本研究では、兵庫県域を中心とする近畿エリアにおける地域史料の分析を通して、地域の歴史的景観・地域秩序の形成にその地域独自の災害文化が深く関わっていることについて一定の解答を得ることを最大の目標に据えてきた。研究最終年度だった平成25年度は、これまでに行ってきた調査・研究を総括することを中心に据えた。2013年12月には、研究代表者・木村および共同研究者・松下に加え、研究協力者・森元純一氏(岡山県和気町教育委員会)、河野未央氏(尼崎市立地域研究史料館)、井上舞氏(神戸大学)を交えて総括研究会を開催した。また、これまでに調査を行ってきた地域において、本研究の成果を還元すべく講演会を開催した。具体的には、4月21日に丹波市山南町金屋地区、および11月24日に同市氷上町香良地区において、それぞれ公民館を会場として開催した。金屋地区では「古文書からみた金屋の江戸時代」、香良地区では、「江戸時代の香良村字向島をめぐって」と題した講演を木村がおこなった。さらに、補足的なフィールド調査を実施した(4月30日5月1日丹波市域、6月10日11日奈良県大和盆地周辺、2月17日18日丹波市域)。これまでの成果を総合すべく、報告書をまとめた。本年度は、昨年度までに行ってきた調査・研究をふまえ、以下のような具体的なフィールドを設定した。
揮発性元素を含む金属シリサイドの低温合成と熱電特性評価

高い蒸気圧を有する揮発性元素を含んだ新しい化合物を探索する本研究課題において,NaおよびMgを含んだ5つの新規スズ化物と鉛化物(Na2MgX, X=Sn, Pb, Na2Mg3X2, X=Sn,Pb,およびNa4Mg4Sn3)を合成することに成功し,それらの結晶構造や熱電特性を評価した.5つの新規化合物の中でNa2MgSnが,最も高いパワーファクター(1.5×10-3 Wm-1K-2, 300 K)を示した.揮発性の高いMgを含んだ既知化合物Mg2Siの粉末を,減圧雰囲気下で加熱することで,Mg2Siが分解した後にMgのみが蒸発除去され,多孔質のSi粉末が生成することを明らかにした.本研究課題は,揮発性元素を含むシリサイドおよび他の14族の金属間化合物の合成を試み,それらの結晶構造と特性を明らかにすることが目的である.本年度は揮発性元素としてZnを含むシリサイドの合成を目指し,M-Zn-Si系(M = Mg, Cr, Mn, Fe, Co)で合成を試みたが,Znを含むシリサイドは合成されなかった.初年度に,揮発性元素であるNaとMgを含んだ新規化合物Na2MgSnを合成することができたことから,本年度は,同系のスズ化物や鉛化物の合成を目指し,Na-Mg-X (X=Sn, Pb)系での物質探索を行なった.その結果,Na2MgPbおよびNa2Mg3X2 (X=Sn, Pb)の3つの新規スズ化物および鉛化物を合成することに成功し,それぞれについて,結晶構造の解析および電気的特性の評価を行なった.Na2MgPbの結晶構造は,Na2MgSnと同じLi2CuAs型構造,Na2Mg3X2 (X=Sn, Pb)の結晶構造は, MgおよびNaがSn/Pb原子で構成される歪んだ四面体内が稜を共有しながら3次元的につながったMg5Ga2型構造であることが明らかになった.いずれの化合物も電気的特性は金属的で,Na2Mg3Sn2が最も高いゼーベック係数(+70 μVK-1, 500 K)を示した.Na2Mg3Sn2のパワーファクターの最大値は1.1×10-3 Wm-1K-2(500 K)で,比較的高い値を示した.揮発性元素であるMgを含んだシリサイドとして,Mg2Siの研究を進める過程で,その粉末を温度勾配のある容器内で,873 K, 500 Paで40 h加熱することで,固相のMg2Si粒子からMgが蒸気として脱離し,原料のMg2Si粒子の形状を保持した多孔質のSi粒子が生成することを見出した.この合成手法は多孔質Si粉末の簡便な合成法として期待される.揮発性元素を含む新しいシリサイドおよび他の14族からなる金属間化合物の合成と,それらの結晶構造と特性を明らかにすることが目的である本研究課題では,初年度および次年度で,Naを含む4つの新規のスズ化物および鉛化物が見いだされたことから,最終年度でも引き続きNa-Mg-X (X=Sn, Pb)系の物質探索を主に行なった.その結果,新規のスズ化物Na4Mg4Sn3を合成することに成功し,単結晶のX線回折測定から,その結晶構造(斜方晶系,空間群Fmmm, a = 0.6879(3), b = 0.7154(2), c = 2.2285(7) nm)を明らかにすることができた.Na4Mg4Sn3の多結晶試料を作製し,熱・電気的特性の評価を行ったところ,Na4Mg4Sn3の電気伝導率(1.0ー1.6×10^5 Sm-1)は金属的で,正のゼーベック係数(+33から+66 μV K-1, 300-600 K)を示した.Na4Mg4Sn3のパワーファクタの最大値は4.2×10-4 Wm-1K-2 (600 K)であった.昨年度に本研究課題で発見された新規鉛化物Na2MgPbの電気抵抗率の温度依存性を測定したところ,値の急激な減少が490 Kと523 Kで観察され,それらの温度で何らかの相転移が起きている可能性が示唆された.高温粉末XRD測定から,室温で六方晶系のNa2MgPb(α相)は,493 Kから出現する六方晶系の中間相(β相)を経ながら,533 Kから633 Kにかけて立方晶の相(γ相)に構造相転移することが明らかにされた.第一原理計算より,γ相の結晶構造はinverse Heuslar構造であると予測された.高い蒸気圧を有する揮発性元素を含んだ新しい化合物を探索する本研究課題において,NaおよびMgを含んだ5つの新規スズ化物と鉛化物(Na2MgX, X=Sn, Pb, Na2Mg3X2, X=Sn,Pb,およびNa4Mg4Sn3)を合成することに成功し,それらの結晶構造や熱電特性を評価した.5つの新規化合物の中でNa2MgSnが,最も高いパワーファクター(1.5×10-3 Wm-1K-2, 300 K)を示した.

揮発性の高いMgを含んだ既知化合物Mg2Siの粉末を,減圧雰囲気下で加熱することで,Mg2Siが分解した後にMgのみが蒸発除去され,多孔質のSi粉末が生成することを明らかにした.本研究課題は,研究代表者らが見出したNaを利用した金属シリサイドの低温合成法を活用し,従来のシリサイドの合成法である高温プロセスでは取扱いが困難な揮発性元素を含むシリサイドの合成を試み,それらの特性を明らかにすることが目的である.最初に揮発性元素Pを含むシリサイドの合成を試みたが,予備的な実験で,Pと容器との反応性などの克服すべき問題が生じた.そこで,研究対象とする揮発性元素を,研究代表者がシリサイドの合成において取扱いの経験があるNa(融点:98°C)やMg(融点:650°C)に変更し,それらを含むシリサイド,さらにSiと同じ14族元素で構成されるゲルマナイド,スタンニドに合成系を広げて研究を進め,新規化合物Na2MgSnを見出した.Na2MgSnは,定比組成の金属元素を550°C以上で加熱することで得られ,その粉末X線回折パターンは,Li2CuAs型構造のNa2CdSnと類似していた.単結晶を作製し,構造解析を行なった結果,六方晶系,空間群P63/mmc, a = 0.50486(11) nm, c = 1.0095(2) nmで,MgとSn原子で構成される2次元ハニカム格子層がNa原子を挟んでc軸方向に積層した結晶構造が明らかになった.測定されたNa2MgSn焼結体試料の電気抵抗率は9.610.4 mΩcm (90635 K),ゼーベック係数は+390150 μV K-1 (300430 K)で,Na2MgSnはp型のナローバンドギャップ半導体であることが判明した.熱電特性の指標の一つであるパワーファクターの最大値は1.5×10-3 W m-1 K-2 (300 K)で,この値は高特性実用熱電材料であるBi2Te3の約40 %に匹敵する.Na2MgSnは,資源的に豊富で毒性の少ない元素で構成される低温領域で使用可能な熱電材料としての応用が期待できる.本年度は,合成の対象をシリサイドからスズ化物,鉛化物に広げることで,3つの新規化合物Na2MgPbおよびNa2Mg3X2 (X=Sn, Pb)を合成し,それらの結晶構造と電気的特性を明らかにすることができた.Na2Mg3Sn2は,去年度に見出したNa2MgSnと同様,比較的高い熱電特性を有していたため,今後,それらの特性の改善が期待される.加熱温度と温度勾配,加熱雰囲気を制御することで,Mg2Si粉末から揮発元素であるMgを蒸発させ,多孔質Siの粉末を合成することができた成果は,多孔質Si粉末の新しい合成法を提案できただけでなく,化合物から,それを構成する揮発性元素のみを取り除くという,新たな視点での研究に展開できる可能性を示せたと考えている.以上のことから,本研究課題は当初の計画以上に進展しているといえる.初年度の研究で,最初に試みたPを含むシリサイドの合成において,実験的な問題が生じたものの,対象元素をこれまでに取扱いの経験のあるNaおよびMgに変更し,合成系をシリサイドからSiの同族元素であるSnを含んだスタンニドにまで広げることで,新規化合物Na2MgSnを見出すことができた.また,この物質はNaとMgを含むスタンニドとしても初めての報告例で,同型構造の物質の報告例も多くはないことから,学術的にも意義のある成果といえる.本研究課題は,従来のシリサイドの合成法である高温プロセスでは取扱いが困難な揮発性元素を含むシリサイドの合成を試み,それらの特性を明らかにすることが目的である.新規化合物Na2MgSnが見出され,それが高い熱電特性を有していることを示せたことから,本研究課題はおおむね順調に進行しているといえる.材料として使用する観点からは,大気中で安定な元素で構成される化合物が望まれる.これは次年度以降の課題である.次年度は,本年度の成功例に習い,合成の対象をシリサイド,およびSiと同族元素のGe, Sn, Pbを含むゲルマナイド,スズ化物,鉛化物に広げ,揮発性元素NaおよびMgを含んだ新規の金属間化合物の合成を目指して研究を進める.
金属粉末を用いた大気中冷間圧延接合によるクラッド材の開発

純金属粉末を大気中の室温で純Al板および軟鋼板基材上に圧延してクラッド材を作製した。部分圧下率に及ぼす粒の大きさの影響、基材とクラッド層の部分圧下率に及ぼす総圧下率の影響についての圧延特性を示した。また、Alクラッド層は十分な密着強さを有し、鋳鉄よりも優れた耐酸化性を呈した。このような方法でクラッド層を構造設計することにより、多様な特性を有する材料開発の可能性が開ける。本年度は、クラッド層生成の基礎的検討、クラッド材の圧延特性およびクラッド層の密着強さについて調べた。焼き鈍しした金属バルク材および純金属粉末の圧縮成形体について、圧縮試験を行い真ひずみ真応力曲線を得た。金属バルク材の硬さは、160HVのSS400からFe、Ni、Cu、Zn、20HVのAlまで順に低下した。真ひずみ0.5までの平均変形抵抗は、SS400は240MPaで硬さと同様に順次平均変形抵抗は低下し、Alは70MPaを呈した。Fe粉末においては圧縮成形体を得ることができなかった。また、NiおよびCu粉末の圧縮成形体は、圧縮試験中に圧壊した。したがって、AlおよびZn粉末の圧縮成形体において真ひずみ真応力曲線を得ることができた。その結果、真ひずみ0.5までの平均変形抵抗から、圧縮成形時の成形荷重が大きく、粉末粒径が小さい方が平均変形抵抗が大きいことがわかった。クラッド材の圧延特性については、基材はAlおよびSPCC材、粉末は粒径の異なるAl粉末(M粒:125-45μm、F粒:45-10μm)を用いて、異なる圧下率のクラッド材を作製し、総圧下率に対する部分圧下率について検討した。なお、部分圧下率は基材、クラッド層のそれぞれの圧下率である。Al基材の場合、クラッド層の部分圧下率は基材の部分圧下率よりも小さかった。また、M粒よりもF粒の方が部分圧下率は小さかった。SPCC基材の場合、クラッド層の部分圧下率は基材の部分圧下率よりも大きかった。また、Al基材の場合と同様に、M粒よりもF粒の方が部分圧下率は小さかった。クラッド層の密着強さは、基材上のクラッド層表面に接着材を用いて棒と接着固定し、クラッド材を固定して棒を引っ張った。その結果、接着層で破断した。なお、密着強さの評価は、引き続き検討する。本年度は、昨年度に引き続き密着強さの検討、クラッド材の組織と特性について調べた。SPCC基材をブラスト処理してAl粉末(4510μm)を用い、予備成形(5kN)および圧延(圧下率40%)によりクラッド材を得た。ノッチ付きせん断試験片を作製し、クラッド層をせん断はく離した。圧延したままで40MPaのせん断密着強さを示した。一方、773Kで1hr加熱すると、せん断密着強さは10MPaに低下した。基材/クラッド層断面を光学顕微鏡で観察すると、界面に異相が観察された。この異相は金属間化合物であると推察される。この異相の生成が密着強さ低下に大きく寄与していると考えられる。また、クラッド材の陽極分極挙動を、0.1MNaCl水溶液を用いて調べた。陽極分極測定の比較試料としてAl050P板(工業用純アルミ)および純Alインゴットを試料とした。クラッド材は、粉末表面に僅かな酸化膜およびクラッドによる残留応力などが起因して、純Alインゴットよりも不動態域が小さくなったのではないかと推察される。さらに、大気中の773および1073K加熱における、組織および酸化増量について調べた。比較材として、SPCC材およびFC200相当材の生材を用いた。組織観察の結果、1073KではAlの融点を超えているのでAl層は溶融して基材と合金を生成し、表層にはボイドが観察された。合金層には濃淡のある少なくとも2種のコントラストが見られた。XRDによる相分析では、圧延したままおよび773Kの試料はAlによる回折ピークが見られ、1073KではAlのピークは消失しAl_2Fe_5およびAlFe相によるピークが出現していた。したがって、合金層のコントラストは、この2種類の金属間化合物によるものと考えられる。各温度で10h加熱保持した場合、クラッド材においては、SPCC材に対するクラッド層による耐酸化の効果が認められた。また、1073Kにおいてはその効果が顕著であることが示された。最終の今年度は、引き続き被覆層の特性および熱処理による組織や特性の変化について調べた。Al-Ni混合材は、1073KではAl層は溶融してNiおよび基材と合金を生成し、XRDによる相分析では、化合物相としてはNi_2Al_3およびNiOによるピークが出現した。

10h加熱保持した場合、クラッド材においては、SPCC材に対するクラッド層による耐酸化の効果が認められ、自動車部材への適用が期待される。純Tiでは、大気中の600°Cで1h加熱後、クラッド層はTiと小さなTiO_2(ルチル)の回折ピークが見られた。熱処理により、大気中の酸素と反応してTiO_2が生成したと考えられる。熱処理後のTiバルク板材はクラッド材と同様に、Tiと小さなTiO_2(ルチル)の回折ピークが見られた。光触媒作用の確認実験では、バルク材の方が分解速度が大きくなったが、TiO_2の生成量は回折パターンから推察するとクラッド材の方が多いと考えられる。これは、生成したTiO_2の体積率は、クラッド材の方が大きいが、一方バルク材の方はTiO_2の生成量は小さいが、表面積はクラッド材よりも大きいために、この様な結果となったのではないかと考えられる。純Cu、純Snは、導電性材料として電子デバイスに使用されている。Cuについては熱伝動率、電気抵抗、Snについてはウィスカの生成について調べた。Cuクラッド層は、純金属板と比較すると非常に低い熱伝導率を示した。このことは、粉末粒子間に生成する空隙に起因するものと考えられる。Snのクラッド層では、加温処理後ノジュール状のウィスカの生成が見られた。耐熱被覆材、機能性被覆材として種々のクラッド材を生成することができ、クラッド層を構造設計することにより多様な特性を付与できると考えられる。