hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ソフトマターにおける欠陥ダイナミックスとレオロジーの研究

本年度は、1.二元混合系中でのイオンの選択的溶媒和効果に起因する電極上での表面相転移の研究及び、2.増殖を取り入れたアクティブマターの連続体理論の構築、3.自己推進する液滴の研究を行なった。1.では、選択的溶媒和効果を持つイオンを含んだ二元混合系を考え、表面電荷を変化させた際の1次元的なプロファイルを計算し、電圧降下が、表面電荷の非単調関数になることを発見した。さらに2次元計算も行うことで、非単調になっている解のブランチでは、1次元的な解が不安定となり、その結果として表面電荷が異なった1次元的な解が空間的に共存すること(局所的な電極上の電荷の相分離現象)を発見した。この結果を論文として投稿中である。2.では、細胞組織を念頭に置き、増殖を取り入れたアクティブマターの連続体理論を昨年度に引き続き研究した。実験的に観測されている、増殖率と、局所的な組織伸長、及び組織内部でのストレスの結合を取り入れた理論を構築し、組織成長速度を計算した。また、極性場を取り入れた理論を研究し、組織内部での力学的な進行波の数値シミュレーションも行なった。理論の定式化に関する論文を投稿中で、進行波に関する論文も準備中であり、早急に投稿する予定である。3.では、過去に化学反応により駆動する液滴の研究を行ったが、より現実の実験に近い系のモデリングについて考察し、一例としては、3元混合系における平衡状態からずれた組成を持つ、液滴の自己推進運動のモデリングを行なった。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、主に、1.希薄液晶高分子溶液中での剪断率プロトコルに依存したレオロジー応答の研究、2.臨界流体中でのコロイドの吸着層のダイナミクスの研究、3.マランゴニ効果に起因した自己推進する液滴間の相互作用の研究を行った。2.臨界流体中でのコロイド系は長距離相互作用をし、結晶などの構造を作る事が古くから知られている。近年、相互作用の直接測定もなされている。本研究では、臨界流体中の2粒子の動的な時間発展を計算し、温度変化、粒子間力による接近により、2粒子の吸着層が架橋する場合の粒子間に働く力を計算した。その結果、架橋により、相関長よりも遥かに離れた粒子間にも強い力が生じる事を示した。この結果は、Softmatter誌に投稿し、現在査読中である。3.以前、マランゴニ効果に起因した自己推進する液滴のモデルを構築したが、東北大学の義永氏と共同で、このモデルで液滴同士の相互作用を解析的に導出した。数値計算も行い検証を現在行っている所である。本年度は、主に、1.二元混合系での選択的溶媒和効果による電荷反転効果、2.増殖するアクティブマターの連続体理論、3.マランゴニ効果に起因した自己推進する液滴間の相互作用、4.液晶コロイド混合系のレオロジーの研究を行った。1.二元混合系に、選択的溶媒和効果を持つ塩を加える事で、ミクロ相分離などの構造形成が起こる事が知られているが、1成分を吸着する電表面荷を持つ壁付近での、組成、イオン濃度の計算を行い、イオン濃度が大きい場合、壁の電荷から予想される向きと反対の向きの電場が生じる(電荷反転)事があり得る事を示した。2.近年、発生との関係から成長中の組織での細胞の集団運動が盛んに調べられている。私は、このような系を念頭に置き、キュリー研究所のPhilippe Marcq博士とともに増殖するアクティブマターの連続体理論を構築した。具体的には、配向場(組織においては細胞極性)を記述するアクティブゲル理論を密度の増殖を含むよう拡張した。解析の結果、十分非平衡度が高い場合、一様状態が不安定となり、密度波が発生する事を示した。3.以前、マランゴニ効果に起因した自己推進する液滴のモデルを構築した。今年度は、このモデルの数値計算を行った。このモデルで液滴同士の相互作用を解析的に導出し、液滴の縮約された運動方程式を導出した。そして、縮約された運動方程式の解を二個の液滴の正面衝突のケースでモデルの直接数値計算の結果と比較し半定量的な一致を見た4.液晶コロイド混合系では、欠陥の絡まり合いにより、非常に低いコロイドの体積分率で粘性率の発散が起きる。私は、この系をGinzburg-Landau理論および、FPD(Fliud particle dynamics)法による数値計算を用いて研究した。しかし、期待に反して実験で用いられている体積分率程度では、粘性率には顕著な増大が見られなかった。液晶コロイド系のレオロジーに関してはやや遅れているものの、液滴の自己推進運動の研究を着実に進め、イオンの関わる現象に関して予想外の進展を得ており十分な成果が得られたものと考えている。

さらに2次元計算も行うことで、非単調になっている解のブランチでは、1次元的な解が不安定となり、その結果として表面電荷が異なった1次元的な解が空間的に共存すること(局所的な電極上の電荷の相分離現象)を発見した。この結果を論文として投稿中である。2.では、細胞組織を念頭に置き、増殖を取り入れたアクティブマターの連続体理論を昨年度に引き続き研究した。実験的に観測されている、増殖率と、局所的な組織伸長、及び組織内部でのストレスの結合を取り入れた理論を構築し、組織成長速度を計算した。また、極性場を取り入れた理論を研究し、組織内部での力学的な進行波の数値シミュレーションも行なった。理論の定式化に関する論文を投稿中で、進行波に関する論文も準備中であり、早急に投稿する予定である。3.では、過去に化学反応により駆動する液滴の研究を行ったが、より現実の実験に近い系のモデリングについて考察し、一例としては、3元混合系における平衡状態からずれた組成を持つ、液滴の自己推進運動のモデリングを行なった。研究計画に挙げた、経路依存した非線形レオロジーの理論を計画通り構築し、論文を掲載する事が出来ている。さらに、液晶コロイド混合系のレオロジーに関してもプログラムを既に構築しており、これから解析を行う段階にある。また、二元混合系中でのコロイドに関しても、2粒子間の吸着層の架橋の論文を投稿中である。引き続き、イオンの関わる新奇な現象の研究を行っていく。また液晶コロイド混合系に関しては、他の対称性を持つ液晶に関しても考察を広げて興味深い現象を探索する。28年度が最終年度であるため、記入しない。前年度までに計算プログラムを構築した、液晶コロイド混合系のレオロジーの数値計算結果の詳しい解析を行いたい。また、二元混合系中のコロイドの運動に関しても、引き続き研究を進める。具体的には、コロイド粒子の大きさに比べ、相関長が非常に長い場合の引きずり抵抗の計算を行いたい。
アンサンブルカルマンフィルタを用いた大気微量成分同化システムの構築

本研究は高度な同化手法であるアンサンブルカルマンフィルタ(EnKF)を用いて大気微量成分の高精度なデータ同化システムを構築することを目的とする。この目的のために、大気の観測値を大気大循環モデルに同化するシステムおよび大気微量成分の観測値を化学輸送モデルに同化するシステムを構築した。理想化実験および実際の観測データを利用したデータ同化実験から本システムの性能を検証し、大気微量成分の再解析を実施するための実用的なフレームワークが得られた。本研究は,高度な同化手法であるアンサンブルカルマンフィルタ(EnKF)を用いて大気微量成分の高精度なデータ同化システムを構築することを目的とする。この目的のために,本年度は,EnKFを用いて大気の観測値を大気大循環モデルに同化するシステムを構築した。解析誤差共分散行列の作成には平方根フィルタを適用し,予報のアンサンブル摂動から解析のアンサンブル摂動を作成した。モデル誤差がないと仮定した完全モデル実験を実施し,基本的な動作確認を行った。EnKFで作成した大気場を化学輸送モデルの輸送計算に与え,従来のナッジング手法との比較実験を実施した。比較実験から,大気場のデータ同化手法が大気微量成分の再現性に及ぼす影響を明らかにした。EnKFにより作成した大気場を輸送計算に用いることで,特に渦擾乱による輸送過程を改善し,大気微量成分の再現性を向上することが分かった。この影響は特に大規模な大気擾乱が卓越する対流圏中高緯度で顕著であった。これまでの大半の大気微量成分シミュレーションではナJジングにより作成された大気場を使用しており,本研究により得られた結果は広く大気化学研究に貢献するものである。また,物理的に整合性のある流れ場を反映することで,従来の手法では大きな問題があった熱帯上空での鉛直運動による物質輸送過程をより現実的に表現可能となった。この改善により,全球バジェットに重要な影響を及ぼす熱帯上部対流圏・下部成層圏での厳密な輸送過程の表現が望める。一方,構築した同化システムから大気場と二酸化炭素の全球分布を作成し,詳細な輸送解析を実施し,大気大循環および炭素循環の観点から対流圏全域における二酸化炭素濃度変動機構を明らかにした。昨年度から引き続き、アンサンブルカルマンフィルタ(EnKF)によるデータ同化によって、大気輸送計算・大気組成シミュレーションがどの程度改善するかを明らかにした。EnKFによる流れに依存した気象解析を利用・反映することで物質輸送計算精度が大幅に改善可能であること、併せて大気組成の濃度をEnKFによってデータ同化することで大気組成の分布推定を更に大幅に改善可能であることを明らかにした。特に、大気組成のシミュレーション結果に大きな悪影響を及ぼす地表フラックス誤差が存在する状況において、EnKFによる大気組成濃度のデータ同化は重要な役割を果たすことが分かった。また、EnKFを対流圏の詳細な化学反応を含む全球3次元化学輸送モデルに適用し、オゾンなど反応性気体に関する大気微量成分の同化システムを構築した。モデル及び観測データに誤差はないと仮定した理想化実験においてそのシステムの性能を検証した。その結果、オゾン分布の推定に対して、化学的に関連する化学種濃度の観測情報をデータ同化に取り込むだけでも十分な改善が得られること、更にオゾン自身の観測情報を取り込むことで一段と精度の良い推定結果が得られることを明らかした。また、現実の地上観測網および衛星観測網に対応した観測システム実験を実施し、同化システムで解析精度を向上するための大気質監視網の効果的な配置について考察した。大気境界層内に時空間に密な観測情報がある場合には、大気汚染を引き起こす地上付近のオゾン濃度を精度よく推定可能であった。また、オゾンのみならず関連化学種の高精度な観測情報が大気境界層内に存在することが地上オゾンの推定に重要であった。一方、自由対流圏ではオゾン自身の高精度な観測情報を取り込むことが重要であった。これら得られた知見に基づき、実際の観測データを利用したオゾンなど大気微量成分のデータ同化研究に取り組んでいる。これまでに開発した大気微量成分の同化システムに実観測データを適用し対流圏および下部成層圏におけるオゾンと関連化学種の解析精度の検証に取り組んだ。解析結果に対してモデルバイアスの影響が深刻であったため、バイアス補正技術を導入しその効果を検証した。バイアス補正技術を導入することでモデルバイアスを動的に推定し解析精度を改善できることを確認した。オゾン場自身の検証に加えて、化学過程を介して連動する非同化・関連化学種への影響を検証した。更に、化学輸送モデルのパラメータ推定に対する共分散膨張および局所化手法に関する感度実験を行い、最適なシステム構成を検証した。これら取り組みにより、大気質変動研究のための実用的な大気微量成分同化システムの枠組みが得られた。構築したデータ同化システムを用いて観測システムシミュレーション実験を実施し、大気汚染(主に下部対流圏オゾンを対象)の実況監視に向けた効果的な観測網に関する考察を行い、以下の事項を明らかにした。(1)ユーラシア大陸から日本における春季の地上オゾンの挙動を知るためには、オゾン自身の他に、NOX,HNO3,CO,PANの観測情報を得ることが重要である。

(2)境界層内にオゾン観測データが存在しない場合には、NOXなど関連化学種の高精度な地表観測から地表オゾンの情報を効果的に引き出せる可能性がある。(3)自由対流圏ではオゾン自身を高精度に観測することが極めて重要である。オゾン観測データの鉛直分解能が4km以上になると自由対流圏でのオゾン分布推定が大きく劣化する。
ミード酸の抗炎症作用の機序に関する研究

アラキドン酸(AA)から炎症促進性のアイコサノイド、ロイコトリエンB4(LTB4)ができるがAAのホモログであるミード酸(20:3n-9,ETrA)はAAと拮抗しLTB4産生が抑えられる。そこで、ラットへETrA投与による腹腔細胞中の脂肪酸構成の変化とLTB4産生の相関を調べることにした。必須脂肪酸欠乏とならない食事を基本とし、4.5%と19%のリノール酸(18:2 N-6,LA)と各種濃度のETrAを含む食事をラットに投与したところ、ETrAの増加により腹腔細胞中リン脂質中のETrAは10%まで直線的に増加することが判明した。また、食事中LAを増加することにより、ETrAの取り込みは明らかに低下した。さらに腹腔細胞の産生するLTB4はリン脂質中のETrAと有意な負の相関を示した。また血清中のトロンボキサン(TX)量に対してはETrAはいかなる影響も及ぼさなかった。このように食事中のETrAは白血球中に蓄積し、炎症反応に関わるLTB4産生を抑制する。ミ-ド酸の抗炎症作用およびラット腹腔マクロファージにおけるロイコトリエン産生低下作用についてミ-ド酸(20:3n-9,mead acid)は、必須脂肪酸欠乏や飢餓状態のときに代償的に産生される多価不飽和脂肪酸である。同脂肪酸はプロスタグランジンの基質とならないが、ロイコトリエンとなりうることが知られている。我々は、同脂肪酸に抗炎症作用を期待し、以下の実験を行った。4週令のラット(雄)を2群に分け、1群にはミ-ド酸を17%含む油(突然変異株のカビから精製)2%とラ-ド8%を含む飼料を、もう1群には大豆油2%とラ-ド8%を含む飼料を投与した。2週及び4週目にcarrageenin0.1%をラットの足底部に皮下注射し、腫脹の程度を2群間で比較し、ミ-ド酸の急性炎症に対する抗炎症作用を調べた。その後、腹腔よりマクロファージを採取し、leukotriene B4(LTB4)の産生量を比較した。Carrageeninによる急性炎症作用の抑制効果は、2週投与、4週投与時とも両群間で有意差は見られなかった。腹腔マクロファージのLTB4産生はミ-ド酸を投与した群で有為に抑制された。同様に、ラットをヒツジ赤血球で感作し、ミ-ド酸の遅延型過敏症反応(DTH)にたいする抑制効果を調べたが、コントロール群とは有意差は見られなかった。今回なぜミ-ド酸群で抗炎症作用が見られなかったのか不明であるが、投与量、投与期間によっては抗炎症作用に有意差が見られることが予備実験で確認されており、現在至適投与量を検討中である。[はじめに]ミ-ド酸(20:3n-9,以下MAと略す)はリノール酸(18:2n-6,LA)欠乏時に体内で合成される多価不飽和脂肪酸である。LA欠乏にすると、SLEの実験動物モデル(NZB/WF1マウス)で症状の改善が見られることより、MAに生理作用があると考えられる。そこでラットにMAを投与し、ロイコトリエンB4(LTB4)産生がどう変化するか、また組織中の脂肪酸構成がどうなるかを検討した。[方法]雌性Dark Agoutiラット(5週齢)に実験食を投与した。実験食の総脂質含有量は5%(wt/wt)とし、その中のMAとLAの%を以下のようにした。実験食1(MA16%,LA4%),2(12%,4%),3(12%,19%),4(8%,4%),5(8%,19%),6(4%,4%),7(4%,19%),8(0%,4%),9(0%,19%)。残りの脂肪酸は主に飽和脂肪酸とオレイン酸で調節した。投与4週後に、腹腔細胞を採取し、脂肪酸構成とカルシウムイオノフォア刺激によるLTB4産生能を測定した。各臓器の脂肪酸構成も測定した。[結果]

腹腔細胞中のMA含有量はLA4%群(実験食1,2,4,6,8,)でも19%群(実験食3,5,7,9)でも投与量が増加することにより直線的に増加しており、LA19%群では4%群に比較してMAは低下していた。LTB4産生は腹腔細胞中のMAが増加するにつれ低下していた。また各臓器でもLA4%群の方が19%群よりMA含有量が増加していた。[考察]MA投与によりLTB4産生が低下することが判明した。この効果を増大させるためには、LAがMAと拮抗することから、LA投与量を減らすことが必要と思われる。今後MAの抗炎症作用をNZB/WF1等で示すことが重要である。
白亜紀アジアの哺乳類相変遷：真獣類最初の多様化時期を探る

本研究課題では,前期白亜紀の後半にアジアで真獣類が哺乳類相の主要メンバーとなり始めたことに伴い,東アジアの哺乳類相がどのように変化したのかを明らかにすることを目的とし,中国の遼寧省阜新地域における化石発掘調査と,同地域の沙海層・阜新層および日本の兵庫県の篠山層群等から見つかった哺乳類化石の分類学的検討をおこなった.発掘調査では,研究課題期間中に120点の哺乳類化石を発見した.この時代の哺乳類化石としては期待以上の成果であり,大成功だったと言える.分類学的検討では複数の新種哺乳類を記載し,現在も複数の論文を投稿・投稿準備中である.今後の研究で哺乳類相の変遷がより詳細に見えて来ると期待される.本研究の目的は前期白亜紀の後半にアジアで真獣類が哺乳類相の主要メンバーとなり始めたことに伴って,哺乳類相がどのように変化したのかを明らかにすることである.研究は,1)標本の収集,2)標本の観察と分類学的検討,3)他産地・地域の既存の標本との比較の3点に重点をおいて進めている.1)に関して,本年度は昨年度同様に中国科学院古脊椎動物與古人類研究所(IVPP)の協力を得て,中国遼寧省で2週間強の発掘調査をおこなった.その結果,50点以上の前期白亜紀哺乳類化石標本を採集できた.この成果は前期白亜紀哺乳類発掘としては大成功と言って良い.得られた標本のうち,比較的保存の良さそうなものから順にクリーニングが進行中である.2)に関しては,IVPPに保管されている,過去の調査(昨年度の調査も含む)で見つかった遼寧省産標本の観察をおこなっている.現在は特に三錐歯類化石と真獣類化石についての分類学的検討を進めており,その結果を論文にまとめているところである.日本の化石についても,石川県の手取層群産の三錐歯類化石について,クリーニングと標本観察をおこなっている.また福島県の双葉層群産の哺乳類化石に関する研究も開始した.3)に関しては,他産地ではないが,遼寧省産の標本の研究のため,大連自然博物館を訪れ,標本観察をおこなった.また昨年度から引き続き,新たな産地開拓を目指し,ニュージーランドにおいて南島を中心に地層観察をおこなった.現時点で哺乳類化石は発見できていないが,新たな化石産地の発見は大いに期待できると考えている.本研究課題では,前期白亜紀の後半にアジアで真獣類が哺乳類相の主要メンバーとなり始めたことに伴い,東アジアの哺乳類相がどのように変化したのかを明らかにすることを目的とし,中国の遼寧省阜新地域における化石発掘調査と,同地域の沙海層・阜新層および日本の兵庫県の篠山層群等から見つかった哺乳類化石の分類学的検討をおこなった.発掘調査では,研究課題期間中に120点の哺乳類化石を発見した.この時代の哺乳類化石としては期待以上の成果であり,大成功だったと言える.分類学的検討では複数の新種哺乳類を記載し,現在も複数の論文を投稿・投稿準備中である.今後の研究で哺乳類相の変遷がより詳細に見えて来ると期待される.本研究はアジアにおいて真獣類が哺乳類相の主要メンバーとなり始める前期白亜紀の後半に哺乳類相がどのように移り変わったのか明らかにすることが目的である.そのために,1)標本の収集,2)標本の観察と分類学的検討,3)他産地・地域の既存の標本との比較の3点に重点をおいて研究を進める.本年度は中国科学院古脊椎動物與古人類研究所(IVPP)の協力のもと,中国遼寧省で3週間弱の発掘調査をおこない,20点以上の前期白亜紀哺乳類化石標本を採集した.これらの標本のうち,比較的保存の良さそうなものから順にクリーニングが進行中である.またIVPPに保管されている,過去の調査で見つかった標本観察をおこない,特に真獣類化石についての分類学的検討に着手した.さらにその予察的内容に関して学会発表をおこなった.日本の化石についても研究を進めている.石川県白山市の手取層群桑島層産の標本は借り出し,現在クリーニングと標本観察をおこなっている.兵庫県篠山市の篠山層群“下部層"産標本に関しては分類学的検討をおこない,その結果を学術誌に投稿し,受理され,既にオンライン公開されている.他地域の標本との比較としては,本年度はオーストラリアのメルボルン博物館で,前期白亜紀哺乳類標本の観察をおこなった.そのときの観察結果は一部篠山層群産哺乳類の論文でも利用している.また新たな産地開拓を目指し,ニュージーランドにおいて南島を中心に地層観察をおこなった.現時点で哺乳類化石は発見できていないが,可能性のありそうな地点は複数あることがわかった.本研究の目的は前期白亜紀の後半にアジアで真獣類が哺乳類相の主要メンバーとなり始めたことに伴って,哺乳類相がどのように変化したのかを明らかにすることである.最終年度の研究は,1)標本の収集,2)標本の観察と分類学的検討に重点をおいて進めた.1)に関して,本年度もこれまで同様に中国科学院古脊椎動物與古人類研究所(IVPP)の協力を得て,中国遼寧省で2週間ほどの発掘調査をおこない,100点ほどの脊椎動物化石(内哺乳類は26点)を採集できた.前年度までよりも稼働炭鉱数が減っており,またやや化石の出も悪かったが,それでも前期白亜紀哺乳類化石採集としては、成功だったと言える.得られた標本のうち,保存の良いものから順にIVPPにおいてクリーニングが進行中である.2)に関しては,IVPPに保管されている,過去の調査(昨年度の調査も含む)で見つかった遼寧省産標本の観察をおこなった.

そのうち“三錐歯類"化石については論文を投稿し受理済みである.また真獣類化石についての分類学的検討も進めており,論文執筆中である.日本の化石についても,石川県の手取層群産の三錐歯類化石について,引き続きクリーニングと標本観察をおこなっている.また同層産のトリティロドン類化石についても論文をまとめて投稿中である.また福島県の双葉層群産の哺乳類化石に関しての学会発表をおこない,こちらも論文を投稿中である.研究期間全体を通して,第一の目的であった哺乳類化石の採集については100点以上の標本採集に成功し,期待以上の成果が上がった.これらの化石について順次分類学的研究を進めることで,前期白亜紀後半の東アジアにおける哺乳類相の変化をかなりの解像度で明らかにすることができる.その分類学的検討も,比較的順調に進んでいるので,近い将来には本研究の成果をもとに,さらに少なくとも2 3篇の論文を出版できると考えている.古脊椎動物学本研究では,1)標本の収集,2)標本の観察と分類学的検討,3)他産地・地域の既存の標本との比較の3点に重点をおくが,昨年度・本年度といずれも順調におこなうことができている.特に中国遼寧省での調査で本年度50点を超える哺乳類化石標本が得られたことは,重要な成果である.昨年度の20点と合わせると,すでに標本の収集に関しては予想をはるかに上回る成果が得られていると言って良い.本年度中の論文発表には至らなかったが,すでに一部の成果に関しては論文執筆中であり,最終年度中には複数の論文を投稿できる予定である.本研究では,1)標本の収集,2)標本の観察と分類学的検討,3)他産地・地域の既存の標本との比較の3点に重点をおくが,本年度そのいずれも順調におこなうことができた.中国遼寧省での調査で20点以上の哺乳類化石標本が得られたことは,前期白亜紀哺乳類化石の発掘調査としては大成功と言って良い.中国産・日本産の標本観察も順調に進んでいる.日本産のものの一部は研究成果を既に論文にできたし,中国産のものの一部に関しても近いうちに論文化する方向で現在中国の研究者と調整中である.他産地の標本との比較ではオーストラリアにおいて,これまでに見つかっている全ての前期白亜紀哺乳類化石を観察することができた.本研究を進める上で興味深い標本も数多く含まれており,今回の観察結果は今後の研究に大いに役に立つことは間違いない.最終年度も基本的には1)標本の収集,2)標本の観察と分類学的検討,3)他産地・地域の既存の標本との比較の3点に重点をおいて進める.最終年度も標本収集のため再び中国遼寧省での発掘調査をおこなう予定で,中国側の研究協力者とも少しずつ日程の検討を始めている.標本観察もこれまで通り進める.またすでに複数の論文の執筆を開始しており,最終年度中に投稿する予定である.双葉層群産の哺乳類については今夏の国際学会で発表を予定している.同時にニュージーランドでの化石産地開拓にも引き続き挑戦したい.南半球における新たな化石発見は本研究のみならず,哺乳類進化史の研究自体にとって意義は大きい.今後も基本的には1)標本の収集,2)標本の観察と分類学的検討,3)他産地・地域の既存の標本との比較の3点に重点をおいた研究を進める.平成25年度には標本収集のため再び中国遼寧省での発掘調査をおこなう予定で,中国側の研究協力者と日程の検討を始めるところである.最終年度も調査は継続する予定である.
elF2α脱リン酸化阻害剤を用いた小胞体ストレス軽減による歯周病新規治療薬の開発

成人の約80%は歯周病に罹患しており、歯槽骨吸収の予防・進行防止は緊急課題となっている。私たちは、これまでに、交感神経β-遮断薬が破骨細胞を抑制することによって、歯槽骨吸収および歯の移動を抑制することを解明してきた。しかしこれらは、歯周病の発生メカニズムを阻害するものではない。そのため、新たな歯周病治療法の開発を目指し、歯周病罹患組織に生じる炎症と深く関係する細胞の小胞体ストレスに着目した。本研究では、小胞体ストレスを軽減するelF2α(真核生物の翻訳開始因子)脱リン酸化阻害剤の歯周病に対する効果を検討し、歯周病の発生メカニズムを阻害する新規な歯周病予防・治療薬の開発を目指す。
認知科学に根ざした鑑識技能学習システムの開発

本研究の目的は、考古遺物の鑑識技能の獲得を支援する、科学的なトレーニングプログラムを作成することであった。学習者は、コンピュータ画面上に呈示される遺物画像の典型性評定を繰り返し行うことで、徐々に学習刺激に対する一貫した反応パターンを形成した。トレーニングの完了後もこの反応パターンは2ヶ月後まで維持されており、また、観察遺物の記憶精度が向上するなどの副次効果もみられた。鑑識技能の獲・向上に一定の貢献を果たしたと考える。資料を直感的に早く正確に分類(同定)する「鑑識技能」の獲得は様々な専門領域で求められている.しかし考古学のように,体系的な学習法(教育法)が確立されていない領域では,技能の獲得には先天的な資質を必要とするとの誤解もあり,学習の途上で断念してしまう者が多い.本研究課題の目的は,このような学習者に対し,万人がもつ知覚学習システムを利用した利便性の高いトレーニングプログラムを提供することである.研究初年度である本年の計画目標は,(1)学習用素材の選定と収集・加工,(2) (1)に対する専門家(考古学者)による評価基準の設定,(3)試作版プログラム(2008年作成)の修正および調整であった.このうち(1)については,まず大学で考古学教育に携わる教員を対象として質問紙調査および聞き取りを実施し,素材選定のための検討会を繰り返し持った.教育現場のニーズに応え,学習者の利益を高めるという観点から,計画当初に予定していた資料カテゴリー(先史時代土器10種ほか)に古墳時代土器カテゴリーを追加するなどの変更を行った.続いて,選定したカテゴリーの資料写真・図版の収集に着手した.収集作業は途上であり,素材の加工作業には着手することができなかった.これを受けて,(2)の学習素材に対する評価基準の設定も,先送りすることとなった.(3)についてはまず,2008年度試作版プログラムを現在の開発環境に合わせて修正し(移植し),動作確認を行った.動作確認の後2名分の新規データも取得し,これまでに得た実験結果の補強を行った.また,新たに追加することになった学習素材カテゴリーに合わせて,パラダイムを一部変更したプログラムの作成に着手した.資料を直感的に早く正確に分類(同定)する「鑑識技能」の獲得は様々な専門領域で求められている.しかし考古学のように,体系的な学習法(教育法)が確立されていない領域では,技能の獲得には先天的な資質を必要とするとの誤解もあり,学習の途上で断念してしまう者が多い.本研究課題の目的は,このよう学習者に対し,万人がもつ知覚学習システムを利用した利便性の高いトレーニングプログラムを提供することである.2年目となる本年度の目標は,まず(1)初年度に難航した新しい学習素材の選定・収集・加工作業を進展させ,(2) (1)に対する専門家(考古学者)の評価基準を得ることであったが,これは先史時代の大型土器カテゴリーを中心として達成することができた.また初年度に引き続き,(3)プログラムの修正・調整作業についても,考古学専攻学生の協力を得つつ実施し,進展させることができた.資料を直感的に早く正確に分類(同定)する「鑑識技能」の獲得は様々な専門領域で求められている。しかし考古学のように、体系的な学習法(教育法)が確立されていない領域では、技能の獲得には先天的な資質を必要とするとの誤解もあり、学習の途上で断念してしまう者が多い。本研究課題の目的は、このような学習者に対し、万人がもつ知覚学習システムを利用した利便性の高いトレーニング・プログラムを提供することである。3年目となる本年度は、まず(1)昨年までに修正・調整を終えた遺物評定プログラムについて、その学習効果がトレーニング終了後も長期にわたって保持されることを確かめた。また(2)また同プログラムに取り組むことで、遺物観察時の記憶精度も向上するなどの効果が得られることを明らかにした。これらを(3)頒布に適したプログラミング言語で書き直す準備も進めた。さらに新たな挑戦として、(4)学習材料に遺物の線画・写真など2D素材の他に、3Dモデリングされたオブジェクトを用いることを計画し、そのための研究打合せ・技術研修を実施した。これまで調整を進めてきたトレーニングプログラムの効果について、保持期間や記憶など他の認知的活動に与える影響という観点から、重要なデータを多数取得することができた。ここ数年の画像処理技術の発展と比較的安価なソフトウェアの普及に伴い、学習素材を3Dまで拡げることが見込めてきた点においては、当初の計画以上に進展しているともいえる資料を直感的に早く正確に分類(同定)する「鑑識技能」の獲得は様々な専門領域で求められている。本研究の目的は、このような学習者に対し、万人が持つ知覚学習システムを利用した利便性の高いトレーニングプログラムを提供することである。最終年度である本年度の計画目標は、これまで主として線画・写真等の二次元情報を素材として開発を行ってきた学習プログラムに(1)三次元情報を導入することで現実の学習場面により近づけ、(2)細部の調整を経た上で、(3)パッケージ化と配布を行うことであった。まず(1)の目標を実現するためには、遺物写真を原材料として3Dモデリングを行う技術の確立が必要であった。

当該技術については、昨年度に鹿児島国際大学(於:中園聡考古学研究室)にて研修を受け、ソフトウェアPhotoscan(Agisoft社製、3Dモデリング用)および撮影機材等の導入までが完了していたが、実用に供するためにはさらに入念な練習作業が必要であった。そこでまず、遺物写真の撮影とモデリング練習を繰り返し行った。(2)以下の目標については、私的な面において予期せぬ事態が発生したことから、着手できなかった。遺憾ながら、研究期間延長の申請を行うことで、次年度以降の課題とした。家族の急死に伴う葬儀、遺品整理、住居の清掃・引き払い等の諸作業を、遠方の研究代表者自宅と往復しながら進める中で疲労が蓄積し、ヘルペスへの感染、持病(甲状腺機能亢進症、気管支喘息)の悪化等の体調不良が重なった。上記事由で遅れた授業・入試関係の業務等の学務を埋め合わせ、また同じく遅れる個々となったゼミ学生の卒業研究指導をやり遂げるのが精一杯の状況となり、今年度は本研究活動への着手が著しく遅れてしまった。資料を直感的に早く正確に分類(同定)する「鑑識技能」の獲得は様々な専門領域で求められている。しかし考古学のように、体系的な学習法(教育法)が確立されていない領域では、技能の獲得には先天的な資質を必要とするとの誤解もあり、学習の途上で断念してしまう者が多い。本研究の目的は、このような学習者に対し、万人が持つ知覚学習システムを利用した利便性の高いトレーニングプログラムを提供することである。最終年度の課題は以下の三点であった。(1)学習刺激に三次元情報を導入することで、現実の学習場面に近づけること、(2)プログラムの調整、(3)プログラムのパッケージ化と配付を行うことであった。まず(1)について、前年度に実施した考古遺物の3Dモデリング練習を受けて、実資料の3次元データ化を行った。鹿児島国際大学考古学研究室から提供を受けた撮影画像を用いて、弥生土器15点、須恵器22点の学習刺激を作成した。次に(2)について、学習者の反応に対するフィードバック方式の変更を中心とした調整を行った。また、学習成績の伸びを視覚的に示す機能を実装した。(3)については、期間中の実現には至らなかった。本研究の目的は、考古遺物の鑑識技能の獲得を支援する、科学的なトレーニングプログラムを作成することであった。学習者は、コンピュータ画面上に呈示される遺物画像の典型性評定を繰り返し行うことで、徐々に学習刺激に対する一貫した反応パターンを形成した。トレーニングの完了後もこの反応パターンは2ヶ月後まで維持されており、また、観察遺物の記憶精度が向上するなどの副次効果もみられた。鑑識技能の獲・向上に一定の貢献を果たしたと考える。学習素材の作成作業に関して,初年度の遅れを取り戻しつつ,予定の作業を進めることができたといえる(ただし,新たな学習課題の作成に必要な素材が必要となったため,作業の一部は次年度も継続して実施する).作成素材を用いた,プログラムの調整作業を実施し,次年度に予定していた考古学専攻生の学習データも一部取得することが出来た.これまで調整を続けてきたプログラムに、3Dモデリングされた学習素材等も加えることで、より生態学的妥当性の高い学習データを取得していく。また配布しやすいプログラミング言語形式への移植作業も順次行っていく。
構造進化型人工神経回路網による進化ロボティクスのための人工脳の構築に関する研究

本研究では,進化ロボティクス・アプローチに基づいて知的人工物に搭載すべき人工脳を構築するための基盤技術を構築する.すなわち,進化型人工神経回路網の理論を大きく飛躍させ,その実現へ向けたマイルストーンを発見するために,(1)人工神経回路網の大規模構造進化のための方法論の構築,および,(2)人工進化に十分な計算機資源を供給可能にするための進化ロボティクス用計算グリッドの広域化・大規模化を行った.本研究では,進化ロボティクス・アプローチに基づいて知的人工物に搭載すべき人工脳を構築するための基盤技術を構築する.すなわち,進化型人工神経回路網の理論を大きく飛躍させ,その実現へ向けたマイルストーンを発見するために,(1)人工神経回路網の大規模構造進化のための方法論の構築,および,(2)人工進化に十分な計算機資源を供給可能にするための進化ロボティクス用計算グリッドの広域化・大規模化を行った.生物のように環境に適応する行動を人工物にも行わせようとパラダイムは,1948年ウィナーのサイバネティクスに始まったとも言える.これを継承してきた分野は1990年代に"人工生命"と呼ばれ盛んに脚光を浴びたが,21世紀を待たずして衰退した.いまだに人工生命は何であったのかという問題に議論は止まないが,研究代表者は,当時,人工生命を支える自律化技術が未熟で,人工生命を提唱したLangton(1987)の言う"あり得る生命"が期待したホメオスタシスをシステム内に創発させるにいたらなかったためではないかと分析している.それゆえ,今,取り組むべき最重要課題はこの"自律化"技術であり,人工物に搭載される人工脳の構築に必須であると認識している.このような着想のもと,今年度は次のような結果を得た.・進化ロボティクス用の進化型人工神経回路網では,構造が人工進化に与える影響が非常に大きく,単純なフィードドワード型では進化学習による汎化能力が低く,リカレント型の方が好ましい.・リカレント型の人工神経回路網の隠れ層の構造は,全結合パターンや正則パターンよりも,スモールワールド性を持たせたパターンの方が良好な結果を出す.・ロボットの入力情報の詳細度がその後の人工進化可能性に大きな影響を与えるため,リアクティブな反応ができる計算可能な範囲内でできるだけ詳細な情報を与える方が望ましい.・高度な行動を発現を狙うには,適度な難易度の部分問題を通して段階的に学習させていく方が望ましい.・これまで難問であると考えられてきた二重倒立振子問題は,構造進化型人工神経回路網に取っては,容易な問題の範疇に入る.生物のような環境適応行動を人工物にもさせようとするパラダイムは,1948年ウィナーのサイバネティクスに始まったとも言える.これを継承してきた分野は1990年代に“人工生命"と呼ばれ盛んに脚光を浴びたが,21世紀を待たずして衰退してしまった.これを研究代表者は,当時,人工生命を支える自律化技術が未熟で,ホメオスタシスをシステム内に創発させるに至らなかったためではないかと分析している.それゆえ,現在の最重要課題はこの自律化技術であるとの認識のもと,本研究では,人工物に搭載される人工脳を構築するための基盤技術を構築する.すなわち,進化型人工神経回路網の理論を大きく飛躍させ,その実現へ向けたマイルストーンを発見するために,(1)人工神経回路網の大規模構造進化のための方法論の構築,および,(2)人工進化に十分な計算機資源を供給可能にするための進化ロボティクス用計算グリッドの広域化・大規模化を目的とした.研究の実施成果として次に示す事柄を得た.(1)十分な進化計算量を与えると,構造進化型人工神経回路網は,従来よく用いられてきたFF型人工神経回路網よりも,明らかに高い汎化能力を示すことができることが分かった.特に,難易度を調整しやすいマルチロボットシステムによる協調荷押し問題では,進化可能性が増大した構造が獲得される結果,自律的機能分化の発現が容易になり,提案手法が人工脳構築モデルとして相応しいことを検証できた.また,実機ロボットによる実験にも成功した.(2)ER用計算グリッド・システムを広域な大規模グリッドに対応可能なように改良した.そして,同期待ち時間が必ず生じる隔世代モデルに加え連続世代モデルも取り扱える新しいタスクスケジューリング法を導入した新システムを構築し,その有効性を検証した.
血液密封用メカニカルシールのもれ量最少化を目指した設計

本研究では,血液シール下特有の潤滑特性を解明することで,人工心臓用メカニカルシールのしゅう動面からのもれ量を最少化する設計指針を得ることを目的とした,まず,新しいもれ量測定法を用いて,血球成分および血漿成分それぞれのもれ特性を明らかにした.さらに,平行なしゅう動面間における新しい平均流モデルを確立した.最後に,新しい平均流モデルを用いたメカニカルシールの潤滑特性解析手法を確立した.実験結果と理論解析を比較することによって,本解析手法の妥当性を検討した.平成26年度は,血液のレオロジー特性を取り入れた血液潤滑理論と実験によって血液シール下におけるメカニカルシールのトルク・温度特性やもれ特性を明らかにすることを目的とした.以下に,具体的に示す.まず,血液のレオロジー測定を行なった.血液は赤血球の凝集によって,ずり速度とせん断応力の間に非ニュートン性を示すことが知られている.しかし,メカニカルシールしゅう動面のようにせん断のみならず振動をも伴う環境おけるレオロジー特性は明らかでない.そこで本年度は,定常流と振動流の双方で流動特性を求めることによって,血液のレオロジー特性を明らかにした.次に,メカニカルシールの血液潤滑理論の構築を試みた.血液のレオロジーモデルを流体潤滑理論に適用し,潤滑方程式の誘導を行った.現在,メカニカルシールの潤滑理論は確立されているとはいえず,これまでの研究はシール面にそりや傾きのある場合やうねりのある場合を前提に検討を行っており,メカニカルシールの設計理念とは相反する仮定となっている.そこで本年度は,血液による非ニュートン性と接触理論を組み合わせて,メカニカルシールの血液潤滑理論を構築を試みた.最後に,血液シール下におけるメカニカルシールのトルク・温度特性およびもれ特性実験を行った.実験装置にはトルク計が設置されており,運動条件ごとにしゅう動面の摩擦損失トルクを測定した.また,メカニカルシールを構成するシートリングには温度計測用のサーミスタが埋め込まれており,これにより温度計測を行った.血液とクーリングウォータの双方向もれ量は,もれに伴う溶液の濃度変化に注目し,この濃度変化をイオンクロマトグラフィを用いて分析することで計測した.また,しゅう動面の表面粗さとして4種類を用い,表面粗さがしゅう動面からのもれ量への影響を検討した.平成27年度は,血液密封用メカニカルシールのもれ量最少化を目指した設計を行うために,実験的研究と理論的研究の2方面から取り組んだ.以下に,それぞれの概要をまとめる.実験的研究においては,血液が血球成分および血漿成分から構成されることを考慮し,それぞれの成分の漏れ特性を明らかにする新しい漏れ量測定法を提案した.また,漏れ特性,摩擦特性および密封血液の溶血特性を明らかにし,血液の密封メカニズムについて考察した.さらに,定常流型補助人工心臓におけるメカニカルシールは,血液とC.W.を分離する液々分離型であることを考慮し,密封血液がしゅう動面に占める割合を実験的に求める手法を提案した.理論的研究においては,平行なしゅう動面間における新しい平均流モデルを確立することを目的とする.平均流モデルは,しゅう動面における表面粗さの影響を流量係数に集約し,表面粗さ分布の設計指針を確率論的に得ることができるが,Patirの平均流モデルは平行なしゅう動面間において表面粗さの影響を十分に評価することができない.本研究においては,側方漏れと粗面の相対運動によって生じる付加的な圧力を表す係数を定義することによってこの課題を解決し,Patirの平均流モデルにおける流量係数と比較した.また,表面粗さ分布における自乗平均粗さ,歪みおよび尖りの値が流量係数に及ぼす影響を明らかにし,これらの統計量が示す表面粗さ形状の物理的な意味と流量係数の関係について考察した.さらに,平均流モデルにおいて,しゅう動面を構成する2面のそれぞれの表面粗さ分布を考慮する場合の流量係数の算出法を検討した.研究実績の概要でも述べたように,本研究は実験的研究と理論的研究の2方面から取り組んでいる.まず,理論的研究の達成度としては,血球成分および血漿成分それぞれの成分の漏れ特性を明らかにする新しい漏れ量測定法を提案し,実験よりそのもれ量を定量的に測定した.本研究の成果を,2015年9月に開催された国際会議(International Tribology Conference, TOKYO 2015)で発表した.一方,理論的研究の達成度としては,新しい平均流モデルを確立することを目的として,しゅう動面における表面粗さの影響を流量係数に集約し,表面粗さ分布の設計指針を確率論的に得ることに加えて,さらに側方漏れと粗面の相対運動によって生じる付加的な圧力を表す係数を定義することによってこの課題を解決した.本研究の成果は,現在発表準備中である.本研究では,血液シール下特有の潤滑特性を解明することで,人工心臓用メカニカルシールのしゅう動面からのもれ量を最少化する設計指針を得ることを目的とした.特に本年度は,前年度までに得られた成果を基にして,しゅう動面における双方向もれ特性を実験と理論の両面から明らかにした.実験的研究においては,しゅう動面には血液と冷却水であるクーリングウォータが混在しているため,このメカニカルシールでは血液からクーリングウォータ側へのもれ量とクーリングウォータから血液側へのもれ量の双方向のもれが存在する.そのそれぞれのもれ量をイオンクロマトグラフィを用いた実験により定量的に把握した.次に,血液シール下特有の付着性生物の有無や摩耗特性を明らかにした.

実験前後のしゅう動面のSEMによる表面観察および表面分析を行い,血液シール下特有の生成物や摩耗特性を明らかにした.理論的研究においては,まずしゅう動面における血液の存在割合を明らかにした.具体的には,しゅう動面での血液とクーリングウォータを完全混合状態と完全分離状態の2通りに仮定し,血液の見かけの粘度と接触が摩擦損失トルクに寄与することを利用してその割合を推定した.さらに,漏れ量を定量的に理論的に予測するために,平行なしゅう動面間における新しい平均流モデルを確立した.最後に,実験的検討と理論的検討を比較することによって,本研究の最終目的である人工心臓用メカニカルシールのしゅう動面からのもれ量最少化の設計を行った.そのために.ここまでに得られた結果を総合的に判断して行なった.そのため,前年度までに実施した研究すべてにおいて表面粗さをパラメータともれ量に着目し,その影響を明らかにしながら行った.さらに,ここまでに得られた研究成果を取りまとめ.その成果の発表を行った.本研究では,血液シール下特有の潤滑特性を解明することで,人工心臓用メカニカルシールのしゅう動面からのもれ量を最少化する設計指針を得ることを目的とした,まず,新しいもれ量測定法を用いて,血球成分および血漿成分それぞれのもれ特性を明らかにした.さらに,平行なしゅう動面間における新しい平均流モデルを確立した.最後に,新しい平均流モデルを用いたメカニカルシールの潤滑特性解析手法を確立した.実験結果と理論解析を比較することによって,本解析手法の妥当性を検討した.現在までの研究の達成度はおおむね順調であるが,予定していた国際会議での発表が出来なかった.これは,実験結果の再現性の確認に手間取ったためである.しかし,この問題は解決したので,平成27年度に発表する予定である.同様に,血液シール下におけるメカニカルシールのトルク・温度特性およびもれ特性実験においても,実験結果のばらつきがあり,研究の達成度がやや遅れている.しかし,平成27年度には,実験を繰り返して,この遅れは取りかえす見込みがある.平成28年度は,平成26,27年度の得られた成果を基にして,しゅう動面における双方向もれ特性を明らかにする.実験的研究においては,しゅう動面には血液と冷却水であるクーリングウォータが混在しているため,このメカニカルシールでは血液からクーリングウォータ側へのもれ量とクーリングウォータから血液側へのもれ量の双方向のもれが存在する.そのそれぞれのもれ量をイオンクロマトグラフィを用いた実験により定量的に把握する.次に,血液シール下特有の付着性生物の有無や摩耗特性を明らかにする.実験前後のしゅう動面のSEMによる表面観察および表面分析を行い,血液シール下特有の生成物や摩耗特性を明らかにする.理論的研究においては,平行なしゅう動面間における新しい平均流モデルを確立する.最後に,本研究の最終目的である人工心臓用メカニカルシールのしゅう動面からのもれ量最少化の設計を行う.そのためには.ここまでに得られた結果を総合的に判断して行う必要がある.そのため,平成26,27年度に実施した研究すべてにおいて表面粗さをパラメータともれ量に着目し,その影響を明らかにしながら行う.さらに,ここまでに得られた研究成果を取りまとめ.その成果の発表を行う.トライボロジーまず,しゅう動面における血液の存在割合を検討する.
ハイブリッド電着エンドミルによる炭素繊維強化プラスチックの高精密加工手法の開発

昨年度の研究により,開発するcBN電着エンドミルの台金形状や使用砥粒径の最適値を決定したことで,工具外周側に配置した砥粒の脱粒は生じなくなった.しかしながら,種々仕上げ研削加工条件が加工中のCFRP温度や加工品質に与える影響度合いは未知のままであった.加工中のCFRP温度はバリや未切断繊維,層間剥離を引き起こす.またCFRP加工において加工面エッジ部のバリ発生が問題となる.従来の切削工具と異なる使用方法である本工具を使用し,上記の問題が発現した場合,どの加工条件を変更すれば良いかが分からなければ,本工具を有効に使用することができない.そこで本年度は工具周速や一刃あたりの送り量,切込み量といった仕上げ研削加工条件が,CFRP温度や研削抵抗,バリ,表面粗さに与える影響をSN比により評価した.CFRP温度については一刃あたりの送り量と切込み量の影響が大きく,これは研削抵抗と大きな相関があった.エッジ部のバリは切込み量に依存していることがわかった.表面粗さは研削条件による影響はほぼ確認できなかった.そこで砥粒径が異なる工具を作製し,検証した結果,砥粒径が小さい方が表面粗さは小さくなった.さらにバリも砥粒径が小さくなるほど発生が抑制された.一方で,CFRP板厚方向(工具軸方向)の表面粗さが航空機部品のCFRPの要求値を達成できなかった.そこで工具を揺動させるオシレーション加工を行ったところ,表面粗さは1μmRa以下の高品質な加工表面を得ることができた.昨年度計画のとおり,開発工具を用いたCFRPのトリミング研削加工において,研削加工条件がCFRP温度や加工精度といった加工品質に与える観点について調査した.それら加工品質を目的変数とし,加工条件を説明変数としてタグチメソッドを用いて,各加工条件が加工品質に与える影響度を評価した.その結果,CFRP温度は一刃あたりの送り量と切込み量を変更することで50°C200°Cの広い範囲で調整することが可能であることがわかった.CFRP加工面エッジ部のバリは,従来のダイヤモンドコーティングエンドミルが約70μmであったのに比べて,開発工具では約40μmとさらなる高精度加工が可能であった.表面粗さは航空機製品で求められる3.2μmRaを下回ることができなかった.そこで工具を軸方向に揺動させて加工するオシレーション加工の適用を試みた.いくつかの振幅値で加工実験を検証した結果,振幅値を砥粒径以上とすることで表面粗さは1μmRa以下と,ダイヤモンドコーティングエンドミルでの表面粗さを下回る高品質な加工表面を得られた.またバリについても約20μmとさらに発生を抑制することができた.この結果について論文として公表するため国際誌へ投稿中である.これまでの研究により,開発工具の最適台金形状および砥粒径,加工条件を決定し,開発工具の有効性についても証明された.これまでは航空機分野で使用される熱硬化性CFRPを用いて実験を遂行してきた.このようなCFRPは高いガラス転移温度を持っており,CFRP加工において熱反応性が低い材料に位置づけられると思われる.一方で近年自動車分野への適用材料として注目を集めている熱可塑性CFRP(CFRTP)のガラス転移温度は100°C前後と低く,熱反応性が高い材料と思われる.したがって,今年度はこれまでに開発した本工具と導出した加工条件がCFRTP加工に対応可能かを調査するとともに,CFRTPの加工特性および最適加工条件を導出する.安定した加工および実験を実施するために,加工システムのモニタリングシステムの構築を試みた.構成要素としては,研削動力計と加速度計,ハイスピードカメラ,サーモグラフィカメラである.またこのシステムを用いた加工実験において,工具を工具把持具であるホルダに取り付けて静的振れを測定し,振れ精度を修正・統一しているにも関わらず,実験データに再現性が得られないことがあったため,フィールドバランサを用い,動バランスを評価・修正することで再現性の確保を行なうことができた.代表者の提案するエンドミル形状と電着砥石を組み合わせたハイブリッド電着エンドミルは工具逃げ面側に固定されたcBN砥粒がCFRPを微小切込みで除去する.したがって,加工に有効な砥粒数が増加するには,逃げ角を小さくすることが有効であるが,この場合研削抵抗が大きくなり,CFRPの弾性変形により寸法誤差が生じることを懸念した.そこで逃げ角が0°15°の間で異なる工具を試作し加工実験を行った.その結果,懸念事項と反する傾向を示し,逃げ角が小さい方が研削抵抗は小さくなった.この理由としては,逃げ角が大きくなることで有効砥粒数が減少し,CFRPが除去されずに見かけの切り込み量が増加したことが原因である.以上より,ハイブリッド電着エンドミルの逃げ角は0°もしくは5°が最適であることがわかり,この成果を国際会議では発表するとともに,国際誌に研究論文として発表した.申請段階で計画したとおり,研削動力計により加工抵抗を,加速度計により主軸系の振動状態を,ハイスピードカメラにより工具たわみ量を,サーモグラフィカメラにより加工中のCFRP温度を,デジタルダイヤルゲージにより主軸変位を同時かつリアルタイムにモニタリングするシステムの構築を行った.加えて,工具セットアップ時の動的振れ精度を統一するために,フィールドバランサを活用し,安定的かつ再現性の高い実験データ取得を可能とした.モニタリングシステムの構築は計画通りに遂行されたため,現在ではモニタリングデータに基づいて加工条件の自動変更を行なうことが可能なシステムへの改善を試みている.この構築したシステムを用い,開発するハイブリッド電着

エンドミル形状の改善を行い,エンドミル逃げ角の最適化を行った.その結果,航空機分野でよく使用されているCFRPに用いられている熱硬化性エポキシ樹脂のガラス転移温度を十分に下回る加工温度で,未切断繊維やバリの発生していない良好な加工面を得られることができた.また工具摩耗についても,エンドミル形状外周に固定されたcBN砥粒は脱落することがなく,高い工具寿命を示すこともわかった.この成果を研究論文として発表した.昨年度の研究により,開発するcBN電着エンドミルの台金形状や使用砥粒径の最適値を決定したことで,工具外周側に配置した砥粒の脱粒は生じなくなった.しかしながら,種々仕上げ研削加工条件が加工中のCFRP温度や加工品質に与える影響度合いは未知のままであった.加工中のCFRP温度はバリや未切断繊維,層間剥離を引き起こす.またCFRP加工において加工面エッジ部のバリ発生が問題となる.従来の切削工具と異なる使用方法である本工具を使用し,上記の問題が発現した場合,どの加工条件を変更すれば良いかが分からなければ,本工具を有効に使用することができない.そこで本年度は工具周速や一刃あたりの送り量,切込み量といった仕上げ研削加工条件が,CFRP温度や研削抵抗,バリ,表面粗さに与える影響をSN比により評価した.CFRP温度については一刃あたりの送り量と切込み量の影響が大きく,これは研削抵抗と大きな相関があった.エッジ部のバリは切込み量に依存していることがわかった.表面粗さは研削条件による影響はほぼ確認できなかった.そこで砥粒径が異なる工具を作製し,検証した結果,砥粒径が小さい方が表面粗さは小さくなった.さらにバリも砥粒径が小さくなるほど発生が抑制された.一方で,CFRP板厚方向(工具軸方向)の表面粗さが航空機部品のCFRPの要求値を達成できなかった.そこで工具を揺動させるオシレーション加工を行ったところ,表面粗さは1μmRa以下の高品質な加工表面を得ることができた.昨年度計画のとおり,開発工具を用いたCFRPのトリミング研削加工において,研削加工条件がCFRP温度や加工精度といった加工品質に与える観点について調査した.それら加工品質を目的変数とし,加工条件を説明変数としてタグチメソッドを用いて,各加工条件が加工品質に与える影響度を評価した.その結果,CFRP温度は一刃あたりの送り量と切込み量を変更することで50°C200°Cの広い範囲で調整することが可能であることがわかった.CFRP加工面エッジ部のバリは,従来のダイヤモンドコーティングエンドミルが約70μmであったのに比べて,開発工具では約40μmとさらなる高精度加工が可能であった.表面粗さは航空機製品で求められる3.2μmRaを下回ることができなかった.そこで工具を軸方向に揺動させて加工するオシレーション加工の適用を試みた.いくつかの振幅値で加工実験を検証した結果,振幅値を砥粒径以上とすることで表面粗さは1μmRa以下と,ダイヤモンドコーティングエンドミルでの表面粗さを下回る高品質な加工表面を得られた.またバリについても約20μmとさらに発生を抑制することができた.この結果について論文として公表するため国際誌へ投稿中である.