hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リンと酸素硫黄等を含む光学活性な複素環化合物の合成と反応

また条件によっては、イリドとエポキシドとの反応において、これまでにみられない。新しいタイプの反応をすることが明らかとなった。1,2-オキサホスホランはリンと酸素原子を環内に有する5員環化合物であり、1966年ハンズ等により初めて単離された。無色の安定な結晶であるが、吸湿性であり、容易に水と反応して環を開き、相当するホスフィンオキシドになる。興味深いことに、この1,2-オキサホスホランを単離し反応を行うという試みは1990年代になるまでほとんどなされていなかった。そこで光学活性な1,2-オキサホスホランを合成しその反応性を検討した。原料の光学活性な3-ヒドロキシホスホニウム塩をエポキシドから合成し、塩基との反応により光学活性な1,2-オキサホスホランを合成した。光学活性な1,2-オキサホスホランとアルデヒドとは、ほぼ定量的に相当するホモアリルアルコール類が生成する。ケトン類とは加熱するという条件では、ほとんど反応しないことも明らかとなった。これらの反応によって得られるホモアリルアルコール類は天然にある種々の化合物の中に含まれる構成単位である。そこで天然にあるマクロライドの一種であるレシフェイオライドの合成を行った。1,2-オキサホスホランと末端にカルボン酸エステルを持つ長鎖アルデヒドとの反応で相当するホモアリルアルコールをほぼ定量的に得た。これを定法どおり、加水分解、環化反応をおこない、目的のレシフェイオライドを合成することができた。他の複素環化合物の合成を試みた。酸素と同族体である硫黄を一つ環内に含んだ1,2-チアホスホランの合成を相当する3-メルカプトアルキルホスホニウム塩から合成しようと試みたが、非常に不安定であり、加水分解を起こして3-メルカプトプロピルジフェニルホスフィンオキシドに変換することが明らかとなった。以上のように、リンおよび他のもう一つのヘテロ原子を含む複素環化合物は興味ある反応性を示すことが明かとなった。
バイオ燃料の増産は世界の水危機状況においても許容されるか?

本研究は全球統合水資源モデルH08を用いて、世界のバイオ燃料ポテンシャルの推定を行ったものである.7種類バイオ燃料作物として想定し,栽培地には(i)休耕地(ii)牧草地を除いた草地(iii)森林の一部を選んだ.その結果,世界のバイオ燃料ポテンシャルは最大約1000EJと推定した.これには栽培地選定が大きく影響し,灌漑水や地下水は直接使わないものの,食料生産や生態系保持とバイオ燃料生産との非灌漑土地およびGreen Waterに関する競合は大であった.大規模バイオ燃料生産が許されるかは、上記のような土地を全て人類のために使ってしまうかどうかの判断に依存する.全球統合水資源モデルを用いて,水循環と食料とバイオ燃料とを同時に評価できる数値モデル・フレームワークが構築されたことは大きな進展である.本研究は全球統合水資源モデルH08を用いて、世界のバイオ燃料ポテンシャルの推定を行ったものである.7種類バイオ燃料作物として想定し,栽培地には(i)休耕地(ii)牧草地を除いた草地(iii)森林の一部を選んだ.その結果,世界のバイオ燃料ポテンシャルは最大約1000EJと推定した.これには栽培地選定が大きく影響し,灌漑水や地下水は直接使わないものの,食料生産や生態系保持とバイオ燃料生産との非灌漑土地およびGreen Waterに関する競合は大であった.大規模バイオ燃料生産が許されるかは、上記のような土地を全て人類のために使ってしまうかどうかの判断に依存する.全球統合水資源モデルを用いて,水循環と食料とバイオ燃料とを同時に評価できる数値モデル・フレームワークが構築されたことは大きな進展である.・将来気候シナリオの作成:温暖化時の気候データを大きなバイアス無しに世界水資源モデルへ与えるための、バイアス補正とマルチモデル的アンサンブルの手法について検討し、簡便でありながら誤差の少ない手法を開発した。これによって将来の世界水資源モデルのシミュレーションが、比較的簡便でありながら、これまでになく高精度で可能となった。この手法を用いて1950年頃から2100年までの気温と降水量を中心とした将来気候シナリオを作成した。・全球統合水資源モデルの改良:これまでも全球統合水資源モデルを開発してきた。陸面の水熱収支、河川流出、農業・工業・生活取水、大規模貯水池操作、環境用維持流量などの要素を考慮し、世界全体1度グリッド・日単位で計算が行なわれるものである。さらに中小規模の貯水池からの取水および化石地下水からの取水項も追加してきた。ここでは、水資源モデルとしてもパラメータ最適化などの余地が残っており、それらを進めた。本課題にとって重要改良として、食糧・農業モデル部分の改良は、特に集中的に行なった。作物収量および取水量は必ずしも適切な値とはなっていなかったものを、観測値と比較し改良をなった。今後は、収量の妥当な算定のためには、各国によって異なる肥料投入量や労働効率なども考慮してパラメータを設定する必要がある。一見したところ地球にやさしいバイオ燃料であるが、その増産は、世界水資源の不安定化や、それによる食糧セキュリティの不安定化などの恐れを孕んでいる。本研究では、世界水資源の持続安定を踏まえた上で受容可能なバイオ燃料作物の増産可能量を示したい。これに答えるために、まず、様々な想定の下での複数の未来社会シナリオを作成したい。次に、統合水資源モデルを用いて、それぞれのシナリオ下における持続可能性、を算定したい。本年度は前年度にひき続き、・全球統合水資源モデルの改良を行なった。特にバイオ燃料のもととなる農作物の収量のシミュレーションについて多くのvalidationとcalibrationを進めた。・将来シナリオ(特に気候シナリオ)の作成:IPCCが次の将来CO2排出シナリオを決定するのは予定よりずれこんで平成21年度の途中となり、未来の気象・気候予測は、そのCO2排出シナリオを用いて気候学者らによって行なわれるため、平成22年度後半にデータとして現れる予定となった。ここでは、その気候予測データから本研究のための気候シナリオを作成するためのバイアス補正、時間方向のダウンスケールのためのツールを開発した。・将来予測シミュレーション:新気候変化予測データが間に合わなかったため、ここでは、全球統合水資源モデルを用い、現在気候条件下での仮想的なシナリオとして、最大限どれだけのバイオ燃料を世界中に植え付け可能であるか計算した。その結果、現在の世界の必要エネルギーを満たすに十分な値が得られることが分かった。・世界全体の影響評価・アセスメント:それぞれのシナリオにおいて、世界各地の水ストレスなどを算出し、人類にとって許容可能な将来シナリオをアセスする準備をはじめた。本研究では最終的には、受容可能なバイオ燃料作物の増産可能量を示したい。すなわち本研究の究極の「問い」は、「今後の想定される人口増加、経済発展、気候変動の下で、食糧セキュリティも踏まえた上で、どの程度までのバイオ燃料の増産ならば水資源の持続可能性の面から見てacceptableであるか?」というものである。これに答えるためには、様々な想定の下での食料・農業に関わる複数の未来社会シナリオが必要である。また、統合水資源モデルを用いて、それぞれのシナリオ下における世界各地域の水ストレスや、そこから推定される持続可能性や食糧生産への影響などを算定することも必要である。本年度は最終年度であることから、まず複数の様々な食料・農業に関わる未来社会シナリオを作成した。

次いで統合水資源モデルを用いて、それぞれのシナリオ下における世界各地域の水ストレス・食料需給の逼迫などを算定した。また、全球統合水資源モデルの改良として、特にバイオ燃料のもととなる農作物の収量のシミュレーションについて、さらにvalidationとcalibration、境界条件の整備などを進めた。その上で、過去数十年の水循環および水資源と農作、そして将来の水資源と農作の試算を行った。最後に、統合水資源モデルの出力を利用し、様々な条件下での収穫バイオエネルギー量を求めた。
超高速時間分解振動分光法を用いた金属微粒子表面上での光化学反応の研究

本研究では以下に述べる成果があった。1.シリコン表面酸化過程における二酸化炭素の反応:二酸化炭素は気層では安定な分子として知られるが、これを低温でシリコン清浄表面に吸着させ、酸素分子あるいは亜酸化窒素の解離によるシリコン表面の酸化を行うと、酸化反応にともなって二酸化炭素のカーボネートへの変換が起こることを見いだした。シリコン酸化過程は工業的有用性から多くの研究が行われているが、酸化過程の吸着酸素の反応性についてはほとんど知られておらず、この知見は重要である。2.シリコン表面吸着希ガス原子の光刺激脱離:光誘起表面反応の最も簡単なモデル系として、希ガス原子の光刺激脱離過程は重要である。紫外近赤外光照射によりキセノン・クリプトンの脱離が起こることを見いだし、光励起電荷の表面準位での再結合による表面フォノン励起が関与することを明らかにした。また、希ガスの高被覆率条件では、希ガス間の衝突による脱離成分があられることを明らかにした。加えて、酸素・水素による表面修飾することにより、脱離機構が表面・吸着種間の電荷移動を介した機構に切り替わることを見いだした。3.銀表面吸着酸素の光反応:銀清浄表面に酸素吸着した糸で、近紫外光照射による酸素原子の消失過程について調べ、表面近傍の炭素原子の存在が反応に必要であることを見いだした。また、反応断面積の励起波長依存性から、この反応が銀基板の光吸収により生成した未緩和電子により起きていることを明らかにした。4.超高速時間分解振動分光法のための光源開発化合物半導体InAs表面にフェムト秒レーザー光を照射し、発生するTHz電磁波をプローブに用いる目的で、超高真空中でInAs表面を清浄化し、清浄化および温度によるTHz電磁波発生挙動の変化を観測した。その結果、清浄化によって大気中の2倍程度、また50Kの低温条件では、室温の4倍の増強が起こることを見いだした。1.超高速時間分解振動分光適用の系の探索超高速時間分解振動分光の前段階として同手法適用対象としての超高真空中固体表面での熱・光反応の探索およびその機構解明を目指した研究を行った。(1)シリコン表面酸化過程における二酸化炭素の反応:二酸化炭素は気層では安定な分子として知られるが、これを低温でシリコン清浄表面に吸着させ、酸素分子あるいは亜酸化窒素の解離によるシリコン表面の酸化を行うと、酸化反応にともなって二酸化炭素のカーボネートへの変換が起こることを見いだした。(2)シリコン表面吸着希ガス原子の光刺激脱離:光誘起表面反応の最も簡単なモデル系として、希ガス原子の光刺激脱離過程は重要である。また、酸素・水素による表面修飾で、表面・吸着種間の電荷移動を介した脱離が起きることを見いだした。(3)銀表面吸着酸素の光反応:銀清浄表面に酸素吸着した系で、近紫外光照射による酸素原子の消失過程について調べ、表面近傍の固体内部に存在する酸素の量によって、反応速度が変化することを見いだした。これは光照射による固体内の元素拡散を示唆する結果であり興味深い。2.超高速時間分解振動分光法のための光源開発

化合物半導体InAs表面にフェムト秒レーザー光を照射し、発生するTHz電磁波をプローブに用いる目的で、超高真空中でInAs表面を清浄化し、清浄化および温度によるTHz電磁波発生挙動の変化を観測した。その結果、清浄化によって大気中の2倍程度、また50Kの低温条件では、室温の4倍の増強が起こることを見いだした。1.超高真空中での固体表面光誘起反応機構の解明(1)固体表面からの希ガス原子の光誘起脱離現象は、固体表面上の光誘起反応の最も単純なモデルとして基礎的観点から重要と考えられる現象である。シリコン清浄表面上に吸着したキセノン原子について、近赤外紫外光の照射により起きる脱離現象に対し、表面フォノンからのエネルギー移動によってキセノン間の衝突により脱離する成分を見出し、キセノン間衝突の時間スケールが10ナノ秒以下であることを見出した。またキセノンの表面被覆率が高くなるとともに、光刺激脱離の機構が表面フォノンからのエネルギー移動によるものから、シリコン基板からの未緩和電子の電荷移動による脱離に切り替わることを明らかにした。(2)銀単結晶表面上の吸着酸素の光反応:表面の化学吸着原子の光刺激脱離はこれまでほとんど報告がなく、近紫外光照射による銀表面からの原子状吸着酸素の消失反応は興味深い現象であるがこれまでその機構が不明であった。注意深く単結晶表面の清浄化を行った結果から、この反応は清浄表面では著しく抑制されることを見いだし、また、エチレン分子のイオン化打ち込みによる反応の促進から、この反応が銀固体表面近傍の微量な炭素原子の存在によって引き起こされていることを明らかにした。2.超短パルスレーザーによる時間分解振動分光パルス幅約20fsの超短パルスレーザー光を用い、化合物半導体InAs固体中に光励起によって生成した格子振動をレーザー光の第2高調波の変調信号を観測することで実時間観測した。光励起で生成した電子・正孔により表面近傍の空間電荷層電場の遮蔽が100fs程度の時定数で起こり、それに伴い縦光学格子振動が励起されることを見いだした。
1万年コンクリートの力学的耐性

原子力発電所の解体廃棄物による高レベル放射性廃棄物や、TRU廃棄物中の放射性元素のうち半減期が長いものは長期にわたり生活環境から完全に隔離することが必要である。これらの放射性廃棄物は、セメント系の材料で固化され、安定な岩盤内に貯蔵される計画が現在進行中である。貯蔵施設の超長期的な安定性の確保のためにセメント系材料には化学的バリア機能や構造的・物性的な安定性が期待されている。本研究では、セメント硬化体中の主要な成分であるカルシウムシリケートハイドレート(C-S-H)に注目し、C-S-Hの構造・物性がセメント系材料の物性に及ぼす影響を定量化することを試みた。二年目においては特に熱負荷や乾燥を受けたC-S-H構造の解明を行った。測定試料は1年目に作製したものと同様のものを使用し、測定項目も同様とした。DSCを用いたサーモポロメトリー、29Si MAS NMRの結果から、熱負荷や乾燥によって、Globuleと呼ばれるC-S-Hの基本構成単位中のSiの重合度が増加し、それらによって形成される数nm10nmの細孔が閉塞することが分かった。その結果として10nm100nmの細孔が粗大化し、構造全体が粗になることが分かった。また、それらの変化は不可逆的であり、再び湿潤状態にしても回復しないこともわかった。さらに、セメント系材料に適用例の少なかった2H NMR測定の測定手法を確立し、C-S-H構造中の水分の存在状態について精密に測定した。その結果、特に低湿度域においてC-S-H構造は既往の測定結果よりも多く水分を保持しているという結果が示された。この差異は試料を極度に乾燥させる必要のない2H NMR測定の利点を示す一方で、この2H NMR測定による結果は、H.M.Jenningsらによって提案された現在における主要なC-S-H構造モデルと一致する。したがって、熱負荷や乾燥はC-S-H構造に大きく影響を与え、その変化は不可逆的であると考えられるため、バリア用途として使用する際には熱などの影響をコントロールする必要があることが示された。本年度はセメント硬化体の主要な成分であるカルシウムシリケートハイドレート(C-S-H)の構造・物性がセメント系材料の物性に及ぼす影響を定量化することを目的とし、C-S-Hの構造解析の高度化とC-S-Hの構造変化に及ぼす影響因子の定量化を行った。C-S-HはGlobuleと呼ばれる鎖状のSiO_4とCaOシートからなる一次粒子で構成されたゲル状構造を有すると考えられている。本研究では、^<29>Si MAS NMR等を用いてGlobuleの構造形成を定量化することを試みた。まずNMRの測定データから、Alの結合を考慮したSi-Alの平均重合度を算出する方法を提案し、白色ポルトランドセメントの水和で生成したC-S-H中のシリケートイオンの重合度について調べ、初期材齢と長期材齢で大差なく約45の範囲にあることを示した。この値は、C-S-Hの熱力学的な最終安定相と考えられているTobermoriteの重合度の値9とは大きく異なり、C-S-Hの構造は長期材齢でも熱力学的な最終安定相に完全には移行していないことを明らかにした。また、C-S-Hのゲル中の細孔構造について定量化を試みた。従来の測定では定量化に窒素吸着法が用いられているが、前処理として極度の乾燥が必要であり、C-S-Hの構造がゲル状であるならば乾燥によって構造が破壊するという問題点がある。このため、本研究では、前処理に乾燥を伴わない低温DSCによってC-S-Hの細孔構造を定量化した。DSCの測定結果から、乾燥によってC-S-H中の微細な孔が閉塞する一方で、粗大な空隙が増大することを明らかにした。さらに、NMR測定結果との対比から、乾燥による脱水がシリケートイオンの重合およびCa-O層との結合を促進した結果として上記の空隙構造の変化が生じたことを明らかにし、環境条件がC-S-Hの結晶構造と空隙構造に影響を及ぼすことを結晶構造的に明らかにすることができた。これらの成果は、2篇の学術論文として採択済みであり、さらに学会でも3回の口頭発表を行っている。

その結果として10nm100nmの細孔が粗大化し、構造全体が粗になることが分かった。また、それらの変化は不可逆的であり、再び湿潤状態にしても回復しないこともわかった。さらに、セメント系材料に適用例の少なかった2H NMR測定の測定手法を確立し、C-S-H構造中の水分の存在状態について精密に測定した。その結果、特に低湿度域においてC-S-H構造は既往の測定結果よりも多く水分を保持しているという結果が示された。この差異は試料を極度に乾燥させる必要のない2H NMR測定の利点を示す一方で、この2H NMR測定による結果は、H.M.Jenningsらによって提案された現在における主要なC-S-H構造モデルと一致する。したがって、熱負荷や乾燥はC-S-H構造に大きく影響を与え、その変化は不可逆的であると考えられるため、バリア用途として使用する際には熱などの影響をコントロールする必要があることが示された。
多点代数曲線符号の符号化および復号処理の高速化に関する研究

本研究では,これまで研究してきた代数幾何符号の復号法の研究を発展させ,1点代数曲線符号の拡張である多点代数曲線符号に対して高速な復号法を与えた.多点代数曲線符号が1点代数曲線符号の部分符号となることを利用して,1点代数曲線符号の高速復号法であるBMS(Berlekamp-Massey-Sakata)アルゴリズムを拡張して適用することで多点代数曲線符号においても高速復号ができることを示し,主符号(L符号,関数型符号),および,双対符号(Ω符号,留数型符号)のぞれぞれに対する高速復号法を提案した本研究では,これまで研究してきた代数幾何符号の復号法の研究を発展させ,1点代数曲線符号の拡張である多点代数曲線符号に対して高速な復号法を与えた.多点代数曲線符号が1点代数曲線符号の部分符号となることを利用して,1点代数曲線符号の高速復号法であるBMS(Berlekamp-Massey-Sakata)アルゴリズムを拡張して適用することで多点代数曲線符号においても高速復号ができることを示し,主符号(L符号,関数型符号),および,双対符号(Ω符号,留数型符号)のぞれぞれに対する高速復号法を提案した多点代数曲線符号が1点代数曲線符号の部分符号となることを利用して、1点代数曲線符号の高速復号法であるBMSアルゴリズムを適用することで多点代数曲線符号においても高速復号できることを示した。1点代数曲線符号に対する復号はこれまでに多くの研究が行われているが、多点代数曲線符号の復号法に関しては代数幾何符号の基本的な復号法(基本アルゴリズム)が利用できるが、計算量の面では問題が残っていた。本研究の成果である多点代数曲線符号の高速復号法の提案によって、1点代数曲線符号だけでなくさらに広範囲の代数的符号を高速復号することが可能となり、様々な用途に応じた性能をもつ符号を構成しやすくなったといえる。本成果は、情報理論とその応用学会において口頭発表を行った。また、復号アルゴリズムの核となるBMSアルゴリズムの性質について見直し議論した結果を、電子情報通信学会英文誌Aに発表した。前年度では、多点代数曲線符号が1点代数曲線符号の部分符号となることを利用して、1点代数曲線符号の高速復号法であるBMS(Berlekamp-Massey-Sakata)アルゴリズムを修正して適用することで多点代数曲線符号においても高速復号ができることを示してきた。この復号法は主符号(L符号、関数型符号)に対する高速復号法であったが、本年度は双対符号(Ω符号、留数型符号)に対する高速復号法を提案した。本提案法は1点代数曲線符号の高速復号法であるBMSアルゴリズムのベクトル版を拡張することにより得られる。また、未知シンドロームを多数決により決定する方法(多数決法)についても拡張が可能である。この多数決法によって復号に利用できなかったシンドロームを求めることができるようになるため従来の設計距離よりさらに大きな設計距離(generalized order bound)まで復号可能となり、より多くの誤りを訂正することが可能となった。次に、多数決論理が適用できる場合に利用可能であるFeng-Raoの1点代数曲線符号に対する改良符号の構成法を多点代数曲線符号に対して適用し、性能の評価を行った。結果として、特にエルミート符号(エルミート曲線により構成される符号)に対して、1点符号の改良符号よりも優れた改良多点符号が存在することを示した。主符号に対する高速復号法に関する成果は、国際学会(IEEE ISIT2011)において口頭発表を行った。また、双対符号に対する高速復号法に関する成果、および、符号の性能に関する成果は、情報理論とその応用学会において口頭発表を行った。前年度までの研究で、多点代数曲線符号が1点代数曲線符号の部分符号となることを利用して1点代数曲線符号の高速復号法であるBMS(Berlekamp-Massey-Sakata)アルゴリズムを修正して適用することで多点代数曲線符号においても高速復号ができることを示し、主符号(L符号、関数型符号)、双対符号(Ω符号、留数型符号)のそれぞれに対して高速復号法を提案してきた。双対符号に対する高速復号法において未知シンドロームを多数決により決定する方法(多数決法)が多点符号に対しても拡張して適用可能であり、従来の設計距離よりさらに大きな設計距離(generalized order bound)まで復号可能となることを示した。この成果によって、多数決論理が適用できる場合に利用可能であるFeng-Raoの1点代数曲線符号に対する改良符号の構成法を様々な代数曲線に対して得られる多点符号に対して適用し、符号の性能の評価を行った。結果として、エルミート符号(エルミート曲線により構成される符号)およびいくつかのCab曲線符号(Cab曲線により構成される符号)に対して、1点符号の改良符号よりも優れた改良多点符号が存在することを示した。双対符号に対する高速復号法に関する成果は論文誌に投稿中である。また、符号の性能に関する成果はISITA、および、SITAにおいて口頭発表を行い、論文誌に投稿中である。主符号に対する高速復号法に関する成果は論文誌へ投稿中であり、もう1つの成果である双対符号に対する高速復号法についても論文誌への投稿準備中であり、おおむね順調に進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度では残っている課題である高速符号化について取り組む。高速符号化を提案するにあたり、これまでに得られた知見を利用することで、効率的に研究を進めることが可能である。
磁気圏ダイナミック構造の統一モデル

これまでの地球磁気圏観測・理論研究により太陽風の磁気圏へのエネルギー流入、そして磁気圏から極域へのプラズマが変遷していくことが理解されており、これらの総合的過程は、惑星磁気圏および天体磁気圏を共通した重要な問題であることが知られている。これまで磁気圏像は主に巨視的な熱平衡を仮定した電磁流体力学の枠組みで行われてきており、更にミクロ過程を取り込んだ巨視的な磁気圏全体像と微視的な物理過程との関連を理解することが必要不可欠である。何故なら、最近の衛星観測では、局所的な熱力学平衡のマックスウェル分布から遥かに外れたものが普遍的に観測され、こうした古典的概念からの逸脱がエネルギー変換効率やプラズマ混合過程を大きく支配すると考えられるからだ。GEOTAL衛星のデータでは、高温高密度プラズマシートにおいて非磁化したイオンの分布関数がしばしば観測されたが、これは巨視的なスケールを特徴付けるプラズマシートの厚さがミクロ過程を特徴付けるジャイロ半径と同程度になり、マクロ構造とミクロ過程が強く結合したシステムであることが示された。本研究では衛星観測データや数値シュミレーションに基づき実証的にそれぞれの素過程をミクロとマクロの関連で議論し、定量的にそれぞれの物理過程に内在している素過程の発生の条件や発展の過程などの検討を行い、新たな磁気圏の全体像の構築に向けて研究を行った。特に複数の衛星による国際協力のもとでの総合データ解析が大きな成果を生んだが、ヨーロッパ宇宙機構による国際宇宙空間研究所(ISSI)での人的交流による議論の深化が大きな役割を果たした。また磁気圏プラズマ輸送過程における本の執筆においては、日本・ヨーロッパの磁気圏研究者だけではなく米国・ロシアの研究者ともに連携して国際共同研究を行った。巨視的磁気圏構造と微視的な物理過程との関連を明確にし、磁気圏のダイナミックな構造を統一的に理解することを目指した研究を行っている。本年度は、国際宇宙科学研究所(ISSI)を核組織として、磁気圏プラズマの起源およびその変遷過程について共同研究を行った。これまでに得られた成果は数多いが主なものを以下に列挙する。1)太陽風プラズマの磁気圏への流入過程の研究GEOTAIL衛星とWIND衛星のデータを相互に解析し、太陽風から磁気圏にプラズマがどのように輸送されるかを議論した。特に、磁気圏プラズマシートの起源として、太陽風が磁気圏境界層における磁力線再結合過程により高緯度マントル領域を経て進入してくるものと、また太陽風が低緯度の磁気圏境界層から物質異常輸送過程により進入してくるものと二種類あり、そのプラズマ輸送に伴う密度および温度の状態変化を定量的に議論した。またプラズマ輸送に伴う磁気圏構造変化のモデルを構築した。2)磁力線再結合過程の運動学的過程の研究GEOTAIL衛星がプラズマシートで観測した高温・高速プラズマの性質を磁力線再結合過程の観点で議論を行った。特に磁場のデータに併せてイオンおよび電子の速度分布関数を詳細に解析し、また同時に磁力再結合過程の数値シミュレーションを用いたモデリングを行うことにより、イオンのジャイロ半径程度で顕著になる物理過程を明らかにし、磁気圏尾部での磁力再結合過程の運動学的描像を確立した。3)サブストーム発生の条件およびその時間発展の研究高緯度磁気圏を観測したINTERBALL衛星のデータと磁気圏プラズマシートを観測したGEOTAIL衛星のデータを総合的に解析し、サブストーム発生前後の磁気圏の構造変化を調べ、磁力線再結合の発生場所が磁気圏尾部で空間的に局在化していることを明らかにした。GEOTAIL衛星をはじめとしたISTP衛星群は、これまでの科学観測衛星に比べて高時間分解能で磁気圏プラズマ現象の多点観測を行なっており、磁気圏ダイナミックスの新しい理解に向けて、数多くの成果を挙げている。特に、これらの観測結果に基づく理論・数値シミュレーションによるモデリング研究から、巨視的磁気圏現象と微視的物理過程のよりよい理解が得られつつある。

昨年に引き続き本年度も、ヨーロッパに延べ13名を派遣し、国際宇宙科学研究所(ISSI)を主な研究拠点とした研究活動を行ない、磁気圏ダイナミック構造の統一モデルに向けた国際共同研究を展開した。本年度の主な成果は以下の通り。1)磁気圏プラズマの流入および流出過程の研究太陽風の磁気圏へのプラズマの流入過程、磁気圏でのプラズマ対流運動、磁気圏尾部と電離層との結合過程などを、国際宇宙科学研究所(ISSI)で展開された国際共同執筆の本にまとめ、発行を予定している。2)近地工・磁気圏尾部の磁気リコネクション過程の研究サブストームに関連する磁気リコネクションは、近尾部の15-20Re程度の領域で起きていることが予想されてきたが、その発生の条件・発展の過程についてはよくわかっていない。GEOTAIL衛星と地上観測結果などを併せた統計的解析により、発生前の薄いプラズマ・シートの性質やその発展のプラズマ・ダイナミックスを明らかにした。3)磁気圏前面での衝撃波加速加熱過程の研究衝撃波によるプラズマ加速加熱過程は、宇宙線の起源の問題とも密接に関連しており、重要な問題の一つとして位置付けられる.大振幅MHD波動による粒子のピッチ角散乱・エネルギー拡散が、空間次元の自由度の違いに左右されること、また高次の速度相関の重要性などについて議論した。これまでの地球磁気圏観測・理論研究により太陽風の磁気圏へのエネルギー流入、そして磁気圏から極域へのプラズマが変遷していくことが理解されており、これらの総合的過程は、惑星磁気圏および天体磁気圏に共通した重要な問題であることが知られている。これまで磁気圏像は主に巨視的な熱平衡を仮定した電磁流体力学の枠組みで行われてきており、更にミクロ過程を取り込んだ巨視的な磁気圏全体像と微視的な物理過程との関連を理解することが必要不可欠である。何故なら、最近の衛星観測では、局所的熱力学平衡のマックスウェル分布から遙かに外れたものが普遍的に観測され、こうした古典的概念からの逸脱がエネルギー変換効率やプラズマ混合過程を大きく支配すると考えられるからだ。GEOTAIL衛星のデータでは、高温高密度プラズマシートにおいて非磁化したイオンの分布関数がしばしば観測されたが、これは巨視的スケールを特徴付けるプラズマシートの厚さがミクロ過程を特徴付けるジャイロ半径と同程度になり、マクロ構造とミクロ過程が強く結合したシステムであることが示された。本研究では衛星観測データや数値シミュレーションに基づき実証的にそれぞれの素過程をミクロとマクロの関連で議論し、定量的にそれぞれの物理過程に内在している素過程の発生の条件や発展の過程などの検討を行い、新たな磁気圏の全体像の構築に向けた研究を行った。特に複数の衛星による国際協力のもとでの総合データ解析が大きな成果を生んだが、ヨーロッパ宇宙機構による国際宇宙空間研究所(ISSI)での人的交流による議論の深化が大きな役割を果たした。また磁気圏プラズマ輸送過程における本の執筆においては、日本・ヨーロッパの磁気圏研究者だけではなく米国・ロシアの研究者とも連携して国際共同研究を行った。
Ca^<2+>・燐脂質依存性蛋白質燐酸化酵素(Cキナ-ゼ)の基質認識について

私共は、肝細胞膜を種々のイオン強度下(0210mMNaCl)でインキュベイトすると内因性トリプシン様プロテア-ゼの作用によりある種のヒストンキナ-ゼの活性化が認められることを見い出した。この肝細胞膜におけるプロテインキナ-ゼの活性化機構をさらに解析したところ反応溶液のpHもまた重要な因子であることを見いだした。即ちこのヒストンキナ-ゼのプロテア-ゼによる活性化速度は生理的な条件よりやや高いイオン強度(140210mMNaCl)とアルカリ側のpH(7.58.0)のもとで最も早く、この2つの因子の効果はほぼ相加的である。そこでこの活性化されて膜から遊離した酵素を種々のクロマトグラフィ-で約500倍精製しその性質を検討した。本酵素はゲルロカ法で分子量約5万のセリンキナ-ゼで小牛胸線の全ヒストン、H_2Bヒストン、プロタミンの燐酸化ではその最大活性に高Mg^<2+>の存在(75mM)を必要とする。cAMP、Ca^<2+>、燐脂質、ヂアシルグリセロ-ル、カルモジュリンなど種々のプロテインキナ-ゼの活性調節因子は本酵素の活性に影響を与えないがH-7によって阻害されそのKiは6μMである。また燐酸化ヒストンのトリプシン消化ペプチドをHPLCで解析したところその燐酸化ペプチドの溶出パタ-ンはラット脳のCキナ-ゼを限定消化してえた活性化酵素を用いた場合と一致する。これらの特徴はいずれも膜に結合したCキナ-ゼが限定消化を受け活性化されたことを示唆しているが、この点はウエスタンブロット法でも確認された。この反応に関与するCキナ-ゼの分子種はタイプIIIの酵素であった。これらの結果は、肝臓のタイプIIIに属するCキナ-ゼが膜周辺のイオン強度とpHの変化に対応してトリプシン様プロテア-ゼによって限定分解を受け活性化されることを示しており、本酵素のダウンレギュレイションや細胞膜のNa^+/H^+交換輸送形の活性化との共役などの点からも興味深い現象である。
低酸素関連因子の核内移行とその抑制効果の検討：治療的視野からみた個別化

我々はこれまでに上皮性卵巣腫瘍におけるHypoxia-inducible factor-1α(HIF-1α)の発現解析から,明細胞癌が他の組織型に比して低酸素下環境で順応性が高いことを考察してきた.このことが明細胞癌の化学療法抵抗性に関わる因子の一つで,予後不良に繋がる可能性を報告し,明細胞癌ではphosphorylated-mammaliantarget of rapamycin(p-mTOR)の発現が亢進していることが,mTOR-HIF-1シグナル伝達系の活性化に関わっていると推察した.加えて,動物実験レベルでmTORの阻害が腫瘍の縮小にかなりの効果があることを実証してきた.現在は,「卵巣癌におけるHDACの免疫組織化学的発現,各種卵巣癌培養株を用いてのHDAC mRNAの発現」の解析に着手しており,次のような結果を得てきている:明細胞癌では他の組織型に比してHDAC7の核内発現を示す例が多く,これらは陰性例に比して予後不良の傾向がある;明細胞癌株の方が漿液性腺癌株と比較してみると,種々のHDAC mRNA発現がより顕著である.つぎに,HIF-1ならびに関連分子をターゲットにした抗腫瘍剤の検討において,キク科のマリアアザミ(ミルクシスル)に含まれるシリマリンには,グルコ&#8722;スの取り込みや,HIF活性を抑制しPI3K-Akt-mTORシグナル伝達系を阻害するとの報告がある.薬剤の有害事象軽減の観点から,緑茶抽出物であるepigallocatechingallateは,PI3K-Akt-mTORシグナルなどを介したVEGFの抑制により抗血管新生効果を発揮すると期待されている.これらの新たな抗腫瘍効果の可能性を探る,と同時に薬剤感受性からみた卵巣腫瘍の特性と個別化を探究していく.上記の研究課題を掲げる一方,一部の悪性腫瘍で予後との関連あるとされているHIF-1α遺伝子多型について,卵巣明細胞癌を対象に「exon12 C1772T多型」の頻度および遺伝子多型が臨床的予後に及ぼす影響を検討してきた.【方法】卵巣明細胞癌の手術検体を用い,GentraPuregene Tissue Kit(Qiagen, Germantown, MD, USA)を使用して,FFPEサンプルからゲノムDNAを単離した.プライマーは,ヒトHIF-1α遺伝子C1772T変異の判定に必要な178塩基対の断片を増幅するため,以下の設計デザインとした.HIF-1αforward: 5'GCTCCCTATATCCCAATGGA-3',HIF-1αreverse:5'-CAGTGGTGGCAGTGGTAGTG-3.【結果】:卵巣明細胞癌におけるHIF-1α遺伝子C1772T変異の頻度は23.6%で,他の悪性腫瘍よりも明らかに高い値を示した.I期とII-IV期におけるHIF-1α変異陽性例は,それぞれ65例中14例(21.5%),24例中7例(29.1%)であった.5年生存群のHIF-1α変異頻度は76例中18例(23.6%),5年以内に死亡した群のHIF-1α変異頻度は13例中3例(23.0%)であり,有意差はなかった(p=0.958).5年無病生存で比較してもHIF-1α変異頻度に有意差はなかった(p=0.419).【考察】HIF-1α遺伝子変異と病期との関連,予後との間に有意な関連は認めなかった.ただし,I期の患者ではHIF-1α遺伝子変異(+)群のほうが良好な無病生存率を示す傾向にあった(p = 0.0614).よって,この異常の意義に関して未だ明確には証明し得ておらず,PI3KCAの変異と同様にこれまでの報告の信憑性を検討する.低酸素誘導因子Hypoxia-Inducible Factor-1 (HIF-1)は,細胞の低酸素環境に応じて様々な腫瘍増殖因子を誘導し,微小環境への適応を図っている.これまで我々が取り組んできたシリビニンはオオアザミ種子抽出物の主要な活性成分であり,近年,ヒト子宮頸癌細胞株と肝細胞癌細胞株において,HIF-1とmTOR/p70S6K/4E-BP1シグナル伝達系を阻害することが報告されている.本邦においても肝機能保護成分としてサプリメントでの販売がなされており,HIF-1阻害薬として開発された場合,副作用発現リスクは他の分子標的治療薬よりも低いことが期待される.今回HIF-1の阻害薬候補として,シリビニンに着目した理由には有事事象の軽減も挙げられる.シリビニンは、ドイツで肝炎や肝硬変の治療に30年も前から「レガロン」の名称で使用し続けられている.これまでに婦人科領域を含めた腫瘍学分野での,シリビニンの抗腫瘍効果については殆ど報告がない.我々は現在,「シリビニンがもつHIF-1α核内移行抑制機能の応用による,HIF-1阻害がもたらす臨床実践の可能性」に取り組んでいる.【成果】卵巣・明細胞癌株RMG-1および漿液性癌株2008においては,低酸素ならびに常酸素下で,非投与群に比してシリビニン投与群は有意にHIF-1αの発現抑制が認められた.一昨年,HIF-1α遺伝子多形性/変異が,他の癌腫に比べて高いことを既に証明しているが,この現象の臨床的意義を明確するにはいたっていない.シリビニン投与によるHIF-1抑制効果のin vivoでの検索も実現していない.

Histone deacetylase 7 (HDAC7:下記参照)に関しても,抑制効果実験の結果を論文投稿しているが刊行は果たしていない.当センターで手術を施行された卵巣癌201例について,年齢,組織型,病期,手術完遂度,無増悪期間(PFS),全生存期間(OS)などの臨床病理学的所見のデータベースを作成した.初発時201検体と化学療法後38検体からtissue microarray(TMA)を作成し,HDAC1, 6, 7の発現を免疫組織化学的に検討した。HDAC1の核内高発現群は漿液性癌(PFS, p<0.01; OS, p=0.02)や類内膜癌(PFS, p=0.03; OS, p=0.03)で有意に予後不良であったが,明細胞癌(PFS, p=0.17; OS, p=0.68)では予後への関与は明らかではなかった。それに対し,HDAC7の細胞質内高発現群は,明細胞癌(PFS, p=0.03; OS, p=0.06)で予後不良であったが,漿液性癌(PFS, p=0.35; OS, p=0.76)や類内膜癌(PFS, p= 0.42; OS, p=0.18)では予後への関与は明らかではなかった。多変量解析では,病期,手術完遂度,組織型に加えて,HDAC6の核内高発現(HR=3.51; 95% CI, 1.49 to 8.27, p<0.01)が独立した予後不良因子であった。HDAC6の核内高発現群について,サブグループ解析を行った結果,明細胞癌(OS, p=0.07),stage III/IV期(OS, p=0.07),手術完遂度・残存腫瘍1cm以上(OS, p<0.01)で予後不良の傾向がみられた。また,38例について,同一症例内で化学療法前に比して化学療法後では,HDAC1, 6, 7の発現増強がみられた。卵巣癌では,組織型毎にHDACの発現パターンや予後への関与が異なることが考えられ,これらの成果をOncology Letters (2018 Mar;15(3):3524-3531)で発表した。29年度は卵巣癌において低酸素誘導因子hypoxia inducible factors-1α(HIF-1α)の関連因子であるHDACの発現の意義を臨床病理学的に検討し,その成果は論文発表に至った。現在は,その結果を化学療法の奏効性と予後に着目して解析している。漿液性癌と明細胞癌はHDACの発現パターンが異なっており,また臨床病期もI期が主体の明細胞癌とほとんどがIII/IV期を占める漿液性癌は,化学療法感受性・不応性の観点からも個別の対象として扱った解析が必要であったため,研究実施に軌道修正を加えた。また,HDAC6やHDAC7の関連因子としてHIF-1αやARID1A,PD-L1,CD44などの免疫組織化学も追加で検討を行った。このため当初の計画であった「細胞株を用いたHDAC阻害剤の腫瘍抑制効果の検討」に遅れが生じた。1.HIF-1ならびに関連分子をターゲットにした抗腫瘍剤の検討において,マリアアザミ(ミルクシスル)に含まれるシリマリンのin vitro投与実験を行い,HIF抑制およびPI3K-Akt-mTORシグナル伝達系を阻害を検討する.2.薬剤有害事象軽減の観点から,緑茶抽出物epigallocatechingallateが,PI3K-Akt-mTOR介したVEGFの抑制により,抗血管新生効果をもたらすかを検討する.
高誘電率材料を用いた次世代ミリ波アンテナ用高機能薄型レンズの開発に関する研究

本研究は従来のカバー以下の薄さでも収束効果が得られるミリ波アンテナ用誘電体レンズを開発するための新規設計法を提案する。トポロジー最適化による平坦なレンズ形状を実現する設計技術と,高誘電率の樹脂系基板材料による波長短縮効果を組み合わせ,波長の1/3程度の厚さでも収束効果が得られる薄型誘電体レンズの開発が本研究の目的である。誘電体材料の微細な空間的分布を最適化する手法として正規化ガウス関数ネットワーク(NGnet)を用いたトポロジー最適化を導入し,さらに誘電体層とメタ構造金属膜の複層化によるフィルタ特性などの機能も追加し,次世代ミリ波センサ向けの高機能薄型レンズの開発を目指す。
社会的ジレンマ回避のための制度設計-ゲーム理論と実験経済学からのアプローチ

本研究は,公共財供給,環境汚染,情報流通などに見られるさまざまな社会的,経済的ジレンマについて,ゲーム理論における「安定集合」の概念を用いて,それを回避するための制度設計を行うことを目的としていた。当初は,武藤を代表者とし,大和,肥田野を分担者とする3人の体制からスタートし,武藤が安定集合を用いたジレンマ解決のゲーム的分析,大和が制度設計とその実験による検証,肥田野が各主体の効用の変化のジレンマ解決に与える影響を分析した。その後,本研究を進める上では,ジレンマの問題の社会調査や各種統計・計量データによる把握,ジレンマ解決制度の歴史的な考察が必要不可欠であるとの認識が生まれ,樋口,山室が新たに加わった。本研究の成果は以下のとおりである。まず,ジレンマ的状況として,新技術の特許のライセンスの問題,公共財供給の2つのケースに絞り,主体が先見性を持って行動する場合の安定な状態を安定集合の考えを用いて理論的に明らかにした。その結果をもとに,さらには,社会調査などから得られたデータ,ジレンマ解決制度の歴史的な考察を踏まえて,新技術の過剰ないしは過少な拡散,公共財供給におけるフリーライドを解決する制度の設計を行った。さらに,被験者を用いた実験および計算機を用いた実験を行い,主体の提携形成行動により理論の予測どおりには制度が機能しない点を明らかにするとともに,実験結果に基づき,主体間の提携形成行動を明確に取り入れた制度設計を行った。本年度の研究においては,社会的ジレンマの回避について,ゲーム理論,実験経済学,主体の持つ効用の変化,計量分析,歴史資料の分析,とそれぞれ役割分担をして研究を進めた。ゲーム理論的分析は,新技術のパテントライセンシングにおける情報流通のジレンマの問題の協力ゲーム,非協力ゲーム双方からの分析とその比較,およびそのファジーゲームによる分析を行った。実験を用いた分析としては,公共財供給の際のジレンマの問題について,ジレンマ回避の制度設計の基礎となる実験を行い,制度のあるべき姿についての洞察を得た。主体の持つ効用の変化については,主体間の提携形成における各種のジレンマについて,ゲーム理論的考えを取り入れながら,効用の変化がどのような条件を満たせば主体間の提携が形成されるかを明らかにした。計量分析においては,地域間の人口移動のジレンマについて,各種統計データの計量的分析を進めた。歴史資料の分析においては,人間の意思伝達におけるジレンマの問題に対し特に文献のデータに基づく解析を試みた。それぞれの研究成果は,研究発表の項にある通りである。ゲーム理論的観点からの社会的ジレンマを中心とするジレンマ問題へのアプローチを進めているアジア,オセアニアの研究者を中心に11月20日-22日の3日間,筑波大学において国際会議を開催した。日本を中心に台湾,韓国,オーストラリアから研究者が集まりジレンマ問題に対し実り多い議論が行われた。また,1月7日から24日には,海外共同研究者であるティルバーグ大学(オランダ)のStef TIJS教授を招聘し,特にゲーム理論の立場からジレンマ回避のための共同研究を行った。本年度の研究においては,昨年度に引き続き,社会的ジレンマの回避について,ゲーム理論,実験経済学,主体の持つ効用の変化,計量分析,歴史資料の分析,とそれぞれ役割分担をして研究を進めるとともに,それぞれの研究成果の統合の作業を開始した。ゲーム理論的分析は,新技術のパテントライセンシングにおける情報流通のジレンマ,価格競争におけるジレンマなどの問題の協力ゲーム,非協力ゲーム双方からの分析とその比較を行うとともに,人々の先見的行動の及ぼす影響について分析を行った。実験を用いた分析としては,公共財供給の際のジレンマやオークションにおけるジレンマの問題について,ジレンマ回避の制度設計の基礎となる実験を行い,制度のあるべき姿についての洞察を得るとともに,その理論的なモデル分析を試みた。主体の持つ効用の変化については,主体間の提携形成における各種のジレンマについて,主体間の提携が形成される条件を明らかにし,ゲーム理論的分析との融合を行った。

計量分析においては,ネットワーク形成及び利用におけるジレンマについて,各種統計データの計量的分析を進めた。歴史資料の分析においては,古典文学における話し言葉と書き言葉に見られる意思伝達におけるジレンマの問題に対し特に文献のデータに基づく解析を試みた。それぞれの研究成果は,研究発表の項にある通りである。本年度の研究においては,昨年度に引き続き,社会的ジレンマの回避について,ゲーム理論,実験経済学,主体の持つ効用の変化,計量分析,歴史資料の分析とそれぞれ役割分担をして研究を進めるとともに,それぞれの研究成果の統合の作業を行なった。ゲーム理論的分析は,新技術のパテントライセンシングにおけるジレンマ,価格競争におけるジレンマなどの問題の協力ゲーム,非協力ゲーム双方からの分析とその比較を行うとともに,人々の先見的行動の及ぼす影響について分析を行った。特にパテントライセンシングについて実験を行なって,必ずしも理論の予測どおりの結果が得られないことを明らかにし,理論の再構築への端緒を開いた。公共財供給やオークションにおけるジレンマの問題については,ジレンマ回避の制度設計の基礎となる実験を行い,制度のあるべき姿についての洞察を得るとともにその理論的なモデル分析を試みた。主体の持つ効用の変化については,主体間の提携形成における各種のジレンマについて,主体間の提携が形成される条件を明らかにし,ゲーム理論的分析との融合を行った。計量分析においては,地域間の人口移動におけるジレンマについて,各種統計データの計量的分析を進めた。歴史資料の分析においては,話し言葉と書き言葉に見られる意思伝達におけるジレンマの問題に対し特に文献のデータに基づく解析を試みた。それぞれの研究成果のうち論文誌などに発表されたものは,研究発表の項にある通りである。なお,武藤は,A.Haurie等とともにDynamic Gamesに関する研究成果をまとめた論文集を刊行し,その中にはわれわれのグループの社会的ジレンマに関する論文も掲載された。本年度は本研究の最終年度であり,社会的ジレンマの回避について,ゲーム理論,実験経済学,主体の持つ効用の変化,計量分析,歴史資料の分析と,それぞれ役割分担をして進めてきた研究成果の統合の作業を行なった。特に,新技術のパテントライセンシングにおけるジレンマ,公共財供給やオークションにおけるジレンマの問題についてこれまでの研究成果を統合し,人々の先見的行動,主体の効用の変化を考慮したパテントライセンシング,公共財供給,オークションの制度について,実際の調査データの計量分析,歴史資料の分析を加味した上で,制度設計を行った。さらに,実験を通してその評価を行った結果,主体間の提携形成の可能性により必ずしも理論予測どおりの結果が得られないことが,明らかになり,最終的に主体間の提携形成を明確な形で考慮した制度設計を行い,実験によりそのパフォーマンスを評価した。これらの研究成果のうち論文誌などに発表されたものは,研究発表の項にある通りである。
視覚野機能構築が生成する神経細胞活動の動的特性と文脈効果

視覚認知に関連する文脈依存効果がどのような神経メカニズムによって誘導されるのか、という問題は、神経生理学やゲシュタルト心理学で議論されてきた。これまでに、文脈依存の応答が一次視覚野2/3層に存在する長距離水平結合が関連しているという学説が提唱されてきた。しかしながら、げっ歯類動物では方位選択性を示す細胞が少なく、slat & pepperと呼ばれる不規則な構造をしており、2/3層での長距離水平結合はサルやネコとは異なっていると考えられる。本研究では、自己組織化数理モデルで再現された方位構造に神経ダイナミクスの数理モデルを適用し、方位表現の違いが文脈依存の応答に与える影響について研究を進める。
接触面内伝播波動のその場観察によるスティック状態とスリップ状態の遷移現象の解明

最終年度となる本年度では、本研究の目的である『摩擦のコントロール』に向けて,『静摩擦から動摩擦への遷移で生じる接触面ダイナミクスの可視化』および『多自由度すべり摩擦モデルを用いた数値シミュレーション』を行った.その結果,『内部ひずみの局所的解放による静摩擦係数の制御』という研究成果を得た.『静摩擦から動摩擦への遷移で生じる接触面ダイナミクスの可視化』では、昨年度までに設計・試作した接触面可視化システムを用いて、静摩擦から動摩擦への遷移の瞬間に生じるマイクロ秒ダイナミクスの可視化を行った.その結果,静摩擦から動摩擦への遷移に先立って発生する断続的な前兆すべりを可視化した.同前兆すべりは,巨視すべりに先行して発生する断続的な部分すべりであり,静摩擦の発現メカニズムと密接に関係することを明らかにした.次に,『多自由度すべり摩擦モデルを用いた数値シミュレーション』では,実験より得られた結果を基に,断続的な前兆すべりを取り扱う最もシンプルなモデルとして,多自由度すべり摩擦モデルを構築した.同モデルは,弾性体を直列に連結された質点とばねによりモデリングすることで,アクリル製のスライダ/ブロックに観察される接触面ダイナミクスをよく表現することができる.さらに本研究では,計算結果の質点数依存性を考慮して,Amundsenらにより拡張された多自由度すべり摩擦モデルを使用して,数値計算を行った.その結果,実効的な静摩擦係数μ_s^<eff>を支配する無次元パラメータを見出した.以上のように本研究では,摺動物体の形状や変形を通してバルクの変形を積極的に利用することにより,インターフェイスを変更することなく,実効的な摩擦力の制御が可能となることを示した.接触面ダイナミクスの可視化を中心に行ってきた本研究により,これまで不可能だった摩擦遷移現象の厳密なモデリングが可能になっただけでなく,すべり摩擦システムの設計指針において有用な知見を得ることができた.今後,接触面ダイナミクスの可視化を出発点として,トライボロジーにおける新たな研究展開が生まれることが期待される.平成21年度において,アクリル試験片間のすべり摩擦を対象とした摩擦接触面可視化システムを構築し,以下2種類の研究成果を得た.一つ目の研究成果は,『摩擦の相転移にともなう前兆現象の発生メカニズムの解明』である.摩擦接触面可視化システムを用いて,摩擦の相転移(スティック状態からスリップ状態)における摩擦接触面の動的挙動を可視化した.同時に,多自由度すべり摩擦モデルを構築し,摩擦の相転移における摩擦接触面の動的挙動を数値的に解析した.その結果,摩擦の相転移にともなう前兆現象として,表面波の部分的な伝播により発生する部分スリップ現象を見出した.二つ目の研究成果は,『潤滑状態に依存する2種類の摩擦相転移プロセスの可視化』である.前述した摩擦接触面可視化実験を拡張して,摩擦接触面にポリアルファオレフィン(PAO)を塗布して,摩擦相転移プロセスに及ぼす潤滑の影響を調べた.その結果,摩擦接触面の潤滑状態の違いによって,2種類の摩擦相転移プロセス(表面波の伝播による急激な摩擦相転移プロセスと破壊核の成長による緩やかな摩擦相転移プロセス)が存在し,それらが同一システム内において共存することを見出した.これら2種類の研究成果は,地震の発生や工業製品の破損等を事前に回避する予知システムの構築に向けて一つの可能性を提示するものと考えられる.また,同研究成果は,静止摩擦と動摩擦の発生メカニズムの解明に向けての重要な知見になることから,本研究の最終目標である『摩擦の制御』に向けての大きな足がかりになると期待される.平成22年度では、昨年度に試作した摺動面可視化システムを用いて、静止摩擦から動摩擦への摩擦遷移における摺動面の動的挙動をその場観察することにより、以下2種類の研究成果を得た。一つ目の研究成果は、『潤滑状態に依存する2種類の摩擦遷移モードの可視化』である。Dry条件(乾燥状態)では、摩擦遷移に先行して、接触部後縁に単一のすべり破壊核が形成される。その後、剪断破壊が接触部後縁から接触部前縁へと1000m/sで高速伝播することにより、静止摩擦から動摩擦への摩擦遷移が生じる。一方、潤滑油としてpolyalphaolefin (PAO)を使用したWet条件(潤滑状態)では、摩擦遷移に先行して、接触部内部に複数のすべり破壊核が形成される。その後、剪断破壊が10-100m/sで両端方向に伝播して、互いに結合しながら接触部全域へと拡大することにより、静止摩擦から動摩擦への摩擦遷移が生じる。二つ目の研究成果は、『静止摩擦から動摩擦への遷移時間のスケール依存性』である。単一のすべり破壊核が摩擦遷移を支配するDry条件では、静止摩擦から動摩擦への遷移時間は、接触部の大きさにともない増加する。一方、複数のすべり破壊核が摩擦遷移を支配するWet条件では、遷移時間は、接触部の大きさによらず一定となる。以上のように、静止摩擦から動摩擦における摺動面のその場観察をすることにより、潤滑状態に依存する2種類の摩擦遷移モードを明らかにした。さらに、上記摩擦遷移モードの差異により、Dry条件とWet条件で、静止摩擦から動摩擦への遷移時間のスケール依存性が大きく異なることを見出した。これら実験結果より、接触部のスケールや表面粗さなどをパラメータとした表面設計によって、静止摩擦から動摩擦への遷移時間の制御を目指す場合、Dry条件とWet条件で、その方策が大きく異なることが明らかとなった。