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日本およびインドの中小企業の発展に関する比較研究:機械工業を中心に

概況平成6年度に実施した研究は、以下のとおりである。1.労務管理の実態、雇用管理や生産性測定等に関して、インドと日本とにおいてそれぞれ実地調査を実施したほか、前2年度の成果に鑑みて再吟味の必要な論点について吟味検討した。とりわけインドにおいては、同じ中小企業といっても「在来型」と「近代型」とが共存していることが判明したので、下請構造やマーケティング等についても、調査結果の再吟味が必要だった。2.日印それぞれの研究者が相手国を訪問した機会を利用して研究小集会を開催し、実態調査結果を中間報告しあうとともに、当該研究計画の進行状況について情報を交換した(東京では、平成6年10月25日ヴァルマ氏報告、デリーでは、平成6年12月19日清川氏報告)。3.研究成果のとりまとめを開始した。とりわけインド政府は、1991年以来の経済自由化への政策転換に伴い、中小機械工業のありように重大な関心を払っている折から、本研究の成果や戦後日本の産業政策の経験を整理して公開する意義は大きい。この目的のため、メンバー以外の中小企業問題の専門家ならびにインド経済の専門家をお迎えして、1996年2月に東京で小規模の研究集会を開催する計画である。研究集会の成果は学術誌上に公開するほか、可能ならば英文報告書を公刊したい。研究所見概要1.スズキおよびその関連部品供給企業のもつ生産管理技術は、マルチを通じて現代インド工業へ成功裡に移転してきた。部品供給ネットワークも、現地調達部品についてはうまく機能しており、部品メーカーも逞しく成長しつつある。2.現地工場調査には、面接調査員の訓練に十分の時間をかける必要がある。費用はかさむが専門的心得のある人を使うほうが信頼度が高い。調査員の指揮・監督には専任者を充て、研究者はプロジェクトの運営に専念すべきである。3.低開発諸国のより円滑な工業化のためには、農業セクターと非農セクターとの間のバランスにもっと配慮しなければならない。政府の徴税能力に限りがあるので、銀行預金に対する事実上の課税方式を編み出すなどの工夫が要せられる。4.労働組合は、社会政治環境と無縁ではない。日印の社会変容を比較すれば、前者の労使関係は安定化と後退の、後者のそれは躍動化の変動の時代にある。5.インド機械工業の下請制が抱える問題は、下請代金支払いの遅延である。これが小企業の回転資金不足を生み、生産能力の向上を妨げ、製品の質の改善が遅れる。この事態の改善とともに、品質向上運動の支援、大・中・小企業の密接な企業連携、小企業に対する公的資金補助や職業訓練などが考えられてよい。6.現代のインド工業では、生産額、雇用、固定資本のいずれにおいても、小企業の比率は資本集約度の低い食品産業でとりわけ大きく、化学、金属加工、機械工業がこれに次ぐ。その販路は、伝統的な販売ルートに依存する場合が多い。7.日本からインドへの技術移転はきわめて緩慢だった。その原因の一つは、為替管理を初めとする制度的理由のため、諸手続きに長時間を要したことである。この欠点は、1991年の自由化政策の樹立以来、大幅に改善されつつある。今後両国は、移転をめぐる市場取り引き固有の諸課題に取り組むことになろう。8.小企業においても、資本と労働とはむしろ補完的で、代替的なのは、これら2要素と原材料との関係である。小企業に蔓延する低賃金は、労働市場分断のせいではなく労働の質が低いためである。生産要素代替の弾力性は産業ごとに異なるので、技術選択が生産物の選択と無関係ではない。

3.低開発諸国のより円滑な工業化のためには、農業セクターと非農セクターとの間のバランスにもっと配慮しなければならない。政府の徴税能力に限りがあるので、銀行預金に対する事実上の課税方式を編み出すなどの工夫が要せられる。4.労働組合は、社会政治環境と無縁ではない。日印の社会変容を比較すれば、前者の労使関係は安定化と後退の、後者のそれは躍動化の変動の時代にある。5.インド機械工業の下請制が抱える問題は、下請代金支払いの遅延である。これが小企業の回転資金不足を生み、生産能力の向上を妨げ、製品の質の改善が遅れる。この事態の改善とともに、品質向上運動の支援、大・中・小企業の密接な企業連携、小企業に対する公的資金補助や職業訓練などが考えられてよい。6.現代のインド工業では、生産額、雇用、固定資本のいずれにおいても、小企業の比率は資本集約度の低い食品産業でとりわけ大きく、化学、金属加工、機械工業がこれに次ぐ。その販路は、伝統的な販売ルートに依存する場合が多い。7.日本からインドへの技術移転はきわめて緩慢だった。その原因の一つは、為替管理を初めとする制度的理由のため、諸手続きに長時間を要したことである。この欠点は、1991年の自由化政策の樹立以来、大幅に改善されつつある。今後両国は、移転をめぐる市場取り引き固有の諸課題に取り組むことになろう。8.小企業においても、資本と労働とはむしろ補完的で、代替的なのは、これら2要素と原材料との関係である。小企業に蔓延する低賃金は、労働市場分断のせいではなく労働の質が低いためである。生産要素代替の弾力性は産業ごとに異なるので、技術選択が生産物の選択と無関係ではない。今年度はプロジェクトの初年度であったため、今後の共同研究をすすめてゆくうえでの基礎づくりを、その主眼とした。まず第1には、このプロジェクトを1つの契機に、一橋大学とInstitute of Economic Growthの間で、学術交流協定を締結(9月)し、今後の長期的な資料交換や研究者交流の基礎をつくった。第2には、初年度ゆえ、インド側チームの幹事(Goldar)が来日し、また日本側の研究代表者(尾高)が訪印して、今後の研究日程と具体的計画を協議した。その結課、日印合弁企業を有するスズキ自動車K.K.とインド国営マルチ・ウドヨグ社の下請関連中小企業の実態調査を、本研究の1つの核とすることに決定。早速その協力方の依頼とインタヴュー調査の準備等に入った。第3には、相互に相手国の中小企業の実態をより良く理解するため、基礎資料の収集・交換を行なった。日本の中小企業関係の統計資料および政府白書など、他方インドの中小企業に関する実態調査報告などを、相互に収集・購入し交換した。以上のような基礎づくりの下で、準備の整ったメンバーから相手国を訪問、調査・共同討議に入った。まず12月には、尾高・井上が訪印し、マルチ=スズキ社にて、日本的経営の導入問題に関して予備調査を行なった。他方3月には、インド側よりSiddarthanとGuptaが来日、浜松のスズキ本社と下請企業を訪問し、技術移転問題を中心に聴き取り調査を行なった。同時に日本側メンバーと、日印中小企業問題で合同セミナーを行い討論をした。
イノシトール三リン酸受容体のチャネル開口機構の解明

2年間の研究によりIP_3受容体のチャネル開口機構に関して以下の成果を得た。まず、「チャネルの開閉を直接制御するのは、制御領域とチャネル領域の間の相互作用である。」、「IP_3結合領域はIP_3誘導性Ca^<2+>放出を起こすために必須であり、この領域を欠いたIP_3受容体はCa^<2+>誘導性Ca^<2+>放出を起こす。」以上の成果は、IP_3受容体のチャネル開口の基本原理を世界で初めて解明した非常にインパクトの高いものである。IP_3受容体は、アミド末端側から順にIP_3結合領域、制御領域、チャネル領域の3つの領域がつなぎ合わさった巨大なタンパク質分子である。したがって、「局所的なIP_3結合領域へのIP_3結合がどのようにチャネル領域に伝わってチャネルが開くのか?」という点がチャネル開口機構を解明するにあたっての鍵となる。この点に関してはこれまでに国内外の研究成果から、IP_3結合領域とチャネル領域が近距離にあり、両者の分子内相互作用がチャネル開口に重要であると予想されてきた。私はこれに加えて近年、「これらの2つの領域に挟まれた制御領域はチャネル領域と直接相互作用することでチャネルを閉じた状態に保持する」という研究成果を世界に先駆けて得ている(未発表データ)。以上の知見から、IP_3受容体のチャネル開口には3つの領域の相互作用とその変化が重要であることが示唆される。そこで本年度は、前年度までに独自に確立した「3つの領域を独立で精製しIP_3受容体をin vitroで再構成する実験系」と「ELISA法を用いたIP_3受容体の3つの領域間の結合強度の定量系」を用いて、IP_33やCa^<2+>濃度に依存したCa^<2+>透過性の変化と3うの領域間の結合強度の変化を解析した。その結果、研究開始当初の予想通り、IP_3やCa^<2+>濃度に依存した分子内相互作用の変化がチャネルの開閉を制御していること証拠が世界ではじめて得られたので、現在論文を執筆中である。本年度は、交付申請書の「研究実施計画」に記載した通り、イノシトール三リン酸受容体(IP_3受容体)の細胞質領域とチャネル領域の2つの領域間の相互作用がIP_3やCa^<2+>濃度に依存してどのように変化するのかをELISA法を用いて詳細に解析した。その結果、「IP_3受容体の細胞質領域とチャネル領域の直接的な相互作用がチャネル孔を閉じた状態に保つ」が、「IP_3及びCa^<2+>の結合によりチャネル孔が開く際に、この2つの領域間の結合強度に変化はない」ことを明らかにした。そこで、さらに、IP_3受容体のチャネル開口における領域間相互作用のより詳細な役割を解析するために、IP_3結合領域、制御領域、チャネル領域の3つの領域間に関して同様の解析を行った。その結果、「IP_3受容体の制御領域とチャネル領域の相互作用はチャネル孔を閉じた状態に保ち得るが、IP_3結合領域が存在しないとCa^<2+>のみでチャネルが開くこと」、「IP_3及びCa^<2+>の結合によりチャネル孔が開く際に、制御領域とチャネル領域の間の相互作用が乖離すること」が明らかになった。以上の成果は、IP_3受容体のチャネル開口機構が領域間相互作用により制御されていることを世界で初めて直接的に証明したものである。さらに、Ca^<2+>結合のみでチャネルが開く構造を発見したことは、2つのリガンドの結合によって活性化する受容体の活性化機構の解明に重要な知見を与えることになり、受容体の構造生物学的な研究に及ぼす波及効果は非常に大きい。
ゼーマン効果を利用した二原子分子発光スペクトル局所計測法の開発

磁場を印加したプラズマ中において二原子分子発光スペクトルのゼーマン分裂を利用することで,受動的な発光分光法単独で二原子分子の局所発光スペクトルを測定するための手法を開発した.手法の開発のために2つの研究課題を実施した:(1)外部磁場中における二原子分子発光スペクトル形状の評価手法の確立,(2)磁場閉じ込め装置における二原子分子発光スペクトルの局所計測.(1)については研究目的で想定した成果を得た.(2)については測定を実施したが波長分解能の不足により当初目的を達成するには至らなかった.副次的な成果として水素同位体原子を含む二原子分子の振動回転分子定数評価を行った.磁場を印加したプラズマ中において二原子分子発光スペクトルのゼーマン分裂を利用することで,受動的な発光分光法単独で二原子分子の局所発光スペクトルを測定するための手法を開発した.手法の開発のために2つの研究課題を実施した:(1)外部磁場中における二原子分子発光スペクトル形状の評価手法の確立,(2)磁場閉じ込め装置における二原子分子発光スペクトルの局所計測.(1)については研究目的で想定した成果を得た.(2)については測定を実施したが波長分解能の不足により当初目的を達成するには至らなかった.副次的な成果として水素同位体原子を含む二原子分子の振動回転分子定数評価を行った.磁場閉じ込め型のプラズマ核融合実験装置では,ダイバータ領域ヘネオン,アルゴンなどの希ガスや,水素,窒素,炭化水素などの分子ガスを外部から導入し,放射損失と分子活性化再結合を組み合わせることでプラズマ対向壁の熱負荷を低減する方法が検討されている.この際,炉心プラズマ性能を低下させないような周辺プラズマ制御が必要となるが,そのためには周辺部の原子分子の動的挙動を表す物理量である,温度,流速,密度を測定し,制御にフィードバックすることが必要となる.本研究の目的は,二原子分子発光スペクトルのゼーマン分裂を利用することで,受動的な発光分光法単独で二原子分子の温度(並進,振動,回転),流速,密度の局所計測を行うことである.申請者はこれまでに同手法を原子発光スペクトルに対して適用し,原子の動的挙動を局所計測した.本研究課題はその拡張として位置づけている.研究課題実施の初年度である本年度は,磁場中の二原子分子スペクトル形状を評価するための計算コードの開発と基礎実験に基づく計算結果の検証を行った.計算は断熱近似のもとで摂動法を用いて行った.可視分光測定で得られる波長精度で観測可能な相互作用を考慮し計算コードを構築した.計算結果の検証のために,超伝導コイル内に設置したグロー放電プラズマからのCH分子A^2Δ-X^2II遷移スペクトルを測定した.計算,実験の両者を比較した結果,磁場中でのスペクトル形状を開発した計算コードにより正確にモデル化できることを確認した.これらの成果により,初年度に計画していた研究目的を達成した.磁場閉じ込め型のプラズマ核融合実験装置では,ダイバータ領域へネオン,アルゴンなどの希ガスや,水素,窒素,炭化水素などの分子ガスを外部から導入し,放射損失と分子活性化再結合を組み合わせることでプラズマ対向壁の熱負荷を低減する方法が検討されている.この際,炉心プラズマ性能を低下させないような周辺プラズマ制御が必要となるが,そのためには周辺部の原子分子の動的挙動を表す物理量である,温度,流速,密度を測定し,制御にフィードバックすることが必要となる.本研究の目的は,二原子分子発光スペクトルのゼーマン分裂を利用することで,受動的な発光分光法単独で二原子分子の温度(並進,振動,回転),流速,密度の局所計測を行うことである.研究計画の2年目かつ最終年度の本年は,(1)磁場閉じ込め装置での計測法の有効性の検証,を実施した.また,当初の研究計画以外の派生課題として,(2)水素同位体炭化水素分子スペクトルの分子定数評価,を実施した.以下に(1),(2)の詳細を述べる.(1)実験は核融合科学研究所のLHDを利用して行った.径方向視線でプラズマからの発光を集光し可視分光器,冷却CCDによりスペクトルを測定した.ダイバータタイルに利用されている炭素繊維複合材に起因すると推測されるCH分子A^2△-x^2II帯発光スペクトルが観測された.前年度に開発した磁場中の二原子分子発光スペクトル形状計算コードを利用し磁場強度特定を試みたが,波長分解能の不足のため有意な結果を得るまでには至らなかった.(2)核融合装置では重水素,トリチウムの利用により水素同位体を含んだ二原子分子が生じるが,これらの分子の多くに関しては精度の良い分子定数データが存在せずデータ整備が課題となっている.そこで本研究で開発した計算コードを利用してCD分子A^2△準位の振動回転分子定数の評価を行った.京都大学の設備を利用し,重水素化メタンガスを封入したグロー放電を用いてCD分子発光スペクトルを可視分光器と冷却CCDにより測定した.測定結果を計算結果と比較し振動回転定数を求めた.
脊髄小脳変性疾患者のリハ訓練の効果を小脳失調モデルマウスで評価する技術の確立

本研究モデルマウスは、小脳プルキンエ細胞の変性による運動失調を呈するヒトの小脳失調性疾患(SCD)モデルの有用な動物と考えられる。SCD患者の運動機能改善の効果を高める有効なリハ訓練法は確立されておらず、現在、脊髄小脳系以外の機能を保つことが優先される。そこで当該マウスに模擬リハ訓練として行い、ロータロットにおける平行感覚と協調運動を観察し、非運動群と比較した。その結果、運動負荷は、当該マウスの協調運動の改善をみた。この結果はSCD患者にできる限り連続した歩行訓練を行うことによりふらつき歩行を軽減させる可能性を示している。脊髄小脳変性症(SCD)患者の運動機能改善の効果を高める有効なリハ訓練法は確立されておらず、現在、脊髄小脳系以外の機能を保つことが優先される。その理由として、SCDは変性疾患であるために、損なわれていく運動機能を回復させるリハ訓練方法がない為と考えられる。そこで申請者は、SCD患者の特異的な行動と類似する行動を示す疾患モデルマウスを用い、日常的にSCD患者に行っている歩行訓練、下肢重錘負荷、膝装具、バンテージ処方などのリハを、マウスの体躯に合わせた模擬リハ訓練として行うことを考えた。すなわち訓練中の行動や運動後の改善を観察し、SCD患者に対するリハ訓練が有効であるかどうかを動物実験で評価することにある。その結果から、SCD患者に対し、より効果的な訓練あるいは不必要な訓練を解析し、SCD患者の運動機能障害を遅らせるプログラムの構築を目指し、QOL向上を図りたい。なお、対象のマウスには小脳プルキンエ細胞が脱落し運動失調を示す小脳変性マウスB6-wob^<t1.2)>を用いる。以上を目的として、22年度は、当該マウスの24時間行動を監視モニター付ランニングホイールで測定し、一方回転ゲージを用い1日3m/分を180分運動負荷を与え33日目における、ロータロットにおける平行感覚と協調運動を観察し、非運動群と比較した。その結果、運動負荷は、当該マウスの協調運動の改善を示唆した。以上の知見は、当該マウスのscdに類似する、震えなどの歩行の改善に一定の運動負荷が必要と考えられる。脊髄小脳変性症(SCD)患者の運動機能改善の効果を高める有効なリハ訓練法は確立されておらず、脊髄小脳系以外の機能を保つことが優先される。その理由として、SCDは変性疾患であるため、損なわれていく運動機能を回復させるリハ訓練方法がない為と考えられる。そこで申請者は、SCD患者の発症原因と類似する、小脳変性マウスB6-wob/tに対し、SCD患者に行っている運動負荷、歩行訓練、下肢重錘負荷、膝装具、バンテージ処方などのリハ訓練を行うことで、マウスの運動失調が改善されるのかを研究の目的としている。さらにそれらは、小脳失調の原因とされる小脳プルキンエ細胞の変性の軽減や、発症時期の遅延への影響(効果)も視野に入れた研究である。以上を目的として、22年度に観察された(1)小脳失調の発症時期は生後30日齢ごろと判断されたこと。(2)運動失調は1ヶ月齢すでに観察されることから、23年度は、(1)生後5日20日齢および1-6ヵ月齢の小脳の組織標本の作製、(2)2次元電気泳動による、小脳内タンパク質(プロテオーム)解析、(3)生後20週齢の雌雄に対する強制回転ゲージを用い運動負荷(1日2m/分を50分3回/日)を4か月行った。その間1カ月ごとに、協調運動を評価するロータロット試験で改善を評価した。その結果(1)小脳プルキンエ細胞は、生後10日前後から変性・脱落していた。(2)プロテオーム解析は、対照のB6に対し異なるタンパクスポットが確認された。(3)運動負荷群は非負荷群に対し、協調運動の改善が負荷1か月目から見られ、それは雄よりも雌の方のパフォマンスが向上した。このことは、当該マウスの運動失調を運動負荷訓練により改善を示唆するもので、このメカニズムの解明を行うことにより、SCD患者の運動療法に応用が期待される。さらに、運動負荷が、小脳プルキンエ細胞の変性・脱落の軽減にも影響を与えるものか研究の足がかりが示せる。SCD患者の運動機能障害を遅らせるプログラムの構築を目指し、QOL向上を図りたい。

そこで申請者は、SCD患者の発症原因と類似する、小脳変性マウスB6-wob/tに対し、SCD患者に行っている運動負荷、歩行訓練、下肢重錘負荷、膝装具、バンテージ処方などのリハ訓練を行うことで、マウスの運動失調が改善されるのかを研究の目的とした。当該補助金研究期間の22年度に観察された1小脳失調の発症時期は生後1カ月以内と判断された。2運動失調は1ヶ月齢すでに観察され23年度は、1生後5日20日齢および1-6ヵ月齢の小脳の組織標本の作製、22次元電気泳動による、小脳内タンパク質(プロテオーム)解析、3生後20週齢の雌雄に対する強制回転ゲージを用い運動負荷(1日2m/分を50分3回/日)を4か月行った。24年度の当該年度は協調運動を評価するロータロット試験で歩行改善を評価した。その結果1小脳プルキンエ細胞は、生後10日前後から変性・脱落していた。2プロテオーム解析は、対照のB6に対し異なるタンパクスポットが確認された。3運動負荷群は非負荷群に対し、協調運動の改善が負荷1か月目から見られ、それは雄よりも雌の方のパフォマンスが向上した。このことは、当該マウスの運動失調を運動負荷訓練により改善を示唆した。さらに精密に歩行解析を行い、後肢角度の広がりが有意に狭くなったことが示された。このメカニズムの解明を行うことにより、SCD患者の運動療法に応用が期待される。今後、薬剤投与などによる発症の遅延を行いたい。(1)プルキンエ細胞の変性・脱落の様子を、基本的なH.E染色法で確認できたことで時間短縮が出来た。(2)強制運動が及ぼす運動歩行への影響をみる実験で、当初の期待どおり、強制回転ゲージが有用であったことから、強制運動の方法をいくつか行う必要がなかった。これらの条件設定が研究当初からスムーズに進められたことで、早い段階でデータを得ることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)このマウスの発症原因となる遺伝子の解析が必要であるが、多大な費用を必要とされること。(2)詳細にプルキンエ細胞の変性および関連する神経細胞を観察するにあたり、特殊染色が必須であること。(3)運動評価の方法がロータロット試験のみでよいのか検討する必要がある。特に、歩行解析が、定量的でしかも多方面からの分析が必要である。これらの方策を研究していく。
海洋表層水の高分解能定量に基づく海洋起源DMS・イソプレンの大気環境への影響評価

本研究では硫化ジメチル(DMS)及びイソプレンが大気環境に与える影響を評価するために、膜平衡器を使った海水中の溶存DMS及びイソプレンの簡易連続測定法の開発を行った。イソプレンは標準海水の作成が困難であり平衡到達度を評価することができなかったが、DMSは平衡到達度80%に達する抽出が可能となり、海水中のDMSの連続測定が可能となった。今後本研究で開発した装置を用いた高分解能測定によってDMSおよびイソプレンの洋上大気環境への影響評価が進むことが期待される。平成22年度の研究内容は半透膜を用いた気液平衡器の構築とその評価であった。まず国内外のメーカーから多孔膜・非多孔膜の両方の複数種類(ポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン等)の中空糸の半透膜を手配した。その後気液平衡器のデザインを決め、気相液相が通るラインは継手部分を除いて全てテフロン製となるようにした。これは抽出した硫化ジメチル(DMS)やイソプレンの吸着の影響を最大限に減らすためである。高分解能の測定を目指す本研究の方法では試料海水からDMSとイソプレンを平衡抽出し測定するという一連の応答時間をより短くなるようにデザインする必要があった。本研究では気液平衡器の構築をおこなった後、気液平衡器の平衡到達度を測定するためにガスクロマトグラフ(GC-FPD)を使用する予定であったが、その立ち上げに多くの時間を要した。そのため、平成22年度中の気液平衡器の平衡効率の評価まで至らなかった。しかし、年度末には十分な定量性を持つようになり、現在では気液平衡器とGC-FPDを連結させることによって作成した気液平衡器の性能評価を行える段階にある。平成23度は半透膜を用いた気液平衡器の平衡抽出効率の評価を行った。中空糸膜のうち、汎用性が高く、多孔質の中空糸膜であるゴアテックス膜を用い、国立環境研究所の谷本浩志博士が所有する陽子移動反応質量分析計(PTR-MS)と接続し検証実験を行った。ゴアテックス膜は気孔率の違う2種類(TA:気孔率50%、TB:気孔率70%)を準備し平衡器を作成した。平衡器は海水が流れるシェル(テフロンチューブで作成)の中に中空糸膜を通し、液相と気相を逆方向に流すことによって連続的に海水中の気体を抽出することができる。平成23年度は単一の中空糸膜を使った検証実験を行った。単一の膜を使うことはより省スペースかつ実際の観測において取り回しが効きやすいようにするためである。Ooki and Yokouchi(2008)で用いられた標準ガスとの平衡水作成装置を使い濃度既知の人工海水を作成し、各流量等を変化させることによって平衡抽出効率の評価を行った。2種類のゴアテックス膜のうち、気孔率の高いゴアテックスTB膜は侵水圧が低いため(0.5kg/cm^2)膜内にシェル内の海水が膜内に侵入した。膜内へ海水が浸入するとPTR-MSへの海水の流入の可能性があるため、ゴアテックスTB膜は本研究目的には不適であることがわかり、ゴアテックスTAを用いて研究を進めた。膜単一のゴアテックスTA膜を使った場合、平衡効率はDMSで最大約80%にとどまった。中空糸膜を長くし検証を行ったが、膜内への人工海水の滲出がみられ、単一のゴアテックス膜では平衡抽出効率のこれ以上の改善は難しいことが分かった。平成24年度の研究実施計画では「平衡抽出効率の評価」および「観測における使用」を計画していた。まず、「平衡抽出効率の評価」に関してはDMS、イソプレン共に中空糸膜を並列に接続する複数のゴアテックス膜を使ったものでも100%に達することはできなかった。この主な原因として、海水とキャリアガスとの接触時間が短いことが考えられる。DMSは80%の抽出効率が可能となったが、この抽出効率の温度等に対する依存性に関しては評価することができなかった。また、イソプレンに関しては標準海水を作成することが難しく、標準海水自体の値の不確実性が大きいため、抽出効率の評価ができなかった。これは理想的にはイソプレンの連続モニタができる装置(例えば陽子移動反応ー質量分析計)による標準物質生成のモニタが必要であったと思われる。次に「観測における使用」に関しては平成24年68月にカナダ・ラヴァル大学において行われたMaurice Levasseur教授との共同研究において、本研究で開発した平衡抽出装置の運用を試みたが、彼らの研究室で用いられているガスクロマトグラフー炎光光度検出器(GC-FPD)との連結は難しく、実際の海水試料での測定法の比較は実現することができなかった。しかし、Maurice Levasseur教授と親交の深いブリティッシュコロンビア大学のPhilippe Tortell博士が用いている半透膜平衡器に関する情報を得ることができたため、新たな改良の余地を見出すことができた。

過去に報告されている単一の抽出膜による抽出が難しく、大幅なデザインの変更が必要となった。複数の抽出膜の使用が必要不可欠であり、その作成材料の手配等に時間がかかったため、現段階で実海洋観測に使用できる状態ではなく、研究の達成度としては遅れているといえる。しかし、単一膜で80%の平衡効率を達成しており、複数本の膜を使うことによって改善が見込まれるため、24年度には完成が見込まれるためやや遅れていると評価した。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究ではまず平衡器の作成を通した分析法の確立が最優先事項である。これまで複数種類の中空糸膜を使った試験を行った結果、単一の膜での気液平衡への到達は難しいことが分かった。そのため、本研究では複数本の中空糸膜を使って平衡到達度を高めるように対応し、100%の平衡到達度を目指す。
無限分解可能過程及び無限分解可能分布の諸問題に関する総合的研究

無限分解可能分布の多くのサブクラスは、レヴィ過程による確率積分で定義される無限分解可能分布から無限分解可能分布への写像によって、その像として特徴づけられる。その写像を繰り返し施すことによって得られる入れ子のクラスの極限が多くの場合安定分布のクラスの閉包に一致するであろうという予想の証明に成功した。さらに半自己分解可能分布のクラスを、レヴィ過程の確率積分で特徴付けるという永年の問題も解決した。その他、多くの関連する問題を解決し、今後の研究に必要なアイディアも多く見つけた。1.無限分解可能分布のサブクラス、Jurekクラス、Goldie-Steutel-Bondesonクラス、自己分解可能分布のクラス、Thorinクラス、タイプG分布のクラス、それぞれ収束する減少部分列の構成には成功していたが、それぞれの極限の関係についてこの5年くらい考え続けてきた。その問題に対して、全てが安定分布のクラスの閉包に一致するという事実を証明することができた。これは、名古屋大学名誉教授佐藤健一の協力による。2.佐藤が平成18年に提案した様々な可能性を含むクラスについて、それらの特殊な場合について細かい解析を行い、それらのクラスの全体の中での位置を明確にした。3.平成19年8月にコペンハーゲンで開催された「第5回レヴィ過程に関する国際会議」に前島が出席し、具体的に名前がついて知られている無限分解可能分布が、どの小さいクラスに属しているかについて文献調査した結果を総合報告した。4.自由確率論に関しては、メキシコCIMATのPerez-Avreuを招聘して知識を提供してもらい、この補助金にかかわる研究者にとって貴重な知識を得、次の研究へのステップとした。1.無限分解可能分布のサブクラスの構成についてさらに詳細な研究を進めた。今まで知られているいくつかのクラスを、連続パラメータを持つサブクラス群で繋ぐ新しいサブクラスの族を構成し、その特徴づけを、レヴィ測度、レヴィ積分のふたつの方法で行った。その結果、無限分解可能分布のクラス全体の構造が従来よりより鮮明になった。2.フラクショナルブラウン運動のブラウン運動の部分をレヴィ過程で置き換えたフラクショナルレヴィ過程について、その自己分解可能性を考え、どのような場合にそうなっているかについて、例の構成を含めて研究した。3.逆正弦密度による変換で実現される無限分解可能分布のクラスを新たに構成し、無限分解可能分布の問題に変形ベッセル関数が深く関係していることを見つけ、さらに、タイプGのクラスの新しい解釈を与えた。4.フラクショナルブラウン運動を拡張したバイフラクショナルブラウン運動について、その極限がどのような確率過程になるかを調べた。5.昨年度に引き続き、メキシコCIMATのPerez-Abreuを招聘して、自由確率論の知識を提供してもらい、この補助金の研究テーマの前進に貢献してもらった。1.半自己分解可能分布のクラスを、レヴィ過程の確率積分で特徴付けるという永年の問題を解決した。その際の確率積分写像の被積分関数は不連続なものを使うことで成功した。その写像を繰り返し施すことによってできる入れ子のクラスの極限が半安定分布のクラスの閉包であることも示した。2.α-自己分解可能分布という概念を導入し、よく知られている自己分解可能分布のクラスやその他の知られているクラスを特別な場合として含む、クラスの連続パラメータ群を構成し、知られている結果との関係を明確にした。それらと関連するオルンシュタイン・ウーレンベック型過程の極限動向を調べ、知られている結果を拡張した。3.確率積分の積分するレヴィ過程を固定し、被積分関数を動かすというアイディアを使い、新しいクラスの構成、知られているクラスの新しい特徴づけに成功した。4.無限分解可能分布の写像の不動点の概念を定義し、いくつかの写像について、その不動点のクラスの特徴づけに成功した。それはまた、安定分布のクラスの新しい意味づけを与えることにもなった。5.19年度、20年度に引き続き、メキシコCIMATのPerez-Abreuを招聘し、新しい写像の例として変形ベッヤル関数や、ウィタッカー関数が関係していることを見出した。6.スイス工科大学のEmbrechtsを招聘し、レヴィ過程の危機管理問題への応用について知識の提供を受けた。
歯牙発生時の硬組織形成細胞の分化・機能調節、基質石灰化における基質蛋白の機能解析

エナメル基質蛋白の一種であるアメロブラスチンが、in vitroにおいてエナメル器由来の細胞の増殖を抑制し、他のエナメル基質蛋白であるアメロゲニンやエナメリンの発現を調節していることを明らかにした。また、in vivoでは歯根形成過程において、アメロブラスチンがヘルトビッヒ上皮鞘細胞の正常な増殖と分化に必要であることを明らかにし、さらにアメロブラスチンが象牙芽細胞及びセメント芽細胞の分化に関わっている可能性を示した。1.歯芽硬組織形成細胞の分化・機能調節におけるエナメル蛋白の役割の解析まず、実験系の確立のため、マウスの歯根形成期の初期歯胚を器官培養し、歯根形成過程を形態学的に解析した。その結果、培養条件を様々に変えても、セメント質形成だけでなく、歯根形成そのものに一定の結果が得られず、この実験系では研究目的の遂行は困難なことが判明した。そこで、in vivoでマウス下顎骨の歯根形成初期第1臼歯歯胚の歯根相当部に、アメロブラスチンに特異的なsiRNAを直接注入した。その結果、対照群に比べ、歯根の形成そのものが影響を受け、形態計測の結果、歯根長が有意に短くなることを見いだした。さらに、歯根形成の阻害程度が、注入したsiRNAの量に依存していることが明らかとなった。また、セメント質の形成も低下していることが明らかになった。この結果から、アメロブラスチンはセメント芽細胞のみならず、歯根象牙質を形成する象牙芽細胞の増殖・分化・機能発現に重要な因子である可能性が示唆された。2.低分子型アメロブラスチンのクローニングと特異抗体の作成ラット切歯分化期エナメル芽細胞を集め、cDNAライブラリーを作成し、分化期エナメル芽細胞で発現していることが分かっている低分子型のアメロブラスチンをクローニング・シークエンシングすることを試みた。しかし、目的とする低分子型アメロブラスチンのクローニングには、未だ成功していない。歯の発生過程におけるアメロブラスチンの機能を明らかにするため、in vitroでエナメル器由来の細胞のアメロブラスチンを強制発現あるいは発現抑制させ、他のエナメル蛋白の発現および細胞増殖について検索し、以下の結果を得た。1.エナメル蛋白のうち、アメロゲニン、エナメリンおよびタフテリンを発現しているがアメロブラスチンを発現しないameloblast lineagecell lineに、アメロブラスチンを強制発現させた。この結果、アメロゲニン、エナメリンの遺伝子発現が亢進した。しかしタフテリンの発現は変化しなかった。また、ameloblast lineagecell lineの細胞増殖は抑制された。さらに、アメロブラスチン過剰発現は細胞周期関連因子p21Cip1、p27Kip1の発現を亢進した。2.マウス切歯のcervical loopより、アメロゲニン、エナメリン、アメロブラスチンを恒常的に発現しているエナメル芽細胞様細胞を分離・培養した。この細胞のアメロブラスチン発現を抑制すると、アメロゲニン、エナメリンの遺伝子発現は低下した。一方、細胞増殖の指標となるBrdUの取り込み量は増加した。以上の結果から、アメロブラスチンは歯の発生において、基質蛋白としての機能を果たすだけでなく、CDK活性を介してエナメル器に由来する細胞の増殖を抑制するとともに、他のエナメル蛋白の発現を調節する機能を果たしていると考えられた。歯の発生過程におけるアメロブラスチンの機能を明らかにするため、以下の実験を行った。1.マウスの歯根形成初期歯胚にin vivoでアメロブラスチンsiRNAを作用させ、歯根形成を阻害した。この材料について、ヘルトビッヒ上皮鞘とマラッセの上皮遺残、象牙芽細胞、セメント芽細胞の細胞分裂能および微細構造について検討した。その結果、siRNAを作用させた場合、ヘルトビッヒ上皮鞘における細胞配列の乱れ、細胞分裂の亢進が認められ、ヘルトビッヒ上皮鞘細胞の正常な分裂・分化には、ヘルトビッヒ上皮鞘とマラッセの上皮遺残より分泌されたアメロブラスチンのオートクライン及びパラクライン的作用が必要である可能性が示された。しかし、目的とする低分子型アメロブラスチンのクローニングに成功していない。
アリールスルフィドを基質とする新規遷移金属触媒反応の開発

溝呂木・ヘック反応はアルケン合成の重要な手法の一つである。しかしながら有機硫黄化合物はアニオン性硫黄脱離基の触媒金属に対する強い配位や触媒毒性のため溝呂木・ヘック反応への利用は困難である。近年,酸化的付加が容易で脱離基が中性となるアリールスルホニウムを用いることで溝呂木・ヘック反応が達成された。しかしこの手法はアルキルスルホニウムへは展開されていなかった。そこで私はフォトレドックス触媒を用いてスルホニウムを一電子還元することで生じるラジカル種の利用を着想した。検討の結果,フォトレドックス触媒としてfac-Ir(ppy)3を用い,塩基としてNa2CO3を用いることで青色LED照射下ベンジルスルホニウムブロミドとスチレン類が反応することを見いだした。フォトレドックス触媒系の高い官能基許容性のため,本反応は種々の置換基を有するスルホニウムやアルケンに対し適用可能であった。また,スルホニウムの対アニオンが反応に与える影響についても検討を行った。スルホニウムブロミドを原料として用いた場合収率よくアルケンが得られたが,スルホニウムトリフラートを用いた場合は目的のアルケンのほかに第三級アルコールが副生した。しかしながら,添加剤としてテトラブチルアンモニウムブロミドを加えることでスルホニウムトリフラートをアルケンに効率よく変換できた。さらに,スルホニウムトリフラートとアルケンを水存在下反応させたところ,第三級アルコールの選択的な合成も可能であった。ベンジルスルホニウムではなく対応する臭化ベンジルを用いた場合アルケンは収率よく合成できるもののアルコール合成は低収率に留まったことから,スルホニウムを用いる優位性も示すことができた。また,原料であるベンジルスルホニウムは対応するベンジルアルコールから簡便に調製できるため,これを利用した多段階合成への展開も可能であった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。パラジウム触媒を用いたハロゲン化アリールのカルボニル化反応は,芳香族カルボニル化合物合成に広く用いられている重要な手法である。これらの反応はハロゲン化アリールのパラジウム触媒への酸化的付加と続く一酸化炭素の配位挿入によりアシルパラジウムハライドが生じる。このアシルパラジウムハライドと求核剤が反応することで生成物としてエステル,アミド,ケトン,アルデヒドなどが得られる。もしアシルパラジウムハライドからの還元的脱離が進行すれば,パラジウム触媒を再生するとともに酸ハロゲン化物が得られる。しかし酸ハロゲン化物はハロゲン化アリールよりも酸化的付加が進行しやすいため,このような変換反応は知られていない。私は予定していた鈴木・宮浦型クロスカップリング反応の検討において,一酸化炭素存在下アリールスルフィドとアリールボロン酸の反応を行うことでジアリールケトンが得られないか試みた。残念ながら目的のケトンを得ることはできなかったが,一酸化炭素の合成等価体であるイソシアニドを用いることでヘテロアリールスルフィドの炭素-硫黄結合に対する挿入反応が進行することを見いだした。本反応で生じるチオイミデートは反応終了後希塩酸を加えることで容易に加水分解し,対応するチオエステルとして得られた。本反応はベンゾチアゾール,チアゾール,ベンゾオキサゾール,ベンゾフラン誘導体など様々なヘテロアリールスルフィドに対して適用可能であることを見いだした。また,本反応は高い官能基許容性を有しており,エステルやアルデヒド,アルキンなど繊細な官能基を有する基質に対しても適用可能である。現在,さらなる基質適用範囲の拡張を目指しつつNMR実験による反応機構の検討を行っている。遷移金属触媒によるハロゲン化アリールと一酸化炭素との反応は,各種求核剤の存在下でエステル,アミド,ケトン,アルデヒドなどを与えることが知られている。一方で,求核剤非存在下ハロゲン化アリールの炭素-ハロゲン結合に一酸化炭素が単純に挿入し酸ハロゲン化物を与える反応はこれまで知られていない。今回私は鈴木・宮浦型のクロスカップリング反応の開発の過程で一酸化炭素等価体であるイソシアニドがヘテロアリールスルフィドの炭素-硫黄結合に単純に挿入することを見いだした。この結果はアリールスルフィドがハロゲン化アリールにはない特異な反応性を有していることを示しており,当初の計画以上の成果であると考えている。私は平成28年度の研究において,一酸化炭素の合成等価体であるイソシアニドを用いることでヘテロアリールスルフィドの炭素-硫黄結合に対する挿入反応が進行することを見いだしていた。本反応はベンゾチアゾール,チアゾール,ベンゾオキサゾール,トリフルオロメチル基を有するナフトフラン誘導体など様々なヘテロアリールスルフィドに対して適用可能であり,反応後の酸処理により対応するチオエステルが得られることを見いだしていた。私は平成29年度の研究において,このイソシアニド挿入反応がより広範なヘテロアリールスルフィドに対して適用可能であり,ベンゾフラン,ベンゾチオフェン骨格を有するスルフィドをそれぞれ対応するチオエステルへと変換できた。また硫黄置換基を有するヘテロアリールスルフィドは簡便な合成法が既知であること,またチオエステルは有用なカルボニル化合物合成中間体であることに着目し,硫黄ベースの戦略によるジアリールケトン合成にも展開した。なお,本反応には添加剤として酢酸亜鉛およびリン酸カリウムが必須であり,これらいずれかが存在しない場合反応はほとんど進行しないことが平成28年度の研究においてわかっていたが,その働きは明らかではなかった。各種実験により添加剤の効果の解明に努めた。

質量分析による検討の結果,酢酸亜鉛とリン酸カリウムにより生じる新たな化学種が本イソシアニド挿入の鍵であることがわかった。またこの新たな化学種は酢酸亜鉛とリン酸カリウム以外の本イソシアニド挿入に活性なカリウム塩を混合した際にも生成していることがわかった。この化学種はパラジウム触媒に対しヘテロアリールスルフィドが酸化的付加することにより生じるパラジウム中間体からチオラートを解離させ,空配座を有するカチオン性パラジウム種を平衡により生じさせることにより反応を進行させているのだと推定した。これらの結果を国際学術論文誌に投稿した。当初の計画では変換困難なアリールスルフィドをあたかもハロゲン化アリールであるかのように自在に変換できる手法を開発し,有機硫黄化合物特有の化学と組み合わせることで新たな合成戦略を提供をするべく研究を行っていた。一方,平成28年度から平成29年度にかけて発見した反応はハロゲン化アリールでは達成できないアリールスルフィドならではの変換反応である。すなわち,これまでの「ハロゲン化アリールを模倣した」とも言える研究ではなく「アリールスルフィドだからこそできる」研究を行うことができた。その点で,当初の計画以上の結果を出せたと考えている。また,本反応における添加剤の効果について検討を行った。その結果,酢酸亜鉛とカリウム塩基から生じる化学種がパラジウム触媒から硫黄アニオンを一時的に解離させる効果を有していると推定できる結果を得ることができた。パラジウム触媒を用いた有機硫黄化合物の変換反応においていかにパラジウム上から硫黄化学種を解離させるかという点は1つの大きな課題であり,その解決策となりうる新たな発見をすることができた点も当初の計画以上の結果を出せたと考える理由である。溝呂木・ヘック反応はアルケン合成の重要な手法の一つである。しかしながら有機硫黄化合物はアニオン性硫黄脱離基の触媒金属に対する強い配位や触媒毒性のため溝呂木・ヘック反応への利用は困難である。近年,酸化的付加が容易で脱離基が中性となるアリールスルホニウムを用いることで溝呂木・ヘック反応が達成された。しかしこの手法はアルキルスルホニウムへは展開されていなかった。そこで私はフォトレドックス触媒を用いてスルホニウムを一電子還元することで生じるラジカル種の利用を着想した。検討の結果,フォトレドックス触媒としてfac-Ir(ppy)3を用い,塩基としてNa2CO3を用いることで青色LED照射下ベンジルスルホニウムブロミドとスチレン類が反応することを見いだした。フォトレドックス触媒系の高い官能基許容性のため,本反応は種々の置換基を有するスルホニウムやアルケンに対し適用可能であった。また,スルホニウムの対アニオンが反応に与える影響についても検討を行った。スルホニウムブロミドを原料として用いた場合収率よくアルケンが得られたが,スルホニウムトリフラートを用いた場合は目的のアルケンのほかに第三級アルコールが副生した。
熱ショック転写因子HSF1の温度感知機構の比較生物学的解析

生物の細胞内で様々な生命活動を担うタンパク質による化学反応は、温度による影響を大きく受けていることは自明である。生物は様々な環境温度に生育しており、それぞれの生物の生体内で様々な反応が正常に行える上限の温度は各生物の環境温度に依存している。この上限温度を超えそうな時に働く機構が熱ショック応答である。熱ショック転写因子(HSF)1は熱ショック応答のトリガー分子であり、生物が生育できる上限の温度を決める一端を担っている。本研究では、生息温度が異なる生物種HSF1を用いて比較解析により温度感知機構を明らかにし、HSF1の分子進化を通じて、生物の環境温度適応戦略にアプローチする。
フェーズフィールド法とデータ同化による拡散相変態挙動の高精度予測の実現

フェーズフィールド(PF)法は、材料中で生じるミクロ組織形成を解析するための数値シミュレーション手法として注目されている。しかし、PFシミュレーションに用いるパラメータや初期状態は、実験結果との単純な比較により推定されてきた。本研究では、データ同化法を用いて実験データをPFシミュレーションに取り込み、パラメータの効率的推定、シミュレーションの精度向上を目指す研究を実施した。その結果、アンサンブルカルマンフィルター(EnKF)がPF法の逐次データ同化アルゴリズムとして適していることを明らかにした。さらに、双子実験によりEnKFを用いることでパラメータ推定が可能であることを実証した。本研究では、マルチフェーズフィールド(MPF)法を用いた鉄鋼材料のミクロ組織形態の形成シミュレーションの予測精度を実験データに基づき飛躍的に向上させる逐次データ同化手法を構築することを目的としている。特に、鉄鋼材料の製造工程で形成され、材料強度を支配する最も基本的かつ重要なミクロ組織であるFe-C合金中のフェライト相の形態とその時間変化を定量的に予測するための最適なデータ同化アルゴリズムの検討、データ同化を行うために必要な実験データセットの取得を行っている。平成25年度においては、当初計画の通りに研究を推進した。MPF法と逐次データ同化法を用いて、Fe-C合金におけるオーステナイト→フェライト変態の高精度な予測結果を得るためには、MPFモデル自体の計算精度が高く、実験結果と比較できる情報を多く生み出す方が好ましい。そこで、過去の研究で構築してきたFe-C合金のオーステナイト→フェライト変態MPFモデルにマイクロメカニクスによる応力場解析を導入し、フェライト相の形成に伴う炭素濃度場と応力場の変化を解析可能とした。なお、これによる計算コストの増大という問題を解決するために、Graphics Processing Unit(GPU)による並列計算法を適用した。また、最適化法や逆問題を専門とする研究者とのディスカッションを通じ、MPFシミュレーションの予測精度を向上させる逐次データ同化アルゴリズムの検討を行い、粒子フィルターが最適であるとの結論に達し、MPF法への適用を開始した。さらに、MPFシミュレーションに逐次データ同化を適用し、予測精度を向上させるためには、正確に測定された実験データが必要となる。Fe-C合金の熱処理実験およびミクロ組織観察を実施し、次年度の研究の基礎データとなる実験データを取得・蓄積した。本研究では、マルチフェーズフィールド法とデータ同化手法を用いて、鉄鋼材料における固相変態によるミクロ組織形成シミュレーションの予測精度を飛躍的に向上させる数値計算方法を開発することを目的としている。目的達成のために、最も基本的かつ重要なFe-C合金を研究対象とし、フェライト相形成過程を定量的に予測するために最適なマルチフェーズフィールドモデルの選定、データ同化手法の検討、必要な実験データセットの取得を行うことが必要である。平成26年度においては、平成25年度の研究で得た知見に基づき、(1)Fe-C合金の化学的自由エネルギーを正確に評価しつつ計算が可能なマルチフェーズフィールド計算手法を開発した。当該マルチフェーズフィールドモデルで得られる計算結果と比較するための実験データの取得方法について検討した。また、(2)将来的に加工と同時に生じるフェライト相形成過程をもデータ同化との融合により高精度に予測可能とするために、動的フェライト変態のマルチフェーズフィールドモデルの開発にも着手した。さらに平成25年度の研究から継続して、(3)データ同化を専門とする研究者とのディスカッションを重ね、マルチフェーズフィールドシミュレーションの予測精度を向上させる最適なデータ同化アルゴリズムの検討を行った。その結果、アンサンブルカルマンフィルターも有力なデータ同化手法であるとの結論に達し、MPF法への適用を開始した。本研究では、数値シミュレーションモデルと実験データを融合する手法として注目されているデータ同化法を応用し、鉄鋼材料中で生じる拡散型固相変態によるミクロ組織形成過程のフェーズフィールドシミュレーションの精度を飛躍的に向上させるための数値解析手法を開発することを目的とした。平成25, 26年度の研究では、鉄鋼材料中で生じる拡散型固相変態のうち最も基本的かつ重要なオーステナイト→フェライト変態(以後、フェライト変態と記する)を研究対象とすることに決定し、Fe-C合金またはFe-C-Mn合金におけるフェライト変態のフェーズフィールドシミュレーションのプログラム開発および最適なデータ同化手法の選定を行った。その結果、データ同化による状態推定精度および実装(プログラムの開発)に容易性の観点から、アンサンブルカルマンフィルタ(EnKF)がフェーズフィールド法のデータ同化法として最適であるとの結論に至った。最終年度の平成27年度の研究では、前年度までに構築したFe-C-Mn合金におけるフェライト変態のフェーズフィールドモデルを基礎とし、計算状態図法で得られる当該合金の化学的自由エネルギーを組み込んだプログラムを開発した。さらに、そのプログラムにEnKFのアルゴリズムを実装し、双子実験と呼ばれる数値実験によりデータ同化の検証を実施した。その結果、フェーズフィールドシミュレーションの結果を大きく左右するパラメータであり、実験での直接測定が困難なフェーズフィールドモビリティーを、簡単な実験により取得可能なデータから正確に推定可能であることを実証した。

平成26年度の実施状況報告時までに、Fe-C合金におけるフェライト相形成を再現するためのマルチフェーズフィールドモデルを構築し、さらには、応力場の計算アルゴリズムを導入して変態に伴う応力場の発展と体積変化の解析を可能とした。また、データ同化によりマルチフェーズフィールドシミュレーションに取り込む実験データを取得するための実験データを取得してきた。しかしながら、実験データとの定量的な比較検証のみならず、実験データを取り込んだ精度の高いシミュレーションを実施するためには、Fe-C合金の化学的自由エネルギーを正確に評価しつつ計算が可能なマルチフェーズフィールド計算手法が必要であることが判明し、CALPHAD法に基づき得られる自由エネルギーを取り込んだ計算手法を開発した。また、本研究で開発するデータ同化とマルチフェーズフィールド法を融合した計算手法を、加工中におけるフェライト変態挙動にも将来的に適用可能とするために、動的フェライト変態を表現できるマルチフェーズフィールドモデルを開発した。さらに、平成25年度より継続して、マルチフェーズフィールド法と最も相性の良いデータ同化手法の検討を行い、粒子フィルターよりもアンサンブルカルマンフィルターの方が適していると判断し、アンサンブルカルマンフィルターを導入したマルチフェーズフィールド計算手法の構築に着手した。しかしながら、アンサンブルカルマンフィルターを導入したマルチフェーズフィールド計算手法の構築が大幅に遅れているため、1年間の研究期間の延長を申請することとなった。機械材料、材料工学、フェーズフィールド法平成27年度の研究においては、平成26年度の研究の遅れを取り戻すため、アンサンブルカルマンフィルターを導入したマルチフェーズフィールド計算手法の構築を早急に完了させる。そのために、データ同化を専門とする東京大学地震研究所の長尾准教授との議論を重ねる。また、上記のマルチフェーズフィールド計算手法の構築と平行して、データ同化により取り込む実験データの取得を行う。平成27年度においては、熱膨張計を用いて、材料の加熱と冷却を繰り返す、繰返し変態法を採用し、フェライト相の体積分率変化を取得する予定である。平成25年度の研究計画では、(1)Fe-C合金におけるフェライト変態の3次元MPFモデルの改良と(2)逐次データ同化に用いるミクロ組織因子の時間変化データの取得を行うことを計画した。
酸性雨の浸透による土壌塩基類・アルミニウムイオンの溶脱予測に関する研究

土壌の酸緩衝機能を表す化学平衡式と、土壌中の水分移動を近似的に表すミキシング・セルモデルを結合し、pH2,3硫酸溶液が浸透した場合の土壌塩基類とアルミニウムイオンの溶脱予測を試みた。化学平衡式はアルミニウムの溶解、溶解したアルミニウムイオンと塩基類との陽イオン交換、炭酸塩平衡、硫酸イオン吸着、および電気的中性条件、硫酸イオンと塩基類の質量保存則より構成した。溶解したアルミニウムイオンと塩基類のイオン交換は、1次鉱物の風化と共に酸緩衝機能を表す項として一括して化学平衡式の中に組み入れた。ミキシング・セルの諸元は土壌中の溶質移動の分散長に支配されるため、硫酸溶液浸透測定時に得られる硫酸イオンの相対濃度比曲線に、線形吸着を仮定した溶質移動式の解析解を適用して分散長を算出した。土壌粒子と硫酸溶液との反応は両者の接触表面積に支配され、表面積は土壌粒子の粒径により異なる。酸緩衝機能が土壌粒子の粒径に依存することを明らかにするために、2mm以下と0.4mm以下の火山灰土壌の団粒をそれぞれ用いた。pH2,3硫酸溶液を粒径の異なる土壌カラムに浸透させ、塩基類の累積溶脱量および硫酸イオンの累積吸着量を比較すると、いずれも0.4mm以下団粒土壌の方が2mm以下団粒を上回った。従って、酸性溶液の浸透による酸緩衝容量は土壌と溶液の接触表面積に支配されることが明らかになり、これらの効果を予測式の中に考慮する必要性が示された。化学平衡式とミキシング・セルモデルを用いた予測手法の中で、土壌粒子と溶液との接触の程度を考慮し、pH2硫酸溶液を浸透させた場合の溶脱液pH測定値と計算結果は良く一致した。しかし、pH3硫酸溶液浸透時の溶脱液pH測定値と計算値の適合は劣った。pH3硫酸溶液浸透時の硫酸イオン累積吸着量測定値と計算値を比較した結果、計算値が測定値を下回り、pH2に比較し硫酸イオン濃度が1/10と低い場合、硫酸イオンの吸着量を過小評価していることが要因と判断された。陽・陰荷電を有し、pHと濃度により各荷電量が変化する火山灰土壌では、陰イオン吸着による緩衝機能の評価が重要であると言える。このため、硫酸や硝酸イオンの吸着量を、濃度と水素イオン濃度の関数として表す必要が判明した。土壌の酸緩衝機能の中で、土壌の風化程度などで異なるアルミニウムの活動度とpHの関係、硫酸イオン吸着曲線等を関東ローム下層土に硫酸溶液を逐次添加したバッチ法より決定した。そして平衡定数が既知である、アルミニウムイオンの加水分解、硫酸アルミニウム生成、陽イオン交換等より緩衝機能を示す化学式を構成した。化学平衡式、電気的中性条件、および質量保存則を同時に満足するような繰り返し計算法により、バッチ法でのpH測定値と計算値を比較したところ、±pH0.3以下で計算可能であった。次いで、化学平衡式と水分移動を表すミキシング・セル理論を有機的に組み合わせ、pH2硫酸溶液を浸透させた場合の溶脱液のpH、イオン濃度の計算を行った。その結果、浸透した硫酸溶液と土壌の接触の程度を計算で考慮しないと、土壌の緩衝機能を過大評価してしまうことが、pH測定値と計算値の比較により判明した。