hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水田稲作模型・画像からみる漢代長江流域の稲作農耕の実態研究

中国各機関収蔵資料の調査を主とし、計6度渡航し、模型・画像資料の写真撮影・実測を進め、データベースを作成した。その際、発掘調査中の墓葬遺跡を参観し、模型出土状況を確認するなど、多くの未発表資料を見ることができた。この調査を基に、基本的な考古学的分析を進め、さらに文献資料・民俗資料等も参照し総合的な研究を進めた。その成果として6本の論文発表と8回の学会発表があり、また最終年度には総合的な報告書を作成・刊行した。《調査・研究概要》本年度を通じ、調査報告書から資料を収集しデータベース化をすすめ、出土地・資料数・資料の年代などの特徴を把握していった。同時に資料の分布図を作成した。これを元に東海大学渡部武教授の指導を仰ぎ、このうち最も資料が多い四川省を本年度の調査対象地とし、特に重要と思われる資料を選定し、資料調査を進めることとした。2008年9月822日、2009年2月20日3月6日に渡航、各地で実測・写真撮影を進めた。現地の都合により(四川大地震の影響や博物館の改修など)当初の予定を変更せざるを得ない場合もあったが、どうしても見ておきたいものはほぼ実見することができ、約30点ほどの資料を実見できた。調査地は四川省の成都市・新津県・新都県・彭山市・楽山市・峨眉山市・西昌市などで、各地の博物館・文物管理所を回った。《研究成果と意義》既報告の資料はほぼ集成した。これにより資料の分布状況や時期ごとの変化を把握することができた。また、資料の実見により、元の報告書の図版・写真には表わされていない重要な遺物の特徴などを発見することができ、時期・地域ごとの遺物の関係や、模型・画像に表現された農業風景の実態を知る手がかりになる。こういった基礎的研究がほぼ固まったので、地域を広げて同様の調査をし、実証的研究をすすめていくことが可能になった。この他、未報告・未公開資料が多数あり、現地研究者の協力により実見することができた。これらは、プライオリティの問題で日本において研究に用いることはできないが、参考価値は非常に高く、今後の研究に示唆を与える点が大きい。以上の調査・研究のうち、いくつかの問題について論文発表・学会発表を行った(11.研究発表参照)。本年度は、第一年度目に引き続き、現地における資料調査と資料のデータベース化を進め、主に基礎的研究を行った。調査においては、都合三度中国へ渡航し、四川省文物考古研究所・四川省博物院・重慶市文物考古所・三峡博物館・貴州省文物考古研究所・貴州省博物館・中国農業博物館・南京博物院・広州市博物館のほか、四川省内の各県単位の文物管理所・博物館を訪問し、模型資料の実測・写真撮影、画像資料の撮影を行った。この調査により、当初の目的としていた現地における資料調査をおおよそ終了することができた(最終年度に補完のため12度の渡航を予定している)°さらに収集資料について、観察結果・資料年代・出土地などの情報をまとめてデータベース化を進め、基礎データの作成を行った。そしてこれをもとに、型式学的研究や地理的分布の研究をすすめ、模型・画像資料の歴史的発展を把握し、基礎的な研究を確立することができた。今年度の調査・研究は最終年度における総合的研究の下地を作ることが主であり、その準備ができたといえるが、これまで資料の集成がなされず分散したままで、かつ過去の発掘報告で図面・写真等正確に報告されていなかった一連の資料に対し、資料を集成してデータベース化し、不備のある資料状況を正確に把握することができたことが重要である。このほか本研究に関して、本年度は論文発表4本・学会発表3件を行った。本年度は最終年度であるため、資料補充のための現地調査と報告書作成を主に行った。現地調査においては、これまで現地機関の都合で調査できず、実見することのできなかった資料を補充するため、8月に一度中国へ渡航し、陜西省文物考古研究院・漢中市博物館・成都市文物考古研究所・昆明市博物館・雲南省文物考古研究所等を訪問し、模型資料および画像資料等の関連資料の実測・写真撮影を行った。この調査により、初年度から進めていた資料の現地調査を全て終了した。これに基づき、収集資料の整理をすすめデータベース化を終え、総合的研究の基礎資料をそろえた。以上により、これまで見落とされていた資料も多数収集することができ、また基礎資料を基に、型式分類を進め、出土地分布の検討などを行い、これまで当該資料について行われていなかった考古学的基礎分析も終えることができた。以上の基礎資料・基礎分析および初年度・第二年度の基礎的研究を基として、模型・画像資料の考古学的研究を進め、遺物としての発展とその背景にある歴史的意義の検討を行った。その成果について、今年度においては学会発表3件を行い、経過報告を進めた。

さらに報告書の完成に向け、総合的な歴史的研究を大幅に進めた。以上を総合し、年度末に報告書を刊行した。これまでに発表した論文および学会発表内容に追記・修正を加えて採録し、資料データベースも掲載し、また書き下ろし論文を加えたものである。これにより、考古学資料から漢代の稲作の実態を具体化することができた。
地殻応力変化と地震波を用いて連続監視する試み

掘らずに応力を連続測定する新しい方法を提案した。ここで用いる方法は、S波偏光異方性を利用し、地下割れ目の諸性質(方向、密度、形状比等)を求め、地下応力状態を推定する方法である。応力下におかれた岩石中のクラックは異方性を示す。この異方性岩石中をS波が通過すると、S波偏光異方性とよばれる2つの波に分離する現象が起きる。この2つの波の振動方向、到達時間差、減衰(Q値)の差から、上記割れ目のパラメータを詳しく求めることができる。これらは理論的にも実験的にも古くから知られていたが、実際の地殻に応用されることはほとんどなかった。本研究では400個の微小地震を用い、近畿地方地殻内クラックの方向、密度等の推定に成功した。このクラックの方向は圧力軸の方向に一致し、我々の方法の確かさが裏付けられた。この研究の目的は、全国の地震観測点の記録を収集解析及び観測から地殻内割れ目の諸性質・応力状態を推定することにある。特に大地震の前後での微小クラックの変化の検出に注目し解析・観測を進めた。このような地殻内の微小な変化を検出できるのは、今のところ、S波偏光異方性を用いる方法だけであることが明らかになった。クラックにより偏光分離した2つのS波の振動方向・到達時間差・Q値の差は、クラックの方向・傾斜・密度・形状比を与える。これを利用し微小地震観測点で記録された地殻地震のS波を用い、それぞれの観測点下の応力分布変化を推定した。ここでは偏光分離した2つのS波到達時間差は0.2秒以下であるため、時期テープに集録された記録のみを解析した。我々の最近の成果を基に掘らずに地下深い応力を連続測定する新しい方法を提案した。S波偏光異方性を利用し、地下割れ目の諸性質(方向,密度,形状比等)を求め、地下応力状態を推定する方法である。この異方性岩石中をS波が通過すると、S波偏光異方性と呼ばれる2つの波に分離する現象が起きる。この2つの波の振動方向,到達時間差,減衰(Q値)の差から、上記割れ目のパラメータを詳しく求めることができる。本年我々は400個の微小地震を用い、近畿地方地殻内クラックの方向・密度等の推定に成功した。このクラックの方向は圧力軸の方向に一致し、我々の方法の確かさが裏づけられた。この研究の目的は、全国の地震観測点の記録を収集解祈、及び観測から地殻内割れ目の諸性質・応力状態を推定することにある。特に大地震の前後での微小のクラックの変化の検出に注目し解祈・観測を進めた。クラックにより偏光分離した2つのS波の振動方向・致達時間差・Q値の差は、クラックの方向,傾斜,密度,形状比を与える。これを利用し微小地震観測点で記録された地殻地震のS波を用い、それぞれの観測点下の応力分布変化を推定する。ここでは偏光分離した2つのS波致達時間差は0.2秒以下であるため、磁気テープに収録された記録のみを解析した。結果は現在解祈中である。以たような試みは南カリフォルニアでも行われ、時間差の有意な変化が検出されたの報告がある。

昨年度は,従来の応力測定法とまったく異なり,掘らずに地下深い応力を連続測定する新しい方法を提案した. S波偏光異方性を利用し,地下割れ目の諸性質(方向・密度・形状比等)を求め,地下応力状態を推定する方法である.応力下におかれた岩石中のクラックは異方性を示す.この異方性岩石中をS波が通過すると, S波偏光異方性と呼ばれる2つの波に分離する現象が起きる.この2つの波の振動方向,到達時間差,減衰(Q値)の差から,上記割れ目のパラメータを詳しく求めることができる.これらは理論的にも実験的にも古くから知られていたが,実際の地殻に応用されることはほとんどなかった.昨年度は400個の微小地震を用い,近畿地方地殻内クラックの方向・密度等の推定に成功した.本年度は観測点を新たに設置し,従来の我々のモデル(クラック異方性)を検証し,方法の確かさを裏づけた.さらに本年度は四国全域の地震観測点の記録を収集解析及び観測から地殻割れ目の諸性質・応力状態を推定した.特に大地震前後での微小クラックの変化の検出に注目し伊豆大島噴火前後の記録の解析を行ったのが注目される.このような地殻内の微小な変化を検出できるは,今のところS波偏光異方性を用いる方法だけと考えられ,今後とも研究を推進する必要がある.クラックにより偏光分離した2つのS波の振動方向・到達時間差・Q値の差は,クラックの方向・傾斜・密度・形状比を与える.これを利用し微小地震観測点で記録された地殻地震のS波を用い,それぞれの観測点下の応力分布変化を推定する試みを続けて行う予定である.結果は現在解析中であるが,似たような試みは南カリフォルニアでも行われ,時間差の有意な変化が検出されたとの報告があり,興味が持たれる.
第三世代「ガラス化利用型」潜熱蓄熱技術の創成

相変化物質(PCM:Phase Change Material)の固液相変化潜熱を利用する潜熱蓄熱技術は高密度蓄熱、一定温度熱供給が可能である。そのため、排熱回収や太陽熱利用に最適な蓄熱技術である。しかし、既往の潜熱蓄熱法は長期間の熱貯蔵が不可能かつ液体状態のPCMで熱貯蔵するため、カプセル化技術が必須である。そこで、本研究では、ガラス化現象を潜熱蓄熱に応用し、カプセルレス熱輸送を実現する第三世代「ガラス化利用型」潜熱蓄熱技術の創成を目的とした。その結果、本コンセプトを実現し得る、糖アルコール系ガラス化PCMを新たに見出した。また、本コンセプトを実現しうる熱輸送プロセスを提案できた。潜熱蓄熱は相変化物質(Phase Change Material: PCM)の固液相変化潜熱を利用し、高密度蓄熱、変動熱源の恒温熱源化が可能な蓄熱法で未利用熱利用に最適である。しかし、既往の潜熱蓄熱法は長期間の熱貯蔵・輸送が不可能かつ液体状態のPCMで熱貯蔵するため、液体PCM漏出防止のためのカプセル化技術が必要である。そこで本研究では、ガラス化現象を潜熱蓄熱に応用し、カプセルレス熱輸送を実現する第三世代「ガラス化利用型」潜熱蓄熱技術の創成を目的とした。H26年度は特に未利用熱の5割以上を占める150度以下の熱源の回収を目的として糖アルコール類系第三世代ガラス化PCMの開発を実施した。単体糖アルコールの熱分析の結果、マンニトール、ズルシトール、イノシトール、マルチトール、キシリトール、アラビトール等の糖アルコール単体は容易にガラス化するが、そのガラス転移温度は極めて低い(マルチトールは除く)ことが分かった。一方、ガラス化温度向上のため上記糖アルコール単体の共晶化合物を調整したところ、マンニトール、ズルシトール、イノシトール三元系共晶化合物は15度以上にガラス転移温度を持ち、かつ容易に冷結晶化して潜熱を放熱可能であることを発見した。またこの三元系共晶化合物の蓄熱放熱サイクル試験を実施したところ、昇温速度、冷却速度の一定の条件下では融点、ガラス転移点、冷結晶化温度、融解潜熱、結晶化潜熱の全てが各サイクルでほぼ一致し、本研究で提唱しているガラス化利用型潜熱蓄熱システムに適用可能であることがわかった。潜熱蓄熱は、相変化物質(PCM:Phase Change Material)の固液相変化潜熱を利用し、高密度蓄熱・一定温度熱供給が可能なため、未利用熱利用に最適である。しかし、既往の潜熱蓄熱法は長期間の熱貯蔵、輸送が不可能かつ液体状態のPCMで熱貯蔵するため、液体PCM漏出防止のためのカプセル化技術が必須である。H27年度は提案した第三世代ガラス化利用型PCMを利用した低温排熱輸送システムの設計を重点的に実施した。その結果、熱輸送システムの設計にあたって、PCMのガラス転移温度が高い方が、長期間の貯蔵、長距離の輸送においても安定した操業が可能となった。また、放熱時にガラス転移温度以上にPCMを昇温する必要があるが、太陽熱や低温の排熱などの低エネルギーレベルの熱源を補助熱源として使用することで、エンタルピー、およびエクセルギーの点で、有利な熱回収、熱輸送システムが成立することが明らかとなった。また、排熱のプロセス内循環を想定した単距離熱輸送システムの設計にあたっては、ガラス化工程と予熱・結晶化(ガラス化解除)工程を、連結させることで、よりエネルギー回収効率の高いシステムを実現できることがわかった。H26年度予定していた新規ガラス化潜熱蓄熱材の開発に成功したため。エネルギー化学工学H26年度は共晶化することで、ガラス転移温度の高い糖アルコール系潜熱蓄熱材の開発に成功した。今後はガラス化温度が室温以上のガラス化潜熱蓄熱材開発のため、メソポーラス材料と蓄熱材の複合化や、糖アルコール以外の有機化合物の添加などを試行する。また、本年度得られたデータをもとにシステム設計を実施する予定である。
芸術活動を媒介とした統合的な自然体験を基礎とする幼児教育実践体系の構築

本研究は幼児教育において自然を豊かに感じる感覚的な体験を、芸術活動の媒介によって具体化(可視化・共有化)し、体験をより深く味わい、自然に対するイメージや思考を深めていけるような、感性的体験を基盤とした幼児教育実践体系の構築を目的とした。全国各地の幼稚園と保育園、ワークショップや大学での演習、協力園で活動を行い、「自然体験の理解と位置付け」、「自然体験と芸術活動の関係」、「体験の重層化と生態学的情報の探究」に係る実践理論(11の知見)と、感性的体験の媒介によって自然体験、生活文化、芸術活動、保育者と保護者の協同、地域との連携が有機的につながる幼児教育の実践体系(概念図)を生み出した。平成26年度は、文献調査を基に、幼稚園・保育所等で取り組まれている自然体験やESD、生活文化がどのような重なり方をするのかを明らかにし、それらが包括的に統合された自然体験の実践と理論の概要を整理し、そこに芸術活動を媒介としたカテゴリー図式を加えて仮説生成を行うことを目的とした。そこでまず自然体験で先駆的な取り組みを行っている実践園を文献や論文等をもとに抽出し、文献による実践理論の整理を進めた。文献調査と連動した国内各地でのフィールドワークを初年度から積極的に進めることができた。また、自然体験やESDと芸術活動が融合した海外の保育実践事例の調査においては、メルボルン大学アーリーラーニングセンターで調査を行い、実践の調査とインタビュー、スタッフ研修への同行や関連する他園の紹介・訪問など、充実した調査を行うことができた。その調査結果の一部をまとめたものを学会発表、大学紀要にて発表済みである。日本の伝統的な生活文化に根差した保育実践の内容については、先行研究を基に調査を進め、フィールドワークを行った園の取り組みからも具体的な事例を得ることができた。とくに地域の自然や歴史等によっても違いがあり、次年度以降の各地のフィールドワークを進めるなかで、さらに調査・検討を重ねて行く予定である。こうした調査を基に、芸術を媒介とする統合的な保育実践に関する、いくつかの一次理論(小仮説)を生み出すことができた。当初は一次理論が大きな枠組みとして構想できるものと考えたが、むしろ実際には自然や芸術の体験そのものの考察など、いくつかの体験原理の考察について、新たな理論研究が必要であることが分かり、その点での研究が進んだ。以上の成果については、学会発表5件、論文3本にて発表済みである。以上、平成26年度に予定した研究はおおむね順調に研究成果をあげている。平成27年度は,一年目に生成した仮説を検証する実践についてフィールドワークを実施し,実践事例を収集し仮説理論の実体化を図ることと,附属園や協力園等で共同実践を通して仮説理論の洗練を図ることを目的とした。昨年度の調査から得られた自然や芸術の体験理解の視点も取り入れて調査を進めるために,当初の調査方法に修正を加え,今年もフィールドワークの量的・質的拡大を図った。九州(5園),四国(1園),関西(1園),関東(2園),東北(1園)で調査を実施し,とりわけ自然体験の背景にある子どもの生活体験の実感や,自然との関係の固有性といった具体的な体験の質的側面を,保育の参与観察やインタビュー,園の実践記録の検討を通して理解することができた。生活文化や環境教育,ESDにつながりながらも,より日常的な生活実感としての自然体験のあり方を考える手がかりを多数得ることができた。また,幾つかの園では芸術表現と子どもの生活体験の充実を関連させた保育カリキュラムの構築に取り組んでおり,本研究が課題としている点について幾つかの試行的な実践と記録を有するケースも見られた。年度後半はそうした園での詳細なデータ収集を行うことができ,現在も整理分析を進めている。芸術体験を媒介とする,自然体験に根ざした幼児教育実践体系の構築に大きな手がかりを得ることができた一年であった。研究成果の発表については研究構成員での研究会議を開催し,調査内容の相互共有と仮説理論の精緻化,新たな体験理解と保育実践構造の構築に向けた分析作業が進展した。最終年度に向けて研究成果をまとめていく方針もより具体的になった。こうした成果は,論文発表2件(海外ジャーナル1件),学会発表6件(国際学会2件)にて発表済みである。以上,平成27年度に予定した研究はおおむね順調に研究成果をあげている。初年度から成果発表に取り組むことができたため,平成26年度は一部国内調査を平成27年度に移すことにしたが,それも含めて本年度は全国10園で詳細な調査を行うことができた。幾つかの園では研究代表者と分担者とが一緒に調査し,同じ事象を多角的に分析することにも努めた。保育への参与観察を通して,自然体験の実感といった質的側面についての間主観的な感受認識をもとに調査内容を省察し,インタビューや提供していただいた実践記録資料の分析から,体験を捉える保育者の視点や仮説理論の構築につながる理解を多数得ることができた。調査の中で新たな課題は多数生起してきてはいるが,調査や分析,議論が深まるにつれて,研究全体が当初の想定よりも深い段階へと進んで行く状況になってきている。研究代表者及び分担者の次年度からの所属校変更もあり,今年度予定していた附属幼稚園での仮説検証は実施できなかったものの,調査園から予想以上に詳細な実践記録提供の協力が得られたことで,ある程度自前の検証を補えるだけの実証事例のデータを得ることができた。

また幼児を対象とした自然観察会や幼稚園教諭を対象とした講習で,本研究に基づくプログラムを実施できたため,実践理論化につながる実証データも多数収集することができた。昨年度からの持ち越し分がある国内調査では,九州地区に特徴的な園が複数あったため,比較的九州地区に集中したことで,中部・北陸・甲信越,北海道での調査を次年度に残すことになったが,本年度の調査から関連する園を抽出できているため,早い時期に調査を実施することができる状況にある。成果発表はほぼ昨年同等数であるが,海外ジャーナルでの査読付き論文(1件)や国際学会発表(2件)も含んでおり,研究はおおむね順調に進展している。平成28年度は、最終年度として過去二年間で進めてきた仮説構築とフィールドワークに基づき、本研究の目的となる自然体験と芸術活動の統合理論と実践理論の構築を行った。東北地区(2件)、北海道地区(2園)でフィールドワークを行い、東北地区の幼稚園でワークショップを実施した(1件)。さらに、東京学芸大学内にある「学芸の森保育園」にて年間をとおして連携造形活動に取り組み、大学院の授業と連携して造形プログラム(10回)と作品展を開催し、自然体験や美術表現についての実践理論の検証を進めた。それによって保育における自然体験や園生活での自然に根ざした衣食住の取り組みなどの様々な体験と育ちが、芸術活動の媒介によって深まっていく取り組みを生み出すことができた。この成果は、保育者の子ども理解と保育内容へのフィードバックにつながっただけでなく、保護者や家族の子ども理解の支援へと展開していけることも明らかになった。また、多様な体験や知識、実感や記憶といった多面的な自然体験や生活体験を芸術表現の媒介によって探究していくアーツ・ベースド・リサーチ(Arts-Based Researc)に関するワークショップや海外との共同研究にも取り組むことができた。そうした成果は、国内での学会発表(4件)と論文発表(1件)、国際学会での発表(2件)と招待ワークショップ(1件)及び国際学会論文(1件)での成果発表につながった。以上、平成28年度に予定した研究は最終的に期待以上の成果となった。本研究は幼児教育において自然を豊かに感じる感覚的な体験を、芸術活動の媒介によって具体化(可視化・共有化)し、体験をより深く味わい、自然に対するイメージや思考を深めていけるような、感性的体験を基盤とした幼児教育実践体系の構築を目的とした。全国各地の幼稚園と保育園、ワークショップや大学での演習、協力園で活動を行い、「自然体験の理解と位置付け」、「自然体験と芸術活動の関係」、「体験の重層化と生態学的情報の探究」に係る実践理論(11の知見)と、感性的体験の媒介によって自然体験、生活文化、芸術活動、保育者と保護者の協同、地域との連携が有機的につながる幼児教育の実践体系(概念図)を生み出した。芸術を媒介とする統合的な自然体験の実践理論の仮説構築が予定通り進んでいる。国内の幼稚園等での調査も順調であり、各園での特色ある保育実践事例とその考え方、園長へのインタビュー等のデータも順調に蓄積し分析を進めている。同様に海外機関での調査も予定どおり行き、貴重なデータや助言を得ることができた。また、当初は文献調査による基本的な実践理論の考え方とフィールドワークによる具体的な実践が調査研究の二つの軸になると考えたが、調査が進むにつれて、自然や芸術の体験に関する考え方や概念についての考察なども必要であることが分かった。
頭頸部癌根治的放射線治療患者における腫瘍内酸素分圧の予後因子としての意義

今回の研究目的は根治的放射線治療を試行する頭頸部癌の刺入測定が可能である原発巣、頸部リンパ節において、治療前に腫瘍及び正常粘膜内腫瘍酸素分圧を測定し、局所制御率における予後因子としての意義を検討することである。平成11年度は電極校正装置の故障等により開始が遅れたため現時点までの計測は10例程度にとどまっている。観察期間は短いが、現時点での局所制御が可能であった症例の平均腫瘍内酸素分圧は40mmHg(範囲:15-80)であり、局所制御ができなかった症例の平均腫瘍内酸素分圧は10mm(範囲:3-25)であった。症例数が少ないために有意差はでていないが、局所制御率が可能であった症例のほうが平均腫瘍内酸素分圧は高かった。以上より現時点での計測はまだ少ないが予想された結果を示しており、頭頸部癌根治的放射線治療患者における腫瘍内酸素分圧は、予後因子としての意義があると推測される。さらに症例数を増やして検討を続行していく予定である。また他部位癌においても有用であると考えられるため測定、分析の検討も考慮している。今回の研究目的は根治的放射線治療を施行する頭頸部癌の刺入測定が可能である原発巣、頸部転移リンパ筋において、治療前に腫瘍及び正常粘膜内酸素分圧を測定し、局所制御における予後因子としての意義を検討することである。検討は平成11年度より行う予定であったが、以下の3点ににより、検討の進行が遅れている。すなわち、(1)平成11年度前半において、電極校正装置の故障により正確な測定ができなかった。(2)原発巣に対する刺入位置の客観的な確認が困難であった。(3)頸部リンパ筋の刺入に対して直接刺入の測定が困難であった。(1)については、現在は電極校正装置を再購入してあるため測定が可能となっている。(2)に対しては、現在ある刺入針では中咽頭癌などの比較的刺入が容易である部位のみの測定に限られてしまっていた。しかし、今回喉頭ファイバーを経由して腫瘍酸素分圧を測定する刺入針を購入中であり、用手的な測定が困難である部位(例えば、上咽頭、下咽頭、喉頭etc.)に対しても測定が可能となる。(3)については、リンパ筋の酸素分圧測定に対しては、耳鼻科の強力を得て、皮膚切開等でリンパ筋の刺入を容易にした上で測定を行うことを考慮している。以上より現時点での計測は数例にとどまっているが、今年は症例数を増やした検討が可能であり、去年の遅れを取り戻すべく検討を続行していく予定である。さらに、99年度より発売された造影剤を併用した超音波ドップラー検査により腫瘍内の血流動態を把握することが可能となったため、腫瘍内酸素分圧との比較も検討していく予定である。
低温耐性牧草の開発に向けた分子育種

シバ(Zoysia japonica)における完熟種子由来胚を外殖片とした迅速かつ効率的なカルス組織培養技術およびパーティクルガン法とアグロバクテリウム法による完熟種子由来胚へ遺伝子を導入する新技術を確立した。チモシーから単離した高重合度フルクタンを合成する遺伝子(PpFT1)は、低温順化条件でフルクタンと高い含量のグルコースを蓄積し、耐凍性向上に寄与することを確証した。また、ペレニアルライグラス由来CBF遺伝子(LpCBFIVa)は開花を遅らせるが、耐凍性を向上させることを明らかにした。低温耐性に関連する複数のフルクタン合成酵素遺伝子やCBF遺伝子が、寒地型イネ科牧草から単離・同定されている。そこで、フルクタン合成能力のないシバ(Zoysia japonica)への効率的な遺伝子導入技術の確立を行いながら、これら寒地型イネ科牧草由来の遺伝子のシバへの導入を図る。得られる形質転換植物体の解析から、関連遺伝子の代謝ネットワーク等における機能を明らかにする。また、シバは低温耐性がないため、導入された遺伝子により低温耐性の向上も期待できる。低温耐性に関連する複数のフルクタン合成酵素遺伝子やCBF遺伝子が、寒地型イネ科牧草から単離・同定されているが、遺伝子発現様式の異なる種々のタイプが存在することが明らかになっている。そこで、本研究グループがこれまでに単離したこれら遺伝子子をフルクタン合成能力がないシバ(Zoysia japonica)へ導入し、得られる形質転換植物体の解析から、これら遺伝子の代謝ネットワーク等における機能を明らかにする。また、シバは低温耐性がないため、導入された遺伝子により低温耐性が向上することが期待される。本年度得られた研究成果は、第一にシバにおけるエンブリオジェニックカルスの形成技術を確立した。完熟種子から胚のみを切り出し、カルス誘導培地に置床することにより、カルス誘導率が高まった。また、培地はLS培地よりMS培地が形成率に優れた。植物体再生培地へのサイトカイニンの効果を検討したところ、チジアズロン(TDZ)が高いシュート形成を示した。TDZを含む培地で長期間培養すると薬害が発生するため、シュートが形成された直後にベンジルアミノプリン(BA)を含む培地に移し替えることが有効であった。第二に、得られたエンブリオジェニツクカルスを用いてアグロバクテリウムによる遺伝子導入を行う上での諸条件として、アグロバクテリウムの菌株、共存培養の期間、およびアセトシリンゴン濃度についての最適条件を明らかにした。また、完熟種子から切り出した胚を用いてアグロバクテリウムを直接感染させる方法についても検討した。第三に、ペレニアルライグラス由来フルクタン遺伝子であるprft1, prft3, prft5、CBF遺伝子であるLpCBFIb, LpCBFIVaおよびチモシー由来フルクタン遺伝子であるtyft61のcDNAをCaMV35Sプロモータ下流に連結した形質転換用バイナリーベクターを構築した。そこで、本研究グループがこれまでに単離したこれら遺伝子をフルクタン合成能力がないシバ(Zoysia japonica)のへ導入し、得られる形質転換植物体の解析から、これら遺伝子の代謝ネットワーク等における機能を明らかにする。本年度得られた研究成果は、第一に、昨年度からの継続試験から、シバにおける迅速かつ効率的な組織培養技術を確立した。完熟胚を外植片に用い、5mg/L2,4-Dと0.2mg/Lベンジルアミノプリン(BA)を含むMS培地でカルスを誘導し、1mg/Lチジアズロン(TDZ)を含む培地でシュートを誘導した後、1mg/L BAの培地に移し替えることにより、植物体が容易に再生され、カルス誘導から植物体再生までにわずか18週間を要するのみで、既報培養法より時間が短縮され、実験の効率化が可能になった。第二に、エンブリオジェニックカルスを用いてアグロバクテリウムを感染させる諸条件を前年度に引き続き検討し、遺伝子導入効率を改良するとともに、完熟種子から切り出した胚を用いてアグロバクテリウムを直接感染させる方法を検討した。胚の直接感染法は効率的な遺伝子導入手法であり、高頻度で導入遺伝子の発現を確認している。第三に、ペレニアルライグラス由来フルクタン遺伝子であるprft3,prft4について、アグロバクテリウムによる遺伝子導入を行い、当該遺伝子が導入されたと考えられる薬剤耐性カルスおよびシュートを得ている。現在、植物体への遺伝子導入を確認中である。

低温耐性に関連する複数のフルクタン合成酵素遺伝子やCBF遺伝子が、寒地型イネ科牧草から単離・同定されている。そこで、フルクタン合成能力のないシバ(Zoysia japonica)への効率的な遺伝子導入技術の確立を行いながら、これら寒地型イネ科牧草由来の遺伝子のシバへの導入を図る。得られる形質転換植物体の解析から、関連遺伝子の代謝ネットワーク等における機能を明らかにする。また、シバは低温耐性がないため、導入された遺伝子により低温耐性の向上も期待できる。シバではエンブリオジェニックカルスからの再生が必ずしも容易ではないことから、完熟種子から取り出した胚を7日間前培養し、アグロバクテリウムを7日間共培養させた後、1mg/L BA、1mg/L2,4-Dの植物ホルモンを含む培地で培養することにより、効率的に、数多くの組換えシュートを形成できる遺伝子導入系を確立した。また、エンブリオジェニックカルスについても、パーティクルガン法による遺伝子導入に関する最適条件を明らかにした。ペレニアルライグラスから単離したフルクタン合成酵素遺伝子(prft1,prft2,prft3)を組み込んだベクターを導入して得られた組換え体における遺伝子発現を確認中である。ペレニアルライグラスから単離された2つのCBF遺伝子(LpCBFIb、LpCBFIVa)をシロイヌナズナに導入して、過剰発現させ、その機能の違いを明らかにした。LpCBFIbは成長を阻害したが、LpCBFIVaは開花を遅らせるとともに耐凍性を向上させることを確認することができた。今後、この遺伝子をシバに導入する。そこで、これらの遺伝子における低温耐性に関する機能を明らかにするとともにこれらの遺伝子をシバ(Zoysia japonica)への導入を試みる。チモシーから単離したフルクタン合成酵素(FT)遺伝子の機能解析を行った。当初、シバに遺伝子導入して機能解析をする予定であったが、組換え実験系の確立が遅れたため、イネ科モデル植物を用いて、チモシーから単離した高重合度フルクタン遺伝子(PpFT1)の機能解析を行った。Brachypodium distachyonの二倍体自殖系統「Bd21-3」未熟胚由来エンブリオジェニックカルスを用いて、アグロバクテリウム法によりトウモロコシ由来ユビキチンプロモーターに接続したPpFT1を導入して、形質転換植物を得た。3世代自殖を繰り返し、T_3世代で表現型を解析した。FT遺伝子の導入により明らかな生育障害が認められたが、形質転換植物ではフルクタンの生成が認められた。常温下では形質転換植物の耐凍性向上がみられなかったが、低温順化することにより、重合度の高いフルクタンが蓄積され、また、対照植物との比較で10倍以上の高い含量のグルコース蓄積がみられた。そのため、PpFT1を導入した系統では、単糖の大幅な増加などの糖組成の変化が耐凍性向上に寄与したと推察されたが、生成されるフルクタンと耐凍性の関連性は明確にはならなかった。シバにおける遺伝子導入技術が、当初計画どおりに進まなかったので、新しい形質転換技術を確立するために、シバ完熟種子から切り出した胚を数日間前培養してからパーティクルポンバードメント法やアグロバクテリウム法によって形質転換させる手法を、昨年度に引き続き、検討した。
^<14>Nの固体高分解能NMRの開発と生体分子への応用

本研究の目的は,我々が最近成功した粉末試料での^<14>Nの高分解能NMR測定を一般的に行えるように完成すること,および,主にペプチドなど生体分子の構造研究に応用することである.助成を受けた2年間に以下の研究成果を得た.(1)NMR装置を構築した三重共鳴用NMR送受信機を購入し,現有の磁場,パワーアンプ,自作プローブと組み合わせることで,最適な条件で^<14>Nの観測が行えるようなシステムを構築した.また,MAS試料回転周波数のモニターと安定化のための装置も自作・開発した.(2)間接測定された^<14>N線形の理論的な解釈を行った本手法において得られた四重極パラメータから,窒素核周りの電子状態や構造に対する知見を得るために,まず,四重極パラメータの既知の簡単な分子を用いて,Gaussian-98などのab initio分子軌道計算による評価を行い検討した.(3)αヘリックスとβシート構造の決定ペプチドの二次構造の代表であるαヘリックスとβシート構造に含まれる窒素の四重極パラメータの計算を行い,線形のシミュレーションを行ったところ,これらの2次構造を本手法で区別することが可能であることが示された.そこで,αヘリックス,βシートをとることが知られている7種類(αヘリックス4種類,βシート3種類)のペプチドを固相合成法により準備し,2種類の試料について測定・解析を行った.その結果,計算で予測された傾向と逆の結果が得られたが,本手法によりペプチドの2次構造を決定することが出来ることを示すことが出来た.現在,ab initio計算の見直しを行っている.本研究の目的は,我々が最近成功した粉末試料での^<14>Nの高分解能NMR測定を一般的に行えるように完成すること,および,主にペプチドなど生体分子の構造研究に応用することである.助成を受けた2年間に以下の研究成果を得た.(1)NMR装置を構築した三重共鳴用NMR送受信機を購入し,現有の磁場,パワーアンプ,自作プローブと組み合わせることで,最適な条件で^<14>Nの観測が行えるようなシステムを構築した.また,MAS試料回転周波数のモニターと安定化のための装置も自作・開発した.(2)間接測定された^<14>N線形の理論的な解釈を行った本手法において得られた四重極パラメータから,窒素核周りの電子状態や構造に対する知見を得るために,まず,四重極パラメータの既知の簡単な分子を用いて,Gaussian-98などのab initio分子軌道計算による評価を行い検討した.(3)αヘリックスとβシート構造の決定ペプチドの二次構造の代表であるαヘリックスとβシート構造に含まれる窒素の四重極パラメータの計算を行い,線形のシミュレーションを行ったところ,これらの2次構造を本手法で区別することが可能であることが示された.そこで,αヘリックス,βシートをとることが知られている7種類(αヘリックス4種類,βシート3種類)のペプチドを固相合成法により準備し,2種類の試料について測定・解析を行った.その結果,計算で予測された傾向と逆の結果が得られたが,本手法によりペプチドの2次構造を決定することが出来ることを示すことが出来た.現在,ab initio計算の見直しを行っている.本研究の目的は,我々が最近成功した粉末試料での^<14>Nの高分解能NMR測定を一般的に行えるように完成すること,および,主にペプチドなど生体分子の構造研究に応用することである.この目的に向かって,14年度は1)測定に必要なNMR装置の制作を行い,2)理論的な検討を行った.1)NMR装置の構築本研究には,マジック角試料回転(MAS)下の試料に,^<13>C,^<14>Nのオーバートーン,^1Hにラジオ波照射が可能な三重共鳴NMRシステムが必要である.予備的な実験は,4.7T用の自作の二重共鳴NMR装置に自作の^<14>N照射ユニットを用いて行ったが,^<14>N照射周波数の掃引は手動で行わなければならないことや,照射の位相の設定が難しいなど,ペプチドなどの実際の試料に適用するには困難なことがわかった.そこで,本研究では,三重共鳴用NMR送受信機を購入し,現有の磁場,パワーアンプ,自作プローブと組み合わせることで,最適な条件で^<14>Nとの観測が行えるようなシステムを構築した.また,MAS試料回転周波数のモニターと安定化のための装置も自作・開発した。2)間接測定された^<14>N線形の理論的な解釈本手法においては,^<14>Nの線形は^<13>Cの線幅として間接的に測定される.得られた四重極パラメータから,窒素核周りの電子状態や構造にたいする知見を得るために,まず,四重極パラメータの既知の簡単な分子を用いて,Gaussian-98などのab initio分子軌道計算による評価を行い検討した.本研究の目的は,我々が最近成功した粉末試料での^<14>Nの高分解能NMR測定を一般的に行えるように完成すること,および,主にペプチドなど生体分子の構造研究に応用することである.この目的に向かって,15年度は(1)ペプチドの二次構造の代表であるαヘリックスとβシート構造に含まれる窒素の四重極パラメータの計算(2)αヘリックスとβシート構造を取るモデルペプチド試料の合成(3)モデル試料における測定を行った.

14年度にモデル化合物を用いて評価したab initio分子軌道計算(Gaussian98)を用いて,ペプチドの二次構造の代表であるαヘリックスとβシート構造に含まれる窒素の四重極パラメータの計算を行った.両構造で標準的なモデルを用いて計算した結果,αヘリックスに含まれる窒素の四重極はe^2qQ/h=-3.7MHz,η=0.27,βシートの窒素はe^2qQ/h=-4.1MHz,η=0.29と得られた.つまり,βシートの窒素の四重極の絶対値はαのそれよりも数100kHz大きいことが示唆された.この値に基づき線形のシミュレーションを行ったところ,この差は本手法で充分に観測可能な差であることが示された.そこで,αヘリックス,βシートをとることが知られている7種類(αヘリックス4種類,βシート3種類)のペプチドを固相合成法により準備した.今までの所,2種類の試料についてのおおまかな測定・解析が終わり,ほぼ計算で予測された挙動を示していることが確認されている.
線虫で創るヒト疾患モデル―糖鎖難病の解明にむけて

近年、病気の原因として糖鎖遺伝子の同定例が激増し、糖鎖生物学者が医療機関にリクルートされる時勢となっている。私達はヒトの糖鎖遺伝子異常による疾患の治療、研究に役立つように、線虫とヒトの糖鎖遺伝子を相互に解析する研究を進めてきた。ヒトの病気に関わる糖鎖遺伝子の解析実験は順調に進行し、1ヒトの先天性グリコシル化異常症の原因遺伝子DPAGT1の線虫オーソログがalgn-7であることを確定し、線虫での表現型(初期胚細胞分裂異常、浸透圧異常、卵母細胞の分裂異常)等を発見、この異常の原因となるN型糖鎖付加タンパク質遺伝子をdatabase検索と実験で確定した。2同様の解析をコンドロイチン合成酵素でも行い短指症や細胞分裂異常の分子メカニズム解明の手がかりを得た。更に3線虫に硫酸化コンドロイチンが存在することを発見し硫酸化酵素を同定、酸化ストレスとの関連を指摘し論文発表した。4配偶子幹細胞ニッチの維持に不可欠なGPIアンカー型タンパク質も同定し、5acetylCoA transporterの欠失とヒトの病気との関連も発見、6ヒトのO157感染モデルとして作製した線虫を利用して毒素の作用で変動する遺伝子群を同定し、発症と予防につながる手がかりを得て、RT-PCRでの確認を済ませた。その他、N型糖鎖合成遺伝子のKO株も二株取得し解析を終えた。以上の研究成果の一部は学会発表し26については論文投稿準備中である。CGGDBのデータベース改変、公開は予定通り終了し現在も改良中である。今後はより緊密なメンテナンスが可能な自前のサーバーによる公開を行うため、サーバーの移行を検討中である。ヒトの糖鎖遺伝子異常症のモデルとしてDPAGT1,GPI-アンカー型タンパク質の異常による配偶子形成の激減に関与するタンパク質の同定などはCRISPR-Cas9による遺伝子破壊実験も利用しつつすすめており近々論文発表の予定である。またヒトのO157感染モデルとして作製した線虫への毒素感染後のDNAマイクロアレイデータの解析も終えており、RT-PCRによる確認結果も含めて論文発表予定である。またコンドロイチン合成酵素の異常がヒトでは短指症をひきおこすのだが、その線虫モデルとして線虫の雄の生殖器形成異常が役立つことをはじめて見いだし、論文発表予定である。また2016年にはJ. Biol. Chem.誌に、従来線虫に存在しないとされていた硫酸化コンドロイチンの存在とその合成酵素を初めて明らかにし、それが酸化ストレス防御と関連するという論文を発表した。さらに配偶子幹細胞ニッチの維持に不可欠なGPIアンカー型タンパク質の同定も順調にすすみCrispr-Cas9でのKO株取得と解析もすすんでいる。またacetylCoA transporterのKO株の解析も進み、新たなヒト疾患遺伝子を同定できた。以上の線虫でのヒト糖鎖遺伝子病のモデル研究の成果によって、さまざまな新たな遺伝子が同定されており、各遺伝子の線虫でこそ可能なネットワーク解析と実験によって画期的な研究のブレイクスルーがもたらされることが確信できた年度であった。ただヒト化線虫の作製については最も有効な遺伝子とその解析結果の評価について慎重に検討を進めているため、まだ実施していない。以上の進捗状況から、おおむね順調に進展していると自己点検評価した次第である。ヒトの糖鎖遺伝子の異常アレルは最新の見積によるとアメリカ合衆国の人口の20%を占めるという。ゲノム配列解析コストの低減に伴い、病気の原因として糖鎖遺伝子が見つかる例が激増しており、NGLY1遺伝子について大いに注目されたように糖鎖生物学者が多数病院にリクルートされる時代になっている。私達はヒトの糖鎖遺伝子異常にともなう疾患の治療、研究に役立つことを目標に線虫とヒトの糖鎖遺伝子を相互に解析する研究をすすめてきた。今後の推進方策としては:1研究項目の殆どについて、順次、論文を発表する予定である。2現在まで得られた研究成果で新たに同定された、異常な表現型に関与する遺伝子について阻害実験やヒトオーソログのデータベース解析、ヒト疾患データベースでの解析などを続けて、発症に必須のメカニズムの解析の手本となる研究を実施する予定である。新たに同定した遺伝子には、ごく最近糖鎖遺伝子異常疾患の原因と同定されたものも多数含まれており解析中である。3さらに、糖鎖遺伝子の多くが、生殖幹細胞と初期胚の細胞分裂の進行に不可欠であることが本研究で確実になった。細胞分裂と糖鎖遺伝子の関連についての大規模研究の基礎になるように研究をすすめていくつもりである。これに関しては野村らが以前発表したコンドロイチン合成酵素が細胞分裂制御に関わっているという研究(Nature, 2003)についても、分子メカニズムの解明のてがかりが得られたので研究を進める。4現在まで見いだした糖鎖遺伝子とその関連遺伝子をもとに、これらの遺伝子の相互作用ネットワーク解析を進めて、糖鎖遺伝子疾患の発症メカニズムについての画期的な成果が得られるように研究を継続する方針である。5こうした成果を集約し、同様の研究が簡単に実施できるように、CGGDB databaseを改良し、自前サーバーで公開して改良をさらに加速する。論文投稿費用および、次世代シークエンサーから得られるデータ解析と自前でのCGGDB(データベース)公開用サーバーの構築のための費用にあてる予定である。

ヒトの病気に関わる糖鎖遺伝子の解析実験は順調に進行し、1ヒトの先天性グリコシル化異常症の原因遺伝子DPAGT1の線虫オーソログがalgn-7であることを確定し、線虫での表現型(初期胚細胞分裂異常、浸透圧異常、卵母細胞の分裂異常)等を発見、この異常の原因となるN型糖鎖付加タンパク質遺伝子をdatabase検索と実験で確定した。2同様の解析をコンドロイチン合成酵素でも行い短指症や細胞分裂異常の分子メカニズム解明の手がかりを得た。更に3線虫に硫酸化コンドロイチンが存在することを発見し硫酸化酵素を同定、酸化ストレスとの関連を指摘し論文発表した。4配偶子幹細胞ニッチの維持に不可欠なGPIアンカー型タンパク質も同定し、5acetylCoA transporterの欠失とヒトの病気との関連も発見、6ヒトのO157感染モデルとして作製した線虫を利用して毒素の作用で変動する遺伝子群を同定し、発症と予防につながる手がかりを得て、RT-PCRでの確認を済ませた。その他、N型糖鎖合成遺伝子のKO株も二株取得し解析を終えた。以上の研究成果の一部は学会発表し26については論文投稿準備中である。CGGDBのデータベース改変、公開は予定通り終了し現在も改良中である。今後はより緊密なメンテナンスが可能な自前のサーバーによる公開を行うため、サーバーの移行を検討中である。ヒトの糖鎖遺伝子異常症のモデルとしてDPAGT1,GPI-アンカー型タンパク質の異常による配偶子形成の激減に関与するタンパク質の同定などはCRISPR-Cas9による遺伝子破壊実験も利用しつつすすめており近々論文発表の予定である。またヒトのO157感染モデルとして作製した線虫への毒素感染後のDNAマイクロアレイデータの解析も終えており、RT-PCRによる確認結果も含めて論文発表予定である。またコンドロイチン合成酵素の異常がヒトでは短指症をひきおこすのだが、その線虫モデルとして線虫の雄の生殖器形成異常が役立つことをはじめて見いだし、論文発表予定である。また2016年にはJ. Biol. Chem.誌に、従来線虫に存在しないとされていた硫酸化コンドロイチンの存在とその合成酵素を初めて明らかにし、それが酸化ストレス防御と関連するという論文を発表した。さらに配偶子幹細胞ニッチの維持に不可欠なGPIアンカー型タンパク質の同定も順調にすすみCrispr-Cas9でのKO株取得と解析もすすんでいる。またacetylCoA transporterのKO株の解析も進み、新たなヒト疾患遺伝子を同定できた。以上の線虫でのヒト糖鎖遺伝子病のモデル研究の成果によって、さまざまな新たな遺伝子が同定されており、各遺伝子の線虫でこそ可能なネットワーク解析と実験によって画期的な研究のブレイクスルーがもたらされることが確信できた年度であった。ただヒト化線虫の作製については最も有効な遺伝子とその解析結果の評価について慎重に検討を進めているため、まだ実施していない。以上の進捗状況から、おおむね順調に進展していると自己点検評価した次第である。
mi転写因子(MITF)により転写活性化を受ける遺伝子群の包括的クローニング

マウスmi遺伝子座にはbasic-helix-loop-helix-leucinezipper型転写囚子MITFがコードされている。mi遺伝子座におけるmi変異のホモ個体mi/miマウスでは塩基領域の1アルギニンが欠失した変異型MITFが発現している。この蛋白は転写因子として機能できないため、mi/miマウスではMITFによる遺伝子の転写活性化が起こらない。これら転写障害を受ける遺伝子を単離するために、野生型(+/+)及びmi/miマウス由来培養マスト細胞からcDNAライブラリーを作製し、(+/+-mi/mi)のサブトラクションを行った。cDNAプローブによるサザン法で約400クローンをスクリーニングし、mi/miマウス由来培養マスト細胞で転写障害を示す遺伝子20種を単離した。塩基配列を決定した所、12種は未知の遺伝子で、8種はグランザイムB、トリプトファン水酸化酵素、gp49、ST2L、ビメンチン、E25、マウスマスト細胞プロテアーゼ5及び6であった。グランザイムBとトリプトファン水酸化酵素についてはMITFの直接的な転写標的遺伝子であることをゲル・シフト法及びルシフェラーゼ・アッセイにより示した。これら2遺伝子のプロモーター領域内に存在するそれぞれ3つ及び1つのCANNTGモチーフがMITFによる転写活性化に重要であった。またこれら2遺伝子はそれぞれ細胞障害活性及びセロトニン合成に重要な蛋白をコードしているが、mi/miマウス由来培養マスト細胞ではYAC-1細胞に対する細胞障害活性及び細胞当たりのセロトニンの含量が有意に低下していた。マウス第6染色体上のmi遺伝子座におけるmi変異はbasic-helix-loop-helix-leucinezipper構造を有する転写因子MITFのbasic domainにおける1アミノ酸の欠失を与えるもので、これによって生じた変異型MITFはDNA結合能を失い、転写因子として機能することが出来ない。mi変異のホモ個体mi/miマウスは自然界に存在する数少ない転写因子異常マウスであり、生後少なくとも3週間生存可能なことからMITFがin vivoで果たす役割を解明する上で有用である。MITFが転写調節に関与している遺伝子を新たにクローニングすることを目的として、野生型マウスの培養マスト細胞(+/+CMC)に比しmi/miマウスの培養マスト細胞(mi/mi CMC)においてmRNAの発現レベルの低下を来した遺伝子クローンが濃縮されたサブトラクションcDNAライブラリーを作製した。このライブラリーを解析した結果、+/+ CMCに比しmi/mi CMCにおいて転写レベルの低下を示す遺伝子を16種単離することに成功した。そのうちの二つはグランザイムBとトリプトファン・脱水素酵素(セロトニン合成律速酵素)をコードする遺伝子であり、mi/mi CMCにおける転写レベルの低下は著明であった。ゲル・シフト法及びルシフェラーゼ法によりこれら二つの遺伝子のプロモーター領域の解析を行った結果、いずれの遺伝子においてもその発現調節にMITFが直接的に関与していることを明らかにした。
金属蒸気収着法を用いたマイクロアクチュエータ用高性能磁石の開発

平成16年度に達成した実績および得られた成果は以下の通りである。1前年度に続いて、Nd-Fe-B系焼結磁石を粉砕して得た粉末に、高温の真空中においてYb金属蒸気を各種条件で収着させて磁気特性を測定した。その結果、粉砕によって低下した保磁力が回復し、収着によって磁石粉末に導入されたYbは磁石内部の粒界相に選択的に侵入して、(Nd, Yb) Fe_2相を形成するためであることが明らかになった。2.Nd-Fe-B系焼結磁石から切り出した立方体状磁石表面に、Tb金属を三次元スパッタリングによって成膜し、引き続き熱処理を行って、磁石の改質処理を行った。前年度と同様に、改質処理によって保磁力の著しい向上が認められたため、保磁力の異なる各種の磁石について改質処理を行い、これらの磁石を大気中125°Cで1000時間放置して減磁率を調査した。その結果、改質磁石は改質前に比較して大幅に減磁率が改善されることから、保磁力の向上がこれら磁石の耐熱性向上に効果があることが判明した。また、改質前後の磁石をホビー用モータに組み込んでそのトルク特性を比較したところ、改質前120°Cから改質後150°Cへと耐熱温度の向上を認めた。3.収着、およびスパッタリングに続き、他の方法としてNd-Fe-B系焼結磁石片の表面にDy_2O_3とCaH_2粉末を供給し、850950°Cで還元反応をさせることによって、Dy金属を磁石表面に析出させると同時に内部まで拡散させた。また、磁石片体積に対するDy_2O_3粉末量、およびDy_2O_3とCaH_2粉末の比率などは変更してそれらの影響を調べた。この結果、スパッタリング法と同様の磁石内部組織の形成効果によって、エネルギー積をほとんど低下させることなく保磁力が向上することを確認した。また、Dy_2O_3の代わりにDyF_3やTbF_3を用いても同様な改質効果が得られ、今後Nd-Fe-B系焼結磁石への多種類の改質法が期待される。平成15年度に達成した実績および得られた成果は以下の通りである。1真空排気装置を新規に導入すると共に、石英またはアルミナ製反応管を作製した。これらを既存の高周波加熱装置に設置し、金属蒸気収着装置とした。2上記の高周波加熱式金属蒸気収着装置を用いて、収着条件と磁石性能との相関を明らかにした。その結果をもとに、高周波加熱に基づく希土類金属蒸気の発生、収着等の条件を最適化することで同手法の確立を目指した。3上記と平行して、Nd-Fe-B系焼結磁石を微小加工により円筒状、立方体状、または粉末状とし、これらに希土類金属を三次元スパッタリングあるいは金属蒸気収着の各手法で立体的に成膜後、不活性雰囲気中で加熱処理することで磁気特性の改質を行った。その結果、希土類金属の中でYb、Dy、およびTbにおいて、上記の処理により保磁力が大幅に回復し、特にDyまたはTbでは微細加工に供した磁石よりも更に保磁力が向上することを見出した。そこで、この原因を明らかにするために、上記の改質前後の磁石試料の微細組織の組成分布をEDMAの手法を用いて調べたところ、三次元スパッタリング法や金属蒸気収着法により導入された希土類金属は、融点の低い粒界相を選択的に拡散し、Nd_2Fe_<14>B磁石主相の中には導入されないことが明らかになった。これにより、通常DyやTb金属を予め添加することで所望の保磁力を発現させているNd-Fe-B系焼結磁石に対してそれらの元素の添加を低減することが可能であり、Nd_2Fe_<14>Bの低い磁化に基づく通常のNd-Fe-B系焼結磁石の場合、DyやTb金属添加に伴う高保磁力化とトレードオフの関係となる磁化の低下を有効に回避することが可能となると期待される。事実、その後の実験において、DyやTb金属の添加量の低い高磁化型Nd-Fe-B系焼結磁石では上記の処理によりおよそ70%の磁化の増加が、添加濃度の高い高保磁力磁石ではおよそ40%の保持力の向上が、両者共磁化の値をほとんど低下させることなく実現できることが明らかになった。

その結果、改質磁石は改質前に比較して大幅に減磁率が改善されることから、保磁力の向上がこれら磁石の耐熱性向上に効果があることが判明した。また、改質前後の磁石をホビー用モータに組み込んでそのトルク特性を比較したところ、改質前120°Cから改質後150°Cへと耐熱温度の向上を認めた。3.収着、およびスパッタリングに続き、他の方法としてNd-Fe-B系焼結磁石片の表面にDy_2O_3とCaH_2粉末を供給し、850950°Cで還元反応をさせることによって、Dy金属を磁石表面に析出させると同時に内部まで拡散させた。また、磁石片体積に対するDy_2O_3粉末量、およびDy_2O_3とCaH_2粉末の比率などは変更してそれらの影響を調べた。この結果、スパッタリング法と同様の磁石内部組織の形成効果によって、エネルギー積をほとんど低下させることなく保磁力が向上することを確認した。また、Dy_2O_3の代わりにDyF_3やTbF_3を用いても同様な改質効果が得られ、今後Nd-Fe-B系焼結磁石への多種類の改質法が期待される。