hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
噴霧塗装における塗膜形成シミュレーションの提案

自動車の噴霧塗装における被塗装物近傍の塗料液滴の付着現象を検討するため,Volume of Fluid法を用いた数値解析を行った.既存の解析手法を高度化し,simple-CLSVOF法を導入するとともに,VOF法の解析における粘度の補間法の最適化を図った.単一の液滴を固体壁に衝突させ,既往の実験値と良好な一致が見られた.複数の液滴として2つの液滴を固体壁に衝突させると,液滴間の距離によって浮き上がり高さが異なることを示した.電場を考慮した解析を行い,電場の影響によって形状が変化しうることを示した.高速回転ベルカップ噴霧塗装機を用いた噴霧塗装において塗料がターゲットに付着する塗着プロセスにおける移動現象の理論的な解明を試みるため,本年度では,既存のシミュレーション手法の高度化を実施するともに噴霧粒子の単一液滴の衝突解析を行った.本研究では,塗料の液滴の衝突に着目しており,液体と気体の界面である自由表表面が大きく変化する系が対象である.しかしながら,これまで行ってきたVOF法解析では,比較的穏やかな自由表面の変形を対象としており,衝突を扱うためには高精度のスキームが必要である.これまでsmoothed VOF functionを用いた解析を行ってきたが,本年度では高精度に自由表面を捉えるためにsimple-CLSVOFによる解析を可能とした.また,低負荷計算を実行するため,高速なソルバーとしてAGMGおよびAMGSの導入を検討した.また,並列計算を導入し,東北大学サイバーサイエンスセンター所有の並列計算機により並列計算が可能であることを確認した.また,高速化されたVOF法解析を用いて単一液滴の壁面への衝突を対象とした数値解析を行った.液滴の衝突角度を変化させた解析を行うことにより,接触角一定の条件では,液膜の衝突初期における液膜の広がりには壁面に対して垂直な方向の速度が影響を及ぼし,衝突時の水平方向の速度は液膜の径の大きさには影響を及ぼさないことが示唆された.一定時間経過すると衝突よる液膜の広がる速度が小さくなり,液滴の形状を残した液が水平方向に移動することにより径が大きくなり,衝突角度の減少(衝突時の水平方向の速度の増加)に伴い液膜の広がりが大きくなることを示した.以上より,液滴の壁面への衝突について,液の瞬時の速度や形状を把握することにより液の動的挙動を評価可能であることを示した.これまで自由表面流動解析に用いてきたVOF法解析の高度化を行い,高精度に自由表面を捉えることが可能なsimple-CLSVOF法の導入を行った.また,高速なソルバーの導入を行うとともに並列計算を導入した.これらのことから,これまでの解析方法よりも高精度でかつ低負荷計算が可能となった.また,液滴の付着を模擬した単一液滴の壁面への衝突の解析を行い,既往の実験と比較し,その挙動が良好に一致することを確認した.そのため,本研究における解析手法の妥当性が確認された.さらに,いくつかの数値実験を行い,液の動的挙動を評価可能であることを示した.その際,計算格子を変えた場合に,解析結果が異なることが示され,より大規模な計算が必要であることを懸念された.そのため,大規模計算が可能な東北大学サイバーサイエンスセンター所有の並列計算機を利用し,VOF法解析を行い,その実行性を確認した.高速回転ベルカップ噴霧塗装機を用いた噴霧塗装において塗料がターゲットに付着する塗着プロセスにおける移動現象の理論的な解明を行うため,VOF法解析の拡張をさらに行った.VOF法解析では,VOF関数から密度や粘度を推算する必要があり,密度を推算する際には算術平均が用いられているが,粘度に関してはその計算方法は統一されていない.そこで本研究では,二流体の粘度の算術平均,二流体の動粘度が調和平均となるよう粘度を計算する方法,算術平均と調和平均をブレンドする方法および本研究で提案する動粘度の算術平均と動粘度の調和平均をブレンドする方法により得られた解析結果を比較し,本研究で提案した手法が現象をより適切に表現可能であることを示した.また,昨年度実施した噴霧粒子の単一液滴の衝突解析に加えて複数の液滴として2つの液滴を対象とした解析を実施した.粒径の大きさが等しい2つの液滴の間の距離を変えて壁面に衝突させた.壁面への衝突後に液膜が広がり,液膜同士が衝突することにより液が隆起した.液滴間の距離が増加するのに伴って隆起した液の量が減少していることがわかる.これは,液滴間の距離が大きいほど液膜が大きく広がった状態で液膜同士が衝突するためであり,衝突地点における液の運動量が小さいために隆起した液の量が少なかったと考える.また,静電噴霧塗装では電場による影響の結果として液滴の変形が考えられるため,楕円型の液滴の衝突を解析し,液滴の形状によって解析結果が異なることを示した.自動車の噴霧塗装における被塗装物近傍の塗料液滴の付着現象を検討するため,Volume of Fluid法を用いた数値解析を行った.既存の解析手法を高度化し,simple-CLSVOF法を導入するとともに,VOF法の解析における粘度の補間法の最適化を図った.単一の液滴を固体壁に衝突させ,既往の実験値と良好な一致が見られた.複数の液滴として2つの液滴を固体壁に衝突させると,液滴間の距離によって浮き上がり高さが異なることを示した.電場を考慮した解析を行い,電場の影響によって形状が変化しうることを示した.

単一の液滴を対象とした解析をさらに発展させ,複数の液滴を対象とした解析を実施する.また,これまでの単一の液滴を対象とした解析では固体壁に付着した状態を初期条件として解析を実施しており,これに気流の影響を考慮した解析を行う.さら,これまでの解析では皮膜が形成されていない条件であり,実際の塗装プロセスでは,塗膜の上に新たに液滴が付着する現象が生じる.そのため,形成された皮膜に対する液滴の挙動を解析する.これに加えて,塗料の特性を反映した数値解析を行い,さらにVOF法解析の高度化を進める.化学工学東北大学サイバーサイエンスセンター所有の大型計算機を利用した際,3月分の請求が4月以降に請求されることになったため東北大学サイバーサイエンスセンター所有の大型計算機の利用請求分を支払うとともにワークステーションの購入費,文献調査および成果発表などの旅費に使用する.
力学的刺激による骨内性ホルモン産生

本研究では、骨内性ホルモン産生経路に着目し、力学的刺激による局所性ホルモン産生が骨量維持・改善に寄与するという仮説を検証することを目的とし、実験動物を用いて検討を行った。また力学的負荷刺激が軟骨細胞内性ホルモン産生経路を検討し、今後の研究のための予備検討として、骨分化モデルの確立を試みた。卵巣摘出メスラットに、2ヶ月間自発的ランニング運動を施した結果では、運動により脛骨における骨量減少が有意に抑制されたが、脛骨におけるテストステロン、エストロゲン、およびジヒドロテストステロン(DHT)におけるホルモン濃度およびテストステロンからヒドロテストステロンに変換に必要なSrd5alのタンパク発現には有意な差はみられなかった。2ヶ月齢のマウスに、除神経(力学的除負荷モデル)を2週間(3日、1週間、そして2週間後解剖)行った結果では、1週間および2週間の除神経マウスでは頸骨における有意な骨量減少は確認されたが、Srd5al mRNAの有意な変動は認められなかった。マウスの骨芽細胞(MC3T3-E1)を、Ascorbicacidとβ-glycerophosphateの添加の条件下で1ヶ月間培養した結果、試験開始2週間後から骨形成関連マーカーであるAlkaline Phosphatase activityが有意に増加し、3週間後にはそれらの値がピークに達することが確認された。また、マウスの軟骨細胞(ATDC5)を、Insulin添加の条件下で1ヶ月間培養した結果、試験開始1週間後から軟骨分化マーカーであるSulfated Glycosaminoglycansが有意に増加し、2週間後にはそれらの値がピークに達することが確認された。したがって、これらの骨分化モデルを用いて、長期間力学的刺激を負荷し、性ホルモン、性ホルモン合成関連酵素、および骨形成関連分子を測定可能と考えられた。一方,一過性の力学的刺激による軟骨分化関連遺伝子および性ホルモン関連合成酵素の発現を検討した結果では、軟骨細胞から作られるマトリックス関連遺伝子(Type 2 Collagen,Aggrecan)に有意な変化は認められず、性ホルモン関連合成酵素(Srd5al,Androgen receptor)においても有意な変化がみられなかった。以上から、本研究において、細胞への一過性の力学的負荷は骨内の性ホルモン合成酵素発現に影響しないと考えられた。また、in vivoにおける力学的除負荷による骨量減少には局所性ホルモン関連合成代謝は関連しない可能性が示唆された。本研究では今後長期間の力学負荷刺激と局所性ホルモン関連合成代謝との関係を明らかにするための初石になる研究であると考えている。本研究は、骨内性ホルモン産生経路に着目し、力学的刺激による局所性ホルモン産生は骨量維持・改善に寄与するという仮説を検証することを目的としている。本年度は、力学的除負荷/過負荷が骨局所性ホルモン関連合成代謝に及ぼす影響を検証するために実験動物を用いて検討を行った(検討課題1)。また今後の研究のための予備検討として、骨分化モデルの確立を試みた(検討課題2)。検討課題1:力学的除負荷/過負荷が骨局所性ホルモン関連合成代謝に及ぼす影響2ヶ月齢のマウスに、除神経(力学的除負荷モデル)および自発的ランニング運動(力学的過負荷モデル)を各々2週間および4週間施した。その結果、2週間の除神経マウスでは頸骨における有意な骨量減少が、自発的ランニング運動マウスにおいては有意な骨量増加が認められた。現在、脛骨における性ホルモンおよび性ホルモン関連合成酵素の発現を分析中である。検討課題2:力学的刺激が骨芽細胞内性ホルモン関連合成代謝および石灰化に及ぼす影響マウスの骨芽細胞(MC3T3-E1)を、石灰化を促すAscorbic acidとβ-glycerophosphateの添加の条件下で一ヶ月間培養した結果、試験開始一週間後から骨形成関連酵素であるAlkaline Phosphatase、Osteocalcin、Runx2 mRNAの発現が有意に増加し、二週間後にはそれらの値がピークに達することが確認された。今後、この骨芽細胞分化モデルを用いて、ストレッチもしくは静水圧を負荷し、性ホルモン、性ホルモン関連合成酵素、および骨形成関連酵素を測定する予定である。

また、マウスの軟骨細胞(ATDC5)を、Insulin添加の条件下で1ヶ月間培養した結果、試験開始1週間後から軟骨分化マーカーであるSulfated Glycosaminoglycansが有意に増加し、2週間後にはそれらの値がピークに達することが確認された。したがって、これらの骨分化モデルを用いて、長期間力学的刺激を負荷し、性ホルモン、性ホルモン合成関連酵素、および骨形成関連分子を測定可能と考えられた。一方,一過性の力学的刺激による軟骨分化関連遺伝子および性ホルモン関連合成酵素の発現を検討した結果では、軟骨細胞から作られるマトリックス関連遺伝子(Type 2 Collagen,Aggrecan)に有意な変化は認められず、性ホルモン関連合成酵素(Srd5al,Androgen receptor)においても有意な変化がみられなかった。以上から、本研究において、細胞への一過性の力学的負荷は骨内の性ホルモン合成酵素発現に影響しないと考えられた。また、in vivoにおける力学的除負荷による骨量減少には局所性ホルモン関連合成代謝は関連しない可能性が示唆された。本研究では今後長期間の力学負荷刺激と局所性ホルモン関連合成代謝との関係を明らかにするための初石になる研究であると考えている。研究課題1において、動物実験が既に終了した.また遺伝子およびタンパクの発現解析,ホルモン分析のための手技はすでに習得しているため、まもなく分析が終了する見込みである。また、今後の検討課題に関しても現在のところ実験上の困難はないため、2年目の半ばぐらいには結果が出せる見込みである。今後、研究課題1に関する分析を行いつつ、研究課題2における細胞へのメカニカルストレス実験に取り組んでいく。それが終了すれば、研究課題3の検討課題における石灰化が進行する細胞への5α-reductaseおよびp450arom(性ホルモン合成関連酵素)の強制発現実験を行い、灰化過程に性ホルモン関連合成代謝が関与するのか検討する。性ホルモン合成関連酵素を強制発現させるための発現ベクターは、すでに作製済みである。
社会科学における理論形成および知識交流における自然言語の役割

平成22年度の研究計画において挙げられていた三つの課題に沿って、研究業績の概要を述べる。1.日本語の意味論的特性を他の言語との比較で考察するという課題に関して、研究代表者は、日本語の動詞句の意味論について、いくつかの研究を行い、その成果を論文および学会発表として発表した。これらの研究の特徴は、(1)出来事(events)という種類の存在者によって動詞句の意味論を与える、(2)日本語において高度に発達している接辞の体系的意味論を目指す、(3)日本語名詞の特性である数についての中立性を表現するために複数論理(plural logic)を採用する、といった点に求められる。2.研究分担者は、明治期以降の日本における西洋人文社会科学の移入が提起する理論的問題としての「翻訳可能性」についての原理的問題に取り組み、その成果を数篇の論文としてまとめた。そのうちの一篇が平成22年度内に発表されたが、残りも順次発表される予定である。言語と思考との関係についてこれまでなされてきた研究の多くが、空間的語彙のように比較的単純な概念を対象としてきたのに対して、研究分担者の研究は、「文化」や「culture」といった語によって代表される、より複雑な要素を含む概念を対象にすることによって、サピーア=ウォーフ仮説への単純な反論や、デイヴィドソン流の概念枠組み批判が必ずしも有効性をもたないことを論じている。研究分担者はまた、ダルマキルティや道元のような仏教思想に基づく言語相対主義の可能性についても論じた。3.東洋の哲学的伝統が明治期以降の西洋の学問の移入に果たした役割についての研究分担者の研究は、平成22年度内に論文や学会発表の形で発表されなかったが、近い将来に発表される予定である。本年度は、日本語についてしばしば問題にされる可算/非可算の区別について原理的研究を行った。この方向での研究は、関連する他分野の研究者との交流を可能とし、有意味であった。この理論的研究は、次年度以降に予定されている、日本における社会科学の移入および発展における日本語の役割について検討するための予備作業でもある。研究分担者は、社会科学的思想への日本語の影響という問題を考えるうちに、言語と思考という区別そのものの問題性を深く意識するようになった。その理由は、ひとつに、今年度の研究がもっぱら理論的な側面を深く掘り下げる結果になったためである。日本の社会科学の歴史においては、ウェーバーとマルクスの影響が圧倒的であるが、ウェーバーの場合、自然言語からの影響を肯定的であり否定的であれ立証することはきわめてむずかしい。マルクスの場合には一定の手がかりがないわけではないが、言語からの影響とそれが表現する思想とを切り離すことは困難である。だが、他方で、「国家」および「社会」についての日本固有の概念が、ヨーロッパの社会科学的研究を日本に移入される際に与えた影響は明らかに存在すると思われる。
臨床疫学的手法を用いた慢性腎臓病の診療内容の定量的評価

慢性腎臓病診療の質にはばらつきがあり、定量的な評価を行うことが診療の質の改善につながる可能性がある。本研究では、米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)およびランド研究所が開発したRAND/UCLA適切性メソッドを用いて、腎臓診療の専門家10人のエキスパートパネル委員会により慢性腎臓病診療の質指標を作成した。レセプトデータや検査データなどの電子診療情報から半自動的に測定可能な項目を選択し、最終的には11項目の質指標を作成した。同時に、電子診療情報から質指標測定に必要なデータセットを半自動的に作成するアプリケーションを開発し、モデル病院/クリニックでの測定実験に成功した。1.診療の質を半自動的に測定するためのスコアリングプログラムを作成従来の診療の質指標は、測定時にカルテレビューが必要で、多大な労力とコストがかかるため、診療現場で活用することが困難であった。また、医療者に対して測定結果を迅速にフィードバックすることも困難であった。そこで、本研究で作成したスコアリングプログラムは、電子診療情報(レセプトデータ、検査データ)を活用して、カルテレビューを要せず、迅速に診療の質指標を測定・フィードバックすることを目的とした。レセプトデータ、検査データは、多くの施設で電子データとして保存されているが、そのままの状態では解析出来ない。1患者当たり複数回にわたって測定されたデータが複数のファイルに分断されて存在する複雑なデータ構造のため、これらを整理・統合して、解析可能なデータセットを作成する必要がある。これらの作業は医療者にとって敷居が高く、専門家によるサポートが必要であった。本研究で作成したスコアリングプログラムは、統計解析ソフトウェアであるRを利用して、プログラミングに不慣れな医療者でもマウス操作で解析用データセットを作成し、容易に診療の質指標を算出可能とした。本研究は、従来十分に活用されていなかった電子診療情報を医療現場で活用可能なモデルを提示することが出来る。今後、医療現場を主体とした臨床研究の推進に繋がることも期待される。2.システム導入施設において診療の質の測定を試行開発したスコアリングプログラムを利用して、モデル病院において診療の質を算出し、実証実験とした。RAND/UCLA適切性メソッド(The RAND/UCLA Appropriateness Method User's Manual. RAND Corporation, 2001)に従い、慢性腎臓病の診療の質を定量化するための診療の質指標(Quality Indicator)を作成した。腎臓専門医、糖尿病専門医、プライマリケア医など10名からなるエキスパートパネル委員会により各項目の適切性が評価され、最終的に11項目の質指標が選択された。質指標は非腎臓専門医が行う一般的な診療プロセスに重点を置いて作成され、慢性腎臓病の診断、RAS阻害薬の使用、RAS阻害薬による有害事象のスクリーニング、LDLコレステロール目標値の達成、造影CT検査施行時の輸液、NSAIDS常用の回避、栄養指導施行、慢性腎臓病スクリーニング検査、血糖管理、ビグアナイド使用回避、尿検査施行などの11項目からなる。さらに、本研究では、電子診療情報から質指標を半自動的に測定可能なシステムを構築した。本研究で作成した質指標は、カルテレビューを必要とせず、レセプト・検査など既存の電子診療情報を用いて測定可能である。京都大学で開発済みの診療情報プラットフォームを用いて、対象者を選択し、必要なデータのみを自動抽出した。抽出されたデータを解析可能なデータベースに変換するアドオンを開発し、質指標の算出を容易にした。モデル研究として診療情報プラットフォームを導入済みのモデル施設(地域中核病院と診療所)にて、質指標の測定を実証し、慢性腎臓病の診療の質のばらつきを確認した。今後、本システムによる質指標のフィードバックが診療の質の向上に寄与するかどうかを検証していく必要がある。1.慢性腎臓病(CKD)診療の質指標の作成RAND法の手順に従い平成23年度に作成されたCKD診療の質指標の適切性を評価し、専門家パネル委員会の意見をもとに改良し、モデルプロジェクトで使用する質指標として確定した。従来の質指標では、質指標の項目に、医療のプロセスを評価する指標とアウトカムを評価する指標が混在していた。本研究では、両者を明確に区別し、改善可能な医療のプロセスに関する質指標を優先的に採択した。これによって、質指標の結果を医療者へフィードバックすることにより診療パターンが変わり、患者アウトカムの向上につながることが期待される。また、本研究で作成した診療の質指標は、非腎臓専門医にも広く行われている診療行為を対象とした。CKD患者は潜在的な患者が多数存在することが指摘されており、腎臓内科以外の診療科にも多数通院している。慢性腎不全が進行して透析治療が必要になる患者を減少させることは社会にとっても重要であり、潜在的なCKD患者の診療の質のばらつきを明らかにして、診療の質向上につなげることは意義が大きい。また、本研究で作成した質指標は、同時に開発したスコアリング・プログラムによって半自動的に測定できるため、迅速なフィードバックや他施設への展開も可能である。

1.中央データセンターの構築モデル研究実施施設のデータを集約して、データマネージメントを行う中央データセンターの構築を開始し、運用面、システム使用面の検討を行った。質の高いデータベースを構築することは、多施設で実施するモデルプロジェクトを成功させるために重要である。利用するデータベース本体を仕様変更して多施設対応したため、当初計画を変更して平成24年度にスコアリングプログラムの作成、モデル施設での質指標測定を試行した。本研究で利用するデータソースは、レセプトデータと検査データであり、前者は標準化されているが、後者は施設間で測定方法、結果の入力形式などが異なり、標準化作業に時間を要した。また、作成した解析用データセットのエラーチェックを繰り返し行う必要があった。以上の理由により、スコアリングプログラム作成が当初の予定よりやや遅れた。25年度が最終年度であるため、記入しない。パネル委員会のメンバーから、質指標項目の追加、内容変更など意見があり、質指標の改変・確定に時間を要したため、進捗がやや遅れた。しかし、当該年度中に質指標項目の改変を行い、来年度行うモデルプロジェクト実施への準備ができた。モデルプロジェクトを行う施設間での調整や、データソースの確認・標準化などは引き続き行っていく必要がある。以上より現在までの達成度は、(3)やや遅れていると判断した。診療の質指標のばらつきを測定し、そのばらつきに関連する要因を探索するモデルプロジェクトを実施予定である。診療の質指標の改変の伴い、スコアリングプログラムにも若干の修正が必要となる可能性がある。また、汎用性の高いスコアリングプログラムに改良していく必要もある。今後、モデル病院以外にも本研究で開発したシステムを運用するために、データサーバーを中央化する必要もある。以上の改良を平成25年度中に実施予定である。来年度は、作成した質指標を用いてモデルプロジェクトを実施する。モデル研究への参加を推進するために、参加施設への質指標測定結果のフィードバック、匿名化された分析用データの参加施設への提供を行う予定である。参加施設と中央データセンターとのVPN接続は、各参加施設との契約に時間を要し、回線維持のためのコストが大きくなるため、中止する。代替案として、各参加施設で匿名化したデータを郵送で中央データセンターに提出することとした。
ラフトカルチャーによる口腔がんの浸潤・転移活性の評価と転写因子E1A-Fとの関連

1口腔扁平上皮がんの浸潤・転移活性を評価する目的で、2種類の異なったコラーゲン(1型コラーゲンのみ・1型+4型コラーゲン)を担体としたラフトカルチャーを行った。使用した細胞は口腔扁平上皮がん由来細胞株HSC3、Ca9.22を用いた。2Northern blottingではHSC3は、MMP(Matrix metalloproteinase)1(間質型コラゲナーゼ)およびMMP9(Gelatinase B)とets-oncogene familyに属する転写因子E1AFのmRNAの発現が顕著だったが、Ca9.22はそれらの発現はほとんど示さなかった。3両細胞とも、1型コラーゲンゲルのみでのラフトカルチャーでは浸潤する傾向は示さなかったが、HGF(Hepatocyte growth factor)を産生するMRC5 fibroblastをゲル中に混じると、HSC3細胞はゲル中に浸潤した。しかし、Ca9.22はMRC5を加えたラフトカルチャーにおいても浸潤する傾向は認められなかった。4さらに、HGFで刺激すると、HSC3はE1AFの転写の亢進が認められ、MMP1、MMP9の転写亢進も認められたが、Ca9.22は反応を示さなかった。5 MRC5を加えないコラーゲンゲルを用いたラフトカルチャーにおいても、HGFを培地に加えることで、HSC3は浸湿性の増殖を示した。6 Ca9.22をファイブロネクチン処理すると、Northern blottingでMMP2の転写が亢進した。しかしMMP1、MMP9には著名な変化は認められなかった。ラフトカルチャーにおいては、Ca9.22/ファイブロネクチン処理したものでは、1型コラーゲンには、浸潤傾向を示さなかったが、1+4型コラーゲンでは浸潤性に増殖した。7口腔扁平上皮がん手術摘出材料より初代培養したがん細胞がん細胞を、同様にラクトカルチャーを行い検索した。膨張性の発育を示した腫瘍細胞では、ほとんどゲル中への浸湿傾向は認められなかった。頚部リンパ節転移巣から分離した腫瘍細胞は著しい浸潤傾向を示し、とくに1+4型コラーゲンで顕著だった。
地震波を用いた噴火の力学過程に関する研究

噴火時に火山体に作用する力の大きさFと力の働く時間tauの関係を定量的に明らかにするために、穏やかな噴火により励起される規模の小さい噴火地震から爆発的噴火に伴う爆発地震を解析した。十勝岳,浅間山,セントヘレンズ火山のデータを解析した結果,以下の関係が明らかとなった。(1)爆発地震の震源パラメータの間には,Fはtau^2に比例するという関係が認められた.(2)規模の小さい噴火地震の震源パラメータの間にはtauはFに依存せずにほぼ一定の値をとるという特徴が認められた。これは,爆発地震のスケーリング法則とは明らかに異なる.(3)Single Force Model (Nishimura and Hamaguchi,1993)によると,(1)(2)の結果は,爆発地震を励起するマグマの温度は一定であるのに対し,規模の小さい地震のそれは規模が大きくなるにつれて温度が高くなることに相当する.規模の小さい地震から大きい地震まで,統一的に解釈できる噴火地震の発生モデルを考案した.これは,まず,火山直下数キロメートルに存在が指摘されているマグマ溜まりから,半径rのマグマ球が,ホットストークス流れと熱伝導による冷却過程を満足しつつ上昇する.そして,地表面に到達したときに噴火地震を励起するというモデルである.数値計算によれば,マグマの物性等で決定される臨界マグマサイズよりも小さいマグマ球は上昇中の冷却によりマグマの温度が下がるのに対し,大きいマグマ球はマグマ溜まりの温度のまま地表面に達する.つまり,マグマのサイズが温度の違いを生じ,異なるタイプの噴火地震を励起しているとかんがえられる.本研究では,爆発的な噴火と比較的穏やかな噴火は,火口深部から上昇してくるマグマの大きさにより区別されている可能性が高いことを示した.噴火時に火山体に作用する力の大きさFと力の働く時間tauの関係を定量的に明らかにするために、穏やかな噴火により励起される規模の小さい噴火地震から爆発的噴火に伴う爆発地震を解析した。これは,爆発地震のスケーリング法則とは明らかに異なる.(3)Single Force Model (Nishimura and Hamaguchi,1993)によると,(1)(2)の結果は,爆発地震を励起するマグマの温度は一定であるのに対し,規模の小さい地震のそれは規模が大きくなるにつれて温度が高くなることに相当する.規模の小さい地震から大きい地震まで,統一的に解釈できる噴火地震の発生モデルを考案した.これは,まず,火山直下数キロメートルに存在が指摘されているマグマ溜まりから,半径rのマグマ球が,ホットストークス流れと熱伝導による冷却過程を満足しつつ上昇する.そして,地表面に到達したときに噴火地震を励起するというモデルである.数値計算によれば,マグマの物性等で決定される臨界マグマサイズよりも小さいマグマ球は上昇中の冷却によりマグマの温度が下がるのに対し,大きいマグマ球はマグマ溜まりの温度のまま地表面に達する.つまり,マグマのサイズが温度の違いを生じ,異なるタイプの噴火地震を励起しているとかんがえられる.本研究では,爆発的な噴火と比較的穏やかな噴火は,火口深部から上昇してくるマグマの大きさにより区別されている可能性が高いことを示した.
仮想空間における身ぶり-インタフェースとしての身体と表現活動のための仮想空間

(2)身体の傾斜により映像を生成するリアルタイムシステムを試作、福原哲郎がこれを用いて公演及びワークショップを実施。(3)現在の日本のメディア表現における身体のあり方について、Marina Grznicとの共同企画により、1998年秋、1999年秋にスロヴェニア国立現代美術館においてシンポジウムを開催。(5)現在のディジタルアート、エンターテイメント及びインターネット上のバーチャルキャラクターにおける身体表視について、日本的な視覚システムとの連関に関する理論的研究を進め、その成果を多くの場で発表。・1998年4月VR学会・3D FORUM共催研究会。のちに専門誌「画像ラボ」に掲載。・1999年1月ニューヨークJapan Society主催アニメ・シンポジウム・1999年2月カリフォルニア州立大学ロサンゼルス校講演・1999年5月ウィーンでSynWorldシンポジウム、その要約はCD-ROMとして出版され、ウェブ上にも掲載された。・1999年8月ブラジル・サンパウロISEA/CaiiA論文発表・1999年3月フィンランド・国立現代美術館kiasma Alien Intelligenceシンポジウム講演(2)身体の傾斜により映像を生成するリアルタイムシステムを試作、福原哲郎がこれを用いて公演及びワークショップを実施。・1999年8月ブラジル・サンパウロISEA/CaiiA論文発表・理論面に関する今までの研究成果をVR学会・3DFORUM共催の研究会において発表し、それをまとめたものを専門誌「画像ラボ」に掲載した.・9月にMarina Grznicとの共同企画により、スロヴェニアの国立現代美術館で現在の日本のメディア表現における身体のあり方についての講演を行った.・2000年にMIT PRESSよりTelerobotics and epist mologyに関する論文集が出ることになり、10月にカリフォルニア州立大学バークレー校にて研究打ち合わせ及び論文のレビューを行った.・1月にニューヨークのJapan Societyに招かれて、日本の伝統的絵画表現における空間意識と現在のディジタルゲームでのキャラクター表現・空間表現との関連性についての講演を行った.・2月に国際美術学会College Art Association Annual Conference(ロサンゼルス)において、ネットワーク上の仮想空間と日本文化における空間知覚及び生命概念の関係性について論文発表を行った.・2月にカリフォルニア州立大学ロサンゼルス校デザイン学科で日本文化における空間知覚及び生命概念と現在のCG・マルチメディア表現との関係性に関する講演を行った.・1999年にブラジルで開催予定のメディア論の国際学会(ISEAとCaiiAの共催)に論文を提出、受理された.・福原哲朗が実際に使用して実験するための、身体の動きと空間知覚との間に双方向的な関係を作り出す装置を現在開発中で.試作品の基本的なハードウェアとプログラムはほぼ完成し、現在映像コンテンツを試作中である.(1)現在のディジタルアート、エンターテイメント及びインターネット上のバーチャルキャラクターにおける身体表現について、日本的な視覚システムとの連関に関する理論的研究を進め、その成果は以下に記すように多くの場で発表し、大きな反響を得ることができた。(2)アートにおける仮想空間と通信と身体の関係性について研究を行い、その成果を出版した。(3)身体の傾斜により映像を生成するリアルタイムシステムを試作し、福原哲郎がこれを用いて公演及びワークショップを行った。(4)11月に共同研究者であるMarina Grznicとの共同企画により、スロヴェニアの国立現代美術館で、現在の日本のメディア表現における身体のあり方に関する特別展とシンポジウムを開催した。この展示には日本からCG、マルチメディア作品を選定、出品し、現在のメディアアートと身体に関する講演を行った。シンポジウムではより広範な視点から、理論面に関する講演を行った。その他の研究発表・講演は以下の通り。・5月にウィーンで開催されたSynworldシンポジウムで発表し、その要約はCD-ROMとして出版され、またウェプ上に掲載された。・6月にフランス・アヌシーで開催されたAnnecy International Animation Festivalで本研究に基づく講演を行った。・8月にブラジル・サンパウロで開催されたISEA/CaiiAで発表を行った。・10月に米国シアトルのPacific Science Centerで本研究に基づく講演を行った。・3月にフィンランド・国立現代美術館kiasmaで開催されたAlien Intelligenceシンポジウムにおいて、本研究に基づく講演を行った。
新生仔期NMDA受容体遮断がラットの時間知覚に及ぼす影響の神経メカニズム解明

本研究は,統合失調症の動物モデルであるN-methyl-D-aspartate(NMDA)受容体遮断ラットにおける時間知覚の異常に関与する神経回路を同定することを目的としている。当該年度は,新生仔期NMDA受容体遮断ラットの作成,当該動物を用いた時間知覚課題の基盤となるオペラント条件づけの実施,および新生仔期NMDA受容体遮断ラットのオペラント学習時の神経活動の組織学的検索を主として行った。組織学的検索は,ラットを灌流固定して脳切片を作成し抗c-Fos抗体を用いてDAB染色を行った。行動実験を実施中であるが,まだ十分なデータを得られていない。2019年度の予定として,引き続き新生仔期NMDA受容体遮断ラットの作成および行動実験を継続実施し,十分な行動データの取得に努める。また,各データポイントでの組織学的検索を実施する。正常な時間知覚には,グルタミン酸とセロトニンによって調節される適切なドーパミン活動が重要と考えられているため,抗c-Fos抗体を用いた課題中の神経活動の評価と並行して,抗チロシンヒドロキシラーゼ抗体を用いたドーパミン作動性ニューロンの組織学的検索も実施する予定である。2017年度の行動実験立上げに際しての遅れの影響による。実験動物の作成および行動実験を継続実施する。抗c-Fos抗体を用いた課題中の神経活動の評価と並行して,抗チロシンヒドロキシラーゼ抗体を用いたドーパミン作動性ニューロンの組織学的検索も実施する。現実体験は,予測とその誤差修正によって支えられている。時間知覚は,その予測と誤差修正の基盤である。時間知覚の異常は,現実感の異常を訴える様々な精神疾患において報告されている。時間知覚の異常に関与する神経生理学的メカニズムが明らかとなった場合,その貢献範囲は,時間知覚異常を呈する精神疾患に対する治療的介入だけでなく,これらの精神疾患の発症に対する予防的介入やスクリーニングにまで及ぶと考えられる。申請者はこれまで,統合失調症の動物モデルである新生仔期N-methyl-D-aspartate(NMDA)受容体遮断ラットがトーン音を時間刺激として用いた間隔二等分課題において,新生仔期NMDA受容体遮断ラットが時間間隔を過大に見積もることを見出したが,この時間知覚の異常はLED白色光を時間刺激とした場合には認められなかった。本研究では,1これらの差が,刺激モダリティの質的違いによるものなのか,刺激強度の量的違いによるものなのかを明確にするため,トーン音,ホワイトノイズ,LEDライト,画像刺激を時間刺激として,新生仔期NMDA受容体遮断ラットおよびその統制群に間隔二等分課題を実施する。また,2新生仔期NMDA受容体遮断ラットの時間知覚の異常に関与する神経回路を同定し,その領域において生じる細胞生物学的変化をマイクロダイアリシスおよび電気生理学的手法を用いて解析する。本年度は,行動実験室の立上げ作業があったためやや進捗が遅れているが,オペラント条件づけ装置制御およびデータ取得システムの構築,マイクロダイアリシスおよびパッチクランプ技術の習得を行った。行動実験立上げに際し,オペラント条件づけ実験装置の制御,およびデータ取得する既存のプログラムが機能しなかったため,プログラム言語の習得を含めた準備に時間と労力を要してしまった。本年度の実施計画にあった複数の刺激モダリティ,刺激強度を用いた間隔二等分課題を随時実施しいく。また,それと並行して,新生仔期NMDA受容体遮断ラットの時間知覚の異常に関与する神経回路の同定を目的として,組織学的検索を行う。時間知覚課題遂行中の神経細胞の活動を抗c-Fos抗体を用いた組織染色により評価する。抗c-Fos抗体での検出が困難な場合,ARC抗体ないしpCREB抗体を用いて,新生仔期NMDA受容体遮断ラットに時間知覚異常を引き起こす脳領域の同定を行う。領域同定後,当該領域におけるドーパミン,セロトニン,グルタミン酸を含めた神経伝達物質の変化をマイクロダイアリシスによって測定する。また,その受容体機能を脳局所において活性化ないし阻害し,時間知覚におよぼす行動学的変化を明らかにする。行動実験後は,電気生理学実験を行う。同定した脳領域を含む急性脳切片を作成し,全細胞記録を行い,興奮性シナプス電流を計測する。

また,各データポイントでの組織学的検索を実施する。抗c-Fos抗体を用いた課題中の神経活動の評価と並行して,抗チロシンヒドロキシラーゼ抗体を用いたドーパミン作動性ニューロンの組織学的検索も実施する。当初購入を予定していたMED社製オペラントビヘイビアテストパッケージ(MED-008-D1)は仕様上本研究に最適な構成でない部分が見つかったため,同社の製品をパッケージではなく,必要なパーツを組み合わせた形で購入したので購入費が少なく済んだ。また,プログラム構築の利便性の関係上,制御用PCを暫定的に実験実施者の所持するPCで代用しているため,制御用PCが未購入である。次年度,実験制御専用のPCおよびデジタル入出力装置購入の費用として使用する。初年度に購入を予定していたMED社製オペラントビヘイビアテストパッケージ(MED-008-D1)は仕様上本研究に最適な構成でない部分が見つかったため,同社の製品をパッケージではなく,必要なパーツを組み合わせた形で購入したので購入費が少なく済んだ。また,プログラム再構築・調整の利便性の関係上,制御用PCを暫定的に実験実施者の所持するPCで代用している。
ビチオフェン成分により制御する拡張ポルフィリン誘導体の電子物性に関する研究

本年度は,電子やエネルギーの移動を特異的に誘起する拡張共役系ポルフィリン-ビチオフェン誘導体を構築する目的で,前年度に行なった分子設計及び合成経路の確立に基づいて,様々な合成応用研究を行なった。その際の基本的な研究指針は,電子やエネルギー移動を効率よく制御する成分としてジヘキシルビチオフエン環(DHBTh)の3種の配向異性体を採用し,電子的性質が異なる両端ポルフィリン環(OEP)の各構成成分を共役の拡張に最適なジアセチレン結合により架橋する手法を採用することである。本拡張系(OEP-M1)-(DHBTh)-(OEP-M2)誘導体合成ではDHBTh成分がジアルキルビチオフェン環(DABTh)全般にも置き換えられること,また,種々の機能性部位となる新規なパイ成分(π-ElectronicComponent)を組み込んだ非対称型ポルフィリン拡張共役系誘導体(OEP-M1)-(DHBTh)-(π-ElectronicComponent)構築にも拡張できるなど,新しい型の拡張共役系ポルフィリン誘導体の一般合成法に高めることができた。中でも,誘導体(OEP-Ni)-(DHBTh)-(OEP-Pd)の電子吸収スペクトルでは,溶媒効果を顕著に受け,非対称構造及びDHBThの配向様式を反映して新しい吸収帯が出現した。種々の誘導体についても検討したところ,現在のところ,分子中のTT(DHBTh)-OEP(Pd)成分が溶媒効果誘起の必須構造であることを見い出すことができたが,溶媒と電子系成分との相互作用の本質の解明に関しては今後の課題である。また,電気化学的挙動に関しても検討を行なった結果,本拡張系においては(OEP-Ni)-(DHBTh)成分が分子全体の電子放出能力を支配していることが示唆された。さらに,本拡張共役系の各配向異性体に関して,HH体及びTT体それぞれの電子構造の本質を明らかにし,本拡張共役系の特異性を明らかにすることができた。本年度は、電子やエネルギーの供給源としてオクタエチルポルフィリン環1(OEP-M1)、機能性発現成分として標準自由エネルギーがOEP-M1とは異なるOEP-M2を選択し、OEP-M1からOEP-M2の方に向かって電子やエネルギーの移動が特異的に起こる拡張共役系を構築する目的で分子設計及びその合成経路の確立を計画した。その際、電子やエネルギー移動を効率よく制御する成分としてジヘキシルビチオフェン環(DHBTh)の3種の配向異性体を採用し、OEP-M1及びOEP-M2の各構成成分を共役の拡張に最適なジアセチレン結合により架橋する手法を採用した。本拡張系(OEP-M1)-(DHBTh)-(OEP-M2)誘導体におけるDHBTh成分はあらゆるジアルキルビチオフェン環(DABTh)にも置き換えられるので、本誘導体の合成手法が確立できると、原理的には無限段階の制御効率をもつ電子やエネルギー移動のための分子素子の構築が可能となる。本拡張共役系誘導体の合成は、最終段階において(OEP-M1)-(DHBTh)と(OEP-M2)各成分の末端アセチレン体同士の酸化的クロスカップリング反応により導くことを計画した。前者成分の末端アセチレン体の調製は二経路を検討したが、本拡張系を構成する3成分を架橋するエチニル基を官能基変換により段階的に導入する経路により安定に供給する手法を確立した。

その結果、表題誘導体(OEP-M1)-(DHBTh)-OEP-M2)の各配向異性体の合成を行なうとともに、本法の適用により種々の機能性部位となるパイ成分を組み込んだ非対称型ポルフィリン拡張共役系誘導体の構築にも成功した。本年度は,電子やエネルギーの移動を特異的に誘起する拡張共役系ポルフィリン-ビチオフェン誘導体を構築する目的で,前年度に行なった分子設計及び合成経路の確立に基づいて,様々な合成応用研究を行なった。その際の基本的な研究指針は,電子やエネルギー移動を効率よく制御する成分としてジヘキシルビチオフェン環(DHBTh)の3種の配向異性体を採用し,電子的性質が異なる両端ポルフィリン環(OEP)の各構成成分を共役の拡張に最適なジアセチレン結合により架橋する手法を採用することである。本拡張系(OEP-M1)-(DHBTh)-(OEP-M2)誘導体合成ではDHBTh成分がジアルキルヒチオフェン環(DABTh)全般にも置き換えられること,また,種々の機能性部位となる新規なパイ成分(π-Electronic Component)を組み込んだ非対称型ポルフィリン拡張共役系誘導体(OEP-M1)-(DHBTh)-(π-Electronic Component)構築にも拡張できるなど,新しい型の拡張共役系ポルフィリン誘導体の一般合成法に高めることができた。中でも,誘導体(OEP-Ni)-(DHBTh)-(OEP-Pd)の電子吸収スペクトルでは,溶媒効果を顕著に受け,非対称構造及びDHBThの配向様式を反映して新しい吸収帯が出現した。種々の誘導体についても検討したところ,現在のところ,分子中のTT(DHBTh)-OEP(Pd)成分が溶媒効果誘起の必須構造であることを見い出すことができたが,溶媒と電子系成分との相互作用の本質の解明に関しては今後の課題である。また,電気化学的挙動に関しても検討を行なった結果,本拡張系においては(OEP-Ni)-(DHBTh)成分が分子全体の電子放出能力を支配していることが示唆された。さらに,本拡張共役系の各配向異性体に関して,HH体及びTT体それぞれの電子構造の本質を明らかにし,本拡張共役系の特異性を明らかにすることができた。
家蚕の卵細胞構築と胚発生分化における遺伝子の作用機作の解析

カイコとクワコの細胞分化と発生における遺伝子発現の調節機作を明らかにすることを目標として研究を行った。このため、卵形成・胚発生および後発生に関連する各種突然変異体に着目し、その発現を追求した。まず、カイコおよびクワコの卵殼の形態を解析したところ、特に外層において両種は著しく異なっていた。さらに卵殼蛋白質では外層を構成する蛋白質においてカイコとクワコでは顕著な差異が観察された。かくして、卵殼の高次微細構造構築とその構成蛋白質との間に一定の対応関係があることが、カイコとクワコの比較ににより初めて明らかとなった。また、DNAをサザンブロッティング法で比較したところ、コリオン遺伝子にも両者の間に相違がみられた。なお、コリオン遺伝子の変異は部域によって異なることをも見出した。今後は遺伝子の差次的進化機構および遺伝子発現を支配するプロモーター部位の検討が重要課題であろう。次に、カロチノイドを中腸内腔から体液に輸送する役目を持つ遺伝子産物がカイコ幼虫で初めて明らかにされ、生命現象の中心課題の一つである膜の透過性の遺伝子支配についての研究系として、カロチノイド結合蛋白質の合成、代謝に対する興味がより深まった。同蛋白質が中腸にも存在すること、また、この遺伝子の突然変異である白血系においてもカロチノイド結合蛋白質と同一の分子が存在することを突き止めた。以上から、標的器官中腸においてカロチノイドを結合蛋白質に積み込む機構があることが確実であり、関連遺伝子の機能を説明する重要な知見が得られている。さらにまた、卵の形と大きさを支配する突然変異系統の特徴的形質は蛹後期における包卵皮膜細胞機能の形状および卵黄蛋白質蓄積機能によって決定されていることを見出した。これらにより卵形成という複雑な現象の遺伝子支配に関する一連の知見が蓄積された。1.卵殻蛋白質コリオン合成の分子遺伝学的研究:卵細胞構築に関わる遺伝子作用を解明する一環として、カイコとその先祖型のクワコの卵殻を万能顕微鏡AXIOPLAN(本研究補助金により購入)及び、走査型電子顕微鏡により構造解析を行った。卵殻平面上の濾胞細胞の刻印ポリゴンパターンはカイコで明瞭なのに反し、クワコでは不明瞭で平滑であった。卵殻断面構造はカイコでは外、中、内の3層が規則正しい層状構造を示したが、クワコの外層は小突起が密生し、その上は薄層で覆われ、多くの小気室が存在し、カイコとは著しく異なっていた。この2種のF1雑種における卵殻表面及び断面構造は、クワコの特徴を示していた。次に、カイコとクワコの卵殻蛋白質コリオンの2次元電気泳動による比較を行った。両者はいずれも70種以上の蛋白種が検出された。これらのうちクワコではその特異構造と関連すると考えられる数種の蛋白質が検出された。今後、両種コリオン遺伝子の分子的解析を行う。2.卵形成並に胚発生過程中における遺伝子発現の場としてのボゾームの動態解析:冷浸卵の発生各期のRNAの翻訳活性能を兎網状赤血球セルフリー糸を用いて調べた。冷浸刺激後39時間目に特異的なmRNAが発現し、75KDa蛋白質を産生することを確かめ休眠卵発生開始機構の一部を明らかにした。3.細胞分化に伴う組識の透過性と遺伝子作用の解明:黄色遺伝子Yの作用によりカロチノイドが中腸組織を通過して体液中に移行する機構を調べた。即ち中腸組織全域にわたり、カロチノイドと結合する蛋白質が合成され、両者の結合物として体液中に放出されることを明らかした。

4.卵形成に関与する蛋白質・核酸の解析とその機能的役割。アラタ体を摘出すると5齢期が省略され3眠化する。この処理による体液中の卵形成に関与する成分幼虫型雌蛋白質FLの動態は4齢前半に濃度が低く後半に急速に増加することを明らかにした。1.卵殻蛋白質コリオン合成の分子遺伝学的研究:昨年度の研究からカイコの祖先型とされるクワコの卵殻断面構造を観察したところ,その外層はカイコとは著しく異っていることがわかった.本年はクワコの卵殻蛋白質の2次元電気泳動像から,基本的にカイコと同様, A,B,C,Hc,の4種のグループに分けられる約70種が検出されることを明かにした.これら卵殻構成蛋白質と卵殻断面構造とを関連づけるため,クワコの最外層部分を剥離し,中・内層部域との2部分に分けた.この2部分の蛋白質をSDS電気泳動または2次元電気泳動した.この結果最外層を構成する蛋白質はBグループの一部,CとHcの大部分から構成されており, A蛋白質グループはほとんど含まれていないことを明らかにした.即ち卵殻構造蛋白質はその構造の部域によって異なり,最内層がA,中層がAとB,外層がB,C,Hcグループから構成されている.2.卵形成並に胚発生過程中における遺伝子発現の場としてのリボゾームの動態解析:本年度は本研究の一環として,胚発生過程におけるアルドラーゼアイソザイムの発現状態をセルローズアセテート膜活性染色電気泳動法で追跡した.この結果,冷浸後8日目まではヒトのA型,9日目からはC型と類似するバンドが認められた.3.細胞分化に伴う組織の透過性と遺伝子作用の解明:前年では中腸組織でカロチノイド結合蛋白質(CBP)が合成されることを明らかにした.本年はウエスタンブロッティング法で,このCBPが脂肪体,中部絹系腺,卵巣,卵細胞に移行することを認めた.4.卵形成に関与する蛋白質・核酸の解析とその機能的役割:卵形成に重要な働きをする幼虫型雌蛋白質(FL)を雌雄モザイク蚕で解析し,この合成に関与する脂肪組織の重要性を解明した.1.卵殻蛋白質コリオン合成の分子遺伝学的研究:コリオンに関する各種突然変異系統のうち特に興味深い数種、およびカイコの祖先であるとみなされるクワコについて、詳細に二次元電区泳動法により卵殼蛋白質の解析を行い、かつ正常のコリオン遺伝子をプローブとしてサザンブロットハイブリダイゼーション法によりこれら変異系のコリオン遺伝子の比較を行った。61、62年度には卵殼のうちで量的に最も多い中層では蛋白質成分における変異は小さいが、それをコードする遺伝子ではカイコ系統間またカイコとクワコ間で著しい差異があることを見出した。ところが、本年度は機能的に最も重要な最外層を比較したところ、蛋白質においては差異が大きいにもかかわらず遺伝子レベルではこれら突然変異間や異種間で均一性が高かった。これはコリオン遺伝子の進化が部域によって異なり複雑であることを示唆する。2.細胞分化に伴う組織の透過性とその遺伝子作用の解析:カイコ幼虫におけるカロチノイド透過性の遺伝子支配機構をさらに詳細に追及した。とくにカロチノイド透過を抑制する遺伝子突然変異においても体液にカロチノイド結合蛋白質が存在することを確認した。この結果は中腸においてカロチノイドを結合蛋白質に積み込む機構が存在することを示す。
大気開放プラズマを用いた無歪高能率ナノ精度形状創成プロセスの開発

特殊構造の電極を開発し、真空チャンバーを用いることなく完全な大気開放下でプラズマを発生できる数値制御(NC)加工装置を開発した。本装置を用い、厚さが100μm以下である水晶ウエハの厚さムラを2分以内に10nmレベルまで均一化することに成功した。また、大気圧水蒸気プラズマの照射による表面改質と砥粒研磨加工とを組み合わせたプラズマ援用研磨法を提案し、単結晶SiCのシリコン面に対してステップ/テラス構造が観察されるほどの原子レベルで平滑な表面を得た。ATカット水晶ウエハの厚さ分布を均一化するプロセスに対して大気開放型のプラズマプロセスを適用した場合、加工速度増加のために印加電力を上げると、熱応力による基板割れが問題となっていた。そこで、印加する高周波電力を連続波(CW)からパルス変調(PM)とすることにより、加工速度の増加と基板温度の低下を両立することを検討した。パルス変調の条件として、繰り返し周波数50kHz、duty比40%、平均投入電力を160Wとした場合、同一平均電力の投入条件下においてはCWプラズマを適用した場合と比較して、約2.5倍の体積加工速度が得られた。このときのプラズマオン時間は8μsec、プラズマオフ時間は12μsecであり、プラズマオン時における印加電圧の波高値は160×100/40=400W相当である。パルス変調プラズマを適用することで、瞬間的に高い電圧の印加が可能となり、反応種であるフッ素ラジカル(プロセスガスはHe,CF_4,O_2)の生成量が増大するとともに、プラズマオフ時間の導入によってガスが冷却されることによって基板への熱流入が低減し、熱応力による基板の破損を防止できると考えられる。また、平均投入電力を一定にしているにも関わらず、duty比50%と60%の時は、CWプラズマの時と比べて体積加工速度は小さくなった。これは、PMプラズマ適用時は、投入電力とフッ素ラジカル生成量との関係が非線形であり、duty比を小さくして、プラズマオン時における電圧波高値を増大させるほうがラジカル生成量の増加に効果的であることが示唆された。ヘリウムベースの大気圧水蒸気プラズマを照射することにより、SiC,WC等の高硬度難加工材料の表面が軟質化することを見出した。これらの材料に対してナノインデンテーション試験により硬度を測定したところ、単結晶SiCは約1/8に、WCは約1/40に低下することが分かった。水蒸気プラズマを照射したSiC表面のXPS測定ではSi-O結合の増加とSi-C結合の減少が見られたことから、表面が酸化していることが示唆された。また、酸素プラズマを照射した場合と比較すると水蒸気プラズマを照射した方の酸化レートが大きいことも分かり、OHラジカル(2.80V)とOラジカル(2.42V)の酸化ポテンシャルの差により酸化レートの差が生じたと考えられる。これらの結果を踏まえ、単結晶4H-SiC(0001)on-axis基板に対して酸化セリウム砥粒を用いた水蒸気プラズマ照射援用研磨を行ったところ、スクラッチフリーかつステップ/テラス構造が見られるほどの原子レベルで平滑な表面が得られた。また、反射高速電子回折(RHEED)によりプラズマ援用研磨前後の結晶性を評価したところ、研磨前に存在していた格子歪が除去されて理想的な結晶格子間隔を得るとともに回折スポットの半値幅が減少することが確認できた。これらの結果は母材であるSicよりも軟質な酸化セリウム砥粒を用いることでスクラッチフリーかつダメージフリーな平滑化加工が行えたことを意味するものであり、硬脆機能材料の高能率・高品位加工を実現する新しい加工法として発展する可能性を示せた。4H-SiC(0001)基板に対してヘリウムベースの水蒸気プラズマを照射するとともに、アルミナおよび酸化セリウム砥粒を用いたプラズマ援用研磨実験を行った。XPS測定の結果、水蒸気プラズマの照射により表面が酸化され、酸化膜とSiCの界面にはSi-C-Oの遷移層が存在することが分かった。プラズマ援用研磨においてアルミナ砥粒を用いた場合には面内方向にうねりを有するステップテラス構造が観察されたのに対し、セリア砥粒を用いた場合にはうねりのない理想的なステップテラス構造が得られた。硬度が高いアルミナ砥粒の場合には、ランダムな運動によってSiC界面の遷移層が除去され、遷移層が除去された部分は酸化が進行するためにうねりを有するステップテラス構造が形成されたと考えられる。軟質の酸化セリウムを用いた場合は、界面層が除去されずに常にSiC上に残留しながら除去加工が進行するため、基板の結晶性ならびに結晶方位の傾きに依存する理想的なステップテラス構造が形成されたと推測される。また、酸化セリウム砥粒を用いた反応焼結SiC基板のプラズマ援用加工においては、ダイヤモンド砥粒を用いた通常の研磨と比較して加工面に形成されるスクラッチの密度とその深さとを大幅に減少することができ、金型作製における高品位仕上げ法としての有用性を示せた。

今後、プラズマ援用研磨における除去メカニズムを解明するとともに、プラズマ照射条件ならびに砥粒の材質と運動方法等の最適化により研磨レートの向上を図る。