hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高周波数超音波を用いたソノサイトメトリーの開発

流体中に分散させた微粒子を細い流路内に流し、高速CCDカメラで観察するとともに、120MHzの高周波数超音波を照射し、その反射スペクトルの形状をニューラルネットワークの手法で解析した。微粒子の大きさや内部構造の複雑さの解析が可能であり、将来的に生体内の血流・リンパ流を応用した生体内ソノサイトメトリーの実現が期待される。本研究の目的は、流体中に分散させた微粒子を細い流路内に流す際に120MHzの高周波数超音波を照射し、その反射スペクトルの形状をニューラルネットワークの手法で解析することで、微粒子の大きさや内部構造の複雑さを解析するソノサイトメトリーのプロトタイプを作製し、原理の確認を行うことと、既存のフローサイトメーターと比較することで本システムの計測精度を実証し、生体内の血流・リンパ流を応用した生体内ソノサイトメトリーの実現性について検討することである。1)マイクロ流路の作製:3本の流路を1本に合流させるようなマイクロ流路を作製し、3台のマイクロシリンジポンプによって、中央から細胞に相当するポリスチレン微粒子を含む液体、両脇から微粒子を含まないシースフローを流し、マイクロ流路の上方に設置した高速CCDカメラで微粒子を含む液体の挙動を観察し、3台のマイクロ輸液ポンプの最適な流量を決定した。2)高周波数超音波計測システム・信号解析:中心周波数120 MHz、直径2.4 mm、焦点距離3.2 mmのPVDF製の凹面超音波振動子を、流路にほぼ30度の角度で設置し、作製したマイクロ流路の中央に焦点が一致するように固定する。超音波振動子にパルス幅100 ps、電圧50 V、繰り返し周波数3000Hzの電気パルスを入力し、高周波数超音波を発生させ、デジタルオシロスコープにより超音波信号が取得できていることを確認した。また、超音波信号の周波数解析およびニューラルネットワーク解析の手法を検討し、GPUに適した並列計算法について検討した。3)自己組織化マッピング:モデルを単純化するために、粒径2.5ミクロンおよび6ミクロンのポリスチレン微粒子が混在した液体をマイクロ流路に流し、超音波反射スペクトルを数値化し、分類した。平成23年度には、ソノサイトメトリー用のマイクロ流路作製および高周波数超音波計測システムの構築に主眼を置いた研究を行った。3本の流路を1本に合流させるようなマイクロ流路を作製し、3台のマイクロシリンジポンプによって、中央から細胞に相当するポリスチレン微粒子を含む液体、両脇から微粒子を含まないシースフローを流し、マイクロ流路の上方に設置した高速CCDカメラで微粒子を含む液体の挙動を観察し、3台のマイクロ輸液ポンプの最適な流量を決定した。中心周波数120 MHz、直径2.4 mm、焦点距離3.2 mmのPVDF製の凹面超音波振動子を、流路にほぼ30度の角度で設置し、作製したマイクロ流路の中央に焦点が一致するように固定する。超音波振動子にパルス幅100 ps、電圧50 V、繰り返し周波数3000 Hzの電気パルスを入力し、高周波数超音波を発生させ、デジタルオシロスコープにより超音波信号が取得できていることを確認した。東日本大震災により研究室が被災し、仮研究室への移転を余儀なくされたが、移転計画が当初の平成23年9月から平成24年1月に順延となったために、マイクロ流路やCCDカメラおよび高周波数超音波振動子のセッティングなど、静かな計測環境が必要な実験が平成24年1月まで遂行できなかった。このため、実際のマイクロ流路から取得した超音波信号の周波数解析やニューラルネットワーク解析には至らなかった。しかし、解析手法についての研究は進捗しており、平成24年度には当初の最終目標を達成できる見込みである。平成23年度の研究の遅延により、実際のマイクロ流路からの超音波信号取得は遅れたが、これまでの高周波数超音波研究のノウハウがあるので、平成24年6月までには平成23年度に予定していた研究内容は実施可能である。信号の解析手法について平成23年度にGPUによる並列計算アルゴリズムを確立しており、平成24年度には当初の最終目標を達成できる見込みである。平成23年度の研究費残額は、当初計画していた実際のマイクロ流路からの超音波信号の周波数解析やニューラルネットワーク解析を次年度に延期することによって生じたものであり、延期した信号解析に関する研究に必要な経費として平成24年度請求額とあわせて使用する予定である。
手術記録映像の再利用によるカテーテル手技医育成支援

本研究では、カテーテル手技映像にアノテーション情報を自動あるいは半自動で付与し、ユーザが効率的に手技映像を閲覧できる支援システムの構築を行った。具体的には、「手技映像を常時記録可能な環境の構築」「手技映像ハンドリングソフトウエアの構築」「ジェスチャを用いた手技映像記録カメラの非接触操作インターフェースの開発」「自動アノテーション付与のためのカテーテルトラッキング」の4点について研究を進めた。実際に放射線科医に使用して頂き、構築したシステムの有用性を評価した。本研究では、カテーテル手技映像記録に対して編集技術を駆使することで、ユーザの効率的な閲覧を可能とし、実利用性の高い医師育成教材としての再利用を実現する仕組みの開発を目的としている。平成25年度は、手技映像記録とその閲覧、さらに、指導医が手技映像を直接編集できるアプリーション等、本研究の基盤に関わるシステムを構築した。映像記録は、パン・チルト・ズームが制御可能なカメラ2台を利用し、実際の手技室に常設設置を行うことで、カテーテル手技医の前方と上方からの映像をいつでも撮影可能な環境を整えた。閲覧のための基本ビューアは、前述した前方からの映像、上方からの映像に加え、手技部位のX線透視映像の3つが表示可能な仕様とし、それら3映像を同期して再生可能なシステムとして構築した。また、早送り、巻き戻しといった映像の基本操作を可能とする仕組みも実現した。タイムライン表示などの閲覧に有用な機能の実装も完了させた。さらに、記録された手技映像について、指導医による編集作業を支援するためのアプリケーションも構築した。実現した機能は、映像中にて今どのような手技作業を行っているかを登録する「手技作業登録機能」、登録した手技作業と実際の映像の箇所を関連付ける「作業と映像の関連付け機能」、手技作業について各種コメントや説明等を付与できる「作業説明入力機能」、映像中の重要なシーンを登録し、あとから振り返ることができる「重要シーン登録機能」である。最初に述べた手技作業は、映像のインデックスとして利用可能である。本編集支援アプリケーションは、実際の放射線科医に使用していただきながら、ユーザインターフェースを含めた洗練化を行い、指導医の負担の少ない編集アプリケーションを実現した。本研究では、カテーテル手技映像記録に対して編集技術を駆使することで、ユーザの効率的な閲覧を可能とし、実利用性の高い医師育成教材としての再利用性を実現する仕組みの開発を目的としている。平成25年度にて、手技映像記録とその閲覧、さらに、指導医が手技映像を直接編集できるアプリケーション等、本研究の基盤に関わる、記録、閲覧、編集等の仕組みの構築が完了したことから、平成26年度は、映像撮影の品質を向上させるための操作インターフェースの構築を行った。カテーテル手技映像記録では、術者の手元の動きの記録が重要となる。この時、術者のカテーテル操作の動き、振る舞いは極めて微小であるため、ズームの利いた撮影方式を採用する必要がある。その一方で、この撮影方式では撮影領域が狭くなってしまうため、患者のベット位置の移動などによって、本来記録すべき術者の手元が撮影領域外となってしまい、結果的に低品質な映像記録となってしまう場合がある。いうまでもなく、術者はリモコンなどを利用してカメラパラメータを変更することは、清潔性の保持等の観点から困難であり、機材を必要としないカメラ操作手法が必要となる。この問題を解決するために、術者自身がジェスチャにて、カメラのパン・チルトを操作可能なインターフェースを実装した。術者のジェスチャは、記録している映像を処理することで抽出する。すなわち、得られた画像から肌色抽出によって術者の手部を切り出し、その重心位置の時間変位を求めることで、術者のスワイプの様子を求める。術者の左右方向のスワイプはカメラのパンに、上下方向のスワイプはチルトにそれぞれ割り振った。これらはタブレット型コンピュータの操作方式に準拠しており、術者が直観的に操作可能である。実際の記録用カメラを利用して構築した操作インターフェースが有用であることを確認した。本研究では、カテーテル手技映像記録に対して編集技術を駆使することで、ユーザの効果的な閲覧を可能とし、実利用性の高い医師育成教材としての再利用性を実現する仕組みの開発を目的としている。平成27年度は、手技の状態を推定することで、手技映像の各シーンの重要度を決定する仕組みの検討と実装を行った。手技中は、X線透視映像にて患者体内のカテーテルが検出可能である。カテーテルの動き・軌跡は、手技者にとって実施している手技の困難さや迷い等を反映させることが多い、という経験則に基づき、カテーテルの先端部をトラッキングすることでその移動速度や位置の検出を実現した。カテーテル先端の移動速度が遅いシーンは「術者が迷っている」重要なシーンと考えることが可能である。なお、手術中は、手術の進行に伴ってX線撮影部位もその位置を変えていく。従って、カテーテルの身体に対する位置や軌跡を算出するためには、X線透視画像中のカテーテル位置のみならず、X線透視画像撮影用カメラの移動量を推定する必要がある。カメラの移動量は、得られたX線透視画像を解析することで推定した。具体的には、時間差のある2枚のX線透視画像について、正規化相互相関を用いたテンプレートマッチング法を利用してカメラ移動量を推定した。こうして求めたカメラ移動量と、X線透視画像中のカテーテル先端部の(画像座標での)位置を利用して、カテーテルの位置と軌跡を求めることができた。

得られたカテーテル軌跡情報は二次元グラフの他、カテーテルの移動速度変化グラフとして表示可能な機能も実装した。実際のX線映像を用いてカテーテル先端部の抽出及びトラッキング実験を行い、安定して抽出できることを確認した。本研究では、カテーテル手技映像にアノテーション情報を自動あるいは半自動で付与し、ユーザが効率的に手技映像を閲覧できる支援システムの構築を行った。具体的には、「手技映像を常時記録可能な環境の構築」「手技映像ハンドリングソフトウエアの構築」「ジェスチャを用いた手技映像記録カメラの非接触操作インターフェースの開発」「自動アノテーション付与のためのカテーテルトラッキング」の4点について研究を進めた。実際に放射線科医に使用して頂き、構築したシステムの有用性を評価した。概ね研究計画通りであり、特段の問題や研究計画の変更等は見当たらない。画像計測現状では特に大きな問題等は見受けられず、次年度以降も研究計画に従って研究を着実に遂行する予定である。概ね研究計画通りであり、特段の問題や研究計画の変更などは見当たらない。当初計画では、カメラやネットワーク機器等を包括的に購入し、安定継続的に記録可能な環境を構築する予定であったが、インターフェース等のアルゴリズム開発を優先したため、研究費に残額が生じた。現状では特に大きな問題等は見受けられず、次年度以降も研究計画に従って研究を着実に遂行する予定である。安定継続的に記録可能な環境に必要な機材を購入し、実験環境の整備を行う予定である。当初計画では、複数台のパン・チルト・ズームカメラを新規に購入し、手術室に設置する予定であったが、迅速に記録実験を行う都合上、納期等を鑑みて、一時的に手持ちのものを流用したため、研究費に残額が生じた。継続的に安定して記録を行うために、新規にカメラシステムを購入し、現状設置しているものとの置き換えを行う予定である。
合衆国における各政府機関内の法律顧問長に関する研究

本研究は合衆国の各政府機関における法律顧問長の、訴訟・非訴訟の両局面における活動・役割を解明しようとするものである。非訴訟局面における当該機関によるプログラム策定への関与の機能を検討し、訴訟局面に関しては、具体的な事件において作成された書面の分析作業を行い、これにより、今後の研究として、ホワイトハウスの法律顧問を対象とする必要を指摘した。研究初年度である2015年度には、当初の予定に沿って、合衆国政府内の法律家職員と行政組織に関する文献調査を行うとともに、本研究課題がこれまでの研究課題から対象を拡大させるものであることから、前課題の研究実績としての公表に際して、本研究の内容を接続させる作業を行った。他方、本研究課題はわが国における行政不服審査法をはじめとした法改正と新制度の運用に重なり合うものであるが、これをめぐる研究の進展がみられ、関連文献も多く出版されたことから、これらの議論状況をフォローし、整理する作業を進めた。これらの作業を通じて、合衆国の政府作用のなかでも、その専門化・細分化の局面のうち特に手続的な整備が図られる過程において政府内法律家への注目が高まりを見せてきたようにうかがわれること、その際に、行政学的な視点からの政府内法律家職員の行動様式への注目もみられること、大統領府内の法律家職員との調整作用を経た訴訟対応・政府内手続の事例が少なくとも複数存在することが明らかになった。また、わが国における議論状況・運用状況との関連では、いくつかの行政組織に期待される、実体的・手続的な専門性の維持向上について、庁内の法律家が一定の機能を果たしうる可能性があり、その具体的なモデルとして、またその専門性自体の分析作業に対しても有用な比較検討素材として合衆国の法律顧問室のありようを提示することに意義が認められるという見通しを得た。2015年度の作業では、当初の計画(検討の順序)において予定していた作業として未着手のものが存在するが、これはわが国の議論状況に進展が見られ、当初案では3年目に行うことを予定していた作業を前倒ししたことによるものである。したがって、申請時に想定している作業量全体との関係では、必要とされる程度を満たすことができたと考えられる。むしろ研究初年度である2015年において、研究成果のわが国への接続可能な局面を意識することができ、次年度の重点的な検証を行うべき事項・項目の精緻化につながりうる知見を得ることもできた。これらの点からは、本研究の進捗状況としては概ね順調なものであったということができるものと考えられる。本研究の第2年度である2016年度においては、前年度における「今後の推進方策」欄で示した通り、合衆国政府内における各法執行担当機関をめぐるケーススタディに着手した。特に大統領府との関係が前面に表れた事例、かつ合衆国最高裁での判決が示されたものとして、TVA v. Hill判決(1978)、および選挙区割り訴訟に係る1960年代の諸事件を取り上げて検討を行った。前者については、政府内における政策と法解釈の対立に係る、《大統領府ー内務省ー政府関係法人たるTVAー司法省》という構図の下で、内務省の法律顧問をはじめとした各々の法務担当職員が関与したブリーフや、当事者の回顧を検証するという手法を通じて、判決の背景に存在していた、法務職員による各機関の主張形成と相互調整の作用の一断面を提示することができた。他方、後者については、《大統領ー法務機関としての司法省ー法執行機関としての司法省(市民的権利局)》という構図の下で、大統領の政策的関心を推進する形で法務職員の作用が機能する局面を示すことができた。これらの作業を通じては、近時において、かつてに比して各機関の法律顧問が、大統領府との間でより直接的な関係を構築する傾向がみられることをうかがい知るに至った。他方、わが国での法務職員に状況に関連しては、複数の自治体内の有法曹資格職員とコンタクトを取ることができ、その現状認識、問題意識等に関する質疑を行い、当初の期待に沿う情報を得ることができている。上記【研究実績の概要】欄に記載したとおり、近時においては各政府機関の法律顧問室が、大統領府、とりわけ大統領府内の法律顧問スタッフとの間の関係を強めているようであるが、他方で、16年度中の合衆国における政権交替後には、本研究の対象との関わりでも注目すべきいくつかの事象が生じるに至っている。こうした事象にみられるごときアクチュアルな問題との関係での検討の必要性は、本研究の開始時点では自身も十分には認識していなかったため、これらの視点に基づくフォローが今後追加的に求められることとなる。この追加的な検証の分だけ、当初見込んでいた本研究課題の作業量との比較では、進捗状況として遅れているものと評価している。3年目となる本年度は、前年度のまでの研究をもとに、各機関における法律顧問の諸任務のうち、かの国において最も重要なものと認識されることの多い、当該機関の策定する規則・プログラムの制定法上の許容性に関する審査の局面に焦点を当てて、検討を加えた。ここでは、素案策定の段階から法律顧問室が関与をすることが多いこと、策定の2つのタイプ(かの国でいう「ワークグループモデル」と「ラインモデル」)のうち特に「ワークグループモデル」においては中心的な位置付けに置かれていること、その際の法律顧問室の観点は司法審査の可能性がある論点の提示を示すことにあることが明らかになった。こうした法律顧問室の機関内における機能は、わが国の自治体内弁護士の活動(特に政策法務として位置づけられるもの)のうち、少なくともいくつかの例と重なりあうという評価に至った。

機関間の関係における法律顧問室の機能としては、前年度に検討した事件例の後に、そこでの諸作用を一般制度化したともいいうる大統領命令12146による制度を通じたコーディネーションは、必ずしも十全に作用しているわけではないことも明らかになった。なお、副次的には、州レベルの各期間の法律顧問室に関する議論の参照を通じて、連邦レベルでの1920年代の制度図式がとられている州も存在しており、ここに現下の連邦レベルとは異なるもう一つの法務組織像が存在するのではないかという問題も発見することができた。他方、大統領府との関係の分析については、従前の評価枠に沿わない事象も少なくなく、またそうした事象がなお継続していることから、踏み込んだ評価は差し控えざるを得ず、本研究で得られる視覚に基づく分析を加えるべき次の課題とした上での、予備的作業を固めることに注力することとなった。本研究は合衆国の各政府機関における法律顧問長の、訴訟・非訴訟の両局面における活動・役割を解明しようとするものである。非訴訟局面における当該機関によるプログラム策定への関与の機能を検討し、訴訟局面に関しては、具体的な事件において作成された書面の分析作業を行い、これにより、今後の研究として、ホワイトハウスの法律顧問を対象とする必要を指摘した。本研究課題の2年目となる2016年度には、引き続き、わが国の議論・運用状況の進展をフォローしつつ、合衆国政府における文献調査を進めることを予定している。加えて、2015年度に見出された、大統領府との調整作用が介在した、合衆国最高裁におけるTVA v. Hillなどの事件・エピソードについての踏み込んだ調査・検討を行うとともに、1950年代における政府内調整機構論、1970年代における政府内法律家論に着目した検討を行う予定である。さらに、2015年度においては必ずしも十分に区分けをしていたわけではなかった、いわゆる独立行政機関内の法務組織に関する議論を、今少しその統治機構上の文脈にも留意しつつ分析を加えることを予定しており、可能な限りわが国の戦後期における行政組織に係る議論にも検討を加えることを考えている。上述の、近時の動向を意識しつつ、各政府機関における法律顧問室について、特に執行府内の機能論、大統領府との関係を対象とした検討の比重を若干高める形で、今後の研究を進めていく方針である。その際には、類似する議論が高まりをみせていた、1980年代から90年代において諸論者が発していたモデル像とすり合わせる形での検証を行うことになることを想定している。公法学【現在までの進捗状況】で示したとおり、2015年度においては国内での議論状況に進展が見られた。このため、基金による年度をまたぐ柔軟な使用が可能という利点を生かして、当初の計画(検討の順序)に調整を加え、国内議論のフォローと整理に重点を置き、国内文献の入手を前倒し的に優先させ、海外文献の入手を先送りすることとした。このことにより、次年度使用額が生じることとなった。研究対象とするアメリカ合衆国において、特に政権交替に伴う形で、いくつかの吟味を要する司法省をめぐる事象が現れるに至った。このため、かの国における議論が一定程度進展したしかるべきタイミングで文献調査を行うべく、2016年度の使用を次年度にスライドさせることとした。このため、次年度使用額が生じることとなった。
化学反応および生体分子系における反応選択性・記憶の動的発現原理

高次元相空間構造における法双曲的不変多様体(NHIM)などから構成される不変集合の性質に立脚して化学反応ダイナミックスにおける統計性と選択性の起源を明らかにし、局所平衡に依拠しない化学反応動力学理論を確立することに成功した。具体的には以下のことを実施した。(1)HCNの異性化反応、O(^1D)+N_2O→NO+NOを取り上げて、多谷ポテンシャルエネルギー地形上を複数のサドルを遷移する多遷移ダイナミックスにおける相空間反応経路や短寿命反応経路における2つのNO分子間の高速エネルギー交換メカニズムを解明した。(2)活性化障壁よりも高いエネルギー領域においてNHIMの熱浴自由度間の共鳴がNHIMの構造安定性に与える影響を解析し、反応選択性が消失する力学原理を解明した。(3)非共線型H_2+H→H+H_2異性化反応を取り上げ、多自由度系における遷移状態の分岐、遷移状態の同定可能性を考察した。1分子計測の時系列情報から、背後に潜む生体分子系の動態構造、多次元エネルギー地形を抽出するための時系列解析理論の開発を行った。(1)局所平衡仮定に依拠しない計算力学(Computational Mechanics)およびWavelet多重分割に基づく時系列解析理論を開発し、時系列情報のみから背後に存在する状態遷移ネットワーク構造を抽出し、そのトポロジー的性質ならびに分子記憶を考察するための包括的なダイナミックス基盤を構築した。(2)局所平衡を仮定し、時系列情報のみから準安定状態を規定し、その状態間距離を定義し、多次元配位空間における自由エネルギー地形を推定する方法論を考案した。その結果、状態を観測時間の関数として定義し、1分子時系列情報から階層的なエネルギー地形を抽出することなどが新規に可能になることが判明した。我々は粗視化したスケールの揺らぎに比べて充分小さいが、微視的スケールの揺らぎに比べて大きい変位に対する「粗視化されたレベル」における協同運動を図る指標としてカオス力学系の有限サイズリヤプノフ指数を用いて「進化の所産として獲得された(とされる)」ファネル型と非ファネル型エネルギー地形をもつたんぱく質における遅い大振幅ダイナミックスにおける協同運動を解析した。有限サィズリヤプノフ指数とは、端的にいえば、可変な有限解像度のもとでの軌道不安定性の強さに対応する。解析の結果、微視的仁は強いカオスであるが、大振幅運動を伴う主成分座標に投影した運動は「(微視的な)強カオス→(粗視化されたスケールの)弱カオス」への転移が観測され、フラストレーションがより小さいファネル型エネルギー地形ほど顕著にその傾向があることが分かった。エネルギー地形上の凸凹(ruggedness)が存在することで、反応が加速される現象が理論・実験の両面から近年指摘されているが、その理論的な解釈は充分与えられていない。蛋白質キネテックスを多遷移過程として捉えるC.Wagner & T.Kiefhaber PNAS 96,6716(1999)などを参照し、「どのような条件下で異なるサドルを通過する反応軌道のあいだにダイナミカルな相関が持続しえるか」などの多遷移ダイナミックスに関する一般的性質を抽出するための反応座標と熱浴自由度から構成される多遷移ダイナミックスの力学系モデルを構築した。このほか、蛋白質ダイナミックスの主成分空間の多重エルゴード性に関する研究なども行った。研究成果に関しては、国際会議4件(うち、2件は招待講演)および日本蛋白質科学会、日本物理学会、分子構造総合討論会などで発表し、学術雑誌Adv.Chem.Phys.の編集と総説執筆を行った(2004年度以内に出版される予定)。1)我々は高次元カオス力学系に存在する法双曲的不変多様体に立脚して新しい相空間構造に基づいた化学反応動力学の統一理論を構築することを目指している。

今年度は3自由度系HCNの異性化反応を取り上げ、相空間上の動的反応経路、相空間上の基準座標に相当する標準形座標の可視化に成功した。サドル領域における法双曲性が破れる十分条件を導出し、遷移の「真の統計性」の起源を考察した。(投稿準備中)。2)主成分区間におけるエルゴード性と構造転移および機能との関係を明らかにするために、Straubらにより開発された運動エネルギー揺らぎを指標にしたエルゴード測度を主成分空間上で展開する手法の開発を行った。3)一分子計測の時系列情報から、背後に存在するダイナミックスが第ゼロ近似として統計性に従うものとし、多次元の自由エネルギー地形を推定・評価する方法論の開発を行った。滞在頻度および遷移頻度から各状態の自由エネルギー値を評価し、各状態間の計量関係を保存した自由エネルギー地形を評価する方法であり、今年度は任意の一分子時系列データを解析するためのプログラム開発を行った。4)極小エネルギー構造間の距離関係を保存した新しい多次元エネルギー地形の可視化手法、ならびに構造多様性の新たな指標を導出し、46ビーズタンパク質に適用し、人口および天然タンパク質の構造多様性と外部摂動に対するエネルギー地形の頑健性を考察した(J.Chem.Phys.掲載)。このほか、ポリアラニンのHelix-Coil転移ダイナミックスにおける水の場の集団運動に関する研究なども行った。研究成果に関しては、国際会議5件(うち、2件は招待講演)および分子構造総合討論会、生物物理学会などで発表(7件、うち5件は招待講演)し、学術雑誌Adv.Chem.Phys.の編集、総説執筆ならびにJ.Chem.Phys.に論文を掲載した。1)反応遷移における統計性の起源(摂動に対して滑らかにのみ変化し、急に消失することはない)構造安定な不変多様体がどのような状況下で崩壊し、反応遷移における真の確率過程(=反応選択性の消失)が出現するのか、については殆ど分かっていない。部分自由度に渡ってのみnormalizeする部分標準形理論を新たに導入し、活性化障壁よりも高いエネルギー領域においてNHIMの熱浴自由度間の共鳴がNHIMの構造安定性に与える影響を解析し、遷移過程が真に熱的になるメカニズムを解明した(投稿中)。2)遷移状態の分岐現象遷移状態の分岐現象は2自由度系においては1980年代後半に解明されているが、20年以上経過した現在においても多自由度系における遷移状態の分岐現象は解明されていない。非共線型H_2+H→H+H_2異性化反応を取り上げ、部分標準形理論によるNHIMの分岐解析を通して、多自由度系における遷移状態の分岐、遷移状態の同定可能性を考察した(投稿準備中)。O(^1D)+N_2O→NO+NO反応は(N_2Oの一部としてすでに存在している)old NO(最初は低振動励起状態)と(新たに生成される)new NO(最初は高振動励起状態)が、極めて短い寿命(100fs)の中間体を経て生成系に至るあいだに高速エネルギー交換が行われ、その結果、終状態においてはold NOとnew NOの振動分布がほぼ同程度になる「通常の常識と異なる」化学反応系である。その相空間構造を解析し、そのメカニズムを明らかにした(投稿準備中)。
細胞初期化技術を用いた細胞腫特異性発癌の検証

癌は遺伝子変異により生じる疾患と考えられているが、発生する臓器により検出される遺伝子変異は異なっている。このことから遺伝子変異による発癌は、臓器を構成する細胞の種類に依存していることが示唆される。しかしながら未だ依存の程度は十分に理解されていない。我々は大腸腫瘍細胞を初期化し他の臓器の細胞へ再分化させることで、細胞種を規定しているエピゲノム制御を変化させ、遺伝子変異による腫瘍形成への影響を検証した。Apc Minマウスに発生した大腸腫瘍を培養しその腫瘍細胞の初期化を行いRTCと命名した。マイクロアレイにてApc遺伝子の変異により発現に影響を受ける遺伝子を、RTCおよび腸管細胞で比較すると重複しておらず、細胞の初期化によってApc遺伝子の変異により影響を受ける遺伝子群が大きく変化する可能性が示唆された。RTCは多能性を消失していたが、Apc遺伝子の片アレルを正常Apc遺伝子で救済すると多能性が付与された。キメラマウスを作製し体内でApc遺伝子を再び不活性化した結果、腸管では再び腫瘍を形成したが、他の臓器では腫瘍形成は認められなかった。さらに腸管腫瘍の大部分は、遺伝子変異を有するにも関わらず、腫瘍前段階である粘膜内病変にとどまっていた。以上よりApc遺伝子変異により影響を受ける遺伝子発現や細胞動態の変化は細胞種に依存すると考えられ、腫瘍の進展には遺伝子配列異常のみならずエピゲノム制御が関与していることが示唆された。大腸癌の原因として知られているApc遺伝子に変異のある大腸癌マウスモデルを用いて、大腸の腫瘍細胞をiPS細胞技術により初期化し、初期化腫瘍細胞(RTC)を作製した。作製したRTCの特性を調べ、またRTCを生体内で再び腸管や他の臓器の細胞に分化させることにより各々の臓器に腫瘍が形成されるかどうか検討を行った。Apc遺伝子の変異によって影響を受ける遺伝子を、マイクロアレイにてRTCおよび腸管の細胞で比較すると重なっておらず、細胞の初期化によってApc遺伝子変異により影響を受ける遺伝子群が変化することが分かった。このことは例え同じ遺伝子変異を有していたとしても細胞種が異なれば、遺伝子変異による細胞への影響も異なることを示唆した。RTCは多能性を有しておらず、これはApc遺伝子の不活性化によるものと考えられた。変異したApc遺伝子の片アレルを一時的に正常なApc遺伝子に置き換えると、RTCに多能性が与えられマウスの体内でさまざまなタイプの細胞へと分化させることが可能となった。このマウス体内においてRTC由来細胞のApc遺伝子を再不活性化した結果、腸管細胞に分化した細胞では再び腫瘍を形成したが、他の種類の細胞では腫瘍形成は認められなかった。さらに発生した腫瘍の大部分は腫瘍前段階である顕微鏡的adenomaであった。このことから腫瘍の進展には遺伝子異常だけでは不十分であり何らかのエピジェネティック変化の存在が示唆された。RTCのApc遺伝子の片アレルをloxP配列を有したコンストラクトを用いてApc遺伝子のレスキューを行うことによりCreを発現させることで腫瘍細胞の遺伝子の異常を自由に再現できる実験系を確立した。この樹立した細胞を用いて、生体マウス内でApc遺伝子を再不活性化することにより腸管および他の臓器に腫瘍が再び発生するかどうかを検証した。また環境要因を排除するためvitroでも樹立した細胞を腸管細胞および他の組織の細胞へと分化させ腫瘍特性が見られるかを検証した。その結果、腸管細胞に分化した細胞では再び腫瘍を形成したが、他の種類の細胞では腫瘍形成は認められなかった。以上のことにより、腫瘍の進展には遺伝子異常だけでは不十分であり何らかのエピジェネティック変化の存在が示唆された。これらの結果をまとめ論文としてPNASにて発表した。しかしながら依存の程度は十分に理解されていない。我々は大腸腫瘍細胞を初期化し、他の臓器の細胞へ再分化させることで細胞種を規定しているエピゲノム制御を変化させ、遺伝子変異による腫瘍形成への影響を検証した。このプロジェクトの成果をまとめPNASにて発表した。以後、研究成果を各種学会にて発表を行っている。

Apc Minマウスに発生した大腸腫瘍を培養しその腫瘍細胞の初期化を行いRTCと命名した。マイクロアレイにてApc遺伝子の変異により発現に影響を受ける遺伝子を、RTCおよび腸管細胞で比較すると重複しておらず、細胞の初期化によってApc遺伝子の変異により影響を受ける遺伝子群が大きく変化する可能性が示唆された。RTCは多能性を消失していたが、Apc遺伝子の片アレルを正常Apc遺伝子で救済すると多能性が付与された。キメラマウスを作製し体内でApc遺伝子を再び不活性化した結果、腸管では再び腫瘍を形成したが、他の臓器では腫瘍形成は認められなかった。さらに腸管腫瘍の大部分は、遺伝子変異を有するにも関わらず、腫瘍前段階である粘膜内病変にとどまっていた。以上よりApc遺伝子変異により影響を受ける遺伝子発現や細胞動態の変化は細胞種に依存すると考えられ、腫瘍の進展には遺伝子配列異常のみならずエピゲノム制御が関与していることが示唆された。今回まとめた結果を積極的に学会で発表し、今後さらなるプロジェクトへつなげられないか検討中である。若干の端数が生じた為。(理由)若干の端数が生じた為。(使用計画)次年度の予算と合わせて使用予定である。次年度の予算と合わせて使用予定である。
根毛細胞の可塑的な伸長成長を支える転写制御ネットワークの解明

根毛は、植物の根の表面にある毛のような組織である。根の表面積を大きくすることで、土壌からの水や栄養素の効率的な吸収に寄与する。根毛の長さは植物の生育する環境に応答し、一般に栄養が豊富な環境では根毛の成長が抑制され、逆に栄養が不足している環境下は根毛の成長が促進される。すなわち、植物は自身の置かれた環境に対して適切な長さを調節していると考えられる。一方で、その分子機構の多くは未解明である。本研究では、その根毛の柔軟な成長制御機構を転写制御という観点から明らかにするために、転写因子による根毛の成長制御機構の解明を行ってきた。本研究の初年度では、根毛の成長を制御する転写因子のスクリーニングを実施し、未解明の転写因子-遺伝子の制御関係を多数見出した。そして二年目では、GTL1というトリヘリックス型の転写因子に着目した解析を行い、GTL1がRSL4という転写因子の発現を抑制することで根毛の成長を負に制御することを明らかとした(Shibata et al., 2018)。最終年度となる3年目では、初年度に行ったスクリーニングのさらなる検証を進め、根毛のリン酸飢餓応答に重要な役割を担う転写因子を同定したほか、様々な環境シグナルを統合する役割を担う転写因子を発見した。これらの転写因子はまさしく本研究で同定を目指す環境シグナルに応答し根毛の成長を制御する転写因子であり、本研究計画が期待通り進行したことを示している。さらに3年間の集大成として、自分自身の研究成果だけでなく根毛の成長制御に関わる転写因子および転写制御について網羅したレビューを書き上げて発表した(Shibata & Sugimoto, 2019)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。シロイヌナズナの根毛の長さは、植物の周りの環境、特に土壌中の無機栄養素の量によって変化する。このことは根毛があらかじめプログラムされた成長に加えて、外部環境に応答した柔軟な成長制御がなされていることを示している。本研究では、その柔軟な成長制御機構を転写制御という観点から明らかにするために、転写因子による根毛の成長を調節する遺伝子制御ネットワークの解明を行っている。当該年度では、転写因子-プロモーター間の相互作用を網羅的に解析することができる酵母ワンハイブリッドスクリーニングを実施し、得られたデータの解析を行った。現在までの解析から、窒素やリン酸、鉄分といった根毛の成長に大きな影響を及ぼす無機栄養素に対して応答する転写因子が、根毛の成長に必要な遺伝子を直接的に制御することが見えてきている。同様に、オーキシンやエチレンなど根毛の成長に重要な役割を担う植物ホルモンに対して応答を示す転写因子が根毛の成長に必要な遺伝子を直接的に制御することも見えてきている。今後は、解析から示唆される転写制御関係を変異株や過剰発現株を用いて遺伝学的に解析していく。また、クロマチン沈降解析、プロモーターアッセイなどによりin vivoでの転写因子-プロモーター間の結合を検証し、実際に植物内でどのように機能を発揮しているのかを解明する。そして環境適応機構という文脈の中で、根毛の長さを柔軟に制御する生物学的な意義を考察する。当該年度では、申請した計画通りにアメリカに赴き、限られた期間のなかでスクリーニングを完了できた。スクリーニングの結果に関しても、これまでに知られていない転写制御関係を多数示唆するものであり、期待以上の成果となっている。速やかに2年目以降の研究に移行できる。根毛は植物の根の表面にある毛のような器官で、根の表面積を大きくすることで水や栄養素の効率的な吸収に寄与している。根毛の長さは植物の生育する環境に応答して変わることから、植物は自身の置かれた環境に対して適切な長さを調節していると考えられているが、その分子機構は未解明な点が多い。本研究では、その根毛の柔軟な成長制御機構を転写制御という観点から明らかにするために、転写因子による根毛の成長制御機構の解明を行っている。これまでに本研究では、根毛の成長促進因子であるRSL4がGTL1およびDF1という転写因子によって発現抑制を受けることを明らかにした。さらに、トランスクリプトーム解析をはじめとする分子生物学的アプローチと数学的モデリングから、RSL4もまたGTL1の遺伝子発現を制御すること、RSL4とGTL1は共通するターゲットを持ち、RSL4は促進因子、GTL1は抑制因子として機能することなどを明らかとした。今後の解析では、本研究プロジェクトの初年度に実施した酵母ワンハイブリッドスクリーニングから示唆されている遺伝子の制御関係の検証を行っていく。例えば、リン酸欠乏や窒素欠乏に応答する転写因子など、外部環境に対して応答性を示す転写因子が、根毛の成長制御を担う転写因子を直接制御するという制御関係が示唆されている。これらの制御関係はまさしく本研究が解明を目指している「根毛細胞の可塑的な伸長成長を支える転写制御」そのものであり、本プロジェクトの目指すゴールは目前である。当該年度では、酵母ワンハイブリッドスクリーニングの解析も順調に進み、その検証のための準備に用いる遺伝子破壊株や過剰発現株、発現誘導株などの作出が着々と進行している。最終年度となる3年目に研究を総括するための準備は整っており、申請した研究計画通りに進行している。また、本研究プロジェクトに関連した論文がすでに2報受理されされており、プロジェクトは順調に進行している。

根の表面積を大きくすることで、土壌からの水や栄養素の効率的な吸収に寄与する。根毛の長さは植物の生育する環境に応答し、一般に栄養が豊富な環境では根毛の成長が抑制され、逆に栄養が不足している環境下は根毛の成長が促進される。すなわち、植物は自身の置かれた環境に対して適切な長さを調節していると考えられる。一方で、その分子機構の多くは未解明である。本研究では、その根毛の柔軟な成長制御機構を転写制御という観点から明らかにするために、転写因子による根毛の成長制御機構の解明を行ってきた。本研究の初年度では、根毛の成長を制御する転写因子のスクリーニングを実施し、未解明の転写因子-遺伝子の制御関係を多数見出した。そして二年目では、GTL1というトリヘリックス型の転写因子に着目した解析を行い、GTL1がRSL4という転写因子の発現を抑制することで根毛の成長を負に制御することを明らかとした(Shibata et al., 2018)。最終年度となる3年目では、初年度に行ったスクリーニングのさらなる検証を進め、根毛のリン酸飢餓応答に重要な役割を担う転写因子を同定したほか、様々な環境シグナルを統合する役割を担う転写因子を発見した。これらの転写因子はまさしく本研究で同定を目指す環境シグナルに応答し根毛の成長を制御する転写因子であり、本研究計画が期待通り進行したことを示している。さらに3年間の集大成として、自分自身の研究成果だけでなく根毛の成長制御に関わる転写因子および転写制御について網羅したレビューを書き上げて発表した(Shibata & Sugimoto, 2019)。これまでの結果から、根毛の成長を制御する上で重要な役割を担う転写因子が見出されてきている。今後は、スクリーニングから見出された転写因子の機能解析へと移行し、見出された転写因子-プロモーターの結合関係が実際に遺伝子発現制御につながっているのか、示唆される転写制御ネットワークがどのように根毛の成長制御に寄与しているのか、など生物学的な機能を明らかにしていく。そして、得られた転写制御関係を統合し、根毛の成長を制御する網羅的な転写制御ネットワークを描き出す。本年度は、昨年度に作出した形質転換体を用いて、スクリーニングから見出された転写因子の分子メカニズムの解明に取り組む。具体的には、クロマチン免疫沈降解析や培養細胞を用いたプロモーター解析により、初年度のスクリーニングから得られた転写制御関係の検証を進めていく。さらに、作出した機能欠損変異株や過剰発現株、発現誘導株を用いて、環境に対する応答を組織レベル、遺伝子発現レベルで調べ、「根毛細胞の可塑的な伸長成長を支える転写制御ネットワーク」の総括を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
確率論的・FEMモデルによる音の破壊伝播機構の解明と大腿骨頸部骨折発生機序の検討

(目的)高齢者に多い大腿骨頸部骨折は骨粗鬆症に起因する。本骨折は難治性の骨折であるので発生を極力回避したい。そのためには骨折発生時期を精度よく予測する必要があるが、骨組織、特に海綿骨は構造上の不均一性が甚だしく骨折発生予知の妨げになっている。そこで、海綿骨の強度を不均一性を考慮してFEMモデル化し、統計処理を施して骨折時期予知の信頼性について検討した。(結果)海綿骨の確率論的モデルの作成。実際のヒト大腿骨中枢部より採取した海綿骨の骨梁構造の特徴を方向性の強さ、体積密度によって表し、また、各骨梁は主に曲げを受けることなどを考慮して、Y型単位要素を考案した。実際の海綿骨は大別して3種類の構造をもつので、その中間型をも含めて5種類のFEM骨梁構造を決定した。また、海綿骨のFEM全体モデルとして格子(10×10)に単位要素をランダムに配置して配列の違いから生じる強度のバラツキを求めた。破壊の有無の判断は皮質骨の引っ張り強度を参考にした。更に、同海綿骨からなる大腿骨中枢部FEMモデルを作成し、片脚起立位を設定して骨頭反力(体重の3倍)と大転子(体重の2.7倍)に荷重し、頸部に生じる海綿骨の破壊箇所について検討した。頸部主引っ張り骨梁群に最初の破壊が起こることが示唆された。
イヌによる動物介在教育がもたらす諸効果に関する基礎的研究

教育場面において動物と触れ合うことが、様々な効果をもたらすことが知られている(動物介在教育animal assisted education: AAE)。しかし、その効果について統制された条件下で検討した研究は少ない。本研究では、学習場面におけるイヌとの触れ合いが及ぼす影響について3つの実験によって検討した結果、認知的・生理的・社会的効果が認められた。本研究結果により、AAE効果の特徴が明確となり、科学的根拠に基づいた応用が可能になってくると考えられる。動物との相互作用により様々な効果が期待できる動物介在教育(Animal Assisted Education: AAE)は、教育現場で活用される機会が増えてきている。しかし、その効果について対照条件を設定して定量的に評価した報告はほとんどない。本研究は学習場面におけるイヌとの相互作用が及ぼす効果について、生理的、認知的、社会的側面から多角的に検討することを目的としている。AAEの効果の特徴を把握することで、AAEの導入が有効な場面や使い方について明確にすることが可能となる。2014年度は生理的および認知的側面からの検討を実施した。対象は34名の成人(20歳29歳、男性17名、女性17名)であった。心的回転課題(10分間)を実施した後に、イヌと接触可能な時間(5分)を設け、その後さらに10分間の課題を実施した。実験中の課題成績(反応時間、正答率)、主観的気分(2次元気分尺度)および生理反応(心電図、呼吸曲線、皮膚電気抵抗、唾液中コルチゾール濃度)を記録した。対照条件ではイヌの代わりにイヌのぬいぐるみ、もしくは観葉植物を設置した。データ解析の結果、課題成績については試行回数の増加に伴い、反応時間の短縮および正答率の増加が認められたが、条件間の差は見いだせなかった。主観的気分については、安定度(リラックスの程度)は条件間差が見られなかったが、活性度(イキイキしている程度)はイヌ条件でのみ接触後に増加が認められた。唾液中コルチゾール濃度については、課題終了後に低下する傾向が認められたが、条件間差は見られなかった。その他の生理反応については、データ解析が終了しておらず、今後さらに解析を進めて行く必要がある。現時点までの結果から、イヌとの短時間の接触により、学習課題のパフォーマンスは顕著な向上を示さないが、覚醒度を高め、気分転換させる効果は期待できると考えられる。動物との相互作用により様々な効果が期待できる動物介在教育(Animal Assisted Education: AAE)は、教育場面で活用される機会が増えてきている。しかし、その効果について対照条件を設けて定量的に検討した報告は少ない。本研究課題では学習場面におけるイヌとの相互作用が及ぼす効果について、生理的、認知的、社会的側面から多角的に検討することを目的としている。AAEの効果の特徴を正確に把握することで、AAEの導入が有効な場面や使い方について明確にすることが可能となる。2015年度においては、社会的側面からの検討を実施した。対象は大学生40名であり(18歳24歳、男性15名、女性25名)、イヌ条件と対照条件である植物条件にランダムに割り当てた。課題は社会的ジレンマの一つである公共財ゲームを用いた(4人1組で実施)。このゲームでは協力行動をとる傾向を公共財への寄付金額として捉えることが可能である。ゲーム中盤にイヌもしくは植物を導入し、参加者はそのイメージを評定することが求められた。また、他の参加者の印象評定を実験中に3回実施した。データ解析の結果、イヌ条件の寄付額は、イヌ導入前よりも導入後において減少していた。一方、植物条件では寄付額の減少は認められなかった。他の参加者の印象は、両条件ともにゲームの進行に伴い悪くなっていった。また印象が悪いと寄付額が少なくなる傾向が認められ、その傾向は植物条件においてより顕著であった。本実験の結果は、イヌの導入により協力行動が減少することを示している。これは先行研究とは反対の傾向であるが、本研究では参加者間の交流を積極的に促しておらず、それが結果の差異を生じさせたと推測される。実験に参加したイヌのストレス評価が方法的な問題により実施できていないが、実験自体は順調に進んでいる。本研究課題では学習場面におけるイヌとの相互作用が及ぼす効果について生理的、認知的、社会的側面から多角的に検討することを目的としている。2016年度においては、前年度に引き続き、社会的側面からの検討を実施した。2015年度は4人1組で社会的ジレンマ課題を実施したが参加者間の交流が発生せず、参加者間の印象評定にも違いが見られなかった。そこで、2016年度は2人1組で課題を実施し、交流が発生しやすい状況を設定した。対象は大学生38名であり(男性8名、女性30名、平均年齢20.5歳)、イヌ条件と対照条件である植物条件にランダムに割り当てた。課題は囚人のジレンマゲームを用いた。

また、ゲームの相手に対する印象評定を実験中に3回実施した。休憩時間には実験者が実験室から退くことで、参加者同士が交流しやすくした。データ解析の結果、囚人のジレンマゲームにおける協力率は条件間で違いが見られなかった。一方、参加者間の印象評定に関しては、ゲーム後半において植物条件よりもイヌ条件で印象が良くなっていた。交流が発生しやすい状況においては、イヌが介在することによって社会的相互作用が促進され、他者の印象に影響を与える可能性が示唆された。教育場面において動物と触れ合うことが、様々な効果をもたらすことが知られている(動物介在教育animal assisted education: AAE)。しかし、その効果について統制された条件下で検討した研究は少ない。本研究では、学習場面におけるイヌとの触れ合いが及ぼす影響について3つの実験によって検討した結果、認知的・生理的・社会的効果が認められた。本研究結果により、AAE効果の特徴が明確となり、科学的根拠に基づいた応用が可能になってくると考えられる。一部の生理反応データの解析が遅れているが、他のデータ解析は終了しており、2014年度の研究計画はほぼ予定通りに進んでいる。次年度もAAE効果について社会的側面から検討を実施する。イヌのストレス評価については研究分担者と協議を重ね、実施可能な評価方法を確立する。同時に、これまでの実験成果を順次公表していく。生理心理学2015年度は解析が終了していない生理反応データの解析を実施し、全データを含めたAAEの効果について検討を行った後に、研究成果を公表していく。同時に、社会的側面からの検討を実施し、学習場面にイヌが入ることで対人的交互作用がどのように変化するのかを明らかにするための実験を開始する。実験課題の変更に伴い、一部の実験機材の購入を中止したため。購入を予定していた実験機器の一部見直しを行い、既存の実験機器を転用することで経費を削減した。実験参加者の増加を予定しており、その謝金として用いる。2015年度に実施予定の実験に参加する被験者数を増加させる必要が生じたため、その謝金にあてる。
プロテアソーム・アクチベータの構造と機能

(1)マウスのPA28α、PA28β、PA28γサブユニットをコードする遺伝子を単離し、全構造を決定した。その結果、3つのサブユニットをコードする遺伝子は11個のエクソンから成り、基本的に同一なエクソン・イントロン構造をもっていること、PA28α、PA28βサブユニットをコードする遺伝子は約6kb離れて、その3'-endを向き合うようにして第14染色体上に存在すること、PA28γサブユニット遺伝子は第11染色体のBrcal遺伝子近傍に位置していること、などが判明した。また、PA28α、PA28βサブユニット遺伝子のプロモータ領域には、機能的なISRE(interferon stimulated response element)が存在することをluciferase assayを用いて確認した。(2) IFN-γ誘導性のPA28サブユニット遺伝子は、MHCクラスI分子による抗原提示システムの誕生とともに誕生したものと推定される。この推定を実証するために、上記システムをもつ最も下等な生物であるサメと適応免疫系をもたないと想定されるメクラウナギを対象としてPA28遺伝子群の解析を行った。その結果、1)PA28αサブユニット遺伝子は予想どおりサメではじめて検出可能となること、2)PA28βサブユニット遺伝子はもっと後の段階でαサブユニット遺伝子が直列に重複した結果、誕生したものであることがあきらかになった。以上から、下等な脊椎動物のPA28複合体はαサブユニットのみから構成されている可能性が高いことが示唆された。
イオン注入法による切削工具の表面改質

超硬合金,SKS3,S55C,純チタニウム,HSS(高速度鋼),TiNコ-ティングHSSの各材料へ窒素イオンを注入し,炭素鋼S45C,純アルミニウム,純銅,アクリル樹脂,塩化ビニル樹脂の各被削材について切削力測定試験を行なった。その結果,持続的な切削力低減効果の認められた工具ー被削材の組合せは,S55Cー純アルミニウム,S55Cーアクリル樹脂,純チタニウムー塩化ビニル樹脂,HSSー純銅,TiNコ-ティングHSSーS45Cであった。以上のことから切削力の低減にはFeが重要な役割は演じていることがわかった。純チタニウムの結果は,窒素イオン注入により表面に安定なTiNが生成された切削力(摩擦力)が低下したものと考えられ,以前から確認されているTiを含有する超硬合金やサ-メットへの窒素イオン注入効果を説明するものである。また窒素イオン注入処理されたHSS工具でS45Cを切削した場合,すくい面摩耗が10数%減少することがわかった。窒素イオン注入されたS55C,SKS3,純チタニウム,HSSの表面については,超微小硬度計を用いて深さ方向硬度分布を測定した。その結果HSSで変化がなかったが,それ以上のいずれも注入により硬度の上昇が認められ,工具表面の改質効果が確認できた。HSSの小径ドリルにNイオン注入処理し,SUS303ステンレス被削材を加工する寿命試験を行った。その結果,加工個数で約40%の増加が認められた。また加工個数100個までは切削力(トルクおよびスラスト)が低下することがわかった。超硬合金の小径ドリルにおいても初期の切削力低下が確認できた。注入材料表面をSIMS,オ-ジェ電子分光法,XPS等により分析し,工具材料中の注入された窒素の状態を特定することができた。またこれらの結果から,注入工具の強度と劣化についてコンピュ-タによるシミュレ-ション計算を行い,有意義な結果を得た。窒素イオンの注入方向を変化させたり,ドリルに注入するために,また注入時に材料からスパッタされたイオンによって近接した注入表面が汚損されるのを防ぐために注入時に工具材料を固定する専用の治具を製作した。また当初予定していたよりも注入工具の切削力変化が大変少ない場合があるため,新たに高感度な切削動力計を製作した。超硬合金,SKS3,S55C,純チタニウムの各材料への窒素イオンを注入(加速電圧90keV,注入量5×10^<17> ions/cm^2)し,炭素鋼S45C,純アルミニウム,純銅,アクリル樹脂,塩化ビニル樹脂の各被削材について旋盤による切削力測定試験を行なった。その結果,切削力の減少効果が認められた工具ー被削材の組合せは,S55Cー純アルミニウム,S55Cーアクリル樹脂,純チタニウムー塩化ビニル樹脂であった。SKS3ー純銅,SKS3ー塩化ビニル樹脂,SKS3ーアクリル樹脂においても切削力に変化があったが,いずれも注入前よりも高くなった。以上のことから切削力を低減(工具表面の摩擦平低減)にはFeが重要な役割をしていることがわかった。

また純チタニウムー塩化ビニル樹脂の結果は,窒素イオン注入により表面に安定なTiNが生成され切削力(摩擦力)が低下したものと推察され,以前から確認されているTiを含有する超硬合金やサ-メットへの窒素イオン注入効果も同様な理由によるものと考えられる。窒素イオン注入されたS55C,SKS,純チタニウムの表面を,超微小硬度計をもちいて深さ方向硬度分布を測定した。その結果いずれも注入により硬度の上昇が認められ,工具表面の改質効果が確認できた。超硬合金,SKS3,S55C,純チタニウム,HSS(高速度鋼),TiNコ-ティングHSSの各材料へ窒素イオンを注入し,炭素鋼S45C,純アルミニウム,純銅,アクリル樹脂,塩化ビニル樹脂の各被削材について切削力測定試験を行なった。その結果,持続的な切削力低減効果の認められた工具ー被削材の組合せは,S55Cー純アルミニウム,S55Cーアクリル樹脂,純チタニウムー塩化ビニル樹脂,HSSー純銅,TiNコ-ティングHSSーS45Cであった。以上のことから切削力の低減にはFeが重要な役割を演じていることがわかった。純チタニウムの結果は,窒素イオン注入により表面に安定なTiNが生成され切削力(摩擦力)が低下したものと考えられ,以前から確認されているTiを含有する超硬合金やサ-メットへの窒素イオン注入効果を説明するものである。また窒素イオン注入処理されたHSS工具でS45Cを切削した場合,すくい面摩耗が10数%減少することがわかった。窒素イオン注入されたS55C,SKS3,純チタニウム,HSSの表面については,超微小硬度計を用いて深さ方向硬度分布を測定した。その結果HSSで変化がなかったが,それ以外のいずれも注入により硬度の上昇が認められ,工具表面の改質効果が確認できた。HSSの小径ドリルにNイオン注入処理し,SUS303ステンレス被削材を加工する寿命試験を行った。その結果,加工個数で約40%の増加が認められた。また加工個数100個までは切削力(トルクおよびスラスト)が低下することがわかった。超硬合金の小径ドリルにおいても初期の切削力低下が確認できた。注入材料表面をSIMS,オ-ジェ電子分光法,XPS等により分析し,工具材料中の注入された窒素の状態を特定することができた。またこれらの結果から,注入工具の強度と劣化についてコンピュ-タによるシミュレ-ション計算を行い,有意義な結果を得た。