hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非感染性に惹起されるインプラント周囲骨吸収病態の分子生物学的探索

過荷重、特に圧縮力がインプラント周囲組織に加わった際に、骨細胞に酸化ストレスが加わり、骨細胞のアポトーシスを引き起こされる(Robert L, et al. Bone, 2013.)ことに注目し、抗酸化物質の応用が非感染性インプラント周囲骨吸収の有効であるかどうかを検証することとした。ラット大腿骨より採取した骨髄間質細胞に、細胞膜透過性のある抗酸化剤を作用させ、過酸化水素水を培地中に添加し、実験的に酸化ストレスを引き起こした。その結果、抗酸化剤の作用により、骨髄間質細胞のアポトーシス誘導は抑制できることが判明した。非感染性骨吸収モデルの変更は余儀なくされたが、代替案である非感染性インプラント骨吸収の病態の一つである酸化ストレスを予防する方策を細胞培養実験により検証することができた。インプラント補綴は有効な補綴歯科治療の一つであるが,荷重後のインプラント周囲骨吸収が臨床的問題となっている.インプラント周囲骨吸収には,細菌感染であるインプラント周囲炎だけでなく,Occlusal Overloadingといった非感染性骨吸収の存在も報告されている.しかし,それらの病態は解明されていない.そのためには,分子生物学的機構を探索できる動物実験モデルの作製が不可欠である.本研究の目的は,非感染性インプラント周囲骨吸収の動物実験モデルを確立し,その分子生物学的機構を探索することである.まず細菌感染に対する感受性の低いインプラント表面性状を同定した.平滑面(機械研磨面)とミクロ粗面(酸処理面),ナノ粗面(アルカリエッチング表面)のチタンディスク上でStapylococcus aureus 209P株およびStaphylococcus sanguis ATCC 10556株をBrain heartinfusion培養液中で2時間培養した結果,ミクロ粗面では陥凹部に固着するように多数の細菌付着を確認した.一方,平滑面上およびナノ表面上では,表面上に少数のコロニーが点在しているだけであるという重要な知見を得た.次に過荷重、特に圧縮力がインプラント周囲組織に加わった際に、骨細胞に酸化ストレスが加わり、アポトーシスが誘導されることに注目し、抗酸化物質の応用が骨組織の治癒に有効であるかどうかを検証した.その結果,抗酸化物質を作用させた間葉系幹細胞では酸化ストレス誘導性アポトーシスに対する抵抗性が向上すること,抗酸化能を向上させた間葉系幹細胞を骨欠損に局所移植すると急性炎症期の酸化ストレス誘導性アポトーシスが抑制され,骨再生が著しく促進することが示された.本研究成果は生体材料科学の国際誌に掲載された(Watanabe J, et al. Biomaterials, 2018).ラット第一大臼歯抜歯後にミニインプラントを埋入し、骨結合後、上部構造装着しないものと過荷重を加えたもの、それぞれ非脱灰切片および脱灰切片を作製し、周囲骨吸収の有無や組織反応を形態学的に評価する。また、免疫組織学的染色を行い、アポトーシスと炎症状態の評価を行う。抗酸化剤の応用が骨髄間質細胞や骨細胞へ酸化ストレスに誘導されるアポトーシスを抑えるかどうかを動物実験により組織学的に検証する。
多孔性金属錯体結晶の動的ガス包接特性の解明と時空間的分子輸送機能の創出

本研究では、高い秩序性と構造柔軟性を併せ持ち、多彩な動的特性を発現しうる分子性金属錯体結晶を用いて、構造柔軟性をもつホスト固体に内在している時空間的なゲスト輸送能の開拓を目的に研究を行った。研究で用いた安息香酸銅(II)ピラジン付加物およびその誘導体の単結晶ガス透過測定から、いずれも高い水素ガス透過性が明らかになった。ガス分子が結晶内部の細孔を拡張させながら拡散する新機構の導入により定量的にガス拡散挙動を説明できた。また、テレフタルアミド単結晶の超弾性が明らかとなった。構造柔軟性を持つホスト固体では、取り込まれたゲスト(分子)の周囲に生ずる微視的な固体構造変化が周囲に伝搬することによって、ホスト固体内のゲスト分布と固体状態分布が強くカップルするものと期待される。本研究では、この固体状態とゲスト分布の強い相関性に着目し、ガス吸着によって構造変化が誘起される単結晶ホストを用いて。固体状態とガス吸着量との相関性を明らかにする実験を行った。初年度であるH23年度研究では、特にガスおよび有機蒸気吸着測定、単結晶X線構造解析、顕微鏡観察を併用してその場観測を行う実験システムを構築した。ガス雰囲気制御の下、様々な蒸気(ガス)および単結晶ホストの組み合わせによって多種の包接結晶を生成させたところ、一つの化合物の結晶ではガス吸着挙動の一次転移的な結晶状態変化挙動と複数相共存状態の観測に成功した。結晶中での複数相の結晶構造を単結晶X線構造解析により解析を行い、単結晶X線構造解析から得られる厳密なミクロ構造とマクロ結晶中で生ずる複数相の生成形態について考察を行い、ミクロ構造とマクロ状態の相関性について明らかにした。この複数相共存状態について、種々ガスおよび蒸気の圧力・温度条件下において追尾し、ガス包接濃度分布の移動(拡散)と相変態速度との相関性を仮定することで、単結晶ホストチャンネル中でのガス拡散係数を算出にも成功した。ガス包接によるミクローマクロ状態変遷過程の理解により、ガス吸着挙動および透過挙動の変遷によって期待できるガス分離特性の特徴が明確になった。構造柔軟性を持つホスト固体では、取り込まれたゲスト(分子)の周囲に生ずる微視的な固体構造変化が周囲に伝搬することによって、ホスト固体内のゲスト分布と固体状態分布が強くカップルするものと考え、前年度までに平衡状態における観測を行ってきたが、明瞭な変化を観測するには至らなかった。本最終年度(平成25年度)は、単結晶ホストをガス透過膜と用い、目的のカップルする現象の解明に成功した。安息香酸銅(II)ピラジン付加物単結晶のガス透過特性について、結晶方位依存性とガス透過量のガス種依存性(H2, CO2, O2, Ar, CO, CH4, N2ガス)についてガス分子の衝突によるチャンネル壁の弾性的拡張を取り入れた拡張Knudsen拡散モデルによって定量的に解析したところ、ガスは結晶内にある細孔のみを通過しているのが明らかとなり、また分子径の小さなガスでは細孔を拡張させる傾向が強いことが明らかとなった。これは、水素ガスの選択透過膜の設計を可能とする知見である。また、現有の単結晶ホストの水素選択透過性について調べたところ、9-アントラセンカルボン酸銅(II)ピラジン付加物が実際に応用されている種々のガス分離膜(高分子膜、多結晶体分散膜など)を凌駕する水素ガス分離係数を示し(H2/CO (79.0), H2/CH4 (134), H2/N2 (112))、本研究の単結晶ホストの水素ガス透過分離精製への高い有用性特性が明らかになった。また、本研究の副産物的成果として、テレフタラミド単結晶で超弾性現象の観測に成功した。H24年度は、H23年度(初年度)に行ったガス吸着挙動と単結晶X線構造解析によるガス吸着構造の結果をもとに、磁場/電場などの外場中におけるガス吸着構造変化および結晶状態の観測を行った。ガス包接結晶は温度や圧力、およびガス包接量によってミクロ構造変調が誘起されるのは前年度の結果から明らかになっていたが、外場による変調を調べる目的で実験を行った。本実験からは、受動的なガス吸着特性に能動的なガス吸着状態変調操作性を導入し、好みのガス吸着特性を外場により操作する手法になり得るものであった。そこで、ガス雰囲気制御の下、様々な蒸気(ガス)および単結晶ホストの組み合わせによって多種の包接結晶を生成させ、外場の及ぼす影響について調べた。常磁性および大きな永久双極子モーメントをもつゲストガス分子を選択し、実験を鋭意行ったが、磁場/電場中での結晶構造解析ではが相変態に与える影響について単結晶X線構造解析およびガス吸着測定において鋭敏かつ明々白々に判別できる挙動は観測できなかった。しかしながら、その実験過程で偏光顕微鏡観察では外場によって結晶状態変化が明瞭に観察される単結晶ホストが一つ見つかった。

この結晶は外場下でも結晶癖が安定であり、複数相共存下でも結晶内部の破損等は見られず、再度単結晶X線構造解析結果とガス吸着挙動の精査を行った。その結果わずかであるが変調の兆しを見いだした。しかしながら差の有意性については多くの同様の結晶ホストでの検証が必要と考えられた。そこで、このような外場感受性の高いガス包接結晶を生成できる新規単結晶ホストの新規合成にも着手し、複数の単結晶ホストの獲得に成功した。初年度の目標であった、ガス包接によるミクローマクロ状態変遷過程の理解により、ガス吸着挙動および透過挙動の変遷の基礎的な知見が得られ、概ね目標は達成できたと考えている。本研究では、観測に必要な実験手法の精査と構築が肝要であり、本年度において、概ね満足できる実験システムの構築と最適化が最も労力の掛かる作業であったが、実際の観測実験に必要な精度があるのを確認できた点が有意義と考えられる。また、実際の実験の過程で観測実験に有利な実験条件が明らかになった点も意義深いと考えられる。炭酸ガスや窒素ガスなどの無機ガスを用いた研究では、ガスの扱いが容易で吸着速度が早いため、ガス包接結晶の生成実験では有利と考えて研究を始めたが、実際に実験を開始してみると本研究の観測には吸着速度がある程度緩やかなガスの有利性が明瞭になった。しかし、有機化合物蒸気は飽和蒸気圧が低く吸着速度が遅いため、蒸気吸着測定は長平衡時間が長く、基礎データとして重要な吸着挙動を観測できるガス吸着測定が計測時間長大を引き起こし、実験上時間的に非常に不利となる。初年度に本補助金で導入したガス吸着装置によってその律速が解けることで、研究進展が早まった。25年度が最終年度であるため、記入しない。H24年度の目標であった外場(電場・磁場等)による包接結晶状態の変調誘起の観測に成功した。しかしながら、科学的な確度としては十分に高い結果とはいえない問題が依然として残っている段階にある。一方で、新規に複数の単結晶ホストの獲得にも成功しており、実験対象数を増やし、より明瞭な結果が得られるものがその中から見いだせるものと期待している。単結晶X線構造解析は、精密な解析ができる一方で、わずかな実験条件の変化に影響を受けやすい特性があるため、結晶構造解析でかなりの時間を費やす必要があったため、年度前半は期待通りには実験が進まなかったが、顕微鏡下観測の有効性が明らかになってからは、実験条件の最適化がスムーズに行えるようになり、研究が進み出した。また、電極上あるいは強力磁石上でサイズの小さい単結晶を用いる手作業による実験の多用によって、実験難易度がきわめて高いという困難さがあったが、治具の作成などで実験を素早く進められる状況に至っている。また、単結晶X線構造解析では厳密なデータが得られる一方で結晶状態の変調による結晶性の低下を回避できる実験条件の最適化も達成できたと考えている。新しい材料特性およびガス分離機構の特許申請を先行して進めており、申請後速やかに論文発表を行う予定である。本年度(初年度)において、本研究の遂行に欠かせない自作の観測システムの構築に成功しており、さらに観測の精密化および観測対象の物質拡張などにより、一般性の高い研究成果を得られるよう工夫していく。
運動学習早期段階における中枢メカニズムに関する運動神経生理学的研究

時間的外乱に対する適応学習における小脳の役割について検討した.被験者は,モニター画面の上部から下部へ一定速度で移動するボールを同画面上に設定したバットで打ち返し,打球が画面上の指定した位置に達するようにボールとバットのミートタイミングを調節する.打球が飛んだ位置と指定した位置との角度のずれをエラーとして算出する.バットスウィングは一定速度とし,ボタンを押すことで開始される.外乱無し条件試行後,スウィング速度を速める,遅くする,またはランダムに両条件を変化させた学習不可能条件で時間的外乱を与え,スウィング開始のタイミングの適応学習過程を観察し,学習前,学習早期・後期段階及び学習後におけるCBIの変化を調べた.適応学習過程は実験者側が意図した結果となり,実験デザインの妥当性が確認された,CBIはバットスウィング変化後,学習期段階で脱抑制を示し,その傾向は学習後期段階においても維持された.今後,被験者数を増やしてさらに検討を進めて行く予定である.また,運動スキル学習に伴い生じるM1の可塑的変化がフィードフォワード(FF)制御とフィードバック(FB)制御のどちらの制御方略の上達に関連して生じるかを検討した.被験者に足関節の底背屈を用いた視覚追従課題を学習させ,学習中,一定の割合で視覚FBが遮断される試行(catch trial: CT)を設け,FF制御のスキルを評価した.続いて,被験者にCTのみを実施させ,毎試行結果を教示することでFF制御を上達させた.学習前後,中間時にTMSを用いて前脛骨筋からMEPを記録した.その結果,FF制御が上達するとMEP振幅が増大する関係が観察された.また,FF制御が上達するように学習させると,全ての被験者でMEP振幅の増大が観察された.これらの結果から、運動スキル学習に伴うM1の可塑的変化は,FF制御の上達に伴って生じることが示された.H28年度は,非侵襲的脳刺激用に購入した経頭蓋直流電気刺激(tDCS)装置を用いて,一次運動野(M1)へのtDCS介入前後における運動パフォーマンスの変化に関する実験を実施した.加えて,小脳へのtDCS介入効果実験の準備段階として,パフォーマンス課題を検討した.15名の被験者に対してダブルブラインド,クロスオーバーデザインのtDCS実験を行った.右前脛骨筋(TA)を被験筋とし,パフォーマンス課題は1秒間に1回程度の瞬発的足関節背屈(20%MVC)とした.被験者は背屈によって上方向に動くビームラインをモニターに表示されたターゲットラインに一致させるよう指示された.TA支配領域のM1の興奮性指標として経頭蓋磁気刺激法(TMS)による運動誘発電位(MEP)を計測した.tDCS介入は,実際に電流が流れるanodal条件(1.5mA,20分間),実際には電流が流れないsham条件の2条件として1週間以上の時間をおいてランダムに実施した.運動パフォーマンスはtDCS介入前後,tDCS介入中に計測し,MEPはtDCS介入前後で計測した.その結果,各計測値平均値に有意差は見られなかったが,全被験者のMEP振幅変化とパフォーマンス変化間に有意な相関関係が見られた.この結果は先行研究で示されたtDCS介入効果の大きな個人差を反映したものと考えられる.結果として,M1へのanodal tDCS介入によってM1興奮性を高めることで運動パフォーマンスが低下することが確認された.巧みな運動を行う重要な要素の一つとして,移動標的との動作タイミング制御問題が挙げられる.小脳性運動失調症患者では,移動標的に対する運動開始の遅延が見られることが知られており,運動開始のタイミング制御を小脳が担うことが示唆される.今年度は,移動標的に対するタイミング制御を検討するためのリーチング課題プログラムを開発した.H28年度に予定していた運動学習における小脳-M1抑制(CBI)については,他の実験に時間を要したことから予備実験に留まったものの,CBI実験で使用するタイミング制御を必要とするリーチング課題の開発は進んだ.H29年度は,このリーチング課題前後のCBIの変化について検討する予定である.H29年度は,経頭蓋直流電気刺激(tDCS)を用いて小脳へのtDCS介入前後における動的目標に対するリーチング運動のタイミング制御に対する影響について検討した.10名の被験者に対してダブルブラインド,クロスオーバーデザインのtDCS介入実験(sham,cathodal,anodal)を実施した.課題前後における小脳ー一次運動野(M1)抑制(CBI)を測定した. M1への経頭蓋磁気刺激(TMS)によって右第一背側骨間筋(FDI)から試験運動誘発電位(MEP)を誘発した.試験TMSに56ms先行して条件TMS刺激を右側小脳に与え,CBIを測定した.CBI抑制量は試験MEP振幅が約50%になるよう条件TMS刺激強度を調整した.結果は以下の通りであった.1)tDCS刺激条件間で,運動課題のパフォーマンス平均値に有意差は見られなかった.2)相関関係を調べた結果,anodal tDCS介入前後のCBIと動作開始時間(onset)に有意な負の相関が認められた.tDCS刺激条件間で運動課題のパフォーマンス平均値に有意差が認められなかった理由として,tDCS効果の個人差が考えられる.tDCS効果を示すresponderの割合は50%程度であり,またresponderにおいても,その効果量には個人差が見られることが先行研究で示されている.そこで,CBIの変化量と運動パフォーマンスの変化量との相関関係を分析したところ,anodal tDCS条件において,CBI変化量とonset変化量との間に有意な負の相関が示された.

Anodal tDCSの介入によって,小脳皮質のプルキンエ細胞の興奮性が高まり,運動指令出力部であるM1に対する抑制入力が増大した結果,onsetの遅延が生じたものと考えられる.H29年度に予定していた動的目標に対するリーチング運動のタイミング制御に対する小脳へのtDCS介入効果の検証についてはある程度の成果を得ることができた.しかしながら,tDCS効果の個人差の大きさから,tDCS条件間におけるパフォーマンス指標の平均値比較では有意差を認めることはできなかった.これを受けて,tDCS responderを数名,被験者として加え,追加実験の実施を計画している.時間的外乱に対する適応学習における小脳の役割について検討した.被験者は,モニター画面の上部から下部へ一定速度で移動するボールを同画面上に設定したバットで打ち返し,打球が画面上の指定した位置に達するようにボールとバットのミートタイミングを調節する.打球が飛んだ位置と指定した位置との角度のずれをエラーとして算出する.バットスウィングは一定速度とし,ボタンを押すことで開始される.外乱無し条件試行後,スウィング速度を速める,遅くする,またはランダムに両条件を変化させた学習不可能条件で時間的外乱を与え,スウィング開始のタイミングの適応学習過程を観察し,学習前,学習早期・後期段階及び学習後におけるCBIの変化を調べた.適応学習過程は実験者側が意図した結果となり,実験デザインの妥当性が確認された,CBIはバットスウィング変化後,学習期段階で脱抑制を示し,その傾向は学習後期段階においても維持された.今後,被験者数を増やしてさらに検討を進めて行く予定である.また,運動スキル学習に伴い生じるM1の可塑的変化がフィードフォワード(FF)制御とフィードバック(FB)制御のどちらの制御方略の上達に関連して生じるかを検討した.被験者に足関節の底背屈を用いた視覚追従課題を学習させ,学習中,一定の割合で視覚FBが遮断される試行(catch trial: CT)を設け,FF制御のスキルを評価した.続いて,被験者にCTのみを実施させ,毎試行結果を教示することでFF制御を上達させた.学習前後,中間時にTMSを用いて前脛骨筋からMEPを記録した.その結果,FF制御が上達するとMEP振幅が増大する関係が観察された.また,FF制御が上達するように学習させると,全ての被験者でMEP振幅の増大が観察された.これらの結果から、運動スキル学習に伴うM1の可塑的変化は,FF制御の上達に伴って生じることが示された.H29年度は,独自開発したリーチング課題を用いて,課題実施前後における小脳ーM1抑制(CBI)の測定を試みる.まず,右第一背側骨間筋(FDI)からMEPの安静時閾値の120%強度でFDI支配M1に8の字コイルを用いてTMSを与え試験MEPを誘発する.
固体電解質を用いたリアクタ-用高性能合金触媒及び電極触媒層構造の研究

本研究は、低温作動内部改質型固体電解質燃料電池を実現するために、申請者により新たに提案された概念に基づく基礎研究である。電池が現在研究中の物より低温で運転が可能となれば、高温型電池の高効率、高品質廃熱のメリットを損なうことなく、電池構成材料が全てセラミックという根本的問題点が解決できる。しかし、それには改質触媒能並びに電極特性の飛躍的改善が必須である。この課題の解決法として、イオン及び電子導電性材料を触媒担体とし、これに高分散触媒を担持した多孔質アノ-ド及びカソ-ドを形成することを提案し、以下の如く、新提案に基づく燃料電池の可能性を実証することが出来た。1)水素アノ-ド特性への白金担持効果イオン、電子導電性担体として(CeO_2)_<0.8>(SmO_<1.5>)_<0.2>を合成し、整粒、バインダ-を用いてYSZ電解質表面に塗布後、焼結して多孔質触媒層を形成した。これに白金塩を含浸し、熱分解することにより微量の白金触媒を担持した。担体自身が高温では高電極特性を示すが、低温で急激な特性低下を来す。しかし、わずか0.5mgpt/cm^2以下で特性向上が得られ、その賦活率は低温程大きい。800°Cでは、白金賦活により従成のNi-YSZサ-メットより著しい高特性が得られた。2)メタンアノ-ド特性への白金担持効果メタンの内部改質下でのアノ-ドにおいて、白金担持により賦活率が水素アノ-ドの場合より更に著しい。800°Cにおいても実用的電流密度が得られることが分かった。3)酸素及び空気カソ-ド特性への白金担持効果電子、イオン両導電性担体に、カソ-ド触媒として従来用いられてきたLa_<0.5>Sr_<0.5>MnO_3を選び、これを合成、整粒後、YSZ電解質表面に焼結して触媒層を形成した。これに白金塩を塗布、熱分解して、分散白金触媒を担持した。高温(1000°C)では、触媒の担持効果は認められないが、低温では効果が顕著となり、例えば800°Cでは、0.1mgpt/cm^2でも、無担持の場合の1桁大きな電流密度が得られた。
溶着およびアンカー効果を用いた射出成形による高強度樹脂-樹脂接合技術の開発

地球温暖化や大気汚染への対策を背景に,自動車分野を中心様々な取り組みが行われている.特に部品の軽量化は,排出ガス削減,燃費向上に重要な課題であり,積極的な軽量化技術の研究開発が実施され,高強度材を用いた薄肉化,金属部品の樹脂部品への代替などが検討されている.特に,エンジン部品や構造部材などは,使用環境に適した材料を部分的に使用するマルチマテリアル化が注目されている.そのため,材料同士を接合する技術が不可欠である.研究代表者らはこれまで,金型内にインサートし,射出成形法によりアンカー効果を用いた接合技術の開発と,そのメカニズムの解明を検討してきた.その一方で,あらかじめ成形された樹脂部品を金型内に入れて射出樹脂材料と接合するニーズが高まってきた.本研究課題では,射出材の熱を利用し,融着によって射出成形樹脂とインサート部品を接合する技術開発を検討した.昨年度までは,樹脂材料としポリプロピレン樹脂(PP)とポリアミド樹脂(PA)に着目し,同一樹脂同士並びに異種材同士の接合について評価した.本年度は,インサート材にPPおよびPA,射出材に同一樹脂としてPA,さらに成形温度が高いポリカーボネート樹脂(PC)を供試材料として,接合強さに与える成形条件の影響について調査した.その結果,PA同士の接合については成形条件の最適化により母材破壊する程度の接合強さを得ることができた.さらに界面の観察においても,確実な融着が実現できた.しかしながら,PCとPPとの接合においては十分な接合強度が得られず,界面破壊している様子が観察された.接合強さが低い原因を考察した結果,材料違いによる成形収縮量の差によって,離型後に界面接合部の剥離が徐々に進行したためであることが明らかとなった.今後は異種樹脂同士の接合強度向上を研究の目標に位置づけ,様々な表面処理技術を応用した接合技術の確立を目指す.地球温暖化および大気汚染の問題が深刻化している中,自動車部品の軽量化技術の開発が積極的に行われている.自動車部品の軽量化の方法として,金属部品の樹脂化や高強度材料の適用による薄肉化等が挙げられるが,部品の使用環境によっては部分的に金属材料を使用し,高機能化と軽量化を両立させる必要がある.そのため,樹脂材料と異種材料の接合技術が求められている.研究代表者らは,樹脂材料と金属材料の接合について,成形と接合を同時に行うアンカー効果による接合技術の研究を進めてきた.しかしながら近年では,CFRPなど高強度材料や耐熱性の高い高機能樹脂材料が自動車部品に適用されてきており,射出成形による樹脂ー樹脂接合技術が適用されれば樹脂材料の適用拡大と,それにともなう大幅な軽量化が実現できる可能性がある.本研究では,樹脂部品を射出成形金型内にインサートして射出材との接合と成形を一体で行う射出成形樹脂ー樹脂接合技術の確立を目的としている.具体的には,インサート樹脂材料の接合部表面を射出材の熱でわずかに溶融させて融着による接合とアンカー効果の相乗効果による高強度な接合技術の確立を目指す.本年度は,樹脂ー樹脂接合において表面の融着によってどの程度の接合強さが得られるかを検討するため,代表的な樹脂材料であるポリプロピレン樹脂(PP),ポリアミド樹脂(PA),さらにポリアミドを母材とした熱可塑性CFRPを供試材料として,射出成形ならびにホットプレス成形により接合し,その接合強さを評価した.その結果,同一材料同士の接合では,接合強さは高くなるが,異種材における接合では低くなる傾向を示した.これらの結果から,樹脂接合部表面の融着による接合強さの向上には限界があり,アンカー効果による接合も併用し,相乗効果で接合強さの向上を図ることが必要であることが確認された.本研究では,同一材料および異種材料における樹脂ー樹脂接合の可能性と接合強さがの実力値を調査した.対象とした樹脂材料は,自動車部品の樹脂材料として最も多く使用されているポリプロピレン樹脂およびエンジン周辺の樹脂部品に使用されているポリアミド樹脂(PA)を対象とした.予備実験として,接合部表面を十分に融着させるため,射出成形ではなくホットプレスにより溶融加圧して接合させた.プレス温度280°C,加圧力0.1MPa,加圧時間3分とし,接合面を十分に溶融させて加圧し接合させた.PPーPP接合では,接合強さは15MPa程度であったが,PAーPA接合では,25MPa以上の接合強さが得られ,PAの方が接合強さは高くなることが確認された.これは材料の濡れ性の影響ならびに溶融時の粘度の影響を考察された.一方,PAーPP接合(異種材接合)においては,2MPa程度の接合強さしか得られなかった.これは,PPが異種材料との濡れ性が低いことに起因しているものと推察される.これらの結果から,アンカー効果も併用した接合が必要であることが確認された.また,接合材を射出成形金型にインサートし,射出樹脂との接合も検討した.その結果,同一樹脂であるPAーPA接合では6MPa程度,異種材であるPPーPA接合では,3MPa程度の接合強さであり,ホットプレスと比較して接合強さは低くなった.

この結果から,射出成形による接合では,射出樹脂の熱量だけではインサート材表面の材料を溶融させるだけの十分な熱量が得られず,金型内にヒータを併用した接合技術が必要であると判断した.本年度は,樹脂表面のレーザー処理によって結晶化度を制御し,融点を局所的に低下させて溶融接合の促進を検討する計画であったが,次年度において新たにヒータ容量を再検討した金型の製作の必要性も生じたため,本年度は射出成形による樹脂ー樹脂接合の検討を重点的に実施した.地球環境問題,省資源化を背景に,特に自動車分野では低燃費化および軽量化の取り組みが積極的に行われている.低燃費化の取り組みにおいてはエンジンの高効率化やハイブリッド・電気自動車の開発により使用燃料の削減が行われている.一方,軽量化においては,金属部品の樹脂化やCFRPならびに樹脂発泡成形等の技術により樹脂部品自体の軽量化が行われている.しかしながら,構造部品やエンジン周辺部品では,強度・耐熱性の観点から樹脂部品単体での使用が難しい問題がある.そのため,樹脂と金属などの異種材料を接合して部品として使用するマルチマテリアル化が検討されている.その背景のもと,研究代表者らはこれまで,樹脂成形と異種材料との接合を同時に行う技術開発を行ってきた.具体的には射出成形において,樹脂と金属材料との接合強さに与える諸条件の影響を明らかにし,接合強さ向上のために成形条件指針を提案した.本研究では,これまでの射出成形における接合技術を発展させ,射出樹脂と樹脂部品との樹脂ー樹脂接合技術の開発を目的とする.今期は,射出成形においてCFRP成形品との接合を目的とし,CFRP成形品との接合方法の基礎検討と射出成形金型の検討を行った.CFRP成形品の接合では,接合部のクロス材を交互に積層し,接合強さに与えるクロス材積層方法の影響ならびにクロス材接合部の樹脂の状態を明らかにした.その結果,クロス材の積層方法が接合強さに大きく影響を与えるが,さらなる接合強さの向上には,クロス材界面における樹脂同士の接合強さの向上も重要であることがわかった.一方,射出金型の検討では,昨年度の検討において樹脂同士の接合ではインサート樹脂を局所的に溶融させることが必要であることから,金型内にヒータを埋設する方法を検討し,その設計,製作を行った.本研究では,射出成形金型に樹脂部品をインサートし,射出樹脂の成形との接合を同時に行う樹脂ー樹脂接合技術の開発を目的としている.接合コンセプトとしては,樹脂インサート成形品の接合部表面を射出樹脂の熱量で局所的に溶融させ融着させる.融着による樹脂-樹脂接合においてどの程度の接合強さが得られるかを検討するため,ポットプレス成形においてポリプロピレン樹脂,ポリアミド樹脂,熱可塑性CFRPを融着させ接合強さを検討してきた,その結果,同一樹脂では高い接合強さが得られたが,異種材料同士の接合強さは最大で3MPa程度であった.これまでの研究の結果から,射出成形における融着接合において,被接合材表面の十分な溶融は射出樹脂の熱量のみでは難しいことが明らかとなった.そのため,射出成形金型内にヒータを設置し,局所的にインサート材を加熱して溶融させて融着を促進する方法を検討した.計画では従来の金型を応用し,カセットのみ新たに製作して実験を行う予定であったが,モールドベースの再設計,製作も必要となり,今期は,金型の再設計,製作を実施したことから,進捗がやや遅れた.一方,次年度実施予定であったCFRP積層材接合の予備検討を前倒しで実施した.具体的には,熱可塑性CFRP積層材において,接合部のCFクロス材を交互に積層し,ホットプレスによってクロス材界面の樹脂融着させた.その結果,接合部のクロス材積層方法によって接合強さ並びに曲げ強度等の特性が大きく変化し,接合部の無い成形品と比べて曲げ強さで80%程度の強度が得られた.
コリン性入力による視床-皮質投射制御:バレル特異的な興奮-抑制パターンの形成

大脳皮質には前脳基底部よりアセチルコリン含有繊維の密な投射を受けており皮質内情報処理に重要な役割を果たしていると考えられているが、その制御様式の詳細については不明な点が多く残されている。本研究ではニコチニック受容体の作用に注目した。ニコチニック受容体は視床由来の上行性繊維の終末に局在するという報告があるので、体性感覚野(バレル皮質)から視床-皮質標本を作製し、視床刺激による反応を皮質において観察した。まず、パッチ電極を用いたシナプス電流を記録しニコチン投与の効果を検討した。その結果、短期間のニコチン投与後、サイレントシナプスが活性化されその効果が長期的に持続することが明らかとなった。ニコチニック受容体がシナプス前性に局在すること、量子解析の結果がシナプス前性であったことを考えると、ニコチンはシナプス前性サイレントシナプスを活性化したと推定される。また、皮質細胞種とニコチンの作用については、幼弱時には興奮性、抑制性いずれの細胞も促通作用を受けたが、臨界期以降特にP14以後になると興奮性細胞でのニコチン感受性が減少していた。一方、ニコチン投与による興奮伝播に対する効果を調べる目的で、光学的計測も行った。その結果、ニコチン投与は、4層から2/3層、5層への興奮の広がりを促通することが示された。更に、4層では興奮に引き続き、バレル状に抑制領域が現れた。この抑制は、GABA-B受容体拮抗薬により消失することから、GABA受容体を介するものであることが明らかとなった。また、サイレントシナプスの活性化は、少なくとも視床より直接入力を受けるGABA細胞上でおこっていることも明らかとなった。幼弱時にはシナプス前性にも後性にもサイレントなシナプスが存在することが報告されているが、ニコチン投与がシナプス前性サイレントシナプスを活性化する可能性が考えられたので検討してみた。
ＬＰＳＯ型マグネシウム合金のプロセス設計と合金設計

我が国で開発されたLPSO型Mg合金のプロセス設計や合金設計の指導原理を確立するとともに機械的特性の世界記録を更新することを目的として、(1)鋳造塑性加工プロセスと粉末冶金プロセス技術の開発および、(2)プロセスに適した合金成分の開発を機械的特性と組織の関係性を明らかにしつつ行なった。鋳造塑性加工プロセスにおいては、高強度を併せ持つ難燃性の高強度LPSO型Mg-Zn-Y-La-Al-Ca合金の開発することに成功し、粉末冶金プロセスにおいては、超高強度LPSO型Mg-Y-遷移元素合金チップ固化形成材を開発に成功した。(1)鋳造塑性加工プロセス技術の開発(2)鋳造材の長周期積層構造相の体積分率が押出加工後の組織と機械的性質に及ぼす影響長周期積層構造相体積分率の増加に伴って押出加工材の強度が増加すること、長周期積層構造相の体積分率が40%以上では室温強度が押出速度に依存しなくなることを明らかにした。特に長周期積層構造相の体積分率が80%以上の場合には高温強度の上昇率の向上がさらに著しくなることがわかった。以上より長周期積層構造相の体積分率を増加させることで、Mg-Zn-Y合金の高温強度が増加することを明らかにした。(2)鋳造時の冷却速度や微細化剤の添加が機械的性質に及ぼす影響Mg-Zn-Y系合金に微細化剤であるZr金属の添加は、鋳造組織の結晶粒微細化のみならず長周期積層構造相のネットワーク化によるセル組織形成を引き起こすことZr金属の添加量が従来の1/10添加(0.01at.%)だけで押出加工材の高強度化に十分な添加量であることを明らかにした。冷却速度が速いほどデンドライト二次アーム間隔が減少して、LPSO相の高分散化及びα相再結晶領域の増加が起こることを明らかにした。(3)鍛造加工条件機械的特性に及ぼす影響Mg合金押出材の最大鍛造加工率は300°Cで65%であった。鍛造速度100mm/sで一度に鍛造ができ、硬質相の長周,期積層構造相はLPSOが大きく湾曲し塑性変形能に優れていることを明らかにした。(2)粉末冶金プロセス技術と切削チップ固化成形技術の開発切削チップ固化成形技術の高度化として、Mg-Ni-Y合金チップ固化形成材(長周期積層構造相の体積分率48%)の0.2%耐力は573MPa、塑性伸びは3.0%であった。チッピング工程は、長周期積層構造相へのキンク変形帯導入のみならず、長周期積層構造相の効果的な分散を促進させることを明らかにした。1.鋳造塑性加工プロセス技術の開発(1)鋳造材のLPSO相の体積分率と間接押出加工条件が、間接押出加工後の組織と機械的性質に及ぼす影響を調査し、間接押出材の強度は、間接押出温度が低いほど、間接押出速度が遅いほど強度が増加することを明らかにした。また、LPSOの体積分率が増加するほど強度が増加することがを明らかにした。特に、Mg-Zn-Y合金の強度が直接押出加工材と同じ強度を持つ間接押出加工条件を最適化しました。(2) Mg-Zn-Y-RE系合金をモデル合金に、第五元素添加が発火温度と機械的性質(室温、高温引張強度、クリープ)に及ぼす影響を調査し、Caの少量添加による発火温度が上昇することを明らかにした。特に、Caの添加量0.3at%で発火温度が863度、従来の耐熱マグネシウム合金(Eco-Mg、韓国材料研究所の耐熱マグネシウム合金)よりも高い発火温度を有するKUMADAI耐熱マグネシウム合金を開発した。(3) Mg-Zn-Y系合金をモデル合金に、間接押出加工直後の押出材の結晶粒粗大化を抑制する冷却技術を開発し、押出材組織と機械的性質に及ぼす影響を調査し、間接押出後、押出材の冷却速度が速いほど、押出材の結晶粒サイズが小さくなるの明らかにし、特にクリープ特性が向上を明らかにした。2.粉末冶金プロセス技術の開発急速凝固薄帯固化成形プロセスでは、Mg97.25Zn075Y2合金を用いて、押出固化成形条件が組織形成に及ぼす影響を調査した。EBSDによる組織解析の結果、急速凝固薄帯固化成形材は、動的再結晶粒と加工粒にbimodal化されていることが明らかになり、材料流動速度の上昇により再結晶粒領域の体積分率が増大し、延性が大きく改善することがわかった。切削チップ固化成形プロセスにおいては、Mg-Ni-Y合金固化成形材中の残留歪みをWilliamson-Hallプロットによって見積ることで、LPSO相がα母相に比べ極めて高い歪みを蓄えていることが明らかにした。

1.鋳造塑性加工プロセス技術の開発1-1.プロセスに適した最適合金成分の開発:(1) Mg-Zn-Y系合金への第四元素添加が押出材の機械的性質(室温、高温引張強度、クリープ)に及ぼす影響を調査し、希土類(RE)添加量の増加に伴い押出加工材の強度が増加することを明らかにした。特にMg-Zn-Y系合金にLPSOを形成しないREを少量添加することによりLPSO相以外の第三相としてMg-RE金属間化合物が形成し、その量が増加することで室温及び高温引張強度、クリープ強度が増加することがわかった。(2)鋳造組織中のLPSO相と化合物の体積分率、そして押出加工条件が押出材の組織と機械的性質に及ぼす影響を調査したところ、LPSO相および化合物の体積分率増加に伴い強度が上昇し、また、押出速度が遅いほど室温及び高温強度が増加することがわかった。1-2.プロセス技術の開発: Mg-Zn-Y合金をモデル合金として、鋳造組織中の結晶粒径変化が押出材の組織と機械的性質に及ぼす影響を調査したところ、鋳造時の冷却速度が速いほど鋳造材の結晶粒サイズおよびデンドライト二次アーム間隔が減少し、長周期積層構造相の高分散化及びα相再結晶領域の増加が起こることがわかった。2.粉末冶金プロセス技術の開発鋳造押出プロセスにて優れた機械的特性(0.2%耐力573MPa、塑性伸び3%)を示したMg-Ni-Y系合金を対象に、急速疑固粉末冶金技術及び切削チップ固化成形技術開発を行ったところ、強化メカニズムの観点から長周期積層構造相へのキンク変形帯導入と長周期積層構造相の効果的な分散のためにチップ工程が非常に有用であることを明らかにした。1.鋳造塑性加工プロセス技術の開発(1)Mg-Zn-Y-RE系合金をモデル合金に、第五元素添加が組織、腐食特性および機械的性質(室温強度、高温強度、クリープ特性)に及ぼす影響を調査し、Alの少量添加による腐食特性が良くなることを明らかにした。特に、LaとAlを同時に少量添加して機械的特性の低下なしにMg-Zn-Y系合金よりも約4.5倍の優れた腐食特性を有するマグネシウム合金を開発した。(2)Mg-Zn-Y-RE系合金をモデル合金に、Ca添加が組織、発火温度および機械的性質に及ぼす影響を調査し、AlとCaを同時に少量添加して機械的特性の低下なしに発火温度が936度、従来の耐熱マグネシウム合金よりも高い発火温度を有するKUMADAI耐熱マグネシウム合金を開発した。(3)Mg-Zn-Y-RE系合金(LPSO相体積分率が一定)をモデル合金に、押出加工時の流動速度を同一とした条件で直接押出加工と間接押出加工後の組織と機械的性質を比較調査し、流動速度が3.2S-1以下では、直接押出材強度が高く3.2S-1以上では、間接押出材の強度が高いことを明らかにした。(4)押出加工前のビレット加熱時による結晶粒の粗大化を抑制するために、短時間(2分)に押出温度までマグネシウムビレットを加熱して、マグネシウムビレットの結晶粒の粗大化を制御することができる高周波加熱システムを開発した。2.粉末冶金プロセス技術の開発急速凝固薄帯固化成形プロセスの工程簡略化を目指して、加熱脱ガス処理条件の変化が素材の特性にどのような影響を与えるかをMg-Zn-Y-Al合金を用いて調査した。真空加熱脱ガス処理についての実験では、降伏強度は加熱の有無にかかわらず500 MPaを超える高い値を示したが、延性と耐食性は加熱脱ガス試料の方が良い特性を示した。
極微細で動作可能なダブルゲートシリコン薄膜トランジスタの研究

シリコン薄膜トランジスタ(TFT)の特性向上のためにはチャネル領域からの結晶粒界の排除が有効であると考えられ、このための方法としては多結晶薄膜形成時に結晶の位置を任意の位置に形成することが有効である。このことを実現するために非晶質シリコン表面に転写基板による型押し、あるいは金属の転写という方法を提案し、この方法が有効であることを確認した。またこの方法によって結晶粒径の拡大が可能となることも示した。この方法により、高性能TFTの実現が可能になると期待できる。さらに、単結晶シリコンと比較して多結晶シリコンはゲート酸化後の酸化膜/シリコン界面の凹凸が大きくこれが素子性能を低下させていると考えられる。そこで、酸化方法の検討を行い、界面の平坦性の向上のためには拡散律速領域での酸化が有効であることを示した。この結果により検討を加えることで、素子特性の向上が期待できる。また、シングルゲートの通常のトランジスタ構造のTFTを試作し、ゲート長0.6μmまでのサブミクロン領域での多結晶シリコン薄膜トランジスタの動作を確認、良好なトランジスタ特性を得た。また、このTFTを用い、CMOSでの51段のリング発振器を試作を行なった。発振周波数は遅いものの正常動作することを確認した。そして、この素子の特性ばらつきを評価し、この原因について結晶粒界のキャリアのトラップの影響についてシミュレーションによる検討を行い、実験結果と良く一致するモデルを提案することができた。これらの結果から、多結晶シリコンTFTのさらなるゲート長の縮小が可能であると期待できる。ダブルゲートシリコン薄膜トランジスタ(TFT)において上下ゲート両方をドレイン方向にゲ-ドオフセットした構造を提案した。この構造にすることによって、ゲートに印加する電圧をチャンネルのキャリアの誘起に有効に利用することが可能となり、チャネルのキャリア密度を増加させることができる。これによって、オン電流が増加し、トランジスタの電流駆動能力を向上させることができることを報告した。更にオフセット構造とすることによるゲート容量の増加はほとんど無く、スイッチング速度やサブスレッショルド特性に与える影響もほとんど無いことが分かった。またこの構造を用いることによって、上下ゲートのアライメント誤差の影響を少なくすることが出来る可能性を示した。そして、このTFTを用い、CMOSでの51段のリング発振器を試作を行なった。この作製プロセスでは活性層の多結晶シリコンを堆積後、アルゴンイオン注入によって非晶化し、再結晶化させる方法を用いたが、膜中のアルゴンは結晶化開始までの潜伏時間を大きくし、結晶化速度を低下させるが、デバイスへの影響はほとんど無いことが分かった。このTFTの結果から、ゲート長0.6μのデバイスにおいても良好なトランジスタ特性を得ており、多結晶シリコンTFTのさらなるゲート長の縮小が可能であると期待できる。
多分野融合グローバル型アプローチによる後期高齢者慢性浮腫管理用サポータの開発

高齢社会において健康寿命延伸の鍵は歩行能力の維持である。歩行することにより、食・排泄・運動の日常生活が維持され、さらに様々なコミュニティに出かけることで社会的なwell-beingの獲得が可能となる。一方、後期高齢者には、活動性の低下に伴う長時間座位の増加、加齢に伴う循環機能・下肢筋力・皮膚張力・栄養状態の低下など、環境・身体要因により下肢慢性浮腫が生じやすい。申請者らは、後期高齢者の歩行機能低下に影響するが、“年だから仕方ない"と本人・家族、医療・介護従事者からこれまで看過されてきた下肢慢性浮腫に焦点をあて、浮腫を軽減するための新たなケアデバイスの開発を行う。平成30年度は高齢者を対象とする前段階として健康成人を対象に測定系の確立を試みた。皮膚圧迫圧測定機器としてピコプレス(Microlab Elettronica, Italy)を選び、測定部位を8カ所(足背部、内果4cm近位部、腓骨頭7.5cm遠位部、内果4cm近位部と腓骨頭7.5cm遠位部を結ぶ線上の中点)候補とした。また、圧迫後の還流を計測する下肢の静脈を左下肢膝窩に位置する大伏在静脈とし、リニア型探触子を用い超音波診断装置(Nobulas、日立アロカメディカル)にて測定することにした。超音波診断装置画像から、血管径と血流速度を計測した。さらに皮下組織厚を計測した。実験条件を検討後、医学倫理審査委員会の承認を得て、健康人を対象とした計測を行った。健康人を対象に包帯下圧迫圧の違いが大伏在静脈血流量にどのように影響するのかを被験者の皮下組織厚別に検討した。研究デザインは準実験研究で、健康な若年成人40名(平均年齢は男性21.3±1.4歳、女性21.7±0.8歳)を対象とした。左下腿へ弾性包帯を10mmHg、20mmHg、30mmHg、40mmHgで巻くこととし、対照は巻く前の左下腿の状態とした。超音波画像診断装置で大伏在静脈の血管径・血流速度を計測し、皮下組織厚の値で分類した厚い群と薄い群で比較した。皮下組織厚平均値は、男性の厚い群が9.0mm、薄い群が5.1mm、女性の厚い群が12.0mm、薄い群が8.0mmであった。男性の皮下組織厚い群は包帯装着前の大伏在静脈血流量193.85mm3/sに対し、全ての包帯下圧迫圧において小さい値であった。一方、男性の皮下組織薄い群は包帯装着前の大伏在静脈血流量72.98mm3/sに対し、全ての包帯下圧迫圧において大きい値であった。女性の皮下組織厚い群は包帯装着前の大伏在静脈血流量205.75mm3/sに対し、全ての包帯下圧迫圧において小さい値であった。女性の皮下組織薄い群では包帯装着前の大伏在静脈血流量113.64mm3/sに対し、40mmHgにおいて小さい値であった。包帯装着前から各包帯下圧迫圧の大伏在静脈血流量変化量は、男性では両群ともに有意な変化は見られなかったが、薄い群において10mmHgと比較して、40mmHgで血流量の減少傾向が見られた(50.0mm3/s, p=0.065)。女性の皮下組織薄い群では10mmHgと比較して、40mmHgで大伏在静脈血流量が有意に減少した(60.8mm3/s, p=0.048)。F-thin群では20mmHgと比較して、40mmHgで大伏在静脈血流量が有意に減少した(60.8mm3/s, p=0.010)。本研究では、後述する3段階の多分野融合型アプローチにより下肢慢性浮腫管理における安全かつ適切な下肢圧迫療法用サポーターを開発し、後期高齢者の歩行機能維持につなげる計画である。高齢者の自立歩行を最後まで支えるケアを提供する観点から、1歩行可能な後期高齢者を対象に、下肢圧迫圧と循環動態負荷との関係を検討し、循環器内科医と共同で循環動態負荷の少ない加圧範囲を決定する。2看工ー産学連携により試作品を作成し、MRIイメージング、力学センサーによる評価を実施、着脱が容易で履き直しフリーな後期高齢者の下肢浮腫管理用サポーターを開発する。3シングルケース研究デザインにて、開発した下肢浮腫管理用サポーターの効果を循環器内科医、国際慢性浮腫ケア研究チームと共同で検証する。今後、1を着実に進める。対象者をリクルートする場として、研究者が2013年以降高齢者の慢性浮腫に関する臨床調査を共同で行ってきた特別養護老人ホームを予定している。高齢者用の実験プロトコルを作成し、循環器内科医と連携して安全性を確認しながら行う。事前に心エコーによる対象の選定、実施中の経皮的動脈血酸素飽和度モニターを行う。また、前年度の健康人を対象とした基礎実験結果を基に、下腿周囲径に加えて、組織厚も基本身体計測項目に追加する必要がある。2看工ー産学連携により試作品を作成する準備に着手する。試作品に必要な慢性浮腫を有する高齢者の下肢計測を行う。計測箇所については、試作品の作成を依頼する企業担当者と打ち合わせを行った。サポーターは圧迫圧を負荷するため編み型に工夫がなされる。

このため下肢の動きに伴って、擦れ、しわが生じる、それによって浮腫を有する脆弱な皮膚が損傷を受ける危険性もある。この点も試作品に関する安全性の検討に含める必要があると考えている。高齢社会において健康寿命延伸の鍵は歩行能力の維持である。歩行することにより、食・排泄・運動の日常生活が維持され、さらに様々なコミュニティに出かけることで社会的なwell-beingの獲得が可能となる。一方、後期高齢者には、活動性の低下に伴う長時間座位の増加、加齢に伴う循環機能・下肢筋力・皮膚張力・栄養状態の低下など、環境・身体要因により下肢慢性浮腫が生じやすい。申請者らは、後期高齢者の歩行機能低下に影響するが、“年だから仕方ない"と本人・家族、医療・介護従事者からこれまで看過されてきた下肢慢性浮腫に焦点をあて、浮腫を軽減するための新たなケアデバイスの開発を行う。平成30年度は高齢者を対象とする前段階として健康成人を対象に測定系の確立を試みた。皮膚圧迫圧測定機器としてピコプレス(Microlab Elettronica, Italy)を選び、測定部位を8カ所(足背部、内果4cm近位部、腓骨頭7.5cm遠位部、内果4cm近位部と腓骨頭7.5cm遠位部を結ぶ線上の中点)候補とした。また、圧迫後の還流を計測する下肢の静脈を左下肢膝窩に位置する大伏在静脈とし、リニア型探触子を用い超音波診断装置(Nobulas、日立アロカメディカル)にて測定することにした。超音波診断装置画像から、血管径と血流速度を計測した。さらに皮下組織厚を計測した。実験条件を検討後、医学倫理審査委員会の承認を得て、健康人を対象とした計測を行った。健康人を対象に包帯下圧迫圧の違いが大伏在静脈血流量にどのように影響するのかを被験者の皮下組織厚別に検討した。研究デザインは準実験研究で、健康な若年成人40名(平均年齢は男性21.3±1.4歳、女性21.7±0.8歳)を対象とした。左下腿へ弾性包帯を10mmHg、20mmHg、30mmHg、40mmHgで巻くこととし、対照は巻く前の左下腿の状態とした。超音波画像診断装置で大伏在静脈の血管径・血流速度を計測し、皮下組織厚の値で分類した厚い群と薄い群で比較した。皮下組織厚平均値は、男性の厚い群が9.0mm、薄い群が5.1mm、女性の厚い群が12.0mm、薄い群が8.0mmであった。男性の皮下組織厚い群は包帯装着前の大伏在静脈血流量193.85mm3/sに対し、全ての包帯下圧迫圧において小さい値であった。一方、男性の皮下組織薄い群は包帯装着前の大伏在静脈血流量72.98mm3/sに対し、全ての包帯下圧迫圧において大きい値であった。女性の皮下組織厚い群は包帯装着前の大伏在静脈血流量205.75mm3/sに対し、全ての包帯下圧迫圧において小さい値であった。女性の皮下組織薄い群では包帯装着前の大伏在静脈血流量113.64mm3/sに対し、40mmHgにおいて小さい値であった。包帯装着前から各包帯下圧迫圧の大伏在静脈血流量変化量は、男性では両群ともに有意な変化は見られなかったが、薄い群において10mmHgと比較して、40mmHgで血流量の減少傾向が見られた(50.0mm3/s, p=0.065)。女性の皮下組織薄い群では10mmHgと比較して、40mmHgで大伏在静脈血流量が有意に減少した(60.8mm3/s, p=0.048)。F-thin群では20mmHgと比較して、40mmHgで大伏在静脈血流量が有意に減少した(60.8mm3/s, p=0.010)。
Friction Stir Welding(摩擦攪拌接合)法の熱工学的研究

平成15年度は、金属保持台の設計・製作、基礎データの取得、温度場解析用の数値解析プログラムの開発を主要課題とした研究を展開した。金属保持台に設置したミラーと放射温度計により、試料裏面側の非定常温度場の測定を行った。ツールにより試料に作用する押付け圧力とトルク計測は、圧力センサーとデータアクイジション装置により行った。実験は、アルミニウム系の接合材料に対し、ツール形状、回転数、押付け圧力を変えて行い、一連の基礎データを取得した。数値解析プログラムに関しては、Excelの表計算機能を応用した新たな解析手法を開発した。そして、実測値とのマッチングから、ツールと試料間の動摩擦係数を実用的なレベルで評価した。平成16年度は、前年度の研究成果をもとに、実験と理論解析に関し以下の研究を実施した。実験に関しては、アルミニウム系などの接合材料に関し、ツール形状、回転数、押し付け圧力を変えた非定常熱移動実験を実施し、動摩擦係数の評価に必要な基礎データを蓄積するとともにそれらの解析を行った。またツールに並進運動が加わった場合の材料の表面側と裏面側の非定常温度測定を行った。さらに動摩擦係数を、接合材料に作用するトルク計測実験からも評価した。理論解析に関しては、Excelの表計算機能を応用した非定常数値解析法を発展させ、実験に対応する数値解析を行った。また、アルミニウム、銅、ニッケルなどの接合材料に関する一連のExcel数値解析を行い、接合材料温度の無次元化整理式を提案した。以上の結果、これまでに明らかにされていなかったツールと接合材料の間の動摩擦係数の値を明確にするとともに、無次元化整理式を用いて各種接合材料に関する動摩擦係数の評価が可能であることを示すなど数多くの知見が得られた。本年度は、摩擦攪拌接合用の金属保持台の設計・製作、基礎データの取得、回転ツールおよび接合材料の温度場解析用数値解析プログラムの開発の3項目を主要な課題として研究を展開した。摩擦攪拌接合用の金属保持台は、上面の試料ホルダーが厚さ15mm、下面のスラストホルダーが25mm、側面が20mmのステンレス製である。これらは高剛性形クロスローラーベアリングとベアリングケースを介してベース基盤上に設置されており、中心軸に対して自由に回転できる構造とした。この設計により、回転ツールから試料に作用するトルク計測を正確に行うことが可能となった。金属保持台の中央空間部には角度45°でミラーが設置されている。このミラーと赤外線放射温度計により、試料裏面側の非定常温度場のリアルタイム測定を行った。さらに試料表面とツール表面の非定常温度場測定、熱電対とデータアクイジション装置の組み合わせによる試料温度の測定も行った。回転ツールにより試料に作用する押付け圧力とトルクに関しては、圧力センサーとデータアクイジション装置により行った。なお、押付け圧力の測定に際し、FSW実験装置のアーム部を改良し定トルクアームを設置することにより、試料に任意の一定押付け圧力がかかるように工夫した。実験は、A1050純アルミニウムおよびA7075アルミニウム合金の各試料に対し、特殊鋼製回転ツールの先端形状、ツール回転数、接合用金属へのツールの押付け圧力を変えて行い、一連の基礎データを取得した。その際、各押付け圧力おけるツール先端部と試料の接触状態をプレスケール感圧紙により可視化した。そして、実験に対応するパラメータに基づく一連の数値解析を行うとともに実測値とのマッチングから、回転ツールと試料間の動摩擦係数を実用的なレベルで評価できる目処を得た。本研究課題の最終年度にあたる本年度は、昨年度の研究成果をもとに、実験および理論解析に関し以下の研究を実施した。