hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
全光型磁化反転およびＴＨｚ交流スピン流の素過程究明と超高速磁気メモリへの応用

本年度は、目的達成のために設定した「微小磁性体を用いた全光型磁化反転(AOS)現象の電気的測定および界面効果の影響の定量的究明」および「超高速AOSメモリおよびTHz駆動SOTメモリの素子作製と実証実験」の二つの研究課題に主に関係する以下の二つの研究を中心に行った。(1)全光型磁化反転の電気的検出と照射位置制御によるアナログ電圧の検出AOSの電気的検出とその電圧値制御を目的として、計画、試料作製、測定、解析を行った。ホールバー形状の希土類ー遷移金属GdFeCoフェリ磁性体試料において、中心部に照射した単一パルスレーザーにより誘起されたAOS象に伴う磁化変化を異常ホール効果を利用して電気的に検出した。また、パルスレーザー照射位置を制御しホールバー中心のAOS誘起領域の面積を調整することにより、異常ホール電圧をアナログ的に制御することができた。これらの成果をまとめて2019年6月のMORIS2019にて発表予定であるとともに、論文作成中である。(2)希土類ー遷移金属フェリ磁性体/重希土類接合構造における巨大スピン軌道トルクAOSの能動的制御に向けたスピン軌道トルク誘引材料の探索を目的とし、試料作製、測定、解析を行った。磁場掃引型試料電流電圧測定装置を用いて、GdFeCoフェリ磁性体/重金属(Gd、Tb、Pt)接合膜試料において、交流電流による調和異常ホール電圧を測定した。第二高調波成分の外部磁場依存性よりスピン軌道トルクの大きさを算出した結果、Gd接合膜においてPt接合膜の約10倍大きな実効的スピンホール効率が見積られた。また、Gd接合膜とTb接合膜では実効的スピンホール効率の符号が互いに逆であることを明らかにした。この結果を2018年9月の日本磁気学会学術講演会にて発表し、ポスター講演賞を受賞した。また、同磁気学会の専門研究会に推薦されて講演を行った。本研究において最も重要な事項の一つである、AOSの電気的測定は、ナノボルトメーター(特別研究員奨励費により導入)により電圧の精密計測が可能となり、達成することができた。また、試料微動台(同奨励費にて導入)によってパルスレーザー照射位置を制御することで、AOSにより誘起される異常ホール電圧がアナログ制御可能であることがわかった。これによりAOSを多値記録や論理演算に利用可能であることが示唆されたのは予想を超える成果であると言える。一方で、スピンホール効果によるAOSの制御に向けた材料探索を行ったことで、バルク垂直磁気異方性材料であるGdFeCoでのスピン軌道トルクの発現、4f希土類金属隣接層でのスピンホール効果を実証し、学会での講演賞受賞など一定の功績を上げたことは評価できる。しかし、AOSのスピン軌道トルクによる制御は実験的には達成しておらず今後の課題として残っている。また、電界効果によるAOSの制御については、現在の成膜装置では試料作製が難しいため、本年度中には行うことができなかった。次年度には別の成膜装置を使用できる算段をつけているため、研究が進むことが期待できる。本年度は対外発表も国内学会に留まっているため、今後は論文や国際学会で発表を行い、これらの研究結果をより広く示す必要がある。平成31年度はスピン軌道トルクおよび電界効果によるAOSの制御を実現するために研究を行う。GdFeCoフェリ磁性体/重金属接合構造を作成し、スピンホール効果によるスピン軌道トルクを利用し、AOSの誘起閾値や磁化反転領域を制御することを目指す。試料作製や予備実験は平成30年度末から順次取り組んでおり、実験に適した詳細な材料の選定や実験条件は定まりつつある。また、下部電極/誘電体/GdFeCoフェリ磁性体積層構造において、ゲート電圧印加による電界効果を利用して、GdFeCoの磁性を制御することによってAOSを制御することを目指す。この下部電極を成膜できる装置の利用は可能であり、スパッタターゲット材料を新規に購入し実験を行う予定である。磁気静特性における電界効果を連続光を用いた磁気光学効果により明らかにし、その後、パルスレーザーシステムにおいて電界効果下でAOS現象の誘起・制御を試みる。一方で、AOSに伴うTHz帯スピン流の直接検出についても検討を進める。GdFeCo/重金属接合膜に、AOS誘起可能な強度のパルスレーザーを照射する。AOS誘起に伴う磁化の急峻な変化により生じるスピン流を、逆スピンホール効果を利用して検出する。オシロスコープによる時間分解検出およびパルスレーザー周波数を同期信号とするロックインアンプによる同期検出を試みる。前年度(平成30年度)の結果と合わせてまとめ、論文を投稿するとともに、国際・国内学会で発表を行う予定である。

また、パルスレーザー照射位置を制御しホールバー中心のAOS誘起領域の面積を調整することにより、異常ホール電圧をアナログ的に制御することができた。これらの成果をまとめて2019年6月のMORIS2019にて発表予定であるとともに、論文作成中である。(2)希土類ー遷移金属フェリ磁性体/重希土類接合構造における巨大スピン軌道トルクAOSの能動的制御に向けたスピン軌道トルク誘引材料の探索を目的とし、試料作製、測定、解析を行った。磁場掃引型試料電流電圧測定装置を用いて、GdFeCoフェリ磁性体/重金属(Gd、Tb、Pt)接合膜試料において、交流電流による調和異常ホール電圧を測定した。第二高調波成分の外部磁場依存性よりスピン軌道トルクの大きさを算出した結果、Gd接合膜においてPt接合膜の約10倍大きな実効的スピンホール効率が見積られた。また、Gd接合膜とTb接合膜では実効的スピンホール効率の符号が互いに逆であることを明らかにした。この結果を2018年9月の日本磁気学会学術講演会にて発表し、ポスター講演賞を受賞した。また、同磁気学会の専門研究会に推薦されて講演を行った。本研究において最も重要な事項の一つである、AOSの電気的測定は、ナノボルトメーター(特別研究員奨励費により導入)により電圧の精密計測が可能となり、達成することができた。また、試料微動台(同奨励費にて導入)によってパルスレーザー照射位置を制御することで、AOSにより誘起される異常ホール電圧がアナログ制御可能であることがわかった。これによりAOSを多値記録や論理演算に利用可能であることが示唆されたのは予想を超える成果であると言える。一方で、スピンホール効果によるAOSの制御に向けた材料探索を行ったことで、バルク垂直磁気異方性材料であるGdFeCoでのスピン軌道トルクの発現、4f希土類金属隣接層でのスピンホール効果を実証し、学会での講演賞受賞など一定の功績を上げたことは評価できる。しかし、AOSのスピン軌道トルクによる制御は実験的には達成しておらず今後の課題として残っている。また、電界効果によるAOSの制御については、現在の成膜装置では試料作製が難しいため、本年度中には行うことができなかった。次年度には別の成膜装置を使用できる算段をつけているため、研究が進むことが期待できる。本年度は対外発表も国内学会に留まっているため、今後は論文や国際学会で発表を行い、これらの研究結果をより広く示す必要がある。平成31年度はスピン軌道トルクおよび電界効果によるAOSの制御を実現するために研究を行う。GdFeCoフェリ磁性体/重金属接合構造を作成し、スピンホール効果によるスピン軌道トルクを利用し、AOSの誘起閾値や磁化反転領域を制御することを目指す。試料作製や予備実験は平成30年度末から順次取り組んでおり、実験に適した詳細な材料の選定や実験条件は定まりつつある。また、下部電極/誘電体/GdFeCoフェリ磁性体積層構造において、ゲート電圧印加による電界効果を利用して、GdFeCoの磁性を制御することによってAOSを制御することを目指す。この下部電極を成膜できる装置の利用は可能であり、スパッタターゲット材料を新規に購入し実験を行う予定である。
情報受信側の自主判断を促進する災害情報と判断評価のサポート機構

災害時の危険は、個人が自分の責任で回避する必要がある。適切な自主的判断を促すためには、(1)判断に必要な情報を獲得できること、(2)その情報を基に判断できる知識を有すること、あるいは判断サポートの仕組みが整備されていること、の2つが要請される。1.自然災害への対応:風水害、地震発生時の市民の避難判断や行動を導く災害情報システムにおいて、新たに防災情報士を導入した局所情報の集約と情報伝達のための仕組みを提案した。さらに、住民の避難行動の必要性を実感させるための避難状況提供システムを考案、その効果を実験評価した。2.人工物災害への対応:原子力・プラント事故の発生時、住民の迅速な避難のためには、事故情報の公開が必須である。しかし、オフサイトセンターにおける平常時の情報公開や事故時の対応マニュアルなどが整備され始めているものの、点検時の保全データの改ざんや臨界状況の隠蔽の事実が次々に発覚する中、事故発生時の情報開示には不安がある。第三者機関の役割も不十分であることを指摘した。また近年、消費生活用製品のリコール回収が多発しており、迅速な製品回収が災害対応と同様に重要な課題となっている。平成19年5月、改正消費生活用製品安全法の施行により、重大製品事故は全て経済産業省へ報告され公表されるようになるが、一般市民による自主的な対応行動が必要不可欠である。そこで、情報技術を利用したリコール回収の仕組みを提案した。3.医療事故への対応について:市民にとって病院選択は緊急時の対応行動と言える。病院間比較による相対評価に基づくランキング法を検討した。市民の判断をサポートする第三者機構の活動の不十分な点を明らかにし、事故回避にコンフリクト・マネジメントが期待されることにも言及した。災害時の危険は各個人が自主的に回避する必要があり、個人は、科学者や専門家の意見を基に行政が発令する避難指示に従って行動することになる。本研究では、円滑な避難行動を導くための「専門情報の直接提供」のあり方、情報提供の機構を追及する。災害時にどのような情報をどこまで公表する必要があるか、その基準やガイドライン等を考える。16年度は自然災害情報と原子力・プラント事故情報の2分野に関して調査、検討する予定であったが、7月から10月にかけ新潟、豊岡等広域で集中豪雨による被害が発生、10月下旬には新潟中越地震が発生するなど自然災害が頻発したため、自然災害に焦点を絞り、災害時情報の現状を重点的に調査、検討した。1.災害時の情報公開について:災害時情報が受け手側に理解できる内容のものか、あるいは緊急状況を認知・判断し対応行動に結びつけるために有用な内容の情報であったかなど、情報提供の内容と方法の適切さについて、新潟中越地震で被害を受けた長岡市や小千谷市等で調査を行った。被災後、必要となる情報は時間経過と共に変化しており、調査結果を基に時系列的な必要情報の変化をまとめた。また、早期の情報公開に伴う混乱や問題点が顕在化し、同時に、情報発信側の情報収集上の問題点として、情報を集めるべき被災度の高い地区ほど情報が集まりにくいなどの状況が把握された。2.評価のサポート機構について:特に「eシティネットながおか」による局所情報発信など、平常時のネットを災害時に利用する幾つかの新しい試みが行われており、そこでのサポート状況、問題点の検討を行なった。これらの調査結果の一部は、平成17年2月電子情報通信学会ユビキタス社会とライフスタイル研究会第2回ワークショップ『ユビキタス社会における環境と防災』の招待講演にて発表した。

17年度は,16年度に引き続き,自然災害情報のあり方に関して検討すると共に,原子力・プラント関連と医療関連の情報を考察対象として加え、市民に対する情報提供と市民の判断をサポートする第三者機構の活動を調査・考察した.1.事故時の情報公開について事故発生時の情報公開のための仕組みを知るために,関係機関,例えば阪神・淡路大震災関連の防災センター等で調査を行うと共に,新聞報道に基づき現在の情報提供方法の適切さを考察し,今後の情報提供のあり方を検討した.災害関連では,自主判断に有効となる情報を的確に提供するための仕組みとして防災情報士制度を提案し,その効果に関するシミュレーション評価を含めて,日本災害情報学会にて発表した.原子力・プラント関連では、政府や各電力会社が提供する安全情報、緊急時の情報提供、オフサイトセンターにおける初動対応時の情報収集,迅速な公開の仕組みや体制等を調査した。医療関連では、医療事故発生時の情報公開の現状について考察したが,その際,(財)日本医療機能評価機構で中立の立場から裁判外紛争解決のためのコンフリクト・マネジメントを推進していることを知り,その効果を検討した.その結果の一部を医療関係のジャーナルに投稿した.2.判断評価のサポート機構について医療関連では、日本医療機能評価機構で行われている医療機関の評価が、医療機関側へのガイドラインや利用者側の病院選択・理解の助けとなりえるかを検討した.さらに,機構がどのような評価認定を行ない、どのような支援を行なうべきかを情報利用者の立場から考察し続けている.予定していたデンマークのリソ研究所訪問は,日程調整がうまく行かず,来年度に延期することとした。16年度は自然災害を、17年度は原子力・プラント関連と医療関連を中心に、市民に対する情報提供と市民の判断をサポートする第三者機構の活動に注目してきた。18年度は、2年間にわたるこれらの調査・考察結果を基に、緊急時の安全情報システムを構築すべく、有効な情報提供の方法、情報受信側の判断支援の方法を整理した。さらに18年度は製品事故が相次ぎ,リコール回収への消費者の自主対応が話題になったため,これも対象に含め検討した.(1)事故時の情報公開について災害時に公表されるべき情報内容に関して、局所的な情報と大局的な情報をどのように切り分け、どのような内容をどのタイミングでそれぞれ公開することが効果的かを考えた。特に判断の難しいグレイゾーンにおいて、的確な行動を決定するための情報提示の例として,避難状況提示システムを提案した(ISシンポジウムで発表)。このシステムは,市民発信の情報を利用した局所情報提示であり、Webや携帯電話などのモバイル情報機器のメリットを活用したシステムで,災害時の避難行動決定支援の手法として期待できることを実験で検証した。ただし,集団心理により起こりえる問題をクリアすることなどの課題は残っている.(2)評価のサポート機構について公表された情報を基に行動を選択する市民のための支援センターとして,原子力,医療,製品事故などに対しては既に(財)原子力発電技術機構,(財)日本医療機能評価機構,(独)製品評価技術基盤機構などの第三者機関が存在する。それらの機関に期待される情報「発信」側への情報発信内容に関する支援や指導の機能,情報「受信」側への理解・評価に関する支援や窓口機能について,さらに現在の状況などをまとめた(ISシンポジウムで発表).災害関係に関しては,まだ適当な機関がない.
Poisson幾何学国際会議2006年開催のための準備および調査企画

2006年6月に東京にてPoisson幾何学国際会議が開催されるための準備と調査企画を行った。この国際会議は、1996年ポーランドにて第一回の会議を始めて以来、隔年主に欧米にて開催されてきた。今回、Poisson幾何学の国際的な進展にあわせ、欧米だけではなく日本を中心としたアジア諸国の研究者との融合および討議を目的として開催されるものである。今までの討議の中心が、シンプレクティック幾何学が中心テーマであったものを、その強化とともに、積分可能系、量子化問題、数理物理、特に超弦理論、場の量子論等への拡大を狙った企画が検討されている。欧米が格段に進歩しているシンプレクティック幾何学やポアソン幾何学研究分野の日本を含めたアジア各国の学生および若手研究者の育成にある。国際会議を開催するのにあたり、2005年度に日本およびアジア地域の学生や若手研究者およびその指導者による、研究分野の研究交流を重ねた。このために、欧米への調査派遣、国内において講義、討議を定期的に重ねた。2005年7月にユネスコ、トリエステ(イタリア)で開催されるポアソン幾何学夏の学校は、本国際会議とも連携している。この夏の学校への学生および若手研究者の派遣を行なうことにより、2006年の本国際会議のために若手育成を行なった。このワークショップにおいて、中国、ベトナム、東ヨーロッパ、南米等の若手研究者の教育および来年度に国際会議に招聘する候補者の検討を行った。コロンビアを訪問し、夏の学校での講師、コロンビアにおける若手研究者との交流により、来年度若手研究者を招聘する準備もできた。この国際会議の後援として日本数学会、アメリカ数学会、およびヨーロッパ数学会からスポンサーシップを得ることもできた。ローザンヌ自由工科大学ベルヌーイ研究所等の研究所からの国際連携も行えた。組織委員会、講演者の決定、国際会議のための教育スクールおよび若手研究者の招聘等すべてが整えた。
RNA分解酵素による血液凝固制御

細胞外に出たRNAが生体内の新しい凝固促進因子,血管透過性亢進因子であることが確認されている.その作用は膵臓型リボヌクレアーゼ(RNase1)によって抑制される.血管内におけるRNaseの詳細な発現や機能の解析はこれまで行われてこなかったため,我々は血液と接触する血管内皮細胞,血液細胞,悪性細胞におけるRNaseの発現と機能,及びその調節について解析した.その結果,血管内皮細胞のRNase1は病的に放出される細胞外RNAの作用から血管系を護っていることが示唆された.血球細胞や悪性細胞のRNA/RNase1機構も血管や悪性細胞の恒常性の維持に貢献していることが示唆された.細胞外に出たRNAが生体内の新しい凝固促進因子,血管透過性亢進因子であることが確認されている.その作用は膵臓型リボヌクレアーゼ(RNase1)によって抑制される.血管内におけるRNaseの詳細な発現や機能の解析はこれまで行われてこなかったため,我々は血液と接触する血管内皮細胞,血液細胞,悪性細胞におけるRNaseの発現と機能,及びその調節について解析した.その結果,血管内皮細胞のRNase1は病的に放出される細胞外RNAの作用から血管系を護っていることが示唆された.血球細胞や悪性細胞のRNA/RNase1機構も血管や悪性細胞の恒常性の維持に貢献していることが示唆された.細胞傷害や病原体感染に際し放出されるRNAが血液や血管内皮細胞と触れることで一連の凝固反応が惹き起こされるという新しい概念を提唱したことに引き続き、RNA分解酵素(RNase)が血液凝固制御に関与している可能性があると考えた。そこで、白血病細胞を中心とした様々な細胞を用いて、pancreatic-type ribonuclease(RNase 1)、RNase 5(angiogenin)、RNase inhibitor(RI)のmRNAやタンパク質の発現をRT-PCR法とウエスタンブロット法で調べた。また活性測定により、細胞外に分泌されたRNase活性を測定した。その結果、細胞の種類によりRNase 1、RNase 5、RIのmRNAレベル、タンパク質レベルでの発現の違いがみられた。白血病細胞株はRNase活性をもたず、多発性骨髄腫細胞では正常血管内皮細胞と同等レベルの活性があることを明らかにした。生体内のRNAにより血液凝固活性化が起こり、血栓症が起こるという概念は新しいもので、血管内皮細胞から放出されるRNaseが血管内の恒常性を維持しており、白血病細胞ではRNaseが十分に機能していない可能性が示唆された。また、多発性骨髄腫の新しい治療薬で免疫調節作用のあるサリドマイドや併用薬デキサメサゾン、ドキソルビシンの血管内皮細胞や単球系細胞、骨髄腫細胞への凝固活性化効果を検討し、血管内皮細胞や単球に対するデキサメサゾンの組織因子発現増強作用、ドキソルビシンのアポトーシス誘導作用による凝固促進効果を見出し、論文発表した。骨髄腫細胞のRNase発現との関連を探る礎となっている。細胞溶解液と細胞上清の分析により、RNase 1とRNase inhibitor (RI)はmRNA及び蛋白質のレベルで血液細胞に異なったレベルで発現していることが判った.赤血球や白血病細胞では,RNase 1の発現は低いようであった.RIはあまねく血液細胞でも血管内皮細胞と同様に発現していた.一方,RNase活性はHUVECs細胞株EAhy926細胞上清では血球細胞より高かった.無血清培地で培養すると,EAhy926では上清中のRNase活性は時間とともに増加するが,白血病細胞では徐々に低下した.研究成果の一部は,2013年のAmsterdamで開催される国際血栓止血学会で発表予定である.多発性骨髄腫の新しい治療薬で免疫調節作用のあるレナリドマイド,併用薬デキサメサゾン,ボルテゾミブの血管内皮細胞や単球系細胞,骨髄腫細胞への凝固活性化効果を検討し,血管内皮細胞や単球に対するデキサメサゾンの組織因子発現増強作用,ボルテゾミブのアポトーシス誘導作用による凝固促進効果を見出し,論文発表した.骨髄腫細胞などの腫瘍細胞によるRNA/RNase発現との関連を探る礎となっている.血管内皮細胞のRNase 1は病的に放出される細胞外RNAの作用から血管系を護っていることが示唆された.血球細胞や悪性細胞のRNA/RNase 1機構も血管や悪性細胞の恒常性の維持に貢献していることが示唆された.RNase 1とそのインヒビターは血管の恒常性の維持に重要であることが示唆され,今後の興味深い研究対象と考えられる.血液凝固制御、血管滲出に関与する可能性のあるRNA分解酵素(RNase)の発現の、細胞による違いとその分泌調節について知見を蓄積している。24年度が最終年度であるため、記入しない。RNA分解酵素(RNase)の発現のダイナミズム(動き)と臨床的意義の検討を更に推進する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
リプログラミング技術を利用した細胞老化のエピゲノム解析

細胞老化は、DNA損傷、酸化ストレス、がん遺伝子発現などのストレスによって誘導され、不可逆的に細胞分裂が停止する現象であるが、その分子機構はまだ不明な点が多い。本研究では、分裂停止した老化細胞からiPS細胞を樹立し、老化前の細胞由来iPS細胞や元の老化細胞との間で、遺伝子発現レベル、エピジェネティックな変化、細胞周期や細胞機能などの性状を比較解析することにより、細胞老化の分子メカニズム解明の新たな糸口を見いだすことを目的とした。分裂能を完全に失い老化した正常ヒト線維芽細胞から、レンチウイルスベクターを用いてリプログラミング因子(OCT3/4, SOX2, KLF4, c-MYC, LIN28)に加えSV40LTを一過性に発現させ、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤とヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤を添加することにより、極めて低い頻度(0.00001%)ではあるがiPS細胞を樹立することができた。iPS細胞樹立の確認は、免疫染色法による未分化マーカー(SSEA3、SSEA4、TRA-1-60、TRA-1-81)の発現および免疫不全マウスへの移植によるテラトーマ形成能により行った。老化細胞由来iPS細胞の増殖や形態は、50回以上継代を重ねても、老化前の細胞由来iPS細胞と変わらず、網羅的遺伝子発現、ゲノムワイドのDNAメチル化およびヒストン修飾の比較解析においても差はほとんど見られなかった。また、iPS細胞から線維芽細胞へ分化誘導し、継代培養後の分裂寿命(細胞老化)についても差は見られなかった。これらのことから、エピジェネティックな変化によって細胞は老化するが、リプログラミングによって分裂停止した老化細胞は若返ることができると考えられる。しかしながら、iPS細胞の樹立効率が極めて低かったことから、樹立できたiPS細胞はまだ完全に老化して分裂停止していなかった細胞に由来する可能性は否定できない。細胞老化は、DNA損傷、酸化ストレス、癌遺伝子発現などのストレスによって誘導され、不可逆的に細胞分裂が停止する現象であるが、その分子機構はまだ不明な点が多い。本研究では、分裂停止した老化細胞からiPS細胞を樹立し、元の老化細胞や老化前の細胞由来のiPS細胞との間で、遺伝子発現レベル、エピジェネティックな変化、細胞周期や細胞機能などの性状を比較解析することにより、細胞老化の分子メカニズム解明の新たな糸口を見いだすことを目的としている。平成27年度は、分裂能を完全に失ったヒト老化線維芽細胞からiPS細胞を樹立することを試みた。予備的実験では、老化細胞にOCT3/4、SOX2、KLF4、c-MYCの4因子のみあるいは4因子とp53 shRNAをレンチウイルスベクターで導入してもiPS細胞は樹立できないことがわかっていた。そこでまず、染色体に組み込まれないレンチウイルスベクターによってSV40LTを一過性に発現させることにより、p53経路およびp16/Rb経路を抑制し、再び細胞増殖を開始させた後、4因子に加えリプログラミングを促進すると考えられる遺伝子LIN28の導入とDNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤(RG108)およびヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤(BIX01294)の添加により、非常に低い頻度(0.00001%)ではあるがiPS細胞を樹立することができた。iPS細胞の樹立は、未分化マーカー(SSEA3、SSEA4、TRA-1-60、TRA-1-81)の発現を免疫染色法により確認し、多能性の確認は免疫不全マウスへの移植によるテラトーマ形成(三胚葉系への分化能力)により行った。老化細胞由来iPS細胞の増殖や形態は、50回以上継代を重ねても、コントロールの若い細胞由来iPS細胞と変わらないことが確認された。ヒト新生児線維芽細胞(NB1RGB)は、継代培養を繰り返すと集団倍加数(PDL)が7579で完全に分裂能を失い老化することを、老化関連βガラクトシダーゼ染色陽性とBrdUの取り込み陰性により確認している。予備的実験では、PDL75以上のNB1RGB細胞にOCT3/4、SOX2、KLF4、c-MYCの4因子のみあるいは4因子とp53 shRNAをレンチウイルスベクターで導入してもiPS細胞は樹立できないことがわかっており、細胞増殖を開始する段階が律速であることが示唆された。そこでまず、染色体に組み込まれないレンチウイルスベクターによってSV40LTを一過性に発現させ、p53経路およびp16Ink4a/Rb経路を抑制し、再び細胞増殖を開始させた後、4因子を導入することを試みた。さらに、リプログラミングを促進すると考えられる遺伝子(LIN28、hTERT、Glis1など)の導入と化学化合物(Wnt-GSK3βシグナル経路阻害剤、TGFβシグナル経路阻害剤、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤、HDAC阻害剤、ヒストンメチル化阻害剤など)の添加の組み合わせも検討した。その結果、SV40LTの一過性発現と4因子およびLIN28の導入、さらにDNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤(RG108)とヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤(BIX01294)の添加により、非常に低い頻度(0.00001%)ではあるがiPS細胞を樹立することができた。

細胞老化は、DNA損傷、酸化ストレス、癌遺伝子発現などのストレスによって誘導され、不可逆的に細胞分裂が停止する現象であるが、その分子機構はまだ不明な点が多い。本研究では、分裂停止した老化細胞からiPS細胞を樹立し、老化前の細胞由来iPS細胞や元の老化細胞との間で、遺伝子発現レベル、エピジェネティックな変化、細胞周期や細胞機能などの性状を比較解析することにより、細胞老化の分子メカニズム解明の新たな糸口を見いだすことを目的としている。平成27年度に、分裂能を完全に失い老化した正常ヒト新生児皮膚由来線維芽細胞(NB1RGB)から、リプログラミング因子(OCT3/4、SOX2、KLF4、c-MYC、LIN28)に加えSV40LTを一過性に発現させ、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤とヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤を添加することにより、非常に低い頻度ではあるがiPS細胞を樹立することができた。平成28年度は、老化した正常ヒト胎児肺由来線維芽細胞(TIG1)からも同様にして非常に低い頻度でiPS細胞を樹立することができた。老化細胞由来iPS細胞の増殖や形態は、50回以上継代を重ねても、老化前の細胞由来iPS細胞と変わらなかった。網羅的遺伝子発現、DNAメチル化、ヒストン修飾の比較解析においても差はほとんど見られなかった。また、iPS細胞から線維芽細胞へ分化誘導し、継代培養後の細胞老化についても差は見られなかった。これらのことから、エピジェネティックな変化によって細胞は老化するが、リプログラミングによって分裂停止した老化細胞は若返ることができると考えられる。分裂能を完全に失い老化した正常ヒト新生児線維芽細胞(NB1RGB)および正常ヒト胎児肺由来線維芽細胞(TIG1)に、染色体に組み込まれないレンチウイルスベクターによってSV40LTを一過性に発現させ、さらにリプログラミング因子(OCT3/4、SOX2、KLF4、c-MYC、LIN28)をレンチウイルスベクターによって導入し、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤(RG108)とヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤(BIX01294)を添加することにより、非常に低い頻度(0.00000260.00001%)ではあるがiPS細胞を樹立することができた。iPS細胞の樹立は、未分化マーカー(SSEA3、SSEA4、TRA-1-60、TRA-1-81)の発現を免疫染色法により確認し、多能性の確認は免疫不全マウスへの移植によるテラトーマ形成(三胚葉系への分化能力)により行った。老化細胞由来iPS細胞の増殖や形態は、50回以上継代を重ねても、老化前の細胞由来iPS細胞と変わらないことが確認された。マイクロアレイとRNA-Seqによる網羅的遺伝子発現解析、イルミナ社のHumanMethylation27BeadChipを使用したゲノム全領域で27,578のCpGサイトのDNAメチル化解析、H3K4me3、H3K9me3、H3K27me3の抗体によるクロマチン免疫沈降シークエンス(ChIP-Seq)によるゲノムワイドのヒストン修飾解析でも、両者で差はほとんど見られなかった。
食経験の豊富な納豆菌を利用した食品産業用酵素開発の超高速度化

安全性の担保された納豆菌を生産宿主として利用した酵素高生産ツールを構築する。この技術を用いることで食品産業用酵素の開発の高速度化が期待できる。H28年度は納豆菌株T株より我々が新たに発見したプラスミドDNA(pTHK)の全領域の中で、納豆菌内でプラスミド複製に必要な領域と、複製には必須ではない領域とにグループ分けすることができた。この結果を基盤としてH29年度は同プラスミドの小型化を図った。検討の結果、被複製開始領域と推定できる領域が特定できたことで、元のプラスミドの大きさの約60%の大きさにまで小型化したプラスミドに取得に成功した。好ましいことに、小型化したプラスミドは元のプラスミドよりも納豆菌への導入効率が飛躍的に向上した。続いて、最小化できたプラスミドと大腸菌由来のプラスミドを連結して納豆菌⇔大腸菌シャトルベクターを構築することにも成功した。これらの進捗をもとにしてH30年度は本プラスミドのさらなる応用を検討した。その一つとして納豆菌の性質を改善するためへの納豆菌染色体DNAの改変を検討した。ただし納豆菌株T株のゲノム情報は未だ明らかではないので、先ず納豆菌と分類系統的に近い枯草菌の染色体DNAの改変に本プラスミドが利用できるか試行することとした。その結果、同プラスミドをベクターとして使用した相同性組換え実験により、染色体DNA上への目的遺伝子の導入に成功した。二つ目の応用検討項目として、目的とする酵素を納豆菌で高生産させることを目指し取り組んだ。H29年度に構築できた大腸菌⇔納豆菌シャトルベクターに枯草菌由来のアミラーゼ遺伝子を挿入したプラスミドを構築し、これを納豆菌に導入した。その結果、SDSーPAGE解析で検出できる量の目的アミラーゼの分泌生産ができていることが確認できた。新規プラスミド応用検討の2項目(相同性組換え及び外来酵素遺伝子の発現)が順調に進んでいることから、全体的におおむね順調に進んでいると判断できた。抗生物質耐性遺伝子のみでなく、新規プラスミドを利用して様々な遺伝子を染色体DNA上に効率よく挿入することを試す実験を進める。一方、アミラーゼ以外の他の酵素遺伝子もシャトルベクターに乗せて納豆菌に導入し、それらの目的酵素生産能力を評価する。同時に形質転換効率の高い納豆菌への遺伝子導入法の検討も引き続き実施する。安全性の担保された納豆菌を生産宿主として利用した酵素高生産ツールの完成を目指す。その結果として、食品産業用酵素の開発の高速度化が期待できる。納豆菌T株より申請者が新たに発見したプラスミドDNA(pTHK)の配列・機能解析を進めた。pTHKを鋳型にしてPCRによって様々なプラスミド領域の遺伝子断片を増幅した。これらの遺伝子断片と大腸菌プラスミドベクターとを連結し、構築した各プラスミドが納豆菌で複製するかどうか詳細に調べた。それらの結果からpTHKの全領域の中で、納豆菌内でプラスミド複製に必要な領域と、複製には必須ではない領域とにグループ分けすることができた。このことから、プラスミドpTHKの自立複製必須領域がかなり限定でき、本研究の主目的である酵素高生産ツールの土台構築に向けた重要部分を明らかにできたと考えている。本研究は納豆菌T株を宿主とした酵素高生産ツールを確立することが主目的である。納豆菌T株より申請者が新たに発見したプラスミドDNA(pTHK)を酵素高生産利用に向けて最適化することを最初のステップとして進めている。本年度の解析結果からpTHKの全領域の中で、納豆菌内でプラスミド複製に必要な領域と、複製には必須ではない領域とにグループ分けすることができた。このことから、プラスミドpTHKの自立複製必須領域がかなり限定でき、本研究の主目的である酵素高生産ツールの土台構築に向けた重要部分を明らかにできたと考えられ、おおむね順調に進展していると判断できる。その結果として、これを応用することで食品産業用酵素の開発の高速度化が期待できる。納豆菌株T株より我々が新たに発見したプラスミドDNA(pTHK)の配列・機能解析・応用検討を進める。28年度までにpTHKの全領域の中で、納豆菌内でプラスミド複製に必要な領域と、複製には必須ではない領域とにグループ分けすることができた。この結果を基盤として29年度は同プラスミドの小型化を図った。具体的にはプラスミド上に存在するORF(推定)群の中でどのORFがプラスミドの複製に必要で、どのORFは必要ではないのか繰り返し調査したことで必要なORFが特定され、さらに被複製開始領域と推定できる領域も見い出され、これらの情報を統合することで、元のプラスミドの大きさの約60%の大きさにまで小型化したプラスミドに取得に成功した。好ましいことに、小型化したプラスミドは元来のプラスミドよりも納豆菌への導入効率が飛躍的に向上した。続いて、最小化できたプラスミドと大腸菌由来のプラスミドを連結して納豆菌-大腸菌シャトルベクターを構築することにも成功した。本シャトルベクターを使用すれば、複雑な遺伝子操作は大腸菌を宿主として実施し、完成されたプラスミドを最終的に納豆菌に導入すれば良いことになる。また、本シャトルベクターにGFP遺伝子を導入し、大腸菌内でGFPタンパク質の高生産も確認できた。

納豆菌から発見したプラスミドDNAの機能解析が順調に進み、このプラスミドをより応用しやすいサイズに小型化できた。引き続き遺伝子操作の簡便さを考慮して、大腸菌とのシャトルベクターの構築にも成功した。これらの進捗から、操作性が一段と向上したベクターが構築できていると判断している。安全性の担保された納豆菌を生産宿主として利用した酵素高生産ツールを構築する。この技術を用いることで食品産業用酵素の開発の高速度化が期待できる。H28年度は納豆菌株T株より我々が新たに発見したプラスミドDNA(pTHK)の全領域の中で、納豆菌内でプラスミド複製に必要な領域と、複製には必須ではない領域とにグループ分けすることができた。この結果を基盤としてH29年度は同プラスミドの小型化を図った。検討の結果、被複製開始領域と推定できる領域が特定できたことで、元のプラスミドの大きさの約60%の大きさにまで小型化したプラスミドに取得に成功した。好ましいことに、小型化したプラスミドは元のプラスミドよりも納豆菌への導入効率が飛躍的に向上した。続いて、最小化できたプラスミドと大腸菌由来のプラスミドを連結して納豆菌⇔大腸菌シャトルベクターを構築することにも成功した。これらの進捗をもとにしてH30年度は本プラスミドのさらなる応用を検討した。その一つとして納豆菌の性質を改善するためへの納豆菌染色体DNAの改変を検討した。ただし納豆菌株T株のゲノム情報は未だ明らかではないので、先ず納豆菌と分類系統的に近い枯草菌の染色体DNAの改変に本プラスミドが利用できるか試行することとした。その結果、同プラスミドをベクターとして使用した相同性組換え実験により、染色体DNA上への目的遺伝子の導入に成功した。二つ目の応用検討項目として、目的とする酵素を納豆菌で高生産させることを目指し取り組んだ。H29年度に構築できた大腸菌⇔納豆菌シャトルベクターに枯草菌由来のアミラーゼ遺伝子を挿入したプラスミドを構築し、これを納豆菌に導入した。その結果、SDSーPAGE解析で検出できる量の目的アミラーゼの分泌生産ができていることが確認できた。新規プラスミド応用検討の2項目(相同性組換え及び外来酵素遺伝子の発現)が順調に進んでいることから、全体的におおむね順調に進んでいると判断できた。本研究課題の研究期間内に、納豆菌T株を宿主とした酵素高生産ツールを確立する。具体的には以下の3段階で進めていく。現在は最も時間を要すると想定していた1段階の最終部分を推し進めている。1納豆菌T株より見出されたプラスミドDNA(pTHK)の特徴解析と改良。2産業利用するために必要な遺伝子セットをpTHKプラスミド(上記1で構築したもの)に導入。3宿主としての納豆菌T株の高機能化。先ずは構築が進んでいるベクターに外来遺伝子としてGFP遺伝子を挿入し、構築できたプラスミドDNAを納豆菌に導入し、外来遺伝子(GFP遺伝子)が納豆菌内で安定に保存され、しかも効率よく発現されることを確認する。同時に形質転換効率の高い納豆菌への遺伝子導入法を検討する。さらにGFP遺伝子以外にも納豆菌に糖質分解酵素遺伝子など外来である酵素遺伝子を導入し、酵素の生産を試みる。抗生物質耐性遺伝子のみでなく、新規プラスミドを利用して様々な遺伝子を染色体DNA上に効率よく挿入することを試す実験を進める。
無共溶媒液相合成法によるモノリス状シリカ系光学材料の開発

シラン化合物をケイ素源とし、新規なモノリス状(塊状)シリカ系光学材料の合成とその基礎科学の探求を行った。共溶媒をはじめとする必須でない試薬の削減や合成経路の単純化、液相合成法の特徴を生かした構造の精密制御や準安定相の形成などに取り組みつつ、Rayleigh散乱のほとんどない紫外透明REPO4(RE:希土類)ナノ結晶化ガラスおよびこれをベースとした高効率可視・紫外蛍光体、REイオンのクラスタ化したRE-Al共ドープシリカガラス、SiOH基を多量に含み親水的だが硬化しないポリシルセスキオキサン液体およびこれをベースとした紫外透明有機-無機ハイブリッドなどを開発した。本研究の目的は、(1)試薬の使用量削減と合成時間の短縮によるシリカ系材料の低環境負荷液相合成法の開発、(2)現在主流の気相法を凌駕する光機能性シリカガラスの合成と発光・レーザー材料への応用、(3)三官能アルコキシドからのポリシルセスキオキサン(PSQ)液体の生成機構の解明と応用分野の開拓、である。(1)、(2)に関しては、希土類ドープシリカガラスの透明性と発光効率の向上に有用であり、希土類ドープシリカガラスを作製するうえで最も多用される技術である、アルミニウム共ドープ法の開発を行った。合成にあたり、アルミニウム化合物は酸性度が一般に高いため、ゲル化と並行したマクロ相分離を阻害し、乾燥および焼成の容易なマクロ多孔質ゲルを得にくいことが課題となっていた。本年度の研究で、適切なアルミニウム源の選択および反応中のpH調節法の工夫によってこの課題が解決でき、マクロ多孔質ゲルができることを見出した。この結果、希土類-アルミニウム共ドープシリカガラスの合成時間の短縮、アルミニウム添加量の増大、Nd3+ドープシリカガラスにおける透明性と発光効率の向上を行うことができた。(3)に関しては、種々の異なる有機官能基を有する三官能メトキシドから無共溶媒法によってPSQ液体を合成し、その性質を調べた。何種類かの三官能メトキシドからPSQ液体を得ることができた。これらのPSQ液体は、比較的多量のSiOH基を含んでいるにもかかわらず、SiOH基同士の縮合反応は緩慢であり、室温で長時間液体状態を維持できることが分かった。また、エチル基のような紫外域に吸収帯をもたない官能基を含むPSQ液体を熱処理することで、プラスチックに匹敵するほど低密度の深紫外透明PSQガラスが作製できること、反応性基であるチオール基を含むPSQ液体が合成できること、含チオール基PSQ液体はビニル化合物との光架橋反応によってモノリス状ガラスを与えることを示した。(1)に関しては初年度に基本技術をほぼ確立しているため、本年度は主に(2)と(3)に取り組んだ。(2)に関しては、希土類イオンとリンを等モル比で共ドープしたシリカガラスにおいて、直径数nmの希土類オルトリン酸塩のナノ結晶が析出していることを見出した。この結晶相は高屈折率であり、ホストガラスとの屈折率差が大きいにもかかわらず、粒径が小さいため、得られたガラスではレイリー散乱による光損失が無視できるほどに小さいことが分かった。この結晶相が蛍光灯用の実用緑色蛍光体である(La,Tb,Ce)PO4と同型であることに着目して作製したTb-Ce-P共ドープシリカガラスは、紫外光照射下で前記実用蛍光体の85%に及ぶ高い外部量子効率を示した。本試料は高効率透明紫外蛍光体として有望である。(3)に関しては、合成条件を工夫することによって、出発組成を変えずにPSQ液体の粘度を2桁変化させることができることを見出した。また、比較的低粘度(5000mPas以下)で、その粘度が1ヶ月以上ほぼ一定であるPSQ液体の合成法を確立した。あわせて、得られた試料の各種分光測定を行い、PSQ液体の生成機構およびその粘度の変化に関する基本的な知見を得た。(1)に関しては初年度に基本技術をほぼ確立しているため、本年度も引き続き主に(2)と(3)に取り組んだ。(2)に関しては、希土類とリンを共ドープしたシリカガラスにおいて、全ランタノイドについて直径数nmの希土類オルトリン酸塩ナノ結晶を含み、かつ粒径が小さいためRayleigh

散乱のほぼ無視できるシリカガラスが合成できること、その紫外吸収端は希土類イオンのf-d遷移または電荷移動吸収によって支配されること、La系、Gd系、Ho系、Er系、Lu系、Y系ではこれらの遷移が高エネルギーシフトしているため紫外吸収端が真空紫外域(波長<200nm)まで高エネルギーシフトしていること、希土類イオンとしてGdとPrを共ドープした系で波長313nmのUV-B光を高効率に発光する透明紫外蛍光体が作製できることを見出した。希土類とアルミニウムを共ドープしたシリカガラスにおいて、これまでの定説と異なり、希土類イオンのまわりにAlイオンが選択配位することを見出した。液相法を用いることで、溶融法や気相法等では形成が困難である準安定構造を凍結できた可能性がある。(3)に関しては、PSQ液体の粘度、分子量、NMR測定等の各種物性測定を行い、Siに置換した有機官能基の立体障害がPSQ液体の構造と物性に大きく影響することを明らかにした。また得られたPSQ液体は温度に対して粘度が大きく変化するFragile液体であり、熱可塑性材料として有用である可能性が示された。本研究の目的は、(1)試薬の使用量削減と合成時間の短縮によるシリカ系材料の低環境負荷液相合成法の開発、(2)現在主流の気相法を凌駕する光機能性シリカガラスの合成と発光・レーザー材料への応用、(3)三官能アルコキシドからのポリシルセスキオキサン(PSQ)液体の生成機構の解明と応用分野の開拓、である。(1)の基本技術は初年度にほぼ確立されたため、本年度も引き続き主に(2)と(3)に取り組んだ。(2)に関しては、昨年度見出した(Gd,Pr)PO4ナノ結晶を含有し、Pr3+イオンの4f-5d遷移の光励起によってGd3+イオンが皮膚疾患治療に有用な波長313nmのUVB光を高効率に発する紫外蛍光ガラスの発光効率の希土類組成依存性を調べ、最適な希土類組成はPr3+イオン分率が10%以下であり、この組成域では内部量子効率が0.8と高い値を示すことが分かった。本研究者の知る限り、このガラスは既存のGd3+イオン紫外蛍光体のうちで最も発光効率が良い。また、YbPO4ナノ結晶含有ガラスにフッ素ドープによるSiOH基の除去を施すことでYb3+イオンからの赤外発光効率が顕著に増大すること、Yb3+イオンが近接していることに特有な、励起状態の衝突を経た二光子励起による青色発光が生じることを見出した。(3)に関しては、プロピル基および3-スルファニルプロピル基を有する比較的低粘度(5000mPas)のポリシルセスキオキサン(PSQ)液体が、SiOH基を多量に含んでおり親水的であるにもかかわらず、SiOH基同士が重縮合しにくいため、約2カ月間粘度がほとんど変化しないことを見出した。また、合成時に液-液相分離を起こすメトキシドとこのような分相現象を起こさないエトキシドの両方からほぼ同様の性質を有するPSQ液体が得られることを見出し、液-液相分離はPSQ液体の低粘度化に影響しないことを明らかにした。シラン化合物をケイ素源とし、新規なモノリス状(塊状)シリカ系光学材料の合成とその基礎科学の探求を行った。共溶媒をはじめとする必須でない試薬の削減や合成経路の単純化、液相合成法の特徴を生かした構造の精密制御や準安定相の形成などに取り組みつつ、Rayleigh散乱のほとんどない紫外透明REPO4(RE:希土類)ナノ結晶化ガラスおよびこれをベースとした高効率可視・紫外蛍光体、REイオンのクラスタ化したRE-Al共ドープシリカガラス、SiOH基を多量に含み親水的だが硬化しないポリシルセスキオキサン液体およびこれをベースとした紫外透明有機-無機ハイブリッドなどを開発した。光機能性ガラスの合成に関して、昨年度見出した希土類とリンが直径数nmのナノ結晶を形成する現象は、複数種の異なった作用をもつ希土類イオンを隣接させ、それらの間の高効率なエネルギー移動を利用した発光材料の開発に有用である。
金属元素の特性を活かした新反応の開発および抗腫瘍性生理活性物質の合成研究

癌治療に対して有効な化学治療法剤の開発は急務であり,新しい抗腫瘍剤の化学合成法の基礎研究を行った.とくに有機金属化合物における金属元素の特性を活かした新反応の開発を主眼として,以下に示す研究を行ない,新しい複素環化合物の高選択的合成法を見出した.1.非安定化アゾメチンイリドの合成とピロリジン誘導体の立体特異的合成反応の開発1, 3-双極子試薬は5負環状複素環化合物を合成するために,簡便かつ効率的な試薬として知られているが,一般に双極子中心を安定化しうる置換基を持つ1, 3-双極子試薬の生成は容易であるが,そうでないものとくに無置換体を得ることは困難であった.今回,トリメチルシリルメチルアミノメチルエーテルを新たに合成し,その反応を検討したところ,有機ケイ素化合物の全く新しい反応である1, 3-脱離反応が円滑に進行し,アゾメチンイリドの無置換体を得ることが出来た.とくにこのようにして得た母体のアゾメチンイリドと種々の活性アルケンと反応して対応する3, 4-二置換および3-置換ピロリジン誘導体を高収率で与える.本反応は完全に立体特異的に進行した.反応はシリルトリフラート,シリルヨージドあるいはグレンステッド酸を解媒として進行し,フッ化セシウムの存在により収率の向上が観察された.2.二硫化炭素から容易に誘導できるケテンジチオアセタールを利用して, DNA合成阻害によって抗癌作用を示すと考えられるピラゾロ〔3, 4-α〕ピリミジン誘導体の一般的合成法を開発すべく,まずチオアミドやメチルジチオカルボキシンレートとテトラエチレンオキシドとの反応により反応性に富む極性エチレン化合物を合成した.これら化合物とグアニジンとの反応よりピリミジン誘導体を得た.癌治療に対して有効な化学治療法剤の開発は急務であり,新しい抗腫瘍剤の化学合成法の基礎研究を行った.とくに有機金属化合物における金属元素の特性を活かした新反応の開発を主眼として,以下に示す研究を行ない,新しい複素環化合物の高選択的合成法を見出した.1.非安定化アゾメチンイリドの合成とピロリジン誘導体の立体特異的合成反応の開発1, 3-双極子試薬は5負環状複素環化合物を合成するために,簡便かつ効率的な試薬として知られているが,一般に双極子中心を安定化しうる置換基を持つ1, 3-双極子試薬の生成は容易であるが,そうでないものとくに無置換体を得ることは困難であった.今回,トリメチルシリルメチルアミノメチルエーテルを新たに合成し,その反応を検討したところ,有機ケイ素化合物の全く新しい反応である1, 3-脱離反応が円滑に進行し,アゾメチンイリドの無置換体を得ることが出来た.とくにこのようにして得た母体のアゾメチンイリドと種々の活性アルケンと反応して対応する3, 4-二置換および3-置換ピロリジン誘導体を高収率で与える.本反応は完全に立体特異的に進行した.反応はシリルトリフラート,シリルヨージドあるいはグレンステッド酸を解媒として進行し,フッ化セシウムの存在により収率の向上が観察された.2.二硫化炭素から容易に誘導できるケテンジチオアセタールを利用して, DNA合成阻害によって抗癌作用を示すと考えられるピラゾロ〔3, 4-α〕ピリミジン誘導体の一般的合成法を開発すべく,まずチオアミドやメチルジチオカルボキシンレートとテトラエチレンオキシドとの反応により反応性に富む極性エチレン化合物を合成した.これら化合物とグアニジンとの反応よりピリミジン誘導体を得た.
冷間圧延の工具と材料の表層ナノ変形機構と鏡面化技術に関する研究

1)各種のロール研磨方法とロール硫磨粗さを組み合わせ,ステンレス鋼SUS430の冷間圧延における高鏡面化技術として,高光沢性ステンレス鋼板(スーパーブライト材,光沢度950960,表面粗さ0.050.03μmRa)の冷間圧延方法を見い出した.今後は,潤滑油の粘度や圧延条件の選定等の実験解析をして,高光沢性ステンレス鋼板の最適冷間圧延条件を検討する必要がある.2)冷間圧延におけるステンレス鋼板の表層ナノ変形(アスペリティ変形による鏡面化)を支配する要因を,表面粗さ約0.07μmRa以上の範囲において明らかにした.今後は,表面粗さ0.07μmRa以下の範囲において表層ナノ変形を支配する要因や,高光沢性に影響を及ぼす要因を解明する必要がある.3)簡易テンソル化方法によって,異方性材料のvon Mises型構成式を導出した.この導出した式を単軸引張り試験の実験と数値解析によって検証した.今後は,この構成式を冷間圧延の材料歪数値解析モデル(公表済み)に適用して,冷間圧延鋼板の表層変形の数値解析が必要である.4)これらの研究成果は,日本機械学会2002,2003年度年次大会講演で発表し,更に2004年度年次大会講演でも発表予定である.それの内の一報は既に日本機械学会論文集に投稿して掲載が決定されている(平成16年2月,掲載号数は3月3日時点では未連絡).また,その続報は英文投稿の執筆が完了した段階であり,逐次論文投稿の予定である.1)各種のロール研磨方法とロール硫磨粗さを組み合わせ,ステンレス鋼SUS430の冷間圧延における高鏡面化技術として,高光沢性ステンレス鋼板(スーパーブライト材,光沢度950960,表面粗さ0.050.03μmRa)の冷間圧延方法を見い出した.今後は,潤滑油の粘度や圧延条件の選定等の実験解析をして,高光沢性ステンレス鋼板の最適冷間圧延条件を検討する必要がある.2)冷間圧延におけるステンレス鋼板の表層ナノ変形(アスペリティ変形による鏡面化)を支配する要因を,表面粗さ約0.07μmRa以上の範囲において明らかにした.今後は,表面粗さ0.07μmRa以下の範囲において表層ナノ変形を支配する要因や,高光沢性に影響を及ぼす要因を解明する必要がある.3)簡易テンソル化方法によって,異方性材料のvon Mises型構成式を導出した.この導出した式を単軸引張り試験の実験と数値解析によって検証した.今後は,この構成式を冷間圧延の材料歪数値解析モデル(公表済み)に適用して,冷間圧延鋼板の表層変形の数値解析が必要である.4)これらの研究成果は,日本機械学会2002,2003年度年次大会講演で発表し,更に2004年度年次大会講演でも発表予定である.それの内の一報は既に日本機械学会論文集に投稿して掲載が決定されている(平成16年2月,掲載号数は3月3日時点では未連絡).また,その続報は英文投稿の執筆が完了した段階であり,逐次論文投稿の予定である.1.H14年度の研究実績の概要(1)冷間圧延材の表面特性に関する実験解析2種類の研磨紙で表面をランダム研磨,円周方向研磨,軸方向研磨したロールを用いて,ブライト材とスクラッチ材の2種類を冷間圧延し,圧延材の表面特性を画像解析装置等を用いて調査した.その結果,圧延材の表面光沢度は,#120研磨ロールの場合にはランダム研磨が最も大きく,#400研磨ロールの場合には軸方向研磨が大きい.また,表面光沢度はロール表面粗さが大きい冷間圧延の場合には,ロール表面粗さの影響が大きく,ロール表面粗さが小さくなると,圧延材料の接触率(平坦率)に影響されることが判明した.(2)異方性を考慮した弾塑性構成式の導出Hillの異方性降伏曲面式のテンソル表示化を行い,その式から異方性材料の弾塑性構成式を導出した.そして,・単軸引張り変形の寸法変化を数値解析と実験で比較して,導いた構成式の検証を行った.2.H15年度以降の研究計画(1)#800,#1200研磨紙で表面をランダム研磨,円周方向研磨,軸方向研磨したロールを用いて,ブライト材とスクラッチ材を冷間圧延し,圧延材表面特性に及ぼす因子の影響を調査して,圧延材料表面の鏡面化技術を検討する.(2)圧延材断面における表層ナノ変形を画像解析装置で調査し,冷間圧延実験での圧延材の表面特性の結果を考慮して,表層ナノ変形機構と鏡面化機構を検討する.(3)異方性を考慮した弾塑性構成式を冷間圧延の材料断面歪数値解析モデルに適用し,数値解析から表層ナノ変形機構を検討する.1)各種のロール研磨方法とロール研磨粗さを組み合わせ,ステンレス鋼SUS430の冷間圧延における高鏡面化枝術として,高光沢性ステンレス鋼板(スーパーブライト材,光沢度950960,表面粗さ0.050.03μmRa)の冷間圧延方法を見い出した.今後は,潤滑油の粘度や圧延条件の選定等の実験解析をして,高光沢性ステレス鋼板の最適冷間圧延条件を検討する必要がある.2)冷間圧延におけるステンレス鋼板の表層

ナノ変形(アスペリティ変形による鏡面化)を支配する要因を,表面粗さ約0.07μmRa以上の範囲において明らかにした.今後は,表面粗さ0.07μmRa以下の範囲において表層ナノ変形を支配する要因や,高光沢性に影響を及ぼす要因を解明する必要がある.3)簡易テンソル化方法によって,異方性材料のvon Mises型構成式を導出した.この導出した式を単軸引張り試験の実験と数値解析によって検証した.今後は,この構成式を冷間圧延の材料歪数値解析モデル(作成・公表済み)に適用して,冷間圧延鋼板の表層変形の数値解析が必要である.4)これらの研究成果は,日本機械学会2002,2003年度年次大会講演で発表し,更に2004年度年次大会講演でも発表の予定である.それらの内の一報は既に日本機械学会論文集に投稿して掲載が決定されている(平成16年2月,掲載号数は3月3日時点では未連絡).また,その続報は英文投稿の執筆が完了した段階であり,逐次論文投稿の予定である.