hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
理科・数学(算数)授業の要因としての教師および児童生徒の科学観・数学観の調査

理科や算数・数学に関する「学力検査」の問題を解くだけならば、定義を暗記したり、公式を使って計算問題を解いたり、実験の事実とその説明を記憶しているだけでもよい成績をとることができる。だが、そのような種類の問題解決ができたからといって、正しく科学を理解しているかどうかは判定できない。本研究では、(1)授業を観察し、授業の展開がどのようにおこなわれるか、用語の解釈を教科書の説明に頼らず、児童の自由な発想に従っておこなっているか、児童がよく考え、それなりの根拠のある「誤答」をとりあげて、学級でさらに検討しているか、など、授業中に起こる具体的な活動や判断をもとに、教師の科学観を探るとともに、質問紙法における反応と、授業における活動との関係をみた。(2)また、児童生徒の科学観を調べるための、M.C.リンの質問紙を参考にして、理科の教科書の記述は、時代が変わっても変わらないか、同じ事象を科学者が研究すれば、誰の結論も同じになるか、自己の研究と他の研究者の研究との照合、比較など、科学者の探求活動に関する見解;科学者に向いている人間の特徴に関する判断;科学の学習と日常生活との関係に関する判断等々に関する児童の考え方を探った。また、科学に関する児童との自由討論を通して、児童の科学に関する考え方や、理科の授業でどのような点(疑問の発生、実験による検証、クラスメートの説得など)が面白いかについての態度を調べている。これらの調査の結果として、教師の中には、授業を通して、試験向けの学力向上にとどまらず、好ましい科学観を児童にもたせることに成功している者がいることがわかった。また、数学については、やや計算重視の傾向がみられた。
弱一完備多様体の射影空間への大域的埋め込みについての研究

前年度の一般の弱一完備多様体の大域的埋め込みの研究をより具体的な対象に対して応用,発展させ,それによって準アーベル多様体(アーベル多様体の非コンパクト厠に対して,アーベル多様体に対して知られている幾つかの重要な定理を一般化することに成功した.X=C^n/Гを準アーベル多様体とし,Hをその(一つの)偏極とする.つまりHはC^n上の正定値エルミート形式で,その虚部Im HはГ×Г上で整数値を取るものとする.さらにLをX上の正則直線束でその第一チャーン類c_1(L)が偏極Hの類に一致するものとする.本研究では,まず準アーベル多様体上の風間-梅野によるコホモロジー理論を応用することによって,そのようなLが勝手な相対コンパクト集合の上では正であることを示し,さらに前年度の研究(エフェクティブな大域埋め込み定理)を応用することによって,全空間X上でLが正であることを証明した.結局,正則直線束Lに対して以下の四条件が同値であることを証明できた.(1)Lはアンプルである;(2)Lは正である;(3)c_1(L)にはケーラー形式が含まれる;(4)c_1(L)はある偏極Hに対応する.さらに正の直線束Lに対して,いわゆるレフシェツ型定理を証明するとこに成功した.それにはまず,ポアンカレ完全既約性定理の類似を使って,議論をアーベル多様体の場合と,それとは対称的な部分アーベル多様体を含まない場合に帰着する.部分アーベル多様体を含まない準アーベル多様体上では,前年度の研究(エフェクティブな大域生成,埋め込みの理論)は大変有効であり,それによって次の定理を得た.定理:Lを準アーベル多様体X上の正の直線束とする.このとき(1)Lは自明でない正則切断をもつ;(2)L^2は大域切断で生成されている;(3)L^3は射影空間への埋め込みを与える.(X,Φ)をn次元弱-完備多様体とする.つまりXはn次元複素多様体で滑らかな多重劣調和関数Φ:X→Rを持つとする.さらにX上には正に正則直線束Lが存在するとする.このときXがある複素射影空間P^Nに正則に埋め込めるかどうかを考える.十分大きなmに対してL^<【cross product】m>の切断が埋め込みを与えることが期待されるが,一般にはそれは成立しない.当研究では適当な随伴束の冪が埋め込みを実際に与えることを証明した.要点は次のような一様な評価を与えることにある.X_c:={x∈X;Φ(x)<c}を(X,Φ)の相対コンパクトなsublevel setとする.dをX内のコンパクト部分解析空間の次元の最大値とする.X_cのLに関する漸近的な凸性の理論と射影代数多様体上の随伴束の理論を組み合わせることで,随伴束K_X【cross product】L^<【cross product】m1>,m_1>d(d+1)/2がX_c上大域切断で生成され,さらに(K_X【cross product】L^<【cross product】m1>)^<【cross product】m2>,m_2>nの大域切断がX_cをあるP^Nに埋め込むことが示される.ここで重要なのがm_1,m_2の評価がlevelcに依存しないことである.従ってc→+∞としたときにもその性質は保たれて(K_X【cross product】L^<【cross product】m1>)^<【cross product】m2>がXをあるP^Nに埋め込むことが証明される.応用として次のような正則関数の存在定理が証明される.Xを弱-完備多様体でその標準束K_Xが負であるものとする.つまり以上の議論においてL=K^<-1>_Xと取れるとする.もしXがスタイン多様体なら,よく知られたようにXには正次元のコンパクト部分解析空間は存在しない.今逆にX内に正次元コンパクト部分解析空間は存在しないとする.この仮定により,上でd=0となり,前述の結果により(K_X【cross product】L)^<【cross product】m2>=O_Xに十分多くの切断,つまり正則関数が存在することが分かり,さらにXがスタイン多様体となることが証明される.前年度の一般の弱一完備多様体の大域的埋め込みの研究をより具体的な対象に対して応用,発展させ,それによって準アーベル多様体(アーベル多様体の非コンパクト厠に対して,アーベル多様体に対して知られている幾つかの重要な定理を一般化することに成功した.X=C^n/Гを準アーベル多様体とし,Hをその(一つの)偏極とする.つまりHはC^n上の正定値エルミート形式で,その虚部Im HはГ×Г上で整数値を取るものとする.さらにLをX上の正則直線束でその第一チャーン類c_1(L)が偏極Hの類に一致するものとする.本研究では,まず準アーベル多様体上の風間-梅野によるコホモロジー理論を応用することによって,そのようなLが勝手な相対コンパクト集合の上では正であることを示し,さらに前年度の研究(エフェクティブな大域埋め込み定理)を応用することによって,全空間X上でLが正であることを証明した.結局,正則直線束Lに対して以下の四条件が同値であることを証明できた.(1)Lはアンプルである;

(2)Lは正である;(3)c_1(L)にはケーラー形式が含まれる;(4)c_1(L)はある偏極Hに対応する.さらに正の直線束Lに対して,いわゆるレフシェツ型定理を証明するとこに成功した.それにはまず,ポアンカレ完全既約性定理の類似を使って,議論をアーベル多様体の場合と,それとは対称的な部分アーベル多様体を含まない場合に帰着する.部分アーベル多様体を含まない準アーベル多様体上では,前年度の研究(エフェクティブな大域生成,埋め込みの理論)は大変有効であり,それによって次の定理を得た.定理:Lを準アーベル多様体X上の正の直線束とする.このとき(1)Lは自明でない正則切断をもつ;(2)L^2は大域切断で生成されている;(3)L^3は射影空間への埋め込みを与える.
肺胞II型細胞の水分移送（ドーム形成）と肺水腫の発生機序に関する研究

肺水腫は肺胞II型細胞を介する肺胞側から間質・毛細血管側への水分移送の障害が推測されている。本研究では、II型細胞の水分輸送を反映する「ドーム形成」を、特殊な4分割チャンバーを用いて動画描出することで、その形成に及ぼす因子(アンブロキソールなど)の影響を調べる実験系を確立することができた。このシステムを用いれば、肺水腫の発生に影響を与える各種薬剤や生理活性物質の影響を検討しうることが示された。肺水腫の発生機序は肺胞II型細胞(II型細胞)を介する肺胞側から間質・毛細血管側への水分移動の障害が推測されているが、詳細は不明である。本研究では、その機序解明の一端として、我々が独自に開発した、II型細胞の「ドーム形成」をリアルタイムに動画描出するシステムを用いて、種々の薬剤や生体内因子のドーム形成に与える影響を調べることである。これまでの実験で、ドーム形成の定量的評価(ドームの数、大きさ、形成から消退までの時間など)に関しては解決した。次に、1度の実験で、同じ細胞を用いて同時に薬剤や因子の濃度変化を観るために、4分割チャンバーが必要であり、今年度は種々のチャンバーを購入して比較検討することに重点が置かれた(培地交換用ペリスタポンプセット、培地交換セットなどを購入)。しかし、4分割チャンバーでは、観察する面積が狭く、長時間に亘り高倍率で多くのポイント(ドーム)を観察するとピントがずれてしまい、高画質の画像が得られない難点につき当っている。しかし、さらに実験を積み重ね、最適な培養条件・撮影条件を探索することで、これらの問題点は解決され、様々な薬剤や因子のin vitroでの評価が可能になる。初年度(平成26年度)は、1度の実験で、同じ細胞を用いて同時に薬剤や因子の濃度変化を観るために、4分割チャンバーが必要であり、種々のチャンバーを購入して比較検討することに重点が置かれた(培地交換用ペリスタポンプセット、培地交換セットなどを購入)。これに対し、今年度(平成27年度)は、引き続き4分割チャンバーでの解像度を向上すべく、実験を繰り返した。さらに、肺サーファクタントの分泌を促進するといわれるアンブロキソール(ムコソルバン)を用いて、in vitroでII型細胞からの分泌が促進される像が得られるか否かを検討した。この点に関しては、まだ結論を得られておらず、引き続き最終年度の研究課題として取り組む予定である。しかしながら、これまでの研究内容の一部は、研究成果として雑誌論文に投稿済である。ドーム形成の定量的評価(ドームの数、大きさ、形成から招待までの時間など)に関しては解決したが、4分割チャンバーでは、観察する面積が狭く、長時間に亘り高倍率で多くのポイント(ドーム)を観察するとピントがずれてしまい、高画質の画像が得られない難点につき当っている。この点に関しては、他の4分割チャンバーを入手したり、他の肺サーファクタント分泌刺激物質を入手したりすることで解決を図り、次のステップに進めたい。本研究では、その機序解明の一端として、我々が独自に開発した、II型細胞の「ドーム形成」をリアルタイムに動画描出するシステムを用いて、種々の薬剤や因子のドーム形成に与える影響を調べることである。初年度(平成26年度)は、1度の実験で、同じ細胞を用いて同時に薬剤や因子の濃度変化を観るために、4分割チャンバーが必要であり、種々のチャンバーを購入して比較検討することに重点が置かれた。しかし、これまでに検討した4分割チャンバーでは、観察する面積が狭く、長時間にわたり高倍率で多くのポイント(ドーム)を観察するとピントがずれてしまい、高画質の画像が得られない難点につき当った。これに対し、次年度(平成27年度)は、引き続き4分割チャンバーでの解像度を向上すべく、実験を繰り返した。最終年度(平成28年度)になり、ようやく本観察システムに適合する4分割チャンバー(底面積0.03平方cm、ib80409、ibidi社)を探し出し、4視野を同時に観察できるシステムが確立できた。さらに肺サーファクタントの分泌を促進するといわれるアンブロキソール(ムコソルバン)の各濃度(0.010.1 mM)においてドーム形成が確認できたことから、このin vitroシステムを用いれば、各種薬剤や生理活性物質(サイトカインなど)のII型細胞の水分輸送に及ぼす影響を検討できることが示された。

これらの成果は、日本肺サーファクタント・界面医学会や関連研究会で発表され、学術雑誌にも投稿できた。肺水腫は肺胞II型細胞を介する肺胞側から間質・毛細血管側への水分移送の障害が推測されている。本研究では、II型細胞の水分輸送を反映する「ドーム形成」を、特殊な4分割チャンバーを用いて動画描出することで、その形成に及ぼす因子(アンブロキソールなど)の影響を調べる実験系を確立することができた。このシステムを用いれば、肺水腫の発生に影響を与える各種薬剤や生理活性物質の影響を検討しうることが示された。ドーム形成の定量的評価(ドームの数、大きさ、形成から招待までの時間など)に関しては解決したが、4分割チャンバーでは、観察する面積が狭く、長時間に亘り高倍率で多くのポイント(ドーム)を観察するとピントがずれてしまい、高画質の画像が得られない難点につき当っている。今後さらに実験を積み重ね、最適な培養条件・撮影条件を探索し、肺サーファクタント分泌の陽性コントロールを(ポジコン)を模索して、肺サーファクタント分泌が定量的かつ高精細な映像として捉える予定である。これらの問題点が解決されれば、様々な薬剤や因子のin vitroでの評価が可能になる。研究計画の変更の予定は必要ない。医歯薬学今後さらに実験を積み重ね、最適な培養条件・撮影条件を探索することで、これらの問題点は解決され、様々な薬剤や因子のin vitroでの評価が可能になる。4分割チャンバーでは、観察する面積が狭く、長時間に亘り高倍率で多くのポイント(ドーム)を観察するとピントがずれてしまい、高画質の画像が得られない難点につきあたっており、この点が次の実験ステップに進めない大きな要因となっている。年度当初より計画的に予算執行を行っていたが、購入を予定していた物品(画像解析ソフト)が予算超過で購入できなくなり、他の安価な解析ソフトに変更して購入したところ、予算が余ってしまった。まず未使用分は、研究の遅れを取り戻すための実験動物や試薬の購入に充てる。その後、最終年度の予定した研究費をもって予定の研究を行う予定である。次年度予算に繰り越して、実験用の試薬と消耗品の購入に充当する予定である。
レーザー照射による酸化物分散強化傾斜機能材料開発に関する研究

レーザー照射は、局所的に融点直下まで瞬時に加熱出来、照射を中止することにより急速冷却が可能である。その、特徴を用いて従来にない機能を発現する材料の開発が試みられている。一方、酸化物分散強化鋼は高温強化だけでなく耐照射特性に優れていることが明らかになってきた。しかしながら、強加工に起因する強度の異方性が構造材料に適用する場合、問題となっている。そこで、本研究ではレーザー照射を酸化物分散強化鋼にの表面改質に適用し強度の異方性を改善すること及び高温材料として期待されているTiALと接合し耐照射性及び高温強度にも優れた傾斜機能材料の開発に関する基礎的知見を得る事を目的とした。TiAlとの接合には、昨年度実施した奨励研究(A)において試みたTi、Al多層膜にレーザー照射を行うことによって合金化する事を適用し接合界面における組成の傾斜化を検討した。供試材として市販のMA957酸化物分散強化鋼を用いた。試料の形状は、棒鋼で30Ф×100である。レーザー照射には、3kW炭酸ガスレーザー加工機を本研究費で購入したコンピューターで制御し用いた。押し出し方向に対して平行と垂直に棒鋼をレーザー照射した。いずれの表面も、加工ガスがレーザー照射方向に吹き付けられるため急速溶解凝固した液的状の組織を呈していた。レーザ照射による熱影響を知らべるためそれぞれの切断方向に対し垂直に切断し金相観察を行った。表面から数μmの領域には、微細な空孔が観察出来た。しかし、それ以降の領域には観察出来ずほぼレーザー照射前と同様の組織を呈していた。そこで、400kV高分解能分析電子顕微鏡を用いて微細組織の同定を行ったところ、表面部分の組織は加工組織が消滅しほぼラス状のベイナイトを形成しており組織からは表面部分の組織の異方性は改質されたと考えられる。また、所々非晶質が観察されレーザー照射による非平衡相形成が認められた。
3次元CADを取り入れた学習環境の構築

○研究目的北部九州の自動車産業で年間150万台生産の目標が福岡県で掲げられている。この状況のもとで、CADのカリキュラムをもっと増やし、工業高校でのものづくり教育の内容を変えていくことが喫緊の課題になっている。そこで、社会からの3次元CADの技術技能を持った人材育成の要請に対応することと中学生に魅力ある電気科にすることを目的として、3次元CAD(Solid Works)を導入し、実習、課題研究などに取り入れ、教育内容を改善することを今回の研究目的とした。○研究方法本校電気科に、平成18年4月、3次元CAD(Solid Works)のコンピュータシステムが既に導入されており、41台(先生用1台、生徒用40台)の構成である。さらに、3次元CADでデザインした3Dデータをモデリングマシンに送って、その場で試作品を加工する環境を構築するため、あと1台のコンピュータと机上で加工できるマシン(Roland 3D Plotter MDX-20)を導入した。3次元CADおよび3Dプロッターの研修のため、平成19年8月10日にSolid Worksの研修、8月21日、22日に静岡文化芸術大学でのデザインセミナーの研修会に参加した。また、福岡県教育センターと連携して、学校でつくった3DデータをセンターにSTLデータにして送り、センターにある3Dプリンターで加工することも試みた。○研究成果これまでの2次元CAD実習では、第三角法で描いた図面を見て立体図形を認識理解することが、困難な生徒が多かった。しかし、3次元CADで示してやれば、生徒は容易に立体図形を把握するようになった。また、センターで加工した試作品を示すことで、一層図形の理解を深めることができた。また、課題研究では、水車の部品を作成し、小型水力発電機の製作に有益であった。今後、e-learningソフトで3DCADの例題を作成し、3次元CADの教育環境の充実を図っていきたい。
ナノメートル厚さの潤滑膜を用いた薄膜潤滑現象の多角的計測

ハードディスクドライブなどの微小機械の潤滑技術として,摺動面にのみ液体潤滑膜を塗布するタイプの潤滑(薄膜潤滑)が期待されている.しかし,計測の困難さゆえ現象の定量化は十分進んでいない.本研究では,潤滑膜の発生する水平力・鉛直力および膜変形を同時計測する方法を構築し,薄膜潤滑の理論構築のための基盤的知見を得ることを目的とした.水平力・鉛直力計測のために,それぞれ,光ファイバプローブおよび水晶振動子を用いた音叉型センサを用いる方法を構築した.また,膜変形計測のために二段結像型エリプソメトリー顕微鏡を開発した.計測により従来の浸漬型潤滑とは異なる薄膜潤滑の理論基盤構築に重要な現象を明らかにした.ハードディスクドライブなどの微小機械の潤滑技術として,摺動面にのみ液体潤滑膜を塗布するタイプの潤滑(薄膜潤滑)が期待されている.しかし,計測の困難さゆえ現象の定量化は十分進んでいない.本研究では,潤滑膜の発生する水平力・鉛直力および膜変形を同時計測する方法を構築し,薄膜潤滑の理論構築のための基盤的知見を得ることを目的とした.水平力・鉛直力計測のために,それぞれ,光ファイバプローブおよび水晶振動子を用いた音叉型センサを用いる方法を構築した.また,膜変形計測のために二段結像型エリプソメトリー顕微鏡を開発した.計測により従来の浸漬型潤滑とは異なる薄膜潤滑の理論基盤構築に重要な現象を明らかにした.微小機械の潤滑や極微量潤滑において重要な,摺動面にのみ液体潤滑膜を塗布する潤滑(薄膜潤滑)が重要となっている.これには,高精度にすきま制御した条件で潤滑膜の発生する水平・鉛直方向の力の計測が必須である.さらに,潤滑膜の変形をリアルタイムに把握することが求められる.力学応答計測では発生力減小に対応して高感度化が必要であり,膜観測では摺動部微小化に対応して面内分解能を向上する必要がある.本研究では,課題を克服する新規な計測法を提案し,潤滑膜の発生する水平力・鉛直力および膜変形を同時計測し,従来の潤滑理論の適用限界を明らかにすることで薄膜潤滑の理論基盤を構築することを目的としている.今期は,薄膜潤滑現象の定量化に向けて,高感度な力学応答計測系,高分解能な膜観測系の構築を図った.力学応答計測においては,先端を球状に加工した摺動プローブを加振し潤滑膜に接触させ,その際の水平方向の振幅・位相応答により粘弾性力を得た.また,鉛直力は,音叉型センサの固有振動数変化から得た.音叉としてはマイクロマシン技術を用いた水晶製のマイクロセンサを用いた,水晶振動子は振動減衰が小さく高感度化が期待できる.また,センサの製作はメーカに委託した.原理確認のため,やや感度の低い仕様のセンサを用いた.当初のねらい通り,摺動プローブの接着により測定性能への大きな影響は見られなかった.音叉の面内方向の剛性が低かったので,剛性補強用の支持枠を設計・試作し,センサを接着して用いた.これらに加え,検出系の回路を工夫しSN比の向上させ,0.1μNオーダの力分解能達成に目処をつけた.さらに,高感度化をねらった仕様のセンサを設計・試作した.また,膜観測系については,二段階結像型エリプソメトリー顕微鏡を設計・試作し,面内分解能サブμmの原理確認に成功した.また,膜厚分解能向上のため照明系や光源を検討を進めた.微小機械の潤滑や極微量潤滑において重要な,摺動面にのみ液体潤滑膜を塗布する潤滑(薄膜潤滑)が重要となっている.これには,高精度にすきま制御した条件で潤滑膜の発生する水平・鉛直方向の力の計測が必須である.さらに,潤滑膜の変形をリアルタイムに把握することが求められる.力学応答計測では発生力減小に対応して高感度化が必要であり,膜観測では摺動部微小化に対応して面内分解能を向上する必要がある.本研究では,課題を克服する新規な計測法を提案し,潤滑膜の発生する水平力・鉛直力および膜変形を同時計測し,薄膜潤滑の理論基盤を構築することを目的としている.今期は計測法の改良と統合に向けた検討を行った.水平力・鉛直力測定系を統合した系での精度をより向上すべく,光ファイバプローブの水平方向の振動により誘起されるすきま変動を抑制する構造として,水平力測定用の光ファイバプローブと鉛直力測定用センサを分離した測定法の開発に着手した.膜観測法としては,照明光の強度を向上させるなどして膜厚分解能を向上させ,0.1 nmオーダの膜厚分解能を達成した.そして,水平力測定系と膜観測系の統合系を構築し,摺動痕の修復過程を可視化した.修復過程は拡散現象が支配的となるが,繰り返し摺動時には現象が複雑になることを見出した.また,固液界面あるいは分子間の滑りにより,光ファイバプローブによる水平力測定法の検出レベル以下の粘性力しか発生しないことを示唆する結果を得た.開発した計測によりナノすきま摺動においても動圧力が発生する可能性があること,閉じ込め効果により粘度が増加すること,およびせん断率が大きいことにより界面あるいは分子間すべりが発生することなど,従来の浸漬型潤滑とは異なる薄膜潤滑の理論基盤構築に重要な現象を明らかにした.微小機械の潤滑や極微量潤滑において重要な,摺動面にのみ液体潤滑膜を塗布する潤滑(薄膜潤滑)が重要となっている.これには,高精度にすきま制御した条件で潤滑膜の発生する水平・鉛直方向の力の計測が必須である.

さらに,潤滑膜の変形をリアルタイムに把握することが求められる.力学応答計測では発生力減小に対応して高感度化が必要であり,膜観測では摺動部微小化に対応して面内分解能を向上する必要がある.本研究では,課題を克服する新規な計測法を提案し,潤滑膜の発生する水平力・鉛直力および膜変形を同時計測し,薄膜潤滑の理論基盤を構築することを目的としている.今期は,各計測法の改良と各計測法の統合に向けた検討を進めた.計測法の改良としては,鉛直力測定用の水晶振動子型音叉センサについて,振動梁の微細化と検出系のSN比の向上による高感度化を試み,ねらいとしていた力検出限界0.1μN以下の達成にめどをつけた.圧電検出に加えレーザドップラー振動計による検出を試みたが,圧電検出の感度を上回るには至らなかった.また,膜観測系については,照明用光学系の改良によりnm厚さの膜観測に必要な0.1nmオーダの膜厚分解能を達成した.さらに,各計測法の統合に向けた系としては,水平力・鉛直力測定系を統合した系および水平力測定系と膜分布観測系の統合を検討した.水平力・鉛直力測定系を統合した系としては,光ファイバプローブと音叉型センサを組み合わせ,水平力と鉛直力を計測可能な系を試作したが,水平力測定プローブの水平方向の振動が鉛直方向のすきま変動を誘起することが見出された.また,水平力測定系と膜分布観測系を統合した系としては,水平方向に加振した光ファイバプローブを潤滑薄膜に接触させ,その際の膜変形を計測可能な系を試作し,ストロボ観測可能なことを確認した.今期目標としていた,高感度な力学応答計測系の構築と高分解能な膜観測系の構築を達成した.構築した測定系を用いて,それぞれのねらいであった力分解能および面内分解能について,従来に比べ向上可能であることを確認した.25年度が最終年度であるため、記入しない。今期は,各計測法の改良と各計測法の統合にむけた検討を行った.計測法の改良としては,鉛直力測定用の水晶振動子型音叉センサについて,本研究で提案した音叉梁の微細化と検出系のSN比の向上により,ねらいとした力検出限界0.1μN以下の達成にめどをつけ,高感度化に成功した.また,膜観測系についても,照明用光学系の改良によりnm厚さの膜観測に必要な0.1nmオーダの膜厚分解能を達成した.各計測法の統合に向けた系として,水平力・鉛直力測定系を統合した系および水平力測定系と膜分布観測系の統合を検討した.水平力・鉛直力測定系を統合した系として,水平力検出用の光ファイバプローブと音叉型センサを組み合わせ,水平力と鉛直力を計測可能な系を構築し課題抽出した.そして,光ファイバプローブの水平方向振動が鉛直方向のすきま変動を誘起する課題を明らかにした.これに関しては,センサの構造を改良することで対応可能と考えられる.また,水平力測定系と膜分布観測系を統合した系としては,本研究で提案した加振した光ファイバプローブを潤滑薄膜に接触させ,その際の膜変形をストロボ観察により計測可能であることを実験的に確認し,原理確認に成功した.以上,本研究の中心となる研究項目について,ねらいとしていた目標にめどをつけることができ,おおむね順調に進展していると考えている.前年度までに構築した各力学応答計測系と膜観測系について,当初計画に従って各計測法の改良と各計測法の統合に向けた検討を進める.計測法の改良としては,鉛直力測定用の水晶振動子型音叉センサについて高感度化を試み,状況に応じて圧電検出に加え外部の測定系による検出など検出方法を改良し力分解能の向上を検討する.膜観測系については,照明系の改良による膜厚分解能向上を図る.各計測法の統合に向けた系としては,まず水平力・鉛直力測定系を統合した系および水平力測定系と膜分布観測系の統合を検討し,その後力学測定系と膜観測系の統合を検討する.25年度が最終年度であるため、記入しない。
富栄養化湖沼における藍藻溶解性細菌類の検出手法の開発

藍藻に対して殺藻・分解活性を持つ細菌を、Microcystis aeruginosa(NIES-90株)を基質とする重層寒天平板法により、日本、タイおよび中国の富栄養化した湖沼の水より単離を試み、9地点から29株の藻類分解細菌が得られた。単離された藻類溶解性細菌からDNAを抽出し、その16S rDNA部分塩基配列を調べ、それら細菌株の分類と系統関係について解析した。その結果、供試した藻類分解細菌は16S rDNAの部分塩基配列の解析結果から3つのグループに分けられた。1つのグループに属する細菌の16S rDNAの塩基配列はXanthomonas melonisをはじめとするXanthomonas属の細菌との相同性が非常に高く、細胞幅が0.2-0.3μmで長さが2μm以上の長かん菌(時には5μm以上の糸状)で、GC含量が68-70%と非常に高かった。もう一方のグループに属する細菌は、細胞の長さが1-2μm程度の短かん菌、GC含量が59-62%程度であり、16S rDNAの塩基配列からはPseudomonas mendocinaなどPseudomonas属細菌との類縁性が示唆されたが、同定には至らなかった。どちらのグループいも属さない細菌も見出された。第1の細菌群のうち、タイ、バンコク近郊で分離された株とタイ北部で分離された計3株については、16S rDNAの部分塩基配列は一致し、また、これら株と、中国、内蒙古の富栄養化湖沼、および日本の富栄養化湖沼より分離された株との間では、16S rDNAの部分塩基配列の一部に差が認められるものの類似性は高かった。これらの株についてその特異的な塩基配列を探索した結果、藻類分解細菌に共通で、且、近縁のXanthomonas属細菌にはない21塩基対からなる部分塩基配列が見出された。以上の結果から、これらの塩基配列を基にしたFISH法により、野外試料から藻類分解細菌を特異的に検出するできる可能性が示された。富栄養化した湖沼に大量に発生することにより問題となる藍藻類の動態に係わっている可能性のある、藍藻分解性細菌の自然界での生態を明らかにするための検出法を開発することを目的として、日本(印旗沼、霞ヶ浦、北海道)、タイおよび中国(内モンゴル、雲南省、揚子江下流域)の富栄養化した湖沼水から、シアノバクテリア(Microcystis aeruginosa、NIES-90)を含んだ重層寒天平板法により藍藻溶解性細菌の分離を試み、11地点の試料から計29株(日本、2地点7株;中国、5地点14株;タイ、4地点7株)の藍藻溶解性細菌を単離した。これら単離した細菌類はいずれもCA培地上でオレンジ、黄色、またはクリーム色のコロニーを形成し、細胞は長さ4-10μm以上の長桿菌で、これらの細胞が断裂せずに長さ数十ミクロンの長さに達するものもあった。また、これらの細菌のいくつかは高いGC含量を持っていた(60-62%または68-70%)。これらの形質はいずれも滑走細菌類のLysobactcrium属またはMyxobaclcrium属のものと一致した。

単離した細菌類のMicrocystis aeruginosa以外の藍藻類に対する分解性を調べるため、Oscillatoria agardhii(NIES-610株)に対する分解活性を調べた。その結果、印旗沼および霞ヶ浦より分離された7株はすべてにO.agardhii(NIES-610)に対する分解活性が認められたが、中国およびタイから分離された株では21株のうち9株ではO.agardhii(NIES-610)に対する分解活性が認められず、株により基質特異性が異なった。昨年度単離したラン藻(Microcystis aeuginosa)分解性細菌類についてDNAを抽出し、16Sr RNAの部分塩基配列を調べ、これを、NCBIデータベースで類似のものを検索し、これらの細菌類の分類学的検討を行った。その結果、タイ国から分離した特にラン藻分解活性の高い細菌株(2株)と、中国、内モンゴルから分離した細菌株(1株)は、Xanthomonas melonisを始めとする、Xanthomonas属の細菌との相同性が高かった。多くのXanthomonas属の細菌はDNA中のGC含量が高く(63-71mol%)、本研究において単離されたラン藻分解性細菌株のGC含量が高い(68.4-69.7mol%)ことと一致するが、他の形質では一致しないものもあった(例えば、細胞の長さは、Xanthomonas属では0.7-1.8ミクロンであるのに対し、本研究で分離された細菌株は5-10ミクロンで、時に30ミクロン以上の長さに及ぶのも見られた)。これらの細菌株の分類については、さらに詳細な検討が必要である。本研究において中国および日本国内の湖沼より単離された他のラン藻分解性細菌株の16S rDNA塩基配列は、検索の結果、いずれも、Pseudomonas spp.との相同性が高かったが、これらについてもさらに詳細な検討を要する。本研究において得られたラン藻分解性細菌の分類学的位置付けについてはさらに検討を要するものの、昨年度までの結果からの推測(本研究で単離された細菌類にはGC含量が60%程度のグループと、70%近い高GC含量の2つのグループが含まれる)が、16S rDNAの塩基配列の解析結果から裏付けられた。これまで、藍藻に対して殺藻・分解活性を持つ細菌を、Microcystis aeruginosa(NIES-90株)を基質とする重層寒天平板法により、日本、タイおよび中国の富栄養化した湖沼の水より単離してきた。単離された藍藻溶解性細菌は、NIES-90株に対して殺藻・溶解性を持つが、他のラン藻類に対する分解活性は、細菌株間で差が見られた。即ち、Oscillatoria agardhii(NIES-610株)を基質として培養したときに、同株に対して分解活性を示す細菌株と、示さない細菌株があった。そこで、NIES-610株に対しても分解活性を示した14株についてDNAを抽出し、その16S rDNA部分塩基配列を調べ、それら細菌株の分類と系統関係について解析した。その結果、供試した14株は16S rDNAの部分塩基配列の解析結果から2つのグループに分けられた。一方のグループに属する細菌は、16S rDNAの塩基配列はXanthomonas melonisをはじめとするXanthomonas属の細菌との相同性が非常に高く、細胞幅が0.2-0.3μmで長さが2μm以上の長かん菌(時には5μm以上の糸状)で、GC含量が68-70%と非常に高かった。もう一方のグループに属する細菌は、細胞の長さが1-2μm程度の短かん菌、GC含量が59-62%程度であり、l6S rDNAの塩基配列からはPseudomonas mendocinaなどPseudomonas属細菌との類縁性が示唆されたが、同定には至らなかった。
裸眼立体映像を用いたリアル感のあるVR環境の構築と実験教育支援システムへの応用

本研究では,裸眼立体ディスプレイと3次元触覚インターフェースを用いることによって,従来のバーチャル・リアリティ(Virtual Reality:VR)よりもリアル感を得ることができる新しいVR(準リアリティ)を実現するための技術開発を行った。そして,電子回路製作を伴う実験の教育支援システムに準リアリティを応用することを可能にした。さらに,VCMシステム(Virtual Circuit-Making system)及びRCMシステム(Real Circuit-Making system)を提案し,準リアリティ環境を用いた実験教育支援システムの使いやすさを向上化することができた。本研究は,電子回路製作を伴う実験教育支援システムで用いるバーチャル・リアリティ(virtual reality:VR)環境において,限りなくリアリティ感のあるVR(準リアリティ)環境を構築するための新しい技術の開発研究を目的としている。平成22年度の研究では,電子回路製作を扱う準リアリティ教育を可能にするために重要である,裸眼立体映像を用いた回路実験教育コンテンツの実体表示による視覚的リアリティを追求する研究を行った。具体的には,実験者がモーション・キャプチャ・グローブを装着して回路製作することにより,実験者の手や指の動きを3次元計測し,この3次元計測信号に対する信号処理システムを構築する。これを用いることにより,回路製作の立体映像を構成し,準リアリティ環境で利用するための回路コンテンツを作成することができるようになった。また,立体ディスプレイの映像は,使用者に対して眼精疲労を与えるという問題が指摘されている。本システムにおいては,細かい回路素子や配線を含むコンテンツを長時間凝視するため,実験者に眼精疲労を与えてしまう点が軽視できない。そこで,眼精疲労の原因となる映像の不自然さを軽減するために,適応的平滑化フィルタ等の動画像処理の導入を試みた。以上の研究により,より見やすい立体映像により表現された回路コンテンツを作成でき,視覚的な面での準リアリティを実験教育支援システムに組み込むことができた。本研究は,Virtual Reality(VR)を用いることにより遠隔化を実現した回路実験教育において,裸眼立体ディスプレイ及び3次元触覚デバイスを導入することにより,よりリアリティ感を体験できるVR(準リアリティ)環境を構築し,電子回路実験の教育に応用することを目的としている。前年度までの研究では,準リアリティ環境で用いる立体映像コンテンツの作成,及び立体映像の実時間処理に関する成果が得られ,実験者に対して視覚的なリアリティを与えることが可能となった。平成23年度の研究では,準リアリティ環境で利用する回路教育コンテンツの作成,及び作成したコンテンツを組み込み込んだリアリティ感のあるVR環境での回路製作を可能にするための技術に関する研究を行い,以下(1)及び(2)に示す成果が得られた。(1)準リアリティ環境で利用する回路教育コンテンツの作成平成23年度の研究では,実験者が実際に回路製作を行っているときに得られる触角的な感覚(素子に触れた時や,配線した時に得られる感覚)が得られる機能を追加することにより,リアリティ感のある(準リアル)な回路実験教育コンテンツの作成を行った。このような触覚データの取得するために,新たな機器として3次元触覚インターフェースを尊入し,各回路素子における触覚データのデータベース化を行った。(2)実験教育支援システムにおけるリアリティ感の追求前述の立体映像による実体表示,及び触覚データベースを組み合わせることにより,リアリティ感のあるVR実験教育を可能にするための研究を行った。現況の技術では,裸眼立体映像による実体表示と触覚提示の両方が得られる装置が存在しないため,これら2つの装置の配置を工夫することによりシステムの使いやすさを追求した。さらに,回路製作美験の遂行を支援するアプリケーションの作成を行うことにより,準リアリティ環境下の回路製作実験の高能率性と実用性を向上させることができた。昨年度までの研究では,電子回路製作を伴う実験教育のための新しい教育支援システムを構築することを目的として,裸眼立体映像と触覚デバイスを組み合せることにより,リアル感のあるVR環境の構築と実験教育支援システムへの応用に関する研究を行った。一方で,現行の実験教育支援システムで用いられている技術要素は,バーチャル計測器や回路シミュレータのように,コンピュータ上で行うシミュレーションに限定されたものであり,回路製作を伴う実験教育に応用した場合,十分な教育効果が得られるとは言い難い。しかし,これら従来の教育支援ツールと,本研究で構築した準リアリティ環境を組み合せることにより,回路の設計,製作,及び計測といった実験教育に必要な教育内容の全体をカバーする実用的かつ強力な実験教育支援システムを構築することが可能となる。この点を踏まえて平成24年度の研究では,本研究で開発してきた(1)視覚的リアリティ,(2)触覚的リアリティ,及び(3)多次元実時間信号処理の各技術を発展させる研究を行い,さらにこれらとバーチャル計測器,及び回路シミュレータとを組み合わせた総合的な回路実験教育支援システムを開発する研究を行った。また,本システムは,卓上に複数の機器を配置することにより構成されるため,実験教育の妨げになることが懸念される。この問題に対処するために,各機器の操作性の良さを追求する人間工学的な研究を行い,提案する実験教育支援システムの実用性を向上させることができた。

これらの研究成果により,バーチャル・リアリティ(Virtual Reality; VR)環境において,よりリアルな回路実験教育を実現するシステムを構築することができた。本年度の研究における新たな試みである,3次元触覚インターフェースを用いた触覚データベースの作成,及び準リアリティ環境の使いやすさを追求したアプリケーションの作成や実験教育環境づくりの点で,ほぼ計画どおりの成果が得られている。24年度が最終年度であるため、記入しない。現行のVR環境を用いた実験教育支援システムの手法は,バーチャル計測器や回路シミュレータに代表されるように,コンピュータ上で行うシミュレーションに限定されている。しかし,実験者が回路の設計や設計回路の動作をコンピュータのディスプレイ上で確認するという目的においては,これらは有用なものである。今後の研究では,これら従来のVRと本研究で新たに構築した準リアリティ環境を組み合せることにより,回路の設計,製作,さらに計測までをカバーする実用的かつ強力な実験教育支援システムを完成させる予定である。
アメリカ司法審査理論の批判的考察

1.本研究は、(1)70年代後半以降の「司法審査制論争の検討、(2)アメリカ司法審査制の歴史的性格と構造の分析、(3)戦後アメリカ憲法理論諸潮流の特徴と相互の対抗関係の明確化、(3)アメリカ憲法理論主流をなすリベラリズム憲法論への批判的分析をおこなう「批判法学潮流の理論的特徴の分析、(4)以上を通じて、わが国のアメリカ憲法研究の視点の見直しを課題とする。2.60年度では「司法審査制論争の分析を手がかりに、戦後アメリカ司法審査制の歴史的性格と構造の分析を主眼とし、これにもとづいて、戦後アメリカ憲法理論諸潮流の基本的位置づけをおこなった。61年度では、まず、アメリカ憲法理論の主流をなすリベラリズム憲法理論の特徴の分析と、これに対する原理的批判をおこなうマーク・タシュネット等の「批判的法学潮流の分析をおこなった。これは現在なお継続中であるが、これまでの私のアメリカ憲法研究をふくめて、「アメリカ司法審査制と憲法理論(仮題-日本評論社)としてまとめる予定で、その主要部分の執筆を62年度中に完了するべく、作業をすすめている。63年度中に出版する予定である。3.なお、政治学分野からもアメリカ憲法理論の検討が進行しているので、これについての分析もおこなった。4.また、アメリカ憲法理論に多くを学んできたわが国の憲法訴訟理論への批判的分析も同時に追求してきたが、これは別途、あらためてまとめる予定になっている。
毒性化合物センサーKeap1の三次元構造

本研究は細胞内センサータンパク質Keap1ががんや様々な疾患を誘発する酸化ストレスや毒性化合物を感知するしくみの解明を目指したものである.酸化ストレスによって分子センサーKeap1が原子レベルでどのようにその形を変化させるかを見るためには結晶構造解析が必要であるため,組換え型タンパク質を調製して結晶化を行うことに成功した.また,Keap1に結合する化合物との相互作用を簡便に観測するための手法を開発し,食品に含まれる成分を中心に,化合物とセンサータンパク質との相互作用について検討した.本研究は様々な化合物と結合し、これをストレスシグナルとして下流の生体防御系を活性化する毒性化合物センサーの三次元構造解析を通して、その新規分子認識機構を明らかにすることを目指すものである。毒性化合物と結合することで構造を変化させる分子スイッチの構造を解明する本研究は、将来、酸化ストレスから体を守る新しいタイプの薬剤開発への応用が期待される。本年度は結晶構造解析を実施するためにKeap1のセンサー領域を大腸菌で大量発現・精製を行った。さらに機能解析の観点から様々な毒性化合物との相互作用について検討を実施した。Keap1のセンサー領域について大腸菌での大量発現を試みた。複数のアミノ末端およびカルボキシル末端切断変異体を調製した。これらの変異体を大腸菌で発現し、その発現量を検討することで、構造解析に適した末端切断変異体のスクリーニングを行った。蛋白質精製のためのイオン交換クロマトグラフィーおよびゲルろ過クロマトグラフィーの条件検討も行った。さらに、得られた情報を基に別の動物種についてKeap1の大腸菌発現系を作成した。また、Keap1を介して細胞の生体防御系を活性化すると考えられている化合物との相互作用について検討をした。L-スルホラファン、D3T (Z 3H-1,2-ジチオール-3-チオン)、ケルセチン、イソリキリチゲニン、N-エチルマレイミド、N,N-ジメチルホルムアミド、イソチオシアン酸フェネチル、カーノソール、マロン酸ジエチル、tert-ブチルヒドロキノン、エブセレン、オルチプラズについてKeap1との反応性について検討を行った。本研究は毒性化合物のセンサータンパク質Keap1が、様々なストレス化合物と結合し、これによる三次元構造変化を通して、ストレスシグナルを下流の生体防御系の活性化へと導く分子機構の解明を目指したものである。Keap1はストレス化合物と結合することで構造を変化させる分子スイッチであるため、化合物との結合前後の構造変化を結晶構造解析により原子分解能で明らかにすることを目指す。本年度は前年度の条件検討の結果を基に、Keap1のセンサー領域について長さの異なる2種類の組換タンパク質を大腸菌を用いて大量発現し、この試料を以下の方法で高純度に精製した。まずNi-NTAカラムによるアフィニティ精製を行い、続いてゲルろ過クロマトグフィー精製を実施した。SDS電気泳動により純度を確認したところ、それぞれ、95%以上の高純度のタンパク質を数ミリグラムのオーダーで得ることができた。また、センサーシステインを変異させた組換タンパク質も発現・精製し、結晶化を行った。複数の結晶化スクリーニングキットを用いて、結晶化マイクロプレートを用いて結晶化条件を検討した。得られた結晶については放射光施設での結晶回折実験を実施した。さらに機能解析の観点から様々なストレス化合物との相互作用について検討を実施した。Keap1を介して細胞の生体防御系を活性化すると考えられている以下の化合物、L-スルホラファン、D3T (Z 3H-1,2-ジチオール-3-チオン)、ケルセチン、イソリキリチゲニン、N-エチルマレイミド、N,N-ジメチルホルムアミド、イソチオシアン酸フェネチル、カーノソール、マロン酸ジエチル、tert-ブチルヒドロキノン、エブセレン、オルチプラズについてKeap1のセンサーシステインとの反応性を検出する新しい手法を開発することに成功した。当初の予定通り進行している。本研究は毒性化合物センサーであるKeap1が、様々なストレス化合物と結合し、これによる三次元構造変化を通して、ストレスシグナルを下流の生体防御系の活性化へと導く分子機構の解明を目指したものである。Keap1はストレス化合物と結合することで構造を変化させる分子スイッチであると考えられるため、本研究では化合物と結合前後の分子レベルの構造変化を結晶構造解析により明らかにすることを目指している。前年度は生化学的な解析として、種々の化合物と組換型Keap1センサーとの相互作用解析を実施した。また、センサーシステインを変異させた変異型Keap1、およびセンサー領域に加えてパートナー分子との相互作用する部位を含んだKeap1の組換蛋白質について大量発現と高純度精製および結晶化スクリーニングを実施した。これにより、変異型Keap1の微結晶を得ることに成功した。しかし、放射光施設の強いX線を用いても、X線回折を確認することができなかった。本年度は、まず、変異型Keap1の結晶化条件の改善を行い、二種類の変異型Keap1について1050ミクロン程度の結晶を得ることができた。つくば高エネ研のPhoton FactoryにてX線回折実験を実施したところ、構造解析に十分な3.2Å分解能のX線回折を確認した。しかし、複数の結晶が重なった状態で結晶化をするため、単結晶のデータを取得することができなかったため、さらなる結晶化条件の検討を行った。これと平行して、より良質な結晶化が得られるように、Keap1分子表面の変異導入実験も行いKeap1組換蛋白質の大量発現を実施した。

結晶化に適した蛋白質サンプル調製に予想以上に時間がかかってしまったため。6月までは定期的に放射光施設でX線回折実験を実施できたが、その後の秋から冬にかけて放射光施設のビームライン工事が行われ、実験時間を得ることができなかったため。本研究は毒性化合物センサーであるKeap1が、様々なストレス化合物と結合し、これによる三次元構造変化を通して、ストレスシグナルを下流の生体防御系の活性化へと導く分子機構の解明を目指したものである。Keap1はストレス化合物と結合することで構造を変化させる分子スイッチであると考えられるため、本研究では化合物と結合前後の分子レベルの構造変化を結晶構造解析により明らかにすることを目指したものである。種々の化合物と組換型Keap1センサーとの相互作用解析を実施し、また、センサーシステインを変異させた変異型Keap1、およびセンサー領域に加えてパートナー分子との相互作用する部位を含んだKeap1の組換蛋白質について大量発現と高純度精製および結晶化スクリーニングを実施した。その結果、変異型Keap1の微結晶を得ることに成功した。当初はX線回折を確認できなかったが、変異型Keap1の結晶化条件の改善を行い、二種類の変異型Keap1について1050ミクロン程度の結晶を得るに至った。つくば高エネ研のPhoton Factoryにて構造解析に十分な3.2Å分解能のX線回折斑点を確認した。複数の結晶が重なった状態で結晶化していたため構造解析が可能なデータ取得には至らず、最終年度も引き続き結晶化条件の検討とPhoton FactoryでのX線回折実験を行った。パートナー分子との共結晶化のための複合体試料の調整も行なったが、こちらは海外のグループにより先行して複合体結晶構造がデータベースに登録されたため、その後の研究実施を見送った。本研究は細胞内センサータンパク質Keap1ががんや様々な疾患を誘発する酸化ストレスや毒性化合物を感知するしくみの解明を目指したものである.酸化ストレスによって分子センサーKeap1が原子レベルでどのようにその形を変化させるかを見るためには結晶構造解析が必要であるため,組換え型タンパク質を調製して結晶化を行うことに成功した.また,Keap1に結合する化合物との相互作用を簡便に観測するための手法を開発し,食品に含まれる成分を中心に,化合物とセンサータンパク質との相互作用について検討した.当初の予定通り進行している。当初の予定通り研究を進める予定である。放射光施設の工事も完了し、次年度はビームタイムを確保できる見通しである。構造解析が可能な結晶は得られているため、X線回折実験を実施し構造解析を行う。構造生物学当初の予定通り研究を進める予定である。当初、放射光施設における共同利用実験を秋から冬にかけて3回程度実施する予定であったが、8月の時点でビームタイムを得られないことが判明した。これらの実験に関わる消耗品費や旅費を使用しなかったため。放射光施設における共同利用実験のための試料調製に関わる物品費および旅費に使用する予定である。
薄板構造における非線形三波相互作用の解明と新しい超音波非破壊評価原理への展開

本研究では、板波の非線形三波相互作用(平板中で二つの超音波が交差したときに応力-ひずみ関係の非線形性により和・差周波数を有する第三の波が生じる現象)を理論的・数値的・実験的に解明することを目的としている。今年度は、昨年度に実施した研究(理論解析・数値解析・実験系の構築)を踏まえて、昨年度の数値解析結果をまとめ海外論文誌へ投稿し、掲載された。そして、昨年度に構築した実験系を用いて、第三波の測定実験を実施した。相互作用によって生じる第三波は一般に振幅が小さくなるため、昨年度の理論解析に基づいて第三波が最も効率よく発生するような基本波モード、周波数、交差角度を求めた。その結果、二つの最低次反対称モードラム波(板厚・周波数積1.0 MHz・mm)を122°(共鳴角度に対応)で交差させたときに、和周波数の最低次対称モードラム波が最も大きく発生することがわかった。これに基づいて、A2017-T3アルミニウム合金平板に対して実験を行ったところ、理論で予想されたとおりの第三波を実測することに成功した。また、第三波振幅の基本波交差角度依存性を測定したところ、交差角度が122°のときに振幅が最大となり、理論解析の結果(共鳴角度で交差させると第三波が最も大きく発生)を実証することができた。昨年度と今年度の研究を通じて、板波の非線形三波相互作用を理論的に解明し、数値シミュレーションによる妥当性評価を行い、さらに実験による実証も行うことができた。本研究で構築した理論は、金属材料のみならず一般の均質等方性弾性平板に対して成り立つ普遍的なものであり、非線形三波相互作用を用いた薄板構造の非破壊評価法を確立する際の理論的基盤になると期待される。超音波非線形三波相互作用を用いた薄板構造の高感度非破壊評価法の確立を目的として,本年度の研究では,理論解析,数値解析,実験系の構築を実施した.理論解析では,材料非線形性を有する等方性弾性平板中を二つの板波(基本波)が任意の方向に伝搬する状況を考え,それらの非線形相互作用により発生する和・差周波数成分(第三波)を摂動法により導出した.そして,基本波の波数ベクトルの和もしくは差が第三波の波数ベクトルと等しくなるような角度で基本波を交差させると第三波の振幅が伝搬距離とともに線形的に増大すること(共鳴条件)を示した.これらの結果を論文にまとめ,海外論文誌Journal of Sound and Vibrationに投稿し掲載された.上記の理論解析では,板波の三波相互作用に関する基礎研究として基本波が無限幅を有する連続波(単一波数および単一周波数)であることを仮定していた.一方で,現実の非破壊検査では有限のビーム幅や時間幅を有する超音波を使用するため,そういった状況でも三波相互作用が生じるのか検討する必要がある.そこで,自作の三次元動的有限要素解析プログラムを用いて非線形超音波伝搬シミュレーションを実施した.その結果,基本波が有限なビーム幅および時間幅を有している場合でも上記の共鳴条件を満たすような角度で基本波を交差させると第三波が大きく発生することがわかった.理論解析や数値解析の結果より,実験においても共鳴条件を満たすように基本波を交差させれば第三波が測定できると期待される.そこで,本年度は板波の三波相互作用を測定可能な実験系の構築を行った.そして予備実験として,アルミニウム合金ブロック中におけるバルク波の三波相互作用の測定を行い,二つの横波の相互作用によって生じる和周波数の縦波を測定することができた.本年度は,理論解析と数値シミュレーションにより板波の非線形三波相互作用が起こる条件(共鳴条件)を導出する計画であったが,これが予定通り達成できた.また,当初計画していた実験系の構築も計画通り進捗し,本年度の計画にはなかった予備実験も行うことができた.したがって,研究全体を通して当初の計画以上に進展している.本研究では、板波の非線形三波相互作用(平板中で二つの超音波が交差したときに応力-ひずみ関係の非線形性により和・差周波数を有する第三の波が生じる現象)を理論的・数値的・実験的に解明することを目的としている。

本研究で構築した理論は、金属材料のみならず一般の均質等方性弾性平板に対して成り立つ普遍的なものであり、非線形三波相互作用を用いた薄板構造の非破壊評価法を確立する際の理論的基盤になると期待される。来年度は,本年度に行った数値シミュレーションの結果を論文にまとめ,海外論文誌に投稿する予定である.また,本年度に実験系の構築および予備実験が実施できたため,来年度は板波の三波相互作用の測定実験を行う.本年度の予備実験で,健全なアルミニウム合金ブロック中で発生する第三波は試験片の型番や調質記号によって大きく異なることが明らかとなった.そこで,その中でも最も第三波の振幅が大きかったもの(第三波が測定しやすいもの)と同じ型番の薄板に対して実験を行い,第三波が観測できるかどうか検討する.