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戦後教育理念設立に果たした教育刷新委員会第一特別委員会の役割―その文献学的研究―

本研究の前提として、戦後日本の教育改革の中で、特に教育基本法の理念形成過程に関わった教育者たちが、その思想的背景に基づいて教育論を戦わせる中から新しい教育理念を立ち上げていった、という考えがあるが、河合道の日頃の言行の聞き取り調査が出来たことは大きな成果であった。またこの時、貴重なお話ではあるが個人のご意見のみに頼ることは難しいことから、同時代の同窓生をご紹介いただき、現時点でお二人の方からお話を伺うことが出来た。私の知らなかった新たな河合道著作物について知ることも出来、資料収集においても進展した。また同じ南原繁研究会での活動の中から、今年度のもう一人の調査対象であった天野貞祐についても、天野が獨協大学の学長であった時代に教員として勤めていた方にお話を伺うことが出来た。こちらはなかなか、率直に著作の内容と著者の言行が一致していたという印象を得ることは出来なかったが、時代が変わり立場が変わる中での変遷も含めて、天野貞祐もまたその思想的背景に基づいて議論を戦わせていたことが言えるかどうか、もう一度著書と照らし合わせることで聞き取り調査の内容を精査していく。以上、今年度は予定していた河合、天野について計画通りに調査を進めることが出来たが、これ以外にも人づてに様々な情報が寄せられた。直接第一特別委員会での議論に関わる人物ではなくとも今後の研究において有効に活用していきたい。平成29年度は予定以上に個人対する聞き取り調査が進展したが、一方資料調査の方は新たな進展が少なく、関係者への働きかけにも関わらず著作物の面で新資料が発見されたとは言い難い。この点では計画通りに進んでいないが、聞き取り調査の内容で補っていきたい。1.最終年度の成果:2年間の資料収集・整理を経て9月末開催の教育史学会第9分科会において「戦後教育改革から現代の大学教育改革へー旧教育基本法「前文」成立過程の議論を手がかりにー」のタイトルで発表を行い、教育刷新委員会第一特別委員会における教育基本法前文に関する議論の具体的内容から、その教養教育への指針としての現代的意義を汲み取り、現在の大学教育改革におけるアクティブ・ラーニングの導入と関連づけて考えることの重要性を明らかにした。この発表対し主として先行研究の解釈に関する部分と研究成果の活用に関する部分について研究成果のまとめに関わる有益な指摘を受けた。2.研究期間全体を通じて実施した研究の成果・具体的内容:本研究では教育刷新委員会第一特別委員会での教育基本法成立過程の議論の様相を、委員個々人の思想的背景に踏み込みながら、主として「前文」を巡る議論を中心として明らかにした。その過程で伝統・文化や宗教的情操、天皇といった用語については委員によって定義に差があったものの、議論を通じて相互理解が進み共通認識が出来ていった様子も明らかとなった。・意義、重要性:学会発表に対して受けた指摘は本研究が収集した一次資料の内容に偏重し、先行研究の客観的成果に汲んでいないというものと、研究成果を大学における教養教育の現場で活用することを重視し、事実を明らかにするという教育史研究の本義を蔑ろにしているというものであった。
法的推論における解釈のシステム化

法律エキスパート・システムの開発研究にとって理論的に重要な問題は、単純な事案の場合のみならず、判断の分かれる難解な事案においてこそ決定的な役割を果たしていると考えられる、解釈という人間の知的営為の在り方を根底的に分析し、その成果をエキスパート・システムの内に盛り込む可能性について探究することである。本研究は、この問題関心から、平成5年度において、解釈に関して多くの理論的洞察を提供している哲学的解釈学やそれと関連する他の解釈の一般理論、および法学の領域における法解釈の理論の整理・検討を通じて、法解釈の論理的構造の分析を行なった。そこでは、解釈における先行了解、循環、理論負荷性といった特徴的な現象の分析によって法解釈の在り方を一般的に明確にすると共に、その一方で、幾つかの判例を素材としながら、それらの分析を検証しつつ、特に具体的事案の中での法解釈における法律家の独特の推論様式を分析し、その深層論理とでも言うべきものの把握に努めた。しかしながら、法律家の推論が一定のルールとその背景に存する種々の価値的考慮との間の複雑なフィードバックの内でなされることや、その推論の要が或る種の支点言明の固定とそれに収斂する判断の合理的整序に存することは明らかとなったが、それらのプロセスの論理的機序についてはまだ十分に明確ではない。今後さらに、この問題を一定の論理学的道具立てにより形式的に表現するための方法を開拓して解釈の論理の明確化をめざすと共に、それをコンピュータ・プログラムに構成することが課題となろう。
没食子酸エピガロカテキンの効率的デリバリーを可能とするバイオマテリアルの開発

EGCGのコントロールリリースを達成する上で、PolyEGCGからのEGCG放出における速度制御は重要なファクターである。そこで種々の化学構造を有するPolyEGCGを合成し、構造がEGCG放出速度に与える影響について考察した。30日間の測定の結果、主鎖に含まれる糖アルコールの種類やEGCG仕込み比が放出速度に影響を与える事がわかった。次にヒト神経芽細胞腫(SH-SY5Y)を用いてPolyEGCGの細胞毒性評価を行った。その結果、高濃度のEGCGを含む培地(>0.05 mg/mL)で培養した細胞は生存性を示さなかった対し、同濃度のPolyEGCGを含む培地で培養した細胞は十分な生存性を示した。この結果より、EGCGを直接投与するよりも、PolyEGCGとして投与し、徐々にEGCGを作用させた方が、安全性が高いことがわかった。さらにPolyEGCGの成形性を向上させることを目的に、EGCGと水溶性ポリマーであるpoly(ethylene glycol)を用いたエラストマー様Poly(EGCG-poly(ethylene glycol))を新規合成した。合成には安全性が高く、温和な条件下で反応が進行する酵素を触媒として用いた。得られたポリマーは柔軟性に富んだエラストマー様素材であり、その粘性はpoly(ethylene glycol)の分子量に依存した。またPolyEGCG同様、EGCGの長期放出性を有した。本年度は、昨年度までに合成したPolyEGCGのコントロールリリース素材としての応用を目指した徐放性や細胞毒性に関する知見を得ることができた。またその成果について、論文に発表した。さらに成形性の向上を目指した、新規EGCG関連ポリマーを合成することができた。以上の成果から、最終目標である没食子酸エピガロカテキンの効率的デリバリー法構築に向けて順調に研究が進捗していると考えられる。これまでに合成したEGCG関連ポリマーの汎用化を目指して、フィルム形成や粒子化などを試みる。さらに皮膚透過性を評価し、種々の化学構造を有するEGCG関連ポリマーの構造と徐放性、皮膚透過性に関する知見を得る。没食子酸エピガロカテキン(EGCG)を基本骨格に有するカテキンポリマーの合成を試みた。EGCGとリンカーであるアジピン酸ジビニル、さらに高分子量化の促進を目指して種々のジオール類(キシリトール、エリスリトールなど)を混合し、溶媒中、触媒にリパーゼPLを用いて添加し、混合物を一定時間撹拌したところ、分子量約数千程度の目的とするカテキンポリマー(PolyEGCG)を得た。NMRの結果よりPolyEGCGはEGCGの水酸基とアジピン酸のエステル化反応によって高分子量化していることがわかった。酵素触媒重合における条件の最適化を行ったところ、PolyEGCGの収率は酵素種、酵素濃度、反応温度、溶媒種、溶媒量、基質仕込み比といったファクターに大きく依存した。反応時間の経過とともにPolyEGCGは溶媒に対し難溶解性のゲル状ポリマーとなった。またその表面形状は基質仕込み比などに依存した。さらにPolyEGCGの膨潤性を評価したところ、PolyEGCGはジオール類や未反応水酸基といった親水部とEGCGのベンゼン環やアジピン酸のアルキル鎖といった疎水部を併せ持つことから、DMSOやDMFといった非プロトン性溶媒中で最も膨潤した。PolyEGCGをpH 7.4のリン酸バッファー中、37°Cで振とうし、バッファー中のEGCG濃度を吸光度測定により経時的に定量した。その結果、時間の経過とともにPolyEGCGが分解し、EGCGが徐々にバッファー中へと放出されることがわかった。また、放出したEGCGのsuperoxide dismutase活性(SOD活性)を測定したところ、放出したEGCGは十分なSOD活性を保持していることを確認した。酵素触媒重合によるPolyEGCG合成における最適反応条件を見出し、目的とする化合物を高収率で得ることができたことから。また得られたPolyEGCGが徐放性を示すことを見出すことができたため。

さらに成形性の向上を目指した、新規EGCG関連ポリマーを合成することができた。以上の成果から、最終目標である没食子酸エピガロカテキンの効率的デリバリー法構築に向けて順調に研究が進捗していると考えられる。PolyEGCGの合成条件とEGCGの徐放速度の相関について考察する。またPolyEGCGの機能性材料としての応用を目指した検討を行う。これまでに合成したEGCG関連ポリマーの汎用化を目指して、フィルム形成や粒子化などを試みる。さらに皮膚透過性を評価し、種々の化学構造を有するEGCG関連ポリマーの構造と徐放性、皮膚透過性に関する知見を得る。
高次元空間の直交射影による多画像からの最適な3次元復元

多画像からの3次元形状を高精度に復元する直交射影による方法を確立した.その過程で,誤差のあるデータから図形に性質を計算するさまざまな新しい最適化手法が発見された.これらは画像や3次元センサーデータを用いるさまざまの幾何学的計算に適用できる.発見された主な手法は,反復による厳密な最尤推定の計算法,反復を用いない高精度の「超精度最小二乗法」,反復による最尤推定解を上回る精度の「超精度くりこみ法」である.多画像からの3次元形状を高精度に復元する直交射影による方法を確立した.その過程で,誤差のあるデータから図形に性質を計算するさまざまな新しい最適化手法が発見された.これらは画像や3次元センサーデータを用いるさまざまの幾何学的計算に適用できる.発見された主な手法は,反復による厳密な最尤推定の計算法,反復を用いない高精度の「超精度最小二乗法」,反復による最尤推定解を上回る精度の「超精度くりこみ法」である.1.誤差のあるデータからの最適計算の一般理論以前から,誤差のあるデータから真の関係式(データに誤差がないときに満たされるべき式)のパラメータを最適に推定する方式を研究してきたが,計算しやすい近似式(サンプソン誤差)を最小化する計算を反復することによって最尤推定の意味の真の最適解に収束させる方法を一般的に定式化することができた.2.画像データからの3次元計算のための高速高精度計算真の最適解の計算は反復を伴い,収束に時間がかかる.一方,反復を伴わない単純な方法は最小二乗法であるが,精度が低い.本研究ではこの最小二乗法の精度を飛躍的に向上させる「超精度最小二乗法」を発見した.そして,これを次のような応用に適用し,計算が効率的でありかつ精度が高いことを実証した.(1)シーン中の円形物体の識別のために,その投影像に楕円を当てはめる問題.(2)複数の画像からシーン中の物体の3次元形状とその運動の計算.(3)複数の画像を合成する視野の広いパノラマ画像の生成.3. 2画像からの平面性を仮定して三角測量による3次元計算観測している点がシーン中の平面上にあるという知識を用いて2画像の対応点からその3次元位置を最適に求めるための新しい計算法を導出した.これは対応点を高次元空間の点とみなして高次元空間において拘束条件の定義する多様体に直交射影するものである.これを点が載る平面が既知の場合と未知の場合の両方に対して考案した.1.複数画像からの最適な3次元計算以前から研究している複数の画像からシーンの3次元形状を最適に計算する手法をさらに発展させた.カメラ位置が既知の場合は高次元空間の直交射影により三重焦点テンソルを利用する最適な3次元計算を示した.観測点が平面上にある場合に,その平面が既知の場合と未知の場合の両方に対して最適計算法を示した.カメラ位置が未知の場合はシーンの形状とカメラパラメータを同時に最適化するバンドル調整法の具体的な実装法を示した.2.誤差のあるデータからの最適計算真の最適解の計算は反復を伴い,収束に時間がかかる.反復を伴わない単純な最小二乗法は精度が低い.最小二乗法の精度を飛躍的に向上させる「超精度最小二乗法」を提案し,画像中の円形物体の識別のための楕円の計算,画像の対応点から3次元復元を行うために基礎行列の計算,平面物体の3次元復元のための射影変換の計算に適用し,計算が効率的でありかつ精度が高いことを実証した.また,非一様,非等方の誤差をもつ3次元位置データから物体の回転や相似変換を最適に計算する手法を開発した.3.魚眼レンズカメラの校正3次元復元を行うための撮影に魚眼レンズカメラが使われることが多くなった.しかし魚眼レンズで撮影した画像には大きな歪がある.これを除去するための「固有値最小化法」と呼ぶカメラ校正法を考案した.提案方法は参照パタンと画像との対応をとる必要がなく,画像処理が単純で,かつ精度が高い.これを移動車両から撮影した道路シーンの解析に応用した.1.誤差のあるデータからの幾何学的計算の最適化手法前年度に反復を伴わない最適化手法として,最小二乗法の精度を飛躍的に向上させる「超精度最小二乗法」を提案したが,それをさらに「超精度くりこみ法」とよぶ反復手法に発展させた.これは申請者が以前に提唱した「くりこみ法」の精密な誤差解析による高精度化である.そして,これを画像中の円形物体の識別のための楕円の計算,画像の対応点から3次元復元を行うために基礎行列の計算,および平面物体の3次元復元のための射影変換の計算に適用し,これまで最も精度が高いとみなされていた最尤推定(再投影誤差最小化)を上回る精度であることを発見した.2.非一様な誤差のある3次元位置データからの3次元運動の計算ステレオ視やレンジファインダーなどの3次元センサーによって計測した3次元位置は,センサーの種類や位置,向きに依存する非一様,非等方の誤差が生じる.空間中を移動する

3次元点に対して,そのような誤差のある運動前後の3次元位置からの3次元運動の正確に推定する手法として,まず回転に対しては申請者が以前に提唱したくりこみ法の改良,回転のリー代数表現や四元数表現によるレーベンバーグ・マーカート法を比較した.次に並進やスケール変化を含む相似変換の計算法として,ガウス・ニュートン法とガウス・ヘルマート法を比較し,ガウス・ヘルマート法を変形した改良ガウス・ヘルマート法と呼ぶ手法を考案した.そして,シミュレーション実験によって,提案する改良ガウス・ヘルマート法が既存の手法の中で収束特性において最も優れていることを確認した.さらに地震による地盤の移動を計測したGPSデータの解析に応用した.
半導体における量子閉じ込め状態の波動関数と有効質量の実験的定量化

井戸幅の異なる3種類のアンドープの多重量子井戸構造(各井戸幅5、9.4、20nm)の光電流スペクトルは階段構造を示し、光学バンド間遷移がはっきりと確認された。バイアス電圧を印加することによって得られた複数の光電流スペクトルとその差分スペクトルを用いた注意深い解析により、伝導帯と価電子帯の量子準位の等しい許容遷移、量子準位の異なる禁止遷移を同定し、そのエネルギーを推定できた。スペクトルから得られた量子準位を包洛線関数モデルにフィッテイングして井戸層に対して垂直の正孔や電子のバンドオフセットや有効質量を決定した。電子の有効質量はその量子準位のエネルギーに依存した。このとき、電子有効質量は伝導帯量子井戸の底でバルクのバンド端の有効質量と同じ大きさ(0.041m_0)でエネルギーと伴に緩やかに変化すると仮定すると、量子数が小さくて固有エネルギーの低い準位のエネルギー依存性も充分に考慮できて、電子有効質量はエネルギーの2次関数で表せる。電子有効質量は0.041m_0から0.08m_0まで増加した。井戸幅10nmをもつアンドープと2種類の変調ドープの多重量子井戸構造に対する光透過測定においてもスペクトルは階段状となり、許容遷移が観測された。1.5×10^<12>cm^<-2>と0.5×10^<12>cm^<-2>に変調ドープされている試料では、基底準位がフェルミ準位よりも低いため、ドープにより生じた量子井戸構造内の電荷のバンドフィリング効果によって基底準位間の遷移が観測されなかった。100K330Kの温度で測定された各量子井戸構造のスペクトルの形には温度依存性がほとんどなく、その遷移エネルギーは井戸層のバンドギャップエネルギーの温度変化に依存するだけであった。また、波動関数の積分計算により求めた吸収係数のスペクトルは光透過スペクトルをよく再現できた。電荷分布のポアッソン方程式と包洛線関数近似モデルに、有効質量などの物性パラメータを使って計算した量子準位や遷移エネルギーは、光電流、光透過実験ともによく一致し、半導体In_<0.53>Ga_<0.47>As/In_<0.52>Al_<0.48>As量子井戸における量子閉じ込め状態の波動関数と有効質量の定量化が行えた。各5、9.4、20nmの井戸幅をもつ3種類のアンドープの多重量子井戸構造の光学バンド間遷移が室温の光電流差分スペクトル上ではっきりと観測された。バイアス電圧を印加することによって、伝道帯と価電子帯の量子準位の等しい許容遷移、量了準位の異なる禁止遷移が観測された。量了準位の注意深い同定によりそのエネルギーが分かった。スペクトルから得られた量子準位を包洛線関数モデルにフィッテイングして井戸層に対して垂直の電子有効質量を工ネルギーの関数として決定した。このとき、量子数が小さくて固有エネルギーの低い場合の有効質量のエネルギー依1存性を充分に考慮するため、電子有効質量は伝導帯量子井戸の底でバルクのバンド端の有効質量と同じ大きさ(0.041m_0)で、エネルギーと伴に緩やかに変化すると仮定した。電子有効質量は0.04m_0から0.08m_0まで増加した。

10nmの井戸幅をもつアンドープと2種類の変調ドープの多重量子井戸構造では100K330Kの温度で測定された光透過スペクトルは階段状となり、許容遷移が観測された。スペクトルの形には温度依存性がほとんどなく、その遷移エネルギーは各試料とも同程度で、井戸層のバンドギャップエネルギーの温度変化に依存するだげであった。1.5×10^<12>cm^<-2>と0.5×10^<12>cm^<-2>に変調ドープされている試料では、基底準位がフェルミ準位よりも低いためバンドフィリング効果によって基底準位間の遷移が観測されなかった。エネルギーの関数として決定した有効質量などのパラメータを使って計算した量子準位は、変調ドープの試料の光透過実験ともよく一致し、計算による吸収係数のスペクトルは光透過スペクトルをよく再現できた。井戸幅の異なる3種類のアンドープの多重量子井戸構造(各井戸幅5、9.4、20nm)の光電流スペクトルは階段構造を示し、光学バンド間遷移がはっきりと確認された。バイアス電圧を印加することによって得られた複数の光電流の差分スペクトルを含めた注意深い解析により、伝導帯と価電子帯の量子準位の等しい許容遷移、量子準位の異なる禁止遷移を同定し、そのエネルギーを推定できた。スペクトルから得られた量子準位を包洛線関数モデルにフィッテイングして井戸層に対して垂直の正孔や電子のバンドオフセットや有効質量を決定した。電子の有効質量はその量子準位のエネルギーに依存した。このとき、電子有効質量は伝導帯量子井戸の底でバルクのバンド端の有効質量と同じ大きさ(0.041m_0)でエネルギーと伴に緩やかに変化すると仮定すると、量子数が小さくて固有エネルギーの低い準位のエネルギー依存性も充分に考慮できて、電子有効質量はエネルギーの2次関数で表せる。電子有効質量は0.041m_0から0.08m_0まで増加した。井戸幅10nmをもつアンドープと2種類の変調ドープの多重量子井戸構造に対する光透過測定においてもスペクトルは階段状となり、許容遷移が観測された。1.5×10^<12>cm^<-2>と0.5×10^<12>cm^<-2>に変調ドープされている試料では、基底準位がフェルミ準位よりも低いため、ドープにより生じた量子井戸構造内の電荷のバンドフィリング効果によって基底準位間の遷移が観測されなかった。100K330Kの温度で測定された各量子井戸構造のスペクトルの形には温度依存性がほとんどなく、その遷移エネルギーは井戸層のバンドギャップエネルギーの温度変化に依存するだけであった。電荷分布のポアッソン方程式と包洛線関数モデルに、有効質量などの物性パラメータを使って計算した量子準位や遷移エネルギーは、光透過実験ともよく一致した。また、積分計算により求めた吸収係数のスペクトルは光透過スペクトルをよく再現できた。
モノアミントランスポーターノックアウトマウスを用いた神経細胞障害の研究

シナプス小胞膜モノアミントランスポーター(VMAT)は細胞質で合成されたモノアミンをH^+依存性にシナプス小胞に貯蔵する膜蛋白質である。中枢性シナプス小胞モノアミントランスポーター2(VMAT2)はパーキンソン病を引き起こすMpp+の神経毒性から保護的に働くことが培養細胞系に用いて明らかにされてきた。覚醒剤中毒患者には比較的高頻度に突然死が起こり覚醒剤の神経細胞毒性との関連が注目されているが、覚醒剤の神経細胞毒性のメカニズムは明らかにされていない。我々は、覚醒剤の標的分子であるVMAT2のノックアウトマウス(以下KOマウスと省略)を作製し、標的分子欠損マウスモデルにおける覚醒剤の薬理効果を検討した。ヒトの遺伝子発現の個人差を反映しているマウスモデルとして、VMAT2発現が完全欠損しているホモKOマウスではなく、正常野生型の約50%に減少しているヘテロKOマウスを主に対象としてメタアンフェタミン、コカインの毒性試験を行った。VMAT2ヘテロKOマウスでは、メタアンフェタミンのLD_<50>は正常野生型と比較して低下していた。ドーパミンD1受容体拮抗薬SCH23390の前投与はメタアンフェタミンの効果を減弱させたが、D2受容体拮抗薬sulprideの前投与では減弱効果は認められなかった。コカインもメタアンフェタミン同様にVMAT2ヘテロKOマウスにおいて、毒性効果が正常野生型と比較して増強されていた。これらの結果は、覚醒剤の神経細胞毒性はVMAT2のみならず、ドーパミンD1受容体も関与していることを示唆している。パーキンソン病などの神経変性疾患は加齢とともに発症頻度が増加することが知られており、加齢がドーパミン神経細胞脱落による症状の顕在化に促進的な効果を及ぼしていることが考えられている。移所運動量低下を加齢の指標とすると、VMAT2ヘテロKOマウスは加齢による運動量の低下が正常野生型と比較して著しかった。この結果は、VMAT2発現の低下は加齢による運動機能低下に促進的に作用していることを示す。さらに、アンフェタミンの運動刺激効果は老齢VMAT2ヘテロKOマウスでは老齢正常野生型と比較して有意に低下していた。これらの結果は、加齢によって促進されるドーパミン神経細胞脱落VMAT2発現低下が一層加速することを示唆していると考えられる。
人体への振動刺激を利用した認知アシストに関する研究

人体の筋肉へ皮膚表面から振動刺激を与えることで,本人の動作意図と異なった動作を生成可能である.本研究課題の最終目標は,人体への振動刺激により,使用者が障害物と身体の接触事故等を誘発する可能性がある危険な動作を生成した際に,本人の動作意図と関係なく安全動作へと動作を変更する「認知アシスト」を実現することである.本年度は主に,1振動刺激のパラメータを調整することにより目標動作へのコントロールを行う手法の提案,2振動刺激が加えられる筋肉の状態が変化した際,動作変更量へどのような影響が発生するのかについて確認を行った.1について,振動刺激のパラメータ(振幅,周波数,接触力)に着目し,これらのパラメータを変化させた際の動作変更量への影響について評価し,成果を国内学会・国際学会で報告した.その後,振動刺激中に操作することが容易であり,動作変更量の増減への寄与も大きかった周波数に着目し,目標動作と実際の動作との差に応じて周波数を調整することで動作変更量をコントロールする手法を提案し,国際誌へ投稿し,現在査読中である.2について,振動刺激が加えられる筋肉の伸長速度が変化した際,また,筋長が変化した際について,それぞれ動作変更量に対しどのような影響があるのか評価を行い,結果を国内学会で報告した.現在,その他の筋肉の状態変化(筋肉への負荷)の影響も評価し,その結果をまとめて国際誌へ投稿するために準備を行っている.本年度は,振動刺激による動作変更量のコントロール手法の提案,動作変更中に振動刺激が加えられる筋肉の伸長速度・負荷・筋長の変化域などが変化する場合の動作変更量への影響について評価を行った.研究の進捗は概ね当初の計画通りであり,次年度の「振動刺激をもちいた上肢運動中の認知アシスト」の実現に向けて必要な知見が得られた.また,研究成果の発表についても国内・国際学会での報告,国際誌への投稿など,十分に行った.本年度は,1動作意図からの変更量(動作変更量)をコントロールする手法の提案,2日常的な運動時を想定し,振動刺激が加えられる筋肉の状態(筋への負荷,伸長速度,筋長)などが変化する場合の動作変更量への影響の評価,を行った.次年度は1と2の研究成果を用い,3筋肉の状態が変化した際の動作変更量コントロール手法の提案,4日常生活で行われる上肢運動において提案手法を適用し,振動刺激を用いた危険動作の安全動作への動作変更の実証実験,を行う予定である.人体の筋肉へ皮膚表面から振動刺激を与えることで,本人の動作意図と異なった動作を生成可能である.本研究課題の最終目標は,人体への振動刺激により,使用者が障害物と身体の接触事故等を誘発する可能性がある危険な動作を生成した際に,本人の動作意図と関係なく安全動作へと動作を変更する「認知アシスト」を実現することである.本年度は主に,1振動刺激のパラメータを調整することにより目標動作へのコントロールを行う手法の提案,2振動刺激が加えられる筋肉の状態が変化した際,動作変更量へどのような影響が発生するのかについて確認を行った.1について,振動刺激のパラメータ(振幅,周波数,接触力)に着目し,これらのパラメータを変化させた際の動作変更量への影響について評価し,成果を国内学会・国際学会で報告した.その後,振動刺激中に操作することが容易であり,動作変更量の増減への寄与も大きかった周波数に着目し,目標動作と実際の動作との差に応じて周波数を調整することで動作変更量をコントロールする手法を提案し,国際誌へ投稿し,現在査読中である.2について,振動刺激が加えられる筋肉の伸長速度が変化した際,また,筋長が変化した際について,それぞれ動作変更量に対しどのような影響があるのか評価を行い,結果を国内学会で報告した.現在,その他の筋肉の状態変化(筋肉への負荷)の影響も評価し,その結果をまとめて国際誌へ投稿するために準備を行っている.本年度は,振動刺激による動作変更量のコントロール手法の提案,動作変更中に振動刺激が加えられる筋肉の伸長速度・負荷・筋長の変化域などが変化する場合の動作変更量への影響について評価を行った.研究の進捗は概ね当初の計画通りであり,次年度の「振動刺激をもちいた上肢運動中の認知アシスト」の実現に向けて必要な知見が得られた.また,研究成果の発表についても国内・国際学会での報告,国際誌への投稿など,十分に行った.本年度は,1動作意図からの変更量(動作変更量)をコントロールする手法の提案,2日常的な運動時を想定し,振動刺激が加えられる筋肉の状態(筋への負荷,伸長速度,筋長)などが変化する場合の動作変更量への影響の評価,を行った.次年度は1と2の研究成果を用い,3筋肉の状態が変化した際の動作変更量コントロール手法の提案,4日常生活で行われる上肢運動において提案手法を適用し,振動刺激を用いた危険動作の安全動作への動作変更の実証実験,を行う予定である.
熱帯インド・太平洋の海底洞窟生物群の自然史科学的研究

研究代表者は、海底洞窟性巻貝のムシロガイ科、ソビエツブ科の分類学的研究を進め、多数の新種を見いし(貝類学雑誌に発表)、パラオの1海底洞窟から、アマオブネガイ類に類縁の可能性のある未知種(新属・新種)を発見した(発表予定)。この巻貝は、これまで知られているどのグループにも類似しない風変わりな形態を持ち、海底洞窟特有のグループと判断された。研究分担者の速水は、二枚貝類の殻サイズの時代変化と海底洞窟の同類の繁殖戦略の比較から、地質時代の生物の大量絶滅の要因について、新たな仮説(貧栄養仮説)を提唱した(遺伝に発表)。深海と同様に、海底洞窟の二枚貝類は貧栄養環境への適応として、殻サイズが極端に小さい。大量絶滅時には、その前後の時代と比べて、二枚貝類は小型化していることをつきとめた。限石衝突や他の地質的事変が海洋の貧栄養をもたらし、その結果、大型種(或いはグループ)が差別的に絶滅したものと解釈された。研究分担者の武田は、パラオの海底洞窟の調査から、6種のカニ類を見いだした(Natural Environmental Sci.Res.に発表)。これらのうち、クモガニ科のSchlzophyrys dahlakは、これまで紅海南部にのみ知られていた種で、ワタリガニ科のCharybdis paucidentataはペルシャ湾、紅海と西インド洋に知られていた種である。また、ワタリガニ科の3種(オオハシカルパガザミ、ナキガザミ、Charybdis paucidentata)は、海底洞窟特有の種である可能性が強く示唆された。研究分担者の田吹等は、海底洞窟から新たな「生きた化石」貝形虫の新属新種を見いだし、その起源を論じた(イギリス古生物学会誌に発表予定)。この新属は、深海に棲むCardobairdiaから進化したもので、捕食者の少ない海底洞窟に適応することで生き残ったと考えた。1.本年度は南太平洋及びフィリピン、インドネシアの各地域の海底洞窟の調査、試料の採取をおこなった。現在、試料の整理およびそれぞれの分類群の仕分け作業を行っている。貝類および腕足類のDNA解析用の試料も、それぞれの地域の海底洞窟から採取することができ、今後分担者の千葉、遠藤および研究協力者の斎藤によって分析を進めている2.上記の地域の調査の結果、南西諸島の海底洞窟内に見られたような特異な動物群が南太平洋地域にも広く分布することが確認できた。3.二枚貝類についてみると、ニュウカレドニア、バヌアツ、フィジ-とトンガには、日本の南西諸島と共通する多くの二枚貝類が見られたが、タヒチでは二枚貝類で種構成の違いが確認された。当初の予測と異なり、親の体内で保育される二枚貝のかなりの数の種が、深海によって遠く隔てられた南太平洋の島々にも広く分布していることが明かになってきた。4.また、これまでに多くの未知の貝類が採取されたほか、〓脚類、腔腸動物類などで、興味ある未知種が確認されつつあり、それらを専門とする国内外の研究者に研究の依頼を行っている。5.現在採取した試料について研究を進めている段階であるが、本年度はおよそ当初の目的に沿った調査および試料の採取が達成できたといえる。これまでの調査結果を予察的にみると、当初の予想とは異なり、海底洞窟の貝類群は、熱帯西太平洋ではかなり種構成が均一であることがわかってきた。

今後、分子レベルの比較を行うことで、海底洞窟の動物群の起源を探ることが出きると確信している。1.中央太平洋のハワイ諸島、マーシャル諸島のマジュロ環礁、北マリアナ諸島のサイパン、ロタ島、およびパラオの海底洞窟の調査、試料の採取をおこなった。貝類および腕足類のDNA解析用の試料も、それぞれの地域の海底洞窟から採取することができ、現在分担者の千葉と遠藤によって分析を進めている。2.上記の地域の調査の結果、南西諸島や南太平洋地域の海底洞窟内に見られたような特異な動物群が中央太平洋地域にも広く分布することが確認できた。また、ハワイ諸島では溶岩洞窟にも見いだされた。3.南西諸島や西太平洋の海底洞窟には親貝の体内で保育される種があるが、深い海洋底を隔てたハワイ諸島にも共通する種が見いだされた。前年度の調査でも、同じ種が南太平洋に広く分布することがわかっている。この事実は、これまでの海洋生態学の理論に明かに反している。今後、分子レベルの比較することで、このような種が広く太平洋に分布を広げた要因をつきとめることができるであろう。4.海底洞窟特有の腹足類と思われるシラタマアマガイ類が多様化していることが明かとなった。現在、研究代表者と研究協力者の狩野が解剖学的研究を進め、また千葉は系統上の位置とつきとめるため、分子レベルの研究を進めている。これまでの予察的な研究から、このグループは淡水域やanchialine caveに生息するアマガイ類に近いことがわかった。このグループの進化に重要な情報を提供することになるであろう。5.これまで海底洞窟と深海から古生代の生きた化石海綿であるsphinctozoaが2種知られているが、今回の調査でパラオの海底洞窟から第3の種が発見された。現在フランスのDr.Vaceletに研究を依頼している。6.海底洞窟に多くみられる腹足頬のソビエツブ科の24新種について分類学的に研究した。研究代表者は、海底洞窟性巻貝のソビエツブ科の分類学的研究を進めた結果、16種の新種を見いだした(貝類学雑誌に発表)。また、パラオの一海底洞窟から、アマオブネガイ類番こ類縁の可能性のある未知種(新属・新種)が見つかった(貝類学雑誌に発表予定)。この巻貝は、これまで知られているどのグループにも類似しない風変わりな形態を持ち、海底洞窟特有のグループと判断された。研究分担者の速水は、二枚貝類の殻サイズの時代変化と海底洞窟の同類の繁殖戦略の比較から、地質時代の生物の大量絶滅の要因について、新たな仮説(貧栄養仮説)を提唱した(遺伝に発表)。深海と同様に、海底洞窟の二枚貝類は貧栄養環境への適応として、殻サイズが極端に小さいことが明らかになってきた。大量絶滅時には、その前後の時代と比べて、二枚貝類は小型化している。隕石の衝突や他の地質的は事変が海洋の貧栄養をもたらし、その結果、大型種(あるいはグループ)が差別的に絶滅したものと解釈された。研究分担者の武田は、パラオの海底洞窟の調査から、6種のカニ類を見いだした(NaturalEnvlronmental Scl.Res.に発表)。これらのうち、クモガニ科のSchlzophyrys dahlakは、これまで紅海南部にのみ知られていた種で、ワタリガニ科のCharybdls paucldentataはペルシャ湾、紅海と西インド洋に知られていた種である。また、ワタリガニ科の3種(オオハシカルパガザミ、ナキガザミ、Chalybdls paucldentata)は、海底洞窟特有の種である可能性が強く示唆された。研究分担者の田吹等は、海底洞窟から新たな「生きた化石」
糖尿病足病変ハイリスク患者のセルフモニタリング機能促進看護支援プログラムの開発

本研究は、糖尿病足病変ハイリスク患者が自分らしく健康的な生活を維持することを目指した合併症重症化予防のためのセルフモニタリング機能を促進する看護支援プログラム考案を目的としたものである。まず、セルフモニタリングを促進する要素を抽出するため、糖尿病足病変ハイリスク患者を対象に、セルフモニタリングの実際を調査した。さらにフットケア外来に専従する看護師を対象に、フットケア外来での実施状況や支援内容についての全国調査を実施した。これらの結果からセルフモニタリング機能促進の主要要素を抽出し、看護支援プログラムを考案し、フットケア外来に通院中の糖尿病患者に本プログラムに基づく支援を実施した。【目的】糖尿病足病変ハイリスク患者が自分らしく健康的な生活を維持することを目指した合併症重症化予防に向けて、現実の生活に即したセルフモニタリングをガイドする客観的指標を明示するための1)セルフモニタリングの困難と対処の調査、2)国内外の文献および関連情報の検討による知見の整理。【結果】1)外来通院する糖尿病患者の合併症重症化予防のためのセルフモニタリングの困難と対処の調査:研究代表者所属の倫理委員会の承認を得、現在研究協力施設倫理委員会の回答待ちの状態である。2)文献検討:国内のフットケア関連の研究について、医学中央雑誌を用いて“フットケア"をキーワードに検索した結果、掲載論文数は1990年代後半より増加、その約半数は糖尿病に関するものであり、糖尿病合併症管理料の診療報酬が新設された翌年の2009年より毎年200件以上であった。文献検討より見出されたのは、通常外来診察で聴取される足病変の既往や検査で見出される神経、血流障害などの危険因子、看護師のフットケアで強調されていたのは、歩き方や足を見る、触れることでわかる変化の観察などのセルフケアであった。3)看護師主体のフットケアを実践する米国ハワイ州マグネットホスピタル1施設と高度実践力育成に取り組む1看護大学の視察:上級実践看護師は、フットケアを必要とする患者の治療方針決定の権限を付与されている。エビデンスに基づく実践のためには、継続的な学びとマネジメント力育成の必要性が示唆された。また、実際の診察場面のシャドイングを通じて、Podiatrist、メディカルアシスタント等との協働のあり方、チームアプローチにおける看護の役割拡大への示唆を得た。【考察】看護師には患者の足と内面を含む生活像のアセスメント力と協働力が重要といえる。客観的指標は、看護師と患者の共有が必須であり、患者のアドヒアランスを高める具体的方法等が求められる。【目的】糖尿病足病変ハイリスク患者の現実の生活に即したセルフモニタリングをガイドする客観的指標を明示するため、1)セルフモニタリングの困難と対処の実際についての調査、2)フットケア外来での実践内容と評価指標に関する調査実施のための準備を行った。【結果】1)外来通院する糖尿病患者の合併症重症化予防のためのセルフモニタリングの困難と対処の調査:フットケア外来通院中の患者20名の面接調査及び参加観察より得られたデータを分析した。自身の足の状態について、些細な変化を糖尿病足病変に関連付ける者から、明らかな変化が出現するまで危機感を覚えない者まで様々であった。困難としては、足の変化が一見してわからない場合はどうしてよいかわからない等、対処としては、変化がわかるように白い靴下を履く、とにかくマッサージをして様子をみる等が見出された。2)フットケア外来での調査票作成準備:フットケア外来でのアセスメント、ケア及び処置、指導内容について、文献及び調査施設での実際の診察と援助の状況より得られた情報を整理した。その結果、実践内容:看護師は、セルフマネジメント力強化のため、視診、触診に加え、詳細な問診から得られる情報を基に、神経や血流障害に関する検査を取り入れながら、患者に客観的データをフィードバックしていた。【考察】1)フットケア外来通院患者にとってセルフモニタリングの困難の内容からは、その背景に些細な変化を見逃さない観察力と継続力などがあることが捉えられる。対処の内容からは、変化の兆しを見逃さない工夫と、自分なりの方法で症状緩和に努める様相が捉えられる。2)セルフモニタリングガイドにむけた指標には、自己効力向上や症状の意味づけなどの内面の動機づけに直接つながるような内容を包含する客観的指標の開発の必要性が示唆された。平成27年度の目的:糖尿病足病変ハイリスク患者のセルフモニタリング機能促進看護支援プログラムを考案し、臨床のフットケア外来への適用をすすめる。1)フットケア外来に専従する看護師を対象にした郵送法調査:プログラムの重要要素を明示するため、昨年度の患者調査結果と先行研究の知見に基づいて、無記名自記式質問紙調査票を作成し、フットケア外来に専従する看護師を対象に実施状況について郵送法調査を行った。【結果】公表されている情報より収集した施設へ調査票を配布し、159の回答を得た(回収率37.0%)。1)施設の概要:病院が9割以上。2)フットケア外来での実施状況1足の状態の評価観察:皮膚や爪の観察はほぼすべての対象が実施。触知;左右の温かさ確認と足背動脈触知は外来時毎回の回答が多かった。2検査:上腕足関節血圧比は必要時との回答が多かった。3フットケア:皮膚の乾燥へのケア等は外来時毎回との回答が多かった。ケア実施の判断基準は、ケアを通じて観察や実施方法を説明する必要性の有無等であった。4セルフモニタリング機能促進ケアは7割以上が、検査結果等のフィードバックは8割以上が実施。

ケア内容としては、患者と共に足を観察し検査結果を説明しながら共に変化を確認する等が報告された。【考察】医療機器を必要とする検査に比べ観察や触知、フットケアの実施率が高かったことから、看護師のフットケア外来ではより簡便な実施内容の検討の必要性が示唆された。患者の内面の動機づけへの方略として、検査やケアを通じて変化を捉え、それらを根拠に予防や改善を伝える等のアプローチ方法の重要性が示された。2)プログラムの考案:自身の変化を自ら吟味、評価するセルフモニタリング機能向上のため、プログラムの重要要素は、患者が捉えた足の変化の兆し、共に確認した観察・触知からの情報とし、それに個々の変化を的確に表す検査結果を連動させる方法を検討。当初の予定では、糖尿病足病変ハイリスク患者のセルフモニタリング機能促進看護支援プログラムを考案し、臨床のフットケア外来への適用をすすめる予定であったが、未だ外来での適応には至っていない。一方で、糖尿病足病変ハイリスク患者とフットケアを実際に担当する看護師への双方からの調査は進んでおり、プログラム考案への情報は蓄積されているため研究の達成度は「やや遅れている」とした。本研究は、糖尿病足病変ハイリスク患者のセルフモニタリング機能促進看護支援プログラムを考案、臨床のフットケア外来に適応し、有効性を検証することを目的としている。平成28年度はフットケア外来にてプログラムを適応するために以下を実施し、成果を得た。1)プログラムの考案:当事者を対象にした糖尿病足病変ハイリスク患者へ合併症重症化予防のためのセルフモニタリングの困難と対処についての調査と、フットケア外来に専従する看護師を対象にしたフットケア外来での実施状況と内容、およびセルフモニタリング機能促進を意図した支援についての全国調査の結果を基に、研究者間で、セルフモニタリング機能を向上する看護支援プログラムの主要構成要素を検討した。その結果、自身の変化を知ること(気づき)、個々の変化を表す客観的指標と照らし合わせること(測定、観察、記録)、それらを解釈・判断することと設定した。これらについて、実施可能性を確認するため、実践家から、意見や感想を聞いた。客観的指標については、簡便で、侵襲のない機器使用について情報収集を通じて検討している。2)研究実施環境の整備:調査実施予定施設にて、具体的な対象選定方法を検討した。また、プログラム実施について協力者と共に、スタッフへの教育内容の検討を進めている。3)研究代表者は、フスフレーガーの認定を受け、その他関連する講習を受講し、フットケア実施の評価を確実にすべく、努めている。当初の予定では、糖尿病足病変ハイリスク患者のセルフモニタリング機能促進看護支援プログラムを考案し、臨床のフットケア外来での適応をすすめる予定であったが、未だ外来での適応には至っていない。一方で、プログラムの構成要素を実践家からの意見を得ながら明確にでき、臨床での実施環境整備を進めていることから研究の達成度は「やや遅れている」とした。
トポロジカル場の理論による凝縮系の新規量子現象の探索

本課題では、数学的特徴付け、統一的な定義、完全な分類(ボゾン系などを含めると)が未だ研究途上にある、「凝縮系のトポロジカル相」の普遍的な性質を、「トポロジカル場の理論」という観点からとらえることを目的とした。応募当初、物性論とのつながりが従来少なかった一般相対論の道具立て、すなわち時空計量の曲りへの応答という観点から、重力的なトポロジカル場の理論が新たな量子効果(主に熱揺らぎに関係した)を表すと予想されることから特に注目した。その直後から他グループでも、熱応答特性を「時空の曲率への応答」から調べる研究がみられるようになった。そこで、他グループで十分調べられていない「時空の捩じれ」への応答についての研究を中心に進めた。前年度までの数値的な研究などを踏まえ、当該年度はトポロジカル絶縁体のなかに導入した位相欠陥のつくる「時空の実効的捩じれ」を、弾性論における変位ベクトルを用いて記述し、その有効作用をトポロジカル項に特に注意して調べ、一定の成果を得た。まず時間反転対称性を破った三次元トポロジカル絶縁体は、二次元量子ホール系を層状に積層した系としてモデル化できるが、各層の変位を許すと、その特異点、すなわち位相欠陥の近傍でアクシオン項が生じることが分かった。同様に時間反転対称な場合は、欠陥の存在下で混合量子異常項と呼ばれるトポロジカル項が誘起されることを見出した。これらの結果は、位相欠陥のもとでのトポロジカル相の分類を行ったTeoとKaneの研究と整合するが、われわれの理論は応答特性と直結するため、これらのトポロジカル項に特有の電磁応答、熱応答が予言できる。なお位相欠陥の下でのトポロジカル相は現在、欠陥の非可換統計性のため注目を集めており、本研究の成果も、この方向に拡張することができると考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。「位相幾何学的不変量」が低エネルギー物性を支配して、普遍的な量子効果の発現に導くような物質相、例えばトポロジカル絶縁体、は近年大きな注目を集めている。このとき線形応答特性を表わす有効作用もまた系の位相幾何学的性質の情報のみを感知する「トポロジカル場の理論」で表わされると期待するのは自然であろう。この観点からこれまで電磁気的応答が重点的に調べられてきたが、数学的には他に多数のトポロジカル場の理論の存在が知られ、その物性論への応用を調べ新規量子効果を解明することが本課題の目的である。たとえば「重力的応答」、つまり時空計量が実効的に変形した状況を考え、計量変化に対する応答がトポロジカル不変料となる場合も考察して、新物性が発現する様子を解明しようとしている。重力的応答が物性に顔を出す状況は主に二つ考えられる。一つは温度揺らぎを統計力学(温度グリーン関数)で扱う際、温度が空間依存性を持ち、虚時間時空に実効的な「曲率」が生じる場合で、これは熱輸送を決める。本年度はもう一つの状況である、格子欠陥により結晶中の電子の感じる時空が「捩じれる」場合を中心に研究を進めた。トポロジカル絶縁体の中に転位欠陥を導入し、電子に欠陥を周回させると、位置座標が格子定数の整数倍だけ跳ぶ。跳びの大きさが時空の「捩率」に相当する。捩率のある時空は、曲率のみを考慮するリーマン時空を拡張したリーマン・カルタン時空で表わされる。まず数値計算により、捩率の強さに関する一定条件のもとで、欠陥上に伝導チャンネルが生じることを確認し、それが重力的なアハラノフ・ボーム効果と電子スピンのベリー位相効果の相乗効果に帰着されることを示した。更にリーマン・カルタン時空に特有のトポロジカル場の理論が果たす役割、及びそこで許されるトポロジカル欠陥の構造を特定した。

これらの結果は、位相欠陥のもとでのトポロジカル相の分類を行ったTeoとKaneの研究と整合するが、われわれの理論は応答特性と直結するため、これらのトポロジカル項に特有の電磁応答、熱応答が予言できる。なお位相欠陥の下でのトポロジカル相は現在、欠陥の非可換統計性のため注目を集めており、本研究の成果も、この方向に拡張することができると考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。所期の目的である、電磁気的応答以外のトポロジカル量子化現象の解明うち、熱的応答に関しては、電磁気とのアナロジーに頼る直観的な議論に留まるものの、リーマン時空における重力応答の観点からいくつかの研究がなされている(Volovik,Read-Greenなど)。これに対して、曲率の他に捩率をも含むリーマン・カルタン時空におけるこの方向の研究はいまだほぼ手つかずの状態であり、一連の幾何学的不変量やトポロジカル場の理論が物性論へと新しく応用できる可能性が高い。この観点からトポロジカル物質相の分類、トポロジカル欠陥の非可換統計などへと研究を進めているところである。前項目の後半で記した方向に沿って研究を推進する上で、高エネルギー物理学で使われる数学的手法が必須である。高度に学際的な研究の性質に鑑みて、現在KEK・京大の素粒子論研究者との共同研究を開始している。またこれまでトポロジカル絶縁体・量子磁性体を中心に行ってきた研究を、トポロジカル超伝導体へと適用する予定である。なお、我々はレーザ光との結合により、物質の非トポロジカル相を断熱的にトポロジカル相に変質させる方法を提案してきたが、この手法を重力的なトポロジカル応答へ適用する研究も進めている。
磁場印加単結晶引き上げ法における熱・物質移動現象の解明の研究

1.融液内対流に及ぼす磁場の影響:磁場印加時の融液表面の温度分布をサ-モビュア-により測定した。印加磁場強度の増大にともない、融液内の対流が抑制され、熱伝導が支配的となることが確認された。さらに磁場印加時の融液内対流現象を非接触にて観察する手法を開発した。本法を用い、磁場印加引き上げ法を模擬した実験を行った。るつぼ内でガリウムを溶融し横磁場中にて疑似結晶を融液に浸して回転させた。種々の強度の磁場を印加した際、融液中に生じる渦電流による誘起磁場を測定した。外見上常に融液流は静止しているよう見えるものの、印加磁場強度の増大に伴い、誘起磁場はいったん増加し、次に減少した。即ち、印加磁場強度の増大にともない、融液流が抑制されていることが判明した。以上のことより表面流動観察等では観察しきれないほどの微少な流れが非接触にて測定し得ることが判った。2.磁場印加による物質移動現象制御:シリコン単結晶作成における酸素移動機構について明らかにするとともに、従来とは異なる磁場印加法であるカスプ磁界による酸素移動の制御を行った。本法によりシリコン結晶中における酸素濃度及び面内方向、軸方向の酸素分布の詳細な制御を可能とした。3.強磁場印加単結晶作成装置の開発:酸化物融液に磁場を印加した。酸化物融液は半導体や金属に比べ電気伝導度が小さいため、通常の磁場印加引き上げ法における印加磁場範囲(3000ガウス程度)ではその効果は認められなかった。しかし、従来より数十倍の磁場を印加することにより、磁場印加による対流抑制効果が得られれば、成長縞等の無い良質の酸化物結晶が作成できるとの観点により、数テスラの磁場が印加できる結晶作成装置を作成した。これ以外にも、高周波誘導加熱による単結晶作成に関する、誘起磁場と炉内温度分布との関係を数値解析により明らかにした。1.目的と検討項目本研究では、各種単結晶育成における磁場印加の影響・効果を科学的・技術的に普遍化することを究極の目標とし、結晶育成中の融液内対流による、熱・物質の移動現象におよぼす磁界印加効果を解明し、結晶成長に係わる熱・物質移動の制御法に関する新しい提言を行うことを目的として研究を進めている。今年度は、融液の対流に対する磁界の効果を理論的に解明するための基礎実験と数値解析および次年度に行う磁界印加結晶育成のための実験装置の構築を行った。2.結果および成果(1)磁界効果の理論的解析の結果、自然対流の速度は印加磁界の二乗に反比例し、マランゴニ対流の速度は印加磁界の一乗に反比例することを明かにした。これにより、従来磁界の対流抑制効果を考えるうえで複雑な要因となっていた、自然対流とマランゴニ対流とを分離可能となり、今後の解析に大きな効果をもたらす。(2)磁界印加結晶育成の実験装置の構築により、約3000Oeの水平磁界印加のもとで、GaAs、GaSbなど化合物半導体結晶、InGaAs、AlGaAsなど化合物半導体混晶および還元雰囲気中での酸化物結晶育成が可能な実験装置を完成した。これは次年度の半導体結晶、酸化物結晶成長への磁界印加効果の実験的解明に活用できる。3.次年度は本年度の成果・進捗をもとに、磁界印加のもとで、各種半導体結晶および酸化物結晶育成を行い、その効果を実験的に明かにする。

次にこれらの実験デ-タをもとに、数値解析の高度化・進展を図り、磁界による熱・物質移動の効果的制御手法を提案する。1.融液内対流に及ぼす磁場の影響:磁場印加時の融液表面の温度分布をサ-モビュア-により測定した。印加磁場強度の増大にともない、融液内の対流が抑制され、熱伝導が支配的となることが確認された。さらに磁場印加時の融液内対流現象を非接触にて観察する手法を開発した。本法を用い、磁場印加引き上げ法を模擬した実験を行った。るつぼ内でガリウムを溶融し横磁場中にて疑似結晶を融液に浸して回転させた。種々の強度の磁場を印加した際、融液中に生じる渦電流による誘起磁場を測定した。外見上常に融液流は静止しているよう見えるものの、印加結磁場強度の増大に伴い、誘起磁場はいったん増加し、次に減少した。即ち、印加磁場強度の増大にともない、融液流が抑制されていることが判明した。以上のことより表面流動観察等では観察しきれないほどの微少な流れが非接触にて測定し得ることが判った。2.磁場印加による物質移動現象制御:シリコン単結晶作成における酸素移動機構について明らかにするとともに、従来とは異なる磁場印加法であるカスプ磁界による酸素移動の制御を行った。本法によりシリコン結晶中における酸素濃度及び面内方向、軸方向の酸素分布の詳細な制御を可能とした。3.強磁場印加単結晶作成装置の開発:酸化物融液に磁場に印加した。酸化物融液は半導体や金属に比べ電気伝導度が小さいため、通常の磁場印加引き上げ法における印加磁場範囲(3000ガウス程度)ではその効果は認められなかった。しかし、従来より数十倍の磁場を印加することにより、磁場印加による対流抑制効果が得られれば、成長縞等の無い良質の酸化物結晶が作成できるとの観点より、数テスラの磁場が印加できる結晶作成装置を作成した。これ以外にも、高周波誘導加熱による単結晶作成に関する、誘起磁場と炉内温度分布との関係を数値解析により明らかにした。