hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分解能心電図による超高域周波数成分に関する研究

オーバーサンプリングと周波数スペクトルの加算法を採用することにより従来法に比べて安定した広帯域での高周波心電図処理法を開発し,その臨床的意義を検討することを目的とした.X,Y,Z軸の直交双極誘導を用いて,生体から心電信号を導出し信号中に含まれる低周波成分をsubtraction filterを用いて濾波した.得られた高周波成分を10msec毎に区切り,FFTにより周波数解析を行った.分割処理して得られた周波数スペクトル値をワイヤー・フレームモデル化し,時系列上に3次元表示した.【結果】(1)周波数スペクトルアベレ-ジは、呼吸等の筋電図による非特異的な周波数の影響を減衰することができた.(2)健常人においては,VATにおいて1000Hz以上の周波数成分が検出された.(3)心筋梗塞例では,健常人にくらべて,QRS区間内の高域周波数成分の減衰を認めた.(4)心筋伝導障害を伴った症例では,1000Hz前後での周波数成分の減衰が著しく,健常者にくらべQRS区間内での周波数パワースペクトル値の変動が強かった.【総括】加算平均処理法を用いずに,周波数解析を行うことにより,500Hz以上の高周波領域における心電信号処理を行った.一方,subtraction filterは,従来法に比べて濾波時の位相変化やfilter ringingが少なく,得られた結果の時間分解能が良好であった.また,subtraction filter自体が強いwindow効果を持つため,急峻なQRS区間内においても解析区間の両端のoff set処理が必要なく,また,off set処理に起因するアーチファクトを防ぐことが可能であった.本法による解析結果は,基礎疾患により変化するため,本法を応用することにより,現在の微小高周波成分の心電図で得ることのできない心筋内伝播様式に関する情報および心筋細胞のbaiability評価が可能であると考えられた.オーバーサンプリングと周波数スペクトルの加算法を採用することにより従来法に比べて安定した広帯域での高周波心電図処理法を開発し,その臨床的意義を検討することを目的とした.X,Y,Z軸の直交双極誘導を用いて,生体から心電信号を導出し信号中に含まれる低周波成分をsubtraction filterを用いて濾波した.得られた高周波成分を10msec毎に区切り,FFTにより周波数解析を行った.分割処理して得られた周波数スペクトル値をワイヤー・フレームモデル化し,時系列上に3次元表示した.【結果】(1)周波数スペクトルアベレ-ジは、呼吸等の筋電図による非特異的な周波数の影響を減衰することができた.(2)健常人においては,VATにおいて1000Hz以上の周波数成分が検出された.(3)心筋梗塞例では,健常人にくらべて,QRS区間内の高域周波数成分の減衰を認めた.(4)心筋伝導障害を伴った症例では,1000Hz前後での周波数成分の減衰が著しく,健常者にくらべQRS区間内での周波数パワースペクトル値の変動が強かった.【総括】加算平均処理法を用いずに,周波数解析を行うことにより,500Hz以上の高周波領域における心電信号処理を行った.一方,subtraction filterは,従来法に比べて濾波時の位相変化やfilter ringingが少なく,得られた結果の時間分解能が良好であった.また,subtraction filter自体が強いwindow効果を持つため,急峻なQRS区間内においても解析区間の両端のoff set処理が必要なく,また,off set処理に起因するアーチファクトを防ぐことが可能であった.本法による解析結果は,基礎疾患により変化するため,本法を応用することにより,現在の微小高周波成分の心電図で得ることのできない心筋内伝播様式に関する情報および心筋細胞のbaiability評価が可能であると考えられた.
時計システムがいかにして脳高次機能を制御するか

交付申請書に記載の研究実施計画に沿って研究を遂行し、下記の成果を得た。1.前年までの成果より、主観的夜に長期記憶形成効率がよく、主観的昼に効率が悪くなる結果が得られていた。この長期記憶形成の時刻依存的変化におけるSCOPの機能を具体的に示すため、レンチウイルスを用いて海馬CA1領域特異的にSCOPのノックダウンをおこなった。正常マウスにおいて長期記憶効率が良い主観的暗期に、記憶効率の測定をおこなうと、SCOPノックダウンマウスの長期記憶効率は顕著に減少した。SCOPノックダウンマウスの短期記憶形成効率は時刻に関わらず正常に形成される。以上のことから、記憶を長時間保持するための固定化に関わる経路に、SCOPが時刻依存的に関与していることが考えられた。また、海馬のSCOP蛋白質量は主観的暗期に高く、K-Rasとの結合がおこなわれる膜Raftsに注目すると、SCOP量の時刻依存的な変化は非常に顕著であった。以上のことからSCOP蛋白質量の時刻依存的な変化が、K-Rasを介して長期記憶の効率を調節していると考えられる。2.概日時計からのリズムのアウトプットとSCOPとの関わりを探索するため、培養細胞内のSCOPをノックダウンし、細胞が持つリズムへの影響を、レポーター遺伝子を用いて検討した。SCOPノックダウンにより、細胞の概日リズムの振幅は小さくなり、また周期は長くなる傾向が見られた。SCOPが概日リズムのアウトプットにおいてリズムの増幅効果を持つこととリズム周期の調整に効果を持つことを見出した。3.SCOP過剰発現マウスの不安様行動を測定した。過剰発現マウスでは野生型に比べ不安様行動が大きい傾向がみられた。ただし、実験の性格上個体差が大きく、例数の追加と、ノックダウンやノックアウトマウスを用いて更なる実験検討が必要である。1.本課題の遂行にあたり大前提となる、記憶学習と概日リズムの間には相関関係があることを示唆する結果を得た。新奇物体確認テストを一日のうちの各時刻におこなうと長期記憶形成功率に時刻依存症の変化がみられた。この現象は、動物を恒暗条件下で飼育しても同様である、長期記憶形成機構は明暗周期のような外因性の周期に依存しているのではなく、内因性の概日時計によってコントロールされていると思われる。2.概日リズムを示さないCry1/Cry2ダブルノックアウトマウスを用いて記憶形成機能について解析をおこない、概日時計との関係をより詳細に解析することを試みている。ダブルノックアウトマウスの繁殖が困難なため匹数が十分に得られていないが、現在のところ時刻による変化は見られていない。今年度も引き続き解析を進める予定である。3.海馬CA1及び扁桃体特異てきにSCOPノックダウンと過剰発現をするためのレンチウイルスを作製している。計画どおり、SCOP shRNA発現ウイルスと過剰発現用ウイルスの作製に成功した。今後これらのウイルスをマウスに投与する予定である。4.タンパク質アフィニティー精製法(TAP法)によるSCOPタンパク質と相互作用するものを単離することを試みている。培養細胞に過剰発現させたSCOPタンパク質と相互作用すると思われるタンパク質を得た。今後、この相互作用の生理的意味を解析する予定である。5. SCOP過剰発現マウスの海馬時計が成城か否かを検討した。いくつかの既知の時計遺伝子を指標にしたRT-PCRでの解析条件を確立した。
公正価値会計の普及に関する批判的・社会学的研究

本研究は、制度や実践としての公正価値会計がいかに普及してきたのか、批判的かつ社会学的に考察することを目的とするものであった。まず公正価値会計に関する制度(会計基準等)に着目し、その普及・拡大が近年大きく進展してきた点を浮き彫りにした。さらに、実際に公正価値会計の現場で何が行われ、どのような問題点があるのか、特に金融危機時における状況を参考に考察を進めた。その結果、特に金融危機時に市場が普通ではない状況下における、複雑に仕組まれた金融商品の公正価値会計に関して、モデルやソフトウェアやデータベースに頼らざるを得なかった理由から、十分に必要な情報が市場で共有されていなかった問題点を指摘した。この点は制度的枠組みとして、何らかの対処が必要であると考えられる。本年度(最終年度)は特に研究成果を出すことに注力した。まず非常に大きな成果として、公正価値会計を学際的(批判的・社会学的)に捉えた研究を我が国に紹介すべく、金融社会論(Social Studies of Finance)を体系的に網羅・分析した著書『Material Markets-How Economics Agents are Constructed)』を翻訳して出版した。邦題は『金融市場の社会学』であり、特に第6章において会計上の利益の測定を扱っており、公正価値会計に対して社会学的観点から斬新な示唆を提示することができたと思われる。具体的に、公正価値会計の研究に取り組む際に、実際の評価実務を対象とした分析の必要性を指摘できたものと思われる。翻訳以外では、特に公正価値会計を分散認知の観点から考察した研究(英文)を第10回学際的会計研究学会(カージフ大学)にて、査読を経て報告することができた。本研究は、主として公正価値会計に関して、評価の複雑性に伴い評価業務が認知的に分散している点を浮き彫りにするとともに、行き過ぎた分散認知が逆に協働を欠いた評価の孤立をもたらし、その点が金融危機において問題となったことを提示したものである。さらに、金融商品会計に関する国際財務報告基準(IFRS9)の設定過程を国際政治学の観点から考察した研究を、国際会計研究学会第3回東日本部会の統一論題にて報告する機会を得た。本学会において、報告・討論(その後の懇親会も含む)を通じて活発な意見交換が得られた。以上、本研究課題に対する研究プロジェクトは、研究期間内(特に最終年度)で十分な成果をあげられたものと思われる。研究をサポートして頂いた文部科学省や所属研究機関担当者の方々に感謝するとともに、今後もこの研究を発展させ、社会に役立てていくつもりである。当該年度は研究の拠点を在外研究先であるエジンバラ大学社会学研究科に移し、金融市場や金融危機を社会学的に研究しているグループ(ドナルド・マッケンジー、イエイン・ハーディー、ジェイムス=クルニー、テイラー・スピアーズ、デビッド・ヘイザリーなど)と意見交換を行い、貴重な知見が得られた。その結果、当該年度における研究実績として以下の2点を指摘したい。第1に、公正価値会計の専門化の進展がより浮き彫りになった。現在、一部の金融商品はますます複雑化し、公正な評価額を導き出すのが困難なものが少なくない。その場合、高度なコンピューターによる計算技術や相当に専門的な知識・情報が評価に求められる。このことは、リーマンショックを中心とした金融危機の原因とも少なからず関連する。すなわち、金融危機でも一部の証券化商品の専門的情報を有していた組織などは、損失をいち早く回避できていた。なぜその知識が共有されていなかったのかは、今後の研究課題である。さらに上記の点を、Hutchinsが提唱する分散認知の観点から考察した。金融商品が複雑化することに伴い、一部の公正価値会計が分業化することは避けられず、実際に最終的な評価や数字の導出などに関して、外部専門評価機関に依拠して行われることも多い。いわゆる公正価値会計の分散化が進んでいる。その分散の仕方がどのように行われるのか、分散に伴う各利害関係者の利害調整の問題などは、今後の研究課題としたい。本研究の計画を立てた時点では、(1)公正価値会計が普及してきた制度的・政治的過程の分析、(2)批判的会計研究のレビューと本研究の分析視角の確立、(3)社会学的な視点の導入、及び(4)金融社会学の研究手法の習得と公正価値会計の適用実態に関する予備的調査を提示していた。この中でも、特に(1)、(2)及び(3)についてはおおむね達成できたと思われるが、(4)の適用実態に関する関する予備的調査については不十分であると思われる。研究を進める中でこの目的の重要性のウェイトがやや低下したこともあるが、これはある程度の範囲で次年度に行う予定をしている。平成24年度は、(1)公正価値会計の適用実態に関する調査、(2)社会学的理論による裏付け、及び(3)研究成果の取り纏めを進めていく予定である。

ただし、(1)に関しては研究受け入れ企業の可否の問題もあり、予定は流動的であり、変更する可能性もある。主として実態調査に関する諸経費、研究成果の取り纏めのための各種経費に研究費を使用する予定である。
KDEL受容体によるゴルジ体小胞体間の小胞輸送と蛋白質の成熟

分泌蛋白、膜蛋白は小胞体で成熟し細胞内に分泌輸送されて機能を発現する。虚血、低酸素、毒物や蛋白の一次構造の変異などにより異常蛋白が小胞体に集積すると小胞体ストレス反応が起こり、異常な蛋白は分解(ER associated degradation,、ERAD)処理される。近年、酵母の研究から異常蛋白のなかには一旦小胞体から分泌され、ゴルジ体から小胞体へ逆輸送されなければ分解されないものもあることが報告され、ゴルジ体から小胞体への逆輸送はquality control機構の重要な要素である事が示唆されている。我々は、KDEL受容体が、ゴルジ体から小胞体への逆輸送を担うCOPI小胞輸送の制御機構であると共に、小胞体quality control機構の重要な要素でもあることを示して来た。本研究においては(1)変異KDEL受容体を過剰発現させ、ゴルジ体小胞体間の逆行性輸送を制限した場合、あるいは野生型KDEL受容体を過剰発現させ逆行性輸送を促進した場合に、quality control機構にどのような影響が及ぶかを、それぞれの安定発現培養細胞で検討した。変異KDEL受容体発現細胞では小胞体に異常蛋白の集積が見られ、小胞体ストレスに感受性が高かった。(2)野生型あるいは変異KDEL受容体を過剰発現させたトランスジェニックマウスを解析し、個体レベルで逆行性輸送が促進あるいは制限された場合の病態を検討した。変異KDEL受容体トランスジェニックマウスでは生後10数週で死亡するものが見られた。解剖の結果心臓の拡大が見られ、心不全死による事が分かった。組織所見から心臓病変は拡張型心筋症に相当した。また、心筋細胞内には蛋白の異常な凝集、沈着が見られた。以上の結果より、KDEL受容体によるゴルジ体から小胞体への逆輸送はquality control機構の重要な要素である事が個体レベルでも示唆された。本研究においては(1>変異KDEL受容体を過剰発現させ、ゴルジ体小胞体間の逆行性輸送を制限した場合、あるいは野生型KDEL受容体を過剰発現させ逆行性輸送を促進した場合に、quality control機構にどのような影響が及ぶかを、それぞれの安定発現培養細胞で検討した。今後、その死亡原因を詳細に解析する予定である。こうした検討は蛋白の異常な凝集、沈着と神経細胞死を伴う神経変性疾患の病態の解明にもつながると同時に、quality control機構を強化することによる疾患の予防、治療へと発展すると考えている。
応答曲面法に関する統計学的研究

本年度は,応答曲面法において観測データに欠測があるときの推定問題,および統計的管理図に関する課題に取り組み,以下の成果を得た.応答曲面法において,しばしば観測データに欠測が生じる場合がある.設計因子の水準設定のバランスが取れた応答曲面計画を用いていたとしても,欠測データが存在することで,そのバランスが崩れ,応答曲面の推定精度ひいては応答の予測精度が大きく悪化する可能性がある.本研究では,応答曲面計画としてよく用いられている中心複合計画を取り上げ,データの欠測が生じたときの応答の予測精度を導出し,欠測が存在しないときの予測精度との比較を行った.得られた予測精度の悪化量の式を基に,どのような設計因子の水準に対する応答の予測精度の悪化量が大きくなるか,あるいは小さくなるかについて考察を行った.また,応答の変数が複数あり,それらが互いに相関を持つときの応答曲面法をSeemingly Unrelated Regression Model(SURモデル)として表し,ある損失関数のもと,偏回帰係数ベクトルの最適な推定量と誤差ベクトルの分散共分散行列の最適な推定量の間に生じる関係について調べた.さらに,多次元確率分布におけるprincipal points(主要点)の推定問題を取り上げ,位置母数,尺度母数,回転母数を持つ多次元確率分布のprincipal pointsの推定量を導出し,多変量管理図への適用について議論を行った.また,ある共変性のもとでのprincipal pointsの最適な推定量を導き,その性質を議論した.以上の成果について,国際会議での発表を1回,国内学会での発表を2回行った.当初の課題研究期間であった4年間を終え,査読付き論文4編が掲載済みであり,また,国際会議・国内学会での発表を計8回行った.総じて,おおむね順調に進展したと判断する.一方,研究期間の後半で取り組んでいた多応答同時解析問題,欠測データが生じた場合の応答曲面推定問題などで当初予想していた以上の発展があり,研究内容をさらに深めて成果を発表するため,研究期間を延長して取り組むこととなった.多応答同時解析問題,欠測データが生じた場合の応答曲面推定問題,および多変量管理図に関する課題に継続して取り組む.また,その成果を国内外で発表する.本年度は,過飽和応答曲面計画における実験計画の構成法とそのデータの解析法に関する研究に取り組み,以下の成果を得た.過飽和応答曲面計画は,設計因子の主効果,2因子間交互作用効果,2次効果からなる応答曲面式を数少ない実験回数で推定するための実験計画であり,一つの構成法として,設計因子数をpとおくと,(8m+4)×(8m+4)の大きさ(mは自然数)のアダマール行列からp列を選んで,それに軸上実験と中心点繰り返し実験を加えることで、過飽和応答曲面計画とすることができる.本研究では,アダマール行列からp列を選ぶ際,高精度な推定を可能にするため,過飽和応答曲面計画からk(<p)個の因子からなる応答曲面計画を取り出したときのD最適規準の幾何平均の値を最大にするように,p列を選ぶことを提案した.また,過飽和応答曲面計画のデータ解析に関して,従来,F検定増減法によって重要な効果を選択すると,重要な効果の数が大きいとき,変数選択の精度が非常に悪いという問題点があった.本研究では,リッジ回帰を基に重要な効果を選択する場合と比較を行い,中心点繰り返し実験の数が46回程度以上であれば,重要な効果の数が大きいときにリッジ回帰が有効であることを示した.以上の成果について,国際会議発表1回を行い,また,査読付き論文1編が掲載決定済みである.本研究課題の初年度である2015年度は,「高精度な応答曲面推定を可能にする過飽和応答曲面計画の構成とそのデータの解析法の開発」を取り組み課題としており,おおむねその課題は達成できたと考える.本年度は,調合誤差因子実験の統計的性質の解明に取り組み,以下の成果を得た.パラメータ設計において,制御因子(設計因子)の数をp,誤差因子の数をqとおくと,p個の制御因子を内側直交表(m×p行列,ただしm>p)に,q個の誤差因子を外側直交表(n×q行列,ただしn>q)に割り付け,直積の組み合わせ全てのm×n回の実験を行う直積実験がよく用いられるが,この方法はしばしば非常に多くの実験回数が必要となる.これに対し,調合誤差因子実験は,誤差因子の水準の設定を調合し,2通りのみの設定を用いるため,実験回数がm×2回となり,大幅に実験回数を削減することができる.調合誤差因子実験は近年幅広く普及してきているが,しばしば直積実験と調合誤差因子実験では得られる制御因子の最適水準組み合わせが大幅に異なることがある.

本研究では,その理由の解明のため,制御因子と誤差因子の主効果および交互作用効果からなる応答モデル式の仮定のもと,直積実験と調合誤差因子実験で得られる各制御因子の水準組み合わせごとの応答分散の相関係数の式表現を導き,主効果および交互作用効果との関連性を示した.得られた式表現について,その値が1になる条件や,正になる条件を与え,さらに,effect sparsityの仮定(応答に影響する因子は少数であるという仮定)のもとでの性質について考察した.以上の成果について,国内学会での発表を2回行い,また,査読付き論文1編が掲載決定済みである.2年目(2016年度)の研究課題である調合誤差因子実験の性質の解明について一定の成果が得られ,また,翌年度に向けて,多応答同時解析問題についても成果が得られつつあり,おおむね順調に進展していると判断する.本年度は,多応答曲面の同時解析問題および過飽和計画,統計的管理図に関する課題に取り組み,以下の成果を得た.応答曲面計画による実験において応答が複数ある場合,同じ実験で得られた応答間には相関が生じることが想定されることがある.そのような構造の統計モデルとしてSeemingly Unrelated Regression Model(SURモデル)が知られている.本研究では,SURモデルにおける偏回帰係数ベクトルと分散共分散行列の推定問題に対して,いくつかの損失関数下での最良共変推定量を導出し,その性質や精度について議論した.また,過飽和計画など変数の数がデータ数より大きい場合でも用いることができる変数選択法として,残差分散と多重共線性の両者に基づく変数選択規準を提案した.数値シミュレーションおよび実データへの適用を通じて従来の変数選択法との比較を行い,提案法は多重共線性を抑えつつデータへの当てはまりが良いような変数が選択されることを示した.さらに,統計的管理図など,連続的な時系列データあるいは関数データが観測される場合に,そのデータが正規分布に従っていると仮定できるかどうかが問題となることがある.本研究では,関数データ(時系列データ)の正規性に対する仮説検定の手法を提案し,検定統計量の漸近分布を導出し,理論的な観点およびシミュレーションによって検出力を調べた.以上の成果について,国内学会・研究集会での発表を3回行い,また,査読付き論文2編が掲載済み・掲載決定済みである.本年度である3年目(2017年度)に課題としていた多応答同時解析問題だけでなく,1年目(2015年度)の課題であった過飽和計画の分析に関してさらに成果が得られ,また,4年目(2018年度)の課題として予定していた多変量管理図についても基礎的研究が進んだ.一方,多応答同時解析問題については,まだ残された課題があり,2018年度に継続して取り組むため,全体として,おおむね順調に進展していると判断する.本年度は,応答曲面法において観測データに欠測があるときの推定問題,および統計的管理図に関する課題に取り組み,以下の成果を得た.応答曲面法において,しばしば観測データに欠測が生じる場合がある.設計因子の水準設定のバランスが取れた応答曲面計画を用いていたとしても,欠測データが存在することで,そのバランスが崩れ,応答曲面の推定精度ひいては応答の予測精度が大きく悪化する可能性がある.本研究では,応答曲面計画としてよく用いられている中心複合計画を取り上げ,データの欠測が生じたときの応答の予測精度を導出し,欠測が存在しないときの予測精度との比較を行った.得られた予測精度の悪化量の式を基に,どのような設計因子の水準に対する応答の予測精度の悪化量が大きくなるか,あるいは小さくなるかについて考察を行った.また,応答の変数が複数あり,それらが互いに相関を持つときの応答曲面法をSeemingly Unrelated Regression Model(SURモデル)として表し,ある損失関数のもと,偏回帰係数ベクトルの最適な推定量と誤差ベクトルの分散共分散行列の最適な推定量の間に生じる関係について調べた.さらに,多次元確率分布におけるprincipal points(主要点)の推定問題を取り上げ,位置母数,尺度母数,回転母数を持つ多次元確率分布のprincipal pointsの推定量を導出し,多変量管理図への適用について議論を行った.また,ある共
固体表面にできた二次元ウイグナー結晶の非線形伝導現象

固体ネオン,液体ヘリウムの表面に束縛された二次元電子系は,高密度,低温の条件下で結晶化することが知られている.本研究では,固体表面上の二次元電子系について,電子結晶が形成される前後での電気伝導特性を詳しく調べた.特に,固体ネオン上の電子系では,電子が結晶化した場合に,電子結晶のピン止めがおこることがわかっており,この時電気伝導に非線形性があらわれる.この特性を調べた.まず,電子相関の効果が,電子結晶化の前後の電気伝導特性にどう影響するかを明らかにした.電子相関は,表面欠陥による電子の散乱を強める効果をもっている.その強さは,電子が結晶化する前は,古典電子系の電子相関の強さを示すパラメーターアミ/rT(eは電荷, nは電子密度, Tは温度)のほぼ一乗に比例していることが判明した.一方電子が結晶化した場合には,電子相関の効果は更に強い形であらわれる.この領域では,電気伝導度は温度に対して活性化型の依存性を示す.この時活性化エネルギーは電子密度が高いほど大きい.電子結晶の電気伝導には強い非線形性があらわれる.温度を一定にして,電子密度の関数としてこの非線形伝導をみると,まず,非線形伝導は電子結晶ができた場合にみられること,次に,非線形伝導があらわれる臨界電場は電子密度が高いほど高いことがわかった.臨界電場は電子密度のほぼ一乗に比例している.さらに,非線形伝導領域では電流電圧特性に特徴的な構造や履歴現象がみられ,非線形伝導が電子結晶のピン止めのはずれと関係があることを示している.なお,非線形伝導現象は,固体ネオンの表面上に吸着された液体ヘリウムの膜があると様子が変ることが判明した.ヘリウムの膜がない場合に比較してヘリウム膜上の電子系では非線形性のあらわれる臨界電場が高くなり,変化が急激になる.固体ネオン,液体ヘリウムの表面に束縛された二次元電子系は,高密度,低温の条件下で結晶化することが知られている.本研究では,固体表面上の二次元電子系について,電子結晶が形成される前後での電気伝導特性を詳しく調べた.特に,固体ネオン上の電子系では,電子が結晶化した場合に,電子結晶のピン止めがおこることがわかっており,この時電気伝導に非線形性があらわれる.この特性を調べた.まず,電子相関の効果が,電子結晶化の前後の電気伝導特性にどう影響するかを明らかにした.電子相関は,表面欠陥による電子の散乱を強める効果をもっている.その強さは,電子が結晶化する前は,古典電子系の電子相関の強さを示すパラメーターアミ/rT(eは電荷, nは電子密度, Tは温度)のほぼ一乗に比例していることが判明した.一方電子が結晶化した場合には,電子相関の効果は更に強い形であらわれる.この領域では,電気伝導度は温度に対して活性化型の依存性を示す.この時活性化エネルギーは電子密度が高いほど大きい.電子結晶の電気伝導には強い非線形性があらわれる.温度を一定にして,電子密度の関数としてこの非線形伝導をみると,まず,非線形伝導は電子結晶ができた場合にみられること,次に,非線形伝導があらわれる臨界電場は電子密度が高いほど高いことがわかった.臨界電場は電子密度のほぼ一乗に比例している.さらに,非線形伝導領域では電流電圧特性に特徴的な構造や履歴現象がみられ,非線形伝導が電子結晶のピン止めのはずれと関係があることを示している.なお,非線形伝導現象は,固体ネオンの表面上に吸着された液体ヘリウムの膜があると様子が変ることが判明した.ヘリウムの膜がない場合に比較してヘリウム膜上の電子系では非線形性のあらわれる臨界電場が高くなり,変化が急激になる.
変動環境に適応する大腸菌の一細胞レベルの解析

本研究は、顕微鏡下でリアルタイムに観測可能で、培地交換が速い微細培養装置を開発することを目的としている。この装置は、細胞の流出を防ぐ小部屋と、培地成分濃度を様々な周波数で供給する発振流路から構成される。培地中の蛍光色素を指標に、小部屋の培地交換速度を計測した。その結果、当初目標の半分以下の10秒程度で培地交換が可能な微細培養装置を完成させた。蛍光タンパク質を合成する大腸菌をこの装置で培養・観察した結果、蛍光タンパク質の濃度が増殖と連動しつつも確率的に変化するが分かった。培地交換速度が速い微細培養装置を開発し、蛍光タンパク質の細胞内合成量が時々刻々と変化し、細胞ごとに多様性が現れることを示した。遺伝子の転写や翻訳などの生化学反応は、熱ゆらぎによって確率的に進行することが知られている。その結果、全く同じ遺伝情報を持つ姉妹細胞間でも転写量・翻訳量が異なり、多様な性質や機能が生じている。近年の研究から、生物はこの分散する性質を巧みに調節し、様々な周期で変動する環境へも迅速に適応していると考えられており、その検証実験が求められている。しかしながら、従来の細胞培養技術では、環境となる培地の交換速度に制限があるとともに、一細胞の時系列観測が困難であった。そこで本研究では、顕微鏡下でリアルタイムに観測可能で、交換速度が早い微細な培養装置を開発し、この問題点の克服を目的とした。H24年度は、微細な集積回路の開発・製造に用いられるフォトリソグラフィ技術を用いて、高速な培地交換が可能なpL(ピコリットル)スケールの培養装置を開発した。この培養装置は、細胞をトラップするための小部屋と、培地成分濃度を様々な周波数で供給する発振流路から構成される。培地中に混ぜた蛍光色素や蛍光ビーズを用いて、小部屋へ供給・排出される蛍光強度から交換速度を計測した。その結果、当初目標とした交換時間の半分以下である十秒程度で培地交換が可能な微細な培養装置を完成させた。H25年度は、微細な培養装置を用いて大腸菌を培養・観察した。大腸菌の染色体上に緑色蛍光タンパク質と赤色蛍光タンパク質をコードする遺伝子をそれぞれ組み込み、微細培養装置で培養した。その結果、細胞ごとに蛍光色・蛍光強度が異なり、個々の蛍光タンパク質の合成量に大きな確率性があることが分かった。本研究の結果、高速な培地交換可能な微小培養装置を作成することによって、常に新鮮な培地に置換され、定常環境実現することができた。さらに、環境で蛍光タンパク質の合成量を調べた結果、時々刻々と変化し、細胞ごとに多様性が現れることが確認できた。これらの問題点から、目的とする変動環境下で細胞個体間のばらつきが変化し、適応が生じるメカニズムは明らかとなっていない。微細な集積回路の開発・製造に用いられるフォトリソグラフィ技術を用いて、高速な培地交換が可能なpLスケールの培養装置を開発した。この培養装置は、細胞をトラップするための小部屋(pLスケール)と、培地成分濃度を様々な周波数で供給する発振流路(幅100 μm程度)から構成され、全体が生物顕微鏡のステージに収まる程度の大きさである。培地はマイクロシリンジポンプをPC制御によって駆動させ、一定時間ごとに異なる培地を小部屋へ供給させた。小部屋の形状や流路の幅・長さなどを様々な条件で検証し、培地交換速度が高速でかつ制御可能な培養装置へと最適化を行った。具体的には、培地中に混ぜた蛍光色素や蛍光ビーズを用いて、小部屋へ供給・排出される蛍光強度から交換速度を計測した。その結果、申請書で当初目標とした交換時間の半分以下である十秒程度で培地交換が可能な微細な培養装置を完成させた。当初計画のスペックを満足する微細な培養装置を、当初計画通りの期間内に完成させた。μmスケールの幅をもつ微細な流路では、非常に小さな気泡(マイクロバブル)の混入が致命的な欠陥になる。

気泡は主に、流路の送液口とチューブの接続時に混入し、例え小さな気泡であっても、それらが集まることで流路を塞いだり、脈流の原因となってしまう。様々な回避方法を紹介している(エアートラップ構造等)が、いずれも流路のデザイン全体を大きく変える上、局所的な予防にしか使えないため、培養装置の設計や最適化に非常に時間がかかる。流路内の局所的な変更が培養装置全体の性質を大きく変え、それまで最適化した全てを無効にするのでは、効率的に開発することができない。そこで、培養装置自体を使用前に脱気する工夫を行った。これにより、接続時に混入した気泡が流路の壁面(つまり培養装置自体)に吸収されることが分かった。この方法は流路の何処に気泡が混入しても吸収できるうえ、流路のデザインに全く依存しない。この小さな技術的工夫によって、培養装置の開発を一年以内に可能にできた。周期変動する環境下で、細胞の個体間のばらつきの時間変化や応答性を調べる。完成させた培養装置を用いて、実際に培地中の誘導剤や栄養、抗生物質を様々な周期、振幅で振動させ、細胞培養を行う。本研究では、広く用いられているモデル生物である大腸菌を用いる。大腸菌のゲノム上にGFP遺伝子を導入し、発現産物である緑色蛍光タンパク質(GFP)の蛍光強度から、遺伝子の発現量を計測する。細胞の状態は、培養装置から物理的にサンプリングすることなく、リアルタイムに顕微鏡観察する。これにより、培地中の栄養や毒素に依存して一細胞レベルの遺伝子発現量と細胞の体積および細胞周期の時間変化を捉える。このように、個々の細胞毎にどのような応答を示すか、環境変化の周波数に応じてどのような特性をもつかを明らかとすることで、集団レベルで現れる環境応答が、個々の細胞のどのような変化に基づいて成り立っているかを明らかとする。個々の細胞のばらつきが揃うような周波数があるのか、一部の適応細胞の選択的な応答が生じるのか等、これまでの培養装置では観察できなかった細胞の応答特性を見分けるとともに、培養工学として制御可能かどうかを検証する。顕微鏡下において、様々な周期で培養液を交換する微細な培養装置を開発するためにフォトリソグラフィ設備(現有)を引き続き用いる。よって、設備費は計上しないが、消耗品が高価である。μmからnm幅の流路を持つ培養装置の製造には、半導体素子の開発・製造に用いられるフォトレジスト(一瓶当たり1020万円)、シリコンウェハ(一枚当たり2000円、一実験で10枚使用する)、ガラス製フォトマスク、現像液、熱硬化樹脂等の多岐にわたる高価で高品質な試薬・材料が必須であり、これらを引き続き使用する。また、培養装置自体も消耗する材質(PDMS)で作製し、実験ごとに細胞で汚染され廃棄するため、多数作製し、使用していく。また、大腸菌の培養に用いる培地試薬は安価であるが、変動環境を扱う特殊性から少量多種であるため大量のプラスチック製のプレート、チューブ(50本/一実験)を使用し、フィルター滅菌のコストがかかる。研究費は、当初計画通りこれらの培養装置の製造・生物実験に必要な消耗品費に用いる。また、当初計画通り一部は成果発表のための旅費として使用する。
石器石材からみた西日本における旧石器時代集団関係の研究

本研究では石器石材の分析を通じて旧石器時代の集団関係を探ることを目的とした。これまで,西南日本においては石器石材の基礎的研究がほとんどなされておらず,本研究では石材環境の調査や石材産地推定など基礎的研究を中心に行った。石材環境の研究では西条盆地の流紋岩および冠山周辺の安山岩の河川流域における石材分布調査を行った。西条盆地では流紋岩を主体とする石器群が後期旧石器時代前半期を主体に発見されているが,石材供給地についてはまったく知られていない。今回の調査で西条盆地における流紋岩の分布状況の一端を把握することができた。冠山地域についても石材の広がりの一端を確認することができ,従来考えられている以上に多様な形で原石が採取されている可能性が想定された。石材の原産地推定では,中国地方西部の遺跡出土黒曜石製石器の理化学分析を実施した。分析の結果,広島県出土の資料は島根県隠岐産,山口県西部の資料は腰岳を中心とする西北九州産であることが判明した。分析結果は石器の考古学的型式とほぼ一致しており,石材原産地との地理的な位置関係とも対応している。しかし,黒曜石石材は他の石材に比べて格段に遠隔地まで運ばれており,特別な石材であることが窺われた。石材の入手法に関しては直接採取のみならず,交換・贈与などいくつかの形態が想定された。また,具体的な石材の搬入状況を明らかにするために島根県横道遺跡の発掘調査を実施し,遺跡近在で採集できる流紋岩に混じって黒曜石が搬入されていることが確認できた。西日本における旧石器時代遺跡のうち中国地方についても石器石材をデータ・ベース化した。さらに、広島県冠山安山岩および広島県西条盆地の流紋岩の石材分布調査を実施した。冠山安山岩は広島県佐伯郡吉和村の冠高原や佐伯郡佐伯町鬼ヶ城山周辺を原産地とし、冠高原では冠遺跡群が形成されている。冠高原における原石の産状は広島県教育委員会の継続調査によってかなり明らかになってきたが、冠高原内の河川でも安山岩原石を確認することができることから、高原を中心にさらに広い分布が予想された。そこで、石材分布調査は冠高原周辺から流出する河川を中心に実施した。その結果、冠高原から流れ出す河川には各種石質の安山岩が転石状態でかなり分布しており、広範な石材利用環境が存在することを確認することができた。また、石質を肉眼観察によって類型化し、河川ごとの石質の種類や量比、石材の大きさ、石材分布密度について1kmごとにデータ化した。(冠高原隣接部のみ)。一方、西条盆地周辺の流紋岩は高田流紋岩と総称されるもので、広島県の広い地域に分布するとされており、後期旧石器時代前半期を中心に使用される石材である。西条盆地周辺では段丘礫層など河川堆積物を主として利用しているものと推定されるが、これまで流紋岩原産地についての調査例がなく、調査地を特定できないことから、地質図を参考にすべての河川を対象に網羅的に調査を行った。本年度は西条盆地東部の三永川上・中流域のみの調査にとどまったが、石器に利用される流紋岩を西条盆地南側の多くの三永川支流において確認した。このことから西条盆地南縁の山塊から流出する河川には広範に流紋岩が分布することが予想され、石材環境の一端が明らかとなった。また、冠山安山岩と同様、1kmごとに流紋岩の石質の種類や量比、石材の大きさ、石材分布密度についてデータ化した。

これまで,西南日本においては石器石材の基礎的研究がほとんどなされておらず,本研究では石材環境の調査や石材産地推定など基礎的研究を中心に行った。石材環境の研究では西条盆地の流紋岩および冠山周辺の安山岩の河川流域における石材分布調査を行った。西条盆地では流紋岩を主体とする石器群が後期旧石器時代前半期を主体に発見されているが,石材供給地についてはまったく知られていない。今回の調査で西条盆地における流紋岩の分布状況の一端を把握することができた。冠山地域についても石材の広がりの一端を確認することができ,従来考えている以上に多様な形で原石が採取されている可能性が想定された。石材の原産地推定では,中国地方西部の遺跡出土黒曜石製石器の理化学分析を実施した。分析の結果,広島県出土の資料は島根県隠岐産,山口県西部の資料は腰岳を中心とする西北九州産であることが判明した。分析結果は石器の考古学的型式とほぼ一致しており,石材原産地との地理的な位置関係とも対応している。しかし,黒曜石石材は他の石材に比べて格段に遠隔地まで運ばれており,特別な石材であることが窺われた。石材の入手法に関しては直接採取のみならず,交換・贈与などいくつかの形態が想定された。また,検出され石材の搬入状況を具体的に探るために島根県横道遺跡の発掘調査を実施したが,調査面積がわずかであったこともあり,出土資料は多くはなかったが,遺跡近在で採集できる流紋岩に混じって黒曜石が搬入されていることが確認できた。
ハーディー空間の実解析学的研究

この研究において、n次元ユークリッド空間でのハーディー空間の構造とn次元トーラス上で考えられるハーディー空間の構造が、移転問題を通して酷似していることが明らかになった。n次元ユークリッド空間で定義されている有界な関数が与えられると、n次元ユークリッド空間上のある関数、または、超関数に対して、そのフーリエ変換にこの有界関数を乗じたものをフーリエ変換に持つものを対応させるというフーリエ乗積作用素が生まれる。同じ有界関数を用いて、それを格子点に制限したものを考え、周期的、あるいは、n次元トーラス上の関数、または、超関数に対して、そのフーリエ係数が与えられている有界関数を乗じたものとなるものを対応させるフーリエ乗積作用素が定義される。可算無限個の有界関数が与えられたとき、それらが作るフーリエ乗積作用素列が現れる。この作用素列が作る最大作用素のハーディー空間から弱ルベーグ空間への連続性を考察の対象とした。ハーディー空間や弱ルベーグ空間は、パラメーターpをもっており、このpが1以下の場合を研究した。フーリエ変換の方で考える最大作用素のn次元ユークリッド空間上のハーディー空間から弱ルベーグ空間への連続性が、フーリエ級数を介して考える最大作用素に移転されることがわかった。与えられた有界関数列に対して、各々のある可積分関数による畳み込みを要素とする関数列から作られるフーリエ乗積作用素列の最大作用素の可積分関数の空間から弱可積分関数の空間への連続性が、もとの関数列から作られるものの連続性より導き出せることの見通しのよい証明を与えることにも成功した。ハ-ディー空間の構造を実解析学の立場から研究する一つの方法としてのフーリエ乗積作用素からの接近において良い成果をあげることができた.n次元ユウクリッド空間で定義されている有界な関数φ_1,φ_2...が与えられると,その像のフーリエ変換がφ_1,φ_2...倍されるというフーリエ乗積作用素の列T_1,T_2...が得られる.n次元ユークリッド空間上の関数fに対して,|(T_1f)(x)|,|(T_2f)(x)|,...の上限を対応させる最大関数Mfが興味ある研究対象であり,fが属する関数の空間がいかなるとき,結果としてのMfがどのような空間に属するのかを決定することが重要である.各φ_Vは,n次元ユウクリッド空間の格子点で定義されており,従って,周期関数に対して,そのフーリエ係数がφ_V倍されるフーリエ級数となる周期関数を対応させるフーリエ級数におけるフーリエ乗積作用素T_Vが自然に導入される.Mfと対置される形で,n変数周期関数Fに対する最大関数MFが得られる.Mがある関数空間F_1をF_2に写像するとき,この性質がMに転移するか否か,つまり,MがF_1に対応する周期関数の族F_1をF_2に対応するF_2に写像することが必然的に出てくるのか否かが多くの研究者を引き付けてきた.我々は,Mが可積分関数を弱可積分関数の空間に写すならば,その性質がMに引き継がれることの新しい証明を得た.また,Mが2乗可積分関数を2乗可積分関数にするとの仮定のもとでは,Mのn次元ユウクリッド空間でのハ-ディ空間を同じハ-ディ空間に写すという性質がMに遺伝することを明確に示すことができた.ハーディー空間の構造を実解析学の立場から研究する一つの方法としてのフーリエ集積作用素からの接近と、確率論からの接近において、良い成果を得ることができた。n次元ユークリッド空間上の有界な関数φ_1,φ_2,...が与えられると、フーリエ変換をφ_1,φ_2,...倍するというフーリエ集積作用素T_1,T_2,...が考えられる。φ_1,φ_2,...は格子点でも定義されており、フーリエ係数がφ_1,φ_2,...

倍されるという、周期関数に対するフーリエ集積作用素、T_1,T_2,...が同時に考えられる。作用素列{Tν},{Tν}のそれぞれが作る最大作用素をM,Mとする。n次元ユークリッド空間上の関数から作られる2つの空間、F_1,F_2があり、最大作用素、MがF_1からF_2への連続な作用素となるとき、この連続性がMに伝播するだろうかというのが我々の興味の対象である。F_1,F_2がL^P-空間や弱L^P空間の場合、この伝播性があることを昨年報告したが、これらを含む形で、F_1,F_2がローレンツ空間の場合の定理を得、見通しのよい証明を与えることができた。確率からの接近の過程において、ループ空間の解析で、スペクトルギャップ、ソボレフ型の不等式、等周不等式に関する研究が行われた。そして、オルンスタイン・ウーレンベック作用素の自己共役性、ループ空間上での対数型ソボレフ不等式、リー群のループ空間での微分の性質、ディリクレ形式の既約性等についてよい結果を得ることができた。この研究において、n次元ユークリッド空間でのハーディー空間の構造とn次元トーラス上で考えられるハーディー空間の構造が、移転問題を通して酷似していることが明らかになった。n次元ユークリッド空間で定義されている有界な関数が与えられると、n次元ユークリッド空間上のある関数、または、超関数に対して、そのフーリエ変換にこの有界関数を乗じたものをフーリエ変換に持つものを対応させるというフーリエ乗積作用素が生まれる。同じ有界関数を用いて、それを格子点に制限したものを考え、周期的、あるいは、n次元トーラス上の関数、または、超関数に対して、そのフーリエ係数が与えられている有界関数を乗じたものとなるものを対応させるフーリエ乗積作用素が定義される。可算無限個の有界関数が与えられたとき、それらが作るフーリエ乗積作用素列が現れる。この作用素列が作る最大作用素のハーディー空間から弱ルベーグ空間への連続性を考察の対象とした。ハーディー空間や弱ルベーグ空間は、パラメーターpをもっており、このpが1以下の場合を研究した。フーリエ変換の方で考える最大作用素のn次元ユークリッド空間上のハーディー空間から弱ルベーグ空間への連続性が、フrリエ級数を介して考える最大作用素に移転されることがわかった。与えられた有界関数列に対して、各々のある可積分関数による畳み込みを要素どする関数列から作られるフーリエ乗積作用素列の最大作用素の可積分関数の空間から弱可積分関数の空間への連続性が、もとの関数列から作られるものの連続性より導き出せることの見通しのよい証明を与えることにも成功した。
ブラズマ溶射による溶融炭酸塩燃料電池用耐食セラミック傾斜材料の開発

溶融アルカリ炭酸塩燃料電池のウエットシール部材用耐食・耐熱セラミック金属複合材としてプラズマ溶射法による鉄基材上へのアルミナコーティングを行った。鉄基材上にダクタイルクロムをメタライジングすると、耐食・耐熱性とも優れていることがわかったが、クロム層とアルミナ層の二重層構造ではとりわけ熱歪特性に弱点が見られた。そこでクロムとアルミナの傾斜膜の作製を行った。熱歪特性については向上するものの、腐食電流値は返って増加した。これは表面近傍に分布するCrが溶解するためであった。このことから、最表面はAl_2O_3層とし、下層にCrメタライジング層、そして中間層にCr-Al_2O_3混合層の三層構造とし、中間層の混合組成を変えて、最適条件を求めると、8vol%付近に最適値を見出した。この組成はアルミナ層の多孔率とほゞ一致し、丁度細孔を埋め合わせる濃度であることがわかった。本最適値で腐食電流密度は約2A・m^<-2>で寿命は5か月程度と推定した。さらに腐食電流密度を下げるためには、最外アルミナ層の多孔率を低下させる必要があった。本実験では、その一つの方法として、低融点粉体の混合溶射を取り上げたが、その中でも、異物質を混合しない方法としてアルミニウム粉末との混合溶射し、酸化処理して最終的にアルミナに変化させる方法を試みた。Al/Al_2O_3混合比を変化させ、最適値を求めたところ、やはり、Al原子比5%程度に最適値が現れた。これはAlが全てAl_2O_3に変化したと仮定して計算すると、体積比8%に当り、これもほゞアルミナ層の多孔率に一致し、細孔がAl_2O_3によって埋め合わされたものと考えられた。この時の腐食電流密度は約1A・m^<-2>で、Al_2O_3/Cr・Al_2O_3/Crの傾斜膜の約半分に低下した。この場合の寿命は約1年と推算される。本研究で使用している傾斜材料の溶射装置は、段階的に濃度を変えるタイプであるので、その特徴を活用し、また、積層膜の機能を明確化するために、基礎研究として3段傾斜(クロム層-アルミナ・クロム混合層-アルミナ層)のみを取り上げて、鉄基材上に1段毎に各層の厚さをコントロールして溶射した。その際、本研究では中間混合層のアルミナ/クロム混合比を種々変えてコーティング膜の溶融炭酸塩に対する耐食・耐熱性への影響を調べた。また、使用する金属クロムの材質についても、市販の電解クロムとダクタイルクロム(高純度クロム)の2種類を用いた時の傾斜材料の溶融炭酸塩に対する耐食・耐熱性への影響についても同時に調べた。3段傾斜コーティング膜の中間混合層のクロム/アルミナ粉体混合比の影響については、電解クロムを用いて行った。溶射時の粉体混合比はクロムとアルミナをモル比、重量比、体積比で混合し、溶射した。電気化学分極実験の結果、上記順序で腐食電流は低下した。

また、実験後、急冷すると、モル比、重量比で溶射した試料は多くの場合、クラックを生じており、熱歪に弱いことがわかった。一方、体積比で混合した試料は、クラックを生ずることがなかった。実験後の試料の断面についてSEM観察、EPMA分析を行うと、混合層のクロム濃度が著しく上昇していることがわかった。モル比、重量比で溶射した試料は90%以上となっていたが、体積比の場合は6070%程度であり、このことが最良の結果を与えたものと思われる。電解クロムの代りにダクタイルクロムを用いると、腐食電流は1/2以上に低下した。また、急冷による割れは何れの場合も観測されなかった。EPMA分析からは中間混合層のクロムの濃縮は同等であったが、クロム自身のダクティリティーの相違によるものと考えられた。本研究は平成4年度から3年間の研究計画に従って実施しているが、平成4年度のアルミナ-クロム3段傾斜膜の結果に従って、平成5年度には5段傾斜を実施する計画であった。これまではアルミナ-クロム傾斜皮膜は下地鉄にアルミナ粉末とメタライジング用金属として電解クロム粉末を用いてプラズマ溶射により作製して来た。しかし、平成4年度の研究において、金属クロムとして電解クロムの代りにダクタイルクロムを用いると、アルミナとの熱膨張係数に大きな差がないことや、電解クロムに比べ耐食性に優れていることから、3段傾斜膜の耐食・耐熱特性が飛躍的に向上し、むしろ多段の傾斜膜は、使用している溶射装置では濃度傾斜分布の詳細なコントロールが難しいことから、ダクタイルクロムを用いた3段傾斜膜(下地鉄-クロム-(クロム+アルミナ混合)-アルミナ)の溶射を行ない、設計通りの組成の傾斜膜を得るための各粉末の供給速度および溶射条件の設定を行なった。また、二つの粉体を溶射時に混合するよりも予め混合した粉体を溶射した方が、機械的、熱的特性が優れていた。研究は中間層を溶射する際のアルミナ-ダクタイルクロム混合比を種々変えて、それらの試料の電気化学分極特性と熱歪特性を調べた。いずれも分極実験後、炉外に出して急冷しても熱歪による割れは観測されなかった。腐食電流値は中間混合層の粉末重量混合比Al_2O_3:Cr=19:1に最低値が現れ、最適濃度が存在することが分った。しかし、溶射効率は粉体により相違するので、溶射膜の組成は粉体混合比と一致しない。そこで、中間混合層内のクロム濃度をEPMAにより調べると、クロム含有量が40atm%の時、最も低い腐食電流密度を示し、年間0.2mmの減肉速度のものが得られた。また、腐食電流密度は最外アルミナ層の厚さが厚いほどほゞ比例して腐食電流密度は低下した。これは溶射膜の欠点である細孔を通じて腐食反応物質の拡散が律速するためであり、交流インピーダンス測定結果と一致した。前年度までのCr-Al_2O_3による傾斜材料の作製では、最表面がアルミナ層で下層にダクタイルクロム層、中間層としてクロム・アルミナ混合層の3層構造が最も秀れた耐食・耐熱特性を持つことがわかった。しかし、最適条件でも腐食電流密度は2A・m^<-2>であって必ずしも満足されない。このれは最外アルミナ層の多孔性に原因があり、これ以上の耐食性を得るためには封孔処理を行う必要があつた。しかし、アルミナ、クロム以外の第3物質が入ると、溶融アルカリ炭酸塩に対する耐食性やコーティング層間の熱歪特性に変化を生じ、またそれらを新たに吟味する必要が生ずるので、本研究ではクロムを予めメタライジングした上に、低融点金属として金属アルミニウム粉末をアルミナ粉末と混合して溶射し、封孔効果を調べた。
高温衝撃風洞及び飛行試験によるスクラムジェットエンジンに関する研究

スクラムジェットエンジンが作動する高速な飛行範囲ではエンジン内部の摩擦抗力が大きくなり、それが主たる原因となって未だ十分な正味推力が得られていない。この摩擦抗力を減らすため、エンジン内の壁面から燃料を気流に対して平行にスロット噴射する方法が最も効果的だと言われている。しかし、平行スロット噴射法を使うとエンジン内における燃料と気流の混合が悪くなり、摩擦抗力を低減させても全体的なエンジン性能は低下した。そこで本研究では、十分な混合や燃焼を確保しながら、スクラムジェットエンジン内の摩擦抗力を低減してエンジン性能の向上を図った。実験で、摩擦抗力を減少する平行スロット噴射と混合を促進するハイパー・ミキサー噴射を使用してスクラムジェットエンジンの性能を調べた。スクラムジェットエンジンの飛行範囲内であるマッハ数7の気流条件で、エンジン内部の圧力とエンジンにかかる力を計測した。平行噴射をしなかった場合、着火が遅れた。ハイパー・ミキサーとスロット噴射を同時に使った場合、すべての噴射条件で燃焼機内の圧力がほぼ一致した。この結果から、ハイパーミキサから噴射した燃料も平行スロットから噴射した燃料も燃焼したことが分かった。スロットの噴射量を全体の6割まで増加させたところ、結果的に抗力低減の傾向が確認されたが、得られた摩擦抗力の低減は約5%であった。そのため、エンジンの正味推力は前に行われたハイパーミキサー噴射の実験結果とほとんど変わらなかった。
温度成層流の乱流構造と熱移動機構の解明

大気中に形成される成層気流や高熱負荷を受ける熱機関において、温度の異なる流体が流入した場合に生じる温度成層化現象に関しては、浮力の影響を大局的に見積もる研究が従来から多く、その乱流構造および熱移動現象、特に、成層界面における急な温度勾配に逆らって熱が輸送される逆勾配拡散現象については、詳細な実験データが求められている。本研究では、上層に高温流体、下層に低温流体が流れる安定した成層乱流を対象に、乱流熱伝達を扱う上で最も重要な成層界面近傍における乱流混合問題をとりあげた。流れの系としては水平な管内流および静水中に噴出される高温の噴流を対象とした。速度場の計測にはディジタル画像処理により高速化した相関法を用い、レーザ誘起蛍光法により温度場の計測を行なった。界面の速度・温度変化を二次元的に、かつ時系列測定をすることにより、浮力が乱流の組織的構造に及ぼす影響を明らかにした。作動流体が水の水平管内の温度成層流では、成層の度合いが大きくなるにつれて浮力の影響により運動量輸送が抑制され、温度の混合層厚さは薄くなる。成層度が強い場合には、乱流熱流束が温度の低い方から高い方へ移動する逆勾配拡散現象の存在が確認された。画像処理法によりこれらの現象を解析した結果、剪断流中での渦の運動が浮力により抑制され、高温の流体塊が下方から上方へ運ばれている事がわかった。静止した水の中に噴出された温水噴流に関しては、温度差が大きくなると浮力の影響は著しく、噴流の広がり角は減少する。蛍光発光法による可視化によって、噴流と静止流体間での大規模な渦運動が抑制され、乱流混合の低下により拡散が抑制されている事が明らかになった。以上の結果より、成層流中での乱流混合は組織的な運動を行う渦のスケールでの流体の慣性力とその中での温度差による浮力との相互作用により決定づけられている事が実験的に明らかにされた。