hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
再すべり型地すべり斜面のせん断強度特性と地すべり破壊機構に関する実験的研究

再すべり型地すべりの破壊機構については,(1)何故長期間にわたって緩速破壊を起こすのか(2)地すべりの繰り返しによって斜面のせん断強度はどのように変化するのか,について未解明であり,研究代表者はこの課題について継続して研究している。本研究ではこれらの問題に対して地すべりと同様の破壊メカニズムを室内試験にて再現する間隙水圧載荷試験を用いて調査研究を実施した。本研究の従来にない視点は地すべり挙動を材料のクリープ挙動から理解する地質学的なアプローチに対して,土水連成挙動の視点から地盤工学的な視点に基づいて地すべり挙動を明らかにする点にある。本研究で得られた成果を以下に箇条書きにする。(1)間隙水圧載荷試験より粘性土の水圧載荷に対する抵抗力を調べ,変形の発生状況から降伏応力および破壊応力を明らかにした。これらのしきい値に関して弾塑性構成式を用いたシミュレーションを実施して適用性を照査した後に,実験することの難しい地すべりの繰り返しによる地盤強度の変化過程を数値シミュレーションにより明らかにした。(2)地すべりの繰り返しによる地盤の状態変化を土の間隙変化から整理すると破壊包絡線が得られた。この破壊包絡線の存在を実験により検証を試みた。その結果,巨視的な視点では包絡線の存在を確かめることができたが,進行性破壊が生じるために理想的な破壊包絡線に対してやや小さい包絡線が得られた。(3)地すべりの繰り返し滑動における斜面の崩壊機構を破壊包絡線を用いたすべり面の強度特性より明らかにした。地すべりの滑動によるせん断強度の低下と間隙水圧の低下による圧密作用の2つの異なる作用が繰り返し滑動において生じて,両者の兼ね合いによってせん断強度特性が変化することを明らかにした。(4)地すべりのように斜面内にすべり線が成長している斜面に対してすべり線に沿う地盤のせん断強度の低下を考慮した斜面安定解析手法を開発した。剛塑性有限要素法を用いた斜面の解析はすべり面を事前に仮定する従来の解析手法に対して高い精度の解を与える。再すべり型地すべりの破壊機構については,(1)何故長期間にわたって緩速破壊を起こすのか,(2)地すべりの繰り返しによって斜面のせん断強度はどのように変化するのか,明らかにされていない.本研究ではこれらの問題に対して地すべりと同様のメカニズムを室内試験に再現する間隙水圧載荷試験によって調査研究を実施している.本研究の従来にない視点は地すべり挙動を材料のクリープ挙動から理解する地質的なアプローチに対して,土水連成挙動の視点から地盤工学的な視点に基づいて地すべり挙動を考察する点にある.今年度に得られた成果を以下に箇条書きにする.(1)間隙水圧載荷試験より粘性土の水圧載荷に対する抵抗力を調べ,変形の発生状況から降伏点および破壊点を明らかにした.これらの閾値に関しては別途,橋口による弾塑性構成式を用いて表現できることを明らかにして,地すべりの繰り返しによる粘性土のせん断強度の変化過程を弾塑性構成式による数値シミュレーションにより明らかにした.(2)数値シミュレーションでは繰り返しせん断による粘性土の状態変化過程を破壊線と名づけたが,この破壊線に対して実験による検証を試みた.その過程にて,粘性土は降伏点を越えると進行性破壊を起こすことを示して,緩速破壊のメカニズムを明らかにした.繰り返しせん断による破壊線の存在は巨視的には確認できたが,進行性破壊が生じるために実験より示すことは難しいことが分った.

(3)地すべり斜面の安定解析法として剛塑性有限要素法を用いた手法の開発を実施した.斜面問題への適用性を確認するとともに,斜面内にすべり線が発達した再すべり型地すべり斜面の安定解析への適用について拡張した.再すべり型地すべりの破壊機構については,(1)何故長期間にわたって緩速破壊を起こすのか,(2)地すべりの繰り返しによって斜面のせん断強度はどのように変化するのか,について未解明であり,研究代表者はこの課題について継続して研究している。本研究ではこれらの問題に対して地すべりと同様の破壊メカニズムを室内試験にて再現する間隙水圧載荷試験を用いて調査研究を実施した。本研究の従来にない視点は地すベリ挙動を材料のクリープ挙動から理解する地質学的なアプローチに対して,土水連成挙動の視点から地盤工学的な視点に基づいて地すべり挙動を明らかにする点にある。本研究で得られた成果を以下に過剰書きにする。(1)間隙水圧載荷試験より粘性土の水圧載荷に対する抵抗力を調べ,変形の発生状況から降伏応力および破壊応力を明らかにした。これらの閾値に関して弾塑性構成式を用いたシミュレーションを実施して適用性を照査した後に,実験することの難しい地すべりの繰り返しによる地盤強度の変化過程を数値シミュレーションにより明らかにした。(2)地すべりの繰り返しによる地盤の状態変化を土の間隙比変化から整理すると破壊包絡線が得られた。この破壊包絡線の存在を実験により検証を試みた。その結果,巨視的な視点では包絡線の存在を確かめることができたが,進行性破壊が生じるために理想的な破壊包絡線に対してやや小さい包絡線が得られた。(3)間隙水圧載荷試験は当初要素試験としての性質を有するが,破壊応力近傍にて変形の局所化が進行して供試体は模型試験としての性質を有する。この性質を利用して土水連成の視点から地すべりの緩速破壊のメカニズムを明らかにするとともに,地質学の分野でクリープ理論を用いて説明される時間依存性挙動を斜面の骨格変形係数を定義することにより剛性低下の視点から明らかにして,破壊予測の新しい方法について検討・提案した。
融雪洪水期に雨の重なる異常出水の現象的流出予測

融雪期の洪水で、その流出量が予想外に大きく危険な洪水は、融雪出水に雨の流出が重なった場合である。融雪出水期は豪雪地帯では1ケ月前後の長期にわたる。出水期の中期から末期にかけては日々出水が重なり、川の水位の高い状態が継続する。又斜面では地中流出が続くため地盤がゆるんでくる。そこへわずか30-50mm程度でも雨が重なると、水位は異常に高くなり洪水となるとともに、崖くずれが続発して、大災害となる。しかるに積雪を通しての、雨及び融雪水の出水予測は、その流出機構の煩雑性のため研究例が少なく、未解明な問題として残されている。融雪出水に重なる雨による異常出水の流出機構の解明と流出予測を試みるのが、本研究の目的である。研究は石狩川支流の雨龍川源頭部の豪雪地帯で行った。毎年融雪出水期を通じて、洪水の危険を有した出水は3-4回ある。63年度は、晴天の継続による出水の異常重量が2回、晴天日に続く雨による異常出水が1回あった。この雨量はわずか30mm前後であったが、夏期のこの程度の雨による出水の4-5倍以上の出水となった。夏の大雨の出水に比べると、積雪のため流出のピークが3時間程度遅くなっている。積雪1mにつきピークの遅れは2-4時間増すことが新たに設置された大ライシメーター(3.6×3.6m)及び堰によって確認された。河川水の比電導及び化学成分の分析結果によると、地中流出が約8割、表層流出が約2割となった。融雪出水が地すべり発生の要因となることが確かめられた。δ0の分析によって、河川水と融雪水のそれのわずかではあるが有意な差が認められた。積雪下の川の水温は融雪期を通じて3-4°Cと高いが、この水温は、1.5の深の地温に相当する。融雪出水の主成分である地中流出水の流出経路の深さの概略がうかがえよう。
注意機能障害の解明に向けた認知神経科学的研究

注意機能障害の解明に向けた認知神経科学的研究の最終年度の目的は、これまで用いてきた機能的・構造的脳イメージングの手法と、新たに経頭蓋直流電気刺激を導入し、これらの統合した研究をまとめることであった。さらに本手法を用いて高次脳機能障害の神経基盤を明らかにするとともに、これらの手法を用いた高次脳機能障害の診断と治療支援法の手掛かりを得ることを目的とした。軽度の高次脳機能障害では、一般的な神経心理学的検査や画像診断において見過ごされることが多い。これまでに、健常者の高次認知機能の"個人差"に関する神経機構に注目して研究を実施してきた。今年度は新たに経頭蓋直流電気刺激を認知課題施行時に印加し、課題成績の変化を計測した。この経頭蓋直流電気刺激による成績変化が、これまでに明らかになった脳機能の個人差と関連している可能性を考えた。そこで、この脳の経頭蓋直流電気刺激による効果を説明するために、脳機能の個人差との関係を調べた。その結果、計算課題時の脳活動の左右差が左>右である被験者ほど、経頭蓋直流電気刺激による成績改善の程度が高いことが示唆された。これは、機能的磁気共鳴画像を用いたMRI画像診断によって、経頭蓋直流電気刺激の成績改善効果を説明できる可能性を示している。本研究結果は、事前の脳機能画像の結果が経頭蓋直流電気刺激による成績改善効果を予測できることを示した世界初の所見である。この所見は、経頭蓋直流電気刺激法をはじめとする脳刺激法の臨床応用において適用基準を検討する上で有用であると考えられる。さらには、このように"個人間のばらつき"について健常者を対象とした実験で明らかにすることで、その範囲から逸脱する異常な神経活動・神経構造を同定することが可能になると考えられる。本研究課題で予定していた高次脳機能の神経基盤の解明に関する研究、高次脳機能の個人差に関する研究の両方を終え、論文として発表した。そのため、当初の計画予定に基づいて、順調に進展したと考える。本研究から経頭蓋直流電気刺激による認知課題成績の改善は、事前に計測した脳活動から予測できることが示唆された。近年、経頭蓋直流電気刺激をはじめとする脳刺激法は、臨床応用を見据えた患者研究が活発になってきている。本研究が示唆した結果は、経頭蓋直流電気刺激の臨床応用において、経頭蓋直流電気刺激治療の適用基準を検討する上で有用な知見であると考えられる。注意機能障害の解明に向けた認知神経科学的研究の初年度の目的は注意機能など高次認知機能の神経基盤を同定することであった。機能的磁気共鳴画像法を用いた脳機能の研究は盛んに行われているが、脳の構造変化や機能的優位性についての報告は未だ少ない。また経頭蓋直流電気刺激や経頭蓋時期刺激などの非侵襲的脳刺激法を用いることによって、どの脳の領域がその機能に必要であるかということ、つまり機能的優位性を示すことができる。そのため初年度は認知課題を行っている際の脳の機能的画像と構造画像を取得し、また認知処理を行っている際に非侵襲的脳刺激法を使用して成績の変化を検討した。一方障害を持つ患者にとって、非侵襲的脳刺激法は機能回復への効果を期待するリハビリテーション法のひとつでもある。非侵襲的脳刺激法は機能的優位性を示すだけではなく、脳の機能を促進・抑制する効果が期待できるためである。そこで経頭蓋直流電気刺激を用いて、認知処理を行っている際の成績を評価する研究を行った。その結果、経頭蓋直流電気刺激を左側頭葉に刺激することによって課題成績が抑制されることが示された。この結果は日本臨床神経生理学会にて報告した。この実験により得られた脳の構造データと課題成績を用い、脳の構造との関連について新たに検討している。関連して日本臨床神経生理学の論文誌に経頭蓋直流電気刺激の安全性についてを報告した。以上から初年度は高次認知の機能的優位性を明らかにし、注意機能の神経基盤の同定やリハビリテーション応用の手掛かりを掴むことができた。注意機能障害の解明に向けた認知神経科学的研究の2年目の目的は、注意機能などの高次脳機能の個人差や個人内変動に関連する神経基盤を同定することであった。高次脳機能の個人差には、機能画像である機能的磁気共鳴画像法(functional MRI)を用いた研究が盛んに行われているが、functional MRIの結果には個人差が大きいことが知られている。またこの機能的な個人差を説明する因子もない。また非侵襲脳刺激法の経頭蓋磁気刺激や経頭蓋直流電気刺激を認知課題に施行した場合、その効果にも個人差があることが知られている。そこで、経頭蓋直流電気刺激の効果とfunctional MRIの結果の両者の関係を調べた。functional MRIの結果から経頭蓋直流電気刺激の効果を予測できないか検討した。健常被験者に事前にfunctional MRI撮像下で、認知課題を行いその脳活動を記録した。この脳活動の左右差を計算し、左右差が大きいほど経頭蓋直流電気刺激の効果が高くなることがわかった。この成果は、functional MRIの結果が経頭蓋直流電気刺激による成績改善効果を予測できることを示した世界初の所見であり、経頭蓋直流電気刺激の臨床応用において適用基準を検討する上で有用と考えられる。一方、初年度から引き続いて、高次脳機能障害の神経基盤解明の研究をおこなった。高次脳機能障害の損傷部位の同定をDiffusion Tensor Imagingを用いて評価した。

対象とした軽傷頭部外傷の患者群は、これまでに画像診断では器質的な損傷は発見されていない患者であった。そのため、Diffusion Tensor Imagingによって前頭部に発見された白質損傷は、これらの患者の診断や治療の一助となると考えられる。注意機能障害の解明に向けた認知神経科学的研究の最終年度の目的は、これまで用いてきた機能的・構造的脳イメージングの手法と、新たに経頭蓋直流電気刺激を導入し、これらの統合した研究をまとめることであった。さらに本手法を用いて高次脳機能障害の神経基盤を明らかにするとともに、これらの手法を用いた高次脳機能障害の診断と治療支援法の手掛かりを得ることを目的とした。軽度の高次脳機能障害では、一般的な神経心理学的検査や画像診断において見過ごされることが多い。これまでに、健常者の高次認知機能の"個人差"に関する神経機構に注目して研究を実施してきた。今年度は新たに経頭蓋直流電気刺激を認知課題施行時に印加し、課題成績の変化を計測した。この経頭蓋直流電気刺激による成績変化が、これまでに明らかになった脳機能の個人差と関連している可能性を考えた。そこで、この脳の経頭蓋直流電気刺激による効果を説明するために、脳機能の個人差との関係を調べた。その結果、計算課題時の脳活動の左右差が左>右である被験者ほど、経頭蓋直流電気刺激による成績改善の程度が高いことが示唆された。これは、機能的磁気共鳴画像を用いたMRI画像診断によって、経頭蓋直流電気刺激の成績改善効果を説明できる可能性を示している。本研究結果は、事前の脳機能画像の結果が経頭蓋直流電気刺激による成績改善効果を予測できることを示した世界初の所見である。この所見は、経頭蓋直流電気刺激法をはじめとする脳刺激法の臨床応用において適用基準を検討する上で有用であると考えられる。さらには、このように"個人間のばらつき"について健常者を対象とした実験で明らかにすることで、その範囲から逸脱する異常な神経活動・神経構造を同定することが可能になると考えられる。現在までに、初年度に予定した高次脳機能の神経基盤の解明を論文化し、2年度に予定した高次脳機能の個人差に関する実験を終えている。そのため、当初の計画予定に基づいて、おおむね順調に進展している。本研究課題で予定していた高次脳機能の神経基盤の解明に関する研究、高次脳機能の個人差に関する研究の両方を終え、論文として発表した。そのため、当初の計画予定に基づいて、順調に進展したと考える。当初の研究計画では、経頭蓋磁気刺激を使用する予定であった。しかしながら、健常な人に施行する場合の安全基準やてんかん発作などの危険性を加味して、同じような効果のある経頭蓋直流電気刺激に変更した。経頭蓋直流電気刺激は、てんかん発作を引き起こすなどの危険性が経頭蓋磁気刺激に比べて少ない。また軽量小型で、施設外の実験でも対応することができると考えた。今後、施設外の医療機関で患者研究を実施する場合にも適当であると考え、実験器具を経頭蓋直流電気刺激に変更した。次年度も経頭蓋直流電気刺激で実験を行う。本研究から経頭蓋直流電気刺激による認知課題成績の改善は、事前に計測した脳活動から予測できることが示唆された。
クラウドソーシングの進展と社会法の近未来－クラウドワーカーの法的保護の検討

クラウドソーシングの実態を把握するため、前年度に引き続き、ヒアリング調査の実施を行った。まずは、クラウドソーシング事業者へのヒアリングを継続して実施した(2社)。実施した2社は、我々研究チームが「特化型」と位置づけているクラウドソーシング事業者である。また、新たにワーカーへのヒアリングを実施した。ヒアリングをしたワーカーは、通訳・翻訳・反訳業務に従事している者、および、Uber Eatsの配送に従事しているワーカーである。アンケート調査を実施した。数度の研究会を開催し、アンケート項目を作成。外部の専門家の意見を踏まえながら、アンケート内容をとりまとめた。とりまとめられたアンケート項目をもとに、2019年2月3月にかけて、ランサーズ社を通じてクラウドワーカーを対象とした「プラットフォームの役割およびクラウドワーカーの意識調査」を実施した。その結果、1862件のアンケートの回収ができた。この分析は次年度への課題となる。今年度も、毎月1回の頻度で研究会を実施した。上記アンケート項目の検討のほか、外国論文や外国判例の検討を重ねて、研究課題に対する知見を高めていった。また、研究メンバーの一部により座談会を開催し、その内容は雑誌記事として掲載された(毛塚勝利ほか「クラウドワーク研究の現段階」季刊労働法262号116頁(2018年))。昨年度および今年度の研究成果をもとに、国際ワークショップを開催した(法政大学ボアソナード記念現代法研究所の協力のもと開催)。この国際ワークショップは、2018年3月25日に、アン・デービス(オックスフォード大学教授)ほかをパネラーとして、「比較からみた<プラットフォームエコノミーと労働法>日本とイギリスー」と題して開催した。今年度には、海外のクラウドソーシング事業者のヒアリングなどを計画していた。しかし、ぎりぎりになって先方の事情で実施できないことになった。計画全体では、海外の調査も重要な課題と位置づけており、次年度での挽回を期す。海外のクラウドソーシング事業者へのヒアリング等、海外実態調査の実施を推進する。また、研究成果のとりまとめに着手する。たとえば、日本労働法学会におけるシンポジウムへのエントリー等を検討することになる。並行して、研究成果をとりまとめた書籍の刊行を目指す。科研費だけではその費用を賄えないため、他の研究機関からの援助等を得るよう努力する。研究最終年度になるため、これまでの研究を総括する。学問的にまだ課題があるとの結論に至れば、さらなる科研費プロジェクトを組織するなど、研究の継続を検討することになる。平成29年度分では、1)研究会方式の研究会を実施し、クラウドソーシングをめぐる法的問題の現状、諸外国における動向について議論した。諸外国の状況としては、アメリカ法、フランス法、ドイツ法の動向についての知見を得た。つぎに、2)クラウドソーシング事業者6社に対してヒアリング調査を行った。総合的なクラウドソーシング事業を行っている3社と、一定の分野に特化した事業者3社について、各社の事業担当者にヒアリングを行い、事業の概要や直面している課題について聴取した。さらに、3)個別のクラウドワーカーに対するアンケートの実施を検討した。しかし、3)のアンケートについては、平成29年度に実施できず、平成30年度へ繰り越すこととなった。繰越分(平成30年度分)では、アンケート調査を実施した。これは、アンケート項目とアンケート調査対象者について課題が山積し、前年度に実施できなかった基礎的なデータを収集するためのアンケート調査である。本アンケートでは、クラウドソーシングの課題を探るため、クラウドソーシング事業を利用しているワーカーに対して、その基本的属性を確かめるために実施したものである。

数度の研究会を開催し、アンケート項目を作成。外部の専門家の意見を踏まえながら、アンケート内容をとりまとめた。とりまとめられたアンケート項目をもとに、2019年2月3月にかけて、ランサーズ社を通じてクラウドワーカーを対象とした「クラウドワーカーの属性調査」を実施。その結果、1862件のアンケートの回収ができた。この結果の分析は2019年度への課題となる。2017年度に実施すべき個別クラウドワーカーに対するアンケート調査が、2018年度実施にずれ込んだため。これに伴い、外国の事業者等へのヒアリング等に遅れが生じている。海外のクラウドソーシング事業者へのヒアリング等、海外実態調査の実施を推進する。また、研究成果のとりまとめに着手する。たとえば、日本労働法学会におけるシンポジウムへのエントリー等を検討することになる。並行して、研究成果をとりまとめた書籍の刊行を目指す。科研費だけではその費用を賄えないため、他の研究機関からの援助等を得るよう努力する。研究最終年度になるため、これまでの研究を総括する。学問的にまだ課題があるとの結論に至れば、さらなる科研費プロジェクトを組織するなど、研究の継続を検討することになる。実施したアンケートの分析を行う。つぎに、海外のクラウドソーシング事業者へのヒアリング等、海外実態調査の実施を推進する。
結び目や仮想結び目の局所変形と不変量の研究

位相幾何学では、紐で結び目を作り、その両端を同一視したものを結び目と呼び、グラフを具体的に空間内に実現したものを空間グラフと呼ぶ。結び目や空間グラフに対して、連続的に変形して同じ図形になるものには、同じ数学的量を対応させる。その数学的量を不変量という。すべての結び目不変量を階層分けした有限型不変量というものがある。本研究では、空間グラフの不変量を新たに定義し、その性質を研究した。結び目に対しては、局所変形から距離等の概念を結び目に導入し、有限型不変量の性質を明らかにした。本年度は、結び目の局所変形を通してVassiliev不変量を研究することを第一の目的に、仮想結び目や空間グラフについても局所変形を通して、その性質を明らかにすることを第二の目的とした。空間グラフについては、Vassiliev不変量の観点からの研究も計画していた。本年度の結果は、pass moveと呼ばれる局所変形に関するものと4頂点完全グラフK_4の埋め込み不変量に関するものである。結び目全体の集合にΓGordian複体というものを定義する。頂点を結び目とし、m+1個の結び目の集合が互いに1回のpass moveで移りあうときm-単体であると定義する複体である。このΓGordian複体は、アルフ不変量が0と1の2つの成分からなっている。この複体に対し、どの頂点も任意に大きな次元の単体の面になっていること、Conway多項式が等しい結び目の対で、おのおのから1回のpass moveで得られる結び目のConway多項式の集合が異なるものが存在することを示した。ここで、Gordian複体とは、局所変形から定義される複体で、すでにVassiliev不変量と密接な関係にあるC_n-moveと呼ばれる局所変形に対しても定義され、研究されており、今回はpass moveに拡張したことになる。空間グラフのVassiliev不変量を具体的に研究するには、空間グラフのambient isotopy不変量が必要となる。今年度はまず、山田多項式とよばれる空間グラフのregular isotopy不変量を、K_4に対してambient isotopy不変量に拡張した。K_4のVassiliev不変量を研究する準備を行ったことになる。次年度はこの結果をふまえ、K_4のVassiliev不変量を具体的に研究していく。本年度は、局所変形を通してVassiliev不変量を研究することを第一の目的とし、仮想結び目や空間グラフに対しても、局所変形や不変量を通して、その性質を調べていくことを第二の目的とした。本年度の結果は、交代結び目に関するものと2成分空間グラフの不変量に関するものである。双方とも研究協力者堀内澄子との共同研究である。一つの交点を交差交換し、交代射影図が得られる射影図を概交代射影図という。概交代射影図をもち、交代射影図をもたない結び目を概交代結び目と呼ぶ。交代結び目Kに対して、一つの交点を交差交換してその交代結び目が得られるような概交代結び目の数をAlm(K)とおく。任意の自然数nに対して、Alm(K)>nとなるような交代結び目が存在することを示した。このAlm(K)は交代結び目Kの不変量ということもできる。ある2成分空間グラフに対しても、絡み目と同様に絡み数を定義することができる。この絡み数の定義を少し変え、ある条件を満たす2成分空間グラフに対して、自然数の値をとる不変量を定義した。この新不変量が絡み数とは、本質的に異なるものであること、また、有限型不変量ではないことを示した。有限オーダーのVassniev不変量を有限型不変量という。絡み数がオーダー1のVassiliev不変量であることを考えると、定義を少し変えるだけで全く異なる不変量が得られることになる。この新不変量がどのような幾何学的意味をもつのか、今後の研究課題である。本年度は、C_n-moveと呼ばれる局所変形を通して、Vassiliev不変量を研究することを第一の目的とし、仮想結び目や空間グラフに対しても、局所変形やVassiliev不変量を用いて、その性質を調べることを第2の目的とした。本年度の成果は、C_n-distanceとVassiliev不変量に関するものであり、堀内澄子との共同研究である。C_n-moveは、Vassiliev不変量と密接な関係にあり、2つの結び目がC_n-moveで移りあうとき、必要なC_n-moveの最小回数はC_n-distanceと呼ばれ、距離関数となる。C_n-moveで移りあう結び目の集合に対し、C_n-distanceにより、距離空間の構造を入れ、結び目を中心とする球面を考える。2つの結び目が距離p離れており、その2つの結び目を各々中心とする球面の接点の結び目を考える。一般には、接点は1点からなると思われるが、C_1-distanceとC_2-distanceの場合、接点に無限個の結び目が存在することが知られていた。

C_n-distanceによる距離において、任意の2つの結び目に対し、その結び目を各々中心とする球面の接点に無限個の結び目が存在し、更にその無限個の結び目は任意に与えたオーダーまでVassiliev不変量が一致するという条件も満たせることを示した。C_1-distanceとC_2-distanceの場合は、接点の無限個の結び目は更に多くの条件を満たすこともできる。現在はnが3以上のC_n-distanceの場合において、接点の無限個の結び目にどのような条件を更に課すことが可能か、考察を続けている。
学習者の学びに基づく21世紀型の教科教育課程の開発的研究

本研究は、『学習者の学び』『自己実現』『創造性の育成』『コア・オプション型』を21世紀型の教科教育課程のキーワードと位置づけ、新しい教科教育課程の構成原理を構築し、それに基づいて算数・数学科、理科,社会科の教科教育課程を具体的に構想・提言することを目的としたものである。まず教科教育課程の構成原理については、目的、内容、方法に分けて次のように原理を整理・構築した。A.目的に関する原理:A1.人間主義A2.実用主義A3.文化主義B.内容編成に関する原理:B1.系統主義-経験主義B2.論理主義-心理主義B3.現代主義-歴史主義B4.構造主義-累積主義B5.集約主義-螺旋主義B6.画一主義-柔軟主義B7.分化主義-統合主義C.方法に関する原理:C1.連合主義C2.認知主義C3.構成主義C4.状況主義次に,上記の原理を視点として日本における算数・数学科,理科、社会科,国語科,英語科の学習指導要領を分析検討し、その特徴を析出した.こうした研究の結果、普遍性のある21世紀型の教科教育課程の構成原理として次のものが妥当であるとした。A.目的原理については、人間主義を中心として、実用主義、文化主義にも十分に配慮することB.内容編成原理については、心理主義・経験主義と、系統主義・論理主義とを協応させるとともに、螺旋的なカリキュラムとすることC.方法原理については、構成主義、認知主義、連合主義を適宜使い分け、調整した原理を基本とすることそしてこれらの原理に、算数・数学科、理科,社会科それぞれの教科固有の原理を加えて、3教科の教科教育課程の構想を提示した。本年度は研究の第1年次であり、次の2つのことを目的として研究を進めた。1.数学、理科、社会科に国語語、外国語を加えた5教科について、我が国の教科教育課程の構成原理や構造を歴史的に分析・考察し、その変遷を明らかにする。2.アメリカ、イギリスにおける5教科の代表的な教科教育課程の構成原理や構造を明らかにする。1については、我が国の5教科の戦後の学習指導要領を分析・検討して、それぞれの教科の構成原理を導き出した。例えば、算数・数学については、次のような構成原理を指摘することができた。A.目的についてA1.人間主義A2.実用主義A3.文化主義B.内容選択配列原理B1.系統-経験B2.論理-心理B3.現代-歴史B4.構造-累積B5.分化-統合この枠組みに基づいて、戦後の学習指導要領の変遷を特徴づけた。なお、理科についてもほぼ同様の構成原理を指摘することができた。しかし、国語、社会科、英語については、目的に関しては上記の原理が適用できるが、内容の選択配列については、それぞれの教科における原理も導き出された。2については、アメリカのスタンダード、イギリスのナショナルカリキュラムを主たる研究対象とすることとし、それぞれの国に出かけて、最新の資料を入手し、それらのカリキュラムの構成原理を抽出した。その結果、日本と同様に、算数・数学と理科については、ほぼ上記の枠組みで分析できるが、英語、社会科は難しいことがわかってきた。例えば、算数・数学の目的については、スタンダード、ナショナルカリキュラムともに、人間主義、実用主義、文化主義の全てが掲げられているけれど、中でも実用主義に重きが置かれていることが指摘できた。今年度は研究の2年目であり、主として次の2つのことに取り組んだ。1.イギリス、アメリカにおける算数・数学科、理科、社会科の代表的な教科教育課程の構成原理や構造を明らかにする。2.上記を踏まえて、21世紀型の教科教育課程の構成原理や構造を構築し、それに基づいて3教科の教育課程の素案を作成する。これらの研究成果の一部として、日本教科教育学会において次の3つの発表を行った。(1)21世紀型の教科教育課程の開発的研究(1)-

イギリスのNC数学の構成原理・構造について-(2)21世紀型の教科教育課程の開発的研究(2)-イギリスのNC社会科の構成原理・構造について-(3)21世紀型の教科教育課程の開発的研究(3)-わが国の英語科教育課程の構成原理・構造について-こうした研究の結果、普遍性のある21世紀型の教科教育課程の構成原理として次のものが妥当であるとした。A.目的・目標については、人間主義を中心として、実用主義、文化主義とのバランスをとることB.内容選択配列については、心理性・経験性を基本として、系統性・論理性、構造性を十分に踏まえた、スパイラル的なカリキュラムとすることC.方法については、認知主義と構成主義とを調整した原理を基本とすることこれらの原理に教科固有の原理を加えて、現時点におけるそれぞれの教科教育課程の構成原理をまとめた。そして、それに基づき、3教科のわが国における学習指導要領の素案を作成した。今年度は研究の3年目で最終年度である。そこで、主として次の3つのことに取り組んだ。1.これまでの研究成果を踏まえて、日本における算数・数学科、理科、社会科の新しい教科教育課程の研究2.上記を踏まえて、3教科の子どもの学びに基づく21世紀型授業の実践的研究3.3年間に渡る本研究の研究成果報告書の作成これらの研究成果の一部として日本教科教育学会において次の2つの発表を行うなど、研究成果の発表活動も行った。(1)21世紀型の教科教育課程の開発的研究(4)-わが国の算数・数学科教育課程の構成原理・構造について-(2)21世紀型の教科教育課程の開発的研究(5)-米国の科学教育スタンダードの構成原理・構造について-こうした研究の結果、普遍性のある21世紀型の教科教育課程の構成原理として次のものが妥当であるとした。A.目的・目標については、人間主義を中心として、実用主義、文化主義にも十分に配慮することB.内容選択配列については、心理主義・経験主義と、系統主義・論理主義とを協応させるとともに、スパイラル的なカリキュラムとすることC.方法については、構成主義、認知主義、連合主義を適宜使い分け、調整した原理を基本とすることそしてこれらの原理に、算数・数学科、・理科,社会科それぞれの教科固有の原理を加えて、3教科の教科教育課程の構想を提示した。例えば、算数・数学科においては、創造性の基礎や自律性の育成などを基本的な目的に据え、合同や文字式など重要な概念はスパイラル的な内容編成とし、構成主義にもとづく方法を基本とする、教科教育課程を提案した。併せて、構想案を基礎とする21世紀型の授業の提案も行った。
マルチペプチド合成機による神経ペプチドアンタゴニストの開発とその応用

1.ミミズ、ハマグリ、エスカルゴ、ヒドラ、ヒル、アメフラシ、ナマコ、フナ、ウズラから向筋活性を持つ数十種類の生理活性物質(主に神経ペプチド)を単離同定し、これらの生理的働きについて調べた。また、これらペプチドを、既知のペプチドを含めて、比較検討して、軟体動物の神経ペプチドであるAPGWamideとイガイ抑制性ペプチド(MIP)を受容体のリガンド(アゴニストとアンタゴニスト)を開発することとした。2.マルチペプチド合成機を用いて、コンビナトリアルケミストリー法に従って、数百万種類のオリゴペプチドを含むペプチドライブラリーを合成し、その中からリガンドを単離することを試みたが、1種あたりのペプチド量が少ないためか、単離できないことがわかった。そこで、ペプチドの1残基をCysを除く既知の19種のアミノ酸のいずれかにして、合計19種のライブラリーを合成してこれの活性を調べた。活性の強いライブラリーについてはさらにもう1残基を決定するというやり方で、次々と残基を決定し、最終的に数百種のペプチドを含むライブラリーを作り、この中の活性ペプチドはHPLCで純化して構造決定した。この予備的実験の過程で多数の神経ペプチドアゴニストを発見した。その中にはモルヒネ以上に活性が強くて効果持続時間の長い非天然型オピオイドペプチドも含まれている。予備的実験で確立した手法によって、APGWamideとMIPのリガンドを多数開発した。その中にはAPGWamide受容体アンタゴニストが数種含まれる。その中でAPGWGNamideはAPGWamideの生理機能を調べるための有用な実験試薬であることを示す結果を得た。4.今回開発したオピオイドペプチドやAPGWamideアンタゴニスト、及びそれら薬物を用いての生理・薬理学的研究の結果は、現在論文として発表するために準備中である。今後、今回開発した手法により種々のペプチドのリガンドが作られ、ペプチドの生理・薬理学への貢献が期待できる。1.イガイ抑制性ペプチド類(MIPs)は、軟体動物特有の神経ペプチドで、中枢及び末梢の両方で強い抑制活性を示す。この同族体をマルチペプチド合成機によって数百万種類合成して、その活性を調べ、構造一活性関係を明らかにした。弱い活性ながらアンタゴニストも得ることができた。また、Ca2+依存的にMIPsを放出する抑制神経がイガイ足糸前牽引筋の制御にかかわっていることが明らかにできた。今後C末を伸ばしたりD型アミノ酸を使用したりして同族体を作り、実験薬として有用なアンタゴニストを求めること、一種の動物に10-20種以上もMIPsが存在することの意義を受容体結合実験などで明らかにすることが必要である。2.軟体動物神経ペプチドAPGWamide、ヒドラ生理活性ペプチドGLWamide類の同族体を数百万種合成して、それらの活性を調べた。その結果、活性発現にはGWamideが極めて重要であることがわかった。アンタゴニスト活性のペプチドはみつかっておらず、今後、C末側を伸ばしたペプチドを作るなどして探索するつもりでいる。ヒドラペプチドでは共通構造のGLWamideが活性発現に必要であることがわかった。なお、これら同族体のなかにはオピオイド活性を示すものもあった(例YGHWamide)。これらをさらに変形することによって強いアゴニストあるいはアンタゴニストを得ることができる可能性がある。昆虫のPBAN族のC末には相同性のある2種のペプチドを軟体動物から単離した。この研究は今後発展させる。ウズラの卵管の活性が鳥ガラニンによって抑制されていることを示唆する結果を得た。また、ガラニンの受容体の局在や発達がステロイドホルモンなどで制御されている結果を得た。

今後、鳥ガラニンのアンタゴニストを開発したい。1.軟体動物神経ペプチドAPGWamideのアゴニスト及びアンタゴニストを開発するために、数百から数十万種のペプチドを含むペプチドライブラリーを100種以上合成し、種々の筋を活性検定系として用いて、ライブラリー中の活性ペプチドを探索した。その結果、多数のアゴニストと共に、数種のアンタゴニストを開発することができた。アンタゴニストの中では、APGWGNamideが最も強い拮抗効果を示し、これはAPGWamideによる情報伝達機構解明のための有用な試薬として用いることができることを示唆する結果を得た。なお、この研究の副産物として、(Trt)NQWamideなる強力な非天然性オピオイドペプチドを得ることができた。2.軟体動物神経ペプチドMIPのアゴニストを多数開発した。しかし、アンタゴニストとしては弱い活性のものしか開発することができなかった。MIP族ペプチドは最も代表的な抑制性の軟体動物神経ペプチドであることを示唆する結果を得ているので、今回の結果を踏まえて、今後、強力なアンタゴニストが開発されることが期待される。3.種々の動物から新規の活性ペプチドを発見し、その活性や局在を調べた。これらの中には数種の脊椎動物ペプチドが含まれており、今後、生物学分野のみならず、医学分野での研究の発展が期待できる。4.今回の研究で、コンビナトリアル化学法を用いて作ったペプチドライブラリー中の活性ペプチドの探索法が確立した。この方法によって、種々のアンタゴニストを開発することが可能で、このことの神経生物学、神経薬理学への貢献は大きいと考える。
ナノレーザによる極微光増強場の形成と高性能・高機能バイオセンシングシステムの開発

生化学分析において多用される質量分析装置の小型・低コスト化・高性能化は近年においても重要であり,それに関する研究分野の発展,アプローチの多様化は目覚ましい.近年マイクロ・ナノ電気機械システムを応用した質量分析システムがCaltechグループにより提案・開発された.同グループはNEMS共振器により数100分子量オーダの質量分解能をもつ単一分子センシングおよび質量分析を実証した.また別のグループによってカーボンナノチューブを中空加工した超小型振動子による分解能が1陽子質量相当のものが発表された.ただし分解能と歩留まりのバランスはまだ追究の余地があり,トップダウンで安定した性能の分析装置をニーズに合わせてCMOSプロセスをべ一スに作ることが産業化に発展するための要件であると考える.またMEMSにおいてはいずれも実験値で得られる分解能は理論予測されたものよりも1桁から2桁ほど悪く,電気的なノイズがその要因であると考えられている.そこで本研究は,光入力で遠隔的に駆動するNEMS共振器をフォトニックナノ構造ベースとした質量分析を実証することを目指す.一般に機械振動モードが小さいほど分子が吸着したときの応答量,すなわち感度が増大する.したがって微小な機械振動モードをそれに近い分布をもつ光学モードが誘起する光機械結合効果によって選択的に励起することでMEMSよりも低ノイズな振動子を目指し,「数10から数分子量オーダの質量分析装置」の実現が目標である.現在それに適した構造を見出し,製作と実験を進めている段階である.以上に加え,他のグループと共同でフォトニック結晶のアプローチによるオンチップ屈折率ゼロ媒体の作製・実証も並行して手がけている.グラフェンで見られるバンドの縮退による現象のアナロジーを光子に対して適用することで,特異な周波数の光の感じる屈折率を実部虚部ともにゼロにすることができる.こちらはもう実験結果もほぼ出揃い,論文投稿間近である.現在も引き続きHarvard大学Loncarグループにてポスドクを継続しているが,以上に示した両プロジェクトともにようやく調子が出てきたので引き続きポスドクとして直接雇ってもらう道を選択した.目標達成のためのメソッドはほぼ出揃い,年内にはすべてのプロジェクトを終わらせることが可能だと考えているが,それにプラスアルファで自分自身の領城を深める作業が必要であると考えている.すでに作成されているデバイスの測定方法について別の方法が考えられるのでそれをまず試し,思惑通りの結果がでれば真空中でターゲットとされる微小な機械振動モードが観測されるかどうか確かめる.そもそも現状のデバイスは設計値と製作値に大きなズレが生じてしまっているので,新たなデバイスを作製する可能性が濃厚である.屈折率ゼロ媒体に関しては測定に必要な追加装置を借り入れ,または構築して完全なデータを取り切り次第論文投稿する予定である.将来,巨大な市場の展開が期待される超早期診断・創薬とライフサイエンスに欠かせない高品質な生化学分析をより低価格で高速に実現するためのバイオセンサが様々な研究グループによって提案されている.しかしターゲットの特定には,バイオセンサの原理上,適切な表面処理が必要である.これらを一般的な機関に導入するには,センシング手法をさらに簡略化する必要がある.近年マイクロ・ナノ電気機械システムを応用した質量分析システムがCaltechグループにより提案・開発された.同グループはNEMS共振器により数100分子量オーダの質量分解能をもつ単一分子センシングおよび質量分析を実証した.もし質量分解能が数分子量程度までに高まれば,表面処理なしで多くの分子の特定が可能になる.そこで本研究は,光入力で遠隔的に駆動するNEMS共振器をフォトニックナノ構造ベースとした質量分析システムの実現を目標とする.一般に機械振動モードが小さいほど分子が吸着したときの応答量,すなわち感度が増大する.したがって微小な機械振動モードをそれに近い分布をもつ光学モードが誘起する光機械結合効果によって選択的に励起することで「数10から数分子量オーダの質量分析装置」を実現する.本研究では特に媒質中での粘性抵抗に打ち勝ち,現状以上の小型質量分析装置を実現するために,フォトニック結晶フォノンレーザの利用を検討した.当該年度ではまずフォノンレーザの母体となるフォトニック・フォノニック結晶の材料および構造を検討し,高効率かつ高感度な動作を得るための各種パラメータを有限要素法・3次元FDTD法によって解析・最適化した.次にターゲットとなる構造を安定的に製作するための製作手法を新たに確立し,従来は30%に満たなかった歩留まりを,ほぼ100%にまで高めることに成功した.試作構造の基礎的な光学特性を評価した上で,現在,機械振動特性評価のための測定系を構築している最中である.生化学分析において多用される質量分析装置の小型・低コスト化・高性能化は近年においても重要であり,それに関する研究分野の発展,アプローチの多様化は目覚ましい.近年マイクロ・ナノ電気機械システムを応用した質量分析システムがCaltechグループにより提案・開発された.同グループはNEMS共振器により数100分子量オーダの質量分解能をもつ単一分子センシングおよび質量分析を実証した.また別のグループによってカーボンナノチューブを中空加工した超小型振動子による分解能が1陽子質量相当のものが発表された.ただし分解能と歩留まりのバランスはまだ追究の余地があり,トップダウンで安定した性能の分析装置をニーズに合わせてCMOSプロセスをべ一スに作ることが産業化に発展するための要件であると考える.またMEMSにおいてはいずれも実験値で得られる分解能は理論予測されたものよりも1桁から2桁ほど悪く,電気的なノイズがその要因であると考えられている.そこで本研究は,光入力で遠隔的に駆動するNEMS共振器をフォトニックナノ構造ベースとした質量分析を実証することを目指す.

一般に機械振動モードが小さいほど分子が吸着したときの応答量,すなわち感度が増大する.したがって微小な機械振動モードをそれに近い分布をもつ光学モードが誘起する光機械結合効果によって選択的に励起することでMEMSよりも低ノイズな振動子を目指し,「数10から数分子量オーダの質量分析装置」の実現が目標である.現在それに適した構造を見出し,製作と実験を進めている段階である.以上に加え,他のグループと共同でフォトニック結晶のアプローチによるオンチップ屈折率ゼロ媒体の作製・実証も並行して手がけている.グラフェンで見られるバンドの縮退による現象のアナロジーを光子に対して適用することで,特異な周波数の光の感じる屈折率を実部虚部ともにゼロにすることができる.こちらはもう実験結果もほぼ出揃い,論文投稿間近である.荒川研究室での研究遂行が装置トラブル・渡航準備などにより研究は思うように進行しなかった.渡航後に関しては,当初では当該年度末まで渡航先で何ができるか,一通りの設備を把握した上で新規バイオセンサを考案し,製作をスタートすることを目標としていたが,現状で既に製作プロセスはほぼ完成の見通しがついており,測定系の構築もスタートしている.現在も引き続きHarvard大学Loncarグループにてポスドクを継続しているが,以上に示した両プロジェクトともにようやく調子が出てきたので引き続きポスドクとして直接雇ってもらう道を選択した.目標達成のためのメソッドはほぼ出揃い,年内にはすべてのプロジェクトを終わらせることが可能だと考えているが,それにプラスアルファで自分自身の領城を深める作業が必要であると考えている.今後も引き続きより堅牢かつ安定したフォノン発生・発振動作が得られる構造を解析し続けるとともに,新規測定系の構築を進め,機械特性を評価していく.当初の機械振動モードが得られているかどうかを理論との対応をとって評価する.フォノン発振条件を満たす結合共振器または発振条件を満たさない同共振器および単一共振器,光機械結合定数の異なる構造どうしの測定結果を比較することでフォノンレーザ動作を確認する.フォノンレーザ動作は構造パラメータの許容値が狭く,容易には得られないことが予想されるため,より堅牢に動作するような構造も同時に考案する.一通りの機械振動特性の評価が終了し次第,検体吸着前後での機械振動周波数シフトの観測および感度の評価をまず真空中で行う.フォノンレーザの動作が大気中でも可能か確認する.もしも動作しなかった場合は基本的な構造をもう一度見直す,またはフォノニック結晶構造を導入することで機械的Q値が向上できないか検討する.すでに作成されているデバイスの測定方法について別の方法が考えられるのでそれをまず試し,思惑通りの結果がでれば真空中でターゲットとされる微小な機械振動モードが観測されるかどうか確かめる.そもそも現状のデバイスは設計値と製作値に大きなズレが生じてしまっているので,新たなデバイスを作製する可能性が濃厚である.
変異型副甲状腺ホルモン受容体トランスジェニックマウスの受容体機能異常と軟骨異常

本研究では、Blomstrand型変異PTH/PTHrP受容体(PTH-R^<P132L>)の機能異常、特に軟骨における作用について、そのシグナリング経路と細胞分化異常をin vivoで解明することを目的とし、PTH-R^<P132L>トランスジェニックマウスの作製を行い、その解析を行った。その結果、PTH-R^<P132L>変異型マウスの軟骨異常の表現型はPTHrP欠損マウスまたはPTH-R欠損マウスの異常と極めて類似していた。申請者はこれまでに、平成17,18年度科学研究費補助金において、「Jansen型およびBlomstrand型骨・軟骨異形成症を発症させる変異型PTH/PTHrP受容体タンパクの細胞内局在とシグナリング経路の解析」を行い、Blomstrand型骨・軟骨異形成症の骨格異常がリガンド・受容体の結合能の欠如ばかりでなく、受容体タンパクの局在異常にも起因する可能性を見いだした。また、平成19,20年度科研費補助金において、「PTH/PTHrP受容体トランスジェニックマウスの作成・解析」を行うため、野生型PTH-R遺伝子の受精卵へのmicroinjectionを企業委託として進行させた。このような研究経緯をふまえ、本研究ではBlomstrand型変異PTH/PTHrP受容体の機能異常ついて、軟骨特異的なBlomstrand型PTH/PTHrP受容体トランスジェニックマウスの作製を行い、そのシグナリング経路と細胞分化異常をin vivoで解明することを目的とし、以下の実験を行った。2.胎生18日齢の胎仔を開腹により得た。3.ジェノタイピングによるスクリーニングを行うため、固定前の胎仔の尾を切り取った。4.胎仔は組織標本作製のため、固定を行った。現在、軟骨異形成症様のphenotypeが認められ、次年度は組織学的解析を進める予定である。Phenotypeは軟骨異形成症様であった。5.組織学的解析の結果、軟骨異常はPTHrP欠損マウスまたはPTH-R欠損マウスの表現系と極めて類似していた。
形状記憶合金の2方向特性開発とそのマイクロデバイスへの応用

初年度(前年度すなわち平成15年度)において、まずTi-Ni(実用)形状記憶合金の一般負荷条件下における基本的熱力学的特性を明らかにすることを目的に系統的な実験を実施した。すなわち、ここでは特別の手法(燃焼合成法)で成形されたTi-Ni薄肉円筒試験片に、ねじりと軸力の組み合わせ負荷を与えることにより種々の複合負荷条件下における形状記憶効果を精査した。この研究により形状記憶合金の更なる広い産業応用に可能性が示された。本研究では、特に形状記憶合金の多様な挙動をするアクチュエータ(力発生素子)の可能性を目的としている。さて、本年度(平成16年度、最終年度)は、前年度に得られた基礎的・系統的実験結果を踏まえ、形状記憶合金のアクチュエータ機能を生み出す2方向形状記憶特性を実験的に精査した。2方向特性を形状記憶合金に発生させるにはいわゆる"トレーニング"が必要である。種々のトレーニングによって、種々の2方向特性が生まれる。また、効率的なトレーニングによって、より優れた2方向形状特性が生まれる。ここでは、種々のトレーニング手法、より効率的なトレーニング手法を調べ一定の成果を得た。さらに、このトレーニングにより2方向特性が付与されたTi-Ni形状記憶合金により生じる2方向ひずみ(温度変化のみで発生する繰り返し変形)および回復応力(ひずみを拘束したとき、温度変化により発生する力成分)を実験的に調べた。これらの結果から、形状記憶合金は材料自体がセンサー・アクチュエーター機能を有しており、システムを組むことなくエンジン機能を発揮し、しかも1次元的な動きだけでなく、3次元的な挙動が可能である。結果として、極めて小さな(マイクロ)センサー・アクチュエータの設計・製造が可能であることが示された。まずTi-Ni形状記憶合金の複合負荷条件下における基本的熱力学的変形特性を明らかにすることを目的に系統的な実験を実施した。これまで最も優れた《極言すれば唯一の、産業応用に耐え得る》実用形状記憶合金Ti-Ni合金材料は、その技術的制限により工業的には線材あるいは薄板材としてしか提供されなかったが、近年の科学技術庁金属材料技術研究所により開発された燃焼合成法により、任意形状のTi-Ni形状記憶合金の製作が可能となった。燃焼合成法をTi-Ni-合金に用いる手法に関しては現在特許出願中である。本研究ではこの手法で製作されたTi-Ni形状記憶円筒試験片に、ねじりと軸力の組み合わせ負荷を与えることにより、Ti-Ni形状記憶合金の多軸負荷・複合負荷条件下での変形挙動を系統的な実験を実施した。これまで、形状記憶合金、特にTi-Ni形状記憶合金の複合変形挙動については興味が持たれていたが、得られる試験片形状がワイアー状であり、したがって殆どの基礎実験が単軸引張によるものであり、例えば圧縮特性、ねじり特性に関する実験データは極めて不十分で、更に組み合わせ負荷試験のデータは殆ど見受けられなかったが、本研究により形状記憶合金の基本特性とその産業応用の広い可能性が確認された。さらに、これらの基礎的・系統的結果を踏まえ、Ti-Ni合金の2方向形状記憶特性を、実験的《巨視的、微視的》に精査した。とくに2方向形状記憶特性に関わる残留(内部)応力を効果的に生み出す、いわゆる"トレーニング"プログラムについて系統的に精査した。これらの成果についてはいくつかの国内外のシンポジウムにて発表した。

この研究により形状記憶合金の更なる広い産業応用に可能性が示された。本研究では、特に形状記憶合金の多様な挙動をするアクチュエータ(力発生素子)の可能性を目的としている。さて、本年度(平成16年度、最終年度)は、前年度に得られた基礎的・系統的実験結果を踏まえ、形状記憶合金のアクチュエータ機能を生み出す2方向形状記憶特性を実験的に精査した。2方向特性を形状記憶合金に発生させるにはいわゆる"トレーニング"が必要である。種々のトレーニングによって、種々の2方向特性が生まれる。また、効率的なトレーニングによって、より優れた2方向形状特牲が生まれる。ここでは、種々のトレーニング手法、より効率的なトレーニング手法を調べ一定の成果を得た。さらに、このトレーニングにより2方向特性が付与されたTi-Ni形状記憶合金により生じる2方向ひずみ(温度変化のみで発生する繰り返し変形)および回復応力(ひずみを拘束したとき、温度変化により発生する力成分)を実験的に調べた。これらの結果から、形状記憶合金は材料自体がセンサー・アクチュエーター機能を有しており、システムを組むことなくエンジン機能を発揮し、しかも1次元的な動きだけでなく、3次元的な挙動が可能である。結果として、極めて小さな(マイクロ)センサー・アクチュエータの設計・製造が可能であることが示された。