hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コンピュータ利用の視覚認知型英語音声聴覚イメージの獲得に関する研究

本研究は、英語学習者の言語音リテラシーを向上させる効果的学習方法を考究することを目的として、スピーキング部門とリスニング部門の効果的融合が相乗効果を発現するとの想定に基づき、コンピュータを利用した視覚認知による音声聴覚イメージ獲得プログラムを実験的に実施した。その結果、学習者の英語能力試験の向上に関して、視覚認知の補助を得て獲得したスピーキング能力ー特に、ある程度のまとまった音連続単位を把握して発話する能力が、リスニング能力の向上の点に顕著に、延いては、英語能力の伸長全体に反映することが明らかとなった。本年度の本研究は、昨年度の研究を継承発展させ、年齢や外国語学習歴の多様な最近の大学生がみずからのペースで英語音声を習得できるように、それを補助・強化するための音声学習プログラムを開発し、学習者の発音矯正と学習者ペースの英語音声習得を目標に定め、コンピュータと人的資源を活用したサポート体制を整備することが課題であった。而して、本研究では、大学生という臨界期を過ぎた成人の外国語学習者が、「認知し、理解し、納得したうえで、みずから進んで学習する心的態度を涵養するにはどうしたらよいか」を考究し、自律学習型の補助・強化となる視覚認知型の音声聴覚イメージを学習者が獲得できる学習モデルを構築し、実効性の高い運用プログラムを考察するところに意義がある。本研究目的を達成するために、第二段階として、実験実習を十分に実施できる体制を所属機関内に整える必要があり、所属機関にある「音声学実験実習室」を「スピーチ・クリニック」として運用し、新しい試みに堪えるだけの音声ソフトを増設したーそれはHOYA社音声ソリューション部製のGlobalvoice CALLであり、従来の同種のものとは異なり、既製のモデル語彙及び英文を用意する必要がなく、学習者が習得したいと思う英文をon demandでreal timeに打ち込むと、即時に「モデル音声波形」が表示され、学習者の録音音声について「発音・強勢・抑揚・タイミング」の4点から自動的に評価を得ることのできる優れたCALLソフトであり、その試行にも成功した。所属大学で実施する英語能力試験(CASECに加えてTOEICが利用可能となった)の得点を参考に、被験者データの蒐集に努め、第三段階のデータ分析に入る準備が整いつつある。加えて、本研究の基礎的概念に関する考察を全国英語教育学会で発表し、他の研究者との意見交換も行なうことができたことは大きな収穫であった。本年度の本研究は、昨年度の研究を継承発展させ、年齢や外国語学習歴の異なる多様な最近の大学生がみずからのペースで英語音声を習得できるように、それを補助・強化するための音声学習プログラムを開発し、学習者の発音矯正と学習者ペースの英語音声習得を目標に定め、コンピュータと人的資源を活用したサポート体制を完成させることが課題であった。而して、本研究では、大学生という臨界期を過ぎた成人の外国語学習者が「認知し、理解し、納得したうえで、みずから進んで学習する心的態度を涵養するにはどうしたらよいか」を考究し、自律学習型の補助・強化となる視覚認知型の音声聴覚イメージを学習者が獲得できる学習モデルを構築し、実効性の高い運用プログラムを考察するところに意義がある。本研究目的を達成するために、第三段階としては、第二段階において整備過程の途中にあった実験実習体制の完成を図るべく、新たな試み「スピーチ・クリニック」実施に際して実効性及び即応性をもつと考えられる音声ソフトGlobalvoice CALL (HOYA社音声ソリューション部製)を増設し、クリニックの精力的活動を行ない、同時に被験者カルテを作成してデータ蒐集にも努めた。これと同時並行して、所属機関で実施する英語能力試験(CASEC及びTOEIC)の得点に学内成績(GPA)と入学試験カテゴリーを加えた「外国語学部生学力情報総合データベース」を作成し、TOEIC試験において測ることのできたリスニング能力と本研究の重要な位置をしめるクリニックにおける発音トレーニング時間数との相関関係について、ある程度の有意な数値を得ることができた。また、本研究とも関連するTOEIC分析を所属大学・学部の「英語教育FD 2013」で報告し、他の研究者との意見交換を行なうことができたことは大きな収穫であった。本年度の本研究は、年齢や外国語学習歴の多様な最近の大学生がみずからのペースで英語音声を習得できるように、それを補助・強化するための音声学習プログラムを開発し、学習者の言語音リテラシーを向上させる効果的学習方法を考察することを目的としたが、その過程において、スピーチ・クリニックを開設し、学習者の発音矯正と学習者ペースの英語音声習得を目標に、コンピュータと人的資源を活用したサポート体制を整備することが課題であった。

本研究目的を達成するために、第一段階として、「スピーチ・クリニック」を運営できる体制を所属機関内に整える必要があり、所属機関にある「音声学実験実習室」の設備内容を拡充し、「スピーチ・クリニック」として開設し、運用することに着手した。そのために、2006年度に購入したPC5台の修理・点検を行なうと同時に、新たにPC1台を増設して、音声分析ソフトMulti-Speech5600(同3700のversion up版、米国KAYPENTAX社製)及びSugispeech Analyzer(国産)を導入し、音声分析ソフト対応のPC6台がフル稼働できるインフラ整備が完了した。また、所属大学で実施する英語能力試験(CASEC)の得点を参考に、被験者における実験群と統制群の編成も完了し、第二段階に入る準備が整った。加えて、本研究の基礎的概念に関する論考を大学紀要にまとめて発表した。本研究は、年齢や外国語学習歴の多様な最近の大学生がみずからのペースで英語音声を習得できるように、それを補助・強化するための音声学習プログラムを開発し、学習者の言語音リテラシーを向上させる効果的学習方法を考案することを目的とした。すなわち、大学生という臨界期を過ぎた成人の外国語学習者が「認知し、理解し、納得したうえで、みずから進んで学習する心的態度を涵養するにはどうしたらよいか」を考究し、自律学習型の補助・強化となる視覚認知型の音声聴覚イメージを学習者が獲得できる学習モデルを構築し、実効性の高い運用プログラムを考究したところに意義がある。本研究目的を達成するために、予備的段階として、既設の音声学実験実習室をスピーチクリニックとして運用できるように整備したーこの新しい試みに活用できる音声ソフトMulti-Speech 5600及びSpeech Analyzerを導入し、翌年度、最新の自律学習向け音声ソフトGlobalVoice CALLの増設を行ない、ソフト面の整備が完了した。また、所属機関で実施する英語能力試験(CASEC及びTOEIC)の得点データも利用して分析できるように「外国語学部生学力情報総合データベース」作成にも着手した。次に、本格的段階として、学習者が「発音・強勢・抑揚・タイミング」の4点を自己評価しながら英語音声獲得を進める個別指導を行ない、当該データを収集し、その特徴について分析した。また、英語能力試験で測ることのできたリスニング能力と本研究の中核である発話能力との強い相関性についても考察した。最終年度には、音声学習プログラムは、語用論的観点から、連続発話における脱強勢化や、文構造と音声情報の関係を盛り込んだTact/Discourse Grammarとして提示することが適当であるという結論に達し、オーラルとリテラルの融合を試みる音声文法を著わした。英語学、応用言語学全体的にみて、本研究は第二年目に入り、予定よりやや遅れているといえる。計画した「音声学実験実習室」を利用した「スピーチ・クリニック」のインフラ整備も第一年次にかなりの程度まで整い、被験者に対する英語能力試験(CASEC)も実施することができた。ただし、次の三点において修正を余儀なくされたことは、予想外の出来事であった。
放射線被ばくが主要臓器に及ぼす影響に迫る「遺伝子改変動物を用いた時空間解析」

1.概日リズム制御機構と放射線感受性/抵抗性制御機構のクロストーク:細胞の放射線抵抗性を誘導する遺伝子としてhypoxia-inducible factor 1が、また生体の概日リズムを制御する遺伝子としてPeriod 2(PER2)が知られている。我々は、PER2がHIF-1を活性化するメカニズムを解明し、両機構の機能的クロストークの実態を捉えた(Kobayashi et al. FEBS J. 2017.)。従来より、HIF-1活性は主にその主要制御サブユニットHIF-1α蛋白質の安定性に依存していることが知られていた。しかし我々は、PER2がHIF-1α蛋白質の安定性には影響を及ぼさず、HIF-1αとHIF-1βで構成されるヘテロダイマーHIF-1を、DNA上のエンハンサー領域にリクルートする活性を持つことを見出した(Figure 1)。この成果は、HIF-1活性の制御における新たなメカニズムを明らかにしたのみならず、概日リズム(生体のリズム)が生体の放射線感受性を左右する可能性を示した点で大きな意義を持っている。2.遺伝子改変マウスの作製:1DNA二重鎖切断を可視化するための遺伝子改変マウスと、2細胞の放射線感受性を左右する組織内低酸素環境を可視化するための遺伝子改変マウスを樹立するため、2つのターゲティングベクターを構築した。そして各ベクターをRosa26用guide RNA、およびCas9発現ベクターと共にマイクロインジェクトし、genotypingを行うことによって、目的どおりの遺伝子改変マウスを作成することに成功した。29年度が最終年度であるため、記入しない。DNA二重鎖切断を緑色蛍光のドットとして可視化できるレポーター遺伝子を安定に導入した細胞株を効率よく樹立するために、当該レポーター遺伝子のDNA断片をレンチウィルス作成用プラスミドpCDH-EF1-MCS-IRES-Puro(SBI#CD532A-2)に組み込んだ。構築したプラスミドをパッケージング細胞に導入し、レンチウィルスを作成する系を確立した。当該ウィルスをヒトの子宮および腎臓などに由来する細胞株に感染させ、α線、X線、γ線を照射し、生じたDNAの損傷をリアルタイムに可視化した。その結果、γ線の方がα線と比較してDNA損傷能が強いことが確認された。一方、γ線とα線によって生じたDNA損傷の修復速度を比較した場合、前者の方が早かったことから、α線が修復しにくいDNA損傷を生じる可能性が示唆された。また、当該レポーター遺伝子の遺伝子組換えマウスを作成するため、レポーター遺伝子を計326個のES細胞にマイクロインジェクションした。得られた遺伝子改変ES細胞を対象にジェノタイピングを行い、レポーター遺伝子が組み込まれた遺伝子改変クローンを選択、偽妊娠マウスに戻して17匹の産仔を得た。うち3匹は食殺されたため、残った14匹の産仔を対象にジェノタイピングを行い、目的のトランスジェニックマウスを2系統樹立できたことを確認した。F0世代ではレポーター遺伝子の発現が認められたが、マウスの継代を重ねるうちに緑色蛍光が減弱したため、transgeneがサイレンシングされてしまった可能性が考えられた。そこで目的の遺伝子改変マウスを樹立する手段として、サイレンシングを受けにくいRosa26遺伝子座に当該レポーター遺伝子をノックインすることとし、ターゲティングベクターを構築した。培養細胞を用いた実験はおおむね順調に進んでいるが、DNA損傷を可視化するための遺伝子改変マウスの樹立の方がやや遅れている。具体的な問題は、レポーター遺伝子を組み込んだマウスは作成できたものの、緑色蛍光発現遺伝子がサイレンシングを受けてしまったことである。この問題を克服するために、トランスジェニック法ではなくノックイン法にで当該レポーター遺伝子をROSA26 locusに組み込む手法を取ることし、それに向けてターゲティングベクターの構築を完了した。以上、総じて、「やや遅れている」と判断した。

H28年度に構築した実験系を用いて今後は、α線・γ線・X線のほか宇宙放射線に含まれる他の線質の放射線(重粒子・陽子線等)によって生じるDNA損傷の発生頻度と修復活性を評価し、遺伝子改変マウスを用いる実験に活かせる基本的パラメーターを取得する。またEGFP-53BP1Mノックインマウスを樹立し、線質の違いが各臓器の放射線感受性とDNA損傷修復能に及ぼす影響を、組織・個体レベルで解析する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
紙を基材としたオール印刷有機トランジスタ

基板表面の機能性官能基パターニングによって、特定の領域のみに自発的な有機結晶成長を促す表面選択塗布法を開発した。この方法を用いることで、有機トランジスタ素子のゲート、ソース・ドレイン電極、半導体層までのすべての部位を自己組織化的に作製するオール印刷プロセスを実現した。本方法はすべて大気下のプロセスであるため、真空装置を一切用いることなく有機トランジスタを製造できる。また、プロセス温度もプラスチックのガラス転移温度以下に抑えられており、フレキシブルな電子デバイスを印刷法で形成することが可能となった。人と環境にやさしい新しいエレクトロニクスとして、有機半導体による、薄さ、軽さ、柔らかさを備えた次世代電子素子の実現が期待されている。さらに、有機材料の溶解性を活かせば、エコロジカルな印刷法によるデバイスの低コスト・大量生産が可能であると考えられる。我々は基板表面の親液性・撥液性を表面官能基によってパターニングを行い、親液性の領域のみに自発的な有機結晶成長を促す表面選択塗布法を開発した。さらにこの方法を用いることで、有機トランジスタ素子のゲート、ソース・ドレイン電極、半導体層までのすべてのコンポーネントを自己形成で作製するオール印刷プロセスを実現し、論文発表を行った。この方法はすべて大気下のプロセスで行えるため、真空装置を一切用いることなく有機トランジスタを製造できる。その他、有機トランジスタの物理的な動作原理を解明する様々な研究を行った。我々は前年度に開発したオール溶液プロセスによる有機電子デバイスの作製法に基づいて、さらにデバイスの特性を向上させるべく様々な界面特性に着目した研究を行った。さらに、有機半導体の結晶性がデバイス特性の決め手となることを重視し、溶液から塗布した有機半導体が溶媒蒸気によって基板上で自発的に結晶化する新しいプロセスを開発した。この溶媒蒸気アニール法で形成した有機単結晶から作製したトランジスタ素子において、世界最高レベルの移動度である9.1cm2/Vsを実現し、論文発表と特許出願を行った。この有機単結晶の直接形成技術は、溶媒に可溶な材料であればどんな有機半導体分子にも例外なく適用できる。有機単結晶を基板上で直接形成する技術は、特に溶液プロセスでは他に例がなく、溶媒蒸気に暴露するという簡便な方法で単結晶の直接形成に成功した本発明は、様々なデバイス開発につながると考えられる。加えて、有機トランジスタへの電荷注入メカニズム、電荷輸送モデルに関する研究をフランスグループと共同で行い、3報の論文を発表した。また、溶液プロセスで作製した電子デバイスの転写プロセスについての研究を行った。
Small sized force/torque sensors for robotic arms and hands

本研究では容量型かつホール効果計測に基づく触覚センサーを開発し、ロボットハンドに実装した。主要な新規性としては、小型でソフトな形状の3力軸センサー(X.Y.X軸)を可能した点である。加えて、容量型6軸力トルクセンサーが実装されている。また必要最低限のワイヤですべてのセンサーが統合できる。さらに、巧みなハンド操作を目指す研究も実施した。
強皮症の線維化・血管リモデリングを誘導する新規末梢血単球サブセットの同定

強皮症(SSc)は現状で残された難治性疾患の一つで、非可逆的な線維化・血管病変を特徴とする。これまで病態に関わる様々な分子や細胞が示されているが、全ての病変を一元的に説明しえるメカニズムの同定に至っていない。本研究では、『SSc患者では、転写因子レベルでの異常により誘導された単球サブセット(以下M2-SSc単球)が病変部組織にリクルートされ、線維促進因子の産生、筋線維芽細胞への分化転換、血管新生抑制を介して病態形成の初期段階で重要な働きをする』という仮説を検証することでSScの病態を解明することを目的としている。昨年度は転写因子AP-1構成成分に着目してSSc患者末梢血中に存在するユニークな単球サブセットを検索し、Fra-1発現が高い末梢血単球が発症早期のびまん皮膚硬化型が増加していることを明らかにした。そこで、本年度はqPCR Arrayを用いてM2-SSc単球で発現が亢進または低下している遺伝子を半網羅的に検討した。性別、年齢を一致させた強皮症患者、健常人各10例の末梢血単球を比較した結果、SScで発現低下している遺伝子としてSRA1、EDNRB、HIF1a、IL1R2A、MRC1(CD206)、PECAM1、IL1b、発現上昇している遺伝子としTNF、TRL8、MAPK1、CXCL8、CCL18が抽出された。これまでの2年間で、マウスモデルで示されたM2-SSc単球がヒトSSc患者に存在することを示し、さらにフェノタイプ解析を進めてきた。最終年度は当初の提案通りに、さらに機能解析を行い、病態との関連、治療標的分子の同定を行う。SScに特有の単球サブセットの候補としてFra-1高発現CD14+単球、さらに発現変死している遺伝子群が同定された。今後はこれら遺伝子についての機能、さらにはパスウェイ解析を行うことで、M2-SSc単球のさらなる詳細な機能解析を進める予定である。今年度はSSc患者末梢血中に存在するユニークな単球サブセットを同定するため、転写因子AP-1構成成分(Fra-1、Fra-2、c-Fos、FosB、c-Jun、JunD、JunB、ATF-2、ATF-3、B-ATF)に着目し、その発現レベルをSScおよび健常人の末梢血からモノクローナル抗体結合磁気ビーズにより分離した高純度CD14+単球を用いて比較した。定量的PCRを用いてSSc48例、健常人36例で比較すると、Fra-1、Fra-2、c-Fos、FosB、ATF-2、ATF-3、JunB、JunDの発現レベルが高かった。蛋白レベルでの発現比較では同様の傾向がみられたが、統計学的に有意にSSc発現が亢進していた転写因子はFra-1のみであった。特に末梢血単球におけるFra-1発現が高い例は発症早期のびまん皮膚硬化型が多かった。この結果は、皮膚硬化、肺間質の線維化、肺動脈リモデリングを自然発症するFra-1を高発現するトランスジェニックマウスで得られた知見をヒトで再現する結果であった。

これまでの2年間で、マウスモデルで示されたM2-SSc単球がヒトSSc患者に存在することを示し、さらにフェノタイプ解析を進めてきた。最終年度は当初の提案通りに、さらに機能解析を行い、病態との関連、治療標的分子の同定を行う。SScに特有の単球サブセットの候補としてFra-1高発現CD14+単球が同定された。今後はmRNAアレイを用いて、これらサブセットで発現が高いサイトカイン、ケモカイン、M1/M2マーカーを同定し、さらなる詳細な機能解析を進める予定である。SScに特有の単球サブセットの候補としてFra-1高発現CD14+単球、さらに発現変死している遺伝子群が同定された。今後はこれら遺伝子についての機能、さらにはパスウェイ解析を行うことで、M2-SSc単球のさらなる詳細な機能解析を進める予定である。年度内にアレイ関連の高額な試薬購入を予定していたが、研究結果に基づいた試薬選定に時間を要してしまい購入が年度をまたいでしまったため。残額な少額で研究推進に必要な試薬の購入に足りないため次年度繰越とした。
連続プレスによる圧縮木材製造装置の開発

(1)木材の横圧縮変形に関する基礎データを基に、木材加工用ロールプレス装置を試作した。本装置は、直径が200400mm、幅が300mmの一対の金属ロールにより構成され、駆動には4.4kWのサーボモータを使用し、最大圧延荷重400kN、最大圧延トルク5000kNmを発生する。ロールギャップは0150mm、ロール回転数は0.0115rpmの範囲で可変できる。ロールには14.4kWのヒータが装着されており、室温220°Cの範囲で調整される。左右軸箱下に1005000kgfのロードセルがそれぞれ装備されており、圧延荷重が常時計測可能である。(2)ロール圧縮によって、木材に発生する特徴的な不都合(破壊)は、A.わに口破壊、B.縦割れ、C.表面割れ、D.幅反り、E.縦反り、F.加工材内部の層はく離などであり、これらが加工材の強度低下に寄与していた。それぞれについて、圧縮率、ロール径、ロール送り速度などの変形条件、および、試験片寸法、被加工材含水率などの材料条件と加工材の強度的性質の関係を調べ、それぞれの関係を考察した。(3)材料厚さ(T)、圧縮率(T-H)/T、ロール径(φ)を用いて計算される圧入角θ(cosθ=1-(T-H)/φ)と、θから計算されるロール接触時の加工材表面のひずみ(ε=πθ/180sinθ-1)は、わに口破壊や表面割れの発生と密接な関係にあり、スギ材の場合、気乾材では圧入角θ=8°、飽水材では9.5°以上になると、曲げ性能が著しく低下した。(4)ロールプレス法の木材加工への応用例として、液体注入試験を行った。水分を大量に含む生材を、予備乾燥することなく、薬剤水溶液中で連続ロール圧縮することによって、内腔中の自由水を薬剤水溶液と置換することができた。これによって、木材中に各種薬剤を連続的かつ効率的に注入することが可能となった。(1)高周波加熱による圧縮変形の固定化高周波誘電加熱を併用して熱板圧締することにより、短時間に、寸法安定性に優れた圧縮木材(仕上がり厚さが30mm)が得られた。この場合、繊維方向長さによらず、木口付近35cmの範囲では、若干高い変形回復が認められたが、中央付近では、実用上十分な寸法安定性が確認された。さらに、圧縮率の増加、木口および側面を拘束することにより、回復度は材全体にわたり低い値で安定した。以上、圧縮木材の変形固定加工として高周波加熱の優位性が確認された。しかし、ロールプレスへの組み込みは極めて困難であることが判明したため、次年度以降の実験計画を若干変更する必要が生じた。(2)水蒸気前処理による圧縮変形の固定化本課題は、別予算による前年度からの継続研究である。今年度は、特に、ロールプレスによる圧縮変形を考慮し、実大単板を用いた実験を行った。水蒸気前処理温度および時間の増加に従い回復度が低下した。小試験片の場合とほぼ同様に、10分間の処理では、210220°Cの処理で、変形はほぼ固定された。(3)木材圧縮用ロールプレス装置の設計と製造現有の金属用ロールプレス装置を用いて、製造条件、機械強度などに関する実験を行った。

それらの結果から、圧縮木材加工用ロールプレス機として、ロール幅:300mm、ロール径:400、300mm、プレス圧力:4ton、圧延トルク:5kNm、ロール回転数:0.0110rpm、ロール間隙:0150mm、モータ形式:サーボモータ、モータ定格回転数:1500rpm、モータ容量:2.9kw、減速機減速比:1/200などの仕様を決定し、設計、製造した。前年度に作成したロールプレス機を用いて、木材の横圧縮試験を行った。ロール圧縮によって、木材に発生する特徴的な破壊(不都合)は、次のように整理された。A.わに口破壊材料の最後尾がロール入り口直前で23枚の板にはく離する破壊で、金属の板圧延においても一般的に認められている。これは、ロール圧延部周辺に発生する厚さ方向の引張応力によるものである。破壊は、すべて年輪界(晩材から早材への境界)において発生する。B.縦割れ放射組織に沿って繊維方向に発生する。厚さ方向への大変形に伴って、その直角(幅)方向に発生する引張応力によると考えられる。破壊は、必ず木表側から発生するが、加工材が分割される場合もある。C.表面割れロール通過後の表面全域に、繊維と直角方向の短い断続的な表面割れが現れる。発生頻度は本表に比べ木裏で顕著である。これは、ロール圧延時に材料表面付近に発生する引張ひずみに起因すると考えられる。D.幅反り円弧状に層構造(年輪構造)を有する木材を圧密化する場合、変形回復に伴って、本表が凹となる反りが発生する。ロール通過後の変形回復に伴って、同様の機構で幅反りが発生すると推察される。E.縦反り木材は、木表側と木裏側では、その年輪構造に起因して、横圧縮変形能に差が生じる。このため、上下ロールの圧入量に差が生じ、これによって縦反りが発生する。F.加工材内部の層はく離ロール圧延過程において、加工材のロール接触部から数mm内部に、断続的な層はく離が観察される。圧密によってこの破壊は消滅するため定量化は困難であるが、水平せん断応力によるものと推察される。試作したロールプレス機を用いて、木材の横圧縮試験を行うとともに、加工材の物性を調べ、両者の関係を考察した。ロール圧縮によって、木材に発生する特徴的な不都合(破壊)は、A.わに口破壊、B.縦割れ、C.表面割れ、D.幅反り、E.縦反り、F.加工材内部の層はく離などであり、これらが加工材の強度低下に寄与していた。それぞれについて、圧縮率、ロール径、ロール送り速度などの変形条件、および、試験片寸法、被加工材含水率などの材料条件と加工材の強度的性質の関係を調べ、ロールプレスによる強度低下の抑制について検討したところ、一例として、以下の結果が得られた。(1)圧縮率:加工材の曲げ試験時の破壊形態は、最外層での引張破壊がほとんどであったが、60%以上の圧縮において、年輪界でのせん断破壊が確認された。ロールプレス加工では、微小なせん断変形の連続によって圧縮されるため、圧縮率が高くなるに従い、加工材の破壊形態に影響を及ぼすのであろう。(2)ロール径、送り速度:圧縮率が等しい場合、ロール径が小さくなるほど加工材の曲げ強度は低下した。ロール径が大きくなると加工抵抗が増加するが、強度低下の抑制においては有効である。実験の範囲では、ロール送り速度の影響は確認されなかった。(3)木材の含水状態:高含水状態の木材では、構成成分が軟化しており、変形に伴う繊維相互間のすべりが容易となるため、加工材の曲げ性能の低下が抑制された。しかし、細胞間層の過度の軟化により細胞壁間の結合力が低下するため、幅方向への材の伸長によって生じる縦割れが乾燥材より顕著となった。(4)木材の厚さ:材料厚さが増すほど、低圧縮域での強度低下の度合いが大きくなる。
前弧海盆堆積物から産出する冷湧水性化学合成化石群集の堆積環境と湧水の規制要因

横浜市南部に分布する上部鮮新統下部更新統上総層群大船層と小柴層からは,Lucinomaで主に構成される化学合成化石群集が産出する.この群集産出地域において,層理面に平行と垂直にボーリング調査を行い,群集の地下断面を観察した.コア中の化学合成二枚貝の産出数と炭酸塩コンクリーションの発達程度から,湧水の活動規模を推定し,湧水が活発な時期と弱い時期で岩相や炭酸塩鉱物の種類と産状に違いがあることを明らかにした.また,認定されたナンノ化石基準面や凝灰岩層のFT年代測定に基づき,湧水の活動が長期間に渡って断続的に活動していたことが明らかになった.この結果は,従来全く知られておらず,特定の化石群集において,このような湧水活動の違いと岩相,炭酸塩コンクリーションの形成過程との関連を始めて議論することができた.活発な時期:化学合成二枚貝の産出が多く,コア中には,周囲の露頭とは異なる特徴を持つ層準が観察される.炭酸塩コンクリーションはよく発達し,方解石→霰石の順に晶出し,炭素同位体比が低い値を示すことからメタン酸化の影響を受けて沈殿したと考えた.方解石は還元的な,霰石は酸化的な環境で沈殿しやすいことが知られており,この層準では堆積物中で方解石が沈殿した後,コンクリーションが堆積物表面に露出し,霰石が沈殿したと考えた.このようなコンクリーションの存在は,現生のポックマーク地域で知られ,すなわちこの層準では,ポックマークをつくるような爆発的なメタンの放出があり,方解石→霰石の順で沈殿,特徴的な岩相の層準,が形成されたと推定した.弱い時期:化学合成二枚貝の産出は少なく,コアの岩相は,周囲の露頭の岩相と同じである。コンクリーション化は弱く,微晶質セメントの方解石(δ^<13>C=-35‰以下)が,その下位で,微晶質セメントの苦灰石(δ^<13>C=-4‰以上)が晶出する.このような炭酸塩鉱物の違いは,元々の堆積物中の間隙水の違いを反映し,重い同位体比を持つ苦灰石は,メタン生成帯における重い炭素同位体比を持つ二酸化炭素の影響であると考えた.上総層群大船層から,主にConchoceleからなる化学合成化石群集が,横浜市の"氷取沢市民の森"西縁部の庄戸第二公園周辺から産出する.この化学合成化石群集を産出する露頭は,Sg3(1.83Ma:藤岡ほか,2003)凝灰岩層からおよそ30m下位の大船層下部にあたり,化石群集は凝灰質泥質砂岩層及びパミス質砂岩層中に密集,あるいは散在的に産出する.群集の地表面下での分布,及び地層の3次元的分布を明らかにするために,群集を産出する露頭の直上とその周辺の2ヶ所の計3ヶ所で層理面に垂直なボーリングを実施した.これらのコアの解析と群集の周辺に露出する地層を調査した結果,以下のことが分かった.1)地層の最下部は泥岩層及び砂質泥岩層からなり,その一部は,挟在する凝灰岩層の走向と傾斜が,この地域の一般的な走向と傾斜と著しく異なること,断層などの顕著な変形が見られないことから,海底地すべり堆積物であると判断される.2)海底地すべり堆積物の上位には,チャネル充填堆積物と考えられる凝灰質砂岩層とパミス質砂岩層が分布し,パミス質砂岩層は,明瞭な侵食面を伴って泥岩層と凝灰質砂岩層の上位に直接重なる.3)化石群集は,パミス質砂岩層から散在的に,その上位の凝灰質泥質砂岩層からはコンクリーション中に著しく密集して産出する.以上の結果から,これらの堆積構造は,メタン放出の直接的な証拠である化学合成群集と密接に伴っていることから,メタンハイドレートの分解をその起源とする地質構造である可能性が高い.大船層の古水深は底生有孔虫化石により,200-500mと推定されており(江藤ほか,1987),この深度は日本周辺におけるメタンハイドレートの存在限界水深と重なる.このような深度では,水温の上昇や海水準の変動などにより,容易にハイドレートが分解し,メタンが放出されると考えられる.横浜市南部に分布する上部鮮新統下部更新統上総層群大船層と小柴層からは,Lucinomaで主に構成される化学合成化石群集が産出する.この群集産出地域において,層理面に平行と垂直にボーリング調査を行い,群集の地下断面を観察した.コア中の化学合成二枚貝の産出数と炭酸塩コンクリーションの発達程度から,湧水の活動規模を推定し,湧水が活発な時期と弱い時期で岩相や炭酸塩鉱物の種類と産状に違いがあることを明らかにした.また,認定されたナンノ化石基準面や凝灰岩層のFT年代測定に基づき,湧水の活動が長期間に渡って断続的に活動していたことが明らかになった.この結果は,従来全く知られておらず,特定の化石群集において,このような湧水活動の違いと岩相,炭酸塩コンクリーションの形成過程との関連を始めて議論することができた.活発な時期:

化学合成二枚貝の産出が多く,コア中には,周囲の露頭とは異なる特徴を持つ層準が観察される.炭酸塩コンクリーションはよく発達し,方解石→霰石の順に晶出し,炭素同位体比が低い値を示すことからメタン酸化の影響を受けて沈殿したと考えた.方解石は還元的な,霰石は酸化的な環境で沈殿しやすいことが知られており,この層準では堆積物中で方解石が沈殿した後,コンクリーションが堆積物表面に露出し,霰石が沈殿したと考えた.このようなコンクリーションの存在は,現生のポックマーク地域で知られ,すなわちこの層準では,ポックマークをつくるような爆発的なメタンの放出があり,方解石→霰石の順で沈殿,特徴的な岩相の層準,が形成されたと推定した.弱い時期:化学合成二枚貝の産出は少なく,コアの岩相は,周囲の露頭の岩相と同じである。コンクリーション化は弱く,微晶質セメントの方解石(δ^<13>C=-35‰以下)が,その下位で,微晶質セメントの苦灰石(δ^<13>C=-4‰以上)が晶出する.このような炭酸塩鉱物の違いは,元々の堆積物中の間隙水の違いを反映し,重い同位体比を持つ苦灰石は,メタン生成帯における重い炭素同位体比を持つ二酸化炭素の影響であると考えた.
再生軟骨組織における免疫特権構築メカニズムの検証と再生軟骨医療への応用

再生軟骨組織の移植後組織反応における免疫特権の関与を検証した。再生軟骨組織の軟骨領域では、移植後2週でFasL、TGF-βなどの免疫特権関連因子の局在が観察された。FasL機能不全マウス(gld)由来再生軟骨では、野生型マウス再生軟骨に比較し基質産生の低下を認めた一方、マクロファージの局在は高かった。更に、gld軟骨細胞はマクロファージ様細胞RAW264に対する細胞傷害性が低かったことから、軟骨細胞に発現するFasLが再生軟骨移植における組織反応を抑制し、再生軟骨の成熟に貢献している可能性が示唆された。本研究では、独自に開発したマウス同系再生骨移植の実験系に、各種の組織反応抑制因子(免疫特権関連因子)の遺伝子改変マウスを導入して、足場素材を含有する再生組織における組織反応のメカニズムを解明し、再生軟骨医療の発展に貢献することを目指している。生理的軟骨組織およびマウス軟骨再生モデルにおける免疫特権関連因子の発現・局在解析では、まず、マウス耳介軟骨組織における免疫特権関連因子の発現を免疫組織化学的に検討した。その結果、耳介軟骨組織の軟骨細胞において、Fas ligand(FasL)やTransforminggrowthfactor-β(TGF-β)の局在が認められた。一方、マウス耳介軟骨細胞をポリ乳酸(PLLA)多孔体へ播種し、背部皮下へ同系移植した再生軟骨組織では、移植後2週でFasL、TGF-β、Substance Pなどの著明な局在が観察された。次に、培養軟骨細胞の再分化と免疫待権関連因子の発現との相関性をreal-time PCRを用いて検討したところ、FasLと軟骨分化マーカーII型コラーゲンの発現は相関せず、むしろ逆相関する傾向を示した。軟骨細胞とマクロファージの共培養系における軟骨細胞の免疫制御の検証では、マウスマクロファージRAW264とマウス耳介軟骨細胞との共培養系を用いて免疫制御を検証した。Cytotoxic assayにおいて、軟骨細胞はRAW264に細胞死を誘導した一方、RAW264は軟骨細胞に細胞障害作用を示さないことが明らかとなった。更に、FasL機能不全を有するgldマウスから採取した軟骨細胞で同様に検討したところ、野生型マウス由来軟骨細胞と比較しRAW264に対する細胞死誘導能が低下することが示された。以上から、軟骨細胞が有するFasLが、マクロファージの活性や局在制御に関与している可能性が示唆された。本研究では、独自に開発したマウス同系再生軟骨移植の実験系に、各種の組織反応抑制因子(免疫特権関連因子)の遺伝子改変マウスを導入して、足場素材を含有する再生組織における組織反応のメカニズムを解明し、再生軟骨医療の発展に貢献することを目指している。免疫特権関連因子のノックアウトマウスを用いた再生軟骨移植における機能検討では、C57BL/6Jマウス(WT)およびFasL機能不全マウス(C57BL6/J-gld/gld(gld))由来耳介軟骨細胞をポリ乳酸足場素材に播種して再生軟骨を作製し、WT背部皮下へ同系移植して経時的に組織学的・免疫組織化学的検討を行った。その結果、gld再生軟骨では、トルイジンブルー染色やGAG定量で、WT再生軟骨に比較し基質産生の低下を認めた。F4/80陽性細胞はgld再生軟骨で密にみられ、軟骨細胞のFasLによるマクロファージの局在制御が推察された。また、再生軟骨組織のヒト耳介軟骨細胞において、成熟刺激で基質産生を誘導したところFasL遺伝子の発現に変化はなく、むしろマクロファージ様細胞RAW264との共培養により発現が上昇した。共培養時の培養上清をプロテオームアレイにより解析し、RAW264単独群と比較したところG-CSFが高値を示した。G-CSFを軟骨細胞の基質産生誘導時に添加すると、FasLの発現が上昇することが確認された。更に、再生軟骨組織の移植前培養にG-CSFを添加したところFasL発現が誘導され、無添加の群と比較し移植後のマクロファージの減少と基質の蓄積が観察された。軟骨細胞とマクロファージとの相互作用により分泌される因子が軟骨細胞にFasL発現を促すメカニズムを応用し、移植後の組織反応を制御できる可能性が示唆された。
高頻度振動換気技術を利用した非侵襲的ネーザルCPAP素子の開発

27年度においては、計算モデルに基づく実験用NCPAP素子を試作し、自発呼吸シミュレータ(PT-2)によるCPAP素子性能試験を行った結果、呼気時の変動圧力が大きく変動し、呼吸仕事が増加した。その原因は、素子の流路出口が狭かったためであることが予想された。そのNCPAP素子の出口は、メイン出口流路とバイパス出口流路で構成され、それぞれの出口流路による影響を調べる必要があった。しかし2つの出口流路幅の影響を同時に調べること困難であった。そこで過去の横型NCPAP素子の実験において、CPAP変動圧力が最小になったバイパス流路幅寸法1.4mmを利用した。すなわち計算モデルのバイパス流路幅を1.4mmに固定し、メイン流路幅を1.6mm3.2mmまで0.4mm幅間隔の計算モデル6種類を作成して、それぞれの計算モデルの素子特性を調べた。その結果メイン出口流路幅2.8mmの場合にCPAP変動圧力が最小になった。その計算モデルの寸法を参考に実験用のNCPAP素子を試作した。製作したNCPAP素子をPT-2に取り付け得られた実験結果は、1呼気時の変動圧力が全く上昇しないこと、さらに2MAPを増加させると呼気時の圧力が減少する新しいNCPAP素子でることを示していた。さらに3PT-2とHFOを同時駆動させた場合に、HFOによる肺胞圧への影響を見積もることができた。上記の1と2の成果を基に特願2016-221009「ネーザルCPAP素子」を出願した。
鉄筋コンクリート部材の耐用年数の推定に関する研究

コンクリート供試体中に鉄筋を埋設し、コンクリート表面に塩水を噴霧させる急速試験により内部鉄筋を腐食させ、腐食生成物などを分析した。急速試験は温度60°C一定として、塩水の噴霧と乾燥をくり返す方法とした。腐食による膨張ひびわれが発生する前後の時点で鉄筋をコンクリート体中より取り出し、X線マイクロアナライザーにより腐食生成物の分析を実施した。これによると、腐食生成物の多くは【Fe_3】【O_4】の形態であった。次に、鉄筋とコンクリートの界面における諸性状を検討した。これは、腐食生成物のコンクリート空隙への移動を検照することを目的とするもので、鉄筋周辺のコンクリートのFe分析、コンクリートのポロシケー測定などにより実施した。実験結果によると、腐食生成物のコンクリート体中への大規模な溶出は認められない、材令などによるポロシチーの変化は通常のコンクリートとほぼ同様である、などが明らかとなった。以上の結果から、ほぼ次の事項が明確となったと思われる。1)腐食生成物の多くは【Fe_3】【O_4】である。(塩水噴霧の試験において)2)腐食生成物のコンクリート空隙への大規模な溶出はなさそうである。
被覆型分子素子を鍵とするケミカルナノデバイスの作製

本研究は化学的手法による分子デバイスの作製を目的とし、有機溶媒に可溶なメチル化シクロデキストリンにより各π共役分子素子をそれぞれ被覆し、高い電荷輸送特性を示す分子ワイヤの合成と、これらを基本素子として用い、合成化学的手法により意図した位置で繋ぎ合わせる配線技術の開発を試みた。その結果、高移動度を示す被覆π共役ポリマーの合成手法の開発と簡便かつ安価な溶液プロセスによる分子エレクトロニクスデバイスの作製法に成功した。テトラチアフルバレン,アゾベンゼンまたはポルフィリン部位を含むポリマーについてはそれぞれ酸化還元,紫外可視光照射,金属イオンの導入など外部刺激に対する物性変化を評価した。銅触媒存在下,両端にアルキニル基を有する被覆型π共役モノマーと白金ジクロロビスホスフィン錯体との共重合により,安定な白金-アルキニル結合を有する分子ワイヤの合成に成功した。固体状態における発光スペクトルを測定したところ,600 nm付近に燐光に帰属される発光が観測された。一方,対応する非包接型ポリマーでは発光が確認できなかったことから,白金錯体近傍の被覆効果が顕著に影響することが示唆された。各種物性測定の結果,被覆型分子ワイヤの固体中における量子収率・発光波長は希薄溶液中の値と同程度であり,相互作用に起因するシフトは確認されなかった。すなわち,被覆型分子ワイヤはその完全な被覆によって,固体状態であっても独立した単分子として,希薄溶液中のように燐光発光したことを示している。さらに,両端に配位結合部位を導入した被覆モノマーを用いて,ルテニウム・ピリジル型の分子ワイヤを合成し,その固体物性を明らかとした。分子ワイヤの伝導度の時間減衰から,キャリアであるカチオンラジカルは1ミリ秒にも及ぶ長い寿命を有することが分かった。また,本ポリマーは一酸化炭素雰囲気下において,解重合反応が進行し,ポリマーからモノマーへの変換が可能である。さらに,光照射を行うことにより,ポリマーが再生することを明かとした。この自己修復機能およびポリマー・モノマー変換特性は,分子配線効率の向上や一酸化炭素ガスセンサーとしての応用が期待される。被覆型分子ワイヤを機能性分子素子へと発展させるためには、目的や配線距離に応じた様々な配線材料を構築する、汎用的な合成法の開発が不可欠である。そこで、被覆型分子ワイヤを等差的に伸張するプログラム合成法を開発した。本反応は、逐次的なカップリング反応における溶媒条件を切り替えることで、各伸長段階における包接/非包接構造を選択的に構築し、被覆箇所と共役長が高度に制御された被覆型共役分子を得た。多様なワイヤ長と被覆構造を有する共役分子を系統的に得る本手法は、配線距離や分子間相互作用を高度に調節可能な配線材料合成法として、分子エレクトロニクスにおける新しいプラットホームになることが期待される。続いて、加熱のみによって共役分子を包接、速度論的に安定な被覆型共役分子を得る、分子内スリッピング法に関する詳細を探索し、その一般性を明らかにした。速度論解析の結果、本手法は従来法に比べて、速度論的な安定性が約50倍向上していることが示された。本手法によって合成した被覆型白金アセチリド錯体は、強い燐光発光を示し、その量子収率は被覆によって向上することが示された。これは、三重項励起状態が分子の熱運動によって失活することを抑制したためであり、燐光発光量子収率の温度依存性からその効果が実証された。また、ヘテロ環を導入することで、軌道エネルギーを大きく変化させ、発光色を緑色から赤色へと変化させることも可能となった。これらの燐光発光は、被覆によって固体中でも失活することなく発現したことから、発光色をチューニング可能な個体燐光材料としての応用性が示された。本年度は、分子配線材料である被覆型分子ワイヤにおける、新規合成法の開発や新規機能性の開拓を行った。配線距離や分子間相互作用を高度に調節可能な材料合成法を開発すると共に、金属含有被覆型分子ワイヤの遷移金属錯体をセンシング部位として用いることで、金属錯体と被覆構造が協同的に作用した新規ガスセンサ材料としての応用性を見出した。加えて、無機電極表面上に導入した被覆型接合分子を、基板上でのカップリング反応による伸長を達成するなど、分子デバイス分野において著しい成果を上げている。また、機能性分子デバイス実現における課題とされてきた、機能性と伝導性を両立するための新規方法論を確立した点は、特筆すべき成果である。以上のように、本研究で見出した数々の知見は、機能性配線材料という観点に加えて、超分子化学分野においても従来にないものであり、研究開始時と比べ期待以上の研究の進展があった。本研究では、予め合成したアンカー分子を用いる手法により、安定なレドックス応答性を有する、被覆型共役分子による修飾基板の作製に成功し、包接体においてのみ高密度修飾と高い単分子性を両立できることを明らかにした。一方で、段階的な手法により、アンカー分子における共役骨格の伸長を確認することにも成功した。このように二種類の異なるアプローチが精密に達成されたことにより、本研究分野における広い応用展開の可能性を切り開くことができた。末端の反応点をヨウ素から末端アルキンに変更することで、分子間で弱い相互作用がはたらき、より高密度で単分子性の高い接合が得られると考えた。末端アルキンであれば、薗頭カップリング反応の他にクリック反応やグレーサー反応等にも展開できる。アンカー分子のメタノール溶液にITO基板を40 °Cで浸漬したところ、単分子性の高い接合が得られた。

段階的な手法による共役分子の伸長を確認するため、得られた末端アルキンを有するアンカー分子を接合した基板および伸張分子を用いて基板上でのカップリング反応を行った。反応前後の表面形状から確認できる構造体のうち、それぞれランダムで15個の構造体を選択し、ヒストグラムを作成したところ、それぞれの分子の高さに矛盾のない結果が得られた。このように接合分子の伸長が確認できたのは、接合点近傍におけるアンカー部位の高度な被覆が安定な接合を可能にしているためであると考えている。また、分子の接合基板では伸長が確認できなかったことを考慮すると、今回の場合に考えられる、パラジウムが酸化的付加した活性種の生成が溶液中で生じることが重要であったのではないかと現在のところ考えている。本研究は化学的手法による分子デバイスの作製を目的とし、有機溶媒に可溶なメチル化シクロデキストリンにより各π共役分子素子をそれぞれ被覆し、高い電荷輸送特性を示す分子ワイヤの合成と、これらを基本素子として用い、合成化学的手法により意図した位置で繋ぎ合わせる配線技術の開発を試みた。その結果、高移動度を示す被覆π共役ポリマーの合成手法の開発と簡便かつ安価な溶液プロセスによる分子エレクトロニクスデバイスの作製法に成功した。被覆共役モノマーと機能性分子との共重合反応により汎用性の高い被覆型機能性共役分子ワイヤの合成法の開発に成功すると共に、本法を応用し、固体中において燐光発光特性を示す被覆型白金アセチリドポリマーの合成に成功した。また、被覆型共役分子を無機固体材料表面上に単分子性を保持した状態で高密度に導入することに成功した。この様に、当初の研究計画を着実に遂行し成果をあげており、最終目標としているナノ分子デバイス作製は大いに期待出来る。また、被覆型機能性分子ワイヤの燐光発光特性、自己修復機能、pHセンシング能等、数々の新しい知見も創出しており、研究開始時と比べ期待以上の研究の進展があった。主鎖骨格をOPEからオリゴパラフェニレン(OPP)、オリゴフェニレンビニレン(OPV)、オリゴチオフェン(OTh)へと変換した被覆型分子ワイヤへと展開し、配線材料として最適な主鎖骨格を調査する。これら系統的な探索により、高い電荷移動度を発現する配線材料の設計指針を提示する。さらに得られたポリマーに対し、燐光発光・酸化還元挙動・スピン特性の3つに注目し、遷移金属由来の各種物性を評価する。まず燐光発光については、炭素共役部位と金属部位との軌道準位を制御することにより、三重項励起状態が被覆によって安定化し、燐光が長寿命化される系の実現が期待される。また、酸化還元およびスピン特性としては、電圧や磁場といった外部刺激による分子内電荷移動度の変化を評価する。この変化は配線時におけるスイッチング機能へと展開される。続いてナノ空間内における新規配線手法の開発を試みる。ナノ電極間で被覆モノマーと金属錯体を錯化重合させることで、電極間に分子ワイヤを構築し結線させる。さらに、配位結合を用いた重合は可逆的な結合形成であるため、通常の重合配線よりも高効率で配線されることが期待できる。ナノ金電極に対し、金-硫黄結合により電極表面にSAM膜を形成させ、ピリジル基を導入する。
固体惑星の初期分化モデル：月マグマオーシャンからの制約

本研究では固体惑星の初期進化の統一的理解を最終目標としている。そのために、まず固体天体の初期進化を実証的に検討することができる月の観測事実から、惑星の初期組成とマグマオーシャンの冷却過程の関係を明らかにする。そして月により検証されたモデルと、実験的に決定された種々のパラメータを使い、任意のサイズ・初期組成を持つ固体天体についての初期進化をフォワードに予測する。そのために(1)月化学組成の推定、(2)高圧下でのマグマの物理的、化学的性質の決定、(3)固体天体初期分化モデルの構築、を目指している。当該年度の研究では、本研究で制約してきた月化学組成に対して、観測データの誤差や、地球のマグマ溜まりで知られている実際のマグマの複雑な物理過程を考慮したときに本研究の結果に与える影響の詳細な評価を行った。その結果、本研究で制約された組成はFeO量の下限値とAl203量の上限値に関しては非常に強い制約を与えられているという結論を得ることができた。さらに、制約した月バルク組成から得られる月の起源と初期進化に対する示唆を検討した。月の起源に関しては、近年議論されている3つの巨大衝突モデルに対して、起こりうる月円盤での高温での化学進化を考慮すると、衝突天体組成の月円盤が形成される巨大衝突モデルを支持することが述べられている。これはFeO量とAl_2O_3量を同時に高い精度で制約した結果初めて得られた知見である。また月の初期進化に関しては、制約した組成から形成される内部構造が示されている。マグマオーシャンから形成される内部構造は、マントルオーバーターンや海の玄武岩のソースとなる初期条件を与えるものであり、これらの研究に対する貢献が期待される。(抄録なし)【マグマオーシャンの酸化還元状態の検討】これまで本研究では,マグマオーシャン冷却過程におけるマグマの酸素分圧を考慮する際,月の揮発性元素の欠乏を考慮して,酸素の出入りのない系を仮定していた(Sakai et al., 2011, LPSC).しかしここ数年の高精度のSIMS分析による研究から,従来思われていたよりも月マントルに水が含まれていた可能性が示唆され始めている(Greenwood et al., 2011 ; Hauri et al., 2011 ; Boyce et al., 2010 ; Saal et al., 2008).このことと,海の玄武岩の岩石溶融実験から上部マントルの酸素分圧がIW-1程度であると主張されている(Wellman, 1970 ; Sato et al., 1973)ことを考慮して,本研究の熱力学計算の結果を検討し直したところ,斜長石析出時のマグマオーシャン組成は,今までの結果よりFeO量に富む可能性が示唆され,制約される組成範囲がよりマグマ中のMg#の値にsensitiveであることがわかった(Sakai et al., 2012, LPSC)星この結果はマグマオーシャンの酸素分圧と多段階結晶分別過程をともに考慮した初めての結果であり,地球物理学的手法(バルク密度,慣性能率)から示唆されてきた月のFeO量の上限値が,結晶の分別過程を考慮した地球化学的手法からの制約とも整合的であることを示す重要な結果である.【斜長石分離モデルの再検討】学会において、流体力学の示唆から現在月科学で慣習的に考えられている対流層で斜長石が浮上して分離するモデル(Tonks & Melosh, 1990)ではなく,境界層で分離するモデル(Solomatov et al., 1993 ; Martin & Nokes, 1989)から検討する必要を指摘されたので,より現実的な境界層で分離するモデルを取り入れることで本研究の結果に与える影響を検討した.その結果,T&Mモデルと境界層モデルとは理論式は異なるものの,最終的な値はorderでは変わらなかった.これは,T&Mモデルでも分離に関する係数は結晶分離実験から得られた経験値を代入していたため,最終的な分離条件は(実験条件の範囲内で)現実の値に合うようになっているためと思われる,しかし,T&Mモデルで用いた実験範囲外の分離メカニズムを議論する際には,現実に基づく理論式を用いる必要があるため,今後の研究では境界層モデルを用いる。新しい境界層モデルでは,結晶の分離効率は系に出入りする熱流量と結晶粒径に大きく依存することがわかり,熱を考慮した分化モデルの構築と,月試料の観察・分析から,上述の鉱物組成と合わせてマグマオーシャンから分離した斜長石の粒径の情報を得ることが,より信頼性の高い制約をするために必要であることが認識された,本研究では固体惑星の初期進化の統一的理解を最終目標としている。そのために(1)月化学組成の推定、(2)高圧下でのマグマの物理的,化学的性質の決定、(3)固体天体初期分化モデルの構築、を目指している。当該年度の研究では、(1)月化学組成の推定に対して、月サンプルの分析で得られた希土類元素パターンを用いた推定から、月の総Al203量に対して地球の1-1.4倍という強い制約が得られた(2012年日本惑星科学会など)。

また(2)高圧下でのマグマの物性に対して、ピストンシリンダーを用いた高圧実験により、月マグマオーシャンを想定したマグマめ粘性はFeO量には強く依存するがNa2O量にはほとんど依存しないことがわかった。さらに(3)固体天体初期分化モデルに対して、実験で得られた結果を組み込み、初期組成・サイズを任意に与えたときの固体天体の初期進化を一貫して行うことができる分化モデルのプロトタイプを作成した。現在さらに熱進化を組み込むことを予定しており、冷却のタイムスケールや析出する結晶粒径の情報も得ることを目指している。本研究では固体惑星の初期進化の統一的理解を最終目標としている。そのために、まず固体天体の初期進化を実証的に検討することができる月の観測事実から、惑星の初期組成とマグマオーシャンの冷却過程の関係を明らかにする。そして月により検証されたモデルと、実験的に決定された種々のパラメータを使い、任意のサイズ・初期組成を持つ固体天体についての初期進化をフォワードに予測する。そのために(1)月化学組成の推定、(2)高圧下でのマグマの物理的、化学的性質の決定、(3)固体天体初期分化モデルの構築、を目指している。当該年度の研究では、本研究で制約してきた月化学組成に対して、観測データの誤差や、地球のマグマ溜まりで知られている実際のマグマの複雑な物理過程を考慮したときに本研究の結果に与える影響の詳細な評価を行った。その結果、本研究で制約された組成はFeO量の下限値とAl203量の上限値に関しては非常に強い制約を与えられているという結論を得ることができた。さらに、制約した月バルク組成から得られる月の起源と初期進化に対する示唆を検討した。月の起源に関しては、近年議論されている3つの巨大衝突モデルに対して、起こりうる月円盤での高温での化学進化を考慮すると、衝突天体組成の月円盤が形成される巨大衝突モデルを支持することが述べられている。これはFeO量とAl_2O_3量を同時に高い精度で制約した結果初めて得られた知見である。また月の初期進化に関しては、制約した組成から形成される内部構造が示されている。マグマオーシャンから形成される内部構造は、マントルオーバーターンや海の玄武岩のソースとなる初期条件を与えるものであり、これらの研究に対する貢献が期待される。年次計画では、1年目で「月の初期分化条件の推定」と「初期分化モデルの検討」を行う予定であった。予定通り、当該年度の研究を通して、月の初期分化過程における酸化還元状態、分離効率を推定し、分化モデルの一番重要な斜長石分離モデルの検討を行った。交付申請書での研究実施計画では、「月バルクAl203量の制約」と「マグマオーシャンの物理的・化学的性質の決定」を行う予定であった。当初の予定通り、月サンプルの分析で得られた希土類元素パターンを用いた推定により月バルクAl203量の制約を与えることができ、1年目から継続して行っているピストンシリンダーの高圧実験により、マグマの密度・粘性を決定することができたため、予定通り順調に進展していると判断した。固体惑星の初期進化の統一的理解へ向けて、まずは月の初期組成と初期分化過程の理解を深める。