hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タイにおける地域間教育格差の構造と教育機会均等に向けた教育実践・政策に関する研究

本研究は、タイにおける教育機会・環境の格差の構造と要因を明らかにし、学校教育に関する諸政策と教育実践から、子どもたちの教育機会・環境の改善がいかに図られているのかについて明らかにした。タイにおいては、地理的・地縁的理由および少子化により「小規模学校」が多くなってる。教員数の少なさを補うために、近年はICT教育に力を入れている。「山岳少数民族に特化した学校」においては、貧困脱却を教員・生徒とともに意識しており、職業教育のカリキュラムが充実している。「小学校に併設された中学校(機会拡張学校)」においては、比較的所得の低い農民や日雇労働者の子が多く通っており、中等教育機会の保障につながっている。本研究は、タイにおける地域間の教育機会・教育環境の格差の構造および要因を経済状況との関連から明らかにし、タイ教育省が施行する学校教育に関する諸政策および各学校が実施する独自の教育実践が子どもたちの教育機会・条件格差の改善にいかに貢献しているかを検証することを目的とする。本研究では、とくに教育機会や教育環境が不十分な状況にある、1小学校に併設された中学校、2小規模な小学校、3少数民族の教育に特化した学校に焦点を当てる。平成27年度の研究では、「小規模な小学校」と「少数民族の教育に特化した学校」に関するフィールドワーク調査を実施した。「小規模な小学校」の現状を明らかにするために、チェンマイ県内の小規模小学校を数校訪問するのに加えて、比較対象として大規模小学校2校を訪問し、教員あるいは校長に対してインタビュー調査を実施した。また、教育省基礎教育委員会事務局とチェンマイ第1初等教育地区事務所にも訪問し、担当職員から話を聞いた。小規模小学校存続の要因としては、通学距離の問題、地域・学校・寺院のつながりの問題(一村一寺院一学校の理念)がある。タイでは児童数に応じて国から各学校に補助金が配分されるので、小規模小学校では教育条件を整えるのが難しい現状がある。一方で、大規模小学校は政府の補助金に加えて、保護者・卒業生・地域の有力者からの寄付金が多く集まるため、ますます小規模学校との教育条件の格差が生まれている。「少数民族の教育に特化した学校」に関しては、チェンマイ・スクサーソンクロー学校を訪問し、教員や児童生徒にインタビュー調査およびアンケート調査を実施した。児童生徒、教員ともに「貧困脱却(より良い現金収入を得られること)」を意識し、教育活動に取り組んでいることがわかった。この学校では職業教育に力を入れており、少数民族の子どもたちがタイ社会で生きていくための知識や技術を習得している。平成27年度はフィールドワークを2回実施し、ほぼ計画通りに研究を遂行できている。また、フィールドワークへの協力校も当初の予定よりも多く確保することができた。しかし、チェンマイ県とバンコク都の2地域での調査しかしていないので、来年度はもう一つ地域(東北部コンケン県の予定)を増やし、地域間の比較対照を行う予定である。本研究は、タイにおける地域間の教育機会・教育環境の格差の構造および要因を経済状況との関連から明らかにし、タイ教育省が施行する学校教育に関する諸政策および各学校が実施する独自の教育実践が子どもたちの教育機会・教育条件格差の改善にいかに貢献しているかを検証することを目的とする。平成28年度の研究では、「1小学校に併設された中学校」、「2小規模な小学校」、3に関連して「少数民族の教育に特化していない学校」の調査を実施した。フィールドワークは主に北部チェンマイ県で実施し、政策内容の調査はバンコクの教育省で実施した。「1小学校に併設された中学校」の教育環境の課題や教員・生徒の意識を明らかにするために、9校の正規採用教員、小学校6年児童、中学校13年生徒全員に対してアンケート調査を実施した。まだ分析が完了していないが、「1小学校に併設された中学校」に進学する生徒は低所得の家庭の子であり、職業教育学校への進学を希望する子が多い傾向が見られる。今後詳細な分析を進めていきたい。「2小規模な小学校」では、12校の正規採用教員、小学校6年児童に対してアンケート調査と、各校の校長にインタビュー調査を実施した。さらに比較対象として大規模校の学校でも同様の調査を実施した。親の職業による児童の教育意識の差から、学校が社会階層の再生産機能を有していることが明らかになった。小規模校は教員数や施設設備面が十分ではないことが多いが、小規模校の教員は教育面において小規模校のメリットを感じている。「少数民族の教育に特化していない学校」では、モン族の村にある学校3校(特別な配慮のない学校)を訪問し、教員と児童にアンケート調査を実施し、参与観察を行った。

平成28年度は、「小学校に併設された中学校」の実態調査を進めるとともに、「小規模な小学校」と「少数民族の教育に特化した学校」に関しての調査を深めていく。「小規模な小学校」に関しては、おもにチェンマイ第1教育地区をフィールドとして、複数の小規模学校の教員・児童生徒に対しインタビュー調査、アンケート調査を実施したり、学力テストの成績や設備面の学校間比較を通して、小規模校の問題の現状を明らかにする。「少数民族の教育に特化した学校」に関しては、タイ北部の山岳地帯の少数民族の村にある学校(通学制)を数校訪問し、全寮制である町の学校との取り組みの違いや教育成果の違いを検討する。この研究により、タイにおける山岳少数民族の学校教育の全体像や課題や明らかになる。28年度が最終年度であるため、記入しない。教育社会学28年度が最終年度であるため、記入しない。
造血器腫瘍におけるエピジェネティック薬剤効果検査マーカーの確立

まず最初に、各種PU.1発現改変白血病細胞株を作成し、検討を行った結果、DNAメチル化酵素阻害剤の分化誘導効果とPU.1発現との間に相関関係を見出した。さらに、独自に見出したPU.1の抑制性標的遺伝子であるメタロチオネイン(MT)遺伝子に関して解析した。MT過剰発現細胞株を作成し、検討を行ったところ、予想通り、DNAメチル化酵素阻害剤同様に分化誘導を引き起こす全トランス型レチノイン酸の効果とMT発現との間に負の相関を見出した。これら一連の研究により、PU.1及びMT遺伝子発現の検討が、エピジェネティック薬剤等の分化誘導療法の効果を予測するバイオマーカーとして有用である可能性が示唆された。PU.1発現と5-azadc効果関連分子機構の解明:前年度にはPU.1を過剰発現した慢性骨髄性白血病(K562)細胞株(K562PU.1OEcells)を樹立し、PU.1発現と5-azadc効果について報告した(BBRC, 420(4), p775-781, 2012)。さらに、PU.1とメチル化阻害剤との関連を確証するために、現在、急性単球性白血病(THP-1)細胞株を用いて新たなPU.1過剰発現細胞株の樹立を試み、一部樹立に成功した。樹立された過剰発現株はやはり5-azadcに対し高感受性であった。現在さらに新たな株を作成し、その効果を検討中である。PU.1発現低下に伴う標的遺伝子発現上昇意義の検討:PU.1下流標的遺伝子として独自に同定した、メタロチオネイン(MT)-1、ビメンチン(VIM)が、実際の骨髄球系細胞分化でも、PU.1によりエピジェネティックに制御されているか、THP-1細胞をフォルボールエステル(TPA)によりマクロファージに分化誘導する系を用いて検討を行った。その結果、MT-1は分化と共にその発現がPU.1と負に相関し、PU.1がメチル化CpG結合蛋白(MeCP)2と共にMT-1Aプロモーターに結合し、PU.1結合領域のプロモーターメチル化割合を上昇させることで、分化と共に本遺伝子発現を抑制していることを見出した(BBRC, 433(3), p349-353, 2013)。また、前年度迄に、MT-1の骨髄系細胞における役割を明らかにする為、MT-1過剰発現NB4細胞(NB4MTOEcells)を作製し、全トランス型レチノイン酸による分化が、NB4MTOE細胞にて抑制されていることを明らかにしている。今年度は、MT-1による分化阻害の機序として、MT-1過剰発現が、細胞増殖停止・分化制御に関わるp53の転写因子機能を阻害する機序を見出した(投稿中)。PU.1発現と5-azadc効果関連分子機構の解明:まず、5-azadcの各種PU.1トランスジェニック細胞株における特異的な効果が、実際本薬剤投与下で認められる血中濃度で認められるか、検討を行った。その結果、極低用量(0.1microM)においても、PU.1過剰発現細胞は高感受性を示し、PU.1発現低下細胞は耐性を示すことが明らかになった。さらに、PU.1過剰発現K562細胞では、5-azadcにより、高率に赤芽球分化とそれに伴うアポトーシスが引き起こされていることを見出した(BBRC in press)。PU.1発現低下に伴う標的遺伝子群発現上昇意義の検討: PU.1下流標的遺伝子として独自に同定した、メタロチオネイン(MT)-1、ビメンチン(VIM)が、実際の骨髄球系細胞分化においても、PU.1との負の相関が有るか、NB4細胞のレチノイン酸(RA)分化の系を用いて検討した。その結果、RA誘導によりPU.1の発現が増加すると共にMT-1、VIMの発現が減少し、また、PU.1が結合するこれら遺伝子プロモーター上のメチル化割合が増加することが判明した。すなわち、実際の骨髄球系細胞分化でも、PU.1がこれら遺伝子プロモーターをエピジェネティックに制御することにより発現を抑制していることが示された。次に、MT-1機能解析のために、MT-1過剰発現NB4細胞株を樹立した。解析を行った結果、RA誘導による好中球分化を示すG1期増加が、MT-1過剰発現細胞において抑制され、RA添加による分化マーカーの変化(CD11cの上昇、c-myc・myeloperoxidaseの低下等)がMT-1過剰発現細胞において阻害されていた。このように、各種造血器腫瘍病態に関わるPU.1発現低下による細胞分化異常(分化抑制)には、下流標的遺伝子MT-1の発現上昇が関与していることを見出した。平成26年度は、メタロチオネイン(MT)-1の分化に及ぼす影響を解析した。すなわち、既に樹立しているMT-1過剰発現細胞を用いて種々の分化誘導剤効果を検討し、機序を明らかにすることとした。そこで、MT-1遺伝子を導入し作製したMT-

1過剰発現急性前骨髄球性白血病細胞を用いて、各種分化関連遺伝子の発現解析、好中球殺菌能評価による機能評価、形態学的検討、細胞周期解析等、様々な角度から検証を行った。その結果、これら全てに異常が起こり、MT-1が、全トランス型レチノイン酸の分化誘導効果を著しく阻害するということを見出した(Hirako et al., PLOSONE 2014)。またこれら一連の研究により、MT-1遺伝子発現の検討が、分化誘導療法の効果を予測するバイオマーカーとして有用である可能性が示唆された。さらに、申請者が独自に同定した、MT-1制御因子であるPU.1の分化への影響に関しても検討を行った。PU.1発現低下K562(慢性骨髄性白血病)細胞、及びPU.1過剰発現K562細胞を用いて、同細胞の赤芽球系分化誘導効果が有る低用量シタラビン(Ara-C)を添加すると、PU.1発現低下K562細胞において、著しく分化誘導効果が減弱していることを見出した(Nakano H et al., Biomed. Rep., 2014)。エピジェネティック薬剤の白血病細胞に対する効果も分化誘導作用によるものであり、やはりPU.1の効果と関連していることが判明している(Aoyama S et al., B. B. R. C. 2012)。以上より、PU.1の発現検討が、造血器腫瘍におけるエピジェネティック薬剤効果予測マーカーとして有用である可能性を示唆する発見となった。病態検査学PU.1下流標的遺伝子として独自に同定した、メタロチオネイン(MT)-1、ビメンチン(VIM)が、骨髄球系細胞分化でも、PU.1によりエピジェネティックに制御されているか検討を行った。VIMにおいて関連は認められなかったものの、MT-1に関しては、やはりPU.1が骨髄球系細胞分化において、DNAメチル化活性、ヒストン脱アセチル化活性により制御していることが判明した(BBRC, 433(3), p349-353, 2013)。独自に同定したPU.1-MT-1経路が、骨髄球系細胞分化の過程において、実際制御されているということを明らかにしたのは重要である。臨床検体解析に関しては症例の集積が進まず、検体に対する5-azadcの効果は検討不可能である。また、臨床検体からのゲノムメチル化解析では、集積された症例が少ないため現在3例しか検討していないが、MT-1発現とMT-1メチル化との間にこの少ない症例では関連が認められなかった。すなわち、メチル化解析ではなく、PU.1またはMT-1発現解析が薬効効果予測に重要である可能性が示唆された。また、MT-1による骨髄球系分化阻害を明らかにし、その機序としてp53の機能阻害を引き起こしていることを見出した(論文投稿中)。平成24年度報告したように、MT-1のメチル化解析ではなく、PU.1またはMT-1発現解析が5-azadc等の分化誘導をもたらすエピジェネティック薬剤の効果検討に重要であることが明らかになった。そこで平成25年度は、まず最初に、既に樹立された各種PU.1発現改変K562細胞を用いて、PU.1発現と抗がん剤の効果を検討したところ、シタラビン(Ara-C)とPU.1発現との間に関連が認められることが判明した。
咀噛筋活動パタンに基づく食品評価法の確立

本研究課題は、1)筋活動パタンの評価パラメータと期待されるTp値の自動計算システムを構築した、2)Tp値の妥当性をシミュレーション・データで理論的に検証した、3)嚥下食品の識別における嚥下関連筋Tp値の有効性を確認した、4)咀噛食品の識別における咬筋(閉口筋)Tp値と従来パラメータの有効性を確認した、5)開・閉口相における舌骨上筋群(開口筋)活動比がもつ食品識別パラメータとしての可能性を検討した。咀嚼時の筋活動を解析して、特にその活動パタンから被検食品の識別が可能か否かを検討することを申請課題の目的とした。これまでも、咀嚼時筋活動の解析をおこなった研究は多くあったが、その大部分が咀嚼筋の活動期間や活動量に注目した報告であった。その一因として、筋活動パタンの定量化が困難であるためと推察される。報告者らは、1回の咀嚼(ならびに嚥下)時に咬筋(ならびに舌骨上筋群)が示す活動期間と活動量とも標準化して、そこから導かれるT_P値を比較する「T_P手法」を開発した。この手法は筋の活動パタンを定量化できるものの、その計算量が膨大になるため、初年度ではその自動化を目指して解析ソフトの作製をおこなった。研究期間の2、3年目では、作製された解析ソフトを用いて被検食品数の比較的少ない段階から増やしていき、咬筋活動パタンが異なるテクスチャ特性をもつ被検食品の識別に資するかを調べた。初年度に当たる19年度は、「記録・解析システムの確立」を最大の研究目的とした。解析システムの中心となる申請者らが開発した「T_P法」は、これまでの手計算から自動化のプログラム開発に成功した。しかし、大きな問題となった点として、咬筋・筋電図データに対する「T_P法」適用時に使用する「トリガー信号」の入手であった。この「トリガー信号」は、下顎運動の各周期における開始点を定めるものであり、「T_P法」の適用上に重要な役割を果たす。具体的には、咬筋活動と同期する下顎運動を「トリガー信号」とすべく被験者のオトガイ部に加速度センサを貼付した。加速度センサの出力信号自身は不安定であったため、同信号に対して二重積分を施す工夫を加えた。その結果、「T_P法」の適用に十分な安定した信号とできた。この問題への対応に時間を要し、当初計画にあった「3点組評価法による実験(「テクスチャ」、「官能評価」、「筋活動パタン」)」は緒に就いた段階で初年度が終わった。このような記録・解析システムの確立と並行して、「T_P法」の理論的根拠固めを進めた。論文は現在印刷中('Computers in Biology and Medicine')のため、下記の「11.」には掲載していないものの、実データに代えて確率密度関数によるシミュレーション・データへの「T_P法」適用を試み、同法の妥当性が理論面からも検証できた。当初計画にあった「固形食、半固形食、液状食」から広く被検食品を仮選定するまでには至らなかったものの、使用に供した「グミ」の筋活動パタンは自動化された解析システムによって明らかにできた。次年度は、当初計画にしたがって性状の大きく異なる数食品を試みる予定である。20年度の大きな目標は、初年度(19年度)で確立したT_p手法による「解析システム」を咀嚼時の咬筋筋電図データへ適用し、筋活動パタンから食品の識別が可能か否かを明らかにする点にあった。食品物性の測定に基づき、10種類を選定の上10名の健常被験者へ被検食品として供した。パイロット的知見を得るため、今回は5食品(カンパン、アーモンド、タクアン、グミ、チーズ)の咀嚼時データを解析した。各試行における食品の咀嚼回数は数十回に及んだが、その中で第1第5咀嚼周期から得られた700個(5食品×28試行×5周期)のデータにT_p手法を適用した。T_p値としてT_<10>値T_<90>値が算出されるが、ここではT_<50>値について統計解析を施した。その結果、基本的に「アーモンド、グミ、タグアン」咀嚼時のT_<50>値は「チーズ」咀嚼時のそれに比べて低値を示し、かつそれらの差違は咀嚼周期が進むほど不鮮明になった。この結果から、少なくとも被検食品間の差違が最も著しかった第1第3咀嚼周期については、T_<50>値によって評価された筋活動パタンは食品(群)の識別に有効であることが示唆された。T_<50>値に加えて、同期の5咀嚼周期における咬筋活動期間ならびに活動量の変化についても統計解析を実施した。

被検食品間で比較した結果、咬筋の活動期間と活動量ともT_<50>値とは連動しないと判明した。したがって、T_<50>値は咬筋の活動期間と活動量とは識別子となり得ることが示唆された。これらの知見から、咬筋の活動パタンのみではなくその活動期間と活動量も併せて考慮する方法を検討する必要がある。例えば、これらの変数を説明変数とし、食品(群)を目的変数とする多変量解析をおこなえば、より正確な食品(群)の識別が可能になると考えられた。21年度の研究では、咀嚼筋活動パタンに基づく食品識別がより広範囲で確認できるのかについて、被検食品の点数を12種まで増加させて調べた。実験には、咀嚼・嚥下機能に問題のない20歳前後の男女10名が参加した。被検食品として、サイズ(縦×横×高さ)とテクスチャ特性(硬さ、凝集性、付着性など)が異なる12種類の市販品を使用した。各被験者には、1)習慣的咀嚼側の咬筋(閉口筋)表面筋電図、2)舌骨上筋群(開口筋を含む)表面筋電図、3)下顎運動、4)喉頭運動の記録ができるよう電極ならびにセンサが装着された。その後、各被験者は12種の被検食品から無作為に選ばれた1個を、指示にしたがって自然な咀嚼と嚥下をするよう求められた。各セッションでは12種の全被検食品が順次提供され、各被験者は5セッションおこなったため、総計で10名×12種×5セッションの600試行のデータを記録した。統計的解析には一般線形混合モデルを使用し、危険率5%未満を有意と判定した。得られた主な知見を、解析の終了したデータに基づいて述べる。咀嚼開始からの5周期の咬筋筋電図については、報告者らが開発した「T_P手法」を適用した結果、今回計算した「T_<50>値」は複数の食品対間で有意に異なっていた。同5周期の舌骨上筋群筋電図については、積分値の「最大値」ならびに「正味値(最大値-最小値)/最小値」が複数の食品対間で有意に異なっていた。先ず、今回用いた「T_P値」などのパラメータは、食品の識別に有効と考えられた。また、咬筋ならびに舌骨上筋群で検出された食品間の差違とサイズおよびテクスチャ特性との関係については、一般線形混合モデルばかりではなく多変量解析の手法も駆使して現在解析を進めている。まだ最終結論を述べる段階には至っていないが、食品間で異なる筋活動パタンが観察される原因になったと推測されるサイズならびにテクスチャ特性を導き出せる見通しは得られている。
ニューロンとポドサイトに共通する未知なる発育・分化因子の同定

【背景・目的】ネフローゼ症候群(巣状糸球体硬化,FSGS)と小頭症を合併するGalloway-Mowat(GM)症候群に類似した5症例を対象にゲノムワイド連鎖解析を行い、疾患遺伝子をマッピングする。【対象】早期腎不全に至った劣性遺伝1家系Aと、やや腎障害の進行が緩徐な1家系C、3弧発例(症例B,D,E)を対象とした。ネフローゼ症候群、中枢神経奇形の臨床症状を呈す患児5人の腎組織像はFSGSで、他の1例はびまん性腎硬化を示した。家系A,症例Eは1-2歳で発症し5歳までに腎不全に至ったが、家系B,C、Dの患者は、学童期に蛋白尿が出現する遅発の経過をとっていた。すべての症例で小頭症、神経発育遅延など中枢神経障害があり、また前額狭小、高口蓋、耳介低位、鞍鼻などの外表異常やGER等の消化器症状の合併を認めた。さらに最近、新たに3人の同胞のうち2人(兄8歳、妹1歳)が発症しているGM症例が調査により判明した。【結果・考察】5症例の28検体のゲノムDNAを用いて、全染色体に350のマイクロサテライトマーカーを配置し連鎖解析を行った。現在、連鎖ロット値をGenHunter、SimWalk2,Merlinプログラムで解析中である。今回検討したB,C,D症例では腎障害が遅発性であり、古典的GMの3徴(早期発症ネフローゼ症候群、小頭症、食道裂孔ヘルニア)と合致しない。さらに、骨格形成異常も各症例で多様であり、GM症候群はオリジナルの疾患概念よりも、多彩な表現型(発症時期、障害臓器、重症度)を包含する症候群と考えられる。GM症候群はポドサイトと神経細胞の障害が共存しており、両者の分化・発育に関わる因子の異常が主因と推測される。本症はまれな疾患ではあるが、疾患遺伝子を探索することによりFSGSの発症機序や、ポドサイトと中枢神経細胞に共通する分化発育過程の解明が期待される。【背景・目的】ネフローゼ症候群(FSGS)と小頭症を合併するGM症候群に類似した3症例を対象に臨床・病理所見の相違点を検討した。【対象】早期腎不全に至った劣性遺伝1家系と、やや腎障害の進行が緩徐な1家系・1弧発例を対象とした。ネフローゼ症候群、中枢神経奇形の臨床症状を呈す3症例(右図2家系A, B、1弧発例C)患児7人において、腎組織像は、FSGSであった。家系A, Bは平均1.8歳で発症し、5.4歳で腎不全に至った。症例Cは、20歳で遅発発症し、23歳で腎不全に至った。すべての症例で小頭症、神経発育遅延など中枢神経障害を認めるととともに、前額狭小、高口蓋などの骨格形成異常(家系A, B)、やGERなどの消化器症状(症例C)を認めた。【結果・考察】今回検討したA, Bでは食道裂孔ヘルニアがなく、B, C症例では腎障害の発症が遅発性である点が古典的GMの3徴と合致しない。さらに、骨格形成異常も各症例で多様であり、GM症候群はオリジナルの疾患概念よりも、より多彩な表現型(発症時期、障害臓器、重症度)を包含する症候群と考えられる。本症はまれな疾患ではあるが、疾患遺伝子を探索することによりFSGSの発症機序や、ポドサイト、中枢神経細胞に共通する分化発育過程の解明が期待される。特に城ら(Am J Kidney Dis.1991;17:569-77)が報告したてんかん関連腎症は、GM症候群の弧発・軽症例とも考えられ、本症の遺伝子探索を通じて、より日常的に遭遇する疾患の発症機序の解明が期待される。

今回検討したB,C,D症例では腎障害が遅発性であり、古典的GMの3徴(早期発症ネフローゼ症候群、小頭症、食道裂孔ヘルニア)と合致しない。さらに、骨格形成異常も各症例で多様であり、GM症候群はオリジナルの疾患概念よりも、多彩な表現型(発症時期、障害臓器、重症度)を包含する症候群と考えられる。GM症候群はポドサイトと神経細胞の障害が共存しており、両者の分化・発育に関わる因子の異常が主因と推測される。本症はまれな疾患ではあるが、疾患遺伝子を探索することによりFSGSの発症機序や、ポドサイトと中枢神経細胞に共通する分化発育過程の解明が期待される。
難治性再発卵巣腫瘍を標的とした改変型腫瘍溶解性ウイルスの開発

卵巣癌症例の約半数が進行癌で、多くの場合、治療後に化学療法抵抗性となった癌が再発するため、化学療法に代わる治療法の開発が火急の課題である。また、再発卵巣癌においては、治療標的として有望な癌幹細胞(CSC)のマーカーも明らかになっていない。腫瘍溶解性ウイルスは、癌細胞のみを破壊するウイルスの総称で、従来の治療薬に抵抗性の癌細胞を傷害できることから、再発癌に対する治療薬として期待できるが、CSC特異的に感染する性質はない。本研究では、再発卵巣癌におけるCSCマーカーの同定、並びに、CSCマーカーを感染標的としてCSC特異的に感染・破壊する腫瘍溶解性ウイルスの開発を目指す。
多軸応力を受ける多結晶金属の塑性異方性を検出する材料試験の開発

本研究において軸力ー内圧ーねじりを負荷できる多軸試験機を用いて,多軸応力状態における加工硬化挙動の計測手法の開発を行った.また,異なる状態で一種類の応力のみが作用する状態における加工硬化挙動の計測も実施した.本研究より,以下の知見が得られた.A3003を対象とした多軸応力試験結果より,加工硬化挙動は与えられた累積ひずみのみならず応力状態にも依存することが明らかとなった.AZ31を用いた単軸引張・圧縮.単純せん断試験結果より,双晶変形を伴う場合は,応力状態が異なることで加工硬化挙動が著しく異なることがわかった.マグネシウム合金は実用金属中で最も低密度であり比強度に優れる材料である.結晶構造が最密六方構造であり,各すべり系の臨界分解せん断応力が大きく異なっている.さらに,双晶変形を伴うことから,変形モードによって塑性変形挙動が著しく異なっている.特に,引張,圧縮のように負荷方向が反転するような試験においてその差は顕著である.例えば,板材のプレス成形ではダイ肩部において,外側は引張を受け,内側は圧縮を受けるというように,頻繁に生じる変形モードである.マグネシウム合金の実用を検討する上で,その基盤研究としてマグネシウム合金の加工硬化挙動は重要である.本研究では,前年度に開発した多軸応力試験機を利用して,マグネシウム合金管に引張および圧縮の負荷を与え,塑性変形挙動を測定した.さらに,材料組織をSEM-EBSDによって観察して,変形に伴う組織の変化と加工硬化挙動について考察した.材料はAZ31押出し円管であり,軸方向には底面が傾かず,円周方向に分散した状態であった.350°Cで焼き鈍しを行ったため,変形初期には双晶はほぼない.引張と圧縮の負荷では応力ひずみ曲線の形状が大きく異なった.圧縮において低い降伏応力を示し,そり上がるような応力ひずみ曲線となった.実験後の試験片を観察したところ,圧縮負荷を与えたことにより双晶変形が多く発生していることがわかった.一方,引張では双晶の発生は極わずかであった.双晶は極性を有しているため負荷方向に依存して発生する変形モードである.この双晶の発生が引張と圧縮で加工硬化が大きく異なる要因であることを実験的に示した.本研究で得られて実験結果をさらに深く検討する上で,今後の研究の展望として,双晶変形のモデル化が考えられる.本研究において軸力ー内圧ーねじりを負荷できる多軸試験機を用いて,多軸応力状態における加工硬化挙動の計測手法の開発を行った.また,異なる状態で一種類の応力のみが作用する状態における加工硬化挙動の計測も実施した.本研究より,以下の知見が得られた.A3003を対象とした多軸応力試験結果より,加工硬化挙動は与えられた累積ひずみのみならず応力状態にも依存することが明らかとなった.AZ31を用いた単軸引張・圧縮.単純せん断試験結果より,双晶変形を伴う場合は,応力状態が異なることで加工硬化挙動が著しく異なることがわかった.多結晶金属の塑性変形挙動のモデリング手法として,塑性加工の分野では現象論的構成式が最も一般的である.近年は,結晶塑性モデルを利用して,結晶方位および結晶構造の影響を直接的に解析に取り組む試みもなされている.このような状況の中,塑性構成則の開発および利用においては,その妥当性を精確な実験によって検証する必要がある.円管の多軸応力試験では,軸方向応力,円周方向応力,せん断応力の3つの応力成分を独立に負荷することができ,多様な応力状態を作り出すことができるため,構成則を検証するための材料試験として適した方法と言える.本研究では,武田らが開発した手動操作による油圧駆動型の軸力ー内圧ーねじり型の多軸応力試験機を改良し,電磁バルブを用いた閉ループ回路を構築することで,真応力経路をPCにより制御可能な試験装置を開発した.供試材として,A3003円管材を用いて塑性変形挙動の測定を行った.実験では,試験片に3つの応力成分の比を一定に保持するような線形応力経路を負荷した.実験により得られた真応力ー対数ひずみ曲線から塑性仕事を求め,等塑性仕事の概念を用いて本供試材の塑性変形挙動を定量的に評価した.管軸方向単軸引張試験において,管軸方向塑性ひずみが任意の値に達した瞬間の累積塑性仕事を求め,種々の応力比の線形応力経路において,単軸引張試験における累積塑性仕事と等量の塑性仕事を消費した瞬間の応力成分を応力空間に図示して等塑性仕事面を作成した.その結果,以下のことが明らかとなった.供試材A3003円管は,明らかな異方硬化挙動を呈することが分かった.さらに異方硬化挙動の程度は,軸方向応力ー円周方向応力および軸方向応力ーせん断応力の2軸応力状態でそれぞれ異なるものであった.また,3軸応力試験では,最大となる応力成分により,異方硬化挙動の程度が決定されることが分かった.試験装置の改造が完了し,実験の再現性の検証も終了した.さらに,アルミニウム合金管の塑性変形挙動の測定を終了した.以上は,平成24年度に計画していた研究内容である.

実験をさらに追加して,種々の実験条件におけるデータを精密に分析し,材料の塑性変形挙動を詳細に理解する.それと同時に結晶塑性モデルをベースとした数値解析により,実験において測定した塑性変形挙動が発現するメカニズムを材料科学的な観点より明らかにする.そして,それを巨視的塑性理論に還元し,複雑な塑性変形挙動を表現可能な数理構造を構築する.次年度は追加で実施する実験のために必要となる物品の経費,学会における成果発表および情報収集のための旅費,論文執筆に関する英文校閲費が予定している支出である.
鉄基強磁性形状記憶合金の開発と応用に関する研究

Fe-Cr-Si-Mn-R系合金(R:希土類)における強磁性的性質と形状記憶特性の両方が共に優れた特性となる最適な組成,熱処理条件を明らかにした。また,合金の温度・応力・磁気特性の数値モデルを開発して,有限要素磁界解析によるアクチュエータ設計支援を可能とした。さらに,新たに軟磁性層と形状記憶層の両方を持った二層薄帯の作製に単ロール法で成功し,その作成条件を明らかにした。Fe-Mn-Si合金を発展させた,Fe-Cr-Si-Mn-R系合金(R:希土類)の強磁性的性質と形状記憶特性の両方が共に優れた特性となる最適な組成,熱処理条件を明らかにするための検討を行った。飽和磁化の増加や加工性の向上のためには,形状記憶効果を維持しながらMn量を梅力下げる(CoまたはNiに置換)検討が必要である。これまでの検討で,Niは形状記憶効果と大きな相関があり,飽和磁化の上昇には寄与していないことを明らかにした。一方,Coは主に飽和磁化の上昇に大きく影響していると考えていたが,詳細な検討の結果,低Mn領域(2-4wt%)でCoは形状記憶効果と大きな相関があることが分かった。しかしながら,Co含有量を増して形状記憶効果を向上させると,飽和磁化が急激に減少した。合金のキュリー温度は400°C-500度で,オーステナイト変態終了温度の測定を行った結果では,強磁性のオーステナイト相が存在しており,複数の相からなっていると考えられる。また,真空中での合金作製を行い,Crの添加量を削減して,磁気特性の改善を試みた結果,真空中で作製した試料の飽和磁化は僅かとなり,逆に優れた形状記憶特性を示した。空気中紡糸試料とは特性が大きく異なっており,結晶構造や変態点の測定を行い,今後比較検討を行って原因を明らかにする予定である。また,焼入れ油を使用して水との二層構造で,ワイヤーの作製を行い,これまでに比ぺて容易にワイヤー作製が可能となったが,磁気特性に関してはリボン材と比べて酸化の影響が大きく劣るのが現状である。さらに,リボン材の温度・応力・磁気特性の測定結果とそのモデリングを行い国際会議APSAEMで報告した。強磁性的性質と形状記憶特性の両方が共に優れた特性となる条件を見出すため、Fe-Mn-Cr-Si-Y-Bリボンにおいて成分比を検討し、併せて大気雰囲気とAr雰囲気で作製したリボンを比較した。大気雰囲気で作製した(Fe_<1-x>-Cr_x)_<67.3>-Mn_<26>-Si_6-Y_<0.5>-B_<0.2>リボンにおいて、Crの含有量が減少するに伴い、磁気特性は向上する傾向が得られた。また、オーステナイト変態終了温度Afよりキュリー温度Tcが高温であり、形状記憶合金として動作しても磁性は失われない事が確認された。しかし、本試料は非常に脆く形状回復率の正確な評価が出来ていない。Ar雰囲気で作製したリボンにおいて、リボン試料作製段階では、磁化は非常に低く、形状記憶効果SME=100%という従来の非磁性の形状記憶合金と同様の特性となった。大気中熱処理により表面酸化鉄層を形成させて磁気特性を向上できるが、作製雰囲気の違いに対する材料特性の差異の原因は今後も検討していく。Fe-Ni系合金での多機能材料の開発としては、Fe-Ni-Al合金、Fe-Ni-Si合金、Fe-Ni-C-Al合金の成分比をそれぞれ調整し、形状記憶合金の強磁性化を検討した。真空中液体急冷法では、Alの添加量が7wt%以上で飽和磁化Msが100emu/gを上回る値が得られた。また、7-8wt%AlにおいてSMEが約50%の値が得られたが、加工性が低く、完全な形状回復には至らなかった。Fe-Ni-Si合金では、Siの添加量を増加することでMsも増加する傾向が見られ、10wt%Siで100emu/gの値が得られたが、SMEは8-9wt%Siでしか発現しておらず、50%以下であった。Niの減少によりSME値を保ったままMsの増加が確認できたが、それほど大幅な増加は得られていない。Fe-Ni-C-Al合金では、Cの添加量が増加することでMs, SME共に増加する傾向が見られ、0.8wt%Cの試料でMsが96emu/g、SMEが44%の値が得られた。Msはある程度大きな値が得られたが、キュリー温度が低くSMEは完全な形状回復に至らなかった。今後更に詳細な検討を行っていく。また、冷媒に焼入れ油を使用したワイヤーの作成を検討したが、特性の特段の向上は得られていない。これまで,形状記憶合金複合材料の熱力学的挙動に対する解析結果の報告はあるが,強磁性形状記憶合金についての解析やモデル化はほとんど行われていないのが現状であった。

そこで,強磁性形状記憶合金を回転機やアクチュエータ等に有効に利用するため,強磁性形状記憶合金の諸特性を測定して得た結果より工学モデルを構築し,数値シミュレーションに適用した。具体的には,強磁性形状記憶合金材料の磁化を応力,温度,磁界強度の関数によって表現するモデルを開発し,検証例として強磁性形状記憶リボンの温度と応力の影響を考慮した静磁場解析を行い,その有効性を示した。本研究の成果は昨年7月にシカゴで開催されたCEFC国際会議で報告し,2011年中にIEEE Transaction on Magneticsに掲載予定となっている。また,新たに軟磁性層と形状記憶層の両方を持った二層薄帯の作製を行った。軟磁性層に使用する合金について,変形による磁気特性の劣化を防ぐために,磁歪がゼロであり,また高透磁率や低鉄損など極めて優れた磁気特性を有している6.5%Si-Fe合金を選んだ。形状記憶合金には軟磁性層と類似した組成を考慮してFe-Mn-si合金を用いた。二層薄帯の作製に最適な組成と液体急冷法で使用するノズル形状を検討した結果,Fe-Mn-Si合金にCrとBを,6.5%Si-Fe合金にBをそれぞれ添加し,最終的にFe-Mn-Cr-Si-B合金と6.5%Si-Fe-B合金で構成された二層薄帯の作成に成功した(特許出願中)。ノズルとしては,中央の仕切りが先端の噴射口を二分する型が適していることが分かった。本研究成果は2011年5月に台湾で開催される国際会議INTERMAG-2011(IEEE)にて発表予定である。
地震波で診る地殻流体

宮城県の鳴子火山周辺で稠密な臨時地震観測を行い、顕著な地震波低速度域を発見した。この低速度域の直上では地震活動が活発であり、比抵抗や岩石実験から推定した弾性波速度との比較から、この低速度域の生成原因は主として水によるものと推定した。和歌山周辺で行った臨時観測からも同様の結果を得た。また、これらの低速度域が地震波の高減衰域にも対応していることを明らかにした。さらに、沈み込んだ海洋性プレート内部の地震波速度構造を詳細に調べ、地震活動の活発な領域において水が大量に存在している可能性が高いことも明らかにした。これらの結果はいずれも、沈み込み帯での地震発生に水が重要な役割を果たすことを示している。宮城県鳴子周辺で稠密な地震観測を行うために,本研究費で観測装置を調達し,研究代表者が所属する地震・噴火予知研究観測センターの経費で調達した分をあわせて50セットの観測装置を導入した.積雪前に現地調査を行い,50点の観測点候補地を選定した.雪解けを待って観測装置を設置して観測を開始する予定である.予備的解析として,既存のデータを用いて東北地方の広域のトモグラフィを行って詳細な地下構造を推定した.また,他の予算による成果ではあるが,2008年岩手・宮城内陸地震や山形県の庄内平野東縁断層帯周辺の速度構造を詳細に調べたところ,地震活動域は上部地殻が高速度域,下部地殻に低速度域となっていること,また断層面に沿って低速度の領域が帯状に見えるなど,当初想定していた地殻流体と地震発生の関係を示唆する構造が得られつつある.また,スラブ内の解析も進め,スラブ内の地震活動域が低速度となっていることや,プレート境界の上盤側に地殻物質があってスラブの温度上昇が妨げられるとスラブ内の地震活動の活発化が抑制されていることが明らかになり,スラブ内地震が脱水脆性化モデルで生じているとする状況証拠が蓄積されつつある.減衰・散乱構造も地殻流体の存在に敏感であるため,Q値の分布を推定するプログラムを開発し,東北地方に適用して解析を始めた.また,北部伊豆小笠原弧に注目して散乱解析を行ったところ,第四紀火山(八丈島・青ヶ島須美寿島・鳥島)の深さ3070kmにおいて,周囲に比べ短波長の速度ゆらぎが強いことが明らかになった.さらに,青森県の恐山周辺で発生した低周波地震の震源の深さと,震央周辺の浅部高周波地震の深さの時間変化に相関が見られる場合があることを見いだした.相関を生じる要因としては低周波地震の発生に伴う応力変化等が考えられ,地震活動の相関も低周波地震の発生メカニズム解明のデータとなることを示唆する.昨年度に調達された50セットの観測装置を宮城県鳴子周辺に設置し,稠密な地震観測を開始した.11月に最初のデータ回収・観測点保守を行い,データが順調に取得できていることを確認した.また,これとの比較検討を行うために,紀伊半島西部において和歌山地域を横断する南北測線上において,広域にわたる稠密地震観測を実施した.アレイ観測点は計86点の高感度地震計から構成され,測線長は約90kmにおよぶ.地震波速度トモグラフィにより,関東地方下に沈み込むフィリピン海プレートの最東端部が蛇紋岩化していることを明らかにし,過去のM7クラスの地震は,その蛇紋岩化域の西縁で発生していることを指摘した.2008年岩手・宮城内陸地震の多数の余震のメカニズム解から,応力場の分布を詳細に調べ,本震発生による応力変化と比較した結果,これらの地震の発生域で強度が極めて低いことが明らかになった.このような低い強度は,地殻流体の存在によって間隙水圧が上昇しているためと考えられる.減衰・散乱構造は地殻流体・火山浅部流体の存在に敏感であるため,活火山直下における散乱観測・解析および東北地方前弧・背弧におけるCoda Qのマッピングを行い,地殻流体分布に関する知見を得た.また,日本海東縁歪集中帯の低速度域における超低周波を検出し,さらなる解明に向け広帯域地震観測を開始した.さらに,多重前方散乱による振幅減衰を考慮した減衰構造イメージングを進め,東北日本および北部伊豆小笠原弧の地殻・最上部マントルにおける減衰構造を推定した.その結果,第四紀火山群下のほか,日高西部の非火山地域にも高減衰域が存在することがわかった.

鳴子周辺に設置した臨時観測網のデータを用いて,予備的なトモグラフィを実施した.得られた構造には火山の下の低速度域が明瞭に示されており,今後データが蓄積されれば,AO1-2班によって得られた比抵抗分布と比較することによって地殻流体の分布や存在形態が明らかになると期待される.東北地方で発生する稍深発地震の波形を用いて,地震波減衰構造を推定した.前弧側のマントルウエッジは減衰が小さく,背弧側では減衰が非常に大きく,さらに火山フロント下に沿った最上部マントルには,高減衰域が連続的に分布していることも明らかになった.東北日本における弾性波速度やランダムな速度ゆらぎ,内部減衰を用い,独立成分分析による媒質の特徴抽出を行った.本州弧とクリル弧の衝突帯や第四紀火山下は共通して低速度異常・高減衰という特徴を示すが,統計的に独立な成分で比較するとそれぞれ異なる特徴を持つことが判った.これらの低速度や高減衰は非弾性や流体など様々な起源が考えられるが,その違いを客観的に抽出できる可能性がある.2008年岩手・宮城内陸地震の余震記録から地震の分類を行った.地殻流体が関わっていると考えられる低周波の地震は高周波の地震と空間的に明瞭に棲み分けていることが判明した.2011年東北地方太平洋沖地震発生前後の地震のメカニズム解の解析から,プレート境界の強度は普通の摩擦強度の5%くらいしかなく,また内陸でも僅かな応力変化で地震活動が活発化したことが明らかになった.これらの原因としては極めて高い間隙水圧の存在が最も考えやすい.詳細な地震波速度構造を推定した結果,2011年4月7日に発生したのスラブ内地震(M7.1)の震源域周辺に顕著な低速度異常がイメージングされた.海溝海側斜面で生じた正断層に沿って蛇紋岩化したマントルが脱水反応を起こし,断層面の強度を低下させて地震が起こりやすくなっていたと考えられる.沈み込む太平洋スラブ内の深さ155kmで発生する地震クラスターの解析を行い,1km程度の深さ範囲で応力場が逆転していることを明らかにした.東北地方太平洋沖地震後に活発化した地震クラスターの解析から,スラブ内地震でも震源の移動が見られることを明らかにした.東北地方の地震波減衰構造の推定を行い,マントルウエッジには斜めの高減衰域が存在すること,下部地殻では火山群の直下で特に減衰が大きいことなどを見出した.秋田県森吉山付近において実施している臨時地震観測データを解析し,誘発地震の震源のマイグレーションが流体圧の拡散によって解釈できることを示した.東北地方太平洋沖地震以後活発化した八甲田山・蔵王山などにおける長周期地震の観測・解析を行い,これらの現象が地殻内の既存破砕帯における固液相互作用によって引き起こされていることを明かにした.西南日本におけるS波減衰構造を多重散乱による見かけ減衰を補正した上で推定し,火山地域の高減衰や,沈み込むフィリピン海プレートの海洋地殻付近のやや強い減衰を明らかにした.水を含むランダム媒質中の内部減衰の理論モデルを用いることで,フィリピン海プレートの海洋地殻付近の内部減衰の周波数依存性が概ね説明できる可能性を示した.ピストンシリンダー型高圧発生装置を用いて,地殻に相当する高圧条件下での弾性波速度測定を行う技術を改良することにより,従来課題とされてきた高温高圧条件下での含水岩石の弾性波速度測定に道が開けた.東北地方太平洋沖地震のような大規模な海溝型巨大地震の発生前後において,周辺のアスペリティにおける固着に伴う応力場が,周辺の浅部ゆっくり地震の活動に大きな影響を及ぼしていることが数値シミュレーションから明らかとなった.その変動は,海溝型巨大地震震源域の真上に設置された海底圧力計でも捉えられる可能性があることも示した.
コンポジットレジンを硬化させない無影灯の開発

可視光線重合型のコンポジットレジンが専用の光照射器以外の光でも重合を起こす。特にユニット無影灯は照度が著しく高いため,影響は大きい.臨床で使用している無影灯の波長特性および無影灯暴露下でのコンポジットレジンの操作時間を測定したところ、無影灯の波長域は可視光全域に渡っていた.照度は短距離では365001x84901xであった.光レジンの操作時間は無影灯点灯下では著しく短縮した。このことより、ユニット無影灯はコンポジットレジンの操作時間に著しい影響を与えることがわかった。可視光線重合型のコンポジットレジンが専用の光照射器以外の光でも重合を起こすことは良く知られている.臨床においても付形に時間がかかる前歯部の大きな充填などの際に問題になって来ることが多い.これは,室内照明や太陽光にコンポジットレジンの感光剤を反応させる波長域の光が含まれていることが原因であるが,特にユニット無影灯は他の環境光と比較して光強度が著しく高いため,影響は大きいと思われる.今年度は、実際に臨床で使用している無影灯の波長特性および無影灯暴露下でのコンポジットレジンの操作時間を測定した。1)波長特性:各無影灯の照射光の分光波長分布を波長別エネルギー測定器LI-1800(Licor,USA)を用いて測定した。波長域は300800nmとした。2)照度:各無影灯の照度は、ユニットを水平位にした状態で,安頭台にデジタル照度を設置して行った。測定距離は、治療中の歯科医師27人で測定した治療部位から無影灯までの平均距離47cm(以下短距離)と、ISO9680の基準に準じ(臨床的に最も遠く離したと思われる距離)70cm(以下長距離)とした。3)コンポジットレジンの操作時間の測定:レジンペースト約0.5gを、スライドガラス上に、巾約5mm,長さ約15mm,厚さ約1mmとなるようにポリエステルストリップスを介して圧接した.この試料を無影灯直下47cmの位置に設置し,曝露開始より5秒間隔で,探針を用いて押し切り試験を行った.「結果」無影灯の波長域は可視光全域に渡っており,すべての無影灯で380nm以下紫外域は含まれてなかった.また、照度は短距離では最高365001x,最低84901xと,大きくばらついていた.各コンポジットレジンとも,室内光では30分以上硬化を始めないのに比べ無影灯曝露下では操作時間は著しく短縮し,APXでは3060秒(平均43.9秒)Z250では4080秒(平均51.1秒)Herculiteでは2045秒(平均39.7秒)であった。来年度は、各種フィルターを使用し、操作時間への影響を検討する予定である。1)波長特性:各無影灯の照射光の分光波長分布を波長別エネルギー測定器LI-1800(Licor, USA)を用いて測定した。3)コンポジットレジンの操作時間の測定;レジンペースト約0.5gを、スライドガラス上に、巾約5mm,長さ約15mm,厚さ約1mmとなるようにポリエステルストリップスを介して圧接した.この試料を無影灯直下47cmの位置に設置し,曝露開始より5秒間隔で,探針を用いて押し切り試験を行った.「結果」無影灯の波長域は可視光全域に渡っており,すべての無影灯で380nm以下紫外域は含まれてなかった.また、照度は短距離では最高365001x,最低84901xと,大きくばらついていた.

各コンポジットレジンとも,室内光では30分以上硬化を始めないのに比べ無影灯曝露下では操作時間は著しく短縮し, APXでは3060秒(平均43.9秒)Z250では4080秒(平均51.1秒)Herculiteでは2045秒(平均39.7秒)であった
重度発達障害児と高齢障害者の水中活動に伴う動脈血酸素飽和度と心拍数の経年的変化

平成9年度において重症心身障害児者(重症児者)の一日の生活の中で水中活動中の心拍数が最も高まっており,普段,全身活動が著しく低下している重症児者とって水中活動が心肺機能の維持を図る上で簡便で有効であることが示唆された。脳性まひ児において両まひ児では水中活動後の心拍数増加は認められたが最大酸素摂取量の80%を越えなかった。このことは体力を増強してゆくほどの運動負荷ではなかったが,水中活動プログラムの持つ特性の一つである集団プログラムへの参加,親やヘルパーとの皮膚接触を通した遊びなど精神面でのプラス要因が存在したと言える。また,脳卒中後遺症の高齢障害者の水中活動では陸上の活動に比較して最大酸素摂取量の80%を越える活動が見られ,高血圧症を伴う高齢者に対しては注意深い観察が必要であったが,運動強度としては短時間の強運動と弱運動の繰り返しのため,疲労が蓄積されることはなかった。平成10年度において脳性まひ児と脳卒中後遺症の高齢障害者の水中活動に伴う下肢の足背動脈の血流速度の変化に着目して研究を進めた。その結果,脳性まひ痙直型両麻痺児では過緊張によると思われた血流速度の低下が水中活動後に認められた症例が存在したが,ほぼ血流速度は増加傾向を示したが有意な変化ではなかった。また,高齢障害者では全例において水中活動後の下肢血流速度は有意な増加していたが,患側の血流速度は健側に比べて低い傾向を示した。これらの結果より,水中活動は安全に障害児者の健康増進の手段として有用であると言える。今後もさらに研究対象を成人病,成人病予備群へと拡大してゆく予定である。ハロウィック法による水泳教室に参加している重度脳性麻痺者と成人脳血管障害後遺症の水中活動に伴う心拍数の変動をポラール社製ハートレイトモニターを使用して測定した。今回の研究は水中活動が重度障害者と成人片麻痺患者に与える影響を心拍数を指標として、経時的に捉えようとするものであり、3期に分けて測定を計画した。第1期を平成9年9月から同年12月とし、第2期を平成10年5月から8月、第3期を平成10年9月から12月とした。第1期では脳性麻痺4名,成人脳血管障害後遺症2名を測定した。重度脳性麻痺者(女性、21才)においては9回の測定における水中活動中の平均心拍数は109から131bpm/minであり、20.842.6%VO_2に相当した。安静時心拍数と比較すると667bpm/minの増加が確認された。これらの心拍数の軽度な増加は健康を維持、増進に適当とされている60%VO2を下回ったが、連続16時間の心拍数変動では水中活動が最も高い心拍数を示した。このことは普段、臥位生活を中心とし極端に自発的運動の少ない重度機能障害者であっても水の特性を利用した運動は長期的に健康維持、増進に貢献できると考えられた。また、成人脳血管障害後遺症の左片麻痺患者(男性、65才)では8回の測定における水中活動の平均心拍数は115132bpm/minで推定最大酸素摂取量で23.166.7%VO2に相当した。特に本症例では背泳、クロールが可能となり、意欲的に取り組むため過度な負荷となっているデータが散見された。高血圧や糖尿病などを合併している場合、水中活動における心拍数モニターは不可欠であり、症例に適合した水中活動のプログラムを計画する上で基礎情報となり、運動強度の強弱を組み合わせて過負荷を予防すると考えられた。今後第2、3期に同一症例に対して適切な運動量とそれに伴う心拍数、血圧などの変化を計測してゆく。
自由表面を持つ気液二相乱流の直接数値計算とスカラーの乱流輸送モデルの構築

本研究は、気液両相が乱流状態で流れる気液二相流に対してDNSを適用し、風波気液界面近傍の乱流構造及びその界面を通してのスカラーの輸送機構を解明することを目的とした。特に、スカラーの気液界面を通しての移動機構の考察に関しては、ナビエ・ストークス式の他にスカラーの拡散方程式を連立させて解くことにより得られるスカラーの統計量及びスカラーと速度の相関量を活用した。具体的には、気液界面を従来の研究のようにスリップ壁として扱うのではなく、完全な自由表面の境界条件を与え、移動境界面としてラグランジュ的に扱う方法に基づいたDNSをウインドシア-が働き、気液界面が波立つ風波界面に対して適用可能なものに拡張する方法を開発した。この場合には、自由表面での応力バランスを界面の接線方向、及び、法線方向にとり、さらに自由表面上で表面張力を考慮した速度と圧力の力学的境界条件を与えた。この自由表面での境界条件に対して気流側と液流側のナビエ・ストークス式、スカラーの拡散方程式、気液界面の形状を決定する方程式を連立させ、5次精度の風上差分法を用いた。このDNSにより得られた速度及びスカラーの瞬間値ならびに乱流統計量を用いて風波界面近傍の乱流構造を考察した結果、波の存在による気流側での流れの剥離、再付着、さらには、液流側での界面シア-による表面更新渦の生成等が明らかになり、気液界面を通してのスカラー移動を支配するのは表面更新渦であることが明らかになった。これらの結果は従来の代表研究者らによる実験による推定結果(J.Fluid Mech.Vol.249,pp,161-183)を証明することができた。
耐震用エネルギー吸収ダンパーとしての形状記憶合金のモデル化とその有効性の検証

形状記憶合金には,履歴減衰を有するものの,原点指向の復元力特性があり,残留変形が生じないという,他の材料には見られない利点がある。本研究ではこの形状記憶合金を面震ゴム支承とあわせてダンパーとして用いたときの数値検討を行っている。検討にあたってはマルテンサイト域である硬化域をもとり入れたモデルを用い,免震高架橋での効果を鉛を用いたときの威嚇しながら調べている。形状記憶合金のハードニング特性が落橋防止のストッパーになりうる利点を明らかにしている。また,曲げ応力下での形状記憶合金の高ひずみ低サイクル繰り返しを行い,FEM解析との整合性を調べている。形状記憶合金には起弾性という性質があり,エネルギー吸収をするものの,残留変形が残らないという好ましい特性を有している.本研究では,形状記憶合金の特性を硬化域まで含めた形でモデル化し,そのモデルを実験的にも検証した.また形状記憶合金とゴム支承とを組み合せた免震橋案を対象に,その硬化を数値的に検討した.形状記憶合金の硬化域をストッパーとして利用することで,コンパクトな免震落橋防止装置が可能であることを示した.形状記憶合金には,履歴減衰を有するものの,原点指向の復元力特性があり,残留変形が生じないという,他の材料には見られない利点がある。