hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強磁性形状記憶合金複合材のモデリングと磁気駆動アクチュエータへの応用

本研究では,超弾性形状記憶合金と強磁性材料からなる強磁性形状記憶合金複合材を,高負荷能力,大変形能を有する磁気駆動アクチュエータへ適用するための基礎的検討を行った.まず,板バネ,コイルバネ,ダイヤフラムタイプの複合材について超弾性変形解析方法の検討を行い,得られた結果から最適な材料選定方法,最適形状について検討を行った.また,磁場構造連成解析を行い,より小さな磁力で大きな変位を得るための形状の検討も行った.さらに複合材の接合方法として摩擦圧接法の検討も行った.得られた結果は以下の通りである.(1)超弾性形状記憶合金の熱、力学構成方程式を,より実際の超弾性現象を解析できるように修正し,それを用いて,アクチュエータとして最適な複合板の形状および複合板を構成する両材料の材料選定指針を提案した.(2)幾何学的条件をもとにコイルバネ素線内部のひずみ分布式を導き,大変形領域におけるコイルバネ形状の変化を明らかにした.また,ミーゼスの条件式を用いた変態開始条件より素線断面内の応力分布を求め,応力分布より複合材コイルバネの大変形領域での荷重と変位の関係を求める方法を提案した.また,超弾性領域での3次元有限要素解析結果と大変形ひずみ式による理論解析結果を比較すると同等の精度が得られることが明らかとなった.(3)二層複合材板および一層連結複合板の板バネに対して磁場構造連成解析を行い,最適な厚さ比,長さ比の検討を行った結果,厚さ比は0.4,長さ比は0.6が最適であることがわかった.また,二層複合材板よりも一層連結複合板の方がアクチュエータとして適していることが明らかとなった.(4)複合材を製作する方法として低入熱摩擦圧接法を開発し,その圧接条件をFEM解析で求める方法について検討した.その結果,鋼材同士の場合,初期トルク及びその時間を予測できることがわかった.本研究では,超弾性形状記憶合金と強磁性材料からなる強磁性形状記憶合金複合材を,高負荷能力,大変形能を有する磁気駆動アクチュエータへ適用するための基礎的検討を行った.まず,板バネ,コイルバネ,ダイヤフラムタイプの複合材について超弾性変形解析方法の検討を行い,得られた結果から最適な材料選定方法,最適形状について検討を行った.また,磁場構造連成解析を行い,より小さな磁力で大きな変位を得るための形状の検討も行った.さらに複合材の接合方法として摩擦圧接法の検討も行った.得られた結果は以下の通りである.(1)超弾性形状記憶合金の熱、力学構成方程式を,より実際の超弾性現象を解析できるように修正し,それを用いて,アクチュエータとして最適な複合板の形状および複合板を構成する両材料の材料選定指針を提案した.(2)幾何学的条件をもとにコイルバネ素線内部のひずみ分布式を導き,大変形領域におけるコイルバネ形状の変化を明らかにした.また,ミーゼスの条件式を用いた変態開始条件より素線断面内の応力分布を求め,応力分布より複合材コイルバネの大変形領域での荷重と変位の関係を求める方法を提案した.また,超弾性領域での3次元有限要素解析結果と大変形ひずみ式による理論解析結果を比較すると同等の精度が得られることが明らかとなった.(3)二層複合材板および一層連結複合板の板バネに対して磁場構造連成解析を行い,最適な厚さ比,長さ比の検討を行った結果,厚さ比は0.4,長さ比は0.6が最適であることがわかった.また,二層複合材板よりも一層連結複合板の方がアクチュエータとして適していることが明らかとなった.(4)複合材を製作する方法として低入熱摩擦圧接法を開発し,その圧接条件をFEM解析で求める方法について検討した.その結果,鋼材同士の場合,初期トルク及びその時間を予測できることがわかった.本研究では,超弾性形状記憶合金と強磁性材料からなる強磁性形状記憶合金複合材を開発し,実際に航空分野での応用が期待される高負荷能力,大変形能を有する磁気駆動アクチュエータへ適用することを目的としている.本年度は,強磁性材料と超弾性形状記憶合金から成る複合材板バネおよび複合材コイルバネの超弾性変形解析方法の検討を行った.さらに得られた結果から最適な材料選定方法,最適形状について検討を行った.本年度,得られた結果は以下の通りである.(1)超弾性を示す形状記憶合金の応力-ひずみ曲線を求めるため,一般的に使われている形状記憶合金の熱・力学構成方程式を,より実際の超弾性現象を解析できるように修正した.(2)修正した構成方程式を用いて複合板に均一な曲げ荷重を加えた時の曲げモーメントと曲率の関係を解析し,アクチュエータとして最適な複合板の寸法比および複合板を構成する両材料の材料選定指針を提案した.(3)実際にアクチュエータとして用いる際の磁力の分布を考慮して,分布荷重が作用する複合板の曲げ挙動を解析するための簡易手法について検討を行い,その手法を用いて任意の分布荷重に対する曲げ挙動を解析した.また,大変形有限要素解析により得られた負荷時の変形解析結果と簡易解析手法による結果を比較し,簡易解析手法の妥当性を確認した.(4)幾何学的条件をもとにコイルバネ素線内部のひずみ分布式を導き,大変形領域におけるコイルバネ形状の変化を明らかにした.

また,ミーゼスの条件式を用いた変態開始条件より素線断面内の応力分布を求め,応力分布より複合材コイルバネの大変形領域での荷重と変位の関係を求める方法を提案した.本研究では,超弾性形状記憶合金と強磁性材料からなる強磁性形状記憶合金複合材を開発し,実際に航空分野での応用が期待される高負荷能力,大変形能を有する磁気駆動アクチュエータへ適用することを目的としている.本年度は,複合材コイルバネの断面形状の最適化について検討を行った.また,複合材板バネの磁場構造達成解析を行い,より小さな磁力で大きな変位を得るための寸法比の検討を行った.さらに,複合材板バネの作製方法,曲げ試験方法についての検討も行った.本年度,得られた結果は以下の通りである.(1)高出力で高負荷能力かつ高変形能力を有するのに適した断面形状として矩形断面複合材コイルバネを提案し,断面のアスペクト比,複合材構成比,両構成材料の材料特性を変化させたときの変形挙動を解析し,最大荷重と最大変位について検討することで設計要求に対し最適な選定指針を得ることができた.(2)二層複合材板および一層連結複合板の板バネに対して磁場構造達成解析を行い,最適な厚さ比,長さ比の検討を行った結果,厚さ比は0.4,長さ比は0.6が最適であることがわかった.また,二層複合材板よりも一層連結複合板の方がアクチュエータとして適していることが明らかとなった.(3)強磁性材と形状記憶合金を金属用接着剤で接合し,曲げ試験を行い,接合方法・曲げ試験方法の検討を行った結果,接着剤で接合した場合,接着剤層でのせん断ひずみが影響し,解析結果との差異が生じることが明らかとなった.また,四点曲げ試験中に荷重点で接合部の剥離が生じることがわかった.今後これらの影響をなるべく受けない接着・接合方法の検討を行う必要がある.本研究では,超弾性形状記憶合金と強磁性材料から成る強磁性形状記憶合金複合材を開発し,実際に航空分野での応用が期待される高負荷能力,大変形能を有する磁気駆動アクチュエータへ適用することを目的としている.本年度は,ダイヤフラムタイプの強磁性形状記憶合金複合材のモデリングを行った.また,コイルバネの磁場-構造連成解析を行うための3次元有限要素解析モデルの検討を行った.得られた結果は,以下の通りである.(1)ダイヤフラム形状記憶合金に強磁性材に働く磁力を等分布荷重として作用させた場合の2次元軸対称モデルによる超弾性有限要素解析を行った結果,強磁性材をダイヤフラム半径の半分の領域に配置するのが最も変形能を大きくできることが明らかとなった.(2)ダイヤフラム形状記憶合金の膜厚を薄くしても最大変位はほとんど増加しないが,最大変位を得るのに必要な磁力は大きく減少した.よって,膜厚が薄い方がよりアクチュエータに適していることが明らかとなった.(3)超弾性形状記憶合金コイルバネの3次元有限要素解析モデルについて要素タイプ,コイル巻き数の検討を行った結果,要素タイプは解析精度に影響を及ぼさないが,コイル巻き数が少ない場合,拘束点・荷重点といった境界条件の影響により超弾性領域での荷重が大きく計算されることがわかり,解析精度を得るためには4巻き以上モデル化しなければならないことが明らかとなった.(4)超弾性領域での3次元有限要素解析結果と一昨年に求めた大変形ひずみ式による理論解析結果を比較すると同等の精度が得られることが明らかとなった.今後,3次元有限要素モデルを用いて,磁揚-構造連成解析を行い,コイルバネアクチュエータの開発を行っていく予定である.
効果的に生分解性プラスチックを分解する酵素の触媒機構

本研究では,生分解性プラスチックをこれまで知られている酵素よりも効果的に分解することが知られている酵素CLE(Cutinase-like enzyme)について計算化学的アプローチによる解析をおこなった。その結果, Thr17の側鎖の水酸基が触媒反応全体を安定化させ,さらに酵素の活性部位付近に存在する結合水が,触媒反応全体の安定化に加えてこれまで律速過程であると考えられていた反応をより安定化させることが新たに分かった。これまでの研究では,研究対象である酵素CLE(Cutinase-likeenzyme)の立体構造から予測される触媒反応に関与する部分(Ser85,His180,Asp165の側鎖と,Thr17,Gln86の主鎖の-NH)を考慮した原子数4245の分子モデルを作成し,酵素の触媒反応過程について量子化学計算による計算をおこなっていた。本年度の研究では,酵素CLEについて分子全体を考慮した大規模系による計算をおこなった。ただし,分子全体についてモデル分子に対してこれまでおこなってきた量子化学的計算手法を適用するのは,計算コストの面から事実上不可能である。そこで触媒反応に重要だと考えられるアミノ酸及びその周囲に存在する水分子(結合水)については量子化学的計算手法を用い,それ以外の部分については古典力学モデルによる力場を用いるQM/MM法を採用した(B3LYP/6-31G^<**>:AMBERレベル)。その結果,以前の分子モデルによって明らかとなったThr17の側鎖の触媒反応への関与が,大規模系でも存在しうることが分かった。このThr17の側鎖が,常に触媒反応中において,基質のカルボニル酸素に直接水素結合することで,律速過程だけではなく触媒反応全体が安定化することも明らかとなった。さらに触媒反応に結合水が加わり,Thr17の側鎖が結合水と水素結合し,触媒反応に関与する場合には,反応全体の安定化に加え,これまでの研究で律速過程であると予想されていた水分子の基質への求核攻撃反応のエネルギー障壁が特に減少することも示した。最終年度である来年度は,これまでに明らかとなったアミノ酸Thr17及び結合水の影響をより精度の高い計算手法による解析を試みる。CLEはX線結晶構造情報から,触媒活性に重要だと考えられる部分として, Ser85, His180, Asp165の側鎖と, Thr17, Gln86の主鎖の-NHがあり,セリンプロテアーゼと同様の触媒機構を持っていることが分かる。そこで本研究ではCLEの計算をおこなう上で,活性に重要な働きをする部分を含んだ最大86原子については,量子力学を基にした量子化学的計算手法を用い,それ以外の部分については古典力学を基にした分子力場による計算をおこなうことで大規模計算を実現するQM/MM法(B3LYP/6-31G**: AMBERレベル)を用いて解析をおこなった。その結果, Thr17の側鎖の水酸基や活性部位付近に存在する水分子(結合水)が触媒反応へ関与することで触媒反応のエネルギー障壁を下げるにとが新たに分かった。Thr17の側鎖の水酸基は,常に触媒反応中において,基質のカルボニル酸素に直接水素結合することで,律速過程だけではなく触媒反応全体が安定化する。さらに触媒反応に結合水が加わることにより,反応全体の安定化に加え, Thr17の側鎖が結合水と水素結合し,これまでの研究で律速過程であると予想されていた水分子の基質への求核攻撃反応のエネルギー障壁が特に減少することがわかった。以上の結果より,通常のセリンプロテアーゼの反応機構に加えて,これら2つの要因があることによってCLEは効果的に生分解性プラスチックを分解できると考えられる。
遺伝性神経疾患の成因に関する分子生物学的研究

本研究において、遺伝性神経疾患の一つである、シアリドーシスにおける分子レベルでの異常を明らかにすることを目的として、まず、ヒト胎盤からシアリダーゼ蛋白を精製し、シアリダーゼ複合体が78kDa、64kDa、46kDa、30kDa、20kDaの5つのペプチドからなることを明らかにし、このうちシアリダーゼに関連が深いと考えられる46kDaのペプチドについて、アミノ酸部分配列を解析し、2つのアミノ酸配列を得た。これより、2つのオリゴヌクレオチドプローブを作製しcDNAライブラリーをスクリーニングしたところ、両方のプローブにハイブリダイズするクローン(λHS1013)が得られた。このcDNAの塩基配列の解析の結果、先に求めたアミノ酸部分配列と完全なco-lionearityを示すことが判明し、確かに目的のcDNAが得られたことが証明された。しかしながら、このcDNAの長さは全長のものではなかったので、さらに、米国国立衛生研究所の岡山博士から供与されたcDNAライブラリーをスクリーニングすることにより、全長のcDNAを単離することができた。現在、この全長のcDNAの塩基配列の解析が終了しており、大腸菌による46kDaの蛋白の産生とその精製にも成功しており、また、この蛋白がヒト胎盤から精製して作製した抗46kDa抗体とcross-reactすることも証明した。ヒトシアリダーゼ複合体に含まれるサブユニットの個々のペプチドの機能については、まったく不明であるので、我々が、単離した全長のcDNAをCOS細胞等において発現させ、その機能を解析中であり、さらに、ヒトにおいていくつか知られているシアリダーゼ欠損症における遺伝子異常についても、サザーン解析、ノーザン解析等により、検討を加えている。昭和62年度に於いては,遺伝性神経疾患の代表的疾患の一つであるシアリドーシスの成因に関する分子生物学的研究を開始した.シアリドーシスは,ライソゾームの糖鎖水解酵素の一つであるシアリダーゼの遺伝的欠損によりライソゾーム内にシアル酸を含有する糖蛋白,糖脂質が蓄積する疾患である.本疾患の分子レベルの異常を明らかにすることを目的として,まずヒト胎盤よりシアリダーゼ蛋白の精製を行った.すなわち,ヒト胎盤よりCon AーSepharose,硫安分画,活性化の操作, pーaminophenyl thioーβーDーgalactoseーCHーSepharose(PATGーSepharose)アフィニティークロマトグラフィー及びShim pack Diol 300高速液体クロマトグラフィーにより78K, 46K, 64K, 30K, 20Kのペプチドからなるシアリダーゼ蛋白を精製することができた.このうち46k, 78kのペプチドに対する抗体を作製し,これらの抗体がシアリダーゼ活性を低下させることを明らかにした.さらにこの精製したシアリダーゼ蛋白のトリプシン分解後に得られた二つのペプチドについてその部分的なアミノ酸配列を決定することができた.この配列をもとにオリゴヌクレオチドを化学合成した.実験室については, cDNAクローニングなどの分子生物学的研究を行う実験設備を整備し分子生物学的実験を開始した.次年度において,本年度に得られた抗シアリダーゼ抗体及びオリゴヌクレオチドを用いてヒトcDNAライブラリーをスクリーニングし,ヒトシアリダーゼのcDNAクローニングを行い,シアリダーゼcDNA及びシアリダーゼ蛋白の一次構造を明らかにし,またシアリダーゼ遺伝子そのもの詳細な構造も明らかにする予定である.さらに,ヒトに於いてシアリダーゼの欠損する疾患にはいくつかのものがあるが,これらシアリドーシスに於ける分子異常の詳細についても明らかにしていく予定である.本年度は、昨年明らかにしたヒトシアリダーゼ蛋白の構成ペプチドの部分アミノ酸配列から、オリゴヌクレオチドプローブを作製し、ヒト線維芽細胞から作られたcDNAライブラリーのスクリーニングを行った。

我々が精製したヒトシアリダーゼ蛋白には、78kDa、64kDa、46kDa、30kDa、20kDaの5つのペプチドが含まれるが、このうちシアリダーゼに関連が深いと考えられる46kDaのペプチドについて、アミノ酸部分配列を解析し、2つのアミノ酸配列を得た。これより、2つのオリゴヌクレオチドプローブを作製しcDNAライブラリーをスクリーニングしたところ、両方のプローブにハイブリダイズするクローン(λHS1013)が得られた。こcDNAの塩基配列の解析の結果、先に求めたアミノ酸部分配列と完全なco-lionearityを示すことが判明し、確かに目的のcDNAが得られたことが証明された。しかしながら、このcDNAの長さは全長のものではなかったので、さらに、米国国立衛生研究所の岡山博士から供与されたcDNAライブラリーをスクリーニングすることにより、全長のcDNAを単離することができた。現在、この全長のcDNAの塩基配列の解析が終了しており、大腸菌による46kDaの蛋白の産生とその精製にも成功しており、また、この蛋白がヒト胎盤から精製して作製した抗46kDa抗体とcross-reactすることも証明した。ヒトシアリダーゼ複合体に含まれるサブユニットの個々のペプチドの機能については、まったく不明であるので、我々が、単離した全長のcDNAをCOS細胞等において発現させ、その機能を解析中であり、さらに、ヒトにおいていくつか知られているシアリダーゼ欠損症における遺伝子異常についても、サザーン解析、ノーザン解析等により、検討を加えている。
長距離移動性昆虫の生理的・遺伝的特性と地理的変異及び飛来源の解明

ハスモンヨトウでは、国内外に設置したフェロモントラップへの雄成虫の捕獲様相の比較、気象条件の解析に基づき、この虫の初夏の発生は、梅雨期前後に南西、あるいは西から吹き込む下層ジェット気流によって、中国中南部から運ばれてくる可能性が極めて高いこと、また、秋の発生も、秋雨前線が日本に接近・停滞する時期に、中国北部、朝鮮半島から吹き込む下層ジェット気流によって運ばれてきたものによっていることを強く支持する結果を得た。吊り下げ飛翔実験により、この昆虫は24時間に及ぶ自力飛翔が可能であり、そのための飛翔エネルギー源が中性脂質であること、さらに、この昆虫には飛翔能力、産卵前期間などでも遺伝的変異が存在することを明らかにし、それらの形質を比較することによって飛来源の推定を試みた。この虫の発生が、沖縄や台湾では春に比べて秋にむしろ低下することを発見し、それは日本では未記録のコマユバチ科の寄生蜂、Microplitis manilaeによる寄生に由来することを支持する結果を得た。さらに、本種の生活史特性を調査することにより、この寄生蜂を九州の施設ハウスに導入し、ハスモンヨトウの生物的防除資材としての活用が可能であることを示した。トビイロウンカでは、選抜により作出した系統を用いて、この虫の幼若ホルモンの同定を行うとともに、翅型発現が特定時期の幼若ホルモンによって制御されていることを明らかにした。さらに、4つの系統からmRNAを抽出し、蛍光ディファレンシャルディスプレイ法を用いて4齢に発現する遺伝子の探索を行った結果、数個の翅型制御に関連していると思われる未知の遺伝子がクローニングされ、翅型発現の仕組み解明のための大きな一歩を踏み出すことが可能になった。本研究で対象とした昆虫は、ハスモンヨトウとトビイロウンカという海を越えた移動をすることが確実視されたり、そのように推察されている野菜・稲の大害虫である。本年度は、まず、ハスモンヨトウの幼虫を異なる密度で飼育した場合の終齢幼虫期の体色発現性が採集場所によって異なることを明らかにし、その中で最も顕著な変化を示した採集群を用いて、密度の生活史特性に及ぼす影響を調べた。その結果、低密度に比べて高密度で生育したものは、早期に、小型の、しかし翼荷重の小さな飛翔に適した形態を持ち、しかもトリアシルグリセロール(TG)に富んだ飛翔能力が高い成虫になること、さらに成虫は飛翔エネルギー源として、TG中の不飽和脂肪酸を利用することを明らかにした。雌蛾は羽化した3日以内に卵巣を発達させろので長距離移動性は疑問視されていたが、卵巣を最大に発達させたものでも、高い飛翔能力を持ち、長時間の飛翔後でも産卵能力は失われないことを示した。また、羽化して直ぐ交尾する系統の存在も明らかになり、そうした系統の雌蛾は交尾して、すぐ移動し、移動先で産卵することにより、大発生をもたらすことが示唆された。トビイロウンカでは、広範囲の生息密度で特定の体色・翅型を発現する系統を作出し。それらの系統間での生活史特性の比較を行った。その結果、幼虫期間、産卵前期間、寿命、卵期間、さらには飛翔エネルギー源であるTGのレベルおよび変動様相も、系統特異的に異なることが明らかになり、そうした形質が生息密度だけでなく、遺伝的な制御を受けていることが判明した。トビイロウンカの幼若ホルモンを同定し、その変動様相が系統間で異なることを明らかにし、遺伝制御との関連を指摘した。このように異なる地域で採集したハスモンヨトウおよびトビイロウンカにおいて、こうした形質を比較していくならば、飛来源の推定が可能と期待される結果を得た。

本年度は、台湾、フィリピン、沖縄、佐賀で採集したハスモンヨトウを一定の条件下で飼育し、得られた成虫の飛翔活性およぴ配偶行動を比較し、そうした形質に採集地間でかなりの差異があり、台湾産のものは飛翔活性が高いのに対し、フィリピン産のものは極めて活性が低いこと、また、佐賀で採集した群でも、場所により飛翔活性が異なることを明らかにした。フェロモントラップを、石垣、沖縄、鹿児島、佐賀、壱岐、対馬、さらに国外では、韓国の済州島、中国3カ所にフェロモントラップを設置し、日毎の雄成虫の捕獲数を調査したところ、降雨前線が到来したいずれの調査地点でも突発的に増加した。そうした時期の日本からの後退流跡線解析では、下層ジェット気流は梅雨前線時では中国中東部から、秋雨前線時には中国北部、朝鮮半島から到来し、そうした地域でも風と同調した突発的な捕獲を認めた。また、台風が調査地点に200km以内に接近した場合、いずれも捕獲数が突発的に増えることも確認した。こうした結果から、ハスモンヨトウでは、日本で越冬したものに由来して各地の発生がもたらされるよりも、海外から飛来してくるものに大きく由来するものと結論した。トビイロウンカでは、広範囲の生息密度で特定の体色・翅型を発現する系統を作出し、それらの系統間の特性の比較を行った。特に、黒色・長翅型系統は、飛翔のエネルギー源であるトリアシルグリセロールの量が、羽化時ばかりでなく、飛翔を開始する羽化3日後にも高く、移動に好適な生理的特性を持つことが明らかになった。さらに、昨年度に引き続き、翅型・体色生活史特性を制御する遺伝子の同定を試みたが、成功には至らなかった。本年度の研究では、特にハスモンヨトウの海外からの移動性を中心に研究を継続した。国内6カ所、中国3カ所、韓国4カ所、台湾、フィリピン各1カ所に同じ組成からなるフェロモントラップを設置し、日毎の雄成虫のトラップへの誘引数を比較し、それらの結果と気象要因との関連、特に850hPaにおけるアメダスデータから推定した下層ジェット気流の後退流跡線解析について検討を行った。その結果、3-6月の梅雨前線が到来する前後の時期に、台湾、中国南中部から発生した下層ジェット気流が到達した時にほぼ一致して南西諸島、九州各地で雄成虫がトラップに大量に誘引されることが明らかになった。さらに、初夏から秋にかけてこれらの地域に台風が接近した時にも突発的に雄成虫が誘引された。さらに、9-10月には、中国北部、朝鮮半島を経由した下層ジェット気流が日本に到達するが、その時期に一致して、九州、中国、北陸地方での雄誘引数が顕著に増加することも判明した。そうした下層ジェット気流の発生源と推定される地域に設置したトラップにも、時期的に一致して雄成虫の誘引が認められた。こうした数年間に渡る結果に基づき、ハスモンヨトウは、梅雨前線、台風、秋雨前線に関連する風に乗って日本に飛来すると結論した。産地が異なるハスモンヨトウを比較することから、飛翔能力、性フェロモン放出時期、性フェロモン組成においても、地理的変異が生じていることが判明し、それらを指標にすれば、飛来源を特定することも可能と期待された。さらに、熱帯及び亜熱帯アジアにおけるトラップへの雄成虫の誘引数が温帯アジアのものに比べてはるかに少なく、そうした地域で採集された幼虫の多くは、コマユバチ科の蜂Microplitis manilaeによって寄生されていることから、ハスモンヨトウの移動は、この寄生蜂からのエスケープとして生じているとの説を提起した。
赤痢アメーバのトロゴサイトーシスの分子基盤の解明

目標1および2に関していずれもほぼ予定通り研究が展開されている。貪食・咀嚼食の過程でAGCKを惹起する分子カスケードを同定する研究においては、シアル酸結合タンパク質として同定されたタンパク質の機能的解析を行う。組換えタンパク質を用いたタンパク質相互作用ネットワーク解析、遺伝子発現抑制赤痢アメーバ株の作成による逆遺伝学的機能解析を行う予定である。また、時間が許せば、Caco-2などの有核細胞を用いて生きた状態と熱又は化学物質で不活化後の細胞膜表面分子をビオチン化し、ストレプトアビジンでアフィニティ精製、質量分析により網羅的に同定し、本年度得られたシアル酸結合タンパク質との比較検討を行う。貪食・咀嚼食を制御するPIキナーゼ、PIPフォスファターゼの解析に関しては、初年度作成した組換えタンパク質を用いて、活性を確認すると共に、それぞれの遺伝子発現を選択的に抑制した形質転換体を作成して、貪食・咀嚼食における表現型を中心に解析する。
多様化する高等学校制度の下での中学生の進路決定プロセスについての研究

少子化の進行を客観的な背景とし、そこにさまざまな文化的要因が重なることによって招来している現在の「学力競争の弛緩」という状況に焦点を当てて、そうした状況下での中学生とその親による進路決定のプロセスが、これまでとはどう変容してきているのかを中心的に考察した。(1)競争意識の分極化早期教育やお受験に象徴されるように、依然として学力競争に積極的に「乗る」層が存在しているが、それは全階層に及ぶものではなく、階層的な「中の上」あたりに見られる現象へと収縮してきている。その下には、無理をしなくてもどこかの高校には入れるという「そこそこ感覚」の親子が広範に登場してきている。(2)「応分主義」の意識学力競争に「乗らない」層の意識は、必ずしも競争的な価値観から自由であるわけではない。むしろ、小学校段階にまで降りた「早期選抜」の結果を受容している傾向が強い。(3)高校多様化への対応学力競争に「乗る」層の意識は、当然普通科志向であり、進学重視に結びつくものでない限り、高校制度の多様化には消極的である。「乗らない」層の意識も、進路選択を先延ばしするという意味での普通科志向がいまだに強いが、なかには多様化を積極的に受けとめようとする意識も芽生えつつある。1.先行研究の検討・考察実態調査に入る前に、高校入試の現状、中学生の進路決定の実状にかかわる先行研究をフォローし、検討した。検討の結果、(1)入試方法・評価基準の多様化・多元化が全国的に進んでいること、(2)受験に関する進路決定を下すうえで、中学生やその親の関心は、入試方法の変化(とりわけ推薦入試の導入など)に集中していること、などが判明した。本研究が申請したような、高等学校制度の多様化という事実が、中学生とその親の進路選択のメカニズムにいかなる影響を与えているのかという視点に立った先行研究は、少なくとも実態調査などを伴った研究内容としては、管見の限りでは見受けられなかった。2.聞き取り調査の準備と一部実施東京都下A市、埼玉県B市、長野県C市内の公立中学校での聞き取り調査を、教師・生徒・親・地域の学習塾関係者を対象として、実施する準備を進め、一部実施した。現在、調査データの整理と考察・検討を進めているが、C市については、いまだ十分なデータ収集ができておらず、またA市・B市に関しても、特に学習塾関係者からの聞き取りを中心に補充調査を行っていく必要がある。3.現時点での仮説的な知見地域による違いはあるが、(1)学科転換やコース設置などに踏み切った高校の存在は、中学生やその親にとって、進路の選択肢を増やすものと意識されていると同時に、依然として、既存の高校との間での「偏差値序列」的な観点から注目されていること、(2)そうした傾向は、とりわけ学力上位層の生徒や親に顕著であること、などが判明してきている。
森と海の構造多糖ナノ触媒が切り拓く不均一系触媒反応の新機軸

樹木由来セルロースナノファイバー(林産物)とキチン由来マリンナノファイバー(海産物)のナノ構造界面を、不均一系固体触媒の反応場とするマテリアルデザインに挑戦し、本年度は以下の研究成果を得た。【セルロースナノファイバーの界面酸化による固体酸の設計】触媒活性のない物理解繊セルロースナノファイバーに、TEMPO酸化法で界面特異的に高密度のカルボン酸を導入することで、均一系酸触媒を凌駕するアセタールの高効率加水分解を達成した。詳細な速度論的解析により、本反応は基質の界面吸着による濃縮効果が反応加速の要因であることを明らかにした。【界面酸化ナノセルロースへの塩基固定】TEMPO酸化ナノセルロースに複素環式ジアミンのピペラジンを部分導入することで、塩形成による触媒の失活を誘発することなく、固体酸によるアセタールの加水分解と固体塩基によるKnoevenagel縮合の連続反応に成功した。【界面酸化ナノセルロースと表面脱アセチル化キチンナノファイバーの組み合わせ】互いにナノファイバーの固体酸と固体塩基を混合することで、ポリイオンコンプレックスの形成による触媒失活を起こすことなく、同様の連続反応に成功した。【キトサンナノファイバーによるエステル交換抑制効果】エステルの活性メチレンを用いるKnoevenagel縮合では、アルコールを反応溶媒に用いると容易にエステル交換反応が起こる。しかしながら、キトサンナノファイバーを固体塩基とする同反応系では、加溶媒分解によるエステル交換反応が全く起こらない新現象を発見した。生物の作る構造そのものが機能の要となる有機分子触媒反応の開拓に向け、固体酸・固体塩基触媒の観点で探索を行い、興味深い現象をいくつか見出した。今後、その学理を追究して新学術に昇華し、糖鎖ナノ構造機能学「Glyconanoarchitectonics」の樹立に挑む。林産物および海産物由来の天然多糖ナノファイバーの結晶界面を、表面化学修飾により固体酸触媒・固体塩基触媒にマテリアルデザインする本研究の独自コンセプトの効果が明確に示され、同一の反応系内に酸と塩基が混在しても、それぞれ別々に機能するワンポット多段階反応の実例を見出した点は特筆に値する。また、当初の想定を超える成果として、キトサンナノファイバーを固体塩基触媒として用いた場合、Knoevenagel縮合体に対する加溶媒分解によるエステル交換反応が完全に抑制される新現象を発見した。この効果は極めて顕著であり、定量的に主生成物のみが得られることから、学術的なユニークさに加えて、化学・創薬産業的にも有用性が高いと考えられる。以上の結果は、既存の有機触媒反応研究に大きなインパクトを与える成果であり、詳細な機構解明とさらなる展開が大いに期待されることから、当初の計画以上に進展していると判断した。ナノセルロース・ナノキチン界面の構造制御、位置特異的酸化・脱アセチル化による触媒設計、有機合成の反応場としての機能創発と評価、触媒反応機構の解明等を進める。具体的には、キトサンナノファイバーの原料として、現在のαキチンではなくβキチンを用いることで、セルロースと同様に平行鎖結晶のナノ構造界面を反応場とすることが可能となり、それを手掛かりに構造と機能の相関関係を精査する。また、(1)多糖ナノファイバーのサイズ・結晶構造・結晶化度・塩基点密度と反応性の相関解析、(2)Knoevenagel縮合の他にDarzens縮合・不斉Henry反応・不斉Michael付加反応等への適用、(3)ナノファイバー軸に沿って「1 nm毎に存在する塩基点の規則性」と反応挙動・立体制御について、詳細に検討する。本研究のブレイクスルーポイントは既に制したので、今後は機構解明研究と応用展開を同時並行的に推進することで、挑戦的研究(萌芽)にふさわしい大きな成果を目指す。

林産物および海産物由来の天然多糖ナノファイバーの結晶界面を、表面化学修飾により固体酸触媒・固体塩基触媒にマテリアルデザインする本研究の独自コンセプトの効果が明確に示され、同一の反応系内に酸と塩基が混在しても、それぞれ別々に機能するワンポット多段階反応の実例を見出した点は特筆に値する。また、当初の想定を超える成果として、キトサンナノファイバーを固体塩基触媒として用いた場合、Knoevenagel縮合体に対する加溶媒分解によるエステル交換反応が完全に抑制される新現象を発見した。この効果は極めて顕著であり、定量的に主生成物のみが得られることから、学術的なユニークさに加えて、化学・創薬産業的にも有用性が高いと考えられる。以上の結果は、既存の有機触媒反応研究に大きなインパクトを与える成果であり、詳細な機構解明とさらなる展開が大いに期待されることから、当初の計画以上に進展していると判断した。ナノセルロース・ナノキチン界面の構造制御、位置特異的酸化・脱アセチル化による触媒設計、有機合成の反応場としての機能創発と評価、触媒反応機構の解明等を進める。具体的には、キトサンナノファイバーの原料として、現在のαキチンではなくβキチンを用いることで、セルロースと同様に平行鎖結晶のナノ構造界面を反応場とすることが可能となり、それを手掛かりに構造と機能の相関関係を精査する。また、(1)多糖ナノファイバーのサイズ・結晶構造・結晶化度・塩基点密度と反応性の相関解析、(2)Knoevenagel縮合の他にDarzens縮合・不斉Henry反応・不斉Michael付加反応等への適用、(3)ナノファイバー軸に沿って「1 nm毎に存在する塩基点の規則性」と反応挙動・立体制御について、詳細に検討する。本研究のブレイクスルーポイントは既に制したので、今後は機構解明研究と応用展開を同時並行的に推進することで、挑戦的研究(萌芽)にふさわしい大きな成果を目指す。本年度実施予定であった実験は全て行ったが、分析装置類を他の外部資金で賄ったため、本予算では消耗品類の使用に留まり、予算残が生じた。次年度は、多糖ナノファイバーを有機分子触媒とするキラル化合物の合成を計画しており、この分析には既設の超臨界流体クロマトグラフ用のキラルカラム(1本50万円以上)が複数本必要であることから、これに本年度の残予算を充てる。また、2年目は、より積極的に国内外での学会発表を予定しており、残予算の一部は旅費支出にも充当する。研究は極めて順調に進行しており、適切な研究費の使用を通じて、挑戦的研究(萌芽)にふさわしい大きな成果を目指す。
超音波CTスキヤンの岩石破壊実験への応用

圧縮荷重をうけて岩石内にマイクロクラックが発生、伸長および集積する過程、すなわちダイラタンシーが局所化する状況を可視化して観測し、これらのプロセスをコントロールする要因が何であるかを実験的に調べることは、地殻や岩盤内で生じる地震や山はねのメカニズムを解明するための重要な鍵となっている。そこで、放射線医療で革命をもたらしたX線CTのX線のかわりに超音波を利用することを試みる実験を行ったところ、超音波CTが非常に有効な方法であることがわかった。本研究では、超音波CTにおける計測システムの改善を目指して、岩石の速度異方性を補正する方法、精度の高い再構成に必要な波形の計測法、内部破壊域の進展のリアルタイムの可視化などの開発研究を推進して、岩石破壊実験におけるより有効な超音波CT技術確立のための基礎実験を行った。実験試料として用いた大島花崗岩には、成因にもとずく潜在クラックが配向している。この潜在クラックを通して浸潤して移動する水の動きを超音波CTによって観測する実験を行った。マイクロクラックの内部に水が入ってくると、超音波のパス中における空隙の水の占める割合が増すので、伝播速度は増加し、波動エネルギーは水に吸収されて振幅は減衰する。実験中30分毎に行った超音波の伝播速度および減衰係数の変化の分布の再構成結果は、いずれも水が岩石内で浸潤して移動していく様子をよくとらえていることがわかった。とりわけ、超音波の初動の振幅の変化が水の浸潤の様相とくに浸潤前線の移動をよくとらえているが、速度変化はこの浸潤前線の存在をとらえることはできていない。つまり、マイクロクラックの中が完全に水で飽和されるまで速度は変化しないのに対して、振幅の減衰は水が少量入りこむだけで敏感に影響をうけるようである。
第2相分教材料の高温クリプにおける緩和過程の違いによる均一/不均一変形の実証

延性のあるマトリクスに強度剛性の高い強化相を分散させた複合材料は、FRPとして大きな成功を収めたが、強化相/マトリクスの強度剛性比があまり大きくないMMCとしては常温強度よりは高温強度に対して有効となる。金属基複合材料の定常クリープでのしきい応力挙動(分散強化)、(2)Ag/W(f)複合材料での強化相への荷重の移動(複合強化)、(3)TiAl/TiAl複合材料での速い拡散による軟化(複合軟化)、が報告されている。本研究では、マトリクスと強化相間に生じる塑性歪み不一致の緩和機構に注目することにより、上記3挙動を一つにまとめて議論できるモデルを提案し、モデル材料により実験的実証を行った。分散強化、複合強化、複合軟化の各現象は、マトリクスと強化相間に生じる塑性歪みの不一致の緩和機構を元とした変形モデルを用いることによって整理することができる。すなわち、分散強化は完全拡散緩和、複合強化は塑性緩和律速、複合軟化はしきい応力を無視できる負荷応力での完全拡散緩和領域において発現することが予測される。このモデルの妥当性を、α-Ti基/TiBウィスカ強化複合材料を用いて、巨視的変形挙動から検討した。Ti/TiB(15vol%)複合材の定常クリープにおけるひずみ速度と応力の両対数プロットによれば、理論予測と一致するS字状の挙動が観察されている。それぞれの領域での各種変形パラメータ(応力指数、活性化エネルギー、体積分率依存性)も理論から予測されるものであった。金属材料の高温での強化法として、マトリクス中に第二相(強化相)を分散させる手法がある。分散強化合金と短繊維強化金属基複合材料はどちらもこのカテゴリーに属するが、その高温クリープ挙動は全く異なっている。これは、両相間の塑性ひずみ不一致が、前者では第二相周りの拡散(拡散緩和)、後者ではマトリクスの不均一なクリープ変形(塑性緩和)により解消されるという違いに由来する。しかしながら、現在実用化されつつある複合材料(例えばAl-Al_2O3,SiO_2(w,p))では、材料作製で混入する微細酸化物やクリープ中の界面剥離等により、見かけ上分散強化合金と同一のクリープ挙動が観察されている。本研究では、微細酸化物を含まず、界面が強固で、測定可能な拡散緩和速度をもつモデル材料としてTi-TiB(w) in situ複合材料を作製し、低応力域では完全拡散緩和によるべき乗則クリープ、中間応力域では拡散緩和律速による線形クリープ、高応力域では塑性緩和律速によるべき乗則クリープという、ひずみ速度と応力のS字状関係を観察した。これは初めて2つの緩和プロセスによるクリープ挙動を検証したという点で画期的なものであると考える。現在、第二相分散材料の高温クリープにおいて2つの緩和プロセスが働いている直接的証拠として、マトリクスの均一/不均一変形を直接観察する実験を進行中である。先程のTi-TiB(w) in situ複合材料を用いて、完全拡散緩和領域と塑性緩和律速領域で変形させた場合について、結晶格子の回転をEBSP法で測定した。どちらについても、マトリクスの結晶は粒子近傍でも回転していないと言う結果を得た。今後、試料表面に描いたけがき線の変形による回転を測定する。けがき線は結晶格子とは異なり、塑性緩和律速領域では回転すると期待される。これにより、2つの緩和プロセスが働いている直接的証拠を得る。

しかしながら、現在実用化されつつある複合材料(例えばAl-Al_2O_3,SiO_2(w,p))では、材料作製で混入する微細酸化物やクリープ中の界面剥離等により、見かけ上分散強化合金と同一のクリープ挙動が観察されている。本研究では、微細酸化物を含まず、界面が強固で、測定可能な拡散緩和速度をもつモデル材料としてTi-TiB(w) in situ複合材料を作製し、低応力域では完全拡散緩和によるべき乗則クリープ、中間応力域では拡散緩和律速による線形クリープ、高応力域では塑性緩和律速によるべき乗則クリープという、ひずみ速度と応力のS字状関係を観察した。それぞれの領域における各種変形パラメータ(応力指数、活性化エネルギー、体積分率依存性)も理論から予測される物と、定量的によく一致した。これは初めて2つの緩和プロセスによるクリープ挙動を検証したという点で画期的なものであると考える。
博物館リテラシーを育成するための博物館における総合的な学習プログラムの実践的研究

(1)「博物館リテラシー」を育成するための博物館における総合的な学習プログラムの試行モデルの開発として,「上野の山ミュージアムクラブ」や「中高生総合セミナー」を開発・実施した。「上野の山ミュージアムクラブ」は、「上野の山」地区(東京都台東区上野公園)に集中する,国立科学博物館,東京国立博物館,国立西洋美術館,上野動物園等の博物館等の特徴的な学習資源を継続的・総合的に活用する学習プログラムとした。中学生が上野地区に位置する各種博物館における活動を自ら選択し体験活動を行い、その成果を発表した。2年目には、前年度までの活動に加えて,参加者同士の意見交換の様子を一般の人が自由に見学できる部屋で実施するなど,学習の場としての博物館の特性を生かす活動を行った。継続的に博物館を利用すうことには,参加者の幅広い学芸的興味関心を高めることに影響するとの知見が得られた。「中高生総合セミナー」では、自然科学を中心としたテーマを設定し、中高生が、自然科学的な標本・知識に加え、民俗的な伝承・生活、環境的な問題など多方面からアプローチを行った。2年目には、学校の年間指導計画に位置づけられ継続的な(=単発ではない)学習活動の試行モデルとして、高校との計画的連携活動を加味した。これらの活動を通じて、参加者の博物館リテラシーの育成方法、向上の程度をアンケート等により評価を行った。(2)博物館リテラシーについて意識調査をプログラムの参加者を対象に行った。その結果,博物館への意識は,知識の獲得と日常生活との関連を2軸として構成されているという知見が得られた。(3)「中高生総合セミナー」,「上野の山ミュージアムクラブ」等の実施例を含めた,博物館独自の教育方法である,博物館を利用した継続的な学習プログラムの内容や成果についてまとめ,報告書を作成し,公表をした。今年度は「博物館リテラシー」育成のための試行モデルとして「上野の山ミュージアムクラブ」や「中高生総合セミナー」を実施した。「上野の山ミュージアムクラブ」では、中学生が上野地区に位置する各種博物館における活動を自ら選択し体験活動を行い、その成果を発表した。このような活動を通じて、参加者の博物館リテラシーの育成方法、向上の程度をアンケート等により評価を行った。(1)「上野の山ミュージアムクラブ(テーマ:博物館とびっきり体感)」の活動概要■クラブ員の構成:中学生11名■クラブのスケジュール:7月から11月まで計8回、博物館見学、各機関の実施講座に参加、各機関で体験活動、博物館おすすめガイド作成など多様な体験的な活動を組み合わせ、博物館の活動に親しむことを重視した活動を行った。最終日には国立科学博物館特別会議室において、各機関の担当者を前に、今までの体験活動の報告を行い、中学生の視点から考える博物館の体験活動の面白さについて交流を図った。(2)「中高生総合セミナー(テーマ:イルカ・クジラ)」の活動概要■セミナー員の構成:中学生5名、高校生11名、計16名■セミナーのスケジュール:国立科学博物館上野本館、新宿分館、新江ノ島水族館を会場に、11月から12月にかけて4回のセミナーを実施した。クジラ・イルカの形態や生態、飼育、進化について講義や、自然保護、捕鯨についての講義を実施した他、博物館の展示や収蔵庫、水族館の展示を活用し実物に触れる体験も重視した。最終日にはそれまでの内容を踏まえ、特に捕鯨と保護に関しての意見交換を実施した。

(1)「博物館リテラシー」を育成するための博物館における総合的な学習プログラムの試行モデルの開発として,「上野の山」地区(東京都台東区上野公園)に集中する,国立科学博物館,東京国立博物館,国立西洋美術館,上野動物園等の博物館等の特徴的な学習資源を継続的・総合的に活用する学習プログラム,「上野の山ミュージアムクラブ」,学校との計画的連携活動を加味した「中高生総合セミナー」等を開発・実施した。■「上野の山ミュージアムクラブ」には,継続参加者5名を含む中学生23名が参加した。前年度までの活動に加えて一般の人が自由に見学する中で参加者同士の意見交換を活用するなど,学習の場としての博物館の特性を生かす活動を行った。継続的に博物館を利用することには,参加者の幅広い学芸的興味関心を高めることに影響するとの知見が得られた。■「中高生総合セミナー」関連としては,学校の年間指導計画に位置づけられ継続的な(=単発ではない)学習活動の試行モデルとして,SSH指定校の高校生35名が,国立科学博物館を中心とする博物館の展示資料や専門職員との対話を活用した複数回にわたる学習活動を行った。本年度はSSH校である香川県立三本松高等学校と連携して学習活動を行った。(2)博物館リテラシーについて意識調査をプログラムの参加者を対象に行った。その結果,博物館への意識は,知識の獲得と日常生活との関連を2軸として構成されているという知見が得られた。(3)「中高生総合セミナー」,「上野の山ミュージアムクラブ」等の実施例を含めた,博物館独自の教育方法である,博物館を利用した継続的な学習プログラムの内容や成果についてまとめ,報告書を作成し,公表をした。
滑動性眼球運動と前庭動眼反射の干渉系における視線信号の形成機構と適応学習

滑動性眼球運動と前庭動眼反射の干渉系で視標追跡運動を行うときには、視標の網膜上での動きと、それを追跡する眼球運動と前庭情報から視標の空間における速度が計算され、それに合わせて空間内で視線(空間での眼球)運動が行われる。本研究では前頭眼等領域がこのような干渉系における網膜情報から運動情報への変換にどのように関わるかを訓練した日本サル2頭を用いて調べた。前頭眼野領域から滑動性眼球運動に応答したニューロンを107個記録した。この課題ではニューロンは追跡する眼球運動速度に比例して応答した。回転台と同時に視標を同方向へ同振幅で追跡させることにより視線運動を行わせると、これら二二ーロンの大多数(n=86,80%)は、視線速度に対応して応答した。滑動性眼球運動時の応答と視線運動時の応答の最適方向は個々のニューロンでよく一致した。それらの運動速度に対するニューロンの応答の感度特性は同様で、平均で0.5 spikes/s/deg/sであった。さらにこれらのニューロンで、視標を静止させてサルに固視させ、もうひとつのレーザースポットを正弦波状に動かすと、調べたニューロンの半数で(20/39)、滑動性眼球運動に応答した方向へのレーザースポットの網膜状の速度に比例して応答し、その速度に対するニューロンの応答の感度特性は平均で0.2 spikes/s/deg/sであった。以上の結果から、前頭眼舒領域の滑動性眼球運動ニューロンは、眼窩内の運動情報のみを持つのではなく、視線(眼球速度十頭部速度)信号を持ち、さらにそれらニューロンの半数は、視線信号+視標の網膜速度情報を持つことが明らかになった。従って前頭眼野の滑動性眼球運動ニューロンは視線信号と視標の速度情報から、空間での実際の視標の速度を計算できることが示唆される。
C/SiC系マトリックスを有する耐酸化性C/C複合材料の開発

1,マトリックス原料調製石油系ピッチに炭化ケイ素(SiC)および炭化ホウ素(B_4C)を加えたマトリックス原料を調製した後、2150°C高温熱処理を行い、炭素の結晶構造および耐酸化性と試料組成の関係を調べた。その結果、SiCおよびB_4C添加は炭素の黒鉛化を促進させ、耐酸化性を向上させることが判った。2,C/SiC系マトリックスC/C複合材料の作製PAN系およびピッチ系炭素繊維を用いたC/SiC系マトリックスC/C複合材料の作製条件を検討した結果、マトリックス原料の粘度を100mPa・sに調製し、フィラメントワインディング法を用いた条件が適当であることが判った。複合材料の気孔率は、SiCおよびB_4C添加により減少した。ピッチ系炭素繊維を強化繊維として用いた複合材料は、高強度・高靭性であることが判った。3,複合材料の耐酸化性評価マトリックスへのSiCおよびB_4C添加により、1400°Cまでの酸化雰囲気下において優れた耐酸化性を示し、複合材料の強度および靭性は、700°C・1時間酸化後においても、劣化していないことが判った。複合材料の耐酸化性は、緻密な表面酸化保護層の形成により発現していることが判った。4,複合材料の耐酸化性改善法の確立本年度の研究により、1400°Cまでの耐酸化性を有するC/C複合材料の製造法に関する知見を得た。しかし、C/C複合材料の実際の使用目的から、1400°C以上の高温耐酸化性に対する研究を行う必要がある。そこで、2000°Cまでの耐酸化性を有する超高耐熱性炭素/セラミックス複合材料の開発を計画中であり、平成9年度の科学研究費補助金奨励研究(A)において研究費交付申請中である。
UWB用プレーナ型パッシブフィルタの高性能化

現在、UWBが高速無線通信の国内での認可問題などで注目されており、フィルタ等の受動回路においても従来の連邦通信委員会(FCC)マスクに対応したものから様々な仕様に対応するべく国内外で研究が盛んに行われている。広帯域特性を有するBPFはすでにいくつか検討されているが、本研究課題においては、広帯域通信無線で用いる有極特性を有する広帯域BPFについて検討を行った。フィルタ構成の要となる共振器は、分布定数タップ結合型両端開放型、両端接地型及び一端接地型マイクロストリップ(MSL)共振器で、それぞれの回路において各線路の長さ及び幅を変化させたときの共振特性について実現モデルを想定し不連続構造を含めた回路シミュレーションおよび電磁界シミュレーションにより検討を行った。次にそれらの共振器を用いた広帯域BPF(帯域幅:約3.110.6GHz)を構成し、構造パラメータの最適化より行ったシミュレーション結果と試作実験による結果の比較を行った。今回検討した回路構成は、両端開放型、両端接地型、一端接地型MSL共振器広帯域BPF及び、共振器混在型広帯域BPF及び共振器混在型広帯域BPFである。結果より各構成において、先に提案した共振器の基本特性を積極的に活かしたBPFの実現が可能となった。さらに、実用化に向けて広帯域BPF(帯域幅:約3.14GHz)の小型化と、様々な仕様に対応を想定し帯域幅が制御可能な回路方式に関して検討を行った。フィルタの小型化に関しては、従来の構造を変化させた共振器や擬似LC並列回路を用いたBPFの検討を行った。帯域幅の制御については、スタブの先端にキャパシタを接続し、その容量値により減衰極の実現位置が変化するチューナブル特性を有する共振器を用いることで、BPFにおいても帯域幅の制御が可能であることを確認した。研究課題である超広帯域通過特性を有するプレーナ型パッシブフィルタの開発にあたって、この共振器の基本性能その中でも回路パラメータの変化による共振特性の変化に着目し、その効率よく効果的な利用により広帯域特性を得るために、それらの特性の理論および解析的検討を行った。方法としては、回路シミュレータにより、回路要素である共振器について、数種類提案した。ここでは、特性の中で広帯域特性と通過帯域近傍への減衰極配置に着目し、分布定数線路を用いて構成しそれらの共振特性について検討を行った。実際には、分布定数線路として高周波帯でよく使用されるマイクロストリップ線路でのプリント回路パターン構成を想定した。それらを回路解析上近似で分布定数線路と等価的に表現することができるので、回路パラメータを変化させることで特性を評価した。結果として広帯域かつ減衰極を複数有する共振特性を得ることができた。また、共振器の種類によって減衰極の配置位置と個数の制御が可能であることも併せて確認した。次にそれら共振器を巧みに組み合わせることでバンドパスフィルタを構成し回路シミュレータによる解析と実際の実現モデルを想定した電磁界シミュレータによる解析を行なうことで特性を評価した。結果として、先に検討した共振器の特性が活かされた広帯域かつ減衰極を有する特性が得られていることが確認できた。また、第一段階として実際試作実験を行った。その結果、解析結果で得られた広帯域特性が得られたが若干通過帯域の高域側特性の劣化が見られこの改善については今後の課題である。現在、ウルトラワイドバンド(UWB)が高速無線通信の国内での認可問題などで注目されており、フィルタ等の受動回路においても従来の連邦通信委員会(FCC)マスクに対応したものから様々な仕様に対応するべく国内外で研究が盛んに行われている。

広帯域特性を有するバンドパスフィルタ(BPF)はすでにいくつか検討されているが、本研究課題においては、広帯域通信無線で用いる有極特性を有する広帯域BPFについて検討を行った。まず、BPFの構成要素である共振器について検討を行った。検討した共振器は分布定数タップ結合型両端開放型、両端接地型及び一端接地型マイクロストリップ(MSL)共振器の3タイプであり、各線路の線路長及び線路幅を変化させたときの共振特性を実際の実現モデルを想定し不連続構造を合めた回路シミュレーションおよび電磁界シミュレーションにより検討を行った。次に検討した共振器を用いた広帯域BPF(帯域幅:約3.110.6GHz)を構成し、シミュレーション結果と試作実験による結果の比較検討を行った。検討したBPFは、両端開放型、両端接地型、一端接地型MSL共振器広帯域BPF及び、共振器混在型広帯域BPF(両端開放型・両端接地型)及び共振器混在型広帯域BPF(両端開放型・一端接地型)の5種類である。結果より各タイプのBPFにおいて、共振器の基本特性を活かしたBPFの実現が可能となった。さらに、実用化に向けて広帯域BPF(帯域幅:約3.14GHz)の小型化と、様々な仕様に対応できる帯域幅が制御可能な広帯域BPFに関して検討を行った。サイズの小型化に関しては、従来の共振器構造を変化させた共振器や擬似LC並列回路を用いたBPFの検討を行った。帯域幅の制御に関しては、スタブの先端にキャパシタを接続し、その容量値により減衰極の実現位置が変化するチューナブル共振器を用いることで、BPFにおいても帯域幅の制御が可能となった。