hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ソノ凝固プロセスによるヘテロ構造二相アルミニウム合金の開発

軽量耐摩耗性材料として過共晶Al-Si合金を取上げ,その強度・耐摩耗性と延性を両立させるべくヘテロ構造の創成を行った.超音波照射しながら凝固させるソノ凝固によって半凝固スラリーを準備した.このスラリーを用いて半凝固鋳造で創形するとともに,軟らかいα-Al相と硬い微細粒状初晶Si相から成るヘテロ構造を創成した.ソノ凝固スラリーを用いて作った半凝固鋳造材は強度・耐摩耗性と延性を併せ持つ特徴がある.ソノ凝固プロセスの要素技術確立を図るとともに,ソノ凝固プロセスとして体系化し,ヘテロ構造二相Al合金の材料特性を明らかにした.Al-12.6wt%Si合金における初晶Si晶出量の実測に基づき,Al-25wt%Si合金の初晶Si晶出量をソノ凝固プロセスによって確保するAl-Si合金中のSi含有量を再検討した.(1)過共晶Al-17wt%Si合金の超音波溶湯処理:(a)超音波溶湯処理のソノ凝固効果が表れる限界条件を見極める.(b)超音波溶湯処理合金のミクロ組織の定量評価(c)ソノ凝固プロセスによる試験片鋳造(d)17wt%Si合金ソノ凝固試料の機械的性質評価(2)Al-17wt%Si-4Cu合金の超音波溶湯処理:(a)ソノ凝固効果の限界条件把握とミクロ組織の定量評価(b)Al-17wt%Si-4Cu合金のソノ凝固プロセス(c)ヘテロ構造を成す非平衡α-Al,初晶Siおよび共晶Siの寸法・形状・量と機械的性質の関係把握,標準の油潤滑下摩擦摩耗試験以上を行い,最終年度で総括する予定である.軟質非平衡α-Al相/硬質初晶Siから成るヘテロ構造二相Al合金の開発に必要な要素技術を確立するため,過共晶Al-17wt%Si合金の超音波溶湯処理を,温度,時間,冷却速度を変化させて行い,溶湯処理の効果を見極めた.さらに,非平衡α-Al相の晶出が初晶Si晶出量を増加させることなど,ソノ凝固におけるミクロ組織上の特徴を定量的に把握した.ヘテロ構造効果として,強度・耐摩耗性/延性・加工性の評価を行った.また,次世代元素戦略の一環として,低純度リサイクル材を用いて,本ソノ凝固プロセスに基づく希少金属を添加しないFe含有量の高い高機能Al合金の開発を行った.一方,ソノ凝固の本質を理解すべく,モデル溶液のソノ凝固現象を高速度顕微カメラで撮影し,キャビテーションバブルからの核発生を実証した.加えて,Al-Cu系など単純2元素合金のその凝固を行い核発生促進効果,非平衡相の晶出と溶質原子濃度の増加を調べた.軽量耐摩耗性材料として過共晶Al-Si合金を取上げ,その強度・耐摩耗性と延性を両立させるべくヘテロ構造の創成を行った.超音波照射しながら凝固させるソノ凝固によって半凝固スラリーを準備した.このスラリーを用いて半凝固鋳造で創形するとともに,軟らかいα-Al相と硬い微細粒状初晶Si相から成るヘテロ構造を創成した.ソノ凝固スラリーを用いて作った半凝固鋳造材は強度・耐摩耗性と延性を併せ持つ特徴がある.(1)過共晶Al-17wt%Si合金を用いるソノ凝固溶湯温度,処理時間,冷却速度を変化させて超音波溶湯処理を行い,処理後急冷したミクロ組織の観察を行った:(a)超音波溶湯処理を行う溶湯の温度は,高温であるほど注湯に到るまでの時間的余裕が確保できる.しかしながら,ソノ凝固効果は高温で超音波溶湯処理を行うほど弱くなる.初晶Siの微細化は液相線温度からの加振が効果的で,非平衡α-Alの晶出は共晶温度での加振が効果的である.(b)超音波溶湯処理中の溶湯温度の低下は加振によるエネルギー投入によって小さくなり,ソノ凝固効果を高める.(c)超音波溶湯処理時間は実験室規模の処理では,60秒程度以上が必要であり,処理時間の確保は困難ではない.(2)超音波溶湯処理した溶湯を用いる形状付与プロセス20トン加圧の低速ダイカストマシンを設計・製作した.(a)半溶融鋳造用のビレットを超音波溶湯処理によって準備し,初晶Siの微細化と非平衡α-Alの晶出を確認した後,高周波誘導加熱して低速ダイカストマシンによって形状付与した.ビレット中の鋳巣を除去できず,高強度・高延性Al-Si合金部材には到っていない.(b)半凝固鋳造用低速ダイカストマシン用にも利用して形状付与を行った,プロセスパラメータの最適化には到っておらず,鋳造欠陥が生じる問題が在る.Al-17wt%Si-4wt%Cu合金のソノ凝固条件の最適化により,大量の微細初晶Si粒および非平衡α-Al相から成るヘテロ構造を創成した.また,同ソノ凝固スラリーの半凝固ダイカストを行い,その引張特性および耐摩耗性を評価した.ミクロ組織の定量評価を通じてソノ凝固によって創成したヘテロ構造の効果を把握した.(1)ソノ凝固によって,過共晶Al-17wt%Si合金への初晶Siの微細化を実現するとともに,初晶Siの晶出量を液相線温度の高いAl-21wt%Si合金(溶解エネルギーが大量に必要)並まで高められることを確認した.

また,共晶温度付近での超音波加振はその加振時間にほぼ比例して非平衡α-Al相の晶出量を増加させることを確認した.(2)形状付与ダイカストマシンを完成させた.このダイカストマシンは20トン加圧力で加圧速度可変,スリーブ予熱温度300°C,キャビティ予熱温度200°Cが可能である.半溶融鋳造,半凝固鋳造ともプロセスパラメータの合わせ込みが課題として残っている.軟質非平衡α-Al相/硬質初晶Siから成るヘテロ構造二相Al合金の開発に必要な要素技術を確立するため,過共晶組成(Al-17wt%Si)合金の超音波溶湯処理を,温度,時間,冷却速度を変化させて行い溶湯処理の限界を見極める.さらに,非平衡α-Al相の晶出が初晶Si晶出量を増加させることなど,ソノ凝固におけるミクロ組織上の特徴を定量的に把握する.ヘテロ構造の効果として,強度・耐摩耗性/延性・加工性の評価を行う.また,次世代元素戦略の一環として,低純度リサイクル材を用いて,本ソノ凝固プロセスに基づく希少金属を添加しないAl合金の開発を完成させる.一方,ソノ凝固の本質を理解すべく,Al-Cu系など単純2元素合金のソノ凝固を行い核発生促進効果,非平衡相の晶出と溶質原子濃度の増加を調べる.引き続きソノ凝固プロセスの要素技術確立を図るとともに,平成23年度に得られた研究成果に基づいて,ソノ凝固プロセスとして体系化し,ヘテロ構造二相Al合金の材料特性を明らかにする.(1)過共晶Al-17wt%Si合金の超音波溶湯処理(a)超音波溶湯処理のソノ凝固効果が表れる限界条件を見極める.(b)超音波溶湯処理合金のミクロ組織を定量評価する.(c)ソノ凝固プロセスによって試験片を鋳造する.(d)20wt%Si合金とソノ凝固17wt%Si合金の機械的性質を比較する.(2)不純物(Fe)含有量の高いAl-17wt%Si-x%Fe合金の超音波溶湯処理(a)ソノ凝固効果の限界条件を把握し,ミクロ組織を定量評価する.特に,Fe含有量(x=02wt%)におけるFe化合物の微細粒状化に着目する(b)Al-17wt%Si-x%Fe合金のソノ凝固プロセス→鋳造性に及ぼすFeの効果を明らかにする.(c)非平衡α-Al,初晶SiおよびFe化合物の寸法・形状・量と機械的性質の関係把握標準の油潤滑摩擦摩耗試験を行う.(3)形状付与プロセスのプロセスパラメータを最適化し,ヘテロ構造二相Al-Si-Fe合金に関する本研究を総括する.該当なし形状付与20トン低速ダイカストマシンの予熱系を含むキャビティ金型の製作,および圧力測定系の設置,引張試験片・摩擦摩耗試験片の機械加工費,成果発表への出張旅費および論文別刷代などに使用する計画である.
応力によるインプラント周囲骨吸収メカニズムの解明と適切なインプラント形状の提案

インプラント周囲骨内応力値が破骨細胞分布に影響を与えるという仮説を検証した。まずインプラント周囲骨における破骨細胞の分布を検討したところ、周囲骨外周だけでなく、インプラントと周囲骨の間にも存在することが示唆された。また、種々のスレッド形状による応力分布の違いを有限要素解析したところ、スレッド形状やピッチは骨内応力値に影響を与えることが示唆された。有限要素法によって解析したインプラント周囲骨内応力値と破骨細胞の分布に関しては、明瞭な相関性は認められなかった。インプラント周囲に過剰な応力が作用すると、それに伴ってインプラント周囲の骨吸収が惹起されることが知られている。応力に伴うインプラント周囲骨の吸収について、本研究では破骨細胞の分布状況を組織学的に検討することによってインプラント周囲骨が骨ーインプラント界面と周囲骨外側のいずれから吸収されているかに関する情報を収集することを目的とした。また、有限要素法を用いて、インプラント周囲骨に作用する応力分布を実際の組織、マイクロCTデータを利用して構築したモデルにて検討することとした。これらのデータをもとに、インプラント周囲応力と破骨細胞の分布の関連について検討し、力学的に適切な、つまりインプラント周囲骨が吸収しにくいインプラント形態を提案することを最終目的とした。以上の目的を達成するために、以下の3種類の実験を企画、実施した。<A.インプラント周囲骨における破骨細胞の分布の検討>ラット脛骨にチタンスクリューを埋入し、28日間経過させインプラント周囲骨の安定を図った後、インプラントに数段階の静的側方応力を作用させた。応力作用1週間後ラットを屠殺し、インプラントを除去して脱灰切片を作製、TRAP染色し、破骨細胞の分布を検討した。その結果、インプラント周囲の破骨細胞はインプラントと周囲骨に囲まれた閉鎖空間およびインプラントに接着した骨の外側のいずれにも観察されることが示唆された。<B.インプラント周囲骨の応力分布に関する有限要素法的検討>実際の組織標本より構築した有限要素法モデルにより、インプラント周囲骨においてはスレッド(ネジ山)の頂点周囲の骨にも応力の集中が観察された。<C.インプラント周囲骨の応力分布と破骨細胞の分布の関連>ネジ山の角度はインプラント周囲の応力分布に影響を与えることが示唆された。本研究は、応力に伴うインプラント周囲骨の吸収について、破骨細胞の分布状況を組織学的に検討することにより、インプラント周囲骨が骨ーインプラント界面と周囲骨外側のいずれから吸収されているかに関する情報を収集することを目的とした。また、有限要素法を用いて、インプラント周囲骨に作用する応力分布を実際の組織、マイクロCTデータを利用して構築したモデルにてあわせて検討することとした。さらに応力と破骨細胞の分布の関連について検討し、力学的に適切な、つまりインプラント周囲骨が吸収しにくいインプラント形態を提案することを最終的な目的としている。今年度は実験1:インプラント周囲骨における破骨細胞の分布の検討として、インプラントのスレッド周囲における新生骨基質の分布について検討した。具体的には、6週齢ラット脛骨にチタン製スクリュー型インプラント(一種類)を埋入し、4週間の治癒期間を経た後に静的側方応力を作用させた(今年度はコントロールとして、応力作用を行っていない群のみ実験を施行した)。その結果、インプラントのスレッド頂周囲には新生骨基質が観られないことが多く、これは応力が集中した結果生じた現象であることが示唆された。一方、実験2:インプラント周囲骨の応力分布に関する有限要素法的検討としてコンピューターシミュレーションを用いた力学的検討を行った。今年度はまず、今年度動物実験を行ったスクリューのデザインに関し、応力解析を行った。その結果、スレッドタイプのインプラントにおいては、スレッド頂上部周囲の骨内には、それ以外の箇所と比較してより高い応力集中が観察され、動物実験の組織学的所見を裏付ける結果となった。平成23年度においては、実験1:インプラント周囲骨における破骨細胞の分布の検討として、組織学的の破骨細胞がインプラントのスレッド形状のどこにどのように分布しているかについて検討する予定であった。しかし、23年度には、骨基質の分布や形態学的な検討は行えたが、破骨細胞の具体的な分布を把握するには至らなかった。実験2:インプラント周囲骨の応力分布に関する有限要素法的検討においては、実際の応力分布のシミュレーション解析は行うことができた。このように、、達成できたところ、できなかったことが混在しているものの、さらに一層のデータ蓄積を果たすべきであったと考え、自己評価を「(3)やや遅れている」とした。平成24年においては、23年度に達成できなかった実験1,実験2の内容を追加で行う。また、当初平成24年度に行う予定であった実験(実験3:インプラント周囲骨の応力分布と破骨細胞の分布の関連、実験4:適切なスレッド形態を有するインプラント周囲骨における破骨細胞の分布の検討)は予定通り行う。具体的には、実験3では実験2の有限要素法モデルにおいて、スレッド形状を種々に変化させ、その結果骨内応力値がどのように変化するかを検討する。

前年度の実験で、「どのような応力が破骨細胞の分布にどのような影響を与えているか」が明らかになっているため、破骨細胞が分布しにくい応力分布になるようなスレッド形状について検討する。実験4では、実験3でモデル化したチタンインプラントを試作し、ラット顎骨に埋入し、実験1と同様の実験を行う。それにより、有限要素法モデルにより作成したインプラントのスレッド形状が、実際に効果的に応力を分散し、インプラント周囲骨の破骨細胞分布に影響を与えているかについて確認する。平成24年度においては、23年度に達成できなかった実験1,実験2の内容を追加で行う。これに必要な経費は23年度から繰り越した経費(153,667円)にて充当予定である。また、当初平成24年度に行う予定であった実験(実験3:インプラント周囲骨の応力分布と破骨細胞の分布の関連、実験4:適切なスレッド形態を有するインプラント周囲骨における破骨細胞の分布の検討)は予定通り行う。これらを遂行するために必要な経費として、物品費を700,000円および謝金として100,000円を計上している。また、研究結果の発表や情報収集のため、旅費を400,000円(研究者2名の国内学会出張費と大学院生の情報収集のための派遣費と考えている)を計上している。
橋梁付加物による橋桁の風荷重および空力振動の低減手法についての研究

橋桁に対して付加物を軸方向に不連続に取り付けることで,後流渦の軸方向の位相をずらし,変動揚力および空力振動を抑える手法について風洞実験により検討した.スパン方向に付加物を不連続に取り付けた場合,辺長比によっては大きく変動揚力が減少した.効果の見られない断面に対しては,開口を非一様に設けることで変動空気力が低減した.また,渦の軸方向の相関長さの評価を行うために2点間の変動風速のスペクトル解析を行った.ピーク周波数のコヒーレンスの値はガウス関数でよく近似され,その積分距離として相関長さを求める手法を示した.また,自己相関関数を用いた流れ方向の相関長さの評価手法も示した.桁や梁として用いられる柱状物体に,付加物を軸方向に非一様に取り付けることで断面形状を変化させ,流れ場の変動成分の周期や位相を不規則なものとすることで,変動揚力に起因する現象を低減,抑制する手法について引き続き検討を行った.実際の付加物としては,高欄やフェアリングなどのほかに,透過性のあるパンチングメタルの利用も考えられるが,空力騒音の発生が懸念される.そこで,支持装置などを工夫して空力音の発生状況を再現し測定を行った.一定風速以上(およそ10m/s)において,1kHz前後の比較的高い周波数域に風速に比例して増加するピークが見られた.孔の配置の違いによるピーク周波数の違いはほとんどなく,孔径に依存していると考えられる.また,孔の配置を不規則なものとすることが空力音の低減につながることも確認され,非一様な形状が周期的な流れ場の変動を抑えるという本研究の方向性と一致するものである.主に矩形断面柱を対象に,壁高欄を非一様に設置することを想定した検討を行ったが,特性は変化するものの変動揚力の低減には十分な効果を発揮しなかった.付加物の設置によって辺長比(桁幅の桁高に対する比)が小さくなって,部分の変動揚力の増加をもたらす場合があり,軸方向の渦の相関が低くなって全体に作用する変動揚力を低減する効果を打ち消すことが考えられた.そこで,流れ方向に開口を設けることによって後流のカルマン渦を乱して変動空気力を抑制する手法について検討した.矩形断面および端部を丸くした断面を対象に風洞実験を行い,変動揚力の減少や空間相関特性の変化,また渦励振応答の低減を確認した.開口は腹板部分に部分的に設けるので,曲げ強度,曲げ剛性の変化は最小限に抑えられており,さらに重量が軽くなることで固有振動数が増加し,渦励振の発現風速が高くなる効果も得られた.橋桁に対して付加物を軸方向に不連続に取り付けることで,後流渦の軸方向の位相をずらし,変動揚力および空力振動を抑える手法について風洞実験により検討した.スパン方向に付加物を不連続に取り付けた場合,辺長比によっては大きく変動揚力が減少した.効果の見られない断面に対しては,開口を非一様に設けることで変動空気力が低減した.また,渦の軸方向の相関長さの評価を行うために2点間の変動風速のスペクトル解析を行った.ピーク周波数のコヒーレンスの値はガウス関数でよく近似され,その積分距離として相関長さを求める手法を示した.また,自己相関関数を用いた流れ方向の相関長さの評価手法も示した.初年度は,矩形断面柱模型を対象に,まず変動風速による相関長さの評価および空気力の測定を行った.測定は2点間の間隔を1mm刻みで変化させて行うことで高い空間分解能でもって評価した.相関長さの評価手法としては,変動風速のストローハル成分に着目して,軸方向相関長さと流れ方向相関長さの評価手法を提示した.流れ方向相関長さについては,ストローハル成分の不規則な振動をインパルス応答の重ね合わせととらえて減衰定数を求め,移流速度を考慮して求めた.辺長比1については,軸方向相関長さLc=5.8D,流れ方向相関長さLc,x=17.2Dで,辺長比3についてはLc=18D,Lc,x=13.8Dといった結果が得られている(Dは断面高さ).辺長比3の矩形断面については付加物を取り付けることで,変動風速のスペクトルは広帯域となりストローハル成分に着目した相関長さでは有意な結果が得られなかった.空気力については,抗力係数は流れ方向の見つけ面積の増加率よりも大きい増加率となったが,変動揚力係数は約20%まで低減する結果となった.辺長比の大きい断面では,抗力方向には断面2次モーメントが大きいため,揚力方向の空気力を低減させられることは耐風対策上,メリットが大きいといえる.種々のセンサーで総合的に変動流れ場を把握する観点からマイクロホンを用いて,矩形断面柱を対象に空気力と遠方場の音圧を同時測定しその相関特性について調べた.暗騒音のレベルが高いため,変動揚力のストローハル成分に対応した音圧のピークは判別できないが,相互相関を求めることで,変動揚力に起因する音圧の成分が含まれていることを確認した.また,レーザードップラー流速計(LDV)については,キャリブレーションを行ったのち,矩形断面柱の後流の変動風速の測定を行い,平均成分について既往の測定結果と対応した値が得られていることを確認した.初年度は矩形断面柱模型を対象に,変動風速,空気力,遠方場音圧などの測定を行い,流れ場の変動特性について特にストローハル成分に着目して整理した.

ストローハル成分の空間的な同期が,橋桁などの構造物の挙動に大きく影響するとの観点から,同期の程度を示す指標として,軸方向相関長さおよび流れ方向相関長さの評価手法を提示し,特に流れ方向相関長さについては,ストローハル成分の不規則な振動をインパルス応答の重ね合わせととらえて減衰定数を求め,移流速度を考慮して求めた.付加物を取り付けた場合の変化についてもいくつかのケースで実験を行い,軸方向に位相がほぼ一致した矩形断面柱については,付加物を取り付けることで,抗力が増加するものの,変動揚力が大きく低減することを確認した.その他,辺長比やスケールの異なる複数の矩形断面を対象に実験を行ったが,さらに多くの実験ケースを行い,付加物による流れ場の変化の特徴を整理し,空気力の変化に対して相関長さがどの程度影響しているかについても,さらに検討を進めていく必要がある.熱線風速計による変動風速の測定ではセンサーを挿入することによる流れ場の影響が考えられるため,レーザードップラー流速計(LDV)による非接触の計測を行った.回転する円盤を用いたキャリブレーションを行い,本実験条件において精度が十分であることを確認したのち,基本断面である矩形断面柱の後流の変動風速の測定を行った.変動風速分布の形状など,既往の測定結果と対応した値が得られていることを確認した.ただし,現状では前方散乱の量が十分でなく流れの変動を把握するのに十分な時間解像度が得られていない.遠方場の音圧については,変動空気力と相関の高い成分を確認した.模型のスケールやアスペクト比を変化させた実験を行い,変動流れ場の特性を調べる.相関長さの評価には多くの測定ケースが必要で,コヒーレンスの値はパワースペクトルなどと比べてばらつきが多いため,初年度の実験ケースに加えて,種々の模型を対象に,風速,空気力,風圧力,音圧などの各種物理量の測定を行う予定である.また,LDVの後方散乱を用いた計測では,測定間隔が長くなり流れの周期的な変動を捉えるには不十分であったので,プリズムを設置し,前方散乱を用いた計測によって,時間刻みの細かい測定を行い,変動流れ場の把握を行う.得られた測定データについて周波数分析を行い,空間的な相関について,相関係数やコヒーレンス,また提案した軸方向相関長さと流れ方向相関長さなどの指標で評価する.関連度の高い範囲について相関長さの定義を2次元に拡張した相関面積という指標による整理も検討する.また,多点の測定データを用いた相関の評価についても,POD解析やERA法などの手法を応用して,その評価手法の検討を行う.これらの検討を通して,軸方向に断面を変化させた付加物の形状や配置パターンのうち,耐風対策に効果のあるものを整理する.さらにバネ吊り試験を行い,実際に発振の抑制効果を調べる.実験結果は,模型断面,付加構造物の形状の組み合わせに対して,種々の測定データを組み合わせたデータベースとして整理し,広く活用できるようにするために,任意のケースを比較検討することも可能なネット上のインターフェイスを構築する.該当なし
ビスフォスフォネートの骨吸収抑制作用を利用した矯正学的歯の移動のコントロール

平成4年度は様々なビスフォスフォネートのなかでも最も協力な骨吸収抑制効果を持つと考えられているRisedronateを局所的に用い、矯正学的歯の移動にどのような影響を与えるかについて検討した。その結果、歯の移動が対照の約50%に抑制され、歯の移動後の後戻りも対照の約60%に抑制された。さらに歯の移動に伴って歯の圧迫側に出現する破骨細胞の動態とそれに対するビスフォスフォネートの効果に関する組織学的評価を行った結果、ビスフォスフォネートの投与により破骨細胞の出現が抑制されていることがわかった。平成5年度は歯の移動に伴って歯の圧迫側に出現する破骨細胞の骨吸収能とそれに対するビスフォスフォネートの作用を顕微鏡からCCDカメラを用いて取り込んだ画像をパソコンレベルで画像処理することにより定量的に評価した。その結果、ビスフォスフォネートの投与により破骨細胞の存在する吸収窩の面積は約50%減少していた。さらに破骨細胞一個あたりの吸収窩の面積も約30%減少しており、ビスフォスフォネートの投与により破骨細胞の出現が抑制されるだけでなく、破骨細胞の機能も抑制されることがわかった。平成6年度は、ビスフォスフォネートの局所投与が歯の移動に伴う歯根吸収とその修復過程に及ぼす影響について検討した。その結果、ビスフォスフォネートの投与は、歯根吸収面積を約40%減少させ、また、装置除去後の歯根吸収の修復過程には影響しないことがわかった。また、骨芽細胞様細胞MC3T3-E1の機能に及ぼすビスフォスフォネートの作用についても検索した。その結果、低濃度のビスフォスフォネートにはMC3T3-ET分化を促進させる作用があり、内因性プロスタグランディンの産生抑制がその作用機序として示唆された。今後は破骨細胞の形成や機能に対する作用や、局所的に投与したビスフォスフォネートによる全身への影響や造骨系への作用についても検索していきたいと考えている。平成4年度において、我々はビスフォスフォネート(AHBuBP)の全身投与により、矯正学的歯の移動や移動後の後戻りが強力に抑制されることを論文発表した。すなわち、0.5mgP/kgのAHBuBPを全身的に投与したところ、歯の移動が対照の約40%に抑制され、歯の移動後の後戻りも対照の約50%に抑制された。組織学的にも、AHBuBPを投与したラットでは出現する破骨細胞の数が減少し、形態的にも大きな差が認められた。また、歯の移動に伴う歯根の吸収もAHBuBPの投与により抑制されていた。以上の結果をふまえ、我々は臨床的な観点から、様々なビスフォスフォネートの中でも最も強力な骨吸収抑制効果を持つと考えられているRisedronateを局所的に用い、これが矯正学的歯の移動にどのような影響を与えるかについて検討した。組織学的な観察からRisedronate投与側では歯槽骨の吸収が対照側に比べて抑制されていることが確認された。さらに、矯正学的歯の移動に伴って歯の圧迫側に出現する破骨細胞の動態とそれに対するRisedronateの効果に関する組織学的評価を定量的に行った。その結果、Risedronateの局所投与により破骨細胞の出現が抑制されていることがわかった。また、Risedronateの局所投与はラットの全身成長にほとんど影響しないことが示された。

これらの結果は、ビスフォスフォネートの投与により矯正学的歯の移動をコントロールし得る可能性を示していると考えられた。今後は、矯正学的歯の移動のコントロールに最も適したビスフォスフォネートの種類、投与量、投与方法について詳細に検討する予定である。平成4年度において我々は様々なビスフォスフォネートのなかでも最も強力な骨吸収抑制効果を持つと考えられているRisedronateを局所的に用い、これが矯正学的歯の移動にどのような影響を与えるかについて検討した。その結果、歯の移動が対照の約50%に抑制され、歯の移動後の後戻りも対照の約60%に抑制された。さらに矯正学的歯の移動に伴って歯の圧迫側に出現する破骨細胞の動態とそれに対するビスフォスフォネートの効果に関する組織学的評価を行った結果、ビスフォスフォネートの投与により破骨細胞の出現が抑制されていることがわかった。平成5年度は歯の移動に伴って歯の圧迫側に出現する破骨細胞の骨吸収能とそれに対するビスフォスフォネート(Risedronate)の作用を顕微鏡からCCDカメラを用いて取り込んだ画像をパソコンレベルで画像処理することにより定量的に評価した。その結果、ビスフォスフォネートの投与により破骨細胞の存在する吸収窩の面積は約50%減少していた。さらに破骨細胞一個あたりの吸収窩の面積も約30%減少しており、ビスフォスフォネートの投与により破骨細胞の出現が抑制されるだけでなく、破骨細胞の機能も抑制されることがわかった。学術上の問題点としては、局所的に投与したビスフォスフォネートによる全身への影響や造骨系への作用があげられ、次年度以降の検討課題とした。今後は骨髄細胞培養系を用いた破骨細胞の形成や破骨細胞の機能に対するビスフォスフォネートの効果やMC3T3-E1細胞等の骨形成細胞に対するビスフォスフォネートの作用についても検索する予定である。平成4年は様々なビスフォスフォネートのなかでも最も強力な骨吸収抑制効果を持つと考えられているRisedronateを局所的に用い、矯正学的歯の移動にどのような影響を与えるかについて検討した。さらに歯の移動に伴って歯の圧迫側に出現する破骨細胞の動態とそれに対するビスフォスフォネートの効果に関わる組織学的評価を行った結果、ビスフォスフォネートの投与により破骨細胞の出現が抑制されていることがわかった。平成5年度は歯の移動に伴って歯の圧迫側に出現する破骨細胞の骨吸収能とそれに対するビスフォスネートの作用を顕微鏡からCCDカメラを用いて取り込んだ画像をパソコンレベルで画像処理することにより定量的に評価した。平成6年度は、ビスフォスフォネートの局所投与が歯の移動に伴う歯根吸収とその修復過程に及ぼす影響について検討した。その結果、ビスフォスフォネート投与は、歯根吸収面積を約40%減少させ、また、装置除去後の歯根吸収の修復過程には影響しないことがわかった。また、骨芽細胞様細胞MC3T3-E1の機能に及ぼすビスフォスフォネートの作用についても検索した。
カーネル特徴ベクトルを利用した多目的遺伝的アルゴリズムによる多クラス識別器の実現

本研究における最大の成果は,「多目的最適化の枠組みを利用した多クラス識別器生成」の有用性を示したことである.具体的には,多クラスSVMに対する多目的最適化を用いたカーネルパラメータ最適化を行い評価基準の設定による識別性能への影響について調査を行い,複数の評価基準を併用する方法の優位性を示すことができた.一方,識別平面の明示化については残念ながら効果的な方法を実現できなかったものの,データ前処理による問題の容易化を実現する方法を考案し,低次元の問題に限定されているもののその有用性を示すことができた.本研究における最大の成果は,「多目的最適化の枠組みを利用した多クラス識別器生成」の有用性を示したことである.具体的には,多クラスSVMに対する多目的最適化を用いたカーネルパラメータ最適化を行い評価基準の設定による識別性能への影響について調査を行い,複数の評価基準を併用する方法の優位性を示すことができた.一方,識別平面の明示化については残念ながら効果的な方法を実現できなかったものの,データ前処理による問題の容易化を実現する方法を考案し,低次元の問題に限定されているもののその有用性を示すことができた.サポートベクターマシンに用いるカーネル行列パラメータを求めるための方法論を構築するにあたり,カーネル関数のパラメータ推定に関する従来研究を調査し,研究の方向性および位置づけについて明確にしました.現在,既存の代表的なカーネル関数(線形カーネル関数,RBFカーネル関数など)のパラメータ推定に基づくカーネル行列の作成方法とカーネル行列自体を直接的に推定する方法の2通りの方法について基礎的な検討を進めている段階です.1年目である平成18年度は,代表的なカーネル関数について調査するとともに得られた結果に対する評価,検定方法について検討を行いました.また,代表的なカーネル関数に対するパラメータ推定の実験を通じて,推定を実現するための実装方法の検討および各カーネル関数の特徴について実験結果からの検証を行いました.これらの研究により代表的なカーネル関数を利用した識別器では従来研究と比較して大きな優位性を見つけることが難しく限界があることが分かりました.一方,多目的遺伝的アルゴリズムに関する研究としては単目的最適化問題に対して何らかの形で複数目的化し多目的遺伝的アルゴリズムを適用する多目的化に関する研究を進め大きな成果を得ることができました.具体的な対象としてVehicle Routing問題(VRP)を扱い,VRPにおけるカスタマーの割り当て決定問題を多目的化により効果的に改善できることを示しました.現在,多目的の枠組みを用いたカーネル行列自体を直接的に推定する方法について検討を行うとともに,得られたカーネル行列の半正定値化,得られたカーネル行列からの特徴ベクトルへの逆変換の方法について実現を進めているところです.多目的遺伝的アルゴリズムを用いた既存の代表的なカーネル関数(線形カーネル関数,RBFカーネル関数など)のカーネルパラメータ推定について実験を行い,一定の成果を得ることができた.一方,既存のカーネル関数およびそれらの組み合わせでは複雑な識別境界を上手く表現することができず,性能面において限界があることも確認できた.現在,以下の2つのアプローチについて新たに検討を進めている段階である.1.カーネル関数の性質や特性を考慮したカーネル関数の組み合わせについて検討2.ノルムを定義するノンパラメトリック関数を求める方法について検討2年目である平成19年度は,代表的なカーネル関数に対するカーネルパラメータ推定について実験を行い,その結果をまとめ学会等で発表を行った.本実験を通じてRBFカーネルはパラメータ数が少ない割に良好な性能を示すことが判明する一方,代表的なカーネル関数およびその組み合わせでは複雑な識別平面を表現することができないことが明らかとなった.また,多目的最適化の枠組みを利用することにより単純な識別性能だけでなく汎化性能の高い解(識別平面)の導出が実現できることを確認することができた.現在,識別性能向上のためにカーネル関数を単に組み合わせるのではなく互いの特性を補完し合う組み合わせについて検討するとともに,カについて検討を行っている.また,これまで十分な検討が行えていない得られたカーネル行列からの特徴ベクトルへ逆変換する方法についても研究を進める予定である.多目的遺伝的アルゴリズムをカーネルパラメータ推定に利用した実験では一定の成果が得られたものの,カーネル関数の性質や特性を考慮したカーネル関数の組み合わせについては芳しい結果を得ることができなかった.その結果を受け,本年度は視点を変え,識別器の性能を発揮しやすい様にデータを事前処理するデータ前処理について検討を行った.このデータ前処理は複雑な境界面を有している識別問題に対して多クラス化を施すことにより問題の容易化を試みるというというものであり,対象データの属性次元が低い場合においては良好な結果を得ることができた.これらの成果については,国際会議,国内学会等で発会しており,データ前処理に関する研究についてはさらなる検討行い今年度中に論文としてまとめたいと考えている.また,本年度は多目的最適化により得られた非劣解集合の情報を効果的に設計者へ提示するための設計支援に関する研究についても検討を行い,大きな成果を得ることが出来た.本研究は,機械学習とは直接関連しないものの,多目的最適化に関する幅広い分野に応用可能なものである.本研究では,多数目的のターボジェットエンジン設計問題を対象にその有効性を検証し,一定の有用性を示すことができた.今後は,本申請課題を進めていく中で取り組んだデータ前処理に関する研究に対し複雑な分布を持つ高次元属性テスト問題に対しても望ましい容易化が実現されるよう検討を行い,将来的には「遺伝子選択」,「マイクロアレイデータの解析」といったバイオインフォマティクス分野への応用も視野に発展させていく予定である.
ミニ染色体モデルの化学合成と機能解析

本研究課題では、長鎖DNAの反応解析に存在する構造上の問題点を解消してゲノム機能研究への発展を誘起するために、人工的なミニ染色体モデルの作製とその作製の要素技術を構築する。さらに、獲得したミニ染色体モデルを用いて、構造解析と化学反応解析を進めて、生物機能における染色体構造の役割を明らかにする。
「満洲国」統治と東アジアにおける植民地の構造連関-政策と民族問題の視点から-

本研究の目的は「満洲国」統治を植民地帝国日本のなかに構造的に位置づけることにある。特に、治外法権撤廃措置を中心とする「満洲国」統治機構の形成、「満洲国民」の創出と「在満朝鮮人」問題、「日本海ルート」と異法域統合をめぐる帝国日本の統治構造を考察の基軸に据え、植民地朝鮮との構造連関を中心に、日本の帝国支配における「満洲国」統治の特色とその諸矛盾を解明しようとするものである。本年度は「満洲国民」創出の試みとその挫折の経緯について、教育・国籍・兵役に関する「在満朝鮮人」政策をめぐる朝鮮総督府と関東軍の対立を中心に検討し、「五族協和」(日・朝・漢・満・蒙)というスローガンのもと表面的には多民族共存を掲げた「満洲国」統治と、「内鮮一体」の原則の下、朝鮮人の民族抹殺政策を遂行しようとした植民地朝鮮における「皇民化」政策との矛盾を明らかにした。またあわせて、「在満朝鮮人」の「対日協力」の諸相をハルビン朝鮮人会と「満洲国」協和会朝鮮人分会の「対日脇力」を事例に検討した。現存する統計資料では、1930年代を通して、ハルビン総人口に占める朝鮮人の割合は1パーセント強を占めるに過ぎない。その大多数はアヘン・麻薬に関わる「不正業者」といわれ、社会的には最下層に位置していた。ハルビン朝鮮人会や「満洲国」協和会ハルビン朝鮮人分会の指導者はかつての「反満抗日」運動の帰順者であり、彼らの活動が民族分裂政策の一翼を担うものであったことは明らかである。しかしながら同時に、彼らは関東軍とともにアヘン・麻薬に関わる「不正業者粛正工作」を実施する一方、転職紹介や救療事業、貧困者の生活補助などの社会事業に従事していたことなどを明らかにした。本研究は「満洲国」と植民地朝鮮および日本本国との相関関係を中心として「満洲国」政治史研究を行なう一方、「在満朝鮮人」社会の実態分析を行なうことにより「満洲国」統治を広く日本植民地帝国のなかに構造的に位置付けることを通じて、近代東アジアの政治変動と社会的変容過程を総体的に解明することを目的としている。研究第二年度は「満洲国民」の創出に関わる国籍・教育・徴兵制をめぐる「在満朝鮮人」政策について検討したほか、「満洲国」統治を日本の帝国支配の中に構造的に位置付けるための方法論的考察を「満洲国」統治機構の形成過程、民族問題、民族運動とその弾圧、「満洲国」をめぐるアジア認識に即して行なった。他方、本年度は昨年に引き続き、中国ハルビン市図書館・档案館をはじめ、吉林省档案館、長春市図書館、遼寧省档案館、延辺大学図書館などの国外関係機関や、早稲田大学、外務省外交史料館などの国内関係機関において史料蒐集を行なった。とりわけ、近年の中国における史料公開状況には特筆すべきものがあり、これら史料の調査・分析は既存の研究水準を飛躍的に向上させるであろうことを確信するものである。研究第三年度は本年度の調査・研究実績を踏まえて、引き続き中国・韓国を中心に関連史料の蒐集・分析に努める一方、「満洲国」期の中国東北地域社会の実態解明と民族問題の分析を行ない、上記課題の達成に努めようとするものである。
細胞複製と遺伝子発現の相関

真核細胞の細胞複製を進行させるために必須な遺伝子群とそれらの間の作用順序を知り、複製機構を明らかにすることを目的とした。また真核生物の特有な減数分裂の機構を解析し、生殖や遺伝に貢献しようとした。成果の概要は以下のようである。1)異種細胞の接触によって促進される細胞増殖に関与する蛋白とその受容体を明らかにした。Sl/Sl^tゲノム型マウスの骨髄と脾臓の細胞増殖変化と卵巣細胞成育停止に由来する不妊を発見し、体細胞複製と減数分裂の関連に緒をつけた。2)核内のDNA複製起点の同定法を完成し、DNA複製誘導にチミジル酸合成酵素発現が作用する機構の解析を進展させた。3)DNA反復配列部のメチル化とクロマチン凝集機構に関して作用因子の一つである遺伝子の発現機構が明らかとなった。遺伝子の単離と構造決定が完成し、調節の分子機構の全体像が明らかにされた。4)染色体分配に働く85K蛋白の解析が進み、遺伝子構造と蛋白とアクチン並びにクロマチンへの結合様式が明るみに出た。5)減数分裂誘導に働くmei2、mei3遺伝子のクローン化と構造解析が完了し、相同染色体の対合と交叉に関与すると考えられる遺伝子産物のクローン化が完了した。調節機構の解析が可能となった。マウス精子形成過程の減数分裂細胞に於て、DNA組換え酵素を3種類とDNAリガーゼ2種類を分離精製し、それら遺伝子の発現時期を明らかにした。6)減数分裂誘導と体細胞分裂との関連、減数分裂中の遺伝子組換え(キアズマ形成)と体細胞複製中の遺伝子組換え(姉妹染色分体交換)の比較が進行した。これらの成果は細胞複製・細胞周期に関与する必要のもので、細胞増殖、分化、有性生殖を解析するための基礎として貢献するであろう。
異種コンポーネントの統合に関する研究

近年,ソフトウェアコンポーネントを組み合わせることによるソフトウェア開発は,ソフトウェアの生産性と品質の向上を期待され,多く行われるようになってきている.しかし,EJBやCOMなど様々なコンポーネントモデルが存在するため,コンポーネントの統合は必ずしも容易ではない.平成13年度は,アプリケーションが異種コンポーネントを呼び出せるためのアダプタを自動生成するシステムを構築した.しかし種々の課題が残った.平成14年度に行った研究は,大きく二つに分類できる.まず,アダプタ拡張コンポーネント(Adapter Enhancement Component ; AEC)を提案した.これまでに構築したアダプタ生成システムは,「コンポーネントをつなげる」という最低限の機能しか持たなかったため,いろいろな制約があった.そこで,付加的な機能をもつコンポーネントであるAECを用意し,アダプタを生成する際,必要なAECを選び,取り込めるようにアダプタ生成システムを拡張した.AECは,大きくEavesdropper, Performance Enhancer, Body Transformer, Header Transformerの四種類に分類し,ログ取得,フォルトトレランス,型変換,署名などのAECのプロトタイプを構築した.さらに,平成13年度までのアダプタ生成システムでは,コマンドラインからしか利用できなかったり,アダプタの管理の機構が全くなかったりした.そこで,この課題を検討するために,Model-Driven Distributed Systemに基づいたアプリケーション開発支援ツールを試作した.近年,ソフトウェアコンポーネントを組み合わせることによるソフトウェア開発は,ソフトウェアの生産性と品質の向上を期待され,多く行われるようになってきている.しかし,EJBやCOMなど様々なコンポーネントモデルが存在するため,コンポーネントの統合は必ずしも容易ではない.平成13年度は,アプリケーションが異種コンポーネントを呼び出せるためのアダプタを自動生成するシステムを構築した.しかし種々の課題が残った.平成14年度に行った研究は,大きく二つに分類できる.まず,アダプタ拡張コンポーネント(Adapter Enhancement Component ; AEC)を提案した.これまでに構築したアダプタ生成システムは,「コンポーネントをつなげる」という最低限の機能しか持たなかったため,いろいろな制約があった.そこで,付加的な機能をもつコンポーネントであるAECを用意し,アダプタを生成する際,必要なAECを選び,取り込めるようにアダプタ生成システムを拡張した.AECは,大きくEavesdropper, Performance Enhancer, Body Transformer, Header Transformerの四種類に分類し,ログ取得,フォルトトレランス,型変換,署名などのAECのプロトタイプを構築した.さらに,平成13年度までのアダプタ生成システムでは,コマンドラインからしか利用できなかったり,アダプタの管理の機構が全くなかったりした.そこで,この課題を検討するために,Model-Driven Distributed Systemに基づいたアプリケーション開発支援ツールを試作した.
リスク社会の本質的構造の解明と最適政策の分析

リスク社会の本質的な構造を明らかにするため、行動経済学の成果を取り入れながら、リスク回避行動と貯蓄行動との関連、リスク回避行動とパーソナリティとの関連について分析を行った。その結果、パーソナリティの違いがシステマティックにリスク回避行動に影響を与えていることが明らかとなった。また、人的能力の形成の方法によっても、平均所得および所得分散が大きく異なり、教育カリキュラム等の能力形成に与える政策について、多くの示唆を得た。1980年代のバブル期を通じて、地域コミュニティ機能の低下が起き、バブル崩壊後の不況では、企業内コミュニティの崩壊が進んだと理解できる。このようなコミュニティ機能の低下によって、人々は地域社会での助け合いといったリスク回避能力を低下させ、格差意識を高めていったと考えられる。また、企業内でもリストラといった失業リスクの増大、非正規雇用の増大、といった要因によって、企業コミュニティの崩壊が進み、労働者間での格差意識の増大が起きたと理解できる。これは、ソーシャル・キャピタルの低下が、格差意識を拡大したという解釈を可能にするものであり、この点に関する詳細な検証が必要となっていることを意味している。このようなコミュニティ機能と格差意識との関連性を分析することにより、コミュニティ機能の向上のためにどのような施策が必要であるかが明らかになると考えられる。ただし、格差感および幸福感を決定する要因として、その個人がこれまでどのような形で階層間移動をしてきたかは重要な要素となっている。そこで、本研究では、移動性の状態を明らかにする。その上で、格差感および幸福感がどのような要因によって決定されるかを明らかにする中で、コミュニティ機能が与える影響について分析した。その結果、相互扶助の意識が強い場合に、格差感を強く意識していることが示され、コミュニティの相互扶助機能の向上は、幸福感を増大させることが分析結果から確認された。このことは、コミュニティ機能回復のための政策の重要性を示唆していると言えよう。本年度の研究では所得変動リスクが格差感および幸福感に与える影響を分析するため、個人の若年期から現在までの社会における相対的ポジションの変移を示す階層間移動に着目し、所得変動リスクが格差感および幸福感に与える影響を重回帰分析および順序プロビット分析を行った。まず,所得変動リスクを階層間移動性で表し、移動性を表す変数の特性とその変数が反映している移動要因との関連性を明らかにした.このような準備の基で,格差感および幸福感の決定要因としてのコミュニティ機能の重要性を実証的に分析する.本研究では,コミュニティ機能の向上をもたらすソーシャル・キャピタルが,人々のライフリスクを軽減し,格差感を減少させる機能を有しているかを実証的に分析した.具体的には,移動性の状態を明らかにした上で,格差感および幸福感がどのような要因によって決定されるかを明らかにする中で,コミュニティ機能が与える影響について分析した.その結果,コミュニティの相互扶助機能の向上は,格差感に対しては大きな影響を与えないものの,幸福感を増大させることが分析結果から確認された.すなわち、所得変動リスクがコミュニティ機能によってどれほど、緩和されるかを調べたことになる。分析結果は,格差感が格差の公平性に関する認識によって大きく決定されているのに対し,幸福感については生活の安定感が大きな決定要因になっていることを示唆している.このことは,コミュニティ機能が人びとの生活の安定感に強い影響を与えることを意味しており,コミュニティ機能回復のための政策の重要性を示されたことになる.この他にも、創造経済で重要なクリエイターの所得変動リスクの問題とそれにたいする最適政策に関する研究も進めた。本研究の目的は、リスクを生み出す社会制度上の不備とか問題が、人びとの経済行動にどのような影響を与えているかを分析することである。この目的に対して、様々な観点から研究を進めた。雇用における非正規化は、非婚化および少子化の本質的な要因となっているだけでなく、所得格差の拡大をもたらし、教育機会の不平等をも引き起こし、社会における不公平感の拡大と意欲格差の拡大をもたらし、犯罪の増大といった社会不安を引き起こす遠因ともなっている可能性を調べるため、独自のサーベイ調査を基礎としたマクロデータ分析を行った。この分析により、階層下落リスクを含む、所得階層間移動の状況と要因を分析した。また、教育投資行動に関するマイクロデータを収集し、どのようなタイプの労働者が非正規雇用といった不安定な就業上の地位になり、どのような労働者が低所得となるかを調べた。特に、高卒・大卒と言った学歴カテゴリーだけでなく、大卒労働者の中でも文系・理系によって、所得リスクの違いがどの程度存在しているかを明らかにしている。また、リスク社会の本質的な構造を明らかにするため、行動経済学の成果を取り入れながら、リスク回避行動と貯蓄行動との関連、リスク回避行動とパーソナリティとの関連について分析を行った。また、ジェンダー間でのリスクの差、高齢化社会での所得階層間格差拡大の問題等についても研究を進めた。また、介護保険制度が非効率性を生み出すリスクについても、研究を進め、政策的対応のあり方について提言を行った。以上のように、本研究は、リスク社会の本質的構造を明らかにし、より本質的でかつ有効性の高い政策を提示する上で、多くの学術的成果を得ることができたと判断している。
超伝導トンネル接合を利用した雑音源の開発

本研究の圏的はマイクロ波帯からミリ波帯の高周波コンポーネントの高精度な特性評価を可能にする超伝導トンネル接合(以下SIS接合)を用いた雑音源を開発することである。平成23年度は前年度に設計したミリ波帯ノイズソースの特性評価を行った。設計した超高感度SISミクサを用いたヘテロダインシステムを用いてショットノイズの検出を試みた結果、100GHzでのトンネル接合からのショットノイズの初検出に成功した。SISノイズソースの等価温度を見積るために、既存の熱雑音源に対するSIS受信機の応答と比較した結果、理論が予測する値の8割程度の等価温度をSIS受信機が検出していることが分かった。またショットノイズの特性を詳細に調査した結果、ノイズソースの出力はバイアス電圧に対して単調に増加したが、理論が示すような線形とはならなかった。そのような特徴の一つとして、出力電力-電圧曲線の10mV付近に不連続があった。この不連続は電流-電圧特性にも見られた。物理温度依存性の振る舞いからこれは配線にweak linkがあるためと考えられる。また高いバイアス電圧で飽和傾向が見られた。この飽和傾向は電流電圧特性にも見られた。これは高いバイアス電圧を接合にかけると、接合で生じたジュール熱により接合周辺の超伝導性が破壊され、そこで電圧降下が起こっているためと考えられる。超伝導性が破壊された領域、温度が高くなっている領域では高周波損失も生じるため、電圧-電力特性の飽和的な振る舞いを強くするように働く。本研究で100GHz帯においてトンネル接合からのショットノイズを初検出し、その特性に関して詳細に調査したことにより、天文学分野や工学分野での実用への見通しが立った。この原理的に新しいノイズソースを用いることにより、これらの分野での新たな進展も期待される。マイクロ波帯冷却増幅器は電波天文学で用いられる分光観測用受信機の初段、または二段目に位置する主要な構成要素である。その性能を表わす最も重要な指標である雑音温度はY-factor法によって測定されるが、既存の雑音源(半導体ダイオード+冷却アッテネータ)では測定誤差が(十数%)と大きい。そこで、超伝導トンネル接合(以下SIS接合)を利用した雑音源の開発に取り組んでいる。このような雑音源が開発されれば、正確な特性評価が可能となり極限的な性能を持つ冷却増幅器の開発が可能になると期待される。はじめに試作した雑音源は作りやすさを考慮してSIS接合の大きさを5x5um2とした。しかし、測定結果かうSIS接合自身の幾何学的容量などのリアクタンス分に起因する反射係数の悪化のために、高周波側で理想的な振る舞いから大きく外れることが明らかになった。このことをふまえ、新たにSIS接合、電極及び筐体の再設計を行い、4-8GHz帯で反射係数を0.1(電力にして1%)以下に抑えた雑音源を制作した。制作した雑音源を用いて冷却増幅器の利得と雑音温度の測定を行い、既存の方法による測定結果と比較すると、利得は誤差範囲内で一致したにも関わらず、雑音温度はSIS接合雑音源の方が1-2K程度高くなることが分かった。これは既存の方法で用いる外部導体と内部導体の温度差が原因であると考えうれる。今後は、さらに精度の高い詳細な比較、及び雑音源の高周波化をすすめていく予定である。本研究の目的はマイクロ波帯からミリ波帯の高周波コンポーネントの高精度な特性評価を可能にする超伝導トンネル接合(以下SIS接合)を用いた雑音源を開発することである。平成21年度まではマイクロ波帯増幅器の特性評価用雑音源の開発に取り組んで来た。その結果、4-8GHzというこれまでに報告のない高い周波数帯でも、見積もられる増幅器の雑音温度が既存の方法と±2Kの精度で一致し、SIS雑音源が有用である事を世界で初めて示した。現在はマイクロ波帯でのSIS雑音源の結果をふまえ、ミリ波帯への拡張に取り組んでいる。電波天文学用ミリ波サブミリ波帯受信機の雑音温度の特性評価にはマイクロ波帯同様Y-factor法が用いられるが、雑音源として常温と液体窒素に浸した電波吸収体が使われる。この雑音源を用いた場合、感度の良いミクサでは常温雑音源を入力すると飽和を起こしてしまい正しく特性を評価できないという問題点がある。SIS雑音源はその出力をバイアス電圧で連続的に制御できるためこれらの問題を解決できる可能性を秘めている。そこで本研究では100GHz帯の導波管マウント型SIS雑音源の開発に取り組んでいる。平成22年度はSIS雑音源のミリ波帯における有効性を調査するために必要な、SIS雑音源、評価用受信機、光学系を設計・製作した。本年度は、設計製作したこれらのコンポーネントを用いて、まずはSIS雑音源から出力される雑音の詳細な特性評価を行う。評価すべきパラメータとしては周波数特性、バイアス依存性、物理温度依存性等がある。SIS雑音源の特性評価の後、従来から問題となっているSISミクサの応答の非線形性や飽和の効果についての詳細な調査を行う。ミリ波帯でのSIS雑音源の有効性が確認されれば、on-chip型のSIS雑音源の設計・製作・評価に取り組む。設計した超高感度SIS

ミクサを用いたヘテロダインシステムを用いてショットノイズの検出を試みた結果、100GHzでのトンネル接合からのショットノイズの初検出に成功した。SISノイズソースの等価温度を見積るために、既存の熱雑音源に対するSIS受信機の応答と比較した結果、理論が予測する値の8割程度の等価温度をSIS受信機が検出していることが分かった。またショットノイズの特性を詳細に調査した結果、ノイズソースの出力はバイアス電圧に対して単調に増加したが、理論が示すような線形とはならなかった。そのような特徴の一つとして、出力電力-電圧曲線の10mV付近に不連続があった。この不連続は電流-電圧特性にも見られた。物理温度依存性の振る舞いからこれは配線にweak linkがあるためと考えられる。また高いバイアス電圧で飽和傾向が見られた。この飽和傾向は電流電圧特性にも見られた。これは高いバイアス電圧を接合にかけると、接合で生じたジュール熱により接合周辺の超伝導性が破壊され、そこで電圧降下が起こっているためと考えられる。超伝導性が破壊された領域、温度が高くなっている領域では高周波損失も生じるため、電圧-電力特性の飽和的な振る舞いを強くするように働く。本研究で100GHz帯においてトンネル接合からのショットノイズを初検出し、その特性に関して詳細に調査したことにより、天文学分野や工学分野での実用への見通しが立った。この原理的に新しいノイズソースを用いることにより、これらの分野での新たな進展も期待される。