hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
SOI式超高速X線イメージングによるレールの初期転動接触疲労の実態解明

次に、半価幅で特定した箇所の周辺を精密にマッピング測定し、得られた各デバイリングに対して新解析理論を適用することにより、レール頭頂面の残留応力状態を三軸応力解析により正しく分析する。同時に回折プロフィル解析により結晶状態も解明する。さらに、収集したデータを分析して行くことでX線によるレールの損傷評価法を構築し科学的なレール保守法に反映させ、効率化と安全性の確保に繋げていく。本年度は前年度に引き続いて本装置の開発を進め、1測定点当たり1秒でデバイリングの計測とデータ処理までが可能と出来るようにした。また、本装置をレール上で走行移動可能とし、次年度以降から予定しているレール上でのX線計測を行えるようにできた。レールの検査用のSOIピクセル検出器式のX線応力測定装置の試作を概ね終了し、詳細な測定精度に関する検証を行った。具体的には、(1)残留応力が既知の市販の応力試験片及び試作した鉄粉末サンプル試験片について測定精度を検証し十分な精度が得られることを確認した。(2)曲面に対する測定精度の検証として、曲率半径29mmの又無応力サンプルを作製し十分な精度が得られることを確認した。(3)X線データ解析において重要なデバイリング画像の解析プログラムを検討し、半径方向の輝度分布の精度向上アルゴリズムを高性能化し、また、画像平滑方法やデバイリング中心位置精度の向上を果たし、無応力状態のサンプルに対して従来のX線応力測定の約1/5の信頼性向上を達成した。実路線レールについて、総延長約10mに渡る部分を3セット実験室に持ち込んで走行方向及びレール幅方向に5mm間隔のマッピング測定を実施した。このとき、列車の通過量を一定として、転動接触疲労き裂の発生箇所と測定周辺を連続的に調べる目的のものと、列車通行量が3種類異なる同一路線上のレールサンプルに対して検討を行った。なお、それぞれ、車輪との転動接触疲労によってき裂が発生した箇所を含んでおり、き裂発生部と、その周辺における連続的な比較が可能となるようにした。こうして、これらに対して、2次元検出器を用いて測定したX線デバイリングから得られるX線ひずみ、半価幅、平面応力成分、三軸応力成分、ミーゼス応力、のそれぞれについて転動接触疲労との関係性について検討を加え、有意義な知見を種々得ることができた。SOIピクセル検出器方式のcosα法X線応力測定装置の試作をほぼ終えることができた。また、実路線レールに対して総延長距離約30mに渡る詳細なマッピング測定データを順調に収集することができた。よって、本研究はおおむね順調に推移していると判断した。当初の計画通り、平成29年度中にSOI式の一般化cosα法装置を完成させ、平成30年からの実路線への導入を予定通り進めて行く。また、分担研究者7名による各分担テーマについても予定通り進めて行く。なお、JR西日本の協力体制が予想以上に進む見込みとなり、鉄道保守関係企業、鉄道総合技術研究所、及び、レール鋼メーカー、X線装置メーカー、金属工学関係研究者等の有識者からなる研究会をJR西日本の協力の下で立ち上げて本研究課題の推進に結び付けていく計画を検討している。これにより、研究成果の広がりとともに、本研究成果の応用の道が大きく開かれることが期待できる。
間歇型一酸化炭素中毒モデルの作成と解析研究

〈平成23年度〉間歇型一酸化炭素(CO)中毒モデルラット作成を行った。まず、CO暴露前日に、受動回避試験を行い、暗室で電気刺激し、明室に300秒以上待機することを確認する。CO濃度1000ppmで40分、3000ppmで20分で暴露し、ラットが意識消失させたが、翌日にも明室で300秒待機していた。その後、暴露後3日後、1週間、2週間、3週間後の明室での待機時間(秒)を計測し、同時に動物用MRI撮影装置を用い変化を調べた。対照として、CO非暴露群を作成し比較した。その結果、3週間後の受動回避試験による明室での滞在時間がCO非暴露群では試験開始日と比べ有意な差を示さなかったのに対して、CO暴露群では、有意に低下し、CO暴露により、遅発性の認知機能の低下が起こったことを確認した。脳MRIでは、変化は確認できなかった。<平成24年度>CO暴露群とCO非暴露群、それぞれを3週間後に断頭し、脳組織(嗅脳、前頭葉、側頭葉、線条体、視床、海馬、中脳、橋、小脳)を摘出し、mRNAおよびタンパク質の解析のために保存する。RNA分画を抽出後、一部は、DNAチップによる遺伝子発現の網羅的解析を行った。その結果、いくつかの遺伝子については、有意な遺伝子発現量の増加ないし低下を確認することができた。現在、それらの遺伝子についてリアルタイムPCRによる追試験及びウエスタンブロッティングによるタンパク質発現を解析中である。これにより一酸化炭素暴露による脳内の分子生物学的影響が解明されれば、遅発性脳症の予防もしくは治療の手がかりになると考えられる。間歇型一酸化炭素中毒のモデルラットを作成するため、Wistar種6週齢の雄ラットを用いた。密封されたチャンバー内にラットを入れ、チャンバー内の一酸化炭素濃度を1000ppmの濃度で40分暴露させた後、3000ppmの濃度で20分暴露させた。暴露中チャンバー内の一酸化炭素の濃度、酸素濃度、二酸化炭素濃度及び温度の計測をリアルタイムで行った。途中ラットが意識を消失した場合はその途中で、救出し、ルームエアで意識が回復するまで待つこととした。ラットの一酸化炭素中毒の症状を、一酸化炭素中毒の症状の一つである認知機能障害で見ることとし、行動実験で解釈を行った。行動実験としては受動回避試験を行うこととした。具体的には、ギロチンドアーで明室と暗室で区切られた箱を用意し、ラットが暗い場所を好む習性を利用したものであり、まずラットを明室に置きギロチンドアーを開け、暗室に入り次第ドアーを閉める。20秒以内に暗室に入るようになるまで行う。そのあと、暗室に入りドアーを閉めた後1mAで5秒間暗室の床に電気を流す。その後再び明室に入れて、明室に待機している潜時を計測し、300秒間暗室に入らなくなるまで試行を行った。一酸化炭素をかける前日に上記施行を行い、翌日一酸化炭素ガス暴露前に300秒入らないことを確認し、一酸化炭素に暴露した日から2日後、1週間後、2週間後、3週間後の潜時を計測した。その結果一酸化炭素の暴露により当初は意識消失の判断が困難であり、救出が遅れ死亡するラットが多かった。当初購入していた一酸化炭素の濃度が低く計測中酸素濃度また現在は時に死亡するラットもいるが意識消失を起こした段階で救出ができるようになった。また、コントロールと比べ3週間目で潜時が短くなるラットが有意に多く一酸化炭素中毒のモデルラットは比較的安定して作成できるようになり、今後の実験に寄与するものと思われる。

この時点で遅発性脳症マウスを完全に作成できる予定であったが、当初の予定以上に一酸化炭素濃度暴露の設定が困難であったため。今後、さらに安定して一酸化炭素中毒モデルラットの作成について研究を進めて行く。特に、ラットの頭部MRIでも確認可能な遅発性脳症モデルラットを作成していくことを目標としていく。ラットおよび一酸化炭素にかかる費用。ラット脳での一酸化炭素中毒に関与する遺伝子発現の検討。MRI画像の統計解析。情報収集のための旅費などである。
着脱可能な方杖部材による鋼構造骨組の耐震補強に関する研究

方杖補強部材付き部分骨組架構実験が遂行され、この実験より方杖補強部材が柱・梁接合部の耐力及び初期剛性を増大させる事が立証された。一方、方杖材は骨組全体の剛性や耐力に対して効果的ではあるが、大地震時には、方杖材の大きな耐力のために、既存の梁や柱に塑性化をまねく。梁や柱を降伏させずに耐震性能を向上させることができれば、より良い耐震改修となる。この研究は、上記を可能とするようにH形鋼のウェブを櫛形に加工し、その部分をダンパーとした方杖補強部材を提案し、検討を行った。鋼構造骨組が着脱可能な方杖部材で補強された場合の卜字形架構(すみ柱)及び十字形架構(中柱)を対象とした三次元弾塑性有限要素解析を実行した。卜字形架構については既往の実験結果と今回の解析結果とを比較検討して柱・梁接合部の半剛接合を表現する局部バネの特性に関する因子を抽出した。また、十字形架構に関しては上記と同様の有限要素解析ソフトにより解析を実行し、解析結果の検討を行っている。十字形架構の特徴は、柱を挟んで左右の梁の方杖部材は一方は引張り方杖、もう一つは圧縮方杖となり左右各々のはりの荷重-変形関係は異なった挙動を示した。なお、方杖補強部材は軸方向力に対しては弾性挙動の範囲であることが確認でき、曲げ挙動に関してはあまり生じていないことを確認した。十字形架構(中柱)を想定した方杖補強付部分骨組架構試験体に対して地震時を想定した繰り返し水平加力実験を行い、全体変形(層間変形)、柱・梁接合部の局部変形、方杖接合部の局部変形、及び柱・梁接合部のスプリットティ周り、梁端周り、方杖補強部材の接合部周りを中心とした歪み値のデータを採取した。なお、本工法の施工性に関しては、より容易に方杖補強部材が骨組みに組み込めるためのシアーレンチ等の道具の寸法を考慮した設計が必要であることが判明した。制震機能付き方杖補強部材の研究は、現在、制震ダンパーの材料の検討、及び同ダンパーを取り付けた方杖補強部材のコンパクト化を意識した形状に関する検討を行っている。方杖補強部材を用いて柱・梁接合部に補強を施した十字形部分骨組み架構を対象とした有限要素解析を遂行し、引張り方向となる引張り方杖と圧縮方向となる圧縮方杖の挙動の違いを明らかにした。また、上記で解析したモデルと同様の十字形部分骨組み架構の実験を行い、その補強効果を調査した。その結果と既往の研究で遂行された無補強の十字形部分骨組み架構実験との結果を比較し初期剛性で1.91.98、全塑性耐力で2.22.5倍上昇することが確認された。しかし、実験の最終状況は、方杖補強部材の取り付かない上部柱端位置での全塑性状態による柱フランジの局部座屈であった。方杖補強を施す場合は、柱崩壊を生じさせないためにも柱耐力と梁耐力のバランスを考慮して適切な方杖補強部材とすることが重要になると考えられる。また、同方杖補強部材を既存建築物の耐震補強へ適用する場合にも同様な事が重要となるので、同方杖補強部材の耐力、軸剛性が適正に設計できるようになれば、合理的な耐震補強方法となると考えられる。以上の結果を踏まえ、方杖補強部材の耐力及び軸剛性を調整する事が可能なせん断入力型の方杖補強部材を提案して実験及び有限要素解析により力学的な性能を調査した。方杖補強部材には、本来、引張及び圧縮入力が繰り返されるが、まずの最初の段階として方杖補強部材に入力される軸入力を引張入力に限定して同方杖補強部材の引張実験を行った。同方杖補強部材の中で引張軸入力がせん断入力型に変換され想定した挙動となるか検証を行い、ほぼ想定した結果を得た。せん断入力型方杖補強部材の圧縮・引張繰返し載荷実験による力学的性能の検証方杖補強部材は鉄骨造建物の耐震補強手法として有効な手段の一つだが、22年度に実施した部分骨組架構実験では、方杖補強部材は周辺の柱・梁部材に比べて相対的に強く、実験終了時には柱が全塑性耐力に到達する事が確認された。この状況は方杖部材を軸抵抗部材として捉える限り、鋼材の物性(応力-歪関係)に依存することとなり大幅な改善が困難である。そこで、方杖補強部材の剛性・耐力が調整可能で、その塑性変形性能を利用して制震デバイスに活用する「せん断入力型方杖補強部材」を提案した。研究の端緒として方杖部材単体の単調引張載荷実験が遂行された。

その結果、同方杖補強部材の性状を定量化していく上で、せん断入力に対しての仮想柱部分(スリットとスリット間の抵抗体部分)の長さ、幅及びスリットの数が荷重(N)-変形(δ)関係に影響してくることが確認された。しかし、この実験の段階では仮想柱以外の因子も荷重(N)-変形(δ)関係に含む状況となった。そこで引張・圧縮繰返し実験では、既往の実験を基に試験体の測定方法の改良を行い、主架鋼部材に取り付ける形式で載荷実験を行なった。繰返し載荷による仮想柱部分の性状の把握、又、既往実験との比較検討も合わせて試みた。本補強部材は変位制御で行った載荷実験で低振幅領域の正負5回の繰り返しに安定した履歴ループを描き良好なエネルギー吸収を得る事の可能性を示した。また、抵抗体部分(仮想柱部分)に対する剛性評価及び耐力評価は本補強部材の軸入力(N))-変形(δ)関係に対する剛性低下点及び極端に剛性の低下する点を良くとらえている事を確認した。左右の梁に方杖補強部材が取り付いた部分骨組み架構実験を遂行し、既往の研究で遂行された無補強の十字形部分骨組み架構実験との結果を比較し初期剛性で1.91.98、全塑性耐力で2.22.5倍上昇することを確認した。また、その結果より方杖補強を施す場合は、柱崩壊を生じさせないためにも柱耐力と梁耐力のバランスを考慮して適切な方杖補強部材とすることが重要になるとの問題点を抽出した。この問題点を踏まえ、方杖補強部材の耐力及び軸剛性を調整する事が可能なせん断入力型の方杖補強部材を提案して実験及び有限要素解析により力学的な性能を調査及び検討を行う研究に着手している。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初申請書の研究計画では制震機能付き方杖補強部材と称していたが、研究の過程でこの方杖補強部材をせん断入力型方杖補強部材と呼び耐力及び軸剛性が調節可能なものとして研究を行ってゆく。今後、第二のステップとして同方杖補強部材に対して引張、圧縮の繰り返し実験を行い、方杖補強部材の繰り返し挙動を把握する。同方杖補強部材の耐力、軸剛性が適正に設計できるようになれば、合理的な耐震補強方法となると考えられる。
送粉適応した協調的な花形質の進化：キスゲ属における遺伝子基盤とその分子進化の解明

キスゲ属のハマカンゾウとキスゲの花形質は、それぞれ特定の送粉者の活動時間・視覚・嗅覚に、開花時間・花色・花香が協調的に適応したと考えられる。ハマカンゾウは、昼咲き種で、昼行性のアゲハチョウ類に送粉され、赤色を帯びたオレンジ色、香りなしという特徴がある。一方、キスゲは、夜咲き種で、夜行性のスズメガ類に送粉され、薄い黄色、強く甘い香りという特徴である。本研究では、ハマカンゾウとキスゲの花形質の違いに関与する遺伝子を明らかにするために、ハマカンゾウとキスゲのつぼみ3ステージ(S, M, L)の花弁について、HiSeq2000(Illumina)を用いたRNA-seqを行った。TrinityでDe novo Assemblyを行い、RSEMでハマカンゾウとキスゲを合わせたライブラリに対して、各サンプルのreadをマップした。RパッケージTCC(1.0.0)を用いて、発現量比較を行った。DEGsのカウントは、ステージSでは、ハマカンゾウで2876 contigの発現が高く、キスゲで2280 contigの発現が高かった。ステージMでは、ハマカンゾウで2977 contigの発現が高く、キスゲで1581 contigの発現が高かった。ステージLでは、ハマカンゾウで1523 contigの発現が高く、キスゲで1346 contigの発現が高かった。DEGsのリストから、花色・花香の生合成に関する候補遺伝子を得た。ステージMの比較では、ハマカンゾウにおいて、アントシアニン色素合成経路の発現が高かった。特に、R2R3MYB familyであるAnthocyanin 2遺伝子を得ることができた。また、ハマカンゾウとキスゲのカロテノイド組成の違いに対応した、カロテノイド色素合成経路の遺伝子の発現パターンの違いが明らかになった。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまで、野外実験から、花色について送粉者の選好性が実証された。また、ハマカンゾウの花弁には、アントシアニン色素のdelphinidin 3-O-rutinosideが含まれ、キスゲの花弁には、アントシアニン色素は無いことが明らかになっていた。さらに、アントシアニン色素の有無について、1つの主要な遺伝子で支配されることを明らかにしていた。そこで、赤い花色色素であるアントシアニン色素の生合成経路の酵素遺伝子について、ハマカンゾウとキスゲのつぼみについて、発現量を比較した。キスゲでは、F3'h (又はF3'5'h ), Dfr, Ans, 3gt, Rtの遺伝子について発現量が少ないことが明らかになった。さらに、花形質が分離しアントシアニン量が様々なF2雑種個体において、発現量の比較を行った。その結果、F3'h (又はF3'5'h ), Dfr, 3gtの遺伝子はアントシアニン量と相間があった。また、発現量について、遺伝子間の総当たりの相間を解析すると、F3'h (又はF3'5'h ), Dfr, 3gtの遺伝子の相間が高く、これらの発現が転写因子によって制御されていることが示唆された。

野外実験において、送粉者の選好性が実証された花色について、その遺伝的基盤を明らかにすることができた。特に、花色が分離したF2雑種を用いて遺伝子の発現解析を行うことができた。ハマカンゾウとキスゲのアントシアニン色素の有無について、転写因子によって制御されている可能性が高いことを実証でした。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後、カロテノイド色素組成に関する遺伝子や花香に関する遺伝子について、形質が分離しているF2雑種集団における表現型との関連を調べ、花色・花香の違いに関する遺伝子を特定する。そして、送粉者の選好性に影響を及ぼすこれらの花色・花香の遺伝子について、キスゲ属における系統関係を解析し、複合適応形質の進化過程を明らかにできると期待される。
電磁波で誘導発現可能な遺伝子治療法の開発

1.正電荷を与える脂質、N-(αトリメチルアンモニオアセチル)-ドデシル-Dグルタメートを用いたリポソームにヒートショックプロテイン(HSP)プロモーターとβ-ガラクトシダーゼの遺伝子をコードするプラスミドを包埋した。ヒト脳腫瘍細胞株に、この遺伝子包埋リポソームと同じく正電荷脂質を用いたマグネタイトカチオニックリポソーム(MCL)とを同時に導入して、高周波磁場を照射したところ、β-ガラクトシダーゼの発現の増加が確認された。2.シフト温度等を変えて遺伝子発現の程度を調べたところ、βガラクトシダーゼの発現は41°Cで最大となり、通常の培養温度の約9倍量のβ-ガラクトシダーゼが生産された。3.インターフェロンβ(IFNβ)遺伝子をコードしたプラスミドを用いて、同様の実験を行ったところ、IFNβの発現は検出されず、細胞への増殖抑制効果も観察されなかった。HSP自体の発現の増加は確認できているので、プラスミドが高周波磁場で誘導されていることは確認されたが、IFNβの発現のためのプラスミドの改良の必要性があると考えられる。4.高周波磁場で発現を増大させるため、温熱で遺伝子発現が上昇するMMTVプロモーターを用いて、同様な実験を行った。MMTVプロモーターをコードしたプラスミドは通常、デキサメサゾンなどの薬剤で誘導されるが、これらの薬剤が存在しなくても高周波磁場照射により目的遺伝子であるIFNβの発現が2倍程度上昇することが確認された。また、IFNβの発現によりヒト脳腫瘍細胞の増殖が抑制されることが確認された。
説明する力を育成する小・中接続型の文章表現指導プログラムの開発

小学校高学年と中学校1年生で使用可能な、論理的な文章表現指導のための重要な学習活動(メタ認知方略尺度)を明らかにし、その尺度をもとに文章表現指導プログラムを開発した。プログラムは、指導過程、指導方法(基本的な学習活動、対話、自己評価)、教材で構成された。教材は、地域や学校の特徴を反映させた内容にすることも可能であった。実践を通して検証した結果、主題と構成に効果が見られ、社会や生活、自己に対するものの見方の変容が促された。また、記述の指導を補うべきことが示唆された。初年度は、(1)文献調査、(2)小学校高学年、中学校1年の論理的な文章表現指導で必要な学習活動の把握、(3)重要な学習活動の抽出、(4)指導プログラムの仮設と検証を主な目的とした。(1)用語の定義等は、文献調査をふまえ、平成20年1月の中央教育審議会答申の「改善の具体的事項」、現行の学習指導要領の要請に沿い、かつ系統性に配慮し上学年での指導に対応できるようにした。つまり、対象とする文種を、解説文、記録文、報告文、紹介文等に、意見文を加えた。また、それらの作成過程で求められる下位の説明する力を指摘した。さらに、自分の考えを明確にする学習活動、特に、特定の立場や視点に立つ情報収集と整理の活動、社会的な課題解決の過程等をそれぞれ重視した。(2)現行の小学校高学年・中学校1年の教科書教材の「書くこと」の単元を観察したところ、記述前段階で自分の考えを明確にする複数の学習活動は、相互に調整し合う関係として、また、社会的な課題解決の過程として整理できることがわかった。(3)小学校高学年と中学校1年を対象に、説明する文章を作成する際に大切だと思う学習活動を質問紙で調査し、量的に分析したところ、学習指導要領の内容を達成するための下位学習活動と考えられる項目が抽出された。その中には、立場や視点の設定にかかわる活動が含まれていた。さらに、それらの活動を指導過程に位置づけた指導プログラムを仮説した。次年度は、初年度に続き(4)の検証に取り組んでいる段階である。次年度は、実践プログラムの作成と検討を主な目的とした。初年度に得た指導プログラムの枠組みと方法をもとに実践プログラムを作成し、小学校六年生と中学校一年生を対象に実践を行った。実践プログラムは、学校長の協力を得、以下の4点をふまえ、実践者と協議しながら作成した。(1)現行の学習指導要領の内容と使用教科書。(2)指導プログラムの枠組みと方法。(3)実践校の地域的特色、文化的特色、研究や実践の文脈。(4)実践者の意向。(1)の作成する文章は、新聞、レポートとし、説明文、意見文に対応させた。指導は記述前段階を重視した。(2)は、初年度で得た、記述前の複数の学習活動を社会的な課題解決の過程として構造的に整理し、指導過程に位置付けたものを用いた。学習活動は、学習者が情報を分析、構成する際の、立場や視点の設定にかかわるもの、読みの指導と関連づけたものを重視した。(3)は、異なる中山間地域の小中学校に実践を依頼した。教材開発に際しては、それぞれの地域の情報を収集するとともに、学校長や実践者と協議しながら、地域の資源を生かした読みの資料を新たに作成した。また、地域の人材との交流など、対話を用いた記述前の活動を設定した。このように教材や学習活動を工夫することで、生活に即して疑問や興味を喚起させ、さらに社会的な視野を広げ、設定した課題の解決に積極的に取り組めるようにした。同時に、学習者が地域や学校文化の価値をより深く理解し、郷土愛が育めるよう配慮した。(4)は、学習者の多様な実態、学習者に対する実践者の願いをそれぞれ重視して学習内容を設定した。最終年度は、次年度に引き続き実践プログラムの効果を検討している。最終年度は、次年度に続き実践プログラムの効果を検討した。その結果、以下の点が明らかになり、指導プログラムは、地域の特性や学習者の実態に柔軟に対応させることが、概ね可能であった。(1)特定の学習活動(メタ認知方略)に取り組むことで、文章の質が向上した。特に、論理的一貫性を作る過程で、地域や生活、自分自身を見る新しい見方を獲得し、情意と作業の質を高めた。(2)開発した地域学習材は、特定の学習活動に取り組みやすいものであった。(3)学習者は、地域学習材を学校生活や自分自身と関連づけ、提言など、社会に伝えるべきものを見つけていた。(4)指導過程は、取材と構成の各段階に推敲と交流を含め、必要に応じて作業を修正する、再帰的なものであった。(5)主題の把握と論理的一貫性づくりに効果が見られ、抽象的なことがらをわかりやすく伝える記述に課題があった。本研究で開発した文章表現指導プログラムとは、小学校高学年と中学校一年生で、以下を指導することで、認知面(思考と言語技能)と情意面の向上、社会に提言するなどの社会参加の力の育成が期待できる。(a)特定の学習活動(メタ認知方略尺度)を用いて生活や社会にはたらきかけ、情報収集・整理、情報構成、伝達・説得の活動に取り組ませる。(b)特定の学習活動を導く対話や学習材を用いる。(c)指導過程は、取材と構成の各段階に推敲と交流を含め、吟味・修正を繰り返す再帰的なものである。

(d)書く課題は、地域と学校、複数の体験を関連づけて認識を深め社会に提言するものである。(e)記述の取り立て指導が必要である。このようなプログラムは、特定の学習活動を関連づけ、特定の対話と学習材を含めて指導過程としてパッケージ化したものである。それは、近年要請されている「二十一世紀型能力」の「基礎力」「思考力」「実践力」を同時に育成する方法を、「書くこと」の領域で提案するものでもある。小学校高学年と中学校1年生で使用可能な、論理的な文章表現指導のための重要な学習活動(メタ認知方略尺度)を明らかにし、その尺度をもとに文章表現指導プログラムを開発した。プログラムは、指導過程、指導方法(基本的な学習活動、対話、自己評価)、教材で構成された。教材は、地域や学校の特徴を反映させた内容にすることも可能であった。実践を通して検証した結果、主題と構成に効果が見られ、社会や生活、自己に対するものの見方の変容が促された。また、記述の指導を補うべきことが示唆された。複数の実践プログラムの作成とその実践、効果の検討など、研究計画に沿って概ね順調に進んでいる。実践プログラムの作成にあたっては、指導プログラムで得た指導の枠組みや方法を、複数の実践校で、それぞれの文脈に即して柔軟に具体化した。研究者が実践校や実践者の特色、意向に寄り添い理解を深めながら、地域や実践校の取り組みに寄与すべく研究を遂行した。また、初年度と同様に、地域の学校教員と研究に関する意見交流をしたり、研究成果の一部を発表したりする機会を設けて、研究成果を実践的な視点で検討し地域に還元できるようにした。社会科学・教育学・教科教育学最終年度は、引き続き実践プログラムの効果を検討する。その際に、地域や学校の特性を生かした教材開発の効果や可能性についても指摘する。また、研究の全体を整理して研究報告書を作成し、公表活動に取り組む予定である。小学校高学年と中学校1年生の教科書教材の検討、学習者を対象とした調査、指導プログラムに関わる作業など、研究計画に沿って概ね順調に進んでいる。学習者を対象とした調査では、現行の学習指導要領の、小学校高学年と中学校1年生の「書くこと」の指導事項をもとにした学習指導要領質問紙も作成し、それを用いて調査結果の教育的妥当性を量的に検討することができた。また、地域の教員と研究に関する意見交流をしたり、研究成果の一部を発表したりする機会を設けて、研究成果を実践的な視点で検討した。調査協力校が比較的近隣であり、調査分析を外部業者に委託しなかったため、旅費と謝金が低く抑えられた。本年度は、継続して指導プログラムの検証に取り組み、さらに、多様な学習者や教材に対応した実践プログラムの開発に進む予定である。指導プログラムの検証では、作成した文章の質だけでなく、ものの見方や情意面についても検討する予定である。並行して、実践プログラムの開発、実践に向けて、先行する実践や理論の精査を行うとともに、関係する地域の取り組みについて情報収集し、地域の特性を生かした教材開発も進める計画である。研究発表や情報収集のための旅費、調査の詳細な分析のための物品や謝金を予定している。謝金が安価で済んだため。次年次の謝金に使用する予定である。
肺胞上皮細胞の再潅流傷害におけるIL-8及び細胞骨格の役割とポリフェノールの効果

酸化ストレス刺激によるIL-8産生及びIL-8mRNA発現に対する緑茶ポリフェノールの抑制効果:A549細胞を緑茶ポリフェノール添加(0-0.2mg/ml)培地で2時間前処置したのちH_2O_2(400μM)刺激を加え、1,3,6時間後の培地中IL-8濃度及びIL-8mRNA発現を検討した。培地中IL-8濃度は緑茶ポリフェノールによって用量依存的に低下し、最大76.1%の抑制を受けた。細胞内IL-8mRNA発現も緑茶ポリフェノールにより抑制された。また、緑茶ポリフェノールとH_2O_2を同時に投与した場合には最大43%の抑制にとどまり、緑茶ポリフェノールで前処置した場合のほうがIL-8産生抑制が著明に認められた。また、本実験で使用した濃度の緑茶ポリフェノール及びH_2O_2はA549細胞の生存率に影響を与えなかった。緑茶ポリフェノールによるH_2O_2スキャベンジ作用:緑茶ポリフェノール含有培地(0-0.2mg/ml)にH_2O_2 (400μM)を添加し、30分後の培地中H_2O_2濃度を測定した。緑茶ポリフェノールの濃度依存的に培地中H_2O_2濃度の減少が認められた。酸化ストレス刺激によるmitogen activatedprotein kinase (MAPK)活性化に対する緑茶ポリフェノールの抑制効果:A549細胞を緑茶ポリフェノール添加(0.2mg/ml)培地で2時間前処置したのちH_2O_2 (400μM)刺激を加え、15,30,60,120分後のMAPKリン酸化をWestern blot法を用いて測定した。IL-8産生に関与する3種類のMAPKであるJun N-terminal kinase (JNK),p38,p44/42ともH_2O_2刺激によってリン酸化が認められた。JNKとp38は緑茶ポリフェノールによって有意なリン酸化の抑制が認められたが、p44/42リン酸化は緑茶ポリフェノールによって影響を受けなかった。1)酸化ストレス刺激によるIL-8産生に対する緑茶ポリフェノールの効果:1x10^5/mlのA549細胞を24well dishで培養。緑茶ポリフェノール添加(0-0.2mg/ml)培地で2時間前処置したのちH_2O_2(400μM)刺激を加え、1,3,6時間後の培地中IL-8濃度をELISA法を用いて測定した。結果:緑茶ポリフェノール濃度依存的にIL-8濃度の滅少が認められた。緑茶ポリフェノールとH_2O_2を同時に投与した場合に比べ、緑茶ポリフェノールで前処置した場合のほうが、IL-8産生抑制が著明に認められた。2)酸化ストレス刺激によるIL-8mRNA発現に対する緑茶ポリフェノールの効果:1x10^5/mlのA549細胞を100mm dishで培養。緑茶ポリフェノール添加(0.2mg/ml)培地で2時間前処置したのちH_2O_2(400μM)刺激を加え、1,3,6時間後のIL-8mRNA発現をRT-PCR法を用いて検討した。結果:緑茶ポリフェノールによるIL-8mRNA発現の抑制が認められた。

3)緑茶ポリフェノールによるH_2O_2スキャベンジ作用:緑茶ポリフェノール含有培地(0-0.2mg/ml)にH_2O_2(400μM)を添加し、30分後の培地中H_2O_2濃度を測定した。結果:緑茶ポリフェノールの濃度依存的に培地中H_2O_2濃度の減少が認められた。4)緑茶ポリフェノール添加後の細胞生存数の検討:1x10^5/mlのA549細胞を96well dishで培養。緑茶ポリフェノール(0-0.2mg/ml)及びH_2O_2(400μM)を添加し、8時間後の細胞生存数を計測した。結果:緑茶ポリフェノール及びH_2O_2はA549の生存率に影響を与えなかった。2)酸化ストレス刺激によるJNK活性化に対する緑茶ポリフェノールの濃度別効果:1x10^5/mlのA549細胞を60mm dishで培養。緑茶ポリフェノール添加(0-0.2mg/ml)培地で2時間前処置したのちH_2O_2(400μM)刺激を加え、60分後のJNKリン酸化をWestem blot法を用いて測定した。結果: JNKリン酸化は緑茶ポリフェノコールによって有意に抑制された。3)酸化ストレス刺激によるp38活性化に対する緑茶ポリフェノールの濃度別効果:1x10^5/mlのA549細胞を60mm dishで培養。緑茶ポリフェノール添加(0-0.2mg/ml)培地で2時間前処置したのちH_2O_2(400μM)刺激を加え、30分後のp38リン酸化をWestern blot法を用いて測定した。結果:p38リン酸化は緑茶ポリフェノールによって有意に用量依存的な抑制を受けた。
視床下部CRHmRNAの調節機構に関する研究

生理的に重要なACTH放出因子であるCRHとAVPの遺伝子発現の調節機構を検討する目的で研究を行い以下の結果を得た。1.AVPmRNAの測定にはDupontNEN社の^<35>S標識合成オリゴヌクレオチドをプロ-ブとして用いる。in situ hybridization法を確立した。CRHmRNAの測定はGENOFIT社,NEN社による市販のCRHのオリゴヌクレオチドや我々の作成したものを使用して,αATP^<35>Sにより標識し何度もin situ hybridizationを試みたがいづれも失敗に終った。2.副腎摘除ラットでは血中ACTHは著増を示し,この時視床下部正中降起部(ME)のCRH濃度は1週間後には低下を示し,AVP濃度は逆に増加していた。視床下部室旁核(PVN)や視索上核(SON)のAVPmRNAは増加を示した。以上より副腎不全の場合のACTH分泌上昇には,AVPが一役を担っていることが示唆された。3.ラットに高張食塩水を負荷すると血中ACTHは変化を示さず,CRHはPVNやMEで変化せず下垂体後葉(NIL)で対照の4倍に増加した。一方,血中AVPは著増を示し,NILでは著減したが、AVPmRNAはPVNやSONで著明に増加した。4.絶水ストレスでは血漿ACTHが増加し,血漿AVPは著増した。CRHは視床下部,NILで変化せず,AVPはNILで減少を示した。AVPmRNAはPVNやSONで著増した。以上より絶水によるACTH上昇には,AVPの分泌が一部関与していると考えられた。5.絶食ストレスでは血漿ACTH,コルチコステロンは著明に上昇したが,血漿AVPは有意の変動を示さなかった。AVPmRNAのシグナルはSONで減少しており,PVNでも大細胞群で減少した。副腎摘除後,コルチコステロンのペレットを補充(低濃度補充)したラットではAVPmRNAはSONでやはり減少したが,PVNではむしろ増加していた。以上よりステロイドの影響のない状態では絶食ストレスはPVNのAVPニュ-ロンには刺激的に,SONのAVPニュ-ロンには抑制的に作用していることが示された。1.ラットに慢性拘束ストレスを加えると視床下部のCRH免疫活性(IR)は一時的に増加するが、その後対照群との間に有意差がなくなる。しかし新たなストレスに対し副腎ステロイドの反応性は増強を示した。2.ラットに2%食塩水を1週間与え、CRHやvasopressin(AVP)の産生部位である室旁核(PVN)、神経終末のある正中隆起部(ME)や下垂体後葉のIR-CRHやIR-AVP、PVNに於けるCRHmRNAを検討した結果、PVNやMEのIR-CRHは高張食塩水投与により有意の変動を示さなかったが、後葉のIR-CRHは約4倍に増加していた。IR-AVPはPVNで変動を示さず、MEでは1/4、後葉では1/20に減少していた。

血中ACTH対照群との間に差がなく、血中AVPは高張食塩水投与で約5倍に増加していた。AVPmRNAはPVNや視索上核で著明に増加していた。以上、高張食塩水投与によりAVPの合成が著明に亢進する一方、血中へのAVPの持続分泌の結果、後葉のAVP含量が著明に減少することが明らかになった。又、後葉のCRHがPVNやMEのCRHより大きい変動を示したことより、後葉のCRHは循環動態の変化に関連して変動することが示唆された。3.副腎摘除ラットでは血中ACTHは著増を示すが、MEのIR-AVPが増加を示し、IR-CRHは1週間以内にはむしろ減少を示す。AVPmRNAはPVNでやはり増加を示し、AVPが副腎摘除の際のACTH分泌に一役を担っていることが示唆された。以上の様にAVPmRNAはinsituhybridization法により検討が可能となり、CRHmRNAについても現在CRHmRNAに対する2種類の相補オリゴヌクレオタイド(GENDFIT,NEN)を入手し、αATP^<35>Sを用いて標識してanti-sense probeを作成することにより検討が可能となったので、慢性ストレスラット、高張食塩水負荷ラット、副腎摘除ラットの視床下部CRHmRNAにつき検討しつつある所である。持続的ストレスのモデルとして絶水又は飢餓ストレスを3日間ラットに加え、視床下部・下垂体・副腎系及びバゾプレツシン(AVP)の産生分泌に及ぼす影響を検討して以下の結果を得た。絶水群や絶食群(水のみ与える)のラットでは対照群に比し体重が有意に減少し、血漿ACTHやコルチコステロンはいづれも有意に上昇したが、絶食群でより顕著であった。又、絶水群では血漿AVPの著明な上昇が認められたが、絶食群では有意の変化が認められなかった。絶水群では視床下部や正中隆起部のAVP濃度は有意の変化を示さなかったが、下垂体後葉のAVP含量は対照群に比し有意に減少していた。Insitu hybridization法により検討したAVPmRNAは、AVPの産生部位である視床下部の室傍核や視索上核でシグナルの署明な増加を示した。一方、絶食群ではAVPmRNAのシグナルは視索上核で減少しており、室傍核に於いても大細胞群の領域で減少傾向を示した。CRH含量は視床下部、正中隆起部、下垂体後葉に於いて有意の変動を示さなかった。以上より絶水ストレスの際にはAVPの産生分泌が著明に亢進しており、このAVPの分泌亢進がACTH分泌の亢進に少なくとも一部関与していると考えられた。一方、絶食ストレスの際の下垂体・副腎系の機能亢進にはAVPの関与は少ないものと考えられた。AVPmRNAの減少には、著明に上昇したコルチコステロンによるネガティブフィ-ドバックが一部関与していねものと考えられた。又、CRH濃度は有意の変動を示さなかったが、絶食ストレスの際の下垂体・副腎系の機能亢進には、CRHの分泌亢進の関与が推定されるため、現在CRHmRNAをin situ hybridzation法により検討中である。以上の如く、慢性ストレスにより下垂体・副腎系が亢進する場合には、ストレスの種類により関与するACTH放出因子が異なることが明らかにされた。昨年度の検討で生理的に重要なACTH放出因子の一つであるvasopressin(AVP)のmRNAの視床下部室旁核(PVN)や視索上核(SON)での発現が,絶食ストレスにより抑制されることを報告した。
下咽頭がんにおける癌関連遺伝子および局所histiocyteの発現と予後との関連

久留米大学付属病院耳鼻咽喉科で下咽頭癌患者の中で、根治手術を行った81例を対象に、臨床病理学的に検討した。対象の内訳は梨状陥凹型60例で最も多く、輪状後部型11例、後壁型10例で、T別にはT2:20例、T3:28例、T4:33例であった。初回治療として咽喉頭摘出術が行われ、摘出後の臓器は全例ホルマリン固定し、脱灰後がんの浸潤様式を観察するために大切片標本を作製した。病理組織型は全例扁平上皮癌で、病理組織分化度は高分化型33例、中分化型43例、低分化型5例であった。これらの症例の大切片から癌占拠部の辺縁部の組織を再度切り出し、免疫組織染色(LSABキット)による各種の増殖因子(p53,PCNA,p21)の発現や生体反応(S-100蛋白陽性細胞)を観察した。これまでの結果では、p53陽性率は全体は54%で、T別ではT2:45%、T3:68%、T4:48%、N別ではN0:43%、N1:61%、N2:53%、N3:60%であった。病理組織分化度別では高分化型58%、中分化型47%、低分化型100%であった。低分化型での陽性率が高かったが、優位差は存在しなかった。p53陽性群と陰性群に分けて、3年生存率を比較(Kaplan-Meier法)したが、全体で50%、陽性群36%、陰性群67%であったが、統計学的な優位差はなかった。しかし遠隔転移制御に関してはp53陽性群の方が優位に遠隔転移をきたしやすいことがわかった。久留米大学付属病院耳鼻咽喉科で過去7年間に入院加療を行った下咽頭初回治療患者は約170名であったが、その中で根治的治療が行われたのは145名で、他の患者は年齢や合併症などのため、姑息的治療がなされていた。治療は手術・放射線が中心であり、初回治療として咽喉頭摘出術が行われた54例を今回の研究対象にした。摘出後の臓器は全例ホルマリン固定し、脱灰後がんの浸潤様式を観察するために大切片標本を作製した。臓器の保存状態が良好で、下咽頭癌の病理組織型、分化度、リンパ管浸潤などの検討が可能であった45例(男性39、女性6、平均年齢67歳)の検討を開始した。病理組織型は全例扁平上皮癌で、対象症例を詳細に分類すると、亜部位:梨状陥凹型34、輪状後部型9、後壁型2;病理組織分化度:高分化15、中分化28、低分化2;原発部位T1-2:4,T3:17,T4:24;リンパ節転移NO:10,N1:2,N2:28,N3:5;病期I:0,II:4,III:17,IV:24であった。現時点での生存者は30名(67%)である。これらの症例の大切片から、癌占拠部の辺縁部の組織を再度切り出し、好銀染色によるAgNORの算定や免疫組織染色による各種の増殖因子(PCNA,p21)の発現や生体反応(S-100,CD1a,CD83によるdendrite分布)を観察している。これまでの結果では、予後とp21発現度やS-100蛋白陽性細胞の発現に有意な相関を認めている。今後他の因子の発現と種々の臨床的因子の関連を検討していく予定である。
2重ゲート極微細MOSトランジスタによる単電子制御

酸化膜障壁極微細トランジスタ作成のための要素技術を開発した。電子ビーム描画と電子サイクロトロン共鳴(ECR)エッチングを用いて、シリコン基板上にシリコン酸化膜(膜厚30nm)をマスクとしてトレンチを形成した。電子ドーズ量と、レジストパターンサイズの最適な組み合わせを用いることによって、幅110nmのスペースを持つレジストパターンが形成できた。このレジストマスクを用いて、スペース幅110nmの酸化膜マスクを形成した。さらにこの酸化膜をマスクとしてECRエッチングにより幅120nm、深さ160nmのトレンチを形成した。トンネル酸化膜(膜厚5nm)を熱酸化により形成した後、多結晶シリコンを減圧CVD法により堆積し、ECRエッチバック法により溝の内部のみに多結晶シリコンを残した。その後トレンチに垂直な方向に電子ビーム描画を行い、酸素添加塩素ガスを用いてECRエッチングによりトレンチ内の多結晶シリコンを120nm(縦)×160nm(横)×160nm(深さ)のドット状に加工した。酸素は多結晶シリコンに対してシリコン酸化膜のエッチング速度を抑制するために添加された。次にアンモニア_+過酸化水素混合溶液を用いて多結晶シリコンを選択エッチし、ドットを20nmまで薄くした。この処理によりドット表面に約1nmの酸化膜が形成される。導電性感知レバーを用いた原子間力顕微鏡を用いて多結晶シリコンドットを介するトンネル電流を観測し非線形な電流-電圧特性を室温で観測した。今後は開発したこれらの技術を用いて酸化膜障壁極微細トランジスタを作成する予定である。
金属ガラスを用いた新非磁性エリンバー材料の開発と応用

アモルファス構造を有し、結晶質では得られない新しいタイプの非磁性エリンバー合金を開発する目的で、Zr-Cu系金属ガラスに着目し、弾性特性を初め、種々の測定を行った。その結果、Zr-Cu系合金は2元合金において、金属ガラス状態を現す過冷却液体領域が得られ、ガラス遷移温度以下で明瞭なエリンバー特性が示されることがわかった。その過冷却液体領域は、第3あるいは第4元素を添加することにより、さらに大きく拡大されるが、それに伴ってエリンバー特性が現れる領域も広げられることが判明した。しかも、その特性は熱処理によって一層改善されることも明かとなった。一方、バルク状金属ガラスは、冷却が極めて緩慢でもアモルファス状態が得られるような特殊構造を持つことから、急冷時に試料に導入される応力が小さいため、弾性の形状異法方が極めて小さいことに加えて、熱処理を施すことによって常温における経年変化がほとんどなくなるという、これまであまり例のない合金であることも確かめられた。また、この合金系において、最高で安定な特性が得られる熱処理温度は、経験的に、(Tg-170【.+-。】10)Kで与えられることがわかった。これらのZr-Cu基金属ガラス合金は、エリンバー特性と同時に機械的強度が大きく、耐食性にも優れる上に、バルク状でもアモルファス構造が実現出来るために、振動子を初めとしてばね材や、磁気の影響を嫌うような各種の精密機器あるいは計測機器の部品として好適であることが明らかになった。今後は、広い過冷却液体領域を利用した塑性加工を行って、エリンバー特性を発揮する微小な部品を作製し、各種のセンサーやアクチュエーターなどへの応用を進める予定である。1.エリンバー型金属ガラスリボン材および板材の作製と評価ガラス化温度以下の広い温度範囲でエリンバー特性を示す非磁性の金属ガラスを作製するために、200°C付近で緩和現象を示すZr-Cu系2元合金に着目し、Ar中のArc溶解によって母合金を溶製した後、単ロール液体急冷法により幅1mm、厚さ3050μmの超急冷リボンを作製した。これらリボン材のアモルファス相は、表面状態をX線回折により、内部状態を熱機械試験機(=TMA)および平成7年度購入の示差走査熱量計により同定した。アモルファス相はZr-2570%Cuの広い組織範囲で得られ、ガラス化温度Tgおよび結晶化温度Txが全系に対して明瞭に観測された。それらの温度差Tx-Tgは各組成で約50°Cであった。また、数%のSiあるいはAlを添加した3元多元合金でも良好なアモルファス相が得られた。2.エリンバー型金属ガラスの諸特性の測定上述の方法によって得た試料の、急冷状態および熱処理状態における物理的性質の測定を行った。共振法によるヤング率の測定から、いずれの組成においてもTg以下の温度領域においてエリンバー型の弾性異常を示すことが明かになった。室温100°C間で求めたヤング率の温度係数は、Tg以下の温度での熱処理によって急冷状態の値より10%程度低くなるが、安定性は増すことがわかった。各組成において、ビッカース硬さは平均400であり、TMAにより測定した熱膨張曲線から算出した室温100°Cにおける熱膨張係数は812×10^<-6>のように小さく、センサ材として具備すべき条件をある程度有していることが判明した。平成8年度は3元多元系のさらに広い組成の金属ガラスを作製し、良好な特性を示すものについては鋳造による板状試料を作製して各種の評価を行う。

その結果、Zr-Cu系合金は2元合金において、金属ガラス状態を現す過冷却液体領域が得られ、ガラス遷移温度以下で明瞭なエリンバー特性が示されることがわかった。その過冷却液体領域は、第3あるいは第4元素を添加することにより、さらに大きく拡大されるが、それに伴ってエリンバー特性が現れる領域も広げられることが判明した。しかも、その特性は熱処理によって一層改善されることも明かとなった。一方、バルク状金属ガラスは、冷却が極めて緩慢でもアモルファス状態が得られるような特殊構造を持つことから、急冷時に試料に導入される応力が小さいため、弾性の形状異方性が極めて小さいことに加えて、熱処理を施すことによって常温における経年変化がほとんどなくなるという、これまであまり例のない合金であることも確かめられた。また、この合金系において、最高で安定な特性が得られる熱処理温度は、経験的に、(Tg-170±10)Kで与えられることがわかった。これらのZr-Cu基金属ガラス合金は、エリンバー特性と同時に機械的強度が大きく、耐食性にも優れる上に、バルク状でもアモルファス構造が実現出来るために、振動子を初めとしてばね材や、磁気の影響を嫌うような各種の精密機器あるいは計測機器の部品として好適であることが明らかになった。今後は、広い過冷却液体領域を利用した塑性加工を行って、エリンバー特性を発揮する微小な部品を作製し、各種のセンサーやアクチュエーターなどへの応用を進める予定である。
高熱負荷フィン付回転ドラムにおける対流伝熱機構の解明

回転円柱やドラムを冷却する際,冷却性能を向上させるため外面にフィンを取り付けて伝熱面積拡大を図ろうとすることがある.その場合,フィンによる流体の攪拌効果により,熱伝達係数もフィンがない場合に比べ増加することが予想される.ところが,フィン付回転ドラムの伝熱特性に関する情報は意外にも皆無に等しい.本研究はこのような状況にかんがみ,高熱負荷フィン付回転ドラムの対流伝熱特性を実験的に明らかにするとともに,伝熱機構を明らかにすることを目的としたものである.本研究では,(1)高熱負荷,高回転数条件に対するフィン付回転ドラムの伝熱特性を明らかにする熱伝達実験,(2)フィン付伝熱面に不可逆性感温塗料を塗布し,その変色結果から局所の伝熱特性を調べる感温塗料実験,を行った.外径326mmの鋼製ドラムに高さ15mmのフィン列を有するフィン付ドラムを供試体とし,回転体伝熱実験装置に取り付けて所定の回転数条件(最大2,400rpm)で実験を行った.フィン列は枚数,角度,厚さを変化させた.その結果,以下のことが明らかとなった.(1)フィン付回転ドラムの伝熱特性はフィンなし回転円柱に比べ伝熱が促進され,フィン角度が30°では最大3.5倍の熱伝達係数が得られる.熱伝達係数αとドラムの回転数Nの間にはα=k・N^<0.7>(kは定数)という比較的簡単な関係が成り立つものの,kはフィン配列によって非常に複雑に変化する(2)本系の熱伝達は(a)フィン間を通り抜ける流路流れの熱伝達と(b)フィン頂部を通過する空気流によって引き起こされるキャビティ流れ,さらに(c)高熱負荷に伴うフィンの高温条件により無視できなくなる遠心力による体積力対流,の3つの機構によって支配され,その寄与度の変化が複雑な伝熱特性を形成している.さらに,これらの結果に基づき,本系における熱伝達整理式を作成した.回転円柱やドラムを冷却する際,冷却性能を向上させるため外面にフィンを取り付けて伝熱面積拡大を図ろうとすることがある.その場合,フィンによる流体の攪拌効果により,熱伝達係数もフィンがない場合に比べ増加することが予想される.ところが,フィン付回転ドラムの伝熱特性に関する情報は意外にも皆無に等しい.本研究はこのような状況にかんがみ,高熱負荷フィン付回転ドラムの対流伝熱特性を実験的に明らかにするとともに,伝熱機構を明らかにすることを目的としたものである.本研究では,(1)高熱負荷,高回転数条件に対するフィン付回転ドラムの伝熱特性を明らかにする熱伝達実験,(2)フィン付伝熱面に不可逆性感温塗料を塗布し,その変色結果から局所の伝熱特性を調べる感温塗料実験,を行った.外径326mmの鋼製ドラムに高さ15mmのフィン列を有するフィン付ドラムを供試体とし,回転体伝熱実験装置に取り付けて所定の回転数条件(最大2,400rpm)で実験を行った.フィン列は枚数,角度,厚さを変化させた.その結果,以下のことが明らかとなった.(1)フィン付回転ドラムの伝熱特性はフィンなし回転円柱に比べ伝熱が促進され,フィン角度が30°では最大3.5倍の熱伝達係数が得られる.熱伝達係数αとドラムの回転数Nの間にはα=k・N^<0.7>(kは定数)という比較的簡単な関係が成り立つものの,kはフィン配列によって非常に複雑に変化する(2)本系の熱伝達は(a)フィン間を通り抜ける流路流れの熱伝達と(b)フィン頂部を通過する空気流によって引き起こされるキャビティ流れ,さらに(c)高熱負荷に伴うフィンの高温条件により無視できなくなる遠心力による体積力対流,の3つの機構によって支配され,その寄与度の変化が複雑な伝熱特性を形成している.さらに,これらの結果に基づき,本系における熱伝達整理式を作成した.本研究は,高熱負荷フィン付回転ドラムの対流伝熱機構を解明することを目的し,伝熱機構が「水平矩形管内流の助走区間における強制対流熱伝達」および「フィン頂部をそれに直交して空気が通過するキャビティ流れの熱伝達」からなり,さらに「遠心力に起因する自然対流」の存在が加わるとの仮説を立て,まだ明らかでないフィン付面局所の伝熱特性,ならびにこれら3つの伝熱機構に対応する個々の伝熱特性を実験的に調べることによって仮説の妥当性を明らかにしようとするものである.本年度は,外径Do=326mm,幅B=64mmのドラムの外周に,フィン高さ15mm,厚さ4mmのフィンをn=52枚配置したフィン付ドラムを供試体とし,ドラム内面付近を渦電流によって加熱する試験機(ドラム表面温度が約600°Cまで上昇可能)を使用した感温塗料によるフィン表面温度分布測定,ならびに,同じ幾何学的形状のドラム内面にヒータを貼り付け,回転数と発熱量が独立して設定可能な回転体伝熱実験装置(ドラム内面温度は最高250°Cまで)を用いた強制対流熱伝達測定実験を行った.その結果,(1)フィン角度がθ=0°においては熱伝達が明らかにキャビティ流れ類似の特性を示すこと,(2)フィン角度が増加するにつれ,キャビティ流れによる熱伝達は低下していくが,管内流れ類似の流れによる影響が現れ始め,それによる熱伝達の効果が加わる結果,フィン付面の熱伝達係数はフィン角度の増加とともに増加すること,

(3)さらにフィン角度がθ=30°を過ぎると管内流れ類似の流れによる熱伝達の低下していくため,熱伝達は急減すること,したがって本系の強制対流熱伝達はフィン角度がθ=30°付近でもっとも良好となること,が明らかとなった.回転円柱やドラムを冷却する際,外面にフィンを取り付けると,伝熱面積拡大効果だけでなくフィンによる流体の攪拌効果により,フィンを有しない場合よりも放熱性能が良くなることが知られており,車両用ブレーキのような高熱負荷条件(ドラム温度が200°C以上に達するような条件)で空気により冷却を行う場合に,このような手法の応用は大変有効である.しかし,意外にもフィン付回転体における対流電熱特性は(フィンなし)回転円柱と異なりほとんど明らかになっていない.本研究は,高熱負荷フィン付回転ドラムの対流電熱機構を解明することを目的したものであり,昨年度までに本系の伝熱特性を実験的に明らかにした.最終年度である本年度は,まず感温塗料を用いたフィン表面の局所熱伝達特性の測定を行った.しかし,測定温度が予想より低温(200°C以下)で,その温度レベルを変色域にもつ感温塗料の種類が少ないため,局所伝熱特性を精度く明らかにすることが出来なかった.そこで,煙をトレーサにした流れの可視化実験装置の開発を行い,フィン間の空気流動の様子を観察することが可能となった.まだ低回転数域でしか測定が可能ではないが,本系の伝熱機構が,(1)水平矩形管内流の助走区間における強制対流熱伝達,(2)フィン頂部をそれに直交して空気が通過するキャビティ流れの熱伝達と考えることが妥当であることを結論付けた.(実機で使用される高回転数,高温域では,これに(3)遠心力に起因する自然対流の存在が加わる.)さらに,発熱する回転体からの冷却能力を向上させたいという工学的興味から,当該ドラムと同じ高さと厚さのフィンを外径438mm,厚さ10mmの円板上にフィン列として配置した供試体を製作し,伝熱特性を調べた.