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持続可能な社会形成をめざす住生活文化に関する教育の実践的研究

1.中学校家庭科住生活分野において、住文化の視点を取り入れた教材・授業のあり方について引き続き追求した。現場教員の協力を得て、伝統的な住まいと現代の住まいを比較したり、畳など伝統的な素材の特徴を探るなどの視点を取り入れた授業が中学校の研究授業として実施された。その成果は技術・家庭科の研究大会で広く公開され高い評価を得ることができた。教材や授業実践について検討した結果、どのような授業が子ども達の興味・関心を引きまた有効であるのか、今後の住文化教育の展開に向けてさまざまな示唆が得られ、その一部は家庭科教育学会でも発表した。2.若者の住文化に関する実態調査を行った結果について分析・考察した。調査内容は日本の伝統的な住居に関する知識の実態についてであり、写真に名称をあてはめる、言葉と意味内容を結び付けるなどである。地域による違いの有無も含めて調査結果を分析したところ、東京と地方という異なる地域にある大学間であっても結果に大きな違いがみられないことがわかった。床の間やいろりなど、大人にとっては当たり前のものであっても理解していない若者が増加していることから、住文化教育の重要性が再確認できた。3.日本及び海外の住文化保全に関わる啓発活動や教育活動に関する調査を実施した。国内外の専門家による教育支援活動や博物館・民家園などの社会教育施設での展示内容や方法、教育プログラムについて事例調査を行い、今後の教育プログラムの開発や教材開発のための示唆を得ることができた。4.これまでの研究成果は作成中の住居学テキストの執筆内容にも反映させることができている。予定していた学校現場での授業研究を進めることができ、学校現場の協力を得て中学校家庭科での授業実践を行った。その成果の一部は学会発表し、2019年度に家庭科教育学会が出版する書籍にも研究内容の一部が掲載されることになった。国内及び海外における住文化教育や住教育に関する事例調査については、現地調査を実施し、専門家による多様な住教育支援活動について情報を収集することができた。また、博物館や民家園などの展示やプログラムからも多くの貴重な示唆を得ることができ、住文化を取り入れた社会教育的な取り組みの現状把握と共に今後の教育の方向性についても検討を進めることができた。1.これまでに行ってきた研究について改めて内容を整理し、学校における住文化教育のあり方や可能性について社会に広く公表できるようにまとめる。あわせてテキスト作成などに反映させる。2.社会教育の場である民家園などを活用した住文化教育の可能性について提案するため、具体的なプログラムや教材についてこれまでの調査内容を整理する。さらに国内の事例について追加調査を実施する。3.地域の民家園において既存の教材を検討し、より教育的効果の上がる内容となるよう現場の協力を得て改善を行い、実践的な教材案としてまとめ提案する。1.若者の伝統的住文化に関する知識・理解の実態について地域による違いの有無を検討するため、複数の地域で大学生に対するアンケート調査を実施し集計を行った。調査内容は、伝統的住まい内部の名称や建材・建具に関すること、畳に対するイメージや経験を問うもの、説明文や写真と住まい関連単語を結びつけるような調査も含む。集計結果の詳細な分析は次年度に実施する予定である。地域による意識や知識の違いがあるのか、先行研究の結果とも比較しながら考察していきたい。2.日本の小学校における住文化に関する教育の現状を把握するために、全教科の教科書を調査し、住文化に関する記載内容を抽出し整理した。その結果、小学校においては国語の物語文や説明文、社会の歴史分野を中心に、音楽科での挿絵や写真、家庭科の季節に応じた住まい方の学習、図工、理科、算数、体育の教科書において、住文化に関する言葉や文章、写真やイラスト等が見られ、さまざまな教科学習の中で住文化を扱う機会があることがわかった。3.教材としての伝統的な住まいやまちなみの実態を把握し可能性を探るために、国内の各地方に残る伝統的な住まいやまちなみの現状を視察し、子どもたちが住文化について学ぶ場としての可能性を探った。今年度は、奈良町、内子町(愛媛県)、倉敷美観地区、早島町(岡山県)などを訪問し、まちなみ保存の状況、資料館の様子などを調査した。伝統的なまちなみの再生は各地で進んでおり、わかりやすく魅力ある展示の工夫等が見られた。解説資料からは情報提供のあり方についても示唆を得ることができた。都市部(東京)と地方(広島)の大学生に対してアンケート調査を行うことができた。また、小学生への住文化教育の可能性を探るために、すべての教科書の実態調査も実施することができた。さらに、伝統的な住まいやまちなみの保存地区として知られている地域の現状についても視察調査ができ、今後の研究につながるものとなったと考えている。1.前年までに実施したアンケート調査の結果から、中学生から大学生まで、日本の住文化に関する知識や理解が不足していることがわかった。そのため、実際に手で触ることができ、体験することができる床材や建具などを教材として開発した。教材は、畳やふすま、障子などで、地元の職人に教育のねらいを説明し、サイズや形態を工夫して教材として利用しやすい形態での製作を依頼した。具体的には、畳は表面はイ草だが内部は昔ながらのわらと近年多くなった木質の二種類のミニサイズとした。また、敷居や鴨居を理解しやすいように、実際に開け閉めできる障子と襖の建具を持ち運びできるサイズで製作した。2.中学校技術・家庭科(家庭分野)における住生活学習について、住文化と環境の視点を関連付けた授業展開を学校現場の教員とともに探った。

授業において、ミニサイズの畳や、建具を教材として用いることで、住生活に関する学習への興味・関心を高めることができ、新たな住教育の題材として、可能性を広げることができた。3.さらに別の視点からの中学校における住生活学習として、ライフステージで異なる住要求を考えさせる授業を中学校家庭科教員と共同で計画・実施した。和室と洋室の住まいの特徴を理解しながら、高齢期の望ましい住まいについて考えるもので、高齢者理解と住文化理解の両面から深められる授業として構想した。授業の後、ワークシート等から、高齢期の住まいに対する授業前後の生徒の考えの変化を分析・考察した結果、生徒の関心・意識の高まりが確認できた。4.若者の日本の伝統的住文化に関する知識・理解のアンケート調査について詳細な分析を行いつつ、最近の住教育研究の動向を調査した。5.国内外のミュージアムの視察を行い、住文化教材や住教育プログラムの先進事例を調査し、今後の教育実践を構想する上でのヒントを得ることができた。若者へのアンケート調査や教科書調査の結果をまとめ、さらに国内外の住文化に関するミュージアムや民家園などを調査し、教材やプログラム開発へのヒントを得ることができた。その調査を活かし、日本の住文化への興味・関心を高め理解を深める教育に効果的な教材を開発することができた。さらにその教材を使った授業を学校現場の教員とともに研究開発し、中学校の家庭科授業として複数実践することができた。以上から、本研究のめざす成果が得られたと考えられる。1.中学校家庭科住生活分野において、住文化の視点を取り入れた教材・授業のあり方について引き続き追求した。現場教員の協力を得て、伝統的な住まいと現代の住まいを比較したり、畳など伝統的な素材の特徴を探るなどの視点を取り入れた授業が中学校の研究授業として実施された。その成果は技術・家庭科の研究大会で広く公開され高い評価を得ることができた。教材や授業実践について検討した結果、どのような授業が子ども達の興味・関心を引きまた有効であるのか、今後の住文化教育の展開に向けてさまざまな示唆が得られ、その一部は家庭科教育学会でも発表した。2.若者の住文化に関する実態調査を行った結果について分析・考察した。調査内容は日本の伝統的な住居に関する知識の実態についてであり、写真に名称をあてはめる、言葉と意味内容を結び付けるなどである。地域による違いの有無も含めて調査結果を分析したところ、東京と地方という異なる地域にある大学間であっても結果に大きな違いがみられないことがわかった。床の間やいろりなど、大人にとっては当たり前のものであっても理解していない若者が増加していることから、住文化教育の重要性が再確認できた。3.日本及び海外の住文化保全に関わる啓発活動や教育活動に関する調査を実施した。国内外の専門家による教育支援活動や博物館・民家園などの社会教育施設での展示内容や方法、教育プログラムについて事例調査を行い、今後の教育プログラムの開発や教材開発のための示唆を得ることができた。4.これまでの研究成果は作成中の住居学テキストの執筆内容にも反映させることができている。
短繊維強化アルミニウム合金基複合材料のプリフォーム構造制御による高機能化

アルミニウムをマトリックスとする複合材料をその競合材料と区別をできる最大の特色は300°Cを越える高温特性が保持できるかどうかである.アモルファスや合金化で微細組織制御されたアルミニウム合金は組織の安定性から300°Cを大きく越える温度範囲での常時使用はほとんど不可能になるが,短繊維強化複合材料では300°Cを越える温度でも安定な組織が保たれる.しかし,300°Cを越える温度領域ではマトリックスの軟化と繊維/マトリックスの界面滑りが著しくなり,複合則に従う限り急激に複合材料の強度は低下する.この状況の中,まず本研究では短繊維或いは粒子強化複合材料において新しいプリフォームの製造方法を提案する.この方法では,プリフォームの成形にセラミックスの焼結技術を取り入れ,無バインダーあるいは安定酸化物をバインダーとして高強度プリフォームを作成し,セラミックスの骨格を形成する.この技術によって,複合材料における幾つかの問題点,すなわち,高圧鋳造時のプリフォームの変形や割れを防ぎ,従来用いられているシリカバインダーと溶湯との反応抑制が引き起こす問題など解決され,更に従来の複合則では予測できない優れた熱的特性性質を実現できることが明らかになった.本研究と並行して進めた鉛フリーはんだ開発において,Sn-Ag合金がAg35n繊維の骨格を形成して強化された複合材料であることを明らかした.即ち,この複合組織により,100°C前後で高い信頼性が要求されるエレクトロニクス材料として有望な特性が実現されているもので,その詳細を明らかにした.一方,本研究では更に高温領域で利用可能な経済的な高性能複合材料の製造を試み,アルミナイド系金属間化合物をマトリックスとする高温型複合材料のプロセス開発を行った.その結果,最適なマトリックスの物性制御と強化素材の選択を行うことにより,複合化による強化と同時に,従来問題となっている応力腐食による劣化現象を極小に抑えることが可能であることが明らかになった.一連の本研究の遂行により,エレクトロニクス機器に対応する低温領域から自動車エンジン部品をカバーできる中温領域,更に1000°C近傍まで利用できる高温型複合材料の新しい分野を切り開いた.アルミニウムをマトリックスとする複合材料をその競合材料と区別をできる最大の特色は300°Cを越える高温特性が保持できるかどうかである.アモルファスや合金化で微細組織制御されたアルミニウム合金は組織の安定性から300°Cを大きく越える温度範囲での常時使用はほとんど不可能になるが,短繊維強化複合材料では300°Cを越える温度でも安定な組織が保たれる.しかし,300°Cを越える温度領域ではマトリックスの軟化と繊維/マトリックスの界面滑りが著しくなり,複合則に従う限り急激に複合材料の強度は低下する.この状況の中,まず本研究では短繊維或いは粒子強化複合材料において新しいプリフォームの製造方法を提案する.この方法では,プリフォームの成形にセラミックスの焼結技術を取り入れ,無バインダーあるいは安定酸化物をバインダーとして高強度プリフォームを作成し,セラミックスの骨格を形成する.この技術によって,複合材料における幾つかの問題点,すなわち,高圧鋳造時のプリフォームの変形や割れを防ぎ,従来用いられているシリカバインダーと溶湯との反応抑制が引き起こす問題など解決され,更に従来の複合則では予測できない優れた熱的特性性質を実現できることが明らかになった.本研究と並行して進めた鉛フリーはんだ開発において,Sn-Ag合金がAg35n繊維の骨格を形成して強化された複合材料であることを明らかした.即ち,この複合組織により,100°C前後で高い信頼性が要求されるエレクトロニクス材料として有望な特性が実現されているもので,その詳細を明らかにした.一方,本研究では更に高温領域で利用可能な経済的な高性能複合材料の製造を試み,アルミナイド系金属間化合物をマトリックスとする高温型複合材料のプロセス開発を行った.その結果,最適なマトリックスの物性制御と強化素材の選択を行うことにより,複合化による強化と同時に,従来問題となっている応力腐食による劣化現象を極小に抑えることが可能であることが明らかになった.一連の本研究の遂行により,エレクトロニクス機器に対応する低温領域から自動車エンジン部品をカバーできる中温領域,更に1000°C近傍まで利用できる高温型複合材料の新しい分野を切り開いた.本年度は,γアルミナ微粉末添加によるアルミナ短繊維プリフォーム製造と特性評価,更にS_iC粒子/純Al複合材料のためのS_iCプリフォーム焼結と複合材特性の評価を行った.原料にはSaffil短繊維,マトリックスには6061アルミニウム合金とし,繊維体積率は20vol%に固定した.プリフォームのバインダーにはγアルミナ微粉末を用い,予めX線により焼成による変態条件を求めたところ,1000^○C近くからθ相-α相へと相変化し,低温焼結が充分可能である事が分かった.一方,Saffilは,1200^○C程度からδ相からα相への相変化を生じ,耐熱温度は1300^○Cであると決定した.そこで,以下の実験ではプリフォーム焼結を1200^○Cに設定した.プリフォーム状態のSEM観察から,比較作製したシリカを用いた従来のプリフォームでは繊維間の結合が接触部分でのみ生じるのに対し,γアルミナ微粒子添加では,微粒子が繊維の接するコーナー部分を埋めるように補強しており,プリフォームの強化に大きく貢献している.プリフォームの圧縮強度を評価したところ.シリカを用いたプリフォームの強度が約0.1MP_aであるのに対し,γアルミナ微粉末添加焼結をしたものは9MP_a程度の強度を示し,約10倍の強化が為されることが分かった.

また,後者の場合特徴的なのは,前者が降伏後応力上昇がほとんど無く破壊が進行するのに対し著しい応力増加が認められ,一種の加工効果を示すことが判明した.プリフォームと高圧鋳造後の複合材料の寸法変化を調べたところ,シリカを用いた場合は試料の中央部における変形が著しく亀裂が多数観察されるのに対し,γアルミナ微粉末添加焼結の複合材料では,変形や亀裂はほとんど認められないことが分かった.400^○Cまで引張強度を評価したところ,僅かながら強度改善が可能であることが分かった.S_iC/Al複合系では,S_iCの粒度,体積率を変化させプリフォームとして焼結し,高圧鋳造で純Alを複合化し各種熱的特性評価した.その結果,熱膨張で大きく複合則から外れる挙動を示すことが分かった.アルミニウムをマトリックスとする複合材料をその競合材料と区別をできる最大の特色は300°Cを越える高温特性が保持できるかどうかである.アモルファスや合金化で微細組織制御されたアルミニウム合金は,組織の安定性から300°Cを大きく越える温度範囲での常時使用はほとんど不可能になるが,短繊維強化複合材料では300°Cを越える温度でも安定な組織が保たれる.しかし,300°Cを越える温度領域ではマトリックスの軟化と繊維/マトリックスの界面滑りが著しくなり,複合則に従う限り急激に複合材料の強度は低下する.この状況の中,まず本研究では短繊維或いは粒子強化複合材料において新しいプリフォームの製造方法を提案する.この方法では,プリフォームの成形にセラミックスの焼結技術を取り入れ,無バインダーあるいは安定酸化物をバインダーとして高強度プリフォームを作成し,セラミックスの骨格を形成する.この技術によって,複合材料における幾つかの問題点,すなわち,高圧鋳造時のプリフォームの変形や割れを防ぎ,従来用いられているシリカバインダーと溶湯との反応抑制が引き起こす問題など解決され,更に従来の複合則では予測できない優れた熱的特性性質を実現できる′ことが明らかになった.本研究と並行して進めた鉛フリーはんだ開発において,Sn-Ag合金がAg3Sn繊維の骨格を形成して強化された複合材料であることを明らかした.即ち,この複合組織により,100°C前後で高い信頼性が要求されるエレクトロニクス材料として有望な特性が実現されているもので,その詳細を明らかにした.一方,本研究では更に高温領域で利用可能な経済的な高性能複合材料の製造を試み,アルミナイド系金属間化合物をマトリックスとする高温型複合材料のプロセス開発を行った.その結果,最適なマトリックスの物性制御と強化素材の選択を行うことにより,複合化による強化と同時に,従来問題となっている応力腐食による劣化現象を極小に抑えることが可能であることが明らかになった.一連の本研究の遂行により,エレクトロニクス機器に対応する低温領域から自動車エンジン部品をカバーできる中温領域,更に1000°C近傍まで利用できる高温型複合材料の新しい分野を切り開いた.
錯体色素を用いた気体を可視化できる固体発光の機能創成と塗料化

真空中、窒素中、アルゴン中は、大気中に比べて酸素の濃度が小さくなっているが、目視で区別することはできない。我々は特殊なジホスフィンと銅イオンが分子レベルで結合した物質である色素を合成した。暗いところでは見えないが、ブラックライトを当てると青色に見える。これは発光(フォトルミネッセンス)と呼ばれる現象である。この固体は酸素の割合が小さいところでは明るい青色の発光に見える。これに対し酸素の割合が大きいところでは暗くて発光が見えなくなる。これを酸素を視覚化する固体発光と呼ぶ。この珍しい現象を示す固体について、新規化合物の合成と性質解明に成功し発光のカラーバリエーションを増やした。気体中の酸素分子や一酸化炭素分子などの濃度は鉱山や深海など過酷な環境の調査にきわめて重要である。また食品に用いられる材料、例えば真空パック中などの酸素濃度は食品衛生管理に重要である。酸素や一酸化炭素の濃度は、これまで電子機器による数字を用いたセンサーが実用化されている。しかし硬く使い捨てしにくいなどの特徴も有している。もし酸素濃度や一酸化濃度を色により視覚化できる塗料をつくることができれば、使い捨てでき曲げることもできかつ絵や字を書くことができる材料を世の中に提案できる。金属錯体は有機物と金属イオンのハイブリッドであり色素として用いられている化合物も多い。発光性の金属錯体の材料はセンサー、色素増感太陽電池、発光デバイス、光触媒系への応用が研究されている。一価の銅イオンにジイミンとジホスフィンという特殊な有機物が結合した銅一価錯体は紫外線を照射すると可視光の発光を示すことがよく知られている。また申請者はフッ素原子を20個有する銅一価錯体は、特徴として酸素を可視化(以後視覚化と表記する。)できる固体発光を示すことを発見した。金属錯体の発光は長寿命でかつ三重項励起状態由来である。通常酸素があると発光は弱くなり酸素がないと発光は強くなることがよく知られているが、溶液中など流動性の高い媒体である必要があった。溶液中の場合にはネルギー移動でこの現象が起こることがよく知られている。申請者は銅一価錯体の合成、発光特性、電気化学特性などの研究を十年間自らの手を動かし行ってきた。近年申請者は錯体の固体粉末で酸素分子による発光の消光現象を示すきわめて珍しい化合物の合成に成功した。これらの原料を変更することでバリエーション豊富な化合物群を作製しその機構を解明する研究を行った。また塗ると気体中の酸素濃度を視覚化できる塗料の開発の研究も行う。おおむね順調に研究は進行している。新規銅一価錯体についてカラーバリエーションにとんだ酸素を視覚化する固体発光を示すことを明らかとしその一部を査読付き学術論文に発表した。NMRや元素分析、吸収スペクトル、発光スペクトル、発光寿命の測定およびDFT計算からこの固体発光の性質も同時に発表した。発光強度が明確に酸素濃度に応じて0.1秒以内に変化することがわかった。この化合物の粉をふりかけると、紫外線ランプ下において、酸素が含まれる大気であるのか含まれない真空下であるのかを目視で瞬時に確認することができることを示した。アルゴン下でも同様の発光増強がみられた。三座配位子の金属錯体の固体発光について酸素だけでなく一酸化炭素への応答性を調べる実験を行った。錯体の固体粉末を染料または顔料として塗料の開発を検討する実験を行った。続いて購入した示差走査熱量計を用いて分析を行い興味深い結果を得た。この分析法を銅一価の発光性錯体に用いた例は少ない。化合物は同じ化学構造式でもその並び方がランダムであるアモルファス、規則正しく並んでいる結晶などがあり、同じ結晶でも並び方が異なる結晶多形が存在する場合がある。食品の味や口どけの違いなどにはこれらが重要である。言い換えると化学構造式では判別できない固体の状態の差を熱分析により判定できる。酸素を可視化する固体発光を示す錯体について、よくすりつぶした固体粉末とすりつぶしをしていない固体粉末を比較すると200度付近にみられるシグナルの有無に違いが認められた。さらに高温にすると分解したと解釈可能な信号が観測された。また化合物も製法も同じ固体粉末については有意な信号の差は認められなかった。このことから、NMRや元素分析ではまったく見分けることができなかった固体粉末の状態を熱分析により見分けることができたと考えられる。この色素は明るいところでは白く見える。この固体は酸素の濃度が小さいところでは明るい青色の発光に見える。これに対し酸素の濃度が大きいところでは暗くて発光が見えなくなる。真空中から大気中への変化は目視でも観測でき、0.1秒以内に発光として検出できた。この化合物の固体粉末について示差走査熱量計(DSC)に着目し分析を行った。合成したままの粉末の状態は200度まで信号は観測されないことから、熱に対して丈夫な粉末であることがわかった。

これに対しすりつぶした粉末は熱を吸収する信号(吸熱ピーク)が観測された。このことから、種々の分析方法では見分けることができなかった化学構造式が同一の粉末の状態を区別することができるようになった。強く発光する酸素に対し安定な銅錯体と酸素に応答する今回の銅錯体の二種類の試料を用いた。錯体色素の粉末を亜麻仁油に加えてメノウ乳鉢で混ぜて油絵具の塗料を作製し、黒い紙に塗布した物質の性質を固体粉末と比較した。銅一価錯体について、塗料中は新規な物質中であり研究が必要な実験条件であったが、塗料中は固体粉末で調べた発光特性を誤差範囲でそのまま適用できることを見出した。今回の錯体の塗料を塗った紙をキャップ付きの専用の容器に入れ、アルゴン中の発光は大気中に比べて強くなっていることがわかり、酸素を可視化する塗料の作製に成功した。真空中、窒素中、アルゴン中は、大気中に比べて酸素の濃度が小さくなっているが、目視で区別することはできない。我々は特殊なジホスフィンと銅イオンが分子レベルで結合した物質である色素を合成した。暗いところでは見えないが、ブラックライトを当てると青色に見える。これは発光(フォトルミネッセンス)と呼ばれる現象である。この固体は酸素の割合が小さいところでは明るい青色の発光に見える。これに対し酸素の割合が大きいところでは暗くて発光が見えなくなる。これを酸素を視覚化する固体発光と呼ぶ。この珍しい現象を示す固体について、新規化合物の合成と性質解明に成功し発光のカラーバリエーションを増やした。今後も計画通り研究を進めていく。雰囲気制御装置を取り付けることでアルゴン下および大気下の分析をすでに行い現在データを精査中であるため、この詳しい解析を行う。次に蛍光顕微鏡の購入を行い結晶一粒の酸素を可視化する固体発光がどのようになっているのかを観察する。紫外線による励起が可能であり数十倍から数百倍に拡大した結晶の発光の様子を観測する。またこの様子を顕微鏡用デジタルカメラにより撮影することで結晶のサイズや形を考慮にいれながら酸素を視覚化する固体発光の研究を行っていく。固体粉末の量が百万分の一グラム程度のごく少量でも視覚化できるかでもまた精密に気体中の酸素濃度を制御した窒素ガスを購入し、その雰囲気で発光の測定を行う。これにより発光の強度や寿命から検量線をひき、未知試料の酸素濃度を目視により判定できる固体粉末の研究を行うことができる。つまり固体発光の色や強度から気体中にどのくらいの量の酸素があるのかを判定できることを示す実験を行う。固体粉末だけでなく数mg以上の結晶を得る実験を行う。これはゆっくりと時間をかけて固体を析出させる条件を検討することで新規化合物の大きな結晶を得たのち、単結晶X線構造解析の結果とも合わせてさらなる機構解明を行う。これにはもし結晶溶媒が結晶中に取り込まれた場合酸素分子が中に入り込んで発光を消光する現象になんらかの影響を与えると考えられる。これらの錯体の固体を塗料にする配合条件についても研究を行う。
X線画像情報からの特徴抽出を用いた診断支援システムの開発

X線画像の生成過程に基づいてボケと雑音を解析し,まず,決定論的手法でボケ像を改善した後,雑音に埋もれた信号成分を確率的信号処理により予測して真の像を求めた.雑音に対する画像復元フィルタについては,2種類のベイズフィルタを開発した.一つは画像を走査しながら逐次処理を行うものであり,もう一つは画像の全データを利用した回帰曲線を求めて処理を行うものである.シュミレーションと標準ファントムによる医用X線画像に適用した実験で有効に働くことを確認した.平成4年度は,画像からの情報を多角的に抽出するためにX線画像に種々のフィルタをかけこれらフィルタの開発を行った.次に,抽出された特徴量をもとに,ファジィ理論を応用した診断支援システムを構築した.頭頸部領域の多種の病変を含むX線写真を抽出し,個々の写真に存在する異常陰影を作成したシステムに入力して分類し,ディジタル化した画像とともにデータベースとした.平成5年度は,システムの各部の独立したモデル間の相互の関係を求め,融合したシステムを開発した.本システムの歯科領域への適用として,顎骨内に生じる病変である含歯性嚢胞,歯原性角化嚢胞,エナメル上皮腫の鑑別診断を試みた.これらは,いずれも発生頻度が高いが,予後が異なることから相互の正確な鑑別診断が必要とされているが,三者とも臨床症状がよく似ていることから,鑑別診断はX線画像診断に依るところが大きい.そこで,多項反応におけるロジスティック回帰を用いた統計的手法による検討と,ニューラルネットワークによる鑑別診断を行い比較検討した.これらは,平成7年7月日本医学物理学会第12回研究発表会で「ニューラルネットワークおよび統計的解析による歯科領域疾患の鑑別診断」として,同9月第36回日本歯科放射線学会総会で「含歯性嚢胞,歯原性角化嚢胞,エナメル上皮腫の鑑別診断-統計的解析法およびニューラルネットワークを用いて-」として発表した.また,平成8年9月の第37回日本歯科放射線学会総会で「エキスパートシステムによる歯科領域疾患の鑑別診断」として発表した.本科学研究費補助金の交付決定が遅れたことから,平成4年度は主にシステムの構築とX線写真の抽出が中心となった.X線画像の入出力装置に関しては,既存のフィルムスキャナとフィルムプリンタを用い,今回新たに購入したコンピュータMacintosh Quadra700を中心に組み合わせた医用X線画像処理システムを構築した.また,本年度,当科にコンピューテッドラジオグラフィ(CR)が設置されたことから,入力画像のディジタル化と保管の充実により,当初計画の規模より大きなシステムの構築が可能となった.医用X線画像は通常の画像と異なり,診断という特殊な目的に用いられる.診断は単純な形状のパターン認識ではなく,正常構造の消失,濃淡の変化という従来の特徴抽出では検知が困難な要素を多く含んでいる.さらに,医用X線画像は患者被曝線量低減の観点から増感紙を用いているために画像がぼけ,かつX線量子モトルという雑音が付加されている.したがって,診断支援システムの開発では,医用X線画像の特性を十分に把握し、かつ診断に対する深い洞察が必要となる.本システムでは,画像からの情報を多角的に抽出するためにX線画像に施す種々の処理フィルタの開発を行う予定である.抽出された特徴量をもとに,ニューラルネットワーク理論を応用した診断支援システムを構築するため,Neural Ware社製ソフトNeural WorksProfessionalII/PLUS等を入手し,現在,プログラムを作成中である.また,これらのシステムに入力するための頭頚部領域の多種の病変を含むX線写真の抽出を行っている.個々の写真に存在する異常陰影を分類し,ディジタル化した画像とともにデータベースを構築することとシステムを稼動させ,各部のモデル化の適否をみて調整して実際の研究を開始するのはこれらのプログラムの完成後となる.X線画像の生成過程に基づいてボケと雑音を解析し,まず,決定論的手法でボケ像を改善した後,雑音に埋もれた信号成分を確率的信号処理により予測して真の像を求めた.雑音に対する画像復元フィルタについては,2種類のベイズフィルタを開発した.一つは画像を走査しながら逐次処理を行うものであり,もう一つは画像の全データを利用した回帰曲線を求めて処理を行うものである.シュミレーションと標準ファントムによる医用X線画像に適用した実験で有効に働くことを確認した.平成4年度は,画像からの情報を多角的に抽出するためにX線画像に種々のフィルタをかけこれらフィルタの開発を行った.次に,抽出された特徴量をもとに,ファジィ理論を応用した診断支援システムを構築した.頭頸部領域の多種の病変を含むX線写真を抽出し,個々の写真に存在する異常陰影を作成したシステムに入力して分類し,ディジタル化した画像とともにデータベースとした.平成5年度は,システムの各部の独立したモデル間の相互の関係を求め,融合したシステムを開発した.本システムの歯科領域への適用として,顎骨内に生じる病変である含歯性嚢胞,歯原性角化嚢胞,エナメル上皮腫の鑑別診断を試みた.これらは,いずれも発生頻度が高いが,予後が異なることから相互の正確な鑑別診断が必要とされているが,三者とも臨床症状がよく似ていることから,鑑別診断はX線画像診断に依るところが大きい.

そこで,多項反応におけるロジスティック回帰を用いた統計的手法による検討と,ニューラルネットワークによる鑑別診断を行い比較検討した.これらは,平成7年7月日本医学物理学会第12回研究発表会で「ニューラルネットワークおよび統計的解析による歯科領域疾患の鑑別診断」として,同9月第36回日本歯科放射線学会総会で「含歯性嚢胞,歯原性角化嚢胞,エナメル上皮腫の鑑別診断-統計的解析法およびニューラルネットワークを用いて-」として発表した.また,平成8年9月の第37回日本歯科放射線学会総会で「エキスパートシステムによる歯科領域疾患の鑑別診断」として発表した.X線画像の入出力装置と処理装置を組み合わせた医用X線画像処理システムを近畿大学工学部と広島大学歯学部でそれぞれ構築した。これらは以下に示す二つのシステムである。1)X線写真をディジタル化し,コンピュータに転送するシステム(近畿大学工学部)2)直接,X線像をディジタル化するコンピューテッドラジオグラフィ(CR)(広島大学歯学部附属病院)。CRが設置されたことから,入力画像のディジタル化と保管の充実により,当初計画の規模より大きなシステムの構築が可能となった。医用X線画像は通常の画像と異なり,診断という特殊な目的に用いられる。診断は単純な形状のパターン認識ではなく,正常構造の消失,濃淡の変化という従来の特徴抽出では検知が困難な要素を多く含んでいる。さらに,医用X線画像は患者被曝線量低減の観点から増感紙を用いているために画像がぼけ,かつX線量子モトルという雑音が付加されている。したがって,診断支援システムの開発では,医用X線画像の特性を十分に把握し,かつ診断に対する深い洞察が必要となる。本システムでは,画像からの情報を多角的に抽出するためにX線画像に施す種々の処理フィルタの開発を行っている。たとえば,抽出された特徴量をもとに,ニューラルネットワーク理論を応用した診断支援システムを構築するため,Neural Ware社製ソフトNeural WorksProfessionalII/PLUSを用いたプログラムを作成した。画像からの情報を多画的に抽出するためのX線画像に施す種々の処理フィルタについては,抽出された特徴量をもとに,ファジィ理論とニューラルネットワーク理論を応用した診断支援システムを開発中であるが,一部開発したものをこれらの画像処理システムで試行している。また,頭頸部領域の多種の病変を含むX線写真の抽出を行っている。
エクスカ-ジョン期の古地磁気強度の研究

本研究は地球磁場が異常な時期、特にエクスカ-ジョン期、の古地磁気強度をテリエ方で求めようとするものである。試料には我々がニュージーランドのオ-クランド火山群から報告したエクスカ-ジョンを含むニュージーランド北島の玄武岩質の単成火山岩を対象とした。古地磁気強度決定の手法にはテリエ法を用いた。古地磁気強度を求めた試料は主としてエクスカ-ジョン期の物を選んだが、比較のために正帯磁の物についても実験した。試料は一般にブロッキング温度が低いものが多く、また、比較的低い温度で化学残留磁化を獲得するものも多かったので、低い温度の成分でのテリエ法実験を余儀なくされた。しかし、磁化はきわめて強く安定であったのでかなりたくさんの試料について(計20個)古地磁気強度を決定することができた。その結果以下のことがわかった。1)オ-クランドエクスカ-ジョン期の試料の古地磁気強度は10μ以下のものがほとんどで、現在の磁場と比べて1/5程度であった。その他の試料からも弱い地磁気強度は見られたが一般的ではなかった。2)オ-クランドエクスカ-ジョン期の火山はその磁化方位から3つに分類できる。このうち北向き下向きのグループには3つの火山があり、それらから計8サイトの試料がある。同じ火山については古地磁気強度は比較的良く一致する。また、3つ火山のうち2つは似た古地磁気強度を持っているが、残りの一つはそれらより明らかに強い古地磁気強度を持っている。地磁気方位がまったく変化せずに強度のみが変化するためにはエクスカ-ジョン期においても地球磁場の起源に通常期の双極子に相当する支配的なものがあったと考えられる。本研究は地球磁場が異常な時期、特にエクスカ-ジョン期、の古地磁気強度をテリエ法で求めようとするものである。試料には我々がニュージーランドのオ-クランド火山群から報告したエクスカ-ジョンを含むニュージーランド北島の玄武岩質の単成火山岩を対象とする。初年度は、まず、装置の整備、試料の磁化の温度特性(ブロッキング温度スペクトル)の把握しテリエ法に適した試料を判定するための熱消磁実験、および、テリエ法実験の習熟のための実験を行なった。装置の準備は、熱消磁装置への着磁磁場用コイルの導入、フラックスゲート磁力計、電源装置の購入と順調に進んでいる。消磁炉内の磁場は電気炉の中心で40nT、サンプルホルダーの長さ分(電気炉の中心から前後10cm)の範囲内ではほとんど変化なしと、玄武岩のテリエ法を行うに十分な値であった。また、コイルの磁場もサンプルホルダーの範囲内で、最大値の98%以上でテリエ法に問題の無い値である。一方、熱消磁も数は順調に進み、すでに100個程度の試料の熱消磁結果が得られている。ただ、これらの中には交流消磁時には安定であったにもかかわらず熱消磁中の方位が不安定なものがかなりの割合で見られた。これは、テリエ法を行うには非常に困ったことで、使えるサンプルが限られることになる。この不安定の原因については、現在検討中であるが、磁化の強度から考えて消磁炉内の残留磁場による熱残留磁化とは考え難い。また、200°C以下の消磁でも現われることから、試料の化学変化による化学残留磁化でもありえない。交流消磁と熱消磁のプロセスの違いについて詳細な見当が必要であろう。とは言うものの、それでも来年度にテリエ法実験を行うに必要な数のサンプルは確保できる見込みである。試料には我々がニュージーランドのオ-クランド火山群から報告したエクスカ-

ジョンを含むニュージーランド北島の玄武岩質の単成火山岩を対象とする。本年度は初年度に整備した熱消磁/着磁装置を利用して、初年度の行った熱消磁結果を参考に選別した試料の、テリエ法による古地磁気強度測定実験を行った。古地磁気強度を求めた試料は主としてエクスカ-ジョン期の物を選んだが、比較のために正帯磁の物についても実験した。試料は一般にブロッキング温度が低いものが多く、また、比較的低い温度で化学残留磁化を獲得するものも多かったので、低い温度の成分でのテリエ法実験を余儀なくされた。しかし、磁化はきわめて強く安定であったのでかなりたくさんの試料について(計19個)古地磁気強度を決定することができた。その結果以下のことがわかった。1)オ-クランドエクスカ-ジョン期の試料の古地磁気強度は10μT以下のものがほとんどで、現在の磁場と比べて1/5程度であった。どの他の試料からも弱い地磁気強度は見られたが一般的ではなかった。2)オ-クランドエクスカ-ジョン期の火山はその磁化方位から3つに分類できる。このうち北向き下向きのグループには3つの火山があり、それらから計8サイトの試料がある。同じ火山については古地磁気強度は比較的良く一致する。また、3つ火山のうち2つは似た古地磁気強度を持っているが、残りの一つはそれらより明らかに強い古地磁気強度を持っている。地磁気方位がまったく変化せずに強度のみが変化するためにはエクスカ-ジョン期においても地球磁場の起源に通常期の双極子に相当する支配的なものがあったと考えられる。以上の結果は1995年秋季地球電磁気・地球惑星圏学会講演会、19945年秋季American Geophysical Union講演会、1996年地球惑星科学関連学会合同講演会で発表あるいは発表予定である。
やんばるの自然資源の保全と適正利用のための地域住民の理解を作り出す仕組みの提案

本研究は、世界自然遺産登録候補地の「奄美・琉球」の構成エリアの一領域である沖縄島北部(やんばる)を対象に、観光資源となる自然環境の保全や適正利用の仕組みをつくるために当事者(自治体および地域住民)に必要な学習要素の検証を、研修の企画および運営を通して行われた。自治体職員を対象とした研修では、地域資源の保全と利用に関わる法規制の正しい理解が不可欠であり、そこから当事者意識の向上と取り組むべき課題が明確になっていくことが有効となる。人材育成モデルの開発という観点では、当該地域で施業を行う強味を活かした内容を素材とした林業者の見える化した意識改革が不可欠であることも立証された。本研究は、世界自然遺産暫定一覧表に記載された「奄美・琉球」の構成エリアの一つである沖縄島北部(やんばる)を対象に、観光資源となる自然環境の保全や適正利用のための仕組みを検討し、国内外からの観光客のタイプやニーズの変化に応える地域側の受入れ体制の構築に向けた政策に繋がる提言を導くことを目的としている。目的達成のための第一段階は、地域住民側が世界自然遺産登録を目指す中央政府および地域行政の動きを把握し、それにまつわる諸問題の理解、そしてどのような当事者意識を持って関わり、解決していくのか、これらの学びの場を創出してPDCAサイクルで実践していくことである。第一年度の大きな成果は、研究代表者と協力者に加え、対象となるやんばるの森林・林業に関わる当事者らで定期的な勉強会を毎月一回開催できるようになったことが挙げられる。勉強会は、参加者一人ひとりが持つ世界自然遺産登録に関連する多方面からの情報の共有をもとに地域の動きの現状把握、そこから導き出される課題解決のための取組みの検討を経て行動を起こすという一連の研究実践スタイル(アクション・リサーチ)で遂行されている。行動のアウトプットとして、やんばるの森の管理体系および林業に従事している人々に対する理解を深め、今後の活用の在り方を探ることを目的とした一般向け公開講座「やんばるの森の恵み」(琉球大学主催)を関係者の協同のもと開講することができた。受講者の評価は高く、学びのふりかえりやアンケート結果からやんばるの森の現状を多面的に学習できたことや森林組合の施業から工場での加工に至るまでの工程を理解できたこと、森林調査や植林作業を通して直接森にふれながら森林の管理と適正利用の在り方を考える機会を提供できたことが明らかになった。本研究は、世界自然遺産暫定一覧表に記載された「奄美・琉球」の構成エリアの一つである沖縄島北部(やんばる)を対象に、観光資源となる自然環境の保全や適正利用のための仕組みを検討し、国内外からの観光客のタイプやニーズの変化に応える地域側の受入れ体制の構築に向けた政策提言を導くことを目的としている。第二年度の大きな成果の一つは、研究代表者と協力者、そして対象となるやんばるの森林・林業に関わる当事者らで学び合う勉強会の開催が恒常的なものとして意識化されるようになったことである。地域住民が世界自然遺産登録を目指す中央政府および地域行政の動きを把握し、それにまつわる諸問題の理解、そしてどのような当事者意識を持って関わり、解決していくのか、これらの学びの場を創り関わっていくことの必要性および重要性が認識されてきたことを意味する。行動のアウトプットとして、やんばるの森の管理体系および林業に従事している人々に対する理解を深め、今後の活用の在り方を探ることを目的とした一般向け公開講座「やんばる山学校」及びやんばるの自然資源として保全と適正利用の正しい理解が広く県民に求められる国指定天然記念物ヤンバルクイナの現状と適正な観察方法を学ぶ「ヤンバルクイナを観て考える」(共に琉球大学主催)を関係者の協同のもと開講し、継続的な取組みとする流れを作ることができた。研究目的に挙げる世界自然遺産地域の資源管理という社会的な役割を担う基盤的存在としてのガイドやインタープリターの地域人材育成に着実に繋がっている。受講者の評価は高く、現場で地域住民と一緒に学び合うことの建設的な相互作用が実感できることが明確になり、PDCAサイクルを活用しながら、当事者らが適正な行動を起こしていく研究実践スタイル(アクション・リサーチ)が定着してきた。第二年度は国内各地への現地調査やインタビュー調査を最小限にし、対象地域の現状把握から導き出された喫緊の課題に地域事情を考慮して慎重に取り組み、やんばるの森林業に関わる当事者らとの勉強会を定期的に開催することができた。地域の多くの住民は世界自然遺産登録に向けて様々な不安や危機感を持ち合わせている状況下にあり、勉強会は、その現状を分析しながら世界遺産についての正しい理解の習得と市民参加による合意形成を盛り込んだ登録へのプロセスが確保できるような学びの場であるとも言え、それが意識化され定着してきた。勉強会の定期的活動のアウトプットとしての可視化が、やんばるの森の管理体系および林業に従事している人々に対する理解を深め、適正な利用の在り方を市民レベルで探究することを目的とした一般向け公開講座「やんばる山学校」(琉球大学主催)の企画運営であった。講座は勉強会参加者の協同のもと、企画から準備・指導・運営を行い、その経験は地域の人材育成に繋がったと思われる。公開講座は、世界自然遺産の候補地としての学術的価値を要するやんばるの森を前提とした自然環境は同時に人々の生活の場でもあり、この視点を森林業に携わる人々と都市部に住む県内外の人々との間で交流を通した緩やかな情報共有や意見交換等の場づくりとしての機能を持ち合わせることを可能にした。

本研究は研究方法としてPDCAサイクルを活用しているが、その長所を意識した実践的研究スタイルが効果を引き出していると言える。また、当該研究が地方の国立大学ならではの地域貢献としての役割が発揮される機会を創出していることも明確化された。世界自然遺産地域の資源管理(主に森林)を担う地域人材の育成については、地元の森林組合との連携により、今後の発展が継続的に望める状況下にある。本研究の交付申請時、世界自然遺産暫定一覧表に記載された「奄美・琉球」の構成エリアの一つである沖縄島北部(やんばる)は、研究第三年度に対外的な動きとして大きな変化があった。それは、平成28年9月環境省がやんばる国立公園を指定し、平成29年2月には日本政府が「奄美大島、徳之島、沖縄島北部および西表島」の世界自然遺産登録への正式推薦書をユネスコ本部に提出したことである。受入れ自治体においては、世界自然遺産候補地として適正な資源の保全と管理に対する理解に基づいた政策能力を身につけた人材の育成が急務であり、特に関連する部署の行政職員が担う役割が多大であることが名実ともに明らかになった。第三年度の大きな成果の一つは、上述した状況下において、研究代表者らの関わりにより自治体の候補地及び周辺エリアの保全と利用に関わる法規制やルールづくりに対する知識と共有の不足が地域の課題として明確になり、自治体職員ら自らが学習の必要性と重要性を認識できるようになったことである。具体的なアウトプットとして、対象エリアの自治体職員および自治体が運営にあたる観光関連施設の職員を対象に、研究代表者と協力者、職員らと協同企画のもと国立公園及び世界自然遺産候補地エリアの地域資源の保全と利用に関わる法規制の正しい理解を目的としたワークショップの開催、世界自然遺産候補地及びその周辺で登山等をはじめ多目的で利用者が集中するエリアを中心に現場視察と課題の明確化を行う野外研修の実施が実現した。世界自然遺産登録を目指す自治体としての当事者意識と今後取組むべき課題(入山規制やルールの策定、自然保護行政の強化、行政や観光協会等の体制及び取組みの連携等)が明確になり、本研究の目的である政策提言の構築に繋がる知見が得られた。次年度は研修会の継続実施に向けたアクション・リサーチとなる研修実行委員会を立ち上げ、研究実践を展開していく。第三年度は交付申請時に予定していた国内各地への現地調査やインタビュー調査を行わず、対象地域の現状把握から導き出された喫緊の課題に地域事情を考慮して慎重に取り組んだ。具体的には、研究代表者と協力者、職員との協同企画に基づいた国立公園及び世界自然遺産候補地エリアの地域資源の保全と利用に関わる法規制の正しい理解を目的とした講義を含むワークショップ型の室内研修、世界自然遺産候補地及びその周辺で登山等をはじめ多目的で利用者が集中するエリアを中心に現場視察と課題の明確化を行う野外研修を実施できたことは、本研究の目的達成に繋がるものとして最終年度に引き継いでいく。
東日本大震災後の沿岸部の自然環境の再生を学ぶ理科教育・防災教育的な教材の開発

2011年東北地方太平洋沖地震とその地震によって発生した津波によって仙台市沿岸部は大きな被害を受けた。被害地域唯一の科学系博物館の一員として仙台市の北端を流れる七北田川の河口にある蒲生干潟で、地震ならびに津波被害に関する継続調査を行ってきた。干潟ならびに海岸林が再生していくプロセスを明らかにするための研究を行ってきた。次の段階として、得られたその研究成果を、東北地方の沿岸部の児童生徒向けの教材として提供していくための基礎的な研究に着手した。具体的には、仙台湾岸周辺の干潟や防潮林の津波被害前の自然の姿と、津波被害後の姿を比較することを通して、地域の自然を理解することができるような教材を開発する方向である。実際に調査を行ってきた地形の変遷、植物の被害状況とその再生過程、干潟の魚とカニ、貝類が対象となっている。震災からの年数が少ないため、十分に受け止めきれない児童生徒がいる可能性もあり、慎重に推し進める必要があった。そのため、児童生徒がどのように東日本大震災を受容しているかを明らかにするために、その震災をどのように受容したかを、アンケートの分析を通して明らかにした。その成果を平成26年度の日本理科教育学会(愛媛大学)並びに野外文化教育学会(東北大学)で報告した。震災の受けとめ方が児童生徒によって異なるため一斉授業における取り扱いではなく、選択型の教材開発が有効であることから、web上で教材を提供し、興味の持てそうなものから選ぶ形で教材提供することとした。準備のできた東北地方太平洋沖地震からの自然の再生を学ぶための教材は、幅広く教材を提供していくために仙台市科学館のホームページで、順次公開を始めている。
環境調和型分子変換システムの構築を目指した固体の特性に基づく機能集積型触媒の開発

本研究では、21世紀の化学が目指す環境調和型化学変換プロセスの構築を目的とした固体表面の特性を利用した高機能性触媒の開発を行った。特に、単核金属種からサブナノクラスター、ナノ粒子まで活性金属種の精密構造制御を行い、さらに固体表面の酸点、塩基点や活性サイトの分離機能に着目し、固体表面上に金属-塩基点、酸点-塩基点等の異なる機能を集積することで、それらを協奏的に作用させる新規不均一系触媒を開発した。我々が独自に見出した触媒を基盤に、自然共生型物質変換プロセスの構築を目的とした多機能集積触媒(インテグレート触媒)を開発する。具体的な反応例として、(1)分子状酸素や水を酸化剤とする高難度酸化反応、(2)炭素-炭素結合形成反応、(3)炭酸ガスの固定化、(4)上記の反応を利用したone-pot反応であり、協奏機能触媒の開発に焦点をあてる。特に、層状粘土鉱物モンモリロナイトやハイドロタルサイトの諸特性を利用して、大きさや価数、固定化位置を高度に制御した特異な金属活性種を創製し、協奏効果に基づく新たな触媒機能と触媒設計指針を構築する。我々は、「固体表面の特性を利用した新規触媒機能の開拓」を機軸として、21世紀の化学が目指す環境調和型化学変換プロセスの構築を目的とした高機能性触媒の開発を行っている。本研究では、無機結晶をマクロリガンドとして捉え、新規触媒機能を発現させ、さらに、固体表面上に異なる機能を集積することで、環境調和型分子変換システムを実現する機能集積型触媒の開発を目指した。以下、主な成果について述べる。(1)磁性粒子内包HAP触媒を用いたアルコール酸化反応^1我々は、これまでに、生体硬組織の主成分であるハイドロキシアパタイト(HAP)にルテニウムを固定化した触媒(RuHAP)を開発し、分子状酸素を用いたアルコール酸化反応に高活性を示すことを見出している。このRuHAP触媒に、酸化鉄微粒子(γ-Fe_2O_3)を共存させ、磁石による触媒の分離能を付与した磁性粒子内包RuHAP(RuHAP-γ-Fe_2O_3)を開発した。RuHAP-γ-Fe_2O_3は種々のアルコール酸化反応に極めて高い触媒活性を示し、これまで報告されたRu触媒の中で最も高い活性を示した。(2)モンモリロナイト(mont)層間を利用したサブナノPdクラスターの調製とアリル位置換反応^2天然層状粘土鉱物montのもつサブナノメートル領域の層間へPdを導入し、これまで調製困難であったサブナノサイズのPdクラスター合成を可能とした。さらに、このmontに固定化したPdクラスターが、有機配位子を用いないアリル位置換反応を進行させる初めての触媒となることを見出した。また、本触媒は再使用を重ねてもサブナノサイズを維持する。本申請研究では、これまでに我々が独自に見出した触媒を基盤に、自然共生型物質変換プロセスの構築を目的とした多機能集積触媒(インテグレート触媒)の開発を行った。平成19年度は、(1)分子状酸素や水を酸素源とする高難度酸化反応、および、(2)炭素-炭素、炭素-窒素結合形成反応における協奏機能触媒の開発を中心に研究を行った。主な成果として、層状粘土鉱物モンモリロナイトやハイドロタルサイト、ハイドロキシアパタイト、デンドリティック分子の諸特性を利用して、価数、固定化位置を高度に制御した特異な金属活性種を創製し、協奏効果に基づく新たな触媒機能と触媒設計指針の構築を目的とした。(1)に関して、ハイドロキシアパタイト固定化銀触媒が水を酸化剤とするシラン化合物の酸化反応に極めて高い活性を示すことを見出した。また、磁性ナノ粒子を導入したアパタイト固定化触媒を開発し、Ru固定化触媒が極めて高いアルコール酸化能を示すことを明らかにした。また、(2)に関して、モンモリロナイト固定化触媒に関して、層間へのプロトンまたはインジウムイオン、アルミニウムイオンの導入により、新規な固体酸触媒を調製し、アルコールをアルキル化剤とする新規な求核置換反応、オレフィン、アルキンへの付加反応を開発した。これらの成果は、それぞれ担体のもつ特性と導入された金属活性種との協奏機能により達成された。また、金属ナノ粒子触媒の開発に関して、デンドリティック分子を用いた粒子サイズ制御に成功し、従来用いられているリンドラー触媒を凌駕する、アルキンからアルケンへの高選択的水素化反応に成功した。本申請研究では、これまでに我々が開発した触媒を基盤に、自然共生型物質変換プロセスの構築を目的とした多機能集積触媒(インテグレート触媒)の開発を行った。平成20年度は、(1)酸化剤不要なアルコール酸化における超高活性触媒の開発、(2)分子状酸素や水を酸素源とする高難度酸化反応、および、(3)炭素-炭素、炭素-窒素結合形成反応における協奏機能触媒の開発を中心に研究を行った。

主な成果として、層状粘土鉱物モンモリロナイトやハイドロタルサイト、ハイドロキシアパタイト、デンドリティック分子の諸特性を利用して、価数、固定化位置を高度に制御した特異な金属活性種を創製し、協奏効果に基づく新たな触媒機能を開発した。(1)に関して、これまでに見出した銀触媒でのアルコール脱水素反応での知見をもとに、新たに銅ナノ粒子固定化ハイドロタルサイト触媒をかいはつした。本触媒は、液相でのアルコール脱水素反応に高活性を示し、特に脂肪族二級アルコールに対して高い活性を示すことがわかった。また、(2)については金ナノ粒子固定化ハイドロタルサイト触媒が、ジオールからのラクトン合成に優れた活性を示すことを見出している。高収率でラクトンが得られ、かつラージスケールでの反応に適応できる。さらに、(3)に関して、インジウム固定化モンモリロナイトおよびインジウム固定化ゼオライトがジカルボニル化合物の不活性アルキンへの付加反応に再使用可能な固体触媒となることを見出している。いずれも、担体表面の特性と固定化された活性金属種の協奏的な触媒作用により高収率で目的生成物を得ることが可能となった。さらに、デンドリティック分子を用い、これまでに例のないサブナノスケールの金属ナノ粒子調製法を開発している。本研究では、「固体表面の特性を利用した新現触媒機能の開拓」を機軸として、21世紀の化学が目指す環境調和型化学変換プロセスの構築を目的とした高機能性触媒の開発を行った。特に、単核金属種からサブナノクラスター、ナノ粒子まで活性金属種の精密構造制御を行うとともに、固体表面の酸点、塩基点および、活性サイトの分離機能に着目し、固体表面上に金属-塩基点、酸点-塩基点等の異なる機能を集積することで、それらを協奏的に作用させる新規不均一系触媒の開発を行った。平成21年度は、(1)アルコール酸化における超高活性触媒の開発、(2)水を試剤とするシラン酸化、ニトリルの水和反応、芳香族ニトロ基の選択還元反応、(3)サブナノ金属クラスター触媒による選択還元反応、(4)ワンポット反応への展開を行った。主な成果として、層状粘土鉱物ハイドロタルサイト、ハイドロキシアパタイト・モンモリロナイト、デンドリティック分子の諸特性を利用して、価数、固定化位置を高度に制御した特異な金属活性種を創製し、協奏効果に基づく新たな触媒機能を開発した。(1)に関して、新たに金・銅ナノ粒子固定化ハイドロタルサイト触媒を開発した。本触媒は、液相でのアルコール脱水素反応に高活性を示す。特にジオールに対しても高い活性を示す。また、(2)については銀ナノ粒子を固定化したハイドロキシァパタイトが優れた水和活性を示し、水を用いた種々の酸化反応へ適用し、シランからシラノール、またニトリルの水和反応に再使用可能な固体触媒となることを見出している。さらに、Wacker反応に従来の銅を必要としない新規触媒系を開発した。(3)について、デンドリティック分子を用い、これまでに例のないサブナノスケールの金属ナノクラスターの超精密粒子調製法を開発している。(4)ワンポット反応については、Rh固定化ハイドロタルサイト触媒によるワンポット反応を開発した。