hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
女子大学における小学校理科指導力育成のための広領域実践型プログラムの開発

本研究は,私立女子大学の小学校教員養成課程における広領域実践型「理科指導力」育成プログラムの開発をめざして取り組まれた。女子学生および理科指導教員の実態を踏まえた具体的な授業の工夫として,模擬授業形式の導入,観察・実験実習の実施,興味あるテーマの設定,演習用ノート(物理・化学領域)の活用を取り入れた。試行実践の結果,それぞれにおいて女子学生の理科に対する興味・関心に肯定的変化が見られ,指導意欲や指導することへの自信が高まったことが明らかになった。本研究は,私立女子大学の小学校教員養成課程における広領域実践型「理科指導力」育成プログラムを開発し,その評価を行うことを目的としている。本年度では,次の3点が取り組まれた。(2)ドリル集の作成:大学の授業において,特に物理・化学に関する内容を盛り込んだスキルアップのための「ドリル集」を作成した。物理・化学領域に関する興味・関心が薄い傾向にある女子学生に対して基礎的な内容を中心としたスキルアップのためのドリル集である。21年度では,完成した成果物も取り入れた具体的授業の立案,実施に試みる予定である。(3)アンケート調査の実施と予備的実践の試行:本年度は,大学で実施される教員養成系科目(理科)の授業内容・方法に対する配慮や外国の書籍で取り上げられていた「共学の小学校における女子への工夫」に関する意見等を集計することができた。また,これまでのアンケート結果を参照しながら,「理科指導法」(2年時生対象)においてその一部を試行した。人体模型の貸出しや染物の工程・材料の確認等,プログラム開発協力員から助言を受けて実践することができた。実施授業では,模擬授業形式を取り入れる工夫も行われた。その成果報告は,平成21年度の学会発表等に向けて準備中である。本年度では,以下の3点が,取り組まれた。1模擬授業の構想・実施と成果報告前年度,模擬授業形式も取り入れられた「理科概論」(K女子大学1年次生対象)の受講生に対するアンケート結果等に関する成果報告が国内外の理科関連学会で発表された。また,それらを参照しながら,模擬授業を位置づけた「理科指導法」(K女子大学2年時生対象)に関する成果報告も国内の理科関連学会で行われた。さらに,基礎習得プログラムとして平成21年度に取り組んだ「理科概論」に関する報告も理科関連学会の研究会で予定されている(平成22年5月)。2アンケート調査「基礎科学力教科に向けた提言」等を参考に、女子大学生の数学と理科についての現状が調査された。関連して「女子大学生の物理に関するアンケート調査」も実施され,数学教育学会や物理学会等の理科関連学会でその報告がされた。また,女子大学生を指導する大学教員に対するアンケート調査を行い,女子学生への印象や指導上の配慮事項等について発表が予定されている(平成22年5月)。3関連指導の模索広領域型の基礎的研究として「保育内容・環境と小学校算数・理科との関連指導」に関する研究がなされた。「環境(幼稚園教育要領)」と「算数・理科(小学校学習指導要領)」を結ぶ指導法のあり方が検討されるとともに,パソコンソフトを活用した指導案解説書の作成が取り組まれた。私立女子大学の小学校教員養成課程における広領域実践型「理科指導力」育成プログラムの開発に向けて,本年度は以下のような研究成果が見られた。女子学生および教員の意識調査:溝邊ら(2007,2008)の調査を踏まえ,入学間もない女子学生に「理科の各分野に対するイメージ」を記述する調査を行った。結果は,生物分野には関心があるものの,特に物理・化学分野に関しては,否定的にとらえていることが明らかになった。また,女子大学において小学校教員養成課程の理科を指導している教員を対象に,基礎的調査も行った。その結果,「模擬授業」や「授業見学」,「野外探検」の3項目を今後の改善点として注目していた。試行実践:A大学の「理科概論(1年次:選択)」において,基礎技能を習得する実習授業が行われた。内容は,簡単な器具の扱いと計器類の使い方,水溶液のつくり方であった。授業後の調査結果では,受講生のほとんどが,本授業に対して好意的であったことがわかった。さらに,実験の基礎技能に対して自信が持てた人数が増えるとともにそれらを教えることに対しても,自信が持てた受講生が多かった。また,同科目において,模擬授業形式を取り入れた広領域型授業も実施された。調査の結果,ほとんどの受講生が「授業が楽しい」「勉強になった」「理科に対する関心度が増した」と評価していた。模擬授業形式の実施についても,ほとんどの者が「授業力向上」や「知識理解の増進」につながるとしていた。理科指導に対する意欲についても受講生全員が肯定的な回答をしていた。B大学の初等理科指導法(2年次:必修)において,理科指導用教材「物理・化学ノート」の活用を試みた。

このノート使用に対する受講生の評価では,「ノート形式」や「例題+練習問題形式」等が高く評価され,解答率も上昇した。この結果から,このノート活用に,一定の効果があると考えられる。
サブミクロン超細粒鋼の特性評価とその利用展開

サブミクロンレベルの結晶粒径を有する鉄鋼材料の特性評価と利用展開の可能性を探ることを目的として3年間にわたって本研究を実施した。8つの小テーマを掲げて研究を実施したが、大別すると、(1)サブミクロン超細粒鋼の創製および加工技術に関する研究、(2)組織解析技術に関する研究、(3)力学特性評価に関する研究、(4)強化機構解明に関する研究となる。創製・加工技術については、鋼材に強歪み加工を施すことが可能な粉末冶金法(メカニカルミリングプロセス)を採用し、サブミクロン超細粒組織を作り込む技術を確立した。同時に、自動車用材料をターゲットとした熱間押出しプロセスも開発し、直径がセンチオーダーの超高強度棒鋼の製造にも成功した。得られた材料の組織解析は微小部X線回折装置による局所構造解析および転位密度測定、透過電子顕微鏡によるサブミクロン結晶粒および転位組織の観察、FE-SEM-EBSP法による結晶方位分布・集合組織測定により実施した。力学特性に関しては、高温から液体窒素温度までの様々な温度における引張変形挙動を広範囲に調査し、サブミクロン超細粒は低温でも脆性破壊することなく延性を示すこと、高温では超塑性現象を発現するため極めて低応力で容易に塑性加工が可能であることが判明した。また、今後さらなる鉄鋼材料の高強度化を図っていくためには、結晶粒微細化強化と他の強化機構を複合させることの重要性を指摘した上で、結晶粒微細化強化とナノCu粒子分散の複合効果の検討も行った。そして、強度レベルによっては、降伏強度が両者の加算によりほぼ説明される場合もあることを見出した。ただし、超細粒材では全く時効硬化を示さないことや転位強化が無効になる等の新しい事実も明らかになり、次のステップとして、サブミクロンからナノへ移行させる価値もあるように感じられる。1.微小部X線回折法の有効性まず、本助成金にて導入した微小部X線回折装置を用いて、格子定数や転位密度の測定を行うための測定条件を確立した。本装置はコリメーターによってX線の照射面積をφ0.8mmから0.01mmまで調整することができ、回折X線検出部に湾曲IPフィルムを用いている。コリメーター径が0.3mm以上の場合、10min程度と短時間の測定が可能であり、0.1mmの場合でも数時間の測定を行えば十分に信頼性の高い値が得られることがわかった。ただし、それ以下の領域からのデータを得るためには、24h以上の長時間の解析時間が必要であることも確認された。2.酸化物分散超微細粒鋼の組織と機械的性質工業用純鉄粉に3vol.%のY_2O_3粉を添加した試料をメカニカルミリング処理し、これを固化成形することによってY_2O_3が10nm程度の大きさで分散した粒径0.2μm程度の超微細粒組織を有する鉄が作製できる。バルク鉄の強度は2GPaに達し、これはHall-Petch則に従って強化されていることが確認できた。一方、塑性変形に伴う転位組織の発達に関してその粒径依存性を調査した結果、粒径100μm程度の粗粒材ではセル組織となるが、粒径0.2μm以下の超微細粒材では、変形初期段階から粒内に均一な高密度の転位組織が形成される。その転位密度は、粗粒材に認められるセル組織のセル壁の転位密度に匹敵することが明らかとなった。また、変形応力の温度依存性を調査した結果、粒径1μm以下の超微細粒鉄では773K以上の温度範囲で逆Hall-Petch則の発現が確認された。この現象は粒界すべりが主たる変形機構となったことに起因しており、逆Hall-Petch現象が発現する温度は結晶粒の微細化と伴に低下する。

この結果から、室温付近でも粒径を数10nm以下に微細化すれば、粒界すべりによる変形が可能であることが示唆された。1.超微細組織の発達過程メカニカルミリング(MM)処理により鉄中には多量の転位が導入され、これが最終的に得られる超微細組織の形成に大きく影響する。本年度はまず、本助成金にて導入したX線回折装置を用いて、MM処理に伴う転位密度の測定を行った。鉄の一般的な加工法である冷間圧延により導入される転位密度は10^<15>m^<-2>オーダーで飽和するのに対して、MM処理した鉄粉にはさらに多くの転位を導入することが可能であり、10^<16>m^<-2>で飽和することを明らかとした。これは、鉄に導入されうる限界の転位密度に対応しており、この値と冷間加工された鉄の強度と転位密度の関係(Bailey-Hirschの関係)から転位強化量の限界値を硬さで3.7GPa、降伏強度で1.1GPaであることを明らかとした。一方、電子顕微鏡観察を行った結果、限界の転位強化量以上の強度レベルにまでMM処理を施すと数十nmの超微細組織が形成されることが確認された。また、鉄粉に少量の炭素を添加してMM処理した場合にはさらに組織の微細化が促進されることも確認された。2.超微細粒鉄の加工硬化挙動汎用の鉄はその結晶粒径が数十μm程度であり、これを冷間圧延すると材料中には多量の転位が導入されてその強度は上昇(加工硬化)する。一方、MM処理後固化成形した超微細粒鉄を冷間圧延した場合、材料中には多量の転位が導入されるものの強度はほぼ一定であり、全く加工硬化しないことが明らかとなった。結晶粒微細化強化(Hall-Petch則)と転位強化(Bailey-Hirschの関係)の観点から、超微細粒鉄の強度と結晶粒径ならびに転位密度の関係を検討した結果、鉄の強度は、両強化機構の内その強化量がより大きいものに支配され、上述の限界の転位強化量以上の強度レベルにまで微細化強化された場合には、転位強化は寄与しなくなり、加工硬化が生じなくなることを明らかとした。メカニカルミリング処理粉末の熱間押出による超細粒棒鋼の作製本申請課題のこれまでの成果により、メカニカルミリング(MM)法を用いて鉄粉内部の組織をナノサイズにまで微細化する技術、ならびにこれを熱間圧延により固化成形することで結晶粒径約0.2μmの超微細粒組織を有するバルク鉄を作製する技術を確立した。本年度は、より大型の超微細粒鋼を作製することを目的として、従来より粉末の固化成形法として工業的に広く用いられている熱間押出とMM法を組み合わせることにより、超微細粒棒鋼の製造を試みた。ただし、大圧下の押出加工では、押出方向への結晶粒の伸長および加工発熱による粒成長の促進が懸念されるため、本研究項目では、まずMM処理を施した純鉄粉を熱間押出により固化成形する手法を確立し、次いで、得られた棒材の組織を微細に維持するための第二相粒子添加の影響について検討を行った。第二相粒子を添加せずに熱間押出た試料においては、結晶粒が大きく成長し、押出方向に著しく伸長した組織となるのに対して、3vol.%のY_2O_3を添加して熱間押出した試料では、押出方向への結晶粒の伸長に関して明瞭な改善が見られ、平均結晶粒径;0.25μm、アスペクト比;2.1と非常に微細かつ等軸状に近い粒が得られた。
自然発生的船舶交通流中における避航操船特性に関する研究

航路の様な強制力はないが、自然に発生した船舶交通流中を航行する船舶に対する避航操船行動とランダムに配置された船舶交通中を航行する船舶に対する避航操船行動を比較した。まず、避航対象となる船舶の発見距離については、両者に有意な差は見受けられなかった。一方、自船が避航船舶である場合であっても、自然に発生した船舶交通流中を航行する船舶に対しては、ランダム船舶交通中を航行する船舶に対する避航動作に比べ、避航時機が著しく遅れることが明らかになった。また、航行安全対策の一環として、経験の浅い管制官の特徴を明らかにした。【標準避航操船特性の明確化】International Marine Simulator Forum参加機関(オランダ、ドイツ、韓国、ベトナムなどの海事大学に設置されている操船シミュレータ訓練センター)の協力を得て、それぞれの機関が実施しているシミュレータを用いた避航操船訓練結果を入手し、船舶の発見距離、危険認識距離、避航開始距離等について解析を実施した。船舶の発見距離については、自船付近の船舶航行密度に依存するものの、自船船首方位と相手船船首方位とが成す角には依存しないことが明らかになった。一方、危険認識距離及び避航開始距離については、一般商船の常用速力(1220ノット程度)の範囲においては、自船船首方位と相手船船首方位とが成す角に依存し、同角度が小さくなる(同航に近くなる)ほど、それらの距離が近くなることが明らかになった。両者の角度が60度(平成23年度に計画している自然発生交通流中のシナリオに相当)では、±σの範囲で、1.8マイルから4.1マイルの範囲で避航を開始していることが明らかになった。この値を基準として、平成23年度実施の実験結果を比較する予定である。【実験シナリオの作成・計測準備】東京海洋大学練習船汐路丸に乗船し、東京湾沖(洲崎付近)において自然発生している船舶交通流の実態調査を行った。殆どの北上船舶が洲崎付近で東京湾向け変針しているが、ごく稀に変針せず三浦半島方面へ北上している船舶が見受けられた。本実態調査を基に、操船シミュレータ実験のためのシナリオを作成し、予備実験を実施し、船舶発見距離、危険認識距離、避航開始距離及び避航手段等のデータ取得方法並びに解析手法を確立した。【航行管制業務実態調査の実施】海上保安庁交通部安全課の協力により、来島海峡海上交通センター及び関門海峡海上交通センターにおいて航行管制業務実態調査を実施した。航行安全政策を立案するに当たり、航路管制官に要求される技術について、要素ごとに分類し整理する必要が課題として浮かび上がった。平成22年度に査した東京湾沖(洲崎付近)において自然発隼している船舶交通流の実態調査を基に、同海域において発生している典型的な船舶交通流を操船シミュレータ内に再現し、外航商船に乗務経験を有する船長.航海士に模擬操船実験を実施させた。この操船結果とInternational Marine Simulator Forum(IMSF)参加機関(オランダ、ドイツ、韓国、ベトナムなどの海事大学に設置されている操船シミュレータ訓練センター)が実施したランダムな船舶交通中における避航操船実験結果とを比較した。なお、申請者及びIMSF共に、自船が避航船となるシミュレータ実験を実施している。申請者が実施したシミュレータ実験では、自船とターゲット船との針路交差角度が60度であったため、これと同等のIMSFの結果を抽出して比較したところ、次のような結果が得られた。(1)船舶の発見については、両者において、顕著な差は見受けられなかった。(2)危険認識時機、避航開始時機については、IMSFの結果に比べ、近距離に接近するまで行動が現れない傾向が見られた。(3)避航開始時機の遅れに伴い、申請者が実施した実験では自船の長さ以内まで他船と接近(ニアミス)する結果となったが、IMSFでは自船の長さの10倍以内に他船が接近することはなかった。以上の結果から、特段の航行管制が敷かれていない海域において、自然に船舶交通流が発生している場合は、たとえ自船が避航義務を有する船舶であったとしても、相手の船舶がその交通流に沿って運航するものと自船操船者が憶測することにより、法律に則った避航行動を取らなくなる傾向があることが確認された。本検証実験に類似した海域においては、航行環境が改善されない限り、避航判断の遅れは減らず、ひいては航法不遵守を原因とした衝突海難事故の大幅な減少は期待できないものと考える。研究計画に従い、航行管制業務を行っている海上交通センター利用者の意見、並びに、航行管制業務に携わる管制官の業務内容に関する調査研究を実施した。まず、利用者の意見についてであるが、概ね現行の管制内容に対して良好な意見が寄せられた。

ただし、一部の利用者にあっては、航路入航前の通報時に自船の先及び後に入航する巨大船及び準巨大船に関する船種、船名、水先人乗船の有無についての情報が欲しいとの要望があった。これは、自船の前後位置を早期に決定できること、また、水先人乗船の有無によって、先船又は後船の減速の有無が予測でき、将来状況の予測に有意になるからである。一方、当該要望について、管制官に対する聴き取り調査を実施したところ、経験の豊富な管制官では、当該要望に関する情報を常に提供しているとの回答を得たが、経験の浅い管制官にあっては、必ずしも当該情報を提供しているとは限らないとの回答があった。すなわち、管制官によっては得られる情報が異なる問題が生じていることが明らかになった。そこで、管制官の経験により生ずる技能差について調査した。現場管制業務を統括する管制官16名から、経験の浅い管制官と経験豊富な管制官との技能差について聴取し、IALAの勧告に定められた技能分類に沿って整理した。一例を挙げると経験の豊富な管制官と経験の浅い管制官とでは、「機器取扱い」について、大きな能力差見られた。このことが危険に対する情報提供の遅れにつながっていることが明らかになった。管制官の技能整理については、本研究を通じて新たに発覚した問題であり、また、世界的にも海技従事者の技能に比べ、十分な技能整理がなされていない分野である。よって、今後も継続して研究する必要があると考える。また、今回整理された技能は管制官教育への応用が可能であり、管制官の技能向上により、航行安全に貢献できるものと考える。海技従事者による操船シミュレータ実験を実施し、自然発生的船舶交通流中を航行する船舶に対する避航操船行動特性と一般的な海域における避航操船行動特性との差を明確にすることができたため。また、このような海域における航行安全対策に関する課題を見出すことができたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。地形や重要港の存在等により、整流されていない船舶交通流が発生している海域における航行安全対策としては、当該船舶交通流を人為的に管制することが一つの方策として考えられる。よって、今後は航行管制に着目する。海技従事者に対する聴き取り調査を実施し、航行管制に対する海域利用者の要望を明らかにすると共に、海上交通センターに赴き、航行管制業務を実施している運用管制官の技能について調査し、沿岸域における航行管制の在り方について検討する。
多軸圧縮を利用した局所組織制御マグネシウム合金長尺材の開発と応用

マグネシウム合金長尺材に対し、ニーズに応じて選択領域の組織状態と力学的性質を制御する手法の開発を試みた。AZ31マグネシウム合金を主対象とし、まず、初期集合組織や変形履歴、熱処理が最終組織状態や力学的性質に及ぼす影響を明らかにした。次に、圧縮に伴う静水圧を用いて選択領域に張出し変形を与えた後、元形状に復元する方法を開発した。この方法と熱処理を組み合わせることにより、円管材の選択領域にのみ変形双晶を活動させ、力学的性質を制御することが可能となった。また、選択領域の新しい力学的性質評価手法としてチューブエンドフレア試験を提案した。今年度は本研究の初年度として,最初にマグネシウム合金長尺材の選定とその初期集合組織調整を試みた.マグネシウム合金の中で比較的広く用いられているAZ31押出し丸棒材を複数入手し,長手方向および半径方向に一定量の圧縮塑性変形を与えた後,これまでの研究から得られた知見から373 K573 Kの異なる温度で真空焼鈍を実施した.圧縮量と焼鈍温度をパラメータとして集合組織状態を整理することにより,集合組織強度を数段階に制御した素材を得る手順をほぼ確立することができた.加えて,後方散乱電子線回折法によって組織状態を調べた結果,焼鈍温度によって若干の差異はあるものの数十ミクロン程度の等軸粒であり,焼鈍によって結晶粒をそれほど粗大化させることなく,集合組織を制御できることが確かめられた.これらの結果は,本研究が目的とする局所的な組織制御に極めて有用であるとともに,実用材料の塑性異方性制御にも役立つと期待される.この成果の一部は既に学会にて発表を行った.なお,外径が数ミリメートル程度の円管材も既に入手し,同様の準備を進めている.次に,長尺材に局所的な塑性変形(予変形)を与えるための試験装置および試験方法について検討を行った.その結果,現有の二軸圧縮試験装置に特殊形状の圧縮工具を組み合わせることによって,ミリメートルオーダーの領域に異なる複数様式の塑性変形を与えることができた.ただ現状では,最終断面形状を一様に揃えるには至っておらず,この点は継続的な検討によって解決を目指したい.現在,これらの基礎的検討結果をもとに,変形様式と熱処理を組合わせた試験を実施し,定量的な局所組織制御の基礎となるデータの蓄積を進めているところである.今年度掲げていた研究実施計画の主要点は,マグネシウム合金長尺材の試験材料選定とその初期集合組織を調整できる手法を確立すること,長尺材に対して局所的に二軸圧縮を与える試験装置と試験方法を準備すること,局所組織制御の基礎として変形履歴が組織状態等に及ぼす影響の定量的情報を蓄積すること,の3つである.1つめについては,先に述べたように圧縮塑性変形と真空焼鈍の組合せによって,平均結晶粒径が数十ミクロン程度で異なる集合組織を有する素材を得ることがすでに可能となっている.ただし,管材については検討を進めている段階である.2つめについては,長尺材に対して局所的に二軸圧縮塑性変形を与える試験装置と試験手段の準備ができており,異なる変形様式への対応も可能となっている.3つめについては,若干遅れてはいるものの,圧縮変形様式と熱処理条件を変化させた局所組織制御の基礎的実験を進めている.以上のように,当初の研究実施計画に対して若干の遅れはあるものの,全体的にはほぼ順調に進んでいると考えている.今年度は本研究の2年目として,昨年度の成果に基づき,延性を保ちつつ初期集合組織をc軸方向が長尺材軸方向に近くなるように制御したAZ31マグネシウム合金丸棒材に対して,引張り変形双晶を優先的に発生させるように局所圧縮を施すことにより,組織の局所制御を試みた.具体的には,圧縮試験機に円弧形状の先端を有する圧縮工具を自作の治具を介して上下に取付け,丸棒軸方向へ局所的に圧縮を加えた.また,その際の局所的な組織状態を電子線後方散乱回折装置によって測定し,集合組織の程度を丸棒軸方向に対するc軸の平均角度で評価した.その結果,初期状態と比較して局所圧縮領域直下の平均角度は大きく低下し,集合組織が弱化した.この局所圧縮によって与えた圧縮塑性ひずみは0.1程度以下であり,小さな圧縮ひずみで集合組織を制御できることが確かめられた.一方,初期集合組織を有する長尺丸棒材に軸方向の予変形を与えた後の負荷反転試験を行い,予変形量が力学的挙動および破断ひずみに及ぼす影響を調べた.結果として予変形が圧縮あるいは引張りで力学的挙動は明確に異なり,圧縮の場合は後続引張りにおいて二次双晶の活動が現れた.また,圧縮予変形量が後続引張り時の破断ひずみに及ぼす影響は相対的に小さいことがわかった.これらは,長尺材最終断面形状を一様に揃える工程で生じ得る機械的性質変化として重要な知見である.さらに,軸方向と円周方向に塑性異方性を有する長尺円管材の円周方向における応力ーひずみ関係を評価するため,チューブエンドフレア試験を応用した方法の開発に取り組んだ.この方法は,本研究で目的の一つとしている,局所領域における力学的特性評価に適用できる.なお,以上の研究成果はそれぞれ,学会にて研究発表を行っている.2年目として掲げていた主な研究計画は,マグネシウム合金長尺材に対し,局所変形により変形双晶を促進して組織を制御できることの確認とその定量的情報蓄積,局所組織制御を行った長尺材に対する力学的特性評価法の検討,局所変形を与えた長尺材の最終断面形状をほぼ一様に揃える手法の開発の3点である.

1点めについては,初期集合組織を有するAZ31マグネシウム合金丸棒材に対して,引張り変形双晶が優先的に活動するように局所圧縮を与えることによって,集合組織を含む組織状態を制御できることが確かめられた.また,各条件の定量的情報の取得も,ある程度進んでいる.2点めについては,円管を対象とした力学的特性評価法としてチューブエンドフレア試験の適用を試みた.その結果,引抜き加工や押出し加工で製造される円管材が有する軸方向と円周方向の塑性異方性について,引張り試験とチューブエンドフレア試験を組み合わせることにより,各方向の特性を区別して評価する目途が付いた.3点目について,長尺材における最終断面形状を揃えることは未だ課題として残っているが,その工程で不可欠となる負荷反転時の力学的性質変化を,予変形後の負荷反転試験を用いて明らかにした.この情報は,最終的な局所組織制御工程の設計において有用と期待される.なお,最終断面に関する新たな手法は現在開発中である.以上のように,当初の研究実施計画に対して変更点や若干の遅れはあるものの,全体的としてほぼ順調に進んでいる.今年度は本研究課題の最終年度として,昨年までに得られた研究成果をもとに,AZ31マグネシウム合金円管材を主対象とし,局所領域に対して塑性変形による組織制御を行った後に一様断面へ戻す一連の変形工程について検討を行った.その成果として,本研究が目標とする,初期円管とほぼ同一形状で局所的に組織制御された円管長尺材の製造手法をほぼ確立した.具体的には,初期組織状態としてc軸が円管長尺材の軸方向にほぼ垂直近くとなるよう配向させたAZ31マグネシウム合金円管材を出発材とした.続いて,局所領域にのみ張出し塑性変形を与えるため,圧縮試験機に自作の冶具を組込み,ゴム弾性体を介した圧縮負荷により静水圧を付与することによって,当該領域内に引張り変形双晶を優先的に発生させた.次に,局所制御領域に対し,円周方向に平面ひずみに近い条件下で圧縮力を加えることにより,当該領域を元の円管形状へ戻す復元加工を施した.最後に,変形双晶を保持しつつ加工硬化(転位の蓄積)のみを低減させる熱処理を加えた.これらの工程を経て製造した円管材に対し,局所制御領域の組織状態を後方散乱電子線回折法にて,力学的性質を単軸引張り試験および硬さ試験にて評価した.その結果,局所制御領域では予測通りに変形双晶が多数発生していることが確かめられた.また,当該領域の単軸引張り性質は,領域外と比較して流れ応力,延性ともに向上しており,結晶組織解析により,この延性向上には変形双晶に伴う結晶方位回転が寄与していることが示唆された.本手法を工業製品へ応用するためには,工程設計や効率性などの解決すべき課題がまだ残っているものの,本研究成果は,局所組織制御により製品に応じて最適化されたマグネシウム合金長尺材の製造に繋がると期待される.マグネシウム合金長尺材に対し、ニーズに応じて選択領域の組織状態と力学的性質を制御する手法の開発を試みた。AZ31マグネシウム合金を主対象とし、まず、初期集合組織や変形履歴、熱処理が最終組織状態や力学的性質に及ぼす影響を明らかにした。次に、圧縮に伴う静水圧を用いて選択領域に張出し変形を与えた後、元形状に復元する方法を開発した。この方法と熱処理を組み合わせることにより、円管材の選択領域にのみ変形双晶を活動させ、力学的性質を制御することが可能となった。また、選択領域の新しい力学的性質評価手法としてチューブエンドフレア試験を提案した。
液晶性コロイドナノクリスタルを基盤とする次世代ハイブリッド材料の構築

結晶と液体の中間相である液晶は、異方的な形状を有する有機分子により形成される。一方、無機ナノ粒子も液晶相の形成が可能だが、異方的な形状、均一なサイズ、コロイド安定性が必要であり、その数は非常に少ない。本研究では、新しい無機のコロイド液晶を開発するために、歯や骨など生体硬組織であるバイオミネラルに着目した。これらのバイオミネラルのナノ構造中には、形状やサイズが緻密に制御されたヒドロキシアパタイトのナノロッドが形成されている。これは、酸性の生体高分子により、ヒドロキシアパタイトの結晶化が精密に制御された結果である。そこで本研究では、「液晶」と「バイオミネラル」の知見を融合し、酸性高分子により無機物質の形状やサイズを精密に制御することで、ヒドロキシアパタイトや炭酸カルシウムからなる液晶新材料「バイオミネラル液晶」の開発し、その機能化を目指した。本年度は、液晶性ヒドロキシアパタイトナノロッドを基板上に配列させ、それを細胞培養の足場として利用した。配列基板上で培養した細胞は、ナノロッドの配列方向と同一方向に配列した。このことから、ヒドロキシアパタイト液晶は、細胞の配列方向を制御するための足場として有用であることが分かった。次に、ヒドロキシアパタイトナノロッドに光増感剤分子を担持し、光線力学療法のためのナノキャリアとして応用した。光増感剤分子を導入したナノロッドは、がん細胞内部へ取り込まれ、光照射により効率的に一重項酸素を発生させることでがん細胞を死滅させることが分かった。最後に、酸性高分子で安定化したアモルファス炭酸カルシウムの結晶化条件を詳細に検討することで、液晶性炭酸カルシウムナノディスクとナノロッドを作り分けることに成功した。これらの成果は、新しい無機コロイド液晶の合成に重要な知見を与えるとともに、革新的な有機/無機ハイブリッド材料の開発に大きく貢献すると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。生体が作り出す硬組織はバイオミネラルと呼ばれ、歯や骨がその代表例である。これらのバイオミネラルは優れた機械的強度を発現する。これは、ヒドロキシアパタイトのナノロッド粒子が生体高分子と複合化し、さらにナノレベルで配列した無機と有機のハイブリッド構造を形成しているためである。このように、ヒドロキシアパタイトと有機の複合化構造および配列構造を制御することで、優れた機能性を有する生体調和性材料の開発が期待できる。本研究では、そのような配列構造を構築するアプローチとして液晶性物質が示す自主配列能に着目しヒドロキシアパタイトに液晶性を付与し、さらに有機分子と複合化させることで、機能性無機/有機ハイブリッド材料の開発を目指した。本年度は、液晶性ヒドロキシアパタイトナノロッドを外部磁場により巨視的なスケールで制御できることを見出した。さらに、磁場によりその配列方向をスイッチングすることで、透過光強度のスイッチングを達成し、磁気光学材料としての可能性を示すことができた。次に、ナノロッド表面が負電荷を有することから、末端に正電荷を有するアンモニウムイオンを有する有機分子を設計、合成し、それらの分子をナノロッド表面に修飾することに成功した。その結果、ナノロッド表面の疎水性が高まり、クロロホルム等の有機溶媒中でもコロイド状態の形成が可能になった。さらに、偏光顕微鏡観察により、有機溶媒中でも同様に液晶が発現することが分かった。今後、この液晶性を利用して秩序構造を制御し、表面修飾に用いる有機分子の機能を付与することで、秩序構造を有する機能性無機/有機ハイブリッド材料の開発につながると考えられる。平成29年度の研究において、ヒドロキシアパタイトナノロッド液晶の磁場配向挙動を解析し、磁場を利用した光スイッチングに成功した。また、その液晶性ナノロッドに複合化可能な有機分子を設計、合成し、これらの有機分子と複合化したナノロッドの有機溶媒中での液晶性の発現を達成した。これらの研究結果は、新しい無機/有機ハイブリッド材料の構築する上で重要な成果であると考えられ、平成29年度における研究は当初の計画以上に進展しているといえる。

これらの成果は、新しい無機コロイド液晶の合成に重要な知見を与えるとともに、革新的な有機/無機ハイブリッド材料の開発に大きく貢献すると考えられる。平成29年度の研究において、液晶性ヒドロキシアパタイトナノロッドの磁場による配向制御と有機分子との複合化に成功した。今後は、複合化させる有機分子の分子設計をさらに検討し、その機能性とナノロッドの液晶性を組み合わせることで、その材料応用の可能性を追求する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
防護服着用により、作業者の暑熱ストレスはどの位増加するか？

暑熱ストレス評価基準(WBGT)許容値に付加すべき衣服補正係数(CAFs)を多数検討。基準(綿素材作業服)に対する補正係数は、作業服0、単層SMSポリオレフィン製つなぎ服0.5、ポリオレフィン製つなぎ服1、フード1、単層不織布ポリオレフィンつなぎ服2、単層Tyvek 1422A製つなぎ服2、単層NexGen製つなぎ服2.5、2層布製つなぎ服3、Saratogaハンマー防護服3、長袖長丈溶剤保護エプロン4、Microporous製つなぎ服6、単層溶剤保護つなぎ服(フード無)10、単層溶剤保護つなぎ服(フード有)11、単層溶剤保護つなぎ服とNP呼吸器(フード有)12等である。平成25年10月4日、5日に、韓国ソウル国立大学生活科学部衣類学科で開催された防護服に関する国際シンポジウムで、ソウル大学のJoo-Young Lee教授、英国ラフバラー大学Ken Parsons教授、千葉工業大学の若林斉教授と、防護服着用に伴う暑熱負担の増加に関する検討を行った。さらに、その成果は、済州島で開催された、ISO(国際標準化機構)/TC159(人間工学)/SC5(環境人間工学)/WG1(温熱環境)のセッションでも継続された。特に、ISO7243 Ergonomics of the thermal environment - Assessment of heat stress using the WBGT (wet bulb globe temperature ) index「暑熱環境ーWBGT(湿球黒球温度)指数に基づく作業者の熱ストレス評価」では、この問題に関する活発な議論がなされた。本規格は、労働環境において作業者が受ける暑熱環境による熱ストレスの評価を簡便に行うことができ、また速やかな判断を可能にする方法を与える。WBGT指標は、自然湿球温度(tnw)と黒球温度(tg)の2つのパラメータの測定をし、そして乾球温度(ta)の測定も行う。屋内もしくは屋外で太陽照射のない場合: WBGT=0.7tnw+0.3tg、屋外で太陽照射のある場合:WBGT=0.7tnw+0.2tg+0.1ta。基準値は、直腸温が38°C以上にならないように配慮して作成されたものである。作業強度は安静から極高代謝率までの4段階に区分され、各々に基準値が示され、さらに暑熱環境に順化した作業者と未順化の作業者に分けて基準値がある。議論のなかで、特に防護服を着用した際の暑熱負担増を考慮した「衣服係数」についてのまとめが必要であることが確認された。具体的には、防護服の湿性熱抵抗から「衣服係数」を決定する方法を詳細に検討した。平成25年度に続き、防護服着用時の暑熱負担に関する研究事例を収集し、海外の研究者からも情報を集めた。防護服については被験者実験を追加した。各種防護服の熱抵抗(Clo値)や蒸発熱抵抗の資料を収集し、不足するものについてはマネキン実験を行った。研究分担者の深沢は、各種環境下の衣服の断熱抵抗や透湿抵抗を調べ、不足するものはサーマルマネキンにより実測した。最終的に、相当数の各種防護服を着用した際の、暑熱ストレスを推定し、WBGT指標による許容基準に補正すべき補正値を決定する。防護服を含む各種衣服着用時に増大する暑熱ストレスを的確に評価するために、国際的にも広く利用されている暑熱ストレス評価指標(WBGT)に、付加すべき補正値(衣服補正係数(CAFs)を、多くの先行研究をまとめるISO7243の改訂作業により以下のように検討した。衣・住生活学海外の専門家との研究打ち合わせにより、WBGT補正のための「衣服係数」の重要性が確認され、各研究者の実験知見の集積が可能となった。旅費として計上していた、ISO/TC159・SC5・WG1の国際専門家委員会への出席が出来なかった事等があげられる。防護服着用時の暑熱負担に関する研究事例をさらに収集し、海外の研究者からも情報を集める。防護服については、不足する被験者実験を追加する。各種防護服の熱抵抗(Clo値)や蒸発熱抵抗の資料を収集し、不足するものについてはマネキン実験を行う。その際、防護服の湿性熱抵抗から、WBGT補正のための「衣服係数」を求める式を提案したい。
体臓器由来の新規神経損傷修復因子による脊髄損傷部の改善・機能回復

マウスのDRG並びにシュワン細胞を培養しガレクチンー1の分泌過程を免疫組織化学法並びに免疫電顕にて解析した。その結果ガレクチンー1が細胞膜に凝集した後細胞膜膜上に存在するようになり、最終的に細胞外液中存在することになることが証明された。次にシークエンス解明の進んでいるマウスを用いその腹腔のマクロファージを20億個集め、高圧窒素キャビテーション法を用いて細胞膜分画を分離し、酸化型ガレクチンー1のアフィニティーカラムに吸着する画分の分離精製を行っている。SDS-PAGEによる分離の結果数本のバンドが確認されその解析を行っている。酸化型ガレクチンー1刺激マクロファージの培養上清は軸索再生とシュワン細胞の遊走を促進する。その機構を細胞体から切り離された坐骨神経で検討した。細胞体から切り離された坐骨神経をコラーゲンゲル内で培養すると末梢側切断端からの軸索再生が見られたが、中枢側切断端からの再生は見られなかった。上記の培養上清を作用させると再生軸索数が増加しあらかじめ凍結損傷を加えて2週間後に摘出培養すると同様に促進され、併用すると相乗的に再生軸索数が増加した。この事実から神経系の可塑性の重要な機能の1つである発芽機構が神経線維内で調整されていることが明らかとなった。現在までDRGを伴った脊髄切片の脊髄側切断端並びに運動神経線維からの軸索再生が困難であったが、培養上清と凍結損傷を併用することにより再生が実現できるものと期待される。酸化型ガレクチンー1刺激マクロファージ培養上清中の軸索再生促進因子の分離精製の研究はマクロファージを大量培養し上清を10L集め更に精製を進めている。更に神経細胞の機能変化に関与しているとして注目されている遺伝子ΔfosBによって発現調節される蛋白質がGalectin-1であることをが判明し、Galectin-1が細胞の形態変化に関与していることが明らかになった。
DNAレベルでのアルコールタバコの子宮内胎仔に及ぼす影響に関する研究

25%アルコール投与群における母獣のSCEは、投与量、投与回数が多くなるにしたがってSCEの増加傾向が見られた。また1回の投与量の多い方がtotal doseが同じでもSCEが高かった。特に2回投与群では投与量にしたがい、アルコール0.01ml/g...SCE=3.71±0.35/cell(Range 18)、0.015ml/g投与...SCE=4.55±0.39/cell(Range 19)、0.02ml/g投与...SCE=5、24±0、37/cell(Range 19)以上のようにdose dependent responseが見られた。12回目の胎仔の肝臓におけるSCEはcontrolに比べ約2倍のSCEを示したが、母獣も2倍近いSCEを示したこと、さらに例数も少ないことから、胎仔のみに有意に高いとは断言できなかった。以上の結果より、アルコールの妊娠中の飲用はDNAレベルでの影響がみられ、低濃度でも何らかの害があることが示唆されたことから、妊娠中の飲酒はつつしむべきと考えられる。今後SCEの明確な機序の解明とともにアルコールのより一層の検討が必要と考えられる。SCE(sister chromatid excharge)を指標としたアルコール・タバコの染色体レベルDNAへの影響を検討するために,以下の実験を行った.昭和61年度に購入したIVAC700シリンジポンプを用い, C_3H/Heマウスの尾静脈より0.1ml/hour(50μg/g/hour)のBrdUを24時間連続投与した.母獣の場合は大腿骨の骨髄を取り出し,低張処理(0.075M Kcl)時間を15分20分と少々長くし,カルノア液で3回固定し染色体標本を作成した.胎仔においては胎令12日以下の小さなものには全体を細切し, 13日以上の大きな胎仔に対しては主として肝臓を用いた.胎仔においても母獣の骨髄と同様な手段で染色体標本を作成した.SCEはPerryをWalffのmodify methodにて染色した後で顕微鏡下で算出した. 62年度は主としてアルコールの濃度,投与回数を変化させて検討した.コントロールの母獣のSCEについて〓SCE=280±0.14/cell(mean±SE),胎仔はSCE=2.15±0.14/cell(range0-7)(n=87)であった.25%アルコール投与群のSCEについては現在母獣のみ検討しているがの値が得られdose dependentな傾向が見られている.さらに胎仔についても検討中である.25%アルコール投与群における母獣のSCEは、投与量、投与回数が多くなるにしたがってSCEの増加傾向が見られた。昭和61年度に購入したIVAC700シリンジポンプを用い、【C_3】H/Heマウスの尾静脈より0.1ml/hour(50μg/g/hour)のBrduを24時間連続投与した。母獣の場合は大髄骨の骨髄を取り出し、低張処理(0.075MKcl)時間を1520分と少々長くし、カルノア液で3回固定し染色体標本を作成した。胎仔においては、胎令12日以下の小さいものには全体を細切し、13日以上の大きな胎仔に対しては主として肝臓を用い、17,18日令のものについては脳にも検討を加えた。胎仔においても、母獣の骨髄と同様な手抜で染色体標本を作成した。SCE(Sister chromatid exchange)はPerryとwalffのmodify methodにて染色した後で、顕微鏡下で算出した。コントロールの母獣のSCEについて(1)SCE=3.75±0.37/cell(mean±SE)(range17),(n=20),(2)SCE=3.23±0.38/cell,(range16)(n=13)と3.5/cell(SCE)前後の値が得られた。胎仔については12日目の胎仔全体を用いたもので、SCE=2.9±0.30/cell(range25)(n=15)、17日目の肝臓でのものはSCE=2.73±0.42/cell,(range06)(n=10)となり、母獣に比べSCEは約0.5/cell低い値が得られた。今回この様に基礎的手技をマスターしたことから、アルコール・タバコなどの負荷をかけての実験中である。25%

アルコール投与群における母獣のSCEは、投与量、投与回数が多くなるにしたがってSCEの増加傾向が見られた。また1回の投与量の多い方がtotal doseが同じでもSCEが高かった。特に2回投与群では投与量にしたがい、アルコール0.01ml/g...SCE=3.71±0.35/cell(Range18)、0.015ml/g...SCE=4.55±0.39/cell(Range19)0.02ml/g...SCE=5.24±0.37/cell(Range19)以上のように=dose dependent responseが見られた。12日目の胎仔の肝臓におけるSCEはcontrolに比べ約2倍のSCEを示したが、母獣も2倍近いSCEを示したこと、さらに例数も少ないことから、胎仔のみに有意に高いとは断言できなかった。以上の結果より、アルコールの妊娠中の飲用はDNAレベルの影響がみられ、低濃度でも何らかの害があることが示唆されたことから、妊娠中の飲酒はつつしむべきと考えられる。今後SCEの明確な機序の解明とともにアルコールのより一層の検討が必要が考えられる。
適応の観点からみた野外教育プログラムにおける「自然」の意味

本研究では、野外教育プログラムの参加者が自然環境に対する身体的・心理的順応を経て適応に至る過程と、その経験が生き方態度や価値観に及ぼす影響を、発達段階に応じて検討した。幼児では「自立心」「協調性」「自己表現力」が、小中学生では「感情調整力」「前向き柔軟思考」「自然への感性」が、大学生では「前向き柔軟思考」が、それぞれ野外教育プログラムによって向上することが認められ、野外教育プログラムの教育的価値を示した。本研究の目的は、野外教育プログラムの参加者が自然環境に対する身体的・心理的順応を経て適応に至るプロセスと、その経験がその後の生き方態度や価値観に与える影響を発達段階に応じて検討し、自然環境を活用した野外教育プログラムの教育的価値を明示することである。研究課題として、野外教育プログラムにおける1)自然環境への適応過程の検討、2)仲間集団への適応過程の検討、3)適応経験の再構成過程の検討、の3点を設定し、野外教育プログラムにおける実践研究を通して上述の研究目的を達成する。本研究は、子どもの「意欲」(積極的に何かをしようと思う気持ち)を育む身体教育活動として野外教育プログラムをとりあげ、「適応」の観点からその教育効果の解明をめざすものである。今年度は、1)先行研究のレビュー、2)研究協力者の選定、3)野外教育プログラム視察と聴き取り調査、を行う計画であった。1)については、野外教育における適応の問題に関する文献研究に着手した。自然環境の下での身体活動に関連した文献から、生理学、心理学、社会学の各立場から提示されている知見を整理し、野外教育実践上の今日的課題と関連づけて考察を進めている。2)3)に関しては、静岡県内で実施されたキャンプを研究対象として、課題I「自然環境への適応過程の検討」、課題II「適応経験の再構成過程の検討」、に関連する仮説の洗練を目的とした調査を実施した。適応と意欲の観点からレジリエンス(精神的回復力)と自己成長性に着目し、8泊9日のキャンプに参加した小中学生52名を対象とした質問紙調査を実施した。レジリエンス、自己成長性の各得点についてキャンプ初日と最終日を比較すると、共に有意な差が認められた。特にレジリエンスに関しては「前向き柔軟思考」、「状況打開意欲」、「感情調整力」に対する効果が顕著であった。このことから、キャンプでの体験はレジリエンスと自己成長性にかかわる自己意識に対して全体的に好ましい影響を与えるものであり、心理的適応の過程を明らかにするためには「前向き柔軟思考」、「状況打開意欲」、「感情調整力」について体験内容を踏まえた詳細な検討が必要との見通しを得た。また、同様の調査をキャンプ指導者に対しても実施し、レジリエンスと自己成長性の変化量に着目して質的データと関連づけた検討を行い、考察を進めている。今年度の研究計画の達成度は7割程度で若干の遅れがあり、次年度以降の研究計画について研究体制を含めた調整を行う予定である。平成21年度は、平成20年度実施の調査結果について、学会発表2件を行った。長期キャンプ参加者(小中学生)の自己成長性とレジリエンスの変化について、その特徴をみることを目的とした調査の報告であり、自己成長性得点、レジリエンス得点、感情調整得点、状況打開意欲得点、前向き柔軟思考得点にキャンプ初日と最終日の差が認められ、キャンプ前後でキャンパーの自己成長性および精神的回復力が向上したことが認められた。また、平成21年度の研究計画では、野外教育指導者へのインタビューを行い、それを基礎として仮説の洗練を行う予定であったが、研究進捗上の都合により研究実施の順序を変更した。具体的には、平成22年度夏から23年度夏にかけて実施する本調査に先立ち、幼児期および児童期青年期を対象としたプログラムの準備のための予備調査を実施した。幼児を対象としたキャンプ(1泊2日2泊3日)、児童を対象とした長期キャンプ(8泊9日)、青年(大学生年代)を対象とした長期キャンプ(8泊9日)のそれぞれについて、平成22年度実施予定の調査研究実施に関する連絡調整を行った。また、児童を対象とした短期キャンプ(1泊2日)、青年(大学生年代)を対象とした短期キャンプ(1泊2日)については、予備キャンプを実施し、プログラム内容および生理学的データ(体温)と運動量の測定方法についての検討を行った。平成22年度は、(1)幼児(5歳児)を対象としたプログラムでの予備調査の結果をまとめた研究報告1編、(2)平成21年度実施の小中学生を対象としたプログラムにおける調査結果についての学会発表1件、の2件を研究成果として公表した。

(1)については、宿泊保育として実施されている1泊2日の自然体験に参加した57名の幼児について調査を行い、1)わが子の自立心、協調性、自己表現を高める効果を保護者が認めていること、2)子ども自身の主観において自立心の高まりが認識されていること、の2点が明らかとなり、次年度実施予定の幼児を対象としたプログラムに対する実践上の示唆を得ることができた。また、(2)においては、「感性」(人的環境を含む環境とのつながりを価値あるものとして感じる力)および「自然体験効果」について、対象者の特性別に検討した結果、感性にかかわる部分では対象者の特性に関わらず効果が認められることが明らかとなった。また、適応の観点から見た野外教育における自然の意味についての仮説生成に資するために、野外教育実践者である自然学校副校長、青少年教育施設元職員(現大学教員)、高校教員、野外教育を専門とする大学教員、森林環境教育を専門とする大学教員などから、自然と適応に関するヒアリング調査を行った。これらの結果から、心理社会的適応についてはそれぞれの年代の発達課題のうち野外の環境においてより達成されやすい側面があることが示唆された。一方で、生理的適応については予備調査を行ったものの必要な精度が得られなかったため、測定機器を調整したうえで再度予備調査を行う必要がある。本研究は、幼児期から青年期(20歳前後)の子どもおよび青年の「意欲」(積極的に何かをしようと思う気持ち)を育む身体教育活動として野外教育プログラムをとりあげ、「適応」の観点からその教育効果の解明をめざすものである。平成23年度は、青年期を対象としたプログラムの実践研究を実施した。青年期の参加者が自然環境に対する身体的・心理的順応を経て適応に至るプロセスと、その経験がその後の生き方態度や価値観に与える影響を検討するために、青年期(20歳前後)を対象としたプログラムでの調査を実施した。18歳-19歳の女子10名を対象として、3泊4日の雪上プログラムを実施し、活動期間中のふりかえりの内容から適応の過程を検討した。また、活動期間の前後および活動期間中における「気分」の変化について、二次元気分尺度(坂入ほか,2003),を用いて検討した。野外教育では体験の評価を自分の言葉で語る「ふりかえり」が重視されてきた経緯があり、指導者と仲間と共に体験をふりかえる場面で言語化された内容は、野外教育プログラムにおける自己の適応の過程を反映している。「自然環境」と「人間関係」は野外教育の基盤ともいうべき要素であるが、それらに対する「適応」の問題は、課題解決への意欲的取り組みへのレディネスにかかわる基礎的かつ重要な課題である。「未知の環境」に適応するための積極的な行動の機会が等しく与えられ、働きかけが成就して得られた適応感が何らかの心理的効果をもたらして意欲を喚起し、新たな課題への挑戦を可能することなのではないかと考えることができる。