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偏微分方程式の係数決定逆問題の革新的解決と応用

研究計画であげた主要課題ごとに述べる。(A)楕円型方程式の係数決定逆問題:一意性に関してはおおむね完成した。安定性については論文が出版待ちである。(B)リーマン多様体におけるリーマン計量決定逆問題:完成にむけて海外の共同研究者と作業を進めており、2019年度に完成を目指す。(C)流体力学におけるさまざまな非定常方程式の係数決定逆問題:主に非圧縮性粘性流体の場合に考察を進めた。国内外での国際研究集会で成果を発表し、電磁流体や結晶流などのさまざまな場合に逆問題を研究し、論文としてまとめつつある。物理現象の多様性から、支配方程式も多岐にわたるので、対象となる非定常方程式に関するサーベイも行い、次年度の課題遂行と完成のための準備を行った。(D)非整数階偏微分方程式の係数決定逆問題:まず逆問題の基礎となる非整数階偏微分方程式論自身が完備されていない状況が明らかになったので、その完成のための研究を共同研究者と進め、今年度に出版の準備を整え、2019年度前半に出版の予定である。そのような基礎理論の整備と並行して、非整数階偏微分方程式に対する逆問題の数学解析も進めた。(E)諸科学技術分野からの逆問題の課題提起と応用:本研究計画の枠組みで産業界、異分野からの課題解決のためのスタディグループと連携して、前年度に引き続き製鉄、自動車業界からの逆問題に関連した課題の提示を受けて解決にむけて議論、共同研究を行った。さらに、空間線量率推定のための数学解析と数値手法の開発を行った。以下、課題ごとに述べる。課題(A)楕円型方程式の係数決定逆問題に関する成果:2次元の場合に、シュレディンガー方程式に限定されない一般の2階楕円型方程式などに関して、本研究の枠組みで得られ公表された成果は、既に最上の一意性の結果と国際的に認められている。分担者を含む課題(A)に関する成果も国際的に高い評価を得ており、医学診断の研究者との議論により、応用面からの見地も取り込まれている。課題(B)リーマン多様体におけるリーマン計量決定逆問題:他課題に比べるときわめて挑戦的なものであり、得られた成果はまだ少ないが、最終年度に深みのある数学解析を完成させる。課題(C)流体力学におけるさまざまな非定常方程式の係数決定逆問題:Carleman評価による係数決定逆問題の数学解析において国際的な研究動向をリードする成果を当初の計画以上に挙げている。課題(D)非整数階偏微分方程式の係数決定逆問題:当初の計画の想定を超えて、逆問題とともに順問題双方に関する古典的な偏微分方程式も包含するような大きな理論体系を構築している。(E)諸科学技術分野からの逆問題の課題提起と応用:逆問題に関連して、「異分野、産業界からの課題提起ー数学的な枠組みへの落し込みー数学手法の創出ー実問題への応用ー応用面の知見からの数学手法の修正」、というサイクルの活動を組織し、異分野・産業界からも評価されており、若手研究者の育成にも役立っている。主要な4課題について、難易度などの要因で、それぞれ達成・進捗状況が異なるので本研究の最終年度において全体の遂行について調整を以下のように図る。課題(A)境界値逆問題:単独の楕円型方程式に関しては所期の成果を得たが、未完了の一般次元の場合の弾性方程式などについての一意性を確立する。課題(B)リーマン計量決定逆問題:輸送方程式に基づく方法論は強力なものであるので、この手法の追及・深化を図る。この課題の進捗が遅れているので、海外の研究協力者や共同研究者との連携を強化し、短期期間の招へいによって集中的に解決に取り組む。課題(C)非ニュートン流体の係数決定逆問題:流体のさまざまな方程式に対して、本研究で確立された成果を基礎にカーレマン評価式を完成させ、係数決定逆問題に適用して一意性・安定性を確立していく。本課題(C)における方法論は、熱弾性、粘弾性などの数理物理学に現れる種々の方程式の逆問題にも適用可能であることが、本研究の進展によってわかってきたので、そのような粘弾性方程式などの逆問題の数学解析にも対象を拡大する。手法はほぼできあがっているので、ポスドクなどと共に速やかな出版につなげていく。数学解析のために本基盤研究で開拓、発展させた方法論についての専門書を執筆中で、迅速な出版を目指す。課題(D)非整数階偏微分方程式の順問題と逆問題の包括的な研究:非整数階偏微分方程式の逆問題の解決のために、初期値・境界値問題の基礎研究が急務であり、これまでの成果を発展させて単行本を出版する。本研究の目的は以下に挙げる4つの課題である。課題ごとに説明する。課題(A)境界値逆問題:空間次元が2次元の場合の単独の楕円型方程式に関しては、おおむね安定性も含めて所期の成果を収めた。マックスウェルの方程式、ナビエ・ストークス方程式や弾性体の方程式などに対しても一意性を確立した。課題(B)リーマン計量決定逆問題:この課題は困難が予測されたが、線形化された逆問題の一意性の証明法として、フーリエ変換によって輸送方程式に変換する手法を確立して、一意性の研究を完成させた。課題(C):逆問題の対象となる非ニュートン流体のモデル式のサーベイをおおむね完了させ、粘弾性体を含めて支配方程式を確定し、基礎となるカーレマン評価式の確立を目指した。

支配方程式の基礎であるナビエ・ストークス方程式のカーレマン評価を完成させ、その逆問題への応用の素地が整っている。課題(D)非整数階偏微分方程式の逆問題:不均質媒質中の特異拡散などの物理的背景を工学者などの研究者とともに精査しさまざまなタイプの方程式の解の存在と逆問題の理論研究を行った。また、係数決定逆問題による実世界の課題解決であるが、福島原発事故後のセシウム137の土壌浸透の数理モデルの解析と逆問題手法に基づく係数などのパラメータの適切な決定によって、長期汚染マップの改善に大いに寄与している。平成27年度は、研究代表者に限定しただけでも査読付きの英文論文18篇、査読付き和文論文を1編(いずれも共著)完成した。このような出版は、本研究によって海外の研究者などを課題ごとに組織し、招へいや訪問などにより機動的かつ集中的な共同研究を実施してきたことによる。さらにアウトリーチ活動にも力を入れ、社会連携と数学に関連した和文の解説記事を5編などを執筆した(13.研究発表の欄参照)。また、課題(A)境界値逆問題に関連した専門書および課題(C)に関連したカーレマン評価による係数決定逆問題の専門書の執筆を行っており、後者は平成28年度に出版される見込みである。また、平成27年度に国際会議で本研究成果に関する基調講演を5回行った。その他に、逆問題を社会の諸課題に応用して解決していくことに関するアウトリーチ的な講演を1回行った。このような研究成果から、おおむね順調に進展していると判断している。以下、課題ごとに述べる。課題(A):境界値逆問題:2次元の場合の一意性をおおむね完成させた。さらに安定性についても一定の成果を収め、これらの成果は27年度に主要な部分は出版できた。課題(B)リーマン計量決定逆問題:この課題は当初から、困難が予測されており、成果は線形化された逆問題の一意性に関するものであり、出版に向けて作業を行っている。課題(C):準備段階として支配方程式ののサーベイを完了させ、基礎的な手法であるカーレマン評価式も基本的に確立している。支配方程式の基本的な要素となるナビエ・ストークス方程式のカーレマン評価を完成させたので、この課題の研究の大きな広がりが平成28年度以降に期待できる。課題(D)非整数階偏微分方程式:物理・工学で導入されて研究されているさまざまなタイプの非整数時間微分をもつ偏微分方程式の理論的研究の統括的な研究を展開できた。主要4課題ごとに述べる。課題(A)境界値逆問題:連立楕円型方程式の境界値逆問題の一意性を2次元の場合に非一意性の特徴付けも含めて解決した。さらに逆問題の安定性評価式を代表者らが確立した。研究分担者は関連したスペクトル逆問題や再構成について成果を挙げた。課題(B)リーマン計量決定逆問題:研究代表者らが、ユークリッド空間内に埋め込まれた計量を境界上のかってな2点を結ぶ線分上での積分値全てから決定する積分幾何における逆問題の一意性をある線型化の下で証明し出版した。1階の偏微分方程式に変換するという方法論は有用であることは知られていたが、最近はあまり注目されることはなかったが、本研究により有効性が再確認されたことの意義は今後の研究の展開にとり重要である。課題(C)非ニュートン流体ならびに粘弾性体における係数決定
低酸素下遺伝子誘導においてヒストン修飾が果たす役割の解明

特別研究員採用後から行った実験結果は論文投稿中であり、現在revisionの状態であることから近々、研究成果として発表予定である。申請者は本テーマで見つけた低酸素下におけるヒストン修飾酵素と転写因子HIF1の協調的遺伝子発現制御機構についてさらにテーマを発展させている。具体的には、低酸素下におけるクロマチン立体構造変化を網羅的に同定することを試みている。クロマチンの立体構造を同定する手法は新規手法でありまだ確立されていない部分も多いため、実験の条件検討が詳細に必要であるが、十分な検討を重ねたうえで、クロマチンの立体構造変化が生体にとって果たす役割を解明したいと考えている。申請者は低酸素下においてHIF1が結合することにより発現制御されるヒストン脱メチル化酵素の一つであるJMJD1a(jumonji-domain containing 1a)に着目した。ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC : human umbilical vascular endothelial cells)を正常酸素分圧および低酸素分圧で培養し、JMJD1aをsiRNAによりノックダウンしたときのDNA microarray、およびJMJD1aをアデノウイルスにより過剰発現させたときのDNA microarrayを行った。その結果、JMJD1aをノックダウンすると低酸素刺激をかけても発現が上昇しなくなる遺伝子群、JMJD1aを過剰発現した上で低酸素刺激をかけると発現がさらに上昇する遺伝子群を同定した。両者に共通してみられた遺伝子群は22遺伝子あり、低酸素刺激下でJMJD1a依存的に発現が制御される遺伝子群すなわちJMJD1aの下流遺伝子群(ターゲット遺伝子群)と考えられた。また、そのうち12遺伝子は低酸素下におけるHIF1のターゲット遺伝子であることから、HIF1およびJMJD1aともに発現制御を受けていると考えられた。さらに、HIF1のノックダウンを行ったうえで低酸素をかけた時のDNA microarrayと比較すると、さらにHIF1およびJMJD1aの下流遺伝子を同定した。これまでの報告によりJMJD1aはヒストン3(H3)リジン残基9番目(K9)のmono-methyl((me1),di-methy1(me2)を脱メチル化することが知られている。そこで、上記で同定したJMJD1aのターゲット遺伝子上で、これらのヒストン修飾状態が低酸素刺激によりどのように変化するかを調べた。申請者はJMJD1aのターゲット遺伝子候補の一つであるSLC2A3に着目し、H3K9me2抗体を用いてヒストン修飾変化をCHIP-PCRで同定した。SLC2A3の転写開始点(TSS : transcriptional starting sites)と上流35kbのenhancerにおけるH3K9me2レベルは低酸素刺激下において低下することが分かった。このことから、JMJD1aはSLC2A3のTSSおよびenhancer領域において、H3K9me2を脱メチル化し、発現制御する新たなメカニズムを解明することに成功した。現在はJMJD1a抗体を用いたクロマチン免疫沈降)を行い、JMJD1aが機能する部位を全網羅的に解析することを行っている。
水中爆発の規模と特性の定量的評価

水中爆発や海底・湖底火山噴火の規模や特性を評価するための指針を得ることをめざして,火薬玉(号砲)を爆発源とした水中爆破実験を行った.実験では,(1)爆破水深,(2)爆点-観測点間距離を変えて爆破を行った.観測には,通常の火山観測で使用されている地震計,空振計に加えハイドロフォン,ビエゾ水中衝撃波計を水中に,またビデオを地上に設置した.観測された水中音波は複雑な波形を示し,直達波の到着直後でさえ水面反射波と見られる位相の混入が認められた.直達波振幅については,理論値よりもかなり小さく,爆破水深や爆点-観測点間距離による違いは認められなかった.これに対して地震波の初動振幅は,頭打ちにはなるが,爆破水深にほぼ比例関係が認められた.爆破水深が浅い場合には水柱(またはwater dome)が形成され,その高さは爆破水深に対して比例ないしべき関数的な減少傾向を示した.水柱が形成される場合には空気振動が観測され,その振幅は爆破水深に対してべき関数的に減少し,さらに周期もやや延び,水柱の形成が空気振動を励起していることが示唆された.水柱音波振幅に発破深度や距離依存性が認められなかったことや地動振幅と水注音波振幅の不調和は,観測方法に起因していると考えられ,今後の実験方針を立てうるうえで問題点が明らかになった.また,湖底・海底噴火の時間スケールは未知だがこれらを対象とした火山観測に新たな問題が提起された.その一方で,水柱を伴う湖底・海底噴火に対しても空気振動観測が有効であることが示唆された.水中爆発や海底・湖底火山噴火の規模や特性を評価するための指針を得ることをめざして,火薬玉(号砲)を爆発源とした水中爆破実験を行った.実験では,(1)爆破水深,(2)爆点-観測点間距離を変えて爆破を行った.観測には,通常の火山観測で使用されている地震計,空振計に加えハイドロフォン,ビエゾ水中衝撃波計を水中に,またビデオを地上に設置した.観測された水中音波は複雑な波形を示し,直達波の到着直後でさえ水面反射波と見られる位相の混入が認められた.直達波振幅については,理論値よりもかなり小さく,爆破水深や爆点-観測点間距離による違いは認められなかった.これに対して地震波の初動振幅は,頭打ちにはなるが,爆破水深にほぼ比例関係が認められた.爆破水深が浅い場合には水柱(またはwater dome)が形成され,その高さは爆破水深に対して比例ないしべき関数的な減少傾向を示した.水柱が形成される場合には空気振動が観測され,その振幅は爆破水深に対してべき関数的に減少し,さらに周期もやや延び,水柱の形成が空気振動を励起していることが示唆された.水柱音波振幅に発破深度や距離依存性が認められなかったことや地動振幅と水注音波振幅の不調和は,観測方法に起因していると考えられ,今後の実験方針を立てうるうえで問題点が明らかになった.また,湖底・海底噴火の時間スケールは未知だがこれらを対象とした火山観測に新たな問題が提起された.その一方で,水柱を伴う湖底・海底噴火に対しても空気振動観測が有効であることが示唆された.
肝臓移植における重水を主体とした臓器保存液の開発

冷保存障害軽減効果を有する重水含有緩衝液の組成を見出だし、各種の細胞の冷保存実験、小動物の心冷保存移植、肝冷保存・単離肝灌流においてUW液を陵駕する効果を確認した。Ca^2+overload阻害、解糖・酸化的リン酸化促進、細胞骨格維持が主作用と考えられた。しかし、大動物肝、腎冷保存・移植モデルではグラフトの灌流不全を呈し、保護効果が発揮されなかった。今後、凝血の予防、酸素の供給法等を確立する必要があると考えられた。平成22年7月までに新規臓器保存液を作成し、12月までにラット肝の冷保存・再灌流モデルで効果を確認し、平成23年3月までにイヌ肝・腎移植モデル作成、新液の効果判定のためのプレリミナリー実験を行う予定であった。平成22年12月、新液は数種類のタンパク質の活性を制御していることが明らかとなった。これらのタンパク質はアポトーシス、細胞骨格、オートファジー、エネルギー産生など、細胞の生死に深く関わるうえ、これまで冷保存での関与が明らかではなかった。この新たな発見は低温・低酸素障害の病態解明、治療法開発に極めて重要な知見であり、この新規作用の精査を優先して行なう必要が生じた。そこで、新規作用の精査を優先的に行い、H22年度予算から直接経費340万円をH23年度に繰り越し、当初の予定を約3か月繰り越した。変更後の計画:新規臓器保存液の創出(H22.4H22.7)、ラット肝での効果の確認(H22.8H22.12)、新規作用の精査(H23.1H23.3)、イヌ肝・腎移植モデル作成と新液の効果判定(プレリミナリー実験)(H23.4H23.6)。新規保存液は冷保存による細胞内Ca2+濃度の上昇と引き続くカルパイン、カスパーゼ3の活性化、アポトーシスを阻害することが肝臓、心臓、各種の細胞株で再現された。新液は冷保存や外因性刺激による細胞外からのCa2+流入と小胞体からの放出の両者を阻害し、重水を除去するとその効果は消失した。また、冷保存後に生存シグナル、アポトーシス、オートファジー、細胞骨格維持に関与するタンパクのリン酸化が保たれ、複数のphosphatase活性阻害と複数のkinase活性亢進が見出された。重水はこれらの機能を合目的的に生存方向へと制御することが示唆された。また、H23年度からの効果比較に使用できるイヌ腎、肝の冷保存・移植モデルを作成した。平成23年度実験目的:重水含有新規臓器保存液の最適組成を模索し、UW液を凌駕する冷保存障害軽減効果、細胞保護メカニズム、イヌの肝、腎冷保存・移植モデルでの効果、を明らかにすること。当初実験計画:(1)in vitroの検討で至適組成を確定し(深井・菅原)、(2)エネルギー状態・解糖とミトコンドリア機能・アクチンの動態・Ca2+濃度・アポトーシス関連分子・水の動態を追求し、重水の細胞保護メカニズムを明らかにする(尾崎・深井)。(3)ラット肝冷保存(48時間)・再灌流に対する新液の効果を単離肝灌流装置(IPRL)で検討する(山下)。(4)ビーグル犬を用いた48時間肝冷保存・移植モデルを作成し、2週生存率・グラフト機能・障害を評価する(藤堂、古川)。結果:UW液を凌駕する保護効果の新液1、2を作成し得た。新液の効果には重水が不可欠であり、解糖やミトコンドリア複合体Iの阻害、細胞質Ca2+ overload負荷で効果が消失した。また、細胞質のNa+ overload負荷はNa+/K+ ATPaseやNa+/Ca2+exchangerの活性やATP量に影響を与えなかった。新液はラット肝48時間冷保存後の再灌流において、胆汁産生やATP産生を速やかに回復させ再灌流障害を軽減した。冷保存後の細胞・臓器の膨張やアクチンの脱重合が阻害された。イヌ肝、腎移植では強い保護効果は得られなかった。臓器の灌流不全の原因となるPEG濃度を下げることで解決すると予想された。PEGが少量の粘性の低い組成でも十分な効果が得られた(新液3)。新液3は新液2とほぼ同等の効果を有し、最終組成として今後の検討に使用すべきものと考えられた。細胞実験:小腸上皮、心筋、尿細管上皮、肝細胞の細胞株において重水含有新規臓器保存液はUW液と比較し、細胞内Ca2+濃度の上昇を阻害し、Calpain, Caspase3/7の活性を抑制し、アポトーシスを阻害した。冷保存終了時のATP量を保ち、壊死を軽減し、細胞骨格アクチンの脱重合を阻害した。ミトコンドリア膜電位の低下を抑制し、再酸素化後の膜電位回復を促進した。新液は冷保存による細胞死を複数の機序で阻害した。

小動物の臓器冷保存:1)ラット心: UW液で48時間冷保存後に移植すると全例が10分以内に拍動を停止したが、新液では全例が7日間拍動した。24-36時間の冷保存後の心移植でも新液はUW液を陵駕する保護効果を示した(Wakayama et al. 2012 Transplant Int)。2)ラット肝: UW液で48時間冷保存後に単離肝灌流装置で再灌流すると、門脈抵抗、灌流液中肝逸脱酵素活性が上昇し、広範に壊死組織が認められ、酸素消費率、胆汁産生量が減少した。新液では全項目が改善した。3)心停止ラット肝: 45分の心停止後にUW液あるいは新液で6時間冷保存し、単離肝灌流装置で再灌流した。新液群ではUW液よりも良好な門脈圧、組織所見を示したが、胆汁を産生しなかった。胆管の酸素化が必要と考えられた。大動物の臓器冷保存:1)イヌ肝冷保存では、新液はUW液と比べ、血液のwash outが悪く、均一に灌流されなかった。イヌ腎でも同様であった。In situ灌流後の排液中に凝血塊を認め、PEGによる副作用と考えられた。2)重水の効果:HTK液の30%重水化により重水の有効性を評価した。イヌ腎72時間単純冷保存・移植モデルにおいて重水化はHTK液の効果を増強しなかった。問題点:小動物マージナルモデルでの効果は不十分であり、また、凝血を促進させない工夫が必要と考えられた。細胞、小動物の肝、心でUW液を遥かに凌駕する強い保護効果が得られた組成の新液2が、大動物実験でのみ奏功しなかったため、再度組成、物性を検討する必要が生じた。想定していない事象だったため、これを解決するのに時間と経費を費やしたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。新液2を用いた大動物実験を行い、有効性を証明できなかったため、新液3の検討を行わなければならない。しかし、大動物実験を2倍の数行うことは予算上不可能である。本課題の最終目標は大動物での有効性を示すところまでであったが、そのプレリミナリー実験までに変更せざるを得ない。大動物実験の数を制限することにより、小動物にマージナル肝での検討までは行えるように費用を確保したい。
歯周病と口腔内細菌叢に着目した非アルコール性脂肪性肝炎-肝がん発症予防法の確立

1.非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)由来肝がんを発症した患者の歯周病の病態を解明する2019年・2020年3.NASH患者の肝臓の病態と口腔内細菌叢・腸内細菌叢の関係を検討する2021年1.非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)由来肝がんを発症した患者の歯周病の病態を解明する2019年・2020年3.NASH患者の肝臓の病態と口腔内細菌叢・腸内細菌叢の関係を検討する2021年
教師の不安受容と挑戦意欲を支える個人要因と組織要因の統合メカニズムの解明（国際共同研究強化）

教師の不安受容と挑戦意欲を支える個人要因と組織要因の統合メカニズムの理論モデルの生成を目指した本研究において、国内外で実施した学校実地調査から得られたデータから専門職の学び合うコミュニティ(Professional Learning Communities,以下PLCと表記)」としての学校組織における教師の協働学習システムと情動的実践に関する以下の知見を導出するに至った。第一に、日本の高校の10年にわたる学校改革過程をアクション・リサーチによって追跡・診断研究したところ、校内研修の一環である授業研究を基軸として学校におけるPLC文化の成熟が図られていくとともに、そこで教師たちが単に実践を共有するのではなく、子どもの学びと生活のエピソードと授業実践から生じる豊かな情動を共有することで同僚性の高度化が図られ、教師協働と授業研究の洗練が図れることが示された。この知見は同校の学校改革10年の研究成果として公刊した。第二に、国際共同研究として日米のPLC学校の比較調査を実施し、日米で教師たちの協働学習を促す校内研修システム及びリーダーシップ実践に制度的・文化的差異はあるものの、学校におけるPLC文化成熟過程で、上記システム内での教師間の実践交流が多層性(世代交流や学年交流等)と多様性:PLCミーティング、データワイズ、授業研究等)により促進されることが示された。さらにそこで、教師間の教材及び授業デザインの共有や子どもの学びと生活の実証データの検証から、授業実践中に起こった子どもの学びのエピソードとそこでの教師の情動的実践の共有へと展開することが明らかとなった。この知見は国内学会・国際会議で発表し、論文化進めているところである。第三に、本研究で検証したPLC理論、授業研究、アクション・リサーチの理論的整理を発展実施し、それぞれ成果として書籍化するに至っている。内定年度:2015渡航に向けた準備として、受入先機関であるボストン・カレッジリンチスクール・オブ・エデュケーションへの客員研究員(Visiting Scholar)申請を実施した。その結果、受入先機関より、本課題の研究目的及び計画に対する承諾とともに客員研究員としてのInvitationを受理した。その後は渡航に関わる諸手続きを遂行し、DS2019の取得に至っている。また、渡航後の研究推進のため、当該分野で蓄積された学術研究知見の整理を行うとともに、基課題の研究計画に沿って収集データの分析、考察、それらに基づく論文化に関わる作業を行った。来年度8月末の渡航に向けて準備を順調に進めた。本研究の目的は、(1)教師の不安受容と挑戦意欲を高める「専門職の学び合うコミュニティ(Professional Learning Communities、以下PLCと表記)」として運営されている学校の組織的実践の卓越性と持続可能性、(2)PLC学校における教師間の情動的実践の共有が教師個人及び学校組織の開発・発展に及ぼす影響、の2点を明らかにすることであった。これらの課題を検討するために、申請者は、学校の組織研究と教師の情動研究の第一人者であるボストン・カレッジのアンディ・ハーグリーブス教授と共同で基課題事例校と米国マサチューセッツ州のPLC学校との比較研究を実施している。上記の課題(1)に関して、申請者は共同研究者アンディ・ハーグリーブス教授とともに、基課題事例校である高等学校の学校改革プロセスにおける組織的営為を検証し、さらにPLCに関する理論的整理を行った。アンディ・ハーグリーブス教授はすでにPLCに関する理論的整理を前もって進めていたことから、申請者は同教授の理論的整理に基づいてPLCの理論前進の過程を踏まえながら、学校としてのPLCの成熟過程をモデル化することに成功した。基課題事例校である高等学校では、日本独自の学校文化・教師文化である授業研究が教師たちの情動的実践の共有を伴ってPLCの構築と成熟に作用しており、これは授業研究をはじめとした学校内における教師の協働的な専門性開発の組織化とPLCの成熟化との相乗作用や連動性を示唆する結果である。上記の成果はすでに日本での出版本の中で示し、広く日本の学校教師や教育研究者に読まれることになった。また、この成果を踏まえて、授業研究とPLCの関係に関する新たなパースペクティブを拓いたことで、学校一事例に限らず日本国内および世界各国の授業研究の実践とPLC構築の挑戦を支える出版本の準備に至っている。申請者は、平成29年8月末に渡米し、最初の1ヶ月は滞在国・都市での生活セットアップにかなり追われたために本研究課題に即した調査等の前進を図れなかったものの、平成29年10月以降にPLCの検証を共同研究者とともに実施できたことから、本研究課題の(1)についてはおおむね順調に進展したと言える。本研究課題(2)については、現在、共同研究者および滞在都市の教育関係者の支援を受け、マサチューセッツ州でPLCとして運営されている学校の実地調査を4月末以降に計画中である。研究計画でもこの検討課題(2)の調査分析は平成30年2月8月を計画していたことから、本研究課題の進捗状況は、おおむね順調に進展していると言える。

第一に、日本の高校の10年にわたる学校改革過程をアクション・リサーチによって追跡・診断研究したところ、校内研修の一環である授業研究を基軸として学校におけるPLC文化の成熟が図られていくとともに、そこで教師たちが単に実践を共有するのではなく、子どもの学びと生活のエピソードと授業実践から生じる豊かな情動を共有することで同僚性の高度化が図られ、教師協働と授業研究の洗練が図れることが示された。この知見は同校の学校改革10年の研究成果として公刊した。第二に、国際共同研究として日米のPLC学校の比較調査を実施し、日米で教師たちの協働学習を促す校内研修システム及びリーダーシップ実践に制度的・文化的差異はあるものの、学校におけるPLC文化成熟過程で、上記システム内での教師間の実践交流が多層性(世代交流や学年交流等)と多様性:PLCミーティング、データワイズ、授業研究等)により促進されることが示された。さらにそこで、教師間の教材及び授業デザインの共有や子どもの学びと生活の実証データの検証から、授業実践中に起こった子どもの学びのエピソードとそこでの教師の情動的実践の共有へと展開することが明らかとなった。この知見は国内学会・国際会議で発表し、論文化進めているところである。第三に、本研究で検証したPLC理論、授業研究、アクション・リサーチの理論的整理を発展実施し、それぞれ成果として書籍化するに至っている。2017年8月末の渡航に向け、VISA申請等の手続きを進め、渡航後には共同研究者であるボストン・カレッジ教授アンディ・ハーグリーブス氏との共同データ分析に着手する。本研究課題の探究によって狙う重要知見の導出は、研究課題(2)の実地調査とそれに基づく基課題知見との比較検証にかかっている。したがって、平成30年4月末から開始する実地調査を継続的に行い、多様なPLC学校の実践を収集していくことが本研究課題の今後の推進方策となる。また現在、研究課題(1)の成果に基づき、共同研究者と英語論文の執筆計画を勘案中である。研究課題(1)の成果が英語論文として実現すれば、本研究課題の探究がさらに推進されることになり、本研究の知見が世界各地の教育実践のイノベーションへと波及する可能性がある。
マゼラン雲赤色AGB星の系統的観測

大小マゼラン雲は恒星進化終末期の研究で重要な役割を担ってきた。特に、最近我々が発見した球状星団中の赤外線星及びオーストラリアのウッドらによる周期・光度関係の五重系列の発見は、恒星の進化及び銀河系の化学進化を考える重要な問題として注目されている。本研究では、専用望遠鏡を徹底的に利用し、広領域サーベイによりAGB星を探査し、多くのサンプルからこれらの問題を可能な限り明らかにしようとしたものである。そのためまず、サーベイ観測におけるデータ処理の自動化、パイプライン化を確立するとともに測光精度の向上を目指し、ソフトウエアの再評価を行った。この結果、データ処理が正確かつ迅速に行えるようになった。本観測は、南アフリカ天文台において名古屋大学専用望遠鏡(IRSF)+SIRIUSカメラを用いて約2ヶ月間行い、1.大マゼラン雲のバー領域1°×1°、及び2.年齢、重元素量の判っている球状星団約20ヶを3-4回反復観測した。観測のスパンは短いが、これらの結果、1.球状星団の色-等級図から、AGB変光星がJ-K>2程度で振幅の大きい変光星が出現すること、2.上記マゼラン雲バー領域において、数10個の明らかなAGB変光星を発見した。これらの結果は、今後AGB星の進化を考える上で、貴重なデータとなると考えられる。
マウス生殖細胞系譜決定の分子機構

次の世代のもとになる生殖細胞が、個体発生の過程で形成される機構は興味深いが、哺乳動物においてはあまり明らかになっていない。そこで、マウスの初期発生において、全能性幹細胞からなるエピブラストから始原生殖細胞が形成、分化する過程を制御する遺伝子を同定する目的で、次のように遺伝子スクリーニングを行った。まず、その遺伝子が欠損すると始原生殖細胞が全く形成されない、BMP-4遺伝子のノックアウトマウスと正常マウスを材料に、始原生殖細胞が形成される前の6.25日胚を使ったサブトラクションcDNAスクリーニングを行なった。得られた候補遺伝子の発現パターンをPCRおよびin situハイブリダイゼーション法により調べ、正常胚のエピブラストで特異的に発現する遺伝子の候補を得た。また、始原生殖細胞の前駆細胞や、その分化段階の初期から一貫して特異的に発現する遺伝子を同定し、さらにそういった遺伝子の中から、始原生殖細胞の形成および初期の分化に関わる遺伝子を単離することを試みた。これまでに作製した、始原生殖細胞で蛍光タンパク質であるGFPを発現するOct-3/4 GFPトランスジェニックマウスから、単離可能ななるべく早い時期の、移動期始原生殖細胞を純化した。次にそのようにして得た細胞と、全能性幹細胞を含む胚盤胞との間でサブトラクションcDNAスクリーニングを試み、候補遺伝子を得た。さらにそれらの発現パターンを同様に調べ、移動期および生殖隆起内の始原生殖細胞で発現しているが、全能性幹細胞や体細胞組織では発現しない遺伝子を見いだした。今後、これらの遺伝子の始原生殖細胞形成に対する機能を遺伝子ターゲッテングにより明らかにする。
電界放出型Cバンド高周波電子銃を用いたサブピコ秒電子ビーム源の開発

本研究では、小型でシンプルな構造でありながら、ピコ秒電子ビームの発生が可能な電界放出型Cバンド高周波(RF)電子銃を開発し、さらにそれをサブピコ秒にまでパルス圧縮する技術開発に挑戦する。装置の小型化に資するために、電子源には電界放出型の針葉樹型カーボンナノ構造体(CCNS)を使用する。研究代表者は、平成27年度にCCNSに対する電界放出特性の測定を行った。CCNS表面に印加される電界強度が28 MV/m以下の領域では電界強度を上げるに従って放出電流値が上昇するが、28 MV/mを上回っても電流値は頭打ちの傾向になることが分かった。また、電界強度を上げるに従って、カーボン構造体から突き出ているナノメートルオーダーの先端部が破壊され、電界放出の重要な特性が劣ることも分かった。そのため、CCNSをRF電子銃の電子源として利用するには、28 MV/m以下の電界強度で使用することが一つの目安になる。しかしこの値は、例えばフォトカソードRF電子銃で利用されている電界強度100 MV/mに比べて1/3以下の値である。そのため、RF電子銃内のRF空洞の数を増やし、初段の空洞でCCNSから電子を発生し、後段の空洞で電子を加速するのが現実的である。研究代表者は、RF空洞の数が合計3つのテスト空洞を民間の加工業者の協力の元、製作した。Cバンド空洞はその内径が小さいため目標の共振周波数に合わせるためには、空洞内径の高い加工精度が要求される。結果として、共振周波数5324.6 MHz、Q値9800、各セルの電界強度比もほぼ均一の3セル空洞を製作することに成功した。このテスト機製作で得た経験は、今後の実機製作に十分活かすことができる。今後は、CCNSから発生する電子をサブピコ秒に圧縮する技術についてシミュレーションを行い、テーブルトップサイズの装置でテラヘルツ波を発生する装置の開発を目標としている。
脳組織温熱療法効果における興奮性アミノ酸の関与

1.脳腫瘍の温熱療法時の正常脳への影響、細胞障害の機序を明らかにするため、温熱により興奮性アミノ酸の変化および組織学的変化について検討した。2.方法:全身麻酔下に成長雄ラットの右頭頂部皮質内に微小透析プローブ、脳温測定用プローブを挿入した。温熱の誘導は側頭部の骨窓からフラッドランプによる脳表面加熱により20分間行った。微小透析プローブをリンゲル液で毎分2μlの速度で灌流し、回収液中のアミノ酸濃度を高速液体クロマトグラフィーにより測定した。加温終了150分後に脳を潅流固定し、パラフィン包埋後ヘマトキシリン-エオジン染色を施し光学顕微鏡にて観察した。結果:加温による脳内温度分布は、脳表面が最も高温で、1°C/mmの割合で深部に向かうにつれ脳温は減少した。脳表より2mmの深さでグルタミン酸濃度は、41°Cでは変化がなかったが、43°Cでは、加温終了直後よりグルタミン酸濃度は上昇し、加温終了後60分後には加温前値に戻った。45°C加温群では、加温中よりグルタミン酸濃度は加温前値の300%まで上昇し、この上昇は加温終了後も続いた。組織学的には、45°C群では著明な凝固壊死巣、43°C群では脳虚血に見られるような神経細胞、星状膠細胞の変化が観察された。4.研究の意義:温熱の正常脳に対する影響および細胞障害の機序は未だ完全に解明されていない。本研究の結果から、温熱による細胞障害にグルタミン酸の神経毒性が関与する可能性が示唆された。今後、本研究により脳血流やその他の脳機能に対する温熱の影響の研究に新たな展開が得られるものと考える。
心の発達:概念発達の機構

幼児の素朴理論の獲得と改定を扱うサブグループは、領域(素朴物理学、生物学、心理学、社会学)ごとの枠組理論の暫定的な定式化、それにもとづく課題の構成・選定、年齢の異なる幼児への課題の実施と反応の分析を行った。素朴物理学では、ヒトにおいて重力の直観(物は真下に落下する)がきわめて強いために、2、3才に到ってもチューブ課題などに正反応しえないこと、さらにずっと後の年令でも移動中の物体(例えば飛行機)からの落下の軌跡を誤って判断することなど、乳幼児期をつなぐ知見が得られた。素朴生物学では、幼児が動物の行動とその結果をヒトのそれを基底として理解、記憶するらしいこと、身体現象に対して生気論的な因果的説明を自発的に構成でき、摂食により取り入れた力が病気への感染を防いだり、寿命をのばしたり、けがさえも直すことがあると考えていること、生物と複雑な人工物(自動的に作用するようにみえる人工物)をその内部過程が異なるという観点で区別し得ることなどが明らかになった。素朴心理学に関しては、幼児がすでに二つの心的状態(欲求と意図)を区別しうること、素朴社会学では物と交換にお金を受け取るという商業の仕組みをひとまず理解しているが同時にさまざまな誤概念を示すことなどが明らかになった。素朴理論は基本的には領域固有の発達を示すが、異なる領域に関する素朴理論が、相互作用する場合のあることも見いだされた。比較認知のサブグループでは、ヒトの乳幼児に対して用いられる刺激のうちどれが訓練に適しているか、乳幼児と比較可能な課題やその実施手続きとしてどんなものが考えられるか、さらに素朴理論の要素でヒト以外の動物の概念形成になじみそうなものはあるか、などを検討した。なかでも鳥類が視覚的類似性を越えた本質を認識しうるという意味で素朴理論をもつ可能性を示す結果が得られ、注目された。幼児の素朴理論の獲得と改定を扱うサブグループと、比較認知のサブグループにひとまず分かれて、それぞれに研究を進めた。幼児の素朴理論の獲得と改定を扱うサブグループ(稲垣、鈴木、高橋、波多野)では、分野ごとの枠組理論の暫定的な定式化、それにもとづく課題の構成・選定、年齢および文化的実践への参加などの経験において異なる幼児への課題の実施と反応の分析、さらに概念変化の過程とその認知的メカニズムの定式化とその検証、という形で研究を進めた。これまでの準備状況により、到達しえた水準は相当異なるが、最低限、幼児に適用可能な課題の作成と予備実験による吟味を行った。素朴生物学の分野では、一見似た現象である「生物の病気やけがからの回復」と「複雑な人工物の故障や消耗からの機能回復」を幼児が区別しうるかを検討し、5、6才児は、不完全とは言え、両者の違いをすべに識別しうることを示した。比較認知のサブグループ(渡辺、友永、岡ノ谷、波多野)では、ハトの物体・空間認知、チンパンジイの顔の認知、ジュウシマツの歌の学習などに関し従来の方法により研究を進めるとともに、ヒトの乳幼児に対して用いられる刺激のうちどれが訓練に適しているか、乳幼児と比較可能な課題やその実施手続きとしてどんなものが考えられるか(例えば隠された物体の探索)、さらに素朴理論の要素でヒト以外の動物の概念形成になじみそうなものはあるか(例えば素朴物理学の課題)、などを検討した、これにより、来年度以降により体系的な種間の認知発達の比較を行う準備が整った。

幼児の素朴理論の獲得と改定を扱うサブグループ(稲垣、鈴木、高橋、子安、波多野)では、分野(素朴生物学、物理学、社会学、心理学)ごとの枠組理論の暫定的な定式化、それにもとづく課題の構成・選定、年齢および文化的実践への参加などの経験において異なる幼児への課題の実施と反応の分析、さらに概念変化の過程とその認知的メカニズムの定式化とその検証、という形での研究を継続した。被験者は主として3-6才児である。その結果、幼児は生物と複雑な人工物を、その機能の回復・修復過程の自律性、促進要因、要因の働く速度に関して区別していること、温度の内包性を質的には理解していること、商品の流通の仕組みについてはほぼ理解しているが、利潤と売り上げを混同する傾向のあること、などが明らかになった。同時に、異なる領域に関する素朴理論が、相互作用しうる場合のあることも見いだされた。比較認知のサブグループ(渡辺、友永、岡ノ谷、板倉、波多野)では、従来の方法により研究を進めるとともに、ヒトの乳幼児に対して用いられる刺激のうちどれが訓練に適しているか、乳幼児と比較可能な課題やその実施手続きとしてどんなものが考えられるか、さらに素朴理論の要素でヒト以外の動物の概念形成になじみそうなものはあるか、などを検討するとともに、乳児の資料を得て、これと比較した。とくに注目される結果として、チンパンジーは他個体の持つ知識を理解しそれに基づいてさまざまな駆引きをくりひろげること、ハトが鳥類は動き得るが樹木はそうでない、といった外界におけるentitiesを区別する素朴理論を持つ可能性のあること、などが示唆された。幼児の素朴理論の獲得と改定を扱うサブグループ(稲垣、鈴木、高橋、子安、波多野)では、分野(素朴生物学、物理学、社会学、心理学)ごとの枠組理論の暫定的な定式化、それにもとづく課題の構成・選定、年齢の異なる幼児への課題の実施と反応の分析を行った。それによると、幼児は動物の行動とその結果をヒトのそれを基底として理解、記憶するらしいこと、温度の内包性の理解にははっきりした発達的傾向が見られること、物と交換にお金を受け取るという商業の仕組みをひとまず理解しているが同時にさまざまな誤概念を示すこと、視覚などを通じて知識が得られることを認識していること、などが明らかになった。素朴理論は基本的には領域固有の発達を示すが、異なる領域に関する素朴理論が、相互作用しうる場合のあることも見いだされた。比較認知のサブグループ(渡辺、友永、岡ノ谷、板倉、波多野)では、従来の方法により研究を進めるとともに、ヒトの乳幼児に対して用いられる刺激のうちどれが訓練に適しているか、乳幼児と比較可能な課題やその実施手続きとしてどんなものが考えられるか、さらに素朴理論の要素でヒト以外の動物の概念形成になじみそうなものはあるか、などを検討した。とくにウズラについて、正常状態との対比で、(薬物により生じた)活動性が極端に高いもしくは低い状態を合わせて異常状態として認識するらしいことが示唆された。これは昨年度に引き続いて、鳥類が視覚的類似性を超えた本質を認識しうるという意味で素朴理論をもつ可能性を示すもので、注目に値する。本年度はとくに、素朴物理学、素朴心理学に関して大きな前進があった。
振動刺激とコラーゲン線維のリモデリング

【目的】歯根膜恒常性の維持には、咬合刺激などの機械的刺激が不可欠である。このような刺激と歯根膜再生との関連を明らかにするために、本研究では、培養歯根膜細胞および未分化骨系細胞に進展刺激を与えるin vitroの系と、ラット臼歯を用いた歯の移植モデルに咬合刺激を作用させたin vivoの系にて、検討を行った。【材料および方法】Flexercell Strain Unitを用いて、歯根膜細胞およびstromal cell line ST2に対し、伸展刺激を48時間にわたり与え、歯根膜細胞におけるプロテオグライカンの産生や、ST2細胞の分化、また、両者の石灰化に及ぼす影響について検討した。ラット臼歯移植モデルにおいては、咬合刺激を対象に、術後のアンキローシス発生機序や歯根膜細胞に与える影響を検討した。【結果】歯根膜細胞は伸展刺激により、デコリンをはじめとするプロテオグライカンやtype I collagenの産生が上昇し、アルカリフォスファターゼ活性は低下した。未分化間葉系ST2細胞においては、骨芽細胞の分化マーカーであるCbfa1/Runx2 mRNAの発現が弱い刺激では増加し、強い刺激では減少した。一方、強い刺激ではアルカリフォスファターゼ活性は低下し、type I collagenの産生が上昇した。ラット臼歯移植モデルでは、移植後、咬合刺激を排除するとアンキローシスが起こり、移植直後の咬合刺激は歯根吸収をおこすことが明らかとなった。また、咬合刺激により、歯根膜細胞ではiNOS陽性細胞およびBrdU陽性細胞数が増加した。【考察】歯根膜において、機械的刺激は細胞の分化および増殖を促進し、石灰化を抑制していることが示唆された。また、歯の移植後の歯根膜の再生には、咬合刺激などの機械的刺激が不可欠であり、これらが、NO(一酸化窒素)などの産生を通じて、アンキローシスを抑制していることが明らかにされた。【目的】当教室においては、咬合刺激が歯根膜の恒常性を維持するという観点から、咬合機能低下モデルを用いて、機械的刺激が欠如した歯根膜の病態生理についてさまざまな報告を行ってきた。その中で、廃用性萎縮した歯根膜または自家移植時に損傷した歯根膜が矯正治療中にリモデリングされることに着目し、超弾性Ti-Ni合金ワイヤーを通じて歯根膜に与えられる微小振動刺激が、歯根膜線維の再生に関与していることを明らかにする目的で、in vivo、in vitroにて実験を行った。【材料および方法】Flexercell Strain Unitを用いて、歯根膜細胞およびstromal cell line ST2に対し、伸展刺激を48.時間にわたり与え、歯根膜細胞におけるプロテオグライカンの産生や、ST2細胞の分化に及ぼす影響について検討した。また、ラットを用いた移植モデルにおいては、術後の歯根吸収やアンキローシスがどのような機序で発生し、それらに機械的刺激がどのように関与しているかを検討した。ラットを用いた移植モデルでは、移植後、咬合刺激を排除するとアンキローシスが起こり、移植直後の咬合刺激は歯根吸収をおこすことが明らかとなった。【考察】機械的刺激は細胞分化を促がし、生理的機能の恒常性が維持される。未分化間葉系細胞は、刺激の種類により、異なる細胞へと分化し得ることが示唆された。移植後の移植歯歯根膜の再生には、咬合力などの機械的刺激の関与が大きな役割を果たし、一定条件下の強度や頻度が必要であることが示唆された。【考察】

歯根膜において、機械的刺激は細胞の分化および増殖を促進し、石灰化を抑制していることが示唆された。また、歯の移植後の歯根膜の再生には、咬合刺激などの機械的刺激が不可欠であり、これらが、NO(一酸化窒素)などの産生を通じて、アンキローシスを抑制していることが明らかにされた。
企業行動に対する政府規制の影響の国際比較研究

本研究においては企業行動に対する政府規制の影響の国際比較に関して、1.研究の理論的基礎に関連する文献資料および各国の規制の影響に関する調査資料の収集を行ない、研究代表者および研究分担者はそれぞれの専門領域における課題の研究を推進した。2.昭和63年度においては、日本企業、米国企業、および英国企業に対して規制の影響に関する包括的アンケート調査を実施し、この調査結果をベースとして規制の影響の国際比較がより詳細に検討された。3.本研究において明らかにされ、またとりあげられ分析された主要な問題は、次のとおりである。(1)政府規制が各国企業の組織構造にいかなる影響を与えているかである。政府規制の増大に対応して法務部、およびコムプライアンス関係のいわゆる規制遵守監視の組織が米国、英国企業に設置されているが、日本企業の設置率は低い。(2)政府規制が、日、米、英の企業に与えている不満、事務量負担、計画の遅延、変更等についても各国企業に対する規制の影響について、特にアメリカの自動車産業を事例として研究がなされた。(4)政府規制としての会計政策、不正支出防止規制、監査制度等、会計規制の各国における実態の解明により、その国際的差異が明らかにされた。(5)資金、取引面に対する政府規制に対応する企業の行動として、オフ・バランスシート・ファイナンシングの方法に関して研究がなされた。(6)企業の雇用、投資活動に対する規制の影響について分析が行なわれた。以上の諸点の研究成果は研究代表者、研究分担者によって論文・学会報告等の形で発表されている。政府規制が企業行動に与える影響に関して,研究代表者は主として企業の組織構造および意思決定に対する政府規制の影響をとりあげ分析している.この場合,研究の理論的基礎に関連する大献資料および各国の実情に関する分析資料等の収集が前提となる.政府規制が企業の行動に与えているマイナスの影響のみでなく,プラスの効果に関する意見をも重視し,規制に関する諸見解を整理した.研究分担者竹内一樹は,企業の生産,立地等に対する政府規制の影響を分担し,産業別には自動車および石油産業における規制についてアメリカおよびイギリスの比較分析を行った.研究分担者今福愛志は,会計規制に関する日本,アメリカ,イギリス,ドイツの大献を参考にしつつ理論面の検討をおこなった.その際,個々の企業が会計規制をどのように受けとめているかを中心に検討した.研究分担者田中健二は,企業の内部取引その他,取引面に対する政府規制の影響を研究し,とりわけオフバランスシート取引,有価証券含み益,貸倒引当金をとりあげ批判的な吟味をおこなった.研究分担者菱沼信は,企業の雇用政策,設備投資に対する政府規制の影響をとりあげ,とくに多国籍企業がこれらの領域のどのような規制に直面しているかを主として検討した.上記の各研究分担者および代表者は,これらの研究成果の一部を研究会報告,学術雑誌の論文,学会報告等の形ですでに発表または,発表を予定しており,研究計画は,次年度まで継続して進められることになっている.昭和63年度においては、研究代表者および研究分担者は62年度中に行なった研究のとりまとめと、63年に実施した日本、米国、および英国企業に対するアンケート調査の結果にもとづき、(1)規制の領域別に各国企業がどのように規制を受けとめているか、(2)各国の規制が企業に事務量負担および計画の遅延、中止などの影響を与えているか、(3)企業組織のなかに法務部門または規制の遵守監視のための組織を設けているか、(4)規制が企業の戦略に与えている影響および企業がロビイング活動をどのように考えているか、の諸点について分析した。単純集計およびクロス分析によって、米国企業、英国企業、日本企業が規制からうけている影響および規制に対する企業の対応のしかたについてかなり明確な差異競争力に影響しているものと考えられる。
パノスコピック形態制御された希土類系リチウム貯蔵合金電極の創製と二次電池への応用

Si電極は黒鉛電極の10倍もの高い理論容量を持つことが知られているが,金属系材料の中でも特にサイクル安定性に劣る.我々は,極めて優れた充放電サイクル安定性を有する希土類シリサイド(例えばLaSi_2)と単体ケイ素とをガスデポジション(GD)法を用いてコンポジット厚膜化することにより, 1000サイクル後においてもグラファイトの理論容量を超える大きな放電容量を保つ高容量と優れたサイクル安定性を併せ持つ電極の創製を実現した.Si電極は黒鉛電極の10倍もの高い理論容量を持つことが知られているが,金属系材料の中でも特にサイクル安定性に劣る.我々は,始めに希土類との化合物(シリサイド)とすることでこの間題の解決を図ろうとしたが,ケイ素特有の高容量の利点が損なわれてしまうことがわかった,一方で,希土類シリサイドが極めて優れた充放電サイクル安定性を有することを見出した.そこで本研究では,この化合物と単体ケイ素とをガスデポジション(GD)法を用いてコンポジット厚膜化することにより,高容量と優れたサイクル安定性を併せ持つ電極の創製を目指した.加えて,希土類以外の遷移金属シリサイドとSiとのコンポジット電極も作製し比較検討を行った.種々の遷移金属シリサイドとSiとのコンポジットに関して, GD厚膜電極のサイクルに伴う放電(Li脱離)容量の変化を調べたところ,いずれのコンポジット電極もSi単体電極と比較すると,初期の容量は減少したもののサイクル安定性が格段に改善された高性能電極となることが示された.なかでも希土類シリサイド(LaSi_2)/Siコンポジット電極では, 1000サイクル後においてもグラファイトの理論容量を超える大きな放電容量を維持しており,次世代のリチウム二次電池の負極として極めて有望であることがわかった.これらの電極のクーロン効率を見てみると,優れたサイクル安定性を示したコンポジット電極は, Si単体電極で見られる40サイクル付近での落ち込みが顕著に抑制されていることがわかった.これらの電極では基板からの活物質層の亀裂やはく離による集電性の低下が抑止されたものと推察できる、また,特に希土類シリサイドを用いたコンポジット電極(LaSi_2/Si)が優れたサイクル性能を示した.これは,希土類シリサイドが他のシリサイドよりもリチウムとの反応にともなう分解がより起きにくいことによるものと推察している.Si電極は黒鉛電極の10倍もの高い理論容量を持つことが知られているが,金属系材料の中でも特にサイクル安定性に劣る.我々は,極めて優れた充放電サイクル安定性を有する希土類シリサイド(例えばLaSi_2)と単体ケイ素とをガスデポジション(GD)法を用いてコンポジット厚膜化することにより, 1000サイクル後においてもグラファイトの理論容量を超える大きな放電容量を保つ高容量と優れたサイクル安定性を併せ持つ電極の創製を実現した.電気化学,電池
地盤と構造物の非線形動的相互作用に関するハイブリッド実験法の開発

本研究では、ミニコンピュ-タと電気油圧式アクチュエ-タをオンラインで結合して、地盤-構造物系の非線形地震応答解析を行うシステムを開発した。このシステムを用いて、ケ-ソン基礎、杭基礎を持つ簡単な構造物系の実験を行い、地震時における構造物基礎の動的終局安定性を評価するための指標を見いだすとともに、地盤-構造物系を対象としてその動的破壊規範を設定し、それに基づいて基礎と上部構造物に対する終局安全性の最適な配分法を見いだすことを最終的な目的とする。3年間の研究によって得られた地盤と構造物の動的相互作用に関する成果を以下に要約する。(1)直接基礎、ケ-ソン基礎、杭基礎を対象として、静的実験、動的加振実験、そして基礎の弾塑性領域における耐震性の検討を目的としてハイブリット実験を行い、動的復元力特性を行った。(2)複素剛性を動的加振実験から求める過程に於て、剛性と減衰が因果率を完全に満足するようなアルゴリズムを構築し、振動数に依存した基礎系の非線形地震応答を時間領域で求めるための数値積分法を開発した。(3)基礎と上部構造に対する許容塑性率を合理的に設定するための基礎資料を得るため、数多くの実験を実施した。結果として基礎を含めた構造物系の変形能の照査を行う場合に、どの様な規範を用いるべきかが明らかになった。(4)基礎の上に-自由度の上部構造が載っているような簡単な構造物系を考え、基礎と上部構造の剛性の比をどの程度にすれば構造物全体としての最適な安全性配分が達成されるかについて考察した。(5)カルマンフィルタを利用して非線形復元力特性の同定を行った。(6)3年間の研究によって得られた研究成果を取りまとめた。本研究では、ミニコンピュータと電気油圧式アクチュエータをオンラインで結合して、地盤ー構造物系の非線形地震応答解析を行うシステムを開発した。このシステムを用いて、地盤ー基礎系の復元力特性の数式モデルを提案するための基礎的な実験を行うとともに、地盤ー構造物系の地震応答を把握するための実験的研究を行った。このために、開発したシステムを用いて杭基礎を持つ簡単な構造物系の実験を行い、地震時における構造物基礎の動的終局安定性を評価するための指標を見いだし、地盤ー構造物系を対象としてその動的破壊規範を設定し、それに基づいて基礎と上部構造物に対する終局安全性の最適な配分法を見いだすことを最終的な目的とする。本年度は、昨年度に行ったケーソン基礎のハイブリッド実験に引き続き、杭基礎を対象として実験を行った。実験に用いた入力波形はTaft、八戸ならびに筑波における記録波形であり、入力波形の最大加速度を120、180、240、300galと変化させたものである。以下に本年度に行ったこと、および得られた結果を要約する。(1)杭基礎を対象として静的実験、動的加振実験、そして杭の弾塑性領域における耐震性の検討を目的として、杭頭拘束条件の基でのハイブリッド実験を行い、動的復元力特性の抽出を行った。(2)群杭効果や地盤の非線形特性が基礎の動特性に及ぼす特性を調べた。(3)基礎の並進と回転の連成項を考慮したプログラムを新たに開発し、これをハイブリッド実験に取り入れた。(4)杭基礎の上に一自由度の上部構造が載っているような簡単な構造物系を考え、基礎と上部構造物に入力されるエネルギーの総量を計測するとともに、この結果を用いて基礎と上部構造の剛性の比をどの程度にすれば構造物全体としての最適な安全性配分が達成されるかを明らかにした。本研究では、ミニコンピュ-タと電気油圧式アクチュエ-タをオンラインで結合して、地盤一構造物系の非線形地時震応答解析を行うシステムを開発した。