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コーポレート・ガバナンスと企業変革のメカニズム

本研究では、企業のガバナンス特性が、企業の変革行動を促進することで経営の効率化に寄与する可能性を示した。具体的には、所有構造や取締役会構造、すなわち、企業経営に対する改革圧力を増加させたとみられる「もの言う」株主である外国人株主や機関投資家、そして、取締役会の戦略的意思決定機能やモニタリング機能の強化を狙った執行役員制や社外取締役の導入は、「選択と集中」をキーワードとする事業ポートフォリオの再編(事業集約化)や、事業ガバナンスの強化(事業単位に対するモニタリングの強化)を促進したのである。企業のガバナンス構造と経営パフォーマンスとの関係を直接的に捉える従来の研究に対して本研究では、企業のガバナンス構造が企業の内部プロセス(経営戦略の策定や経営者の選任)に与える影響を分析することで、企業のガバナンス要因がどういったメカニズムで経営の効率化に寄与するのかを検討する。このような問題意識のもと、(1)ガバナンス構造が経営戦略の策定に与える影響、(2)ガバナンス構造が経営者の選任に与える影響、(3)経営者の交代と経営戦略の策定・変更との関係、の3つをサブテーマとして設定した。昨年度の研究計画における最重要課題は、本研究を今後進める上で必要不可欠なデータベースの整備であったが、企業パフォーマンス関連の財務データ、事業構成などの多角化データ、および所有構造や取締役会特性などのガバナンス関連のデータ整備は順調に進んだ。そして、研究計画で設定した個別の分析テーマのうち、「ガバナンス構造が経営戦略の策定に与える影響」に関する分析に着手することができた。そこでは、1990年代以降、「選択と集中」をキーデートに進められた日本企業の事業ポートフォリオの再編に対するコーポレート・ガバナンス構造の影響を推計した。企業の多角化戦略に関する先行研究のレビューから、事業の多角化、特に非関連多角化が企業価値に対してマイナスの影響を持つこと、したがって企業の事業ポートフォリオの再編は、非効率を発生させるような過剰な多角化の修正を伴う「事業集約化」が戦略上重要なポイントとなる。そこで、この事業集約化の発生確率に対する企業のパフォーマンス要因やガバナンス要因の影響を、ロジット・モデルを用いて分析した。サンプルは、1990年から98年までの東京証券取引所・一部上場企業(金融部門を除く)である。その分析結果を論文「The Decrease in Diversification and Corporate Governance : Evidencefrom Japanese Firms」にまとめ、本年の7月に中国・上海で開催されるThe International Federation of Scholarly Associations of Management (IFSAM)の9th World Congress 2008に投稿した。そして審査の結果、上記の学会で報告する機会を得た。以上が、昨年度の研究成果である。この分析では、東京証券取引所一部上場企業(金融部門を除く)をサンプルとして、1990年代後半における日本企業の「事業集約化」の発生要因を検討している。具体的には、「事業集約化」を、総務省の「日本標準産業分類」の2桁分類に基づいて集計された企業の事業部門数が前年度末に比べて減少したケースとして特定し、この発生確率をロジット・モデルを用いて推計した。事業集約化に注目した理由は、先行研究の成果から事業の多角化が経営の非効率を引き起こすと考えられること、そして実際に「選択と集中」を旗印に事業のリストラクチャリングが進められたと見られることである。分析の結果、1990年代後半に事業ポートフォリオの再編が活発化したこと、その際の「選択と集中」は、高業績の企業を中心に進められたことが示された。また、ガバナンス構造の影響としては、資本市場の圧力や負債の規律づけが、事業集約化を促進する可能性が示唆された。なお、研究計画として示した分析用データセットの継続的構築に関しても、企業の財務データやガバナンス関連データの整備が順調に進んだ。昨年度の研究計画における重要な目標の一つは、本研究における検討課題の一つである「ガバナンス構造が経営戦略の策定に与える影響」に関する研究の成果を論文にまとめることであった。この点に関しては、1990年代における日本企業の事業ポートフォリオの再編に関して、特に事業の集約化がどのような要因によって発生していたのかを分析した結果を、2008年の学会報告(The International Federation of Scholarly Associations of Management(IFSAM),9th World Congress)で得たコメントを参考にしつつ論文"The Decrease in Diversification and Corporate Governance:Evidence from Japanese Firms"にまとめ、ジャーナルCorporate Ownership and Control,Vol.6,Issue4(2009,Summer号;査読付き)に投稿して、掲載の機会を得た。この分析の結果、「選択と集中」は、業績が低迷している企業がやむを得ず不採算事業から撤退するというよりはむしろ、業績が好調な企業による積極的な事業ポートフォリオ再編という側面をもっていたことが明らかにされた。また、資本市場の圧力や負債の規律づけといった企業のガバナンス要因が、事業集約化を促進する影響を与えていたことが示された。なお、他の分析テーマである経営者交代と経営戦略との関係分析などに使用するデータベースの構築も概ね順調に進んでおり、今年度の分析の準備が整いつつある状況である。

なお、企業の経営戦略を捉える重要な側面としては、事業多角化とともに国際化の進展を把握することも重要であり、必要なデータの収集も行っている。本研究の目的は、企業のガバナンス構造が経営の効率化に寄与するメカニズムを企業内部の具体的な変革イベントに対する影響という視点から解明することであった。昨年度の研究成果としては、まず、効率的な企業経営の重要性が増大したという議論の前提となる事実として、日本企業における事業構造の複雑化を、東証一部上場企業(非金融部門)をサンプルとした詳細なデータベースを用いて丹念にフォローした。具体的には、多角化やグローバル化、グループ化が1990年代以降進展しているという事実の様式化に努めた。これまで、概ね1980年代までの日本企業の多角化に関しては事実が広く共有されていたが、本研究では90年代以降の日本企業の事業ポートフォリオの変容を明らかにした意義がある。この事業構造の変容の結果、グループ経営の強化が重要な戦略的課題となり、本社による傘下事業組織のコントロールの在り方が企業成果に大きく影響するようになった。そこで、事業単位に対する分権化とモニタリングの観点から、事業組織のガバナンスの実態にアプローチした。以上の分析結果をまとめた論文「日本企業における事業組織のガバナンス-企業の境界と二層のエージェンシー問題の視角から-」は、経済産業研究所(RIETI)のディスカッションペーパー(2010年12月、10-J-057)として公表された。また、分析の要点とインプリケーションは、2011年1月18日の日本経済新聞朝刊の「経済教室」に掲載された。一方、企業の変革イベントの一つとして注目していた経営者の交代関連の分析については、経営者交代の有無、交代パターンの特定や経営者の在職年数などのデータ準備に時間がかかり、現在データセットがようやく完成した状況である。このデータを用いた分析は今後の課題である。
ゼオライトへのフロンガスの吸着のNMR測定による研究

合成NaYゼオライト細孔内を制約されたナノ空間にしてフロンガスの吸着構造を調べる目的で、フロン分子を三重プローブ(Probe;探針子)として^1H-,^<19>F-^<13>C NMR測定実験を計画した。^<13>C-NMRについては感度が低いため成功しなかったので今後の課題として残した。そこでゼオライトにフロンガス(CHClF_2,CHF_3をフロン22,23という)を吸着させた時、フロン分子の吸着量とH-とF-NMRシグナルのケミカルシフトの関係から/(1)ゼオライトへのフロン分子の吸着構造モデルの決定/を行った。さらにゼオライト結晶内の不純物・強磁性Fe(360ppmを含有)が影響をもつ吸着種のH-,F-NMRによる緩和時間(T1;縦緩和)の測定から・吸着分子の挙動として運動相関時間を検討した。その結果、以下が得られた。/(2)フロン分子の吸着構造とFe原子との相関構造モデルの決定(3)Fe原子と測定核H, F原子間の緩和機構モデルの決定(4)Fe原子と測定核H, F原子間の各最近接距離の決定(6)吸着フロン分子の吸着寿命の決定(7)吸着フロン分子の平均ジャンプ距離(平均二乗拡散距離)の決定/本研究の目標の内、HY-NaY-ゼオライト対フロン22,23の組み合わせの吸着実験で、(1)^1H-^<19>F-NMRの測定の成功、(2)NaYゼオライトヘのフロン23の投稿結果は受理・印刷中、また(3)フロン22系の結果も投稿準備中(日本物理学会欧文誌を予定)、(4)緩和時間測定法(Inversion Recovely法)を用いた本系における吸着分子の拡散係数が文献値(別法)と一致、などが本研究の成果と結論できた。触媒や分子ふるいとして利用されているY型ゼオライトに吸着したフロンガスの吸着構造を調べる目的で吸着フロンのH,F-NMR測定実験を行った。NaY型ゼオライトに吸着したCHClF_2(以後フロン22)について、吸着量とNMRケミカルシフト、NMR緩和時間のそれぞれの関係を基に、吸着量と吸着構造(特に吸着量の少ない場合F原子がゼオライト表面のNa原子に近い位置で吸着している)の定性的な関係をまとめたものを、国際会議(Second Pacific Basin Conference on Adsorption Science and Technology2000年5月ブリスベーン)にて発表した。さらに温度変化と緩和時間変化の関係をまとめたものを、Adsorption 3,259-267,(2000) {Kluwer Academic Publishers}に掲載できた。一方、フロン22との比較のために、分子の対称性の良いCHF_3(以後フロン23)を吸着ガスにして吸着実験及び、NMR測定も行った。フロン22と同様な吸着構造を示唆することができ、前実験考察の妥当性を確認した。これら吸着量と吸着構造の定性的な関係をまとめたものを、日本化学会第78回春季年会(2000年3月船橋)にて発表した。次いで磁場の異なる(共鳴周波数の異なる)NMR分光器を利用した場合NMR緩和時間が共鳴周波数に依存する結果が得られたことから、吸着分子の運動相関時間と吸着量、周波数依存性の関係についてまとめたものを第16回ゼオライト研究発表会(2000年11月早稲田)にて報告した。今後の予定としては、吸着媒側であるゼオライトのNa-NMRを測定し吸着質、吸着媒の双方から研究を進めていく。

我々はすでに、合成ゼオライト(NaY5.6)に吸着したフロンガス(フロン22、フロン23)の吸着量測定実験、及びフロン分子内の^1H-、^<19>F-NMR測定を行い、吸着量とNMRケミカルシフトの関係からフロンガスの吸着モデルを提案している。加えて、H-、F-NMR緩和時間の吸着量依存性、温度依存性の測定実験も行っている。特に温度依存性については、H-、F-NMR緩和ともに極小値が存在するかなり特徴的な実験結果が得られた。このことについては日本化学会第79春季年会(2001年3月神戸)にて報告した。その際、吸着現象と吸着挙動に関係する緩和時間の定性的な説明はできた。しかし、既存の吸着モデルを基にしたフロン分子の吸着挙動の定量的な解析(吸着分子の等方回転、等軸回転を考慮した双極子緩和)を試みたが、実験結果(数十ミリ秒オーダーの短い緩和時間)を説明することはできなかった。そこで吸着剤であるNaY5.6ゼオライトの成分測定を行った結果、ゼオライト内に常磁性金属であるFeが150ppmほど含まれていることが判った。今後の予定としてはフロン分子の吸着にともなう相関時間、ゼオライト内に含まれるFeとフロン分子の相互作用などを考慮して、H-、F-NMR緩和時間の温度、吸着量および周波数依存性などを定量的に解析し、日本化学会第81春季年会(2002年3月早稲田)で報告する予定である。触媒や分子ふるい、さらに洗剤のビルダーとしても利用されているYゼオライトに、フロンガス(CHCLF_2、CHF_3をフロン22,23という)を吸着させて、フロンガスの吸着構造を調べる目的で、^1H-,^<19>F-NMR測定実験を行なった。フロンガスの吸着構造については、吸着量とケミカルシフトの関係から、すでにモデルを提案してきた。/(1)ゼオライトへのフロン分子の吸着構造の推定・確定/さらにゼオライト(強磁性のFe不純物、360ppm含有)上の吸着種のH-,F-NMRによる緩和時間(T_1;縦緩和)の測定から、吸着分子の運動相関時間を検討できた。その結果、/(2)吸着構造とFe原子との相関構造の推定(5)吸着フロン分子の吸着寿命;τ_Jの推定(6)吸着フロン分子の平均ジャンプ距離(平均二乗拡散距離);<r^2>の推定/などが得られた。以上、吸着研究者の最大関心事である吸着分子の関係、特に(1)吸着構造(2)Feとの相関(5)吸着寿命(6)平均ジャンプ距離を推定できたことは、本研究の当初の目的が十分に果たされたものと結論した。
糖尿病発症予測ツールに基づく全県レベルでの予防介入効果の検討

2型糖尿病発症予防についての臨床エビデンスの構築とリスク診断ツールの一般応用可能性を検討するため、臨床疫学研究と介入研究を融合した研究を行った。昨年度に引き続き、遺伝子多型と栄養食事介入(栄養摂取状況)の交互作用が臨床代謝指標に与える影響について解析をし、米国糖尿病学会やその他の国際学術集会において口頭発表をした。また、共同研究者らとも検討結果やプロジェクトについての打ち合わせを行った。研究結果を英文原著論文をDiabetes Careに発表し、さらに特に炭水化物代謝の遺伝多形についての研究を発展させ、炭水化物代謝機能と関連する遺伝子多形と体重変化の関連について研究した。研究結果については現在糖尿病専門分野の学術雑誌であるDiabetesに投稿し、リバイス改定中である。採用最終年である本年度も、糖尿病分野の英文雑誌に筆頭論文が掲載されるなど、糖尿病発症予測に役立つ研究成果を報告することができた。また、血中アミノ酸と糖尿病関連遺伝子多形の交互作用が耐糖能異常に関連するかについて検討し、研究成果を第66回米国人類遺伝学会(ASHG 2016)にて発表した。また、腸内細菌代謝産物であるTrimethylamine N-oxide、メタボロミクス関連指標(血中アミノ酸等)のデータを測定し、現在それらの耐糖能異常発症予測能についての解析結果をまとめているところである。28年度が最終年度であるため、記入しない。健康診査で糖尿病を指摘された後すみやかに通院治療を開始することが、未治療のまま放置することに比べて、どれほど血糖コントロール改善に寄与するかをレセプトと健康診査のデータを用いて大規模疫学的に検討した結果では、特に初診後から継続的に通院治療を受けた場合、より良好な血糖コントロールに寄与することを科学的に証明した。自身が開発した糖尿病リスクスコアの妥当性を検証した結果、開発したリスクスコアは、他の日本人集団でも良好な糖尿病予測精度を有しており、糖尿病発症予備軍の特定に有用であることを認めた。栄養摂取量や身体活動量、心理的要因に関する質問票を用いた大規模調査を行うための、電子データベース化装置を作成し、共同研究者と予備的調査を実施した。2型糖尿病発症予防を目指した臨床エビデンスの構築とリスク診断ツールの一般応用可能性を検討するため、臨床疫学研究と介入研究を融合した研究を実施した。本年度も糖尿病分野の英文雑誌に自身が筆頭である論文が掲載されるなど、糖尿病発症予測に役立つ研究成果を輩出した。肥満体格やその変化は2型糖尿病発症にどの程度関与するかについて検討した結果では、明らかな代謝異常を合併していなくても、肥満者では将来の2型糖尿病発症リスクが非肥満者よりも有意に高いことを認めた。糖尿病発症前の長期間の肥満度の変化を検討し、英文雑誌に報告した。早期腎機能低下を反映するシスタチンC値の糖尿病発症予測意義について研究を行い、検討結果は糖尿病専門医学雑誌に発表した。また、世界の糖尿病専門医や研究者らが会合した欧州糖尿病学会において、2型糖尿病発症の病態背景を検討した結果を口頭発表した。自身の多くの研究成果は、糖尿病ガイドラインに掲載されており、科学的エビデンスの蓄積に寄与していると考えられる。さらに、特に遺伝素因を含めた運動・栄養指導の介入研究を行うために必要な研究手法を習得すべく、米国欧米人を対象とした介入研究のデータを解析した。これまでに有意義な結果が得られており、論文投稿準備を進めているところである。本研究で得られた研究成果は英文原著論文として、糖尿病関連の英文医学雑誌に掲載されており、研究結果は糖尿病ガイドラインの改定に貢献していると考えられる。さらに遺伝素因を含めた場合の食事指導介入効果を検討しており、結果は米国糖尿病学会の口頭発表演題として採択されている。研究結果は現在論文投稿中であり、来年度中に掲載受理されるはずである。研究の目的を達成すべく着実に研究実施計画を実行に移した。得られた研究成果を国内・国際学会において発表するとともに、英文原著として多数報告している。本研究での見解は糖尿病予測スクリーニング分野において重要なエビデンスとなることが期待されるとともに、学会ガイドラインの改定のなどにも大きく貢献するはずである。

次年度もさらに研究内容が発展し、多くの研究成果が得られることが期待される。肥満者を対象とした食事指導介入研究のデータを解析する。栄養摂取量・身体活動量などさまざまな生活習慣要因と遺伝要因の交互作用が代謝疾患に与える影響を解析する。これらの一連の検討において得られた研究成果を国際学会において発表し、英語論文として報告する。さらに、指導介入効果が高い者を選定するために新たな解析手法を用いた詳細な検討を行う。これらの研究結果から糖尿病予防介入プログラム構築に寄与するエビデンスが得られるはずである。28年度が最終年度であるため、記入しない。人間ドックや健診受診者を対象として、栄養・食事・運動・心理的ストレスに関する質問票を用いた大規模な調査を引き続き展開する。2型糖尿病発症予防のための生活習慣改善介入プログラムを科学的根拠に基づき決定するため、調査で得られたデータ(詳細な生活習慣)が代謝疾患とどのように関連するかを明らかにする必要がある。一方、生活習慣介入に対する効果や反応には個人差が認められ、遺伝的素因などの対象者背景の違いが、効果反応性に影響を与えると考えられる。そのため、対象者の特徴を考慮した個別化予防戦略が構築できるかについても詳細に検討する必要性があると思われる。健診受診者に対する糖尿病予防を目的とした介入指導を行い、最適な糖尿病予防介入プログラムの構築に向けた研究を継続して展開する。
樹木のあて材形成におけるペルオキシダーゼ活性と内性IAAの変動について

1年生ユ-カリ(Eucaliptus viminalis)苗木の樹高中間部を、頂芽が下向きになるようにU字型に湾曲させて固定し、10日おきに計5回湾曲部の幹をサンプリングした。controlとして湾曲処理を行わない苗木の樹高中間部をサンプリングした。サンプリング試料を重力方向に対して上部(あて形成部)と下部(非あて形成部)に2分割した。試料の一部から木粉を調整しアルコール・ベンゼン抽出後、リグニン定量ならびにニトロベンゼン酸化によるS/Vを測定した。残りの試料は剥皮後、形成層を含む木部の薄切片から可溶性ペルオキシダーゼ(SPO)画分、イオン結合性ペルオキシダーゼ(IPO)画分を調整し、グアイアコールとシリンガアルダジンを基質として活性を測定した。上部のリグニン含有量は処理日数の経過とともに減少し、下部およびcontrolのリグニン量は変化しなかった。バニリン収率は上部、下部ならびにcontrolで変動が小さく、近似した値となったが、シリンガアルデヒド収率は処理30日目以降、上部で大きく上昇した。その結果、あて部のS/Vは非あて部やcontrolと比較して処理の後半で大きくなった。SPOならびにIPO画分のグアイアシル核とシリンギル核に対する基質特異性を比較した結果、SPO画分では大きな変動はなかったが、IPO画分ではシリンギル核に対する特異性がS/V比の上昇とともに高くなった。以上の結果から、広葉樹のあて形成に際して、シリンギルリグニン生合成に特異的な酵素群が優先的に発現される可能性が示唆され、また、広葉樹のあて形成はシリンギルグニン生合成に関する有力なin situモデル実験系となりうることが明らかとなった。なお、あて形成の際のIAAの変動に関しても追跡を試みたが、質量分析器の検出限界範囲内で定量可能なレベルのIAAを検出することはできなかった。
「食道癌術後患者へのケア・コーディネーションによる食の再獲得支援モデル」の構築

食道癌術後患者は食の機能が著しく低下し、不快症状による食の困難さから十分な栄養摂取ができず体重が減り、生活が狭まり生きがいをも見失ってしまう。患者が自分に合った食生活を見出す「食の再獲得」支援が重要であり、多職種の高度な専門性が発揮されるようケアを統合・調整する「ケア・コーディネーション」が必須である。本研究では1術後患者の食の実態とプロセスの明確化、2食道癌術後患者の食の支援における各医療者の役割の明確化、3知見を統合し、「食道癌術後患者へのケア・コーディネーションによる食の再獲得支援モデル」構築をめざす。
網膜組織形成時におけるムスカリン受容体及びATP受容体によるCa^<2+>動員

成体の神経系では、アセチルコリンとATPは神経伝達物質として作用することが知られているが、発生過程の未分化な細胞や増殖期の細胞に対しては、細胞内Ca^<2+>濃度の上昇を引き起こすことが報告されている。細胞内Caイオンは細胞増殖、細胞分化及び形態形成に重要な役割を果たすとされており、アセチルコリンとATPによる細胞内Ca^<2+>濃度上昇が、発生過程の細胞に特異的な応答である可能性が考えられる。本研究では、ATPによる細胞内Ca^<2+>濃度上昇の発生過程における変化と、ムスカリン受容体、及び、ATP受容体によるCa^<2+>濃度上昇の細胞内情報伝達系を解析した。鶏胚の網膜神経層を用い、その灌流標本にCa^<2+>感受性色素fura-2 AMを負荷して細胞内Ca^<2+>濃度を蛍光側光した。その結果、ATPによる細胞内Ca^<2+>濃度上昇は、発生の初期(孵卵3日目)で最も顕著に生じるが、細胞増殖が終了するまで(孵卵7-12日目)に激減し、シナプスが形成される(孵卵14日目)以前に痕跡的となることを明らかにした。また、P_<2U>型ATP受容体に連関するG蛋白の少なくとも一部は百日咳毒素感受性であり、一方、ムスカリン受容体に連関するG蛋白は百日咳毒素非感受性であった。また、ホスホリパーゼCの阻害剤であるU-73122はATPによるカルシウム応答を抑制したが、U-73343はATP応答を抑制しなかった。これに対し、ムスカリン受容体によるCa^<2+>応答は双方により抑制された。両者のCa^<2+>応答はIP3感受性Ca^<2+>ストアにより生じ、両者のCa^<2+>応答間にクロストークが観察され、IP3感受性Ca^<2+>ストアの一部は両者の応答に共通に利用されると思われた。本研究は、発生初期の網膜神経層細胞では、アセチルコリンとATPが細胞内Caイオン濃度を調節することで、細胞増殖や細胞分化を制御する可能性を示唆する。発生初期の網膜においてアセチルコリンとアデノシン三リン酸(ATP)が細胞内カルシウム濃度を上昇させることを発見した。これらのカルシウム応答は薬理学的解析からムスカリン受容体とP_<2U>型プリン受容体を介することが明らかになった。また、細胞外液のカルシウムを除去しても細胞内カルシウム濃度上昇が生じることから、これらのカルシウム応答は細胞内カルシウムストアからのカルシウム放出による事が同定された。ムスカリン受容体とP_<2U>型プリン受容体からカルシウムストアへの細胞内情報伝達経路について解析した結果、両者の受容体ともG蛋白を介してホスホリパーゼCを活性化し、イノシトール三燐酸(IP_3)感受性カルシウムストアからカルシウム放出を起こす事を示唆する実験的証拠が得られた。さらに、両者の受容体の細胞内情報伝達経路に差が見られ、P_<2U>型プリン受容体に連関するG蛋白の少なくとも一部は百日咳毒素感受性であり、一方、ムスカリン受容体に連関するG蛋白は百日咳毒素非感受性であった。

また、ホスホリパーゼCの阻害剤であるU-73122はATPによるカルシウム応答を抑制したが、U-73343はATP応答を抑制しなかった。これに対し、ムスカリン受容体によるカルシウム応答はU-73122とU-73343の双方により抑制された。両者のカルシウム応答間にクロストークが観察され、IP_3感受性カルシウムストアの一部は両者の応答に共通に利用されると思われた。カルシウムストアからのカルシウム放出後、細胞外からカルシウム流入が起こり、このカルシウム流入はZn、Ni及びLaにより抑制された。ムスカリン受容体とP_<2U>型プリン受容体を介するカルシウム応答は、細胞の増殖および分化が活発な時期に特異的に生じ、アセチルコリンとATPが細胞内カルシウムイオンを介して網膜細胞の増殖および分化を制御していると想定される。成体の神経系では、アセチルコリンとATPは神経伝達物質として作用することが知られているが、発生過程の未分化な細胞や増殖期の細胞に対しては、細胞内Ca^<2+>濃度の上昇を引き起こすことが報告されている。細胞内Caイオンは細胞増殖、細胞分化及び形態形成に重要な役割を果たすとされており、アセチルコリンとATPによる細胞内Ca^<2+>濃度上昇が、発生過程の細胞に特異的な応答である可能性が考えられる。しかしこれまで、神経系・非神経系を問わず、アセチルコリンとATPによるCa^<2+>応答の発生過程に伴う変化を系統的に調べた研究はない。本年度の研究では、ATPによる細胞内Ca^<2+>濃度上昇の発生過程における変化を解析した。細胞分裂、細胞分化及びシナプス形成などの発生過程が明確にされている鶏胚の網膜神経層を用い、その灌流標本にCa^<2+>感受性色素fura-2AMを負荷して細胞内Ca^<2+>濃度を蛍光側光にした。その結果、ATPによる細胞内Ca^<2+>濃度上昇は、発生の初期(孵卵3日目)で最も顕著に生じるが、細胞増殖が終了するまで、(孵卵7-12日目)に激減し、シナプスが形成される(孵卵14日目)以前に痕跡的となることを明らかにした。この事実は、発生初期の網膜神経層細胞では、ATPが細胞内Caイオン濃度を調節することで、細胞増殖や細胞分化を制御する細胞間のメッセンジャーとして機能している可能性を示唆するものである。さらに、発生初期でのATPによるCa^<2+>濃度上昇は、細胞内Ca^<2+>ストアからのCa^<2+>放出により生じ、Ca^<2+>応答の薬理学的性質からP_<2U>プリノセプターがこの応答に関与していることを明らかにした。P_<2U>プリセプターを介するCa^<2+>濃度上昇の細胞内メカニズムは、非神経細胞にも共通すると考えられ、この点は細胞生理学的に重要な所見である。
生涯学習体制における地域社会学習プログラムの開発に関する研究

本研究は、学校教育と社会教育との関連を踏まえ、「地域社会」を学習するプログラムを作成することによって、生涯学習体制における学校教育のあり方を再考し、主体的に学び続ける子どもを育成する社会科授業構成に貢献することを目指している。平成7年度の研究実績は、以下のとおりである。1.博物館等の常設展示内容・普及活動の実態調査-学校と博物館の連携を組織的に図っている事例、児童生徒用学習ノート・ワークブックを作成している事例、小・中学校教師による「博学」連携の学習指導案を作成している事例2.埼玉県の文化遺産等の調査-博物館等の展示内容や地域社会学習の基になる県内の文化遺産等の実態調査3.地域社会学習プログラム作成のための基礎研究。4.社会科授業の参観・記録の収集・分析。平成8年度は、「学校教育における博物館の活用法」についての研究を実施した。各博物館の教育普及活動・博学連携事業の実態と課題を明らかにした。1.博物館と学校が連携した授業の諸形態-博物館における授業と学校におけるティームティーチング2.「博学連携」事業-博物館を活用した授業研究会、博物館活用に関する教職員研究会及び協議会3.子どものの学習意欲を喚起する博物館の在り方-博物館の展示や学習コースの工夫、博物館の利用を促す授業・指導の在り方、博物館(学芸員)と学校(教員)と子どもとの連携の在り方本研究は、学校教育と社会教育との関連を踏まえ、「地域社会」を学習するプログラムを作成することによって、生涯学習体制における学校教育のあり方を再考し、主体的に学び続ける子どもを育成する社会科授業構成に貢献することを目指している。1.博物館と学校が連携した授業の諸形態-博物館における授業と学校におけるティームティーチング2.「博学連携」事業-博物館を活用した授業研究会、博物館活用に関する教職員研究会及び協議会3.子どものの学習意欲を喚起する博物館の在り方-博物館の展示や学習コースの工夫、博物館の利用を促す授業・指導の在り方、博物館(学芸員)と学校(教員)と子どもとの連携の在り方本研究は、学校教育と社会教育との関連を踏まえ、「地域社会」を学習するプログラムを作成することによって、生涯学習体制における学校教育のある方を再考し、主体的に学び続ける子どもを育成する社会科授業構成に貢献することを目指している。本年度の研究実績は、以下のとおりである。1.博物館等の常設展示内容・普及活動の実態調査。その結果、学校と博物館の連携を組織的に図っている事例、児童生徒用の学習ノート・ワークブックを作成している事例、小・中学校教師による「博学」連携の学習指導案を作成している事例などが明らかになった。2.埼玉県の文化遺産等の調査。博物館等の展示内容や地域社会学習の基になる県内の文化遺産等の実態調査を実施し、その教材性を検討し、地域社会学習プログラムの枠組みを作成した。3.地域社会学習プログラム作成のための基礎研究。教材としての「水」を取り上げ、現在の学習状況や先行授業研究を検討し、「総合学習」「完成の覚醒」「博学の連携」の必要性を指摘した。小・中学校において博物館や郷土資料館等の展示内容を活用した社会科授業実践事例を収集し、その類型化を試みた。本年度は、地域社会学習プログラム作成の一つの手段である「学校教育における博物館の活用法」についての研究を実施した。研究遂行のために、埼玉県内の博物館(川越・八潮・戸田・県立さきたま)の指導主事・主査を研究協力者として委嘱し、「博学連携」研究会を組織した。本年度の研究成果は、各博物館の教育普及活動・博学連携事業の実態と課題を明らかにしたことである。1.博物館と学校が連携した授業の諸形態(1)博物館における授業=地域に関する体験学習、ボランティアの場としての博物館(2)学校におけるティーム・ティーチング=博物館の協力による体験学習2.「博学連携」事業(1)博物館を活用した授業研究会(2)博物館活用に関する教職員研修会及び協議会3.子どもの学習意欲が喚起する博物館の在り方(1)博物館の展示や学習コースの工夫(2)博物館活用・利用の契機をつくる授業・指導(3)博物館(学芸員・指導主事)と学校(教員)と子どもとのコミュニケーション
骨芽細胞から骨細胞へのスイッチングにおけるON-OFF機構の新規解明

本研究では、骨芽細胞から骨細胞として骨基質に埋め込まれる時空的タイミングがどのような因子・環境によって制御されるのか、その細胞マーカーは存在するのか、また、骨細胞へのスイッチングが決定している骨芽細胞では細胞極性や細胞骨格といった細胞内小器官にダイナミックな変化が生じるのかといった、基質内に埋め込まれる前に特定の骨芽細胞に「分化指令」がなされるか否か解明することを目的としている。平成30年度の研究において、申請者はpodoplaninに注目し、podoplaninを介した骨芽細胞から骨細胞へのスイッチング誘導の可能性、podoplaninとCD44との結合を介したEMR familyのリン酸化ならびにアクチンフィラメントの再構築を誘導することで、骨芽細胞から骨細胞への分化の可能性を検索した。その結果、骨リモデリング部(骨幹端)ではCD44陽性破骨細胞がpodoplanin陽性骨芽細胞に接触すること、また、その骨芽細胞は細胞膜にリン酸化ezrin陽性反応を示し、さらに、その骨芽細胞のアクチン線維は他の骨芽細胞よりも骨細胞に類似した細胞内分布を示すことが明らかとなった。一方、モデリング部位である皮質骨骨髄側では、podoplanin陽性骨芽細胞が骨表面に一定間隔で局在していたが、podoplanin陽性骨芽細胞とCD44陽性細胞との細胞間接触像は観察されなかったにも関わらず、podoplanin陽性骨芽細胞の細胞膜周囲にはリン酸化ezrinの局在が認められた。以上から、モデリング部位では、骨細胞への分化におけるpodoplaninシグナルはCD44陽性破骨細胞に依存しないのに対して、骨リモデリング部位では、podoplanin陽性骨芽細胞が、CD44陽性破骨細胞と接触することで、骨細胞への分化が増強される可能性が推察された。皮質骨のような緻密骨において、骨細胞はほぼ一定の間隔をあけて局在していることから、申請者は、骨芽細胞から骨細胞に分化する際に時空的な調節が存在するのではないかと考え、本研究を実施した。特に、骨芽細胞から骨細胞として骨基質に埋め込まれる時空的タイミングがどのような因子・環境によって制御されるのか、その細胞マーカーは存在するのかに注目した。その結果、申請者はpodoplaninが骨芽細胞の細胞膜および骨基質に埋め込まれたばかりの骨細胞の細胞膜、および、一部の骨芽細胞や骨細胞の細胞突起に一致して局在することを見出した。従って、podoplaninは、骨細胞に分化しつつある骨芽細胞、あるいは、分化したばかりの骨細胞に対するマーカーになりうることが推測された。興味深い現象として、骨リモデリング部位ではCD44陽性破骨細胞が細胞間接触を介してpodoplanin陽性骨芽細胞におけるezrinリン酸化を促進している可能性が示唆されたのに対して、モデリング部位ではCD44陽性細胞とpodoplanin陽性骨芽細胞との細胞間接触は認められなかったが、podoplanin陽性細胞はezrinリン酸化を示した。このことは、骨リモデリング部位では破骨細胞依存して、また、モデリング部位では破骨細胞に依存せず骨細胞分化が促進される可能性が示唆された。これまでに、骨芽細胞・骨細胞系が破骨細胞分化を調節する可能性が示されてきたが、破骨細胞が骨芽細胞から骨細胞への分化を調整する可能性はこれまでになく、新規性の高い研究成果であると考えられた。今回の実験で、podoplanin陽性骨芽細胞が骨細胞に分化する可能性、また、その際にezrinのリン酸化によってアクチンフィラメントの細胞内構築がダイナミックに変化することを明らかにした。一方で、骨リモデリング部位では破骨細胞に依存して、また、モデリング部位では破骨細胞に依存せず骨細胞分化が促進される可能性が示された。以上の研究成果を踏まえると、申請者の新たな疑問として、CD44とpodoplaninの結合がpodoplanin陽性骨芽細胞の骨細胞への分化を促進する可能性について詳細に検討する必要があること、また、podoplanin陽性を示さない多数の骨芽細胞が存在することから、いったい、どのような因子や微細環境が骨芽細胞にpodoplaninを発現させるのか、また、多くの骨芽細胞にpodoplaninの過剰発現を誘導したときに、骨細胞への分化が亢進するのか明らかにすることは重要であると考えられる。従って、培養細胞系を用いて、CD44を培養骨芽細胞またはカルバリアに作用させることで、ezrinリン酸化が亢進するのか、あるいは、骨細胞分化が亢進するのかを確認する。さらに、podoplaninを骨芽細胞に過剰発現させて骨細胞の分化過程を検索したい。

その結果、骨リモデリング部(骨幹端)ではCD44陽性破骨細胞がpodoplanin陽性骨芽細胞に接触すること、また、その骨芽細胞は細胞膜にリン酸化ezrin陽性反応を示し、さらに、その骨芽細胞のアクチン線維は他の骨芽細胞よりも骨細胞に類似した細胞内分布を示すことが明らかとなった。一方、モデリング部位である皮質骨骨髄側では、podoplanin陽性骨芽細胞が骨表面に一定間隔で局在していたが、podoplanin陽性骨芽細胞とCD44陽性細胞との細胞間接触像は観察されなかったにも関わらず、podoplanin陽性骨芽細胞の細胞膜周囲にはリン酸化ezrinの局在が認められた。以上から、モデリング部位では、骨細胞への分化におけるpodoplaninシグナルはCD44陽性破骨細胞に依存しないのに対して、骨リモデリング部位では、podoplanin陽性骨芽細胞が、CD44陽性破骨細胞と接触することで、骨細胞への分化が増強される可能性が推察された。皮質骨のような緻密骨において、骨細胞はほぼ一定の間隔をあけて局在していることから、申請者は、骨芽細胞から骨細胞に分化する際に時空的な調節が存在するのではないかと考え、本研究を実施した。特に、骨芽細胞から骨細胞として骨基質に埋め込まれる時空的タイミングがどのような因子・環境によって制御されるのか、その細胞マーカーは存在するのかに注目した。その結果、申請者はpodoplaninが骨芽細胞の細胞膜および骨基質に埋め込まれたばかりの骨細胞の細胞膜、および、一部の骨芽細胞や骨細胞の細胞突起に一致して局在することを見出した。従って、podoplaninは、骨細胞に分化しつつある骨芽細胞、あるいは、分化したばかりの骨細胞に対するマーカーになりうることが推測された。興味深い現象として、骨リモデリング部位ではCD44陽性破骨細胞が細胞間接触を介してpodoplanin陽性骨芽細胞におけるezrinリン酸化を促進している可能性が示唆されたのに対して、モデリング部位ではCD44陽性細胞とpodoplanin陽性骨芽細胞との細胞間接触は認められなかったが、podoplanin陽性細胞はezrinリン酸化を示した。このことは、骨リモデリング部位では破骨細胞依存して、また、モデリング部位では破骨細胞に依存せず骨細胞分化が促進される可能性が示唆された。これまでに、骨芽細胞・骨細胞系が破骨細胞分化を調節する可能性が示されてきたが、破骨細胞が骨芽細胞から骨細胞への分化を調整する可能性はこれまでになく、新規性の高い研究成果であると考えられた。今回の実験で、podoplanin陽性骨芽細胞が骨細胞に分化する可能性、また、その際にezrinのリン酸化によってアクチンフィラメントの細胞内構築がダイナミックに変化することを明らかにした。一方で、骨リモデリング部位では破骨細胞に依存して、また、モデリング部位では破骨細胞に依存せず骨細胞分化が促進される可能性が示された。以上の研究成果を踏まえると、申請者の新たな疑問として、CD44とpodoplaninの結合がpodoplanin陽性骨芽細胞の骨細胞への分化を促進する可能性について詳細に検討する必要があること、また、podoplanin陽性を示さない多数の骨芽細胞が存在することから、いったい、どのような因子や微細環境が骨芽細胞にpodoplaninを発現させるのか、また、多くの骨芽細胞にpodoplaninの過剰発現を誘導したときに、骨細胞への分化が亢進するのか明らかにすることは重要であると考えられる。
先進各国の現物給付供給に地方政府の課税能力と租税構造が与える影響について

普遍主義的福祉を支える現代国家の地方税財政の持つ意義を、スウェーデン地方財政史と計量的な比較分析によって研究し、その成果を博士論文として提出した。特に、本年度は1966年に導入されたスウェーデン初の財政調整制度である税平衡交付金制度の成立過程を、交付方式の採用過程に焦点を合わせて分析した。戦前からの議論において、地方政府が操作できない変数として「1人当たり課税所得」である「課税力」が注目を浴びてきた。1952年に報告書を提出した一般国庫補助金委員会は,一般補助金の交付基準の「柱」として「課税力」を採用し,併せて自治体間の経費の差異を考慮する仕組みを提案した。さらに、1958年税平衡化委員会が発足し、「課税力」を柱に人口構成指標によって交付金額を調整する制度が構想され,1963年2月13日の会議では若年層人口比による指標と課税力を組み合わせた制度が多数の賛同を得た。しかし,同会議の後、自治体の「税率」を交付基準にすることを提案する動きが強まることとなった。数十年におよび調査と構想がなされてきた自治体の財政需要を考慮した交付金額調整という手法は後退したのであった。税平衡化委員会提案は,客観的な指標による交付金配分よりも税率平準化効果を重視し,税率を交付基準とする税平衡交付金を導入した。そこには,税率基準ならば若年層割合を用いた指標では排除される過疎自治体をも税平衡交付金制度に包摂する狙いがあったのである。地方自治体に強力な権限が付与され、税率決定権を持つ地方比例所得税をもつスウェーデンにおいて、戦前から多くの自治体がサービス費の財源不足に直面していた。普遍主義的な福祉を分権的に供給するためには、地方自治体合併だけでは対応できず、財政調整制度の制度化を待たなければならなかった。以上の通り、本研究では、スウェーデンの福祉政策を支える地方税財政の形成過程の一端を明らかにした。スウェーデンの戦後の福祉国家拡大を準備した地方比例所得税の形成と福祉政策の関係を戦間期の地方税制に着目し分析した。20世紀初頭、スウェーデンにて工業化が進行し、地方自治体において、インフラ設備、教育、社会福祉への支出が増大した。そのため地方自治体に国庫補助金を支給する議論が高まり、1917年に導入される。19世紀のスウェーデンでは、平均余命の増加、都市への人口移動、産業構造の変化によって人々が公的なケアを求めていた。19世紀末の地方自治体には、それを供給する資源はなかった。年金法、教育制度の整備、救貧法の改正、児童福祉法制定によって国と地方自治体の住民に対する福祉の責任が高まる。そのため、福祉供給を含めた地方自治体の経費を賄う地方税の構築という議論が高まり、1928年に地方税法が制定した。この点をうまく表現しているのが1928年第2院の動議である。その動議は「重い租税負担をもつ地方コミューンへのより効率的な税平衡化」に関するものであり、20世紀初頭から1928年にかけて「経済的領域における拡大と同時に、成人教育、医療・救貧・児童福祉の領域における文化的・社会的発展を伴い」、それは「コミューンに巨額の経費とそれに伴う地方税の増大」をもたらしたとされる。1920年に提案導入された税平衡化の機能を持つていた地方累進税は、この税負担格差是正と税制構築の議論を結びつけた。自治体自身が、自身の経費を賄うといった方向性が形成されることとなる。地方累進税自体は、1938年、国税に統合された。地方自治体の支出を賄う税は地方比例所得税として定着し、自治体間の税負担格差等への対処は戦後の課題とされた。戦後のスウェーデンの政府拡大は、地方財政の拡大によってもたらされた。これは、従来政治史から議論されてきたスウェーデン福祉国家論について、地方財政と福祉政策の関係の重要性を指摘していると言える。現代スウェーデンの税財政システム形成の重要な画期として1928年の地方比例所得税の制度化と1966年の財政調整制度の導入が指摘される。しかし,地方政府に豊かな税収をもたらす地方比例所得税は,戦前に地方累進税との組み合わせで提案されたものであった。この地方累進税の税収の一部は,財政調整制度の前身である税平衡化補助金の原資とされた。しかしながら,累進課税の導入が税負担の地域間格差を悪化させた点が批判され,1928年に税平衡化補助金の原資を提供する機能がなくなり,1938年に国税に統合・廃止された。「協調的分権モデル」を簡単に整理すれば,1.地方政府に税率決定権があり,2.勤労所得に対して中央政府が累進税を地方政府が比例税を課税し,3.1と2の組み合わせのもと再分配政策を地方政府が行い,その結果発生する地方自治体間の財政力格差を水平的財政調整制度において調整する,以上の3点の要素を持つとされる。スウェーデンは伝統的に1の条件を満たしていたが,自治体の支出を賄うための弾力的な税制整備と公平性の観点から地方比例所得税と地方累進税が導入され,その後,税平衡化と企業課税の観点から後者が1938年に国税に統合・廃止されることで2が成立した。3が整備されるのは戦後の財政調整制度の導入を待たなければならない。戦間期の地方累進課税には、市から地方コミューンへの水平的な税収の再分配を応能原則に基づいて行うという,戦後の水平的財政調整につながる試みがなされたといえるが,この枠組みは失敗に終わった。

本研究は今まであまり注目されてこなかった戦後の福祉国家スウェーデンの特徴との異同や当時推計された地方累進税廃止の影響を指摘し、地方累進課税と税平衡化補助金の地方財政に与えた影響をタイル尺度によって定量的に明らかにした。普遍主義的福祉を支える現代国家の地方税財政の持つ意義を、スウェーデン地方財政史と計量的な比較分析によって研究し、その成果を博士論文として提出した。特に、本年度は1966年に導入されたスウェーデン初の財政調整制度である税平衡交付金制度の成立過程を、交付方式の採用過程に焦点を合わせて分析した。戦前からの議論において、地方政府が操作できない変数として「1人当たり課税所得」である「課税力」が注目を浴びてきた。1952年に報告書を提出した一般国庫補助金委員会は,一般補助金の交付基準の「柱」として「課税力」を採用し,併せて自治体間の経費の差異を考慮する仕組みを提案した。さらに、1958年税平衡化委員会が発足し、「課税力」を柱に人口構成指標によって交付金額を調整する制度が構想され,1963年2月13日の会議では若年層人口比による指標と課税力を組み合わせた制度が多数の賛同を得た。しかし,同会議の後、自治体の「税率」を交付基準にすることを提案する動きが強まることとなった。数十年におよび調査と構想がなされてきた自治体の財政需要を考慮した交付金額調整という手法は後退したのであった。税平衡化委員会提案は,客観的な指標による交付金配分よりも税率平準化効果を重視し,税率を交付基準とする税平衡交付金を導入した。そこには,税率基準ならば若年層割合を用いた指標では排除される過疎自治体をも税平衡交付金制度に包摂する狙いがあったのである。地方自治体に強力な権限が付与され、税率決定権を持つ地方比例所得税をもつスウェーデンにおいて、戦前から多くの自治体がサービス費の財源不足に直面していた。普遍主義的な福祉を分権的に供給するためには、地方自治体合併だけでは対応できず、財政調整制度の制度化を待たなければならなかった。以上の通り、本研究では、スウェーデンの福祉政策を支える地方税財政の形成過程の一端を明らかにした。
多励起子系の非線形応答と巨視的量子現象のボゾン化法による研究

半導体の1s励起子共鳴近傍における非線形光学応答の理解には、励起子間相互作用の波数依存性、スピン依存性、また励起子と光との非線形結合に関する波数依存性、スピン依存性を調べる必要がある。これに対し、いままで行われてこなかったエネルギーの高い励起子内部自由度(2s、2px、2py)まで拡張した励起子ボゾン化法を用い、ボゾン間相互作用とボゾン-光非線形結合を重いホールの極限において導出することに成功した。さらに、これらを用いて2励起子状態におけるエネルギー固有状態を求め、励起子間の断熱ポテンシャルや1励起子状態から2励起子状態への光による遷移振幅を計算した。これにより励起子間に働く弱い引力の大きさを見積もることができ、またボゾンと光の非線形結合が1s励起子のみを考慮した場合と比べ定性的に変化することも確かめることが出来た。さらに上記の結果を用いて、半導体量子井戸の励起子共鳴近傍の四光波混合信号を解析した。この時、入射レーザーパルスの偏光依存性、パルス幅、励起子の均一幅などの考慮も行った。特に入射光偏光自由度については、励起子の高いエネルギー内部自由度が重要となるco-circularのについての解析を重点的に行った。その結果、励起子の均一幅が励起子間に働く弱い引力と同等程度かそれ以下になると、時間積分四光波混合信号に対して全ての入射光遅延時間に対しての信号強度の増大、また負の入射光遅延時間におけるsteep rise信号の緩和が、さらに時間分解四光波混合信号に対しては、より遅い時間領域へのピークシフトが現れることを数値計算によって得ることが出来た。さらに解析的な手法によりこのピークシフトが励起子間の弱い引力によって支配されていることを確かめることも出来た。
多モード干渉(MMI)光導波路カプラを用いたモード多重素子の試作

多モード干渉(MMI)導波路カプラを用いたモード多重・分離素子の設計・作成のため、素子の動作の解析および導波路パターンの作成法について研究を行った。解析では、波長特性と時間応答について、パターン作成法では、電子ビーム描画システムにおけるステージの移動制御について検討を行った。波長特性の解析には、FD-BPM(差分ビーム伝搬法)を用いた。多重・分離の対象となるモードの次数が高くなるほど素子の特性は狭帯域となるが、これは干渉領域で励振されるモードがより高次に及ぶためと考えられる。そこで、励振されるモードの次数を抑えるためのMMIカプラの構造を明らかにした。0次,1次,2次モードを多重した場合、設計波長から-10dBまでの帯域幅は約2倍になった。時間応答の解析には、FDTD法(時間領域差分法)を用いた。干渉領域で励振されるモードがより高次に及ぶほど、干渉領域の終端での反射が大きいことがわかった。また、干渉領域の長さを近似理論による値から調整することにより、出力を向上できることを明らかにした。本研究で用いる電子ビーム描画システムは、インチワームモータをアクチュエータとする精密微動ステージをもち、光学式エンコーダでステージの移動量を知ることができる。インチワームモータはパルス列で駆動され、パルスの繰り返し周波数で移動速度が決定されるが、与えるパルス数によって、移動距離の誤差率が変化し、パルス数が少ないほど誤差率が大きくなり、そのばらつきも大きくなることがわかった。そこで、ステージ移動命令とエンコーダデータ取り込み命令の与え方を工夫したところ、1mmの移動に対して平均で10nm未満、最大で100nm未満の距離誤差で移動することができた。波長0.633μmの可視光で動作する多モード干渉(MMI)導波路カプラを設計するため、まず、数値計算により、MMI導波路カプラの入出力特性を明らかにした。導波路を実現するための屈折率差の形成には、ガラス中のナトリウムイオンをカリウムイオンや銀イオンで交換する、イオン交換を想定した。また、光波伝搬のシミュレーションにはFD-BPM(差分ビーム伝搬法)を用いた。カリウムイオン交換の場合、屈折率差は0.02程度であり、多モードにするため、MMI導波路の導波路幅をある程度大きくする必要があるが、大きくしすぎると、MMI導波路が長くなるだけでなく、出力パワや界分布などの特性が悪くなることがわかった。銀イオン交換の場合、屈折率差は0.1程度であるが、MMI導波路の導波路幅・長さとも短縮化が図れることがわかった。これらを基にして、導波路パターンの作成誤差の影響を明らかにした。MMI導波路の導波路幅よりも長さのほうが、寸法の許容誤差が大きいことがわかった。上記の数値解析結果に基づき、モード多重素子の設計を行った。赤外光での設計例と比較すると、カリウムイオン交換の場合、素子長は大きくなり数倍程度になることがわかった。銀イオン交換の場合は、同程度あるいは同程度より短くできることがわかった。更に、電子ビーム描画システムにより、MMI導波路カプラのパターンの形成を試みた。寸法の精度は必ずしも十分とはいえず、今後、照射電子ビーム量の設定についての検討が必要であることが明らかになった。本研究で導波路パターンの描画に用いる電子ビーム描画システムは、インチワームモータをアクチュエータとする精密微動ステージをもっている。本システムは、ステージ移動を用いた描画により、電子ビーム走査に比べて格段にサイズの大きいパターンを、小さいパターンのつなぎを行うことなく、描くことができる。

ステージに取り付けた光学式エンコーダにより、適宜、ステージの移動量を知ることができるが、ステージの移動命令とエンコーダのデータ取り込み命令の与え方によっては、ステージの移動距離の誤差が累積してパターンの正確な描画ができない。また、エンコーダからのデータ取り込みを頻繁に行うと、ステージの移動速度が遅くなり、描画に要する時間が長くなる。そこで、描画されるパターンの寸法精度を向上し、かつ描画に要する時間を短くするため、ステージの移動の仕方について検討を行った。移動速度はインチワームモータに与えるパルスの繰り返し周波数でほぼ決定されるが、実際の移動距離にはばらつきがあり、パルス列を与えている時間、いいかえるとパルス数によって、移動距離の誤差率が変化し、パルス数が少ないほど誤差率が大きくなり、そのばらつきも大きくなることがわかった。誤差が生じたとしても、目標とする位置を越えることのない位置(目標位置までのほぼ70%)まではエンコーダ取り込みなしで移動し、そのあと、エンコーダにより得た現在位置から目標位置までの距離のほぼ55%だけ移動することを繰り返す。このステージ移動命令とエンコーダデータ取り込み命令の与え方によって、1mmの移動に対して平均で10nm未満、最大で100nm未満の距離誤差で移動することができた。ハニカム導波路パターンの描画を行ったところ、目標位置の手前で線幅が太くなる現象が見られた。今後、電子ビームのブランキングを適宜行う必要があると考えている。多モード干渉(MMI)導波路カプラは、複数のモードの干渉効果により、出力端で所望の出力パターンすなわち結像を生じる。モードによって伝搬速度に違いがあり、パルスが入力された場合は、パルス幅をモード間の遅延時間差よりもある程度長くしなければならない。また、MMIカプラは、設計波長だけでなく、その波長を中心とする波長範囲で所望の出力が期待できるが、中心波長(設計波長)から離れた波長では、出力パターンの所望のパターンからの歪みにより出力端での反射が増大するものと思われる。これらの点を明らかにするために、反射波を計算でき、かつ時間応答を求めることができる、時間領域差分法(FDTD法)を用いて数値計算を行った。なお、波長は1.52μmとした。MMIカプラを用いたモード多重素子やモード分離素子を構成するために必要な、偶・奇モード分離素子、像反転素子、位相シフト素子、および加減算素子について、各モードの反射波の励振係数(振幅での)を求めた。位相シフト素子を除いて、反射波の励振係数の値は0.15以下であった。また、各モードの励振係数を求めたところ、モードの伝搬時間に差があることが確認できた。これらの励振係数は、FDTD法による電界分布の計算結果から、モードの直交性を用いて、各時刻ごと、進行方向の各位置ごとに求めたものである。更に、MMIカプラの長さの最適化を試みた。MMIカプラにおける結像の理論は、モードの伝搬定数の近似式を用いることで、見通しのよい形で作られている。従って、この理論に基づく設計が最良の出力を与えるとは限らない。0次・1次モード分離素子について、近似理論による値から変化させて探索した結果、所望の出力値に近づけることができ、高次モードである1次モードについては、出力振幅の値が1.15倍となった。