hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マントルダイナミクスの新しい描像

「地球のマントルの運動は上下境界に存在する熱的・組成的不均質によって駆動されている」というモデルを実験に基づいて示すことが本研究の目的である.地球のマントルには本質的な熱的な不均質性(局所化加熱)や組成的不均質性(境界層の地形)によって生じる対流運動があり、その中でグローバルな対流場とローカルな対流場(プルーム)がどのような相互作用を行うか,という点に焦点を合わせて研究を行った.「地球のマントルの運動は上下境界に存在する熱的・組成的不均質によって駆動されている」というモデルを実験に基づいて示すことが本研究の目的である.地球のマントルには本質的な熱的な不均質性(局所化加熱)や組成的不均質性(境界層の地形)によって生じる対流運動があり、その中でグローバルな対流場とローカルな対流場(プルーム)がどのような相互作用を行うか,という点に焦点を合わせて研究を行った.本研究で目指しているのは熱。組成対流の総合的な理解である。第1年度として研究基盤の整備としてレオロジー温度場計測システム,液体組成場計測システムの構築を行った。レオロジー計測は作業流体の選定,作成に用いられ,非ニュートン性の強い,高濃度セルロース粘性体,ラポナイト,ヘアージェルの特性評価法も確立をした。こめ過程で降伏強度液体での流動時の圧力振動現象を明らかにした(20年連合大会発表予定)。これは深部低周波微動源や火山性微動の理解に役立と考えている。温度場計測システムでは赤色,緑色,青色の三種類のレーザー光を組み込むことで多温度湿度勾配の計測が可能となった。これにより従来対流場での複雑な温度構造の解釈で問題となつていた多義性の解釈が解決された。10^6程度の中間領域のレイリー数での熱対流場の進化をこの方法で明らかにした。またマイクロポジショニングTCやサーミスターを併用し感温液晶のキャリブレーションを行った。組成場の計測は従来のローダミンBの蛍光発色を利用するが,光学系を改良し,温度場と同軸の計測を可能にした。従来の手法を用いて密度境界と熱,組成プルームの相互作用の様式をまとめ,論文とした。粒手層,対流相互作用の実験を行い,予察的な結果を発表した。粒子系内での液体の運動(浸透流的運動)が熱輸送,層の崩壊に重要であることが明らかになったので変形する柔らかな粒子系の浸透率を実験的に明らかにした。こ子で明らかにされた浸透率,液相分率の関係は部分溶融層内での物質循環,熱輸送の評価にも利用出来る重要な関係式である。19年度に製作を行った温度場・組成場同時マッピングシステムを用いて熱・組成(化学)プルームの上昇実験を主に行った.水槽下部においた高密度層をヒーターで加熱し、加熱形成されたプルームがどのように上部の液体層を上昇していくのかを観察した.加熱源の投入電力、重い層と上部層との液体の密度差、重い層の層厚、各液の粘性をコントロールパラメータとして系統的な実験を行い、上昇プルームが崩壊する「Failed Plume」現象の存在を明らかにし、その生成条件を解明した.Failed Plumeでは加熱され熱的に浮力を得たコンポジット・プルーム(下部の重い液体と上部の軽い液体からなる熱・組成プルーム)は上昇途中でhydrodynamic entrainmentと冷却により浮力を失い、軽い液体からなる上昇する熱プルームと重い液体からなる下降する組成プルームに分裂する現象である.特に組成プルームは高温でかつ化学組成的にも低地震波速度が期待されるために、マントルトモグラフィーでは十分に検出可能な速度異常が期待される.アイスランド近辺のトモグラフィーデータとの比較からFailed Plummeの存在を提案した.通常低速度領域は高温の証拠とされ、上層域と解釈されるが、本研究で明らかにされた「Failed Plume」では高温でありながら低速度で沈降しているものである.マントルトモグラフィーの解釈に重要な教訓を与えたといえよう.又多相流体系の挙動がこのような対流現象の理解には不可欠なために、基礎となる数値計算法の開発を共同で行った.「地球のマントルの運動は上下境界に存在する熱的・組成的不均質によって駆動されている」というモデルを実験により示すことが本研究の目的である.熱的な不均質性(局所化加熱)や組成的不均質性(境界層の地形)によって生じるグローバル対流場とローカル対流場(プルーム)の相互作用に焦点を合わせて研究を行った.(1)室内実験:擬2次元セルにおいて上下境界に熱的・組成的不均質を導入し、内部に駆動される対流における温度場・速度場・組成場の進化(時間発展)を検出し、不均質の程度と相互作用の大きさの関連づけを行った.特に密度を厳密に制御された液体と粒子の混合系の対流では沈殿粒子層がアクティブに形成され、対流の流れ場との相互作用によって「境界層地形」が自律的に形成され、対流場をコントロールするプロセスが明らかにされた.この自己組織化プロセスはマントルダイナミクスを考える上できわめて重要な現象である.粒子濃度が高い系ではサスペンション流状態から浸透流状態への転移が系の熱輸送を決める上で重要である点が明らかにされた.(2)数値手法の開発:多相系の対流の定量的な記述のために粒子法に基づいた新しい数値シミュレーションコードの開発を行い、密度・界面張力のコントラストの大きな鉄・シリケイト系へ応用した.

各相の流体運動はサイズが支配し、サイズは粒子の衝突が支配するために、この系は特徴的な時間発展・進化を遂げることが明らかになった.(3)特に今年度は最終年度にあたるために得られた実験成果を現実の場である惑星・地球の熱的状態の理解や進化の理解に応用を計った.応用された例は地球のプルーム、特にアイスランドプルーム活動の定量的な理解、地球初期のマグマオーシャンでの鉄分離プロセス、火星の火成・マグマ活動史、氷衛星であるガニメデの熱進化とその結果生じる磁場の起源などである.
中国東北部朝鮮族の民俗文化調査

日本・中国・韓国3か国の民俗学・民族学(文化人類学・社会人類学)・社会学・伝承文学等の研究者から成る10余名の国際調査団を編成し、中国東北3省内朝鮮族の民俗文化を共同調査した。すなわち平成6年度には吉林省延辺朝鮮族自治州安図県長興郷新屯村、竜井市三合鎮北興村、図們市凉水鎮亭岩村、同7年度には遼寧省瀋陽市于洪区大興朝鮮族郷新光村・西橋村・呉家荒村・興盛村、新賓満族自治県旺清門朝鮮族自治鎮朝鮮族村、寛甸満族自治県石湖溝郷宝山村、同8年度には黒竜江省五常市民楽朝鮮族郷紅光村・民楽村・新楽村の各朝鮮族村落を選定し、民俗の諸分野(社会構造・経済伝承・通過儀礼・年中行事・信仰習俗・口承文学等)について実地に調査した。これらの村落は、いずれも水田稲作を中心に、陸田でトウモロコシ(玉蜀黍)・モロコシ(黍)などの雑穀や蔬菜類を栽培する平地農村と山地農村の両型に、また開村の歴史的由緒では、朝鮮総督府時代の国策による朝鮮半島からの集団移民による村立てと、各個が自らの意思によって半島北部から鴨緑江・豆満江を越えて入り込んだ越境移民による村立ての2類にそれぞれ分けられた。というのは、村落の地理的・歴史的条件によって村民の生活相に顕著な差異が生じ、それが彼らの民俗文化に対する伝承状況にも変異が現れていたからである。東北3省の全域にわたって、少数民族としての朝鮮族は、第二次大戦後、中国政府の諸政策によって激動の波に洗われつづけることとなった。たとえば、戦後早々の土地改革・人民公社制の施行に引きつづき、19661976年の10年間にわたって荒れ回った文化大革命は、彼らの生活全般に深刻な打撃を与え、民俗文化は絶滅の危機に瀕した。そのために、伝統的な村祭りや巫俗などの精神文化、共同労働や衣服・住居などの生産・消費をめぐる経済伝承はもとより、比較的変化し難いとされる祖先祭祀や食文化・口承文芸なども大きな影響を受けざるをえなかった。それは結局、朝鮮族の漢族化(漢化)を催促することになり、今や独自の民族性も消滅の危機に追い込まれたといわれる。葬礼・祭礼などは民族性を最もよく表す儀礼であるのに、ほとんどの平地農村では、当局の指導を受け入れ、伝統的な土葬を廃して火葬に従い、しかも遺骨を河川に撒く「散骨葬」を実行している。しかも、その後の葬礼(死者祭祀)・祭礼(祖先祭祀)の諸儀式も大幅な簡略化や変質を断行せざるをえぬ状況である。その他の通過儀礼・年中行事についても事情は同じで、朝鮮族民俗文化の特性を示すものはほぼ失われてしまったと言う者もある。ところが、中韓両国の国交樹立に伴う交流の増進、ソウルオリンピックを契機とする相互訪問の増加、中国政府の改革開放政策の推進などによって、近来新しい動きが認められるようになった。たとえば、少数民族文化に対する再認識が説かれ、文化財の保護が強く唱えられ、朝鮮族の古風な文化も復活する萌しが見え始めたのである。前掲の葬礼についても、火葬骨を墓地に埋葬する新方式や石製墓碑を立てるなど独特な、あるいは中朝折衷の形態が現れ、しかもそれらが漸増する気配を示し、総じて墓地の確保に関心を寄せるようになっている。このような世相がはたしてどこまで進展するか、少数民族の朝鮮族は決して先走りせず、現地の主人公たる漢族の思想や行動を横目で見守っているのが現実である。そうした時代相のもと、国際調査団が設定した共通課題は、現時点における朝鮮族としての民族性保持、漢化に伴う民俗文化の変容などをめぐる解明であった。なお、各年次とも現地調査の開始・終了時に、現地の延吉市・瀋陽市・哈爾濱市等に全員参集して研究会を開催し、調査方法の確認、調査資料の検証を計り、国際共同調査の推進に努めた。また、1994年12月と95年12月の2回、中国・韓国の団員をも招聘して東京で共同研究会を、96年1011月には北京市で日本・韓国からも総括・副総括担当者が渡航して中国側団員の出席を得て総括研究会を開催し、各年次調査・最終報告等の全般にわたって検討し、その調査の終結に遺漏のないことを期した。

これらの村落は、いずれも水田稲作を中心に、陸田でトウモロコシ(玉蜀黍)・モロコシ(黍)などの雑穀や蔬菜類を栽培する平地農村と山地農村の両型に、また開村の歴史的由緒では、朝鮮総督府時代の国策による朝鮮半島からの集団移民による村立てと、各個が自らの意思によって半島北部から鴨緑江・豆満江を越えて入り込んだ越境移民による村立ての2類にそれぞれ分けられた。というのは、村落の地理的・歴史的条件によって村民の生活相に顕著な差異が生じ、それが彼らの民俗文化に対する伝承状況にも変異が現れていたからである。東北3省の全域にわたって、少数民族としての朝鮮族は、第二次大戦後、中国政府の諸政策によって激動の波に洗われつづけることとなった。たとえば、戦後早々の土地改革・人民公社制の施行に引きつづき、19661976年の10年間にわたって荒れ回った文化大革命は、彼らの生活全般に深刻な打撃を与え、民俗文化は絶滅の危機に瀕した。そのために、伝統的な村祭りや巫俗などの精神文化、共同労働や衣服・住居などの生産・消費をめぐる経済伝承はもとより、比較的変化し難いとされる祖先祭祀や食文化・口承文芸なども大きな影響を受けざるをえなかった。それは結局、朝鮮族の漢族化(漢化)を催促することになり、今や独自の民族性も消滅の危機に追い込まれたといわれる。葬礼・祭礼などは民族性を最もよく表す儀礼であるのに、ほとんどの平地農村では、当局の指導を受け入れ、伝統的な土葬を廃して火葬に従い、しかも遺骨を河川に撒く「散骨葬」を実行している。しかも、その後の葬礼(死者祭祀)・祭礼(祖先祭祀)の諸儀式も大幅な簡略化や変質を断行せざるをえぬ状況である。その他の通過儀礼・年中行事についても事情は同じで、朝鮮族民俗文化の特性を示すものはほぼ失われてしまったと言う者もある。ところが、中韓両国の国交樹立に伴う交流の増進、ソウルオリンピックを契機とする相互訪問の増加、中国政府の改革開放政策の推進などによって、近来新しい動きが認められるようになった。たとえば、少数民族文化に対する再認識が説かれ、文化財の保護が強く唱えられ、朝鮮族の古風な文化も復活する萌しが見え始めたのである。前掲の葬礼についても、火葬骨を墓地に埋葬する新方式や石製墓碑を立てるなど独特な、あるいは中朝折衷の形態が現れ、しかもそれらが漸増する気配を示し、総じて墓地の確保に関心を寄せるようになっている。このような世相がはたしてどこまで進展するか、少数民族の朝鮮族は決して先走りせず、現地の主人公たる漢族の思想や行動を横目で見守っているのが現実である。そうした時代相のもと、国際調査団が設定した共通課題は、現時点における朝鮮族としての民族性保持、漢化に伴う民俗文化の変容などをめぐる解明であった。なお、各年次とも現地調査の開始・終了時に、現地の延吉市・瀋陽市・哈爾濱市等に全員参集して研究会を開催し、調査方法の確認、調査資料の検証を計り、国際共同調査の推進に努めた。また、1994年12月と95年12月の2回、中国・韓国の団員をも招聘して東京で共同研究会を、96年1011月には北京市で日本・韓国からも総括・副総括担当者が渡航して中国側団員の出席を得て総括研究会を開催し、各年次調査・最終報告等の全般にわたって検討し、その調査の終結に遺漏のないことを期した。平成6年8月下旬から9月上旬にかけて約3週間、日本・中国・韓国の3か国研究者によって国際民俗調査団を編成し、中国吉林省延辺朝鮮族自治州において、朝鮮族民俗文化に対して共同民俗調査・個別民俗調査を実施した。共同調査地は安図県長興郷新屯村・竜井市三合鎮北興村・図們市凉水鎮亭岩村の3村落。個別調査は延吉市の延辺市大学図書館・延辺朝鮮族民俗博物館、竜井市の竜井朝鮮族民俗博物館など。共同調査地のうち新屯村・亭岩村は1930年代、慶尚道・忠清道からの政策移民農村、北興村は咸鏡道からの自由移民農村。調査の結果、3か村とも漢族文化との文化接触により文化変容を起こしているとともに、母国母村の伝統的民俗文化をなお維持していることが判明した。とりわけ衣食住の生活文化について、その傾向が高く、地域性を帯びつつも、総じて朝鮮族としての特色を保持していた。
多周波ホログラム・マトリクス法による3次元超音波撮像の研究

1.2次元超音波トランスデュ-サ配列を設計し、日本電波工業(株)で製作した。トランスデュ-サ前面の大きさは80mm×80mmである、その中に1.0mm×1.0mmの微小開口を持つ受信素子を4.5mmピッチで16×16素子配置し、カッタ-の切りしろとして失われる0.9mm幅の溝以外の残った厚電材料面を全て電気的に並列接続し、1個の大きな開口80mm×80mmを持つ送信素子を形成した。一様な材料(PZT)から製作し、かつ細かく分割しているので、全ての素子が理想的なピストン運動、すなわち振動をする。その共振周波数を600KH_2に設計したので、実際に用いる周波数開口450KHZ×550KHZにおいて、感度と位相の周波数特性は平担である、かつ隣合う受信素子間の結合はー60dBと十分小さく、多周波ホログラフィク撮像法のアンテナ配列として理想的な特性を持っている。2.直接合成周波数シンセサイザを購入し、これまでの2次元撮像装置の固波数制御部を、ミニコンピュ-タのプログラムで自動的に、かつ高速で動作するように改良し、生体などの撮像実験に対処できるような測定速度(1フレ-ム当り32ms)にした。3.各受信素子に前置増幅回路(256個)を付け、その後に16チャネルづつにマルチプレックスし、16チャネル同時に受信信号の複素振幅を測定しAD変換する回路を通し、順次計算機にディジタル化した複素振幅を収集する回路を、これまでの2次元撮像装置の計算機インタフェ-ス部を拡張して実現した。さらに低雑音で安定な高利得を実現するためにヘテロダイン方式に改良した。4.パ-ソナル・コンピュ-タによるデ-タの収集は、DMA方式による入出力をアセンブラ-言語で制御する事により可能にした。交付申請書に記載の本年度の研究実施計画の順にまとめを行う。トランスデュ-サ前面の大きさは80mm×80mmであり、その中に1.0mm×1.0mmの微小開口を持つ受信素子を4.5mmピッチで16×16素子配置し、カッタ-の切りしろとして失われる0.9mm幅の溝以外の残った圧電材料面を全て電気的に並列接続し、1個の大きな開口80mm×80mmを持つ送信素子を形成した。一様な材料(P2T)から製作し、かつ細かく分割しているので、全ての素子が理想的なピストン運動、すなわち厚み振動をする。その共振周波数を600kHzに設計したので、実際に用いる周波数開口450kHz550kHzにおいて、感度と位相の周波数特性は平担であり、かつ隣合う受信素子間の結合は-60dBと十分小さく、多周波ホログラフィク撮像法のアンテナ配列として理想的な特性を持っている。2.直接合成周波数シンセサイザを購入し、これまでの2次元撮像装置の周波数制御部を、ミニコンピュ-タのプログラムで自動的に、かつ高速で動作するように改良し、生体などの撮像実験に対処できるような測定速度(1フレ-ム当り32ms)にした。3.各受信素子に前置増幅回路(256個)を付け、その後に16チャネルずつにマルチプレックスし、16チャネル同時に受信信号の複素振幅を測定しAD変換する回路を通し、順次計算機にディジタル化した複素振幅を収集する回路を、これまでの2次元撮像装置の計算機インタフェ-ス部を拡張して実現した。以上のように、まず3次元ホログラフィク撮像装置を製作するという平成元年度の研究計画を全うした。

前年度に製作した前置増幅回路およびAD変換回路などの多周波ホログラム・マトリクス測定回路の改善を行った。最も工夫を要した点は、十分な利得(60dB)を持つ低雑音でかつ安定な(寄生発振の起こらない)前置増幅回路を実現する事である。そのためにヘテロダイン受信方式を初段に採用して、回路基板の作り直しをした。その際に、パ-ソナル・コンピュ-タで、CADで作図した回路パタ-ンをレ-ザ・ビ-ム・プリンタ-に出力するプログラムをも製作した。測定系全体の伝達関数として、各トランスデュ-サ素子および周波数素子の間の感度と位相特性のばらつきを測定し補正する過程を組み込んだ。1個の微小タ-ゲットを撮像し、その再構成像の最強点の位置を正確に定め、その点がタ-ゲットの真の位置として、この再構成アルゴリズムにとって測定されるべきホログラムの正確な値を逆に計算し、測定値との相対的差をとって、各素子の感度と位相の補正係数とした。この方法はトランスデュ-サ素子のエレメント・ファクタ-の一様な範囲内(開口の前方±60゚内)においては非常に効果的であった。これまでミニコンピュ-タのアセンブラ-言語を駆使した高速の画像再構成を2次元断層撮像実験以来、シミュレ-ションを含めて採用してきた。最近のCPUの高速化に伴い、パ-ソナル・コンピュ-タの方がずっと高速になっているが、やはりアセンブラ-言語でプログラムしなければ超大な計算時間を要する。これは、残念ながら未完成である。本質的困難さがあるのではなくて、ただ煩雑であるためプログラム開発に予想以上に時間が掛かっているだけである。パ-ソナル・コンピュ-タによるデ-タの収集は、DMA方式による入出力をアセンブラ-言語で制御する事により可能にした。
科学的知識のマッピングスキルの熟達を促す教授方略の提案

問題構造の特性に合わせて,既有の知識やルールの構造を変換・調整して応用的に適用することを知識-問題領域間のマッピングと呼ぶ。本研究では,科学的な知識領域と具体的な物理現象との間のマッピングを促し,既有の概念の転移を促進するには,いかなる教授方略が効果的であるかを検証することを目的としている。具体的には,計7つの実験を実施し,自然科学概念の一つである「気圧概念」の学習事態において,学習者が,基本的な学習を行った気圧の作用に関するルールの構造に対して,問題状況に合わせた操作を自発的に実行可能であるかという観点から,そのルールの転移可能性を測定した。その結果,複数の具体事例を提示する教材を利用することや,概念構造に対して変換操作を加える事例が含まれていることなどが,既有の概念の転移可能性を高めることを明らかにした。さらに,種々の要因と転移可能性の関係を調べ,学習する概念の転移可能性を学習者自身が認識できるような教材を工夫していくことも重要であることが分かった。複数の事例を学習する過程で,学習者は,既有の概念を適用可能な範囲を決定するための基準を,再構成・精緻化していくと予想される。最後に,本研究全体の結果を踏まえ,概念転移が成立する心理過程に関する説明モデルを提案した。このように概念的知識の転移可能性を高める教授方略を追及していくことで,実用性の高い知識を獲得するためには,どのような教授-学習過程が効果的であるかを明らかにすることができる。子どもたちの「理科離れ」に代表される科学に対する学習意欲の低下も,学校で学ぶ科学的知識と身近な生活体験の領域に転移できないことに原因の一端があると思われる。マッピングスキルの熟達化を促進する教授方略は,科学的知識と現実世界の事例との関連を明確に認識させ,科学に対する価値観を修正し,関心を高めていくための有効な手段となっていくと考えられる。本研究の目的は,直面する問題構造の特性に合わせ,既有の知識やルール構造を変換・調整して適用するという,知識-問題領域間のマッピングスキルの熟達化を促す効果的な教授方略を提案することにある。本年度は,まず,一通りの義務教育,高校教育における学習を修めた大学生が,どのような知識を有しているかについて実態調査を行った。中学・高校レベルの数学,物理,生物,歴史,経済領域に関する基礎的な問題によって知識水準を評定した結果,いずれの領域においても,誤った知識(誤概念)を有するものが多数存在することがわかった。また,高校時の選択科目や,現在の所属学部(文系・理系)の違いに関わらず,誤概念が共通して観察される問題領域もあった。これらの誤概念の形成にいかなる要因が関わるのかについても調査を行ったが,学校教育における学習よりも,日常の具体的な生活体験や身体的感覚に基づいて信念が形成され,正しい知識の獲得や応用が妨げられていることが明らかになった。次に,上記の調査結果を踏まえ,自然科学(気圧の力学的性質)と社会科学(江戸時代の社会制度)領域において,強固な誤概念を有している大学生を対象として,複数の具体事例を利用した教授法の効果を検証する実験を行った。その結果,まず,提示する事例数が増加することで,誤概念が修正される可能性が高まることは確かめられたが,その教授効果が持続しないという問題も同時に浮かび上がった。また,学習した正概念を応用できる範囲,つまりマッピング可能な問題領域の範囲も,事例数の増加に伴い拡張することが確認された。誤概念を効果的に修正し,獲得した正概念の応用性を高めるためには教授法の更なる改良が必要である。

以上の調査・実験研究に並行し,現職教員との研究会や実際の授業の観察・記録を行い,学力低下,応用力低下の原因について幅広い観点から探索を行った。問題構造の特性に合わせて,既有の知識やルールの構造を変換・調整して応用的に適用することを,知識-問題領域間のマッピングと呼ぶ。本研究では,このマッピングの熟達化を促すには,いかなる教授方略が効果的であるかを検証することを目的としている。特に本年度の研究では,寺尾・楠見(1998)が提唱した構造生成アブローチのモデルを理論的な背景とし,既有の概念構造を変換操作するための知識が,このモデルにおいて知識般化の促進に必要とされる「解法構造を新たに生成する知識」を構成する要素の一つとなりうるという予測を立て,既有の知識に対する変換操作の可能性と応用問題への般化可能性との量的な関係について調べた。具体的には,「気圧概念」の学習事態に注目した。まず,学習者が基本的な学習を行った気圧概念(気圧ルール)の構造に対して,問題状況に合わせた可逆的な操作を自発的に実行可能であるかという観点から,概念構造に対する操作可能性を測定した。また,気圧の働きによって生じる様々な自然現象を説明する際に,学習した気圧概念をどの程度適切に適用することが可能かという観点から,概念の般化可能性を測定した。重回帰分析を行った結果,学習した既有の概念構造に対する操作可能性が,般化可能性を予測する有意な変数となることが明らかになった。この結果は,学習した科学的な概念やルールの般化を促進するために,その概念の構造に対する変換操作を学習することが有効であることを示唆している。そこで,次に,このような変換操作を学習する教材を考案し,その効果を調べる実験を試みた。ただし,現時点では,十分な変換操作の学習を達成する教材作成には至っておらず,この点については,次年度の研究課題として残された。特に本年度の研究では,既有の概念構造を変換操作するための知識や事前の科学的知識,学習教材に対する認識や学習内容の転移可能性の認識が,概念転移の促進にいかなる影響を与えているかを調べることを目的とした。具体的には,前年度から継続して「気圧概念」の学習事態に注目し,学習者が基本的な学習を行った気圧概念(気圧ルール)の構造に対して,問題状況に合わせた可逆的な操作を自発的に実行可能であるかという観点から,概念構造に対する操作可能性を測定した。同時に学習教材・内容等に関する認識についても複数の観点から測定した。概念の転移可能性は,気圧の働きによって生じる様々な自然現象を説明する際に,学習した気圧概念をどの程度適切に適用することが可能かという観点から測定した。パス解析を行い,既有の概念の転移可能性を促進するためには,いかなる条件を満たすことが必要となるのか,また,それらの条件がいかなる関係の中で転移可能性に影響しているのかについて仮説化を行った。この研究の結果より,学習した科学的な概念やルールの転移を促進するためには,その概念の構造に対する変換操作を学習することや,概念自体の汎用可能性を学習者自身が認識できるような教材を工夫していくことが重要であることを示唆している。
内因性nAChR活性化蛋白質SLURP-1のT細胞分化に及ぼす作用の薬学的研究

Alpha7 nAChR(a7)作用薬GTS-21とアロステリック・リガンドSLURP-1(rhSLURP-1)のT細胞分化誘導に及ぼす作用を検討した.DO11.10マウスの脾細胞を卵白アルブミン(OVA)またはOVAペプチドで抗原提示細胞(APC)依存的にT細胞の分化を活性化させた.GTS-21は,OVA刺激でTregへの分化を抑制したが,OVAペプチドでは促進させた.rhSLURP-1はいずれでも作用を示さなかった.a7刺激は,1APCでは抗原処理を阻害して分化誘導を抑制し,2分化活性化T細胞では分化を促進する.rhSLURP-1は種差により,作用を発現しなかった可能性がある.α7 nAChRは,T細胞を始めとする様々な免疫細胞にも発現している.我々は,α7 nAChR陽性アロステリック・リガンドとして作用する内因性ペプチドSLURP-1が,ヒトT細胞系白血病細胞株MOLT-3と末梢血単核白血球(MNLs)において,1増殖の抑制,2細胞内ACh含量およびACh合成酵素遺伝子発現を増大させることを発見した.これらの知見を踏まえて,ナイーブT細胞(Th0)のα7 nAChR刺激が分化誘導に影響を及ぼすことにより,免疫機能調節関与している可能性を想定した.そこで,本研究では,SLURP-1のα7 nAChRを介するTh0分化誘導への関与を検討した.BALB/c系卵白アルブミン(OVA)特異的MHCクラスII拘束性TCR遺伝子導入トランスジェニックDO11.10マウスの脾臓からMNLsを調製した.これらのMNLsにOVAまたはOVA peptideを添加して,抗原提示細胞(APC)依存的にTh0を活性化させた.α7 nAChR部分的作用薬GTS-21あるいはヒト型SLURP-1(rhSLURP-1)の存在下で5日間培養した後に,フローサイトメトリーを用いて,CD4+ CD25+ FoxP3+制御性T細胞(Treg)への分化に及ぼす作用を測定した.GTS-21は,Tregへの分化をOVA刺激下において抑制したが,OVA peptide刺激下においては逆に促進した.rhSLURP-1は,いずれの条件下においてもTreg分化に影響を及ぼさなかった.これらの結果から,α7 nAChR刺激は,1APCにおける抗原処理過程を阻害してTh0活性化を抑制すること,2活性化されたTh0のTregへの分化を促進することが明らかになった.rhSLURP-1が作用を示さなかった原因のひとつとして,種差の問題が考えられる.本研究結果より,α7 nAChRを介するT細胞分化の制御機構の存在が初めて明らかになった.平成27年度においては,実験材料としてT細胞の入手の利便性を考慮してマウスの脾臓MNLsとヒト型遺伝子組み換えSLURP-1(rhSLURP-1)を用いて実験を行った.α7 nAChR部分的作用薬GTS-21は,OVA peptide刺激下においてTreg分化を促進させたことから,今回の研究によってα7 nAChRのT細胞分化への関与が初めて明らかになった点は大きな収穫であった.他方,rhSLURP-1ではTreg分化に変化が見られなかったことから,1rhSLURP-1(ヒト型)とマウス脾細胞MNLs間における種差の問題が考えられること,および2SLURP-1はアロステリック・リガンドであるが,本研究においては単独で使用したことなどを再検討する必要があろう.alpha7 nAChRは,リンパ球,樹状細胞(DCs),およびマクロファージなどの免疫細胞にも発現している.alpha7 nAChRのT細胞分化誘導への関与が想定されている.SLURP-1は,alpha7 nAChR陽性アロステリック・リガンドである.我々は,ヒト扁桃濾胞周辺部に存在する成熟DCsにおけるSLURP-1発現を観察した.さらにSLURP-1は,ヒトT細胞系白血病細胞株MOLT-3と末梢血単核白血球において,1増殖の抑制,2細胞内ACh含量およびACh合成酵素遺伝子発現を増大させた.今年度はalpha7 nAChR作用薬GTS-21のT細胞分化誘導への関与をマウスで検討した.BALB/c系卵白アルブミン(OVA)特異的MHCクラスII拘束性TCR遺伝子導入トランスジェニックDO11.10マウスの脾細胞中に含まれるナィーブT細胞(Th0)を,OVAまたはOVA peptide(OVA-p)を添加して,抗原提示細胞(APCs)依存的に活性化させた.GTS-21存在下で脾細胞を5日間培養した後に,CD4+ T細胞のサイトカイン産生パターン(IFN-γ,IL-4,IL-17: Th1,Th2,Th17)を指標としてTh0分化に及ぼす作用を検討した.さらに,APCsのOVA取込みに及ぼす作用を検討して,GTS-21の作用メカニズムを調べた.OVAによるAPCs依存性Th0活性化では,GTS-21はTh1,Th2およびTh17への分化をすべて抑制した.APCsにおける抗原処理を要しないOVA-pによるTh0活性化では,GTS-21はすべての分化を促進させた.GTS-21は,APCsへのOVA取込みには影響を及ぼさなかった.alpha7 nAChR

刺激は,APCsでは抗原処理過程を阻害してTh分化を抑制するが,Th0では分化誘導を促進した.平成27年度の研究においてSLURP-1の種差の問題が浮上し,マウス脾細胞ではヒト型rSLURP-1は作用を発現しない可能性が明らかになった.そこで,平成28年度においては,DO11.10マウスの脾細胞中に含まれるTh0をOVAまたはOVA-pを用いて分化誘導して,alpha7 nAChR部分的作用薬GTS-21のTh分化に及ぼす作用を観察した.その結果,1APCs上のalpha7 nAChR刺激は,APCの機能を抑制して抗原処理過程を阻害してTh分化の進行を阻害すること,2Th0上のalpha7 nAChR刺激は,Th分化を促進する可能性が明らかになった.将来的にはヒトTh0を使用してヒト型rSLURP-1を用いて研究を実施すれば,同様な結果が得られる可能性を明らかにすることができた.マウスの組換えSLURP-1の入手は不可能であったことから,前年度からの課題であった種差の問題を解決できなかった.そこで,SLURP-1と同様な役割を果たすことが想定されるalpha7 nAChR部分的作用薬GTS-21のT細胞分化に及ぼす作用を検討した.卵白アルブミン(OVA)特異的MHCクラスII拘束性TCR遺伝子導入トランスジェニックDO11.10マウスから採取した脾細胞を使用した.OVAを用いてCD4+ T細胞からeffector T cells (Th1,Th2,Th17)およびTregへの分化を誘導した場合に,GTS-21はeffector T cellsおよびTregへの分化を全面的に抑制した.他方,OVA-peptide323-339(OVA-P)を用いて分化を誘導した場合に,GTS-21はeffector T cellsおよびTregへの分化を全面的に促進した.OVA-Pは細胞外からAPCs上のMHCクラスIIに直接提示されるが,OVAはAPCs内に取り込まれ,OVA-Pにまで分解処理されて初めてMHCクラスII上に提示されて,effector T cellsおよびTregへの分化を誘導することになる.そのため,APCs上のalpha7 nAChR刺激は,抗原処理過程を阻害することによりCD4+ T細胞の分化誘導を妨害し,免疫反応を抑制することが判明した.一方,CD4+ T細胞上のalpha7 nAChR刺激は,すべての方向へのCD4+ T細胞の分化を促進することが明らかになった.以上より,APC上とCD4+ T細胞上のalpha7 nAChRは,CD4+ T細胞の分化を異なる方向に調節していることが判明した.これらの分化を調節する機能はalpha7 nAChRを介して発現することは,Alpha7 nAChR-KOマウスを用いて確認している.Alpha7 nAChR(a7)作用薬GTS-21とアロステリック・リガンドSLURP-1(rhSLURP-1)のT細胞分化誘導に及ぼす作用を検討した.DO11.10マウスの脾細胞を卵白アルブミン(OVA)またはOVAペプチドで抗原提示細胞(APC)依存的にT細胞の分化を活性化させた.GTS-21は,OVA刺激でTregへの分化を抑制したが,OVAペプチドでは促進させた.rhSLURP-1はいずれでも作用を示さなかった.
シクロデキストリン－フェロセン相互作用による均一溶液中での電流増加型遺伝子検出

DNA固定化電極を利用しない電気化学的遺伝子検出法の開発は、簡易型リアルタイムPCRの開発等において重要である。β-シクロデキストリン(CyD)に包接されたフェロセンは、その包接が解除されると電位のシフトと電流増加を示す。本研究では、この特性を利用して均一溶液中で電流増加型DNA検出を志向した検出システムを構築する。DNA検出の指示薬として、フェロセンとβ-CyDを単一の分子内に有するDNAインターカレータ、FNC2を合成し、これらとDNAとの相互作用解析および均一溶液中におけるDNAの電気化学的検出について検討した。現在、FNC2によって0.05 nMのPCR産物の検出に成功した。DNA検出の指示薬として、フェロセンとβ-CyDを単一の分子内に有するDNAインターカレータを合成し、これらとDNAとの相互作用解析および均一溶液中におけるDNAの電気化学的検出について検討する。平成25年度は平成24年度までに合成した化合物2のリンカーをさらに短縮化し、分子内および分子間によるフェロセンとCyD相互作用の解消を目指した化合物3を設計、合成した。化合物3単独でのモルフォフォジー変化としてUV-Visスペクトル、CDスペクトル、電気化学特性について評価した。これらの結果より、化合物3単独ではフェロセンとCyDが包摂錯体を形成していることが示された。これは予想通りであった。また、化合物3とDNAのストップトフロー分光光度計による速度論解析では、2本鎖DNAからの化合物3の解離速度定数は化合物2のそれよりも4倍大きく、DNA上での包接錯体の解消が示唆された。最後に、化合物3による均一溶液中での電気化学的遺伝子検出を試みた。PCRによってhTERT遺伝子の1部配列の121 bpの領域を増幅した。10 μM化合物3を含む電解液中で様々な濃度(0-2.0 nM)のPCR産物存在下で電気化学測定を行った。その結果、0.33 Vと0.44 Vのピークが観察された。これらのピーク電流はPCR産物濃度に応じて電流値が増加した。現在、0.05 nMのPCR産物の検出に成功し、化合物2の検出下限1.0 nMと比較すると、二本鎖DNAの検出能がおよそ20倍向上した。現在、遺伝子検出は多岐に渡る分野で利用されている。電気化学は装置の小型化が容易であるとともに、高感度な検出が実現できる手法である。本研究では、β-シクロデキストリン(CyD)に包接されたフェロセンは、その包接が解除されると電位のシフトと電流増加を示すという特性を利用して均一溶液中で電流増加型DNA検出を志向した検出システムを構築する。DNA検出の指示薬として、フェロセンとβ-CyDを単一の分子内に有するDNAインターカレータ(FNC2)を合成し、これらとDNAとの相互作用解析および均一溶液中におけるDNAの電気化学的検出について検討した。リンカー構造の異なるFNC2とDNA結合色素との相互作用解析について、UV-VISスペクトル測定、CDスペクトル測定、ストップトフロー測定による物理化学的評価を行い、DNAとインターカレートモードで結合することを明らかとした。また、2-DNA複合体の形態については、原子間力顕微鏡(AFM)によって観察した。長さが決まっているプラスミドDNA(pUC19)を用いた。2が過剰に存在するときDNAは凝集し、DNA過剰な条件では部分的な連結が観察された。この凝集体はダマンタン添加に伴って解消された。2. FNC2を利用したDNAの電気化学的検出FNC2単独では0.44 Vで酸化電位が観察されたが、DNA存在下では0.34Vにシフトした。これは、β-CyDからフェロセンが除放されていることを示している。しかし、DNA固定化電極では、ハイブリダイゼーションに伴い、0.44 Vのピーク電流の増加のみが観察された。この結果は、電極の2本鎖DNA上でFNC2が超分子錯体を形成していることを示唆している。FNC2の合成に成功し、FNC2とDNAとの相互作用解析(物理化学的評価)を行った。UV-VISスペクトル測定によるScatchard解析によって、FNC2がFNC1よりもおよそ3倍結合能の高い電気化学指示薬であることを明らかにした。さらに、Stopped flow分光光度計による速度論解析によって、DNAとの会合速度がFNC1よりも10倍速く、遺伝子検出に十分な会合速度定数を有することを明らかにした。

また、プラスミドDNAであるpUC19とFNC2との相互について原子間力顕微鏡(AFM)で観察したところ、FNC2がpUC19に対して過剰である時は凝集体を形成するが、シクロデキストリンと結合するアダマンタン添加によってこの凝集体が解消されることを示した。電気化学測定では、DNA非存在下およびDNA存在下において、それぞれ0.44V, 0.34Vで酸化電流を観察したことから、FNC2が予想通り、単独ではフェロセンとシクロデキストリンの包接体を形成しており、DNAの添加似伴いこの包接体が解消されることが示された。またPCR産物の添加に伴う電気化学シグナル変化を観察したところ、PCR産物の添加似伴って電流増加が観察されたことから、均一溶液中で遺伝子検出可能なことが明らかになった。これより、計画していた研究はおおむね行うことができ、さらに従来合成していたFNC1よりもさらに結合能の高いFNC2を合成することができたことから、順調に計画が進展していると評価した。FNC過剰な状態でDNAの凝集体が観察されたため、リンカー長の異なる新たなFNCの設計、合成を行う。また、FNC単独による遺伝子検出だけではなく、フェロセン化ナフタレンジイミド(FND)とシクロデキストリン、もしくはFNDとシクロデキストリンを両置換基末端に有する(CND)による分子間包接対の形成に伴う均一溶液中での遺伝子検出方について検討を進める。前者は、FNDとシクロデキストリンによる包接体を遺伝子検出に利用する方法は、DNAを凝集化することがないため、有用であると思われる。後者はFNDのナフタレンジイミド環とCNDのナフタレンジイミド環がスタッキングによる包接錯体を形成すると予想され、これに伴う複合体の安定化が期待される。これらの化合物とDNAとの相互作用解析と電気化学的遺伝子検出システムの開発を進める。1. FNC3の設計・合成FNC1および2によってDNA自身が凝集する場合、その原因はリンカー長にあると考えられる。両置換基末端のフェロセンとシクロデキストリンの距離が近いために包接が起こると思われる。そこで、FNC1や2に比べ、さらにリンカー長の短いものを設計・合成し、以下に示す測定を行い、FNC1および2と性能比較を行う。(1) FNC3単独のモルフォロジー変化(AFM測定、UV-Visスペクトル、CDスペクトルによる物理化学特性の確認)、(2) FNC3の電気化学特性、(3)DNA-FNC3複合体の相互作用解析(UV-Visスペクトル、CDスペクトルによる物理化学特性の確認)、(4) DNA-FNC3複合体のモルフォロジー評価、(5) FNC3によるDNA検出について検討を行う。2. FNCとCNDによる電流増加型遺伝子検出の試み申請者は、これまでにCNDを合成し、2本鎖DNAとの相互作用解析を行ってきた。そこ結果CNDは2本鎖DNAにインターカレーションするものの、それには1時間程度必要であることがわかっている。一方、FNDは、1秒未満で2本鎖DNAにインターカレーションする。そこで、これらの複合体によるDNA検出を試みる。
軽度認知症高齢者の食行動の異常に関する研究

認知症の進行に伴い広義の摂食嚥下障害が認められ、食行動の変化は認知症高齢者の食事に大きな影響を与える。本研究では認知機能の変化が口腔内の状況や食事摂取状況、口腔機能や摂食嚥下機能、食行動の異常に及ぼす影響について明らかにする目的で調査を行った。本年度はもの忘れ外来を受診する新規の軽度認知症高齢者10名(男性2名、女性8名、平均年齢82.90±5.36歳)のベースラインデータと、前年度にデータを採取した対象者9名の約半年後の追跡データを採取した。新規対象者の認知症類型はアルツハイマー型認知症(以下AD)9名(うち1名は混合型)、レビー小体型認知症(以下DLB)1名であった。本年度はかかりつけ歯科がある者は8名と多く、定期的な受診を継続できている者も6名存在した。認知症を発症しても歯科への受診が途切れないよう、歯科のみならず患者(家族)側の意識が向上してきているものと推察する。食事関連ではDLB(1名のみ)は10名の中で唯一主食・副食ともに食形態が低かった。副食を嚥下調整食にしている者3名は認知機能が低い傾向にあり、舌圧、反復唾液嚥下テスト、口腔移送試験において他より悪い結果であった。食事関連の問題があったのはDLB1名のみで、妄想・幻覚が該当したが、これは食事に限局せず日常的な症状であるとのことであった。EAT-10で3点以上、主観的な嚥下機能障害を自覚している者はDLB1名とAD1名で、両者に低舌圧を認めており、軽度認知症患者の嚥下機能障害には低舌圧が影響している可能性が示唆された。追跡調査の結果は、全体の傾向として口腔衛生状態の悪化やオーラルディアドコキネシスのわずかな低下が認められた以外は大きな変動は認められなかった。食事については、理由は不明だが4名で朝食の摂取時間帯が遅くなっており、生活リズムの変化が食行動へ影響するかどうか検討の余地があるものと考える。本年度ももの忘れ外来での検診を継続しており、現在30名ほどのベースラインデータが蓄積されている。このうち9名の追跡調査を実施した状況であるが、対象者の施設入所や受診中断・終了などにより複数名の脱落があり、当初目標としていた人数に達していないため、ホームページやニュースレターでの情報公開、学会での報告を行うにいたっていない。ただし、検診対象者は随時追加していく予定であり、追跡調査の脱落が最小限に抑えられるよう連携施設との調整を図っている状況である。次年度も引き続き新規対象者のデータ採取と、現在開始している対象者に対する初回から半年後の時期を目安にした追跡調査の継続を予定している。追跡調査に当たっては歯科的観点から口腔内、口腔周囲の状態の変化を確認し、認知機能ならびに口腔機能、摂食嚥下機能、食事摂取状況や食行動の変化についても推移を追跡していく。食行動の異常を生じた症例についての分析も行いたいと考えている。認知症の進行に伴い、さまざまな食行動の変化が認められることが知られている。極端な偏食や早食いなどといった食行動の異常な変化は、低栄養や窒息事故、誤嚥性肺炎の発生要因として認知症高齢者の生命予後を大きく左右するものとなる。そこで本研究では、どのような食行動の異常がいつ・どのように出現し変化していくか、また認知症類型別の特徴についても経年的に調査していくこととした。今年度はその第一段階として、当クリニックを受診した65歳以上の外来患者を対象に認知機能ならびに摂食状況の調査を実施した。認知機能の指標としてMini-Mental State Examination (以下MMSE)を用い、摂食状況は藤島の摂食嚥下レベル(;Food Intake Level Scale,以下FILS)を用いた。その他に、今後の追跡調査のために舌圧、握力、歩行速度、手段的ADL(以下IADL)、Barthel Index(以下BI)、栄養状態の記録を行った。調査対象者は172名、男性99名(平均年齢79.6±7.6歳)、女性73名(平均年齢80.8±7.9歳)であった。このうち認知症の診断を受けていた者は18名であったが、MMSEのカットオフ値として23点を設定したところ、認知症疑い群61名に対し健常群93名(欠損値18名)となった。FILSを経管栄養の有(1-6)と無(7-9)の2群で分けてカイ二乗検定を行ったところ有意差は得られず、原疾患(認知症、脳血管疾患、口腔・咽頭癌、進行性神経筋疾患)別においてもFILSの有意差は得られなかった。このことから、今後の研究においては対象を認知症の症例に絞り込み、さらにさまざまな類型の認知症症例に対する調査が必要であると考える。そのため、まずは次年度に新たに200名を目標として地域在住の初期認知症高齢者の検診を予定している。この検診においては認知機能と口腔機能、口腔内状況の調査を行う予定であり、今年度内にこれに向けた検診表の開発とリーフレットの作成を開始している。当クリニックの外来受診が可能な軽度認知症患者において、認知機能と摂食状況の調査を実施した。これに加え、日常生活状況や口腔機能、身体機能、栄養状態の評価を行っており、ベースラインのデータを記録することが出来た。

しかしながら、今年度の対象者のみでは認知症の症例数ならびに類型が限られており、類型別の比較を行うには十分な症例数を得ることができなかった。このため、当初予定していたホームページやニュースレターでの情報公開、学会での報告を行うことが出来ていない。高齢者が住み慣れた地域で安心して暮らし続けるためには、総合的な生活機能、適切な栄養摂取、それを支える口腔環境が重要である。昨年度に引き続き、当クリニックを受診した65歳以上の外来患者を対象に、認知機能や日常生活状況を含む高齢者総合的機能評価(Comprehensive Geriatric Assessment; CGA)、摂食状況、栄養状態の調査を行った。この調査対象者193名のうち、1年後の追跡調査を行った40名の初診時の口腔内(残存歯)状況をアイヒナーの分類を用いて調査した。CGAは1基本的日常生活活動動作2手段的日常生活活動動作3意欲4認知機能5情緒・気分6高齢者総合的機能評価簡易版: CGA-7を評価し、食形態は嚥下調整食分類のコード、摂食状況は藤島の摂食嚥下レベル、栄養状態はMini Nutritional Assessment-Short Formを用いて評価した。アイヒナーの分類はA1C3まで10パターンあるが、簡略化のため今回はA、B、Cの3群に分けた。A群>B群>C群と、咬合支持域の欠損が増えるに伴い、ベースラインでは食形態のコード、認知機能、栄養状態、意欲において低下傾向を示したが群間での有意差は認めなかった。追跡調査ではベースライン時の項目に加えて、基本的ADLと手段的ADL、CGA-7で低下傾向を示したが群間での有意差は認めなかった。各群におけるベースラインと追跡調査でのCGAの各項目の比較では有意差を認めなかったが、40名全体ではCGA-7の有意な低下を認めた(p<0.05)。追跡調査時の食形態、摂食状況、栄養状態においては、残存歯の状況による有意な変化はなかった。ほぼ全ての対象者が補綴によってアイヒナーの分類におけるA1の口腔内状況であることが影響しているのではないかと推察される。当クリニックの外来受診が可能な高齢患者40名において、初年度のベースラインデータを用い、認知機能と口腔内状況、摂食状況、日常生活状況、栄養状態の経時的変化を調査しており、現在も継続して他の症例の追跡調査を行っている。しかし、これと別に本年度より予定していた地域在住の初期認知症高齢者の検診事業はスタートしているものの、当初予定していたデータ数の採取は行えていない。この検診は対象を認知症患者に絞った検診であるが、ベースラインの症例数が得られていないため、ホームページやニュースレターでの情報公開、学会での報告を行うことが出来ていない。認知症の進行に伴い広義の摂食嚥下障害が認められ、食事関連BPSD (認知症の行動・心理症状)といわれる食行動の変化は認知症高齢者の食事に大きな影響を与える。本研究では認知機能の変化が口腔内の状況や食事摂取状況、口腔機能や摂食嚥下機能、食行動の異常に及ぼす影響について明らかにする目的で調査を行った。本年度はもの忘れ外来を受診する軽度認知症高齢者20名(男性4名、女性16名、平均年齢83.65±5.34歳)のベースラインデータを採取した。認知症類型としてはアルツハイマー型認知症(以下AD)12名(うち1名は脳血管性を含む混合型、うち1名はレビー小体型認知症疑いあり)、レビー小体型認知症(以下DLB)6名であった。かかりつけ歯科があって定期受診していたが、この数ヶ月受診していないという者が多く、調査時に歯科治療の必要性がある者は8名(全体の4割)におよんでいた。
金属ガラスの変形・破壊のその場観察と原子レベルでのメカニクス解明

本研究の目的は,室温から過冷却液体温度域に至る金属ガラスの変形と破壊プロセスのその場観察によるメカニクスの解明であり,班全体の最終的目標は,局所電子・原子の結合論をベースにした金属ガラスの統一的な変形・破壊メカニクスの学理構築である.今年度の主な成果を以下に示す.1.金属ガラスの摩擦撹拌プロセスによる組織ならびに機械的特性の変化に関する検討を行った.送り速度の変化により,析出するナノ結晶のサイズを制御可能であった.また,金属ガラスに分散したナノ結晶サイズにより,その機械的特性が変化することを実験的に明らかにした.2.電解析出法によるバルクアモルファス合金の作製法を確立した.本手法により,様々な組成のバルクアモルファス合金,様々なナノ結晶のサイズ,体積率を有する材料の作製が可能となった.3.金属ガラスの引張り変形に伴う原子配列の変化について高エネルギーX線によりその場観察した.その結果,引張変形に伴い原子間距離は増大するものの,あるひずみ量に達するとその距離は急激に減少し,さらなるひずみ量の増大に伴い増加する傾向を示した.この結果はEXAFS法により得られた結果と一致していた.本研究グループの目的は、室温から過冷却液体温度域に至る金属ガラスの変形と破壊プロセスのその場観察によるメカニクスの解明であり、A04班全体の最終的目標は、局所電子・原子の結合論をベースにした金属ガラスの統一的な変形・破壊メカニクスの学理構築である。5年計画の初年度である今年度は、共通試料の手配、試験機等重要設備の購入、放射光設備共同利用の申請準備など、基本環境を整えた。1.本特定領域「金属ガラスの材料科学」全体として、最終的に体系的・統一的に取り扱えるよう共通試料の使用を提案し、Zr系金属ガラス(ZANCI-1)を選択した。試験片も板厚2mmを基本形状とし、JIS規格の相似形を用いることとした。また、均質かつ大量に製造できるよう工業レベルで製造することとし、(株)石原産業に発注することにした。2.実験室レベルで作製したZr系金属ガラス(Zn65-Al10-Ni10-Cu15)を室温から過冷却液体温度近傍で予備的に引張試験して、その基本的な力学特性を調査した。その結果、673K(過冷却液体状態)、ひずみ速度10^<-2>s^<-1>において、550%の超塑性伸びを示す事を確認した。今後この試料を用いて、変形下でのその場観察等を行う予定である。3.上記の変形及び破壊試験前後の組織のマルチスケール観察は、すべて室温で行うので、現有の走査型、透過型電子顕微鏡を改造するための基本設計を実施した。また、透過型電子顕微鏡内での引張試験では、極微小な試験片を用いるので、局所的な変形の違いを観察するために、ナノインデーション装置を準備した。次年度以降、種々の温度での試験を予定しているので、加熱装置をオプションとして追加できるよう設計変更した。本研究グループの目的は、室温から過冷却液体温度域に至る金属ガラスの変形と破壊プロセスのその場観察によるメカニクスの解明であり、A04班全体の最終的目標は、局所電子・原子の結合論をベースにした金属ガラスの統一的な変形・破壊メカニクスの学理構築である。5年計画の2年目である今年度は、過冷却液体温度域での変形挙動についての解析を行うとともに、放射光を用いた変形による結合状態変化の分析にも着手した。また、新規合金設計、作製のための装置の導入、第一原理計算のハード環境構築を行った。1.Zr系金属ガラス(Zn65-Al10-Ni10-Cu15)を適当な時間焼鈍後、室温から過冷却液体温度近傍で引張試験を行いその基本的な力学特性を調査した。その結果、673K(過冷却液体状態)、ひずみ速度10^<-2>s^<-1>において、無焼鈍の試料においては550%の超塑性伸びを示し、673Kで30min焼鈍した試料では1100%の大きな伸びを示すこと事を確認した。XRD、DSC、TEMによる解析の結果、このような大きな伸びは変形により促進された準結晶の析出・成長により変形部の塑性安定性が増し、均一変形が実現したことによるものであることを明らかにした。2.Zr系金属ガラス(Zn65-Al10-Ni10-Cu15)を673K(過冷却液体状態)、ひずみ速度10^<-2>s^<-1>において変形した試料及び変形前の試料に対して、放射光を用いた構造解析を実施した。その結果、両者で回折ピークに違いが見られた。現在、詳細な解析を行っている。また、変形中のその場解析を行うための治具についても検討を進めている。3.新規合金設計のための第一原理計算のハード環境構築を行った。また、新規組成の合金作製のための装置の導入を行った。本研究グループの目的は,室温から過冷却液体温度域に至る金属ガラスの変形と破壊プロセスのその場観察によるメカニクスの解明であり,A04班全体の最終的目標は,局所電子・原子の結合論をベースにした金属ガラスの統一的な変形・破壊メカニクスの学理構築である.今年度は,過冷却液体温度域での変形挙動についての解析を継続して行うとともに,第一原理計算によるカラス形成能予測,破壊靱性に関する検討を行った.