(57)【要約】【課題】高分子を構成する単量体等の分子の設計を支援する物性値算出方法、物性値算出装置、画像作成装置、コンピュータプログラム及び記録媒体を提供する。【解決手段】分子を構成する複数の原子の中で、任意の連なる複数の原子の指定を受け付け、指定された複数の原子を一つの粗視化単位とする画像を形成し、形成した画像を出力し、更に指定された粗視化単位間のボンド、アングル及びトーション等の結合に関する物性値を算出する。【選択図】        図１
2004287812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の原子が結合して構成される分子の物性値を算出する物性値算出装置による物性値算出方法において、
前記物性値算出装置は、
任意の連なる複数の原子の指定を受け付け、
指定された連なる複数の原子を、粗視化単位とし、
粗視化単位間の結合関係に関する物性値を算出する
ことを特徴とする物性値算出方法。
【請求項２】
複数の原子が結合して構成される分子に関する物性値を算出する物性値算出装置において、
分子を構成する複数の原子の結合関係を記録する手段と、
分子を構成する任意の連なる複数の原子の指定を受け付ける手段と、
指定された連なる複数の原子を、粗視化単位として記録する手段と、
粗視化単位間の結合関係に関する物性値を算出する手段と
を備えることを特徴とする物性値算出装置。
【請求項３】
複数の原子が結合して構成される分子に関する物性値を算出する物性値算出装置において、
原子を識別する原子識別情報に原子を示す原子情報を対応付けて記録する原子データベースと、
所定の結合関係にある複数の原子の原子識別情報を対応付けて記録する分子構造データベースと、
連なる複数の原子の原子識別情報を粗視化単位として、該粗視化単位を識別する粗視化単位識別情報に対応付けて記録する粗視化単位データベースと、
所定の結合関係にある複数の粗視化単位の粗視化単位識別情報を記録する粗視化構造データベースと、
分子を構成する複数の原子を示す原子情報を受け付ける手段と、
受け付けた原子情報に原子識別情報を付与して原子データベースに記録する手段と、
受け付けた原子情報が示す原子の結合関係を示す情報を受け付ける手段と、
受け付けた結合関係を示す情報に基づいて分子構造データベースに所定の結合関係にある原子の原子識別情報を記録する手段と、
任意の連なる複数の原子の指定を受け付ける手段と、
指定された連なる複数の原子を粗視化単位として粗視化単位識別情報を付与し、粗視化単位に含まれる原子の原子識別情報を粗視化単位識別情報に対応付けて粗視化単位データベースに記録する手段と、
分子構造データベースの記録内容に基づく原子の結合関係及び指定された粗視化単位に基づいて粗視化単位の結合関係を求める手段と、
求めた粗視化単位の結合関係に基づいて粗視化構造データベースに所定の結合関係にある粗視化単位の粗視化単位識別情報を記録する手段と、
粗視化構造データベースの記録内容に基づく粗視化単位の結合関係及び分子構造データベースの記録内容に基づく原子の結合関係から、粗視化単位間の結合関係に関する物性値を算出する物性値算出手段と
を備えることを特徴とする物性値算出装置。
【請求項４】
前記分子構造データベースは、
結合する二つの原子の原子識別情報を対応付けて記録する原子結合データベースと、
連なる三つの原子の原子識別情報を対応付けて記録する原子結合角データベースと、
直鎖状に連なる四つの原子の原子識別情報を対応付けて記録する原子二面角データベースと
を有し、
前記粗視化構造データベースは、
結合する二つの粗視化単位の粗視化単位識別情報を対応付けて記録する粗視化単位結合データベースと、
連なる三つの粗視化単位の粗視化単位識別情報を対応付けて記録する粗視化単位結合角データベースと、
直鎖状に連なる四つの原子の原子識別情報を対応付けて記録する粗視化単位二面角データベースと
を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の物性値算出装置。
【請求項５】
前記物性値算出手段は、
前記分子構造データベースに記録されている複数の結合関係から、分子動力学に基づく所定の計算方法にて各原子の位置を示す位置情報の時間変化を算出する手段と、
算出した各原子の位置情報の時間変化を原子識別情報に対応付けて記録する手段と、
粗視化構造データベースから粗視化単位毎の原子識別情報を抽出する手段と、
抽出した粗視化単位毎の原子識別情報及び該原子識別情報にて識別される各原子の位置情報の時間変化に基づいて、所定の結合関係にある各粗視化単位の位置を示す位置情報の時間変化を分布関数として算出する手段と、
算出した分布関数から所定の結合関係にある粗視化単位の物性値を算出する手段と
を含み、
前記所定の結合関係にある粗視化単位の物性値は、分布関数の対数に基づくポテンシャルエネルギ値である
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の物性値算出装置。
【請求項６】
前記分子は、高分子化合物を構成する単位となる単量体であることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の物性値算出装置。
【請求項７】
複数の原子が結合して構成される分子の画像を作成する画像作成装置において、
分子を構成する複数の原子の結合関係を記録する手段と、
分子を構成する任意の連なる複数の原子の指定を受け付ける手段と、
指定された連なる複数の原子を、一つの粗視化単位として示す画像を作成する手段と
を備えることを特徴とする画像作成装置。
【請求項８】
コンピュータに、複数の原子が結合して構成される分子に関する物性値を算出させるコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、分子を構成する複数の原子の結合関係を記録させる手順と、
コンピュータに、分子を構成する任意の連なる複数の原子の指定を受け付けた場合に、指定された連なる複数の原子を粗視化単位として記録させる手順と、
コンピュータに、粗視化単位間の結合に関する物性値を算出させる手順と
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項９】
コンピュータに、複数の原子が結合して構成される分子に関する物性値を算出させるコンピュータプログラムを記録してある、コンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、
コンピュータに、分子を構成する複数の原子の結合関係を記録させる手順と、
コンピュータに、分子を構成する任意の連なる複数の原子の指定を受け付けた場合に、指定された連なる複数の原子を粗視化単位として記録させる手順と、
コンピュータに、粗視化単位間の結合に関する物性値を算出させる手順と
を実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とするコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の原子が結合して構成される分子の物性値を算出する物性値算出方法、その方法を適用した物性値算出装置、その装置にて物性値が算出される分子の結合状況を作成する画像作成装置、その物性値算出装置を実現するためのコンピュータプログラム、及びそのプログラムを記録してある記録媒体に関し、特に高分子化合物を構成する単位となる単量体等の分子を粗視化して、粗視化した夫々の粗視化単位間のボンド、アングル及びトーション等の結合関係毎のポテンシャルエネルギ値を算出する物性値算出方法、物性値算出装置、コンピュータプログラム及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高分子化合物は数千から数百万、更にはそれ以上の原子からなる巨大な分子であり、多様な構造とその構造に依存する特徴的な機能とを持っている。
例えばポリエチレンのような単純な構造の分子でさえも、分子量、分子量分布、分岐構造及び分岐度等の全体構造を制御することにより、様々な特性を持つ材料を創り出すことができる。
しかし現在の高分子化合物材料は、その可能性のごく一部を実現しているに過ぎない。
そこで高分子化合物の可能性を探索し、開発に活かすべくコンピュータ等の計算機を用いて高分子化合物の特性を設計段階から予測及び評価することが求められている。
【０００３】
高分子化合物では、数十ｎｍの構造からμｍスケール以上の大きさの構造まで材料特性に影響を与えるため、開発に際しては多様な空間スケールを持つ因子が複雑に絡まった系を最適化し、設計していかなければならない。
即ち、材料開発におけるシミュレーションシステムは、このように広い空間スケールを網羅する必要があり、これを扱うことは単一の方法論及び単一のモデル化では不可能である。
そこで現象の時間スケールと空間スケールとに応じて適切なモデル化を行い、それらを組み合わせてミクロ世界とマクロ世界とをつなぐものがメソスコピックシミュレーションであり、そしてシームレスズーミングという考え方である。
シームレスズーミングとは、ｎｍスケールのミクロ世界からｃｍスケールのマクロ世界を自由に行き来することを可能にする仮想実験技術であり、この広い空間スケールに渡る領域を自由に行き来し、夫々の階層の情報を活かしながら、現象の予測、解析及び設計を行うことのできるシミュレーションツールである。
【０００４】
シームレスズーミングの基礎となっているのは、メソスコピックモデリングの考え方であり、メソスコピックモデリングとはマクロ世界とミクロ世界との間に様々な中間階層を設定し、夫々の階層に応じて現象の本質的な部分を取り出したモデル化を行うという考え方である。
そして与えられた対象に対して、異なる階層の間を自由に行き来し、ミクロ世界からマクロ世界までの間の任意のスケールの現象に対して仮想実験を行うことがシームレスズーミングの最終目標である。
そのためには、先ずメソスコピック領域の現象を高速かつ正確にシミュレートすることが可能なメソスコピックシミュレーションエンジンが必要であり、夫々のスケールのエンジンを協調させることによって問題の解決を図る仮想実験技術の確立が求められる。
【０００５】
このような分子モデルのシミュレーションに関しては例えば非特許文献１に開示されている。
【０００６】
【非特許文献１】
田崎弘恭、外３名、「材料設計におけるメソスコピックシミュレーション」、日本シミュレーション学会、シミュレーション、平成１２年３月、第１９巻、第１号、ｐ．１７−２５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらメソスコピックシミュレーションエンジンは、任意のメソスコピックな階層で起こる現象を精密にシミュレーションするものであり、シームレスズーミングの概念を実現化すべく各階層にて夫々のエンジンを協調して動作させることが求められる。
即ちミクロスコピックなエンジンをマクロスコピックなエンジンにつなげるためには、ミクロスコピック側からマクロスコピック側で必要とされるパラメータをマクロスコピック側のエンジンで認識することが可能な形式で出力しなければならない。
【０００８】
ところが非特許文献１では、粗視化分子動力学法エンジンにてユナイテッドアトム等の簡単化した分子モデルについて分子動力学に基づくシミュレーションを行う方法が記載されているが、当該エンジンにつなげるためのパラメータとなる粗視化データを原子同士の物性値及び分子の形状等の諸条件に基づき手作業で作成しているため、非効率的であるという問題がある。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、高分子化合物を構成する単位となる単量体等の分子を構成する複数の原子の中で、任意の連なる複数の原子の指定に基づき粗視化単位（ユナイテッドアトム）を決定し、決定した粗視化単位間のボンド（結合）、アングル（結合角）及びトーション（二面角）等の結合に関するポテンシャルエネルギ値等の物性値を分子動力学等の方法を用いて求めることにより、粗視化分子動力学法エンジンにつなげるためのパラメータとなる粗視化データを自動的に算出することを可能とし、しかも計算の対象が原子ではなく粗視化単位であるので必要な計算量を大幅に削減することができるため更に大規模な系（階層）に展開した場合での計算も容易に実現することが可能となるので、高分子化学物質の材料設計等の用途における仮想実験技術の効率化を支援することができる物性値算出方法、その方法を適用した物性値算出装置、その装置にて物性値が算出される分子の結合状況を作成する画像作成装置、その物性値算出装置を実現するためのコンピュータプログラム、及びそのプログラムを記録してある記録媒体の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る物性値算出方法は、複数の原子が結合して構成される分子の物性値を算出する物性値算出装置による物性値算出方法において、前記物性値算出装置は、任意の連なる複数の原子の指定を受け付け、指定された連なる複数の原子を、粗視化単位とし、粗視化単位間の結合関係に関する物性値を算出することを特徴とする。
【００１１】
第１発明に係る物性値算出方法では、高分子化合物を構成する単位となる単量体等の分子を構成する複数の原子の中で、任意の連なる複数の原子を粗視化単位とし、粗視化単位間のボンド（結合）、アングル（結合角）及びトーション（二面角）等の結合に関するポテンシャルエネルギ値等の物性値を分子動力学等の方法を用いて求めることにより、粗視化分子動力学法エンジン等のシミュレーションを行う他の計算プログラムにつなげるためのパラメータとなる粗視化データを自動的に算出することを可能とし、しかも計算の対象が原子ではなく粗視化単位であるため必要な計算量を大幅に削減することができるため更に大規模な系に展開した場合での計算も容易に実現することができるようになるので、分子設計等の用途におけるシミュレーション技術の利用の効率化を支援することが可能である。
例えば三つのベンゼン環を有する分子を想定し、各ベンゼン環を粗視化単位として指定したとすると、従来の方法の様に原子を計算の対象として物性値を算出する場合には、計算の対象となる原子が３０個であるのに対し、粗視化単位で物性値を算出することにより計算の対象となる粗視化単位は３個となる。
計算量は原子数の二乗に比例すると考えられるため、上述した例では計算時間が約１／１００になることが推定され、従って更に大規模な系への展開も容易に実現することが可能である。
【００１２】
第２発明に係る物性値算出装置は、複数の原子が結合して構成される分子に関する物性値を算出する物性値算出装置において、分子を構成する複数の原子の結合関係を記録する手段と、分子を構成する任意の連なる複数の原子の指定を受け付ける手段と、指定された連なる複数の原子を、粗視化単位として記録する手段と、粗視化単位間の結合関係に関する物性値を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第２発明に係る物性値算出装置では、分子を構成する複数の原子の中で、指定された任意の連なる複数の原子を粗視化単位とし、粗視化単位間の結合に関する物性値を求めることにより、粗視化分子動力学法エンジン等のシミュレーションを行う他の計算プログラムにつなげるためのパラメータとなる粗視化データを自動的に算出することを可能とし、しかも計算の対象が原子ではなく粗視化単位であるので必要な計算量を大幅に削減することができるため更に大規模な系に展開した場合での計算も容易に実現することができるようになるので、分子設計等の用途におけるシミュレーション技術の利用の効率化を支援することが可能である。
【００１４】
第３発明に係る物性値算出装置は、複数の原子が結合して構成される分子に関する物性値を算出する物性値算出装置において、原子を識別する原子識別情報に原子を示す原子情報を対応付けて記録する原子データベースと、所定の結合関係にある複数の原子の原子識別情報を対応付けて記録する分子構造データベースと、連なる複数の原子の原子識別情報を粗視化単位として、該粗視化単位を識別する粗視化単位識別情報に対応付けて記録する粗視化単位データベースと、所定の結合関係にある複数の粗視化単位の粗視化単位識別情報を記録する粗視化構造データベースと、分子を構成する複数の原子を示す原子情報を受け付ける手段と、受け付けた原子情報に原子識別情報を付与して原子データベースに記録する手段と、受け付けた原子情報が示す原子の結合関係を示す情報を受け付ける手段と、受け付けた結合関係を示す情報に基づいて分子構造データベースに所定の結合関係にある原子の原子識別情報を記録する手段と、任意の連なる複数の原子の指定を受け付ける手段と、指定された連なる複数の原子を粗視化単位として粗視化単位識別情報を付与し、粗視化単位に含まれる原子の原子識別情報を粗視化単位識別情報に対応付けて粗視化単位データベースに記録する手段と、分子構造データベースの記録内容に基づく原子の結合関係及び指定された粗視化単位に基づいて粗視化単位の結合関係を求める手段と、求めた粗視化単位の結合関係に基づいて粗視化構造データベースに所定の結合関係にある粗視化単位の粗視化単位識別情報を記録する手段と、粗視化構造データベースの記録内容に基づく粗視化単位の結合関係及び分子構造データベースの記録内容に基づく原子の結合関係から、粗視化単位間の結合関係に関する物性値を算出する物性値算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
第３発明に係る物性値算出装置では、分子を構成する複数の原子の中で、指定された任意の連なる複数の原子を粗視化単位とし、分子を構成する複数の原子の結合関係及び指定された粗視化単位に基づいて粗視化単位の結合関係を求め、求めた粗視化単位の結合関係及び原子の結合関係から、粗視化単位間の結合に関する物性値を求めることにより、粗視化分子動力学法エンジン等のシミュレーションを行う他の計算プログラムにつなげるためのパラメータとなる粗視化データを自動的に算出することを可能とし、しかも計算の対象が原子ではなく粗視化単位であるので必要な計算量を大幅に削減することができるため更に大規模な系に展開した場合での計算も容易に実現することができるようになるので、分子設計等の用途におけるシミュレーション技術の利用の効率化を支援することが可能である。
【００１６】
第４発明に係る物性値算出装置は、第３発明において、前記分子構造データベースは、結合する二つの原子の原子識別情報を対応付けて記録する原子結合データベースと、連なる三つの原子の原子識別情報を対応付けて記録する原子結合角データベースと、直鎖状に連なる四つの原子の原子識別情報を対応付けて記録する原子二面角データベースとを有し、前記粗視化構造データベースは、結合する二つの粗視化単位の粗視化単位識別情報を対応付けて記録する粗視化単位結合データベースと、連なる三つの粗視化単位の粗視化単位識別情報を対応付けて記録する粗視化単位結合角データベースと、直鎖状に連なる四つの原子の原子識別情報を対応付けて記録する粗視化単位二面角データベースとを有することを特徴とする。
【００１７】
第４発明に係る物性値算出装置では、原子の結合関係及び粗視化単位の結合関係としてボンド（結合）、アングル（結合角）及びトーション（二面角）を用いることにより、粗視化単位間の平面的及び立体的な関係に基づく動力学的な物性値を算出することが可能である。
【００１８】
第５発明に係る物性値算出装置は、第３発明又は第４発明において、前記物性値算出手段は、前記分子構造データベースに記録されている複数の結合関係から、分子動力学に基づく所定の計算方法にて各原子の位置を示す位置情報の時間変化を算出する手段と、算出した各原子の位置情報の時間変化を原子識別情報に対応付けて記録する手段と、粗視化構造データベースから粗視化単位毎の原子識別情報を抽出する手段と、抽出した粗視化単位毎の原子識別情報及び該原子識別情報にて識別される各原子の位置情報の時間変化に基づいて、所定の結合関係にある各粗視化単位の位置を示す位置情報の時間変化を分布関数として算出する手段と、算出した分布関数から所定の結合関係にある粗視化単位の物性値を算出する手段とを含み、前記所定の結合関係にある粗視化単位の物性値は、分布関数の対数に基づくポテンシャルエネルギ値であることを特徴とする。
【００１９】
第５発明に係る物性値算出装置では、分子動力学に基づく計算により粗視化単位の重心の位置の変化を分布関数として算出し、算出した分布関数から物性値としてポテンシャルエネルギ値を算出することにより、粗視化分子動力学法エンジン等のシミュレーションを行う他の計算プログラムにつなげるためのパラメータとなる物性値を精度良く算出することができ、しかも大規模な系に展開した場合での計算も容易に実現することが可能となるので、分子設計等の用途におけるシミュレーション技術の利用の効率化を支援することが可能である。
【００２０】
第６発明に係る物性値算出装置は、第２発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記分子は、高分子化合物を構成する単位となる単量体であることを特徴とする。
【００２１】
第６発明に係る物性値算出装置では、高分子化合物を構成する単位となる単量体の物性値を算出することにより、様々な特性を持つ材料の設計を支援することが可能である。
【００２２】
第７発明に係る画像作成装置は、複数の原子が結合して構成される分子の画像を作成する画像作成装置において、分子を構成する複数の原子の結合関係を記録する手段と、分子を構成する任意の連なる複数の原子の指定を受け付ける手段と、指定された連なる複数の原子を、一つの粗視化単位として示す画像を作成する手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
第７発明に係る画像作成装置は、指定された複数の原子を一つの粗視化単位として示す画像を作成することにより、分子の粗視化的な構造を視覚的に捉えやすくすることが可能である。
【００２４】
第８発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、複数の原子が結合して構成される分子に関する物性値を算出させるコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、分子を構成する複数の原子の結合関係を記録させる手順と、コンピュータに、分子を構成する任意の連なる複数の原子の指定を受け付けた場合に、指定された連なる複数の原子を粗視化単位として記録させる手順と、コンピュータに、粗視化単位間の結合に関する物性値を算出させる手順とを実行させることを特徴とする。
【００２５】
第８発明に係るコンピュータプログラムでは、コンピュータにて実行することで、コンピュータが物性値算出装置として作動し、高分子化合物を構成する単位となる単量体等の分子を構成する複数の原子の中で、任意の連なる複数の原子を粗視化単位とし、粗視化単位間のボンド（結合）、アングル（結合角）及びトーション（二面角）等の結合に関するポテンシャルエネルギ値等の物性値を分子動力学等の方法を用いて求めることにより、粗視化分子動力学法エンジン等のシミュレーションを行う他の計算プログラムにつなげるためのパラメータとなる粗視化データを自動的に算出することを可能とし、しかも計算の対象が原子ではなく粗視化単位であるので必要な計算量を大幅に削減することができるため更に大規模な系に展開した場合での計算も容易に実現することができるようになるので、分子設計等の用途におけるシミュレーション技術の利用の効率化を支援することが可能である。
【００２６】
第９発明に係るコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体は、コンピュータに、複数の原子が結合して構成される分子に関する物性値を算出させるコンピュータプログラムを記録してある、コンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、コンピュータに、分子を構成する複数の原子の結合関係を記録させる手順と、コンピュータに、分子を構成する任意の連なる複数の原子の指定を受け付けた場合に、指定された連なる複数の原子を粗視化単位として記録させる手順と、コンピュータに、粗視化単位間の結合に関する物性値を算出させる手順とを実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とする。
【００２７】
第９発明に係るコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体では、記録されているコンピュータプログラムをコンピュータにて実行することで、コンピュータが物性値算出装置として動作し、高分子化合物を構成する単位となる単量体等の分子を構成する複数の原子の中で、任意の連なる複数の原子を粗視化単位とし、粗視化単位間のボンド（結合）、アングル（結合角）及びトーション（二面角）等の結合に関するポテンシャルエネルギ値等の物性値を分子動力学等の方法を用いて求めることにより、粗視化分子動力学法エンジン等のシミュレーションを行う他の計算プログラムにつなげるためのパラメータとなる粗視化データを自動的に算出することを可能とし、しかも計算の対象が原子ではなく粗視化単位であるので必要な計算量を大幅に削減することができるため更に大規模な系に展開した場合での計算も容易に実現することができるようになるので、分子設計等の用途におけるシミュレーション技術の利用の効率化を支援することが可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の物性値算出装置の構成を示すブロック図である。
図１中１は、汎用型コンピュータを用いた物性値算出装置であり、物性値算出装置１は、装置全体を制御するＣＰＵ１１、本発明の物性値算出装置用のコンピュータプログラムＰＧ及びデータ等の各種情報を記録したＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体ＲＥＣから各種情報を読み取るＣＤ−ＲＯＭドライブ等の補助記憶手段１２、補助記憶手段１２により読み取られたコンピュータプログラムＰＧ及びデータ等の各種情報を記録するハードディスク等の記録手段１３、各種情報を一時的に記憶するＲＡＭ１４、マウス及びキーボード等の入力手段１５並びにモニタ及びプリンタ等の出力手段１６を備えている。
そして記録手段１３から本発明のコンピュータプログラムＰＧ及びデータ等の各種情報を読み取り、ＲＡＭ１４に記憶させてコンピュータプログラムＰＧに含まれる各種手順をＣＰＵ１１により実行することで、汎用型コンピュータは本発明の物性値算出装置１０として動作する。
【００２９】
図２は本発明の物性値算出装置１が備える記録手段１３に記録されている各種データベースを示すブロック図である。
記録手段１３の記録領域の一部は、分子を構成する原子について記録する原子データベース（原子ＤＢ）１３１、複数の原子の結合関係について記録する分子構造データベース（分子構造ＤＢ）１３２、複数の原子を含む粗視化単位について記録する粗視化単位データベース（粗視化単位ＤＢ）１３３、複数の粗視化単位の結合関係について記録する粗視化構造データベース（粗視化構造ＤＢ）１３４、原子の位置について記録する位置情報データベース（位置情報ＤＢ）１３５、粗視化単位の結合関係に関して計算した結果となる物性値について記録する物性値データベース（物性値ＤＢ）１３６、及び原子の基本的な各種物性値について記録する基本情報データベース（基本情報ＤＢ）１３７等の各種データベースとして用いられている。
【００３０】
分子構造データベース１３２は、ボンドの関係にある原子について記録する原子結合データベース（原子結合ＤＢ）１３２ａ、アングルの関係にある原子について記録する原子結合角データベース（原子結合角ＤＢ）１３２ｂ及びトーションの関係にある原子について記録する原子二面角データベース（原子二面角ＤＢ）１３２ｃを含んでいる。
【００３１】
粗視化構造データベース１３４は、ボンドの関係にある粗視化単位について記録する粗視化単位結合データベース（粗視化単位結合ＤＢ）１３４ａ、アングルの関係にある粗視化単位について記録する粗視化単位結合角データベース（粗視化単位結合角ＤＢ）１３４ｂ及びトーションの関係にある粗視化単位について記録する粗視化単位二面角データベース（粗視化単位二面角ＤＢ）１３４ｃを含んでいる。
【００３２】
物性値データベース１３６は、ボンドの関係にある粗視化単位に関する物性値について記録する物性値結合データベース（物性値結合ＤＢ）１３６ａ、アングルの関係にある粗視化単位に関する物性値について記録する物性値結合角データベース（物性値結合角ＤＢ）１３６ｂ、トーションの関係にある粗視化単位に関する物性値について記録する物性値二面角データベース（物性値二面角ＤＢ）１３６ｃ及び非結合ボンドの関係にある粗視化単位に関する物性値について記録する物性値非結合データベース（物性値非結合ＤＢ）１３６ｄを含んでいる。
【００３３】
基本情報データベース１３７は、本発明の物性値算出方法にて用いられる基本的な情報を記録しているデータベースであり、本発明の物性値算出装置１を実現するために独自に開発するようにしても良いが、様々な機関から有償又は無償で提供されている既存のデータベースを利用するようにしても良い。
基本情報データベース１３７は、ボンドの関係にある原子に関する物性値について記録する基本物性値結合データベース（基本物性値結合ＤＢ）１３７ａ、アングルの関係にある原子に関する物性値について記録する基本物性値結合角データベース（基本物性値結合角ＤＢ）１３７ｂ、トーションの関係にある原子に関する物性値について記録する基本物性値二面角データベース（基本物性値二面角ＤＢ）１３７ｃ及び非結合ボンドの関係にある原子に関する物性値について記録する基本物性値非結合データベース（基本物性値非結合ＤＢ）１３７ｄを含んでいる。
【００３４】
なお物性値算出装置１が備える記録手段１３の記録領域の一部を各種データベースとして用いるのではなく、物性値算出装置１に接続する他の装置を各種データベースとして用い、必要に応じて各種データベースにアクセスし、データの記録／読取を行うようにしても良い。
【００３５】
次に原子の結合関係並びに粗視化単位及び粗視化単位の結合関係について説明する。
図３は本発明の物性値算出装置１にて取り扱う原子の結合関係を示す模式図である。
なおここでいう結合とは共有結合による結合を言う。
図３（ａ）では、ボンドと呼ばれる結合関係を示しており、ボンドでは図３（ａ）中にａｔｏｍ１及びａｔｏｍ２として示した二つの原子が結合した関係にあり、原子間の距離Ｌが伸縮する振動運動を行っている。
ボンドの結合関係にある原子間にはポテンシャルエネルギ値として示されるエネルギ場が存在し、エネルギ場は振動運動に伴い経時的に変化する。
【００３６】
図３（ｂ）では、アングルと呼ばれる結合関係を示しており、アングルでは図３（ｂ）中にａｔｏｍ１、ａｔｏｍ２及びａｔｏｍ３として示した三つの原子が直鎖状に連なる関係にあり、中央に位置するａｔｏｍ２を頂点として形成される角度Θが変化する変角振動運動を行っている。
アングルの結合関係にある原子間にはポテンシャルエネルギ値として示されるエネルギ場が存在し、エネルギ場は変角振動運動に伴い経時的に変化する。
【００３７】
図３（ｃ）では、トーションと呼ばれる結合関係を示しており、トーションでは図３（ｃ）中にａｔｏｍ１、ａｔｏｍ２、ａｔｏｍ３及びａｔｏｍ４として示した四つの原子が直鎖状に連なる関係にあり、ａｔｏｍ１、ａｔｏｍ２及びａｔｏｍ３により決定される平面と、ａｔｏｍ２、ａｔｏｍ３及びａｔｏｍ４により決定される平面とがなす二面角の角度Φが変化する変角振動を行っている。
トーションの結合関係にある原子間にはポテンシャルエネルギ値として示されるエネルギ場が存在し、エネルギ場は変角振動運動に伴い経時的に変化する。
【００３８】
図４は物性値算出装置１にて取り扱う粗視化単位の構造を示す模式図である。
粗視化単位とは、連なる複数の原子を、分子を構成する一つの集合体と見なしたものであり、力学的処理及び統計学的処理等の様々な処理の対象となる単位である。
図４に示す例では、三つの連なる原子ａｔｏｍ１、ａｔｏｍ２及びａｔｏｍ３が粗視化単位ｕｎｉｔ１を構成し、三つの連なる原子ａｔｏｍ４、ａｔｏｍ５及びａｔｏｍ６が粗視化単位ｕｎｉｔ２を構成し、そして二つの連なる原子ａｔｏｍ７及びａｔｏｍ８が粗視化単位ｕｎｉｔ３を構成している。
なお一つの原子を一つの粗視化単位と見なすようにしても良い。
【００３９】
図５は本発明の物性値算出装置１にて取り扱う粗視化単位の結合関係を示す模式図である。
図５（ａ）では、ボンドと呼ばれる結合関係を示しており、ボンドでは図５（ａ）中にｕｎｉｔ１及びｕｎｉｔ２として示した二つの粗視化単位が結合した関係にあり、粗視化単位の重心間の距離Ｌが伸縮する振動運動を行っている。
ボンドの結合関係にある粗視化単位間にはポテンシャルエネルギ値として示されるエネルギ場が存在し、エネルギ場は振動運動に伴い経時的に変化する。
【００４０】
図５（ｂ）では、アングルと呼ばれる結合関係を示しており、アングルでは図５（ｂ）中にｕｎｉｔ１、ｕｎｉｔ２及びｕｎｉｔ３として示した三つの粗視化単位が直鎖状に連なる関係にあり、中央に位置するｕｎｉｔ２の重心を頂点として形成される角度Θが変化する変角振動運動を行っている。
アングルの結合関係にある粗視化単位間にはポテンシャルエネルギ値として示されるエネルギ場が存在し、エネルギ場は変角振動運動に伴い経時的に変化する。
【００４１】
図５（ｃ）では、トーションと呼ばれる結合関係を示しており、トーションでは図５（ｃ）中にｕｎｉｔ１、ｕｎｉｔ２、ｕｎｉｔ３及びｕｎｉｔ４として示した四つの粗視化単位が直鎖状に連なる関係にあり、ｕｎｉｔ１、ｕｎｉｔ２及びｕｎｉｔ３により決定される平面と、ｕｎｉｔ２、ｕｎｉｔ３及びｕｎｉｔ４により決定される平面とがなす二面角の角度Φが変化する変角振動を行っている。
トーションの結合関係にある粗視化単位間にはポテンシャルエネルギ値として示されるエネルギ場が存在し、エネルギ場は変角振動運動に伴い経時的に変化する。
【００４２】
次に本発明の物性値算出装置１が備える各種データベースの記録内容について説明する。
図６は本発明の物性値算出装置１が備える原子データベース１３１の記録内容を概念的に示す説明図である。
原子データベース１３１は、原子を識別する原子識別情報に対応付けて、炭素及び水素等の原子の名称及び種類等の原子情報を記録するデータベースであり、本発明の物性値算出装置１を用いて行われる分子設計において、設計の対象となる分子を構成する全ての原子についての情報が記録される。
【００４３】
図７は本発明の物性値算出装置１が備える分子構造データベース１３２の記録内容を概念的に示す説明図である。
図７（ａ）は分子構造データベース１３２に含まれる原子結合データベース１３２ａの記録内容を概念的に示す説明図である。
原子結合データベース１３２ａには、ａｔｏｍ１及びａｔｏｍ２として示す様に、ボンドの関係にある二つの原子の原子識別情報が対応付けられたレコードとして記録されている。
【００４４】
図７（ｂ）は分子構造データベース１３２に含まれる原子結合角データベース１３２ｂの記録内容を概念的に示す説明図である。
原子結合角データベース１３２ｂには、頂点となるａｔｏｍ２並びにａｔｏｍ２に結合する一方の原子ａｔｏｍ１及び他方の原子ａｔｏｍ３として示す様に、アングルの関係にある三つの原子の原子識別情報が対応付けられたレコードとして記録されている。
【００４５】
図７（ｃ）は分子構造データベース１３２に含まれる原子二面角データベース１３２ｃの記録内容を概念的に示す説明図である。
原子二面角データベース１３２ｃには、二面角を形成する二つの平面が交差することで形成される直線上に位置する一方の原子ａｔｏｍ２及び他方の原子ａｔｏｍ３と、ａｔｏｍ２と結合する原子ａｔｏｍ１及びａｔｏｍ３と結合するａｔｏｍ４として示す様に、トーションの関係にある四つの原子の原子識別情報が対応付けられたレコードとして記録されている。
【００４６】
図８は本発明の物性値算出装置１が備える粗視化単位データベース１３３の記録内容を概念的に示す説明図である。
粗視化単位データベース１３３は、粗視化単位を識別する粗視化単位識別情報に対応付けて粗視化単位を構成する原子の原子識別情報が記録されている。
【００４７】
図９は本発明の物性値算出装置１が備える粗視化構造データベース１３４の記録内容を概念的に示す説明図である。
図９（ａ）は粗視化構造データベース１３４に含まれる粗視化単位結合データベース１３４ａの記録内容を概念的に示す説明図である。
原子結合データベース１３４ａには、ｕｎｉｔ１及びｕｎｉｔ２として示す様に、ボンドの関係にある二つの粗視化単位の粗視化単位識別情報が対応付けられたレコードとして記録されている。
【００４８】
図９（ｂ）は粗視化構造データベース１３４に含まれる粗視化単位結合角データベース１３４ｂの記録内容を概念的に示す説明図である。
粗視化単位結合角データベース１３２ｂには、頂点となるｕｎｉｔ２並びにｕｎｉｔ２に結合する一方の粗視化単位ｕｎｉｔ１及び他方の粗視化単位ｕｎｉｔ３として示す様に、アングルの関係にある三つの粗視化単位の粗視化単位識別情報が対応付けられたレコードとして記録されている。
【００４９】
図９（ｃ）は粗視化構造データベース１３４に含まれる粗視化単位二面角データベース１３４ｃの記録内容を概念的に示す説明図である。
粗視化単位二面角データベース１３４ｃには、二面角を形成する二つの平面が交差することで形成される直線上に位置する一方の粗視化単位ｕｎｉｔ２及び他方の粗視化単位ｕｎｉｔ３と、ｕｎｉｔ２と結合する粗視化単位ｕｎｉｔ１及びｕｎｉｔ３と結合するｕｎｉｔ４して示す様に、トーションの関係にある四つの粗視化単位の粗視化単位識別情報が対応付けられたレコードとして記録されている。
【００５０】
図１０は本発明の物性値算出装置１が備える位置情報データベース１３５の記録内容を概念的に示す説明図である。
位置情報データベース１３５には、原子を識別する原子識別情報に対応付けて、原子の位置を、例えばＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標として示す位置情報が記録されている。
ただし原子は振動運動等の運動により、その位置が経時的に変化しているため、これらの位置情報は、時刻を示す離散的な複数の時刻情報の夫々に対応付けられた経時的な変化を示す離散値として記録されている。
【００５１】
図１１は本発明の物性値算出装置１が備える物性値データベース１３６に含まれる物性値結合データベース１３６ａの記録内容を概念的に示す説明図である。
物性値データベース１３６は、粗視化単位間の結合関係に関する物性値として算出されるポテンシャルエネルギ値を記録するデータベースであり、物性値データベース１３６に含まれる物性値結合データベース１３６ａには、当該レコードを識別する物性値識別情報に対応付けてボンドの関係にある二つの粗視化単位の粗視化単位識別情報及び物性値であるポテンシャルエネルギ値が記録される。
【００５２】
図１２は本発明の物性値算出装置１が備える物性値データベース１３６に含まれる物性値結合角データベース１３６ｂの記録内容を概念的に示す説明図である。
物性値データベース１３６に含まれる物性値結合角データベース１３６ｂには、当該レコードを識別する物性値識別情報に対応付けてアングルの関係にある三つの粗視化単位の粗視化単位識別情報及び物性値であるポテンシャルエネルギ値が記録される。
【００５３】
図１３は本発明の物性値算出装置１が備える物性値データベース１３６に含まれる物性値二面角データベース１３６ｃの記録内容を概念的に示す説明図である。
物性値データベース１３６に含まれる物性値二面角データベース１３６ｃには、当該レコードを識別する物性値識別情報に対応付けてトーションの関係にある四つの粗視化単位の粗視化単位識別情報及び物性値であるポテンシャルエネルギ値が記録される。
【００５４】
図１４は本発明の物性値算出装置１が備える物性値データベース１３６に含まれる物性値非結合データベース１３６ｄの記録内容を概念的に示す説明図である。
物性値データベース１３６に含まれる物性値非結合データベース１３６ｄは、非結合ボンドの関係にある二つの粗視化単位、即ち共有結合による強い結合関係はないが、ファンデルワールス力等の微弱な力により互いに影響を与える二つの粗視化単位間の物性値であるポテンシャルエネルギ値を記録するデータベースであり、当該レコードを識別する物性値識別情報に対応付けて非結合ボンドの関係にある二つの粗視化単位の粗視化単位識別情報及び物性値であるポテンシャルエネルギ値が記録される。
【００５５】
図１５は本発明の物性値算出装置１が備える基本情報データベース１３７に含まれる基本物性値結合データベース１３７ａの記録内容を概念的に示す説明図である。
基本情報データベース１３７は、本発明の物性値算出方法にて用いられる基本的な情報を記録するデータベースであり、基本情報データベース１３７に含まれる基本物性値結合データベース１３７ａには、ボンドの関係にある二つの原子を示す原子名称情報及び物性値であるポテンシャルエネルギ値が対応付けて記録されている。
なおここでいう原子名称情報とは、炭素Ｃ及び水素Ｈ等の単なる原子の名称を示すものではなく、原子の位置する状況をも区分するための名称を示しており、メチル基を形成する炭素Ｃ＿Ｍｅ及びベンゼン環を形成する炭素Ｃ＿φというように同じ原子であっても原子が属する官能基等の周囲の構成状況に応じて異なる名称が付与されている。
このように周囲の構成状況に応じて異なる名称を付与することにより、夫々のエネルギ場固有の物性値を導き出すことが可能になる。
【００５６】
図１６は本発明の物性値算出装置１が備える基本情報データベース１３７に含まれる基本物性値結合角データベース１３７ｂの記録内容を概念的に示す説明図である。
基本情報データベース１３７に含まれる基本物性値結合角データベース１３７ｂには、アングルの関係にある三つの原子を示す原子名称情報及び物性値であるポテンシャルエネルギ値が対応付けて記録されている。
【００５７】
図１７は本発明の物性値算出装置１が備える基本情報データベース１３７に含まれる基本物性値二面角データベース１３７ｃの記録内容を概念的に示す説明図である。
基本情報データベース１３７に含まれる基本物性値二面角データベース１３７ｃには、トーションの関係にある四つの原子を示す原子名称情報及び物性値であるポテンシャルエネルギ値が対応付けて記録されている。
【００５８】
図１８は本発明の物性値算出装置１が備える基本情報データベース１３７に含まれる基本物性値非結合データベース１３７ｄの記録内容を概念的に示す説明図である。
基本情報データベース１３７に含まれる基本物性値非結合データベース１３７ｄは、非結合ボンドの関係にある二つの原子、即ち共有結合による強い結合関係はないが、ファンデルワールス力等の微弱な力により互いに影響を与える二つの原子間の物性値であるポテンシャルエネルギ値を記録するデータベースであり、非結合ボンドの関係にある二つの原子を示す原子名称情報及び物性値であるポテンシャルエネルギ値が対応付けて記録されている。
【００５９】
次に本発明の物性値算出装置１の各種処理について説明する。
図１９は本発明の物性値算出装置１の粗視化単位出力処理を示すフローチャートである。
物性値算出装置１を操作する操作者は、入力手段１５を用いて分子を構成する複数の原子を夫々示す原子情報並びに原子情報が示す原子の結合関係を示す情報を物性値算出装置１に入力する操作を行う。
物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、分子を構成する複数の原子を夫々示す原子情報の入力を入力手段１５から受け付け（Ｓ１０１）、受け付けた原子情報に原子識別情報を付与し（Ｓ１０２）、原子識別情報を付与した原子情報を原子データベース１３１に記録し（Ｓ１０３）、更に原子の結合関係を示す情報の入力を入力手段１５から受け付け（Ｓ１０４）、受け付けた結合関係を示す情報に基づいて分子構造データベース１３２に所定の結合関係にある原子の原子識別情報を前述した所定の記録方法により記録する（Ｓ１０５）。
なおステップＳ１０１及びＳ１０４による各種情報の受付は入力手段１５を用いた入力操作を受け付けるのではなく、予め記録手段１３に記録されている情報の読み込み又は補助記憶手段１２による記録媒体に記録されている情報の読み込みであっても良い。
また複数の原子情報及び結合関係を示す情報を一括して、具体的にはベンゼン環、五員環（シクロヘキサン）及びメチル基等の官能基として受け付けるようにしても良い。
【００６０】
そして物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、原子データベース１３１及び分子構造データベース１３２に記録した情報に基づき複数の原子が結合して構成される高分子化合物（ポリマー）を構成する単位となる単量体（モノマー）等の分子の画像を作成し（Ｓ１０６）、作成した画像をモニタ等の出力手段１６から出力する（Ｓ１０７）。
【００６１】
出力手段１６から出力された分子の画像を視認した操作者は入力手段１５を用い、出力された分子を構成する複数の原子の中から任意の一又は連なる複数の原子を指定する入力を行う。
物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、任意の一又は連なる複数の原子の指定の入力を入力手段１５から受け付け（Ｓ１０８）、指定された一又は連なる複数の原子を粗視化単位として粗視化単位識別情報を付与し（Ｓ１０９）、粗視化単位に含まれる原子の原子識別情報を粗視化単位識別情報に対応付けて粗視化単位データベース１３３に記録する（Ｓ１１０）。
【００６２】
さらに物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、分子構造データベース１３４の記録内容に基づく原子の結合関係及び指定された粗視化単位に基づいて粗視化単位の結合関係を求め（Ｓ１１１）、求めた粗視化単位の結合関係に基づいて粗視化構造データベース１３４に所定の結合関係にある粗視化単位の粗視化単位識別情報を前述した所定の記録方法により記録する（Ｓ１１２）。
【００６３】
そして物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、各種データベースに記録させた各種情報に基づき、指定された一又は連なる複数の原子を、一つの粗視化単位として示す画像を作成し（Ｓ１１３）、作成した画像を出力手段１６から出力する（Ｓ１１４）。
このように粗視化単位出力処理における物性値算出装置１は、複数の原子が結合して構成される分子及び指定された一又は連なる複数の原子にて構成される粗視化単位の画像を出力すべく作成する画像作成装置として用いられる。
【００６４】
次に画像作成装置として用いられる物性値算出装置１から出力される画像について説明する。
図２０は本発明の物性値算出装置１から出力される画像を示す説明図である。
図２０は、図１９を用いて説明した粗視化単位出力処理におけるステップＳ１０７にて出力された画像を示している。
図２０に示される分子は、高分子化合物を構成する繰り返し単位となるＣＨ２  ＣＨ２  ＣＨ２  に対して、図中左側の炭素Ｃに結合する水素Ｈの一つがベンゼン環に置換された単量体を示している。
【００６５】
図２１は本発明の物性値算出装置１から出力される画像を示す説明図である。
図２１は、図１９を用いて説明した粗視化単位出力処理におけるステップＳ１１４にて出力された画像を示しており、図２０に示した分子を粗視化したものである。
図２１に示した画像中ｕｎｉｔ１は連なる複数の原子にて構成されるベンゼン環であり、ｕｎｉｔ２は連なる複数の原子であるＣＨであり、そしてｕｎｉｔ３は連なる複数の原子であるＣＨ２  ＣＨ２  である。
図２１に例示した分子では、単量体内の結合関係として、ｕｎｉｔ１−ｕｎｉｔ２及びｕｎｉｔ２−ｕｎｉｔ３が夫々ボンドの結合関係にあり、ｕｎｉｔ１−ｕｎｉｔ２−ｕｎｉｔ３がアングルの結合関係にある。
また単量体間を跨る結合関係として、ｕｎｉｔ３−ｕｎｉｔ２がボンドの結合関係にあり、ｕｎｉｔ２−ｕｎｉｔ３−ｕｎｉｔ２及びｕｎｉｔ３−ｕｎｉｔ２−ｕｎｉｔ３が夫々アングルの結合関係にある。
さらにｕｎｉｔ１−ｕｎｉｔ２−ｕｎｉｔ３−ｕｎｉｔ２及びｕｎｉｔ２−ｕｎｉｔ３−ｕｎｉｔ２−ｕｎｉｔ３等の連なる四つの粗視化単位の組み合わせが夫々トーションの結合関係にある。
【００６６】
図２２は本発明の物性値算出装置１の位置情報算出処理を示すフローチャートである。
物性値算出装置１では、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、図１９を用いて説明した粗視化単位出力処理におけるステップＳ１０３及びＳ１０５にて原子データベース１３１に記録した原子情報及び分子構造データベース１３２に記録した複数の結合関係を示す情報に基づく分子の平衡構造から、分子軌道法に基づく計算にて分子軌道に関する電荷情報及び双極子モーメント等の分子軌道情報を計算する（Ｓ２０１）。
ステップＳ２０１にて分子軌道情報を算出する方法としては、様々な計算方法及び近似式の選択が考えられるが、本発明はその計算方法について特に指定するものではなく、公知の方法の中から計算の対象となる分子の大きさ及び構成並びに物性値算出装置１の計算能力に応じて適宜選択することが望ましく、また各原子の結合状況及び分子軌道情報を対応付けて記録するデータベースを予め準備しておいた上で用いるようにしても良い。
【００６７】
また物性値算出装置１では、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、原子データベース１３１に記録した原子情報、分子構造データベース１３２に記録した結合関係を示す情報に基づく分子を構成する原子の結合状況、及び基本情報データベース１３７に記録されている基本情報から、分子を構成する各原子間に働くポテンシャルエネルギ値等の物性値を算出する（Ｓ２０２）。
ステップＳ２０２における計算は、原子データベース１３１に記録した原子情報及び分子構造データベース１３２に記録した結合関係を示す情報に基づく分子を構成する原子の結合状況から分子の構成を導き出し、導き出した分子の構成、即ち夫々の原子及びその原子の周囲の構成状況から、ボンド、アングル、トーション及び非結合ボンドの関係にある原子間の物性値を、夫々基本情報データベース１３７に含まれる基本物性値結合データベース１３７ａ、基本物性値結合角データベース１３７ｂ、基本物性値二面角データベース１３７ｃ及び基本物性値非結合データベース１３７ｄから抽出して計算する。
【００６８】
そして物性値算出装置１では、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、原子データベース１３１に記録した原子情報及び分子構造データベース１３２に記録した複数の結合関係を示す情報に基づく分子の構造、ステップＳ２０１にて計算した分子軌道情報及びステップＳ２０２にて計算した物性値から、分子動力学に基づく運動方程式を用いた所定の計算方法にて、分子を構成する各原子の位置を示す位置情報の時間変化を算出し（Ｓ２０３）、算出した各原子の位置情報の時間変化を、各時刻を示す時刻情報及び各時刻における位置情報として原子識別情報に対応付けて位置情報データベース１３５に記録する（Ｓ２０４）。
このように位置情報算出処理により、分子の構成、分子軌道法及び分子動力学に基づく計算により、分子を構成する各原子の位置の時間変化が、離散的な時刻を示す時刻情報に対応付けられた時系列データとして求められる。
【００６９】
図２３は本発明の物性値算出装置１の物性値算出処理を示すフローチャートである。
物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、図１９を用いて説明した粗視化単位出力処理にて粗視化単位データベース１３３に記録した粗視化単位の構造を示す各種情報を抽出し（Ｓ３０１）、更に図２２を用いて説明した位置情報算出処理にて位置情報データベース１３５に記録した各原子の各時刻における位置を示す位置情報を抽出する（Ｓ３０２）。
ステップＳ３０１にて抽出する粗視化単位の構造を示す各種情報とは、粗視化単位データベース１３３に記録されている粗視化単位を示す粗視化単位識別情報及び該粗視化単位識別情報にて示される粗視化単位毎の原子を示す原子識別情報と、粗視化構造データベース１３４に含まれる粗視化単位結合データベース１３４ａに記録されたボンドの結合関係にある粗視化単位識別情報と、粗視化構造データベース１３４に含まれる粗視化単位結合角データベース１３４ｂに記録されたアングルの関係にある粗視化単位識別情報と、粗視化構造データベース１３４に含まれる粗視化単位二面角データベース１３４ｃに記録されたトーションの関係にある粗視化単位識別情報とである。
なおステップＳ３０２に記録されている各原子の位置情報に対応付けられた夫々の原子を識別する原子識別情報は、粗視化単位データベース１３３及び粗視化構造データベース１３４にて用いられている原子識別情報と対応している。
【００７０】
物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、ステップＳ３０１にて抽出した粗視化単位の構造を示す各種情報及び各原子の時間変化を示す位置情報に基づいて、粗視化単位の結合関係毎に、粗視化単位同士の距離又は角度に対する存在確率を求める統計処理により粗視化単位の分布状況を示す分布情報を算出する（Ｓ３０３）。
ステップＳ３０３における分布状況を示す分布情報を算出する処理とは、ボンドの結合関係にある二つの粗視化単位の夫々の重心の距離Ｌ、アングルの結合関係にある三つの粗視化単位の夫々の重心により形成される結合角Θ、トーションの結合関係にある四つの粗視化単位の夫々の重心により形成される二面角Φ、及び非結合ボンドの関係にある二つの粗視化単位の夫々の重心の距離Ｒに対する存在確率を、その合計値が１になるように規格化した離散値として求める処理を示す。
【００７１】
図２４は本発明の物性値算出装置１にて実行される統計処理を説明するグラフである。
図２４は、ボンドの結合関係にある二つの粗視化単位の重心間の距離毎の存在確率を例示したグラフであり、横軸に距離を取り、縦軸に存在確率を取って、その関係を示したものである。
ボンドの結合関係にある二つの粗視化単位は振動しているため、その重心間の距離は経時的に変化する。
ステップＳ３０３に示した統計処理においては、重心間の距離の時間的な分布状況を存在確率として示したものであり、存在確率の合計値は１になるように規格化されている。
ただし統計処理の元になった各原子のＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標を示す位置情報は、離散値である時刻情報に対応付けられた離散値の情報であるため、算出される分布情報も離散値であり、図２４では便宜上滑らかな曲線としてグラフを示しているが、実際には離散的な点の集合となる。
【００７２】
またアングルの結合関係にある三つの粗視化単位についての存在確率は、夫々の重心により形成される結合角に対する存在確率であるため、図２４に示すグラフと同様のグラフを作成する場合、その横軸は結合角の角度となる。
同様にしてトーションの結合関係にある四つの粗視化単位についての存在確率は、夫々の重心により形成される二面角に対する存在確率であるため、存在確率のグラフの横軸は二面角の角度となり、非結合ボンドの関係にある二つの粗視化単位についての存在確率は、夫々の重心間の距離に対する存在確率であるため、存在確率のグラフの横軸は距離となる。
【００７３】
フローチャートに戻り、物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、ステップＳ３０３にて算出した分布情報を、最小二乗法及び最大エントロピー法（ＭＥＭ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｅｎｔｒｏｐｙ  Ｍｅｔｈｏｄ）等の方法にて平滑化することで分布関数を算出する（Ｓ３０４）。
なお分布情報は、ボンド、アングル、トーション及び非結合ボンドの四つの結合関係毎に算出されているため、ステップＳ３０４にて算出される分布関数も以下に示すように結合関係毎に距離又は角度の関数として求められ、求められた関数は図２４に示したグラフを離散値の集合ではなく連続した曲線にて表したグラフとして示される。
なお関数中に用いられている絶対温度Ｔには定数が用いられるので、夫々の関数は実質的に距離Ｌ、角度Θ、角度Φ又は距離Ｒを変数とする関数となる。
【００７４】
ボンドの結合関係にある粗視化単位の分布関数；
ＰＵＡｂｏｎｄ（Ｌ，Ｔ）
但し、Ｌ：粗視化単位の重心間の距離
Ｔ：絶対温度
【００７５】
アングルの結合関係にある粗視化単位の分布関数；
ＰＵＡａｒｇ  （Θ，Ｔ）
但し、Θ：粗視化単位の重心により形成される結合角の角度
Ｔ：絶対温度
【００７６】
トーションの結合関係にある粗視化単位の分布関数；
ＰＵＡｔｏｒ  （Φ，Ｔ）
但し、Φ：粗視化単位の重心により形成される二面角の角度
Ｔ：絶対温度
【００７７】
非結合ボンドの関係にある粗視化単位の分布関数；
ＰＵＡｎｂ（Ｒ，Ｔ）
但し、Ｒ：粗視化単位の重心間の距離
Ｔ：絶対温度
【００７８】
そして物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、ステップＳ３０４にて算出した分布関数の対数に基づいて、粗視化単位間の結合関係に関する物性値を示す関数、具体的にはボンドの結合関係における距離に対する物性値であるポテンシャルエネルギ値を示す関数、並びにアングル及びトーションの結合関係における角度に対する物性値であるポテンシャルエネルギ値を示す関数を算出する（Ｓ３０５）。
ステップＳ３０５にて算出した物性値であるポテンシャルエネルギ値を示す関数は以下の通りである。
【００７９】
ボンドの結合関係にある粗視化単位に関する物性値を示す関数；
ＵＣＧｂｏｎｄ（Ｌ，Ｔ）＝−ｋＴ・ｌｏｇＰＵＡｂｏｎｄ（Ｌ，Ｔ）
但し、ｋ：ボルツマン定数
【００８０】
アングルの結合関係にある粗視化単位に関する物性値を示す関数；
ＰＣＧａｒｇ  （Θ，Ｔ）＝−ｋＴ・ｌｏｇＰＵＡａｒｇ  （Θ，Ｔ）
但し、ｋ：ボルツマン定数
【００８１】
トーションの結合関係にある粗視化単位に関する物性値を示す関数；
ＰＣＧｔｏｒ  （Φ，Ｔ）＝−ｋＴ・ｌｏｇＰＵＡｔｏｒ  （Φ，Ｔ）
但し、ｋ：ボルツマン定数
【００８２】
ステップＳ３０５では、ボンド、アングル及びトーションの結合関係に関する物性値を示す関数を算出するが、非結合ボンドの関係に関する物性値を示す関数については、更に補正値を付加する必要がある。
即ち物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、ステップＳ３０５と同様の計算方法にて算出した関数に付加すべき補正値を算出し（Ｓ３０６）、算出した補正値を前述した関数に付加することで、非結合ボンドの結合関係における距離に対する物性値であるポテンシャルエネルギ値を示す関数を算出する（Ｓ３０７）。
非結合ボンドのポテンシャルエネルギ値には、原子を含む官能基の形状及び配置による影響を無視することができないため、これらの影響によるポテンシャルエネルギ値を補正値として算出して付加する必要があり、ステップＳ３０６にてこのような補正値を算出し、ステップＳ３０７にて算出した補正値に基づきポテンシャルエネルギ値を示す関数を算出する。
また補正値は、結合する二つの粗視化単位の距離を変化させることにより、また一方を固定した状態で他方を回転させることにより、補正値の算出の対象となる粗視化単位の相対的な位置及び距離を変化させ、例えば基本情報データベース１３７に記録されている基本情報を参照することで、距離及び角度の変化に基づく相対位置及び距離の変化に対するポテンシャルエネルギ値を逐次求め、求めたポテンシャルエネルギ値の平均値を、存在確率を加味して算出したものである。
ステップＳ３０７にて算出した物性値であるポテンシャルエネルギ値を示す関数は以下の通りである。
【００８３】
非結合ボンドの関係にある粗視化単位の物性値を示す関数；
ＰＣＧｎｂ（Ｒ，Ｔ）＝−ｋＴ・ｌｏｇＰＵＡｎｂ（Ｒ，Ｔ）＋ＲＥ
但し、ｋ：ボルツマン定数
ＲＥ：補正値
【００８４】
図２５は本発明の物性値算出装置１にて算出される物性値を示す関数により示されるグラフである。
図２５は、ボンドの結合関係にある粗視化単位の距離に対するポテンシャルエネルギ値を示す関数を、横軸に重心間の距離を取り、縦軸にポテンシャルエネルギ値を取ることによりグラフとして示したものである。
なお非結合ボンドの結合関係にある粗視化単位の物性値を示す関数も横軸に重心間の距離を取り、縦軸にポテンシャルエネルギ値を取ることによりグラフとして示すことが可能である。
【００８５】
図２６は本発明の物性値算出装置１にて算出される物性値を示す関数により示されるグラフである。
図２６は、アングルの結合関係にある粗視化単位の結合角に対するポテンシャルエネルギ値を示す関数を、横軸に形成される角度を取り、縦軸にポテンシャルエネルギ値を取ることによりグラフとして示したものである。
グラフにおいて横軸は、例えば−π〜＋πの範囲として示される。
なおトーションの結合関係にある粗視化単位の物性値を示す関数も横軸に形成される二面角の角度を取り、縦軸にポテンシャルエネルギ値を取ることによりグラフとして示すことができる。
【００８６】
そして物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、算出すべき物性値の定義域及び条件を示す分布定義情報の入力を要求する分布定義情報要求をモニタである出力手段１６から出力する（Ｓ３０８）。
分布定義情報要求とは、例えば分布定義情報の入力欄及び入力欄への入力を促すメッセージであり、分布定義情報要求を確認した操作者は、分布定義情報要求として示された所定の入力欄に分布定義情報を入力する。
入力される分布定義情報は、定義域となる下限値及び上限値並びに定義域の分割数を示す数値であり、例えばボンド及び非結合ボンドの結合関係に対しては、重心間距離の下限値として「０．０」、上限値として「１０．０」、そして分割数として「１０００」が入力される。
この場合、０．０から１０．０までの範囲で、０．０１毎の夫々の距離、具体的には０．０、０．０１、０．０２、…、９．９９、１０．０を示すことになる。
同様にしてアングル及びトーションの結合関係に対しては、結合角又は二面角の下限値として「−π」、上限値として「＋π」、そして分割数として「１０００」が分布定義情報として入力される。
【００８７】
物性値算出装置１は、ＲＡＭ１４に記憶させたコンピュータプログラムＰＧを実行するＣＰＵ１１の制御により、分布定義情報の入力を受け付け（Ｓ３０９）、受け付けた分布定義情報が示す算出条件並びにステップＳ３０５及びＳ３０７にて算出した関数から、算出条件に対する物性値を算出し（Ｓ３１０）、算出した物性値を物性値データベース１３６に含まれる物性値結合データベース１３６ａ、物性値結合角データベース１３６ｂ、物性値二面角データベース１３６ｃ及び物性値非結合データベース１３６ｄに所定の記録方法にて記録する（Ｓ３１１）
このようにして記録された物性値は必要に応じて抽出し、出力することが可能であり、分子設計において設計される分子の物性値を予測し、設計を支援することが可能となる。
【００８８】
前記実施の形態では、物性値としてポテンシャルエネルギ値を算出する形態を示したが、本発明はこれに限らず、様々な物性値の算出に適用することが可能である。
また前記実施の形態では、単独の物性値算出装置にて物性値を算出する形態を示したが、複数のコンピュータにてネットワークを形成し、サーバコンピュータを物性値算出装置として用い、サーバコンピュータに接続するクライアントコンピュータにて共用する形態に適用することも可能である。
さらに前記実施の形態では、高分子化合物を構成する単量体に適用する形態を示したが、本発明はこれに限らず、単量体以外の分子に適用することも可能である。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る物性値算出方法、物性値算出装置、画像作成装置、コンピュータプログラム及び記録媒体では、高分子化合物を構成する単位となる単量体等の分子を構成する複数の原子の中で、任意の連なる複数の原子の指定を受け付け、指定された複数の原子を一つの粗視化単位とする画像を形成し、形成した画像を出力することにより、分子の粗視化的な構造を視覚的に捉えやすくすることが可能である等、優れた効果を奏する。
【００９０】
また本発明では、指定された粗視化単位間のボンド（結合）、アングル（結合角）及びトーション（二面角）等の結合に関するポテンシャルエネルギ値等の物性値を分子動力学等の方法を用いて求めることにより、粗視化分子動力学法エンジン等のシミュレーションを行う他の計算プログラムにつなげるためのパラメータとなる粗視化データを自動的に算出することを可能とし、しかも計算の対象が原子ではなく粗視化単位であるので必要な計算量を大幅に削減することができるため更に大規模な系に展開した場合での計算も容易に実現することができるようになるので、分子設計等の用途におけるシミュレーション技術の利用の効率化を支援することが可能である等、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の物性値算出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の物性値算出装置が備える記録手段に記録されている各種データベースを示すブロック図である。
【図３】本発明の物性値算出装置にて取り扱う原子の結合関係を示す模式図である。
【図４】物性値算出装置にて取り扱う粗視化単位の構造を示す模式図である。
【図５】本発明の物性値算出装置にて取り扱う粗視化単位の結合関係を示す模式図である。
【図６】本発明の物性値算出装置が備える原子データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図７】本発明の物性値算出装置が備える分子構造データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図８】本発明の物性値算出装置が備える粗視化単位データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図９】本発明の物性値算出装置が備える粗視化構造データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１０】本発明の物性値算出装置が備える位置情報データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１１】本発明の物性値算出装置が備える物性値データベースに含まれる物性値結合データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１２】本発明の物性値算出装置が備える物性値データベースに含まれる物性値結合角データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１３】本発明の物性値算出装置が備える物性値データベースに含まれる物性値二面角データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１４】本発明の物性値算出装置が備える物性値データベースに含まれる物性値非結合データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１５】本発明の物性値算出装置が備える基本情報データベースに含まれる基本物性値結合データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１６】本発明の物性値算出装置が備える基本情報データベースに含まれる基本物性値結合角データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１７】本発明の物性値算出装置が備える基本情報データベースに含まれる基本物性値二面角データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１８】本発明の物性値算出装置が備える基本情報データベースに含まれる基本物性値非結合データベースの記録内容を概念的に示す説明図である。
【図１９】本発明の物性値算出装置の粗視化単位出力処理を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の物性値算出装置から出力される画像を示す説明図である。
【図２１】本発明の物性値算出装置から出力される画像を示す説明図である。
【図２２】本発明の物性値算出装置の位置情報算出処理を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の物性値算出装置の物性値算出処理を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の物性値算出装置にて実行される統計処理を説明するグラフである。
【図２５】本発明の物性値算出装置にて算出される物性値を示す関数により示されるグラフである。
【図２６】本発明の物性値算出装置にて算出される物性値を示す関数により示されるグラフである。
【符号の説明】
１０  物性値算出装置
１１  ＣＰＵ
１２  補助記憶手段
１３  記録手段
１４  ＲＡＭ
１５  入力手段
１６  出力手段
１３１  原子データベース
１３２  分子構造データベース
１３２ａ  原子結合データベース
１３２ｂ  原子結合角データベース
１３３ｃ  原子二面角データベース
１３３  粗視化単位データベース
１３４  粗視化構造データベース
１３４ａ  粗視化単位結合データベース
１３４ｂ  粗視化単位結合角データベース
１３４ｃ  粗視化単位二面角データベース
１３５  位置情報データベース
１３６  物性値データベース
１３６ａ  物性値結合データベース
１３６ｂ  物性値結合角データベース
１３６ｃ  物性値二面角データベース
１３６ｄ  物性値非結合データベース
１３７  基本情報データベース
１３７ａ  基本物性値結合データベース
１３７ｂ  基本物性値結合角データベース
１３７ｃ  基本物性値二面角データベース
１３７ｄ  基本物性値非結合データベース
ＰＧ  コンピュータプログラム
ＲＥＣ  記録媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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