Wavefunction User Letter No.7

計算化学を活用した材料開発支援－地方公設試における地元企業振興に向けた取り組み－
和歌山県工業技術センター 化学産業部

森一

hmori@wakayama-kg.jp

はじめに

また現在では導入した計算化学システムを工業技

計算機によるシミュレーションは、各種材料開発におけるトライアンドエラーを低減し、開発スピードを向上させるための有効な手法の一つとなっています。

術センター職員以外も利用できる環境を整えております。
本稿では、和歌山県工業技術センターの山下宗哲
主査研究員と筆者が中心として実施してきた計算化

近年、計算機能力の向上に伴って、高精度な計算を比較的容易に行えるようになり、計算化学を活用学に関連した上記の企業支援の取り組み事例について詳しく紹介します。

した材料開発が広く普及してきています。
一方、和歌山市のエリアは歴史的に日本の有機化計算化学システムの導入学工業発祥の地として認められている地域で、和歌県内企業への計算化学の利用促進を推進するにあ山県では現在もその地域を中心に多くの中小の化学たり、まず工業技術センター内に計算化学システム系企業が集積し、発展を続けています。今後もそれの導入を行いました。具体的には低分子化合物の構ぞれの県内企業が独自の技術を持ってさらなる発展造、各種スペクトル、反応性などを予測、考察できを続けてゆくため、開発を加速化させる新しい技術る量子化学計算システムおよび高分子材料の各種物などの導入が必要となってきています。

性や複合材料の界面状態等のシミュレーションが可

そのような背景のもと和歌山県では計算化学に基能な分子動力学システムを導入しました。

づくものづくりの効率化を「ケミカルスマートものソフトウェアとしては量子化学計算では SPARTANづくり」と命名し、県内化学系企業での計算化学のを中心とした計算システムで、一方分子動力学計算利用促進に関する取り組みを実施してきました。の方は J-OCTA を利用した計算システムとなってい和歌山県工業技術センターは県内の中小企業に対ます。ソフトウェアの選定に際しては、必要とされして技術支援を行う県の中核機関として位置づけらる計算モードが備えられていることはもちろんです

れ、「ケミカルスマートものづくり」に関する取り組が、GUI 環境が整備され初心者でも利用しやすいプみを中心的に推進してきました。具体的には、利用ラットフォームとなっている点も基準としました。

環境の整備として和歌山県工業技術センター内に量

また計算機はワークステーション 2 台を導入し、子化学計算および分子動力学計算が可能な計算化学比較的ストレスなく計算できる環境を整えました。

システムを導入するとともに、県内企業での計算化

SPARTAN についてはホストコンピューターに対して学の利活用促進、人材育成への取り組みとして計算サブコンピューターを 2 台接続し、複数の利用者が化学初心者を対象とした講演会、スクールなども開同時に利用できる環境も整えました（図1）。

催してきました。

米国法人 WAVEFUNCTION, INC. 日本支店1

理論計算によるシミュレーションを有効活用した製品開発が加速化しています。和歌山県では計算化学に基づくものづくりの効率化を「ケミカルスマートものづくり」と命名し、本年度県内化学系企業での計算化学の利用促進に関する取り組みを実施します。具体的には計算化学を実施可能な環境の整備を行い、さらには皆様に計算化学に触れ、活用いただくための「計算化学スクール」を実施いたします。
スクール開催にあたり、計算化学がどのように活用されているかを知っていただくため本キックオフセミナーを開催し、企業で実際に利用している技術者からその魅力と利用例についてご紹介いただきます。

プログラム

開催挨拶 和歌山県工業技術センター 所長 和坂 貞雄 氏
事業内容紹介（１３：３５～１３：４５）
和歌山県工業技術センター

化学産業部部長

前田拓也

氏

計算化学の活用事例紹介（１３：４５～１７：００）①量子化学計算の活用事例「化学企業における量子化学計算の活用について」（－何ができるか、有効に活用するにはどうしたらよいかー）
元株式会社カネカ

先端材料開発研究所

毛利文仁

氏

休憩

②分子動力学計算の活用事例

図 1．導入したコンピューターシステムの一部
（ホスト PC（左）とサブ PC（右）の様子）「化学企業における材料物性シミュレーション」
花王株式会社

宏記

氏

アクセス

4 階ブランシェ

計算化学の啓蒙、普及にあたり、計算化学に対すしてもらうことを目的として、計算化学を実際に体

久保

計算化学スクール応募についての注意事項

キックオフセミナーの開催る敷居を下げつつ、しっかりとした基礎知識を習得

解析科学研究所

事務連絡 （１７：００～）

同様の内容は下記ホームページからも確認できます。

http://www.kishi-ltd.co.jp/chemical_school.html※本事業は平成 27 年度補正予算 地方創生加速化交付金で実施しています。

図 2．キックオフセミナーの案内用チラシ

験できるスクールを企画しました。スクールの実施に先立ち、企業活動での計算化学の有用性を知ってた。講演会終了後には、参加者からの質問等もあり、もらうため「キックオフセミナー」を開催しました

計算化学に関する地元企業での関心の高さが伺われ（図2）。セミナーでは計算化学に対する和歌山県のました。

取り組みを紹介するとともに企業活動での計算化学の有効利用例の紹介として、2 名の講師から実例も計算化学スクールの実施交えてご講演をいただきました。具体的にはセミ

上記「キックオフセミナー」参加企業の技術者のナーの冒頭に「ケミカルスマートものづくり」の概うち、県内企業の計算化学初心者を対象に、計算化要について説明をさせていただいた後に、元カネ学スクールを開催しました。計算化学に慣れ親しん

カ 先端材料開発研究所の毛利文仁氏から量子化学計でもらうことを目的としているため、計算化学ソフ算の活用事例として「化学企業における量子化学計トに触れ、実際に操作する実習を重視したカリキュ算の活用について」（−何ができるか、有効に活用すラムとしました。実習でのきめ細やかなサポート体るにはどうしたらよいかー）と題して講演していた制という観点等もあり、参加者は 10 名に限定してだきました。講演では、量子化学の基礎から実際の実施しました。

活用事例、さらにはご自身のこれまでの経験から企スクールは、全 10 回で前半の 5 回を量子化学計業において計算化学を有効に活用するための提言ま算（SPARTAN を利用）、後半の 5 回を分子動力学計でしていただきました。またもう一人の講師の花王算（J-OCTA を利用）としました（図3）。

株式会社解析科学研究所 久保宏記氏から「化学企業量子化学計算ソフト SPARTAN を用いた「化合物における材料シミュレーション」と題して、材料開物性、反応性予測計算講座」では、基礎講習および発における分子動力学計算の活用事例について紹介

分子モデリング演習として下記の内容を実施していしていただきました。

ただきました。

上記セミナーは平成 28 年 9 月 28 日に和歌山市（1）基礎講習…計算化学でなにができるかの習得

内のダイワロイネットホテル和歌山で開催され、県計算化学のための基礎知識

内企業 15 社の技術者を含む 45 名の参加がありまし

分子構造の入力（3D モデルの作成）

2図 4．座学での講習の様子

図 3．計算化学スクール案内用チラシ（2）分子モデリング演習…配座解析と基礎的計算手法の習得…遷移状態の構造探索の習得
図 5．PC を利用した実習での説明…各種スペクトルの作成方法習得…計算結果の可視化の習得
一方、分子動力学計算ソフト J-OCTA を用いた「材その上司にアンケートを実施した結果、概ね半数の料物性予測分子シミュレーション講座」でも同様に、企業で今後の企業活動での計算化学の実施に前向き

基礎編および発展編に分けて高分子材料のシミュな回答が得られ、中小企業においても様々な場面でレーション方法について JSOL ㈱の方に講習してい計算化学の利用を進めようとしていることを確認でただきましたが、ここでは詳細は省かせていただききました。

ます。
これらの内容は先に述べたように 講義形式の座学

ステップアップセミナーの開催での実施（図4）だけでなく、ノートパソコンを用い上記計算化学スクール終了後に、最先端の計算化た実習（図5）でも充分時間を割いて行われました。

学の活用方法を知ってもらう目的で「ステップアッさらにスクールでは、疑問点の克服、習熟度の向プセミナー」を開催しました（図6）。セミナーでは、上を目的に講習終了後、毎回受講者にアンケートをSPARTAN を活用した量子化学計算の事例の紹介とし実施しました。実際のアンケートでは、計算手法のて東京工業大学の川内進先生から「量子化学計算に基礎的な質問から社内で検討予定材料の計算シミュよる化学反応の研究方法」と題して講演していただ

レーションの可能性など幅広い質問、意見をいただ

きました。内容としては量子化学計算の基本要素にきました。アンケート内容については、講師の方についての説明と川内先生の研究内容の紹介としてジ

可能な限り次回の講習で反映、回答してもらうようシランシクロブテンとアセチレンとの反応についてお願いしました。の反応経路探索事例などについて紹介いただきま

全 10 回のスクール終了後、改めて受講者およびした。

3

(13：40 ～ 14：50）(14：50 ～ 16：00）(16：00 ～ 16：10）(16：10 ～ 17：20）

図 7．計算化学システム全体図(17：20 ～）利用者にも利用できる環境を整えております（詳細は和歌山県工業技術センターホームページ参照：
http://www.wakayama-kg.jp）。また SPARTAN については、複数の利用者の同時利用にも対応できる環
図 6．ステップアップセミナー案内用チラシ

境を整備しております。ただ情報セキュリテイの観点から、机の配置や画面の覗き見防止措置、ログイ

また大阪大学名誉教授の柳田祥三先生からは「分子会合と “SPARTAN” を用いる “do-it-yourself” 計算

ン ID による利用者の管理など、利用者間での情報漏洩などがないよう配慮しながら実施しています。

化学」と題して、DFT 計算によるベンゼンの会合状態の考察や金属錯体合成時における会合種の考察事例などについて紹介いただきました。

終わりに中小企業での計算化学の活用促進に向けた活動とさらに分子動力学計算の計算事例として産業技術して、和歌山県での取り組み事例について紹介させ総合研究所の森田裕史氏から「OCTA を用いた高分ていただきました。平成 29 年 4 月以降、県内の複子材料シミュレーション事例」と題して、高分子の数の企業から計算化学システムを利用いただき、ま界面剥離、界面破壊の状況のシミュレーション事例た問い合わせも多数頂いております。今後共、県内やリソグラフィープロセスに関する事例などについ企業での計算化学利用促進のため、引き続き啓蒙、て紹介していただきました。

普及活動を続けてゆきたいと考えています。

ステップアップセミナーにはスクール参加生はも本稿で紹介した内容は平成 27 年度補正予算地方ちろんですが、それ以外の企業からも参加もあり、創生加速化交付金を活用して実施しました。上記紹活気に満ちた講演会となりました。

介内容の内、セミナー、スクールなどの一部の内容
は事業委託先として㈱貴志の皆様に運営いただきま利用環境の整備した。

工業技術センターに導入された量子化学計算システ

最後になりましたが、計算化学スクールの講師とム（SPARTAN）および分動力学計算システム（J-OCTA）

して和歌山まで何度も講習にきていただきましたは、現在工業技術センターの設計支援室内に集中的

Wavefunction, Inc. 日本支店 内田典孝様、渡邊裕介に配置されています（図7）。上記システムについて

様、JSOL ㈱の皆様、さらに各セミナーでご講演いたは平成 29 年 4 月から県内企業の技術者などの外部だきました講師の皆様に厚くお礼申し上げます。

米国法人 WAVEFUNCTION, INC. 日本支店
〒102-0083 東京都千代田区麹町3-5-2 BUREX麹町

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Wavefunction User Letter No.7（2018.3.1.500）