hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分子のセグメント運動の相関長に対する分子論的考察

種々の高分子に対し,誘電緩和データと粘弾性データの比較から,高分子のセグメントサイズを見積もった.その結果は,先行研究で得られた結果と定量的に一致した.セグメント運動の詳細については現在解析中である.また,相溶性高分子ブレンド系の粘弾性データから,絡み合いセグメントサイズを見積もった.その組成依存性をまとめた結果,従来(他種の)相溶性ブレンド系について提案されているブレンド則からは大きく逸脱していることが明らかとなった.このことは本研究で用いた高分子のペアが,顕著な相溶性を示す原因となる特殊な相互作用を有することに起因すると考えられる.誘電緩和,粘弾性緩和は,ともに,モノマーの単位ベクトルの運動を反映するが,誘電緩和とは異なり,粘弾性緩和には異なるモノマー間の相関は陽には現れない.セグメント運動の相関長ξが一定の状況で試料の分子量Mのみを増加させることは相関体積内のモノマーの分子間相関をより弱い分子内相関で置換することに相当するが,この置換によって,分子間相関を直接反映する誘電緩和は,粘弾性緩和に対して相対的に加速され,また誘電緩和強度Δεは減少する.従って,この置換が飽和する臨界分子量M*以下の分子量域では, Mの増加とともに誘電セグメント緩和時間τε[S]と粘弾性セグメント緩和時間τG[S]の比r(M) = τε[S]/τG[S]とΔεは減少し, M > M*では,これらの量はMに依存しなくなる.上記の考察に基づき, B型双極子を有する高分子であるポリビニルメチルエーテル(PVME),ポリ(p-クロロスチレン) (PCS)を合成した.各高分子について,オリゴマー域からポリマー域までの種々のMを有する試料を得た.これらの試料に対して誘電および粘弾性測定を行ない, τε[S]とτG[S], Δεデータを得た.各同族体試料のr(M)とΔεの分子量依存性を検討し, r(M)とΔεがMに依存しなくなる臨界値M*からセグメント運動の相関長ξを決定した.その結果は,ポリスチレンに対する先行研究[Matsumiya et al, Macromolecules, 44, 4355-4365 (2011)]の結果と定量的に一致した.種々の高分子に対し,誘電緩和データと粘弾性データの比較から,高分子のセグメントサイズを見積もった.その結果は,先行研究で得られた結果と定量的に一致した.セグメント運動の詳細については現在解析中である.また,相溶性高分子ブレンド系の粘弾性データから,絡み合いセグメントサイズを見積もった.その組成依存性をまとめた結果,従来(他種の)相溶性ブレンド系について提案されているブレンド則からは大きく逸脱していることが明らかとなった.このことは本研究で用いた高分子のペアが,顕著な相溶性を示す原因となる特殊な相互作用を有することに起因すると考えられる.誘電緩和と粘弾性緩和は,ともに,モノマーの運動を反映するが,誘電緩和とは異なり,粘弾性緩和には異なるモノマー間の相関は陽には現れない.セグメント運動の相関長ξが一定の状況で試料の分子量Mのみを増加させることは相関体積内のモノマーの分子間相関をより弱い分子内相関で置換することに相当するが,この置換によって,分子間相関を直接反映する誘電緩和は,粘弾性緩和に対して相対的に加速され,また誘電緩和強度Δεは減少する[Matsumiya etal, Macromolecules, 44, 4355-4365 (2011)].従って,この置換が飽和する臨界分子量M*以下の分子量域では, Mの増加とともに誘電セグメント緩和時間τε[S]と粘弾性セグメント緩和時間τG[S]の比r(M) = τε[S]/τG[S]とΔεは減少し, M > M*では,これらの量はMに依存しなくなる.上記の考察に基づき, B型双極子を有する高分子であるポリブタジエン(PB),ポリ(p-tert-ブチルスチレン)(PtBS)を真空ラインを用いてアニオン合成した.各高分子について,オリゴマー域からポリマー域までの種々のMを有する試料を得た.これらの試料に対して誘電および粘弾性測定を行ない, τε[S]とτG[S], Δεデータを得た.各同族体試料のr(M)とΔεの分子量依存性を検討し, r(M)とΔεがMに依存しなくなる臨界値M*からセグメント運動の相関長ξを決定した.その結果, PB, PtBSのいずれのξも3nm程度であることが判明した。この結果は,ポリスチレンに対する先行研究[Matsumiya et al, Macromolecules, 44, 4355-4365 (2011)]の結果と定量的に一致した.ポリイソプレン(PI)とポリ(t-ブチルスチレン) (PtBS)はそれぞれのガラス転移温度(Tg)と絡み合い長が大きく異なるが,広範な温度域で相溶することが知られている.線形粘弾性域では,局所緩和は高TgをもつPtBSに支配されるため, PIのRouse緩和はPtBSにより遅延されるが,終端緩和の時間域はあまり影響されない.このため, PI/PtBSブレンド中でのPIの絡み合い平坦部は不明瞭となる.本研究では,種々の成分分子量,組成をもつ絡み合いPI/PtBSブレンド系と,対応する(非絡み合い)Rouse PI/PtBSブレンド系の比較により,ブレンドの平坦部弾性率と絡み合い長を見積もった.

その結果,本PI/PtBSブレンドの絡み合い長は,従来(他種の高分子種の)相溶性ブレンド系について提案されているブレンド則からは大きく逸脱していることが明らかとなった.このことは,おそらくPIとPtBSの間の(顕著な相溶性を発現させる)特殊な相互作用に起因すると考えられる.さらに, PI, PtBS各成分の分子量と組成を適切に選ぶことにより,ブレンド中のPI成分とPtBS成分が同じ終端緩和時間τを持つようなブレンド系を調製した.このブレンド系は,単分散ホモポリマー系と同様の線形粘弾性応答を示した. PI, PtBS各成分鎖はいずれも十分に大きな絡み合い数をもち,それぞれの単分散バルク状態ではいずれも大変形下で強いダンピング挙動を示すが,このPI/PtBSブレンド系の非線形ダンピングはそれより弱く, Doi-Edwardsモデルの予測に近いことが明らかとなった.この, PI/PtBSブレンド系での非線形ダンピングの抑制は, PI成分とPtBS成分それぞれのRouse収縮時間の差を反映していると考えられる.高分子レオロジー上記の通り,PVME、PCSの相関長について実験的に決定することが出来た。H25年度は当初の予定どおりに進行している。上記の通り, PB, PtBSの相関長について実験的に決定することが出来た。H24年度の研究は当初の予定どおりに進行している。PB/PtBSブレンド, PCS/PVMEブレンドが相溶系であることや,各ブレンドの誘電セグメント緩和が大きな双極子を持つ成分(PB, PCS)に支配されることはすでに解明されている.この点を考慮し,平成24, 25年度に作成した試料を混合して種々の組成のPB/PtBS, PCS/PVMEブレンドを調製し,誘電および粘弾性測定を行なう.また,複屈折光学系を自作し,これを既設の歪制御型レオメーターに取り付けて,流動光学測定も行なう.粘弾性データと流動光学データを組み合わせて,系中のPB, PCS成分の複素剛性率G*を求め,このG*データから, PB, PCS成分の粘弾性セグメント緩和時間τG[S]を決定する.また, PB, PCS成分に支配されたブレンド系の誘電データから,これらの成分の誘電緩和強度Δεと誘電セグメント緩和時間τε[S]を決定する.得られたτG[S], τε[S],およびΔεデータに対して平成24, 25年度と同様の解析を行なってブレンド中におけるこれらの成分のセグメント運動の相関長ξを決定し,平成24, 25年度に決定したバルク状態でのξと比較して,相関長に与えるブレンドの効果を検討する.B型高分子であるPVME, PCSをそれぞれ7試料,カチオン重合,ラジカル重合にて合成する。これらの試料について,平成24年度と同様の手法で誘電・粘弾性測定を行ない,得られたデータを解析してセグメント運動の相関長ξを決定する.さらに, PB, PtBSについて平成24年度に得たデータも併せて,分子内および分子間の運動相関に対する鎖の化学構造の影響を,セグメントのパッキング効率という観点から整理する.本年度は、研究計画時に想定していたよりもはるかに効率的に実験を行うことが出来たために、研究費の使用が少なくて済んだ。本年度は最終年度に当たるため、H2425年度に得られた結果と本年度に得られる研究成果をまとめ、学会発表するための旅費として用いる予定である。
たわんだ管に作用する内水圧の真円復元効果に関する研究

たわんだ管に内水圧が作用する状況を近似する目的で,A)楕円管に等方な内水圧が作用するモデルと,B)真円管に直交異方な内水圧が作用するモデルの2つについて検討した。フレーム解析などの数値解析ではどちらのモデルに基づいた解析も実施可能であるが,モデルB)では梁理論や曲がり梁理論に基づいた理論解析も可能である。またモデルA)が実際の管と類似性を持つことは明らかであるが,モデルB)の妥当性は明らかではない。そこで,モデルA)の長軸長と短軸長の比とモデルB)の卓越水圧比(水圧が大きい方向の水圧と,小さい方向の水圧の比)を揃えた解析の結果を比較することで,両モデルに同等性があるかについて調べた。管の厚さが内径と比べて無視できる状況を想定し,楕円管を多角形で近似した線部材によるフレーム解析で,モデルA)に基づく各部位の断面力(軸力と曲げモーメント)を求めた。なおせん断力を対象から除外しているのは,フレーム解析においては分布荷重である内水圧を節点への集中荷重に変換するため,分布荷重のままとするモデルB)の理論式と比較が困難なためである。続いてモデルB)についての理論解析を行なって,断面力を求める式を得た。両者を比較したところ,1)フレーム解析の要素分割が細かい場合,軸力の値は両モデルでほぼ完全に一致する,2)曲げモーメントの値には差が生じるが,その差には規則性があり,補正を行なうことで両モデルの値をほぼ完全に一致させることができる,という結果が得られた。以上より,補正を行なったモデルB)によってモデルA)の代替できることが明らかになるとともに,理論式を用いた解析が実施可能となった。本研究は,理論式,数値解析,外水圧実験の3つを組み合わせることによって,たわんだ管に作用する内水圧の真円復元効果の大きさを明らかにすることを目的としている。現在までに実験を行なうことはできていないが,薄い管については2つの計算手法の同等性を明らかにすることができた。本年度に実施する実験結果と計算結果を比較することによって,計算手法の妥当性が評価できることから,概ね順調に進展していると判断できる。本年度は,まず楕円管の供試体を作成し,これに外圧を作用させることで管が偏平化する現象を観察する実験を行なう。これは内水圧による真円復元効果の逆の現象であり,材料の弾性域においては符号のみが異なる現象とみなせるものである。3Dプリンターを使って様々な偏平率と管厚の供試体を作成し,実験を実施する。実験結果に基づいて,前年度に作成した解析モデルの妥当性を判断する。パイプラインに用いられている管は内径に比べて管厚が小さく,曲がり梁の理論において薄い管とみなし得ることが知られている。このような管には作成した解析モデルの親和性が高いと考えられる一方,機械工学で用いられている曲がり管には管厚が大きいものがあり,本解析モデルをそのまま適用できるかは不明である。厚い管に対する実験結果を検討することによって,管厚を無視した解析モデルの適用性と適用限界を明らかにし,また必要な管厚補正を定式化することを目指す。

本年度は,まず楕円管の供試体を作成し,これに外圧を作用させることで管が偏平化する現象を観察する実験を行なう。これは内水圧による真円復元効果の逆の現象であり,材料の弾性域においては符号のみが異なる現象とみなせるものである。3Dプリンターを使って様々な偏平率と管厚の供試体を作成し,実験を実施する。実験結果に基づいて,前年度に作成した解析モデルの妥当性を判断する。パイプラインに用いられている管は内径に比べて管厚が小さく,曲がり梁の理論において薄い管とみなし得ることが知られている。このような管には作成した解析モデルの親和性が高いと考えられる一方,機械工学で用いられている曲がり管には管厚が大きいものがあり,本解析モデルをそのまま適用できるかは不明である。厚い管に対する実験結果を検討することによって,管厚を無視した解析モデルの適用性と適用限界を明らかにし,また必要な管厚補正を定式化することを目指す。解析モデルの確立を優先し,費用が必要な実験を2年目に回したため,次年度使用額が生じた。本年度はこの残金を充当して,楕円管供試体に外水圧を作用させて偏平化を起こす実験を実施する。
魚醤油の色調制御に関する研究

本研究では、魚醤油の色調を制御する方法を確立することを目的として、麹菌の種類に違いによる発酵工程の色調変化、および、熟成・保蔵過程における色調変化に寄与する反応のタイプ及び反応に関与する成分の解析を系統的に行った。まず、魚粉・小麦を原料に種々の麹菌を加えて調製した「魚醤油の諸味」および大豆・小麦を原料に醤油用麹を加えて調製した「大豆醤油の諸味」に対して、各熟成期間中の色調の変化を比較したところ、大豆醤油が魚醤油に比べて有意に着色度が高かった。この差は、大豆醤油の諸味の中には魚醤油の諸味に比べてポリフェノールオキシダーゼ活性およびその基質であるポリフェノール類の含量が高かったことから、大豆醤油の着色には酵素(ポリフェノールオキシダーゼ)の関与が大きく、魚醤油の着色にはその関与が小さいことを明らかにした。次に、非酵素的な着色反応(アミノ-カルボニル反応)に焦点を合わせて検討した。すなわち、種々の糖およびアミノ酸のモデル系を用いて、魚醤油の熟成・保蔵過程で起こり得る褐色化反応を系統的に解析し、色調変化を系統的に測色学的な立場から以下のように検討した。グルコース-アミノ酸の系で解析したところ、ヒスチジンを除いて他の多くのアミノ酸の系での褐色化は、酸素が存在する場合よりも酸素が存在しない場合の方が促進された。この褐色化は、多種類の金属イオンのうち、Fe^<2+>が最も大きな影響を与えた。また、Fe^<2+>が共存した場合、酸素の存在下で褐色化が促進されるが、酸素が存在しない場合は促進されなかった。さらに、種々の糖とアミノ酸を組み合わせた系で色調の変化を解析したところ、ある種の組み合わせでは、褐色化以外の特異的な色調(青色・黄色・淡桃色など)を呈することも明らかにした。以上の研究成果は、魚醤油の熟成・保蔵過程における褐色化の機構を明らかにしたもので、魚醤油の色調制御に対して有益な知見を提供することが期待される。魚粉と小麦を原料に焼酎用、鰹節用、醤油用、清酒用麹菌を、または、魚粉と米を原料に鰹節用麹菌をそれぞれ加えて発酵させて調製した5種類の魚醤油諸味および大豆と小麦に醤油用麹菌を加えて調製した大豆醤油用諸味を、それぞれ16ケ月熟成させた後、絞って得られた生醤油を試料とし以下の分析を行った。行った分析項目は、色調変化、還元糖量、アミノ基量、ポリフェノール量、ポリフェノールオキシダーゼ(PPO)活性についてである。実験結果をまとめると以下のようになる。各醤油とも熟成に伴い色調が濃くなったが、大豆醤油が最も着色した。還元糖は熟成12ケ月の間で有意に減少した後、一定となった。アミノ基は大豆醤油に多く含まれていたが、熟成中の変化は一様ではなかった。加熱によって色調は約4倍濃くなったが、両成分に有意な変化は見られなかった。また、原料に米を用いることにより、糖の減少量が低下し、熟成および加熱による着色が抑えられた。一方、PPO活性はわずかながら認められ、熟成に伴い活性が低下した。各醤油を比較すると、魚粉・小麦に醤油用麹を加えたもので熟成1ケ月での活性が最も高く、熟成に伴う活性低下も大きかった。大豆醤油では、比較的高い活性が6ケ月間保持された。

PPOの基質となるフェノール類は大豆醤油に多く存在したが、魚醤油にもフェノール類は存在した。醤油製造時、諸味を絞ると急激に着色することが観察された。これは、アミノ-カルボニル反応の中間体が酸素に触れ重合するためと思われるが、絞ったときの色調変化はかなり速く、この反応以外の褐変化反応も起こっていると考えられる。熟成期間が6ケ月経過した後もPPO活性はいずれの醤油にも残っており、絞る段階で酸素に触れ、存在するフェノールに作用し着色に関与する可能性が示唆された。魚醤油(うおしょうゆ)は、鰯などの魚粉を原料にして、麹菌で発酵分解させて製造した新しいタイプの醤油様調味料である。しかしながら、魚醤油には、風味の点では申し分は無いものの、色調(褐色化)に大きな問題点がある。従って、魚醤油多品目の料理に広く適用するためには、発酵工程および保存過程で色調を制御し、安定した色調の魚醤油を提供することが必要である。平成6年度の研究は、魚粉・小麦を原料に種々の麺菌を加えて調製した「魚醤油の諸味」および大豆・小麦を原料に醤油用麺を加えて調製した「大豆醤油の諸味」に対して、各熟成期間中の色調の変化を比較したところ、大豆醤油が魚醤油に比べて有意に着色度が高かった。この差は、大豆醤油の着色には酵素(ポリフェノールオキシダーゼ)の関与が大きく、魚醤油の着色にはその関与が小さいことを明らかにした。平成7年度では、非酵素的な着色反応(アミノ-カルボニル反応)に焦点を合わせた。すなわち、種々の糖およびアミノ酸のモデル系を用いて、魚醤油の熟成・保蔵過程で起こり得る褐色化反応を系統的に解析し、色調変化を系統的に測色学的な立場から以下のように検討した。グルコース-アミノ酸の系で解析したところ、ヒスチジンを除いて他の多くのアミノ酸の系での褐色化は、酸素が存在する場合よりも酸素が存在しない場合の方が促進された。この褐色化は、多種類の金属イオンのうち、Fe^<2+>が最も大きな影響を与えた。また、Fe^<2+>が共存した場合、酸素の存在下で褐色化が促進されるが、酸素が存在しない場合は促進されなかった。さらに、種々の糖とアミノ酸を組み合わせた系で色調の変化を解析したところ、ある種の組み合わせでは、褐色化以外の特異的な色調(青色・黄色・淡桃色など)を呈することも明らかにした。以上の結果は、魚醤油の熟成・保蔵過程におけるアミノカルボニル反応に起因する褐色化の制御には、Fe^<2+>および酸素の濃度が大きな影響を与えると示すものである。
ヌードマウス可移植株高転移ヒト腺様嚢胞癌の転移機構の解析と転移抑制の検討

CXCR4高発現患者は肺転移がみられ予後が悪かった.病理組織学的に充実型と転移がみられた篩状型はCXCR4の発現が高かったが、管状型と転移がなかった篩状型は低かった.継代により組織型が篩状型から充実型に変化するヌードマウス可移植性腺様嚢胞癌株ではCXCR4発現の上昇が見られた.また、自然転移ヌードマウス可移植性腺様嚢胞癌株において親株より転移株でCXCR4が高発現であった.これらのことから、腺様嚢胞癌の転移や予後および組織型とCXCR4には強い関連があることが示唆された。腺様嚢胞癌(ACC)は頭頚部腫瘍において病理学的に1%を占める比較的まれな唾液腺腫瘍である。ACCは通常緩徐に増殖するが高悪性に浸潤、転移する。ACCには3つの組織型が存在する。(篩状型,管状型,充実型)臨床的には悪性度はこの3つによって推し量られるといわれており、充実型は他の2型よりも生存率などの因子において予後不良といわれている。病理所見がいずれであっても、外科切除後数十年たって、肺などの臓器に遠隔転移をおこすことが多いが、そのメカニズムは解明されていない。転移は悪性腫瘍患者において、主要な死因である。腫瘍がどのように浸潤、増殖し、血管新生を開始し、新たに転移臓器に定着して増殖していくには複雑な過程を経ているといわれている。CXCR4はSDF1α(CXCL12)をリガンドとするケモカインレセプターである。CXCL12は複数の臓器、皮膚、リンパ節、肺、肝、骨髄に存在している。CXCR4は乳がん、悪性黒色腫の転移においてその働きが指摘されている。腺様嚢胞癌において臨床検体、ヌードマウス可移植性腺様嚢胞癌株を用いてCXCR4との関係を検討した.その結果CXCR4が高発現していた患者は肺転移がみられ予後が悪かった.病理組織学的に充実型と転移がみられた篩状型はCXCR4の発現が高かったが、管状型と転移がみられなかった篩状型は低かった.継代により組織型が篩状型から充実型に変化するヌードマウス可移植性腺様嚢胞癌株ではCXCR4発現の上昇が見られた.また、自然転移ヌードマウス可移植性腺様嚢胞癌株において親株より転移株でCXCR4が高発現であった.これらのことから、腺様嚢胞癌の転移や予後および組織型とCXCR4には特に強い関連があることを報告した。今後このCXCR4が腺様嚢胞癌の腫瘍マーカーの一つになる可能性があると考えられる。腺様嚢胞癌(ACC)は頭頸部腫瘍において病理学的に1%を占める比較的まれな唾液腺腫瘍である。(篩状型,管状型,充実型).臨床的には悪性度はこの3つによって推し量られるといわれており、充実型は他の2型よりも生存率などの因子において予後不良といわれている。
不正アクセスの前兆検出機能を有する組織防衛型ネットワークセキュリティ管理システム

インターネットの急速な発展に伴って、近年ネットワーク経由の不正アクセスが急増し、大きな社会問題となっている。利用者が安心してネットワークを使えるか否かは今後のインターネットの安定かつ健全な発展を占う重要な指標であり、ネットワークを不正アクセスから守る技術の研究開発は一刻を争う重要な課題である。インターネット経由の不正アクセスの代表例として、(1)不正な手段を用いてアクセス権のないコンピュータ内に入り込み、機密情報の入手、システムの破壊または更なる不正アクセスの踏台にする不正侵入、(2)発信者IPアドレスを偽って、ターゲットに大量のトラヒックを集中させるSmurf攻撃、(3)WWWサーバやDNS(Domain Name System)サーバに大量な不完全接続を行い、接続数の上限を超えさせ、機能停止に追い込むDoS(Denial of Service)攻撃、などがある。多岐にわたる不正アクセスを効果的に防ぐには、不正アクセスが実行される前の共通的な特徴(以降前兆と呼ぶ)を捉えて、早期に検出する必要がある。不正アクセスの前兆を検出し素早い対策を講じることにより、多岐に亘る不正アクセスに対処するこをが可能となる。本研究では、ネットワークの不正アクセスに共通する前兆を発見する組織防衛型のセキュリティ管理システムを提案し実装を行った。さらに、本システムを運用ネットワークにおいて有効性を検証した。本研究の成果は国内外の論文誌等を通じ広く公表を行った。本研究では、大規模運用ネットワークにおいて、トラヒックの観測および解析を行うことにより、不正アクセスに共通する前兆を発見できる新しい方式を提案し、これを基本とした不正アクセスの前兆検出・組織防衛型セキュリティ管理システムを構築することを目的とする。平成12年度では、当初の計画通りに研究を進め、以下の成果が得られている。・不正侵入、ネットワーク攻撃、サーバ攻撃などのネットワーク不正アクセスの特徴を分類し、それぞれの実行に必要な情報を整理し、不正アクセスの前兆となり得るパケットの種類や発生頻度などを洗い出した。・東北学術ネットワークTOPICのインターチェンジセグメント上にトラヒックをモニタリングするシステムを構築した。構築にあたり、対象パケットを捕りこぼすことなく、リアルタイムで処理できるように観測間隔やパッファ長などのパラメータを実験により決定した。・ping、scanなどの情報収集用ツールのソースおよび記録データを解析し、不正アクセスとその前兆の関係を明らかにした。さらに、不正アクセスの前兆を捉えるアルゴリズムを開発し、評価を行った。評価の指標として、正しく前兆を捉えた割合および誤判定した割合を用いた。評価の結果をもとに観測間隔、検出閾値の最適化を行った。平成13年度では、この結果を踏まえ、不正アクセスの早期検出システムを完成し、実際の運用ネットワークにおいて検出能力を実証する。また、必要に応じて観測間隔と検出閾値などのパラメータの最適化を行う。利用者が安心してネットワークを使えるか否かは今後のインターネットの安全かつ健全な発展を占う重要な指標であり、ネットワークを不正アクセスから守る技術の研究開発は一刻を争う重要な課題である。不正アクセスの前兆を検出し素早い対策を講じることにより、多岐に亘る不正アクセスに対処することが可能になる。今年度では、大規模運用ネットワークにおいて、トラヒックの観測および解析を行うシステムの試験運用を行った。これにより、不正アクセスに共通する前兆を発見できる新しい方式の有効性を確認し、新方式を基本とした不正アクセスの前兆検出・組織防衛型セキュリティ管理システムのプロトタイプを完成した。
広範囲脊椎固定におけるインプラント緩み抑制のための新たな生体材料・固定方法の模索

本研究では、骨粗鬆症を有する脊柱変形患者において、異なる内固定材質の組み合わせや固定材料の分布が固定椎体や隣接椎体に及ぼす影響を有限要素解析を用いて検討することである。また脊柱周囲筋を付加した全脊椎モデルを作成し、より生体に近似した力学解析を行い、体幹筋力や骨密度の違いに応じた最適な脊椎固定範囲を検討する。さらに、強固な固定を併用しない半剛性固定(semi-rigid fixation)の意義を検討し、既存の金属製内固定材以外の最適な力学特性を有する生体材料を模索する。
部材取りアルゴリズムの開発とその高速・高精度化

部材取りアルゴリズムについて厳密解法と近似解法をそれぞれ改良し融合することで、最適部材取り問題に対して高速に高精度な解を得られるアルゴリズムを開発した。また、この厳密解法と近似解法を融合して得られるアルゴリズムについて、その効率と精度を理論的に検証した。さらに、このアルゴリズムをベースに並列化を行った。24年度に開発したアルゴリズムに対して、産業界の現場でのヒアリングを基に更なる改良を加えた。具体的には、まず、入力される部材の長さとして、これまでは整数値に限っていたのを少数値も許すようにアルゴリズムを拡張した。特に、母材1本に対する最適な切り出し方を計算するときに、これまでは部材の長さが整数値であることを利用して、ナップサック問題の動的アルゴリズムによる解法を利用していたが、これを、計算時間を増やすことなく小数値にも対応できるような解法を開発した。これに加えて、アルゴリズムの簡素化に取り組んだ。これまでのアルゴリズムは、アルゴリズム後半の組み込み法の部分が高精度ではあるが非常に複雑で、プログラムの拡張性が低いという欠点を持っていたが、この部分を精度を極力下げることなく、単純化することに成功した。本研究で実施する部材取りアルゴリズムの開発において、まず、高速な厳密解法を開発した。ここで、解を探索するに当たってパターンクラスというものを求めることで高速化を行っているが、このパターンクラスを高速に求めるアルゴリズムの開発に成功した。次に、組込み法の改良を行った。また、本研究で開発したアルゴリズムが出力する近似解と実際の最適解とを比較し、分析も行った。更に、産業界の現場で実地テストを行い、性能を評価するとともに、類似研究や同目的のソフトウェアとの性能比較を行った。理論的な解析を行い、アルゴリズムの精度を算出した。加えて、多くのサンプルデータを入手して、アルゴリズムの性能を実験的に評価し、その改善を図った。25年度に開発したアルゴリズムに対して、並列計算をしてさらに高速化する方法を開発した。本研究で開発したアルゴリズムは、入力された部材リストを長部材と短部材に分け、長部材の方について厳密解法で最適なカット方法を求めた後、短部材を近似解法で挿入するというものであるが、このうち前半の長部材に対する厳密解法の部分が時間がかかる。この部分に対する並列アルゴリズムを開発したことで、速度の飛躍的な向上を果たした。これに加えて、アルゴリズムの更なる簡素化に取り組んだ。並列アルゴリズムを導入したことによってアルゴリズムが多少複雑化したが、精度や速度を極力下げることなく、単純化することに成功した。オペレーションズ・リサーチおおむね、平成25年度の計画は達成できている。特に、産業界の現場でのヒアリングを行い、その要望に対応して最適部材取り問題自体を拡張し、より高機能なアルゴリズムを実現できた。おおむね、平成24年度の研究実施計画に記述したことは完了している。特に、高速な厳密解法の開発については画期的なアルゴリズムを開発している。26年度には25年度に開発したアルゴリズムに対して、更なる改良を加える。また、産業界の現場でのヒアリングを引き続き行い、その要望に対応して最適部材取り問題自体を拡張し、より高機能なアルゴリズムを実現する。さらに、3年間で得られた結果をとりまとめ、実用化への道筋を付ける。25年度は、24年度に開発したアルゴリズムに対して、アルゴリズムの並列化研究を行い、その有効性を理論的、実験的に検証する。また、産業界の現場でのヒアリングを行い、その要望に対応して最適部材取り問題自体を拡張し、より高機能なアルゴリズムを実現する。例えば、複数の母材を重ねて同時に切ることを考慮した切り出し方を計算する、トラックに効率よく積むことを考慮した切り出し方を計算する、というような拡張が挙げられる。さらに、3年間で得られた結果をとりまとめ、成果の発表を行うとともに実用化への道筋をつける。性能比較用の最適化ソフトウェア数種の購入を次年度に見送ったため。性能比較用の最適化ソフトウェア数種を購入する。並列実験用計算機として2,000,000円を使用する。また、プログラム作成および性能テストのための人件費・旅費として250,000円を使用する。その他、学会発表等で600,000円程度を使用する。
母親側リスク要因を持つこども虐待ボーダーライン事例支援スキル測定ツールの開発

《研究目的》1)保健師がこども虐待ボーダーライン事例支援にもちいている支援スキルを明らかにする。2)こども虐待ボーダーライン事例に対する保健師の認識と支援スキルの関連を明らかにする。《研究の意義・独自性》こども虐待ボーダーライン事例を支援している保健師がもちいている支援スキルには暗黙知が多く、明らかにすることはハイリスク母子に対する支援に役立つ有意義な研究である。《研究方法》平成29年4月平成29年10月に無記名自記式質問紙調査による横断研究を行った。調査内容は基本属性(性、年齢、経験年数、管轄地域の人口)、こども虐待ボーダーライン事例に遭遇した経験の有無と虐待種類別の経験事例数、要保護児童対策地域協議会(児童虐待予防ネットワーク)への参加状況、こども虐待に関する認識、こども虐待ボーダーライン事例支援スキルの実施状況、今後獲得したい支援スキルについてであった。分析方法は統計解析ソフトを用いて記述疫学分析を行った後に、こども虐待に対する認識の因子分析を行い、こども虐待ボーダーライン事例支援スキルの実施状況と認識の関連を分析した。島根大学医学部倫理員会の承認後に調査を実施した。子ども虐待ボーダーライン事例に対する保健師の支援を充実させるために、保健師がこども虐待支援でもちいている支援スキルを測定するためのツールを開発することを最終目的とし、平成26年度は、医学中央雑誌をもちいてこども虐待事例支援に関する先行文献から予防的支援、保健師や家庭児童相談員等の専門職が用いている支援スキルを抽出した。2007年から2012年までの間に発表されたこども虐待に関する文献328件のうち、保健師を対象とした調査研究は約30件であった。これらの文献から保健師がこども虐待ボーダーライン事例を支援するために用いている支援スキルを抽出し、保健師の支援活動について整理、分類を行った。平成27年度は、文献検索の範囲を広げ、保健師以外の地域でこども虐待ボーダーライン事例の支援を行っている専門職の支援スキルについても分析を行う。集めた文献をもとに、支援スキルについて整理、分類し、研究協力者とのグループディスカッションで支援に必要なスキル項目を検討する。検討したスキル項目を基に測定ツールを作成し、保健部門の保健師を対象にプレテストを実施する。用語の定義:本研究のこども虐待ボーダーライン事例とは「保健師等が母子保健活動を展開する中で子ども虐待事例かどうか判断に迷いながら継続支援を行っているこども虐待事例(含む疑い)」とする。こども虐待について判断に迷いつつ支援している事例であり、明らかな虐待事例は含まない。育児困難事例、ヒヤリハット事例と表現されることもある。気になりながら数年にわたり支援を継続している事例や支援がなければ将来こども虐待事例として浮かび上がる可能性がある事例を含む。子ども虐待ボーダーライン事例に対する保健師の支援を充実させるために保健師がこども虐待支援でもちいている支援スキルを測定するためのツールを開発することを最終目的とし、平成27年度は、収集した文献から支援スキルを検討したが保健師が実践的に用いている支援スキルの記述が少なかった。そこで、当初計画になかった保健師に対する聞き取り調査を実施した。こども虐待事例支援経験が5事例以上ある保健師6名から事例概要と支援経過について聞き取った。調査は倫理委員会の承認後に実施し、聞き取ったデータの逐語録を作成した。用語の定義:本研究のこども虐待ボーダーライン事例とは「保健師等が母子保健活動を展開する中で子ども虐待事例かどうか判断に迷いながら継続支援を行っている母子の事例」とする。こども虐待について判断を迷いつつ支援している事例であり、支援当初からこども虐待事例と判断されている事例は含まない。文献をもとに尺度項目の抽出を試みたが、具体的な支援技術について記述されている文献が少なかった。そのため、当初の計画になかったこども虐待ボーダーライン事例支援経験がある保健師から支援実践事例を聞き取ることを追加した。聞き取り調査の準備、倫理審査委員会の承認、調査実施、逐語録作成に時間がかかった。また、平成28年2月から研究代表者の小笹美子が健康上の問題で入院治療となり研究に従事することができなかった。聞き取ったデータの分析は次年度に行う。《研究の目的》こども虐待の予防、重症化予防のために、1)保健師がこども虐待ボーダーライン事例支援にもちいている支援スキルを明らかにする。《研究方法》先行研究を参考に調査票を作成し、無記名自記式質問紙調査による横断研究を行う。研究対象者は、島根県、福岡県、佐賀県、沖縄県、北海道の市町村保健師1500名である。調査の依頼は、平成2627年度のこども虐待ボーダーライン事例支援の調査に協力をいただいた5道県の市町村の統括保健師もしくはその役割の保健師に研究目的、意義を文書で説明し、調査の承諾を得る。承諾の得られた市町村の統括保健師もしくはその役割の保健師に、対象者への調査票の配布を依頼する。調査票の回収は個別郵送法で行う。実施予定時期は、平成29年5月平成29年8月。

調査内容は、基本属性、こども虐待ボーダーライン事例に遭遇した経験の有無と虐待種類別の経験事例数、要保護児童対策地域協議会(児童虐待予防ネットワーク)への参加状況、こども虐待に関する認識、こども虐待ボーダーライン事例支援スキルの実施状況、今後獲得したい支援スキルについて。分析方法は、統計解析ソフトを用いて記述疫学分析を行った後に、こども虐待に対する認識の因子分析を行う。こども虐待ボーダーライン事例支援スキルの実施状況と認識の関連を分析する。≪倫理的配慮≫島根大学医学部倫理員会の承認後に調査を実施する。質問紙調査を行うための倫理委員会の承認が年度末の3月になったため、調査対象となる行政機関の保健師が人事異動等で多忙になる時期を避けて調査を延期することにした。調査の実施を平成29年度5-6月行うための準備中である。《研究の目的》1)保健師がこども虐待ボーダーライン事例支援にもちいている支援スキルを明らかにする。2)こども虐待ボーダーライン事例に対する保健師の認識と支援スキルの関連を明らかにする。《研究方法》研究デザイン・手法:無記名自記式質問紙調査による横断研究、研究対象者:島根県、福岡県、佐賀県、沖縄県、北海道の市町村保健師、調査実施時期:平成29年4月平成29年10月、調査内容:基本属性、こども虐待ボーダーライン事例に遭遇した経験の有無と経験事例数、こども虐待ボーダーライン事例支援スキルの実施状況、等。分析方法:統計解析ソフトを用いて記述疫学分析を行った。島根大学医学部倫理員会の承認後に調査を実施した。《結果》調査協力に同意を得られた40か所の市町村保健師301名に調査票を送付し、回収数は197、回収率は65.4%であった。対象者の平均年齢は38.4歳、保健師経験年数は12.7年、職位は役職なしが54.8%であった。受け持ち地区があるものは60.4%、現在の担当業務は複数回答で母子保健が69.0%、児童福祉担当が8.6%であった。「育児支援者がいない母親には地区担当保健師を引き合わせる」は、いつも行っている28.9%、よく行っている34.5%、「医療機関から支援依頼を受けたら退院前に会いに行く」はいつも行っている12.7%、よく行っている15.7%、「医療機関や福祉事務所に紹介するときは同行する」はいつも行っている7.6%、よく行っている22.3%、「実家や親族の支援が受けられないときに一時的にお金の使い方や家事など親族に代わって支援する」はいつも行っている2.0%、よく行っている3.6%、「親が自分から相談できるように親の社会性を育てるかかわりを行う」いつも行っている17.3%、よく行っている49.2%であった。事例経験数によるスキルに差があった。調査は計画通り終了した。成果報告の準備中である。《研究目的》1)保健師がこども虐待ボーダーライン事例支援にもちいている支援スキルを明らかにする。《研究の意義・独自性》こども
カルシニューリンを介した蛋白質脱燐酸化反応の細胞内情報伝達における役割の解明

カルシニューリンはNMDA受容体等の様々な機能蛋白の脱燐酸化を介して神経情報伝達において重要な役割を果たしていると考えられている。また、免疫系においてもイムノフィリンの標的分子としての役割が注目されているが、その詳細については不明である。研究代表者らは、カルシニューリン触媒サブユニットの全一次構造を明かにし、さらにカルシニューリンの触媒及び制御サブユニットには、それぞれ少なくとも2種類の異なる遺伝子によってコードされるサブタイプが存在することを明らかにしてきた。本研究は新しい中枢神経系及び免疫系作用薬の作用点としてのカルシニューリンに注目し、カルシニューリンを介した蛋白質脱燐酸化反応の生理的役割を明らかにすることを目的とした。本年度の実績は、1)カルシニューリンの触媒サブユニットの2つのサブタイプ、Aα,Aβそれぞれに対する特異的抗体を作製し、免疫組織化学的方法により各サブタイプの組織及び細胞内分布を明らかにした(文献1)。2)カルシニューリンAα遺伝子のプロモーター部分をクローニングし、神経組織特異的に強力なプロモーター活性を示す遺伝子配列を各種培養細胞への遺伝子導入とCAT活性測定により、同定した(文献2)。3)出芽酵母のカルシニューリン遺伝子を破壊した結果、カルシニューリンの脱燐酸化酵素活性を失った細胞での増殖は正常のものと差が認められなかった事から、酵母のカルシニューリンは通常での細胞増殖には関与していない事を明らかにした(文献3)。4)牛脳から精製したカルシニューリンを、1)で作製した特異抗体を用いてAα、から成るものとAβから成るものとに分離し、どちらのサブタイプからなるカルシニューリンも免疫抑制剤FK506/FKBP複合体によってその活性が抑制される事を明らかにした(文献4)。
時間分解赤外分光法による固液界面の触媒反応過程の解明

電極反応などの固液界面での触媒反応過程はこれまで種々の電気化学手法用いて検討されてきたが、電流などのマクロな物理量の計測から分子レベルの情報を得ることは困難である。本研究は,時間分解赤外分光を用いて反応メカニズムを分子レベルで理解することを目的として行った。1.自己集積単分子膜の構造・特性解析:4-メルカプトピリジンで修飾したAu電極は金属タンパク質の酸化還元反応を促進する。赤外分光ならびに電気化学STMを用いてこの機構を解明した。(1)赤外スペクトルは、溶液のpHならびに印加する電位によって大きく変化する。これまで配向の変化によるものと解釈されてきたが、吸着分子のプロトン化・脱プロトン化に因るものであることを明らかにした。(2)これを基に、吸着分子のpKa値を、溶液pHと電位の関数として、はじめて決定することができた。(3)STM観察により、酸性溶液中で(5x√3)の規則構造をつくること、2分子が結合してジスフフィドを作ることなどを明らかにした。(4)この電極を用いた電気化学測定から、表面分子の約半分がプロトン化することによりチトクロムcの酸化還元が完全に妨害されることがわかった。(5)以上から、ピリジン環の窒素原子と金属タンパク質の相互作用が重要であると結論された。2.電極表面への核酸の吸着:DNAを構成する塩基であるシトシン、アデニン、ならびにこれらの誘導体分子の吸着挙動を赤外分光により検討した。(1)零電荷電位を境に、配向ならびに表面との結合状態が大きく変化する。(2)これまでアデノシン3りん酸などは、電極表面が正に帯電する電位ではりん酸部分で吸着すると言われてきたが、アデニン部分で吸着することを見いだした。(3)申請者等が本研究課題で発展させてきた表面増強赤外分光法が、生体分子の研究にも極めて有効であることを示した。
血球系の遺伝子治療をめざしたアデノウイルス発現ベクターの開発

組換えアデノウイルスは各種細胞への高い遺伝子導入効率を有し、近年遺伝子治療等の分野で注目されている。しかし、血球系の細胞への導入効率は細胞間で異なり、また一過性の発現ベクター系であるためstem cellなどでは発現細胞の消失が特に問題とされていた。そこで、本研究ではまず血球系の細胞での遺伝子導入効率を比較し、つぎに導入効率の高い細胞を用いて長期発現系のモデル系を確立することを目的として研究を行った。血球系の細胞株のJurkat細胞とBa/F3細胞における発現量及び発現頻度を検討したところ、Jurkat細胞ではウイルス量に依存して発現量、発現頻度が上昇し、細胞当りのウイルス量(MOI)が100以上では100%の細胞で発現が確認された。一方Ba/F3細胞では発現頻度はMOIに依存せず、MOIを上げても約20%の細胞でしか発現が確認されなかった。そこで、長期発現系のモデル系として、100%の細胞に遺伝子を導入することが可能であったJurkat細胞へ複製可能な環状分子を導入できるかどうかについて検討を加えた。P1ファージのリコンビナーゼCreは、34bpのloxP配列を認識して部位特異的相同組換えをおこし、最終的に環状分子を生成する。まずCre発現組換えアデノウイルスと標的ウイルス(stufferの両側にlixP配列を持ち、その下流にマーカー遺伝子を有する組換えアデノウイルス)をJurkat細胞に同時感染し、細胞での環状分子の生成を検討した。その結果、Creを導入してloxP配列部位での特異的組換えをおこすことで、100%のJurkat細胞でstuffer領域が環状分子となって切り出され、マーカー遺伝子が発現することが確認された。更にCOS細胞の実験から、stufferをSV40複製起点を持つ発現単位に変えた場合、この環状分子が複製することは確認されている。そこで、現在の系に血球系の細胞での複製が可能な複製起点と発現単位を応用することで、血球系の細胞系での発現持続型エピゾ-マルベクター系確立への可能性が示唆された。
わが国企業の経営理念の統計解析

わが国企業の経営理念に対しては、現在まで主として2つの研究方法がとられてきたと言ってよい。すなわち、(1)個別企業の経営理念を対象としたミクロ的視点からの研究と、(2)企業の経営理念を構成するキーワードを抽出し、広範な企業のそれを集計することによって、マクロ的視点から、経営理念の全体像を捉えようとした研究である。これらの研究手法は、相互に補完的な関係にあるにもかかわらず、後者の研究がもっぱら単純な集計・分類に終始しているため、わが国企業の経営理念にみられる特徴的な諸類型が必ずしも十分に明確化されていない。そこで本研究では、わが国企業の経営理念をより的確に概観するための一つの試みとして定性分析の統計手法を導入し、分類次元をもとに類型化を行い、若干の検討を加えた。まず、経営理念を類型化するにあたっては、第1に「企業の存在意義」(社会的貢献を重視するのか、自社の発展を重視するのか)の次元が有効であり、銀行が公器であり優れて社会的存在である側面と、他の企業と同様の経済的な存在である側面を照射していることが分かった。第2は「経営スタイル」(環境の変化への積極的な挑戦を重視するのか、利害関係者との調和を重視するのか)の次元であり、多くの先行研究で指摘されてきた和の経営の側面と組織の環境適応の側面を、あらためてここで確認する結果となった。他方、行動指針を類型化するにあたっては、第1に「組織成員の自由度」(組織成員に対しては、自由を尊重した活性化を求めているのか、逆に規律の遵守の方を求めているのか)の次元が有効であり、特に組織成員に対する規律の遵守という銀行業の特徴が明確に表われた。第2は「コミットメントの強さ」の次元であり、組織成員の内面的・精神的レベルの意識改革とそれに伴う組織へのコミットメントの強化の方向性が明らかにされた。今年度の研究実績結果以下のとおり、経営理念データの収集作業を中心に実施した。(1)調査対象企業のデータベース化有価証券報告書等をもとに、社名、本社住所、業種等のデータを抽出し、パソコンに転送してデータベース化した。(2)質問票の作成個々の企業が設立されてから現在に至るまでの経営理念(社是、社訓、行動規範等)を記入するための質問票を作成した。(3)質問票の発送・回収調査対象企業のデータベースを活用して企業名・住所をタックシールに打ち出し、質問票を発送した。(4)経営理念のデータベース化現在、回収した質問票をもとに、個々の企業の経営理念の内容を整理している。
介護者と披介護者にやさしい介護用機械アームの生体動特性を利用した開発

高衝撃吸収性能を持つ介護用機械のアームを検討した.生体や介護機械用高分子材の衝撃特性を表現するために,非線形減衰,非線形復元力を考慮した複素ばねを提案し,その有限要素法の計算コードを開発した.アームの衝撃吸収性能の評価装置を作り,実験と数値解析から高衝撃吸収性能を有するアームを提案した.提案アームは分割された中空円形断面を有する心材を持ち,その表面に中空断面の発泡高分子緩衝材が装着される.小変形では,緩衝材のヒステリシスと緩衝材中空部の座屈で衝突エネルギを吸収する.アームの分割された心材を適度にゆるく束ねる.その部品間の相対運動による接触摩擦で大変形時の衝撃を吸収する.介護者と被介護者にやさしい介護用機械のアームの材料,動特性,作動計画を明らかにするための検討を行っている.平成23年度および平成24年度は,生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を表現するために,非線形減衰,非線形復元力を考慮した複素ばねを提案して,有限要素法に組み込み,計算プログラムを開発できた.開発したプログラムで,生体の指を二つの中空断面を持つ粘弾性緩衝材で挟み,アルミ製ブロックを衝突させ応答を計算し動的な復元力特性を求めた.この計算に対応する実験結果を,研究分担者の藤井が提案する浮上質量法で計測し得た.変形の進行にともなう動的な復元力の変化,指の有無による復元力の変化は,実験と計算で一致できた.この緩衝材は,発泡させた柔軟な高分子材料で作られており,そのヒステリシス減衰で衝突エネルギーを熱エネルギーに変換し衝撃を緩和する.さらに緩衝材の断面は中空となっており,衝撃荷重が大きい条件では,座屈して潰れ,その時にエネルギーを吸収できる.ただし,中空部が潰れきると硬くなり衝撃の吸収性能が落ちる.この特性を,非線形ばね定数を複素数で表した非線形複素ばねで計算し表現できた.変形が増すとともに衝撃吸収が増え,座屈により,さらに一段と衝撃吸収が増え,潰れた後に衝撃吸収が減少する特性が,提案する計算モデル,計算法,計算プログラムで表現できることがわかった.さらに座屈と非線形ヒステリシスを有する異なる種類の粘弾性構造について,衝撃応答の実験と数値計算を実施し,モデル化,計算方法,計算コードの検証ができた.ここまでの結果をまとめ,「日本機械学会の機械力学計測制御部門の講演会」3件と「音と振動を用いた監査および診断に関する国際会議」1件,「計算科学と計算工学についての国際会議」1件を発表した.介護者と被介護者にやさしい介護用機械のアームの材料,動特性を明らかにするための検討を行った.平成23年度および24年度は,生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を表現するために,非線形減衰,非線形復元力を考慮した複素ばねを提案して,有限要素法に組み込み,計算プログラムを開発できた.開発したプログラムで,生体の指を二つの中空断面を持つ粘弾性緩衝材で挟み,アルミ製ブロックを衝突させ応答を計算し動的な復元力特性を求めた.この計算に対応する実験結果を,研究分担者の藤井が提案する浮上質量法で計測し得た.変形の進行にともなう動的な復元力の変化,指の有無による復元力の変化は,実験と計算で一致できた.さらに座屈と非線形ヒステリシスを有する異なる種類の粘弾性構造について,衝撃応答の実験と数値計算を実施し,モデル化,計算方法,計算コードの検証ができた.平成25年度は,介護用機械を模擬したアームの衝突吸収性能の評価装置を作成した.その実験解析と数値解析から高い衝撃吸収性能を有するアームを新たに考案した.考案したアームは中空円形断面を有する心材(円筒のアーム,材質は竹)を持ち,心材の表面に発泡させた柔軟な高分子材料で作られた中空断面の緩衝材が装着されている.小変形の場合は緩衝材のヒステリシス減衰で衝突エネルギを熱エネルギに変換し衝撃を緩和する.衝撃荷重がある程度大きい条件では,緩衝材中空部が座屈して潰れエネルギを吸収する.さらに大荷重の場合は,緩衝材中空部が潰れ切り衝撃が増えてしまうので,心材で衝撃を吸収する.具体的には心材の円形断面を分割し,円筒のアームを長手方向に割った構造とする.長手方向に割った心材は円弧断面を持つ複数の部品アームから形成される.部品アームを適度にゆるく束ねる.大荷重の場合に部品アーム間の相対運動による接触摩擦を発生させ衝撃を吸収する.高衝撃吸収性能を持つ介護用機械のアームを検討した.生体や介護機械用高分子材の衝撃特性を表現するために,非線形減衰,非線形復元力を考慮した複素ばねを提案し,その有限要素法の計算コードを開発した.アームの衝撃吸収性能の評価装置を作り,実験と数値解析から高衝撃吸収性能を有するアームを提案した.提案アームは分割された中空円形断面を有する心材を持ち,その表面に中空断面の発泡高分子緩衝材が装着される.小変形では,緩衝材のヒステリシスと緩衝材中空部の座屈で衝突エネルギを吸収する.アームの分割された心材を適度にゆるく束ねる.その部品間の相対運動による接触摩擦で大変形時の衝撃を吸収する.介護者と被介護者にやさしい介護用機械のアームの材料,動特性,作動計画を明らかにするための検討を行っている.

初年度は,生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を表現するために,非線形減衰,非線形復元力を考慮した複素ばねを提案して,有限要素法に組み込み,計算プログラムを開発できた.開発したプログラムで,生体の指を二つの中空断面を持つ粘弾性緩衝材で挟み,アルミ製ブロックを衝突させ応答を計算し動的な復元力特性を求めた.この計算に対応する実験結果を,研究分担者の藤井が提案する浮上質量法で計測し得た.変形の進行にともなう動的な復元力の変化,指の有無による復元力の変化は,実験と計算で一致できた.この緩衝材は,発泡させた柔軟な高分子材料で作られており,そのヒステリシス減衰で衝突エネルギーを熱エネルギーに変換し衝撃を緩和する.さらに緩衝材の断面は中空となっており,衝撃荷重が大きい条件では,座屈して潰れ,その時にエネルギーを吸収できる.ただし,中空部が潰れきると硬くなり衝撃の吸収性能が落ちる.この特性を,非線形ばね定数を複素数で表した非線形複素ばねで計算し表現できた.変形が増すとともに衝撃吸収が増え,座屈により,さらに一段と衝撃吸収が増え,潰れた後に衝撃吸収が減少する特性が,提案する計算モデル,計算法,計算プログラムで表現できることがわかった.ここまでの結果をまとめ,日本機械学会の機械力学計測制御部門の講演会と音と振動を用いた監査および診断に関する国際会議で発表した.申請時の当初の計画では,平成23年度(前年度)と24年度(当該年度)で,「生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を実験で把握」.「非線形減衰,非線形復元力を考慮した数値解析用のモデル化と有限要素法への組み込み」を達成することが目標となっていた.今までに,生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を表現するために,非線形減衰,非線形復元力を考慮した複素ばねを提案して,有限要素法に組み込み,計算プログラムを開発できている.さらに開発したプログラムで,生体の指を二つの中空断面を持つ粘弾性緩衝材で挟み,アルミ製ブロックを衝突させ応答を計算し動的な復元力特性を求め,実験結果と一致する結果を得ている.さらに異なる種類の座屈と非線形ヒステリシスを有する粘弾性構造について,衝撃応答の実験と対応する数値計算を実施し,モデル化,計算方法,計算コードの検証ができている.以上の理由により達成度として「おおむね順調に進展している.」とした.申請時の当初の計画では,平成23年度(当該年度)と24年度(次年度)で,「生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を実験で把握」.「非線形減衰,非線形復元力を考慮した数値解析用のモデル化と有限要素法への組み込み」を達成することが目標となっていた.平成23年度(当該年度)では,後者の目標について,生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を表現するために,非線形減衰,非線形復元力を考慮した複素ばねを提案して,有限要素法に組み込み,計算プログラムを開発できている.さらに開発したプログラムで,生体の指を二つの中空断面を持つ粘弾性緩衝材で挟み,アルミ製ブロックを衝突させ応答を計算し動的な復元力特性を求め,実験結果と一致する結果を得ている.したがって,もう一つの前者の目標についても,実験がなされ一定の結果を得ている.以上の理由により達成度として「当初の計画以上に進展している.」とした.平成23年度(前年度)と平成24年度(当該年度)では,生体の指と中空断面の発泡高分子粘弾性緩衝材を組み合わせた系の衝撃応答特性の実験把握と,対応する計算法と計算プログラムの開発と検証ができている.さらに異なる種類の座屈と非線形ヒステリシスを有する粘弾性構造について,衝撃応答の実験と数値計算を実施し検証ができている.