hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
織布の氷上摩擦特性評価法確立に関する研究

研究目的:氷上での「滑り」を防ぐことは,冬季凍結した地表面環境が存在する我が国におけるヒト・モノの安全な移動において非常に重要な課題である.自動車は早くから滑り対策の必要性が認識され,スタッドレスタイヤが広く使用されている.しかし人の歩行に関しての対策は不十分である.そこで本研究では氷上における人の歩行要因を含めた氷上摩擦特性の評価法を確立するとともに,新たな防滑素材として軽量かつ柔軟性に優れ,吸水性を有する繊維構造材料(織布)に着目し,氷上摩擦特性評価のための試験機を開発し,これを用い評価を行うことにより,最適な氷上防滑繊維構造材料の条件を見いだすことを目的とした.研究方法:本研究では前述した目的を達成するために,織布の氷上における摩擦特性を評価するための試験機の開発を行った.氷上での摩擦特性に影響を及ぼす多様な要因を総合的に評価するためには,既存の試験装置では不十分であり,新たな評価方法の確立のため,荷重可変機能,摩擦方向変位機能, 3軸荷重計測機能を備えた摩擦試験機について機構を検討した.氷上摩擦環境を作り出すためには,摩擦試験装置全体を氷点下の環境で試験することが理想ではあるが,そのような温度コントロールができる恒温室は非常に大がかりで多くのエネルギーを必要とするため,本装置では摩擦部分のみ氷点下環境にできる冷却装置についても組み込むこととした.これらの構想をもとに装置の設計を行い、氷上での,荷重可変機能,摩擦方向変位機能, 3軸荷重計測機能を備えた摩擦試験機について製作した.研究結果:製作した摩擦試験機により,織布の氷上での摩擦特性の評価が可能となった.また得られた摩擦特性から氷上防滑材に適した繊維構造について検討することが可能となった.研究目的:氷上での「滑り」を防ぐことは,冬季凍結した地表面環境が存在する我が国におけるヒト・モノの安全な移動において非常に重要な課題である.自動車は早くから滑り対策の必要性が認識され,スタッドレスタイヤが広く使用されている.しかし人の歩行に関しての対策は不十分である.そこで本研究では氷上における人の歩行要因を含めた氷上摩擦特性の評価法を確立するとともに,新たな防滑素材として軽量かつ柔軟性に優れ,吸水性を有する繊維構造材料(織布)に着目し,氷上摩擦特性評価のための試験機を開発し,これを用い評価を行うことにより,最適な氷上防滑繊維構造材料の条件を見いだすことを目的とした.研究方法:本研究では前述した目的を達成するために,織布の氷上における摩擦特性を評価するための試験機の開発を行った.氷上での摩擦特性に影響を及ぼす多様な要因を総合的に評価するためには,既存の試験装置では不十分であり,新たな評価方法の確立のため,荷重可変機能,摩擦方向変位機能, 3軸荷重計測機能を備えた摩擦試験機について機構を検討した.氷上摩擦環境を作り出すためには,摩擦試験装置全体を氷点下の環境で試験することが理想ではあるが,そのような温度コントロールができる恒温室は非常に大がかりで多くのエネルギーを必要とするため,本装置では摩擦部分のみ氷点下環境にできる冷却装置についても組み込むこととした.これらの構想をもとに装置の設計を行い、氷上での,荷重可変機能,摩擦方向変位機能, 3軸荷重計測機能を備えた摩擦試験機について製作した.研究結果:製作した摩擦試験機により,織布の氷上での摩擦特性の評価が可能となった.また得られた摩擦特性から氷上防滑材に適した繊維構造について検討することが可能となった.
経済的視点を取り入れた環境教育の方策の研究

研究課題名と同名の同時に提出する研究成果報告書に基づき、以下、研究成果の概要を述べる。第I章では、学校で行われている環境教育を「非経済学的環境教育」、「反経済学的環境教育」、「経済学的環境教育」に類型化し、経済学的環境教育あるいは環境教育への経済的視点導入の意味を3点にわたって述べた。第II章では、重要で共通性の高い経済概念・経済理論として、持続可能な発展、環境効率性、外部不経済論、社会的費用論があること、また、環境問題を解決するための経済的手法として、環境税、課徴金、補助金、デポジット、排出権取引があること、また、環境・経済思想として、技術楽観主義、調和型開発主義、地域自治主義、ガイア主義があることを示した。第III章では、イギリスにおいては、環境教育プログラムの中に、資源の有限性、環境技術、環境対策の経済活動への影響などの経済的視点が含まれており、また、経済・産業理解教育のプログラムの中には、経済活動による環境への影響、資源の有限性、環境対策の費用と便益などの概念が含まれていることを示した。第IV章では、NCSSとNCEEのスタンダード等の分析の結果、それに基づく環境経済教育プログラムでは、基本的な経済概念からのアプローチ、外部不経済論からのアプローチ、所有権アプローチといったアプローチがあることを示した。第V章では、消費者教育に環境的的観点をいれることの重要性と、そこにおいて経済概念を導入することの意義を示した。第VI章では、小学校社会科、中学校社会科公民的分野、高等学校公民科、そして、新設される「総合的な学習の時間」において導入される必要があると考えられる環境経済教育の内容とそこにおける環境経済学の概念を具体的に示した。本年度は、2年の研究期間の初年度であるため、中途ではあるが、これまでの研究実績を個人別に記す。研究代表者・山根は、第一に、小学校社会科における環境教育のプラン、実践事例の分析を行い、経済的観点が極めて稀薄であることを明らかにした。廃棄物の減量化についても、問題解決を子どもの環境認識と子どもの道徳的・自主的努力に委ねるなど、環境問題を経済的に考察し、経済的手法によって環境問題を解決しようとす教育プラン・授業実践例は、ほとんどないことが判明した。第二に、イギリスのナショナル・カリキュラムにおける経済・産業教育と環境教育を分析した結果、キーステージ2以上において、経済・産業と環境とを関連的に追求する授業も提案していることが判明した。第三に、環境経済政策、環境ビジネス関係の図書を検討した結果、廃棄物処理学習、産業学習等の中に、環境経済的視点を取り入れるべきことが判明した。浅野は、日本内外の環境経済学の現状と社会科教育に応用できるその理論・概念を検討した。その結果、フローではなくストックの概念が重要であること、環境問題への経済的アプローチを基礎づける概念として「コースの定理」があること、その他、コモンズのsustainabilityが重要であることを明らかにした。猪瀬は、日本の中学・高校の社会科における環境経済教育は、社会的費用論と外部不経済論によるものに分類できること、また、アメリカの環境経済教育プログラムは、主に外部不経済論に基づいていることを明らかにした。また、環境・資源の所有者の明確化によって環境・資源問題を解決できるとするアメリカの環境教育プランを検討した。阿部は、消費者教育界において環境問題が極めて重要になってきている最近の事情を明らかにし、消費者市民としての立場から環境問題について経済的に考える場合の経済概念とそのような実践例を検討した。1日本における近年の環境教育に関する論文や実践事例を調査した結果、一部の論文・実践記録を除いて、環境教育には経済的な視点が極めて希薄であり、ほとんどの論文や実践記録が環境倫理に基づいていることがわかった。2アメリカの社会科教育や経済教育の環境教育プログラムには、希少性、機会費用、費用便益比、市場の失敗、所有権などの経済概念を豊かに盛り込んだカリキュラム、授業プランがあることがわかった。

イギリスにおいては、環境教育プログラムの中に、資源の有限性、環境技術、環境対策の経済生活への影響などの経済的視点が含まれており、また、経済・産業理解教育のプログラムの中には、経済活動による環境への影響、資源の有限性、環境対策の費用と便益などの概念が含まれていることがわかった。3近年の近代経済学では環境問題に適応する経済概念、経済理論が盛んに研究されており、それらの中に見られる重要で共通性の高い経済概念・理論として、持続可能な発展、環境効率性、外部不経済論、社会的費用論があること、また、環境問題を解決するための経済的手法として、環境税、課徴金、補助金、デポジット、排出権取引があること、また環境・経済思想として、技術楽観主義、調和型開発主義、地域自治主義、ガイア主義があることがわかった。4環境教育への経済的視点の導入の方策として、小学校社会科、中学校社会科公民的分野、高等学校公民科の中の環境と経済に関する幾つかの単元に経済概念を導入する具体例を示した。また、総合的な学習の時間に環境と経済について考える学習の例を示した。これらの研究成果は、日本社会化教育学会、アメリカのNational Council on Economic Educationで報告・発表し、また、本研究の研究成果報告書において記述した。
アロマハンドマッサージを用いた癒しケアの有する血栓症予防効果の実験科学的検証

我々はこれまでに20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージにより、ハンドマッサージ後20分の間に血漿組織プラスミノゲンアクチベータ濃度の上昇、およびプラスミノゲンアクチベータインヒビター-1濃度の低下に基づく血栓症予防効果を示唆してきたが、本年度はその再現性について検討を行い、さらに20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージの唾液アミラーゼやクロモグラニンA濃度を指標としたストレス軽減効果についても検証し、その血栓症予防効果との関連性について検討を行った。5分間、10分間および20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージの血漿組織プラスミノゲンアクチベータ濃度および血漿プラスミノゲンアクチベータインヒビター-1濃度の変動に及ぼす影響を検討した結果、20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージにより、ハンドマッサージ後20分の間に血漿プラスミノゲンアクチベータインヒビター-1濃度の低下に基づく血栓症予防効果は認められたが、残念ながら、被験者数が少なかったため、血漿組織プラスミノゲンアクチべータ濃度の上昇は認められなかった。同時に採取した唾液中のアミラーゼおよびクロモグラニンA濃度を測定した結果、唾液アミラーゼ濃度を指標としたとき、10分間のローズマリーを用いたハンドマッサージにストレス軽減効果が認められ、唾液中のクロモグラニンA濃度を指標としたときでは、逆に20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージにストレス負荷効果が認められた。以上の結果から、ローズマリーを用いたハンドマッサージは少なくとも血漿プラスミノゲンアクチベータインヒビター-1濃度の低下に基づく血栓症予防効果を有することが示されたが、そのストレス軽減効果との関連性については、明らかにすることができなかった。本年度は、クレペリンテストなどによりストレスを負荷した被験者におけるローズマリーを用いたハンドマッサージの血栓症予防効果に関する検討を実施するとともに、唾液アミラーゼやクロモグラニンA濃度の変動を指標としてそのストレス軽減効果を検証し、さらにはローズマリーを用いたハンドマッサージのストレス軽減効果と血栓症予防効果との関連性について検討する予定であったが、昨年度の検討により、ローズマリーを用いた20分間のハンドマッサージに血漿組織プラスミノゲンアクチベータ濃度の上昇および血漿プラスミノゲンアクチベータインヒビター-1濃度の低下に基づく血栓症予防効果が認められたものの、両者の変動についての再現性を確認し、ローズマリーを用いたハンドマッサージの血栓症予防効果をより明確にしたのちに、それらのストレス軽減効果との関連性を検討する方がより確実な研究成果が得られると考えられたため、本年度は、昨年度と同様、ローズマリーを用いたハンドマッサージの線溶調節因子の血漿濃度に及ぼす影響の再現性について検討するとともに、ローズマリーを用いたハンドマッサージのストレス軽減効果を検証し、それらの血栓症予防効果との関連性を検討することとした。来年度は予定通り、災害時の避難所暮らしによりストレスが負荷された被災者を想定し、クレペリンテストによりストレスを負荷した被験者におけるローズマリーを用いたハンドマッサージの血栓症予防効果を線溶関連因子である血漿組織プラスミノゲンアクチベータ濃度およびプラスミノゲンアクチベータインヒビター-1濃度の変動を指標に検討するとともに、そのストレス軽減効果についても唾液中のアミラーゼおよびクロモグラニンAなどを測定することにより評価する。さらに、ローズマリーを用いたハンドマッサージの血栓症予防効果とそのストレス軽減効果との関連性については、ハンドマッサージ前後の組織プラスミノゲンアクチベータあるいはプラスミノゲンアクチベータインヒビター-1などの血中濃度と唾液中のアミラーゼおよびクロモグラニンA濃度などとの相関性をピアソンの積率相関分析などにより解析し、明らかにする。我々はこれまでに、あらかじめローズマリーを手に擦り込んだ後の37°C(体温)の湯温を用いた足浴において、ローズマリーの血管内皮細胞に対する直接効果により、一過性ではあるが、血漿プラスミノゲンアクチベータインヒビター-1濃度の低下による線溶系の促進に基づく血栓症予防効果を示唆してきた。本研究では、これまでの研究をさらに発展させ、もっとも単純な癒しケアであるハンドマッサージ及びアロマオイルを組み合わせたハンドマッサージの血栓症予防効果、さらにはその予防効果とハンドマッサージが有するストレス軽減効果との関連性を明らかにする目的で、本年度はハンドマッサージの血栓症予防効果を明らかにした。5分、10分及び20分のキャリアオイルを用いたハンドマッサージ前後に指先穿刺による微量採血を実施し、得られた血漿中の凝固阻止因子である組織因子経路インヒビター、線溶調節因子である組織プラスミノゲンアクチベータ及びプラスミノゲンアクチベータインヒビター-1、及び血栓症のマーカーであるD-ダイマー濃度を測定した。その結果、いずれのハンドマッサージ時間についても、その前後で血漿組織因子経路インヒビター濃度及びプラスミノゲンアクチベータインヒビター-1濃度に有意な差は認められず、血漿組織プラスミノゲンアクチベータ濃度及び血漿D-ダイマー濃度は、5分間のハンドマッサージでハンドマッサージ終了20分後にハンドマッサージ前に比較して有意に低下することが明らかになった。以上の結果から、5分間という短時間のハンドマッサージにより線溶系が抑制されることが示されたが、同条件下におけるD-ダイマー生成抑制が血栓形成の抑制を示すものなのか、線溶系の抑制に起因するものなのかについては、さらに検討が必要であると考えられた。本年度は予定通りキャリアオイルを用いたハンドマッサージの血栓症予防効果について、ハンドマッサージ前後に指先穿刺による微量採血を実施し、得られた血漿中の凝固調節因子、線溶調節因子及び血栓症マーカーの濃度を測定することにより検討した。その結果、キャリオイルを用いた5分から20分のハンドマッサージでは血栓症予防効果は期待できないことが示された。

ストレスマーカーとして、唾液中のクロモグラニンA及びアミラーゼ活性をハンドマッサージ前後で測定することにより、個々人におけるハンドマッサージによるストレスマーカーの変動と血漿中の凝固調節因子、線溶調節因子及び血栓症マーカーの濃度の変動との関連性については現在検討中であることから、研究は概ね順調に進んでいると考えている。本年度は、ローズマリーを用いたハンドマッサージの血栓症予防効果について、約15名ずつの被験者について、5分間、10分間及び20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージ前後に指先穿刺による微量採血を実施し、得られた血漿中の線溶関連因子、凝固制御因子及び血栓症マーカーを測定することにより検討した。その結果、5分間、10分間及び20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージ直後、10分後及び20分後で、ハンドマッサージ前に比較して、組織プラスミノゲンアクチベータ、プラスミノゲンアクチベータインヒビター-1、組織因子経路インヒビター及びD-ダイマーの血漿濃度に有意な差は認められなかった。5分間、10分間及び20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージ直後、10分後及び20分後におけるそれぞれの濃度の最高値あるいは最低値の平均値をローズマリーを用いたハンドマッサージ前のそれぞれの平均値に対して比較した結果、20分間のハンドマッサージでは、ハンドマッサージ前に比較して、組織プラスミノゲンアクチベータの血漿濃度の最高値は有意に増加し、プラスミノゲンアクチベータインヒビター-1の血漿濃度の最低値は有意に低下し、D-ダイマーの最低値も有意にに低下することが明らかになった。一方で、組織因子経路インヒビターについては、5分間のローズマリーを用いたハンドマッサージでは、ハンドマッサージ前に比較して最高値が有意に増加したが、20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージでは、ハンドマッサージ前に比較して最低値が有意に低下することが明らかになった。以上の結果より、20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージに線溶促進による血栓症予防効果が認められた。20分間のローズマリーを用いたハンドマッサージ前に比較して、ハンドマッサージ後で少なくとも組織プラスミノゲンアクチベータの血漿濃度の最高値が有意に増加し、プラスミノゲンアクチベータインヒビター-1の血漿濃度の最低値が有意に低下したことから、ローズマリーを用いたハンドマッサージに線溶促進による血栓症予防効果が認められ、それはマッサージ時間に関係することが示唆された。
高齢者における周術期無呼吸発作の動脈血酸素飽和度および血行動態に対する影響

脊髄麻酔あるいは硬膜外麻酔下に手術を受ける患者を対象として、少量の鎮静薬投与時の無呼吸の頻度と、低酸素血症についてEdenTraceIIを用いて検討し、EASを用いて解析を行った。同様の麻酔を受ける健康な成人患者を対照群とした。鎮静しない場合、成年群では無呼吸発作は認められず、高齢者群では1.1回/時間の無呼吸発作が認められた。それに対し、少量のミダゾラムを投与した高齢者では、長時間持続する閉塞性無呼吸発作が頻発し、低酸素血症に陥る頻度が高かった。ミダゾラム平均0,7mg静注で、平均26秒持続する無呼吸発作が90分間に33.5回/時間起きたが、成年鎮静群では平均15秒持続する無呼吸発作7.4回/時間起きただけであった。高齢者鎮静群の50%で動脈血酸素飽和度が90%未満に低下したが、成年鎮静群ではそのようなことはなかった。硬膜外麻酔中にプロポフォール2mg/kg/hrという少量持続投与を行った場合も、高齢者鎮静群では無呼吸発作を起こす頻度が10.3回/時間と成年鎮静群の1.8回/時間よりも有意に高く、無呼吸発作も平均26秒と有意に長く持続した。動脈血酸素飽和度が90%未満となる低酸素血症を起こす頻度は、成年鎮静群で0%であったのに対し、高齢者鎮静群では50%であった。低酸素血症や高二酸化炭素症に対して、正常な状態では高血圧、心拍数増加などの循環系反応が起こるが、脊椎麻酔あるいは硬膜外麻酔下では、このような循環系反応は抑制されていた。脊椎麻酔や硬膜外麻酔をうける高齢者では、ごく少数のミダゾラムやプロポフォール持続投与で無呼吸発作頻度が増加し、それに伴ない中等度の低酸素血症を起こすことがわかった。低酸素血症に伴なう循環系代償反応は抑制されていた。マスクによる持続陽圧呼吸で低酸素血症は改善された。脊椎麻酔あるいは硬膜外麻酔下に手術を受ける患者を対象として、少星の鎮静薬投与時の無呼吸の頻度と、低酸素血症についてEdenTraceIIを用いて検討してきた。EASを用いて解析を行った。同様の麻酔を受ける健康な患者を対照群とした。鎮静しない場合、成年群では無呼吸発作は認められず、高齢者群では1.1回1時間の無呼吸発作が認められた。ミダゾラム平均0.7mg静注で、平均26秒持続する無呼吸発作が33.5回/時間起きたが、成年鎮静群では平均15秒持続する無呼吸発作7.4回/時間起きただけであった。動脈血酸素飽和度が90%未満となる低酸素血症を起こす頻度は、成年鎮静群で0%であったのに対し、高齢者鎮静群では43%であった。

低酸素血症や高二酸化炭素症に対して、正常な状態では高血圧、心拍数増加などの循環系反応が起こるが、脊椎麻酔あるいは硬膜外麻酔下では、このような循環系反応は抑制されていた。脊椎麻酔や硬膜外麻酔をうける高齢者では、ごく少量のミダゾラムやプロポフォール持続投与で無呼吸発作の頻度が増加し、それに伴なって中等度の低酸素血症を起こすことがわかった。低酸素血症に伴なう循環系代償反応は抑制されていた。手術のために脊椎麻酔あるいは硬膜外麻酔を受ける65歳以上の高齢者および65歳未満の対照群を設定し、ミダゾラムの少量静注あるいは、プロポフォールの低用量持続静注を行い、無呼吸モニターを用いて中枢性および閉塞性無呼吸発作の頻度、低酸素血症の頻度と程度、血行動態について検討した。現在までの主要な知見は、以下のようである。高齢者が脊椎麻酔や硬膜外麻酔を受けた場合、通常では無呼吸を起こさないような程度のきわめて少量のミダゾラムあるいはプロポフォールなどによる鎮静を加えても、中枢性および閉塞性、混合性無呼吸の頻度が増加した。平均年齢72±7歳の高齢者ではミダゾラム0.5静注で、19±10秒の閉塞性無呼吸が起こり、動脈血酸素飽和度は、ほとんどの症例で一過性に90%未満に低下した。プロポフォール2mg/kg/hrの持続静注でも、平均年齢72±3歳の症例で、20-30秒にわたる中枢性および閉塞性無呼吸発作が高頻度に起こり、動脈血酸素飽和度がほとんどの症例で90%以下に一過性に低下した。脊椎麻酔あるいは硬膜外麻酔中にミダゾラムあるいはプロポフォールによる鎮静を行った場合、高齢者では若年者に比べ、無呼吸発作の頻度の有意の増加、無呼吸持続時間の有意の延長、酸素飽和度低下程度の有意の悪化などが起きた。脊椎麻酔や硬膜外麻酔中は低酸素血症に陥っても血行動態変化が少なく、血行動態変化からは低酸素血症の発見は困難であった。高齢者が脊椎麻酔、硬膜外麻酔を受ける場合には、通常では問題とならない鎮静薬の量でも、無呼吸発作、低酸素血症の頻度、程度とも増加するので、十分な注意が必要である。
高次元特異トーリック多様体の収縮写像の変形

本年度は主に三つの領域について研究を行い結果を得た。(1)長さによる端射線の分類、(2)特異点を持つトーリック・2ファノ多様体の研究、(3)4次元トーリック弱化ファノ多様体の研究、である。(1)射影的なトーリック多様体に対して、端射線の長さが比較的長い場合について、付随する端射収縮写像の構造の決定に成功した。双有理な場合についてはQゴーレンシュタイン一般で理論を展開しているが、ファノ収縮写像についてはQ分解的という条件のもとに結果を得ている。本研究課題の主要な研究対象である端射収縮写像の構造を部分的に決定出来たと言える。(2)末端的あるいは標準的特異点を持つ場合について、トーリック・2ファノ多様体の分類問題を扱った。3次元の場合、交点数の情報を全て持つような多項式を導入することにより、どの3次元末端トーリック・ファノ多様体が2ファノ多様体になるのかを完全に決定した。それらは良い幾何学的構造を持つことが判明したが、高次元に移行したり、特異点を悪くしたりすると、成立しないことも分かっている。(3)4次元の非特異トーリック・弱ファノ多様体であって、特殊なクレパント収縮写像を持つものを完全に分類した。その条件は3次元の非特異トーリック・弱ファノ多様体がファノ多様体に変形出来る、すなわち弱化ファノ多様体であることの必要十分条件を拡張したものであるが、実際にそれらのうちのほとんどはファノ多様体に変形出来る事を具体的な変形族を構成して示した。端射収縮写像の変形理論の研究の発展に貢献したと言える。4次元の非特異トーリック・弱ファノ多様体がファノ多様体と変形同値であることの十分条件に関する結果を得られたことは本研究課題に取って大きな前進であると思う。また、端射線自体の研究も進み、本研究は現在のところ順調に進んでいると判断出来ると思われる。4次元の非特異トーリック・弱ファノ多様体に関する研究を一般化することが急務であると思われる。その後、端射線に関する今年度の研究を手掛かりに、端射収縮写像の変形理論を考えて行く予定である。2019年度は、既に海外の研究集会に招聘されており、今年度よりも予算が必要になると思われるので、予算の有効活用の観点からも次年度へ持ち越した。少額でもあるので、誤差の範囲内とも言える。
数値シミュレーションのための大規模線形アルゴリズムの研究

スーパーコンピュータや並列コンピュータが発達し,計算能力が増大するにともなって,数値シミュレーションの規模も大きくなっている。現象をモデル化して得られる偏微分方程式は有限差分法や有限要素法を用いて離散化され,その結果大規模な連立一次方程式や大型疎行列の固有値問題が現われる。本研究では,それらの問題を高速に,かつ精度よく解くためのアルゴリズムについて研究した。1.大規模連立一次方程式を解くためのアルゴリズムとしては,係数行列が疎行列であるという性質を用いて前処理付共役勾配法の系統の方法を取り上げた。とくに非対称行列に対する安定な方法として知られているBiCGSTAB法に対して,並列化可能な前処理行列を考案し,その収束特性や並列化による高速化について研究した。2.大型疎行列の固有値問題については,ランチョス法を取り上げて研究した。とくに,重複固有値をもつ場合に適用されるブロックランチョス法の再直交化について研究し,新しい再直交化法を開発した。また,ランチョス法においてランチョスベクトルの直交性が崩れる原因について考察し,それが桁落ちによることをつきとめ,桁落ちを検出して自動的にそれを回避する新しいアルゴリズムを考案した。3.数値シミュレーションに現われる不適切問題を安定に解くための正則化の方法と,最適な正則化パラメータの値を求める方法について研究した。4.数値シミュレーションの例として,体積変化を伴う凝固現象や自由表面をもつ自然対流の問題を取り上げて数値計算を行った。これらはいずれも自由境界問題である。スーパーコンピュータや並列コンピュータが発達し、計算能力が増大するにともない、数値シミュレーションの規模も大きくなっている。現象をモデル化すると、偏微分方程式で表現されることが多い。偏微分方程式は有限差分法や有限要素法などを用いて離散化される。その結果、大規模な連立一次方程式を解いたり、大型疎行列の固有値を計算したりする問題に帰着される。本研究では、それらの問題を高速に解くためのアルゴリズムについて研究した。1.大規模な連立一次方程式を解くためのアルゴリズムとしては、係数行列が疎行列であるという性質に着目して、前処理付共役勾配法の系統の方法について研究した。とくに本年は、非対称行列に対する安定なアルゴリズムとして知られているBiCGSTABを取りあげて、解法のいろいろな性質について検討した。前処理のしかたによる変化についても検討した。2.大型疎行列の固有値の計算については、ランチョス法について引き続き研究した。とくに本年は重複固有値をもつ場合に適用されるブロックランチョス法について研究した。ランチョスベクトルの直交性の崩れを検出して回復するための再直交化に関しては、新しい方法を開発することができた。しかし、さらに改良が必要である。3.以上の問題を並列コンピュータで効率よく処理するためのテクニックについても、予備的な研究を行った。4.数値シミュレーションに現われる不適切問題を安定に解くためには正則化法が必要である。従来提案されているいろいろな正則化法について比較検討を行った。Lカーブを利用する新しい方法を考案した。他の方法に比べて優れた点が多いことを確認している。現象をモデル化して得られる偏微分方程式は、有限差分法や有限要素法などを用いて離散化され、その結果大規模な連立一次方程式や大型疎行列の固有値問題が現われる。本研究では、それらの問題を高速にかつ精度よく解くためのアルゴリズムについて研究した。1.大規模な連立一次方程式を解くためのアルゴリズムとしては、係数行列が疎行列であるという性質に着目して前処理付共役勾配法の系統の方法について研究した。とくに本年は、前処理行列を工夫して並列処理ができるようなアルゴリズムを考案した。2.大型疎行列の固有値問題については、ランチョス法について引き続き研究した。とくに本年は、ランチョス法においてランチョスベクトルの直交性が崩れる原因について考案し、それが桁落ちによることをつきとめ、桁落ちを検出して、自動的に回避するアルゴリズムを考案した。3.数値シミュレーションに現われる不適切問題の正則化法と正則化パラメータの最適値を求めるアルゴリズムについて研究した。
プレス打ち抜き品のバリ取りに関する研究

プレスによる打ち抜き品の角稜部に生じたバリを除去する方法として、バレル研磨に用いるメディアを打ち抜き部に充填し、このメディアに揺動運動を加えることにより、打ち抜き材表面に傷を付けることなく、打ち抜き部の不安定なバリの除去及び、角稜部の丸めを行なう方法を採用し、この方法の可能性について検討を行った。本研究では、この原理に基づき打ち抜かれた板材のバリ取り装置をステッピングモータが設置されたX-Yテーブルを利用して試作し、鋼球をはじめ種々のメディア材料をプレス打ち抜き部に挿入し、その効果を調査した。その結果、この加工方法は、メディア材の慣性を利用した方法であるため、鋼球等の密度の大きいものを利用する方が大きな加工力が得られること、角稜部でのメディア材との接触角度を大きくし、バリのみに加工力を加えるために、大きさの大きいものを利用する方が良い結果が得られることがわかった。反面、メディアの運動エネルギが大きすぎると、バリの除去だけでなく、穴までも加工してしまい、その寸法・形状精度を悪化させてしまうことが観察された。従って、プレス打ち抜き角稜部に生じたバリの大きさ(高さ)や材質によって、加工能率の高い加工条件を選択する必要があることがわかった。加工条件の選定等に未だ問題が残されているものの、電子部品によく使用されるような、薄板材の打ち抜き部品に対するバリの除去方法として、本法は有力な候補であることがわかった。
肢体不自由者の水泳運動のシミュレーション解析および補助具の開発に関する研究

1.平成16年度までに試作した水泳用補助具について,肢体不自由者の水泳合宿に参加し,複数の肢体不自由者から意見の聴取を行った.その結果,本補助具の有効性が確認された.2.平成16年度までに検討した上腕切断の一種類以外の肢体不自由についてシミュレーションにより検討した.具体的には,両下肢麻痺,片下肢切断,片麻痺の三種類の肢体不自由を対象とした.まず始めに泳映像からわかる水泳運動の特徴を挙げて水泳運動に影響を与える因子を推定した.次にその因子が水泳運動に与える影響をシミュレーション解析により明らかにした.得られた知見を肢体不自由別に以下に示す.両下肢麻痺下肢の屈曲・伸展の状態に着目し,股関節,膝関節の角度を変化させてシミュレーション解析を行った.その結果,関節角が10度のとき,体幹と両下肢に受ける推進方向の流体力すなわち抵抗が最も小さくなり,ストローク長および推進効率はともに最も大きくなった.また両下肢の膝関節,股関節の角度によって体幹,両下肢が受ける抵抗および揚力は異なり,その結果泳速度および推進効率に影響を与えることが明らかとなった.片下肢切断者バタ足の関節角と位相に着目してシミュレーション解析を行った.その結果,健常者の標準的なバタ足の関節角の1.6倍前後が効率が良く安定して遊泳できることがわかった.また位相については,右下肢切断の場合,右上肢のキャッチからプルにかけての時刻と左上肢のキックの瞬間が一致するような位相でバタ足をすることによって適切な体幹のロール運動が可能となることがわかった.片麻痺者バタ足の位相に着目してシミュレーション解析を行った.その結果,左上肢のキャッチからプルの動作の時に左下肢をキックするような位相でバタ足をすると,上半身が持ち上がりにくく,泳速度および推進効率が良く安定して遊泳できる傾向が見られた.1.平成14年度中に開発した,水泳運動における身体全体のダイナミクスを考慮できるシミュレーションプログラムに対し,モデルの楕円柱の各部形状を既存の人体寸法計測データから変換するアルゴリズムを追加する拡張を行った.2.シミュレーションプログラムにおいて流体力の計算に用いる流体力係数を同定するため,四肢模型を水中で運動させる実験装置を製作した.四肢模型の形状は腕部と脚部の平均とし,運動方向に対して迎角も設定できるようにした.四肢模型の根本部には,角変位測定用のポテンショメータと,流体力による曲げモーメントを測定するための歪みゲージを取り付けた。3.シミュレーションプログラムを実験装置を模擬するよう改造した.さらに流体力係数同定のため,シミュレーションで求めた曲げモーメントと実験値との誤差の2乗平均を最小化する流体力係数を非線形最適化手法により求めるよう拡張を施した.4.開発した流体力係数同定用シミュレーションプログラムを用いて,24回の試技について流体力係数の同定を行なった.その結果,楕円の形状効果を表す新たな係数を導入することにより,すべての試技に対して誤差を十分小さくできる係数を同定した.5.同定した流体力係数を用いて,6ビートクロールのシミュレーションを行なった.シミュレーションに入力する動作として,インターネットで公開されている萩原智子選手の泳動作を用いたところ,1ストロークあたりの推進距離の身長に対する比は,実際で1.47,シミュレーションプログラムで1.42と良く一致し,シミュレーションの妥当性が確認された。1.平成15年度に開発した水泳シミュレーションプログラムについて,GUI (Graphical User Interface)部分を新たに開発して加え,入力データや出力データを容易に閲覧・編集できるような改良を施した.そして開発したソフトウェアをインターネット上で公開した(http://www.swum.org/swumsuit/index_j.html).2.開発したシミュレーションプログラムを用いて,片側上肢切断が泳ぎにおよぼす影響を分析した.具体的には,上肢切断のうち,手切断,前腕切断,上腕切断の3種類の障害をシミュレーション中で表現し,泳速度や肩にかかる流体力によるモーメント等を比較した.その結果,最も重い障害である上腕切断の場合に,障害が泳ぎにおよぼす影響が最も大きいことがわかった.3.上記で明らかになった障害が泳ぎにおよぼす影響を最も良く補償するような水泳用補助具の最適設計を行なった.具体的には,まず補助具の構造としては,装着の容易さを考慮し単純に2種類の円柱が連なったものとし,2円柱の長さ,太さ,密度の最適値を求めることとした.次にシミュレーションプログラムを拡張して非線形最適化手法と結合し,両肩に加わるモーメントの差を最小にして両肩にかかる負担をなるべく等しくするように上記の設計パラメータを決定する最適化問題を解いた.4.上記で決定した設計パラメータに基づき,補助具を試作した.実験の都合上,上腕切断者ではなく健常者が肘を屈曲させ上腕切断を模擬し,その状態に装着できるようにした.補助具の材質は,上記最適化で求めた最適密度に基づき,アクリルとポリエチレンとした.製作した補助具を用い被験者実験を行なった.具体的には補助具を装着した状態と,補助具無しで肘を屈曲させた状態とで被験者5名に泳いでもらい,アンケートによる官能評価を行なった.その結果,すべての被験者について,補助具を装着した方が泳ぎやすいとの回答が得られ,本補助具の有効性が確認された.1.平成16年度までに試作した水泳用補助具について,肢体不自由者の水泳合宿に参加し,複数の肢体不自由者から意見の聴取を行った.その結果,本補助具の有効性が確認された.2.平成16年度までに検討した上腕切断の一種類以外の肢体不自由についてシミュレーションにより検討した.

具体的には,両下肢麻痺,片下肢切断,片麻痺の三種類の肢体不自由を対象とした.まず始めに泳映像からわかる水泳運動の特徴を挙げて水泳運動に影響を与える因子を推定した.次にその因子が水泳運動に与える影響をシミュレーション解析により明らかにした.得られた知見を肢体不自由別に以下に示す.両下肢麻痺下肢の屈曲・伸展の状態に着目し,股関節,膝関節の角度を変化させてシミュレーション解析を行った.その結果,関節角が10度のとき,体幹と両下肢に受ける推進方向の流体力すなわち抵抗が最も小さくなり,ストローク長および推進効率はともに最も大きくなった.また両下肢の膝関節,股関節の角度によって体幹,両下肢が受ける抵抗および揚力は異なり,その結果泳速度および推進効率に影響を与えることが明らかとなった.片下肢切断者バタ足の関節角と位相に着目してシミュレーション解析を行った.その結果,健常者の標準的なバタ足の関節角の1.6倍前後が効率が良く安定して遊泳できることがわかった.また位相については,右下肢切断の場合,右上肢のキャッチからプルにかけての時刻と左上肢のキックの瞬間が一致するような位相でバタ足をすることによって適切な体幹のロール運動が可能となることがわかった.片麻痺者バタ足の位相に着目してシミュレーション解析を行った.その結果,左上肢のキャッチからプルの動作の時に左下肢をキックするような位相でバタ足をすると,上半身が持ち上がりにくく,泳速度および推進効率が良く安定して遊泳できる傾向が見られた.
機械システムの振動減衰能の高精度推定が可能な次世代型統合振動シミュレータの構築

機械システムの開発・設計では,振動特性の異なる金属材料を用いた部品を多数使用することがあり,振動入力時において系の応答が著しく増大する可能性を有する.このような機械システムにおける振動応答の推定にはFEM(有限要素法)が用いられるが,金属材料の内部摩擦に起因する振動減衰能の再現が困難であり,CAEによる最適設計の障壁となっている.そこで本研究では,材料内部の転位や双晶といった内部摩擦を高精度にモデリングすることが可能なMD(分子動力学法)とFEMを組み合わせた統合振動シミュレータの開発に挑む.機械システムの開発・設計では,振動特性の異なる金属材料を用いた部品を多数使用することがあり,振動入力時において系の応答が著しく増大する可能性を有する.このような機械システムにおける振動応答の推定にはFEM(有限要素法)が用いられるが,金属材料の内部摩擦に起因する振動減衰能の再現が困難であり,CAEによる最適設計の障壁となっている.そこで本研究では,材料内部の転位や双晶といった内部摩擦を高精度にモデリングすることが可能なMD(分子動力学法)とFEMを組み合わせた統合振動シミュレータの開発に挑む.
ペルオキシソーム形成因子の単離と解析

ペルオキシソームは真核細胞生物に広く存在する細胞小器官であり、脂肪酸のβ酸化系をはじめ種々の機能を有している。本研究ではペルオキシソーム形成過程に必要なタンパク質因子の解明のために以下の実験を行った。これまでCHO細胞より3つの異なった相補性群に属するペルオキシソーム欠損変異細胞を単離、解析してきた。しかしながら、さらに新しい相補性群に属する変異細胞を分離する試みは、F相補性群の細胞と同じものが異常に高い頻度で得られるために非常に困難であった。我々はこの原因はCHO細胞のPAF-1遺伝子が1コピーであるためと考え、すでにクローニングされたPAF-1cDNAを導入しコピー数を増加させた細胞株をペルオキシソーム欠損変異細胞分離のための親株とすることでこの問題を解決した。現在までにCHO細胞で、6つの相補性群に属する変異細胞を得た。つぎに、我々がすでに単離したPAF-1、2と相互作用をする因子を酵母two-hybrid系により同定を試みた。ラット肝臓cDNAライブラリーをスクリーニングしたが、現在のところ、有望なものは得られていない。また、酵母PEX遺伝子群とのホモロジーを利用したヒト相同遺伝子の同定を行った。ペルオキシソームの形成過程については、主に海外で、種々の酵母からペルオキシソーム欠損変異体の分離、および相補遺伝子のクローニングがなされている。このうちPEX7にホモロジーのある、ヒトおよびマウスのESTクローンをデータベース上で見いだし、これがRCDPというペルオキシソーム異常症患者由来の細胞の異常を相補することを確認した。また、酵母PER10のヒトホモログについてもESTクローンを見いだし、これがヒトPEX5と相互作用することを酵母two-hybrid系により確認した。
血管平滑筋における新たなRhoキナーゼ活性化機構を介した収縮機構の解明

血管平滑筋の異常収縮は高血圧症、冠動脈疾患など多くの循環器系疾患の病態生理に重要な役割を果たしている。本研究により、既知の受容体を介した血管平滑筋収縮機構とは異なり、どんな刺激においても細胞内カルシウムイオンが増加することにより、カルシウム依存性のproline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2)が活性化され、その結果RhoA/Rhoキナーゼ経路を介した収縮が生じるという新たな収縮調節機構の詳細が明らかとなる。さらには、既知の薬物で効果不十分な病態時の血管障害において、従来の薬物とは異なった作用点で効果が期待できる新たな循環器系疾患治療薬の創薬につなげることができる。
テロメア維持機序に基づく髄膜腫再発予測と治療法の開発

がん細胞が無限に増殖し続けるには、染色体末端にあるテロメア配列の延長・維持が必須とされている。本研究では、脳腫瘍において最も頻度の高い髄膜腫におけるテロメア維持機序の解析をおこなった。多くのがんのテロメア維持に関わっているテロメラーゼ逆転写酵素のプロモーター領域の有無を検索したところ、悪性度が高く再発性の高い腫瘍に認められた。一方、大半の髄膜腫においては同遺伝子の変異やテロメラーゼ活性はなく、本経路の関与は少ないことが明らかになった。髄膜腫におけるテロメア延長機序と増大との関係を明らかにすべく、髄膜腫の増大速度とテロメア関連遺伝子の解析を行った。まず、近年様々ながんにおいて、テロメラーゼの活性化機序となっていることが示されたテロメラーゼ逆転写酵素(TERT)のプロモーター領域の変異を調べた。増大傾向が強い者、悪性髄膜腫を中心に37例の臨床検体で、サンガーシークエンス法を用い解析をしたが、TERTプロモーター変異は認められなかった。TERTプロモーター変異は限定的ではあるが報告されているが、頻度が実際には少ないことが示唆される所見だった。さらに、テロメア延長機序が髄膜腫にあるかを、髄膜腫の増大の観点から間接的に検討すべく、髄膜腫の増大速度に関してフォローをおこなった無症候性髄膜腫141病変を対象とし、MRI画像を用いた経時的体積計測を行った。特に体積増大速度が鈍化したものに対してはゴンペルツ曲線に近似を行った。17症例(18病変)について体積増大速度の鈍化傾向を認め、ゴンペルツ曲線に近似し得た。そのうち6症例(6病変)で初回腫瘍体積が4cm^3以上かつ初年度年間増大率10%以上であり、そのうち4病変は初回腫瘍体積が8cm^3以上であった。また、観察期間中において殆ど体積変化を認めなかった症例を11症例(11病変)認めた。これらから、経過の中で成長をしなくなる髄膜腫が相当数あり、こういった腫瘍を中心にテロメアの維持が困難となっていることが仮説として考えられた。テロメア延長機序に関し、TERTプロモーター変異の検索については実施、また臨床情報と比較するための増大速度の情報の収集が進んでいる。しかし、テロメア長・テロメラーゼ活性の評価についてはアッセイの遂行が遅れている状況である。髄膜腫におけるテロメア延長機序と増大との関係を明らかにすべく、髄膜腫の臨床検体(ホルマリン固定パラフィン包埋検体及び凍結検体)の収集と、WHOグレードや年齢・性別などの臨床背景、臨床・病理診断、治療前及び治療後の経時的な画像データの取得を進めた。様々ながんにおいてテロメラーゼ逆転写酵素であるTERTのプロモーター領域の変異が指摘されており、悪性髄膜腫においても一部見られることから前年度から引き続きサンガーシークエンス法で検討したが、変異は認められなかった。このことから、頻度は通常の髄膜腫では少ないことが示唆される所見だった。また、前年度に引き続き、テロメア延長機序についての解析を進めるべくテロメラーゼリピート増幅プロトコル(TRAP)のアッセイの樹立を試みている。さらに、前年度に引き続き、髄膜腫の増大をMRI画像を用いた継時的体積計測で評価した。特に体積増大速度が鈍化したものに対してはゴンペルツ曲線に近似を行ったところ、ゴンペルツ曲線に近似しでき成長の鈍化が観察できた。これらの腫瘍においてはテロメアの延長機序がないことが原因でないかと考え、今後の組織学的な評価などについて検討している。さらに、髄膜腫の発生部位により遺伝子背景が異なることから、放射線画像を用いた発生部位のマッピングにより分類を行い、成長傾向、テロメアの延長機序・テロメア長との関係を検討を試みるべく、解析を進めている。Preliminaryには、200例超の髄膜腫についてvoxel-based lesion mapping (VLM法)を用い、その好発部位をMRI画像と明らかとした。しかし、テロメア長・テロメラーゼ活性、特にTRAPアッセイ法による評価においてアッセイの樹立に遅れが生じている状況である。また、テロメラーゼ活性測定などに適した保存状態の検体の選別を行う必要が発生している。髄膜腫の発生や増大におけるテロメア延長・維持機序がどのように働いているかを検討すべく、本腫瘍の臨床サンプルおよび髄膜腫細胞株のテロメラーゼ活性化の有無および、テロメラーゼ逆転写酵素のプロモーター領域の変異(TERT-p mut)の検討をおこなった。まず、パラフィン包埋標本もしくは新鮮凍結標本を用い、ゲノムDNAを抽出、TERT-pをサンガーシークエンス法で調べた。TERT-p mutは神経膠腫や悪性黒色腫でC228TおよびC250Tという2つのホットスポットに多くの変異が集中することが知られているが、今回解析をおこなった髄膜腫症例においても、特にWHO grade IIにあたる異形性髄膜腫で約10%に同様の変異が認められた。一方、grade I髄膜腫サンプルにおいては、TERT-p変異は認められなかった。また、細胞株ではHKBMM株ではC228T変異が見られたが、HBL-52では認められなかった。次に、新鮮凍結検体のある臨床サンプルを用い、テロメラーゼ活性を検討すべく、TRAP(Telomeric Repeat Amplification Protocol)法を用い、活性を検討した。

同法での解析ではTERT-p変異のある腫瘍の検討は行えず、すべて変異のない腫瘍での検討となったが、grade I, IIの腫瘍共にテロメラーゼ活性を認められたものはなかった(0/20例)。細胞株での検討では、TERT-p変異のある細胞株HKBMMではテロメラーゼ活性を認め、変異のないHBL-52ではテロメラーゼ活性は認めなかった。これらより、髄膜腫において、グレードの高い悪性型のものに少数ながらTERT-p変異が認められることが明らかとなった。また、TERT-p変異のない腫瘍ではテロメラーゼ活性は認められず、テロメラーゼによらないテロメア維持機序について検討する必要があると考えられた。がん細胞が無限に増殖し続けるには、染色体末端にあるテロメア配列の延長・維持が必須とされている。本研究では、脳腫瘍において最も頻度の高い髄膜腫におけるテロメア維持機序の解析をおこなった。多くのがんのテロメア維持に関わっているテロメラーゼ逆転写酵素のプロモーター領域の有無を検索したところ、悪性度が高く再発性の高い腫瘍に認められた。一方、大半の髄膜腫においては同遺伝子の変異やテロメラーゼ活性はなく、本経路の関与は少ないことが明らかになった。平成28年度は、腫瘍検体におけるテロメア維持機序の解析を優先的に行い、臨床情報とも比較し、本研究のconceptのproofを進める。これが行われた時点で速やかにテロメラーゼ阻害薬などによる治療モデルを作っていく。テロメラーゼ活性測定法として比較的確立されている商業ベースのアッセイの利用を行い、また新規に確保されクオリティの確保されている検体を用い解析を行う。またin vitroの細胞モデルの選定を進めておりこれを進める予定である。脳神経外科学テロメラーゼ活性測定およびテロメア長の測定において実施が遅れており、これに対する試薬は順次購入物品のためその分の繰越金が発生した。また、データ保存ハードディスクなどについても順次購入物品であり、繰越金が発生している。テロメラーゼ活性測定およびテロメア長の測定において実施が遅れており、これに対する試薬や物品購入のために繰越金が発生した。繰越された額については、平成28年度においてテロメア維持機序の臨床検体による解析が中心に行われるため、この試薬購入に充当される予定である。また本分野における情報収集のため米国脳腫瘍学会の参加も予定しており、これに旅費として充当される見込みである。今年度に予定されていたテロメア維持機序の臨床検体による解析、及び細胞株を用いたin vitro実験が次年度に中心に行われるため、繰り越された額については、この試薬物品購入に充当される予定である。
AFM/STMによる単分子接合の電気伝導度と結合様式の関係の解明

鋭い探針を試料表面に近づけ、探針にかかる微弱な相互作用力を測定する原子間力顕微鏡(AFM)の発展が著しい。近年、AFMの探針先端の原子を表面に吸着した有機分子に接触させることによって、有機分子内の骨格(原子間の結合手)を可視化することができるようになった。従来、このような超高解像イメージングは、一酸化炭素分子を探針先端に付着させることができる極低温AFMによって行われてきた。そして、未知の有機分子の構造決定、単一分子内の電荷の分布の可視化、分子内の結合次数の識別、化学反応前後の分子構造の同定などが報告されている。このような極低温AFMは、水晶振動子を用いる手法が主流である。そこで、本研究ではより高い力分解能が期待できるレーザー干渉計に基づいたAFMを用いて、室温における有機分子の超高解像イメージングを行った。その結果、過去の極低温の研究と同様に分子の骨格像を室温でも得ることができた。これにより、室温環境下においても、超高解像イメージングが可能であることが初めて示された。室温においては探針先端の状態が不明であるので、どのような探針で分子の骨格を得ることができるのか確かめる必要がある。そこで、探針を有機分子と基板のシリコン原子に近づけて、それぞれの上で相互作用力測定を行った。その結果、活性な探針と不活性な探針があることがわかり、相互作用力のカーブを説明する探針モデルが構築できた。重要なことに、どちらの探針においても分子上では似通った相互作用力が得られ、両者とも有機分子の骨格像が得られることが判明した。27年度が最終年度であるため、記入しない。近年、原子間力顕微鏡(AFM)を用いた有機分子の研究が、目覚しく発展している。AFMは、鋭い探針を試料表面でスキャンさせ、探針にかかる微弱な力を測定することによって、表面の原子を観察する顕微鏡である。2009年IBMのグループによって、単分子内の原子間の結合手(ボンド)が、AFMによって、直接可視化できることが示された。その後、未知の有機分子の構造決定、単一分子内の電荷の分布の可視化、分子内の結合次数の識別、化学反応前後の分子構造の同定などが立て続けに発表された。しかし、それらの研究は極低温環境下でのみ行われていた。そして、カンチレバーの変位をピエゾ電流によって自己検出する手法が用いられてきた。そこで本研究では、光干渉計を用いた高感度なAFMによって、有機分子の観察を室温で行った。その結果、極低温の研究と同様に分子内の結合手を解像する画像が室温でも得られた。これにより室温環境下においても、高分解能観察が可能であることが初めて示された。さらに、探針を有機分子に近づける際の相互作用力の測定を行った。表面原子との相互作用力の測定によって、探針を活性と不活性の二種類に分類することができたが、どちらの探針においても、分子を高分解能観察できることがわかった。つまり、探針先端の活性度とは無関係に不活性な分子を斥力イメージングできることが示された。さらに、AFMの画像と相互作用力のカーブを理論計算と比較したところ、よい一致を得ることができた。本研究では、単分子接合の電気伝導度と結合様式との関係を明らかにすることを目的としている。今回、AFMを使って、探針ー分子ー基板の分子接合における相互作用力を精密に測定することによって、探針ー分子間が物理力で弱くつながっていることを実験と理論によって示すことができた。これまで用いた有機分子は基板と化学結合しているものの、探針とは化学結合していないことが明確になった。

そこで、有機分子を探針とも化学結合させて、研究を行う。そのために、有機分子の酸素原子と結合している1つのシリコン原子を移動させて、有機分子との結合を切り、結合手を露出させて実験を行う。27年度が最終年度であるため、記入しない。
深層混合処理工法により改良された地盤からのCa溶脱に伴う劣化に関する研究

本研究では深層混合処理工法により改良された地盤からのCa溶脱に伴う劣化に関して検討を行うことを目的とした.その中で,(1)改良地盤からのCa溶脱に関する促進試験方法および解析方法の確立,(2)劣化部の評価方法の確立,(3)Ca溶脱に及ぼす影響因子の特定,(4)Ca溶脱に対する抑止効果の高い配合の提案を行った.以上の検討結果から主に以下の結論が得られた.1)本研究により、長期に渡るセメント系改良地盤のCa溶脱に伴う強度劣化に関する予測手法が構築された。また、本予測手法により、20年間供用された改良地盤におけるCa溶脱による強度劣化を定量的に表現できることが確認された。さらに、改良地盤の長期供用を考えた場合Ca溶脱に対する対策が必要であることが示唆された。2)粘土のポゾラン反応性および周辺粘土中の塩化物イオンあるいは水素イオンが改良地盤からのCa溶脱に及ぼす影響が明らかとなった.3)改良地盤の強度がコンクリートのそれより低いことを考慮し,針貫入試験を適用した物理的変質状況を評価する手法を検討し,5mm程度の間隔で改良地盤中の微小領域の強度を評価することができた.4)セメント系材料により軟弱地盤を改良する場合,現行の配合強度(設計強度)のみならず,Ca溶脱に対する耐久性に関しても考慮する必要があることが示唆された.また,上記の方法と化学分析によるカルシウム量の分析結果から,カルシウム量と強度の関係を示すことができた.本研究は,「深層混合処理工法により改良された地盤からのCa溶脱に伴う劣化に関する研究」と題し,改良地盤からのCa溶脱に伴う劣化の長期予測手法,およびセメント系材料に対する電気化学的促進試験の適用に関する検討を行った.さらに,上記より得られた結果を用いて,配合および粘土種類が改良地盤からのCa溶脱に及ぼす影響に関して検討した.以下に本研究で得られた結論を示す.(1)共存イオンの影響を考慮したイオン移動式,周辺粘土でのCa吸着モデル,Ca水和物の固液平衡モデルおよび炭酸化モデルを組み合わせることにより,改良地盤からのCa溶脱に関する予測手法を構築できた.(2)既報の改良地盤からのCa溶脱に関する調査結果と予測結果を比較することにより,Ca吸着と炭酸化を解析に組込むことで,改良地盤におけるCa溶脱現象がよりよく説明できることが示され,本予測手法の実用的価値が確認された.(3)本手法の妥当性が確認できた.特に,(1)周辺粘土の吸着特性,(2)周辺粘土の初期含水比,(3)改良地盤の初期空隙比等がCa溶脱の進行速度に影響を及ぼすことが示唆された.(4)上記の手法と電気化学的劣化促進試験から得られるCa含有率と一軸圧縮強度の関係からCa溶脱に伴う強度劣化予測が可能となった.また、本予測手法により、20年間供用された改良地盤におけるCa溶脱による強度劣化を定量的に表現できることが確認された。2)粘土のポゾラン反応性および周辺粘土中の塩化物イオンあるいは水素イオンが改良地盤からのCa溶脱に及ぼす影響が明らかとなった.3)改良地盤の強度がコンクリートのそれより低いことを考慮し,針貫入試験を適用した物理的変質状況を評価する手法を検討し,5mm程度の間隔で改良地盤中の微小領域の強度を評価することができた.4)セメント系材料により軟弱地盤を改良する場合,現行の配合強度(設計強度)のみならず,Ca溶脱に対する耐久性に関しても考慮する必要があることが示唆された.また,上記の方法と化学分析によるカルシウム量の分析結果から,カルシウム量と強度の関係を示すことができた.