hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
静電気災害防止を目的とした噴霧帯電の基礎的特性に関する研究

液体の噴霧帯電量と各種パラメータ(導電率,ノズル材質,ノズル径,噴霧圧力)の関係について実験的に調査した.実験では,低導電率の液体(ミネラルスピリット)に導電添加剤を加え,10^-11 S/mから10^-6 S/mまでの液体試料を作製して,各種条件で噴霧帯電量の測定を行った.実験には,2種類の材質(ステンレス,PTFE)の噴霧ノズルを使用した.どちらの材質のノズルにおいても,液体試料の導電率10^-9 S/mから10^-7 S/mの範囲で帯電量がピークとなることを確認した.ただし,噴霧質量あたりの帯電量(ノズル電荷量/噴霧液体質量[C/g])はPTFEがステンレスよりも一桁程度大きくなり,ノズルの帯電極性も逆(ステンレス:正,PTFE:負)となることが確認された.また,ノズル径が小さくなるほど,噴霧圧力(液体タンクのゲージ圧)が高くなるほど,噴霧質量あたりの帯電量は大きくなる傾向にあることを確認した.ピーク導電率については,液体がノズル壁面と接触した際に生じた電荷の中和に要する時間(導電率に依存)と液滴形成時間(ノズルから液滴が分離するまでの時間,噴霧圧力に依存)の関係により決定されると考えられる.また,小径ノズルほど,噴霧液体量に対して,液体との接触面積がより大きくなるため,噴霧質量あたりの帯電量が大きくなったと考えられる.以上のように,噴霧帯電量が大きくなる条件が一部ではあるが明らかとなった.ここまでで得られた知見は,噴霧帯電による着火危険性のある作業工程において安全対策を講じる際に有効に活用できるものであると考える.1年目(平成30年度)は,各種噴霧ノズルを装着可能な液体噴霧帯電実験装置を構築し実験を行い,各種パラメータ(導電率,ノズル材質,ノズル径,噴霧圧力)と噴霧帯電量の関係を調査した.導電率については,先行研究において噴霧帯電量がピークとなると予想された10^-8 S/m前後で多くの測定データを取得でき,実際には10^-9 S/mから10^-7 S/mの比較的広い導電率帯で帯電量が大きくなることが確認できた.ノズル材質,ノズル径,噴霧圧力についても,帯電量が大きくなる条件をある程度把握できた.以上のことから,研究計画において1年目に予定していた検討は,ほぼ実施することができたと考える.現在までの研究から,導電率が噴霧帯電量を大きく左右する極めて重要なパラメータであることが確認された.したがって,噴霧帯電の特性を把握するためには,両者の関係についてより詳細な検討を行っていく必要がある.噴霧帯電量の導電率依存性は,液体内電荷の中和時間と液滴形成時間との関係で生じると考えられることから,液滴形成時間がどの程度のオーダーを取るか把握しておく必要がある.したがって,今後は,当初の研究計画に加えて,高速カメラを使用した液滴形成時間の測定を行いその結果を考察に役立てたい.液体の噴霧帯電量と各種パラメータ(導電率,ノズル材質,ノズル径,噴霧圧力)の関係について実験的に調査した.実験では,低導電率の液体(ミネラルスピリット)に導電添加剤を加え,10^-11 S/mから10^-6 S/mまでの液体試料を作製して,各種条件で噴霧帯電量の測定を行った.実験には,2種類の材質(ステンレス,PTFE)の噴霧ノズルを使用した.どちらの材質のノズルにおいても,液体試料の導電率10^-9 S/mから10^-7 S/mの範囲で帯電量がピークとなることを確認した.ただし,噴霧質量あたりの帯電量(ノズル電荷量/噴霧液体質量[C/g])はPTFEがステンレスよりも一桁程度大きくなり,ノズルの帯電極性も逆(ステンレス:正,PTFE:負)となることが確認された.また,ノズル径が小さくなるほど,噴霧圧力(液体タンクのゲージ圧)が高くなるほど,噴霧質量あたりの帯電量は大きくなる傾向にあることを確認した.ピーク導電率については,液体がノズル壁面と接触した際に生じた電荷の中和に要する時間(導電率に依存)と液滴形成時間(ノズルから液滴が分離するまでの時間,噴霧圧力に依存)の関係により決定されると考えられる.また,小径ノズルほど,噴霧液体量に対して,液体との接触面積がより大きくなるため,噴霧質量あたりの帯電量が大きくなったと考えられる.以上のように,噴霧帯電量が大きくなる条件が一部ではあるが明らかとなった.ここまでで得られた知見は,噴霧帯電による着火危険性のある作業工程において安全対策を講じる際に有効に活用できるものであると考える.1年目(平成30年度)は,各種噴霧ノズルを装着可能な液体噴霧帯電実験装置を構築し実験を行い,各種パラメータ(導電率,ノズル材質,ノズル径,噴霧圧力)と噴霧帯電量の関係を調査した.導電率については,先行研究において噴霧帯電量がピークとなると予想された10^-8 S/m前後で多くの測定データを取得でき,実際には10^-9 S/mから10^-7 S/mの比較的広い導電率帯で帯電量が大きくなることが確認できた.ノズル材質,ノズル径,噴霧圧力についても,帯電量が大きくなる条件をある程度把握できた.以上のことから,研究計画において1年目に予定していた検討は,ほぼ実施することができたと考える.現在までの研究から,導電率が噴霧帯電量を大きく左右する極めて重要なパラメータであることが確認された.

したがって,噴霧帯電の特性を把握するためには,両者の関係についてより詳細な検討を行っていく必要がある.噴霧帯電量の導電率依存性は,液体内電荷の中和時間と液滴形成時間との関係で生じると考えられることから,液滴形成時間がどの程度のオーダーを取るか把握しておく必要がある.したがって,今後は,当初の研究計画に加えて,高速カメラを使用した液滴形成時間の測定を行いその結果を考察に役立てたい.液体噴霧帯電実験装置は当初の計画では業者に製作を依頼する予定であったが,既製品の圧力タンク等を使用することでより安価に構築することができた.次年度使用額は,マイクロフィルタ(液体試料内に混入した細かいゴミを濾過してノズルの詰まりを防止するため)の購入に充てたい.
「日系市民」と日本語教育ー戦前・戦中期の米国西海岸を中心に

戦中期の日系人の言語・文化継承状況については、前述した早稲田大学中央図書館マイクロフィルム資料室の他に、国立国会図書館憲政資料室、UCLAリサーチライブラリーおよびスタンフォード大学フーバー研究所での調査結果をもとに、2019年4月16日にサンフランシスコで開催されたComparative andInternational Education Society (CIES 2019, 63rd Conference)のセッションにおいて発表した。発表では10箇所の強制収容所における日本語教育の有無や言語・文化維持状況について概観するとともに、唯一隔離収容所となったTule Lake Segregation Campの国民学校についてふれた。強制収容所内における日本語・日本文化維持状況については、不明な点が多く課題が山積している。次年度以降も資料を発掘することにつとめながら、断片的な事実をつなぎ合わせていく努力を続けていきたい。当初の計画では、15月ー7月は「東書文庫」(東京書籍)所蔵の『尋常小學讀本』、和歌山市民図書館移民資料室、国立国会図書館所蔵の日本語讀本関連資料について精査する。28月ー9月はワシントン大学図書館(シアトル)、スタンフォード大学フーバー研究所ライブラリー&アーカイブス、UCLAリサーチライブラリースペシャルコレクションにおいて関連資料を調査する。戦前、戦中期の邦字新聞や裏付け史料を調査する。310月ー3月は東書文庫での調査結果とシアトル、パロアルト、ロサンゼルスでの史料調査を比較対照しながら、「日系市民」教育の要素を抽出する。以上の3項目について実施する予定であった。2018年度は、特に2の海外での調査を充実させることができた。UCLA図書館スペシャルコレクションにおいて戦前の日本語学校関連史料、スタンフォード大学フーバー研究所において戦時中の強制収容所内での教育プログラムに関するカリキュラムなどについて、それぞれ関連史料をデジタルカメラで撮影できたのは大きな収穫であった。また、北米日系人収容所のひとつであり、後に唯一の隔離収容所となったツーリーレイク隔離収容所に設置された国民学校および公立学校の両方で学んだ経験のある日系二世にカリフォルニア州サンノゼで聞き取り調査を実施することができた。国民学校で使われていたガリ版刷りの教科書が数冊フーバー研究所に所蔵されており、隔離収容所の国民学校教育について知見を得ることが出来た。国内では予定していた和歌山市民図書館および東書文庫での資料調査にかわり、早稲田大学中央図書館マイクロ資料室において強制収容所関連の戦時転住局(WRA)のフィールド・ドキュメントの中から数カ所の収容所の教育関連プログラムを中心に複写できた。北米日系人収容所内での言語・文化維持状況についてはComparative and International Education Society (CIES 2019, 63rd Conference)での発表では明らかになっていない点について調査を進める。具体的には、(1)スタンフォード大学教育学部が作成した収容所内でのカリキュラムがどの程度10箇所の収容所で採用されていたのかを調査する。(2)一世、二世、帰米、そして男女間で日本語・日本文化の継承にどのような違いが見られたのかについて具体的事例をWRA関連資料などをもとに調査する。(3)ツーリーレイク隔離収容所の国民学校教育は具体的にどのような内容で実施されたのか、入手できた資料の他にも手がかりを見つけるように努力する。以上の3点についてより詳しい状況を知るために資料発掘と分析に努めていきたい。また、昨年度に収集した様々な図書館、アーカイブスの資料を改めて精査し整理・分析することも計画している。

国内では予定していた和歌山市民図書館および東書文庫での資料調査にかわり、早稲田大学中央図書館マイクロ資料室において強制収容所関連の戦時転住局(WRA)のフィールド・ドキュメントの中から数カ所の収容所の教育関連プログラムを中心に複写できた。北米日系人収容所内での言語・文化維持状況についてはComparative and International Education Society (CIES 2019, 63rd Conference)での発表では明らかになっていない点について調査を進める。具体的には、(1)スタンフォード大学教育学部が作成した収容所内でのカリキュラムがどの程度10箇所の収容所で採用されていたのかを調査する。(2)一世、二世、帰米、そして男女間で日本語・日本文化の継承にどのような違いが見られたのかについて具体的事例をWRA関連資料などをもとに調査する。(3)ツーリーレイク隔離収容所の国民学校教育は具体的にどのような内容で実施されたのか、入手できた資料の他にも手がかりを見つけるように努力する。以上の3点についてより詳しい状況を知るために資料発掘と分析に努めていきたい。また、昨年度に収集した様々な図書館、アーカイブスの資料を改めて精査し整理・分析することも計画している。特別研究期間を利用して前倒し支払を請求し、当初の計画よりも予算を拡大することによって海外調査における成果があがった点は有り難かった。しかし、出張旅費が予定していた額より若干下回ったため差額が生じた。
廃棄物を活用した軽量補強地盤の安定性と環境評価に関する研究

本研究では,廃棄物を活用した地盤材料の安定性および環境評価について,以下のことを明らかにした.(1)焼却灰と粘土の混合地盤の工学的性質の把握・焼却灰と粘土の混合の中型三軸試験を行い、圧縮性、せん断剛性およびせん断強さと粘土分含有率の関係を調べ,粘土含有率約30%までは焼却灰のみの場合とほぼ等しく,限界状態の摩擦角は焼却灰と同程度であることが示された.・焼却灰と粘土の混合の透水試験を行い、複合地盤としての透水係数を算定し,粘土含有率が20%を越えると大きく低下することが示された.(2)カラム試験による焼却灰と粘土の混合材料の溶出特性の把握・粘土による重金属の吸着およびアルカリ緩衝能が大きいことが明らかとなった.その結果,都市ごみ焼却灰に粘土を混ぜることにより有害な重金属の溶出抑制が可能であり,周辺地盤に与える福を軽減することができる.(3)複合材料としての力学特性の把握とそのモデル化・これまでに提案している混合体モデルをもとに,軽量複合材料の変形係数および破壊基準について評価を行った.また,評価式は従来の実験結果を十分説明できることを示した.(4)廃棄物処分場での利用法・焼却灰と浚渫土の混合地盤としての海面埋立ては,力学的および地盤環境的観点において焼却灰を単体で埋め立てるよりも有効である.・焼却灰に粘土とセメントを添加して,処分場跡地を高層化することにより,汚染物質の拡散を防止し,早期に地盤を安定化させることができる.本研究では,廃棄物を活用した地盤材料の安定性および環境評価について,以下のことを明らかにした.(1)焼却灰と粘土の混合地盤の工学的性質の把握・焼却灰と粘土の混合の中型三軸試験を行い、圧縮性、せん断剛性およびせん断強さと粘土分含有率の関係を調べ,粘土含有率約30%までは焼却灰のみの場合とほぼ等しく,限界状態の摩擦角は焼却灰と同程度であることが示された.・焼却灰と粘土の混合の透水試験を行い、複合地盤としての透水係数を算定し,粘土含有率が20%を越えると大きく低下することが示された.(2)カラム試験による焼却灰と粘土の混合材料の溶出特性の把握・粘土による重金属の吸着およびアルカリ緩衝能が大きいことが明らかとなった.その結果,都市ごみ焼却灰に粘土を混ぜることにより有害な重金属の溶出抑制が可能であり,周辺地盤に与える福を軽減することができる.(3)複合材料としての力学特性の把握とそのモデル化・これまでに提案している混合体モデルをもとに,軽量複合材料の変形係数および破壊基準について評価を行った.また,評価式は従来の実験結果を十分説明できることを示した.(4)廃棄物処分場での利用法・焼却灰と浚渫土の混合地盤としての海面埋立ては,力学的および地盤環境的観点において焼却灰を単体で埋め立てるよりも有効である.・焼却灰に粘土とセメントを添加して,処分場跡地を高層化することにより,汚染物質の拡散を防止し,早期に地盤を安定化させることができる.近年増加の一途をたどっている生活・産業廃棄物を有用な資源としてとらえ,地盤工学的に利活用する技術の開発が強く求められている.本研究では,焼却灰の再資源化および廃プラスチックを活用した重金属汚染土の不溶化効果について検討した.その結果,次のことが明らかとなった.1)中型三軸圧縮試験の結果から,都市ゴミ焼却灰は強度的にサンドコンパクションパイル工法の中詰め材の代替材として有効利用可能であることが示された.2)焼却灰の細粒分を除去することにより,透水性は向上するため,サンドコンパクションパイルの排水効果を高めると考えられる.3)焼却灰をジオグリッド補強土の盛土材として用いると,より急勾配でしかも高盛土の施工が可能になる.4)PETボトルなどの廃プラスチックを用いた熔融混合固化物は,汚染土の重金属を不溶化するのに大きな効果が見られる.また,この固化物は,軽量でかつコンクリートと同程度の強度を有し,地盤材料としても利用可能である.本研究では,廃棄物を活用した地盤材料の安定性および環境評価について,以下のことを明らかにした.(1)焼却灰と粘土の混合地盤の工学的性質の把握・焼却灰と粘土の混合の中型三軸試験を行い、圧縮性、せん断剛性およびせん断強さと粘土分含有率の関係を調べ,粘土含有率約30%までは焼却灰のみの場合とほぼ等しく,限界状態の摩擦角は焼却灰と同程度であることが示された.・焼却灰と粘土の混合の透水試験を行い、複合地盤としての透水係数を算定し,粘土含有率が20%を越えると大きく低下することが示された.(2)カラム試験による焼却灰と粘土の混合材料の溶出特性の把握・粘土による重金属の吸着およびアルカリ緩衝能が大きいことが明らかとなった.その結果,都市ごみ焼却灰に粘土を混ぜることにより有害な重金属の溶出抑制が可能であり,周辺地盤に与える福を軽減することができる.(3)複合材料としての力学特性の把握とそのモデル化・これまでに提案している混合体モデルをもとに,軽量複合材料の変形係数および破壊基準について評価を行った.また,評価式は従来の実験結果を十分説明できることを示した.(4)廃棄物処分場での利用法・焼却灰と浚渫土の混合地盤としての海面埋立ては,力学的および地盤環境的観点において焼却灰を単体で埋め立てるよりも有効である.
反応性プラズマの初期過渡状態の解析と制御に関する研究

<1.反応性プラズマの初期過渡現象の要因究明>___ー:SiH_4を含むプラズマの初期状態における質量分析によるイオン検出量の極めて遅い過渡応答の要因について調べた。この現象が、イオン抽出口の材質の場所によらず、条件に依存し高SiH_4流量、高圧力、低電力で顕著であることが明らかとなった。また、これと相関のある浮動電位変化とプラズマ電位の交流成分の変化から、プラズマの接する器壁近傍における局所的な圧力変化にともなう粒子衝突によるイオンの消失が裏付けられ、イオン検出量変化の要因が明らかとなった。ただし、反応室内の平均的圧力は、SiH_4の解離の2次反応によって、直ちに増加せず、一旦低くなって増加することが明かとなった。<2.2周波数重畳法によるプラズマの制御>___ー:高品質薄膜の作成には、成長表面への適度なイオン衝撃が必要である。13.56MHzの高周波でプラズマを維持し、高周波に重畳した低周波(10K800KHz)によってイオン運動の制御を試み、セルフバイアス電圧の低下、プラズマ電位の交流成分の振幅の増大、アノ-ド側への発光強度分布の広がり、さらにアノ-ドに至るイオンフラックスの増大によって、その制御性が明らかになった。また、成長した非晶質シリコン薄膜は、低周波を重畳し、またその周波数が低いほど、ネットワ-クの秩序性が高くなり、光導電性が向上することが分かり、高品質薄膜の作成という観点からも本方法の有効性が明らかになった。<3.補助電極法>___ー:薄膜作成では、プラズマの初期状態がそのまま膜中に膜特性の変化という形で残されることになる。この初期状態を制御する方法として、補助電極を用いて主放電に先だって予備放電を起こす方法が有力である。予備放電から主放電に切り替わるときの休止時間が8ms以下であれば浮動電位で見る限り電極電圧に追随したプラズマの応答が得られることが明らかとなった。
視覚世界安定化の神経機構―楔前部仮説の検証

我々は毎秒3回も目を動かすのに、周囲の世界は動かない。脳はいかにして視覚世界を安定させるのか。我々は、ずれた網膜像が「背景」を基準にして統合されるという「背景座標仮説」を提唱した。本研究では、1)「背景座標ニューロン」がサルの楔前部に存在すること、2)先行知見を基に構築した人工神経回路の楔前部相当層に背景座標ニューロンが自律的に獲得されること、3)楔前部の外乱により世界が揺れること、を示す。これら3段階の研究を通じて、楔前部の背景座標が視覚世界を安定化していることを証明する。2018年度は下記の項目に関してそれぞれ成果を挙げた。1)サルを用いた神経生理学的研究:網膜座標系から背景座標系への変換はどのように行われるのだろうか。楔前部の1285個のニューロンの解析を進めた結果、1) 60%程度のニューロンが、背景の位置情報を網膜座標系で表現していること、2)目標の位置の情報と背景の位置の情報は交互に時分割的に表現されていること、3)目標の背景座標系での位置情報は、背景優位の時間帯で出現すること、が新たに明らかになった。背景座標系は、目標と背景の位置を網膜座標系で時分割表現しながら、背景優位の時間帯に両者を統合することで実現されている可能性が示唆された。2)人工神経回路を使った新たな学習実験:過去の文献を検討した結果、背景座標系の抽出には眼球運動指令の遠心性コピーは不要であることが強く示唆された。そのため、ずれた2枚の網膜像の中で、本当に動きがあった領域だけを抽出する、という条件で人工神経回路の学習を行うこととして、新たな学習実験を進めた。3)外乱実験眼球運動計測と干渉せずに視野全体を随意に動かすことができる仮想現実装置を導入した。動画刺激を任意のタイミングで任意の大きさだけ動かすことができるシステムを構築した。さらに、交流電流の「うなり」を用いた脳深部刺激法を導入した。1)サルを用いた神経生理学的研究においては、目標と背景の位置を網膜座標系で時分割的に表現している、という新たな事実を発見した。背景座標系はこれらの時分割表現からダイレクトに計算できる。背景座標系の計算過程を明らかにするという点で、重要な成果を挙げることができた。2)人工神経回路を使った学習実験においては、眼球運動指令を用いない、新たな学習法を試みた。さらに、外乱実験においても、計画通りの進捗を示すことができた。以上の点から、計画通りに進捗していると判断する。1)神経生理学的研究については、成果を論文にまとめて発表する。2)人工神経回路を使った研究については、遠心性コピーを用いない新たな枠組みでの学習実験を行い、得られた人工神経回路のニューロンの応答特性を楔前部の実際のニューロン応答と比較する。3)外乱実験に関しては、脳深部刺激法の安全性を確認しながら慎重に研究を進めていく。我々は、ずれた網膜像が「背景」を基準にして統合されるという「背景座標仮説」を提唱し、網膜像が高速に背景座標に統合されるという心理学的な知見と、頭頂葉内側の楔前部が有力な候補であることを示す機能画像のデータを得た。2017年度は下記の項目に関してそれぞれ成果を挙げた。1)サルを用いた神経生理学的研究サルの楔前部の延べ1275個のニューロンの活動を計測した。うち68個は受容野が背景に固定されている背景座標系ニューロンだった。一方、157個は受容野が網膜座標系に固定されている網膜座標系ニューロンだった。さらに、受容野が網膜座標系から背景座標系にダイナミックに変化するニューロンも発見した。これらのデータは、背景座標系ニューロンが楔前部に存在することを明確に示すとともに、網膜座標系から背景座標系への変換にも楔前部が寄与していることを示唆している。2)人工神経回路を使った学習実験深層学習の技術を用いて、網膜像を眼球運動の指令情報で平行移動する人工神経回路を構築することに成功した。中間層には低次視覚野で見出されるようなガボール関数型(縞模様)の受容野を持つ人工ニューロンが形成された。またこれらの受容野は、眼球運動指令に応じて平行移動することが示された。1)サルを用いた神経生理学的研究においては、想定通り背景座標系ニューロンが楔前部に存在することの確証を得た。さらに、刺激提示から200 msの短期間に座標系が網膜座標系から背景座標系に変化するという極めて示唆に富んだニューロンが存在するという予想外の発見があった。本成果は海外の学会でも高い評価を受けたため、当初の計画以上に進展していると判断する。2)人工神経回路を使った学習実験においては、眼球運動指令によって受容野が動くというremapping現象を示すニューロンが形成されることを発見した。これは、想定を超える発見であった。以上の理由から当初の計画以上に進展していると判断する。

我々は毎秒3回も目を動かすのに、周囲の世界は動かない。脳はいかにして視覚世界を安定させるのか。我々は、ずれた網膜像が「背景」を基準にして統合されるという「背景座標仮説」を提唱した。本研究では、1)「背景座標ニューロン」がサルの楔前部に存在すること、2)先行知見を基に構築した人工神経回路の楔前部相当層に背景座標ニューロンが自律的に獲得されること、3)楔前部の外乱により世界が揺れること、を示す。これら3段階の研究を通じて、楔前部の背景座標が視覚世界を安定化していることを証明する。2018年度は下記の項目に関してそれぞれ成果を挙げた。1)サルを用いた神経生理学的研究:網膜座標系から背景座標系への変換はどのように行われるのだろうか。楔前部の1285個のニューロンの解析を進めた結果、1) 60%程度のニューロンが、背景の位置情報を網膜座標系で表現していること、2)目標の位置の情報と背景の位置の情報は交互に時分割的に表現されていること、3)目標の背景座標系での位置情報は、背景優位の時間帯で出現すること、が新たに明らかになった。背景座標系は、目標と背景の位置を網膜座標系で時分割表現しながら、背景優位の時間帯に両者を統合することで実現されている可能性が示唆された。2)人工神経回路を使った新たな学習実験:過去の文献を検討した結果、背景座標系の抽出には眼球運動指令の遠心性コピーは不要であることが強く示唆された。そのため、ずれた2枚の網膜像の中で、本当に動きがあった領域だけを抽出する、という条件で人工神経回路の学習を行うこととして、新たな学習実験を進めた。3)外乱実験眼球運動計測と干渉せずに視野全体を随意に動かすことができる仮想現実装置を導入した。動画刺激を任意のタイミングで任意の大きさだけ動かすことができるシステムを構築した。さらに、交流電流の「うなり」を用いた脳深部刺激法を導入した。1)サルを用いた神経生理学的研究においては、目標と背景の位置を網膜座標系で時分割的に表現している、という新たな事実を発見した。背景座標系はこれらの時分割表現からダイレクトに計算できる。背景座標系の計算過程を明らかにするという点で、重要な成果を挙げることができた。2)人工神経回路を使った学習実験においては、眼球運動指令を用いない、新たな学習法を試みた。さらに、外乱実験においても、計画通りの進捗を示すことができた。以上の点から、計画通りに進捗していると判断する。楔前部の外乱によって、世界が揺れることを示すための実験に着手する。眼球運動計測と干渉せずに視野全体を随意に動かすことができる仮想現実装置を導入する。さらに、最近報告された交流電流の「うなり」を用いた脳深部刺激法を導入して、楔前部に外乱を与えるのに適した刺激条件を検討する。1)神経生理学的研究については、成果を論文にまとめて発表する。2)人工神経回路を使った研究については、遠心性コピーを用いない新たな枠組みでの学習実験を行い、得られた人工神経回路のニューロンの応答特性を楔前部の実際のニューロン応答と比較する。3)外乱実験に関しては、脳深部刺激法の安全性を確認しながら慎重に研究を進めていく。
parafibrominによる発がん関連転写ネットワークの包括的制御機構

最近の研究から、細胞核内に局在するタンパク質Parafibrominがヒトの発がんに深く関わる4つのシグナル伝達経路(Wntシグナル、Hedgehogシグナル、Notchシグナル、Hippoシグナル)の遺伝子発現応答を協調的に制御することが明らかとなった。さらに、このParafibrominの機能にはParafibromin分子内の複数のチロシン残基の脱リン酸化が必要であることが示されている。そこで本研究では、Parafiborminのチロシンリン酸化-脱リン酸化が細胞内における転写応答ネットワークの制御に及ぼす影響を明らかにし、細胞レベルおよび個体レベルの生命現象にParafibrominが果たす役割の解明を試みた。平成30年度には以下の研究成果を得た。1.哺乳動物培養細胞を用いた解析から、細胞内でのParafibrominチロシン脱リン酸化の亢進は細胞分裂期(M期)の異常を伴う細胞増殖の抑制を引き起こすことを明らかにした。このことから、Parafibrominチロシンリン酸化-脱リン酸化の制御異常は染色体不安定性を誘導することでがんの悪性化に関与する可能性が示唆された。2.Parafibrominチロシンリン酸化-脱リン酸化が個体レベルで担う生理的・病態生理的役割を明らかにするため、CRISPR/Casシステムによるゲノム編集技術を用いて新規遺伝子改変マウスの作製を試みた。その結果、Parafibrominのチロシンリン酸化を担うチロシンキナーゼ群を多重欠損させた新規遺伝子改変マウスの樹立に成功した。今後の研究の展開として、この新規遺伝子改変マウスを用いた各種の発がん関連解析を行うことでチロシンリン酸化異常を原因とするヒトのがんに対する新規の治療法・予防法の開発に役立てたい。申請者らは最近、細胞の核内に局在するタンパク質「parafibromin」がWntシグナル・Hedgehogシグナル・Notchシグナルの3つの発がん関連シグナル経路の遺伝子発現応答を統合的に制御する「転写足場タンパク質」として機能することを見出した。さらに、この機能はparafibrominの「チロシン脱リン酸化状態」依存的に制御されることを明らかにした。しかし、parafibrominのチロシンリン酸化ー脱リン酸化により制御される遺伝子発現制御の全容については、これまで明らかにされていない。そこで本研究では、parafibrominのリン酸化制御の役割を網羅的に解析・解明することを目指した。平成29年度には、parafibrominならびにそのリン酸化制御が細胞機能に及ぼす影響を検討した。HEK293細胞および初代培養マウス胎児線維芽細胞(MEF細胞)に野生型parafibrominならびにチロシンリン酸化抵抗性parafibromin変異体を発現させた実験を行ったところ、興味深いことに、parafibrominのチロシン脱リン酸化状態に依存して細胞の増殖・生存が著しく抑制されることを明らかにした。さらに、parafibrominは、チロシンリン酸化および脱リン酸化状態にそれぞれ依存して、がん抑制性のシグナル伝達経路として注目される「Hippo経路」の転写制御因子YAPならびにTAZと複合体を形成して標的遺伝子を転写活性化させることを明らかにした(Tang et al.,研究発表雑誌論文1件目)。当初の予定では本年度中に次世代シーケンサーを用いた網羅的遺伝子解析(RNA-seq解析)を行う予定だったが、その前段階として行った細胞機能解析の結果が予期せず興味深いものであったため、本年度には細胞機能の解析を詳細に行った。その結果、細胞の増殖・生存にparafibrominのリン酸化状態が深く関与することを明らかにすることができた。本課題の今後の推進方策として、parafibrominのリン酸化制御が制御される上流のメカニズムを明らかにする。加えて、各種の遺伝子改変マウスを用いて個体レベルの現象におけるparafibrominチロシンリン酸化の意義の解明を試みる。また、上記実験の結果に応じてparafibrominによる遺伝子発現制御の網羅的解析(RNA-seq等)の実施も検討する。
発生やがん化に及ぼす内因性Jak-STAT阻害性ホスファターゼPTPεCの役割

われわれは,新規細胞質型アイソフォームPTPεCが存在することを報告し,PTPεCの遺伝子調節・発現・シグナル調節・サイトカイン特異性などを解析した。1.PTPεの2つのmRNAは,単一遺伝子から,alternativeなプロモーター利用によって生ずる。2.PTPεCの発現が,M1細胞を含む白血病細胞のマクロファージ分化過程で上昇する。3.PTPεCは,その酵素活性依存的にIL-6によるM1細胞の分化を強く抑制し,このJAK-STAT経路の抑制は,JAK活性化レベルでの抑制によることを明らかにした。以上の実績に立ち,PTPεCの生理作用の特異性を調べ,さらにPTPεCの個体レベルでの作用を調べる目的でPTPεCをトランスフェクトしたM1細胞をヌードマウスに接種し,増殖に与える影響を個体レベルで解析した。その結果,PTPεCの上記の抑制効果は,IL-6受容体およびIL-10受容体を介したSTAT活性化においても認められたが,これに対しインターフェロン(IFN)α/β受容体やIFNγ受容体を介したJAK-STAT経路に対しては認められなかった(Blood,98,3030-3034,2001)。また,PTPεCはM1細胞の増殖に有意の差を生じせしめた。現在,その理由を解析中である。これらの研究成果は,チロシンホスファターゼPTPεCの分子種特異的な生理機能・作用機構・作用特異性・遺伝子調節などを明らかにした点で,きわめて興味あるものである。
概念の識別に用いる特徴の抽出および識別方法とその応用

1)特徴量の分類:人間が判断に用いる知識は実数で表されるような数値的なものではなく,言葉で言い表される程度のある種大雑把なものであると解釈し,「粒度」の概念を導入した.また,離散的に表されるデータに関してもグルーピング問題として解釈し直し評価基準を与えると共に,準最適なグルーピングを発見するためのアルゴリズムの開発を行った.2)プロトタイプの発見:人間が判断に用いる特徴はそれまでに得た知識全てではなく,それらの中から抽象化された数少ないデータであるとの観点に立ち,多量のデータの中から典型的な特徴を醸し出すプロトタイプを発見する方法を開発した.プロトタイプを点として捉えるのではなく,体積を持つものとして捉えることを提案するとともに,時間の経過と共に増える知識に見立ててデータが増加する際のプロトタイプ更新のアルゴリズムも提案した.また,類似性の観点から木構造をなすデータの中から,類似の構造を見出しグルーピングすると共に,頻度を数えることによって典型的な木構造を見出す研究も行った.3)状況に応じた特徴量の抽出:一つに識別子によらない識別子独立型の特徴選択手法を提案した.また,最適な特徴集合はカテゴリやカテゴリ対象に依存するとの立場に立ち,ランダムに選び出した特徴により構成した特徴空間の中から特徴選択を行う方法により識別率の向上を目指す方法についても提案した.1)特徴量の分類:人間が判断に用いる知識は実数で表されるような数値的なものではなく,言葉で言い表される程度のある種大雑把なものであると解釈し,「粒度」の概念を導入した.また,離散的に表されるデータに関してもグルーピング問題として解釈し直し評価基準を与えると共に,準最適なグルーピングを発見するためのアルゴリズムの開発を行った.2)プロトタイプの発見:人間が判断に用いる特徴はそれまでに得た知識全てではなく,それらの中から抽象化された数少ないデータであるとの観点に立ち,多量のデータの中から典型的な特徴を醸し出すプロトタイプを発見する方法を開発した.プロトタイプを点として捉えるのではなく,体積を持つものとして捉えることを提案するとともに,時間の経過と共に増える知識に見立ててデータが増加する際のプロトタイプ更新のアルゴリズムも提案した.また,類似性の観点から木構造をなすデータの中から,類似の構造を見出しグルーピングすると共に,頻度を数えることによって典型的な木構造を見出す研究も行った.3)状況に応じた特徴量の抽出:一つに識別子によらない識別子独立型の特徴選択手法を提案した.また,最適な特徴集合はカテゴリやカテゴリ対象に依存するとの立場に立ち,ランダムに選び出した特徴により構成した特徴空間の中から特徴選択を行う方法により識別率の向上を目指す方法についても提案した.識別問題を解く上で様々な識別子の中からどの識別子を用いるかが一つの問題となる.しかし,どの識別子を選ぶにせよ,特徴空間の次元数が高い場合には,いわゆる「次元の呪い」により,識別率の低下を招きかねない.また,識別問題ごとに必要となる特徴は異なる.例えば指の数は動物の分類には有効な特徴となるものの,雄か雌かを識別する問題では有効な特徴とはなり得ない.そこで,識別子に依存せず,どの識別子を用いた場合でも識別率の低下を招くことなく不要な特徴を除去する方法を提案し有効性を確認した.また,ヒトが様々な物事を識別,判断する際には感覚的,もしくは無意識に行うことが多い.この観点に立つと識別に必要となるそれぞれの特徴は有効数字が何桁も必要となるような数値を用いているとは考え難く,大きい,中ぐらい,小さいといった程度の大雑把な分類しか用いていないように考えられる.この観点から,ヒトの感性に着目し,各特徴の粗さ(粒度)に着目した特徴の圧縮に関しての提案を行い,有効性を確認した.さらに,プロトタイプの発見方法として,従来用いられてきたクラスタリング手法はプロトタイプが点であったのに対し,本研究では体積を伴なったプロトタイプを考えることにより,データの分布状況をプロトタイプに反映させることに成功した.開発した手法においてはプロトタイプの数を事前に設定する必要がないという利点も併せて兼ね備えている.概念を人間の知識として捉えた場合,無限個のデータの集合と考えるよりは,離散的な代表的な例の集合として考えることが適切と解釈し,以下のような離散的なデータの扱いに関しての基礎的な研究を行った.我々の観測事象は多岐の特徴にわたっている.視覚によって得られる情報に限っても色,形,大きさなどがあり,それらはさらに細分化でき,例えば色は明るさ,青さ,模様の複雑さなどに分かれる.これらの様々な特徴の中から同一のカテゴリに入る共通の特徴を抽出する方法としてのルール抽出の研究を行った.また,我々の観察は物理的に解釈すると連続する数値であることが多い.それは長さであったり,重さ,明るさ,周波数であったりする.しかし,人間が識別を行う場合に連続的な数値を記憶し,識別に用いているとは考え難い.その場合,連続的な数値を幾つかの離散的な区間へと分割して記憶していると解釈するべきと考えられる.この観点を粒度という言葉を使い,識別に際してどの程度の粒度が適切であるかについての研究も行った.さらに,概念を木構造にたとえて,木同士の近さによって分類する方法についても研究を行った.一つの概念が多くの観測事象のから構成されていることを仮定し,その中から典型的なデータのみをプロトタイプとして抽出する研究も行った.また,応用として,雑音という無駄な情報に埋もれた観測音の中から発話された単語列を抽出する方法や人間の姿勢を臀部にかかる圧力から判定する研究も行った.
多数利用者の多様な要求に応答可能なサービスシステム構成

高速通信回線を利用した多様なアプリケーションを実現するため、統合したサーバ構成法について考察した。通信を意識したCPU管理技術、メモリ管理技術について提案し評価した。本研究の成果は、計算機システムの全体数を削減し、エネルギーの節約、装置の縮小を実現し、グリーンITに貢献する。また、ネットワークアクセスの増加により、通信に関するユーザ端末消費電力問題についても対応策を提案した。利用者中心のサービスが提供できる仕組みを構築していくため、本研究では、仮想世界において、現実世界の制約に固執せず自由自在に考えて問題を解決する手法を採用した。本研究で開発する仮想化技術を用いた仮想世界は現実の世界からの制約を受けなくてすむので、現実世界では解決困難な問題でも仮想世界において解決できる。その解決手法は、まず仮想化の概念を整理し、解くべき問題の本質を仮想世界で解決することにより論理の充実を図り、次にそれを現実の世界ヘマッピングし、実現していく。本年度は、マルチコアから構成される数台の仮想マシンを用いて仮想空間を構成した。オープンソースのSUN VirtualBOXを使い、オペレーティングシステムはUbuntu LINUXを使用した。まず、ポアソン到着を用いた仮想システム性能評価手法を提案し、仮想化ソフトウェアXenを用いて構築した。HTTPサーバのリソース割り当て量に対するシステムの特性を評価した。次に、PC向けのファイアウオールを仮想システムで実現し、その性能評価を行った。その結果、ファイアウオールを仮想システムにより実現することは、現在市販のプロセッサを用いれば十分可能であることを示した。近年、モバイルシステムにおけるネットワークアクセスの増加により、通信に関するユーザ端末消費電力が問題となっている。多数の利用者に対して、個別ページングは、コスト、処理時間の両面において実現不可能である。そこで本研究では、まず仮想世界でページング操作を構成する。次に、現実の制約条件を満たすようにマッピングする。そして、仮想世界におけるページング操作と比べ、現実の制約条件下では、どの範囲まで効率的にページングできるか示す。ユーザ端末と無線アクセスネットワーク間での処理を改良し、より消費電力の少ない通信方式を提案した。1.仮想化技法を用いると複雑な情報システムにおいてもセキュリティ強化が可能である。仮想化によるオーバーヘッドを評価するため、フリーソフトウェアであるファイアウォール「SmoothWall」を用いた場合、さまざまの動作環境でデータ伝送速度および処理時間を評価した。その結果、80Mbpsの伝送速度が確保できること及び利用者あたり1秒間に2000接続収容できることを示した。仮想化技法を用いたセキュリティ強化策は、現在市販されている機器を用いても十分実現可能であることが確認できた。2.多数利用者にサービスを行うシステムでは消費電力の削減は必要な技術である。現在モバイル機器の消費電力改善に向けて様々な研究が行われている。利用者端末では、CPUやバッテリーに焦点を当てたものが多く、また通信インフラ側におけるシステム改善に向けた取り組みも多く提案されている。本研究では、IEEE 802.11で標準化されているPower Saving Mode(PSM)を基礎にして、利用者宛てのフレーム到達時間を考慮に入れることによりさらなる省電力化を図る接続予約型パワーセーブ方式Adapnve LI Power SavingMode (ALIPSM)を提案した。シミュレーションを行った結果、ALIPSMがPSMに比べて受信完了までの時間は若干多くなるものの、フレームが長時間クライアントに送信されてこない場合は消費電力を大きく抑えることを示した。1.市販のPCを用いてサーバ統合を行ったとき、ユーザはどのような影響を受けるかについて考察した。まず、CPUの利用率が50%以下の2台のPCを仮想化技術により1台のPCに統合し、ウエッブサーバーとして利用した場合について、ユーザの応答時間を比較評価した。その結果、負荷の高いときに応答時間は若干増えるが、ほぼ同じ性能が得られることを示した。結論として、サーバ統合は市販のPCを用いてもハードウエアの共用化に有用であることを示した。2.IEEE802.11において標準化されている無線LANの省電力モード(PSM: Power Saving Mode)に注目し,トラフィックの変動に合わせたLIとAPにおけるTCP機能を追加することによって,さらなる省電力化を図るAP順応型省電力モードAP Adaptive Power Saving Mode(APAPSM)を提案した.シミュレーションを行った結果, APAPSMがPSMに比べ,クライアントは無駄な送受信を抑えることが可能となり、消費電力だけでなく,受信時間をも改善できると判明した.さらに,クライアントの受信時間が短縮されたことで,サーバにおけるクライアントの専有時間も短くなる.これによりPSMと比べてサーバの性能を向上させることもできると予想される.また,クライアントがアウェイク中に受信する予定のパケット数は, APAPSMの性能に大きく影響を与えないことが確認でき,このことにより, APにおいて確保すべきバッファサイズを大きくとる必要はないことが分かった.以上の研究結果により,トラフィックの影響を吸収して省電力化を図るAPAPSMは,平時だけではなく,トラフィックに大きな負担が発生している場合やパケットロスの頻度が高い状況においてもPSMの上位互換として大きな効果を発揮するものと考えられる.本研究の目的は、仮想空間上で多様なアクセス形態、通信環境等を踏まえて高度な検索技術、選択・提供の枠組みをうまく組み合わせることにより、現実の問題の解を見つけることである。

本年度の仮想化ファイアウォール「Smoothwall」を用いた実験の結果、仮想化技法を用いたセキュリティ強化策は、現在市販されている機器を用いても十分実現可能であることが確認できた。また、近年、モバイルシステムにおけるネットワークアクセスの増加により、通信に関するユーザ端末消費電力問題についても対応策が提案できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初の予定通り以下の方策により推進する。1)仮想化によるセキュリティ強化法の提案と評価2)スケーラブルにかつ多様なサービスを提供するシステム構築3)利用環境の変化に柔軟に適応する基本的機能の実現現実問題と対応していくためには、実際のセキュリティデータが取得できれば現実に生じているセキュリティ問題が把握できる。しかし、実際のセキュリティデータの取得は極めて困難である。研究遂行上の問題としては、実際のセキュリティデータの取得が挙げられる。この対応策としては、手元のデータを用いて現実問題と対応させていく予定である。
ストレス誘導テストステロン産生抑制と防御機構に関する11β-HSDの分子多様性

11β-HSD(type 1 and type 2)は活性型グルココルチコイド(GC)と不活性型GCの相互変換を触媒する酵素である。幼若ブタ精巣を実験材料として、これらのアイソザイムの存在をRT-PCR、ウエスタンブロッティング、免疫組織化学染色により検出した結果、精巣にはtype 1と比較してtype 2が多量に発現していた。精巣ライディッヒ細胞におけるGCの代謝は反応速度論的解析から、コルチゾール(活性型GC)からコルチゾン(不活性型GC)への酸化反応のみで、反対方向への代謝(還元反応)は全く認められず、type 2の触媒する酸化反応がtype 1よりも優位であった。さらに、広範なヒト組織中の11β-HSDアイソザイムを定量するリアルタイムRT-PCRを構築し、ヒト精巣におけるこれらのアイソザイムの発現を検出した。これらの研究成果は、精巣ライディッヒ細胞に発現するtype 1およびtype 2がコルチゾールの不活性化に関与し、さらに精巣ライディッヒ細胞におけるGC誘導テストステロン産生抑制を阻止する機構に関与していることを強く示唆した。ブタ(幼若)精巣ライディヒ細胞を実験材料として、血中高グルココルチコイド(活性型GC)により誘発される精巣テストステロン産生抑制の防御に関与すると考えられるllβ-ヒドロキシステロイド脱水素酵素(11β-HSD)アイソザイムの発現を検討する目的で、Leydig細胞の初代培養系を構築し、llβ-HSDアイソザイム(typelおよびtype2)の発現をPT-PCRおよびreal-time PCR法により定量を行い、さらに、それらのアイソザイムのタンパク質レベルでの発現をWestern blotting法により検討した。約10日齢の雄性ブタより去勢にて得られる精巣を使用し、摘出後の精巣から直ちにライディッヒ細胞を分離・精製し、さらにその初代培養系の構築に成功した。初代培養ブタLeydig細胞中でのGCの代謝方向を調べた結果、cortisolからcortisoneへの酸化活性のみが検出され、その逆方向の還元活性はほとんど検出されなかった。RT-PCR、Real-time PCR、Western-blottingの結果から、ブタ精巣およびLeydig細胞にはtype1、type2およびGRがいずれも発現していることが明らかになった。特に、ラットなどと異なりtype2が高発現していた。Real-time PCRによる定量結果、精巣における11β-HSD type1およびtype2アイソザイムの発現量は、それぞれ高発現していると考えられるブタ肝臓および腎臓の発現量と比較し、type1は肝臓の約1/50、type2は腎臓の約1.5倍であった。従って、ブタ精巣Leydig細胞では活性型GC(ヒトと同様にcortisol)が不活性型(cortisone)の方向に変換することから、この反応は活性型GCにより誘発されるテストステロン産生抑制の防御に関与すると考えられる。さらにこの反応には11β-HSD type1のみならずtype2の関与も考えられた。ブタ(幼若期)精巣に11β-HSD type1のみならずtype2も多量に存在しLeydig細胞内のcortisol→cortisone(不活性化)の反応に関与していることを詳細に検討する目的で、mRNAレベルをPT-PCRおよびreal-time PCR法、およびそれらアイソザイムのタンパク質レベルをWestern blotting法のそれぞれを利用して定性および定量を行った。さらに精巣組織切片を作成し、それらアイソザイムの免疫組織化学的染色を行い、それぞれの組織内分布あるいは細胞内局在性を検討した。その結果、ヒトに近縁な高等動物の実験材料として用いたブタ精巣Leydig細胞には11β-HSD type2が多量に存在しており、Leydig細胞内のcortisol→cortisone(不活性化)の反応に充分関与していることが明らかとなった。ミクロソームレベルでtype1および2の11β-HSD活性の反応速度論的解析を行なった結果、精巣由来の11β-HSD type2は腎臓に発現しているtype2と基質親和性や補酵素親和性・特異性などのkineticsが良く類似するが、精巣由来のtype1は肝臓由来のtype1とそのkineticsにおいて相違が認められることが明らかになった。従って、精巣には肝臓由来の酵素とは異なるtype1が存在する可能性が考えられ、ブタ精巣から新規type1cDNAのクローニングを行なった。その結果、既存のtype 1と塩基配列レベルで15箇所、タンパク質レベルで8箇所の相違があるクローンを得た。

ストレスにより誘導されるグルココルチコイド(GC)の上昇は、精巣において、精子形成に関与するテストステロン(Tes)産生を抑制することが知られている。しかし、精巣にはそのGC誘導Tes産生抑制を阻止する為にGCの不活性化機構(cortisolのcortisoneへの変換)の存在が考えられており、著者らは、ヒトに近縁のブタ由来の精巣ライディッヒ細胞を用い、11β-HSDサブタイプであるtype1とtype2がそれぞれcortisolをcortisoneに変換することを見いだしてきた。この過程で、既存のブタ11β一HSDType1を新たにクローニングした結果、塩基およびタンパク質レベルで、それぞれ15お1よび8カ所の相違があるクローンが得られ、その配列分析および酵素化学的性質から、既に他の研究者から報告されているtype1の塩基配列に誤りのある可能性を明らかにした。次にヒト精巣において、これら11β一HSDサブタイプであるtype1とtype2が存在しているか否かを検討する目的でreal-time RT-PCR法を構築して、それらのサブタイプおよびGC受容体の定量を行い、他の23種の組織におけるそれらの発現とも比較した。その結果ヒトの精巣においても、11β-HSD Type1のみならずType2も発現しており、これら2種のサブタイプがCortisolを不活性化(酸化)することにより、GC誘導Tes産生抑制を阻止している可能性を示唆した。
原子スケール微細加工に向けたプラズマ・表面相互作用と加工形状制御に関する研究

3次元原子スケールセルモデル(Three-Dimensional Atomic-Scale Cellular Model : ASCeM-3D)を用いて、塩素プラズマによるシリコンエッチングにおける表面ラフネスと、基板表面へのイオン入射角度/エネルギーとの関係を系統的に調べた。エッチング中のsi基板上の微細パターン構造内部では、イオンは表面に対し様々な角度/エネルギーで入射することになるが、こうした現象を実験的に取り扱うのは、非常に難しく、数値計算による現象の予測と発現メカニズムの理解が重要になる。本年度では、特にリップル形状の発現メカニズムに注視し、複雑なリップル形状を空間周波数解析手法により定量化した。これにより、微細な初期ラフネス構造上でイオン散乱が生じ、イオンフラソクスの局所集中や幾何学的な影(シャドーイング効果)が生じることで、大きなラフネスへと進展していくことを突き止めた。また、イオン入射エネルギーが増大するに従って、リップル構造の周期間隔が広くなる傾向を確認した。この現象は、単一ビーム実験で報告されている現象であり、プラズマにおいても、入射エネルギーを選択することでリップル周期構造を制御できることを示唆している。本研究の主たる成果を以下にまとめる。1、新規に3次元形状進展シミュレーションを開発した。2、ナノスケールの形状異常や表面粗さ(ラフネス)ならびに周期構造(リップル)の遷移現象ならびに形成機構を、3次元形状進展シミュレーションとして初めて再現/解明した。3、イオン入射角度に依存して発現する表面リップル構造は、これまで希ガスイオンビームとシリコン基板との相互作用において理論的・実験的に知られているが、プラズマにおいて同様な現象が生じることを本研究で初めて明らかにした。4、表面ラフネス/リップル構造を定量化し、評価をおこなった。5、表面ラフネス構造と、プラズマパラメータとの関係性を示し、ラフネスの制御/抑制に関する技術的指針を提供した。本研究の成果の中で特に、(1)ナノスケールの形状異常や表面粗さ(ラフネス)ならびに周期構造(リップル)の遷移現象ならびに形成機構を、3次元形状進展シミュレーションとして初めて再現/解明した点、(2)表面ラフネス構造と、プラズマパラメータとの関係性を示し、ラフネスの制御/抑制に関する技術的指針を提供した点は、研究の新規性と、学術的重要性の観点から、特に重要な成果だと考える。これらの点が評価され、本年度は、国内/国外にて計2件の学会賞を受賞し、また国内・国際学会/国内研究会にて招待講演を計3件(うち学会賞受賞記念講演1件)を行うに至った。このことは、本研究が、学術的にも工学的にも重要な課題であり、また新規性に優れていることを示している。本年度は,数値計算と実験の両側面からプラズマ・表面相互作用をとらえ,表面反応のデータベース構築および3次元形状進展シミュレーション(ASCeM-3D:Three-Dimensional Atomic-Scale Cellular Model)の高精度化を行った.特に,表面ラフネヌの形成メカニズムについて精力的に研究を進め,様々なプラズマ条件下でのラフネス形成機構の違いについて考察を行った.表面ラフネスの形成には、基板表面に入射するイオンの影響が大きく,入射エネルギー・入射角度が強く関係していることがわかった.その成果は国内外の学術会議にて発表済である.[1]イオン入射エネルギー依存性ASCeM-3Dの性能評価を行うため,プラズマエッチング実験との比較を行った.実験基板表面の観察・表面ラフネスの定量化には走査型プローブ顕微鏡を用いた.加工速度,ラフネス形状・大きさ,表面粗さの指標(RMS:Root Mean Square),いずれも実験・数値計算で定性的によい一致を示し,計算モデルの有用性が示された.[2]イオン入射角度依存性基板表面への入射角度は,特に加工形状における底部と側壁での表面現象に置き換えることが可能である.すなわち,加工形状底部においては入射するイオンは表面に対し垂直に入射するのに対して,加工形状側壁において,イオンは表面に対し斜め方向に入射する.ASCeM-3Dによる数値計算によって,入射角度に応じて特徴的な表面構造が形成されることを予測した.イオンが基板に垂直に入射する条件では,基板表面は一様に荒れ,表面ラフネスはなだらかな丘構造を示した.基板に対し斜め入射する条件では,イオンの入射方向とは直交する向きに波状のリップル構造が形成された.さらに高角度で斜め入射する条件では,波状のラフネスの向きが遷移し,入射方向に平行な向きに溝状のラフネスが形成された.同様の現象は,イオンビーム実験でも多数報告されているものの,イオンの入射方向と表面ラフネスの形成メカニズムは,いまだ解明されておらず学術的にも重要な課題である.3次元原子スケールセルモデル(Three-Dimensional Atomic-Scale Cellular Model : ASCeM-3D)を用いて、塩素プラズマによるシリコンエッチングにおける表面ラフネスと、基板表面へのイオン入射角度/エネルギーとの関係を系統的に調べた。