hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
一次相転移に伴う前駆現象の微視的起源の解明

平成2年度に導入した高精度X線回折装置は平成3年度の改良も伴って装置としては順調に稼働している。平成3年度の研究として、従来から行われていた金属のマルテンサイト変態に伴う様々な現象の内、理論家が予測したFePd合金における「adapted phase」の探索を行ったが、それは存在しないとの結論に至った。そこで、本研究の最終目的である非金属での前駆現象に有無を調べるためにいくつかの物質の探索を行った。一番期待されていた物質Pb_3(PO_4)_2に関してはすでにフランスから同じ考えのもとで研究が発表されたので、平成4年度ではいくつかの物質で実験を行った。特に、金属との関連性から強弾性体であるLaNbO_4での相転移に着目して実験を行った。実験としてはまず、monoclinicな対称性を持つ低温相で(600)と(006)の散乱角の差を測定した。銅の特性線を使用した実験では室温でこの差が10度もあり、相転移温度768Kでの飛びも2度近くあり、温度履歴も80K近くあるという一次相転移であった。tetragonalである高温相で散漫散乱の存在を調べた。その結果、AuCd合金やNiTi合金で見つかっている異常な散漫散乱が低温相としてブラッグ反射が出現するであろう場所に見つかった。これは従来「goast lattice」と呼ばれていたものと同じで、相転移温度より高温の相で既に低温相の芽が発生していることを示唆している。金属の場合と違って、今回のような試料は均一性がよく転移温度の分布が非常に少ないので、相転移の機構に関して明確な議論が出来るものと思われる。現在、再現性の実験や、逆格子空間での分布を調べる実験を続行しており、結果の発表は少し遅れる予定である。本研究の目的である広い物質群で一次相転移に伴う前駆現象を理解するためには、相転移温度直上でX線散漫散乱を測定するのが非常に有効である。一次相転移で現れる散漫散乱は多くの場合、前駆現象を担っているクラスタ-が巨視的なサイズに達する局所構造のため非常に幅の狭い散乱ピ-クとなり、その位置と幅を精密に測定する必要がある。同時にブラッグピ-クの形状をも問題にする必要がある。本年度はこの測定を実行するための高精度X線回析装置を導入しその調整を行った。高分解能の測定となるためにモノクロメ-タ-としては完全結晶のGe単結晶を用意した。また、測定用のソフトウェアを本装置のために開発し動作テストを行った。多くの研究者及び国際会議等を通して情報収集を行った。その結果、金属のマルテンサイト変態に関する理論が非常に進んできており、前駆現象として現れる中間相の存在が非常に一般的であると予測されていることが判明した。それらの理論は、数年前に我々が行ったFePdやNiAl合金の仕事に刺激されたものであり、本研究の目的に合う物質の探索に大きな示唆を得た。次年度は、まず、すでに作成しているFePd合金の中間相を本装置で調べなおして理論が予測している構造かどうかを調べる予定である。次に、これも試料はすでに手にいれた誘電体物質であるPb_3(PO_4)_2で実験を行う予定である一次相転移に伴う前駆現象を理解するためには、相転移温度直上でX線散漫散乱を測定するのが非常に有効である。本年度は昨年度導入した高精度X線回折装置を高分解能で測定出来るように調整し、併せて測定用のプログラムを開発した。実験として、FePd合金の低温のマルテンサイト変態の前駆現象として現れる中間相の起源をまず調べた。これは、理論的立場から、中間相はマイクロトゥインが作る長周期構造(Adaptive phase)からなるという予測があったからである。この理論によれば、中間相には衛星反射が現れるはずである。しかしながら、詳しい実験を行って結果、そのような衛星反射は現れないことが分かった。この実験はまだ捜していない逆格子もあるので引き続いて行う予定である。次に酸化物誘電体での相転移で強い一次相転移を行うLaNbO_4の単結晶を入手して実験の準備を行っている。この物質の相転移温度は400°C以上と高温のために、新しく高温炉を作成しそのテストを行った。種々の文献を検討した結果、当研究の一次相転移の前駆現象を示す可能性が十分あるとおもわれる。

特に、金属との関連性から強弾性体であるLaNbO_4での相転移に着目して実験を行った。実験としてはまず、monoclinicな対称性を持つ低温相で(600)と(006)の散乱角の差を測定した。銅の特性線を使用した実験では室温でこの差が10度もあり、相転移温度768Kでの飛びも2度近くあり、温度履歴も80K近くあるという一次相転移であった。tetragonalである高温相で散漫散乱の存在を調べた。その結果、AuCd合金やNiTi合金で見つかっている異常な散漫散乱が低温相としてブラッグ反射が出現するであろう場所に見つかった。これは従来「goast lattice」と呼ばれていたものと同じで、相転移温度より高温の相で既に低温相の芽が発生していることを示唆している。金属の場合と違って、今回のような試料は均一性がよく転移温度の分布が非常に少ないので、相転移の機構に関して明確な議論が出来るものと思われる。現在、再現性の実験や、逆格子空間での分布を調べる実験を続行しており、結果の発表は少し遅れる予定である。
GaAsシヨットキ・ダイオードを用いた核融合プラズマ診断

核融合装置における、高温・高密度プラズマの診断には、サブミリ波を用いた計測が有用である。この際、取扱の容易な高速検出器が不可欠である。本研究は、高感度・低雑音のGaAsショットキ・ダイオード検出器を開発し、そのプラズマ診断への応用を目的として実施された。本研究の成果は次の3つの部分より成っている。1.ショットキ・ダイオードの高性能化サブミリ波検出用ショットキ・ダイオードの高性能化を図るため、先ずダイオードの低雑音化の研究を行った。GaAs表面のストイキオメトリー(GaとAsの組成比)と雑音特性との関係、またドライエッチング(SiO_2層)の際に発生するGaAs表面のダメージと雑音特性との関係について調べ、低雑音のダイオードを再現性良く製作するプロセスを確立した。また、ダイオードの高感度化について、検出感度の理論計算を行った結果、ダイオード直径の微小化(1μm以下)が効果的である事が分かった。そのため、電子ビーム露光技術を導入し、その基礎実験を終了した。2.サブミリ波帯パルス・スペクトラム・アナライザーの開発トムソン散乱を用いたイオン温度の計測は、D_2Oレーザー等のパルスレーザーを用いて研究が進められている。これらの計測には、単一パルス・スペクトラムを測定できる測定器が必要とされる。本研究では、ミリ波を局部発振波とするハーモニックミキサーと分散型遅延線を組み合せ、小型かつ広帯域で、単一パルス信号のスペクトラムを測定出来るパルス・スペクトラム・アナライザーを開発した。3.ショットキ・ダイオード供給本年度は、ダイオードチップを10個、ダイオードマウントを2個供給した。その他、ダイオードを使用する際の技術指導(実習を含む)2件を行った。
付加体の温度・圧力・変形履歴に関する研究

四万十帯は白亜紀第三紀の付加体から構成され,プレ-ト沈み込み帯で進行するプロセスを理解する重要な研究対象と考えられている。この四万十帯の大半は沸石相に属し,比較的浅所での付加作用の結果形成されたことが既に明らかにされている。しかし、より精度よく、どの程度の変形度,温度,圧力(深さ)のもとで付加したものかは不明である。本研究では四国の四万十帯を対象として,これらの点を検討した。1.野外において,付加体を構成する2つの基本的ユニット,成層ユニットとメランジユニットを識別,メランジユニットの構造解析を行ない,このユニットが深部で構造的に付加した可能性が高いことを明らかにした。変形度を歪解析によって検討したが,押しつぶしが卓越している。2.野外で採集した泥岩の密度を検討し,最深埋没深度を明らかにした。成層ユニットに比し,メランジユニットの泥岩は系統的に密度が大きく,埋没深度で数Km10Km程度深いことが明らかとなり,上記のメランジの深部での構造的付加モデルと調和的な結果となった。3.温度履歴を検討するために,これまで報告されているビトリナイト反射率をユニットごとに再整理し,更に同一地域から泥岩を採集,イライトの結晶度について検討した。その結果メランジユニットが系統的にビトリナイト反射率,イライト結晶度ともに高く,上記にのべた結果と調和的な結果が得られた。以上の研究の結果,付加体中のメランジについてこれまで様々に提案されているメランジの成因が四万十帯では10Km10数Kmの深度で,構造的に付加されたものであることがほとんど確定的となり,沈み込み帯での付加作用の実態がより明確となった。
熱帯荒廃草地の森林再生化と土壌炭素の同位体クロノロジー解析

タイ国東北部の荒廃草地造林に伴う炭素プールの変化を解明するため、4人工林プロット(3早生樹種、1郷土樹種)において、林分調査および土壌調査を行った。地上部と地下部(根)バイオマスは成長に伴い増加し、その増加量は早生樹林で57tC/ha/年間と計算された。一方、土壌現存量は草地と比べて約30tC/ha減少していた。従って、草地造林に伴う林全体の年間炭素固定量は、植栽後24年生林分では、3.1-4.7tC/ha/yrと推定された。また、安定炭素同位比値から土壌有機物起源解析を行った結果、植栽24年後には表層(0-5cm)土壌では草地由来の有機物が消滅し、樹木由来の有機物に全て変わっていた。熱帯季節林地帯における荒廃草地の造林に伴うバイオマス変化および天然更新の人工林触媒効果の解明を目的に、タイ王室林野局、土地開発局との共同研究を開始した。タイ国の東北部ナコンラチャシマ県サケラート試験地を研究サイト(バンコクから330km)とした。12年前にバイオマス調査を行った人工林4プロット(早生樹種3、郷土樹種1)を含め7プロット(24年生人工林4、天然林1、草地2)を設定し、土壌水分、気温・湿度、リターフォール量調査等を開始した。土壌断面調査(断面記載、写真、一般分析用土壌採取など)を各プロットで行い、現在土地開発局で土壌の一般化学性を分析中である。また、細土密度、炭素量・炭素同位体比分析および細根量測定のため、一定深さ毎に1mまでの土壌採取を行った。さらに、炭素同位体比測定用の葉(Ao層および小型リタートラップ)の採取を行った。なお、土壌・葉サンプルの炭素量および炭素同位体比は分析中である。表層土壌水分(2010年11月17日)は草地、郷土樹種人工林で高く、天然林、早生樹人工林の順に低くなり、プロット間で差が認められた。さらに、1998年の地上部調査データと比較したところ,早生樹、郷土樹種人.工林とも、胸高直径、樹高、胸高断面積合計はいずれも増加し続けてはいるが、樹高成長は低下し始めていた.また,Acacia林で1998年と比べて34割本数の低下が認められたが、郷土樹種のDalbergia cochinchinensis林では個体の成長は劣るものの生存率は高かった。また、天然林と隣接する人工林および草地にベルトトランセクトを設け、毎木調査を行い、Shorea henryanaなどの優良樹種の更新が草地に比べ人工林でより多く認められた。主要な成果は以下の通りである。表層土壌(0-5cm)の炭素含有率は13%の範囲で、天然林に比べて人工林で依然低い。これは、人工林の土壌はまだ十分天然林まで回復していない事を示唆していた。成長量に大きな影響を及ぼす土壌含水率は、Ec林で低い表層土壌含水率(14.423.1%)を示し、活発な蒸発散が行われている事を示唆していた。草地(Yp)(29.136,6%)、草地(Yk)(29.435.2%)、DcII(30.633.2)では高い土壌含水率を示し、その他林分はこの中間にあった。また早生樹人工林の土壌の炭素同位体比は、12年前に比べて天然林の値に近い値を示した。これは草地由来の炭素源が急激に減少していることを示している。なお、地上部現存量は解析中である。熱帯季節林地帯における荒廃草地の造林に伴う森林内の炭素プールの変化を解明するため、タイ国のカセサート大学、王室林野局、土地開発局と共同研究を行った。12年前に調査を行った同一人工林4プロット(早生樹種3、郷土樹種1)において、土壌調査、林分調査を行った。土壌断面調査を各プロット3カ所で行うとともに、土壌容積重、炭素量、炭素同位体比分析および細根量測定のため、一定深さ毎に1mまでの土壌採取を行った。なお、12年前の同試験林での結果と合わせ報告する。12、24年生における地上部と地下部(根)の合計年間炭素増加量(tC/ha/年間)は、早生樹林(アカシア、ユーカリ)でそれぞれ、6-10、57と推定された。

一方、12、24年生林分とも土壌現存量は70tC/ha前後で、草地と比べて約30tC/ha減少していた。従って、草地造林に伴う林全体の年間炭素固定量は、植栽後24年生林分では、3-5tC/ha/yrと計算された。なお、人工林の土壌炭素蓄積量は原植生である天然林に比べて約2割少なく、まだ回復していなかった。また、この地域の土壌肥沃土指数(土地開発局基準)が低いことから、この地域では森林の保全が重要である。また、安定炭素同位体比値から土壌有機物の起源解析を行った結果、植栽24年後には表層(0-5cm)土壌では草地由来の有機物が全て早生樹由来の有機物に変わっており、草地由来の表層土壌有機物の分解速度は約70g/m2/yr、樹木由来の表層土壌有機物の堆積速度は約30g/m2/yrと推定された。熱帯季節林地帯における荒廃草地の造林に伴うバイオマス変化の解明を目的に、カセサート大学、タイ王室林野局と土地開発局との共同研究を行っている。タイ国の東北部ナコンラチャシマ県サケラート試験地を研究サイトとした。12年前にバイオマス調査を行った人工林4プロット(早生樹種3、郷土樹種1)を含め9プロット(24年生人工林4、天然林3、草地2)を設定し、地上部現存量、土壌水分、気温・湿度、リターフォール量調査等を行った。各プロットで土壌断面調査および一定深さ毎に1mまでの土壌採取を行った。さらに、炭素同位体比測定用の葉の採取を行った。炭素同位体比分析(δ13C)から、以下のことが認められた。天然林土壌のδ13C値は深くなるにつれ、-27.5‰から-24.0‰へ増加傾向、一方、草地(Yp)は反対に-18.7‰から-23.5‰へ減少する傾向が認められた。なお、深さ約70cm100cmの土壌層位では、天然林と草地の差が小さくなり、-24‰前後に収束する傾向が認められた。Acacia auriculiformis(Aa)人工林のδ13C値は、草地のそれに比べて、徐々に減少する傾向が認められ、表層土壌(0-5cm)の場合、植栽後13年で、天然林と草地の中間のδ13C値(-23.4‰)、植栽後24年でほぼ天然林のδ13C値(-27.2‰)を示した。このことは、草地にAaを植栽した場合、植栽後約24年で草地由来の表層土壌有機物は全て分解され、草本由来の有機物からAaのリターフォールと根のリターフォール由来の有機物に全てかわったことを示唆していた。土壌5cm-30/40cmの層位についても、表層同様、δ13C値は減少傾向であった。天然林のδ13C値は葉、細根、土壌の順に増加傾向、一方草地では、減少傾向が認められた。これはそれぞれの基質の違いに基づく有機物分解プロセスが異なることを示唆していた。タイ共同研究者との十分な協議を通して、常に研究目標を確認しながら運営しているため、昨年度設定した試験地において、樹木の地上部/地下部バイオマス調査、土壌調査、森林環境調査、採取土壌・葉の炭素含有率/同位体比分析等を計画通りに行っている。25年度が最終年度であるため、記入しない。タイ国機関との共同研究のため、研究担当者とは研究目標の確認、それを達成するための運営について、十分な協議を重ねている。さらに、開催したセミナーを通して、研究成果の解析を行う等、共同研究者と意思疎通をはかっているため、試験地の維持、モニタリングデータ観測、バイオマス調査、各種化学分析等を計画通りに行っている。セミナー開催等により前半2年間の成果発表をおこうとともに、目標達成に向け、後半2年間のタイ共同研究者との綿密な打合せを行い、計画を進める。最終年度であるため、これまでの観測・測定データを解析し、不足データの収集を行い、それらのデータからえられた成果を公表するとともに、タイ国で公開セミナーを開催し、成果の普及に努める。
代数的L理論におけるアセンブリ写像の研究

空間Xの上の代数的L理論スペクトル・シーフを係数とするホモロジー群からL群へのアセンブリ写像がどのような条件のもとに、X上で制御されたL群を経由するのかについて研究を行い、制御写像が単体的に層化されているという条件のもとで、圧搾構造を利用することにより、L理論的スペクトラム・シーフ係数のホモロジー群から制御L群への制御アセンブリ写像が定義できることが証明できた。また、-∞版の代数的L理論の場合にはその制御アセンブリ写像が同型となることが証明できた。また、これとは別に、境界上にも特異点を持つようなベクトル場に対して、局所的指数や大域的指数を導入することにより、局所指数をアセンブルすると大域的指数が得られるという古典的なポアンカレ・ホップの定理の拡張を証明することができた。(1)代数的L理論における「アセンブリ写像」の2次複体を用いた表現の基礎を固め、それを制御代数的L理論における「制御を忘れる写像」と関連づける。(2)どのような場合にこのアセンブリ写像が同型に近い条件をみたすかを調べる。今年度の成果は下記の通りである。1 HegenbarthとRepovsは"Solving 4-dimensional surgery problem"という論文において、4次元の滑らかな多様体の間の次数1法写像の手術障害類が消えており、さらにあるホモロジー群が消えているときに、制御手術理論とアセンブリ写像を用いて、手術が可能であることを主張した。研究代表者とQ. Khan氏は共同で、彼らの論文を詳しく調べ、いくつもの深刻なギャップがあることを見いだした。ギャップを埋めるべく、Khan氏と議論を重ねたが結局修正することはできなかった。彼らの主張する定理は研究代表者やKhan氏のそれぞれの結果を拡張する形であり、成り立つことが望まれる。来年度もこれに関してはよいアイデアを探っていく。2 Khan氏と共同して、離散群Γとその部分集合の族Fが与えられたときのアセンブリ写像と手術完全列の候補を作った。Fが自明な場合はPedersen-Ranicki-Quinnらの局所基本群が自明な場合の制御手術になり、Fがすべての部分群全体の場合には古典的な手術完全列(局所基本群を忘れる)になる。これがうまくいっていることが確かめられれば、古典的な手術列と制御手術列の統一理論となるはずである。来年度は、Khan氏に岡山に2週間滞在していただき、継続して研究を進めることになっている。また研究代表者のドイツ出張に際して、Khan氏とさらに議論を続ける予定である。本年度はアセンブリの最も単純なものとして、ベクトル場の指数に関するポアンカレ=ホップ型の定理に関して研究を行った。通常孤立特異点のみを持つベクトル場について考えるが、我々はより一般に次のような設定を行った:考えている多様体はコンポクトで向きづけられており、境界をもつ。ベクトル場vに対しそれを境界に制限したものを∂vと書く。vの零点と∂vの接成分の零点(つまり∂vが境界に垂直になる点)の全体をZと書く。Zが互いに正の距離をもつ有限個の部分集合族Z(i)に分かれることを仮定する。このとき各Z(i)に対し、vのZ(i)における局所指数I(Z(i))が定まる。これはZ(i)が多様体内部の部分集合ならば整数値であり、そうでなければ整数値か半整数値をとる。これらの局所指数の和をvの指数といいI(v)で表す。定理:多様体の次元が偶数であるならば指数I(v)は多様体のオイラー標数に等しい。つまり局所指数をアセンブルすることによりオイラー標数という広域的な不変量が得られる。また、vの零点と∂vの法成分の零点(つまり∂vが境界に接する点)の全体Z'に関する形の定理も得られる。さらにZやZ'が有限個の孤立点からなる場合に局所指数を書き下す公式も得た(これは構宏章との共同研究)。代数的L理論ホモロジー群から通常のL群へのアセンブリ写像をきちんと定義しやすくするために、ホモロジーの定義を工夫することを考えた。Quinnにより、2種類のex-スペクトラムの構成が提唱されているが、ひとつは小さすぎ、他方は大きすぎる。そこで、その中間的な位置にあるものを導入した。ホモトピー群を取ることによりホモロジー群が定まるが、今回の定義ではホモトピーの元を自然に球面上に並ぶ2次複体たちと考えることができ、アセンブルが行いやすい。さらに、このex-スペクトラムには、標準的な圧搾構造が備わっていることを証明することができた。これを使うことにより、ホモロジー群と通常のL群の間のアセンブリ写像が、制御L群を経由することが直ちにわかる。

昔、自分自身で重心細分法による証明を与えたつもりであったが、難点が見つかった。もし、我々の今回定義したホモロジー群がQuinnが二通りの方法で与えたものと一致することを証明できればよいのだが、残念ながらまだそこまで到達していない。また、一点の上でのex-スペクトラム、つまり普通のスペクトラム、の場合、我々の導入したものは、Kanの条件を満たさない。しかし、この特別な場合に、Quinnの2つのものとこれがホモトピー同値であることは証明ができた。また、一般の場合でも自然な写像が今回のものから、Quinnのもののひとつに自然な写像があり、それが1連結であることまで証明できている。これを任意の整数nに対して、n連結になることを証明したいと考えている。代数的L理論ホモロジー群から通常のL群へのアセンブリ写像が、制御L群を経由していることの証明を、制御写像p:E→Xが有限多面体への写像でiterated mappingcylinder分解を持つ場合に試みた。ホモロジー群の定義は、昔は多面体の単体分割構造によったもの(#1と呼ぶ)が提唱されていたが、現在はその双対胞体構造によったもの(#2と呼ぶ)が使われている。上のような特殊な場合には両者に共通する定義(#3と呼ぶ)が存在する。この定義の問題点は、サイクルをひとつ取ったときに幾何学的オブジェクトを全体が貼り合わさるように対応していないことである。研究代表者はサイクルを構成するひとつひとつの単体に、自然に幾何学的オブジェクトを対応できることを、#3のex-spectrumから#1のそれへの写像を作ることによって示した。その際、像は#1の中のproperな単体たちの中にはいることがわかる。そのようなproperな部分では圧搾構造が定義できることも証明することができた(Alexander trick)。一般にサイクルの上にちらばった幾何的オブジェクトをアセンブルする際に、和のサイズが大きくなるが、その大きさがサイクルの次元を用いて上から押さえることができることが期待できる。これがもし正しいとすれば、圧搾構造を用いて、ホモロジー群から制御L群への写像が構成できることが示される。さらに考えているL理論をRanickiの-∞L理論とすれば、ホモロジー群と制御L群との同型も示すことができる。
蛋白分解のニューバイオロジー

平成8年度から11年度まで4年間にわたって行った特定領域研究(A)「蛋白分解のニューバイオロジー」の研究のとりまとめを、以下の3項目についておこなった。1)冊子体報告書の作成:本研究に参加した計画班員、公募班員全員に、本研究で行った研究の「研究目的、方法、成果、討論」に関する資料の提出を依頼し、その研究成果の「発表論文リスト」と共にまとめて研究成果報告書とした。これらの資料を補足する意味で、計画班員からは「研究成果を最もよく紹介する総説または原著論文」一篇を提出してもらい、これらの資料をまとめて印刷し冊子体報告書を作成した。2)終了時のヒヤリングのための資料の収集:平成12年10月10日に行われた文部省の研究終了時のヒヤリングのために、各班員から論文リスト、研究の主な成果に関する資料を提出してもらい、口頭発表の原稿を作成し、別に報告書をまとめてヒヤリング席上で配布した。3)研究成果の公表・発表会の開催:4年間の研究成果を広く一般に公開・宣伝すると共に、研究成果や研究領域の今後の発展方向を探るために、一般向けのシンポジウムと専門家向けのシンポジウムを開催した。一般向けのシンポジウムとしては、文部省の研究成果公開促進費の援助を得て、平成12年11月7日、8日、東京日経ホールで「タンパク質分解:こわれなくてもこわれすぎてもいけない」を開催し、班員を中心に15名が研究成果を発表した。約800名の参加希望者があった。専門家向けのシンポジウムは、平成13年2月19日、20日、東京ガーデンパレスで、「蛋白質分解:拡大するバイオロジーと病態」を開催し、20名の班員が研究成果を報告し、研究の今後の発展も含めて広い視点から討論した。重点領域研究「蛋白分解のニューバイオロジー」は二つの計画研究班と42個の公募研究班を合わせ、蛋白質の選択的蛋白分解のメカニズムやそれに伴う蛋白質の機能変換の実態を明らかにし、バイオモジュレーターとしてのプロテアーゼ作用を分子レベルで解明することを目指している。本研究班は重点領域研究の総括班として計画班間および公募研究班との研究計画の調製、助言指導を行うとともに、重点領域全体の活性化と研究の推進を図ることを目的とした。本年度は総括班会議を2回(平成8年7月と12月)開催し、本重点領域研究の研究の推進その他につき意見を交換した。総括班会議の下に6名からなるワーキンググループを設置し、通常の活動はワーキンググループが実施を検討した。班員間の交流を図るため班員名簿とニュースレター(3回)を発行したほか、平成8年7月には河口湖(山梨県)でワークショップを開催し、全班員がこれまでの研究経過と今後の研究計画を発表・討論し共同研究などの可能性を探った。また、平成8年12月には本重点領域の宣伝・活性化のため、公開シンポジウム「蛋白分解の分子機構-生理機能と病態を巡って」を東京で開催し、本領域の研究成果を7名の班員が代表して発表した。200名以上の多数の参加者があり、本研究領域の宣伝、成果の公開の点で大きな意義があった。同じく12月に研究成果報告会を開催し、全班員が本年度の研究成果を発表討論し、今後の展開方向を検討した。さらに、平成9年2月には若手研究者の育成と技術や方法の交換を行なうため、福岡市志賀島で若手シンポジウムを開催した。参加者は九州地方を中心とした助手、研究員、大学院学生で、始めての試みとして大きな意義があり、来年度以降も積極的に若手シンポジウムを開催して欲しいとの強い要望があった。重点領域研究「蛋白分解のニューバイオロジー」は二つの計画研究班と47個の公募研究班からなり、蛋白質の選択的蛋白分解のメカニズムやそれに伴う蛋白質の機能変換の実態を明らかにし、バイオモジュレーターとしてのプロテアーゼ作用を分子レベルで解明することを目指している。本研究班は重点領域研究の総括班として計画研究班間および公募研究班との研究計画の調整、助言指導を行うと共に、重点領域全体の活性化と研究の推進を図ることを目的とした。本年度は総括班会議を2回(平成9年7月と12月)開催し、本重点領域研究の研究の推進その他につき意見を交換した。班員間の交流を図るため班員名簿とニュースレター(3回)を発行したほか、平成9年7月には浜名湖(静岡県)でワークショップを開催し、全班員がこれまでの研究経過と今後の研究計画を発表・討論し共同研究などの可能性を探った。また、平成9年12月には本重点領域の宣伝・活性化のため、第2回公開シンポジウム「プロテアーゼとアポトーシス」を東京で開催し、本領域の研究成果を5名の班員が代表して発表し、その他に班員外の1名を講師として依頼した。同じく12月に研究成果報告会を兼ねた班会議を開催し、全班員が本年度の研究成果を発表討論し、今後の発展方向を検討した。さらに、平成10年2月には岩手研究者の育成と技術や方法の交換を行うため、京都府亀岡市湯の花ハイツで若手シンポジウムを開催した。参加者は関西地方を中心とした助手、研究員、大学院学生で、昨年に次ぐ2回目の試みとして大きな意義があり、来年度以降も積極的に若手シンポジウムを開催することにした。

平成10年度の特定領域研究「蛋白分解のニューバイオロジー」は2つの計画班と48件の公募研究からなり、選択的蛋白分解のメカニズム、蛋白質の寿命決定機構、蛋白分解による機能変換の実体等を明らかにし、バイオモジュレーターとしての蛋白分解の役割を明らかにすることを目指している。本総括班は、これらの班研究と公募研究の間の連絡調整、研究に対する助言指導等を行い、特定領域研究の種々の活動を主宰した。本年度は総括班会議を2回(7月、12月)開催し、本研究の推進について全体的な協議を行った。実際の班の運営については総括班会議のもとにワーキンググループ(委員6名)を設置し、計画実行を行った。行った主な活動は以下の通りである。(1)ニュースレター「ぷろておりしす」の発行:班員相互の連絡、ならびに情報交換の場としてニュースレターを3回発行し、班員外の本領域研究者にも配布した。(2)国際シンポジウムの開催:「生物科学における蛋白分解の新しい意義」を平成10年11月24日に行い、外国人7名を招へいして最先端のシンポジウムを行った。(3)第3回公開シンポジウムの開催:「プロテオリシス:生理機能と病態の多面的アプローチ」を平成10年12月7日に開催し、6名のシンポジスト(含ドイツ人1名)に講演を依頼した。2つのシンポジウムはいずれも200名以上の多数の参加者があり、極めて活発な討論が行われた。(4)研究成果報告会:平成10年12月8、9日東京で開催し、本年度の研究成果を発表討論した。(5)若手シンポジウムの開催:平成10年11月4、5日、水上で若手シンポジウムを開催し、研究室の若手研究者、大学院学生など約50名が集まり、実際に研究を遂行する上での問題点を中心に活発な討論を行った。本総括班は2つの計画班と48件の公募研究班の研究連絡・調整、ならびに研究に対する助言・指導等を行なう一方で、本特定領域研究の活動を主宰した。本年度は総括班会議を2回(7月、12月)開催し、本研究領域の推進について全体的な協議を行なった。特に最終年度のあたる本年度は、これまでの研究の総括や来年度に予定される研究の成果取りまとめを検討し、来年度以降の本研究領域の研究継続法等についても合わせて協議した。実務的な活動はワーキンググループ(委員6名)を設置して計画・実行した。主な活動は以下の通り。(1)ニュースレター「ぷろておりしす」の発行:班員相互の連絡、研究情報等の交換の場としてニュースレターを3回発行し、班員はもとより関係領域研究者約400名に配布した。(2)ワークショップの開催。平成11年7月14-16日、定山渓で開催し、120名が参加した。4題の特別講演、ミニシンポジウム、ポスター発表、および新班員の研究紹介を行なった。(3)第4回公開シンポジウム「シグナル伝達とプロテオリシス」(平成11年12月20日(月)、場所:東京ガーデンパレス)を行ない、班員外を含む7名が講演した。シンポジウムには200名以上の多数が参加した。(4)研究成果報告会(平成11年12月21,22日、場所:東京ガーデンパレス)を行ない、班員が本年度の研究成果を報告・討論した。
ＨＩＶ－ｇｐ１２０の糖鎖と新規高活性抗ＨＩＶレクチンとの結合様式の解明

新規抗HIVレクチンのアクチノヒビン(AH)とHIVの表面糖鎖HMTGとの結合様式の詳細を解明し,創薬の構造基盤を確立するために,AHと標的オリゴマンノースとの複合体結晶のX線解析を行った.AHは水素結合に加えて多数の疎水性相互作用による鍵と鍵穴のドッキング方式で標的を特異的に認識し結合することを解明した.また,AH分子同士間で粘着し易い性質があり,これがAHの高い標的結合能の要因となっていることも見出した.これらの特徴から,AHは抗HIV薬剤として開発するに値する極めて有望な分子素材である事を明らかにした.HIVはその表面から突き出たタンパク質gp120の表面を覆う高マンノース糖(HMTG)をヒト細胞のタンパク質に接触させることによって感染を開始するが、蛋白質アクチノヒビン(AH)はHMTGに結合して感染を阻止すると考えられている。本研究の目的はAHがHIVのHMTGに結合する特異な認識機構を明らかにすることである。前年度はHMTGの3本に分岐した糖鎖の先端部位にあるα(1,2)マンノビオース(Man2)にAHが結合した立体構造を高分解能のデータを用いて高精度に決定することができたが、その結晶構造を詳しく調べると、結晶の空間群は見かけ上はP213であるが、正確にはそれよりも低い空間群P212121であり、近似的な3回回転対称をもつAH分子が120度ごとに回転しながら乱れているために、空間群対称が上昇していることを明らかにした。このような現象はタンパク質結晶では世界最初の例である。この乱れを考慮して構造を精密化することにより、正確な立体構造を解析することに成功した。その結果から、3個のMan2分子がAHの3個の結合ポケットにそれぞれ独立に結合し、各ポケット内ではコンフォメーションがコの字形に固定されたMan2分子が水素結合と疎水性相互作用によって厳密に認識されていることが判明した。以上の結果をまとめた論文は、高インパクトファクター(12.62)をもつ学術雑誌(Acta Crystallogr. D)に掲載され、新聞紙上でも紹介された。一方、成熟型AHとMan2との複合体の2種類の結晶構造を解析することに成功した。その一つをまとめた論文もActa Crystallogr. D誌に受理された。ヨーロッパ結晶学会議ECM27(ベルゲン、ノルウェイ)、日本結晶学会年会CrSJ2012(仙台)、アジア結晶学会議AsCA12(アデレイド、オーストラリア)でも発表した。抗HIVレクチンのアクチノヒビン(AH)は、ヒト細胞へのHIVの感染を阻止できる可能性がある。このAHは、HIV表面のタンパク質gp120に結合した多数の高マンノース糖(HMTG)を標的とし、その3本の糖鎖(D1, D2, D3)の、D1鎖に強く、D3鎖に弱く、結合すると考えられている。本研究では、D1,D2,D3に共通のMan-α(1,2)-Man(Man2)と、標的であるD1鎖のMan-α(1,2)-Man-α(1,2)-Man(Man3)が、AHにどのように特異的に結合するのか、その構造的要因を解明する為に、AHとMan2およびAHとMan3の複合体のX線解析を行った。まず、AHの調製法を再検討した結果、AH産生菌の培養期間を通常の3日間から20日間に変更することで、AHのN末端に付加されたシグナルペプチドを完全に切除できることを発見した。この調製法採用することによって、AHの結晶化が容易に再現でき、AH-Man2複合体では3種類の、AH-Man3複合体では1種類の単結晶を調製することに成功した。AH-Man2結晶からは、3回回転対称で繰り返される3個の糖鎖結合部位それぞれに、コの字型コンフォメーションをもつMan2が独立に結合することを明らかにした。また、3種類の結晶構造はいずれも結晶学的に非常に特異な様式で構築されていることも解った。これらをまとめた論文2報が学術雑誌Acta Cryst.誌D(IF=14,1)に掲載され、同時に雑誌の表紙絵図として採択された。AH-Man3のX線解析からは、D1鎖の特異な認識には、多くの疎水的作用が関与している事実を発見し、D2とD3鎖を含むHMTGの結合様式を推定することができた。この論文もActa Cryst.誌Dに投稿した。114残基からなるコンパクトなAHが3個のHMTGに効率よく結合すること、さらにAH分子同士の相互作用による集団的結合能を有することは、AHが抗HIV薬剤として開発するに値するきわめて有望な分子素材で有る事を示すものである。新規抗HIVレクチンのアクチノヒビン(AH)とHIVの表面糖鎖HMTGとの結合様式の詳細を解明し,創薬の構造基盤を確立するために,AHと標的オリゴマンノースとの複合体結晶のX線解析を行った.AHは水素結合に加えて多数の疎水性相互作用による鍵と鍵穴のドッキング方式で標的を特異的に認識し結合することを解明した.また,AH分子同士間で粘着し易い性質があり,これがAHの高い標的結合能の要因となっていることも見出した.これらの特徴から,AHは抗HIV薬剤として開発するに値する極めて有望な分子素材である事を明らかにした.アクチノヒビン(AH)の標的はHIVの表面から突き出たタンパク質gp120の表面を覆う高マンノース糖(HMTG)である。

このHMTGの3本に分岐した糖鎖の先端にあるα(1,2)マンノビオース(Man2)にAHが結合すると考えられている。本研究では、AHが実際にMan2に結合するかどうか、結合するならばどのような様式であるか、その結合の特異性はどこから生じるのか、なぜ種類の異なる他の棟鎖に結合しないのか、さらに3箇所の結合部位が等価であるかどうか、などを調べるために、まずAHとMan2の複合体(AH-Man2)の結晶化条件を最適化した。得られた結晶のX線回折実験を行い、構造解析することによって以下の成果を得ることに成功した。結晶の空間群はP213で、分解能1.6Aのデータを用いて、Rfactor=0.15まで構造を精密化することができた。AHの3個のモジュールにはそれぞれ糖結合ポケットがあり、アポ型のそれと大きな差異がない。3個のポケットそれぞれにはMan2が推定どおりに結合しているという構造的証拠を得た。各ポケットには、マンノース残基間で2個のCH...O水素結合によってコの字型のコンフォメーションをとって安定化したMan2が填り、糖の水酸基をAsp, Tyr, Asn残基が水素結合によって識別し、さらに疎水性相互作用でMan2のコの字型を認識している。このような構造的特徴はα(1,2)結合のMan2だけに特異に結合できる結合様式であることが判明した。以上の研究成果を2件に分けて、スペインのマドリドで開催された22回IUCrコングレスで発表した。これらをまとめた論文を雑誌PNASに投稿した。本年度は、まず計画通りAH-Man2複合体の立体構造を確定するという目標を達成し、論文発表することができた。それは、タンパク質結晶の空間群対称が上昇するという現象の発見を伴っていて、広くタンパク質X線結晶学に対して新しい知見を与える成果であった。一方、成熟型AHを用いたAH-Man2複合体の結晶化からは種々の条件における結晶多形が見出され、それらをX線解析することで、AH分子が3個のMan2に結合する構造を解明しただけではなく、さらにAH-Man2複合体が集合して層状(2次元)のクラスターを形成することを見出した。その形成様式には種々の特徴があり、それらを組み合わせると、HIV-gp120の表面に密集して局在するHMTGに群がって結合するAH分子を連想させる。このようなAHの特徴は、AH分子同士の協調的効果を示唆するものである。実際に2分子のAHをPEGで連結した二量体のHMTG結合能は相乗的に増大することが分かっているので、結晶構造から得たAH-Man2複合体同士の接触様式の知見は、より結合能が高い二量体型AHをデザインするのに有力な構造基盤になると期待できる。本研究では成熟型AHとMan3、Man9あるいはgp120との複合体の結晶化も進めている。平成23年度は東日本巨大地震による実験設備および器具等の損壊のために、研究の開始が遅れたが、計画通りAH-Man2複合体の立体構造を決定するという目標を達成することができた。しかし、AH分子の3個のモジュールが偽3回回転対称をもつために、この結晶(P213)では、AH分子が120度ごとに回転して結晶学的3回回転軸の周りで乱れて充填しており、そのためにN末端のアミノ酸残基やペプチド主鎖のループ部分が不鮮明になっている。この乱れの原因を調べた結果、用いたAHのN末端にはシグナルペプチドが結合しており、その長さが不均一であることを見いだした。
形態指標を用いたアスリートの身体組成の推定式開発

アスリートのコンディショニングチェックやトレーニング効果検証を行ううえで、正確且つ汎用性の高い身体組成の評価法の確立が必要である。本研究では、簡便に計測可能な周径囲などの形態指標から、アスリートの身体組成を評価し得る指標を選出することを目的とした。【方法】男性シニアアスリート39名を対象に、光学3次元人体形状計測法による形態計測と、DXA法による身体組成の測定を行った。身長、体重、頚囲、胸囲、腹囲、臀囲、上腕囲、前腕囲、大腿囲、下腿囲を独立変数、体脂肪率、除脂肪量、全身・身体セグメントの脂肪量及び筋量を従属変数とした重回帰分析(ステップワイズ法)を行い、身体組成の説明変数を選出した。【結果】体脂肪率、除脂肪量及び全身筋量の説明変数は、体重及び腹囲(体脂肪率:R2 =0.65、除脂肪量:R2 =0.98、全身筋量:R2 =0.97)であった。全身、下肢及び体幹の脂肪量の説明変数は、腹囲及び頚囲(全身脂肪量:R2 =0.80、下肢脂肪量:R2 =0.72、体幹脂肪量:R2 =0.75)、上肢脂肪量の説明変数は腹囲(R2 =0.80)であった。身体セグメントの筋量の説明変数は、上肢筋量が前腕囲、腹囲、下腿囲、体重(R2 =0.89)、下肢筋量が腹囲、身長、体重(R2 =0.90)、体幹筋量が体重(R2 =0.92)であった。【結論】以上の結果より、1)腹囲はアスリートの身体組成の評価指標になり得ること、2)腹囲に加え、脂肪量評価には頚囲、筋量評価には体重を用いることで、アスリートの身体組成をより正確に評価できる可能性があること、が示された。一部のデータ取得と、取得済データを基にした研究成果の報告(学会発表)が、平成30年度に完了した。被験者数をさらに増やす必要はあるが、今後研究課題を進めるうえで解決すべき課題を明らかにすることができ、平成31年度の研究計画をより詳細に練るための準備が整った。また、購入部品として申請した、形態計測データの自動分析・処理を行うためのソフトウェアを予定通り購入し、本研究課題を効率よく遂行し新規性の高い研究として完成させるための手法を、模索することができた。本研究では、形態指標を用いたアスリートの身体組成の推定式を開発することを目的とし、日本人シニアアスリート100名程度を対象に、光学3次元人体形状計測法による形態計測と、DXA法による身体組成の測定を行うことを計画した。平成30年度では39名の測定が完了したため、平成31年度においても同様の測定を引き続き実施し、データ数をさらに増やす予定である。平成30年度に購入したソフトウェアを用いて、光学3次元人体形状計測法で取得したデータをより詳細に分析する。分析が完了したデータから随時学会発表により成果公表し、その後論文執筆に取り掛かる。

本研究では、形態指標を用いたアスリートの身体組成の推定式を開発することを目的とし、日本人シニアアスリート100名程度を対象に、光学3次元人体形状計測法による形態計測と、DXA法による身体組成の測定を行うことを計画した。平成30年度では39名の測定が完了したため、平成31年度においても同様の測定を引き続き実施し、データ数をさらに増やす予定である。平成30年度に購入したソフトウェアを用いて、光学3次元人体形状計測法で取得したデータをより詳細に分析する。分析が完了したデータから随時学会発表により成果公表し、その後論文執筆に取り掛かる。当初物品として購入予定であった「3次元データ解析・相同モデル支援ソフトウェア」が、永久ライセンスの販売を中止したため、同じ仕様の年間ライセンスのソフトウェアに切り替えて購入した。そのため、物品費として計上していた金額と実支出額との間に差額が生じた。また、データ取得を測定実施機関の体力測定の一環として実施したため、当初予定していた被験者謝金及び検者謝金が不要となった。以上の理由から、次年度使用額が生じた。この次年度使用額は、前述したソフトウェアの年間ライセンスの購入費、学会発表のための旅費、論文投稿費及び英文校正費等として、使用する予定である。
通信タイミングを災害時も確実に同期させる自律分散的な基礎原理

当初,空間的に離れた場所に散らばったクロックを同期させるための基礎原理を研究していた.しかしこのモデルには実装上の問題があることがわかったため,集団運動の解けるモデルの研究に移った.球面上に多数の粒子があり、それぞれが固有の軸に沿って固有の速度で回転しながら引力を及ぼし合っているモデルを構築した.このモデルは性質の異なる粒子の集団で構成されているが,重心の運動は単純な方程式で記述されることがわかった.災害時における通信タイミングの同期化を実現するために、中心となる要素を導入せず、同等の素子の近接相互作用のみで全素子の同期を実現する手法を開発している。二次元平面上に分散した振動子に振動を記述する二変数以外の変数を付与することで渦を解消し全体を同期させる手法を提唱し、数値計算において有効性を確認した。しかし方程式を構成する項に現実的な実装の難しい部分があることがわかった。このため別の方程式と手法を開発する必要性が出てきたため、25年度は別の方程式を構成する方向性を模索した。現在振動子のモデルとして使っているのはStuart-Landau方程式だが、よく使われているもう一つの振動子のモデル、蔵本モデルを使うことを検討した。近年、蔵本振動子の集団はWatanabe-Strogatz理論やOtt-Antonsen理論によって低次元に縮約して解くことが可能であることが明らかになってきている。そこで、これに類似した力学系を構成し、その力学系を多数平面内で結合することで見通しのよい振動子モデルを構成することを目指した。見通しのよいモデルを構成すれば、通信タイミングの同期の問題も単純な低次元力学系に落とすことができるのではないかと考えた。そこで蔵本モデルを拡張した解ける方程式を構成することを試みたところ、高次元の力学系でWatanabe-Strogatz理論やOtt-Antonsen理論を拡張することで解けるものがあることがわかった。この方程式の性質について調べ、集団運動を低次元力学系に縮約できる場合について検討し、縮約された方程式の挙動を解析した。当初,空間的に離れた場所に散らばったクロックを同期させるための基礎原理を研究していた.しかしこのモデルには実装上の問題があることがわかったため,集団運動の解けるモデルの研究に移った.球面上に多数の粒子があり、それぞれが固有の軸に沿って固有の速度で回転しながら引力を及ぼし合っているモデルを構築した.このモデルは性質の異なる粒子の集団で構成されているが,重心の運動は単純な方程式で記述されることがわかった.内部にクロックを持つ素子が空間内に配置されており,近傍の素子とのみ相互に連絡ができるときにクロックをうまくそろえることが本研究の目的である.クロックは必ずしも速やかにそろわず,また素子同士はお互いの位置関係が動的に変化するかもしれず,素子は互いに周辺にどのような素子があるのかを知ることができないと仮定する.これは災害時など,状況に適応してロボットなどを動かす場合に発生する状況である.また,どれか中央司令塔となる素子を用意せずにクロックを合わせる状況を考えているが,これは中央司令塔を持つシステムの場合災害時に司令塔が破壊されてしまうと全体が機能不全を起こすという弱みがあるためである.このような理由で,局所的な自律によってクロックを合わせる方法を考案することには意味がある.この時に起こりうる問題としては,クロックの同期がうまくとれないというものがありうる.実際,周辺と相互作用する振動子系はパラメタによっては安定的な渦を発生させてしまう場合があることが知られている.渦が発生すると局所的な相互作用では渦の解消ができず,全体の同期をとれなくなってしまう.この問題を解決するため,クロックあわせの問題を振動媒質の一様同期化の問題であると捉え,定式化した.この定式化によって,クロックを持つ素子が周期的なクロック以外に別の量を持てば,同期化が可能になる場合があることがわかった.この場合,最初に渦が発生した状況から出発しても,素子は周辺の素子とやりとりする中で渦をつぶし,解消することができる.この基本となる方程式を導き,性質を解析したところ,特殊な場合については渦や波がどのような性質を持つかを明らかにすることができた.本研究は空間上に分布した振動子が周囲の振動子と互いに相互作用しながら全体で同期を達成していくモデルを構築することを目指した。自律的に行動するロボットが効率的な通信を行うためのクロックを同期させるメカニズムと基礎理論を構築するのが目的であった。災害時などにおいては中枢となるクロックを用意して全体をそれに合わせるよりも、各ロボットが周囲と相互作用してそろえる方が望ましいので、このようなメカニズムを提案することが必要であると考えられた。空間的に分布したクロックを局所的に結合した振動子系でモデル化し、complex Ginzburg-Landau方程式を変形したモデルにおいて大域的な同期を達成する方法を調べた。その結果、特定のパラメタ領域においてはうまく同期を達成させることができるとわかり、理論的な解析も一部進めることができた。しかし、このモデルで想定していた相互作用は現実的には無理のあるものであることがわかった。そこで、空間上に分布した振動子の同期化から振動子モデルの拡張の方向に進むことにした。振動子の研究では蔵本モデルが非常に広く使われている。これはモデルが理論的にしっかりした基礎を持っており、単純で解析的な取り扱いが容易だからである。特に、振動数が異なる振動子が多数結合した系の重心運動が低次元の閉じた方程式で記述されるというOtt-Antonsenの結果が知られており、非常に見通しがよくなっている。

多数の要素を含む系が見通しよく取り扱い可能な例はきわめて稀であるため、蔵本モデルを拡張してもっと違った解析可能なモデルを構築できれば有用であると考え、モデルを構築した。非線形科学「研究実績の概要」で述べたとおり、新しい解ける力学系の構成に成功した。しかしながら、この力学系を平面内で結合させて同期させること、さらに同期した力学系の渦を解消させることについてはまだシミュレーションや理論構築を行うことができておらず、本来の研究目的が十分達成される方向に進んでいない。しかし、本モデルは振動子・力学系の研究としては非常に面白い性質を持っている。群をなす幾何学的変換をもとに力学系を構成し、それによって解が低次元空間の上を運動するような特殊な力学系を得るという方法論はこれまで知られているのとは異なった多彩な力学系を構成し、解くのにも有用であると考えられる。特に、この手法は多数の素子の挙動を低次元の力学系で表現することを許すため、応用範囲が広い。このような手法で生成される力学系について研究することで素子間の同期を成功させる新たな手法についての洞察が得られることも予想されると考えている。素子がクロック以外に周辺の素子と特別な量(ここでは密度と呼ぶことにする)をやりとりすることができれば,安定的な渦を解消することができることがわかったが,研究の過程でいくつかの問題点が発見された.第一に,この系では素子が連続的に分布することを仮定しており,現実のクロックを持ったロボットなどとはかけ離れている.というのは,今年度構築したモデルは振動場の標準的な偏微分方程式である複素Ginzburg-Landau方程式を拡張した形になっているからである.第二に,クロックの性質をうまく設計すればそもそも渦は発生しない.これは複素Ginzburg-Landau方程式でパラメタを適当に選ぶと一様振動が標準的な状態になるからである.第三に,密度と振動子が存在する場であるとして微分方程式を考えると,物理的にやや不自然な形になっている.ラプラシアンによる結合が方程式に入っているが,通常の意味での物理的な密度とは違った形で密度がラプラシアンに影響するような方程式になっている.第四に,密度という量を持った素子が周辺の素子とやりとりをしていると考えると,相互作用の実装方法に困難がある.工学的な意味でも,物理的に不自然な形のラプラシアンを実装するのは難しい.以上のような理由で,今年度構成したモデルには実装上の問題があり,また理論的に不自然な点もあることが徐々に明らかとなった.したがって,基本的な方程式の導出とその性質の解析には成功したものの,本年度の達成度は不十分であると考えられる.今後は三つの方面から研究を進める。第一に、25年度に構成した新しい力学系を発展させる。すでに構成した力学系は高次元球面の上を運動する粒子が相互作用する力学系である。粒子は様々な形態の引力や斥力を持ち、粒子は様々な軸で様々な速度の回転を示しうる。この力学系は振動子の回転速度がある種の分布に従う場合には振動子集団の重心が閉じた方程式で記述される。
ラミネートの界面破壊力学とそのLSIパッケージ設計への応用

1.内部はく離を有する一般のラミネート(異種材からなる積層材料)を対象とし、力学的および熱的負荷によるはく離進展条件を研究した。ラミネートの界面破壊力学において基本的重要性を有する以下の2つの基礎的モデルについて解析、実験を行った。(1)ラミネートに対して垂直に加えられた低速度集中衝撃力を対象とし、動的負荷による端部はく離の解析と実験を行った。低速度衝撃下におけるはりの動的応答を過度振動解析の手法により解析した。短い遷移時間後に一定速度に達するような負荷点速度条件を仮定し、ラプラス変換法を用いて衝撃力を求めた。次にこれにより誘起されるはく離端近傍での曲げモーメントを得、これよりエネルギー解放率およびそのモードI、II成分を計算した。さらに、自由落下衝撃棒による実験を行った。理論的に予測されるひずみの時間変動は、実験結果と良く一致していることが確認された。(2)熱的負荷として、内部はく離を有するラミネートが温度こう配下に置かれる場合の解析を行った。温度こう配が臨界値以下のときには、はく離の上下面同士が互いに接触しあうモデルが有効であるが、この場合にはエネルギー解放率は零であることが導かれた。しかし、温度こう配が臨界値以上になると、はく離面上下のどちらかが局所座屈を起こし、このとき全エネルギー解放率は急激に増大することがわかった。すなわち、はく離は座屈によってのみ進展可能となる。2.LSIパッケージめ温度負荷下における内部はく離進展の界面破壊力学に基づくFEM解析および実験的研究を行った。リフロー半田実装時における封止樹脂クラック発生個所を放射性クリプトンガスを実際の製造ラインで製作されたLSIパッケージ内に浸透させることにより特定し、解析と比較した。本年度の研究実績1.初期内部はく離を有する積層はりの低速度衝撃によるはりの動的挙動を解析した。衝撃棒が一定速度で衝突する対称3点曲げを対象とし、はりの振動に対する固有関数展開とラプラス変換を用いて、たわみの過度応答に対する閉じた解を得た。またこの解より、エネルギー解放率の時間変化の挙動を導いた。ついで、はり下面にひずみゲージを貼付したアクリルはりについて落重試験を行い、衝撃によるこの点のひずみの時間変化を測定した。その結果、理論は衝突直後まで(5ms程度)は実験と良く合うが、それ以後、理論予測と実験の差は時間と共に大きくなることが見出された。この原因は、ある程度たわむとはく離部に座屈が起こり、このためはりの見掛けの曲げ剛性は小さくなることによると推定された。今後の課題は、座屈を考慮した解析を実行することである。2.異種の弾性円板を貼り合わせて作られた積層板中の内部円形界面はく離の温度こう配による進展を解析した。積層板の上下面が異なった温度に保たれ、しかもはく離面間に開口変位および温度ギャップがない場合、エネルギー解放率は常に0であり、はく離進展は生じえないことが理論的に示された。しかし、実際には開口変位をゼロと仮定すると、界面はく離の上下面間には引っ張り相互作用力が生じることになり、これは面間の接触力は常に圧縮でなければならないという基本的仮定に反する。そこで、はく離面の非接触を仮定したモデルについて新たに解析を行った。その結果、温度こう配が臨界値に達すると、はく離部に誘起される圧縮面内力によりはく離部分に座屈が生じてエネルギー解放率は急激に増大し、そのためはく離進展が生じうるようになることが見出された。