hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体分子の励起状態に関する理論的研究

本研究では、比較的低コストで定量的な結果を与える時間依存密度汎関数法に着目した。密度汎関数法において用いられる汎関数の代表的なものに、B3LYP汎関数が挙げられる。このB3LYP汎関数は、価電子が大きく寄与する物性に関しては非常によい記述を与えるが、内殻励起状態やRydberg励起状態の記述精度が低いことが知られている。これに対し本研究者は、内殻、価電子及びRydberg軌道を区別し、結合演算子法を応用することによって軌道間の直交性を保ちながらそれぞれに適切な汎関数の形を用いることで、内殻、価電子及びRydberg励起状態の三種類全てをバランスよく記述することのできる新しい汎関数CVR-B3LYPを開発してきた。このCVR-B3LYP汎関数は、これまで主に第二周期元素から構成される分子に適用されてきた。そこで本研究ではまず、従来の汎関数及びCVR-B3LYPを用いて第三周期元素の内殻励起ヱネルギー計算を行い、精度を検証した。その結果、第三周期元素のK殻とL殻はどちらも内殻軌道であるにもかかわらず適切な汎関数の形が異なることがわかった。そこで、K殻軌道とL殻軌道に関しても直交性を保ちながらそれぞれ異なる汎関数の形を用いるようにCVR-B3LYP汎関数を改良した。改良したCVR-B3LYP汎関数を用いて励起状態計算を行った結果、K殻及びL殻励起エネルギーに関する平均絶対誤差は同程度となり、どちらの内殻軌道からの励起状態も高精度に記述することができた。また、価電子励起状態に関しても、B3LYPと同程度に高精度で記述できることが確認された。以上より、第三周期元素に関しても内殻軌道及び価電子軌道の双方を高精度に記述することが可能となった。上記の結果は、国内学会3件、国際学会2件で発表された。
地面の舗装が都市の熱環境に及ぼす影響の研究

実際に3m四方のアスファルト舗装とコンクリート舗装を作成し、夏日において裸地、及びこれらの表面での熱収支を見積もった。その結果、アスファルトは日中60°C近くにもなり、地表面から大気中に輸送される顕熱量は最高で350w/m^2にも達することがわかった。また、地中に流入する熱量を1日当り6.6MJ/m^2と多量で、地中に多くの熱を畜える物性であることがわかった。一方、コンクリートでは、熱容量が大きく、熱を蓄えるが、アルベドも大きいために、日射の影響が弱く、表面温度は裸地と同程度にとどまった。次に、それぞれの表面からは、赤外放射も多量に発せられている。特に昼間高温となるアスファルトの表面からは、670W/m^2程度放射され、実質上向きに250W/m^2程度も熱を放出することになる。そこで、この赤外放射の大気中での吸収量を見積った。まず、数値解析によってこの量を見積もると、高さ400m^2までの間で70w/m^2の熱が吸収されており、特に、大気下層の数十mまでの高さにおいて、最も多量に吸収が生じている結果となった。この赤外放射の吸収は、特に大気中の水蒸気によって盛んに行われることがわかった。次に5ha程度一様に広がるアスファルト舗装面上に、気球を用いて上向きの赤外放射量の測定を行った。測定は高さ100mまで行われ、解析結果と同程度の熱が吸収されていることがわかった。以上のことより、舗装による大気加熱の影響について定量的に評価することができた。この効果は一般住宅地から出される人口排熱量が10w/m^2程度であることから、都市のヒートアイランド現象に最も大きく寄与していることがわかった。本年度は、まず、アスファルト、コンクリ-ト,砂利等の種々の舗装を作成し、夏秋冬において、舗装内の温度分布、気象条件等の連続観測を行った。この結果次のようなことが明らかになった。まず、アスファルト表面の温度は夏季の日中は60°C以上にも達し、内部にも多量の熱を蓄熱する。この熱は夜間に徐々に大気中に放出されるが、そのピ-クは夕方67時頃である。土はアルベドが小さいために、日中にはコンクリ-トよりも高い温度になる。ところが、熱が土表面付近にのみ蓄熱されるため、夜間にはすぐに大気温度と等しくなり、夜間の大気温度の上昇には寄与しない。舗装内に蓄わえられた熱は、顕熱と長波放射として大気中に放熱される。顕熱輸送量は、熱せられた舗装面上で約200300w/m^2である。一方、長波放射量は、日中のアスファルト表面で約650w/m^2、コンクリ-トや土の表面で500w/m^2にも達し、両者の間には150w/m^2の差がある。夜間においてもこの差は50w/m^2程度存在し、アスファルト舗装が大気の加熱に大きな役割を演じていることがわかった。このように、舗装面から大気中に放熱される量としては、表面からの長波放射が最も大きな割合を占めているが、これは大気に吸収されることにより初めて大気温度を上昇させる。従って、大気の放射伝達吸収モデルを作成し、その量を見積ってみた。その結果は次のようなものである。まず、日射は地表面で反射されることにより、大気への吸収量が増加するが、これに〓舗装面の違いによる差は10w/m^2程度である。

ところが、表面からの長波の吸収量は表面の温度に大きく存在するため、これから大気放射の増加分を差し引いても舗装面の違いによる差は60w/m^2にも達する。これは、平均人工排熱量の15w/m^2と比較しても極めて大きな量である。実際に3m四方のアスファルト舗装とコンクリート舗装を作成し、よく晴れた夏日において、裸地とこれらの表面での熱収支を見積もった。その結果、アスファルトでは日射を多量に吸収し、その表面は日中極めて高温となり、大気との温度差は30°C近くに達した。これより、地表面から大気中に輸送される顕熱量は最高で350w/m^2にも達することがわかった。一方、コンクリートと裸地では、顕熱輸送量は120w/m^2程度となった。これは、コンクリートでは表面のアルベドが大きいので、日射による地表の加熱が弱くなるためであり、土では日射の影響を強く受けるものの、その熱の多くは潜熱として輸送されるためである。これが夕方になると、どの地表面も冷却するが、舗装面では地中に多くの熱を蓄えるため、特に地中への流入が大きいアスファルトでは、表面温度は1日中気温よりも高く、大気中に熱を出していることがわかった。次に、表面温度が高温になると、そこからは赤外放射も多量に発せられた。この放射の一部が大気中に吸収される量を見積もるために、5ha程の広さをもつ一様にアスファルトで覆われた土地の中心に気球を用いて観測を行った。その結果、日中では加熱された表面から高さ100mの気層内において実質40w/m^2程度の赤外放射量が吸収されることがわかった。この量を、放射伝達の方程式を解いて見積ると、地表から高さ400mまでに、最大70w/m^2程度になることが分かった。この量は一般的な商業地から排出される人工排熱量に相当していることがわかった。以上より、舗装の大気加熱に与える影響について定量的に評価し、他の熱源との比較が初めてできた。そしてこの影響が、都市域のヒートアイランド現象を助長する、最も大きな要因であることがわかった。
ヒト鼻粘膜上皮を用いた呼吸器ウイルス感染に対する新規治療戦略の検討

RSウイルス(RSV)は小児の気管支炎や免疫不全患者における肺炎を引き起こし,気管支喘息の増悪因子として重要な病原体であるが,現在までに有効な治療法はない.RSVの最初の標的は鼻粘膜であり,ウイルス複製が進むと下気道に進展,重症化すると考えられている.本研究では,正常ヒト鼻粘膜上皮細胞を用い,さまざまな薬理効果(NF-kB阻害作用,翻訳調節因子elF2αの脱リン酸化阻害,proteasome阻害)をもつ食品成分クルクミンのRSVに対する抗ウイルス作用について示した.安全性の高いクルクミンによるRSVに対する新規治療法の可能性につながる知見と考えられた.RSウイルス(RSV)は小児の気管支炎や免疫不全患者における肺炎を引き起こし,気管支喘息の増悪因子として重要な病原体であるが,現在までに有効な治療法はない.RSVの最初の標的は鼻粘膜であり,ウイルス複製が進むと下気道に進展,重症化すると考えられている.本研究では,正常ヒト鼻粘膜上皮細胞を用い,さまざまな薬理効果(NF-kB阻害作用,翻訳調節因子elF2αの脱リン酸化阻害,proteasome阻害)をもつ食品成分クルクミンのRSVに対する抗ウイルス作用について示した.安全性の高いクルクミンによるRSVに対する新規治療法の可能性につながる知見と考えられた.気道上皮は、常に多くの病原体にさらされており宿主生体防御の最前線に位置する。感染以前または直後に応答する自然免疫、および感染後に各病原体特異的に応答する獲得免疫が発達している。自然免疫の中で、宿主には存在せずかつ病原体のもつ特有の構造を認識する"パターン認識受容体"が生体防御にとって重要な役割を果たす。また隣り合う細胞と細胞を頂部で強固に結びつける細胞間接着装置-タイト結合分子も病原体侵入を防いでおり、自然免疫の一旦を担っている。その他多くの自然免疫構成因子は、相互に関連している。逆に病原体である呼吸器ウイルス側からみると、その多くが気道上皮を標的としており、細胞内への侵入・複製・増殖・出芽を繰り返し感染拡大する。呼吸器ウイルスのうち、RSウイルスはかぜ症候群の主要な原因ウイルスであるとされるが、小児期に感染すると重症細気管支炎に至る場合もあり近年注目されている。このウイルスも気道上皮に感染するが、これまでの研究から、感染初期では鼻粘膜上皮細胞に侵入・増殖、引き続き下気道感染に進展することが考えられている。ヒト鼻粘膜上皮細胞において、ウイルスの侵入・複製・出芽には、本来細胞間接着装置であり、かつ細胞極性を保つためのタイト結合分子が関与していることが示唆されている。シグナル伝達経路の解析では、これらの反応にNF-kBが関連することが示された。本研究の目的は、NF-kB阻害剤でありすでに多くの機能性食品に利用されている"クルクミン"が、RSウイルスを含む呼吸器ウイルスに対する新規治療薬となりえるか、ヒト鼻粘膜上皮細胞を用いて検討することである。これまでに確立したヒト鼻粘膜上皮細胞へのRSウイルス感染モデルを用い、クルクミンを含む各種NF-kB阻害剤を処置したところ、ウイルス複製・出芽の抑制が生じることが本研究で明らかとなった。呼吸器ウイルスであるRS(Respiratory syncytial)ウイルスは、小児科領域において重症細気管支炎の原因として、また気管支喘息重篤化因子として重要な病原体であると知られる。しかし有効な治療薬はなく、RSウイルスに対するモノクローナル抗体での予防は高リスク患者にのみ使用が制限され、新規治療法開発は急務である。RSウイルス感染初期は、ヒト鼻粘膜上皮がターゲットであるとされる。過去のわれわれの研究で確立した、正常ヒト鼻粘膜上皮細胞へのRSウイルス感染モデルを評価系として用いることで、生体におけるウイルス性上気道炎の生理的変化と類似した現象を観察することができる。RSウイルスに対する治療に結び付く知見を得るべく、抗ウイルス作用・抗炎症作用等を有し、既に複数の機能性食品に応用され安全性が担保されるcurcuminに着目し検討した。RSウイルス感染ヒト鼻粘膜上皮細胞では、継時的にRSウイルスG蛋白の発現亢進、およびウイルスフィラメント増加が確認されるが、curcumin前処置によりこれらは有意に抑制された。curcuminは、それ自体がもつNF-kB阻害作用だけでなく、炎症性物質であるTNFαやCOXの産生を抑制し、細胞間接着装置であるタイ結合分子を誘導、上皮バリア機能亢進に寄与した。またウイルス感染により活性化されるキナーゼ-PKRを活性化し、翻訳調節因子elF2αの脱リン酸化を抑制することで、小胞体での蛋白合成を停止、ウイルス複製を阻害する可能性が示唆された。RSウイルス受容体の一つであるnuclelionには影響を与えなかった。以上の実験結果からRSウイルス感染の予防法、または感染初期の治療法として、鼻粘膜へのcurcumin局所点鼻投与が新規治療法候補として挙げられた。他の呼吸器ウイルスに関するcurcuminの治療効果に関しさらなる検討を進めていく。ヒト鼻粘膜上皮における自然免疫RSウイルスに感染した正常ヒト鼻粘膜上皮細胞に対しクルクミンを処置すると、ウイルス複製の抑制が生じることを免疫染色・メッセージおよび蛋白レベルで確認できたこと、また出芽の抑制が生じることも免疫染色および走査顕微鏡で詳細に観察できたため。さらに、遺伝子発現の網羅的解析により、ウイルス複製・出芽の抑制に関連する候補分子を特定できたため。(今後の推進方策)(1)ケモカイン、サイトカイン発現の確認;

クルクミン処置、またその他NF-kB阻害剤処置時と、ウイルス感染時におけるヒト鼻粘膜上皮細胞から産生されるケモカイン、サイトカインの変化をメッセージレベル、蛋白レベルで確認する。(2)上皮バリアの形態的、機能的解析;ウイルス感染細胞に対しクルクミン処置を行った時の上皮バリア-対と結合の発現・機能解析を行う。すでに報告した手法(Ohkuni T, et al. Toxicol Apple Pharmacol. 2010)にて、組織学的・メッセージレベル・蛋白レベルの発現変化、およびTER、paracelluar fluxでの上皮バリア機能解析を行う。(3)クルクミンのRSウイルス発現抑制メカニズムの解析;上述の網羅的遺伝子解析の結果に基づき、クルクミンの抗ウイルス作用についてシグナル分子レベルで解析する。特に他のNF-kB阻害剤との比較を行う。(4)他のウイルスに対するクルクミンの抗ウイルス作用の有無について検討;アデノウイルスやライノウイルスなど、他の呼吸器ウイルスについても、クルクミンに抗ウイルス作用があるのか検討する。まず、ヒトテロメラーゼ逆転写酵素を遺伝子導入した鼻粘膜上皮細胞への感染モデル確率を目標とする。(次年度の研究費使用計画)上述の研究方策に従い、ELISA、PCR、ウェスタンブロットに使用する抗体、免疫染色に使用する抗体、細胞培養に必要な培養液、関連学会への参加・報告・論文発表に使用する予定である。今年度は旅費の支出が予算より少なかったため。本研究目的達成のため、サイトカイン・ケモカインの蛋白レベル測定用ELISA、またタイト結合分子やシグナル分子発現を確認するPCR、ウェスタンブロットに使用する抗体、タイト結合分子の局在を確認する等の免疫染色に使用する抗体、ヒト鼻粘膜上皮細胞培養に必要な培養液、関連学会への参加・報告・論文発表に使用する予定である。
間接投票制における多数派の逆転、社会厚生、および投票力の関係

間接投票制のモデル分析において一定の進展があった。具体的には郡山幸雄氏(CREST, Ecole Polytechnique)との共著論文“The Winner-Take-All Dilemma"において、以下のような社会的意思決定のモデルを考えた:(1)人口全体が複数の集団(例えば州)に分割されている;(2)各集団にはウェイト(例えば大統領選挙人の定数)が与えられている;(3)各集団は構成員の選好を集約してウェイトを選択肢(例えば大統領候補)へと配分する;(4)より多くのウェイトを獲得した選択肢が実現する。上記(3)における選好の集約の方法を、当該集団の(ウェイト配分)ルールと呼ぶ。各集団がそれぞれのルールを選択するゲームを考えた。そのような状況の例として、米国大統領選においては選挙人選出の方法の決定が各州に委ねられていることが挙げられる。まず、このゲームでは勝者総取りルールが支配戦略であることを証明した。次に、集団が十分にたくさん存在するとき、比例プロファイル(全ての集団が比例ルールを用いている状態)が他の任意の対称プロファイル(全ての集団が同一のルールを用いている状態)をパレート支配することを証明した。よって集団の数が多いとき、ゲームは囚人のジレンマであることが明らかになった。米国大統領選の場合(50州+1地区)について数値計算を行い、漸近分析の結果を検証した。研究の過程で、各個人の厚生に関する一般的かつ明示的な漸近公式を導いた。この公式は、この論文の研究対象であるウェイト配分ルールのみならず、本研究課題の主な対象である集団間でのウェイト配分を分析するうえでも強力な道具となることが期待できる。この論文は、郡山氏により既にいくつかのセミナーおよび会議において口頭発表されている。今後、ディスカッション・ペーパーとして公表し、学術誌に投稿する予定である。間接投票制の設計における二つの重要な問題は、(1)ウェイトを集団間にいかに配分するか、(2)各集団が(構成員の意見を集約して)いかにウェイトを使用するか、である。当初の予定としては(1)が中心課題であったが、今年度は(2)について想定外の進展があった。しかし得られた結果は(1)の理解に対しても重要な洞察を与えるものであったと思うので、上記の区分とする。(1)上述の"The Winner-Take-All Dilemma"におけるパレート比較の結果は(集団の個数が大きい場合の)漸近的な結果であるので、政党政治のように少数の集団の場合へと分析を拡張する。(2)上述の"The Winner-Take-All Dilemma"において開発された漸近的な手法を応用し、集団間でのウェイト配分の問題に関するこれまでの考察を一般化する。(3)(2)の作業を内生的定数配分の問題についても行う。「多数派の逆転」とは、地区代表者による多数決の結果が、社会全体の多数派によって支持されないという現象を指す。例として、過去数回の米国大統領選において、一般得票が最大であった候補が落選したことが挙げられる。この現象の発生確率は、定数配分(選挙人数や議席数の地区への割り当て)に依存する。本研究の目的は、多数派の逆転の確率を最小化するような定数配分の方法を探るとともに、他の社会的目的(功利主義、投票力の平等化)との関係を明らかにすることである。平成29年度の研究計画は、選択肢が二つ(例えば大統領候補が二人)の場合に焦点を当てつつ、先行研究における間接投票モデルを一般化することであった。従来は、全ての地区の人口および定数が同一である、選択肢に関する市民の選好が地区間で独立であり(いずれの選択肢も同等に確からしく好むという意味で)対称な分布を持つ、といった仮定が置かれていた。平成29年度の研究を通じて、上述の方針でモデルの一般化を一定程度、達成するとともに、多数派の逆転に関する考察を行った。具体的には、異なる地区の市民の選好が相関しており、かつ非対称な分布を持つようなモデルを分析した。このモデルでは全ての市民の選好は交換可能な確率変数である。すなわち、各市民が一方の選択肢を好む確率pが確率変数であり、pに条件付けると市民の選好は独立である。このとき、変数pが値0.5をとる確率が0であるならば、各地区の人口が無限大に近づく極限において、多数派の逆転の確率は0であることを確かめた。この結果は地区間の人口分布や定数配分に依存しない。地区間での独立性を仮定した場合には、同様の極限確率は正であり定数配分に依存することが既に分かっており、対照的である。当初の目標では上述のような研究結果を論文の形にまとめて公表するはずであったが、現在は短いノートの状態であり、他の研究者からの要請に応じて配布している。当初予期していなかったこととして、並行して行っている「内生的定数配分のモデル」に関する研究に一定の進展があり、そちらに力を入れたことが挙げられる。

上記(3)における選好の集約の方法を、当該集団の(ウェイト配分)ルールと呼ぶ。各集団がそれぞれのルールを選択するゲームを考えた。そのような状況の例として、米国大統領選においては選挙人選出の方法の決定が各州に委ねられていることが挙げられる。まず、このゲームでは勝者総取りルールが支配戦略であることを証明した。次に、集団が十分にたくさん存在するとき、比例プロファイル(全ての集団が比例ルールを用いている状態)が他の任意の対称プロファイル(全ての集団が同一のルールを用いている状態)をパレート支配することを証明した。よって集団の数が多いとき、ゲームは囚人のジレンマであることが明らかになった。米国大統領選の場合(50州+1地区)について数値計算を行い、漸近分析の結果を検証した。研究の過程で、各個人の厚生に関する一般的かつ明示的な漸近公式を導いた。この公式は、この論文の研究対象であるウェイト配分ルールのみならず、本研究課題の主な対象である集団間でのウェイト配分を分析するうえでも強力な道具となることが期待できる。この論文は、郡山氏により既にいくつかのセミナーおよび会議において口頭発表されている。今後、ディスカッション・ペーパーとして公表し、学術誌に投稿する予定である。間接投票制の設計における二つの重要な問題は、(1)ウェイトを集団間にいかに配分するか、(2)各集団が(構成員の意見を集約して)いかにウェイトを使用するか、である。当初の予定としては(1)が中心課題であったが、今年度は(2)について想定外の進展があった。しかし得られた結果は(1)の理解に対しても重要な洞察を与えるものであったと思うので、上記の区分とする。当初の予定では平成30年度は選択肢が三個の場合へとモデルを拡張する予定であったが、選択肢が二個の場合について残っている課題を優先する。具体的には、地区の数が非常に多くなる極限において、「多数派の逆転の確率の最小化」と「市民の総期待効用の最大化」という二つの目標が定数配分に関する同一の順序関係をもたらすことを明らかにする。(1)上述の"The Winner-Take-All Dilemma"におけるパレート比較の結果は(集団の個数が大きい場合の)漸近的な結果であるので、政党政治のように少数の集団の場合へと分析を拡張する。(2)上述の"The Winner-Take-All Dilemma"において開発された漸近的な手法を応用し、集団間でのウェイト配分の問題に関するこれまでの考察を一般化する。(3)(2)の作業を内生的定数配分の問題についても行う。関連書籍、プリンターの購入を先送りししたため次年度使用額が生じた。次年度にそれらの購入に充てる。モデル分析の実行および論文の執筆に注力していたため学会発表等のための旅費を支出しなかった。次年度は研究成果を発信し論文の質を高めるうえで必要な経費に充てたい。
モダニスト四重奏文学の共時的分析

世界各地で同時発生した「モダニスト四重奏文学」を、社会的・歴史的コンテクストに注目しながら共時的に分析した。特に、古代ギリシャの時代から、世界観・宇宙観と密接な関わりを持ってきた「4」という数が、なぜ、この時代に世界各地の文学の中で「四重奏」という特定の音楽的イメージと結びつく形をとって爆発的に復活したのかという理由を指摘した。また、研究成果は、モダニズム期以降の変化を分析する次の科研費研究課題「20世紀半ばのカルテット的世界観の分析」の土台となることとなった。世界各地で同時発生した「モダニスト四重奏文学」を、社会的・歴史的コンテクストに注目しながら共時的に分析する。古代ギリシャの時代から、世界観・宇宙観と密接な関わりを持ってきた「4」という数字が、なぜ、モダニズムの時代に世界各地の音楽と文学の中で「四重奏」という形をとって爆発的に復活したのかを深く掘り下げていく。研究初年度なので、今までの研究の総まとめ・発表と、本研究への橋渡し的作業・分析にカをいれた。ここ数年間、音楽と文学の対位法的関係を分析し、さらに、これら2つの芸術分野の交わりが、社会とどんな相互影響関係にあるのかという通時的研究に力を入れてきた。2008年度は、この通時的研究を一度完成させ、今度は共時的分析へと移行していく過渡期にあたった。まず、これまでの研究の総まとめ・発表は、本研究の土台となる研究書TheInfluence of Music on American Literature Since 1890: A History of Counter-pointの完成とアメリカでの出版という形で行った。また、アメリカだけでなぐ日本でも、日本英文学会第80回全国大会や筑波英語教育学会第28回大会などを通して、その成果を口頭で発表し、さらに大会Proceedingsや紀要の特別研究発表報告という形で、文書での報告も行った。上記の研究書の出版や学会での口頭発表は、本研究への大切な準備となっている。実際、前研究で重点的に扱ったT. S. EliotやVladimir Nabokovといった作家の作品は、本研究でも重要な分析対象となっている。新たに研究対象となる作家や作品のうち、Jean RhysとLawrence Durrellについては、夏季休業を利用して、Washington D.C.のLibrary of Congressで日本では手に入りにくい資料収集を行ってきた。今現在は、それらの資料やその他の文献の読み込みや分析を着々と進めている段階である。これらの成果は、2009年度にアメリ力の査読付ジャーナルからの論文出版という形で発表していきたいと思っている。今まで同様、研究を進めながら海外の査読誌からの出版を少しずつ実現していくという当初の計画通り、平成23年度は、アメリカの学術誌Notes on Contemporary Literatureの査読に合格した"'How Can Everything Come from Four Simple Bases?': Perceptions of the World through Richard Powers's The Gold Bug Variations"を仕上げて出版した。この論文では、現代アメリカ作家のRichard Powersが、「世界は4でできている」というテーマを基に、どのようにしてThe Gold Bug Variationsという長編小説を組み立てているのかという点を分析している。そして、その世界観が、古代ギリシャのピタゴラスやエンペドクレス以来の宇宙観・世界観を反映しつつ、DNAの4つの塩基のイメージにまでつながっているという視点が、私自身の研究課題「モダニスト四重奏文学の共時的分析」の大きな土台・枠組みにも重なっているという点で、重要な位置を占めている。また、この土台・枠組み、あるいは全体の見取り図的な歴史の流れについては、総合科目の授業でも、「4にまつわる宇宙観・世界観」というテーマで数回にわたって連続した講義を行い、その準備や学生からの反応の中で、要点を整理する貴重な機会を得ることができた。さらに、次年度の査読挑戦に向けて、Jean Rhysの作品研究を進めている。今まで同様、「モダニスト四重奏文学の共時的分析」全体の研究を進めながら、海外の査読付き学術誌からの出版を少しずつ実現し続けてきた。平成24年度は、アメリカの学術誌_Notes on Contemporary Literature_の査読に合格した"Secret Function of a String Quartet in Doris Lessing's _The Golden Notebook_"を仕上げて出版した。この論文では、基本的に4つの異なる色のノートブックの複雑な絡み合いから構成されるDoris Lessingの巨大な小説が、実は、弦楽四重奏と錬金術のイメージの中でダイナミックに展開されているという指摘をし、丁寧な分析を示した。これは、この研究課題に登場するモダニズム期(前後)の四重奏文学作品の中で、ほとんどのタイトルに"Quartet"という単語が含まれていたり、あるいは、内容が音楽や四重奏と深く関係していたりするという傾向と違い、表面的には音楽や四重奏のイメージはほとんど目につかないにも関わらず、じっくりと分析してみると、そのイメージが水面下で非常に重大な役割を果たしているという点で、とてもユニークである。

また、この点が、この時代における四重奏のイメージの柔軟さや重要性をさらに証拠付けることになっている。5年間に渡って取り組んできた研究課題「モダニスト四重奏文学の共時的分析」から、研究的にも歴史の流れという点でもその延長線上に位置する次のテーマ「20世紀半ばのカルテット的世界観の分析」が生まれ、平成25年度からの5年間は、この新しい研究課題に取り組むこととなった。毎年、少しずつ研究を進めながら、海外の査読に少なくとも1本は合格し、出版を決めている。また、それらの論文を関連付けて、2冊目の研究書を海外で出版する準備も進めている。24年度が最終年度であるため、記入しない。引き続き、海外の査読に年1本は合格するよう、しっかりと研究を進める他、2冊目の研究書にどうまとめていくかも計画していく。また、最初の計画以上に研究範囲が広がってきているため、今後数年間の研究計画について整理していく。
葉緑体遺伝子の進化における同義コドン選択とタンパク質コード領域の翻訳速度調節

葉緑体では同義コドンの使用頻度と翻訳効率が必ずしも一致しない。また、葉緑体rps2 mRNAには翻訳効率の高いコドンが、rps16 mRNAには翻訳効率の低いコドンが多く含まれるように進化してきたと考えられる。このようなコドンの嗜好性がmRNAの翻訳効率にどのような影響を与えるのかについて、葉緑体in vitro翻訳系を用いて解析した。その結果、(1)rps16の5'非翻訳領域はほとんど翻訳活性を持たない、(2)rps16 mRNAのタンパク質コード領域はrps2よりも約3倍速く翻訳される、(3)この翻訳効率はコドン変換によりさらに高まることが明らかになった。葉緑体ゲノムには79種のタンパク質遺伝子がコードされているが、それらのコドン使用頻度と同義コドンの翻訳効率は必ずしも一致しない。本研究課題は、葉緑体遺伝子は進化の過程で、翻訳効率の異なる同義コドンを選択することによって、タンパク質コード領域の翻訳速度を大きく変化させ、タンパク質合成量の調節を行っているのでは?との仮説に基づき、葉緑体mRNAのタンパク質コード領域の翻訳速度を実験的に測定することを目的としている。翻訳速度の測定にはタバコ葉緑体in vitro翻訳系を、またモデルmRNAとしてタバコrps2 mRNAおよびrps16 mRNAを用いた。本年度は(1) rps2およびrps16の野生型mRNAの翻訳速度の比較、(2)野生型mRNAのタンパク質コード領域のみの翻訳速度の比較、(3) 5'非翻訳領域のみの翻訳効率の比較、を行った。まず、rps2およびrps16の野生型mRNAを翻訳させたが、rps16 mRNAの翻訳産物を検出することは困難であった。次いで、rps2とrps16の5'非翻訳領域に緑色蛍光タンパク質(GFP)のコード領域を結合させたキメラmRNAを作成し、各5'非翻訳領域の翻訳効率を比較したところ、rps16の5'非翻訳領域は翻訳活性をほとんど持たないことが明らかとなった。しかし、タンパク質コード領域のみ翻訳効率を比較するため、T7 gene10由来の5'非翻訳領域にrps2とrps16 mRNAのコード領域を結合したキメラmRNAを翻訳させたところ、rps16 mRNAのコード領域はrps2のものより34倍速く翻訳することが明らかになった。本年度は、同義コドンの改変がmRNAの翻訳速度にどの程度寄与しているかを解析するため、タバコ由来のrps2 mRNAおよびrps16 mRNAをモデルmRNAとして研究を行った。これらの研究成果からは、当初の仮説を証明するには至らなかったが、タバコ葉緑体のrps16遺伝子が偽遺伝子である可能性や新たな機能を持つ可能性が示唆され、今後これらの可能性について解析していく予定である。
理科教員の質的向上を図る自然環境コミュニケーション能力育成プログラムモデルの提案

本研究は,理科教員の質的向上を図る手だてとして,科学コミュニケーションという科学教育実践モデルの視点を取り入れ,地域の自然環境について伝えていく自然科学コミュニケータに備えたい能力についてモデル化することを目的とした。研究の方法として,国内外で先進的な取り組みを行っている施設や組織に着目し,実地調査と文献資料収集を行った。それらの結果から,1)自然環境コミュニケータに備えたい素養,2)自然環境コミュニケータ育成プログラムの詳細3)自然環境コミュニケーション能力育成プログラムモデルの提示について検討した。本研究では,理科教員が地域リソースを活用し,自然環境コミュニケーション能力を習得するためのモデル考案に必要な要素について提案することを目的としている。19年度は自然環境コミュニケータが伝えるべき知識・技能,地域リソースの活用の仕方について,国内外にある教育関連施設において調査した。まず,国内の事例として,兵庫県立人と自然の博物館において展開されている,一般向け自然環境学習セミナーのひとつに参加観察しながら調査を進めた。調査を通して,受講者がセミナーを通して標本作製の仕方や科学的データの取り方と分析方法,発表の技能などを身につけていることが分かった。また,複数の仲間と関わりながら学習を進めるという学習コミュニティーの構築についても明らかにしてきた。これらの内容については,日本科学教育学会年会(於,北海道大学)および,アジア科学教育会議(Conference of Asian Science Education)(於,台湾・高雄)で発表を行った。次に,地域リソースの活用を進めていくために,小学校教員が博物館等の施設利用についてどのようなニーズをもっているのかを高知県の事例から調査した。この結果,当該施設にある展示内容や施設利用に関する具体的な提示がニーズとして高かった。このことから,理科教員の質的向上を図るためには,地域にある博物館等教育施設の展示や施設について詳細な情報の提供が必要になると推察された。これらの結果は,理科教育学会四国支部大会(於,愛媛大学)において発表を行った。さらに,海外の事例としてイギリスのフィールド・スタディーズ・カウンシル(FSC)で現地調査し,当機関において教育事業推進の一端を担っているユニットの機能について検討した。また,FSCが実施する教師向けプログラムについて資料収集を行った。19年度に行った国内外の調査結果から,自然環境コミュニケーション能力を育成するために必要な要素がいくつか抽出された。次年度はこれらの要素が如何に育成できるかについてモデル化を図る。本研究では,理科教員へ自然環境コミュニケーション能力を育成するためのモデルに必要な要素について提案した。20年度は先進的取り組みを行っている海外組織の教員向けプログラムについて調査した。加えて,理科教員と植物園職員による理科教材開発を実施することから,教員に備えたいコミュニケーション能力について考察した。20年度の成果は,日本科学教育学会誌の『科学教育研究』, XIII. IOSTE Symposium,日本理科教育学会等で発表した。海外調査として, Field Studies Council(FSC)における教員向けのフィールドワークプログラムの教科と目的を明らかにした。また,教員向けのフィールドワーク教材の一例を入手した。FSC調査から教員に必要な能力として,グループマネジメントとリスクアセスメント,フィールド活用法,教科型実践活動の仕方があること,調査目的・方法・結果と評価という科学的プロセスによるフィールドワーク教材を準備することがあげられた。さらに,理科専門の小学校教員が植物園職員とともに児童向け教材開発に取り組むプロセスから,自然環境コミュニケーション能力育成プログラムに取り入れたい内容を抽出した。研究の結果,自然環境コミュニケーション能力として次の4つを提示した。1)コミュニケーション能力:児童・生徒へ理科に関する知識と技能の訓練を奨励する。そのために,地域の自然環境に精通した人物を知る。2)コーディネイト能力:児童・生徒と地域の自然環境に精通した人物(科学者,博物館職員)をつなげる。フィールドワークにおけるグループマネジメントとリスクアセスメントを行う。3)デモンストレーション能力:地域にある自然,博物館等の施設において児童・生徒へ実地体験させる。児童・生徒の学習段階と時間的制約にあった実地活動を構成する。4)教材開発能力:地域にある自然,博物館等の施設にある事物資料や展示と理科の内容をつなげる活動の手法を知り,教材を開発する。
高速度分子雲に着目した銀河系中心領域に潜む中間質量ブラックホールの探査

太陽の100倍から10万倍程度の質量を持つ「中間質量ブラックホール」の存在確認は、大部分の銀河の中心に潜むとされている超大質量ブラックホールの起源を解明する上で欠かせない重要なプロセスである。本研究では、研究代表者が銀河系中心領域に発見した特異分子雲に着目して、分子ガス・電離ガス・恒星の観測を主軸として中間質量ブラックホールの存在確認を目指す。加えて、銀河系中心領域の大規模サーベイに基づいて、同種特異分子雲のサンプルの拡充を試みる。
少年行刑法の研究-ドイツを比較対象として-

本研究では、少年行刑法に関する分析を行った。近時の国際人権法では、身体拘束処分の対象となる少年に対する「無傷性」の保障と社会とのつながりの確保がより一層強く求められるようになっていることを明らかにした。また、ドイツでは、社会的法治国家原則上、社会復帰が憲法上の権利であるという前提から、少年行刑においては成人行刑よりも拡充した権利保障が求められており、法目的、運営組織、定員、処遇形態、職員数・構成、コスト、居室の広さ、居室の形態、面会方法・時間、電話などの使用、教育・作業、懲罰、釈放時の援助、不服申立について、少年独自の権利保障方法が求められていることも明らかにした。本研究は、司法制度の第改革期における少年行刑のあり方とそれをめぐる法的関係の整理・明確化の要請に応えるため、(1)経験的調査(統計分析、ケース研究、アンケート、インタビュー)と(2)ドイツとの比較法研究を通じて、少年行刑制度の運用実態とそれに伴う法的問題を整理し、(3)現行法制度下での法解釈に基づく新たな対応可能性と限界を明らかにするとともに、(4)立法提案を行うものである。平成21年度の計画は、(1)統計資料・先行調査研究の収集及び分析、(2)比較法文献調査の開始と経験的調査を行う機関や施設の選定、(3)日独両国における予備調査の実施にあった。本年度、(3)予備調査の実施にまでは至らなかったが、(1)統計資料・先行調査研究の収集及び分析と(2)比較法文献調査の過程において得られた知見を資料にまとめ公表した(「ドイツ少年裁判所法翻訳補遺」、「制裁又は措置を受ける少年の法違反者のための欧州規則」、「カール・ルートヴィッヒ・クンツ「今日の刑事政策の根本的特徴」)。また、少年行刑と密接に関連する鑑別判定の分析に関する論稿を公表した(「「原則逆送」は何をもたらしたのか」)。その他、日本の少年行刑をめぐる法解釈論上の問題について整理した論稿をすでに脱稿しており、これは平成22年度に公表される予定である。本研究は、司法制度の大変革期における少年行刑のあり方とそれをめぐる法的関係の整理・明確化の要請に応えるため、(1)経験的調査(統計分析、ケース研究、アンケート、インタビュー)と(2)ドイツとの比較法研究を通じて、少年行刑制度の運用実態とそれに伴う法的問題を整理し、(3)現行法制度下での法解釈に基づく新たな対応可能性と限界を明らかにするとともに、(4)立法提案を行うものである。平成22年度は日独両国における経験的調査の本調査を実施する予定であった。ドイツに関しては、当初予定していた連邦レベルの責任機関に対する調査を行うことはできなかった。しかし、少年司法執行施設を訪問し、職員に対するインタビュー調査を行うことができた。この調査を通して、施設内における事故への対処、被収容者の権利保障のあり方、職員の意識、職員研修のあり方、第三者機関の活動などについて、重要な情報を得ることができた。また、ChanceやPrismといった幾つかの新しい司法執行政策上のプロジェクトに関して、制度立ち上げ・運営に携わった責任者に対するインタビュー調査を行うことができた。日本に関しては、少年院及び少年刑務所の訪問調査を行い、現在の問題状況を把握することができた。これらの研究活動の成果の一部は、本年度、「少年の拘禁施設と国際人権法」と題する研究論文として公表した。また、本年度、法務省設置の「少年矯正を考える有識者会議」第10回会議(2010年8月10日)(http://www.moj.go.jp/kyouseil/shingi06400015.html http://www.moj.go.jp/content/000056827.pdf)のピアリングに参加する機会を得た際に、ドイツの現状に関する報告、質疑への応答中に反映させた。本研究は、司法制度の大変上革期における少年行刑のあり方とそれをめぐる法的関係の整理・明確化の要請に応えるため、(1)経験的調査(統計分析、ケース研究、アンケート、インタビュー)と(2)ドイツとの比較法研究を通じて、少年行刑制度の運用実態とそれに伴う法的問題を整理し、(3)現行法制度下での法解釈に基づく新たな対応可能性と限界を明らかにするとともに、(4)立法提案を行うことを目的とした。本年度の計画は、前半は、文献調査と経験的調査を継続することにあった。また、それまでの成果を踏まえながら、再度ドイツと日本の双方において経験的な調査を実施することにあった。本年度ドイツにおける実地調査を実施することはできなかった。しかし、現地の研究者および実務家とのメールの交換により有益な情報を収集することができた。また日本においても、実務家からのヒアリング調査を行うことができた。

本年度、立法提案をとりまとめることはできなかったが、本研究と密接に関連する、少年院法案・少年鑑別所法案の土台となった「少年矯正を考える有識者会議」におけるヒアリングに昨年度関与した関係から、この検討を進めることとなった。この成果については、来年度に公表したいと考えている。本年度の活字業績の成果である、後掲「少年に対する裁判員裁判」は、本研究とも密接に関連する裁判員裁判のあり方を論じたものである。「戦前期における附添人論(1)、(2)」ば、日本に関する調査の過程で少年矯正の歴史的分析の重要性を改めて認識したことに基づいた研究の成果である。
環状デプシペプチド天然物を主軸とする創薬化学基盤技術開発

環状デプシペプチド天然物の類縁体を固相法を用いたペプチド伸長と大員環環化により効率よく合成し、三次元構造を含む構造活性相関を明らかにした。アプラトキシンAの毒性の原因構造を置き換えた16個の類縁体を合成した。中でもアプラトキシンM16は10種のガン細胞中8種に対してアプラトキシンAに勝るとも劣らない細胞増殖抑制作用を示した。また、デストラキシンEおよびBについてコンビナトリアル合成を行い、それぞれ18個、64個の類縁体を合成した。その結果、二つの分子内水素結合をとる三次元構造が破骨細胞の形態変化による骨吸収抑制活性に重要であることを明らかにした。さらにアジド基を導入した分子プローブを合成した。(1)アプラトキシンAの類縁体合成、三次元構造活性相関、ミメティクス創製種々のペプチド残基について側鎖の大きさを変えた類縁体を全合成した。また二つのNーメチルアミノ酸についてはメチル基のない類縁体を合成し,N-メチル基の活性に及ぼす影響を調べた。さらに不飽和結合からチアゾリン環にかけて代替可能と予想した連結部を5種類検討し、そのうち3種類は十分な生物活性を示す類縁体であることを明らかにした。これらの結果から、活性発現に大きな影響を示すペプチド側鎖、アミド結合の部位を明らかにすることができた。(2)デストラキシンEの類縁体合成、三次元構造活性相関、立体配座解析法の確立固相法を用いてして連続するN-メチルアミノ酸部位の側鎖を変えた類縁体をコンビナトリル合成した。その結果、この部位の側鎖の大小が活性発現に大きく影響すること、二つのNーメチルアミノ酸のうちの一つはN-メチル基の存在が活性発現に必須であることを明らかにした。また、βーアラニン部位をグリシン、およびγーアミノプロピオン酸に代えたものを同様にして合成し、環の員数を変えた類縁体を得て、その活性評価を行なった。その結果、環の員数を変えると活性が大きく減弱することがわかった。この結果と先に記載したN-メチルアミノ酸のN-メチル基の活性に与える影響が、何に起因するかを明らかにするために、立体配座解析を行ない、これらの三次元構造を明らかにする予定である。(1)アプラトキシンA類縁体の合成,三次元構造活性相関,ミメティクス創製アプラトキシンAの類縁体を全合成し,NMRによる二次元測定を行なった.ROEの強度およびカップリング定数をもとに拘束条件を用い,Macromodelを用いた立体配座解析を行なって溶液中での三次元構造を明らかにすることができた.そして,ガン細胞に対する細胞毒性との活性相関についてアプラトキシンAと同じ三次元構造をとるものは,同様に強い細胞毒性を発生するが,N-メチルアミノ酸周りのcis-アミドとtrans-アミドの割合は,細胞毒性とは比例しないことがわかった.さらに,チアゾリンーα,βー不飽和アミド部位を代替した類縁体についてアプラトキシンA様の強い細胞毒性をもつものを見出した.(2)デストラキシンEの類縁体合成,三次元構造活性相関,立体配座解析法の確立デストラキシンEは19員環デプシペプチドである.構成アミノ酸の一つであるβーアラニンをグリシン,およびγーアミノブタン酸で代替した18員環,および20員環の類縁体を全合成し,破骨細胞に対する形態変化を評価した.その結果,20員環類縁体では活性が大きく減弱し,18員環類縁体ではほぼ消失することがわかった.NMRによるNOE情報をもとした拘束条件のもと立体配座解析を行なった結果,いずれもN-メチルバリンーN-メチルアラニンのアミド結合がs-cisをとるという特徴的な構造をとり,環全体の立体配座はほとんど変わらないものの,環の員数の違いにより側鎖のエポキシドが取りうる空間が異なっており,これが活性発現に大きく関わっていることがわかった.アプラトキシンAについてガン細胞に対する細胞毒性を維持した骨格改変型類縁体を創製することができ,その立体配座から重要な三次元構造を明らかにすることができた.デストラキシンEについても破骨細胞の形態変化を引き起こすための活性発現に重要な部位とその立体的空間配置を明らかにすることができた.予定どおり順調に研究が進展している.(1)アプラトキシンAおよびデストラキシンEについて各種溶媒中での立体配座解析を行い、NMRの情報を基にしたディスタンスジオメトリー法により求めたクロロホルム中での三次元構造を反映することを見出した。本手法は他の様々な溶媒中での環状ペプチド類の立体配座解析に利用できることから水溶液中での立体構造を予想できる有用な手法と考えている。(2)アプラトキシンAの立体配座を反映できるようにmodifiedcysteine (MoCys)部位を特殊なアミノ酸に置き換えた類縁体について、側鎖部位3箇所について改変したコンビナトリアル合成を行い、元化合物に匹敵する細胞毒性を有するミメティクスの創製に成功した。(3)デストラキシンEの類縁体を合成し、構造活性相関をもとに活性を維持したアジド化合物をもつ分子プローブ前駆体と活性が減弱した分子プローブ前駆体の両者の合成を達成した。さらに、これらを用いて[3+2]付加環化反応を行い、ペプチドタグを導入した分子プローブの合成に成功した。これらを用いてプルダウン評価を行うことで標的分子探索に活用できると考えている。

(4)固相法を用いた鎖状ペプチド合成と液相法でのマクロラクトン化を組み合わせ、デストラキシンB類縁体64種類のコンビナトリアル合成を達成した。構造活性相関を明らかにして、プロリン部位に修飾を加えても活性には関与しないことを明らかにした。一方、MeAla→Sar、およびMeVal→MeAlaの変換は活性を大きく減弱したことから、この部位が活性発現に重要な役割を果たしていることを明らかにした。アプラトキシンAについて設計した類縁体が、ガン細胞に対して元化合物に勝るとも劣らない増殖抑制活性を有することを見出した。その類縁体の三次元立体構造は、元化合物を反映していることをNMR解析により明らかにし、生物活性環状ペプチドの簡便類縁体を設計、合成できることを示した。デストラキシンEについては、破骨細胞の形態変化を引き起こすための活性発現に必要な構造活性相関を明らかにして、活性を維持した分子プローブとともに活性が劣る分子プローブの合成に成功し、当初の目的を達成した。我々は動物モデルで抗腫瘍作用を示す環状デプシペプチド天然物であるアプラトキシンAについて三次元構造解析、および類縁体の設計・合成・生物活性評価を行っている。昨年度までに細胞大腸ガン細胞(HCT-116)に対してアプラトキシンAに匹敵する強力な細胞毒性を有する類縁体化合物アプラトキシンM16の合成に成功したことから、本年度各種ガン細胞に対する増殖抑制活性評価を行った。その結果、HCT-116だけでなく、膵臓ガン(BxPC-3)、肺ガン(A549)、肝臓ガン(HuH-7)、胃ガン(MKN74))、脳腫瘍(U-87 MG)、卵巣ガン(SK-OV-3)、子宮ガン(HEC-6)、肝臓ガン(786-O)に対して、nMオーダーの強力な細胞増殖抑制作用を示すことを明らかにした。環状ペプチド天然物の三次元構造を明らかにし、その構造をより構造を簡略化したミメティクス化合物で模倣し、それが天然物に勝るとも劣らない活性を示すことを明らかにした結果であり、本研究の目的を達成したものである。アプラトキシンAとアプラトキシンM16の各種ガン細胞に対する感受性がパラレルな結果を与えたことから、アプラトキシンM16はアプラトキシンAと同じ標的分子に作用していると結論づけることができた。さらに肝ミクロソームを作用させた際の安定性も天然物と同等であり、今後動物モデルによる薬効評価に展開できると期待される。これらの結果は前年度までの結果と合わせてJoural of Medicinal Chemistry誌に掲載され、世界に向けて発信することができた。環状デプシペプチド天然物の類縁体を固相法を用いたペプチド伸長と大員環環化により効率よく合成し、三次元構造を含む構造活性相関を明らかにした。アプラトキシンAの毒性の原因構造を置き換えた16個の類縁体を合成した。中でもアプラトキシンM16は10種のガン細胞中8種に対してアプラトキシンAに勝るとも劣らない細胞増殖抑制作用を示した。また、デストラキシンEおよびBについてコンビナトリアル合成を行い、それぞれ18個、64個の類縁体を合成した。その結果、二つの分子内水素結合をとる三次元構造が破骨細胞の形態変化による骨吸収抑制活性に重要であることを明らかにした。さらにアジド基を導入した分子プローブを合成した。予定していた以上に類縁体合成が進展し、天然物以上の活性をもつ化合物を見出した。また、骨格そのものを変えた新規化合物について天然物と同等の活性をもつものを見出し、知的財産として有益なものを得た。
ロボット溶接による3次元造形に関する基礎研究

低入熱で溶接が重要である。これを行うために、ワイヤ送給速度と溶接電源とを同期させるシステムの構築を行った。溶接電源は15kHzでインバータ制御されている。このインバータをパソコンより直接制御できるように溶接電源本体の改良を行った。このため、溶接回路におけるインダクタンスの影響を受けるが、高速に電流制御が行えるようになった。一方、トーチにサーボモータ付きのワイヤ送給装置を用いたが、モーター駆動であるため、1msオーダーでの高速モータ制御が困難である。まず、このサーボモータを高速応答させるように、RS422の通信機能を用いた制御システムを構築した。つぎに、基礎実験を行い、ワイヤ送給モータの応答速度および制御特性を調べた。その結果、約5ms単位(200Hz程度)でモーターの正転および逆転が可能になった。この動作に適合するように溶接電源を制御した。本研究では、溶接電流波形として、パルス電流波形を用いた。溶接部材への低入熱が重要であるので、このピーク電流を電極ワイヤが溶融し、溶滴が形成する程度に抑えた。ベース電流期間において、ワイヤモータを正転させて、ピーク期間に形成した溶滴が着いたワイヤ先端部を母材に接触させる。これを繰り返して、低入熱を実現した。また、溶接時に狙った位置に溶接ができるかどうかを監視するために、各種の光学フィルタを用いて、最適な溶融池の撮影方法も検討した。溶融池は温度に依存しているために、数枚の連続画像を撮影したときに、暗い部分を重ね合わせると、溶融池形状の輪郭が生じる。この明瞭な溶融池画像の特徴を用いることで、溶接位置を確認した。溶接ロボットを用いて、3次元造形システムを構築するために、オンライン制御可能なコンピュータシステムの試作を行った。本システムでは、ガスメタルアーク溶接に基づいて、システムを構築している。このシステムでは、金属の積層を行うために、ワイヤ送給速度制御および溶接電源が重要な役割を果たす。本年は、パソコンでオンライン制御可能な溶接電源の試作を行った。特に、その性能は、電源の電圧・電流特性に依存している。そこで、その特性を非線形特性とした。この特性の特徴は、アーク長が規定値より短くなると、溶接時の電圧電流の動作点が電源特性よりも下側になり、自動的に電流が増加することである。動作点と電源特性の曲線との差を用いており、その制御性能も良い。一般の定電圧特性と異なり、定電流と定電圧を組み合わせて、ここでは非線形にして特性を構築した。具体的には、パソコンにAD変換器およびDA変換器を装着し、溶接電流をAD変換器を用いて検出し、その時の溶接電源の出力電圧が所望の電圧になるように、DA変換器の出力を用いて溶接電源内のPWM制御装置に指令値を与えるようにした。また、本システムでは、溶着金属を自動で積層する際に必要な狙い位置の決定のために、CMOSカメラを用いて溶融池の撮影および画像処理を行った。アーク光の影響を避けるために、990nmの干渉フィルタを用い、溶接電流が60Aのときに撮影を行った。溶接ではスパッタやヒュームなどが発生する場合があり、CMOSカメラを用いて撮影すると、これらにより明瞭に溶融池が撮影できない。この影響を避けるために、溶融池の特徴を抽出し、パターンマッチングによる認識方法を試みた。その結果、従来、溶接線の検出が困難であった場合でも容易に溶接線を検出できるようになった。トーチの試作を試みていたが、ワイヤ送給モータの温度特性などを考慮して、最適な形状のものが必要になった。そこで、市販のものを改造して行う方向に計画を変更した。このために、改造可能なワイヤ送給装置の選定に時間がかかった。また、ロボットへ搭載する予定であったが、基礎実験での溶接現象の確認のために、2軸の走行台車を構築した。このシステム構築にも時間がかかった。3次元造形を溶接により行うためには、低入熱の実現が重要な課題となっている。これを実現するためには、低入熱電源が重要になる。そこで、溶接電源を改造してパソコンからの指令で、電源特性を変化できるように改造し、最適な電源特性を得るような基礎実験を行った。まず、通常の溶接に用いられる定電圧特性において実験を行って、適正な電源出力を得ることができるかを確認した。つぎに、パルスGMA溶接に関する実験を行った。一般にパルスGMA溶接では、定電流特性の電源を用いて、行っており、アーク長の制御には溶接電圧をフィードバックしている。今回、新たに定電流特性と定電圧特性を組み合わせて、パルスGMA溶接が行えるようにした。実験によりアーク長が電源特性により制御できるかどうかの確認を行った。一方、電極ワイヤを溶かすためには、ジュール加熱が有用である。そこで、定電流特性部分で過熱を試みる。溶滴が形成されると入熱は不必要になるので、このタイミングに合わせて、電源特性を定電圧特性に切り替える。その後、アーク長が徐々に短くなるようにワイヤ送給速度を加速させる。ワイヤ送給系に関しては、溶接トーチにACサーボモータ機構を持たせて、リアルタイムで、ワイヤ送給速度が制御できるように調整した。これを行うために、高速情報通信で、ACサーボモータのドライブを制御できるようにした。約8ms間、モータを正回転させ、約2ms間、モータを逆回転させる。このようにワイヤの送り出しと引き上げを約10msで行った。