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家庭用浄水器がフッ素濃度に及ぼす影響

水道水のフッ化物濃度調整(fluoridation)があり、公衆衛生学上優れたう蝕予防法である。わが国においても、地域住民の合意等を前提にfluoridationの実施が可能となった(2000年、厚生労働省)。国内では安全な水の供給に関心が高まっており、浄水器を設置する家庭が増加している。したがってfluoridationが実施された場合、浄水器通過後のフッ素(F)濃度を検討する必要がある。本研究では家庭用浄水器に多く使用されている2種類の濾材を用いて浄水装置を作製し、F濃度に及ぼす影響を検討した。家庭用浄水器の濾材として用いられている活性炭フィルターと中空糸膜フィルターを用いて、簡易浄水装置を作製した。NaFを純水および水道水に添加し、種々のF濃度(0.110mg/L)の試験溶液を調製した。ついで浄水装置通過後の試験溶液とフィルター中のフッ素濃度を測定した。活性炭フィルターを用いた浄水装置通過後のF濃度は、すべての試験溶液で通過量10Lまでは通過前のおよそ1/10の濃度であった。その後通過量が多くなるにしたがって、F濃度は上昇した。中空糸膜フィルターを用いた浄水装置では通過前後のF濃度に変化がみられなかった。実験終了後の活性炭フィルター中に高濃度のFが含まれていた。以上より、活性炭フィルターを使用した家庭用浄水器はfluoridation後の水道水中のF濃度に影響を及ぼすことが明らかになった。従って、fluoridationによるう蝕予防効果を確実にするためには、使用する浄水器の種類を考慮する必要があることが明らかにされた。なお、F以外の陰・陽イオンについては、Cl、MgとCaは活性炭フィルターと中空糸膜フィルターに吸着されることが示された。その他のイオンについては明確な結果が得られなかった。Fluoridationは公衆衛生学的なフッ化物応用の手段として優れた万法であることか多くの疫学研究から明らかにされており、特に我が国のように上水道整備が進んだ国や地域では確実でかつ高いう蝕予防効果が期待できる。一方、我が国においては上水の主な水源となる河川の環境汚染が進んでおり、安全な水の供給に関して危倶されている。こうした状況下、独自に浄水器を設置することにより、安全でおいしい水の確保を図ろうとする家庭が急増している。浄水器は水道水中に含まれる細菌や化学物質等を除去することから、fluoridationにより添加されたフッ素についても影響を受ける可能性がある。すなわち、浄水施設においてフッ化物が添加されても、浄水器を使用することにより期待されるフッ素の影響が低減される可能性もある。そこで、本研究では浄水器のフッ素濃度に及ぼす影響を検討した。平成15年度は、家庭用浄水器においてもっとも使用されていると考えられる原理の異なる2種類のフィルターを備えた浄水装置を製作した。本装置に装着されたフィルターには、同時に一定の水圧で試験水を通過させることが出来る。したがって、試験水中のフッ素濃度に及ぼすフィルターの影響を正確に評価することが可能と考えられた。フィルターの1つは線維カーボンを使用したもので、残留塩素をはじめとする種々の化学物質を除去できることが確認された。もう1つは中空糸を使用したもので、細菌等の極微小物質を除去することが出来た。また、それらの除去効果はフィルターに通す水圧や水量によっても異なることが示された。水圧や水量は家庭ごとに異なることが考えられることから、これらと除去効果との関連を調べる必要がある。現在、この点についても考慮しつつ、フッ化物を添加した試験水について、実験を行っているところである。

フッ化物を応用した齲蝕予防法は、全身応用と局所応用とに分類される。前者には水道水のフッ化物濃度調整(fluoridation)があり、公衆衛生学的有用性の高いことがよく知られている。我が国においても、地域住民の合意等を前提にfluoridationの実施が可能となった(2000年、厚生労働省)。一方、国民においては安全な水の供給に関心が高まっており、独自に浄水器を設置する家庭が増加している。したがってfluoridationが実施された場合、浄水器通過後のフッ素イオン(F)濃度を検討する必要がある。本研究では家庭用浄水器に最も多く使用されている2種類の濾材を用いて浄水装置を作製し、F濃度に及ぼす影響を検討した。使用した浄水器は家庭用浄水器の濾材として用いられている活性炭と中空糸を用い、作成した簡易の装置である。試験溶液には種々のF濃度(0.110mg/L)になるように調製したNaFを添加した蒸留水および水道水を用いた。各試験溶液を通常の使用時水圧に準じて浄水装置を通過させ、通過後のF濃度を測定した。F濃度はF電極を用いて直読法で測定した。活性炭を用いた浄水装置通過後のF濃度は、すべての試験溶液で通過量10Lまでは浄水前の1/10前後の濃度であった。その後通過量が多くなるにしたがって、F濃度は上昇する傾向にあった。中空糸を用いた浄水装置では通過前後のF濃度に変化がみられなかった。以上より、活性炭を使用した家庭用浄水器はfluoridation後の水道水中のF濃度に影響を及ぼすことが明らかになった。従って、fluoridationによる齲蝕予防効果を確実にするためには、使用する浄水器の種類を考慮する必要があることが示された。現在F以外の陰・陽イオンについても検討中である。
病巣感染が自己免疫疾患を誘因するメカニズムの解明と治療戦略

自己免疫疾患は超高齢化社会の日本と世界の先進国で増加している。自己免疫疾患の発症や増悪は病巣感染で誘因されることが知られている。高齢者でも安心に使用できる治療法の開発のため、詳細な機序の解明が急務である。これまでの研究成果を発展させて超高齢化社会で問題となる病巣感染の病態メカニズムに迫り、高齢者でも安心な合併症の少ない治療法の開発への貢献を目指す。
表面化学修飾繊維を用いた新規分離分析媒体の開発

当研究室で開発したクロマトグラフィー用繊維充填カラムはこれまでのカラムとはことなる、これまで用いられてきたガスクロマトグラフィーカラムと比較し、より短いカラムによる分離が可能であることが分かってきた。そこで、本研究では、その特性をさらに活用した新しいカラムの作成をこころみており、そこで本研究が始まった。充填する繊維を他の繊維に変えるだけではなく、新しい表面特性を持った表面化学修飾繊維の作成ならびにその性能評価である。昨年度までの研究で、ガスクロマトグラフィーにおける繊維充填カラムの性能が充分に示されており、本件ではその効果を表面修飾済み繊維と比較することにより解明した。その結果、繊維表面にポジジメチルシロキサンなど、従来まで使用された液相を表面に科学的に結合することにより、炭化水素化合物に対する保持が格段に増加することが判明した。この技術を応用し、液体-気体2次元クロマトグラフィー装置の開発も行った。これは複雑な機材を要することなく、表面加工済み繊維を充填した針をインターフェースとし、液体クロマトグラフィーから溶出する試料を針で濃縮し、その後ガスクロマトグラフィーへと注入するものである。その結果、灯油などの複雑な天然化合物の分離を達成することができた。しかしながら、このシステムは、簡便ではあるが測定者に対する肉体的負担が大きく、自動バルブなどを利用した更なる改良により、分離効率をさらに効率させることができると考えられる。本研究では,ケブラー(PPTA)繊維の表面を化学修飾することにより,新規な分離分析媒体の開発に取り組んでいる。PPTAをジメチルスルホキシド(DMSO)と水素化ナトリウムにより処理し,繊維表面にアルキル基を導入することにより,新規な分離特性を有する分離媒体を開発した。表面修飾反応により得られた繊維をステンレスキャピラリーに充填し,液体クロマトグラフィーよる評価を行った。移動相にはメタノール水溶液,またはヘキサンを用い,測定対象物質には主に多環芳香族炭化水素を使用した。その結果,表面反応により得られた繊維は,未修飾の繊維と比較してはるかに高い保持能力を示した。また,繊維を分離媒体とする,新規2次元クロマトグラフィーに関する研究も行った。ポリジメチルシロキサンでコーティングしたザイロン繊維を針内に充填し,液体クロマトグラフィーとガスクロマトグラフィーの二次元分離のインターフェースとして利用した結果,灯油などの炭化水素混合物の二次元分離に成功した。具体的には,液体クロマトグラフィーのカラムから溶出する化合物を水で希釈し,針内の繊維上に捕捉し,ガスクロマトグラフのインジェクターによる加熱を利用して熱脱着し,キャピラリーカラムに導入した。これらの結果から,繊維による新規分離分析媒体の開発の将来性が期待できる。今後は,繊維表面に,これまでにない官能基を導入し,さらに新規で特徴のある分離媒体の開発について検討する予定である。
新しいてんかんモデルラットの開発

京都大学医学部附属動物実験施設のKyo:Wistarラットコロニーにみつけられた振戦発症ミュータントであるtremorラットと西ドイツのDr.Rehmからゆずりうけた別の振戦ミュータントであるzitterラットを交配することによって自然発症てんかんラット(SER)を作出した.このラットはそれぞれのミュータント遺伝子であるtremor(tm)とzitter(zi)を共にホモにもつ二重突然変異体である.本研究の目的はSERの維持,繁殖方法を確立すること,ならびにSERの特性を評価することによって,てんかんモデルとしての有用性を明らかにすることにある.得られた主要な成績を列挙すると以下の通りである.1.SERをSPF化することに成功し,計画的に生産できるコロニーを作成した.2.近交化を進めた系はF10代に達した.3.zitter遺伝子はラット染色体第IV連関群のHao-1に9cM離れて連鎖していた.4.SERは強直性けいれんに加えて,脳波上57Hzの棘徐波結合を伴なう欠神様発作を自然発症していた.5.tremorラットもまたSERと同様に欠神様発作をもっていた.6.既存の抗てんかん薬の単回投与試験において, SERおよびtremorラットのてんかん様発作は特異的に抑制された.すなわち,トリメタジオンとエトサキシミドは欠神様発作のみを抑制し,フェニトインは強直性けいれんのみを抑制し,さらにフェノバルビタールとバルプロ酸は両方の発作を抑制した.7.代表的な抗てんかん薬であるフェノバルビタールを飼料に0.1%混入して持続投与すると,強直性けいれんの抑制効果とともに体重の増加,生存期間の延長効果を認めた.以上の結果から,我々はSERとtremorラットはヒトてんかんの有益な動物モデルであると結論した.京都大学医学部附属動物実験施設のKyo:Wistarラットコロニーにみつけられた振戦発症ミュータントであるtremorラットと西ドイツのDr.Rehmからゆずりうけた別の振戦ミュータントであるzitterラットを交配することによって自然発症てんかんラット(SER)を作出した.このラットはそれぞれのミュータント遺伝子であるtremor(tm)とzitter(zi)を共にホモにもつ二重突然変異体である.本研究の目的はSERの維持,繁殖方法を確立すること,ならびにSERの特性を評価することによって,てんかんモデルとしての有用性を明らかにすることにある.得られた主要な成績を列挙すると以下の通りである.1.SERをSPF化することに成功し,計画的に生産できるコロニーを作成した.2.近交化を進めた系はF10代に達した.3.zitter遺伝子はラット染色体第IV連関群のHao-1に9cM離れて連鎖していた.4.SERは強直性けいれんに加えて,脳波上57Hzの棘徐波結合を伴なう欠神様発作を自然発症していた.5.tremorラットもまたSERと同様に欠神様発作をもっていた.6.既存の抗てんかん薬の単回投与試験において, SERおよびtremorラットのてんかん様発作は特異的に抑制された.すなわち,トリメタジオンとエトサキシミドは欠神様発作のみを抑制し,フェニトインは強直性けいれんのみを抑制し,さらにフェノバルビタールとバルプロ酸は両方の発作を抑制した.7.代表的な抗てんかん薬であるフェノバルビタールを飼料に0.1%混入して持続投与すると,強直性けいれんの抑制効果とともに体重の増加,生存期間の延長効果を認めた.以上の結果から,我々はSERとtremorラットはヒトてんかんの有益な動物モデルであると結論した.1.自然発症てんかんラット(SER)の維持、繁殖方法の改良(1)近交化:常染色体上の劣性突然異遺伝子であるzitterとtremorをともにホモにもつSERは、全例てんかん様発作を自然発症するが、諸形質を均質化するため、近交を進めた。現在、F8代に達した。(2)SPF化:他機関への分与を考慮した実験供試集団として、SPFのzitter ratとtremor ratを起源としたSPFのSERコロニーを新規に作成した。2.SERの特性の評価(1)脳波所見:大脳皮質と海馬の自発脳波を検索した。SERは欠神様発作を思わせる行動停止時に、57H3の棘徐波結合波からなる群発放電が認められ、強直性けいれん時には低電位連波を示した。SERの起源系統であるtremor ratもまた同様の棘徐波結合波を伴なう欠神様発作を示したが、zitter ratには発作性異常脳波を認めなかった。また、SERには、海馬のθ波リズムが観察されなかった。(2)病理学的所見: SERの中枢神経系の主要病変は、空胞の形成であった。顕著な空胞形成を示した視床脳,脳幹網様体,中脳蓋,小脳白質等では海綿状態を呈していた。空胞は大脳皮質,嗅脳,海馬,線状体,小脳顆粒層および脊髄灰白質にも認められた。てんかん様発作との関連を強調すべき所見は得られなかった。3.今後の研究顆題(1)SPFの近交系SERを作出する。(2)成長に伴なう行動,体重,血液性状および脳波所見の推移を検索する。(3)zitterとtremor遺伝子の遺伝子座位を検索する。
人工知能による自動薬物循環管理とシステム自律神経制御の開発・統合拡張と実用化

集中治療医学の循環管理は、患者生命予後を直ちに決する重責を担う。高度な技術や豊富な経験を要し、医師の身体的心理的ストレスは大きい。本研究では、集中治療医学を支援する自動治療システムの開発を目指す。自動循環管理システムプロトタイプでは、患者の循環動態を計測して人工知能に送り、循環系モデルを用いて観測不可能な内部3特性を定量化(=自動診断)、独自アルゴリズムで治療命令信号を計算し、ポンプ外部制御で4薬剤(強心剤・血管拡張薬・輸液・利尿剤)を同時に投与して、循環系の全体を目標値に制御した。この多重安全システムについて、1-1.人工知能による安全装置の開発(各種エラーに自動対応)、1-2.人工知能による適応制御治療システム(患者病態変化に応じて治療を調節する)、1-3.人工知能による病態監視システム(患者病態変化を監視し薬物医療の限界を判断)、シミュレーションなどを用いて、実用に耐えるように検討した。一方、循環器疾患や生活習慣病などの各種疾患では、自律神経異常(例えば、交感神経の過緊張、迷走神経の過抑制)が病勢を増悪させることがある点に着目し、自律神経を電気刺激してこの神経異常を是正する実験的治療について、検討した。この電気的な神経医療の治療候補を探索する手段として、電気的刺激を代替する遺伝学的な神経操作について検討した。小動物において、遺伝学的な神経操作を行った結果、実際に神経活動を変化させたり、あるいは逆に、神経活動を、低下させたり消失させたりできることが解明した。この実験結果より、遺伝学的な神経操作は、電気的な神経刺激を代替し得ることが示唆された。高血圧モデル動物に対する腎臓交感神経操作実験の結果、腎臓交感神経の緊張が高血圧病態深く関与することが分かってきた。本研究では、遺伝学的な神経操作の開発が、最大の難関であるが、それについて進展があり、実際に動物神経を操作できるようになってきた。遺伝学的な神経操作の開発をさらに発展させ、他項目とともに、総合的に検討する。特に医療過疎地では、専門医の不足や過労を背景とした医療過誤が社会問題となっている。研究チームの、自動循環管理システムプロトタイプでは、患者の循環動態を計測して人工知能に送り、循環系モデルを用いて観測不可能な内部3特性を定量化(=自動診断)、独自アルゴリズムで治療命令信号を計算し、ポンプ外部制御で4薬剤(強心剤・血管拡張薬・輸液・利尿剤)を同時に投与して、循環系の全体を目標値に制御した。この多重安全システムについて検討した。一方、心不全などの各種疾患では、自律神経異常(例えば、交感神経の過緊張、迷走神経の過抑制)が病勢を増悪させることがある点に着目し、自律神経を電気刺激してこの神経異常を是正する実験的治療について、検討した。小動物において、遺伝学的な神経操作を行い、実際に神経活動が変化するかどうかを、神経活動の実測や推定によって検討した結果、この遺伝学的な神経操作は、実際に神経活動を変化させることが判明した。この実験結果よりお、遺伝学的な神経操作は、電気的な神経刺激を代替し得ることが示唆された。遺伝学的な神経操作が、電気的神経刺激を代替し得る点について、これを支持する結果が得られたため。計画の通りに、進める。
ＶＵＶ表面活性化接合

VUV照射によってプラスチック表面を化学活性化し、活性化面同士を圧着するだけでプラスチック部品を接合するVUV表面活性化接合に関する研究を行った。オレフィン系高分子を中心に、VUV励起表面光化学反応過程について考察し、さらに、有機-無機接合へと展開した。無機材料表面にアルキル自己集積化単分子膜(オレフィン系高分子材料とほぼ同じ化学構造を有する)を被覆し、その表面をVUV活性化することで、無機ガラス-高分子、金属-高分子の接合に成功した。また、初期計画外の成果ではあるが、無電解めっき触媒吸着・酸化グラフェンの光還元という、VUV光を用いた新たな材料表面処理プロセスを開拓した。無酸素環境から高酸素環境下で、試料にVUVを照射できる環境制御型照射装置が完成した。本装置を用いることで、VUV照射表面改質実験の自由度が格段に広がり、酸素分圧・照射距離によって変化する反応過程を往古とで、酸素増感効果を定量的に評価できるようになった。この試作装置を用いて、高分子材料表面のVUV改質反応に関する基礎的データの収集を開始し、反応メカニズムの解明につながるいくつかの知見を得た。例えば、オレフィン系のポリマーは高真空環境では、VUV照射してもほとんど改質されないが、極わずかに水素脱離が起こり炭素ー炭素二重結合が形成されること、空気中のような酸素分圧の高い状況では、特に強く改質されている層の深さは100nm程度であること、などをあきらかにすることができた。昨年度の研究によって、銅とシクロオレフィンポリマーの光活性化接合の可能性を見いだしており、本年度は、この系での接合研究をさらに進めた。銅/シクロオレフィンポリマー接合体には、三つの界面、銅と酸化銅,酸化銅と有機単分子膜,有機単分子膜とポリマー、が存在するが、それぞれの界面接合強度を最適化する(表面処理条件の最適化によって)ことで、ポリマーシートと銅の接合を達成した。シクロオレフィンポリマーシートを部分的に銅版に接合し引っ張り剥離試験を行ったが、接合部は剥離せずにポリマーシート自体が破断した。接合強度がポリマーの破壊強度よりも高いことを示しており、接合強度という観点では技術的にほぼ完成したと言える。無酸素環境(高真空下)高酸素分圧環境(酸素濃度100%の大気圧環境)でVUV照射が可能なシステムを試作した。まず、実験に必要なスペックを満たす仕様設計を行い、それに基づき装置類・部品類を発注した。組立調整を行い、システムが計画通りに動作することを確認した。高分子表面でのVUV励起表面反応を正しく理解するために、酸素分圧・照射距離によって変化する反応過程(酸素による反応促進効果の強弱)を十分に制御した実験結果に基づき考察することが、必要不可欠であるが、本システムの試作により初めて可能になった。実際に、これまでに豊富なデータ蓄積があるCOPを中心に、高真空環境下では極性官能基が生成せず、表面から内層にかけて水素脱離による二重結合が形成されること、酸素環境ではまず-OHが形成された後-COOH基が生成されることを明らかにした。フッ素系ポリマーについても、VUV励起反応による表面改質の可能性を検討したが、フッ素系ポリマーは、真空紫外光に対する反応活性が極めて低い-事実上反応しないことが判明した。さらに、銅とCOPの異種接合について予備検討を行ったところ、銅と有機単分子膜の接合強度が支配要因であることがわかり、ここの接合強度を強化することで、銅-COP接合が実現する可能性を見いだした。真空紫外(Vacuum Ultra Violet)光による、高分子材料および有機分子薄膜の表面改質および表面改質による接合支援の研究を行った。シクロオレフィンポリマー(COP)をVUV表面改質(表面活性化)することで、接着剤フリーの低温・低圧接合を実現し、無機材料とCOPのVUV表面活性化接合へと展開した。以下に、具体的な研究成果について述べる。1)VUV表面改質は、照射雰囲気の酸素濃度に強く依存するため、無酸素環境から純酸素環境下で試料をVUV照射できる環境制御型VUV照射装置を試作し、本装置を用いて高分子材料表面のVUV改質反応過程に関する基礎データを収集した。2)無機物の表面をアルキル自己集積化単分子膜( SAM)で被覆し、SAM表面をVUV表面活性化することで、無機物と有機ポリマーの接合が可能になることを実証した。無機物の表面を極薄有機被覆し表面活性化することで、バルクは無機材料であるが最表面はVUV活性化した有機分子という状況を設定することで、有機-無機VUV活性化接合を実現した。具体的には、銅・アルミニウム・石英ガラスとCOPを接合した。3)VUV表面活性化を接合以外へとも展開させることができた。一つは、活性化表面への無電解めっき技術の開発である。

VUV活性化したCOP表面はパラジウム塩を還元する機能を有し、パラジウム塩水溶液に浸漬するだけで無電解めっき触媒がCOP表面に固着することを見出した。今一つの成果は、プラスチック表面への耐有機溶剤性無機薄膜の被覆である。VUV活性化COP表面は有機シラン分子の吸着能が高く、環状シロキサン分子の蒸気にCOP基板をさらすだけで、COPのキシレンへの溶解をブロックする被覆を形成できることがわかった。4)無酸素環境でVUV照射による試料表面からの酸素脱離現象を見出し、これまでの酸化表面処理に加え還元処理に道を開いた。26年度が最終年度であるため、記入しない。表面工学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究を計画するにあたって、1)VUV照射による高分子材料表面改質において、反応過程を詳細に解析し反応過程に関する理解を深めること2)接合メカニズムを解明し、接合強度を支配する要因をあきらかにすること3)光表面活性化接合を、無機材料とポリマーの異種材料接合へと展開することを最重要研究項目とした。実際に、銅とオレフィン系ポリマーの接合成功しており、異種材料接合という、当初目標を達成した。石英ガラスとポリマーの接合にはすでに成功していたが、実用的な有用性という観点から、銅との接合に挑戦した。銅表面へ有効に機能する接合補助単分子膜形成は難しいであろうと、研究開始当初は考えていたが、界面状態を精密に解析していくことで、接合の弱点がどこにあるかをつきとめ、銅とシクロオレフィンポリマーの接合に成功した。一方、VUV表面改質過程の解析と接合メカニズムの解明に関しては、環境制御型VUV照射装置を作製し、制御性の高い実験を行えるようになった。順調にデータを集積している途中である。これまでに、いくつかの基本的な知見を得ており、反応過程/接合メカニズム解析に重要な寄与があった。ただし、取得すべきデータは相当量にのぼるため、まだ十分に解析しつくしたとは言えない状況にある。照射環境を高度に制御できるVUV照射システムを試作し、本システムが計画通りに動作し、必要な実験が行えることを確認した。実際に、反応過程を調べることのできたポリマーはCOP,フッ素系ポリマー,ポリエチレンの3種だけであるが、環境の変化と高分子種の違いによる反応性の違いを明らかにすることができた。また、銅とCOPの異種接合の予備実験を行い、接合強度の最も弱い場所が明確になった。異種接合実現のための、研究指針を得ることができた。本年度は、昨年度作製した環境制御型VUV照射装置を用い、精密に制御された環境下でのVUV表面改質実験を継続する。反応メカニズム・接合メカニズム解明につながる基礎データを収集し、反応解析にめどをつける。昨年度までの研究で、銅とオレフィン系ポリマーの接合はほぼ完了した。本年度は、1)産業界からの要望のあるアルミニウムとシクロオレフィンポリマーの接合2)シクロオレフィン以外のポリマーとの接合を中心に研究を進める。また、研究計画の最終年度にあたるため、研究成果のとりまとめを行い、今後の研究開発指針をさだめる。研究成果の外部発表・知的財産権の取得に力を入れる。作製した環境制御
乾性沈着表面抵抗の定量法の開発

乾性沈着表面抵抗は、大気汚染モデルの入力データとして重要である。矩形パルスによる撹拌チャンバー実験により、二酸化硫黄とアルデヒド類の粒子試料(粘土鉱物など)への乾性沈着表面抵抗を異なる湿度下で決定した。その値は吸着と区別され、粒子試料の吸湿特性に依存した。アルデヒド類の水和(ジオール生成)反応の活性化自由エネルギー変化を水クラスターモデルにより計算した。計算値と実験値のよい相関を用いて、実験値のないアルデヒドの水和反応速度定数を推算した。大気質モデルで現在用いられる乾性沈着表面抵抗は、水への溶解性と水中の酸化力を指標としたスケーリング係数により評価され、大気成分の反応性や沈着表面の特性を十分に反映していない。本研究は、沈着表面抵抗のスケーリング係数の決定方法を提案して大気質モデルの改良に資することを目的とする。具体的には、アルデヒド類について、水、土壌成分等に対する沈着表面抵抗を室内実験で観察すると共に、関連物性データ等の観察と水表面反応の理論計算を行い、沈着表面抵抗と関連物性データ等の相関を明らかにし、スケーリング係数決定方法を提案する。開始年度である本年度は、以下の成果を得た。・磁気浮遊天秤とミラー式露点計を用いて、粘土鉱物試料等に対する吸湿等温線を重量法により観察した。相対湿度が80%以上では吸湿量が急増し、試料粉末間への水の凝集が粉末表面と細孔への吸着以外に起きること、試料表面・細孔・間隙の水を区別した実験条件の設定と解析が必要であることがわかった。・沈着表面抵抗を測定するためにストリッピング法実験装置を整備した。測定セルの撹拌翼の動力として磁気シールモーターを導入し、二酸化硫黄を用いて完全混合条件を調べた。ブロードバンドキャビティーリングダウン法によるホルムアルデヒドの測定装置の調整をほぼ終えた。また、ベンズアルデヒド等の観察のため自動切換6方バルブとGC-FIDからなる測定システムを導入した。・二相フロー実験装置の気相成分観察用多重反射セルとFTIRの光学系を再調整し、アセトアルデヒドの水への物質移動係数測定の高感度化を行った。・アルデヒド類の水和反応について、複数の水分子が触媒として働く水クラスター反応モデルを構築し、水和反応の活性化自由エネルギーの傾向を合理的に再現した。さらに構築したモデルを用いて、文献値がないアルデヒド類の水和反応速度を初めて決定した。大気質モデルの沈着表面抵抗は、水への溶解性等を指標としたスケーリング係数を用いて推定されている。本研究は、アルデヒド類のスケーリング係数の改良方法を提案して大気質モデルの改良に資することを目的とする。撹拌装置に試料を矩形パルス状に導入し、その応答を観察して試料の土壌成分等への沈着表面抵抗を吸着と分離して解析した。二酸化硫黄(スケーリング係数の基準物質)を試料とした場合、装置壁面における消失が無視できないが、壁面水膜への吸収と気相濃度の1次に比例する消失反応を仮定して実験データを再現できることがわかった。また、アセトアルデヒドの土壌成分への沈着表面抵抗を吸着と分離して相対湿度40-90%下で観察した。有意な沈着はなく、吸着挙動のみが観察され、吸着量は土壌成分の水分量と比例しない。二相フロー法でアセトアルデヒドの水表面への物質移動速度を測定し、土壌成分の水分量を用いて、上記吸着挙動の速度と比較した。水クラスターからなるアルデヒドの水和反応(gem-ジオール生成反応)モデルを構築した。ジオール生成を導くアルデヒドへの水素移動反応は、水分子の配向に依存し、段階的または協奏的反応の2つの異なるモデルで記述される。アルデヒド類の水和反応の活性化エネルギー及びジオール生成自由エネルギーに対して、いずれのモデルも計算と実験値の間に0.99以上の相関係数をもつ線形関係が成立した。この関係を用いて、実験値のないアルデヒド類の水和反応の活性化エネルギーを得た。さらに、気液界面(水表面)とバルク水(水中)の反応性を比較した結果、上記水素移動反応は協奏的機構よりも段階的機構が優先し、また水表面の反応性がバルク水よりも高いことを見出した。アルデヒド類の水和反応性は、水表面での水の配向性に大きく依存し、水表面での反応性がバルク水より卓越する機構は、関連するH3O+の結合角の小さな変化により説明できた。大気質モデルの沈着表面抵抗は、水への溶解性等のみを指標としたスケーリング係数を用いて推定されている。本年度は、以下の成果を得た。・スケーリング係数の基準物質の二酸化硫黄について、ストリッピング法により土壌成分への沈着を吸着と分離して相対湿度20-90%の範囲で観察した。また、重量法により土壌成分の吸湿等温線を測定した。

pF値が47の比較的乾燥した地表面に相当する実験条件下、吸着平衡定数は吸湿等温線から推定した水分量と土壌pHを考慮した有効ヘンリー定数の積に比例するが、沈着速度(表面抵抗の逆数)は比例しないことがわかった。・アルデヒドと7分子の水クラスターからなる水和反応モデルを構築した。ジオール生成を導くアルデヒドへの水素移動反応は、水分子の配向に依存し、段階的または協奏的反応の2つの異なるモデルで記述される。水素移動に直接関与する水分子の数は、協奏反応モデルでは3分子、H3O+イオン反応中間体を経由する段階的反応モデルでは35分子である。CH3CHO、H2CO及びCCl3CHOの水和反応の活性化自由エネルギーΔG‡(298K)及びジオール生成自由エネルギーΔG(298K)に対して、いずれのモデルも計算値と実験値の間に0.99以上の相関係数をもつ線形関係が成立することがわかった。この関係を用いてCF3CHOとC2F5CHOの水溶液中でのΔG‡及びΔG値を推算することができた。・二相フロー法により、アセトアルデヒドの水表面への物質移動係数を多重反射セル-FTIRを用いて測定した。アセトアルデヒドの水表面への物質移動係数の気相及び液相攪拌の依存性を測定し、気相境膜と液相境膜がともにゼロになるよう制御した時のアセトアルデヒドの水表面への物質移動係数を得た。理論計算に関しては、おおむね順調に進展している。一方、室内実験に関しては、実験装置の整備に時間がかかったためやや遅れているが、実験装置の整備をほぼ終えて次年度以降本格的に観察データを蓄積する準備が整った。25年度が最終年度であるため、記入しない。理論計算に関しては概ね計画通りに進展している。一方、室内実験に関しては予想していたよりも実験の再現性の確認等に時間がかかったためやや遅れている。ホルムアルデヒド等の大気濃度が高いアルデヒド類から観察データを蓄積する。アルデヒド類の沈着表面抵抗に密接に関係すると予想している水和反応を中心にして、沈着表面抵抗や物性データを観察した室内実験結果と水和反応の理論計算結果について、研究者間で活発に議論し、その結果を室内実験や理論計算の計画に柔軟に反映させる。グリオキサール、ホルムアルデヒドやフッ素化アルデヒド等について沈着表面抵抗の室内実験による観察データを蓄積する。また、関連物性データ(吸着平衡定数、ヘンリー定数)や表面水への物質移動係数等を測定すると共に、理論計算によりバルク内反応と界面反応の比較を行う。これら研究担当者各人の成果を共有することにより、沈着表面抵抗と関連物性データ等の相関(沈着表面抵抗のスケーリング係数に関わる相関)を明らかにし、スケーリング係数の改良方法を提案すると共に、アルデヒド類の大気中変換過程を見直すことを目指す。
ヤドカリに探る無脊椎動物の個体識別能力

年度を通じて産前産後休暇及び育児休暇を取得していたため、研究活動を実施していない。平成30年度は産前産後休暇及び育児休暇を取得し、研究活動を実施していなかったため平成31年度は一昨年に収集したデータの解析及び英語論文執筆に努めるとともに、実験補助員を雇用し、別途実験データの収集を再開する。本研究は、複数種のヤドカリを対象として(i)特定の相手に対する個体識別がいつ/なぜ失われるのか、(ii)相互作用の強度が異なる複数のプロセスでは確立/忘却速度が異なるのか、という2つの課題に取り組み、本分類群を認知能力研究の新たなモデル生物として提案することを目的としている。2017年度は、まずテナガホンヤドカリを対象として(i)に取り組んだ。相互作用の強度が高いメスをめぐるオス間闘争において、本種の劣位オスは特定の優位オスを少なくとも1時間識別できるため、この期間内に一部の優位オスの大鋏脚を実験的に欠損させ、劣位オスと再遭遇させた。なお、大鋏脚は識別の指標となる可能性が高く、また個体の強さを決定づける重要な形質である。劣位オスが対照群よりも欠損群の優位オスに大して積極に闘争したことから、本種の劣位オスは個体識別が継続している期間内であっても、再遭遇時の相手の状況に応じて、素早く相手の強さに関する情報や記憶を破棄・更新することが示唆された。本成果は国内学会で発表されている。また、ホンヤドカリを対象として(ii)の一部に取り組んだ。本年度は、明確な資源の奪い合いではない、強度の低い相互作用である小競り合いに着目し、この相互作用を介して確立された個体識別が忘却されるまで期間を特定するため、30分間の小競り合いの後に、1時間/1日/3日/1週間をおいて各個体を再遭遇させた。本研究は動画データを収集中である。1つのまとまった成果を学会で発表できたものの、研究代表者の都合により、その他のデータ収集・解析及び論文執筆については、当初の計画通りに進められているとは言い難いため。平成30年度は産前産後休暇及び育児休暇を取得し、研究活動を実施していなかったため2018年度は、一身上の都合により研究を一時中断し、2019年度に再開する予定である。研究再開後は、収集したデータのより詳細な解析に努め、2017年度に得られた成果の国際誌への投稿を目指すなど、成果の発表に力を入れていく。平成31年度は一昨年に収集したデータの解析及び英語論文執筆に努めるとともに、実験補助員を雇用し、別途実験データの収集を再開する。2017年度は、研究代表者の一身上の都合により、予定していた学会参加や所属機関外での研究活動を含む研究計画の一部が実施できず、次年度使用額が生じた。2018年度は研究を1年間中断するため、次年度使用額は2019年度に当該年度請求分と合わせて使用する。申請者の産前産後休暇、育児休暇取得のため、平成30年4月2日から31年3月31日まで研究を中断した。このため、次年度使用額が生じた。今年度は物品費の他、論文執筆に伴う英文校閲費、実験補助員への人件費及び旅費などの利用を予定している。
研究開発投資の戦略的効果

本研究では、先発企業と後発企業との間での技術供与交渉問題において、研究開発投資がもたらす効果を検証し、情報の役割、並びに、特許制度の効果を解明することを目的としている。それとともに、交渉ゲーム理論の応用において必要な、理論的ツールの開発と整備をも副次的目的としている。交渉問題の時間的な長期性が存在し、かつ、交渉する企業が全体として、十分に複雑な戦略を含む均衡に到達しうるという前提に立つ基本モデルのぶんせきにおいては、効率改善の可能性が示された。この結果は、繰り返しゲームの理論の結果とパラレルなものであるが、戦略的交渉ゲーム理論において、このような結果自体が生じるような設定がなかったため、知られていなかったものである。このモデルに則しながら、最終年度には、研究開発投資水準の観察可能性という情報の問題と、特許期間の有限性が与える影響について、吟味した。いずれの問題においても、予測された影響をもたらすことが確認されるが、解のパターンが多様となり、一様な答えは必ずしも得られなかった。研究開発投資水準が観察できない場合、交渉結果に及ぼす影響力が減少し、このため自主研究開発インセンティブが殺がれることが確認できる。しかし、状況はシグナリングゲームと共通したものとなるため、予想のパターン次第で複数の均衡が出現してしまう。特許期間の有限性が技術供与インセンティブに与える効果は、やはり予想されるとおりにマイナスとなる。しかし、期間の長さの変化に対してのこのインセンティブは必ずしも単調には変化せず、開発技術の形状によっては、期間の延長が交渉を決裂に導く可能性も認められた。この他、理論と応用の側面では、地球温暖化問題への対処としての、先進国から途上国への温暖化ガス削減投資に関わって、複数の技術保有国と技術先進国とがそれぞれ統一歩調をとって技術移転について交渉する状況を扱うための理論的枠組みの検討を進めている。本研究では、先発企業と後発企業の間でのライセンス交渉問題において、研究開発投資がもたらす効果の検証を通じて、情報の役割、ならびに、特許制度の効果を解明することを目的としている。それとともに、交渉ゲーム理論の応用の上で必要な、理論的ツールの開発と整備をも副次的目的としている。本年度は、これまでの研究経過(その一部は、Bargaining under the Pressure of Burning Moneyというタイトルで、京都シエナシンポジウムの講究録に収められている)においては、特許による既存技術に対する保護が無期限に続く。完全情報の下での定常完全均衡と呼ばれるゲームの解を中心に、ライセンスへの誘因と、交渉を前提とする研究開発への誘因を調べてきたのに対して、不完全情報、有期限のケース、さらに、非定常完全均衡と呼ばれる解のもとでの、上述の諸性質を調べた。とくに、多数の各分野、とりわけ、産業組織論の研究者との研究情報の交換、討議を通じて、非定常完全均衡において、ライセンス交渉機会の存在が、研究開発投資への誘因を増大させるという現象が生じうるという点により重点を置くべきとの示唆を得た。これに基づいて、当初のモデルの改訂を行った結果、完全均衡によって達成できる利得配分の集合の特徴についての解明が進展した。この結果は、′′On the Threat Effect of R&D′′というタイトルの論文として、まとめている。この他、不完全情報のもとでの研究では、交渉用の威嚇の不確実性がもたらす効果についての吟味を、関連文献との比較を交えて、進めている。本研究では、先発企業と後発企業との間での技術供与交渉問題において、研究開発投資がもたらす効果の検証を通じて、情報の役割、ならびに、特許制度の効果を解明することを目的としている。それともに、交渉ゲーム理論の応用において必要な、理論的ツールの開発と整備をも副次的目的としている。

これまでの主たる研究成果は、論文"On the Threat Effect of R&D"にまとめた。そこでは、交渉する企業の問題に対する認識において、交渉問題の時間的な長期性が認められ、かつ、交渉する企業が全体として、十分に複雑な戦略を含む均衡に到達しうるという前提の下での、効率改善の可能性が示される。この結果は、繰り返しゲームの理論の結果とパラレルなものであるが、戦略的交渉ゲーム理論において、このような結果自体が生じるような設定がなかったため、知られていなかったものである。上述の結果を導くための構成要件の一つに、後発企業が交渉力を有するという条件がある。先行する研究結果との比較の上では、多数の潜在的参入企業の存在によって各個が交渉力を欠く状態と、一つの交渉力を有する参入企業が存在するケースとの対比を行う必要に迫られる。この観点からは、事前の段階での、研究開発能力の取得という選択の重要性が認められ、このような段階を含んだ動学的設定の分析への準備を進めている。不確実な観察に基づくケースについての分析については、他分野での関連分析結果との比較を行い、また、関連する理論面では、交渉分析の多人数のケースへの拡張、あるいは、限定合理性に基づく産業組織分析を試みている。本研究では、先発企業と後発企業との間での技術供与交渉問題において、研究開発投資がもたらす効果を検証し、情報の役割、ならびに、特許制度の効果を解明することを目的としている。それともに、交渉ゲーム理論の応用において必要な、理論的ツールの開発と整備をも副次的目的としている。交渉問題の時間的な長期性が存在し、かつ、交渉する企業が全体として、十分に複雑な戦略を含む均衡に到達しうるという前提に立つ基本モデルでのぶんせきにおいては、効率改善の可能性が示された。このモデルに即しながら、最終年度には、研究開発投資水準の観察可能性という情報の問題と、特許期間の有限性が与える影響について、吟味した。いずれの問題においても、予想された影響をもたらすことが確認されるが、解のパターンが多様となり、一様な答えは必ずしも得られなかった。研究開発投資水準が観察できない場合、交渉結果に及ぼす影響力が減少し、このため自主研究開発インセンティブが殺がれることが確認できる。しかし、状況はシグナリングゲームと共通したものとなるため、予想のパターン次第で複数の均衡が出現してしまう。特許期間の有限性が技術供与インセンティブに与える効果は、やはり予想されるとおりにマイナスとなる。しかし、期間の長さの変化に対してこのインセンティブは必ずしも単調には変化せず、開発技術の形状によっては、期間の延長が交渉を決裂に導く可能性も認められた。
新・未活用資料と定量的手法を用いた明治期以降わが国の人口史・疾病史・医学史の分析

平成30年度は,医学教育カリキュラムの現状,帝国大学一覧等資料,住民基本台帳人口要覧等の資料の発掘と収集,基礎的分析を行い,人口動態統計の19061943年分道府県別男女生年年齢別死亡数のデータ入力を行った。また,上記発掘資料を用いて,「日本の臨床医学教育における医師と医学の原像と“執拗低音"“ドイツ医学"と“アメリカ医学"の変容に関する一試論」を執筆し,坂井建雄編『医学教育の歴史ー古今と東西』中の一章として,法政大学出版局より出版された。また,わが国におけるインフルエンザによる健康被害を定量的に論じた論文がSOCIAL SCIENCE DILIMAN誌に掲載され,その内容がJapan Times紙に紹介された。また,(旧)保健所法の制定から地域保健法までの公衆衛生について概説した論文が「公衆衛生」誌に掲載された。さらに,わが国の平均寿命延長に医療・公衆衛生の果たした役割を定量的に検討した論文を執筆し,「人口学研究」誌に投稿した。令和元年度は,人口動態統計毎月概数,大日本私立衛生會雜誌,日本公衆保健協会雑誌,公衆衛生,等の資料の発掘と収集,分析を行い,人口動態統計の18991906年分道府県別男女生年年齢別死亡数のデータ入力を検討する予定である。また,上記発掘資料を用いて,平均寿命延長の年齢構造および死因構造から,わが国の平均寿命延長に医療・公衆衛生の果たした役割を定量的に検討した論文を執筆し,学術誌への投稿・受理を目指す。また,上記発掘資料を用いて,内務省保健衛生調査会設置から日中戦争・第二次大戦下での公衆衛生活動等について検討する。さらに,わが国におけるインフルエンザに対する学童強制接種,任意接種の比較,近年わが国の高齢者インフルエンザ超過死亡と予防接種,投薬,ウイルス循環の役割,出生年コホート別にみたインフルエンザ超過死亡,等について分析を取りまとめる。【資料の発掘と収集,基礎的分析】医学教育カリキュラムの現状1975(昭和50)年度-2007(平成19)年度までのまとめCD版,2013(平成25)年度版,2015(平成27)年度版。〈帝国大学一覧等〉東京大学医学部年報,東京大学医学部一覧,帝国大学一覧等。住民基本台帳人口要覧平成6年平成30年。【データ入力】〈人口動態統計〉男女生年年齢別死亡数,道府県別,19061943年。【超過死亡にみる戦前期日本におけるスペインかぜ世界流行の影響】わが国におけるインフルエンザ,特に1918-20年のいわゆる“スペインかぜ"による健康被害を,超過死亡の比較を通じて定量的に把握した論文をSOCIAL SCIENCE DILIMAN誌に投稿し,平成30年12月に掲載された。また,その内容が令和元年5月にJapan Times紙に紹介された。【日本の臨床医学教育における医師と医学の原像】上記発掘資料を用いて論文を執筆,"日本の臨床医学教育における医師と医学の原像と“執拗低音"“ドイツ医学"と“アメリカ医学"の変容に関する一試論"として,坂井建雄編『医学教育の歴史ー古今と東西』の一章として,法政大学出版局より平成30年3月に出版された。【保健所法から地域保健法へー戦前・戦中・戦後のわが国の公衆衛生の発展】主に「保健所五十年史」等の資料を用いて,1937年制定の(旧)保健所法の制定から地域保健法までの公衆衛生について概説した。【わが国の平均寿命延長の年齢構造と医療・公衆衛生の役割】わが国の平均寿命延長の年齢構造から,平均寿命延長に医療・公衆衛生の果たした役割を定量的に検討した学術論文を執筆し,「わが国の平均寿命延長の年齢構造と医療・公衆衛生の役割ー第4回から第22回生命表よりー」の表題にて,平成30年3月に「人口学研究」誌に投稿した。【資料の発掘と収集,基礎的分析】人口動態統計毎月概数1946(昭和21)年1950(昭和25)年。大日本私立衛生會雜誌1883(明治16)年1923(大正12)年。日本公衆保健協会雑誌1925(大正14)年1946(昭和21)年。公衆衛生1923(大正12)年1948(昭和23)年。【データ入力】〈人口動態統計〉男女生年年齢別死亡数,道府県別,18991906年。【わが国の平均寿命延長の年齢・死因構造と医療・公衆衛生の役割】平均寿命延長の年齢構造および死因構造から,わが国の平均寿命延長に医療・公衆衛生の果たした役割を定量的に検討した学術論文を執筆し,学術誌への投稿・受理を目指す。特に上記発掘資料「人口動態統計毎月概数」を用いて,日中戦争・第二次大戦直後の死亡率低下・平均寿命延長と抗結核薬等の有効な医療技術の普及との関連について検討する。【戦前・戦中・戦後のわが国の公衆衛生の発展】上記発掘資料「大日本私立衛生會雜誌」「日本公衆保健協会雑誌」「公衆衛生」を用いて,1916(大正5)年内務省保健衛生調査会設置から(旧)保健所法制定,日中戦争・第二次大戦下での公衆衛生活動から(新)保健所法へ至る,わが国のわが国の公衆衛生の発展について,“1940年体制"論を踏まえ,従来のGHQ/SCAP中心の議論を再検討する。【わが国におけるインフルエンザに対する学童強制接種,任意接種の比較】

前年度投稿した論文について,受理・掲載を目指す。また,【近年わが国の高齢者インフルエンザ超過死亡と予防接種,投薬,ウイルス循環の役割】【出生年コホート別にみたインフルエンザ超過死亡と予防接種,投薬,ウイルス循環の役割】前年度に行った比較検討を踏まえ,また最新の人口動態統計を加え,分析を取りまとめる。なお適宜,研究順序やテーマの入れ替え・変更を行う予定である。平成27年度は,沖縄県公文書館資料,国立国会図書館資料等の資料の発掘と収集,基礎的分析を行い,帝国人口動態統計,琉球統計年鑑,沖縄県公文書館資料による人口動態調査報告,沖縄県統計課人口動態調査報告等のデータ入力を行った。それらの資料およびデータを用いて,学術論文「水島府県別生命表における刊行経緯および作製方法の書誌的変遷と『<公刊前>1921-25年分府県別生命表』の作製時期」および「水島府県別生命表における死亡統計届出の正確性に関する認識の変化ー“沖縄=伝統的長寿県"説との関連ー」を執筆,日本医史学雑誌に原著論文として投稿し掲載可とされた。平成28年度は,インフルエンザワクチン需要予測に関する研究,抗インフルエンザ薬の使用状況,全国医学部長病院長会議による医学教育カリキュラムの現状調査,帝国大学一覧等の資料の発掘と収集,基礎的分析を行い,1975(昭和50)年以降現沖縄および全国の男女別生年年齢各歳別死亡数,1899(明治32)年以降第二次大戦前の道府県別男女生年年齢別死亡数等のデータ入力を行う予定である。また,それらの資料およびデータを用いて, 2000(平成12)年以降のわが国のインフルエンザ超過死亡を推計し,予防接種および抗インフルエンザ薬の効果について比較検討を試みる予定である。さらに,「沖縄と全国との平均寿命格差の年齢構造の長期推移ー水島生命表,琉球政府生命表を中心にー」「沖縄における人口統計精度の長期推移ー人口動態統計,国勢調査・住民基本台帳人口の比較ー」「第二次大戦前・戦後の大学等の一覧(「帝国大学一覧」)を活用した医学教育カリキュラムの定量分析ー“ドイツ医学" “アメリカ医学"の変容ー」について研究を行う予定である。【資料の発掘と収集,基礎的分析】〈沖縄県公文書館資料〉琉球政府企画統計局「琉球生命表第1回1959年03月」。〈国立国会図書館資料〉琉球新報1959(昭34)年3月14日朝刊。【データ入力】〈人口動態統計〉1899(明治32)年から1975(昭和50)年にかけての沖縄および全国の男女別生年年齢各歳別死亡数。帝国人口動態統計,琉球統計年鑑,沖縄県公文書館資料による人口動態調査報告,国立国会図書館所蔵の沖縄県統計課人口動態調査報告。【明治期から第二次大戦前および占領期沖縄の生命表と平均寿命延長の年齢・死因構造】上記〈沖縄県公文書館資料〉〈国立国会図書館資料〉を活用し,学術論文「水島府県別生命表における刊行経緯および作製方法の書誌的変遷と『<公刊前>1921-25年分府県別生命表』の作製時期」および「水島府県別生命表における死亡統計届出の正確性に関する認識の変化ー“沖縄=伝統的長寿県"説との関連ー」を執筆,日本医史学雑誌に原著論文として投稿し,表現について若干修正の後掲載可とされた。
耐障害・省電力運用のためのＷｅｂシステム自動再構成方式の開発

Webシステムの耐障害・省電力運用を実現する手段として、Webサービスを提供する仮想マシンをなるべく少ないサーバで稼働させて省電力化を図り、障害が生じた仮想マシンを調査することで障害からの早期復旧を図ることが重要である。このようなWebシステムの運用を実現するため、以下の研究を実施した。(1)サーバのリソース使用量にもとづいて、障害の検知モデルを構築し、リアルタイムで障害を検知する方法を開発した。(2)仮想マシンが使用するサーバリソースにもとづいて、消費電力量を最小化するように、サーバ上の仮想マシンの配置を決定する方法を開発した。平成24年度は、Webシステムの耐障害・省電力運用を実現するため、以下の3項目からなる研究実施計画に沿って研究を遂行した。(1)リソース使用状況を自己回帰モデルにもとづいて予測し、専門家の見積値との乖離を障害の予兆として検出する方式を提案した。Webシステムにおいて、リソース使用量が一時的に増大するスパイクが発生するため、自己回帰モデルを適切に学習できない場合がある。そこで、スパイクを除去して自己回帰モデルを逐次学習する方式を提案した。本方式について国外、国内で1件ずつ研究発表を行った。(2)業務ごとの異常検知を行うため、Webサーバ全体のリソース使用量を、各業務のリソース使用量と各業務へのアクセス数の線形結合によってモデル化した。提案方式では、Webサーバー全体のリソース使用量と各業務へのアクセス数を観測して重回帰分析を適用する。得られる重相関係数が低下したとき、リソース使用量に変化が生じているため、障害の予兆として検知する。(3)耐障害性と省電力を両立するため、仮想化技術を用いてWebシステムを仮想マシンで構成し、ライブマイグレーションによって仮想マシンの配置を動的に変更する手順を策定した。本件について国内で1件の研究発表を行った。しかし、策定した手順については、リソースの使用状況、電力の消費状況についてリアルタイムの監視が必要なだけでなく、配置変更に必要な追加リソースや電力についても考慮する必要があり、人手で手順どおりに運用することは難しい。手順にもとづいて自動で運用する研究については、当初の計画通り平成25年度に行う。平成24年度に開発したサーバリソース使用量の予測手法を用い、平成25年度はデータセンタで稼働する複数の仮想マシン(以下、VM)を動的に再配置する方式を開発した。まず、VM配置最適化に関する既存研究を参考に、VM再配置問題の定式化を行った。従来のVM配置最適化問題と異なる点は、リソース使用量の予測値にもとづいて、サーバを安定稼働させつつ、長期的に消費電力を低減することを目的としている点である。すなわち、VM再配置問題における目的関数は、サーバ運用時における各時間ステップの消費電力の総和となる。このような時系列の関数からなる組合せ最適化問題では、考慮する時間ステップの数に応じて計算量が指数関数的に増大する。そのため、全探索によって実用的な時間内で解を発見することは不可能である。我々は、一般的な方法として、動的計画法や貪欲法の適用を試みたが、前者では依然として膨大な計算時間が必要であり、後者では消費電力を十分に低減する解を求めることができなかった。そこで我々は、計画対象となる複数のサーバとVMをいくつかのグループに分け、グループごとに計画を作成し、統合する方式を開発した。各グループにおける計画作成では、VMを自由に分断してサーバ間を移動できると仮定することで、目的関数の下界値を容易に求められることに着目し、下界値を利用した分枝限定法を開発、実装した。購入したサーバを用いて、サーバ稼働に必要な消費電力量を計測し、開発した方式を評価するためのシミュレーションモデルを構築した。シミュレーションの結果、実用的な時間内で、貪欲法よりも消費電力を10%抑えた計画を作成するできることを確認した。本プロジェクトでは、Webシステムのサーバ上で稼働する仮想マシンの配置を、耐障害・省電力運用を実現できるよう最適化することを目的としている。平成25年度は、負荷の予測にもとづく仮想マシン配置問題を、ビンパッキング問題の拡張として定式化し、配置を最適化するアルゴリズムを開発した。しかし、サーバが100台以上存在するような規模では、配置決定にかかる計算時間が膨大であるため、負荷の変化に追従して配置変更を行うことができなかった。平成26年度は、仮想マシン配置アルゴリズムの高速化を図るため、以下2点を実施した。(1)高速化のため、探索範囲を限定するパラメータを導入した。消費電力量に対する感度解析にもとづいて、仮想マシン最大移動数、サーバ最大移動数、再配置期間の3種類のパラメータを導入した。(2)過去のWebシステムの稼働データにもとづく協調フィルタリングを用いることで、現在の稼働データに対する適切なパラメータ値を決定する方式を開発した。提案方式により、サーバ100台規模のWebシステムであっても、消費電力量を抑えつつ、数分で仮想マシン配置を決定できるようになった。