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ダニエレ・バルバロ著「透視図法の実際」（１５６９）に関する図形科学的研究

ダニエレ・バルバロ著『透視図法の実際』について、同時代の他技法書との比較によりバルバロの独自性を明らかにすること、およびパート4の中で描かれた舞台背景作成に関する図を図形科学的に明らかにすることを目的とした。その結果、ピエロ・デッラ・フランチェスカの図と類似図が多数みられるものの、それ以外の図も多数あることを指摘した。また、後者については、立体的な図を回転させることにより、バルバロの図の誤りを指摘した。24年度には、23年度にディジタル・データに変換し、ファイルしたダニエレ・バルバロ著「透視図法の実際」パート2の図版について、画像処理ソフト(新規購入)を使い画像の調整を行い、透視図法の技法書ピエロ・デッラ・フランチェスカ著「絵画の遠近法」(G. Nicco-Fasola編、1984)等との比較を行い、建築学会九州支部研究報告会で発表した。その他、パート2について現代イタリア語への変換を行い、日本語抄訳については作成中である。パート2はocchio(視点)、termine(画面)などのほか、linea horizontale (水平線)、perfetto (基準となる正方形)、quadro digradato (短縮された正方形)などの透視図法の構成要素が文字と図で明示されていた。また、平面図形の透視図表現、簡易立体の透視図表現について詳述され、3次元の実空間、2次元の透視図との関連についてのバルバロの基本的考え方が整理されている。2012年9月にはイタリア北部へ現地調査に赴いた、ルネサンス時代以降の劇場建築として、サッビオネータの劇場、パルマの劇場の現地調査を行った。それにより、1400年代末からの劇場舞台設計において、観客席、オーケストラ、プロセニアム、水平なステージ、勾配のあるステージ、背後の壁などと関連した設計手法について調査・研究の必要性が生じてきている。また、レオナルド・ダ・ヴィンチ「最後の晩餐」に関し、鑑賞位置による透視図法壁画の歪について確認を行った。ダニエレ・バルバロ著「透視図法の実際」パート1では視点・画面・描かれる対象などの透視図法の構成要素や、平面の分割などの簡単に透視図を描くための手法について(平成23年度)、パート2では平面上の図形を透視図上に描く手法について(平成24年度)書かれている。この2つの章はブルネレスキから150年を経過した出版当時の透視図法に対する認識を示す部分であったが、同時代の類似図版のあるピエロ・デッラ・フランチェスカ著「絵画の遠近法』等と比較し、適切な解説がなされていない部分が多数あることを指摘した。パート4ついては、画像処理ソフトを使い平面的であった舞台背景の作り方に関する図を立体的な画像として表現し、この図を回転させることにより、バルバロの図における不明点を明確にした。また、同時代における奥行きある舞台背景を有する劇場に関するスケッチの収集、分析を行い、必ずしも透視図法に従った厳密なスケッチが描かれていないことを指摘した。また、セバスティアーノ・セルリオ著「建築論」との比較も行い、バルバロの図では舞台前面のレベル差の表現がないことを指摘する他、両者の違いを明確にした(平成24年度)。大きな目的はバルバロの劇場に関する図版の解明であった。ヴィトルヴィオ著、バルバロ翻訳+註「建築十書」(テアトロ・オリンピコを髣髴とさせる図版が挿入)で図版を担当したアンドレア・パッラーディオとの関係から、パッラーディオ設計の建築、当時の劇場の他にローマ時代の劇場について現地調査を3年間実施した。これにより、劇場建築における客席の変化や、舞台と客席のレベル差、水平な舞台に続く勾配のある舞台について確認した。なお、この著書については、パッラーディオとの関連もあるヴィンチェンツォ・スカモッツィのコメントもあり、今回の研究と関連した分析が必要である。23年度には、16世紀イタリア語で書かれたダニエレ・バルバロ著「透視図法の実際」の図版を、高機能のパーソナルコンピュータ(新規購入)に接続したスキャナー(新規購入)で読み込み、ディジタル・データに変換しファイルした。このデータについて、画像処理ソフト(新規購入)を使い画像の調整を行い、当時写本が存在したとされる透視図法の技法書G. Nicco-Fasola編Piero Della Francesca, DE PROSPECTIVA PINGENDI, Casa Editrice Le Lettere, Firenze, 1984(以下フランチェスカ著「絵画の遠近法」)との比較を行い、建築学会九州支部研究報告会で発表した。その他、パート1について現代イタリア語への変換を行い、日本語抄訳については作成中である。

第1部は視点・画面・描かれる対象などの透視図法の構成要素や、平面の分割などの簡単に透視図を描くための手法について書かれており、3次元の実空間、2次元の透視図との関連についてのバルバロの基本的考え方を整理し、さらに奥行きをイリュージョンとして示す舞台空間の構成とのつながりを考察する上で重要な部分として位置付けている。しかし、視点位置・距離の考え方に僅かにそのつながりを示す手掛かりを見出すに止まっている。また、2011年9月、バルバロと関連の深いパッラーディオ設計のヴェネツィアの教会堂、およびヴィチェンツァのテアトロ・オリンピコの現地調査を行った。それにより、後者の劇場における舞台背後の奥行き増築の際のヴィンチェンツォ・スカモッツィが果たした役割について、調査・研究の必要性が生じてきている。その調査・研究の範囲については今後の検討課題とする。ダニエレ・バルバロ著『透視図法の実際』は、先人の技法書からの引用が多く、バルバロ独自の図版を抽出することは目的の一つであった。23年度には同著書とピエロ・デッラ・フランチェスカ著『絵画の遠近法』における、透視図法の基本的事項に関する図版の比較を行い、建築学会九州支部研究報告会(九州支部)において、バルバロがパート1内で用いた34枚の図版の中で、ピエロが第一書で使用した図版との類似が7枚に止まることを報告した。24年度には、パート2について同様の報告を行ったが、類似の図が使用されていても図中に書かれた記号については別の表記が用いられ、図によっては理解しがたいつけ方を行っていることを指摘した。しかし、透視図法の技法書として、内容は有効であると判断できた。23年度に入手したバルバロ翻訳・コメントのヴィトルヴィウス『建築十書』イタリア語訳1567(マンフレッド・タフーリ編1997)については、謝金を使用して全篇をスキャンした。パッラーディオによる挿図の中にテアトロ・オリンピコを思わせる奥行きのある劇場舞台図があり、バルバロによるコメントの読解と併せて有効に使用したい。ただし、性能の良いスキャナーを使用したのだが、綴じたままの大部の書物のスキャンであり、想定外の時間を要してしまったのは、昨年と同様である。実空間調査としてのサッビオネータの劇場、パルマの劇場では、舞台廻りの構成を確認でき、前者ではU字形の観覧席からの写真撮影、後者については撮影禁止であったが、勾配のついたステージにおける傾斜感を体感することができた。バルバロの著書パート4における奥行きのある舞台背景に関する検討には貴重な経験だと認識している。以上が、(2)おおむね順調に進展していると判断した理由である。当初の目的の一つは、ダニエレ・バルバロ著『透視図法の実際』内における挿入図版の整理、および先人の技法書との比較によりバルバロ独自の図版を抽出することであった。そして、23年度には同著書とピエロ・デッラ・フランチェスカ著『絵画の遠近法』における、透視図法の基本的事項に関する図版の比較を行った。この点に関しては、建築学会九州支部研究報告会(九州支部)において、バルバロがパート1内で用いた34枚の図版の中で、ピエロが第一書で使用した図版との類似が7枚に止まることを報告した。図版整理ためには、謝金を使用してバルバロの同著書全篇をスキャンし、比較に大いに有効であった。ただし、性能の良いスキャナーを使用したのだが、綴じたままの大部の書物のスキャンであり、想定外の時間を要してしまった。新たな書物のスキャンを依頼する場合の検討課題である。また、バルバロが翻訳したヴィトルヴィウス
気泡流における界面輸送方程式の開発

気泡流と気泡-スラグ遷移流における界面輸送方程式の開発に関する研究を行った。気泡流の界面輸送方程式の開発に関しては、気泡を一群モデルで取り扱い、界面面積のシンク項である気泡の合一機構としては気泡間のランダムな衝突を、ソース項である気泡の分裂機構としては気泡と乱流渦のランダムな衝突を考え、輸送機構のモデル化を行った。モデル中の気泡-気泡間、気泡-乱流渦間の衝突頻度は気体の分子運動論を基礎に気泡自身による排除容積を考慮に入れて定式化を行った。また、モデル中の気泡合一確率は、気泡間液膜の消失時間と気泡接触時間との関係から、気泡分裂確率は、乱流渦エネルギーと気泡分裂に要するエネルギーとの関係から定式化を行った。モデル計算により、低液流速、低ボイド率域では、気泡合一確率に対し、気泡分裂確率は無視できること、高液流速域では、気泡分裂確率が気泡合一確率より大きくなることを明らかにした。さらに、垂直上昇二相流においては、水頭圧の減少に伴うボイド率の増加が界面輸送の重要なソース項となることを明らかにした。気泡-スラグ遷移流の界面輸送方程式に関しては、気泡を二群モデルで取り扱い、上述の界面積のシンク項、ソース項以外にキャップ型気泡のウェークエントレインメントによる気泡合一等4つの項のモデル化を行った。本モデルの検証は、円管(管内径:25.4mm、50.8mm)内気液二相流データを用いて行い、一群モデルは誤差±9.34%、二群モデルは誤差±2.34%以内で、それぞれ、気泡流、気泡-スラグ流の界面輸送現象を再現できることを示した。データベース構築に関しては、空気-水二相流ループの新設を行い、マイクロチャネル内の局所時間平均ボイド率、界面面積濃度、気泡径の計測を行った。気泡流における界面輸送方程式の開発に関する研究を行った。界面面積のシンク項である気泡の合一機構としては気泡間のランダムな衝突を、ソース項である気泡の分裂機構としては気泡と乱流渦のランダムな衝突を考え、輸送機構のモデル化を行った。モデル中の気泡一気泡間、気泡一乱流渦間の衝突頻度は気体の分子運動論を基礎に気泡自身による排除容積を考慮に入れて定式化を行った。本モデルの検証は、円管(管内径:25.4mm、50.8mm)内気液二相流データを用いて行い、本モデルは誤差6.72%以内でfinely dispersed bubbly flowを含む気泡流界面輸送現象を再現できることを示した。データベース構築に関しては、空気一水二相流ループの新設を行った。本ループにより狭小流路内の局所時間平均ボイド率、界面面積濃度、気相速度、気泡径の計測が可能である。
国際データ解析センター網構想

高エネルネギー実験、原子核実験などに代表される加速器科学は、大型の加速器および検出器を必要とし、大量のデータを扱うのが特徴である。高エネルギー加速器研究機構においても、複数の大型加速器および実験装置を有し、国際協力で研究を行っている。膨大なデータ量のため、以前は、加速器のある研究所に出向いて、計算機システムを利用するしかデータ解析の手段がなかった。しかし、インターネットの発達により多量のデータを各機関に転送することが可能となった。また、近年、パーソナルコンピュータの普及により、安価で強力な計算機システムをそのようなPCをくみ上げることで実現可能となっており、国内外で協力関係にある研究機関にも設置されるようになってきている。そこで、各研究機関においてデータの解析を行うだけではなく、研究グループ全体で必要とするモンテカルロ事象の発生を分担し行い、より精度の高い研究を行う方向に向かっている。本研究においては、地域毎に中心となる解析センターを設け、加速器を有する研究所から実験データを転送して解析する方法、および、地域解析センターで発生させたモンテカルロ事象を転送する方法、および、データのカタログ管理を中心的なテーマとして研究を推進した。様々な製品を調査した結果、San Diego Super Computer Centerの開発したSRBと呼ばれるミドルウエアを採用し、実際に、BELLE実験のデータをインターネット上で共有する試みを行った。単なるデータのコピーではなく、元のファイルの変更と同期可能なレプリケーションも実現したさらに、GRIDにも対応し、GRID認証によってアクセスする方法も実現することが出来た。これらの仕組みを使い、実際にBELLE実験のデータ解析を分散して行う方法の開発を継続している。また、地域解析センターで実行されるアプリケーションの開発についても並行して行い、ベイズ法を用いた粒子同定ソフトウエアの開発や、測定器シミュレータの開発にも成果を収めることが出来た。高エネルギー実験に必要な加速器、検出器、計算機は大掛かりで高価なため、世界中でも、限られた数の実験施設が国際協力で建設されている。これまでは、加速器のある研究所に居なければ実験データの解析が困難であったが、ネットワーク技術の進歩によりそれぞれの国においても解析が行えるようになりつつある。さらに効率よく研究を行うために、それぞれの研究所の持つ実験データをデータベースに貯蔵し、国際的に情報の共有を行うことが本研究の目標である。ハードウェア開発とアプリケーション開発の2班に分かれて研究を実施している。1.ハードウエア開発班計50台のPCから構成される(計100CPU)、PCファームを導入した。.全体が一つのシステムとして利用可能なように、さまざまなミドルウエアを導入し、環境の整備を行っている。バッチジョブを処理するための機構および一元管理の仕組みに関して、開発と研究を行った。高速ファイルアクセスの仕組みとして、高エネルギー加速器研究機構の共通計算機に導入されたHPSSとう階層化ファイルシステム製品をPCから利用するための研究を行った。HPSSのAPIは、複雑なので、より容易にアプリケーションの開発が行えるように、APIのラッパーを開発した。2.アプリケーション開発班オブジェクトデータベースを有効に利用するために必要なソフトウェアの開発を継続している。また、近年注目を集めているGRID技術の適用性の研究を開始した。Globusツールキットというミドルウエアを導入し、本研究に有用なソフトウエアの開発に用いることを検討している。急速に普及しつつあるGRID技術に対応し、必要な環境の整備を行った。GRIDは、もともとは、大規模なスーパーコンピュータ同士を結合し、高並列計算を行うために米国で開発された技術である。しかし、さまざまな分野に急速に適用が進んでおり、計算重視のコンピューティングばかりではなく、データ重視のコンピューティングにおいても、利用されようとしている。ヨーロッパ、アメリカを主導に、インターネットで結合された複数のサイト間で、大規模なデータを扱う、分散コンピューティングを行う研究が進められている。

従来の技術に比べて新しいのは、クロスサイトでのユーザ認証の方式を取り入れた点と、技術を標準化しつつ開発を行っている点である。したがって、新規にシステムを構築する必要はなく、既存の計算機システムに機能を拡張することにより、GRIDに対応可能である。高エネルギー加速器研究機構所有の共通計算機システムには、HPSSと呼ばれるデータストレージ管理ソフトウエアが採用されている。このソフトウエアの一部として提供されている並行転送可能なftp(pftp)のGRID対応を米国ローレンスバークレー国立研究所と共同で行った。本機構と東京大学の間は、国立情報学研究所の提供するSuperSInetと呼ばれる超高速ネットワークで結ばれている。東京大学素粒子国際センターと協力し、2点間で、GRIDを構築し、テストするために必要な環境の構築を行った。東京大学側から、SuperSInet経由で本機構の共通計算機にGRID対応のpftpでデータの転送を行い、ネットワークのバンド幅を使い切るために必要な研究を行った。さまざまなパラメータをチューニングすることにより、最終的に、期待通りの結果を得たので、国際会議Computing in High Energy Physics2003で発表を行った。これと平行し、GRID技術の上に、ファイルシステムを構築すための研究を他の期間と協力してすすめている。加速器科学においては、大量のデータを検出器で収集し、解析を行う。シミュレーションを行い、実験データと比較することで、理論との比較を行う。その際、実験データ以上の事象数を生成し、統計誤差の影響を最小限に抑える必要がある。加速器は、大掛かりな装置で、世界中に限られた数しか存在しないので、国際協力による建設や研究が盛んに行われている。様々な国から、多数の機関が1つの研究グループに参加し、協力して研究が行われる。以前は、加速器のある研究機関に赴き、そこにある計算機などの施設を利用して、データの解析が行われた。しかし、インターネットと計算機の発展により、各機関にいながらにして、データの解析を行うために、十分な環境が整いつつある。我々は、このことに着目し、インターネットに接続された、国際的に分散している複数の機関で協調して、データの解析を行うために必要な仕組みの開発に着手した。同じ頃、GRIDという名称で、同様の概念の分散処理を行うための仕組みが注目され、標準化されることとなったので、その枠組みを利用し、当初の目標を達成する手法の開発を行った。
冪乗型の非線型項を伴う半相対論的方程式の初期値問題と関連する不等式の研究

2015年度は,ゲージ不変性を持たない羃乗型の非線型項を伴った半相対論方程式の初期値問題の時間局所的な可解性に関する研究を行った.保存則を持たずゲージ不変性も無い半相対論的方程式は,保存則を持つ方程式に比べて初期値問題の可解性が悪化する事が,シュレディンガー方程式やクライン・ゴルドン方程式の研究から類推される.ゲージ不変性を持たないシュレディンガー方程式では,優臨界尺度に於ける初期データに対して解が存在しない事が,熱方程式の研究に由来する適当な試験関数列に対する弱方程式の矛盾を指摘する事で証明されている.これに対して,半相対論的方程式は非局所的な作用素である分数階微分の為に,熱方程式に由来する試験関数を用いて,弱方程式の矛盾を指摘する事は出来ない.本研究では,半相対論的方程式を変形し,分数階微分を方程式から分離し,独自に移流方程式の考察から考案した試験関数列に注目する事で,原点に特異性を有する初期値に対応する弱解が存在しない事を示した.空間一次元に於いては,特異性を持つ関数は1/2階よりも高階のソボレフ空間には存在しないので,本研究によって空間一次元に於いては1/2階のソボレフ空間が非線型効果を加味しない場合の冪乗型の非線型項を伴う半相対論的方程式の適切性を与える初期値の境界となっており,半相対論的発展作用素の平滑化効果が一次元に於いては本質的に乏しい事を示した.特に,分数階微分を除去する様に変形した半相対論的方程式に於ても,熱方程式に由来する試験関数列を適用する事は出来ず,移流方程式の研究から独自に考案した試験関数列を応用する事で,既存の手法では扱う事が出来なかった,劣臨界尺度に於ける時間局所可解性を否定した.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。Youngの不等式に関する等式の表現の精密化及び,冪乗型の非線型項を伴った半相対論的方程式の,初期値問題の適切性と初期値の微分可能性との関係を研究している.Youngの不等式に関する等式の表現の精密化に関する研究は, Youngの不等式に対応する等式を具体的に書き下し, Youngの不等式の理解を精密にする事を目的とする研究である. Youngの不等式に関する研究の当初は,整数を指数とするYoungの不等式の誤差を多項式として整理する事を目標としていたが, 2013年度の小澤徹氏との共同研究によりYoungの不等式の誤差に関する積分表示が発見され, Youngの不等式に関する比較的容易で有益な等式が得られた. 2014年度の研究では, Youngの不等式に関する等式の表現の応用し, Youngの不等式によって証明されるHolderの不等式に関する精密な誤差評価を得た.冪乗型の非線型項を伴った半相対論的方程式の初期値問題の適切性の研究は,冪乗型の非線型項を伴う半相対論的方程式の初期値問題の適切性と,初期値のSobolevの意味での微分可能性との関係を明らかにする事を目的とする研究である. 2014年度の研究では,未知函数の共役の自乗を非線型項とする半相対論的方程式の初期値問題の自乗可積分な函数の空間に於ける適切性,適切性が不明であった未知函数と未知函数の共役から成る2次の羃乗型の非線型項と微分可能性の低い初期値とを伴う半相対論的方程式の初期値問題に対する弱い意味での非適切性,エネルギーが保存される3次以下の冪乗型の非線型項を伴う半相対論的方程式の初期値問題のエネルギー空間での適切性,並びに2次以下の未知函数の絶対値の冪乗を非線型項とする,ゲージ不変とはならない半相対論的方程式の初期値問題の時間大域解の非存在に就いて成果を得た.2015年度は,ゲージ不変性を持たない羃乗型の非線型項を伴った半相対論方程式の初期値問題の時間局所的な可解性に関する研究を行った.保存則を持たずゲージ不変性も無い半相対論的方程式は,保存則を持つ方程式に比べて初期値問題の可解性が悪化する事が,シュレディンガー方程式やクライン・ゴルドン方程式の研究から類推される.ゲージ不変性を持たないシュレディンガー方程式では,優臨界尺度に於ける初期データに対して解が存在しない事が,熱方程式の研究に由来する適当な試験関数列に対する弱方程式の矛盾を指摘する事で証明されている.これに対して,半相対論的方程式は非局所的な作用素である分数階微分の為に,熱方程式に由来する試験関数を用いて,弱方程式の矛盾を指摘する事は出来ない.本研究では,半相対論的方程式を変形し,分数階微分を方程式から分離し,独自に移流方程式の考察から考案した試験関数列に注目する事で,原点に特異性を有する初期値に対応する弱解が存在しない事を示した.空間一次元に於いては,特異性を持つ関数は1/2階よりも高階のソボレフ空間には存在しないので,本研究によって空間一次元に於いては1/2階のソボレフ空間が非線型効果を加味しない場合の冪乗型の非線型項を伴う半相対論的方程式の適切性を与える初期値の境界となっており,半相対論的発展作用素の平滑化効果が一次元に於いては本質的に乏しい事を示した.

特に,分数階微分を除去する様に変形した半相対論的方程式に於ても,熱方程式に由来する試験関数列を適用する事は出来ず,移流方程式の研究から独自に考案した試験関数列を応用する事で,既存の手法では扱う事が出来なかった,劣臨界尺度に於ける時間局所可解性を否定した.Youngの不等式に関する等式の表現の精密化及び,冪乗型の非線型項を伴った半相対論的方程式の,初期値問題の適切性と初期値の微分可能性との関係を研究している.Youngの不等式に関する等式の表現の精密化に関する研究は, Youngの不等式に対応する等式を具体的に書き下し, Youngの不等式の理解を精密にする事を目的とする研究である. Youngの不等式に関する研究の当初の目的は, 2013年度の小澤徹氏との共同研究によって達成され, 2014年度の研究によって, 2013年度の研究で得られた等式表現を応用し, Holderの不等式の誤差評価を与える事が出来た.従って, Youngの不等式に関する等式の表現の精密化に関する研究は,当初の計画以上に進展し目的を達成した.冪乗型の非線型項を伴った半相対論的方程式の初期値問題の適切性の研究では, 2014年度に於いて, 2次の冪乗型の非線型項を伴う半相対論的方程式の初期値問題に対する時間局所的な適切性と初期値のSobolevの意味での微分可能性との関係を明らかにする事を目標としていた.2014年度の研究では,未知函数と未知函数の共役から成る2次の冪乗型の非線型項に対して,初期値問題が時間局所的に適切となる初期値の微分可能性と解作用素の初期値に対する滑らかさが失われるという意味で初期値問題が非適切となる初期値の微分可能性との境界を発見する事が出来た.初期値問題が適切となる初期値の微分可能性が,弱い意味ではあるが明確になった為, 2014年度の研究目標は概ね達成された.加えて, 2次以外の冪乗型の非線形項に対しても特定の条件下で初期値問題の適切性や時間大域解の非存在に関する成果を上げる事が出来た.上記の様にいずれの研究においても当初の計画を概ね達成した.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。2015年度の研究では,冪乗型の非線型項を伴った半相対論的方程式の初期値問題の適切性の研究を進める. 2014年度の研究では,空間1次元に於ける未知函数と未知函数の共役から成る2次の非線型項を伴う半相対論的方程式の初期値問題に関して, Soboevの意味での微分可能性が乏しい初期値に対して,解作用素の初期値に対する滑らかさが失われる事が判明した. 2015年度の研究では,解作用素の滑らかさが失われる弱い意味での初期値問題の非適切性を踏まえ,半相対論的方程式の初期値問題の非適切性を更に詳しく研究する.初期値問題の非適切性に関しては,解作用素の滑らかさが失われるという弱い非適切性に対して,解作用素の初期値に対する連続性が失われる,又は時間局所的な弱解が存在しないというより強い意味での非適切性が知られている.最近の戌亥隆恭氏の研究では,一般の空間次元に於ける未知函数の絶対値の冪乗を非線型項とする半相対論的方程式の初期値問題に対して,尺度変換の意味で優臨界の状況に於いて,時間局所的な弱解が存在しない事が示された.戌亥隆恭氏の結果は, 2014年度の本研究で考案した半相対論的方程式の変形を用いるもので, 2014年度の本研究で得られた弱い意味での初期値問題の非適切性の意味を強める結果である.戌亥隆恭氏の成果は尺度変換の意味で自然な結果ではあるが,尺度変換の意味で劣臨界の場合でも,未知函数の絶対値の冪乗を非線型項とする半相対論的方程式の初期値問題の時間局所的な可解性は不明であり,上述の弱い意味での非適切性のみが判明している.2015年度の研究に於いては,戌亥隆恭氏の成果を踏まえ,弱い意味での非適切性のみが判明している冪乗型の非線型項を伴う半相対論的方程式の初期値問題に対して,より強い意味での非適切性が得られるかを特に研究する.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
低エネルギー損失に向けた炭化ケイ素トランジスタの絶縁膜／炭化ケイ素界面の高品質化

低損失SiC MOSFETの実現に向けて、伝導帯端近傍の界面準位の低減、および、正確な界面特性の評価方法の確立が重要である。そこで、本研究ではAl/Al2O3/SiCゲートスタック構造を持つMOSキャパシタを作製し、C-V法およびコンダクタンス法を用いて、MOS界面特性を詳細に調べた。また、Si MOS界面特性評価は、既に精錬された技術となっていることから、同じ金属/絶縁膜構造を有するSi MOSキャパシタと比較することによって、評価の妥当性、SiC MOS界面の特異性を調べた。また、伝導帯端の界面特性を正確に評価するために、測定温度を変化させ、多数キャリアと界面準位の応答時間を変化させた。SiC MOSキャパシタでは、Si MOSキャパシタと比較して、非常に多量の遅い準位および界面準位が存在することが明らかとなった。一方、コンダクタンスカーブの周波数軸方向への広がりが、SiC MOSでは、Si MOSよりも小さかった。このコンダクタンスカーブの広がりの大きさは、界面に存在する電荷量に対応する。そのため、実験結果から、SiC MOS界面の界面電荷量は、Si MOSと比較して小さいことになる。この結果を説明するためには、Si MOS界面には、遅い準位と界面準位に比較して、多量の固定電荷を考える必要があり、一般的なSi MOS界面の性質からは考え難い。更に、SiC MOSキャパシタとSi MOSキャパシタの伝導帯端近傍に存在する界面準位の性質が異なることが明らかとなった。Si MOSでは、伝導帯端近傍にアクセプタ型の界面準位が存在した。この結果は、一般的なSi MOS界面の性質と一致する。一方で、SiC MOS界面では、ドナー型の界面準位存在することが明らかとなった。この結果は、SiO2/SiC界面における界面準位の性質とも異なる。今後、これらの結果が、本質的に基板材料に起因しているかどうかを明らかにすることが重要であると考えられる。SiC MOS界面の特性を把握するために、次に示すプロセスによって、MOSキャパシタを作製した。そのMOSキャパシタの電気特性を、C-V法およびコンダクタンス法によって、詳細に界面特性を評価した。SiC基板上に原子層堆積法によって、Al2O3を堆積した。また、比較用に、Si基板も用いた。その後、400-800°Cで熱処理を行った。これらの試料にAlゲート電極を形成し、MOSキャパシタを作製した。また、注目すべきは、コンダクタンスカーブの周波数軸方向への広がりが、SiC MOSでは、Si MOSよりも小さいことである。これを説明するためには、Si MOS界面には、遅い準位と界面準位に比較して、多量の固定電荷を考える必要があり、一般的なSi MOS界面の性質からは考え難い。また、SiC MOSキャパシタとSi MOSキャパシタの界面に存在する界面準位の性質が異なることが明らかとなった。

この結果は、一般的なSi MOS界面の性質と一致する。一方で、SiC MOS界面では、ドナー型の界面準位存在することが明らかとなった。これらの違いが、本質的に基板材料に起因しているかどうかを明らかにすることが重要であると考えられる。これについては、次年度以降の課題としたい。研究計画においては、SiC単結晶の結晶性(モザイク度)の定量化を本年度に行うことにしていたが、近年のSiC基板の品質が向上いるため、結晶評価よりも、MOS界面評価を優先的に行った。SiC MOS界面評価においては、まず、SiC MOSに適した評価方法の確立を目指した。学会発表にまで至っていないが、SiC MOSでは、室温付近において、高周波C-Vカーブを取得することが非常に困難であることが見いだせている。このことは、室温付近のC-Vを使ったTerman法では、界面準位密度を正確に見積もることができないことを示している。また、表面ポテンシャル揺らぎについても、SiC MOSキャパシタでは、Si MOSキャパシタとことなる傾向が見られており、非常に興味深い結果が出始めている。引き続き、SiC MOS界面の評価方法の確立および詳細評価を中心に研究を行う。また、絶縁膜の種類または、界面構造の異なる絶縁膜/SiC界面を形成し、その電気的特性、化学結合状態および界面構造をXPSおよびTEMを用いて評価する。さらに、コンダクタンス法によって、界面準位の性質を明らかにし、表面ポテンシャル揺らぎから全電荷量密度を求め、界面構造が界面特性に与える影響について詳細に調べる。これらの解析を通してSiC MOS界面に適した界面構造を明らかにする。繰り越し金および本年度の予算で、高性能LCRメータを購入し、MOS界面評価の精度を向上させる。また、様々なSiC MOS界面構造を形成するために、SiC基板を購入する。さらに、研究を加速するために、外部機関によって、TEM観察、MOSFET作製のためのイオン注入を行う。
知的障害児の運動能力改善・向上プログラムの開発

平成30年度は、前年度の結果を踏まえて修正した知的障害児を対象とした体力テスト用いてを運動能力の測定を行なった。実施に困難を抱える児童が頻発した種目の修正を行い改善が見られた。特別支援学校の教員と複数回の協議を行い測定において工夫すべきポイントを明確にして修正を行なった。具体的な進捗状況としては、昨年度に引き続いて、研究への参加に同意の得られた千葉県内の特別支援学校の知的障害を有する児童30名を対象に、修正したテスト項目を用いて運動能力の測定を実施した。特別支援学校内で測定を実施し、測定中の状況(実施の可否や達成度など)をビデオカメラで録画した。テスト項目ごとに実際の測定値を記録し、測定の可否を3名の専門家で判定した。その結果、困難であったテスト項目において児童の達成度の改善が確認された。これらの結果を踏まえて、知的障害児を対象とした体力テストを作成した。今年度の主な学術的な成果としては、知的障害を有する児童を対象に、児童の実態に合わせてテスト項目の修正を行なったことである。今後は測定で得られた結果を学会において発表し意見交換を行う予定である。昨年度に引き続き、調査実施先の特別支援学校教員と調査結果を共有し教育改善に役立てる方法について討議していく。テストの難易度を児童の実態に合わせるために想定以上の時間を要することとなった。そのため、進捗状況としては「やや遅れている」状況である。今後の研究推進方策としては、改善された運動能力テストを用いて児童の運動能力を測定していく。実験の結果が得られ次第、国内外の学術学会で発表と論文化を行い広く社会に公表していく予定である。平成28年度は知的障害児の運動能力を測定するテストを作成するために、健常な児童生徒の測定に用いられている「新体力テスト」のテスト項目が知的障害児の運動能力をどの程度測定できるのかを検討することとした。具体的な進捗状況は、同意の得られた千葉県内の特別支援学校の知的障害を有する児童30名を対象に「新体力テスト」を用いて運動能力の測定を実施した。特別支援学校内で計測を実施し、計測中の状況をビデオカメラを用いて録画した。テスト項目ごとに実際の計測値を記録し、計測の可否を3名の専門家で判定した。その結果、テスト項目ごとに測定の困難さが異なった。具体的には、握力や50m走などの動作が比較的単調な種目においては比較的測定が簡易に行えるものの、シャトルランや反復横跳といった移動と反復を要求されるテスト項目において測定が困難となる可能性が示された。実際の指導現場で簡易に使用できる測定方法を考案するため、特別支援学校の教員と協議を行い測定において工夫すべきポイントを検討したところ、計測手法の工夫次第で計測ができる可能性も明らかとなった。今年度の主な学術的な成果としては、知的障害を有する児童を対象に新体力テストの適用可能性を検討したことである。今後は今回の測定で得られた結果を学会において発表し意見交換を行う予定である。加えて調査実施先の特別支援学校教員と調査結果を共有し教育改善に役立てる方法について討議していく。実施予定であった調査を行い研究が進展している。そのため、進捗状況としては「おおむね順調に進展している」状況である。平成29年度は、前年度に実施した知的障害児を対象とした「新体力テスト」の測定結果を踏まえて、従来の測定方法を修正して運動能力の測定を行なった。前年度の結果から、反復横跳び、シャトルラン、立ち幅跳の実施に困難を抱える児童が多く見受けられた。そのため、これらのテスト項目において、児童がどのような困難を抱えているのかを抽出して、テスト項目の修正を行なった。修正の際には、特別支援学校の教員と複数回の協議を行い測定において工夫すべきポイントを検討した。具体的な進捗状況としては、同意の得られた千葉県内の特別支援学校の知的障害を有する児童30名を対象に、修正したテスト項目を用いて運動能力の測定を実施した。特別支援学校内で測定を実施し、測定中の状況をビデオカメラで録画した。その結果、これまで困難であったテスト項目において児童の達成度の改善が確認された。これらの結果を踏まえて、特別支援学校の教員と協議を行い、さらに工夫すべきポイントや課題について検討を加えた。今年度の主な学術的な成果としては、知的障害を有する児童を対象に、児童の実態に合わせたテスト項目の作成を行なったことである。加えて、調査実施先の特別支援学校教員と調査結果を共有し教育改善に役立てる方法について討議していく。

特別支援学校内で測定を実施し、測定中の状況(実施の可否や達成度など)をビデオカメラで録画した。テスト項目ごとに実際の測定値を記録し、測定の可否を3名の専門家で判定した。その結果、困難であったテスト項目において児童の達成度の改善が確認された。これらの結果を踏まえて、知的障害児を対象とした体力テストを作成した。今年度の主な学術的な成果としては、知的障害を有する児童を対象に、児童の実態に合わせてテスト項目の修正を行なったことである。今後は測定で得られた結果を学会において発表し意見交換を行う予定である。昨年度に引き続き、調査実施先の特別支援学校教員と調査結果を共有し教育改善に役立てる方法について討議していく。テストの難易度を児童の実態に合わせるために想定以上の時間を要することとなった。そのため、進捗状況としては「やや遅れている」状況である。今後の研究推進方策としては、予定していた運動能力テストの開発を実施していく。予備調査で得られた測定の改善点に応じた手法を考案して再度特別支援学校で測定を実施する。実験の結果が得られ次第、国内外の学術学会で発表と論文化を行い広く社会に公表していく予定である。今後の研究推進方策としては、改善された運動能力テストを用いて児童の運動能力を測定し妥当性と信頼性を検証していく。今後の研究推進方策としては、改善された運動能力テストを用いて児童の運動能力を測定していく。物品が予定よりも安価に購入できたため。研究の進捗状況を踏まえ、研究成果の発表を次年度としたため、次年度の使用額が生じた。そのため、平成30年度に研究発表のための旅費として使用予定である。そのため、平成31年度に研究発表のための経費として使用予定である。次年度において物品購入費として使用を予定している。
幾何学的フラストレート系の磁気構造とNMR・中性子回折

磁性体の磁気構造の議論に、中性子回折実験と並んで、NMRによる内部磁場解析がしばしば用いられる。これはNMRの古典的な利用法である。しかし、必ずもその方法論が確立している訳ではなく、むしろ個々の物質に対して注意深い検討が必要である。従って、NMRの結果から安易に磁気構造を議論すると中性子回折の結果から導かれたそれと大幅に食い違うことも少なくない。特に幾何学的フラストレート系では様々な異常現象に伴って、隠れたパラメータが存在することが多く、それが食い違いの原因となっていることがある。しかし、その矛盾の原因を深く追求することから、本質的で新しい概念が発見される可能性がある。本研究では、そのような観点からいくつかの幾何学的フラストレート系とその関連物質に対しNMRおよび中性子回折をはじめとする様々な手段を用いて実験を行い、NMRの実験結果の正当な解釈およびフラストレート系化合物の磁気構造の理解を目指した。具体的な測定対象としては、(1)ラーベス相金属間化合物YMn2等、(2)三角格子遷移金属カルコゲナイドBaVS3等、(3)四面体クラスタ遷移金属カルコゲナイドGeV4S8等、(4)その他、を取り上げた。問題点は個々の物質で異なるが、一般的な傾向として、フラストレート系では内部磁場の動的・静的な異方性およびその温度変化が顕著であり、それをNMRの結果の解析の中で正当に取り扱うことがきわめて重要であることがわかった。また、NMR・中性子回折およびその他の実験手段を組み合わせた研究からYMn2やBaVS3等のいくつかのフラストレート系に対し、新たなスピン構造あるいは軌道の構造を提唱した。幾何学的フラストレート系の磁気構造に関する研究でしばしば見られるNMRと中性子回折の不一致を問題点として積極的に取り上げ、NMRおよび中性子回折の実験結果の解釈に正当な根拠を与えることを目的として、いくつかの幾何学的フラストレート系化合物の実験および解釈を行った。(1)ラーベス相YMn_2の磁気構造:YMn_2は長周期のヘリカル磁気秩序を持つことが古くから知られているが、NMRの結果が文献により異なり、その解釈が混乱していた。我々は、その原因が緩和時間の周波数依存性を無視していたことにあることを明らかにし、これまでの全ての実験結果を矛盾なく解釈した。また、関連物質に対するNMRと中性子回折の結果を相補的に用いて、2軸ヘリカル構造の可能性を議論した。これらの結果は、これまで蓄積された結果とともに総括し、複数の論文として公表した。(2)三角格子ペロブスカイトBaVS_3:BaVS_3に対して低温でNMR実験を行うと、(ゼロ磁場で)低周波域にのみ信号が観測される。我々は、当初、中性子磁気散乱が観測されないことを根拠として、スピンー重項基底状態を提唱したが、その後の中性子回折実験により、基底状態で静的長距離磁気秩序があることを示した。しかしながら、今度は、中性子回折結果から示唆されるモデルでNMR共鳴周波数(内部磁場)を説明するのが困難である、という問題に直面しており、その問題を解消するため、関連物質の研究、および、より高度な実験に備えた単結晶の育成を行った。関連物質の研究から、BaVS_3では価数が比較的不安定でサイト分裂(電荷秩序)の可能性も検討する必要があることが示唆された。(3)層状化合物V_5S_8、V_5Se_8の磁気構造:これらの物質もBaVS_3と同様な問題を抱えている。これらの物質ではVの結晶学的サイトが複数存在するという点がNMR信号のサイト同定の曖昧さの原因になっているため、一方のVサイトを別元素で置き換えた系の実験を進めている。NMRは内部磁場の観測を通して、磁気構造に関する情報を与える。しかし、NMRから議論されるパラメータは中性子回折から議論される磁気構造と必ずしも一致しない。

これは観測時間の違いなどの本質的なことが原因になっている場合もあるが、多くの場合NMRの解析で何らかの寄与が無視されているためであり、NMR側の問題である。しかし、一方で、正確な解析を行えば、中性子回折だけでは得られない情報や、より本質的な情報が得られる可能性がある。本年度は、長く研究してきた遍歴電子フラストレート磁性体YMn2のスピンの揺らぎおよび磁気構造に関する研究を総括する論文をいくつか出版した。また、関連するいくつかのラーベス相化合物のNMRを行った。たとえばTiMn2の水素吸蔵合金での強磁性出現や、高圧合成RCo2における自発磁気モーメントの発生に関してである。これらの研究はいずれもNMRが有効に機能した例であり、今後、順次公表される予定である。また、バナジウム硫化物(BaVS3、V5S8等)を中心としたカルコゲナイドの研究を行った。これらの物質ではNMRで観測される共鳴周波数(内部磁場)が中性子回折から見積もられた磁気モーメントに比べて小さいという問題点があったが、強磁性体を含むいくつかの化合物の系統的な研究から、これらの物質では内部磁場の異方性が大きく、等方性磁場と異方性磁場の相殺が見かけの内部磁場を著しく小さくする可能性があることがわかった。これらの結果も順次公表する予定である。幾何学的フラストレーションの効果が期待される物質群として、正四面体または正三角形を単位として含む結晶構造を持つ遷移金属化合物の磁気構造に関する研究を進めた。代表的なものとして、三角格子遷移金属硫化物BaVS3が示す金属絶縁体転移の機構を明らかにすることを目的とした研究を上げる。BaVS3に代表されるバナジウム硫化物に対し、NMR・中性子散乱実験を初めとする様々な研究を行い、その過程でそれらバナジウム硫化物では磁気秩序状態のNMRの実験が従来の常識的な解析手法では満足に説明できないことが明らかになづた。すなわち、これらのバナジウム硫化物では超微細結合の温度変化が大きく、低温域で等方性成分が減少すると同時に異方性成分が著しく増大し、その結果として内部磁場の分裂や縮小という異常が生じやすいことがわかった。
ライソゾーム蓄積病の骨髄移植における必要最低骨髄細胞生着率の検討

8週齢のMPSII型のモデルマウスに照射を行い、モデルマウス由来の骨髄細胞と野生型マウス由来の骨髄細胞の比率を4種に混合した後、移植した。全白血球および各血球系のキメリズムは、移植片の割合と同様の傾向を示した。GAGの減少は肝臓や脾臓では低いキメリズムでも治療効果が十分得られたが、心臓では75%以上のキメリズムが必要であった。IDSの改善はGAGの減少と同様の傾向を示した。脳や腎臓、骨では100%キメリズムであっても有意なGAGの減少は認めず、治療効果も乏しかった。MPSII型のBMTにおける治療効果はより高いキメリズムが望ましく、低いキメリズムの場合には追加治療を考慮すべきと考えられた。MPSII型(Hunter病)ではイズロン酸-2-スルファターゼ(IDS)活性の欠損に伴い、蓄積物質(GAGs)による臓器障害を発症するライソゾーム蓄積病(LSD)の1つである。骨髄移植は現在第2の治療方法であるが、酵素補充療法による身体的・経済定期負担は看過できない問題であり、患者さんの負担を軽減したうえで効果的な混合キメラ状態を作り出すことは臨床上、大変有意義である。そこでモデルマウスを用いて、どの程度の混合キメラ状態が100%のドナー細胞タイプと同等の効果を示すか、生化学的パラメーターを指標に解明し、ライソゾーム病の骨髄移植(BMT)における必要最低骨髄細胞生着率の指標を検討した。生着率は移植片の割合と近似しており、全白血球および各系統別に検討した結果も同様の傾向を示した。これらの結果は、これまでの他のLSDモデルマウスのBMTに関する報告と同様であった。IDS活性に関して脾臓や肝臓では、低い混合キメラでも有意に上昇していたが、腎臓や脳では100%のドナータイプにも拘らず効果は認めなかった。GAGsに関してもIDS活性の結果と同様の傾向を示した。心臓に関しては75%以上のキメラ状態でBMTによる治療効果を有意に認めた。今回の結果から、MPS IIにおけるBMTは臓器特異的であり、さらに生着率に関するキメリズムは移植片の正常細胞の割合に依存的であることが示された。よってMPS IIにおけるBMTでは、より高いキメリズムがより高い治療効果を得るのに必要であること、さらにキメリズムの低下を招くような事態ではドナーリンパ球輸注(DLI)などによる生着の再構成を視野に入れるべきであると結論付けた。MPSII型はライソゾーム蓄積病(LSD)で、IDS活性能の低下が本症の病因である。その結果、GAGが全身性に蓄積し臓器障害をもたらされるが、本疾患での骨髄移植(BMT)におけるキメリズムと治療効果の関係については解明されていない。8週齢MPSII型のモデルマウスに全身放射線照射(9Gy)を行い、MPSII型モデルマウス由来の骨髄細胞と野生型マウス由来の骨髄細胞の比率が25%、50%、75%、100%となるように混合した後、2x106個の骨髄細胞を移植した。BMT後8週と12週にフローサイトメトリー法にて生着率を計算した。さらに治療後12週に、BMT群とコントロールマウス群で標的臓器における蛍光分析による血清IDS活性およびGAGの測定、またCT撮影による骨評価を行った。IDSの改善はGAGの減少と同様の傾向を示した、すなわち肝臓や脾臓では低いキメリズムでも治療効果が十分得られたが心臓では75%以上のキメリズムが必要であった。さらに、脳や腎臓では100%キメリズムであっても有意なGAGの減少は認めず、骨における治療効果も乏しかった。過去に行われた他のLSDモデルマウスのBMTと比較検討した結果、移植片の割合に一致した生着率や臓器特異的に効果を認める傾向は同様であった。しかし、充分な治療効果を得るためにはMPSII型のBMTではより高いキメリズムが必要であることが明らかにされた。以上から、MPSII型のBMTにおける治療効果はより高いキメリズムが望ましく、低いキメリズムの場合には移植後のドナーリンパ球輸注や酵素補充療法などの追加治療を考慮すべきと考えられた。ライソゾーム蓄積病の1つであるハンター症候群では、酵素活性のわずかな違いにより臨床症状の出現時期や重症度に大きな違いが生じることが報告されており、患者さんの負担を軽減したうえで効果的な混合キメラ状態を作り出すことは臨床上、大変有意義である。移植後の移植マウスにおける末梢血全白血球のキメリズムは、移植された際のドナー細胞の割合とほぼ同様であった。各キメラ群は肝臓と脾臓において有意に酵素活性の上昇と蓄積物質の低下を認め、心臓では75%キメラ群で有意に酵素活性の上昇との低下を示した。

しかし、中枢神経における改善は100%のドナー細胞タイプであっても乏しく、骨髄移植単独による治療では解決されない課題となった。一方で、現在の移植指針では何らかの理由で移植後に生着不全からドナー細胞の割合が低下した場合には、ドナーリンパ球輸注による2次移植を施行すべきと考えられた。本研究結果の多くはすでに小児科学会学術集会や先天代謝異常学会で発表され、2015年3月には欧州代謝異常学会誌に論文が受理された。先天性代謝異常症の中でもライソゾーム蓄積病(LSD)の一部では造血幹細胞移植(SCT)が有効であるが、移植後のキメラ状態がどの程度臓器特異的な治療効果を示すかはこれまでほとんど検討されず、今回MPSII(ハンター症候群)モデルマウスを用いて人工的なキメラ状態を振り分けて比較した。振り分けた割合に一致して血球の生着を認め、肝臓や脾臓などでは低キメラ状態でもある程度の効果を認めた一方で中枢神経(大脳・小脳)では蓄積物質や酵素活性に有意な効果を認めなかった。我々の先行研究ではすでに酵素補充療法(ERT)単独やERTとSCTの組み合わせ、ERTの髄腔内投与などについても検討がなされ、やはり遺伝子治療(GT)のような酵素の大量発現が中枢神経の効果的な改善には不可欠であることが見いだされた。現在確立されたGTもないため、現状では酵素を血中に大量発現させるには高容量のERTのみが可能である。しかし高容量のERTを繰り返すことで、酵素特異的なIgGあるいは中和抗体の産生を生じる可能性もあり、アナフィラキシーショックや治療効果の低下を招く可能性は否めない。すでに我々は他のLSDであるPOMPE病モデルマウスにCD3抗体を前処置として用いERTを行うことでIgGの産生を抑えることに成功しており、今後はCD3抗体などを用いた前処置と大量ERTを併用することで中枢神経への治療効果を高めることが可能であるかも検討する予定である。8週齢のMPSII型のモデルマウスに照射を行い、モデルマウス由来の骨髄細胞と野生型マウス由来の骨髄細胞の比率を4種に混合した後、移植した。全白血球および各血球系のキメリズムは、移植片の割合と同様の傾向を示した。GAGの減少は肝臓や脾臓では低いキメリズムでも治療効果が十分得られたが、心臓では75%以上のキメリズムが必要であった。IDSの改善はGAGの減少と同様の傾向を示した。脳や腎臓、骨では100%キメリズムであっても有意なGAGの減少は認めず、治療効果も乏しかった。MPSII型のBMTにおける治療効果はより高いキメリズムが望ましく、低いキメリズムの場合には追加治療を考慮すべきと考えられた。ムコ多糖症II型(MPS II型、あるいはハンター症候群)はX連鎖劣性遺伝形式のライソゾーム蓄積病(LSD)である。1980年代より骨髄移植(BMT)は、LSDの治療として注目されている。しかしながらLSDでは通常免疫能が保たれているため、結果としてドナー細胞の生着に強力な移植前処置を必要とするが、骨髄非破壊的移植前処置は、ドナー細胞の割合の低いキメリズムを生じるため、その治療効果が十分でない場合がある。これまで、ゴーシェ病I型、MPS VII型、ファブリー病に関しては、低いキメリズムによる主要臓器への治療効果に関して報告されている。いまだMPS II型においてキメリズムと治療効果との関係については解明されておらず、今後、より侵襲性の低い移植前処置が確立された際には非常に重要な情報となる。