hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
走査型局所プローブ電流の微小ホール効果検出による超微細磁気構造の観測

電流磁気効果のひとつである強磁性膜Hall効果を利用して微細磁区構造や異方性分散,あるいは磁気的相互作用量を評価することを目的として「走査型局所プローブ電流の微小ホール効果検出による超微細磁区構造の観測手法」の確立を試みた。垂直磁気異方性を持つ極薄膜内に電流を印加し,面内ホール電圧を応用して異方性分散を評価する目的で昨年度購入した電流プローブユニットが装備された走査型プローブ顕微鏡により,垂直磁気記録媒体として必須の構成である垂直磁化容易な記録層と,面内方向に磁化容易軸を有する裏打ち軟磁性膜との二層構造により構成される複合磁性膜を主として観測した。角形比の大きなFePt垂直磁化膜を記録層とした場合には,印加磁界履歴によって変化する残留磁化状態の変化が見られ,垂直磁化ドメインの大きさや分布が異なることが観測することができた。この場合の記録層に接合されているFeCoBやNiFeなどの裏打ち軟磁性層は,その接合界面で記録層と裏打ち軟磁性層のスピン同士による直接交換結合的な相互作用や静磁気的な相互作用によって磁化の方向分布が変化していることが予想される。この磁化構造を強磁性Hall効果である異常Hall効果と面内Hall効果の磁界に対する対称性の違いを利用して分離評価することに成功した。記録層の垂直磁化ドメインが細かく分かれている場合はその相互作用量が大きく,お互いの磁化特性や磁区構造に大きな変化を与えており,特に磁気異方性の強いFePtなどではその影響が裏打ち層の軟磁気特性の大きな劣化を引き起こしていることがわかった。このように複合構造磁性膜の微細磁区構造と磁化特性との関係を明らかにすることに成功した。磁性薄膜を利用した高密度垂直磁気記録媒体や磁気ランダムアクセスメモリに使用される磁性薄膜試料内部の磁気異方性分散の評価手法を確立するために、電流磁気効果のひとつである強磁性膜Hall効果を利用して異方性分散を評価することが目的である.垂直磁気異方性を持つ極薄膜内に電流を印加し,面内ホール電圧の考え方を応用して異方性分散を評価する目的で電流プローブユニットが装備された走査型プローブ顕微鏡を購入した.評価の初期段階としては被測定試料の表面状態や内部の磁気状態を表すいわゆる磁区構造の評価を行った.また強磁性Hall効果を用いて記録層磁化と裏打ち軟磁性層の磁化との分離評価も実現した.垂直磁気記録媒体の記録層としてはCoCr合金系やCo/Pd多層膜系の薄膜,そして裏打ち軟磁性膜としてFeCoBやNiFeの薄膜を走査型プローブ顕微鏡(JSPM-5200,JEOL製)を用いて評価した.AFM(原子間力顕微鏡)モード(ノンコンタクト)を試料の表面状態例えば表面粗さ,粒子サイズの評価に用いた.様々な膜厚の試料について評価した中で3nm程度と極薄いNiFe薄膜に関してはその不連続性も観測することができた.また,磁区サイズやその構造を調べるためにMFM(磁気力顕微鏡)モード(ノンコンタクト)により測定した試料の磁化状態が強磁性Hall効果で観測された磁化過程と整合する結果を得ることができた.SPMの走査速度,走査領域,カンチレバーの加振電圧などを調整することによりAFMやMFM像も同時に観察することに成功した.今後は評価用のプローブ電流を用い,試料とのコンタクト状態で垂直磁化膜における垂直磁気異方性の分散などの評価を予定している.磁性薄膜を利用した高密度垂直磁気記録媒体や磁気ランダムアクセスメモリに使用される

磁性薄膜試料内部の磁気異方性分散や微細領域での磁化方向分散の評価手法を確立するために,電流磁気効果のひとつである強磁性膜Hall効果を利用して微細磁区構造や異方性分散を評価することが目的である。垂直磁気異方性を持つ極薄膜内に電流を印加し,面内ホール電圧の考え方を応用して異方性分散を評価する目的で昨年度購入した電流プローブユニットが装備された走査型プローブ顕微鏡により,垂直磁気記録媒体として必須の構成である垂直磁化容易な記録層と,面内方向に磁化容易軸を有する裏打ち軟磁性膜との二層構造により構成される複合磁性膜を観測した。角形比の大きなFePt垂直磁化膜を記録層とした場合には,印加磁界履歴によって変化する残留磁化状態の変化が見られ,垂直磁化ドメインの大きさや分布が異なることが観測することができた。この場合の記録層に接合されているFeCoBやNiFeなどの裏打ち軟磁性層は,その接合界面で記録層と裏打ち軟磁性層のスピン同士による直接交換結合的な相互作用や静磁気的な相互作用によって磁化の方向分布が変化していることが予想される。この磁化構造を強磁性Hall効果である異常Hall効果と面内Hall効果の磁界に対する対称性の違いを利用して分離評価することにより界面での相互作用量を評価することに成功した。記録層の垂直磁化ドメインが細かく分かれている場合はその相互作用量が大きくお互いの磁化特性や磁区構造に大きな変化を与えており,特に磁気異方性の強いFePtなどではその影響が裏打ち層の軟磁気特性の大きな劣化を引き起こしていることがわかった。このように複合構造磁性膜の微細磁区構造と磁化特性との関係を明らかにすることに成功した。
患者組織由来脂肪幹細胞の臨床応用に向けた開発研究

外科手術により皮下組織から効率的かつ安定的に脂肪組織由来幹細胞を抽出する方法を構築した。具体的には、手術時に皮下組織から脂肪組織を清潔状態で手術道具(クーパー等)を用いて切開し、粗大な組織をフィルターで除外した後に、遠心し細胞集塊を抽出した。この細胞ついてはFACSで表面マーカー解析を行った。培養液は無血清培地を用いることで、培養細胞を安定的に維持継代することができた。この脂肪幹細胞について、免疫不全マウスの左側大腿前面の皮膚を切開し、大腿筋組織の一部を熱傷させたところに移植し、筋力の回復と運動機能の評価を行ったところ、補填することで一部の筋組織の再生と運動機能の改善を確認することができた。患者組織由来脂肪幹細胞の抽出とその機能解析、マウスを用いたin vivo分化誘導外科手術により皮下組織からより効率的かつ安定的に脂肪組織由来幹細胞を抽出する方法を構築し、現在改良を行っている。具体的には、手術時に皮下組織から脂肪組織を清潔状態で手術機器(クーパー)を用いて切開し、これを切除した。この組織について、生理食塩水で洗浄後、清潔下にミンスを行い、粗大な組織をフィルターで除外した後に、遠心してペレットとして細胞集塊を抽出した。この細胞ついてはFACSで表面マーカー解析を行い、CD34陽性、CD31陰性の集団に加えて、CD34陰性、CD31陰性の集団もとらえることができた。これらの細胞については培養を行い、その形態について確認を行っている。培養細胞は安定的に維持継代することができた。今後はCD34陽性、CD31陰性の細胞集団をより多く抽出できる技術について改良を行い、まら再現性の高い安定したものにすること、抽出した幹細胞についての機能解析を行い、特異的な分化の方向性や系譜について検討を行う。抽出した脂肪幹細胞についてはFACSで表面マーカー解析(CD31、CD34)を行い、目的の細胞集団(CD34陽性、CD31陰性)をとらえていることが確認できた後、これらの細胞集団を免疫不全マウス(NOD-SCID)を用いてin vivoでも筋肉などの間葉系組織への分化誘導を行っている。当初の計画通りに、IRBの通過を確認後、同意の得られた症例から組織の抽出が行えている。研究の方法についても概ね計画とおりに進行している。患者組織由来脂肪幹細胞の抽出とその機能解析、マウスを用いたin vivo分化誘導とその機能評価外科手術により皮下組織から効率的かつ安定的に脂肪組織由来幹細胞を抽出する方法を構築した。具体的には、手術時に皮下組織から脂肪組織を清潔状態で手術機器(クーパー)を用いて切開し、これを切除後、生理食塩水で洗浄、清潔下にミンスを行い、粗大な組織をフィルターで除外した後に、遠心してペレットとして細胞集塊を抽出した。これらの細胞を維持する培養液についても検討をおこなった。培養液はDMEM/F12に10% KnockOut Serum Replacement, 1% MEM NEAA, 1% GlutaMAX-1, 1mMSodium pyruvate, 50ug/mL L-Ascorbic Acid, 10ng/mL bFGF, 2ng/mL TGF-betaの組成を用いることで、培養細胞を安定的に維持継代することができた。今後はCD34陽性、CD31陰性の細胞集団をより多く抽出できる技術および培養液組成の改良を行い、再現性の高い安定したものにすること、抽出した幹細胞についての機能解析を行い、特異的な分化の方向性や系譜について検討を行う。抽出した脂肪幹細胞についてFACSで表面マーカー解析(CD31、CD34)を行い、目的の細胞集団(CD34陽性、CD31陰性)をとらえていることが確認できたことから、これらの細胞集団を免疫不全マウス(NOD-SCID)に移植し、分化誘導をおこなったところ、筋組織への分化を示した。現在in vitroでの筋組織などの間葉系組織への分化誘導を試みている。脂肪幹細胞の分化誘導と誘導過程における細胞集団の解析(ゲノムワイドな解析・代謝産物の解析、および安定した分化誘導療法の構築)抽出した脂肪幹細胞を含む細胞集団について、特異的な分化誘導法が開発できれば、より効果的な臨床応用につながる可能性があると考える。またこの誘導過程においては中間産物として遺伝子、蛋白質、その他の代謝産物に関して解析することができる。この結果は抽出された脂肪幹細胞を細胞系譜に従い分化誘導する際にも重要な基盤となりうると考える。

再生医療研究試薬については金額が大きく、試薬の使用期限を考慮して、より効率的に利用することを考えたため、翌年度に使用することとした。消耗品(PCR、タンパク解析など)、マイクロアレイなどの検査試薬など
口腔内カメラ・実体顕微鏡を用いたコンピュータビジョン歯内治療支援システムの開発

根管治療は硬組織に囲まれ、直接見ることが困難な狭小な根管を治療対象としている。歯の内部に広がっている髄腔の立体的な位置関係を把握することは重要である。知覚情報の強化により、見えない根管の立体構造を可視化することができれば、根管治療の精度と安全性の向上に寄与する。本研究では、口腔内カメラと実体顕微鏡を用いて、CTデータから構築した歯根や根管の三次元CT画像を実空間に表示した。また、歯根や根管の三次元CT画像とコンピュータビジョンによる歯の画像認識により患者の位置・姿勢の取得を行った。根管は3次元的な広がりを持って歯の内部に広がっている。歯髄・根尖性歯周組織疾患は,直接目で見えない部位に発症するため、直接見ることのできない部位を直接視覚的に認識することは、適切な歯内治療を行うために重要である。デンタルCTに加え、歯科用実体顕微鏡も歯内療法では欠かせない診断装置となっている。しかし、歯科用実体顕微鏡は対象物の表面を拡大して観察できるが、その内部構造を調べることはできない。最近のコンピュータグラフィックス演算処理テクノロジーの急速な進歩により、コンピュータビジョン・拡張現実・裸眼立体映像技術の応用が進んできている。歯内療法学は硬組織に囲まれ、直接見ることが困難な狭小な根管を治療対象としており、歯の内部に広がっている髄腔の3次元的な位置関係を把握することは重要である。歯科医が直接見ることのできない部位を直接視覚的に認識するには、異分野における先進的技術の積極的な導入が不可欠である。本研究に用いる立体映像技術では、三次元映像を裸眼で立体的に実空間に浮かんで見えるように表示する。また、スーパーハイビジョンカメラより構成される画像認識技術により、浮かんで見える立体映像と実在する患者の位置合わせを行う。本研究では、根管等の生体内部の解剖学的な立体情報を可視化する拡張現実ディスプレイとコンピュータビジョンによる画像認識により高精度な位置情報制御システムの基盤技術を確立する。研究計画調書と進行状況がほぼ同一のため歯内療法学は硬組織に囲まれ、直接見ることが困難な狭小な根管を治療対象としており、歯の内部に広がっている髄腔の3次元的な位置関係を把握することは重要である。本研究では、体外に露出する唯一の硬組織である歯をマーカーの代用にして自動かつ高精度のリアルタイムな画像・患者位置合わせを実現する。単眼カメラ(口腔内カメラ・実体顕微鏡)を用い、患者のCT画像を元にコンピュータ上で仮想的に構築した三次元像との位置合わせを実現する。根管等の生体内部の解剖学的な立体情報を可視化する拡張現実ディスプレイとコンピュータビジョンによる画像認識により高精度な位置情報制御システムの基盤技術を確立する。歯内療法学の分野にコンピュータビジョンや拡張現実などの最新のテクノロジーを導入することによって生まれる新たな技術は、歯内療法の新たな展開という観点からも重要と考えられる。口腔内カメラ・実体顕微鏡を用いたコンピュータビジョン歯内治療支援システムの開発を行なう。歯学研究に必要な部品を次年度に購入することになったため。口腔内カメラ等の部品が必要である。
核融合炉第一壁タングステンおよび炭素のミキシングとトリチウムダイナミックス

核融合炉第一壁タングステンにおいて、現在炭化タングステン等が形成することが予測され、トリチウム挙動がどのように変化するのか明確な知見を集積することは核融合炉安全において重要な課題である。そのため今回の研究において、第一壁上に打ち込まれる炭素イオン、ヘリウムイオン、水素同位体である重水素イオンを種々の条件で照射し重水素滞留挙動を明らかにした。その結果、炭素イオン照射を行うことによる照射欠陥の形成、及びタングステン中における炭素の滞留により重水素滞留量および滞留挙動が変化した。またヘリウムイオン照射により照射欠陥が形成し重水素滞留量が増加することが示唆された。以上の結果をもとに重水素、炭素、ヘリウムイオン3種イオン同時照射を行ったところ、ヘリウムイオン照射による照射欠陥に主に重水素が捕捉されることが観測された。またタングステン表面での炭素-炭素結合の割合が2種イオン同時照射よりも減少していた。以上の結果からヘリウムイオン照射により炭素が減少するとともに滞留したヘリウムが水素同位体の内部への拡散に影響していることが示唆された。本研究では、タングステン表面での炭化タングステン膜の形成と同時に打ち込まれるトリチウムを含む水素同位体のダイナミクスについて、同一環境下で同時に理解することを目指す。本目的達成のために、炭素イオンおよび水素同位体イオンを同時にタングステン中に照射するとともに、試料を大気中に曝すことなく昇温脱離実験が可能な実験システムの構築を行った。本装置では炭素イオンと水素同位体イオンを同一深さに照射可能とした。本装置を用いて、室温にて炭素イオン照射後に重水素イオン照射を行ったタングステン試料と、炭素イオンおよび重水素イオンを同時に照射したタングステン試料の昇温脱離スペクトルを比較したところ、同時照射した試料では、重水素の滞留量が大幅に低減した。一方、炭素イオン照射後に重水素イオン照射した場合、特に800K付近の脱離ピークが大きく、このピークは炭素に捕捉された重水素の脱離に寄与すると考えられる。X線光電子分光装置による表面化学状態分析の結果、炭素イオン照射後に重水素イオン照射した場合は表面にC-W結合が多く存在し、C-C結合は重水素により選択的にスパッタリングされている可能性が示唆された。一方、炭素イオンと重水素イオンを同時照射した場合は、W-C結合とともにC-C結合も存在しており、炭素による重水素の捕捉が少ないことが考えられた。走査型電子顕微鏡観察による表面観察では、炭素イオンおよび重水素イオン未照射面ではタングステンの粒界が残っていることがわかるが、照射面では粒界は存在せず、明らかに別の膜に覆われているように見られ、これらの結果はX線光電子分光の結果を支持していると考えられる。今後照射温度やイオンフルーエンス等を変化させ、さらに詳細なメカニズムを検討する予定である。本研究では、タングステン表面での(炭化タングステン膜の形成と同時に打ち込まれるトリチウムを含む水素同位体のダイナミクスについて、同一環境下で同時に理解することを目指す。昨年度までに構築した炭素イオンおよび水素同位体イオン同時照射装置にヘリウムイオン照射装置を付加し、3種イオンの同時照射を行うことができるシステムを構築した。また、照射による材料表面の損傷評価のために、原子間力顕微鏡を整備した。これらの装置にて、炭素イオンおよび重水素イオンフラックス依存性について検討したところ、同時照射時の炭素イオンと重水素イオンのフラックス比を変化させることによる重水素滞留量が大きく変化することが示された。特に炭素による捕捉への影響が大きいことが明らかとなった。微細組織観察の結果から同時照射したタングステンでは多くの転位や転位ループ等の照射欠陥が形成されているとともに、炭素の存在も確認された。また、加熱により炭素が偏析し、炭化タングステンが形成することが明らかとなった。重水素イオンフルエンスを変化させた実験より、重水素は結晶粒界に優先的に捕捉されるがその後、転位、転位ループや炭素に捕捉されることが明らかとなった。また、炭素によって捕捉された重水素滞留量は、化学スパッタリングの影響を受けやすいことが示唆された。このことから、炭素による重水素滞留量を評価する上で化学スパッタリングの影響を考慮することが重要であることが示唆された。今後、照射温度を変化させるとともに、ヘリウムイオンを含む3種イオン同時照射における重水素滞留メカニズムについて検討する予定である。

タングステン表面へ炭素、水素同位体およびヘリウムイオンを同時に照射できる同時照射装置を用いて、炭素イオン、重水素イオンおよびヘリウムイオンのフラックスおよびフルーエンスを独立に制御し、さまざまなフラックス条件および照射温度における重水素滞留量を昇温脱離法により評価した。特に、炭素イオン、重水素イオンおよびヘリウムイオンの3種イオン同時照射では材料表面での化学スパッタリング、照射損傷等の影響を受けることが予測されるので、これらのイオンを照射した際の材料中での照射損傷挙動について透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡および原子間力顕微鏡を用いて明らかにした。この結果、水素同位体滞留量は同時に打ち込まれる炭素イオンの打ち込みによる滞留と化学スパッタリングの競合により決まることが明らかとなった。また、打ち込まれた炭素は室温ではタングステン中に溶解しているが、温度が高くなるとタングステンとは異なる結晶構造となり、炭化タングステンの形成が示唆された。ヘリウムイオンと水素同位体との同時照射ではイオンフラックス比を変化させても水素同位体滞留量には大きな影響は与えないことが示された。一方、炭素、水素同位体およびヘリウムイオンの3種同時照射ではヘリウムイオン照射による照射欠陥に主に水素同位体の捕捉がされるが、炭素やヘリウムイオンとの2種同時照射よりも水素同位体滞留量は減少することが示された。またタングステン表面での炭素-炭素結合の割合が減少していることからヘリウムイオン照射により炭素の結合が減少するとともに水素同位体の内部への拡散に影響していることが示唆された。
喘息児の健康づくり処方ノーム作成に関する保健学的研究

本研究は、呼吸機能に強い影響を及ぼすと見られている剣道を用い、剣道独特の呼吸法、即ち瞬時に要求される止息・呼息・吸息が効果的に適応されることを願って、喘息児の健康づくり・肺換気機能の改善をねらいとした運動処方のための基準作りを目的とした。被験児:714歳までの喘息男児6名(重症2、中等症1、軽症3)と対照に健常男児1名である。剣道教室は平成4年6月から始まり、平成6年3月現在継続中で、週3回、各1時間、成人や他の小・中学生と同様な稽古をした。結果:(1)剣道練習中の最高心拍数は9歳男児で190拍/分、が記録され、漸増運動負荷all-out時に近い状態を示したが喘息症状には異常はなかった。(2)IgE値は、平均845.9±132.25IU/mlであった。(3)白血球数については、安静時、運動後においても、また健常児との間においても差は認められなかった。(4)漸増運動負荷の結果、安静時心拍数の約2倍の心拍数においても運動を継続することができ、ATの向上を示した。しかし、時には、all-outになってもATを示さず閉塞性肺疾患患者特有と言われるパターンを示した。評価:如何なる運動種目においても、喘息児の健康状態をよく把握していれば安静時心拍数の2倍を目安に運動負荷を加えることができると思われる。本研究では、喘息児の健康づくりを目的として、従来実施してきた水泳だけでなく、呼吸機能に強い影響を及ぼすと見られている剣道を取入れ、喘息症状と運動強度からみた喘息児の健康状態・呼吸機能の改善方法について検討してきた。被検児は、714歳の喘息男児6名、対照群は健常男児5名である。これらの被検児に週2回、各1時間の剣道を指導した。測定は、自転車エルゴメーターを用いてall-out負荷を加え、最大酸素摂取量、肺換気機能(FEV_<1.0>、FVC、PFR)の測定を、平成4年7月、12月に行なった。この間に、血液性状および免疫グロブリンE(IgE)についても測定した。結果、(1)喘息児特有の体力不足と無気力感が目立ち、剣道教室を軌道に乗せる事は困難であったが、家庭との連係を密にする事により両親の協力が得られ、両親が率先して子供を参加させている。(2)免疫グロブリンE値の平均値は845.9±132.25IU/mlであった。(3)練習中の心拍数は、例えば、9歳A男児が最高190beats/minを記録し、発作が心配されたが、直に深呼吸することにより、呼吸を整え発作を抑えることができるようになった。(4)このA男児は、第1回測定時(7月)には、5分25秒に1.25Kpの負荷で心拍数173beats/min、最大酸素摂取量(〓O_2max)は30.36ml/min・kgでall-outになったが、第2回測定時(12月)には7分5秒、2.0Kpの負荷でall-outとなり、〓O_2maxは36.26ml/min・kg、心拍数196beats/min、でAT(anaerobic threshold)を示した。同様に他の喘息児においても水泳訓練以上にAT値の向上が認められた。(5)肺換気機能(FEV_<1.0>)の運動前後の変化も、一般に認められている喘息児特有の運動直後の大きな低下はなくなりつつある。以上、今後も剣道を指導しながら継続して喘息児の健康づくりに取り組んでいく予定である。

本研究は、呼吸機能に強い影響を及ぼすと見られている剣道を用い、剣道独特の呼吸法、即ち瞬時に要求される止息・呼息・吸息が効果的に適応されることを願って、喘息児の健康づくり・肺換気機能の改善をねらいとした運動処方のための基準作りを目的とした。被験児:714歳までの喘息男児6名(重症2、中等症1、軽症3)と対照に健常男児1名である。剣道教室は平成4年6月から始り、平成6年3月現在継続中で、週3回、各1時間、成人や他の小・中学生と同様な稽古をした。結果:(1)剣道練習中の最高心拍数は9歳男児で190拍/分、が記録され、漸増運動負荷all-out時に近い状態を示したが喘息症状には異常はなかった。(2)IgE値は、平均845.9±132.25IU/mlであった。(3)白血球数については、安静時、運動後においても、また健常児との間においても差は認められなかった。(4)漸増運動負荷の結果、安静時心拍数の約2倍の心拍数においても運動を継続することができ、ATの向上を示した。しかし、時には、all-outになってもATを示さず閉塞性肺疾患患者特有と言われるパターンを示した。評価:如何なる運動種目においても、喘息児の健康状態をよく把握していれば安静時心拍数の2倍を目安に運動負荷を加えることができると思われる。
フロイトの教育思想―「規範と欲望」をめぐる道徳教育の基礎研究

本研究は、S.フロイトの精神分析の思想を手がかりとして、「規範と欲望との関係」それ自体を律する主体の成熟、およびそれを促す実践を解明するものである。被教育者の「善き」生き方を実現するための援助は、教育という営みの根幹である。しかしフロイトは、教育の過程での社会規範の内面化が、人間を神経症という不幸に導くことを見いだした。その上でフロイトは、規範、欲望、ならびに両者の関係それ自体を批判的に視野に収めながら、被分析者が社会規範を超えたより「善き」生のあり方へと至る方法を考究した。本研究は、こうしたフロイトの思索を教育思想として読み直すことを通じて、「規範と欲望」をめぐる道徳教育のあり方を解明する。
個体老化・代謝に関連する新規分子の解析と高齢化社会での医療への応用

アルファシヌクレイン(SNCA)は家族性パーキンソン病の原因遺伝子であり、特徴的な病理所見のレビー小体の構成蛋白である。我々は住民健診のサンプルを用いてSNCA濃度を測定したところ、年齢ともに血中濃度が低下、血中濃度が低いほどインスリン抵抗性であった。そこで、前脂肪細胞にSNCAを添加したところ、PI3キナーゼの活性化、Aktのリン酸化、細胞内への糖の取り込みが認められた。マウスを用いて糖の取り込みを検討したところ、SNCA静脈内投与による脂肪組織・骨格筋に糖の取り込みが亢進していた。SNCA欠損マウスは高脂肪食負荷下では野生型マウスに比べて軽度の肥満とインスリン抵抗性・耐糖能異常を認めた。メタボリック症候群の原因分子として、パーキンソン病の原因遺伝子として知られるアルファシヌクレイン(SCNA)に着目して、分子解明を行った。a)中枢性代謝制御の視点からの解析SNCA欠損マウスを用いて個体代謝の解析を行ったところ、野生型と比較してエネルギー消費量は有意な差は認められなかったが、呼吸商においてSNCA欠損マウスは低下していた。SNCA欠損マウスでは高脂肪食負荷の後、耐糖能試験で高血糖および高インスリン血症を認め、インスリンに対する血糖の低下反応も減弱していた。一方、脳特異的なSNCA過剰発現マウスでは耐糖能試験では野生型と比較して有意な差は認められなかった。b)末梢性代謝制御の視点からの解析エネルギー代謝に関連するミトコンドリア脱共役タンパク質(UCP)・アセチルCoA関連分子・脂肪酸β酸化関連酵素(Cpt)などの筋・脂肪・肝での発現量およびアディポサイトカイン(レプチン・アディポネクチン)は野生型とSNCA欠損マウスで差を認めなかった。しかし、SNCA欠損マウスにSNCAリコンビナント蛋白を投与することにより、脂肪細胞への糖の取り込みが上昇し、エネルギー消費量の差はないか呼吸商の改善が認められた。a)中枢性代謝制御の視点からの解析SNCA欠損マウスに脳特異的なSNCA過剰発現マウスを交配したマウスを作成して、個体代謝の解析を行った。血中のSNCA濃度は上昇を認めず、血中濃度は脳のSNCA由来ではないことが明らかとなった。SNCA欠損マウスでは高脂肪食負荷の後、耐糖能試験で高血糖および高インスリン血症を認め、インスリンに対する血糖の低下反応も減弱していたが、脳特異的なSNCA過剰発編マウスを交配することにより同様の試験で耐糖能の改善が認められた。その機序として、マウスの行動試験においてSNCA欠損マウスに比較して脳特異的な過剰発現マウスを交配したマウスでは行動量が増えていることが確認された。b)末梢性代謝制御の視点からの解析野生型とSNCA欠損マウスのそれぞれの骨髄を採取して、野生型からSNCA欠損マウスあるいはSNCA欠損マウスから野生型への骨髄移植を行った。血中SNCA濃度を測定したところ、野生型マウスの骨髄細胞をSNCA欠損マウスに移植したマウスでより高かったことが分かり、血中SNCAは骨髄細胞由来、おそらく赤血球・血小板に由来する可能性が高いと考えられた。現在、さらにこれらのマウスの糖代謝への評価を行っているが、骨髄移植のときの照射による影響でマウスの体重減少が認められるため、その条件検討を行っている。メタボリック症候群の原因としてのアルファシヌクレイン(SNCA)の分子解明を行なった。SNCA欠損マウス・脳および血管内皮特異的な過剰発現マウスを用いて、中枢性代謝制御の視点から基礎代謝量・行動量・耐糖能などを比較検討し、末梢性代謝制御からは、脂肪代謝・エネルギー代謝に加えて内皮機能評価などを比較した。中枢性代謝制御の視点からの解析として、SNCA欠損マウスに高脂肪食を負荷しながら、体重・食事量・血圧(tail cuff法)・耐糖能(糖負荷試験ipGTT 2g/kg)・インスリン抵抗性(インスリン負荷試験)の評価を行なった。結果、SNCA欠損マウスは高脂肪食負荷した環境において、野生型マウスと比べて糖代謝異常とインスリン抵抗性の進展が認められることが分かった。マウス個体を用いてアイトトープラベルした2DGを用いた糖取り込みを検討してみたところ、脂肪組織および骨格筋における糖の取り込みがSNCA欠損マウスで低下していることが分かった。またグルコースクランプ法を用いた検討においても、脂肪組織・骨格筋での糖の取り込みが低下していることから、SNCA欠損マウスがインスリン抵抗性を来している責任臓器は脂肪組織および骨格筋であることが明らかとなった。

また、SNCA欠損マウスは野生型マウスと比較して血管内皮機能が低下していることも明らかになっていることから、血管内皮機能低下による骨格筋での糖の取り込みの機序も考えられる。以上の結果より、SNCAは複数の作用機序により個体の糖代謝に関連していることが示唆された。メタボリック症候群の原因分子として、パーキンソン病の原因遺伝子として知られるアルファシヌクレイン(SNCA)に着目して、分子解明を行った。1)中枢性代謝制御の視点からの解析:SNCA欠損マウスに脳特異的なSNCA過剰発現マウスを交配したマウスを作成して、個体代謝の解析を行った。血中のSNCA濃度は上昇を認めず、血中濃度は脳のSNCA由来ではないことが明らかとなった。SNCA欠損マウスでは高脂肪食負荷の後、耐糖能試験で高血糖および高インスリン血症を認め、インスリンに対する血糖の低下反応も減弱していたが、脳特異的なSNCA過剰発編マウスを交配することにより同様の試験で耐糖能の改善が認められた。その機序として、マウスの行動試験においてSNCA欠損マウスに比較して脳特異的な過剰発現マウスを交配したマウスでは行動量が増えていることが確認された。2)末梢性代謝制御の視点からの解析:SNCAが細胞内情報伝達系(PI3キナーゼ/Gab1/Akt)を活性化して、細胞内への糖の取り込むを上昇させることを前脂肪細胞培養系を用いて明らかとした。また、その上流の因子を探索したところ、LPAR2をノックダウンすることでSNCAによる細胞内情報伝達系の活性化が抑制されることを見出した。マウス個体においてもSNCAの静脈内投与によりによる脂肪組織・骨格筋でGab1/Aktの活性化が認められ、それぞれの組織への糖の取り込みも上昇していた。以上の結果から、SNCAはインスリンと同様に細胞への糖の取り込みを上昇させる作用があり、今後の病態との関連解析が期待される。SNCA欠損マウスおよび脳特異的な過剰発現マウスを交配したマウスを用いた解析が概ね順調に進んでいる。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画通りに進行し、最初の課題に関して論文化できた。論文化に向けてメタボリック症候群におけるSNCAの役割をできるだけ一元化して理解できるように研究の立案・遂行を行う。計画通りに遂行する。
遷移金属触媒の中間体制御によるC-H結合活性化を機軸とするC-C形成反応の開発

ロジウム錯体による分子間ヒドロアシル化において、ロジウム錯体の種類、添加剤、溶媒の効果とオレフィンの一般性について研究を行った。特に、反応系ヘニトリルを添加するとモノオレフィンとの分子間ヒドロアシル化反応が室温条件で進行することを発見したので、本年度はこの効果について焦点を当てて詳細に研究を行った。ロジウム錯体による分子間ヒドロアシル化反応は、ニトリル添加条件では従来は困難であった1-ヘキセン、1-オクテンのような末端モノオレフィンでも良好に反応が進行し、ノルマル体を優先(normal:iso=>20:1)して与えた。さらに、2位にt-ブチル基を有する3,3-ジメチル-1-ブテンでも良好に反応が進行しノルマル体を与えた。また、エステル、エーテル、アミンなど各種の官能基を有するモノオレフィンでも良好に反応が進行した。しかし、2-オクテンのような内部オレフィンではほとんど反応は進行しなかった。さらに、ニトリル基を有するオレフィンとしてアリルシアニド、4-ペンテンニトリルなど末端オレフィンでも反応が進行しノルマル体を優先して与えた。また、分子内に2つのニトリル基を有する基質でも良好に反応が進行しノルマル体を与えた。しかし残念ながら、3-ペンテンニトリルのような内部オレフィンを有する基質では低収率でしかヒドロアシル化は進行しなかった。添加するニトリルとしては、アセトニトリル、アジポニトリルの様な分子内に2つのニトリル基を有するもの、ベンゾニトリルの様な芳香環を有するものでも同様の反応加速効果が見られた。このニトリル添加によるロジウム錯体構造の変化については、赤外吸収スペクトルの測定により解析を行った。
ムチンを水解するヒト新規シアリダーゼの癌性変化とその意義

酸性糖であるシアル酸は、糖蛋白や糖脂質の糖鎖末端に位置し、多くの細胞機能への関与が推察されている。とくに、シアル酸は腫瘍マーカーであるシアリルTn(sTn)、シアリルLe^x(sLe^x)やシアリルLe^a(sLe^a)などの癌関連抗原に多く見いだされるなど、癌との深い関連性が指摘されてきた。しかしながら、シアル酸量調節の機構については不明の点が多い。この解明を目的として、シアル酸を脱離するシアリダーゼに着目し、とくに最近同定されたシアリダーゼNeu4の性状解析および癌性変化を調べた。NEU4は、これまで解析されてきた他の3種のシアリダーゼ(Neu1,Neu2,Neu3)とは細胞内局在や基質特異性が大きく異なっていた。この新規シアリダーゼNeu4には長さの異なるisoformが存在しており、long formの細胞内局在はミトコンドリアであることが示された。また、Neu4は他のシアリダーゼには見られなかったムチン糖鎖に働くという性質を有し、ムチン糖鎖に有効的に働くユニークなシアリダーゼであることが明らかとなった。また、sLe・やsLe^aなどの癌関連抗原糖鎖についても他のシアリダーゼと比べて明らかに水解しやすいことがわかった。これらの糖鎖抗原が多く検出されるヒト大腸がん組織では非がん部粘膜と比較して有意にそのmRNAレベルが低下していた。しかも大腸粘膜は、比較的Neu4に富み、粘膜の維持に関わっている可能性が示唆された。大腸癌細胞にNeu4を過剰発現すると、アポトーシスの促進、浸潤、運動性、接着性が低下することが明らかになった。今後さらに、がんにおけるNeu4異常の意義を検索し、分子レベルの解析を進め、これらの癌関連抗原が蓄積する癌の病態解明を目指す。しかしながら、細胞内におけるシアル酸量調節の機構については不明の点が多い。この解明を目的として、シアル酸を脱離するシアリダーゼの研究を行ってきた。最近、我々が同定し性状解析したシアリダーゼNeu4は、これまで解析されてきた他の3種のシアリダーゼ(Neu1,Neu2,Neu3)とは細胞内局在や基質特異性が大きく異なっていた。また、Neu4は他のシアリダーゼには見られなかったムチン糖鎖に働くという性質を有し、ヒトでは組織特異的に発現することわかった。本課題では新規シアリダーゼNeu4の癌における役割について、特にムチン糖鎖水解機能に着目して検討した。ヒトNeu4は、ムチン糖鎖に有効的に働くユニークなシアリダーゼであることが明らかとなった。また、sLe^xやsLe^aなどの癌関連抗原糖鎖についても他のシアリダーゼと比べて明らかに水解しやすいことがわかった。

大腸癌細胞にNeu4を過剰発現すると、アポトーシスの促進、浸潤、運動性、接着性が低下する傾向にあることが明らかになった。今後さらに、がんにおけるNeu4異常の意義を検索し、分子レベルの解析を進め、これらの癌関連抗原が蓄積する癌の病態解明を目指す。
有機性資源によるマルチ栽培が周辺水環境に及ぼす影響評価およびその利活用

高圧で竹をすり潰した竹破砕物を用いたマルチ栽培が周辺水環境へ与える影響調査および,肥料効果,節水効果を評価した.また,有機性資源である竹破砕物を土壌へ鋤きこんだ後の分解速度をCENTURY MODELを用いて評価した.その結果,環境負荷量が少なく,マルチ効果を発揮する竹チップ投入量は,2cm程度の厚さであると考えられた.周辺の水環境への負荷を軽減するためには表面流出を抑えることが有効であると考えられた.高圧で竹をすり潰した竹破砕物を用いたマルチ栽培が周辺水環境へ与える影響調査および,肥料効果,節水効果を評価した.また,有機性資源である竹破砕物を土壌へ鋤きこんだ後の分解速度をCENTURY MODELを用いて評価した.その結果,環境負荷量が少なく,マルチ効果を発揮する竹チップ投入量は,2cm程度の厚さであると考えられた.周辺の水環境への負荷を軽減するためには表面流出を抑えることが有効であると考えられた.平成21年度は竹マルチが周辺の水環境へ与える影響を調査するため,現地調査,竹チップの成分分析,溶出液分析および簡易ライシメータによる水分と溶質の移動実験を行った.現地調査竹チップの種類および使用方法について福岡県柳川市の業者および農家を視察大きめのチップは雑草防除に,粉状に粉砕したチップは堆肥化利用やすき込みによる農業利用に,圧力を加えてすり潰したチップ(以下,竹破砕物)はマルチ材に有用である等の情報を得た.実験(1)竹の成分分析および竹破砕物から溶出する成分分析モウソウチクを伐採後,竹チップと竹破砕物を作成し実験試料とした.竹の化学組成は質量比で炭素(C)47%,酸素(O)46%,水素(H)6%,窒素(N)1%であった.試料10cmを降雨(44mm/day)にさらし溶出成分を分析した結果,竹破砕物からはK^+が420ppm, TNが26.8ppm, TPが28.9ppm, DOCが285.5ppm, EC値が1.1mS/cmの溶出水が見られた.竹チップからはより高い値が見られ,とくにK^+が920ppm, EC値が4.6mS/cmで高かった.EC値の上昇はK^+濃度によるものと考えられる.実験カラム内に竹破砕物を5cmと10cm厚さで設置し,チューブポンプを用いて4mm/hrで蒸留水を150時間滴下した.竹破砕物(厚さ10cm)の溶出水では,実験開始後23時間で最大EC値1.6mS/cm, TNでは19時間後に最大値46.0mg/L, TPでは33時間後に最大値47.1mg/L, DOCは33時間後に最大337.6mg/Lを示し,どの値も時間経過とともに低下した.150時間でそれぞれTN 206mg, TP 236mg, DOC 1660mg, K^+ 2232mgが溶出し,環境負荷を与える可能性が見られた.また,溶出水には着色が見られた.実験(2)竹破砕物からの溶出成分が作土層と地下水へ与える影響調査のためのライシメータ試験表面流出が起こる場合は,流出水のEC, TN, TP, DOCの値は高く,着色もみられた.土壌中では,土壌面から15cmのK^+, TN, TP, DOCの濃度が高かった.物質収支の結果から,溶出成分の30%程度が表面から流出し,半分以上は土中残留と考えられ,とくにK^+は肥料効果が期待できるほどの値となった.竹チップ等の有機性資源の農業利用が進む中で,高圧で竹をすり潰した竹破砕物を用いたマルチ栽培が周辺水環境へ与える影響調査および,肥料効果,節水効果を評価した.また,有機性資源である竹破砕物を土壌へ鋤きこんだ後の分解速度をCENTURY MODELを用いて評価した.その結果(1)竹破砕物をマルチした大豆のポット栽培実験から,その節水効果は,厚さ2cm,4cmともに20%程度でビニルマルチと同程度見込めると考えられた.また,竹破砕物をマルチした春菊のポット栽培実験では,乾燥質量は対照区と比べ2cmマルチで減少し,竹抽出液(2cm)は同程度,竹抽出液(4cm)で30%程度増加した.一方で2cmマルチ,竹抽出液(2cm,4cm)の施用によってカリウム含有量は2080%上昇した.したがって,竹破砕物の抽出液から肥料の効果が認められたが,竹破砕物には保水機能があり湿害を起こす可能性も示された.(2)大豆栽培圃場を想定して,CENTURY MODELを用いた土壌中の有機物動態予測を行った.その結果,1回のみ竹破砕物を2cm程度施用した場合,土壌中の全有機炭素量は,約20年で施用しなかった場合とほぼ同じ値に落ち着くため,竹破砕物は20年でほとんど分解されることが予測された.また,マルチ厚さ2cm程度であれば毎年投入してもC/N比は20程度に落ち着き,鋤きこみ1回を行うことで20を越えないと予測された.以上から環境負荷量が少なく,マルチ効果を発揮する竹チップ投入量は,2cm程度の厚さであると考えられた.
中国の社会保障制度改革と地方政府

本研究の目的は、中国における社会保障制度改革の実態とその問題点について、中央と地方の両方から検証することにある。本研究は3年計画で実施された。初年度の研究では、まず中国全体の社会保障制度改革の進展状況を把握し、かつ関連資料の収集に重点を置いた。国家計画委員会マクロ経済研究院人力資源研究室主任の楊宜勇氏と意見交換した。また、青島海洋大学の徐暁慧氏の協力を得て、青島市の社会福祉施設を訪問取材した。これらの成果の一部は、「中国における"制度化された市場経済"構築の可能性」『国際問題』2001年3月号として発表された。第2年度の研究では、引き続き中国全体の社会保障制度改革に関する調査と資料収集を行うとともに、上海市についての調査と取材にも着手した。中央レベルでは社会科学院社会学研究所の邵道生氏に取材した。とくに上海における障害者、老人、孤児の福祉を中心に社会福祉関係の現状について調べた。他方で、外資系企業の進出や私営企業の発展によって、社会保障の分野での制度改革の進展は著しい。これらの分野における調査の成果の一部は、拙稿「改革・開放後中国と東アジア」(『東アジア経済の軌跡』青木書店、2001年所収)や拙稿「中国における改革・開放政策と私営・民営経済の発展」(『急成長する中国の私営企業』日中経済協会、2001年所収)として発表した。最終年度は、青島、諸城、大連において現地調査と資料収集を行った。これらの調査と過去2年間の研究を踏まえて、中央レベルと地方レベルから見た社会保障制度改革の課題を探った。そこで明らかにしたのは、中国の社会保障制度改革が社会保険化・市場化の推進によって閉鎖的・特権的システムを打破しようとしているが、中央・地方行政のタテ割のために必ずしも成功していない点である。その成果は、「中国の社会保障制度改革と社会統合-市場化と地方主義の狭間で」『アジア経済』2003年5・6月合併号、67100ページとしてまとめた。本研究は3年計画で、今年度はその第一年目に当たる。初年度の研究でめざしたことは、まず中国全体の社会保障制度改革の進展状況を把握し、かつ関連資料を収集することである。この面では、現地の共同研究者である常清氏の協力もあって、社会保障関連の文献や雑誌(『中国社会保障』等)を収集することができた。また、国家計画委員会マクロ経済研究院人力資源研究室主任の楊宜勇氏と、社会保険の財政困難、行政管理のタテ割り、先進的なモデル都市の事例などについて意見交換した。これらの成果は、「中国における"制度化された市場経済"構築の可能性」『国際問題』2001年3月号に発表した。この論文は中国型市場経済が安定的に発展していくための条件の1つして、社会保障制度の整備の必要性を取り上げ、その実施に伴う困難な問題についても言及している。初年度のもう1つの目的は、地方レベルの実態調査のための事前準備である。具体的には青島市において、青島市再就職服務中心を訪問してリストラ・失業人員の再就職あっせん状況を取材した。また、青島市児童福利院と社会福利院(老人ホーム)など社会福祉施設を見学した。

青島市の実態調査は、各施設とも外国人の直接調査に難色を示しており、中国側の現地協力が不可欠である。青島海洋大学の徐暁慧氏と青島市城陽区政府の董同剛氏から協力を取りつけてきた。次年度以降の実態調査には、より周到な準備をして臨む予定である。次年度は、青島市における社会保障の実態として、(1)各種社会保険の加入率と社会保険会計、(2)社会福祉施設の運営状況と財政、の2点を中心に調べる。また、青島市レベルの社会保障関係の新聞や雑誌の収集にも努力する。これと並行して、全国的な社会保障制度改革の進展状況を跡づける作業も継続したい。本研究の目的は、中国における社会保障制度改革の実態とその問題点について、中央と地方の両方から検証することにある。本研究は3年計画で、今年度はその第二年目に当たる。初年度の研究では、まず中国全体の社会保障制度改革の進展状況を把握し、かつ関連資料の収集に重点を置いた。国家計画委員会マクロ経済研究院人力資源研究室主任の楊宜勇氏と意見交換した。また、青島海洋大学の徐暁慧氏の協力を得て、青島市の社会福祉施設を訪問取材した。これらの成果の一部は、「中国における"制度化された市場経済"構築の可能性」『国際問題』2001年3月号として発表された。本年度の研究の重点は、ひきつづき中国全体の社会保障制度改革に関する調査と資料収集を行うとともに、上海市についての調査と取材にも着手した。中央レベルでは社会科学院社会学研究所の邵道生氏に取材した。また地方レベルでは、とくに上海における障害者、老人、孤児の福祉を中心に社会福祉関係の現状について調べた。社会福祉関連の実態についてはあまり詳しい調査は公表されておらず、この面での研究の壁は大きく、いっそうの資料収集に努めたい。他方で、外資系企業の進出や私営企業の発展によって、社会保険の分野での制度改革の進展は著しい。これらの分野における調査の成果の一部は、拙稿「改革・開放後中国と東アジア」(『東アジア経済の軌跡』青木書店、2001年所収)や拙稿「中国における改革・開放政策と私営・民営経済の展開」(『急成長する中国の私営企業』日中経済協会、2001年所収)として発表した。次年度は、本研究の最終年にあたる。これまでの2年間の調査と資料収集を踏まえて、(1)中国の全国レベルの社会保障体系の概要、(2)青島市と上海市からみた地方の社会保障制度の改革、(3)障害者、老人、孤児に対する福祉の実態、の3点にしぼって研究をまとめる予定である。本研究は3年計画で、今年度はその最終年に当たる。
圧粉磁芯モータの低損失・高出力磁気回路実現のための創発的位相最適化手法の開発

高効率モータ設計を行うため,トポロジー最適化による実用的な解を導出する方法として,レベルセット関数の移流を使用したトポロジー最適化手法の開発と,三次元問題でも実用的な計算時間内に最適化可能な有限要素法の高速化手法の開発に注力する.レベルセット関数の移流を考慮したトポロジー最適化では,磁気非線形性を考慮できる三次元静磁界最適化問題へ適用し,その優位性を明らかにした.有限要素法の高速化手法の開発では,連立一次方程式解法であるICCG法の高速化を主眼として研究を進めた.具体的には,電磁界解析で現れる係数行列の非ゼロ要素分布を並列化に適した分布へオーダリングする手法を開発する.平成25年度の研究実施内容(1)内部埋め込み式永久磁石同期モータの回転子設計(空気or鉄芯:二値離散最適化問題)における多段式確率論的位相最適化手法の性能評価を実施した.その結果,遺伝的アルゴリズムの効率が最も高い結果が得られた.また,電流位相角も設計変数に付加した状態でも遺伝的アルゴリズムの性能が最も高く,フラックスバリア内部に突起状磁極を持つ実用解が得られた.(2)複数の磁性材料で構成される磁気回路設計問題に対する最適化については,現状では成功したとは言えない状態である.設計変数の大規模化に伴う解空間の複雑化に伴い,合理的な解が得られない.遺伝的アルゴリズムでは,乱数に基づく探索であるため,手法の性能限界とも考えられる.それゆえ,本年度終盤から目的関数の一階偏導関数(感度)を使用した最適化手法への変更を行う予定である.早速ではあるが,一回の有限要素法とほぼ同等な計算コストで感度解析を行える随伴変数法による高速感度解析を実装することに成功した.これは,磁気特性が非線形の状態でも勾配計算を実施できるため,圧粉磁芯の磁気特性を適用した位相最適化を実行できる可能性がある.C型鉄芯や磁気シールド等のテスト問題において,逐次線形計画法に基づく材料密度ベースの最適化を実施し,三次元問題に対するロバスト性とその有用性を検討した.(3)位相最適化は,与えられた位相(トポロジ)に対して,有限要素解析を実施する必要がある.それゆえ,有限要素法の高速化は,実用的な計算時間内に位相最適化問題を求解するために必須の項目である.本年度では,前処理付きMRTR法にReverse Cuthill McKeeオーダリングを適用し,ブロック化前処理による並列化線形解法を実装した.集中メモリ型PCで4倍弱の高速化を達成できた.従来から用いていた遺伝的アルゴリズムを使用した場合,収束解の材質分布の散在が発生した.そこで,随伴変数法に基づく目的関数の一階微分係数を使用した逐次線形計画法を導入した.本手法は,目的関数の一次導関数のみを用いているため,収束過程において,目的関数が振動するケースがある.そこで,振動を除去するため,目的関数をムーブリミットに対して二次近似する収束安定化手法を提案し,種々の最適化モデルでその有用性を明らかにした.(1)の方法では,各要素に材料密度(無次元量)を定義し,それを設計変数とした最適化計算を行っていた.しかし,隣接する要素との連続性は零次となるため,収束解には,所々に材料要素が散在する傾向にあった(遺伝的アルゴリズムの収束解よりも散在の度合いは低い).そこで,レベルセット関数を援用し,物体境界のみ(レベルセット関数の零等位面)を設計パラメータとしたトポロジー最適化手法を開発した.その結果,磁気特性が線形,あるいは非線形としても,有限要素に配備した材料要素の散在はなく,要素単位で変数を指定した手法よりも実用性の高い解を得ることに成功した.トポロジー最適化問題を求解する場合,数千回の有限要素法弱形式(線形方程式)を求解する必要がある.それゆえ,合理的な計算時間で最適化を終了させるためにも,線形方程式の高速求解を実行することは重要である.本研究では,Reverse Cuthill McKee法から得られるレベル構造を使用し,並列性能の高いオーダリング技術を開発することに成功し,6並列で6.7倍以上の高速化を達成するに成功した.(1)昨年度開発したレベルセット関数の移流を援用したトポロジー最適化手法は,物体と空間の境界のみを変動する手法である.それゆえ,実用的な解を得やすい利点がある反面,局所解に捕捉される欠点がある.すなわち,物体内部に孔を持つ解(例えば,IPMモータのフラックスバリア等)が最適解である問題に対しては,広範な探索範囲を有するトポロジー最適化の優位性が低下した状態で試行していることになる.この問題を解決するため,レベルセット関数の移流を全く使用しない,すなわち,数理計画的観点から,最適化問題を求解することを試みた.初期トポロジーは完全なグレイスケールを設定することで,探索初期段階ではトポロジー最適化,探索終盤はレベルセット関数の特質によりトポロジーが固定されるため形状最適化となる手法の開発に成功した.数理計画法として,構造解析分野で実績のあるMMA(the Method of Moving Asymptotes)を導入し,従来手法よりも収束特性がよく,トポロジー最適化と形状最適化の利点を組み合わせた解法の開発に成功した.(2)レベルセット関数の移流を考慮したトポロジー最適化手法では,上述のように,局所解から脱出するため,孔を設けることが出来ない.

それゆえ,もう一つの方法として,Simple Topological Derivativeを提案し,トポロジー最適化中に小さい孔を設けながら,探索する手法も開発した.(1)との比較については,今後,行う予定である.(3)トポロジー最適化計算では,多いときには数千回にも及ぶ有限要素法による順計算を行う必要がある.昨年度開発したReverse Cuthill McKee法のレベル構造を等分割したグラフ構造を適用したブロックマルチカラーオーダリングの並列性能を,さらに向上させ,従来のブロック化前処理よりも高速に線形方程式を求解できることを明らかにした.高効率モータ設計を行うため,トポロジー最適化による実用的な解を導出する方法として,レベルセット関数の移流を使用したトポロジー最適化手法の開発と,三次元問題でも実用的な計算時間内に最適化可能な有限要素法の高速化手法の開発に注力する.レベルセット関数の移流を考慮したトポロジー最適化では,磁気非線形性を考慮できる三次元静磁界最適化問題へ適用し,その優位性を明らかにした.有限要素法の高速化手法の開発では,連立一次方程式解法であるICCG法の高速化を主眼として研究を進めた.具体的には,電磁界解析で現れる係数行列の非ゼロ要素分布を並列化に適した分布へオーダリングする手法を開発する.レベルセット法の導入により,収束解における材料要素の散在がほぼ解決された.これによって,実際の回転機への適用に大きく前進することとなった.計算電磁気学レベルセット関数を用いた現況の方法では,目的関数の一次導関数,すなわち,最急降下方向に沿った探索である.さらなる収束特性改善を見込めるMethod of Moving Asymptotes (MMA)を導入し,手法の改善に努める.然る後に,モータの三次元トポロジー最適化を実施する予定である.当初期待していた進化型アルゴリズムの複数材料構造最適化に対する性能が劣悪だった.そこで,最適化解法を感度解析ベースのものにシフトした.二値問題ではあるが,三次元最適化問題に対して,進化型アルゴリズムのものより,かなり良好な性能を発揮することが分かった.昨年度中に,申請書に記述したIntel XEON Phiを購入予定であった.しかし,XEON Phiよりも,GPUの性能が勝っているとの研究が数多く報告されていた.我々は,CUDAのような特殊言語を使用せず,GPUよりも高速なアーキテクチャとしてPhiを期待していたが,そこまでの要請にはマッチしていなかったようである.それゆえ,PCクラスタの新規購入が,実利面から妥当と判断し,現在,PCクラスタの予算を見積もっている段階である.感度解析に基づく数理計画法のうち,最適性基準法,逐次凸関数近似法等の性能を評価することで,電気モータの構造最適化問題に対して最も性能が高い手法を見極める必要がある.その後,二値問題で圧粉磁芯モータの最適化を実施し,マルチマテリアル位相最適化手法を実装することで,モータの構造最適化問題を求解する予定である.上記理由により,PCクラスタの予算見積もりを終了した段階で,剰余した予算を使用させて頂く.なお,コストを極力カットするため,PCを部品単位で購入して,自作PCクラスタを構築する予定である.当初,Intel Parallel Studio XE 2013を購入予定であったが,Intel XEON Phiの性能を吟味する前に,GPUの性能評価がコストパフォーマンスの観点から重要だと認識した.