hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
SiCをプラットフォームとする新規グラフェン成長手法の確立

このグラフェンのHall効果測定を行ったところ、キャリアタイプは正孔で、シートキャリア濃度4x10^14cm-2、移動度7.3cm2/Vsであった。ここで、SiC上に形成されたグラフェンのキャリアは通常は電子であり、炭化アルミニウム由来グラフェンのX線光電子分光測定の結果から、グラフェン中にアルミニウムが存在することがわかった。これらの結果は、グラフェン中にドープされたアルミニウムが正孔伝導の起源である可能性を示唆している。次に、炭化ホウ素の熱分解により作製したグラフェン中には高濃度のホウ素がドープされていることが前年度までにわかっているが、このホウ素ドープグラフェンの低温での電気伝導測定および磁化測定を行った。超伝導の出現が期待されたが、電気伝導測定の結果から、10mKより高温では超伝導転移は起こらなかった。一方、磁化測定を行ったところ、110K付近でスピングラスと見られる挙動が観測された。この現象は一般的なグラフェンには観察されず、ドープされたホウ素が局所的なスピンフラストレーションを起こしていることによると示唆される。これらの結果は、当初目標としていた結果とは異なるものの、アルミニウムドープグラフェン成長やホウ素ドープグラフェンによるスピングラス挙動など、これまで報告されていない興味深い材料および物性を見出すことができた。本研究では、SiC基板上に作製した炭化物薄膜の熱分解により、様々な特徴を有するグラフェンを成長することを目的とした。その結果、まずSiC上炭化アルミニウム薄膜から作製したグラフェンは、アルミニウムがドープされていることを示唆する実験結果が得られた。SiC上炭化ホウ素薄膜由来のグラフェンでは、高濃度にホウ素がドープされ、スピングラス挙動が観察された。このように、炭化物熱分解によるグラフェン成長は、これまでにない新たな構造や物性を持つグラフェンを作製する手法として有効であることが明らかになった。初年度の目標は、SiC基板上への炭化アルミニウム、炭化ホウ素、および炭化チタン薄膜の結晶成長であった。現在までに、ほぼ当初の計画通り、SiC上基板上へのこれら炭化物薄膜エピタキシャル成長に成功した。また、当初計画に従い、より高精度な膜厚制御のため、超高真空薄膜成長装置を導入し、薄膜成長を開始した。主に3種類の炭化物薄膜成長を行っており、それぞれに結晶性や成長機構が異なることがわかってきた。これもほぼ計画通りであることから、おおむね順調に進展していると判断した。今後もこれまでに引き続き、各炭化物薄膜とその熱分解グラフェンの高品質化および新規物性開拓を進めていく。具体的には、パルスレーザー堆積装置にロードロック室を導入し、実験のスループットをさらに向上させて効率よく進めるようにする。この装置を用いて、薄膜グラフェンの高品質化と、各炭化物薄膜のパターニングにより機能化を行う。まず、SiC基板上全体に炭化アルミニウムを、端に炭化チタンを堆積し、グラフェン化することで、グラフェン・電極・酸化膜の同時成長を目指す。
結び目のDehn手術に関する研究

結び目のDehn手術でいつSeifert多様体が生じるか?という問題に解答を与えることを主目的に研究を行ってきた。これまでの研究で結び目がsatellite結び目のとき次の事実が得られていた。Seifert多様体を生み出すDehn手術は整数係数のDehn手術であり、そのようなDehn手術は高々4個しか存在しない。(これらの事実は宮崎氏との共著論文Seifert fibred manifolds and Dehn surgeryにまとめられ専門誌Topologyから出版予定)。そこではsatellite結び目に対するmodificationという操作が本質的な役割を果たしていた。本研究ではmodificationをさらに詳しく調べSeifert多様体を生み出すDehn手術の個数が高々2個になることを証明し、更にもしそのようなDehn手術が2個存在すればそれらの手術係数は連続した2整数であることを示した。また本研究で連続2整数m,m+1に対しm-Dehn手術とm+1-Dehn手術がともにSeifert多様体を生み出す例を具体的に構成し上の結果が最良のものであることを示した。これらの結果は宮崎氏との共著論文Seifert fibred manifolds and Dehn SurgeryIIにまとめられ現在投稿中である。またSeifert多様体を生み出すDehn手術の研究はMontesions結び目(絡み目)の結び目解消数(絡み目解消数)の研究と密接に関係しており、本研究において4個以上のbranchをもつMontesinos結び目(絡み目)の結び目解消数(絡み目解消数)が1になり得ないことを証明した。
右心不全に対する人工心筋を用いた全植え込み型右心補助デバイスの開発

Mock回路にて補助効果を確認し、デバイスの構造を決定した。デバイスのmock回路での実験に平行し、右室自由壁にエタノールを注射し犬慢性右心不全モデルを作成した。エタノール注射後2週間で右室仕事量(RVSW)の低下および肝臓の病理学的所見でうっ血肝を呈しており、慢性右心不全モデルとした。人工心筋を用い、右心不全モデルに対し、急性実験を行った。人工心筋による右心補助により、左室拡張期末期容積の増大を認め補助効果を認めた。当初の予定の慢性実験は、デバイスの改良の後に行う計画としている。平成25年度はイヌ慢性右心不全モデルの作成を行った。右心不全モデル作成のプロトコールに従い、右室心筋自由壁にエタノールを注射し心筋梗塞を形成する事により作成した。計4頭のイヌ慢性右心不全モデルの作成を行った。1頭目は麻酔による心機能抑制により、十分な梗塞巣を作成できなかった。麻酔プロトコールを変更することにより2頭目は、麻酔中の循環動態は安定し、エタノール注射を右室自由壁に広範囲に行う事が可能であった。また、2頭目からは十分な梗塞巣を得るために、右冠動脈から右室への枝を結紮する事とした。その後1ヶ月後に、安楽死を行い、心筋および肝臓の病理組織変化を確認したところ、どちらの組織も急性から亜急性期の変化であった。当初のプロトコールを変更し、エタノール注入から安楽死させる期間を2ヶ月に延長した。2ヶ月に延長した3頭目は心筋および肝臓の病理組織は慢性化していた。Swan-Ganzカテーテルのデータおよび容量負荷による右室仕事量はモデルの作成前に比べ有意に低下しており、病理学的および循環動態の変化より慢性右不全モデルとした。人工心筋は右側方切開・開胸下で右心室に縫着予定である。モデル作成時に胸腔および心嚢腔のサイジングを行った後に、Mock circulationを用いたIn vitroの実験により適切な縫着法を評価し、現在、人工心筋モデルを作成している。(共同研究者である東北大学加齢医学研究所心臓病電子医学分野の山家、白石らにより行われた。)Mock回路にて補助効果を確認し、デバイスの構造を決定した。内科的治療抵抗性の心不全に対する有効な治療は心臓移植であるが、ドナー不足による長期待機期間の橋渡し的役割として補助人工心臓(VAD)がある。通常は左心系のみの補助で長期待機をするが、慢性期の右心不全遷延は循環悪化因子となる。一方で2つのVADを用いた両心VADでの長期待機は成績は不良である。侵襲の少ない、効率的右心補助が可能だと右心不全を回避し、移植到達の可能性は高まる。本研究では人工心筋を用いた全植込み型右心補助デバイスを開発し、慢性右心不全モデに対して装着し、血行動態学的、病理学的評価を行い、その長期耐久性、有効性について確認する。これまで種々の右心不全モデルが報告されているが、そのモデル作成率は一定ではなく、我々が本研究で採用した、右室心筋内エタノール注入法もまた報告論文は多くない。したがって初年度はモデル作成の詳細なプロトコール作成を行った。まずは他実験終了後に屠殺された犬の心臓に対するエタノール注入を行うことで、刺針の深さ、注入の際の加圧具合などを確認。次いでビーグル犬の正常心右室に対して局注を施行。心エコーで右室壁運動の低下、右房の拡大が確認された。今後はさらにカテーテルを用いた圧データによる評価を加え、モデル作成手技を確定したうえで、人工心筋装着の研究を進めていく予定である。一方、人工心筋の右心補助用の補助効果を高めるため、モック回路を用い、右心不全モデルに適した形態になるよう、デバイス形態、装着法などを決定している。モック回路による圧解析の結果からデバイスの最終形を確定したうえで、右心不全モデルに対する人工心筋装着を行う予定である。動物実験に先立ち、人工心筋を用いた右心補助用デバイスを設計・作成し、Mock circulationを用いた実験を行った。in vitro実験を行いながら、形状や装着方法を変更し、デバイスのデザインを決定した。イヌ慢性右心不全モデル(エタノールを右室自由壁へ注射し梗塞を形成することで作成する)に対し、人工心筋を用いた右補助デバイスによる急性実験を行った。右開胸、心臓を露出した後に、右心室へデバイスを装着、センシングリードを心房および心室壁に縫着し、心同期をさせて、右心補助を行った。右心系にはスワンガンツカテーテル、左心系にはコンダクタンスカテーテルを挿入しデータを採取、評価を行った。右心不全モデルに対し、右心補助を行うことにより、明らかな圧変化は認めなかったが、左室への還流が増加し、補助を行っていない場合に比べて、一回拍出量の増加を認め、デバイスによる右心補助が行えたことを証明できた。

右心室に対し、デバイスの形状および補助法を変更しながら、急性実験を行うことは可能であったが、デバイスの補助能力、およびシステム(ジェネレーターの小型化)の問題から、慢性実験を行うまでには至らなかった。本研究の当初の目的である、デバイスを長期的に装着することによる右心不全の改善(肝臓の病理所見および生化学的検査の改善)を証明することはできなかった。急性実験の結果より、今後、デバイスの改良が進み、システムが小型化されれば、右心機能補助が可能であることが示唆された。動物実験はまだ継続して行っており、最終的な解析結果を出していない。今後、実験データを解析し、学会発表および論文により実験結果を報告していく予定となっている。医歯薬学一頭の慢性右心不全を作成するために初回のエタノール注射の実験から2ヶ月を要する。また、エタノール注射を行った後、慢性期に安楽死させ臓器を摘出し、病理標本の作成を行い心筋および肝臓の組織を評価しながらモデルの作成を行っていた。確実なモデル作成およびMock circulationでのIn vitro実験に時間を要しており、平成25年度は人工心筋を使用しての動物実験まで至らなかった。これまで種々の右心不全モデルが報告されているが、そのモデル作成率は一定ではなく、我々が本研究で採用した、右室心筋内エタノール注入法もまた報告論文は多くない。したがって初年度はモデル作成の詳細なプロトコール作成を行った。まずは他実験終了後に屠殺された犬の心臓に対するエタノール注入を行うことで、刺針の深さ、注入の際の加圧具合などを確認。次いでビーグル犬の正常心右室に対して局注を施行。心エコーで右室壁運動の低下、右房の拡大が確認された。今後はさらにカテーテルを用いた圧データによる評価を加え、モデル作成手技を確定したうえで、人工心筋装着の研究を進めていく予定である。イヌ慢性右心不全モデルの作成と平行し、人工心筋の縫着方法についてMock circulationを用いて評価を行っている。Mock circulationでの評価が終了後、作成したイヌ慢性右心不全モデルでの急性動物実験を行いデータ収集し、慢性実験まで行う予定である。一方、人工心筋の右心補助用の補助効果を高めるため、モック回路を用い、右心不全モデルに適した形態になるよう、デバイス形態、装着法などを決定している。モック回路による圧解析の結果からデバイスの最終形を確定したうえで、右心不全モデルに対する人工心筋装着を行う予定である。動物実験モデルの作成に時間を要したため、人工心筋の縫着データを収集できなかった。Mock circulationのデータをもとにH26年度は人工心筋を縫着した急性期および慢性期実験が可能であると考えられる。
内分泌かく乱物質の自己免疫疾患に与える影響およびそのメカニズムに関する研究

外因性内分泌かく乱物質は内分泌系のみならず、自己免疫系に対しても影響を与える可能性がある。したがって本研究では内分泌かく乱物質暴露の自己免疫疾患モデルであるコラーゲン関節炎(CIA)に与える影響およびそのメカニズムについて検討した。実験動物としてDBA/1Jマウスを用いた。CIAを誘導するため、100μgの軟骨構成成分であるII型コラーゲン(typeII collagen, CII)をアジュバント(CFA)とともに注射免疫した。Th1反応の指標としてCII免疫動物の脾臓T細胞によって産生されるTh1サイトカイン(IL-2,IFN-γ)分泌およびTh1細胞依存性の抗CII抗体IgG2a産生、Th2反応としてTh2サイトカイン(IL-4,IL-10)分泌およびTh2細胞依存性の抗CII抗体IgG1産生をELISA法によって測定した。マウス雄雌の交配直後から、妊娠、出産、母乳期間までの6週間、母親マウスにビスフェノールA(BPA,0.0011mg)を経口投与したところ、子マウスにおける関節炎発症率および重症度は促進した。また、経口トレランス誘導はBPAによって有意にブロックされた。このとき、脾臓および腸管免疫組織におけるCD4およびCD8陽性T細胞数は増加し、抗原特異的抗体およびIL-2,IFN-γ産生は促進した。また、BPAによってIL-4,IL-10およびIgG1抗体産生も促進されたが、その程度はIL-2,IFN-γおよびIgG2a抗体産生の場合よりも小さかった。これらの結果から、BPA暴露によってCIAのような自己免疫疾患は影響を受けると思われる。そのメカニズムとしてはCD4およびCD8陽性T細胞増殖、Th1およびTh2細胞によって産生されるサイトカインの亢進によると思われるが、Th1細胞により選択性があると考えられる。内分泌かく乱物質(ビスフェノールA,BPA)の免疫系に対する効果について検討した。[結果]成熟マウスにBPAを投与することによって、Th1反応は用量依存的に増加し、1mgBPA投与によって100-200%の増加率がみられた。また、BPAはTh2反応に対しても促進作用を示したが、その効果はTh1に対する効果よりも弱く、1mgBPA投与によって20-40%の増加率を示した。胎児期および母乳期間に1mgBPA暴露を受け、成熟した雌マウスは、Th1およびTh2反応に対し、それぞれ約100%および30%の促進を示した。また、これらマウスにおける脾臓細胞中のCD4およびCD8陽性T細胞数は対照と比較して、それぞれ15-20%および60-70%増加した。[考察]BPAは免疫系、とくにTh1反応およびCD8陽性T細胞増殖に対し促進的に作用すると思われる。このBPAの免疫系に対する効果が、本物質のエストロゲン様作用、すなわちエストロゲンレセプターを介したものであるかについては現在検討する必要がある。内分泌かく乱物質のTh1、Th2自己免疫反応に対する影響について検討した。[方法]実験動物としてはDBA/1Jマウスを用いた。自己免疫反応を誘導するため、100μgの軟骨構成成分であるII型コラーゲン(type II collagen,CII)をアジュバント(CFA,LPS)とともに注射免疫した。Th1反応の指標としてCII免疫動物の脾臓細胞によってCII存在下in vitroで産生されるサイトカイン(IL-2,IFN-γ)およびTh1細胞依存性の抗CII抗体(IgG2a)産生、Th2反応としてTh2サイトカイン(IL-4,IL-10)およびTh2細胞依存性の抗CII抗体(IgG1)産生をELISA法によって測定した。

また、CII特異的な脾臓T細胞の増殖反応を3H-thimidineの細胞内取り込みによって定量化した。内分泌かく乱物質として、エストロゲン受容体と結合可能な種々の用量のビスフェノールA(BPA)を免疫時から1日1回14日間経口投与した。[結果・考察]BPA投与によってCII特異的T細胞増殖反応は促進した。このことから、BPAの免疫増強作用が示唆された。また、BPA投与群において用量依存的なIL-2,IFN-γおよびIgG2a抗体産生の増大がみられた。このことは、BPAのTh1自己免疫反応促進の可能性を示している。さらに、BPAはIL-4,IL-10およびIgG1抗体産生を促進したが、その程度はIL-2,IFN-γおよびIgG2a抗体産生の場合よりも小さかった。したがって、BPAはTh1およびTh2自己免疫反応の両方を増強すると思われるが、Th2よりもTh1反応に対してより強い促進作用を有していると考えられる。外因性内分泌かく乱物質は内分泌系のみならず、自己免疫系に対しても影響を与える可能性がある。したがって本研究では内分泌かく乱物質暴露の自己免疫疾患モデルであるコラーゲン関節炎(CIA)に与える影響およびそのメカニズムについて検討した。[結果]BPA投与によってCIAの発症率および関節炎重症度の促進がみられた。また、BPAによってIL-4,IL-10およびIgG1抗体産生も促進されたが、その程度はIL-2,IFN-γおよびIgG2a抗体産生の場合よりも小さかった[考察]外因性内分泌かく乱物質BPA暴露によってCIAのような自己免疫疾患は影響を受けると思われる。そのメカニズムとしてはTh1およびTh2細胞によって産生されるサイトカインの亢進によると思われるが、Th1細胞により選択性があるとと考えられる。
共役イミン類の反応多様性を活用した効率的且つ連続的結合形成反応の開発

共役イミン類の反応多様性に着目し、位置選択的ラジカル付加反応と空気中の酸素を利用するヒドロキシル化が連続的に進行する新規ドミノ型反応の開発に成功した。すなわち、炭素ー硫黄結合とヒドロキシル化を連続的に行うヒドロキシスルフィド化反応および、炭素ー炭素結合形成反応とヒドロキシル化を連続的に行うヒドロキシアルキル化反応を開発した。共役イミンの新規ドミノ型反応の開発を目指して、共役オキシムエーテルを基質とした位置選択的なラジカル付加反応と、それに続く酸素分子によるラジカル捕捉反応を経由した水酸基の導入反応を検討した。はじめに、β位にエステルを有する共役オキシムエーテルを基質として用い、トリエチルボランおよび酸素存在下、種々のチオール類とのヒドロキシスルフィド化を検討した。その結果、反応は位置選択的に進行し、良好な収率および立体選択性で目的のヒドロキシスルフィドが得られた。本反応は、トリエチルボランをラジカル開始剤としたヒドロキシスルフィド化反応の初めての例である。また、興味深いことに、共役アルデヒドを同条件に付したところ、ヒドロキシスルフィド化は進行せず、単純なMichael付加体のみが生成した。このことから、本ヒドロキシスルフィド化反応には、オキシムエーテル部分が必須であり、中間体であるα-イミノラジカルの安定性が本反応の進行に大きく寄与していることが分かった。また、反応経路の詳細な検討を行った結果、反応の初期段階においてトリエチルボランとチオールからチオボランが生成し、チオボランからのチイルラジカルの発生が本反応の鍵段階であると考えられる。また、共役オキシムエーテルのみでなく、共役ヒドラゾンのヒドロキシスルフィド化反応も同様に進行し、立体選択性が若干であるが向上した。さらに、様々な環状および鎖状の共役オキシムエーテルのヒドロキシスルフィド化反応を検討し、基質一般性を確めた。最後に、得られたヒドロキシスルフィドのγ-ラクタムへの誘導にも成功した。共役イミン類は、多様な反応性を有しており、環化付加反応や1,2-付加反応および1,4-付加反応などの基質として用いられ、アミン類や含窒素複素環の合成に広く応用されている。しかし、これまでラジカル反応の基質として用いた例は、ほとんど報告されていなかった。そこで、共役イミンの新規ドミノ型反応の開発を目指して、炭素-炭素結合形成反応とヒドロキシル化を連続的に行うヒドロキシアルキル化反応を検討した。ラジカル開始剤としてトリエチルボランを用いてトルエン中、酸素雰囲気下、室温で反応を行ったところ、ヒドロキシエチル化体が収率良く得られた。また、本反応は溶媒効果を強く受け、ジクロロメタン中では、目的のヒドロキシエチル化体はほとんど得られず、エチルラジカル付加体が優先して生成した。一方、興味深いことに、Me_3Alを添加した場合、ジクロロメタン中でもヒドロキシアルキル化反応が効率的に進行することが明らかになった。次に、ヒドロキシアルキル化反応の反応経路を解明するため、種々の反応を検討し、さらに反応混合物の^<1>H-NMR測定および質量分析を行った。その結果、ボリルエナミンが反応中間体として生成し、酸素による酸化反応を経て水酸基が導入されることが明らかになった。すなわち、ボリルエナミンから酸素分子とのエンタイプの反応、もしくは、ボリルペルオキシラジカルの付加により、ボリルペルオキシドが生成し、続いて、還元、加水分解を経て、ヒドロキシエチル化体が得られたと考えている。以上のように、新規ドミノ型ラジカル反応として、共役オキシムエーテルを基質として用いたヒドロキシアルキル化反応の開発に初めて成功した。
ストリーム処理とデータ分析処理を統合した戦略的データ活用基盤の開発

本研究では、データベースとHadoopをハイブリッドに利用したスケーラブルな機械学習手法を開発した。バッチ学習をHadoop上で行い、逐次的な学習処理を関係データベースの一種であるPostgreSQL上で行う。大規模な機械学習を実現するための代表的なアプローチとして、関係データベース内で高度なデータ解析処理を行うIn-Database Analyticsと、MapReduceを用いた機械学習の並列処理の2つがある。テラバイトペタバイト級の大規模なデータ解析を行うにあたっては、システム間のデータ移動に非常に時間を要することが課題であり、In-Database Analyticsはビジネスデータが存在するデータベース内でデータ解析を行うという点でデータ移動のコストを省けるため有効である。一方で、関係データベースは、時間を要する解析処理をバッチ処理する上で重要な耐障害性や性能劣化ノードの扱いに課題を残している。そこで本研究では、バッチ学習をMapReduce/Hadoopを用いて行い、インクリメンタルな学習を関係データベース上で行う、ハイブリッドな機械学習手法を開発した。3年計画の2年度目にあたる平成25年度は、前年度に作成したハイブリッドな機械学習手法を論文としてまとめ、ビッグデータ分野の主要な会の一つであるIEEE 2nd International Congress on Big Dataで発表を行った。また、開発成果をオープンソースソフトウェアのHivemallとして公開した。公開したソフトウェアに関する発表は、機械学習分野の最難関会議であるNIPSのワークショップ(NIPS 2013 Workshop on Machine Learning Open Source Software)や採択率2割をきる産業界からの注目度の高いエンジニアリングカンファレンスのHadoop Summit 2014に採択された。大規模な機械学習を実現するためのアプローチとして代表的なものに、関係データベース内で高度なデータ解析処理を行うIn-Database AnalyticsとMapReduceを用いて機械学習を並列処理するアプローチがある。テラバイトペタバイト級の大規模なデータ解析に行うにあたってはシステム間のデータ移動が非常に時間の要する課題となる。In-Database Analyticsはビジネスデータが存在するデータベース内でデータ解析を行うという点でデータ移動のコストを省けるため有効である。一方で、関係データベースは時間の要する解析処理をバッチ処理する上で重要な耐障害性や性能劣化ノードの扱いに課題を残している。そこで、本研究ではバッチ学習をMapReduce/Hadoopを用いて行い、インクリメンタルな学習を関係データベース上で行うハイブリッドな機械学習手法を開発した。スループット重視のバッチ学習は、Hadoop上に構築した32台の並列学習器により約2,300,000tuples/secのトレーニング速度を実現した。また、レイテンシ重視のインクリメンタル学習はPostgreSQL上に実装し、70,000 tuples/secのトランザクショナルな更新に対してインクリメンタルな学習モデルのメンテナンスを約5 secのレイテンシで行うことができることを確認した。研究成果の成果適用として、オンライン広告関連会社との共同研究を進めた。データベース学MapReduceによるバッチ学習と関係データベース上でのインクリメンタルな学習の組合せによるハイブリッドな機械学習手法を開発し、大規模なクリックストリームデータを利用した評価実験まで既に終えている。当該手法は平成25年度に国際会議2件で発表済みの他、平成26年度に向けて論文誌投稿中1件、Hadoop summitでの発表予定と研究成果の発表も順調に進んでいる。交付申請書段階では、CEP処理系を利用することを想定していたが、申請者が入手可能なクリックストリームデータを取り扱う上で技術的に必須事項ではないことが判明したため、優先事項から外し、大規模データのための機械学習手法の開発に注力した。実現手法と研究対象は、より機械学習寄りのものとなったが、ストリーム処理と蓄積型のバッチ処理のハイブリッドな手法という点で当初の研究目的から逸れておらず、おおむね順調に進展している。MapReduceによるバッチ学習と関係データベース上でのインクリメンタルな学習の組合せによるハイブリッドな機械学習手法を開発し、大規模なクリックストリームデータを利用した評価実験まで既に終えている。当該手法は国際会議に論文投稿中である。交付申請書段階では、CEP処理系を利用することを想定していたが、申請者が入手可能なクリックストリームデータを取り扱う上で技術的に必須事項ではないことが判明したため、優先事項から外し、平成24年度は大規模データのための機械学習手法の開発に注力した。

実現手法と研究対象は、より機械学習寄りのものとなったが、ストリーム処理と蓄積型のバッチ処理のハイブリッドな手法という点で当初の研究目的から逸れておらず、おおむね順調に進展している。平成26年度の計画では、「商用サイトにおける実地テストによる提案システムの評価と改善」を行う予定であるが、既に民間のオンライン広告関連企業との共同研究で実データの提供を受け、提案システムの評価を行っており、当初計画通りの予定で研究を推進していく予定である。他方で、「決定木からの分析問合せの推薦アルゴリズムの開発」については計画を変更し、引き続きストリーム処理と蓄積型のバッチ処理のハイブリッドな機械学習手法の開発に注力する予定である。平成26年度は最終年度ということもあり、研究成果の対外発表を行っていく。年度内に論文誌発表1件、国際会議発表1件、国内会議発表1件を目標とする。平成25年度の計画では、並列分散環境でのオンライン学習、決定木を用いて意思決定問合せを抽出することを目的としていたが、並列分散環境でのオンライン学習に注力していく予定である。特に、分散メモリ環境で、メモリ内に収まらない巨大データのストリームをいかに効率的に扱うか、という点に注力して研究を進める予定である。データの不必要な点を積極的に忘却していくことで、巨大データのストリームも扱えることを検証する予定である。非定常性のデータを扱う上では、Concept Driftといった問題により、過去の学習モデルを利用することが予測に適さないことがあることが知られている。こうしたConcept Driftといった問題に適切な分散メモリのキャッシュ管理ポリシを開発することが課題となる。平成24年度で設備環境はほぼ整ったため、本年度の研究費の利用はジャーナルの別刷り代、国際会議・国内会議の参加費、旅費、英文校正の謝金といった項目での利用が主となる。その他、計算ノードのディスク容量を上げるためのディスク増設やネットワークカードの追加を見込んでいる。
遠隔IT機能を活用したe-conditioning選手サポートシステムの構築

本研究の目的は、従来の有能な指導者による「経験と勘」に依存した年間トレーニングプログラムの作成に代わって、生理学的な知見と数理的な手法に基づくパフォーマンス数理モデルを用いた年間トレーニングプログラムの計画、実践、分析、評価の循環サイクルを指導者・サポートスタッフと連携しながら実践し、重要な大会に最高のパフォーマンスを発揮できる選手サポートシステム(遠隔IT機能を活用したe-conditioning選手サポートシステム)を構築することである。2009年度は、1年目の成果を基に、遠隔IT機能を活用したe-conditioning選手サポートシステムの現場への応用を実践した。結果として、対象スケルトン選手が日本選手権大会で優勝、ワールドカップ8戦で国際ランキング15位になり、2010年バンクーバー冬季五輪の日本代表選手選出に貢献できた。さらに、パフォーマンス数理モデルを用いた年間トレーニングプログラムは、選手個々のトレーニング刺激に対するコンディションレベルの生理的適応過程が客観的に把握できたとともに、オーバートレーニングの危険を回避しながら最適なトレーニングプログラムの実践が可能となった。また、最終的にトレーニング効果としてのパフォーマンスが予測できることは、従来課題として掲げられていた問題点が解消できる可能性が示唆された。さらに、主観的・客観的評価に、選手のコンディションを見抜く指導者やサポートスタッフの洞察力が加わった一連のシステムモデルが、日本の競技力を向上させるためのコンディショニング領域で大いに活用されることを期待している。本研究の目的は、従来の有能な指導者による「経験と勘」に依存した年間トレーニングプログラムの作成に代わって、生理学的な知見と数理的な手法に基づくパフォーマンス数理モデルを用いた年間トレーニングプログラムの計画、実践、分析、評価の循環サイクルを指導者・サポートスタッフと連携しながら実践し、重要な大会に最高のパフォーマンスを発揮できる選手サポートシステム(遠隔IT機能を活用したe-conditioning選手サポートシステム)を構築することにある。平成20年度は下記の研究項目について実施した。(1)パフォーマンス数理モデルを作成するための各種測定項目について検討した。その結果、20,60m,立ち5段跳び,スクワット種目の合計得点が数理モデルを作成するパラメータとして統計的に有効であることが明らかとなった(カナダ国際運動生理学会で発表)。(2)長野での日本選手権、2010年バンクーバーオリンピックコースでのプレ大会等を中心に遠隔IT機能を活用したe-conditioning選手サポートシステムを構築するための予備調査を実践した。その結果、大容量の数理モデルを用いたコンディショニングデータの送受信には改善の必要性があるものの、データ分析を基にした選手(現場)対サポート研究者(大学内)の遠隔ITを活用した映像送信サポートが可能であることが明らかとなった(第20回バイオメカニクス学会シンポジウムで発表)。そこで今年度は、日常のトレーニング、国内合宿、ワールドカップ遠征さらにオリンピック大会に向けた遠隔IT機能を活用したe-condition選手サポートシステムを構築し、選手の競技力を向上させるためのサポートシステムとしてコンディショニング領域で活用可能かについて検証する。
成熟ラット肝細胞由来の新規細胞増殖阻害因子の同定とその性格付け

成熟ラットの肝細胞では,アドレナリン作動性応答はα1受容体を介するが,この細胞を低密度で初代培養するとβ2受容体を介するようになる(サブタイプスイッチング).このサブタイプスイッチングは培養肝細胞の増殖と相関し,さらに培養時に成熟ラット肝より部分精製した細胞膜画分の添加によって阻害される.そこで本研究ではこの細胞膜に存在する増殖阻止因子を同定するとともに,その阻止機構の解明を目指し研究を開始した.その結果,最終目的である増殖阻害因子の同定には至らなかったものの,以下に述べる新たな知見を得た.(1)膜標品の調製法を検討する過程で,原形質膜のみならず,いわゆるミクロソーム画分に含まれる膜成分も増殖阻害作用を有することが判明した.(2)ある種の膜標品調製法により得られる粗膜画分中に,増殖阻害因子とともに増殖促進因子が存在していることを新たに見いだした.すなわち,成熟ラット肝細胞膜には,細胞の増殖と阻害を司る因子が共存していることが判明した.(3)種々の薬物のサブタイプスイッチングに及ぼす効果について検討し,アポトーシスを引き起こすもの,サブタイプスイッチングを阻止するものなどを見いだした.本研究より,原形質膜やミクロソーム画分に含まれる膜成分中に細胞の増殖と阻害を司る因子が共存していることが解明された.生体はその恒常性を維持するために,個々の生体反応において正と負のフィードバック機構を兼ねそなえている。細胞増殖においても正の調節因子としての各種増殖因子の作用に関する研究に加えて負の調節因子としての増殖阻害因子の役割が注目されはじめている.また,正常細胞と癌化細胞とを区別する重要な性質のひとつとして細胞増殖時の接触阻害が挙げられるが,増殖阻害因子に対する抵抗性の獲得は,細胞癌化の重要なステップと考える.上述の(1)(3)についてはいずれも未だ論文作製中の段階であるがこれら新知見のメカニズムの解析や,本研究で示された両因子が同定されれば,細胞の増殖制御に関する新知見を与えるのみでなく,“細胞癌化機構の解明"にも貢献することが期待される.成熟ラットの肝細胞では,アドレナリン作動性応答はα1受容体を介するが,この細胞を低密度で初代培養するとβ2受容体を介するようになる(サブタイプスイッチング).このサブタイプスイッチングは培養肝細胞の増殖と相関し,さらに培養時に成熟ラット肝より部分精製した細胞膜画分の添加によって阻害される.そこで本研究ではこの細胞膜に存在する増殖阻止因子を同定するとともに,その阻止機構の解明を目指し研究を開始した.その結果,最終目的である増殖阻害因子の同定には至らなかったものの,以下に述べる新たな知見を得た.(1)膜標品の調製法を検討する過程で,原形質膜のみならず,いわゆるミクロソーム画分に含まれる膜成分も増殖阻害作用を有することが判明した.(2)ある種の膜標品調製法により得られる粗膜画分中に,増殖阻害因子とともに増殖促進因子が存在していることを新たに見いだした.すなわち,成熟ラット肝細胞膜には,細胞の増殖と阻害を司る因子が共存していることが判明した.(3)種々の薬物のサブタイプスイッチングに及ぼす効果について検討し,アポトーシスを引き起こすもの,サブタイプスイッチングを阻止するものなどを見いだした.本研究より,原形質膜やミクロソーム画分に含まれる膜成分中に細胞の増殖と阻害を司る因子が共存していることが解明された.生体はその恒常性を維持するために,個々の生体反応において正と負のフィードバック機構を兼ねそなえている。細胞増殖においても正の調節因子としての各種増殖因子の作用に関する研究に加えて負の調節因子としての増殖阻害因子の役割が注目されはじめている.また,正常細胞と癌化細胞とを区別する重要な性質のひとつとして細胞増殖時の接触阻害が挙げられるが,増殖阻害因子に対する抵抗性の獲得は,細胞癌化の重要なステップと考える.上述の(1)(3)についてはいずれも未だ論文作製中の段階であるがこれら新知見のメカニズムの解析や,本研究で示された両因子が同定されれば,細胞の増殖制御に関する新知見を与えるのみでなく,“細胞癌化機構の解明"にも貢献することが期待される.成熟ラットの肝細胞では,アドレナリン作動性応答はα_1受容体を介するが,この細胞を低密度で初代培養するとβ_2受容体を介するようになる(α⇒β転換)。このα⇒β転換は,培養肝細胞の増殖と相関し,さらに培養時に成熟ラット肝より部分精製した細胞膜画分の添加によって阻害される。そこで本研究では,この細胞膜に存在する増殖阻止因子を同定するとともに,その阻止機構の解明を目指す。平成6年度においては,当初の目的であった増殖阻害因子の膜画分からの可溶化並びに精製には成功していない。その原因として,出発原料である粗膜標品の活性がロットによって大きく変動し,ある程度以上の活性を有する粗膜標品の調製法の確立に時間を要したことが挙げられる。しかしながら,膜標品の調製法を検討する過程で,増殖阻害因子とともに増殖促進因子が,調製した膜画分に存在していることを新たに見いだした。すなわち,成熟ラット肝細胞膜には,細胞の増殖と阻害を司る因子が共存していることが判明した。生体はその恒常性を維持するために,個々の生体反応において正と負のフィードバック機構を兼ねそなえている。細胞増殖においても正の調節因子としての各種増殖因子の作用に関する研究に加えて,負の調節因子としての増殖阻害因子の役割が注目されはじめている。しかしこれまでに研究の対象とされてきた阻害因子は,主として可溶性(液性)成分であった。

これに対して,本研究で標的とする調節因子は,増殖阻害因子としてはほとんど報告例のない細胞膜成分であり,さらに,平成6年度には新たに細胞膜中に増殖促進因子が共存することを確認した。これらの知見は,細胞増殖の制御機構を解明するうえで重要であり,両因子の精製ならびに性格付けを急ぎたい。成熟ラットの肝細胞では,アドレナリン作動性応答はα_1受容体を介するが,この細胞を低密度で初代培養するとβ_2受容体を介するようになる(α⇒β転換).このα⇒β転換は,培養肝細胞の増殖と相関し,さらに平成6年度の研究成果として,培養時に成熟ラット肝より部分精製した細胞膜画分の添加によって阻害されたり,促進されたりすることが明かとなった.そこで平成7年度の研究では,この細胞膜に存在する増殖阻止因子,増殖促進因子の同定と,その阻止・促進機構の解明を目指した.まず,当初の目的であった増殖阻害因子の膜画分からの可溶化並びに精製に関しては,粗膜標品中の活性か不安定すぎるために成功していない.α⇒β転換を指標として粗膜標品の24時間目までの作用を調べると,初代培養系への粗膜標品の添加は初期にはβ転換の出現を抑制するものの,24時間後にはその抑制作用が消失するが,あるいはむしろ促進されることが明かとなった.また,膜標品の調製法を検討する過程で,原形質膜のみならず,いわゆるミクロソーム画分に含まれる膜成分も上述の作用を有することが判明した.本研究では,原形質膜やミクロソーム画分に含まれる膜成分中に細胞の増殖と阻害を司る因子が共存していることが解明された.生体はその恒常性を維持するために,個々の生体反応において正と負のフィードバック機構を兼ねそなえている.細胞増殖においても正の調節因子としての各種増殖因子の作用に関する研究に加えて負の調節因子としての増殖阻害因子の役割が注目されはじめている.また,正常細胞と癌化細胞とを区別する重要な性質のひとつとして細胞増殖時の接触阻害が挙げられるが,増殖阻害因子に対する抵抗性の獲得は,細胞癌化の重要なステップと考える.今後,本研究で示された両因子が同定されれば,細胞の増殖制御に関する知見を与えるのみでなく,“細胞癌化機構の解明"にも貢献することが期待される.
慢性ヒ素中毒における免疫機能障害の関与に関する研究

ヒ素中毒により障害を受けることが予想される感染免疫,腫瘍免疫に焦点を当て免疫毒性学的研究を行った. NK-92細胞を用いた検討では,細胞障害活性が亜ヒ酸曝露により減少すること,その機序として,攻撃因子の発現抑制,および抑制性受容体の発現亢進を見出した.Jurkat細胞を用いて検討したところ,化学刺激によるIL-8およびTNF-αの増加に対して,亜ヒ酸はIL-8産生を上昇させる一方で, TNF-α産生を抑制した.ヒ素汚染地域住民の血液中の27種のサイトカインを測定したところ,ヒ素汚染の状況に伴って多くのサイトカインの上昇が検出された一方で,減少するサイトカインも検出された.ヒ素中毒により障害を受けることが予想される感染免疫,腫瘍免疫に焦点を当て免疫毒性学的研究を行った. NK-92細胞を用いた検討では,細胞障害活性が亜ヒ酸曝露により減少すること,その機序として,攻撃因子の発現抑制,および抑制性受容体の発現亢進を見出した.Jurkat細胞を用いて検討したところ,化学刺激によるIL-8およびTNF-αの増加に対して,亜ヒ酸はIL-8産生を上昇させる一方で, TNF-α産生を抑制した.ヒ素汚染地域住民の血液中の27種のサイトカインを測定したところ,ヒ素汚染の状況に伴って多くのサイトカインの上昇が検出された一方で,減少するサイトカインも検出された.東アジアに代表される諸地域で井戸水を介した慢性ヒ素中毒が発生しており,多臓器における発癌,糖尿病や循環器疾患など広範囲な疾病を発症している.本研究では,「生体の免疫機能がヒ素化合物によって障害を受け,それがヒ素による健康障害の増悪因子になったのではないか」と仮説を立てた.平成24年度では,ヒト培養T細胞,NK細胞の機能に対するヒ素化合物の影響について検討を進めた.ヒト培養T細胞のJurkat細胞をPMAおよびA23187で刺激した12時間後の培地中に分泌される11種のサイトカインを測定したところ,IL-8およびTNF-αの増加を検出した.これらのJurkat細胞のサイトカイン分泌能に対する亜ヒ酸の影響を検討したところ,亜ヒ酸はPMA+A23187によるIL-8産生に関しては上昇させる一方で,TNF-α産生を抑制した,亜ヒ酸曝露によるIL-8産生上昇に関与するシグナル経路を検討したところ,亜ヒ酸はp38MAPKのリン酸化を増強させた.亜ヒ酸に曝露したヒト培養NK細胞のキラー活性について検討を行った.その結果,亜ヒ酸に曝露されたNK細胞ではキラー活性が抑制された.さらに亜ヒ酸によるNK細胞のキラー活性の減少に関わる因子の探索の結果,抑制性受容体KIR2DL3の増加,活性化受容体CD16b及び細胞障害性因子であるGranzyme B, Perforin1の発現減少が検出された.次に,IL-2によるNK細胞の活性化に対する亜ヒ酸の影響を検討したところ,亜ヒ酸によりIL-10,TNF-β分泌量が有意に抑制された.また,障害性に関わるGranzyme B mRNAの発現も抑制された.これらの結果と付随して,IL-2によって活性化されるキラー活性が亜ヒ酸によって抑制されることを見出した.本研究では「生体の免疫機能がヒ素化合物によって障害を受け、それがヒ素による健康障害の増悪因子になったのではないか」と仮説を立て、研究を進めている。昨年度までの結果から、亜ヒ酸がナチュラルキラー細胞の癌細胞に対するキラー活性を阻害することを見出した。本年はその機序を明らかにすること、ならびに亜ヒ酸に短期および長期に曝露されたマウスのNK細胞のキラー活性について検討を行った。ヒト培養ナチュラルキラーNK92細胞の亜ヒ酸への曝露によるキラー活性の阻害に関わる因子の探索を行ったところ、IFNα8やIFN13などのサイトカイン、Spleen tyrosine kinaseやprotein kinase Cαなどのシグナル活性化因子、さらに抑制性受容体であるKIR2DL3の発現が亢進していた。また、IL-2によるNK92細胞のキラー活性の活性化時における亜ヒ酸の影響について検討を行ったところ、やはり亜ヒ酸はIL-2によるキラー活性の活性化を阻害することが明らかとなった。その機序を明らかにするために、IL-2添加によるNK92細胞のmRNA発現量の変動を検討したところ、IFNγや、GranzymeBやPerforin1などの細胞障害性因子が著しく上昇していた。そこでこれらの因子に対する亜ヒ酸の影響を検討したところ、GranzymeBは亜ヒ酸により減少していたが、Perforin1の発現に変動は見られなかった。亜ヒ酸を1週間連続的に腹腔内に投与した後の脾臓NK細胞を採取しキラー活性を測定したところ、予想に反して亜ヒ酸曝露によって有意に上昇した。一方、3ヶ月および6ヶ月間飲水にて投与したマウスを用いた検討では、有意な変動は検出されなかった。さらに、コントロールマウスから採取したNK細胞をIL-2により活性化させた状態での亜ヒ酸曝露は、そのキラー活性を有意に減少させた。現在、その機序について詳細に検討を進めている。東アジアを代表とする世界の各地域では慢性的なヒ素曝露による特異な症状が発生している。その中でもガンの発生は特異であり、普通化学物質の発ガン作用と言えば臓器特異的に発生するが、慢性ヒ素中毒による発ガンは多臓器にわたることからヒ素化合物による発ガン発生機序については不明な点が多い。

そこで、本研究では、「生体の免疫機能がヒ素化合物によって障害を受け,それがヒ素による健康障害の増悪因子になったのではないか」と仮説を立て、研究を進めた。前年までの結果から、亜ヒ酸に曝露されたNK92細胞では、ガン細胞(K562細胞)に対するキラー活性が減少していることから、その機序について詳細に検討した。亜ヒ酸に曝露されたNK92細胞において発現レベルが減少しているFasLigand(Fas-L)について検討をすすめたところ、亜ヒ酸曝露によって、Fas-Lの発現を制御するc-Myc発現も減少していることが明らかとなった。また、前年年度の結果から亜ヒ酸曝露により発現レベルの上昇が明らかとなった抑制性受容体KIR2DL3については、NK92細胞への高発現によってK562細胞へのキラー活性は有意に減少した。これらのことから、亜ヒ酸曝露によるNK92細胞のキラー活性の減少に関しては、c-Mycの発現減少を介したFas-Lの減少、ならびに抑制性受容体KIR2DL3の発現上昇によるガン細胞の認識に対する抑制系の活性化が関与していることが明らかとなった。また、亜ヒ酸曝露によって変動した因子を網羅的に探索するために、亜ヒ酸を曝露したNK92細胞とcontrol細胞からtotal RNAを回収しDNA microarrayにて検討したところ、攻撃因子のFas-LやGranzymeBの発現はやはり減少している一方で、抑制性受容体CD300aの発現が亢進していることがわかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子毒性学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,ヒ素化合物による免疫担当細胞の機能障害に焦点を当てた研究内容であるが,平成24年度は培養細胞を用いて,その培養細胞が持つ機能に対してヒ素化合物が影響を与えているかについて検討を行った.本検討によりT細胞からのサイトカイン産生に対して,またNK細胞の細胞障害性およびサイトカイン産生に亜ヒ酸が影響を与えていることが明らかとなった.よって,本研究は「おおむね順調に進展している」と考える.本研究は,ヒ素化合物による免疫担当細胞の機能障害に焦点を当てた研究内容であるが,平成25年度はNK細胞のキラー活性に対するヒ素化合物の阻害効果に関わる機序について検討を行い、いくつかの候補となる因子を同定した。また亜ヒ酸に曝露されたマウスの脾臓からNK細胞を採取したところ、キラー活性に変動はなかったが、サイトカインのIFN-gamma産生が減少することを見出した。よって,本研究は「おおむね順調に進展している」と考える.26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,マウス脾臓から分離・採取した免疫担当細胞にヒ素化合物を曝露,あるいはヒ素化合物を飲水にて長期的に曝露したマウスを準備し,曝露期間終了後のマウス脾臓から分離・採取した免疫担当細胞を用い,サイトカインや感染モデル化合物で刺激後のサイトカイン産生量をBioplexで測定する,さらにNK細胞に関しては癌細胞に対する障害性も検討する(ex vivo,in vivo).本年度は、ヒトサンプルを使用した研究を主に進めていこうと考えている。バングラデシュのヒ素汚染地域住民から頂いた血清中のサイトカイン濃度をBioplex(一度に12ー26種類測定可能)で測定し、NK細胞の活性化に関わるサイトカイン産生がヒ素曝露地域住民で変動しているかについて検討を行う。
抜歯窩への骨誘導蛋白および生体高分子材料の適用による歯槽骨の再構築

口腔領域に発症する疾患は顎骨の吸収や欠損をきたし、咀嚼機能の減退を引き起こす。この顎骨の吸収あるいは欠損を再構築できることが可能になれば義歯の維持安定が良好になるのは言を待たない。その解決策の1つとして生体材料を用いて骨欠損部の回復が試みられている。その中でも間葉系細胞を骨へ分化誘導する能力を有する蛋白集合体(Bone Morphogenetic Proteins:以下BMPs)が注目されており、多くの研究者によってその精製が試みられており、近い将来、歯科および整形外科領域での臨床応用が期待されている。そこで本研究は、BMPsによる骨形成をさらに効率よく促進できる担体を開発することを目的として、物質透過性、電解質、親・疎水性など生体適合性材料としての物性特性を有する生体高分子材料(ポリアニヨンとしてK-CARRAGEENAN、ポリカチオンとしてPOLY VINYLBENZYL TRIMETHYLAMMONIUM CHLORIDE)に注目し、BMPsの担体として利用し、骨誘導を行わせることにより、その骨形成状態の経過観察、形態の変化を検索した。牛大腿骨より4MGuHClを用いて抽出した抽出物をヘパリンセファロースカラム、ハイドロキシアパタイトカラムにより精製し、粗精製BMPsとする。担体として従来より用いられているI型コラーゲンと今回新たに適用を試みた高分子材料(K-CARRAGEENANとPOLYVINYLBENZYL TRIMETHYLAMMONIUM CHLORIDE)を用いてそれらをBMPsと再構成を行い、ラット大腿部筋嚢に埋入し、4週間後病理所見およびレントゲンのが画像解析により新生骨量を比較検討した。その結果コラーゲン埋入群、高分子材料埋入群、とも明らかな異所性骨形成が認められた。高分子生体材料は生体に対する為害性のないことが報告されており、今回の結果よりコラーゲンに代わるBMPsの担体として利用できることが判明した。
工作機械の物理モデルを援用した複合加工機用工程設計支援システムの開発

加工方法に対応する幾何学的な特徴領域(加工フィーチャ)を目標形状から認識して,NCプログラムを生成する複合加工機用工程設計支援システムを開発した.3次元CADソフトウェア上でモデリングした工作機械を用い,加工時間,加工精度,加工コストの指標を計算して多くの判断時に活用し,工作機械の物理的特性も考慮することで,より総合的な指標に基づいた工程設計が可能となり,加工時間の短縮や加工精度の向上が期待できる.加工方法に対する幾何学的な特徴領域(加工フィーチャ)を目標形状から認識して,NCプログラムを生成する複合加工機用工程設計支援システムを開発してきた.本研究では,これに工作機械の物理的特性を反映させるため,3次元CADソフトウェア上で工作機械の主要部品をモデリングし,物理モデル構築の基礎とした.また,モデリングした工作機械を用いて解析ツールにより工作機械の機構シミュレーションを実現し,動的干渉チェックを実現して加工時間を正確に予測できるようにした.さらに,一般的な鉄・アルミ系材料の溝やポケット加工などを対象に発生する切削力などによる工作機械・工具の変形の再現を試みた.切削力の算出には,切削断面積を基に計算する切削係数法を適用し,切削係数は基礎実験を行って実測した値を用いた.切削力や熱による工作機械構造の変形は,CADソフトウェアに付属する有限要素解析機能でも計算は可能であるが,計算時間は非常に長くなるため,別途開発している工作機械構造の静・動・熱剛性を高速に算出するシステムを利用した.以上で得られた加工時間,加工精度,加工コストの指標を,開発してきた複合加工機用工程設計支援システムで発生する多くの判断時に活用する.工作機械の物理的特性も考慮することで,より総合的な指標に基づいた工程設計が可能となり,加工時間の短縮や加工精度の向上が期待できる.他方では,超精密マイクロ切削加工を対象として,目標形状に含まれる高アスペクト比形状に適した工具経路を生成した後,加工で使用する制御軸を決定し,工具干渉を防ぎつつ形状精度を保つために必要なセッティングの精度を提示するCAMシステムを開発した.旋盤や3軸制御で加工困難な高アスペクト比ねじれ形状に対して同時5軸加工を試み,妥当な結果を得ることができた.加工方法に対応する幾何学的な特徴領域(加工フィーチャ)を目標形状から認識して,NCプログラムを生成する複合加工機用工程設計支援システムを開発した.3次元CADソフトウェア上でモデリングした工作機械を用い,加工時間,加工精度,加工コストの指標を計算して多くの判断時に活用し,工作機械の物理的特性も考慮することで,より総合的な指標に基づいた工程設計が可能となり,加工時間の短縮や加工精度の向上が期待できる.加工方法に対する幾何学的な特徴領域(加工フィーチャ)を目標形状から認識して,NCプログラムを生成する複合加工機用工程設計支援システムを開発し,これに工作機械の物理的特性を工程設計へ反映させるため,3次元CADソフトウェア上で工作機械の主要部品をモデリングし,物理モデル構築の基礎とした.また,モデリングした工作機械を用いて解析ツールにより工作機械の機構シミュレーションを実現し,動的干渉チェックを実現して加工時間を正確に予測できるようにした.さらに,一般的な鉄・アルミ系材料の溝やポケット加工などを対象に発生する切削力などによる工作機械・工具の変形の再現を試みた.切削力の算出には,切削断面積を基に計算するいわゆる切削係数法を適用し,切削係数は基礎実験を行って実測した値を用いた.切削力や熱による工作機械構造の変形は,CADソフトウェアに付属する有限要素解析機能でも計算は可能であるが,計算時間は非常に長くなるため,別途開発している工作機械構造の静・動・熱剛性を高速に算出するシステムを利用した.研究を遂行していく上での大きな障害もなく,大学院生の積極的な協力も得られたことから問題なく順調に進展した.発生する切削力などによる工作機械・工具の振動の再現を試みる.切削力と機械構造(工具変位)の伝達関数は,購入予定のFFTアナライザで効率的に取得する.また,工具摩耗の進展や主軸・駆動軸の消費電力を考慮した加工コストや環境負荷の見積りを行う.主軸の消費電力については,想定した切削トルクによる増加分,駆動軸については機構シミュレーションから計算される各モータトルク・電流値と比較し,妥当性を検証する.そして,ここでまでで得られた加工時間,加工精度,加工コストの指標を,従来から開発してきた複合加工機用工程設計支援システムで発生する多くの判断時に活用する.目標形状の幾何学的情報を利用して,加工方法を特徴づける領域(加工フィーチャ)を認識すると,加工方法・手順に複数の候補が得られることが一般的であり,さらに複合加工機ではそれらの選択肢が必然的に増加する.これに対して,工作機械の物理的特性も考慮することで,より総合的な指標に基づいた工程設計が可能となり,加工時間の短縮や加工精度の向上が期待できる.研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが,研究計画に変更はなく,前年度の研究費も含め,当初予定通りの計画を進めていく.