hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
車輪ハブ締結部を想定したねじのゆるみに関する研究

自動車用ホイールの車輪ハブへの取付け部分にはねじのゆるみの懸念が付きまとう。今回,その車輪ハブ締結部を想定しながら,ねじのゆるみに関する検討を行った。その成果を以下に述べる。1.繰返し微小座面滑りにおけるゆるみ機構の解明これは車輪ハブ締結部のゆるみを考えるときに必要な基礎知見である。繰返し外力に伴うボルト軸のねじれ挙動とゆるみ回転についての関連付けと,ねじ面と座面における消費仕事の検討を行い,従来示した考え方を新たに実証した。2.円弧往復変位式ねじゆるみ試験機の製作車輪ハブねじ締結の形体に倣って,同一円周上に複数のゆるみ試験部をもつ円弧往復変位式のゆるみ試験装置を設計試作した。これにより,複数試験品に対する同時比較試験をコンパクトな装置で効率的に行える新規試験法についての提案ができた。3.ナット等の条件変化がゆるみ止め性能に及ぼす影響各種条件について,直動往復変位式と円弧往復変位式の実験装置により繰返し微小座面滑りの場合を検討した。今回の実験範囲では,完壁な性能はロッキング作業が適切なダブルナットの場合にだけ得られた。また,グリップ長さが長いほど滑りを抑えるので,非常に有利になる。4.手動トルクツール締付けによる軸力の管理精度ねじの締付け作業の良否に係わるので,実際上重要である。ボルト軸とツール軸のアライメント不良,片手型のツール使用は軸力に対する大きな変動要因であること等を明らかにした。5.テーパ座ナットの座面圧分布ホイールナットの代表として,座面圧分布を中心とする有限要素解析を行い,テーパの角度偏差が及ぼす影響等を明らかにするとともに問題点を指摘した。6.自動車用ディスクホイールの取付け方法今回までの研究を通して得た結果と知見をもとに,JISの規定について考察し,問題と思われる事項をまとめた。(1)新試験装置の製作自動車の車輪ハブ締結部の形状から発想した円弧往復変位式のゆるみ試験装置を完成させた。直径100mmのピッチサークル上に等間隔に4箇所の試験部を配置したもので,同一種又は異種の供誌ボルト・ナット(主としてナット製品)を同時・同一条件で比較試験できる。また,車輪ハブ形の締結体のゆるみに対する基礎実験用にも使用できる。(2)各種場合のゆるみ機構とゆるみ止め性能の実験既設のゆるみ実験装置(軸直角往復直動式)と新製作のゆるみ試験装置(上述,円弧往復変位式)を用いて,特に微小座面滑りとゆるみの発生・進行に注目して詳細な実験を行った。ねじにおける,グリップ長さ,潤滑,ピッチが及ぼす影響を検討し,さらに平座金とフランジ付きナットがいかなる効果を示すかを調べた。グリップ長さ,潤滑,ピッチが及ぼす影響は,既に我々が提示したゆるみ機構の考え方から説明できるものであることを確認した。平座金とフランジ付きナットは座面の条件変化に微妙に影響し,ゆるみ発生を抑制する方向の効果をもたらすとの結果が得られたが,それにはばらつきが付きまとうことを知見として得た。微少といえども,いかにして座面の滑りを確実に防ぐかがゆるみ防止の原則となる。(3)ナットに関する応力解析円錐状座面を持つナット(ハブ用)について有限要素解析を行い,座面圧分布形状,ねじ山荷重分担率分布,相当応力分布,及びそれらに対する円錐角度偏差の影響を示した。通常のナットとは異なるところが多く,それにより,ハブ用ナットのゆるみ特性を検討するための基礎的な知識を得ることができた。(4)手動トルクツール締付けによる軸力管理精度の検討車輪

ハブねじ締結に手動トルクツールを用いることを想定し,このような実際的な知見を集積する必要性を考えて実験的な検討を行った。いくつかの実験の結果,特に留意すべきこととして,通常の片手式トルクレンチは,両手式トルクレンチに較べて精度は劣り,ミスアライメント(トルクレンチ回転軸とボルト軸線の)の影響が非常に大きいことを示した。(1)ゆるみ止め性能の評価ダブルナットは本来,基本的,代表的ロッキング法とされるものの,安易な適用等のため,その評価にあいまいなところがある。微小座面滑りの繰返しにおけるゆるみ止め性能について,新たにダブルナットを試験対象に取り上げてその性能を軸直角往復直動式と,車輪ハブ締結部から着想して製作した円弧往復変位式の実験装置により検討した。ダブルナットの場合にはロッキング作業のあり方によりゆるみ止め性能が左右される。それが適切とみなされる場合の性能は他に較べて極めて高いことを確認した。昨年度までに得ている事柄と合わせ,特に完壁なゆるみ止めを目指す場合に必要な知見が得られた。(2)ダブルナットの特性と締付け・ロッキング方法の検討ダブルナットの締付けとそれに続くロッキングにおける各種トルクと軸力の関係を実験的に検討し,適切なロッキング状態とはどのようなものかを示した。また,はめあいねじ部の有効径差とロッキングにおけるナットあるいはボルトのもどし角度の関係を明らかにした。その結果は実際のロッキング作業における目安となる。(3)消費仕事量の検討本研究のゆるみ実験装置において,軸直角外力と軸直角変位が直交座標上に描く図形が囲む面積はねじ締結部の消費仕事量となる。外力1サイクルあたりの消費仕事量を実験中に継続的に検出できるようにし,いくつかのゆるみ試験品の消費仕事量を実測,検討した。この消費仕事は特にねじ締結の接触面における相対滑りの状態を全体的に反映すると見られる。その大きさや変化の状態とゆるみの関係について新たな知見を得た。(4)円錐状座面を持つハブ用ナットに関する応力解析有限要素法を用いて,昨年度より研究協力者により進められている課題であり,今年度は座面圧,ねじ山荷重分担及び座面摩擦等価直径に及ぼす円錐角の偏差の影響を検討した。±0.5度ほどの偏差範囲を検討対象としたが,この角度偏差の影響は小さくない。
無ハプトグロビン血症の遺伝的解析

我々が経験した無(あるいは低)ハプトグロビン(Hp)血症の家族の表現型は以下のようであった。この家族から白血球のゲノムDNAを抽出してRFLP法によりHpの遺伝子型を調べたところ父Hp2、母Hp2-1、子1 Hp2、子2 Hp1であった。また彼らのHp promoter領域の遺伝子配列を調べたところpromoter領域には以前報告されたHp promoterの配列と差はなかった。また無Hp血症といってもHpが全く血清中に存在しないわけではないのでELSA法を用いて血清Hp量を定量した。80名の健康人(2050才)の測定値は0.314.89mg/mlであった。父0.15mg/ml、母1.63mg/ml、子10.01mg/ml子20.50mg/mlであり、母及び子2の血清Hp量は正常範囲であったが、父及び子1は低い値であった。これらのことから少なくともこの家系では無Hp原因としてHp^0遺伝子の存在は考えにくく、またプロモーター領域の異常によるものも否定された。そこで今後は、この家族のHp遺伝子をクローニングして、異常の有無を同定して行く予定である。また、この家系ではHpの遺伝子型が父2、母2-1であるにもかかわらず子2が1型であることから父或は子2についてHp遺伝子のdeletionの可能性が示唆された。そこで現在サザンブロット法を用いてHp遺伝子のdeletionを検索中である。
ニヴフの植物資源利用および植物語彙に関する基礎情報の収集とデータベースの構築

3年間で約2週間の現地調査を3回行い、多くの草本・木本植物についての利用情報が得られた。特にベリー類については、採集時期・場所・環境等について、従来以上の詳しい情報を得ることができた。ベリー類とサケ・マスの身を組み合わせた伝統的な料理について、料理法についての詳細な情報が得られ、調理の様子を録画記録することができた。ムカゴトラノオなど、既往研究では利用することが確認されていなかった植物種についても情報を得た。植物名称および関連語彙についても多く採録できた。これらの成果は、ニヴフの伝統的および今日的な植物資源利用に新たな知見を加えるとともに、ニヴフ自身の文化伝承活動にも寄与する。平成20年度は、実施計画どおり、約2週間の現地調査を行い、一定の成果を上げた。8月上旬、サハリン北部(アヒンスキー地区)ネクラソフカ村において、2名の話者から、ベリー類の利用を中心とした聞き取り調査を行った。聞き取りはすべて録画・録音により記録し、帰国後、日本語への翻訳を行うと同時に、得られた情報から植物の同定を行った。ベリー類については、採集時期・場所(環境)等について、従来以上の詳しい情報を得ることができた。サケ・マスの身などと組み合わせた伝統的な料理について、料理法についての詳細な情報が得られ、調理の様子を録画記録することができた。現代のニヴフの生活におけるベリー類の位置づけについても、採集したベリーの、都市部の市場での販売が貴重な現金収入になっているなど、その重要性を確認することができた。また、ベリー類のみならず、草本を中心に、従来、利用に関する知見の全くなかった植物種について、利用していたという情報を得ることができた。そのうち多くの種について、話者とともに野外で現物を確認し、正確に同定する道筋をつけることができた。同定作業は引き続き進行中である。これらについては、既存文献(E.A.クレイノヴィチなどによる民族誌ほか)では触れられていない植物接および、正確に同定されていない植物種を含むものと思われる。また、ニヴフ語についても、いくつかの植物名称など、新しい語彙を採録することができた。平成21年度は、実施計画どおり、約2週間の現地調査を行った。調査期間は8月末8月上旬、場所はサハリン北部のアヒンスキー地区およびノグリキスキー地区であり、数名の話者を対象に聞き取り調査を行った。ネクラソフカ村では、普段話者たちがベリー類等の採取を行う砂丘を、話者と共に踏査し、植物採取をしながら聞き取りを行った。ノグリキ周辺では、ニヴフの家族が鮭鱒漁や植物採取のために夏の間滞在する浜小屋を訪ね、伝統的な生活に近い環境の中で、話者と共に屋外に出て聞き取りを行った。聞き取りはすべて録画・録音により記録し、帰国後、日本語への翻訳を行うと同時に、植物の同定を行った。いずれの調査地でも、ベリー類およびその他の草本植物の利用について多くの情報が得られた。特にネクラソフカでは、聞き取りのみでは同定できず、かつ、生育地が非常に局所的である植物種を、話者の案内で実見し、確実に同定することかできた。これは、既往研究では知られていなかった食用植物であった。これらの成果は、平成20年度の調査結果と合わせ、ニヴフの伝統的および今日的な植物資源利用に新たな知見を加えることとなる。また、話者もロシア語名・学名等を知らない植物を正確に同定することにより、関連する分野の研究のみならず、ニヴフ自身の文化伝承活動等にも貢献できるものである。平成22年度は、実施計画どおり、約2週間の現地調査を行った。調査期間は8月下旬9月上旬、場所はサハリン北部のアヒンスキー地区であり、数名の話者を対象に聞き取り調査を行った。滞在中の気象条件等が悪く、当初計画していた西海岸での調査は断念したが、平成21年度に引き続き、ネクラソフカ村対岸の砂丘を話者と共に歩き、ベリー類等の採取をしながら聞き取りを行った。また、集落内の森林および周辺で話者と共に植物採集を行い、聞き取りで情報が得られた植物の同定の補強材料とした。多くのベリー類およびその他の草本・木本植物についての利用情報が得られた。特にネクラソフカでは、ムカゴトラノオなど、既往研究では知られていなかった食用植物の利用法についてのより詳細な情報を得た。これらの成果は、ニヴフの伝統的および今日的な植物資源利用に新たな知見を加えるとともに、ニヴフ自身の文化伝承活動にも寄与するものである。
イハラてんかんラットの海馬微小神経形成異常のてんかん原性に果たす役割の解明

イハラてんかんラットの海馬微小神経形成異常のてんかん原性に果たす役割の解明の研究は以下のような2段階の実験によって構成されている。第1段階はIERを交配し、戻し交雑仔を得る。得られた戻し交雑仔をてんかん発作自動観察装置でモニターし表現型であるてんかん発作の有無を決定し、第2段階でそれらの戻し交雑仔の海馬を観察し微小形成異常の有無を明らかにする。平成16年度は第1段階の戻し交雑仔のてんかん発作表現型の有無をモニターした。はじめにIER雄(25匹)を選択し自動てんかん発作モニター装置で全ての動物がてんかん発作を発現していることを確認した。この動物に非てんかん雌ウィスターラットを交配して雑種第1代(F1)を作成した。更に雑種第1代(F1)とIER雄(30匹)を戻し交配し目的とする戻し交雑仔を300匹作成した。得られた戻し交雑仔が5ヶ月齢に達したらすべての動物につき、1ヶ月ごとにてんかん自動モニター装置を用いて行動観察を行った。現在のところモニターの終了した240匹中、てんかん表現型陽性動物は12匹であった。平成17年度はモニターの終わっていない戻し交雑仔の行動を引き続き観察した。その結果てんかん表現形陽性動物は50匹中2匹であった。16年度の結果と併せて戻し交雑仔におけるてんかん表現型陽性率は4.8%(14/290匹)であった。てんかん発作を発現したラット(14匹)並びに発作を発現しなかったラット脳(50匹)を病理形態学的に観察した。その結果てんかん発作を発現したラット海馬ににおける微小神経形成異常発現率率は57%(8/14匹)であった。一方発作陰性であった動物の微小神経形成異常の発現率は44%(22/50匹)であった。以上の結果より、(1)IERのてんかん発作は複数の遺伝子によって支配されていること、(2)IERにおける海馬微小神経形成異常はてんかん発作とは関連がないことが明らかとなった。したがって本実験の作業仮説である海馬微小神経形成異常はIERのてんかん原生ではないと結論された。

今後はまだ発作を発祥していない動物について生後14ヶ月齢までにモニターを継続し発作の有無を観察する。14ヶ月齢までにてんかん発作を示さなかった動物のてんかん表現型を陰性とする。これらのてんかん表現型の有無と次年度におこなう神経病理学的研究によりイハラてんかんラットの海馬微小神経形成異常のてんかん原性に果たす役割の解明が期待される。イハラてんかんラットの海馬微小神経形成異常のてんかん原性に果たす役割の解明の研究は以下のような2段階の実験によって構成されている。第1段階はIERを交配し、戻し交雑仔を得る。得られた戻し交雑仔をてんかん発作自動観察装置でモニターし表現型であるてんかん発作の有無を決定し、第2段階でそれらの戻し交雑仔の海馬を観察し微小形成異常の有無を明らかにする。平成16年度は第1段階の戻し交雑仔のてんかん発作表現型の有無をモニターした。はじめにIER雄(25匹)を選択し自動てんかん発作モニター装置で全ての動物がてんかん発作を発現していることを確認した。この動物に非てんかん雌ウィスターラットを交配して雑種第1代(F1)を作成した。更に雑種第1代(F1)とIER雄(30匹)を戻し交配し目的とする戻し交雑仔を300匹作成した。得られた戻し交雑仔が5ヶ月齢に達したらすべての動物につき、1ヶ月ごとにてんかん自動モニター装置を用いて行動観察を行った。現在のところモニターの終了した240匹中、てんかん表現型陽性動物は12匹であった。平成17年度はモニターの終わっていない戻し交雑仔の行動を引き続き観察した。その結果てんかん表現形陽性動物は50匹中2匹であった。16年度の結果と併せて戻し交雑仔におけるてんかん表現型陽性率は4.8%(14/290匹)であった。てんかん発作を発現したラット(14匹)並びに発作を発現しなかったラット脳(50匹)を病理形態学的に観察した。その結果てんかん発作を発現したラット海馬ににおける微小神経形成異常発現率率は57%(8/14匹)であった。一方発作陰性であった動物の微小神経形成異常の発現率は44%(22/50匹)であった。以上の結果より、(1)IERのてんかん発作は複数の遺伝子によって支配されていること、(2)IERにおける海馬微小神経形成異常はてんかん発作とは関連がないことが明らかとなった。したがって本実験の作業仮説である海馬微小神経形成異常はIERのてんかん原生ではないと結論された。
ラリンゲルマスクをネコに用いた喉頭痙攣モデルの確立とその治療

前年度、ネコにラリンゲルマスク(サイズ2)挿入後、十分に陽圧換気ができること、気管支ファイバーで喉頭がマスクの直下で開口していることをMRIにて確認し、ヒトと同様、ネコでも気道確保のための器具として適切であることを明らかにした。また、ラリンゲルマスクで気道確保した状態下で化学的に喉頭痙攣を誘発し、臨床的喉頭痙攣モデルとして有用であることを証明した。いずれも現在、投稿準備中である。現在、喉頭痙攣の電気誘発モデルを作成中である。セボフルラン麻酔下にラリンジアルマスクを挿入して気道確保しながら、一側の上喉頭神経内側枝を露出後、セボフルラン濃度を0.25%ずつ下げながら自発呼吸が出現した麻酔レベル下に上喉頭神経を0.5-2V,10Hzで電気刺激して喉頭痙攣を誘発した。体動が出現することもありノイズ(他の筋電図)を同時に検出することもあるが、おおむね可能であることがわかった。気管支ファイバーを用いた観察では一側性の喉頭痙攣パターンを得ることができた(現在、両側刺激して喉頭の完全閉塞が起こることを確認途上)。また呼吸モニターならびに筋電図モニターで誘発時の典型的なパターンを記録し、そのデータを収集中である。これらのモデルを確立後、化学的または電気的方法で喉頭痙攣誘発させ、種々の薬剤(プロポフォール、チオペンタール、ドロペリドール、ドキサプラム)を用いて誘発パターン改善の程度を観察予定である。ラリンジアルマスクを用いた喉頭痙攣モデルを作成する前段階として、ネコにラリンジアルマスクが解剖学的に適切な位置に留意されるかどうかを、ネコ3匹を用いて検討した。ペントバルビタールで麻酔導入した後、ラリンジアルマスク(サイズ2)を挿入した。挿入後、十分に陽圧換気ができること、気管支ファイバーで喉頭がマスクの直下で開口していることを確認し、動物用MRIを撮影してマスクと喉頭との位置関係を検討した。マスクの挿入はいずれも1回の施行で容易であった。また、いずれも喉頭がマスク中心の直下に位置することを、気管支ファイバーならびにMRIで確認できた。この予備実験より、ラリンジアルマスクがヒトと同様、ネコでも気道確保のための器具として適切であることが明らかとなった。次に誘発された喉頭痙攣が、ラリンジアルマスクを介して観察可能かどうか検討した(n=5)。セボフルランで麻酔を維持し、1%程度の浅麻酔下、0.1Mアンモニア水1mlを気管支ファイバーを用いて喉頭に注入し、喉頭痙攣が誘発されるかどうかを確認した。喉頭痙攣は気管支ファイバーで観察可能であった。呼吸モニターでも典型的な喉頭痙攣パターンのグラフが得られた。現在、喉頭筋群の筋電図を捕捉中である。次年度の研究として、電気刺激による喉頭痙攣を誘発するモデルを作成すること、ならびに種々の薬剤で喉頭痙攣が抑えられるか否かを検討する予定である。
多発性筋炎の筋線維障害機序におけるgranulysinの重要性について

【方法】recombinant(r-)GLNをつくり、培養ラット筋細胞L6に対するr-GLNの細胞障害性をMTT assayで測定した。(2)L6障害性がアポトーシスによるものかどうかTunel assayで検討した。(3)r-GLNをjurkat細胞に投与すると細胞内に取り込まれる。L6でも同じ現象がみられるか免疫蛍光染色法で検討した。(4)L6細胞内にr-GLNを発現させ細胞障害性、DNA断裂の有無を測定した。(5)L6細胞とYT細胞を混合培養しStCL2でYT細胞に脱顆粒を起こさせた時のL6障害性をsiRNAでGLN発現を抑制した場合と、しない場合とで比較した。(6)PM, DMおよび非免疫性筋疾患患者の生検筋でのGLNの局在を免疫蛍光染色で調べた。【成績】(1)GLNは濃度依存的にL6に対して細胞障害作用を示した。(2)GLNをL6に投与した場合、TunelアッセイではDNA断片化を呈した筋細胞はわずかであった。しかしL6細胞内にGLNを発現させるとDNA断裂が認められた。(3)siRNAでGLN発現を抑制するとYT細胞脱顆粒によるL6障害作用が抑制された。(4)L6はGLNを細胞内に取り込まなかった。(5)PM生検筋では筋線維に隣接したCD3陽性細胞に一致してGLNが認められたがDM,他の筋疾患では認められなかった。【結論】GLNは筋細胞を傷害するが細胞内に取り込まれないことによってapoptosisを引き起こすことはない。PM筋組織では筋線維に隣接したT細胞にGLNの発現が見られGLNはperforinと同様にPMの筋線維障害に重要な役割を果たしていると考えられた。【目的】多発性筋炎ではperforinが筋線維障害に重要な役割を果たしていると考えられている。granulysin(GLN)はcytolytic T-cell内でperforinと同じgranuleに局在し細胞障害作用を有する。本研究では多発性筋炎の筋線維障害にGLNが関与しているか検討することを日的とする。平成16年度はrecombinant(r-)GLNをつくり、培養ラット筋細胞(L6)に対する細胞障害作用について調べた。【方法】(1)L6に対するr-GLNの細胞障害性をMTTアッセイで測定した。(2)L6障害性がアポトーシスによるものかどうかtunnelアッセイで検討した。50uM GLNでは32.8±2.7%のL6が障害された。YT細胞より抽出されたperforinとGLNをL6に同時に投与すると細胞障害作用は相加的に増加した。(2)50uMGLNをL6に投与した場合、tunnelアッセイではDNA断片化を呈した筋細胞はわずかであった。(3)予備的な実験では免疫蛍光染色で、GLNをL6に投与30分後細胞内にGLNが認められた。MTTアッセイではGLN投与30分後で認められたL6障害作用は5%以下であった。【結論】GLNは筋細胞障害性を有するがアポトーシスが何らかの機序で抑制されていると考えられた。granulysin(GLN)はcytolytic T-

cell内でperforinと同じgranuleに局在し細胞障害作用を有する。本研究では多発性筋炎の筋線維障害にGLNが関与しているか検討することを目的とする。平成17年度は生検筋組織でのGLNの局在について、またsiRNAによるYT細胞のGLN発現の抑制が培養ラット筋細胞(L6)に対する細胞障害作用にどう影響するかについて調べた。【方法】(1)L6細胞内にr-GLNを発現させ細胞障害性、DNA断裂の有無を測定した。(2)L6細胞とYT細胞を混合培養しStCL2でYT細胞に脱顆粒を起こさせた時のL6障害性をsiRNAでGLN発現を抑制した場合と、しない場合とで比較した。(3)GLNをjurkat細胞に投与すると細胞内に取り込まれる。L6でも同じ現象がみられるか免疫蛍光染色法で検討した。(4)PM, DMおよび非免疫性筋疾患患者の生検筋でのGLNの局在を免疫蛍光染色で調べた。【成績】(1)前年度、L6の細胞外にGLNを投与するとDNA断裂のない細胞障害性を認めたが今回L6細胞内にGLNを発現させるとDNA断裂が認められた。(2)siRNAでGLN発現を抑制するとYT細胞脱顆粒によるL6障害作用が抑制された。(3)L6はGLNを細胞内に取り込まなかった。(4)PM生検筋では筋線維に隣接したCD3陽性細胞に一致してGLNが認められたがDM,他の筋疾患では認められなかった。【結論】GLNは筋細胞を傷害するが細胞内に取り込まれないことによってapoptosisを引き起こすことはない。PM筋組織では筋線維に隣接したT細胞にGLNの発現が見られGLNはperforinと同様にPMの筋線維障害に重要な役割を果たしていると考えられた。
跡公式とゼータ関数を用いた素測地線とスペクトルの分布に関する研究

体積有限な双曲多様体上のラプラシアンのスペクトルは、セルバーグゼータ関数の非自明零点としてあらわれることから、リーマンゼータ関数の非自明零点と比較されることが多い。リーマンゼータ関数の非自明零点については、その重複度が1であると予想されており、Montgomeryのpair correlation (1972)による手法を用いた評価をはじめ、少なからぬ研究成果が得られている。一方で、体積有限なリーマン面上のラプラシアンのスペクトルについて、Peterによるpair correlationの類似の研究(1995)があるが、重複度の評価という観点からは、リーマンゼータ関数の非自明零点と比較して、それほど強い結果が得られているとは言い難い。平成30年度の研究では、素数定理と素測地線定理の誤差項評価の相違に着目し、素測地線定理の誤差項評価におけるある種の強い仮定のもとで、pair correlationの手法をセルバーグゼータ関数に適用することで、ラプラシアンのスペクトルの重複度に関する評価を行った。その結果、素測地線定理の誤差項の最良に近い評価を仮定することで、ラプラシアンのスペクトルの重複度に関する非自明な評価が得られることがわかった。テスト関数のとり方を工夫することで、より良い評価が得られることが期待できるため、今後も研究を継続する。本研究成果については、国内の研究集会で報告済みであり、改良・修正の過程を経て、近い将来、国際学術誌に投稿する予定である。当初の研究計画では、平成30年度は、length spectrumやセルバーグゼータ関数、スペクトルゼータ関数に関するそれまでの研究成果を2次元の多様体だけでなく、3次元に拡張することを目標にしていた。現在のところ、3次元多様体に関する研究成果が十分に得られているとは言えない状況である。一方で、今年度の研究成果である体積有限な2次元双曲多様体におけるラプラシアンのスペクトルの重複度の評価は、素測地線定理の誤差項評価に関するある種の強い仮定のもとでの結果だが、既存の非自明な結果がこれまでにほとんど得られていなかったため、当初の想定を上回る成果であると考える。とくに、比較的汎用性のあるpair correlationの手法を用いているため、高次元の多様体上のラプラシアンのスペクトルだけでなく、多種多様なゼータ関数の非自明零点への拡張も期待できる、という観点からも、重要な成果であると考える。以上の理由から、当初の想定どおりに進まなかった研究もある一方で、想定していなかった成果も得られたことを、総合的に勘案して、「おおむね順調に進展している」と自己評価する。平成30年度の研究では、体積有限なリーマン面上のラプラシアンのスペクトルの重複度を、素測地線定理の誤差項評価に関するある種の強い仮定のもとで評価できた。これは一般的なリーマン面に関する成果だが、モジュラー群や合同部分群などを基本群としてもつリーマン面に関してはより精密な素測地線定理の誤差項評価が得られていることを考えると、これらのリーマン面に対して、比較的弱い仮定でより良い評価が得られることが期待できる。今後は、このような個別のリーマン面に関する重複度評価を改良するとともに、その成果をより一般的なリーマン面および高次元の多様体に拡張する。加えて、length spectrumやセルバーグゼータ関数などの素測地線分布に関する対象についても同時に研究を進め、スペクトル分布との間の関連性を利用して、スペクトルゼータ関数の解析性や具体的な値についても調べる。これまでに、モジュラー群の合同部分群で与えられる非コンパクト数論的リーマン面に関するlength spectrumとその重複度については、それらが不定値2元2次形式の単数と類数を用いて記述されることが知られている(Sarnak, 1981,研究代表者, 2007 etc)。さらに、重複度の類数を用いた記述を利用することで、重複度の任意のべき和に関する漸近公式が得られている(Bogomolny-Leyvraz-Schmit, 1997, Peter, 2002, Lukianov, 2007,研究代表者, 2013)。平成29年度はこれらを非コンパクトで数論的なリーマン面の中で、「合同な」ものに拡張した。非コンパクトで数論的なリーマン面を与える基本群は、実はモジュラー群とcommensurableなものしかなく、さらに、それらの中で極大なものはモジュラー群の合同部分群のひとつを指数2の正規部分群として含むことが知られている。平成29年度の研究として取り扱った、「合同な」リーマン面とは、このような極大な非余コンパクトな数論的群の「合同」部分群で与えられるリーマン面のことであり、モジュラー群の合同部分群との類似性から、length spectrumとその重複度が、同様に不定値2元2次形式の単数と類数を用いて記述できることがわかった。加えて、重複度の任意のべき和についても、既存の研究で得られたものと同様の漸近公式を得ることができた。本研究成果については、すでに研究集会で報告済みであり、近い将来、国際学術誌に投稿する予定である。平成29年度の研究計画は、これまでモジュラー群の合同部分群に対して得られていたlength spectrumとその重複度の「数論的な」表示と重複度のべき和に関する漸近公式を、より一般的な基本群に対して拡張することだった。実際にこの年度では、非余コンパクト数論的な基本群の中で「合同な」ものに対して、length spectrumとその重複度の「数論的な」表示と重複度のべき和に関する漸近公式を導くことに成功している。

この成果は、単純に既存の成果の拡張、というだけでなく、モジュラー群とその部分群に関する研究が、どのように非余コンパクト数論的な群へ拡張されるかを体系的に記したものであるとも考えることができる。以上の理由から、現在までの進捗状況を「おおむね順調に進展している」と自己評価する。体積有限な双曲多様体上のラプラシアンのスペクトルは、セルバーグゼータ関数の非自明零点としてあらわれることから、リーマンゼータ関数の非自明零点と比較されることが多い。リーマンゼータ関数の非自明零点については、その重複度が1であると予想されており、Montgomeryのpair correlation (1972)による手法を用いた評価をはじめ、少なからぬ研究成果が得られている。一方で、体積有限なリーマン面上のラプラシアンのスペクトルについて、Peterによるpair correlationの類似の研究(1995)があるが、重複度の評価という観点からは、リーマンゼータ関数の非自明零点と比較して、それほど強い結果が得られているとは言い難い。平成30年度の研究では、素数定理と素測地線定理の誤差項評価の相違に着目し、素測地線定理の誤差項評価におけるある種の強い仮定のもとで、pair correlationの手法をセルバーグゼータ関数に適用することで、ラプラシアンのスペクトルの重複度に関する評価を行った。その結果、素測地線定理の誤差項の最良に近い評価を仮定することで、ラプラシアンのスペクトルの重複度に関する非自明な評価が得られることがわかった。テスト関数のとり方を工夫することで、より良い評価が得られることが期待できるため、今後も研究を継続する。本研究成果については、国内の研究集会で報告済みであり、改良・修正の過程を経て、近い将来、国際学術誌に投稿する予定である。当初の研究計画では、平成30年度は、length spectrumやセルバーグゼータ関数、スペクトルゼータ関数に関するそれまでの研究成果を2次元の多様体だけでなく、3次元に拡張することを目標にしていた。現在のところ、3次元多様体に関する研究成果が十分に得られているとは言えない状況である。一方で、今年度の研究成果である体積有限な2次元双曲多様体におけるラプラシアンのスペクトルの重複度の評価は、素測地線定理の誤差項評価に関するある種の強い仮定のもとでの結果だが、既存の非自明な結果がこれまでにほとんど得られていなかったため、当初の想定を上回る成果であると考える。とくに、比較的汎用性のあるpair correlationの手法を用いているため、高次元の多様体上のラプラシアンのスペクトルだけでなく、多種多様なゼータ関数の非自明零点への拡張も期待できる、という観点からも、重要な成果であると考える。以上の理由から、当初の想定どおりに進まなかった研究もある一方で、想定していなかった成果も得られたことを、総合的に勘案して、「おおむね順調に進展している」と自己評価する。平成29年度の研究では、既存のlength spectrumに関する結果をモジュラー群の合同部分群から、一般の非余コンパクトで数論的な基本群の「合同な」部分群に拡張した。この研究では、非余コンパクトで数論的な基本群がモジュラー群の部分群のひとつを指数2の正規部分群としてもつことを利用している。
高齢視覚障害者の認知機能と環境設計に関する研究

本年度の研究実績は次のようである。高齢ロービジョン者のシミュレーションと視機能評価班高齢者のカテゴリカル色知覚の研究を若年者との比較しながら行い、特定の色カテゴリーのどころで顕著な差異があることを指摘した。付随的に、色覚異常者のデータを得ることができた。1.2重タスクの条件下で、高齢者や高齢ロービジョン者の資料を健常者に比べて行い、健常者に比べると、周辺課題の成績が低下することを明らかにした。2.中心部のコントラスト感度を求めて、装置のチェックをしたところ我々が設定した条件が適切であることを見いだし、高齢者は高周波数のところでの感度が著しく低下すること、色コントラスト感度の測定を可能にした。3.視野制限のもとで複合図形や重なり図形をどのように知覚しているかを調べた。その結果、非α型の知覚が多くなることを指摘した。そのさい、図形に色をつけて、α型にまとまるようにしたり、非アルファ型にまとまるようにすると、前者ではアルファ型、後者では非アルファ型の報告が増すことを明らかにした。この結果は眼球運動の面からも支持されている。4.白背景の色図形あるいは黒背景の色図形の視認性を検討して、視力が低くなると、図形をどの程度大きくすれば良いかを明らかにした。同時に新しい視認性の測定法を提案し、高齢者や高齢ロービジョン者に適用し、貴重な資料を得た。視機能の評価班5.2重タスクのもとで、若年者と高齢者の周辺視における視機能を評価し、高齢者が白黒あるいは色のコントラスト感度を低下していることを明らかにした。6.チェンジ・ブラインドネスを高齢者で測定すると、若年者よりかなり低下することを明らかにした。この手法を自然画像評価に使えるかどうかを交通場面で検討し、その有効性を指摘した。全盲班8.触覚のチェンジ・ブラインドネスの研究を世界に先駆けて行い、触覚でもこの現象が認められることを示したが、視覚に比べて反応時間が極端に長かった。さらに、視覚を通して位置情報を提供すると、反応時間が短くなり、視覚との相互作用があることを指摘した。9.触覚で重なり図形を知覚するときの、手の動きを測定し、これが眼球運動と似ていることを示した。(1)高齢ロービジョン者のシミュレーションと視機能評価では、視野の感度特性を考慮に入れた新たな視認性の測定法が必要である。そこで、一定の視野領域内の種々の位置に視標を提示し、正答率を測定するという方法を採用した。その結果によると、提示視野が大きくなれば、色名報告や形状報告の正答率はどの視力のもとでも低下する。また、色名報告の方が形状報告より高い正答率を示す。この結果は若年者のものであるが、高齢者もほぼ似た傾向を示しているが、現在被験者数を増やしている。網膜色素変性などによる視野狭窄をシミュレーションするため、アイ・リンクを用いて制限視野とパターン認識の関係を調べた。その結果、視野が狭くなると、正答率は低下し、サッケードの潜時が長くなり、振幅が短くなり、停留時間が長くなった。現在被験者数を増やしている。(2)視機能の評価法では、色による視覚探索を臨界色差という点から検討した。

10×10個の漢字を視覚デイスプレイに提示したテスト文字と妨害文字の色組み合わせを7種類取り上げ、それらを等輝度にした。色差(L^*a^*b^*)が大きくなると、反応時間は直線的に短くなり、色差がある値以上の色差になると、反応時間は一定値を示す。さらに、視力1.0以上の高齢者の臨界色差は若年者のものよりかなり長いという加齢の効果を得ている。また、2重課題下において、有効視野を検討するためのプログラムを作成した。(3.)全盲触覚では、触覚デイスプレイに4x4個あるいは8x8個のピンから成る正方形を5個配列した。うち1個の正方形がテスト刺激である。先ず、マイスナー小体に対応する低振動周波数とパチニー小体に対応する高振動周波数を組合わせてテスト刺激を検出できる反応時間を求めた。その結果、周波数の差が極端に大きいと反応時間は6秒から8秒であるが、40Hzと50Hzの組み合わせでは約27秒、25Hzと40Hzの組み合わせでは約23秒というように長くなる.このことから、触覚探索という現象の存在が確かめられた。また、人さし指のみを使用するより複数の指を使った方がわずかに成績がよいようである。解像力とテクスチュアとの関係は目下実験中である。触覚的注意に関しては、現在変化盲について検討中であり、次年度に引き継ぐ。(1)高齢ロービジョン者のシミュレーションと視機能評価では、色名法を用いてカテゴリカル色知覚を若年者で検討した。その結果、光源の色温度が変化しても変わらない色と変わりやすい色があることを明らかになった。特に恒常性が表面色では成立しやすいことを示した。ケータイ文字画像の視認性について検討し、文字が小さくなると、高齢者では視認性の低下が顕著に観察されることを明らかにしている。複合図形、重なり図形、透視図図形をムービングウインドウによって観察させると、2個の図形や平面図形に見えるように色づけすると、平面的に見えて、目的とするパターンに見えないなどを明らかにした。(2)視機能の評価ついては、チェンジ・ブラインドネスを色が変わる場合と方向が変わる場合とを比較した。目下、高齢者について検討している。中心視で文字を読み取りながら、有効視野を測定した。高齢者のなかには、周辺視でも可読性が優れている人がいる。これは観察中に注意が周辺に向いていたり、眼球が動いていたりすることを意味する。そこで、中心視でRSVPを課し、周辺にでる刺激の色や文字を読ませる実験を行っている。色についてはターゲットと妨害刺激との色差が問題になるようである。(3)全盲触覚では従来の触覚の研究に用いられる振動子は垂直方向に動くものであった。この条件で振動周波数毎の刺激閾を求めて4チャンネルモデルが提案された。ただし周波数に対応するものはマイスナー小体とパチニー小体であり、他の二つのチャンネルはマスキング条件でないと検出されない。ところが,水平方向に振動させると、検出しにくいチャンネルの応答が観察されることを示した。また、マイスナー小体とパチニー小体とのあいだで相互作用があるかを触覚探索のもとで調べた。その結果、触覚探索はターゲットと妨害刺激との周波数の差の対数に支配され、必ずしも受容器間の相互作用があるとはいえない結果を得た。
電子および光機能を有する水酸化物イオン伝導性層状複水酸化物の創製

色素増感太陽電池用色素として知られているEosin-Yを層間に含むZn-Al系層状複水酸化物(LDH)の薄膜が、色素増感太陽電池の電極として動作することおよびこの粉末が可視光照射下で光触媒活性を示すことを見出した。層間に炭酸イオンを含む(Ni, Mn)-Al系LDHおよび(Ni, Mn)-Fe系LDHは、Mnを置換しない系よりも高いイオン伝導性を示すことがわかった。これらのLDHを触媒層に用いた空気極は、酸素還元反応において大きな還元電流を示した。Mg-Al系LDHを固体電解質として用いたアルカリ形水素ー酸素燃料電池が動作することも確認した。我々はこれまでに、層状複水酸化物(LDH)が固体でありながら、加湿下で高い水酸化物イオン伝導性を示すことを見出している。この材料を様々な電気化学素子へ応用するためには、水酸化物イオン伝導性の向上が重要であるが、さらに無機材料の特徴を生かして、水酸化物イオン伝導性に電子伝導性や光機能性を付与できれば、応用範囲が大きく広がることが期待できる。本研究では、LDHの水酸化物イオン伝導性に、電子伝導性あるいは光機能性を付与した、新たな複合的な機能を有するLDHを創出し、これを様々なデバイスに適用することを目的としている。本年度は、MnドープNi-Al系およびNi-Fe系LDHの合成を行い、Mnドープが電子伝導性やイオン伝導性に大きく影響を与えることを明らかにした。また、Zn-Al系LDHの紫外光に対する光触媒活性に層間アニオンが大きく影響を及ぼすことを明らかにした。光析出法によりPtをZn-Al系LDH表面に析出させることにより、光触媒活性が向上することもわかった。さらに、増感色素として知られるエオシンYを層間に含むZn-Al系LDHを作製し、この粉末が可視光応答性光触媒として機能することを明らかにした。一方、エオシンYを層間に含むZn-Al系LDH薄膜を用いて、色素増感太陽電池を構築したところ、可視光照射条件下で起電力を生じ、わずかながら電力が発生することを確認した。よって、エオシンYを含むZn-Al系LDH薄膜が色素増感太陽電池の電極として機能することを明らかにした。われわれはこれまでに、層状複水酸化物(LDH)が、加湿下で高い水酸化物イオン伝導性を示すことを見出している。この剤y労を様々な電気化学素子へ応用するためには、水酸化物イオン伝導性の向上が重要であるが、さらに、無機材料の特徴を生かして、水酸化物イオン伝導性に電子伝導性や光機能性を付与できれば、応用範囲が大きく広がることが期待できる。本年度は以下の点について研究を進めた。MnドープNi-Al系LDHおよびMn-ドープNi-Fe系LDHに関して、アルカリ型燃料電池、あるいは金属ー空気電池用の空気極への触媒層への混合効果を検討し、電子伝導度が比較的大きいMn-ドープNi-Fe系LDHを触媒層に混合したとき、もっとも大きな酸素還元電量が得られることがわかった。Mg-Al系LDHおよびNi-Al系LDHをセパレータ部分に用いた水素ー酸素燃料電池を構築し、MnO2を酸素極触媒に用いた場合でも、燃料電池が発電することを確認した。本年は、層状複水酸化物(LDH)の中でも水酸化物イオン及び電子伝導性が比較的高いNi-Mn-Fe系LDHを触媒層へ混合した空気極の酸素還元・酸素発生反応に対する活性評価、Zn -A系LDHのZn-空気二次電池負極活物質への応用、Mg-Al系LDHをセパレータに用いたH2-O2燃料電池の構築について検討を行った。MnO2や(La, Ca)MnO3を触媒に用いた空気極において、Ni-Mn-Fe系LDHを触媒層に混合した場合、酸素還元電流(ORR)が増加することがわかった。また、酸素発生反応においては電流密度が増加、および酸素発生過電圧の低下が確認された。これより、Ni-Mn-Fe系LDHは、金属ー空気二次電池の空気極の性能向上に非常に有効であることがわかった。さらに、KOH水溶液を電解液に用いた金属ー空気二次電池において、Zn-Al LDHが負極活物質として動作することを確認した。LDHを燃料電池のセパレーター層として用いるために、LDH固体電解質の緻密化とイオン伝導度の向上を目的として、LDH粉末成形体からの再構築法によるLDH固体電解質膜の作製を検討した。LDH粉末成形体を500°Cで熱処理して酸化物に変換後、炭酸ナトリウム水溶液中で再水和させることにより、バインダーを用いることなく、緻密でイオン伝導性の比較的高い電解質膜が作製できた。また、この電解質膜を用いてH2-O2酸素燃料電池を構築したところ、比較的高いOCVを示し、また、燃料電池として動作することを確認した。

層間に炭酸イオンを含む(Ni, Mn)-Al系LDHおよび(Ni, Mn)-Fe系LDHは、Mnを置換しない系よりも高いイオン伝導性を示すことがわかった。これらのLDHを触媒層に用いた空気極は、酸素還元反応において大きな還元電流を示した。Mg-Al系LDHを固体電解質として用いたアルカリ形水素ー酸素燃料電池が動作することも確認した。イオン伝導性に比べると電子伝導性は非常に低いが、少しでも電子伝導性が高い系において、燃料電池や金属ー空気電池の空気極において、大きな酸素還元電流を流れることを確認したことは、電子伝導性の付与が非常に大事であることを証明している。また、燃料電池や金属ー空気電池といったデバイスに応用する点についても、順調に評価を行っている。27年度が最終年度であるため、記入しない。無機材料化学電子伝導性とイオン伝導性を兼ね備えたLDHの開発を引き続き行う。また、金属ー空気電池の構築などについてさらに検討を進める。その他の電気化学デバイスへの応用についても検討を進める。本年度は、3成分系のLDHの合成や光触媒活性の評価などを順調に行うことができた。特に、色素を層間に挿入したLDHが光触媒反応や、色素増感太陽電池用電極として、可視光応答を示すことを実際に示すことができた。燃料電池などの空気極の触媒活性の評価については、実際のセルを用いての評価を中心することを優先したために、回転ディスク電極装置の導入のタイミング遅くなったことが次年度使用額が生じた大きな理由である。電子伝導性とイオン伝導性を兼ね備えたLDHの開発を引き続きて行う。また、金属-空気電池の触媒層への添加効果などについて重点的に研究を進める。また、LDHの無機層に希土類をドープすることによる蛍光を示すLDH薄膜の作製についても検討を進める。回転ディスク電極装置を購入し、電解液中での触媒活性の評価を行う。研究代表者は、本研究課題の開始となった平成25年4月1日より現在の所属に異動した。当初、恒湿・恒温槽の購入を予定していたが、異動先に修理をすれば使用可能な恒湿・恒温槽が利用できることが判明した。実際、軽微な修理を行うことにより実際に恒湿・恒温槽が使用できたため、購入する必要がなかったことが最も大きな理由である。H26年度においては、水酸化物イオン伝導体を用いた金属-空気二次電池に関する研究を進めることを予定していることから、充放電評価装置の購入に充てたいと考えている。
IL-17による肥満細胞の分化と機能制御メカニズム解明

IL-17を欠損した(KO)マウスの骨髄ではimmunoglobulin (Ig)E受容体である、FcERIaを発現した細胞が増加している。この細胞を解析すると、多くが好塩基球であった。一方FceRIaを発現する肥満細胞は減少していることがわかった。これらの細胞がアナフィラキシー反応に関与することから、全身性のショック症状をIgEとその抗原複合体によって誘導した際、IL-17 KOマウスでは通常のマウスに比べて体温の低下が激しく、好塩基球増加によるものと推測された。IL-17生産が減少する状況は腸内細菌を除去した際にも観察される。抗生物質によって腸内細菌を除去したマウスではIL-17 KOマウス同様に、IgEと抗原の複合体刺激による体温低下が通常のマウスに比較して悪化していた。骨髄での好塩基球と肥満細胞の分化では前駆細胞が共通しており、どのような制御を受けて好塩基球と肥満細胞の割合が決定されるのか、現在詳細を解析中である。マウス個体全体のアナフィラキシーショック症状と好塩基球増加の関連が見いだせた。また、腸内細菌叢の減少がアナフィラキシーショックの悪化に関与することもわかったので、腸内細菌、あるいはその成分による制御方法を検討して行くことができる。今後は好塩基球増加の場である骨髄と脾臓の解析をさらに進めて行く。特にGATA2,IRF8といった転写因子の発現パターンがIL-17シグナルによってどのように変動するかを中心としてIL-17 KOと通常のマウスで比較していく。腸内細菌叢の関与についてはgnotobioteを用いることが最もスマートな方法である。gnotobioteマウスを作製して行くことができるか、内部の研究者と連携できるよう交渉して行く。
粒子シミュレーション法を用いた1Gfps超高速撮像素子の解析と設計

裏面照射(BSI)画素周辺記録型撮像素子(ISIS)の高速撮像限界に対する考察をモンテカルロ(MC)デバイスシミュレーション法を用いて行った。個々の電子の確率的な挙動を追跡するMCシミュレーションが、固体撮像素子の極限の動作性能を目指した解析に非常に適していることを示すとともに、時間分解能を律速する物理機構について理論的な分析を行った。発生した光電子が、収集ゲートに到達するまで要する走行時間のばらつきが撮像時間分解能を律速する原理的要因となり、その抑制のためには、光電子を収集ゲートまで導く経路の電位分布設計が重要であることを示した。アバランシェ増倍効果による信号電子の増倍を超高速撮像素子に応用することを目標に、裏面照射(BSI)型CCDの電荷収集過程に関する数値解析を行った。シミュレーション方法としては、電子1つ1つの挙動を追跡することのできるモンテカルロ法を採用し、電荷収集層に設けた高電界部を通過する信号電子のアバランシェ増倍過程を詳細に調べた。本研究では、特にSiの現実的なエネルギーバンド構造を反映するフルバンド解析を行うことでインパクトイオン化等、高電界輸送に固有の効果を高精度にシミュレーションすることを図った。ただし、2014年度は簡単のため、正孔を電子の逆符号の粒子として取り扱い、物理モデル(エネルギーバンド構造や散乱確率)は電子と同一のものを使用した。シミュレーション系としては、BSI型CCD内の一部を切り出した簡易的な構造を考え、系中央部に設置した高電界領域(キャリア増倍層)を通過させることで、アバランシェ増倍を生起させた。シミュレーションを行った結果、増倍層中の印加電界とともに高いキャリア増倍率が得られるものの、同時に到達時間ばらつきも増えてしまうことが分かった。増倍層幅を短くすることでこの特性は今回の目標に有利な方向(すなわち増倍率:大、時間ばらつき:小)へとシフトするが、それも幅100 nmまでで、それ以下に幅を縮小しても特性改善は得られなかった。キャリア増倍によって到達時間ばらつきが増えるメカニズムとしては、インパクトイオン化のため発生した二次キャリアが逆方向に加速され再度インパクトイオン化を起こす、といった往復運動の効果が考えられる。したがって、インパクトイオン化の発生する領域幅と到達時間ばらつきの間には相関があり、非局所輸送領域の幅(50 nm)と同程度まで増倍層幅を縮小した場合には、それ以上のばらつき抑制効果は得られないものと考えられる。シリコン裏面照射型Charge Coupled Device (CCD)を用いた超高速撮像の速度限界を見極めるため、シミュレーションによる電子輸送解析を行った。この素子は、シリコンへの光照射によって発生した光電荷を、表面側に設けたコレクションゲート部にまで収集するような原理となっている。その際、電子は空乏層電界による加速を受けながら走行するのだが、結晶中のフォノン散乱などの影響によって各々の電子の走行時間の間には、必ずばらつきが生じる。そしてこれが、フレームレートの高速化限界を決める根源的な要因となることが予想されている。今回は、10億枚/秒を目標とする次世代超高速撮像素子(マルチコレクションゲート型)を想定した上で、その電子収集部に着目したシミュレーション系を設定し、内部の電子挙動をフルバンドモンテカルロ法により追跡した。散乱機構としてはフォノン散乱を考慮し、素子裏面で発生した光電子が一様固定電界により表面へと集められる構造を考えた。さらに、素子に印加する電界、素子の厚さ、入射する光の波長を様々に変化させ電子走行シミュレーションを行ったところ、得られた結果を取り扱いやすい解析式(走行時間ばらつきの標準偏差を素子構造パラメータで表現)の形にまとめることができた。それを利用することで、実現可能な限界フレームレートを予測したところ、撮像速度は入射光の波長に大きく依存すること、特に波長の長い赤色光については、高電子発生位置のばらつきが大きく、上記目標の達成が困難となることが分かった。これを回避するためには、カラーフィルターで赤色光をカットするなどの対策が必要であると考えられる。粒子法に基づく超高速イメージセンサ動作解析用モンテカルロシミュレータのプロトタイプが完成した。さらに、それを用いて予備的なシミュレーション解析を実施し、光電子収集に要する統計的な時間ばらつきの評価を行った。これにより当初計画していたシミュレーションのフレームワークはほぼ完成したと言える。今後物理モデルの高精度化とより現実に近いシミュレーションデバイス構造の構築を行うことで、本研究の目的である究極の撮像限界の評価が可能となると考えている。半導体工学アバランシェ増倍効果を正確にシミュレーションするため、シリコン中の正孔の輸送モデルを取込む必要があるが、第一原理計算などの援用を活用することで、早期に達成可能と考えている。基礎的な実験データとの比較を行った後、キャリア増倍効果を得るための具体的な撮像素子構造を策定し、その効果をシミュレーション上でデモンストレーションする予定である。撮像素子設計専用のデバイスシミュレータのライセンスを、2014年度は貸与という形で導入することができたため、予算を節約することができた。撮像素子設計専用のデバイスシミュレータのライセンス購入を行う。