hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
舶用超電導モータ用高温超電導体バルクのパルス着磁の最適化研究

試料には溶融成長法で作られた直径60mm、厚さ19mmのGd-Ba-Cu-O(GdBa_2Cu_3O_<6.9>70.9wt%,Gd_2BaCuO_519.2wt%,Ag9.4wt%,Pt0.5wt%)高温超電導バルクを準備した。現在東京海洋大学等との共同研究で開発中の高温超電導モータ内部での電機子配置と同様に、1.3mHの渦巻型多層円筒ソレノイドコイル2個によってバルクを着磁した。台形パルス磁場による着磁では、RLCパルス磁場の結果と比べて磁気特性が悪化した。これは長時間にわたる高磁場領域の維持による恩恵よりも、磁場の侵入による温度上昇効果が大きかったためではないかと考えられる。一方、スイッチング制御パルス磁場による着磁では、今回の実験条件においてRLCパルス磁場と同程度の磁気分布が得られ、最大捕捉磁束密度と総磁束の値が140%以上増加し、バルクに捕捉した磁気特性の大幅な向上を実現した。溶融法により作られた高温超電導バルクは高いピン止め効果を得ることができる。近年になって実用段階に入りつつある高温超電導バルク磁石の、舶用超電導同期電動機を始めとする産業機等への磁気応用のためには、パルス着磁法による磁化が適している。しかし、静磁場着磁と比べて、パルス着磁によって得られる最大捕捉磁束密度は小さく、磁場分布が不均一に歪みやすく、総磁束も小さい。パルス磁場による超電導体への着磁特性の向上が求められていることから、外部印加パルス波形を適切に制御することによってバルクの磁気特性を静磁場着磁法並に向上させることを目的として研究を行った。従来のパルス着磁では、鋭いピークと指数関数的な変化を伴うパルス磁場が用いられてきた。本研究では半導体スイッチの連続的な開閉によって見かけ上のライズタイムを長く緩やかにを制御した単一パルスを用いてバルク材料への着磁を行い、そのときに測定した捕捉磁束密度を評価した。試料には直径45mm、厚さ19mmのGd-Ba-Cu-O(GdBa2Cu306.9 70.9wt%,Gd2BaCuO5 19.2wt%,Ag9.4wt%,Pt0.5wt%)高温超電導バルクを用いた。現在東京海洋大学等と共同で開発中の高温超電導モータ内部に用いる電機子配置と同様に、1.3mHの渦巻型多層円筒ソレノイドゴイル2個によってバルクを着磁した。従来方式のパルス着磁によって最大の捕捉磁束密度と対称性の高い磁場分布が得られた条件を元に、同一の試料を同一配置のままで放電電圧とスイッチ開閉のデューティ比を変えて捕捉磁束密度を測定した。その結果、バルク磁石に捕捉された磁場分布の中心軸対称性を保ちながらも、その捕捉磁束密度の大きさを同じ静電エネルギーの従来方式パルス波形よりも140%大きく向上させることができた。前年度までに直径60mm、厚さ19mmのバルク磁石に関しても同様の結果を得ていることから、本研究において提唱した新しいパルス着磁法が大型のバルク高温超電導材料に対して有用であることが示された。
テーラードテクスチャリングによるマイクロ精密異形プレス加工のメゾトライボ特性制御

本研究は,マイクロ精密プレス成形における金型の複雑な接触状態に対して,最適な微細テクスチャ形状を配置することで,トライボロジー特性の最適化を図るものである.特に「マイクロプレス加工特有」の接触環境下における,微細テクスチャ形状・寸法と摩擦摩耗特性との関連性を明らかにすることを研究目的とした.本研究を通して,乾燥摩擦下におけるテクスチャリングの効果として,摩耗粉の排出の促進が大きな役割を果たすことを示した.これに基づき,精密プレス加工中における接触面積(摺動長さ)および接触面圧に応じてこれらテクスチャの構造寸法および構造間隔の設計が可能であることを示した.本研究では,「マイクロプレス加工特有」の接触環境下における,微細テクスチャ形状・寸法と摩擦摩耗特性との関連性を明らかにすることで,マイクロ精密プレス加工における金型の複雑な面圧分布に対して最適な微細テクスチャ形状を配置し,そのトライボロジー特性の制御を図るものである.これに対し本年度は以下の成果が得られた.1.テクスチャ構造間隔が及ぼす影響の解明:高速度カメラにより摩擦試験中の摺動面その場観察を行い,構造間隔の増大に伴うテクスチャ構造の摩耗促進に起因して摩擦抵抗が増大することを明らかにした.これらが,テクスチャ構造エッジ部への面圧過負荷に起因することを,FEM解析により明らかにした.2.テクスチャ構造幅が及ぼす影響の解明:1GPaレベルの面圧に対するヘルツの接触半径を基準に,テクスチャ構造幅を決定し,そのトライボロジー特性を評価した.その結果,接触半径内に複数のテクスチャ構造を配置することで,摩耗粉排出効果が促進され摩擦の掘り起こし項の低減が図られることを明らかにした.3.その場観察型マイクロハット曲げ試験機の開発とテクスチャリング効果の解明:マイクロ成形中の接触界面のその場観察が可能な順送型マイクロハット曲げ試験機を開発した.これにより,順送プレス行程における加工回数の増大に伴う接触界面の推移を観察可能となった.本装置を用いた検証により,テクスチャリングによる摩耗粉排出効果を実加工接触環境下で実証した.4.マイクロ深絞り工程の接触長さ・面圧分布に基づいたテーラードテクスチャリングの提案:FEMによりマイクロ円筒絞り過程における接触長さおよび見かけの接触面圧の推移を解析した.その形態として金型ダイ肩半径部を四部位に区分し,各々の接触面積・面圧に適したテクスチャ構造の配置設計を掘り起こし抵抗の低減および摩耗低減の観点より提案した.本研究は,マイクロ精密プレス成形における金型の複雑な接触状態に対して,最適な微細テクスチャ形状を配置することで,トライボロジー特性の最適化を図るものである.特に「マイクロプレス加工特有」の接触環境下における,微細テクスチャ形状・寸法と摩擦摩耗特性との関連性を明らかにすることを研究目的とした.本研究を通して,乾燥摩擦下におけるテクスチャリングの効果として,摩耗粉の排出の促進が大きな役割を果たすことを示した.これに基づき,精密プレス加工中における接触面積(摺動長さ)および接触面圧に応じてこれらテクスチャの構造寸法および構造間隔の設計が可能であることを示した.全体の研究目標に対し,初年度は乾燥摩擦下のテクスチャリングの効果を解明することを大きな目的として,以下の研究実績を得た.1.テクスチャ形状・寸法の決定に際しては,Bhushanの寸法効果モデルを導入し,精密プレス加工の面圧領域(100MPa1GPa)における,「乾燥摩擦の寸法効果」が発現しうる接触長さを算出した.形状として,接触面積の算出が容易な矩形形状を採用し,超硬及びDLC薄膜を対象に,相手材として鋼材および純チタン材の機械的特性を用いて算出した.算出結果に基づき,構造幅約150μm以下および構造間隔約100μm以下を対象寸法に決定した.2. 1で選定したテクスチャ寸法を付与する手法として,超硬基材にメタルマスクを固定し,その上から非晶質材であるDLC(Diamond Like Carbon)を成膜する手法を採用し,マスクの形状に沿ったDLC構造テクスチャ構造を作製した.同手法により,各種構造幅,構造間隔の異なるテクスチャードDLC膜の創製に成功した.3.塑性変形を含まない基礎的な摩擦摩耗試験として,ボールオンディスク試験を採用し,DLCテクスチャを施した超硬製ディスクの摩擦摩耗試験を実施した.その結果,テクスチャを施していない平滑DLC膜と比較して,テクスチャ化することで摩擦係数が低下するとともに,その変動が小さくなることを示した.一方で負荷垂直荷重の増大により,DLC膜の摩耗が促進され,摩擦係数が上昇する傾向が得られた.これに対し,各単一テクスチャに負荷される応力状態を有限要素解析(以下FEM解析)により算出し,構造間隔を狭小化することで負荷応力が緩和されることを明らかにした.これに基づき,実験的に構造間隔の狭小化の効果を検証した結果,構造間隔の狭小化により,摩擦係数が低下するだけなく,耐摩耗性も向上することを示した.全体の研究目標に対し,初年度は,1.比較検討するテクスチャ形状・寸法条件の選定,2.比較検討するテクスチャ摺動工具の作製・加工条件の検討,3.基礎的摩擦摺動試験によるテクスチャリング効果の評価を行うことを当初の研究計画とした.これに対し,項目1.テクスチャ形状・寸法の決定に際しては,マイクロトライボロジー理論に基づいた寸法領域の算出がなされ,当初の計画案通りに遂行された.一方項目2.テクスチャ形状の付与に関しては,当初超硬基材に直接FIB加工やレーザー加工,放電加工等の種々の加工法により作製する計画案を示したが,1加工精度が超硬粒子径に大きく依存する点,2種々の加工法の適用により,対象寸法による加工精度の相違がトライボロジー特性に外乱をもたらす等の懸念から,当初計画案より方針転換をした.

しかし上記の通り,メタルマスクを用いたDLC成膜手法の採用により,テクスチャ寸法間のバラつきも少なくかつ高精度な表面テクスチャリングの付与手法が確立された.また,項目3.基礎的な摩擦摩耗特性評価では,当初計画案通り,スクラッチ試験による検討を試みたが,平面パンチにおける均一な面圧の負荷が困難を極めたため,方針転換を行い,ボールオンディスク試験を採用した.これにより,テクスチャリングの効果及びテクスチャ構造幅,間隔の影響を明らかにした.本検証に至っては,当初計画案にはないFEM解析による検討も行なわれ,次年度計画におけるFEM解析の足がかりとして有用な成果が得られた.以上のように,年度当初に計画した上記3項目は達成され,その成果として,テクチャードDLC膜の非常に安定した低い摩擦係数が得られた.現在次年度に向けたマイクロハット曲げ試験機の設計開発に既に着手しており,当初の計画以上に研究が進展している.今後の研究方策としては,初年度の基礎的摩擦摩耗試験による成果を,実際の塑性変形下におけるトライボロジー特性制御に応用し,マイクロ異形精密プレス加工におけるその効果を解明するため,以下の通りに研究を遂行する.1.マイクロハット曲げ摩擦摺動試験によるプロセストライボロジー評価,2.マイクロ異形プレス加工の有限要素解析(FEM)による摩擦応力分布の最適化計算、3.テーラードテクスチャ金型の創製とマイクロ異形絞り加工試験による成形性評価項目1では、金属箔材の塑性曲げ変形を考慮した“プロセス"トライボロジーをより忠実に再現するため、マイクロハット曲げ型摩擦試験機を新たに設計する.曲げ金型の3次元曲面形状にDLCテクスチャを付与する手法を検討すると共に,テクスチャリングの効果及び構造間隔の影響を,摺動中の真実接触面積の変化や被加工材摩耗粉サイズの粒径分布を詳細に評価し検討を行う.項目2では、種々の寸法を有する微細テクスチャを三次元空間的に最適配置するため,マイクロ異形絞り加工における金型面圧分布を,FEMにより算出する.同モデルを活用し,最適化ソフトウェアを用いて,成形品の板厚分布を均一化するための,金型表面の摩擦応力分布を解析する.これらの情報及び前年度に得られた各種テクスチャ寸法のトライボ特性に基づいて,テーラードテクスチャリングの最適配置を決定する.項目3では、2.で設計したテクスチャリングの最適配置に基づいたメタルマスクを作成し,テーラードテクスチャリング金型を作製し,マイクロ異形絞り実験を行う.特に成形荷重および成形後容器の板厚分布等の材料流動性と形状精度を評価し,従来のマイクロ金型との比較によりその有用性を検証する.初年度では,各種テクスチャ形状の作製のための製作加工費を予算として計上したが,テクスチャリング手法の方針転換により,メタルマスクの購入に留まり,その分の残余額を次年度のハット曲げ試験機の製作費として計上することとした.本ハット曲げ試験機開発に当たり当初は,申請者が先行研究にて開発した金属箔材摺動型摩擦試験機の改良設計を計画していたが,寸法的制約及び検討条件における制約の問題から,新たに単独のマイクロハット曲げ試験機を開発することとした.
求核的有機金属種の触媒的発生法の創出と複雑化合物合成への応用

古典的な求核的有機金属種は、還元力の強い金属を等量用いて有機ハロゲン化合物から生成する方法がほとんどであるが、この手法はハロゲンなどの反応性の高い官能基の事前導入の必要性、有機金属種の高い反応性による副反応、プロトン性官能基に対する受容性の欠如といった問題点を抱えている。このため、還元力の強い金属を用いることなく、高い化学選択性をもつ求核的有機金属種を反応系中で触媒的に生成する新手法の開発が望まれる。このような方法として求核剤の不飽和結合への分子間付加反応を起点とする求核的有機金属種の触媒的生成を提案する。具体的にはCu-X反応剤の炭素-炭素不飽和結合への分子間求核付加を起点として、高い化学選択性と求核性を併せもつビニル銅種の触媒的発生法を開発し、これを連続反応に組み込むことで、複雑な構造を有する生物活性物質群の合成簡略化を実現しうる触媒反応を開拓することを目的とすることとした。昨年度に進行したスチレン、ピナコールジボラン、イミンの三成分反応を適切な配位子を設定することによって、ジアステレオ選択性の良好な、ひいてはエナンチオ選択性の改善を目指した。キラルな2座ホスフィン配位子やキラルなNHC配位子を中心に配位子を検討していった結果、スチレン、ピナコールジボラン、イミンの三成分反応を達成した。また配位子の変更によって立体異性がスイッチするジアステレオダイバージェント法への展開も可能となることを見いだした。現在本成果について論文を投稿中である。29年度が最終年度であるため、記入しない。当初の目的通り、銅へのダミー配位子となり得るフェノキシド構造を持ったNHC配位子を様々合成し、アルキン、ピナコールジボラン、アルデヒドの三成分反応の検討を行った。目的とするアルキン、ピナコールジボラン、アルデヒドの三成分反応は実現できていないが、代わりに、合成したフェノキシド部位をもつ銅触媒によって、アルキン、ピナコールジボラン、アルキルブロマイドの三成分反応であるアルキルホウ素化反応の収率が10%程度向上することを見出した。このアルキルホウ素化反応の収率向上は配位子が目的とする、求核性を向上させる性質を保持しているためにもたらされたものだと考えている。その後このアルキルホウ素化反応の最適化に努めたが、基質一般性に難を残していたため、更なる配位子の探索を行った。探索の結果、新規のπ-アクセプター性NHC銅錯体を用いることによって、アルキン、ピナコールジボラン、アルキルヨージドの三成分反応であるアルキルホウ素化反応が効率よく進行し、先ほど述べた触媒系と比較して基質一般性も広いことが分かった。この配位子以外を用いると三成分反応ではなくピナコールジボランとアルキルヨージドの二成分反応が起こってしまう。それは通常の配位子ではアルキンとアルキルヨージドとの見分けができていないからであり、この配位子を用いることによってそれら化学種間の見分けが可能となったことは、触媒の力によって化学選択性が発揮できるという意義深い結果である。フェノキシド部位をもったNHC配位子による求核性の向上を望み、その効果は実際にある程度発現することが分かった。しかしながら十分な収率までは到達できなかったため、広範な探索の結果、アルキンとアルキルヨージドとの見分けが可能である新規のπ-アクセプター性NHC銅錯体を発見することができた。これは計画にはない効果をもつ配位子であるが、触媒の力によって化学選択性が発揮できるという意義深い結果を与え、更にはアルキルホウ素化反応を完全に実現することができたため。新規のπ-アクセプター性NHC銅錯体を用いることによって、アルキン、ピナコールジボラン、アルキルヨージドの三成分反応であるアルキルホウ素化反応が効率よく進行することを見出した。今年度本結果を論文化し、「Journal of the American Chemical Society」誌に掲載された。その後、当初の目的であるアルキン、ピナコールジボラン、アルデヒドの三成分反応を検討している過程で、スチレン、ピナコールジボラン、イミンの三成分反応がNHC銅触媒存在下進行することを見出した。アルキンがスチレン、アルデヒドがイミンと置き換わってはいるが、スチレンもアルキンと同じ不飽和化合物であり、イミンもアルデヒドと同じカルボニル化合物の一つであるので、この三成分反応は当初の目的が達成されたといっていい結果である。イミンとして、N-ホスフィノイル保護したイミンを用いることが重要であることが分かっている。反応生成物はγ位にホウ素原子をもつアミンであり、これは鈴木・宮浦カップリングなどによって様々な構造に変換が可能な有用なビルディングブロックとなり得る。当初の目的である不飽和化合物とピナコールジボラン、カルボニル化合物の三成分反応が進行したため。

古典的な求核的有機金属種は、還元力の強い金属を等量用いて有機ハロゲン化合物から生成する方法がほとんどであるが、この手法はハロゲンなどの反応性の高い官能基の事前導入の必要性、有機金属種の高い反応性による副反応、プロトン性官能基に対する受容性の欠如といった問題点を抱えている。このため、還元力の強い金属を用いることなく、高い化学選択性をもつ求核的有機金属種を反応系中で触媒的に生成する新手法の開発が望まれる。このような方法として求核剤の不飽和結合への分子間付加反応を起点とする求核的有機金属種の触媒的生成を提案する。具体的にはCu-X反応剤の炭素-炭素不飽和結合への分子間求核付加を起点として、高い化学選択性と求核性を併せもつビニル銅種の触媒的発生法を開発し、これを連続反応に組み込むことで、複雑な構造を有する生物活性物質群の合成簡略化を実現しうる触媒反応を開拓することを目的とすることとした。昨年度に進行したスチレン、ピナコールジボラン、イミンの三成分反応を適切な配位子を設定することによって、ジアステレオ選択性の良好な、ひいてはエナンチオ選択性の改善を目指した。キラルな2座ホスフィン配位子やキラルなNHC配位子を中心に配位子を検討していった結果、スチレン、ピナコールジボラン、イミンの三成分反応を達成した。また配位子の変更によって立体異性がスイッチするジアステレオダイバージェント法への展開も可能となることを見いだした。現在本成果について論文を投稿中である。フェノキシド部位をもったNHC配位子による求核性の向上がある程度発現することが分かったので、配位子の更なる最適化により、当初の目的であるアルキン、ピナコールジボラン、アルデヒドの三成分反応を実現する。スチレン、ピナコールジボラン、イミンの三成分反応をジアステレオ選択性、エナンチオ選択性の良好な反応に仕上げる予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
コーカサス地域に対する法整備支援戦略の構築-ガバナンスと人材育成の分野における-

日本政府は、これまで、法整備支援を、ベトナムなどインドシナ地域、ウズベキスタンなど中央アジア地域、モンゴル、インドネシアに対して行ってきた。しかし、国際協力機構(JICA)は、CIS諸国についていえば、現在、ウズベキスタンなど中央アジア地域だけでなはなく、コーカサス地域においても法整備支援案件を含む援助を展開しつつあり、コーカサス地域が日本の法整備支援戦略を構築する上で、1つの重要な研究対象となってきた。ロジュニョーイ・ヘドヴィグ氏は、名古屋大学の法整備支援コーカサス地域研究チームが行う法律学からのコーカサス地域法整備支援研究と協力しつつ、独自の学際的視野にもとづき、以下のような貢献を行った。(1)ハンガリー最高裁判所、司法省、法学研究所などがコーカサス地域に対して行ってきた法整備支援の戦略、内容を調査し、中東欧諸国とコーカサス地域との関係をガバナンスという観点から明確にした。(2)コーカサス地域に対する世界銀行、欧州復興開発銀行(EBRD)、Eu-TACISによる法整備支援の戦略、内容を調査し、そこでの我が国が参考にすべき教訓と課題を明らかにした。(3)法整備支援におけるガバナンス、とりわけ公務員の汚職防止という観点から、人材育成の意義、方法の具体的方策を提示した。(4)これらの研究を通じて、法整備支援における法学教育支援、法律人材支援のきわめて重要な役割と意義を明らかにし、日本の法整備支援戦略の形成に寄与した。本研究は、コーカサス地域に対する法整備支援戦略を構築するために、欧州の国際機関およびコーカサス地域の現地機関を調査するものである。今年度は、欧州各国の国際機関(EU、EBRD、UNODC等)および学術機関(ハンガリ・ヨトボース大学、オックスフォード大学、マンチェスター大学等)を訪問し、コーカサス地域に対する法整備支援の現状を調査し、関係資料を入手するとともに、コーカサス担当者にインタビューを行った。また、グルジアにてグルジア法整備支援を実施している各国援助機関(GTZ、USAID、EU-TACIS等)や現地の法学教育機関を訪問し、法整備支援の現状や課題について調査した。今年度の研究により、以下の諸点を明らかにすることができた。(1)国際機関によるコーカサス地域に対する法整備支援の目的と現状および課題(2)コーカサス地域における法改革の現状と課題(3)欧米各国の研究機関によるコーカサス地域の法学研究と法学教育支援の現状と課題(4)国際機関および欧米各国によるコーカサス地域に対する開発援助の現状と課題(5)日本によるコーカサス地域に対する開発援助の現状と課題これらの調査結果から、次年度の研究課題を明らかにすること、そして最終年度の成果とりまとめに向けての課題を明らかにすることができた。日本がコーカサス地域で法整備支援を含めた開発援助を実施するにあたり、国際機関や欧米各国の機関の経験を日本の実務関係者や研究者の間で共有することが求められており、本研究による成果を研究会等で報告していくことが必要であると考えられる。そのために、研究成果に関する報告会を名古屋大学で開催すること、そして英文による報告書を刊行することを計画している。
ファイバーコムを利用した広波長域・高分解能統合レーザー分光システムの開発と展開

分子のエネルギー準位は、電子・振動・回転の階層構造をなしている。広い周波数範囲にわたって低い分解能で測定したスペクトルでは、電子・振動遷移が観測され、大局的なエネルギー準位構造を理解することができる。また、このスペクトルの一部を高分解能レーザー分光法によって回転線まで分離して測定すると、信号の微小なシフトや広がり、分裂等から、電子励起状態の詳細な構造やダイナミクスを理解することができる。本研究においては、まずErドープファイバーコムを製作した。さらに、これを単一モードTi:Sapphireレーザー、第2高調波発生装置、および超音速分子線レーザー分光装置と組み合わせた分光システムを製作した。このシステムは、ハードウェアだけでなく、これらの装置の有機的に連携した動作を可能とするソフトウェアを含む。このシステムを利用して、ペリレン分子等について予備的な測定を行った。また、超音速分子線レーザー分光装置を利用した1光子遷移と、ドップラーフリー2光子吸収分光システムによる2光子遷移は励起状態の研究において相補的な関係にあるため、この点から見ても研究対象を大幅に広げることができたといえる。平成30年度は、GPS衛星搭載のセシウム原子時計に安定化されたErコムを基準として、単一モードTi:Sapphireレーザーの周波数を精密に制御したまま掃引するシステムを開発した。このレーザー光を利用して1,2-ベンズアントラセンの高分解能分光測定を行った。平成29年度までに、Erドープファイバー光周波数コムの周波数安定化を行った。すなわち、GPS衛星に搭載されたセシウム原子時計からの基準信号を利用し、光周波数コムのモード間隔およびオフセット周波数を安定化した。制御システムを調整することによって、終日連続運転を可能にした。この光周波数コムが設置されている建物は、築45年で断熱、防振とも不安があるものなので、このような劣悪な環境下で上記の安定度が得られたのは大きな達成である。この光周波数コムと、平成28年度に導入した単一モードTi:Sapphireレーザーを組み合わせて、高分解能分光システムを完成させた。これは、単一モードレーザーと光周波数コムとのビートをとり、音響光学周波数シフターを利用して制御することによって長時間の連続測定を行うものである。完成したシステムを利用して、ペリレンなど多環芳香族化合物の高分解能分光計測の予備的実験を行った。サンプル分子は真空チャンバー内でパルスノズルから噴出することによって超音速分子線とした。このレーザー光を利用して1,2-ベンズアントラセンの超音速分子線を利用した高分解能分光測定を行った。研究期間を延長した令和元年度は、これまでに得られた成果の公表を行う。学会講演や論文発表を行い、本研究の成果を広く公開していく。また、このスペクトルの1部を高分解能レーザー分光法によって回転線まで分離して測定すると、信号の微小なシフトや広がり、分裂等から、電子励起状態の詳細な構造やダイナミクスを理解することができる。このように、分子のエネルギー準位構造の総合的な理解のためには、「低分解能・広波長域」と「高分解能・狭波長域」の2つの分光計測が必要である。しかしながら、それぞれが予算・スペース・人員いずれをとっても相応のコストがかかるため、両立が困難であった。一方、光周波数コムは、広い波長範囲にわたって一定の周波数間隔で並んだ数百万本程度のモードからなるスペクトルをもつ。光周波数コムは広い波長域にわたって多数の周波数安定化されたモードを提供できるため、分光学においては、光周波数コムを高精度な光周波数の目盛として利用するコム参照分光が行われるようになった。平成28年度は、Erファイバーコムをもとにした可視-赤外光周波数コムを製作した。Erファイバーコムは、極めて安定で堅牢、しかも小型・軽量・可搬なコムである。このコムを光周波数目盛として、既設のレーザー等を統合し、可視から赤外にわたって分子スペクトルの測定が可能な高分解能コム参照レーザー分光システムを製作した。まず、1.5μm付近にピークを持つErファイバーレーザーを製作し、パルス発振させることによって狭波長域の光周波数コムを製作した。つづいて、このコム光をErドープファイバー光増幅器によって増幅し、高非線形ファイバーを利用して広波長域化を行った。以上のように、赤外域のErドープファイバーコムを製作に成功した。一方、当初の予定にはなかったことであるが、京都大学より単一モード・チタンサファイア・レーザー、第2高調波発生装置、および超音速分子線レーザー分光装置を譲り受けた。申請時は、単一モードレーザーとしては色素レーザー、分光システムとしてはドップラーフリー2光子吸収分光システムを保有するのみであったが、新たな装置の導入によって当初の予定よりも研究の手法や対象を大幅に広げることができた。具体的には、単一モード色素レーザーの出力できる波長域は、550 - 700 nm程度であるが、単一モード・チタンサファイア・レーザーの導入によって、1000 nmを超える長波長の単一モードレーザー光が得られるようになった。

この第2高調波を発生させることによって、当初予定していたヨウ素やナフタレンなどの小さい分子だけでなく、コロネンなどの多環芳香族化合物までを分光計測の対象とすることができるようになった。また、超音速分子線レーザー分光装置を利用した1光子遷移と、ドップラーフリー2光子吸収分光システムによる2光子遷移は励起状態の研究において相補的な関係にあるため、この点から見ても研究対象を大幅に広げることができたといえる。分子のエネルギー準位は、電子・振動・回転の階層構造をなしている。広い周波数範囲にわたって低い分解能で測定したスペクトルでは、電子・振動遷移が観測され、大局的なエネルギー準位構造を理解することができる。また、このスペクトルの1部を高分解能レーザー分光法によって回転線まで分離して測定すると、信号の微小なシフトや広がり、分裂等から、電子励起状態の詳細な構造やダイナミクスを理解することができる。これら「低分解能・広波長域」と「高分解能・狭波長域」の2つの分光計測を行うためには、高精度に制御されたモードが広周波数域に広がる光周波数コムが有効である。本研究においては、平成28年度に、Erドープファイバーコムを製作した。また、当初の予定にはなかったことであるが、京都大学より単一モードTi:Sapphireレーザー、第2高調波発生装置、および超音速分子線レーザー分光装置を譲り受けた。単一モードTi:Sapphireレーザーの導入によって、当初予定していたヨウ素やナフタレンなどの小さい分子だけでなく、コロネンなどの多環芳香族化合物までを分光計測の対象とすることができるようになった。平成29年度は、前年度に製作したErコムと、単一モードTi:Sapphireレーザー、第2高調波発生装置、および超音速分子線レーザー分光装置を統合した。このシステムは、ハードウェアだけでなく、これらの装置の有機的に連携した動作を可能とするソフトウェアを含む。このシステムを利用して、ペリレン分子等について予備的な測定を行った。平成29年度は、はじめにErドープファイバー光周波数コムの周波数安定化を行った。すなわち、GPS衛星に搭載されたセシウム原子時計からの基準信号を利用し、光周波数コムのモード間隔およびオフセット周波数を安定化した。制御システムを調整することによって、終日連続運転を可能にした。この光周波数コムが設置されている建物は、築45年で断熱、防振とも不安があるものなので、このような劣悪な環境下で上記の安定度が得られたのは大きな達成である。この光周波数コムと、平成28年度に導入した単一モードTi:Sapphireレーザーを組み合わせて、高分解能分光システムを完成させた。これは、単一モードレーザーと光周波数コムとのビートをとり、音響光学周波数シフターを利用して制御することによって長時間の連続測定を行うものである。完成したシステムを利用して、ペリレンなど多環芳香族化合物の高分解能分光計測の予備的実験を行った。
種分化のメカニズム

本研究の目的は、生物の種多様性を創生する唯一の方途である種分化がどのような条件で起こりうるかを検証することである。この種分化のメカニズムに関する検証をシミュレーションによる理論的研究と化石や分子系統による実証的研究の二つのアプローチから行った。特に、基本的な個体ベースモデルを作成して、性淘汰が種分化を引き起こすか、そしてその起こりやすさは性淘汰における形質分布とどのように関係しているかを検証した。その結果、従来のように生態学的地位(ニッチェ)の相違がなくても、メスの配偶者選択に起因する性淘汰のみで種分化が起こりうること、そして、個体群が分断隔離され配偶者選択にかかるオスの形質の変異が大きくなるにつれ、種分化の可能性が大きくなることを見出した。これは、種分化が、従来のように生態学的地位によって制限されたものでなく、無限に起こる可能性をしめしている。この結果は、驚異的な種多様性を誇る一部の生物群集、たとえば、熱帯多雨林やアフリカ湖沼におけるシクリッド魚の群集のような群集が頻繁な種分化により可能になったことを示した。このほか以下のように、この理論・モデルをもとに生物多様性・交尾繁殖行動に関する各種の理論・モデルを構築・解析した。(1)種分化が地理的な空間的配置・分布が氷河期などの環境変動を通して多種化を引き起こす大域的モデル、(2)分化した種の共存安定の仕組みに関する考察としての多種共存安定の格子モデル(草本群落)、(3)昆虫にみられる山頂集中行動の個体ベース交尾行動モデルのシミュレーション、(4)動物の性比の季節変異や安定性の定量的解析などである。本研究は、シミュレーションによる理論的研究と化石や分子系統による実証的研究の二つのアプローチで行った。カノニカルな性淘汰モデルとして、交雑による適応度の低下が伴わない場合の性淘汰(量的遺伝子を仮定)の個体ベースモデルを作成した。つまり、交雑による悪影響を排除した基本モデルである。このモデルを用いて、各種のメスの選択の仕方を設定して、生殖隔離後に2つの個体群が交雑したときに、生殖隔離が起こり、または、強化され、完全な種分化に至るかを無数のシミュレーション実験により数値解析した。このとき、条件により、種分化が確率的に比較的頻繁に起こることを確認した。また、このモデルの遺伝子型や個体数など各種のパラメータ特性を変えてその結果がどのように変化するか、膨大な数のシミュレーションを実行して、感度分析を実行した。この結果から、遺伝子の数は、種分化の頻度に影響はするが、その影響の仕方は、メスの選択の仕方によって異なり、ある場合は遺伝子数が多いと種分化が起こりやすく、他の場合は起こりにくいまたは変化しないと一定ではなかった。また、全体の個体数による顕著な影響は検出できなかった。このように、ロバストな要因とセンシティブな要因が複雑に絡み合っていることが明確になった。実証的研究では、小笠原の現世陸生貝類のミトコンドリアDNA及び化石陸生貝類のシェルの色調・形態から形質置換・頻度依存淘汰及び進化速度の上昇などを推定できた。このように、環境条件・移出入の歴史などを考慮した小笠原の陸生貝類の進化史の再構成を進めている。本研究は、種分化のメカニズムにかんする検証をシミュレーションによる理論的研究と化石や分子系統による実証的研究の二つのアプローチから行った。前年度に作成した個体ベースの性淘汰のカノニカル・モデルの詳細な数値解析を行い、種分化が確率論的にどのような時に頻繁に起こるかを検討した。とくに、遺伝子数や個体数などの要因が種分化の頻度にどのような影響を与えるか、感度分析を詳細に行った。このモデルの基本モデルの様々なケースへの応用を検討した。特にその中でも、性淘汰による交雑帯の動態に関与するモデルとなりうるかを検討した。現在、そのモデル化を模索している。

また、性淘汰に関連したモデルとして、宿主-寄生者のシステムにおける種間関係を考案した。ここでは、雌雄の性的好みの関係のかわりに、宿主と寄生者の間の相性の関係、つまり、宿主の抵抗性と寄生者の感染能力の関係を考えた。この場合の種分化の動態についてのモデル化を考案した。実証的研究では、現世陸生貝類のミトコンドリアDNA及びシェルの色調・形態の分析から、系統関係の推定や棲息場所の影響を考察した。本研究は、種分化のメカニズムにかんする検証をシミュレーションによる理論的研究と化石や分子系統による実証的研究の二つのアプローチから行った。本年度は、前年度の基本モデルの様々なケースへの応用および様々な種分化の問題の理論的展開を試みた。特に、地理的な空間的配置・分布が氷河期などの環境変動を通して多種化を引き起こす種分化のプロセスなど大域的モデルを構築した。また、分化した種の共存安定の仕組みに関する考察として、格子モデルによる多種共存のメカニズムの解析を開始した。特に、草本群落の共存安定に関する格子モデルの作製を行った。また、草本群落の空間的異質性による群落構造・組成に関する研究を行った。これらは、分化した多種の共存メカニズムに関する理論研究へと今後発展する予定である。また、性淘汰の個体ベースモデルの応用としてニッチェ分割をしていく同所的種分化のモデルなども考案した。また、性淘汰による種分化モデルの比較も行った。このように、基本モデルを中心にして、性淘汰による種分化理論の理論的展開を試みた。本研究は、種分化のメカニズムにかんする検証をシミュレーションによる理論的研究と化石や分子系統による実証的研究の二つのアプローチから行ってきた。本年度は、種分化のモデルからの知見に基づき、各種の発展・応用を試みた。特に種分化のメカニズムで重要な要素であることが分かった頻度依存淘汰に関して、その詳細な研究をすすめた。まず、頻度依存淘汰が個体群動態を変化させる場合の応用例としてベイツ擬態や総理共生などの場合を解析した。ミューラー擬態では密度依存形式で定式化を行い、擬態が限定的な効果しか持たないことを個体群動態の解析であきらかにした。また、昆虫でよく知られる山頂への集中行動に関する進化モデルを作製した。このモデルは、ツリー構造の行動モデルを作製して、交尾率が他の個体より少し高いところでもっとも有利になることから、山頂への流れ進化が起こることを相対適応度の上昇により検証した。また、種分化したあとの種の共存間題として、群集の空間分布における局所共存のモデルを格子モデルにより作製して、研究をすすめた。従来、局所共存はほとんど不可能で、少しでも優位な種が他の種を絶滅に追い込むと思われていたが、種間相互作用を組み込むことで、相対的に競争力の近い種が共存可能であることを見出した。この他、性比の安定性、季節変化のモデルなど様々な応用を試みた。
低酸素血症による胎児心拍パワースペクトルの変化に関する研究

本研究は羊胎仔慢性実験モデルを用い、胎児心拍の胎児仮死時のパワースペクトルの変化を調べ、その臨床応用をめざすものであった。平成10年度は羊胎仔を用い臍帯圧迫をくり返し胎児仮死モデルを製作し胎児仮死時におけるパワースペクトル成分の変化を調べた。胎児心拍変動のパワースペクトル成分は正常状態の時O.1Hzを中心とするlow frequency area(LF領域)とhigh frequency area(HF領域)に分けられることが知られている。これら、成人で、それぞれ交感神経、副交感神経の働きに連動していると考えられてきた。今回の研究では、慢性胎児仮死により生ずる低酸素血症ではLF領域の1時間あたりの最多頻度値が低下することと、その時間変化の振幅の統計分布が変化することが分かった。また、胎仔による胎児仮死モデルを用いて行われた急性仮死時における研究では、正常の状態では、ほぼ平行して見られていた胎児心拍のLF領域変化とHF領域の変化が、仮死の進行に伴い変動の相違を示した。特に、LF領域に無いHF領域の増大が臍帯圧迫直後、圧迫時後半・心拍回復時に見られるようになった。また、HF領域と心拍の微分変化の間にも同様の変化が見られた。これらは、急性胎児仮死進行に伴う化学受容体興奮、副交感神経の興奮、過呼吸性変動などによるものと考えられた。羊胎仔慢性実験モデル3頭を作成し羊胎仔の心電図、動脈血圧、呼吸様運動を連続的にモニターした。さらに母獣に低酸素ガスを吸入させることにより胎仔を急性の低酸素血症の状態に置くことにより以下の結果を得た。1、胎仔血圧の変化;胎仔の血圧は低酸素血症により上昇した。低酸素血症の持続により血圧は低酸素負荷前の値に徐々に回復した。2、胎仔心拍数の変化;胎仔の心拍数は低酸素負荷により減少した。1時間の低酸素状態の間、下降した心拍数は徐々に回復した。低酸素負荷解除後は一過性に心拍数は増加した。3、胎仔心拍数細変動の変化;胎仔心拍数細変動(variability)は低酸素負荷により上昇した。その上昇は心拍数の低下に相伴う様に思われた。1時間の低酸素負荷中に細変動の大きさは変動しつつ低酸素負荷前の値に戻る様に変化した。4、胎仔心拍数細変動の周波数分析の結果;心拍数細変動の周波数分析によりその低周波成分は低酸素負荷により増大した。高周波成分、超低周波成分も低周波成分の変化に伴う様に変化した。1時間の低酸素負荷中に上昇した低周波成分は低酸素負荷前の値より大きい値を保ちつつ増減を繰り返し徐々に低酸素負荷前の値に収束した。以上により急性の胎児の低酸素症は心拍数細変動、その低周波成分の一過性の増大を引き起こすことがわかった。すなわち心拍数細変動の分析により胎児の急性の低酸素状態を推測する可能性が示された。より長時間低酸素負荷により心拍数細変動がどの様に変化するか今後さらに検討を重ねる計画である。平成10年度は羊胎仔慢性実験の作成及び低酸素モデルとして臍帯の間欠的圧迫を用いた。この実験モデルは臍帯圧迫解放を繰り返すことにより胎仔に低酸素血症、また進行する酸血症をつくりだすものであり、臨床的に遭遇しうる分娩時の胎児仮死モデルとして有用であることがわかった。その結果酸血症のない段階では心拍数図に変動一過性徐脈が見られても胎仔頸動脈血流は保たれ、脳の血流も低下しないことがわかった。しかし酸血症の進行に伴い胎児血圧は臍帯圧迫中に低下するようになった。さらにこの血圧の変化と同時に脳血流を反映する胎仔頸動脈血流も臍帯圧迫中に低下した。すなわち胎仔心拍数図では同様の一過性徐脈のパターンを示しても酸血症の存在下では胎仔脳血流は臍帯圧迫に伴い間欠的に低下することがわかり、これが血圧の低下に伴うものであることが示された。

つぎに、酸血症に伴う臍帯圧迫中の脳血流の低下を引き起こす血圧の低下を心拍数変動よりとらえることが可能か否かを検討したが必ずしもパワースペクトルを含む心拍数変動の分析によっては血圧の変化をとらえることが容易ではないことがわかった。そこで血圧の低下の原因になると考えられる心収縮力の低下を反映しうる胎仔の心ドプラ信号の分析を行った。その結果酸血症が進行し臍帯圧迫中に血圧が低下するようになると胎仔心ドプラ信号の拡張期早期の房室弁解放直後の弁信号が小さくなる傾向がみられた。現在この信号の定量化と血圧の変化との相互関係をウェーブレット変換を応用した心ドプラ信号の時間周波数解析法により検討中である。本研究は羊胎仔慢性実験モデルを用い、胎児心拍の胎児仮死時のパワースペクルの変化を調べ、その臨床応用をめざすものであった。平成10年度は羊胎仔を用い臍帯圧迫をくり返し胎児仮死モデルを製作し胎児仮死時におけるパワースペクトル成分の変化を調べた。胎児心拍変動のパワースペクトル成分は正常状態の時0.1Hzを中心とするlow frequency area(LF領域)とhigh frequency area(HF領域)に分けられることが知られている。これらは、成人で、それぞれ交感神経、副交感神経の働きに連動していると考えられてきた。今回の研究では、慢性胎児仮死により生ずる低酸素血症ではLF領域の1時間あたりの最多頻度値が低下することと、その時間変化の振幅の統計分布が変化することが分かった。また、羊胎仔による胎児仮死モデルを用いて行われた急性仮死時における研究では、正常の状態では、ほぼ平行して見られていた胎児心拍のLF領域変化とHF領域の変化(心拍の差分変化に相等)が、仮死の進行に伴い変動の相違を示した。特に、HF領域の特異的増大が臍帯圧迫直後、圧迫時後半・心拍回復時に見られるようになった。これらは、急性胎児仮死進行に伴う化学受容体興奮、副交感神経の興奮、過呼吸性変動などによるものと考えられた。
ヒト化肝臓キメラマウスを用いたオミクス解析によるB型肝炎の病態解明と標的同定

核酸アナログ体はB型慢性肝炎の標準治療だが、HBVを完全には排除できないため、新たな作用機序をもつ薬剤が必要である。本研究では、低コストのヒト肝細胞キメラマウスを用いて急性感染から慢性化するまでの肝組織内トランスクリプトームを網羅解析した結果、経過を通じて低発現遺伝子群が圧倒的に多く、3つの高発現miRNAを同定した。HBV産生細胞系で候補miRNAを阻害すると感染効率や増殖が低下した。また候補miRNAに特異的に結合するmRNAはHBV増殖に影響しいていた。プロテオミクス/メタボロミクス解析ではリポ蛋白系の変動が主であった。HBV自身に有利な環境で宿主に適応するものと考えられた。B型慢性肝炎の治療は、核酸アナログ体の出現により顕著な進歩を遂げたが、環状二本鎖DNAウイルスであるB型肝炎ウイルス(hepatitis B virus, HBV)を完全に駆除できない。臨床的には患者間や個人内での経過に幅広い多様性があり、治療に難渋することも少なくない。このような状況を克服するには、HBVの増殖を抑制するだけではなく、完全に排除する新たな分子標的が必要である。本研究の目的は、低コストで安定した動物モデルを確立することと、その動物モデルを用いてHBVが急性感染から慢性化するまでの肝組織内トランスクリプトーム変動を網羅的に解析することにより慢性化の機序を解明することである。HBVには適切な実験培養系がなく、臨床検体は倫理的問題も含め入手利用に限界がある。臨床とin vitroの橋渡しとしてヒト肝細胞で置換されたキメラマウスが現時点では最適である。その多くは一部企業が専有し、非常に高価で動物の死亡率も高い。我々は、TK-NOGマウスを用いて、独自のprotocolと移植方法の工夫で、より確実に置換率の高いヒト化肝臓キメラマウスモデルを低コスト(10分の1以下に抑制)で確立できた。HBVは肝細胞に吸着・侵入後、HBV自身に有利な環境を作りながら宿主に適応すると考えられる。特に侵入直後の段階で肝細胞にどのような変化が起きているか、十分にわかっていない。本研究でHBV感染ヒト化肝臓キメラマウスを用いて時系列に網羅的トランスクリプトーム解析を行った結果、感染後の癌関連増殖因子や免疫関連遺伝子の高発現も含めた興味深い知見が得られた。プロテオームやメタボロームの解析も含めて感染成立機序を解明することで感染阻止の分子標的を特定でき得ると考えられる。安定した置換率の高いヒト化肝臓キメラマウスを従来より著しく抑えたコストで作成することが可能になった。この動物モデルを用いることで、HBV感染実験を以前より安易に行えるようになった。Preliminaryな網羅的トランスクリプトーム解析は終了しており、その結果、感染後の癌関連増殖因子や免疫関連遺伝子の高発現も含めた興味深い知見が得られている。現在、そのデータを発展的に確証する再現実験を行っている。Bioinformaticsにより網羅的トランスクリプトームの結果からmRNA-miRNA-small RNA-proteinの関連解析を行っており、mRNA-miRNA interaction解析及びvalidationの実験を現在進めている。また、感染初期における時系列的メタボローム解析も行っており、感染初期の病態をトランスクリプトーム解析との関連も含めて検討している。B型慢性肝炎の治療は、核酸アナログ体の出現により革新的な進歩を遂げたが、その核酸アナログ体の作用機序は限定的であり、特異的な生活環を有するB型肝炎ウイルス(hepatitis B virus, HBV)を完全に感染肝細胞内から排除できない。また患者間や個人内での臨床経過に幅広い多様性があるB型肝炎では、治療に難渋することも少なくない。このような状況を打開するには、HBVの増殖を抑制するだけではなく、完全に排除する新たな分子標的が必要である。本研究の目的は、低コストで安定した動物モデルを確立し、その動物モデルを用いてHBVが急性感染から慢性化するまでの肝組織内トランスクリプトーム変動を網羅的に解析することにより慢性化の機序を解明することである。プロテオーム解析やメタボローム解析も含めて感染成立機序を解明することで感染阻止の分子標的を特定でき得ると考えられる。従来と比較して著しく抑えられたコストで置換率の高いヒト化肝臓キメラマウスを作成することが可能になった。この動物モデルを用いてHBV感染実験を行っている。網羅的トランスクリプトーム解析は終了しており、その結果、感染後の癌関連増殖因子や免疫関連遺伝子の高発現も含めた興味深い知見が得られている。

意外なことは、高発現遺伝子群より圧倒的に低発現遺伝子群が多いことであった。Bioinformaticsにより網羅的トランスクリプトームの結果からmRNA-miRNAの関連解析を行った結果、いくつかの有意なmRNAとmiRNAに絞られた。mRNA-miRNA interaction解析及び実験をin vitroで進めている。また、感染初期における時系列的メタボローム解析を行っており、感染初期の病態をトランスクリプトーム解析との関連も含めて検討している。以上より網羅的トランスクリプトーム解析は予定通りに進んだ。プロテオミクス解析やメタボロミクス解析はやや遅れているが、研究全体を通して「おおむね順調に進展している」と判断した。核酸アナログ体は、逆転写酵素が関与するB型肝炎ウイルス(HBV)の複製過程を効果的に抑制するが、その他の増殖過程には作用せず、感染肝細胞からHBVを完全には排除できない。新たな作用機序をもつ薬剤が必要である。本研究では、低コストで安定した動物モデルを確立し、そのモデルを用いてHBVが急性感染から慢性化するまでの肝組織内トランスクリプトームを網羅的に解析することにより慢性化の機序を解明、新規治療への基礎的検討を行った。HBVに最適な培養系はなく、臨床検体の入手には限界がある。臨床とin vitroの橋渡しとしてヒト肝細胞で置換されたキメラマウスが現時点で適切である。我々は、TK-NOGマウスに独自のプロトコールと移植法を施し、低コストで置換率の高いヒト化肝臓キメラマウスを作製した。この動物モデルを用いて、HBV感染の超急性感染から慢性化に移行するまでの網羅的トランスクリプトーム解析を行った。その結果、高発現遺伝子群より圧倒的に低発現遺伝子群が多く、前者にはTLR/アポトーシス関連遺伝子が含まれていた。一方、validationにより経過を通じて高発現していた3つのmicroRNAを同定した。Primaryなヒト肝細胞系で、これらのmicroRNAを阻害するとHBVの感染効率が低下した。HBV感染肝細胞株で候補microRNAのcounterpartであるmRNAを確定し、そのmRNAがHBV増殖に影響することも明らかになってきた。プロテオミクス解析やメタボロミクス解析では、リポ蛋白系の変動が主であった。HBV侵入直後の感染超初期で肝細胞にどのような変化が起きているか、十分にわかっていない。感染成立機序を解明することで感染阻止の分子標的を特定でき得ると考えられ、新たな治療の発展につながる可能性がある。HBVは自身に有利な環境を作りながら宿主に適応するものと考えられた。核酸アナログ体はB型慢性肝炎の標準治療だが、HBVを完全には排除できないため、新たな作用機序をもつ薬剤が必要である。本研究では、低コストのヒト肝細胞キメラマウスを用いて急性感染から慢性化するまでの肝組織内トランスクリプトームを網羅解析した結果、経過を通じて低発現遺伝子群が圧倒的に多く、3つの高発現miRNAを同定した。HBV産生細胞系で候補miRNAを阻害すると感染効率や増殖が低下した。
免震効果を考慮した地盤改良範囲・改良率の合理的決定法に関する研究

本研究では,地盤改良が必要とされるプロジェクトに対し,地盤改良に求められる支持力と変形性を確保した上で,上部構造物の地震時安全率を最大にし,かつ建設コストを低く抑えられるような,改良範囲及び改良率の合理的な設計法を提案することを目的としている.平成10年度に,上部構造および改良層と下部地盤からなる振動系を対象として,重複反射法と質点系の応答解析を組み合わせた地震応答解析プログラムを作成した.つぎに,作成した応答解析プログラムを用い,上部構造物の地震時応答(最大加速度やスペクトル強度など)を目的関数とし,これを最小化する改良範囲および改良率を求める最適化問題を定式化した.モデル地盤に適用した結果,最上層ではなく2層目以深を改良層とすることにより,上部構造物への入力地震動を効果的に抑制できる最適な改良方法を求めることができることを確認した.平成11年度には,せん断土槽内に上部構造および改良および下部地盤模型を作成し,鉛直・水平方向の任意波形による加振が可能な振動台による加振を行い,上部構造物模型および地盤の加速度,変位および間隙水圧などの応答を計測する実験を行った.加振実験では,改良前の地盤の固有周期と上部構造物の周期特性を一致させ,被改良層の剛性を変化させる改良を行うことによって,同一の入力地震動に対し,表層の応答加速度を比較的自由にコントロールでき,構造物の最大応答加速度などを軽減できることを確認した.以上のことから,モデルおよび模型地盤の段階では,地盤改良による上部構造物への入力地震動を低減できることが確認され,実際の地盤改良工法による剛性および減衰特性の変化特性を把握しておくことにより,実務へ応用も可能と考えられる.本研究では,地盤改良が必要とされるプロジェクトに対し,地盤改良に求められる支持力と変形性を確保した上で,上部構造物の地震時安全率を最大にし,かつ建設コストを低く抑えられるような,改良範囲及び改良率の合理的な設計手法を提案することを目的としている.本年度ははじめに,上部構造および改良層と下部地盤からなる振動系を対象として,重複反射法と質点系の応答解析を組み合わせた地震応答解析プログラムを作成した.つぎに,作成した応答解析プログラムを用い,上部構造物の地震時応答(最大加速度やスペクトル強度など)を目的関数とし,これを最小化する改良範囲および改良率を求める最適化問題を定式化し,簡単なモデル地盤+一質点構造物を対象として試行解析を実施した.上記解析手法の開発と平行して,せん断土槽内に上部構造および改良および下部地盤模型を作成し,鉛直・水平方向の任意波形による加振が可能な振動台による加振を行い,上部構造物模型および地盤の加速度,変位および間隙水圧などの応答を計測する実験を行った.加振実験では,上部構造物と地盤の固有周期の組み合わせが重要な因子となり,改良前にこれらを一致させ,改良により地盤の固有周期を変化させた場合,逆に改良により地盤と構造物の固有周期を一致させる場合など,種々の組み合わせを設定し,地盤と上部構造物の応答を観測した実験データを蓄積した.本研究では,地盤改良が必要とされるプロジェクトに対し,地盤改良に求められる支持力と変形性を確保した上で,上部構造物の地震時安全率を最大にし,かつ建設コストを低く抑えられるような,改良範囲及び改良率の合理的な設計法を提案することを目的としている.平成10年度に,上部構造および改良層と下部地盤からなる振動系を対象として,重複反射法と質点系の応答解析を組み合わせた地震応答解析プログラムを作成した.つぎに,作成した応答解析プログラムを用い,上部構造物の地震時応答(最大加速度やスペクトル強度など)を目的関数とし,これを最小化する改良範囲および改良率を求める最適化問題を定式化した.モデル地盤に適用した結果,最上層ではなく2層目以深を改良層とすることにより,上部構造物への入力地震動を効果的に抑制できる最適な改良方法を求めることができることを確認した.平成11年度には,せん断土槽内に上部構造および改良および下部地盤模型を作成し,鉛直・水平方向の任意波形による加振が可能な振動台による加振を行い,上部構造物模型および地盤の加速度,変位および間隙水圧などの応答を計測する実験を行った.加振実験では,改良前の地盤の固有周期と上部構造物の周期特性を一致させ,被改良層の剛性を変化させる改良を行うことによって,同一の入力地震動に対し,表層の応答加速度を比較的自由にコントロールでき,構造物の最大応答加速度などを軽減できることを確認した.以上のことから,モデルおよび模型地盤の段階では,地盤改良による上部構造物への入力地震動を低減できることが確認され,実際の地盤改良工法による剛性および減衰特性の変化特性を把握しておくことにより,実務へ応用も可能と考えられる.