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１９世紀後半イギリスにおける「浮浪児」の処遇と教育

本研究は、19世紀後半のイギリスにおける「浮浪児」の教育実態を、浮浪児を収容した寄宿制インダストリアル・スクールに残された入学記録、退校記録、各種委員会の議事録等、これまで使われたことのない一次史料を用いて明らかにすることを目的とした。マンチェスタ認定インダストリアル・スクールへの入所は浮浪児処遇の唯一の対応策ではなかったが、浮浪児を地域社会に包摂する手段としては決定的に重要な措置であった。マンチェスタ認定インダストリアル・スクールでは、本来であれば親や親方が責任を持って行う徒弟修行を学校内で行い、退校時にはほとんどすべての子どもたちを就職させることで浮浪児たちを労働者として送り出した。本研究は、19世紀後半のイギリスにおける「浮浪児」の教育実態を、浮浪児を収容した寄宿制インダストリアル・スクールに残された入学記録、退校記録、各種委員会の議事録等、これまで使われたことのない一次史料を用いて明らかにするものである。当時の「浮浪児」は法的には「犯罪者」として逮捕される一方で、「適切な親のいない」存在として保護されるべき対象としても捉えられていた。この二つのまなざしは、彼らに対する処遇にどのような影響を与えたのか、当時の「浮浪児」の教育に関わった都市民、地方当局、国家は「浮浪児」をどのようにして社会に包摂しようとしたのか、本研究はこれらの課題に応えることを目的としたものである。研究対象であるマンチェスタ認定インダストリアル・スクールは1846年にマンチェスタの都市エリートによってヴォランタリに設立されたが、1858年に国庫補助金を受給する認定インダストリアル・スクールとなった。1871年には収容人数の増加を理由に分校であるバーンズ・ホームを、1877年には女子のための学校をセイルに設立した。本年度はまず、マンチェスタ認定インダストリアル・スクールで行われていた職業教育と一般の労働者階級子弟が基礎学校で受けていた職業に関する教育の違いについて王立調査委員会の議事録をもとに分析し、6月の中四国歴史学会で報告した。さらに予定通り、本校・バーンズホーム・セイル校の史料収集のためイギリスに調査に行った。その史料に記載されていた勅任視学官による試験の結果をもとに男子と女子、それぞれの学業成績の調査を行った。その結果は教育史学会で報告した。アードウィック・グリーン校の入学者名簿とアードウィック・グリーン校の退校記録をもとに、入学時と退校時の教育レベルの比較を行い、浮浪児の入学時の識字レベルが、一般の基礎学校在籍児童と比較してもほぼ変わりなかったこと、また12歳頃に離学して徒弟修行へと入っていた一般の労働者階級児童と比較して、16歳まで寄宿制の学校で識字教育と職業訓練を受けるインダストリアル・スクール入所児童の識字レベルがかなり高かったことを明らかにした。さらに、治安維持のため、あるいは地域社会の発展のために喫緊の課題とされた浮浪児の処遇や教育をマンチェスタの教育委員会(学務委員会)がどのように対処したのかを、当時の学務委員会の議事録をもとに明らかにした。その結果、巡視員(Beadle)という職を学務委員会が設置し、地域の浮浪児の調査と処遇に当たらせていたことを明らかにした。巡視員の具体的な活動についてはこれまで明らかにされてこなかった点であり、これを論文にしてThe East Asian Journal of British Historyに投稿した。(査読結果により掲載が決定した)本年度の計画はアルドウィック・グリーン校の運営委員会の議事録や年次報告書から教育問題とその対応について検討することであった。具体的には1最終決定を行っていた運営委員会の議事録を読み、どのようなことが課題となっていたのか、そしてそれに対しどのような対応をしていたかをまとめる。2寄宿舎の運営を担ったハウス委員会の議事録を読み、子どもたちの日常生活がどのように営まれていたのか、また何が問題となっていたのか、その対応についてまとめる。3年次報告書から教育局と科学技芸局が行っていた国庫補助金受給のための生徒の個別試験の結果を年次ごとに調査し、データベース化して整理する。4内務省や教育局から送付された通達や文書や年次報告書から同校に対する行政側の政策や評価を整理し、それに学校側がどのように対応したかを検討する。2のハウス委員会の議事録の調査が遅れているが、その他は概ね計画通りに終わった。とりわけ4の部分で中央の内務省や教育局よりも地方の学務委員会との連携が強かったことを突き止め、関連して学務委員会の議事録を読むことで、具体的に地域行政の中でインダストリアル・スクールがどのような位置付けだったのか、インダストリアル・スクールへの送致だけではなく浮浪児処遇全体がどのように行われていたのかを明らかにできた点は、非常に有意義であった。

当時の「浮浪児」は法的には「犯罪者」として逮捕される一方で、「適切な親のいない」存在として保護されるべき対象としても捉えられていた。この二つのまなざしは、彼らに対する処遇にどのような影響を与えたのか、当時の「浮浪児」の教育に関わった都市民、地方当局、国家は「浮浪児」をどのようにして社会に包摂しようとしたのか、本研究はこれらの課題に応えることを目的とした。その結果、次のことが明らかとなった。MCISの目的は、保護者がいても適切な保護を得られていない子どもを社会で役立つ人材に育てること(「改善」)であり、そのことは設立当初から一九世紀末に至るまで強く意識されていた。子どもたちを「労働」に従事させることで「改善」を行うという方法は、擬似的な職業「体験」や「教室」での職業技術の教授とは異なり、実際に親方のもとで「教育的価値」のある訓練を受け、製品を作り販売することであった。この点はこうした徒弟修業的な「労働の訓練/教育」を軽視したニューカースルの事例と比較すると、MCISの特徴ともいえるだろう。本来であれば、「家庭」や「現場」の責任で行うはずの「労働の教育」を、「適切な保護を得られない子ども」に限って行政が行うというこのシステムは、「社会の一員に育てること」に誰が責任を負うのか、という問題に対して国家が示した一つの解決策でもあった。法律が定められ国家政策の一環として開始するこのシステムはしかし、まさに地方の問題であった。19世紀後半のマンチェスタでは「浮浪児の処遇と教育」という地方社会の課題にさまざまな立場の人々が「複合体」となって取り組んでいた。本研究は、19世紀後半のイギリスにおける「浮浪児」の教育実態を、浮浪児を収容した寄宿制インダストリアル・スクールに残された入学記録、退校記録、各種委員会の議事録等、これまで使われたことのない一次史料を用いて明らかにすることを目的とした。マンチェスタ認定インダストリアル・スクールへの入所は浮浪児処遇の唯一の対応策ではなかったが、浮浪児を地域社会に包摂する手段としては決定的に重要な措置であった。マンチェスタ認定インダストリアル・スクールでは、本来であれば親や親方が責任を持って行う徒弟修行を学校内で行い、退校時にはほとんどすべての子どもたちを就職させることで浮浪児たちを労働者として送り出した。交付申請書に記載した通り、本年度すべき史料調査・報告を行ったからである。ただ、論文投稿はできなかった(論文自体の執筆は進めている)が、その代わり来年度予定していた報告を今年度に行ったので、総合的に見て、おおむね順調だと考えられる。今年度に予定していて終了できなかった、上記2の寄宿舎の運営を担ったハウス委員会の議事録を読み、子どもたちの日常生活がどのように営まれていたのか、また何が問題となっていたのか、その対応についてまとめる。今後は計画通り、浮浪していた女子の問題について取り組む。浮浪児に関して男女の区別が明確に意識されるのは、1880年代であり、それは少女売春への懸念から生まれてきた。そのため、当時新設の女子校であるセイル校に入学した女子がどのような理由で入所したのかを明らかにし、少女売春と浮浪児処遇の問題を検討する。具体的には入学記録と退校記録をもとに、入学時の状況、収容期間、年齢、出身地、保護者の有無、保護者の職業、委託理由等の基本データに、識字レベルを加えたデータベースを作成する。
初期宇宙探査に基づく高エネルギー物理の検証

インフレーションは、観測と整合的な宇宙論的揺らぎの予言を与えることにより、初期宇宙の標準シナリオとしての地位を確立した。一方、インフレーション期には、全ての観測可能な揺らぎは、加速膨張により引き伸ばされて大スケールの揺らぎとなるが、このような長波長の揺らぎの蓄積により、原始揺らぎの相関関数は発散する可能性があることが知られている。(赤外発散の問題)この問題は、インフレーションシナリオの予言能力を失わしめる可能性があり、その正則化を議論することは重要である。本研究では、理論がある種の局所性条件を満たしていた場合には、観測量となる揺らぎの相関関数においては、赤外発散が相殺されていることを示した。また、見かけ上の)赤外発散は、QED, QCDなどの他のゲージ理論においてもその存在が知られている。これらの理論における赤外の問題と、インフレーション宇宙において生成される原始揺らぎの赤外の性質の、類似性と相違点の整理をした。(Tanaka, Urakawa 2017)2012年7月CERNの大型加速器LHCによって、万物に質量を与えるヒッグスボソンが発見された。ヒッグスボソンの質量は、理論のカットオフスケールに比べて非常に小さいことが知られている。この性質を説明する有力な候補は、ミクロな世界を記述する素粒子理論に対して超対称性を要請することであるが、これまでの加速器実験では超対称性の兆候は見つかっていない。そこで、2015年Kaplanらにより超対称性を保持しない模型において、実験から知られているヒッグス質量を自然に説明する模型が提案された。本研究では、この模型に対する宇宙論的制限を議論した。(Kobayashi, Seto, Shimomura, Urakawa, 2017)研究実績の概要において述べたように、インフレーション宇宙において生成される原始揺らぎの赤外の性質を理解することは、インフレーションの理論研究、現象論研究の双方から重要である。我々の成果により、特にインフレーション宇宙の物理と観測データを結びつける上で重要となる長波長のゆらぎの進化について、非常に一般性の高い性質を明らかにすることができた。また、本研究課題に応募した際には、予定していなかった研究として、近年提案された階層性問題の新たな解決機構であるリラクシオン機構に関して、宇宙論的見地から検証し、この機構に対する観測的制限を明らかにした。昨年度行なった研究Tanaka &Urakawa (2017)において、ある種の局所性条件が成立していれば、曲率ゆらぎの保存則、整合性関係など、長波長のゆらぎの性質としてよく知られた性質が保証されることを示した。今年度は、この発展的研究として、具体的に各インフレーション模型を、この局所性条件の成立/非成立および、前出の長波調のゆらぎの性質をあわせて検証することにより、我々が構築した議論の妥当性および有用性を具体的に示す。この研究は、昨年度行なった研究の、直接的かつ重要な発展研究と位置づけられる。また、異なる研究として、超弦理論が予言する重い場がインフレーション宇宙に存在した場合の、銀河サーベイによるその新たな検出方法の確立に取り組む。本研究の目的は、最新の宇宙観測を通じて、インフレーション宇宙で生成された揺らぎの分布を調べることにより、超高エネルギーのインフレーション期における物理法則を解明することである。とりわけ、究極の理論として期待されている超弦理論の検証を行っていく。超弦理論は10次元の理論であるため、4次元の我々の世界の物理法則を導くためには、6次元の余剰空間を小さく丸めるなどして、余剰次元方向が見えなくなるようにしておく必要がある。本課題では、超弦理論における重要な対称性であるモジュラー不変性が、4次元の理論でも同様に成り立っていた場合に、どのような現象論的痕跡が現れるのかを検証した。具体的には、モジュライと呼ばれる余剰次元の幾何学的自由度を記述する場が、モジュラー不変性を保持していた場合に、どのようなインフレーション模型が実現されるのか、またどのような初期揺らぎが予言されるのかを調べた。インフレーション模型には、大きく分けて、ラージフィールド模型とスモールフィールド模型の二種類が存在するが、モジュラー不変性が存在する場合には、ラージフィールド模型の実現は非常に困難であることがわかった(Kobayashi, Nitta, Urakawa 2016)。また、超弦理論は、四次元の世界において、多くの重い場の存在を予言する。このような場はインフレーション宇宙の背景時空の時間発展には寄与することはないが、揺らぎの時間発展には影響を与え、その結果、揺らぎの宇宙論的観測から、このような重い場に関する情報が得られる可能性がある。本研究では、重い場が大スケールで、原始揺らぎに与える影響について議論した。特筆すべき成果としては、因果的な結びつきのない大スケールでは、宇宙進化において重要となる断熱成分の揺らぎの時間発展には重い場は影響を与えないことが示された(Tanaka, Urakawa 2016)。研究実績の概要において述べたように、超弦理論における重要な性質であるモジュラー不変性が、インフレーション模型の構築においてどのような制約を課すのか、についての理解を深めることができた。また、超弦理論の重要な予言の一つである、重い場の存在が原始揺らぎに与える影響についての検証も行った。

おおむね計画通りに研究を遂行しているが、重い場としてスピン2以上の重い場が存在していた場合に曲率揺らぎの時間進化にどのような影響を与えるのかについても、平成28年度内に成果を論文として発表することを目標としていたが、これについては29年度以降に持ち越しとなった。インフレーションは、観測と整合的な宇宙論的揺らぎの予言を与えることにより、初期宇宙の標準シナリオとしての地位を確立した。一方、インフレーション期には、全ての観測可能な揺らぎは、加速膨張により引き伸ばされて大スケールの揺らぎとなるが、このような長波長の揺らぎの蓄積により、原始揺らぎの相関関数は発散する可能性があることが知られている。(赤外発散の問題)この問題は、インフレーションシナリオの予言能力を失わしめる可能性があり、その正則化を議論することは重要である。本研究では、理論がある種の局所性条件を満たしていた場合には、観測量となる揺らぎの相関関数においては、赤外発散が相殺されていることを示した。また、見かけ上の)赤外発散は、QED, QCDなどの他のゲージ理論においてもその存在が知られている。これらの理論における赤外の問題と、インフレーション宇宙において生成される原始揺らぎの赤外の性質の、類似性と相違点の整理をした。(Tanaka, Urakawa 2017)2012年7月CERNの大型加速器LHCによって、万物に質量を与えるヒッグスボソンが発見された。ヒッグスボソンの質量は、理論のカットオフスケールに比べて非常に小さいことが知られている。この性質を説明する有力な候補は、ミクロな世界を記述する素粒子理論に対して超対称性を要請することであるが、これまでの加速器実験では超対称性の兆候は見つかっていない。そこで、2015年Kaplanらにより超対称性を保持しない模型において、実験から知られているヒッグス質量を自然に説明する模型が提案された。本研究では、この模型に対する宇宙論的制限を議論した。(Kobayashi, Seto, Shimomura, Urakawa, 2017)研究実績の概要において述べたように、インフレーション宇宙において生成される原始揺らぎの赤外の性質を理解することは、インフレーションの理論研究、現象論研究の双方から重要である。我々の成果により、特にインフレーション宇宙の物理と観測データを結びつける上で重要となる長波長のゆらぎの進化について、非常に一般性の高い性質を明らかにすることができた。また、本研究課題に応募した際には、予定していなかった研究として、近年提案された階層性問題の新たな解決機構であるリラクシオン機構に関して、宇宙論的見地から検証し、この機構に対する観測的制限を明らかにした。平成28年度の成果をもとに、インフレーション中に重い場としてスピン2以上の場が存在していた場合に、原始揺らぎの時間進化にどのような影響を与えうるのかを議論する。これについては、すでに結果を得ており、(いくつかの自然な要請を満たしていた場合には)重いスカラー場と同様に、スピン2以上の場も、大スケールでは曲率揺らぎの時間進化に影響を与えないことがわかった。この議論をさらに精査し、早急に論文としてまとめる。また、超弦理論においてその存在が予言されるアクシオン場が宇宙進化に与えるインパクトに関しても検証していく。
不合理なユーザの振舞いがもたらす合理的な受付制御方式の研究

本研究では,ユーザの不合理な行動を考慮する新たな観点による受付制御方式の実現を目的とする.まず,ユーザの不合理な行動として,ストリーミング通信を希望しているユーザが,ストリーミング通信を遠慮するというユーザ行動を考え,待ち行列理論を用いてモデル化を行った.この一見そのユーザにとっては不合理な行動を考慮した受付制御システムで解析することで,全ユーザの合計満足度が大幅に向上可能であることが明らかとなった.さらに,光アクセスネットワークでの受付制御の解析も行った.その結果,不合理な行動を考慮する基盤となるモデル化および評価関数の一般解を完成させることができた.近年,スマートフォンやタブレット端末の爆発的な普及により,有限なネットワーク資源を有効活用するため,通信を適切に受付判断する受付制御技術の重要制はますます高まってきている.一方,これまで情報通信におけるシステム構築は,ユーザの合理性を基本に設計されてきた.しかし,実際のユーザの合理性は限定されており,このようなユーザの合理性を仮定したシステムでは,有限な通信資源を有効活用することができないため,ユーザの不合理的な要素も考慮した新たなシステム設計する必要がある.そこで,本研究では,このようなユーザの限定的な合理性を考慮するという新たな観点による受付制御方式を期間内に実現させることを目的とする.近年,スマートフォンなどの端末の普及により,有限なネットワーク資源を有効活用するため,通信を適切に受付判断する受付制御技術の重要制はますます高まってきている.一方,これまでのシステム構築は,ユーザの合理性を基本に設計されてきた.しかし,実際のユーザの合理性は限定されており,有限な通信資源を有効活用することができないため,ユーザの不合理的な要素も考慮した新たなシステム設計する必要がある.そこで,本研究では,このようなユーザの不合理な行動を考慮するという新たな観点による受付制御方式を期間内に実現させることを目的とする.本研究では,まずユーザの不合理な行動として,ストリーミング通信を希望しているユーザが,例えば,トラヒックの負荷が高い場合に,ストリーミング通信を遠慮するというユーザ行動を考え,待ち行列理論を用いてモデル化を行った.具体的には,このユーザ行動は,通信開始の待機,または要求帯域の変更として考えた.この一見そのユーザにとっては不合理な行動を考慮した受付制御システムでモデル化し,解析することで,全ユーザの合計満足度が大幅に向上可能であることが明らかとなった.さらに,申請者は,受付制御を用いる具体的なネットワークとして,光アクセスネットワークの一種であるPONに着目して,上り通信に対する受付制御の解析も行った.その結果,一般的に使用されているPONでは,通信要求から通信開始までの待ち時間が大きくなってしまう問題点を発見し,その問題点を解決することで,大幅に待ち時間を削減可能であることを明らかにした.この解析結果は,全て厳密解で導出しているため,これまでに行った一般的な有線ネットワークにおける不合理なユーザの行動を考慮したモデル化に拡張可能であると考えている.今後は,この光アクセスネットワークに対しても,不合理なユーザ行動を考慮した合理的なシステムを解析していく予定である.本研究では,ユーザの不合理な行動を考慮する新たな観点による受付制御方式の実現を目的とする.まず,ユーザの不合理な行動として,ストリーミング通信を希望しているユーザが,ストリーミング通信を遠慮するというユーザ行動を考え,待ち行列理論を用いてモデル化を行った.この一見そのユーザにとっては不合理な行動を考慮した受付制御システムで解析することで,全ユーザの合計満足度が大幅に向上可能であることが明らかとなった.さらに,光アクセスネットワークでの受付制御の解析も行った.その結果,不合理な行動を考慮する基盤となるモデル化および評価関数の一般解を完成させることができた.限定合理的なユーザの受付制御を実現する前段階として,ユーザ同士が協力する行動をとる場合について受付制御を実現させた.QoS制御今後の研究課題として,ユーザの中に限定合理的なユーザが存在する受付制御を実現させるために,ゲーム理論を用いて受付制御の解析を行う予定である.今年度は,限定合理的なユーザの行動を考慮した受付制御を実現する前段階として,ユーザの協力行動を考慮した受付制御の理論的枠組みを完成させた.そのため,本来,確率進化ゲーム理論モデルにおける数値解析に必要であった高速演算サーバは,26年度は利用しなかった.したがって,次年度使用額が生じた.高速演算サーバを購入予定である.
生体ガス複数成分の３Ｄ分布可視化を実現する多機能な電界紡糸ファイバーセンサの創製

呼気・皮膚ガスなどの生体ガスに含まれる揮発性有機化合物(VOCs)の濃度および組成には「肺でのガス交換」や「発汗・毛細血管からの直接透過」により疾患・代謝状態に関連する血中成分が反映されることが報告されている。そのため、生体由来VOCsの時間変化の計測にて非侵襲な疾患スクリーニングや代謝モニタリングが可能となる。本研究では、皮膚ガスに着目し「皮膚から放出されたVOCsがどのように拡散されるか」というような三次元分布の時空間変化を可視化するシステムの研究開発を行う。
摩擦・衝突を伴う振動系の動特性の高精度推定に向けたマルチスケール振動解析法の開発

接触部や空隙部のある機械システムでは,振動入力時の応答の増大により重要部品の損傷や騒音が発生することがある.このような機械システムの振動応答の推定にはFEM(有限要素法)が用いられるが,摩擦や衝突現象の高精度な再現が難しく,CAEによる最適設計の障壁となっている.本研究では,上記のような機械システムの振動応答を高精度に推定するため,FEMとMD(分子動力学法)を組み合わせたマルチスケール振動解析法の開発に挑む.具体的には,接触部や空隙部のように微視的なモデリングが必要な領域では個々の原子や分子挙動を追跡できるMDを用いるとともに,連続体要素によるモデリングが可能な領域はFEMを用いて数値解析を行う.さらに,コンピュータの計算能力を考慮した上で高精度な振動解析を実現するため,MDによるモデリングの指針を提案する.2018年度については,MD解析用プログラムの高速化・大規模化およびFEMとの結合について実施した.本研究においては,2017年度末より九州大学スーパーコンピュータシステム(Intel Xeon Gold 6154 18core×2CPU)を用いており,2018年度も継続して本システムを利用した.Intel Fortranコンパイラを用いたMD解析用プログラムの高速化・大規模化は概ね予定通り実施できたが,MD-FEM間の結合については結合部における力学量の変換が適切に行われているか,検証を行う必要がある.振動試験については,学内予算にて鉛直加振器を購入(2018年12月)し,研究代表者の所属する研究室内で実施することが可能となった.しかし,振動試験の補助事業期間内(2016年4月2018年3月)での遂行が難しいと判断したため,2019年度も継続して実施することにした.数値解析モデルの構築については,MD-FEM間の結合方法の検証を進める必要がある.接触部を有する薄板構造物の振動特性の実験的解明については,2018年12月に鉛直加振器を購入し,振動試験を進めているが,薄板構造物の接触状態による系の振動応答への影響について,接触部の位置,形状等を変化させて実験結果を検証する必要がある.2019年度も継続して振動試験を実施する.2019年度においても,九州大学スーパーコンピュータの共同利用申請を行うとともに,解析コードの超並列化およびMD-FEM間の結合方法,解析コードの最適化を進めていく.また,振動試験による数値解析の精度検証を進め,研究を推進する.接触部や空隙部のある機械システムでは,振動入力時の応答の増大により重要部品の損傷や騒音が発生することがある.このような機械システムの振動応答の推定にはFEM(有限要素法)が用いられるが,摩擦や衝突現象の高精度な再現が難しく,CAEによる最適設計の障壁となっている.本研究では,上記のような機械システムの振動応答を高精度に推定するため,FEMとMD(分子動力学法)を組み合わせたマルチスケール振動解析法の開発に挑む.具体的には,接触部や空隙部のように微視的なモデリングが必要な領域では個々の原子や分子挙動を追跡できるMDを用いるとともに,連続体要素によるモデリングが可能な領域はFEMを用いて数値解析を行う.さらに,コンピュータの計算能力を考慮した上で高精度な振動解析を実現するため,MDによるモデリングの指針を提案する.平成28年度については,接触はりの振動特性の実験的解明,FEM-MDマルチスケール振動解析法の開発,大規模解析によるMD領域の拡大について検討した.接触はりの振動特性の実験的解明については,一端を固定し,他端を小型ロードセルの荷重測定部に接触させた薄板構造物および加振器を用いて,対象系の振動特性を取得し,振動入力により接触部が開離する現象を確認した.FEM-MDマルチスケール振動解析法の開発については,MEAMポテンシャルを用いて薄板構造物先端部の数値解析モデルの構築を行った.構築した解析モデルの表面エネルギーについて実験値(Tyson, Surf. Sci., 1977)と比較したところ,6.8%程度の差異で表現できていることが確認できた.FEM領域との結合,大規模解析によるMD領域の拡大については,上記のMDモデルの構築と同時に検討を進めている段階である.数値解析モデルの構築については,研究計画に沿って実施することができた.薄板構造物の振動特性の実験的解明については,研究代表者の異動により当初の予定よりもやや遅れており,接触部の個数や位置,接触はりの形状の変化による接触部の開離条件を詳細に把握できていない.そのため,上述の振動試験については,平成29年度も引き続き実施する必要がある.接触部や空隙部のある機械システムでは,振動入力時の応答の増大により重要部品の損傷や騒音が発生することがある.このような機械システムの振動応答の推定にはFEM(有限要素法)が用いられるが,摩擦や衝突現象の高精度な再現が難しく,CAEによる最適設計の障壁となっている.本研究では,上記のような機械システムの振動応答を高精度に推定するため,FEMとMD(分子動力学法)を組み合わせたマルチスケール振動解析法の開発に挑む.具体的には,接触部や空隙部のように微視的なモデリングが必要な領域では個々の原子や分子挙動を追跡できるMDを用いるとともに,連続体要素によるモデリングが可能な領域はFEMを用いて数値解析を行う.さらに,コンピュータの計算能力を考慮した上で高精度な振動解析を実現するため,MDによるモデリングの指針を提案する.平成29年度においては,大規模解析によるMD領域の拡大について実施した.スーパーコンピュータCRAY XC40(Intel Xeon Phiコプロセッサ4ユニット,京都大学)の共同利用申請を行い,数値解析用プログラムの高速化・大規模化を図った.

現在までに,上記のスーパーコンピュータを利用して,256000個の銅原子を配置し,各原子の挙動を問題なく解析できることを確認している.また,上記に加え,九州大学の新スーパーコンピュータシステム(Intel Xeon Gold 6154 18core×2CPU)を4node用いて計算性能を確認したところ,さらに高速に解析できることが判明した.振動解析用のプログラムについては高速化および大規模化に向けて順調に修正を行うことができた.特に,MD領域の解析プログラムについて,領域分割法および部分ソートの導入により,数値計算時のメインメモリ消費量を平成28年度に構築した初期プログラムよりも大幅に削減することができた.また,上述の修正したプログラムがスーパーコンピュータ上で動作することを確認し,デバッグ等も平成29年度内に完了した.以上より,大規模振動解析用プログラムにおけるMD領域の構築については,当初の予定よりも早く進展していると判断した.振動試験については現在も継続中であり,次年度も引き続き実施する.接触部や空隙部のある機械システムでは,振動入力時の応答の増大により重要部品の損傷や騒音が発生することがある.このような機械システムの振動応答の推定にはFEM(有限要素法)が用いられるが,摩擦や衝突現象の高精度な再現が難しく,CAEによる最適設計の障壁となっている.本研究では,上記のような機械システムの振動応答を高精度に推定するため,FEMとMD(分子動力学法)を組み合わせたマルチスケール振動解析法の開発に挑む.具体的には,接触部や空隙部のように微視的なモデリングが必要な領域では個々の原子や分子挙動を追跡できるMDを用いるとともに,連続体要素によるモデリングが可能な領域はFEMを用いて数値解析を行う.さらに,コンピュータの計算能力を考慮した上で高精度な振動解析を実現するため,MDによるモデリングの指針を提案する.2018年度については,MD解析用プログラムの高速化・大規模化およびFEMとの結合について実施した.本研究においては,2017年度末より九州大学スーパーコンピュータシステム(Intel Xeon Gold 6154 18core×2CPU)を用いており,2018年度も継続して本システムを利用した.Intel Fortranコンパイラを用いたMD解析用プログラムの高速化・大規模化は概ね予定通り実施できたが,MD-FEM間の結合については結合部における力学量の変換が適切に行われているか,検証を行う必要がある.振動試験については,学内予算にて鉛直加振器を購入(2018年12月)し,研究代表者の所属する研究室内で実施することが可能となった.しかし,振動試験の補助事業期間内(2016年4月2018年3月)での遂行が難しいと判断したため,2019年度も継続して実施することにした.
温度感受性イオンチャンネルのCRPSの病態メカニズムにおける役割

我々はまずTRPA1、TRPM8、TRPV1のDRGニューロンにおける分布を詳細に調べた。TRPV1とTRPA1はC線維を持つニューロンにおいてTrkAと無関係に発現し、TRPA1はTRPV1を持つニューロンの一部に発現していた。TRPM8は両者と殆ど重ならない分布を示し、全てがTrkA陽性で、C線維ニューロンだけでなく、Aδ線維を持つニューロンにも発現していた。電気生理学的にはこれまでにAδ線維も冷刺激に反応することが分かっていることと、今回の研究で正常ラットでは後足に与えた侵害冷刺激に対してTRPA1、TRPM8両方のDRGニューロンが細胞内リン酸化カスケードを活性化させたことから正常状態においては、TRPA1、TRPM8ともに冷知覚trarlsducerとして働いていることが強く示唆された。末梢神経障害として、坐骨神経を切断すると、同側のDRGにおけるこれらレセプターの発現はいずれも低下した。次に病的状態におけるTRPA1とTRPM8の関与を調べた。炎症モデルにおいては該当するDRGで、L5脊髄神経結紮モデルでは直接障害を受けていないL4DRGにおいて、旨RPM8ではなくTRPA1が発現増加することと、それをブロックすることによる鎮痛作用が得られたことから、病的状態においてはTRPA1の関与が主であることがわかった。これら一連の成果はこれまでこの分野で論争になっていた「in vitroレベルでのRPA1の冷知覚trarlsducerとしての働きについての疑問」に対して、in vivoレベルでの解答を提供したこととして高く評価された。これまでクローニングされた温度感受性イオンチャンネルはTRPファミリーに分類され、近年冷覚刺激のtransducer分子の候補として更にTRPM8とTRPA1がクローニングされた。これらの分子のin vivoでの働きを解明するための一連の研究を行った。まずcapsaicinの足底注射によってラット後根神経節細胞のTRPV1を刺激し、その細胞でp38 MAPKのリン酸化が起こること、更にp38のinhibitor投与によってcapsaicinによる後足の熱知覚過敏が軽減されることを証明した。次にTRPV1とイオンチャンネル型ATPレセプターであるP2Xとのラット後根神経節細胞における共存を詳細に調べ、TRPV1を持つ細胞の90%はP2X3とP2X4を持つことを証明した。最近冷覚刺激transducerとしてのTRPA1の機能についてin vitroでは否定的な報告もみられる。実際の生体において、炎症や神経傷害後の冷覚過敏におけるTRPM8とTRPA1の役割を調べるために、TRPM8、TRPA1のラット後根神経節細胞での分布を詳しく調べてTRPV1と比較した。更にanti-sense oligonucleotideを用いてメッセンジャーRNAレベルで各々の発現を抑制したところ、炎症や神経傷害後の冷覚過敏に対しては、TRPM8ではなく、TRPA1の関与が強いことが証明された。我々はこれまでに神経因性疼痛モデルの一つL5脊髄神経結紮モデル(Chung model)においては直接障害を受けていないL4DRGにおいて、知覚過敏を起こすいくつかの遺伝子変化が起きていることを報告してきた。今回も同モデルを用いて術後冷知覚過敏が生じることを確認した上で、L4DRGにおけるTRPA1とTRPM8のmRNA発現を調べたところ、前者のみが増加しており、更に両者に対するAntisense oligonucleotideをクモ膜下投与したところ、TRPA1のブロックでのみ、この冷知覚過敏が抑制できたことから、この神経因性疹痛モデルにおいては、L4DRGにおけるTRPA1の発現増加が病因となっていることが分かった。これは先に発表した炎症モデルでも同様であることから、病的状態における冷知覚過敏とTRPA1の関係を強く示唆する結果であった。一方、我々はラットの後足に様々な刺激を与えると、その刺激に特異的に反応するニューロンにおいて、細胞内リン酸化カスケードが活性化することを之までに報告している。

この手法を用いて、正常ラットに冷刺激を与えたところ、TRPA1を持つニューロンでは主にERKが、TRPM8を持つニューロンでは主にp38がリン酸化されることが分かった。つまり、両TRPは正常状態では何れも冷知覚transducerとして働いている可能性があるが、その細胞内伝達機構は異なっているらしい。以上で当初の本研究の目的は全て達成された。これらの研究に派生して、Chung modelのL4DRGにおけるp75やBDNFをブロックすることで、異常痙痛行動がブロックできること、さらに脊髄microgliaでのSrc-family kinaseの活性化も痛みに関係していること、DRGと脊髄におけるP2Yレセプターの詳細な分布など、今回のテーマの周辺領域でも優れた成果を挙げることができた。
公共事業における用地取得方式に関する研究

研究実施計画で示したように(1)用地取得方式選定の状況把握、(2)用地買収方式及び減歩換地方式による整備事例の比較、(3)各方式の適用可能な地区条件の検討を行った。まず、(1)用地取得方式選定の現状把握については、実務担当者からのヒアリングをもとに選定の基準について整理を行い、現状では方式の比較といった観点からは選定がなされていないことを明らかにした。またこの一因として両方式の整備によって土地利用等にどのような違いが生じるのかが不明であることが指摘され、本研究に意義があることが示された。次に、(2)両方式の整備事例の比較については、同じ幹線道路でほぼ同時期の整備であり、従前の土地利用がほぼ等しい2地区を取り上げ、床面積の相違、転出世帯数、土地利用の変化等の調査を行った。その結果、用地買収方式でおこなった地区においては民間ディベロッパーの介入により減歩換地方式とほぼ同等の床面積の増加がみられること、また、本来転出する必要のない減歩換地方式においては、必然的に転出を伴う用地買収方式の地区とほぼ同等の転出世帯数があるなど一般の住民説明用のパンフレットの内容とは異なる結果が得られた。効率性の観点からはどちらが望ましいとの判断は難しく、また負担の公平性の観点からは、用地買収方式は受益者と負担者の関連づけが弱いのに対し、減歩換地方式では、土地区画整理事業の手続の中で公平性の議論がなされ、受益と負担のバランスが比較的明確になっていることを明らかにした。これらを通じて両方式の相違点を明らかにした。(3)各方式の適用可能な地区条件については明確な整理はできなかったが、事業化の過程において住民の意志をより反映させ、住民と行政の役割を具体化し、用地買収、減歩換地及びその折衷方式も含めて整備方式を検討していくことが重要であることを示した。今後、住民参加のあり方について、開発利益の還元、受益者負担、損失補償等幅広い観点から研究が必要である。
密度行列繰り込み群のソフトマターへの応用-脂質膜の実効曲げ弾性係数の解析-

剪断応力のある膜、いわゆる高分子膜の熱力学を研究した。この意味で、高分子膜は、脂質膜よりも堅い膜であるといえる。この事情により、高分子膜は、フラット転移を起こす。膜のように二次元的なマニフォールドが相転移を起こすという点が興味深い。本研究では、高分子膜を離散化して、いわゆる、折り畳み問題に帰着して、計算を進めた。折り畳み問題では、平均場的な取り扱いがなされている。我々の精密な数値計算により以下の事実を明らかにした。1,本研究の題目である「密度行列繰り込み群」を、この問題に適用する為に、修正を加えた。また、その性能を評価した。2,以前の平均場近似で見いだされていた3つの相転移を確認した。しかし、我々はこの相転移はすべて、一次転移であると示した。3,その潜熱は、極めて小さい。従って、その相転移を二次であると誤認する危険性を指摘した。特に、離散化されていない膜に対しても、この危険性に留意すべきではないかと主張した。4,この折り畳み問題は、(大域的な)拘束条件を持つ。よって、モンテカルロ法が、有効ではない。また、モンテカルロ法は、分子動力学的な計算には向いているが、ここでは、精密な相転移の評価が困難である。よって、我々は、我々の方法が極めて、ユニークかつ信頼性を持つことを論じた。5,特に、本計算手法は、自由エネルギーを直接評価できる。これによって、一次転移の相転移点を明瞭に示すことができた。6,通常、正しい取り扱いをすると、むしと、一次転移が二次になる。本研究の場合、大域的な拘束条件がある。おそらく、平均場の取り扱いは、この拘束条件を正しく考慮していないのであろう。逆に言うと、この拘束条件により、一次転移が引き起こされていると言える。密度行列繰り込み法を、いわゆる、ソフトマテリアルに応用した。本研究補助金で、計算機を納入し、大規模計算を行なった。その結果、次のことを明らかにした。(a)膜の熱力学に密度行列繰り込み法が適用できる。(b)特に、自由エネルギーを計算できるという利点を生かして、有効結合定数(曲げ弾性係数)を直接見積もることができる。(c)そのために、膜の曲率を環境変数とする熱力学を設定した。これは、ルジャンドル変換に基づく。(d)その結果、有効曲げ弾性係数が、熱ゆらぎによって、増大することを見いだした。(e)これは、これまでの常識に反するものである。しかし、Helfrich理論に基づいて、考察と解釈を与えた。(f)状態和のメジャーとして、種々を採用し、この解釈を確認、証明した。(g)以上の結果は、学術雑誌に掲載されている。密度行列繰り込み法を、いわゆるソフトマテリアルの一種である高分子膜に応用した。具体的な作業内容は以下である。まず、Bowick等(1995)の理論に従って、高分子膜を、三次元の三角格子の折りたたみ問題に帰着した。この問題は、蜂の巣格子上の二成分イジング模型と等価である。このアイデアにより、密度行列繰り込み群を、高分子膜に応用することができた。本研究補助金で、計算機を購入し、大規模計算を行なった。(a)高分子膜の熱力学に密度行列繰り込み法が適用できる。ちなみに、前年度は、同手法で、脂質膜を調べた。(b)本年度は、膜の変形に「バックリング」や「オーバーハング」がある場合も考慮した。ちなみに、前年度は、これ等は無視した。(c)高分子膜は、脂質膜と異なり、低温で、しわくちゃ(crumpling)転移を起こす。本数値計算により、転移が一次転移であることを明らかにした。また、その潜熱は、平均場近似の見積りより相当大きい。従来、二次元の折りたたみ問題は、かなり詳細に調べられていた。三次元の折りたたみ問題は、二次転移になるという希望が持たれていたが、本研究結果は、それを否定する。(d)また、変形にともなうエントロピーを見積もった。この値は、数学者(組合せ論)が得ている不等式と矛盾しない。数学の組合せ論的研究に指針を提供した。(e)以上の結果は、インドにおける統計力学の国際会議STATPHYS22で発表した。

よって、モンテカルロ法が、有効ではない。また、モンテカルロ法は、分子動力学的な計算には向いているが、ここでは、精密な相転移の評価が困難である。よって、我々は、我々の方法が極めて、ユニークかつ信頼性を持つことを論じた。5,特に、本計算手法は、自由エネルギーを直接評価できる。これによって、一次転移の相転移点を明瞭に示すことができた。6,通常、正しい取り扱いをすると、むしと、一次転移が二次になる。本研究の場合、大域的な拘束条件がある。おそらく、平均場の取り扱いは、この拘束条件を正しく考慮していないのであろう。逆に言うと、この拘束条件により、一次転移が引き起こされていると言える。
がん悪性化に関与する異数体生成の分子メカニズムの解明

染色体分配に必須なセントロメアのクロマチン構築の分子基盤を、セントロメア特異的ヒストンCENP-Aの局在化機構の解明を通し探求し、がん悪性化に関与する異数体生成の分子機構の解明を進めた。具体的には以下の各点についてデータの蓄積もしくは新規の発見があった。1)CENP-Aやその局在化因子Mis6の分裂酵母変異株の解析から、セントロメアのクロマチン構造がCENP-Aの融通性のあるローディング機構に依存した可塑的構造を持つこと示唆するデータを得た。分裂酵母CENP-Aの温度感受性蛋白質の挙動をGFP融合で追跡した実験から、細胞周期に依存しないCENP-A蛋白質の局在化が起こる可能性が示唆された。2)mis6温度感受性変異の多コピーサプレッサースクリーニングを行い、新規セントロメア蛋白質Mix1を分離し、遺伝子破壊実験から染色体分配に必須機能を持つこと、Mis6コアセントロメア蛋白質と極めて類似の表現型を示すことを明らかにした。またMix1のポテンシャルなヒトホモログを同定した。3)CENP-A温度感受性変異株の多コピーサプレッサー遺伝子スクリーニングから、Ams2と名付けた細胞周期に依存して発現するGATA因子を分離した。Ams2がセントロメアのGATAをコアとするDNA配列に直接結合しCENP-Aと共局在すること、CENP-Aの局在効率を制御し高い染色体分配頻度を保障している可能性を示唆するデータを得た。またAms2はMis6とは異なるCENP-A局在化パスウェイに属することを、免疫沈降法や遺伝的掛け合わせにより示した。それらのデータをチューンアップし論文にまとめて公表した。
コンクリート中の重金属の環境影響評価

本研究は,産業廃棄物の有効利用等に伴ってコンクリートに含有される恐れのある重金属に関して,コンクリートが置かれる環境条件によって,重金属の長期溶出挙動が異なり,溶出挙動に重金属の吸着特性が影響していることを明らかとしたものの,吸着特性を考慮した重金属溶出挙動のモデル化を構築するまでには至らなかった.また,環境影響に対して,大気排出物質排出量などとともに,重金属溶出量を考慮する必要は明らかとしたものの,溶出量算出の設定条件を明確化させるまでには至らなかった.実験的検討として,コンクリートからの重金属溶出に関する検討を行い,あわせて,現状の環境影響評価における重金属類の取扱いについて把握したうえで,コンクリートの環境影響評価に対する重金属溶出量の導入手法に関する検討を行った.実験的検討では,供試体としてモルタルを使用し,水セメント比は0.40,0.55の2種類とし,重金属には銅,鉛,亜鉛を使用して,それぞれの重金属をセメント質量に対して1%添加した.添加にあたっては,各重金属の硝酸塩を所定量,混練水に溶解させることによって添加した.タンクリーチング試験では,供試体を浸せきさせる溶液として,イオン交換水,4種類の塩化物溶液,4種類の硫酸塩溶液を使用した.溶液の濃度は10%とし,10%まで溶解しない溶液については飽和溶液とした.その結果,浸せきさせる溶液の種類によって重金属の溶出量が異なること,溶液の種類と溶出量の大小関係が重金属の種類によって異なることが明らかとなった.累積溶出量が時間の平方根に比例する,すなわち溶出が拡散によって支配されている結果を与える重金属と溶液の組合せは一部で見られるものの,概してそうでないものが多く,溶出挙動において拡散とあわせてセメント硬化体との吸着・脱着を考慮する必要があり,その吸着・脱着特性が浸せきさせる溶液の種類すなわち接触する溶液組成によって大きく異なることを示唆する結果が得られた.溶出挙動が重金属の種類,浸せきさせる溶液の種類によって大きく異なったことから,今年度の実験的検討の範囲内では,吸着・脱着特性を加味した重金属溶出挙動のモデル化の構築を試みる段階までには至っていない.一方,環境影響評価における重金属の取扱い方に関しては,溶出量を濃度として評価の中には取り込み,経時的な影響評価の中で蓄積量として絶対量を勘案することとした.実験的検討として,コンクリートからの重金属溶出に関する検討を行い,あわせて,現状の環境影響評価における重金属類の取扱いについて把握したうえで,コンクリートの環境影響評価に対する重金属溶出量の導入手法に関する検討を行った.実験的検討では,平成26年度から継続するタンクリーチング試験において,浸せき期間400日までの結果を得ている.平成26年度に得られた結果と傾向的には相違はないものの,カリウム,カルシウムの塩化物,硫酸塩の溶液を用いた一部の供試体について実施したEPMA分析結果では,表面から内部へ向かって拡散のように濃度が減少するものに加え,表面から内部へ向かって直線的に濃度が減少するものもあり,塩化物イオン,硫酸イオンの供試体内部への浸透挙動が溶液の種類によって異なることが明らかとなった.このことは,重金属の溶出挙動において,細孔溶液中における重金属の拡散やセメント硬化体との重金属の吸脱着の,溶液の種類による相違を考慮するのみならず,浸せきさせている溶液のイオンの挙動そのものの考慮が不可欠であることを示唆するものであり,重金属溶出挙動のモデルを構築していくなかで今後この点を検討していく必要がある.一方,環境影響評価に対する重金属溶出量の導入方法に関する検討では,既往のモデルを活用して特性化係数を算出したところ,銅,亜鉛は鉛と比較して数値は小さいものの無視できるものではないことが示され,重金属の環境影響とCO2をはじめとする大気排出物質の環境影響との統合化を,ボックスカルバートを用いたケーススタディにより試みた.試算結果では,大気排出物質の環境影響と比較して重金属の環境影響は極めて低い結果となったが,ボックスカルバートに設定した条件によって結果が大きく変化することも示唆され,環境影響評価に対する重金属溶出量の導入では,条件の設定方法を明確にする必要があることがわかった.昨年度ならびに今年度の実験結果を基に,重金属とセメント硬化体との吸着・脱着特性を加味した重金属溶出挙動のモデル化を構築するまでには至っていないものの骨格は形成されつつあり,また,環境影響評価における重金属の取扱いに関してもケーススタディを通じて有用な知見が得られつつあり,研究はおおむね順調に進展していると判断する.コンクリートからの重金属溶出に関する実験的検討では,平成26年度から継続するタンクリーチング試験において,浸せき期間625日までの結果を得ている.前年の浸せき期間400日までと比較したとき,塩化物,硫酸塩のいずれの溶液を用いた場合においても,重金属溶出量に大きな相違は見られていない.これらの重金属の累積溶出量を時間の平方根との関係で示したとき,概して,浸せき開始時から浸せき期間64100日までと,浸せき期間64100日以降の2本の直線で近似可能と考えられる.時間の平方根に対して直線近似が可能であることから,重金属の溶出が拡散律速となっているものと考えるが,浸せき期間64100日あたりで直線の傾きが変化する(小さくなる)ことから,拡散に対してその他の要因が影響を及ぼしているものと思われる.塩化カルシウム溶液に浸せきした供試体における重金属の累積

溶出量は,供試体に含有される重金属量に対して,水セメント比0.40で約6%,水セメント比0.55で約10%に達するものの,その他の溶液に浸せきした供試体では水セメント比に関わらず1%未満のものが大半であり,溶出は供試体のごく表層部から生じていると考えられる.セメント硬化体に対する重金属の吸着特性について,pHを変化させて実験を行ったところ,pHが12.8から低下するにつれて吸着量は多くなり,その傾向はpHが12以下のときに顕著である結果が得られた.このことから,重金属の溶出過程における細孔溶液中のpHの変化が,重金属の拡散に影響を及ぼしていることが考えられる.ただし,上記の吸着特性を考慮した重金属溶出挙動のモデル化までには至らなかった.環境影響評価に対する重金属溶出量の導入方法に関する検討では,環境影響に対して重金属溶出量を考慮する必要は明らかとなったものの,溶出量算出の設定条件を明確化させるまでには至らなかった.本研究は,産業廃棄物の有効利用等に伴ってコンクリートに含有される恐れのある重金属に関して,コンクリートが置かれる環境条件によって,重金属の長期溶出挙動が異なり,溶出挙動に重金属の吸着特性が影響していることを明らかとしたものの,吸着特性を考慮した重金属溶出挙動のモデル化を構築するまでには至らなかった.また,環境影響に対して,大気排出物質排出量などとともに,重金属溶出量を考慮する必要は明らかとしたものの,溶出量算出の設定条件を明確化させるまでには至らなかった.実験的検討において,実験実施が可能な供試体数の制約から使用する重金属の種類を当初予定の5種類から3種類に絞り込んだものの,有用な実験結果を得ており,研究はおおむね順調に進展していると判断する.昨年度ならびに今年度の実験結果より,各溶液における重金属の溶出挙動はおおむね把握できる状況にあるため,重金属溶出挙動のモデル化の構築を急ぎ,必要に応じて,吸着・脱着特性の追加的な実験を実施していく.また,環境影響評価における重金属の取扱いに関しては,ケーススタディを重ねることで,コンクリートの環境影響評価に対する重金属溶出量の導入手法の妥当性を検討していく.最後に,研究を総括する.28年度が最終年度であるため、記入しない。コンクリート工学今年度の実験的検討結果を基に,重金属とセメント硬化体との吸着・脱着特性を加味した重金属溶出挙動のモデル化を早急に構築していくことを試みる.そして,平成27年度に実施予定の研究によって,そのモデルの妥当性を検証していく.平成28年度に吸着・脱着特性の追加的な実験が見込まれることとなったことから,供試体の廃棄処分を平成28年度に繰り越したため,ならびに,平成28年度の環境影響評価における資料収集等に要する旅費が当初予定よりもかさむ見込みとなり,その分の予算を平成28年度に確保する必要が生じたため.28年度が最終年度であるため、記入しない。現在までの達成度にて示したとおり,実験的検討において,実験実施が可能な供試体数に制約が生じたことから,当該実験に使用する物品費に残額が発生した.追加実験等を通じて,吸着・脱着特性を加味した重金属溶出挙動のモデル化構築を確実に遂行するとともに,資料収集等の充実により,コンクリートの環境影響評価に対する重金属溶出量の適切な導入方法の提案を行っていく計画である.28年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度未実施分の実験を平成27年度には追加して実施予定のため,これにより残額分が使用されることを計画している.28年度が最終年度であるため、記入しない。