hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セラミックコーティング膜のトライボ特性評価法の研究

ユーザーがセラミックコーティング膜を設計し使用するために利用し得るトライボ特性試験機を開発し,基準となし得る試験方法を確立することを目的として,セラミックコーティング膜の微視的トライボ特性を環境制御型走査電子顕微鏡内に設計・製作された環境制御型走査電子顕微鏡トライボ試験機(ESEM・VTRトライボシステム)により,摩擦・摩耗試験を行った。また,更に,原子間力顕微鏡を改良した原子間力顕微鏡トライボ試験機(AFMトライボシステム)により同じセラミックコーティング膜の微視的トライボ特性を明らかにした.得られた主な成果を以下に示す.1)種々の成膜条件による窒化炭素膜の巨視的トライボ特性試験が行われ、窒化炭素膜の押し込み硬さが大きいほど比摩耗量が小さいことが示された.2)2種類の荷重下で窒化炭素膜と炭素膜の巨視的トライボ特性試験が行われ、高荷重では炭素膜の方が比摩耗量は小さいが,低荷重では窒化炭素膜の方は比摩耗量が小さいことが示された.3)環境制御型走査電子顕微鏡内に設計・製作された環境制御型走査電子顕微鏡トライボ試験機(ESEM・VTRトライボシステム)により窒化炭素膜の摩擦・摩耗試験を行い,種々の蒸気圧中でダイヤモンドとの間の摩擦係数が0.08以下という非常に低い値であることが示された.4)先端半径を変化させたダイヤモンドピンによるAFMを用いた微視的トライボ特性が調べられ,先端半径が大きく接触面圧が小さな場合,窒化炭素膜の方がDLCより耐摩耗性に優れているが,先端半径が小さな場合には逆転することが示された。この結果は,巨視的摩耗特性試験より得られた。高荷重ではDLCの方が比摩耗量は小さいが,低荷重では窒化炭素膜の方が比摩耗量が小さいという結果と一致した。ユーザーがセラミックコーティング膜を設計し使用するために利用し得るトライボ特性試験機を開発し,基準となし得る試験方法を確立することを目的として,本年度はイオンビームンミキシング装置を用いた新しいセラミックコーティング膜の成膜を行い,その機械的特性および巨視的トライボ特性を明らかにした.また,微視的トライボ特性明らかにする走査型顕微鏡用コーティング膜トライボ試験機の設計・試作を行っており,完成後,試験を行い,巨視的トライボ特性と微視的トライボ特性の関係を明らかにしていく予定である.実施された主な研究内容な以下のとうりである.1)新しいセラミックコーティング膜として,理論的にはダイアモンドと同程度の硬さが期待できるという窒化炭素膜の成膜を,炭素のイオンビームスパッタリングと窒素ガスイオンのイオン注入を同時に行う,いわゆるイオンビームミキシング法により行った.2)ESCAで表面の成分分析を行ったところ,窒素が20%注入されており,窒化炭素膜であることが明らかになった.また,結合エネルギーの測定値からCN結合の存在の可能性が示された.3)薄膜硬度計により押し込み硬度を測定した結果,成膜条件により押し込み硬度が大きく変化することが明らかになった.さらに,イオンビームスパッタリングした炭素膜と比較して窒素イオン注入することで,押し込み硬度が増加することが示された.4)種々の成膜条件による窒化炭素膜の巨視点トライボ特性試験が行われ,窒化炭素膜の押し込み硬さが大きいほど比摩耗量が小さいことが示された.5)2種類の荷重下で窒化炭素膜と炭素膜の巨視的トライボ特性試験が行われ,高荷重では炭素膜の方が比摩耗量は小さいが,低荷重では窒化炭素膜の方が比摩耗量が小さいことが示された.

6)現在,窒化炭素膜の微視的トライボ特性を明らかにするための走査型顕微鏡用コーティング膜トライボ試験機の設計・試作を行っている.ユーザーがセラミックコーティング膜を設計し使用するために利用し得るトライボ特性試験機を開発し,基準となし得る試験方法を確立することを目的として,本年度はイオンビームハキシング装置を用いた新しいセラミックコーティング膜の成膜を行い,その微視的トライボ特性を環境制御型走査電子顕微鏡内に設計・製作された環境制御型走査電子顕微鏡トライボ試験機(ESEM・VTRトライボシステム)により,試験を行った.また,更に,原子間力顕微鏡を改良した原子間力顕微鏡トライボ試験機(AFMトライボシステム)により同じセラミックコーティング膜の微視的トライボ特性が明らかにされ,昨年度得られた巨視的トライボ特性と微視的トライボ特性の関係を明らかにした.実施された主な研究内容は以下のとうりである.1)新しいセラミックコーティング膜として,理論的にはダイヤモンドと同程度の硬さが期待できるという窒化炭素膜の成膜を,炭素のイオンビームスパッタリングと窒素ガスイオンのイオン注入を同時に行う.いわゆるイオンビームミキシング法により行った.2)窒化炭素膜のESEM・VTRトライボシステムでの実験結果より、種々の蒸気圧中でダイヤモンドとの間の摩擦係数が0.08以下という非常に低い値であることが示された.3)成膜条件として,窒素イオンの加速エネルギーと加速電流を種々変化させ,それらの膜の微視的トライボ特性を調べた.その結果,加速エネルギーと加速電流が少ないほど,窒化炭素膜の硬度は高まり,耐摩耗性に優れていることが示された.4)先端半径を変化されたダイヤモンドピンによるAFM用いた微視的トライボ特性が調べられ,先端半径が大きく接触面圧が小さな場合,窒化炭素膜の方がDLCより耐摩耗性に優れているが,先端半径が小さな場合には逆転することが示された.この結果は,昨年度得られた,高荷重ではDLC方のが比摩耗量は小さいが,低荷重では窒化炭素膜の方が比摩耗量が小さいという結果と一致した.
CDRシャッフリングによる高性能抗ハプテン抗体創製の試みと臨床化学分析への応用

前年度調製した形質転換大腸菌のライブラリー(3.1x10^7種)にVCSM13ヘルパーファージを感染させ,ファージ粒子上に一本鎖Fvフラグメント(scFv)を提示したファージ抗体ライブラリーを調製した.調製したファージ抗体ライブラリーを,コルチゾール(CS)の3位4位および21位にウシ血清アルブミン(BSA)を結合させた抗原を用いてパンニングを行った.すなわち,各種抗原をそれぞれ固定化したチューブに,ファージ抗体ライブラリーを反応させたのち洗浄し,0.1Mトリエチルアミン溶液を添加して抗原と反応しているファージを回収した.回収したファージは大腸菌に感染させたのち,再度ファージ提示を行い,次のパンニングに利用した.これら一連の操作を3回および4回繰り返して回収されてきたファージ群について,上記抗原に対する結合活性を調べた.すなわち,抗原固定化プレートにファージ抗体を反応させて洗浄したのち,西洋ワサビペルオキシダーゼ標識抗ファージ抗体および発色基質を順次反応させ,得られるシグナルを吸光光度法により測定した.その結果,CSの3位および4位BSA結合体(CS-3-BSS,CS-4-BSA)固定化チューブに対して4回パンニングしたファージ群において,対応する抗原との反応性が認められた.そこで,これらファージ群を大腸菌XL1-Blue株へと感染させてクローン分離したのち,再度ファージ提示し,同様に結合活性を調べた.その結果,CS-3-BSAおよびCS-4-BSAに反応性を有するクローンの獲得に成功した.このファージを大腸菌XLOLR株へと感染させて得られる形質転換菌から,scFvタンパク質を調製し,その抗原結合能について調べたところ,先と同様の結合活性が確認できた.しかし,競合法によりCSとの反応性を調べた結果,添加するCS量の増大に伴うシグナルの減弱は認められず,得られたscFvはCSとBSAの複合体を認識している可能性が示唆された.A/J,及びBALB/cマウスに対して,コルチゾール(CS)の3位,4位,及び21位をブリッジを介してウシ血清アルブミン(BSA)と連結させた結合体を免疫抗原として隔週で皮下投与した.5回目の免疫後に眼静脈採血を行い,血清中に含まれる抗体力価をトリチウム標識CSを用いるラジオイムノアッセイにより測定したところ,いずれの免疫原を投与したマウスにおいてもCSに対する抗体力価の上昇が認められた.これらのうち,良好な値を示した4匹を対応するBSA結合体で最終免疫して脾臓を摘出し,脾細胞を調製した.フィコールコンレイ比重液を用いて赤血球を除去してリンパ球画分を調製したのち,全RNAを抽出し,オリゴdTと逆転写酵素を反応させることによりcDNAを合成した.様々な抗ステロイド抗体のH鎖,L鎖可変部(V_H,V_L)の相補性決定部(CDR)のアミノ酸配列を比較すると,H鎖CDR2,CDR3,L鎖CDR1,CDR3の変化がとりわけ大きいことが当研究室で確認されている.そこで一本鎖Fvフラグメント(scFv)遺伝子ライブラリーの構築に際して,これら4種のCDRをシャッフルすることとした.すなわち,各種のマウス抗体サブグループに対応可能な縮重プライマーと上記cDNAを用いてPCRを行い,各CDR遺伝子断片群を調製した.得られたCDR遺伝子断片群をフレームワーク(FR)遺伝子断片と混合してPCRを行うことにより,各2箇所のCDRがシャッフルされたV_H及びV_L遺伝子断片群を調製した.この際用いるFR遺伝子は抗11-デオキシコルチゾール抗体の配列を利用した.これは対応するscFvが安定で十分な活性を示すことが確認されているためである.その後,V_H及びV_L遺伝子群を混合してoverlap extension PCRにより連結して,scFv遺伝子ライブラリーを調製した.得られたscFv遺伝子ライブラリーをファージミドベクターへとサブクローニングした後,大腸菌XL1-Blue株へと導入し,3.1x10^7種のクローンを含む形質転換菌のライブラリーを調製した.前年度調製した形質転換大腸菌のライブラリー(3.1x10^7種)にVCSM13ヘルパーファージを感染させ,ファージ粒子上に一本鎖Fvフラグメント(scFv)を提示したファージ抗体ライブラリーを調製した.調製したファージ抗体ライブラリーを,コルチゾール(CS)の3位4位および21位にウシ血清アルブミン(BSA)を結合させた抗原を用いてパンニングを行った.すなわち,各種抗原をそれぞれ固定化したチューブに,ファージ抗体ライブラリーを反応させたのち洗浄し,0.1Mトリエチルアミン溶液を添加して抗原と反応しているファージを回収した.回収したファージは大腸菌に感染させたのち,再度ファージ提示を行い,次のパンニングに利用した.これら一連の操作を3回および4回繰り返して回収されてきたファージ群について,上記抗原に対する結合活性を調べた.すなわち,抗原固定化プレートにファージ抗体を反応させて洗浄したのち,西洋ワサビペルオキシダーゼ標識抗ファージ抗体および発色基質を順次反応させ,得られるシグナルを吸光光度法により測定した.その結果,CSの3位および4位BSA結合体(CS-3-BSS,CS-4-BSA)固定化チューブに対して4回パンニングしたファージ群において,対応する抗原との反応性が認められた.そこで,これらファージ群を大腸菌XL1-Blue株へと感染させてクローン分離したのち,再度ファージ提示し,同様に結合活性を調べた.その結果,CS-3-BSAおよびCS-4-BSAに反応性を有するクローンの獲得に成功した.

このファージを大腸菌XLOLR株へと感染させて得られる形質転換菌から,scFvタンパク質を調製し,その抗原結合能について調べたところ,先と同様の結合活性が確認できた.しかし,競合法によりCSとの反応性を調べた結果,添加するCS量の増大に伴うシグナルの減弱は認められず,得られたscFvはCSとBSAの複合体を認識している可能性が示唆された.
車載情報機器利用による運転者の心的負担の時間的特性と個人差に関する研究

・ドライビングシミュレータで長時間運転を行った場合に生じる覚醒の低下、眠気の発生が行動に及ぼす影響についての実験を実施した。高速道路で夜間単独走行する状況で、黙って運転する条件と会話を挟みつつ運転を行う条件を実施し、運転と同時に光点検出課題や眠気の主観評定を行った。また、昨年度作成した日常的注意経験質問紙への回答を求め、長時間の単調な運転に伴う運転パフォーマンスの低下と注意の個人差との関連について検討した。また、運転スタイルの自己評価を行う質問紙も同時に実施しており、日頃の運転ぶりと注意の個人差の関連についても合わせて検討した。本実験は車載通信機器の利用により長時間運転時の覚醒低下を防止することの可能性を検討するものである。・質問紙によって注意に関する課題のパフォーマンスがどのように予測されるかを検討するため、ストループ課題と視覚的注意定位課題を行い、質問紙への回答との相関について検討した。ストループ課題は反応の抑制機能を必要とし、視覚的注意定位課題は視覚的焦点的注意を移動させる、という機能に関係している。その結果、日常的注意傾向質問紙や、同時に実施された失敗傾向質問紙の下位尺度得点との間に有意な相関がみられ、質問紙への回答により実際の課題パフォーマンスをある程度予測しうることが確認された。反応の抑制および視覚的注意移動は、運転中に車載情報機器から情報を得る場合に必要な注意機能であることから、この質問紙が車載情報機器の使用に関する個人差の評価に寄与できるものと考えられる。・カーナビの車載モニタから提示される情報を獲得した場合に、情報を読み取った直後から一定の時間の間、自分の前方での視覚刺激の検出が遅くなる、という現象を「持続的注意転導効果」と命名し、その効果が時間経過に伴ってどのように変化するかについて実験的に検討を行った。先行研究から予測されたように情報を読み取った後視覚刺激に対する反応は遅くなったことから妨害的な持続的注意転導効果が見られ、また読み取るべき情報の量が多いほどその妨害的効果は大きくなることが示された。この成果を論文で公表した。・運転シミュレーションシステム(DS)の改良を行い、運転しながら前方視野の中のいずれかの場所にランダムにあらわれる視覚刺激を検出し、さらに言語的記憶課題を行うという実験の準備と試験的試行を行った。視覚刺激の検出反応時間と測定・記録および運転中の車両の挙動や周囲の状況をDSにより記録し、また言語課題に対する反応をビデオ記録することによって、運転状況と認知的負荷の関連性を検討できるようになった。また、DS運転時に指尖容積脈派を測定するための装置を導入し、運転中のメンタルワークロードの変動を生理的に測定できるようにした。このDSは他の研究資金によってより広い環境を表示できるようにするというハードウェア上の拡張が行われており、この機能拡張も考慮して来年度の実験実施に向けての準備を行うことができた。・注意機能の個人差を測定するため、先行研究の中で作成してきた日常的注意経験質問紙の分析と項目の再検討などをさらに進め、注意集中能力、注意制御能力、ながら作業傾向、注意点同の起こりやすさの4因子について測定する質問紙(32項目を含む)を作成した。質問紙と課題パフォーマンスの関連性について検討を行った。・昨年度改良を行った運転シミュレーションシステム(DS)を用いて、仮想空間内の市街地を走行しつつ、前方視野の中のいずれかの場所にランダムにあらわれる小さな視覚刺激を検出するという実験を行った。さらに、聴覚的に提示される数字を記憶していき、合図が提示された時には直前に提示された数字から指定された個数だけ遡って、その個数だけ前に提示された数字を答えるという言語的記憶課題を副次課題として用いた。これにより、車載情報機器から音声で提供される情報を処理しながら運転するという、注意転導を引き起こす可能性のある状況を作り出した。この実験の結果、言語的記憶課題を提示すると視覚刺激の検出成績が有意に低下することと、主観的なメンタルワークロードも高まることが示された。以上の成果は論文で公表した。また、認知的負荷が高い条件での各実験参加者の反応の差違についても検討を行った。・DSによる長時間運転を行った場合の行動の変化や心的負荷の変化を測定する実験の計画と準備を行い、来年度の本格的な実施に向けた試験を行った。・昨年度の研究の中で作成した32項目でなる日常的注意経験質問紙(質問紙については論文を投稿中である)と、課題パフォーマンスの関連性について検討を行った。課題としては、中心視野で図形の弁別を行い、標的となる図形が出現したら反応する課題を行うと同時に、周辺視野に散在する小さな四角形が短時間円形に変化するのを検出し、気づいたらボタンを押して反応するという課題を用いた(有効視野課題)。さらに、言語的処理または視覚的・空間的処理を必要とする2種類の記憶課題のいずれかを組み合わせて行う高心的負荷条件も設定した。結果として、質問紙により測定される日常的な注意経験の違いによって有効視野課題の成績が異なっていることが示され、注意機能の個人差を表現するためのツールとしての日常的注意経験質問紙の有効性が確認された。

また、運転スタイルの自己評価を行う質問紙も同時に実施しており、日頃の運転ぶりと注意の個人差の関連についても合わせて検討した。本実験は車載通信機器の利用により長時間運転時の覚醒低下を防止することの可能性を検討するものである。・質問紙によって注意に関する課題のパフォーマンスがどのように予測されるかを検討するため、ストループ課題と視覚的注意定位課題を行い、質問紙への回答との相関について検討した。ストループ課題は反応の抑制機能を必要とし、視覚的注意定位課題は視覚的焦点的注意を移動させる、という機能に関係している。その結果、日常的注意傾向質問紙や、同時に実施された失敗傾向質問紙の下位尺度得点との間に有意な相関がみられ、質問紙への回答により実際の課題パフォーマンスをある程度予測しうることが確認された。反応の抑制および視覚的注意移動は、運転中に車載情報機器から情報を得る場合に必要な注意機能であることから、この質問紙が車載情報機器の使用に関する個人差の評価に寄与できるものと考えられる。
現代の衛星観測における赤色巨星の星震学

恒星の内部自転は、磁場を生成させて多様な活動性を引き起こしたり、遠心力が内部構造に影響を与えることから、星の進化を考える上で重要な要素である。しかし、自転を考慮する際には2次元構造を解かねばならないこと、及び自転構造そのものがどうあるべきか、どう進化するものかが不明であるため、理論の空白に近い状態であった。一方、観測的には、大質量星の最終形態である中性子星は、自転周期が約1秒のオーダーのものが多く、主系列段階の大質量星が角運動量を保ったまま中性子星になった場合より遥かに遅い。同様のことは、小質量星の最終形態である白色矮星についても言える。そこで、星は最終形態になる以前のどこかの段階で角運動量を放出するものと考えられる。従来は、星が角運動量を損失するのは、大量の質量放出を起こす赤色巨星段階末期と思われてきたが、ケプラー宇宙望遠鏡を駆使した星震学的研究により、赤色巨星初期もしくは準巨星段階において、中心部と表層との自転周期の差は、予想よりかなり小さいことが分かり、準巨星段階よりもっと早い段階で、角運動量の再配分が起きていると結論されるようになった。よって、主系列段階で既に角運動量の再配分が起きていることになる。実際、太陽の輻射層では、ほぼ均一回転であることが日震学から分かっている。また、幾つかのA型主系列星もほぼ均一回転であることが最近の星震学から分かって来ている。この研究では、22個の太陽型主系列星について、星震学から決めた内部自転と、分光学的に決めた表面の回転とを比較し、内部深くでの自転が表面の自転に比べてどれくらい速いかを検証した。結果は、内部深くでの自転は表面での自転のたかだか2倍速いにとどまり、均一回転に近いものが多数あることが分かった。このことから、主系列星段階で既に、星内部で角運動量を均一化させる様に効率的に輸送されていることが結論される。27年度が最終年度であるため、記入しない。この2年間の研究は、太陽の様に表面に対流層を持つ恒星(太陽型と称する)の脈動データを活用して、太陽型恒星の構造の研究及びモデル作りを確実且つ高速に行う方法を開発することを目的としている。そのための最初のステップとして、恒星のモデル作りに最適化させた効率の良いマルコフ連鎖モンテカルロ法のアルゴリズムを開発することである。そのためには、脈動振動数スペクトルについて、モデルのパラメーター間に縮退が起きていることを考慮することが重要である。現在、こうしたアプローチを着実に推進中である。他に、(1)マックスプランク研究所(独)の研究グループと共同で、太陽型恒星の連星の脈動の研究、(2)シドニー大学(豪)の研究グループと共同で、2つの準巨星における、音波と重力波の混ざり合った混合モードの解析、(3)CEA(仏)の研究グループと共同で、太陽に極めて類似した恒星の星震学を進めている。また、新たに、太陽系外惑星の親星の脈動を解析することを始めた。これは、惑星系の形成や進化の理解につながるものと考えている。惑星の公転については、ロシター効果を観測することで親星の赤道面と惑星の公転面の成す角度を推定することが出来るが、更に、親星の脈動を解析する事により、親星の自転軸と視線との成す角度を求め、親星の自転軸と惑星の公転軸との3次元的な幾何学的関係を決めるという研究である。幾つかのシステムについて、解析が進んでいる。恒星の自転は、遠心力を介して恒星の内部構造と進化に影響を与え、また、恒星の磁場活動などの諸活動の源泉にもなっていると考えられている。しかしながら、恒星内部を直接観測することができないため、実証的な研究ではあり得なかった。この状況は、ケプラー衛星やコロー衛星による、地上からの観測では成し遂げられない、長期に亘る、且つ、信号雑音比が著しく高い、恒星の脈動の観測によって、大きく変わろうとしている。恒星の自転は、球対称からはずれた非動径脈動において、脈動の球対称からのずれ方によって振動数に差を生じさせる。この振動数の差は、恒星内部の自転に大きく依存している。そこで脈動を高精度に解析をすることによって、内部の自転の程度を知ることができる。その結果、赤色巨星段階では、内部深くでは表層に比べて、自転角速度が5ないし10倍ほど速く自転していることが分かってきた。これは予想に比べて内部自転が遅く、赤色巨星前段階で何らかの角運動量輸送が理論予想よりも効率よく働いていることを意味している。本研究では、主系列段階の星の脈動を解析して恒星内部の自転角速度を求め、それぞれの星の吸収線分光スペクトルの解析から求めた表面回転角速度を比較することによって、主系列段階の星では、内部自転はほぼ一様に近いことを明らかにした。これは、恒星内部での角運動量輸送が主系列段階で既に極めて効率よく働いていることを意味しており、恒星の自転史の研究に大きな波紋を投げるものである。

一方、観測的には、大質量星の最終形態である中性子星は、自転周期が約1秒のオーダーのものが多く、主系列段階の大質量星が角運動量を保ったまま中性子星になった場合より遥かに遅い。同様のことは、小質量星の最終形態である白色矮星についても言える。そこで、星は最終形態になる以前のどこかの段階で角運動量を放出するものと考えられる。従来は、星が角運動量を損失するのは、大量の質量放出を起こす赤色巨星段階末期と思われてきたが、ケプラー宇宙望遠鏡を駆使した星震学的研究により、赤色巨星初期もしくは準巨星段階において、中心部と表層との自転周期の差は、予想よりかなり小さいことが分かり、準巨星段階よりもっと早い段階で、角運動量の再配分が起きていると結論されるようになった。よって、主系列段階で既に角運動量の再配分が起きていることになる。実際、太陽の輻射層では、ほぼ均一回転であることが日震学から分かっている。また、幾つかのA型主系列星もほぼ均一回転であることが最近の星震学から分かって来ている。この研究では、22個の太陽型主系列星について、星震学から決めた内部自転と、分光学的に決めた表面の回転とを比較し、内部深くでの自転が表面の自転に比べてどれくらい速いかを検証した。結果は、内部深くでの自転は表面での自転のたかだか2倍速いにとどまり、均一回転に近いものが多数あることが分かった。このことから、主系列星段階で既に、星内部で角運動量を均一化させる様に効率的に輸送されていることが結論される。当初の計画では、サンプル数を増やすことを目的とした脈動の解析の予定であったが、主系列段階の恒星の内部自転と表面自転を比較するという新たな研究を発展させることに成功した。これは、こういった分野の最新の発展と言ってよく、刺激的な波紋を呼んでいる。27年度が最終年度であるため、記入しない。動径方向の自転の非一様性の程度を明らかにしたが、緯度方向の自転の非一様性を明らかにすることもできると考えている。またマクロ乱流の程度も観測から実証的に明らかにできる可能性があり、そういった新たな研究を推進して行きたい。特別研究員は来日して間もないにも拘らず、来日前の仕事を仕上げながら新たな研究に着手し、また、議論を進めるうちに当初の計画にはなかった研究も関心を示して新たに開始した。いずれも着実に進展している。恒星のモデル作りに最適化させた効率の良いマルコフ連鎖モンテカルロ法のアルゴリズムの開発を引き続き進める。また、当初の計画にはなかったが、系外惑星の親星の脈動の解析を行い、惑星の公転軸と親星の自転軸との間の幾何学的関係他を組織的に決定していき、統計的議論が出来る様にする。
火山地域に適合した空調用プレフィルタの開発

本研究により得られた成果の概要は以下の通りである。1)噴火口から10キロ程度離れた鹿児島市中心部への降下火山灰は、75μm以上の粒子が全粒子の質量百分率の80%程度を占めている。2)重力場における粒子の運動方程式にストークス域および中間域での抗力係数を考慮して粒子の飛跡を求めた。重力の影響は、粒子が大きい程大きく、風速の増加にしたがって相対的に低下することを示した。3)慣性力集塵部の風速27m/sにおける圧力損失は塩ビ製エリミとアルミ製エリミで115mmAq程度であり、鉄板製(溝無し)エリミの圧力損失はこれより1040%程度低い。4)慣性力集塵部の捕集効率は、風速が4m/s以下で塩ビ製エリミ,アルミ製エリミでは7090%,鉄板製エリミはこれより約5%低い。5)慣性力集塵部について、部分捕集効率から合成した全粒度域の捕集効率が、全粒度域の火山灰を用いた測定によって得られた捕集効率と類似した値になることを確認した。したがって火山灰の粒度分布を知れば、その火山灰に対する捕集効率を部分捕集効率より合成できると考えられる。このような合成に用いる部分捕集効率を測定し、実用可能なデータとして整理した。湿式集塵部の捕集効率は、風速47m/s程度の時97%以上である。湿式集塵の捕集効率は高いが給水装置が必要となり、メンテナンスの負担が増加する。したがって、非常に降灰量が多い場合を除き、湿式方式はできるだけ使用しない方がよいと考えられる。1.まず既存の除塵実験装置の一部を改造し、新たなエリミネータ(エリミ)を用いて除塵実験を行った。平成5年度までの研究に用いてきたエリミは、塩ビ性の溝有エリミと鉄板製の溝無エリミであったが、今回新たに採用したエリミはアルミ製の溝有エリミである。その形状は塩ビ製エリミと殆ど同じであるが、溝の構造は異なっている。このエリミが取設できるように慣性力除塵部を一部改造した。アルミ製エリミを用いた除塵実験から得られた主な結果は以下の通りである。(1)アルミ製エリミの圧力損失は、風向に対してエリミを設置する方向でやや異なるが、従来の塩ビ製エリミと比較するとほぼ同じである。(2)アルミ製エリミの捕集効率は、圧力損失の高い方向の方が5%以上高く、塩ビ製のエリミの捕集効率とほぼ同じである。2.塩ビ製エリミと鉄板製エリミの捕集効率に関する追加実験を行い、全風速域に対して塩ビ製エリミの捕集効率の方がかなり高いことを確認した。3.塩ビ製エリミと鉄板製エリミについて、粒度別の部分捕集塵効率から全粒度に対する捕集効率を合成し、実験値と比較した。この実験は、従来行った実験の再現性を確認するための追加実験である。その結果、鉄板製エリミでは差がほとんど見られなかったが、塩ビ製エリミでは、全般的に合成捕集効率の方が実験値に比べてやや低いという結果が得られた。本実験により、従来得られた結果に再現性があることが確認された。4.スモ-クを用いることによって、比較的簡単に除塵部の流れを可視化することができ、照明方法を工夫すれば、スモ-クの挙動の写真撮影も可能であることがわかった。実験装置は昨年度と同じ装置を使用し、実験に使用する火山灰は新たに採集した。火山灰の粒度分布は捕集効率に大きな影響を与えるため、収集した火山灰を粒径別に分類した後、各粒径の火山灰を混合して標準的な粒度分布の火山灰を合成した。

空調用プレフィルターの心臓部をなす慣性力捕集部にはエリミネータを用いているが、今年度はまず、昨年度までの塩化ビニル製のエリミネータに比べて、溝の形状が異なるアルミ製のエリミネータを用いて捕集実験を行った。その結果、両者の捕集効率はよく似ているが、風速が大きくなるとアルミ製エリミの方がやや捕集効率が高くなることがわかった。次に、塩ビ製エリミを、溝が無い点以外は同じ構造を有する鉄板製のエリミと比較し、溝の有無の影響は風速が4m/s以下では小さいが、風速が大きくなると溝有の方が捕集効率が高くなること、その傾向は特に火山灰の粒子が大きくなる程強くなることを確かめた。次に、塩ビ製と鉄板製のエリミを用いて、粒径別の捕集効率(部分捕集効率)を測定した。このような測定を行った理由は、火山灰の粒度分布は採集地と季節によって異なるので、粒径別に捕集効率を測定しておき、粒径別捕集効率を合成することによってある粒度分布有する火山灰に対する捕集効率が得られば、捕集効率の実用性が高まるからである。このような方法を検証するため、部分捕集効率から合成した捕集効率とその火山灰に対する捕集効率(総合捕集効率)を比較し、前者は後者よりやや低いという傾向を有するものの、両者はほぼ一致することを確かめた。
刑事法の領域における国際人権条約の通用とその国内法への影響

国際連合において、国際刑事裁判所設立の動きが急速に高まり、かつ申請者がこの問題に具体的に関与するに至ったため、この問題をも視野に入れて研究を行った。この国際刑事裁判所設立に関する問題を中心に研究結果を報告する。国際刑事裁判所(International Criminal Court・ICC)設立構想は、旧ユ-ゴ国際刑事裁判所等の設立を契機に現実のものとして議論されることになり、国際法委員会が1994年に国際刑事裁判所規程草案を起草し、その後国連準備会議を経て、国際刑事裁判所設立に関する国連外交会議が、1998年6月にイタリアのローマで開催されることとなった。その論点は、補完性の原則、ICCの対象犯罪、罪刑法定主義、国際的一事不再理、訴えの許容性、ICCの管轄権、ICCに対する捜査共助等である。補完性の原則とは、国際刑事裁判所はあくまでも各国の刑事司法制度の補完としての役割を果たすものであり、それは国内裁判手続が、戦争や内乱等により実質的に存在しないか有効に機能していない場合のみ、その役割を果たすものであるという原則である。国際刑事裁判所が審理することのできる犯罪類型としては、当面(a)ジェノサイド、(b)侵略の罪、(c)武力紛争に適用される法と慣習の重大な違反(重大な戦争法規違反)、(d)人道に対する罪の4つのいわゆるコアクライムに限定して議論がなされている。重要な論点は、ICCの刑事手続と各国の国内刑事裁判手続との関係であり、同一の事件について既に或る国による捜査・公判手続が進行している場合、または既に確定判決がなされている場合に、ICCはなおこの事件について刑事訴追を行うことが可能か、ICCの検察官は各国の領域内において自ら捜査を行うことができるのか、締約国のICCに対する捜査共助はどのような要件の下で実施されるのか等が問題となる。刑事司法の国際化の進展に伴う国際人権条約の国内法への影響を研究するため、ヨーロッパ人権裁判所の裁判例を収集し、これを分析するとともに、収集した資料をコンピュータに入力してデータベース化する作業を進行させた。ヨーロッパ人権委員会の決定についても、刑事司法に関するもののかなりの部分については、すでに原文を収集し、同様の作業を進めている。また、国連人権規約委員会に関する先例の収集も平行して行ったが、同資料については前記3つの資料ほどは作業が進行していないので、次年度の課題となる。関係者のインタビュー等による情報収集については、国連人権規約委員会の日本意員との面談、平成7年6月にヨーロッパでの会議に出席した際に行ったヨーロッパ評議会関係者との意見交換、8月の国連会議に出席した際の各国代表との意見交換等を通して実施し、貴重な情報を得ることができた。また、本年度に特筆すべき点としては、国連を中心にして国際刑事裁判所設立の動きが急速に高まったことである。そのため、国際刑事裁判所のあるべき姿とその実現可能性、及び、国際刑事裁判所が設立された場合に、わが国の国内法与える影響等を研究した。現在のところ、この問題は、主として1994年に国連国際法委員会が起草した国際刑事裁判所規定草案を対象として議論がなされているが、今後、国連人権規約委員会やヨーロッパ人権裁判所が示してきた刑事手続に関する人権保障の原則をどこまで国際刑事裁判所の規定に盛り込むことができるかが、きわめて重要な論点になると考えられるため、その観点からの問題分析を行った。前年度に引き続き、ヨーロッパ人権裁判所の裁判例、ヨーロッパ人権委員会の決定、国連人権規約委員会に関する先例等の資料等の分析、関係者との面談・意見交換等を行った。この問題と関連して、国際刑事裁判所設立の問題についても研究を行い、その一部を論文として発表した。常設国際刑事裁判所設立の議論は、1995年と1996年に国際連合による国際刑事裁判所設立準備会議が開催されるに及んで、活発になされるようになった。

この問題に関連する論点は多岐にわたるが、主として(1)その基本的理念である「補完性の原則」、(2)国際刑事裁判所が審理することのできる対象犯罪の種類と内容、(3)国際刑事裁判所が具体的事件について管轄権をもつための要件、(4)国際刑事裁判所の刑事手続と各国の国内刑事手続との関係等が問題となる。この問題は、今後一層重要な問題として論議されるに至るものと思われる。同裁判所設立のための国連会議に、日本代表の一員として参加したため、必要な資料を入手することができた。また各国代表との意見交換等をとおして問題の検討を行うことができた。
グリッドレス法によるCAD/CAEシームレスシステムの開発

本研究は、有限要素法や差分法に代表される格子法とは異なるアプローチ、すなわちグリッドレス法をアナライザとしてCAEシステムの中核に据えることが主な目的である。グリッドレス法としては、(i)基本アルゴリズムとして移動ガラーキン法を用いる、(ii)有限要素法の剛性マトリックス作成手順を変更してグリッドレス法とする、の2つの方法を用いている。前者については、従来の手法である有限要素法との比較を行い、同等の精度が得られることを確認した。本手法では、バックグラウンドセルと称される格子状の領域が設けられその中の積分点を用いて領域積分が評価される。しかしながら、そのために、バックグラウンドセル/節点/積分点と3層のデータ構造になり、またそのため解析結果に影響を及ぼすパラメータが増えてしまうことにもなりかねない。このような背景から、第2年度目では節点ベースで積分を行うNBNメッシュレス法を新たに提唱しデータ構造の簡略化を実現した。さらに、CADシステムとの結合、ペイントブラシツールによる節点発生、などシステム化へ向けた開発を行った。一方、後者は、節点ベースのデータ構造を基にローカルかつ暫時的に要素を定義して剛性マトリックスを評価することにより、一種のメッシュレス法である。第2年度目は超並列計算機環境およびPVMを用いたクラスタ計算機環境への適用に関する研究が行われた。また、高次要素タイプのサポート、流体解析への応用、が行われた。本研究では、有限要素法や差分法に代表される格子法とは異なるアプローチ、すなわちグリッドレス法をアナライザとしてCAEシステムの中核に据えることが主な目的である。そのために、第1年度目は2次元ポアソン問題、弾性問題のグリッドレス法のプロトタイプコードを開発した。グリッドレス法としては、(i)基本アルゴリズムとして移動ガラーキン法を用いる、(ii)有限要素法の剛性マトリックス作成手順を変更してグリッドレス法とする、の2つの方法を検討した。前者については、完備性や境界条件などに関する予備的検討の後、コードの検証問題として円孔付き平板(応力集中問題)、き裂付き平板(応力特異性問題)をとりあげ、グリッドレス法と従来の有限要素法との比較を行い、同等の精度が得られることがわかった。後者については、有限要素法において要素情報を必要としない、あるいは要素の存在を意識させない解析アルゴリズム、およびその超並列計算機環境への適用に関する研究が行われた。節点ベースのデータ構造を基にローカルかつ暫時的に要素を定義して剛性マトリックスを評価することにより、一種のメッシュレス法が実現できた。また、本コードの並列化アルゴリズムの検討を行い、試行的に超並列計算機(AP1000)に実装した。第1年度目はグリッドレス法の基礎的な部分の検討を行う予定であったので、それについてはほぼ順調に研究を遂行できると言える。ただし、前者の手法については、計算精度についてはまだ検討中の部分もあり、流体解析への応用、プリプロセッサとの結合によるシステム化については、アダプティブ解析手法の確立を行った後に着手する必要がある。また、後者については、今後、本手法をより高度化するためにボロノイ分割の利用、高次要素タイプのサポート、アダプティブ解析等への適用が考えられる。しかしながら、そのために、バックグラウンドセル/節点/積分点と3層のデータ構造により、またそのため解析結果に影響を及ぼすパラメータが増えてしまうことにもなりかねない。

このような背景から、第2年度目では節点ベースで積分を行うNBNメッシュレス法を新たに提唱しデータ構造の簡略化を実現した。さらに、CADシステムとの結合、ペイントブラシツールによる節点発生、などシステム化へ向けた開発を行った。一方、後者は、節点ベースのデータ構造を基にローカルかつ暫時的に要素を定義して剛性マトリックスを評価することにより、一種のメッシュレス法である。第2年度目は超並列計算機環境およびPVMを用いたクラスタ計算機環境への適用に関する研究が行われた。また、高次要素タイプのサポート、流体解析への応用、が行われた。
チロシンキナーゼ基質分子による腫瘍転移・浸潤の制御

神経芽腫細胞株で高頻度にチロシンリン酸化を受けているドッキング分子ShcCの機能を知るために、ShcCの野生型及び各種変異体を神経芽細胞腫細胞株に導入し生化学的・生物学的影響を解析した。その結果、ShcCはそのGrb2結合部位を介して下流のPI3K-Akt経路やMAPK経路を制御しているだけでなく、野生型の過剰発現によりヌードマウスの造腫瘍能や足場非依存性増殖能に対し著明な抑制効果を持つことを明らかにした。このようなShcCの腫瘍に対する抑制的な作用はSH2ドメインを欠損したShcCでは見られず、SH2ドメインを介した作用であると考えられた。また浮遊状態での腫瘍細胞のSrcファミリーの活性がShcCの発現により抑制されることから、Srcファミリーの活性制御を介したShcCの新規機能の存在が示唆された。骨肉腫細胞株Hu09の転移性の異なる亜株群を用いて、その転移能に関わるチロシンリン酸化蛋白質の探索を行った。その結果、高転移能を有する細胞群で、細胞接着斑に集積する蛋白質パキシリンの過剰発現及びチロシンリン酸化亢進を見いだした。RNAiによりパキシリン発現を抑制すると高転移性の細胞株の運動能が下がること、SrcファミリーのキナーゼFynとパキシリンを共発現させると低転移性のの細胞株の運動能は相乗的に増加すること、パキシリンのチロシンリン酸化部位の変異体ではこのような作用は見られないことなどから、Fynキナーゼの活性化とそれによるパキシリンのチロシンリン酸化が骨肉腫細胞において協調的に運動能を制御し転移能に関わっていることが明らかになった。腫瘍細胞にしばしば見られるチロシンキナーゼの活性化は、腫瘍の増殖・転移などの特性に密接に関係していると考えられる。各種インテグリンファミリーを介する細胞接着刺激は、Src-FAK-CasやCaveolin-Fyn-Shcなど異なる経路で異なる種類のチロシンキナーゼを介して特定の細胞内基質のチロシン残基でのリン酸化を引き起こす。神経芽細胞腫の細胞株でチロシンリン酸化したドッキング分子ShcCと複合体を形成したチロシンキナーゼを精製し、質量分析でその主成分である150-200kDの蛋白質がALKであることを決定した。ALKの活性化が見られる複数の細胞では、N-mycと共にALKの増幅が認められこれが活性化の原因と考えられた。更にShcCのドミナントネガティブ体がALKの増幅した神経芽腫細胞でヌードマウスにおける造腫瘍能を著明に抑制することを見出した。またマウスの転移性の異なる同系のメラノーマ腫瘍株を材料に用いて、リン酸化チロシン抗体カラムによる粗精製と質量分析によりチロシンリン酸化の変化する蛋白質群を検出する方法を確立した。得られた蛋白質の構造と機能の解析が進行中である。その中で細胞運動に関わるドッキング分子Casは非転移性株に比べ転移性株でフィブロネクチン刺激前後のチロシンリン酸化の変化が著明に増加していることから、チロシンキナーゼ・ホスファターゼの制御でCasチロシンリン酸化レベルが大きく変動することがこれらのメラノーマ細胞における転移能に関わることが示唆された。今年度にCas蛋白質の各種変異体と部位特異的なリン酸化Casの抗体を作成し、現在、Casのそれぞれのチロシンリン酸化部位の機能解析と、その結合阻害による腫瘍細胞の運動能・転移能に与える影響の検討を行っている。ドッキング分子CasはSrcファミリーのシグナルを伝えることにより細胞運動や形質転換を制御する分子であることを示したが、Cas欠損細胞と各種変異体を用いた実験で、Casに繰り返して存在するYDxPモチーフがアクチンストレスファイバーの形成と細胞運動能に必須であるのに対し、CasのSrc結合領域は、細胞運動とSrcによる形質転換に最も重要な領域であることがわかった。Casの各リン酸化部位の腫瘍細胞における役割を更に理解するため、Casの6種類のチロシンリン酸化モチーフに対するリン酸化特異的抗体を作成し、腫瘍細胞の運動や細胞接着におけるCas個々のチロシンのリン酸化の状態変化を観察した。これらの実験によってCasの主要リン酸化部位であるYDxPモチーフのリン酸化・脱リン酸化が細胞運動を制御していることが明らかになった。一方、神経芽腫細胞株およびヒト神経芽腫組織の約10%において、遺伝子増幅によって受容体型チロシンキナーゼであるALKが活性化して、下流のドッキング分子ShcCの過度のリン酸化および、ALK-ShcCの安定した複合体形成がおこり、最終的にMAPK経路の活性化がおこるというメカニズムを始めて見出した。この神経芽細胞腫のシステムで、ShcCのドミナントネガティブ変異体の発現により、レチノイン酸による分化誘導後も突起の形成がほぼ消失し、ヌードマウスによる造腫瘍能も顕著に抑制された。この組織を調べると細胞増殖関連抗原のMIB-1とcyclin Aの発現が抑制されていることから、ALK-ShcCを介するシグナル経路がこうした腫瘍細胞の細胞周期の進行に関与していることが示唆された。またALKキナーゼの活性化している神経芽腫で、ALKの発現をRNAiによって抑えると腫瘍細胞がMAPKとAKTのリン酸化を抑えると同時に細胞がアポトーシスに向かうことが観察された。マウスメラノーマK-1735の高転移株群において、Fynチロシンキナーゼの活性化と、それに伴い強くリン酸化された85kDの蛋白質CortactinとFynとの複合体形成が検出された。

同系の低転移株と比較すると、Cortactinはリン酸化だけでなく発現量も著明に上昇していた。高転移株ではフィブロネクチン上への接着刺激の後、約1時間からCortactin蛋白質の発現誘導がみられ、2-5時間をピークとしたFynの活性化とCortactinの強いリン酸化が認められた。これらの変化はde novoの蛋白質合成を阻害すると消失し、また同系の低転移株では観察されなかった。Cortactinないし他のドッキング分子の誘導に伴うFynの活性化が、細胞の転移能に関わる可能性を考えている。一方、ヒト神経芽腫細胞株および組織の約10%において、遺伝子増幅によって受容体型チロシンキナーゼであるALKが活性化して、下流のドッキング分子ShcCの著明なチロシンリン酸化が起こっていたが、このような細胞ではShcCのドミナントネガティブ変異体の発現により、レチノイン酸による分化誘導後も突起の形成がほぼ消失し、ヌードマウスによる造腫瘍能も顕著に抑制された。それに対しShcC過剰発現では細胞の運動能は亢進しており、ヌードマウスの造腫瘍能や足場非依存性増殖能はむしろ著明に抑制され、このような効果はすべてSH2領域を欠損するShcCでは認められないことから、ShcCはSH2を介して、報告されているShcAの機能とは異なる形質転換に対する抑制的効果を持つことが示唆された。神経芽腫細胞株で高頻度にチロシンリン酸化を受けているドッキング分子ShcCの機能を知るために、ShcCの野生型及び各種変異体を神経芽細胞腫細胞株に導入し生化学的・生物学的影響を解析した。その結果、ShcCはそのGrb2結合部位を介して下流のPI3K-Akt経路やMAPK経路を制御しているだけでなく、野生型の過剰発現によりヌードマウスの造腫瘍能や足場非依存性増殖能に対し著明な抑制効果を持つことを明らかにした。このようなShcCの腫瘍に対する抑制的な作用はSH2ドメインを欠損したShcCでは見られず、SH2ドメインを介した作用であると考えられた。また浮遊状態での腫瘍細胞のSrcファミリーの活性がShcCの発現により抑制されることから、Srcファミリーの活性制御を介したShcCの新規機能の存在が示唆された。骨肉腫細胞株Hu09の転移性の異なる亜株群を用いて、その転移能に関わるチロシンリン酸化蛋白質の探索を行った。その結果、高転移能を有する細胞群で、細胞接着斑に集積する蛋白質パキシリンの過剰発現及びチロシンリン酸化亢進を見いだした。RNAiによりパキシリン発現を抑制すると高転移性の細胞株の運動能が下がること、SrcファミリーのキナーゼFynとパキシリンを共発現させると低転移性のの細胞株の運動能は相乗的に増加すること、パキシリンのチロシンリン酸化部位の変異体ではこのような作用は見られないことなどから、Fynキナーゼの活性化とそれによるパキシリンのチロシンリン酸化が骨肉腫細胞において協調的に運動能を制御し転移能に関わっていることが明らかになった。
光誘起電子移動をトリガーとする化学増幅型反応系の構築と反応制御

ジオキセタンやエンド型環状過酸化物は一電子酸化あるいは還元によって連鎖的に反応し、一重項酸素や化学発光を与える。本研究では、それらの素材分子のオリゴマーを合成し、光誘起電子移動で駆動する電子リレー反応系の構築を試みた。また、増感剤を用いるそれらの光反応と制御にっいても検討した。ハロゲン、ヒドロキシル基、ヒドロキシメチル基、アミノ基などの連結官能基を導入したポリメチルナフタレンやジアリールジオキサンの合成と、連結基としてトリヨードベンゼン、エチニルベンゼン、フタル酸、およびそれらの誘導体を用いる、直鎖型、側鎖型、デンドリマー型などの前駆体の合成も試みた。増感酸素化による多元化ペルオキシドの合成も行った。9,10-ジシアノアントラセンやピレンなどの増感剤を用い、上記の多元ペルオキシドの光誘起電子移動反応を行った。その結果、脱酸素化が起こることがわかった。生成物分析の結果、一重項酸素が発生していることがわかった。発生する一重項酸素の収率をその発光強度をもとに定量することを試みたところ70%程度であった。しかしながらそれは再現性のないものであった。最近、その原因が測定機器の設計不良と故障が重なっていたことにあることがわかった。機器の改良と修復を完了し、当初予定していた増感剤や溶媒効果の検討も行っている。エンドペルオキシドやジオキセタンは一電子酸化あるいは還元によって連鎖的に反応し、一重項酸素や化学発光を与える。また、増感剤を用いるそれらの光反応と制御についても検討した。今年度は主に以下のような合成実験を行った。ハロゲン、ヒドロキシル基、ヒドロキシメチル基、アミノ基などの連結官能基を導入したポリメチルナフタレンやジアリールジオキサンの合成と、連結基としてトリヨードベンゼン、エチニルベンゼン、フタル酸、およびそれらの誘導体を用いる、直鎖型、側鎖型、デンドリマー型などの前駆体の合成を行った。詳しい生成物分析を行うとともに、発生する一重項酸素や発光強度を定量する計画である。また、増感剤や溶媒の効果も検討する予定である。一電子酸化あるいは還元によって環状過酸化物やdioxetaneは連鎖的に反応し、一重項酸素や化学発光を与える。本研究では、それらの素材分子を化学的に連結させてオリゴマーを合成し、光誘起電子移動で駆動する増幅反応系の構築を試みた。また、それらの光反応と制御について、増感剤を用いる方法も検討した。クロスカップリングやエステル化、あるいはアミド化のための連結官能基を導入したポリメチルナフタレンやジアリールジオキサンの合成を行った。つぎに、連結基としてトリヨードベンゼン、エチニルベンゼン、フタル酸、およびそれらの誘導体を用いる、直鎖型、側鎖型、デンドリマー型などの前駆体の合成を行った。多環芳香族、たとえばDCAやDCNなどの増感剤を用い、上記の多元ペルオキシドの光誘起電子移動反応を行った。生成物分析や捕捉実験の結果、一重項酸素が発生していることもわかった。発生する一重項酸素をその発光強度をもとに定量し、生成物の収率からの増幅反応の度合いとの関連を検討した。その結果、増幅反応を起こるものの、一重項酸素の(見かけの)生成効率は2050%と低いものだった。これは、生成物アルケンによる消光反応が起こっているためであることがわかった。
データマイニングを用いた材料設計シミュレーション基盤システム

近年ではGPGPUやマルチコア計算機のように小規模中規模の計算資源が大量かつ安価である.また,計算化学や計算物理のプログラムも成熟している.一方,計算結果の実体は大量の数値データであり,多数の計算結果を有効利用するためにはデータの自動処理が必要である.本課題では基礎的な性能評価を行って取り扱い可能な系サイズを検討し,さらにデータマイニング技術を用いて結果データ中の分子構造の分類を試みた.その結果,炭素原子10個程度までであれば大量のシミュレーション実行が可能であることがわかった.さらに,試験的に分子の構造の自動分類を行い,人間が分子の構造を分類するのと同様のルールを自動抽出できた.1.本課題に近い内容を扱うのはケモインフォマティクス分野である.そこでケモインフォマティクスの研究状況およびこれまでに得られている知見を調査した.その結果,単一分子の3次元構造の自動生成は材料設計パッケージに組み込まれていてすでに利用しており,結果データにおける3次元構造の認識についてはすでにいくつかの知見があってそれらを利用することが有益であることがわかった.具体的な利用方法については引き続き検討していく.2.シミュレーションの結果得られるデータを適切に自動処理し,次にシミュレーション実行すべき条件の設定を自動的に行うことが本課題の中核となるが,そこで使用する技術要素はデータファイルにおける文字列処理である.ファイルの取り扱いと文字列処理を行うのに適したプログラミング言語はPerlであるため,Perlを用いた開発準備を行っている.3.流体シミュレーションはもともと流体力学で発達したが,近年では材料設計においても複数のシミュレーション手法を同時に使用する連成計算の構成要素として注目されている.これは,分子レベルの運動を分子動力学法やモンテカルロ法などの微視的なシミュレーションで模擬し,同時に材料の弾性体としてのマクロな性質を有限要素法などの流体シミュレーション手法で模擬するものである.そのため流体シミュレーションを行うことでより公汎な材料を扱えることが期待できる.そこで今年度は流体シミュレーションの高速化を目指し,GPGPU上で流体シミュレーションプログラムの開発および性能評価を行った.4.材料設計分野でよく用いられるシミュレーション手法の一つに分子動力学法があり,シミュレーションの高速実行技術が不可欠である.そこで近年高性能計算プラットフォームとして注目されているマルチコア計算機上での性能評価を行った.近年ではGPGPUやマルチコア計算機,グリッド/クラウドコンピューティング環境が容易に利用できるようになってきている.これらは小規模中規模の計算資源とみることができ,大量かつ安価である.また,計算化学や計算物理のプログラムも成熟してきており,それらを利用して誰でも容易に大量の材料設計計算を行うことができる.一方,計算結果の実体は大量の数値データであり,多数の計算結果を有効利用するためにはデータの自動処理が必要である.しかし,材料設計関連分野におけるデータの自動処理技術は,まだ開発の余地がある.一般的なデータ処理技術に目を向けると,近年ではいわゆるデータマイニング技術が成熟してきており,主要な手法が誰でも容易に利用できる環境が整ってきている.そこで本課題は,計算結果の自動データ処理に基づく材料設計を目標として,研究開発を行った.平成25年度は基礎的な性能評価を行って取り扱い可能な系サイズを検討し,さらにデータマイニング技術を用いて結果データ中の分子構造の分類を試みた.まず,Gaussian09の標準的な計算方法と基底関数の組み合わせにおける実行時間を調べた.その結果,電子相関を考慮した基礎的な計算では,炭素原子10個程度までならデスクトップPCでも扱えることがわかった.さらに,決定木を用いて計算結果得られる分子構造の自動分類を試みた.その結果,おおむね妥当と考えられる分岐規則を自動的に得ることができた.今後の課題は計算結果の自動分類をさらに検討していくことである.より複雑な分子では,異性体も複雑かつ多種類になるため,そのような分子でも適切に分類できる手法を検討する.また,現段階ではシステムを部分的に実装しており,システム全体として機能するに至っていないので,一通り実装を終えることも今後の課題である.近年ではGPGPUやマルチコア計算機のように小規模中規模の計算資源が大量かつ安価である.また,計算化学や計算物理のプログラムも成熟している.一方,計算結果の実体は大量の数値データであり,多数の計算結果を有効利用するためにはデータの自動処理が必要である.本課題では基礎的な性能評価を行って取り扱い可能な系サイズを検討し,さらにデータマイニング技術を用いて結果データ中の分子構造の分類を試みた.その結果,炭素原子10個程度までであれば大量のシミュレーション実行が可能であることがわかった.さらに,試験的に分子の構造の自動分類を行い,人間が分子の構造を分類するのと同様のルールを自動抽出できた.いわゆるデータマイニングには様々な手法があり,1つの問題に複数の手法が適用可能であるとともに,手法により様々な性質があるので,目的にあった手法を使用するにはある程度トライアンドエラーを行い,既知の結果が目的にあう形式で実際に抽出できるかどうかを確認する必要がある.すでに複数ジョブを投入する基礎システムはあるため,今年度は結果出力を扱うような,以下の内容を実施した.1.試験データを用いて連関規則の適用を試みた.連関規則では,基本的に「成功」「失敗」のような,所属するカテゴリーを表す質的変数しか扱えないので,原子間距離のような量的変数を扱う場合は何らかの手法で質的変数に変換する必要がある.そこで,数値範囲を設定してそこに入る場合は1,入らない場合は0で表現するダミー変数を使用した.そして,原子の初期配置が安定構造から離れる割合と,終了条件を満たすまでの計算繰り返し回数を,想定したシナリオに従って人為的に作成し,ダミー変数で表現したデータを用意した.