ISSN佐賀大2435-2578

学

理工学部集報第49巻 第2号
目
博士論文要旨及び審査要旨公表

次………………………………………………………………………………………１

令和２年１２月

佐賀大学理工学部

博士論文要旨及び審査要旨公表

佐賀大学大学院工学系研究科において，博士の学位を授与したので，学位規則（昭和28年文部省令第９号）第８条の規定に基づき，その論文の内容の要旨及び論文審査の結果の要旨をここに公表する。

博士論文審査報告

氏 名（本籍）
学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附
学位論文題名胡 叢余 （中華人民共和国）
博士（工学）
甲第 662 号
令和 2 年 9 月 30 日
Low temperature growth of gallium
oxide based wide bandgap
semiconductors（酸化ガリウム系ワイドギャップ半導体の低温成長）

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

1

pulsed laser deposition. Oxygen radical was generated by an
inductively coupled plasma source and effect of radio
frequency (RF) power on growth rate was investigated. Filmgrown with plasma assistance showed 2.7 times faster
growth rate. X-ray diffraction and Raman spectroscopy
analysis showed that β-Ga2O3 films can be grown withplasma assistance at 500℃ is single crystal. Roughness offilms decreased when the RF power of plasma treatment

教 授
〃
〃
〃

increased. Transmittance of these films was at least 80%

郭其 新
大 石 敏 之田 中徹
高 橋 和 敏and showed sharp absorption edge at 250 nm which wasconsistent with data previously reported.
In Chapter 4, monoclinic β-Ga2O3 thin films with(-201) orientation have been fabricated at substrate

論文内容の要旨

temperature as low as 200℃ by using plasma assisted pulsed

Wide bandgap semiconductors have been an area of
research that received great amount of attention fromresearchers due to their potential application insolid-state lighting, high power devices, ultraviolet
region optoelectronic devices and efficiency hostmaterials for rare earth (RE) ions. Among various widebandgap materials, β-Ga2O3 stands out due to its large
bandgap,chemical

andphysicalstabilities,

androbustness in extreme environment (high temperatures,
intense radiation, and corrosion). However, development
in deposition technology for β-Ga2O3 still largely inlaboratory

phase.

Pulsedlaser

deposition(PLD)

technology is a potential useful for β-Ga2O3 deposition.
Problems in PLD such as crystalline quality and growthrate can be resolved by adding a remote plasma generator

In Chapter 1, background information will be provided

2,

growthmechanism

300 to 1000 nm. Structural characterization from X-ray
diffraction as well as Raman spectra analysis demonstrated
the monoclinic structure of the films grown at a substratetemperature of 200℃. Crystalline β-Ga2O3 film depositedat 200℃ showed similar growth rate as well as optical
bandgap values with films grown at higher temperaturesfrom 300 to 500℃, indicating the enhanced reaction between
gallium and oxygen species during the deposition processwith the assistant of plasma at low temperature. The lowtemperature growth of β-Ga2O3 film paves the way to becompatible

and

film

characterization method used in this dissertation are
introduced.
In Chapter 3, we investigate gallium oxide depositedon c-plane sapphire substrates by oxygen plasma-assisted

with

the

establishedlithographyofsemiconductor microfabrication processes.
In Chapter 5, we report on impacts of oxygen radicalfor(AlGa)2O3

films

grown

on

sapphire

substrates by pulsed laser deposition. All the films
showedrelating to topic in this dissertation.
Chapterover 80% with clear fringes in the wavelength range fromambient

to provide radical oxygen growth background.

In

laser deposition. The film showed high transmittance ofmonoclinic

crystalstructure

and

high

transmittance in the ultraviolet and visible wavelength
range. The surface roughness was less than 3 nm for all
films and the surface morphology has changed by

博士論文審査報告

2

applying oxygen radical ambient. The growth rate was fasterin oxygen radical ambient comparing with conventional
oxygen ambient. Oxygen radical ambient has influences on
the crystal quality of the (AlGa)2O3 films. The Ga content inβ-(AlGa)2O3 films grown with oxygen plasma assistance washigher than that without oxygen plasma, indicating the
suppression of the re-evaporation of Ga related species fromthe film surface by plasma assistance during the PLD
process.
In Chapter 6, low temperature growth of β-(AlGa)2O3
films has been realized by oxygen radical assisted pulsed
laser deposition. The prepared films show good (-201)
orientation perpendicular to the (0001) sapphire substrateeven at a deposition temperature as low as 200℃. The
influences of substrate temperature on structural and opticalproperties of the films have been systematically investigated.
All the films grown at substrate temperatures from 100 to
500℃ possess high transmittance of over 90% in theultraviolet and visible range. Abrupt bandgap value variation
has been observed for films deposited at substratetemperatures higher than 100 ℃, which agrees with theamorphous to crystalline transition temperature evidenced by
X-ray diffraction. The film thickness decreasing speed with
substrate temperature is much slower for (AlGa)2O3 films
grown with oxygen radical assistance, indicating the
suppressing of the evaporation of volatile species with thehelp of oxygen radical. The low temperature growth of β(AlGa)2O3 film paves the way to be compatible with theestablished lithography of semiconductor microfabrication
processes.
In Chapter 7, a summary of this dissertation ispresented.

博士論文審査報告

3の成長速度の基板温度依存性を調べた結果、ほとん

論文審査結果の要旨
酸化ガリウム(Ga2O3)化合物半導体は、安定な単斜晶系構造を有しており、直接遷移型のバンド構造を持ち、バンドギャップが 4.9eV であることから、パワーデバイス材料として期待されている。また、波長に換算すると約 253nm と深紫外（Deep UV: DUV）
光に相当し、高輝度 DUV 固体光源材としても有用である。
さらに、この Ga2O3 材料に Al を添加すれば、ウルトラワイドバンドギャップを持つ (AlGa)2O3 半
導体薄膜の作製ができ、大きな注目を集めている。
本論文では，酸素プラズマアシストによるパルスレーザー堆積法用いて Ga2O3 及び(AlGa)2O3 の薄膜成長を行い、成長速度等の特性、得られた膜の結晶性及び光学特性などを明らかにし、酸素プラズマの導入により、薄膜の結晶成長の低温化の実現が可能であることを見出している。
本論文は、第１章から第 7 章で構成されている。
第１章では、本研究の背景、目的及び内容を概説している。
第 2 章では、本研究で用いられた薄膜の成長方法
及び各種評価方法を述べている。
第 3 章では、酸素プラズマアシストによるパルス
レ ー ザ ー 堆 積 法を 用 い て、 サ フ ァ イ ア 基板 上 にGa2O3 薄膜成長を行い、Ｘ線回折法、ラマン分光法
等の分析手法を用いて評価することにより、酸素プ
ラズマを使わない従来手法に比べ 2.7 倍の速度で高品質の Ga2O3 薄膜が得られることを見出している。
また、原子間力顕微鏡により、作製された Ga2O3 薄膜の表面形態と酸素プラズマに印加された高周波電力パワーとの相関性を明らかにしている。

ど変化しないことが分かり、酸素プラズマを使わな
い従来手法に比べ薄膜の成長プロセスにおいて高温領域での基板上の原子の再蒸発が抑制されていることを明らかにしている。
第 5 章では、酸素プラズマアシストによるパルス
レーザー堆積法を用いて(AlGa)2O3 薄膜成長と評価について述べている。Ｘ線回折法、ラマン分光法等で得られたデータを解析した結果、酸素プラズマを導入することにより、 (AlGa)2O3 薄膜の結晶性、光学特性が改善されることを見出している。また、X
線光電子分光法を用いて、(AlGa)2O3 薄膜の Al と Ga
原子の化学結合状態及び組成比について調べ、Al 原子に比べ Ga 原子の再蒸発がより効果的に抑制されていることを明らかにしている。
第 6 章では、酸素プラズマアシストによるパルス
レーザー堆積法を用いて(AlGa)2O3 薄膜成長過程での温度効果について述べている。酸素プラズマの高周波電力パワーを一定とし、基板温度を 100 から
500℃まで変化させて成長された(AlGa)2O3 薄膜について、原子間力顕微鏡、X 線回折法、X 線光電子分光法より調べた結果、基板温度が成長された薄膜の組成、結晶性、光学特性に大きな影響を及ぼしていることを明らかにし、酸素プラズマの導入が(AlGa)2O3 薄膜の結晶成長の低温化の実現に有効であることを実証している。
第 7 章では、本研究で得られた成果についてまとめられている。
以上のように、本論文の研究内容は工学的に貴重な知見が多く含み、工学の進展に寄与するところが大きいと認められる。また、これまで、３編の査読付論文が国際的に著名な学術論文誌に掲載され、高く評価されている。令和２年８月１７日に実施した第 4 章では、酸素プラズマに印加された高周波電学位論文公聴会においても種々の質問がなされ、い力パワーを 300W 一定とし、基板温度を変化させずれも著者の説明により質問者の理解が得られた。

Ga2O3 薄膜成長を行い、200℃という低い基板温度で以上の審査結果に基づき、本論文は博士（工学）のGa2O3 薄膜結晶の作製に成功している。また、薄膜

学位を授与するに値すると判断され、審査員全員一4致で合格と判定した。

博士論文審査報告

博士論文審査報告

氏 名（本籍）
学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附
学位論文題名謝 冉 （中華人民共和国）
博士（学術）
甲第 663 号
令和 2 年 9 月 30 日
中国化粧品流通のメーカー主導
チャネル分析

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教 授 張
韓 模
〃
宮 脇 博 巳〃小 島 昌 一〃中 尾 友香梨

論文内容の要旨
近年、中国の化粧品業界は急成長を遂げた業界の一つとして注目されている。1978 年の改革開放政策の実施により、外資系化粧品企業や外資系小売企業
が中国市場に進出し、中国は流通近代化の新たな段階に入った。日本では 30 年～40 年ほどかけて進行
してきた流通チャネルの進化が、この 10 年で一度に起きていると言われる。しかし日本やアメリカとは異なって、中国においてはチャネル戦略に関する研究は殆ど進んでいない。
このような問題意識を持ちながら、本研究は中国化粧品の製・配・販・消費の４つのそれぞれの段階
において、流通チャネルの特徴を分析し、化粧品流
通チャネルの中国モデルを明らかにすることを目的とする。本研究は 7 章の構成である。
第 1 章では、本研究の問題意識と背景、研究の目
的、研究方法について述べた。
第 2 章では、中国化粧品流通チャネルの歴史を考察し、地方都市と大都市では化粧品が流通している
チャネルが異なっていることを明らかにした。
第 3 章では、化粧品流通の中で、卸売業者の実態を分析した。その結果、従来の卸売業者との取引が減少する一方、地域代理商という新たな卸売商が増加していることが明らかになった。従来の独立した卸売業者を通して製品を小売業者に販売する流通経路は、メーカーが管理、コントロールできる地域代
理商を通じて小売業者に販売する流通経路に転換している。つまり、化粧品メーカーは地域代理商を通じて、卸売段階まで流通チャネルをコントロールすることになった。
第 4 章では、小売業者や大型小売店が成長している中で、化粧品流通チャネルの主導権の所在について分析した。小売市場が成長し、小売企業の販売力・仕入力・納入業者との交渉力が増加する中で、化粧品販売はまだ主にカウンセリング方式で販売されている。中国の化粧品販売の大部分は従来のようにメ5ーカーが価格を規定し、自らの手で販売する。化粧品メーカーはスーパーにおいてさえコーナー販売を通して、大型小売店まで自社がコントロールしているチャネルを実現したことを明らかにした。
第 5 章では、2003 年以降各化粧品メーカーが多く利用する化粧品専門店の実態を分析した。化粧品専門店は地方都市の中低所得層をターゲットにするものだけではなく、高価格帯を中心とする化粧品専門店も存在している。また、化粧品専門店は地方都市だけではなく、大都市においても成長していることを明らかにした。つまり先行研究が指摘した中低価
格帯＝地方都市と中高価格帯＝大都市図式だけでな
く、中低価格帯＝大都市のいずれも、化粧品専門店
チェーンが成長してきたのであり、これが 2003 年の急激な生産増、2005 年以降の成長につながっていることを明らかにした。
第 6 章では、化粧品を購入する消費者購買の特性を明らかにするために、中国消費者を対象にアンケートを実施し、統計分析を行った。Hawkins らの研究によると、購買行動は購買関与度と製品判断力の２要因で規定される。日本の場合、化粧品購買は消費者の高関与と低判断力から低関与と高判断力に変化してきたことがわかっている。この点に関連して、中国を対象にアンケート調査をして分析した結果、中国の消費者はチャネルごとに信頼性を求めていること、またチャネルを問わず節約志向が盛んである
ことが明らかになった。このことは消費者の高関与と低判断力の購買行動を意味し、また現在進行しているメーカー主導型チャネルが成り立っていることを裏付ける。最後の第 7 章は本研究のまとめと課題である。
以上、本研究は、中国化粧品の製・配・販・消費の４つのそれぞれの段階においてチャネルを分析し、メーカー主導の流通チャネル、すなわち化粧品流通
チャネルの中国モデルを明らかにした。このような研究結果により、地元化粧品メーカーがシェアを伸ばすための施策を提案するなど有用な知見が示されている。
令和 2 年 8 月 3 日に実施した博士論文公聴会においても種々の質問がなされ、いずれも著者の説明により質問者の理解が得られた。また、本研究は、審査付学術論文 3 編、学会発表 5 件等で報告されており、著者は研究者としての十分な能力を有していると言える。
以上の審査結果に基づき、本論文は博士（学術）の学位を授与するに値すると判断され、審査員全員一致で合格と判定した。

博士論文審査報告

6

論文審査結果の要旨
学位申請者、謝冉氏に対して、博士論文審査終了後に最終試験を実施すること、および試験の内容は博士論文に関連する内容について口述試験を行うことを事前に通知し、令和 2 年 8 月 3 日に実施した。
口述試験は博士論文を中心として、これに関連する内容について行った。流通チャネルの定義、関与度の測定方法、大都市と地方都市の流通チャネルの違い、化粧品専門店の状況について質問が行われ、申請者自身の研究成果を踏まえた適切な説明がなされた。さらに申請者は、口述試験から経営学やマー
ケティング学に関して十分な知識と理論構成力を有していると判断された。
以上に述べたように、本申請者は博士論文を中心とした最終試験では、いずれも充分な内容の知見を示し、最終試験の結果は合格であると審査員全員で
判定した。

7

博士論文審査報告

氏

名（本籍）も期待できる。今まで M4(OH)6X2 シリーズにおいて学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附

MD. MAHBUBUR RAHMAN BHUIYAN（バングラデシュ人民共和国）
博士（理学）
甲第 664 号
令和 2 年 9 月 30 日

学位論文題名

Study on magnetism in

ピン液体→長距離秩序と磁性が系統的に変化する傾MgCo3(OH)6Cl2，MgFe3(OH)6Cl2 等が合成され，磁気モーメントの増大に従い，スピン液体→部分ス
向が見出されている。本論文は上記磁性変化傾向を

kagome-lattice compound

確定させるために，遷移金属水酸ハロゲン化物質群

MgMn3(OH)6Cl2(カゴメ格子物質 MgMn3(OH)6Cl2の磁性に関する研究)
論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃

カゴメ格子系物質 ZnCu3(OH)6Cl2，nCo3(OH)6Cl2，

でもっとも磁気モーメントの大きい

MgMn3(OH)6Cl2 の創製を行い，この物質創製と磁性解明を行ったものをまとめたものであり，全４章で構成されている。第１章は序論として幾何学的フ

教

授
〃
准教授
〃

鄭
杉
山
真

光

ラストレーションが引き起す新奇磁性について概論

山
晃
内 一 宏
一
木

した後，本研究の目的と意義を記している。第 2 章

旭

論文内容の要旨
幾何学的フラストレーション磁性体は，スピン相互作用の競合のために通常の磁気秩序相には転移せず，スピンアイス，スピン液体，部分秩序状態，ス
ピン・ネマティックのような新奇な量子磁気状態の出現が観測または予想されている。一方でマルチフェロイックと言われる強誘電・磁性共存現象の原因であり，相互作用の競合の不安定性が電気磁気関連
物性に劇的な変化をもたらすと予想されるため，応用面でも注目されている。新奇フラストレーション
物性が期待される磁気モーメントの配置としては，三角格子，カゴメ格子，四面体構造を持つパイロク
ロア格子等が挙げられる。中でもカゴメ格子系については強いフラストレーションの存在と及びスピン液体等の新規量子特性の出現からもっとも盛んに研究されているが，スピン液体の発生機構などに関してはまだ理論的に解明されていないところが多い。
一方，佐賀大学グループは近年新しい幾何学的フラストレーション物質として遷移金属水酸ハロゲン化物質群 M4(OH)6X2 (M : 3d 遷移金属イオン、X : ハ
ロゲンイオン)の磁性に着目し，物質創製と磁性解明を進めてきた。本物質群の特徴はｄ電子磁性イオンが三角格子や四面体構造を形成するため多様な結晶構造を持ち，豊富な磁気特性を示す点である。特に四面体構造は三角格子面とカゴメ格子面の交互積み
重ねから構成されていると見なせるため，三角格子
サイトの磁気イオンを非磁性イオンで置換すること
によって理想的なカゴメ格子の創製および磁性発現では本研究に用いた物質合成法，結晶構造解析法と各種磁性評価法が記述されている。第 3 章ではカゴ
メ格子物質 MgMn3(OH)6Cl2 の結晶構造の解析を行い，目的物質の合成に成功したことを明らかにしている。更に，基本磁性をマクロ及びミクロな実験手段により調査し，磁気フラストレーションの存在及び低温での反強磁性転移を明らかにしている。

MgMn3(OH)6Cl2 は古典ハイゼンベルグスピン系と見なすことができ，母体物質と比べてフラストレーションは軽減されることを明らかにしている。更に，
中性子回折実験より磁気構造を精査し，カゴメ格子
反強磁性体特有の磁気構造として理論的に予測されたスピンカイラリティ＋1 磁気構造の形成を実験的に初めて示している。第 4 章では以上の研究結果をまとめ，フラストレーション磁性研究領域に対する貢献と影響について述べている。以上，本論文は新
規幾何学的フラストレーション磁性体を創製し、結晶構造および基本磁性を解明した。本研究は幾何学的フラストレーション研究に興味深い新物質系を提示し、新奇磁気状態を解明する上で有用な知見が示されている。

論文審査結果の要旨
学位申請者、MD. MAHBUBUR RAHMAN BHUIYAN 氏に対して，博士論文審査終了後に最終試験を実施する
こと，および試験の内容は博士論文に関連する内容
について口述試験をおこなうことを事前に通知し，
令和２年８月２８日に実施した。
口述試験は博士論文を中心として、これに関連ある内容について行った。幾何学的フラストレーショ

8

博士論文審査報告

ンについて、特に、物質構造と磁気秩序との関係や研究手法について問うたところ、申請者自身の研究成果を踏まえた適切な説明がなされた。さらに申請者は、口述試験から物性物理学に関して十分な知識と理論構成力を有していると判断された。
以上に述べたように、本申請者は博士論文を中心とした最終試験では、いずれも充分な内容の知見を示し、最終試験の結果は合格であると審査員全員で判定した。

博士論文審査報告

氏 名（本籍）
学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附
学位論文題名HE YUNAN （中華人民共和国）
博士（工学）
甲第 665号
令和 2 年 9 月 30 日
Cognitive System for the Controlof Myoelectric Hands（筋電ハンド制御のための認知システム）

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教 授
〃
准教授
〃

福 田
修
奥 村
浩
山 口 暢 彦中 山 功 一

論文内容の要旨
世界には，事故や疾病などで手や足を失った切断者が 1000 万人程存在し，そのうちの 300 万人が上肢の切断者である．本論文は，上肢切断者が失った自身の手の代用として使用する筋電ハンドに関するもので，5 章から構成されている．
第 1 章では，まず人間の手と脳の関係から議論を深めている．人間は手や道具を使うことで，他の動物には類をみない程の進化を遂げたが，事実，脳の運動野における手・指の領域は，他の身体部位に比べて極めて大きな割合を占めている．これは，人間の手・指の制御が如何に多様・柔軟で複雑であるかを示すとともに，失った手を工学的に再現することの困難さを説明している．従来から，筋電位信号を電動義手のインタフェースに利用することが数多く試みられてきたが，未だにその自由度は 10 動作程度にとどまっており，この技術の発展は大きな困難に直面している．本論文は，この問題に対して，近年，
パターン認識などの分野で，その精度を飛躍的に向上させた深層学習の技術を導入し，切断者の動作意
図を高精度に推定することを試みている．この方法
では，筋電位信号の静的なパターン情報と，時系列的な動的情報を組み合わせることを提案しており，
著名なデータセットを用いたベンチマークでは，従来手法を上回る推定精度を実現している．この成果は，世界的にも極めて高いレベルのパフォーマンス
を実現したが，その一方で筋電位信号のみをインタ
フェースに用いる従来手法の限界と，新たなインタ
フェースシステムを開発する必要性を強く示唆する結果となった
第 2 章では新たなインタフェースを実現するブ
レークスルーとして，システムにビジョンセンサを導入することを提案し，筋電位信号とのセンサフュ
ージョンシステムを構築している．ビジョンセンサ
から得られた情報から，把持対象物を認識する仕組

9

みを，深層畳み込みニューラルネットに基づく物体
認識アルゴリズムにより実現し，さらに，計算負荷を分散する観点から，ネットワークを利用したクライアント・サーバーシステムを構築している．クライアントには，シングルボードコンピュータを利用している．このコンピュータは，ビジョンセンサによる対象物撮影と，撮影画像のサーバーへの転送を管理するとともに，サーバーコンピュータから受信した制御コマンドに応じて，電動義手の関節角を制御する．サーバーには，汎用 GPU プロセッサを搭載しており，転送された画像から対象物を認識する深層学習のプログラムが高速に実行される．物体を認識するという能力は，単にその物体のラベルを分類するだけにとどまらず，その物体が有する属性を理解し，義手がとるべき動作を計画することを可能にする．プロトタイプを使った実証実験では，一般対象物の認識を高精度に実現するとともに，その物体の属性に応じた把持動作の制御を実現している．また，サーバシステムを利用することで，高速な画像認識処理を実現している．以上の実験を通して，提案システムの性能を明らかにしている．
第 3 章では，物体認識に加えて空間認知機能の導入を検討している．この機能では，対象物のカテゴリを認識すると同時に，その対象物の 6 自由度の位
置・姿勢（x, y, z, ロール，ピッチ，ヨー），および筋電ハンドの 6 自由度の位置・姿勢（x, y, z, ロール，ピッチ，ヨー）を推定する．これらの情報に基づいて相互の位置や姿勢の関係を把握するために，
慣性計測ユニット（IMU）センサを新たにシステムに導入し，より高度なセンサフュージョンを実現している．また，システムが空間認知した対象物をデジ
タルツインとして，実空間に拡張現実表示し，操作者に視覚フィードバックする方法についても提案し，プロトタイプに実装している．この技術では，推定した対象物の 3D CAD データから，対象物のコンピュータグラフィクスを生成し，このグラフィクスを実世界の映像の上に重畳させることが可能である．
実システムによる検証実験を行い，物体の認識に加えてその 6 自由度の情報の推定，および拡張現実による情報のフィードバックが精度良く実現されることを実証した．この実験を通して，提案手法の妥当性・有効性を明らかにしている．
第 4 章では，提案システムを汎用化し，作業現場における実践的な道具として利用する可能性について検討している．ここでは，ビジョンセンサで部品などを認識し，ピッキングを誤りなく実施する把持
ツールを開発している．このツールは画像認識の機能により，環境に置かれた見分けのつきにくい対象
物を正しく認識し，作業中にエラーが起こらないよ
うにハンドの制御を監視することができる．具体的には，誤った対象物を把持しようとしても，システ博士論文審査報告

10

ムが誤りを検知し，把持動作が実行されない仕組みになっている．実験では，実環境での作業実験を通して，提案するツールがピッキング作業におけるエ
ラー軽減に寄与する可能性を示している．この技術
では，画像認識機能を備えたロボットハンドが，人間の作業を知能的な側面からアシストすることができる．近い将来，人間とロボットとが協働作業を行うと予測されている製造ラインなどへの応用が期待される技術である．
第 5 章では，最終章として，本研究の意義や成果について結ぶとともに，将来のオンライン学習の可能性についても言及している．本論文では，まず従来の筋電位信号を使ったインタフェースに，近年注目されている深層学習によるパターン認識技術を導入し，世界的にも最高峰レベルでのパフォーマンス
を達成した．しかしながら，これと同時に，筋電位信号のみに基づくインタフェースの限界についても言及し，新しいブレークスルーの必要性を示している．本論文の核論は，この考えに基づいて義手シス
テムに，センサフュージョンと人工知能に基づく認知機能を導入するものであり，新規性・独自性を有している．また，実証実験の結果からその有用性も期待できる．認知機能を備えたハンドツールを実空間で使用することを通して，作業空間や対象物の情報を計算機上に取り込み，それらを学習することで人工知能の能力を高めるというアイディアは極めて斬新であり，本研究の発展性を強く示唆するものである．
なお，本研究は審査付学術論文 2 件，国際会議発
表 1 件，学会発表 2 件等で報告されており，著者は研究者としての十分な能力を有していると言える．

論文審査結果の要旨審査過程と審査結果の概要は以下の通りである．
令和 2 年 7 月の研究科委員会審議において，主査を福田修教授，副査を奥村浩教授，山口暢彦准教授，
中山功一准教授を委員とする論文審査委員会の設置が承認された．その後に申請者が提出した学位論文を受け付け，主査・副査において，学位申請論文の査読を行うとともに論文内容を審査した．さらに，
令和 2 年 8 月 6 日に公聴会を実施し，学位論文審査
終了後には最終試験を実施し，試験終了後，委員会による学位審査を行った．学位申請者，HE YUNAN
に対しては，学位論文審査終了後に最終試験を実施すること，および試験の内容は博士論文に関連する科目について口述試験を行うことを事前に通知した．
口述試験は，博士論文「Cognitive System for theControl of Myoelectric Hands（筋電ハンド制御のための認知システム）」を中心として，特に筋電位信号に基づく人間の動作意図推定に関する研究，画像情報からの深層学習に基づく物体認識に関する研究，
拡張現実を利用した視覚フィードバックに関する研究などについての質問がなされた．全ての質問に対して，申請者自身の知識，研究成果を踏まえた適切な説明がなされた．さらに，口述試験から，申請者が，人工知能，画像処理，生体信号処理，機械制御に関する十分な知識と理論構成力を有していると判断された．
以上のとおり，学位申請論文は審査員会において，十分な新規性，独自性，有用性が認められた．また，本申請者は博士論文を中心とした専門分野の最終試
験に対しても，いずれも十分な内容の回答を示し，研究能力，幅広い知識と判断・対応力を備えていることが確認された．論文審査委員会は，審査員全員一致で HE YUNAN が提出した学位申請論文が博士（工学）を授与するに値すると判定した．

博士論文審査報告

氏 名（本籍）
学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附
学位論文題名Liu Yang （中華人民共和国）
博士（工学）
甲第 666 号
令和 2 年 9 月 30 日
Experimental study on transientboiling heat transfer around
wetting front during subcooled
jet impingement quenching(サブクール衝突噴流冷却中のウェッティングフロント近傍の非定常沸騰熱伝達に関する実験的研究)

論文審査委員（主査） 佐賀大学
〃
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃
〃

教 授
〃
〃
准教授
名誉教授

光 武
池 上
木 上
有 馬
門 出

雄
康
洋
博
政

一
之
一
史
則

論文内容の要旨
水噴流による高温面冷却は、材料製造プロセスをはじめ幅広い工業的分野で利用されている。しかし、水の自発核生成温度（約 300℃）を超える高温面の冷却では、安定な固液接触面，いわゆるぬれ面では
単相対流伝熱と核沸騰が共存し，その外側には固液接触が生じない乾き面が高温面上に同時に形成される。ぬれ面と乾き面の境界は、濡れ先端：Wetting
Front（以下、WF と記す）と呼ばれる遷移沸騰領域
で、不安定な固液接触で生じた発泡により噴流は全て飛散される。WF 位置は冷却の進行に伴ない高温面上を移動して実質的な冷却領域が拡大する。このため、工業的に必要とされる冷却速度の予測・制御の実現には、WF 挙動の把握は非常に重要である。しかし、本質的に固体側の熱伝導と強く連成した空間的不均一性と非定常が強い伝熱過程で計測上の困難さも相まって、十分な解明が進んでいない沸騰伝熱研
究分野である。本論文では、WF 挙動を支配する物理モデル構築に不可欠な WF 近傍の不安定な固液接触領域での非定常沸騰特性について，新しい計測法を用いて解明を行ったものである。
本論文は全８章で構成されている。
第１章は序論として、本研究が対象とする衝突噴
流冷却の基本特性として重要な定常状態での単相強制対流熱伝達、核沸騰熱伝達、限界熱流束の特性に関する従来の研究を概説した。さらに、急速冷却（クエンチ）中の安定な固液接触域での冷却速度を支配する WF 位置の挙動モデルに関する従来の研究とその問題点を指摘し、本論文の研究目的について述べ
ている。

11

第２章では、WF 近傍のぬれと乾きに応じた局所熱伝達計測を行うため、ニッケル円板表面にクロメル
細線と Ni 薄膜で形成した表面熱電対製作法について述べ。熱電対の応答時間の検定結果、半無限体一次元熱伝導逆問題の解析的解法による表面温度・表
面熱流束の推定精度の補償手法を示した。表面から深さ 3 µm の熱電対は数 kHz のぬれと乾き変化に対応した不規則な温度変動を捕捉して十分な逆問題解
析精度が得られることを明らかにした。
第３章では、第２章で述べた高速応答表面温度計
測法を用いた高温面非定常冷却実験装置、衝突噴流
供給システム、光学観察システムおよび計測機器の構成と測定精度について述べた。
第４章では、下向き Ni 高温面上で、初期温度、噴
流速度、噴流サブクール度を実験パラメータとする
一連の高温面噴流冷却実験結果を取りまとめた。また、高速ビデオ観察と非定常測定結果から、遷移沸騰での固液接触は、WF に伝播する円形噴流自由界面に生じる Rayleigh 不安定で誘起される擾乱と強い相関性を明らかにした。固液接触に伴うぬれと乾きに応じたループ軌道を描く非定常沸騰曲線は、移動時間平均を施すと従来の定常条件に対する核沸騰、単相強制対流伝熱の相関式と一致し、非定常熱伝達の基本特性は定常状態と同様であることを示した。
第５章では有限或いは半無限体の固液接触に伴う一次元非定常熱伝導問題の厳密解を導出し、WF 近傍の遷移沸騰領域で固液接触後の短時間の界面温度と熱流束の非定常特性を議論した。特に鉄鋼材料冷却で顕著な酸化膜が母材金属表面に存在する三層非定常熱伝導の無限級数解とその漸近解の特性に基づき、酸化膜の厚さや熱物性などが固液界面温度に及ぼす影響を評価し、酸化膜が固液接触界面温度の低温化に寄与する度合いを示した。
第６章では、固体側の軸対称二次元非定常熱伝導計算に基づき、衝突噴流冷却中の高温水平円板上でよどみ点から外周部への WF 半径位置の時間進展予測モデルを提案した。その特徴は、WF 近傍の遷移沸騰での伝熱を噴流界面の不安定周期毎に生じる固液
接触非定常熱伝導の時間平均熱流束で評価し、 WF
位置の前進・後退の判定を時間平均熱流束と核沸騰の上限である限界熱流束に基づき行う点にある。
第７章では WF 位置挙動の測定と予測結果を比較し、観察から時刻のべき関数で表現される WF 位置の挙動をモデル計算で定性的に再現できることを確認した。
第 8 章では、本論文の結論について述べ、さらに残された課題に対する研究展望を記述している。
以上述べたように、本論文は局所高速温度計測法と逆問題解析を用いた実験手法に基づき、従来混沌としていたぬれ面先端の WF 近傍の非定常伝熱特性を明らかにした。さらに、噴流の界面不安定で誘起博士論文審査報告12される擾乱が WF 先端の固液接触周期と強い相関を示すことから、WF の時間進展の新しいモデルを提案している。従前の根拠が不確かな WF 挙動の支配式に代わる固液接触の素過程に基づく予測実現の可能性を示した点が高く評価できる。また、材料製造プロ
セスなどの応用面への展開も十分期待される。

論文審査結果の要旨
令和２年８月４日に実施した博士論文公聴会において発表終了後に種々の質問がなされ、いずれも著者の説明により質問者の理解が得られた。また、本研究は、審査付学術論文２編、学会発表３件で報告されており、著者は研究者としての十分な能力を有していると言える。以上の審査結果に基づき、本論
文は博士（学術）の学位を授与するに値すると判断され、審査員全員一致で合格と判定した。
学位申請者、LIU YANG 氏に対して、博士論文審
査終了後に最終試験を実施すること、および試験の内容は博士論文に関連する内容について口述試験をおこなうことを事前に通知し、令和２年８月４日に実施した。
口述試験は博士論文を中心として、これに関連ある内容について行った。WF 位置の挙動の予測手法に関して従来のモデルの問題点と本論文で提案したモデルの相違点と新規性、酸化膜が存在する高温面上での三層接触熱伝導の厳密解導出の解析的手法などについて問うたところ、申請者自身の研究成果を踏まえて適切な説明がなされた。さらに申請者は、口述試験から伝熱工学や数値計算法に関して十分な知
識と理論構成力を有していると判断された。
以上に述べたように、本申請者は博士論文を中心とした最終試験で、いずれも充分な内容の知見を示し、最終試験の結果は合格であると審査員全員で判定した。

博士論文審査報告

氏 名（本籍）
学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附学位論文題

Fu Hongtao （中華人民共和国）
博士（工学）
甲第 667 号
令和 2 年 9 月 30 日
Techniques for increasing
efficiency of PVD induced
consolidation and the analysis
method(PVD による圧密の効果増強テク
ニック及び解析法）

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教

授
〃
〃
講 師

柴
伊
日
根

錦
藤 幸
野 剛
上 武

春
広
徳
仁

論文内容の要旨
バーチカルドレーン（PVD）による圧密促進法は経済的・効果的な軟弱地盤改良法の一つであり、世界中で幅広く使われている。近年沿海都市の発展・拡張により浚渫粘性土を用いた高含水比、自重圧密が完了していない埋立地が多く造成されている。このような地盤には PVD による圧密促進法は設計効果を達していなかったケースが増えている。その原因はPVD 周囲の粘性土の不均一な圧密等による見かけの“詰まり”と指摘されている。Fu Hongtao 氏の研究
は実験・解析によってこのような見かけの“詰まり”の影響を低減する効果的な方法を検討したものである。物理的な方法として普通の PVD より圧密効
果が良い羽付き PVD（WPVD）を開発し、化学的な方法として陽イオンを持つ化学物質の添加で PVD による圧密効果を促進する方法を提案した。これらの成果は速やかに社会実装が可能なので、軟弱地盤改良法の発展に貢献できる。さらに、PVD による圧密理論に見かけの“詰まり”の影響が考慮でき、圧密過程において圧密係数の変化を考慮できるものを導いた。
Fu Hongtao 氏の学位論文は 6 章の構成である。
第 1 章では、研究の背景と目的を述べている。
第 2 章はリテラチャーレビューである。まず文献調査により、PVD 周囲の見かけの“詰まり”の原因として、圧密過程における細かい土粒子の PVD 周囲への移動、一本の PVD の影響範囲（PVD ユニットセル）中圧密度の不均一性が指摘されているが、どちらが主な原因であるかまだ不明であることが分かった。対策方法として、フェース的に PVD の打設、真空圧密の場合、段階的に真空圧を増やす方法等があるが、効果が限定的であり、施工費用も増える欠点がある。また、既存 PVD による圧密理論に見かけの13“詰まり”の影響が考慮できないことも分かった。
第 3 章は新しい羽付き PVD（WPVD）の開発とその性能評価。PVD の見かけの“詰まり”は PVD 周囲に低透水性土層の形成が原因である。ドレーン材がこの土層を通過できれば、圧密速度にその影響が低減できる。この観点から普通の PVD に一定の間隔で羽を付ける WPVD を開発し、現場の施工法も提案した。
室内モデル試験、数値解析によってその有効性を確認した。また、WPVD の等価直径予測法も提案した。
第 4 章は陽イオンを持つ化学物を添加した粘性土による PVD ユニットセルの挙動に関する実験検討。
まず NaCl, CaCl 2 , FeCl 3 三種類の無機化学物質を粘土の間隙水に幾つかの濃度（0.1 – 1 M/l）で添加して、圧密試験を行った。陽イオンの価数と濃度が高い程、粘土の圧密係数が高くなることが分かった。
その原因は高価陽イオンが粘土粒子周囲の電気二重層（DDL）に入り、DDL の厚さが減少し、凝集的な微視的土構造を形成するためである。凝集的な微視的土構造では間隙の分布は不均一化し、一部の大きい間隙が形成され、土の透水係数が増加したと考察している。次に、PVD ユニットセルのモデル試験を実施し、その結果から、PVD ユニットセル内 PVD に向かって水平方向の土の移動、PVD ユニットセル周辺の沈下量は、PVD の近くの領域より大きいことが分かった。また、陽イオンを持つ化学添加物によってこのようなセル内の不均一性が低減できた。さらに、モデル試験結果では、PVD による圧密過程において、PVD ユニットセル中土粒子の分離現象が発生しなかったことが分かった。これは、見かけの“詰まり”の主なメカニズムが、セル内の不均一な圧密と水平方向の土の移動によるものであることを明らかにした。
第 5 章は新しい PVD による圧密理論。まず有限要素法（FEM）数値解析により、PVD ユニットセル中のひずみ・応力分布状況を検討した。水平ひずみについては、PVD 付近は圧縮（10%以上）、他のゾーンでは伸張（2-3%）、垂直有効応力については、PVD 付
近の値はユニットセル周辺の値の約 3 倍になっていることが分かった。これらの結果は見かけの“詰まり”はユニットセル内の不均一圧密によるものであることをさらにサポートしている。次に、圧密過程において、土の圧密係数（c h ）はどう変化（増加・減少）するかの予測式を理論的に導いた。さらに増分法によって、PVD による圧密理論に c h の変化、見かけの“詰まり”とその変化を考慮できる方法を確立した。提案法の有効性について、解析結果と有限要素法による数値解析結果及びモデル試験結果との比較によって確認した。
第 6 章は本研究の成果のまとめと将来の展望について述べている。

博士論文審査報告14

論文審査結果の要旨
本研究の成果は圧密促進による軟弱地盤改良法及び PVD による圧密理論の開発・改善に貢献があり、社会実装面での価値も高いと審査員全員一致で評価している。また、本研究では、審査付学術論文 3 編が発表された。
令和 2 年 8 月 6 日に実施した博士論文公聴会において種々の質問がなされ、いずれも著者の説明により質問者の理解が得られた。
以上の審査結果に基づき、本博士論文は博士（工学）の学位を授与するに値すると判断され、審査員全員一致で合格と判定した。

博士論文審査報告

氏

名（本籍）

MAYA AMALIA ACHYADI（インドネシア共和国）
博士（工学）
学位の種類
甲第 668 号
学位記の番号
学位授与の日附 令和 2 年 9 月 30 日
学位論文題名IMPLEMENTATION OF TIDALIRRIGATION IMPROVEMENTSTRATEGY UNDER CLIMATE CHANGESCENARIO IN SOUTH KALIMANTAN,
INDONESIA（インドネシア南カリマンタンにおける気候変動シナリオ下の潮汐利用灌漑の改善戦略の実装）
論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教

授

〃
准教授
〃

大
山
押
V.

串 浩一郎
西 博 幸
川 英 夫
ナルモン

論文内容の要旨
気候変動は世界のさまざまな分野に影響を及ぼしている。降雨パターンの変化や気温上昇など気候変動の影響により流域の水利用可能性にも大きく影響が予想される。農業分野では、灌漑可能な条件、作付パターンやそのスケジュール、収穫量にまで気候変動の影響が及ぶ。東南アジア南部のインドネシア
は、気候変動により食糧安全保障が脆弱となりやす
い国の中で世界第 9 位にランクされている。降水量
や気温などの正確な予測は、持続可能な農業生産にとって重要な鍵であり、これらの変化は作物の収量に大きな影響を与えるであろう。
インドネシアは、また水田不足にも直面している。
国最大の米生産島であるジャワ島では、人口増加に
より水田地帯が住宅地へと変貌を遂げてきた。このため、ボルネオ島南カリマンタンが 1 つの代替穀倉地帯として選ばれ水田耕作が拡大されてきた。この地の灌漑は潮汐を利用する灌漑であり、インドネシ
ア政府のパイロットプロジェクトが進められている。
しかし、水需給のアンバランスな関係によりこの地の米の生産性は十分な水準に達していない。この分
野における研究が不十分なため、灌漑ネットワークから得られるはずの多くの利益が損なわれている。
以上のような背景より、本論文では、インドネシ
ア南カリマンタンにおける灌漑用水の必要量に対する気候変動の影響を定量的に評価し、灌漑ネットワ
ークの改善戦略を見出すことを目的として研究を行ったものである。
本論文は全９章で構成されている。
第１章は序論であり、研究の背景、解決すべき課

15

題、本論文の目的、検討の範囲と仮定、そしてアウトラインを示している。
第２章は既往研究のレビューであり、本論文に関連するこれまでの研究成果を示し、さらに気候変動
が灌漑用水の必要量と潮汐灌漑に及ぼす影響に関して日本とインドネシアの状況を比較している。また、
気候変動と気候変動モデル・代表濃度経路についても概説している。
第３章では、本論文で用いた研究方法について述べている。気候変動予測に用いる大気大循環モデルの概要、現地調査、そして MIKE11 による水理シミュ
レーションについて説明している。
第４章では、研究対象地であるテランタン地区の概要と当該地区における観測データを示している。
また、当該地区における気候条件の現況を示し、さらに２つの気候変動シナリオ下の未来の気候変動シ
ミュレーションのデータについても示されている。
第５章は、気候変動が灌漑用水の必要量に与える影響と、２つの異なる水田耕作における将来の気候変動シナリオ下における変化について記述している。
第６章では MIKE11 を用いてテランタン地区における灌漑ネットワークの水利用可能性に関して水理
シミュレーションを行った結果について議論している。さらに本章ではモデルの校正と検証が行われている。
第７章では、未来の２つの時期におけるシミュレーションについて議論している。本章においても水理モデル MIKE11 による灌漑ネットワークの水深の変化に関して分析が行われている。
第８章は、当該地区において小容量のポンプや簡
単な堰の運用による灌漑ネットワーク改善の実装について議論している。
第９章は結論であり、前章までに見出された成果をまとめ、今後の研究展望についても述べている。

論文審査結果の要旨
本論文は、インドネシアの南カリマンタンのテラ
ンタン地区における灌漑用水の必要量への気候変動の影響を大気大循環モデルならびに現地調査と水理解析により定量的に評価している。RCP4.5 と RCP8.5のそれぞれのシナリオにおいて将来的に 1.5℃～
3.0℃の気温上昇と雨期の降水量減少が予測されている。灌漑のために必要な水位は 2050 年代には確保できないが、2090 年代には回復する予測となっている。さらに、本論文では小容量のポンプならびに簡
単な堰を用いて灌漑のための水位を確保する検討を行っているが、簡単な堰では状況が改善されないことが明らかとなった。小容量のポンプでは改善が見られたが、動力が必要となる。潮汐灌漑ネットワー
クを用いた当該地区の灌漑改善のためにはさらにい16

博士論文審査報告

くつかの解決しなければならない問題が残されているが、それらの存在を明らかにした本研究の成果は工学的に高い意義を有している。
本研究のこれまでの成果は、審査付学術論文 1 編、審査付国際会議シンポジウム論文 6 編などに報告されている。令和 2 年 8 月 6 日に実施した博士論文公聴会では、学位申請者により研究成果が分かりやすく発表された。公聴会には多数の参加者があり、種々の質問がなされたが、そのいずれに対しても学位申請者から的確な回答が示された。
本論文は工学的・学術的価値が高く、博士（工学）の学位に十分値すると判断され、審査委員全員一致で合格と判定した。

博士論文審査報告

氏

名（本籍）

MD ABDUL MAJED PATWARY（バングラデシュ人民共和国）
学位の種類
博士（工学）
学位記の番号
甲第 669 号
学位授与の日附 令和 2 年 9 月 30 日
学位論文題名Fabrication and characterization ofcopper oxide thin films forphotovoltaic device application(太陽電池応用のための酸化銅薄膜の作製と評価)
論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教 授
〃
〃
〃

田
大
郭
高

徹
中
石 敏 之
其 新
橋 和 敏

論文内容の要旨
Copper and copper oxide thin films are studied due totheir potential application in semiconductor electronics
as photovoltaic device application, long before the Ge
and Si era started. The n-type window layer such as ZnOor GaN semiconductors with large bandgap energies, aretransparent with respect to visible and IR spectral range
and own outstanding electronic transport properties.
Consequently, the effort of detecting new, prospective
p-type absorber layers for heterojunction solar cells has
led to intensive study. Copper oxide appears to be an
attractive substitute in terms of sustainability, abundance,
nontoxicity of the elements, and numerous methods forthin film deposition that facilitate low-cost production.
However, the future and prospect of a copper oxidebased thin film solar cell system has to be established bya critical look at its recognized physical properties, andat those that essential to be further investigated anddeveloped, and by spotting properties that are unsettled
so far. Therefore, as a part of continuous development,
the improvement of new Cu 4 O 3 photovoltaic devices arenecessary for employing cheap, abundant, and non-toxic
materials prepared by energy efficient techniques.
In the beginning of this research, Cu oxide thin films
have been deposited by radio frequency (RF) magnetron
sputtering in an ambient of Ar and O 2 using a pure Cu
target. The structural, electrical and optical properties
were investigated systematically as a function of O 2 flowrate and substrate positions, revealing that the O 2 flowrate and substrate positions have a strong influence on
both composition and functional properties of theresulting Cu oxide films. Particularly, the films tend tochange towards Cu 2 O, Cu 4 O 3 and CuO single- andbi-phases with increasing the O 2 flow rate. Opticalabsorption properties were analyzed for the single phase
Cu 2 O, Cu 4 O 3 , and CuO films prepared in this study,
demonstrating the potential of Cu 4 O 3 and CuO as anabsorber material for the photovoltaic application.

17

Secondly, Cu 4 O 3 thin films have been synthesized in
an ambient of Ar and O 2 plasma using a pure Cu target
by RF magnetron sputtering. The structural, electrical,
and optical properties of the films were studied
systematically as a function of O 2 gas flow. The study
reveals that O 2 flow rate during sputtering has major
impacts on both the composition and functional
properties of the resultant Cu 4 O 3 thin films. X-ray
diffraction and Raman spectroscopy measurementssuggest that the parameter window for the growth of
single-phase Cu 4 O 3 thin films was very narrow. Oxygen
partial pressure of 7.9%– 9.1% was required to grow thepure phase of Cu 4 O 3 . From optical absorption analyses,
pure phase Cu 4 O 3 films exhibited a direct transition at
E g = 1.52~1.62 eV. All the Cu 4 O 3 thin films showedp-type conductivity with resistivities in the order of102∼103 Ωcm. An increase of the O 2 flow rate resulted in
the increase of the Hall mobility from 0.01 to 0.25
cm2/Vs, which is the highest mobility reported so far forthis material.
Then, N-doped Cu 4 O 3 thin films have been depositedby RF magnetron sputtering in an ambient of Ar, O 2 , andN 2 using a pure Cu target. The structural, electrical, andoptical properties were investigated systematically withthe variation of N 2 gas flow during deposition. Results
revealed that N 2 flow rate has a strong influence on boththe composition and functional properties of the resulting
Cu 4 O 3 films. X-ray diffraction and Raman spectroscopy
indicated the formation of the single phase of N-doped
Cu 4 O 3 at a low N 2 flow rate of up to 4.3 sccm. From theoptical absorption analyses, both undoped and N-doped
Cu 4 O 3 films showed a direct forbidden transition at E g =1.34~1.44 eV. All the undoped and N-doped Cu 4 O 3 thinfilms showed p-type conductivity, and N-doped Cu 4 O 3
showed lower resistivity on the order of 101∼102 Ω cm.
Finally, the insertion effect of Cu thin layer during
Cu 4 O 3 thin film deposition on the structural, surface,electrical and optical properties were investigatedsystematically as a function of the insertion time of Cu
thin layer. Results revealed that the insertion of Cu thinlayer has a strong influence on both composition andfunctional properties of the resulting Cu 4 O 3 thin films.
From the optical absorption analyses, the Cu 4 O 3 films
showed a direct allowed transition at E g = 1.52 ~1.72 eV.
All the Cu 4 O 3 thin films with or without the insertion
showed p-type conductivity. The resistivity of the Cu 4 O 3
thin films were gradually decreased with increasing the
thickness of insertion time of Cu layer. The Hall mobilityof the films were increased from 0.01 to 6.12 cm2/Vs
with the increase of the insertion time of Cu layer, whichis the highest mobility reported so far for Cu 4 O 3 . These
results indicate clearly that the insertion of Cu thin layer
during Cu 4 O 3 deposition increases the potentiality of thematerial and renovate it to a promising material for theabsorber in low-cost thin film photovoltaics.

博士論文審査報告18

論文審査結果の要旨
酸化銅は，原材料が地殻埋蔵量の豊富な銅であり，安価で毒性がなく環境に優しい材料であることから太陽電池への応用が期待されている。酸化銅には酸化数の違いにより複数の化合物が存在しており，酸化第一銅(Cu 2 O)や酸化第二銅(CuO)は半導体の黎明期から光起電力特性の研究が開始され，高い理論変換効率が期待されることから，長く研究されてきた材料である。これに対して，Cu 2 O と CuO の中間の組成を有する Cu 4 O 3 は準安定相であるため報告例が少なく，基礎物性の解明や移動度など諸特性の改善が必要な材料であった。本論文では，比較的低温で良好な結晶を得ることのできる高周波マグネトロン
スパッタ法により種々の作製条件下で酸化銅薄膜を作製し相分析を行うことで，安定的に Cu 4 O 3 相を得るための作製条件を明らかにしている。また，得られた Cu 4 O 3 薄膜の結晶性，光学特性，電気特性などを詳細に分析することで，その基礎物性を明らかにするとともに，デバイス応用上重要な移動度の向上
についても指針を示している。
本論文は，第 1 章から第 7 章で構成されている。
第 1 章では，本研究の背景、目的及び内容を概説している。
第 2 章では，本研究で用いられた薄膜作製方法及び各種評価方法を述べている。
第 3 章では，高周波マグネトロンスパッタ法を用いて基板位置や酸素流量を変化させながら酸化銅薄膜の堆積を行い，X 線回折法，ラマン散乱分光法等の分析手法を用いて評価することにより，安定的にCu 4 O 3 相を得るための作製条件を見出している。また，作製した単相の Cu 2 O, Cu 4 O 3 , CuO 薄膜に関して，結晶性，光学特性，電気特性などの基礎物性を明らかにしている。
第 4 章では，第 3 章で明らかにした単相の Cu 4 O 3
薄膜が得られるスパッタ成膜条件において，酸素分圧をさらに変化させることにより，単相の Cu 4 O 3 薄膜が得られる酸素分圧範囲が 7.9～9.1%であることを明らかにしている。また，酸素分圧の増加により正孔濃度が減少し，移動度が増加することを明らかにし，これまでの報告例の中で最も大きい移動度である 0.25cm2/Vs を達成している。さらに，アクセプ
タのイオン化エネルギーが約 0.12eV であること，直接遷移型で高い吸収係数を有し，バンドギャップは
1.52～1.62eV であることを明らかにしている。
第 5 章では，Cu 4 O 3 への不純物ドーピングとして
窒素ドーピングを行い，その特性への効果を検討している。窒素はスパッタ時の反応ガスとして導入し，その流量を増加することにより Cu 4 O 3 薄膜中の窒素濃度が増加し，それに伴ってキャリア濃度が増加することを本材料で初めて明らかにしている。

第 6 章では，高周波マグネトロンスパッタ法による Cu 4 O 3 薄膜成膜途中における Cu 層の挿入効果について検討を行っている。挿入された Cu 層は，引き続いて堆積される Cu 4 O 3 薄膜成膜中に拡散，酸化し Cu 4 O 3 となることを X 線光電子分光法により確認
するとともに，Cu 層の挿入により結晶粒径が増大することを明らかにしている。また，Cu 層の挿入時間が長くなるにつれ，正孔濃度は減少し，移動度が上昇することを明らかにし，本材料で過去最高の 2
cm2/Vs 以上の移動度を実現している。この他，電気特性の温度依存性，光学特性を評価し，基礎的な知見を得ている。これらの結果は本材料を太陽電池に応用する上で非常に重要な成果である。
第 7 章では、本研究で得られた成果についてまとめられている。
以上のように、本論文の研究内容は工学的に貴重な知見を多く含み、工学の進展に寄与するところが大きいと認められる。また、これまで、3 編の査読付論文が国際的に著名な学術論文誌に掲載され、高く評価されている。令和 2 年 8 月 17 日に実施した学位論文公聴会においても種々の質問がなされ、いずれも著者の説明により質問者の理解が得られた。以上の審査結果に基づき、本論文は博士（工学）の学位を授与するに値すると判断され、審査委員全員一致で合格と判定した。

博士論文審査報告

氏

名（本籍）

Teguh Hady Ariwibowo（インドネシア共和国）
学位の種類
博士（工学）
甲第 670 号
学位記の番号
学位授与の日附 令和 2 年 9 月 30 日
学位論文題名Influence of Discrete Double
Inclined Ribs on Performance of
Ground Heat Exchanger for GroundSource Heat Pump
（地中熱ヒートポンプ用地中熱交換器の性能に及ぼす離散二重傾
斜リブの影響）論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教 授
〃
〃
准教授

宮 良 明 男光 武 雄 一松 尾繁
仮 屋 圭 史

論文内容の要旨
In this study, three-dimensional low flow rate
heat transfer has been analyzed for the flow in
Slinky-coil Ground Source Heat Exchanger (GHE)with the addition of Discrete Double Inclined
Ribs (DDIR) to several geometry configurations.
This study is divided into two parts, namely the
analysis of the flow of phenomena in the pipe
(ideal conditions, no heat loss and steady-state)
and the analysis of phenomena in the flow of waterin the pipe and heat transfer on the ground(transient). The continuity, momentum, energy,
turbulence equation is solved by a commercial
software Computational Fluid Dynamics ANSYS
Fluent 17.2.
In the first analysis, the study aimed to lookat the potential use of DDIR in several geometry
configurations, namely ribs height, axial ribs
pitch, angle of ribs, and curvature coil.
Two pairs of DDIR-coil on one perimeter only
produce one pair of vortex compared to
DDIR-straight, which is capable of producing two
pairs of the vortex. However, DDIR-coil candistort secondary flow and strengthen turbulent
flow. Heat Flux on the DDIR-coil wall experiences
significant fluctuations compared to DDIR-coil.
In general, the heat flux in the plain coilbecomes smaller with increasing axial length coil.
This phenomenon is due to the difference between
Bulk and wall temperature. The bulk temperature
becomes closer to the set point than that of

19

plain-coil.
The effect of increasing Ground Source Heat
Pump (GSHP) performance due to GHE modification
was evaluated using COP Improvement Factor, whichis calculated based on energy loss due to pressure
drop and energy saving due to heat transfer
enhancement. COP Improvement Factor has
increased along with increasing ribs height.
However, the COP improvement factor decreases
with increasing flow rate.
Based on the DDIR-coil flow structure, thelongitudinal vortex is clearly visible around theribs and has almost the same strength as
DDIR-straight. The combination of secondary flowfrom coil and flow generated causes the path ofwater particles to be longer than plain-coil.
This flow increases better thermal mixing thanplain-coil.
DDIR-coil performance is always lower than
DDIR-straight with the same axial tube length.
This behavior is because in DDIR-straight flow is
only dominated by primary and secondary flow due
to curvature coil, while in DDIR-coil water flow
is a combination of primary, secondary flow fromthe coil and flow generated by ribs. These threestreams interfere with each other. COP
improvement factor increases with decrease inaxial pitch between ribs. DDIR has the highest COP
improvement factor at an angle of 20 ° ribs.
Whereas the 2.66 /m curvature coil has the highest
COP Improvement factors among the other curvaturecoils.
The second analysis looks at the thermal
behavior of GHE and its impact on the soil. In thisresearch, DDIR-coil performance was only
superior during 149 minutes of operation comparedto turbulent flow plain-coil. Whereas the
DDIR-coil laminar flow has higher performance
than plain-coil at all operating times.
GHE operation is carried out in continuous and120-minute intermittent mode variations. At theend of the operation, intermittent operation
showed a heat transfer rate of 17.3% greater thanthat of continuous operation. The intermittent
mode also gives time to the ground for thermal
recovery.
Three pipe materials, namely copper, composite,and HDPE, is tested to determine the effect oncoil performance. Copper has the best thermal
performance compared to the other two materials,
especially in the first 60 minutes of operation.

博士論文審査報告

20

However, the remaining operating time of thecopper coil has almost the same performance asother materials. It was found that the use of pipematerial did not significantly influence theperformance of DDIR-coil and plain-coil.
Based on observing the flow structure in thepipe, DDIR-coil should have a higher performance
than plain-coil. However, the effect of soil
conductivity is so large that DDIR-coil does nothave a significant effect on GHE slinky-coilperformance in general.

論文審査結果の要旨
地下数メートルから約 100 メートルの地中の温度は年間をとおしてほぼ一定に保たれているため，地
中熱を空調機の熱源として利用すれば，夏季には外気温より低い温度の熱源が，冬季には外気温度より高い温度の熱源が利用できることになり，システムのエネルギー効率を高めることができる．しかし，地中との熱交換を行う熱交換器の設置コストや熱媒体の流動に伴うポンプ動力が課題となっている．
本研究では，設置コストを削減するために浅層の地中を利用する水平スリンキー型地中熱交換器を対象とし，ポンプ動力を削減する目的で低流量域でも伝熱性能が低下しない離散傾斜リブを有する銅製円管を考案し，その熱流動特性と伝熱性能改善について数値計算を主に用いた解析を行うとともに，実験結果を用いた検証も行った．
第 1 章では，エネルギー問題や省エネルギーなどの研究背景と地中熱利用の有効性について説明されている．
第 2 章では，地中熱利用システムに関する従来の研究をまとめるとともに，本研究の主題である地中熱交換器については，地中熱交換器の研究に限定せず，地中熱交換器として利用できる種々の伝熱管に関する従来の研究の詳細な調査結果をまとめている．
第 3 章では，緩やかな曲率を持つ離散傾斜リブ付
きコイル状円管の熱流動特性に関する詳細な特性が示されるとともに，数値計算の信頼性についての検証も行われている．解析の結果，離散傾斜リブ付き
円管では熱交換量が向上する一方で圧力損失が増加
するが，圧力損失によるポンプ動力増加よりも伝熱促進による性能改善効果が高く，空調機の成績係数が向上することが示されている．
第 4 章では，ポンプ動力を削減できる層流域の流量条件に特に着目し，層流から乱流に遷移するまでの条件で傾斜リブ付き円管の性能を詳細に解析している．一般に，流体の流れは層流域では伝熱及び圧力損失はともに低い値を示し，乱流に遷移すると高い値に遷移するが，解析の結果，傾斜リブ付き円管の効果はこの遷移域で高く，空調システムの成績係
数の改善率が最大値を示すことを明らかにしている．
第 5 章では，傾斜リブ付き円管のリブ高さやリブ角度などのリブ形状パラメータ，またコイルの曲率を変化させた解析を行い，傾斜リブ付き円管を設計し，実用化する際に必要となる基礎的な解析結果を示している．
第 6 章では，傾斜リブ付き円管を地中に設置し，地中側の熱移動も考慮した数値解析を行っている．
また，銅管を地中に設置する場合には腐食防止のた
め管外に樹脂皮膜を付けるが，その分だけ伝熱性能が低下する．数値解析ではその影響についても考慮した解析，さらに地中熱交換器に広く使用されている高密度架橋ポリエチレン管を用いた場合の比較も行っている．解析により，土壌の伝熱性能の低さが全体の熱交換全体の性能に大きく影響するが，傾斜リブ付き管により熱交換量が改善され，成績係数改
善率が高まることが示されている．
第 7 章では，本論文で示された研究結果の総括が行われるとともに，今後の研究課題，方向性に関する提言を行っている．
本研究で得られた成果は，独創的な新しい結果を含んでおり，工業的に広く応用できるものである．
令和２年７月３０日に実施した博士論文公聴会では，これらの内容が分かりやすく丁寧に説明され，質問に対しても適切な回答がなされた．
なお，本研究の内容は 2 件の査読付き Journal 論
文に掲載されるとともに，1 件の国際会議，2 件の国内会議で発表されている．
以上のことより，本論文は博士（工学）の学位を授与するに値すると判断され，審査員全員の一致で合格と判定された．

博士論文審査報告

氏 名（本籍） KHAING MYINT MO（ミャンマー連邦）
学位の種類
博士（工学）
学位記の番号
甲第 671 号
学位授与の日附 令和 2 年 9 月 30 日
学位論文題名STUDY ON URBAN MORPHOLOGY FROMPERSPECTIVEOF
THERMALENVIRONMENT MITIGATION FOR A
GRID PATTERN CITY IN TROPICAL
ZONE(熱帯地域のグリッドパターン都
市における熱環境緩和からみた都市形態のあり方に関する研究)
論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教

授
〃
准教授
〃

三
小
後
宮

島
島
藤
原

伸 雄
昌 一
隆太郎
真美子

論文内容の要旨
The aim of this research is to clarify the roleof urban morphological elements from perspectiveof thermal environment mitigation for grid
pattern city in tropical zone. This study had
focused in two main parts (1) evaluation ofcolonial grid pattern city by effect of types ofcolonial style building facets and effect of tree
pattern with different types of tree species
considering
shading
conditionand(2)
correlation between urban morphology and thermal
environment
mitigation
throughbuilding
morphology and green morphology consideringurban thermal comfort. The study area is
Kyauktada township, which is one of the central
business districts of Yangon, Myanmar. The
significant of study area is the city is designed
by British Planner in British colonial time andrecognized as historical area of Yangon City.
Also, the city is similar to New York grid patterncity planning.
In this research, firstly, different types ofbuilding’s facets which are existing in colonial
grid pattern city and trees pattern and types werecategorized and calculated the shading magnitude
ratio. After that, the result of calculated data
came out and the hierarchical orders of shading
magnitude ratio along to North to South direction
and East to West direction were proposed. It canbe strongly proved that the hierarchical ordersof the effect of facet types on shading are21

correct. In addition, the hypothesis of therelationship between building height and type ofbuilding facet were investigated by statisticalanalysis. Moreover, according to the result ofanova statistical analysis, the height ofbuilding is not highly influencing on the shading
magnitude of grid pattern city in tropical zone
and it is highly relying on the type of building
facets. Therefore, facet design is very important
for tropical city which has strong sunshine.
In order to explore the effect of tree pattern
and tree species of colonial grid pattern city,
tree species of the study area were categorized.
Overlay method and buffer method of QGIS program
were used to analyze the tree pattern and planningsystem. From the result of calculation, thehierarchical order of the shaded area ofdifferent kind of tree species was resulted andfound that big tree which has a big crown area cangive more shading. Banyan tree is the highest tree
and crown area and its leaves are also big so thatits shaded area is wider than the other trees.
Moreover, the magnitude of shaded area by tree
species is depending on the tree height aspercentage of R square value is high. The resultsof the anova strongly prove that hypothesis offinding the relationship between tree height andshaded area magnitude is correct.
To prove that different tree species has
different shading magnitude along street
direction, the exploration of tree shaded
magnitude was continued by anova single factor
analysis and result of Various (one way) presents
F normal is greater than F critical and P-value
is lower than 0.05. Therefore, hypothesis ofdifferences in tree species is correct and thestudy area has differences in receiving shadow
highly depending on the different tree species.
This study could reveal the original image oftree pattern of Yangon grid pattern city. Treeshadings are very useful for helping to cool thestreet platform and it is the most cost effective.
This research will give better design guidelineto achieve enough shading in the area.
The investigation of evaluating Yangon grid
pattern city is executed through preparing
overall shading map. From map, it can be said that
Yangon grid pattern city has continuity ofshading in narrow street along North to South
direction as shading can get alternatively
depending on building. So, pedestrians can get

22

博士論文審査報告

shading in one side in the morning and anotherside in the evening. However, at noon, area which
has big canopy and shaded tree can only getshading. Along East to West direction, the middle
main street has enough shading from trees, and it
has large tree as well. Most of the platform of
main street has continuous tree shading andsecondary and tertiary streets do not have trees.
Numerical analysis is carried out forinvestigating the correlation between urban
morphology and microclimate considering humanthermal comfort in ENVI-met 4.4 science license.
Simulated hour is 11 hours from 7:00am to 5:00pm
as peak of the temperature is in daytime
especially from 12:00am to 3:00pm and total
simulation hours took about 30 to 48 hours
depending on model. Measured weather data
(temperature, wind speed, wind direction,
relative humidity) from Yangon meteorologicaldepartment was used.
Two reference points; point A and B wereselected from the study area. A is the current
trending building type which is more than 6stories and few neem trees are surrounding and B
is the original grid pattern city building typewhich is not more than 6 stories which is aroundbig shaded trees. Those two reference points were
simulated and compared by thermal comfort indices.
Buildings of point B have low floor area ratio
than point A. By mean of point B, MRT at 15:00 pm
was 20’C and lower than point A. The results have
proven that the point that has original building
type which has more big shaded trees surrounding
can give better thermal comfort. Since, it isdifficult to distinguish the main causes whether
it is due to building height or trees, two
scenarios and comparisons; (1) comparing point A
with current condition and point A with lowbuilding height, 6 stories and (2) comparing
point A with current condition and point A withmore shaded trees were conducted. Thermal comfort
indices were calculated in Biomet and simulated
data were analyzed in ENVI-met Leonardo analysis.
The stimulation results showed prompt reduced PMVvalue when comparing with point A with some moreshaded trees although there were only smallchanges when point A with lower building height.
Then, current main road conditions for N-S and E-W
directions and two scenarios with recommended
tree species for the main road of N-S and E-W
directionsaresimulated
andcomparedrespectively. Therefore, the simulation result
again reaffirms that building height is notgoverning human thermal comfort same as shading
and trees can control the microclimate.
According to the result, the benefit anddetriment of existing condition of Yangon grid
pattern city and requirements are generalized.
Therefore, this study provides suitable design
suggestion considering urban microclimate to
inhabitants and local government for future
development. These suggestions are offered to besupportive data for designing the ancient grid
pattern city which is in tropical zone to get
comfort in old urban area.

論文審査結果の要旨
古代以来、文明がいち早く成立した地域を中心に、グリッドパターンで形成された都市は多くある。その多くは為政者の権力を誇示する形で行われ、近代においても効率的な都市形成のためにグリッドパターンが用いられた。本研究で対象とする熱帯地域にでも、植民地時代にヨーロッパ人によって計画整備されたグリッドパターン都市がある。熱帯地域で赤道直下にあることから、太陽が真上から直射する。
ヨーロッパとは異なる酷暑の条件下でのグリッドパ
ターン都市としては、建築物のファサードや植樹な
どの都市形態の計画設計が重要である。本論文は、熱帯地域のグリッドパターン都市の都市形態における熱環境上の重要なファクターを建築物等のファサード形状および樹木の配置等に限定し、熱環境分析
ソフトである Envi-Met や GIS 等を用いて数値的に分析評価し、その都市設計のあり方の考察を試みている。このような都市設計に対する熱環境工学を用いた研究は、近年の地球温暖化で注目されており、今後も更なる研究展開が期待される分野である。
本論文は、全７章で構成されている。
第１章は序論として、研究の背景、問題意識、目的について記述している。
第２章は、既往研究のレビューである。グリッド
パターン都市の歴史と各都市の特質、都市形態のあり方、 気候学、都市の日影、外部空間の熱環境などについて研究のレビューを行い、研究の位置づけ、方法論の整理などを行っている。
第３章は、研究対象地であるミャンマー国ヤンゴ
ン市について、必要となるデータの整理を行なっている。ヤンゴン市は、1850 年代にイギリス軍技師によって計画された都市であり、南北に長い街区がな
らぶグリッドパターン都市である。前提として開発の歴史、都市計画等を整理し、保存地区と再開発地区が接する地区を分析地区に設定し、その街区形状、

博士論文審査報告

個別の建築物の高さ及びファサード形状、樹木の分布等を現地調査によって明らかにしている。
第４章は、ヤンゴン市において、外部空間に日影を作り出す個別要素の種類と影の大きさ等の抽出および評価を行なっている。基準時は体感温度が最も高い１５時とし、建築要素については、ファサード
面積に対する日影面積を分析し、キャノピーやバル
コニーなどの突出物の評価を行なっている。また、樹木についても、ヤンゴン市に植樹されている樹種
毎の樹冠とその日影について分析を行なっている。
第５章は、建築物の形態や樹木等が熱環境に及ぼす影響について分析を行なっている。ヤンゴン市か
ら入手した最も暑い４月の平均気温、相対湿度、風速などを設定し、Envi-Met を用いて地表面の体感温度分布のシミュレーションを行っている。その結果、体感温度分布への影響が最も高い建物形状や樹木の位置等について明らかにしている。
第６章は、保存地区と再開発地区に接する通りに
おいて、道路上の熱環境を改善するための建物形状と樹木配置の代替案を作成し、熱環境シミュレーシ
ョンを行なっている。その結果、東西道路と南北道路のそれぞれについて、より体感温度が低くなる建物形状と樹木配置を明らかにしている。
第７章は結論であり、熱帯地域のグリッドパター
ン都市における熱環境改善に即した都市形態のあり方と今後の課題について述べている。
令和２年８月５日に実施した博士論文公聴会においても種々の質問がなされ、いずれも著者の説明により質問者の理解が得られた。
また、本研究は、審査付学術論文２編、国際会議
発表４件等で報告されており、著者は研究者としての十分な能力を有していると言える。
以上の審査結果に基づき、本論文は博士（工学）の学位を授与するに値すると判断され、審査員全員一致で合格と判定した。

23

24

博士論文審査報告

博士論文審査報告

氏

名（本籍）

Niloy Chandra Saha

（バングラデシュ人民共和国）
学位の種類
博士（工学）
学位記の番号
甲第 672 号
学位授与の日附 令和 2 年 9 月 30 日
学位論文題名Electrical Properties of NO2Doped Diamond MOS Interface and
Its Application to Diamond
MOSFETs（NO2 ドープダイヤモンド MOS 界面の電気的特性とダイヤモンド
MOSFET への応用）
論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教 授
〃
〃
〃

嘉 数
誠
大 石 敏 之田 中徹
高 橋 和 敏論文内容の要旨
ダイヤモンド半導体は、高出力および高周波デバイス応用に適した物理的特性を持つ。水素表面終端法は、高濃度の NO2 気体の吸着と、Al2O3 層の堆積によるパッシベーションが必要だが、その構造における金属酸化膜半導体（MOS）界面での伝導の機構解明と構造の最適化がデバイスにとって最も重要な課題である。
この論文では、界面での NO2 ドーピングの影響を理解し、高出力と高出力に向けた界面ホールチャネ
ルを最適化するために、Al2O3 層を備えた NO2 ドープ
水素終端ダイヤモンド（H ダイヤモンド）で構成される MOS 構造の移動度を決める要因を調べ、その結果に基づき金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）を作製した。本論文は 9 章で構成されている。
第 1 章は論文の序論であり、ダイヤモンド MOS 構
造に関連する文献を説明し、未解決の問題を特定した。
第 2 章では、ダイヤモンドの結晶格子定数に焦点を当て、ダイヤモンドの物理的特性とともに、予想される用途と性能指数について説明した。
第 3 章では、ダイヤモンドの導電率と、NO2 p 型ドーピングによるその濃度の増加について説明した。
ダイヤモンドは絶縁体であるので、不純物のドーピ
ングは、ダイヤモンドには効果的ではない。 しかし
H ダイヤモンドは高い二次元濃度を示した。
第 4 章では、堆積技術、特性 Al2O3 層とその形成、
H ダイヤモンド MOSFET の Al2O3 層の目的について簡単に説明した。 Al2O3 層は、ダイヤモンド MOSFET を使用する重要な材料である。 Al2O3 層は、正孔チャ

25

ネルを不動態化し、熱的に安定させた。
第 5 章では、Al2O3 層構造を備えた H ダイヤモン
ド MOS 構造が、NO2 p 型ドーピングの有無にかかわらず作製され、界面状態がコンダクタンス法を使用
して定量的に推定した。 NO2 ドープ MOS の静電容量-電圧（C-V）特性は、NO2 ドーピングなしの場合と比較して正の電圧シフトを示した。 NO2 によりホール
シートキャリア濃度が高くなったため、キャリアを枯渇させるために高い正電圧が必要だった。界面状
態密度、Dit はダイヤモンドのエネルギーギャップの関数として推定された。比較的低い Dit は、NO2 ドー
ピングなしの場合よりも、NO2 ドーピングありの MOSで見られた。さらに、界面トラップが抽出された。
これは、NO2 ドープの MOS の場合も低く、界面条件の改善を示した。
第 6 章では、Au、Al、Ti などの異なるゲート金属を使用して、Al2O3 / NO2 ドープ H ダイヤモンド MOS
界面と MOSFET へのゲート金属の影響を調べた。 CV 特性から、Au ゲートを備えた MOS は、界面でのホールキャリアの蓄積が高いため、フラットバンド電圧が高いことが観察された。作製された MOSFET のド
レイン電流は、Au ゲートを備えた MOSFET がそれぞれ Al および Ti ゲートを備えた MOSFET よりも高い
ドレイン電流密度を示したため、MOS C-V 特性と一致した。
第 7 章では、H ダイヤモンド/ Al2O3 界面での NO や
SO2 などのさまざまな無機分子の影響が、シンクロト
ロン放射 X 線光電子分光法（XPS）によって調査された。無機分子は界面で分解され、N または S などの解離性成分が検出されなかったため、C-H 結合が COH 結合で部分的に置換されたと推測された。どちらの場合も、価電子バンドオフセットは、NO および SO2
暴露でそれぞれ 3.7 eV および 3.5 eV であり、NO2 のそれよりも低いタイプ II（スタッガードタイプ）であると確認された。
第 8 章では、高品質のダイヤモンド MOSFET を高品質のヘテロエピタキシャル単結晶ダイヤモンド上に製造した。ここでは、NO2 ドーピングと 2 層の Al2O3層でホールチャネルを最適化した。 MOSFET のソースゲート間隔はゼロで、オン抵抗が低くなり、ドレイン電流が増加した。低い比オン抵抗で高いブレー
クダウン電圧が得られ、最終的に、バリガの性能指数 145 MW / cm2 が実証された。さらに、MOSFET の特性は高 RF 動作に有望であることが明らかになった。
第 9 章では、H ダイヤモンド MOS 構造と MOSFET 構造で観察されたインパクトのある結果を説明して、論文を締めくくる。

論文審査結果の要旨
学位申請者，Niloy Chandra Saha 氏に対して，博26

博士論文審査報告

士論文審査終了後に最終試験を実施すること，および試験の内容は博士論文に関連する内容について口述で行うことを事前に通知し，令和２年８月１７日に実施した。
口述試験は博士論文を中心として，これに関連ある内容について行った。半導体デバイスの物理の原理について問うたところ，申請者自身の知識，研究成果を踏まえた適切な説明がなされ，申請者は電気電子工学、具体的には半導体デバイス工学に関して十分な知識と理論構成力を有していると判断された。
以上に述べたように，本申請者は博士論文を中心とした電気電子工学、具体的には半導体デバイス工学の十分な知識と理論構成力を有していると判断され，最終試験の結果は合格であると審査員全員で判定した。

博士論文審査報告

氏

名（本籍）

学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附
学位論文題名Md. Khairul Bashar（バングラデシュ人民共和国）
博士（工学）
甲第 673 号
令和 2 年 9 月 30 日
Heat Transfer and Pressure Dropof Boiling and Condensation in
Small Diameter Smooth andMicrofin Tubes(細径平滑管及び溝付き管内の沸騰及び凝縮の熱伝達と圧力損失）

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教 授
〃
〃
准教授

宮 良 明 男光 武 雄 一松 尾繁
仮 屋 圭 史

論文内容の要旨
Air conditioning, refrigeration and heat pumpsystems make a significant contribution togreenhouse gas emissions, equipment with both
lower
globalwarming
potential(GWP)
refrigerants and a higher level of performance
should be used. So far, many of the AC
manufacturers have used refrigerants with a high
GWP such as R134a for stationary and automotive
AC and R410A for room and packaged AC. However,R134a is gradually phasing out due to its high GWP
and R1234yf could be a viable low GWP alternative.
The study of heat transfer and pressure drop
characteristics of R1234yf is of great importanceand is necessary because reliable data are notavailable in the open literature. In this study,
the heat transfer and pressure drop performanceof R134a and R1234yf are tested.
Additionally, the trend for the last couple ofyears in refrigeration and air-conditioning
systems have been to use small diameter tubes
because they are advantageous in many respects.
Mostly because they provide higher heat transfer
performance and require less refrigerant.
Moreover, microfin tubes are a better option toincrease heat transfer than smooth tubes. However,in small diameter tubes the effects of gravity,
surface tension, shear stress and flow regime aredifferent than that of large diameter tubes. In
open literature, some studies on heat transfer
and pressure drop performance in small diametertubes are available although some of the results27

are discrepant with one another. In this study,
heat transfer and pressure drop performance ofsmall diameter tubes are studied. Comparison
between microfin tube and smooth tube arereported in terms of heat transfer and pressuredrop.
To precisely investigate the pressure drop andheat transfer coefficient of refrigerants withhorizontal smooth and microfin tubes, a test
facility is fabricated. The total test section
length is 852 mm and the effective heat transfer
length is 744 mm. Test tubes are made of copper.
Smooth tube with an outer diameter of 2.5 mm andmicrofin tubes with an outer diameter of 2.5 mm
and 3.0 mm are used for this study.
In this present study, huge new boiling,condensation heat transfer coefficient andfrictional pressure drop data of smooth andmicrofin tubes are presented using R134a andR1234yf refrigerants. For pressure drop study,
the mass velocity is varied between 50 and 200 kg
m-2 s-1, saturation temperature ranges 20 to 30 ℃,
vapor quality varies 0.1-0.9. For boiling study,
the mass velocity is varied between 50 and 200 kg
m-2 s-1, heat flux from 5 to 30 kW m-2, vapor quality
from 0.05 to 0.95. The saturation temperature is
13 ℃. Condensation tests are carried out formass velocities from 50 to 300 kg m-2 s-1, vapor
qualities from 0.1 to 0.95, saturation
temperature ranges 20 ℃ to 30 ℃. The effect ofmass velocity, vapor quality, saturation
temperature, tube diameter and refrigerant
performance on heat transfer and pressure drop
are clarified.
Finally, new two-phase frictional pressure
drop and condensation heat transfer correlations
are developed for small diameter smooth andmicrofin tubes based on the experimental data.
The proposed correlations showed good agreementwith the experimental data as well as otherresearcher’s data. The proposed correlation canbe applied to the small diameter smooth andmicrofin tubes in a wide range of mass velocities
and for many kinds of refrigerants. Furthermore,some literature correlations are implemented to
predict the pressure drop, boiling andcondensation data and their deviations arereported.

博士論文審査報告28

論文審査結果の要旨
人間の経済活動により二酸化炭素の排出量が増加
し，地球温暖化につながっていること，また近年の異常気象の原因が地球温暖化とも言われていることを考えれば，二酸化炭素の排出量削減は緊急の課題である．現在冷凍空調機に多く使用されている冷媒の温暖化への影響は二酸化炭素の数百倍から 1 万倍以上に及ぶものもあり，新規冷媒の開発やそれに対応する機器の開発が進められている．
本研究で対象としている外径 2.5～3.0mm の細径伝熱管は，冷媒充填量の削減により地球温暖化防止につなげようとするものであり，溝付き管を用いた伝熱促進は熱交換器を小型化できるため，さらなる充填量削減が達成できる．また，研究対象としている冷媒 R1234yf は，近年開発された地球温暖化係数の小さい冷媒であり，実用化が期待されているため，詳細な伝熱性能に関する情報が必要とされている．
第 1 章では，研究の背景となる新規冷媒への転換と冷媒充填量削減の必要性が説明されるとともに，内面溝付き管における沸騰及び凝縮の伝熱促進メカ
ニズムや流動様相が分かりやすく解説されている．
また，種々の冷媒や伝熱管を用いて実験が行われた
過去の研究について詳細な調査結果をまとめている．
第 2 章では，実験装置の構造，温度や圧力，流量の測定方法，熱伝達率及び摩擦圧力損失の求め方が詳しく説明されている．管内を流れる冷媒の局所熱伝達率は，測定した管壁温度と熱源水との熱交換の関係から独自に開発した方法で求めている．また，測定の不確かさの算出についても詳細な説明が示されている．
第 3 章では，既存冷媒 R134a と新規冷媒 R1234yfの断熱気液二相流における圧力損失の実験結果が示され，平滑管及び溝付き管の摩擦圧力損失に関する
新たな相関式が提案されている．提案された相関式
は，これまでに報告された研究結果を参考に導出されたものであり，従来の相関式は本実験で得られたデータを正確に予測できないが，新たに提案された式は本実験結果だけでなく，他の研究者による種々の冷媒の摩擦圧力損失も高い精度で予測できる．
第 4 章では，R134a と R1234yf の細径平滑管内及び溝付き管内の凝縮熱伝達の実験結果が説明されている．新規冷媒 R1234yf の熱伝達率が，熱物性値の関係から R134a より 20～30%程度低い値を示すこと，
管径が小さくなるほど熱伝達率が高くなること，溝付き管の伝熱促進効果が 1～4 倍程度あることなどを示している．また，平滑管内凝縮については，管内径の影響を考慮するパラメータを導入し，新たな相関式が提案されている．提案された予測式は，本実験データだけでなく，他の研究者による実験結果

も含め，約±30％以内の誤差で予測できる．
第 5 章では，平滑管及び溝付き管内の沸騰熱伝達に関する実験結果が報告されている．沸騰熱伝達においても溝付き管の熱伝達率は 1～4 倍程度平滑管より高い値を示すことが報告されている．R1234yfの熱伝達率は R134a より低い値を示すが，熱物性値から予測できる範囲であることが報告されている．
第 6 章では，本論文で示された研究結果の総括が行われるとともに，今後の研究課題，方向性に関する提言を行っている．
本研究で得られた成果は，独創的な新しい結果を含んでおり，工業的に広く応用できるものである．
令和２年７月３０日に実施した博士論文公聴会では，これらの内容が分かりやすく丁寧に説明され，質問に対しても適切な回答がなされた．
なお，本研究の内容は 2 件の査読付き Journal 論
文に掲載されるとともに，3 件の国際会議，3 件の国内会議で発表されている．
以上のことより，本論文は博士（工学）の学位を授与するに値すると判断され，審査員全員の一致で合格と判定された．

博士論文審査報告

氏

名（本籍）

DERBEL MOHAMED RAMI
（チュニジア共和国）
学位の種類
博士（工学）
学位記の番号
甲第 674 号
学位授与の日附 令和 2 年 9 月 30 日
学位論文題名STUDY ON PERCEPTION OF URBANHERITAGE TOWNSCAPE BY DEEPLEARNING COMPUTER VISIONMETHODS(深層学習コンピュータビジョン
手法による歴史的都市景観の認知に関する研究）
論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

29

究展開が期待されるものである。
本研究は、全７章で構成されている。なお、研究モデル地は、重要伝統的建造物群保存地区（重伝建地区）である佐賀県鹿島市肥前浜宿である。
第１章は序論として、研究の背景、問題意識、目的、論文の構成等について記述した。
第２章は、都市景観を構成するファサードに対す
る建築専門家の認知について分析を行ったものであり 、 深 層 学 習 ア ル ゴ リ ズ ム TensorFlow ImageClassification1.6 を用いてファサード評価の認知が

教 授
准教授
〃
〃

三 島
平 瀬
中大窪
中 山

伸
有
千
功

雄
人
晶
一

一致するかどうかに取り組んだ。専門家の回答の分類ルールを３種類行い、その正答率がどのようにす
れば高くなるかについて検討した。その結果、個別回答の学習よりも集約した回答の学習の方が正答率

論文内容の要旨が高いが 50%弱であり、専門家との違いは±2 程度

歴史的都市景観の整備は、我が国においても観であった。これは、AI は概ね伝統的建造物か非伝統

光立国に向けた重要施策の一つとして取り組ま的建造物かを判断できたが、専門家とは正確に同じれている。そういう中で、地区における建築物のではないことを示した。

新築・増築等においては、屋根勾配や軒の出等の定量的基準は評価しやすいものの、周囲の歴史的景観に合わせることといった定性的基準は曖昧であり、その判定が常に問題になっている。そう

第３章は、深層学習アルゴリズム YOLOv3 を用いて、屋根や窓などの建築要素の抽出に取り組んだ。
120 のフレームに対して 8200 回の反復処理を行った結果、70%程度の正答率であった。400 のフレーした問題に対して、これまでは SD 法等を用いた

ムで 10,000 回の反復にしたところ、74%に改善した。

人間の認知に対する分析をもとにした評価が主

ある程度の抽出は可能であることが示された。しか流であったが、近年、AI を用いた機械的な認知のし、まだアルゴリズムの改善が必要であると考えら手法が着目されつつある。将来的には、どのようれる。

な建築物が適切なのかを予測することも期待で第４章では、肥前浜宿と塩田津の２つの異なる重きる。以上を踏まえ、本論文では、深層学習コン

伝建地区を対象に、それらの景観写真の判別がでピュータビジョン法を用いた歴史的都市景観の認知の可能性について明らかにすることを目的

きるかどうか、アルゴリズム TensorFlow ImageClassification2.2 を用いて分析を行った。現地のとしている。都市や建築の分野においても AI を

複数の街路沿いに動画撮影して１秒ごとの写真用いた分析は増えつつあるが、建築年代や大工・を取り出し、512 組のデータを用意して訓練を行

建築家等によってデザインが異なる建築物で構った。その結果、過学習になっていた。これは類成される景観に対して適用することはまだ新し

似した写真が多かったためと考えられる。そこで、

く、歴史的都市の景観整備のための建築要素の抽データ拡張処理を行なって同様に分析した。その出や景観コントロールにおける有用な手法への結果、過学習は改善されて、正答率は理想的なカ発展への端緒となる研究として、今後も更なる研ーブを描いて緩やかに上昇するようになり、500博士論文審査報告30

エポックで正答率 87-93%程度に達した。
第５章は、第４章の結果に対してヒートマップ
を作成して特徴量を分析し、AI が着目した建築エ本研究は、審査付学術論文３編、国際会議論文４本で報告されており、 著者は研究者としての十分な能力を有していると言える。

レメントを分析している。すなわち、アルゴリズ

以上の審査結果に基づき、本論文は博士（工学）ム Grad CAM を用いて特徴部位の可視化を行っの学位を授与するに値すると判断され、審査員全員た。その結果、真と偽の検知があり、関係の強い

一致で合格と判定した。

エレメントとしては、建物全体の形、木板などの学位申請者、DERBEL MOHAMED RAMI 氏に

材料要素、屋根の勾配要素、庇の先端等の水平ラ

対して、博士論文審査終了後に最終試験を実施する

イン要素、柱等の垂直ライン要素、窓や扉などのこと、および試験の内容は博士論文に関連する内容

柱間装置要素などが着目されていることを明らについて口述試験をおこなうことを事前に通知し、かにした。

令和２年８月５日に実施した。

第６章では、第２章から第５章の結果を用いて、口述試験は博士論文を中心として、これに関連あこれらの異なる深層学習アルゴリズムの統合のる内容について行った。歴史的町並み景観の保存へ可能性を議論している。具体的には、YOLO を用の適用について、特に、専門家としての伝統的要素

いて窓や扉などの部分予測とヒートマップを用

認識との差異の問題、ヒートマップと YOLO の統合

いた特徴量分析の統合について議論した。

の可能性、開発されている新しい AI アルゴリズム

第７章は結論であり、深層学習コンピュータビの利用の可能性について問うたところ、申請者自身

ジョン法を用いた歴史的都市景観の認知についの研究成果を踏まえた適切な説明がなされた。さらて明らかにし、その可能性と今後の課題を示した。

に申請者は、口述試験から歴史的町並みにおける計画設計、ならびに人工知能による分析等に関して十論文審査結果の要旨
このように本研究は、歴史的都市における景観コントロールで課題になっている定性的基準の評価に対して、深層学習による景観認知とそれによる支援システム構築に向けた基礎的知見を得たものであり、そうした ICT 活用型まちづくり
デザイン学の構築に向けた新しい研究として、工学的価値の高い研究と評価することができる。

分な知識と理論構成力を有していると判断された。
以上に述べたように、本申請者は博士論文を中心とした最終試験では、いずれも充分な内容の知見を示し、最終試験の結果は合格であると審査員全員で判定した。

令和２年度理工学部
集報・サイエンテック編集専門委員会
委 員 長

上

田

委

市

川

尚

志（数理部門）江良

正直（化学部門）山

内一宏（物理学部門）村

上天

元（機械工学部門）

堂

薗

三

島

員

俊（情報部門）浩（電気電子工学部門）
悠一郎（都市工学部門）

令和２年１２月２８日 発行
編 集 兼
発 行 者

〒840-8502 佐賀市本庄町１

佐賀大学理工学部

ISSN

2435-2578

Reports of the Faculty of Science and Engineering,
Saga University, Vol. 49, No.2, December, 2020
Contents
Summary and examination of doctoral thesis……………………………………………………………………………………１

Published by the Faculty of Science and Engineering,
Saga University,
1Honjo-machi, Saga 840-8502,JAPAN