ISSN佐賀大2435-2578

学

理工学部集報第47巻 第 1 号
目次

シュレディンガーの猫状態の判定可能性……………………………………………………遠藤隆……………………………………………………… 1

Precious metal ions adsorption on unmodified chitin gels…………………………………………………大渡博士論文要旨及び審査要旨公表

啓介・Dan Yu・川喜田英孝・森貞真太郎・井上

勝利… 5………………………………………………………………………………………10

平 成３０年 ６ 月

佐賀大学理工学部

Rep. Fac.Sci. Engrg.
Saga Univ.
47-1 (2018), 1~4

Reports of the Faculty of Science and Engineering,
Saga University, Vol.47 , No.1, 20181

シュレディンガーの猫状態の判定可能性
遠藤隆*

Decidability of Schrödinger’s cat states
By
Takasi ENDO
Abstract: Schrödinger’s cat paradox has been the hardest problem in quantum theory. A model ofmeasurement and decision of quantum states is introduced and review the paradox. When we can decidethat the states are definite (i.e. not superposed), it is impossible to decide that a state is superposed of thedefinite states.

Key words: Schrödinger’s cat, measurement theory

１．は

じ

め

に

量子力学には，「シュレディンガーの猫」と呼ばれる観測にまつわるパラドックスがあり，観測の問
題の象徴として長い議論が続いている(1)。
基礎方程式が線形である量子力学には重ね合わせの原理が成り立つので，生きている猫と死んでいる
猫の重ね合わせ状態が存在するはずなのだが，そのような猫を我々は観測することは現実にできない。
これに対する標準的な解釈は，観測による「波束の収縮」が起きて，重ね合わせ状態が観測できないというものである。しかし，波束の収縮は，重ね合わせの原理を破るため，量子力学的な過程として記述することはできないことや，「観測とは何か」という問題があり，議論が続いている。
この議論において，「量子力学は，シュレディンガーの猫の存在を予測するのに，それが観測できない」という主張には，ある前提が隠されている。それは，「シュレディンガーの猫が存在すれば，それを観測することが（原理的に）可能である。」
平成 30 年 6 月 1 日受理*工学系研究科物理科学専攻©佐賀大学理工学部ということである。
しかし，もしかしたら，この前提が間違っているかもしれない。すなわち「ある条件の下では，重ね合わせ状態は原理的に観測することができない」ということがあり得る。だとすれば，問題は，「どのような条件の場合に，シュレディンガーの猫は，観測できないのか」ということである。言い換えれば，「観測可能な重ね合わせ状態と観測不可能なシュレ
ディンガーの猫の状態は，何が違うのか」ということである。結論を先に述べると，「シュレディンガ
ーの猫は，もし生きていれば生きていると，死んでいれば死んでいると観測することができる」ということである。確定的に（確率１で）判定可能な複数の量子状態（以下，「確定状態」と呼ぶ。）の重ね合わせ状態は，判定不可能である。重ね合わせ状態
だけならば，巨視的であっても現代の技術ならば原理的に実現し判定することが可能である。したがって，シュレディンガーの猫の問題は，猫の生死確定
状態の判定可能性とともに考えなければならない。
観測の問題に対する主な解釈は，波束の収縮の他にエベレットの多世界解釈(2)及びデコヒーレンス解釈(3-4)がある。
多世界解釈は，波束の収縮が起きないとして，複数の状態の重ね合わせ状態を，分岐した世界の並列とみなす考えである。近年，多世界あるいは様々なレベルの多宇宙の考え方は，徐々に受け入れられて2

遠藤

きているようにも見える(5)。
デコヒーレンス解釈は，観測対象（たとえば猫）が，自由度の大きい環境系と相互作用することで，統計演算子の非対角成分が事実上消失し，古典的な統計演算子に一致することから，干渉効果の消失を説明するものである。重ね合わせ状態が消失すれば，干渉効果も消失するが，逆は正しくない。干渉効果が消失しても重ね合わせ状態は残っている。したがって，観測の問題がデコヒーレンス理論で解決したと考えるのは早計である(6)。

２．判

定

装

置

の モ

デ

ル

ある測定対象とする系と，その測定装置のモデルを以下のように仮定する。
入力空間
測定対象となる系を次のようにいくつかのヒルベ
ルト空間の直和で表す。

I

I "i"

I " j"(1)

なお，直和成分の部分空間を識別する記号は，適当である。シュレディンガーの猫を考える場合は，たとえば，II "alive"

I "dead"(2)と表すことができるだろう。直和成分が単一の状態ベクトルで構成されていてもかまわない。
出力空間
入力空間の状態を測定し出力（表示）する装置も，
いくつかのヒルベルト空間の直和空間で表す。

O O "ready"

O "o"

O "p"

隆

空間の部分空間に写像される。

Uˆ M J

O "ready"

J

O "p"

(4)

なお，測定前は，出力装置の表示は”ready”であり，測定後は，予め与えられた出力空間の直和分解のいずれかが選択されるものとする。これは装置が何かを測定して何か特定の出力を表示するように設計されていると仮定しているからである。
判定不可能な例
猫の生死を判定することが可能でも、それらの重ね合わせは判定困難である。猫の生死特定状態に対して生死を表示する出力装置があったとする。

Uˆ M I "alive"

O "ready"

I "alive"

O "alive"Uˆ M I "dead "O "ready"

I "dead"O "dead "(5)

入力状態には重ね合わせが許されるので，
Uˆ I "alive" I "dead "O "ready"M

I "alive"

O "alive"

I "dead"O "dead"(6)となり，特定の出力状態が表示されない。
ボルンの規則で半々の確率で生死が表示されると解釈することもできよう。あるいは二つの分岐世界の直和になっているのかもしれない。この場合は，どの分岐世界が，経験主体である私（すなわちクオ
リア生成の場として現れる＜私＞）の世界なのか確定できない。
この状況は，判定不可能な場合と言える。
判定可能な例(3)
この識別記号も適当である。ただし，表示が重ね合わせになっていると，何が表示されているのかわからないので，判定不可能ということになる。判定可

しかし，重ね合わせ状態でも判定可能な場合があり得る。
たとえば，生死にかかわらず，それが猫かどうかの判定を行う場合である。

能な出力は，特定の部分空間，たとえば O "o" だUˆ M I "alive"

O "ready"

I "alive"

O "cat "Uˆ M I "dead "O "ready"

I "dead"O "cat "

けが表示されているような場合である。
測定作用
測定作用をユニタリー変換 Uˆ M で表す。この作用により，入力空間 I の部分空間 J

I は，ある出力(7)
この場合は，シュレディンガーの猫を入力してもUˆ I "alive" I "dead"O "ready"M

I "alive"

I "dead "O "cat"(8)

シュレディンガーの猫状態の判定可能性となり，確定的に（確率１で）「猫」という表示が得られる。したがって猫かどうかは判定可能である。
もっとも，猫か犬かを判定する装置があって，猫と犬の重ね合わせ状態を入力すると，表示は確定しなくなる。
なお，判定可能であっても，判定結果が正しく妥当であるということが保証されるわけではない。
猫の判定
さて，問題の猫の重ね合わせ状態の判定について考える。
この装置は，
猫の生または死の状態を入力すると，猫の生死が確定しており，重ね合わせ状態には無いと表示する。すなわち

Uˆ M I "alive"
I "alive"Uˆ M I "dead"I "dead"O "ready"
O "no"O "ready"(9)

O "no"

この装置が期待される判定機能を持つならば，シュレディンガーの猫の状態を入力すると，Uˆ M I "alive" I "dead"O "ready"(10)
I "alive" I "dead "O " yes"となるはずである。
（重ね合わせ状態を入力するのであるから、生死の状態の直和空間から確定状態を除くべきかもしれないが，結果は同じである。
）
この入力に対して，
ユニタリー変換の性質により，Uˆ M I "alive" I "dead"O "ready"(11)
I "alive" I "dead "O "no"となり，重ね合わせ状態に対しても出力空間の特定の表示だけが選ばれており，装置は「重ね合わせ状
態には無い」と確定的に表示することになる。したがって猫状態は，「重ね合わせ状態には無い」と判定可能である。これが本論の（もしかしたら意外な）結論である。
３．解釈

この最後の結果に対して，主に二つの解釈がある。
（１）判定を信じる
装置は，「生きている猫は（生死の）重ね合わせ状態になく，死んでいる猫は重ね合わせ状態になく，

3

重ね合わせ状態にあった猫も，今や重ね合わせ状態にない」と表示している。
装置の判定は正しいと解釈する。（この立場は，実験装置と実験結果の関係だけが議論すべきことであるという立場でもある。）したがって，重ね合わせ状態の判定結果は，判定前は重ね合わせ状態だったにもかかわらず，理由は分からないが，判定によって確定状態になってしまったのである。これは，
いわゆる「波束の収縮」と呼ばれる現象である。
（２）判定を信じない装置は，「生きている猫は（生死の）重ね合わせ状態になく，死んでいる猫は重ね合わせ状態になく，重ね合わせ状態にあった猫さえも，重ね合わせ状態にない」と表示している。
重ね合わせ状態を入力しても，「重ね合わせ状態に無い」と表示する装置は，判定装置としての必要な機能を持っていない。確定状態に対して”no”と表示する装置は，重ね合わせ状態に対しても，必ず”no”と表示するのであるから，確定状態と重ね合わせ状態を識別し判定する装置は不可能なのである。
だとすれば，「重ね合わせ状態に無い」という判定結果は，実際には「重ね合わせ状態に無い」ということを意味しないのである。なぜなら，（判定可能な確定状態の）重ね合わせ状態にあることを正し
く判定できる装置が原理的に存在しないと言わざるをえないからである。
４．考察

シュレディンガーの猫状態が観察できない技術的理由の一つとして，デコヒーレンスがある。多数の自由度を持つ環境と相互作用することで，猫の干渉性が失われる。しかし，干渉現象があれば，重ね合わせ状態にあると言えるが，逆は成り立たない。したがって，デコヒーレンスは，波束の収縮と同じではない(6)。（実際には同一視しても多くの場合，不都合はない。）
長い間，一般に受け入れられてきた解釈は，波束の収縮であろうが，波束がいつどのようにして収縮するのかは説明できないし，そもそもユニタリー変化ではない収縮は，量子力学の理論と両立しない。
もう一つの解釈として，多世界解釈がある。分岐
した世界からは他の分岐した世界が観察できないので，重ね合わせ状態が観察できないという解釈である。これは他の分岐世界をこの私が経験できないということである。しかし、なぜ特定の分岐世界の中でクオリアが現れるのかは説明できない。クオリア
は哲学的な難問(7)なのである。あるいは仏教の唯識説が言うように，この世界に現れる様々な識の一部

4遠藤から末那識の働きが＜私＞というものを生じさせているのかもしれないが，その理由や方法はやはり謎である。
しかし，重ね合わせ状態を観察することができないことを説明するだけなら，全世界を分岐させるまでもない。（エベレット自身，多世界という言葉は使っておらず，観測によって生じるエンタングルメ
ントを計算しているだけである。多世界という概念は、むしろ「観測者から観測できない世界が他に存在する」ということを強調するために導入されたと考えることができる。）
そもそも（確定状態が観察できる場合に）重ね合
わせ状態を観察する装置が存在しないならば，そして我々が観察するときは何らかの装置（実験装置だ
けでなく，脳などの身体を含む）を経由するのだとすれば，そのような装置が原理的に存在しない以上，
我々もまた重ね合わせ状態を観察することができないのである。これは量子力学とは矛盾しない。むしろ量子力学による必然の結果と言えよう。
我々が全てのことを正しく判定できるという保証はない。したがって，シュレディンガーの猫が，正しく判定できない現象の一つであると考えることは自然である。
参考

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デイビッド・J・チャーマーズ：『意識する心』（白揚社，2001）隆

Rep. Fac. Sci. Engrg.
Saga Univ.
47-1 (2018), 5~10

Reports of the Faculty of Science and Engineering,
Saga University, Vol. 47, No. 1, 2018

5

Precious metal ions adsorption on unmodified chitin gels
By
Dan Yu, Hidetaka Kawakita, Shintaro Morisada, and Keisuke Ohto* andKatsutoshi Inoue
Abstract: Nontoxic and resourceful polysaccharide polymers were used to investigate for precious
metal adsorptive recovery. Both of chitins exhibited the adsorption ability for Pt (IV) and Pd (II)compared with other polysaccharide polymers. The adsorption equilibrium was reached within 2 h.
The maximum loading capacities for Pt (II) and Pt (IV) adsorption were 0.0865 mol kg-1 and 0.058
mol kg-1 , respectively.
Key words: Selectivity, Biomass adsorbents, Precious metal ions, Polysaccharide polymers
1. Introduction
Precious metals consisting of six platinumgroup metals, together with gold and silver
have various applications in widespread fields,such as catalyst, jewelry, currency etc.
However, since the shortage of resource
problem has happened gradually, the precious
metals has become the urgent demand.
Among hydrometallurgical technology,
main useful techniques are solvent extraction
and adsorption, which employ two different
phase states with reactive interfaces. For
extraction of precious metals, some organic
extractants exhibit remarkable ability ofrecovery and selectivity.(1-3) However,extraction requires to use toxic extractants andflammable diluents which may bringenvironmental pollution. On the contrary,
adsorption uses polymer particles,(4) resins(5)and Fe 3 O 4 nanoparticles(6), which are less toxic
and safer. Compared with extractants andsynthetic adsorbents, biomass-adsorbentssatisfied the demand for economic andReceived May 31, 2018
Department of Chemistry and Applied Chemistry©Faculty of Science and Engineering, Saga
University

environmental - friendly property on metal
recovery. Base on the abundant of resources,
there are kinds of adsorbents for precious metal
adsorption, such as protein-rich biomassadsorbents(7), persimmon waste,(8) leaf
biomass. (9)Polysaccharides is a distinct class of
biopolymers, universally produced in livingorganisms. (10) All of them have similar
structure unit and different functional groups
which attribute to the different properties, as
shown in Scheme 1. They independently
contain amount of hydroxyl, amido and aminogroups, and diverse materials can contribute toadsorption with different mechanism, as ionexchange and chelation (11) for precious metal
adsorption.
In the present work, the ability of precious
metal adsorption on polysaccharides polymers
was investigated. Two types of chitins (Ex, s)
were investigated for platinum (IV) andpalladium (II), together with polysaccharides
polymers. Some papers reported the possibilityof metal adsorption on chitosan, (12) however
chitosan itself has aqueous solubility in acidic
media which would affect the adsorption. (13)For pH and time dependencies, platinum (IV)6

Keisuke OHTO・Dan Yu・Hidetaka KAWAKITA・Shintaro MORISADA・Katsutoshi INOUE

were

solution was adjusted by the mixture of 0.1010.0 mM metal chloride solutions in the 0.10 M
HCl media.

2-1 Reagents
Gold (III), platinum (IV) and palladium (II)chloride solutions were prepared by thehydrogen tetrachloroaurate (III) tetrahydrate(HAuCl 4 ·4H 2 O),hydrogenhexachloro
platinate (IV) ） hexahydrate (H 2 Pt 6 ·6H 2 O)
and palladium (II) chloride (PdCl 2 ) powder
respectively, purchased from Wako Pure
Chemical Industries, Ltd, Japan. Cellulose waspurchased from Merck KGaA, Germany.
Chitin-S produced from shrimp shells waspurchased from SIGMA, USA. Chitin-Ex wasfrom Funakoshi Co., Ltd, Japan. Chitosan wasfrom YAEGAKI Bio-industry Co. Ltd. These
polysaccharides were used as they were
without further purification. The crystallinity
degree and deacetylation degree of both chitinmaterials may be different. However, suchinformation was not mentioned for bothcommercially available materials.

2-3 Adsorption tests
Twenty mg of sample powder was added
to 2.0 cm-3 metal solution. The mixture wasshaken at 30.0 ℃ for 24 h. After filtration, themetal concentration in the filtrated aqueous
phase was measured by inductively coupledplasma atomic emission spectroscopy (ICPAES, Shimadzu ICPS-8100).

and palladium (II)continuously studied.
2. Experimental

adsorption

3. Results and discussion
3-1 Precious metal adsorption on various
polysaccharides
The adsorption of Au (III), Pt (IV) and Pd(II) was separately investigated using eachpolysaccharide at same HCl media (0.10 M) for
24 h, shown in Fig. 1. The percentage
adsorption (%) was calculated by equation (1)（1）
where C i and C e represent the initial andequilibrium concentrations of metal ions.

R: NH 2 (chitosan) OH (cellulose) NHCOCH 3 (chitin)
Scheme 1. Structures of polysaccharide polymers
employed in the present work

2-2 Preparation of the test solutions
Aqueous solutions were prepared bydissolving each metal salt in 0.1 M (mol dm-3)
HCl, and 0.1 M HEPES (2- (4-(2-hydroxyethyl)
piperazin-1-yl) ethanesulfonic acid) buffer
solution contained 0.10M NaCl to maintain thesame chloride concentration for each sample.
All the solutions contained 0.10 mM metal
chloride. For the adsorption isotherms tests,

Fig. 1 % adsorption of Au(III), Pt(IV) and Pt(IV) on
polysaccharides tested in. 0.10 M HCl, at 30.0 ℃

Compared with other polysaccharides, chitosan
has no adsorption ability of precious metal ions,which is attributed to its high aqueous
solubility in low acidic media. Both of chitinsand cellulose are much less soluble in acidic
solution. However, both types of chitinsPrecious metal ions adsorption on unmodified chitin gels

exhibited relatively high adsorption ability to
Pt (IV) and Pd (II). They were produced fromthe shells of crustacea such as prawn and crabs
with highly crystalline nature. The formation ofcomplexes between carbonyl groups of chitins
and Pd (II) may attribute to the superior
adsorption percentage. The hydrogen bond
between chlorine from anionic chloro-complexof Pt (IV) and nitrogen-hydrogen of chitin may
attribute to high adsorption.
3-2 Effect of shaking time on Pt (VI) and Pd(II) adsorption
The effect of shaking time on Pt (IV) and
Pd (II) adsorption in 0.10 M HCl media, isshown in Fig. 2.

7

The main reason is the different hydration
shells between Pd (II) and Pt (IV). The chitinEX exhibited slightly higher adsorption for Pd(II) than chitin-S, which may be attributed toparticle size (number of adsorption sites) andcrystallinity.
3-3 Effect of pH on Pt (VI) and Pd (II)adsorption
The effect of pH on Pd (II) adsorption isshown in Fig. 3a. The value between initial pH
equilibrium pH was similar. At the constant ofchloride ion concentration, adsorption
percentage increased with increase of pH.
Different pH region attributed the variety ofchoro-complexes species. Pd (II) mainly
existed as the PdCl 4 2- anion at strong acidic
condition. As the proton decreased, amount of
Pd (II) was transferred into cation species
gradually such as [PdCl(H 2 O 3 )]+, Pd(OH)+ andPd2+ (14). The carboxyl groups on chitin sitewould form complexes with Pd2+.

Fig. 2a Effect of shaking time on adsorption of Pd (II)in 0.10 M HCl media, at 30.0 ℃

Fig. 3a Effect of pH on Pd adsorption at 30.0 ℃, 24 hFig. 2b Effect of shaking time on adsorption of Pt (IV)in 0.10 M HCl at 30.0 ℃.

The equilibrium for Pd (II) adsorption was
attained within 2 h, whereas, the adsorption ofPt (IV) reached equilibrium after around 36 h.

Fig. 3b Effect of pH on adsorption of Pt (IV) at30.0 ℃,
24h8Keisuke OHTO・Dan Yu・Hidetaka KAWAKITA・Shintaro MORISADA・Katsutoshi INOUE

The effect of pH on Pt (IV) adsorption isshown in Fig. 3b. Pt (IV) adsorption percentage
is lower than that of Pd (II) adsorption. Most of
the Pt (IV) exist as anionic chloro-complex(PtCl 6 2-) in 0.10 M HCl solution. (15)The reactional atom may be different.
Chlorine atom from complex choroanions of Pt(IV) formed hydrogen bond with amido proton
from chitin which led to Pt (IV) adsorption.
Therefore, pH seemed to show weak effect on
adsorption percentage.
3-4 Adsorption isotherm of Pt (IV) and Pd (II)The adsorption isotherm of Pd (II) and Pt(IV) on Chitin-EX and Chitin-S is shown in Fig.
4, respectively. The figures were analyzed by
the Langmuir isotherm, which equations are
represented in the equations (2) and (3):adsorption percentage on Pd (II) at 0.10 M HCl
media (shown in Fig. 3a). Hence only studied
the loading capacity of Pt (IV) adsorption on
chitin-S. The maximum of loading Pd (II) is
0.058 mol kg-1.

Fig.4a Adsorption isotherm of Pt (IV) on Chitin-EX,
0.10 M HCl media, 30.0 ℃, 24 h

(2),

(3),
where q e is the amount of metal ion adsorbed(mol kg-1), C e is concentration of equilibrium(mol dm-3), V is the volume of Pt (IV) and Pd(II) solution (dm-3) and m is the weight of theadsorbents (kg).
q0 is maximum adsorption capacity oneach chitin (mol kg-1) and b (dm-3 kg-1) is theadsorption equilibrium constant that relates tothe adsorption energy. The value of q0 and b
was calculated from the slope and intercept ofplot C e /q e vs. C e , so the reciprocal of slope
stands for q0.
In 0.10 M HCl media, Chitin-EX has
better adsorption percentage on Pt (IV) than
Chitin-S (shown at Fig. 3b). Hence loading
capacity of Pt (IV) was investigated using
chitin-EX. After calculation, the q0 value which
illustrated the maximum of loading Pt (IV) was
estimated to be 0.0865 mol kg-1.
Between two chitins, they have similar

Fig.4b Adsorption isotherm of Pd (II) on Chitin-S,
0.10 M HCl media, 30.0 ℃, 24 h

Although the loading capacity isremarkable, chitins as the raw and green
material, still has potential for the industrial use.
4. Conclusions
At this study, polysaccharide polymers
were investigated on precious metal adsorption
ion. At 0.10 M HCl media, two chitins
exhibited the superior ability of precious metal
adsorption. The time of reaching equilibriumon Pd (II) is shorter than that of Pt (IV). Causedby the different hydration shell. Furthermore,
the adsorption percentage increased as theincrease of pH value on Pd (II) adsorption.

Precious metal ions adsorption on unmodified chitin gels

Otherwise, Pt (IV) adsorption wasn’t changed
clearly by the change of pH. Chitin as thecheaper, nontoxic and resourceful material has
significance of precious recovery, although thecapacity is not high.
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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）独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
学位論文題名髙 岡 祐 士 （佐賀県）
博士（工学）
甲第 616 号
平成 30 年 3 月 23 日
流体によるゲル粒子の変形を利用したコロイド粒子分離システムの構築に関する研究

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教 授
准教授
〃
〃

大 渡
川喜田
森 貞
成 田

啓 介
英 孝
真太郎
貴 行

論文内容の要旨
さまざまな製造プロセスにおいて，様々な形状やサイズの粒子が生産されている。形状やサイズをもつ粒子群からあるサイズや形状の粒子を分離することは重要である。本研究では，濾液中の圧力に伴うゲル微粒子の変形を利用した対象粒子のサイズ排除
分離に着眼した。充填剤であるゲル粒子が変形した
場合，分離場であるゲル粒子間隙が変化するためそれに伴いサイズ排除効果も変化する。その結果，ゲル粒子間隙の狭小化により，ゲル粒子が変形しない条件下ではカラムを透過した物質あるいは粒子がカラム内に捕捉される，あるいは捕捉対象物質である粒子の流出速度が変化すると推察される。したがって，カラムの充填剤としたゲル粒子の変形の制御は，カラムの分離性能であるサイズ排除効果の制御となりサイズ排除クロマトグラフィーの新たな操作条件となる。
さらに，充填剤として用いるゲル粒子の変形のしやすさ，粒径，導入する官能基によって，ゲル粒子の変形，すなわちサイズ排除効果のより劇的な変化
やサイズ排除のみではなく，充填剤およびカラムを透過する物質あるいは粒子との間の相互作用も分離の要因となり，多様な物質あるいは粒子の分離への適用が期待される。
上記のように，ゲル粒子の変形を利用してサイズ排除効果の強弱の制御をこのような最終的な展開を目的として，本論文では，コロイド粒子を対象としたカラムを透過する流体によるゲル粒子の変形を利用した分離システムの構築について検討する。
本論文は全７で構成されている。
第 1 章では，本論文の目的が述べられ，本論文の意義および位置を明確にするために，既往の粒子分離の手法，ゲル粒子の変形，および粒子分離の必要とされている分野が記述された。
第 2 章では，第 3 章以降で使用するゲル粒子との比較として，「かたい」粒子充填構造によるコロイ

10

ド粒子分離挙動の観察のために，polystyrene 製
Latex ビーズの充填構造が多孔性中空糸膜上に形成され，様々なコロイド粒子懸濁液の透過が行われた。
Latex ビーズの充填量によってコロイド粒子阻止性能の制御が可能であることが示された。
第 3 章では，カラムを透過する流体由来の圧力による充填剤であるゲル粒子の変形，およびそれに伴うゲル粒子間隙の狭小化について検討するために，調製したゲル粒子を充填したカラムに蒸留水を透過してカラム中に形成させたゲル粒子充填構造の圧密が調べられた。流体の透過によってゲル粒子充填高さが減少し，さらに圧力損失が上昇した。圧力損失の上昇挙動は変形しない粒子の場合の直線的な増加ではなく，時間経過に伴って傾きが増加した。これ
らの結果はゲル粒子の架橋密度によって異なることが報告された。
第 4 章では，カラムの充填剤であるゲル粒子の変形によるコロイド粒子分離性能について評価するた
めに，ゲル粒子を充填したカラムにシリカ粒子懸濁液が透過され，ゲル粒子充填構造によってシリカ粒子が捕捉された。シリカ粒子のサイズによってゲル粒子充填構造中で捕捉される場所が異なり，サイズ分離が可能であることと示唆された。
第 5 章では，サイズ分布を有する粒子の分離について検討するために，カラムに充填したゲル粒子の変形を利用したサイズ分布を有する Graphene oxide（GO）のサイズごとの分離が検討された。ゲル粒子
間隙を透過した小さなサイズの GO とゲル粒子間隙に捕捉された大きなサイズの GO の分離が達成された。さらに，ゲル粒子間隙に捕捉された GO について
も，サイズによって捕捉場所が異なることが明らかとされた。
第 6 章では，カラム内のゲル粒子充填構造に捕捉された粒子の回収方法について検討するために，カラム中のゲル粒子充填構造に捕捉されたろ物である
GO の回収法が提案された。GO をろ過した直後のゲル粒子にかかる圧力を流路外へ開放すると，ゲル粒子の弾性による変形からの復元力および流路外への液流の発生によってろ物である GO がカラム内を浮上した。浮上した GO はカラムの高さ方向に対するクロスフローによって回収された。流出液とゲル粒子間隙に捕捉された GO のサイズ分離および回収だけでなく，ろ材であるゲル粒子の再生にも繋がる結果が得られている。
第 7 章では，本論文で得られた知見が総括され，今後の展望について述べられている。
平成３０年２月２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編で報告されており，著者は研究者として十分な能力を有してい11

博士論文審査報告

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。

論文審査結果の要旨
学位申請者，髙岡 祐士氏に対して，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，平成３０年２月２日の公聴会終了後に実施した。
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。使用したゲルと分離対象物
質との相互作用，工業的にスケールアップするための方法，ゲル間隙で形成される孔の分布の算出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
験から化学工学の見地に基づいたスケールアップや吸着や濾過に関する分離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。

12

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
学位論文題名髙 倉 将 一 （福岡県）
博士（理学）
甲第 617 号
平成 30 年 3 月 23 日
角度分解光電子分光による非整合
積層コバルト酸化物の電子状態研
究

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃

准教授
教 授
〃
准教授
教 授

真
杉
鄭
東
米

木
山
旭
純
山 博

一
晃
光
平
志

論文内容の要旨
結晶は通常，原子や分子が周期的に配列したものである。一方で，自然界には超格子構造や準結晶など，系全体にわたる周期が定義できない物質が存在する。なかでも層状構造をもち，各層の格子定数が互いに無理数比の物質は非整合層状物質と呼ばれ，基礎，応用の両面から注目されている。特に，近年，層状物質を単層化すると，層間結合の消失により，バルク固体とは異なる性質が現れる例が幾つも報告され，層境界での原子軌道の結合と安定性に対する知見の要求が高まっている。また，電子間相互作用
が中心的役割をもつ物質－強相関電子系－の理解と，その特性を積極的に活用した物質設計も現在の物質科学研究の柱である。こうした系では，電荷，スピン，軌道が相関し，多彩な機能が創出する。従来型
半導体を凌ぐ革新的な技術展開も期待されている。
本論文で扱う非整合積層コバルト酸化物には，この強相関電子系の視点からの研究も多い。本論文では，
層間非整合が電子状態に及ぼす影響を追究し，層間結合の成因を解明することを目的としている。
本論文は全５章で構成されている。
第１章は序論である。非整合格子構造をもつ物質の紹介と，非整合積層物質およびその関連物質でのインターカレートや単層化による物性変化が記された後，層状コバルト酸化物の結晶構造，電気的・磁気的な性質，熱電材料や強相関電子系の観点からの研究例が説明される。続いて，非整合構造に着目す
る契機となった電流電圧特性の実験をふまえ，本研究の目的が述べられている。
第２章では，実験手法として，単結晶作製の手法
および角度分解光電子分光 (ARPES) の測定原理，
測定に関する具体的な施策が記されている。
研究成果は第３章と第４章にまたがる。第３章は，非整合な[Bi 2 Sr 2 O 4 ] 0.51 CoO 2 でフェルミ面を観測したこと，フェルミ面の大きさが温度依存することを説明する。酸素の内殻スペクトルにも温度変化が見られるため，酸素原子の変位が電子状態に作用すると推論される。第４章は，整合な[Bi 2 Ba 2 O 4 ] 0.50 CoO 2と非整合な[Bi 2 Ca 2 O 4 ] 0.59 CoO 2 も交え，酸素 2p 軌道
由来の価電子バンドが，系の電子状態を直接反映することを示す。さらに，光子エネルギーを変えて行った ARPES 実験および透過型電子顕微鏡観察から，[Bi 2 Sr 2 O 4 ] 0.51 CoO 2 は局所格子歪みによる分域構造を形成して，非整合層間での電荷輸送を可能にしていることが明らかにされた。
第５章では以上の研究結果をまとめ，非整合積層
コバルト酸化物は結晶構造と電子が協奏して物性を創出していること，層状物質の理解と制御に知見が有益であることを述べている。
以上，本論文は ARPES 実験により，非整合構造
がコバルト酸化物の電子状態に及ぼす影響を明らかにした。コバルト 3d 電子の強相関効果を主とした説
明に再考を促すと共に，層状物質やヘテロ成長による積層膜などの研究にも有用な知見が示されている。
平成 30 年 2 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 3 編，学会発表
6 件等で報告されており，本研究は博士の学位に値すると言える。
以上の審査結果に基づき，本論文は博士（理学）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。

論文審査結果の要旨
学位申請者，髙倉将一氏に対して，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，平成 30 年 2 月 5 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。層間方向の電荷移動について，特に，格子歪みとコヒーレント伝導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

13

氏

名（本籍）

町島

希美絵

（福岡県）

／活動の意欲を刺激するように関わるコミュニケー
ション・スキルが重要であることが明らかとなった。

学位の種類

博士（学術）

学位記の番号

甲第 618 号

学位授与の日附

平成 30 年 3 月 23 日

フに対して，一般高齢者へのアセスメント・スキル

学位論文題名

高齢者のためのメンタルとアクテを習得するために開発した教育支援アプリケーショ

ィビティのケア支援に関する研究

ン（以下「教育支援アプリ」と略す）を開発した。

第 3 章では，教育背景や熟達度の異なるスタッ

また，このアプリの有効性について，一般高齢者と若者群とのデータを比較検証した。その結果，年齢

論文審査委員
（主査）

佐賀大学

准教授

中

山

功

一

差を反映させた作業遂行評価は可能であることであ

（副査）

〃

教 授

山

下 義

行

ることが明らかとなった。

〃

〃

〃

松

前

〃

〃

〃

岡 崎

第 4 章では，教育背景，熟達度の異なるスタッ進泰久フに対して，一般高齢者へのコミュニケーション・
スキルを習得させるために開発した教育支援アプリ

論文内容の要旨の有効性を検証した。スキル向上をはかるためには，
既存のアプリにあるような，単に音声を再生する機

本論文では，認知症高齢者に対して，メンタルの会を設ける機能だけでは不足であることを示した。

充実による“QOL（生活の質）の向上”と“BPSD(行また，自己評価と他者評価を組み合わせ，学習者が動・心理症状)の緩和”を目的とする。この実現には，自己の成長／変化を感じ取り，主体的に学習するシ

高齢者に対するアクティビティ（日常生活行動，人ステムの構築が必要であることを示した。

間関係，趣味・娯楽活動，その他の全般の活動）の第 5 章では，認知症高齢者のアクティビティをスタッフ（介護スタッフなど）に，メンタルとアク個人化できるアプローチ・システムについて述べた。

ティビティのケアに必要なスキルの習得が不可欠でアクティビティの個人化プロセスでは，認知症者のある。本論文では，スタッフに対してメンタルとア

身体的な情報と作業能力を把握するアセスメント・

クティビティのケアに必要なスキルを向上させる情スキルが重要であった。また，把握した作業能力に報システムの構築に向けた研究に取り組む。

基づき，「満足感」や「達成感」を得られる個別の第 1 章では，課題と目的と章構成の概要を説明した。

作業プログラムを組むために，認知症高齢者のアクティビティを支援するスタッフ同士のコミュニケー

第 2 章では，一般高齢者のメンタルとアクティビ

ション・スキルの活用と，それをチーム・ケアに反ティのケアに必要なスキルを習得し，地域コミュニ

映させる取り組みが必要であることがわかった。

ティで実践しているスタッフのスキルを分析した。

第 6 章では，高いコミュニケーション・スキル

その結果，メンタルとアクティビティのケアに必要とアセスメント・スキルを有するスタッフで構成さなスキルには，（A）参加者の主観的情報にとどまられるデイケア施設で実践されている作業プログラム

ず，認知機能などの客観的情報を取得して総合的にを，個人ケアからチーム・ケアに発展させて，継続把握するアセスメント・スキルと（B）高齢者の参加的に運用するために必要な共有化システムに取り組14

博士論文審査報告

んだ。そこで，“振り返りミーティング”を活用し論文審査結果の要旨

た，作業プログラムを実行するための 3 つの過程「準本論文は，認知症高齢者に対して，メンタルの充備」「実施」「振り返り」に基づき，スタッフ間の実による“QOL（生活の質）の向上”と“BPSD(行動・会話を分析した。その結果，どのスタッフも自分の心理症状)の緩和”を目的としている。この実現のた

気づきを報告し，活発な議論を行うことで，高いチめに，高齢者のメンタルとアクティビティのケアにーム・ケアを実現していることが明らかとなった。

必要なアセスメント・スキルやコミュニケーショ

第 7 章では，一般高齢者や認知症高齢者への QOL

ン・スキルを習得するための教育支援アプリケーシの向上や BPSD の緩和を実現するために必要なアクョンを開発して，評価実験により有用性を明らかに

ティビティ・ケアにおける将来的な展望を述べた。

した。また，個々のスタッフのスキルに基づき，ケ

一般高齢者には，個別支援が必要な高齢者の割り出

アの中で獲得する知識，情報，スキルなどをスタッ

しと，個別支援の必要性が低い高齢者に対しては，

フ間で共有し，活発な振り返りミーティングを実施

興味・関心を引くような活動を提案する。認知症高していくことで，個人化したアクティビティを提供

齢者には，BPSD を増強させない，こころを落ち着かできるようになることがわかった。個人化したアクせ活動に集中できるメンタルとアクティビティのケ

ティビティにより，一般高齢者や認知症高齢者へのアに必要なスキルを備えた支援ロボットなどを推奨

QOL の向上や BPSD の緩和を実現できるという有用

し，認知症高齢者および介護スタッフへの支援が同な知見が示された。

時に行えるようなシステムを提案する。
本論文の結論を述べる。メンタルとアクティビテ

平成３０年１月２９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

ィのケアに必要なスキルの基盤となるコミュニケー

明により質問者の理解が得られた。

ション支援アプリや作業評価支援アプリを活用して，また，本研究は，審査付学術論文 12 編，審査付国際支援にあたるスタッフの教育を行う。また，認知症

会議論文 2 編，学会発表 19 件等で報告されており，者高齢者に「満足感」「達成感」をもたらすために本研究は博士の学位に値すると言える。

は“作業の個人化プロセス”を経る必要がある，さ以上の審査結果に基づき，本論文は博士（学術）のらに，個別ケアから，チーム・ケアに発展させるた

学位を授与するに値すると判断され，審査員全員一めには，“振り返りミーティング”を活用して，作致で合格と判定した。

業プログラムを実行するための 3 つの過程「準備」「実施」「振り返り」を効果的に継続させる。このような，メンタルやアクティビティのケアを実践することで，一般高齢者や認知症高齢者への QOL の向上や BPSD の緩和を実現できると考える。今後，アセ
スメント・スキルおよびコミュニケーション・スキ
ルの教育／実践支援方法の有効性について，検証を重ねる。

博士論文審査報告15

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. Hasan Ali（バングラデシュ）
博士（工学）
甲第 619 号
平成 30 年 3 月 23 日
Experimental and Numerical
Analysis of Performance of Ground
Heat Exchangers for Ground Source
Heat Pump

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 一繁松 尾
仮 屋 圭 史

論文内容の要旨
Ground source heat pump (GSHP) systems are widelyused in residential and commercial building for spaceheating and cooling as an alternative of conventional air
source heat pump (ASHP) systems. GSHP systems
provide a higher efficiency than conventional ASHP
systems and environmentally friendliness. In GSHP
systems, thermal energy transfer between the ground soil
and circulating fluid occurs in an underground loop
called a ground heat exchanger (GHE), which is laid inhorizontal shallow trench or buried in vertical borehole.
Though the GSHP systems are energy efficient than
ASHP systems; however, initial installation costs arehigher due to the additional cost associated with the GHE.
The installation cost of GHE can be reduced byintelligently designing of GHE with proper selecting
materials and size. Therefore, aiming to understand thephysical phenomena occurs between the GHE andground soil around GHE, studies are necessary.
In present study, the performance analyses of slinky
horizontal GHEs have been studied via bothexperimental measurements and numerical simulation. In
addition, optimization of vertical double tube GHE has
been carried out by numerical simulation. In experiment,
two slinky horizontal GHEs such as reclined (loops areplaced parallel to ground surface) and standing (loops areplaced perpendicular to ground surface) were installed in
Saga University, Japan. All numerical simulations werecarried out by using a commercial computational fluid
dynamics (CFD) software package ANSYS FLUENT.
The thermal performances of reclined and standing
slinky horizontal GHEs were experimentally investigatedin different heating modes of continuous and intermittent
operations. A copper tube of which outer surface isprotected with a thin coating of low density polyethylene(LDPE) was selected as tube material of GHE. The
thermal behavior of undisturbed ground and ambient
temperature were also measured. To suggest thecustomary sizing of slinky GHEs for different groundsoil temperatures and operating conditions, the overall

heat transfer coefficient UA-values were also evaluated.
Within the 4-days average heat exchange rate, thestanding GHE shows 16.0% higher heat exchange rate
than the reclined GHE at a flow rate of 1 L/min. For themass flow rate 2 L/min, the average heat exchange rateof the standing GHE is 19.1% higher than the reclined
GHE. With respect to excavation work, standing slinky
GHE is more cost effective than reclined slinky GHE.
The trench ground temperature degradation due to heat
extraction was stronger in leading loops than trailingloops. This happened because of higher heat load in theleading loops. Hence, the slinky horizontal GHEs can beinstalled with a gradually sinking loop pitch from thestarting loop to the end loop. This will potentially reducethe installation land area or may improve the thermal
performance. Furthermore, the effects of different
ground temperatures on GHE performance werediscussed. For mass flow rate of 1 L/min with inlet watertemperature 7 °C, the 4-days average heat extraction
rates increased 45.3% and 127.3%, respectively, when
the initial average ground temperatures at 1.5 m depth
around reclined horizontal GHE increased from 10.4 °C
to 11.7 °C and 10.4 °C to 13.7 °C. In the case ofintermittent operation, which boosted the thermal
performance, a short time interval of intermittent
operation is better than a long time interval ofintermittent operation. Furthermore, from the viewpointof power consumption by the circulating pump, theintermittent operation is more efficient than continuous
operation.
Aiming to improve the thermal performance of slinky
horizontal GHEs, the uniform distribution of loops weremodified by a geometric sequence such that gradually
decreasing the loop pitch interval from starting loop to
end loop. The performances were investigatednumerically in cooling mode. The slinky horizontal GHE
loops were distributed by a geometric sequence such thatafter obtaining the first loop pitch, the preceding next
loop pitch is obtained by multiplying the first loop pitch
by a constant called the common ratio (pitch reduction
factor). A comprehensive experimental investigation was
carried out to validate the present numerical model. In
numerical study with modified arrangements of loop
pitch, slinky loop diameter, number of loop and trench
length was fixed as 1 m, 7 and 7 m respectively. The
comparative temperature distribution around GHE also
being discussed to illustrate the heat exchange
improvement mechanisms. The operating water flow rate
was 4 L/min and entering water temperature was 27 °C.
The computational results indicate that, the modified
arrangement of slinky GHE loop is a promising for the
performance improvement. Under the present operating
conditions and geometric parameters considered, themodified arrangement of slinky GHE loops offers
maximum 22.2% higher heat exchange compared touniform distribution of loops of slinky GHE within 7 day
continuous operation. In this study the slinky GHE
consists only 7 loops, which is may be suited for load

博士論文審査報告

demand of small building. For large building orcommercial purpose, the slinky GHE is consisted usuallylarge number of loops. It that situation, the total numberof loop can be distributed by sequentially decreasing theloop pitch, or by subdividing the loops in step by step
group of loop pitch reduction factor. These types ofmodified loop arrangement of slinky horizontal GHE
minimize the drawback of shallow GHE’s unstable
thermal performance due to ambient effect.
From previous study, it is seen that, the double tube
(coaxial) vertical GHE has higher thermal performance
than U-tube and multi-tube GHEs. Therefore, the double
tube vertical GHE has adopted to optimize the outer(inlet) tube diameter and inner (outlet) tube diameter incooling mode. The purpose of this optimization is to
reduce the outer and inner tube diameter. A series of
two-dimensional axisymmetric numerical simulations
were carried out to test the performances considering
heat exchange rate and pressure drop. Effect of thedifferent materials on heat transfer and longtime
operation were also discussed. The results indicate that,heat transfer rate can be enhanced by reducing the outlet
tube diameter for a fixed inlet tube diameter. The double
tube vertical GHEs are more effective in laminar flow
condition considering balance between heat transfer andpressure drop. The pressure drop is not significantly highin laminar flow condition; it is possible to reduce theinlet and outlet diameter of double tube GHEs if double
tube GHEs operates in laminar flow condition. The heattransfer rate decreased only 17% but diameter of theouter tube can be reduced from 130 mm to 40 mm with
fixed inner tube diameter of 20 mm. High density
polyethylene is usually used in installation of GHE, thepresent study suggests that in double tube GHE, inlet(outer) tube with high density polyethylene and outlet(inner) tube with polyvinyl chloride is more effective
than HDPE tubes use both in inlet and outlet. From thetemperature distribution of long time operation, multiple
double tube GHE can be installed at 2.0 m apart.

論文審査結果の要旨
本論文では，地中熱利用空調機などに使用される地中熱交換器の特性および性能改善について検討されている。地中の温度は一年を通して安定しており，
夏季は外気温度より低く，冬季は外気温度より高くなる。従って，この地中を熱源としてヒートポンプ
や空調機を運転すれば，外気を熱源とするより高い効率を得ることができる。しかし，そのためには地中で熱交換を行う地中熱交換器の性能が重要である。
一方，地中熱交換器の設置には高い費用が必要となることがその普及を妨げている。本研究では，設置コストの削減を目的に，１～２ｍ程度の浅部の地中を利用する水平スリンキー型地中熱交換器の研究を行った。また，垂直型の地中熱交換器では一般的に

16

１００ｍ程度の深さまで地中熱交換器が設置されるが，２０ｍ程度までの深さを利用するとともに，設置するためのボアホール径を小さくできる熱交換器の研究を行った。
第 1 章では，研究の背景であるエネルギー消費や再生可能エネルギー利用の必要性，そして地中熱利用ヒートポンプの有効性について説明されている。
また，本論文の全体構成についての説明も記載されている。
第 2 章では，地中熱利用技術についての研究調査を行った結果が説明されており，種々のタイプの地
中熱交換器の分類，その特徴などについて，幅広く，かつ詳細な説明が系統的になされている。なお，研究調査は地中熱交換器だけでなく，太陽熱やクーリ
ングタワーを補助的に利用するシステムなど，応用研究についても行われている。
第 3 章では，佐賀大学構内に設置した，縦置き水平スリンキー型および横置き水平スリンキー型の地
中熱交換器の実験装置，実験方法および実験データの解析方法が説明され，測定した地中温度の季節間の変化や，種々の条件での熱交換量の特性，縦置きと横置きの性能比較などが説明されている。また，間欠運転することによって熱交換器周りの温度場が回復することで運転中の熱交換性能を高く維持できることなどが報告されている。
第 4 章では，横置き水平スリンキー型地中熱交換器の最適化に関する数値計算を用いた検討が行われている。スリンキー型地中熱交換器では，ループが均等間隔で配置されることが一般的であるが，同じ伝熱管長さの場合，ループの設置ピッチを可変にして，ループが密な領域と疎な領域に分けることで性能が最適値を持つようになり，均等の場合より 10～
20%程度高くなるとの解析結果を得ている。なお，
この結果は数値計算によるものであり，最適値を持つことに対する実験的な検証は行われていないが，均等配置条件での実験結果と計算結との比較により，数値計算結果の信頼性が示されている。
第 5 章では，二重管式の地中熱交換器において，外管の小径化が検討され，熱交換性能に及ぼす内管径の影響など，数値計算を用いた研究成果が報告されている。この解析は，地中熱交換器を設置する際のボーリングにおける掘削直径を小さくすることを目的としたものであり，地中熱交換器の設置コスト削減に貢献できる結果が報告されている。
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。
平成３０年２月５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，

17

博士論文審査報告

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 3 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）
学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附
学位論文題名大 竹 亜 紗 美 （福岡県）
博士（工学）
甲第 620 号
平成 30 年 3 月 23 日
機能性酸化グラフェンの合成と分散性の定量的評価に関する研究18とを目的とする「機能性 GO の合成」と GO 及び機能性 GO の分散性を客観的に評価することを目的とする「分散性の定量的評価」の研究を行った。
本論文は全４章で構成されている。
第１章では，電子機器の普及に関する社会的な背論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教 授
准教授
教 授
准教授

鯉 川
坂 口
滝 澤
川喜田

雅
幸
登
英

之
一
孝

景を踏まえて，シリコン半導体の限界とシリコンに代わる材料として期待されるグラフェンの物性，GOの機能化と分散性評価の現状，研究目的について述べた。

論文内容の要旨

第２章では，「機能性 GO の合成」について述べ

現在，パソコンやスマートフォンなどの電子機器た。機能性 GO の合成は，新たな機能として撥水性が広く普及しており，我々の生活において欠かせなに注目したフッ素化アルキルの付加と，R-トリメト

い物となっている。しかしながら，電子機器に利用

キシシランを使用した簡便なアルキル鎖付加の２種されているシリコン半導体の微細加工による性能向類について行った。フッ素化アルキルの付加におい上に量子的限界がきている。そこで，シリコンに代て，接触角測定及び I-V 特性評価より，GO よりもわる新たな材料としてグラフェンが注目されている。

高撥水性かつ微弱ながら伝導性を有する材料を合成

グラフェンを得る方法として，剥離法や CVD 法，

し，撥水性導電 GO 薄膜を作成することができるこ

熱分解法などがあるが，大量に低コストで得ることとを明らかにした。これにより，撥水性の低下の原ができる化学的酸化法がよく利用されている。化学因となる帯電状態を解消することが期待されるとと的酸化法はグラファイトを酸化させ，酸化グラフェ

もに，フッ素化アルキルと GO の間の大きな双極子

ン(GO)を得た後，還元することでグラフェンを得る

モーメントによる電気二重層としての応用が期待さ方法であるが，完全な還元が困難であるという課題れる。

がある。そこで，GO の還元が困難となっている原

一方で，簡便なアルキル鎖付加において，R-トリ

因の 1 つである酸素官能基に注目し，GO を機能化

メトキシシランの反応性が低いことから，合成溶媒する研究が進んでいる。これまでに GO の機能化との検討を行い，促進させる反応段階とシランカップ

して，有機溶媒への親和性を向上させる研究が多くリング剤の鎖長に合わせた溶媒の鎖長を考慮した溶報告されているが，他の機能を付加させた報告は少媒検討が必要であるものの，大気下で合成可能な簡ない。また，GO の特徴である水への分散性や，官便なアルキル鎖付加方法を提示した。これにより，能基付加による有機溶媒へ分散性の評価が目視であGO に付加可能な官能基の幅を広げることができ，り，主観的な評価しか行われていない。従って，合機能性 GO のデバイス応用への幅も広がることが成法の違いによる分散性の比較が困難であり，分散期待される。

度合などの指標が不明瞭であるという課題がある。

第３章では，「分散性の定量的評価」について述

そこで本研究では，GO に注目し，酸素官能基を反べた。定量的な評価のために，濁度計の原理を基に応活性点として GO に新たな機能を付加させるこ

光透過性を利用した分散性評価装置を作製した。始19

博士論文審査報告

めに光源として高輝度 LED を用いて装置を作製し，の内容は博士論文に関する内容について口述試験を

GO の水分散性と機能性 GO の THF 分散性を評価行うことを事前に通知し，平成 30 年 2 月 8 日に実施した。結果として，時間対濃度の分散曲線を得るこした。

とができ，定量的な評価が可能となった。また，GO

口述試験は博士論文を中心として，これに関連あの水分散性の分散曲線を stretched exponential 関数

る内容について行った。付加した官能基と発現するで Fitting したところ，この関数に含まれる τ の値か

機能性との関係について，種々の分析法の適用性とら，分散時間の指標を提示することが可能となった。

結果の関連について，分散性の評価結果から考えら

一方で，LED 光源では試料全体の経時変化を捉えれる分子の分散液中での挙動について問うたところることができても，局所的な変化がわからないとい

申請者自身の研究成果を踏まえた適切な説明がなさった課題があった。そこで，局所的な評価が期待された。さらに申請者は，口述試験から機能性分子化れるレーザーに光源を改良・作製し GO の分散曲線学に関して十分な知見と理論構成力を有しているとについて分析を行った。また，GO の分散曲線の分判断された。以上に述べたように，本申請者は博士

析にあたり，GO のサイズにのみ注目し，遠心分離論文を中心とした最終試験では，いずれも充分な内によるサイズ分離とサイズ毎の分散性評価，サイズ

容の知見を示し，最終試験の結果は合格であると審

毎 の 重 量 割 合 か ら 再 ブ レ ン ド し た ブ レ ン ド GO

査員全員で判定した。以上の理由により，提出され（GOB）の分散性を評価した。結果として，LED 光た論文は，博士（工学）の学位を受容するにふさわ

源による分散曲線とは異なり，濃度が段階的に低下しいものであると，審査員全員の一致によって判断する分散曲線が得られた。また，サイズ毎およびした。

GOB の分散曲線から，同サイズおよび異なるサイズのそれぞれの相互作用が沈殿に影響していることが確認された。これにより，分散性の定量的な評価が可能となり，分散性の客観的な議論への一石を投じることができた。
第４章では，論文全体の総括を述べている。
以上，本論文では「機能性 GO の合成」と「分散性の定量的な評価」を目的として，新しい機能を持つ GO の合成と，簡便なアルキル鎖付加方法の開発を行い，また，自作した分散性評価装置によって GOの分散性を定量的に評価するための一石を投じることができた｡

論文審査結果の要旨
学位申請者，大竹亜紗美氏に対して，博士論文

審査終了後に最終審査を実施すること，および試験

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
学位論文題名小宮 佑典（福岡県）
博士（理学）
甲第 621 号
平成 30 年 3 月 23 日
Existence of infinitely manysolutions for quasilinear
elliptic equations(準線形楕円型方程式に対する無限に多くの解の存在)

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教

授

〃
〃
准教授

梶木屋
前 田
半 田
日比野

龍
定
賢
雄

治
廣
司
嗣

論文内容の要旨

20

F(x,u)とおく。f(x,u)が u について奇関数であり，|u|→∞のときソボレフの臨界指数より小さい
増大度を持ち, x についての inf F(x,u)/|u|p が|u|→∞のとき無限大に発散するような部分領域が存在するなどの仮定を与える。このとき,
C1 ノルムが無限大へと発散するような(p,q)ラ
プラス方程式の解の列が存在する。
主結果２
f(x,u)は連続関数であり, u について奇関数とする。x についての inf F(x,u)/|u|q が u→0 のとき無限大に発散するような部分領域が存在することを仮定する。このとき, C1ノルムが 0 へ

本論文では, 次の(p,q)ラプラス方程式と収束するような(p,q)ラプラス方程式の非自−∆ p u−∆ q u=f(x,u) (x∈Ω)， u=0 (x∈∂Ω)

明な解の列が存在する。

の解の存在について研究している。ここで, ∆ p
は p ラプラス作用素, Ω は N 次元ユークリッド

主結果３

空間内の有界領域であり, ∂Ω は, Ω の境界を

連 続 関 数 f 0 (x) が 存 在 し て ， u → 0 の と き表す。 p=q と取ることにより, 上の方程式は, pf(x,u)/|u|q-2u が f 0 (x)に一様収束するものとす

ラプラス方程式とみなすことができる。したがる。さらに, 方程式って，以下の結果は, p ラプラス方程式に対して−∆ q v=f 0 (x)|v|q-2v (x∈Ω), v=0 (x∈∂Ω)も有効である。

の非自明な解が存在しないと仮定する。

また(p,q)ラプラス方程式は p ラプラス方程式

このとき，ある正定数 c が存在して, (p,q)ラプ

及び通常のラプラス方程式の拡張であり，これラス方程式の全ての非自明な解の C1ノルムは cらの方程式については様々な先行研究がなされ以上となる。

ている。
そこで本研究の目的は，(p,q)ラプラス方程式

主結果４に対して C1 ノルムがゼロへと収束するような方程式

解の列，無限大へと発散するような解の列の存−∆ p u−∆ q u=a(x)|u|r-2u +b(x)|u|s-2u

在，
非存在のための十分条件を与える事である。

(x∈Ω)， u=0 (∈∂Ω)

また，(p,q)ラプラス方程式の全ての非自明な解を考察する。 ここで, a(x), b(x)は連続関数であに対するアプリオリ評価を与えることである。

り, 1<q<p, 1<s<r とする。このとき, p, q, r, s の大小関係に応じて, C1ノルムが 0 に収束する解

本学位論文の主結果は以下の通りである。

の列の存在, C1 ノルムが無限大に発散する解の列の存在, 及びそのような解の列の非存在に関主結果１
関数 f(x,u)について，この関数の原始関数をする詳細な結果が得られた。

博士論文審査報告

21

主結果 4

論文審査結果の要旨

非線形項が u の r 乗と u の s 乗の和である場合に,
p,q,r,s の順序関係から C1ノルムが 0 に収束する解

準線形楕円型偏微分方程式では, 微分作用素
が非線形になる。その代表的な例が p ラプラス方程式である。 また主要部が p ラプラス作用
素と q ラプラス作用素の和となる場合が(p,q)ラの列の存在, C1 ノルムが無限大に発散する解の列の存在, 及びそのような解の列の非存在に関する
詳細な結果を与えている。

プラス作用素であり, 近年その研究が活発に行

本論文の手法は, 変分法と関数解析に基づくもわれている。１次元の(p,q)ラプラス方程式の解のであり, それらを用いて解の正則性を証明しての分岐の研究, 高次元の場合の正値解の存在のいる。さらに symmetric mountain pass lemma研究などが行われている。

を用いて解の多重存在を証明している。 これらの本論文では, (p,q)ラプラス方程式の解の多重存在について研究している。有界領域において手法は極めて独創的なものである。
これらの研究は, 準線形楕円型偏微分方程式のディリクレ境界条件の下で, 1<q<p として(p,q)

解空間の構造を解明する上で非常に重要な結果でラプラス方程式の解の多重存在について研究しある。解が無限に多く存在することにより解空間ている。

が複雑な非線形構造を持つことが予想される。

C1 ノルムがゼロへと収束するような解の列，

本論文の結果は, 査読付きの国際雑誌である

無限大へと発散するような解の列の存在，非存

Nonlinear Differential Equations and Appl. 23 巻

在のための非線形項についての十分条件を与え(2016 年)に既に出版されている。また日本数学会ている。また，(p,q)ラプラス方程式の全ての非(2016 年 9 月, 関西大学)の関数方程式論分科会の自明な解に対するアプリオリ評価を与えている。

一般講演において本論文の内容を口頭発表してい本学位論文の主結果は以下の通りである。

る。

主結果１
非線形項が p 次より早く, ソボレフ臨界指数よ平成 30 年 2 月 6 日に実施した博士論文公聴会にり遅い増大度を持つ場合に C1 ノルムが無限大

おいても種々の質問がなされ，いずれも著者の説へと発散するような解の列が存在する. 従って,

明により質問者の理解が得られた。

解は無限に多く存在する。
主結果 2
非線形項が q 次より遅い増大度を持つ場合にC1ノルムが 0 へと収束する解の列が存在する。
この場合も, 解は無限に多く存在する。
主結果 3
非線形項が u=0 の近傍で丁度 q-1 次の増大度を持ち, u を 0 近づけたときの極限方程式が非自明解を持たないならば, 解の C1ノルムの下からの評価が得られる。従って, 解の列で 0 に収束するものは存在しない。

また，本論文は、国際的な学術雑誌に審査付学術論文 1 編が掲載され，著者は研究者として十分な能力を有しているといえる。
以上の審査結果に基づき，本論文は博士（理学）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）
学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附
学位論文題名福島 悠介 （福岡県）
博士（工学）
甲第 622 号
平成 30 年 3 月 23 日
非平衡非均一凝縮を伴う超音速環状旋回流に関する研究

論文審査委員（主査） 佐賀大学 教 授
（副査）
〃
〃
〃
〃
准教授
〃
〃
〃
〃
佐賀大学名誉教授

松 尾
木 上
塩 見
橋 本
瀬戸口

繁
洋
憲
時
俊

一
正
忠
明

論文内容の要旨
近年，他の燃料に比べて燃焼した際の二酸化炭素
排出量の少ない天然ガスの需要が増加している。しかし，天然ガスを採取する際にガス中に水分が含まれると，処理や輸送中に露点以下まで冷却され液化するためパイプライン等の閉塞の可能性が生ずることがわかっている。よって天然ガスに含まれる水分の除去は必須である。また，最近では凝縮性気体が超音速流動場を流れる際に生ずる凝縮現象と旋回流を利用することで，凝縮性気体を分離・抽出する技術が開発されつつある。この技術を用いた装置は，他の分離装置と比較して，化学物質を使用しない，
また小型化できるなどの利点を持つ。
本研究で取り扱う旋回流では，旋回を伴わない流れと比較すると流れの内部構造はより複雑となり，その流れの影響は機器の性能を左右するほどである。
よって，旋回を伴う流れは，工学的に重要な研究課
題である。
ところで，水蒸気や湿り空気のような凝縮性気体が流れ場で急速に加速・膨張する場合，流れの中に微小な液滴が形成されることが知られている。このプロセスでは，均一凝縮(非平衡凝縮)が発生する。
一方，非均一凝縮と呼ばれる凝縮現象では，火災や各種産業からの煙や蒸気，土壌からの塵，化学反応による粒状物質などの微粒子上で蒸気の凝縮が起こる。この非均一凝縮では固体微粒子の数密度や粒子半径が流れ場に影響を及ぼすことが考えられるが，詳細な研究が少ないのが現状である。
本研究では，超音速環状流れ場で生ずる非平衡非均一凝縮と旋回流を利用した場合の効果的な水分回収に及ぼすノズル形状の影響を数値的に調べ，機器
サイズの小型化の可能性を調査するとともに超音速ノズル内で生ずる液相に及ぼす旋回流の効果を調べている。
本論文は，第 1 章から第 8 章で構成されている。
第 1 章では，旋回流と非平衡非均一凝縮に関す

22

る従来の研究，および本研究の目的を述べている。
第 2 章では，凝縮現象の理論を説明し，液相半径方向分布比とスワール数の定義について述べている。
第 3 章では，本研究で使用した基礎方程式を示し，離散化手法や境界条件等について述べている。
第 4 章では，本研究で使用した計算プログラムの妥当性を示すために実験と数値解析結果を比較している。また，計算結果に対する乱流モデルと格子依存性について述べている。
第 5 章では，発生する液滴を効果的に外管側壁面に寄せるための最適なノズル形状を調査している。
その結果，旋回を伴う場合のノズル出口での液相の半径方向分布比より，液相は旋回を伴わない場合と比較して外管側壁面寄りとなることを示している。
また，内管側開き角を大きくした場合，液相はより
外管側壁面寄りとなり，旋回流の影響を効果的に得るのに適していることを明らかにしている。さらに，
ノズル入口断面積を半分にした場合とノズルスロー
ト下流部外管側に角部を設けた場合(出口形状を変化させた場合)のノズル形状の組み合わせが，特に液相を外管側壁面寄りにすることができることを示している。これらの結果より，ノズル入口形状と出口形状を変えることで機器サイズの小型化が可能であるという有用な知見が示されている。
第 6 章では，最適な環状ノズルの下流域に設置した水分回収用分岐管内流れに及ぼす分岐管形状の影響を調査している。その結果，分岐板の開き角が小さい場合と大きい場合で比較すると分岐側の断面積変化が大きくなる場合(分岐板開き角が小さい場合)に，より流れが加速膨張するため分岐側の圧力が小さくなること，また分岐管側の流路中心のマッハ数や密度分布は断面積変化が大きくなる場合，旋回の有無に係らず大きく変化することを示している。さらに，主流側流路中心のマッハ数分布はスワール数と初期過飽和度が同じであれば分岐管側形状に依存しないことを明らかにしている。
第 7 章では，最適な超音速環状ノズル内の流動場に及ぼす非均一凝縮の影響を調べている。その結果，固体微粒子数と固体微粒子半径の値に係わらずスワール数の増加とともに核生成率が最大値となる位置
は上流側に移動すること，また液相の半径方向分布
比はスワール数に依存することを明らかにしている。
さらに，外管側の壁に角部を設け膨張波を発生させることで，静圧は旋回の有無に関わらず膨張波が発生する位置から下流側の位置で小さくなること，均一凝縮と非均一凝縮の場合のスロートからノズル出口までの流路各断面での液相の半径方向分布比にはほとんど差がないことを示している。
第 8 章では，本研究で得られた成果についてまと
めている。

23

博士論文審査報告

論文審査結果の要旨
本研究論文は工学的に貴重な知見を多く含み，本計算手法により非平衡非均一凝縮を伴う超音速旋回
流れの予測が可能であること，発生する液滴を効果的に外管側壁面に寄せるための最適なノズル形状を明らかにしていること，ノズル入口形状と出口形状を変えることで機器サイズの小型化が可能であることなどを明らかにしている。また，水分回収用分岐
管内流れに及ぼす分岐管形状の影響を明らかにしている。さらに，最適な超音速旋回環状ノズル内の流動場に及ぼす非均一凝縮の影響を固体微粒子数と固体微粒子半径の観点から明らかにしている。本研究の成果は，査読付論文として学術誌に 3 編掲載されており，十分な実績を示している。よって本論文は，博士(工学)の学位に値するものと認められる。
平成 30 年 1 月 26 日に博士学位論文の公聴会を実施した。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，質問者からの質問に対しても適切な回答がなされた。
さらに，博士論文審査終了後に最終試験として，博士論文に関連する内容について口述試験を実施した。口述試験は，博士論文を中心として，流体工学，
圧縮性流体力学，および数値流体力学などに関連する内容について行った。学位申請者からは研究成果を踏まえた適切な回答が得られた。さらに申請者は，専門知識を有し，高速流動場の流動状態や計算データの解析能力，本研究の有用性や将来性についての理解などにおいても優れ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。

24

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
学位論文題名吉 賀 夏 子 （佐賀県）
博士（学術）
甲第 623 号
平成 30 年 3 月 23 日
非構造化記述を含む文化財書誌に対する Linked Data 化手法の開発―古典籍書誌データへの適用とその評価―

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃
〃
広島大学

教

授
〃
〃
准教授
教 授

只
岡
松
大
渡

木 進 一
崎 泰 久
前
進
谷
誠
辺 健 次

論文内容の要旨
古典籍などの文化財の書誌情報や画像などが，大規模な収蔵館からオンラインで公開されつつある。
当該分野の研究者にとっては，対象となる古典籍の収蔵場所を知る重要な手がかりである。これらの書誌の中には，本文以外の例えば序や跋の著者や書籍の発行書肆などの情報も注記欄に記載されており，対象となる書籍間や著者間の関係を知る重要な手がかりとなっている。
これらのオンライン公開された書誌情報はヒトが読むことで理解することを前提としており，コンピュータプログラムを用いて，大量に，かつ横断的に検索すること（機械可読）を想定していない。本研
究は，既存の古典籍書誌情報を機械可読に自動的に変換する手法を提案し，実用的時間で現実の古典籍
書籍を変換する支援をしようとするものである。
本論文は 6 章で構成されている。第 1 章では，ヒトが見て理解することを目的とした，現状の古典籍に対する書誌情報の課題と解決方向について検討している。大きな課題は二つあり，第一はデータの不十分な正規化，つまり値と型の不整合がある。また，研究者にとって書籍の来歴や他の書籍との関連性の手がかりとなる記述が注記欄に簡潔な自然文で記入されている。これらの情報を適切に保存するためのデータ構造が欠けていることが第二の課題である。
本論文では，機械可読なデータ公開の方法としてSemantic Web 技術の活用を目標としている。そのための基本技術について，第 2 章で解説を加えている。
既存の書誌データでは，注記欄の自然文による記述の正規化されたデータへの変換が重要なポイントとなる。本研究では，自然文から単語を切り取る技
術である形態素解析を基礎に，Semantic Web に適したデータへの変換を行う。第 3 章は，本論文の中心となる部分であり，既存の書誌データから Semantic

Web 用の Linked Data と呼ばれる形式への自動変換手法を提案している。提案手法は，本学の所蔵する「市場直次郎コレクション」を対象に開発を進めた。
提案手法を実現するために，書誌中の用語を適切に分析するための準備が必要となる。この用語の中には，書誌中に出現する固有名詞のほか，古典籍の書誌で使われる専門用語なども含まれる。これらの用語の辞書を用意することで，形態素解析の精度向上が可能となる。また，Linked Data 化のためには，要素間の関係を機械可読な形で定義する必要もある。
そのため，文化財を記述するためのデータ構造（オントロジー）を，国際的に標準化されている汎用オントロジーを参照しながら，対象に適した小規模なものを定義し，収集した単語との関連付けを行った。
上記の準備の下で，実質的に自動的処理により，既存の書誌情報から目的とする Linked Data 形式への変化を行うことができる。さらに，他の機械可読な Web サイトで定義されている用語との関連付けを
URI (Uniform Resource Identifier) を通じて行うことができる。この URI による関連付けは，古典籍の専門家による確認が必要な部分が残る。特に，古典籍に現れる人名は，同姓同名のリストからの選択などが必要である。
第 4 章では，提案手法の精度の議論と性能に関する評価を行った。提案手法に含まれる要素毎に，精度向上への寄与を分析し，提案手法の有効性について確認した。また，提案手法を国文学研究資料館所
蔵の「日本古典籍データセット」の一部分へ適用し，その有効性を確認した。これらを通じて，現実的時間で，既存の書誌情報を Linked Data 形式へと変換できることを示した。
インターネットで公開された情報から有用な情報を機械的に得るための研究はいくつかある。また，図書館や美術館などの収蔵情報の電子的アーカイブ
作成，相互参照などについても研究が展開されている。第 5 章では，関連する研究のなかで，本研究を位置づけ，今後の展開の方向を検討している。最後に第 6 章で，本研究の成果をまとめている。なお，
本論文の内容は，査読付き学術論文 1 編として公表されている。

論文審査結果の要旨
本研究はインターネットの普及の中で文化財情報の活用を推進するうえで障害となっている書誌情報の機械可読化に大きく貢献する提案を行っているものである。このような博士論文の内容に基づき，平成 30 年 1 月 25 日に実施した学位公聴会において，手法の汎用性，結果の精度や効率など，様々な質問がなされ，いずれも著者により適切な回答・説明がなされた。以上の審査結果により，本論文は博士（学25

博士論文審査報告術）の学位を授与するに値すると判断し，審査委員
全員一致で合格と判定した。
博士論文審査終了後に実施した口述試験では，博士論文「非構造化記述を含む文化財書誌に対するLinked Data 化手法の開発」を中心として，誤検知とその対応，精度分析などについて質問を行った。
申請者自身の研究成果に基づいた適切な説明がなされ，基盤となる理論・技術に対して十分な理解がなされていることを確認した。
以上，本申請者が，博士論文を中心とした最終試
験において十分な内容の知見を有することを示した
ことより，最終試験の結果を合格として，審査委員
全員一致で判定した。

26

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. Mostaqur Rahman（バングラデシュ）
博士（工学）
甲第 624 号
平成 30 年 3 月 23 日
Condensation Heat Transfer andPressure Drop in Horizontal
Rectangular Multiport Minichannels
and Small Diameter Microfin Tubes

論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教

授
〃
〃
准教授

宮 良 明
光 武 雄
木 上 洋
仮 屋 圭

男
一
一
史

論文内容の要旨
Multiport minichannels and microfin tubes are
increasingly being used for the fabrication of compact
andhighperformanceheat
exchangers
inair-conditioning, refrigeration, automotive, heat pumpsystems and some other industrial applications for a wide
variety of applications. The main target of using compact
heat exchanger is to improve the performance of thesystem and reduce the charge amount of refrigerant. The
charge reduction is very important in recent
air-conditioning, refrigeration and heat pumping systems
because of the great impact of HCFC and HFC
refrigerants on the direct greenhouse effects. However,the pressure drop and heat transfer characteristics inmultiport minichannels and small diameter microfin
tubes are questionably to be different from theconventional tubes of diameter greater than 3.0 mm. The
behavior of the most important parameters such aspressure drop and heat transfer characteristics in reduced
geometry is not clarified sufficiently yet for the design ofcompact and high performance heat exchangers.
Although, several researchers extensively investigatedthe pressure drop and heat transfer in multiport
minichannels and small diameter microfin tubes, but thedesign engineer still facing problem for accurate
predictive tools for pressure drop and heat transfer
prediction in two-phase flow.
To investigate the effects of different parameters on
the pressure drop and heat transfer, a new experimental
apparatus to obtain explicit pressure drop and local
condensation heat transfer coefficient measurements overa range of test conditions has been fabricated. Multiple
variables were recorded in order to calculate pressure
drop and local heat transfer coefficient in two-phaseadiabatic and condensing flow within multiport
minichannels and microfin tube, respectively. The effects
of mass flux, saturation temperature, vapor quality andchannel geometry on adiabatic frictional pressure dropand condensation heat transfer coefficient were

investigated and clarified.
The experimental results discovered that the mass flux,
saturation temperature, vapor quality, and channel
geometry play an important role in increasing or
decreasing an adiabatic frictional pressure drop andcondensation heat transfer coefficient in both multiport
minichannels and microfin tubes. Some models
over-predicted the experimental frictional pressure dropand condensation heat transfer data, some areunder-predicted and few models captured the trend
correctly within the limits of experimental error. Due tothe variety in operating condition consideration during
the models development and complex characteristics of
two-phase flow, most of the existing models were failed
to capture the experimental data with a high degree of
accuracy.
In addition, a new two-phase frictional pressure drop
correlation is developed for multiport minichannels to
predict the frictional pressure drop correctly.
The correlation has been developed using theexperimental data by considering the effects of inertia,
viscous force, fluid properties, channel geometry andsurface tension. A new condensation heat transfer
correlation was also proposed to improve the accuracy ofthe condensation heat transfer coefficients prediction of
two-phase flow in horizontal rectangular multiport
minichannels.
Furthermore, the newly proposed correlations forfrictional pressure drop and condensation heat transfer
coefficients prediction has also been validated with theavailable frictional pressure drop and heat transfer datacollected from the open literature. Both frictionalpressure drop and condensation heat transfer coefficientcorrelations showed good agreement with the collecteddata.

論文審査結果の要旨
冷媒によるオゾン層破壊や地球温暖化への影響が大きな環境問題となり，これまでも様々な規制が行われたが，近年，パリ協定やモントリオール議定書のキガリ改正などを受けて，冷媒の製造や管理に対する規制がさらに厳しくなる方向に向かっている。
本研究で対象としている扁平多孔管や細径銅管など，
細径流路内の凝縮熱伝達は，熱交換器の性能向上を目的とし，またその設計に必要な情報を与えるものであるとともに，冷凍空調機の冷媒充填量の削減を行うことで地球環境問題の防止につなげようとするものである。
第 1 章では，これまでに開発された様々な形状や材質の種々の伝熱管について，数多くの文献を引用しながら総合的な研究調査を行い，熱伝達の促進技術の紹介，相変化伝熱の基礎的理解を助けるための解説がなされている。研究対象の細径流路内の凝縮熱伝達に関しては，詳細な文献調査が行われている。

27

博士論文審査報告

また，本章では，研究の概要や本論文の構成についての説明も行っている。
第 2 章では，実験装置やデータ整理方法に関して詳しく説明されている。装置は扁平多孔管のテスト
セクションと細径銅管のテストセクションが並行して設置されており，測定方法なども独自に工夫されている。また，熱収支の実験から実験装置の健全性についても示されている。
第 3 章では，扁平多孔管および細径銅管内の気液
二相流の圧力損失に関する実験結果が示され，質量速度の影響や乾き度の影響などが詳しく検討されている。また管内面形状の影響に関しては，伝熱促進のために加工されたマイクロフィンによる圧損増加への影響が報告されている。
第 4 章では，扁平多孔管およびマイクロフィン付
管の凝縮熱伝達率の特性が詳細に検討されている。
実験条件はそれぞれで異なるが，低流量から高流量まで，高乾き度から低乾き度までの広い範囲で実験が行われ，マイクロフィンによる伝熱促進効果が高いことを報告している。
第 5 章では，断熱二相流の条件下で得られた圧力
損失について，実験結果を予測する相関式の検討を行っている。これまでに多くの研究者によって提案された相関式と実験値との比較を行い，各相関式の評価を行い，全てのデータを正確に予測する式が無いことが示されている。
第 6 章では，凝縮熱伝達率に関して，これまでに提案されている相関式と実験値との比較を行い，それぞれの式の特性の検討および評価を行っている。
特に凝縮熱伝達で課題となる強制対流凝縮領域と体積対流凝縮域の熱伝達率の式の形を検討している。
なお，これまでに多くの相関式が提案されているが，全てのデータを精度よく予測する式が無いことを示している。
第 7 章では，圧力損失および熱伝達率の新たな相関式を提案している。式の作成には第 5 章および第6 章で検討したこれまでの相関式が参考にされており，提案された式により，本実験のデータだけでな
く，他の研究者によって得られたデータも精度よく予測できることが報告されている。
第 8 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。
平成３０年２月５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 4 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）

RIMI RASHID（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 625 号
学位授与の日附 平成 30 年 3 月 23 日
学位論文題名RF Signal Processing Planar
Antennas for Beam Tracking andDirection-of-Arrival
Estimation（ビーム追尾および到来方向推定
用 RF 信号処理平面アンテナに関する研究）
論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

教 授
准教授
〃
〃

豊 田 一
深 井 澄
佐々木 伸
田 中 高

彦
夫
一
行

論文内容の要旨
本研究は，複数のアンテナで受信した電波を RF（高周波）帯で直接信号処理する新しい機能アンテ
ナに関するものであり，電波の到来方向にアンテナの主ビームを向けるビーム追尾アンテナや広い角度の到来角推定を可能とするアンテナ，2 軸の到来角推定を可能とするアンテナを提案している。これらのアンテナはいずれも，RF 信号処理を実現するマイクロ波回路とアンテナ素子を一体複合化するというコンセプトに基づいたものであり，非常にシンプルな構成で実現されている。
本論文は，全 6 章で構成されている。
第 1 章では，本研究の背景，無線通信システムやレーダシステムおよびこれらに用いられるアンテナ
技術の動向，研究の目的と手法，論文の構成について述べている。
第 2 章では，マイクロストリップアンテナと両平面回路技術を用いた合成分配回路やマジック T について述べている。これらの回路は，高周波信号の加算，減算，乗算といった信号処理をするうえで不可欠な回路であり，その代表的な特性をシミュレーシ
ョンにより示している。
第 3 章では，平面型マジック T，移相器およびアンテナ素子を集積した新しい構成のビーム追尾アン
テナを提案している。ビーム追尾の原理は，2 つのアンテナで受信した信号をマジック T により RF 帯で信号処理し，その和成分と差成分を算出し，差成分が最小となるように移相器を制御することによりアンテナの主ビームを電波の到来方向へ向けるものである。電波が斜め方向から到来した場合，2 つのアンテナで受信した信号には位相差が生じる。このた28

め，通常のアレーアンテナで用いる同相合成回路では到来角度が大きくなるにつれてアンテナ利得が低下するという問題がある。これは，受信信号の位相差に伴う差成分がキャンセルされることにより生じるものである。したがって，移相器を調節して差成分が 0 となるよう位相差を補償することにより斜め方向から到来した場合でも高い利得を得ることができる。このために受信信号の差成分を検出することが必要となるが，本提案アンテナでは平面型マジッ
ク T を用いることで簡易な構成でこれを実現している。
第 4 章では，モノパルス方式による到来角推定ア
ンテナの広角度化について述べている。従来のモノパルス方式の到来角推定では，2 つのアンテナで受信した信号の和成分と差成分の大きさのみを用いて到来角を推定していた。和成分と差成分は，到来波がアンテナの正面方向に対して右方向から来ているか左方向から来ているかによって位相の進み遅れが逆転する。しかしながら，従来のモノパルス方式では和成分と差成分の大きさのみを用いるため，到来方向の左右に対して同じ出力を与え，左右を区別することができなかった。これに対して，提案アンテ
ナでは RF 乗算器を組み込むことにより和成分と差成分の位相関係を検出できるようにしている。これ
により，到来方向の左右を区別することができるよ
うになり，モノパルス方式到来角推定アンテナの広角度化を実現している。
第 5 章では，モノパルス方式到来角推定アンテナ
を 2 軸に拡張した機能アンテナについて述べている。
本アンテナでは，2 層の誘電体基板とリングスロッ
トアンテナを用いることにより，到来角推定に必要な和・差成分を x 軸方向と y 軸方向で別々に取り出せるよう構成しているところが特徴的なところである。従来のモノパルス方式到来角推定アンテナでこのような構成を実現しようとした場合には，給電回路に立体交差などが必要となり，回路構成が非常に複雑となる。これに対して，本提案アンテナでは 2層の誘電体基板とリングスロットアンテナを用いる
ことで，この問題を解決している。
第 6 章では，各章を要約し，本論文を総括している。
本論文では，各アンテナの動作原理を理論的に説明するとともに，シミュレーションと試作によりその特性を詳細に検討している。これらのアンテナは，基板の両面に配置したマイクロストリップ線路とス
ロット線路を有効に活用した構造のアンテナであり新規性に富むものである。近年は，あらゆるものが
無 線 に よ り イ ン タ ー ネ ッ ト に つ な が る IoT（Internet of Things）の時代になり，自動車にもレーダが搭載されるようになった。本論文は，このような応用分野のアンテナ技術に対して新しい知見

29

博士論文審査報告を与えるものである。

論文審査結果の要旨
学位申請者，RIMI RASHID 氏に対して，平成 29 年
12 月 7 日に事前審査を実施し，申請者による学位論
文内容の発表およびそれに関する質疑応答がなされ，審査対象として十分な内容であることを確認した。
また，本論文に関する公表状況は審査付き学術論文
1 編，査読付き国際会議論文 2 編であり，論文業績・
学会での発表経験が所定の要件を満たしていることを確認し，申請者は十分な研究遂行能力と学際的素養を有していると判断した。
平成 30 年 2 月 15 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。これにより幅広い領域に対する学際的知識と総合的判断力，弾力的な対応力を備えていると判断した。
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）

学位の種類
学位記の番号
学位授与の日附
学位論文題名IQBAL AHMED（バングラデシュ人民共和国）
博士（学術）
甲第 626 号
平成 30 年 3 月 23 日
Sustainable Green Service Level
Agreement (GSLA) Framework
Development for IT and ICT Based
Industries.
（IT および ICT 産業のための持続性を考慮したグリーンコンピュー
タに係るサービス品質保証フレー
ムワークの開発）

30

サービスを大きくネットワーク，コンピュータ，ス
トレージ，マルチメディアの４つに分類している。
第４章では，環境，経済，および倫理的な観点か
ら IT および ICT 企業での利用に着目した新しいGreen SLA 指標やフレームワークの提案を行っている。また，提案手法の有効性を評価する指標として，要素間の因果関係分析の代表的な手法であるベイジ
アンネットワークモデルの利用を提案している。
最後の第５章では，本研究で得られた知見をまとめるとともに，提案した GSLA フレームワークに関す
る将来解決していく必要がある課題について議論している。

論文審査結果の要旨
論文審査委員（主査） 佐賀大学 教 授
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
名誉教授

奥 村
浩
福 田
修
花 田 英 輔
堀良 彰
新 井 康 平論文内容の要旨
Service Level Agreement (SLA) は，サービスを提供する企業と，その利用者の間で結ばれるサービ
スのレベル（定義，範囲，内容，達成目標等）に関する合意サービス水準で，サービス品質保証などとも称される。
本研究は，IT および ICT 企業における Green
Service Level Agreement（GSLA）の新しいフレーム
ワークの提案，およびそのフレームワークの評価を行っている。
本提案手法は，IT および ICT 企業における各種のサービスを，ネットワーク，コンピュータ，ストレージ，マルチメディアの４つに分類し，環境，経済，および倫理的な観点から新しい Green SLA 指標およびフレームワークを構築している。また，提案手法の評価は，要素間の因果関係分析の代表的な手法であるベイジアンネットワークモデルを利用している。
本論文は，５つの章から構成されている。
第１章では，に関する背景，SLA および GSLA の定義，本研究の着想に至る動機や目的，および本論文の構成について記載されている。
第２章では，異なる環境での基本的な SLA に関する既往研究について概説している。また，IT および
ICT 企業においてエコロジ―を取り入れた Green SLAの構成や単位について詳説している。
第３章では，研究手法，各種サービスについての基本的な SLA や既往の Green SLA のサービスレベル
指標について記述している。特に本章では，各種の本学位論文の内容は，４編の学術論文にまとめられ，いずれも査読付き欧文学術論文誌に採録されている。
平成 30 年 1 月 22 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４編で報告されており，本研究は博士の学位に値すると言える。
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

31

WANG CHUANZENG（中華人民共和国）
学位の種類
博士（理学）
学位記の番号
甲第 627 号
学位授与の日附 平成 30 年 3 月 23 日
学位論文題名Synthesis and Photophysical
氏

名（本籍）

development of pyrene chemistry is presented at the
beginning, including the application as organic materials,
mechanism of luminescence, objects and motivation in
our present work.
In chapter 3, a facile strategy to tune the emission

Properties of Donor/Acceptor
Substituted Pyrene-Basedcolor of pyrene-based chromophores has been established

Fluorophores

by simple functional group modification at the para

（ドナーアクセプター置換ピレン

position to the diphenylamino on the donor buildingを基盤とした蛍光体の合成と光物

block. The results obtained could be explained by the性）
論文審査委員（主査） 佐賀大学
（副査）
〃
〃
〃
〃
〃

Hammett method and by density functional theory (DFT)
calculations. This positive correlation can be used to
教 授
〃
〃
〃

大 和 武
北 村 二
花 本 猛
竹 下 道

彦
雄
士
範

develop a predictive method for these types of systems.
In chapter 4, a controllable regioselective approach toachieve dipolar functionalization at the active sites andK-region of pyrene is demonstrated. Further, by adjusting

論文内容の要旨

the substituents at the 5,9-positions of pyrene, thePyrene as a typical polycyclic aromatic hydrocarbon

pyrene-based dipolar molecules exhibit wide tunable(PAH) possesses unique optoelectronic properties andemission from blue to orange-red, which opens up newfeatures that can be readily modified, which haveavenues to explore strategy to functionalize pyrene and toallowed them to be extensively explored as fluorophores,

greatly expand the scope for developing highly efficientparticularly in view of their additional favorable stability

pyrene-based photoelectric materials.

and high fluorescence efficiency. Based on this excellent

In chapter 5, a rational design of pyrene-based

scaffolds,

dipolar molecules with two-photon absorption (TPA)

pyrene-based derivatives have been used in organic

properties is presented, and a series of 1,3-diphenyl-

electronic devices and organic semiconductors. In this

6,8-diarylethynyl- pyrene compounds with wide-range

thesis, we investigated the emission properties ofcolor tuning and large TPA cross-sections (up to 2.2 ×

pyrene-based fluorophores by constructing the different

103 GM) are reported. These results indicate that they aretype molecules, such as such as A–π–A, D–π–D, andpromising candidates for several applications in practical

D–π–A pyrene-based derivatives.

photics and biological imaging applications.

extendedcarbon-rich

sp2-hybridized

In chapter 1, a set of extended π-conjugated pyreneInsummary,

severalkindsofpyrene-based

derivatives were synthesized. Despite the presence of thefluorophores were investigated. Different strategies totert-butyl group located at the 7-position of pyrene, X-ray

design and synthesize pyrene-based organic materials

crystallographic analyses show that the planarity of thewith tunable emission properties were established. In thisY-shaped molecules still exhibits strong face-to-face π-πwork, we have presented a novel and significative result,stacking in the solid state; all the compounds exhibit blue

which can expand the new fundamental concepts,

or green emission with high quantum yields (QYs) insynthetic

dichloromethane.

electronics.

In chapter 2, a brief introduction focus on thestrategies,

andapplicationinorganic

博士論文審査報告

論文審査結果の要旨
有機 EL (Electroluminescence) 素子は，自発光，
広視野角，高速応答性，薄型，低消費電力などの優れた特長を有しており，次世代の自発光型のフルカ
ラーフラットパネルディスプレイとしての応用が注目され数多くの研究開発が行われている。しかしながら，これまでの有機 EL 素子における発光色の中で，青色発光は色純度，発光効率ともに低く，色純度および発光効率の高い青色発光の実現が嘱望されている。
本論文では，ドナー/アクセプター基が置換した

有機 π-電子系発光体の分子設計と合成およびその発光特性の解明並びに素子評価をまとめたものである。本学位論文成果は２章から５章に著されており，６章においてそれらの総括をしている。
第１章では有機 EL の概論および研究の意義と目的について述べている。

5,9-位にドナー基をもつ Butterfly 型ピレン発光体の選択的合成法開発および発光特性について述べている。5,9-位にドナー基として導入したジアリール
エチニル基の para-位の置換基の種類により，発光波長が青から橙色まで（λ f = 427〜520 nm）制御可能で，発光の色純度が高く，量子収率も 0.54〜0.98と高い値を示した。
第５章では，1,3-ジフェニル-6,8-ジアリールエチ
ニルピレン類の位置選択的な合成法開発および発光特性について溶液中および結晶状態で系統的に検討している。本物質は二光子吸収特性（two-photon
absorption properties）を示した。特に，本研究で既存の二光子吸収材料に匹敵するほどの発光体を創成出来たことは特筆すべき成果である。
第６章では，本論文の総括として，縮合多環芳香族化合物を基盤とする有機 EL 材料としての実用化の可能性を述べるとともに，今後の課題についても言及している。

第２章では，有機 EL 材料として報告されている中でも低分子量有機材料を中心に，ホール輸送材料，
電子輸送材料並びに RGB 発光材料について紹介し，本研究で縮合多環芳香族化合物の中でもピレンを基盤とする有機 EL 材料の開発の有用性について述べている。さらに，ピレンを基盤とする有機 EL 材料の開発には励起状態における分子内電荷移動の制御が重要であることを言及している。
第３章では，一連の新規 Y 型 1,3-ビス（N,N-ジア
リールアミノ）-7-tert-ブチルピレン類の選択的合成法開発および発光特性について述べている。ジフェニルアミノ基の para-位の置換基を種々変えることにより，バンドギャップ（HOMO- LUMO エネル
ギーギャップ）を制御することに成功している。さらに，para-位の置換基の発光特性に及ぼす影響を単結晶 X 線構造解析，サイクリックボルタンメトリー（ Cyclic Voltammetry ） お よ び 密 度 汎 関 数 理 論(Density Function Theory) 計算に基づいて考察している。
第４章においては 1,3-位にアクセプター基を32以上，縮合多環芳香族化合物を基盤とする新規な有機 EL 材料を創製するとともに，その EL 発光特性の評価を行い，発光素子材料としての有効性を明らかにするなど，多くの研究成果が得られている。
本研究成果は，有機 EL 材料の構築への重要な指針を与え，今後の EL 素子研究開発に寄与することが大きい。
平成 30 年 2 月 1 日の公聴会において学位論文の内容及び参考論文の関連事項などについての説明を受けるとともに，質疑応答を行った。それに対して，今後の展望も含めて同氏により明確に解説され，的確な応答があった。
また，本研究は，審査付学術論文６編，学会発表５件等で報告されており，本研究は博士の学位に値すると言える。
よって，本論文は，博士(理学)の学位論文に値するものと認める。

平成30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

泉

委

中

村

健 太 郎（数理科学科）

山

内

一

上

田

江

良

正

直（機能物質化学科）

三

沢

達

也（電気電子工学科）

海峰（都市工学科）員清李高 （機械システム工学学科）

宏（物理科学科）
俊（知能情報システム工学科）

平成３０年６月２０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. 47, No. 1, June, 2018
Contents
Decidability of Schrödinger’s cat states…Takasi ENDO………………………………………………………………………………………………………………１
Precious metal ions adsorption on unmodified chitin gels
…Keisuke OHTO・Dan Yu・Hidetaka KAWAKITA・Shintaro MORISADA・Katsutoshi INOUE……………………５

Summary and examination of doctoral thesis ………………………………………………………………………………10

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