University of Yamanashi Academic Repository

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医科学)医工博甲第392

小野, 多加江

氏        名    小野 多加江 
博士の専攻分野の名称    博 士 ( 医科学 ) 
学 位 記  番  号    医工博甲 第３９２号 
学 位 授 与 年 月 日    平成２９年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件    学位規則第４条第１項該当 
専    攻    名    人間環境医工学専攻（生体環境学コース） 
学  位  論 文  題 名    日本における生殖補助医療の倫理的諸問題の分析－AID 技術導
入者の言説調査－                                 
An Analysis of Ethical Issues of ART in Japan:From an 
Historical Survey of the AID Technology Pioneer in Japan 
 
論 文 審  査  委  員    委員長  教 授  山縣 然太朗 
委 員  准教授  石山 忠彦 
              委 員  講 師  石黒 浩毅 
 
 
学位論文内容の要旨 
（研究の目的）１９４９年、日本で初めて非配偶者間人工授精（artificial insemination 
with donor ’s semen:AID）による子が誕生したといわれている。この施術は慶應義塾大学
産婦人科安藤画一教授の指揮のもと行なわれた。日本初AID児誕生の話題は当時、新聞や雑
誌で取り上げられ、各界専門家から賛否が呈された。そのことも踏まえ、日本初AID児誕生
を日本における生殖補助医療をめぐる生命倫理的な議論のはじまりと捉える研究も行われ
ている。安藤はAID施術に際しドナーの匿名性を条件とし、夫婦には子供にAIDにより生ま
れたことを秘密にするよう求めた。近年、子供の出自を知る権利の観点からAIDについて考
えなおそうとする議論が目立つようになってきた。また、このような議論はAIDで生まれた
人が語りはじめたこともあり、ドナー開示の必要性という従来にはなかった新しい動きと
見なされることが多い。しかしAID導入期には子の出自という観点から議論は行なわれてい
なかったのであろうか。そもそも安藤はなぜ匿名性を条件としたのだろうか。AIDを希望す
る人たちは子供の出自をどのように考えていたのか。そしてまた、社会はAIDをめぐる諸問
題をどのように捉えていたのか。これらの点を明らかにすることが本研究の目的である。
また２００８年、日本学術会議は「出自を知る権利については、子の福祉を重視する観点
から最大限に尊重すべきであるが、それにはまず長年行われてきたAIDの場合などについて
十分検討した上で、代理懐胎の場合を判断すべきであり、今後の重要な検討課題である」
とする提言を出している。本研究は、この提言も念頭に置きながら日本におけるAID萌芽時
代を焦点として子供の出自という論点について具体的な検討を行うことによって、生命倫
理的な議論が果たしてきた役割、さらには果たすべき役割を明らかにする手がかりを得る
ことを目的とする。 
（方法）本研究の方法は文献研究による。具体的には、１９４９年のAID児誕生を始点に安
藤が亡くなる１９６８年までの言説を中心に調査、分析する。また近年における生殖補助
技術に関する意識調査を参照した考察を試みる。 
（結果） 
①  AID導入時にドナーを匿名にする影響が問題として意識されており、その際の論点が血
族結婚、相続問題、子・夫婦への心理的影響にあった 
②  学術以外の雑誌や創作物がAIDの問題を夫婦、AIDで生まれた子、精子提供者の心情など
人間の内面を長期的な視点で疑義を呈した 
③  不妊に悩みAIDを望む人は子供の出自に関し長期的に捉える視点を欠いていたと推察さ
れ、近年においても不妊で子供を望む人が類似した考えを持つ傾向にある 
④  日本初AID児誕生から１０年を迎える頃、AIDの先駆者である安藤は血族結婚回避のため、
ドナー匿名性の再検討を説いた 
⑤  血族結婚や子、夫婦、ドナーら当事者への心理的影響については心理学的観点を中心と
した議論がすでに行われていたこと、にもかかわらず大きな社会的議論が生まれなかっ
た理由としては、 
⑥  安藤の周辺が医学的な立場を重視し、ドナーの匿名性の再検討に関心がなかったことが
考えられる 
（考察）「ドナー匿名性」という論点をめぐっては、安藤が「血族結婚の可能性」を重要
視し、社会一般は「子・夫婦・ドナーへの心理的影響」を危惧し、安藤の周辺の施術者が
「AIDの医学的な意義」を優先していた。こうした違いは、立場により関心が異なることを
あらわしているだろうが、AID導入から２０年間の推移を見ると、異なる立場は相互に議論
を交わすことなく終わったといえる。そのため、当時も子供の出自をめぐる議論がそれな
りに行われていたにもかかわらず、同じ論点が従来にはなかった新しいものとして近年意
識されてしまうことにもなったと思われる。AID導入期において子の出自をめぐる議論の可
能性があったにもかかわらず展開されなかったことには、生命倫理的な議論が果たしてき
た役割、さらには果たすべき役割をあきらかにする手がかりがある。 
（結論）生命倫理的な議論、つまり新しい医療技術と生命をめぐる問題について議論を十分
に展開していくためには、少なくとも新しい医療技術の発展だけに目を奪われてはならず、
社会的影響について立場と関心を異にする者を結びつけて検討しておかなければならない
こと、また検討に際しては新しい医療技術の被施術者がその技術がもたらすであろう問題
に対し、一般と比べ長期的に捉える視点が欠けている可能性を考慮する必要がある。生命
倫理が果たすべき役割の中心はおそらくそうした議論の場を設定するとともに、その場に
おいて議論をすることにある。あわせてAIDの導入者である安藤がこの施術の見直しを説い
たことを鑑みれば、新しい医療技術の導入後の調査や再検討を行うべきであり、言い換え
れば生命倫理的な議論の再設定の意義が示されているといえる。(1944字) 
論文審査結果の要旨 
１．学位論文研究テーマの学術的意義 
本研究は日本初の非配偶者間人工授精（artificial insemination with donor’s semen:AID）による
誕生を指揮した安藤画一を中心に言説の歴史的調査を、ドナーの匿名性に着目しながら考察したもの
であり、１９４９年の AID 児誕生を始点に安藤が亡くなる１９６８年までの言説を中心に考察し、
安藤が自ら導入したドナーの匿名性の再検討の必要性を説いていたこと、及び AID の諸問題として
血族結婚や子の心理への影響をあげていたことを初めて明らかにして、AID 導入期において子の出
自をめぐる議論の可能性があったことと考察したものである。昨今、議論になっている第三者が関与
する生殖補助医療技術における出自を知る権利の議論に歴史的事実を提示できた点に本研究の意義
がある。 
 
２．学位論文及び研究の争点，問題点，疑問点，新しい視点 
 本研究が安藤画一氏を中心とした資料の収集にとどまっており、本テーマを議論するにあたって他
の関連資料の検討が必要ではなかったか、この結果が現在の出自を知る権利の議論にどのように繋が
っているのかについてさらに検討が必要であったのではないかとの疑問が残る。一方で、AID が実施
された当時から出自を知る権利についての議論の萌芽があったことを初めて明らかにした研究とし
て評価される。 
 
３．実験及びデータの信頼性 
本研究の方法論の範疇では十分な資料と適切な活用がなされている。 
 
４．学位論文の改善点等 
 第三者の関与する生殖補助医療技術の出自を知る権利については、AID は歴史的にその議論を難し
くしている要因があること、すなわち、その後の体外受精においては日本産科婦人科学会が配偶者間
での実施しか認めなかったことで出自を知る権利についての論争が不要であったことなどを踏まえ
て、今後、第三者の配偶子や受精卵の活用がなされる際の出自を知る権利のあり方を倫理面での検討
してほしい。 
 
以上より、学位論文として十分な水準にあると審査員一同、一致した意見であった。 


Japanese

日本における生殖補助医療の倫理的諸問題の分析 : AID技術導入者の言説調査

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学

ALI, MD. MOZAHAR

 
 
氏 名  ALI, Md Mozahar 
博士の専攻分野の名称  博士（工学） 
学 位 記 番 号  医工博甲第３９３号 
学 位 授 与 年 月 日  平成２９年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件  学位規則第４条第１項該当 
専 攻 名  機能材料システム工学専攻 
学 位 論 文 題 目  Growth and electrical properties of rare earth doped 
12CaO∙7Al2O3 single crystals 
（希土類元素添加 12CaO∙7Al2O3単結晶の育成と電気的特性） 
 
論 文 審 査 委 員  主査  教 授  田 中   功 
教 授  熊 田 伸 弘 
教 授  和 田 智 志 
教 授  武 井 貴 弘 
准教授  綿 打 敏 司 
助 教  長 尾 雅 則 
 
学位論文内容の要旨 
 12CaO 7Al2O3 (C12A7, 鉱物名 Mayenite)は、典型的な電気絶縁体と知られているが、化
学的に活性が高く仕事関数が低い金属導電体や超伝導体に変換できることがこの数年間に
わたって実験的にも理論的にも進められている。これらの電気的性質は、結晶構造内のサ
ブナノメートルサイズのケージにランダムに包接されている酸化物イオンを除去して電子
を高濃度にドープすることによってのみ観測された。その電子活性な機能性材料は
C12A7:e-エレクトライドとして知られており、電子が陰イオンとして作用して隣接するケ
ージ間を移動し、その結果として高い電気伝導性を示す。基礎的研究に加えて多様な応用
のために C12A7:e-エレクトライドに固有な電気的性質を明らかにするうえで、C12A7 単結
晶を育成して高電子濃度の C12A7:e-エレクトライド単結晶を合成することが求められてい
る。C12A7:e-に高濃度の電子をドープするため、C12A7 中の 2 価 Ca2+サイトを 3 価陽イオ
ンで置換することが格子骨格中の正電荷を増大させる方法の一つである。本研究では、
C12A7に希土類元素Ln (Ln = Y, Ho, Eu, Nd)を添加した (Ca1-xLnx)12Al14O33+6x単結晶を育
成して、その育成結晶をエレクトライド化した単結晶の電気的性質を調べた。それに加え
て、C12A7 エレクトライド結晶を垂直ブリッジマン法により直接に育成して、その電気的
性質を評価した。 
 
 本論文は、5 章から成っている。本研究の要約は以下の通りである。 
 
 
 
 第 1 章では、研究の背景と本研究の緒言を述べた。C12A7 の結晶構造を概説し、高電子
濃度エレクトライドを広範囲にわたって応用するうえでのC12A7単結晶育成の必要性を述
べた。 
 
 第 2 章では、陰イオンや電子を包接した C12A7 の原子構造や電子構造に関する既報の実
験研究や理論研究について解説した。それから、その化合物の電気的性質について述べ、
引き続いて主にフローティングゾーン(FZ)法を中心に C12A7 バルク単結晶の育成技術につ
いて議論した。さらに、C12A7 の構造中への陰イオンや電子を包接する方法を概説した。 
 
 第 3 章では、FZ 法を使った C12A7 相中への希土類金属イオン Ln3+の固溶限界や有効分
配係数の決定について述べた。Ln3+の固溶限界は、FZ 法により育成した後に溶融帯を徐冷
して得られた C12A7:Ln 結晶の終端中の最大ドーパント濃度の平均により見積もった。そ
の結果、Y，Ho，Eu，Nd の C12A7 への固溶限界は、それぞれ 0.30(1), 0.48(2), 0.78(1), 0.91(1) 
at%と決定された。FZ 溶融法により決定された Y の固溶限界は一般的な固相法で決定され
た値とよく一致していた。次に､Y, Ho, Eu, Nd 濃度がそれぞれ 0.27, 0.34, 0.50, 0.50 at%の
C12A7 原料を用いて育成速度 1 mm/h で育成した C12A7:Ln 結晶の周辺部について育成初
期領域の育成方向に沿ってドーパント濃度の分布を測定した。その測定結果から Y, Ho, Eu, 
Nd の C12A7 への有効分配係数は、それぞれ 0.105(12), 0.108(11), 0.075(7), 0.142(15)と決
定された。 
 Nd の最大固溶限界の結果をもとに、Nd 置換 C12A7（(Ca1-xNdx)12Al14O33+6x）単結晶を
酸素雰囲気中，育成速度1 mm/hで育成した。径方向に不均一なNd濃度の分布が観測され、
これは育成界面が大きな凹状であることによると考えられる。C12A7:Nd エレクトライド
合成のための育成結晶の Ti 金属蒸気加熱処理は、1100℃で 48 時間が最適条件であり、こ
の条件で 0.093(0.011)at%Nd の試料において電気伝導度が約 1360 S/cm，キャリア濃度が
約 2.4  0.2  1021 cm-3であり最高の値が得られた。C12A7:Nd(e-)のそのような高い電子濃
度は、理論値( 2.37  1021 cm-3)とほぼ一致しており、C12A7 中に包接されたすべての酸化
物イオンが結晶学的ケージから除去されることで電子がドープされたことを示唆している。
室温における C12A7:Nd(e-)と C12A7:e-の移動度は、同じ約 3.04 cm2V-1s-1であり、既報の
値と良く一致していた。ただし、1100℃，48 時間アニールした C12A7:Nd(e-)の場合は 150 
K 以下の低温領域で急激に増加している。さらに、Y, Ho, Eu をドープした C12A7 単結晶
についても FZ 法により育成して同様に評価した。 
 
第 4 章では、垂直ブリッジマン法によりカーボンるつぼを用いてアルゴン雰囲気中で直接
に C12A7 エレクトライド単結晶を育成した。育成結晶の品質向上のためにカーボンるつぼ
の形状を最適化した。バルク単結晶 X 線回折（XRD）や SEM 写真，電子プローブ・マイ
クロアナリシス（EPMA）による組成分析の結果から、ロート形状のカーボンるつぼを用
いて溶融領域の保持を約 1518℃，5 時間，育成速度 2 mm/h，結晶育成後の冷却速度約 100℃
/h の条件が、垂直ブリッジマン法による C12A7 エレクトライド単結晶の育成に最適であっ
た。育成したエレクトライドは、半導体的な電気的挙動を示し、室温において約 1.20  10-3 
S/cm の電気伝導度であった。 
 
 
 
第 5 章では、本研究を総括して、本研究の効果に関して述べた。 
 
論文審査結果の要旨 
 本論文は、「Growth and electrical properties of rare earth doped 12CaO∙7Al2O3 single 
crystals（希土類元素添加 12CaO∙7Al2O3単結晶の育成と電気的特性）」と題し、5 章から成
っている。 
第 1 章「Introduction」では、研究の背景と本研究の緒言を述べている。12CaO∙7Al2O3 (C12A7)
の結晶構造を概説し、高電子濃度エレクトライドを広範囲にわたって応用するうえでの
C12A7 単結晶育成の必要性を述べている。 
 第 2 章「Literature Review」では、陰イオンや電子を包接した C12A7 の原子構造や電子構
造に関する既報の実験研究や理論研究について解説している。それから、その化合物の電
気的性質について述べ、引き続いて主にフローティングゾーン(FZ)法を中心に C12A7 バル
ク単結晶の育成技術について議論している。さらに、C12A7 の構造中への陰イオンや電子
を包接する方法を概説している。 
 第 3 章「Floating Zone Crystal Growth and Characterization」では、FZ 法を使った C12A7 相
中への希土類金属イオン Ln3+の固溶限界や有効分配係数の決定および希土類金属元素添加
C12A7 単結晶育成について述べている。その結果､Y，Ho，Eu，Nd の C12A7 への固溶限
界は、それぞれ 0.30(1), 0.48(2), 0.78(1), 0.91(1) at%であり、一般的な固相法で決定された
値とよく一致していることを明らかにしている。Y, Ho, Eu, Nd の C12A7 への有効分配係
数は、それぞれ 0.105(12), 0.108(11), 0.075(7), 0.142(15)であることを明らかにしている。
希土類金属元素添加C12A7単結晶の育成における径方向の不均一な濃度分布は育成界面が
大きな凹状であることによると推論している。エレクトライド合成条件の最適化により､
0.093(0.011)at%Nd において電気伝導度約 1360 S/cm，キャリア濃度約 2.4  0.2  1021 cm-3，
移動度約 3.04 cm2V-1s-1を有する Nd 置換 C12A7 エレクトライドの合成に成功している。 
 第 4 章「Growth and Characterization of Ca12Al14O33 Single Crystal Electride by Vertical 
Bridgman Technique」では、垂直ブリッジマン法によるカーボンるつぼを用いた C12A7 エレ
クトライド単結晶の直接育成について述べている。育成条件の最適化により C12A7 エレク
トライド単結晶が得られ､その育成結晶は導体的な電気的挙動を示し、室温において約 1.20 
 10-3 S/cm の電気伝導度であることを明らかにしている。 
 第 5 章「Summary and Impact of the Current Research」では、本研究を総括し、本研究の効
果についても述べている。 
 これを要するに、本論文は高電子濃度 C12A7 エレクトライド単結晶材料の開発を目指し
て、希土類金属元素添加 C12A7 単結晶の育成や電気的性質を系統的に行っている。高い電
子濃度を有する C12A7 エレクトライド材料の開発の手がかりとなる研究であり、工学上な
らびに工業上貢献するところが大きい。 
 本論文の研究内容は、学術誌の Journal of Flux Growth に 1 報，ACS Omega に 1 報の計
2 報を発表している。 
 以上により、博士論文審査委員全員の合意において、本論文は博士(工学)の学位論文とし
て十分に価値があるものと認められる。 


English

Growth and electrical properties of rare earth doped 12CaO∙7Al2O3 single crystals

陳, 建

 
 
 
氏 名  陳 建 
博士の専攻分野の名称  博士（工学） 
学 位 記 番 号  医工博甲第３９４号 
学 位 授 与 年 月 日  平成２９年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件  学位規則第４条第１項該当 
専 攻 名  機能材料システム工学専攻 
学 位 論 文 題 目  Research of High Efficiency and High Power Density of Off-line 
Power Supplies 
(オフライン電源の高効率化及び高電力密度化に関する研究) 
 
論 文 審 査 委 員  主査  教 授  矢 野 浩 司 
教 授  大 木 真 
教 授  鍋 谷 暢 一 
准教授  佐 藤 隆 英 
准教授  村 中 司 
准教授  白 木 一 郎 
 
学位論文内容の要旨 
本論文は、連続モードの PFC コンバータ及び絶縁された LLC 共振コンバータを備えたオ
フラインコンバータの高効率化及び高電力密度化を可能にする電源制御 IC の開発を目的と
したものである。 
第１章では、オフラインコンバータの制御技術の開発背景、連続モードの PFC コンバー
タ及び絶縁された LLC 共振コンバータの既存制御技術と課題を述べている。 
連続モードのPFCコンバータおよび絶縁されたLLC共振コンバータを備えたオフライン
コンバータ用の多くの制御技術が、より小さなスペースでより効率的な電力供給の厳しい
要件を満たすために研究されてきた。連続モードの PFC コンバータでは伝導 EMI フィルタ
 
 
 
を簡略化するためにスペクトラム拡散技術が研究されている。LLC 共振コンバータでは、
バルクキャパシタを簡素化するために共振はずれ防止の制御技術が研究され、軽負荷状態
での変換効率を改善するバーストモード制御技術などが研究されている。 
しかしながら、上述の制御技術には依然として多くの問題が残っている。従来のスペク
トラム拡散技術を適用した連続モードの PFC コンバータの場合、EMI フィルタの小型化と高
効率化の間にはトレードオフの関係がある。LLC 共振コンバータに関して、第 1 の課題は、
より小さなバルクコンデンサおよび頑強な LLC 共振コンバータを実現しながら、ピーク電
圧利得に影響を与えることなく、共振はずれをいかにして防止するかである。第 2 の課題
は、ノーマルモード及びバーストモードにおいて一次側で負荷状態を高精度に検出する方
法である。EMI フィルタ及びバルクコンデンサの簡略化、LLC コンバータの二次側のヒー
トシンクの簡略化及び軽負荷条件での効率を改善するためには、上記の課題を解決する制
御技術の開発が必要である。 
第２章では、連続モードの PFC コンバータにおいて、EMI ノイズと変換効率の両方を最
適化するために新たに開発したスペクトラム拡散技術を述べている。昇圧型 PFC コンバー
タの動作モードは、連続モード（CCM）、臨界モード（CRM）および不連続モード（DCM）
として分類される。 連続モードの昇圧型 PFC は固定スイッチング周波数と平均電流モー
ドで動作するため、昇圧インダクタと EMI フィルタの設計が容易になる。連続モードの PFC
コンバータでは伝導 EMI フィルタを簡略化するためにスペクトラム拡散技術が研究されて
いるが効率が低下してしまう課題がある。本章では、EMI ノイズと変換効率の両方を最適
化するため、フーリエ変換による昇圧インダクタ電流リップルの 3 次高調波成分を用いた
新しい解析法を提案した。提案した方法は、最大及び最小の周波数限界を有する鞍型周波
 
 
 
数変調をもたらした。この周波数変調により、効率を犠牲にすることなく EMI 性能が改善
され、その結果 EMI フィルタの簡素化が実験で確認できた。この解析方法は、昇圧インダ
クタ電流リップルの 2 次高調波成分にも適用でき、連続モードの PFC コンバータの高周波
化にも対応できる。 
第３章では、LLC 共振コンバータにおいて、パワーMOSFET のようなハーフブリッジ・
スイッチの保護と広い入力電圧範囲のトレードオフの関係を改善するために、新規の共振
はずれ防止技術を開発した。従来のフライバックまたはフォワードコンバータと比較する
と、LLC 共振コンバータはその需要が高まっている。その理由は LLC 共振コンバータが高
電圧利得能力、及びゼロ電圧スイッチング（ZVS）、ゼロ電流スイッチング（ZCS）などの
ソフトスイッチング技術により、高効率および高電力密度を達成することができるためで
ある。しかし、高電圧利得は共振はずれ防止とトレードオフの関係がある。 
共振はずれを回避する信頼性の高い検出方法として、共振コンデンサの共振電流と変圧
器の一次側の共振電圧を検出することを提案した。入力電圧が低下したとき、共振電圧の
検出で LLC 領域を認識し、強制ターンオフを許可する。そして、共振電流の検出で共振電
流が反転する前に強制ターンオフを実行する。こうすることによって、共振はずれを防止
した上で、最大の電圧利得を確保できた。結果的に入力電圧範囲を最適化することができ、
バルクコンデンサを小さくすることができた。 
第４章では、LLC 共振コンバータにおいて、一次側で独自の平均入力電流検出手法によ
り、ノーマルモードとバーストモードの無損失かつ高精度の負荷検出手法を開発した。VS
電圧の立ち上がりの終了タイミングと立下りの開始タイミングを利用し、共振電流から入
力電流成分を抽出することによって、平均入力電流値を求める手法を提案した。ノーマル
 
 
 
モードとバーストモードでの詳細な理論解析を行い、平均入力電流検出手法の有効性を証
明した。さらに、この負荷検出方式を LLC 制御 IC に内蔵するため、集積回路を考慮した負
荷検出回路を提案した。なお、400V 入力および 16V / 10A 出力の LLC 共振コンバータを
PSIM でシミュレーションし、プロトタイプボードを作成した。そして提案された負荷検出
技術が有効で実用的であることを実験で示した。その結果、軽負荷時の LLC 共振コンバー
タの自動バーストモード制御が実現された。同時に高精度の過負荷保護も実現でき、二次
側のヒートシンクの簡略化へと繋がり、電力密度の改善に貢献した。 
第５章では、本研究のまとめと将来への取り組みを述べた。 
これらの成果は、EMI フィルタ、バルクコンデンサ及びヒートシンクの簡略化によりオ
フラインコンバータの高電力密度化に寄与すると同時に、LLC コンバータの軽負荷効率の
改善により、オフラインコンバータの高効率化にも貢献するものである。 
 
論文審査結果の要旨 
 オフライン電源、すなわち交流電源を絶縁しながら安定な直流電力に変換する電源の分
野においては、環境保全の側面から無駄な電力消費を抑制する規制が強化されてきている。
またコンデンサ、コイル、ヒートシンクなどを小型化・簡略化し、電源を高電力密度化す
る動きが高まっている。本論文は、連続モードの PFC コンバータ及び絶縁された LLC 共振
コンバータを備えたオフライン電源の高効率化及び高電力密度化を可能にする電源制御 IC
の開発を目的としたものである。 
 まず、連続モードの PFC コンバータにおいて、EMI ノイズと変換効率の両方を最適化す
るために新たなスペクトラム拡散技術を開発した。本技術は、EMI ノイズと変換効率の両
 
 
 
方を最適化するため、フーリエ変換による昇圧インダクタ電流リップルの 3 次高調波成分
を用いた新しい解析法を用いており、最大及び最小の周波数限界を有する鞍型周波数変調
を用いた。これにより EMI フィルタの簡素化が可能であることを実験で確認している。こ
の解析方法は、昇圧インダクタ電流リップルの 2 次高調波成分にも適用でき、連続モード
の PFC コンバータの高周波化にも対応できるものである。本提案により、チョークコイル
を１個減らした場合、コイルを減らす前と比べノイズマージン及び変換効率は同等である
ことを実験的に実証している。 
 次に、LLC 共振コンバータにおいて、ハーフブリッジ回路における半導体スイッチング
パワーデバイスを保護しつつ広い入力電圧範囲を確保するために、共振はずれ防止技術を
新規に開発した。本手法は、共振コンデンサの共振電流と変圧器の一次側の共振電圧を検
出する手法を用いており、入力電圧が低下したとき共振電圧の検出で LLC 領域を認識し強
制ターンオフさせるとともに、共振電流の検出で共振電流が反転する前に強制ターンオフ
させるよう制御を行う。これにより共振はずれの防止と電圧利得のトレードオフを解消し
た。結果的に入力電圧範囲を最適化することができ、バルクコンデンサの小型化に成功し
た。 
 さらに LLC 共振コンバータにおいて、一次側で独自の平均入力電流検出手法により、ノ
ーマルモードとバーストモードの無損失かつ高精度の負荷検出手法を開発した。本手法は、
コンバータ中のハーフブリッジにおける上下トランジスタ間の電位の立ち上がりの終了タ
イミングと立下りの開始タイミングを利用し、共振電流から入力電流成分を抽出すること
によって、平均入力電流値を求める手法を用いている。そして本負荷検出法を実現する検
出回路も具体的に提案している。その結果、LLC 共振コンバータの軽負荷時において低損
 
 
 
失かつ高信頼性の自動バーストモード制御が実現された。これらの効果は、シミュレーシ
ョンを用いた予測のみならず、制御用 IC を新規開発し、それをデモ回路基板に搭載し実験
的に裏付けされている。さらに回路要素の統計的なばらつきを考慮した分析的考察により、
本提案が高精度の過負荷検出を可能にするものであることを示唆した。そして、回路中の
半導体スイッチングデバイスの温度上昇を詳細に調査することにより本方法が過負荷によ
る過度の温度上昇を避けることができることを証明した。結果として、本方法により二次
側のヒートシンクが簡略化でき、電源自体の電力密度が改善できることを明らかにした。 
 これらの研究内容は、将来のオフライン電源の小型、高効率化に資する重要な制御技術
である。以上より、審査委員会において、本論文は博士（工学）の学位論文として適格で
あり、合格と判断された。 
 


Research of High Efficiency and High Power Density of Off-line Power Supplies

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学)application/pdf医工博甲第399

荻原, 克幸

In Situ FTIR Analysis of the CO-Tolerance of Pt-Alloy Anode Catalysts for Residential Fuel Cells

小澤, 健介

 
 
 
氏 名  小澤 健介 
博士の専攻分野の名称  博士（工学） 
学 位 記 番 号  医工博甲 第４００号 
学 位 授 与 年 月 日  平成２９年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件  学位規則第４条第１項該当 
専 攻 名  グリーンエネルギー変換工学特別教育プログラム 
学 位 論 文 題 目  Chemical Treatments and Doping for  
Improving  Thermoelectric Properties of  Silver Antimonate 
（アンチモン酸銀の熱電変換性能向上のための化学処理及びドーピング） 
 
論 文 審 査 委 員  主査  教 授  入 江  寛 
教 授  熊 田   伸 弘 
教 授  Manuel E. Brito 
教 授  鍋 谷    暢  一 
客員准教授  柳 田   真 利 
大邸慶北科学技術大学（韓国）教 授  Hasuck Kim 
 
学位論文内容の要旨 
現在日本で使用されている電気エネルギーの大半は火力発電によって生み出されている
が、火力発電については化石燃料の枯渇や排出ガスなどが問題点として挙げられる。また、
火力発電はその過程において 1 次エネルギーの多くを廃熱として放出している。持続可能
な社会を目指す上で、これらの問題に対する解決方法の１つとしてゼーベック効果により
熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する熱電発電の研究が行われている。熱電変換
の変換効率を論じる際には、無次元性能指数 ZT とパワーファクターPF が用いられる。こ
れらの指標を高めるためには、高い電気伝導度・高いゼーベック係数・低い熱伝導度が必
要となるが、この 3 つのパラメータはいずれもキャリア濃度の関数であるために、それぞ
れを独立して制御することは難しい。 
酸化物系熱電材料は変換効率が低いが、金属系が抱えている材料や耐性の問題はクリア
しており、こちらは基本的にはその高い熱耐性もあり高温での利用が想定されている。近
年、Na-Co 複合酸化物や Ca-Co 複合酸化物など p 型半導体については高効率の材料が開発
されているが、n 型半導体の研究は未だ不十分である。 
 
 
 
 本研究では、n 型半導体である AgSbO3について研究を行った。AgSbO3は欠陥パイロク
ロア型構造を持つ n 型半導体であり、熱処理をすると、その結晶子表面にナノスケールの
Ag アイランドが生じ、これに起因するホッピング伝導が起こる。ホッピング伝導はその機
構から電気伝導度の温度依存性が高く、高温でより高い電気伝導度を得ることができる。
一方で、Sb の蒸気圧が高いために焼結体の緻密化が進行しにくく、焼結が困難であるとい
う問題点がある。AgSbO3に CuO を添加することで、CuO が焼結助剤としての働きを示す
とともに、AgSbO3と CuO が反応を起こして CuSb2O6および金属 Ag を発生し、電気伝導
度が大きく向上することでパワーファクターが改善されることも報告されている。 
 本研究での目的は、この AgSbO3について欠陥導入や高密度化、他種元素のドーピング
などのアプローチによって、熱電変換性能の向上を目指すことである。 
光触媒分野での報告において、AgSbO3への硝酸処理によって余剰な金属 Ag を消去する
とともに、結晶構造に Ag 欠陥を導入できることがわかっている。これをゼーベック係数の
向上に繋げられないかと考え、実験を行った。結果としてゼーベック係数は向上したが、
電気伝導度が下がってしまい、パワーファクターおよび無次元性能指数としての総合的な
熱電変換性能の向上には至らなかった。熱伝導度に関しては低下させることができた。 そ
こで、放電プラズマ焼結法（SPS）による高密度化によって電気伝導度が向上できないかと
考えた。SPS では機械的な加圧と同時にパルス電流による焼結を行うので、確かに高密度
化に有効であった。60%以下だった相対密度が約 75%にまで改善され、それに伴い電気伝
導度も改善されたが、ゼーベック係数の低下が避けられず、パワーファクター・無次元性
能指数の向上はわずかであった。硝酸処理によって欠陥導入を行った系についても同様に
SPS での高密度化処理を行ったが、こちらも劇的な性能向上には至らなかった。また、こ
れらのサンプルについてはハーマン法による熱伝導度測定を行った。SPS により高密度化
したサンプルでは、わずかに熱伝導度が上昇していることが確認できた。 
 次に、AgSbO3の Ag サイトを Bi で置換することで、電荷数の増加とキャリア濃度の増
加による電気伝導度の改善を狙った。Bi ドープでは Cu ドープと違って相対密度の改善は
起こらなかったが、こちらの系でも SPS による高密度化は可能であった。一定以下の Bi
ドープ量では電気伝導度の改善とゼーベック係数の低下が起こり、5 mol%置換の段階で電
気伝導度とパワーファクターは Bi 置換系では最大値となったが、それ以上のドープ量では
電気伝導度とゼーベック係数が共に低下する結果となった。5 mol%置換体は Bi ドープ系で
は唯一 Sb3+の含有量が大きくなっており、他の実験と合わせて AgSbO3およびそれを母体
とする n 型半導体の電気伝導度向上において、Sb3+の存在が重要な働きをしていることが
示唆された。 
 
 
 
 また、本論文には、市販のペルチェ素子を用いた熱電発電モジュールを作製し、山梨県
内の実際の工場で実地試験を行った際のデータも記載している。市販のペルチェ素子を 36
個直列に接続し、アルミ基板に貼り付けることでモジュールを作製した。作製したモジュ
ールを使い、工場で稼働しているバッチ式焼却炉から発生する余熱を熱源として、工場内
の室温との温度差で発電を試みた。実地試験の結果、焼却炉の稼働と熱起電力の発生は連
動しており、熱電発電により電力を得ることに成功したと言える。熱源からモジュールま
での距離の調整や、モジュールへの吸熱材の装着など様々な実験を行ったが、複数の実験
の結果、モジュール全体の温度が 40℃を超えたあたりで変換効率は最大になり、それ以下
の温度では若干変換効率が落ちることがわかった。これはモジュールに使用しているペル
チェ素子の特性に起因するものである。熱電発電モジュールの実用化の際には、利用環境
などをしっかりと想定し、それに合わせた素子選択をすることが重要であると、実践的な
データ収集ができた。 
 
論文審査結果の要旨 
本論文は、ニオブ酸銀（AgSbO3）ついて欠陥導入や高密度化、他種元素のドーピングな
どのアプローチによって、熱電変換性能向上について検討したものである。 
 第 1 章では、熱電変換の原理や用途について紹介し、様々な既往の研究例についてもま
とめている。 
 第 2 章では、AgSbO3を硝酸処理することにより Ag 欠陥を導入、または表面に残存する
Ag を除去し、それらが熱電物性に及ぼす影響を検討したところ、導電率の大きな低下、ゼ
ーベック係数の向上、熱伝導率の低下が示された。その結果、無次元性能指数（ZT）の総
合的な熱電変換性能の向上には至らなかった。 
 第 3 章では、第 2 章での考察を受けて、放電プラズマ焼結法（SPS）による高密度化に
よって導電率の向上を試みた。通常の焼結では 60%以下だった相対密度が約 75%にまで改
善され、それに伴い導電率も改善されたが、ゼーベック係数の低下が避けられず、パワー
ファクター・無次元性能指数の向上はわずかであった。しかしながら、放射光 X 線回折や
X 線光電子分光を用いて試料の詳細なキャラクタリゼーションを行ったところ、導電率の向
上（それに伴う ZT の向上）は、AgSbO3に含まれるアンチモンイオンの価数が 5+でなく
3+によるものであることを明らかにすることができた。 
 第 4 章、第 5 章では、AgSbO3の Ag サイトを Cu もしくは Bi で置換することで、電荷
数の増加とキャリア濃度の増加による電気伝導度の改善を検討した。ここでも、AgSbO3お
 
 
 
よびそれを母体とする n 型半導体の電気伝導度向上において、Sb3+の存在が重要な働きを
していることが示唆された。 
 第 6 章では市販のペルチェ素子を用いた熱電発電モジュールを作製し、山梨県内の実際
の工場で実地試験を行った際のデータを記載している。工場で稼働しているバッチ式焼却
炉から発生する余熱を熱源として、工場内の室温との温度差で発電を試みた。実地試験の
結果、焼却炉の稼働と熱起電力の発生は連動しており、熱電発電により電力を得ることが
できた。 
第 7 章では、研究の総括をし、今後の課題として AgSbO3へのドーパント選択が重要で
あることを挙げている。 
本博士論文の内容は、1 報の国際論文誌に掲載され、1 報は校正済みの段階であり、また、
国内外学会 9 件発表している。このことからも、山梨大学大学院グリーンエネルギー変換
工学特別教育プログラムの博士論文としてふさわしいと考えられる。 


Chemical Treatments and Doping for Improving Thermoelectric Properties of Silver Antimonate

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学)application/pdf医工博甲第404

志村, 和樹

 
 
氏 名  志村 和樹  
博士の専攻分野の名称  博士（工学） 
学 位 記 番 号  医工博甲第４０４号 
学 位 授 与 年 月 日  平成２９年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件  学位規則第４条第１項該当 
専 攻 名  グリーンエネルギー変換工学特別教育プログラム 
学 位 論 文 題 目  Performance and Durability of (LaSr)(CoFe)O3−δ/Doped Ceria  
 Composite Oxygen Electrodes for Reversible Solid Oxide Fuel  
 Cells 
    （可逆作動固体酸化物形燃料電池用の(LaSr)(CoFe)O3−δ/セリア系 
     複合酸素極の性能と耐久性） 
 
論 文 審 査 委 員  主査  教 授  内田 裕之 
教 授  熊田 伸弘  
教 授  柿沼 克良 
教 授  Manuel E. Brito      
客員准教授 亀田 常治         
Curtin 大学（豪州）教授 Sang Ping Jiang 
 
学位論文内容の要旨 
 本論文は、出力の変動が激しい太陽光、風力等の再生可能電力を、水素ガスを媒体とし
て高効率・低コストに蓄電して平準化できる高温水蒸気電解水素製造／固体酸化物燃料電
池可逆作動セル（可逆作動固体酸化物セル, Reversible Solid Oxide Cell, R-SOC）用の、高
性能・高耐久酸素極開発に関する研究である。 
 第 1 章では、再生可能電力導入の背景、水素貯蔵の優位性、本研究課題が述べられてい
る。再生可能電力の導入が世界的に増加している。しかし、太陽光発電や風力発電には出
力変動が大きいことに加え、発電量が電力需要と必ずしもマッチしない問題がある。水素
は大規模な長期貯蔵媒体として有望である。イットリア安定化ジルコニア
（Yttria-stabilized zirconia, YSZ）電解質等を用いる固体酸化物形電解セル（Solid Oxide 
Electrolysis Cell, SOEC）は電解水素製造法の中で最も高い変換効率が期待できる。このセ
ルを逆作動させると固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)として高効率発
 
 
電を行うことができる。このような可逆固体酸化物セル（R-SOC）は、我々が現在直面し
ているエネルギー・環境問題を解決する有望な技術の 1 つであるが、性能と耐久性に課題
が有り、これまで実用化していない。 
 第 2 章では、R-SOC の電解／電池モードでの作動原理、構成材料、酸素極の劣化挙動等、
解決すべき課題が述べられている。酸素極には高活性な La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ （LSCF）
が用いられているが、YSZ 電解質と固相反応して劣化しやすいため、Gd または Sm をドー
プしたセリア（GDC または SDC）中間層が必要である。 
 第 3 章では、中間層に用いる緻密で均一な SDC 薄膜調製法の確立について述べられてい
る。良好な無機薄膜が作製できるオクチル酸塩に注目し、オクチル酸 Ce、Sm のトルエン
溶液を YSZ 電解質にスピンコート・熱分解を繰り返すことで、緻密で均一な SDC 薄膜の
調製に成功した。この方法は、低コスト・大面積化が容易な有望な方法である。 
 第 4 章では、YSZ 電解質の両面に上記の SDC 中間層を形成し、その上に LSCF-SDC 複
合酸素極を取り付けた対称型セルを作製した。そして、固相反応を加速する 900℃、電流密
度 0.5 A cm−2一定で連続運転を行い、劣化挙動を調べた。LSCF-SDC 酸素極は、5500 時間
の連続試験の間、アノード過電圧、カソード過電圧ともに初期性能をほぼ維持した。他方、
アノード部のオーム抵抗 (RA)は初期値をほぼ維持したが、カソード部のそれ(RC)は 4000
時間までわずかに増加し、その後安定した。電極の微細構造を SEM-EDX で観察したとこ
ろ、アノード側では LSCF 中の Sr が SDC 中間層の粒界、空隙に沿って内部に層状に分布
していたが、YSZ 電解質界面までの到達は観察されなかった。他方、カソード側は SDC 中
間層の緻密部分では Sr の拡散はほぼ見られなかったが、空隙部分に沿って Sr が拡散し、
YSZ 電解質の界面まで到達している様子が一部観察された。YSZ 界面への Sr 拡散により髙
抵抗性の SrZrO3が生成して RCが増加した可能性が考えられるが、その変化はわずかなも
のであり、緻密で均一な SDC 中間層が耐久性確保に重要であり、中間層をさらに均質にす
ると劣化を抑制できることを明らかにした。 
 第 5 章では、SDC 中間層が一般的に知られている耐久性に対する影響だけでなく、分極
性能にも大きな影響を与えることを初めて明らかにした。上記のオクチル酸塩の塗布・熱
分解から調製した中間層と、硝酸塩の塗布・熱分解で調製した n-中間層に、気孔率・厚さ
等の微細構造を全く同じに制御したLSCF-SDC複合酸素極を取り付け、分極特性を調べた。
作動温度が 900℃では、アノード反応及びカソード反応ともに殆ど同じ電極性能が観察され
た。しかし、温度が 800℃まで下がると o-中間層を用いたセルの特性が高くなった。その
原因について電気化学的特性指標並びに SEM-EDX によって微細構造を解析し、o-中間層
を用いると、酸化物イオンの均一な移動パスが形成され、有効反応領域が広がることを初
 
 
めて明らかにした。 
 第 6 章では、総括として本研究の主要な結果をまとめている。 
  
 これらの成果は、R-SOC の低コスト化、耐久性、効率の向上のみならず、電気化学、触
媒化学分野の発展におおいに貢献するものである。 
  
論文審査結果の要旨 
 本論文は、出力の変動が激しい太陽光、風力等の再生可能電力を、水素ガスを媒体とし
て高効率・低コストに蓄電し、必要な時に高効率発電して平準化できる高温水蒸気電解水
素製造／固体酸化物燃料電池可逆作動セル（可逆作動固体酸化物セル R-SOC）用の、高性
能・高耐久酸素極開発に関する研究である。 
 第 1 章では、再生可能電力導入の背景、水素貯蔵の優位性、本研究課題が述べられてい
る。本章における重要課題発見と解決方法に関する論理の展開は適切であった。 
 第 2 章では、R-SOC の電解／電池モードでの作動原理、構成材料、酸素極の劣化挙動等、
解決すべき課題が述べられている。酸素極には高活性な La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）
が用いられているが、イットリア安定化ジルコニア（YSZ）電解質と固相反応して劣化しや
すいため、Gd または Sm をドープしたセリア（GDC または SDC）中間層が必要である。
既往の研究の認識は、本研究の位置づけに必要であり、適切であった。 
 第 3 章では、中間層に用いる緻密で均一な SDC 薄膜調製法の確立について述べられてい
る。良好な無機薄膜が作製できるオクチル酸塩に注目し、オクチル酸 Ce、Sm のトルエン
溶液を YSZ 電解質にスピンコート・熱分解を繰り返すことで、緻密で均一な SDC 薄膜の
調製に成功した。この方法は、低コスト・大面積化が容易な有望な方法である。 
 第 4 章では、YSZ 電解質の両面に上記の SDC 中間層を形成し、その上に LSCF-SDC 複
合酸素極を取り付けた対称型セルを作製した。そして、固相反応を加速する 900℃、電流密
度 0.5 A cm−2一定で 5500 時間の連続運転を行い、劣化挙動を調べた。1) 緻密で均一な SDC
中間層が固相反応を従来にないレベルで抑制していること、2) 試験前の状態で Sr, Zr, Fe, 
Ce 等の構成元素の相互拡散が殆ど無視できており、比較的低温(1050℃)、短時間での電極
調製が重要なこと、3) アノード分極では LSCF から YSZ 電解質へ向けての Sr の拡散が
SDC 中間層内にとどまっていること、4) カソード分極では SDC 中間層／YSZ 界面に Sr
が到達しており、オーム抵抗の僅かな増加が、高抵抗のSrZrO3生成により説明できること、
5) Sr の拡散が SDC 中間層内の粒界や空隙部に沿って起こっていたため、中間層をさらに
 
 
均質にすると劣化を抑制できること を明らかにした。これらの新規な知見は、充分な実
験データに裏打ちされており、酸素極高耐久化の指針は極めて価値が高い。 
 第 5 章では、SDC 中間層が一般的に知られている耐久性に対する影響だけでなく、性能
にも大きな影響を与えることを初めて明らかにした。上記のオクチル酸塩の塗布・熱分解
から調製した o-中間層と、硝酸塩の塗布・熱分解で調製した n-中間層に、気孔率・厚さ等
の微細構造を全く同じに制御した LSCF-SDC 複合酸素極を取り付け、分極特性を調べた。
その結果、作動温度が 800℃まで下がると o-中間層を用いたセルの特性が高くなり、その
原因がSDC中間層を経ての酸化物イオンの均一な移動パス形成にあることを初めて明らか
にした。 
 これらの成果は、R-SOC の低コスト化、耐久性、効率の向上のみならず、電気化学、触
媒化学分野の発展におおいに貢献するものである。 
 以上により、博士論文審査に合格と判定した。  


Performance and Durability of (LaSr)(CoFe)O3.δ/Doped Ceria Composite Oxygen Electrodes for Reversible Solid Oxide Fuelel Cells

高橋, 研人

Improvement of Cell Performance in Low-Pt-Loading Cathode Catalyst Layers Prepared by the Electrospray Method for Polymer Electrolyte Fuel Cells (PEFCs)

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医工学

對馬, 弘朗

 
 
氏 名  對馬 弘朗 
博士の専攻分野の名称  博士（医工学） 
学 位 記 番 号  医工博甲第３９０号 
学 位 授 与 年 月 日  平成２９年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件  学位規則第４条第１項該当 
専 攻 名  人間環境医工学専攻 
学 位 論 文 題 目  軸方向放電励起方式気体レーザの高出力化に関する研究 
論 文 審 査 委 員  主査  教  授  秋 津 哲 也   
              教  授  園 家 啓 嗣   
教  授  上 木 耕一郎   
               助  教  宇 野 和 行   
准 教 授  小 川 覚 美   
准 教 授  本 間  聡    
 
学位論文内容の要旨 
Mainman によるルビーレーザの発振以来、紫外域から赤外域の広い波長域にわたり様々な
種類のレーザが開発されている。レーザは干渉性、集光性を特徴とし、医療用・工業応用, 科
学研究など様々な分野で利用されている。近年、材料科学、物質工学から光化学作用を使
うプロセス、紫外域のレーザが注目を集めている。例えば、KrF レーザ（波長 248 nm）や
ArF レーザ（波長 193 nm）による半導体リソグラフィ等の超微細加工、医療分野での応用
の例として、ArF レーザを利用した近視矯正手術（laser-assisted in situ keratomileusis : 
LASIK）がある。紫外線領域での気体レーザには、XeF レーザ（351 nm）、N2分子レーザ
（337 nm）、XeCl レーザ（308 nm）、KrF レーザ（248 nm）、ArF レーザ（193 nm）な
どがある。 
気体レーザの放電励起方式は主に、横方向放電励起方式と軸方向放電励起方式に分類さ
れる。横方向放電励起方式は、励起放電の放電電流と直交する方向にレーザが出力される
方式である。その特徴より、高速ガスフロー、予備電離機能、高速電源が必要になり、装
置は複雑、大型、高価になる。一方で軸方向放電励起方式は、励起放電の放電電流と同じ
方向にレーザが出力される方式である。電極間隔が横方向放電励起方式に比べて、大きく
なるため、低ガス圧でも高い放電電圧を維持することができる。大気圧ガス容器が不要な
 
 
ため、装置を小型にすることができる。さらに、予備電離を用いなくても均一な放電を得
ることができる。管壁から放電空間を直接予備電離できるため放電空間内に予備電離装置
を入れる必要がない。電極間隔が長く放電断面積の小さな放電により、電子なだれと光電
離が組み合わされた微小スパーク放電が拡散して放電空間内を進展するため（拡散ストリ
ーマ放電）、前のサイクルの放電による残留電荷を予備電離に利用して均一な放電が得られ
る。そのため、軸方向放電励起方式では、高速ガスフローを必要とせずに、高繰り返し動
作が期待できる。低ガス圧動作が可能、予備電離装置と高速ガスフロー機能が不要である
ことから、小型で簡単な装置構成が実現可能である。長い電極間隔がそのまま利得長にな
るため、低利得係数でもトータルとして高い利得が得られ、軸対称性を有するビーム品質
の改善が行われる。一方、長い電極間間隔により、放電インピーダンスが大きく、放電電
流が小さくなるため、横方向放電励起よりは出力が低くなる。 
本研究では、軸方向放電励起方式 N2 レーザ（337 nm）の高出力化へ向けた考察と研究
をおこなった。N2レーザの高出力化へ向けた手段として、MOPA（Master Oscillator Power 
Amplifier）システムの導入による高出力化のために増幅器として使用可能な大口径放電管
を有する軸方向放電励起 N2レーザの開発と、発振器として使用可能な高繰り返し軸方向放
電励起 N2レーザの開発を行った。予備電離を適正にコントロールすることにより、大口径
放電管（内径 14 mm、長さ 30cm）においても均一な放電を得ることができ、円形ガウシ
アンビームが得られた。このとき、レーザ出力エネルギーは 343 J、レーザーパルス幅
（FWHM）22.9 ns 高繰り返し化による高出力化については、軸方向放電励起 N2分子レー
ザにおいて、内径 2.5 mm, 長さ 30 cm の放電管とにより、繰り返し周波数 300 Hz 動作が
実現した。 
加えて、本研究では軸方向放電励起方式 KrF エキシマレーザの発光特性（248 nm）の調
査を行い、レーザ発振、高出力化へ向けた考察、研究をおこなった。本研究では、3 種類の
放電管と 5 種類の励起回路を用いて、KrF 発光（248 nm）の特性調査を行い、軸方向放電
励起方式 KrF エキシマレーザの発振を試みた。最大発光ピークは内径 9 mm、長さ 30 cm
の放電管とダイレクトドライブ回路（入力エネルギー1780 mJ）において、ガス圧 8 kPa
の条件で得られた。最小スペクトル幅は、内径 1 mm, 長さ 20 cm の放電管とウォールカッ
プル回路（入力エネルギー39.6 mJ）において、ガス圧 50 kPa の条件で 2.41 nm が得られ
た。レーザ発振の特徴には、波長スペクトルの狭帯域化とパルス幅の短縮化、ビームの指
向性の向上、出力エネルギーの増大がある。これらを観測することにより、レーザ発振の
確認が可能である。一般的にレーザ発振時のスペクトル幅は< 1 nm である。観測されたス
ペクトル幅は 2 から 3 nm とレーザ発振時に対して太かった。ビームの観測とスペクトルの
 
 
多少の狭帯域化は認められたものの、本研究においては、軸方向放電励起 KrF レーザは発
振していないものと結論付けたが、MOPA 方式軸方向放電励起 KrF エキシマレーザの高出
力化に向け、本研究により有効な知見が得られた。今後の研究課題として、放電の均一化
の必要性、高い放電開始電圧の維持と高速な放電の立下りの必要性を提案した。本研究は
小型で扱いやすくコストパフォーマンスの良い紫外線レーザの実現と、それによってもた
らされる、医療、産業分野の発展に貢献するものである。 
 
論文審査結果の要旨 
 
審査委員会による審査の結果、最終試験は合格となった。 
申請者は以前よりエキシマーレーザ開発分野において研究・開発を行っているために、山
梨大学大学院博士課程において行った研究活動の詳細について調査・審議を行った。 
なお、以下のコメントがあり，学位論文を修正する。 
(1) 研究目的の相互関係の記述を理解しやすく改善する。 
(2) 実験装置や実験のやり方の細かい記述により実験結果を理解しやすくする。 
 
硬質組織のレーザ加工用に供する特殊小口径エキシマーレーザ研究の技術的新規性ならび
に医療応用の専攻における健全性、申請者本人による当該研究分野への寄与が明らかであ
る。さらに関連する査読付き学術論文が以下に記載のとおり公開済みであるため、大学院
規定の課程博士学位論文の要件を満たしているものと考えられる。よって、最終試験を合
格とする。 
1. H. Tsushima, M. Yoshino, T. Ohta, T. Kumazaki, H. Watanabe, S. Matsumoto, H. Nakarai, H. 
Umeda, Y. Kawasuji, T. Suzuki, S. Tanaka, A. Kurosu, T. Matsunaga, J. Fujimoto, H. Mizoguchi, 
Reliability report of high power injection lock laser light source for double exposure and double 
patterning ArF immersion lithography, SPIE2009, Advanced Lithography Optical 
Microlithography, Proceedings of SPIE, Vol. 7274 727443L 
2. H. Tsushima, H. Katsuumi, H. Ikeda, T. Asayama, T. Kumazaki, A. Kurosu, T. Ohta, K. 
Kakizaki, T. Matsunaga, H. Mizoguchi, Extremely-long life and low-cost 193 nm excimer laser 
chamber technology for 450 nm wafer multi-patterning lithography, SPIE2014, Advanced 
Lithography Optical Microlithography, Proceedings of SPIE, Vol. 9052 90521E 
3. M. Yoshino, H. Umeda, H. Tsushima, H. Watanabe, S.  Tanaka, S. Matsumoto, T. Onose, H. 
 
 
Nogawa, Y.  Kawasuji, T. Matsunaga, J. Fujimoto, H. Mizoguchi, Flexible and reliable high 
power injection locked laser for double exposure and double patterning ArF immersion 
lithography, SPIE2010, Advanced Lithography Optical Microlithography, Proceedings of SPIE, 
Vol. 7640 76402A 
4. H. Umeda, H. Tsushima, H. Watanabe, S. Tanaka, M. Yoshino, S. Matsumoto, H. Tanaka, A. 
Kurosu, Y. Kawasuji, T. Matsunaga, J. Fujimoto, H. Mizoguchi, Ecology and high-durability 
injection locked laser with flexible power for double-patterning ArF immersion double- 
patterning ArF immersion lithography, SPIE2011 Advanced Lithogaphy Optical 
Microlithography, Proceedings of SPIE 7973 79731K 
5. A. Kurosu, M. Nakano, M. Yashiro, M. Yoshino, H. Tsushima, H. Masuda, T. Kumazaki, S. 
Matsumoto, K. Kakizaki, T. Matsunaga, S. Okazaki, J. Fujimoto, H. Mizoguchi, A reliable 
higher power ArF laser with advanced functionality for immersion lithography, SPIE2012 
Advanced Lithogaphy Optical Microlithography, Proceedings of SPIE 8326 83261F 
6. T. Asayama, Y. Sasaki, T. Nagashima, A. Kurosu, H. Tsushima, T. Kumazaki, K. Kakizaki, T. 
Matsunaga, H. Mizoguchi, Power up: 120 Watt injection-locked ArF excimer laser required for 
both multi-patterning and 450 mm wafer lithography, SPIE2013 Advanced Lithogaphy Optical 
Microlithography, Proceedings of SPIE 8683 86831G  
7. T. Kumazaki, T. Ohta, K. Ishida, H. Tsushima, A. Kurosu, K. Kakizaki, T. Matsunaga, H. 
Mizoguchi, Green solution: 120W ArF immersion light source supporting the next-generation 
multiple- patterning lithography, SPIE2015 Advanced Lithogaphy Optical Microlithography, 
Proceedings of SPIE 9426 94261A 
 


軸方向放電励起方式気体レーザの高出力化に関する研究

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医学)医工博4甲第204

松澤, 高光

学 位 論 文 内 容 の 要 約 
 
 
氏名 
 
 
松澤 高光  
 
                
論文題目 
Immunological function of Langerhans cells in HIV infection     
（HIV感染におけるランゲルハンス細胞の免疫学的機能） 
学位論文内容の要約 
 
（研究の目的） 
粘膜・皮膚表皮内ランゲルハンス細胞（以下LC）は、HIVの初期標的細胞の一つであり、所
属リンパ節に遊走しHIVをCD4陽性T細胞に伝播しHIV播種に関わっている。 
一方、HIV感染においてHIV特異的CD8陽性T細胞や制御性T細胞（以下Treg細胞）はHIV感染
の進行を抑制することにおいて重要な役割を担っており、LCと同じくHIV感染標的細胞の一つ
である樹状細胞（以下DC）によるそれらの細胞の誘導能に関しては報告が散見される。しか
しながら、LCがHIVに感染後、どのように免疫を調節するかは現在まで明らかにされていない。 
我々はLCがHIVに感染後、HIV特異的CD8陽性T細胞を誘導し、さらにTreg細胞の誘導能が変
化することで抗HIV免疫応答を調節すると考えており、この仮説を実証するため以下の実験を
行った。 
 
（方法） 
 本研究においてLCとして、採血検体から分離したヒト単球をGM-CSF/IL-4/TGF-β存在下で
培養し作製した単球由来LC-like DC（以下mLC）と、ヒト表皮水疱蓋より得た表皮シートから
培養液へ遊走した表皮LCを用いた。コントロールとしてヒト単球をGM-CSF/IL-4存在下で培養
し作製した単球由来DC（以下mDC）を用いた。 
 
1. Naive CD8陽性T細胞をHIV曝露自己mLC、mDCと共培養後、HIV曝露mLC、mDCによるHIV抗原特異的CD8
陽性T細胞誘導能をHIVgagテトラマー染色によりフローサイトメトリーを用い比較検討した。 
 
2. Naive CD8陽性T細胞をHIV曝露自己mLC、mDCと共培養後、各々分離した CD8 陽性 T 細胞によるHIV
抗原特異的IFN-γ産生能をHIV抗原刺激下にてIFN-γELISPOT assayを用い比較検討した。一
方、共培養後誘導されるHIV抗原特異的CD8陽性T細胞のIFN-γ産生能を、PMA/ionomycin刺激後に
HIVgagテトラマー染色、IFN-γ染色によりフローサイトメトリーを用い比較検討した。 
 
3. Naive CD8陽性T細胞をHIV曝露自己表皮LCと共培養後、HIV曝露表皮LCによるHIV抗原特異
的CD8陽性T細胞誘導能をHIVgagテトラマー染色によりフローサイトメトリーを用い検討
した。さらに、誘導されるHIV抗原特異的CD8陽性T細胞のIFN-γ産生能をHIVgagテトラマ
ー染色、IFN-γ染色によりフローサイトメトリーを用い検討した。 
 
4. Naive CD4陽性T細胞をHIV非曝露、HIV曝露自己mLCと共培養後、HIV非曝露、HIV曝露mLCによるTreg
細胞誘導能を比較検討した。表皮LCでも同様の実験を行った。 
 
学位論文内容の要約（続紙） 
        
氏名   松澤 高光 
           
 
5. HIV非曝露、HIV曝露mLCにより誘導されたTreg細胞をallo-MLR cultureに様々な比率で加えin vitro 
suppression assayを行い、Treg細胞のT細胞増殖抑制能を比較検討した。 
 
6. HIV非曝露、HIV曝露mLCにより誘導されたTreg細胞のIL-10, TGF-βなどの抑制性サイトカインや
PD-1, ICOS, CTLA-4, CD39, GITR, HVEMなどの抑制性分子の発現をフローサイトメトリーを用い比
較検討した。 
 
7. HIV曝露mLCにより誘導されたTreg細胞のHIV感染の有無をHIVp24染色によりフローサイトメトリー
を用い検討した。 
 
（結果） 
mLC、表皮LCはHIV感染後、IFNγ産生能を有するHIV特異的CD8陽性T細胞を誘導した。さら
に、mLCはmDCより有意にHIV特異的CD8陽性T細胞を誘導した。 
一方、mLC、表皮LCはHIV感染後、effector Treg細胞誘導能が低下した。mLCのHIV感染の有
無に関わらず誘導されるTreg細胞のT細胞増殖抑制能は同等であり、さらに誘導されるeffector 
Treg細胞上の抑制性サイトカイン/分子の発現も同等であり一貫した結果が得られた。 
誘導されるTreg細胞はHIV感染していなかった。 
 
（考察） 
現在までにHIV、CMV、EBV、influenza virusなど種々のウイルス感染において、ウイルス
特異的T細胞によるIFN-γ産生と 51Cr-release assayにおける細胞傷害性活性が相関すると報
告がある。また近年、ヒトFoxp3陽性T細胞をeffector Treg細胞、naive Treg細胞、non Treg
細胞に再分類する方法が報告され、effector Treg細胞が最も強い抑制能を有する。 
本研究において、LCはHIV感染後、DCよりも強力な抗HIV免疫応答を惹起し、さらに、effector 
Treg細胞誘導能が低下することでより強力な抗HIV免疫応答が惹起されることが示唆された。 
effector Treg細胞の低下はHIV感染が原因ではないことが示唆された。 
 
（結論） 
HIV感染後LCによる抗HIV免疫応答の誘導は新しい知見である。LCはHIVの初期標的細胞の一
つである一方で、強力な抗HIV免疫応答を惹起し、HIV感染の進行を抑制し後天性免疫不全症
候群の発症を遅延させている可能性がある。この新知見を取り入れたワクチン開発も期待で
きる。 
 
 


Immunological function of Langerhans cells in HIV infection

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医学)医工博4甲第211

花井, 彩江

氏        名    花井 彩江 
博士の専攻分野の名称    博 士 ( 医 学 ) 
学 位 記  番  号    医工博４甲 第２１１号 
学 位 授 与 年 月 日    平成２９年 ３月 ２３日 
学 位 授 与 の 要 件    学位規則第４条第１項該当 
専    攻    名    先進医療科学専攻 
学  位  論 文  題 名    Active mTOR mutation leads to brain malformation through 
cell-autonomous migration delay 
（mTOR 遺伝子の活性変異体が自律的な細胞移動遅延を起こし、 
               脳形成異常をきたす） 
 
論 文 審 査 委 員     委員長  教 授  竹田 扇 
              委 員  准教授  新藤 和雅 
              委 員  客員教授 星野 幹雄 
 
学位論文内容の要旨 
【背景と目的】 
難治性てんかんをきたす脳形成異常は、微小皮質形成異常から片側巨脳症（HME）まで広いスペク
トラムを有するが、外科的治療が期待できる疾患である。多くは HME と局在性大脳皮質異形成（FCD）
であり、大脳皮質層構造の異常や dysmorphic neuron などの病理学的共通点を有する。発生学的に、
神経細胞-グリア細胞の分化異常や細胞の成長障害、移動障害が想定されている。一方、その分子基
盤として PI3K-AKT-mTOR 細胞内シグナル伝達系の遺伝子異常が報告されている。mTOR 分子の活性化
は S6 や 4EBP1 など下流分子のリン酸化を起こし、蛋白合成や脂質代謝の促進や細胞増殖、細胞の肥
大化や過成長など細胞に様々な影響を及ぼすことが知られている。しかし、これら分子機構の障害と
発生形態学的異常が同一平面上で検討されたことはない。そこで、この課題に回答を与えるべく実験
に取り掛かった。 
 国立精神・神経医療研究センター病院では、てんかん外科治療を行われた症例の多彩な臨床データ
と病理標本を系統的に保存、管理している。本研究では、これらの試料から脳病変部に特異的に生じ
る遺伝子変異を明らかにし、その分子病態の解明を行った。 
 
【方法】 
国立精神・神経医療研究センター病院で、難治性てんかんと診断され、生後 3か月で半球離断術に
よる治療を受けた、HME の女児の患者を対象とした。切除標本は病理診断の後、新鮮凍結脳組織を作
成し凍結保存をした。本研究への参加同意下に以下の実験を行った。①遺伝子解析：新鮮凍結脳組織
と手術時検査の際の余剰血液から DNA を抽出し、ターゲットシークエンス解析を行い、新鮮凍結脳組
織にのみに認められた遺伝子変異を検索した。ターゲットシークエンス解析は、Ion PGM を用いて
PI3K-AKT-mTOR 系の主要な 17 遺伝子のエキソン領域とイントロンのスプライス領域の全遺伝子配列
を対象として分析を行った。得られたデータは、CLC Workbench で既報告 SNP などを除外した後、
Coverage 30 以上で 10%以上の変異検出率を条件に解析した。解析後の遺伝子異常は、ABI PRISM 3130 
genetic analyzer によるサンガー法で検証し、PyroMark Q24 advanced system によるパイロシーク
エンスで異常遺伝子率を求めた。②発現ベクターの作成と表現型と発現解析：異常遺伝子と正常 MTOR
遺伝子について、pCAG で発現ベクターを作成した（異常 MTOR ベクター、MTOR ベクター）。これらと
遺伝子を組み込んでいない空ベクターを HeLa 細胞、マウス胎仔に導入した。マウス胎仔では、E14.5
で経子宮的に脳室内へ作成したベクターと EGFP をエレクトロポレーションにより移植し、E18.5 で
大脳皮質を観察した。発現解析では、免疫組織化学あるいは免疫細胞染色とウエスタンブロットを行
った。HeLa 細胞では、抗体として MTOR、S6、リン酸化 S6、4EBP1、リン酸化 4EBP1 を用いた。マウ
ス脳組織では、Ctip2、FOXP1、Vimentin を用いた。③統計学的解析：Hela 細胞では S6、4EBP1 の
リン酸化、マウス脳組織では EGFP 陽性細胞の細胞面積、分布を算出し、空ベクター、MTOR ベク
ター、異常 MTOR ベクターの 3群間比較を Dunnett 試験により有意差検定を行った。 
 生体試料を用いた遺伝子解析については、当該研究施設の倫理問題検討委員会の承認を得て行
った。また、本研究の生物学的研究は当該施設に設置されている組換え DNA 実験安全委員会およ
び小型実験動物倫理審査委員会の承認を得た後、動物の倫理を尊重し、最小限の負担で遂行した。 
【結果】 
① 遺伝子解析：対象症例で発見された遺伝子異常は、MTOR 遺伝子の c.4376C>A; p.Ala1459Asp であ
り、脳病変特異的な体細胞変異で、変異率は 15.63%であった。また、パイロシークエンス法で
は病変の強い皮質部分では約 10%のアレル頻度であり、一方で白質ではそれよりも低い頻度であ
った。この遺伝子異常は、MTOR 遺伝子のキナーゼ領域のミスセンス変異であったため、MTOR 分
子の機能障害が予測された。 
② 発現ベクターの表現型解析：この遺伝子異常の発現ベクターを作成し、HeLa 細胞へ導入した。
その結果、巨細胞化、MTOR の下流分子 S6 と 4EBP1 のリン酸化亢進を認めた。さらに、E14.5 に脳室
内エレクトロポレーションを行われた E18.5 マウス胎仔の大脳皮質の観察では、空ベクターに比較し
て MTOR ベクターと異常 MTOR ベクターは EGFP 陽性細胞の巨細胞化、方向性の障害がみられた。また、
Ctip2 を大脳皮質第Ⅴ－Ⅵ層の指標として、細胞の移動をみたところ、皮質下層への貯留が見られ、
この変化は、異常 MTOR ベクターを導入したマウス大脳皮質でより顕在化していた。FOXP1 はベクタ
ーを導入した時期に発生する細胞で陽性となるが、いずれのベクター導入個体とも EGFP 陽性細胞は
Foxp1 と一部で共陽性を示し、MTOR ベクターと異常 MTOR ベクター導入個体では、FOXP1 と共陽性の
細胞は巨細胞化、移動の遅滞がみられたが、Foxp1 のみ陽性の細胞の形態と移動には影響していなか
った。また、いずれのベクター導入細胞とも vimentin 上にあり、glial fiber から逸れる移動障害
を起こしていないことが分かった。 
【考察】 
本研究から、難治性てんかんを伴う脳形成障害には、活性化をもたらす MTOR 遺伝子異常があり、
これにより神経細胞の移動障害（遅延）と肥大化が生じていることが分かった。この現象は、すでに
複数の報告あるものの発生病態の解明には至っていない。さらに、我々は新しい発見を行った。それ
は、この変化が radial glia 上で生じた神経細胞の移動障害であることと細胞自律的変化であり他細
胞へ影響を及ぼさないこととである。いずれも細胞自身の自己責任によっていることを意味するが、
脳組織の障害が遺伝子異常を有する細胞のみに限定されるということを表している。これは、治療タ
ーゲットをこの細胞に絞り込めるということであり、新しい治療法開発のヒントを与えるものである。 
 
【結論】 
小児難治性てんかんを伴う脳形成障害の遺伝子解析とその病態解明を行った。その結果、新しい
MTOR 遺伝子異常を病変部のみの体細胞変異としてみつけた。この変異は、MTOR 分子の活性化亢進に
働き、神経細胞の自律的移動障害と肥大化をきたすことが分かった。本研究の成果は、ヒト脳の発生
病態に新たな知見を加えただけでなく、治療法開発への基盤を与えた。 
論文審査結果の要旨 
1. 本研究の学術的価値: 本研究は小児期から難治性てんかんを発症した皮質形成異常症例 28 例よ
り、脳特異的な体細胞変異を発見したものである。半網羅的検索によりこの変異が mTOR 遺伝
子に変異があることを同定し、その遺伝子導入を培養細胞で行ない予想される表現型が得られた。
そこでこれを発生中のマウス脳で再現することが可能か否かの検討を行なった。データの質に問
題があることは否定できないものの、細胞移動が遅滞すること、細胞が大型化することを見いだ
した。これらの結果は mTOR の異常が細胞自律的であることを間接的に示唆し、皮質形成異常
の病態解明に多少なりとも貢献した。発見された体細胞変異が皮質形成異常の病態に直接関係し
うることが示唆されたことが今後の分子レベル、細胞生物学レベルでの解析の道筋を拓いたとい
う点で学術的価値を内包する。 
2. 研究内容俯瞰: 国立精神神経医療研究センターに集積された皮質形成異常症例より検体を採取し、
その病理学的検索、遺伝子配列解読を行なった。そのうち一例で脳特異的な mTOR の変異が発
見された。これは先行研究で既に発表された機能領域と近接はするが異なった部位の変異である。
この遺伝子変異の影響を in vitro, in vivo 双方の系で検証することを試み、細胞移動や形態形成
異常の原因である可能性を示した。但し細胞機能に関わる解析は行なわれておらず、病因との関
連に関する議論は飽くまでも憶測の域に留まるものである。 
3. 実験系並びにデータの信頼性: 本研究の遺伝子解析に関しては標準的手法に基づいて行なわれて
いる。また変異遺伝子の同定は半網羅的ではあるが、手法に問題はない。免疫染色、電気的穿孔
法による個体レベルでの変異遺伝子発現データは質が低いため、修正意見に基づき一部は修正す
ることとなった。また、全般にデータの信頼性が低いため、ウエスタンブロットのオリジナルデ
ータ等も参考資料として掲載することとした。最近、国際誌に受理されたということであるが、
博士論文はこれとは別にできるだけ修正させ、全体として説得力があるものに改訂を指示するこ
とで、辛うじて水準を満たすと判断した。 
4. 質疑応答: 最終試験結果の要旨に纏めて記載。 
5. 今後の展望: 本研究は、データの取扱いや解釈が荒削りではあるが皮質形成異常による難治性て
んかんの病態解明や治療法の開発に道標を与える可能性をもっている。 
6. 人物評価：花井氏の発表は原稿を読みながら覚束ないものであったが、個別面談では研究に対す
る関心が少しはある様に思われた。一方、研究内容の新規性や重要性に説明が不足している上に
周辺領域に関連する知識も十分とはいえず、質疑応答でも返答に窮したり、回答に明瞭性を欠い
たりすることが多々あった。現時点で博士の学位を授与するに相応しいか否か判断に迷うところ
であるが、今後の発展に期待するより他はないであろう。 


University of Yamanashi

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