ROSE - Ibaraki University Academic Repository

大橋, 朗

茨城大学・理工学研究科（理学野）・教授
科学研究費助成事業　　研究成果報告書
様　式　Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９ （共通）
機関番号：
研究種目：
課題番号：
研究課題名（和文）
研究代表者
研究課題名（英文）
交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）
１２１０１
基盤研究(C)（一般）
2022～2020
超臨界二酸化炭素を用いたイオン液体からの溶質分離システムの開発
Development of solute separation system from ionic liquid using supercritical 
carbon dioxide
５０３４４８３３研究者番号：
大橋　朗（Ohashi, Akira）
研究期間：
２０Ｋ０５５４７
年 月 日現在  ５   ６ ２６
円     2,300,000
研究成果の概要（和文）：本研究では，超臨界二酸化炭素(SC-CO2)/イオン液体(IL)抽出についてCO2密度の観点
から検討を行った．ILへのCO2溶解は分配挙動へ影響を及ぼさないことがわかった．CO2溶媒和から推定した
SC-CO2相での溶質の溶解状態は水とILでほぼ同じ挙動を示した．また，IL特有の挙動も示し，溶質-IL会合体形
成の可能性を示唆した．三次元プロットより，熱力学的にも分配挙動調査を行った。これらの基礎的な
SC-CO2/IL分配挙動の検討は、今後、金属元素のSC-CO2/IL抽出における効率性及び選択性の向上への利用が期待
される．
研究成果の概要（英文）：In this study, supercritical carbon dioxide (SC-CO2)/ionic liquid (IL) 
extraction was investigated from the viewpoint of CO2 density. It was found that CO2 dissolution 
into IL had no effect on partition behavior. The dissolution states of solutes in the SC-CO2 phase 
estimated from CO2 solvation showed almost the same behavior in water and IL. In addition, 
IL-specific behavior was also observed, suggesting the possibility of solute-IL association 
formation. From the three-dimensional plot, we investigated the distribution behavior also 
thermodynamically. These fundamental studies on SC-CO2/IL partitioning behavior are expected to be 
applied to improve efficiency and selectivity in SC-CO2/IL extraction of metallic elements in the 
future.
研究分野： 分析化学
キーワード： 溶媒抽出　分離化学　イオン液体　超臨界二酸化炭素　溶媒和　分配定数
  ２版
令和
研究成果の学術的意義や社会的意義
イオン液体から溶質を回収する媒体として超臨界二酸化炭素(SC-CO2)に注目した．SC-CO2を抽出媒体として用い
ることができれば，環境調和型のイオン液体からの溶質回収法として非常に有用な方法となると考えられる．本
研究では，まず基礎的検討としてSC-CO2の温度や圧力を変化させ，CO2密度変化が溶質のSC-CO2/イオン液体間分
配挙動に及ぼす影響を詳細に検討した．また，溶質やイオン液体の種類によって生じる分配挙動の変化を明らか
にした．得られた結果は金属元素のSC-CO2/IL抽出における効率性及び選択性の向上への利用が期待される．
※科研費による研究は、研究者の自覚と責任において実施するものです。そのため、研究の実施や研究成果の公表等に
ついては、国の要請等に基づくものではなく、その研究成果に関する見解や責任は、研究者個人に帰属します。
様 式 Ｃ－１９，Ｆ－１９－１，Ｚ－１９（共通） 
 
 
１．研究開始当初の背景 
近年，有機溶媒に変わる環境調和型媒体としてイオン液体（IL）が注目されている．IL は，”
不揮発性”，”不燃性”，”高極性”，”アニオン・カチオンの様々な組み合わせによる物性変化”な
ど有機溶媒にはない優れた特性を有しており，IL を媒体とする抽出分離法は，環境負荷を大幅
に低減する分離法として様々の分野において注目されている． 
IL 抽出において抽出物を回収する場合，一般的には溶媒抽出の時と同様に強酸や強塩基溶液
で抽出物をイオン化し逆抽出する．しかし，溶質によっては強酸や強塩基溶液でイオン化しない
物質もある．また，IL はイオン性物質も抽出可能であることから強酸や強塩基溶液でイオン化
できたとしてもうまく逆抽出できない場合もある．強酸や強塩基溶液で逆抽出がうまくいかな
い場合，溶媒抽出法では溶媒の蒸発や燃焼によって残渣から抽出物を回収することが可能であ
る．しかし，IL の場合，不揮発性，不燃性という本来であれば長所である性質が短所として働
き蒸発や燃焼といった方法をとることができない．このように抽出媒体として用いた IL から溶
質をいかに回収するかは，早急に解決しなければならない課題である．もし有効な解決策が確立
できたなら，IL 抽出法の更なる発展に大きく寄与するものといえる． 
 
２．研究の目的 
 IL から溶質を回収する媒体として超臨界二酸化炭素(SC-CO2)に注目した．SC-CO2 は，”安
全”，”無毒”，”安価”，”圧力・温度変化による媒体の性質変化”などの優れた特性を有している．
また，SC-CO2は，ほとんどすべての IL と二相を形成することが知られている．SC-CO2を抽出
媒体として用いることができれば，環境調和型の IL からの溶質回収法として非常に有用な方法
となると考えられる．本研究では，まず基礎的検討として SC-CO2 の温度や圧力を変化させ，
CO2密度変化が溶質の SC-CO2/IL 間分配挙動に及ぼす影響を詳細に検討する． 
 また，IL は CO2を比較的高濃度で溶解することが知られている．従って SC-CO2と接触によ
る IL への CO2溶解によって IL 相の物性（極性）が大きく変化し，溶質の SC-CO2/IL 間の分配
挙動に影響を与えると考えられる．そこで CO2溶解による IL 相の極性変化をソルバトクロミッ
ク色素の吸収スペクトル変化から明らかにする． 
 
３．研究の方法 
（１）多量な CO2溶解による IL 極性への影響 
 IL への多量な CO2溶解が知られている．この CO2 溶解が IL の極性を変化させ，SC-CO2/IL
抽出系へ影響を与える可能性がある．そのため，ソルバトクロミック色素(ライハルト色素, 4-ニ
トロアニリン, N,N,ジエチル-4-ニトロアニリン, ナイルレッド)を用いて IL への CO2 溶解によ
る影響を検討した． 
 ソルバトクロミック色素を適量溶解させたイミダゾリウム系 IL(Fig.1)溶液を調製した．凍結
乾燥の後，容積 3 ml の耐圧セルに 1.5 ml 加えた．20 MPa の CO2を導入後，一定時間攪拌・静
置を行った．温度一定条件下で，CO2導入前後の IL 相の UV 測定を行った． 
 
 
 
 
 
 
    Fig. 1 実験で用いたイミダゾリウム系 ILの構造 
 
（２）CO2密度変化による SC-CO2/IL 抽出への影響 
測定に用いた装置の図を Fig. 2 にしめす．[Co(acac)3]を溶解した IL 溶液を 2 時間凍結乾燥さ
せた．乾燥後，容積 3 ml の耐圧セルに 0.1ml 加
えた．加圧した CO2を導入し，一定時間攪拌・
静置後 SC-CO2 相の UV 測定を行った．測定値
から SC-CO2 相へ分配された[Co(acac)3]濃度を
求め，初期濃度との差分で IL 相の濃度を算出し
た．2 つの濃度から分配定数（KD）を求め，温
度・圧力による影響を検討した．CO2 の圧力は
10-25 MPa，温度は 318-338 K まで 10 K ずつ
変えて測定を行った．攪拌・静置時間は IL ごと
に異なっていたため，それぞれ平衡に達する時
間を測定し行った． 
 
４．研究成果 
 
Fig. 2 分配比測定実験の装置図 
 
SC-CO2相を測定
CO2ボンベ
光源
PC
シリンジポンプ
圧力計
温度調節部
小型分光光度計
二相間分配観測セル
マグネチックスターラー
（１）IL への多量な CO2溶解による影響 
4 種の IL すべてで，CO2溶解によるソルバトクロミック色素の λMAXシフトは確認できなかっ
た．この結果は，IL 相へ多量に溶解した CO2 は「IL 相の極性をほぼ変化させない」または，
「CO2溶解により IL 相の極性を変化させるものの，色素が溶存 CO2と関与しない位置に存在し
ているため λMAX変化が現れなかった」ことによるものであると考えられる．今回用いた方法で
は，実際に CO2溶解が IL 相の極性を変化させるのか確定できなかったものの，前者・後者どち
らでも SC-CO2/IL 抽出へは影響を与えない．そのため，IL 相への多量な CO2溶解は SC-CO2/IL
抽出へ影響を与えないことが考えられる． 
 
（２）CO2溶解による IL 相の極性変化 
分配定数（KD）対 lnCO2密度(CO2)のグラフを作成し，検討した．温度一定下では，CO2密度
が上昇するにつれて KD が増加していることが確認できた．また，CO2密度一定では温度増加に
伴い KD も増加していた．SC-CO2 相における温度増加の効果は，CO2 密度が減少することによ
る溶解度の減少と，溶質の飽和蒸気圧が上昇することによる溶解度の増加がある．SC-CO2相へ
の分配定数にはこの 2 つの要因が競合していることが考えられる． 
 
（３）SC-CO2/IL 間における Co(III)錯体の分配挙動に及ぼす CO2 密度の影響 
 縦軸を ln KD にすることで直線関係がみられ，その傾き k が溶質に溶媒和する CO2分子数を
示すことが知られている(Fig.3)．IL 同士，以前行った SC-CO2/水系の k 値を比較することで，
SC-CO2相での溶質の溶解状態を検討する．[Rmim][Tf2N](R=C2H5, C4H9, C8H17)はカチオンの
炭素鎖長による影響が多少みられるものの，誤差の範囲内であるため k 値はほぼ同一であり，
水とも同程度であったため，溶質の溶解状態は同じであると考えられる．[C4mim][PF6]は他 IL
と比較して誤差以上の有意な差がみられ，カチオンよりもアニオンの方が k 値へ与える影響が
大きいことがわかった．これは，カチオンと比較してアニオンの方が CO2との親和性が大きく，
CO2が溶存 IL のアニオンに強く影響を受けたためだろう． 
 
（４）熱力学的パラメータ比較 
 ln KD，lnCO2，1/T で三次元プロットを作成，フィッティングを行うことで熱力学的パラメー
タを算出した(Fig.4)．SC-CO2/水系と比較した結果，すべての IL 系で水系より ΔG°が正に大き
い結果となった．IL 系の方が ΔH°的には有利，ΔS°的には不利であるため，抽出過程は ΔS°の寄
与が大きいことが示唆された．SC-CO2/水系と SC-CO2/IL 系での ΔS°の違いは，IL の方が水と
比較して溶質との相互作用が強いことや，分子構造が大きいため水よりも SC-CO2 相の密度変
化に与える影響が大きいことが要因だと考えられる． 
 
本研究では，SC-CO2/IL 抽出について CO2 密度の観点から検討を行った．IL への CO2 溶解
は分配挙動へ影響を及ぼさないことがわかった．CO2 溶媒和から推定した SC-CO2 相での溶質
の溶解状態は水と IL でほぼ同じ挙動を示した．また，IL 特有の挙動も示し，溶質-IL 会合体形
成の可能性を示唆した．三次元プロットより，熱力学的にも分配挙動調査を行った．これらの基
礎的な SC-CO2/IL 分配挙動の検討は，今後，金属元素の SC-CO2/IL 抽出における効率性及び選
択性の向上への利用が期待される． 
 
 
Fig. 3 平 均 溶 媒 和 分 子 数 k の 検 討
IL:[C4mim][PF6] 
 
 
 
Fig. 4 [Co(acac)3]の SC-CO2/IL 抽出にお
け る 温 度 ・ CO2 密 度 依 存 性 . 
IL:[C4mim][PF6] 
 
５．主な発表論文等
〔雑誌論文〕　計3件（うち査読付論文　3件／うち国際共著　0件／うちオープンアクセス　2件）
2021年
2021年
2021年
〔学会発表〕　計7件（うち招待講演　0件／うち国際学会　0件）
2020年
 ２．発表標題
第39回溶媒抽出討論会
 ３．学会等名
 １．発表者名
薗部翔・大橋朗
 ４．発表年
オープンアクセスとしている（また、その予定である） －
イオン液体における温度応答性ポリマーの相分離挙動に及ぼす因子の検討
10.15261/serdj.28.115
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 オープンアクセス  国際共著
 ２．論文標題  ５．発行年
Solubilities of Palladium(II) β-Diketonates (β-Diketonate = Acetylacetonate,
Trifluoroacetylacetonate, Thenoyltrifluoroacetonate) in Supercritical Carbon Dioxide
Solvent Extr. Res. Dev., Jpn. 115-120
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
オープンアクセスではない、又はオープンアクセスが困難 －
 ４．巻
A. Ohashi, A. Fukutani, Y. Tamaoki 28
 １．著者名
10.2116/analsci.highlights2110
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 オープンアクセス  国際共著
 ２．論文標題  ５．発行年
Separation of Fission Products in High-Level Liquid Waste
Anal. Sci. 1319-1320
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
 オープンアクセス  国際共著
オープンアクセスとしている（また、その予定である） －
 ４．巻
A. Ohashi 37
 １．著者名
Crystallization of Palladium(II)-Pyridylazophenol Complex at the Liquid-Liquid Interface
Solvent Extr. Res. Dev., Jpn. 133-139
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
10.15261/serdj.28.133
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 ４．巻
A. Ohashi, T. Kiminarita 28
 １．著者名
 ２．論文標題  ５．発行年
2020年
2020年
2022年
2022年
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
第39回溶媒抽出討論会
第80回分析化学討論会
第82回分析化学討論会
第82回分析化学討論会
安藤輝希・大橋朗
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
青山愛里・鈴木伸晃・大橋朗
8-キノリノールと 1,10-フェナントロリンを用いたガリウム(III)のイオン液体への協同抽出
 ４．発表年
 ４．発表年
 ４．発表年
 ４．発表年
薗部翔・大橋朗
イミダゾリウム基を有する8-キノリノール誘導体の合成とそれによるイオン液体抽出
イオン液体における温度応答性ポリマーの相分離挙動に及ぼす含水率の影響
イオン液体における温度応答性ポリマーの相分離挙動に及ぼす添加剤の影響
大橋朗・薗部翔
2022年
2022年
〔図書〕　計0件
〔産業財産権〕
〔その他〕
－
６．研究組織
７．科研費を使用して開催した国際研究集会
〔国際研究集会〕　計0件
８．本研究に関連して実施した国際共同研究の実施状況
所属研究機関・部局・職
（機関番号）
氏名
（ローマ字氏名）
（研究者番号）
備考
共同研究相手国 相手方研究機関
第41回溶媒抽出討論会
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ３．学会等名
日本分析化学会第71年会
大橋 朗・横田 智之
横田智之・大橋朗
 ３．学会等名
 ４．発表年
 １．発表者名
 １．発表者名
超臨界二酸化炭素/イオン液体相間のコバルト(III)錯体分配挙動
超臨界二酸化炭素/イオン液体相間のコバルト(Ⅲ)錯体分配挙動におよぼす圧力・温度の影響
 ４．発表年


Japanese

超臨界二酸化炭素を用いたイオン液体からの溶質分離システムの開発

辻, 龍介

茨城大学・理工学研究科（工学野）・教授
科学研究費助成事業　　研究成果報告書
様　式　Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９ （共通）
機関番号：
研究種目：
課題番号：
研究課題名（和文）
研究代表者
研究課題名（英文）
交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）
１２１０１
挑戦的研究（萌芽）
2022～2020
レーザースポットよりも小さいアラゴスポットを用いた直線発生装置の開発
Development of optical line generator using Arago-spot which is smaller than the
 laser spot
４０１８８５３７研究者番号：
辻　龍介（TSUJI, Ryusuke）
研究期間：
２０Ｋ２１０１５
年 月 日現在  ５   ６ ２８
円     1,300,000
研究成果の概要（和文）：アラゴスポットとは球体にレーザー光を照射して、球体の後方の影の中にできる輝点
であり、そこでは通常のレーザー光の輝点の直径よりも小さくする事ができる。このアラゴスポットの直径は、
球体の直径に反比例し、レーザー波長に比例し、球体から観測点までの距離に比例する事を確かめた。レーザー
光の回折角が大きい場合はアラゴスポットの強度が小さくなる事を確かめた。
　上記より、アラゴスポットを利用する直線発生装置の設計指針を得た。またアラゴスポットを利用する事で高
精度の位置計測が行えるため、レーザー核融合における燃料球の軌道制御に利用できる事を示した。
研究成果の概要（英文）：The Arago-spot is a bright spot created in the shadow behind the sphere by 
irradiating a laser beam onto the sphere, where the diameter of the bright spot can be smaller than 
the diameter of a normal laser beam. The diameter of the Arago-spot is inversely proportional to the
 diameter of the sphere, proportional to the laser wavelength, and proportional to the distance from
 the sphere to the observation point. The intensity of the Arago-spot becomes smaller when the 
diffraction angle of the laser light is large.
 From the above, we obtained a design guideline for a optical line generator using the Arago-spot. 
It is also shown that the Arago-spot can be used for orbit control of a fuel sphere in laser fusion 
because it can measure the position of the sphere with high accuracy.
研究分野： 応用物理学
キーワード： アラゴスポット　直線発生　位置計測
  ２版
令和
研究成果の学術的意義や社会的意義
　本研究では、一般のレーザー光による直線発生装置のスポットよりも一桁以上スポット径を小さくできるアラ
ゴスポットを利用した直線発生装置を考案し、スポット径と装置の各種の物理量（レーザー波長、球体の球径、
球体から測定点までの距離）の関係性を明らかにした。またアラゴスポットの光強度を大きくする方法等を考案
した。
　本研究の成果により、大型装置の高精度の設置および大型構造物の建設や保守において、設置誤差を極力減ら
す設置や建設および高精度のメインテナンスを行うための基礎となる、高精度な直線の発生を行えるようになっ
た。
※科研費による研究は、研究者の自覚と責任において実施するものです。そのため、研究の実施や研究成果の公表等に
ついては、国の要請等に基づくものではなく、その研究成果に関する見解や責任は、研究者個人に帰属します。
様 式 Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９（共通） 
 
 
１．研究開始当初の背景 
 将来のリニアモーターカーの建設においては、高速化のために超伝導コイルを予定された直
線に沿って正確に設置する事が求められる。ダム、トンネル、橋、高層ビル等の大型構造物では、
正確な建設やその後のメンテナンスのために構造物の正確な変形量の計測が求められる。いず
れの場合も長距離に亘って正確な直線を基準とする事が必要になる。現今の技術として、レーザ
ー光をそのまま使って基準とする直線を発生させている。その場合、レーザー装置の出射口の直
径を d、レーザー光の波長をλ、出射口から観測点までの距離を L とすると、観測点におけるレ
ーザー光のスポット径は d+L×(λ/d)となる。d を小さくするとスポット径は小さくなるが、式
の第二項より距離 L が大きくなるとレーザー光のスポット径が大きくなるため基準となる直線
の精度が落ちる。そのため長距離においてもレーザー光より正確な基準となる直線を得る事が
必要になった。 
 
 
２．研究の目的 
 アラゴスポットという物理現象は、球体にレーザー光を照射すると球の周縁部からの回折光
の干渉により、球体の影の中心部に小さな輝点（アラゴスポット）ができる現象である。ここで
球体の直径を D、レーザー光の波長をλ、球体から観測点までの距離を L とすると、観測点に
おけるアラゴスポットの径は L×(λ/D)となる。式より D が d より一桁以上大きくとると、アラ
ゴスポットの径はレーザー光のスポット径 d+L×(λ/d)より一桁以上小さくできる。したがって
レーザー光より正確な直線を得る事ができると予想されるため、これを実証してアラゴスポッ
トによる直線発生装置の設計指針を得るために要素技術の開発を行い、その応用例を示す事で
ある。 
 
 
３．研究の方法 
 レーザー光源としては He-Ne レーザーと半導体レーザーを用い、レーザー光が照射される球
体としては工業用のボールベアリングを用いた。また図１のようにレーザー光を球体に照射し、
球体の後方の影の中心部にできるアラゴスポットの直径および強度を計測した。ここで、レーザ
ー光の波長、球体の直径、球体から観測点までの距離を変化させ、アラゴスポットの直径および
強度に対するそれぞれの依存性を求める。さらに図２のようにレーザー光を別の球体に照射し、
その反射光を利用して、アラゴスポットを作る球体に照射されるレーザー光の発散角も変化さ
せたり、光の透過率を変える ND フィルター使用してレーザー光の光強度を変化させたりして、
それらの依存性を求める。 
 
 
 
                        球影 
 
      
       レーザー光 
       （平行光）     球体   アラゴスポット 
 
          図１ 実験方法（波長、球径、距離依存性） 
 
 
 
      レーザー光             球影 
 
 
 
      
       反射レーザー光 
       （発散光）     球体   アラゴスポット 
 
          図２ 実験方法（レーザー光の強度・角度依存性） 
 
 
 
 
４．研究成果 
 (1)レーザー光の波長依存性 
アラゴスポットの直径がレーザー光の波長に比例する事が実験的に示された。 
 (2)照射された球体の直径依存性 
アラゴスポットの直径が照射された球体の直径に反比例する事が実験的に示された。 
 (3)観測距離の依存性 
アラゴスポットの直径が観測距離に比例する事が実験的に示された。ただし、球体の直径に比べ
て観測距離がある程度以上大きくないとアラゴスポットは観測されなかった。これは回折光の
回折角が大きくなるとアラゴスポットが出来ない事を意味している。 
 (4)照射レーザー光の強度の依存性 
アラゴスポットの光強度は平行光照射の場合、照射レーザー光の光強度に比例する事が実験的
に示された。 
 (5)照射レーザー光の発散角の依存性 
発散角が大きくなるとアラゴスポットは観測されなかった。これは前記(3)の回折角が大きくな
るとアラゴスポットが出来ない事の説明と同じメカニズムである。 
 (6)強いアラゴスポットの発生法の検討 
平行光照射では球体の周縁部からの回折光しかアラゴスポットの形成に寄与しないため、円柱
状の光ビームを球の周縁部に収束させる光学系の設計を行った。 
 (7)アラゴスポットの直線発生装置の応用 
直交するレーザービームを球体に照射する事で、球体の３次元空間の位置を求める事ができ、レ
ーザー核融合の燃料球の位置計測およびその軌道制御に使用できる事を示した。 
 
 
５．主な発表論文等
〔雑誌論文〕　計1件（うち査読付論文　1件／うち国際共著　0件／うちオープンアクセス　1件）
2022年
〔学会発表〕　計2件（うち招待講演　0件／うち国際学会　0件）
2022年
2022年
〔図書〕　計0件
〔産業財産権〕
〔その他〕
－
６．研究組織
７．科研費を使用して開催した国際研究集会
〔国際研究集会〕　計0件
所属研究機関・部局・職
（機関番号）
氏名
（ローマ字氏名）
（研究者番号）
備考
 ４．発表年
 １．発表者名
 １．発表者名
佐藤輝一、辻龍介
中瀬翔悟、辻龍介
 ３．学会等名
 ３．学会等名
電気学会東京支部茨城支所　令和4年度 第30回 茨城支所 研究発表会
電気学会東京支部茨城支所　令和4年度 第30回 茨城支所 研究発表会
 ２．発表標題
 オープンアクセス  国際共著
オープンアクセスとしている（また、その予定である） －
グリント・アラゴによる位置計測法に関する研究(1)-ターゲットと固定球の直径依存性-
グリント・アラゴによる位置計測に関する研究(2)-ターゲットと計測距離依存性-
 ４．発表年
 ２．発表標題
In-Situ Mass-to-Charge Ratio Measurement and Trajectory Control of a Vertically Injected Laser
Fusion Energy Charged Target via Electric Field
Plasma and Fusion Reserch 1-12
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
10.1585/pfr.17.1404088
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 ４．巻
Ryusuke Tsuji 17
 １．著者名
 ２．論文標題  ５．発行年
８．本研究に関連して実施した国際共同研究の実施状況
共同研究相手国 相手方研究機関


レーザースポットよりも小さいアラゴスポットを用いた直線発生装置の開発

川瀬, 啓祐

正藤, 陽久

飯田, 伸弥

34 
 
Case Report 
 
 
ニホンジカの繁殖制限のための精管切断術 
 
川瀬啓祐，正藤陽久，飯田伸弥 
 
日立市かみね動物園(〒317-0055 茨城県日立市宮田町 5 丁目 2-22) 
 
 
Abstract: 日立市かみね動物園で飼育されていた雄のニホンジカ 3 頭において，繁殖制限のために精管切断術
を実施した．陰嚢皮膚を切皮し，精索を露出させ，精管を切断した．処置後の経過は良好であった．翌年の
繁殖，および角の形成異常は認められなかった．精管切断術はニホンジカにおいて繁殖制限の方法として適
切な方法であると考えられた．                   © 2025 ZSH. All rights reserved. 
 
Key words: 精管切断術，ニホンジカ，繁殖制限 
 
 
1. はじめに 
 
動物園や水族館では，適正な飼育頭数の維持のためや
遺伝的な問題を防ぐために，繁殖制限が実施されている．
ニホンジカ（Cervus nippon）をはじめとするシカ科動
物は動物園で多く飼育されており，繁殖制限を含めた繁
殖計画が各飼育園館において計画され,  飼育管理を行
っている． 
シカ科動物の繁殖制限の方法として，雌雄の分離，雌
への避妊処置（ホルモン処置や外科的処置等），雄への
精巣摘出術，精管切断術があげられる．しかし，シカ科
動物の雄個体では精巣摘出術の影響による角の形成異
常について指摘されている（Kierdorf ら 2004）．その
中で，精管切断術は，安全で効果的な方法であると指摘
されている（Kumar と Raj,2011）．今回，日立市かみ
ね動物園で飼育されているニホンジカ 3 頭において，精
管切断術を実施する機会を得た．本報告では，その手技
および経過について報告する． 
 
．材料および方法 
 
実施個体は，当園で飼育されている 3 頭の雄のニホン
ジカである．3 頭はすべて当園生まれの個体で，実施時
の年齢はそれぞれ，11 歳齢，1 歳 4 ヶ月齢，11 ヶ月齢で
あった（表 1）． 
処置は全身麻酔下で実施した．全身麻酔は淺野ら
（2004）を参考にし，前投与としてキシラジン塩酸塩（セ
ラクタール 2％注射液，バイエル薬品株式会社，東京都，
筋肉内投与），全身麻酔薬としてケタミン塩酸塩（ケタ
ラール筋注用 500mg，第一三共プロファーマ株式会社，
東京都，筋肉内投与）を用いた．また，処置後に α2-ア
ドレナリン受容体拮抗薬としてアチパメゾール塩酸塩
（メパチア注「Meiji」，フジタ製薬株式会社，東京都，
筋肉内投与），抗生物質（テラマイシン・LA 注射液，ゾ
エティス・ジャパン株式会社，東京都，筋肉内投与）お
よび非ステロイド系抗炎症剤（メタカム 2％注射液，ベ
ーリンガーインゲルハイムアニマルヘルスジャパン株
式会社，東京都，皮下投与）の投与を行った．なお，各
個体の投与量を表 2 に示す． 
処置の手順は，1）陰嚢皮膚の切皮と総鞘膜の露出，2）
総鞘膜の切皮と精索の露出，3）精索から精管を分離と
精管の切断，4）総鞘膜および陰嚢皮膚の縫合，の順で
行った．詳細を以下に示す． 
 
1）陰嚢皮膚の切皮と総鞘膜の露出 
実施個体を仰臥位に保定し，陰嚢と周囲の皮膚の除毛，
消毒を行う．精巣を保持し，精巣直上で陰嚢皮膚を切開
し，総鞘膜を露出させる． 
 
2）総鞘膜の切開と精索の露出 
総鞘膜を切開し，臓側精巣鞘膜に覆われた精巣を取り
出す．その際，切開した総鞘膜を鉗子で保持しておく．
精巣を牽引し，精索を露出させる． 
 
3）精索から精管を分離と精管の切断 
精索の蔓状静脈叢と精管を用手にて分離する．その後，
精管を二重結紮し，その間の精管を切断する． 
 
4）総鞘膜および陰嚢皮膚の縫合 
精管を切断後，精管，蔓状静脈叢および精索を総鞘膜
内に収め，総鞘膜の縫合を行う．吸収性縫合糸を用い，
単純結紮縫合を行う．その後，陰嚢皮膚も同様に，吸収
性縫合糸を用い単純結紮縫合を行う． 
手順 1）～4）が終了後，反対側においても同様の手順
Tel/Fax: + /+  
Correspondence: keisuke.kawase@city.hitachi.lg.jp (K.Kawase) 
個体 処置時の年齢 体重 生年月日 処置日
A 11歳齢 kg（推定） 2012/7/2 2023/10/11
B 1歳4ヶ月齢 kg（推定） 2022/5/22 2023/10/11
C 11ヶ月齢 . kg（実測） 2023/6/18 2024/5/29
表  精管切断術を実施した個体 
 
川瀬ら / Zoo Science Journal Vol.2 (2025) 34-36 
35 
 
で行う． 
 
．結果および考察 
 
個体 C のみ，処置時間を計測した．その結果，処置時
間（手順 1）開始～手順 4）終了まで）は 41 分であった．
また，前投与～起立まで 75 分であった． 
処置後は，すべての個体で翌日から採食等に異常は認
められなかった．すべての個体で軽度の陰嚢の腫脹を認
めたものの，約 1 週間の経過観察を行い皮膚の離開や出
血等は認めらなかったため，処置終了とした．その後，
個体 A および B において，過去の報告（Kierdorf ら
2004）のような角の形成異常は認められず，繁殖も認め
られなかった． 
 今回，3 頭のニホンジカにおいて，精管切断術を実施
し，良好な結果を得ることができた．動物における精管
切断術の報告はライオン（Panthera leo）やサンバー
（Cervus unicolor）等の報告がある（橋崎ら，1980；
Kumar と Raj，2011；William ら 2014）．しかし，国
内において，シカ科動物の精管切断術の方法や経過を示
した報告は見当たらない． 
今回は，陰嚢皮膚を大きく切開し，精巣を露出させる
方法で実施したが，William ら（2014）の報告では，
5mm 程度の切皮で実施している方法もあることから，
各施設の設備にあった方法を検討・実施することで，実
施個体の負担がより軽減できると考えられる． 
今回，成⾧ステージおよび繁殖ステージの異なる 3 頭
で実施した．個体 A および B は繁殖期（10 月）に実施
し，個体 C では 5 月に実施した．エゾジカ（C. nippon 
yesoensis）において精巣の重量は 10 月下旬～11 月上
旬にピークに達することが報告されている（増田，1993）．
本報告においても，体重が同程度の個体 B に比べ，個体
C の精巣は小さく精管の露出に難航した．そのため，よ
り安全に実施するには繁殖期での実施やより成⾧して
からの実施が望ましい．しかし，繁殖期の雄個体は攻撃
性も高まり，保定の際の危険性が懸念されるため，注意
が必要であることから，実施施設の設備や実施時期等を
検討すべきであろう． 
 本報告は，ニホンジカにおいて精管切断術の方法およ
び経過を示した報告である．本報告が，本種やその他の
飼育動物の繁殖制限の方法として役立つことを願う． 
 
．引用文献 
 
淺野 玄，大沼 学，高橋裕史，服部 薫，上野真由美，
島絵里子，梶光一．2004．エゾシカにおけるキシラジン
ーケタミン混合薬に対するアチパメゾールの拮抗効果．
日本野生動物医学会誌, 9：131-134． 
 
図  精管の分離． 
T：精巣，黒矢頭：蔓状静脈叢，白矢頭：精管 
挿入図：切断した精管（Bar= . cm） 
表２ 各個体の投与量 
 
＊ セラクタール ％注射液，バイエル薬品株式会社，東京都． 
＊ ケタラール筋注用 mg，第一三共プロファーマ株式会社，東京都． 
＊ メパチア注「Meiji」，フジタ製薬株式会社，東京都． 
＊ テラマイシン・LA 注射液，ゾエティス・ジャパン株式会社，東京都． 
＊ メタカム ％注射液，ベーリンガーインゲルハイムアニマルヘルスジャパン株式会社，東京都． 
A B C
経過 使用薬剤
麻酔前投与 キシラジン塩酸塩＊1 5ml 3ml 1.5ml
麻酔導入および麻酔維持 ケタミン塩酸塩＊2 6ml 4ml 4ml
術後投与 アチパメゾール塩酸塩＊3 5ml 3ml 3ml
オキシテトラサイクリン＊4 5ml 3ml 3ml
メロキシカム＊5 0.5ml 0.3ml 0.3ml
個体
投与総量
川瀬ら / Zoo Science Journal Vol.2 (2025) 34-36 
36 
 
橋崎文隆，河野典子，成島悦雄，田代和治，井上真砂一，
小峰 隆，小川宏治，高木 明，斉藤 勝．1980．繁殖
制限のためのライオンの精管切断術．動物園水族館雑誌, 
22：100-103． 
 
Kierdorf, U., kierdorf, H., Schultz, M. and Rolf, H. 
J. 2004. Histological Structure of Antlers in 
Castrated Male Fallow Deer (Dama dama). The 
Anatomical Record Part A, 281A: 1352‒1362.  
 
Kumar, V. and Raj, A. 2011. Vasectomy in captive 
Sambar Stags (Cervus unicolor). International 
Journal for Agro Veterinary and Medical Sciences, 
5: 397-400.  
 
増田 泰．1993．雄エゾジカ（Cervus nippon yesoensis）
における生殖器の発達について．哺乳類科学, 33：10-12． 
 
William, B. J., Bharathidasan, M., Thirumurugan, 
R., Arunprasad, A., Kananan, T. A., George, R. S., 
Nagarajan, L. and Ramani, C. 2014. Three finger 
palpation technique of vas deferens for keyhole 
vasectomy in spot ted (Axis axis) and sambar deer 
(Cervus unicolor). Veterinary World, 7: 685-688. 
 
 
 
Vasectomy of Male Sika Deer (Cervus nippon) for Contraception  
 
 
Keisuke Kawase, Haruhisa Masatou, Shinya Iida 
 
Hitachi City Kamine Zoo (5-2-22, Miyata, Hitachi, Ibaraki, 317-0055 Japan) 
 
Abstract 
 
We performed vasectomy in three male Sika deer at Hitachi Kamine Zoo for contraception. The 
scrotal skin was made incision，testicle along with spermatic cord was taken out from the incision，
and cut the deferens. The postoperative course was uneventful. There was no breeding the following 
year, and abnormalities in antler formation were not observed. Vasectomy was considered an 
appropriate method for contraception in Sika deer.          © 2025 ZSH. All rights reserved. 
 
Key words: Contraception, Sika Deer, Vasectomy 


Vasectomy of Male Sika Deer (Cervus nippon) for Contraception

櫻井, 豪人

SAKURAI, Takehito

A Foundational Study of the Published Dutch Learning Dictionaries and Vocabularies in the Late Edo Period

青木, 香代子

Aoki, Kayoko

Developing and Practicing Program of Multicultural Education for Social Justice

菅谷, 克行

SUGAYA, Katsuyuki

Analysis of reading process on electronic media based on eye movement information

小澤, 佑介

Kozawa, Yusuke

A Study on Multi-access Underwater Simultaneous Wireless Power and Information Transmission Technology Using Visible Light Wavelength Adaptive Modulation

阿部, 敏一

Abe, Toshikazu

茨城大学・応用理工学野・講師
科学研究費助成事業　　研究成果報告書
様　式　Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９ （共通）
機関番号：
研究種目：
課題番号：
研究課題名（和文）
研究代表者
研究課題名（英文）
交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）
１２１０１
基盤研究(C)（一般）
2024～2022
距離・平均と関連した代数構造
Algebraic structures associated with metrics or means
４０７４９１５７研究者番号：
阿部　敏一（Toshikazu, Abe）
研究期間：
２２Ｋ０３３３２
年 月 日現在  ７   ６ ２０
円     3,200,000
研究成果の概要（和文）：ジャイロ群は群の公理系のうち結合法則をより弱い条件で置き換えることで（群の一
般化として）定義される代数構造である．一般に数学的に（あるいは各種応用分野で）興味がある対象はいくつ
かの構造を同時に持っており，それらが互いに関係していることが少なくない．本研究では特にジャイロ群・半
群と相性の良い平均・距離を持つ対象について, 特に行列平均に注目して研究を行った．行列平均はそれぞれ対
応する行列単調関数を用いて表現できることが知られている．本研究の成果として行列平均がジャイロ可換ジャ
イロ群の代数的中点として記述できるための必要条件を単調関数の性質を用いて与えることができた．
研究成果の概要（英文）：A gyrogroup is an algebraic structure defined as a generalization of a group
 by replacing the associative law in the group axioms with a weaker condition.Objects of interest in
 mathematics (or in various applied fields) often possess multiple structures simultaneously, and 
these structures are frequently interrelated.In this study, we investigated objects equipped with 
means (or distances) that are particularly compatible with gyro-groups (or semigroups).This study 
particularly focused on matrix means.Matrix means are known to be representable via their 
corresponding matrix monotone functions.One of the main results of this study is the derivation of 
necessary conditions, based on properties of monotone functions, for a matrix mean to be 
characterized as the algebraic midpoint in a gyrocommutative gyrogroup.
研究分野： 函数解析学
キーワード： 平均　中点　ジャイロ群　半群　距離　対称移動　平行移動　行列
  ２版
令和
研究成果の学術的意義や社会的意義
行列平均の典型的な例として算術平均・調和平均・幾何平均・対数平均などがあげられる．算術・調和平均は半
群の代数的中点として，幾何平均はジャイロ群の代数的中点として記述できることが知られている．これによ
り，算術・調和・幾何平均についてはそれぞれ対応した代数構造を用いて調べることができる．一方で，一般に
は各平均について対応する代数構造が見つかっていない．各平均に対応する代数構造を見つけることができれ
ば，その平均を調べるうえでの大きな道具を得ることができ，平均についての研究に役立つ．本研究結果ではそ
のための一歩として平均がジャイロ群に対応するための簡単な必要条件が得られた．
※科研費による研究は、研究者の自覚と責任において実施するものです。そのため、研究の実施や研究成果の公表等に
ついては、国の要請等に基づくものではなく、その研究成果に関する見解や責任は、研究者個人に帰属します。
様 式 Ｃ－１９、Ｆ－１９－１（共通） 
 
 
１．研究開始当初の背景 
 
(1) 行列平均（作用素平均）は正定値行列全体の成す正凸錘上に定義される概念である．行列
平均のうち特に算術平均・調和平均はそれぞれ対応する可換半群の代数的中点として記述でき
ることは明らかだったが，一般に各平均が何らかの代数構造の代数的中点として記述できるか
どうかは明らかではない．その中，幾何平均があるジャイロ可換ジャイロ群の代数的中点として
記述できることが分かった．それにより，幾何平均に関する研究についてその代数構造を用いる
ことができるようになった．  
 
 (2) Mazur-Ulam の定理は「二つの実ノルム空間の間の全射等距離写像は自動的にアフィンで
ある」ことを主張しているが，これは「二つの実ノルム空間が距離空間として同型であればその
二つは実ノルム空間として同型である」ことを意味しており，「ノルム空間においては，距離構
造が実ノルム空間としての情報を全て持っている」ことを主張している．このように，ある情報
を保存する写像について，その写像を具体的に特定したり，「ほかにどのような情報を持ってい
るか？」を調べる問題は保存問題とよばれる．この視点は，複数の構造の間の関係を調べる上で
とても有用である． 
 
(3) ジャイロ可換ジャイロ群は群の公理のうち結合法則をより弱い条件で置き換えた代数構
造を持った対象である．具体例としては「特殊相対論における速度全体」や「ポアンカレ円板」
があげられ，上記のように「幾何平均を考えた正凸錘」も具体例となる．これらの対象は和（ジ
ャイロ群演算）について可換でもなく結合法則も満たさないにもかかわらず線形空間によく似
た構造を持っており，さらに代数構造だけでなく距離構造など他にも豊富な構造を持つ対象で
あり，代数構造と他の構造との関係についても興味深い対象である．一方でこのような線形空間
もどきのジャイロ群に関する理論は通常の線形空間と比べるとほとんどのことが分かっていな
い． 
 
２．研究の目的 
 
幾何平均があるジャイロ可換ジャイロ群の代数的中点として記述できることが分かったのと
同じように，他のさまざまな平均についても対応する代数構造を見つけることができればその
平均を研究する上で役立つ道具となることが期待でき，また，平均の研究に新たな視点をもたら
すことができる． 
群・半群・ジャイロ群などの具体的な代数構造を持つ対象に，その代数構造について代数的な 
中点が存在するか，存在するならばそれはどのようなものか，複数ある場合にどう扱うか，存在 
しないならば何か代わりになるものはないか，といった問題は自然なものであり，これまでの研 
究で様々なことがよく知られている．本研究では，中点（「平均」，「測地線の真ん中」）が先に与 
えられたときに，それが代数的中点となるようなちょうどよい代数構造が存在するかどうか，存
在するならばそれはどのようなものかを調べることが目的である． 
特に，これまであまり注目されていなかったジャイロ群に基づく線形空間の類似品について
注目して研究をすることでジャイロ群の一般論についての研究を進めることも目的の一つであ
る． 
 
 
３．研究の方法 
 
前述した Mazur-Ula の定理は距離構造と代数構造の関係について言及した結果である．この 
定理は，2003 年に V äis äl ä によって簡潔な証明が与えなおされたが，この証明では中点や点
対称移動に注目した技法が用いられていた．この手法は強力であり，この影響を受けて，これ以
降様々な対象に関する「保存問題」において，中点や対称移動（もしくはそれらの類似物）に注
目した技法が用いられている．特に，平均は中点や点対称の考えと相性が良く，本研究ではこの
ような「保存問題」で用いられたアイディアや技法に注目し，特に「中点」や「点対称移動」を
中心に研究を進めた． 
 
 
４．研究成果 
 
(1) 行列平均は作用素単調関数を用いて表現することができることが知られている．作用素単
調関数に注目して調べることで，行列平均がジャイロ可換ジャイロ群の代数的中点として記述
できるための簡単な十分条件を与えることができた．その結果として，いくつかの具体的な平均
（特に対数平均）についてジャイロ可換ジャイロ群の代数的中点として記述できないことを確
認できた． 
 
(2) ジャイロ群を終域とする関数すべての集合が自然にジャイロ群の構造を持つことは容易
に確認できた．同様に，終域のジャイロ群が線形空間もどきの構造を持っていれば関数空間も自
動的に同様の構造を持つことも確認できた．これらの関数空間では通常の距離空間と同様に自
然な部分空間を考えることもできる．さらに，終域として具体的に「ポアンカレ円板」，「相対論
の速度全体」，「正凸錘」などを選んだ場合，それぞれの持つ距離構造から自然にそれぞれの関数
空間に距離構造を定めることもできた．これらの関数空間を調べることはそれぞれの終域であ
る対象の研究に役立つほか，一般論としてジャイロ群構造と距離構造の関係について調べるた
めの具体例として役に立つことが期待できる． 
５．主な発表論文等
〔雑誌論文〕　計1件（うち査読付論文　1件／うち国際共著　0件／うちオープンアクセス　0件）
2022年
〔学会発表〕　計4件（うち招待講演　1件／うち国際学会　0件）
2023年
2023年
2022年
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
阿部 敏一
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ３．学会等名
2023年度　関数環研究集会
2023年度　関数環研究集会
第61回実函数論・函数解析学合同シンポジウム（招待講演）
代数的中点と平均
 ４．発表年
 ４．発表年
 ４．発表年
 １．発表者名
 １．発表者名
阿部敏一
 オープンアクセス  国際共著
オープンアクセスではない、又はオープンアクセスが困難 －
ジャイロ線形空間となる関数空間上の等距離写像
ポアンカレ円板を値域とする関数の空間とその双対
 １．発表者名
古清水大直,　阿部敏一
Complex scalar multiplications on the Poincare disk.
Nihonkai Math. J. 39-43
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
なし
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 ４．巻
Toshikazu Abe 33(2)
 １．著者名
 ２．論文標題  ５．発行年
2022年
〔図書〕　計0件
〔産業財産権〕
〔その他〕
－
６．研究組織
７．科研費を使用して開催した国際研究集会
〔国際研究集会〕　計0件
８．本研究に関連して実施した国際共同研究の実施状況
共同研究相手国 相手方研究機関
2022年度　関数環研究集会
 ２．発表標題
所属研究機関・部局・職
（機関番号）
氏名
（ローマ字氏名）
（研究者番号）
備考
阿部 敏一
 ３．学会等名
代数的中点と作用素平均
 ４．発表年
 １．発表者名


Algebraic structures associated with metrics or means

大山, 研司

Ohoyama, Kenji

Quantitative evaluation of isolated vibrations of dopants in cage-like structures using a new atomic imaging method

池庄司, 規江

イケショウジ, ノリエ

Ikeshouji, Norie

所員企画展

Not a member yet