Nagaoka University of Technology Institutional Repository

国立大学法人長岡技術科学大学博士（工学）doctoral thesi

増戸, 洋幸

1 
様式Fo rm  
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract  of Dissertat ion  
 
氏 名Na me  増戸 洋幸  
 
アスファルト舗装の修繕工事では，路面としての走行安全性と快適性を維持する観点か
ら，表層のみを打ち換える切削オーバーレイ工法が広く一般的に行われている．そのため，
多くの道路において，基層および上層路盤であるアスファルト安定処理層の供用経過年数
が，建設時に設定した設計期間を大きく超過している状況にある．また，道路の利用状況
としては，より多くの貨物をより大きな車両で効率的に運搬することへの要請が今後も継
続していくものと考えられる．走行車両がアスファルト舗装に与える疲労ダメージは，輪
荷重の4乗に比例するとされていることから，特に幹線道路などにおいては，アスファルト
混合物層の下面に疲労ダメージの蓄積による疲労ひび割れが発生し，混合物層全体が疲労
破壊に至る事象の増加が懸念される．幹線道路としての役割を鑑みれば，修繕工事の実施
に伴う経済的損失は非常に大きいことから，疲労破壊を抑制する工法を開発・適用して，
アスファルト舗装の長寿命化を図っていくことが喫緊の課題であるといえる．  
本研究では，既設アスファルト混合物層に対する疲労ひび割れの抑制に着眼し，疲労ひ
び割れの発生から疲労破壊に至るまでの過程を遅延させる工法について検討した．検討対
象とした抑制工法は，使用するアスファルト混合物やバインダへの機能強化ではないこと，
また，一般的な表層の切削オーバーレイ工法においても適用が可能であることを考慮し，
基層上面に補強材を敷設することにより，アスファルト混合物層全体の補強を図る工法に
ついて検討した．補強材の素材については，これまで広く用いられてきたガラス繊維では
なく，将来的に切削発生材となってアスファルト混合物に混入した場合でも，一般的な骨
材と同様の親和性（他の材料との馴染みやすさ）を有することを期待して，玄武岩を原材
料としたバサルト繊維で構成されるバサルトグリッドを選定した．対象としたグリッドは，
開口部の寸法や引張強度といった物理的性状が異なる3種類とし，それらを敷設したアスフ
ァルト混合物層の補強効果について，疲労破壊を発生させる室内試験および試験施工によ
って定量的に評価した．そして，グリッドによる疲労破壊抑制のメカニズムとグリッドの
物理的性状との関係について明らかにした．  
本論文は第1章から第8章の章立てで構成されており，各章の概要は以下のとおりである．  
第1章では，本研究の背景について述べ，本研究の着眼点としたアスファルト混合物層の
疲労ひび割れ，および補強材の敷設による舗装構造の補強に関する既往の研究を概観して，
現状における課題について整理した．それらを踏まえて，新たな補強材としてバサルトグ
リッドを用いることの意義を示した上で，本研究の目的を述べるとともに本研究の位置付
けを明確化した．  
第2章では，バサルト繊維が切削発生材としてアスファルト混合物内に混入することを想
定して，バサルト繊維とその混合物の基本的な物性について評価し，バサルト繊維が混合
物内に混入することによる影響について考察した．  
2 
第3章では，グリッドを敷設したアスファルト混合物層間の力学的性状について調査した．
ここでは，物理的性状の異なるグリッドを表層と基層の境界面に敷設した供試体について，
引張試験およびせん断試験を実施し，グリッドの物理的性状と混合物層間の力学的性状と
の関係について考察した．  
つぎに，アスファルト混合物層全体が疲労破壊に至るまでの過程を大きく3段階の状態に
分けて捉え，各段階に至るまでのグリッドによる抑制効果を各種の室内試験によって定量
的に評価した．第4章では，その第1段階として，輪荷重によって混合物層下面に生じる引
張ひずみを低減する効果について，ホイールトラッキング試験機を用いた舗装モデル載荷
試験により評価した．第5章では，第2段階として，疲労ダメージの蓄積から疲労ひび割れ
の発生に至る過程を抑制する効果について，曲げ疲労試験を実施して評価した．第6章では，
第3段階として，基層に生じた疲労ひび割れの表層への進展，すなわちリフレクションクラ
ックを抑制する効果について，既往の研究で提案されているホイールトラッキング試験機
を用いた試験法に，独自のアプローチによる手法を提案して評価を行った．これらの結果
により，グリッドによる有意な疲労破壊抑制効果が認められ，その抑制効果に対しては，
グリッドによる骨材粒子の拘束とグリッドを含む骨材粒子相互の噛み合わせが主要な影響
因子であることを明らかにした．  
第7章では，アスファルト合材工場構内において試験施工を実施し，大型車両を用いた載
荷試験によって，主としてグリッドによるアスファルト混合物層下面の引張ひずみ低減効
果を評価した．使用したグリッドは，第4章から第6章での検討を踏まえて，室内試験によ
り有意な疲労破壊抑制効果が確認されたもののうち，実施工における敷設時の施工性を考
慮して選定した．ここでは，基層底面に埋設したひずみゲージの測定結果から，グリッド
による有意なひずみ低減効果を確認した．また，車輪の通過に伴うアスファルト混合物層
の変形状態が，グリッドの補強効果によってどのように変化するのか評価した．  
そして第8章では，本研究で得られた知見を総括し，今後の課題についてまとめて結論と
した．  
 


バサルトグリッドによるアスファルト混合物層の疲労破壊抑制に関する研究

田畑, 宗一郎

1 
様式Form 
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract of Dissertation 
 
氏 名Name  田畑 宗一郎  
 
Recently, a realization of the supersonic transport (SST) which can reduce travel time, and of 
the environment-conscious aircraft which can reduce carbon dioxide emission is being expected. 
In this study, to realize these advanced aircraft, optimal aircraft designs are obtained using 
computational fluid dynamics (CFD) analysis and advanced multi-objective optimization methods. 
In addition, by applying dimension reduction technologies, advanced design knowledge is 
extracted. 
Chapter 1 describes the backgrounds of SST, environment-conscious aircraft, advanced multi-
objective optimization, data-mining techniques, and the place of this research. 
Chapter 2 describes dimension reduction technologies to extract design knowledge. In this study, 
proper orthogonal decomposition (POD) and independent component analysis (ICA) are utilized as 
dimension reduction technologies. POD and ICA are applied to non-dominated optimal designs and 
then dominant shape deformation modes can be obtained. A new index to rank the ICA modes and 
new algorithm that suppresses the dependency on the initial values are proposed and then its 
usefulness is clarified. 
Chapter 3 describes a robust design optimization (RDO) of two-dimensional Busemann’s biplane 
airfoil shape. Busemann’s biplane airfoils have been proposed as one of the promising supersonic 
airfoil topologies and can reduce the effect of shock waves. However, the aerodynamic drag 
changes dramatically at off-design flow conditions. Therefore, it is important for the realization of 
the SST to increase the robustness with respect to uncertainties of flow conditions and to extract 
design knowledge of improving the robustness. To obtain robust biplane airfoil shapes, the RDO 
of the two-dimensional Busemann’s biplane airfoil shape is performed. This RDO considers 
uncertain inputs of freestream Mach number and angle-of-attack. In this RDO, robust optimal 
airfoil shapes can be obtained and effects of collisions/reflections of shock waves on the robustness 
can be clarified. The non-dominated optimal designs of this RDO are analyzed using POD/ICA and 
then, it is clarified that a rounded vertex shape at the inner sides of the biplane airfoil is important 
to improve the robustness due to the variation in the freestream Mach number. 
Chapter 4 describes a multi-disciplinary design optimization (MDO) of split-tip-winglet (STW) 
for a transonic aircraft model. The important design requirement for the environment-conscious 
aircraft is to reduce aerodynamic drag as well as weight of aircraft. Although STW reduces the 
induced drag effectively, it also yields an increase in the bending moment of the main wing, and 
then the wing structure weight increases as a result of reinforcing the main wing. Therefore, the 
MDO approach that considers not only aerodynamic drag, but also the weight penalty caused by 
increasing the wing structure weight is important for a realistic STW design. As the result of the 
MDO, non-dominated optimal designs are obtained and then the tradeoff relationship between the 
2 
fuel weight and wing structure weight is confirmed. The non-dominated optimal designs are 
analyzed using POD/ICA and then, it is clarified that there are two important factors for the 
effective reduction of the induced drag. The first factor is the generation of two vortical regions 
with similar strengths of vorticity near the tips of the main winglet and of small wing. Another 
factor is larger distance between the tips of the main winglet and of small wing since the wingtip 
vortices are further divided by taking larger distance and diffused faster. 


Advanced Multi-Objective Shape Optimization of Aircraft and Extraction of Design Knowledge by Dimension Reduction Technology

岡部, 知行

Proposal and Practice of Failure Mode Analysis Methods for Materials at Conceptual Design Stages of Products

NGUYEN, DUY HIEU

Synthesis and size control of light element and its alloy nanoparticles by pulsed discharge and their applications

伊藤, 壱記

1 
様式Form 
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract of Dissertation 
 
氏 名Name 伊藤 壱記  
 
バラスト軌道における軌道保守の省力化を図るため、1999 年にバラストの間隙にセ
メント系グラウト材をてん充することで道床部をプレパックドコンクリート化（以下、
てん充道床）する軌道（以下、既設線省力化軌道）が開発された。既設省力化軌道の開
発においては、剛性が高いてん充道床によって既設路盤への応力が低減するため、軌
道沈下の抑制が期待された。しかしながら、軟弱な路盤上における敷設試験の結果、路
盤剛性に起因する軌道への変状が生じたことから、既設線省力化軌道を敷設する場合、
路盤改良により路盤の地盤反力係数 K30 値が 70MN/m3 以上を確保する必要があること
が明らかとなった。  
その一方で、国鉄民営化以降、首都圏における旅客および貨物等の輸送量の増加に
よって軌道保守量も増加し、さらに軌道保守は夜間に行われるため保守作業で生じる
騒音問題と相まって、軌道保守の省力化の優先度が高まった。これらの背景により、首
都圏の既設の在来バラスト軌道を中心に、1999 年から既設線省力化軌道の敷設工事が
開始された。首都圏の路盤は、設計標準が整備されていない 1968 年以前に敷設された
路盤であり、かつ首都圏域では関東ローム等の粘性土が広く分布しているため、既設
線省力化軌道の敷設に適さない路盤条件であり、路盤改良を行う必要があった。しか
しながら、既設線省力化軌道を対象とするバラスト軌道の路盤は、列車の高密度な運
行によって塑性沈下が収束し、軌道を支持する路盤として十分な剛性を有していると
いう思想の下、基本的には路盤改良を行わずに既設線省力化軌道が敷設された実状が
あった。  
既設線省力化軌道を敷設して数年、一部の既設線省力化軌道では路盤の軟弱化や雨
水の排水不良等と相まって補修が必要となる場合があり、バラスト軌道と比べると保
守費が高くなることもある。これまでの敷設や補修等の経験から、既設線省力化軌道
を新たに敷設する場合には排水設備の設置の検討を必須としており、排水設備を設け
ることにより、排水不良による既設線省力化軌道の損傷が少なくなったとの報告があ
る。その一方で、コストに見合った路盤改良工法が無かったため、路盤改良は実施され
ていない現状がある。  
本研究では、既設線省力化軌道を軟弱路盤上に施工する場合を対象として、既設線
省力化軌道の施工と同時に路盤改良を行うことができる路盤改良工法（施工方法およ
び設計方法）の開発について検討した。路盤改良を適用することで、路床に生じる鉛直
応力が低減されて路床の塑性沈下を抑制できる。さらに、てん充道床下面に生じる曲
げ応力も低減できるため、路盤改良を適用しない場合と比べて、てん充道床の疲労破
壊のリスクが低減することを期待できる。そのため、路盤改良層厚を決定する「設計方
法」の提案では、路床の塑性沈下量およびてん充道床に疲労破壊に着目することとし
た。本研究で開発した路盤改良工法は、軟弱な原地盤上においても、適切な路盤改良厚
2 
で敷設することにより、既設線省力化軌道を健全な状態で維持できることが可能であ
ると考えられる。本論文は、全5章で構成され、各章の概要は下記のとおりである。  
第1章では、現行の鉄道路盤および路床の設計の変遷、新設線における路盤の設計の
概念を紹介し、バラスト軌道における路盤改良方法を述べ、既設線省力化軌道用の路
盤改良工法に関する研究の概略を示すとともに、本研究の目的を明記した。  
第 2 章では、補修が容易なバラスト軌道を対象として、既設線省力化軌道用の路盤
改良工法における「施工方法」を開発した。本研究で開発した「施工方法」は、既開発
の路盤改良材の骨材に新バラストを用いたグラウト充填路盤改良工法と同様の路盤改良
層を構築するものであるが、路盤上部を新バラストに置き換える作業と新バラストにセメ
ント系グラウト材を充填する作業を分離し、グラウト充填を別日程で実施できるようにし
て全体工程の効率化を図った。そして、実物大のバラスト軌道模型を用いた繰返し載荷
試験により、開発した路盤改良の効果を確認した。  
第 3 章では、本路盤改良工法における「設計方法」の提案を行った。実物大の既設
線省力化軌道模型を用いた繰返し載荷試験および路床土の繰返し三軸試験により、列
車荷重を受ける軌道の変形特性を評価するとともに、軌道沈下量の推定方法を構築し
た。また、既設線省力化軌道を構成するてん充道床の曲げ試験および曲げ疲労試験に
より、てん充道床の曲げ疲労破壊特性を評価した。  
第 4 章では、第 2 章および第 3 章で検討した「施工方法」および「設計方法」を基
に、営業線において既設線省力化軌道と同時に本路盤改良工法の試験施工を行った。
一連の原地盤剛性の調査、路盤改良厚の設計、営業線での現場施工について紹介し、
本路盤改良工法の施工性および改良効果を検証した。  
第 5 章では、以上により得られた知見を基に、既設線省力化軌道用の路盤改良厚の
設計手順を整理し、本研究で得られた結論をまとめた。また、今後の課題についても
言及した。  
 
 
 


既設線省力化軌道に適した路盤改良工法に関する研究

LUU, VU NHUT

（様式４）  
別紙２  
 
論文審査の結果の要旨  
 
学位申請者 LUU VU NHUT 
 
本論文は、On the Behavior of Siliceous Minerals under Irradiation and Plant Life 
Management of Concrete Structure in Nuclear Facilities（照射による鉱物の変化と原
子力用コンクリート構築物の経年劣化管理の研究）と題し、６章で構成されている。  
１章は、原子力施設の高経年化対策の概要を示し、交換不可能な構築物である生体遮蔽
壁等のコンクリート構築物に着目することを説明している。また既往研究に基づいて供用
期間末期までの性能保証において考慮すべき環境特性を概観し、研究対象として中性子照
射による骨材膨張と加熱の影響を抽出している。  
２章は、研究に使用された試料、及び実験方法について概説している。  
３章は、コンクリート骨材の照射誘起体積膨張を論じている。申請者は、三種類のモデ
ル鉱物を同じ条件でイオン照射してから、多様な照射後試験に供し、体積膨張に対する照
射量、鉱物組成、温度等の影響を検討している。従来の膨張モデルは鉱物の非晶質化に着
目したものであったが、石英は非晶質化後の密度低下が大きく、骨材の膨張に大きく寄与
することを解明し、膨張モデルを提案している。また、鉱物種別や温度の影響を、含有す
るアルカリ金属と照射欠陥の相互作用という視点で論じている。  
４章は、前章の膨張モデルを利用した、コンクリート構築物の経年劣化管理指標が提案
されている。実機における中性子照射劣化の状態を材料試験炉で取得したデータに基づい
て予測する際の課題が整理され、両者のデータ相関を取る方法が示されている。  
５章は、コンクリート構造物の加熱による劣化の影響が論じられている。申請者は、セ
メントペーストの脱水と変質に着目し、加熱試験によるコンクリート供試体の材質変化、
構造特性変化、超音波伝達特性の変化を実験的に評価している。また、廃炉における構造
安全性確保に向けた、超音波による非破壊診断の適用可能性が論じられている。  
６章は、前章までに得られた結果が総括されている。原子力施設の供用期間末期までに
考慮すべきコンクリート劣化の物理的素過程が示され、それぞれの過程に対する環境因子
や鉱物組成の影響が論じられている。  
論文の内容には新規性があり、背景等を含めて剽窃等が該当する記載は見当たらないこ
とを確認した。また、予備審査の指摘事項が適切に反映されていることも確認した。  
本論文で提示された知見は、原子力施設の長期運転を支える技術情報基盤として重要で
あると評価された。  
よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文
として十分な価値を有するものと認める。  
 
審査委員主査 村上 健太 印  


On the behavior of siliceous minerals under irradiation and plant life management of concrete structure in nuclear facilities

七五三掛, 湧也

1 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract of Dissertation 
 
氏  名Name 七五三掛  湧也  
 
D-アミノ酸オキシダーゼ（DAAO）は中性および塩基性 D-アミノ酸の酸化的脱アミノ反
応を触媒するフラビン酵素である．一方，酸性 D-アミノ酸の酸化的脱アミノ反応はフラビ
ン酵素である D-アスパラギン酸オキシダーゼ（DDO）により同様の機構で触媒される．両
D-アミノ酸酸化酵素は，その高い立体選択性から，多様な応用的利用に有用な酵素である．
両酵素は様々な生物種に見いだされているが，なかでも常温性真菌由来の両酵素は高い触
媒活性を有しており，加えて常温性真菌由来の DAAO は広基質特異性を有することから，
より応用的に有用とされている．しかし，常温性真菌由来の両酵素の安定性が低いことか
ら，その応用的利用の拡大が制限されている．この様な状況から，当研究室では好熱性細
菌に既知 DAAO のなかで最も高い耐熱性を有する DAAO を見出した．しかし，当好熱性
細菌由来 DAAO の活性は真菌由来 DAAO よりも著しく低く，基質特異性も狭かったこと
から，応用的な利用が制限されると考えた．一方，DDO は好熱性の古細菌や細菌を含む原
核生物において見いだされておらず，高い安定性を有する DDO は未だ取得されていない．
そこで本研究では，これまでの知見を踏まえ，未だ DAAO と DDO が報告されていない好
熱性真菌から高活性・広基質特異性・高安定性を有する DAAO と高活性・高安定性を有す
る DDO を取得し，その機能と構造を明らかにすることを目的とした．  
複数の耐熱性酵素が単離されている好熱性真菌 Thermomyces dupontii NRRL 2155 株のゲ
ノム配列に DAAO（TdDAAO）と DDO（TdDDO）遺伝子を見出した．E. coli で発現させた
TdDAAO は高活性ではあるものの基質特異性が狭かったことから，目的とする広基質特異
性を有する DAAO ではなかった．一方，TdDDO は高い活性と既知 DDO のなかで最も高い
耐熱性を有したことから，応用的に有用な DDO であることが分かった．この TdDDO の高
い耐熱性はタンパク質構造の高い剛性に起因すると考えられた．既知の DDO や DAAO に
おいて基質 α-カルボキシ基と相互作用する Tyr 残基が TdDDO には存在せず，代わりに
Phe248 残基が存在した．そこで，基質親和性の向上を目指し，TdDDO の Phe248 残基を Tyr
残基に置換したバリアント（F248Y）を作成したところ，酸性 D-アミノ酸に対する分子活
性は低下したが，基質結合親和性は野生型より顕著に増加した．TdDDO および F248Y バ
リアントは酸性 D-アミノ酸のなかでも D-Glu に対する触媒能が既知の DDO よりも優れて
いたことから，D-Glu の検出・定量に有用と考えられた．  
市販の発酵堆肥から 3 株の好熱性真菌（YA 株，PB 株および PE 株）を単離した．この 3
株は広基質特異性 DAAO が良基質とする D-アミノ酸を含む培地で生育し，特に YA 株が良
好に生育した．分子系統解析から，YA 株は好熱性真菌 Rasamsonia emersonii と同種と考え
られた．R. emersonii 基準株のゲノム配列に見いだした DAAO ホモログ遺伝子の塩基配列を
もとに，YA 株の DAAO ホモログ（ReDAAO）遺伝子を取得した．E. coli で発現させた ReDAAO
は既知の真菌由来 DAAO と同等の高い活性を示し，抗生物質原料の生産に重要な
cephalosporin C や様々な D-アミノ酸に対して活性を示した．また，興味深いことに，本来
2 
DDO の基質である酸性の D-Glu に対しても高い活性を示した．ReDAAO の耐熱性は好熱性
細菌由来 DAAO の耐熱性に匹敵した．以上のことから，ReDAAO は高活性・高安定性・新
奇な広基質特異性を有する目的とした応用的に有用な DAAO であった．三次元構造モデル
から，Arg97 と Ser233 残基が D-Glu に対する高い活性に，TdDAAO に存在する YVLQG 配
列が ReDAAO に存在しないことがその新奇な基質特異性に寄与すると推測された．また，
ReDAAO の高次なオリゴマー形成がその高い耐熱性に寄与すると推測された．  
X 線結晶構造解析により 2.00Å 分解能の ReDAAO 構造を構築した．ReDAAO 結晶構造の
基質結合部位には，D-Glu に対する高い活性に寄与すると推測された Arg97 と Ser231 残基
（モデル構造では Ser233 残基）が存在した．両残基を Ala 残基に置換したバリアントの解
析から，Arg97 と Ser231 残基はそれぞれ主に分子活性能と基質結合能に寄与すると考えら
れた．ReDAAO の結晶構造から，TdDAAO に存在する YVLQG 配列はその活性部位近傍に
位置すると推測された．ReDAAO に YVLQG 配列を挿入したバリアントと TdDAAO から
YVLQG 配列を欠失させたバリアントの解析から，YVLQG 配列の存在は基質結合時に立体
障害を引き起こすことで特定の基質に対する活性を低下させ，基質特異性を狭めると考え
られた．ReDAAO 結晶構造において，ReDAAO に特異的な分子内 SS 結合が観察された．
Cys230 残基を Ser 残基に置換したバリアント（C230S）の解析から，分子内 SS 結合が
ReDAAO の耐熱性に寄与することが分かった．また，C230S の耐熱性は野生型とは異なり，
タンパク質濃度の低下に伴い著しく低下し，SS 結合近傍にはサブユニット間相互作用を担
ういくつかのアミノ酸残基が存在したことから，分子内 SS 結合はサブユニット間相互作
用を安定化させることで ReDAAO の高い耐熱性に寄与すると考えられた．  
  


好熱性真菌D-アミノ酸酸化酵素の機能と構造解析

NUAMCHAROEN, PRAEWPANIT

様式Form 
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract of Dissertation 
 
氏 名Name PRAEWPANIT NUAMCHAROEN 
 
Electrospinning has been discovered particularly in an attractive growth for several researches and in 
commercial attention throughout recent decade to generate non-woven fiber which have high surface/volume ratio 
and high porosity in the structure of fibers relative to regular fibers receive from other processes. Among various 
polymers using for electrospinning, poly(vinylidene fluoride) (PVDF) has been extensively investigated because of 
its piezoelectric, chemical resistance, thermal stability and mechanical properties as well as flexibility. These 
properties have been related to its chemical structure which consist repeated monomer unit as  
[-CH2-CF2-] and also, PVDF has five distinct crystal polymorphs, namely α, β, γ, δ and ε phases. The most common 
polymorphs of PVDF are α and β phases. The β phase has a stable nature to ambient temperature and pressure, and 
the phase presents outstanding mechanical, piezo- and pyroelectric properties. Therefore, this study concentrated on 
the parameters of mixed solvent, electrospinning process and the pre-treatment related to PVDF crystalline phase 
with interesting simple technique to obtain high β crystalline phase in PVDF and develop PVDF potential for various 
device applications.  
The influence of pre-thermal treatment of PVDF solution in binary solvent systems on the PVDF nanofibers 
fabricated through electrospinning process was undertaken to essentially investigate. The 10 wt% of PVDF solution 
was prepared by dissolving PVDF powder in mixed solvent of N,N-Dimethylformamide (DMF) and acetone in the 
given ratio DMF/acetone as 10/0, 8/2, 6/4 and 4/6. Then there was stirred under pre-thermal treatment from room 
temperature to 120 °C. After that, the PVDF solution was spun by electrospinning process and the processing 
temperature and humidity were controlled. The addition of acetone into the PVDF solutions at ratio of 4/6 and pre-
thermal treatment at 80 °C, the morphology by SEM revealed smooth fiber (201±54 nm in diameter size of fiber) 
without beads and solution droplets. In particular, the pre-thermal treatment, PVDF solution was heated during the 
preparation step, led to significantly increase in the fraction of β crystalline phase from 0.61 to 0.93 when the 
temperature increased from room temperature to 120 °C presented in FTIR. It was believed that while PVDF solution 
induced by heating played a criterial role in promoting the α-β crystalline phase transformation. Also, this 
polymorphism behavior was correlated and ensured with DSC result.   
The solvent is the essential parameter to provide the high quality of fiber in the solution electrospinning 
which indicated to the polymer properties. The DMF is a good solvent to dissolve PVDF powder and create the 
homogenous PVDF solution however, the flawless electrospun PVDF couldn’t prepare by the single solvent. 
Therefore, the volatile solvents as acetone, tetrahydrofuran (THF), methyl acetate (MA), ethyl acetate (EA), propyl 
acetate (PA), butyl acetate (BA), ethanol, methanol, chloroform and hexane were investigated to improve the quality 
of PVDF fiber. The PVDF powder was dissolved in the mixed solvent of DMF and volatile solvent at different ratio 
as 10/0, 8/2, 6/4 and 4/6 and stirred at 40 °C then the PVDF film was fabricated from the solution by electrospinning. 
There were acetone, THF, MA and EA were appropriated for use with DMF in the binary solvent systems meanwhile 
other volatile solvents weren’t suitable because the PVDF aggregations were obtained. It was noted that the resultant 
PVDF nanofiber was improved by increasing the addition of the amounts of the volatile solvent. The diameter of 
fiber in the film was 174-1150 nm depending on the types of the mixed volatile solvent and the mixed ratio of co-
solvents. The interesting morphology of fiber surface in D-T6, D-M6, D-E4 and D-E6 showed up the roughness on 
fiber surface and it contributed to high BET surface area. The tensile strength and elongation of PVDF film were 
increased dramatically from 4.8 MPa and 7.4 % of single solvent to 15.7 MPa and 117.5 % for MA and 9.4 MPa and 
175.3 % for EA. The water contact angle and penetration rate increased according to the flawless electrospun PVDF 
nanofibers and high surface roughness of PVDF fiber at incremented volatile solvent therefore, the PVDF film 
became the superhydrophobic material and could be useful for many potential applications. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  


Study on β -crystalline electrospun poly(vinylidene fluoride) films composed of nanofibers by binary solvent systems and their properties

国立大学法人長岡技術科学大学博士（工学）thesi

LEKAMALAGE, DEEPCHANDI LEKAMGE

1 
様式Form 
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract of Dissertation  
 
氏 名Name LEKAMALAGE DEEPCHANDI LEKAMGE  
 
Micropropagation is important for both multiplication and preservation o f a wide range of crops,  
including many food crops. The agricultural sector has been harnessing its advantages in achieving 
increased crop production. However, recent times have seen a need of innovative improvements in 
the micropropagation systems since contemporary systems rely significantly on conventional methods. 
Furthermore, numerous plant species are being revealed to possess medicinal and other valuable 
properties, but difficult to culture using conventional methods. Therefore, methods that facilitate 
efficient mass propagation of economically important specie s have become vital.  
Solanum tuberosum L. (potato) is a top global crop species that utilizes tiss ue culture technology 
for seed potato production. The work presented in this thesis represents new developments with regard 
to improved growth medium. Cultivars used in the study were representative of Japanese, European, 
and Peruvian lines. Enhanced mesos (CaCl2, MgSO4, KH2PO4) improved the overall quality of all 
cultivars, as indicated by longer shoots and larger leaves with dark color, compared with M urashig 
and Skoog (MS) medium only. Quantitative ion analysis revealed that plantlets with improved overall 
quality in most cultivars had increased calcium, magnesium, potassium, and phosphorus uptake  than 
plantlets on MS. However, a marked decrease in iron uptake by plantlets was revealed on 3.0× MS, 
compared with the uptake on 2.0× or 2.5 × MS. The iron uptake on 3.0× MS was even lower than that 
on 1.0× MS in most cultivars. The study revealed for the first time that enhanced mesos in MS medium, 
complemented by enhanced calcium, magnesium, potassium, phosphorus, and iron uptake, play a 
significant role in improving the micropropagation of potato.   
Successful micropropagation of medicinal plant species is significant in utilizing their valuable 
properties, but is difficult to achieve for numerous species.  Efficient cultivation systems of such 
species inevitably require effective micrcopropagation methods. The work presented in this thesis 
represents new methods and developments for the micropropagation of Polygonatum macranthum 
(Maxim.) Koidz, and Glyzyrrhiza uralensis (Fisch.). Seed germination of P. macranthum was achieved 
within nine weeks when seed surface sterilization utilized Sirvip™,  an antimicrobial composition, in 
contrast to 19 months taken under natural conditions.  Supplementing the 1/2 MS medium with 
cytokinin BAP at the concentration of 1.0 mg l -1 proved to be effective for microrhizome propagation.  
Results present a new cultivation system for the rare plant species P. macranthum. Surface 
sterilization of stem explants of G. uralensis using a colloidal solution of silver nano particles 
(Nanopure™) and Sirvip™ yielded survival rates of 91.1% and 70.8% respectively, compared to 
17.2% and 16.1% obtained with the conventional sterilants NaOCl 1%(w/v) and 2%(w/v). The results 
comprise the first report of G. uralensis micropropagation through direct shoot regeneration.   
2 
This thesis presents effective novel methods for culturing difficult -to-propagate species of 
economic importance that could facilitate their mass propagation.   
 


Development of efficient methods for sustainable mass production of valuable plant species

丸岡, 陽

1 
様式Form 
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract of Dissertation  
 
氏 名Name  丸岡 陽  
 
 本研究は「長期的変容から見た中核的地方都市の都市構造の在るべき姿と集約型移行政
策の評価」という題目の下、全国の道県庁所在都市規模の中核的な地方都市61（以下、中
核的地方都市と称する）を対象に、長期的な都市構造の拡散化現象と生活の質の変容現象
を規定した上で、中核的地方都市が人口減少・超高齢社会の中で目指すべき集約型都市構
造の提言と、現行の集約型移行政策の評価を目的としている。 
 
第１章では、我が国のコンパクトシティ論の一つの到達点である2007年社会資本整備審
議会第二次答申の「集約型都市構造」の提案を起点として、その提案に至るまでの経緯や、
提案内容のレビュー、提案後の政策展開の状況等を整理した。そして、この2007年の議論
を具体化させるために、本研究が取り組むべき課題を設定し、上述の研究目的を提示した。
さらに、集約型都市構造の根幹的目的を「生活の質の維持・向上」と位置付けること、そ
の達成のためには居住地、生活施設、公共交通という３つの要素（以下、３要素と称する）
の相互関係に着目すべきであることを示し、論点を明確化した。 
 
第２章では、本研究の議論の枠組みや対象とする61の中核的地方都市の全体像を提示す
ることを目的として、61市共通の性質や個別の性質を洗い出した。61市の中でも、人口が
未だに増加中の都市群と、早期に減少期に入った都市群では、高齢化率を始め様々な性質
に差異があることを明らかにした。また、現時点の市街化区域を1970年・1990年・2015年
（以下、３時点と称する）のDID境界線で区分したZoneの概念を適用し、61の中核的地方都
市の都市構造の成立過程の多様さと、その背後にある区域区分制度の運用実態を示した。 
 
第３章と第４章は、３時点の即地的観察から都市構造と生活の質の長期的変容現象を規
定することを目的とした。第３章で着目したのは、３要素のうち最も基礎的な居住地（人
口密度）である。人口密度構造の観察によると、この半世紀の間に起きたのは一様な低密
度化ではない。既成市街地とは宅地化及び土地利用の様相が大きく異なる新市街地が区域
区分運用の中で生み出され、その一方で既成市街地が歯抜け状に高密さを失ったことで、
人口密度構造は高密地区と低密地区が中心部・郊外部に関係なく分布するモザイク状に変
容した。この変容に対して、DID内部をモニタリングする機能を備えていない区域区分制度
は市街地の大枠を規定するのみで、中心部の低密度化や住商の分離、農地を残存させなが
ら進むラフな市街化といった、モザイク化の要因を制御できなかったことを明らかにした。 
 
第４章で着目したのは、３要素のうち生活施設と公共交通である。“歩いて暮らすしかな
かった”1970年から“自家用車が当たり前”の2015年までの間に、食料品小売店は自家用
車利用に対応するべく大型化・分散化し、公共交通網は市街地拡大に合わせて広域化・低
2 
頻度化した。1970年に見られたような３要素の密な連動は失われつつある。また、当初線
引き時には“自家用車なしに生活できる環境整備”という計画論理が存在し、居住地と生
活施設を近接させるための用途地域指定が見られたが、モータリゼーションが進むにつれ
て幹線道路沿い等の大規模な商業集積地が都市計画マスタープラン等で高次に位置づけら
れるようになったことを明らかにした。 
 
第５章では、第３章及び第４章の長期的変容実態を踏まえて、現在の都市構造をアクセ
シビリティの視点で評価した。中核的地方都市では、約半世紀に渡る計画的な区域区分運
用により、中心市街地から放射状に市街地が広がる傾向や、中心駅が公共交通の重要な結
節点となる点が共通する。これによって中心市街地は現在も相対的な拠点性と利便性の高
さを維持できているが、一方で飛び地の住宅団地を始めとして中心市街地へのアクセシビ
リティが低い市街地も存在する。このような市街地では、拠点間で機能を分担し合う「機
能補完」よりも、一つの拠点内で最低限の生活施設を立地させる「位置補完」の役割を担
う拠点が必要となる。また、形成時期が新しい市街地や、速達性に優れる鉄道軸から離れ
た市街地ほど、各種施設へのアクセシビリティが自家用車優位となることを示した。 
 
第６章では、これらの分析の結果を、2007年の集約型都市構造の議論に照らしながら総
括するとともに、人口増加時代と同様の区域区分運用や、集積規模に基づく土地利用計画
では集約型都市構造の達成に大きく貢献しない可能性が高いことを示した。その上で、2007
年の議論の具体化として、「当初市街化区域をベースとした都市構造の検討」や「当初市街
化区域に指定された８種の用途地域を踏まえた集約拠点の検討」を提案した。さらに現行
の集約型移行政策の改善策として、市街地のモニタリング機能を実装した「年輪型の区域
区分運用」や、低密度化を図る地域の生活の質を担保するための「都市計画マスタープラ
ンと整合した公共交通の再編」の必要性を示した。 
（以上2,005字） 


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