平成20年度 2008 №53
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告外山 真也＊１・佐藤木之下  征亜＊１・河野弘幸＊ ・海津通成＊ ・平田浩一＊ ・池田幸次＊清彦＊             
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従来, 自動車のシートベルトなどの機能部品として使用される複合ギアやダブルギアなどは, 冷間鍛造により一定の形状に成形された後に, 切削加工により製品寸法に成形されていた. しかしながら, 近年の製造時間の短縮化, 材料コスト削減の要望とともに, 冷間鍛造のみによるネットシェイプ成形が強く要求されている.
そこで本研究では, 複合ギアやダブルギア成形のモデル実験, ならびに三次元有限要素解析を行い, 冷間鍛造成形により製品形状にネットシェイプ成形できる最適スラグ形状について検討し, スラグ形状によって材料の塑性流れをコントロールできることを明らかにした.
キーワード：冷間鍛造, , 有限要素法, シミュレーション, ニアネットシェイプ
て, アルミニウム合金1070材を用いた複合ギア

研究で対象とする複合ギアは, 図１に示すよう成形のモデル実験, ならびに塑性流動解析ソフトに, ギア部とカム部から構成されている自動車用() を用いた三次元剛塑性有限要素解析を部品である. 材質には, 一般に高強度の炭素鋼鋼行い, 製品形状にネットシェイプ成形できるスラ材が用いられている. この複合ギアを, 経験的にグ形状について検討した2).

決定した形状のスラグを用いて前方後方押出し鍛さらに, より複雑な形状であるダブルギアの鍛造により成形した場合には, ギア部の先端部がテー造成形にも取り組み, 二段工程の鍛造成形においパ状となり, カム部ではオバーフローとなる部分て, 量産化が可能であることを実証した.

1)があった . そのため, それらの部分を切削加工により除去して製品寸法に仕上げられていた.

 

そこで本研究では, 一工程の押出し鍛造で製品

図２は, 有限要素解析モデルを示している. ま形状に近い形状に成形することにより, その後のた, 有限要素解析の条件を表１に示す. 有限要素切削加工を減し, 製造時間の短縮, 材料コスト削解析は, 三次元剛塑性有限要素法により行い, ス減を目指した. 具体的には, 素材の初期形状 (スラグの素材を実材料に相当する4140とした.

ラグ形状) に着目し, 数種類のスラグ形状につい本研究では, 当初単純な円筒形状をもとにした一定断面積を持つ９種類のスラグ形状を考案し解＊特定ものづくり基盤技術の高度化事業

＊1

機械電子部

＊2

株式会社

＊3

宮崎大学工学部て, 複合ギアの成形性におよぼすスラグ形状の影＊4

兵庫県立大学工学部

響について検討した. 具体的には, 直径が異なるニチワ析した. その結果をもとに, 丸みを帯びた形状の４種類のスラグ形状を考案した. それらを使用し63

材料の流動解析によるスラグ形状および金型形状の研究開発

単純な円筒３種類, それから試験片の底部に突起となりギア部の成形性が悪いことがわかった. まを設けた円筒３種類, および変断面と底部に突起た, 試験片の底部に突起を設けると, ギア部先端を持つ円錐３種類, さらに, 丸みを帯びた形状が平らな形状になり, ギア部の成形性が良くなる４種類の試験片を用いて, モデル実験ならびに有ことがわかった. そして, 変断面を持つ試験片の限要素解析を行った.

モデル実験の結果, 下側断面が小さく, 上側断面アルミニウム合金1070材を用いたモデル実験は, 万能試験機を使って行い, パンチストロークが大きい試験片を用いた場合に, ギア部とカム部の両方の成形性が良いことが明らかになった.

が３, ６, ９, および最終ストローク

さらに, 丸みを帯びたスラグ形状のプレス実験におけるスラグの変形した形状を詳細に観察した.

を行い, ほぼ製品形状と同等の形状を得ることが可能になった. そのスラグの形状と実験結果の一部を図３に示す.

zまた, 丸みを帯びたスラグ形状に関して金型解40析を実施したところ, 図４()に示すとおり応力

Punch30が低減され, 金型への負荷が小さいことが確認で

Slug

20

きた.

10Die

0-10-20

複合ギア概略図
20 mxm0

解析モデル

解析条件

Material: AISI-4140
numberσ=799.83ε0.244

Flow stress (MPa)
Total

10ofelements

プレス実験の結果

30000
(MPa)
2500

Punch speed

2000

0.67mm/s

1500
1000

19.6mmPunch stroke(IncasezT101)
Increment of one stepFrictionalcoefficientof shear friction law

of0.05mm円筒形状のスラグを使用した場合
0.1






500

x0
丸みを帯びたスラグを使用
した場合
金型応力分布

図５にダブルギアの製品形状を示す. このダブルギアの成形性の評価においては, 複合ギアにおプレス実験の結果から, スラグの断面積が小さける解析結果をもとに, 約20種類のスラグ形状をい場合では, ギア先端部の成形性は良いが, カム考案し, 解析した. その塑性流動解析の状況を図部の成形性は悪い. 一方, スラグの断面積が大き６および７に示す. 図６の解析においては, 図８

い場合では, ギアの先端部がドーム状 (テーパ状)の1)に示す金型モデルを用いて解析した. この64

材料の流動解析によるスラグ形状および金型形状の研究開発

ダブルギアの塑性流動解析状況 

ダブルギアの塑性流動解析状況 

ダブルギアの製品形状とき, 上方から押し出しピンによりスラグが変形し, 金型の外側へ流れ出していることがわかった.
そこで, 図８の2) に示すように金型の壁面(大ギアの外形に沿った壁面) の長さを伸ばして,スラグが外側へ流出することを防止するようにした. その解析状況を図７に示す.
これらの解析結果をもとに, 材料10を使用し, プレス実験を実施した. しかし, 取り出し時の荷重が約９程度となり, 小ギア部分のシャフトなどが変形した.
そこで, やむなく二段の鍛造工程による成形,すなわち一回目に小ギア部分, 二回目に大ギア部分を成形する工程を検討した. このとき, 二回目1) 壁面長さ４2) 壁面長さ12解析モデルにおける金型の変更の成形後の取り出しにおいては, 小ギア部分を傷めないようにするため, 取り出しピンの形状は,外形は大ギアの形状で, 内径は小ギアの最大直径の円筒で中空にした形状となった.
実際のプレス実験による結果を図９から10に示す. 図９は小ギア部分のみを成形した結果で, 成形荷重は3程度である. 図10は大ギア部分の

小ギア部分の成形実験結果

成形結果で, 成形荷重は27程度である.


これまでの研究により, ダブルギアの成形は二段工程により, 成形可能であることがわかった.
このダブルギアのプレス実験に使用した金型には,大ギア部分の入り口においてテーパー部分を設け,

 大ギア部分の成形実験 
背圧なし

材料の流れ込みを容易にしようとしている. そのため, 大ギアの先端部分は, 少し斜めに傾いている.
そこで, より大ギア部分の成形性を向上させようと背圧制御を付加したプレス実験を実施した.
その結果を図11に示す. 大ギア部分の成形時に背ᢳ߼ߦ௑޿ߡ޿ࠆ㧚ߘߎߢ㧘ࠃࠅᄢࠡࠕㇱಽߩᚑᒻᕈࠍะ਄ߐߖ
 大ギア部分の成形実験 
背圧あり
65

材料の流動解析によるスラグ形状および金型形状の研究開発

圧 (03程度) をかけることにより, 大ギアのダブルギアについて先端形状が改善されていることがわかった.

二段の成形工程によりダブルギアの成形が可能であることを実証した.





背圧制御を実施することでギア部の成形性を向上させることが可能である.

本研究では, スラグ形状に着目し, 複合ギア成形のモデル実験, ならびに三次元剛塑性有限要素

本研究は, ｢特定ものづくり基盤技術の高度化｣解析を行い, ネットシェイプ成形が可能な最適ス事業において実施されたものである. 記して謝意

ラグ形状について検討した. さらに, それらの結を表す.

果をもとに, ダブルギアの成形性についても同様に実験及び解析を行い, 製品化の目途を立てた.



得られた結果は以下のとおりである.

１) 



複合ギアについて 下側断面が小さく, 上側断面が大きい変断面を持つスラグを用いると, ギア部とカム部の両方の成形性が良好であることがわかった.
 上記の結果をもとに, 前方後方押出しによる複合ギアを成形するための最適なスラグ形状を明らかにすることができた

66



   
127611621 (1971)
２) 河野通成 他
日本機械学会第21回計算力学講演会論文集33750751 (2008)３) 佐藤征亜 他
日本機械学会第21回計算力学講演会論文集33748749 (2008)４)     602603 (2008)2008 !6平成20年度 2008 №53
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告長友絵美＊１・福山

明子＊１・柚木崎千鶴子＊１・児玉浩子＊１              !"#"$ %
$"# &#   #'
干したくあんの下漬け中の成分変化を把握するため, 製造方法の異なる工場より定期的にサンプリングを行い, 各成分を測定した. 本県産干したくあんの特徴であるγ−アミノ酪酸 () は, 下漬け初期の４月の時点で136〜187100ｇ含まれており, 漬け込み期間中に大きな変動はないことがわかった.

また, 乳酸菌数は漬け込み期間中に変動し, 地下タンクにて漬け込みを行う方法では, ７月から８月の間に増加傾向であった.
キーワード：干したくあん, −アミノ酪酸 ()
干したくあんは本県の伝統的な農産加工食品であり, 大根を干す工程である ｢大根やぐら｣ は県内の冬の風物詩として知られている.

干したくあんの製造方法は, 下漬けを冷蔵庫で行う方法と地下タンクで行う方法に分けられる.

漬物生産の中で, 干したくあんを含むたくあんこれらの方法で製造する２工場で, 平成20年１月

漬は最大の生産量を誇っていたが, 年々減少傾向に漬け込んだたくあんを平成20年11月までの８かにある. かつては本州, 九州で生産されていた干月間, １か月ごとにサンプリングし分析に供した.

したくあんは現在, 本県と鹿児島県のみとなって原料は約２週間天日干しして結べる程度まで乾燥おり, 本県が干したくあんの有数の産地であるこした干し大根を使用した.ともあまり知られていない. このような状況の中,

以下, 冷蔵庫で漬け込む工場からサンプリング

干したくあんの成分特性を明らかにし, 価値を高した試料をＡ, 地下タンクで漬け込む工場からサめることで認知向上を図ることが望まれており,ンプリングした試料をＢとした.

県内の製造企業とともに干したくあんの地域ブランド化に向け取り組んでいる.



サンプリングしたたくあんは既報１) の方法に従

これまでの研究において, 県産干したくあんのい分析に供した. すなわち, サンプリングした４特徴として, 下漬け中の干したくあんにアミノ酸本のうち, １本は乳酸菌測定に使用し, 残り３本の一種である −アミノ酪酸 () が含まれはそれぞれフードプロセッサーにて粉砕し１本ず１)ていることを確認した .

つ分析した. また, 採取したタンク内の液をサン

本研究では, 県内の干したくあん製造企業からプリングし乳酸菌試験に用いた. 粉砕した一部は下漬け中のたくあんを定期的にサンプリングし,ナイロンろ布にて搾汁後, 示度, の測定

下漬け期間中における成分特性とその変化についに供した. また, 粉砕したたくあんを一定量秤りて調査した.

取り, 適量の蒸留水を加え, ま砕し, ろ紙にてろ過しながら定容した. このろ液を用いて塩分濃度＊

干したくあんの地域ブランド化に関する研究を測定し, さらに, 0 45  のフィルターでろ過

＊1

食品開発部

した液を適宜希釈し, アミノ酸含量, 有機酸含量,67

干したくあんの下漬け中における成分変化

糖含量の分析に供した.

使用した.  培地 (%!&  55％,  !$&
20％) をオートクレーブ滅菌後, 寒天平板１) 水分, 示度, , 塩分濃度の測定
水分は, 粉砕したたくあんを減圧乾燥機にて,培地を作成し, 0
05％トリトン 100Ｘで適宜希釈した液を100 づつ塗沫し, 嫌気ジャー (三菱70℃, ５時間乾燥し測定した. 示度は搾汁ガ ス 化 学 株 式 会 社 , &液を手持ち式糖用屈折計 (
&はメーター (製1), 
製    24) を用いて測定した. 塩分濃度は, ろ液を用い!"・ ケ ン キ ,!"・角形ジャー) を用いて, 30℃で３日間培養を行った. 培養後, 出現したコロニーを計測した.

２)てモール法 にて測定した.
２) アミノ酸含量の測定
アミノ酸含量はアミノ酸分析計により測定した.
２−３で示す方法で抽出したろ過液を002 １) 水分, 示度, , 塩分にて適宜希釈し, 下記の測定条件によりアミノ酸水分の平均はＡが75％, Ｂが72％で概ねＡのほ分析計で定量した.

うがＢより高く推移した (図１). 水分は漬け込

装置：アミノ酸分析計 (㈱日立製作所製  8800

み時の原料大根の乾燥程度, 添加する塩の量によあるいは 8900形)

る脱水の程度が影響する. Ｂ社のほうが漬け込み検出：ニンヒドリン発色法

時の塩分濃度が高いために脱水が進んで水分が低３) 糖含量の測定いのではないかと推察された.

糖含量は, 下記の測定条件により高速クロマト

㻝㻜㻜グラフィー ( ) で定量した.

㻥㻜検出器：示差屈折率
カラム：    (46×250)Ỉศ䚷䠄㻌䠂㻌㻕

装置：  (㈱島津製作所製  10)㻤㻜㻣㻜

カラム温度：40℃

㻢㻜

移動相：80％アセトニトリル溶液
流量：１

㻡㻜䠐᭶䠑᭶䠒᭶䠓᭶䠔᭶４) 有機酸の測定

䠝

有機酸含量は下記の測定条件により高速液体ク䠕᭶䠍䠌᭶䠍䠍᭶䠞

水分含量

ロマトグラフィー ( ) で定量した.
装置：  (㈱島津製作所製  10)

期間を通してＢのほうが高い傾向を示した. 検出器：電気伝導度
カラム：  !"示度は平均でＡが21％, Ｂが25％と分析

102( 8 ×300)

カラム温度：40℃

示度には塩分が含まれるため, Ｂが高い値を示したと考えられる.

移動相： トルエンスルホン酸水溶液 (分離用),
㻟㻜５  トルエンスルホン酸および100(検出用)
流量：0
8
５) 乳酸菌数の測定
干したくあんは縮分し細かく刻んだものを一定㻞㻡㻮㼞㼕㼤♧ᗘ䚷䠄㻌䠂㻌䠅 を含む20 #$#水溶液㻞㻜㻝㻡㻝㻜㻡㻜䠐᭶䠑᭶䠒᭶

量秤り取り, 0
05％トリトンＸを添加し, かくはんした. また, 漬け込みタンク内の液はそのまま
68䠓᭶䠝䠔᭶䠞示度䠕᭶䠍䠌᭶䠍䠍᭶干したくあんの下漬け中における成分変化

は平均でＡが5
1, Ｂが5
2と差はなく, 漬け込み期間中は大きな変動はなかった (図３).

もグルタミン酸を経てに変化すると報告４)があるが, 今回の結果からはとグルタミン

塩分は平均でＡが4
1％, Ｂが7
0％とＢのほう酸およびグルタミン含量との相関は得られなかっが分析期間を通して高く推移した (図４). Ａはた. 茶の生成では, 嫌気的条件において,冷蔵庫で貯蔵を行うため, 低塩での漬け込みが可

アスパラギン酸とグルタミン酸からとアラ能であり脱塩を行わずに製品となる. Ｂは地下タニンが生じると報告があるが４), 干したくあんのンクで温度が冷蔵庫に比べ上昇するため, 塩分濃

アミノ酸含量の結果においては, アスパラギン酸度を高くして保存性を保っており, 調味前に脱塩の減少およびアラニンの増加はなく, 茶の結果とを行い塩分濃度を調整し, 製品となる. そのため,は異なった.

ＡよりＢが塩分を高く設定し, 漬け込んでおり,測定結果にも反映されていた.

また, 下漬け中の干したくあんの味に影響すると思われるアミノ酸については, 苦味を示すと言㻣

われるアルギニン, ロイシン, フェニルアラニン,

㻢

ヒスチジンが検出され, ７月以降に増加する傾向㻝㻠㻜㻜㻠㻟㻞㻝䠐᭶䠑᭶䠒᭶䠓᭶䠔᭶䠝䠞䠕᭶䠍䠌᭶䠍䠍᭶

ｐＨ䜰䝭䝜㓟ྵ㔞㻌䠄㻌㼙㼓㻛㼞㼍㼣㻝㻜㻜㼓㻌㻌䠅䡌䠤㻡㻝㻞㻜㻜䠝㻝㻜㻜㻜㻤㻜㻜㻢㻜㻜㻠㻜㻜㻞㻜㻜㻜䠐᭶䠑᭶䠒᭶䠓᭶䠔᭶䠕᭶䠍䠌᭶䠍䠍᭶䠑᭶䠒᭶䠓᭶䠔᭶䠕᭶䠍䠌᭶㻝㻝᭶㻥㻝㻞㻜㻜䜰䝭䝜㓟ྵ㔞䠄㻌㼙㼓㻛㼞㼍㼣㻝㻜㻜㼓㻌㻌䠅ሷศ䚷䠄㻌䠂㻌䠅㻤㻣㻢㻡㻠㻟䠐᭶䠑᭶䠒᭶䠓᭶䠔᭶䠝䠕᭶䠍䠌᭶䠞㻝㻜㻜㻜㻤㻜㻜㻢㻜㻜㻠㻜㻜㻞㻜㻜㻜䠐᭶䠍䠍᭶䠞㻭㼟㼜㻿㼍㼞㻵㼘㼑㻸㼥㼟

塩分２) アミノ酸含量

㼀㼔㼞㻳㼘㼥㻸㼑㼡㻴㼕㼟

下漬け中の干したくあんの主要なアミノ酸は,４月の時点でＡが184100, Ｂが136100
含まれており, 下漬け期間中の６月以降にわずかに増加する傾向が見られた (図５, ６). は発芽玄米, 茶葉, 発酵食品, 漬物等に含まれており３), 近年ではを強化した醤油や菓子類も市販され, 機能性が消費者にも認知されつつある. Ａにおいては, 漬け込み期間が長くなるほど䠣䠝䠞䠝ྵ㔞䚷䠄㻌㼙㼓㻛㼞㼍㼣㻝㻜㻜㼓㻌䠅グルタミン, , プロリンであり, は㻿㼑㼞㻭㼘㼍㼀䡕䡎㻯㼍㼞㻳㼘㼡㻺㻴㻞㻹㼑㼠㻳㻭㻮㻭㻼㼞㼛

遊離アミノ酸含量㻞㻡㻜㻞㻜㻜㻝㻡㻜㻝㻜㻜㻡㻜㻜䠐᭶䠑᭶䠒᭶䠓᭶䠔᭶䠝

プロリン含量が増加した. 生成経路において, グルタミン酸からが生じ, グルタミン㻳㼘㼡㼂㼍㼘㻼㼔㼑㻭㼞㼓䠕᭶䠍䠌᭶䠍䠍᭶䠞含量69干したくあんの下漬け中における成分変化にあった. 甘味を呈するアミノ酸については, Ａ
䠝３) 糖含量
下漬け中の干したくあんの糖は果糖, ブドウ糖で構成されており, 平均でＡが果糖3
6100,ブドウ糖46100, Ｂが果糖3
8100, ブドウ᭷ᶵ㓟ྵ㔞㻌䠄㻌㼙㼓㻛㼞㼍㼣㻝㻜㻜㼓㻌䠅㻡㻜㻜においてプロリンが７月以降に増加した.

㻠㻜㻜㻟㻜㻜㻞㻜㻜㻝㻜㻜糖4
9100と分析期間を通して, ブドウ糖が高㻜䠐᭶く推移した. また, Ａでは漬け込み期間が長くな䠑᭶䠒᭶

䠓᭶

䠔᭶䠕᭶

䠍䠌᭶㻝㻝᭶

䠑᭶

䠒᭶䠓᭶

䠔᭶

䠕᭶

䠍䠌᭶㻝㻝᭶

るほど糖含量が増加する傾向が見られた (図７).
示度の値から, 糖以外の可溶性固形分でおよび92となり, 糖含量の結果と同様にＢのほうが高い値となった.
㻝㻞㻝㻜䠝㻠㻜㻜㻟㻜㻜㻞㻜㻜㻝㻜㻜㻜㻤⢾ྵ㔞㻌䠄㻌㼓㻛㻌㼞㼍㼣㻝㻜㻜㼓㻌䠅䠞㻡㻜㻜᭷ᶵ㓟ྵ㔞㻌䠄㻌㼙㼓㻛㼞㼍㼣㻝㻜㻜㼓㻌䠅あるアミノ酸, 塩分を差し引くとそれぞれ, 70䠐᭶㻢䜽䜶䞁㓟䝸䞁䝂㓟㻠䛣䛿䛟㓟㻞㻜䠐᭶䠑᭶䠒᭶䠓᭶䠔᭶䠕᭶䠍䠌᭶䠍䠍᭶ங㓟䜼㓟㓑㓟

有機酸含量５) 乳酸菌
下漬け中の干したくあんの乳酸菌数はＢでは㻝㻞⢾ྵ㔞㻌䠄㻌㼓㻛㻌㼞㼍㼣㻝㻜㻜㼓㻌䠅㻝㻜䠞

４月から７月の間, 10３で推移し, Ａでは分析期間中０から10 で推移した (図９).

３㻤

乳酸菌は温度の影響を受けるため, ＡとＢではＢ㻢のほうが生育しやすい環境であると思われた. ま㻠

た, 一般的に乳酸菌がグルタミン酸から と乳酸菌生成することが知られているが,㻞 を数の相関は今回の結果では得られておらず, 干し㻜䠐᭶䠑᭶䠒᭶䠓᭶䠔᭶ᯝ⢾䝤䝗䜴⢾䠕᭶䠍䠌᭶䠍䠍᭶ 生成の可たくあんにおいて, 乳酸菌による能性は低いと考えられた.

糖含量４) 有機酸含量
有機酸は, クエン酸, リンゴ酸, コハク酸, 乳酸, ギ酸, 酢酸で構成されており, リンゴ酸が主要な有機酸であった. リンゴ酸は大根由来の有機酸であると思われ, 有機酸含量はＡでは漬け込み期間中の７〜９月に増加傾向が見られた. また,ங㓟⳦ᩘ䚷䠄㼘㼛㼓㻯㻲㼁㻛㼓䠅㻢㻡㻠㻟㻞㻝㻜
䠐᭶䠑᭶䠒᭶

月に乳酸が増加した (図８).
70䠔᭶䠝

クエン酸, リンゴ酸が７〜９月に増加した. Ｂでは, 有機酸含量は９〜11月に低く推移し, ６〜８䠓᭶䠞

乳酸菌数䠕᭶䠍䠌᭶䠍䠍᭶干したくあんの下漬け中における成分変化

⑤乳酸菌は地下タンクで漬け込む方法のほうに多県内で製造される冷蔵庫漬け込みと地下タンクく, ４月から７月まで10３

漬け込み中の干したくあんの成分を比較し, 以下その後, 変動が見られた.

台で推移し,のことがわかった.
①下漬け中の干したくあんの水分, 示度,

塩分濃度は漬け込み中において大きな変動はな

本研究を行うに際して, 分析試料の提供およびく, 漬け込み開始からほぼ一定の値で推移した.

情報提供等多大なご協力を頂きました宮崎県干し②干したくあんの主要なアミノ酸である −アミたくあん研究会会員企業の皆様に対して深く感謝

ノ酪酸 () は４月の時点で冷蔵庫で漬けいたします.

込む方法では184100, 地下タンクで漬け込む方法では136100含まれていることがわかり, ６月以降にもわずかに増加する傾向が

１) 宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発セ見られた.
③糖は果糖, ブドウ糖で構成され, その含量は冷蔵庫で漬け込む方法では漬け込み期間が長くなるほど増加した.

ンター研究報告： 6972 (2007)
２) 日本食品工業学会：食品分析法

372373３) 山元一弘：ギャバの機能特性と健康志向食品への展開, 食品加工技術, , 3439(2006)④主要な有機酸はリンゴ酸であり, その含量は冷４) 澤井祐典：茶生葉中 アミノ酪酸 ()蔵庫で漬け込む方法おいて７〜９月に増加した.の生成経路 平成14年度野菜茶業研究成果情報

コハク酸, ギ酸, 酢酸は分析期間中, 大きな変131132 (2002)

動は見られなかった.

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