目
Ⅰ

重点共同研究（実施：４ テーマ

次※：一部非公開）

ＣＦＲＰと軽金属のスタック穿孔加工※(航空宇宙・自動車分野)・・・・・・・・・・・・・・

1

次世代電気自動車の EMI 高速計測システムの開発(自動車分野)・・・・・・・・・・・・・・・

3

高気孔率・低熱膨張性セラミックスフィルターの開発(環境分野)・・・・・・・・・・・・・・

7※

県産農産物に含まれる機能性物質を用いた新規高付加価値食品の開発 (食品分野)・・・・・・ 11Ⅱ共同研究（実施：２ ４ テーマ※：一部非公開）

任意形状付シームレス極細パイプの高精度加工技術の確立
及び高効率製造装置の開発（第２報）・・・・・・・ 17
プロトラクタ標準校正方法の構築・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 21
有害物質フリー高機能めっき技術の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 25
ガラス製マイクロレンズアレイ用ダイヤモンド金型の開発（第２報）※・・・・・・・・・・・ 29
CVD ダイヤモンド合成用シーディング剤の開発（第２報）※・・・・・・・・・・・・・・・・ 32
二条大麦を活用した抗メタボリック食品素材とその利用技術の開発・・・・・・・・・・・・・ 35
生姜漬物の抗酸化性等機能性評価・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 39
抗酸化能測定を用いた発酵食品の品質評価法の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 42
化学発光を利用した製麹工程モニタリング技術の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 45
生酛用優良酵母の開発（第１報）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 48
輸出用清酒の品質安定化技術の開発（第２報）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 50
トーションレースを用いた建築用部材の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 53
新しい織り組織等を取り入れた結城紬の機能性と感性評価・・・・・・・・・・・・・・・・・ 58
ナノサイズ板状蛍光体の特性向上※・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 64
人工股関節シュウ動面の高品位加工技術の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 69
内視鏡手術トレーニングシステムの開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 73
非公開：８テーマ

Ⅲ

受託研究（実施：５ テーマ※：一部非公開）

高効率伝達システムによる極小径先端外科手術ロボットハンド実用化の研究開発※・・・・・・ 75
非公開：４テーマ

Ⅳ

重点研究（実施：３ テーマ）
いちご摘果果実状態評価システムの開発 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 77
県産農産物の成分把握と加熱等各種処理条件における挙動（第３報）・・・・・・・・・・・・ 81
県産農産物の成分把握と加熱等各種処理条件における挙動（第４報）・・・・・・・・・・・・ 87

Ⅴ

経常研究（実施：１ ６ テーマ）
炭素繊維強化プラスチックのレーザー微細加工・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 93
Ｘ線ＣＴスキャンによるリバースエンジニアリング技術の高精度化・・・・・・・・・・・・・ 97
振動試験における共振箇所発見へのインテンシティ技術転用・・・・・・・・・・・・・・・100
外装用木質建材の耐久性に関する調査Ⅱ（第２報）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・104
益子焼の抗菌化に関する研究（第２報）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・110
テキスタイルにおける花粉リリース効果因子の検討（第２報）・・・・・・・・・・・・・・113
編物組織分解の効率化に関する研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・117
天然ゼオライトの改質による高機能化に関する研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・120
県産資源を利用した揮発性有機化合物(VOC)の吸着・分解特性に関する研究・・・・・・・・・124
電気炉ダストを含む集塵ダストからの有価物分離に関する研究（第１報）・・・・・・・・・128
画像解析による黒鉛球状化率測定に関する研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・131結城紬絣くくり及び糸つむぎ技術のビジュアル化したマニュアルの作成（第２報）・・・・・134
益子焼伝統釉の陶磁器顔料を用いた多色化・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・137
牛における体温の非接触的測定技術に関する研究（第２報）・・・・・・・・・・・・・・・141
漬物加工用原料に求められる規格・品質に応じた野菜生産技術の確立・・・・・・・・・・・145
新規酒造好適米の開発に関する研究（第１報）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・148

本研究報告における研究区分については、次により分類したものとなっております。
Ⅰ 重点共同研究：県の重点振興産業分野(自動車、航空宇宙、医療機器、光、環境産業)及びフードバレーとちぎプロジェクトの食品産業分野において、企業、大学などと課題を分担して重点的に行うもの。
Ⅱ 共 同 研 究 ：企業、大学などと課題を分担して行うもの。
Ⅲ 受 託 研 究 ：企業や団体などからの委託を受けて行うもの。
Ⅳ 重 点 研 究 ：県内産業の振興のため県が単独で特に重点的に行うもの。
Ⅴ 経 常 研 究 ：上記以外にて実施したもの。
また、知的財産権の保護等の観点から、非公開、一部非公開となっている研究テーマがございます
ので、ご了承ください。

Contents
Ⅰ

Selected Cooperative Research
Drilling of Composite Material Stacked
Carbon Fiber Reinforced Plastic and Titanium Alloy・・・・・・・ 1
Development of EMI fast Measurement System
for the Next Generation Electric Vehicle・・・・・・・・・ 3
Preparation of Ceramics Filter Having High Porosityand Low Thermal Expansion・・・・・・・ 7Development of New Foods Improved of the Quality Using
Functional Materials Contained Farm Products of Tochigi Prefecture・・ 11Ⅱ

Cooperative Research
The Establishment of the Highly Precise Processing Technique ofthe Arbitrary Shape Seamlessness Extra-Fine Pipe Dated andthe Development of the High Efficiency Production Device(2nd Report)・・・・・ 17
Construction of the Standard Calibration Method for the Protractor・ 21
Development of Toxic-Substances Free and Advanced
Functional Plating Technology・・・・・・ 25
Development of Diamond Mold for Glass Microlens arrays(2nd Report)・・・ 29
Development of Seeding Diamond for CVD Diamond Synthesis(2nd Report)・ 32
Development of Utilization and Anti-Metabolic
Syndorome Foodstuffs from Two-rowed Barley・・・・・・・ 35
Antioxidative Property of Ginger Pickles in Tochigi・・・・・・・・・・・ 39
Development of Quality Evaluation of Fermented Foodby Determination of Antioxidant Capacities・・・・・ 42
Development of Monitoring Technology in Koji Making
by Chemiluminescence ・・・・・ 45
Development of New Yeast for Kimoto (1st Report) ・・・・・・・・・・・・ 48
Study on the Development of Techniquesfor Quality Stabilization of the Export Sake(2nd Report)・・・・・ 50Material for Buildings using The Torchonlace・・・・・・・・・・・・・・ 53
Functionality and Sensitivity Evaluationof the Yuki-Tsumugi Incorporating Different Weave・・・・・ 58
Improvement of Luminescence Property of Plate-like Nano-phosphors・・・ 64
Development the Finish Processing for Sliding Surfaceof the Artificial Hip Joint Replacements・・・・・ 69
Development of Endoscopic Surgery Training System・・・・・・・・・・・・ 73

Ⅲ

Contract Research
Research of Microscopic-Robot-Hand with Efficient Transmission System
for the Advanced Surgical Operation Use・・・・・ 75

Ⅳ

Selected Research
Development of Evaluation System for Harvested Strawberry・・・・・・・ 77
Effective Compounds of Farm Products in Tochigi Prefecture
and Behavior of these in the Heating etc (3rd Report)・・ 81
Effective Compounds of Farm Products in Tochigi Prefecture
and Behavior of these in the Heating etc (4th Report)・・ 87

ⅤGeneral Research
Laser Microfabrication of Carbon Fiber Reinforced Plastic・・・・・・・・・ 93
Improvement of Reverse-Engineering with X-ray Computed Tomography・・・・・ 97
Detection of Resonance Point by Sound Intensity in Vibration Test ・・・100
Evaluation of Exterior Paint film by the Weathering Tests
in Utsunomiya Ⅱ(2nd Report)・・・・・・・・104
Fabrication of the Antibacterial Mashiko Ware (2nd Report)・・・・・・・110
Study of Pollen Release in the Textile (2nd Report)・・・・・・・・・・113
Research on the Increase in Efficiency of Warp Knit Analysis・・・・・・・117
Hydrothermal Modification of Natural Zeolitic Tuffs・・・・・・・・・・・120
Study of Characteristics of Volatile Organic Compounds(VOC)
Adsorption and Decomposition by Utilizing Local Resources・・・124
Method of Separation Valuables from Collected Dust
containing Electric Furnace Dust(1st Report) ・・・128
Study on Measurement of Graphite Spheroidizing Rateby Image Analysis・・・・・131
The Manual of the Kasuri Pattern Tying Process and Spinning Techniqueof Yuki-Tsumugi with a Video (2nd Report)・・・・・・・134
Multi-Coloring of Traditional Graze on Mashiko Ware・・・・・・・・・・137
Studies on Wireless Measurement Technology
of Cattle Temperature（2nd Report）・・・・141
Study of Vegetable Cultivation Technique for Satisfying the Standard
and Quality Demanded as Ingredients for Pickles Processing・・・145
Development of New Sake Rice of Tochigi(1st Report) ・・・・・・・・・・148

Ⅰ 重点共同研究
Selected Cooperative Research空白重点共同研究

ＣＦＲＰと軽金属のスタック穿孔加工
田村 昌一*

近藤弘康*

瀬川 軍市**

Drilling of Composite Material Stacked Carbon Fiber Reinforced Plastic and Titanium Alloy
Shoichi TAMURA*, Hiroyasu KONDO*, Gunichi SEGAWA**
軽量化に有効な材料の炭素繊維強化プラスチックとチタン合金を重ね合わせた(スタック)複合材部品の穴あけ品
質の向上を目指し小型な装置を開発した。穿孔装置はステップ機構を有し工具一回転あたり任意にステップ回数を変更できる機構を付加した。
Key words: CFRP，チタン，スタック，ドリル，ステップ加工

１ はじめに
近年，航空機や自動車業界ではボディの軽量化による燃費
Drill向上により，燃料コスト削減と二酸化炭素排出削減を試みている。
そのため炭素繊維強化プラスチック（以下 CFRP; carbon

CFRP

fiber reinforced plastics）やアルミ合金，チタン合金等は軽量化に大変有効な部材として考えられている。最近の旅客機ボーイング 787 では主要構造部の質量の約 50％を CFRP が占図1

Titanium alloy

チタン合金切り屑排出に

図 2 ステップ加工

よる CFRP 穴内面損傷(1)

め，次いでアルミ合金，チタン合金となっている 。また，

２ 穿孔装置これらの材質の異なる部品間はファスナを用いて締結され，そのファスナ用通し穴を加工するとき，穴位置精度を向上す

２．１ 穿孔装置試作る目的で，異種材料を重ねてドリル加工するスタック加工が本研究では図２に示す矢印のように，CFRP とチタン合金用いられることがある。また一般的に異種材間の電蝕を避けのスタック材を送り軸にステップ移動しながら加工する作るため，表面に不動態酸化被膜を形成するチタン合金と業を対象とする。工具を送り方向にステップ移動すると，チ

CFRP の組み合わせが拡大している。しかし CFRP とチタンタン合金の切り屑が分断され，加工面損傷を抑制することが合金の重ね合わせ複合材料は難削材であり，工具材質，工具

でき，表面粗さが良くなる。この効果に基づき，図３に示す(2)(3)(4)。また図１に示す

CFRP とチタン合金のスタック穴あけ加工を行うステップ機

とおりチタン合金の切削中にチタンの切り屑が CFRP の仕上構の付いた加工装置を開発した。図４(a)，(b)はステップ機構

げ加工面と擦れながら排出されるため，穴内面に損傷が発生の最小突出と最大突出したものである。同機の仕様を表１に形状，切削条件等の検討がされているする。そこで著者らは，マシニングセンタにて金属の深穴加工に用いられるステップ送り加工法を用い，工具一回転あたりのステップ回数を多くし，さらに送り速度を小さくすることで，CFRP の仕上げ面が良好になる結果を得た(5)。しかし，
ステップ加工法は一般的にマシニングセンタ等の大型装置が必要となるため，手穿孔の多い加工現場では，利用できる範囲が限定されてしまう。
本年度の研究では，携行可能なステップ機構付き穿孔装置の試作を行い，開発した装置での穿孔実験と装置問題点について検討したので，報告する。
*

栃木県産業技術センター 機械電子技術部** 株式会社 ツール工房

表 1 仕様
ステップ
駆動範囲

9mm

最大主軸
回転数

3,150rpm

最大ｽﾃｯﾌﾟ回転数
重量250rpm10kg

図 3 穿孔装置

表2 材料仕様
Surface layers
W3101 Tohotenax
Middle layers
Q-111 1950 Tohotenax
Number of layer Suerface, 2ply; middle, 19ply
Direction of fiber 0deg, 90deg, alternation

(a)

(b)
図 4 ステップ機構示す。同機の特徴を以下に記す。
図 6 穴あけ実験①ステップ駆動にクランク機構を採用した。

図 7 穿孔装置による穴クランク機構を用いたため，マシニングセンタによるステ(直径 6mm)ップ加工と動きが異なる。主軸回転数 60rpm，一分間あたり

３ まとめのステップ回数を 120 回，工具一回転あたりの送り速度を0.05mm/rev としたときの送り速度変動と加工位置変動を図

ステップ加工機構付きの装置を製作し，工具回転数とス５に示す。送り速度変動が大きいことがわかるが，工具一回

テップ回数を独立でコントロールできる機構を付加した。

転あたりの送り速度が小さいため，加工中の速度変化は

CFRP に対する穿孔能力はあるが，チタン合金のドリル

6.6mm/sec 以下になっていた。また切れ刃位置がステップ移加工はスラストが大きいため，手による穴あけは困難であ動に伴って徐々に進行していることがわかる。

ったが，ステップ加工機構付き穿孔装置の試作ができた。

②ステップ駆動と主軸回転数を独立制御方式にした。

謝 辞

主軸回転モータとステップ駆動用モータそれぞれの回転速度を制御するため図３に示すコントローラを製作した。

本研究を行うにあたり，東京電機大学 工学部 松村隆
教授，株式会社フォトロン相沢様には実験においてご協力

Feed rate mm/sec

10

Displacement = 4.5sin(4 t)+0.05t
50

5

0

0

-50

-5

-100

Feed rate Feed rate = 18 cos(4 t)+0.05
-10
5
10
15
time sec

0をいただき深く感謝いたします。また同室，藤沼技師，中Displacement mm

Displacement100

図 5 ステップによる送り速度と工具先端位置

野技師には実験補佐感謝いたします。
４ 参考文献1) www.boeing.com/companyoffices/financial/ozimek060223.ppt
2) Richard Garrick, Drill Advanced Aircraft Structures with
PCD (Poly-Crystalline Diamond) Drills
3) Islam Shyha, Sein Leung Soo, David K. Aspinwall, Sam
Bradley, Stuart Dawson, Cornelius J. Pretorius, Drilling of

２．２ 穿孔装置による穴あけ加工
表２に示す板厚 4mm，表層部に平織り材，内部に一方向材（UD 材）を 0 度，90 度に交互積層された CFRP と板

Titanium/CFRP/Aluminium

Stacks,Key

Engineering

Materials Vols. 447-448(2010) 624-633
4) E. Brinksmeier, R Janssen, Drill of Multi-Layer Composite

厚 4mm のチタン合金（ASTMF136, Ti6Al4V）のスタック

Materials

材に対し，直径 6mm の超硬ドリルを穿孔装置に取り付け，

Plastics(CFRP), Titanium and Aluminum Alloys, CIRP

図６のように穴あけ加工を行った。ドリル食付き時にステAnnals-Manufacturing

ップ駆動している場合，工具振動が大きくなり，CFRP 表(2002)87-90

consistingof

CarbonTechnology

Fiber

Reinforced

Vol.51,

Issue1,

面でチゼル部の食付きと離脱が繰り返されることが分か

5) 田村 昌一， 近藤 弘康，CFRP と軽金属のスタック穴った。そのため，CFRP 表面のドリル食付きはステップ機

あけ加工，栃木県産業技術センター研究報告

能をキャンセルしているほうが良い。また，チタン合金切No.8(2011)49-51

削中のスラスト力が大きくなるため，図７に示すとおり人力では穴あけが困難であった。今回の穿孔装置は主軸の振

この事業は，競輪の補助金をれが大きいことと，被削材と穿孔装置固定ジグが良くない

受けて実施したものです。

ことから，加工品質が悪かったため，より高精度な部品と高精度な組み立て精度が装置製作に必要とされる。

重点共同研究

次世代電気自動車のＥＭＩ高速計測システムの開発
一晋*

長嶋

黒内

利明*

坂本

憲弘*

松井

大 介 **Development of EMI fast Measurement System for the Next Generation Electric Vehicle
Kazuyuki NAGASHIMA, Toshiaki KUROUCHI, Norihiro SAKAMOTO and Daisuke MATSUI
電 気 自 動車 には ， 国際 的 な電磁 波 規 制が 発効 さ れて お り電磁 的 な 安全 適合 が 義務 付 けら
れ て い る。 この 合 否判 定 にかか る １ 回の 試験 時 間が 長 いこと か ら ，正 確な 測 定が 出 来ない
問 題 が 発生 して い る。 そ こで， 高 速 スキ ャン 機 能を も つスペ ク ト ラム ・ア ナ ライ ザ を活用
し て ， 従来 法の 計 測時 間 を１／ １ ０ ，約 ５分 ま で短 縮 可能な 「 Ｅ ＭＩ 高速 計 測シ ス テム」
を 開 発 した ので 報 告す る 。電気 自 動 車の ＥＭ Ｉ 計測 の 効率化 に 寄 与す る実 用 化ア プ リケー
シ ョ ン の開 発及 び シス テ ム構築 を 実 現し た。
Key Words : EMI， 電 気自 動車， 電 波 暗室 ，イ ン バー タ 回路

１

はじめに

電 気自 動車 の技 術的 課題のひ とつ とし て電 磁波障

２．１

計測システムの開発

害 の問 題が ある。 電気 駆動用 モー タは ，本体 やイン

本 研究 に用 いる 当セ ンターの 大型 電波 暗室 と測定

バ ータ 回路 から強 力な ノイズ が発 生す るため ，走行器 室を 下記 に示す 。直 径５ｍ ，耐 荷重 ３トン のター

中 に誤 動作 をひき 起こ す危険 性が ある 。この ため主

ン テー ブル を装備 し， 自動車 をは じめ 大型機 器も測要 各国 では ，ノイ ズに よる事 故を 未然 に防止 するた

定 可能 であ る。こ の電 波暗室 内に 被測 定用の 電気自め電気自動車に対する電磁波規制（米国 SAEJ551‑5）

動 車を 配置 し，周 波数 ９ｋＨ ｚ〜 ３０ ＭＨｚ の範囲が発効されている。

に おけ る電 界・磁 界強 度規制 値を 判定 するシ ステム

す でに 市販 され てい るハイブ リッ ド型 電気 自動車

を 構築 する 。また ，電 磁界波 を検 出す るため ループ

は ，エ ンジ ンの出 力不 足を電 気モ ータ でアシ ストす

型 ，ロ ット 型アン テナ とスペ クト ラム ・アナ ライザ

る 方式 であ る。そ のた め，小 型低 容量 タイプ のリチを用いる。

ウ ムイ オン 電池を 搭載 してい るが ，そ の持続 時間は
約 １０ 分程 度と極 めて 短い。 とこ ろが ，電気 自動車の 放射 性エ ミッシ ョン 適合試 験（ 以下 ，「Ｅ ＭＩ計
測 」と いう ）には ，１ 回あた り計 測時 間が約 ５０分（ ４ 面 ×３ 成 分で 約１ ２ 時間 ） を要 す るこ とか ら ，
測 定中 に電 池が容 量不 足とな り正 確な 測定が できな
い 問題 が発 生して いる 。そこ で， 電気 自動車 を短時
間 で高 速か つ高精 度に 測定で きる ＥＭ Ｉ計測 技術の開発が求められている。
図１
２大型電波暗室研究の方法

本 研究 は， 電気 自動 車のＥＭ Ｉ計 測に 要す る計測
時 間 の 短 縮 を 目 的 と し ， 米 国 自 動 車 協 会 規 格 SAE
J551‑5 JAN 2004『電気自動車における電磁界強度の測 定方 法及 び実行 レベ ル』に 準拠 し， これを 中華人
民 共 和 国 が 国 家 基 準 GB/T 18387‑2008と し て 修 正 した規格をベースとして開発を行う。
* 栃木県産業技術センター機械電子技術部**協立電機株式会社

図２

測定器室

２．２

高速化の手法Ｅ ＭＩ 計測 の規 格で は，分解 能バ ンド 幅（ ＲＢＷ） を２ ００ Ｈｚ（ ９ｋ Ｈｚ〜 ０． １５ ＭＨｚ ）と９ｋ Ｈｚ （０ ．１５ ＭＨ ｚ〜３ ０Ｍ Ｈｚ ）の間 隔で，周 波数 ポイ ント数 ４０ ２４個 を測 定す ること となって いる 。計 測時間 の短 縮には ，こ の周 波数の ポイン
ト数を効率良く計測する必要がある。
と ころ が， 従来 のス ペクトラ ム・ アナ ライ ザは，１ 回の 掃引 ポイン ト数 が，１ ００ ０個 程度と 仕様で決 めら れて おり４ ０２ ４個の 周波 数を 自動計 測するに は， 述べ ５回も 分割 して測 定を 繰り 返す必 要があ

図３

計測時間の比較

３

結果及び考察る 。こ こが 本測定 にお いて最 も非 効率 的なと ころである。このため，ＲＢＷを規格値以上に設定したり，
周 波数 を間 引くな どし て測定 時間 の短 縮をは かる方
法 があ る。 しかし ，こ うした 方法 では ，測定 値そのものの信頼を損なうなどの欠点がある。

３．１

計測システムの構成

本 研究 によ り開 発し たシステ ムの 全体 構成 とアプ
リ ケー ショ ンの実 施例 を下記 に示 す。 図４の 入力系

そ こで ，高 速ス キャ ン機能を もつ スペ クト ラム・に は， 受信 アンテ ナを 用途別 に接 続す る。ル ープ型

アナライザ Agilent 製Ｅ７４０５Ａを活用する。当ア ンテ ナ： テセッ ク製 ＨＬＡ ６１ ２０ ，ロッ ト型ア

該機器は，従来型と比較し，約５倍（最大８．１倍）

ン テナ ：Ｅ ＭＣＯ 製３ ３０１ Ｂを 使用 した。 スペクの スキ ャン 性能が ある 。つま り， 従来 ５回に 分けて

トラム・アナライザはAgilent製Ｅ７４０５Ａで計測

測 定し てい たとこ ろを １回の 掃引 で４ ０２４ 個を計を 行う こと とした 。制 御コン トロ ーラ では， 計測結測する手法である。

果 の表 示・ 印字， アナ ライザ の計 測条 件変更 ，動作

次 にス ペク トラ ム・ アナライ ザの 待機 時間 の最適化 を行 う。 通常， アナ ライザ は， 計測 データ を使用

状 況の 監視 ，及び ター ンテー ブル の位 置制御 の一括管理を行う。
ｱﾝﾃﾅ 1

可 能な 形式 のデー タに 生成す るた めに 複数の ステッ
プ を実 行し ている 。ま た，非 常に さま ざまな 機能や入力系

ｱﾝﾃﾅ 2
ターンテーブル性 能の レベ ルを備 え， 自動モ ード で精 度の監 視とデー タの 蓄積 ・更新 を常 時行っ てい る。 測定時 間の短
縮 には ，ア ナライ ザを ＥＭＩ 計測 に必 要な機 能だけで動作させる必要がある。
そ こで ，最 小構 成の デバイス で起 動す るよ うにセット し，かつ 時計やグ ラフィッ クス , あらゆる 自動化 機能 を停 止させ る処 置を施 し， 測定 器自体 のパフ

ｽﾍﾟｸﾄﾗﾑ・ｱﾅﾗｲｻﾞ

制御用コントローラォーマンスを通常の約２０％まで向上させる。
さ らに ，ソ フト ウェ アの効率 化と して ，ア ンテナ

図４

システム構成図

ファクター・ケーブルロスのなどの補正係数処理を，ス ペク トラ ム・ア ナラ イザの スキ ャン ごとに 行うの

図 ５は ，電 気自 動車 向けに開 発し た「 ＥＭ Ｉ計測

で はな く， 計測の 最終 過程で １回 のみ 算術処 理する

ア プリ ケー ション 」の 外観で ある 。環 境設定 画面の手法により効率化を行う。

測 定条 件よ り１ｋ Ｈｚ 当たり のス キャ ン時間 を変更

従 来法 と新 シス テム の計測時 間の 比較 を図 ３に示

す るこ とが できよ うに した。 最短 測定 モード では４

す 。図 の縦 軸は， 計測 時間， 待機 時間 ，及び 処理時

分 ５０ 秒で ，１０ ０ｍ ｓ／ｋ Ｈｚ モー ドでは 規格に間にかかる所要時間（ｓｅｃ）である。

準 じた 測定 が可能 とな った。 次に ，こ のアプ リケー
シ ョン を活 用して ＥＭ Ｉ計測 の誤 差の 検証を 行った
結果を述べる。

図５
３．２

ＥＭＩ計測アプリケーション

誤差の検証

３．３

ソフトウェアの６４ビット化

標 準信 号発 生器 の出 力を直接 スペ クト ラム ・アナ

現 在の 新オ ペレ ーシ ョンシス テム が， ６４ ビット

ラ イザ Ｅ７ ４０５ Ａへ 入力し ，従 来法 と新シ ステムに 移行 して いるこ とを ふまえ ，Ｅ ＭＩ 計測ア プリケ

で 比較 をし た結果 を図 ６に示 す。 図の 横軸は ，周波ーションの６４ビット化を試みた。

数 ０． １５ ＭＨｚ 〜３ ０ＭＨ ｚで ，縦 軸は磁 界強度

ま ず， 今回 開発 した ボーラン ド系 ３２ ビッ ト言語（ ｄＢ μＡ ／ｍ） であ る。な お， 試験 条件と して，仕 様の ソー スプロ グラ ムをも とに ，マ イクロ ソフト

ア ナラ イザ の１ｋ Ｈｚ 当たり のス キャ ン時間 を，従系 ６４ ビッ トのビ ジネ ス仕様 に変 更す る移植 作業を来 法： １０ ０ｍｓ ／ｋ Ｈｚ， 新シ ステ ム：０ ．２５

行った。

ｍ ｓ ／ｋ Ｈ ｚと した 。 標準信 号 発生 器 は， 確度 ±１

そのための開発言語は， Microsoft Visual Studio2010 を選択するものとした。次の移植作業には，ボｄＢの Agilent 製８６５７Ａを用いた。
比 較デ ータ から 平均 誤差が− １ｄ Ｂ以 下で あるこーランド系のコンパイラに標準添付される「グラフ」と がわ かっ た。こ の結 果から ，Ｅ ＭＩ 計測時 間を短

及 び「 印刷 」に関 する ビジュ アル コン ポーネ ントを縮 して も， 許容範 囲内 の精度 が得 られ ると考 えられ

使 用し てい るため ，こ れを代 用さ せる ための 新たなる。

方 法を 開発 する必 要が ある。 そこ で， 独自開 発のＧ
Ｕ Ｉ （ Graphical User Interface） に 変 更 し 置 き 換
え るも のと した。 さら に，文 字列 操作 関数， 例えば

30

AnsiStrings 他は，すべてが ISO/IEC C++2011 に方磁界強度［dBμA ］

25

言の統一をはかった。

20

し かし ，制 御に 係わ るＧＰＩ Ｂ関 数は ，や や動作

15

従来法
新システム

10
5

こ とか ら他 社製６ ４ビ ット版 ドラ イバ の性能 依存に

0
0.1

-5 1

10

100

周波数［MHz］

図６

が 不安 定な ところ があ り，市 場に て成 熟して いない

従来法と新システムの検証

は 苦労 して いる。 図７ は，開 発し たグ ラフ印 刷結果
を示す。

図７

グラフ印刷の結果
４

おわりに

電 気自 動車 のＥ ＭＩ 計測の効 率化 をは かり ，試験時間の短縮をはかった。
次に，その成果を要約すると
１）

高速 スキャ ン機 能をも つス ペク トラム ・アナ
ラ イザ を活 用し たＥ ＭＩ 高速 計測 アプ リケ ー シ
ョンを開発して大型電波暗室に適用した。

２）

ＥＭ Ｉ計測 の試 験時間 を従 来法 の１／ １０・
約５分まで短縮した。

３）

当該 システ ムの 平均誤 差は ，− １ｄＢ 以内であり実用上許容範囲内である。

今後は，共同研究者の製品化モデル（マイクロソ
フト系６４ビット ）での実機試験を行い，完 成度を高めていきたい。 また，アナライザのＦＦＴ 機能を活用して１回の計 測時間をさらに短縮したい と考え
ている。
謝

辞

この 研究にあた り，ＥＭＣアナ ライザの高 速制御に つい てプ ログラ ミン グの指 導を して いただ いたアジ レン ト・ テクノ ロジ ー㈱の 池原 司益 氏に深 く感謝
いたします。
参考文献
1)“研究報告 ”栃木県工業技術センター
89(1990), 73(1991), 32(1992), 1(1993), 1(1994)
12(1994), 101(2002),91(2004)
黒内，清水，島田，坂本，大根田，荷見，山崎
2)電子情報通信学会
Vol.94 No82, EMCJ94-12(1994-06)
3)“成果普及講習会 ”中小企業庁，静岡県，栃木県
2-1(1993) 技術開発研究費補助事業
4) Noise Technical Report ㈱ノイズ研究所
Vol 21 No3〜 5重点共同研究

高気孔率・低熱膨張性セラミックスフィルターの開発
松本

健一*

栄* 松本

加藤

泰治* 川島健** 岡村

達也**

佐藤

渉**

荻原

俊夫*** 横室隆***

Preparation of Ceramics Filter Having High Porosity and Low Thermal Expansion
Kenichi MATSUMOTO*, Sakae KATO*, Taiji MATSUMOTO*, Takeshi KAWASHIMA**
Tatsuya OKAMURA**, Wataru SATO**, Toshio OGIWARA*** and Takashi YOKOMURO***
ゼオライト ABW の柱状結晶を用いてβ-ユークリプタイト多孔体を作製した。シリカ-アルミナ混合ゾル，メタカオ
リン，Li 交換ゼオライト A の３種類の出発原料からゼオライト ABW の合成を行い，シリカ-アルミナ混合ゾルから幅0.1〜0.5µm，長さ 2〜10µm の最も異方性が高いゼオライト ABW 粒子が得られた。その粒子から作製した多孔体を 1000
〜1250℃で焼成することで，気孔率 70％以上，耐熱性 1250℃，熱膨張係数 10−6 オーダー，均一な細孔径を持つβ-ユークリプタイト多孔体が得られた。また，焼成温度が多孔体の強度特性等に及ぼす影響を検討した。
Key Words: 低熱膨張性，高気孔率，多孔体，β‑ユークリプタイト

１ はじめにそこで，本研究では柱状のゼオライト ABW を合成し，多孔多孔質セラミックスは，熱や応力に強い性質を有するセラミ体に成形，焼成することで，高気孔率を有し，かつ低熱膨張性

ックスに気孔の特性を持たせた材料であり，広範囲の分野で利の多孔質セラミックスを作製する。

用されている。代表例として，フィルター・耐火材・バイオリ
２ 研究の方法

アクター・電池電極等が挙げられる。特に，フィルターとしては，セラミックスの耐熱特性から，高温排ガス中の微粒子除去

２．１ ゼオライト ABW の合成に用いられている。高温排ガス浄化用セラミックスフィルター既報 4）の合成方法にしたがい，次のとおりゼオライト ABWは，単に高耐熱性だけでなく，温度変化（サーマルショック）（以下，Li-ABW）を合成した。出発物質には，シリカゾル（日に耐えるため，熱膨張が限りなくゼロに近いことが求められる。

産化学:スノーテックス O）- アルミナゾル（日産化学:アルミナ

また，粉塵除去容量と軽量化の点から，十分な強度を保ちつつゾル 200）混合物（以下，ゾル），メタカオリン，Li 交換ゼオラ

気孔率が大きいことが求められている。しかし，フィルター材

イト A（以下，Li-A）の 3 種類を用いた。メタカオリンは，栃料として従来から使用されているアルミナ，低熱膨張性セラミ

木県関白鉱山産のカオリナイトを水ひ精製後，600℃で 4h 加熱

ックスのコーディエライトでは，熱膨張係数が大きいこと，気Li-Aは粉末のゼオライトA処理したものを用いた。
（東ソー:A-4）

孔率の増加に伴い強度が急激に下がることが報告されており，を 1mol･dm-3 の LiNO3 水溶液により数回イオン交換して調製し高気孔率・低熱膨張性の 2 条件を共に満たしていない。

た。これらの出発原料に，LiOH 水溶液を撹拌しながら加え，バ

針状や板状の異方性粒子によって成形された多孔質セラミッ

ッチ組成 2.5Li2O･Al2O3･2SiO2･275H2O の水和ゲルを調製した。

クスは，空隙が多くなるため気孔率が極めて高くなるとともに，反応容器としてテフロン製密閉容器を用い，所定温度，所定時

粒子同士の絡み合いにより高強度も発現する。 -ユークリプタ

間，反応後，ろ過洗浄し，生成物を得た。生成物は X 線回折法

イトは，結晶軸ごとに異なる熱膨張係数（ a=8.21， b=−17.6により結晶相を同定し，走査型電子顕微鏡により形態観察を行

1）-6（20−820℃）） を持つため，バルク材料としては熱（×10 /K）った。

-7

膨張係数 10 オーダーが報告されている低熱膨張材料である。
この材料は，ゼオライト ABW の加熱による非可逆的相変化（ゼオライト ABW Anhydrous ABW #-ユークリプタイト
クリプタイト）により得られることが知られている＊

産業技術センター 材料技術部＊＊

吉澤石灰工業株式会社＊＊＊

足利工業大学

-ユー

2）3）

。

２．２ 多孔質セラミックスの作製
ゾルから得られた柱状結晶の Li-ABW を使用した。Li-ABW
を蒸留水に加え，スラリーを調製した。スラリーを脱水，成形，乾燥後，Li-ABW 成形体を作製した。成形体を大気雰囲気，900〜1300℃で 1h 焼成することで， -ユークリプタイト多孔体を作製した。

２．３ 多孔質セラミックスの評価得られた多孔質セラミックスについて，結晶構造を X 線回折法（XRD）（RIGAKU;RINT2510H），形態観察を走査型電子顕微（JEOL; JSM-5410LV）及び電界放射型走査型電子顕鏡（SEM），細孔径分布を水銀圧入式（JEOL; JSM-7400F）
微鏡（FE-SEM）
全自動細孔分布測定装置(サーモフィッシャーサイエンティフ
ィック; PASCAL140/240)，強度を万能材料試験機（島津製作所;
AG-M1 ），熱膨特性を熱膨張試験機（マックサイエンス;
TD5000S）により評価した。
３ 結果及び考察
３．１ Li-ABW の合成
ゾル，メタカオリン，Li-A の 3 種類の出発原料から合成された生成物の XRD パターンを Fig.1 に示す。ゾルを出発原料とした場合，反応温度 110℃，反応時間 72h で Li-ABW の単相が得

Fig.2 SEM images of zeolite ABW obtained from a) sol, b)られた。メタカオリンから合成された生成物の XRD パターンよmetakaolin, andり，反応温度 100℃，反応時間 48h の合成条件で Li-ABW の単

３．２ 多孔質セラミックスの焼成過程

相となることを確認した。Li-A を出発原料として得られた生成ゾルを出発物質として合成された Li-ABW を用いて作製した物の XRD パターンより，反応温度 100℃，反応時間 48h でLi-ABW 多孔体，及び 900〜1300℃で焼成した多孔体の XRD パ

Li-ABW の単相が得られることを確認した。

ターンを Fig.3 に示す。焼成温度 900℃の試料では，Li-ABW の

3 種類の出発原料から得られた Li-ABW の SEM 像を Fig.2 に結晶構造は完全に分解し，主に #-ユークリプタイトが生成され，示す。本研究で得られた結晶は出発物質により，粒径，異方性

わずかに -ユークリプタイトの回折線が確認できた。950℃で焼に大きな差が見られた。ゾルから生成された Li-ABW は，幅 0.1

成した試料では，#-ユークリプタイトの生成量は減少し， -ユー〜0.5µm，長さ 2〜10µm のアスペクト比が高い柱状結晶であっクリプタイトが主生成物となることが確認できる。1000℃〜

た。
メタカオリンから生成された Li-ABW は，
幅 0.1µm，
長さ 1µm

1300℃の焼成試料では #-ユークリプタイトの回折線は完全に消程度の一次粒子が凝集し，数十〜数百 µm の大きさの塊状の結失し， -ユークリプタイトの単相となることを確認した。これ晶が得られた。Li-A から生成した Li-ABW は，幅 1µm，長さ 2は，既往の研究 2)3)の Li-ABW の相変化結果とよく一致している。

〜3µm の異方性の低い角柱状の結晶が得られた。

Fig.1 X-ray diffraction patterns of products from silica - alumina

Fig.3 X-ray diffraction patterns of zeolite ABW heated at

mixture sol at 100 for various times.

various temperatures for 1h.

焼成前の Li-ABW 成形体，焼成温度 1250℃で得られた -ユー

きな空隙も存在しないことが FE-SEM 像から分かる。この結果

クリプタイト多孔体の外観写真を Fig.4 に示す。外観からは焼成

は水銀圧入式全自動細孔分布測定装置による測定結果と良く一試料には，大きな変形は見られず，成形体の形状及び，大きさ致しており，均一な細孔径を持つ多孔質セラミックスが作製でを保持することが確認された。

きたことを示している。

多孔体を形成する粒子の FE-SEM 像を Fig.5 に示す。原料のLi-ABW の粒子形態は柱状であり，焼成温度 1000〜1200℃ではTable1 Bulk density and porosity, pore diameter of products.

形態に変化はなく，柱状を保っている。焼成温度 1250℃では粒子形態は丸みを帯びるものの，結晶は柱状を保持する。しかし，焼成温度 1300℃では粒子は丸く変形し，形状を保持できないことが確認された。これは， -ユークリプタイト粒子の耐熱温度が 1250℃までであることを示唆しており， -ユークリプタイトの柱状粒子を維持した多孔体作製は，焼成温度 1000〜1250℃で可能であることが確認された。

Fig.4 Photographs of Zeolite ABW porous compact and -eucryptite
porous ceramics heated at 1250℃ for 1h.

Fig.5 FE-SEM images of zeolite ABW heated at various temperatures
３．３ 多孔質セラミックスの細孔特性

Fig.6 FE-SEM images of products obtained at 1000 and
３．４ 多孔質セラミックスの強度作製した試料の嵩密度，
気孔率，
平均細孔径を Table1 に示す。

Fig.7 に作製試料の引張強度を一軸圧縮試験により評価した結気孔率は嵩密度と -ユークリプタイトの真密度を用いて算出し果を示す。ここで，横軸は焼成温度，縦軸は引張強さを示す。

た。作製試料の嵩密度は，焼成温度 1200℃以上でわずかに増大

また，各焼成温度で得た試料の FE-SEM 像を Fig.8 に示す。試料

するものの 0.4〜0.7g/ml 程度，気孔率 70〜80％であり，加熱温の引張強さは焼成温度の上昇に伴い増加し，焼成温度 1250℃で度による大きな差がないことが分かる。平均細孔径は焼成温度最大値を示した。これは，FE-SEM 像から分かるように，焼成によらず，0.53〜0.62µm の範囲であった。これは，焼成温度の温度の上昇につれ，粒子同士の接触部分における焼結が進行し上昇によっても，粒子間の空隙が保持されていることを示唆したためと考えられる。焼成温度 1000℃，1150℃では，粒子同士ている。焼成温度 1000℃，1250℃で作製した試料の FE-SEM 像の接触点で焼結しているが，焼成温度 1200℃では，焼結が進行

を Fig.6 に示す。両焼成温度試料ともに 1µm 以下の細孔が多数することで接触部分が面に拡大している様子が確認できる。さ存在し，粒子間の細孔が閉塞することなく，また，明らかに大らに，焼成温度 1250℃においては，粒子同士が面により焼結している部分が多数確認された。焼成温度による細孔径への違い

測定温度の上昇に伴い増加し，材料としては 10−6 オーダーのセが見られなかったことからも，1250℃までの粒子同士の焼結は，ラミックスであることが分かった。

空隙が閉塞せず，粒子接触部分に限定して進行していることを示唆している。
Heating temperature

Tensile strength

[℃]

[MPa]

1000

0.74

1050

1.05

1100

1.16

1150

1.34

1200

1.89

1250

2.55

Fig.9 Thermal expansion test sample.
Table2 Thermal expansion coefficient of -eucryptite porous
ceramics. (calculate temperature:30-1000℃)

Fig.7 Tensile strength of products as a function of heating

４ おわりに合成により得た Li-ABW の柱状結晶を用いて，β-ユークリプ
タイト多孔体を作製し，以下の結論を得た。
（1）ゾル，
メタカオリン，Li-A の 3 種類の出発物質から Li-ABWの単相が合成され，粒子のアスペクト比は，ゾル＞Li-A＞メタ
カオリンであった。
（2）焼成温度 1000〜1250℃において，気孔率 70％以上，耐熱性 1250℃，熱膨張係数 10−6 オーダー，均一な細孔径分布を持つ
β-ユークリプタイト多孔体を作製した。また，焼成温度の上昇に伴い，粒子接触部での焼結が進行した。
（3）β-ユークリプタイト多孔体の引張強度は，焼成温度の上昇に伴い，増加した。
Fig.8 FE-SEM images of zeolite ABW heated at various temperatures
参考文献
３．４ 多孔質セラミックスの熱膨張特性

1) Gillery, F.H and Bush, E.A.(1959) J. Am.Ceram.Soc., 42, 175-177-ユークリプタイト多孔体を加工し，Fig.9 に示すように方向の異なる熱膨張特性評価用試料①・②とした。焼成温度 1000〜

2) Kosorukov, A. A., Nadel, L. G., and Chirkov, A.S., Russian J. Inorg.
Chem., 31, 503-506 (1986).

1250℃で作製した試料の熱膨張係数の測定結果を Table2 に示す。

3) Newsam, J.M. ,J. Phys. Chem., 92, 445-452 (1988).

試料焼成温度による熱膨張係数への大きな差は確認されなかっ

4) 佐藤隆恒，上原元樹，水野清，松本泰治，後藤義昭: 無機マ−7た。熱膨張係数は，測定温度 100℃以下では 10 オーダー示し，

テリアル学会第 119 回学術講演会要旨集，14-15 (2009)

重点共同研究

県産農産物に含まれる機能性物質を用いた新規高付加価値食品の開発− イチゴペーストの色調及び機能性保持技術の開発−
和子*

伊藤

阿久津

智美＊

宮間

浩一*

山﨑

公位 ＊

風見

大司 ＊＊

Development of New Foods Improved of the Quality Using Functional Materials
Contained Farm Products of Tochigi Prefecture
Kazuko ITOH, Satomi AKUTSU, Koichi MIYAMA, Kimii Yamazaki, Daishi KAZAMI
生産量全国第一位を誇るイチゴの加工食品への利用拡大を目指し，イチゴペーストの色素安定化方法について検討を行い，イチゴ色素カリステフィン含有量が遮光条件で 20℃４週間保存後に 50％以上残存す
る安定化技術を確立した。また，確立した技術により，抗酸化性（ＯＲＡＣ値）・ポリフェノール量等の機能性には大きな変化はみられなかった。
この技術を用いて，イチゴあん及びイチゴドレッシングを作製し，遮光条件において 20℃４週間保存し，色調の変化を調査したところ，イチゴドレッシングでははっきりとした効果は得られなかったが，イチゴ
あんでは色調向上に有効な結果が得られた。
Key Words : イチゴ,カリステフィン,シクロデキストリン,ミョウバン,ＯＲＡＣ

１

はじめに

イチゴは，平成 23 年栃木県宇都宮産とちおとめを供試

栃木県は，イチゴの生産量全国第一位を誇っている 1)。

した。

イチゴは豊富なポリフェノール成分が由来と思われる

２．２

試薬

イチゴペースト色調安定化に用いたα−シクロデキス

抗酸化活性が高いことが知られているが，その中でもア
ントシアニン色素は，機能性はもちろんであるが，食品

トリン，β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキスの外観にも影響を与える重要な物質である。

トリンは，㈱パールエースのデキシーパールを用いた。

イチゴペーストは鮮やかな赤色を有しており，天然色

硫酸カリウムアルミニウム（以下ミョウバン），塩化ナ

素資源として有望であると考えられるが，色調の安定性

トリウム及び塩化カルシウムは関東化学製を用いた。イが低いという問題点があり，商品の付加価値向上や新製

チゴ色素カリステフィンはエクストラシンターゼ社のも品開発等に現状ではほとんど活用されていない。

のを用いた。フェノール試薬は和光純薬製を用いた。没食子酸は Sigma 製を用いた。酢酸，炭酸ナトリウム，エ

一方，消費者の天然嗜好，安全性に対する意識の高まり等により近年天然着色料が注目を浴び，食品・化粧品

タノールは関東化学製を用いた。

分野などにおいて天然色素の需要が高まっている。これ

２．３

らの背景から，イチゴペーストの有効利用技術の開発は，

２．３．１

イチゴペースト色調安定化条件検討
前処理条件検討

イチゴの加熱処理と磨砕について，どちらを先に行う市場が求める嗜好と安全性を両立した新規商品開発や付と色調が安定化するか検討した。加熱処理は電子レンジ

加価値の向上につながることが期待される。
そこで，イチゴペースト色調の安定化に取り組むとを用いてイチゴ 120g に対して 3 分間行い，磨砕処理はフともに，色と機能性を保持した試作品の開発を行ったのードプロセッサーを用いた。処理後，遮光条件下 20℃にで報告する。

保存し，１週間おきに４週間色調の変化を調査した。色調の測定は，日本電色工業製の多光源分光測色計(SZ-ｼｸﾞ
２

２．１

ﾏ

研究の方法

90)を用いて測定した。また，以下に述べる色調測定

はすべて L*a*b*表色系を用いた。イチゴペーストの色調

原料

劣化は赤色度の低下と褐色度の増加が相まって進むこと*

栃木県産業技術センター

から，赤色度は a*値で評価するとともに，褐色度は b*/a*

食品技術部** 株式会社カザミ-1-

値で評価し，検討を行った。
２．３．２

る形で１０人による官能評価を行った。

各種塩及びシクロデキストリンを用いた色調安定化条件検討

３

塩化ナトリウム，塩化カルシウム，ミョウバン及びシ

３．１

クロデキストリン（α，β，γ）の割合を変えてイチゴ

結果及び考察イチゴペースト色調安定化条件検討結果

３．１．１

前処理条件検討結果に添加して磨砕を行った。その後密封して 98℃以上 5 分

前処理条件を検討した結果，磨砕を行った後に加熱

間加熱処理し，氷水中で急速に冷却した。その後，遮光処理を行う方が，赤色度（a*値）の低下が少ないこと

条件下 20℃に保存し，１週間おきに４週間色調の変化をがわかった。(図 1)。

調査した。
２．３．３

カリステフィン量の測定

色調安定化条件での保存前後のイチゴペーストについて，阿久津らの方法 2)にしたがってイチゴ色素量（カリステフィン量として評価）を測定し，安定化条件の妥当性について検討した。
イチゴペースト 4g 前後を精秤し，50％酢酸 20ml を加え，超音波洗浄装置（シャープ製）で 10 分間抽出を行った。１昼夜室温放置後，高速遠心機（日立製 CR22GⅢ）
で 12,000rpm 15 分間遠心し上清を採取した。残渣に 50％酢酸 15ml を加えて同様に超音波処理及び遠心処理を行って上清を採取し，50ml に定容し測定試料とした。
抽出液及びカリステフィン溶液の 510nm における吸光度を分光光度計（島津製作所製 UV‑2450）で測定し，カ
図１

リステフィンを用いた検量線より濃度を算出した。
２．４

前処理条件の違いによる赤色度・褐色度の変化（保存前の値を 100％として表示）色調安定化条件による機能性評価

イチゴ色調安定化条件で保存前後のイチゴペース
トについて，ポリフェノール量及びＯＲＡＣ法による

３．１．２

抗酸化性を評価した。

調安定化条件検討結果

２．４．１

３．１．２．１

ポリフェノール量の測定

各種塩及びシクロデキストリンを用いた色
シクロデキストリンによる安定化検討

イチゴペースト 3g 前後を精秤し，エタノール 12ml

イチゴ色素カリステフィンは，主に共存するアスコル

を加えてボルテックス後，超音波洗浄装置で 10 分間

ビン酸の酸化で生じたデヒドロアスコルビン酸及び抽出を行った。高速遠心機で 12,000rpm 15 分間遠心

2,3‑ジケトグロン酸によって分解される 5)。アスコルビ

し上清を採取した。残渣にエタノール 5ml と蒸留水

ン酸は水溶性が非常に高いため，シクロデキストリン包1.25ml を加え，同様の抽出操作を行った。上清を合わ

接による安定化はできないが，アントシアニンなどの抗せ，25ml に定容し測定試料とした。

酸化物質側を包接して両者を安定化させる作用があるこ

フォーリンチオカルト法 により，没食子酸相当量とが報告されている 6)。また，カリステフィンの糖鎖が3)としてポリフェノール量を算出した。

自動酸化されることにより褐色化が進み，赤色度の低下

２．４．２とともにイチゴの色調劣化を引き起こしている 7)。褐変

ＯＲＡＣ値の測定

食品機能性評価マニュアル集Ⅱ 4)に準じ，マイクロプ防止にもシクロデキストリンが有効である可能性がある

レートリーダー（TECAN 製 Infinite F200）を用いて測定ことから，赤色度の低下抑制効果及び褐色化防止効果のした。

２つの面から効果を検討した。

２．５

イチゴ色調安定化技術を用いた試作品の作製

はじめにα，β，γ―シクロデキストリン単体による確立した安定化技術を用いて，イチゴあん及びイチ安定化検討を行った。その結果，α―シクロデキストリ

ゴドレッシングを試作した。試作品を遮光条件下 20ン（以下α―ＣＤ）は４週間後の赤色度安定化及び褐変℃に保存し，１週間おきに４週間味噌用測色計（ミノ抑制に，大きな効果は認められなかった。また，β―シ

ルタ製 CR‑13）を用いて色調の変化を調査した。

クロデキストリン（以下β―ＣＤ）は，褐変抑制効果が認められるがイチゴペーストに対する比率が 0.25％をまた，試作品の色調と味について，対照品と比較す-2-越えると，作製直後から赤色度の減少が認められた。γ

その結果，塩化ナトリウムをイチゴペーストに対し―シクロデキストリン（以下γ―ＣＤ）は，イチゴペーて 5％添加した場合には，赤色度安定化効果及び褐変

ストに対する比率の上昇に伴って，赤色度安定化効果及抑 制 効 果 が 見 ら れ た が ， 2％ で は 赤 色 度 安 定 化 効 果 はび褐変抑制効果の上昇が認められた。しかし，コストの認められず，また褐色度が増加する傾向があった。

面から，1％以上の検討は行わなかった。

また，塩化カルシウムでは 2％及び 5％で赤色度安以上のことから，イチゴペーストに対してβ―ＣＤ定化効果が見られたが，イチゴ果肉が固まってしまう

0.25％，γ―ＣＤ1％を添加して色調評価した結果，単体という難点があった。

で添加した場合よりも色調保持に大きな効果が得られた

ミョウバンでは，0.1，0.2，0.5，1，2，5％におい（図２，３）。

て赤色度安定化効果及び褐変抑制効果が見られ，赤色度安定化効果については添加量が増えるにしたがって ， 効 果 が 大 き く な っ た 。 し か し ， 0.5％ 以 上 で は ，
色調はオレンジ色に近くなる傾向があった。
３．１．２．３

シクロデキストリンとミョウバンによる安定化検討３．１．２．１及び３．１．２．２の結果をもとに
条 件 を絞 り， β―ＣＤ0.25％，γ―ＣＤ1％を添加した
場合（以下ＣＤ添加）において，ミョウバンの量を0.1， 0.2，2％と 変えた場合で色調がどのように変化するかを検討した。その結果，ミョウバンの量が増加する

図２

シクロデキストリン添加割合の違いによる
２０℃４週間保存後の赤色度

図４

シクロデキストリンとミョウバンによる赤色
度安定化効果１：対 照

２：Ｃ Ｄ添加３：Ｃ Ｄ＋ミ ョウバ ン 0.1％
４：Ｃ Ｄ＋ミ ョウバ ン 0.2％

図３

シクロデキストリン添加割合の違いによる

５：Ｃ Ｄ＋ミ ョウバ ン 2％

２０℃４週間保存後の褐色度

対照０ 週の値 （a*） を 100％と して表 示

塩類による安定化検討にしたがって安定化効果も大きくなった(図４，５)。しアントシアニン色素は無機塩類によって赤色度がかし，上述したように色調がオレンジ色に近くなる傾向があり，食品に添加することがも認められ，イチゴペーストとしては，0.2％が最もイチ

３．１．２．２

増加するという報告

8)

ゴに近い色調であると思われた（図６）。

許可されている３種類の塩（塩化ナトリウム，塩化カ
ルシウム，硫酸アルミニウムカリウム（以下ミョウバ

以上のことから，イチゴペースト色調安定化には，
β―ＣＤ0.25％，γ―ＣＤ1％及びミョウバン 0.2％添加ン））による安定化を検討した。

-3-

する条件が最適と考えられた。

出した。その結果，ＣＤ添加及びＣＤとミョウバン添加
試料は，４週間保存後も 50％以上色素が残存していることがわかった（表１）。
表１

カリステフィン含有量及び４週間後残存率
保存前

保存後

(mg/100g)

残存率（％）

ｲﾁｺﾞﾍﾟｰｽﾄ

４．５１

１．９４

４３．０

ｲﾁｺﾞﾍﾟｰｽﾄ＋ＣＤ

４．７４

２．６０

５４．９

４．７９

２．５６

５３．４

ｲﾁｺﾞﾍﾟｰｽﾄ＋ＣＤ＋ﾐｮｳﾊﾞﾝ
３．２

安定化条件によるイチゴ色素機能性評価

イチゴペースト（対照）作製直後と 20℃４週間保存後の試料，またＣＤ添加及びＣＤとミョウバンを 0.2％添
図５

シクロデキストリンとミョウバンによる褐変抑制

加した試料について，20℃４週間保存後の試料について効果

ポリフェノール量を測定して作製直後からの残存率を算１ ：対照出するとともに，ＯＲＡＣ法による抗酸化能を測定し，

２ ：ＣＤ 添加３：Ｃ Ｄ＋ミ ョウバ ン 0.1％

保存前後での変化を把握した。その結果，ポリフェノー

４：Ｃ Ｄ＋ミ ョウバ ン 0.2％

ル量残存率（表２），ＯＲＡＣ値（表３）ともに，処理

５：Ｃ Ｄ＋ミ ョウバ ン 2％法による大きな変化はみられなかった。

対照０週の値（b*/a*）を 100％として表示

表２

ポリフェノール含有量及び４週間後残存率
保存前

保存後

(mg/100g)
５．２３

４．１０

７８．４

ｲﾁｺﾞﾍﾟｰｽﾄ＋ＣＤ

５．１１

４．０４

７９．１

４．９８

４．０１

８０．５

＋ﾐｮｳﾊﾞﾝ
表３

ＯＲＡＣ値の４週間後変化
保存前

保存後

(mg/100g)

イチゴペースト色調変化

左上：対照（作製直後）

変化率
（％）

ｲﾁｺﾞﾍﾟｰｽﾄ

２４．４

２０．７

８４．８

ｲﾁｺﾞﾍﾟｰｽﾄ＋ＣＤ

２３．６

２０．３

８６．０

２３．９

１９．９

８３．３

ｲﾁｺﾞﾍﾟｰｽﾄ＋ＣＤ

右上：対照（４週保存後）（％）

ｲﾁｺﾞﾍﾟｰｽﾄ
ｲﾁｺﾞﾍﾟｰｽﾄ＋ＣＤ

図６

残存率

＋ﾐｮｳﾊﾞﾝ

左下：ＣＤ＋0.2％ミョウバン（４週保存後）
右下：ＣＤ＋2％ミョウバン（４週保存後）

３．３

イチゴペ ースト色 調安定化技術を用い た試作

品の作製
３．１．３

カリステフィン量残存率評価

３．３．１

イチゴあんの作製

イチゴペースト（対照）作製直後と 20℃４週間保存後

イチゴペースト色調安定化技術を一部変更した方法をの試料，またＣＤ添加及びＣＤとミョウバンを 0.2％添

用いてイチゴジャムを作製し，それを用いてイチゴあん

加した試料について，20℃４週間保存後の試料についてを試作した。遮光条件下 20℃に保存し，１週間おきに４カリステフィン量を測定し，作製直後からの残存率を算

週間色調の変化を調査した。（予備試験で検討した結果，-4-

イチゴペーストと比較して加熱工程が長いため，ミョウ

表４

イチゴあんの官能評価結果

バンの量をより多くした方が色調安定効果があったこと

色調

味から，確立した条件よりミョウバンの量を 10 倍に増やし

CD 添加

２．５

３．４

て試作を行った。）

CD・ﾐｮｳﾊﾞﾝ添加

４．０

２．９

その結果，ＣＤとミョウバンを添加したあんでは，作対照を３（標準）として５段階評価

製当初から赤色度が増加した（図５）。また，ＣＤを添（１：悪い

加したあん，ＣＤとミョウバンを添加したあんで４週間

２：やや悪い４：やや良い

３：普通

５：良い）

後の褐色度が減少した（図６）。

３．３．２

イチゴドレッシングの作製

イチゴペースト色調安定化技術を用いてイチゴドレッ
シングを試作した。遮光条件下 20℃に保存し，１週間おきに４週間色調の変化を調査した。
その結果，ＣＤとミョウバンを添加したドレッシング
では赤色度が若干増加した（図７）。また，ＣＤを添加したドレッシング，ＣＤとミョウバンを添加したドレッシングで４週間後の褐色度が若干減少した（図８）。
また，試作したイチゴドレッシングの色調と味に関する官能評価を 10 人で行ったところ，ＣＤ添加したドレッシング，ＣＤとミョウバンを添加したドレッシングとも
図７
１：対照

イチゴあんの赤色度変化に，対照とほぼ同等という評価が得られた（表５）。
イチゴドレッシングはｐＨが 2.8〜2.9 と低く，アント

２：ＣＤ添加

３：ＣＤ＋ミョウバン

シアニン色素が比較的安定な状態であることと，糖類が2％少なく褐変が起こりにくいことから，今回の安定化技術
では色調向上の効果が少なかったものと思われる。

図８
１：対照

イチゴあんの褐色度変化
２：ＣＤ添加

３：ＣＤ＋ミョウバン

図９

2％

１：対照

また，試作したイチゴあんの色調と味に関する官能評

イチゴドレッシングの赤色度変化
２：ＣＤ添加

３：ＣＤ＋ミョウバン

価を 10 人で行ったところ，ＣＤ添加したあんは，対照と比較して色調は悪いが味は良いという評価が得られた。
ＣＤとミョウバンを添加したあんは，対照と比較して色調が良く，味は同等という評価が得られ，イチゴあんの色調向上に有効と思われた。

-5-

0.2％

謝

辞

本研究を行うにあたり，御指導いただきました宇都宮
大学工学部

池田宰教授に深謝いたします。
参考文献

1) 栃木県

生産振興課編：2009 まるごと栃木の農水産物

2) 阿久津智美他：県産農産物の成分把握と加熱等各種処
理条件における挙動，栃木県産業技術センター研究報告No.7(2010)，75-79
3) 食品機能性評価支援センター

技術普及資料等検討委

員会編：“食品機能性評価マニュアル集
図１０
１：対照

イチゴドレッシングの褐色度変化(2009)

２：ＣＤ添加4) 食品機能性評価支援センター

３：ＣＤ＋ミョウバン

技術普及資料等検討委

員会編：“食品機能性評価マニュアル集

0.2％

第 集”，1-7，

第 集”，79-86，(2008)
5) 大庭理一郎他編：アントシアニンー食品の色と健康
表５

イチゴドレッシングの官能評価結果，建帛社(2000)

色調味6) 寺尾啓二：食品開発者のためのシクロデキストリン

CD 添加

３．１

３．４

入門，日本食糧新聞社(2004)

CD・ﾐｮｳﾊﾞﾝ添加

３．２

３．２

7) 木村進他編：食品の変色の化学，光琳(1995)
8) 津久井亜紀夫：フィリピン産紫ヤム塊根粉末中のア対照を３（標準）として５段階評価（１：悪い

２：やや悪い４：やや良いントシアニン色素の安定性，日本家政学会誌，Vol.40,

３：普通

５：良い）

４

No.1(1989), 15-22

おわりにシクロデキストリンとミョウバンを用いたイチゴペー
スト色素安定化技術を確立した。この技術を用いること
により，機能性（抗酸化性及びポリフェノール量）に大きな影響はみられなかった。

-6-

Ⅱ 共同研究Cooperative Research

空白

共同研究

任意形状付シームレス極細パイプの高精度加工技術の確立
及び高効率製造装置の開発（第２報）
柏崎親彦*

相 馬 一 美 **石 川 篤 一 ***碓 井 雄 一 ****The Establishment of the Highly Precise Processing Technique of the Arbitrary ShapeSeamlessness Extra-Fine Pipe Dated and the Development of the High Efficiency Production
Device(2nd Report)
Chikahiko KASHIWAZAKI,Kazumi SOUMA,Tokuichi ISHIKAWA,Yuuichi USUI
糖尿病で治療を受けている患者は全国に247万人おり，治療を受けていない「潜在」糖尿病患者も含めると740万人と推定されており，その増加振りが際立っている。糖尿病はすい臓で作り出されるインスリンの作用が不足して起こり，インスリン注射は，患者自ら1日数回行う自己注射型が一般的である。そのため，自ら注射するという心理的恐怖心も加わってインスリン自己注射治療に抵抗感を抱く患者が大変多い。注射針はその外径が細くなるほど注射の際の苦痛の軽減につながる。そのため，より針先径の小さな低痛型の注射針の登場が望まれていると伴に，治療費の低減にもつながる低コストなインスリン自己注射用の極細注射針の提供が，患者ならびに医療関係者，医療器具・医薬品メーカーから課題として挙げられている。本研究は，ステンレス製シームレス極細パイプを素材として用い，外径0.18mm（34ゲージ）以下の任意テーパー形状付極細パイプにつぼめ成形できる加工技術の開発，ならびにその量産製造技術の開発を行い，現在ではまだ製品化されていない針先外径が0.18mm以下のより低痛型インスリン
自己注射用注射針の提供を実現する。本研究では，試作品の強度試験等を試験・測定し信頼性の評価を行ったので，この結果を報告する。
Key words : 糖 尿 病， イ ンスリ ン ， 注射 針

１

はじめに

法が挙げられ，なかでもインスリンを注射で補充するイン糖尿病で治療を受けている患者は全国に 247 万人おり，治スリン療法が代表的治療法である。インスリン注射は，患療を受けていない「潜在」糖尿病患者も含めると 740 万人

者自ら 1 日数回行う自己注射型が一般的である。
そのため，と推定されている。急速な高齢化に加えて，食べすぎ，運自ら注射するという心理的恐怖心も加わってインスリン動不足，ストレス，アルコールの飲みすぎなど，現代社会

自己注射治療に抵抗感を抱く患者が大変多い。

が抱える生活習慣そのものが糖尿病の大きな原因になって注射針はその外径が細くなるほど注射の際の苦痛の軽減いる。そのため，糖尿病患者数は H14 から H17 の 3 年間でにつながる。そのため，より針先径の小さな低痛型の注射8％も増加しており，同じ期間における高血圧性疾患(2.8％

針の登場が望まれている。しかも，全世界的に増え続ける減)，脳血管疾患(6.8％減)，悪性新生物(0.8％増)などの主患者に対して苦痛の低減のみならず，治療費の低減にもつな傷病と比較すると，その増加振りが際立っている。

ながる低コストなインスリン自己注射用の極細注射針の提糖尿病はすい臓で作り出されるインスリンの作用が不足して起こる。糖尿病治療の大きな柱の一つとして薬物療供が，患者ならびに医療関係者，医療器具・医薬品メーカーから課題として挙げられている。
本研究は，板材に代えて継ぎ目が現れる心配のないステ*

栃木県産業技術センター

機械電子技術部

**

株式会社

共伸

0.18mm（34ゲージ）以下の任意テーパー形状付極細パイプ

***

株式会社

チュウリツ

につぼめ成形できる加工技術の開発，ならびにその量産製****

独立行政法人

産業技術総合研究所

ンレス製シームレス極細パイプを素材として用い，外径造技術の開発を行い，現在ではまだ製品化されていない針先外径が0.18mm以下のより低痛型インスリン自己注射用
注射針の提供を実現する。産業技術センターでは，素材，
製品，金型等の形状精度や機械的強度等を試験・測定し信頼性を評価する。本年度は，素材の改良やつぼめ金型の形
状決定の参考データとするため，成形後のパイプの表面性状や耐破損性の評価を行った。
２

研究の方法

インスリン自己注射用注射針は，ＪＩＳ Ｔ３２２６：
２００５で規定されている。事業化を進める上で，つぼめ成形した極細パイプが，その基準を満たしているか評価す

図２

全体外観

ることは重要なことである。この研究では，簡易な方法として，外観の評価はデジタル顕微鏡で行った。また，表面

表２
項目
メーカ
型式
分解能
測定範囲

粗さや耐破損性の評価も行った。
２．１

デジタル顕微鏡

図１にデジタル顕微鏡の外観を，表１にその仕様を示す。

２．３

表面粗さ計の仕様
仕様
テーラーホブソン
フォームタリサーフ
13nm
10㎜

Ｓ６

耐破損性及び曲げ強さ試験

針管の耐破損性について，その評価方法は，医療用具製造
用ステンレス鋼ニードルチュービング ＩＳＯ ９６２６
－２００１ に規定されている。試験方法の概要を図３に示
す。

図１
表１
項目
メーカ
型式
倍率
画素数

全体外観

デジタル顕微鏡の仕様
仕様
キーエンス社
VHX-100
25～3000倍
211～1800万
図３２．２

表面粗さ測定験

図２に表面粗さ測定機の外観を，表２にその仕様を示す。

耐破損性試験方法

曲げ強さについて，その評価方法は，ＪＩＳ Ｔ ３２０
９－２００５ 滅菌済み注射針 に規定されている。試験方法を図４に示す。針管を曲げ半径5.0㎜で90°曲げて折れないことが規定されているものである。

図４

曲げ強さ試験方法
図７

３３．１

試作品の全体外観結果及び考察市場品の寸法測定

デジタル顕微鏡を使用して，市場品の外径，表面の状態について測定・観察した。測定状況を図５，６に示す。外径は0.20㎜，表面にキズ等はなく，テーパ状に緩やかに径が変化していることがわかる。

図８３．２

試作品の外観表面粗さ測定表面粗さ計を使用して，素材表面と試作品の表面の粗さを測定した。粗さ方向は，パイプの軸方向である。
測定状況を図９，10に示す。素材表面の粗さは，Ra:
図５

市場品の外径0.1146μm，Rz:1.2614μm であった。試作品の表面粗さは，Ra:0.2435μm，Rz:1.8925μmであり，加工により，1.5～２倍程度の増加となった。今後は，粗さの低下に向け，つぼめ加工用潤滑油をスピンドル油（粘度３０番）から高粘度に変更し試みる。

図６

市場品の外観

試作品の表面状態について観察した。測定状況を図７，８に示す。市場品と違い，ストレート部とテーパ部に分かれ，表面にはダイスによる，引目が見られる。

図９

素材表面の粗さ

図10３．３

試作品表面の粗さ

耐破損性及び曲げ強さ試験

試作品のストレート部や素材について，耐破損性及び曲げ強さ試験を行った，表面には，亀裂，破損は見られなかった。強度の信頼性が確認できた。
４

おわりにつぼめ成形後のパイプの評価を行い，以下の点が明らかとなった。
(1) つぼめ加工により，表面粗さが1.5～２倍程度増加
することがわかった。
(2) 試作品の耐破損性や曲げ強さを評価し，信頼性が確認できた。

この事業は，競輪の補助金を受けて実施したものです。

共同研究

プロ トラクタ標準校正方法の構築
松本

公巳子
子＊

長嶋

一晋 ＊

倉澤

安行 ＊＊

牛久

栄二 ＊＊

Construction of the Standard Calibration Method for thhe Protractor
Kumiko MATSUMOTO,Kazuyuki NAGASHIMA,Yasuyuki KURASAWA and Eigi USHIKU
角度測定器「プロトララクタ」の，角度標準を満たした校正方法の提案を行った
た。従来の校正方法では，計量法校校正事業者認定制度（以下，ＪＣＳＳ）で認定された範囲
囲での方法ではないため，既に認定定を受けている自己校正機能付きロータリエンコーダ（以以下，ＳｅｌｆＡ）が内蔵されたテテーブルを用いて校正し，角度標準を満たすことを可能ににした。
key words :

１

プロトラ
ラクタ

SelfA

角度標準

JCSS

はじめに

プロトラクタは，図１のように角度計ににブレード２本を装着させ，ブレードのなす角度を表示する
る角度測定器である。産業界において，板金加工，材木加工
工などの加工分野
や建築分野など幅広い業種で使用されていいる。㈱マルイテ
クノはプロトラクタの製造・販売をし，ままた独自の方法で校正事業を行っているが，ＪＣＳＳの角 度区分の種類には「プロトラクタ」が無いこともあり，角度トレーサビ
リティ体系に則した評価方法ではない。しかし，ユーザ

図２

角度の国家標準器

図３（産総研保有）SelfA 内蔵回転ﾃｰﾌﾞﾙ（㈱マルイテクノ保有）からのＪＣＳＳ登録への要望が高いため，本研究ではＪＣ
２

ＳＳ認定可能な範囲での校正方法を構築す
する。

研究
究の方法

プロトラクタ標準校正方法として，２つの提案を行った。
提案１：ＳｅｌｆＡ内蔵回転テ
テーブルとオートコリメータを用いてスコヤを校正し，そののスコヤを用いてプロトラク
タを校正する２段階の校正方方法。
提案２：ＳｅｌｆＡ内蔵回転テテーブルを用いてプロトラク
タを直接校正する方法。
かさ６０秒以内を目標とした。
提案１，２ともに，不確か
２．１ 提案１
図１

プロトラクタ

現在プロトラクタの社内校正方法は，図４のようにスコヤを用いて９０°ごとに校正を行っているが，購入メーカ

計測標準における角度標準は，２００ ２年に産業技術で校正されたスコヤを用いているため，角度標準を満たし

総合研究所が図２の「等分割平均法を用 いた自己校正機ていない。そこで，ＳｅｌｆＡ
Ａ内蔵回転テーブルを用いて能付きロータリエンコーダ」の開発に成成功した1)2)3)。

スコヤを校正すれば，従来の方方法を活かしたまま角度標準

開発機器は，世界最高測定能力０．０１ 秒を達成し国家を満たすことが可能となる。

標準器となった。近年，校正事業者によ る校正サービスが可能となり，㈱マルイテクノは，２０ ０９年に図３のＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブルでＪＣＳ Ｓの認定を受けた実績がある（当時は丸井計器㈱）。そそこで，同社が既存技術として所有する校正技術を発展ささせ，角度トレー
サビリティ体系に則したプロトラクタ 校正が可能であると考えた。
*

栃木県産業技術センター**

株式会社マルイテクノ

機械電子技術部①０°(基準)

②９０°
図４

③１８０°

従来の校正方法④２７０°

提案１では，事前にＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブルでオー

２．３

不確かさの算出

上記の提案でプロトラクタ校正を行った場合，角度トレ

トコリメータ校正する。
そして，図５のようにＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブル上にーサビリティ体系は図7のようになる。

スコヤを固定する。次に，ミラー台を準備する。ミラー台
は底面を３点支持にし，安定性を持たせる。ミラー台の側

国家標準器(産総研保有)

面に付いている２つの突起をスコヤ面に押し当て，ミラー

特定二次標準器の傾き角度をオートコリメータで測定する。ミラー台をス
コヤの面に沿って移動させ，オートコリメータの読み値かSelfA 内蔵回転ﾃｰﾌﾞﾙ

現在は，ここまでがＪＣＳＳに認定済。

らスコヤ１辺の真直度を測定する。更に，ＳｅｌｆＡ回転
オートコリメータ

テーブルを９０°回転し，同様にもう１辺の真直度測定する。２辺の真直度よりスコヤの直角度を算出する。

今後は，プロトラクタまで認定予定。

スコヤ

その後，校正した複数のスコヤを用いて，図４の従来方

プロトラクタ法でプロトラクタを校正する。
図７

角度トレーサビリティ体系

校正値は，様々な要因により誤差が生じ，ばらつきを持って算出される。このばらつきを不確かさといい，値が小さいほど校正値が正確である4）。ＪＣＳＳ申請には，不ｵｰﾄｺﾘﾒｰﾀ

ﾐﾗｰ台
ｽｺﾔ

確かさの算出が必須になるため，それぞれの提案において不確かさを求める。プロトラクタの不確かさには，国家標
準器からスコヤまでの不確かさも含まれる。
３

SelfA 内蔵回転ﾃｰﾌﾞﾙ３．１
図５

提案１の方法結果及び考察提案１の結果と不確かさ算出

図８の２本のスコヤを提案１により校正を行い，直角度を算出した。その後校正したスコヤを用い，プロトラクタの校正を行った。

２．２ 提案２
提案１では，プロトラクタを校正できる角度が９０°ず
つの４カ所のみで，それ以外の角度は校正できない。そこ
で，プロトラクタを直接ＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブルに設置し，様々な角度において校正可能とする方法を提案した。
図６のように，ＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブルに２本のバーを配置させる。１本はＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブルの筐体に固定し，もう１本は回転テーブルと一緒に回転する。
２本のバーがなす角度にプロトラクタを挟み，校正を行う。

内側：89.998°（−6.616″）

89.999°（−2.587″）

外側：89.999°（−3.455″）

89.999°（−3.788″）

図８

スコヤの直角度（()内は直角度からの狂い）

固定バー

回転バー

①０°ﾘｾｯﾄ
図６

提案２の方法

②９０°

③１８０°④２７０°
図９

SelfA：０°

SelfA：60°回転

SelfA：120°回転

ﾌﾟﾛﾄﾗｸﾀ：0°ﾘｾｯﾄ

ﾌﾟﾛﾄﾗｸﾀ：59.99°

ﾌﾟﾛﾄﾗｸﾀ：119.99°

図１０

プロトラクタ校正

提案２での校正

図９①で，プロトラクタを０°リセットとした。②は，

この方法は，高価なオートコリメータを必要とせず，ま①にもう１本のスコヤを配置し，プロトラクタを89.999°

た様々な角度において校正することが可能となる利点が回転させた。その時プロトラクタは，90.00°を示しておあると考えられた。しかし，図１１のようにバー２本ではり，基準としているスコヤとプロトラクタの表示のずれは，設定できない角度が存在したため，スコヤを併用すること

90.00−89.999＝0.001°であった。

で測定可能な角度範囲を確保することが可能であった。ス③は，①から360−89.998−89.999＝180.003°回転しており表示のずれは，179.99−180.003＝−0.013°であった。
④は，③から89.999°回転しており表示のずれは，269.99

コヤを用いるとスコヤの校正時に，結局オートコリメータが必要となる。
更に，プロトラクタに付いている２本のブレードは同一線上にないため，プロトラクタを図１２のように設置した−（180.003+89.999）＝−0.012°であった。
提案１において，不確かさの算出を行った。プロトラク
タの不確かさは，国家標準器，特定二次標準器，Ｓｅｌｆ

場合，固定バーと回転バーが平行移動しないため，校正ができないことが分かった。

Ａ内蔵回転テーブル，オートコリメータ，スコヤの不確か

以上より，一部の角度については校正できないものの，さを含んでいる。表１に国家標準器からスコヤまでの不確

ＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブル上に直接校正するため，直感

かさを示す。ＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブルの不確かさは，的に理解しやすい方法であった。提案２においても不確か

昨年の共同研究実績5)により，１．３秒から０．３６１秒さを算出し，表３に示す。提案１と比べて２本のバーの真に低減した。表２に，プロトラクタの不確かさを示す。提直度の不確かさが追加されるため，不確かさが大きくなっ

案１での不確かさは４７秒程度であり，目標の６０秒以内たが，６０秒以内であることを確認した。

は達成した。
表１

スコヤまでの不確かさ

機器

不確かさ[秒]①国家標準器の不確かさ(k=2)

0.01②特定二次標準器までの不確かさ(k=2)

0.013③SelfA回転ﾃｰﾌﾞﾙまでの不確かさ(k=2)

0.361④ｵｰﾄｺﾘﾒｰﾀまでの不確かさ(k=2)

0.384⑤ｽｺﾔまでの不確かさ(１本分) (k=2)

0.608

図11

ｽｺﾔが必要な角度
表３

表２

提案１のバジェット表

図12

校正できない角度

提案２のバジェット表

不確かさ要因不確かさ[秒]①スコヤの合成標準不確かさ（1本分）

0.304

不確かさ要因不確かさ[秒]①スコヤの合成標準不確かさ(2本分)0.608②バーの不確かさ

13.380②プロトラクタ分解能

20.785③プロトラクタ分解能

20.785③測定の再現性10.392④測定の再現性10.392④測定の繰り返し性

0.0015⑤測定の繰り返し性

5.692

不確かさ(k=2)

３．２

46.492

提案２の結果と不確かさ算出

提案２により校正した結果を図１０に示す。

不確かさ(k=2)４53.633

おわりに今回，２つのプロトラクタの標準校正方法の提案し，検討を行った。提案１では，スコヤをＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブルで校正し，そのスコヤでプロトラクタを校正する，

従来方法を活かしながら角度トレーサビリティを満たす方謝辞法である。提案２は，ＳｅｌｆＡ内蔵回転テーブルの回転本研究を実施するにあたり，多大なご指導をいただいたを利用し，プロトラクタを直接校正する方法である。
㈱マルイテクノとの打ち合わせ結果，提案２では図４の産業技術総合研究所計測標準研究部門渡部司主任研究員に深く感謝申し上げます。

９０°付近での校正ができないため，ＪＣＳＳの申請の際は，提案１で行うこととした。ＪＣＳＳ申請には，様々な参考文献

技術マニュアルがあり，今後も実証実験により必要なデー

1) 渡部司ら：”ロータリエンコーダの高精度校正装置の開タの蓄積を行っていく。更に，現在ＪＣＳＳの角度分野に発” 精密学会誌,vol.67,No.7,1091-1095(2001)

おいて，プロトラクタの項目が存在しないため，新たな

2) T.Watanabe, H.Fujimoto, T.Masuda :Self-Calibratable Ro

登録項目として追加しなくてはならない。しかし，認定

tary Encoder .,Journal of Physics :Conference Series13.,2

されれば日本初ＪＣＳＳ認定のプロトラタ校正の登録

40-245,(2005)

事業者になり，他企業との製品の差別化や校正事業者としての信頼性向上が期待できる。

3) 渡部司：”ロータリエンコーダに角度標準は必要か”産業
技術総合研究所 Synthesiology.,vol1.,No.4,(2008)
4) JCSS：”測定の不確かさに関する入門ガイド ”
5)栃木県産業技術センター

研究報告No.8(2011),13-16

共同研究

有害物質フリー高機能めっき技術の開発
伏木斎藤

徹*，柳 田治 美*，飯 塚

一智*， 桑名朗**，

哲 男**， 大 和

亜 矢**， 鈴木

幸 恵**， 上 野

小百 合**Development of Toxic‑Substances Free and Advanced Functional Plating Technology
Toru FUSEGI, Hiromi YANAGITA, Kazutomo IIZUKA, Akira KUWANA,
Tetsuo SAITO, Aya YAMATO, Sachie SUZUKI, Sayuri UENO
パ ル ス 電 解 Ni‑Co‑W 合 金 め っ き ， 鉛 フ リ ー 無 電 解 Ni‑P 及 び Ni‑W‑B め っ き に つ い て ， 量 産 に 向 け た 浴 管
理 と 皮 膜 特 性 の 詳 細 な 評 価 を 行 っ た 。パ ル ス 電 解 Ni‑Co‑W に つ い て ，パ ル ス 条 件 及 び め っ き 浴 組 成 の 検 討によ り ，W 含 量 40wt％ 以 上 で 無 ク ラ ッ ク の Ni‑Co‑W め っ き 膜 を 再 現 性 良 く 作 製 で き た 。こ の 皮 膜 の め っ き 時の
硬 さ は Hv820 と 工 業 用 Cr め っ き と 同 等 で ，摩 擦 係 数 は 0.23 と 工 業 用 Cr め っ き の 1/4 程 度 で あ っ た 。ま た ，
熱 処 理 を 行 な う こ と で こ の 皮 膜 の 硬 さ は Hv1350 ま で 増 大 し た 。 Ｘ 線 回 折 の 結 果 か ら ， 硬 さ の 増 大 は ， め っ
き 皮 膜 中 に Ni‑W，Co‑W 等 の 金 属 間 化 合 物 が 生 成 し た こ と に よ る と 考 え ら れ る 。一 方 ，鉛 フ リ ー 無 電 解 Ni‑P
め っ き で は ， 浴 の 大 型 化 を 検 討 し ， 現 在 ， ８ ０ ０ ℓの め っ き 浴 で も 概 ね 安 定 に め っ き で き る こ と を 確 認 し て
い る 。 鉛 フ リ ー 無 電 解 Ni‑W‑B め っ き に つ い て も 応 力 緩 和 剤 の 添 加 条 件 を 検 討 し ， 硬 さ と 耐 摩 耗 性 に 優 れ ，
表 面 状 態 が 良 好 な め っ き 皮 膜 を 得 る こ と が で き た 。ま た ，膜 厚 は こ れ ま で １ ０ μ m が 最 大 で あ っ た が ，３ ０μｍの厚付けを実現した。
Key Words:有 害 物 質 フ リ ー ， 電 解 パ ル ス め っ き ， 無 電 解 め っ き ， 鉛 フ リ ー 無 電 解 め っ き

１

はじめに

平 成 23 年 度 は ，前 年 度 ま で に 開 発 し た めっ き 技 術 を自 動 車 の エン ジ ン 部 品 や 自 動 車 用 金 型の 表 面 処 理 にも と に ， パ ルス 電 解 Ni‑Co‑W 合 金 め っ き と 鉛 フ リー 無は ， 従 来 ， クロ ム め っ き や 無 電 解 ニ ッ ケル め っ き が 多

電 解 Ni‑W‑B 合 金 め っ き に つ い て，め っ き 膜 の 硬 さ や ク

用 さ れ て き た。 し か し な が ら ， ク ロ ム めっ き で は 六 価

ラ ッ ク の 発 生な ど の め っ き 外 観 の 向 上 を目 的 と し て ，

ク ロ ム に よ る環 境 汚 染 ， ガ ス に よ る 腐 食と 摩 耗 ， 皮 膜

め っ き 条 件 及び 界 面 活 性 剤 の 添 加 に つ いて 詳 細 に 検 討の 不 均 一 性 など の 問 題 が ， 無 電 解 ニ ッ ケル め っ き は 安

し た 。 あ わ せて ， 得 ら れ た 皮 膜 に つ い て， 熱 処 理 を 行

定 剤 と し て 使う 鉛 に よ る 環 境 汚 染 な ど の問 題 が そ れ ぞ

い ， 皮 膜 特 性の 詳 細 な 解 析 を 行 っ た 。 また ， 鉛 フ リ ー

れ 指 摘 さ れ てい る 。 更 に 欧 州 に お け る 環境 負 荷 物 質 に

無 電解 Ni‑P め っ き に つ い て は，量 産 に 向 け た 浴 管 理 に

対 す る 規 制 強化 も あ り ， 川 下 産 業 か ら はこ れ ら 問 題 点

重 点 を 置 い て検 討 し た 。 あ わ せ て ， プ ラス チ ッ ク 射 出の 改 善 が 強 く要 求 さ れ て き て い る 。 こ のよ う な 川 下 産

成 型 用 の ス クリ ュ ー な ど に め っ き を 成 膜し て ， 実 機 テ

業 の 要 求 に 応え る た め ， 平 成 18 年度 か ら 20 年 度 の 3

ス ト を 継 続 して 行 っ た 。

年 間 ， 戦 略 的基 盤 技 術 高 度 化 支 援 事 業 の採 択 を 受 け ，
パ ル ス め っ きや 無 電 解 め っ き の 手 法 を 応用 し て ， 有 害
物 質 を 排 除 した め っ き 技 術 の 実 現 を 目 標に 研 究 に 取 り

２２．１

研 究 の 方法パ ルス 電 解 Ni‑Co‑W め っ き

組 み ， ク ロ ムよ り も 優 れ た 耐 摩 耗 性 や 耐食 性 を 有 す る

冷 間 圧 延 鋼 板上 に ，め っ き 皮 膜 中の W 含量 40wt％ と均 一 な 高 機 能め っ き 皮 膜 の 開 発 で ， 一 定の 成 果 を 上 げ

な る よ う ， パル ス 電 解 Ni‑Co‑W 合 金 め っ き を 行 った 。

る こ と が で きた 。 本 研 究 は ， そ れ ら を 補完 し ， 更 に 量

得 ら れ た 皮 膜に 200℃ から 600℃ ま で 100℃ 刻 み で それ

産 レ ベ ル で 実用 化 を 図 る と と も に ， 機 能性 を 向 上 さ せ

ぞ れ ２ 時 間 ，大 気 下 で 熱 処 理 を 行 い ， それ ぞ れ の 皮 膜

る こ と を 目 的と し た 。

の ビ ッ カ ー ス硬 さ と 摩 擦 係 数 を 測 定 し た。 ま た ， 比 較の た め ， 工 業用 ク ロ ム め っ き に 同 様 の 熱処 理 を 行 い ，* 栃木県産業技術センター** 桑 名 商 事 ㈱硬 さ と 摩 擦 係数 の 測 定 を 行 な っ た 。
２．２

無 電解 Ni‑P め っ き

無 電解 Ni‑P め っ き に つ い て は ， す でに 鉛 フ リ ー 浴 ，

ビ ス マ ス フ リー 浴 か ら の 機 能 性 に 優 れ るク ロ ム 代 替 技術 を 確 立 し てい る 。 今 年 度 は ， め っ き 浴を 大 型 化 し ても 安 定 し て めっ き で き る よ う ， 浴 管 理 方法 を 重 点 的 に
検 討 し ， 安 定性 の 向 上 に 努 め た 。
２．３

無 電解 Ni‑W‑B め っ き

無 電解 Ni‑W‑B め っ き に つ い て も，内 部 応 力 に 起 因 する と 考 え ら れる ク ラ ッ ク の 発 生 が あ り ，外 観 上 の 問 題と な っ て い たた め ， パ ル ス 電 解 Ni‑Co‑W 合金 め っ き と同 様 ， 応 力 緩和 剤 の 添 加 を 検 討 し て 表 面状 態 の 改 善 を
試みた。
３
３．１

結 果 及 び考 察

図２

熱 処 理を 行 っ た Ni‑Co‑W 合 金 め っ き 皮 膜の 硬 さ

パ ルス 電 解 Ni‑Co‑W 合 金 め っ き
ま た，同 様 に ，熱 処 理 を 行 っ た め っ き 皮膜 に つ い て ，

め っ き 浴 組 成及 び パ ル ス 条 件 を 検 討 す るこ と に よ り ，
表 面 に ク ラ ック が 発 生 せ ず ， 金 属 光 沢 のあ る 皮 膜 が 得

摩 擦 係 数 を 測定 し た 結 果 を 表 に 示 す 。Cr めっ き の 値 は ，ら れ た 。 こ のめ っ き 皮 膜 の 外 観 写 真 を 図１ に 示 す 。

0.8 程 度 で あ る が， 得 ら れ た Ni‑Co‑W 合 金 め っ き 皮 膜の 値 は ，いず れ の 熱 処 理 温 度 で も ，0.8 未 満で あ っ た 。
表

め っ き 皮膜 へ の 熱 処 理 温 度 と 摩 擦 係数

熱処理温度
（大気中）
摩擦係数

無

200℃ 300℃ 400℃ 500℃ 600℃

0.234 0.279 0.288 0521 0596 0.764

硬 さ と め っき 皮 膜 の 構 造 と の 関 係 を 詳細 に 検 討 す る
た め ， こ れ らの 皮 膜 に つ い て Ｘ 線 回 折 パタ ー ン を 測 定
し た 。 こ の 結果 を 図 ３ に 示 す 。
熱 処 理 温 度が ４ ０ ０ ℃ ま で は ， ニ ッ ケル あ る い は コ
バ ル ト に 由 来す る ブ ロ ー ド な ピ ー ク 以 外に 顕 著 な ピ ー
ク は 観 測 さ れな か っ た が ， 熱 処 理 温 度 が５ ０ ０ ℃ 以 上
で は ， ニ ッ ケル と タ ン グ ス テ ン の 金 属 間化 合 物 や コ バ
図１

Ni‑Co‑W 合 金め っ き 皮 膜 の 外 観（ 中 央 部 の 白線 は ， 試 料 番 号 を 示 す ）ル ト と タ ン グス テ ン の 金 属 間 化 合 物 に 由来 す る と 考 え
ら れ る ピ ー クが 観 測 さ れ た 。 こ の 結 果 から ， 熱 処 理 温
度 が 上 が る に従 い ， 硬 さ が 上 昇 す る の は， め っ き 皮 膜

ま た，こ の め っ き 皮 膜 及 び 工 業用 Cr め っ き 皮 膜 の 熱処 理 前 後 の ビッ カ ー ス 硬 さ 測 定 結 果 を 図２ に 示 す 。 得ら れ た Ni‑Co‑W 合 金 め っ き の 硬 さ は ， 熱処 理 無 し で ，
ク ロ ム め っ き皮 膜 と 同 程 度 の 約 Hv８ ２ ０ と な っ た が，
熱 処 理 温 度 の上 昇 に 伴 い 硬 さ は 増 大 し，５ ０ ０ ℃ で は，
Hv１ ３ ５ ０ とな っ た 。一 方 ，Cr め っき は ，熱 処 理 温 度の 上 昇 と と もに 硬 さ が 減 少 し ，５ ０ ０ ℃ では Hv６ ５ ０と パ ル ス 電解 Ni‑Co‑W め っ き の １ ／ ２ 以下 と な っ た 。

中 に 金 属 間 化合 物 が 発 生 し た こ と に よ ると 考 え ら れ る 。

ヘッド部：
無電解NiPめっき10 m

図３

Ni-Co-W 合 金 め っ き 皮 膜 の Ｘ 線 回折 パ タ ー ン

３．２

無 電解 Ni‑P め っ き

め っ き 液 の補 充 方 法 等 を 変 え な が ら ，め っ き 浴 の 安スクリュー部：Ni-P10µm + BN分散Ni-P10µm
図４

Ni‑P め っ きと BN 分 散 Ni‑P め っ き を 成膜 し て 実

機 テ ス ト を 行っ た プ ラ ス チ ッ ク 射 出 成 形用 ス ク リ ュ ー

定 性 を 検 討 した 結 果 ， ８ ０ ０ℓの 比 較 的 大 き な 浴 で も，
３ タ ー ン 程 度ま で ， 概 ね 安 定 し て め っ きで き る よ う に
なった。

４

おわりに

パ ル ス 電解 Ni‑Co‑W 合 金 め っ き ， 有 害 物質 フ リ ー 無
電 解 Ni‑P め っ き 及 び 有 害 物 質 フ リ ー 無電 解 Ni‑W‑B め

３．３

鉛 フリ ー 無 電 解 Ni‑W‑B め っ き

鉛 フ リ ー 無電 解 Ni‑W‑B め っ き に つ いて も ，こ れ ま でっ き に つ い て， 皮 膜 特 性 の 評 価 と 量 産 に向 け た 浴 管 理の 詳 細 な 評 価を 行 な い ， 以 下 の 成 果 を 得た 。

に 鉛 フ リ ー ，ビ ス マ ス フ リ ー で 機 能 性 に優 れ る 代 替 ク

１ ． パ ル ス 電解 Ni‑Co‑W 合 金 め っ き に つい て は ， こ れ

ロ ム め っ き 技術 を 確 立 し て い る が ， め っき 皮 膜 中 の 内

ま で ， め っ き皮 膜 中 の 大 き な 内 部 応 力 によ っ て ， ク ラ

部 応 力 に 起 因す る と 考 え ら れ る ク ラ ッ クの 発 生 な ど ，ッ ク 等 が 生 じて し ま い ， 外 観 状 態 に 課 題が あ っ た が ，

め っ き 外 観 に課 題 が 残 っ て い た 。 皮 膜 中に 発 生 す る 応

応 力 緩 和 剤 の添 加 に つ い て の 詳 細 な 検 討を 行 い ， 外 観

力 の 低 減 を 目的 に ， め っ き 浴 へ の 応 力 緩和 剤 の 添 加 を状 態 の 良 好 なめ っ き 皮 膜 を 得 る こ と が でき た 。 こ の め

検 討 し た と ころ ， ク ラ ッ ク の 発 生 を 抑 える こ と に 有 効

っ き 皮 膜 の 硬 さ は 析 出 状 態 で Hv８ ２ ０ と 工 業 用 ク ロ

で，外 観 の 良 好 な 有 害 物 質 フ リ ー の 無 電解 Ni‑W‑B め っ

ム め っ き と 同等 で あ っ た が ， 熱 処 理 を 行う と ， 熱 処 理

き 皮 膜 が 得 られ た 。

の 温 度 上 昇 に従 い ， 硬 さ が 増 大 し た 。 また ， 摩 擦 係 数

ま た ， 無 電解 Ni‑P め っ き と 無 電解 Ni‑W‑B め っ き にの 値 は ， 熱 処理 温 度 が 高 く な る に 従 い ，摩 擦 係 数 が 大

つ い て は ， プラ ス チ ッ ク 用 射 出 成 形 機 のス ク リ ュ ー な

き く な る が ，い ず れ の 熱 処 理 温 度 で も ，工 業 用 ク ロ ム

ど に め っ き 皮膜 を 成 膜 し ， 協 力 会 社 に おい て 実 用 条 件

め っ き の 値 であ る ０ ． ８ よ り 小 さ い 値 であ っ た 。 Ｘ 線

下での実機テストを継続して行った。特に，無電解

回 折 パ タ ー ンを 測 定 し た と こ ろ ， ５ ０ ０℃ 以 上 の 熱 処

Ni‑P め っ き を 成 膜 し て ，昨 年 ３ 月 に 実 機搭 載 し た も の理 に よ っ て ，金 属 間 化 合 物 が 出 現 し ， 硬さ の 増 大 と のは ， 数 か 月 に一 度 の 割 合 で メ ン テ ナ ン スを 行 っ て き た

相 関 を 認 め るこ と が で き た 。

が ， 従 来 品 のス ク リ ュ ー と 比 較 し て ， プラ ス チ ッ ク 樹

２ ．鉛 フ リ ー 無 電解 Ni‑P め っ き は ，す で に 有 害 物質 フ

脂 の 焼 け や 焦げ 付 き な ど が 大 幅 に 低 減 し， そ れ に 伴 う

リ ー 条 件 で ，優 れ た 特 性 を 維 持 し な が ら工 業 用 ク ロ ム

作 業 時 間 が 短縮 し た こ と に よ る メ ン テ ナン ス 性 が 格 段

め っ き の 代 替技 術 と し て 確 立 し て お り ，め っ き 浴 の 大に 向 上 し た 。約 １ 年 間 の 実 機 テ ス ト 期 間後 の 射 出 成 型

型 化 を 検 討 して き た 。 め っ き 浴 の 容 量 が比 較 的 大 き い

用 ス ク リ ュ ーの 写 真 を 図 ４ に 示 す 。

８ ０ ０ℓで も ，概ね 安 定 し て め っ き が で きる こ と を 確 認できた。

３ ．無 電 解 Ni‑W‑B め っ き は ，め っ き 皮 膜 の 表 面 にク ラ

参考文献

ッ ク が 発 生 する と い う 外 観 状 の 課 題 を ，め っ き 浴 に 応

1) 大 和 小 百 合 ら:表 面 技 術 協 会 第 122 回 講演 大 会 講 演

力 緩 和 剤 を 添加 す る こ と に よ っ て 改 善 した 。 ま た ， こ
れ ま で ， め っき 厚 は 最 大 で １ ０ μ ｍ で あっ た が ， ３ ０
μ ｍ の 厚 付 けに 成 功 し た 。
ま た ， 有 害 物質 フ リ ー 無 電 解 Ni‑P や ，BN を 分 散 した 有 害 物 質 フリ ー 無 電 解 Ni‑P を プ ラ スチ ッ ク 射 出 成

要 旨 集 ，p.110（2010）2) 飯 塚 一 智 ら:表 面 技 術 協 会 第 123 回 講 演大 会 講 演 要
旨 集 ，p.172（2011）3) 鈴 木 幸 恵 ら:表 面 技 術 協 会 第 125 回 講 演大 会 講 演 要
旨 集 ，p.125（2012）

形 用 の ス ク リュ ー や ス ク リ ュ ー ヘ ッ ド に成 膜 し ， 協 力会 社 に て 実 機テ ス ト を 実 施 し て き た 。 従来 の ス ク リ ュ

本 研 究 は ， 平成 １ ８ 年 度 か ら 平 成 ２ ０ 年度 ま で 実 施

ー と 比 較 し て， 樹 脂 材 料 の ス ク リ ュ ー への 焼 き つ き な

し た 戦 略 的 基盤 技 術 高 度 化 支 援 事 業 を 補完 す る も の で

ど が 少 な い ため ， 作 業 時 間 の 著 し い 短 縮化 に 貢 献 し てす。

お り ， メ ン テナ ン ス 性 に つ い て 高 い 評 価を 得 て い る 。
有 害 物 質 フ リー 無 電 解 Ni‑P，BN 分 散 鉛 フ リ ー 無 電解
Ni‑P お よ び 鉛 フ リ ー ， ビ ス マ ス フ リ ー無 電 解 Ni‑W‑B
め っ き な ど ，こ れ ま で に 開 発 し た 皮 膜 の一 部 は 工 場 ラ
イ ン 規 模 で の浴 管 理 を 確 立 し ， 商 業 ベ ース で の 生 産 に入っている。

共同研究

ガラス製マイクロレンズアレイ用ダイヤモンド金型の開発（第２報）

吉川

山ノ井

翼*

井田

恵司*

平出

孝夫*

博道**

安藤

豊**

三田

正弘***

吉本

護****

Development of Diamond Mold for Glass Microlens arrays(2nd Report)
Tsubasa YAMANOI, Keiji IDA, Takao HIRAIDE
Hiromichi YOSHIKAWA, Yutaka ANDO, Masahiro MITA, Mamoru YOSHIMOTO
直径10µmのマイクロレンズの精密なパターンを描画したSi基板上に，熱フィラメントCVD法により多結晶ダイヤモン
ド膜を形成し，その後Si基板を溶解除去することでガラスインプリント用ダイヤモンド金型を作製した。ダイヤモンド
金型の表面粗さは，CF4ガスを用いたRIE（エッチング）処理及び成膜温度の低下により，52.9nmから0.5nmまで低減
し，その表面は非常に平滑となった。得られたダイヤモンド金型はFIBで断面観察，ラマン分光で構造解析を行った。
このダイヤモンド金型を用いて，耐熱性ガラスおよび石英ガラスへインプリントすることで，ガラス製マイクロレン
ズアレイを作製することができ，この金型は良好な離型性および転写性を示した。
Key Words: ダイヤモンド，インプリント，離型性，マイクロレンズアレイ

１ はじめにマスターモールドとして，トーメイダイヤ㈱が開発したダイヤ

情報化社会の進展に伴い，次世代モバイル型液晶プロジェク

モンド合成装置を用いてこの基板上へダイヤモンドを成膜（基ターは携帯電話機のサイズまで小型化が進むと言われている。

板温度 630℃~850℃，膜厚約 100~300µm）した。また，成膜後，このようなプロジェクターの実現には，高い集光特性(高実効開得られたダイヤモンド膜について，フッ酸溶液により基板成分口率)を有するガラス製マイクロレンズアレイが求められていであるシリコンを溶解除去したものをダイヤモンド金型とした。

る。その製造技術には，レンズ形状の高精度な制御が不可欠である。これに対応すべく，近年，石英やグラッシーカーボン等の耐熱材料を金型素材とする，ホットプレス成形によるマイクロレンズアレイ製造技術の開発が精力的に行われているが，金型自体の実用硬度不足や，離型不良等の欠点があり，実用化に至っていない。
そこで，本研究では，硬度と自己潤滑性に優れるダイヤモン
ドを金型素材とし，モバイル型液晶プロジェクター用ガラス製
マイクロレンズアレイの量産を可能とするダイヤモンド金型について，実用化に必要となる周辺技術も含めた開発に取り組んだ。
２ 研究の方法

図１ ダイヤモンド金型作製法

２．１ ダイヤモンド金型作製方法
ダイヤモンド金型作製法のフローを図１に示す。直径 10mmのマイクロレンズの精密なパターンを描画したシリコン基板を

２．２ インプリント性能評価
作製したダイヤモンド金型を用い，ホットエンボス装置(ENGINEERING SYSTEM CO.LTD: ASHE0201)により，耐熱性ガ＊

産業技術センター 材料技術部＊＊

トーメイダイヤ㈱＊＊＊㈱協同インターナショナル＊＊＊＊

東京工業大学

ラス及び石英ガラスへのインプリント性能を評価した。インプ
リント条件は，加圧温度 650℃~1330℃，加圧時間~2000sec とした。
２．３ 評価ダイヤモンド膜の構造は，顕微ラマン分光装置(RENISHAWJRS-SYSTEM1000) (Ar レーザー：515nm)，X 線光電子分光装置（以下，XPS）（KRATOS AXIS ULTRA）により評価した。
また，ダイヤモンド金型と試作したガラス製マイクロレンズア，（キーエンス VN-8000）
レイは，原子間力顕微鏡（以下，AFM）
走査型電子顕微鏡（以下，SEM）（日本電子 JSM2300）による表面観察と走査型イオン顕微鏡（以下，FIB）（SII SMI2050）による断面観察により評価した。

図３ ダイヤモンド金型の SEM 像（基板温度 a：850℃ b：630℃）

３ 結果及び考察
３．１ ダイヤモンド金型の作製
３．１．１ 表面粗さの改善

３．１．２ ダイヤモンド金型の結晶特性
ダイヤモンド金型のラマン散乱分光測定した結果を図４に示

ダイヤモンド金型は高い平滑性が要求されるが，図２（a）にす。図４(a)のシリコンを除去したダイヤモンド金型の転写面側見られるように Si マスターモールドを除去しただけのダイヤモには，1333.9cm-1 に半値幅が 10.4 cm-1 のピークが確認される。

ンド金型の表面粗さは Ra=52.9nm と非常に荒れた状態であった。

一方，このダイヤモンド金型の断面を出し，中心部のラマン散

この荒れの原因として Si マスターとダイヤモンド金型との界面

乱分光測定をしたところ，ピーク位置は 1332.6 cm-1 となり，強生成物の存在が考えられ，Si マスター除去後のダイヤモンド金

度は表面に比べて著しく大きくなった。また，半値幅は 6.0 cm-1

SiCの存在が確認された。
型の表面をXPSにより分析した結果，と表面に比べ狭くなった（図４(b)）
。ダイヤモンドの結晶粒径がこの界面生成物を除去することで金型表面の平滑性が得られる

大きくなるにしたがい，このピークの半値幅は狭くなることがと考え，フッ素系ガスを用いたプラズマ処理により Si のピーク

知られていることから 3），この結果はダイヤモンド金型の転写が消失し，表面粗さも Ra=8.5nm まで低減した。しかしこの数値

面側においてダイヤモンド粒子はより微結晶であることを示し

は目標の Ra＜5nm には達しておらず，更なる平滑化が必要であており，自形による形状荒れが抑制されていると推察される。

った。そこで，レンズの形状を損なうことなく表面の微小領域

これは，ダイヤモンドは転写面から中心部に向かって結晶成長を除去する手法として，CMP 処理を行い Ra=0.5nm を得ることしたためと推察される。

が出来た。
（図２(b)）上記 2 つの表面処理プロセスを組み合わせ
ることにより，マイクロレンズアレイ用の金型に求められる表面粗さが達成可能であることが示された。しかしながら，本質的には界面生成物の抑制が求められる。
基板温度が 600℃を超えると，温度の上昇とともに SiC の生成が促進するため 1）2），成膜温度を850℃から630℃に低下させてダイヤモンド合成を行った。表面状態を評価したところ，ウエットエッチング後の表面(b)

残留 Si は 32at%から 2at%まで減少し，上記の後処理を行わなく(a)ても平滑面を得ることが出来た。
（図３）

図４ ダイヤモンド金型のラマンスペクトル（a：転写面 b：金型内部）

また，図４に示すとおり，金型の転写面と中心部とのピーク
位置の比較したところ，金型の転写面側におけるダイヤモンド
図２ ダイヤモンド金型表面の AFM 像（a：Si 除去直後 b：表面処理後）のラマン線は+1.3 cm-1 の高波数側へのシフトが観察された。このピークシフトは金型の転写面に生じた圧縮応力のためと考えられる。ダイヤモンド結晶に歪みが生じるとラマン線のピーク
位置がシフトすることが知られており，Jagannadlham ら 4）により 1 cm-1 のシフトあたり 1.2GPa 程度の応力値が見積もられていることから， ダイヤモンド金型表面においては約 1GPa の圧縮

４ おわりに応力が作用していると考えられる。一般に膜における内部応力

ガラス製マイクロレンズアレイ用ダイヤモンド金型の開発をの存在はそりやクラックの発生をもたらすため，今後内部応力テーマとし，Si マスターモールドを用いたダイヤモンド金型のを制御するより適切な膜設計が必要と考えられる。

作製及び，作製した金型のインプリント性能を評価し，次のよ
うな成果が得られた。

３．２ インプリント性能評価
作製したダイヤモンド金型（図５(a)）を用いて，耐熱性ガラ

1) ダイヤモンド金型の表面粗さは RIE，CMP の表面処理及び成膜温度の低下により 52.9nm から 0.5nm まで低減し，金型表面のスへのインプリント性能（650℃，10MPa）を評価した結果を図

平滑性を得ることができた。

５に示す。この結果より，良好な離型性で金型形状を正確に転

2) 作製したダイヤモンド金型は耐熱性ガラス，石英ガラスどち

写可能であることが確認された。また，図６(a)に示すダイヤモ

らについても良好な離型性及び転写性を示し，石英ガラスではンド金型を用いて，石英ガラスへのインプリント性能（1330℃，

ほぼ設計値（6µm）に近い SAG 量 5µm のマイクロレンズアレイ

1MPa）を評価した。こちらも良好な離型性及び転写性を示し，の作製を実現できた。

優れたインプリント性能を有することが確認できた。また図６

今回開発したダイヤモンド金型製造技術は，その他の微細ガ(b)に示すとおり，ほぼ設計値（6µm）に近い SAG 量 5µm のマラス製素子への展開も容易で，例えば回折格子や，1/4 波長板素

イクロレンズアレイの作製を実現できた。今後はインプリント

子，反射防止機構を有するレンズ，マイクロ TAS 用ガラス製反条件を検討し，更なる SAG 量の向上を図る。

応容器など，新規市場への応用範囲が極めて広い。ダイヤモン
ド金型によるガラスプレス成形技術が実用化されれば，正に世界でも唯一の技術であり，イノベーションを引き起こすキーテ
クノロジーである。
参考文献
1) G. Li, J. Zhang, Q. Meng, W. Li, Applied Surface Science 253，転写した耐熱性ガラス（b）
図５ ダイヤモンド金型（a）の SEM 像(2007) 8428.
2) H. Yan, B. Wang, X.M. Song, L.W. Tan, S.J. Zhang, G.H. Chen, S.P.
Wong, R.W.M. Kwok,Leo W.M. Lau, Diamond and Relatad
Materials 9 (2000) 1795.

(a)3) I. H. Campbell and P. M. Fauchet : Solid State Communications, 58,
10, 739-741(1986)
4) K. Jagannadlham，T. R. Watkins and J. Narayan : Mat. Res. Soc.
Symp. Proc., 459-464, 458 (1997)
本研究は，平成２１年度経済産業省地域イノベーション創出

図６ ダイヤモンド金型断面（a），石英ガラス製マイクロレ
ンズアレイ断面（b）の FIB 像

研究開発事業（平成２０〜２１年度）「ガラス製マイクロレンズ
アレイ用ダイヤモンド金型の開発」にかかる補完研究として実施したものである。

共同研究

CVDダイヤモンド合成用シーディング剤の開発(第2報)
井田 恵司 *

山ノ井 翼 *

松本 泰治 *

山室 勝司 **

山中 博 **

粂川 勝美 ** 白澤 寿男 ** 大崎 雅則 ** 吉川 博道 **安藤

森野 志津香 **豊 **Development of Seeding Diamond for CVD Diamond Synthesis (2nd Report)
Keiji IDA, Tsubasa YAMANOI, Taiji MATSUMOTO, Katsuji YAMAMURO,
Hiroshi YAMANAKA, Shizuka MORINO, Katsumi KUMEKAWA, Toshio SHIRASAWA,
Masanori OOSAKI, Hiromichi YOSHIKAWA and Yutaka ANDOU
CVDダイヤモンド合成において，複雑形状な基板に緻密かつ均一な核形成を可能とするシーディン
グ剤を指向した単結晶ナノダイヤモンドの表面処理技術を開発した。鋼材基板との濡れ性を改善させるため，ナノダイヤモンド表面への金属コバルト担持を試みた。表面処理として，新規な手法による
ダイヤモンド表面被覆とそれに続く還元処理を施し，構造の変化をXRDやTEM等により評価した。この
結果，本手法により作製したナノダイヤモンド粒子は，約10mass％の金属コバルトを担持していることがわかり，シーディング剤としての活用が期待される。
Key Words：ナノダイヤモンド，コバルトナノ粒子，表面処理，分散性

１

はじめに

ダイヤモンドはその優れた性質（物質最高硬度，高

２
２．１

研究の方法

試料

熱伝導性）から，工具や研磨剤，熱特性改善剤等，様静的超高圧法(5GPa，1300 ℃ )により合成した単結々な分野に用い られている。 また，近年 CVD 法 によ晶質ダイヤモンド(公称粒度 2-6 μ m：トーメイダイ

る 大 面 積 の ダ イ ヤ モ ン ド 膜 （ 以 下 ， CVD ダ イ ヤ モ ン

ヤ製 IRM 級単結晶質ダイヤモンド粉)を出発原料とド）の 製造１ ,２ ）が実 現しつつある 。これにより ，従来

し，既報 ３)の独自技術により粉砕，洗浄，親水化処理，の用途において飛躍的な性能向上が期待されるととも分級処理を行い，得られた平均粒径 100nm の ナノダに，パワーデバイスやモールド等，ダイヤモンドをバ

イヤモンド粒子（MD100） を原料とした。

ルクとして利用する新たな応用展開が注目されてい２．２

る 。 し か し な が ら ， CVD ダ イ ヤ モ ン ド の 合 成 に は ，

評価

表面処理したナノダイヤモンドは，Ｘ線回折装置（以基材の材質に制約があり，超硬等工具鋼への核形成は

下 ， XRD と 記 載 ） (リ ガ ク

困難とされている。

った。また，電界放射型走査型電子顕微鏡（以下，

そこで本研究 では，これら の基材に適し た CVD ダ
イヤモンド合成用シーディング剤の開発を試みた。

FE-SEM と 記 載 ）（ 日 本 電 子RINT)に て 構 造 解 析 を 行
JSM-7400F） 及 び 透 過 型

電子顕微鏡（以下，TEM と 記載）(日本電子

JEM-2010)

昨年度は，ナノダイヤモンド粒子表面への金属ニッにて，ナノダイヤモンド表面の観察を行った。さらに，

ケル粒子担持を行った。本年度は，ニッケルと同様に還元 後のコバルト量は，表面処理したナノダイヤモン

鋼材基板との濡れ性が良いコバルトに着目し，金属コ

ドを 酸分解し，誘導結合プラズマ発光分析装置（島津

バルト粒子を，ナノダイヤモンド粒子の表面に担持さ製作所せるための単結晶ナノダイヤモンド粒子の表面処理技

前の コバルト塩中のコバルト質量で除したものを定着術について検討した。

率と した。レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所＊

産業技術センター

＊＊

材料技術部

トーメイダイヤ㈱ICPS-8000） に て 定 量 し た 。 こ の 数 値 を 反 応

LA-920） で粒度分布を測定した。

３
３．１

結果及び考察法に より，ナノダイヤモンド表面のコバルト沈殿物がナノダイヤモンド表面へのコバルト担持

金属コバルトに還元されていることがわかった。

表面被覆方法として，Ａ法，Ｂ法，Ｃ法の 3 種類を
表１

各反応法におけるコバルト担持量と粒度

表面被覆法 Co仕込量 還元後(mass%)

Co量(mass%)

定着率

粒度

(%)

(μｍ)

Ａ法

9.98

7.94

79.6

4.40

Ｂ法

9.93

8.60

86.6

2.07

Ｃ法

9.96

9.27

93.1

2.21

検討した。
Ａ～Ｃの各法で得られた金属コバルト担持ナノダイ
ヤ モ ン ド （ 以 下 ， 還 元 後 ナ ノ ダ イ ヤ モ ン ド と 記 す 。）の粒度とコバルト担持量及び定着率を表１に示す。

図２

還元後ナノダイヤのＸＲＤパターン（コバルト原料：硝酸コバルト・六水和物）

３．２．２

コバルトの存在状態

TEM に よ り Ｃ 法 で 得 ら れ た 還 元 後 ナ ノ ダ イ ヤ モ ン
ドを観察した結果を図３に示す。

(a)Ａ法

（b）Ｂ法

(c)Ｃ法
図１

還元後ナノダイヤモンドの FE-SEM 画像

各方法において 79.6 ～ 93.0 ％ の定着率でダイヤモンド表面にコバルトを担持できた。
図１に各方法で得られた還元後ナノダイヤモンドのFE-SEM 画 像を示す。
図１の(a)～(c)を比較すると，（b)及び(c)の写真は，
ダイヤモンドが比較的分散している状態が確認できる 。 こ れ に 対 し て (a)は ， 粒 子 同 士 の 凝 集 が 強 く ， 大

図３

Ｃ法で得られた試料のTEM画像

きな固まりを形成していることがわかる。この点に関

図 ３からダイヤモンド表面にコバルト粒子が均一にしては，粒度分布測定の結果においても，A 法の試料

分散 して担持されていることが確認できる。担持されの平均粒径は，B 法,Ｃ法の試料の約２倍程度であり，た金属コバルトの粒子径は，約 10nm 程 度である。

凝 集 状 態 に あ る こ と が 確 認 さ れ た 。 ま た ， (a)に は 一部ダイヤモンド表面にコバルトが担持されていない部分も観察された。
３．２

金属コバルト担持ナノダイヤモンド

３．２．１

XRDによる構造評価

４

おわりに

CVD ダ イ ヤ モ ン ド 合 成 に お け る シ ー デ ィ ン グ 剤 を指向 した単結晶ナノダイヤモンドの表面処理技術を開発した。具体的には，新規な手法により平均粒径 100nm

Ｃ 法で 得 られ た 還元 後 ナノダ イヤ モン ドの XRD パのナ ノダイヤモンド粒子表面にコバルト沈殿物を担持

タ ー ン を 図 ２ に 示 す 。 XRD パ タ ー ン か ら は ， 金 属 コ

させた後，還元処理を行うことにより，約 10nm の金

バルトに帰属されるピークが確認でき，この表面被覆

属コバルト粒子を分散担持させることができた。

本研究により，ナノダイヤモンド粒子表面にコバル
トを分散担持することができたことから，シーディン
グ材用途に留まらず，微細な粒子からなるダイヤモン
ド焼結体を製造するための焼結用材料として利用が期待できる。
本研 究は， とち ぎコン ソーシア ム事業（平成 １８年
度 ～ １ ９ 年 度 ）「 単 結 晶 ナ ノ サ イ ズ ダ イ ヤ モ ン ド 超 微粉の創製及び分散・分級技術の開発」にかかるフォロ
ーアップとした共同研究である。
謝辞

本研 究を実 施す るにあ たり多大 なるご指導と ご助言をいただきました東京工業大学大学院総合理工学研究科 吉本 護教授に深く感謝いたします。
参考文献
1)佐伯和彦,山田秀雄,竹澤信隆,吉川博道,平原康成,細見暁：栃木県産業技術センター研究報告(2007)2)佐伯和彦,山田秀雄,竹澤信隆,吉川博道,平原康成,細見暁：栃木県産業技術センター研究報告(2008)
3)細見暁，山中博：高圧力の科学と技術,13,1,31-35(2003)

共同研究

二条大麦を活用した抗メタボリック食品素材とその利用技術の開発(地域資源活用型研究開発事業フォローアップ)

渡邊

恒夫*

筒井
笠原

達也＊

前野

優哉*

山本

夏美*

真吾 ＊＊＊

牧野光弘 ＊＊＊

前原

亨次 ＊＊＊ 浅沼

佐藤

輝明 ＊＊

上武

裕 ＊＊

誠司 ＊＊

Development of Utilization and Anti-Metabolic Syndorome Foodstuffs from Two-rowed
BarleyTsuneo WATANABE, Tatsuya TSUTSUI, Yuya Maeno, Natsumi Yamamoto, Teruaki SATO,
Yutaka UETAKE, Shingo KASAHARA, Mitsuhiro MAKINO, Kyoji MAEHARA
and Seiji ASANUMA
地域資源活用型研究開発事業（平成 19・20 年度 経済産業省委託）において二条大麦の浸漬条件によるGABA（ γ-アミノ酪酸）20 倍富化，GABA 減少を抑制した乾燥条件の検討を行った。また，同事業参画
企業において，製粉方法等の検討，スケールアップ・レシピ開発を行い，大麦 GABA クッキーの商品開発に至っている。しかし，浸漬条件が 15℃24 時間と長く，グルタミン酸ナトリウム(MSG)残量が多いことから，浸漬時間の短縮・MSG 残存量の低減（効率化）を目的として，平成 21・22 年度で浸漬条件の検討を実施し，至適な条件を明らかにした。本年度は，この条件で GABA 富化大麦を調製し，篩分けした大麦粉を入手し，菓子・麺を試作し，GABA 等の加工・調理による消長を把握した。
Key Words : 二条大麦, γ-アミノ酪酸, GABA, 静水圧, 浸漬条件

１

はじめに

等の問題も残された。

内臓脂肪型肥満に高血糖，高血圧等が合併 したメタボ

平成 22 年度までの研究 3)4) で，浸漬条件の検討を行い，リックシンドロ ームの該当者は，厚生労働省「平成 19

MSG 残存量の低減（GABA 変換効率の向上），浸漬時間

年国民健康・栄養調査 」によると，「40～74 歳においての短縮を図った。

約 1,070 万人，予備群者数は約 940 万人，併せて約 2,010万人と推定されており，平成 16 年からの推計でも増加傾

本年度は，改良した条件で GABA 富化大麦を調製し，篩別した大麦粉を入手し，菓子・麺を試作し，GABA 等の加工・調理による消長を把握した。

向がみられる。
二条大麦は，水溶性及び不溶性食物繊維をバランスよく含み，含有量は少ないが血圧上昇抑制作用をもつ
GABA（γ-アミノ酪酸）も 100g あたり 10～15mg 含んでいる。これらには，血糖値やコレステロールを下げる働きがあり，メタボリックシンドローム抑止に有効と考えられる。
平成 19・20 年度の研究 1)2) により，従来 2 倍程度であった
GABA 富化を 20 倍 200～300mg/100g)以上にした。
また，生成した GABA の損失を最小限に抑える乾燥条件を検討し，一定の成果を得た。しかし，MSG から GABAへの変換効率が低く MSG 残量が多い，浸漬時間が長い

２
２．１

研究の方法

原料

二条大麦は，平成 23 年栃木県足利産スカイゴール
デンを 85%精麦したものを供試した。水分は，13.9%であった。また，米粉は，麺推奨品を県内企業より提供い
ただいた。
２．２

浸漬・乾燥処理

浸漬液として，0.6%MSG 水溶液（p H5.0）を用い，二条大麦：浸漬液（重量比）を 1：0.7 とし，30℃で 7 時間まで浸漬した。
浸漬後の大麦は，真空凍結乾燥機（共和真空㈱RLEⅡ-103 トレイ面積：0.4ｍ ２（30×45cm, 3 段））で棚温を 80～40℃で適宜調整して，乾燥し分析および試作に用いた。

*

栃木県産業技術センター** 株式会社大麦工房ロア*** 笠原産業株式会社

食品技術部

なお，製粉および試作に用いた試料の浸漬には，食品添
加物用グルタミン酸ナトリウム及び高酸度酢を使用し
た。
２．３

３
３．１

結果及び考察凍結乾燥による GABA 富化大麦の調製浸漬して GABA 富化した大麦を棚温度 80～40℃で適宜
分析方法変えて乾燥を実施した。棚温 40℃では，21 時間で水分

大麦粉，試作品等について，GABA 及び Glu（グルタ11.4%まで乾燥可能であった。また，80～40℃で段階的にミン酸）含量，水分,β－グルカン含量を測定した。GABA

棚温を換えた場合, 15 時間（水分 9.2%）まで時間短縮可

及び Glu は高速アミノ酸分析計（日本電子㈱能でであったが，GABA 量の低減傾向が見られた。

JLC-500V）で測定した。水分は，粉砕後常圧 135℃3 時間乾燥法によ

品温は，40℃以下であったが，棚との接地面での分解り測定した。β－グルカンは，Mixed-Linkage β-Glucan

等が考えるため，注意を要する。棚温を上げて，乾燥時

Assay Kit(Megazyme 社製)を用いて分析した。

間を短縮する場合は，浸漬液 Glu 濃 度 を 上 げ て ， GABA

また，粒度分布はレーザー回折式粒度分布測定装置 (堀

生成量を増やす等工夫が必要と思われた。

場製作所 LA-920)で，水を分散媒として測定した。色差

また，実用規模での調製について，県内企業の協力には，味噌用測色計(COLOR READER CR-13, ミノルタ)で，より確認を行った。

L*a*b*を測定した。

３．２

ふるい分けした GABA 富化大麦粉の特性

図 2 に調製した大麦粉の粒度分布を示す（以下，図 1２．４ 製粉方法および菓子・麺の試作
GABA 富化乾燥二条大麦は，石臼（オストローラー社のふるい室①のふるいを通過した大麦粉を①118μとす

製 Mola A-700MSMJ）を用い，156rpm で間隙を 0 点かる。）原料の 85%精麦 60 kg から，①118μ→ 8.72 kg(水ら 1/4 回転緩に変えて製粉し，118, 118, 600μm のふ

分 9.9 %)，②118μ→23.23 kg（ 水分 9.8%）,③600μ→19.25

るいを用い，粒度分布の異なる 3 種の粉を入手した（図kg(水分 9.6%)および Over 3.42 kg(水分 9.8%)が得られた。
①118μの平均粒度は，48μm であり，従来品の 88

1 参照）。
また，3 種の大麦粉を適宜使用し，菓子（クッキー，

μm の約半分であった。

GABA 富化大麦粉 34%使用），大麦粉:米粉 100:0, 50:50，

また，②118μ及びは，それぞれ異なる粒度分布を示し

加水量 45%で麺を試作した。製麺は県内製麺企業の協た（データは示していない）。GABA 含量を見ると，①

力により，卓上型押出製麺機を用いて行った。麺は，

118μ(222 mg/100g dry), ③600μ(204 mg/100g dry), ②

10 倍量の水で 2 分間ゆでて，麺・ゆで汁の GABA，β-118μ(189 mg/100g dry)順で多かった。Over 部分は，若干グルカン量を測定した。

GABA 含量が少なかった(165 mg/100g dry)。目視すると，
石臼

ふるい部

③

②

①118μは均一な白色であったが，②118μ及び③600μは，中心溝（へそ）等の混入が認められた。

①

①118μ

Over
従来品

図 1 石臼右上部の石臼で製粉された粉がふるい部 3 室で適宜取付けたふるいにより，ふるい分けられ，矢印部分より分取する。Over は，ふるい分けされなかった部分。
今回は，①, ②：118μ，③：600μのふるいを用いた。
図2

大麦粉の粒度分布

３．３

試作・加工および調理条件による GABA 等成分

表1

押出し大麦麺(生)の色調

変化
3 種の大麦粉を用い，クッキー（図 3, , ③600μ），

色

試 料

調

L*

a*

b*

ΔE*ab

600μ100%

55.1

5.2

15.1

-

600μ50%米粉 50%

64.6

4.0

14.8

0.0

GABA 含量(③600μ：37mg/100g, ②118μ：35mg/100g)を①118μ100%

66.3

3.8

14.6

1.7

有することが分かった。

米粉 100%

86.1

-8.9

4.5

25.6

麺(図 4, ①118μ,③600μ＋米粉)を試作した。

ク ッキ ーに ついて は， 従来品 (38mg/100g)と同 等の

また，麺については，押出しによる温度上昇により，①118μ100%は，600μ50%米粉 50%とほぼ同等の色調

着色は見られたが，GABA 減少はなかった。また，ゆでるである。L*:明度，a*b*:色相/彩度，ΔE*ab:色差ことにより，GABA の損失があったが，③600μ100%の場
合，48%の残存があり，一食で有効量を摂取可能と推察された。一方，β-グルカンの減少は殆ど認められなかった。

４

おわりに

平成 22 年度までの浸漬・乾燥条件の検討結果を基に，しかし，製麺性については③600μ100% >③600μ50%

GABA 富化二条大麦を調製し，粒度分布の異なる 3 種の大米粉 50% >①118μ100%の順でよく，米粉の添加は今回の麦粉を取得した。この 3 種の粉を用いて，クッキー及び押出し製麺では効果がなかった。大麦粉のβ-グルカン含麺を試作し，加工による GABA 等成分変化を把握した。そ量は，③600μ>②118μ>①118μの順で多く，製麺性へのの結果，以下のことが分った。

影響の一因と考えられた。①118μは，押出しでの製麺性( 1)凍結乾燥による GABA 富化大麦（粒）の調製は，実は低かったが，GABA 含量も多く，粒度が細かく舌触りが用規模でもあることが分かったが，コスト上昇は否めな

よく，製麺時の変色が少ない（表１）ことから，ロール

いため，検討の余地がある。

製麺での使用が適していると思われた。押出し製麺にお(2)GABA 富化大麦を石臼粉砕し，ふるい条件を換えるこ

いても，温度条件等の検討により製麺性の向上が図れるとにより，従来の約半分の平均粒度の粉を得ることがでものと思われる。

きた。また，粒度により GABA,β-グルカン等の成分が異なることが分かった。
(3) ク ッ キ ー と し て 使 用 し た 場 合 の GABA 含 量 は ，35,37mg/100g で従来品とほぼ同等であった。また, 麺では，加工・調理により，GABA の減少は見られたものの，残存量も十分あることが分かった。β－グルカンの変動は少なかった。
(4)ふるい分けした大麦粉でも，クッキーでは品質上影響は少なく，ふるい分けした微細な粉を麺用等と用途を分けることが可能であることが分かった。

③600μ

②118μ
図3

クッキー

謝

辞

本研究を実施するにあたり，凍結乾燥の適用可能性を検討いただきました仙波糖化工業株式会社

張替監査役，開発部，平井部長並びに関係各位，麺の試作に御協力いただきました政木屋食品株式会社代表取締役

井上良明氏，また，米粉を提供いただきました日の本穀粉株式会社

北島，神田両氏に深謝いたします。
参考文献

1) （財）栃木県産業振興センター：「二条大麦を活用した
抗メタボリック食品素材とその利用技術の開発」：平成 19
年度地域資源活用型研究開発事業成果報告書
図4

大麦麺（押出し製麺）

左から 600μ100%,600μ50%米粉 50%,118μ①100%

2) （財）栃木県産業振興センター：「二条大麦を活用した

抗メタボリック食品素材とその利用技術の開発」：平成 20
年度地域資源活用型研究開発事業成果報告書
3) 渡邊恒夫他：“二条大麦を活用した抗メタボリック食品
素材とその利用技術の開発”栃木県産業技術センター研究
報告，43-45, (2010)4) 渡邊恒夫他：“二条大麦を活用した抗メタボリック食品
素材とその利用技術の開発”栃木県産業技術センター研究
報告，23-26, (2011)

共同研究

生姜漬物の抗酸化性等機能性評価
筒井

達也*

伊藤

和子*

亀山

大輔**

Antioxidative Property of Ginger Pickles in Tochigi
Tatsuya TSUTSUI， Kazuko ITO， Daisuke KAMEYAMAORAC 法により生姜原料および生姜漬物製造工程の各段階における抗酸化能について評価した。製造工
程が進むにつれて抗酸化能が低くなったことから，製造工程において抗酸化能に寄与する成分が損失している可能性が示唆された。また下漬け液が製品の抗酸化能に与える影響について調べ，抗酸化能の損失が少ない漬物の製造条件検討を行った。
Key Words : 生姜，漬物，抗酸化性，ORAC 法

１

はじめに

症 作 用 や 鎮 痛 作 用 な ど の 機 能 性 に 加 え ，上 記 で 述 べ

体内に取り込まれた酸素の一部は活性酸素種となた抗酸化性も高いという報告があるが生姜漬物につり ，生 体 成 分 (脂 質・タ ン パ ク 質・核 酸 な ど )を 損 傷 しいては分かっていない。

生活習慣病の発病や老化の促進をもたらすと考えら

以 上 の こ と か ら ， 本 研 究 で は ， ORAC 法 を 用 い てれ て い る 。抗 酸 化 性 と は ，そ う し た 活 性 酸 素 種 に よ る

生姜漬物の抗酸化性評価を行い製品の抗酸化性を高酸 化 を 抑 制 す る 働 き で ，生 体 に は ス ー パ ー オ キ サ イ ド

め る た め の 製 造 工 程 改 善 を 行 う こ と で ，よ り 市 場 価 値

・ デ ィ ス ム タ ー ゼ （ SOD） や カ タ ラ ー ゼ と い っ た 活を高め需要拡大を図ることを目的とする。

性 酸 素 種 を 除 去 す る メ カ ニ ズ ム が 備 わ っ て い る 。し か２

し現代では大気汚染や紫外線などの環境要因や喫煙等 の 生 活 習 慣 ,精 神 的 ス ト レ ス な ど に よ り 生 体 内 で の２．１

バランスが崩れ活性酸素種が十分に消去されていな

化性評価

研究の方法

ORAC 法を用いた生姜漬物製造工程における抗酸

い 状 況 に あ る 。ま た ，加 齢 に よ っ て も 消 去 能 が 減 少 す

測定に用いた生姜原料および製品に至るまでの各製造

る と さ れ て い る 。そ の た め 生 体 に 備 わ っ た メ カ ニ ズ ム

工程における試料は㈱シオダ食品より提供を受けた（図に 加 え ,食 事 由 来 の 抗 酸 化 活 性 成 分 の 摂 取 が 健 康 維 持1）。通常生姜漬物は，収穫した生姜原料を下漬け，加に 重 要 と 考 え ら れ る よ う に な り ，抗 酸 化 物 質 は 第 ７ 番

工する際に脱塩を行い，調味液を加えて製品化する。

目の栄養素として積極的な摂取が奨励されている。

抗酸化性の評価には，沖らの方法 （ 1 ） を用いた。生姜

一 方 ，抗 酸 化 性 の 評 価 方 法 は ，多 種 多 様 な 測 定 方 法

原料及び加工品は，凍結乾燥後ミキサーを用いて粉砕しが 用 い ら れ て き た た め ，相 互 比 較 が 困 難 な 状 況 で あ った。試料の抽出は，既報 （ 1 ） を参考にして行った。すな

た 。 し か し ，近 年 ，ア メ リ カ で 開 発 さ れ た ORAC（ O

わち，凍結乾燥粉末 0.1g とヘキサン：ジクロロメタン（1xygen Radical Absorbance Capacity） 法 は ， 生 体：1）を混合し遠心分離をかけ，上清は溶媒を蒸発・乾

内 で の 評 価 に 適 合 し ，水 溶 性・脂 溶 性 ど ち ら の 試 料 も

固後アセトンを加えて脂溶性抗酸化能(L-ORAC)測定試

測 定 で き る 等 の 長 所 を 持 つ た め ，ア メ リ カ に お け る 抗料に，沈殿物は一晩ドラフト内に置き溶媒を揮散させた

酸 化 性 測 定 法 の 標 準 的 な 手 法 と な っ て お り ，日 本 国 内

後，メタノール：水：酢酸（90：9.5：0.5，以下 MWA

でも，標準法とするための検討が始まっている。

とする）による抽出を行い，遠心分離をかけ上清を水溶

県 内 に は 漬 物 を 生 産 す る 会 社 が 多 数 あ り ，県 内 産 生 姜性抗酸化能(H-ORAC)測定試料とした。

漬 物 は 全 国 １ 位 の シ ェ ア を 誇 る 。し か し 近 年 生 姜 漬 物の 消 費 量 は 減 少 し て お り ，新 た な 消 費 拡 大 の た め に 更なる高付加価値化が求められている。生姜には抗炎＊栃木県産業技術センター

＊＊

株式会社

シオダ食品

食品技術部
図1

生姜漬物の各製造工程

２．２

抗酸化性を高めるための下漬け液の検討

３．２

抗酸化性を高めるための下漬け液の検討

下漬けは原料生姜を長期保存するために行われる

続いて抗酸化性を高めるための下漬け液の条件を表 1

も の で あ り ，用 い ら れ る 下 漬 け 液 は 水 ，塩 ，食 酢 ，梅に，各下漬け液条件にて試作した製品の抗酸化能測定結

酢 等 を 用 い て 最 終 的 に 食 塩 濃 度 5%に 調 整 さ れ る 。

果を図 3 に示す。

抗 酸 化 性 を 高 め る た め の ア プ ロ ー チ と し て ，2 つ の結果を見てみると塩濃度を低くした処理区 1，処理区

方 法 を 試 み た 。ひ と つ は 下 漬 け 液 の 塩 濃 度 を 低 く し 脱

3 が通常の製造工程である対象区と比べ，約 30%抗酸化

塩 回 数 を 減 ら す こ と で ，脱 塩 に 伴 う 抗 酸 化 性 の 損 失 を能が高くなることが分かり，付加価値の高い製品作りに

抑 え る 方 法 ，二 つ 目 は 下 漬 け 液 中 に お け る 梅 酢 の 抗 酸

適用できると考えられた。

化 性 が 高 い こ と か ら ，通 常 の 製 造 工 程 よ り 梅 酢 濃 度 を高めた条件について検討を行った。
以上より本研究では，①下漬け液の塩濃度を低く（ 3%） し た 処 理 区 ， ② 下 漬 け 液 中 の 梅 酢 濃 度 を 2 倍

また梅酢濃度を 2 倍にした処理区 3 については，製品の抗酸化能が対象区とほぼ同じであったことから，梅酢
濃度が製品の抗酸化能に与える影響は少ないと考えられた。

に し た 処 理 区 ，③ 下 漬 け 液 の 塩 濃 度 を 低 く し ，梅 酢 濃
度を 2 倍にした処理区の計 3 つの処理区について，

表1

下漬け液条件（対照区は通常の製造工程）試作を行い抗酸化能を評価した。
３
３．１

塩濃度

梅酢濃度

処理区１

３％

通常

処理区２

５％

２倍

処理区３

３％

２倍

対照区

５％

通常

結果及び考察ORAC 法を用いた生姜漬物製造工程における抗酸化性評価
ORAC 法を用いて評価した生姜原料および各製造工程における抗酸化能測定結果を図 2 に示す。
測定結果より生姜の抗酸化能への寄与としては，脂溶性成分の方が水溶性成分よりも高いことが分かった。また生姜原料の抗酸化能は加工品の抗酸化能よりも高いことから，抗酸化能は漬物製造工程が進むにつれて低くなることが示唆された。

図3
図2

生姜漬物製造工程における抗酸化性評価

下漬け液の違いによる製品の抗酸化能比較

４

おわりに

本研究により生姜漬物製造工程における抗酸化性の 変 動 を 明 ら か に し た 。原 料 の 抗 酸 化 性 が 高 く ，下 漬
け ，製 品 と 工 程 が 進 む に つ れ て 抗 酸 化 能 が 低 下 す る ことが分かった。
ま た ，下 漬 け 液 の 違 い に よ る 製 品 の 抗 酸 化 能 を 比 較
し た と こ ろ ，下 漬 け 液 の 塩 濃 度 を 低 く す る こ と で 製 品の 抗 酸 化 能 が 高 く な る こ と が 分 か っ た 。こ れ は 塩 濃 度を低くしたことによって脱塩に伴う抗酸化能の損失を抑えられためと考えられた。
今 後 は ，本 研 究 で 得 ら れ た 抗 酸 化 性 を 高 め る 製 造 方法にてスケールアップを行っていく予定である。
参考文献
1) 食品機能性評価支援センター

技術普及資料等検討委

員会編： 食品機能性評価マニュアル集
日本食品科学工学会，79-86，（2008）

第Ⅱ集 ，（社）

共同研究

抗酸化能測定を用いた発酵食品の品質評価法の開発
星

佳宏*

隆浩*

佐々木

岡本

竹己*

齋藤

高弘**

Development of Quality Evaluation of Fermented Food by Determination of Antioxidant
Capacities
Yoshihiro Hoshi，Takahiro SASAKI，Takemi OKAMOTO and Takahiro SAITO
ORAC 法，化学発光法（NaClO 発光法）と既存の評価法（TBA 法，DPPH 法，3‑DG 法，着色度測定）により強制劣化させた清酒を分析することで，清酒の熟成・劣化と抗酸化能の関係を調べた。その結果，生もと造りの清酒の抗酸化能が高いことと化学発光の変化量が小さい
ことが明らかになった。評価法の相関関係に関しては，NaClO 発光法と既存の評価法（TBA
法，DPPH 法，3‑DG 法，着色度）の相関が高いこと，NaClO 発光法と ORAC 法との相関は低い
ことが分かった。このことから，抗酸化能と清酒の熟成・劣化は相関関係が低いと考えられた。
Key Words : 化学発光法，ORAC 法，清酒，品質評価

１

はじめに

た。なお，測定試料の希釈倍率は 5 倍と 10 倍として行っ

発酵食品現場では熟練者の官能に頼った貯蔵出荷管

た。

理や品質評価が行われているが，製造工程の管理を経験

化学発光法（NaClO 法）の測定は阿部 2) の方法に従っ豊富な技術者の主観的な評価に依存しており，より客観た 。 清 酒 480µl を 0.5mlPCR チ ュ ー ブ に 分 注 し ，的な品質評価法の開発が望まれている。

C9692-05(浜松ホトニクス)の計測部に設置し測定を開始

本研究では抗酸化能を様々な食品との比較可能な

し，計測開始 10 秒後に 0.44M 次亜塩素酸ナトリウム溶

ORAC 法，熟成・劣化の程度を測定可能な化学発光法

液 12µl を試薬注入部から注入した。測定は 5 回行い，得（NaClO 発光法）と既存の清酒劣化の評価法（TBA 法，

られた最大発光量の最大値と最小値を除いた 3 つの平均

DPPH 法，3-DG 法，着色度）により強制劣化させた清値を値とした。

酒を分析することで，清酒の熟成・劣化と抗酸化能の関

また，比較に用いた指標は，着色度（ ＯＤ 430）3)，3-DG係を調べた。それにより，熟成・劣化と抗酸化能の両方

値 4-6)，TBA 反応値 7-9) ，DPPH ラジカル消去能（DPPHを勘案した総合的な発酵食品，特に清酒の品質評価法の法）10,11)とした。なお，DPPH 法で得られた吸光度は Trolox

開発を目標とした。

当量に換算し，清酒 100mL 当たりのラジカル消去能活性として示した。

２
２．１

２．２

研究の方法

試料清酒

測定対象とする清酒は H22 年製で栃木県産の速醸造り測定法及び測定条件
1)

ORAC 測定は，食品機能性評価マニュアル集Ⅱ によの純米吟醸酒(精米歩合 50％)，本醸造酒(精米歩合 60%)，

り，マイクロプレートリーダー（TECAN 製 infinite F200）

普 通 酒 (精 米 歩 合 65％ )と 生 も と 造 り の 清 酒 (精 米 歩 合を用いて測定した。

60%)を用いた。それぞれ 50ml の透明なガラス製の瓶に清酒 1g に AWA 溶液 5ml を加え，遠心分離し，上清の分注し，暗所にて 70℃で 7 日間の加速劣化を行った。24

採取を 2 回繰り返したものの上清を測定試料とした。透時間ごとに 1 本ずつ取り出し-25 度の冷凍庫で冷凍保存

明な 96 穴プレートにブランク，測定試料を 20µl 入れ，し，加速劣化 0 日目から 7 日目まで，各清酒 8 サンプル

さらにフルオレセイン溶液 200µl を添加し，37℃に保温を作成した。

したのち，初期発光量を測定した。初期発光量を測定したのち，37℃の Assaybuffer15ml に AAPH0.129mg を添加した溶液を 75µl 添加し，1 分 30 秒毎に発光量を測定し*栃木県産業技術センター

**

宇都宮大学

食品技術部

農学部農業環境工学科

３
３．１

結果及び考察NaClO 発光法による測定結果

本法の原理は，次亜塩素酸ナトリウム溶液を試料に添加することによって，油脂の第 1 次酸化生成物である

図２

各清酒の強制劣化による NaClO 発光量増加率(各日 NaClO 発光量/0 日目発光量)

ヒドロペルオキシド(hydroperoxide)を分解し，一重項酸
1

素( O2)を主体とする活性酸素種や，ペルオキシドラジカ
ルの 2 分子停止反応によって生ずる励起カルボニルなど

３．２

ORAC 法による測定結果の励起物質を発生させ，この励起物質が基底状態に戻る

ORAC 法とは，蛍光物質であるフルオレセインとラジ際に放つ微弱な光を微弱発光検出器で計測することで，カル発生剤 2,2’-azo-bis(2-amidinopropane)dihydrochloride

酸化生成物であるヒドロペルオキシドを測定するものでを含む系に試料を加えて，一定温度に加温し蛍光強度のある

12,13)。これにより清酒保存中の酸化劣化生成物を捕変化を計測することにより，試料の抗酸化能を測定する方法である。

捉すると考えられる。
図１に純米吟醸酒，本醸造酒，普通酒，生もと造りの強制劣化させた清酒の ORAC 値の変化を図３に示す。

清酒の強制劣化による発光量の変化を示す。純米吟醸酒，全ての清酒において ORAC 値はほぼ横ばいであり，清酒

本醸造酒，普通酒は発光量が直線的に増加していたが，の ORAC 値は種類によらず強制劣化によってほとんど変

生もと造りの清酒は 3~5 日までの発光量が同程度，6 日

化しない結果となった。また，速醸造りの純米吟醸酒，目の発光量の減少がみられるものの全体的に上昇傾向で

普通酒，本醸造酒は値が近いが，生もと造りの清酒はあった。0 日目から 7 日目にかけての発光量の増加量はORAC 値が高かった。

本醸造が 28107cps，純米吟醸酒が 23530cps，普通酒が21198cps，生もと造りの清酒が 17832cps であった。

図３
３．４
図１

各清酒の強制劣化による最大 NaClO 発光量

各清酒の強制劣化させた清酒の ORAC 値の変化
ORAC 法と NaClO 発光法と TBA 法，3‑DG 法，着色度及び DPPH 法との相関関係
ORAC 法と NaClO 発光法と既存の清酒の熟成・劣化のまた，図 2 に 0 日目の値でそれぞれの発光量を除した評価手法である TBA 法，3-DG 法，着色度及び DPPH 法

NaClO 発光量増加率を示す。NaClO 発光量の増加率は，による Trolox 換算量について，これらの相互関係（決定

値が最も大きいものが純米吟醸酒，次に本醸造酒と普通係数）を表１に示す。

酒が同程度の増加率を示し，生もと造りの清酒が最も小NaClO 発光法は抗酸化能測定法の ORAC 法及び DPPH

さかった。発光の増加量，増加率はともに生もと造りの法とは相関が低かったが，TBA 法，3-DG 法，着色度測

清酒は変化量が最も小さく，生もと造りの清酒は劣化に定法と高い相関関係を示していた。特に NaClO 発光法としにくいという既存の知見と一致した

14 ）

。

最も高い相関を示しているのは 3-DG 法であった。TBA
法，3-DG 法，着色度測定といった既存の清酒劣化評価
法は全て分光光度計を用いた測定方法であり，測定原理
も清酒中の 3-deoxyglucoson（3-DG）の反応が含まれている 4-12)ことから各清酒間で値が近く，変化の傾向が似たためであると考えられた。
また，ORAC 法と DPPH 法といった抗酸化能評価法はNaClO 発光法，TBA 法，3-DG 法，着色度測定法と比べると相関が低かった。これは強制劣化日数が増すにつれ
NaClO 発光法，TBA 法，3-DG 法，着色度は熟成・劣化により値が増加するが， ORAC 法や DPPH 法は値がほぼ横ばいの傾向を示すためである。

く，同様に抗酸化能を示す DPPH 法でも最も大きい値を以上の結果から，NaClO 発光法は既存の清酒の熟成・示していることから，生もと造りの清酒は速醸造りの清劣化の評価法（TBA 法，3-DG 法，着色度）と高い相関

酒に比べて抗酸化能が高いと考えられた。NaClO 発光法を示し，ORAC や DPPH 法といった抗酸化能評価法はに着目してみると，発光量の増加量，増加率では生もと

NaClO 発光法や既存の清酒の熟成・劣化の評価法と相関が最も小さく，劣化しにくい清酒であることを示していが低いことが明らかになった。

た。
今後については，生もと造りの清酒は劣化しにくいとこのことから，清酒の抗酸化能と熟成・劣化は相関が低いと考えられた。

いう既存の知見 14)もあり，生もと造りの製造工程におけ表１をすることで，生もと造りの清酒の高い抗酸化能を有す

る抗酸化能の変化や生もと造りの清酒の詳細な成分分析
全清酒における ORAC 法と NaClO 発光法と TBA 法，

ることと NaClO 発光量の変化が小さいことの関連を調3‑DG 法，着色度法及び DPPH 法との相関関係

べたい。

(70℃での強制劣化)
NaClO発光法
NaClO発光法
―
TBA法
0.467
3-DG法
0.626
着色度法
0.410
DPPH法
0.022
ORAC法
0.011

TBA法 3-DG法 着色度法 DPPH法 ORAC法
0.467 0.626 0.410 0.022
0.011―
0.840 0.887 0.103
0.002
0.840
―
0.788 0.130
0.015
0.887 0.788
―
0.204
0.000
0.103 0.130 0.204―
0.313
0.002 0.015 0.000 0.313―

また，NaClO 発光法と ORAC 法，それぞれの測定法においていかなる成分が影響を与えているか調べ，清酒の熟成・劣化や抗酸化能とこれらの成分との関係を把握したい。そして，熟成・劣化と抗酸化能を勘案した清酒製
造工程における客観的な品質評価法の開発に繋げられる
ようにさらに研究を深めていきたい。

４

おわりに
参考文献

本 研 究 で は 70 ℃ で 強 制 劣 化 を 行 っ た 清 酒 に 対 しNaClO 発光と既存の評価法である TBA 法，DPPH 法，

1)

食品機能性評価支援センター

技術普及資料等検討

3-DG 法，着色度測定法及び ORAC 法との関係を明らか

委員会編：“食品機能性評価マニュアル集にした。

79-86，(2008)

70℃による強制劣化は，10℃上昇すると熟成・劣化速度は約 3 倍となるということが知られている

15)

2)

。この事か

ら 25℃を常温と仮定すると，70℃1 週間の劣化は約２年

第Ⅱ集”，

阿部恭幸：NaClO 発光による清酒の熟度評価法の開発,宇都宮大学農学部,卒業論文(2010)

3)の清酒の熟成・劣化と考えることができる。

注解編集委員会編： “第四回改正国税庁所定分析法注
解 ” 財団法人

日本醸造協会,p28(1993)

強制劣化日数が多くなるにつれ，NaClO 発光法，TBA

4)

岩野ら：日本醸造協会誌,65 巻(1),p.59-62

法，3-DG 法，着色度の値は増加した。これらの変化は既

5)

岩野ら：日本醸造協会誌,65 巻(1),p.63-652),4) 〜 12)6)

岩野ら：日本醸造協会誌,74 巻(2)，p.141-145(2003)

また，DPPH 法，ORAC 法による清酒の抗酸化能測定

7)

野村ら：日本醸造協会誌,98 巻(6),p.449-455(2003)

では，強制劣化日数を多くしても値にほとんど変化がな

8)

野村ら：日本醸造協会誌,99 巻(7),p.521-525(2003)

かった。

9)

野村ら：日本醸造協会誌,100 巻(2),p.141-145 (2003)

存の知見と一致していた。

評価法の相関関係に関しては，NaClO 発光法と ORAC
法との決定係数は非常に低いことから，抗酸化能と清酒の熟成・劣化は相関関係が低いことが分かった。

10) H.Kitagaki,M.Tsugawa:J.Biosci.Bioeng.,87,(3),328-332(
1999)11) 北垣ら：日本醸造協会誌,98 巻(8),p.589-593(2003)

NaClO 発光法は TBA 法，3-DG 法，着色度のいずれと

12) 山口ら：日本醸造協会誌，104 巻（4），p.303-311(2009)も非常に高い相関関係を示していた。このことから

13) 五十嵐脩，島崎弘幸：過酸化脂質フリーラジカル実

NaClO 発光法は清酒の熟成・劣化を非常によく捉えていることが考えられた。

14) 岡本ら：平成２１年度栃木県産業技術センター研究

生もと造りの清酒は，TBA 法，DPPH 法，3-DG 法，着色度，ORAC 法，アミノ酸分析で値や変化量が最も大きかった。TBA 法，3-DG 法，着色度は清酒のアミノ酸量との相関が高いため

16)

験法，東京学会出版センター，(1995)

生もと造りの清酒は高い値を示したと考えられる。
抗酸化能を示す ORAC 値は生もと造りの清酒が最も高報告，7，67-69(2010)15) 東京国税局鑑定官室：やさしい清酒の貯蔵・出荷管理,日本醸造協会,5 版,p.4-6,36(1995)
16) 財団法人日本醸造協会：清酒製造技術，日本醸造協会，第 8 版，p.371(1998)

共同研究

化学発光を利用した製麹工程モニタリング技術の開発
佐々木

隆浩*

岡本

竹己*

齋藤

高弘**

Development of Monitoring Technology in Koji Making by Chemiluminescence
Takahiro SASAKI，Takemi OKAMOTO，Takahiro SAITO
蛍光プレートリーダーを用いて製麹工程モニタリング技術の開発を目標とする研究を行った。米麹測定に適した励起波長は 410nm，測定波長は 630,690nm であった。蛍光強度が増加するにしたがい麹菌体量や酵素量の増加が認められた。種麹量を調整した普通麹と吟醸麹では出麹時の蛍光強度が普通麹のほうが約1.7 倍高くなり，菌体量や酵素量の影響が推察された。
Key Words : 化学発光，麹菌，清酒，品質評価

１

はじめに

た。

清酒製造過程において製麹（麹造り）工程は品質を左

２．２

励起波長および測定波長の検討

右する最も重要な工程として知られている。しかし多く試料とする米麹は標準製麹試験法 ２ )に準じて培養しの清酒製造場が本工程の管理を経験豊富な酒造技術者のた。すなわち * 米（吟風，精米歩合 60%）5g が入ったシ

主観的な評価に依存しており，製造現場では客観的な評ャーレ(直径 9cm)に，麹菌の胞子を 10 5 個/ml に調整した価管理法の開発が求められている。

胞子けん濁水 7.5ml を加え混合した。種麹は市販の醪用

一方宇都宮大学では励起状態の物質から放出される微弱な光をとらえる化学発光測定技術を有しており

１），こ麹（㈱樋口松之助商店 ）を用い，温度 36℃，湿度 90%以上の恒温庫にて培養した。またシャーレからマイクロプ

れは物質変化を網羅的にとらえるのに適した技術であレートに試料を移動する際の米麹の破損を防ぐため，マる。

イクロプレート上にて培養した物も試験に供した（図 1)。

そこで本研究では化学発光測定技術を用いて製麹工程における複雑な成分変化を簡易にモニタリングすること
により，麹菌活性や生産する代謝生産物を網羅的に捕らえ数値化する検討を行う。さらに，化学発光法により得られた数値と麹菌の菌体量，酵素活性，温度，水分，そして得られた清酒の品質との関係を探ることにより，これまで経験則に依存してきた製麹工程を本法により数値管理する技術を開発することを目標とする。
２
２．１

研究の方法

測定条件

測定には蛍光プレートリーダーを使用し麹菌の測定に適した励起波長および測定波長の検討には infinite
M200（TECAN 社），製麹に伴う蛍光強度の経時変化の測定には infinite F200（TECAN 社）を用いた。測定モードは蛍光測定(Fluorescence Top Reading)とし測定室の温度は 37℃，マイクロプレートは 96well 黒色マイクロプレート(costar 社)，検出感度(Gain)は infinite M200 使用時でGain110，infinite F200 使用時で Gain75〜85 の間に設定した。試料は目標培養時間に達したものを随時測定に供し*栃木県産業技術センター

**

宇都宮大学

食品技術部

農学部農業環境工学科

0h
図1

26h

36h

96 穴マイクロプレートとウェル内の麹２．３

麹酵素力価および菌体量分析

10

α‑アミラーゼ活性，グルコアミラーゼ活性，α‑グルコ
シダーゼ活性，酸性カルボキシペプチダーゼ活性と麹菌
体量の分析を行った。各酵素活性の測定にはα‑アミラー
ゼ測定キット，糖化力分別定量キット，酸性カルボキシ
ペプチダーゼ測定キット(KIKKOMAN)を使用し測定した。
麹菌体量の測定は五味ら ３)の報告に従い，麹菌細胞溶解

Fluorescence strength(×10 3counts/20μs)

シャーレで製造した麹について酵素力価分析として

酵素(Yatalase)を用いて得られた N‑アセチルグルコサミン(GlcNAc)量から麹菌体量(mg/g 麹)を算出した。

8

Rice koji
Steamed rice

6
4
2
0
475

２．４

製麹工程モニタリング

製麹は当センターの麹室にて行い箱麹法により行った。原料米は精米歩合５０％の栃木県産ひとごこち（平

図2

550
625
700
775
Emission wavelength(nm)850

励起波長 425nm における蒸米と米麹の蛍光強度ス

ペクトル

成２１年度産）を用い，種麹はひかみ吟醸用（㈱樋口松
０ｇ使用し種麹使用量の異なる麹を製造した。浸漬時の吸水率は３２％を目標とし盛りは３０〜３１℃，仲仕事
は３５〜３６℃，仕舞仕事は３８〜３９℃，最高温度は
４２〜４４℃とし最高温度を１０時間以上保持後出麹した。製麹時間０，６，２１，２４，２７，３０，３３，
３６，４２，４５時間にサンプリングを行い測定した。

蛍光強度（counts/20μs）

之助商店）を用いて白米１００ｋｇ当たり１００ｇ，１

75000
70000
65000
60000
55000
400

３
３．１

結果及び考察410

420

励起波長（nm）

励起波長と測定波長の検討

麹菌の測定に適した励起波長および測定波長の検討を行うため，培養 48 時間の蒸米と米麹について励起波長

図3

励起波長 400-426nm における測定波長 630nm の米

麹の蛍光強度スペクトル

365，400，425，450nm にて測定を行った。その結果，測定波長 470nm 付近で蛍光強度は最大値を示し，その後

３．２

蛍光強度と麹菌体量，酵素力価について

緩やかに減少する傾向を示したが，励起波長 400,425nm

シャーレで製造した麹の蛍光強度と麹菌体量，酵素力において測定波長 630,690nm 付近で麹菌由来と考えられ価の関係をそれぞれ図 4，5 に示す。蛍光強度と麹菌体量る特異的な蛍光強度が認められた。励起波長 425nm におは培養時間が長くなるに従い値の増加が認められほぼ同ける蒸米と米麹の蛍光強度スペクトルを図 2 に示す。

様の傾向を示した。麹菌の生産するα-アミラーゼ，グル

測定波長 630nm が 690nm と比較し蛍光強度の増加が

コアミラーゼについては，麹菌の生育が盛んになる盛り大きいため，測定波長を 630nm に固定し測定に最適な励（23 時間）から液化酵素であるα−アミラーゼの生産が起波長の検討を行った。培養 48 時間の米麹について励起盛んになり，遅れて糖化酵素であるグルコアミラーゼの

波長 400〜426nm における蛍光強度スペクトルを図 3 に生産が始まった。仲仕事（32 時間）から酵素の生産が急示す。励起波長 410nm における蛍光強度が最大となった

激に増加し出麹前（44 時間）には緩やかとなった。また，ことから，励起波長 410nm，測定波長 630nm にて米麹のGA 比（グルコアミラーゼ/α−アミラーゼ）のグラフを測定を行うこととした。

図 6 に示す。GA 比も同様に盛りまでは緩やかに増加し，仲仕事後急激に増加し出麹時（47 時間）に最高値を示した。GA 比の高い麹は吟醸造りに重要であり，吟醸麹製
造には最高温度到達後（40 時間）の時間を長く保持することにより GA 比を高められることが示唆された。

4800016とで製麹時の麹菌の生育状況や生産酵素のモニタリング

麹菌体量

14

が可能であることが示された。

12

33000

10

28000

8

23000

6

18000

4

13000

2

8000

0
0

10

20

30

40

50

培養時間（h）

図4

蛍光強度と麹菌体量

蛍光強度(counts/20μs)

38000

蛍光強度

麹菌体量（mg/g麹）

43000

蛍光強度（counts/20μs）

ると推察された。以上のことから化学発光を利用するこ

18

28000

種麹10g

23000

種麹100g

18000
13000
8000
3000
0

α-アミラーゼ

1000

100

グルコアミラー
ゼ

800

80

600

60

400

40

200

20

グルコア ミラーゼ（U/g-麹）

120

1200

0

10

20

30

40

30

40

50

図7

種麹使用量が異なる麹の蛍光強度
４

おわりに蛍光プレートリーダーを用いた米麹測定に最適な励起波長は 410nm，測定波長は 630,690nm であった。蛍光強度が増加するにしたがい麹菌体量や麹菌が生産する酵素量も

0

0

20

製麹時間(h)140

1400

α-ア ミ ラーゼ（U/g-麹）1050増加した。GA 比は仲仕事後に急激に増加し最高温度到達

培養時間（ h）

後の時間を長時間保持することで GA 比の高い麹を製造可
図5

能なことが示唆された。種麹使用量を調整した麹では，出酵素力価

麹時の蛍光強度について種麹 100g は種麹 10g の約 1.7 倍の値となり，菌体量や酵素生産量が影響していると推察され

1.2

た。
1

GA比

0.8

参考文献

0.6

1) 片岡ら:平成２１年度日本醸造学会大会講演要旨集

0.42) 岡崎直人:日本醸造協会誌，74，（11），738-739(1979)

0.2

3) 五味勝也，岡崎直人，田中利雄，熊谷知栄子，井上博，
飯村穣，原昌道：醸協，82，（2），130-133（1987）

0
0

10

20

30

40

50

培養時間（h）

図6
３．３

GA 比

製麹工程モニタリング

種麹使用量が異なる麹における蛍光強度の変化を図 7に示す。種麹 10g，100g ともに製麹時間が長くなるに従い蛍光強度は高い値を示したが，種麹 10g の蛍光強度について製麹時間 36 時間（仕舞仕事）以降は緩やかな増加となり，種麹使用量の異なる麹は異なった挙動を示した。
製麹時間 45 時間の蛍光強度は種麹 100g，10g はそれぞれ
約 21000，12000 counts/20s となり，種麹 100g は種麹
10g の約 1.7 倍の蛍光強度であった。これは種麹の使用量が 10 倍多く，菌体量や酵素生産量が多かったためであ共同研究生酛用優良酵母の開発（第１報）
佐々木

隆浩*

岡本

竹己*

牛久

和規*＊

Development of New Yeast for Kimoto (1st Report)
Takahiro SASAKI，Takemi OKAMOTO and Kazuki USHIKU
生酛を製造し生酛の特性を活かした優良酵母の分離，選抜を行った。生酛から分離した酵母はＴＴＣ染色により野生酵母ではないことを確認し小仕込み試験を実施した。小仕込み試験により吟醸香が高い株を選び小規模発酵試験を行い香味の整った酵母を選抜した。
Key Words : 生酛，酵母，TTC 染色，アミノ酸組成

１

はじめに

キス（Ｂｒｉｘ１０．０）にて培養し１次スクリーニン

消費者のし好性の多様化から様々なタイプの清酒が市グを行った。正常な発酵が認められた株をＴＴＣ下層培

販されている。清酒ベースリキュール，低アルコール酒，

地（日本醸造協会）にプレーティングし，コロニー形成

発泡性清酒などあるが，近年伝統的な酒母製造方法であ後ＴＴＣ上層培地（日本醸造協会）にて重層を行った。

る生酛がにわかに注目をあびている。生酛は現在主流の

正常な酵母を用いて以下の小仕込み試験を行った。

速醸酛に比べ時間や労力を要する酒母であり，また硝酸還元菌や乳酸菌などの酵母以外の微生物を操作するので

２．３

小仕込み試験

製造には微生物学的知識や経験が不可欠である。生酛で掛米は精米歩合７０％のα米，麹米は精米歩合６０％

醸造された酒は独特な香りや厚みのある味，キレのよさの乾燥麹（ともに徳島製麹㈱）を用い，総米１５０ｇのが特徴であり県内の酒造企業でも挑戦する蔵が増加傾向

小仕込み試験を行った。仕込み配合を表２に示す。コンではあるが，一方現代ではあまり製造されていなかった

トロールとして惣誉酒造㈱の酵母を用いた。仕込みは酒ため生酛の酒質に適した酵母の開発は行われていない。

母省略の酵母仕込みに準じ，添仕込みの汲み水に酵母をそこで本研究では生酛の風味に適した酵母の開発を行

スラントから一白金耳で麹エキス（Ｂｒｉｘ１０）に接種し２０℃で３日間静置培養したものを約１０ ６/ｍｌ

った。

となるように加え，醸造用乳酸を汲み水１００Ｌあたり
２
２．１

１１０ｍｌ加えた。仕込み温度および発酵温度は１５℃

研究の方法

一定とし踊りは２日間とした。質量減少量４５ｇを目安

生酛系酒母の製造

惣誉酒造㈱にて生酛の製造を行った。原料米は精米歩に遠心分離により上槽した。一般成分は国税庁所定分析

合６０％の山田錦（平成２３年度産，兵庫）を用い生酛法 １），香気成分はヘッドスペースガスクロマトグラフ法の製造は定法により行った。使用時の一般成分を表１ににより分析を行った。

示す。
表１
ボーメ

７．０

アルコール分（％）

１２．０

酸度（ｍｌ）

９．０

アミノ酸度（ｍｌ）

５．８

２．２

表２

使用時の一般成分

総米（g）
掛米（g）
麹米（g）
汲水（ml）

小仕込み試験仕込み配合

添
３０
２０
１０
４５

仲
５０
４０
１０
５５

留
７０
６０
１０
１１０

計
１５０
１２０
３０
２１０

酵母の分離，選抜

製造後枯らし中の酒母から酵母の分離，選抜を行っ

２．４

実地醸造試験

た。酒母をサンプリングし，生理食塩水で適宣希釈後Ｙ

小仕込み試験にて選抜した株を用いて惣誉酒造㈱にＰＤ平板培地にプレーティングした。酵母を釣菌し麹エ*
栃木県産業技術センター 食品技術部て総米６００ｋｇの実地醸造試験を行った。仕込み配合**

惣誉酒造株式会社

を表３に示す。原料米は精米歩合４５％の山田錦（平成

結果を図１に示す。アミノ酸分析の結果，コントロール

２３年度産，兵庫）を用いた。添仕込みと踊りは１２℃，に比べＡｌａが増加していた。Ａｌａは甘味アミノ酸と仲仕込みは８℃，留仕込みは６℃で仕込んだ。アミノ酸

して清酒中では存在が良いと評価されていて，２）また官分析については，清酒とスルホサリチル酸を１：１で混能評価の結果コントロールは華やか，カルイとの評価で合し，０．４５μｍのフィルターを通して，アミノ酸分あったのに対し，Ｎｏ．２は香りが高い，味ありとの評析計(日本電子株式会社，JLC500/V)にて測定した。

価を得たことから，香味に優れた酵母を選抜したことが明らかとなった。

表３

実地醸造試験仕込み配合

酛
36
24
12
40

総米（kg）
掛米（kg）
麹米（kg）
汲水（L）

３
３．１

添
100
70
30
110

仲
180
140
40
270

留
284
236
48
420

計
600
470
130
840

結果及び考察酵母の分離，選抜

表５

実地醸造試験の一般成分および香気成分
コントロール

Ｎｏ．２

日本酒度

＋３．０

＋２．０

アルコール分（％）

１７．７

１７．７

酸度（ｍｌ）

１．４

１．５

アミノ酸度（ｍｌ）

１．１

１．１

カプロン酸エチル（ｐｐ

４．４

５．５

酢酸イソアミル（ｐｐｍ）

１．３

１．３

酢酸エチル（ｐｐｍ）

４４

３６

ｍ）

ＹＰＤ平板培地より２０株釣菌し麹エキスにより培養を行った。それらはＴＴＣ染色により選抜酵母は赤く染色され野生酵母ではないことを確認した。
３．２

20.0

小仕込み試験

表４に小仕込み試験の一般成分および香気成分を示

16.0

す。一般成分についてＮｏ．２はコントロールに比べほ

14.0

15.9

コントロール

12.0％

とんど変わらなかったが，香気成分は吟醸香の主成分で

No.2

10.0

あるカプロン酸エチルが約１．６倍に増加していた。ま8.0

た，オフフレーバーである酢酸エチルがコントロールに

6.0

比べ約４割減少しており，コントロールに比べスッキリ

4.0
2.0

とした香りであった。

0.0

P-Ser
Ser
Glu
AAA
Gly
Ala
Cit
a-ABA
Val
Cys
Met
Cysta
Ile
Leu
Tyr
Phe
GABA
MEA
NH3
Orn
His
Lys
3M-His
Arg
Pro

表４

18.0

18.0

小仕込み試験の一般成分および香気成分
コントロール

Ｎｏ．２

日本酒度

＋１．５

＋５．８

アルコール分（％）

１８．０

１８．３

酸度（ｍｌ）

１．８

１．９

生酛を製造し生酛の特性を活かした優良酵母の分離，アミノ酸度（ｍｌ）

２．６

２．２

選抜を行った。生酛から分離した酵母はＴＴＣ染色によ

カプロン酸エチル（ｐｐ

５．３

８．３

り野生酵母ではないことを確認し小仕込み試験を実施しｍ）た。小仕込み試験により吟醸香が高い㈱を選び小規模発

酢酸イソアミル（ｐｐｍ）

３．４

２．４

酵試験を行い香味の整った酵母を選抜した。来年度はさ酢酸エチル（ｐｐｍ）

１０２

６３

らに酵母の選抜を進め実地醸造試験を行う予定である。

３．３

図１
４

おわりに

参考文献

実地醸造試験

一般成分および香気成分の分析結果を表５に示す。小アミノ酸組成1) 注解編集委員会編：

仕込み試験同様で一般成分はＮｏ．２とコントロールで解

ほとんど変わらなかったが，カプロン酸エチルはコント

2) 岩野ら：日本醸造協会誌，Vol.99, No.9，p659-664(2004)

ロールに比べ約１．２倍に増加していた。アミノ酸分析

財団法人

第四回改正国税庁所定分析法注

日本醸造協会(1993)

共同研究

輸出用清酒の品質安定化技術の開発(第２報)
岡本

竹己*

佐々木

隆浩*

上吉原正人**

Study on the Development of Techniques for Quality Stabilization of the Export Sake
(2nd

Report)Takemi OKAMOTO ，Takahiro SASAKI and Masato KAMIYOSHIHARA

高温糖化乳酸菌添加酒母による，輸出用清酒を視野に入れた品質安定性の高い清酒の保存試験，添加乳
酸菌によるスムーズな酸度の誘導条件について検討を行った。NaClO 発光法による 30℃暗所における劣化度評価を行ったところ，本法により得られた清酒は対象と比較し酸化劣化が進み難い傾向であった。また，
麹歩合 50%，ボーメ 11 が乳酸菌添加後のスムーズな酸度増加に適していた。
Key Words : 清酒，品質安定,乳酸菌，輸出

１

２

はじめに

国内の清酒需要が減少傾向の中，北関酒造㈱において

２．１

研究の方法

試験酒の製造法は海外輸出の割合が年々増加してきており，総出荷量の昨年度の試験結果の確認を行うため，酒母製造法のみ

１０％以上を占めるに至っている。清酒は他の酒類に比を変え，他の条件をほぼ同一とした清酒製造を行い保存較し熟成劣化が生じやすく，流通時にデリケートな管理試験に供した。今回提案しているＡ区（提案酒：培養乳が要求されるが，海外輸出商品はその多くが船便であり，酸菌添加酒母）及びＢ区（山廃酒母）は１００Ｋｇ規模，

消費地まで長時間を要し，かつ出荷先で想定以上の過酷Ｃ区（従来法）は実製造規模（１５ｔ仕込）より得られな環境下での流通が予想され，品質安定性の高い清酒のた純米酒である。Ａ区の高温糖化乳酸菌添加酒母の製造商品化が望まれる。

フローを図１に示す。原料米には精米歩合５５％の「と筆者らは，通常の高温糖化酒母製造時と同様に糖化を行ったものに培養乳酸菌を添加し，常法と同様に育成しちぎ酒１４」，酵母はＫ７０１を使用し純米酒規格とした。

た酒母を用いた清酒の酸化劣化が生じ難いことを確認している 1,2) 。さらに昨年度（平成 22 年度）の研究におい

高温糖化による米の溶解，殺菌て，パイロットスケール規模（総米 100Kg）で製造した↓乳酸菌培養添加高温糖化酒母による清酒が，５０℃にお培養乳酸菌を添加し，増殖・代謝による酸度上昇

ける加速劣化試験において，比較酒（山廃酒，酵母仕込（雑菌汚染リスクの少ない安全な酵母培養環境の調整）

3)酒）よりも安定性が高いことを確認した 。

↓

今年度は，パイロットスケール製造により得られた提酵母添加案酒と比較酒を用い，３０℃暗所における酒質安定性の↓再確認を行うとともに，高温糖化乳酸菌添加酒母製造に通常の酒母と同様の経過後仕込みに用いる

おいて最も重要と考えられる添加乳酸菌の最適な培養条件について検討を行った。

図１

乳酸菌添加高温糖化酒母の製造フロー

なお，本研究は「平成２２年度ものづくり技術強化支援補助事業」のフォローアップ研究として実施したもの
である。

２．２

貯蔵熟成試験

上記の３区分の清酒を，上槽後素ろ過によりオリを除去し，720ml 瓶に満量詰め瓶火入れした。その後，北関＊

栃木県産業技術センター＊＊北関酒造株式会社

酒造㈱において３０℃暗所にて保存した。

２．３

３．２

乳酸菌培養に適した酒母条件の検討

乳酸菌培養に適した酒母条件の検討

高温糖化乳酸菌添加酒母製造においては，乳酸菌添加

高温糖化の麹歩合，乳酸菌添加前の糖化液のボーメ
６

後のスムーズな酸度増加を誘導することが雑菌汚染防止

個になるよう添加し，３０℃培養時の滴定酸度の増加をのために極めて重要となる。そこで，添加乳酸菌の酸度

経時的に測定した。原料米には五百万石（精米歩合６０生成に適した条件を把握するため，酒母の麹歩合，高温％）を用い，総米２〜５Kg の規模で適宜実施した。

糖化後のボーメが培養乳酸菌添加後の酸度上昇に与える

２．４

影響について検討を行った。

（Be）を変え，培養乳酸菌を糖化液 1ml あたり約１０

分析等

一般成分は国税庁所定分析法
発光法

5）

4）

，劣化度は NaClO 化学により評価した。なお，本法は酸化物生成による劣化度の指標として筆者らが用いている方法である。

図３に麹歩合１００％，５０％，３０％における培養
乳酸菌添加後の滴定酸度の変化を示した。
麹歩合５０％区が最も順調な酸度増加を示し，安全な酒母誘導のためには麹米：掛米＝１：１の仕込配合が適３３．１

切と考えられた。

結果及び考察試験酒の保存試験

各区分の製造法により得られた生成酒の一般成分を表ものが得られ高温糖化乳酸菌添加酒母による清酒製造の再現性を確認することができた。
表１

生成酒の一般成分等

Ａ区(提案)

Ｂ区(山廃)

Ｃ区(比較)

日本酒度

＋２．５

＋３．０

+２．５

ｱﾙｺｰﾙ分(%)

１８．４

１８．５

１８．４

酸度(ml)

２．０

２．１

２．０

ｱﾐﾉ酸度(ml)

１．９

１．７

１．８

滴定酸度

１に示す。提案酒は昨年度のものとほぼ同様の成分値の8

48時間経過7

72時間経過6

96時間経過54（ｍｌ） 32
10
麹歩合１００
図３

これらの清酒を保存試験に供した結果を図２に示す。

麹歩合５０

麹歩合３０

麹歩合と滴定酸度増加量の関係

発光量の増加はＡ区（提案酒）が最も小さく，次いでＢ区，Ｃ区の順となり，清酒にとって過酷と考えられる

図４に糖化後の Be（ボーメ）と経時的な滴定酸度増加

保存環境において，乳酸菌添加酒母を用いた清酒は従来との関係を示す。Be

酒と比較し保存中における安定性が高いこと再確認できが認められた。

11.0 において最も順調な酸度増加た。また，自然界の乳酸菌を誘導することを特徴とする
りも低く，生酛系清酒の酸化による劣化の生じ難さを実製造レベルで確認できた。

滴定酸度

B 区（山廃酒母）も，保存後の発光量は C 区（比較）よ9

48時間経過8
7

72時間経過6

96時間経過

5

22000
20000

発光量(cps)

18000

4

A区

（ｍｌ）

B区

3
2

16000
14000

C区

1
0

12000

Be 13.2

10000

Be 11.0

Be 9.3

8000
6000
３ヶ月

６ヶ月

９ヶ月

図４

糖化後のボーメ(Be)と滴定酸度増加量の関係

保存期間（30℃）

以上の結果より，汲水を適宜調整し高温糖化後のボー
図２

３０℃保存試験による NaClO 発光量の変化

メを１１前後にすることが適切と考えられた。

４

おわりに

現在，得られた結果をもとに順次スケールアップ試験
を行っており，最終的に数トン規模での製造を目指している。
今後は，他の醸造区分（吟醸酒など）への本製造手法の適用について検討を行っていく予定であり，過酷な流通環境下においても高い品質安定性が担保できる清酒
により海外市場における清酒の品質安定性の担保につなげていきたい。
参考文献
1) 岡本ら：平成 21 年度栃木県産業技術センター研究報告，
67-69 (2010)2) 岡本ら: 日本醸造協会誌，106，（8），506-514(2011)3) 岡本ら：平成 22 年度栃木県産業技術センター研究報告，
34-35 (2011)
4) 注解編集委員会編：
解

財団法人

第四回改正国税庁所定分析法注

日本醸造協会(1993)

5）山口ら：日本醸造協会誌，104，（4），303-311(2009)

共同研究

トーションレースを用いた建築用部材の開発
堀江

昭次 ＊

尾内

俊夫 ＊＊

Material for Buildings using The Torchonlace
Shouji HORIE,Toshio ONAI
木造建築物の補強材としての利用を想定して，レース用の糸素材の選定，レースの設計及び編成，レースの物性試験，レースを木材に接着した状態での強度試験を行った。糸素材としてポリプロピレンを選択
し て ， ３ 軸 と ４ 軸 をそ れ ぞ れ ３ 種 類 で合 計６ 種 類 のレ ー スの 設 計・ 編 成 を行 い ,そ れぞ れ の物 性 値 とし て
引 張 強 さ 及 び 伸 び 率の 測 定 を 行 っ た 。そ の後 ， 当 所で は ３軸 各 糸２ 本 で 撚り の 入っ た レー ス を ,足 工大 では全６種類のレースについてゴム系用材形接着剤を用いて木材と接着し，接着強度の試験を行った。その結果，木材とトーションレースの接着特性を確認することができた。
Key Words:トーションレース，建築用部材

１

はじめに

近年，耐震補強・耐震改修の重要性が高まっており，評価を行った。
２．４

木材に接着させての評価試験

様々な手法が提案されつつあるが，多くの手法は耐震

当所では，評価試験の結果から１種類のレースを選補強もしくは耐震改修のための費用が高い，手間がか定して，足工大では全６種類のレースについて，選定

かる，等の理由により多くの住宅や学校施設に適用さした接着剤を使用して木材に直接接着させ，力を加えれるに至っていない。そこで，本研究では安価で効果てレースと木材が剥離するまでの強度を測定し，接着的な耐震補強手法の開発を目的として，トーションレ

強度の評価試験とした。

ースを用いた耐震補強及び耐震改修のための建築用部
３

材に関しての基礎的な研究を行うことを目的に研究を
３．１

行った。

結果及び考察

レース用糸素材の選定

本研究で編成するレースは，産業用資材に分類され
２
２．１

研究の方法

レース用糸素材の選定る用途で使用するので，使用する糸も産業用資材としての利用実績，資材として使用するのに十分な物性を本研究におけるレース用の糸素材として，産業用資有することが求められる。また，本研究の目的の中に材としての利用実績や物性値，及び価格等を考慮して経済性に優れていることが含まれるので，この点も考選定を行った。

慮する必要がある。そこで，低融点以外は繊維総合特２．２

性として産業用資材としては最適であり，軽さ・耐薬

レース組織の設計及び編成

建築用部材として使用するために必要な物性値を得品性に優れ，価格的な面でもポリエステルと比較してることのできるレース組織で，生産性も計算する必要

５％優位とされるポリプロピレン（以下ＰＰ） 1)を糸素がある。それらのことを考慮してレース組織の設計を材として選択した。

行い，設計したレース組織について当所所有のトーシ

３．２ョンレース機による編成を行った。
２．３

レースの評価試験

レースの設計及び編成

建築用部材として，特に木材の接合材として使用することを想定して３軸レースを３種類と４軸レースをレース自体の物性値を確認するために，当所所有の３種類，計６種類のレースの設計及び編成を行った。

万能材料試験機（インストロン）を使用して，編成し表１にレースの種類を，図１〜２に編成したレースをたレースの引張強さ及び伸び率試験を行い，レースの示す。

*

栃木県産業技術センター繊維技術支援センター**

足利工業大学建築学科

表１

レースの種類表３

レース物性試験結果

３軸レース①たて糸・バイアス糸各１本②たて糸・バイアス糸各２本③たて糸・バイアス糸各２本撚有
４軸レース①たて糸・よこ糸・バイアス糸各１本②たて糸・よこ糸・バイアス糸各２本③たて糸・よこ糸・バイアス糸各２本撚有３．４

木材に接着強度試験

３．４．１

支援センターでの試験

レースの物性試験の結果から，生産性の優れた３軸レースの中では最もバランスの良い物性を示した各糸２本で撚りの入ったレース（フレンチグラウンド） 2)を選定して，万能材料試験機（インストロン）による接着強さの測定を行った。今回行った測定の試験条件は，
表４に示すとおりである。
①

②
図１

③

表４

試験条件

３軸レース
試 験 機：インストロン５５６９
木

材：アガチス材

木材寸法：１０×６×０．３（㎝）
レース幅：１１㎝
接 着 剤：ゴム系溶剤形接着剤
接 着 幅：１㎝･２㎝･３㎝･４㎝･５㎝(5種類)
①

②
図２

３．３

③

４軸レース

木材間隔：１０㎝
引張速度：２０㎝／min

レースの評価試験

設計・編成を行った６種類のレースについて当支援センター所有の万能材料試験機で引張強さ及び伸び率

試験片形状を図３に，試験片を万能材料試験機に装着した状態を図４に示す。

試験を行いレースの評価とした。表２に試験条件を示
す。
表２

試験条件

試

験

機：インストロン５５６９

試

料

幅：５㎝

つかみ間隔：５㎝
引 張 速 度：２０㎝／min
各レースともにたて・よこ・バイアス方向についての引張強さ及び伸び率試験を行った。その試験結果を表３に示す。３軸に関しては，よこ方向には物性を示すことができなかったが，各糸２本で撚りを加えた組織については，物性を示すことが出来る結果となった。

図３

試験片形状

方に加力用ジャッキを用いて静的に加力した。他方の支点位置で荷重計により反力を読み取ることにより，試験体に加わる力を計測した。加力は単調一方向加力を行い，接合部のズレ量を 1/100mm 変位計を用いて計
測した。

図４

試験片装着状態

試験結果を表５に示す。
表５

試験結果
図５

試験片寸法

図６

試験片形状

いずれの試験片もレース部分での破断ではなく，接着箇所の剥離したときの値となっている。接着幅が大きくなるに連れて引張強度は大きくなっているが，単位面積あたりの値にすると，接着幅３０㎜までは同じような値であるが，４０㎜と５０㎜では弱くなる結果となっている。接着幅が大きくなると引張強度が安定しない傾向にあるが，接着の技術及び養生時間に依存することが考えられる。
３．４．２

足工大での接着強度試験結果

試験体は規格木材のツーバイフォー材 SPF スタンダ
ードを用い，仕口形式の接合部を製作し，レース材を
ゴム系溶剤形接着剤で 2 材を表裏面に塗布して接合部を成型した。
実験は加力用の木材はりの中央部に試験体を水平を保持するよう設置し，てこの原理によりはり端部の一図７

加力システム概念

図８

図１０

破壊時接着部状況１

図１１

破壊時接着部状況２

実験状況

結 果 の 荷 重 − 変 位 (slip)履 歴 を 図 ９ a)か ら f)示 す 。加力初期のスリップの発生はたてバイアス各２本３軸タ
イプに見られるがその他の試験体では比例関係のグラ
フが荷重中期程度まで続いているものがほとんどで設
置時の接着したレースのたるみ等による履歴への影響は少ないと考えられる。
最大荷重の３分の１の割線剛性を初期剛性として比較するとたてバイアス各１本３軸のタイプがやや低い

表６値であるが，そのほかは顕著な差は見られない。

b) た て ・ バ イ ア ス 各 2本 (3軸 )a)た て ・ バ イ ア ス 各 1本 (3軸 )実験結果一覧

レー ス

1/3Pmax

δ

最大荷重

δ

初期剛 性

種

（N)

(㎜)

Pmax(N)(㎜)

K(N/㎜）

a)

177

2.42

530

10.08

73.30

b)

248

3.38

745

12.58

105.00

c)

195

2.33

585

8.49

106.25

d)

262

2.60

785

9.55

100.00

e)

228

2.38

685

8.14

95.86

f)

250

3.62

750

12.07

81.00

※レース種は図９と同じ

最大荷重はたてよこバイアス各 1 本 4 軸タイプとたて
よこバイアス各 1 本 4 軸タイプ，およびたてバイアス
各２本３軸タイプが高い値となった。たてバイアス各 1本３軸，たてバイアス各２本撚り有３軸が最も低く約１．５倍の結果となった。
ｃ）たて・ バイアス 各2本 (3軸 )撚 有d) たて・ バイアス 各1本 (4軸)

接 着 面積 １ ㎜ 2 あた り の最 大 荷重 の ３分 の１ のとき の荷重，最 大荷重を換算した値を表７中のσ 1 およびσmax として示す。
最大荷 重では接着力が１㎝ 2あたり15Nから２０ N 程度期待できる。
全試験体履歴を図１２に示す。最大荷重以降の耐力低下はた てよこバイアス 4 軸タイプのものが脆性的な接着面の剥離が発生している。接着法を更に検討したe)た て ・ バ イ ア ス 各 2本 (4軸 )図９f)た て ・ バ イ ア ス各 2本 (4軸 )撚 有

結果グラフ

い。

表７

単位接着面積あたりの力とエネルギー吸収量

用途について，より多くのレースを必要とする用途を検討すること，接着方法については接合部を均一な状

レース種

σ１ *

σmax *

エネルギー吸収量 *1

態にするための接合手法や更に面積の大きな接着部に

a)

0.05

0.15

4437.5

ついて実験を行い性能を確認すること，４軸レースの

b)

0.07

0.21

9097.5生産性向上 3)を図ること，スピンドルを検討すること，

c)

0.05

0.16

5318.0

これらのことを合わせて行っていきたいと考えている。

d)

0.07

0.22

5664.5

e)

0.06

0.19

4212.5

f)

0.07

0.21

6692.5*σ 1， σmax:1/3Pmax及 びPmax時 単位 接着面 積 あたり の 力(N)*1:エネ

ルギー吸収 量（N・㎜）

接 合 部 の 性 能 を 剛 性 ， 強度 ， じ ん 性 を 総 合 的 に考 慮
してエネルギー吸収量として最大強度以降８０％程度低下した履歴 の包絡線により x 軸とで囲まれた面積を計算すると表７中に示すような結果となった。
これらを比較すると，たてバイアス各２本３軸タイプのものが吸収量が大きく強度や粘り強さがある結果
となった。

図１２

全試験体荷重−変位履歴
４

おわりに

今年度は，建築用部材としての利用を考えて素材の選定（ＰＰ）と６種類のレース（３軸と４軸それぞれ３種類）の設計及び編成，レースの評価試験，ゴム系
溶剤形接着剤を用いての木材とレースの接着強度の測
定をい，それぞれの物性値を得ることができた，レース繊維と木材同士の接着接合部に用いた力学的性質について，基礎的な知見を得た。木材への接着作業にはある程度の熟練度が必要であり，その養生には２４時間以上かけることが十分な接着強度を得るために必要であることも確認できた。来年度の計画として，今年度の研究結果を考慮して，建築用部材としての認可を得るために基礎的なデータを収集すること，レースの

参考文献
1)

㈱東レリサーチセンター：テクニカル・テキスタ

イルの全容(2007)2)

松島四郎：トーションレース工業Ⅱ(1982)3)

栃木県産業技術センター研究報告

８（２０１１）

共同研究

新しい織り組織等を取り入れた結城紬の機能性と感性評価
金子

優

*

嶋田

和正

*

永田

順子

*

佐々木和也

**

清水

裕子

**

Functionality and Sensitivity Evaluation of the Yuki‑Tsumugi Incorporating
Different Weave
Masaru KANEKO, Kazumasa SHIMADA, Junko NAGATA, Kazuya SASAKI
and Hiroko SHIMIZU

織り組織を変えた紬織物を地機織りにより試作し，平織りの本場結城紬生地を加えた計 4 種類の紬織物について，一対比較法による官能評価と物性評価を行い，結城紬の機能性と感性を評価した。
大学生を対象とした官能評価の結果，織り組織がもじり織りよりも細かい平織りは，「暖かい」「すべりやすい」「しやなか」「さらっとしている」などの評価が大きい傾向が見られた，物性評価における通気度は，官能評価の「すべりやすい」「しなやか」「さらっとしている」の評価と負の関係性が認められた。また，本場結城紬の「手触りのよさ」は，実際に手で触って目で見ることにより，若者にも十分伝わることが明らかとなった。
Key Words : 結城紬,本場結城紬,官能評価，手触り,織り組織

１

はじめに

いても検討したので，併せて報告する。

平成 22 年 11 月 16 日に「結城紬」がユネスコの無形文化遺産の代表一覧表に記載されて以来 1),2) ，産地

２

研究の方法

内外の結城紬に対する関心が高まってきている。こう２．１

した中で，産地においては，本場結城紬ユネスコ無形センターでは，平織りとは異なる新しい織り組織 6),7),

文化遺産登録 1 周年記念事業 3) を開催するなど，結城8),9)異なる織り組織を取り入れた紬織物の製織を取り入れた紬織物を開発してきた。これら紬織物

紬の PR に努めている。さらに，栃木県・茨城県等のの機能性を評価するため，織り組織を変えた紬織物生

関係自治体や，産地組合，商工団体等により，本場結

地を地機により製織することとした。今回は，平成16

城紬振興協議会が組織され，平成 24 年 2 月に本場結及び平成18年度にセンターで着尺を試作し，産地企業

4) を策定したところでに技術移転した実績がある「もじり織り」6),7) を取り

城紬振興のための産地振興計画

入れた紗，五越ほら絽を織り組織として採用し，比ある。
結城紬の需要・用途拡大を図っていくためには，消たて糸費者の求める特性に適した織物や商品を提案していく

糸準備ことが必要である 5) 。こうしたことから，紬織物等に

染色

よこ糸
糸準備
染色

ついて，消費者の嗜好を評価して産地企業にフィード糊付

バックするとともに，消費者の感性を取り入れた新た撚糸

糊付な織り組織の可能性について検討することとした。

撚止め

管巻き

整経

また，結城紬は手作りのために出来上がった紬織物

糊付の性能等は一定ではない。結城紬の特徴を消費者に理筬通し解してもらうためには，その特性をわかりやすく説明する必要がある。そこで，結城紬が有する保温性などの特性を把握するための官能評価による測定技術につ機巻き
かけ糸 かけ（紗 、ほ ら絽 織 用 ）機織り*栃木県産業技術センター**宇都宮大学

教育学部

紬織物技術支援センター
図１

試作した紬織物評価用生地の製作工程

較対象として平織りを加えた計3種類の組織について，

そして，当センターの試作開発において，「もじり織地機により紬織物評価用生地を作製することとした。

り」の製織性を高めるためにたて糸に300〜400回/mの今回の評価用生地試作の製作工程を図１に示す。

撚り 6),7)をかけていたことから，3種類の紬織物評価用

２．１．１

生地は，イタリー式撚糸機（久保田兄弟鉄工所製）に色柄及び染色

今回の糸は，草木染め

10),11)で染色することとし，センターで試作した「もじり織り」の色彩

6)‑9)

及び染色堅

ろう度等を考慮して，紬織物デザインシステムにより，より，たて糸全てに300回/mの撚りを入れた。
２．１．３

もじり織用に改良した地機により，次の条件で製織

紬織物生地の色柄を図2のように決定した。

を行った。

たて糸とよこ糸の染色処方は表1に示す。

糸使い

表１
色 種
た

黄 緑

手つむぎ糸の染色処方

手つむぎ糸

211〜218デニール

羽

数

660羽

200％o.w.f. 30分 (6

整経長

5.4m

なお，製織後の糊抜きは，専門業者に依頼した。

0℃)抽出，60℃30分染色

た

水色

藍染

藍 か め (PH10.8)に 手 つ

２．１．４

て

よこ
40cm

銅媒染

紫色

160〜170デニール

通し幅

染色法

色

た

手つむぎ糸

63羽/3.8cm

て

て

たて

筬密度

染料・媒染剤
葛をｱﾙｶﾘ抽出

製織

評価用生地

２．１．３で製織した紬織物評価用生地3種類と，むぎを1分2回浸漬

本場結城紬生地を加えた計4種類の試料を官能評価に

紫根

50%o.w.f. 30分,60℃抽用いることとし，その試料を図３〜６に示す。

椿灰汁

出

30分（40℃）で染色よ黄 緑

葛をｱﾙｶﾘ抽出

200％o.w.f. 30分 (6

こ

色

銅媒染

0℃)抽出 60℃30分染色

よ

水色

藍染

藍 か め (PH10.8)に 手 つこ

むぎ糸を1分2回浸漬

図３

図４

A1：本場結城紬（平織り）

A2：紗織り（もじり織り）

２．１．５
図２

紬織物評価用生地縞デザイン

物性評価

4種類の評価用生地の通気性及び保温性を次の機器により測定した。

２．１．２

撚糸

紬織物の評価用生地を作製するにあたり，組織の異なる試料生地の条件を可能な限り統一することとした。

（１）通気度(cm 3 /cm 2・秒)
東洋精機製作所㈱製フラジールバーミヤメーター

（２）保温性試験

大学生約30人に，２．２．１で用いた紬織物生地4種類

大栄科学機器製作所㈱製 保温性試験機（恒温法ASTMと質問紙を用いて，一対比較法による次のような官能型，試験条件：21.4℃，RH65％）により，それぞれの評価を行った。

試料について，2枚ずつ測定して平均値を求めた。

（１）触覚のみ・・・２．１．１にて実施（２）視覚のみ
評価用生地を手で触らずに視覚のみで，一対比較法
により評価（３）触覚＋視覚
評価用生地を視覚で観察しながら，手触りで一対比
較法にて評価３
３．１

結果及び考察紬織物の触覚による官能評価

大学生が4種類の紬織物生地を，触覚により一対比較
図５

A3：平織り（たて撚糸）法で評価した結果を図7に示す。

一対比較法（触覚）
暖かい
ざらざら
さらっと

A4

しなやか

A3
すべりやすさ

図６
２．２

A4：五越しほら絽（もじり織り）

A1

ふっくら
癒される

官能評価

２．２．１

A2

紬織物の触覚による官能評価

手触りが良い

２．１で試作した紬織物評価用生地3種類と，従来の好き平織りの本場結城紬を加えた計4種類の生地について，
触覚に関する9種類の形容詞を用いて，手触りによる官能評価（一対比較法）を実施した。一対比較法の質問

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

図７

触覚による大学生の官能評価結果

紙は，表2に示す布の風合いに関する形容詞6種類と主観的な価値についての形容詞3種類で，5段階評価で行った。評価者は，宇都宮大学の家政学専攻の大学生約30名と産地の結城紬製織技術者13名である。

図7より，A1（本場結城紬）が際立って「ざらざらしている」，つまりA1が他の紬織物と比べて最もなめらかであると評価荒れている。さらに，A1は「暖かい」「すべりやすい」とも評価されていることから，A1は

表２

一対比較法による官能評価（触覚）

風合いに関する

暖かい

形容詞
ふっくら

さらっと

ことがわかる。また，平織り組織であるA1とA3が，も

している

している

じり織り組織のA2及びA4よりも，「さらっとしている」，

しなやか

すべりや

「しなやか」で癒される，好ましいと評価されている。

すい

A1がA2〜A4の評価と差が見られたことから，触覚によ

好きる官能評価では，本場結城紬の特性である「暖かさ」

している
主観的な価値に関する形容詞
２．２．２

癒される

暖かくなめらかでかつ手触りが良いと評価されている

ざらざら

手触りが
良い

異なる検査法による官能評価

触覚と視覚による官能評価の違いを検討するため，「なめらかさ」「手触りの良さ」は，普段結城紬に触れることがない大学生のような若い世代にも十分受け入れられ好まれることがわかった。

また，産地技術者による評価は，有意差がなかった。
３．２

す。試料の評価差が大きかったのは，「暖かい」「ざらざらしている」「すべりやすい」の3項目であり，い視覚を考慮に入れた官能評価

３．１と同様に視覚のみで評価した官能評価の結果

ずれの項目も，A1及びA3と，A2及びA4の差が大きく現れている。平織りの紬織物が，もじり織などの組織をを図８に示す。

変えた紬織物よりも，暖かく，なめらかですべりやすいという評価を受けたことがわかる。

暖かい

同じ試料でも，「暖かい」や「ざらざらしている」

ざらざら

A4

さらっと
A3
しなやか
A2

すべりやすさやすい」の3項目は，触覚のみでは差が小さかった項目
視覚が触覚の評価に大きな影響を及ぼしていることがまた，「癒される」「手触りがよい」「好き」の主

手触りが良い観的項目は，平織りの本場結城紬A1が最も好まれる傾好き

図８

さらに，「暖かい」「ざらざらしている」「すべり

わかる。

癒される

-0.3

覚による評価の方が差が見られた項目が多かった。

であり，視覚のみで差が大きくなっていることから，

A1

ふっくら

-0.8

など，触覚のみのときよりも，視覚のみ及び触覚＋視向があるが，他の3試料については，評価法の違いによ
0.2

る差はあまり見られなかった。

0.7

これらのことから，手触りの官能評価は，触覚より視覚による官能評価結果

も視覚の影響が大きいことがわかる。また，本場結城
視覚のみによる官能評価では，「暖かい」「すべりやすさ」「手触りが良い」などで，織り組織が平織りであるA1及びA3と，もじりであるA2及びA4の差が顕著に現れている。特に「暖かい」と「すべりやすさ」では，触覚よりも評価差が大きい。平織りは，織り密度
がもじり織りよりも大きく隙間が小さいため，触覚の紬の特徴が「暖かく，なめらかで，すべりやすく，手触りがよい」ということにあることが浮き彫りとなった。その中でも，「暖かさ」と「手触りのよさ」は，
結城紬になじみのない若者でも，直接目で見て，手で触れば感じることができる本場結城紬の特性であると考えられる。
３．３

物性評価

紬織物評価用生地の物性として，通気度及び保温性を測定した結果をそれぞれ図10と図11に示す。

暖かい
ざらざら
さらっと
A4
しなやか

A3

すべりやすさ

A2
A1

ふっくら
癒される
手触りが良い
好き
-0.5

-0.3
図９

-0.1

0.1

0.3

0.5

触覚及び視覚による評価

みの評価と比べて差が大きくなったと考えられる。
次に視覚と触覚を併用して評価した結果を図9に示

図１０

紬織物の通気度

織り組織が粗いもじり織り（A2及びA4）においては，通気度が平織り(A1及びA3)の5〜10倍以上の高い結果が得られた。特に，A2もじり織りの紗織は，A1本場結４

紬織物の物性評価（保温性）

保温性

20.00%

おわりに織り組織が異なる紬織物の官能評価法について，触覚等の評価手法や物性との相関について調査すること
により，「暖かい」「手触りが良い」等の消費者が好む結城紬の特徴を明らかにした。今後は，他産地の絹

10.00%

織物や生産者，着物愛好家等を対象とした官能評価を行い，データを蓄積して，結城紬の風合いの特徴を明A3らかにしていきたい。

本場結城紬 手(持ち試料︶A2

紬織物 五越しほら絽紬織物 平織り

紬織物 紗

0.00%

謝

辞

本研究を進めるにあたって，大学生の官能評価で御協力い ただいた宇都宮 大学教育学 部の小澤理沙さ ん 1
2) をはじめ，宇都宮大学教育学部清水研究室，佐々木A4

研究室の皆様に深く感謝いたします。
図１１

紬織物の保温性

また，紬織物の物性測定に御協力いただいた茨城県
工業技術センター繊維工業指導所紬技術部門の本庄

城紬平織りの20倍以上の値であり，とても通気性が良恵美氏に感謝いたします。

いことがわかる。平成16年度に試作した絽の通気度679（今回のA4と同じと組織）と平成18年度に試作した紗

参考文献（今回のA2と同じ組織）の通気度926と比較すると1/4

1) ユネスコWebサイト：ユネスコ無形文化遺産代表一から1/5程度の値となっている。今回はよこ糸に撚りを覧表 http://www.unesco.org/culture/ich/index.php?lg=

入れていないため，通気度が平織りの100倍まで至らな

en&pg=00011

かったものと考えられる。これらのことから，紬織物（平成24年3月22日現在）

におけるよこ糸に対する撚糸は，通気度を大きく高め

2) 文化庁Webサイト：文化庁報道発表資料 ユネスコる効果があることが改めて示された。

無形文化遺産保護条約「人類の無形文化遺産の代表

また，紬織物の保温性は，A4の絽が14.13%とやや低的な一覧表」への記載に関する第5回政府間員会にい値を示したものの，平織りと紗では組織の違いによおける審議結果について,(2011) http://www.bunka.g

る差は小さかった。

o.jp/kokusaibunka/bunkazaihogo/pdf/5_daihyoichiran.p

３．４

df

官能評価と物性評価の関係

官能評価の結果を総合すると，もじり織りよりも織り組織が細かい平織りは，「暖かい」「すべりやすい」「しなやか」「さらっとしている」など風通しや保温性に関する官能評価が大きい傾向がみられた。

3) 小山市工業 振興課編： 本場結 城紬ユネスコ 無形文化遺産登録1周年記念誌,(2011)4) 本場結城紬 振興協議会 編：本 場結城紬産地 振興計
画（平成23年度〜平成27年度）,(2012)

そして，物性評価の通気度と，上記の「暖かい」な

5) 財団法人伝統的工 芸品産業振興協 会編：平成 20年

ど4種類の官能評価の結果の相関係数を表3にまとめた。

度伝統的工芸品産地調査・診断事業報告書+結城紬

通気度は，「すべりやすい」(‑0.889）及び「さらっとしている」(‑0.92)と大きな負の相関が認められる。
さらに，「しなやか」(‑0.765)とも明確な負の相関性があることがわかる。また，「暖かい」(‑0.613)とはやや負の関係性が認められる。

+，(2009)6) 小嶋一夫,金子優,永田順子,渡辺智文：栃木県産業技術センター研究報告,N0.2,57-60(2005)
7) 小嶋一夫,金子優,永田順子：栃木県産業技術センタ
ー研究報告,N0.4,154-157(2007)8) 小嶋一夫,金子優,永田順子：栃木県産業技術センタ

表３

通気度と官能評価との相関係数

ー研究報告,N0.3,132-134(2006)9) 小嶋一夫,金子優,永田順子：栃木県産業技術センタ

暖かい
通気度

‑0.613

すべりやすい しなやか

‑0.889‑0.765

さらっとしている‑0.920

ー研究報告,N0.5,161-164(2008)
1 0 ) 金 子 優 , 嶋 田 和 正 ,永 田 順 子 , 佐 々 木 和 也 , 清 水 裕
子：栃木県産業技術センター研究報告,N0.8,43-47(2011)11) 山崎和樹：草木染講習会資料,高崎市染料植物園,(2010)12) 小澤理沙：宇都宮大学教育学部学校教育教員養成課程平成23年度卒業論文,(2012)

共同研究

ナノサイズ板状蛍光体の特性向上
加藤

栄*

松本

泰治* 松本健一*

川島健** 岡村

達也**

小林

範浩**

Improvement of Luminescence Property of Plate‑like Nano‑phosphors
Sakae KATO, Taiji MATSUMOTO, Kenichi MATSUMOTO,
Takeshi KAWASHIMA, Tatsuya OKAMURA and Norihiro KOBAYASHI
リンデ Q ゼオライトを母結晶とし，Tb3+でイオン交換，加熱することによって作製される緑色発光板状蛍光体の Ce3+共付活による発光強度増大を検討した。Ce3+は Tb3+との混合溶液で同時にイオン交換し，かつ混合溶液の濃度を変えることでイオン交換率を制御して導入し，Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q ゼオライトを調製した。Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q ゼオライトを還元雰囲気で，900℃加熱した試料は非晶質であるが，リンデ Q ゼオライトの六角板状形態を維持した。また，その加熱試料の発光特性を評価した結果，Ce
共付活による緑色発光強度の増大が明らかとなった。
Key Words: 板状蛍光体，ナノ粒子，リンデ Q ゼオライト，イオン交換，発光強度増大

１ はじめに蛍光体はプラスチックや有機溶媒へ分散して使用することか

光源，ディスプレイ及びセンサーなどの新規デバイス材料のら，希釈されても十分な発光を示すことが求められており，板発展に伴い，新規特性や高機能特性を持った蛍光体粒子の需要状蛍光体の実用化には発光効率の向上が課題となっている。そが拡大している。無機系蛍光体は発光性希土類イオンと無機結

こで，本研究では，緑色板状蛍光体の発光特性向上を目的とし晶およびガラス材料から構成されるため，色純度が高く，耐久て，発光中心である Tb3+と，テルビウム系蛍光体の増感剤とし性に優れることから，様々なデバイス材料で使用されている。

て使用されている Ce3+をイオン交換して板状蛍光体を調製し，これらの蛍光体粒子は，高密度充填される傾向があり，より微Ce3+共付活による発光強度の変化を調べたので報告する。

細なナノサイズで，かつ高エネルギー効率であることが望まれ
２ 研究の方法ている。
現在，市場で流通している蛍光体粒子は，主に固相法により合成されており，その粒子径はミクロンサイズである。粉砕な

２．１ 試料K 型リンデ Q（K2O･Al2O3･2SiO2･xH2O）は平均粒径が 0.88

どによる従来の蛍光体の微細化では，表面積の増大による発光

μm，厚さが約 100nm の試料を合成した。

強度の減少が避けられない。そこで，蛍光体を厚み方向がナノ

２．２ Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q の調製

サイズである板状形態とすることが有効であると考えられる。

テフロン密閉容器に K 型リンデ Q を 12ｇ量り取り，TbCl3，

著者らは，これまでに陽イオン交換能を有する結晶質アルミ

Ce(NO)3 混合イオン交換溶液（TbCl3 濃度：0.1 mol･dm-3，ノケイ酸塩であるゼオライト中に，Eu3+をイオン交換し均一にCe(NO)3 濃度：0，0.01,0.025,0.05,0.075,0.1 及び 0.125 mol･分散させたのち，加熱することによって赤色蛍光体を作製してdm-3）を 90ml 加え，90℃の恒温槽中にて 24 時間イオン交換処いる。この方法はゼオライトの結晶構造，形態，粒径を保った理を行った。イオン交換試料は濾過，洗浄後，50℃で乾燥した。

まま蛍光特性の付与ができる。この特徴を利用して，ゼオライ

イオン交換によって得られたイオン交換試料を，所定の温度

ト種として六角板状形態を有するリンデ Q ゼオライト（以下，(800〜1000℃)で一時間加熱し，加熱試料を得た。雰囲気は加熱「リンデ Q」とする）を用い 1)，厚み方向が 100nm 以下，アスによる Ce3+の酸化を防ぐために還元雰囲気（5%H2-He）とした。

ペクト比が 10 以上であるナノサイズ板状蛍光体の作製に成功

２．３ Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q 評価

した 2)。さらに，既報の方法により，イオン交換する希土類元

イオン交換試料をそれぞれ酸分解し，誘導結合プラズマ発光

素イオンに Tb3+，Ce3+，Nd3+を用い，緑色，青色，赤外線発光

分析装置（島津製作所 ICPS-8000）で Tb，Ce 及び K を定量し，の板状蛍光体を作製した 3)，4)，5)。

イオン交換率を求めた。
イオン交換試料及び加熱試料は，粉末 X 線回折(XRD)（理学＊

産業技術センター 材料技術部＊＊

吉澤石灰工業㈱電機 RINT2550）で結晶相を同定し，走査型電子顕微鏡（SEM）

（日本電子 JSM-5410LV）により形態を観察した。
加熱試料を分光蛍光光度計（日立製作所 F-2500）で，励起波
長 310nm における蛍光スペクトル及び蛍光波長 544nm における励起スペクトルを測定した。
３ 結果及び考察
３．１ キャラクタリゼーション
表１にイオン交換試料の定量分析結果を示す。リンデ Q 構造
内の K+は Tb3+及び Ce3+と交換することを確認した。また，Tb3+と Ce3+は混合溶液を用いることにより，同時にイオン交換処理できることが分かった。
図１に，Tb3+，Ce3+混合溶液を使用したイオン交換処理と，Tb3+及び Ce3+をそれぞれ単独でのイオン交換処理のイオン交換
溶液濃度とイオン交換率について示す。Tb3，Ce3+単独でのイオン交換処理の場合，リンデ Q の Tb3，Ce3+イオン交換率はイオ
ン交換溶液の濃度に比例する。Tb3+，Ce3+混合溶液を用いたイ
オン交換処理においても，イオン交換率は混合イオン交換溶液の濃度に概ね比例し，単独イオン交換処理と同程度のイオン交換率を示した。このことは，リンデ Q のイオン交換において，
Tb3+と Ce3+のイオン交換選択性に大きな差がないことを示す。
図２ イオン交換試料の TG-DTA 曲線
表１ 定量分析結果
TbCl3 conc. Ce(NO3 )3 conc.

CeK(mol･dm )

(wt%)

(wt%)

(wt%)

(%)

(%)

リンデ Q のイオン交換においてもそのことを示す結果となった。

0.1

0

11.3

-

10.7

43.8

-

Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q の Tb3+及び Ce3+含有量は，

0.1

0.01

11.4

0.99

10.1

43.4

4.28

イオン交換処理の混合溶液濃度で制御できることが分かった。

0.1

0.025

10.4

2.22

8.94

41.6

10.1

表１に示す Tb3+,Ce3+イオン交換率の異なるイオン交換試料

0.1

0.05

10.5

4.30

7.45

41.1

19.2

の TG-DTA 曲線を図２に示す。イオン交換率の異なる試料にお

0.1

0.075

9.73

5.79

6.30

39.2

26.4

いて，その熱挙動に大きな相違はみられなかった。200℃付近ま

0.1

0.1

9.74

7.44

5.24

38.5

33.4

でにみられる重量減少を伴う緩やかな吸熱ピークは，物理吸着

0.1

0.125

9.01

8.44

4.78

35.9

38.2

水とゼオライト水の脱水によるものである。重量減少は 800℃

(mol･dm )-3

Tb-ex.ratio Ce-ex.ratio

希土類元素は各元素の化学挙動が類似すると言われているが，

Tb-3付近まで認められ，800℃以上でほぼ一定の重量となる。板状蛍光体は，試料が完全に脱水して発光特性を示すことから，加熱
温度は 800℃以上とした。
３．２ 加熱温度の影響
イオン交換率 Tb39.2% Ce26.4%のイオン交換試料及び加熱
図４に SEM 写真を示す。
試料について，
図３に XRD パターン，
イオン交換試料は，ゼオライト構造を維持していることが分かった。イオン交換率 Tb39.2% Ce26.4%の Ce 共付活 Tb イオ
ン交換リンデ Q の 800℃加熱試料は，イオン交換試料と比較す
ると回折ピークの減少がみられる。このことから，800℃の加熱においては結晶構造が壊れはじめているが，ゼオライト構造を維持していることが推測される。K 型リンデ Q は 400℃の加熱で構造が分解する 6)。これまでに，Eu3+，Tb3+，Ce3+及び Nd3+
図１ イオン交換溶液濃度とイオン交換率

イオン交換によりリンデ Q の熱安定性が向上することが明らかとなっているが 2)〜5)，その挙動は Tb3+，Ce3+共付活においても同様であった。加熱温度が高くなると結晶構造の分解が進み，900℃では非晶質となった。さらに，1000℃の加熱では，カリ
オフィライトが生成した。
また，SEM 写真から，900℃までの加熱において，結晶構造の維持，分解にかかわらずリンデ Q の六角板状形態を維持することが分かった。1000℃加熱試料は不定形の焼結体となった。
次に，図５にイオン交換率 Tb39.2% Ce26.4%のイオン交換試料及び加熱試料の励起波長 310nm における蛍光スペクトルを示す。800℃から 1000℃の加熱試料において，490nm 付近，
544nm 付近，及び 587nm 付近に発光ピークがみられた。これ
らのうち，544nm 付近の発光ピークが最も強く，緑色発光であることを示した。これらの発光は，Tb3+の 5D4→7F6，5D4→7F5
及び 5D4→7F4 遷移に起因する発光である。これらの発光ピーク
図３ イオン交換率 Tb39.2% Ce26.4%のイオン交換試料及び加熱試料の XRD パターンは，加熱前のイオン交換試料では極めて微弱であった。この現象は，Ce3+を共付活しない Tb イオン交換リンデ Q でもみられており 3)，イオン交換試料のゼオライト構造内に存在する水分が原因であると思われる。加熱温度が高くなると，これらの発光強度は大きくなる。六角板状形態を有する加熱試料では，900℃の発光強度が最も高いことが分かった。また，ゼオライト構造である試料に含有する Ce3+は，大気中，酸化されてイオン状態を保てないため，Ce3+を付活するリンデ Q は非晶質となるまで加熱する必要がある 4)。これらのことから，Ce 共付活 Tb
イオン交換リンデ Q の加熱温度は 900℃が最適である。
350nm 付近に Ce3+の 2D3/2→2F5/2，
一方，イオン交換試料では，
2F7/2 遷移によるブロードな発光ピークがみられる。この発光ピークは加熱試料でみられない。Ce イオン交換リンデ Q の加熱
図４ イオン交換率 Tb39.2% Ce26.4%のイオン交換試料及び加熱試料の SEM 写真

試料では，350〜410nm 付近に加熱温度の上昇に伴って長波長側にシフトする Ce3+の遷移による発光ピークが出現する 4)。このことは，Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q 加熱試料においては，Ce3+は Ce イオン交換リンデ Q と同様の発光挙動を示さないことを示唆している。
３．３ イオン交換率と発光強度
Tb3+,Ce3+イオン交換率の異なる 900℃加熱試料について，図６に XRD パターン，図７に SEM 写真を示す。
すべての 900℃加熱試料は非晶質となるが，リンデ Q の六角板状形態は維持していることが分かった。表１に示すイオン交換率の範囲において，イオン交換率の相違にかかわらず 900℃
加熱試料は同様の結晶性及び形態を示すことが明らかとなった。
次に，Tb3+,Ce3+イオン交換率の異なる 900℃加熱試料について，図８に励起波長 310nm における蛍光スペクトルを示す。
すべての加熱試料から，490nm 付近，544nm 付近，及び587nm 付近に Tb3+の遷移に起因する発光ピークがみられた。こ
れらの試料の Tb3+イオン交換率は同程度であるが，Ce3+を共付

図５ イオン交換率 Tb39.2% Ce26.4%のイオン交換試料及び加熱試料の蛍光スペクトル（励起波長 310nm）

活していない試料の発光は極めて微弱であった。Ce3+イオン交
換率が大きくなると，発光強度が増大することが分かった。このことから，Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q において，Ce3+
が Tb3+の増感剤として作用していることが明らかとなった。
また，380nm 付近に Ce3+の遷移によるブロードな発光ピークがみられる。この発光は極めて微弱であるが，Ce3+イオン交換率の増大に伴って強度が大きくなっている。Ce3+存在量の増加により， Tb3+の増感剤として作用しない Ce3+が余剰となり，Ce3+の発光特性を示したものと考えられる。
次に，Tb3+,Ce3+イオン交換率の異なる 900℃加熱試料について，図９に蛍光波長 544nm における励起スペクトルを示す。
Ce3+を共付活しない Tb イオン交換リンデ Q は 245nm 付近にピークがみられるが，発光は微弱である。一方，Ce 共付活 Tb
イオン交換リンデ Q は，励起光の波長幅が大きいブロードなピークを有するスペクトルを示した。Ce3+共付活により，励起バ
ンドが広がり，励起光の波長幅が大きくなることが明らかとな
図８ 加熱試料（900℃）の蛍光スペクトル（励起波長 310nm）った。

図９ 加熱試料（900℃）の励起スペクトル（蛍光波長 544nm）
図６ 加熱試料（900℃）の XRD パターン
４ おわりにリンデ Q を母結晶とし，Tb3+と同時に Ce3+をイオン交換し，加熱することによって Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q を調製し，発光特性を調べた。その結果，Ce 共付活による発光強度の増大効果が確認された。
ナノサイズ板状蛍光体の紫外線励起による緑色発光度増大に成功した。
本研究において，明らかとなった主な知見は次のとおりである。
1) Tb3+，Ce3+混合溶液を使用したイオン交換処理によって，リンデ Q 構造内に Tb3+及び Ce3+を均一に分散することができた。
Tb3+及び Ce3+イオン交換率は混合イオン交換溶液の濃度に比例する。このことから，Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q の Tb3+
図７ 加熱試料（900℃）の SEM 写真

含有量，Ce3+付活量はイオン交換時のイオン交換溶液濃度により制御することが可能である。
2) Tb3+及び Ce3+イオン交換によってリンデ Q の熱安定性が向上する。イオン交換率 Tb39.2% Ce26.4%の Ce 共付活 Tb イオ

ン交換リンデ Q は 800℃の加熱においてゼオライト構造を維持

参考文献

することが分かった。900℃の加熱では非晶質となる。

1) J.D.Sherman:Molecular Sieves-Ⅱ,Am.Chem.Soc.,30-42,

3) Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q の 900℃までの加熱試料は(1977)

結晶構造の維持，分解にかかわらず，出発原料であるリンデ Q

2) 加藤栄，松本泰治，伊東裕恭，山田隆之，後藤義昭．日本セの六角板状形態及び粒径を維持する。

ラミックス協会第 19 回秋季シンポジウム講演予稿集，70，

4) 800℃から 1000℃の加熱試料において，544nm 付近に発光(2006)

ピークを有する緑色発光を確認した。

3) 加藤栄，松本泰治，伊東裕恭，山田隆之，後藤義昭．日本セ5) Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q の加熱温度は，六角板状形

ラミックス協会第 20 回秋季シンポジウム講演予稿集，349，

態を維持し，発光強度が高く，Ce3+の酸化防止に効果のある非(2007)晶質となる 900℃が最適である。

4) 加藤栄，松本泰治，伊東裕恭，岡村達也，山田隆之，後藤義6) Ce 共付活 Tb イオン交換リンデ Q の発光特性を調べた結果，

昭．日本セラミックス協会第 22 回秋季シンポジウム講演予稿集，Ce 共付活による発光強度の増大効果が確認された。900℃加熱

366，(2009)

試料は共付活する Ce3+イオン交換率の増加に伴い，緑色発光の

5) S.Kato, T.Matsumoto, H.Itoh, T.Okamura, T.Yamada,

強度が増大した。

Y.Goto. 3rd International Congress on Ceramics Abstracts,
481, (2010)6) R.M.Barrer,J.F.Cole,and H.Sticher:J.Chem.Soc.(A),24752485,(1968)

共同研究

人工股関節シュウ動面の高品位加工技術の開発
江面 篤志*，大森 整**

Development the Finish Processing for Sliding Surface of
the Artificial Hip Joint Replacements
Atsushi EZURA , Hitoshi OHMORI
人工股関節の長寿命化のためにはシュウ動面の表面粗さだけではなく，高い形状精度が必要であり，高品位な加工が要求されている。特に，ソケットのシュウ動面は深い凹球面を有しており，難易度の高い加工が求められている。そこで，本報では，カーブジェネレータ方式を導入し，Co-Cr 合金製凹球面
形状加工を試みたが，通常のカップ砥石ではその負荷に耐えられないことがわかった。さらに高品位仕上げを行うため ELID 研削法を導入し，Co-Cr 合金製摩擦摩耗試験用ピンに対し，適用実験を行った。
その結果，Ra10nm 以下を達成することができた。
Key words : カーブジェネレータ方式, ELID 研削法, Co‑Cr 合金, 人工股関節, 表面粗さ

１

はじめに

とで，人体に有害な金属イオンが溶融する可能性がある。

医療技術の発達とともに，リウマチや変形性関節症なそこで本研究では，加工品質とコストの両立を目指し，

どによる歩行困難者への治療として，人工関節置換手術

光学レンズの荒加工に用いられるカーブジェネレータ方を施す症例が増加している。とくに人工股関節の症例数式（以下，CG方式）2)による凹球面加工を目指す。CG方は多く，高齢者だけでなく，若年者への適用も少なくな式を用いた研削加工は，5軸制御の汎用加工機において実い。人工股関節は凸球面を有する骨頭と凹球面を有する

現可能であり，凹球面だけでなく凸球面加工も行えるた

1)。現在では，骨頭に Co-Cr

め，コスト面で非常にメリットが大きい加工法である。

合金，ソケットに超高分子量ポリエチレン(以下，また，さらなる高品位加工・加工効率向上を目指し，

UHMWPE)を用いた組み合わせが主流となっている。ただELID研削法を併用する。ELID研削法は難加工材に対してし，この組み合わせの場合，長期間の使用により，高精度・高効率加工が可能である3)。さらに，ELID研削法

UHMWPE がすり減り，摩耗粉が生成され，周囲の骨を溶を用いることで，加工表面に不導体が生成され4)，体内へ解させる現象が生じるなどの問題も懸念されている。

の金属イオン溶出を防ぐことも期待できる5)6)7)。

ソケットで構成されている

この問題を解決するため，ソケットを構成する材料を本研究では，CG方式とELID研削法を組み合わせた新たUHMWPEではなく，骨頭と同じCo-Cr合金に置き換えるなシステムの適用を目指し，これまで高品位加工が困難

Metal on Metalと呼ばれる組み合わせが注目されている。

であったCo-Cr合金凹球面形状の創製を試みた。

ただし，この組み合わせの課題として，Co-Cr合金の難加２工性が挙げられ，人工股関節ソケットに使用されるような深い凹球面形状を高精度・高品位に仕上げることは困

２．１

研究の方法

カーブジェネレータ方式の概要

難を極める。特にシュウ動面の耐摩耗性に大きく影響をCG 方式は，前述のとおり光学レンズの荒加工に用いら及ぼす仕上げ面粗さは，数ナノメートル程度の鏡面仕上れる加工法で，図１(a)のように斜軸に固定したカップ形げが要求されている。さらに金属同士がシュウ動するこ状の砥石を被削材に当て，砥石と被削材を回転させることで球面形状を創製することができる。また，図１(b)の* 栃木県産業技術センター 機械電子技術部** 理化学研究所 基幹研究所

大森素形材工学研究室

ように砥石の角度を変化させることで，凹球面形状にも対応できる。

では，ドレッサーとして，単結結晶ダイヤモンドや，ローCG 方式で創製された球面の半径 R は，は 砥石半径 r と砥
石角度 # とで次式のとおり表され，球径径の制御も容易でタリドレッサを用いてドレッシ
シングを行う7)。
一方，ELID研削法は，電気分解を利用してドレシングを行う技術である3)。具体的にには，鋳鉄などの可電解物質

ある。
(1)

をボンド材とした専用砥石を使使用し，図３のように砥石

本研究におけるCG方式では，5軸制御
御のマシニングセ

を陽極に電極を陰極に接続し，，電圧をかけ，砥石を電気

XA）を用いて図２
ンタ（㈱牧野フライス製作所 MC56-5XA分解する。電気分解と同時に砥
砥石表面には酸化被膜が生のように第4軸をチルトさせることで必必要な砥石角度#を成され，一定の厚さまで成長す
すると，砥石と電極間の電生み出した。加工条件を表１に示す。今
今回の加工では，流が遮断される。この状態の砥砥石表面は砥粒が突出したワークを旋削により荒加工したものに対対し，CG方式研削状態となっているおり，ドレッシングが完了し，加工を加工を施した。

行うと砥粒の摩耗と共にボンド材も削られ表面の酸化被mの凹球面を持つ
本研究で用いた被加工物はφ38.9mm

膜が徐々に薄くなるが，同時に電解が再開し，ドレッシ

Co-Cr合金鋳物である。用いたカップ砥石
石外径は27.04mm

ングが自動で行われる。これががELIDサイクルであり，常であったので，式(1)により第4軸のチルト角度は44.367°にドレッシングされた状態で加加工することができ，高精として加工を行った。

度・高能率での加工が可能とななる（図４）。
本研究では，Co-Cr合金に対してELID研削法の有用性を示すため，人工股関節耐摩耗性性試験用ピン（図５）に対し，ELID研削法を適用し，人工股関節シュウ動面に要求0nm以下の鏡面仕上げを目されている算術平均粗さ Ra10nmmの試験面を有しており，指した。摩耗ピンは先端にR5mm摩耗試験に影響を及ぼさないよう，人工股関節と同等の
(b)凹
凹球面加工

仕上げ面が要求されている。そそこで，図６のように摩耗

カーブジェネレータ方式
式の模式図

ピンを回転テーブルに設置し，，陽極ブラシ，負極を設置(a)凸球面加工
図１

し，ELID研削法を適用できるよう段取りを行った。摩耗２．２

ELID研削法の概要

ピンの加工条件を表２に示す。

また，本研究のコア技術であるELID研削法は，共同研究
表１

先である独立行政法人理化学研究所大森
森素形材工学研究室において開発された技術である。
通常の研削法では，砥石の切れ味を確確保するため，ド砥

CG法適用加工条件
SD325N100M
形状：カップ
外径+27.04mm

石

砥石回転数

3000rpm

レッシングと呼ばれる作業を行っているる。砥石は加工に

ワーク回転数5rpm

携わるダイヤモンドや酸化セリウムなど
どの砥粒とそれら

ワークチルト角度

44.367°

切り込み深さ

1.414µm/pass

をつなぎとめるボンド材を焼結して作製
製されている。砥
石表面には砥粒が突出し，ポーラスが分分散しており，砥
粒により削られた切りくずはポーラスををポケットとして排出される。加工が進捗すると，砥粒のの摩耗とポケットの目詰まりにより，砥粒が突出していなない状態に陥り，切れ味が悪い状態となる。この状態で加加工を継続すると，
面粗さや加工能率が低下するばかりか，研削面の焼けを引き起こすため，ドレッシングが必要ととなる。通常研削

図２

加工
工風景

さくなってしまったためと考えられる。そこで，砥石を水溶性研削液砥石

電解電源
ブラシ (+Ve)(
電極 (-Ve)クーーラント

ツルーイングし，形状修正を行行ってから再度加工したところ，加工負荷の増大とともに，砥石軸が湾曲してしまい，加工続行が不可能となっててしまった。この時，使用
US304 であり，強度不足が懸していた砥石の軸の材質は SUS304

ワ
ワーク
チャック
テーブル送り

念されたため，超硬製軸の砥石石に置き換え，強度不足の補強を試みたが，これも加工負負荷の増大とともに砥石破壊が起こってしまい，凹球面全全面への加工はできなかっ

図３

ELIDシステム概略
略図

た。
次に研削面の算術平均粗さについて調べた結果を図８に示す。測定には，表面粗さ測測定機（テーラーホブソン
製

フォームタリサーフ S6）を用いた。図９より，加工前の Ra が 512nm であったのにに対して，研削加工後は 40nmとなっており，良好な加工面がが得られていることが分かる。しかし，要求されている仕仕上げ品質に劣るものである。この点については，仕上げげ加工に用いる砥石の砥粒
図４

ELIDサイクル概略
略図

径を小さくすることにより解決
決可能であると考えている。
加工形状精度を調査するため，三次元座標測定機（㈱ミツトヨ製 LEGEX9106）を用用いて，円弧プロファイルを測定した。その結果を図９に示示す。これにより，加工された範囲での円弧プロファイル
ルは真円度で 1.14m 程度となっており，用いた 5 軸制御マシニングセンタの位置決め分解能が 14m であることとと併せて考えると，CG 方式

図５ 摩耗試験用ピン外観
表２砥

図６ ELID研削法適適用加工実験外観
ELID研削法適用加工
工条件
M100M
SD4000M
形状：ストトレートm,幅 3mm
外径 +30mm石砥石回転数

3000rpm
pm

ワーク回転数500rpmm

切り込み量

粗加工：1.00µm/pass
中仕上げ：0.3µm/pass
精仕上げ：0.1µm/pass

電解条件(a) 加工前
図７(b)加工後加工前後ののワークの外観

E0:60V, Ip:10A３
３．１

では良好な形状精度が得られる
ることがわかった。

結果および考察

カーブジェネレータ方式の適用
用

加工前後のワークの外観図を図７に示示す。同図(b)より，
被加工面全体が砥石と接触せず，凹球面面の頂点部分のみが加工できていることがわかる。これはは，加工範囲の広図８
がりにともない，エッジが摩耗し，砥石
石の実効外径が小Co-Cr 凹球面のの表面粗さ測定結果

ができなかった。これは，，加工の進行による砥石とワークとの接触面積の増大
大により，砥石が負荷に耐えられなかったためである
る。
(2) 加工表面の算術平均粗さを測定した結果，加工前と比較して改善が認められた
た。ただし，その値は人工股関節の要求品質を満たすすものではなかった。これ
図９３．２

形状測定結果ELID 研削法の適用は，砥粒径が大きいことがが原因であると考えられる。
(3) ELID 研削法を摩擦摩耗試
試験用ピンの試験面に対し，

Co-Cr 合金製摩擦摩耗試験用ピンへの ELID 研削法の適適用した結果，切込量を調調整することにより，104m

用結果について報告する。比較対象としして，通常研削にを下回る表面粗さを達成すすることができ，人工股関て加工をしたものを用意し，加工面観察
察と表面粗さ測定節に要求されている仕上げげ水準を満たすことができを行った。175 倍での加工面の観察図を図１０に，表面粗ると考えられる。

さ測定の結果を図１１に示す。通常研削削を行ったものの
算術平均粗さが 274m であったのに対しして，ELID 研削法を適用したものが 74m であった。これ
れにより，ELID 研
削法を用いることで，Co-Cr 合金に対し，鏡面仕上げが可能であることが分かり，人工股関節のシ
シュウ動面に要求されている仕上げ粗さを満足できることともわかった。

参考文
文献
er : Analysis of Fluid Film
1) Z.M.Jin, D.Dowson, J.Fisher
Lubrication in Artificial Hip Joint Replacements with
Surfaces of High Elasticc Modulus, Proc. ImechE,
PartH:J.Engineering in Medicine,
cine, 211
211(1997), 247
2) K.NISHIZUKA,

A.ARAI:The

Succession

of

the

Polishing Skill to the Superr-high Precision lens, J. Jpn.
Soc. Precis. Eng.,72,1(2006),, 173) 大森整: ELID 研削加工技術―基礎開発から実用ノウ(
1
ハウまでー, 工業調査会, (2000)
4) M.MIZUTANI,HIRA,
K.KATAHIRA

J.KOMOTORI,

andH.OHMORI:Control of surface
ace modified layer on metallic
biomaterials by an advanced
ced ELID grinding system(EG-X),International Journal
al of Modern Physics B, 20,(a)ELID 無し
図１０(b)ELID)ELID 有り

摩擦摩耗用ピンの表面
面観察図25-27, (2006), 3605
5) M.MIZUTANI, H.KOTANI,, T.NARUSE, J.KOMOTORI,
K.KATAHIRA, H.OHMORI,
RI, K.SUMIYA, M.WASA,
M.FUJITA and T.HASEGAWA:
WA: Mirror Surface Finishingof Hemispherical Inside Surface
urface by Newly Develop
Developed
ELID

Grinding

System,,

J.

Jpn.

Soc.

Precis.

Eng.,77,6(2011),576
ORI, T.MIZUNO, A.EZURA,
6) M.MIZUTANI, N.HISAMORI,
I.OHUCHI, H.OHMORI, K.FUJIWARA, K.TSUCHII,
図１１

摩擦摩耗試験用ピンの表
表面粗さ比較
４

K.KURAMOTO: Corrosionn Wear Characteristics of
Applying Abrasion by Ultratra High Molecular Weight

おわりに

Polyethylene, Adv. Materialss ReseResearch , 325(2011), 201

本研究では，CG 方式と ELID 研削法をを組み合わせた新7) 超精密加工編集委員会編: 超精密加工の基礎と実際，

たなシステムにより Co-Cr 合金製の凹球
球面に対して仕上

日刊工業新聞社,(2006),57.

げ加工を行い，加工面の表面粗さ測定をを行った。
以下に，得られた結論をまとめる。
(1) CG 法による加工の結果，凹球面全体体を加工すること

この事業は，競輪の補助金を受けて実施施したものです。

共同研究

内視鏡手術トレーニングシステムの開発
藤沼誠人*

柏崎親彦*

鈴木庸介 **

川田明 **

手塚博之 ** 麦島弘文 **Development of Endoscopic Surgery Training System
Masato FUJINUMA, Chikahiko KASHIWAZAKI, Tsuneyoshi SUZUKI, Akira KAWADA,
Hiroyuki TEDUKA, Hirofumi MUGISHIMA
内視鏡手術では手術者に高度な技術と修練が求められている。市販のトレーニングボックスは海外製のものが多く，高価である。また，実診療とかけ離れた基本操作の練習にとどまる。そこで，本研究では㈱スズキ
プレシオンと共同で，鉗子による臓器への加圧力をモニターする機能を有する内視鏡手術のトレーニ
ングシステムを開発した。
Key Words : 内視鏡手術，疑似臓器，接触センサ，加圧力モニターソフトウェア，オートトレーニング

１ はじめに

２．３

疑似臓器への加圧力センシング方法の検討

胃腸，食道，胆のう等の内臓疾患切除手術において，近年患者の負担の少ない低侵襲手術法である内視鏡手術（腹製造した疑似臓器に接触センサを付与する。疑似臓器の腔，単孔式，ニードルサージェリー）に大きな期待が寄せられセンサが付いている部分を鉗子でつかむことで，加圧力を計ている。しかし開腹手術に比して視野が狭いうえ，細径デバイ

測することができる。接触センサは信州大学工学部が開発しスを使用することから，臓器損傷の危険が高く，手術者にはたもので，荷重を加えると抵抗値が変化する可変抵抗型のセ高度な技術と修練が求められている。現状，内視鏡手術のトンサである。図 1 に使用した接触センサのデータシートを示

レーニングをする際には，市販のトレーニングボックスで練習す。電圧変化量と荷重の関係は式(1)に示す近似式で表せするが，海外製のものが多く，高価である。また，実診療とかる。これにより，センサの信号を加圧力へ変換することが可能

け離れた基本操作の練習にとどまる。

である。

本研究では，手術者が臨床前に効果的に医療技術を習る臓器への加圧力をモニターする機能を有する内視鏡手術のトレーニングシステムを開発することとした。
２
２．１

研究の方法

トレーニングボックスの製造

垂直荷重 Pn[N]得できるよう，㈱スズキプレシオンと共同で，鉗子によトレーニングボックスは患者の胴体を模擬したものである。
手術デバイスを挿入するポートを有し，ボックス内には疑似臓器を格納する。
２．２

電圧変化量 dV[V]
図 1 垂直荷重 Pn と電圧変化量 dV の関係

疑似臓器の製造

疑似臓器は実物の臓器の CT スキャンデータをもとに金型を電源電圧 3.3V 固定抵抗値 1k

作製し，シリコンで成形する。今回は肝臓と胆のうの 2 種類を製造する。
*

栃木県産業技術センター**

株式会社スズキプレシオン

機械電 子技 術 部

Pn = -1.753dV 5 + 23.090dV 4 - 36.663dV 3+ 22.370dV 2 + 2.811dV + 0.024

・・・(1)

２．４

A/D 変換ユニットの開発

疑似臓器に付与した接触センサの電圧アナログ信号をマ

コンは Microchip 社製「PIC24FJ256GB106」を使用した。
A/D 変換の分解能は 10bit とした。

イコンに入力し，デジタルデータに変換する。変換したデー
タはシリアル通信で PC へ送信する。
２．５

加圧力モニターソフトウェアの開発

加圧力モニターソフトウェアでは A/D 変換ユニットから受信したデジタルデータから式(1)により加圧力を計算し，PCの画面上に表示する。また，ソフトウェアには本システムで
図 4 接触センサ信号処理回路

効果的にトレーニングを行うためのオートトレーニング機能を組み込む。

図 5 に加圧力モニターソフトウェアを示す。疑似臓器への結果及び考察加圧力はソフトウェア上で数値とレベルゲージ，及び経時変

図 2 に開発した内視鏡手術トレーニングシステムの外観を化を表すグラフで表示する。数値表示の背景色は，適正な示す。図中の CCD カメラは内視鏡を模擬したものであり，練加圧力で臓器をつかんでいる時は黄色，過剰な加圧力を検習者はモニターに映し出されたボックス内の映像を見ながらト出すると赤色になるものとした。これにより加圧力の加減を学

レーニングを行う。

習しやすくなった。また，決められたトレーニングメニューを順３

番に実施するオートトレーニング機能を組み込んだ。トレーニ
ングの内容をアニメーションで説明し，指示通りにトレーニングを行った後，トレーニング結果と点数が表示される。これにより，練習者の習熟度が確認できる。

図 2 内視鏡手術トレーニングシステムの外観図
図 3 に製造した疑似臓器を示す。接触センサは肝臓に 3

図 5 加圧力モニターソフトウェア

つ，胆のうに 1 つ，臓器の表面に取り付けた。
４

おわりに内視鏡手術トレーニングシステムの開発を行い，以下の結
果を得た。
1.

臓器への加圧力をモニターするトレーニングシステム実
現の可能性を示すことができた。

2.

ソフトウェアにさまざまな機能を組み込むことができるため，拡張性があることがわかった。

3.

今後，事業化に向けては，疑似臓器の充実，センサの取り付け方法の最適化，ソフトウェア機能の充実化を検討する必要がある。
謝

図 3 接触センサを取り付けた疑似臓器辞本 研 究 を実 施 するにあたって，信 州 大 学 工 学 部 中 山 准教授，九州大学医学部大平 教授には多大なる支援を受け

図 4 に開発した A/D 変換ユニットの回路概略を示す。マイ

たので，ここに感謝の意を表する。

Ⅲ 受託研究
Contract Research高効率伝達システムによる
極小径先端外科手術ロボットハンド実用化の研究開発
契約期間

平成 22 年度〜平成 23 年度

分

動力伝達

野

川下の抱える課題及びニーズ

高度化目標
高精度化／高強度化又は長寿命化
通常の腹腔鏡下手術では複数の開口が必要。
図1

研究開発の背景及び経緯
近年、我が国における医療機器市場はおおよそ増加傾向にあり、新たな産業として医療機器産業は注目を浴び始めている。しかし、
世界における日本製品のシェアは低く（約10%）、医療機器の貿易収支でも毎年大きな赤字を抱えている。国内ニーズは高いが、海外製品が市場の大部分を占めるのが現実である。
しかしながら、医療機器自体は部品の微細加工や極小部品の組立てによる動力伝達など、我が国に優位性がある多様な基盤技術のコラボレーションから成る。技術的に決して諸外国に比べて劣位にあるものではない。しかし、現状では高い事業コスト・不十分な市場環境・高い規制関連のコスト・低い診療報酬等の各経済的理由にて、日本では製品の承認申請を控える傾向が強い。そのため、日本では欧米諸外国と比較して2 〜 3世代遅れと言うデバイスラグが発生している。
一方で、近年の医療サービスの方向性として、患者に対してより「低侵襲」な外科手術に注目が集まっている。中でも、20年前から開始された内視鏡による腹腔鏡下手術
は、開腹手術のようにメスで体を切ることなく、より患者の負担を軽減し、術後の早期回復・早期退院につながり、医療費も抑えることができる。特に近年は、開口部を1つにした「単孔式腹腔鏡下手術（以下、SPS）」が登場し、
さらには口腔等を利用することで腹部を開口しない「経管腔的内視鏡手術（以下、NOTES）」へと進化している。
このように有望な外科手術方法であるが、活用するデバイス（鉗子、ロボットハンド）は海外製品が多く、①使い捨て（ディスポーザブル）製品が台頭し、それによる医療廃棄物の増大、②海外製品は形状が大きく、③日本人にとって扱い難いため高度な訓練が不可欠、④基本的に高額である等の問題がある。低侵襲な外科手術の普及と国民生活の質向上（Quality of Life）のためにも、それらの解決が求められている。特に、現在の鉗子はSPSやNOTESを前提としていないため、直径が10mmで鉗子同士の接触の恐れがあり、操作性の観点からも屈折・把持・回転の３軸制
御によって、十分な駆動域の確保が必要である。

102

単孔式小切開0（約２０ｍｍ）。

［一般枠］

具体的には、開発済みの試作品はすでに小径と３軸駆動を実現していたが、A.把持力が弱い、B.部品結合技術が未確立のため動力ロスが多い、C.術者が操作するハンドル部分が未開発等の実用化への課題があった。
そこで本研究開発では、小径でも十分な把持力と操作性を有するデバイスとするため、微細歯車部品を利用した動力伝達機構を開発した。そのためにも、効率的に動力を伝達する機構設計、CNC自動旋盤を用いた高精度な微細歯車部品等の切削加工技術の確立、要素部品アッセンブリのためのレーザー溶接技術の確立について研究を行なった。

腹腔鏡下手術の発展

図4の歯車部品の基準内径寸法はφ1.45、基準外径寸法
はφ2.16である。外径内径とも誤差の平均は3μm以内、外径内径とも誤差の最大値は6μmである。
溶け込み深さ

溶接部断面

溶接部外観
図5

研究開発の概要及び成果

レーザー溶接技術

前述のような背景とニーズから、（株）スズキプレシオ
ンでは以前、試作品として小径3mmの手術用デバイスを開発したが実用化には問題があった。

特殊仕様のレーザー溶接機による溶接技術の研究により、溶け込み深さ500μm以上の溶接と微小薄肉部の強固な溶接という、相反する溶接条件の確立に成功し、ロボッ
トハンドの組立に必要な適切な溶接技術を開発した。

現状の手術デバイスは海外製品が多い。

開発された製品・技術のスペック
図3

伝達機構全体の 3D モデリング①使い捨て（ディスポーザブル）製品の台頭による医療廃棄物の増大。
②形状（鉗子直径）が大型（φ10㎜）。
③操作性が悪く、高度な訓練が必要。
④高額（リユーザブル製品の場合１個350万円）

このままでは最新の腹腔鏡下手術（ＳＰＳやＮＯＴＥＳ）が安全・効率的に普及できない。

図4

動力伝達

その他に関する事項
歯車等の高精度化／強度・耐久性の向上

22年度採択開発された外科手術用デバイスは、目標どおり小径３mmで３軸駆動（80°屈曲、360°回転、200g以上の十分な力を持つ把持）が可能である。また、操作性向上として
ハンドル部分を改良し、再利用可能な金属製品かつ販売価
格も既製品の半額以下（約100万円）である。

切削加工した微細歯車部品（一例）

課題から導かれるニーズ①再利用可能な製品②鉗子の直径小型化（５㎜以下を目指す）③操作性の向上
④低価格化
図2

先端部分
図6

完成した外科手術用デバイス

海外製品の課題とそこから導かれるニーズ

この研究へのお問い合わせ
事業管理機関名

鹿沼商工会議所◎所在地 ： 〒 322-0031 栃木県鹿沼市睦町 287-16◎担当者 ： 入江 史朗◎ TEL：0289-65-1111 ◎ FAX：0289-65-1114 ◎E-mail：f̲irie@kanumacci.org◎プロジェクト参画研究機関（大学、公設試等）： 栃木県産業技術センター◎プロジェクト参画研究機関（企業）：（株）スズキプレシオン、（株）橋本精機◎主たる研究実施場所 ：（株）スズキプレシオン

103

Ⅳ 重点研究
Selected Research

空白

重点研究

いちご摘果果実状態評価システムの開発
岡

英雄

*

Development of Evaluation System for Harvested Strawberry
Hideo OKA
摘み取られたイチゴの果実状態測定にデジタルマイクロスコープを用い，時間経過による品質の変化を評価する装置を開発した。得られた果実近傍画像から算出した明度・彩度の消失と果実重量の減耗による相関を調べ，彩度消失との相関が強いことを確認した。また，画像から算出したRGB平均値を簡易変換して得られる値と経過日数との関係をグラフ化し，摘果後の状態変化の傾向を簡易に評価する指標として使用できることを確認した。貯蔵状態15℃90％において，長持ちした果実とそうでない果実では摘み取り後3日目までは値に差があり，その後は同じ傾向となることが分かった。この指標により，数値的に品質を3段階に評価するハンディ測定装置をマイコンベースで開発した。
Key Words : イチゴ，デジタルマイクロスコープ，画像処理

１ はじめにイチゴ果実は，早朝に摘果されると厳重な温度管理のもとその日のうちにパック詰めされ，早ければ同日中に産地価に使えるパラメータを画像処理により導出し，果実状態を3段階に評価する。
（４）画像測定から状態判定までを一貫して行えるハンディの出荷場に集められ品質検査を受けることになる。検査を

測定装置を開発する。

受けて合格となれば市場へ出荷されるが，不合格のパック

２．２ 測定用カメラの選択

は生産者に返品されることになる。現在の主流は，果肉の
柔らかい

とちおとめ

であり，果実表面に傷が付かない

今回の測定には，果実表面の微妙な変化を測定する必要がある。測定画像をQVGA(320×240)に設定し，デジタルマイク

ようにパック詰めをする。さらにその作業中に，過熟果をロによる撮影とデジタルカメラによるイチゴ果実全体撮影より分ける必要があるため，熟練の作業者でも判定が難しからの切出し画像を図1(a)に，測定画像から水平断面のRGBい場合がある。イチゴは青果物であるため，貯蔵時間の経階調を比較したグラフを図1(b)に示す。

過によって品質が変化することから，パック詰めの際に簡易に過熟果を判定する方法が求められている。
本研究では，イチゴ果実の摘果からの変化を画像により測定し，その果実の状態を簡易に判定するハンディ装置を開発することを目的とする。
２ 研究の方法

図1(a) 測定画像
左：デジタルマイクロ，右：切出し画像

２．１ 研究実施方法（１）摘果したイチゴは設定15℃90％の恒温恒湿槽の中で貯蔵する。果実状態の変化を24時間経過するごとに測定し，その時の果実状態として保存する。
（２）イチゴの状態測定には，マクロ撮影が可能なデジタル
マイクロスコープ「DinoLite」を採用し，通常のカメラで果実全体を撮影するよりも顕著に表面状態を捉えられることを確認する。
（３）撮影により取得したデータから，イチゴ果実の状態評*

栃木県産業技術センター

機械電子技術部

図1(b) 水平断面RGB階調比較：左側からR・G・B
実線：デジタルマイクロ，破線：切出し画像

図1(b)より，デジタルマイクロによる撮影の方がより顕著

量RAMを内蔵している。

に表面状態を確認できるため，測定手法として採用する。
２．３

３ 結果及び考察

果実状態変化の確認

イチゴ果実は青果物であり，摘果後から呼吸と蒸散作用によって品質が劣化する事が知られている。本研究では，果実
1)

３．１

イチゴ果実の時間変化測定

本手法により測定した，イチゴ果実の表面画像からRGBの品質劣化の判断基準として，果実重量の減耗率 によっての平均値を算出し，縦軸にRGB値，横軸に経過日数とする経確認した。減耗率の導出式を式(1)に示す。

時変化グラフを図3に示す。
（１）

実際の果実状態の変化をモニタするため，経過日数におけるイチゴの全体画像を図2(a)に，式(1)より計算した減耗率
平均値のグラフを図2(b)に示す。

図3 RGB平均値と経過時間変化
図2(a) 果実の経時変化
イチゴは，必ずパッケージに接触する側が裏面となるよ
うに固定し，果実の表裏両面の測定を実施した。図3より，
グラフ̲f(表)とグラフ̲b(裏)がほぼ同じ特性を示すためパッケージ接触の影響は無いと確認できた。
この経過日数ごとのRGB平均値からL*a*b*を計算により導出し3)，その経時変化を図4に示す。

図2(b) 経過日数と減耗率平均
図2(a)(b)より，摘果後の日時の経過により果実外観が変化していくこと，果実重量の減耗率が増加し，果実の重量は減少することが確認できた。
２．４

ハンディ測定装置の開発

図4 L*a*b*値と経過時間変化

イチゴの摘果作業やパック詰めなどは農家の作業場で行われる場合が多く，パック詰めされたイチゴの検査が行われ

図4より，明度を示すL*はほぼ横ばい，赤色を示すa*はいる選果場においても測定用の大規模な装置を組んでの検査

ったん増加しその後減少，黄色を示すb*はずっと減少するを実施するのは難しい。そのため本研究では，現場で簡単にということが確認できた。

持ち運べるサイズでハンディ測定装置を開発し，摘果からパ

３．２

明度と彩度による判定

ック詰めの作業の間で判定が難しい熟度を簡易に判定する。

3.1で測定したRGB，L*a*b*より，果実の減耗率と同様に今回の開発には，ルネサスエレクトロニクス社製のSH‑2A

明度と彩度の消失率を式(2)により計算し，重量減耗率との2)

マイコン基板 とT‑SRS社製4.3インチタッチパネル付きTFT

関係を調べた。そのグラフを図5(a)(b)に示す。

液晶付き開発ボードを使用した。SH‑2Aマイコン基板のCPU
は，R5S7260W144FPU(SH72620)が搭載されており，最大クロック周波数は144MHz，64Kバイトの高速RAMと1Mバイトの大容（2）

価する事が可能になると考えた。まず，GとB が10以上離れている場合は，摘果後間もない可能性が高く，まだ十分に新鮮であるため BETTER と評価できる。次に，B とG の差が10以下でも，R の値が130以上であれば，摘果後
3〜4日以内である可能性が高く，まだ新鮮であるためODと評価できる。最後に，BGOとG の差が10以下で，かつR も130以下の場合には，摘果後7日以上経過している可能性が高く，鮮度は落ちているため POOR と評価できる。
この方法により，摘果後の果実状態を3段階に評価できる。

図5(a) 明度消失率と重量減耗率の関係グラフ

３．４

ハンディ測定装置

本研究で開発したハンディ測定装置の全体を図7(a)に，使用したSH‑2Aボードを図7(b)に，測定装置の画面表示を図7(c)に示す。

図5(b) 彩度消失率と重量減耗率の関係グラフ
図5(a)(b)より，明度消失と重量減耗には，相関係数が0.

図7(a) ハンディ測定装置

6となることより相関があり，彩度消失と重量減耗には，相関係数が0.73となることより強い相関がある事が確認できた。重量の減耗に関しては，明度よりも彩度において強い相関が確認できたので，彩度の測定により重量の減耗が推定できる可能性を確認できた。
３．３

果実の状態評価

測定画像のRGB平均値を，トマトの等級判別などで使用された式(3) 4)を用いて簡易変換を行い，RG B を求め横図7(b)SH開発基板軸にR ，縦軸にG とB をプロットし，その値に経過日数のラベルで表示したグラフを図6に示す。
(3)

図7(c) 測定画面
図7(a)，(b)より，目標としていた30cm角に対して，ケー
スサイズで約70％，基板サイズで約80％の小型に開発した。
小さい液晶とマイクロSD出力，タッチパネル入力等の採用により入出力関係を大幅に省略できた。また，今回開発し

図6 経過日数グラフ

たハンディ測定装置のプログラムはSD内で管理しており，
図6の上側のグラフがG で，下側がBである。この2つのグラフの傾向を比較することで，摘果後果実の状態を評

簡単にプログラムの改良やアップデートが可能となる。
図7(c)画面中の各ボタンの機能を表1にまとめる。

４ おわりに

表1 測定装置の機能一覧
INPUT

カメラ画像ON

本研究では，デジタルマイクロスコープを使用したイチOFF

カメラ画像OFFゴ果実の状態評価システムの開発を行い。測定画像から以SAVE

画像保存(*.BMP)

下の結果を確認した。

IMAGE

選択画像の表示

１）可視波長域の画像測定から，彩度消失率を導出し重量SLIDE

画像のスライド表示

RESULT

果実評価結果の表示

減耗率との強い相関を確認した。
２）測定画像のRGB平均値を簡易変換し，摘果後の経過日数をラベルとするグラフを作成すると，その傾向から果表1の様に，実際に農家や選果場などで使用するのに必要最小限の機能を実現し，あまり複雑な操作にならないように操作がワンタッチで完了する操作性とした。
以上の結果より，イチゴ果実の状態測定にデジタルマイ

実状態を3段階に評価できることを確認した。
３）携帯できるサイズとして目標の30cm角に対してケースサイズで約70％，基板サイズで約80％小型化することに成功した。

クロスコープを採用し，果実の経過時間変化を測定し，画今後，県内のイチゴ選果場５ヶ所，農家２０６９戸への像からRGB階調の平均値を求め，彩度消失率を導出し重量減

導入・活用が望まれる。さらに，地域のブランド化，他の耗率との強い相関を確認した。さらに，簡易変換すること

産地との差別化につながるため大きな経済効果となること

で果実の状態を3段階に評価できることを確認した。最後に，が期待できる。

それらの測定を可能とするハンディ測定装置を開発した。
本研究では，デジタルマイクロスコープでの近接測定によってイチゴの挿花や凸凹による影響はキャンセルできた

参考文献

が，果実の一部を画像測定することで全体の品質を決定す

１）門馬ら：野菜試験場報告 B2,1-10 (1978)

るには更なる検証が必要であり，また今回の貯蔵条件は加２）CQ出版: Interface2010.6 (2010)

速試験で行ったため，実際の日持ち性を検証するには長期

３）浦野ら：土木学会論文集C Vol62 No.4 (2006.12)

保存下でのデータ収集が必要である。

４）栗田ら：植物環境工学(J.SHITA) 18(2) (2006)

重点研究

県産農産物の成分把握と加熱等各種処理条件における挙動―

イチゴのポリフェノール成分と加熱挙動（第３報）―
ポリフェノールを高めたイチゴジャムの試作
阿久津 智美*

筒井

達也*

大山

高裕**

伊藤 和子*

Effective Compounds of Farm Products in Tochigi Prefecture and Behavior of thesein the Heating etc.
-Polyphenol Composition and Heating Behavior in Strawberries (3rd Report).Satomi AKUTSU, Tatsuya TSUTSUI, Takahiro OYAMA and Kazuko ITO
イ チゴ規格 外品等の 未利用資源 （未熟果 ・痩果） を用い，イ チゴジャ ムの試作 を行った。 試作
した ジャムは ，外観・物 性等に特 徴があり ，加工前後 で総ポリ フェノー ルやアント シアニン 量が減少 するもの の，通常ジ ャムと比 較し，エ ラグ酸・総 ポリフェ ノール・ 抗酸化力等 が高かっ た。
廃棄 される未 熟果や痩果 は，ポリ フェノー ル成分が豊 富で抗酸 化力の高 い原料・素 材として 活用できると考えられた。
Key Words :イチゴ，ジャム，ポリフェノール，エラグ酸，未熟果

はじめに

秋 ２ ， 県 外 １ ） ） に つ い て ,エ ラ グ 酸 や ア ン ト シ ア

イチゴは栃木県の主要農産物であり，平成21年の収ニン含量・組成等ポリフェノールの品種特徴を把穫量は28,900tで，昭和43年産から平成21年産まで42年

握 し た 。 総 エ ラ グ 酸 が 高 い 品 種 は 抗 酸 化 力 （ORAC

連続収穫量日本一となっている。イチゴの消費は生食値 ） が 高 い 傾 向 で あ っ た 。 ま た ， “と ち お と め ”の 痩用が主であるが加工品等へのさらなる利用が進められ果（種）部分は，全果と比べエラグ酸等ポリフェノーている。

ルが有意に高く，抗酸化力が高いこと等もわかった。

１

イチゴの主要ポリフェノール成分としては，エラジ

今回は，これまでの試験結果を元に，エラグ酸等ポ

タンニン・エラグ酸やアントシアニン等があり，これリフェノール含量を高めたジャムの試作試験を行った

らは，抗酸化効果や抗がん作用等様々な機能性が知らので報告する。

れている１）。そこで，イチゴの高付加価値化及び未利用資源の有効利用のため，機能性成分であるポリフ
ェノールに注目し，栃木県産イチゴの含量把握及び加熱加工での挙動を追うこととした。
第１報

２）

２
２．１

研究の方法

試料

イ チ ゴ は 平 成 22年 5月 17日 栃 木 県 農 業 大 学 校 圃 場 か

では，とちおとめ規 格 外 品 ・ 規 格 品 及 びら“とちおとめ”を採取し凍 結保存した。ヘタを除いた

熟度の異なるイチゴについて，ポリフェノール等

後，イチゴの表面色により処理区を分けた。完熟果はの成分分析を行い，規格外品や未熟果でエラグ酸

表面がほぼ100%赤色，未 熟 果Ⅰは赤色が約50%～80%

等ポリフェノールが多いこと等がわかった。また，のもの ，未 熟果 Ⅱは 赤色 の 度合い が50%未 満の もの とイ チ ゴ ペ ー ス ト の 加 熱 処 理 で は 低温・短時間 の処理した（写真１）。また，痩果は完熟果をミキサーで粉が総ポリフェノールの減少を抑えること等成 分 挙 動

砕し遠心分離後，沈殿物中の痩果部分を回収し用いた。

についても把握した。

２．２

第２報

３）

では，イ チ ゴ ５ 品 種 （ 県 育 成 品 種 ４ （ 夏ジャムの試作

完 熟 果 ， 未 熟 果 Ⅰ ， 未 熟 果 Ⅱ の 各 原 料 イ チ ゴ 1kgをそれぞれ約750gまで煮詰めた後，しょ糖を原料重量の＊栃木県産業技術センター＊＊
栃木県産業技術センター

食品技術部
技術交流部

35%（350g）， クエ ン酸 を0.15g（ 1.5g） 添 加し ，最 終
重 量 が 1kgに な る ま で さ ら に 煮 熟 し ジ ャ ム を 試 作 し た 。

た 。 こ の 時 Pelargonidin 3-rutinoside と Pelargonidin 3malonyl-glucosideに つ い て は Pelargonidin 3-glucoside相
当量として求めた。
遊離エラグ酸，(+)‐カテキンは前報同様，80%メタ
ノ ー ル 抽 出 物 を Simirgiotisら ４ ） の 方 法 に 準 じ HPLCで測定した。また，エラジタンニン等分析のため
完熟果

Hakkinenら ５ ） の方法に準じメタノール含塩酸溶液で加

未熟果Ⅰ

水 分 解 後 ， 前 述 遊 離 エ ラ グ 酸 等 と 同 条 件 で HPLCに より総エラグ酸を測定した。
２．３．４

抗酸化力（ORAC値）

食品機能性評価マニュアル集Ⅱ６）に準じ，マイクロ プ レ ー ト リ ー ダ ー （ TECAN製 infinite F200） を 用 い
測定した。
未熟果Ⅱ
写真１

２．３．５

そう果

統計処理

JMP8を 用 い ， 原 料 及 び 試 作 ジ ャ ム に つ い て そ れ ぞ

原料イチゴの外観れ多重比較（Tukey-Kramer法）を行った。
また，上記処理区の他，完熟果1kgにそう果60g（果実
重 量 の 6%） を 添 加 し た 原 料 に つ い て も ， 同 様 の 行 程で作成した。
２．３

３．１

屈折糖度，pH，滴定酸度，表面色，物性

屈 折 糖 度 （ Brix% ） は ， 屈 折 糖 度 計 （ ATAGO 製
DBX-55） ，pHはpHメー タ ー（ TOA製 ） を用 い測 定 した。滴定酸度は試料を希釈ろ過後，pHメーターを用い0.1mol/l水 酸化 ナト リウム で pH8.0まで 滴定 し，ク エ ン
酸相当量として求めた。
原料イチゴの色は粉砕後，ジャムはそのまま測色色差計（日本電色工業㈱製SZ-Σ90）により測定した。
試作ジャムの物性は，テクスチャーアナライザー

屈折糖度は低く，滴定酸度が高かった。より未熟なものほど甘みが弱く酸味が強く感じられた。
表２に原料イチゴ（粉砕品）の色を示す。L* 値（明度）は ，完 熟果 で低 く，未 熟果で 高か った 。 a* 値（ ＋で赤，－で緑）は完熟果で 高く，色相角度（赤が0°，
黄が60°，緑が120°，紫が300°等）は完熟果で0°に近く赤色で，彩度も完熟果が高かった。
表１した。測定条件は試料を直径 40mm，高さ 15mm の容器に入れ，直径 20mm プラスチックシリンダーを用い
速度 1mm/sec で 80%圧縮した。
前報

２）

総ポリフェノール量と同様，試料の70%アセトン（0.5%酢酸含）抽出溶液をフォーリン‐チオカルト法により測定し，没食子酸相当量として求めた。
２．３．３
前報

２）

原料イチゴ

に示す。未熟果は完熟果と比べ個体重量が有意に軽く，（ Stable Micro Systems 社製 TA.XT plus）により測定

２．３．２

結果及び考察供試した原料イチゴの個体重量・屈折糖度等を表１

分析方法

２．３．１

３

原料イチゴの個体重量・屈折糖度等(Fresh weight)

種類

個体重量
(g)

屈折糖度

完熟果

10.6±3.9 a

未熟果Ⅰ
未熟果Ⅱ

滴定酸度

pH

(ｸｴﾝ酸換算
g/100g)

9.4

3.6

0.67

8.9±3.5 b

7.9

3.5

0.79

6.2±2.4 c

7.9

3.4

0.87

(Brix%)（個体重量：平均値±標準偏差，n≧300,同じ文字でつながっていない処理区 p＜0.05）

ポリフェノール各成分と同様，アントシアニンは50%酢酸抽出溶液

表２

原料イチゴの色を吸光光度法（510nm）により測定し，Pelargonidin 3-

色相角度(H°=tan -1(b * /a * ))彩度
(C * =(a *2 +b *2 ) 1/2 )

20.0

29.5

40.6

22.5

14.6

33.0

26.8

11.1

13.6

50.8

17.6

種類

L*

a*

b*

完熟果

38.6

35.3

rutinoside，Pelargonidin 3-malonyl-glucoside）の含量を

未熟果Ⅰ

49.7

高 速 液 体 ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー （ HPLC） に よ り 測 定 し

未熟果Ⅱ

56.1

glucoside相当量 として アン トシアニ ン総量 を求め た。
ま た ， ア ン ト シ ア ニ ン 主 要 ４ 成 分 （ Pelargonidin 3glucoside ， Cyanidin

3-glucoside ， Pelargonidin3-図１に原料イチゴの総ポリフェノール量を示す。よと比べ非常に含量が高かった。

り未熟な果実ほど総ポリフェノール含量が高く，完熟遊離の形で存在しているエラグ酸は，総エラグ酸と果と未 熟果 Ⅱ（ 赤色 50%未 満）で は， 有意 な差 がみ ら比較すると僅かであったが，処理区間で有意な差があれ た 。 ま た ， 痩 果 は 完 熟 果 の 約 4倍 と 高 濃 度 の ポ リ フった。アントシアニン総量は，他のポリフェノール成

ェノールを含んでいた。

分と異なり，熟度が進むほど含量が高かった。イチゴ

図２に原料イチゴの総エラグ酸を示す。総エラグ酸の果実着色後期には果肉内部にもアントシアニンが蓄も総ポリフェノールと同様の傾向で，より未熟な果実

積する７）と考えられ，完熟果はその外観以上に多く

で 含 量 が 高 く ， 痩 果 で は 完 熟 果 と 比 べ 7.2 倍 と エ ラ グのアントシアニンを含んでいた。また，痩果はとちお酸の存在割合が非常に高かった。また，総エラグ酸は，とめを粉砕・遠心分離し，沈殿物中の痩果部分（全果

量的にも今回測定したポリフェノール成分の中で，最の約1.9%）を回収したものであるが，痩果以外にもペも高い含量であった。

クチン質等も沈澱するため，一部これらも含んでいる

図３に原料イチゴの各ポリフェノール成分（アントシ ア ニ ン 総 量 ， (+)‐ カ テ キ ン ， 遊 離 エ ラ グ 酸 ） を 示

状態であったが，アントシアニンが比較的多く含まれていた。

す。カテキンと遊離エラグ酸は，総エラグ酸と同様の

この時のアントシアニン組成を図４に示す。未熟果

傾向で，より未熟な果実ほど含量が高く，痩果は全果

Ⅱ及び痩果は，完熟果と比較しCyanidin 3-glucosideの割合が高く，Pelargonidin 3-glucosideの割合が低くなっており，パターンが異なっていた。
図 ５ に 原 料 イ チ ゴ の 抗 酸 化 力 （ ORAC値 ） を 示 す 。
イ チ ゴ の ORAC値 は 他 の 多 く の 野 菜と 比 較 し 高 い こ とが知られているが，今回も比較的高い値だった。また，
L-ORACは わ ず か で ， ほ と ん ど が H-ORACで あ っ た 。

完熟果

未熟果Ⅰ
写真２

未熟果Ⅱ

完熟果＋痩果試作イチゴシャムの外観

ORAC値 は 総 ポ リ フ ェ ノ ー ル や 総 エラ グ 酸 と 同 様 に 未熟果で高い傾向で，痩果では有意に抗酸化力が高かった。一方，総ポリフェノールのように熟度の違いで有意な差まで得られなかった理由としては，完熟果でア

表３

試作イチゴジャムの屈折糖度，物性（応力）等（Fresh weight)

処理区

ントシアニン含量が高いことや今回分析していないビ

屈折糖度(Brix%)

pH

滴定酸度(ｸｴﾝ酸換算 g/100g)

応力(N/m2 )タ ミ ン Cな ど が 抗 酸 化力 に 影 響 した も の と 考 え られ た 。

完熟果

46.1

3.4

0.80

678±115 a以上より，イチゴポリフェノール成分は，アントシ

未熟果Ⅰ

46.4

3.3

0.92

900±194 ab

未熟果Ⅱ

46.8

3.2

1.02

1122±245 b

イチゴの痩果はジュース等加工時の絞りカス中にも多完熟果＋痩果

49.8

3.4

0.81

845±122 ab

く存在する。抗酸化力が高いこと，つぶつぶ感により（応力：平均値±標準偏差(n=6),同じ文字でつながっていな
い処理区 p<0.05）

アニンを除き未熟果で含量が高く，また，部位では痩果部分に多く，痩果では抗酸化力も有意に高かった。

イチゴらしいテクスチャーを付与できること等から有効利用ができると考えられた。
３．２

試作ジャム及び加工前後での変化について

表４

試作イチゴジャムの表面色

未熟果や痩果で総エラグ酸等ポリフェノールが高い
処理区

L*

a*

b*

色相角度
(H°=tan -1(b * /a * ))彩度
(C * =(a *2+b *2) 1/2 )あるかについてイチゴの加工品として代表的なジャム

完熟果

27.6

31.1

18.3

30.5

36.0

を用い試験した。

未熟果Ⅰ

32.8

23.3

14.1

31.2

27.2

試作ジャムの外観を写真２に，屈折糖度・物性等を

未熟果Ⅱ

38.3

11.4

12.8

48.1

17.1

表３に，表面色を表４に示す。試作したジャムの屈折

完熟果＋痩果

20.1

27.2

16.4

31.1

31.8

ことがわかったが，実際これらを機能性の高い素材として加工利用した場合，どのような特徴や成分変化が

糖 度 は ， 完 熟 果 ＋ 痩 果 （ 6％ ） ジ ャ ム を 除 き 約 46%で ，pH及び酸度は原料イチゴと同様の傾向であった。応力はやわらかい物性を持っていた。未熟果ではペクチン

は，より未熟な果実を用いたジャムで高く，完熟果で含量が高いためか，これにより違いが生じたと考えられた。完熟果＋痩果では，完熟果と比べ応力が高かった。痩果を遠心分離で採取する際ペクチン様の沈殿物を完全に除くことが困難であったため，これらの混入により完熟果＋痩果で応力が高くなったと考えられた。
ジャムの表面色は，原料の色を反映し完熟果ジャムで
a * 値 ・彩 度が高 く赤 色で ， 未熟果 Ⅰで はピ ンク ，未 熟
果Ⅱではややピンク色であった。完熟果＋痩果は，完熟果と比べa*値がやや低いが，L*値が低いためより濃厚な赤に見えた。また，つぶつぶ感も強く感じられた。
図６に試作ジャムの総ポリフェノール量を示す。試作ジャム100gあたりのポリフェノール量を没食子酸相
当 量 （ mg） と し て 示 す と 共 に ， ジ ャ ム 100gを 作 る のに使用した原料中のポリフェノール含量を計算し示した。

ジャム中のポリフェノール含量は原料中のポリフェーストの加熱では総エラグ酸はほとんど変化がなかっノール量を反映し，未熟果Ⅱジャムで高く，次いで未た２）ことから，加工での糖や酸の添加がなんらか影

熟果＋痩果に多く含まれ，完熟果を用いた通常ジャム響したものと考えられた。

と比較し有意な差があった。ジャム加工時の加熱処理

図９にジャムの遊離エラグ酸を示す。遊離エラグ酸

はトータルで約30分行ったが，ポリフェノールは加工も総エラグ酸と同様に未熟果Ⅱジャムで最も含量が高により約15%の減少がそれぞれ見られた。

く，ついで完熟果＋痩果で高く，完熟果で低い値だっ

図７にジャムのアントシアニン総量を示す。完熟果た 。 ま た ， 遊 離 エ ラ グ 酸 は ， 加 工 に よ り 2.3～ 3.4倍 に及び完熟果＋痩果ジャムに多く含まれていた。しかし上昇していた。これは，イチゴの加熱加工中にエラジ加工に よる 減少 が大 きく ， 原料中 の22%～ 45％ のア ン

タンニンなどが加水分解され，遊離のエラグ酸が生成

トシアニンが減少していた。元々の含有量が少ないたしたためと考えられた。

めか，未熟果Ⅱで最も減少率が大きかった。

図 １ ０ に ジ ャ ム の 抗 酸 化 力 （ ORAC 値 ） を 示 す 。

図８にジャムの総エラグ酸を示す。未熟果Ⅱジャム

ORAC値 は加工 前と 比較し 4%か ら14%減 少して いた が ，で最も含量が高く，ついで完熟果＋痩果で高い値で，未熟果Ⅱジャムで最も高く次いで完熟果＋痩果で，原それぞれの試料間に有意な差があった。加工により総料含量の大小を反映しており，全体的にも高い値だっエ ラ グ 酸 は 約 10%～ 15%の 減 少 が み ら れ た 。 イ チ ゴ ペた。

果）を用い，イチゴジャムの試作を行ったところ，
通常ジャムと比較しエラグ酸・総ポリフェノー
ル・抗酸化力等が高いジャムができた。
廃棄される未熟果や痩果は，ポリフェノール成分が豊富で抗酸化力の高い原料・素材として様々な加工品に活用できると考えられた。
参考文献
1) Hannum S.M.： Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 44， 1-17
(2004)
2) 阿久津智美,筒井達也,大山高裕,伊藤和子：栃木県産
業技術センター研究報告,7,75-79 (2010)3) 阿久津智美,筒井達也,大山高裕,伊藤和子：栃木県産
業技術センター研究報告,8,57-61 (2011)4) Simirgiotis Mario J. et al ： Food Chem. ， 113(2),377-385 (2009)

以上より，未熟果や痩果を用い試作したジャムは，
外観・物性に特徴があり，加工前後で総ポリフェノー

5) Hakkinen S.H. et al.：Eur Food Res Technol， 212(1) ，75-80 (2000)

ル等がやや減少するものの，原料イチゴのポリフェノール量を反映し，ポリフェノール含量が高く，高い抗6) 食 品 機 能 性 評 価 支 援 セ ン タ ー

技術普及資料等検討 委 員 会 編 : "食 品 機 能 性 評 価 マ ニ ュ ア ル 集

酸化力があった。

集" ，79-86 (2008)
４

おわりにイチゴ規格外品等の未利用資源（未熟果・痩7)

吉田裕一ら：園芸学雑誌,73(別1),105 (2004)

第Ⅱ

重点研究

県産農産物の成分把握と加熱等各種処理条件における挙動（第４報）―

青トウガラシの色・香気成分と乾燥処理
阿久津 智美*

前野

―

優哉*

Effective Compounds of Farm Products in Tochigi Prefecture and Behavior of thesein the Heating etc (4th Report).
-Effect of Drying on Color and Volatile Compounds of Green Chile Pepper.Satomi AKUTSU, Yuya MAENO
栃木県産青トウガラシ（栃木三鷹）について，香気成分・色・辛味の特徴把握及び乾燥加工での変化を測定した。栃木三鷹の香気成分は日光と比べ，フローラル様・グリーン様の成分がより多く検出されトー
タル含量も高かった。乾燥品は従来品（天日乾燥）と比較し真空凍結乾燥・マイクロ波減圧乾燥・通風乾燥を行うと香気成分や色が保持されることがわかった。特に真空凍結乾燥では，色及び香気が良好であった。また，これら乾燥によりカプサイシノイド含量の変化はほとんどみられないと考えられた。
Key Words :青トウガラシ，栃木三鷹，乾燥，香気成分，カプサイシノイド

１

はじめに

すい形態である乾燥品を試作し，加工での変化を追い，トウガラシは，現在輸入品がほとんどを占めている

青トウガラシの特徴を保持した加工のための基礎デーが，栃木県は昭和30年代頃，全国でも有数の産地で，タを得ることとした。

当時は輸出も行っていた１）。その頃八房群の品種・
栃木三鷹が作出され，現在でも七味唐辛子には欠かせないものとなっている。また，お土産としては，昔日

２
２．１

研究の方法

試料

光参拝が盛んに行われた頃，日光巻（しそ巻きトウガ

乾 燥 ト ウ ガ ラ シ 作 成 の た め の 原 料 は ， 平 成 22年 8月ラシ）が相当量販売されていた。これには伏見群の品及び9月に栃 木県大田 原市 で採取した 青トウ ガラシ

種・日光が使われている。現在，国産トウガラシの生（ 品 種： 栃 木 三 鷹 ）を 用 い ， 洗 浄後 幅 1cmに カ ッ ト し

産量 は年 間約 200tと 少な い が， いま でも 栃木 ，茨 城 が供試した。処理区により乾燥処理前にブランチング産地となっており，栃木三鷹を中心に生産され，その（沸騰した0.3%炭酸水素ナトリウム水溶液で30秒後冷歴史等も考えると非常に魅力的な栃木の地域資源であ却 ） や サ イ ク ロ デ キ ス ト リ ン （ CD） 又 は ト レ ハ ロ ーる。

スを添加混合した。乾燥処理は，通 風 乾 燥 は ㈱ いまた，トウガラシのほとんどは赤トウガラシとしてす ゞ 製 作 所 製 通 風 乾 燥 機 （ SKM-219S） を 用 い 60°C

利用されており，青トウガラシは旬の時期に生を料理

で 乾 燥 ， マ イ ク ロ 波 減 圧 乾 燥 は 新日本無線㈱ 製マイに用いることは多いが，色・香気等が変化しやすいこ

ク ロ 波 減 圧 加 熱 乾 燥 装 置 （ NJE2010A） を 用 い 50°C 乾となどにより加工品としての製品展開が少ない現状で

燥 ， 凍 結 乾 燥 は 共和真空技術㈱製真空凍結乾燥機ある。しかし，青トウガラシは赤トウガラシにない香（ RLEⅡ -103）を 用 い 棚 加 温 30°Cで 行 い ， そ れ ぞ れ

気・色をもっておりそれらを保持した素材加工ができ

乾 燥 品 を 作 成 し た 。 天 日乾 燥 品 は ， 吉 岡 食 品 工 業 ㈱れば，様々な展開が期待できると考えられる。

から入手した平成21年産栃木三鷹粉末を用いた。

そこで本報では，栃木県産トウガラシの香気成分・

トウガラシの熟度と品種による香気成分の違いを測

色・辛味等の特徴把握を行うとともに，最も使用しや定するための試料としては，平成21年産青トウガラシ（品種：栃木三鷹，日光），赤トウガラシ（品種：栃＊栃木県産業技術センター

食品技術部木三鷹）を冷凍保存後用いた。

２．２

よ り 測 定 を し た 。 HPLC 条 件 は ， 装 置 ： Prominence

分析方法

２．２．１

（ 島 津 製 作 所 製 ） ， 検 出 ： 蛍 光 検 出 器 （ RF-20A ）表面色

表面色は測色色差計（日本電色工業㈱製SZ-Σ90）に

Ex280nm

Em325nm ， カ ラ ム ： L-column2ODSより測定した。

4.6×150mm，カラム温 度：40°C，移動相：アセトニト

２．２．２

リ ル ： 1%酢 酸 ＝ 1： 1（ V/V） ， 流 速 ： 1ml/minと し た 。

香気成分

香気成分は，head space sorptive extraction （HSSE）
加熱脱着 GC/MS により分析を行った。HSSE 法による試薬は各カプサイシノイドについては，長良サイエン
ス㈱製，その他は和光純薬工業㈱製を用いた。

抽出は，Gerstel 社 Twister（PDMS 0.5mm, 10mm）をまた，カプサイシン含有量を乾物あたりに換算する

用 い ， 20ml バ イ ア ル に 試 料 （ 生 試 料 3g ， 乾 燥 試 料

た め ， 水 分 含 量 を 70°C 減 圧 5時 間 乾 燥 に よ り 測 定 し 求1g） 及 び 内 部 標 準 （ IS） n‐ ヘ プ タ ン を 添 加 し ， ヘ ッ

めた。

ドスペース相を Twister で 40 °C ，2 時間サンプリングした 。 その 後 ， Gerstel 社 TDS（ 加熱 脱 着シ ス テ ム） ，Agilent 社 GC/MS（6890/5973）により測定を行った。

３
３．１

結果及び考察青トウガラシの乾燥及び色について

TDS 条 件 は ， 熱 脱 着 温 度 ： 20 °C (1min)‐ 60 °C /min‐

青トウガラシを利用しやすい乾燥品として用いるた

280 °C (4min) ， CIS 温 度 ： -150 °C (0.01min) ‐ 12 °C /sec

め，様々な乾燥処理条件を検討した。また，乾燥トウ‐ 280 °C (5min)と し た 。 GC/MS 条 件 は ， カ ラ ム ： HP-

ガラシとして，外観の色は重要な要素と考えられるた

5MS(30m,0.25mm,0.25μm) ， オ ー ブ ン 温 度 ： 40 °C

め，各処理による色の違いを比較した。

(3min)‐ 10 °C /min ‐ 150 °C (0min)‐ 20 °C /min‐ 280 °C

表１に乾燥方法と青トウガラシ粉末の表面色，写真(5min)，キャリ アガス ：ヘ リウム 1.0 ml/min， トラン

１に青トウガラシ乾燥粉末の外観を示す。天日乾燥はス フ ァ ー ラ イ ン 温 度 ： 250 °C ， イ オ ン 源 温 度 ： 230 °C ，

a * 値 がプ ラス（ ＋） 側（ 赤 ）で全 体的 には 褐色 であ っ

イオン化モード：EI，イオン化電圧：70 eV で測定したが， 他の 乾燥 処理 では a * 値がマ イナ ス（ －） 側で 緑

た。また，同時にスニッフィングも実施した。

色であった。通風，マイクロ波減圧，凍結乾燥は，従各香気成分の同定は，NISTデータベースによるマス

来の天日乾燥と比べ緑色を保持していた。天日乾燥はスペクトルと標準物質とのリテンションインデックス

光にさらされている時間が長いため，緑色のクロロフの一致，マススペクトルと文献のリテンションインイ

ィルが分解退色しやすいと考えられた。 凍結乾燥は，ンデックスの一致，データベースによるマススペクト

通風・マイクロ波減圧乾燥より明度が高く，a*がよりルの一致のいずれかにより行った。

－側（緑）であった。マイクロ波減圧乾燥は通風乾燥

香気成分量は，各化合物 のピーク面積をISの面積値で除した値を算出した。
２．２．３

より乾燥時間が少なくてすむ利点があり，また色はより鮮やかで緑色が強かった。

カプサイシノイド含量

表２にブランチングと青トウガラシ乾燥粉末の表面

カプサイシノイド含量は，カプサイシン，ジヒドロ色 を 示 す 。 乾 燥 前 の ブ ラ ン チ ン グ 処 理 に よ り ， L* 値

カプサイシン，ノルジヒドロカプサイシンについて伊（明度）が低く暗く濃い色に感じた。凍結乾燥処理区

藤らの方法

２）

に準じ定量を行った。すなわちメタノ

ー ル 抽 出 後 高 速 液 体 ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー （ HPLC） にでは，ブランチングにより彩度が高くなった。
表３に糖質の添加と青トウガラシ凍結乾燥粉末の表
面色 を示 す。 香気 成分 や色 の保 持等表１

乾燥方法と青トウガラシ粉末の表面色
色

乾燥方法

乾燥
温度

乾燥時間

L*

a*

b*

彩度

色差

天日乾燥

常温

（2-3 ヶ月）

53.5

7.2

28.9

29.8

対照(0)

通風乾燥
ﾏｲｸﾛ波
減圧乾燥

60°Ｃ

7 時間 30 分

65.6

-7.0

30.4

31.2

14.2

50°Ｃ

50 分

65.9

-8.7

32.2

33.3

16.2

72.7
-10.4
凍結乾燥
30°Ｃ
54 時間
*
*2
*2 1/2
彩度 (C =(a +b ） )，色差：天日乾燥との色差
乾燥後粉末（1.5μ メッシュ）にして測定

31.5

33.2

17.8

天日乾燥

通風乾燥

ﾏｲｸﾛ波減圧乾燥

凍結乾燥

写真１

青ﾄｳｶﾞﾗｼ乾燥粉末
の外観

表２

ブランチングと青トウガラシ乾燥粉末の表面色
ﾌﾞﾗﾝ
ﾁﾝｸﾞ
の有
無

乾燥方法

により乾燥品が吸湿しクロロフィルの分解が進む３）

色
L*

a*

b*

彩度

-7.0
-4.2

30.4
31.3

31.2
31.5

-8.7

32.2

33.3

60.7
-6.5
ﾏｲｸﾛ波減圧
有
72.7
-10.3
凍結乾燥
無
70.6
-10.7
凍結乾燥
有
*
*2
*2 1/2
彩度 (C =(a +b ） )乾燥後粉末（1.5μ メッシュ）にして測定

30.8
31.2
33.3

31.5
32.9
35.0

通風乾燥
通風乾燥

無
有

65.6
60.4

ﾏｲｸﾛ波減圧

無

65.9

添加

L

a

*

b

*

72.7
-10.3
31.2
なし
α-CD
76.2
-8.8
27.9
β-CD
79.3
-8.6
26.6
γ-CD
79.2
-8.8
25.9
75.9
-8.1
26.3
ﾄﾚﾊﾛｰｽ
彩度 (C * =(a *2 +b *2） 1/2 )
糖質は，サンプル重量の 10%添加
乾燥後粉末（1.5μ メッシュ）にして測定ことや，酸素存在下で褐変も進んでいること等が原因として考えられた。糖質添加の有無による色の変化の違いは見られなかった。
３．２

青トウガラシの香気成分について

３．２．１

トウガラシの品種・熟度と香気成分について表５にトウガラシの品種・熟度と香気成分を示す。
栃 木 三 鷹 の 青 ト ウ ガ ラ シ は ， Hexanal ， 2-Isobutyl-3methoxypyrazine等のグリーン様，β-Himachalene等のフ表３ 糖質の添加と青ﾄｳｶﾞﾗｼ凍結乾燥粉末の表面色
色
糖質の
乾燥
*

緑色の成分はクロロフィルであることから，常温開放

彩度

時間

32.9
29.2
28.0
27.4
27.5

54 時間
34 時間
34 時間
34 時間
34 時間

ローラル様などの香気成分が多数検出された。また，ス ニ ッ フ ィ ン グ で は 保 持 時 間 16.5分 ～ 19.0分 付 近 で フ
ローラル様の成分が多数検出された。
栃木三鷹の赤は青と比べグリーン様の成分が少なくなっていた。全体的には含量の増減はあるものの構成成分としてはほぼ同様の成分が検出された。
日光の青は，香気成分の種類及び含量とも栃木三鷹と比較し少なかった。グリーン様の香りがメインであり，フローラル様・甘い等の香り成分が少ない又は検出されなかった。栃木三鷹はより香気が強く，香りも

表４ 青トウガラシ凍結乾燥品の保存と色（約１年保存）
ﾌﾞ
糖
色
ﾗﾝ
の
保存方法
彩
ﾁﾝ
添
L*
a*
b*
度
ｸﾞ
加
59.7 -7.4 24.2 25.3
コントロール 無無62.0
1.8 28.4 28.5
常温遮光開放 無無豊富であった。
３．２．１

青トウガラシの乾燥と香気成分について

表５に青トウガラシ乾燥品と香気成分を示す。天日乾燥は他の乾燥と比較し，Limonene含量が高くなって
おり，主要なグリーン・フローラル様の成分等は少な
い又は検出されず，全体的にも青トウガラシの香気が感じられなかった。天日乾燥以外の乾燥方法では，新常温遮光密封

無

無

66.1

-5.1

26.7

27.2

鮮試料と比較すると香気のトータル含量は減少するもコントロール

有

無

63.0

-6.7

24.1

25.0

有

無

60.5

1.2

26.5

26.5

ののグリーン・フローラル様の成分が比較的残存して常温遮光開放常温遮光密封

有

無

64.1

-2.9

24.1

25.4

コントロール

無

CD

61.3

-6.5

22.2

23.1

では，その乾燥温度の影響か，乾燥温度の高い通風乾

常温遮光開放

無

CD

64.3

0.3

27.5

27.5

燥ほど干し草的な香気が感じられた。凍結乾燥品では

常温遮光密封

無

CD

67.6

-4.9

24.9

24.2

干し草的香気は感じられず良好であった。

**2 1/2*2いた。通風乾燥・マイクロ波減圧乾燥・真空凍結乾燥

彩度 (C =(a +b ） )。1cm カットの凍結乾燥品を測定。
CD は α-CD をサンプル重量の 2%添加(E)-2-Hexenal等の グ ーリ ン 様の 香 気が 減 少し た。 ま た ，のために糖質の添加を凍結乾燥で検討したところ，添CD添 加 し 凍 結 乾 燥 し た も の に つ い て は ， 添 加 し て い加によりL* 値（明度）が高くなった。また，糖質の添ないものと比較し成分によっては含量が高いものがみ

加 に よ り 乾 燥 時 間 が 短 縮 さ れ た 。 糖 質 2%添 加 で も 同られたが，全体的な香気としては大きな違いがみられ様の傾向であった。

なかった。

表４に青トウガラシ凍結乾燥品の保存と色について

ブランチングの有無では，ブランチングを行うと３．４

青トウガラシのカプサイシノイドについて示す。乾燥品を袋に入れ遮光密閉保存すれば，緑色はトウガラシの辛味成分であるカプサイシンをはじめやや弱くなりL* 値も高く明 るくやや退色するが，常温としたカプサイシノイドは，香辛料としてのトウガラでも１年間緑色が残っていた。しかし，開放の状態でシの重要な成分である。また，辛味の付与のみでなくあると ， a * 値が ＋側 とな り 褐変が すみ やか に進 んだ 。

カプサイシンの体熱産生作用や減塩効果・ダイエット
効果・抗酸化作用等の生理作用 ７ ） ８ ） も報告されてい表５

トウガラシの品種・熟度と香気成分及び青トウガラシ乾燥品と香気成分
青トウガラシ乾燥品

No

化合物名

保持
時間
（分）

定
性

香りの特徴

※２

※１

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Hexanal4-Methyl-1-pentanol(E)-2-Hexenal(z)-3-Hexenol
1-Hexanol
α-Pinene
Camphene
β-Pinene
2-Pentylｆuran
DecaneLimonene(E)-β-Ocimene(Z)-β-Ocimene
Pentyl Butyrate
Isopentyl 2-methylbutanoate
Isopentyl Isopentanoate
2,6-dimethyl-,2,4,6-Octatriene
Pentyl 2-methylbutanoate
n-Hexyl isobutanoate(E)-2-Nonenal

5.84
6.57
6.86
6.94
7.20
8.34
8.62
9.32
9.34
9.44
10.00
10.11
10.30
11.00
11.13
11.19
11.61
11.70
12.04
12.06

a
a
a
a
b
b
b
b
a
a
a
b
b
b
b
a
c
b
b
a

21

2-Isobutyl-3-methoxypyrazine

12.38

a

grass,－
green, leaf
grass
resin, flower, green
pine, resin
camphorpine, resin
green bean, butter－
lemon, orange
sweet, herb
citrus,herb,flower
banana
－
－
－
apple
－
cucumber, fat, green
earth, spice,green pepper
herb, sweet－
peppermint

天日
乾燥

通
風
乾
燥

ﾏｲ
ｸﾛ
波
乾
燥

凍
結
乾
燥

ﾌﾞﾗ
ﾝﾁ
ﾝｸﾞ
後
FD

0.36
0.31
0.68
－
0.06
－
0.01
－
0.18
－
0.16
0.10
1.59
0.01
0.06
－
0.04
0.02
－
0.31

0.20
0.69
－
－
0.28
－
－
0.08
－
－
17.30
－
0.37
－
－
－
－
－
－
－

0.28
0.84
0.38
－
－
－
－
－
0.06
1.12
－
－
－
0.04
0.17
0.14
－
0.04
0.47
－

0.36
0.70
0.70
－
－
－
－
－
0.15
1.75
0.07
－
0.19
0.09
0.25
0.19
－
0.07
0.70
－

0.40
0.89
1.24
－
0.20
－
－
－
0.05
1.20
0.08
0.08
0.47
－
0.21
0.14
－
0.03
0.13
－

0.15
－
0.05
－
－
－
－
－
0.03
0.99
0.03
－
0.24
0.10
0.26
0.19
－
0.10
0.84
－

0.12

0.02

0.09

0.09

0.11

0.07

栃木
三鷹
青

栃木
三鷹
赤

日
光
青

0.51
1.51
0.86
0.08
0.17
0.01
0.03
－
0.17
－
0.05
0.14
3.40
0.28
2.55
1.52
0.18
0.62
3.83
0.51

－
2.27
－
－
－
0.03
－
0.04
－
－
0.01
0.07
3.22
0.14
2.53
1.26
0.15
0.58
4.05
－

0.13

－

(Z)-3-hexenyl-2-methylbutanoate
12.43
b
0.43
0.22
0.05 0.08
0.11
－
－
－
Dodecane
12.61
a
0.44
2.85 4.05 1.95－－－－
Methyl Salicylate
12.67
b
0.17
0.97
0.03
0.46
－
－
－
－
(Z)-3-Hexenyl 2-methylbutyrate
13.11bherb,sweet
1.65
1.65
0.12 0.31 0.05 0.2725－－+(Z)-3-Hexenyl isovalerate
13.22
b
0.32
0.38
0.02
0.03
26 Hexyl isovalerate
－
－
－
－
－
13.87
b
0.15
0.14
27 Hexyl n-valerate
－
－
－
－
－
－
－
14.01
a
0.11
0.12
0.01
0.01
28 Tridecane
－
－
－
－
－
14.24
b
apple peel, peach
3.33
3.98 0.05
0.12 0.27 0.03 0.59
29 Hexyl hexanoate
－
14.82
c
3.45
3.33 0.20
0.21
0.41 0.39 0.12 0.28
30 2-Methyltridecane
－
15.05
c
1.61
2.26
0.08
0.25 0.23 0.03 0.19
31 ylangene
－
－
15.19
a
0.56
0.71 0.01
0.11
0.54 0.94 0.38 0.44
32 Tetradecane－
15.38 － －
0.23
0.21
0.07
0.02 0.04 0.02 0.04
33 Unknown
－
15.46
c
woody
0.13
0.14
0.01
34 Longifolene
－
－
－
－
－
15.85
c
2.01
3.87 0.10
0.07
0.21 0.26 0.04 0.21
35 2-methyltetradecane
－
15.92
b
2.77 0.03
0.02
0.20 0.23 0.04 0.34
36 α-Himachalene
－
－
16.14
b
18.76 20.01
0.98
2.88 3.56 0.97 2.93
37 γ-Himachalene+Unknown
－
－
16.31
b
0.68
1.41 0.03
0.25 0.30 0.06 0.1138 β-himachalene
flower、wood
－
16.40
c
2.80
4.18
0.16
0.47 0.58 0.11 0.50
39 10s,11s-Himachala-3(12),4-diene
－
－
16.63
b
0.87
0.80 0.04
0.06
0.09 0.12 0.02 0.07
40 2-Methylpentadecane
－
16.79
c
0.08
0.21
41 (Z)-7-Hexadecene
－
－
－
－
－
－
－
16.91
a
0.35
0.40 0.01
0.03
0.07 0.09 0.04 0.04
42 Hexadecane
－
16.98
c
banana fruity green
0.29
0.45 0.01
43 Isoamyl Decanoate
－
－
－
－
－
17.30
c
0.07
0.07
0.01
0.01
44 Oxacyclotetradecan-2-one
－
－
－
－
－
17.47
c
0.07
0.07
45 Octadecanal
－
－
－
－
－
－
－
17.51
c
0.06
46 1-Heptadecanol
－
－
－
－
－
－
－
－
17.52
c
0.08
0.04 0.02
0.03
0.01
0.02
47 Diisobutyl adipate
－
－
－
17.59
a
0.32
0.33 0.03
0.09
0.06 0.04 0.02 0.02
48 Heptadecane
－
17.98
c
0.05
0.02
0.01
0.01
49 2-Methylheptadecane
－
－
－
－
－
18.20
a
0.03
0.04 0.01
0.02
0.07 0.01 0.05
50 Octadecane
－
－
18.75
a
0.03
0.04 0.01
0.06
0.04
0.09
51 Nonadecane
－
－
－
19.27
a
0.02
0.03 0.01
0.01
0.04
0.09
52 Eicosane
－
－
－
19.75
a
0.03
0.08 0.01
0.08
53 Heneicosane
－
－
－
－
－
20.21
a
0.02
0.04 0.02
0.01
0.02
54 Docosane
－
－
－
－
20.65
a
0.02
0.04 0.01
0.04
0.06
55 Tricosane－－－－
・乾燥品以外の試料は生鮮試料。数値の香気成分量は，各化合物のピーク面積を IS の面積値で除して算出。
※１ a:NIST データベースによるマススペクトルと標準物質のリテンションインデックスの一致，b:マススペクトルと文献 ４）のリテンションインデック
スの一致，C:NIST データベースによるマススペクトルの一致※２ 文献 ５）６） より
22
23
24

表６ 供試試料のカプサイシノイド含量（mg/100g dry weight， 平均値±標準偏， n=3)
試料名
栃木三鷹・青 （乾燥用
試料，H22.8 月採取）
栃木三鷹・青 （乾燥用
試料，H22.9 月採取）
栃木三鷹・青 （香気成分用試料，H21 産）
栃木三鷹・赤（ 香気成分用試料，H21 産）
日光・青 （香気成分用
試料，H21 産）

ﾉﾙｼﾞ
ﾋﾄﾞﾛ
ｶﾌﾟｻ
ｲｼﾝ

ｶﾌﾟｻｲｼﾝ

ｼﾞﾋﾄﾞﾛｶ
ﾌﾟｻｲｼﾝ計

24±1

166± 1125± 2316± 237±2

224± 8163± 6425±15

培条件や品種等により違いがある８）９）といわれている。
図１に青トウガラシの乾燥とカプサイシノイド含量の変化を示す。ブランチングの有無，乾燥処理の違い
による明らかな増減の傾向が見られなかった。今回の乾燥方法や温度での含有量の変化はわずかであると考えられ，値の大小は果実内部の種子が着生している胎座表面組織でカプサイシノイドが合成される９）こと

15±2

191±2298±12304±35か ら， ト ウ ガラ シ を1cmカ ッ トし 乾 燥 した こ と によ る ，

17±1

171±1199± 6287±18

内容物の処理のばらつきの影響などが考えられた。

4±1

25± 4

15± 2

45± 7

４

おわりに

栃木県産トウガラシの香気成分・色・辛味の特徴把握を行うとともに，青トウガラシ乾燥品を試作し評価した。乾燥方法を選択すれば，原料の色・香気を保持した乾燥品ができ，様々な加工食品等へ添加利用できると考えられた。
参考文献
1) 栃 木 県 輸 出 と う が ら し 生 産 販 売 連 絡 協 議 会 ： 栃 木の唐がらし，10-12 (1971)2) 伊 藤 和 子 ， 吉 岡 航 平 ， 山 﨑 公 位 ： 栃 木 県 産 業 技 術
センター研究報告，3，39-42 (2006)
3) 木 村 進 ， 中 林 敏 郎 ， 加 藤 博 通

編著：食品の変色の化学，光琳，176-177(1995)
4) Foreo M.Daniel et al: Flavour Fragr,24 (1) ,25-30(2009)
5) http://www.flavornet.org/flavornet.html
6) Luning Pieternel A. et al: J Food Sci ,60 (6) ,12691276 (1995)
7) 岩 井 和 夫 ， 河 田 照 雄 ： 辛 味 成 分 の 食 品 機 能 ， 幸 光
生館，97-129(2000)
る。そこで，各試料のカプサイシノイド含量と乾燥での変化を測定した。
表６に各供試試料のカプサイシノイド含量を示す。
栃木三鷹は，日光と比べ含有量が高かった。また，栃木三鷹の赤は青に比べやや低い値であった。同族体の含有比率は，サンプル間でほとんど変わらなかった。
トウガラシのカプサイシノイド含量は，採取時期，栽

8) 岩井和 夫， 渡辺 達夫編 ：ト ウガラ シ 辛 味の 科学 ，幸書房(2000)
9) 南 峰 夫 ら ： 信 州 大 学 農 学 部 紀 要 ， 35(1) ， 4549(1998)

Ⅴ 経常研究
General Research

空白

経常研究

炭素繊維強化プラスチックのレーザー微細加工近藤弘康*

Laser Microfabrication of Carbon Fiber Reinforced Plastic
Hiroyasu KONDO
優れた比強度・耐薬品性を持つ炭素繊維強化プラスチックは，その優れた特性により航空宇宙産業・自動車産業などに利用が拡大している。しかし，現在加工方法として主に用いられている切削加工やウォー
タージェット加工では，工具摩耗やノズル径の制約により微細部位の継続的な加工は困難である。そこで本研究では，微小領域に継続した加工を行えるレーザー加工に着目し，CO2 レーザーと YAG レーザーを用いて，炭素繊維強化プラスチックのレーザー加工実験を行った。その結果，各レーザーの加工特性の知見が得られ，厚さ 0.4mm の CFRP に対して 0.3mm 幅の良好な加工を実施することが出来た。
Key Words : CFRP，レーザー加工，CO2レーザー，YAGレーザー

はじめにーを発信機に持つ短波長レーザー加工機（シグマ光機

近年，環境負荷低減の要求により，製品の軽量化を㈱製，発信機 コヒレントジャパン㈱製 Avia 355-7HP）目的とした新材料の研究が進められている。その中でを用いて，厚さ 0.4mm，1.0mm，2.0mm の 熱硬化性 CFRP

も炭素繊維強化プラスチック（以下，CFRP） は，優に対して直線加工を行った。各加工機の仕様を表１，れた比強度・耐薬品性を持つため，航空宇宙産業や自２に示す。そして，デジタル顕微鏡（キーエンス㈱製

動車産業などに利用が拡大している。現在，CFRP のVHX-100） を用いて加工面の観察を行い，付属の寸法加工は主に超硬工具やウォータージェットを用いて行測定機能を用いて，加工幅・熱影響幅などの計測を行われている。しかし，超硬工具による加工では，工具った。

１

摩耗の進行により加工面にバリ・剥離が生じるため，

表１

三次元レーザー加工機仕様

小径の工具を用いたとしても微細部分の精度に問題が

最大出力

4000W

生じる。また，ウォータージェットの加工では，高圧

送り速度

最大 30000mm/minの水を 0.2~1.0mm の ノズルから噴射し切断を行うた

繰り返し周波数

1 〜 2000Hz

め，ノズルの径よりも小さい部位の加工は不可能であデューティ

1 〜 100 ％る。加えて水に研磨剤であるガーネット粉末を混合しレーザー発振器

CO2 レーザー

表２

短波長レーザー加工機仕様

そのため本研究では，0.2mm 以 下の加工を継続的に

平均出力

7W

行 え る レ ー ザ ー 加 工 に 着 目 し ， CO2 レ ー ザ ー と YAG

送り速度

最大 18000mm/min

レーザーを発振機に持つ二種類のレーザー加工機を用繰り返し周波数

50kHz 以上

いて加工実験を行い，各レーザーの加工特性の評価を

パルス幅

35ns 以下(60kHz 時)行った。そして，加工実験の結果，熱影響の少ない良レーザー発振器

YAG レーザー

好な加工面が得られた YAG レ ーザーを用いて，0.4mm

波長354.7nm

材料に噴射するため，排液処理の問題も生じる。

厚の CFRP の 切断手法の検討を行ったため，その内容を報告する。
３
２

研究の方法

CO2 レーザーを発信機に持つ三次元レーザー加工機（㈱日平トヤマ製 TLM-408C-40F） と，YAG レ ーザ

３．１

結果及び考察CO 2レーザーのCFRP加工

３．１．１

送り速度と熱影響幅の関係

三次元レーザー加工機を用いて，送り速度を変えて厚さ 0.4mm の CFRP を 加工した結果を図１に示す。ま*栃木県産業技術センター 機械電子技術部

た，その時の加工条件を表３に示す。

300mm/min の 条件で加工を行ったところ 1 回の加工で図１の加工面に着目すると，レーザーが通過した近切断が行えたが，3000mm/min に 送り速度を大きくす

傍で樹脂が蒸発し炭素繊維の露出が見られる。これはると 20 回以上繰り返し加工を行っても切断はできな加工に用いた CO2 レ ーザーでは，レーザーの入射時間かった。これはレーザー出力に対して板が厚いため，であるパルス幅が 250%s と 長く，加工面に過度の熱が焦点位置からレーザー光が遠ざかる時，レーザー光が加わったためと考えられる。そのため加工面の入射エ

拡散し CFRP の切断に十分な熱量が得られなかったた

ネルギーを抑えるため，送り速度を大きくして加工をめと考えられる。そのため，繰り返し加工を行っても行ったところ，切断まで複数回の加工が必要であった

切断が行えなかった条件に対して，切断が可能な出力が熱影響の低減を行うことができた。また，図１のとの検討を行った。その結果送り速度 15000mm/min で は，おり樹脂が蒸発し炭素繊維が露出した部分を熱影響幅

厚さ 1.0mm の CFRP に 対して出力 1500W， 厚さ 2.0mmとし，送り速度と熱影響幅の関係を図２に示す。そのの CFRP に 対して出力 2500W が 必要であった。また，

結果，送り速度が大きいほど熱影響幅を小さくできる

切断が行えた条件を用いて送り速度と熱影響幅の関係ことがわかる。

を図３に示す。その結果，大きい送り速度では切断に高出力が必要となるが，送り速度小・低出力の条件よ

３．１．２

被削材の厚さと加工条件

1.0，2.0mm 厚 の CFRP を 表４の条件で加工した結果

りも熱影響幅は低減できることがわかる。
表４を表５に示す。厚さ 1.0mm の CFRP に 対して 900W,(a)300mm/min, 1pass(b)3000mm/min, 2pass

1.0，2.0mm 厚 CFRP の CO2 レーザー加工条件

レーザー出力900, 1500, 2000, 2500W

送り速度300, 3000, 15000mm/min

アシストガス

窒素 0.7MPa

ノズル径

3mm

繰り返し周波数

2000Hz

パルス幅

250%s

焦点位置

0mm

表５

1.0，2.0mm 厚 CFRP の加工結果

板厚
[mm]

(c)15000mm/min, 7pass
図１0.4mm 厚 CFRP の CO2 レーザー加工面

表３0.4mm 厚 CFRP の CO2 レーザー加工条件

1.0

加工条件

切断の可否

送り速度

出力

加工回数

[mm/min]

[W]

[回]

300

900

1

○

3000

900

20

×

3000

1500

3

○

レーザー出力

900W

15000

900

50

×

送り速度

300, 3000, 15000mm/min

15000

1500

10

○

アシストガス

窒素 0.7MPa

300

900

3

○

ノズル径

3mm

3000

1500

10

×

繰り返し周波数

2000Hz

3000

2000

5

○

パルス幅

250%s

15000

2000

40

×

焦点位置

0mm

15000

2500

12

○

図２

送り速度と熱影響幅の関係（厚さ 0.4mm）

2.0

図３

送り速度と熱影響幅の関係（厚さ 1.0, 2.0mm）

３．２

YAGレーザーのCFRP加工

短波長レーザー加工機を用いて，送り速度を変えてれが見られた。製品加工を行う場合はこの問題を考慮する必要があると考えられる。

厚さ 0.4mm の CFRP を 加工した結果を図４に示す。また，その時の加工条件を表６に示す。加工結果を見る

３．３

微細加工手法の検討と送り速度に関わらず，繊維の露出のない良好な加工

熱影響の少ない良好な加工面が得られた YAG レ ーが行われていることがわかる。これは，加工に用いたザーを用いて，0.4mm 厚 の CFRP の 切断手法の検討を

YAG レーザーのパルス幅が 35ns と短く，熱拡散が起行った。YAG レ ーザーの加工実験結果では，レーザ

こる前にレーザー照射が終わるためと考えられる。まー出力が低く，繰り返し加工を行っても 0.1mm 程 度

た，レーザー出力[W]÷送り速度[mm/s]で単位距離あの加工深さしか得られなかったため，図６に示すようたりの入射エネルギー[J/mm]を算出し，入射エネルにレーザーの照射位置を少しずつずらし加工入り口をギーと加工幅・加工深さの関係を図５に示す。それに広げ，段階的に深溝を加工できる多段加工手法を考案

より，YAG レーザーを用いて，加工幅・加工深さとし，加工を行った。その結果を図７に示す。5pass を 1

もに入射エネルギーに比例した加工が行えることが確セットとし上から 5，4，3，2，1 ラインの 5 段合計 20認できる。

ラインの加工を行い，0.4mm 厚 の CFRP に 対して入口

しかし，今回の加工では焦点位置のズレによる熱影

側 0.30mm，出口側 0.13mm の 加工を実施できた。また，響部の出現や，ステージの振動による加工ラインの乱熱影響幅は 0.02mm 程 度であり，CO2 レーザーと比較して良好な切断面が得られた。
しかし，今回の結果では，入口側と出口側で加工幅に 2 倍以上の差が出る加工となった。これはレーザー照射のオフセット距離や，各段の深さを検討すること
で，改善できると考えられる。

(a)600mm/min, 1pass(b)3000mm/min, 1pass

図６

多段加工模式図

図７

多段加工結果(c)6000mm/min, 1pass
図４0.4mm 厚 CFRP の YAG レーザー加工面

表６0.4mm 厚 CFRP の YAG レーザー加工条件

レーザー平均出力

900W

送り速度

600, 1200, 1500, 2400
3000, 6000, 12000mm/min

アシストガスなし

繰り返し周波数

60kHz

パルス幅

35nsec

本研究では，CO2 レーザーと YAG レ ーザーを発振

焦点位置

0mm

機に持つ二種類のレーザー加工機を用いて CFRP の加

４

おわりに

工実験を行い，各レーザーの加工特性の評価を行った。
そして良好な加工面が得られた YAG レーザーを用いて微細加工手法の検討を行った。
得られた結果は下記の通りである。
・CO2 レ ーザーで は，送り速度 は大きく，レーザー出
力は サンプルの切断が可能な範囲で最も低くすること(a)入射エネルギーと加工幅

図５(b)入射エネルギーと加工深さ

入射エネルギーと加工幅・加工深さの関係

で，熱影響を低減できる。
・ YAG レ ー ザ ー で は ， 送 り 速 度 に 関 わ ら ず 熱 影 響 の

少ない加工が行える。加えて，入射エネルギーに比例

参考文献

した加工幅・加工深さが得られる。

1) 新井武二： "レーザー加工の基礎工学" 丸善，(2007)

・YAG レ ーザーを用いて多段加工を行い，厚さ 0.4mm2) 加工事例ネットワーク： "CO2 レーザーによる CFRPの CFRP に 幅 0.3mm の 良好な切断加工を行えた。

の切断-炭化層幅の減少-" 加工事例ネットワーク，(2011)

謝辞

本研究を実施するにあたり，短波長レーザー加工機

この事業は，競輪の補助金をの借用にご協力いただいた光融合技術イノベーション

受けて実施したものです。

センターの皆様，そして装置の操作方法や加工条件についてご指導いただいた宇都宮大学オプティクス教育
研究センター早崎教授と研究室の皆様に深く感謝いた
します。

経常研究

Ｘ線ＣＴスキャンによるリバースエンジニアリング技術の高精度化
江面 篤志*

Improvement of Reverse‑Engineering with X‑ray Computed Tomography
Atsushi EZURA
これまでの依頼試験や技術相談，持ち周り測定結果により，Ｘ線ＣＴスキャンを用いた寸法測定の誤差要因として，撮影された断面データから３Ｄモデルを作成する際の二値化にかかわるしきい値設定が大きく占めていることがわかっている。しきい値は３Ｄ変換ソフトウエアの自動設
定機能により決定しているが，その場合の誤差は100 m程度にも及ぶ。本研究では，ボール状の基準器を用いて逆算的にしきい値を求める手法を提案した。その結果，測定誤差が10 m以下となる高精度測定が実現した。
Key words : リ バ ース エ ンジニ ア リ ング ， X線 CTス キ ャン ，測 定 精 度， ３Ｄ モ デル 生 成

１

はじめに

。

近年，自動車や航空産業界などで先進的な意匠を盛り込んだ製品が目立つようになってきている。そういった意匠を設ける目的には，使い勝手を追求したものや，機能を付加したもの，新たな消費者の獲得を狙ったものなど様々で

しかし，従来，リバースエンジニアリングに用いられる測定機は光学式のものが多く，表面に現れない内部や，レーザーの当たらない入り組んだ形状など，測定できない案件が多い。そこで，近年注目を浴びているＸ線を用いた非破壊測定を導入することで，従来，モデル化が不可能でああるが，より複雑な形状を持った部品が要求されている。

った製品の測定が行われ始めているが，その測定精度や測このため，従来の２次元的な発想ではその要求に応えきれ定条件など，確立していない要素は多く，本格的な普及になくなっており，３次元的な発想，考え方がより重要となは至っていない状況である 1)。

ってきている。さらに，近年のＩＴ化，デジタル化と相まって３ＤＣＡＤの普及が進み，３次元モデルの利用も急速に進んでいる。具体的には，ＣＡＭを用いた加工プログラ

そこで，本研究では，図１に示すＸ線ＣＴスキャン（㈱島津製作所 SMX-225CT/SV）を用いたリバースエンジニ
アリング技術の確立を目指し，その測定精度の検証を行う。
さらに三次元座標測定機を併用することで測定の高精度化ムの作成や，ＣＡＥを用いたシミュレーションなど，加工を図り，当センターでのリバースエンジニアリング技術の機や試験機を占有せずに実行できるため生産コストを削向上を目指す。

減するための有効な手段として取り入れられている。
通常，３次元モデルは３ＤＣＡＤ上で設計され，作成されてきた。しかし，モデル化対象物が実物しか存在しない
場合は実物を測定することでモデル化を試みてきたが，前述のとおり部品が複雑化するにつれて，測定にかかる時間は増大し，コスト削減に繋がらないケースが出てくるようになった。そこで，ステレオカメラやレーザーを用いた非接触多点測定機の出現により，短時間での測定が可能になった。これが実物から図面を作製し同じ物を製作するリバースエンジニアリングと呼ばれる技術の発祥である*

栃木県産業技術センター

機械電子技術部

図１

Ｘ線ＣＴスキャン外観図

一方，図３より，しきい 値と測定値は比例の関係
２

研究の方法

があり，Ｘ線ＣＴスキャン から得られる測定値とは，取得した断Ｘ線ＣＴスキャンを用いた測定では面データを３Ｄモデルに変換する際にに，モデルの二CMMにより得られる測定値値が一致するしきい値が35200であることが分かった
た。

値 化のため のしきい 値による 誤差が大大 きく影響 する。
現状では，そこで，三次元座標測定機（㈱ﾐﾂﾄﾖ

LEGEX9106，

以下，CMM）を使用し，高精度に値付付けされた基準器に合わせ，しきい値を決定することとで，高精度測定につなげることを試みた。
用意した基準器は，図２(a)に示すよ
ような単結晶ル
ビー製球である。CMMによる直径値はは4.0003mmであった。この基準器により決定したしき
きい値を用いて，

図３

しきい値が測測定値に及ぼす影響

図２(b)に示す，ルビーと類似の組成をを持つアルミナ（Al 3 O 2）製円柱（CMMによる直径のの測定値は5.011mm）と，図２(c)に示す鉄製円柱（CMMMによる直径の測定値は6.213mm）を測定した。

図４ しきい値を34800と

図５ しきい値を35650とした時の３Ｄモデル

した時の３Ｄモデル

Ｄモデルでは，球の輪郭がはっきり表
表示されず，測図６ しきい値を35000と

図７ しきい値を35600と定不能となってしまった。一方，図５５に示した，しした時の３Ｄモデル

した時の３Ｄモデル(a)ルビー製基準球 (b)アルミナ製円柱
柱図２

本研究で用いた試 料
３３．１(c)鉄製円柱

結果と考察

しきい値の決定基準器として用意したルビー製球をを，しきい値を34800から35650まで変化させて直径値値の測定を行った。この結果に基づいた測定値の変動動を図３に示す。
図４に示すように，しきい値を34800 としたときの３

きい値を35650とした場合の３Ｄモデル
ルは球が消失してしまい，前述と同様に測定不可能能となってしまった。しかし，図６に示すように，ししきい値を35000とした場合には，球形が表示され測定定を実施するこ
mであり，CMMとができた。この時，測定値は4.076mm

３．２

アルミナおよび鉄 製円柱の測定

前章で求めたしきい値を 用いて，アルミナおよび鉄製円柱の測定を行った。
その結果，アルミナ製円 柱は，5.003mmであった。

での測定値の差異は76 mとなった。ままた，しきい値

CMMによる測定値が5.011mm
mmであったので，測定値5mmとなり，を35600とした場合には測定値が3.915mmの差異は8 mであり，非常にに高精度な測定が可能とな

CMMによる測定値とは85 mも小さく なってしまっることがわかった。

た。この時の３Ｄモデルを図７に示す
す。このように同様に鉄製円柱の測定を 行ったところ，測定結果大きく見た目が変わらなくても測定値値が161 mも変は6.254mmとなり，CMMにによる測定値が6.213mmで動してしまうことがわかった。

あったので，その差異は41 mとなってしまい，高精度測定は実現しなかった。これは，アルミナの密度案を行い，測定精度の検証を行った。

3が3.9g/cm であるのに対して，鉄はおよそ2倍の7.93g/cm である。Ｘ線ＣＴスキャンによる断面画像は，

以下に得られた結論をまとめる。
1)

値に合わせてしきい値を決定することができた。

物質の持つＸ線の吸収率の差異の分布をグレースケ
ールで表示したものである。Ｘ線吸収は，物質中の基準器としてルビー球を準備し，既知である直径2)

前述で決定したしきい値を用いて，アルミナ製円

電子とＸ線の相互作用の結果であり，電子数が多く柱の測定を行ったところ，CMMとの測定値差がなるほど，Ｘ線吸収率は増加する。つまり，物質の8 mとなり，高精度測定が達成できた。

密度よって，断面画像に表示される濃淡が異なって3)

しまう。このことにより，基準器と密度の異なる物

同様の手法を用いて鉄製円柱を測定したところ，
CMMとの測定値差が41 mとなり，測定精度の向質に対しては，本研究で提案したしきい値決定法は上は見られなかった。これは，測定物の密度差に適用できないことが分かった。よって，異なる密度

よるＸ線の吸収率の差によるものと考えられる。

を持つ測定物に関しては，類似の組成を持つ基準器
参考文献

を用意しなければならないことが分かった。
1)
４

おわりに

J.P.Kruth, M.Bartscher, S.Carmignato, R.Schmitt,
L.Chiffre, A.Weckenmann: Computed Tomography

本研究では，Ｘ線ＣＴスキャンを用いて，リバース

for Dimensional Metlogy, CIRP Annals

エンジニアリングを行う際の３Ｄモデルを取得する

ufacturing Technology,60(2011), 821

-

Man-

際の二値化のためのしきい値の設定方法について，提この事業 は，競 輪の補 助金 を受けて実施したものです。

経常研究

振動試験における共振箇所発見へのインテンシティ技術転用
上 野

貴 明 ＊

Detection of Resonance Point by Sound Intensity in Vibration Test
Takaaki UENO
振動耐久試験は，自動車産業，航空宇宙産業では必要不可欠な試験であり，その他，輸送や地震等による揺れへの対策として，あらゆる製品に必須項目となる。一般的に振動時の共振現象は，加速度セン
サを構造体に取り付けて測定する。本研究では，マイクロフォンを使用することで非接触に共振現象を捉えることが可能か，また音響インテンシティ測定により共振箇所を検出できるかを検討したので，この結果を報告する。
Key Words : 音 響 イ ン テ ン シ テ ィ ， マ イ ク ロ フ ォ ン ， FFT

１ はじめにが検出できるかを検討する。

振動試験はISO， JIS等の規格で定められており， 自動車

２ 研究の方法産業， 航空宇宙産業， その他の製品においても重要な試験

２. １ 片持ち梁モデルによる測定環境の構築の一つである。また近年の地震被害により， その関心はよ

本研究は半無響室内に測定環境を構築して測定を行う。実

り高まっている。

験にはエミック製の加振機を用い，加振対象として幅300m

この振動試験で問題となるのが共振現象である。共振時には大きな力が構造体にかかることで，騒音を発したり破m， 厚さ1mmのSUSを使用して片持ち梁モデルを作製する。

損したりする恐れもあり，大きな事故に繋がる深刻な問題

試験条件を表１に示す。
表１ 測定環境と試験条件となっている。企業では，共振時の力にも耐える剛性や，加振機

小型振動試験装置 514－A（エミック）

共振を避ける構造体など多くの対策が練られている。当セ

加振対象

SUS（幅300mm，厚さ1mm）

ンターの振動試験（依頼試験）において， 依頼された構造

取り付け方法片持ち梁体への加速度センサの取り付けは， 試験依頼者の指定箇所

梁の長さ100mm，300mm，500mmとなる。しかし， 共振箇所の選定が困難な場合も多く， 共

加振周波数10Hz～1000Hz

振箇所を検出したいという声が非常に多い。

掃引時間10min（対数掃引）

加振加速度9.8m/s2（片持ち梁の固定端加速度）

加振方向

垂直方向

構造体の共振箇所の検出には，インパルスハンマと加速度センサを用いた手法が一般的である。しかし構造体の大きさによっては測定箇所が多く，加速度センサの取り付け，
取り外しが大変であること，インパルスハンマの取り扱いに知識と技術を要することなど，企業現場で導入するとな
ると時間やコスト， 人材育成が必要となる。また， 当セン

共振時の加速度測定は，片持ち梁の自由端で行う。設置状
況を図１に示す。

ターで行っている振動試験と加速度センサの組み合わせによる手法においても， 加速度センサの取り付け， 取り外しの問題は変わらないため，共振箇所を検出するとなると多くの時間と手間を要する。
本研究では，共振時に発生する振動からの異音に注目し，マイクロフォンを用いることで設置作業を簡素化する。また，集音した波形を信号解析することで共振の特徴音を捉えることが可能か，また三次元音響インテンシティプロー
ブを用いて音をベクトル化することで，構造体の共振箇所
図１*

栃木県産業技術センター

機械電子技術部構築した片持ち梁モデル（梁の長さ100mm）

２. ２ マイクロフォンによる集音環境

500mm：18.2，52.8，104.3，173.0，259.9，364.8，

・

487.4，627.5，788.3，966.1

共振時の振動から発生する異音を解析するためにマイク
ロフォンを用いる。実験条件は表１から以下の項目を変更

10Hz～1000Hz間で加振した場合，100mmで3箇所，300mmでし実験条件とする。

6箇所， 500mmで10箇所の共振周波数を確認することができ

梁の長さ：梁無し，100mm，300mm，500mm

た。

梁の自由端から50mmの位置にマイクロフォンを設置する。
1000

設置状況を図２に示す。

固定端

100mm

300mm

500mm

加速度 m/s^2

100

10

1
10

100
周波数 Hz

図４
図２

片持ち梁の共振加速度測定結果

マイクロフォンの設置（梁の長さ100mm）
３. ２

２. ３ 三次元音響インテンシティ測定の環境
三次元音響インテンシティ測定を行うために梁の側面から300mm離した位置に測定面を構築する。

マイクロフォンによる振動音の周波数解析

片持ち梁から発生する振動音をマイクロフォンで集音し，FFT解析結果を時系列化した。結果を図５～８に示す。縦軸を周波数，横軸を時間，カラーで音圧レベルを表示した。

測定面を縦400mm，横500mmとし，100mm間隔で区切ることでインテンシティプローブの測定点を20箇所とした。設
置状況を図３に示す。実験条件はマイクロフォンで集音した結果から採用する。

図３

図５

梁無しのFFT解析

図６

梁100mmのFFT解析

三次元音響インテンシティ測定の環境

３ 結果および考察
３. １

1000

加速度センサによる片持ち梁の共振測定結果

片持ち梁の自由端に取り付けた加速度センサの測定結果を図４に示す。
梁の長さ100mm，300mm，500mmにおける共振周波数を以下に示す。
・

100mm：52.9，336.7，972.1

・300mm：49.6，139.8，278.1，466.8，705.5，993.3（数値の単位：Hz）

３. ３

三次元音響インテンシティ測定

３．２の測定結果より，表１から以下の項目を変更し実験条件とする。
・梁の長さ：100mm・

加振周波数：51.9Hz（周波数一定）

・

掃引時間：なし（周波数一定で測定中の稼動とする）

三次元音響インテンシティ測定の結果による音圧マップを
図９，ベクトルマップを図１０に示す。

図７

梁300mmのFFT解析

図９

図８

インテンシティ測定による音圧マップ

梁500mmのFFT解析

図５の梁無し測定は測定環境における暗騒音を測定した。
加振機を10Hz～1000Hzまで掃引した振動音（50dB以上）が，時間経過と共に1000Hzへと向かい曲線を描いている。その他，
測定器の冷却ファンや，駆動音が定常音として2kHz以下に集中している。
図６～図８には解析グラフには，音圧レベルが密集し縦線を構成する時刻が数箇所確認できる。特に図６の240s（振動周波数50Hz）付近では， 50dB以上のレベルの高い縦線がはっきりと確認できる。
縦線が確認された時刻における加振周波数と３．１の測定
結果で得られた共振周波数が一致することが認められた。よって，梁が共振している時の振動音であると推測される。ただし，マイクロフォン測定で確認できる共振周波数は，100
mmで2箇所，300mmで6箇所，500mmで4箇所となり，直接振動を検出する加速度センサに比べ，空間を伝わる音波では信号の減衰が問題となる。
ここで重要となる点は，共振時の振動音が2kHz以上においても音圧レベルが高いということである。2kHz以下においては定常音の音圧レベルが高く， 共振時の振動音が埋もれている。しかし， 2kHz以上であれば定常音の音圧レベルが低く， 共振時の振動音を検出することが可能である。よって，三次元音響インテンシティの測定条件では2kHz以上の周波数を対象とする。

図１０

インテンシティ測定によるベクトルマップ

図９の音圧マップからは，マップ左上と右下に62dB以上の高い音圧レベルを確認できるが， 梁の存在する付近は音圧レベルが小さい。しかし，図１０のベクトルマップからは音圧レベルの強弱に関わらず，ベクトルが梁から放射状に伸びていることが分かる。よって， 梁が共振箇所である
ことが一目で確認することができた。
４ おわりに
本研究では振動における共振現象と共振箇所を， マイク
ロフォンを用いた信号解析と三次元インテンシティプロー
ブを用いたインテンシティ測定により検出可能かを検討し，以下の結果が得られた。
１）片持ち梁が共振で発生する振動音は， 加振周波数以外にも幅広い周波数が内包されていることが解析結果から得られた。よってFFT解析を時系列化することで，共振現象を捉えることができた。
２）FFT解析結果から2kHz以上の周波数のみを測定対象にしたところ， インテンシティ測定によるベクトルマップが梁を中心に放射状を描いており，共振箇所が梁であると推
察される。

参考文献
1) F.J.Fahy 著者，橘秀樹

訳者：〝サウンドインテンシテ

ィ″㈱オーム社(1998)
2) 藤田勝久：〝振動工学″森北出版㈱，(2005)

経常研究

外装用木質建材の耐久性に関する調査Ⅱ（第２報）
常盤茂*

Evaluation of Exterior Paint film by the Weathering Tests in Utsunomiya Ⅱ(2nd Report)
Shigeru TOKIWA*
外装用木質建材に使用される保護塗料の耐久性について調査を行った。本県気象下での暴露試験による劣化状況を把握するとともに，促進耐候試験との対応を検証した。油性塗膜の耐久性を継続調査するとともに，水性塗膜の試料を追加して耐久性を調査した。その結果１）油性塗料との優劣差は認められず，塗料の種類による性能差が目立って見られた。２）保護機能の限界時期は，色彩変化とはっ水度の低減傾向から推定できると見られた。
Key Words 木材保護着色塗料,水性塗料,屋外暴露耐候性,促進耐候性

はじめにとした。キセノンランプ法による促進耐候性試験に

木質材料の表面保護に使用される塗料は，屋外用用 い た 試 験 片 の 試 験 片 寸 法 は ， 70mm（ R:半 径 方 向 ）に お い て も 低 VOC化 が 求 め ら れ ，油 性 塗 料 に 加 え て 水×150mm（ L:繊 維 方 向 ）×12mm（ T:接 線 方 向 ）で あ る 。

１

性 塗 料 の 供 給 が 増 え つ つ あ る 。こ う し た 傾 向 の 中 で ，保護材の耐久性を客観的に示した資料の提供は少な

Table 1.

Wood protection paint mainly Oil Paint

い。このため，用途に適合する塗料選択や保守への

No.

Type

対応指針が得にくい状況にある１）。前報に続き，本Ａ

Film forming

県の気象下での使用に指針を得るため，暴露試験おＢ

Semi film

２ ）３ ）４ ）ＣSemi film

Ｄ

Diluent
Water-based
emulsion

Coat

Enviroment

1package/2coat

F☆☆☆☆

Water-based

1package/2coat

F☆☆☆☆

Natural Oil

1package/2coat−

Semi film

Natural Oil

1package/2coat

F☆☆☆☆

Ｅ

Semi film

Oil paint

1package/2coat−

開始した試料について，キセノンランプ法による促Ｆ

Penetrating Oil paint

1package/2coat

F☆☆☆☆

進耐候試験を実施し，双方の劣化の傾向を比較検討

Ｇ

Penetrating Oil paint

1package/2coat

−

した。

Ｈ

Semi film

under+finish coat −Ｉ

Base-wood : HINOKI Nofinished

よび促進耐候試験による耐久性能を調査した

前年度に水性塗料を主に追加選択して暴露試験をまた，これまでに実施した油性塗料を主とする試。

Oil paint

料の色差，はっ水度，表面観察による劣化傾向を踏
まえて，塗料ならびに塗膜の種類による影響，劣化

Table 2.

based Paintの促進効果，塗り替え時期の評価等について検証を
行った。
２
２．１

研究の方法

供試材料

ヒ ノ キ （ chamaecyparis obtusa ENDL.） 柾 目 材
を 基 材 と し ， Table １ に 示 す 油 性 塗 料 を 主 と す る 木

Wood protection paint mainly Water-

No.

Type

Diluent

Ｊ

Semi film

Water-based

1package/2coat

Coat

JASS18M-307

Enviroment

Ｋ

Film forming Water-based

1package/2coat

JASS18M-307

L

Penetrating Natural Oil

1package/2coat

F☆☆☆☆

M

Semi film

Oil paint

1package/2coat

N

Semi film

Water-based

1package/2coatＯ

Base-wood : HINOKI Nofinished

材 保 護 着 色 塗 料 に つ い て 継 続 し て 調 査 し た 。Table 2に示す水性塗料を主体とする５種類の木材保護着色

２．２

劣化試験

塗料を追加選択し，２回の刷毛塗り塗装により試料

促 進 耐 候 性 試 験 は ， JIS K 5600 ‑7 ‑7 促 進 耐 候 性を作成した。各塗料につき５試験片を塗装して試料（キセノンランプ法）の試験方法に準じて行った。
光 照 射 条 件 は ， 前 報 と 同 様 に 波 長 300〜 700nm， 放 射*

栃木県産業技術センター

材料技術部

エ ネ ル ギ ー 1.35kW/m ２ を 採 用 し ，高 放 射 照 度 に よ る 促進試験とした。ぬれサイクルは前回同様とし，照射

１）色差
水性塗料による塗膜と油性塗料による塗膜の劣化

時 間 は 2000時 間 ま で 行 っ た 。
屋外暴露試験は，直接暴露とし，暴露架台の傾斜の 程 度 は ，同 時 期 の 色 差 に 明 瞭 な 差 異 は 見 ら れ な い 。

角 度 は 30°と 45°の 双 方 に つ い て 継 続 調 査 し た 。 JIS

Fig.2に Table 1お よ び Table 2試 料 の 色 差 の 経 時 変

K 5600‑7‑6 屋 外 暴 露 耐 候 性 の 試 験 方 法 に 基 づ い て ，化を示す。塗料の種類による差が見られ，水性と油

経 時 変 化 を 観 察 し た 。場 所 は ，北 緯 36度 34分 ，東 経 1

性の溶剤別による差は明確ではない。造膜系の水性

39度 59分 に 位 置 す る 当 所 屋 上 に 暴 露 架 台 を 設 置 し た 。

塗料は，色差の変化が小さい傾向が見られる。

Table 2の 試 料 に つ い て は 2010年 1 1月 よ り 南 面 45°(a)

傾 斜 角 で の 暴 露 を 行 い ，Table 1の 試 料 に つ い て は 20

60

09年 11月 よ り 南 面 45°傾 斜 角 で の 暴 露 を 行 い ， 2008

50

こ の 間 の 気 象 観 測 値（ 宇 都 宮 地 方 気 象 台 ）を Fig.1に示す。

Color difference（ΔＥ）

年 11月 よ り 南 面 30°傾 斜 角 で の 暴 露 を 行 っ て い る 。

J
K
40

L

30

M

20

N

10

Unfinished

0
0

3

6
9
12
Natural weathering test（ｍｏnths）

18(a)
Temperature(℃)
mean month High40

Temperature（℃）、Solar radiation(MJ/m2)
11
- '0
8
1' 09
3' 09
5' 09
7' 09
9'0
11 9
- '0
9
1' 10
3' 10
5' 10
7' 10
9'1
11 0
- '1
0
1' 11
3' 11
5' 11
7' 11
9'1
11 1
- '1
1

35
30

(b)

Temperature(℃)
mean month Low

60
Ａ

20
15
10
5
0

-5

-10

Solar radiation (MJ/㎡) mean month
Temperature(℃)
mean High
Temperature(℃)
mean Low
Solar radiation (MJ/㎡) meanMonth−Year（3years）

Color difference （ΔＥ）

25

50

Ｃ

40
Ｄ

30

Ｆ

20

Ｈ

10

Unfinished

0
0

3

7
10
12
18
Natural wheathering test（ｍｏnths）

24(b)
Humidity(％) mean monthly

350
Precipitation(mm) monthly
300
250

Duration of sunshine (h)monthly100

Precipitation(mm) past

weathering(45°) (a) samples from Table.2.

２）はっ水度50
Duration of sunshine (h)past1

色差同様に，同時期のはっ水度に明瞭な差異は見

11
- '1

5' 11

8' 11

0

2' 11

8' 10

11
- '1

2' 10

5' 10

5' 09

8'0
9
11
- '0
9

0
8

Change of color difference in natural

Humidity(％) mean

150

11
- '0

Fig.2.

(b) samples from Table 1.

200

2' 09

Humidity(%)、Precipitation (mm)、Duration ofsunshine(h)400

ら れ な い 。Fig.3に Table 1お よ び Table 2試 料 の は っMonth−Year（3years）

Fig.1.

Weather

condition(a)temperature

水度の経時変化を示す。はっ水度においても，個別

radiation(b)の塗料による差が見られた。１年を経過した頃から

humidity ， precipitation ， durationof

性能の低下が現れるが，低下時期の違いは塗料によ(highest ･ lowest) ， solar

る差が大きい。塗膜表面の割れから基材の割れに進sunshine.

行することにより，はっ水度の低下は著しく進む。
２．３

３−１−２促進耐候性試験

劣化評価

色差，はっ水度による測定及び写真撮影による観察を行った。色差，はっ水度とも前回報告と同様の方法により測定を行った。

１）色差
Fig.4に Table 1お よ び Table 2試 料 の 塗 料 別 の 経
時 変 化 を 示 す 。Table 2の 水 性 塗 料 に 変 化 の 大 き い もの が 見 ら れ る が ， 他 は お お む ね 2000時 間 経 過 時 で 20

３

結果及び考察〜 40の 値 と な っ て い る 。 無 塗 装 の ヒ ノ キ 表 面 は ， 屋

３．１水性と油性

外暴露と促進試験では劣化に伴う色彩変化が異なる。

３．１．１屋外暴露試験

屋外暴露では灰色に変色するが，促進試験では白色

ると見られる。
(a)２）はっ水度Water repellency（％）

100

J

Fig.5に Table 1お よ び Table 2試 料 の は っ 水 度 の80

K

経 時 変 化 を 示 す 。水 性 塗 料 ，油 性 塗 料 と も に 800時 間

60

L

40

M

20
0
0

3

6

9

12

経過した頃からはっ水性の低下が始まる。無塗装表N

面 は ，照 射 初 期 か ら 変 色 が 急 激 に 進 行 す る が ，800時

Unfinished間前後から大きな変化は見られず，横ばい状態とな

18る。表面に変色による劣化層ができあがり，次に光Natural weathering test（ｍｏnths）Uthunomiya

劣化と加温および水溶脱劣化に移行するためと見られる。カビ変色が出ない，灰色化が気にならないの

(b)
100
A

Water repellency（％）

80であれば，無塗装での使用も選択の一つとなる。

C

60

D

40

F

(a)

H

100

20

J

Unfinished
0

3
7
10
12
18
24
Natural weathering test（ｍｏnths） Uthunomiya

Fig.3.

Change of water repellency in natural

Water repellency（％）

80

0

K

60

L
M

40

N
20

weathering (45°). (a) samples from Table.2.

Unfinished0(b) samples from Table 1.

0

200

400

800
1200
Weather meter test（ｈｒ）

1600

2000

(b)
(a)

100

Color difference（ΔＥ）

J

50

K

40

L

30

M

20

N

10

Water repellency （％）

Ａ

60

80

Ｄ

40

Ｆ

Unfinished
200

400
800
1200
Weather meter test（ｈｒ）

1600

0

Table

200

5.

400
800
1200
Wether meter test（ｈｒ）

Change

of

1600

water

accelerated weathering.

60
Color difference（ΔＥ）

Unfinished

0

2000

(b)
Ａ

50

Ｃ

40

from Table.2

2000

repellency

to(a) samples(b) samples from Table 1.

Ｄ

30

Ｆ

20

Ｈ

10

Unfinished

0
0

200

400

800

1200

1600

2000

Weather meter test（ｈｒ）

Fig.4.

Ｈ

20

0
0

Ｃ

60

３）外観の変化
塗料表面に細かい割れが発生すると水滴の浸透が進行する。割れが進行して塗料の脱落が始まると色変化が進み，はっ水度の低下が急激に表れる。はくChange of color difference to accelerated

離，脱落傾向は水性塗料に発生しやすいが，塗料のweathering.

適切な選択を行えば保護性能の持続は期待できる。

(a) samples from Table.2.

(b) samples from Table 1.

３．２保護機能
保護機能の限界時期は，色彩変化とはっ水度の低に変色する。含浸系塗料では塗膜の溶脱の進行により，基材の露出が発生しやすい。劣化が進んでからの色差の値は，塗膜と基材の双方の色が混在してい減 傾 向 か ら お お む ね 予 測 が 可 能 で あ る 。Fig.6に Tabl
e 1か ら の 屋 外 暴 露 試 験 で の 色 差 と は っ 水 度 の 経 時変化を示す。
色差は１年を経過すると変化は緩慢となる。この

時期に変化の大きい試料が目立ちはじめ，最初の塗

(a)

60

り替え時期と見ることができる。

A
B

Color defference（ΔＥ）

50

はっ水度もこの時期から低下する試料が目立ちはじめる。低下する試料は，色差の変化が増大する試料とほぼ一致している。このため，色差が増大する

C
40
D
30

E

20

F
G

10

試 料 で は っ 水 度 の 低 下 が 表 れ は じ め ， お よ そ 80％ をH

0

Unfinishd0切る値を示した場合は，塗料は塗り替えの時期と見

4

6

9

12

18

24

30

36

Natural weathering test（ｍｏnths）

ることができる。その後は，どの試料も無塗装のはっ水度と同等の値まで低下をすると見られる。

(b)

(a)
60

A

Color defference（ΔＥ）

50

C

40
D
30
G

Color defference（ΔＥ）

60

A
B

50

C
40

D

30

E
F

20

G
10

H

0

Unfinished
0

20

400

800

H

1200

1600

2000

2400

2800

Weather meter test（hｒ）

10
Unfinishd

0
0

4

6

9

12

18

24

30

Fig.7.

36

Comparison of the color difference
between natural weathering andNatural weathering test（ｍｏnths）

low-energy accelerated weathering.
(b)natural weathering from Table 1.

Water repellency（％）

100

A

80

D

40

G

(b)

low-energy accelerated weathering

C

60

(a)

340nm： 0.5W/m 2 .

H

20

Unfinished

(a)

0
0

3

6

9

12

18

24

30

60

36

J

Natural weathering test（ｍｏｎｔｈｓ）

Comparison of color difference and water
repellency.

(a) change of color difference(b) change of water repellency.

Color difference（ΔＥ）

Fig.6.

50
K
40
L
30
M
20

N

10

Unfinished0３．３暴露と促進

0

3

6
9
12
Natural weathering test（ｍｏnths）

18

暴露試験と促進試験の照射条件による時間の対
応 は ，屋 外 暴 露 期 間 の 12ヶ 月 が 340nm，0.5W/m ２ の 照

(b)
60

２

0〜 700nm， 1.35kW/m で は 1000時 間 に 相 当 す る も のと見られる。
Fig.7は Table 1の 試 料 の 色 差 変 化 を ，前 項 で 示 しColor difference（ΔＥ）

射 エ ネ ル ギ ー 下 で は 2000時 間 ，３ 倍 の 強 さ に し た 30

J

50

K
40
L
30

M

20
N
10

た 暴 露 試 験 結 果（ ａ ）と 340nm，0.5W/m ２ で の 促 進 試

Unfinished

0
0

200

験 結 果（ｂ ）と で比 較し たも の であ る。マー カー 部
分 の 値 か ら 推 定 し て ，暴 露 時 間 12ヶ 月 で の 色 差 値 は
促 進 時 間 の 2000時 間 に 相 当 す る 値 を 示 し て い る 。

Fig.8.

400
800
1200
Weather meter test（ｈｒ）

Comparison
betweenofnatural

the

1600

2000

color

difference

weatheringandFig.8は Table 2の 試 料 で の 色 差 変 化 を ，暴 露 試 験low-energy accelerated weathering.

(a)

結 果（ ａ ）と 照 射 エ ネ ル ギ ー ３ 倍 に し た 300〜 700nm，

natural weathering from Table 2.

(b)

1.35kW/m 促 進 試 験 結 果 （ ｂ ） と で 比 較 し た も の で

high-energy accelerated weathering 300〜

あ る 。 マ ー カ ー 部 分 の 値 を 比 較 し て ， 暴 露 時 間 12ヶ700nm： 1.35kW/m 2 .

２月 は 促 進 時 間 1000時 間 に 相 当 す る と 見 ら れ る 。

ツ製のものであるが，普及すれば市場の確保は十分

３．４造膜と含浸にあると見られる。

選択した造膜系塗料は長期にわたり性能を維持し，耐久性は良好である。一方，半造膜，含浸の差は明60

確ではない。塗膜の種類ごとの差が表れると見てよ

ⅠWater-based
50
Color difference（ΔＥ）

い。
Fig.9は Table 1の 試 料 の 暴 露 試 験 に お け る 色 差 と
はっ水度の経時変化を塗膜の種類別に示したものである。

ⅡNatural Oil

40
30

ⅢNatural Oil

20

ⅣOil paint10

含浸系の塗料は劣化の推移が比較的緩慢で，塗料のⅤOil paint0

選択によって良好な耐久性が得られると見られる。

3

0

7
10
12
18
Natural weathering test(months)

造膜系の塗膜では，促進試験の照度エネルギーの大小で劣化の差が顕著に表れる傾向が見られる。これ

Fig.10.

2430

Change of color difference of semi film
forming.

に対し半造膜，含浸系の塗料では，色差の低下が緩慢であるため，環境条件への柔軟な対応という点では有利といえる。

３．５照射の促進効果
促 進 試 験 に よ る 試 験 時 間 の 短 縮 効 果 は ，340nm，0.5W/m ２ の 照 射 エ ネ ル ギ ー 下 で 測 定 値 に 対 し ， ３ 倍 の 300(a)〜 700nm，1.35kW/m ２ で 1/2程 度 に 時 間 短 縮 さ れ る と 見

100Film forming

られる。
(a)

Semi film

60

100

40

Water-based

Penetrating

20

Unfinished

0
0

3

6
9
12
18
24
30
Natural weathering test（months） Uthunomiya

36

(b)

Water repellency（％）

Water repellency(%)

80

80
Natural oil60
40

Oil paint

20

Unfinished

0
0

200

Film
forming

400
800
1200
Weather meter test（hr)

1600

2000

40
Semi film
30
20
10

Unfinished

00

Fig.9.

3

6
9
12
18
24
Natural weathering test（ｍｏnths）

30

36

Long-period performance in different film
forming.

Water-based
80
Natural oil60
40

Oil paint

20

Unfinished00(a) water repellency to natural

weathering(30°).

(b)

100

Penetrating
Water repellency（％）

Color defference（ΔＥ）

50

400

800
1200 1600
2000
Weather meter test（ｈｒ)

2400

2800

(b) color difference tonatural weathering(30°).
Fig.11.
自然塗料の耐久性は造膜系塗料に準ずる性能を示

Water repellency changes by different
radiant exposure.

(a) high-energy 300

し た 。Fig.10に Table 1か ら 半 造 膜 試 料 の 色 差 の 経 時〜 700nm ： 1.35kW/m 2 .

変化を示す。植物系油性塗料である自然塗料は，色340nm:0.5W/m 2 .

(b) low-energy

差の変化が小さい値で推移していて，時間が経過しても安定した保護機能を維持している。試料はドイ劣化が始まると顕著な進行が見られるはっ水度につ い て ，照 射 エ ネ ル ギ ー の 差 に よ る 変 化 を 比 較 し た 。

２）劣化の推移は塗料の種類による差異が大きい。

Fig.11は Table 1の 試 料 に つ い て 溶 剤 別 に 高 照 度 でこのため，使用したい塗料については，地域の気象2

あ る 300〜 700nm，1.35kW/m （ ａ ）と 1/3の エ ネ ル ギ ー

条件下で実測値を確認することが求められる。

2

照 度 で あ る 340nm，0.5W/m （ ｂ ）の は っ 水 度 の 経 時 変化を表す。促進試験としての時間短縮の効果は認め

参考文献

られるが，照射エネルギーの差である３倍の促進効

１）木口，鈴木，木下，川村：木材保護着色塗料の果は得られない。促進試験時間の比較では２倍程度

新 し い 塗 り 替 え 基 準 に よ る 耐 候 性 評 価 ．木 材 工 業 ，Vと 見 ら れ ， 促 進 効 果 は 1/2程 度 と 推 定 で き る 。

ol.52， No.12， 1997２）常盤，伊澤：外装用木質建材の耐久性に関する

４

おわりに

水性塗料と油性塗料の色彩変化は，暴露試験と促

調 査 ，栃 木 県 産 業 技 術 セ ン タ ー 研 究 報 告 ，No.６ ，95-98(2009)

進試験ともに劣化傾向に優劣差は見られず，耐久性

３）常盤，伊澤：外装用木質建材の耐久性に関するの持続傾向にも差異は見られない。ヒノキ基材表面

調 査（ 第 ２ 報 ），栃 木 県 産 業 技 術 セ ン タ ー 研 究 報 告 ，は，暴露試験と促進試験では差が生じるため，環境

No.７ ， 85-88(2010)の違いを考慮して評価する必要がある。

４）常盤：外装用木質建材の耐久性に関する調査Ⅱ

１）保護機能の限界時期は，色彩変化とはっ水度の（ 第 １ 報 ），栃 木 県 産 業 技 術 セ ン タ ー 研 究 報 告 ，No.

低減傾向から予測が可能で，塗り替え時期を判断す

８ ， 77-80(2011)

る上で有効である。
こ の 事 業 は ，競 輪 の 補 助 金 を受けて実施したものです。

経常研究

益子焼の抗菌化に関する研究（第2報）−抗菌性粘土及び釉薬の調製−
仁平

淳史*

松本

泰治*

佐伯

和彦**

興野

雄亮**

Fabrication of the Antibacterial Mashiko Ware (2nd Report)―Preparation of Clay and Glaze Containing Antibacterial Metal―
Atsushi NIHEI, Taiji MATSUMOTO, Kazuhiko SAEKI and Yusuke KYOUNO
銀ゼオライトを益子並土や益子並白釉に添加した際の焼成性状や銀存在量ならびに抗菌性を評価した。
酸化焼成において釉薬層中に銀が均一に存在していることが確認された。また大腸菌による抗菌性試験の結果，酸化焼成後の釉薬に抗菌性が確認された。一方で，還元焼成においては銀の存在量が極めて少ないために抗菌性が確認できなかった。
Key Words : 銀ゼオライト，抗菌性，大腸菌，益子焼

１

はじめに

益子焼に使用される坏土は，砂粒を含む粗い素地の焼成した際の銀の残存量と，大腸菌に対する増殖抑制効果を検討したので報告する。

た め ， 本 焼 成 後 も 5%ほ ど の 吸 水 率 を 示 す 。 ま た 益 子
２

焼伝統釉の一つである並白釉は焼成後に貫入が入る特徴を有するため，貫入からの素地への吸水が起こる。

２．１

吸水に伴い食品由来の汚れ等が付着しやすく，細菌の性状評価

繁殖による臭気発生の一因となることもあり，この点についての消費者からの相談も多い。

研究の方法

銀ゼオライト添加による粘土及び釉薬の焼成

第 １ 報 3) に て A型 ， X型 ， L型 の ３ 種 類 の ゼ オ ラ イ ト
を 用 い て Ag + (AgNO3)/Cation(Zeolite)=1 （ モ ル 比 ） の一方，製品をより衛生的に保つために，様々な身の条件で調製した銀ゼオライト（AgA , AgX , AgL）を

周 り の 製 品 に 抗 菌 剤 が 使 用 さ れ て い る 1) 。 抗 菌 性 を 発

益子焼協同組合製の益子並土（以下，粘土という。）

現できる物質の一つとして金属が知られており，中で及び益子並白釉（以下，釉薬という。）に添加し焼成も銀は人体への安全性が高く，低濃度で広範囲の細菌した際の焼成性状を検討した。粘土を乾燥・粉砕後，2)に抗菌作用を示す ことから広く利用されている。金銀ゼオライトを0.5 , 1.0 , 5.0 mass%の３条件で添加し，属の抗菌メカニズムは金属イオンが直接細菌に働きか

水 を 適 量 加 え て 混 練 し た 。 60×30×7mmの 金 型 を 用 い

ける金属イオン溶出説と，金属が触媒として作用し酸てテストピースを成形し，室温にて乾燥後1280℃で酸素や水から生成されたヒドロキシラジカル等が細菌に化焼成し性状を評価した。釉薬についても，銀ゼオラ

働きかける活性酸素説の両説が提唱されている。銀のイトを0.5 , 1.0 , 5.0 mass%添加し，あらかじめ用意し抗菌性についてはすでに実証されていることから，銀た素焼きの粘土ピースに施釉し，1280℃で酸化焼成しがイオン状態もしくは金属状態で製品中に存在できれ性状を評価した。

ば，抗菌性の発現が期待できる。

２．２

3)

釉薬層中の銀存在量の評価

第１報 ではイオン交換反応を利用して３種の銀ゼ焼成した釉薬テストピースをサンプルホルダーにセオライトを調製した。銀ゼオライトを1280℃で酸化及ット し，波長 分散型蛍 光Ｘ線分 析装置（ WD-XRF： リ

び還元焼成したところ抗菌性が期待される金属銀の存

ガク製ZSX PrimusⅡ）を用いて，釉薬層中の銀の存在在が確認された。そこで本報では調製した銀ゼオライ

量を調べた。

トを益子焼に使用する粘土と釉薬にそれぞれ添加し，２．３

釉薬層の銀の分散性評価

釉薬 テストピ ースを切 断し，釉 薬層断面 を EDS付 き*栃木県産業技術センター**栃木県産業技術センター窯業技術支援センター

走 査 型 電 子 顕 微 鏡 （ SEM-EDS ： 日 本 電 子 製 JSM5410LV） に て 分 析 し 釉 薬 層 中 の 銀 の 分 散 性 を 調 べ た 。

２．４

焼成後の色調評価

分 光 測 色 計 （ コ ニ カ ミ ノ ル タ セ ン シ ン グ 製 CM2600d） を 用 い て ， 焼 成 後 の 釉 薬 テ ス ト ピ ー ス の 色 差を調べた。測定は目視に近い色の評価ができるＳＣＥ
色差方式で行った。
２．５

大腸菌による抗菌性評価

大 腸 菌 MG1655株 を 用 い て ， 釉 薬 テ ス ト ピ ー ス の 抗菌 性 を 調 べ た 。 500倍 希 釈 Ｌ Ｂ 液 体 培 地 に コ ロ ニ ー を懸濁し，1.0×10 6 CFU/mlに 調整後，滅菌プラスチック

ブ ランク

0.5mass%

1.0mass%

5.0mass%

シ ャーレ の内部 に釉薬 テスト ピース を配置 し， 50µlの菌懸濁液をのせ，サンプルからこぼれ落ちないように

写真２

AgA添加釉薬の焼成性状

パラフィルムを被せた。パラフィルムでシャーレを密閉し，30℃で24時間保温した。パラフィルムとサンプ

３．２

釉薬層中の銀存在量

ル の 接 触 面 を 中 心 に ， 1mlＬ Ｂ 液 体 培 地 で 洗 浄 し た 。

図１に３種の銀ゼオライトの添加量を変化させたと洗浄液を100, 1000, 10000倍に希釈して，50µlを新しい

きの酸化焼成後の銀存在量を示す。銀ゼオライトの添ＬＢ培地に植菌し，30℃で15〜18時間ほど保温後，コ加量が増えるに従い，銀の存在量も増加した。一般的

ロニー数をカウントすることで生菌率を算出した。

には，銀ゼオライトの黄色ブドウ球菌に対する抗菌活性 値 が 陽 性 と な る 下 限 濃 度 は 0.1mass%程 度 で あ る こ

３
３．１

結果及び考察と か ら ， 各 種 銀 ゼ オ ラ イ ト を 5mass%添 加 し た 条 件 に銀ゼオライト添加粘土及び釉薬の焼成性状

おいて，抗菌性が期待できる結果となった。一方で，

写真１及び写真２に AgAを 添加した粘土と釉薬の焼還元焼成ではすべての条件において銀が検出限界以下

成結果の写真をそれぞれ示す。 AgAを粘土に添加したとなった。これは還元雰囲気により，ゼオライト中のところ添加量に比例して粘土にふくれが発生し，テス

銀 イ オ ン が 金 属 銀 に 変 化 す る 割 合 が 増 加 し ， か つ 128

トピースの寸法も膨張した。同様にAgX , AgLを添加

0℃ の 高 温 に よ っ て 金 属 銀 が 揮 発 し て し ま っ た た め とした粘土についてもふくれと膨張が確認された。粘土考えられる。

の熱膨張が大きくなるとシバリングによる製品欠陥に繋がる恐れがあるため，粘土への銀ゼオライト添加は不適と判断した。一方，釉薬に銀ゼオライトを添加した結果，銀ゼオライトの種類や添加量によらず，焼成
性状に大きな変化は確認されなかった。そこで以後の実験では釉薬への銀ゼオライト添加に焦点を絞り，検討を行った。

図１
３．３

酸化焼成後の銀存在量

釉薬層の銀の分散性

SEM-EDSを 用 い て 酸 化 焼 成 し た 釉 薬 ピ ー ス の 断 面を分析したところ，ここには結果を示してはいないが銀が均一に分散していることがわかった。
写真１

AgA添加粘土の焼成性状
３．４

釉薬の焼成呈色

図２に酸化焼成した釉薬テストピースのSCE色差を示 す 。 す べ て の 条 件 に お い て 色 差 は 2.0以 下 と な っ た 。

４

おわりに

一般的に6E*abの値が2.0以下であれば目視では識別不

A型 ， X型 ， L型 の ３ 種 の ゼ オ ラ イ ト か ら な る 銀 ゼ

可能なレベルであることから，銀ゼオライト添加によ

オライトを粘土及び釉薬に添加し，酸化及び還元焼成

る着色の影響はほとんどないことがわかった。

した際の焼成性状や銀存在量ならびに抗菌性を評価したところ，次の結果を得た。
１）銀ゼオライトを粘土に添加し焼成した結果，ふくれや膨張が確認された。一方釉薬へ添加した場合には，焼成後の性状に大きな変化は確認されなかった。
２ ） 銀 ゼ オ ラ イ ト を 5.0mass%添 加 す る こ と で ， 酸 化
焼成後の釉薬中に黄色ブドウ球菌に対する抗菌活性値
が 陽 性 と な る 0.1mass%以 上 の 銀 を 存 在 さ せ る こ と ができた。一方で，還元焼成ではすべての添加条件において釉薬層中から銀を検出することができなかった。
３）銀ゼオライトを添加し酸化焼成した釉薬の焼成呈色は，ブランクと比較して識別不可能なレベルである

図２

釉薬のSCE色差値

ことがわかった。
４）大腸菌による抗菌性評価により，銀ゼオライトを

３．５

釉薬の抗菌性5.0mass%添 加 し 酸 化 焼 成 し た 釉 薬 に お い て ， 抗 菌 性

釉薬の大腸菌による抗菌性試験結果を写真３に示す。

が確認できた。

銀ゼオライトの添加量を5.0mass%にすると，AgA , A
謝gX , AgLを添加し酸化焼成した釉薬の大腸菌生菌率

辞はそれぞれ0.1%未満，0.1%未満，1.4%となり，抗菌本研究を実施するにあたり，宇都宮大学工学部

性が確認された。一方で，還元焼成した釉薬では銀の田教授，諸星助教には大腸菌による抗菌性評価におい存在量が極めて少ないために生菌率がブランクを上回てご協力をいただき，深く感謝いたします。

池る結果となり，抗菌性が確認されなかった。
参考文献
1) (社)日本セラミックス協会：これだけは知っておきたい

ファインセラミックスのすべて

第 2版 ， 日刊工業新聞社，142-143(2005)
2) 小野嘉夫・八嶋建明：ゼオライトの科学と工学，
講談社サイエンティフィク，229-237(2007)3) 仁平淳史他：益子焼の抗菌化に関する研究（第1報），栃木県産業技術センター研究報告，No.8 ,81-8
ブ ランク

AgA5.0mass%添 加

4 (2011)
こ の事業 は，競 輪の補 助金を受 けて実 施した もので す。

AgX5.0mass%添 加

写真３

AgL5.0mass%添 加

大腸菌による釉薬の抗菌性試験結果

経常研究

テキスタイルにおける花粉リリース効果因子の検討田中武 ＊飯沼友英 ＊－第２報－

佐瀬文彦 ＊

Study of Pollen Release in the Textile (2nd Report)
Takeshi TANAKA

Tomohide IINUMA

Fumihiko

SASE

第１報では疑似花粉(石松子）を用いて，繊維素材の表面特性値が花粉の付着性とどのように関わっているか検討した。今回はスギ花粉を使用し，素材を綿織物に特化し，特性因子として通気性，含気性等について検討を行った。
その結果，通気性，カバーファクター及び生地の重さについてはスギ花粉付着量との相関がある可能性が高いことが判明した。
key words :スギ花粉，着脱性，綿織物，空気の移動特性，通気性，含気性

１

はじめに

２．２

特性因子について花粉症は今や国民病とまでいわれている。予防法と第１報では表面特性を特性因子として試験を行った。

しては，花粉のばく露を防ぐ方法(マスクやメガネの着

今回は繊維素材を綿素材だけに絞り込み，特性因子用）や薬物による予防法がある。本研究は衣服に付いとして，空気の移動特性である通気性，含気性を取りた花粉の付着性，また付着した花粉の離脱性について上げた。 通気性はフラジール形法(JIS L 1096 A法),

繊維素材及びテキスタイル構造から検討するものであ

含気性は素材の見かけの比重と綿繊維の比重(1.58)

る。

から求めた。
その他の因子としてカバーファクター等について

花粉の着脱性に関する試験方法はＪＩＳ規格に統一も検討した。

されたものがなく，評価方法の確立と基準が必要であると思われる。現状では２～３の機関が独自の規格を設けているか，あるいは企業独自に評価基準を設けて２．３評価しているものと考えられる。

スギ花粉

スギ花粉の粒子径は２０μm～４０μmの大きさであ

第１報では疑似花粉（石松子）を用いて繊維素材のる。花粉の集合体は黄色い粉のように見える。特長と表面特性値が花粉の着脱性とどのように関わっている

しては花粉にツノの様な部分があることである。

か検討した。その結果，天然繊維においては平均摩擦

なお，スギ花粉は(社)林木育種協会から購入した。

係数ＭＩＵ及び表面粗さの平均偏差ＳＭＤと花粉の付

写真１は当センターで撮った電子顕微鏡写真（日本電着量に相関関係が見られることが判明した。

子

JSM-5310LV）である。

今回は疑似花粉ではなくスギ花粉を使用し，衣料素材として最も使用されている天然繊維の綿素材織物に対する花粉着脱因子について検討した。
２
２．１

研究の方法

試料

綿素材に対する花粉着脱因子を検討するため，シャツやブラウスなどに使用されている素材を選定し，平織りを中心とする綿100%の織物１５種類（表１

生地の種類と組成）を試料とした。
＊栃木県産業技術センター

繊維技術支援センター

写真１
２．４

- 1 -

スギ花粉

花粉付着量の測定方法

繊維素材に対するスギ花粉の着脱性を測定する方法（試験条件）

は，第１報と同じであるが試験条件を変えて行った。

試験布の種類

図１のとおり全自動振とう機（ＳＪＫ振とう機）を利

試験布のサイズ：２０ｍｍ×６０ｍｍ

用し，三角フラスコに試料片とスギ花粉２００ｍｇを

スギ花粉量：２００ｍｇ

投入し，５秒間振とうさせ，スギ花粉の着脱を繰り返

三角フラスコ：２００ｍｌ

し行い，振とう後の試料片へのスギ花粉の付着量(花粉

振とう時間：５秒間（100回／分）：１５種類の個数）を測定した。
なお，花粉量の測定はデジタルマイクロスコープ（(株)ハイロックス

ＫＨ－７７００）を用いた。

各種綿素材の花粉付着量は単位面積当たりの付着個数をカウントした。測定するにあたってはデジタルマイ
クロスコープの倍率を１４０倍と設定し，単位面積（１０００μm×１０００μm）当たりの付着個数を異なる５カ所について測定しその平均値で表した。また，
スギ花粉を見やすくするため，０.２５％メチレンブルー水溶液で試料を染色した。
図１

花粉付着量の測定方法
表1

試料

素材

№1
№2
№3
№4
№5
№6
№7
№8
№9
№10
№11
№12
№13
№14
№15

綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%
綿100%

目付
(g/㎡)
128
132
112
52
185
244
95
72
182
277
165
72
125
143
139
３

３．１

生地の種類と組成

厚さ
組織見かけの比重 含気率
(mm)
(%)
0.22
平織
0.58
63.2
0.23
平織
0.57
63.7
0.19
平織
0.59
62.7
0.11
平織
0.47
70.1
0.63
平織
0.29
81.4
0.81
平織
0.30
80.9
0.32 ﾄﾞﾋﾞｰ織
0.30
81.2
0.16
平織
0.45
71.5
0.46
平織
0.40
75.0
0.73
平織
0.38
76.0
0.39 ﾄﾞﾋﾞｰ織
0.42
73.2
0.17
平織
0.42
73.2
0.28
平織
0.45
71.7
0.47
平織
0.30
80.7
0.26 ななこ織
0.53
66.2

結果及び考察通気性(㎤/㎠・s)
23.0
23.0
13.4
306.6
135.6
135.6
229.0
176.5
49.0
89.2
55.0
396.0
152.3
152.3
57.2

密度(本/㎝) ｶﾊﾞｰﾌｧｸﾀｰ
たて
よこ
139.7
76.2
99.10
114.3
63.5
99.33
152.4
88.9
99.72
101.6
94.0
79.31
33.0
30.5
95.99
21.6
25.4
95.95
127.0 177.8
90.40
118.1
82.6
89.10
71.1
38.1
96.78
27.9
27.9
96.02
95.3
47.0
97.30
80.0
68.6
72.89
92.7
41.9
87.39
95.3
50.8
95.36
110.5
77.5
94.29

ー２，レイヤー３とし，それぞれを重ね合わせ合成を

花粉付着量の測定について行った。

花粉付着量はデジタルマイクロスコープで測定した使用した画像処理ソフトはフリーソフトの「ＮＡＶが，落射光だけではあくまで生地表面に付着しているＥＲ

スギ花粉だけを測定していることになる。
花粉の一部は繊維間や糸間に入り込んでいる可能性もある。より正確な花粉付着量を測定するため画像処
理ソフトのレイヤー機能を利用し検討した。

写真 ２はデジタルマイクロスコープの透過光によって取った３枚の写真をそれぞれ，レイヤー１，レイヤ- 2 -フォトエディター」を使用した。

通気性という。図２は通気度と付着花粉量の関係を示したものである。通気度の少ない生地ほど花粉付着量が多い傾向が見られた。これは，空気の移動量が少な
い方が花粉の着脱回数が少ないためではないかと思われる。

レイヤー１（透過光）

レイヤー２（透過光）

合成写真

図２

３．２．２

レイヤー３（透過光）
写真２

空気量と花粉付着量の関係

含気性

生地は繊維間，糸間に空隙を持つのが特長で，そのレイヤー機能による合成写真

空隙に含まれる空気の量は空気の移動特性を支配している。したがって含気率は花粉が繊維の隙間部分からその結果，デジタルマイクロスコープの透過光画像

繊維内に入り込むことに影響があるものと考えられる。

を用い，画像処理ソフトのレイヤー機能を利用するこ

図３は布の含気率と付着花粉量の関係を示したものとにより，合成写真を作成し，より正確な花粉付着量である。含気率と花粉付着量には相関関係は見られを測定することが可能であることが確認できた。

なかった。

３．２

綿織物におけるテキスタイル構造からみた花

粉着脱性についてスギ花粉は空気中に飛散し衣服に付着するものである。したがって，花粉の付着量は各繊維素材における空気の移動特性に影響されるものと考え，繊維素材における空気の移動特性である通気性と含気性の２つの特性因子を軸に花粉付着量との関係を検討した。
また，その他の特性因子としてカバーファクター（単位面積当たりの織物生地の占める割合）や，生地
図３

密度，生地厚さなどについても併せて検討した。

含気率と花粉付着量の関係

各因子と花粉付着数の関係については近似曲線を描
３．２．３

き，Ｒの２乗値を相関関係の目安とし評価した。一般

カバーファクター

的にＲの２乗値は決定係数といわれ 0.5～0.8は相関関

図４は織物生地のカバーファクターと花粉付着量の係がある可能性が高いと言われている。0.8 以上は相関係を示したものである。カバーファクターは織物生

関関係があると言われている。

地をスキャナーで取り込み二値化し求めた。カバーフ
ァクターは単位面積当たりにおける織物生地が占める

３．２．１

割合を示したものである。カバーファクター値が大き

通気性

生地は繊維間と糸間に空隙をもち，多孔性のために，いほど花粉付着量が多い傾向が見られた。これは花粉布の表裏面に空気の圧力差があるとき，布を通して空に触れる織物生地の表面積が大きいほど花粉に接触す

気の流れが生じる。布を通しての空気の流れやすさをる可能性が高いためだと思われる。

- 3 -３．２．６

目付

図７は織物生地の目付と花粉付着数の関係を示したものである。目付と花粉付着数には相関関係がある可能性が高い傾向が見られた。
生地の目付は組織や糸の太さ等に影響されるためより具体的な因子は何なのか検討する必要があるものと考えられる。

図４

カバーファクターと花粉付着量の関係

３．２．４

密度

密度をひとつの因子と捉えるひとつの方法として，
単位間（２ｍｍ）のたて糸とよこ糸の交差点数を密度因子として考えた。図５は織物生地の交差点数と花粉付着量の関係を示したものである。交差点数と花粉付着量には相関関係が見られなかった。密度をひとつの

図７目付と花粉付着量の関係

因子として表すことは今後の課題ではないかと考えら
れる。

４

おわりに

今回は綿織物において，空気の移動特性のひとつである通気性やカバーファクターなどの因子が花粉付着量との相関がある，あるいは相関がある可能性が高い
ことが確認できた。
今後の発展性の見通しとして次のことが考えられる。
①花粉の付きにくさや花粉の落ちやすさ，落としやすさを化学的な処理に求めるのではなく，繊維素材特性
やテキスタイル構造から解明することで環境にやさし
いものづくりが可能になる。
図５②テキスタイルにおける花粉の着脱性にどのような因交差点数と付着花粉量の関係

子がかかわっているのか判明することにより，衣服等
３．２．５

繊維製品の花粉付着予防策に寄与することが可能にな厚さる。

図６は織物生地の厚さと花粉付着数の関係を示したものである。厚さと花粉付着数には相関関係は見られ③簡便な花粉の着脱性に関する性能評価試験方法の検なかった。

討により，花粉対策機能を付与した新製品開発に取り組みやすくなると思われる。

参考文献
1)藤本綾子，花粉リリース性試験方法について
ボーケン Report(2003)

Ｐ 115-1202)花粉脱落性能の試験方法，東レ(株)(2006)
3)川端季雄，風合い評価の標準化と解析
4)田中武，テキスタイルにおける花粉リリース効果
因子について)(2010)
5)繊維製品消費科学ハンドブック，日本繊維製品消図６

厚さと付着花粉量の関係

費科学会 編

- 4 -

経常研究

編物組織分解の効率化に関する研究関口康弘*

Research on the Increase in Efficiency of Warp Knit Analysis
Yasuhiro SEKIGUCHI
編物組織分解の効率化を目的とし，たて編生地について，交錯した編地糸の可視化を試み，表面撮影画
像による簡便で正確な組織分解方法について検討した。その結果，従来の編地表面観察法に屈折率調整剤を用いることで，交錯した編地糸の可視化撮影が可能となった。その撮影画像を画像編集ソフトで合成することで，交錯した糸の動きが画像から判断できるようになり，組織分解作業の効率化を図ることができた。
Key Words : たて編，組織，可視化，

１

はじめに

組織分解は，編物のループがどのような状態で連結し構成しているかを解析する作業であり，サンプル生
地をベースとした高付加価値な製品を設計開発する場
合や，品質苦情を受けた検査の解明には極めて重要な作業である。その作業内容は，実体顕微鏡を覗きながら，分解道具（針，ピンセット等）により編地の糸経

図１

サンプル生地（３種類）

路を追跡し解析する方法で，昔から今日まで広く行わ

で繊維を視野から消去できることが知られている 1)。

れている。しかしながら，分解道具を使って根気よくこのことを応用し，表１に示す各種試薬に生地を浸漬観察する作業は，分解時間が非常にかかるため作業者させ，自記分光光度計（日本分光㈱V‑670DS）により分の負担が大きく，豊富な知識と経験を必要とするため，

光透過率を測定した。試薬名の空気とは，生地を浸漬作業方法の改善が強く望まれている。また，熟練工のさせない何も無い状態を意味する。また，測定波長域

老齢化が進み，作業者の不足が問題となっている。そは可視光（360〜740nm）の範囲で行った。

のため，簡便で正確な分解方法が必要とされている。
表１

本 研 究 で は ， たて編生地について，交錯した編地糸の可視化を試み，表面撮影画像による簡便で正確な組織分解方法について検討したので報告する。
２
２．１

研究の方法

サンプル生地実験に使用するたて編のサンプル生地を図１に示す。組織はハーフトリコット編（二重組織），素材はポリエステル100％，黒色，繊度と密度にわずかな違いが

各種試薬

試薬名
サリチル酸メチルo-ジクロロベンゼン
1-ブロモナフタレン
ジヨードメタン
水
空気
２．３

屈折率
1.538
1.549
1.658
1.74
1.33
1.00

編地の表面観察撮影

デジタルマイクロスコープ（㈱ハイロックスKH‑770

ある３種類の生地を使用した。

0）を使用し，図２に示すように，メタルハライドラン

２．２

屈折率調整剤による編地糸の可視化

プの光源をサンプル生地の下から照明し，CCDカメラで繊維表面に付着した異物の観察をする際，繊維の屈観察，撮影した。光源とサンプル生地の間には，特定折率に応じた屈折率調整剤（試薬）に浸漬させることされた波長以上を透過するSCフィルターを取り付け，*栃木県産業技術センター

繊維技術支援センター

撮影波長を変えられるようにした。

図２

透過照明略図サンプル生地の観察時は，スライドグラス上に生地を設置し，試薬とともにカバーグラスの下に封入し，プレパラートとした。
２．４

撮影した画像の編集

従来の観察で行う生地の上からの落射照明及び今回実験で行う生地の下からの透過照明で撮影した画像について，画像編集ソフトPhotoshopCS5を用いて，２つの画像を重ね合わせ，交錯した糸の画像調整を行い，糸の動きが画像から判断できる可視化画像を得た。
３
３．１

結果及び考察各種サンプル生地の分光透過率

図３に各種サンプル生地の分光透過率の測定結果を示す。全ての生地において，光の波長が長くなると，透過率が高くなった。これは，光が散乱しにくくなり，
直進性がよくなるため当然の結果であるが，650nm付近
から急激に高くなることがわかった。
生地Ａを見ると，試薬に浸漬しても透過率に変化は見られなかった。生地Ｂ，Ｃについては，試薬に浸漬することで透過率は空気と比べ増大し，740nmで透過率
図３は70％となった。ここで，生地を透過する光について，

各種サンプル生地の分光透過率

編目の隙間を透過する光，糸の内部を透過する光の２つが考えられるが，各生地の組織は同じであり，繊度，ことが推測されたが，期待どおりの結果となった。

密度の違いもわずかである。各生地の繊維をブロモナ
フタレンに浸漬し観察したところ，生地Ａの繊維は，

３．２

サンプル生地の撮影画像

Ｂ，Ｃと比べて明らかに黒く見えた。これは，繊維のブロモナフタレンに浸漬した時の透過率が最も高か

染色濃度が高く，光の吸収が大きいためではないかとったため，図４に画像の一例を示す。ＳＣフィルター

考えられる。すなわち，同じ黒でも染色濃度の違いになしの透過画像を見ると，下からの入射光に対し，不より，試薬に浸漬してもその効果は見られないと考え

透明な糸が黒い影で観察できる。浸漬することで影のられる。

濃度に変化が見られるが，交錯した糸の動きは見えに

各種試薬による透過率の違いはわずかであった。各

くく不透明である。ＳＣフィルターで可視光の透過範

生地の素材はポリエステル100％であり，その屈折率

囲を680nm以上にすると，交錯した糸が透明に見えた。

は，繊維軸方向で1.706，繊維軸に直角方向で1.546，

これは，分光透過率の結果とほぼ一致するが，糸の内2)

平均で1.626である 。これに近い屈折率1.658であるブ部に吸収され濃い影をつくる可視光の波長成分をフィ

ロモナフタレンに浸漬する時，最も透過率が良くなる

ルターで取り除き，糸の内部を透過した光により透明

に見えるものと考えられる。

図６

組織図

４

おわりに

交錯した編地糸の可視化を試み，表面観察画像によ
図４

サンプル生地Ｂの透過撮影画像る簡便で正確な分解方法について検討した。結果は以下のとおりである。

３．３

透過撮影画像の編集(1)

図５に落射照明及び透過照明で撮影した画像を合成

nm以上から透過率が高くなり，740nmでおよそ70％

した画像の一例を示す。落射照明による表面画像から
では，交錯した糸の動きが見えない。一方，透過画像

であった。
(2)

では糸の動きが見えるものの，コントラストが少なく，交錯した糸の上下が判断しにくい。そこで２つの画像

屈折率調整剤（試薬）に生地を浸漬すると，680

染色濃度の高い生地では，屈折率調整剤（ 試薬）の効果は見られなかった。

(3)

生地素材の屈折率1.626に近い屈折率であるブロ

情報を合成し，糸の動き，交錯した糸の上下を見やす

モナフタレンに浸漬した時の透過率が最も高い数

くするように編集した。編集ソフトの高度な機能は用値を示した。

いず，色調補正を調整し，レイヤーの描画モードを変

今 回の実験に使用した屈折率調整剤（試薬）は，毒化させることで簡単に作成できた。合成画像は図６に

劇物 に該当しないが，人体に有害であり，環境に優し示す２つの組織を重ねたものであり，ループの開き目

くな いものが多い。また，糸と糸とが重なる部分や染と閉じ目はわかりにくいものの，アンダラップ交錯点

色濃 度の高い糸に対して光の透過が少なく，糸の動きの上下が色の違いで判断できるため，組織を判定できが見 えにくいなどの問題がある。一方，表面からの観る。

察法 として，近赤外光を利用した非破壊・非接触検査技術が知られている。
次 年度は，屈折率調整剤（試薬）を使用しない方法とし て，近赤外光を用いた編地の可視化について検討する予定である。
参考文献
1) 東京都立産業技術研究センター Web サイト：テク
ニック〜各試験共通の技法 http://www.iri-tokyo.
jp/joho/kohoshi/archives/complaint/technique/index.html
2) 陰地威史，浅澤英夫："加工技術"Vol.46,P42-46,
図５

サンプル生地Ｂの合成画像(2011)

経常研究

天然ゼオライトの改質による高機能化に関する研究−水熱合成によるゼオライト含有量の増大化−
金田健*

松本泰治**

Hydrothermal Modification of Natural Zeolitic Tuffs−Increment of Zeolite Content in Natural Zeolite Rock by Hydrothermal treatment−
Takeshi KANEDA*， Taiji MATSUMOTO**
天然ゼオライト(主としてクリノプチロライト)を 50%程度含む大谷石粉のアルカリ水熱処理条件の検討を行い，クリノプチロライト量の増大を図った。大谷石粉に NaOH，KOH やシリカゾル等を加え組成を調整した後，水熱処理によって大谷石粉に含まれるクリノプチロライトを種結晶として利用
しつつ不純物のガラス質等をゼオライトへ転換することを目指した。この処理により未処理の大谷石
粉に比べ Cs イオン吸着量を約 20%増大させることができた。
Key Words : ゼオライト，水熱合成，イオン交換

はじめにのの合成例 2)は少なく，しばしばモルデナイトなどの副ゼオライトは組成・構造に基づく独特の三次元細孔構

生成物を伴い生成し，クリノプチロライト単相で得られ造を持ち，吸着・触媒・イオン交換などの多機能材料でる条件範囲は非常に狭い。前報 3)においては，天然ゼオ

あることから幅広く工業的に利用されている。一般的にライト岩に含まれるゼオライト(クリノプチロライト)に

産業分野においては物性・特性の面で均一な製品が求めついて，純物質を試薬から Na2O-K2O-Al2O3-SiO2-H2O 系

られるため，工業的に製造される合成ゼオライトが広くからの水熱法により合成することに成功した。

１

用いられている。これに対し，天然ゼオライトは不純物

本報では，その試薬からの合成条件に基づき天然ゼオの存在，結晶度の不均一性等の問題から，その利用範囲

ライト(大谷石粉)にアルカリ水熱処理を施すことで，天は水処理や土壌改質材等の低次利用に限定されている。

然ゼオライトのゼオライト含有量の増大化を目指した。

天然ゼオライトの工業的利用を目指した化学処理や熱処簡易法として X 線回折積分強度比での比較とともに，Cs

理等はまだ試験研究段階か，またはごく小規模の利用の

イオン交換量から生成物の評価を行った。

1)

域を脱していないのが現状である 。
鉱物としての天然ゼオライトはこれまでに 40 種類以上が知られており，世界各地にゼオライト産地が存在す

２

研究の方法

２．１ 試料る。日本においてもゼオライト岩は存在し，特に北海道

天然ゼオライトとしては，採取場所の異なる 2 か所の南西部から東北・北陸・山陰にまたがるグリーン・タフ(緑大谷石を粉砕し，目開き 150µm のふるいを通過したもの

色凝灰岩)層において，主にクリノプチロライト，モルデ

を 1:1 で混合した試料を用いた。既往の研究 4)により，ナイトとして産出される。栃木県内においても，県産資

この大谷石粉のクリノプチロライト含有量は 50mass%，源の一つである大谷石にはゼオライト(主としてクリノ

化学分析値は表 1 と求められている。

プチロライト)が含まれていることが知られている。しかし，ゼオライト含有量のばらつきが大きいこと等からゼオライトとしての有効利用はあまり進んでいない。
また，クリノプチロライトは天然に大量に存在するも* 栃木県産業技術センター 県南技術支援センター** 栃木県産業技術センター 材料技術部

表１ Chemical composition of natural zeolite4) [mass%]
SiO2

66.50

CaO

2.26

Al2O3

12.93

Na2O

2.55

Fe2O3

2.45

K 2O

1.78

MgO

0.69

Ig.loss

12.64

Total

101.80２．２

合成ので，大谷石中のいわゆるみその部分にモンモリロ

シリカ原料にはアンモニア安定型シリカゾル（日産化

ナイトが存在すると報告されている 7)。また，合成クリ学，スノーテックス N）を用いた。このシリカゾルに所

ノプチロライトを 100 としたときの XRD 積分強度比は定量の NaOH, KOH 水溶液をスターラーで撹拌しながら69 であった。
図２に K/Na 比を変え，反応時間 7days の改質で得られ少量ずつ加えた。数分間撹拌し続けた後，さらに大谷石粉を加え約一時間混合することで原料ゲルを調合した。
5)た試料の XRD パターンを示す。K/(K+Na)=0.1,

原料ゲルのモル比は文献 を参考に，Si/Al=5.5，

K/(K+Na)=0.8 はそれぞれ添加するアルカリとして(Na+K)/Si=0.3， H2O/Si =25 とし，大谷石粉比が最大にNaOH, KOH のみとしたときの試料である。改質の結果，なるよう試薬は最小限にした。用いた大谷石粉はこの比

クリストバライトのピークの減少と非晶質成分によるハより Al が多いため，試薬として Al は添加していない。

ローの低下がみられた。K/(K+Na)=0.5, 0.8 ではモンモリ

このときの原料ゲルにおける大谷石粉の固形分重量比はロナイトのピークも消失している。これらのことは，相76％程度となった。

対的にクリノプチロライトの含有量が増大したこと示し

アルカリ水熱処理はステンレス製のオートクレーブをている。また，K/(K+Na)=0.1, 0.5, 0.8 それぞれの XRD 積

用い，テフロン内筒容器（容積 100ml）に原料ゲルを約

分強度比は 73, 64, 59 であり，Na 量が大きい方が改質の30ml 入れ反応温度 150℃で行った。水熱反応後の試料は効果が大きいことが明らかになった。
図３(a)〜(c)にそれぞれの SEM を示す。どの試料にもメンブランフィルターを用いてろ過，洗浄を行い，40℃に保持した乾燥機により乾燥させた。

1µm 未満の板状形態の結晶が多くみられる。これらの微２．３ 試料の評価

細な結晶が生成する理由としては，大谷石粉中の溶解し試料の結晶構造は粉末 X 線回折法(XRD)（マックサイ

たクリノプチロライトの断片が種結晶の役割を果たし，

エンス，MXP-3)により調べた。また，合成クリノプチロ
ライトとの積分強度比を求めることで，簡易法としてク○：Clinoptilolite：Montmorillonite：Cristobalite▲ ：α-Quartz■ ：Feldspar○●

リノプチロライト含有率を推定した。形態観察は走査型◆電子顕微鏡(SEM)(日本電子，JSM-6510LA)により行っ察した。
Cs イオン吸着で試料の特性評価を行った。クリノプチ

Intensity / a.u.

た。試料は導電性を付与するため Au コーティングし観

○
○
○

○
●

○

○
○

○

◆
○
○

○
▲
○ ○

■

○
○○

○

Natural zeolite(Oya-ishi)○

ロライトはイオン半径の大きなイオンを吸着しやすく，
陽イオン選択性は Cs+ > Rb + > K+ > Na+ > Li+であると報Synthesizedclinoptilolite

告されている 6)。塩化セシウムを用い Cs 濃度 0.10,
0.25g/L の水溶液を調製し，この溶液に試料を固液比

100.1g/100ml で加え，24 時間，25℃に設定した恒温振とう

2030Diffraction angle, 2theta / degree40

図１ XRD patterns of natural zeolite (Oya-ishi) and
Synthesized clinoptilolite.

水槽でイオン交換を行った。イオン交換後の溶液の Cs
を炎光光度法(日立ハイテクノロジーズ，Z-8200)を用いて定量した。なお，測定においてはイオン化干渉抑制のために Li 濃度が 1g/L となるよう塩化リチウムを添加し
た。
３
３．１

結果及び考察天然ゼオライトのアルカリ水熱処理

今回用いた天然ゼオライト(大谷石粉)と前報 3)で合成

Intensity / a.u.

K/(K+Na)=0.1

K/(K+Na)=0.5

したクリノプチロライトの XRD パターンを図１に示す。
天然ゼオライトにはクリノプチロライト以外にも長石，K/(K+Na)=0.8

石英，クリストバライトが同定される。ほかにも 18°から 25°にハロー(X 線の散乱)がみられることから，ガラス質等の非晶質成分を含んでいると推定される。また，6°のピークは，粘土鉱物であるモンモリロナイトによるも

10

20
30
Diffraction angle, 2theta / degree40

図２ XRD patterns of the obtained products fromhydrothermal modification of natural zeolite for 7days.

原料ゲルから多数の結晶が水熱反応によよって新たに生成３．２

したものと推察される。

改質ゼオライトの吸吸着特性評価XRD 積分強度でのクリノプ
プチロライト含有量の推定

また，K/(K+Na)=0.1, 0.5 の試料には 2〜3µm の板状結は精度に問題があるため，Css イオン吸着による性能評価

K+Na)=0.1 の方が晶が比較的多く存在し，その割合は K/(K+Na)=0.1を行った。Cs 濃度 0.10g/L での試験では合成クリノプチで高かった。この数µm の板状結晶は反応時時間を長くするロライト，今回用いた天然ゼ
ゼオライトともに 90%を超えほど減り，短時間ではより大きな 10 µm 程度の結晶が観る吸着率を示し，高い Cs 選択
択性を持つことを確認した。

察されることから，大谷石粉中に含まれれるクリノプチロ

0.25g/L を設定
そこで試料に対し十分な Cs 濃度として
濃

ライトの結晶そのものであり，反応時間間の増大とともにし，Cs イオンの吸着率によるる比較を実施した。図４に溶解していると推測される。種結晶を加加えてのクリノプ

Cs イオン吸着測定結果と XRD
RD 積分強度の関係を示し

チロライト合成において，K を含む原料料ゲルに Na を加た。両者には相関関係がみらられ，XRD 積分強度が高けれえることで生成するクリノプチロライト
トの安定性が向上

ばクリノプチロライト量も増増加していることを支持して

8)

し，他のゼオライトへの転換が抑えられれたとの報告 もいる。また，大谷石粉に含ままれるモンモリロナイトも陽あることから，K/Na 比の違いが大谷石粉粉に含まれるクリ

イオン交換性を持つことが知知られており，図１及び図２

ノプチロライトの溶解過程に影響したののではないかと考の XRD に示すようにモンモ リロナイトのピークが認めえられる。つまり，Na が多いほど大谷石
石粉のクリノプチ=0.1 については，Cs イオンられる大谷石粉と K/(K+Na)=0.1

ロライトの溶解度が低いか，あるいは溶溶解速度が遅いた

吸着率がその分高められていいると考えられる。さらに

め残存し，かつ新たに生成したクリノプ
プチロライトもよK/(K+Na)=0.1 についてアルカ
カリ水熱処理時間を検討しり安定であるため結果として，改質の効効果が高められた

た結果，11days で XRD 積分 強度，Cs 吸着率ともに最大可能性がある。

となった。表２に今回得られれた改質ゼオライト，本研究(a)で使用した大谷石粉，合成ゼゼオライトの比較を示した。

Cs+ adsorption [%]70
Synthesized clinoptilolite
K
K/(K+Na)=0.860
Naturalal zeolite
50
K/(K+Na)=0.5
0.5

(b)

K/(K+Na)=0.1
40
50

60

70
80
90
Integrated XRD
RD intensity ratio

100

orption and iintegrated XRD
図４ Relation between Cs+ adsorption
intensity ratio.

(c)

図３ SEM images of the obtained products fromhydrothermal modification of natural zeolitee for 7days,(a) K/(K+Na)=0.1, (b) K/(K+Na)=0.5 and (c)c) K/(K+Na)=0.8.

表２ Comparison for integratedd XRD intensity ratio and Cs+
adsorption results as a function of zeolites used in this study
SampleIntegrated
XRD
intensity ratio

Cs+
adsorption[%]

Cs+ adsorption
amount [g/g]Modifiedzeolite*

75

65

0.16

Natural zeolite

69

56

0.14

Synthesizedclinoptilolite

100

71

0.18

* hydrothermal modification of naturalnzeolite for 11days,
K/(K+Na)=0.1.

４

おわりに

参考文献

天然ゼオライト（大谷石粉）のゼオライト含有量増大

1) "ゼオライトの科学と応用" 富永博夫 編，講談社，(1987)

による高機能化を目指した改質の検討を行った。試薬か

2) Y. Goto, Am. Miner., 62, 330 (1977)

らのクリノプチロライトの合成条件に基づきアルカリ水

3) 金田健，松本泰治，栃木県産業技術センター研究報告，

熱処理条件を検討した結果，Na/K 比率を高めることでク

No.8，108 (2011)

リノプチロライト量を増大できた。また，Cs イオン吸着

4) F. Iso, Y. Goto, O. Machinaga and Z. Osawa, Inorganic

による性能評価を行い，未処理の大谷石粉に比べ改質ゼ

Materials, No.254, 40 (1995)

オライトは Cs イオン吸着量は約 20%増大し，合成クリ5) S. Satokawa and K. Itabashi, Microporous Mater., 8, 49

ノプチロライトの約 90%にまで高めることができた。

(1997)
6) L.L. Ames, Am. Mineral, 45, 689 (1960)

謝辞

本研究を実施するにあたり多大なるご指導とご助言を

7) T. Sudo and S. Ota, J. Geol. Soc. Jpn., 58, No.685, 487(1952)

いただきました龍谷大学 後藤 義昭名誉教授に深く感謝

8) D. Zhao, R.Szostak and L. Kevan, J. Mater. Chem., 8(1),

いたします。

233 (1998)

経常研究

県産資源を利用した揮発性有機化合物（VOC）の吸着・分解特性に関する研究−大谷石への光触媒機能付加−
金田治彦※

吉葉光雄※

Study of Characteristics of Volatile Organic Compounds(VOC) Adsorption andDecomposition by Utilizing Local Resources−Photocatalyst Added Oya Stone−
Haruhiko KANEDA，Mitsuo YOSHIBA
県産資源である大谷石に光触媒である二酸化チタンを付加し，紫外線を照射することで，大谷 石 の 面 影 を 残 し つ つ ，揮 発 性 有 機 化 合 物 (VOC)で あ る ホ ル ム ア ル デ ヒ ド の 除 去 機 能 を さ ら に 高
めることができた。また，トルエンの除去機能についても検討した。
Key Words : 大 谷 石 ， 光 触 媒 ， 揮 発 性 有 機 化 合 物

１

はじめに

つ い て は ， 粉 末 X 線 回 折 （ (株 )マ ッ ク サ イ エ ン ス ，

揮 発 性 有 機 化 合 物 （ VOC ： volatile organic

MXP‑3）に よ り ，ク リ ノ プ チ ロ ラ イ ト 含 有量 の 比 較 を 行

compounds）は光 化 学 ス モ ッ グ の 原 因 物質 の ひ と つ で

い ， 最 も 含 有量 が 高 か っ た も の に つ い て， ブ ロ ッ ク 状

あり

１），一部の物質はシックハウスの原因物質とも考２）（ 5cm×10cm×3cm） に 切 断 し ， 一 面 だ け を 上 記 分 散 液。一方，県産資源は新たな利用価値をに 数 秒 間 浸 し ，引 き 上げ た の ち ，110℃ で 1 時 間 乾 燥 さ

見 い だ す こ とで ， 一 層 の 需 要 拡 大 に つ なが る こ と が 期

せ た 。 比 較 対照 と し て 二 酸 化 チ タ ン を 入れ な い で 同 様

待 さ れ る 。 これ ら の 状 況 を ふ ま え ， 県 産資 源 を 利 用 しに 処 理 し た もの と ， 大 谷 石 を 110℃で 1 時間 乾 燥 さ せ

た ， 小 規 模 事業 場 あ る い は 住 居 等 で 使 える 安 価 な VOC

た だ け の も のを 作 成 し た 。 前 処 理 し た 試料 は シ リ カ ゲ

処 理 装 置 及 び建 材 の 実 用 化 を 目 指 し て ，大 谷 石 の VOC

ル 及 び 粒 状 活性 炭 を 入 れ た デ シ ケ ー タ ー中 で 保 存 し た 。

吸 着 特 性 と 光触 媒 を 付 加 し た 大 谷 石の VOC 吸 着 ・ 分 解２．２

えられている特 性 に つ い て基 礎 研 究 を 行 っ た の で 報 告す る 。

試 料の 評 価

前 処 理 し た 粒状 大 谷 石 に つ い て は ，10g を 時 計 皿 にと り ， 気 体 採 取 袋 （ 近 江 オ ド エ ア サ ー ビ ス (株 )，２２．１

研 究 の 方法

試料

flek‑sampler 固 形 物 用 5L）に 入 れ た 。こ れ に パ ーミ エ
ー タ ー（(株 )ガ ステ ッ ク ，PD‑1B）を 用 い て ホル ム ア ル

試 料 は 粒 状 の大 谷 石（ 粒 径 は ふ るい 4.75mm メ ッ シ ュ

デ ヒ ド 液 （ 関東 化 学 (株)， 特 級 ） を 揮 発さ せ ， 純 空 気

を 通 過 し ，2.36mm メ ッ シ ュ に と ど ま る 大き さ の も の ）（ 太 陽 日 酸(株)，圧 縮 空 気 G1 grade）で 希 釈し て 30ppm

を 用 い た 。 大谷 石 に 光 触 媒 を 付 加 す る 方法 は 長 野 ら のと し た ガ ス を 3L 封 入 し ， 紫 外 線 （ フ ナ コ シ ( 株 ) ，

３）を 参 考 に し た 。コ ロ イ ダ ル シ リ カ（ 日 産 化学 (株 )，UVGL‑58 中 心波 長 366nm） を 照 射 し ， 室温 23℃ で 1 時

ス ノ ー テ ッ ク ス 30） に 二 酸 化 チ タ ン （石 原 産 業 (株)，間 静 置 し た （ 図 １ ）。 試 料 表 面 の 紫 外 線 強 度 は 34W/m 2

ST‑21） を 10%(w/v)と な る よ う に 分 散 させ ， そ こ に 粒で あ っ た が ，JIS R‑1701‑4（ 光 触 媒 材 料の 大 気 浄 化 性

状 大 谷 石を 30 分 間 浸 漬後 ， 分 散 液 を 除き ， 110℃で 1

能 試 験 方 法 ） に 規 定 さ れ て い る 紫 外 線 強 度 （ 10W/m 2 ）時 間 乾 燥 さ せた 。 比 較 対 照 と し て 二 酸 化チ タ ン を 入 れに 比 べ て 強 度が 大 き い こ と に 留 意 す る 必要 が あ る 。 ホ

な い で 同 様 に処 理 し た も の を 作 製 し た 。

ル ム ア ル デ ヒド を 封 入 し て か ら 1 時間 後 ，2 時 間 後 に報告

ま た ， 粒 状 大谷 石 と は 別 に 入 手 した 9 種 の大 谷 石 に

検 知 管 （(株 )ガ ス テ ッ ク ， No.91L 及 び No.91LL） に よ
り ホ ル ム ア ルデ ヒ ド 濃 度 を 測 定 し た 。 また ， ホ ル ム ア※

栃 木 県 産 業 技 術 セ ン タ ー 県 南 技 術 支援 セ ン タ ー

ル デ ヒ ド ガ スの 封 入 か ら 1 時 間 静 置 後 ，ガ ス を 抜 く とこ ろ ま でを 1 サ イ ク ル と し て，繰 り 返 し ガ ス を 封 入 し，

チ レ ン ブ ル ー試 験 で は ， 二 酸 化 チ タ ン を付 加 し た も の

2 サ イ ク ル 目，4 サ イ ク ル 目 の ガ ス を 抜 く前 に 測 定 を 行

で 青 色 の 退 色が 確 認 で き ， 比 較 対 照 で は退 色 が 確 認 さった。

れなかった。

前 処 理 し たブ ロ ッ ク 状 の 大 谷 石 に つ いて は ， 1mM メ

紫外線照射

チ レ ン ブ ル ーエ タ ノ ー ル 溶 液 に 浸 漬 し ，紫 外 線 を 照 射

紫外線非照射す る こ と で ，退 色 の 有 無 を 確 認 し た 。 また ， ア ル ミ ホ
イ ル で 上 面を 9cm×4cm だ け 残 し て 覆 い，粒 状 大 谷 石 と同 様 の 試 験 を行 っ た 。表 面 の 紫 外 線 強 度は 42W/m 2 で あ

二酸化チタン付加っ た 。 ト ル エン に つ い て も 同 様 の 試 験 を行 っ た 。 さ らに ， 走 査 型 電子 顕 微 鏡 （ 日 本 電 子(株 )，JSM‑6510LA）に よ る 観 察 も行 っ た 。

紫外線ランプ
比較対照

気体採取袋

図２

VOCガス
３．３

光触媒付加
大谷石

メ チ レン ブ ル ー 退 色 試 験

光 触媒 を 付 加 し た 大 谷 石の VOC 吸着 ・ 分 解 特

性
３．３．１

ホルムアルデヒド

粒 状 大 谷 石 での 残 留 濃 度 変 化 は ， 図 ３ のと お り で あ
図１

VOC ガ ス 吸 着・ 分 解 試 験 模 式 図
３３．１

結 果 及 び考 察

ク リノ プ チ ロ ラ イ ト 含 有 量 比 較っ た 。 高 濃 度の ガ ス を 封 入 し て も ， １ 時間 で 検 知 管 での 検 出 下 限 付近 ま で 濃 度 下 が っ て し ま い， 比 較 が 困 難
で あ っ た こ とか ら ， 負 荷 量 を 大 き く す るた め 繰 り 返 しガ ス を 封 入 し濃 度 変 化 を 見 る こ と に し た。
302 2

θ =9.8°付 近 の ピ ー ク 強 度 は 表 １ の と お り と な っ た 。

1.8

試 料 D の ピ ー ク強 度 が 最 も 大 き か っ た ため ， ブ ロ ッ ク

1.4

ピ ー ク 強 度 が小 さ い 代 わ り に ， ゼ オ ラ イト の 一 種 で あ

1.2

濃度/ppm状 の 大 谷 石 はこ れ を 用 い て 作 成 し た 。 なお ， 試 料 C はる モ ル デ ナ イト が 検 出 さ れ て い る 。
表１

３．２

外 観及 び メ チ レ ン ブ ル ー 退 色 試験

粒 状 ， ブ ロッ ク 状 と も ， 二 酸 化 チ タ ンを 付 加 す る と
若 干 白 色 が かっ た 色 と な っ た 。 ブ ロ ッ ク状 大 谷 石 の メ

乾燥のみ

1
0.8

0.4

プ チ ロ ラ イ トの ピ ー ク （ θ =9.8°付 近 ）強 度 比 較

ピーク強度
713
741
186
1026
976
413
798
810
948

二酸化チタンなし

0.6

粉末 X 線回 折 測 定 に よ る 種 々 の 大谷 石 の ク リ ノ

試料名
A
B
C
D
E
F
G
H
I

二酸化チタン付加

1.6

0.2
0
0

1

2

経過時間/ｈ図３

ホ ル ムア ル デ ヒ ド ガ ス 封 入 後 の 残存 濃 度 変 化（ 粒 状 大 谷 石）
繰 り 返 し 封 入試 験 で は ， 図 ４ の と お り とな っ た 。 二酸 化 チ タ ン を付 加 し て い な い も の は ， ホル ム ア ル デ ヒ
ド ガ ス を 入 れる と ， 大 谷 石 の ホ ル ム ア ルデ ヒ ド 吸 着 機
能 に よ り ， 濃度 が 大 き く 減 少 す る が ， 繰り 返 し 封 入 ・
静 置 す る と とも に ， 試 料 採 取 袋 に 残 存 する ホ ル ム ア ル
デ ヒ ド の 濃 度が 上 昇 し ， 大 谷 石 の 吸 着 機能 が 徐 々 に 下が っ て い る こと が 分 か っ た 。 一 方 ， 酸 化チ タ ン 付 加 し100

た 粒 状 大 谷 石で は ， 比 較 的 低 濃 度 に 抑 えら れ て お り ，90

ホ ル ム ア ル デヒ ド の 除 去 機 能 が 高 ま っ たと 考 え ら れ た 。

80

二酸化チタン付加
二酸化チタンなし
乾燥のみ

濃度/ppm701.2

二酸化チタン付加
二酸化チタンなし

1

60
50
40
30

濃度/ppm

0.8

20
10

0.6

0
0

1

2

3

4

5

6

経過時間/ｈ

0.4

図６

0.2

ト ル エン ガ ス 封 入 後 の 残 存 濃 度 変化 （ ブ ロ ッ ク

状大谷石）
0
0

1

2

3

4

乾 燥 処 理 の みの 大 谷 石 で ， ト ル エ ン に ある 程 度 の 吸

封入回数/サイクル

図４

ホ ル ムア ル デ ヒ ド ガ ス 繰 り 返 し 封入 ・ 静 置 後 の

残 存 濃 度 変 化（ 粒 状 大 谷 石 ， 封 入 濃度 30ppm）

着 を 示 し た 。ま た ， 二 酸 化 チ タ ン あ り ，二 酸 化 チ タ ン
な し で は ， トル エ ン の 除 去 機 能 が 乾 燥 のみ に 比 べ 低 かっ た 。 そ こ で， そ れ ぞ れ の ブ ロ ッ ク の 表面 を 走 査 型 電

ブ ロ ッ ク 状 の大 谷 石 で は ， 粒 状 大 谷 石 と同 様 ， 二 酸

子 顕 微 鏡 で 観察 し た と こ ろ ， 図 ７ の と おり 表 面 が コ ロ

化 チ タ ン を 付加 し た も の の 方 が ホ ル ム アル デ ヒ ド 除 去

イ ダ ル シ リ カで 覆 わ れ て い た こ と か ら ，多 孔 質 の 大 谷

機 能 が よ い 結果 と な っ た（ 図 ５）。ま た ，乾 燥 の み と 二

石 が 前 処 理 によ り 表 面 積 が 減 少 し た た めに ト ル エ ン の酸 化 チ タ ン なし は 残 存 濃 度 に あ ま り 違 いが 見 ら れ な か

除 去 機 能 が 低下 し た も の と 考 え ら れ た 。二 酸 化 チ タ ン

っ た 。 な お ，ホ ル ム ア ル デ ヒ ド 残 存 濃 度の 差 が 粒 状 のあ り と な し で比 べ る と 残 存 濃 度 に あ ま り差 が 見 ら れ ず ，も の と 比 べ て大 き い の は ， ブ ロ ッ ク 状 大谷 石 が 粒 状 にこ の 条 件 で は光 触 媒 付 加 の 効 果 は 確 認 でき な か っ た 。

比 べ ， 表 面 積が 大 き く な っ た こ と と ， ブロ ッ ク 上 面 と
紫 外 線 ラ ン プと の 距 離 が 近 く な り ， 紫 外線 強 度 も 大 き
く な っ た 影 響と 考 え ら れ た 。

8.0

二酸化チタン付加7.0

二酸化チタンなし
乾燥のみ

濃度/ppm

6.0
5.0
4.0
3.0

図７

二 酸 化チ タ ン を 付 加 し た 大 谷 石 表面

2.0
1.0

４

0.0
0

1

2

3

4

封入回数/サイクル

図５

おわりに

大 谷 石 に 二酸 化 チ タ ン を 付 加 し ， 紫 外線 を 照 射 す る
こ と で ， ホ ルム ア ル デ ヒ ド ガ ス の 除 去 機能 が 上 が る こ

ホ ル ムア ル デ ヒ ド ガ ス 繰 り 返 し 封入 ・ 静 置 後 のと が 分 か っ た。 た だ し ， 大 谷 石 の 多 孔 質で あ る 特 徴 を

残 存 濃 度 変 化（ ブ ロ ッ ク 状 大 谷 石 ， 封 入濃 度 30ppm）

活 用 で き て いな い こ と か ら ， 光 触 媒 の 付加 方 法 に つ いて は 検 討 の 余地 が あ る 。 ま た ， 大 谷 石 がト ル エ ン に 対

３．３．２

トルエン

トルエンは工場排ガスを想定し，封入濃度を100ppm と し た 。 結 果 は 図 ６ の と お り とな っ た 。

し て も 一 定 の吸 着 機 能 が あ る こ と が 分 かっ た 。 以 上 の
こ と か ら ， 大谷 石 に 光 触 媒 を 付 加 す る こと で ， 新 た な
利 用 方 法 が 期待 で き る と 思 わ れ る 。 既 に可 視 光 応 答 型
光 触 媒 を コ ーデ ィ ン グ す る ス プ レ ー な どが 既 に 実 用 化

４）

さ れ て お り ，こ れ ら の 利 用 に つ い て も検 討 の 余 地 が参考文献

あ る 。 今 後 ，大 谷 石 の 新 た な 可 能 性 を 見い だ す た め の1) 環 境 省 ウェ ブ サ イ ト 揮 発 性 有 機 化 合物 (VOC)対 策

様 々 な 研 究 がな さ れ る こ と を 期 待 す る 。

http://www.env.go.jp/air/osen/voc/voc.html
2) 厚 生 労 働省 ウ ェ ブ サ イ ト 生 活 環 境 に お け る シ ッ ク

謝辞

本 研 究 を 実 施す る に あ た り ， 試 料 の 提 供や 多 大 な る

ハウス対策
http://www.mhlw.go.jp/bunya/kenkou/seikatsu-eisei/sick_

ご 指 導 と ご 助言 を い た だ き ま し た 大 谷 石材 協 同 組 合 及

house.html

び 協 力 い た だ い た 組 合 員 ， バ ー ン ス ト ー ン (株 )の 皆 さ

3) 島 根 県 産業 技 術 セ ン タ ー 研 究 報 告 第 40 号

ま に 深 く 感 謝い た し ま す 。

光 触 媒 の 天 然ゼ オ ラ イ ト へ の 固 定 化 に つい て （ 2003）
4) 例 え ば ，丸 昌 産 業 (株 ) Ｍ -ク リ ー ン
http://www.marusyosangyo.jp/mclean/

経常研究

電気炉ダストを含む集塵ダストからの有価物分離に関する研究（第１報）
相馬

宏之*

阿部

雅*

諏訪

浩史*

Method of Separation Valuables from Collected Dust containing Electric Furnace Dust(1st Report)
Hiroyuki SOMA , Masashi ABE and Hiroshi SUWA
電気炉ダストを構成している主な化合物としてグラファイト，炭酸カルシウム，酸化亜鉛の標準試料を用いてサイクロン方式による分粒試験をした結果，グラファイト，炭酸カルシウムでは大部分が真空ポンプ側のトラップに吸引されたが，酸化亜鉛の約 60%は瓶に残留した 。標準試料を用いた試験では，サイクロン方式による分粒は有効であった。電気炉ダストを用いてサイクロン方式による分粒試験をした結果，試験前後で亜鉛含有率はどちらも約 15%と大きな変化はなかった。これは，酸化亜鉛粒子が炭酸カルシウム粒子に付着しているためと考えられる。なお，酸化亜鉛粒子は物理的な刺激では炭酸カルシウム粒子から容易に脱離しなかった。
Key Words：電気炉ダスト 分粒 リサイクルはじめに析した。さらに，Ｘ線回折(マックサイエンス製 MXP-3)で粒

電気炉で製造される鋳鉄の熔解時に煤や煤塵が発生し，年子を構成している化合物を分析した。また，粒度分布測定装間約 50 万 t のダストが発生している 1)。このダストは集塵置(堀場製作所製 LA-300)で電気炉ダストの粒径を測定した。

装置などで収集されて大半は産業廃棄物として処理されて

２．２

１

分粒試験

いた。近年リサイクルに関心が高まり，廃棄物中から有価物

分粒装置は，図１に示すように瓶 1，瓶 2，瓶 3 と集気瓶を抽出する動きが起きている。その一つに，集塵ダスト中のを 6mm のチューブと組み合わせて構成したサイクロン分粒

亜鉛含有量が比較的高いことから，亜鉛などの有価物を回収装置に真空ポンプを組み合わせたものを用いた。瓶の形状をする研究がおこなわれている。その多くは溶融還元法による

表１に示す。なお真空ポンプの吸引量は 16L/min とし，標もの 2)3)4)で，設備投資や処理量の確保などの負担が多く中小準物質では 5 分,10 分,20 分毎に，電気炉ダストでは 1 分毎

企業としては導入が難しい。そのため従来通り産業廃棄物とに 10 分まで瓶 1～3 の残留物の重量を測定した。

して処理している場合が多い。
金属リサイクル業者には，亜鉛を多量に含む集塵ダストであれば有価で引き取る所があるので，集塵ダスト中から簡易な方法で亜鉛分を抽出できれば，産業廃棄物として処理され

真空ポンプ
で吸引
（16L/min）ていた集塵ダストの一部を亜鉛源としてリサイクルが可能になると考え，サイクロン方式による分粒方法を検討した。
２
２．１

研究の方法

ダスト

瓶１

瓶2

瓶3

試料

試料には，県内企業から提供された電気炉ダストと標準試

図１

サイクロン分粒装置

外観料を用いた。なお標準試料は，電気炉ダストを構成している
グラファイト，炭酸カルシウム，酸化亜鉛及びそれら 3 種を

表１

重量比 1:1:1 で混合した混合物(以下，混合物)の 4 種類とし

内径

42mm

た。

瓶の寸法

内部高さ

65mm

走査型電子顕微鏡（日本電子製 JSM-6601LV）で粒子の形

排出口中心までの高さ25mm状を観察し，EDS（日本電子製 JED-2201）でその成分を分

チューブ直径6mm*

栃木県産業技術センター 県南技術支援センター

３
３．１

結果と考察

電気炉ダストの性状をＸ線回折にかけたところ，グラファイトや炭酸カルシウム，
酸化亜鉛などが確認された。

図２に電気炉ダストの SEM 像を示す。提供された電気炉

図５に電気炉ダストの粒度分布を測定した結果を示す。10ダストは SEM 像から，50～100μm の大きな粒子，5～10

μm 付近をピークにした分布を示した。成分分析の結果では，μm の粒子及び 1μm の細かい粒子が混合された状態で構成

亜鉛はカルシウムと同程度存在している事から 1μm 付近のされていた。

粒子も多く存在しているはずだが，この分布ではあまり存在

図３に分粒試験前の電気炉ダストの EDS による成分分析

していない。この事から細かい亜鉛粒子は他の粒子に付着し結果を示す。電気炉ダストには C,O,Na,Al,Cl,Fe,Cu,Zn が含て大きな粒子を形成している可能性が高いと考えられる。

まれていて，主要な成分は C,O,Ca,Zn であった。

３．２

分粒試験

図４に電気炉ダストの SEM 像と Fe,Ca,Zn の成分分布を

図６に標準物質を用いたサイクロン方式による分粒試験示す。10μm 程度の大きな粒径は Ca を，2μm 程度の小さを行った際の時間毎の残留量変化を示す。グラファイトや炭く綺麗な球状の粒子が Fe を，1μm 程度の細かい粒子が Zn

酸カルシウムは時間と共に大部分が真空ポンプ側のトラッを主成分としていて，かつ別々に分布していた。それら

プへ吸引され，酸化亜鉛や混合物は大半が瓶 1 に残留した。
標準試料を用いた試験では，サイクロン方式による分粒は有効であった。

図２

電気炉ダスト SEM 像

図５

電気炉ダストの粒度分布

図３ 分粒試験前の電気炉ダストの EDS 分析結果

図６
図４

電気炉ダストの成分分布（左上：SEM 像

右上:Fe 左下: Ca 右下: Zn）

標準物質の分粒試験による残留量変化

図７に電気炉ダストを用いたサイクロン方式による分粒残留量が減り，その分トラップに吸引される量が増えていっ試験を行った際の時間毎の残留量変化を示す。瓶 2 と瓶 3 でた。その後，残留量の変化はほとんど無くなったので，このは，ほんど変化は生じていなかった。瓶 1 では，7 分までは方式では 5～7 分以上試験を行っても，大きな変化は起きなかった。また，瓶 3 の残留物は量が少なくて十分な分析ができなかったので，分粒試験前と分粒試験後の瓶 2 の残留物で成分の比較をした。
図８に分粒試験前の電気炉ダストと試験後の瓶 1～3 の残留物の SEM 像を示す。分粒試験前と分粒試験後の瓶 1～3で，炭酸カルシウムを構成していると考えられる中くらいの粒子も酸化亜鉛を構成していると考えられる細かい粒子も同様に残留して大きな変化はなかった。
図９に分粒試験前の電気炉ダストと試験後の瓶 2 の残留物との EDS による成分分析結果の比較を示す。どちらの結果

図７

電気炉ダストの分粒試験による残留量変化にも C,O,Na,Al,Cl,Fe,Zn が含まれていて，波形も大きな変化はなかった。
表２に分粒前と分粒後の瓶 2 の残留物で C と Zn について，定量分析した結果を示す。C 量については分粒により減少したものの，Zn 量は分粒前後で大きな差はでなかった。これは，酸化亜鉛粒子が炭酸カルシウム粒子に付着しているためと考えられる。なお，酸化亜鉛粒子は物理的な刺激では炭酸カルシウム粒子から容易に脱離しなかった。
４

おわりに今回提供された電気炉ダストの粒径は 10μm を中心に 1～100μm で分布しており，C,O,Ca,Zn を主成分としている。
C,Ca,Zn,Fe でそれぞれ粒径の異なる粒子が混合した形状である。
図８（左上：試験前

分粒試験前後の SEM 像
右上: 瓶１

左下: 瓶２

右下：瓶３）

電気炉ダストを主に構成しているグラファイト，炭酸カルシウム，酸化亜鉛の標準試料を用いてサイクロン方式による分粒試験をした結果，グラファイト，炭酸カルシウムでは大部分が真空ポンプ側のトラップに吸引されたが，酸化亜鉛の約 60%は瓶に残留した。標準試料を用いた試験では，サイクロン方式による分粒は有効であった。
電気炉ダストを用いてサイクロン方式による分粒試験をした結果，試験前後で亜鉛含有率はどちらも約 15%と大きな変化は無かった。これは，酸化亜鉛粒子が炭酸カルシウム粒
子に付着しているためと考えられる。なお，酸化亜鉛粒子は物理的な刺激では炭酸カルシウム粒子から容易に脱離しな
かった。

図９

分粒試験前後の EDS 分析結果比較（上：試験前下：分粒後）

参考文献
1)

表２

定量分析結果(株)三菱総研「省エネルギー型金属ダスト回生技術の開発に関する周辺動向」,9,(2001)

CZn

2) 中山,谷石: “新日鉄エンジニアリング技報”, Vol.2,25,(2011)3) 織田，茨木：”高温学会誌”,Vol.34,No.3,111-116,(2008)

分粒前

wt%

25.4

15.2

分粒後

wt%

15.2

16.3

4) 水藤，原：”川鉄製鉄技報”,Vol.32,No.4,312-317,(2000）

経常研究

画像解析による黒鉛球状化率測定に関する研究
阿部

雅*

渡部

篤彦 *

諏訪

浩史 *

Study on Measurement of Graphite Spheroidizing Rate by Image Analysis
Masashi ABE，Atsuhiko WATANABE and Hiroshi SUWA
画像解析のソフトウェアを用いた黒鉛球状化率測定結果は，演算方法としきい値に明確な指標がない
ことから，目視による測定結果と大きく異なることがある。そこで本研究では，目視による測定結果と同等な結果が得られる演算方法としきい値について検討を行った。その結果，本研究の試験条件では，黒鉛球状化率が未知の試料に対しＪＩＳの規定にある黒鉛球状化率 80%以上であるか否かを画像解析で判定する場合，演算方法を面積比，しきい値を 0.500 で黒鉛球状化率を測定すれば，目視による測定結果と同等の結果が得られることがわかった。
Key Words : 球状黒鉛鋳鉄，黒鉛球状化率，画像解析，自動測定

１

はじめに

２

球状黒鉛鋳鉄（以下ＦＣＤ）は，内部の黒鉛形状によって製品の性質が左右される

1)

２．１

研究の方法

試験片及び測定視野。そのため，ＦＣＤ

様々な黒鉛球状化率の試料を 50 個用意した。顕微鏡

製品の黒鉛形状の良否を判定する一つの指標として黒観察面はエメリー紙で粗研磨後，ダイヤモンド研磨剤

鉛球状化率があり，日本工業規格（以下ＪＩＳ）にも（粒度 9μｍ及び 3μｍ）で中仕上げ，アルミナ液体研

黒鉛球状化率が規定されている。

磨剤（粒度 0.05μｍ）で琢磨を行った。

ＪＩＳにおけるＦＣＤの黒鉛球状化率は，黒鉛形状

測定視野は，倍率 100 倍の顕微鏡組織観察においてによって I〜VI に分類した形状分類図を基に，顕微鏡

1 試料当たり 20 視野を任意の箇所で撮影した。また，組織観察で得た任意の視野内において，球状に近い形

黒鉛の輪郭が測定視野からはみ出している粒子（以下状（分類 V 及び VI）の黒鉛粒数 が全黒鉛粒数に占める周辺粒子）は，測定対象外とした。

割合を目視又は画像解析により求め，5 視野の平均値
が 80%以上であることとしている。
画像解析のソフトウェアを用いて黒鉛球状化率を測定する場合，黒鉛形態を数値化するための演算方法（表示法とも呼ぶ2)２．２

目視による測定方法

職員 5 人（測定者 1〜5）がＪＩＳに基づく手法で測定視野の黒鉛球状化率を求めた。

）と，黒鉛粒数をカウントするためのしきい値の組み合わせ次第で，目視による測定結果と２．３

大きく異なることがある。しかし，最適な演算方法と２．３．１

画像解析による測定方法
演算方法としきい値

しきい値の基準が明らかになっていない。そのため，黒鉛形態を表現する手段として，撮影した視野から画像解析を用いても，最終的に目視で黒鉛球状化率

測定可能なパラメータは，面積，周長，最大長などで80%以上か否かを確認することが多く，画像解析が有効あり，これらを用いた演算方法はいくつか提案されてに機能しているとは言い難い。

いる 3)。本研究では，その中から面積比と真円度の 2

そこで本研究では，目視及び画像解析の両方で黒鉛種の演算方法により，黒鉛形態の数値化を行った。

球状化率の測定を行い，それぞれの結果の差異から，

面積比 S は，黒鉛の最大長を直径とする円の面積で目視と同等な結果が得られる演算方法としきい値につ黒鉛面積を除した時の割合であり，図 1 に示す記号をいて検討したので報告する。

用いると S＝4A／πD 2 で表され，黒鉛形態が円の時 1となり，円から遠ざかるほど 0 に近い値となる。真円
度 K は形状係数とも呼ばれ，黒鉛面積と周長の関係式
K＝4π（A／P 2）で表し，黒鉛形態が円の時 1 となり，*

栃木県産業技術センター

県南技術支援センター

円から遠ざかるほど 0 に近い値となる。
しきい値は，上述の演算方法で求めた数値を用い，100

測定対象とする黒鉛形態がＪＩＳの分類 V 及び VI 相当

95

演算方法いずれの場合も，しきい値は 0 より大きく 190より小さい範囲の値を取る。
画像解析では，このしきい値を超える黒鉛粒数を全
黒鉛粒数で除して，黒鉛球状化率を測定した。

黒鉛球状化率％であるか否かの境界を定めるための値である。2 種の

85
80
75
70

P
65

P：黒鉛の周長
A：黒鉛面積

測定者３

測定者４

測定者５
A

B

D
図2

図1

測定者２

60

A

D：黒鉛の最大長

測定者１

C

D

E

F

G

H

I

J

K

視野
測定者 5 人による目視測定結果

100

黒鉛粒のパラメータ

95

測定に用いたソフトウェアは，演算方法としきい値を任意に変更可能な市販の黒鉛球状化率測定ソフトを使用し，二値化や周辺粒子除去などの画像編集も同ソフトを使用した。
２．４

比較検討に用いる視野

球状黒鉛鋳鉄の良否判定に画像解析を用いる場合，黒鉛球状化率が 80%近傍の測定視野に対して，目視と％ソフトウェア
黒鉛球状化率

２．３．２

90
85
80
75
70

測定者平均

65
60
A

B

同等な結果を画像解析で得られることが重要である。
そこで，目視と画像解析の比較検討に用いる視野が

図3

C

D

E

F

G

H

I

J

K

視野
目視測定結果の平均とばらつき

黒鉛球状化率 80%近傍となるよう，経験的に使用していた演算方法としきい値を用いて，用意した全測定視野の黒鉛球状化率を画像解析で測定し，70〜90%を示し

３．２

各演算方法でのしきい値の検討

た視野の中から 2%毎に 1 視野（70%,72%,74%,…,90%），

目視測定結果のばらつきが小さい 5 視野 C,E,G,I,K

計 11 視野（A〜K）を選び出し，これらを比較検討に用を用いて，目視測定結果の平均値と画像解析の測定結いる視野とした。

果の差が最小となるしきい値を各演算方法で求めた。
その結果，演算方法に面積比を用いた場合しきい値
３３．１

結果及び考察目視測定結果図 2 は測定者 5 人が目視で A〜K の 11 視野の黒鉛球状化率を測定した結果であり，その結果の平均値とばらつきを図 3 に示す。

0.500，演算方法に真円度を用いた場合しきい値 0.649の時に目視測定結果の平均値と画像解析の測定結果の差が最小となった。
図 4 は，演算方法に面積比を，しきい値に 0.500 を用いて A〜K の 11 視野の黒鉛球状化率を画像解析で測図 2 より，各測定者の測定結果の傾向はほぼ一致す

定し，図 3 上にプロットした結果である。同様に図 5

ることがわかり，図 3 より，相対的に測定者間で測定は，演算方法に真円度を，しきい値に 0.649 を用いた

結果のばらつきの大きい視野，小さい視野があること結果である。

がわかる。

図 4 より，演算方法に面積比を用いてしきい値 0.500で測定を行った時，黒鉛球状化率 80%近傍の視野 E〜H

100において，画像解析の測定結果が目視測定結果のばら95

つき範囲内となり，測定者の目視による測定結果と同黒鉛球状化率％90

等の結果が得られていると考えられる。

85

図 5 より，演算方法に真円度を用いてしきい値 0.64980で測定を行った時，画像解析の測定結果と目視測定結75

果の傾向はほぼ一致するが，黒鉛球状化率 80%近傍の視野 E〜H において，画像解析の測定結果が目視測定結

70

測定者平均

65

果より大きく下回る結果を出す可能性があることがわ

面積比

かり，球状黒鉛鋳鉄の良否判定に用いた場合，誤判定

60の要因となり得ると考えられる。

55
A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

４

視野

図4

画像解析測定結果（面積比，しきい値 0.500）

おわりに本研究の結果では，黒鉛球状化率が未知の試料に対しＪＩＳの規定にある黒鉛球状化率 80%以上であるか否かを画像解析で判定する場合，演算方法を面積比，100

しきい値を 0.500 で黒鉛球状化率を測定すれば，測定

95

者の目視による測定結果と同等の結果が得られること

黒鉛球状化率％90がわかった。

85

参考文献

80

1) 藤田忠男：鋳物 40(3)，日本鋳造工学会，152-156,

75(1968)

70

測定者平均

65

2) 井川克也：“球状黒鉛鋳鉄の基礎と応用”，丸善，

真円度(1992)

603) 井川克也：“新版球状黒鉛鋳鉄品の標準顕微鏡組

55
A

図5

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

視野
画像解析測定結果（真円度，しきい値 0.649）

織写真集”，日本強靭鋳鉄協会，12-13，(1996)

経常研究結城紬絣くくり及び糸つむぎ技術のビジュアル化したマニュアルの作成（第２報）
嶋田

和正*

金子

優*

永田

順子*

The Manual of the Kasuri Pattern Tying Process and Spinning Technique ofYuki‑Tsumugi with a Video (2nd Report)
Kazumasa SHIMADA，Masaru KANEKO and Junko NAGATA
結城紬の産地では生産者の廃業や高齢化が進む中で，生産技術の次世代への伝承が危ぶまれる状況にある。そのため後継者育成用の生産技術に関係する資料の作成が急務となっている。
本研究では，結城紬の生産技術のうち絣くくり及び糸つむぎ技術について，それぞれの作業内容をビデオ撮影することで映像資料の収集を行い，併せてそれらの技術要素の解析を行った。これらを基に結城紬の生産を担う熟練技術者の確保・育成するための絣くくり及び糸つむぎ技術のビデオマニュ
アルを作成した。
Key Words : 結城紬, 糸つむぎ, 絣くくり, マニュアル

１

はじめに

結城紬の生産技術は，国の重要無形文化財及び伝統２

的工芸品に指定されているだけでなく，平成22年11月

２．１にユネスコの無形文化遺産に登録されなど，国の内外研究の方法

撮影及び取材方法

絣くくりに関連する技術については，当支援センタ

１）から注目を集めている 。

ーが結城紬着尺の試作開発の一環として製作している

しかし，結城紬の産地では生産反数の減少，生産者

100亀甲飛柄及び100亀甲総柄の反物（平成２２年度との廃業や高齢化が進む中で，新たな後継者が不足し，

２３年度各１点づつ計４点）について設計図案を作成

技術の伝承が危ぶまれている。

し，それぞれの図案について，栃木県内の産地の織元

結城紬を代表する工程としては糸つむぎ，絣くくり，4名に絣くくりを依頼して，その作業風景をビデオ撮影

地機による製織等があげられるが，これらはすべて手した。絣くくりを依頼した産地の織元4名は結城紬の染作業で行われ，いずれも熟練した技術によって裏付け

色部門（絣くくり）の伝統工芸士で熟練した技術者でられている。

ある。産地織元が行っている絣くくりに必要な下拵え

それらを支える高度な技術の習得には長い年月を必から絣くくり，絣合わせまでの一連の工程についてビ要とするため，後継者の育成には多くの時間が必要とデオ撮影し映像資料として収集した。

なる。

糸つむぎについては結城紬の製糸部門の2名の伝統工

しかしながら，産地における技術の伝承方法は作業

芸士が，栃木県主催の糸つむぎ講習会（小山市東出張

現場において直接指導するという口伝による場合が多所，下野市公民館）で実演指導している様子をビデオいため，産地には生産技術に関する詳細な文献は見ら撮影し映像資料として収集した。

２）

れない 。

その他に絣くくり及び糸つむぎ技術でマニュアル作

本研究では結城紬の産地において糸つむぎ，絣くく成に必要と思えるものについては当支援センターにおりの作業内容をビデオ撮影し，併せて熟練技術者の持いてもビデオ撮影し映像資料とした。

つ技術要素について調査・解析を行った。これらを基また，取材にあたって作業工程におけるコツや勘どに後継者育成のための資料とするべきビデオマニュア

ころといったノウハウに関係する事項については，予ルを作成した。

め質問票やアンケート用紙を用意するというのではな* 栃木県産業技術センター

紬織物技術支援センター‑ 1 ‑く，作業現場おいて撮影しながらその都度質問すると資料 とした。これらを基にビデオの製織技術のマニュいう会話方式で行った。

アルを作成した。

撮影に用いたビデオカメラは，ハンディタイプのソ

な お，これら工程の内，染色及び脱色に関係するもニーデジタルカメラDCR‑TRV70Kである。

のは ，織元ではなく専門の染色業者が行うので除外し

２．２

た。

編集

編集にあたって，工程ごとにその作業の持つ意味,注

ま た，薄糊付け，管巻，よこ管巻工程のように平成

意点及び動作等について解説するナレーションや字幕

21年度作成した「結城紬製織技術のビジュアル化した等を挿入した。ナレーション・字幕等では産地での表マニ ュアルの作成」の下拵え工程と内容がほぼ重複す

現（言葉や名称等）を尊重した。

るものは今回は作成しないこととした。

なお，ビデオマニュアル作成にあたっては，産地に今 回作成した絣くくりに関連するマニュアルは，図おいて新たに結城紬の絣くくりや糸つむぎを目指す後

1の 工 程 の 内 枠 を 塗 り つ ぶ し た 絣 糸 延 べ ， た て 枠 巻 付

継者の参考となるように編集した。

け ， 墨 付 け ， 絣 く く り ， 絣 合 わ せ ， 揚 返 し の 6工 程 で編集はパソコンで行い，用いた編集ソフトはコーレある。

ル㈱Ulead Videostudio12である。

ま た，図１の工程で作業内容が少なく他の工程と併せて 説明した方が分かりやすいと思われるものについ３
３．１

結果及び考察ては ，特に項目立てせず，それぞれ関係する工程の中

絣くくり技術マニュアルの作成にま とめた。例えば，絣糸の手配は絣糸延べの工程，

産地で行われている絣くくりの工程の主なものを図

小割 は絣合わせの工程，よこ糸張りは墨付の工程，よ１に示す。

こ糸 たぐりは揚返し工程とした。作成したマニュアルの工程タイトルを図２に示す。

図1

絣くくりの主な工程

絣糸の延べ方経枠への巻き付け方（絣糸延べ工程）（経枠への巻付工程）

墨の付け方

絣のくくり方（墨付工程）（絣くくり工程）

柄の合わせ方絣糸の揚げ方（柄合わせ工程）（揚返工程）

図2
産地で撮影した映像資料は工程ごとに編集し，映像‑ 2 ‑作成したマニュアルのタイトル

結城紬の産地で行われている絣くくりは大きく分け

さらに，使用する目的に合わせてマニュアルを編集て口くくりと手くくりがある。今回作成したマニュア

し直すことで，結城紬の高度な生産技術を具体的にＰ

ルでは主に縛り糸である綿糸を口でくわえて絣糸をくＲする資料としても活用する予定である。

くる口くくりを中心に説明した。

また，平成21年度に作成した「結城紬製織技術のビ

今回取材した結果及び産地織元への聞き取り調査結

デオマニュアル」と本研究で作成した「絣くくりと糸果では，本場結城紬の生産技術が国の重要無形文化財

つむぎのビデオマニュアル」により，重要無形文化財

や伝統的工芸品として指定されていることもあり，産及び伝統的工芸品の指定要件である三つの技術のマニ

地では絣くくりは綿糸を使って手でくくるという昔なュアルが揃うことになり，結城紬の製作技術について

がらの技術を踏襲している。その一方で結城紬の熟練

系統的な技術指導ができるようになる。

した技術者は，より良いもの，よりが能率的になるよ謝

うにそれぞれが使用する器具や作業内容を様々に創意辞本研究を行うにあたって絣くくり及び糸つむぎ技術

工夫し，改善することで絣くくりを独自の技術としてについての御指導及びビデオ撮影に御協力いただいた

進化させていることが分かった。

栃木県内の伝統工芸士の皆様に感謝の意を表します。

産地織元が行っているこれらの様々な方法については補完的な資料として極力マニュアルに取り入れるこ

参考文献

とにした。
３．２

糸つむぎ技術のマニュアルの作成

1)

ター研究報告糸つむぎの作業は袋真綿を「つくし」と呼ばれる産地特有の台に絡ませて，その端から繊維を手で引き出

2)

し，唾を付けながら捻って糸状にし，これを「おぼけ」と呼ばれる桶に入れて作る。糸つむぎの作業は動作的にはこれだけであり，絣くくりのように様々な工程がないので，マニュアルは１つとした。
作成したマニュアルのタイトルを図3に示す。

図3

糸つむぎのマニュアルタイトル

糸つむぎ技術のマニュアルでは糸つむぎ時に起きやすい糸切れ，つむいだ糸の太さ斑への対応等のトラブ
ル対策など作業初心者にも分かりやすい内容となるようにした。
４

嶋田和正，金子おわりに本研究で作成した絣くくり技術及び糸つむぎ技術のビデオマニュアルは産地における後継者育成のための技術資料として活用する予定である。

‑ 3 ‑

嶋田和正，金子ター研究報告優，永田順子：栃木県産業技術セン
8,(2011)
優，永田順子：栃木県産業技術セン
7，（2010）

経常研究

益子焼伝統釉の陶磁器顔料を用いた多色化
佐伯

和彦*

塚本

準一*

村沢

清*

興野

雄亮*

Multi‑Coloring of Traditional Graze on Mashiko Ware
Kazuhiko SAEKI，Junichi TUKAMOTO，Kiyoshi MURASAWA and Yusuke KYOUNO
近年の消費者ニーズの多様性に対応するため益子焼においても素材，デザイン等においてさまざまな試みが行われている。本研究では，陶磁器の装飾材料である顔料について，県内産のアロフェン及び関白カオリンを主原料とした検討を行った。その結果，これらの原料中のアルミナ分を有効に活用されたスピネル構造を有した顔料の合成が可能となり，数種の色に発色した顔料が得られた。
Key Words: 顔料，アロフェン，関白カオリン，スピネル

１ はじめに陶磁器釉は，陶磁器の表面を装飾するものとして用いられている。益子焼では，柿釉のように落ち着いた雰囲気の釉が伝統的な釉として用いられてきた。

件は 1200℃に２時間保持した後，放冷とした。
２．２ 測定方法
原料及び調整した顔料の熱特性は，ブルカーエイエックス製
熱分析装置 TG-DTA2000 を用いて大気中，昇温速度 10 ℃ / 分

昨今では，生活様式の変化や消費者ニーズの多様化により，で測定した。得られた粉末は，リガク製粉末 X 線回折装置

伝統的釉に変化を与えたり，多彩な色釉を用いて，これらの需RINT-2100 を用いて結晶相の同定を行った。また，合成した顔要に応えようとする試みがなされてきた。

料の色彩測定は日本電色工業製 ND-300A を用いて行った。

色釉は，透明釉に発色のもととなる金属を添加して色付け
mass%

表１ 原料の組成したものである。また，陶磁器の彩色材料の代表的なものとして顔料がある。素地に混ぜて色素地，下絵具，上絵具，釉に混

サンプル

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

K2O

Ig.Loss

ぜて色釉等，多様な彩色材料として使用されている１）。

45.9

40.8

‑

‑

0.2

13.0

本研究では，陶磁器の装飾材料である顔料について，県内産

関白
カオリン

のアロフェン及び関白カオリンを主原料とした検討を行った。

アロフェン

34.7

31.4

2.3

0.5

0.6

30.4

これらの原料はアルミナの含有量が高いことから，アルミナを構成成分としたスピネルの顔料の有効な材料となりえる２）,３）,４）。スピネル系の顔料は化学的安定性が高く顔料として幅広く利用されている。そこで，アロフェン，関白カオリン及び種々

３ 結果及び考察
３．１ 使用原料
表 1 に使用した関白カオリン及びアロフェンの組成を示した。

の金属酸化物と調合してスピネル顔料の合成について検討し量試料ともシリカ及びアルミナが主成分である。アロフェンにた。

は少量の酸化鉄を含有し，後述するように顔料の色に影響する。
図１に関白カオリン原料単独の熱分析を示した。約 500℃に
２ 研究の方法

２．１ 使用原料

構造水の脱水，その後に非晶質となった構造の結晶化が約900℃に確認できる。
熱分析における熱特性は一般的にみられる

表１に原料として用いた関白カオリン及びアロフェンの組成

カオリンと同様である。図２にカオリン及び酸化コバルトをスを示した。アロフェンは栃木県から産出した鹿沼土を水ひ精製

ピネルの組成に調整混合した試料の熱分析結果を示した。約し砂分等の不純物を除いたものを用いた。

500℃にカオリンの構造水の脱水が確認できる。約 940℃に吸熱

青色顔料は CoAl2O4，茶色顔料は Zn(Al1/3Cr1/3Fe1/3)2O4，黒色顔ピーク及び重量減少がみられる。これは酸化コバルトの原料中

Co2/3Zn1/6Mn1/6(Al1/3Cr1/3Fe1/3)2O4 ， 緑 色 顔 料 はに少量含有している Co2O3 の分解と考えられる。約 990℃の発熱

料 はZn(Al1/3Cr2/3)2O4 とスピネルの組成になるように乳鉢を用いて混合した。ZnO, CoO, Cr2O3, Fe2O3, MnO2 は試薬を用いた。焼成条＊

産業技術センター 窯業技術支援センター

ピークは，結晶化したスピネルの生成と考えられる。
熱分析の結果，約 1000℃以上でスピネルが生成することから，

TG
(%)

DTA
(μV)

0.00

ム及び酸化鉄がクリストバライトの結晶化の抑制に影響したものと推測される。カオリン原料顔料の方は酸化クロムの回折ピ

60.00

‑5.00

‑10.0040.00

ｶｵﾘﾝ原料‑15.0020.00‑20.00

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

図１ 関白カオリンの熱分析結果
ｱﾛﾌｪﾝ原料

TG
(%)

DTA
(μV)

100.00
60.00
95.00

40.00

90.00

図３ 青色顔料の XRD 測定結果

85.00
20.00

表２ 顔料の測色結果

80.00
200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

図２ 関白カオリン及び酸化コバルトの調整物の熱分析結果

No.

L*

A*

B*

1

34.9

‑12.3

‑15.0

2

41.8

‑13.5

‑27.4

生成反応をより進めるために焼成温度は 1200℃とした。アロフ

3

28.5

12.0

18.1

ェンにおいても同様な熱特性を示したため，同じ焼成条件とし

4

31.3

13.3

20.7

た。

5

14.5

‑1.0

3.6

青色の顔料の合成について，図３にアロフェン，関白カオリ

6

15.1

‑0.8

3.1

ン及び酸化コバルトをスピネルの生成する組成に調整して得ら

7

45.0

‑2.6

17.0

8

54.2

‑11.0

15.4

れた生成物の XRD 図を示した。両試料ともスピネルとクリスト
バライト(SiO2)の回折ピークが認められる。したがって，関白
カオリン及びアロフェン中のアルミナは，ほぼスピネルの生成に寄与し，他のアルミナを成分とした生成相はほとんど生成しなかった。

ｶｵﾘﾝ原料

表２にアロフェン原料顔料(No.1)及び関白カオリン原料顔料(No.2)の測色結果を示した。外観は，アロフェン原料顔料の方が少し暗い青色であるが，測色結果においても，L*が小さく暗い青であることを確認できる。アロフェンに含有される鉄分の影響と考えられる。

ｱﾛﾌｪﾝ原料

図４に茶色顔料の生成物の XRD 図を示した。アロフェン原料の方はスピネルが主成分で，クリストバライト(SiO2)の回折ピークがわずかに認められる。また，青色の顔料では，原料中のシリカ成分はクリストバライトに結晶化したが，茶色の顔料合成について，アロフェン原料の方はクリストバライトの結晶化はわずかであり，
カオリン原料ではほとんど結晶化しなかった。
この要因は明らかでないが，顔料の原料に加えられた酸化クロ

図４ 茶色顔料の XRD 測定結果

ｶｵﾘﾝ原料

X=0.2
ｱﾛﾌｪﾝ原料

X=0.5

X=1
図５ 黒色顔料の XRD 測定結果

図７ Zn(1‑x)CoxAl2O4 の XRD 測定結果
ｶｵﾘﾝ原料

表２にアロフェン原料顔料(No.5)及びカオリン原料顔料(No.6)の測色の結果を示した。2 つの顔料の外観とも同等な黒色をしているが，表 2 のとおり，測色結果においても同様な値であった。
図６に緑色顔料の生成物の XRD 図を示した。アロフェン及びｱﾛﾌｪﾝ原料

カオリン原料ともスピネルが主生成物で，茶色顔料の場合と同様に反応性の小さい酸化クロムの未反応物が確認できる。クリ
ストバライトについては，茶色の顔料の生成物と同様に，カオ
リン原料の方は生成せず，アロフェン原料の方はわずかに結晶化し，クリストバライトの生成が抑制されていることが確認できる。さらに，アロフェン及びカオリン原料の両方の生成物と図６ 緑色顔料の XRD 測定結果

もに，原料中のシリカ及びアルミナの反応生成物であるムライトがわずかに生成していることが確認できる。

ークがみられるが，酸化クロムは安定性が高いため，全て反応

表２にアロフェン原料顔料(No.7)及びカオリン原料顔料

せず少量残ったと考えられる。したがって，アロフェン原料の(No.8)の測色の結果を示した。他の色の顔料の場合と同様に，方が反応の良く進んだ結果となった。

含有鉄の影響によってアロフェン顔料原料の方が暗い緑である

表２にアロフェン原料使用顔料(No.3)及び関白カオリン原料が，測色結果においても同様な結果であった。

使用顔料(No.4)の色の測色の結果を示した。色の外観は，アロ

図７に青色顔料のスピネルの組成式 Zn(1‑x)CoxAl2O4{X=0.2,

フェン原料顔料の方が黒色を帯びている。測色の結果において0.5,1} になるようにスピネルのCo及びZn の組成比の異なる生*も，L の値が低く黒色方向の値となっている。アロフェンに含成物の XRD 測定結果を示した。Co 単独と組成比を変えた 2 種に有される鉄分の影響と推察される。

ついて，ほぼ同様な回折パターンであり，スピネル及びクリス

図５に黒色顔料の生成物の XRD 図を示した。アロフェン及びカオリン原料の生成物共にスピネルが主生成物で，クリストバ

トバライトの生成が確認できる。つまり，Co と Zn はスピネルの構造中に共に固溶した顔料が得られた。

ライトがわずかに結晶化した。茶色顔料の生成物では未反応のCo と Zn の組成比を変えて得られた生成物の測色結果を表３

酸化クロムが残ったが，未反応物は残らず全て生成物の反応にに示した。外観は，アロフェン原料及びカオリン原料とも Co使われた。また，クリストバライトの結晶化は茶色顔料の場合と単独と Zn：Co＝１：１の顔料を比較すると後者の方が明るいと同様結晶化が抑制された。

青色であるが，測色の結果においても，L* が大きい値を示し

表３ Zn(1‑x)CoxAl2O4 の測色結果
No.

組 成

L*

a*

b*

1

Co

34.9

‑12.3

‑15.0

Zn0.5Co0.5

29.5

‑10.8

‑13.9

3

Zn0.8Co0.2

42.6

‑10.8

‑16.6

4

Co

41.8

‑13.5

‑27.4

Zn0.5Co0.5

36.6

‑9.0

‑30.9

Zn0.8Co0.2

47.0

‑5.2

‑36.3

2

5

ｱﾛﾌｪﾝ原料

ｶﾛﾘﾝ原料6ていることから，明るい青色が得られたことが確認できる。
４ おわりに県内産のアロフェン及び関白カオリンを主原料に用いてスピネル構造を有した顔料について検討を行った。
青色，茶色，黒色及び緑色について得られた顔料は，スピネ
ルが主構成鉱物であった。また，アロフェン及び関白カオリン
中に含有されているアルミナ成分は，ほとんどスピネルの生成に寄与しその他の相の生成はわずかであったことから，アロフ
ェン及び関白カオリンはスピネル系顔料の有用な原料となることが明らかとなった。
アロフェンは鉄分を含有するため，関白カオリンを原料に用いた顔料に比べて，全てにおいて暗い方向の明度が低い色を有した顔料が得られた。
参考文献
1) 伊藤征司郎編，”顔料の辞典”，p213-214，朝倉書店，(2000).
2) 高嶋廣夫著，”陶磁器釉の科学”, p241-243, 内田老鶴圃，(1994).
3) Z.-Z. Chen, E.-W. Shi, W.-J. Li, Y.-Q. Zheng, N.-C.Wu, and W.-Z.
Zhong,, J. Am. Ceram. Soc.,p2949-2955, 85 (2002).
4)Z.-Z. Chen, E.-W. Shi, Y.-Q. Zheng, B. Xiao, and J.-Y. Zhuang, J.
Am. Ceram. Soc., p1058-1060, 86(2003).

経常研究

牛における体温の非接触的測定技術に関する研究（第２報）
上 野

貴 明 *

枝 野

龍 之 *

訓 子 **荒 井

野 沢

久 夫 **

Studies on Wireless Measurement Technology of Cattle Temperature（2nd Report）
Takaaki UENO, Tatsuyuki EDANO, Noriko ARAI and Hisao NOZAWA
家畜の体温をモニターすることは，疾病管理を行うために有効な手段である。しかし，固体の大きい牛の体温の測定では，保定設備を使用しなければ少人数での捕捉は不可能である。特に生産者が高齢化している現状では，疾病に対する対応が遅れ，事故の増加による経営悪化が懸念される。本研究はH22〜H23年度の2年間，畜産試験場と共同で，疾病の早期発見による事故率低減を目的とし，個体を捕捉す
ることなく，また性別に関係なく体温を計測できる技術開発を行う。本年度では，温度センサモジュー
ルの改良，体温モニタリング用サーバの構築，データ通信手段の確立について行ったので報告する。
Key Words : 牛 体 温 ， 非 接 触 ， 温 度 セ ン サ

２ 研究の方法

１ はじめに
家畜の体温測定は，健康管理を行う有効な手法の１つと２. １ 牛体温測定用センサモジュールの再検討して農家で行われている。しかし体温測定では，個体を捕本年度は牛舎での運用を目標とする。よって，昨年度の牛捉し，一定時間静止させなければならない。牛など大きな体温測定システム用センサモジュールの送受信機で問題と固体になると，保定設備を使用しなければ少人数での捕捉なっているサイズ，通信距離を再検討する。

は不可能である。一方，生産者が高齢化している現状では，試作で使用した電子部品と無線通信を見直し，低電圧で駆牛体の捕捉が重労働となり体温測定が疎かになる。これに動できるよう回路を検討する。特に試作受信機では，温度伴い，疾病への対応が遅れ，口蹄疫など事故の増加に繫が確認を行う必要があったためLCDを使用したが，本年度はり，農家の経営悪化も懸念されている。そこで疾病の早期温度データをサーバに送信するのでLCDを必要としない。

発見による事故率の低下を目的とし，H22〜H23年度の2年

２. ２ 体温モニタリング用サーバの機能
センサモジュール（送信機）から受信した牛体温データ

間，県畜産試験場と共同で研究を行う。
体温測定に伴う牛体捕捉の労力を軽減するため，非接触を事務所で監視するためのサーバを構築する。必要な機能

での体温測定を検討する。現在の技術では赤外線を利用しは，たサーモグラフィによる非接触的体温測定も考えられるが，・受信したデータをサーバに取り込む。

非常に高価な機械であり，生産現場での利用は困難である。

・

牛体温データを保存しデータベース化する。

よって，非接触的体温測定を安価で性別に関係なく行える

・

データベースの情報を用いてWebページを作製する。

牛体温測定システムの技術開発を目標とした。

・

事務所PCで牛体温情報のWebページを閲覧する。

昨年度の研究により，牛体温を測定する温度センサモジ
ュールの送信機と受信機を試作した。本年度は牛舎における運用を視野に入れ，センサモジュールの改良と牛舎に設となる。以上の条件を満たすサーバ構築を検討する。
２. ３ 事務所と牛舎間のデータ通信手段
事務所と牛舎の間には通信インフラが整備されていない。

置する体温モニタリング用サーバの構築，また事務所から

そこで，事務所と牛舎間の通信手段を検討し，畜産酪農研

牛舎までの通信インフラが整備されていないため，データ

究センター芳賀分場内にLANを構築する。

通信手段の確立について検討を行った。また，畜産酪農研

無線LAN親機を事務所に設置し，ネットブックを用いて場

究センター芳賀分場では，春，夏，秋，冬の季節における内の通信範囲を確認しつつ，無線LAN中継機を設置すること

牛の体温を測定し，外気温と牛の体温の関係について検討

で牛舎までの通信経路を確立する。

した。
* 栃木県産業技術センター 機械電子技術部** 栃木県畜産酪農研究センター 芳賀分場

２. ４ 季節における牛体温の比較測定できた。試作品と比較するとサイズが約1/10に小型化，通（畜産酪農研究センター芳賀分場）

信距離は約5倍に延長，5V駆動から3V駆動に改良された。

水銀体温計及びセンサモジュールを用いて，春夏秋冬の受信機はRS232Cシリアル通信ポートを備えており，受信し各季節における体温を測定し，外気温と牛の体温との関係

た温度データをパソコンに転送する仕様となっている。

について検討した。測定方法は，水銀体温計を用いた直腸内体温，センサモジュールを用いた尾根部及び直腸内体温

３. ２

体温モニタリング用サーバの構築

機能の検討結果を表２に示す。本サーバではWindowsをベースとしたWAMP環境を構築した。

の３方法とした。
表２

必要な機能

検討結果

データの取り込み

JavaプログラミングによりRS232C

３ 結果および考察
３. １ センサモジュールの改良

モニタリング用サーバの検討結果

シリアル通信からのデータを受信改良したセンサモジュールの送信機，受信機を図１に，し，データベースに保存する。

主な変更点を表１に示す。
データベース化

オープンソースデータベースであるMySQLを実装し，日時と体温を管理する。

Webページの作製

サーバサイドスクリプト言語であるPHPを利用し，データベースの情報を取り出す。

牛体温情報の閲覧

オープンソースのWebサーバソフト
ウェアであるApache HTTP Serverを実装し，作製したWebページを公
開する。

図１

改良したセンサモジュール（左：受信機，右：送信機）
使用したソフトウェアは全てフリーウェアである。
センサモジュール（受信機）から転送されるデータは，
表１

センサモジュールの変更点

部品
無線モジュール

マイコン

温度センサ①

表示機②

変更前

RS232C経由でサーバに取り込む仕様とする。よってJavaプ
変更後

ログラミングでシリアル通信を行うためにJava Communicﾅﾋﾞｼｽﾃﾑ

ﾊﾟｲｿﾌﾄﾗﾌﾞ

ations APIと互換性を持つRXTXライブラリを使用した。受微弱無線 315MHz

特定小電力 2.4GHz

信機からの転送データは，ハイパーターミナルによるシリ

NVT200B① NVR220②

RFS24N1C-05-A

アル通信で確認した。

Microchip Technology

Microchip Technology

PIC16F877A

PIC16F688構築する。MySQLで作成したフィールドの設定を図２に示National Semiconductor

Analog Devices

す。

LM35DZ

TMP37

Sunlike Display Techなし

受信した温度データはMySQLに保存し，データベースを

SC1602BS-B
三端子

National Semiconductor

ﾄﾚｯｸｽｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀ

レギュレータLM2940CT-5.0

XC6202P332TB

基準電圧IC

National Semiconductor

National Semiconductor

LM336Z2.5

LM385Z1.2

9V電池

単5電池①

電源

ｽｲｯﾁﾝｸﾞｱﾀﾞﾌﾟﾀ3V2A②①：送信機のみの部品②：受信機のみの部品改良の結果，サイズを50mm×50mm×20mm，通信距離を50ｍに改善し，電子回路を低電圧の3V駆動にすることが

図２

MySQLのフィールド設定

MySQLのデータを元に，PHPを用いてWebページを作製する。表示データは日付と温度データとした。Apacheを起動し，localhost経由でWebページを確認した。作製したWe
bページを図３に示す。

関係数は，慣行法で0.57，センサ直腸で0.72，センサ尾根
で0.74であった。いずれの測定部位・方法においても，外気温と体温との間に正の相関がみられた（図７~９）。

図３ PHPにより作製されたWebページ
３. ３

データ通信手段の確立

畜産酪農研究センター芳賀分場内にLANを構築する。
事務所に設置する無線LAN親機としてBUFFALO製WHR-HP-G300N，中継機（リピータ）としてBUFFALO製WLA

図６

慣行法とセンサ（尾根）による体温の関係

E-AG300Nを設置した。地上では樹木や建物等の障害物が多く，中継機が複数必要となった。これでは，通信障害が発生した場合に原因追求が複雑になる。よって事務所二階と牛舎の屋根裏との空間を繋ぐこととした。
事務所と牛舎の直線距離約200mをBUFFALO製WLE-2D
A指向性アンテナを用いて通信した結果，pingによる通信を確認した。Pingによる通信結果を図４に，芳賀分場におけ

図７

外気温と牛体温（慣行法）の関係

る事務所，牛舎間の通信経路を図５に示す。

図４

図８

外気温と牛体温（センサ直腸）の関係

図９

外気温と牛体温（センサ尾根）の関係

Pingによる無線LAN親機との通信確認

４ おわりに
昨年度のセンサモジュールを改良し，サイズを約1/10に小型化，通信距離を約5倍に延長，回路を3V駆動に改善した。
体温モニタリング用サーバを検討した結果，JAVAプログ
ラミングによるシリアル通信とWAMP環境の構築により，体温データのデータベース化と体温データ表示用Webペー
図５

事務所と牛舎間の通信経路設定

ジの作製が可能となった。
無線LANを用いて畜産酪農研究センター芳賀分場内にL

３. ４

牛体温の測定結果

慣行法での直腸内体温とセンサによる尾根部体温とは正の相関（0.51）があった（図６)。外気温と牛体温の相ANを構築したことで，牛舎サーバにあるWebページを事務所PCで確認した。

謝

辞

本研究の実施において御指導・御助言を頂きました宇都宮大学大学院教授 尾崎功一先生に深謝いたします。
参考文献
1) 内村 誠，松岡 恭二，武石 秀一 他：〝大分県家畜保健衛生並びに畜産関係業績発表会集録>大分県農林水産部，
Vol.58，P102-104，(2009)2) ㈳計量管理協会

編者：〝温度の計測>㈱コロナ社，(1988)
3) 後閑哲也：〝PICで楽しむネットワーク接続機器の自作>㈱技術評論社，(2008)

経常研究

漬物加工用原料に求められる規格・品質に応じた野菜生産技術の確立
前野 優哉*

筒井達也*

渡邊 恒夫*

佐藤

隆二**

奥野

裕子**

吉田

剛**

Study of Vegetable Cultivation Technique for Satisfying the Standard and Quality Demanded
as Ingredients for Pickles Processing
Yuya MAENO, Tatsuya TSUTSUI, Tsuneo WATANABE,
Ryuji SATO, Yuko Okuno, and Tsuyoshi YOSHIDA
シ ョウガ原 料につい て，収穫時 期やかん 水停止時 期等栽培条 件を変え ることに よって収量 に差が表 れた。さらに ，機能性成分含 有量やテクス チャーに差がで ることを確認 し，評価した。 また，
試作 漬物加工 品について も試験し た。試作 加工品の官 能試験を 行い，収 穫時期の異 なる原料 で差が表れた。
Key Words :ショウガ，栽培条件，漬物，機能性成分，テクスチャー

１

２．１．２

はじめに

処理区

栃木県内には漬物製造業が多く，野菜漬物製造出荷

シ ョ ウ ガ 原 料 に つ い て は 平 成 23年 9月 27日 ， 10月 18

額 は 約 248億 円 で 全 国 3位 １ ） で あ る 。 ま た ， 品 目 別 に

日 ， 11月 8日 に 栃 木 県 農 業 試 験 場 で 収 穫 し た も の を 用

見ると，ショウガ，ラッキョウの出荷額が全国屈指でいた。さらに，それぞれの収穫時期において，かん水ある。ショウガにはジンゲロール等辛味成分が含まれ停止時期を収穫日から30日前まで，15日前まで，収穫ており，抗炎症作用や抗酸化性２）など食品機能性を直前までの3区分，計9処理区に分けた。

示すことが知られている。しかし，漬物原料は価格等２．２の理由で輸入野菜が多く使われており，さらに近年は

２．２．１

漬物消費量が減少していることから新たな消費拡大のために更なる高付加価値化が求められている。
そこで，本県産の漬物原料野菜を活用した高品質漬

分析方法
試料

それぞれの栽培処理区について，ショウガ原料と原料を株式会社シオダに下漬け，及びガリに加工したものを試料とした。下漬け，及びガリにそれぞれ試作加物と原料の生産技術の開発・分析・評価を行い，オー工したものを図1に示す。

ルとちぎブランド漬物の生産拡大を目指すことを目的

２．２．２に，本研究を行ったので報告する。

機能性成分（6-gingerol）

6-gingerol分析用試料として，若い塊茎を使用した。
原料及び試作漬物加工品の前処理として，ホモジナイ

２
２．１

研究の方法

試料

２．１．１

ズした試料を0.1g採取し，メタノール15mL加え10分間
超音波 抽出し た。3,000rpmで30分 間遠心 分離後 ，上 清

栽培条件

畝間80cm，株間30cmで平 成23年4月26日に定植した 。

を0.45 mフィルターでろ過したものを高速液体クロマ
トグラフィー（HPLC）用試料とした。

施肥は，基肥を窒素成分で2.0kg/a，追肥は中耕培土を兼ねて窒素成分で0.5kg/aず つを，7月25日，8月29日の2回に分けて行った。
ま た ， 地 下 15cmの 土 壌 が pF値 2.0以 上 に な っ た 時 点
で，10mm/回（10L/m2 ）かん水した。

***

栃木県産業技術センター 食品技術部
栃木県農業試験場 園芸技術部

図1

ショウガの下漬け及び試作加工したガリ

表1

表2

HPLC 分析条件

収量及び乾物率
収量
かん水停止時期(kg/10a)2304
収穫30日前2225
収穫15日前
2639
収穫直前
2713
収穫30日前3289
収穫15日前
4335
収穫直前
3639
収穫30日前4093
収穫15日前
4443
収穫直前

装置

日本分光社製 LC-2000 シリーズ

収穫時期

カラム

Crestpak C18T-5(4.0×10mm，4.6×250mm)

9月27日

移動相

A:0.1%ギ酸水溶液
B:0.1%ギ酸アセトニトリル溶液

グラジエント0min(30%B)→20min(90%B)→
30min(90%B)→35min(30%B)

流速0.5mL/min

カラム温度

40°C

注入量

10 L

収穫時期が遅いほど高くなる結果となった。

PDA 検出波長

280nm

３．２

10月18日

11月8日

乾物率
(%)
5.7
5.6
5.3
9.5
9.0
8.2
11.5
11.4
11.3

機能性成分（6-gingerol）含量

結 果 を 図3に 示 す 。 原 料 シ ョ ウ ガ に お け る6-gingerol
分析条件は飯島らの方法３）に準じて定量を行った。

含量は，収穫時期で比較すると11月上旬収穫で高かっ

測 定 条 件 を 表 1に 示 す 。 ガ ー ド カ ラ ム 及 び 分 析 用 カ ラ

た。しかし，かん水停止時期においては，収穫時期ごムとして ，日本 分光社 製Crestpak C18T-5（4.0×10mm，とにバラつきがみられた。試作加工品で比較すると，

4.6×250mm）を用いた。定量値は乾物換算した。

収穫時期が遅くなると若干多くなる傾向はあったが，

２．２．３

テクスチャー（破断応力）

かん水停止時期の違いで大きな差はみられなかった。

原料ショウガ及び漬物にした試作加工品の特性は，また，ショウガの機能性成分である6-gingerolは漬物にテ ク ス チ ャ ー ア ナ ラ イ ザ ー （Stable Micro Systems 社

加工すると，少なくなることが報告２）されているが，製 TA. XT plus） によ り測 定し， 破断 応力 （MPa） でそれを支持する結果となった。

評価した。測定条件は，ショウガ原料では塊茎を縦３．３10mm，横10mm，厚さ5mmに切断し，テクスチャー用

結 果 を 図 4に 示 す 。 破 断 応 力 に つ い て は ， 原 料 シ ョ

試 料 と し た 。 試 作 加 工 品 で は ， ガ リ を 5枚 重 ね た も のウガでは収穫時期が遅いほど高かったが，かん水停止

をテクスチャー用試料とした。直径3mmのステンレス

時期の違いによる差はなかった。試作加工品では収穫

プ ロ ー ブ を 用 い ， 繊 維 方 向 に 速 度 1mm/secで 90%ま で時期が遅いほど，また，かん水停止時期が早いほど高等速圧縮した。また，試験の様子を図2に示す。

くなる傾向にあった。

２．３

官能試験

特に，破断応力が高かった11月上旬収穫のショウガ

官能試験は，試作加工品について，外見，香味，肉質の 3 項目，それぞれ 5 点満点で評価した。
３
３．１

テクスチャー（破断応力）

原料については，繊維質が強く，スジっぽさが目立った。

結果及び考察収量，乾物率それぞれの栽培条件処理区における，収量及び乾物率の結果を表2に示す。収量は，栽植株数4166株/10aで算出した。収穫時期及びかん水停止時期が遅いほど，収量が多い傾向がみられた。また，乾物率については

図2

テクスチャー測定及び1cm角に切断したショウガ

図36-gingerol含有量

図4
３．４

テクスチャー測定結果

図5

官能試験

官能評価試験結果謝辞

官 能 試 験 の 結 果 を 図 5に 示 す 。 収 穫 時 期 が 遅 く な る

本研究を行うにあたって，ショウガを加工していたほど外見，香味，肉質全ての評価が低くなったが，かだき，ご協力を賜った㈱シオダ様に感謝の意を表しまん水停止時期の差は現れなかった。

す。

特に，収穫時期が遅いものほど，「スジっぽい」，「辛すぎる」など低い評価となり，乾物率結果やテク

参考文献

スチャー測定結果，及び辛味成分である6-gingerol含有

1) 経 済 産 業 省 経 済 産 業 政 策 局 調 査 統 計 部 ： 工 業 統 計

量試験結果を反映していた。

調査，平成21年確報品目編
2) 筒井達也, 伊藤和子：栃木県産業技術センター研究

４

おわりに

本研究では，収穫時期およびかん水時期の違いが収報告, 8, 92-94 (2011)3) 食 品 機 能 性 の 科 学 編 集 委 員 会 ：量やテクスチャー等に与える影響について検討を行っ学た。その結果，収穫時期が遅く，直前までかん水を行

1088 (2008)

うことで収量が増加することが明らかになった。また，収穫時期が遅くなるほど乾物率及び破断応力が上昇し，
硬 く な る こ と が 明 ら か に な っ た 。 機 能 性 成 分 （ 6gingerol） 含 有 量 は ， 11 月 上 旬 収 穫 で 高 く な る 傾 向 にあったが，かん水停止時期が6-gingerol含有量におよぼす影響については判然としなかった。
今後は本研究で得られた成果をもとに，農業試験場と協力し，目的に応じた栽培方法の普及を図っていく予定である。

食品機能性の科， 株 式 会 社 産 業 技 術 サ ー ビ ス セ ン タ ー ， 1086-

経常研究

新規酒造好適米の開発に関する研究（第１報）
佐々木

隆浩*

岡本

竹己*

山崎

周一郎**

Development of New Sake Rice of Tochigi(1st Report)
Takahiro SASAKI，Takemi OKAMOTO and Shuichiro YAMAZAKI
農業試験場で育成試験中のＴ酒３２，３３について製麹試験，小規模発酵試験，官能評価を行い品種間の酒米適性について検討を行った。製麹試験では T 酒３２，３３はひとごこちと比べ手触りが良好であったが，官能試験ではひとごこちよりも評価は劣っていた。また，精米試験により３品種を選抜し次年度試験へ進めた。
Key Words : 新規酒造好適米，精米試験，製麹試験，醸造試験

１

はじめに

年度試験に進めることとした。

近年地産地消の流れから県産米を用いた酒造りが増加しており，栃木県オリジナル酒造好適米に対する酒造企

表１

精米試験条件業の期待も年々高まっている。その中，新酒造好適米「とメーカー

ＳＡＴＡＫＥ

ちぎ酒１４」が栃木県の産地品種銘柄に指定され，県内

型番

ＴＭ０５Ｃ

各地で栽培されるようになった。しかしとちぎ酒１４は

ロール

＃６０

純米酒やレギュラー酒にも使用されるような酒米として

電圧

５０Ｖ

育種・選抜されたため，県内の大吟醸酒の原料米は主に県外産品種に依存している。そこで本研究では酒造メー

表２

精米適性評価方法

カーが待ち望んでいる高精白が可能な新規酒造好適米のみかけ精米歩合(%)＝白米重量(g)/玄米重量(g)×100

開発を目的に，昨年度精米試験により選抜した １）Ｔ酒３

真精米歩合(%)＝白米千粒重(g)/玄米千粒重(g)×100

２，３３について製麹試験，小規模発酵試験，官能評価

無効精米歩合(%)＝真精米歩合(%)－みかけ精米歩合(%)

を行った。また，精米試験により T 酒３５，３６，３７を選抜し次年度試験へすすめたのであわせて報告する。

２．３

製麹試験

製麹試験は当センターの麹室で箱麹法により行った。
２
２．１

研究の方法

次候補酒米

原料米は精米歩合５０％のＴ酒３２，３３を使用し対照としてひとごこちと一昨年度選抜した T 酒３０ ３）（平成

試料として農業試験場の圃場で栽培された平成２２年
度産の新品種酒造好適米候補６品種を使用した。また，対照試験として同圃場の五百万石，とちぎ酒１４，山田

２１年度産）を用いた。種麹はヒグチの「吟醸用ひかみ」
を用い白米１００ｋｇ当たり５０ｇ相当を使用した。浸漬時の吸水率は３０％を目標とし盛りは３０～３１℃，錦を用いた。

仲仕事は３５～３６℃，仕舞仕事は３８～３９℃，最高２．２

温度は４２～４４℃とし最高温度を１０時間以上保持後

精米試験

精米機はＳＡＴＡＫＥ製のテストミル（ＴＭ０５Ｃ）

出麹した。麹の品質評価は堀江らの方法 ４）により行った。

を使用し玄米試料５０ｇを精米試験に供した。精米条件
を表１に示す。

２．４

精米試験後のみかけ精米歩合 ２） ，真精米歩合，無効精

小規模発酵試験

製麹試験により製造した麹を用いて総米５ｋｇの小米歩合は表２のとおり算出した。また，本研究ではみか

規模発酵試験を行った。仕込み配合を表３に示す。仕込

け精米歩合５０％程度における精米試験後の白米の無効

みは酒母省略の酵母仕込みに準じ，添仕込みの汲み水に精米歩合５％未満を○，５％以上１０％未満のものは△，

酵母Ｔ－Ｓ（１０号系）をスラントから一白金耳で麹エ

１０％以上を×と評価し，評価が○のものについては次*

栃木県産業技術センター** 栃木県農業試験場

食品技術部

作物技術部

キス（Ｂｒｉｘ１０）に接種し２０℃で３日間静置培養

したものを約１０ ６/ｍｌとなるように加え，醸造用乳酸を汲み水１００Ｌあたり１１０ｍｌ加えた。添仕込みを
１３℃，踊りを１４～１５℃，仲仕込みを９℃，留仕込みを６℃とし踊りは２日間とした。留仕込み後室温を１
日１℃ずつ上昇させ１２℃一定とし，日本酒度±０を目安に遠心分離により上槽した。一般成分は国税庁所定分
析法 ２）グルコース濃度はグルコースＣⅡテストワコー（和光純薬），香気成分はヘッドスペースガスクロマト
グラフ法により分析を行った。
表３

仕込み配合

添
980
700
280
1500

総米（g）
掛米（g）
麹米（g）
汲水（ml）

仲
1600
1300
300
1800

留
2420
2000
420
3700

計
5000
4000
1000
7000

表４

次候補酒米の精米試験結果

品種系統名

みかけ
精米歩
合（％）

真精米
歩合
（％）

無効精
米歩合
（％）

○
△
×
○
○
○
△
△
△

山田錦
とちぎ酒 14
五百万石
よ８０
よ７５
よ７３
よ７４
よ７６
よ７９

48.8
44.0
49.3
49.6
48.7
48.6
49.4
46.7
43.8

53.5
52.5
59.4
51.0
50.7
53.3
54.6
52.7
51.9

4.7
8.5
10.1
1.4
1.9
4.7
5.3
6.0
8.1

３．２

製麹試験

評
価

図１に製麹試験により得た麹の品質評価結果を示す。
T 酒３２，３３は対照米のひとごこちに比べ総合力価や

２．５

官能評価

消化性，糖化性，グルコース比がほぼ同等であったが，第４６回栃木県清酒鑑評会県産米純米酒の部にて官能アミノ酸度がひとごこちに比べ低いことが示唆された。

評価を行った。審査員は関東信越国税局鑑定官や県内のまた T 酒３２，３３のさばけは良好に感じられた。T 酒

酒造技術者など１１名で行った。評価は３点法で行い優３２，３３に比べ T 酒３０のほうが総合力価やグルコー：１，劣：３とした。

ス比が高いことから高い製麹適性が予想された。

２．６

栽培性試験
総合力価
1.3

育成中の７系統については，農業試験場本場（宇都宮市瓦谷町）において，生産力検定に供試した。なお，

1.2

供試年は平成 19 年から平成 23 年までで，育成開始年

1.1

により供試年数は異なる。移植は，5 月上旬～中旬に，4 本植え，栽植密度は㎡あたり 22.2 株で手植えした。

T酒32

1

グルコー
ス比

真の消化
性

0.9

10a あたり基肥窒素は 4～6kg，追肥は出穂前 20 日に

T酒33

0.8

NK202 で 3kg 施用した。
ひとごこち

調査は，苗調査，生育観察（最高分げつ期，出穂期，成熟期），成熟期調査（稈長，穂長，穂数），形態諸
真のアミ
ノ酸度

特性（稈質，芒，粒着密度，ふ先色），諸障害（葉い

真の糖化
性

T酒30

もち，穂いもち，白葉枯，紋枯，縞葉枯），収量（全重，精籾重，玄米重，精米重，屑米重，千粒重），外図１

麹の品質評価観品質について実施した。
３．３
３
３．１

結果及び考察次候補酒米の評価と選抜

小規模発酵試験

一般成分および香気成分の分析結果を表５に示す。昨年度は夏の気温が例年に比べ高かったため，原料米に高表４に精米試験の結果を示した。６品種の次候補酒米

温障害が見られ全体的に米の溶解が悪くアルコール分が試料のうち，精米適性の良好な○の評価の試料から，３低かった。香気成分はＴ－Ｓ特有の酢酸イソアミル主体

品種の試料を選抜し T 酒３５，３６，３７とし次年度試の吟醸香が感じられたが，ひとごこちと比較して香りが験に進めることとした。

乏しい印象であった。

表５

一般成分および香気成分

T 酒 32

T 酒 33ある。玄米品質はやや優れる。

ひとごこち

Ｔ酒３５は，山田錦を母に，当場育成のＴ酒２５を父として 2005 年に交配した組合せの後代で，2011 年の世

酸度（ml）

1.6

1.3

1.5

代は F6 である。山田錦に比べて，稈長はやや短く，穂長はやや長い。玄米千粒重は同程度であるが，穂数は少

アミノ酸度
（ml）

1.1

0.7

1.0

日本酒度

+1.4

+2.7

+3.8

アルコール分
（％）

なく，収量はやや多い。玄米品質はやや劣る。
Ｔ酒３６は，Ｔ酒３５と同様の組合せで，2011 年の世
代は F6 である。山田錦に比べて，稈長はやや短く，穂長はやや長い。玄米千粒重は同程度であるが，穂数は少なく，収量は並である。玄米品質は同程度である。

15.9

15.4

15.6

Ｔ酒３７は，Ｔ酒３５と同様の組合せで，2011 年の世
代は F6 である。山田錦に比べて，稈長はやや短く，穂酢酸イソアミル(ppm)

2.3

カプロン酸エチル(ppm)

1.4

1.7

3.1

数は同程度で，玄米千粒重はやや小さい。収量はやや多い。玄米品質は同程度である。

1.1

1.8

以上より，有望と考えられた，Ｔ酒３０に栃木酒２４号，Ｔ酒３１に栃木酒２５号の地方番号を付した。また，
Ｔ酒３２，Ｔ酒３３，Ｔ酒３５は廃棄とし，Ｔ酒３６，

３．４

官能評価

Ｔ酒３７を継続検討とした。

Ｔ酒３２，３３に関してツワリ香や酸臭，酸が浮くとの評価が多く，原料米の溶解が悪いことが影響したと考

表６

栽培性試験

えられた。また，審査員１１名の平均点はＴ酒３２，３
３，ひとごこちはそれぞれ 2.7，2.8，2.3 であり，ひと
ごこちよりも評価は劣った。
３．５

栽培性試験

現在，育成試験中の各系統について，農業試験場における評価（栽培性）を以下の表６に示す。
Ｔ酒３０は，吟吹雪を母に，美郷錦を父として 2003
年に交配した組合せの後代で，2011 年の世代は F8 である。山田錦に比べて，やや早生である。稈長はやや短く，倒伏は少ない。穂数はやや少なく，玄米千粒重はやや小さいが，粒着はやや密で，収量は山田錦よりもやや多い。
心白発現がよく，玄米品質は優れる。

４

おわりに

農業試験場で育成試験中のＴ酒３２，３３について製Ｔ酒３１は，Ｔ酒３０と同様の組合せで，2011 の世代

麹試験，小規模発酵試験，官能評価を行い酒米適性につは F8 である。山田錦に比べて，やや早生である。稈長

いて検討を行った。製麹試験では T 酒３２，３３はひとはやや短く，倒伏は少ない。穂数は並だが，玄米千粒重

ごこちと比べ手触りが良好であったが，小規模発酵試験はやや小さく，穂長はやや短く，収量は山田錦並である。

や官能試験ではひとごこちよりも評価が劣った。来年度心白発現がよく，玄米品質は優れる。

以降も引き続き県農業試験場と協力して研究を進めていＴ酒３２は，当場育成のＴ酒１７を母に，美郷錦を父

く予定である。なお次候補米 T 酒３５，３６，３７につとして 2004 年に交配した組合せの後代で，2011 年の世

いては来年度玄米で３０ｋｇ以上の収穫が見込めること

代は F7 である。山田錦に比べて，稈長はやや短く，倒から製麹試験を行う予定である。また，一昨年度に選抜

伏はやや少ない。玄米千粒重は山田錦並で，やや多収でした T 酒３０，３１についてはスケールアップし６００あるが，玄米品質は同程度である。

ｋｇ程度の実地醸造試験を行う予定である。現在育成中

Ｔ酒３３は，Ｔ酒３２と同様の組合せで，2011 年の世の系統は稈長が長く倒伏しやすい山田錦に比べて，稈長

代は F7 である。山田錦に比べて，稈長はやや短く，倒はやや短く，耐倒伏性はやや改善されており，収量性は

伏はやや少ない。玄米千粒重は山田錦並で，やや多収で

山田錦並～やや多いことから，栽培性の面でも有望度が高いと考えられる。
参考文献
1) 佐々木ら：平成２２年度栃木県産業技術センター研究
報告，8，95-96(2011)
2) 注解編集委員会編： “第四回改正国税庁所定分析法注
解 ” 財団法人

日本醸造協会(1993)

3) 佐々木ら：平成２１年度栃木県産業技術センター研究
報告，7，89-90(2010)4) 堀江ら：日本醸造学会誌

87，1，57-61(1992)