ISSN 0286-813X

山形県工業技術センター報告
REPORTS OF YAMAGATA RESEARCH INSTITUTE OF TECHNOLOGY

No. 49（2017）山形県工業技術センター
YAMAGATA RESEARCH INSTITUTE OF TECHNOLOGY

目
論

次

文

切削加工の計測・シミュレーション技術の現状と有用性に関する調査 ････････････････････････
江端潔

松田丈

五十嵐裕基

スプレー型潤滑剤の潤滑性の簡易評価試験法 ･･････････････････････････････････････････････
後藤仁

柴田圭

山口健

1

4

堀切川一男

高硬度金型鋼の楕円振動切削における合金成分の工具摩耗に及ぼす影響 ･･････････････････････ 10
齊藤寛史

鄭弘鎭

社本英二

カーボンナノチューブ複合電着ワイヤーによる単結晶シリコン切断面の加工ダメージ低減 ･･････ 15
村岡潤一

鈴木庸久

被加工物の厚さの変化がワイヤーカット放電加工面の形状精度に及ぼす影響 ･････････････････ 20
五十嵐裕基

鈴木庸久

江端潔

高速並列処理モジュールの開発によるＯＣＴシステムの構築 ････････････････････････････････ 25
今野俊介

橋本智明

高橋義行

マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の大型部材への適用 ･･････････････････････････････････････････ 29
松木俊朗
岡田大樹

中野正博
髙橋俊祐

藤野知樹
村上周平

鈴木剛

小林庸幸

渡辺利隆

山田享

村岡潤一
長瀬真一

後藤仁

小川聖志

齋藤壱実

渡辺隆介

麻生節夫

後藤育壮

Al-Mg 系合金鋳物の機械的性質に及ぼす鋳造条件の影響 ･････････････････････････････････････ 34
齋藤壱実

藤野知樹

髙橋俊祐

中野正博

鈴木剛

松木俊朗

後藤仁

小川聖志

村上周平

エポキシ樹脂系塗料の低温硬化性向上 ････････････････････････････････････････････････････ 40
大津加慎教

江部憲一

後藤喜一

新型水質測定機器におけるデザイン手法の適用 ････････････････････････････････････････････ 46
木川喜裕

羽生田光雄

月本久美子

大場智博

大石拓也

岡田裕樹

磯部学

森岡洋介

麹菌を利用した大豆発酵食品の開発 ･･････････････････････････････････････････････････････ 49
飛塚幸喜

対馬里美

城祥子

動物行動的手法を用いた味覚評価技法 ････････････････････････････････････････････････････ 53
後藤猛仁

河合崇行

日下部裕子

トリアセテートの改質による省エネ型染色加工技術の開発 ･･････････････････････････････････ 56
齋藤洋

抄

数馬杏子

向俊弘

録 ･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 60

CONTENTS
PapersResearch on Current Technologies and their Availabilities for Cutting Process Measurement
and Simulation ････････････････････････････････････････････････････････････････････････
Kiyoshi EBATA

Takeshi MATSUDA

Yuki IGARASHIThe Simple Evaluation Method of the Lubricity of Spray - type Lubricants ･･････････････････
Hitoshi GOTO

Kei SHIBATA

Takeshi YAMAGUCHI

1

4

Kazuo HOKKIRIGAWA

Effect of Alloying Elements on Tool Wear in Elliptical Vibration Cutting of Hardened Die Steel 10
Hiroshi SAITO

Hongjin JUN

Eiji SHAMOTO

Reduction of Subsurface Damage on Mono Crystal Silicon by Slicing using Electroplated
Diamond Wires with Carbon Nanotube Composite Coatings ･･･････････････････････････････

Jun-ichi MURAOKA

15

Tsunehisa SUZUKI

Influence of Variation in Thickness of the Workpiece on Form Accuracy of Work Surface
Machined by Wire-EDM ･･･････････････････････････････････････････････････････････････ 20
Yuki IGARASHI

Tsunehisa SUZUKI

Kiyoshi EBATA

Development of Fast Parallel Processing Module used for OCT System･･････････････････････ 25
Shunsuke KONNO

Tomoaki HASHIMOTO

Yoshiyuki TAKAHASHI

Application of Martensitic Spheroidal Graphite Cast Iron to Large Parts ･･･････････････････
Toshiro MATSUKI

Masahiro NAKANOTsuneyuki KOBAYASHI
Kazumi SAITO

Jun-ichi MURAOKA

Hiroki OKADA

Toshitaka WATANABE

Tomoki FUJINO
Hitoshi GOTO

Shunsuke TAKAHASHI

Toru YAMADA

Shin-ichi NAGASE

Takeshi SUZUKI
Satoshi OGAWA

Shuhei MURAKAMI
Ryusuke WATANABE

Setsuo ASO

Ikuzo GOTO

Influence of Casting Conditions on Mechanical Properties of Al-Mg Alloy Castings ･･････････
Kazumi SAITO

Tomoki FUJINO

Takeshi SUZUKI

Shunsuke TAKAHASHI

Toshiro MATSUKI

29

Masahiro NAKANO

Hitoshi GOTO

Satoshi OGAWA

Shuhei MURAKAMI

34

Improvement of Epoxy Resin Coating Curability at Low-temperature ･･････････････････････
Yoshikazu OHTSUKA

Kenich EBE

40Kiichi GOTO

Application of Design Method for New Water Quality Measurement Equipment ･････････････ 46
Yoshihiro KIKAWA

Mitsuo HANYUDA

Takuya OOISHI

Kumiko TSUKIMOTO

Hiroki OKADA

Manabu ISOBE

Tomohiro OHBA
Yosuke MORIOKA

Development of Soybean Foods Using Koji ･･･････････････････････････････････････････････ 49
Koki TOBITSUKA

Satomi TSUSHIMA

Sachiko SHIROTaste Evaluation Method Using Animal Behavioral Method ･･･････････････････････････････
Takehito GOTO

Takayuki KAWAI

Yuko KUSAKABE

Development of an Energy-Saving Dyeing Processing Technology by Reforming of a Triacetate
Hiroshi SAITO

Kyoko KAZUMA

53

56

Toshihiro MUKAI

Abstracts ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 60

切削加工の計測・シミュレーション技術の現状と有用性に関する調査
江端潔

松田丈

五十嵐裕基

Research on Current Technologies and their Availabilities
for Cutting Process Measurement and Simulation
Kiyoshi EBATA

1 緒

Takeshi MATSUDA

Yuki IGARASHI

2 調査方法言

各種の部品や金型等の切削加工では，最適加工

切削現象の計測・シミュレーション技術は，事条件の探索が重要となる。しかし，そのための切後解析（工具摩耗観察や残留応力測定等），モニタ

削試験が多すぎると，かえってコスト高と工程立

リング，シミュレーションの 3 つに大別すること

上げの遅れを招く。また，医療機器に代表されるができるが，事後解析については当センターです

成長期待分野では，素材の難削材化や形状の微細でに対応できる技術が多いため，他の 2 つを調査化等が進み，最適な切削条件や工具の探索が困難

対象とし，製品化または実用化されている技術をとなってきた。そのため，温度や振動といった切文献等から調べ，その詳細を調査した。選んだ技

削現象を計測して加工条件を検討することが注目

術とその調査方法を表 1 に示す。

されており 1)，シミュレーションについても，公設試験研究機関等から活用事例が報告され始めた
2)。筆者らの山形県工業技術センター（以下，当セ

3 実験結果および考察
3.1 高速度ビデオ型赤外線サーモグラフィ

ンターという。
）においても，切削分野における技

高速回転するエンドミルの高精度熱画像の取得

術支援を強化していくうえで，これらの技術の充に適するとされる高速度ビデオ型の赤外線サーモ

実が望まれる。本調査では，今後の技術支援の方グラフィで，当センターの NC フライス盤（東芝

向性を検討する際の基本データとして，切削現象

機械（株）F-MACH442）を用いた鋼板の乾式切の計測・シミュレーション技術の現状と企業ニー削を撮像したところ，エンドミルと切りくずの表ズを調査し，主要な技術については実証試験を行面温度分布を高精度にモニタリングできることがって，当センターの技術支援における有用性を考確認された。ただし，湿式切削には対応できない察した。

ため，生産現場での技術支援では，基礎実験に用途が限定されると考えられる。
表 1 対象とした切削現象のモニタリング・シミュレーション技術と調査方法

技術名または装置名
高速度ビデオ型
赤外線サーモグラフィ
無線式温度計測回路
内蔵ツールホルダ

計測対象

調 査 方 法

熱画像，
高速度カメラ画像

装 置 型 式当センターの工作機械を用いて，実FLIR 社 A6751SC
証試験を行った。
装置メーカを訪問して聞き取り調 (株)山本金属製作所
切削温度査を行った。
MULTI INTELLIGENCE
この技術に精通した大学を訪問し， 特定の装置なし。対象ごと
工具-被削材熱電対法
切削温度
指導を受けた。
に，計測回路を構成する。
高速度ビデオ型
当センターの工作機械を用いて，実高速度カメラ画像(株)キーエンス VW-9000
デジタルマイクロスコープ
証試験を行った。
当センターに装置があり，計測技術 PCB PIEZOTRONICS 社
加速度センサ振動が確立されているため，詳細な調査
切削動力計
切削抵抗
KISTLER 社 9256C1 他の対象外とした。
当センターの工作機械で実切削を THIRD WAVE
切削現象シミュレーション
温度分布，切削抵抗，行い，シミュレーションと照合しソフトウェアSYSTEMS 社
切りくず，バリ 等
た。
AdvantEdge FEM【平成 27～28 年度 自動車キーテクノロジー支援研究開発事業】

― 1 ―

江端

松田

五十嵐：切削加工の計測・シミュレーション技術の現状と有用性に関する調査

3.2 無線式温度計測回路内蔵ツールホルダ

高倍率で撮像できるため，温度計測を必要としこの装置はフライス盤用のツールホルダに計測ない高速度ビデオ観察には，前述の高速度ビデオ

回路を内蔵したもので，熱電対で得られた温度デ型赤外線サーモグラフィより有用であることがわータは無線で外部に送信される。モニタリングすかった。

るのは工具内部温度で，湿式切削にも対応できるため，切削油剤の選定に有用である。ただし，エバイト

ンドミルやドリルに熱電対を挿入する穴を底刃近切りくず傍まで加工するため，小径工具には対応できない。
また，当センターが多くの企業に持参して活用するには，ツールシャンク形式の異なる複数の同装置を準備する必要があり，導入費用が高くなってしまうという欠点がある。

被削材

3.3 工具-被削材熱電対法
工具-被削材熱電対法は，異なる 2 種類の導電体である工具と被削材との接点に熱起電力が発生す

図 2 シェーパ加工の高速度カメラ画像ることを利用した温度計測法である。図 1 に模式図を示す。モニタリングするのはすくい面と切り

3.5 シミュレーション

くずとの摩擦面の平均温度で，切削点温度に近く，Ni基耐熱合金Inconel718に対するφ4mmコー

研究用のデータに適している。

テッド超硬合金ドリルでの穴加工をシミュレーシ

工具と被削材を工作機械に絶縁するように取りョンソフトウェアで計算するとともに，NC フラ

付けるとともに，工具と被削材の組み合わせごと

イス盤（旧 日立精機（株）VM40）を用いて実加に熱電対としての校正を実施するなど，準備が複工を行い，6 通りの切削条件についてシミュレー

雑で簡便性に劣るためにこの方法は普及していな

ション（切削抵抗，温度分布，切りくず）と実加

いが，湿式切削と小径工具のいずれにも対応可能

工のデータ（切削抵抗，工具摩耗，工具寿命，切といった利点がある。

りくず）を照合したところ，傾向の一致が確認された。シミュレーションの例を図 3 に示す。穴内部のように，実験では計測できない切削現象を解

R.T.

被削材
PC

析できることは，シミュレーションの大きな利点

絶縁材

データロガー

R.T.

絶縁材
工具と同
材種の棒
送り

である。また，専用工具の設計に有用である。有限要素法の専門知識は不要で，メッシュは自動で生成される。

測温接点

しかし，計算時間が長いため，目的を明確にして効率的に利用することが重要である。

絶縁材

図 1 工具-被削材熱電対法の模式図
3.4 高速度ビデオ型デジタルマイクロスコー
プ
当センターの複合加工機（（株）ナガセインテグ
レックス N2C-53US4N4）を用いたアルミニウム合金 A5052 の単結晶ダイヤモンドバイトでのシェーパ加工を撮像したところ，切りくずの生成過程を高倍率でモニタリングできることが確認された。図 2 に静止画を示す。このとき，切削油剤は事前に塗布し，切削時は供給しなかった。

― 2 ―

図 3 切削現象シミュレーション

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）4 結

言 (今後の展開)

約 70 社の山形県内企業を訪問し，切削加工に関するニーズを調査した。最も多かったニーズは，

文

献1) 廣垣俊樹,小倉一朗 他：特集 切削加工の可視

工具寿命や加工精度に影響を及ぼす温度の計測で化技術,砥粒加工学誌,61,2(2017)75-90.

ある。複数の企業が高速度カメラ型赤外線サーモ2) 須貝裕之:インコネル 718 に対するボールエド

グラフィに関心を示したが，ほとんどの企業では

ミル加工の切削シミュレーション（第 2 報）,

湿式で切削しているため，工具-被削材熱電対法の新潟県工業技術総合研究所 工業技術研究報告

修得を最優先とすることにした。次に多かったニ

書,41(H23)31-36

ーズは，切りくずとバリの挙動観察である。これには，高速度カメラ型デジタルマイクロスコープが有用であり，継続して検討していく。

謝

辞

本調査における実証試験は，株式会社チノー，シミュレーションについては，企業の関心は高株式会社キーエンス，伊藤忠テクノソリューショ

かったものの，計算時間が長いこと，ならびにシンズ株式会社の協力のもとに実施した。記して感ミュレーションが得意とする専用工具設計のニー謝する。

ズがなかったことから，当センターの企業支援における有用性は，現時点では高くないと考えられる。しかし，近年はソフトウェアの改良と PC の性能向上が早いため，今後とも継続して計算速度等の情報を収集していく。

― 3 ―スプレー型潤滑剤の潤滑性の簡易評価試験法
後藤仁 柴田圭＊ 山口健＊ 堀切川一男＊The Simple Evaluation Method of the Lubricity of Spray - type Lubricants
Hitoshi GOTO Kei SHIBATA Takeshi YAMAGUCHI Kazuo HOKKIRIGAWA

1 緒

言

潤滑剤を塗布後，プロワイプを使用し薄く伸ばし，生産設備等の装置には，必ず金属同士の接触に3 分以内に試験を実施した。ドライタイプのスプより摩擦が発生している部位があり，一般的に潤レー型潤滑剤については，取扱い説明に従い，乾滑油やグリース等による潤滑が行われる。ただし，

燥時間が必要な物は，正規の乾燥時間を経てから少量の使用で良い場合や，直接塗布が難しい箇所試験を行った。

等はスプレー型潤滑剤が用いられる場合がある。

Table1 Materials of the test pieces

過酷な条件下において，鳴きや振動が発生した場
合に，それを抑制するためにスプレー型潤滑剤が使用されることが多い。
近年，スプレー型潤滑剤の要求が多いことから，多くの種類のスプレー型潤滑剤が市場に出回っている。しかしながら，メーカーは大手から中小企業まであり，潤滑油専用の四球式摩擦試験，チムケン試
験等を用い，各社多様な潤滑性の評価ならびにその評価方法を行っている。そのため，消費者には選択

BallhardenedPurealuminum
ball

2

Pure
AL-2
A

aluminum3を確立するとともに，市販品の潤滑性の比較調査を

4

AL-3

ingots
B

BL-1

C

CL-1

Metal silicon

行った。

5
6

2 実験方法7

実験に用いた試験片の材質を，Table1 に示す。

D

DL-1
DL-2

8

E

EL-1

9

F

FL-1

10

G

GL-1

11

H

HL-1

各材料を幅 80×長さ 120×厚さ 10mm のサイズで購入し，切削面あるいは鋳肌面である物は，所の SUJ2 焼入れ研磨球(Hv:697)とした。

Material

CuS50C Si

HardenedS50C
Brass（C2801P）
0.00
0.01
Aluminum（A5052）

HardnessFeAl
Hv:222
Hv:617
HBW:840.04
HBW:55 99.9

2
ingotsTable2 Spray-type lubricants(liquid type)
Metal siliconProduct
98.4
bal
Maker
Characteristic(mass%)
name1
AL-1
防錆，潤滑剤Cu
Si
Fe

耗試験機を用いて簡易的に潤滑性が評価できる方法

験面は研削加工面とした。ボール材は，直径 8mm

Hv:697

polishing

が難しいのが現状である。そこで，汎用的な摩擦摩内にて研削加工を行った。全てのプレート材の試

PlateMaterial
Hardness
φ8mmSUJ2実験に用いたスプレー型潤滑剤を Table2，Table

用意した。Table2，Table3，Table4 は，リキッド型，グリース型，ドライ型に分類した物である。
試験実施前は，ボール，プレート材ともアセト
ンを染み込ませた脱脂綿で良く洗浄しコンタミ層を除去後，プレート材に潤滑剤を塗布することとした。また，スプレー毎に吐出量が異なるため，【平成 28 年度 高度技術者育成支援事業】＊東北大学大学院工学研究科

― 4 ―

Al

0.04

99.9

bal

-

塩素フリー超極圧潤滑剤(mass%)
極圧剤・防錆剤配合
極圧潤滑性
有機モリブデン配合
二硫化モリブデン配合
浸透，潤滑，防錆剤
ナノカーボンと有機モリブデン
配合
潤滑，防錆，防湿，浸透性
超極圧潤滑剤
潤滑，防錆，防湿，浸透性
超極圧潤滑剤

Table3 Spray-type lubricants(grease type)3，Table 4 に示す。潤滑剤の選定については，メーカー，成分，特徴から適当に行い，計 22 種類を耐熱，耐圧，潤滑性
特殊添加剤とPTFE
0.00
0.01
浸透性，防錆，潤滑性2
防錆新成分SPA配合
さび止め，さび取り最適
PTFE配合 98.4

-

Maker

Product
name

AG-1

1

Pure
A
2 aluminum
AG-2
3

ingots
D

DG-1

E

EG-1

Metal silicon

4

Characteristic

Cu
Si
Fe
耐水性，耐熱性
潤滑剤（MCA)とPTFE
0.00
焼付き，カジリ防止，潤滑性
0.04
モリブデン配合 0.012耐圧性，耐摩耗性，焼付き，カ
ジリ防止，長期潤滑98.4
bal
Liグリス二硫化モリブデン
超高温用焼付き防止剤 (mass%)
銅，ビスマス添加

Al
99.9
-

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

なお，今回の試験については，スティックスリ

Table4 Spray-type lubricants(dry type)
Maker
1
2

A
Pure

Product
name

AD-1
AD-2

aluminum3ED-1
4 ingots ED-2

5
ED-3
Esilicon
Metal
6

ED-4

7

ED-5

Characteristic

Cu

Si

ップが発生する物もあり，平均ではなく１回当たFeりの最大摩擦係数で評価することとした。

Al

速乾性潤滑剤
PTFE配合－ 0.000.01
0.04
PTFE乾燥粉
2
二硫化モリブデン高濃度配合

99.9

モリブデン/グラファイト配合
98.4
bal
PTFE+有機モリブデン配合(mass%)
高温用潤滑剤
合成油＋グラファイト-

3 実験結果および考察
3.1 S50C における評価
Fig.2 にリキッド型潤滑剤の摩擦試験の結果を示す。リキッド型では，超極圧剤添加品の 2 種類
（GL-1，HL-1）が，安定して= 0.12 程度の低い摩擦係数を示した。これは，初期なじみの早さ

試験条件を Table5 に示す。試験条件は，使用さから他の極圧剤に比べ金属と反応する温度が低く，れる過酷な条件下を想定し低速，高荷重という油比較的早いタイミングで金属と化合物を生成し，膜が切れやすい厳しい条件とした。設定荷重につ摩擦係数を低減しているためと推測される 1)。他

いては，予備試験を行い，無潤滑下の場合，プレの潤滑剤も，= 0.15 以下の低い摩擦係数を示しート材によらず最初の１サイクルで，摩擦係数がたが，極圧剤が入っていないと思われる BL-1 と急激に上昇する凝着（カジリ）が発生する荷重とDL-2 が，繰返し数 140 回以降で徐々に摩擦係数した。摩擦係数は，ボールとプレートの摩擦力をが上昇する傾向を示した。
Fig.3 にグリース型潤滑剤の摩擦試験結果を示装置の歪ゲージで測定し，荷重で除すことにより算出した。

す。銅，ビスマス添加品（EG-1）は，安定して低試験装置を Fig.1 に示す。試験機は，研修先でい摩擦係数（= 0.12 程度）を示した。他のグリある東北大学大学院工学研究科堀切川研究室にてース型潤滑剤は，初期は= 0.12 ~ 0.14 程度の低最も高荷重を加える事ができる新東科学（株）製い摩擦係数を示したものの，40 回以降潤滑剤が切荷重変動型摩擦摩耗試験機：HHS3000 を使用しれたためか，急激に上昇した。

た。この装置は，荷重を変動させることも可能であるが，今回は一定荷重で試験を行った。一回の移動距離は，装置の最大距離 50mm，繰返し数は200 回，総移動距離 10m で評価を行った。
Table5 Test conditions
Mean
One
Repetition
Load
V elocity
contact
movement
number（N） pressure of (mm/s)
distance(mm) Cu(cycle） Si
hertz（GPa）
Pure
1.65
0.00
1.65
aluminum98
1050
200 0.01
1.05
2
ingots
1.26

Metal silicon-(mass%)

98.4

Fe

Al

0.04

99.9
Fig.2 Changes in maximum friction
coefficient of liquid type on S50C
-

bal

Cu
Pure
aluminumingots
Metal silicon(mass%)

Purealuminum

0.00
2

Si

-

Cu

Fe― 5 Al―
Pure

0.01

2

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

98.4

bal

-

Si

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

Fig.3 Changes in maximum friction
coefficient of grease type on S50C

Fig.1 Test equipment:HHS3000
Cu

0.00

Si

0.04

99.9

aluminum

0.00
2

後藤

柴田

山口

堀切川：スプレー型潤滑剤の潤滑性の簡易評価試験法

Fig.4 にドライ型潤滑剤の摩擦試験結果を示す。

上昇傾向を示した。一方，AD-2，ED-3 は初期に二硫化モリブデン/グラファイト添加品（ED-3）

おいては，= 0.1 以下の極めて低い摩擦係数を示は極めて低い摩擦係数= 0.06 を示したものの，した。

徐々に上昇し= 0.14 程度となった。AD-2，ED-5

いずれのタイプの潤滑剤においても，初期の摩を除く他の物は，初期は= 0.15 程度の低い摩擦

擦係数は生材に比較して高い摩擦係数となってい係数を示すものの，持続性に乏しく急激な摩擦係た。これは，プレート材の硬度が高く，実際の接数の上昇を示した。ドライ型については，金属表

触圧力は S50C（生材）よりもかなり高い接触圧面に形成された固体潤滑膜のみで，摺動している力になっていたためと考えられる。

ため，持続効果が乏しいと考えられる。

Fig.5 Changes in maximum friction
coefficient of liquid type on hardened S50C

Fig.4 Changes in maximum friction
coefficient of dry type on S50CCu
3.2 S50C 焼入れ材における評価

Si

Fe

Fig.5Pureにリキッド型潤滑剤の摩擦試験結果を示
0.00
aluminum
0.01
す。リキッド型では，超極圧剤添加品の2 種類0.04
2
ingots（GL-1，HL-1）が安定して極めて低い摩擦係数（= Metal
0.12 程度）を示した。他の極圧剤添加品
silicon98.4 3bal(mass%)
種類（AL-2，CL-1，DL-1）も，徐々に摩擦係数

Al

Cu
Pure

aluminum
99.9
ingots-

Metal silicon(mass%)

0.00
2
-

Si

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

98.4

bal

-

が低下し= 0.13 程度の極めて低い摩擦係数を示した。この違いは，添加されている極圧剤の種類によって，摺動面のなじみ進行度合いに差があったためと考えられる。極圧剤が添加されているか明記がないものは，初期は比較的低い摩擦係数をFig.6 Changes in maximum friction
coefficient of grease type on hardened S50C

示すものの，
徐々に上昇し= 0.15 以上を示した。

Cu

Fig.6 にグリース型潤滑剤の摩擦試験結果を示す。銅，ビスマス添加品（EG-1）は，安定して極Pure

めて低い = 0.10 程度の摩擦係数を示した。二硫

aluminum

化モリブデン添加品の 2 種類（AG-2，DG-1）は，

ingots= 0.13 程度で安定していたが，繰返し数 100 回

Metal silicon(mass%)

以降で急激に摩擦係数が上昇した。この要因とし

0.00
2
-

Si

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

98.4

bal

-

ては，繰返しの中で，油膜が切れ凝着が発生した
ためと，考えられる。
Fig.7 にドライ型潤滑剤の摩擦試験結果を示す。
二硫化モリブデン/グラファイト添加品（ED-3），
有機モリブデン/PTFE 添加品（ED-4）は，繰返し数 200 回はクリアしたものの，摩擦係数は常に― 6 ―Fig.7 Changes in maximum friction
coefficient of dry type on hardened S50C
Cu
Pure
aluminum

0.00
2

Si

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

3.3 真鍮における評価
Fig.8 にリキッド型潤滑剤の摩擦試験結果を示す。極圧剤添加品の 5 種類と，他の潤滑剤では明確に差が見られた。
極圧剤添加品の5種類（AL-2，
CL-1，DL-1，GL-1，HL-1）は，= 0.15 以下の低い摩擦係数を示した。有機モリブデン添加品（DL-2，FL-1）は，初期から摩擦係数が= 0.2以上と高く，更に途中から上昇する傾向を示した。
他のリキッド型潤滑剤は，= 0.2 程度の高い摩擦
Fig.9 Changes in maximum friction
coefficient of grease type on Brass係数を示した。
真鍮においては，この高面圧条件下では塑性変形しており，固体潤滑剤による潤滑膜は摩擦初期Cuに破壊されてしまうためと考えられる。それに対して，反応性の高い極圧剤は，途切れる事なく反Pure

応膜を生成するため，低摩擦を維持することが出

aluminum来たと考えられる。

ingots
Metal silicon(mass%)

Fig.9 にグリース型潤滑剤の摩擦試験結果を示す。PTFE/特殊潤滑剤添加品（AG-1）は，= 0.13

0.00
2
-

Si

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

98.4

bal

-

程度で安定していたが，繰返し数 80 回以降で急激な摩擦係数の上昇を示した。他のグリース型潤滑剤は摩擦係数の上昇，低下を繰返す不安定な挙動

Fig.10 Changes in maximum friction
coefficient of dry type on Brassを示した。また，S50C，S50C 焼入れ材では効果が見られた銅，ビスマス添加品（EG-1）は，真鍮
材では効果がみられなかった。これは，ボール側

3.4 アルミにおける評価

は，= 0.07 程度の極めて低く安定した摩擦係数

Cu
Si
Fe
Fig.11 にリキッド型潤滑剤の摩擦試験結果を示
Pureす。有機モリブデン添加品（DL-2）は，試験開始
0.00
aluminum
0.01
0.04
直後より徐々に摩擦係数が上昇する傾向を示した。
2
ingots
極圧剤添加品の多くは，これまでと違い= 0.15
Metal silicon
98.4bal
程度で不安定な挙動を示したが，極圧剤/PTFE 添(mass%)
加品（AL-2）は，徐々に摩擦係数が低下し= 0.09を示した。PTFE/有機モリブデン添加品（ED-4）程度の低い摩擦係数を示した。これは，材料が柔は，初期に= 0.3 程度まで上昇したものの，そのらかく徐々に接触面積が増え，面圧が下がり，極後低下し= 0.14 程度の低い摩擦係数を示した。

圧剤の効果が期待できなくなった後に，PTFE がに添加剤の銅が膜を生成し同種材摩擦となり摩擦係数が上昇し，その膜が剥がれる事により低摩擦と不安定な挙動を示したものと考えられる。
Fig.10 にドライ型潤滑剤の摩擦試験結果を示す。
二硫化モリブデン/グラファイト添加品（ED-3）

Al
99.9
-

それを補完して作用したためと考えられる。

Fig.8 Changes in maximum friction
coefficient of liquid type on Brass
Cu
Pure
aluminum

0.00
2

Fig.11 Changes in maximum friction
coefficient of liquid type on Aluminum

Si

Fe
Al
― 7 ―

0.01

0.04

99.9

Cu
Pure
aluminum

0.00
2

Si

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

後藤

柴田

山口

堀切川：スプレー型潤滑剤の潤滑性の簡易評価試験法

Fig.12 にグリース型潤滑剤の摩擦試験結果を示の塗布量を増やし，再試験を行った。

す。銅，ビスマス添加品（EG-1）は，= 0.10 程Fig.14 に S50C における再試験の結果を示す。

度と極めて低い摩擦係数を示した。他のグリース塗布量を増やした結果，摩擦係数は= 0.13 程度

型潤滑剤は= 0.13 程度で安定していたが，繰返の低い摩擦係数を示した。いずれも繰返し数 160

し数 80 回以降で急激に摩擦係数が上昇した。

回以降徐々に上昇する傾向を示した。
Fig.15 に S50C 焼入れ材における再試験の結果

Fig.13 にドライ型潤滑剤の摩擦試験結果を示す。
PTFE 粉末添加品（ED-1），二硫化モリブデン添を示す。いずれも，= 0.11 程度と安定して低い

加品（ED-2），二硫化モリブデン/グラファイト添

摩擦係数を示した。

加品（ED-3）は= 0.1 以下の摩擦係数を示した

Fig.16 に真鍮における再試験の結果を示す。銅，が，耐久性に乏しく，急激な摩擦係数の上昇を示

ビスマス添加品（EG-1）は，徐々に摩擦係数が上した。

昇し，= 0.2 程度の高い摩擦係数を示した。これは，EG-1 から出来る被膜が銅とビスマスによるものであり，一種の同種材摩擦状態になり，摩擦係数が高くなったためと考えられる。
その他の潤滑剤については，= 0.10 ～ 0.12程度の低く安定した摩擦係数を示した。
Fig.17 にアルミにおける再試験の結果を示す。
二硫化モリブデン添加品（AG-2，DG-1）は，一
時的に= 0.1 以下の極めて低い摩擦係数を示したものの，徐々に上昇する傾向を示した。

Fig.12 Changes in maximum friction
coefficient of grease type on AluminumCu
Pure
aluminumingots
Metal silicon(mass%)

0.00
2
-

Si

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

98.4

bal

-

Fig.14 Changes in maximum friction
coefficient on S50C
Fig.13 Changes in maximum friction
coefficient of dry type on AluminumCu

3.5 グリース塗布量の違いに関する評価
Cu
Si
Fe
S50C，S50C 焼入れ材，真鍮，アルミの試験結Pure果を比較して，リキッド型潤滑剤に比べグリース
0.00
aluminum
0.01
0.04
型潤滑剤は，耐久性がないように考えられた。し2
ingots
かし，試験状況を観察した結果，リキッド型，グMetal silicon
98.4bal
リース型ともに，摺動痕上に潤滑剤が流れていた。
(mass%)
低速，高面圧，潤滑剤を薄く塗布という試験条件

Al

Pure
aluminumingots99.9 Metal silicon-(mass%)

0.00
2
-

Si

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

98.4

bal

-

Si

Fe

Al

0.01

0.04

99.9

から，摺動面への補給作用は考えていなかったが，補給作用による違いも考えられた。その場合，粘度の高いグリース型潤滑剤には不利であるため，耐久性がなかった物に対して，グリース型潤滑剤― 8 ―Fig.15 Changes in maximum friction
coefficient on hardened S50C
S50C
Cu
Pure
aluminum

0.00
2山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

1) 今回の評価法により, スプレー型潤滑剤の潤
滑性の違いが明確に見られ，専用の摩擦試験機を用いず，汎用的な摩擦摩耗試験機を用いて簡易的に潤滑性の評価が可能であることが分かった。
2) リキッド型潤滑剤（特に極圧剤添加品）は，鉄系，非鉄系いずれにおいても少量で摩擦低減効
果があることが分かった。
3) グリース型潤滑剤（固体潤滑剤添加品）は，摺動面に補給され易い環境下では優れた摩擦低Fig.16 Changes in maximum friction
coefficient on Brass
S50C
Cu
Pure
aluminumingots
Metal silicon(mass%)

0.00
2-

減効果があることが分かった。
4) ドライ型潤滑剤（固体潤滑剤添加品）は，摩擦Si

Fe低減効果の持続性に乏しいものの，初期の摩擦
Al 低減には効果的であることが分かった。

0.01

0.04

99.9

98.4

bal

研修を受け入れていただいた東北大学堀切川研-究室の皆様に深謝いたします。

謝

文

辞

献

1) 倉知祥晃:潤滑,第 28 巻, 第 2 号,(1983), P131.
Fig.17 Changes in maximum friction
coefficient on Aluminum
S50C

4 結

言

本研究は、平成 28 年度高度技術者育成支援事
Cu
Si
Fe
業にて東北大学で研修を行ったものである。
Pure「スプレー型潤滑剤の潤滑性の簡易評価試験法」
0.00
aluminum
0.01
0.04
に関する実験を通して, 以下の知見を得た。
2
ingots
Metal silicon(mass%)

-

98.4

bal

Al
99.9
-

― 9 ―

高硬度金型鋼の楕円振動切削における合金成分の工具摩耗に及ぼす影響
鄭弘鎭＊

齊藤寛史

社本英二＊

Effect of Alloying Elements on Tool Wear in Elliptical Vibration Cutting of Hardened Die Steel
Hiroshi SAITO

1 緒

Hongjin JUN＊

Eiji SHAMOTO＊

2 実験方法言

2.1 楕円振動切削加工法

自動車や家電等の部品は，製造コストや納期の面から，金型による射出成形やプレス加工で量産

楕円振動切削の概略図を図 1 に示す。振動子のされるのが一般的である。金型の精度や製造コス

先端に工具を取り付け，円または楕円形状の軌跡

ト，耐久性は，最終製品の品質や価格に影響を与

で工具を振動させながら切削する。従来の超音波えることとなる。昨今は海外での金型製造技術が振動切削は，1 方向（通常は切削方向）に工具を向上しており，国内の金型産業は厳しい競争にさ振動させるのに対し，楕円振動切削では，切削方らされている。従って，海外との差別化を図るた

向に加えて，切込み方向にも振動させるのが特徴

め，より高精度な金型を低コストに製造する技術である。この 2 方向の振動によって，工具は円形が強く求められている。

状に振動し，すくい面で切りくずを引き上げなが金型による量産工程は，素材の流動性を利用しら切削することとなる。結果として，切削抵抗（特て形状を創生する工程になるため，成形する素材に背分力）の低減，工具摩耗の抑制等の効果が得の硬さや金型の温度によって，金型に求められる

られ，単結晶ダイヤモンド工具によるステンレス

特性も変化する。金属のプレス加工や，ガラスフ鋼等の鏡面加工が実現している。

ィラー入りの樹脂を射出成形する場合は，耐摩耗

見かけ上の
切削方向

性の高い金型が必要となり，ロックウエル硬さ 60
HRC を超える高硬度な金型鋼が用いられる。

工具

この様な金型を鏡面に仕上げるためには，仕上

切りくず

げ工程の手磨きが必要となり，金型製造コストの上昇や，形状精度の低下が問題となる。この磨き

振動する工具の軌跡

工程を削減するため，磨きレス鏡面加工に係る研究が多くなされてきた。切削で鏡面を得る場合は，単結晶ダイヤモンド工具を用いるのが有効である

図 1 楕円振動切削の概略図

が，通常の切削加工では，熱化学的な激しい摩耗が生じるため，鋼材を直接鏡面に仕上げることが2.2 平削り加工実験

困難である 1,2)。

被削材として，高硬度金型鋼 6 種類と，これら

楕円振動切削は，この激しい工具摩耗を抑制し，に合金成分として含まれる純金属 4 種類を使用し，ステンレス鋼等の磨きレス鏡面加工を実現した加単結晶ダイヤモンド工具による楕円振動切削実験

工技術の 1 つであるが 3)，ダイス鋼やハイス鋼等を行った。実験装置の写真を図 2 に示す。不二越の高硬度金型鋼に対しては，摩耗やチッピングが製 の 超 精 密 加 工 機

多く発生することが著者らの先行研究で明らかと

ASP01UPX(名古屋大学所有)に多賀電気製の楕円

NANO

APPHERなった 4)。本研究では，高硬度金型鋼の合金成分

振動装置 EL-50を取り付け，表 1 に示す加工条が単結晶ダイヤモンド工具の摩耗に及ぼす影響を件で平削りを行った。楕円振動の条件は，周波数調べ，鏡面切削に適した高硬度金型鋼について検約 40 kHz，振幅 4 mp-p の円形状（切削方向と切討した。

込み方向の振動の位相差が 90°）である。

【平成 26~27 年度 知の拠点あいち重点研究プロジェクト】＊名古屋大学大学院工学研究科― 10 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

2.3 高硬度金型鋼と合金成分純金属の加工

単結晶ダイヤモンド工具
被削材

被削材の高硬度金型鋼の硬さと合金成分量の実楕円振動切削装置

測値を表 2 に示す。いずれも焼き入れ・焼き戻し
によりロックウエル硬さ 60 HRC 以上（5 点実測
した平均値を表 2 に示す）に調製した材料を実験切削方向に供した。冷間工具鋼（ダイス鋼）SKD11 の改良

送り方向鋼である DC53 は，本実験で使用した鋼材の中で最も多い 8.23%のクロムを含有し，タングステンは含有しない鋼材である。YXR7 は，炭化物量を低減したマトリックスハイスと呼ばれる高速度工

図 2 加工実験装置の写真

具鋼（ハイス鋼）で，靭性を向上させた鋼材である。SKH51 は，モリブデン系のハイス鋼で，約表 1 加工条件
単結晶ダイヤモンド工具
ノーズ半径 1 mm

工具

加工条件
切込み量 [m]
送り量 [m]
切削速度 [m/min]
切削距離 [m]加工液
楕円振動条件周波数 [kHz]
振幅 [mp-p]
位相シフト [deg.]

5%のモリブデンと約 6%のタングステンを含有する。SKH51 と同様な合金成分を含有する ASP23
は，本実験で使用した中で唯一粉末冶金により製

10
10
1
108
Bluebe LB-10 (ミスト)

造されたハイス鋼である。SKH2 と SKH4 は，タングステン系のハイス鋼で，約 18%のタングステ
ンを含有する。両者の主な違いは，コバルトの有無である。各鋼材の組織を観察した結果を図 3 に示す。白く見える粒子は，ナイタル液でエッチン

約 40
490 (軌跡：円形状)

グされずに残った炭化物と考えられる。鋼材によって炭化物の大きさや量に違いがあることが確認できる。

表 2 高硬度金型鋼の硬さと合金成分量
鋼材

硬さ [HRC]C

Mn

合金成分, mass%
Cr
V
Mo

W

Co

DC53 (大同特殊鋼)
YXR7 (日立金属)
SKH51
ASP23 (ウッデホルム)
SKH2
SKH4

62.2
62.7
63.9
63.1
62.1
65.2

0.98
0.77
0.89
1.27
0.80
0.80

0.52
0.57
0.34
0.30
0.36
0.23

8.23
5.00
4.39
4.29
4.24
4.06

1.18
6.02
6.13
17.59
18.47

0.01
0.18
0.23
0.38
0.09
10.88

0.22
1.15
2.00
3.13
1.06
1.03

DC53

YXR
7

SKH51

ASP23

SKH2

SKH4

図3 高硬度金型鋼の金属組織観察結果― 11 ―

1.99
5.66
5.08
5.14
0.23
0.61

齊藤

鄭 社本：高硬度金型鋼の楕円振動切削における合金成分の工具摩耗に及ぼす影響

これらの高硬度金型鋼の合金成分の中から，クも大きいのに対し，
DC53 では最も小さい 1.6 m2

ロム，モリブデン，タングステン，バナジウムのであった。純金属を加工した工具摩耗量を比較す

4 種類の純金属を準備し，同様に楕円振動切削実

ると，
タングステンとバナジウムではそれぞれ 8.9，

験を行った。クロムの場合は，厚さ 0.2 mm のめ

255 m2 と大きいのに対し，クロムの場合が最もっき被膜を被削材として使用し，それ以外は，厚小さく 3 m2 であった。硬さとの関係を見ると，

さ 0.5 mm の板材を被削材として使用した。純金

摩耗が少ないクロムの硬さが 708 HV と高く，逆属の硬さを 5 点測定した平均値を表 3 に示す。ク

に激しく工具を摩耗させたバナジウムは 136 HV

ロムの硬さが最も高く，ビッカース硬さ 708 HVと硬さが低い。すなわち，純金属の実験では，工である。ロックウエル硬さに換算すると，約 60

具摩耗は硬さに依存しないことがわかった。

HRC に相当する。逆に最も硬さが低いのはバナジ

255 m2

ウムで，ビッカース硬さ 136 HV である。

加工機の不具合により切削距離が29%短い

表 3 被削材に使用した純金属の硬さ
材質
硬さ [HV]クロム (Cr)708
モリブデン (Mo)276
530
タングステン (W)136
バナジウム (V)
2.4 工具摩耗量の評価

純金属

粉末ハイス ASP23 を加工した工具の電子顕微

高硬度金型鋼鏡写真を図 4 に示す。加工後の切れ刃には，チッ

図 5 切削距離 108 m 加工後の工具摩耗量

ピングと摩耗が確認された。本研究では摩耗量と合金成分の関係を調べるため，最も摩耗量が大き3.2 工具摩耗量と合金成分の関係

い付近の切れ刃を zygo 製の非接触表面形状測定

高硬度金型鋼に含まれる合金成分の中から，工機 NewView7300 で測定し，すくい面と逃げ面そ

具摩耗に関係する元素を調べるため，表 2 の各合

れぞれの法線を含む断面から，切れ刃の摩耗量を金成分量と工具摩耗量との関係を図 6 に示す。両面積として求めた。

者の間に明確な相関が見られたのは，タングステ
ンの場合と，タングステンとバナジウムを合わせ

送り方向

チッピング

摩耗

すくい面

すくい面

た場合である。バナジウム単体の結果でも，タングステンを多量に含む SKH2 と SKH4 を除くと，

2 m

断面測定
逃げ面

20 m

増加傾向が確認できる。

摩耗量

ダイヤモンド工具でアルミニウムを切削した際の刃先温度を計測した上田らの研究 5)から，刃先の温度は，切削状態の変動に対し，高速に追従す

逃げ面ることが示されている。楕円振動切削は，図 1 に

図 4 金型鋼 ASP23 を切削後の工具 SEM 画像(左図)と摩耗した切れ刃の断面形状(右図)示す通り，被削材と工具が接触するのは 1 周期の半分以下の時間であり，残りの時間は工具が切りくずから離れて切削開始点に戻る動作となる。工

3 実験結果および考察

具はこの間に冷却され，通常の切削よりも切れ刃

3.1 工具摩耗量測定結果の温度が低くなることが予想される。

図 5 は，切削距離 108 m まで加工した後の工具

摩耗のメカニズムについては更に検討する必要摩耗量である。YXR7 の実験では，装置の不具合があるものの，本実験結果から，切削点の温度がにより切削距離 77 m で停止したため，約 29%切

低くても，タングステンとバナジウムが合金成分

削距離が短い結果を示す。SKH2 と SKH4 におけとして存在することにより，単結晶ダイヤモンド

る摩耗量は，約 6.5 m2 と高硬度金型鋼の中で最工具の熱化学的な摩耗が促進されたと考えられる。

― 12 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

工具摩耗量, m2

MoW

合金成分量, mass%
工具摩耗量, m2

Co

合金成分量, mass%

工具摩耗量, m2V

合金成分量, mass%
工具摩耗量, m2

Cr

合金成分量, mass%

工具摩耗量, m2

工具摩耗量, m2

合金成分量, mass%
SKH2
SKH4

Mn

工具摩耗量, m2

工具摩耗量, m2

C

合金成分量, mass%

合金成分量, mass%

W+V

合金成分量, mass%

図 6 高硬度金型鋼の合金成分量と工具摩耗量の関係 (○: YXR7 の結果は切削距離が29%短い)
以上の結果から，単結晶ダイヤモンド工具によ4 結

言る楕円振動切削では，合金成分のタングステンと高硬度金型鋼の楕円振動切削における単結晶ダ

バナジウムが少ない鋼材の方が，摩耗が抑制されイヤモンド工具の摩耗と合金成分の関係を調べた

ることが示唆された。図 7 は，タングステンを含

結果，以下の知見が得られた。

有せず，バナジウムの含有量が少ないダイス鋼

1) 切削距離 108 m まで加工実験を行った結果，

DC53 を表 1 の条件で加工した写真である。60×

鋼材によって摩耗量が 1.6 から 6.5 m2 まで異40 mm の範囲に対し，最大高さ PV 0.05 m の鏡なる結果となった。純金属の場合でも，材質に面が得られた。

より 3 から 255 m2 まで大幅に異なる結果となった。
2) タングステン及びバナジウムは，単結晶ダイヤ
モンド工具の摩耗に作用する合金成分である
ことが示唆された。
3) タングステンとバナジウムの含有量が少ない
ダイス鋼 DC53 で，最大高さ PV 0.05 m の鏡面加工が実現した。

謝

辞

本研究は知の拠点あいち重点研究プロジェクト

図 7 ダイス鋼 DC53 の鏡面加工サンプルの助成で行われた。関係各位に深謝する。

― 13 ―

齊藤

鄭 社本：高硬度金型鋼の楕円振動切削における合金成分の工具摩耗に及ぼす影響

文献1) S. Shimada, H. Tanaka, M. Higuchi, T.
Yamaguchi,S.

Honda,

K.

4) 齊藤 寛史，鄭 弘鎭，社本 英二，呉 宗哲，Obata:

簡 瑞廷: 単結晶ダイヤモンド工具による高Thermo-Chemical Wear Mechanism of

硬度焼入れ鋼の楕円振動切削, 2015 年度精Diamond Tool in Machining of Ferrous

密工学会秋季大会学術講演会講演論文集,

Metals, CIRP Annals, 53(1)(2004)57-60.

2015, 195–196.

2) E. Brinksmeier, R. Gläbe, J. Osmer:5) T. Ueda, M. Sato, K. Nakayama: The

Ultra-Precision Diamond Cutting of Steel

Temperature of a Single Crystal Diamond

Molds, CIRP Annals, 55(1)(2006)551-554.

Tooldiamond cutting of hardened steel by
ellipticalvibration

CIRP

Annals,48(1)(1999)441–444.

Turning,47(1)(1998)41–44.

3) E. Shamoto, T. Moriwaki: Ultraprecision
applying

incutting,― 14 ―

CIRP

Annals,

カーボンナノチューブ複合電着ワイヤーによる単結晶シリコン切断面の加工ダメージ低減
村岡潤一

鈴木庸久

Reduction of Subsurface Damage on Mono Crystal Silicon by Slicing using Electroplated
Diamond Wires with Carbon Nanotube Composite Coatings
Jun-ichi MURAOKA

1

緒

Tsunehisa SUZUKI
本報告では，通常の Ni 電着ワイヤーと Ni-CNT

言

単結晶シリコンなどのインゴットからウェハーを切り

電着ワイヤーで切断加工を行った単結晶 Si の加出す工程では，ソーワイヤーが用いられている。電工ダメージを評価した。切断によって生じる加工ダ

着ワイヤーはソーワイヤーの一種であり，レジンボン

メージの指標として，アモルファス化した Si（a-Si）

ドワイヤーと比較して砥粒保持力に優れるとともに，層の厚さと表面の欠けに着目し，それぞれラマン分

チップポケットが大きく切れ味が良いため，高能率

光分析および表面観察及び表面粗さにより評価し加工や難削材加工に用いられている。

た。

近年，ウェハーのさらなる薄型化や大面積化が求められており，切断面の加工ダメージの低減が課

2

実験方法

題となっている。電着ワイヤーは，ダイヤモンド砥粒

2.1 電着ワイヤーの構成をめっき被膜によりピアノ線上に単層で保持した構

図 1 に実験に用いた電着ワイヤーの模式図を，造である。砥粒が脱落した場合，有効切れ刃数の

表 1 に電着ワイヤーの構成を示す。電着ワイヤー減少により加工抵抗が大きくなり，加工ダメージがは，直径 0.1 mm のピアノ線を芯線として，粒径生じる要因のひとつとなる。したがって，砥粒保持力を強化し，砥粒脱落を抑制することで，加工ダメ

仕上げめっき層（Ni または Ni-CNT）

ダイヤモンド砥粒

下地めっき層（Ni）

ージを低減することが可能となる。

Ni 被覆

筆者らは，砥粒を保持するめっき被膜の最表面に硬質で摩擦係数の小さいカーボンナノチューブ（CNT）複合ニッケルめっき被膜 1）2）を配置することで，砥 粒 保 持 層 の機 械 的 強 度 を 強 化 すると ともに，砥粒保持層の損耗による砥粒保持力の低下を防ぐことで，砥粒脱落を抑制する方法を提案している。これまでに，有限要素法（FEM）を用いた応芯線（ピアノ線）

図 1 Ni-CNT 及び Ni 電着ワイヤーの模式図

力解析によって CNT 複合化及び膜厚の効果を検討するとともに，単粒の保持力を評価するためにシ

表1

ェア試験 2）を行い，同じ厚さの Ni 被膜と比較して約 1.5 倍の砥粒保持力を持つことを確認した 3)4)。
さらに，CNT 複合ニッケルめっき被膜を用いた電仕上げめっき層

着ワイヤー（Ni-CNT 電着ワイヤー）を試作し，工具寿命を評価した。Ni-CNT 電着ワイヤーは，通常の Ni を用いた電着ワイヤー（Ni 電着ワイヤー）と比較して，表面粗さの良い加工ができる距離が

下地めっき層砥粒
芯線

10 倍以上長くなることを確認した 5）。
【平成 28 年度

環境・エネルギー関連技術研究開発事業】― 15 ―

電着ワイヤーの構成
Ni-CNTNi
電着ワイヤー
電着ワイヤー
Ni-CNT 複合
Ni めっき厚さ 2 m
めっき
厚さ 2 mNi めっき 厚さ 4 m
Ni 被覆ダイヤモンド砥粒
粒径 10-20 m，Ni 55wt%
ピアノ線ワイヤー
直径 0.1 mm

村岡

鈴木：カーボンナノチューブ複合電着ワイヤーによる単結晶シリコン切断面の加工ダメージ低減

10-20 m の Ni 被覆ダイヤモンド砥粒（トーメイダ
イヤ製 IRM-NP：Ni 55 wt%）を，厚さ約 4 m の
下地めっき層と，厚さ 2 m の仕上げめっき層で保持する構造とした。今回の実験では，仕上げめっき層が Ni-CNT めっき被膜と，通常の Ni めっき被膜の 2 種類とした。Ni, Ni-CNT めっき被膜は，CNT（Nanocyl 製 NC7000）を無添加及び 1 g/L 添加
し た ス ル フ ァ ミ ン 酸 ニ ッ ケ ル 浴 （ Ni(NH2SO3) ・加工ダメージ評価の深さ方向

4H2O:500 g/L, NiCl2 ・6H2O:4 g/L, H3BO3:33
g/L）により，電流密度 15 A/dm2, 浴温度 45℃,

ワイヤー
往復方向

めっき時間 40sec の条件で製膜した。
2.2 切断加工試験

切断方向

図 2 に切断加工試験の模式図を，表 2 に切断加

図 2 切断加工試験の模式図

工条件を示す。張力 5.0N をかけた電着ワイヤーを，図 2 のワイヤー往復方向に，平均速度 V=13.5

表2m/min，幅 140 mm で往復運動させながら，図 2

研削速度 V
切断速度 Vc
ワイヤー張力 T
ワークの切断方向に切断速度 0.06 mm/min で加工を行った。切断後の観察を容易にするため，ワークである単結晶 Si は，10 mm 幅に切断した厚さ 0.4 mm

切断加工条件13.5 m/min（平均）0.06 mm/min
5.0 N
単結晶 Si 切断幅 10 mmの Si ウェハーを積層したものを用いた。
2.3 加工ダメージの評価
図 3 に Si 切断面のダメージ層の模式図を示す。
ダメージ層は a-Si 層とクラックからなる。電着ワイヤ

切断方向
ワイヤー往復方向

ーの有効切れ刃数が多く，砥粒の切れ味が良い場
合，切断面の表層は a-Si 層となる 6）。a-Si 層の生成には加工時の圧力が関係しているため，砥粒一

深
さ
方
向

個当たりの加工抵抗が低い状態で加工できている
場合，a-Si 層は薄くなる 7）。加工ダメージが大きくなり，クラックの数が増加すると，クラック同士が繋がり欠けを生じる。
欠けは，表面観察及び表面粗さにより評価した。
表 面 観 察 は ， 環 境 制 御 型 電 子 顕 微 鏡 （ FEI 製

図 3 Si 切断面のダメージ層の模式図

Quanta400）を用いた。表面粗さ測定は，三次元

c-Si ピーク (521cm )表面解析顕微鏡（Zygo 製 NewView 7300）を用
い，ワイヤー送り方向 70 m，切断方向 50 m の-1

-1

a-Si ピーク (470cm )範囲の PV 値を測定した。
a-Si 層の厚さは，ラマン分光光度計（日本分光（株）製 NRS-3100, 波長 532nm）により評価した。図 4 に典型的なラマンスペクトル測定例を示す。切断面のラマンスペクトルを測定すると， 521
cm-1 付 近の急峻な 結 晶 Si（c-Si）ピークと，470
cm-1 付近の緩やかな a-Si ピークが現れる。これらのピークの強度比 r から，以下の式（1）で a-Si 層厚さ da を計算できることが実験的に示されている 7）。

― 16 ―

図 4 典型的なラマンスペクトル例

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）𝑑𝑑𝑎𝑎 = 33.3 × ln {8.84+15𝑟𝑟

8.84+0.167𝑟𝑟}

・・・・・（1）

この評価方法 における測定範囲 は 10 ～150
nm である。特に 20～140nm の範囲はほぼ線形であり，精度よく測定できるとされている 7）。ただし，レーザーで照射した範囲のラマン分散光を検出する仕組みであるため，スポット径内で a-Si 層厚さが極端に変化する場合，例えば欠け等の要因により
c-Si が露出している場合などは正確な測定が困難となる。

3

図 5 切断距離に対する単結晶 Si 切断面

実験結果の表面粗さの変化

3.1 表面観察及び表面粗さ
図 5 に，切断距離に対する単結晶 Si 切断面の表面粗さの変化を示す。Ni-CNT 電着ワイヤーによる表面粗さは，切断距離 0.1 mm において約 2.0
mPV ， 切 断 距 離 0.2 mm に お い て 約 1.6
mPV，切断距離 0.3 mm において約 1.5 mPV

深さ方向
ワイヤー往復方向と切断の進行とともに粗さが良くなる。これは，加工
初期は砥粒が Ni に覆われており切れ味が悪く，切断が進行すると Ni が除去されて砥粒が露出し切

切
断
方
向

れ味が良くなるためであると考えられる。図 6(a),(b)に，Ni-CNT 電着ワイヤーにより加工した切断
距離 0.1 mm，0.2 mm における単結晶 Si 切断面の電子顕微鏡写真を示す。それぞれ，図の左右がワイヤー往復方向であり，図の上から下にかけて切断が進行する。図 6（a）より，Ni-CNT 電着ワイヤーによる切断面は，切断距離 0.1 mm において平滑(a) 切断距離 0.1mm

な面であり欠けが少ない。図 6（b）より，切断距離0.2 mm でも同じく平滑で欠けの少ない面が継続しており，表面粗さと同様の傾向であった。

深さ方向

一方，Ni 電着ワイヤーによる表面粗さは，図 5 よワイヤー往復方向

り，切 断 距 離 0.1 mm で は，約 1.8 mPV と
Ni-CNT 電着ワイヤーとほぼ同等であるが，切断
距離 0.2 mm では約 3.3 mPV，切断距離 0.3mm では約 2.9 mPV と非常に大きくなった。図

切
断
方
向

7(a), (b)に，Ni 電着ワイヤーにより加工した切断距
離 0.1 mm，0.2 mm における単結晶 Si 切断面の電子顕微鏡写真を示す。図 7(a)より，Ni 電着ワイ
ヤーによる切断面は，切断距離 0.1 mm では，欠けと平滑な面が混在する面であった。図 7(b)より，
切断距離 0.2 mm では，欠けが多く見られる粗い(b) 切断距離 0.2mm面となった。欠けは，クラックの増加により生じると考えられるため，より大きい加工ダメージが生じて

図 6 Ni-CNT 電着ワイヤーにより加工したいると考えられる。

単結晶 Si 切断面の電子顕微鏡写真― 17 ―

村岡

鈴木：カーボンナノチューブ複合電着ワイヤーによる単結晶シリコン切断面の加工ダメージ低減

3.2 アモルファス層厚さークがほとんど検出できなくなる。

図 8(a), (b)に，それぞれ Ni-CNT 電着ワイヤー

図 9 に，図 8(a), (b)のピーク強度から求めた及び Ni 電着ワイヤーで加工した単結晶 Si 切断面

a-Si 層厚さを示す。Ni-CNT 電着ワイヤーの切断におけるラマンピークを示す。縦軸は強度であり，面は，切断距離 0.1 mm において厚さ約 43 nm で

c-Si ピークの最大強度を 1 として規格化している。

あるが，切断距離 0.2 mm において厚さ約 32 nm

cm-1 付近にとやや薄くなる。この傾向は表面粗さと同様であり，ある急峻なピークが c-Si，470 cm-1 にある緩やかなa-Si 層厚さの観点からも切れ刃を覆っていた Ni の

横軸はラマンシフトである。また，521

ピークが a-Si である。a-Si ピークに着目すると，図8(a)より，Ni-CNT 電着ワイヤーの切断面は，切断
距離 0.1 mm から 0.2 mm でピークが低下していc-Siる。この結果は，0.1 mm に比べ 0.2 mm は a-Si
層が薄くなっていることを示唆している。一方，図8(b)より，Ni 電着ワイヤーの切断面は，切断距離a-Si

0.1 mm において，Ni-CNT 電着ワイヤーの同距
離よりもピーク強度が高いが，0.2 mm において，ピ

深さ方向
ワイヤー往復方向(a) Ni-CNT 電着ワイヤー

切
断
方
向

c-Si

a-Si

(a) 切断距離 0.1mm(b) Ni 電着ワイヤー

図 8 単結晶 Si 切断面におけるラマンピーク

深さ方向
ワイヤー往復方向（切断距離 0.1 mm 及び 0.2 mm）

切
断
方
向

評価不能
(b) 切断距離 0.2mm

図 9 単結晶 Si 切断面における a-Si 層厚さ

図 7 Ni 電着ワイヤーにより加工した（切断距離 0.1 mm 及び 0.2 mm）

単結晶 Si 切断面の電子顕微鏡写真― 18 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

工初期は Ni-CNT 電着ワイヤーと同等であるが，除去による砥粒の切れ味の向上が伺える。
一方，Ni 電着ワイヤーの切断面は，切断距離加工が進行すると非常に大きくなる。a-Si 層厚

0.1 mm において厚さ約 58 nm と，Ni-CNT 電着

さは，加工初期において Ni-CNT 電着ワイヤー

ワイヤーに比べ厚く，加工ダメージが大きい。切断に比べ厚く，加工が進行すると加工ダメージが距離 0.2 mm では，厚さ 20 nm 以下と極端に薄く大きくなり評価不能となる。 これは，砥粒の脱見える。しかし，図 7(b)の電子顕微鏡写真より，加落によって有効切れ刃数が減少し，加工抵抗

工ダメージにより表面に欠けが生じ，c-Si が表面にが大きくなることで，脆性破壊による欠けを生じ露出することで，a-Si 層厚さが正確に計算できていたためであると考えられる。
3) Ni-CNT 電着ワイヤーは，Ni 電着ワイヤーと比ないと考えられる。

較して，加工ダメージが少なく，高品位な切断以上の結果より，Ni-CNT 電着ワイヤーは，Ni

面が加工できる。

電着ワイヤーと比較して，加工ダメージが小さい。これは，砥粒の脱落を抑制することにより有効切れ刃数が維持され，砥粒一個当たりの加工抵抗が低い状態で維持されたため，加工ダメージが抑えられた

1) Tsunehisa

文

献

SUZUKI

etal.,

Precision

Engineering, Vol. 38, (2014) pp. 659–665.

と考えられる。

2) Tsunehisa SUZUKI et al., Journal of Solid

4

結Mechanics and Materials Engineering, Vol.

言

Ni および Ni-CNT 電着ワイヤーによる単結晶

Si 切断面について，表面観察，表面粗さ測定及びラマン分光分析による a-Si 層厚さ測定により，加工品位を評価し，以下のことが明らかになった。
1) Ni-CNT 電着ワイヤーによる切断面の表面粗さ

5, No. 8, (2011) pp. 386-396
3) 村岡潤一他， 2015 年度精密工学会秋季大会
学術講演会講演論文集, (2015)pp. 491-492
4) 村岡潤一他， 山形県工業技術センター報告
No.48, (2016) pp. 7-10

は，評価した範囲において，切断の進行ととも

5) 村岡潤一他， 2016 年度精密工学会春季大会に小さくなる。a-Si 層厚さについても同様の傾

学術講演会講演論文集, (2016)pp. 625-626

向であった。これは，加工の進行とともに砥粒表

6) 柴 田 隆 行 他 ， 精 密 工 学 会 誌 Vol.65, No.7,

面の Ni が除去されるため，砥粒の切れ味が良くなるためであると考えられる。
2) Ni 電着ワイヤーによる切断面の表面粗さは，加(1999) pp. 992-996
7) J.Yan et al., Engineering, Vol. 32, (2008)― 19 ―

pp.186–195.

被加工物の厚さの変化がワイヤーカット放電加工面の形状精度に及ぼす影響
五十嵐裕基

鈴木庸久

江端潔

Influence of Variation in Thickness of the Workpiece on Form Accuracy of Work Surface
Machined by Wire-EDM
Yuki IGARASHI

1 緒

Tsunehisa SUZUKI

Kiyoshi EBATA

言

ワイヤーカット放電加工の形状精度は，ワイヤーの自励振動やたわみの影響を受ける。自励
振動やたわみの要因となるワイヤーに作用する力は，放電反力，静電気力，電磁力，噴流圧力などがある。これらは，例えば，カット数や電流値，オン時間，オフ時間などの電気条件，ワイヤー張力やワイヤー径などの加工条件，被加工物の厚みによって変化する。
図 1 に示すような，加工中に作用するワイヤ(a) 被加工物 (b) 被加工物 

厚さ変化量：40 mm

厚さ変化量：20 mm

図1

ー長さ，つまり被加工物の厚さ（以下，加工厚さという）が急激に変化する被加工物の場合，同じ電気条件で加工すると，加工厚さが変化する前後で，自励振動やたわみの状態が変化し，ワイヤーに沿った筋目（以下，段差という）が加工面に発生する。
本研究では，この加工面の段差を小さくし，形状精度を改善することを目的とし，ワイヤー
カット放電加工の電気条件と加工厚さの変化量
が段差の形成に及ぼす影響について評価した。

1st カット後の被加工物形状
および加工方向20 mm の の 2 種類とした。
加工はワイヤーカット放電加工機（ファナッ
ク(株) ROBOCUT α-0C）を使用し，イオン交換水中で，線径 0.2 mm のノンパラフィンの真鍮線（日立金属(株) HBZ-U）で行った。被加工
物の材質は S50C とした。
表 1 に加工条件を示す。条件 A’,B’,C’,D’は 2nd
カットの条件であり，その前加工である 1st カットはすべて同じ条件で行っている。条件
A,B,C,D の 3rd カ ッ ト は ， そ れ ぞ れ 条 件

2 実験方法図 1 に 1st カット後の被加工物の形状と加工

A’,B’,C’,D’での 2nd カット後に実施した。各条

方向を示す。1st カットで切断した被加工物の件は，加工機メーカーの推奨条件を参考に設定

片側の加工面を，仕上げ加工条件（2nd カット，した。

3rd カット）で加工し，得られた放電加工面を被評価面とした。なお，予備試験では，図 1 と逆方向に加工を行い，加工方向と段差の形成と3rd カットと 2nd カットのオン時間は推奨条
件から，加工厚さに関わらず，それぞれ TON，
TON’一定とした。

はほぼ無関係であることを確認している。被加

オフ時間は，単位長さあたりの放電回数（以工物は，加工厚さが 20 mm から 60 mm に変化

下，放電頻度という）を考慮して設定した。3rd

する加工厚さ変化量 40 mm の と，加工厚さが40 mm から 60 mm に変化する加工厚さ変化量

カットのオフ時間は，条件 A, D では最大加工厚さ（60 mm）に合わせて TOFF とし，条件 B【平成 28 年度 金型・精密加工技術研究会】― 20 ―

山形県工業技術センター報告 No.49 (2017)

表 1 放電加工条件
AB

加工厚さ変化量(mm)

C

D

A’

B’

3rd

カット
40

40

オフ時間

TOFF

3TOFF

オフセット量( m)

111

106

40

ワイヤー

D’

40

20

2nd
20

40

40

TON

オン時間

C’

TON’
3TOFF
⇒TOFF

TOFF

3TOFF’

5TOFF’

111

126

111

106

5TOFF’⇒
3TOFF’
111

3TOFF’
126

 0.2 mm 真鍮線（ノンパラフィン）

被加工物

S50C

加工液

イオン交換水では最小加工厚さ（20 mm）に合わせて 3TOFFす。断面曲線は，3 次元表面構造解析顕微鏡とした。これは，加工厚さ 20 mm の場合，加（Zygo 社 NewView 7300）により，図 2 の測工厚さが 3 分の 1 となるため，オフ時間を 3 倍

定点 1 と測定点 2 の 2 ヶ所で矢印の方向に測定にすることで，放電頻度を加工厚さ 60 mm のした。測定点 1 は加工厚さ変化前の上面から 0.3

場合とほぼ同じにすることを狙ったものであmm 下とし，測定点 2 は底面から 0.3 mm 上とる。条件 C では，加工厚さの変化に合わせて加した。加工厚さ 20 mm または 40 mm の領域の工中にオフ時間を TOFF から 3TOFF に変更した。

平均高さを基準としたとき，加工厚さ 60 mm

2nd カットのオフ時間は，3rd カットの場合の領域のほうが低いという結果が得られたが，と同じ考え方で設定した。条件 A’,B’,D’のオフ

その最も低い場所との高低差を段差 h0，加工厚

時間は，それぞれ 3TOFF’，5TOFF’，3TOFF’とし，さが変化する位置から離れた領域（以下，定常

条件 C’では，加工厚さの変化に合わせて加工中状態という）との高低差を段差 h1 と定義した。

に 5TOFF’から 3TOFF’に変更した。加工厚さ 3 分の 1 に対して，オフ時間を単純に 3 倍にしてい加工方向ないのは，推奨条件に従ったためである。
ワイヤーカット放電加工機は，放電状態をセ

測定点 1
測定点 1

機能を有している。1st カットでは，このフィードバック機能が有効に作用して，加工速度が0.3 mmは，加工厚さが変化しても，ほぼ一定速度で加(a) 被加工物 工が進んだ。したがって，本実験における 2nd（60 mm）に合わせて 111 m とし，条件 B,Cでは最小加工厚さ（20 mm）に合わせて 106 mとした。2nd カットも同様に，条件 A’, D’では，最大加工厚さ（60 mm）に合わせて 126 m とし，条件 B’,C’では，最小加工厚さ（20 mm）に合わせて 111 m とした。
図 2 に放電加工面の断面曲線の測定箇所を示

0.3 mm(b) 被加工物 

図 2 放電加工面の断面曲線の測定箇所

カットと 3rd カットにおいては，放電頻度はオ

た。3rd カットは，条件 A, D では最大加工厚さ

測定点 2

測定点 2

調整された。一方，2nd カットと 3rd カットでオフセット量は，推奨条件に従って設定し加工方向

0.3 mm

ンシングして，加工速度にフィードバックする

フ時間と加工厚さだけで決定できると考えた。

0.3 mm3 実験結果および考察
3.1

加工厚さが変化したときのワイヤーの挙動
図 3 に条件 A’および A の断面曲線を，図 4に条件 C’および C の断面曲線を示す。断面曲線
は大まかに，加工厚さが 20 mm から 60 mm に変わったときに最大段差 h0 が発生し，その後は高低差が徐々に減少し，定常状態になると段差
h1 でほぼ一定となるような挙動を示した。図3(a),(b)および図 4 (a),(b)の全ての断面曲線で，― 21 ―

五十嵐 鈴木 江端：被加工物の厚さの変化がワイヤーカット放電加工面の形状精度に及ぼす影響

加工厚さ 20 mm ← → 加工厚さ 60mm

加工方向

加工厚さ 20 mm ← → 加工厚さ 60mm

段差 h0

段差 h0

加工方向

(a) 2nd カット条件 A’(a) 2nd カット条件 C’

加工厚さ 20 mm ← → 加工厚さ 60mm

段差 h0

加工厚さ 20 mm ← → 加工厚さ 60mm

段差 h1

段差 h0

加工方向

加工方向

段差 h1

オフ時間
変更位置

(b) 3rd カット条件 A(b) 3rd カット条件 C

図 3 2nd カット条件 A’および

図 4 2nd カット条件 C’および3rd カット条件 A の断面曲線（測定点 1）

3rd カット条件 C の断面曲線（測定点 1）

加工厚さ 20 mm の領域のほうが加工厚さ 60mm の領域より高くなっている。このことから，
加工厚さ 20 mm の領域と比べ，加工厚さ 60mm の領域では，ワイヤーが被加工物寄りに位置し，加工が行われていると考えられる。
図 4(b)では図中に矢印で示したように，段差
h0 が発生する前にも小さい谷が見られた。オフ
時間を変更しているタイミングが厚み変化のタ
イミングと完全には一致していなかったため，
このような小さい谷が発生したと考えられる。
3rd カット

3.2 加工面の測定点 1 と測定点 2 の比較
図 5 に，条件 A～D および A’～D’の加工面に2nd カット※D’の測定点 2 では表面粗さと段差の判別ができなかった。

生じた段差の結果を示す。全ての加工条件にお図 5 3rd カット加工条件 A～D および

いて，測定点 1 と測定点 2 で段差 h0 を比較する

2nd カット加工条件 A’～D’の段差 h0と，測定点 1 のほうで段差 h0 が大きくなっていた。ワイヤーの 1 次モードの自励振動やワイヤ

3.3

被加工物厚さの変化量の影響

厚さ変化量がそれぞれ 40 mm，20 mm の条

ーのたわみは，ほとんどの場合，ワイヤーの中央付近で最大となる。このため，測定点 1 のほ件 A と D の段差 h0 を比較すると，厚さ変化量

うが，加工厚さの変化がワイヤー自励振動やたが小さい条件 D は条件 A の約半分程度の数値

わみに及ぼす影響が大きく，大きな段差になっとなった。これより，厚さ変化量が小さければ，たものと考えられる。

ワイヤー自励振動やたわみの変化も小さくなる― 22 ―

山形県工業技術センター報告 No.49 (2017)(a) 加工厚さ 20 mm(b) 加工厚さ 60 mm

段差 h1

図 6 加工中のワイヤーたわみの概念図と考えられる。

映した結果であると考えられる。また，この約

2nd カットと 3rd カットの比較

5 m の段差 h1 は，加工厚さに応じた推奨条件

2nd カットと 3rd カットの段差 h0 を比較するから設定した加工条件 A（オフセット量 111と，3rd カット条件 A,B,D はそれぞれ 2nd カッ m）と加工条件 C（オフセット量 106 m）のト条件 A’,B’,D’とほぼ変わらない値となった。

オフセット量の差に一致する。加工中にオフ時

これは，条件 A,B,D では 2nd カットで生じた間とオフセット量を同時に変更していれば，厚3.4

段差をなぞるように 3rd カットが進行している

さ 20 mm の領域と厚さ 60 mm の領域で，定常ため，段差を小さくできなかったと考えられる。

状態の段差 h1 はほぼなくなると予想される。
図 4(b)で段差 h0 より前に発生した小さい谷

3.5 電気条件(オフ時間)の違いの影響
厚さ変化量が等しい 3rd カット条件 A,B,C をについて，原因は前述のように，オフ時間変更

比較すると，厚さの変化する位置でオフ時間をのタイミングと厚さ変化のタイミングが完全に変更し，放電頻度の差を小さくした条件 C におは一致していなかったためであると考えた。加いて，加工面に生じた段差 h0 が最も小さくなっ

工厚さ 20 mm から 60 mm の領域に加工が進行た。前加工である 2nd カット条件 A’,B’,C’では，する前に，矢印部分でオフ時間を短くしたため，測定点 1 の段差 h0 に大きな差はない。このこと

一時的に放電頻度が高くなり，ワイヤーの振動から，厚さの変化する位置でオフ時間を調整す

振幅が大きくなったことで，被加工物に切り込ることが段差 h0 の低減に有効であると言える。

む挙動をしたものと考えられる。
3.6

次に，放電頻度の差が大きい図 3(b)と，電気条件を変更し放電頻度の差を小さくした図 4ワイヤーたわみによる段差形成機構に関する考察(b)より，定常状態の段差 h1 を比較する。図 3(b)図 6(a),(b)に，それぞれ本実験の加工厚さ 20と図 4(b)の段差 h1 は，それぞれ約 15 m，5  m

mm，60 mm における加工中のワイヤーたわみ

であり，どちらも厚さ 60 mm の領域が厚さ 20の概念図を示す。小原らは，放電頻度が減少す

mm の領域より低い。この結果より，段差 h0

ると爆発による放電反力が減少するため，静電と同様に，加工厚さに応じてオフ時間を変更し，気力が優勢になると述べている 2) 。加工厚さ

放電頻度の差を小さくすることで，定常状態の20 mm の場合，下側の固定端付近のワイヤーの段差 h1 を小さくすることができることがわか

みが加工に作用しており，放電頻度が高いことった。オフ時間を変更し，放電頻度の差を小さ

で放電反力が大きくなっているため，図 6(a)のくした図 4(b)における，約 5  m の h1 はたわみようにワイヤーが大きくたわんでいると考えらの影響が小さく，ワイヤーの振動振幅の差を反れる。一方で，加工厚さ 60 mm の場合はワイ― 23 ―

五十嵐 鈴木 江端：被加工物の厚さの変化がワイヤーカット放電加工面の形状精度に及ぼす影響

図 7 ワイヤーのたわみと振動による段差形成の概念図
ヤー全体が加工に作用しており，放電頻度の減4 結言

少により静電引力がより支配的となったため，

本研究では， 0.2 mm の真鍮ワイヤーを用い

図 6(b)のようにワイヤーたわみが小さく，相対て，20 mm と 40 mm の厚さ変化量をもつ被加的に被加工物側に寄ったと考えられる。

工物を加工し，加工面に形成される段差に厚さ

3.7

ワイヤー振動による段差形成機構に関変化量と放電加工条件が及ぼす影響を調べ，以市井らによると，ワイヤーの自励振動は基本

下の結果を得た。
1) 加工面の中央部と下端部では，中央部のほうモード（一次モード）の弦振動が支配的であるが加工面に形成される段差が大きい。

と述べている 3)。つまり図 6(b)のように，ワイ

2) 厚さ変化量が大きいほうが，放電頻度の変化する考察が大きいため，段差は大きくなる。

ヤーの全体が加工に作用している場合の振動は一次モードと見なしてよく，ワイヤー中央部で3) 放電頻度を一定にするため，加工物の厚さが最も振動振幅が大きくなると考えられる。一方，

変化するときオフ時間を変更することで，段

図 6(a)のように，片側の固定端付近のワイヤー差を小さくできる。

のみが加工に作用している場合は，ワイヤーの

4) 放電頻度の差を小さくしたときの定常状態

中央部で放電反力等の力が加わらないため，振の加工面の高低差には，ワイヤーの振動振幅

動振幅が小さくなると考えられる。また，高次の差が反映されていると考えられる。

モードが発生する可能性もあり，その場合も振5) オフ時間を一定にして加工する場合，加工厚さが変わることでワイヤーの振動とたわみ

動振幅は小さくなる。
図 7 に，本実験の加工厚さ 20 mm，60 mmの挙動が変化し，段差形成に影響を及ぼすと考えられる。

における加工中のワイヤー振動の概念図を示す。図 7 の a および a’は振動振幅，g は放電ギ

文

ャップを示す。電気条件が一定の場合，放電ギ
ャップ g は一定である。前述のとおり，図 7 のような加工厚さ 20 mm のワイヤー振動振幅 a
は，加工厚さ 60 mm のワイヤー振動振幅 a’よ

献1) 三菱電機(株)：放電加工のしくみと 100%活用法，技術評論社，1979，178 頁
2) 小原，大住，正橋，宮西，羽多野：ワイヤ放りも小さいと考えられる。そのため，ワイヤー

電加工の加工精度に関する基礎的研究（第 6たわみを考慮しない場合，振動振幅の大きい加報），電気加工学会誌，Vol.36 No.81(2002)，

工厚さ 60 mm の領域では，より被加工物に近15 頁

い位置で加工が行われているといえる。

3) 市井，岡田，岡本：高速度観察による微細ワ

以上より，加工厚さ 60 mm の領域が加工厚

イヤ放電加工のワイヤ挙動評価，2012 年度

さ 20 mm の領域より加工面の高さが低い理由

精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集，は，1)ワイヤーの振動振幅が大きく，2)ワイヤーたわみの影響で，ワイヤーが被加工物に相対的に近づくためであると考えられる。

― 24 ―

355 頁

高速並列処理モジュールの開発によるＯＣＴシステムの構築
今野俊介

橋本智明

高橋義行

Development of Fast Parallel Processing Module used for OCT System
Shunsuke KONNO

1 緒

Tomoaki HASHIMOTO

Yoshiyuki TAKAHASHI

言

本研究は，非接触三次元断層計測である光断層画像化法(OCT : Optical Coherence Tomography)の性能改善により応用可能性を広げ，製品品質の改善に寄与する計測技術の確立を目的としている。
OCT は光の干渉現象を応用した計測技術であり，光が届く範囲であれば非接触で三次元の形状計測
や断層計測が実現できる。特に，高速・高精度な

図 1 PC ベース OCT システム概要

計測が行えるスペクトルドメイン型
OCT(SD-OCT : Spectral Domain OCT)に対する計測ニーズは多くあり，当センターでは機械加工
製品の形状計測や塗装膜解析などの技術シーズを開発してきた 1)。この際，SD-OCT の課題は干渉波形の解析処理が膨大で，計測の実現には性能の高い演算器が必須となることである。しかし，解析処理の演算間に依存が無いため，多数の演算器

図 2 組込みベース OCT システム概要

を用いて並列化することで高速に処理を実現できる可能性がある。そこで，本研究では描画演算機能を目的とするハードウェアであるが，GPU(Graphics Processing Unit)やマルチコア型

その高い演算能力を干渉波形解析処理にの FPGA(Field Programmable Gate Array)等を

GPGPU(General

PurposeComputingon

用いた並列処理モジュールを採用することで市場

Graphics Processing Unit)として実装することでニーズに応えられる処理性能を実現した。

高速な並列演算処理を実現した。
2.2 組込みベース OCT システム
一方，厚さ計測や段差計測などの点計測アプリ

2 システム構成

ケーションでは，1 点若しくは数点の OCT 計測で2.1 PC ベース OCT システム
三次元の形状解析を詳細に行うことを目的とし済むことから，演算処理の負荷はそれほど高くな

た PC ベースの OCT システムの概要を図 1 に示い。しかし，小型化や低コスト化の市場要求は高す。この計測では，計測エリアに対して約 25 万点

く，一方で FFT などの高度な演算処理機能も求め以上という非常に多くの計測点に対して 1 点毎のられる。こうした用途向けには組込みベースのスペクトル干渉解析のための FFT(Fast Fourier
Transform)処理をする必要がある。その実現のた
めに並列処理モジュールとして GPU(Graphics
Processing Unit)を実装している。GPU は本来，

OCT システムを構築した。概要を図 2 に示す。並列 処 理 モ ジ ュ ー ル は ， FPGA(Field
Programmable Gate Array)上に演算処理ロジッ
クとして実装した。なお，今回採用した FPGA は【平成 26～28 年度 技術開発・改善事業】― 25 ―

今野

橋本

高橋：高速並列処理モジュールの開発によるＯＣＴシステムの構築

図 3 PC ベース OCT システムのタイミングチャート

図 4 ラインセンサ制御回路
マイクロコンピュータをハードウェアとして搭載

ラインレート 125kHz での OCT 計測を実現した。

した SoC-FPGA(System on chip FPGA)と呼ばれ256 ラインの干渉波形を取得するのに約 4ms 要し，る半導体デバイスであり，干渉波形解析に求めら

従来の CPU(Central Processing Unit)による順

れる高速な並列演算処理と比較的複雑なペリフェ

次処理では約 31ms の処理時間が必要であり，リラル管理や UI(User Interface)などの処理をワン

アルタイムで干渉波形解析を行うことはできなか

チップで実現することができる。また，本計測用った。一方，今回新たに開発した GPU を用いた途に適した 2048 画素 Si 型ラインセンサデバイス

並列処理モジュールでは約 1.2ms で処理を実現でを選定し，その出力である干渉波形を演算処理部

きたことから，撮影処理のバックグラウンドでリにデジタル信号として取り込むためのオリジナル

アルタイムに干渉波形解析処理を実現できた。

のラインセンサ制御回路を開発することで，小型3.2 組込みベース OCT システムの開発化及び低コスト化を図った。

組込みベース OCT システムの干渉波形を取り込むオリジナルのラインセンサ制御回路を図 4 に示す。市販の CMOS ラインセンサ(浜松ホトニク

3 開発内容3.1 PC ベース OCT システムの開発

ス社製 S11639)を組込みシステム基板に搭載した

PC ベース OCT システムの動作タイミングを図FPGA から制御し，外部で信号振幅を所定のレベ

3 に示す。本システムでは業界最速のラインセン

ルまで増幅後，AD コンバータによりデジタル信

サカメラ(NED 社製 XCM2080SAT4)を採用し，号に変換して FPGA 内に取り込む回路となって― 26 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

表 1 デバイスのベンチマーク結果

ファミリ名

デバイスコア

メーカー

処理時間, ms

ZYNQ7

ARM Cortex A9Xilinx

1.728

SuperHSH4 7750R

Renesas

8.270

RX

RX62N

Renesas16.460RX

RX210

Renesas88.500

STM32

ARM Cortex M3

STmicro176.200

Sterallis

ARM Cortex M3

TI

183.000

いる。今回用いた CMOS ラインセンサは 10MHzている。この結果，CPU による並列処理の実装にのクロック周期であり，信号増幅回路には高速なより 1.3 倍の高速化を実現することができた。

応 答 が 可 能 な 高 性 能 オ ペ ア ン プ (Linear

さらに，組込みベース OCT システムについて

Technology 社製 LT1819)を選定し，回路シミュレ

は小型化も進め，メンテナンス性を考慮しながらータ(Linear Technology 社製 LTSpice)により回

図 6 に示すように各種制御基板や小型干渉計を配路定数を決定した。

置し，約 7.4L の容積に抑えることができた。これ

また，本システムの処理性能を最適化するために，演算処理を担う部分のキーデバイスについては従来の PC ベースと比較して約 1/5 の小型化となり，装置の使いやすさの向上を実現した。

比較検討を行った。対象としたのは，比較的低コストで入手性の高い 6 種のデバイスで，そのデバ

4 結

イスに並列処理モジュールを実装し，処理時間を本研究で得られた知見は以下のとおりである。
1) PC ベース OCT システムに並列処理モジュー

ベンチマークテストした。1024 点の FFT 処理と言ピーク検出処理についてのベンチマークの結果をルとして GPGPU を実装した。処理性能を評

表 1 に示す。この結果を受けて，処理速度が最も価したところ，約 1.2ms であり，順次処理である CPU との性能比 30 倍の高速化を達成し

速 か っ た ZYNQ7 シ リ ー ズ (Xilinx 社 製
SoC-FPGA)を本システムの演算器として採用した。この SoC-FPGA の内部ブロック図を図 5 示

た。
2) 組込みベース OCT システムに SoC-FPGA を用いた並列処理モジュールを実装した。100 ポ

す。初段で，制御回路により CMOS ラインセン
サから干渉波形をメモリ内に取り込む。その後，
CPU によりメモリ内のデータを使って干渉波形解析を行う。ZYNQ7 シリーズには CPU が 2 つ搭
載されているため，一方の CPU では光軸をスキャンするためのミラーの制御と干渉波形解析処理を行い，もう一方の CPU ではスイッチ制御や液晶画像表示などの GUI(Graphical UI)制御を行っ

図 5 SoC-FPGA の内部ブロック図

図 6 組込みベース OCT システムの内部レイアウト― 27 ―

今野

橋本

高橋：高速並列処理モジュールの開発によるＯＣＴシステムの構築

イントの断層計測において処理時間が 640ms
であり，シングルスレッドによる CPU での処

文献1) 高橋義行他 : 山形県工業技術センター報告,

理と比較して 1.3 倍高速化できた。

No.38(2006)37.

3) ラインセンサ制御回路の内製化と演算処理を
SoC-FPGA で実現したことにより，従来の PC
ベースのシステムと比較して約 1/5 の小型化を実現した。

― 28 ―

マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の大型部材への適用
松木俊朗 中野正博 藤野知樹 鈴木剛 小林庸幸 村岡潤一
後藤仁 小川聖志 齋藤壱実 岡田大樹 髙橋俊祐 村上周平
渡辺利隆＊ 山田享＊＊ 長瀬真一＊＊＊ 渡辺隆介＊＊＊＊麻生節夫＊＊＊＊＊ 後藤育壮＊＊＊＊＊
Application of Martensitic Spheroidal Graphite Cast Iron to Large Parts
Toshiro MATSUKI Masahiro NAKANO Tomoki FUJINO Takeshi SUZUKI
Tsuneyuki KOBAYASHI Jun-ichi MURAOKA Hitoshi GOTO Satoshi OGAWA
Kazumi SAITO Hiroki OKADA Shunsuke TAKAHASHI Shuhei MURAKAMI
Toshitaka WATANABE＊ Toru YAMADA＊＊ Shin-ichi NAGASE＊＊＊
Ryusuke WATANABE＊＊＊＊ Setsuo ASO＊＊＊＊＊ Ikuzo GOTO＊＊＊＊＊

1 緒

言

本報告では，事業の一部について成果の概要をエレベータ用シーブ（綱車）や金属成形用の金紹介する。

型などの大型部材では，装置の高速化や高機能化に伴い耐摩耗性の向上が必要とされており，より硬い材料が求められている。有限会社渡辺鋳造所と当センターが共同で開発したマルテンサイト球2 成

果

2.1 マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の硬さに及ぼす熱処理の影響

状黒鉛鋳鉄 1~3)は，焼入れすることなく氷点下に冷

マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄は，先述のとおり

やすサブゼロ処理だけで硬くなる材料であり，厚焼戻し処理により硬さを調整するが，大型部材を肉品でも芯部まで硬くできる特長を有する。また，焼戻しする場合には，温度の均一化を図るために通常の焼入れ鋼材と同様に焼戻しによる硬さの調

長時間の加熱保持が必要となる。その際，同条件

整 も可 能で ある 。こ れまで も本 材料 を 直 径で実施した小型部材より硬さが低くなる傾向が見

200mm 程度の小物部材へ応用してきたが，直径1m 級のエレベータ用シーブや金型へ展開するにられたため，その原因を実験室で調査した。
図 1 に直径 25mm 丸棒試料を 400℃，500℃及あたり，組織や硬さ制御等の製造技術，化学分析

び 600℃で焼戻しした際の時間経過に伴う硬さ変な検討が必要となった。
そこで，マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄を大型部材に適用するための技術開発に取り組み，実験室での基礎的な検討とともに，現場での試作を行った。本研究は，戦略的基盤技術高度化支援事業として，有限会社渡辺鋳造所及び公益財団法人山形
県産業技術振興機構が事業管理機関となり，民間企業 3 社，大学・公設試 2 機関の研究実施機関の他，アドバイザとして川下ユーザ企業も参画する
産学官連携により実施した。

ブリネル硬さ HBW10/3000

や耐摩耗性等の品質評価技術について，より詳細
500
450
焼戻し
温度

400
350

400℃

300

500℃

250
200

600℃
0

10

20 30 40
保持時間, h50

図 1 硬さに及ぼす焼戻し温度及び時間の影響【平成 26～28 年度 戦略的基盤技術高度化支援事業】＊有限会社渡辺鋳造所 ＊＊(元)有限会社渡辺鋳造所 ＊＊＊株式会社ナガセ ＊＊＊＊ワタナベ・コア有限会社＊＊＊＊＊秋田大学大学院理工学研究科― 29 ―

松木 中野 藤野 鈴木 小林 村岡 後藤(仁) 小川 齋藤 岡田 髙橋 村上 渡辺(利) 山田 長瀬 渡辺(隆) 麻生 後藤(育)：マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の大型部材への適用

加工抵抗（主分力）, N

1500

50mm

1000

500

0
0

(a) 焼戻し温度 400℃，光学顕微鏡

500

1000 1500 2000 2500
加工距離, m

切削速度 マルテンサイト
球状黒鉛鋳鉄
従来材料（FCD700）

400m/min
200m/min
100m/min
400m/min
200m/min

図 3 加工抵抗に及ぼす切削速度の影響

微細黒鉛

500
加工抵抗（背分力）, N

50mm(b) 焼戻し温度 600℃，光学顕微鏡

微細黒鉛

400

300

200
0

切込量

2.0mm
1.0mm
0.5mm

50
100
150
200
3
除去体積, ×10 mm3250

図 4 マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の加工抵抗に及ぼす切込量の影響

1mm(c) 焼戻し温度 600℃，電子顕微鏡

間の増加に伴う硬さの低下が大きいことなどから，

図 2 マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄のミクロ

微細黒鉛の析出が硬さ低下の原因と推察される。

組織に及ぼす焼戻し温度の影響

そのため，この現象を考慮した大型部材向けの熱処理条件を新たに定めた。

化を示す。一般鋼材と同様に焼戻し温度が高いほ
ど硬さは低い。また，500℃及び 600℃で焼戻しを

2.2 マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の切削加工性行った場合は，時間経過に伴い硬さが低下する。

エレベータ用シーブでは，旋盤による外周及び

図 2 に 400℃及び 600℃で 48h 焼戻しした試料

溝加工が必要となるが，マルテンサイト球状黒鉛の光学顕微鏡及び電子顕微鏡写真を示す。いずれ

鋳鉄の機械加工の知見が無く，適切な加工条件のも焼戻しマルテンサイト組織であるが，600℃で確立が求められた。そこで，実験室の NC 旋盤及焼戻しした試料は組織が粗いのに加え，微細な黒び切削動力計を用いて，加工抵抗に及ぼす加工条鉛が見られる。400℃焼戻しでは微細黒鉛が認め件（切削速度，切込量等）の影響を調べた。なお，られないこと，600℃焼戻しは 400℃と比較して時工具材種はコーティング超硬 K 種とした。

― 30 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

止端割れ，ビード下割れ
外観

黒鉛多

断面

黒鉛少
50mm

50mm

1mm

1mm

(a) 半自動溶接
きのこ状
外観

断面

ディスク状

図 6 黒鉛晶出に及ぼす試料形状の影響
表 1 分析値のばらつき（元素，分析法の比較）（mass%）
形状

1mm

1mm

Ni

Mn

QV

XRF

QV

XRF

0.11

0.12

0.13

0.26

0.06 0.026 0.031

ディスク状 0.06

0.09

0.08

0.12

0.05 0.015 0.019

QV

XRF

※ QV：発光分光分析，XRF：蛍光X線分析

図 5 ビードオンプレート試験後の外観及び断面図 3 に加工抵抗に及ぼす切削速度の影響を示す。

Si

QV

きのこ状

(b) TIG溶接

Cできることも重要となる。特に，鋳鉄には黒鉛がマルテンサイト球状黒鉛鋳鉄（硬さ 420HBW）と存在するため，溶接時の炭化物晶出による加工性

従来材料（FCD700 相当，硬さ 270HBW）を比の悪化や割れの発生を抑制する必要がある。そこ

較すると，マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の切削速で，ビードオンプレート試験等により本材料の溶度を 100m/min に下げることによって FCD700

接性を検証した。

と同等の切削抵抗となる。図 4 にマルテンサイト

図 5 に試験後の外観及び断面写真を示す。なお，

球状黒鉛鋳鉄の加工抵抗に及ぼす切込量の影響を

半自動溶接はオーステナイト系ステンレス鋼製ワ示す。切込量が最も大きい 2.0mm では加工抵抗

イヤを，TIG 溶接は市販の金型補修用溶接棒を使の変化が小さく，除去体積 180×103 mm3 での加用した。また，いずれも予熱及び後熱を行った。

工抵抗が他の条件とほぼ等しい。本材料には一部

図より，半自動溶接では止端割れから続くビードに残留オーステナイトが存在するため，切込量が下割れが見られるが，TIG 溶接では割れが認めら

過小な場合はオーステナイト系ステンレス鋼材とれない。TIG 溶接は，半自動溶接と比較して小電同様に加工硬化の影響が大きくなると考えられる。

流での溶接が可能であり，入熱の管理が容易なた

以上の結果より，マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄

め，母材への熱影響が小さい。加えて，共金系のの加工では切削速度を下げ，切込量を大きく設定

溶解材を利用可能なため，割れにつながる元素のすることが有効であることを明らかにした。また，混入を防ぐこともできる。これらの理由により，現場の NC 旋盤でも加工試験を行い，これらの条

TIG 溶接で割れが生じなかったと考えられる。

件が適用できることを確認した。

以上の検討により，適切な市販の溶接棒を選定

2.3 マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄への補修，肉盛り溶接

し，予熱，後熱を行うことで，割れや異常組織のマルテンサイト球状黒鉛鋳鉄を金型として応用ない健全な溶接が可能であることを明らかにした。
2.4 化学成分の現場分析技術

するうえで，補修や形状変更のための溶接に対応

マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の硬さには化学組― 31 ―

4
2
0
-2
-4

4
2

摩耗深さ, mm

摩耗深さ, mm

松木 中野 藤野 鈴木 小林 村岡 後藤(仁) 小川 齋藤 岡田 髙橋 村上 渡辺(利) 山田 長瀬 渡辺(隆) 麻生 後藤(育)：マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の大型部材への適用

0

0.5

1.0
距離, mm

1.5

0
-2
-4

2.0

0

0.5

1.0
距離, mm1.5

2.0

硬さ 291HBW

硬さ 445HBW

摩耗痕

摩耗痕

200mm

200mm

(a) 従来材料（FCD700）(b) マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄

図 7 ころがり摩耗試験後の摩耗痕の外観及び断面形状
成が大きく影響するため，鋳造現場での管理が重を検討し，マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄と従来材要となる。一方，ニッケル（Ni）等の合金元素を料の耐摩耗性を比較した。

多量に含むため，既存の分析方法では精度に課題

摩耗試験方法については，シーブとロープの滑があった。そこで，分析対象となる複数の元素にり速度が小さいこと，比較的高い荷重が断続的について，固体発光分析及び蛍光 X 線分析を行い，負荷されることから，ボールオンディスク摩擦摩分析精度の向上を目指した。併せて，試料の採取

耗試験機によるころがり摩耗試験を実施すること

方法も検討した。

とした。図 7 にマルテンサイト球状黒鉛鋳鉄と従

図 6 に形状を変えて採取した分析試料の外観及来材料（FCD700）について，試験後の外観及びび断面組織写真を示す。きのこ状試料では微細な断面形状を示す。なお，試験は相手材は直径

黒鉛が多数見られるのに対し，ディスク試料では4.76mm のベアリングボール，摩擦条件は乾式，

黒鉛が少ない。表 1 にそれぞれの試料を発光分光

荷重 60N，回転速度 0.5m/s，回転半径 10mm，分析及び蛍光 X 線分析で分析した際のばらつきを

回転数 5000 回で実施した。マルテンサイト球状示す。試料形状については，いずれもディスク試

黒鉛鋳鉄は FCD700 と比較して摩耗痕の幅が狭料のばらつきが小さい。特に，発光分光分析では

く，凹凸も小さい。ころがり接触では，内部を起ディスク試料で黒鉛の晶出が少なく放電状態が良点としたき裂が進展してはく離することで摩耗がいため，ばらつきが低減したと考えられる。また，

進行するとされているが，マルテンサイト球状黒分析方法を比較すると，ニッケル（Ni）では蛍光

鉛鋳鉄では残留オーステナイトの加工硬化等によX 線分析のばらつきが小さい。これらの結果より，

りき裂の進展が抑制されるため，耐摩耗性が従来

マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄を現場で分析する手材料より高いと考えられる。

順として，ディスク試料を採用すること，元素に以上の結果より，マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄

より固体発光分析と蛍光 X 線分析を使い分けるこの耐摩耗性が良好であることを確認した。
2.6 マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄製エレベーとを定めた。
2.5 マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の耐摩耗性タ用大型シーブ及び金型の試作

エレベータ用シーブでは，相手材であるロープ以上の研究成果をもとに，図 8 に示す直径 1m

に対する耐摩耗性が要求される。これを実験室で級のエレベータ用大型シーブ及び金型を試作した。

迅速に評価するため，シーブとロープの接触で生また，試作品を用いて現場での熱処理実験を行い，じる摩耗形態を考察するとともに，摩耗試験方法

狙いの硬さに調整できることを確認した。

― 32 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

3 結
従来品

言

本事業では，マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄を大型部材へ適用するため製造技術及び評価技術について検討し，以下の知見を得た。
1) マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の熱処理では，焼戻し時間の増加に伴い微細黒鉛が析出して硬さが低下する。
2) マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄の加工では，切削速度を低く，切込量を大きくすることが有効で

試作品(a) エレベータ用大型シーブある。
3) マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄は，市販の溶接棒を用いた TIG 溶接が可能である。
4) マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄を現場で高精度に分析するためには，ディスク状の試料を用い，固体発光分析及び蛍光 X 線分析を併用する。
5) マルテンサイト球状黒鉛鋳鉄は，ころがり摩耗において優れた耐摩耗性を示す。
以上の結果をもとに，マルテンサイト球状黒鉛(b) 配管内蔵金型

鋳鉄製エレベータ用大型シーブ及び金型を試作した。今後は，事業化に向けた取り組みを推進する。

図 8 試作したマルテンサイト球状黒鉛鋳鉄製
エレベータ用大型シーブ及び配管内蔵金型

文献1) 渡辺利隆, 石井和夫, 渋谷宇一郎, 山田享, 佐藤昇, 中野哲, 晴山巧, 高橋裕和 : 公開特許公報，2006-104573 (2006)
2) 石井和夫, 渋谷宇一郎, 渡辺利隆, 晴山巧, 山
田享 : 鋳造工学, 77(11)(2005)769
3) 渡辺利隆, 石井和夫, 山田享, 佐藤昇, 中野
哲 : 鋳造工学, 82(12)(2010)794― 33 ―

Al-Mg 系合金鋳物の機械的性質に及ぼす鋳造条件の影響
齋藤壱実 藤野知樹 髙橋俊祐 中野正博 鈴木剛 松木俊朗 後藤仁 小川聖志 村上周平
Influence of Casting Conditions on Mechanical Properties of Al-Mg Alloy Castings
Kazumi SAITO Tomoki FUJINO Shunsuke TAKAHASHI Masahiro NAKANO
Takeshi SUZUKI Toshiro MATSUKI Hitoshi GOTO Satoshi OGAWA Shuhei MURAKAMI

1 緒

言後, 所定の鋳込温度に達するまで溶湯を沈静させ鋳造用アルミニウム合金の中で AC7A（Al-Mgてから注湯した。

系合金鋳物）は耐食性や鋳放しでの機械的特性が
表 1 溶解材料の化学組成, mass%

優れるとされるが, 鋳造性が劣るため,ひけ等の鋳造欠陥が実体特性に及ぼす影響が大きい。一般
的に, 鋳造品の品質を改善するには溶湯処理によ

Cu

Si

Mg

Zn

Fe

Mn

Ni

AC7A 鋳塊
Al-5%Ti-1%B

0.00
-

0.04
0.14

5.1
-

0.00
-

0.12
0.18

0.5
-

0.01
-

JIS H5202(参考) AC7A

0.1
以下

0.20
以下

3.5
～
5.5

0.15
以下

0.30
以下

0.6
以下

0.05
以下

Ti

Pb

Sn

Cr

B

Al

AC7A 鋳塊

0.01

0.00

0.00

0.00

-

残部

Al-5%Ti-1%B

5.0

-

-

-

1.0

残部

JIS H5202(参考) AC7A

0.20
以下

0.05
以下

0.05
以下

0.15
以下

-

残部

る金属組織微細化が有効とされ, 純アルミニウム
や AC4C（Al-Si-Mg 系合金鋳物）においては, Ti-B
系微細化剤による結晶粒微細化の効果が報告されている 1), 2)。
これまで当センターでは, Ti-B 系結晶粒微細化剤
添加が AC7A の組織に与える影響について調査してきた。その結果, 肉厚に関わらず組織を微細化及寸法 (mm)

び均一化できること, 繰り返し溶解及び長時間溶湯保持を行っても微細化の効果がほぼ維持できることを確認した 3)。
本研究では, 結晶粒微細化剤の添加を含む鋳造

種類

a

b

c

d

B号

25

55

40

140

180

C号

55

90

50

160

以上

条件の違いが, 引張強さや伸び等の機械的性質に引張試験片採取位置

図 1 Y 形供試材の形状及び寸法及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。

2 実験方法e2.2 評価方法
Y 形供試材の引張試験片採取位置近傍より切り

2.1 鋳塊及び鋳造条件
抵抗式電気炉及び#15 黒鉛るつぼを用いて表 1に示す AC7A 鋳塊を溶解した。鋳造条件として,出した試料について研磨, 5％HF 溶液によるエッ
チング後, 光学顕微鏡で断面組織を観察した。結Ti-B 系結晶粒微細化剤の添加あり（目標 Ti 量:

晶粒径は組織写真上に直線を引き, その直線と粒

0.1%）, 添加なしの 2 水準, 鋳込温度は 720℃と界とが交わる交点数から算出する切片法により求750℃の 2 水準, 脱ガス処理あり（N2 ガスでめた。また, 組織観察試料と同等の位置から採取

10min）, 処理なしの 2 水準にそれぞれ設定した。

した試料を用いてブリネル硬さ試験（単位:また, 鋳型は図 1 に示す Y 形供試材
（JIS G 5502,

HBW10/ 500）及び ICP 発光分光分析を行った。

砂型）
を用い, 鋳込温度 720℃については B 号, 鋳さらに, 同供試材の引張試験片採取位置より平行

込温度 750℃については B 号及び C 号をそれぞれ

部直径 10mm, 平行部長さ 60mm を有する 14A用いた。実験手順は, 鋳塊及び微細化剤を完全に号試験片（JIS Z 2241）を切り出し, 引張強さ,

溶解した後に溶湯処理としてフラックス添加によ

0.2%耐力及び伸びを測定した。引張試験後に, 破る除滓処理を行い, N2 ガスで脱ガス処理を行った

断面を走査型電子顕微鏡で観察した。

【平成 27～28 年度 技術開発・改善事業】― 34 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

また, 鋳込温度 750℃で Y 形供試材 B 号を鋳型

料も JIS 規格範囲内であり, 微細化剤添加ありにとして用いた 4 水準の試料については, サブミク

おいては, Ti 量の目標値である 0.1%に概ね近い値

ロンフォーカスエックス線 CT 装置（マース東研で調整できた。図 2 に各条件で作製した金属組織

X 線検査株式会社製 TUX-3200N+CT ユニット）

を, 図 3 に金属組織写真より測定した結晶粒径をに より 引張 試験 前の 試験片 平行 部 に おい て示す。鋳込温度, 鋳型の寸法及び脱ガス処理の有10mm×L10mm の視野で内部欠陥観察を行っ無が結晶粒径に与える影響はさほどみられず, 微た。さらに, 付属の解析用ソフトウェア（株式会

細化剤の添加により結晶粒径が小さくなった。ま社アイケダ製 TomoShop）を用いて観察視野内のた, 微細化剤添加ありの金属組織においてはいず

6.5mm×6.5mm×6.5mm の解析範囲で欠陥体積

れも結晶粒中心付近に花弁状の組織が見られ, 微率計算を行った。

細化剤が有効に作用したものと考えられる 3) 。
図 4 に, サブミクロンフォーカス X 線 CT により観察した鋳込温度 750℃, B 号引張試験片の平行部

3 実験結果及び考察
3.1 金属組織及び内部欠陥評価

CT 断層像を, 同試料の 3D 像を図5 に示す。脱ガス

表 2 に各条件で作製した Y 型供試材の ICP 発光

処理の有無, 微細化剤添加の有無に関わらず, い

分光分析結果を示す。いずれの条件で作製した試

ずれの像にも黒色で示された無数のボイドが確認

表 2 各試料の化学組成, mass%（溶湯処理は A: 脱ガス処理なし, 微細化剤添加なし, B: 脱ガス処理あり, 微細化剤添加なし, C: 脱ガ
ス処理なし, 微細化剤添加あり, D: 脱ガス処理あり, 微細化剤添加ありの 4 水準をそれぞれ示す。
）
鋳込条件

溶湯処理

Cu

Si

Mg

Zn

Fe

Mn

Ni

Ti

Pb

Sn

Cr

B

Al

A

<0.01

0.037

5.24

<0.01

0.060

0.40

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.001

残部<0.001

残部

C
D

<0.01
<0.01

0.039
0.040

5.09
5.13

<0.01
<0.01

0.061
0.064

0.39
0.39

<0.01
<0.01

0.11
0.09

<0.01
<0.01

<0.01
<0.01

<0.01
<0.01

0.015
0.005

残部
残部

A

<0.01

0.027

4.37

<0.01

0.050

0.30

<0.01

0.011

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.001

残部<0.01<0.001

残部

C
D

<0.01
<0.01

0.031
0.030

4.36
4.43

<0.01
<0.01

0.070
0.067

0.36
0.36

<0.01
<0.01

0.13
0.13

<0.01
<0.01

<0.01
<0.01

<0.01
<0.01

0.00180.0018

残部
残部

A

<0.01

0.035

B

750℃鋳込
B号

B

750℃鋳込C号

B

720℃鋳込
B号

C
D

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01
<0.01

750℃鋳込
B号（小）

脱ガス：

0.033

0.029

5.21

4.41

4.59

<0.01

<0.01

<0.01

0.061

0.052

0.096

0.45

<0.01

0.33

0.40

<0.01

<0.01

0.013

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

4.61

<0.01

0.097

0.40

<0.01

0.012

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

残部

0.037
0.039

4.64
4.61

<0.01
<0.01

0.11
0.12

0.39
0.39

<0.01
<0.01

0.10
0.08

<0.01
<0.01

<0.01
<0.01

<0.01
<0.01

0.015
0.01

残部
残部

×, 微細化剤: ○脱ガス：

×, 微細化剤: ×○, 微細化剤: ×

脱ガス：

脱ガス：

○, 微細化剤: ○750℃鋳込C号（大）引張試験片採取位置

720℃鋳込
B号（小）

残部

0.036

100mm

100mm

100mm

100mm

100mm

100mm

100mm

100mm

100mm

100mm

100mm

100mm

図 2 金属組織（脱ガス及び微細化剤添加は, 処理を行ったものを○, 行っていないものを×で表示）― 35 ―

齋藤

藤野

髙橋

中野

鈴木 松木

後藤

小川 村上：Al-Mg 系合金鋳物の機械的性質に及ぼす鋳造条件の影響できる。ボイドの発生箇所に位置的な偏りはほとんどフォーカス X 線 CT の再構成像を元に計算した欠陥

見られず, 観察視野全域にわたって分散している状

体積率結果を示す。いずれも 1%以内で推移する結況であった。ボイドはその形態から凝固収縮に伴う果となった。

引け巣であると考えられる。また, 図 6 にサブミクロン

結晶粒径
直線の長さ
＝
交差する粒界数

結晶粒径, mm

粒径測定イメージ
（切片法）

260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0

□ 微細化剤なし■ 微細化剤あり

脱ガス

×

○

×

○

×

○

×

○

×

○

×

○

微細化剤

×

×

○

○

×

×

○

○

×

×

○

○

750℃

鋳込温度
鋳型寸法

B号（小）

720℃
C号（大）

B号（小）

図 3 結晶粒径（脱ガス及び微細化剤添加は, 処理を行ったものを○, 行っていないものを×で表示）

(a)

(b)

(c)

(d)

図 4 750℃鋳込, B 号試験片のサブミクロンフォーカスエックス線 CT の断層像（
（a）脱ガスなし・微細化なし, （b）脱ガスなし・微細化あり,（c）脱ガスあり・微細化なし, （d）脱ガスあり・微細化あり）― 36 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

(a)

(b)

(c)

(d)

図 5 750℃鋳込, B 号試験片のサブミクロンフォーカスエックス線 CT の 3D 像（（a）脱ガスなし・微細化なし, （b）脱ガスなし・微細化あり,（c）脱ガスあり・微細化なし, （d）脱ガスあり・微細化あり）
1.2

表 3 各試料のブリネル硬さ, HBW 10/500（脱ガス及び微細化剤添加は, 処理を行ったものを○, 実施していないものを×で表示）

欠陥体積率, %

1
0.8

0.6

脱ガス

×

○

×

○

微細化剤

×

×

○

○

54

53

55

53

51

54

54

54

55

56

57

57

750℃

0.4

鋳込温度
及び

0.2

鋳型寸法
0

脱ガス

×

×

○

○

微細化剤

×

○

×

○

B号
750℃
C号
720℃
B号

張強さ及び伸びでは差が見られた。引張強さ及び伸

図 6 750℃鋳込, B 号試験片のサブミクロン
フォーカスエックス線 CT により算出した
欠陥体積率

びが最大となったものは, 鋳込温度 720℃, 脱ガス処理あり, 微細化剤添加ありであった。一方, 引張強さ及び伸びが最小となったものは, 鋳込温度 720℃,

3.2 機械的性質の評価

脱ガス処理なし微細化剤添加なしであった。また,

表 3 に各試料におけるブリネル硬さ試験結果を示

鋳込温度750℃では, 鋳型寸法の違いによらず脱ガす。いずれの水準においても硬さ値に大きな違いはス処理あり, 微細化剤添加ありで引張強さが高い。脱ないことから, 本実験においては鋳込温度, 鋳型寸

ガス処理及び微細化剤添加処理を各々単独で行っ法, 脱ガス処理及び微細化剤添加の有無が硬さにた場合でも, 機械的性質のうち特に引張強さの向上

及ぼす影響は大きくないと考えられる。図 7 に引張に寄与していたが, 複合した処理を行うことでより効試験結果を示す。本実験で行った 12 水準間で比較果的であると考えられる。

すると, 0.2％耐力ではいずれも大きな差はなく, 引

図 8 に鋳込温度 750℃, B 号試験片におけるサブ― 37 ―

齋藤

藤野

髙橋

中野

鈴木 松木

後藤

小川 村上：Al-Mg 系合金鋳物の機械的性質に及ぼす鋳造条件の影響

ミクロンフォーカスX線CTより算出した欠陥体積率とび C 号試験片の各水準, 並びに鋳込温度 720℃, B

機械的性質との関係を示す。欠陥体積率と引張強さ

号試験片の脱ガスありの高倍率像よりディンプル破との決定係数（R2）及び, 欠陥体積率と引張強さとの面が観察される。このことからこれらの試料では延性

決定係数はいずれも低い値を示しており, 欠陥体積破壊が支配的であると考えられる。一方, 鋳込温度率と機械的性質との間には相関が見られない。この

720℃, 脱ガスありの高倍率像では, 粒界破面が観ことから, 脱ガス処理や微細化剤添加の有無により察されたことから脆性破壊が支配的であると考えられ,欠陥体積率に差は見られるものの, 本実験で見られこの結果は引張試験における伸び及び引張強さのた範囲内では機械的性質に及ぼす影響は大きくな

値と良い一致を示した。また, 鋳込温度720℃, 脱ガ

いと考えられる。

スなしにおいて脆性破面が観察された要因としては,

図 9 に各実験水準における引張試験後の破断面

溶解時に空気中の水分を吸収した影響で水素ガスの二次電子像を示す。低倍率像ではいずれの水準が溶存し, 水素が固溶状態で存在したことによる水でも矢印で示すデンドライト状の凝固収縮に伴う引素脆化であると推測されるが 4), さらなる調査が必要

け巣が観察される。鋳込温度 750℃, B 号試験片及

である。
25

240

20

200

15

180

160

10

140
120

5

100
80

引張強さ
伸び

0

脱ガス

×

×

○

○

×

×

○

○

×

×

○

○

微細化剤

×

○

×

○

×

○

×

○

×

○

×

○

750℃

鋳込温度
B号

720℃
C号

B号

図 7 各試料の引張試験結果（脱ガス及び微細化剤添加は, 処理を行ったものを○, 行っていないものを×で表示）
25

R² = 0.1527

20
伸び, %

鋳型寸法

0.2% 耐力
伸び, %0.2% 耐力 及び引張強さ, MPa

220

15
10

5
0

0.00

0.25

0.50
0.75
欠陥体積率, %（b）（a）

図 8 鋳込温度 750℃, B 号試験片におけるサブミクロンフォーカス X 線 CT により算出した欠陥体積率と機械的性質（（a）引張強さ, （b）伸び）との関係― 38 ―

1.00

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

6)

引け巣

引け巣

低倍率

引け巣

500 mm

500 mm

500 mm

500 mm

高倍率

ディンプル
ディンプル
ディンプル

ディンプル
20 mm

20 mm

引け巣

20 mm

20 mm

引け巣

低倍率

引け巣
引け巣

500 mm

高倍率

ディンプル

500 mm

500 mm

500 mm

ディンプル

ディンプル

ディンプル

20 mm

20 mm

20 mm

20 mm

20 mm

低倍率

引け巣

引け巣
引け巣

500 mm

500 mm

500 mm

500 mm

ディンプル

高倍率

鋳込温度720℃, B号試験片

鋳込温度750℃, Ｃ号試験片

鋳込温度750℃, B号試験片

脱ガス：×, 微細化剤: × 脱ガス：×, 微細化剤: ○ 脱ガス：○, 微細化剤: × 脱ガス：○, 微細化剤: ○

ディンプル
20 mm

20 mm

20 mm

20 mm

図 9 引張試験後の破断面の二次電子像（脱ガス及び微細化剤添加は, 処理を行ったものを○, 行っていないものを×で表示）

4 結言

AC7A（Al-Mg 系合金鋳物）を種々の条件で鋳造し, 金属組織, 内部欠陥, 及び機械的性質を評

細化剤添加を複合して行うことで引張強さ及び伸びが向上する。

価し以下のことが分かった。
1) 微細化剤の添加により結晶粒が微細化する。

文2) 鋳込温度, 鋳型寸法, 脱ガス処理が結晶粒径に献

1) 茂木徹一, 大野篤美: 軽金属, 31(6) (1980)
415.

与える影響は大きくない。
3) 脱ガス処理や微細化剤添加の条件を変えても（b）（b）
無数の引け巣が見られる。

2) 佃誠, 鈴木敏夫, 福井泉, 原田雅行: 軽金属,

4) いずれの鋳造条件においても硬さに大きな変3) 齋藤壱実, 藤野知樹, 松木俊朗：山形県工業技29(10) 441.
術センター報告, No.47(2015) 43.

化は見られない。
5) 鋳込温度, 鋳型寸法によらず, 脱ガス処理と微

4) 大西忠一: 軽金属, Vol.39, No.3(1989) 241.

― 39 ―

エポキシ樹脂系塗料の低温硬化性向上
大津加慎教

江部憲一

後藤喜一

Improvement of Epoxy Resin Coating Curability at Low-temperature
Yoshikazu OHTSUKA

1 緒

Kenich EBE

言Kiichi GOTO

恒温槽内で静置して所定時間で取り出し，23℃の本県では，設備機器や農業用機械等の大型製品

恒温室に 10 分間放置したものを試験片とし，JISの塗装が多く行われている。これらにはエポキシ

K 5600-5-4:1999 での引っかき硬度(手かき法)に樹脂系塗料が広く用いられているが，気温が低い

より評価した。鉛筆は三菱鉛筆(株)製 Hi-uni を用

寒冷期には硬化が著しく遅くなるという特性がいた。

ある。塗装現場では暖房設備を備えることが困難

2.5 密着性評価である場合が殆どである。ヒーターでの加温によ上記と同じ試験片に対して JIS K 5600-5-6

り硬化を促進する場合もあるが，異物付着，結露:1999 に規定の 2mm 角 25 マスでのクロスカット

による外観不良や二酸化炭素による硬化阻害の法により評価した。感圧付着テープはニチバン問題が起こる。冬季の硬化には 7 日間以上を要す(株)製の CT405-AP18(付着強さ 3.94N/10mm)をるものもあり，外観不良の低減と納期の短縮が併用いた。
2.6 耐摩耗性評価

せて求められている。そこで，高額な付帯設備の上記と同じ条件で塗布した試験片に対して JIS

導入が不要でかつ簡便に実施可能な硬化促進剤の添加によって低温硬化性に優れかつ塗膜性能

K 5600-5-9:1999 に規定のテーバー摩耗試験機にを良好にする技術開発を行った。

より評価した。摩耗輪 CS-18 を用いた 9.8N 荷重
条件で 1000 回転での比較を行った。

2 実験方法2.1 塗料
試験用の塗料には市販の 2 液混合型のエポキシ
樹脂系塗料を用いた。硬化剤種は広く用いられて

表 1 硬化促進剤の略称及び化学構造式
略称

いるポリアミドアミン系と変成脂肪族ポリアミン
系の 2 種とした。

DMP

2.2 硬化促進剤
塩基性および酸性のものを用いた。略称および化学構造式を表 1 に示す。

DBU

2.3 配合エポキシ主剤と硬化促進剤を添加したアミン系硬化剤とを指定の重量比で配合し，専用シンナーを用いて固形分が 45w％となるように希釈した。
硬化促進剤は硬化剤成分に対して phr 単位で添加した。

EP :n=2
PTBT:n=4
PTAP:n=5
SA

2.4 5℃での硬化性評価
JIS K 5600-1-4:2004 に規定のぶりき板(STPE，
100×200×0.5mm)に wet 膜厚が 125m となる
ようにブレードコーターで塗料を塗布した。5℃の【平成27～28年度 環境・エネルギー関連技術研究開発事業】― 40 ―

PR

化学構造式

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

2.7 エポキシ基の反応率評価

れはアミノ基の求核性の差異にも起因していると

DSC用の測定アルミパンに塗料約10mgを採取考えられる。

した。5℃および 23℃で静置したものを所定時間

3.2 硬化促進剤添加系の硬化性評価結果

後に 10℃/分の速度で昇温し単位重量当たりの発

表 1 に示した硬化促進剤をポリアミドアミン硬熱量を測定した。反応率は式(1)で計算した 1)。装化剤に対して 3phr 添加した塗料系の 5℃での硬置は(株)Perkin-Elmer 製の DSC-8500 を用いた。

化性を評価した結果を図 2 に示す。促進効果が最も高いのは DMP であった。強塩基である DBU

反応率(%) ＝ { (H0 - Ht) / H0 } × 100 … 式(1)は未添加系と同じ硬度しか得られなかった。フェ
ノール性酸性化合物 EP，PTBP，PTAP および
PR は水酸基当量が小さいほど促進効果が高くな

H0 : 混合後の単位重量当たりの発熱量
Ht : 所定時間硬化後の単位重量当たりの発熱量った。SA は 168 時間で未添加系よりも硬度が低2.8 活性化エネルギー評価のアミンと塩を形成したために，硬化活性が低下

DSC用の測定アルミパンに塗料約10mgを採取したためとも考えられる。

い結果となった。
SA のカルボキシル基が硬化剤中し，減圧して揮発成分を除去後 5℃/分,10℃/分おDMP および PR の添加量を 10phr まで変化さ

よび 20℃/分の速度で昇温して発熱ピーク値を観せた系での試験結果を図 3 に示す。DMP 系では察した。昇温速度の対数と発熱ピーク値の逆数を添加量が増えるに従い硬化促進効果が大きくなっ

プロットしたグラフの傾きから活性化エネルギーていく傾向が観察された。

を求めた 2)。
JIS K 5600-1-4:2004 に規定のぶりき板(STPE，
100×200×0.5mm)に wet 膜厚が 125m となる
ようにブレードコーターで塗料を塗布した。5℃の煮沸済みの蒸留水を所定時間後に塗膜上に滴下し，鉛筆 硬度

2.9 耐水白化性評価

自然乾燥後の塗膜の色相の変化を目視で評価した。
2.10 耐塩水噴霧性評価

2H
H
F
HB
B
2B
3B
4B
5B
<5B

JIS K 5600-1-4:2004 に規定のダル仕上げ冷間
圧延鋼板(SPCC，50×150×0.8mm)を脱脂後にNo.240 のサンドペーパーで研磨処理し，No.75 のバーコーターで塗料を 2 回塗布した。所定条件で

0

24

48

72

96

120 144 168

硬 化 時 間，h

図 1 硬化促進剤未添加系の硬化性評価結果● : 5℃ ポリアミドアミン系，○ : 23℃ ポリア

硬化した塗膜にカッターで垂直方向にスクラッチ

ミドアミン系，▲ : 5℃ 変成脂肪族ポリアミン系，を入れ JIS K 5600-7-1:1999 に準じて 72 時間試△ : 23℃ 変成脂肪族ポリアミン系

験を行った。

HB

3.1 硬化促進剤未添加系の硬化性評価結果
硬化促進剤を使用しない系の 5℃および 23℃での経時の鉛筆硬度を図 1 に示す。ポリアミドアミ

鉛筆 硬度

B

3 実験結果および考察

4B

<5B

に，5℃では硬化が遅くなっている。5℃で 168 時間経過した際の塗膜硬度は 4B から B ないし 2B
24 時間未満時程度の硬度にしか達していないこ

3B

5B

ン系および変成脂肪族ポリアミン系の両硬化系共程度であり，23℃で硬化した際の硬度と比べても

2B

0

24

48

72

96

120 144 168

硬 化 時 間，h

図 2 硬化促進剤 3phr 添加時の硬化性評価結果とが判る。また，ポリアミドアミン系が変成脂肪族ポリアミン系よりも硬化が遅くなっている。こ― 41 ―○ : 未添加，● : DMP，□ : DBU，× : EP，◇ : PTBP，※ : PTAP，＋ : SA ，△ : PR

大津加 江部 後藤：エポキシ樹脂系塗料の低温硬化性向上

硬化促進剤を使用した場合の遷移状態予想図を

F

(a)

HB

図 5 に示す。塩基性のジメチルアミノ基をもつ硬化促進剤を使用した場合には，窒素の非共有電子

鉛筆硬度

B

対とオキシラン環炭素との相互作用，酸性の水酸

2B
3B基をもつ硬化促進剤を使用した場合には，水素と4Bオキシラン環酸素との相互作用が介在して開環反5B

応が進行すると考えられる。塩基性と酸性の硬化

<5B

0

24

48

72

96

120 144 168

硬 化 時 間，h2Bいたためと推測される。

(b)

3B

鉛筆硬度

促進剤を併用することで，相加的に促進効果が働

4B
5B
<5B

0

24

48

72

96

120

144

168

硬 化 時 間，h

図 3 硬化促進剤の添加量評価結果(a) DMP 添加系，(b) PR 添加系● : 未添加，○ : 1phr，□ : 3phr，△ : 5phr，◇ : 10phr

DMP を 5phr 以上添加した系では， 168 時間
で HB まで硬度が上昇した。PR 系でも添加量の影響は認められたが，168 時間でも硬度は 2B な
いし 3B 程度までしか上昇しなかった。

図 5 硬化促進剤併用時の遷移状態予想図

DMP5phr と PR2phr とを併用した際の評価結果を図 4 に示す。120 時間で HB，168 時間で F

3.3 密着性評価結果

まで硬度が上昇した。DMP10phr を単独で使用し変成脂肪族ポリアミン系硬化剤に DMP5phr，た際よりも少ない添加量で高い促進効果が確認さ

PR3phr ならびに DMP5phr と PR2phr とを併用れた。

した系について，経時で 2mm 角 25 マスのクロスH

カット法で評価した際の密着残数を表 2 に示す。

F

DMP5phr と PR2phr とを併用した系では 5℃で

鉛筆 硬度

HB

72 時間硬化時でもまったく損傷がなく，硬化促進B
2B

剤をそれぞれ単独で使用した際よりも密着性の向3B上が確認された。架橋反応が促進されたことで塗4B

膜の強度も向上したためと考えられる。

5B<5B

PR を用いた系では，72 時間以降では硬化促進
0

24

48

72

96

120

144

硬 化 時 間，h168

剤を無添加で 23℃で硬化した際よりも密着性が向上している。これは PR がタッキファイヤ様の作用をしたものと推測される。ポリアミドアミン

図 4 硬化促進剤併用時の硬化性評価結果

系でも同様に評価を行ったが，72 時間以降はいず● : 未添加，○ : PR 3phr，□ : DMP 5phr，

れの系においても密着残数は 25 マスと密着性は△ : DMP 5phr + PR 2phr

良好であった。

― 42 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

変成脂肪族ポリアミン系の 5℃での反応率は，

表 2 密着性評価結果
硬化時間
h

無添加

DMP5phrとPR2phrとを併用すると10から20%

5℃
無添加

程度高くなった。

DMP

PR

5phr

3phr

DMP
5phr +
PR 2phr

24

24

-

-

-

-

72

21

0

9

23

25

120

17

0

8

25

25

168

20

0

22

25

25

100

(a)

80

反 応 率, %

23℃

60
40
20

2mm 角 25 マスでの密着残数。－：未評価。

0

3.4 耐摩耗性評価
ポリアミドアミン系硬化剤に硬化促進剤を無添

0

24

48

72

96

120

144

168

120

144

168

硬 化 時 間，h加で 23℃および 5℃で硬化した系ならびにDMP5phr と PR2phr とを併用して添加し 5℃で100硬化させた系での 72 時間，120 時間および 168
反 応 率, %時間でのテーバー摩耗試験による重量減少量を図6 に示す。
硬化促進剤を添加せずに 5℃で硬化した
系では，168 時間硬化したものでも 1000 回転では素地が露出するまで塗膜が減耗した。硬化促進剤を添加した系では 72 時間では素地が露出する

(b)

80
60
40
20

まで塗膜が減耗したが，120 時間以降では硬化促
0

進剤が無添加で 23℃硬化した系とほぼ同等の重量減少量を示した。

0

重量減少量, mg

96(a) ポリアミドアミン系，(b) 変成脂肪族ポリア
ミン系

500
0

72

図 7 エポキシ基の反応率評価

72h
120h
168h

1000

48

硬 化 時 間，h

2000
1500

24

● : 23℃ 未添加，○ : 5℃ 未添加，□ : 5℃

評価不可
23℃無添加5℃無添加

DMP 5phr + PR 2phr
5℃添加

3.6 活性化エネルギー評価
DSC にて昇温速度を 5℃/分,10℃/分および

図 6 摩耗性評価結果

20℃/分とした際の発熱特性を取得した。ポリアミ

テーバー摩耗試験：摩耗輪 CS-18，
荷重 9.8N，1000 回転

ドアミン系では複数の発熱ピークが確認され，反応形態が単一ではないことが確認された。発熱特3.5 エポキシ基の反応率評価

性プロファイルから最初，中間ならびに最後で現ポリアミドアミン系および変成脂肪族ポリアミ

れる発熱ピークの温度を読み取った。各反応での

ン 系 の 5 ℃ お よ び 23 ℃ な ら び に そ れ ぞ れ

ピーク温度に対応する素反応状態は等しいと仮定

DMP5phr と PR2phr とを併用した系について

して一般化時間と見なし，非定温での等速加熱時

DSC で反応率を評価した結果を図 7 に示す。ポリの積分指数関数の近似式から１次関数を得た。こアミドアミン系は 5℃では 24 時間で 25%程度のの関数を元に昇温速度の対数と発熱ピーク値の絶反応率であり，徐々に反応が進行するのが確認で対温度の逆数をプロットした傾きから素反応の活きた。
DMP5phr と PR2phr とを併用すると，23℃

性化エネルギーを算出した。昇温速度と発熱ピーで硬化した系とほぼ同等の反応率となった。

クの関係をプロットしたグラフを図 8 に示す。

― 43 ―

大津加 江部 後藤：エポキシ樹脂系塗料の低温硬化性向上

1.5

弱

(a)

72h

10
1.0

1
0.5

0.001

0.00120.00140.0016

昇 温 速 度，℃/分

1.5

168h

強

発熱ピーク，1/K
100
2.0

120h

水白化の度合い昇 温 速 度，℃/分

100
2.0

23℃無添加

5℃無添加

5℃添加

図 9 耐水白化性評価結果(b)
3.8 耐塩水噴霧性評価
硬化促進剤未添加のものを 23℃で 168 時間，

10
1.0

5℃で 120 時間および DMP5phr と PR2phr とを併用したものを 5℃で 120 時間硬化した試験片について，塗面に垂直にスクラッチを入れ連続条件

1
0.5
0.001

0.00120.00140.0016

発熱ピーク，1/K

で 72 時間の塩水噴霧試験を行った。
試験後の写真を図 10 に示す。5℃で硬化した硬化促進剤未添加のもの(b)はスクラッチ近傍に 2mm 程度のふくれ

図 8 昇温速度と発熱ピークの逆数の関係が観察された。DMP5phr と PR2phr とを併用し(a) 未添加，(b) DMP 5phr + PR 2phr

5℃で 120 時間硬化したもの(c)ではふくれの大き● :最初のピーク，○ : 中間ピーク，□ :最後のピーク

さは 1mm 未満であった。硬化促進剤の添加効果によって反応率が上昇し塗膜性能が向上している
ことに加え，密着性が向上した効果によってはが硬化促進剤を添加したことで活性化エネルギーれの進展が抑制されたものと推測される。また，

は初期のピークで 32.8kJ/mol から 20.8 kJ/mol，

スクラッチ部以外の塗膜外観については異常は観中間ピークでは 48.5 kJ/mol から 39.1 kJ/mol，最察されなかった。

後のピークでは 72.2 kJ/mol から 68.4 kJ/mol へと低下した。反応の後期のピークほど活性化エネ
ルギーの低下率が小さくなっているのは，初期のピークに対応する反応は比較的に立体障害が小さ
い 1 級アミノ基が関与し，反応の後期ピークの反
応はより立体障害の大きな 2 級アミノ基の反応が主となるためと思われる。
3.7 耐水白化性評価
ポリアミドアミン系について硬化促進剤を使用

10mm

しないで 5℃および 23℃で硬化した系ならびに5℃で DMP5phr と PR2phr とを併用した系につ(a)

いて，経時での水白化の度合いを図 9 に示す。5℃

(b)

(c)

図 10 72 時間の連続塩水噴霧試験結果

で硬化促進剤が未添加の系では，72 時間から 168
時間硬化したものでほぼ差異はなく水白化が観察(a) 硬化促進剤未添加，23℃168 時間硬化されたが，硬化促進剤を添加した系では水白化は(b) 硬化促進剤未添加，5℃120 時間硬化小さくなり，168 時間では 23℃で硬化したものと(c)ほぼ同等となった。

― 44 ―

DMP5phr+PR2phr 添加，5℃120 時間硬化

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

4 結

言

文

献

エポキシ樹脂系塗料に対して DMP と PR とを

1) JIS K 7148-1 プラスチック−エポキシ樹脂−示

併用することで，それぞれ単独で使用したものよ

差走査熱量測定(DSC)による硬化度の測定法

りも低温での硬化性と塗膜特性が向上すること(2015) (ISO 14322：2012).

が確認された。ポリアミドアミン系については，

2) 小澤丈夫 : 熱測定，No.31，2004， p152.

硬化促進剤を使用しないで 5℃で硬化した際には120 時間で 4B，168 時間で 5B の硬度しか得られなかったものが，硬化促進剤として DMP5phr とPR2phr とを併用すると 120 時間で HB，168 時
間で F まで硬度が上昇した。
DSC での反応率評価
でも 23℃で硬化した際と同等の値が得られた。テーバー摩耗試験では 120 時間硬化後には 23℃で硬化したものと同等の耐摩耗性が得られた。耐水
白化性ならびに耐塩水噴霧性も 23℃硬化条件のものと同等以上の性能が得られた。

― 45 ―

新型水質測定機器におけるデザイン手法の適用
木川喜裕 羽生田光雄 月本久美子 大場智博 大石拓也* 岡田裕樹* 磯部学* 森岡洋介*
Application of Design Method for New Water Quality Measurement Equipment
Yoshihiro KIKAWA Mitsuo HANYUDA Kumiko TSUKIMOTO Tomohiro OHBA
Takuya OOISHI* Hiroki OKADA* Manabu ISOBE* Yosuke MORIOKA*

1 緒

言

いろいろと創意工夫をする行為のことである。

現在，河川で採取した環境水等は，施設に持ち帰り測定を行っている。採取してから測定までに2 開発方法時間がかかると取り扱いが難しくなるため，現場本開発では，製品開発におけるデザイン手法とですぐに測定したいという潜在的なニーズが考えして，1.作業計画，2.基本デザイン，3.実施デザイられる。

ンの順に開発を推進した。各工程において，様々

テクノ・モリオカ株式会社は水関連測定機器をな手法を活用したラピッドプロトタイピング，ビ開発・製造しており，新しい技術開発により水質ジュアル化を重視し，開発メンバー内での情報の測定の指標の一つである TOC（全有機炭素）につ共有，課題の早期発見等の効果を実証しながら行いて，水質測定時間の短縮と測定機器のコンパクった。

ト化を実現した。この技術により，可搬型の新型
TOC 計（図 1）を開発することで，ユーザーに対3 開発内容して新しい使い方が提案でき，新しい市場を開拓

3.1 作業計画

できると考えた。

作業計画とは，製品化に向けた課題解決のため製品開発を行う上で一番の課題としていたのは，に，開発前に立てる計画のことである。目標とす自社内に製品化に向けたデザイン手法のノウハウ

る発売時期に向けて，逆算した開発スケジュール

が不足していたことであった。そこで，平成 29を立て，いつまでにどのような課題を解決したら

年度中の製品化と製品開発におけるデザイン手法

良いのかを作業計画書としてまとめた。顔を合わを習得する目的で，当センターの共同研究事業をせて情報共有や課題解決を行う検討会は毎月一回

活用し，TOC 計の機器本体と操作系機器の開発に行い，作業計画と進捗状況を確認しながら進めた。

取り組んだ。
なお，ここでいう「デザイン」とは，モノの色

また作業計画とともに，訴求すべき製品特徴や，や形だけでなく，課題解決のために計画を立て，る部品や機能等の現状確認を行い，開発メンバー

環境水を現場で採取する際の手順，製品に内蔵す内で共有した。
3.2 基本デザイン
基本デザインでは，市場やユーザーを想定し，開発を目指している製品のコンセプトを決めた。
これまで開発し製品化してきた自社ブランド
Sensing eye シリーズと製品イメージの統一性を図りながら，製品コンセプトの検討を行った。決定された製品コンセプトの中心である「シンプル図 1 デザイン手法を適用する前の試作品（本体・操作系機器）＆クリーン」は，周りの機器や環境と調和する製品仕様を目指したものである。初めて使う方でも【平成 28 年度 ものづくり共同研究事業】＊テクノ・モリオカ株式会社― 46 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

操作しやすいシンプルな操作性や，水質を計測す

3.4 実施デザイン（操作系機器）

る機器として清潔で安全に使用するための配慮等，操作系機器とは，TOC 計本体を操作するもので製品コンセプトに基づいた開発キーワードを創出ある。ユーザーが手持ちのノート PC やタブレッ

し開発を進めた。

トに専用アプリをインストールし，TOC 計本体の3.3 実施デザイン（本体）

操作を行う。このアプリ開発でも製品コンセプト

この「シンプル＆クリーン」の製品コンセプトに基づき，初めて使う人でも操作しやすいシンプを基に，スケッチによるアイデア展開を行った。

ルな操作性を目指し，文字だけではなくアイコン

また，創出されたアイデアを立体物として確認すも表示することで，直感的に操作ができるようにるために，ラピッドプロトタイピング技術を活用配慮した。このアイコンの意匠は，市場にあるア

し，スチレンボードを使用した原寸大の簡易モデ

イコンの調査・分析を行った上で，操作の意味をルを製作し検討を行った（図 2）。原寸大の簡易モ

シンプルに表現するものを作成した。開発では，デルを製作することで，検討会の場で使い勝手をデモ用タブレットに作成中の操作画面を表示させ検証することや，図面やスケッチでは気付けなかて操作性を検討すると共に，想定している画面のったところを開発メンバーが直感的に感じ取るこ

最小サイズである 8 インチ画面でも操作がしやすとができた（図 3）。例えば，思ったよりもネジが多く，製造時の組み立て工数がかかることや，模い視認性を確保した操作画面に仕上げた。
3.5 製品仕様・ユーザーインターフェースの確擬操作による消耗品交換時の使い易さである。改定善策では，組み立てがし易いようにネジを極力少本開発の結果，デザイン手法により TOC 計のなくし，消耗品が取り換え易い部品構成にした方

新たな使い方を提案できる製品仕様とユーザーイが良い等の検討を行った。

ンターフェースを確定することができた（図 4）。

これまでに行ってきた製品開発では，製品に近続いて試作品によるユーザー評価を実施し，試用

い材料や仕上がりで試作品を製作していたため，者からは「操作が簡単でとても使いやすい」と高これらの気付きを得るまで開発時間と試作コスト

い評価を得ることができた。評価結果を踏まえ，がかかっていた。簡易モデルを製作することで，

平成 29 年 6 月から自社ブランド Sensing eye シ

開発時間と試作コストを大幅に削減できたほか，

リーズ製品として販売を開始した。

課題の早期発見や開発メンバー内で製品イメージを共有しながら開発を進めることができた。

図 2 原寸大の簡易モデル２例

図 4 デザイン手法による開発後の製品仕様（本体・操作系機器）

図 3 検討会の様子― 47 ―

木川

羽生田 月本 大場 大石 岡田 磯部 森岡：新型水質測定機器におけるデザイン手法の適用

3.6 デザイン手法まとめ性を検証する。
（一般的に「ペルソナ手法」と呼ば本開発で行った新規の市場や顧客を想定したデれている。
）⑦と⑧を迅速に繰り返し行うことで課ザイン手法を以下にまとめる（図 5）。

題を解決し，製品仕様を磨き上げていく。
（一般的に「アジャイル型開発」と呼ばれている。
）①課題設定と仮説
新製品開発を行う上で，現在の市場や顧客に対新しい市場や顧客を想定した新製品開発では，しての課題を設定し，新たな市場はどういったと①～⑧の順に開発を進め，製品仕様を決定する。

ころか等の仮説を立てる。

決定された製品仕様で，動作が可能な試作品を製②作業計画書の作成

作し，想定しているユーザーに対して評価を実施

目標とする発売時期に向けて，いつまでにどのする。ユーザー評価で高評価を得た場合は，製品ような製品化に向けての課題を解決したら良いの化に向けての詳細設計へと進むが，評価が悪かっかを作業計画書としてまとめる。

た場合は，その要因を明らかにする必要がある。
従来は，想定しているユーザーの顕在的なニー③開発要件の共有
訴求すべき新製品の特徴や課題を整理し，開発

ズに対して技術開発を行い，新製品開発を行うことが多かったが，これからは新たな市場を自ら創メンバー内で共有する。
④製品コンセプトの立案

り出していく必要がある。しかしながら，自社にこれまで開発を終えた自社製品と製品イメージ

強みもない市場に踏み込むのは，リスクが大きくの統一性を図りながら，新たな市場やユーザーをすべきではない。自社の強み（シーズ）を活かし想定した製品のコンセプトを決める。

て，ユーザーの潜在的なニーズを浮かび出すため⑤開発キーワードの創出には，現在の市場や顧客に対しての課題を設定し，製品開発を行う際の具体的なキーワード（テー

新たな市場に対しての仮説を立てる必要がある。
このような仮説を迅速に検証するために，本開発マ）を決める。

で行ったデザイン手法による開発が適切である。

⑥アイデア展開
製品コンセプトや開発キーワードを基に，スケッチ等の可視化により新製品のアイデア展開を行

4 結

う。

本開発では，以下の成果を得ることができた。
1) 新型水質測定機器の製品仕様を確定し，短期間⑦簡易モデルの作成創出されたアイデアを立体物として確認するた
めに，ラピッドプロトタイピング技術を活用し，言での製品化に結び付いた。
2) 新規の市場や顧客を想定したデザイン手法が原寸大の簡易モデルを作成する。

新製品開発に有効であることを確認した。

⑧有効性の検証
簡易モデルを使用し，ユーザーになりきり有効

図 5 新規の市場や顧客を想定したデザイン手法の概念図― 48 ―

麹菌を利用した大豆発酵食品の開発
飛塚幸喜

対馬里美

城祥子

Development of Soybean Foods Using Koji
Koki TOBITSUKA

1 緒

Satomi TSUSHIMA

言

Sachiko SHIRO（ケルダール法による）に対するホルモール窒素

日本では古くから様々な発酵食品が造られてきの割合（%）を窒素分解率とした。

たが，その独特の深みある味わいや健康機能性な

2.5 栄養成分分析

どが再評価され，近年注目度が高まっている。

栄養五成分の分析は常法に従い，水分には日頃，馴染み深い多くの伝統的発酵食品（味噌，

130℃常圧加熱・直接法，タンパク質にはケルダ

醤油，清酒，焼酎，穀物酢，味醂など）の製造にール法，脂質にはクロロホルム－メタノール混液は麹菌が利用されている。これらのうち味噌，醤抽出法を適用した。

油では麹菌が生産するタンパク質分解酵素が大豆
タンパク質に作用して，うま味の基となる遊離ア

3 実験結果および考察

ミノ酸やペプチドが生成する。味噌や醤油はタン

3.1

パク質が多く含まれ栄養的に優れた食品であるも変化

米麹の加熱と微生物数および酵素活性ののの高塩分なため，その用途や摂取量が限られる。

本研究では主な原材料の 1 つとして米麹を用いそこで我々は食塩を添加せずに大豆に麹菌の酵素

るが，製造工程ならびに最終製品の微生物的安定を作用させた食品の開発を試みいくつかの試験を性を考慮すると，これに含まれる微生物は少ない行った。

ことが望ましい。試みに県内企業に製造委託した

本報告では，米麹を加熱処理した際の微生物数

米麹と市販の米麹を分析したところ，ともに 1 gと酵素活性の変化ならびに大豆（エダマメ）と米

中に 10７オーダーの一般生菌が検出されたため，麹を原料に用いて製造したペースト状食品の性状

米麹の加熱処理による減菌の可能性を探ることとについて，いくつかの基礎的なデータを紹介する。

した。そこで種々の条件で米麹を加熱した際の微生物数の変化ならびに酵素活性の残存率について

2 実験方法検討を行った。なお麹菌が生産するタンパク質分

2.1 米麹の加熱処理

解酵素の一つである酸性カルボキシペプチダーゼ

市販の米麹をガラスシャーレ（直径 90mm）に（以下 ACP）を酵素活性の指標とした。

30 g 採取し，送風式乾燥機で 40℃，2 時間乾燥さ

種々の条件で加熱した米麹に含まれる一般生菌せた後，80，90 または 100℃で 1～3 時間加熱し数を表 1 に，ACP 活性を表 2 に示した。なお加熱た。

処理前の米麹の一般生菌数は 1.6×107 CFU/g，

2.2 微生物数の測定

ACP 活性は 6350 U/g であった。80℃では 2 時間，

日水製薬株式会社製コンパクトドライ「ニッス90℃では 1 時間の加熱で米麹の一般生菌数は 1 g

イ」TC，YM および EC を使用して得られた値を，

あたり 103 オーダーとなり加熱前の約 1 万分の 1

一般生菌数，カビ・酵母数，大腸菌群数，大腸菌に減少した。この時の米麹単位重量あたりの ACP数とした。

活性は 80℃，2 時間の加熱で加熱前の約 72 %，2.3 酸性カルボキシペプチダーゼ活性測定

90℃，1 時間の加熱では加熱前の約 99 %であった。

キッコーマンバイオケミファ株式会社製の酸性100℃，1 時間の加熱では ACP 活性は加熱前の約カルボキシペプチダーゼ測定キットを用いた。
2.4 窒素分解率
納豆試験法

１）

76 %で一般生菌数は 300 CFU/g 未満にまで低減した。ACP 活性の残存率には，米麹の乾燥（＝重に従い，試料に含まれる全窒素量の減少）による見かけの増加分も含まれるが，【平成 26～28 年度 やまがたフードセンシング活用事業】― 49 ―

飛塚

対馬

城：麹菌を利用した大豆発酵食品の開発

米麹を適当な条件で加熱処理することで酵素活性

表 2 各種条件で加熱した米麹の ACP 活性＊を大きく損なうことなく微生物数を大きく低減できることがわかった。なお米麹の減菌処理による製品品質への影響（保存性の向上など）については今後の検討課題としたい。
3.2 エダマメと米麹を原料とした食品の試作
本研究ではエダマメ，米麹，水をペースト状にして酵素反応させた食品を考案して試作した（図1）。そのまま食べるか，または牛乳などで割って

80℃
90℃
100℃

1h
4700

2h
4580

3h
4390

＊＊
(74%**)

(72%)

(69%)

6280

3350

3920

(99%)

(53%)

(62%)

4800

2470

1900

(76%)

(39%)

(30%)

スープ状にして食べることを想定している。酵素

＊
* U/g

反応は比較的穏やかな条件下で行うため，温度条＊＊ 加熱前の活性に対する割合**

件によっては反応中に微生物が増殖する可能性がある。そこで 50，55 または 60℃で 1～5 時間酵素反応させた際の主な微生物数の変化を調べた（表 3）。
一般生菌数については，50℃では 1～3 時間の反応で一桁減少するものの 5 時間後には大きく増
加，55℃では 1～3 時間の反応で二桁減少するも
表 1 各種条件で加熱した米麹の一般生菌数＊

1h
80℃
90℃
100℃

9.7×104
2.3×103
< 300

＊

2h

3h

3.5×103< 300

1.8×103
< 300

< 300

< 300

図 1 試作した食品＊* CFU/g

表 3 反応温度と微生物数＊の変化

50℃

55℃

60℃

＊
＊

0h

1h

3h

5h

一般生菌

4.4×106

4.0×105

8.0×105

＞107

カビ・酵母

2.9×105

4.0×102

2.0×102

N.D.

大腸菌群

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

大腸菌

N.D.

N.D.

N.D.
4

N.D.

一般生菌

6

1.1×107.2×10

6.6×10

1.3×105

カビ・酵母

5.0×104

N.D.

N.D.

N.D.

大腸菌群

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

大腸菌

N.D.

N.D.

4

N.D.

N.D.

一般生菌

6

2.0×108.1×108.8×10

N.D.

カビ・酵母

6.0×104

N.D.

N.D.

N.D.

大腸菌群

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

大腸菌

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

4

CFU/g
― 50 ―

4山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

あった。以上の結果から，反応中の微生物的安定

表 4 試作食品の栄養成分＊

61.4
5.8
6.0
26.2
0.6

水 分
タンパク質
脂 質
炭水化物
灰 分
＊

性の面からは，概ね 55℃以上の反応温度が適当と思われた。
試作食品の主な栄養成分を表 4 に示した。試作
食品の三大栄養素含量はタンパク質が 5.8 %，炭
水化物が 26.2 %，脂質が 6.0 %で，牛乳と比べてタンパク質が約 1.8 倍，炭水化物が約 5.5 倍含まれる栄養豊富なものとなった。100 g あたりのエg/100gネルギーは 182kcal である。これを官能評価した
ところ，エダマメの香味と米麹由来の甘味があり好ましいものであった。
試作食品の窒素分解率は酵素反応させることに
より反応前の約 1.7 倍に上昇し，多くの遊離アミノ酸が数倍程度に増加した（図 2）。これは米麹由
来のタンパク質分解酵素で大豆タンパク質が加水分解されたことによるもので，消化吸収性が向上したと捉えることもできる。またタンパク質分解酵素の働きで生成する遊離アミノ酸やペプチドは，
試作食品の旨味にも寄与しているものと考えられる。大豆成分を麹の酵素で分解した類似の食品は少なく，本研究はユニークな食品開発に結びつくと考えている。
次に麹菌の種類を変えることによる酸味のコン

図 2 試作食品の遊離アミノ酸量

トロールについて検討した。清酒，味噌，醤油お（酵素反応前後の比較，相対量）

よび甘酒などに使われる黄麹菌とは異なり，焼酎などに使われる黒麹菌は多量のクエン酸を生産する性質がある。そこで黒麹菌で調製した米麹をブ

表 5 黒麹をフレンドした試作食品の性状
酸度

＊

pH

酸味

レンドすることにより酸味の付与を試みた。黄麹菌の米麹のみで製造した試作食品では酸度が約0.25（g/100 g，クエン酸換算），pH 6.1 だったの

黄麹 100%

0.25

6.1

ほとんど無し黄麹 50%＋
黒麹 50%

0.77

4.7

やや強い

黒麹 100%1.11に対して，黒麹菌の米麹を 50 %ブレンドしたもの
では酸度が約 0.77，pH 4.7，黒麹菌の米麹 100 %で製造したものでは酸度が約 1.11，pH 4.3 となった（表 5）。以上のことから，黒麹菌で調製した米麹をブレンドすることにより酸味料を添加するこ

4.3となく酸味をコントロールできることがわかった。

かなり強い

＊
*g/100g（クエン酸換算）

4 結のの 5 時間後にはやや増加に転じ，60℃では 1～3

本研究で得られた知見は以下のとおりである。
1) 米麹を 80～100℃で 1～2 時間加熱することに

言より，単位重量あたりの ACP 活性を大きく低時間の反応で二桁減少し 5 時間後には不検出となった。カビ，酵母については，全ての温度で時間

下させることなく一般生菌数を 1万分の 1程度の経過と共に減少し，50℃では 5 時間，55 およびに低減することができた。

60℃では 1 時間以降は不検出となった。大腸菌お2) エダマメ，米麹および水を均質化して酵素反応

よび大腸菌群については全ての試験区で不検出でさせたペースト状食品を試作した。試作品はタ― 51 ―

飛塚

対馬

城：麹菌を利用した大豆発酵食品の開発

ンパク質が 5.8 %，炭水化物が 26.2 %，脂質が6.0 %含まれ栄養豊富なものであった。

文3) 試作食品の窒素分解率は酵素反応後，約 1.7 倍

献1) 納豆試験法研究会：納豆試験法，光琳，1994，に上昇し，多くの遊離アミノ酸濃度も数倍程度に増加した。
4) 試作食品の米麹（黄麹菌使用）を黒麹菌で調製した米麹に置き換えることで，酸度をおよそ0.25～1.11（g/100 g，クエン酸換算）の範囲
でコントロール可能であった。

― 52 ―

22-24 頁

動物行動的手法を用いた味覚評価技法
後藤猛仁

河合崇行＊ 日下部裕子＊

Taste Evaluation Method Using Animal Behavioral Method
Takehito GOTO

1 緒

Takayuki KAWAI＊

Yuko KUSAKABE＊

2.2 マウスのリックトレーニング

言

日本では醤油の香りが，ヨーロッパではベーコ

3 時間以上絶水させたマウスを 4×15mm の穴ンやイワシなどの香りが塩味増強効果を持つと報を開けた 12×20×10cm の不透明ポリカーボネー

告されている。しかし，フランス人を対象に行っ

ト製ケージに移して，リック測定装置にセットした実験では，醤油の香りに若干の塩味増強効果がた。金属製の玉付吸い口のついた容器に 5%（w/w）

あるものの，試験液を口に含んだ際の塩味は，ベスクロース溶液を入れて穴の先から提示し，穴かーコンやイワシなどの香りに比べて非常に弱く評ら舌を突き出して溶液を飲めるように訓練した。1

価されている。このため，香りによる塩味想起や～3 日目は舐め始めてから 15 分間提示した。4～6

塩味感覚の強弱は，食経験の影響により生じてい

日目は 2%（w/w）スクロース溶液を舐め始めてかると考えられた。そこで，動物行動学実験によりら 30 秒提示するセッションを 10 回連続で行った。

甘味増強効果が報告されているバニラと，塩味増

7 日目以降は水と 4%（w/w）スクロース溶液と強効果が報告されているベーコン，醤油，味噌の0.05mmol/L キニーネ塩酸塩溶液を順に提示し，香りが甘味，塩味と結びつき学習される過程を検味質による摂取の違いが安定して見られるまで繰

討した。

り返した。

2 実験方法
2.1 動物飼育
5 週齢の C57BL/6 系統マウスを購入し，1 週間
予備飼育した後実験に供した。ナトリウム制限中には，ナトリウムを極力含まない餌として，オリエンタル酵母社製 AIN-93 配合飼料の塩化ナトリ
ウムを除いた粉餌を作成し，それに利尿薬スピロ
ノラクトンを 300mg/kg となるように添加したものをナトリウム制限食として与えた。飼養水には脱イオン水を用いた。マウスは，15×25×10cmの金属性ケージ内で 4 匹ずつ群飼いにし，庫内温度 23±1℃，湿度 45±5%，6～18 時暗期，18～6
時明期の 24 時間明暗サイクルの飼育倉庫内で維持した(図 1)。純パルプ製の床敷を用い，2～3 日に一度交換した。予備飼育中およびナトリウム制
限準備期間には，水を自由に摂取させた。

【平成 28 年度 高度技術者育成支援事業】＊農業・食品産業技術総合研究機構 食品研究部門― 53 ―

図 1 マウスの飼育管理

後藤

河合

日下部：動物行動的手法を用いた味覚評価技法

2.3 香りと味の結びつき学習

マウスに与えていた水を抜き，絶水させた。リッ

6 週齢の C57BL/6 系統マウス 32 匹を 4 群に分ク試験は，濃度を変えた食塩水(0，15，30，45，

け， 前者 2 群には味噌香料を，後者 2 群にはバニ

60mmol/L)と，各群に塩味として学習させた香料

ラ香料を添加した 2%（w/w）スクロース水溶液をを添加した 30mmol/L 食塩水を用いて 10 秒間行

定期的に提示した。同時に，各群それぞれにバニった。

ラ，ベーコン，醤油，味噌の香料を添加した
30mmol/L 食塩水を 3 週間提示して飼育した(表3 実験結果および考察

図 3 に，各群それぞれに学習させた 2 種類の香1)。

料を添加した 2%（w/w）スクロース水溶液のリッ

表 1 各群と提示した香り

ク数を示す。全ての群において，甘味と結び付け

群

甘味提示

塩味提示

A

味噌

バニラ

B

味噌

ベーコン

C

れた。この結果から，A，B 群では味噌の香りが，

バニラ

醤油

D

C，D 群ではバニラの香りが甘味と結び付いたと

バニラ

味噌

考えられる。

を試みた香料を添加した 2%（w/w）スクロース水溶液の方が，他方よりリック数が多い傾向が見ら

2.4 リック試験（甘味強度測定）

70

全てのリック試験（マウスがサンプル溶液を舐6030提示した 2 種類の香料を添加し，提示溶液をマウスが舐め始めてから 10 秒間の舐めた回数(リック

測定した。

A群

B群

C群

味噌香

くするため，各溶液の間に脱イオン水を提示して

バニラ香

味噌香

数)を測定した。直前に摂取した溶液の影響を小さ

醤油香
しょうゆ香

20
バニラ香

は，2%（w/w）スクロース水溶液に各群それぞれ

40

ベーコン香

させて甘味要求性の高い状態にした。リック試験

50

味噌香

ための試験には，前日にマウスの餌を抜き，絶食

バニラ香

測定装置を用いて行った。香りによる甘味想起のリック数，回

める回数を計測する試験）は，図 2 に示すリック

D群

図 3 学習した香料を添加した
2%（w/w）スクロース溶液のリック数（結果は平均±標準偏差で示した）
図 4 に，A～D 群の香料を添加しない食塩水のリック数と，塩味と結び付けを試みた香料を添加

マウス

した食塩水のリック数をそれぞれ示す。塩味としてバニラ香を学習したＡ群ではバニラ香を，ベーコン香を添加したＢ群ではベーコン香を，醤油香図 2 リック測定装置を学習したＣ群では醤油香を，味噌香を学習した
Ｄ群では味噌香を添加した食塩水のリック数が，2.5 リック試験（塩味強度測定）

香料の入っていない食塩水のリック数から得られ香りによる塩味想起のための試験には，ナトリ

た近似線より大きい値を示した。これらの結果か

ウム制限食を 3 週間与えながら飼育することで，ら，各群それぞれに学習させた香りが塩味と結び

塩味要求性の高い状態にした。また，試験前日につく可能性が示唆された。

― 54 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）80
リック数，回

70

4 結

(A 群)

60

本件研修で得られた結果から，マウスを幼少期50から学習させることにより，香りと甘味，香りと40

塩味が結びつく可能性があることが示された。さ30

らに，香りを学習することにより甘味，塩味の増

20

香りなし

10

香りあり

0

0

20

40

60

強する可能性が示された。
80

NaCl濃度，mmol/L
80
リック数，回

70

(B 群)

60
50
40
30
20

香りなし

10

リック数，回

0

80
70
60
50
40
30
20
10
0

香りあり
0

20

40
60
NaCl濃度，mmol/L

80

(C 群)

香りなし
香りあり
0

20

40

60

80

NaCl濃度，mmol/L
80
70
リック数，回

言

(D 群)

60
50
40
30

香りなし
香りあり

20
10
0

0

20

40

60

80

NaCl濃度，mmol/L

図 4 各群の食塩水リック数（結果は平均±標準偏差で示した）― 55 ―

トリアセテートの改質による省エネ型染色加工技術の開発

齋藤洋

数馬杏子

向俊弘

Development of an Energy-Saving Dyeing Processing Technology by Reforming of a Triacetate
Hiroshi SAITO

1 緒Kyoko KAZUMA

Toshihiro MUKAI

約 55%となっていることから，市販品の品質を下回

言

米沢織物産地は，トリアセテートを用いた交織布

らないように，その値を目標に加工条件を検討した。

の生産が多い。その色の選定は，最新の流行色情報

酢化度とは，セルロースがどの程度アセテート化を参考にするため，製織後に染色する後染めとなるしているかの指標であり，JIS L 1013 に規定されてケースが多い。その後染め工程では高温高圧染色がいる方法で測定できる。酢化度によって，ジアセテ

不可欠となっており，通常の染色よりもエネルギーート（一般にはアセテート），トリアセテートの分類を多く必要とすることや，経糸と緯糸で 2 回の染色が定義されている。

工程が必要なこと，さらに，交織する素材が限定されるという課題がある。そのため，燃料費や人件費等のコストアップによる収益圧迫が顕著で，省エネ省力化を目的とした新しい染色技術が求められている。そこでその課題を解決するため，トリアセテー
トを改質し，これまで困難であったシルクやウールの交織素材の使用を可能とし，染色工程を 1 回の低温常圧染色で完了する染色技術を確立した。

2 実験方法
トリアセテートは，セルロースの 3 つの OH 基を図 1 トリアセテートの改質加工方法と染着機構

酢酸基（アセチル基 CH3COO－）に置換しているために疎水性の繊維で結晶化度は高い。そのため，染2.1 改質加工（カチオン化加工）

色は疎水性染料(分散染料)を使用し，高温高圧で染改質加工条件を表 1 に示す。加工剤の濃度は固定

色する。ここで，高温高圧とは 100℃以上で大気圧とし，加工温度及び時間は，加工剤メーカー推奨条

より高いことを示している。トリアセテート交織布

件をベースとしてそれぞれ 4 水準で行った。

で交織素材が疎水性繊維であるポリエステルならば，疎水性染料，高温高圧の 1 回の染色で可能であるが，

表 1 改質加工条件

交織素材が綿，麻，ナイロン等の親水性繊維の場合

試料

は親水性染料による染色が必要で 2 回染色を行わな

加工剤
（混合液）

ければならない。
本研究では，親水性繊維（シルク）との交織におトリアセテート生地
けん化剤 NaOH

カチオン化剤 カチオノンKCN 100g/l

いて，親水性染料のみで染色できるようにトリアセ

温度 (℃)

80，90，95，100

テートを改質し，親水性染料による 1 回の低温常圧

時間 (min)

30，60，90，120染色を可能とする省エネ型染色技術を確立する。具15g/l

体的には，図 1 に示すようにトリアセテートを部分けん化し，それと逐次にカチオン基を付与，親水性

2.2 酢化度の測定

染料の染料アニオンとの結合を促進させる技術であ改質加工後の酢化度の測定は，JIS L 1013 化学繊る。市販のアセテート（ジアセテート）の酢化度は【平成 27～28 年度 技術開発・改善事業】

維フィラメント糸試験方法に準拠して行った。

― 56 ―

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）

2.3 改質度の測定

表 3 シルク／改質トリアセテート交織布の染色処方

改質度，つまりカチオン化の程度は，アセテート
繊維には染着性を示さない親水性染料（酸性染料）

染料を用い，その染着濃度で評価した。染着濃度は，コ(色相)

ニカミノルタ(株)製分光測色計(CM-3700d)を使用

2分子染料 (1:2含金型)
C.I.Red C.I.Yellow
318
161

し，その分光反射率から K/S 値(360～740nm)を求(%owf)

めた。酸性染料は高い染色堅牢度が要求されること

均染剤

非イオン活性剤(%owf)

2

含金型とし，色相は C.I. Green 40（2%owf），染色

温度 (℃)

70

温度はアセテートの上限温度 80℃，染色時間は 1 時

時間 (min)60

から，1 分子染料のミリング型と 2 分子染料の 1:2

間，ソーピングは 50℃10 分とした。
2.4 染色堅牢度試験
改質度を測定した試料について，洗濯堅牢度試験（JIS L 0844），汗堅牢度試験（JIS L 0848），摩擦堅牢度試験（JIS L 0849）を行った。
2.5 シルク／改質トリアセテート交織布の試作
シルク／改質トリアセテート交織布の製織仕様を
表 2 に示す。織り組織は，改質トリアセテート繊維が表に現れ，改質度が目視確認できるように緯朱子

3 実験結果および考察
3.1 改質加工による酢化度の変化
改質加工温度及び時間と酢化度の関係をそれぞれ
図 2，図 3 に示す。温度上昇及び時間経過に伴いアセチル基が加水分解され，酢化度は減少している。
市販のアセテートの酢化度55%に近似する適正な加工温度と加工時間は，95℃，90 分と考えられる。

とした。

66

表 2 シルク／改質トリアセテート交織布仕様
緯糸(改質トリアセテート)

繊度(d)21×4(諸糸)

100×1(無撚)密度(本/cm)

46

35

64
酢化度，％

経糸
(シルク)

2

C.I.Blue127

64.9

加工時間：60min

62
60

58.2

58

55.7

56

織り組織

54

4枚緯朱子

未加工

80

90

55.1

54.7

95

100

加工温度，℃

図 2 改質加工温度と酢化度の関係
2.6 シルク／改質トリアセテート交織布の染色

66

シルク／改質トリアセテート交織布の染色処方を

64

1:2 含金型とした。シルクと改質トリアセテートの62

同色性の観点から，シルクへの染着を抑える必要があり，染色温度はアセテートの適正染色温度の最低値 70℃とした。また，シルクの促染剤である酸助剤

酢化度, ％

表 3 に示す。染料は，染着性の大きい 2 分子染料の

64.9

59.2

60

57.3

58

は不添加とし，非イオン活性剤の均染剤のみ添加し

56

た。

54
未加工

2.7 改質トリアセテートの物理的特性
改質加工前後の物理的特性の変化を比較するため，
初期引張抵抗度試験（JIS L 1013）を行った。

― 57 ―

加工温度：80℃

30

55.0

54.6

60
90
加工時間，min120

図 3 改質加工時間と酢化度の関係

齋藤

数馬

向：トリアセテートの改質による省エネ型染色加工技術の開発

3.2 改質度の測定

シルク／改質トリアセテート交織布の染着機構は，改質加工温度及び時間と染着濃度の関係をそれぞ

図 7 に示すように，図中の染料 1)が持つスルホン基れ図 4 及び図 5 に示す。未加工に対し 9～11 倍の染
表 4 染色堅牢度試験結果

着濃度差があり，
1分子染料と2分子染料では約20%の染着濃度差が認められた。また，前述したように

試験項目

変退色

ドライクリーニング

加工温度の上昇に伴い酢化度は減少するため，改質が進むものと考えられたが染着濃度は減少した。こ

アセテート

綿

4-5 (4)5 (3-4)4-5 (3-4)

酸

4 (4)

4-5 (3)

4 (3)

アルカリ

4 (4)

4-5 (3)3 (3)れは，一旦結合したカチオン基が温度上昇により切汗断するものと推察した。
従って，改質度から得られた適正加工温度と加工

摩擦

時間は，80℃，120 分と考えられる。

積算染着濃度，T-K/S

20

17.1
13.2
13.6

10

9.3

5
0

1.5

11.9

11.5

7.9

7.9

1分子染料
（ミリング型）乾燥

4-5 (3-4)湿潤

2-3 (2-3)(

加工時間：60min

15

汚染)内は品質基準1分子染料（1:2含金型）

90
95
100
加工温度，℃
図 4 改質加工温度と積算染着濃度

未加工

80

積算染色濃度，T-K/S

2520

加工温度：80℃
15.0

15

10
5

0

17.4

13.3

10.8
1.5

18.8

19.5

13.7

14.3

1分子染料
（ミリング型）

図 6 シルク／改質トリアセテート
交織布の染色布

1分子染料（1:2含金型）

30
60
90
120
加工時間，min
図 5 改質加工時間と積算染着濃度

未加工

アンモニウム基3.3 染色堅牢度試験

アミノ基

2 分子染料（1:2 含金型）
，80℃，120 分の改質加
工生地の染色堅牢度試験の結果，ドライクリーニン
グ，汗，摩擦，いずれの堅牢度も外中衣類の品質基

染料

準（JIS L 4107）をクリアーできた（表 4）。
3.4 シルク／改質トリアセテート交織布の染色
図 6 にシルク／改質トリアセテート交織布の染色布を示す。緯糸の改質トリアセテートはシルク用酸性染料で染色されているが，未改質のトリアセテー
トは染色されていないことがわかる。

― 58 ―

図 7 シルク／改質トリアセテート交織布の染着機構

山形県工業技術センター報告 No.49（2017）と，改質アセテートに付加したカチオン化剤が持つ

2) 市販アセテートの酢化度 55%に近似する適正改アンモニウム基およびシルクのアミノ基が結合する

質加工温度と加工時間は，
95℃，
90 分であった。
3) 改質度から得られた適正加工温度と加工時間は，ことにより染着すると考えられる。

80℃，120 分であったが，90 分との差はわずか

3.5 改質トリアセテートの物理的特性であり，省エネ重視の観点から加工時間は 90 分

表 5 に改質加工前後の初期引張抵抗度を示す。初が妥当である。

期引張抵抗度は，ヤング率と同様に糸の硬さを表しており，加工後は若干柔らかめになることがわかっ

4) 2 分子染料（1:2 含金型）
，80℃，120 分の改質
加工生地の染色堅牢度試験結果は，外中衣類のた。

品質基準（JIS L 4107）をクリアーした。

表 5 初期引張抵抗度試験結果

5) 改質トリアセテートは，僅かに柔軟になること

初期引張抵抗度(N/tex)が分かった。

未加工糸

5.47

6) トリアセテートを改質することにより，シルク

加工糸

5.31

やウールなどの親水性繊維との交織布の後染め

4 結において，親水性染料による 1 回の低温常圧染色が可能となった。

言

トリアセテートの改質による省エネ型染色加工技術について検討したところ，以下の知見と成果が得られた。
1) トリアセテートのアルカリ加水分解と改質加工

文献1) The Society of Dyers and Colourists / The（カチオン化加工）は逐次反応することが分かった。

― 59 ―

American Association of Textile Chemists andColorists : Colour Index Second Edition ,3(1956) 3495.

抄

録

/

論 文 発 表赤外線（IR）システムの高密度ポリエチレン（HDPE） 製レンズに要求される，高い IR 透過率と低い可視光線（VR）透過率を同時に得る

Optical Properties of HDPE in Injection
Molding and Injection Press Molding for
IR System Lenses. Part Ⅱ : Mold
Temperature and Surface Roughness
Effects on Injection Molding
R.Kaneda

T.Takahashi

M.Hijikata*

H.Ito**

M.Takiguchi*

ことを目的に，成形条件および金型表面粗さを変化させた射出成形を行い，成形品の表面粗さ，厚さ，結晶化度および内部構造から透過率を評価した結果，IR 透過率はスキン層が薄い場合に上昇し，VR 透過率は結晶化度が高い場合に低下した。これらの透過率は，金型温度を高く設定することで同時に得ることができ，表面粗International Polymer Processing Vol.32, No.2,

さの影響は小さくなることが確認できた。

pp.237-244 （2017）＊㈱チノー山形事業所，＊＊山形大学

An experimental investigation of injection
molding was conducted to assess the highinfrared radiation (IR) transmittance with an
opaquestatetransmittance)(lowvisibility

necessary

for

ray
IR

(VR)
systemlenses as a target high-density polyethylene(HDPE) IR transmission material. Using a

高性能めっき技術を利用した電着ダイ
ヤモンドワイヤーの開発
鈴木庸久

村岡潤一

精密工学会誌８３巻０９号, pp820-824（2017）
高性能めっき被膜である Ni-CNT めっき被膜

0.5-mm-thick mold cavity with disk shapes

を用いて，ダイヤモンド電着ワイヤーの高性能

havingan

化，長寿命化を目指した取り組みの一部を紹介

injection molding experiment was conducted

した。Ni-CNT めっき被膜の基本特性を示した

while changing only the mold temperature.

後，Ni-CNT めっき被膜を電着ワイヤーの最表

Results show that when the mold surface

面に配置した Ni-CNT 電着ワイヤーによる単結

differentroughness

surfacebecameroughness,

high,

the

surfaceroughness of molded parts became high, too.

晶 Si の切断性能を示した。

Thereby the IR and VR transmittance weredecreased.

However,

when

the

mold

of the surface roughness of molded parts. The

Deposition of TiC layers on Ni-based
compositecoatings
bypulsedelectrical discharging in oil（油中パルス放電によるニッケル複合めっき
被膜への炭化チタン層の形成）

IR transmittance increased because of the

鈴木庸久

decrease of the skin layer. Furthermore, theProceedings of ICPE 2016，C202-8225

temperature was high, the influences of theso-calledskin–core

structureandcrystallinity were stronger than the influence

VR transmittance decreased because of a

油中パルス放電による TiC 被膜の形成においsimultaneous rise of the crystallinity.

て，ニッケル基板の特性が成膜機構に及ぼす影＊CHINO Corporation，＊＊Yamagata University

響を明らかにするため，無電解 Ni-P めっき被膜（Ni-P）および電解 Ni めっき被膜（Ni）を被加工物として TiC 被膜を形成し，処理時間に

赤外線透過レンズ用 HDPE 射出成形品の光学特性 ―成形条件と金型表面粗さ
の影響―
金田亮

高橋俊広

滝口正康*

土方元治*

よる表面高さ，表面粗さ，膜厚，被膜組成，硬さを評価した。さらに成膜プロセスを考察した。

伊

藤浩志**
成形加工，第 29 巻，第 3 号，pp.90-92（2017）― 60 ―

カーボンナノチューブ複合化による高温軟化現象を利用した微細金型の形状
創成TFT）が，従来より LCD 製品に広く用いられ鈴木庸久ているアモルファスシリコン TFT に比べて，顕FORM TECH REVIEW 2016 ， Vol. 26,

著なトップゲート効果を示すことを見出し，こpp132-137のトップゲート効果を活用した高感度 pH セン

Ni-CNT 被膜のナノインプリントによる高温用が進められている。我々は，a-InGaZnO を活性層に用いた薄膜トランジスタ（ a-InGaZnO

サの開発を進めている。本研究では，軟化特性および塑性加工による転写性を示すと

a-InGaZnO TFT pH センサを用いて 0.01 以下

ともに，その高温軟化メカニズムを明らかにすの微小 pH 変化を検出することを目的として，るために，CNT 複合化による高温時の硬さ，結間欠駆動によるドレイン電流のドリフト抑制に晶構造の変化を示した。

ついて検討するとともに，Vgs を出力とした pH
測定手法を確立した。
＊ Tianma Japan 株式会社

エアブロー工程の空気圧管理へのカンチレバー型ひずみセンサの適用
岩松新之輔
作徹

多田伸吾

今野俊介

阿部泰

矢

加藤睦人

混練型WPCの表面劣化における屋外暴露試験と促進耐候性試験の相関

電 気 学 会 論 文 誌 E, Vol. 137, No.3, pp84-88

江部憲一（2017）

木材保存，Vol. 43，No.4，pp182-195（2017）

関野登*

圧縮空気は，製造現場において生産設備の制

木粉とプラスチックの複合材料である混練

御・駆動の他，洗浄・乾燥工程など，多岐にわ

型 WPC（以下，WPC）に対して，促進耐候性たる用途で用いられている。一般に圧縮空気の試験（キセノンランプ法）を実施し，表面劣化

供給圧は，レギュレータにより一定に管理されにおける，屋外暴露試験に対する促進耐候性試

るが，開放空間へ吐出させ被加工物へ吹き付け

験の促進性および相関性を検討した。促進性おて使用する場合，レギュレータの設定値から任よび相関性は，表面のチョーキング量を指標と意の位置での風速や風圧の推定が困難な場合がし評価した。その結果，促進耐候性試験後に蒸ある。本研究では，圧縮空気を用いた洗浄・乾留水で WPC を超音波洗浄すると，屋外暴露試

燥工程において，被加工物に印加される圧力を

験におけるチョーキング量と比較的近い値をと管理することを目的として，カンチレバー型ひることが明らかとなった。また促進倍率は，約ずみセンサを用いて，ブロアやエアガンから吐7～9 であった。さらに，促進耐候性試験片およ

出する圧縮空気の圧力を直接測定する手法を検び屋外暴露試験片表面劣化層の機器分析結果も討した。

類似しており，キセノンランプ法により屋外での表面劣化をある程度再現できることが確かめられた。

高感度 a-InGaZnO TFT pH センサのドリ
フト制御と Vgs 出力応答
岩松新之輔
知和重*

阿部泰

今野俊介

加藤睦人

＊岩手大学農学部

竹

混練型WPCの耐候性と耐候性評価手法

田邉浩*

電 気 学 会 論 文 誌 E, Vol. 137, No.3, pp89-94

江部憲一（2017）

木材保存，Vol. 43，No.5，pp244-249（2017）

アモルファス-インジウム-ガリウム-亜鉛酸

混練型 WPC（木材・プラスチック成形複合化物（a-InGaZnO）は，スパッタリングにより材）（以下，WPC）は，木粉と熱可塑性樹脂を室温成膜が可能で，フッ素系ガスへの高い耐性

溶融混練し，主に押出成形することにより得らを示すことから，MEMS プロセスとの親和性がれる木質材料である。WPC は主に，エクステ

高く，センサデバイスや MEMS 構造体への応リア部材（デッキ等）に使用される。エクステ― 61 ―

リア部材には，耐候性に高いレベルが求められト（EMS）で変異させ，セルレニン含有 YPD

るが，WPC の耐候性に関する報告数は，これ培地に塗布し，セルレニン耐性酵母 85 株取得まで少ないのが現状である。そこで本稿では，した。取得したセルレニン耐性株を用いて，発これまでの WPC の耐候性研究について我々の酵試験およびα米を用いた小仕込み試験を実研究結果もまじえながら振り返り，表面変色や施した。試験の結果，カプロン酸エチルを高生

チョーキング現象，WPC 表面劣化における屋産し，かつ，発酵力の高い酵母 1 株を取得する

外暴露試験と促進耐候性試験の相関について解ことができた。取得した酵母を用いて試験醸造説した。また，今後の課題についても解説した。

を実施し，生成酒のきき酒を行ったところ，吟醸香が高く，香味のバランスがとれた酒質であった。

ラッカセイ胚芽の機能性食材として利用・展望
日本生物工学会誌別冊（地域生物資源産業化事

セイヨウナシの最適加工条件の開発‐加工条件による香気成分の変化‐例集），pp.35-37（2016.11.5）

対馬里美

菅原哲也

五十嵐喜治*

ラッカセイ（Arachis hypogaea）は，マメ亜

飛塚幸喜

食品の試験と研究，No.51，pp.53（2016）

科ラッカセイ属の一年草であり， 種子を食用とラ･フランスの消費拡大を図るため，フレッ

し, 日本では主に豆菓子やチョコレート菓子とシュな風味や色調を出来るだけ損なわない加工

して利用されている。ラッカセイ種子は，子葉技術が求められている。そこで新たな加工技術と胚芽に大別される。近年, 穀類や豆類の胚芽として，減圧粉砕加工による果実成分の酸化抑には種々の生理活性成分が含まれることが報告

制技術の開発を目指して試験を行った。

されているが，ラッカセイ胚芽に関しては，ほラ･フランスを粉砕した後，加熱殺菌するととんど研究事例がない。また，山形県内企業に

酢酸エステル類やアルコール類などの香気成分

おいて, 豆菓子製造時に大量のラッカセイ胚芽が減少し，アルデヒド類が増加する。これらのが排出されているが，そのほとんどが廃棄され成分変化が香りの劣化要因と推察されるが，減ている。

圧粉砕加工後に加熱すると香気成分の変化が抑本研究では， ラッカセイ胚芽について，メ制された。また果実の加工では一般に褐変防止

タボローム解析により，機能性成分および呈味のため酸化防止剤（ビタミンCなど）を添加す

成分の網羅的な解析を行うとともに，焙煎加工ることが多いが，ラ･フランスを減圧下で加工すや麹を利用した発酵処理による代謝物の変動をる事により酸化防止剤を添加したものと同程度解析した。また， 疾患モデル動物による機能評に褐変が抑制された。

価を実施し，その生理活性の一部を明らかにした。さらに，ラッカセイ胚芽を利用した菓子類
試験販売されるに至った。

マロラクティック発酵を活用する純米酒（MLF純米酒）の開発と今後の展望＊山形大学農学部

石垣浩佳

等を試作開発し，胚芽ブロックチョコレートは

日本醸造協会誌，第12号，pp.800-806（2017）
マロラクティック発酵（MLF）とは，ワイン

山形県高香気性酵母の開発

醸造では一般的な乳酸発酵の技術である。リン長俊広ゴ酸が乳酸に代謝されることで味がまろやかに

村岡義之

工藤晋平

石垣浩佳

食品の試験と研究，No.51，pp.52（2016）
カプロン酸エチルを高生成し，かつ，酢酸エ

なり，同時に生成する副産物により複雑な香味

チルの生成量が少ないバランスの良い山形県に応用し，チーズ料理や洋食にも合う純米酒の産高香気性酵母の開発に取り組んだ。山形県産開発を目指した。研究では，製造工程での MLF

酵母（NF-KA）をエチルメタンスルフォネイの簡便性，ジアセチルの抑制，最終的な日本酒がプラスされる。この技術を日本酒の製造工程― 62 ―

としての風味に重点を置き，最適と思われる酵
母と乳酸菌との組み合わせを基に製造方法の検討を行った。小仕込試験から現場レベルでの試験醸造を繰り返した結果，MLF の効果（風味）とジアセチルの低減，純米酒らしい旨味と酸味が再現できる製造方法が確立された。

スラックマーセル化リネンを素材とするニット製品の試作
平田充弘
繊維機械学会誌，Vol.69，No.10，pp.635-637（2016）
無緊張下で高濃度アルカリ液に浸漬処理す
るスラックマーセル化加工について，リネンの綛糸とスライバーを用いて取り組み，ニット製品の試作に取り組んだ。綛糸のスラックマーセ
ル化では，番手変動は加工温度に大きく依存した。マーセル化により，結晶構造はセルロース
Ⅰ型からⅡ型にほぼ移行した。スライバーのマーセル化加工は連続処理が必要であり，脱液操
作にパッダーなどで行った。スラックマーセル
化リネン糸の 12 ゲージ 1 本取り平編生地は，
コ ー ス 方 向 の 斜 行 が 4.1%に 低 減 し （ 未 加 工7.9%），q-max（冷温感評価値）も 0.072 W/m2
（未加工 0.0068 W/m2）と微増した。

― 63 ―

抄録/

口 頭 発 表高密度ポリエチレンの射出プレス成形

レーザープレーティングにおけるめっき液への添加物の効果

金田亮

鈴木庸久

高橋俊広

滝口正康*

土方元治*

伊

村岡潤一

2017年度精密工学会春季大会学術講演会

藤浩志**
プラスチック成形加工学会（2016.10.17）（2017.3.15）

赤外線透過用高密度ポリエチレン（HDPE）

無電解ニッケルめっきを用いたレーザープ

レンズに要求される，高い赤外線（IR）透過率

レーティングにおいて，レーザーの波長の影響，と低い可視光線（VR）透過率を同時に得ること

さらに，めっき液へのカーボンナノチューブを目的に，型開き量および遅延時間を変化させ（CNT）の添加の効果について示した。また，

た射出プレス成形を行い，透過率および厚さへレーザープレーティングにより局所的な CNTの影響を調査した結果，次の結論を得た。1) 透

複合化めっきが可能なことを示した。

過率は，成形品表面粗さ Ra の影響を受けない。
さらに，プレス条件の違いは，VR 透過率に影響を及ぼす。2) Ra の大きい金型を用いること
開き量が一定の場合，遅延時間を長く設定する

狭ピッチコアピン金型用銅タングステ
ン電極の粒径と組成が超音波楕円振動
切削特性に及ぼす影響ことで，厚い成形品が得られる。

小林庸幸＊㈱チノー山形事業所，＊＊山形大学

プラスチック成形加工学会（2016.10.27）

で，成形品の厚さは均一化される。さらに，型

鈴木庸久

齊藤寛史

通電焼結法により作製した銅タングステン
電極材料を，単結晶ダイヤモンド切削工具を用

赤外線透過レンズ用 HDPE 薄肉射出成形品の光学特性い，超音波楕円振動切削により加工した。楕円金田亮

違いが切削特性に及ぼす影響について調べた。

高橋俊広

滝口正康*

土方元治*

伊

振動の有無，タングステンの粒子径及び組成の藤浩志**
精密工学会（2017.3.14）

その結果，楕円振動を付与することにより，工プラスチック成形加工学会（2017.6.15）で明瞭な角隅が得られた。添加元素が同じであ具摩耗が少なく，平滑な加工面および溝の谷部

赤外線透過用 HDPE レンズに要求される，高い IR 透過率と低い VR 透過率を同時に得るこ

れば，硬さが切削抵抗値（背分力）に最も影響を与えることがわかった。

とを目的に，MFR の異なる HDPE を用いた薄肉射出成形を行った。成形条件，成形品の表面
粗さ，厚さ，結晶化度及び内部構造が IR および VR 透過率に及ぼす影響について調査し，得電磁型シリコンMEMSレゾネータにおける振動特性られた結果は次の通りである。1) MFR が 5 の

渡部善幸

成形品では，金型温度を高く，冷却時間を長く

第 64 回応用物理学会春季学術講演会

設定することで，高い IR 透過率と低い VR 透（2017.3.14-17）

過 率 が 同 時 に 得 ら れ る 。 2) MFR の 異 な る
HDPE を用いて，同一条件で成形を行った場

渡部善幸 矢作徹 阿部泰 村山裕紀
第 78 回応用物理学会秋季学術講演会

合，MFR が最も大きい時に，分子配向が小さ（2017.9.5-8）

加藤睦人

矢作徹

村上穣

阿部泰

くなり VR 透過率は減少したが，厚くなったこ

物理，化学量を目的に応じて選択検出可能なとで IR 透過率は減少した。3) 本実験で得られマルチモーダルセンサの実現を目指し，その基た表面粗さおよび結晶化度の範囲では，透過率

本要素である電磁駆動，誘導検出型シリコン捩

への影響は確認できなかった。

りレゾネータを作製した。デバイスは，シリコ＊㈱チノー山形事業所，＊＊山形大学

ンチップ，プリント基板，永久磁石の３層構造― 64 ―

で，ガス感応膜を想定した円板がトーションビ構造による高機能化が求められている。本研究ームで周辺に固定されている。円板上の半円弧では，微細加工技術である MEMS プロセスを状のコイルへの AC 通電で電磁力により振動を金型加工に応用して，機能性を付与する微細金発生させ，別の半円弧状コイルに誘起した誘導型の作製と，樹脂への形状転写について検討し起電力で振動状態を検出した。振動特性をネッた。微細金型は，フォトリソグラフィと反応性

トワークアナライザで評価したところ，共振周

イオンエッチング(D-RIE)を用いて，Si 基板ま

波数が感応膜の除去前後で大きくシフトするこ

たは SiO 2 基板を加工することにより作製した。

とから，ガスや温度などの検出が可能であるこ

微細加工した Si 型または SiO 2 型を用いて，熱とを示唆することができた。

インプリントにより樹脂フィルムに微細構造を転写した。転写した樹脂成形品については，形状の転写性，及び微細構造による撥水性や反射

高感度a-InGaZnO TFT pHセンサを用いた
微小pH変化の検出
岩松新之輔
矢作徹

竹知和重*

村上穣

阿部泰

加藤睦人

今野俊介

田邉浩*

渡部善

幸
応用物理学会春季学術講演会（2017.3.14）
我々は，インジウム-ガリウム-亜鉛酸化物薄膜トランジスタ（a-InGaZnO TFT）の pH セン
サへの応用を進めている。a-InGaZnO TFT 特有の現象であるトップゲート効果を活用することで，ネルンスト電位 59 mV/pH を超える高感度測定を実現し，0.1 ステップの連続的な pH
変化をドレイン電流出力で検出できることを明らかにしている。また，間欠駆動によるドリフ
ト低減に成功し，専用に設計した駆動回路を組み込んだ pH 測定システムを構築している。一方で，0.01 程度の微小 pH 変化への応答については，TFT の高いインピーダンスに起因するノイズの影響で，精度良い測定が実現できていない。本研究では，TFT の低インピーダンス化と検出感度の向上による S/N 比の改善と微小 pH変化の検出に取り組んだ。

強度等の機能性を評価した。

インクジェット印刷による微細構造樹
脂基板への金属配線形成（第 1 報，第 2
報）
矢作徹

阿部泰

村上穣

加藤睦人

渡部善幸

表面技術協会第 135 回講演大会（2017.3.9-10）
矢作徹

村山裕紀

阿部泰

渡部善幸

表面技術協会第 136 回講演大会（2017.9.14-15）
近年，印刷技術を用いた電子デバイス作製技術であるプリンテッドエレクトロニクスへの関心が高まっており，様々な印刷方法を用いた金属配線形成及びセンサ作製技術について報告されている。中でもインクジェット印刷は，印刷用版を必要としないため，比較的簡便に研究開発やデバイス試作に取り掛かることができる。
本研究ではインクジェット塗布装置を用いて，
Ag ナノインクによる樹脂基板上への金属配線形成を行った。形状精度のよい配線形成のためには，インクジェットの塗布条件に加えて，被印刷物である樹脂基板の特性が重要な要素となる。本研究では，樹脂基板の表面に微細構造を＊Tianma Japan 株式会社

形成することにより，液滴の広がりを抑制し，印刷形状精度を改善できることを確認した。さMEMS技術を用いた極微細金型作成技術
の検討
矢作徹
人

阿部泰

渡部善幸

村上穣

岩松新之輔

加藤睦

らに，微細パタンの深さを変えて形成した樹脂
基板への印刷により，形状精度に対するパタン
深さの影響について評価した。

小林誠也

プラスチック成形加工学会第 24 回秋季大会成形加工シンポジア‘16（2016.10.26-27）
自然界には蓮の葉の撥水性や，モルフォ蝶の青色発色など，微細構造を利用した様々な機能が存在し，これらを参考にして工業材料の表面

酸化銅を感応膜とする半導体式 CO2 ガス
センサ
阿部泰
人

― 65 ―

村上穣

小林誠也

矢作徹

岩松新之輔

加藤睦

センサ・マイクロマシンと応用システムシンポ

混練型 WPC の破壊挙動の温度依存性

ジウム（2016.10.24）（ポスター発表）

低コストな CO2 ガスセンサを実現するために，CuO を感応膜とする半導体式ガスセンサに

江部憲一

諸星貴也*

栗山卓*

第67回日本木材学会大会（2017.3.18）

ついて研究した。スパッタリング成膜法による混練型 WPC（以下，WPC）は，木材とプラ

CuO 感応膜の形成時に SrTiO 3 を同時にスパッ

スチック双方の特性を併せ持つ材料である。しタ成膜して混入することでガス感度が向上する

かし，WPC の破壊についての検討例は多くなことを明らかにし，その原因は SrTiO3 の混入い。そこで我々は，WPC の破壊挙動の温度依により感応膜中の CuO 粒子が微細化すること存性について検討した。その結果，曲げ破壊はであると考察した。

低温下で脆性せん断破壊モード，高温下で延性引張破壊モードであることが明らかとなった。
同時に，WPC 中の木質繊維凝集粒子は流動方

箱型成形品の平面度向上に対する冷却促進効果

向に伸長し，かつ板厚方向に偏平に配向してい後藤喜一＊山形大学大学院理工学研究科

大津加慎教

江部憲一

ることが示唆された。

プラスチック成形加工学会（2016.10.26）
射出成形は，複雑な形状を大量に短時間で製によっては，形状精度も求められる。本研究で屋外暴露木材表面色経年変化シミュレーションのための地域別予測

は，非晶性樹脂であるポリスチレン樹脂を用い

新井崇博*1た箱形成形品底面の形状精度に関して，平面度

市郎*2

木口実*3

及び肉厚を測定し，冷却促進効果が成形品形状

幸一*3

伊佐治信一*4に及ぼす影響について検討した。その結果，冷*5却促進効果で，平面度が約 2.5 倍向上した。

秋生*9造できる効率的な製造方法である。また，製品

窪田裕介*2

山本健*6

森谷友昭*2

片岡厚*3

江部憲一

三井幸成*7

高橋時

石川敦子*3山本

村井まどか

福田健一*8山口今村祐嗣*10

日本木材保存協会第33回年次大会（2017.5.23）
屋外暴露された木材表面の変色を定量的にポリスチレン射出成形品の形状・寸法への成形条件の影響予測することは，これまで困難とされてきた。

後藤喜一

大津加慎教

変色をコンピュータグラフィックスで再現す

小林誠也

栗山卓*

江部憲一

中野哲

そこで本研究では，屋外暴露された木材の表面
る，シミュレーションシステムの開発に取り組んだ。このシステムに用いられる表面変色予測

プラスチック成形加工学会（2017.6.15）
樹脂射出成形では，成形品偏肉形状，充填材

式を確立するため，全国 6 か所での屋外暴露試

配向，冷却固化不均一などの要因により，ヒケ験を実施し，表面変色と各種気象因子との相関やソリなどが顕著に現れ，狙った形状を得られ関係を分析した。その結果，再現性のある予測ないことがある。箱形成形品形状に関して，生式を確立することができた。

産性に関わる保圧時間や冷却時間が成形品形状＊1 東京医療保健大学，＊2 東京電機大学，＊3 国に及ぼす影響と金型冷却効果が異なる場合の成立研究開発法人形品形状に及ぼす影響を成形品のたわみ量を測究所，＊4 北海道立総合研究機構林産試験場，＊5 東定評価して検討した。その結果，金型冷却の影

京都立産業技術研究センター，＊6 広島県立総合技

響は，保圧時間や冷却時間の影響によりも大き術研究所東部工業技術センター，＊7 熊本県農林水

く，その差は 5 倍程度であった。

産部森林局林業振興課，＊8 大阪ガスケミカル株式＊山形大学大学院理工学研究科

会社，＊9 越井木材工業株式会社，＊10 日本木材保森林研究・整備機構

存協会・京都大学名誉教授― 66 ―

森林総合研

ラッカセイ胚芽の生理機能と加工利用
菅原哲也
匡***

若山正隆*

五十嵐喜治**加藤守

した。
紫外線照射したマッシュルーム試料は，ブラ
ウン種，ホワイト種ともにビタミン D2 が検出

鈴木規男****

平成 28 年度全国食品技術研究会（2016.11.1）

された。メタボローム解析の結果，紫外線照射

平成 28 年度農研機構食品研究部門研究成果展

により，ブラウン種，ホワイト種ともに代謝物

示会（2016.11.2）

濃度の増減が認められ，ブラウン種では多数の

近年, 穀類や豆類の胚芽には種々の生理活性

遊離型アミノ酸が，紫外線照射により低値を示

成分が含まれることが報告されているものの，した。主要な糖類であるマンノースやマニトー

ラッカセイ胚芽に関しては，ほとんど研究されルは，ブラウン種，ホワイト種ともに紫外線照ていない。本研究では，ラッカセイ胚芽につい射により増加する傾向を示した。

て, メタボローム解析を行い，機能性成分およ＊慶應義塾大学先端生命科学研究所，＊＊有限会社

び呈味成分の網羅的な解析を行うとともに，動舟形マッシュルーム

物実験，ヒト試験による機能評価を行った。
さらに，ラッカセイ胚芽の苦味マスキング技した。特に胚芽を利用したブロックチョコレー

長期熟成生ハムの呈味成分解析・味セン
シングによる熟成期間の検討

トは，試験販売に至った。

菅原哲也＊慶應義塾大学先端生命科学研究所，＊＊山形大学

日本食品科学工学会第 64 回大会（2017.8.30）

農学部，＊＊＊米沢栄養大学，＊＊＊＊株式会社で近年，日本でも熟成生ハムが製造されるよう術を検討し，胚芽を利用した加工品開発を実施

杉本昌弘*

帯谷伸一**になっているが，熟成期間中の呈味性や呈味成

ん六

分変化について，詳細な検討は行われていない。
本研究では，熟成生ハム各部位の呈味性や呈味

山形県地域農産資源の生理活性成分に特化した加工品開発

成分を解析するとともに，熟成期間中の遊離型

菅原哲也

ついて考察した。

アミノ酸，呈味性を解析し，最適な熟成期間に熟成生ハム各部位試料を CE-MS にて解析し青い森の研究会セミナー（2017.3.6）
これまで, 山形県を代表する地域農産物につた結果，ランプ部位のみが他部位と異なる成分

いて, ポリフェノールを中心に生理活性成分の特性を示し，味覚センサーによる分析でも旨味

単離・精製, 構造解析を行い, 動物実験等によ（後味）が他部位より顕著に低値を示した。

り健康機能性を評価してきた。また, 農産物のまた，熟成期間中の成分変化として，グルタ

風味や特徴を活かした加工技術を開発し, 本県

ミン酸やアスパラギン酸をはじめとする遊離型

企業の新たな商品開発に寄与してきた。その中アミノ酸濃度が，熟成の進行とともに顕著に増から, 食用ギク, オウトウ, 庄内柿, ラッカセ

加し，味覚センサーによる旨味値も同様の傾向

イ胚芽に関する研究成果について報告した。

を示した。また，熟成期間 400 日から，水分の減少が緩やかになり，ナトリウムや脂質濃度は，緩やかに増加する傾向を示した。

マッシュルームの紫外線照射による成
分変動
菅原哲也

若山正隆*

＊慶應義塾大学先端生命科学研究所，＊＊株式会社
東北ハム

長澤大輔**

日本食品工学会第 18 回大会（2017.8.7）
マッシュルーム（ 2 種）に紫外線を照射し（Handy UV Lamp, 定 格電力 9.0W×0.15A,

地域農産物の機能性評価と加工利用に関する研究

FL 6W, 1 時間照射），エルゴステロール，ビ菅原哲也

タミン D 濃度を測定するとともに，極性成分の日本食品科学工学会第 64 回大会（2017.8.28）

変動をメタボローム解析により， 網羅的に解析

これまで，山形県を代表する地域農産物につ― 67 ―

いて，ポリフェノールを中心に生理活性成分の単離・精製，構造解析を行い，動物実験等により健康機能性を評価してきた。また，農産物の風味や特徴を活かした加工技術を開発し，本県企業の新たな商品開発に寄与してきた。
その中から，食用ギク，オウトウ，庄内柿に関する研究成果について報告した。

青苧の分繊化と精練絹との混合による複合素材への応用
平田充弘

野崎健*

後藤喜一

プラスチック成形加工学会（2016.10.27）
ラミースライバーをマーセル化加工により改質したところ，未加工ラミーに対し，単繊維の伸度が 2 倍以上に向上した。得られたマーセ
ル化ラミースライバーにシルクスライバーを50%混ぜて紡績加工を行い 1/60 糸を作成した。
このシルクラミー混紡糸を用い，横編機にて 18
ゲージ 2 本取りで平編生地を作成したところ，斜行（布目曲がり）が低減した。
＊株式会社東北イノアック― 68 ―

研究成果広報委員
小

林 誠 也

江 端

境

修

潔

渡 部 善 幸三

井 俊 明

飛 塚 幸 喜

加

藤 睦 人

中 野

山形県工業技術センター報告

哲No.49(2017)2018 年（平成 30 年）2 月
発行

山形県工業技術センター〒990-2473
山形市松栄二丁目 2 番 1 号
Tel.(023)644-3222

印

刷

寒河江印刷株式会社