名古屋市工業研究所から ものづくり基盤技術の情報発信

Vol
.

（No.
76
5
）
月刊名工研

年

月～

年

月号編集版

画像処理によるジェスチャー認識（詳しくはＰ

特集

設備・事業紹介（Ｐ −Ｐ ）特集

活用事例紹介（依頼試験、技術相談）（Ｐ −Ｐ ）特集

トピックス（技術動向・研究解説）（Ｐ −Ｐ

・Ｘ線回折装置（（公財）
ＪＫＡ設備拡充補助事業）
・次世代材料の評価技術の高度化（（公財）
ＪＫＡ人材育成等補助事業）
・製品・材料の強度評価試験機器の紹介

・発泡プラスチックの断面と気泡径
・電気音響変換器の特性比較
・放熱材料の熱伝導率測定
・急激な温度変化による劣化試験
・鋼製部品の破面観察
・材料の不透明さの測定
・画像処理によるジェスチャー認識・マイクロ波・ミリ波の電磁波センシング
・鋼の硬い・脆い・塑性加工シミュレーションにおける硬化則の選択
・東海無機分析化学研究会の活動 −共同分析−
・ナノセルロースの紹介
・ＦＲＰの繊維長測定
・体圧分布の測定

1

）

へ）

特集

設備・事業紹介

Ｘ線回折装置 （（公財）
ＪＫＡ機械設備拡充補助事業）（公財）
ＪＫＡの平成 年度機械設備拡充補助事 【測定解析例】
合成した酸化チタン光触媒粉体を本装置で測業により、Ｘ線回折装置（図 ）を新規導入し定して得られたＸ線回折スペクトルとその解析ました。
例を以下に示します。得られたスペクトル（図
本装置では、試料表面にＸ線を照射すること、表 ）を化合物同定検索用データベース（表により得られる散乱Ｘ線の回折現象を利用して、）と照合することにより、合成粉体がアナ物質の原子・分子の配列状態を観察し、物質をタース型酸化チタンと同定できました。本装置構成している成分を特定することができます。
は高性能多次元半導体検出器を装備しているた
表 に主な仕様を載せましたが、本装置は以下
め、無反射試料板を用いると、耳かき一杯程度の用途をはじめとして、幅広い分野で扱われるの少ない試料でも、僅か 分という短い時間で工業材料の分析評価に利用できるオールインワ
スペクトル測定が可能です。
ンの多目的分析評価機器です。
このように、あらゆるニーズに対応できる本表
主な仕様
装置が、当地域中小企業の技術者の皆様が抱え・機器名：Ｅｍｐｙ
ｒｅａｎている材料評価に関わる技術課題の解決にお役・メーカー：パナリティカルに立てれば幸いです。お気軽にご相談ください。
・Ｘ線源（ ｋＷ）、セラミックス封入型Ｃｕ管球・水平ゴニオメータ
・Ｂｒａｇｇ−ＢｒｅｎｔａｎｏＨＤ光学系
・ダブルクロススリットコリメータ
・微小部アライメントカメラ
・ 軸クレードルステージ、ＳＡＸＳ/
ＷＡＸＳス
テージ
・多次元半導体検出器（Ｐ
Ｉ
Ｘｃｅ
ｌ Ｄ）
・制御･解析コンピュータシステム、ソフトウェア【用途】
図 2 酸化チタン光触媒粉体の X線回折スペクトル・固体、粉末、薄膜材料など、物質の種類や結晶構造の同定表
Ｘ線回折ピークの数値データ
・薄膜の膜厚測定
・微小領域に局在した異物の特定
・液中に分散したナノサイズ粒子の大きさや形状の測定分析
・試料の残留応力解析

表 3 検索用データベース

図（環境技術研究室 小野さとみ）
ＴＥＬ（ ） −Ｘ線回折装置2

特集

設備・事業紹介

次世代材料の評価技術の高度化（（公財）
ＪＫＡ人材育成等補助事業）
当所では平成年度に「次世代材料の評価技

本機器は一般探傷機能の他、フェイズドアレ

術の高度化」に関する事業を実施しています。

イ機能を搭載しているという特徴があります。

本事業は次世代材料の代表であるＣＦＲＰ（炭素

フェイズドアレイとは小さく分割された振動子

繊維強化プラスチック）や種々の金属材料に発を密に並べて、それぞれの振動子から発信され生したクラック等の欠陥の検出に関する研修やる超音波の位相を変えて試験体中を伝わる超音講習会等を行って人材育成することを目的とし波ビームを変化させる技術のことです。
（図

ています。

）

フェイズドアレイではＢスコープ（断面表示）

今回、
（公財）
ＪＫＡの補助を受けて、本事業ので試験体内にあるきずを確認することができま推進に必要な機器として超音波探傷器を導入しす。また、ＣＦＲＰの破壊の主な要因である層間ました。本機器は試験体に超音波を発信し、欠剥離の検出の用途にも適用が期待できます。お陥部から反射された反射波を捉えて画面に表示

気軽にご相談ください。

することにより、材料内部の目視では分からな
い欠陥の位置や大きさ等の情報を非破壊で得ることができます。

図フェイズドアレイのイメージ図
表

機

主な仕様

種 名：ＰｈａｓｏｒＸＳ/

メ ー カ ー：ＧＥセンシング＆インスペクション・
テクノロジーズ株式会社
図探 傷 機 能：一般探傷及びフェイズドアレイ探傷

超音波探傷器の外観

画 像 出 力：深さ方向表示（Ａスコープ）
断面表示（Ｂスコープ）
平面表示（トップビュー、Ｃスコープ）
音

速：

～

ｍ/
ｓ

帯 域 幅： ．～ ＭＨｚ
フェイズドアレイ探触子：探触子 ＭＨｚ、 ＭＨｚ
一般探触子： ＭＨｚ，ＭＨｚの垂直探触子及びＭＨｚの斜角探触子（製品技術研究室
図

人材育成研修の様子

ＴＥＬ（
3

深谷
）

聡）
−

特集

設備・事業紹介

製品・材料の強度評価試験機器の紹介≪金属製品・材料の引張、圧縮、曲げ≫ｌｕｓ●オートグラフ ＡＧ− ｋＮｐ（Ｈ 導入、㈱島津製作所製）≪プラスチック製品・材料の引張、圧縮、曲げ≫●インストロン（Ｈ 導入、インストロン社製）【仕様】

・最大試験力ｋＮ
Ｎレンジで ± ．％以内）

・最大試験力ｋＮ（試験力精度

（試験力精度

Ｎレンジで ± ．％以内）

・各種プラスチック材料の引張強度、伸び、耐・各種金属材料の引張強度、伸び、耐力の測定。

力の測定。

・任意ストローク及び荷重制御試験が可能。

・非接触のび計による評価可能。

【その他対応機器】●オートグラフ ＡＧ−
（Ｈ
・φ

ＴＢ

ｍｍまでの圧縮可能。支点間距離までの●オートグラフＤＣＳ-

ｍｍ（Ｓ

点曲げ可能。

●オートグラフ ＫＧＮ−
（Ｈ

≪繊維製品・材料の引張、圧縮、曲げ≫＊

日自振補助導入 ）㈱島津製作所製

・導入、㈱島津製作所製）

Ｎ用ロードセル有り。各種繊維や袋およびフィルム等の引張試験に対応。

＊

日自振補助導入 ）㈱島津製作所製

・ ｋＮまでの各種素材の引張・圧縮・曲げ特性を評価可能＊日自振補助：日本自転車振興会（現：
（公財）
ＪＫＡ）

（製品技術研究室 児島
ＴＥＬ（ ）の設備補助事業にて導入

4

澄人）
−

特集

活用事例紹介（依頼試験、技術相談）

発泡プラスチックの断面と気泡径
連続気泡の集合体である軟質ポリウレタン

分布を計算しました。気泡分布は三角形分布をフォームの断面観察から気泡径、気泡分布を求示し、ピークは気泡径の大きい方へ少しよってめたいとの相談を受けました。軟質ポリウレタ

いることがわかりました。

ンフォームの小片を二液型のポリエステル樹脂

切断円からの気泡の径を平均した平均気泡径、に埋め込み、真空中で脱泡した後、 ℃ に 時

気泡の面積の合計を気泡個数の合計で割った気間以上おいて固めました。その後、サンドペー

泡の平均面積から気泡径を算出した面積平均気パ、バフ研磨をした面を光学顕微鏡で写真撮影

泡径、及び面積分率を気泡径の小さい方から累したところ、スケルトン（骨格）と呼ばれる固積していき、累積面積分率が ％になる時の気体部と残りの ％以上である気体部が明確に区泡径である面積分率中央値によって気泡径を求分でき、スケルトンが気体である気泡を取り囲めると、平均気泡径、面積平均気泡径、面積分

んでおり、気泡の大きさに分布があることがわ

率中央値の順に大きくなり、最大で ．ｍｍの違かりました。次に、二次元気泡径の分布を明らいがあることがわかりました。以上のように気かにする目的で、多くの断面写真からデジタイ

泡断面から気泡分布、気泡径が明らかになり、ザにより気泡の外周の座標を読み取って気泡の他の物性値との比較を行うことができました。

面積を求め、気泡を円として気泡径を算出しま

連続気泡の発泡プラスチックに関して、当研究した。そして、直径 ． ｍｍ間隔で気泡の大き室にお気軽にご相談ください。

さの分類を行って気泡個数分布を明らかにし、それぞれの区間の気泡面積の合計を全体の気泡（計測技術研究室

足立

面積で割った割合を面積分率として、面積分率

ＴＥＬ（

）

廣正）
−

電気音響変換器の特性比較
コミュニケーションツールとしての利用を想

ベルを測定することで､特定の条件下での相対定した電気音響変換器の特性比較について相談的な比較を試みることにしました。即ち当所簡を受けました。当該変換器は、音波を固体等へ

易無響室内に同器具を設置し､音響信号の周波伝搬させる機能を有するもので、その構造の違数を変えながら変換器に印加し、その際器具かいや個々のばらつきにより、伝搬させる能力がら発生する音を一定距離で測定するというもの

どの程度異なるのかを周波数毎に把握したいとです。なお無響室は音の反射が少なくなるようのことでした。

に壁や天井等を吸音性に仕上げた音響実験室です。

詳しく伺うと、当該変換器の性能評価は専用の装置を使えば正確に行えることが分かりまし以上のような測定により、当該変換器はそのた。しかし同装置を使った測定は設備の関係で構造により、ある周波数域で音響信号を固体中

残念ながら当所では実施が困難でした。

へ伝搬させる能力に差があると考えられること

音波を空気中に放射する一般的なスピーカのなどが分かりました。この事例のように必ずし場合、音圧−周波数特性は、例えばＪ
Ｉ
Ｓ規格ではも規格等に沿った測定法でなくとも、特性をあ無響室内で測定された基準軸上 ｍの音圧レベる程度把握できる場合もありますので、音響計ルとして規定されますが、当該変換器の場合音測に関してお困りの場合はお気軽にお問い合わ

波を固体中へ伝搬させるものであるため、ス

せください。

ピーカのような測定方法は採用できません。そこで変換器を取り付けるための器具を相談者に（計測技術研究室

作製して頂き、その器具から放射される音圧レ

ＴＥＬ（
5

奥村

陽三）

） −

特集

活用事例紹介（依頼試験、技術相談）

放熱材料の熱伝導率測定
近年、電子技術の高性能化による熱の問題が多く発生しています。それらを解決するために、放熱材の開発や、熱設計が必須となっています。
その際、重要になるのが熱伝導率
（Ｗ/
（ｍ･
Ｋ）
）
という物性値です。当所にも熱伝導率測定に関する問い合わせを多数いただいています。特に多いのは、樹脂材料に熱伝導率の高いフィラーを添加した放熱材に関するものです。熱伝導率は使用したフィラーの種類や、割合、形状、充填方法などによって異なってきます。そのため、実際に作製した材料を測定して、熱伝導率を求図

キセノンフラッシュ装置にセッティングした
試料と温度上昇曲線の例

める必要があります。熱伝導率は、密度（ｋｇ/弱）
・熱拡散率（釈/
ｓ）
・比熱容量
（Ｊ/
（ｋｇ･
Ｋ）
）
を測

これらの装置を使用し、金属や放熱材料から定して求めることができます。

断熱材まで幅広い熱伝導率を有する材料の測定

当所ではフラッシュ法を使用して熱拡散率や比熱容量を求めることができます。図

が可能です。各種材料の熱物性測定のご相談がはキセ

ある場合は、お気軽にお尋ねください。

ノンフラッシュ装置による測定例です。

（計測技術研究室

また、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使った比熱ＴＥＬ（

容量の測定も行っています。

間瀬
）

剛）
−

急激な温度変化による劣化試験
製品の温度による劣化原因として、単純な高千サイクル実施しました。このように、断面観温または低温によるもの、湿度に関係するもの、 察と組み合わせることで、冷熱衝撃によるはん温度変化によるものなどが考えられます。ここ

だの劣化を調べることができます。鉛フリーはでは、急激な温度変化による劣化試験についてんだへの移行のきっかけとなった

ご紹介します。

ＲｏＨＳ指令から 年近くが経ち、近年、銀含有

年

月の電子回路基板等の試料を急激な温度変化にさ量を減らした低銀はんだも注目されております。

らすことで、熱膨張係数が異なる材料の接合面

はんだ組成や実装方法による、実装後の信頼性での膨張・収縮による劣化を加速することがで評価などに用いることができます。

きます。当所の冷熱衝撃装置は、図のように、高温槽・試験槽・低温槽を備え、試料を設置した試験槽と、高温槽または低温槽間の仕切りの開閉・送風循環で試験槽温度を切り替えます。
試料の熱容量などにもよりますが、温度の変化から安定までを分程度で実現します。図

は、試験結果の一例で、電子回路基板のはんだ部に

図 試験装置の概略

図 はんだのクラック発生したクラックの様子です（中部エレクトロニクス振興会

技術委員会施）。温度条件は、−℃/

第分科会にて実℃（各分）で6（電子技術研究室

村瀬

ＴＥＬ（

） −

真）

特集

活用事例紹介（依頼試験、技術相談）

鋼製部品の破面観察
鋼製の機械部品がどのような壊れ方をしたか調べてほしいという依頼があり、破断面の観察を実施しました。材料はクロムモリブデン鋼
ＳＣＭとのことでした。

破断した箇所の断面は円筒状で、段付き部でほぼ平坦に破断面が生じていました。破断面を巨視的に観察すると、図のように貝殻状模様（ビーチマーク）が観察できました。
貝殻状模様が現れていれば疲労破壊の可能性が高いのですが、応力腐食割れ等によっても状

図況次第で類似の模様が形成されるとの指摘があＢ領域破面のストライエーション状模様ることから、電子顕微鏡を用いた微視的な観察も併せて行いました。
破面の特徴から、き裂発生起点は図箇所と推測され、Ｂ領域には図のＡののようなストライエーション状模様が観察されました。Ｃ領域は最終破断部で、延性破壊の特徴であるディ
ンプル模様が認められました（図）。

観察結果より、本品は一方向の繰り返し負荷により図の矢印のようにき裂進展して疲労破壊したものと推測されます。このようなときは、

図形状を変更するなどして応力が疲労限を下回る

Ｃ領域破面のディンプル模様

ような条件で使用すれば、疲労破壊を回避する
本品は段付き部の応力集中箇所を起点としたことができると考えられます。

疲労破壊でしたが、きずや材料欠陥を起点として疲労き裂が進む場合もあります。その他に、
不適切な熱処理による焼戻し脆化や不純物元素の影響とされる低温脆化が原因の脆性破壊、腐食環境下で発生する応力腐食割れなど、破断の原因は様々です。
当所ではこのような破断面観察を承る他、自社で観察された結果に対する技術相談にも対応しておりますので、お気軽にお問い合わせ下さい。
図

破断面の貝殻状模様（ビーチマーク）

7（製品技術研究室

夏目

ＴＥＬ（

）

勝之）
−

特集

活用事例紹介（依頼試験、技術相談）

材料の不透明さの測定あるものが透けて見えるということは、光が図の要領で全光線透過率と拡散透過率

その物質を透過するためです。例えば、窓ガラを求め、その結果からヘーズ（Ｈａｚｅ）を以下のスを通して向こう側の景色を見ることができ、式で計算します。

また、外の日光が室内に降り注ぎます。その一方で、障子を通して向こうの景色を見ることは

Ｈａｚｅ＝

/

できませんが、障子を閉めても室内には明かりが射します。

一般に、窓ガラスのような透明なサンプルのこの違いは、 どのくらい曇っているか を評

へーズは小さく、障子紙のような不透明なサン

価することにより調べることができ、ヘーズ

プルのヘーズは大きくなります。

メーターという装置を用いて測定します。これ

当所で保有しているスガ試験機㈱製のヘーズ
では、Ｊ
Ｉ
ＳＫ
メーター
（HZ−V ）

は、サンプルの標準光に対する透過率を求め、およびそのＩＳに対応する測定が可能です。また、
ここからヘーズ（曇り度）を計算するものです。 関連Ｊ
ヘーズはフィルムや成形体などの固体で測定することが多いですが、溶液での測定も可能であり、様々な状況に対応可能です。

図（有機材料研究室

林

英樹）

ＴＥＬ（

）

−

全光線透過率と拡散透過率

画像処理によるジェスチャー認識
ジェスチャー認識には接触式と非接触式があります。接触式は人に直接センサやデバイスを装着し動作を検出する方式です。一方、非接触式はカメラや距離センサを用いるシステムなどがあります。非接触式の中でも、単眼カメラを用いたシステムは特に安価な入力装置として提案されています。しかし、単眼カメラによるジェスチャー認識を高い精度で行うことは難しいのが現状です。当所では中部エレクトロニク
ス振興会と共同で、単眼カメラによるジェス
チャー認識システムの精度向上のため、画像処理技術の応用に取り組んできました。
カラー画像から手を抽出する場合、色情報を用いて手の範囲を抽出します。一般的なカラー画像における肌色抽出手法では、肌色抽出の精度が十分でなく手領域の識別が困難です。この要因として照明環境や肌の個人差により測定対象となる肌色が一定ではないことが考えられます。そこで、測定環境下で測定対象の人物の顔画像を用いて肌色の閾値を決定し、肌色抽出精度を向上させました。肌色抽出に加えて、腕の誤抽出や処理速度などの課題に取り組み、ジェスチャー認識システムの精度向上について検討しました。
当所ではジェスチャー認識をはじめとし、画像処理技術を用いたシステム開発の相談に対応
しております。お気軽にお問い合わせください。

図 肌色抽出結果

図 カメラ撮像

図 指先･指の股抽出結果（電子技術研究室 立松 昌）
ＴＥＬ（ ） −8

特集

トピックス（技術動向・研究解説）

マイクロ波・ミリ波の電磁波センシング
電磁波の中でも波長がμｍ以上（周波数がＴＨｚ以下）の電波は、通信を支える重要な技
術として

年代から研究開発が進められ、今では高速情報伝送や宇宙空間への通信も可能となっています。

年初頭からは、反射波を利用したレーダー応用が開発テーマに加わり、現在ではミリ波が自動車の衝突防止センサーとして身近に使われています。ここでは、マイクロ波とミリ波について、その応用を紹介します。
マイクロ波は波長が図～ ｃｍ（周波数が Ｇ

水の複素誘電率の実測値と計算値

Ｈｚから ＧＨｚ）で直進性を持っているので、固シングに使えます。封筒や衣類なども透過する

定の中継回線、衛星通信、衛星放送や無線ＬＡＮ

ので、セキュリティ対策に応用し、熱輻射にに利用されています。電子レンジや携帯電話はよって物体から放射されるミリ波を受信して、ＭＨｚから ＧＨｚ）の薬物や爆発物、銃器などを検出することができ電波を用います。広義のマイクロ波では、波長ます。波長が短いため、空間分解能を小さくす

で ｍ～ＭＨｚから ＴＨｚ

ることができる点も利点です。イメージングで以下）の電波を指すこともあり、これらもマイは熱輻射のミリ波領域を受信するパッシブ方式

クロ波と言われることもあります。

と、ミリ波を対象物に照射して反射波を受信す

ＧＨｚ付近の極超短波（μｍ（周波数がるアクティブ方式の両者が、用途に応じて検討

一方、ミリ波は波長が ｍｍ～ ｍｍ（周波数が ＧＨｚからされています。

ＧＨｚ）でマイクロ波よりも強い

直進性を持っているため、大容量通信に適して当所においては、マイクロ波を用いた水溶液

いますが、悪天候時には雨や霧による影響を強評価や、路面の検出システム、ミリ波を用いた

く受けるため近距離通信への応用が進められて樹脂の品質評価の研究を行っています。通信やいます。欧米では ＧＨｚ帯が近距離無線通信

レーダー応用とは異なり、電磁波と物質の相互ネットワークに割り当てられ、家庭内での映像作用を利用した物性測定の領域です。
水と電磁波の相互作用は誘電率を用いて理解

伝送やセキュリティ応用が検討されています。
また、自動車衝突防止レーダー等に利用され、できます。図は複素誘電率の実測値（文献値）

我が国では ＧＨｚ帯と ＧＨｚ帯で車載用ミリ波と、当所で行った分子構造を考慮した計算値でレーダーの法制化が検討されています。さらに、 す。両者は一致しており、計算モデルの正しさ
ミリ波発振器や検出器の開発が進み、システムを示しています。これを基に各種の水溶液との化が容易になってきたので、イメージング応用

相互作用を予測しながら、センシングへの応用が研究されています。可視光に比べてミリ波は研究を行っています。

透過性があるので、実際に視認できない環境でもイメージングが可能です。例えば火炎や煙を（プロジェクト推進室

宮田

透過するので、火災現場でのイメージングセン

ＴＥＬ（

）

9

康史）
−

特集

トピックス（技術動向・研究解説）

鋼の硬い・脆い
通常、鋼は、硬ければ硬いほど高強度です。

他方、金型や多くの機械部品は、割れても塑性

焼入れただけで焼戻しをしていない場合や、低変形してもどちらも対等に不可です。バネは硬温焼戻し脆性・高温焼戻し脆性・低温脆性といくするほど弾性変形域が増します。水素脆性のう具合にわざわざと名付けられた

リスクはここでは別問題として、材料力学の話現象が起きている場合は別にして、適切な処理としては、硬いほど機械的耐久性に有利なのでが施された鋼材には硬さと強さの間に相関があ

す。

○○脆性

ります。そのことをよく知った上で、設計者は焼入れ材の場合、焼戻し温度を考慮すること

図面に、強度の代わりに硬さを指定します。こで、より安全な設計ができます。低温焼戻しにの点は、本来、シンプルな話なのです。ところ

おいて、が、当所における技術相談で、「 硬ければ脆いを超えるといった場合、焼戻し温度を優先してので、硬さを低めに指定した」ということをし硬さ指示を変更（設計変更）した方がよい場合がばしば聞きます。これは多くの場合、誤解によ多くあります。図面通りの硬さにするためにはる設計ミスです。これまで、このような事例が以上で焼戻すことになるといった場合、多くありましたので、ここであらためて解説い

低温焼戻し脆性の危険温度域に近づいてリスクたします。「強度が高いか低いか」と「変形せずが大きくなり、硬さを低めにしたことが本末転

前後で焼戻せば当初の指示硬さに割れてしまうか、割れずに変形するか」とは、 倒となってしまいます。設計部門はあらかじめ別の話なのです。硬い鋼材は、壊れ方は脆性破熱処理部門に尋ねた方がよいですし、熱処理部

壊傾向にありますが、強度は高いのです。一方、 門は図面通り無条件に流すのではなく、リスク
あたりまえですが、柔らかい鋼材は、破断するを見出せば設計部門に変更提案するのが、理想

前に塑性変形します。ただし、柔らかければ低的な連携と言えるでしょう。

強度なので小さな荷重で塑性変形します。上記の○○脆性

硬さと耐摩耗性の関係にも触れます。鋼材のの場合は、小さな荷重で脆く壊

種類により、硬さを保持するメカニズムが異なれてしまうので、不良として区別されます。

ります。固溶強化や析出強化といった複数の機

硬さ換算表を見ますと、硬さ ＨＲＣでは引張構があります。Ｓ ＣやＳＣＭなど機械構造用鋼

強さ約ＭＰａ、 ＨＲＣでは約ＭＰａとありは、母相（マルテンサイト）で硬さを保持します。

ます。

ＭＰａの応力がかかった時、 ＨＲＣ材

ＳＫやＳＫＤなど工具鋼は、主に析出粒子で硬さは破断しますが、 ＨＲＣ材はまだ弾性域内です。

を保持します。
「全体（母相）が均質にＨＶ（硬耐疲労で見積もれば、さ）という材料」と「

ＨＶ母相ＭＰａの繰り返し応力

ＨＶ粒子ががかかる条件下で、 ＨＲＣ材では疲労き裂が進内に分散して全体平均が展しますが、 ＨＲＣ材は疲労限未満で平気で擦り合わせれば、前者が摩耗して後者が勝つこ

ＨＶという材料」をす。靱性が欲しくて硬さを低く抑えたがゆえに、 とは、容易にイメージできます。同じ鋼種同士、強度が不足して（その分の断面積を増し加える

すなわち、硬さを保持するメカニズムが同じもこともせず）破損した、というパターンも生じの同士の場合には、耐摩耗性も、大まかには硬ます。

さの順に並びます。

もちろん、強度よりも延性を優先させるべき用途は多々あります。公園の鉄棒は、いくら強くても破断するよりは、変形した方が安全です。
10（金属･
表面技術研究室

橋井

ＴＥＬ（

）

光弥）
−

特集

トピックス（技術動向・研究解説）

塑性加工シミュレーションにおける硬化則の選択
鍛造や板成形等の分野において、製品開発の則のほうがその傾向を再現できたためと考えら

短期化やコスト削減等を目的にＣＡＥによる塑れます。逆に軟鋼板のように加工硬化が多い材

ｆｔ則のほうが実際の加工硬化
性加工シミュレーションの適用が進んでいます。 料の場合は、Ｓｗｉ挙動に近いといわれています。

塑性加工では多くの場合、材料に ．を超える
ような大きなひずみが付与されます。そのため、このように、塑性加工シミュレーションの精塑性加工シミュレーションを実施するためには、 度を確保するには、対象とする材料により適切
その領域までを網羅した応力とひずみの関係な硬化則を選択する必要があります。また、こ（一般に変形抵抗曲線と呼びます）をＣＡＥソフのような検証実験を通じて、選択した硬化則のトに入力する必要があります。

妥当性を検証することも重要です。

材料の変形抵抗曲線は、その簡便さから引張試験によって取得されることが多いです。しかし、引張試験では一様伸びを超えるとくびれが生じるために、最も伸びのある軟鋼材でもせいぜい ．～ ．程度までの変形抵抗しか測定することが出来ません。そのため、一様伸びを超える変形抵抗は通常、関数（硬化則と呼びます）
による外挿によって求められます。硬化則には
Ｌｕｄｗｉ
ｋ則、Ｓｗｉｆｔ則、Ｖｏｃｅ則などいくつかの式が提案されています。

図

ここでは、硬化則の選択が塑性加工シミュ

硬化則による変形抵抗曲線の同定結果

レーションの精度に及ぼす影響について検証した事例をご紹介します。図 には

Ｈ アル

ミニウム合金板の引張試験結果（一様伸びの範囲内）と、その引張試験結果からパラメータを同定したＳｗｉｆｔ則およびＶｏｃｅ則による変形抵

深絞り成形品

抗曲線を示します。一様伸びの範囲内では、どシミュレーション結果

ちらの硬化則もほぼ同じ変形抵抗になりますが、一様伸び後では硬化則によって違いが生じてきます。図には、同じアルミニウム合金板を円筒深絞り成形した際の絞り荷重に関する実験結
果と、Ｓｗｉｆｔ則及びＶｏｃｅ則それぞれの変形抵抗曲線を用いた深絞り成形シミュレーションの結果を示します。この場合、Ｖｏｃｅ則を用いたほうが実験の成形荷重に近く、Ｓｗｉｆｔ則では、荷重を高めに見積もってしまっていることが分かり図ます。

深絞り成形荷重の実験結果と解析結果

アルミニウム合金は、ひずみの増加によって（生産システム研究室

加工硬化が飽和する傾向にありますので、Ｖｏｃｅ

ＴＥＬ（
11

村田真伸）
） −

特集

トピックス（技術動向・研究解説）

東海無機分析化学研究会の活動−共同分析−

金属試料やセラミックス試料の組成および不

表 Ｊ
ＩＳＧ

第 部に追加された適用成分及び範囲（単位％）

純物の元素分析において、迅速で操作が簡単なため、蛍光Ｘ線分析法や固体発光分析法が用い追加
成分られることが多くなっています。しかし、これらの機器分析法では、標準物質（真の値と見な

Ｃａ

Ｍｇ

Ａｓ

Ｚ
ｒ

Ｚｎ

0.
0005 0.
0005 0.
001 0.
010 0.
001
定量
以上
以上
以上
以上
以上
範囲 0.
005 0.
011 0.
012 0.
060 0.
005
以下
以下
以下
以下
以下

される組成が表示されている物質）を用いての化学的校正が必要です。この標準物質の組成を求めるには、固体試料を何らかの方法で溶液化し、測定することが必要になります。また、良その原因について、金属部会内で議論したと好な定量性が求められる場合も適正な前処理にころ、ベンゼンやエーテルで試料を洗浄するこよる溶液化が必須です。
固体試料の前処理方法については、各種材料とや、石英製のビーカーや時計皿を使用するこの日本工業規格（ＪＩ
Ｓ）などに記載がある場合もとが必要などの意見が挙がりました。しかし、ありますが、煩雑で熟練が必要なことも多く、最も大きな要因は、 Ｃ定量ろ紙で測定溶液を初めから全く失敗をしたことがない人は多くな

ろ過することにより、カルシウムが混入するこいと思われます。これらの失敗は実はノウハウとだと推測されました。ろ紙を希釈した塩酸やとして非常に大切ですが、情報として得られる

硝酸で洗浄する方法もありますが、簡便な方法

ことはあまりありません。そこで、共同分析をとして、ろ過せず上澄み液で測定を行っている

上手に活用することが重要です。

ところもありました。そこで、ろ過した場合と当所の所内関係団体の上澄み液で測定した場合で分析値を比較しましつである東海無機分た。結果を表析化学研究会では、金属、セラミックス、環境の

この結果より、
ろ過することによりカルシウム部会の活動を行っています。金属部会、セラミックス部会はそれぞれ年に示します。

の分析値が大きくなり、ＪＩ
ＳＧ

回会合を開き、の適用範囲内会員機関による共同分析を行っています。このに入る誤差を与えてしまうことがわかりました。

共同分析の特徴は、分析値が平均値から外れた

以上は一例ですが、共同分析の場を活用する

り、分析値の再現性が良くない場合、再分析をことにより、今後分析依頼で需要が増加すると行い、適正な値が得られるまで繰り返し報告を思われる微量成分の分析に役に立つノウハウを行うことです。

得ることができました。

ここでは、最近の金属部会の共同分析で話し

当所では共同分析結果を名古屋市工業研究所

合われた内容についてご紹介します。鉄鋼のＩ
ＣＰ

研究報告にまとめていますので、ご参照くださ

発光分光分析法に関するＪ
Ｉ
ＳＧ

い。

が

年 月

日に改正されました。この改正では、微量成
表 前処理方法によるカルシウムの分析値の違い

分が適用分析成分として追加されました。例として第一部に追加された成分を表 に示します。

前処理方法

共同分析では、この改正を参考にして、微量成

Ｃろ過あり分である鉄鋼中のカルシウム、マグネシウムおよびストロンチウムを分析対象項目としました。
この中で、カルシウムの第

回目
．

％

．

％

Ｃろ過なし
（上澄み液） ．

％．

％（環境技術研究室

回目の分析値に大

野々部

ＴＥＬ（

きなばらつきが見られました。
12

回目

）

恵美子）
−

特集

トピックス（技術動向・研究解説）

ナノセルロースの紹介
セルロースは地球上で最も多く存在する炭水化物で、木材などの植物の構成物質のを占め、紙の主原料（パルプ）としても知られています。
近年、この材料をナノサイズに解繊したナノセルロースが注目されています。このようなナノレベルの細い繊維は、従来の繊維と比べると、①比表面積が大きいため触媒や吸着剤として優れた効果を発揮する、②分子が整って配列していることから、強度・弾性に優れる、などの性質を持ち、これまでにない新しい機能を持つ素

写真 ナノセルロース
懸濁液（ＴＥＭＰＯ酸化＋ミキサー処理）写真 ナノセルロースを乾燥して得られた
透明フィルム材として期待されています。当所では、企業の方からの依頼や研究の一環で、製紙メーカー等と、写真からサンプルを取り寄せたり、異なる植物等かなります。これを電子顕微鏡で確認するとμｍ

らナノセルロースを自作し、いろいろな繊維

オーダー以下の微細繊維が凝集しているのを確

長・形状のナノセルロースについて、機能素材

認できます。
今後、これらの関連素材の地域産業への普及開発を目指して性質を調べています。
写真は東京大学で開発されたＴＥＭＰＯ法にのような透明で硬質なフィルム状にに貢献できるような応用開発を目指します。

よりセルロース繊維を化学処理して、さらにミキサーで粉砕したものです。繊維が細かくなる（有機材料研究室

髙木と透明で粘稠な状態になり、それを乾燥させる

ＴＥＬ（

）

康雄）
−

ＦＲＰの繊維長測定
軽量素材として繊維強化複合プラスチック

繊維長が短いことがわかりました。成形品Ａの（ＦＲＰ）が注目されています。ＦＲＰの物性は含有

ａ点とｂ点における繊維含有率（質量％）を燃焼する繊維の長さに大きく影響されます。繊維長法で測定したところ同等であったことから、繊が長く高強度・高耐衝撃性の射出成形用ＦＲＰペ維がゲートで詰まったというよりもゲート通過

レットが販売されていますが、成形過程におけ時に折れたと考えられます。

る破断により実際の成形品中の繊維長は短くなります。

当所ではＦＲＰの繊維長、含有量の測定の他、
Ｘ線ＣＴを使った配向観察も行なっています。

含有繊維の長さが ｍｍのＦＲＰペレットを使って作製した射出成形品を強熱して樹脂を熱興味をお持ちの方はお気軽にお問い合わせください。

分解し、抽出した繊維を顕微鏡観察して、質量平均繊維長を算出しました（表表）。計量時の観察位置

背圧を低く設定した成形品Ａでは繊維長が約

質量平均繊維長（ｍｍ）
成形品Ａ（低背圧）成形品Ｂ（高背圧）ｍｍであるのに対し、背圧を高くした成形品Ｂは

ａ

．

．

約 ｍｍと短くなっていました。また同一成形

ｂ

．

．

品中のゲートより手前（ａ点）とゲート通過後（ｂ点）で繊維長を比較すると、成形品Ｂは繊維長（有機材料研究室が同等であるのに対し、成形品Ａはｂ点の方が、

名倉

ＴＥＬ（
13

）

あずさ）
−

特集

トピックス（技術動向・研究解説）

体圧分布の測定
近年、製品を人が使用している状態での評価に関するご相談が多くなってきています。例えば人の体温を維持・調整するような着衣の効果
や、着座時の人体に加わる力の程度の評価などが挙げられます。
そのような要望に対して、体圧分散測定装置
を昨年度導入し、皆様にご利用頂いています。
図のように、圧力の分布を画像で観察することが可能な装置で、椅子の座面や背もたれ、寝具などの評価に適用できます。例えば硬い椅子の場合は力が局所的に集中するため、その部分が赤く表示されますので、人体のそのポイントに図

加わる力が大きいことが一目で分かります。

着座時の圧力分布

クッション性能の評価の他、重心位置の検討にもご利用頂けます。更に、一定間隔ごとの連続測定が可能なため、時間経過による変化も観察できます。シートが比較的軟らかいため、例えば人が製品を把持する際の握力・分布の変化の観測や、またはマッサージのように力を加える
位置を能動的に動かす様子の取得など、幅広い
応用範囲でご利用頂いています。

図

測定時の様子工業製品においても、使用者への負担軽減な

図
測定装置部（感圧シート部）

ど人とモノとの関わりが更に重視されていくことと思います。既存品との比較手法や工学的観点からの評価などについて一緒に検討しますの（電子技術研究室

岩間

ＴＥＬ（

）

で、お気軽にご相談下さい。

名工研・技術情報

Vol.
（№

発 行 日 平成 年 月 日
発行部数
， 部
無
料 特定配布編
集 名古屋市工業研究所支援総括室

）

月刊名工研
発

14

行

年

月～

年

由希）
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月号編集版

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