No.３３（２０２３）

研

究

報

告

福岡県工業技術センター

福岡県工業技術センター研究報告 No.33 (2023)

目次◆◆研究報告◆◆新しい生活様式に対応した繊維製品の評価技術・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１
泊 有佐 山本 圭一朗 田村 貞明

大畠 雄三

藤田 祐史

糸仕様変更による「肌触りの良い」久留米絣の素材開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４
堂ノ脇 靖已

大畠 雄三

坂田 和生

製造期間が短縮されたスクモのインジゴ定量と藍染めへの影響・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７
大畠 雄三 堂ノ脇 靖已

甲斐 美由紀

吉田 博之

横溝 哲郎

廃プラスチックの再生プロセスと物性に関する研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１０
齋田 真吾 田中 大策 中西 太郎 野見山 加寿子

津山 圭太

横地 佳彦

木粉配合ゴムの調製および物性に関する研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１３
中西 太郎

未利用アカモクの生理活性評価・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１６－未利用アカモクからの化粧品・食品原料等の製品化を目指す取り組み－石川 智之 古賀 慎太郎 山川 雅之

川﨑 孝治 寺本 充寛

正好 輝旭

衛生状態「見える化」による食品の安全性・品質向上支援・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２０
川口 友彰

田﨑 麻理奈

片山 秀樹

保存性および嗜好性を両立した食品保存技術の開発（第1報）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２４－米粉焼きドーナツの賞味期限延長技術－
田﨑 麻理奈

片山 秀樹

堺 早恵子

吉武 麻子

保存性および嗜好性を両立した食品保存技術の開発（第2報）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２７－草木饅頭の消費期限延長技術－
田﨑 麻理奈 川口 友彰

福岡県家具ブランド力向上支援事業

片山 秀樹

堺 早恵子

香山 眞理子

製品企画力高度化支援事業における製品開発事例・・・・・・・３１-木を使ったモダンデザインのフロアライトの開発隈本 あゆみ

福岡県家具ブランド力向上支援事業

友延 憲幸 石川 弘之

青木 幹太

酒見 達郎

鈴木 康洋

製品企画力高度化支援事業における製品開発事例・・・・・・・３４-収楽（しゅうらく）家具の開発隈本 あゆみ

福岡県家具ブランド力向上支援事業

友延 憲幸 石川 弘之

青木 幹太

小早川 恒緒

白石 香波

板場 奈美

製品企画力高度化支援事業における製品開発事例・・・・・・・３７-年輪材の価値を感じることができるテーブルの開発友延 憲幸

石川 弘之 青木 幹太

植木 正明

沖石 純子 久保 哲也

センダン材家具に関する開発支援・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４０
岡村 博幸

羽野 泰史

隈本 あゆみ脇坂 政幸

炭素鋼におけるレーザ焼入条件の探索（第1報）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４４－走査速度が表面状態および硬化層へ与える影響－
菊竹 孝文

炭素鋼におけるレーザ焼入条件の探索（第2報）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４８－出力が表面状態および硬化層へ与える影響－
菊竹 孝文

サーメットチップ鋳ぐるみによる耐摩耗材料の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５２
島崎 良

小川 俊文 小野本 達郎 佐々木 誠

嘉屋 文康 森田 泰司

山本 郁

水モデルを用いた湯流れの観察及び改善・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５６
島崎 良

レーザ肉盛における基礎技術の確立及び既存技術との比較検討・・・・・・・・・・・・・・・・・・５８
島崎 良 小川 俊文

小野本 達郎

丸山 貴三

澤井 直久

ファイバーレーザを用いたステンレス鋼の溶接・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６１
島田 雅博

SUS基材上の複合表面処理による耐食性機械特性の評価・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６３
吉田 智博

山下 和章

山下 陵

山下 章子

甘夏みかんの自動外皮剥皮装置の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６７
在川 功一

永田 成敏

白木 政二

CAE及び振動試験システムを活用した現場の振動再現評価技術の開発・・・・・・・・・・・・・・・・７１
髙宮 義弘

内野 正和

木下 雅博

ふく射冷房パネルの流動可視化と熱交換量に関する研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７４
村田 顕彦

山本 圭一朗

大内 崇史

岩嵜 亨

金属粉末射出成形材料におけるVOF法を用いた熱流体解析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７７
山本 圭一朗

田尻 智基

中村 憲和

谷川 義博

カイゼンDXツール「YokaKit」の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８１
田口 智之 渡邉 恭弘 林 宏充

中野 貴敏

角 剛志

井上 隼佑

◆◆学協会誌掲載論文の概要◆◆
電磁膜厚計による粗面基材上での膜厚測定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８５
古賀 義人

研 究 報 告新しい生活様式に対応した繊維製品の評価技術
泊 有佐 *1

山本 圭一朗 *2

田村 貞明 *1

大畠 雄三 *1

藤田 祐史 *1

Evaluation Technology for Textile Products Corresponding to New LifestyleArisa Tomari, Keiichiro Yamamoto , Sadaaki Tamura, Yuzo Ohata and Yuji Fujita
国内で販売されるマスクの品質向上のため，新たに JIS T 9001「医療用マスク及び一般用マスクの性能要件及び試験方法」が制定されたが，当センターでは試験項目の圧力損失と捕集効率に対応できない。そこで，本研究では，圧力損失について簡易な測定装置と通気度試験による簡易換算，花粉粒子捕集効率について簡易な測定装置による評価を行い，それぞれ JIS 認証検査機関の結果と一致した値が得られた。

1 はじめにない。これらの装置は高額で入手困難であるため簡易

新型コロナウイルスの感染拡大に伴い，2020 年 6 月

な測定装置を試作した。

に厚生労 働省が 「新 しい生活 様式」 の実践例を公 表

本研究では，圧力損失について簡易な測定装置，おし，感染防止としてマスクの着用を推奨した。国内でよび生地の一般的な試験法であるJIS L 1096 「織物はマスク需要が急増し，県内繊維関連企業もマスクの及び編物の生地試験方法」の通気度からJIS T 9001に

製品開発に取り組んだ。一方，国内におけるマスクの対応する圧力損失への簡易換算も検討した。捕集効率

試験項目と品質基準は 2021 年 6 月に日本産業規格

は，微小粒子，花粉粒子，バクテリア，ウイルスの少1)

JIS T 9001 で制定された。しかし，全ての試験項目

なくともどれか１つに適合しなければならない。ここを実施できる機関が国内で 1 か所しかなく，結果が得では一番粒子の大きい花粉粒子（30～40μm）を対象られるまでに時間を要するという課題がある。品質基として簡易な測定装置による評価を行った。

準に合格しない場合は何度も素材開発や申請及び費用が必要となり，中小企業にとって大きな痛手となる。

表1

JIS T 9001

試験項目と品質基準

試験項目

そこで，JIS 認証取得期間の短縮とコスト削減のため

品質基準
2

圧力損失（Pa/cm ）迅速かつ簡易な試験方法を検討した（図 1）。

捕集効率（％）
少なくともどれかひとつに適合すること

≧95

花粉粒子

≧95

バクテリア

≧95

ウイルス

≧95

遊離ホルムアルデヒド（μg/g）≦75

特定アゾ色素（μg/g）

≦30

蛍光

著しい蛍光を認めず

表2

図1

<60

微小粒子

使用したマスク

素材

構造

材質

不織布

ﾌﾟﾘｰﾂ

ﾎﾟﾘ乳酸（PLA）
ﾎﾟﾘﾌﾟﾛﾋﾟﾚﾝ（PP）
ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ（PE）

布

立体

綿

簡易試験のスキーム

外観

表 1 に JIS T 9001 の試験項目と品質基準を示す。マスクの安全衛生に関する試験項目である遊離ホルムア
2 方法

ルデヒド，特定アゾ色素，蛍光は当センターで対応可

2-1 使用したマスク

能であるが，圧力損失と捕集効率については対応でき

表 2 に示すように素材や構造などが異なる 2 種類を*1 化学繊維研究所*2 機械電子研究所

用い，不織布マスクは静電フィルターを含む 4 層，布- 1 -マスクは 2 層構造である。

STREAM V2022.1（ ソフ ト ウ エ アク レ イ ド ル社 ） で あ

2-2 素材評価る。解析モデルを図 3 に示す。角孔 1 つのサイズは，厚さ，目付, 通気度試験は JIS L 1096「織物及び0.01mm，0.1mm，1mm の 3 ケースとし，角孔 1 つの 1/4

編物の生地試験方法」により行った。通気度試験は，を解析領域とし，Xmin 面と，Ymin 面に対象境界を与8.26 通気性 A 法

フラジール形法に従い，通気性試えた。角孔 3 ケースに対して，流入口と流出口のサイ験機 AP-360SM（（株）大栄科学精器製作所）を用いズを定める解析領域を変えることで，開口率を変えた

た。

計算を行った。流入口は全圧境界，流出口には流出速

2-3 圧力損失度を与え，マスクの壁面は滑りなしとした。角孔サイ2-3-1 簡易な測定装置の試作

ズ 0.1mm，1mm では，角孔の厚さを 0.4mm とした。角

試作した装置を図 2（左）に示す。差圧計 GC30（長孔サイズ 0.01mm においては，角孔の厚さ 0.4mm で野計器(株)），吸引ポンプ FTP－34A（KNF 社），流量は，圧力損失が過大となるため，角孔の厚さは

計 IDS-050（アイ・エイ・シー（株））を用い，試験

0.01mm とした。

片ホルダは，内径 25mm の塩ビ製パイプとフランジを加工して用いた。

図3

図2

試作装置(左:圧力損失，右:花粉粒子捕集効率)

流体解析モデル解 析 手 順 と し て ， ま ず ， JIS T 9001 の 流 量
8.0L/min，試験面積 4.9cm 2 により算出される平均流

2-3-2 通気度試験による圧力損失の簡易評価

出流速 0.272m/s にて圧力損失を計算した。次に角孔2-2 の方法で得られた通気度から JIS T 9001 でのでの圧力損失が 125Pa となる流速を，流速変えた計算

マスクの圧力損失を簡易的に換算するため，補正方法

を複数回行うことで求め，得られた流速を通気度へ換の検討を行った。フラジール形法は，試験片の圧力損算した。

失が 125Pa となるように流量調整を行い，試験片の断2-4 花粉粒子捕集効率

面積と空気量より 通気度(cm 3/cm 2 ･s)を求めている。

試作した装置を図 2（右）に示す。花粉粒子捕集効

一方，JIS T 9001 では，流量 8.0L/min においてマス率は，一般財団法人ボーケン品質評価機構の花粉粒子

2クの差圧を測定し，その差圧を試験面積 4.9cm で割通過試験（ボーケン規格 BQE A 030）に準じ，得られ2って，マスクの圧力損失(Pa/cm )を求めている。両者た花粉粒子通過率から花粉粒子捕集効率を算出した。

で試験時の流速が異なり，マスクの抵抗係数は流速に花粉粒子捕集効率（％）＝100－花粉粒子通過率依存すると考えられる。このため，単純な流速による補正ではなく，流体解析を活用して，補正方法を検討

3 結果及び考察することとした。

3-1 素材評価

マスクの現物を解析対象とすることは，モデル化や

表 3 に結果を示す。一般的に繊維製品では，厚さと計算に時間を要することから，マスクを薄い角孔の多目付が小さいと通気性が高い。しかし，不織布マスク

孔板と見 立て， 解析 を行った 。解析 は，熱は考慮 せは布マスクより厚さと目付が小さいが，布マスクよりず，層流解析とし，解析に使用したソフトウエアは，通気度が低くなった。これは，不織布マスクが静電フ- 2 -ィルターを含む 4 層構造であるためだと考えられる。

表3角孔のサイズ

素材評価◇不織布マスク

単位

不織布マスク

布マスク

厚さ

mm

0.52

1.13

目付

g/m2

112.2

358.7

通気度

cm3/cm2･s

18.8

27.2

○布マスク

3-2 圧力損失
3-2-1 簡易測定装置
試作した簡易測定装置と JIS 認証検査機関の結果を
表 4 に示す。簡易測定装置から得られた圧力損失は，
図4

どちらも JIS 認証検査機関の測定値とほぼ一致し,JIS通気度から圧力損失への補正曲線

T 9001 で定められた品質基準の 60Pa/cm 2 より小さい
3-3 花粉粒子捕集効率値であった。
表4

簡易測定装置（図 2（右））を用いて布マスクを測圧力損失結果不織布マスク

定した結果，花粉粒子捕集効率は 98％で，JIS 認証検

布マスク

査機関の結果は，98.1％であった。このことから，簡

圧力損失（Pa/cm2）
簡易測定装置33.6

28.4

JIS 認証検査機関

32.4

29.8

易測定装置から得られた花粉粒子捕集効率が JIS 認証
検査機関の測定値とほぼ一致した。

4 まとめ

3-2-2 通気度試験による圧力損失の簡易換算

本研究では，マスクの性能評価であるJIS T 9001の角孔のサイズ 0.01mm，0.1mm，1mm における流体解

圧力損失について，簡易な測定装置と通気度試験によ析結果を図 4 に示す。横軸は通気度(cm 3/cm 2 ･s)，縦る簡易評価を行った。その結果，JIS認証検査機関の

軸は JIS T 9001 での圧力損失(Pa/cm 2)である。通気結果とほぼ一致し，通気度試験による簡易評価からも度 27.2cm 3/cm 2･s における流速が，JIS T 9001 の流速

同程度の数値（図4）が得られることがわかった。まと一致している箇所となる。

た，花粉 粒子捕 集効率においても， 簡易測定装置 とマスクの通気度と試作装置（図 2（左））による圧JIS認証検査機関の結果と一致した。

力損失の測定結果を図 4 に併せて示す。不織布マスク
では，角孔のサイズ 0.01mm の補正曲線と概ね一致し

5 参考文献たことから，角孔のサイズ 0.01mm の補正曲線を用い

1)日本規格協会：JIS T 9001「医療用マスク及び一般ることで，通気度から JIS T 9001 での圧力損失を簡用マスクの性能要件及び試験方法」（2021）

易的に推定することができると考えられる。一方，布マスクでは，圧力損失の測定結果が角孔のサイズ
0.01mm の補正曲線よりも高い値となった。布マスク
は不織布マスクよりも繊維径が太いためによる影響と考えられ ，布マ スク では，サ ンプル 数が少ないも のの，角孔のサイズ 1mm の補正曲線を用いて，簡易的に推定できる可能性が示唆された。

- 3 -

糸仕様変更による「肌触りの良い」久留米絣の素材開発
堂ノ脇 靖已 *1

大畠 雄三 *1

坂田 和生 *2

Development of Kurume-gasuri Material that is "Pleasant to the Touch" by Changing
Yarn Specifications
Kiyoshi Donowaki, Yuzo Ohata and Kazuo Sakata

綿織物である久留米絣の更なる「肌触りの良さ」を追求するため，異素材であるレーヨンを積極的に導入した。
糸の太さ，撚り方向，撚り回数を変化させた試作糸を，緯（よこ）糸のみに導入して試織し，主観評価と客観評価を行った。この結果，「肌触りの良さ」にはレーヨン導入が有効であり，特にせん断剛性が起因したドレープ性の向上，また経時的吸放湿試験から放湿速度の向上による肌の調湿効果も寄与することが示唆された。

1 はじめにす）に統一して，緯（よこ）糸を 6 種類変化させて，

久留米絣は，福岡県筑後地域のみで生産されている

小幅用シ ャトル 織機を用いて同じ条 件で試織を行 っ

国の重要無形文化財かつ伝統的工芸品である。素材はた。試織した生地サンプルは一度，80℃のお湯で湯通

綿の平織織物で，柄に特徴があり，予め糸束を括ってしを行って各種物性試験を行った。

染め分けて織ることで絣柄を浮き出させている 1)。織主観評価は「肌触りの良さ」という観点で行い，上元の特徴はその柄にあるが，地域に根付いた糸商から

位 2 種類を選別した。客観評価は表 2 の物性項目を採

綿糸を仕入れることが多いために，糸は画一であり，用し，それぞれ既報 3) に従って測定した。

素材の風合いや肌触りには特徴が現れにくい一面がある。

表1

久留米絣のメーカである有限会社坂田織物は企画，No.

括り，染め，織り，縫製，販売まで一貫して製造販売

経（たて）糸ディングカンパニー創出事業で絣商品のコンセプト作りを行った。この中で，肌に触れるシャツやパンツ用途として「肌触りの良さ」にこだわった新しい絣生地

緯（よこ）糸

素材

番手

素材

番手

撚り数(回/m)

綿

30/2S

ﾚｰﾖﾝ

1

を行っている。令和 3 年度に福岡県伝統的工芸品リー

試作生地の仕様

20/2S

472

2

30/2S

556

3

30/2Z

308

4

20/2S

1880

20/2S

428

40/2S

600

5

を目指していた。一方，工業技術センターでは異素材

綿6や異なる太さ（以下，「異番手」と略す）の繊維を撚
糸複合することにより特徴ある繊維製品作りのための素材開発を行っている

2)

表2

繊維物性評価項目

大区分。そこで，従来の綿糸以外の小区分
目付

異素材（レーヨン），異番手，撚り方向（右撚り，左嵩寄り（以下，それぞれ「S 撚り」「Z 撚り」と略

薄さ
圧縮仕事量

す）），撚り回数を変化させ，試織した生地の各種物
強度性評価を行い，久留米絣における「肌触りの良さ」の要因を調査した。

快適性
2 方法
今回，報告する生地仕様を表 1 に示す。経（たて）
糸は太さ 30 番手/双糸の S 撚り（以下，30/2S と略

ﾄﾞﾚｰﾌﾟ性*1 化学繊維研究所*2 有限会社坂田織物

- 4 -

単位
g/m2
mm
gf･cm/cm2

引張強さ（よこ）N

引裂き強さ（よこ）

N

摩耗強さ

回

通気し易さ

cm 3/cm2･sec

吸水し易さ

%

保温し易さ

%

滑らかさ（摩擦係数）－

表面凹凸（平滑さ）㎛

曲げ剛性

gf・cm2/cm

せん断剛性

gf/cm･deg.

水分移動の評価は JIS L 1954 生地の経時的吸放湿

いる綿と比較した。表 3 の No.1 と 5 を比較すると，性試験 方法に従って 行った 。温度は 20±2℃に固定

No.1 は軽く，薄く，保温性，通気性，吸水性が向上

し，事前調湿は 33±2%rh で 1 時間行い，吸湿過程はした。逆に，せん断剛性，曲げ剛性は，緯糸を変化さ

85±2%rh で 1 時間行った。その後，放湿過程は 33±

せたヨコ方向だけでなく，タテ方向も半減することが2%rh で 1 時間行い，各過程での質量変化を 0.1 mg ま

明らかとなった。このことから「肌触りの良さ」にはで測定して水分率（%）として換算した。

せん断剛性，曲げ剛性から起因するドレープ性が大きく寄与すると考えられる。上述した No.1 と 2 の比較

3 結果及び考察

では，ドレープ性について No.2 が優位であったこと

3-1 繊維物性評価

から，せん断剛性と曲げ剛性には最適な範囲があるこ

主観評価で最も高い評価が得られた生地は緯糸に異とが示唆された。また，「肌触りの良さ」指標の一つ

素材のレーヨンを導入した生地であり，表 1 の No.1，と考えられる「滑らかさ」，「表面凹凸（平滑さ）」2 の順であった。これらの違いは緯糸レーヨン糸の太では優位な結果は得られておらず，逆に，タテの表面

さのみであるが，太い方が肌触り良く感じている。表

凹凸は No.5 の 8.1 m よりも 11.4 m と 1.4 倍大きく

3 に繊維物性評価の結果を示す。No.2 は糸が細いためなった。このことから，「肌触りの良さ」には滑らかに No.1 よりも生地のたるみ（以下，「ドレープ性」

さや平滑さの依存性は低いことが示唆された。この表と略す）が大きく，軽くて薄いが，圧縮し難い底付き

面凹凸の増加現象は綿とレーヨンの湯通しによる変形感があり，保温性が低い結果であった。このためが起因していると考えられる。表 3 の織密度を見るとNo.1 が 2 よりも優位に評価したと考察した。

No.5 のタテ 183，ヨコ 186 に対して No.1 は 166，192

次に，同じ太さ，撚り方向，撚り回数で従来用いてとタテは粗に，ヨコは密になっていることから，No.1

表 3 繊維物性評価結果
1(20/2S)

2(30/2S)

3（30/2Z）

4（20/2S 強）

5（20/2S）

6（40/2S）

単位

タテ

ヨコ

タテ

ヨコ

タテ

ヨコ

タテ

ヨコ

タテ

ヨコ

タテ

ヨコ

織密度

本/100 mm

166

192

167

197

181

196

164

182

183

186

179

193

軽さ

g/m2

187.5

155.6

164.6

218.6

200.6

137.7

薄さ

mm

1.1

1.0

1.0

2.0

1.2

1.1

圧縮し易さ

gf･cm/㎠

0.403

0.338

0.384

1.628

0.406

0.408

引張強さ

N

243.5

357.4

264.7

248.4

259.8

251.4

248.7

209.5

256.8

384.8

241.9

177.0

伸び率

%

18.7

24.8

13.7

25.8

19.3

24.0

30.4

22.5

29.2

12.2

16.6

12.8

引裂き強さ

N

59.3

61.4

58.9

59.2

45.5

55.4

35.0

23.5

54.4

66.9

54.1

45.4

摩耗強さ

回

213

139

161

190

237

121

乾燥し易さ

sec

118

112

67

188

97

95

寸法変化

%

通気し易さ

㎤/㎠･sec

35.1

39.6

53.6

71.8

25.5

50.5

吸水し易さ

%

140.7

152.3

122.8

91.4

109.6

96.5

保温し易さ

%

20.0

17.2

14.9

21.4

18.0

22.7

伸縮性

%

0.597

0.553

0.595

0.507

0.597

0.531

0.653

0.496

0.655

0.713

0.598

0.580

滑らかさ
（摩擦係数）

－

0.235

0.077

0.230

0.051

0.224

0.082

0.266

0.062

0.239

0.072

0.245

0.089

表面凹凸

㎛

11.4

6.87

9.0

5.75

10.2

8.31

7.1

8.81

8.1

6.95

5.9

8.20

曲げ剛性

gf・㎠/cm

0.065

0.103

0.070

0.054

0.064

0.055

0.393

0.121

0.080

0.202

0.068

0.059

せん断剛性

gf/cm･deg.

0.83

0.69

0.68

0.58

0.89

0.76

0.89

0.75

1.41

1.52

0.78

0.73

小区分

No.

-1

-0.8

0

-1.3

-1.1

- 5 -

-0.7

-1.5

-34.1

-1.1

-0.8

-0.5

-0.7

の経糸は蛇行することとなり，タテ方向の表面凹凸が移動では，特に放湿速度が優れていることから肌の調増加したと考えられる。図１に生地から取り出した経

湿効果が考えられ，これも「肌触りの良さ」に起因し

糸の顕微鏡写真を示すが，No.1 の経糸が大きく蛇行ていると推察している。

していることが分かる。この織密度と表面凹凸の傾向

さらに，表 3 には撚り回数を比較した No.1 と No.4

は同じ S 撚りの No.2，4 でも観られた。

の結果も示した。No.4 の緯糸レーヨン糸は強撚しているため湯通しによって「シボ」が発生して「ちりめん生地」となり，No.1 とは全く風合いが異なった。

No.5（緯糸：綿 20/2S）

この効果は寸法変化が 40 倍以上，通気性が 2 倍以上，No.1（緯糸：ﾚｰﾖﾝ 20/2S）

圧縮し易さが 4 倍以上大きくなっていることから判断できる。これも新しい絣生地として有用な素材の一つ

図1

織り込んだ経糸の形状であると考えられる。
今後の課題として染色性がある。レーヨンは綿と同より細い緯糸レーヨン糸 No.2（30/2S）と綿糸 No.6

じ染料を使うことができるものの，久留米絣は括りで（40/2S）の比較も行った。No.6 の方が細い糸である染め分けする必要があり，今後，レーヨンの括り，括ものの，No.2 は同じようにせん断剛性が低く，タテ

り染めを検討する必要がある。

表面凹凸も増加した。この他，同じ太さの緯糸レーヨ
ン糸 No.2（30/2S）と 3（30/2Z）で撚り方向を比較したところ，ここでもせん断剛性が低いことが明らかとNo.1吸湿速度No.1放湿速度No.5吸湿速度No.5放湿速度16なった。しかし，タテ表面凹凸の増加は観られないこ

14
水分率(%)とから，S 撚り特有の現象であると考えられる。

3-2 水分移動
図 2 に No.1 と 5 の 33%rh から 85%rh，および 85%rh

12
10
8

から 33%rh への吸湿，放湿による水分率変化を示す。

6

この図から吸湿，放湿の速度と開始時の水分率を求め

40た（表 4）。この結果，No.1 は No.5 よりもそれぞれ

1

2

3

時間(min)の条件で水分率が大きく，吸放湿速度も大きいことが明らかとなった。特に，No.1 は放湿速度が優れてお

図2

試作生地の経時的吸放湿挙動

表4

吸放湿速度と各湿度における水分率

り，吸湿速度は No.5 の 1.4 倍に対して，放湿速度は1.8 倍であった。この挙動から，レーヨンを導入する

吸湿(33→85%rh)

ことで肌の湿度状態を素早く調湿できることが考えら

速度(%/min)開始時の水分率(%)

速度(%/min)

開始時の水
分率(%)

1

0.861

7.9

0.549

15.0

5

0.616

5.6

0.306

10.4

れ，肌触りに寄与していると考えられる。

4 おわりに放湿(85→33%rh)

No.

以上の結果から，「肌触りの良さ」にはドレープ性と吸放湿性が寄与していることが示唆された。特に，

５ 参考文献ドレープ性ではせん断剛性の依存が大きく，上述した

1)久留米絣協同組合（オンライン）

レーヨンと綿との比較，細番手での比較，レーヨン同https://kurumekasuri.jp/参照（2023-03-31）

士の撚り方向での比較共にせん断剛性に特徴が現れて

2)堂ノ脇靖已ら：福岡県工業技術センター研究報告書，No.32，pp.1-3(2022)

いた。しかし，主観評価ではせん断剛性が低い No.2

3)堂ノ脇靖已ら：福岡県工業技術センター研究報告

より太番手の No.1 が優位であったことから，せん断書，No.29，pp.1-4(2019)

剛性にも最適範囲があることが示唆された。また水分- 6 -製造期間が短縮されたスクモのインジゴ定量と藍染めへの影響
大畠 雄三 *1

堂ノ脇 靖已 *1

甲斐 美由紀 *2

吉田 博之 *2

横溝 哲郎 *2

Analyses and Dyeing Indigo Properties Using Sukumo
Produced in the Novel Short Period
Yuzo Ohata, Kiyoshi Donowaki, Miyuki Kai, Hiroyuki Yoshida and Tetsuro Yokomizo

福岡県内では，繊維製品の藍染めを行う中小企業が多数存在するものの，藍染めの原料であるスクモは，県外産の製品を購入している状況にある。近年，福岡県内で藍草の栽培およびスクモの製造を行う久留米藍草生産者協同組合では，高速堆肥化水を用いた機械撹拌により，製造期間を従来の半分以下である約1か月と短縮させたスクモを開発した。この新しく開発したスクモは，従来の製法で作られた徳島県阿波地方産のスクモと比較して，染色性が低く，藍色成分「インジゴ」の含有量が少ないことが明らかとなった。

1 はじめに染めをして色濃度を測定するとともに，藍色成分「イ

藍染めは，日本の伝統産業として江戸時代に発展しンジゴ」の定量分析を行った。

た染色方法であり，ジャパンブルーと呼ばれるほど日本の特徴的な色である。この藍染めに用いられる染料【従来の製造方法】（手作業）として，藍の生葉と比較して長期保存が可能であり，重労働

アンモニア臭切替しより濃色に染色できる「スクモ」が古くから用いられ藍葉収穫ている。スクモの製造は図1上段に示すように，タデ

天日乾燥

葉茎分別

堆肥化（120日）

スクモ

藍の葉を茎から分離して乾燥させた後，約100日間か
けて堆肥化することで製造される。堆肥化の工程では，数百～数千kgに堆積した藍の葉に水をかけ，人の手で【久留米藍草生産者協同組合が開発した製造法】（機械化）

高速堆肥化水により消臭、短期間での製造が可能

混ぜる作業があり，葉の発酵により室温が70 ℃にもなること 1），アンモニア臭がすることから，スクモの藍葉収穫

製造は過酷な環境における手作業である。

天日乾燥

堆肥化
(約30日)

葉茎分別

スクモ

福岡県内では，藍草の栽培は江戸時代に実施されていたが 2），現在はほとんど行われておらず，藍染めを図1

行う県内企業は，県外産のスクモを購入している状況

段：久留米藍草生産者協同組合が開発した製造法）

スクモの製造手法（上段：従来の製造法，下にある。このような状況において，福岡県内で藍草の栽培およびスクモの製造を行う久留米藍草生産者協同

2 実験方法組合は，スクモの製造工程を見直し，高速堆肥化水を2-1 スクモの乾燥，粉砕用いた機械撹拌およびたい肥化後の葉茎分離による手

今回の実験に用いた試料は，久留米藍草生産者協同法を開発している（図1下段）。これにより，スクモの組合が新たな手法で製造したスクモ（KS，図 2 左側），

製造期間を従来の約100日から約1か月と大幅に短縮す

対照試料として従来の手法により徳島県阿波地方で製ることが可能となった。

造されたスクモ（AS，図 2 右側），および市販のイン今回の研究では，久留米藍草生産者協同組合によっ

ジゴ粉末（I）を用いた。

て機械化により短期間で製造されたスクモの染色性を，これらのスクモを100 ℃で乾燥した後にボール状粉

従来のスクモと比較した。染色性の評価は，綿布の藍砕機（SPEX Sample Prep(同)製8000M Mixer/ Mill）
により粉砕し，以下の実験に用いた。

*1 化学繊維研究所*2 久留米藍草生産者協同組合- 7 -度：mg/L〕＝0.0825×〔吸光度〕＋0.00339，検量線の相関係数：0.99995，標準偏差：0.590，変動係数：3.51であった。
続いて，スクモのインジゴ定量分析手順を記す。粉図2

スクモ（左：KS，右：AS）

砕したスクモ50 mgをDMFに溶解して100 mLに定容した上澄み液を，検量線の濃度範囲（0.2～20 mg/L）に入

2-2 スクモを用いた藍染めによる綿布染色

るよう希釈して試料溶液とした。試料溶液の吸光度を藍染めに用いる試料や薬品の分量は，表1に示す通標準溶液と同条件で測定し，検量線より試料溶液のイりとした。まず，スクモとアルカリの炭酸ナトリウム

ンジゴ濃度を算出した。算出したインジゴ濃度と試料をイオン交換水に混合し，40 ℃で1時間振とうさせた。

溶液の希釈倍率から，スクモ量に含まれるインジゴ量

次に，還元剤のハイドロサルファイトナトリウムを添を重量%として算出した。

加してすべて溶解した後，綿布（約5 cm四方）を投入
して1時間ゆっくりと撹拌した。その後，綿布を取り3 結果と考察

出して水洗，乾燥した。染色した綿布について，色差

3-1 スクモを用いた藍染めによる染色濃度の比較計（日本電色工業(株)製NF333）により白色綿布を基製造手法の異なるスクモの染色性を確認するため，

準とした色差（ΔE*(ab)）を測定した。

スクモを 用いた 綿布の藍染め（薬品 を用いた化学 建て）を行い，染色した綿布を比較した。これらの染色

表1

綿布と色差値ΔE *(ab)を表2に示す。久留米藍草生 産

藍染めに用いたスクモや薬品の分量
薬品等

分量者協同組合が新たな手法で製造したスクモの色差値は

スクモ

01 gg

48であり，従来の手法により製造されたスクモ（AS：炭酸ナトリウム

01 gg62）や市販のインジゴ粉末（I：64）よりも低い色差

ハイドロサルファイトナトリウム01 gg

値であった。スクモによる藍染め綿布の色差値が異なイオン交換水30 mLったのは，スクモ中の藍色成分「インジゴ」の含有量に由来すると考えた。

※市販のインジゴ粉末の仕込み量は，0.03 g とした。

表22-3 スクモのインジゴ定量分析
スクモ

スクモに含まれるインジゴの抽出には，クロロホル

染色後の綿布とΔE *(ab)

KS

AS

I

48

62

64

ム 3），ジメチルスルホキシド 4），5），氷酢酸 6） などが用いられているが，今回はインジゴ溶解度が高いN,N-ジ

写真

メチルホルムアミド 4 ）， 7 ）（DMF，富士フィルム和光純
薬(株)製）を用いてインジゴ抽出を行い，得られた抽ΔE *(ab)

出液の吸光度を紫外可視分光光度計（日本分光(株)製
V-650）で測定しインジゴ濃度を算出した。
濃度算出に必要な検量線の作成に用いた標準溶液は，

3-2 スクモのインジゴ定量

市販のインジゴ粉末（インド藍，(株)田中直染料店）

スクモに含まれるインジゴ量を表3に示す。スクモ

をイオン交換水で精製・乾燥後，10 mgを量り取りDMFに含まれるインジゴ量は5 %以下と言われており 8) ，に溶解させて100 mLに定容した。さらに，この溶液を藍草の堆肥化によりセルロースが分解され，インジゴ

希 釈し て6 つ の 標準 溶 液 （ 0.2 mg/L，0.5 mg/L，1.0

量は藍草よりも高い数値になることがわかっている。

mg/L，5.0 mg/L，10 mg/L，20 mg/L）を作製した。こ今回，久留米藍草生産者協同組合により新たな手法でれらの標準溶液を10 mm石英セルに入れ，610 nmの波製造されたスクモKSのインジゴ量は1.3 %，従来の手長における吸光度を測定し，インジゴ濃度を算出する法により製造されたスクモASは1.7 %であった。短期

検量線を作成した。得られた検量線は，〔インジゴ濃間の製造工程においても藍草の堆肥化が進んだものの，- 8 -従来の手法により製造されたスクモASよりもインジゴ造された藍染め染料「スクモ」の染色性を，従来のス

量は少なかった。これは，短期間での発酵であったた

クモと比較した。染色した綿布は藍色に染まったもの

めセルロースの分解が十分に進まなかったためと考えの，従来のスクモよりも色濃度が薄かった。これは，られる。このインジゴ量の差が，藍染め綿布の色差値

スクモに含まれる藍色成分「インジゴ」の含有量が少に影響したと考えられる。

なかったためと考えられる。また，染液のアルカリ還元状態は，スクモの種類による変化はなく，藍染めに

表3

スクモに含まれるインジゴ量
試料名

インジゴ量

KS

1.3 %

AS

1.7 %

適した状態になっていた。
今後，インジゴ量を増加させたスクモを開発し，染色試験を行うとともに，染液中のロイコインジゴ定量
手法を検討する予定である。

5 参考文献1)NHK 美の壺制作班：NHK美の壺

3-3 染液中のアルカリ還元状態の観察

藍染め(2007)

2)財団法人久留米絣技術保存会:久留米絣(1969)

通常，染色とは染料を水や有機溶媒に溶かし，溶け

3)皆川基：大阪市立大学生活科学部紀要，28巻，pp.

た染料と繊維を化学結合させるものである。藍染めに

87-89(1980)

おいては，インジゴは水だけには溶けず染色できないが，染液をアルカリ還元状態にすることで，インジゴ

4)中西謙二,宮﨑絵梨，武知博憲，村井恒治：徳島県

が水溶性の「ロイコインジゴ」に変換され，染色でき工業技術センター技術報文，18巻，pp.21-24(2009)

るようになる。このため，染液がアルカリ還元状態で

5)牛田智,太田真祈：日本家政学会誌，46巻(12号)，
pp.1167-1171(1995)

あるか測定し，ロイコインジゴへ変換される条件が整

6)中村正子,村岡雍一郎:平安女学院短期大学紀要，9っているか確認した。なお，藍染めに適したアルカリ巻,pp.67-72(1978)

還元状態とは，水素イオン濃度（pH）が11.5～12，酸7)川人美洋子,安川涼子:繊維と工業，63巻(2号)，pp.

化還元電位（ORP）が-750～-800 mV以下であるとされ48-53(2007)

9）

る 。

8)坂川哲雄,広田昭治:加工技術,19巻(5号)，pp.288-

藍染めに用いた染液のpHとORPを測定した結果を表4292(1984)に示す。いずれの染液もpHが9.8～10.1と藍染めに適

9)坂川哲雄,広田昭治:加工技術,19巻(10号)，pp.660-

したpHよりも低かったものの，ORPが-795～-800 mVと666(1984)

十分な還元状態となっていた。このため，すべての染液において，還元状態にほとんど差はなく，インジゴ
からロイコインジゴへ変換される条件は揃っていたと考えられる。

表4

染液のインジゴ還元状態

試料名

pH(-)

ORP(mV)

KS

9.8

-795

AS

10.0

-800

I

10.1

-800

4 おわりに
久留米藍草生産者協同組合によって新たな手法で製- 9 -廃プラスチックの再生プロセスと物性に関する研究
齋田 真吾 *1

田中 大策 *1

中西 太郎 *1

野見山 加寿子 *1

津山 圭太 *2

横地 佳彦 *2

Research on recycling process and physical properties of waste plastics
Shingo Saita, Daisaku Tanaka, Taro Nakanishi, Kazuko Nomiyama, Keita Tsuyama and Yoshihiko Yokochi

脱炭素社会の実現や地球温暖化抑制に向けて，プラスチックのマテリアルリサイクルの推進が必要とされている。
しかし，プラスチックのマテリアルサイクルによって得られたリサイクル材は，未使用のバージン材と比較して物性が低下する傾向にあることから，リサイクル材の活用にあたっては物性の把握が非常に重要である。本研究では，成形端材を粉砕するなどして得られたリサイクル材の機械的物性について各種検証を行うことで，リサイクルに伴う物性の低下が比較的小さいことを確認することができた。

の一つといわれている 1) 。そのため，リサイクル材の

1 はじめにプラスチックは，成形の容易さや軽量といった特徴活用にあたってはバージン材との比較を行うなど，物を活かして自動車部品や日用品，包装用品，雑貨，機性の変化について把握しておく必要があると考えられ

械部品など非常に多くのものに使用されている。プラる。本研究では，生産工程で発生する成形端材から良スチックは生活に欠かすことができない化学製品であ好な物性を有するプラスチック成形品を得る再生プロ

るが，二酸化炭素排出抑制の観点から，プラスチック

セスの検証を目的として，異なる再生プロセスにて得廃棄物を取り巻く状況は年々厳しくなりつつある。そられたサンプルの物性について検討を行った。

のため，リデュース，リユース，リサイクルといった3R等を含めたプラスチック資源循環体制を強化してい2 実験方法くことが重要と考えられている。国内では，2019年5

2-1 材料月に「プラスチック資源循環戦略」が策定され，これ成形端材は西日本モダンパッケージ（株）にて真空に基づき，2020年7月にはレジ袋の有料化が開始され成形後に製品を打ち抜くことで発生するポリプロピレ

るなど，身近なところでも具体的な取り組みが浸透しン系成形端材を用いた。

つつある。また，2022年4月には「プラスチックに係

2-2 再ペレット化

る資源循環の促進等に関する法律（プラスチック資源

パワーカッターで投入口の大きさ以下に切断した端循環促進法）」が施行され，プラスチックのライフサ

材を図1に示すように，粉砕機（（株）ホーライ製，U-

イクル全体において関わりのある全ての事業者，自治210）にて粉砕した後，二軸押出機（東洋精機製作所

体，消費者が相互に連携しながら，再資源化等に取り（株)製，ラボプラストミル2D25S（L/D=25））を用い組むことが必要とされている。回収したプラスチックてシ リ ンダ ー 温 度（H1：200 ℃，H2：210 ℃，H3：

製品を粉砕や溶融するなどして再び製品として成形す

220 ℃）及びスクリュー回転数（50 rpm）の条件で再るリサイクル方法として，マテリアルリサイクルがあ

ペレット化した。

る。プラスチック廃棄物の排出抑制が求められている

2-3 試験片作製

中で，プラスチックのマテリアルリサイクルの促進は本研究では，熱プレスを使用した圧縮成形により作益々重要になってきている。しかし，プラスチック廃製したシート及びTダイ付二軸押出機を使用した押出棄物から再生したリサイクル材は，未使用のバージン成形により作製したシートを用いて，シート成形方法

材と比較して，物性が低下する傾向にあることが課題

による物性への影響について比較した。また，端材を粉砕して得られたフレークを直接シート化したものと*1 化学繊維研究所*2 西日本モダンパッケージ株式会社

フレークを再ペレット化した上でシート化したものに- 10 -

2-4 引張試験

ついて比較することで，再ペレット化による物性への影響についても比較を行った。さらに，真空成形で得各サンプルからJIS（日本産業規格） K 7127にて規られた製品平面部から打ち抜いた試験片をバージン材

定されている試験片タイプ5の形状に打ち抜いた試験相当品（サンプル1）として比較のため試験に用いた。

片 を ， 万 能 試 験 機 （ 島 津 製 作 所 ( 株 ) 製 ， AG-

なお，フレークを直接シート化する際は，西日本モ

50kNXplus）を用い，クロスヘッド速度50 mm/minにて引張試験を行った。

ダンパッケージ（株）が協力企業で粉砕したフレーク
を用いた。

表1

各サンプルの作製条件
作製条件

サンプル
1

成形方法

平均厚さ
材料

製品平面部

(mm)
0.70

2

圧縮成形

フレーク

0.55

3

圧縮成形

再生ペレット

0.53

4

押出成形

フレーク

0.25

5

押出成形

再生ペレット0.34

3 結果と考察
図1

再生ペレットの作製概略

3-1 圧縮成形によるシートの評価
引張試験の結果を図2及び表2に示す。降伏点につい

2-3-1 圧縮成形によるシート作製ては，圧縮成形により作製したサンプル2及びサンプ

圧縮成形によるシート作製は，熱プレス（東洋精機

ル3は，製品平面部から得たサンプル1と比較して引張製作所（株）製，ミニテストプレスMP－SCH）を使用

降伏応力が小さくなる傾向にあることが確認できた。

した。ポリイミドシートに挟んだ試料約15 gを，加圧

また，破断点についても，圧縮成形により作製したサをせずに220 ℃で2分間余熱し，次に2 MPa（装置の指ンプル2及びサンプル3は，製品平面部から得たサンプ針値）にて2分間加圧を行い，最後に5 MPa（同）で8ル1と比較して引張破壊応力及び破断点変位が小さく

分間加圧したのち，ポリイミドシートに挟んだまま熱なる傾向にあることが確認できた。

プレスから取り出し，室温下で徐冷してからサンプルのシートを取り出した。圧縮成形にてフレークから直接作製したシートをサンプル2，再生ペレットから作製したシートをサンプル3とした。
2-3-2 押出成形によるシート作製
押出成形によるシート作製はTダイ付二軸押出機（ 東 洋 精 機 製 作 所 ( 株 ) 製 ， ラ ボ プ ラ ス ト ミ ル 2D15W（L/D=17））を用い，シリンダー温度（H1：200 ℃，
H2：210 ℃，H3：220 ℃）及びスクリュー回転数（30rpm）の条件でシート状に吐出させた後，冷却ロール（70 ℃）にて冷却しながら巻き取りを行った。押出

図2

成形にてフレークから直接作製したシートをサンプル

圧縮成形により作製したサンプルの引張試験の比較例（実線：サンプル1，点線：サンプル2，

4，再生ペレットから作製したシートをサンプル5とし

破線：サンプル3）

た。
各サンプルの作製条件と平均厚さを表1にまとめた。
- 11 -

表2

引張試験の各物性値

圧縮成形

引張降伏

破断点

引張破壊

サンプル

応力(MPa)

変位(mm)

応力(MPa)1(製品打抜)

23.7

441

49.3

2

22.6

264

30.5

3

20.6

278

30.0

3-2 押出成形によるシートの評価
引張試験の結果を図3及び表3に示す。降伏点につい図3ては，押出成形にて作製したサンプル4及びサンプル5

押出成形により作製したサンプルの引張試験のは，製品平面部から得たサンプル1よりも大きい引張比較例（実線：サンプル1，点線：サンプル4，

降伏応力を有する結果となった。また，破断点につい破線：サンプル5）ては，押出成形にて作製したサンプル4及びサンプル5
表3は，製品平面部から得たサンプル1と引張破壊応力が引張試験の各物性値

比較的近い数値になることが確認できた。さらに，押

押出成形

引張降伏

破断点

引張破壊

出成形にて作製したサンプル4及びサンプル5は，圧縮

サンプル

応力(MPa)

変位(mm)

応力(MPa)

成形により作製したサンプル2及びサンプル3と比較し1(製品打抜)

23.7

441

49.3

て試験片の厚さが薄いにも関わらず，破断点変位が製

4

25.3

424

49.8

品平面部から得たサンプル1に比較的近い結果となっ

5

25.2

408

47.1

た。
押出成形により作製したサンプルのほうが圧縮成形

4 まとめにより作製したサンプルと比べて，製品平面部のサン

今回の検討に使用した真空成形の成形端材についてプルに近い物性を示すのは，真空成形に用いる原反シ

は，成形端材を粉砕して得られたフレークを用いて押ートが押出成形で作製されていると推察されることか出成形にて再生利用するケースでは物性の低下を非常

ら，成形方法が大きな要因であると考えられる。また，に小さく抑えることが可能であると考えられる。今後

サンプル4の物性値が製品平面部の物性値に非常に近は，フレークのままで活用可能な用途を検討するとといことから，成形端材のフレークについては物性低下

もに再ペレット化による物性低下についてもメカニズを極力抑えた再生利用が可能であると考えられる。サムを明確にし，物性低下抑制が可能か検討を行う必要

ンプル5の引張破壊応力がサンプル4及び製品平面部かがある。

ら得たサンプル1と比べて約5 ％程度小さい点については，再ペレット化に伴う物性低下の可能性が考えら

5 文献

れるが，この点については，再ペレット化の回数を増

1)高取永一：日本ゴム協会誌，87巻，pp. 441-446，

やすなどして，影響がより顕著になるかなどを検証し(2014)ていく必要がある。
以上のように，成形方法の違いにより引張挙動に違いが見られることから，物性の比較を行うにあたっては，試験片の成形方法に留意しておく必要があると考えられる。

- 12 -

木粉配合ゴムの調製および物性に関する研究
中西 太郎 *1

Study on Preparation and Properties of Wood Powder Reinforced Rubber
Taro Nakanishi

カーボンニュートラル社会の実現に向けて，バイオマス材料の活用が求められており，加硫ゴム材料についても，将来的なバイオマス活用に向けた知見の蓄積が必要である。本研究では，木粉を天然ゴムに配合したゴム材料を調製・物性評価し，ゴム用フィラーとして木粉が利用可能かを検討した。木粉は，150 phr以上の大量配合（phr:ゴ
ム100に対する重量部）が可能で，加硫ゴムの硬さを増加させるフィラーとして利用可能であった。また，本研究の結果，木材特有の芳香・風合いを有し，ほぼ完全バイオマス由来であるゴム材料が得られた。

1

はじめに

ィルム和光純薬㈱および東京化成工業㈱から購入した

カーボンニュートラル，持続可能な社会の実現に向ものをそのまま用いた。

け，プラスチック業界ではバイオマス・生分解性材料

2-2

混練・成形

へ注目が集まっており，新技術・製品開発が活発であラボプラストミル（㈱東洋精機製作所製）R60 ミキ

るが，ゴム業界ではこのような取り組みは進んでいな

サー)を用い，ゴムと木粉を混練した。ゴム・木粉混

い。ゴム材料は，ベースとなるゴムポリマーおよびフ練（A 練り）の後，加硫薬剤追加（B 練り）を行った。

ィラーで主に構成され，ゴムポリマーにはバイオマス

混練条件は 40 ℃／15 rpm で，混練時間は，A 練り最由来の天然ゴムが古くから利用されている。だが，フ大 19 分間，B 練り 5 分間とした。配合表を表 1 に示

ィラーについては，その性能の良さから，鉱物・石油す。加硫特性は，JSR キュラストメーターⅢ（JSR ト

由来のシリカ・カーボンブラックが主流であり，バイレーディング㈱製）を用い，140 ℃における加硫によ

オマスについて検討はなされていなかった。しかし，るトルク上昇と加硫時間の関係を求めた。プレス加硫

ゴム業界についてもプラスチック業界と同様の取り組（140 ℃×10～20 分間）して，物性試験用ゴムシー

みを今後求められる可能性があり，ゴム業界の持続的ト(2 mm 厚)を得た。

な発展のためにも，バイオマス活用に関する知見の蓄積が重要である。実際に先行研究 1,2） では，農業廃材

表1をフィラーに活用した例が示されており，ゴム材料へ

配合表
配合量（phr）のバイオマスフィラーの展開は可能と期待される。本

天然ゴム(CV60)

研究では，国内で調達容易な木粉がゴム用フィラーと木粉して利用可能か検討することを目的として，木粉をフ酸化亜鉛（二種）

5.0

ィラーとする加硫ゴムを調製し，配合量と加工性・物

加硫促進剤 D

0.5

性の関係を明らかにした。

加硫促進剤 M

1.0

油処理硫黄

2.5

2

実験方法

2-1

材料

2-3

100
0，50，100，150

物性評価

木粉は，スギ新材由来の市販品を，ふるい分けによ・引張試験：JIS K 6251 に準拠し，㈱島津製作所製って粒径 150 μm 以下へ調整してそのまま用いた。水オートグラフ AG-50kNXplus を用いて，ダンベル状 3

分量は約 7%で，調湿は行わなかった。ゴムは天然ゴ

号形，試験速度 500 mm/min で試験を実施した。

ム（CV60）をそのまま用いた。加硫用薬剤は，富士フ・硬さ：JIS K 6253 に準拠し，㈱テクロック製

GSD-917 を用いて，デュロメータ硬さを測定した。

*1 化学繊維研究所- 13 -

3

結果と考察

3-1

混練特性

3-2

配合量と物性の関係

木粉配合ゴムの引張強さおよび硬さを表3に示す。

A練りにおける，混練時間－トルクの関係を図1に示

また比較対照として，一般的なゴム用フィラーの一つす。一般に，ゴムにフィラーを加えると，混練トルク

である炭酸カルシウム50 phr配合ゴムの結果も共に示が大きく増加して発熱が激しくなるため，配合できるす。配合量の増加に伴って，硬さ・モジュラス（一定量には上限がある。しかし，木粉をフィラーとした場

伸び時の応力を表し，例えば100%伸びに対してM100と合，配合量を増やすほど最大トルクが減少した。配合表記する）は顕著に増加した。一方，引張強さ・破断量の増加によって実ゴム分が減少することに加え，木

伸びは急激に減少したが，150phr配合であってもゴム粉の粒径が大きく，カーボンブラックのように配合物

弾性は保持されていた。50 phr配合で比較すると，ゴの粘度を上昇させないためと考えられる。この結果よム材料の実用領域である低伸び域（M100）で炭酸カル

り，木粉は少なくとも150 phrまでは容易にゴムと混シウム配合ゴム以上の性能を発揮した。木粉は，炭酸練できることが確認された。また，混練開始からトル

カルシウムと比較して密度が小さいため同じ配合量でクの最大点に至る時間（ゴムにフィラーが取り込まれあれば体積充てん率は2倍以上となり，硬さ・モジュ一体化するまでの時間）も増加したが，トルクが減少

ラスへの寄与が大きくなったと考えられる。

してせん断力が不足しているためと考えられ，実機では混練条件の最適化が必要である。

表3配合量

木粉配合量と物性の関係
硬さ

引張

破断

強さ

伸び

M100

(phr)

（－）

（MPa）

(％)

（MPa）

0

A43

18.9

570

0.94

50

A72

8.24

460

2.89

100

A85

5.01

140

5.00

150

A93

5.07

40

－

A48

28.6

670

1.32

炭酸ｶﾙｼｳﾑ50
図1 混練トルクと配合量の関係
4
表2 配合量と加硫特性の関係

まとめ
ゴム用フィラーとしての木粉の利用可能性を検討し配合量(phr)tc10（分）tc90（分）た 。 木 粉 は ， ゴ ム へ 大 量 配 合 可 能 で 少 な く と も 150

0

3.5

8.1

phrまで問題なく混練成形でき，また実用上重要な硬

50

4.1

10.1

さおよびモジュラスを大きく向上させた。さらに，木

100

4.9

13.7

粉配合ゴムは加硫後も木材特有の芳香と風合いを保持

150

5.7

17.8

していた（図2）。以上より，木粉はゴム用フィラーとして利用できる特性を備えていると考えられる。

3-2

加硫特性

B練り後の木粉配合ゴムのtc10（加硫開始点）およびtc90（最適加硫点）を表2に示す。木粉の配合量を増加すると，tc10およびtc90が増加し，加硫の立ち上がりの遅延および加硫速度の減少が認められた。これは加硫薬剤の木粉への吸着が原因と考えられる。木粉をフィラーとして利用する場合は，加硫時間の延長ま

図2

たは加硫薬剤の増量が必要である。
- 14 -

木粉50phr配合ゴム

5

参考文献

1)Komethi Muniandy et al.: Bioresources, Vol.7,
No.4, pp.4640-4657（2012）2)Hassarutai Yangthong et al.: Industrial Crops
and Products, Vol.171, pp.113922-113924（2021）- 15 -

未利用アカモクの生理活性評価－未利用アカモクからの化粧品・食品原料等の製品化を目指す取り組み－石川 智之 *1

古賀 慎太郎 *1

山川 雅之 *2

川﨑 孝治 *2 寺本 充寛 *2

正好 輝旭 *3

Assessment of Biological Activities of Unutilized Sargassum Horneri- Efforts to commercialize cosmetics, food ingredients, etc. from unutilized Sargassum horneri Tomoyuki Ishikawa, Shintaro Koga, Masayuki Yamakawa, Koji Kawasaki, Mitsuhiro Teramoto
and Teruaki Masayoshi

アカモクはフコイダンやフコキサンチン等の栄養成分を豊富に含有している食用の海藻であることが既に知られているが，軸の硬い部分や色の悪い部分は廃棄されており課題となっている。そこでこの未利用のアカモクを化粧品や食品等の原料として新たに利活用する方法を探索するために，アカモクエキスの生理活性評価，並びにフコキ
サンチンの定量を行った。その結果，アカモクエキスは強いヒアルロニダーゼ阻害活性を示すとともに，弱いながらもSOD様活性，チロシナーゼ阻害活性，細胞増殖効果を有することを確認した。また，フコキサンチンの大部分はエキス抽出後の残渣中に残存していることが推察された。

1 はじめに加工と佳秀工業（株）が共同で実施した。5種類のア

アカモク（ Sargassum horneri ）はヒバマタ目ホンカモクエキス（熱湯処理液，解凍時ドリップ液，粉砕

ダワラ科に属し，最大10 mくらいまで育つ食用の海藻抽出液（室温），粉砕抽出液（加温），ろ過処理液），

である。日本列島全土の浅海に分布しており，フコイ

及び粉砕抽出液（加温）の抽出残渣についても，

ダンやフコキサンチン等の栄養成分を豊富に含有して（株）マサエイ水産加工と佳秀工業（株）が準備した。

いることが既に知られている。しかしながら，軸の硬2-2 アカモクエキスの生理活性評価

い部分や色の悪い部分は廃棄されており課題となって

2-2-1 SOD様活性いる。この未利用のアカモクについて，新たな利活用

SOD様活性の測定は，SOD測定キット–WST（同仁化学法を探索し，廃棄される量を減らすことが望まれてい研究所）を用いて行った。4倍希釈した各アカモクエ

る。また，このことはSDGsにおける目標12「持続可能キスサンプルと調製した試薬を混合し，37 ℃で20分

な消費と生産」のターゲット12.5「廃棄物の発生防止，反応させ，450 nmの吸光度を測定した。SOD様活性は削減，再生利用及び再利用により，廃棄物の発生を大プロトコールの計算方法にしたがって算出した。測定幅に削減する。」とも方向性が合致する。

は各アカモクエキスサンプルについて2回ずつ行った。

そこで本研究では，未利用アカモクの化粧品や食品

2-2-2 チロシナーゼ阻害活性等の原料としての活用，付加価値を高めた製品開発を

各アカモクエキスサンプル（終濃度10 %），チロシ

目的として，アカモクエキスの生理活性評価，及びフナーゼ from mushroom（シグマ）（終濃度16.7 U/ml），

コキサンチンの定量を行ったので，その結果について基質であるL-DOPA（シグマ）（終濃度0.4 mg/ml）を50報告する。

mMリン酸バッファー（pH 6.8）中において37 ℃で20分反応させ，492 nmの吸光度増加量を測定した。ポジ

2 研究，実験方法

ティブコントロールとしてビタミンC（和光純薬）（終2-1 試料

濃度1 mg/ml）を使用した。チロシナーゼ阻害活性は未利用アカモクの乾燥・粉砕は（株）マサエイ水産

以下の式(1)により阻害率を算出した。式中のΔPBはポジティブブランク（チロシナーゼ+基質）の吸光度*1 生物食品研究所*2 佳秀工業株式会社*3 株式会社マサエイ水産加工

増加量，ΔNBはネガティブブランク（ΔPBの基質なしのコントロール）の吸光度増加量，ΔSは各アカモク- 16 -

エキスサンプル（チロシナーゼ+基質+サンプル）の吸で2日間培養後， 細胞 増殖/細胞毒性アッセイ キッ ト

光度増加量である。測定は各アカモクエキスサンプル（Cell Counting Kit-8）（同仁化学研究所）を用いてについて2回ずつ行った。

450 nmと620 nmの吸光度を測定した。各アカモクエキ

阻害率 (%) =(ΔPB-ΔNB-ΔS)/(ΔPB-ΔNB) x 100

スサンプルに対する細胞増殖効果は，サンプルを添加・・・(1)

していない細胞の増殖を100 %とし，以下の式(3)によ

2-2-3 ヒアルロニダーゼ阻害活性り相対比を算出して評価した。式中のPBはポジティブ

前田らの報告 1) を参考にして測定を行った。まず，

ブランク（アカモクエキスを添加していない細胞）の

各アカモクエキスサンプル100 μl（終濃度20 %）と吸光度，NBはネガティブブランク（PBの細胞なしであ

ヒアルロニダーゼ from bovine testes（シグマ）のる培地のみのコントロール）の吸光度，Sはサンプル

酵素溶液50 μl（終濃度1.3 mg/ml in 0.1 M酢酸緩衝（各アカモクエキスサンプルを添加した細胞）の吸光液(pH 4.0)）を混合し，37 ℃で20分反応させた。

度，SBはサンプルブランク（Sの細胞なしである培地+

次にヒアルロニダーゼの活性化剤であるコンパウン

各アカモクエキスサンプルのコントロール）の吸光度

ド48/80（シグマ）の0.1 M酢酸緩衝液(pH 4.0)を100である。測定は各アカモクエキスサンプルについて3μl（終濃度0.5 mg/ml）添加して37 ℃で20分反応さ回ずつ行った。

せ，続いてヒアルロニダーゼの基質である鶏冠由来の相対比 (%) = (S-SB)/(PB-NB) x 100

ヒアルロン酸ナトリウム（和光純薬）の0.1 M酢酸緩・・・（3）

2-3 アカモクエキス及び抽出残渣のフコキサンチン定量

衝液(pH 4.0)を250 μl（終濃度0.8 mg/ml）添加してエキス抽出前の乾燥・粉砕後の未利用アカモク，及37 ℃で30分反応させた。その後，0.4 N水酸化ナトリ

び 粉 砕 抽 出 液 （ 加 温 ） の 抽 出 残 渣 は ， Micro Smash

ウム水溶液を100 μl添加してヒアルロニダーゼの反MS-100（TOMY），2 mmのジルコニアのビーズを用いて，応を停止させ，0.8 Mホウ酸水溶液(pH 9.1)を100 μl

5,000 rpmで5分間粉砕後，重量の20倍量のエタノール

添加して100 ℃で3分加熱，氷上で冷却後，上記の反を添加して，4 ℃で24時間かけて残成分の抽出を行い，応溶液を70 μlと10 mg/mlのp-ジメチルアミノベンズ

遠心後の上清についてフコキサンチン定量を行った。

ア ルデ ヒ ド(p-DAB)（ ナ カ ラ イ テ ス ク） 溶 液600 μl

粉砕抽出液（加温）及びろ過処理液のアカモクエキス（100 mg/mlのp-DAB in 10 N 塩酸:酢酸=6:44を酢酸

は凍結乾燥後，重量と同量のエタノールを添加して，で10倍希釈した溶液）を混合し37 ℃で20分反応させ4 ℃で24時間かけて成分抽出後，遠心後の上清についた後，585 nmの吸光度を測定した。ヒアルロニダーゼてフコキサンチン定量を行った。フコキサンチン定量

阻害活性は以下の式(2)により阻害率を算出した。式は 高 速 液 体 ク ロ マ ト グ ラ フ Waters 製 600S

中のPBはポジティブブランク（アカモクエキスサンプ

Controller/616

ルの代わりに水を入れたコントロール）の吸光度，NB

Detectorを用いて，SymmetryShield RP18 (5μm, 4.6

はネガティブブランク（PBのヒアルロニダーゼなしのx 250 mm I. D.) を 使 用 し ， 移 動 相 は ア セ ト ニ ト リ

コントロール）の吸光度，Sは各アカモクエキスサン

ル：水 = 75:25で流速1 ml/min，450 nmの吸光度によプル（サンプル+ヒアルロニダーゼ）の吸光度，SBはる検出法で行った。

Pump/486

TunableAbsorbance

サンプルブランク（Sはヒアルロニダーゼなしのコン
トロール）の吸光度である。測定は各アカモクエキス

3 結果と考察

サンプルについて2回ずつ行った。

3-1 アカモクエキスの生理活性評価

阻害率 (%) ={(PB-NB)-(S-SB)}/(PB-NB) x 100

3-1-1 SOD様活性・・・(2)

各アカモクエキスについてSOD様活性を測定した結2-2-4 細胞増殖試験

果を図1に示す。

正常ヒト真皮線維芽細胞（NHDF）を48ウェルプレー
トに1.25 x 104 cells/wellの細胞数で撒き，各アカ
モクエキスサンプルを添加した。37 ℃，5 % CO 2 濃度

- 17 -

3-1-3 ヒアルロニダーゼ阻害活性
各アカモクエキスについてヒアルロニダーゼ阻害活性を測定した結果を図3に示す。

図1

5 種類のアカモクエキスの SOD 様活性粉砕抽出液（加温）が最もSOD様活性が高かったが，その活性は2 U/ml程度，ビタミンC（330 U/mg）に換

図3

算すると24 μg/ml程度であり，それほど強くなかっ

5 種類のアカモクエキスのヒアルロニダーゼ
阻害活性た。
また，ろ過処理液においては全くSOD様活性が見ら

粉砕抽出液（室温）及び粉砕抽出液（加温）においれなかった。ろ過処理前の粉砕抽出液（加温）においては，含有量が1.25 %以上で阻害率がほぼ100 %であてはSOD様活性が認められることから，ろ過処理により，強いヒアルロニダーゼ阻害活性を示した。ろ過処

り活性成分が除去されたか，あるいはろ過処理中に活理 液 に お い て は 含 有 量 が 2.5 % 以 上 で 阻 害 率 が ほ ぼ

性が失活したものと考えられる。

100 %であった。なお，ろ過処理液は粉砕抽出液（室3-1-2 チロシナーゼ阻害活性温）及び粉砕抽出液（加温）よりも濃度が2倍薄い条

各アカモクエキスについてチロシナーゼ阻害活性を件で抽出を行っていることから，ヒアルロニダーゼ阻測定した結果を図2に示す。

害活性は粉砕抽出液（室温）及び粉砕抽出液（加温）の阻害活性と同等と見なされる。したがって，SOD様活性やチロシナーゼ阻害活性と異なり，ろ過処理後のエキスが強いヒアルロニダーゼ阻害活性を維持していることが確認できた。
3-1-4 細胞増殖試験
各アカモクエキスについて，細胞の培養液に対して最大2 %まで添加して細胞増殖効果を測定した。その結果を図4から図6に示す。

図2

5 種類のアカモクエキスのチロシナーゼ阻害活性

解凍 時ド リッ プ液 の阻 害率 が約40 %で最 もチ ロシ
ナーゼ阻害活性が高かったが，ポジティブコントロー
ルとして用いたビタミンCの阻害率がほぼ100 %である
ことと比較すると，あまり強い活性ではなかった。
また，ろ過処理液においては全くチロシナーゼ阻害活性が見られなかった。ろ過処理前の粉砕抽出液（加温）においてはチロシナーゼ阻害活性が認められることから，SOD様活性と同様にろ過処理により活性成分

図4が除去されたか，あるいはろ過処理中に活性が失活し熱湯処理液及び解凍時ドリップ液の細胞増殖効果たものと考えられる。
- 18 -

加温水抽出前のアカモクのフコキサンチン量が54.8mg/100g で あ っ た の に 対 し て ， 粉 砕 抽 出 液 （ 加温）に含有するフコキサンチン量は4.4 mg/100gと少なく，大部分のフコキサンチンは抽出されなかったことが確認できた。また，ろ過処理液はほとんどフコキ
サンチンを含有していなかった。
一方で，加温水抽出残渣については，乾燥アカモク
ではなく抽出残渣100 g当たりのフコキサンチン定量

図 5 粉砕抽出液（室温及び加温）の細胞増殖効果
図 5 粉砕抽出液（室温及び加温）の細胞増殖効果を行っているため単純に比較することはできないが，60.2 mg/100gのフコキサンチンが含まれていることが確認できた。

4 まとめ
本研究により，未利用アカモクから抽出したエキスについて，強いヒアルロニダーゼ阻害活性が認められた。また，弱いながらもSOD様活性，チロシナーゼ阻害活性，細胞増殖促進効果も確認された。ヒアルロニ
図6

ダーゼ阻害活性については，粉砕抽出液（室温及び加ろ過処理液の細胞増殖効果

温）において特に高い活性が認められた。ろ過処理液
では生理 活性の 多くが消失していた が，ヒアルロ ニ

熱湯処理液では0.05 %～0.1 %，粉砕抽出液（室温

ダーゼ阻害は活性が維持されていた。ヒアルロニダー及び加温）では0.005 %～0.01 %において弱いながら

ゼは皮膚（真皮）の構成成分であるヒアルロン酸を分も細胞増 殖促進 効果 が見られ た。一 方で，解凍時 ド

解することから，その阻害活性には抗しわや肌弾力維

リップ液ではいずれの濃度においても細胞増殖効果は持の効果が期待できる。このことから，アカモクエキ

見 ら れ な か っ た 。 ま た ， ろ 過 処 理 液 で は 0.005 % ～0.02 %において細胞増殖促進効果が見られたことから，

スは有望な化粧品素材になり得ると考えている。
一方で，フコキサンチン定量においては，抽出エキ

ろ過処理後も細胞増殖促進効果を維持していることがスの含有量は少なく，その大部分は抽出残渣に残存し確認できた。

ていることが推察された。フコキサンチンは抗肥満効

3-2 アカモクエキス及び抽出残渣のフコキサンチン定量

果や抗炎症効果の生理活性を有していることが既に知

アカモクエキス及び抽出残渣のフコキサンチン定量られており，この残存しているフコキサンチンの新たを行った結果を表1に示す。

な利活用法については今後の課題である。
表1

アカモクエキス及び抽出残渣のフコキサンチン定量
フコキサンチン量 (mg/100 g)※1

加温水抽出前54.8

粉砕抽出液（加温）

4.4

ろ過処理液

0.0184

加温水抽出残渣60.2※2※1

本研究は，公益財団法人福岡県リサイクル総合研究
事業化センター研究開発事業（研究会）により実施しました。

5 参考文献乾燥アカモク 100 g 当たりの量

1)前田有美恵ら：食衛誌，Vol.31, No.3, pp.233-（加温水抽出残渣を除く）※2

謝辞

237(1990)

抽出残渣 100 g 当たりの量- 19 -

衛生状態「見える化」による食品の安全性・品質向上支援
川口

友彰 *1

田﨑

麻理奈 *1

片山

秀樹 *1

Support for Improving Food Safety and Quality through "Visualization" of Sanitary
Conditions
Tomoaki Kawaguchi, Marina Tasaki and Hideki Katayama

食品中の微生物は腐敗・変敗や食中毒をもたらす危険性がある。そのため，食品の安全性・品質を確保するためには，微生物制御をはじめとする衛生管理が極めて重要である。一方，県内食品製造中小企業では衛生管理の基礎となる一般的衛生管理の徹底も自社単独では困難な場合があり，その主な要因は，微生物が「見えない」ことにあると考えられた。そこで本研究では，県内企業の商品の安全性・品質向上さらには歩留改善による収益向上を目指し，製造現場に存在する微生物の「見える化」を通じた食品衛生管理の意識付けと指導を行った。その結果，自社従業員や設備に実際に付着している微生物を，コロニーとして直観的に認識できる形で提示することが意識付けに特に有効で，その後の衛生状態改善・歩留向上につながることがわかった。

1 はじめにや異物）を分析し，危害を防止するために重要な管理

食品における微生物の生育は，色調や香り，外観や点（加熱や冷却工程等）を特定して監視・記録を行う。

テクスチャの変化等により食品の商品価値さらには可監視の結果，異常が認められたらすぐに対策を取って食性を失わせる主な要因である。また，食中毒等の健解決することで製造ロット全体の安全性を確保できる

康被害につながる場合もあることから，企業及び消費

優れた手法である。一方で，これまで一般的衛生管理者にとって，食品微生物の制御をはじめとする衛生管が不十分であった企業については，HACCP方式対応の理は極めて重要である。これら腐敗・変敗等の原因微ために，新たな作業となった温度等の監視・記録に注

生物は，原料に由来するもの，加工工程や保蔵中に混意が偏り，前提となる一般的衛生管理が不十分なまま入・増殖したものとが考えられる。そのため，汚染源

で品質向上に結びつかない課題があった。そのようなとなる原料・器具・設備・作業者の洗浄，加熱・冷却状況下，新型コロナウイルスの感染拡大により「家庭時の適切な温度管理による微生物の殺菌・増殖抑制がで食する利便性・即食性・保存性の高い食品」への需

食品衛生管理では必要不可欠となる。

要が拡大 2) したこと等から，県内食品製造企業や飲食

食品衛生法の改正に基づき，2021年6月1日から全て店さらには新規参入企業から，賞味期限の長い加工食の食品等業者が取り組むHACCP(Hazard Analysis and品を開発したいという相談が増加した。これらの企業

Critical Control Point; 危害要因分析重要管理点)

においては，微生物汚染に対する理解・危機意識・管に沿った衛生管理は，腐敗・変敗といった不良製品の理技術が不十分であることが多いため，賞味期限の長出荷を効率的且つ効果的に未然に防ぐことができる手い食品の開発や製造をすることは，売上増大よりむし法である。従来の衛生管理では，微生物を「持ち込まろ食品事故の発生が懸念されるものであった。そのたない」「付けない」「増やさない」「やっつける」とめ，これらの企業が賞味期限の長い食品を安定的に製いった一般的衛生管理及び出荷前の抜き取り検査で安造するために必要不可欠となる一般的衛生管理への意

全性を確認していたが，未検査製品については微生物

識と技術の向上が喫緊の課題であると考えられた。そ汚染の可能性が排除できないこと，不合格の場合は全こで本研究では，商品の安全性及び品質の向上さらに

量出荷停止措置を取らざるを得ないという課題があっは歩留改善による収益向上を目指し，県内企業の微生

1)た。一方，HACCP方式の衛生管理 では，一般的衛生

物汚染・危害に対する意識付けと衛生管理技術向上を管理の徹底に加え，あらかじめ危害要因（主に微生物図ることとした。

*1 生物食品研究所- 20 -

2 研究，実験方法

埃やカビが付着した扇風機・エアコン等で送風冷却し2-1 設備表面汚染（付着菌）ている等のほとんどまたは全てが認められ，微生物のフードスタンプ「ニッスイ」生菌数用標準寒天，食混入や危険温度帯での微生物増殖も懸念された。この品真菌用CP加ポテト デキス トロース 寒天（日水製 薬

ような状況であるものの，微生物や汚れを肉眼で確認（株）製）を検査面に押しつけ，メーカーマニュアル

できないことや，従来の製造環境・製造方法で重大事に従い培養した。

故が発生していないことへの過信等から自社の衛生状

2-2 浮遊菌態を過大評価している事例も多くみられた。そのよう

標準寒天培地またはポテトデキストロース寒天培地

な場合，現場で確認した衛生管理上の問題点を指摘すに，エアコン吹き出し口の場合は風を直接，エアコン

るのみでは，改善に向けた行動にはつながらないこと

風下の浮遊菌の場合は空中浮遊菌サンプラー（（株）

が多かった。

アイデック製，IDC-500B）で50 L採集し培養した。

そこで，誰にでも容易に作業者自身や自社の実態を

2-3 手指汚染認識できるかたちで提示すれば問題意識を喚起できる付着菌は，標準寒天培地を充填したハンドシャーレのではないかと考え，汚染が疑われる箇所の微生物あを用い，手を直接押しつけた後，培養した。生物を含

るいは汚れの可視化を図1のように行った。手（図1A

む多 くの 有機 物に 含ま れ る ATP（アデノシン三リ ン

左）及び設備（図1B）の付着菌をコロニーとして「見酸）を汚れの指標として検査する手法である ATP 拭きえる化」して企業に提示した結果，作業者自身及び自取り検査は，ルミテスターSmart 及びルシパック A3社の衛生状態に対する問題意識喚起に大きな効果が認

Surface（キッコーマンバイオケミファ（株）製）をめられた。その上で，衛生管理で特に重要である手洗

使用し，メーカーマニュアルに従いサンプリング及びいについてはさらに，洗い残しの目視確認(図1A右：測定を実施した。手洗いにおける洗い残しは，手洗い

明るい部分)と適切な洗浄方法指導をすることで改善

チェッカー（サラヤ（株）製）を使用し，汚れに見立意識の喚起につながることがわかった。

てた蛍光物質入りローションを手に均一に付け，手洗図1Cはヒートシール部分のシール不良を見える化しい後，ブラックライトで洗い残し由来の蛍光を目視でたものである。相談企業から聞き取った製品不良の発確認した。

生状況，包材の強度，充填量からシール不良による微2-4 シール不良

生物汚染の可能性が高く指摘したものの，その後もシエージレスシールチェックスプレー（三菱ガス化学

ール不良の確認・対処はされず，製品不良の発生も続（株）製）を使用した。

いた。そのため，シール不良を色素で見える化し，企業担当者にも一目瞭然なものとしたところ，直ちにシ

3 結果と考察ールチェック訓練等の改善行動につながった（図1F）。

3-1 衛生状態の「見える化」による意識付け

このように，目視可能なかたちで自身・自社の汚染「稀に製品不良が発生して困っている」，「賞味期状況を提示することは，衛生管理への意識付けに極め限を延長したいが菌検査の値がすぐ高くなる」等の相て有効な手段の一つであることがわかった。

談を受けた企業の製造現場視察及び聞き取りを実施し次に，意識付けできた企業のさらなる技術向上を図た。その結果，多くの企業において，殺菌工程の温度るべく，一般的衛生管理・HACCPに関する講習会（図管理に関しては注意しているものの，その前後が管理

1D），無菌操作・菌検査実習（図1E），シールチェッ

不十分になっていることがわかった。すなわち，作業ク実習（図1F）を集団または企業の製造現場で開催し者の手洗 い不足 ・手 袋未着用 ・肌や 毛髪の露出， 器

た。その結果，受講者の意欲も高く，意識付けの効果

具・設備の洗浄不足，はね水対策不足，清潔区と汚染及び受講による技術向上を確認することができた。

区の区画化・動線確保が十分でない等のほとんどまた

3-2 衛生状態の改善は全てが認められ，食品の二次汚染が懸念された。さ見える化による意識付け及び技術指導の結果，企業らに，加熱殺菌後の食品を，冷却処理や屋根・蓋等の製造現場で様々な改善が認められた。図2に一例を示

落下菌対策をしない状態で長時間放置している場合や，す。作業者の手については図2Aに示すように，指導前- 21 -

見える化による意識付け
(A) 手

付着菌
(一般細菌)(B) 設備洗い残し(C) シール不良

一般細菌

真菌

指導 （技術向上）(E) 無菌操作・菌検査実習

ATP＋ADP＋AMP (%)(D) 衛生管理セミナー（手洗い実習含む）
n=18

手洗前 水洗後 石鹸洗後
※手洗い前のRLUを100%として表した

図1

汚染状況の見える化による意識付けと指導

図2

製造現場の衛生状態改善- 22 -(F) シールチェック

は手洗い後も微生物の残存が認められたが，指導後は氏による相談でさらに発展させることができたものでコロニーが検出されなくなった。作業台についても，ある。これまで新製品に係る研究開発支援に偏ってい指導前は一般細菌が計測不能な程度多く，真菌も検出た当所業務を，衛生管理等の製造管理に拡げ，企業活する重度な汚染状況であったが，指導後は清掃前後と動全体にわたり支援できる体制構築に大きなきっかけ

もコロニー数0〜2個と清浄な状態が保たれていた(図を与えていただいた。この場を借りて深く御礼申し上

2B)。また，目視でカビの発生が確認されたエアコン

げる。

吹き出し口については，清掃指導後は真菌が検出されなくなった。その結果，エアコン風下における浮遊菌

6 文献も減少していた(図2C)。これらの他，指導した企業に

1) 福 島 和 子 ： 日 本 調 理 科 学 会 誌 ， 52 巻 (3 号 ) ， pp.

おいて改善につながることが多かった内容を表1にし222-224(2019)

めす。このような製造現場の意識及び衛生状態の改善

2)新谷弘人，髙島浩，長谷川晃生，北原克彦，堀内芳がみられた企業では，製品不良の発生低下(歩留向上)彦，一瀬裕一郎，石田一喜，植田展大，齋藤真一：や賞味期限の長い食品開発にもつながった。

随時発信レポート，農林中金総合研究所(2020)

表1

指導後にみられた改善点
内容

・手洗いの徹底，自動水栓・ペーパータオル導入
・手袋の着用・交換頻度の見直し
・水栓・ドアのノブをレバーに変更
・清掃・消毒方法の見直し
・区画化（ビニルカーテン，簡易ブース等設置）
・動線見直し，不要物品撤去
・冷却工程の管理・落下菌対策（蓋・屋根導入等）
・掲示物の貼り替え，老朽品交換

4 まとめ
商品の安全性及び品質の向上さらには歩留改善による収益向上を目指し，県内企業の微生物汚染・危害に対する意識付けと衛生管理技術向上を試みた。その結果，意識付けには自社従業員や設備に実際に付着している微生物を，コロニーとして直観的に認識できる形で提示することが有効であることを明らかにした。意識付け後の改善指導により衛生状態改善及び歩留向上につながることがわかった。

5 謝辞
本研究は，大牟田商工会議所の井上壮一郎氏の相談に端を発し，大牟田市地域活性化センターの武末定則- 23 -

保存性および嗜好性を両立した食品保存技術の開発（第1報）－米粉焼きドーナツの賞味期限延長技術－
田﨑 麻理奈 *1

片山 秀樹 *1

堺 早恵子 *1

吉武 麻子 *2

Development of Food Preservation Technology Combining Shelf Life andPalatability（Ⅰ）- Technology to Extend Shelf Life of Baked Rice Flour Donuts Marina Tasaki, Hideki Katayama, Saeko Sakai and Asako Yoshitake
食品の変質を防ぎ保存性を高めるためには，「温度」「酸素」「水分」「pH」などを制御し，微生物の増殖や化学的変化を抑制する必要がある。しかし，人員や設備が限られる県内中小企業においてはこれらの検討そのものが困難である場合が多いため，食品の組成や製法を変えることなく簡便且つ効果的に保存性を向上できる技術が求められていた。そこで本研究では，殺菌後の食品の保存条件を容易に制御可能である鮮度保持剤封入包装に着目し，県内企業の製品に適用可能な保存性向上（賞味期限延長）技術の開発を試みた。米粉焼きドーナツに対して検討した結果，アルコール蒸散剤封入包装により，脱酸素剤封入包装であった従来の賞味期限2週間を8週間に延長可能である
ことを明らかにし，嗜好性及び微生物学的により保存性の高い食品として製品化に導くことができた。

1 はじめにから，さらなる保存性向上には殺菌後の微生物制御等

食品の賞味・消費期限を延長するためには，微生物が重要であると考えられた。

による腐敗や，味・風味・食感などの嗜好性に関するそこで本研究では，簡便且つ効果的に殺菌後の保存

品質低下の抑制が重要である。食品の変質は，微生物条件を制御可能な鮮度保持剤封入包装に着目し，米粉による腐敗・変敗などの生物学的要因，光や熱の刺激

焼きドーナツを研究対象として，保存性と嗜好性の両による酸化や退色などの化学的要因，乾燥や吸湿など立が可能な保存技術の検討を行った。

1)の物理的要因などが組み合わさることで起こる 。いずれも「温度」「酸素」「水分」「pH」などが共通して

2 研究，実験方法

関与することから，食品の変質を防ぐためには，これ2-1 試料らの共通因子の制御が有効である。しかしながら，微製造日にもぐもぐぽけっと（株）（宗像市）から入生物による腐敗を抑制するため，食品を過度に加熱す

手した米粉焼きドーナツを使用した。米粉焼きドーナ

ると色味や食感などが変化し，商品価値の逸失に繋がツの重量は1個あたり約50 gであった。鮮度保持剤はってしまうなど，単一因子の制御では，微生物制御と，脱酸素剤（アイリス・ファインプロダクツ（株），サ

嗜好性に寄与する化学・物理的要因制御の両立は難し

ン ソ カ ッ ト ）， ア ル コ ー ル 蒸 散 剤 （ フ ロ イ ン ト 産 業

いことが多い。そのため，これらの因子を複数組み合（株），アンチモールド）および脱酸素アルコール蒸

わせ，個々の条件をより穏やかに設定することで，微散剤（フロイント産業（株），ネガモールド）の3種類

生物制御と嗜好性保持を図ることが広く行われているを使用した。

（ハードル技術） 2) 。これらの原理と自社製品特性を

ガスバリア性を有する三方シール袋（クリロン化成

理解した上で条件検討するには高度な専門知識を要し，（株））にドーナツを1個入れ，鮮度保持剤を1個封入

人員や設備が限られる中小企業の開発現場においてはしたものを試料とした。なお，従来製品である脱酸素

検討困難な場合が多い。したがって，より簡便で効果剤封入包装品をコントロールとした。

的な保存性向上技術が求められる。県内企業の多くは，

2-2 保存試験

殺菌工程の温度については注意深く管理していること

いずれの試料も30 ℃の恒温器で4週間保存し，1週間経過ごとに一般生菌数，水分含有率および水分活性*1 生物食品研究所*2 もぐもぐぽけっと株式会社を調べた。併せて，実際の味や風味，食感を確認する- 24 -

ため官能評価も実施した。

2週目で5.5×10 5cfu/gまで菌数が増加していた。一方，

2-3 一般生菌数

アルコール蒸散剤（▲）では，4週経過後も一般生菌

試料10 gをストマッカー袋に採取し，滅菌生理食塩数は検出限界以下であった。これは，アルコール蒸散

水90 mLを加え，1分間ストマッカー（アズワン（株），

剤封入包装した米粉焼きドーナツのアルコール臭が脱E-Mix primo）で均質化した。一般生菌数は，リン酸

酸素アルコール蒸散剤に比べ強かったことから，アル

緩衝生理 食塩水 で希 釈した試 料1 mLをフィルム培 地

コール蒸散量が多く，脱酸素アルコール蒸散剤よりも（ キ ッ コ ー マ ン バ イ オ ケ ミ フ ァ （ 株 ）， Easy Plate

高い静菌作用を示したためと考えられる。詳細なメカ

AC）に接種し，35 ℃で48時間培養後，出現コロニー

ニズムは現在検討中である。なお，いずれの包装条件数を計測し試料1 gあたりの一般生菌数を算出した。

においてもカビの発生は確認されなかった。

2-4 水分活性以上の結果から，米粉焼きドーナツの微生物制御に

電 気 抵 抗 式 水 分 活 性 測 定 装 置 (Novasina 社 ，は，アルコール蒸散剤が有効であることがわかった。

LabSwift-aw)で測定した。
100000000
108

2-5 水分含有率

10000000107

加熱乾燥式水分計((株)A＆D，MS-70)で測定した。

1000000
106

2-6 官能評価
菌数（cfu/g)

100000105

各種鮮度保持剤を同封したことによる米粉焼きドー
ナツの味や風味，食感への影響を確認するため，もぐ

10000
104
1000
103
2
100
10

もぐぽけっと（株）および当所職員からなるパネリス

1
1010

01

ト5人以上により官能評価を行った。なお，商品記載

製造日の喫食方法に従い，600Ｗ40秒で電子レンジ加熱を行

2週目
3週目
保存日数

コントロール（脱酸素剤)
アルコール蒸散剤

い，官能評価を行った。
図1

4週目

脱酸素アルコール蒸散剤

一般細菌増殖に対する鮮度保持剤の影響

3 結果と考察3-2 水分活性および水分含有率への影響

3-1 微生物増殖抑制効果

いずれの包装条件においても，時間経過とともに水

和洋菓子類に使用される鮮度保持剤のうち，脱酸素

分活性および水分含有率が低下傾向を示したものの，剤は，包装内の酸素を吸収し，カビなどの好気性菌の鮮度保持剤による差は見られなかった（図2）。このこ生育抑制に有効であるほか，酸素を起因とする油脂のとから，鮮度保持剤による，米粉焼きドーナツの水分酸化や変色による嗜好性低下を防止できる 3) 利点があ

活性および水分含有率への影響はないことがわかった。

ール蒸散剤においては，乳酸菌や酵母などの嫌気性菌

80
70

利点があるが，食品によってはアルコール臭を強く感

60

水分含有率（％）

に対する生育抑制効果やデンプン老化を抑制できる 4)

じる場合がある。このように，鮮度保持剤の種類によって特徴や機能が異なるため，食品（に求める品質）
ごとに鮮度保持剤の有効性を評価する必要がある。

0.97

0.95

0.93
50
0.91
40
0.89

30
20

そこで，米粉焼きドーナツを脱酸素剤，アルコール

0.87
製造日

蒸散剤あるいは脱酸素アルコール蒸散剤と封入包装後，30 ℃で4週間保存し，一般生菌数の経時変化を調べた
図2

（図1）。

では，2週目で1.5×10 6cfu/gまで菌数が増加していた。
脱酸素アルコール蒸散剤封入包装品（□）においても，- 25 -

2週目

3週目
保存日数

4週目

コントロール（水分含有率）

アルコール蒸散剤（水分含有率）

脱酸素アルコール蒸散剤（水分含有率）

コントロール（Aw）

アルコール蒸散剤（Aw）

脱酸素アルコール蒸散剤（Aw）

水分活性（Aw），水分含有率に対する鮮度保持剤の影響

その結果，コントロール（脱酸素封入包装品；●）

水分活性るが，乾燥が進行しやすい短所もある。また，アルコ3-3 官能評価

5 参考文献

鮮度保持剤封入包装した米粉焼きドーナツの味や風

1)久田

味，食感を調べるため，もぐもぐぽけっと（株）およ孝：日本食品微生物学会雑誌，Vol. 32,

No. 1, pp. 29-33 (2015)

び当所職員により官能評価を行った。その結果，いず2)Leistner L.，Gorris L.G.M.: Trends Food Sci.

れの包装条件においても，食感に差は感じられなかっ

Tech.，Vol. 6，pp. 41‒46（1995）

た。一方，アルコール蒸散剤および脱酸素アルコール

3)遠山良, 関沢憲夫，荒川義行，石谷幸佑：日本食品

蒸散剤封入包装品では，コントロールと比較して若干

工業学会誌，Vol. 27, No. 5, pp. 221-226 (1980)のアルコール臭が感じられたが，商品品質として許容

4)石谷幸佑：農林水産技術研究ジャーナル，Vol. 12,

できる範囲内であった。アルコール蒸散剤封入包装品

No. 9, pp. 21-29 (1989)

は，30 ℃保存条件下で4週間経過後も腐敗およびカビの発生は確認されず，脱酸素アルコール蒸散剤封入包
装品よりも優れた微生物増殖抑制作用を示した（図1）。
さらに，もぐもぐぽけっと（株）が実施した15週間室
温保存試験の結果，アルコール蒸散剤封入包装品は，15週間経過後も一般生菌数は検出限界以下且つ官能評
価結果も商品品質として許容できる範囲内であった。
以上の結果にもとづき，アルコール蒸散剤を封入包装した場合の賞味期限を従来の2週間から4週間（令和4年10月製品化），8週間（令和5年5月製品化）と段階的に延長することができた（図3）。賞味期限を大幅に延長できたことにより，新規販路の拡大が期待される。

図3

製品化したアルコール蒸散剤封入包装の米粉焼きドーナツ

4 まとめ
米粉焼きドーナツを各種鮮度保持剤で封入包装し，賞味期限延長を試みた。その結果，アルコール蒸散剤
封入包装により，米粉焼きドーナツの嗜好性を保持し，且つ微生物の増殖を抑えられることを明らかとし，賞
味期限2週間から8週間へ延長した製品の上市に繋がった。適切な鮮度保持剤選択により，県内企業の製品の保存性を簡便に向上させることができることがわかった。

- 26 -

保存性および嗜好性を両立した食品保存技術の開発（第2報）－草木饅頭の消費期限延長技術－
田﨑 麻理奈 *1

川口 友彰 *1 片山 秀樹 *1

堺 早恵子 *1

香山 眞理子 *2

Development of Food Preservation Technology Combining Shelf Life andPalatability（Ⅱ）- Technology to Extend Shelf Life of Kusaki-manju Marina Tasaki, Tomoaki Kawaguchi, Hideki Katayama, Saeko Sakai and Mariko Kohyama「新しい生活様式」の浸透に伴う通販やお取り寄せ需要の拡大から，おいしさはそのままに，従来よりも長く日持ちする食品の需要が高まっている。（有）江口栄商店では，全国発送に対する顧客からの要望が高まっていたものの，主力商品である草木饅頭（蒸し饅頭）の消費期限が3日と短く対応できない課題があった。そこで本研究では，鮮度保持剤を用いた消費期限延長効果を，一般生菌数・真菌数・水分活性・水分含有率・テクスチャー・官能評価を行うことにより評価した。その結果，脱酸素剤封入包装により，草木饅頭の組成や製法を変えることなく消費期限3日を賞味期限8日に延長可能であることを明らかにし，製品化に至った。

止できる 1) 利点があるが，乾燥が進行しやすい短所も

1 はじめに「新しい生活様式」の浸透に伴い，店内飲食や土産ある。また，アルコール蒸散剤においては，乳酸菌や品購入が減少する一方，調理済み食品の持ち帰りや通酵母などの嫌気性菌に対する生育抑制効果やデンプン

販，お取り寄せ需要が増加する等，消費行動が変化し老化を抑制できる 2) 利点があるが，食品によってはアている。そのため，このような消費者ニーズに対応す

ルコール臭を強く感じる場合がある。このように，鮮べく，おいしさはそのままに，従来よりも長く日持ち度保持剤の種類によって特徴や機能が異なるため，食する食品の需要が高まっている。

品（に求める品質）ごとに鮮度保持剤の有効性を評価

大牟田市の（有）江口栄商店が製造する草木饅頭はする必要がある。

白餡を包んだ１口大の蒸し饅頭であり，長年地元の銘

そこで本研究では，草木饅頭の消費期限延長を目的

菓として親しまれている。蒸し饅頭は水分活性が高く，として，各種鮮度保持剤が草木饅頭の保存性および嗜微生物による変敗の影響を受けやすいことから，消費好性に与える影響を評価した。

期限は短く，草木饅頭においても3日に設定されている。また，デンプン老化による生地の硬化から，嗜好

2 研究，実験方法性も低下しやすい上，低温流通によりその影響は顕著

2-1 試料となる。したがって，遠方地域への発送が困難であり，製造日に（有）江口栄商店から入手した草木饅頭を

顧客ニーズが多いものの，全国発送に対応できない課使用した。草木饅頭の重量は1個あたり約18 gであっ題があった。

た。鮮度保持剤は脱酸素剤（（株）鳥繁産業，エバー

和洋菓子類における鮮度保持技術のうち，現在広く

フ レ ッ シ ュ ）， ア ル コ ー ル 蒸 散 剤 （ フ ロ イ ン ト 産 業

普及している方法の一つに鮮度保持剤の利用がある。

（株），アンチモールド）および脱酸素アルコール蒸鮮度保持剤は食品包装内に同封することにより，包装

散剤（フロイント産業（株），ネガモールド）の3種類

内の雰囲気を制御し，食品の保存性を向上させることを使用した。

ができる。脱酸素剤では，包装内の酸素を吸収し,カ

ガスバリア性を有する合掌貼ガゼット袋（福助工業

ビなどの好気性菌の生育抑制に有効であるほか，酸素（株））に饅頭を10個入れ，鮮度保持剤を1個封入したを起因とする油脂の酸化や変色による嗜好性低下を防ものを試料とした。また，鮮度保持剤未封入包装品をコントロールとした。なお，試料とコントール品は製*1 生物食品研究所*2 有限会社江口栄商店

造日が異なるものを使用した。
- 27 -

2-2 保存試験

一般生菌数の経時変化を図1に示す。コントロール

いずれの試料も30 ℃の恒温器で14日間保存し，製（鮮度保持剤未封入包装品；◇）では，3-7日目で菌造0，3，7，10，14日後に一般生菌数，真菌数，水分数が増加し，饅頭皮部分にカビの発生を認めた。アル

含有率，水分活性およびテクスチャーを調べた。ただコール蒸散剤封入包装品（▲）においても，10日目でし，テクスチャーは5日目も測定を実施し，併せて，

1.4×107cfu/gに菌数が増加し，カビの発生を認めた 。

実際の味や風味，食感を確認するため官能評価も実施

一方，脱酸素剤（●）および脱酸素アルコール蒸散剤

した。

封入 包装 品 （□ ）で は，14日目も菌数 は1.7～2.0×

2-3 一般生菌数および真菌数

10 4cfu/gであり，カビの発生も認められなかった。

饅頭1個をストマッカー袋に採取し，滅菌生理食塩

真菌数の経時変化を図2に示す。コントロール

水180 mLを加え，1分間ストマッカー（アズワン（株），（◇）では7日目，アルコール蒸散剤封入包装品

E-Mix primo）で均質化した。一般生菌数は，リン酸（▲）では10日目で菌数の増加が認められ，いずれに緩衝生理 食塩水 で希 釈した試 料1 mLをフィルム培 地

おいてもカビの発生が観察された。これらの結果は，（ キ ッ コ ー マ ン バ イ オ ケ ミ フ ァ （ 株 ）， Easy Plate

図1の一般生菌数の結果と同様であった。一方，脱酸AC）に接種し，35 ℃で48時間培養後，出現コロニー素剤（●）および脱酸素アルコール蒸散剤（□）封入数を計測し試料1 gあたりの一般生菌数を算出した。

包装品では，14日目も真菌数は検出限界以下を示した。

真菌数も同様に，リン酸緩衝生理食塩水で希釈した試

以上の結果から，草木饅頭の一般生菌数および真菌料1 mLをフィルム培地（3M，ペトリフィルム YMプレ数の制御には，脱酸素剤および脱酸素アルコール蒸散ート）に接種し，25 ℃で72時間培養後，出現コロニ剤が有効であることがわかった。

ー数から試料1 gあたりの真菌数を算出した。
2-4 水分活性100000000
108
10000000107

饅頭の水分活性は電気抵抗式水分活性測定装置

1000000
106

2-5 水分含有率
饅頭の水分含有率は加熱乾燥式水分計((株)A＆D，菌数（cfu/g)(Novasina社，LabSwift-aw)で測定した。

MS-70)で測定した。

脱酸素剤

100000105

脱酸素アルコール蒸散剤

10000
104

アルコール蒸散剤

3
1000
10

コントロール（未封入）

2
10100
1
1010

2-6 テクスチャー

0 1

クリープメータ（（株）山電，RE2-33005C型）を用

製造日 3日目

いて，饅頭のかたさおよび付着性を測定した。直径30
図1mmの円筒状のプランジャーを用い，条件は，測定歪率1000000
106mm，接触面直径30 ㎜，格納ピッチ0.02

sec，ロード

100000105

セル20 Nとした。測定は1つの試料につき5回以上行い

10000
104

2-7 官能評価

菌数（cfu/g)

10 %，測 定速 度5 ㎜/sec， サン プル の厚 さ実 平均20

再現性を確認し，平均値および標準偏差を算出した。

7日目 10日目 14日目

保存日数

各種鮮度保持剤を同封したことによる草木饅頭の味

一般細菌増殖に対する鮮度保持剤の影響

脱酸素剤

3
1000
10

脱酸素アルコール蒸散剤
アルコール蒸散剤

2100
10

コントロール（未封入）
11010

や風味，食感への影響を確認するため，（有）江口栄

01
製造日商店および当所職員からなるパネリスト5人以上によ

3日目

7日目

10日目 14日目

保存日数

り官能評価を行った。なお，官能評価は腐敗やカビの

図2

真菌増殖に対する鮮度保持剤の影響発生が確認されたものを除き，毎日実施した。
3-2 水分活性および水分含有率への影響
3 結果と考察コントロールおよび鮮度保持剤封入包装品のいずれ3-1 微生物増殖抑制効果- 28 -

7に変化が見られなかった（図3）。このことから，鮮度6保持剤による，草木饅頭の水分活性および水分含有率5
かたさ（荷重） （N）

においても，14日経過後も水分活性，水分含有率ともへの影響はないことがわかった。
80
0.98

4
3
2

70
0.95

1
0.92

50
0.89
40

脱酸素剤

0.86

30

N.E N.E N.E

N.E

0

水分活性

水分含有率（％）

60

アルコール
蒸散剤

脱酸素
アルコール蒸散剤

1日目

3日目

5日目

7日目

10日目

14日目

0.83
N.E

20
製造日

3日目

7日目
保存日数

N.E

10日目

N.E

コントロールN.E：腐敗のため未実施

図4

0.8

かたさへの鮮度保持剤の影響

14日目

コントロール（水分含有率）

脱酸素剤（水分含有率）

アルコール蒸散剤（水分含有率）

脱酸素アルコール蒸散剤（水分含有率）

コントロール（Aw）

脱酸素剤（Aw）

アルコール蒸散剤（Aw）

脱酸素アルコール蒸散剤（Aw）

140
120

N.E：腐敗のため未実施

水分活性（Aw），水分含有率に対する鮮度保持100
付着性 （J/m³）

図3

剤の影響

3-3 テクスチャーへの影響

80
60
40

饅頭表面の付着性（ペタペタ感）およびやわらかい

20

食感が草木饅頭の特徴であり，商品品質上，重要な指

0

N.E

脱酸素剤

標である。そこで，鮮度保持剤による草木饅頭のテク
スチャーへの影響を調べるため，30 ℃14日間保存し，

アルコール
蒸散剤

1日目
7日目

3日目
10日目

N.E N.E N.E

脱酸素
アルコール蒸散剤

コントロール

5日目
14日目
N.E：腐敗のため未実施

かたさおよび付着性の経時変化を調べた（図4，5）。

図5

付着性への鮮度保持剤の影響

その結果，図4に示すように，いずれの包装条件においても経時的にかたさが増加する傾向を示したもの

3-4 官能評価の，アルコール蒸散剤封入包装品のかたさの変化は，鮮度保持剤封入包装した草木饅頭の味や風味，食感

その他よりも緩やかであった。詳細な検討は必要であを調べるため，（有）江口栄商店および当所職員によるが，アルコール蒸散系の鮮度保持剤はデンプンの老り官能評価を行った。その結果，アルコール蒸散剤お化抑制作用があることから，アルコール蒸散剤封入包

よび脱酸素アルコール蒸散剤封入包装品では，食感は装により，デンプンの老化が抑制され，かたさの増加良好であるものの，アルコールの風味が気になるとのを抑制した可能性が考えられる。一方，脱酸素アルコ評価であった。一方，脱酸素剤封入包装品では，かたール蒸散剤封入包装では，かたさの増加抑制が認めらさ及び付着性測定において,保存日数経過とともに製れなかった。これは，脱酸素アルコール蒸散剤封入包

造日よりも品質低下を示唆する結果が得られたものの装した草木饅頭のアルコール臭がアルコール蒸散剤に（図4,5），官能評価の結果においては，保存8日目ま比べ感じにくかったことから，アルコール蒸散量が低で風味や食感が良好で，商品品質を保持しているとのいためと考えられる。

評価が得られた。脱酸素剤封入包装品はまた，微生物

付着性の経時変化を図5に示す。いずれの包装条件試験の結果においても，30 ℃保存条件下で14日経過においても，日数経過とともに付着性の低下が認めら後も腐敗およびカビの発生は確認されなかった（図1，

れた。鮮度保持剤の違いによる顕著な差は見られなか

2）。以上の結果から，脱酸素剤で封入包装した場合のった。

賞味期限を8日に決定した。なお，従来は“消費期- 29 -

限”表記であったが，本研究により5日以上の日持ちが確認されたことから，脱酸素封入包装品については“賞味期限”表記 とした。 令和4年7月に製品化（図6）し，これまで困難だった遠方地域への発送が対応可能となったことで，百貨店催事等への出店の増加やふるさと納税返礼品にも採用され販路拡大に繋がっている。

図6

製品化した脱酸素剤封入包装の草木饅頭

4 まとめ
草木饅頭を各種鮮度保持剤で封入包装し，消費期限延長を試みた。その結果，脱酸素剤封入包装により，
草木饅頭の嗜好性を保持し，且つ微生物の増殖を抑えられることを明らかとし，消費期限3日から賞味期限8日へ延長した製品の上市に繋がった。

5 参考文献1)遠山良, 関沢憲夫，荒川義行，石谷幸佑：日本食品工業学会誌，Vol. 27, No. 5, pp. 221-226 (1980)
2)石谷幸佑：農林水産技術研究ジャーナル，Vol. 12,
No. 9, pp. 21-29 (1989)- 30 -

福岡県家具ブランド力向上支援事業
製品企画力高度化支援事業における製品開発事例-木を使ったモダンデザインのフロアライトの開発隈本 あゆみ *1 友延 憲幸 *1 石川 弘之 *2 青木 幹太 *3 酒見 達郎 *4 鈴木 康洋 *5

The Project with which it's Supported to Improve the Furniture Branding
The Example Product Deveropment by The Project with which it's Supported to
Advance The Product Planning capability- Development of a modern design floor light using wood Ayumi Kumamoto，Noriyuki Tomonobu，Hiroyuki Ishikawa，Kanta Aoki，
Tatsuro Sakemi and Yohei Sasaki

株式会社丸庄(以下，丸庄)は，チェスト，テレビボード等の箱物家具，ソファ等の脚物家具を製造販売している企業である。箱物，脚物共に製造できる高い技術力を有する丸庄は，空間をトータルで演出し提案できる家具メー
カーに成長したいと考えていた。そこで，「福岡県家具ブランド力向上支援事業 製品企画力高度化支援事業」に参加し，製品開発に取り組んだ。開発アイテムを照明に絞り，空間全体を演出できる，アート的要素を備えたデザイ
ンのフロアライトというコンセプトを構築し，ペリクラークアンドパートナーズジャパン株式会社にデザインを担
わせ，木を使ったモダンデザインのフロアライトを開発し製品化した。

1 はじめに2 事業の取り組み内容

本報では，「福岡県家具ブランド力向上支援事業 製

2-1 製品開発の目的

品企画力高度化支援事業」（以下，本事業）における丸庄は，北米原産の広葉樹を中心とした無垢材を用株式会社丸庄（以下，丸庄）の製品開発の取り組みをいて，チェスト，テレビボード等の箱物家具，ソファ

報告する。本事業の目的や概要については，令和2年等の脚物家具を製造販売している従業員 20 名（事業度研究報告掲載「福岡県家具ブランド力向上支援事業

参加当時）の企業である。無垢材を用いた重厚感高級製品企画力高度化支援事業における製品開発事例（そ感のある家具テイストが持ち味である。特に実用新案の1）」内の「1 はじめに」と「2 方法」を参照していを取得した「ウェーブ加工」（木の節目や杢目の流れ

ただきたい。また，本事業において丸庄の製品開発にに沿って凹凸を彫り込み節目を浮き出させる加工）を関わった製品開発グループおよびデザイン事業者のメ施した製品群は，差別化が難しい箱物家具市場においンバーを表1に示す。

て存在感を示している(図 1 参照)。自社製品が市場に認知される中，空間をトータルで演出し提案できる家

表1

製品開発グループとデザイン事業者

製品開発グループ具メーカーに成長したいと考えていた。そこで，本事

デザイン事業者

業に参加し商品開発を行うこととなった。

•九州産業大学 芸術学部

•ペリクラ ークアン ドパート ナーズジャ

青木幹太教授パン株式会社•株式会社丸庄•インテリア研究所

*1
*2
*3
*4
*5

インテリア研究所
公益財団法人 福岡県産業・科学技術振興財団
九州産業大学 芸術学部
株式会社丸庄ペリクラークアンドパートナーズジャパン株式会社

図1

丸庄製品ソファ（左）とウェーブ加工を施した
箱物家具の前板（右）- 31 -

2-2 製品コンセプトの構築とデザイン事業者の選定

ロアライト。

製品コンセプトの構築は丸庄が中心となり，適宜，(デザイン仕様書の主な仕様)

製品開発グループがフォローをする体制で行った。

・他の家具や，照明自体のウェーブ加工に光を当てる

まず，本事業の開発アイテムとして選定した照明にことで，加工面を魅力的に見せる間接照明デザインでついて，使用場所と用途を明確にする必要があった。

あること。

そこで，本事業に参加する丸庄内の開発グループ 5 名

・インテリアやオブジェとしての役割を重視した間接が「丸庄に置きたい照明」という視点で製品アイデア

照明デザインであること。

をイラ スト化した(図 2)。ま た，5 名の アイ デア か・金属や石材などの異素材を組み込んだモダンアート

ら，「アート的な要素をもつ」「時間の経過を感じる」

的な間接照明デザインであること。

「既存の製品との調和」といったキーワードが挙がっ

公募の結果，複数のデザイン提案の中から，造形がた。これらのことから，空間へ気軽に設置でき，自社

美しく「製品コンセプトに基づくデザイン開発方針・の製品と 一緒に 使用 してもら いやす い“フロアラ イ

方向性の妥当性」と「コミュニケーション能力」など

ト”を開発することとした。

の観点において評価が高かったペリクラークペリアー

製品開発グループのフォローはデザイン事業者に依キテクツジャパン株式会社（現在，ペリクラークアン

頼する内容の仕様書の作成にまで及び，主に丸庄が仕ドパートナーズジャパン株式会社

以下，ペリクラー様書の作成を行った。仕様書にも上記のキーワードをク）（東京都）の「ROTINI（ロティーニ）」（図 3）を活用し，“「ウェーブ加工」の陰影を魅力的に表現して採択した。

空間全体を演出しできる，アート的要素を備えたデザ
インのフロアライト”というコンセプトを記載した内容となり，これに基づきデザイン事業者を全国から募
集した。

図3

採択した「ROTINI」

2-3 デザインの具現化(製品の製作)
丸庄，九州産業大学および当所で構成する製品開発
グループとペリクラークは，「ROTINI」開発において，
図2

4 つの課題を解決し具現化した（図 4,5）。

丸庄の開発グループがデザインした①台座の素材・塗装・構造の検証「丸庄に置きたい照明」案

台座は本体である木部と，木部を覆う様に取り付けるカバーから成る。カバーの素材は経年変化を感じら(基本コンセプト)

れる真鍮とした。コストを抑えるため真鍮板の既製サ・丸庄独自の木材加工技術「ウェーブ加工」を，よりイズから加工が可能になるようカバーサイズを検討し，魅力的に表現するフロアライト。

塗装は自社で行うこととなった。

・丸庄の家具がある空間に置くことで互いに魅力を引き立て合う，上質なアート的要素を持つデザインのフ- 32 -

表2

図4

実施した試験項目とその結果具現化するための課題箇所①～③②木部の寸法・内部構造
台座のサイズが決定した段階で，全体のバランスを取りながら寸法を検討した。木部内にコードを通すため，厚み 30mmの角材を 2 枚重ねに継ぐ方法を採用し，内部にNCルーターによるくりぬき加工を施した。
③回転部の形状・機構・素材
回転部はコードを通すため空洞が必要であった。
コードを通しつつ灯具設置部が回転するよう，ダンパーなど既製品を探したが，条件に合うものが見つからなかったため，オリジナルの金具を製作することとなった。試作にはペリクラークが保有する 3Dプリンタ

3 まとめーを活用しプロトタイプを作成，検証を重ねた。

丸庄は本事業に参加し，製品開発グループや外部有④灯具の仕様・PSE・配光

識者の協力を得て，自社製品を引き立たせるフロアラ

灯具は調光機能を有し，台座に収まる形状のもの

イトの製品コンセプトを構築した。更にそのコンセプを採用した。PSEマークを表示できるよう自主検査体トに基づいたデザインをペリクラークが担当すること制の整備を行った(図 5 参照)。

で，「ROTINI」を製品化した。
製品化後は，展示会へ出展するなど精力的な販促活動に努めている。

4 参考文献1)石川弘之，隈本あゆみ，西村博之，青木幹太，酒見
図5

史裕，酒見典広，田中敏憲：福岡県工業技術セン具現化するための課題箇所④

ター研究報告，No.30，pp. 21-24(2020)
2)著作者：意匠登録1731687(2022)

完成した製品は，インテリア研究所で安全性評価のための強度試験を実施した。試験内容，目的，結果は
表 2 に示す通りで安全性に問題がないことが確認された。
「ROTINI」は意匠権の保護を目的として，丸庄と福岡県の共同出願という形で，全体意匠を出願した 2) 。

- 33 -

福岡県家具ブランド力向上支援事業
製品企画力高度化支援事業における製品開発事例-収楽（しゅうらく）家具の開発隈本 あゆみ

*1

友延 憲幸

*1

石川 弘之 *2

青木 幹太 *3 小早川 恒緒 *4 白石 香波 *4 板場 奈美 *5

The Project with which it's Supported to Improve the Furniture Branding
The Example Product Deveropment by The Project with which it's Supported to
Advance The Product Planning capability- Development of SHURAKU Furniture Ayumi Kumamoto, Noriyuki Tomonobu, Hiroyuki Ishikawa, Kanta Aoki,
Tuneo Kobayakawa, Kanami Shiraisi and Nami Itaba

株式会社アルファタカバは，ディズニー等のキャラクターライセンス家具を中心とした箱物家具の製造・販売を得意としている。今後，タンス類の生産販売数は減少していくことが予測される中，箱物家具を製造してきた技術を生かし，キャラクターライセンス家具とは別に，元気で活発な高齢者をターゲットとした収納家具を開発し，新しい箱物家具の価値を見出したいと考えていた。
そこで，外部の力を借りて開発ができる「福岡県家具ブランド力向上支援事業 製品企画力高度化支援事業」に参加し，製品開発に取り組んだ。

1 はじめに2 事業の取り組み内容

本報では，「福岡県家具ブランド力向上支援事業 製

2-1 製品開発の目的

品企画力高度化支援事業」（以下，本事業）におけるアルファタカバは，図 1 に示すようにディズニー等

株式会社アルファタカバ（以下，アルファタカバ）ののキャラクターライセンス家具を主力製品に箱物家具製品開発の取り組みを報告する。本事業の目的や概要製造を行う企業である。キャラクターライセンス家具

については，令和2年度研究報告掲載「福岡県家具ブにおいては全国でも著名なメーカーであり，キャラク

ランド力向上支援事業 製品企画力高度化支援事業にターライセンス家具事業と別の柱として，箱物家具をおける製品開発事例（その1）」内の「1 はじめに」と作ってきた技術を生かした「収育(しゅういく)®」 2）「2 方法」を参照していただきたい 1）。また，本事業を取り入れた製品開発を行っている。収育®がキッズ

においてアルファタカバの製品開発に関わった製品開に向けた収納家具であるのに対し，新たに「収楽(し発グループおよびデザイン事業者のメンバーを表1にゅうらく)」というキーワードで，介護を必要としな示す。

い元気で活発な高齢者(以下，アクティブシニア)に向けた収納家具の開発を検討していた。しかし，開発に

表1

製品開発グループとデザイン事業者
開発開発グループ・九州産業大学 芸術学部 青木幹太教授
・株式会社アルファタカバ

必要な専門知識を有しておらず，開発に取り組めてい

デザイン事業者なかった。本事業活用することで開発に着手できるた・一級建築士事務所
もりのわ設計室め，専任者を立てて参加することとなった。

・インテリア研究所

*1
*2
*3
*4
*5

インテリア研究所
公益財団法人 福岡県産業・科学技術振興財団
九州産業大学 芸術学部
株式会社アルファタカバ
一級建築士事務所 もりのわ設計室

図1

アルファタカバの既存製品

ディズニー家具（左）収育シェルフ（右）- 34 -

2-2 製品コンセプトの構築とデザイン事業者の選定
製品コンセプトの構築にあたって，まず，アルファ
タカバが中心となり，参入する市場の分析や社会的な

シンプルな形状で，「身体的な困りごと」(表 2)をサポートしたり，収納物をスムーズに片づけられるなどの機能を付与した家具のデザイン

傾向の洗い出しなどを行った。更に，ターゲットとし公募の結果，複数のデザイン提案の中から，生活者て設定したアクティブシニアにグループインタビュー

目線に立ったデザインであり，福祉関係のデザイン設を行った（表 2）。その結果，アクティブシニアは身計の経験がある 一級建築士事務所 もりのわ設計室

体的な衰えが原因で，普段から日常生活に少しだけ不（大分県）(以下，もりのわ設計室)の「ダブルチェア

便を感じることがあることが分かった。これらの意見ー収納」（図 2）を採択した。

を元に，デザイン事業者へ依頼する内容を記した仕様書の作成をアルファタカバが行った。仕様書では，社会背景とアクティブシニアをターゲットとする理由を明確にし，人間工学に則ったデザインを実施できるデザイン事業者へ応募してもらうことを目指した。こうして仕様書は，“片づけの時に感じる「ちょっとした
辛いこと」をサポートする家具”というテーマで完成
し，これに基づきデザインするデザイン事業者を公募
した。
図2
表2

採択した「ダブルチェアー収納」

グループインタビューでアクティブシニア
2-3 デザイン事業者によるデザインと製品から聞かれた日常生活で生じる困りごと

アルファタカバ，九州産業大学および当所で構成す

・握力が弱くなったる製品開発グループともりのわ設計室は，アルファタ→扉や引き出しが開けにくい

カバによる試作品を基に，安定性と安全性が最適とな→丸いつまみやハンドルは開けにくい要因

るよう検討を重ねた。特に「ダブルチェアー収納」の→幅のある引き出しが引き出しづらくなった

A部(図 3)は，手すりとして使用者の身体を支えるよ
うな利用を想定しているため(図 4)，横揺れを完全に・もの忘れが増えた防止し，安定性を保つ必要があった。

→収納物の場所を忘れる→鍵の場所を忘れる

・立ち上がりがつらい→床座がつらく，ほぼ椅子で過ごす→椅子もダイニングチェア程度の高さがないとつらい（膝の角度が最低でも 90 度以上ないとつらくなる）

図3

ダブルチェアー収納の構成

・立ちっぱなしがつらい→膝や腰に負担がかかる(基本コンセプト)
シニア世代の「ちょっとした辛いこと」を軽減できる機能がある収納機能付き家具(デザイン仕様書の主な仕様)

図4

北欧家具に見られるナチュラルな色味や無駄のない- 35 -

ダブルチェアー収納Aの使用シーン

そこで，初期試作品へ使用していたアルミパイプを使用できるという販売促進用のチラシを作成した。

廃し，補強のためA部の中間付近に面材を取り付けた。

「SOERU」は意匠権の保護を目的として，アルファタ

完成した製品は図 5 のとおりである。

カバと福岡県の共同出願という形で，全体意匠を出願した 3) 。

3 まとめ
アルファタカバは本事業に参加し，製品開発グルー
プや外部有識者の協力を得て，市場やターゲットの分析を行い，製品コンセプトを構築した。更にそのコンセプトに基づいたデザインをもりのわ設計室が担当す図5ることで，安全性とデザイン性を反映させた「SOERU」

製品（商品名「SOERU」）

を製品化した。
製品化後，アルファタカバは「SOERU」をwoodデザ

完成した製品（図 3 に示すA部およびB部）は，安全

インアワードに応募するなど，意欲的にPR活動を行っ性評価のため，JIS試験 3)4)に則った強度試験をインテている。

リア研究所が実施した。試験結果は表 3 に示す通り全て「異状なし」で安全に使用できることが確認された。

4 参考文献表31)石川弘之，隈本あゆみ，西村博之，青木幹太，酒見

実施した試験項目とその結果

史裕，酒見典広，田中敏憲：福岡県工業技術セン
ター研究報告，No.30，pp. 21-24(2020)
2)一般社団法人日本収納検定協会HP（オンライン）
https://shu-ken.or.jp/shuiku01/(参照2023-0331）
3)JIS S 1203:1998家具-いす及びスツール-強度と耐久性の試験
4)JIS S 1200:2012家具-収納ユニット-強度及び耐久性試験
5)著作者：意匠登録1731926(2022)

さらに，商品開発と平行して販売戦略を考えた。まず，販売する際に「ダブルチェアー収納」を表すネー
ミングとして，使用している人にそっと寄り添い，生
活し易くするという意味を込め「SOERU (ソエル)」という商品名を採用した。
次に，自宅のどんな場所で使用され，どんな物を収納するかアルファタカバを中心に議論し，1 日の行動の流れに注目し，朝から晩まで家庭のあらゆる場所で- 36 -

福岡県家具ブランド力向上支援事業
製品企画力高度化支援事業における製品開発事例-年輪材の価値を感じることができるテーブルの開発友延 憲幸 *1 石川 弘之 *1 青木 幹太 *2 植木 正明 *3 沖石 純子 *3 久保 哲也 *4

The Project with which it's Supported to Improve the Furniture Branding
The Example Product Deveropment by The Project with which it's Supported to
Advance The Product Planning capability- Development of a table that allows you to feel the value of the annual ring wood Noriyuki Tomonobu, Hiroyuki Ishikawa, Kanta Aoki,
Masaaki Ueki, Junko Okiishi and Tetsuya Kubo

株式会社ウエキ産業(以下，ウエキ産業)は，原木の調達から，乾燥・加工・製品化まで一貫して自社で行い，製材と木製品を販売する企業である。ウエキ産業が調達する原木には，利用が困難な部位もあるが，その中でも樹木の根に近い部分（地際部）について，薬剤の注入等で家具の部材として利用できるように改良を行ってきた。今回，改良に成功した地際部材（輪切りにした年輪材）を天板としたテーブルの開発を行うために，「福岡県家具ブラン
ド力向上支援事業 製品企画力高度化支援事業」に参加し，製品開発に取り組んだ。

1 はじめに最も多いスギであるが，その中には利用が困難な地際

本報では，「福岡県家具ブランド力向上支援事業 製部も含まれる。地際部は輪切りにすると大型の円盤材品企画力高度化支援事業」（以下，本事業）におけるとして採取でき，この円盤材を家具材料として取り扱

株式会社ウエキ産業（以下，ウエキ産業）の製品開発

うことを検討してきた。地際部を円盤材として利用すの取り組みを報告する。本事業の目的や概要についてる際に最も大きな問題として挙げられるのが，乾燥時は，令和2年度研究報告掲載「福岡県家具ブランド力に発生する大きな V 字型の割れ（図 1）である。そこ

向上支援事業 製品企画力高度化支援事業における製で，ウエキ産業は近年，割れの発生を抑える技術を開品開発事例（その1）」内の「1 はじめに」と「2 方発し，地際部の円盤材（以下，円盤材）を家具材料と法」を参照していただきたい。また，本事業においてして扱える品質とすることに成功した。本事業では，

ウエキ産業の製品開発に関わった製品開発グループお家具材料として扱えるように開発された円盤材を天板

よびデザイン事業者のメンバーを表1に示す。

として利用したテーブルの開発を行った。

表1

製品開発グループとデザイン事業者
製品開発グループ

デザイン事業者•九州産業大学 芸術学部 青木幹太教授•KUBO DESIGN STUDIO•株式会社ウエキ産業•インテリア研究所

2 事業の取り組み内容

図1

2-1 製品開発の目的

材（右）ウエキ産業が調達する主要な原木は国内で蓄積量が
*1
*2
*3
*4

V 字割れした円盤材（左）と割れを抑えた円盤

2-2 製品コンセプトの構築とデザイン事業者の選定

インテリア研究所
九州産業大学 芸術学部
株式会社ウエキ産業
KUBO DESIGN STUDIO

製品コンセプトの構築はウエキ産業が中心となり，適宜，製品開発グループがフォローを行う体制をとっ- 37 -

た。

に基づきデザインする事業者を公募した。

まず，今回の開発でウエキ産業がこだわった点は
企業ポリシーでもある木材の有効利用や地球環境の保(基本コンセプト)

全などに配慮することであり，従来利用できなかった

年輪をデザインのアクセントとした重厚感と存在感

地際部を材とした製品づくりである。さらに，地際部のある質感を生かして，家では主役となり，また永くを利用することで大径の材の採取が可能となり，その使用できるテーブルの開発。

材を輪切りにすれば年輪が表情を見せる。製品の中で(デザイン仕様書の主な仕様)

年輪をど のよう に見 せるかと いう点 にもこだわっ た

地際部を輪切りにした杉の年輪材を天板とし，その（年輪材は一般的に直径 500mm 程度の材が流通する

天板の存在を引き立たせるデザインの脚部を有するこが，地際部を年輪材にすると直径 1,000mm 以上の材のと。

採取が可能となる）（図 2）。また，木を材として扱う

公募の結果，複数のデザイン提案の中から，大径の企業として，年輪の存在を際立たせることで，ユーザ

年輪材の存在を際立たせる脚部デザインが優れている

ーには木の生長に触れてもらい，自然の歴史を感じてことや大径のみに留まらず様々なサイズの年輪材に対欲しいという思いがあった。

応できる数種の脚部をデザインしていたことに加え，「製品コンセプトに基づくデザイン開発方針・方向性の妥当性」，「コミュニケーション能力」などの観点に1，350mm

おいて最も評価が高かった KUBO DESIGN STUDIO（福岡県）の「MONUMENTAL（モニュメンタル）」（図 3）を採択した。

1，200mｍ

図2

大径の地際部の年輪材

同社のこだわりや思いを実現するために，年輪がより人目や手に触れることができる家具をコンセプトとして，年輪材を天板としたテーブルを開発することとした。製品開発グループのフォローはデザイン事業者に依頼する内容の仕様書の作成にまで及び，「どのように記載することで自分たちの意図する内容が伝わるか，理想のデザイン案が出てくるか」ということを踏まえながら，ウエキ産業が主体となり仕様書の作成を行った。
図3

こうして “年輪材の価値を感じることができるテ採択した「MONUMENTAL」シリーズ（一部）
上から Moneo criff(open)，Moneo

ーブルの開発”というテーマの仕様書が完成し，これcafé(side)table，Moneo low table- 38 -

2-3 デザインの具現化(製品の製作)

4 参考文献ウエキ産業、九州産業大学および当所で構成する製品 開 発 グ ル ー プ と KUBODESIGN

1)石川弘之，隈本あゆみ，西村博之，青木幹太，酒見STUDIO は ，史裕，酒見典広，田中敏憲：福岡県工業技術セン「MONUMENTAL」シリーズの数種の脚部において，材料

ター研究報告，No30，pp. 21-24(2020)の選定，また内製するか外注とするかを協議した。

2)著作者：意匠登録1744068(2023)

Moneo Criffはシリーズの主力製品と位置づけ，自社で加工できる材料と設計方法を検討し脚部を内製することで，安定したコスト管理と受注に対する迅速な対応を可能とした。Moneo caféの脚部は，デザイン事
業者の要望から材料をスチール材としたことにより，外注による製作となった。Moneo low table の脚部は，陶器の利用も検討したがコスト面から断念し，木材とした。デザインされた脚部を曲面加工する方法に苦慮したが，カービング技術による加工に辿り着き，カー
ビング職人への外注で製作が可能となった。
主力製品となるMoneo criffは意匠の保護を目的として，ウエキ産業と福岡県との共同出願という形で，全体意匠を出願した 2)。

3 まとめ
本事業への参加により，製品開発グループや外部有識者の協力を得て，ウエキ産業の企業ポリシーを表現することを念頭においた製品コンセプトを構築した。
さら に， その コン セプ トに 基づ いた デザ イン をKUBO
DESIGN STUDIOが担当することで，「MONUMENTAL」シ
リーズを製品化した。
製品化後は，展示会への出展（図 4），福岡市内に営業活動拠点を新設するなど，精力的な販促活動に努
めている。

図4

展示会出展の様子- 39 -

センダン材家具に関する開発支援岡村 博幸 *1

羽野 泰史 *1

隈本あゆみ *1

脇坂政幸 *1

Development support for Sendan furniture
Hiroyuki Okamura, Yasusi Hano, Ayumi Kumamoto and Masayuki Wakisaka

近年，県内の家具製造業社によりセンダン材家具が開発されているが，これまで家具用材としての利用実績が少ないことから物性データが不足しており，その特性を活かした製品開発ができないこと等が課題となっている。そこで，センダン材積層曲げ部材を用いたテーブル用脚部の開発支援を行い，テーブル製品としての製品性能試験を実施した。その結果，垂直力試験及び水平力試験において使用上支障がない強度の部材であることを確認した。更にセンダン材椅子の製品性能試験5項目を実施し使用上の支障がないことを確認した。

1 はじめにの部材を得ることができるが，今回試作した脚部材は早生樹であるセンダン（ Melia azedarach L. ）は15

非常に意匠性の高いものであった（図2）。

～20年の比較的短伐期で収穫が可能であることから 1) ，森林保全や林業振興の観点等の理由により期待が高まっている。県内でも協同組合福岡･大川家具工業会が「SOUSEI（早期循環型地域材活用プロジェクト）」と2)

してセンダン材を使用した家具等を商品化している 。
しかし，センダン材はこれまで家具用材としての利用実績が少ないことから物性データが不足しおり，そのLowタイプ-1

寸法（mm）
a
b
c
450
300
70

Lowタイプ-2

450

300

70

14

Highタイプ-1

700

300

70

14

Highタイプ-2

650

300

80

14

図1

試作品の寸法

図2

試作品の外観積層数12

特性を活かした製品開発ができないこと等が課題となっている。そこでテーブル用脚部として，センダン材の積層曲げ部材の開発，及びセンダン材椅子の製品性能試験による強度の確認を行った。

2 実験方法2-1 積層曲げ部材の試作
県内の家具製造企業よりセンダン材の積層曲げ加工技術を用いたテーブル用脚部の開発相談があり， L字型脚部材の試作品を製作した。当所のこれまでの知見により 3)，4) ，単板厚さ2 mm，積層枚数12枚または14枚，酢酸ビニル系接着剤の製造条件で木型を用いて粗加工

2-2 L字型脚部材の強度試験
2-1で試作した試作品の強度性能を把握するため材品を製作した。同社では，リビングテーブルを想定し料試験機（（株）島津製作所，AG－100kNX）を用いてた脚が短いLowタイプ及びダイニングテーブルを想定

荷重試験を行った。試験方法については日本産業規格した脚部が長いHighタイプの2タイプの製品を企画しのテーブルの垂直 力試験 5) の試験区分3を参考とした。

ていたため，それらの仕様を検討するため木型で製作

同規格ではテーブル天板に1,000 Nの荷重を10秒間，した粗加工品を切削して寸法の異なる試作品を製作し10回加えることが規定されている。よって，本研究でた（図1）。積層曲げ加工は無垢板を曲げたような外観

は4本脚テーブルを想定して1,000（N）/4（本）＝250（N）の荷重を10秒間，10回加えた（図3）。

*1 インテリア研究所- 40 -

した。試験区分については試験区分5の実施も検討したが，試験中に脚部の脚先を抑えるストッパーを逸脱して試験不能であったため，試験区分3のみで実施した。

2-4 センダン材椅子の製品性能試験
県内の家具製造企業が製作したセンダン材椅子製品
について製品性能試験を実施した。本製品はセンダン
図3

L 字型脚部材の強度試験の概要

無垢材で製作され，デザインはホワイトオーク材等で生産されている既存製品と同一である（図5）。試験項

L 字型脚部材を用いたテーブルの製品性能試験

目は日本産業規格のいすの強度試験方法 6) のうち①座

Highタイプ-2の脚部材を取り付けたテーブル製品に面の静的強度試験，②背もたれの静的強度試験，③脚

対して，製品性能試験を実施した。試験方法は家具試部の静的前方強度試験，④脚部の静的側方強度試験及験機（（株）東京試験機，SFDC－0010／300－01）を用

び⑤背もたれの耐衝撃性試験をいずれも試験区分5でいて，日本産業規格のテーブルの垂直力試験と水平力

実施した。

2-3

試験 5) とした。垂直力試験については家具製造企業が製品の脚本数を3本と4本で企画していたことから，脚本数が3本と4本の試験体について製品性能試験を行った。天板には製品化を想定している丸太の輪切り材を用いた。本材は天然材料であるので天板外周は非対称の円形であった。また厚みは非常に厚く剛性があるものであった。荷重箇所は天板の中心とし，荷重は同規格の試験区分5を参考に1,800 Nとした。なお，同規格

図5

センダン材椅子製品の外観

では試験区分1～4は1点負荷で，試験区分5はこれらと異なり中心間距離が560 mmの2点負荷となっているが，3 結果と考察本研究では装置の仕様から2点負荷が困難であったこ

3-1

L字型脚部材の強度性能とから1点負荷で実施した。水平力試験の概要は図4の図6にL字型脚部材の強度試験結果の例を示す。1回通りであるが，脚本数が3本の試験体では構造上試験

から10回の負荷まで荷重に伴う変位に顕著な変化はな不能であったため，脚本数が4本の試験体のみを試験かった。いずれの試作品も同様の傾向が見られたことから，すべての試作品において材料の破壊等はなかっ

図4

水平力試験（試験区分3）の概要

図6

L 字型脚部材の強度試験結果の例

所定荷重を10秒間，10回（ⅰ）のA方向から加え，移（Low タイプ-1）

動量を測定する。その際（ⅱ）に従い所定の脚先を固たと考えられる。また目視による確認においても破壊定する。順にB，C，Dも同様の操作を行う。

等の異状は見られなかった。本試験方法はテーブル製- 41 -

品の垂直力試験（試験区分3）を想定したものであり，B及びC方向の移動量はA及びD方向に比べ大きくなるこ

本結果から，すべての試作品の強度が十分に確保されとが試験方法から推察されたが，本試験ではB方向のていることが推察された。一方，製作した4種類の試みが特に大きな値を示した。この理由として天板が天作品は寸法の違いによって最大たわみが相違しており然の切り株製で真円でなかったことが影響したものと（図7），このたわみがテーブル製品の安定性や使い心推測されたため，水平方向の移動量を減少させるため地に影響すると考えられた。Lowタイプ-1では最大たに天板と脚部材の接合位置等を検討する必要があるとわみ7.56 mmであったが，積層数14に増加したLowタイ

考えられた。このように、製品形状に応じた検討は必プ-2では最大たわみを5.70 mmに低減できることが確要であるものの，今回試作した脚部材は，垂直力試験認された。ただし，14を超える積層数については意匠と水平力試験において使用上支障がない強度の部材で性の問題により検討しなかった。Highタイプについてあることを確認できた。

はLowタイプでたわみの小さかった積層数14で作製した。初めに試作したHighタイプ-1のたわみは7.26 mm
で，Lowタイプ-1と同程度となった。そのためHighタ
イプ-2では幅（c）や脚の長さ（a）を変えることにより最大たわみを改善した。

図8

水平試験における移動量の比較

3-3 センダン材椅子の製品性能
図7

L 字型脚部材の最大たわみの比較

2-4で記載した①～⑤の試験項目の終了後に試験体を確認したところ，いずれの試験項目においても破壊

3-2

L字型脚部材を用いたテーブルの製品性能等の異状は認められなかった。また①～④に関しては3-1で検討したHighタイプのうち，最大たわみが小1回目と10回目の負荷において荷重に伴う変位に顕著

さいHighタイプ-2を取り付けたテーブル製品に対して，製品性能試験を実施した。垂直力試験（試験区分5）

な違いはなく，試験体に異状がないことを確認できた。
本研究のセンダン材椅子は日本産業規格で規定されるの結果，脚本数が3本と4本の製品どちらにおいても，

最も厳しい試験である試験区分5を満足する結果とな

脚部材を含めた製品全体において異状は見られなかっった。試験体数（ｎ＝2）が限定されていたため材質た。脚本数が3本と4本の製品の最大たわみはそれぞれのばらつき等は検討できなかったが，家具製造企業の4.85 mm，4.02 mmであった。本製品においてもたわみ

センダン材椅子製品に使用上の支障はないことを確認がテーブル製品の安定性や使い心地に関係すると考えできた。同社は他樹種で同一デザインの椅子製品を生られるため，製品としては脚数4本がより安定してい産しており，今後それらを評価すれば従来の家具用材ると考えられた。水平力試験（試験区分3）は脚数4本に対するセンダン材の特徴を見出すことも期待できる。

の試験体のみ実施した。その結果，脚部材を含めた製品全体において異状は見られなかった。A～D方向から4 まとめの試験においてサイクル数1～10を通して移動量の顕本研究ではセンダン材家具に関する開発支援を行っ

著な変化も確認できなかった（図8）。このことから試た。センダン材積層曲げ部材を用いたテーブル用脚部

験体に荷重による異状は生じないことを確認できた。
- 42 -

材の開発支援を行い，テーブル製品としての製品性能試験を実施した。その結果，垂直力試験及び水平力試
験において使用上支障がない強度の部材であることを確認できた。更にセンダン材椅子の製品性能試験5項目を実施した。材質のばらつき等は検討できなかったが，当該製品に使用上の支障がないことを確認できた。

5 文献
1)熊本県林業研究指導所：センダンの育成方法H27改訂版，pp.11 (2015)2)（協）福岡･大川家具工業会HP（オンライン），
http://www.okawa. or.jp/member/3489.html（参照2023-03-31）
3)竹内和敏，岡村博幸，羽野泰史：福岡県工業技術センター研究報告，No.31，pp.13–16 (2021)
4)羽野泰史，竹内和敏，岡村博幸：第70回日本木材学会大会研究発表要旨集，I17-P2-18（2020）5)日本産業規格「JIS S 1205 : 1998 家具−テーブル−
強度と耐久性の試験方法」
6)日本産業規格「JIS S 1203 : 1998 家具−いす及びスツール−強度と耐久性の試験方法」

6 謝辞
本研究の実施にあたって植木林業株式会社及び有限会社貞苅椅子製作所から試験体製作に関するご協力を頂きました。

- 43 -

炭素鋼におけるレーザ焼入条件の探索（第1報）－走査速度が表面状態および硬化層へ与える影響－
菊竹

孝文 *1

Exploring Laser Hardening Conditions for Carbon Steel（Ⅰ）- Effect of scanning speed on surface state and hardened layer Takafumi Kikutake

近年レーザ光を使った焼入方法が注目されている。本研究では，「ディスクレーザ」を用いて，炭素鋼におけるレーザ焼入時の走査速度が表面状態および硬化層へ与える影響を調査した。その結果，表面状態によって各条件を分類すると，走査速度と出力には累乗の良い相関が得られた。また，硬化深さにおいて，硬化幅と硬化深さのどち
らも走査速度と対数の良い相関があった。出力が1kW，走査速度が5mm/secでは，約1mmの硬化深さが得られたが，表面の一部が溶融した。

1 はじめにや「ファイバーレーザ」を用いた報告は少ない 4) 。そ近年急速に「ものづくりのデジタル化」が求められこで今回「ディスクレーザ」を用いて，炭素鋼のレーている。ものづくり基盤となる金属加工（溶接，肉盛，ザ焼入における走査速度が表面状態および硬化層へ与熱処理，切断等）に数kW級の高出力のレーザ光を用いえる影響を調査した。

る技術がすでに実用化され，急速に普及しつつある。
2 実験方法

また，このレーザ加工技術と産業用ロボットとの親

2-1 レーザ加工機およびレーザ焼入方法

和性が非常に高く，産業用ロボットの先端にレーザ加本試験で用いたレーザ加工機の発振器はトルンプ㈱工機を取り付け，デジタル制御を行うことで，生産性製のディスクレーザ（TruDisk 5000）であり，最大出向上，品質の安定化，技能伝承，人手不足解消といっ力は5kW，ロボットは安川電機㈱製のMOTOMAN-MC2000

た，昨今中小企業が直面している様々な課題解決に繋Ⅱを用いた。レーザ焼入時の様子を図１に示す。

がることが期待されている。
レー ザを 熱処 理に 適用 する 場合 ，最 も多 い用 途が「焼入」である。「レーザ焼入」は，局所加熱と自己冷却によって，主に鉄鋼材料の表面を硬化する技術である。同様に局所加熱が可能な「高周波焼入」に比べ，デジタル制御の効果に加えて，加熱用のコイルや冷却剤が不要という経済的，環境負荷低減の利点もある。
レーザ焼入に関する研究例は少なくないが，レーザの種類が異なると，レーザ光の波長やビーム品質等が異なるため，加工条件等をそのまま適用することは難

図1

レーザ焼入時の様子しい。これまでの報告は，いずれも「CO 2 レーザ」や「YAG レーザ」を用いた報告が多い 1) 。近年では，低発振機より出力されたレーザ光は，光ファイバーを出力の「ファイバーレーザ」 2) やビーム品質がやや低通して伝送され，ロボットアームの先端に取付けた熱い「半導体レーザ」 3) を用いた研究報告は複数あるも処理用加工ヘッドから試料表面に照射される。レーザのの，最新の高出力かつ高品質な「ディスクレーザ」

光を照射された試料表面は急速に加熱され，その後試料自身の自己冷却によって急冷されることで焼入（硬*1 機械電子研究所

化）される。また，照射されるレーザ光は，トップハ- 44 -

ット型と呼ばれる幅方向に均一なエネルギー密度分布

3 実験結果が得られる。レーザ焼入の模式図を図2に示す。

3-1 外観および表面観察結果
図3に示す様に，レーザ焼入後の試料を出力（縦），発振機

走査速度（横）毎に並べた。走査方向は，左から右でロボット

光ファイバーある。5～20mm/secの範囲では，長さ方向の焼入幅は概ね一定であった。1mm/secではレーザ照射開始から終了に向けて徐々に焼入幅が広がった。50mm/secではレーザ照射開始直後のみ焼入幅が広がった。

熱処理用
加工ヘッド
走査速度（mm/sec）
1

走査方向

10

5

20

50

0.5

図2

試料

出力

1

レーザ焼入の模式図

（kW）

2
3
4

2-2 加工条件および供試材料

20 mm
➡走査方向

照射領域は，縦1mm，横8mmのライン形状とし，長さ

図3

レーザ焼入後の外観は40mmとした。今回は走査速度の影響を大概的に調査するため，出力は0.5～4kW，走査速度は1～50mm/sec

実体顕微鏡を用いてレーザ照射した試料表面を観察の範囲で変化させた。焦点距離は300mmとし，戻り光した。出力が1kW，走査速度が1～20mm/secの観察結果

対策として進行方向とは逆に25度傾斜させた(温度測を図4に示す。走査速度が1mm/secでは完全に溶融状態，定器があるため)。照射ガラスが汚れる事によって出5mm/secでは部分的に溶融状態，10mm/secでは均一な力が低下する可能性があるため，試験開始と終了時に焼入肌，20mm/secではテンパーカラーが観察された。

パ ワ ー メ ー タ を 使 っ て ， 1kW の 出 力 時 の 実 測 値 が

出力が1kW，走査速度が50mm/secでは，レーザ照射直0.95kW以上(出力の低下が5%以内)である事を確認した。

後以外は金属光沢のままだった。

供試材料は市販のS50Cを用い，幅150mm，長さ50mm，
厚み10mmに切断した。レーザを照射する試料表面は，

a)

b)

2 mm

2 mm

c)

d)

WA-46-Iの砥石による研削仕上げ面とした。

2-3 評価方法
実体顕微鏡を用いて表面を観察し溶融の有無を確認した。断面組織は，長さ方向中央の断面を鏡面研磨後，3%ナイタル液でエッチングし観察した。断面のマクロ組織観察には実体顕微鏡，ミクロ組織観察には光学顕2 mm微鏡を用いた。マクロ組織観察後，母材から変化した

図4

2 mm

レーザ焼入した試料表面の実体顕微鏡観察結果（ 出 力 1kW ， 走 査 速 度 a ） 1 ， b)5 ， c)10 ，組織の最大幅と最大深さを評価した。

d)20mm/sec）

機械的性質は，マイクロビッカース硬さ試験機(㈱ミツトヨ製 HM-100)により評価した。測定面は，マク図5に断面のマクロ組織観察結果を示す。出力が1kW，ロおよびミクロ組織観察を行った断面とし，試験荷重は2.94N（300gf）とした。また，JIS G 0559の「鋼の走査速度が1～10mm/secにおいて，レンズ形状の組織

炎焼入及び高周波焼入硬化層深さ測定方法」に準拠し，が観察されたが，20mm/secでは，組織の変化が観察さ

450HV以上を硬化深さとした。

れなかった。また，走査速度が1mm/secにおいて表面- 45 -

が完全に溶融し，深さ方向に0.5mm程度の大きな凹凸深さを測定した）。横軸に走査速度（対数スケール），が観察された（点線は溶融前の表面の位置を示してい縦軸に硬化幅と硬化深さを示し，図中のプロット形状る）。変化した組織の最大幅と最大深さは，速度が低は図4で評価した表面状態を示す。対数近似を取ると下するにつれてどちらも大きくなった。

R2 値（相関係数の二乗）はそれぞれ0.995，0.979となり，表面状態に関わらず走査速度と硬化幅および硬化深さは，良い相関が得られた（硬化深さは20mm/secのa)

硬化層が無い場合も良い相関が得られた）。

b)

c)

d)

図5

レーザ焼入した試料の断面マクロ組織観察結果（ 出 力 1kW ， 走 査 速 度 a ） 1 ， b)5 ， c)10 ，d)20mm/sec）

図7

出力1kW時のレーザ焼入における走査速度と硬化
幅および硬化深さの関係(×▲●■は表面状態を

図 5 で観察されたレンズ形状組織のミクロ組織観察示す)を行った。図 6 に出力 1kW，走査速度 10mm/sec における表層近傍のミクロ組織観察結果を示す。観察の結果，表層の組織は，マルテンサイト相（硬化層）であることがわかった。

20μm
図6

レーザ焼入した試料の断面ミクロ組織観察結果

図8（出力 1kW，走査速度 10mm/sec）

ビッカース硬さ試験結果（出力 1kW，走査速度
1，5，10mm/sec）

マクロ組織観察で観察された硬化層の最大幅（硬化

図8に出力が1kW，走査速度が1～10mm/secにおける幅）と最大深さ（硬化深さ）を測定した。図7に出力断 面の 硬 さ試 験結 果 を示 す 。硬 化 深さは10mm/secが1kW に お け る 硬 化 幅 と 硬 化 深 さ の 測 定 結 果 を 示 す0.52mm ，5mm/secが1.06mm，1mm/secが1.65mmであ っ（1mm/secでは表面に大きな凹凸があるため，図5中のた。いずれも図7のマクロ組織観察による硬化深さの点線に示す様に，焼入されていない表面を基準に最大- 46 -

測 定結 果 と良 く一 致 し た 。 最高 硬 さは10mm/secが約

実験結果は高周波焼入に比べて，硬化深さが同等以下

780HV，5mm/secが約760HV，1mm/secが約720HVであっといえる。一方，出力0.5kW，走査速度1mm/secでは良た。また，1mm/secにおいて表層から深さ約0.6mmまでい相関が得られなかった。これは，低速のために硬化

最高硬さより硬さが低い領域が見られた。この要因は幅が走査方向に対して広がる（図3）ため，幅方向の凝固組織である点が考えられるが，今後組織および機伝熱が影響していると考えられる。

械的性質を詳しく調査する必要がある。

4 考察
図6のミクロ組織と図8の硬さ試験結果から，レーザ
焼入によって，炭素鋼（S50C）の表面がマルテンサイ
ト相へ変態し硬化したことがわかった。しかしながら，高出力かつ高ビーム品質である「ディスクレーザ」は，条件によって試料表面が一部あるいは完全に溶融した（図4）。図9にレーザ焼入後の表面状態を走査速度と出力毎に整理した。一部溶融とテンパーカラーについて累乗近似曲線をそれぞれ図中の点線で示す。レーザ
照射後の表面状態において，走査速度と出力には累乗の関係があり，それぞれR 2 値が0.999と0.986と良い相
図10

関が得られた。この2つの曲線間に表面が溶融しない

一部溶融するレーザ焼入条件と硬化深さの関係

最適条件範囲があると考えられる。
5 まとめ
高出力かつ高ビーム品質である「ディスクレーザ」

5

出力(kW)

4完全溶融を用いて，レーザ焼入時の走査速度が表面状態および

一部溶融

硬化層へ与える影響を調査し，以下の知見が得られた。
(1) レーザ照射後の表面状態を走査速度と出力によっ良好

3テンパーカラーR² = 0.999て整理すると，累乗の良い相関があった。
(2) 硬化幅と硬化深さのどちらも走査速度と対数の良2い相関があった。

1(3) 出力が1kW，走査速度が5mm/secでは約1mmの硬 化

R² = 0.986

深さが得られたが，表面の一部が溶融した。

0
1

図9

10
走査速度(mm/sec)(4) 組織観察と硬さ試験による硬化深さの測定結果は，

100

良く一致した。

レーザ焼入後の表面状態における走査速度と出
5 参考文献力の関係

1)大村悦二, 難波義治：日本機械学会論文集(A編)，
51巻(469)，pp. 2231-2238(1985)

図9の一部溶融条件における，走査速度と硬化深さ

2) 安 田 武 司 等 ： 鉄 と 鋼 ， 108 巻 (7) ， pp. 405-の関係を図10に示す。走査速度が5～50mm/secの範囲

416(2022)

において，速度を低下させると硬化深さが大きくなっ

3)萩野秀樹, 宮田良雄：大阪府立産業技術総合研究所

2た。同範囲において対数近似を取るとR が0.996と良報告，No.22，pp. 33-38(2008)

い 相 関 が 得 ら れ た 。 ま た ， 出 力 が 1kW ， 走 査 速 度 が4)津本宏樹等：あいち産業科学技術総合センター研究

5mm/secにおいて約1mmの硬化深さが得られた。一般的

報告，pp. 22-25(2015)

な高周波焼入の硬化深さは1mm以上得られるため，本- 47 -

炭素鋼におけるレーザ焼入条件の探索（第2報）－出力が表面状態および硬化層へ与える影響－
菊竹

孝文 *1

Exploring Laser Hardening Conditions for Carbon Steel（Ⅱ）- Effect of power on surface state and hardened layer –Takafumi Kikutake

第1報では，「ディスクレーザ」を用いて，炭素鋼（S50C）における走査速度が表面状態および硬化層へ与える影響を調査した。第2報では走査速度が10mm/secにおいて，出力を0.25kW刻みで変化させて出力の影響を調査した。
その結果，出力と硬化深さには線形の良い相関があり，出力が1kWでは硬化深さが約0.5mm，1.25kWでは約0.8mm得られた。ただし，出力が1.25kWでは表面の一部が溶融した。

1 はじめに第1報では「ディスクレーザ」を用いて，炭素鋼

近年急速に「ものづくりのデジタル化」が求められ（S50C）における走査速度が表面状態および硬化層へている。ものづくり基盤となる金属加工（溶接，肉盛，与え る影 響を 調査 した 。本 報で は， 出力 値を0.75～

熱処理，切断等）に数kW級の高出力のレーザ光を用い2.0KM(0.25kW毎)の範囲で，硬化層に与える影響を調る技術がすでに実用化され，急速に普及しつつある。

査した。

また，このレーザ加工技術と産業用ロボットとの親和性が非常に高く，産業用ロボットの先端にレーザ加工

2 実験方法機を取り付け，デジタル制御を行うことで，生産性向

2-1 レーザ加工機およびレーザ焼入方法

上，品質の安定化，技能伝承，人手不足解消といった，本試験で用いたレーザ加工機の発振器はトルンプ㈱製のディスクレーザ（TruDisk 5000）であり，最大出

昨今中小企業が直面している様々な課題解決に繋がる

力は5kW，ロボットは安川電機㈱製のMOTOMAN-MC2000

ことが期待されている。

Ⅱを用いた（レーザ焼入時の様子は第1報を参照）。

レー ザを 熱処 理に 適用 する 場合 ，最 も多 い用 途が発振機より出力されたレーザ光は，光ファイバーを「焼入」である。「レーザ焼入」は，局所加熱と自己通して伝送され，ロボットアームの先端に取付けた熱冷却によって，主に鉄鋼材料の表面を硬化する技術である。同様に局所加熱が可能な「高周波焼入」に比べ，処理用加工ヘッドから試料表面に照射される。レーザ
光を照射された試料表面は急速に加熱され，その後材デジタル化の効果に加えて，加熱用のコイルや冷却剤

料自身の自己冷却によって急冷されることで焼入（硬が不要という経済的，環境負荷低減の利点もある。

化）される（レーザ焼入の模式図は第1報を参照）。ま

レーザ焼入に関する研究例は少なくないが，レーザた，照射されるレーザ光は，トップハット型と呼ばれの種類が異なると，レーザ光の波長やビーム品質等がる幅方向に均一なエネルギー密度分布が得られる。

異なるため，加工条件等を直接適用することは難しい。
これま での報告は， いずれ も「CO 2 レーザ」や「YAG

2-2 加工条件および供試材料

1)レーザ」を用いた報告が多い 。近年では，低出力の照射領域は，縦1mm，横8mmのライン形状とし，長さ「ファイバーレーザ」 2) やビーム品質がやや低い「半は40mmとした。走査速度は10mm/secのみとし，出力は3)

導体レーザ」 を用いた研究報告は複数あるものの，

0.75～2.0kWの範囲において0.25kW刻みとした。焦点

最新の高出力かつ高ビーム品質である「ディスクレー

距離は300mmとし，戻り光対策として進行方向とは逆

4)に25度傾斜させた(温度測定器があるため)。照射ガラザ」や「ファイバーレーザ」を用いた報告は少ない 。

*1 機械電子研究所- 48 -

スが汚れる事によって出力が低下する可能性があるた

全に溶融し，深さ方向に0.3mm程度の凹凸が観察されめ，試験開始と終了時にパワーメータを使って，1kW

た（点線は溶融前の表面の位置を示している）。変化の出力時の実測値が0.95kW以上(出力の低下が5%以内)した組織 の最大 幅と最大 深さは，出 力が大きくな るである事を確認した。

につれてどちらも大きくなった。

供試材料は市販のS50Cを用い，幅150mm，長さ50mm，
厚み10mmに切断した。レーザを照射する試料表面は，
WA-46-Iの砥石による研削仕上げ面とした。

2-3 評価方法
実体顕微鏡を用いて表面を観察し溶融の有無を確認した。断面組織は，長さ方向中央の断面を鏡面研磨後3%ナイタル液でエッチングし観察した。断面のマクロ組織観察には実体顕微鏡，ミクロ組織観察には光学顕微鏡を用いた。マクロ組織観察後，母材から変化した
図1

組織の最大幅と最大深さを測定した。さらに電解放出

レーザ焼入後の外観型 走 査 電 子 顕 微 鏡 （ FE-SEM ， ㈱ 日 本 電 子 製 JSM7001F）およびエネルギー分散型X線分光法（EDX）を

a)

b)

2 mm
c)

2 mm
d)

2 mm

2 mm

用いて詳細に組織観察および成分分析を行った。
機械的性質の評価は，マイクロビッカース硬さ試験機(㈱ミツトヨ製 HM-100)により評価した。測定面は，
マクロおよびミクロ組織観察を行った断面とし，試験
荷 重は 2.94N（300gf）と し た 。ま た ， JIS G 0559の「鋼の炎焼入及び高周波焼入硬化層深さ測定方法」に準拠し，450HV以上を硬化深さとした。

図2
3 実験結果レーザ焼入した試料表面の実体顕微鏡観察結果（走査速度10 mm/sec，出力 a）1.5，b)1.25，

3-1 外観および表面観察結果

c)1，d)0.75 kW）

図1にレーザ焼入後の試料外観を示す。出力が0.75～2.0kWでレーザ焼入した試料を2列で並べた。走査方a)

向は左から右である。出力が1.0～2.0kWにおいて焼入
幅は走査方向に対して概ね一定であった。0.75kWは照1 mm

射直後に表面酸化は見られなかったが，走査方向に対b)

して徐々に酸化したことが観察された。
実体顕微鏡を用いてレーザ焼入した試料表面を観察

1 mm
c)

した。走査速度が10mm/sec，出力が0.75～1.5kWの観察結果を図2に示す。1.5kW以上では完全に溶融状態，

1 mm

1.25kWでは一部溶融状態，1.0kWでは均一な焼入色，d)0.75kWではテンパーカラーが観察された。
1 mm

図3に断面のマクロ組織観察結果を示す。走査速度

図3が 10mm/sec， 出 力が 1.0～ 1.5kWに お いて ， レ ン ズ形

レーザ焼入した試料断面のマクロ組織観察結果

状の 組 織が 観察され た。0.75kWに おい ては，組 織 の（ 走 査 速 度 10mm/sec ， 出 力 a ） 1.5 ， b)1.25 ，変化が観察されなかった。また，1.5kWでは表面が完c)1.0，d)0.75kW）- 49 -

第1報では，レーザ照射によって変化した組織はマ
ルテンサイト相（硬化層）であり，マクロ組織観察結果と硬さ試験から測定した硬化深さが，良く一致することを報告した。そこで本報も同様に，マクロ組織観察結果から硬化層の最大幅（硬化幅）と最大深さ（硬化深さ）を測定した。図4に走査速度10mm/secにおける硬化幅と硬化深さの測定結果を示す（1.5kWでは表面に大きな凹凸があるため，図3中の点線で示す様に，焼入されていない表面を基準に硬化深さを測定した）。
横軸に出力，縦軸に硬化幅および硬化深さを示す。図中のプロット形状は図4で評価した表面状態を示す。
線形近似を取るとR 2 値（相関係数の二乗）はそれぞれ
0.974，0.937となり，表面状態に関わらず出力と硬化

図5

幅および硬化深さは，どちらも良い線形の相関関係がビッカース硬さ試験結果（出力1.0kW，走査速度 1，5，10mm/sec）

得られた（硬化深さは出力0. 75kWの硬化層が無い場
合も良い相関が得られた）。

図6に出力1.0kW，走査速度10mm/secにおけるミクロ
組織観察結果を示す。表面から深さ方向にかけてマル
テンサイト相から母材のフェライト相およびパーライ
ト相に変化していることがわかった。

図4

20 μm

20 μm

20 μm

20 μm

走査速度10mm/sec時のレーザ焼入における出力と硬化幅および硬化深さの関係(×▲●■は表面状態を示す)図6
図5に走査速度が10mm/sec，出力が1.0～1.5kWにお出力1.0kW，走査速度10mm/secにおけるミクロ組
織観察結果（a）表層近傍，b）深さ0.25mm近傍，

け る 断 面 の 硬 さ 試 験 結 果 を 示 す 。 硬 化 深 さ は 1kW がc）深さ0.45mm近傍，d）深さ0.55mm近傍）

0.52mm ，1.25kWが0.76mm，1.5kWが0.90mmであった。
図4のマクロ組織観察による硬化深さの測定結果と良レーザ照射した複数の試料において，硬化層およびく一致した。最高硬さは，いずれも約800HVであり，その近傍で割れが観察された。FE-SEMを用いて詳細に

表面から深くなるにつれて硬さが低下した。ただし，観察したところ，割れ近傍には数ミクロンサイズの細1.25kWと1.5kWの場合，硬化深さが0.4～0.6mm辺りで長い粒子が観察された。図7にその粒子のEDX分析結果

わずかに硬さの上昇が見られた。この要因については，を示す(右上の写真は分析点を示す)。分析の結果，Fe

今後組織および機械的性質を詳しく調査する。

以外にMn，S等の強い強度が得られた。

- 50 -

いが，急速な加熱・冷却現象であるため，割れが生じた可能性が考えられる。

↓分析点

＋

図7

割れ近傍の粒子におけるEDX分析結果（右上の写真は分析点を示す）

4 考察
第1報では，走査速度と出力毎の表面状態を評価し，

図8

レーザ焼入後の表面状態における走査速度と出力の関係（第1報で報告した図に追加）

両因子には累乗の相関が得られた。その関係図に，今回の結果を追加したものを図8に示す（点線で囲んだ部 分 が 今 回 追 加 し た デ ー タ で あ る ）。 走 査 速 度 を

5 まとめ

10mm/secとし，出力を0.25kW刻みで実施したところ，「ディスクレーザ」を用いて，走査速度が10mm/sec

1.25kWにおいて一部溶融した。よって図中の一点鎖線における出力が表面状態および硬化層へ与える影響をで示す様に一部溶融する境界はより低出力側に存在す

調査し，以下の知見が得られた。

ると考えられる。また，出力が0.75kWの表面はテンパ(1) 硬化幅と硬化深さのどちらも出力と線形の良い相関がある。

ーカラーであり硬化していなかった。よって，走査速
度が10mm/secにおいて，表面が溶融せず焼入が可能な(2) 出 力 が 1kW で は 約 0.5mm ， 出 力 が 1.25kW で は 約

最適条件は，0.75～1.25kWの範囲に存在すると考えら

0.8mm の 硬 化 深 さ が 得 ら れ た 。 た だ し ， 出 力 がれる。今回表面が溶融しない最適条件は，出力が1.25kWでは表面の一部が溶融した。
(3) 出力が1kWにおいて，試料表面から深さ方向へか

1.0kWのみであり，その硬化深さは約0.5mmであった。
一般的に高周波焼入の硬化深さは1mm以上であるため，けて，徐々にマルテンサイト相からフェライト相

高周波焼入の硬化深さと比べると浅かった。

およびパーライト相の混合組織に変化し，硬さが低下した。

硬化深さにおいて，第1報では走査速度，本報では(4) 硬化層やその近傍において，非金属介在物が起点

出力との関係を示した。一部溶融する条件において，となり割れが生じた。

走 査 速 度 と の 関 係 で は 約 1mm， 出 力 と の 関 係 で は 約0.8mm以上の硬化深さが得られることがわかった。ただし，走査速度は対数スケール，出力は実スケールで5 参考文献あるため，出力よりも走査速度の方が制御できる範囲

1)大村悦二, 難波義治：日本機械学会論文集(A編)，
51巻(469)，pp. 2231-2238(1985)

が広いと考えられる。また，出力および走査速度以外にも，レーザの照射領域，板厚，強制空冷方法等焼入

2) 安 田 武 司 等 ： 鉄 と 鋼 ， 108 巻 (7) ， pp. 405-

深さに影響を与える因子が存在すると考えられる。今416(2022)

回明らかにできなかった最適条件範囲やその他の影響

3)萩野秀樹, 宮田良雄：大阪府立産業技術総合研究所

因子については，今後調査する必要がある。

報告，No.22，pp. 33-38(2008)

硬化層やその近傍で発生した割れは，図7の分析結

4)津本宏樹等：あいち産業科学技術総合センター研究

果からMnS等の非金属介在物が起点になったと考えら

報告，pp. 22-25(2015)

える。レーザ焼入は他の焼入方法よりも入熱量は少な- 51 -

サーメットチップ鋳ぐるみによる耐摩耗材料の開発
島崎 良 *1

小川 俊文 *1

小野本 達郎 *2

佐々木 誠 *3

嘉屋 文康 *3

森田 泰司 *4

山本 郁 *5

Development of Wear Resistant Materials by Cermet Throwaway Tip Insert Casting
Ryo Shimasaki, Toshifumi Ogawa, Tatsuro Onomoto, Makoto Sasaki, Fumiyasu Kaya, Yasushi Morita
and Kaoru Yamamoto

サーメットは，超硬合金と並んで非常に高硬度で，工具刃先のインサートチップとして広く使用されているが，その使用済みチップのほとんどが廃棄されている。そこで，本研究では，サーメットのリサイクル促進のため，使用済みチップを鉄鋼材料に鋳ぐるむことで，新たな耐摩耗材料とする方法を検討した。また，サーメットは鉄鋼材
料との親和性が低いため，サーメットの設置方法と母材組成の２つの観点からその改善を試みた。

1 はじめにした。その後，試料を円柱の縦断面（観察面）で切断

サーメットは超硬合金と並んで非常に高硬度である

し，さらに15mm角程度の大きさに切り出して鏡面研磨ため，工具刃先のインサートチップとして広く使用さ後，実体顕微鏡（Nicon SMZ-10）にて 断面観察を行れている。超硬合金は，W，Co等の希少金属を多く含った。次に，EPMA（日本電子 JXA-8200SP）による面有しているため，多くの使用済みチップが回収，リサ分析を行い，サーメットと基地の接合状態を確認した。

イクルされている。一方，サーメットは希少金属の含また，マイクロビッカース硬度計（Mitutoyo HM-102

有量が少なく，使用済みチップのほとんどがそのまま

荷重0.98N，10sで測定）によりサーメットと基地の界廃棄されている。そのため，使用済みチップの活用が面付近の硬さ分布を測定した。

強く望まれている。
これまで，使用済みサーメットチップ活用のための
様々な試み 1) がなされてきた。しかし，サーメットを
鋳ぐるむにあたり，粉砕や予備成形等に手間がかかることなどから量産化されず，活用がほとんど進んでいない。そこで，本研究では，できるだけ簡素な方法でサーメットを鋳ぐるむ方法を検討した。また，鋳ぐる
み後のサーメットと基地の接合状態を調査し，耐摩耗材料としての使用可能性を検討した。

図1

2 実験方法鋳ぐるみ試験用鋳型の概略図

3 結果と考察

本研究で用いた鋳ぐるみ試験用鋳型の概要を図1に3-1 サーメット設置方法の検討示す。本鋳型は，実体部がφ65×100mmのCO2 鋳型であ低炭 素 鋼（S25C）を 基地とし，サ ーメ ッ ト破 砕 粒

り，鋳型の底部に所定の方法でサーメットチップを設（粒径約 2mm）を鋳ぐるんだ結果を図 2 に示す。破砕

置した。次に，高周波溶解炉で，アルミナるつぼを用粒を鋳ぐるんだ場合，粒が鋳型の隅に偏り，粒同士のいて約1kgの材料を溶解し，所定の温度で鋳型に鋳造

隙間に溶湯が入り込まず，容易に脱落した。EPMA 分
析においても，基地とサーメットの間でごく一部に反応が見られるものの，多くの範囲で反応や拡散は見ら

*1
*2
*3
*4
*5

機械電子研究所
公益財団法人福岡県産業・科学技術振興財団
株式会社丸和技研
大成建設株式会社
久留米工業高等専門学校

れなかった。よって，結合力は弱いと考えられ，耐摩耗材料としては不適であった。
次に，サーメットをチップのままステンレス鋼棒で保持し，鋳ぐるんだ結果を図 3 に示す。破砕粒の場合- 52 -

と同様，チップの配置に偏りができることで，隙間にて，基地には，より硬い材料を使用する必要がある。

溶湯が入り込んでいなかった。また，基地とサーメット間の反応や拡散はほとんど見られなかった。よって，
基地とサーメットの結合力は弱く，容易に脱落すると考えられ，これも耐摩耗材料としては不適であった。

図4

サーメットチップをスペーサとステンレス鋼棒で保持した場合の鋳ぐるみ結果

図2

サーメット破砕粒（粒径約 2mm）の鋳ぐるみ結果図5
図3

サーメットチップをステンレス鋼棒で保持した

サーメットチップを S25C で鋳ぐるんだ場合の硬さ分布

場合の鋳ぐるみ結果
3-2 基地組成の検討
次に，溶湯を隙間に入り込ませるため，チップ間に基地硬さ向上のため，高 Cr 鋳鉄による鋳ぐるみをスペーサを挿入し，さらにステンレス鋼棒でチップを行った。その基地組成を表 1 に示す。高 Cr 鋳鉄は，保持し，鋳ぐるんだ。その結果を図 4 に示す。溶湯がCr 炭化物が分散しているため，高い基地硬度が得らチップの隙間に十分に入り込んでおり，全体が包まれれる。また，低炭素鋼と比較して融点が数百℃低く，ることで，チップが固定されていた。また，EPMA に

湯回り性向上の効果も期待できる。

よる分析では，サーメット側に約 20μm の拡散層が生じ，生地とサーメットが結合してることが確認できた。

表1

高 Cr 鋳鉄鋳ぐるみの基地組成

よって，チップが脱落しにくく，耐摩耗材としての使試料用に耐え得ると考えられるため，この設置方法を基準として採用した。
サーメットチップをスペーサとステンレス鋼棒で鋳組成, wt%
Fe

C

Si

Mn

P

S

Cr

鋳込温度
℃

参考(S25C) Bal. 0.22 0.04 0.23 0.017 0.015 0.13

1605

12Cr鋳鉄Bal. 2.96 1.31 0.42 0.041 0.017 13.11

1507

25Cr鋳鉄Bal. 3.11 0.90 0.54 0.062 0.021 23.85

1473

込んだ場合の界面付近の硬さ分布を図 5 に示す。基地
硬 さ は 150 ～ 200HV0.1 ， サ ー メ ッ ト 硬 さ は 1500 ～サーメットを基準の方法で設置し，高 Cr 鋳鉄で鋳1600HV0.1 程度であり，それぞれの硬さが維持されてぐるんだ断面及び EPMA 分析結果を図 6 に示す。

いた。しかし，基地の硬さが低く，使用中に基地が減肉することでサーメットが脱落する恐れがある。よっ- 53 -

(a) S25C 鋳ぐるみ（参考）図7

Cr 量と拡散層厚さの関係

次に，高 Cr 鋳鉄鋳ぐるみ試料の界面付近の硬さ分
布を図 8 及び図 9 に示す。

(b)12Cr 鋳鉄鋳ぐるみ(c)25Cr 鋳鉄鋳ぐるみ
図6

図8

12Cr 鋳鉄鋳ぐるみ試料の硬さ分布

図925Cr 鋳鉄鋳ぐるみ試料の硬さ分布

高 Cr 鋳鉄による鋳ぐるみ断面

いずれの試料でも，溶湯がサーメットの隙間に十分に回り込み，鋳ぐるむことができた。一方で，注湯時のチップの破損も見られた。これは，サーメットと溶湯が接触した際に溶湯の熱が急激にチップに伝わり，
熱衝撃によって割れたと考えられる。EPMA 分析によると，サーメット側に基地成分である Fe の拡散層が生じ，Cr 量が多いほど拡散層の厚さが増大していた。
その関係を図 7 に示す。Cr の入っていない S25C では拡散層は約 20μm だが，25%Cr では約 150μm まで拡大していた。Cr が入ることで基地とサーメットの親和性が良くなり，拡散が促進された。また，拡散層の拡大により，基地とサーメットの結合が強化されたと考基地硬さは 12Cr 鋳鉄で 600HV0.1 程度，25Cr 鋳鉄でえられる。

はバラツキが大きいが，600～1000HV0.1 程度で，耐- 54 -

摩耗材料として十分な硬さが得られた。基地硬さの差は，析出する Cr 炭化物量の違いによるものと考えられる。サーメットの硬さは概ね 1600HV0.1 以上を維持していたが，拡散層内ではわずかに硬さが上昇していた。これは，高 Cr 鋳鉄がサーメット内に侵入し，サーメットに含まれる Ni バインダと置換されたためと考えられる。

4 まとめ
炭素鋼（S25C）はサーメットとの親和性が低く，鋳ぐるむにはスペーサによる隙間の確保が必要であり，また，硬さも低く耐摩耗材料の製造には適していなかった。基地材料に高 Cr 鋳鉄を用いることで，基地とサーメットの親和性が改善され，界面に拡散層ができることで，基地とサーメットが強固に結合された。また，基地に分散した Cr 炭化物により硬さも向上し，耐摩耗材料への適用が期待できる。

5 参考文献1)東北経済産業局環境資源部循環型産業振興室：使用済みサーメットチップのリサイクル・システム調査
報告書，東北経済産業局(2006)- 55 -

水モデルを用いた湯流れの観察及び改善
島崎 良 *1

Observation and Improvement of Flow Ability using Water Model
Ryo Shimasaki

鋳造は，金属の加工方法として広く普及しているが，様々な鋳造欠陥を生じることがある。中でも，ガス欠陥は原因の特定が難しい。そこで今回は，鋳造時の溶融金属の「流れ」に着目し，ガス欠陥への影響を調査した。金属の流し方によって，ガスの巻き込みは大きく異なるが，実際には「流れ」以外の要因も大きく，それらを複合的に抑える必要があることがわかった。

1 はじめにした。その様子を図2に示す。撮影した映像からトレ

鋳造は，複雑形状の金属製品を量産する加工法としーサ粒子の動きを解析し，流速を測定した。

て広く普及している。金属の溶融・凝固過程を経るため，様々な欠陥を生じやすいが，その中でもガス欠陥
は原因の特定が難しい。今回は，原因の一つである，溶融金属の「流れ」によるガス巻き込みに着目し，その改善方法を検討した。
鋳造では，流し込む金属が高温かつ鋳型が不透明であることから直接観察が難しく，数値シミュレーショ
ンによる流れの予測が広く行われている。しかし，物性データや初期条件のわずかな差異により，実際と大図1

透明樹脂模型の概略

図2

水モデルのPIV測定

きく異なる結果になることも多い。また，X線透過撮
影による直接観察 1) も行われてはいるが，容易には実施できない。そこで，より簡便な方法で流れを模擬できる水モデルを用いて，流れの観察を試みるとともに，実際の鋳造結果と比較を行った。

2 実験方法2-1 PIV(Particle Image Velocimetry)による流れ観察
流れ観察のため，アクリル樹脂製の透明鋳型を作製した。その概要を図1に示す。本研究では，鋳造にお2-2 実際の鋳造品との比較ける代表的な方案として，上から流し込む「落とし込み」と下から流し込む「押上げ」の２種類の方案を比PIV で使用した透明鋳型と同形状の砂型を作製する較した。落とし込みでは湯道を塞いで押湯上部から，ため，樹脂 3D プリンタ装置で鋳造用模型を出力し，押上げでは湯道から水を流し込むことで，これらの方砂型を作製した。その例を図 3 に示す。砂型は，珪砂案を再現した。この鋳型に，レーザシートを照射しなに 7wt%の水ガラスを混錬し，模型に込めた後，炭酸がらトレーサ粒子（ポリアミド12，粒径50μm）を混

ガスを通じることで硬化させた。その後，バーナーでぜた水を流し込み，高速度カメラ（1000fps）で撮影

砂型表面を乾燥し，組立てて鋳型とした。次に，高周波溶解炉で，アルミナるつぼにて炭素鋼（S45C 相当）*1 機械電子研究所

を溶解し，約 1650℃で鋳造した。得られた試験片は- 56 -

縦断面で切断し，目視で欠陥の発生状況を確認した。

また，PIV で測定したモデルと同形状の鋳型について，実際に鋳造した。その外観及び断面を図 6 及び図7 に示す。

図3

鋳造用模型（左）と造型した砂型（右）3 結果と考察
落とし込み方案及び押上げ方案について，水モデル
を PIV で測定した結果をそれぞれ図 4 及び図 5 に示す。

図4

図6

落とし込み方案の PIV 測定結果

図7

落とし込み方案の鋳造結果

押上げ方案の鋳造結果

いずれの方案でも，内部に多くのガス欠陥が発生していた。押上げ方案の方が軽微ではあるものの，水モ
デルとは大きく異なっていた。これは，金属の凝固時に発生したガスや高温による鋳型からの発生ガス等，流れによるガス巻き込みとは別要因で欠陥が発生したためと考えられる。

4 まとめ
図5

押上げ方案の PIV 測定結果

1)水モデルで流れを模擬することで，鋳造時の流れを観察することができた。

落とし込み方案では，注ぎ込まれる水の周囲に強い

2)ガス欠陥の発生には，流れによるガス巻き込みの影下降流が生じ，数 mm の大きな気泡が多数巻き込まれ響もあるが，それ以外の要因も大きく，複合的に対ていた。流速は 0.6～0.8m/s で，激しい乱流が見られ策をとる必要がある。

た。一方，押上げ方案ではゆるやかな上昇流となり，1mm 以 下 の 小 さ な 気 泡 が 見 ら れ る の み で ， 流 速 は

5 参考文献0.3m/s 以下となった。従って，気泡の巻き込みは押1)杉山明，大中逸雄，岩根潤，安田秀幸：鋳造工学，

上げ方案の採用により，大幅に抑制できることがわか

78 巻(12 号)，pp.691-697(2006)

った。
- 57 -

レーザ肉盛における基礎技術の確立及び既存技術との比較検討
島崎 良 *1

小川 俊文 *1

小野本 達郎 *2

丸山 貴三 *3

澤井 直久 *3

Establishment of Basic Technology for Laser Metal Deposition and Comparision with
Conventional Method
Ryo Shimasaki, Toshifumi Ogawa, Tatsuro Onomoto, Takamitsu Maruyama and Naohisa Sawai

製鉄用プラント向け機械部品には耐摩耗性・耐食性が要求されるため，肉盛溶接による表面改質が行われている。
従来のアークによる肉盛では，入熱が大きく溶け込みが大きいため，母材との希釈による被膜性能低下や熱歪みが問題となっていた。そこで，本研究では，局所加熱が可能なレーザを用いて，希釈や歪みの少ない，高品質な肉盛被膜を作製するための条件を検討した。また，従来のアーク肉盛と比較し，レーザ肉盛の優位性を確認した。

1 はじめに

出力，加 工速度 ，粉末投射量，ウィ ービング有無 を製鉄用搬送ロールをはじめ，製鉄プラント向け機械

様々に変化させた。試験片の母材には，大きさ200×

部品は過酷な摩耗・腐食環境で使用されるため，部品300mm，板厚19mmの低炭素鋼（SS400）の板を使用した。

寿命向上のために表面改質処理を施して使用される。

また，肉 盛粉末 にはマルテンサイト 系ステンレス 鋼

肉盛溶接はその表面改質プロセスの１つであり，従来，（SUS420J2，粒径50～150μm）のガスアトマイズ粉末

アーク溶接による肉盛が行われてきたが，近年では，を使用した。

レーザを熱源に用いたレーザ肉盛が注目されつつある。
レーザ肉盛は，希釈や熱歪みが小さく，条件次第で希釈率数%台の高品質な肉盛も可能 1)， 2) である。しかし，この技術を保有し，実践している企業は少なく，加工条件等の基礎技術から確立していく必要がある。
本研究では，レーザ肉盛を行うための適正な加工条
件の探索を行うとともに，既存のアーク肉盛との比較を行った。目標値はレーザの優位性を示すため，希釈率10%以下，歪み量70%以下（アーク比）とした。

2 実験方法図1

レーザ加工装置外観

図2

レーザ肉盛加工の概略

2-1 肉盛試験片の作製
本研究で使用したレーザ肉盛装置（発振器:TRUMPF
TruDisk5000 ， 加 工 ロ ボ ッ ト : 安 川 電 機

MOTOMAN-

MC2000Ⅱ，加工ヘッド:PRECITEC YC-52）の外観を図1に，加工の概略を図2に示す。本装置は，波長1030nmのYAGディスクレーザを母材に照射し，加熱すること
で溶融池を形成，そこに粉末を投射して肉盛加工を行うものである。
肉盛条件は，レーザの照射スポット径をφ4mmとし，作製した試験片は，外観及び染色浸透探傷検査（PT）
にて欠陥の有無を確認した。その後，ビードの横断面*1 機械電子研究所*2 公益財団法人福岡県産業・科学技術振興財団*3 株式会社黒木工業所

で切断，研磨し，ピクラール腐食液でエッチング後，- 58 -

断面の組織観察を行った。また，得られた溶接金属のは良好であった。次に，試験片の断面を観察し，肉盛断面積から希釈率を測定した。

ビードの形状・はく離等に問題のない条件のうち，最も希釈率が小さいものを適正条件として選定した。そ2-2 肉盛による残留応力及び歪み量の測定の断面を図 5 に示す。

試験片に同じ仕様の肉盛を行うことで，各種肉盛方法の比較を行った。その試験片（以下，歪み TP と記す）の仕様を図 3 に示す。

図4

図3

肉盛試験片の PT 検査結果（例）

残留応力・歪み測定用試験片（歪み TP）の仕様

歪み TP は，材質 SS400，板厚 15mm の板を 70×70mm

図5

基準条件におけるレーザ肉盛ビードの断面の正方形に切り出し，板上中央部 50×50mm の範囲に
１層のみ肉盛を行ったものである。肉盛方法は，MIG

適正条件は，レーザ出力 3.5kW，加工速度 3.5mm/s，（消耗電極式不活性ガスアーク溶接），PTA（プラズマ

粉末量 50g/min である。希釈率は 5.6%で，目標である

粉体肉盛），SMAW（手棒溶接），TIG（非消耗電極式不希釈率 10%以下をクリアしていた。

活性ガスアーク溶接）の 4 種類のアーク肉盛に，LMD（レーザ肉盛溶接）を加えた 5 種類とした。

3-2 歪み TP による残留応力及び歪み量の評価

歪み TP は，母材の歪み状況を調べるため，肉盛面選定した適正条件を用いて，図 3 に示す仕様の歪み

裏側の残留応力及び歪み量を測定した。残留応力は，

TP をレーザ肉盛にて作製した。その外観を図 6 に示XRD（Bruker D8 DISCOVER）を用いて X 線管球に Co，す。外観は非常に良好であり，目視においては割れ等

検出器側に Ni フィルタを使用し，2D 法にて測定した。

の欠陥は見られなかった。

この方法は，2 次元検出器により回折リングを取得し，リングの歪み形状から残留応力を計算する方法である。
測定に用いる結晶面はα(2 1 1)とした。歪み量は，
各歪み TP の裏側形状を 3D デジタイザ(Steinbichler
COMET 5-11M)で取得し，解析ソフトにより凹凸量を平面度として算出することで定量した。

3 結果と考察3-1 肉盛加工条件の選定
作製した肉盛試験片について，外観及び PT 検査を

図6

レーザ肉盛により作製した歪み TP実施した結果の例を図 4 に示す。いずれの条件においても目視で確認できるサイズの欠陥は見られず，外観

次に，歪み TP 裏側の残留応力を各肉盛方法で比較- 59 -

した結果を図 7 に示す。残留応力は，測定点ごとのバ

4 まとめ

ラツキが大きく，1 点での比較が困難であるため，歪レーザ肉盛技術確立のため，種々の加工条件を検討

み TP2 ヶ×5 ヶ所の計 10 点を測定し，その平均によした結果，以下の知見が得られた。

り比較を行うこととした。

1)レーザ肉盛は，外観上欠陥が非常に少なく，条件次第で希釈率の低い高品質な肉盛が可能である。
2)レーザ肉盛は，アーク肉盛と比べて残留応力や歪み等への熱影響が非常に小さい。
3)適正条件では，希釈率10%以下，歪み量50%（対アー
ク肉盛）程度となる。

5 参考文献1)牧野吉延，本多啓三：溶接学会誌, 64巻(3号)，
図7

歪み TP 裏側の残留応力比較

pp.154-160(1995)（歪み TP2 ヶ×5 ヶ所の平均）

2)徐国建，沓名宗春，山田勝重：溶接学会論文集，23巻(2号)，pp.286-295(2005)

MIG，SMAW，TIG ではいずれも 200MPa 以上，PTA では 100MPa 程度の強い圧縮残留応力が見られた。これ
は，肉盛被膜が冷却時にマルテンサイト変態し，膨張することで，母材に圧縮応力が加わったと考えられる。一方で，レーザ肉盛による残留応力は 30MPa 程度の弱いものであった。これは，他の方法と比べて熱影響が非常に小さいためと考えられる。
次に，歪み TP 裏側の歪み量を平面度として評価した。その結果を図 8 に示す。

図8

歪み TP 裏側の平面度比較

アーク肉盛である MIG，PTA，SMAW，TIG の平面度は0.51～0.63mm であった。一方，レーザ肉盛は 0.27～
0.28mm と，歪みが小さかった。このことからも，レーザ肉盛は熱影響が小さいことが明らかである。また，レーザ肉盛の歪み量は，アーク肉盛に対して約50%であり，目標の 70%以下をクリアすることができた。
- 60 -

ファイバーレーザを用いたステンレス鋼の溶接島田 雅博 *1

Welding of stainless steel with fiber laser
Masahiro Shimada

レーザ溶接はアーク溶接と比べて優れた特徴を持つが，レーザ溶接を実践している企業数は未だ少ないのが現状である。そのため福岡県内企業にレーザ溶接を広めていく上で，弊所で加工条件等の基礎技術から確認していく必要がある。本研究では，ファイバーレーザを用いて厚さ1mmのSUS304板に1枚板のビードオンプレート溶接及び突合せ溶接を実施した。ビードオンプレート溶接の結果，溶込み深さは溶接条件により0.04mmから1mmの範囲で変化した。また，突合せ溶接後の角変形量は1°以下で，JIS G4305に規定されている耐力及び引張強さを満たしていることを確認した。

1 はじめにレーザは溶接の熱源としてアークやプラズマに比べて，溶接金属部と熱影響部の幅を狭くできることから，
低変形で機械的特性に優れた溶接接手が作製できる 1) 。
またレーザ溶接はハンドトーチを用いた手溶接やロボット等に加工ヘッドを搭載した自動溶接など複数の施工形態を持つが，この溶接技術を保有し，実践している県内企業は中部地方などのレーザ先進地域と比べて少ない。そのため県内企業にレーザ溶接を周知してい図1

ファイバーレーザ溶接機

くには，弊所で加工条件等の基礎技術から確認していく必要がある。本研究では，レーザ溶接の加工条件をセリンの 1:1 混合溶液でエッチングを行った後，光学探索するため1枚板のビードオンプレート溶接と既存顕微鏡にて観察を行った。

のアーク溶接と同様以上の溶接が出来ることを示すた

突合せ溶接後，㈱エビデント製レーザ顕微鏡

め突合せ 溶接を 行っ た。突合 せ溶接 後，角変形量 は

OLS5100－EAT よる角変形量測定及び㈱島津製作所製

2)1°以下 ，耐力，引 張強さ はJIS G 4305に規定してAG-100kNX 万能試験機を用いて引張試験を実施した。

いる強度を満たすことを目標とした。

引張試験片の形状は JIS Z 2201「金属材料引張試験片」の 13B 号試験片に準拠し，試験速度は 10mm/min

2 実験方法とした。

2-1 加工条件および供試材料
本 研 究 で 使 用し た フ ァ イ バ ー レ ー ザ 発 振器 は IPG

3 結果と考察フォトニクス社製YLR-500 MM-ACである。本発振器を

3-1 1枚板のビードオンプレート溶接による溶込み深さ使用したファイバーレーザ溶接機を図1に示す。

加工速度200mm/s及び10mm/sの断面組織を図2に示す。

加工 条 件は 試験 片を 焦 点位 置に 合わせ， 出 力460W

(a)

(b)

（固定）とし，溶接速度を2～200mm/sの範囲で変化させた。また供試材料は市販の厚さ1mmのSUS304を用いた。
2-2 評価方法(a) 加工速度200mm/s，(b)加工速度10mm/s

溶融部の溶込み深さを確認するために，王水とグリ*1 機械電子研究所

図2- 61 -

ビードオンプレート溶接の断面組織

加工速度200mm/sでは溶込み深さ0.04mmであったが，3-4 突合せ溶接の引張強度

加工速度 が遅く なる につれて 溶込み 深さは増加し ，加工速度10mm/sで突合せ溶接後の応力-ひずみ曲線

10mm/sでレーザ照射の反対側まで溶融部が到達する，を図6に示す。溶接後の試験片は溶接部で破断したが，いわゆる溶落ちとなった。本報ではこの状態を溶込み

JIS G 4305「冷間圧延ステンレス鋼板及び鋼帯」にて

深さ1mmとする。加工速度2～200mm/sの溶込み深さの規定されている耐力，引張強さをクリアした。一方で，変化を図3に示す。

供試材料の引張強さは1400MPaであり，強度の高さか
ら供試材料は冷間圧延により厚さ1mmに加工されたものと考えられる。

図3

加工速度と溶け込み深さ

3-2 突合せ溶接の溶込み深さ

図6

突合せ溶接後の応力-ひずみ曲線

加工速度10mm/sで実施した突合せ溶接の断面組織を
図4に示す。ビードオンプレート溶接と同様にレーザ

4 まとめ

照射の反対側まで溶融部が到達した。

レーザ溶接技術確立のため，加工条件と金属組織，
機械的性質を調査し，以下の知見が得られた。
1）加工速度の違いにより，溶込み深さは0.04mmから1mmに変化した。
2）突合せ溶接はビードオンプレート溶接より速い速度でもレーザ照射の反対側まで溶融部が到達した。

図4

突合せ溶接の断面組織

3）突合せ溶接後の角変形量は1°以下だった。
4）突合せ溶接後の引張試験はJISに規定されている耐3-3 突合せ溶接の角変形量

力，引張強さを満たしていた。

加工速度10mm/sで溶接長さ99mmの突合せ溶接を実施した。始点から24mm（①），49mm（②），終点から24mm

5 参考文献（③）の3箇所の角変形量を図5に示す。3箇所におけ

1)片山聖二：トコトンやさしいレーザ加工の本，pp.

る角変形量はいずれも0.3°以下で，目標値である角50-51，日刊工業新聞社(2019)

変形量1°以下をクリアした。

2)接合・溶接技術Q&A / Q01-04-02 Q角変形はなぜ生じるのですか。また，角変形は溶接入熱や板厚でどのように変わるか教えて下さい。，溶接情報セン
ター（オンライン）http://www-it.jwes.or.jp/
qa/details.jsp?pg_no=0010040020（参照2023-0510）

図5

溶接部の角変形量- 62 -

SUS基材上の複合表面処理による耐食性機械特性の評価
吉田 智博 *1, 山下 和章 *2, 山下 陵 *2, 山下 章子 *2

Anti-corrosion and Mechanical Properties ofCombined surface preparations on SUS substrate
Tomohiro Yoshida, Kazuaki Yamashita, Ryo Yamashita and Fumiko Yamashita

樹脂プラントに用いられる金属部品は，樹脂材料の高機能化に伴い高耐久性，高耐食性が求められており，複数の表面処理を組み合わせた複合表面処理による金属部品の長寿命化が図られている。本研究では，熱処理，窒化，ショットピーニング，CrAlNコーティングの組み合わせを変えたサンプルに対して，耐食性，表面硬度，摩擦係数の評価を行った。窒化を含む条件では若干の耐食性向上がみられた。表面硬度は表面処理の組み合わせによる大きな差はみられなかった。摩擦係数は摺動距離が長くなるとともに増加し，摩擦係数の増加は樹脂相手材がサンプル表面に付着したことによるものと推察される。

表 1 複合表面処理の組み合わせ（「ピーニング」と「CrAlN 系」）

1 はじめに労働人口の減少や国際競争力の向上を背景に，製造

んだ生産ラインでは，消耗品の部品交換や点検に要す
るダウンタイムの縮減のため，設備を構成する金属部
品の長寿命化が必要である。樹脂製品の製造ラインで

ショット
CrAl系
ピニング コーティング
○

No.

基材

1

SUS420J2○-

2

SUS420J2

○

○

-

3

SUS420J2

○

○

○

○

4

SUS420J2

○

-

○

○

現場では生産性の向上が求められている。自動化が進

熱処理 窒化○は樹脂の高機能化に伴い，機械的特性，熱的特性，機ン グ は WPC処 理 5) を 用 い ， CrAlN 系 の コ ー テ ィ ン グ は能性付与のために種々の酸化物系，窒化物系，炭素系

PVDを用い膜厚目標約3 mで製膜した。

フィラーが充填され 1) ，製造ライン中の金属部品には耐 食性 の評 価は 塩水 噴霧 試験 （ス ガ試 験機 ㈱STP-

高い硬度，耐摩耗性，耐食性が求められている。長寿120）を用いた。試験は噴霧室温度 35 ˚C， pH 6.5～

命化の試みでは，ピーニングと窒化の組み合わせや，

7.2， 塩水濃度 5 %，設置角度 20 ˚，噴霧量 1.5±

イオン注入による表面改質と製膜の組み合わせなどの0.5 mL/h の環境で行った。サンプル下部での液溜ま報告がある 2,3) 。本報告では，焼入れ硬化が可能でバり防止のため，サンプルを6 mm のガラス管の上に設

ルブや刃物，樹脂金型などに用いられるSUS420J2基材置した。サンプルの側面および裏面はテープで保護し上に，窒化，ショットピーニング，CrAlN系ハードコ

た。耐食性は，試験時間 51 時間までのサンプルの外ーティングの複数の表面処理を複合的に組み合わせた観で評価した。機械特性は，摩擦係数と硬度で評価しサンプルに対して，耐食性，機械特性の評価を行った。

た 。 摩 擦 係 数 は 摩 擦 摩 耗 試 験 機 （ ㈱ レ ス カ FRP2100）を用い，ピンオンディスク摩耗試験を行った。
摩擦係数 測定の 条件は，無潤滑環境 下において荷 重

2 実験方法
表1に評価に用いた表面処理サンプルの組み合わせ

2050 gf，摺動速度 50 rpm，摺動直径 30 mm，摺動距を示す。基材には1025 ˚Cで焼入れ，500 ˚Cで焼戻し

離 157m（試験時間 2000 sec.）である。表面硬度の測を行ったSUS420J2を用いた。表面処理には窒化，ショ

定にはナノインデンテーション（㈱エリオニクス

ットピーニング，CrAlN系のハードコーティングを用

ENT-NEXAS）を用いた。表面硬度測定の負荷荷重は 4

い，組み合わせを変えたサンプルを作製した。窒化にmN とし た。 押 込 み 深 さが CrAlN 目 標膜 厚 3 m のは低温ガス窒化のEH処理 4) を用いた。ショットピーニ

1/10 を満足するように負荷荷重を調整した。サンプ
ルの断面および摩擦摩耗痕の観察には，レーザー顕微*1 機械電子研究所*2 東亜精工株式会社

鏡（㈱エビデント- 63 -

OLS-5100）を用いた。

3 結果と考察
図1に塩水噴霧試験を行った複合表面処理サンプルの外観を示す。横方向に各サンプル番号，縦方向に経過時間を示す。5時間経過した各サンプルの外観に違いはみられなかった。20時間経過後は，窒化処理を含
むNo.2とNo.3の条件で若干赤サビの発生量が少なかった。51時間経過後は，全てのサンプルで全面が腐食したが，No.3（CrAlN/ピーニング/窒化処理）のサンプ
ルは素地が若干残っていた。

図2

各複合表面処理の組み合わせサンプルの表面 SEM 像の比較

図3に各複合表面処理サンプルの断面光学像を示す。
窒化を含む条件のNo.2とNo.3のサンプルでは，窒化層の上にCrAlN膜が観察された。各サンプルのCrAlN膜および窒化層の厚みをスケールバーとの比率で計算した値を表2に示す。CrAlN膜の膜厚は1.5～2.0 m，窒化層の厚みは約15 mでサンプル間の差はなかった。一方で，CrAlNの目標膜厚3 mに対して，サンプル上の
CrAlN膜は1/2～1/3程度薄かった。

図1

各複合表面処理の組み合わせサンプルの塩水噴霧試験時間におけるサンプル外観

No.1
CrAlN

No.2
CrAlN/窒化

図2に各複合表面処理サンプルの表面SEM像を示す。
比較的耐食性が良かったNo.3のサンプルは,他のサンプルと比較して均一なCrAlN膜が形成された。均一な膜が保護層となり，赤サビの発生量が少なかった可能40 μm性がある。全てのサンプル表面にCrAlN原料のCrAlターゲット の溶滴 であ るドロッ プレッ トとみられる 数

40 μm

No.3
CrAlN/ﾋﾟｰﾆﾝｸﾞ/窒化mサ イズのパーティクルが 堆積していた。今回のサ

No.4
CrAlN/ﾋﾟｰﾆﾝｸﾞ

ンプル条件ではCrAlNコーティングのドロップレット
が欠陥となり，SUS基材が腐食したと考えられる。また，基材に用いたSUS420J2は室内等の穏やかな環境下
では耐食性を有するが，酸環境や塩水環境のような厳しい環境下では腐食を起こす場合があると記されてい

40 μm

40 μm

6)

る 。保護層となる被膜に欠陥があるため，赤サビの
図3発生は妥当な結果だと考えられる。

- 64 -

各複合表面処理の組み合わせサンプルの断面光学像の比較表2

各複合表面処理の組み合わせサンプルの窒化層および CrAlN コーティング膜厚

No.

窒化層

1

-

CrAlN系
コーティング
1.5μm

214.8μm1.9μm

315.4μm

2.0μm

4

-

1.7μm

図4に各複合表面処理サンプルの摩擦係数を示す。
縦軸に摩擦係数，横軸に摺動距離を示す。No.3のサン
プルは他のサンプルと比較して，摺動距離35 mを過ぎたところで摩擦係数が大幅に増加した。No.4のサンプ
ルは摺動距離130 mで摩擦係数が低下した。ピンオン

図5

ディスク摩耗試験は相手材のピンがサンプルに面で接ピンオンディスク摩耗試験に用いた相手材の摩擦面の写真

触するため，当たり方が変化した可能性が考えられる。

No.1 CrAlN

No.3
No.4
No.2
No.1
Sq 0.253[µm]No.2 CrAlN/窒化

No.4 CrAlN/ﾋﾟｰﾆﾝｸﾞ
No.3 CrAlN/ﾋﾟｰﾆﾝｸﾞ/窒化No.2 CrAlN/窒化
No.1 CrAlN

図4

各複合表面処理の組み合わせサンプルの摩擦係数の比較

Sq 0.331 [µm]No.3 CrAlN/ﾋﾟｰﾆﾝｸﾞ/窒化

図5にピンオンディ スク摩耗試験に用いた相手材ナ
イロン6の摩擦面の外観写真を示す。丸破線で示す相
手材表面の位置に黒く変色した接地痕がみられた。摩擦係数が低下したサンプルNo.4の相手材は，他の相手
Sq:0.359 [µm]材に比べて接触面が少なかった。このため，No.4におNo.4CrAlN/ﾋﾟｰﾆﾝｸﾞ

ける摺動距離130 mでの摩擦係数の低下は，試験中に相手材との接触面積が減少したことによるものと推察される。
図6に各複合表面処 理サンプルの摩擦摩耗痕の光学
像とレーザー顕微鏡像を示す。光学像中に黒丸で示す

Sq:0.301 [µm]

虹色の干渉色は，相手材のナイロン6の付着と考えら(a)光学像れる。全てのサンプルで摩擦係数が増加した理由は，相手材の付着に由来すると推察される。また，No.3の

図6

表面は微細孔が多く存在していた。他のサンプルと比- 65 -(b)レーザー顕微鏡像

各複合表面処理の組み合わせサンプルの摩耗痕の光学像とレーザー顕微鏡像

べて微細孔が多いことで，摺動距離の増加とともにナイロン6の付着量が増加し，サンプルNo.3の摩擦係数が増加した可能性が考えられる。カラーマップで示したレーザー顕微鏡像では，全てのサンプルで線状の加工痕がみられた。面粗さの二乗平方根平均粗さSqは最小値 がNo.1の0.25 m，最 大値 がNo.3の0.36 m程度
でサンプル間の摩耗痕の粗さに差はなかった。このため，サンプルNo.3の摩擦係数増加に及ぼす表面粗さの影響は少ないと考えられる。
図7に各複合表面処 理サンプルの表面硬度の比較を示す。縦軸に押込み硬度，横軸にサンプル番号を示す。
測定は14回行い，4点の外れ値を除いた10点の測定値
を白丸，平均値を黒丸で示した。アークイオンプレー

図7

各複合表面処理の組み合わせサンプルの
表面硬度の比較

図8

各複合表面処理の組み合わせサンプルの表面硬度測定視野の光学像

ティングを用いたCrAlNの硬度は，約37 GPa程度と報告されており 7) ，サンプルNo.2以外のCrAlNは同程度の硬度である。CrAlN/窒化を組み合わせたNo.2の硬度は平均22.5 GPaで，他のサンプルの硬度31～32 GPaよりも低かった。低い硬度の理由は，10点の測定値が約15～30 GPaの間で広く分布しているためである。
図8に各複合表面処理サンプルの硬度測定を行った
視野の光学像を示す。No.1の表面は線状の加工痕がみられた。No.2からNo.4のサンプルは丸みを帯びた凹凸形状が形成されていた。No.2の条件では，微細な凹凸が高密度で形成されており，この凹凸が広く分布した
表面硬度の原因と考えられる。

4 まとめ
SUS基材に対して熱処理，窒化，ショットピーニン
グ，CrAlNコーティングを組み合わせたサンプルに対36, No. 6, 299-308 （2015）

して，塩水噴霧試験，表面・断面観察，摩擦係数測定，

2)菊池将一, 亀山雄高, 深沢剣吾, 小茂鳥潤： 砥粒
加工学会誌, Vol.50 No.3, 134-137 (2006)

表面硬度測定を行った。塩水噴霧試験では，窒化を含む条件で若干耐食性が向上した。表面形状は窒化を含3) 滝 川 浩 史 , 電 気 学 会 誌 , 121 巻 5 号 , 312-315

むサンプルが粗く，全てのサンプルでナノパーティク(2001)

ルが観察された。断面光学像では，膜厚1.5～2.0 m4)竹居正美, 藤田英人, 藤野良治: 複合拡散窒化方法のCrAlN膜と， 約15 mの窒 化層が 観察された。摩擦及び装置並びに窒化物の生産方法, 特許番号 第係数は摺動距離が長くなることに伴い増加した。摩擦2693382号 (1997)
5) 熊 谷 正 夫 : 油 空 圧 技 術 , Vol.50, No.9, 20-23

係数の増加は相手材のナイロン6の付着によるものと推察される。表面硬度は20～30 GPa程度であり，表面(2011)

処理の組み合わせの影響はなかった。

6)岸 本耕 司 : 山陽 特 殊 製 鋼 技報 , Vol.5, No.1, 91104 (1998)

5 参考文献7) 嶋 村 公 二 , 他 : 砥 粒 加 工 学 会 誌 , Vol.57 ,No.8,

1)永田員也, 真田和昭: ネットワークポリマー, Vol.

536-541 (2013)- 66 -

甘夏みかんの自動外皮剥皮装置の開発
在川 功一 *1 永田 成敏 *2 白木 政二 *2

Development of automatic exocarp peeling machine for Amanatsu
Koichi Zaikawa, Naritoshi Nagata and Masaji Shiraki

缶詰や加工食品については需要の拡大が続いており，中でもみかん等柑橘類の缶詰については流通数が多く，売上も非常に高い。一方で原料における柑橘類の中でも甘夏みかんについては，外皮剥皮の難しさから人手による処理が一般的であり，自動化事例は見当たらない。また，高齢化による人員不足や剥皮処理を行う農家への移送・回収時の原料劣化による供給量の低下，燃料費の高騰による輸送コストの増大など多くの課題を抱えている。そこで本研究では甘夏みかんの外皮を自動で剥皮可能な装置を開発し，これらの課題解決を図った。

1 はじめに②ピーラー方式

缶詰や加工食品については昨今の新型コロナウイル

回転する果実にピーラーを押し当て，外皮を連続しス感染拡大による巣ごもり需要から拡大が続いており，て剥皮する方法である。りんご，梨などの果実の効率

中でも柑橘類の缶詰加工品は流通数も多く，売上が非的な処理方法として，一部では自動化され販売されて常に高い 1) 。一方，原料における柑橘類の中でも甘夏いる。

みかんは一般的な温州みかんと比較して外皮が固く，③スパイラルシャフト方式

自動での剥皮が困難であるため，人手による剥皮が一

温州みかんの自動剥皮方法として実用化されている般的である。しかし，近年は作業者である農家の高齢方法であり，内側方向へ回転する2本1対の溝付きシャ化による人手不足や燃料費高騰による輸送コストの増

フト上に果実を滑らせ，外皮を削って巻き込みながら

大，輸送中の原料劣化などの課題が発生しており，需剥皮する（図2）。

要に対して供給が追い付かない状況となっている。

④吸引方式

そこで本研究では，甘夏みかんの外皮剥皮の自動化

果実中央部の円周方向にアルベドの深さまで切れ目に向けた剥皮方法の検討，ならびに原料処理能力の向を入れ，上下をカップで挟み，吸引しながらカップを上と処理コスト低減を同時に実現可能な自動外皮剥皮

捻って外皮を引き剥がす方法である（図3）。

装置の開発を行った。

2 研究，実験方法
甘夏みかんの特徴としては温州みかんに比べ，外皮が固く，中果皮（アルベド）が厚いという特徴から内皮を傷つけることなく剥皮することは困難である。そこで以下の4つの剥皮方法について自動化の可能性を調査した。
①自動爪方式
この方式は人手での剥皮作業をイメージした方法であり，図1に示すように果実を押し上げながら外皮とアルベドの間に爪を引っ掛け，外側に開くように剥皮する方法である。
図1*1 機械電子研究所*2 株式会社マルミツサンヨー- 67 -

自動爪方式

図2

スパイラルシャフト方式

図4

自動爪方式実験機

図5 自動爪方式での剥皮状態
図3 吸引方式

3 結果と考察3-1 各剥皮方法の評価①自動爪方式については，エアシリンダ駆動方式の実験機を作製（図4）した上で実験を実施した。果実

図6 ピーラー方式での剥皮状態を突き上げながら外皮とアルベドの間に爪を引っ掛け，外側へ開くような機構で外皮を剥皮した。結果としては果実を傷つけることなく剥皮可能であったが，最大でも果実全体の2/3程度の剥皮に留まる結果（図5）となり，果実下側の剥皮が困難であるという結果に至った。
②ピーラー方式については，外皮は剥皮可能である
ものの，切込みの設定によってアルベドが残存するか内皮を傷つけてしまう結果（図6）となった。内皮を図7 スパイラルシャフト方式での剥皮状態

傷つけてしまうと後工程で果肉が原型を留められず，バラバラになってしまうことから，自動化における本表1 各剥皮方式の比較

方式の採用は困難と判断した。
剥皮方法③スパイラルシャフト方式では，外皮が固いことが影響してシャフトに設けられた溝に嚙みこまず，剥皮①自動爪困難であることが確認された（図7）。前処理として外皮に浅く傷を付けた場合も同様の結果となったことか②ピーラー

ら，採用は困難と判断した。
④吸引方式では，果実を傷つけることなく外皮のみ③シャフトを剥皮することが可能であったが，切れ目を入れた上
下どちらかのみが剥皮され，約1/2の外皮が残存する結果に至った。各剥皮方式の結果と評価を表1に示す。
- 68 -④吸引結 果
1/3 が残存するが，剥皮状態は良好。
内皮を傷付けてしまい，後工程に支障をきたす可能性が高い。
ほぼ剥皮できず，複数回の処理でも目途が立たない。
1/2 が残存するが，剥皮状態は
良好

評価
○

×

×

○

3-2 吸引方式と爪掛下げ方式による剥皮方法の確立

よって，以下の効果がもたらされた。

各剥皮方法の結果から①自動爪方式と④の吸引方式

・処理能力約30 %向上（従来の手剥きと比べ処理時間での結果が良好であったことから2つの方式を組み合が約1/5に短縮）

わせて完全な剥皮が可能かどうかを検討した。吸引に・処理コスト約40 %低減

よる上部剥皮の前工程として外皮の円周方向に切れ目・剥皮した外皮の2次利用が可能（処理依頼先への輸を入れるが，その割合によって次工程の爪の掛下げに送が発生せず，内製化で新鮮な外皮を得られるため食影響が及ぶため，実験にて最適な割合を導出した。そ品や香料としての利用が可能となる）の結果，上側吸引剥皮時に40～50 %の割合において，なお，本研究にて開発した剥皮方法や製作した装置

良好な結果が得られることが確認された（図8）。このについては特許出願中（特願2020-165141）である。

割合を反映し吸引方式にて上半分を剥皮した後，ばね鋼を用いた爪を掛下げ，下半分を剥皮することによって完全な剥皮が可能であることを確認した（図9）。

図8 上下剥皮割合の変化による剥皮状態比較

図10 外皮自動剥皮装置設計模式図

図9 吸引方式と爪掛下げ方式を組み合わせた剥皮(a) 装置外観(b) 剥皮工程(c) 果実取出し(d) 外皮取出し

3-3 外皮自動剥皮装置の開発および製作得られた結果をもとに，完全自動で外皮剥皮が可能な装置開発を実施した。ロータリーインデックステー
ブルを採用し，果実の投入から外皮剥皮，果実の取り出し，外皮排出までを7工程に分割し，45度ずつ回転しながら処理が進行する装置を設計した（図10）。製
作した装置（図11）にて外皮剥皮実験を繰り返し実施
し，制御の最適化を実施したところ，タクトタイム5～7 sで1工程が処理可能なことが確認された。これに図11 自動外皮剥皮装置- 69 -

4 まとめ甘夏みかんの外皮剥皮工程の自動化を検討した結果，吸引と爪の掛下げによる剥皮方式を採用した国内初の
甘夏みかん自動外皮剥皮装置を開発した。このことにより，従来の手作業での剥皮と比べ処理能力の大幅向
上と処理コストの削減を同時に達成することが確認された。今後は他のデコポン，八朔等，別の柑橘類への適用を検討するとともに，JAや缶詰加工企業への販売等を予定している。

5 謝辞
本研究は令和元年度（公財）福岡県産業・科学振興
財団の可能性調査事業によって実施し，装置化については（公財）市村清新技術財団の新技術開発助成を活用して実施いたしました。ここに感謝申し上げます。

6 参考文献1)(公財)日本缶詰びん詰レトルト食品協会：果実缶
びん詰生産数量の推移，国内生産数量統計(2021)（オンライン）https://www.jca-can.or.jp/data/
pdf/kajitsu.pdf（参照2023-05-11）- 70 -

CAE及び振動試験システムを活用した現場の振動再現評価技術の開発
髙宮

義弘 *1

内野

正和 *1

木下

雅博 *2

Development of on-site vibration reproduction evaluation technology using CAE andvibration testing systems
Yoshihiro Takamiya，Masakazu Uchino and Masahiro Kinoshita

輸送環境を反映した製品の振動評価方法は多いが，製品特有の振動条件における評価事例は少ない。また部品単体での評価が難しく，構造全体として実際に稼働しなければ評価できず，且つ振動の影響が表れるには時間がかかるため評価が不十分となり，市場で故障することもある。このように再現が困難で，評価に時間がかかる振動評価には，実験やCAE解析による事前の評価技術が求められている。そこで本研究では，現場の振動特性の計測手法及びCAEによる解析及び振動試験システムによる振動再現実験評価技術を開発した。

1 はじめに2 研究，実験方法

包装貨物が流通過程において受ける振動，衝撃及び2-1 現場計測

圧縮に対する包装の保護が適正であるかどうかを評価

図 1 に現場で振動計測を行った際の機器の取り付けするための試験方法として，JIS Z 0200が規定されて状況を示す。フォークリフト屋根梁部にブラケットと1)いる 。ただし同時にJIS Z 0232では，加速度パワー

上下方向の加速度を計測する加速度ピックアップを取スペクトル密度は，路面状況，使用する車両の種類なり付けた。フォークリフト後部に計測用のロガー，PC

ど，輸送条件に大きく依存するため，測定されたデー及びバッテリーを固定した。計測条件は加速度計測方タに基づく加速度パワースペクトル密度及び試験時間

向を上下方向とし，サンプリング時間 0.5 msec，フが利用できる場合には，このデータを用いて試験する

ィルタ処理無し，アース接続有りとした。現場は一般のがよい，とされて いる 2) 。これらのことからJISに的な工場を想定しており，高負荷がかかるように計測おける輸送環境試験は，多種多様な輸送環境の平均的ルート上にグレーチングによる 3 回の段差を設けた。

な試験としては有用だが，ある程度限定された環境下における構造体に振動が与える影響をより正確に評価
ボルト検討する場合は，現場での振動計測結果を基に振動条件を決定することが望ましいと考えられる。
そこで本研究では，ものづくり企業の振動課題を開発早期に評価対策できる環境を整備することを目的に，現場の振動計測，再現手法及びCAE解析による不規則
振動再現評価手法を確立した。試験体のサンプルは，
和新工業株式会社が開発した主に工場内で使用するフフォークリフト加速度
ピックアップ

バッテリー

PC

ブラケット

ォークリフト用ブラケットとした。工場内を走行する
フォークリフトという限定された振動環境において，
ブラケット固定用のボルトが緩まないかを評価するため，現場の振動計測，振動試験システムによる振動再データ
ロガー

現，加速及び高度解析システムによる振動解析を実施したので結果を報告する。

図1*1 機械電子研究所*2 和新工業株式会社- 71 -

振動計測機器取り付け状況

2-2 振動再現

リブが補助プレートに干渉しないこと， ボルトの締図 2 に振動試験システム（IMV㈱，A30/EM3HM）を活

め付けにより本体が変形しないこと，を考慮し設定し用したブラケットの振動再現試験の様子を示す。振動た。構造解析は，高度解析システムが保有するANSYS

試験システムが保有する六面体加振冶具の梁にフォー

Mechanical Enterpriseで使用した時刻歴解析を 実施

クリフト同様にブラケットを固定した。

した。振動の再現時と同様に実測値のCSVデータを時

図 3 に再現する振動波形を示す。再現する振動は現刻歴応答加速度として入力データとした。

場計測結果において，最大最小の加速度を示した波形
前後の振動とした。振動の再現には，振動試験システ
ムの実測波形定義機能を使用した。実測波形定義では

照明取付用
プレート

デジタル化された波形データを目標波形に設定する機

追加
リブ

本体

能である。
ブラケット
取付梁
補助プレート
改善前ボルト

図4振動試験システム

改善後

ブラケット構造解析モデル

2-4 解析の検証
解析の精度検証のため，構造改善前後のブラケットの変位量を振動試験システムにて確認した。図5にブ六面体加振冶具

図2

ラケット変位実験の様子を示す。六面体加振冶具にブブラケットの振動再現試験の様子

ラケットを固定し，六面体加振冶具及びブラケット本
体のボルトと直交に接合する部材の上下方向変位をレ

80
40
0
-40
-80

ーザー変位計にて計測した。
レーザー変位計 1（ベース変位）0

レーザー変位計 2（ブラケット変位）

5 10 15 20 25 30
時間 sec

80
40
0
-40
-80
9.5

9.7
図3

9.9

10.1
時間 sec10.3

10.5

再現する振動波形

2-3 解析

図5

ブラケットの変位実験

図4に構造解析で使用したブラケットモデルを示す。
ブラケットは開発過程にて構造改善を行っており，解3 結果と考察

析では，構造改善前後モデルの振動による変位を比較

3-1 現場計測

する計算を実施した。構造改善では本体にリブを追加

図6に計測結果の一例を示す。段差通過時に加速度したが，リブの追加は，本体がより変位しにくいこと，- 72 -

が大きくなっていることを確認した。

80

くなっていることがわかった。

段差 1

60

段差 2 段差 3

また改善前後のベース変位との標準偏差は，改善前

40
20が0.0792，改善後が0.0287となり，63.8 %標準偏差が0小さくなる結果となった。これは解析における変位減-20ともおよそ一致する傾向を示したが，解析結果との統-40

一的な比較となっておらず，評価手法については今後

-60
-80

検討を行っていく予定である。
0

5

10
図6

15
20
時間 sec
振動計測結果

25

30
3.90
改善前

3.85
3.80

3-2 振動再現

3.75

振動再現試験の結果から，振動再現回数10万回以上

3.70

でもブラケットが外れることがないことを確認した。

改善前
ベース

3.65
3.60
0.45

3-3 解析
解析の結果からボルトの緩みにくさを評価するため，

0.50

0.45
0.60
時間 sec0.65

3.60

ボルトに直交する本体部品の変位を出力した。図7に

3.55

ボルト直交部材の上下変位を示す。改善前の最大変位

3.50

は3.2 μmp-p，改善後の最大変位は0.8 μmp-pとなり，

3.45－76 %変位が小さくなる結果となった。

3.40

改善後

改善後
ベース

3.35
2.0

3.30
0.45

改善前

1.5

0.50

0.45
0.60
時間 sec

図8

変位計測結果例

1.0
0.5

0.65

0
-0.5

4 まとめ

-1.0

1)和新工業株式会社のフォークリフト用ブラケットを

-1.5
-2.0

0

0.2

0.4
0.6
時間 sec0.8

1.0

現場での時間と加速度を求めて，振動試験システム

2.0

による再現手法を蓄積した。

改善後

1.5

サンプルに，現場における輸送時の振動を計測し，1.0

2)現場の振動特性を条件として読み込み，高度解析シ

0.5

ステムを使用した構造解析によりブラケット固定ボ

0

ルト周辺の定性的な変位の傾向を予測した。

-0.5

3)今後は，実験と解析の比較手法について改善を図る-1.0

と共に現場の振動特性計測，振動試験システムによ

-1.5
-2.0

0

0.2
図7

0.4
0.6
時間 sec0.8

1.0

る再現及び高度解析システムによる評価の各プロセスの簡易化を検討する。

ボルト直交部材の上下変位
5 参考文献3-4 解析の検証

1)JIS Z0200，包装貨物-性能試験方法一般通則(2023)

図8に変位計測結果の一例を示す。ベースの変位に2)JIS Z0232，包装貨物-振動試験方法(2020)

対して改善前と改善後の変位では，改善前の方が大き- 73 -

ふく射冷房パネルの流動可視化と熱交換量に関する研究
村田

顕彦 *1

山本

圭一朗 *1

大内

崇史 *1

岩嵜

亨 *2

Study on flow visualization and heat exchange rate of radiant cooling panels
Akihiko Murata, Keiichiro Yamamoto, Takafumi Ouchi and Toru Iwasaki

体育館など大型施設の室内空間を，ふく射と自然対流により温調する冷房パネルの設置が進んでいる。従来の冷房パネルよりも熱交換性能を向上させるために，CAEを活用した最適形状探索のニーズがあるが，CAEによる性能予測の妥当性を検証するためには，パネル周りの複雑な流れを可視化し，流動現象を把握する必要がある。そこで，当所に導入されている熱流体可視化システムを用いて，パネル周りに形成される流れを対象に粒子画像流速測定を実施し，CAEを用いた解析結果が，可視化実験の結果とおおよそ一致していることを確認した。また，CAEを用いてふく射冷房パネルを簡略化した鉛直平板を用いて，平板の全長を変化させた際の熱交換量の変化を調査した。

1 はじめに本研究で測定対象としたふく射冷房パネルを図1に ，体育館など大型施設向けに，ふく射冷房パネルの設可視化実験の模式図を図2に示す。

置が進んでいる。通常のエアコンは，ファンによって強制的な対流を起こし，温度を調整する方式である。
一方，ふく射冷房パネルは，ファンを使わず，ふく射と自然対流で温調する方式である。このため，ふく射冷房パネルには，ホコリ，ウイルスなどの飛散が生じにくい，バドミントンなどの風が問題になる競技に影響を与えないなどのメリットがある。
従来のふく射冷房パネルよりも熱交換性能を向上させるために，CAEを活用した最適形状探索のニーズがあるが，解析結果の妥当性を確認するためには計測を行う必要がある。当所では，これまで，機械装置の周
囲又は内部に形成される流れ場を，レーザー光源及び図1

ふく射冷房パネル（測定対象）

カ メ ラ を 用 い た 粒 子 画 像 流 速 測 定 （ PIV ： Particle
Image Velocimetry）により，可視化する熱流体可視化システムを用いた研究を実施してきた 1)。
本研究では，上記システムを用いて，パネル周りに形成される流れにPIVを実施し，可視化実験結果とCAEを用いた解析結果を比較評価した。また，ふく射冷房
パネルを実際に設置する際の，効果的な配置を検討するために，ふく射冷房パネルを簡略化した鉛直平板を用いて，平板の全長を変化させた際の熱交換量の変化を調査した。

2 実験，解析方法
2-1 ふく射冷房パネルの可視化実験と解析による検証
図2*1 機械電子研究所*2 株式会社エース・ウォーター- 74 -

可視化実験の模式図

まず，暗幕で覆った可視化用の実験室内（幅：1640

2-2 鉛直平板の全長と熱交換量の関係

mm，奥行き：3010 mm，高さ：3550 mm）にトレーサー

本解析では，全長の影響を単純化して評価するためを流量8 mL／hでおよそ5分間充填した。その後，ふくに，ふく射冷房パネルの代わりに薄く長い鉛直平板を射 冷 房 パ ネ ル 前 面 か ら ， CW レ ー ザ ー （ DPSS532-3W-用いた。解析モデルと解析範囲を図4に示す。境界条

CW）によってレーザーシートをパネルに対して垂直に件は床面と背面を断熱面，解析領域の上面と前面は，照射し，可視化した気流を，パネルの側面から高速度

体育館のような広い空間に設置した場合を想定するたカメラ（フォトロン社製：FASTCAM Nova S6）を用いめに，空気（21 ℃）の出入りがある状態とし，平板て，撮影速度1000 Hzで1000枚（1秒間）撮影した。本

表面は温度9 ℃で固定した。平板底面と床面の距離を測定では，トレーサーとしてヘリウムソープバブル発

400 mmに固定した状態で，全長を200 mm～2000 mmの生装置（LaVision社製）を用いて，複数のノズルから間で200 mmずつ変化させ，2次元解析を実施した。そ2)約300 ㎛のシャボン玉 を発生させた。可視化ソフトの他の条件は，2-1の条件と同様である。

ウェアとしてはDaVis10（LaVision社）を使用した。
なお，実験時の室温は21 ℃，冷却水温度は9 ℃であった。
上記の可視化実験との比較用解析モデルと解析範囲を図3に示す。ふく射冷房パネルは図1のように垂直な吸熱管とフィンを等間隔で並べた構造であるため，隣り合う吸熱管の中央で対称になると仮定して，本解析では，図3の右側に示すとおり，吸熱部1枚の半分を解析対象とした。解析範囲の横幅は，隣り合う吸熱管の中心間距離の半分である40 mmとし，高さは3550 mm，
奥行きは3010 mmとした。乱流モデルにはAKN線形低レ
イノルズ数k-εモデルを使用した。境界条件は床面と図4

鉛直平板の解析モデルと解析範囲

背面を断熱面，解析領域の上面と前面は流体の出入りは無しの等温面（21 ℃），側面は対称面，ドレン部と3 結果と考察

台座は計算領域外とし，その表面は断熱面，ふく射境

3-1 ふく射冷房パネルの可視化実験と解析による検証

界条件はふく射率0.9とし，パネルの配管内部には温ふく射冷房パネル前方周りの空気の流れのPIV結果を

度9 ℃，管内熱伝達係数5000 W／(m2 ・K)を与えた。

図5に，scFLOWの解析結果を図6に示す。それぞれ速度

解析ソフトウェアにはscFLOW（ソフトウェアクレイド

コンターとベクトルを示している。

ル社）を使用した。

PIVと解析ともに，パネルによって冷却された空気は，パネル上方から下方前面に流れており，流速もおおよそ一致していることを確認できた。
3-2 鉛直平板の全長と熱交換量の関係
鉛直平板の全長を変化させて解析した熱交換量の結果を図7に，単位長さ当たりの熱交換量を図8に示す。
全長を長くするほど，熱交換量は増加するが，単位長さ当たりの熱交換量は減少していた。上部と比較し，下部では流速が速いため，局所熱伝達率は大きくなるが，それ以上に，平板と空気の温度差が縮小している
ことの影響が大きく，結果として局所熱流束が低下する。そのため，全長を長くしても熱交換量がそれほど

図3

ふく射冷房パネルの解析モデルと解析範囲増えず，単位長さ当たりの熱交換量が減少していると- 75 -

考えられる。

図8

図5

PIV結果（速度コンターとベクトル，

単位長さ当たりの熱交換量の変化

4 まとめ

1秒間平均）

ふく射冷房パネル周りの流れについて，熱流体可視化システムを用いて可視化し，PIVによって速度の空間分布を得ることができた。また，CAEを用いた解析
結果が可視化実験結果とおおよそ一致していることを確認した。さらに，CAEを用いてふく射冷房パネルを簡略化した鉛直平板を用いて，平板の全長を変化させた際の熱交換量の変化を調査した。これらの結果は，ふく射冷房パネルを体育館などに設置する際の，効果的な配置の検討に活用していく。

図6

scFLOW解析結果（速度コンターとベクトル，

5 謝辞

定常解析）

本研究は，R1年度(公財)JKA補助物品熱流体可視化システムを用いて行った。

6 参考文献1)村田顕彦：福岡県工業技術センター研究報告，No.
32, pp. 49-50(2022)
2) 一 般 社 団 法 人 可 視 化 情 報 学 会 ： PIV ハ ン ド ブ ッ ク（第2版），pp.451（2018）

図7

鉛直平板の全長と熱交換量の関係- 76 -

金属粉末射出成形材料におけるVOF法を用いた熱流体解析
山本 圭一朗 *1

田尻 智基 *1

中村 憲和 *2

谷川 義博 *1

Computational Fluid Dynamics using VOF Method in Metal Powder Injection Molding
Materials
Keiichiro Yamamoto, Tomoki Tajiri, Norikazu Nakamura and Yoshihiro Tanigawa

金属粉末射出成形（Metal Injection Molding：MIM）は，ニアネットシェイプで製造プロセスにおけるコスト競争力強化に有効であり，更なる競争力強化には，射出成形時の流動を解析上で予測し，成形時のウェルド等の成形不良を事前に把握することが重要と考えられる。そこで，本研究では，MIM材料の射出成形時の流動解析を行うことを目的に，粘性係数を測定する装置を試作した。測定で得られた粘性係数をせん断速度と温度に依存するカロ―モデルで近似し，VOF法による射出成形時の流動解析を行った。解析結果の最高充填圧力は144.3 MPaに対し，実測値は146.25 MPaであった。解析結果の方が実測値に対し，1.3 %低い値となったが，よく一致する結果が得られた。
MIM材料の充填時の流動把握には，VOF法を用いた熱流体解析は有効な手法と考える。

1 はじめにした。得られた粘性係数から流動解析を行うにあたっ

航空機部品に用いられるチタン合金等は，高価な材て，MIM 材料は金属粉末とバインダーを混合したもの料であり，製造プロセスにおけるコスト競争力強化がであり，離散要素法（Discrete Element Method：DEM）

重要となっており，原料ロスが少ないニアネットシェと数 値流 体力 学（ Computational Fluid Dynamics：

イプである MIM が有効と考えられる。MIM で用いられCFD）を連成させることで，射出成形時の金属粒子のる市販の材料(チタン合金，SUS304L 等)は，図 1 のよ分布を予測できる可能性が考えられることから，樹脂

うに，数 mm サイズのペレットとして入手することが流動解析ソフトウエアではなく，熱流体解析ソフトウ

できる。MIM 材料は、成形時の溶融状態では非ニューエアを使用した。使用する熱流体解析ソフトウエアは，トン流体であるため，流動特性を示す粘性係数はせん

粘性係数を温度もしくはせん断速度のどちらか一方の断速度に依存する。しかし，材料メーカより提示され依存性しか考慮できなかったため，ソフトウエアのカるデータシートは，限られた条件下での粘性係数を示

スタマイズを行い，VOF 法（Volume of Fluid 法） 1)

したものであり，流動解析を行う上で十分なデータがを用いて，射出成形時の流動解析を行い，成形実験の提供されていない。

最高充填圧力との比較を行った。

2 研究，実験方法及び解析方法
2-1 粘性係数の測定試作したMIM材料の粘性係数を測定する装置を図2に示す。

図1

市販の金属粉末成形材料

そこで，本研究では，フローテスターにより MIM 材
料の粘性係数を測定するのではなく，装置を試作し，せん断速度や温度をパラメータとして粘性係数を取得*1 機械電子研究所*2 株式会社久留米リサーチ・パーク

図2- 77 -

試作した粘性係数測定装置構成

シリンダの周囲に取り付けたヒータで加熱し，測定

読み込むことで，温度とせん断速度に依存した粘性係温度に到達した後，シリンダ内にMIM材料を入れ，荷数が扱えるように，カスタマイズを行った。

重をかけた外径6 mmのピストンで，直径１ mm，厚さ1

𝜇 𝑒

𝜇=

mmのダイより，MIM材料を押し出す。その際の荷重を

(

)

(4)

[1 + (𝜆𝛾̇ ) ]ロードセルで測定し，ピストンの変位をレーザー変位

ここで，𝜇は粘性係数[Pa･s]，𝛾̇ はせん断速度[1/s]，計で測定した。測定では，図3のように，荷重と変位

𝜇 は𝛾̇ =1のときの標準粘性係数[Pa･s]， b は温度定数が時間とともに変化する。荷重が安定し，変位の傾き[1/℃]，𝑇はMIM材料の温度[℃]，𝑇 は参照温度[℃]，が一定となった範囲を測定データとして用いた。

λ は時間パラメータ[s]， n は流れ指数である。せん断速度𝛾̇ は ， x ， y ， z 方向の流速をそれぞれ u ， v ， w を用いて，式(5)，(6)となる。
𝛾̇ = √Π
Π=2

(5)
𝜕𝑢
𝜕𝑥

+

𝜕𝑣
𝜕𝑦

+

𝜕𝑤
𝜕𝑧

+

𝜕𝑢 𝜕𝑣
+
𝜕𝑦 𝜕𝑥

+

𝜕𝑣 𝜕𝑤
+
𝜕𝑧 𝜕𝑦

+

𝜕𝑤 𝜕𝑢
+
𝜕𝑥 𝜕𝑧

(6)

MIM材料を変更した場合の解析に対応するため，カロ ― モ デ ル の 係 数 𝜇 ，𝑇 ， b ， λ ， n に つ い て は ，
図3

測定時の変位と荷重の時間変化

scFLOWのプリプロセッサにおける粘性係数の入力画面
により，任意に入力できるようにした。

ロードセルで測定した荷重及びシリンダ径と変位か次に，カロ―モデルを用いた粘性係数の近似式を用

ら容積流量を求め，式（1），式（2）を用いてせん断

いて，MIM材料の射出成形時の流動解析を行った。解応力，せん断速度を算出し，粘性係数を式（3）にて

析モデルは，図4に示す成形実験でMIM材料が流れる流見積もった。

路とした。成形実験は，JIS Z 2551「金属粉末射出成
形材料－仕様」のB型引張試験片を成形するものであ

𝜏=

𝑃𝑑
𝐹𝑑
=
4𝐿 4𝐿𝑆

(1)

𝛾̇ =

4𝑄
𝜋𝑑 /8

(2)

𝜇=

𝜏
𝛾̇

(3)

り，射出成形機には，（株）ソディック製TR20EHVを用いた。

ここで，𝜏はせん断応力[Pa]，𝛾̇ はせん断速度[1/s]，
𝑃は 圧力 [Pa] ， 𝑑 は ダ イの 直 径 [mm]， 𝐿は ダイ の 長 さ[mm]，𝐹はピストンの荷重[N]，𝑆はシリンダの断面積[m 2]，𝑄は容積流量[mm 3/s]，𝜇は粘性係数[Pa･s]である。
測定対象は，SUS304LのMIM材料とし，温度，荷重を変えて測定を行った。
2-2 熱流体解析による流動解析方法
MIM材料の流動解析を行う熱流体解析ソフトウエアには，scFLOW V2022.1（ソフトウエアクレイドル社）

図4

解析モデル（上：斜視図，下：側面図）

2)を用いた。粘性係数は式（4）のカロ―モデル を用いることとし，粘性係数の式を，ユーザー関数として成形実験での成形条件をもとに，解析条件の設定を作成し，出力されたDLLファイルをソルバー計算時に行った。実験での射出成形では，充填完了直前に射出- 78 -

速度を下げているが，解析では，射出速度の設定値から流量に換算した一定流量3.016×10-5

3-2 熱流体解析による流動解析結果

3m /sとし，射射出成形時における流動先端の解析結果を図6に示

出温度は190 ℃とした。解析領域は，MIM材料が充填す。液相率0.5の表面を流動先端として示したものでされるキャビティのみとし，成形時の金型温度は

あ り ， 射 出 開 始 よ り 0.050 秒 ， 0.075 秒 ， 0.100 秒 ，

60 ℃であることから，キャビティ表面に60 ℃を与え，0.125秒後の流動先端の流動状況と表面温度を示す。

熱伝導により解析領域外へ熱移動するとした。MIM材
料の充填挙動を解析するため，非定常のVOF法を用い，せん断発熱を考慮する条件とした。気相は非圧縮の空気，液相はバインダーが35 vol%，SUS304Lの金属粉末が65 vol%から構成されるものとし，液相の密度はバインダーと金属粉末の体積平均である556 kg/m 3 とした。液相の熱伝導率と比熱は，フラッシュ法（ネッチ製 LFA447 ） に て 常 温 で 測 定 し た 2.9 W/(m ･ K) ， 591
J/(kg･K)を用いた。パーティング面から空気を逃がすこととし，一般的なエアーベント隙間である10 μm程度の流路 3) にて解析を行うと，その隙間により，クーラン数の観点から時間刻みを小さく取ることになり，解析に時間を要すことになる。そこで，パーティング
面に厚さ0.4 mmの流路を設け解析を行った。キャビテ
ィ部分は，メッシュサイズ1 mmのポリヘドラルメッシ
ュで分割し，境界層は0.2 mm，変化率1.1で3層とした。
パーティング面の厚さ0.4 mmの流路には厚さ方向に3層の薄板状のメッシュを挿入した。

3 結果と考察
3-1

粘性係数の測定結果

SUS304LのMIM材料を測定した結果を図5に示す。横軸にせん断速度，縦軸は粘性係数である。測定結果をもとに，式(4)のカロ―モデルの各係数を，エクセルのソルバー機能を用いたフィッティング 3) により求めた値も併せて示す。

図6
図5

SUS304LのMIM材料の測定結果

解析における流動先端の状況と表面温度（上から0.050秒，0.075秒，0.100秒，0.125秒後）- 79 -

MIM材料は金型の壁面に触れ，冷却されることで金

5 参考文献型壁面近傍の粘性係数が高くなり，スキン層が形成さ

1)C.W.Hirt et al.：Journal of Computational

れたような流動が模擬され，後から流れてきたMIM材

Physics, Volume 39, pp. 201-225 (1981)

料は，壁面の粘性係数が高い層間を通過し，流動先端

2)吉川秀雄：エクセルによる樹脂流動解析，pp. 18-

は高温を維持したままの流動となっている様子が確認

25，東京図書出版(2014)

できた。

3)伊藤 英樹：新人製品設計者と学ぶ プラスチック金

次に，流動解析結果の入口圧力の時間変化を図7に型の基礎，pp. 135，日刊工業新聞社(2011)

示 す 。 解 析 で の 充 填 が 完 了 し た 時 点 の 圧 力 は 159.1
MPaとなり，実測の最高充填圧力146.25 MPaに対して，8.8 %高い結果となった。成形実験では，充填完了に近づくと射出速度を下げて成形しているため，解析では，充填完了直前の時間に対する圧力の傾きが変わる
0.135秒を最高充填圧力とすると，144.3 MPaとなり，実測に対し-1.3 %と，よく一致する結果が得られたと
考える。

図7

成形時の圧力と解析結果の比較

4 まとめ試作した粘性係数測定装置により，粘性係数を測定した。得られた粘性係数を近似するカロ―モデルが扱えるよう，熱流体解析ソフトウエアのカスタマイズを行った。VOF法を用いて射出成形時の流動解析を行い，最高充填圧力の解析結果は144.3 MPaに対し，実測は146.25 MPaとなり，解析の方が1.3 %低いものの，よく一致する結果となった。MIM材料の充填時の流動を把握するためには，VOF法を用いた熱流体解析は有効な手法と考える。今後は，金属粉末粒子の挙動を解析できるよう，解析手法の構築に取り組んでいき，熱流体解析により，成形時の成形不良を事前に把握することを目指していく。
- 80 -

カイゼンDXツール「YokaKit」の開発
田口 智之 *1

渡邉 恭弘 *1

林 宏充 *1

中野 貴敏 *2

角 剛志 *2

井上 隼佑 *3

Development of Kaizen DX Tool YokaKit
Tomoyuki Taguchi, Yasuhiro Watanabe, Hiromitsu Hayashi, Takatoshi Nakano, Takeshi Sumi and Shunsuke Inoue

中小企業製造業では，生産性向上のためにデジタルツールを活用したDX化が求められている。しかし，DX化には
IoT技術が必要であり，高額な初期費用やIoT技術に関する知識不足等がデジタルツール導入の障壁となっている。
本研究では，多くの中小企業で活用可能なデジタルツール「YokaKit」を開発した。本ツールは，製造業のDX化に向けたスタートアップのための生産進捗管理システムであり，生産数・サイクルタイム・稼働率等の指標を可視化
し，設備の異常をアンドン表示することが可能である。本ツールのソフトウェアをオープンソースとして無償で利用可能とし，ツールの導入を希望する企業への配布・展開体制を構築することで，DX化に必要な障壁が低減され，カイゼンによる生産性向上につながることが期待できる。

1 はじめに「YokaKit」を開発した。本ツールは，生産進捗の管近年，日本においては少子高齢化が進展しており，理や，設備の異常通知が可能な，製造業のDX化に向け労働人口 が減少 する という問 題が指 摘されている 。

たスタートアップツールである。本報告では「YokaKi

2050年にはこれまで10人で行っていた業務を，約7人t」の仕様及び配布・展開について述べる。

でこなさなければならない状況に陥ることが予想 1) されている。この状況に対応するためには，デジタル技

2 カイゼンDXツール「YokaKit」

術を活用して業務を効率化することが必要不可欠であ

2-1 概要り，デジタルツールを活用したDX化による生産性の向カイゼンDXツール「YokaKit」は，生産状況をグラ上が求められている。製造業のDX化にはIoT技術が必

フで視覚的に確認でき（図1），複数の生産装置の状況

要であるが，初期費用が高い・何から始めたら良いかを把握することで，生産現場の改善に役立て，生産ラ

分からない等を理由に，IoT技術を活用できていない

イン全体のカイゼンをすることができるシステムであ企業が多い。特に中小企業においては導入が進んでおる。設備に異常が発生したことを早急に知らせるため

2)

らず，導入予定をも含めても3割弱に留まる 。

のアンドン画面（図2）を備えるとともに，生産ライ

そこで，機械電子研究所では，県内中小企業がIoTンの担当者のPCやスマートフォンへSlackにより通知を気軽にはじめることができるための支援ツールとしする機能を備えており，異常が発生した際に迅速に対て小型コンピューターであるRaspberry Pi をベース応を行うことが可能である。
また，本ツールはユーザーの管理機能を備えており，とした「IoT 導入支援キット」 3)を開発した。これにより，各種センサーによる生産設備のセンシングが可

ユーザー毎にアカウントを作成し，権限を付与するこ能となった。一方，（公財）北九州産業学術推進機構とができる。これにより，管理者は全ての機能を使用と（株）戸畑ターレット工作所は，トヨタ生産方式 4)

できるが，作業者は必要最低限の機能しか使用できな
いように制限され，不正な操作を防止することができの考えを取り入れた生産進捗管理システム「HiBiKi

る。

t」 5) を共同開発した。本研究では，さらなる生産性

さらに，本ツールはGUIによるシステムのパラメーの向上に向けて，「HiBiKit」と「IoT導入支援キッター設定や確認が可能である（図3，図4）。設定項目

ト」を連携させ，機能を強化したカイゼンDXツール

は多岐にわたり，管理者や作業者が簡単に設定をすることが可能であり，システムでは入力パラメーターの*1 機械電子研究所*2 株式会社戸畑ターレット工作所*3 株式会社ちょっとメーション

不正チェックを行いデータの矛盾を回避している。
- 81 -

図1

図3

生産進捗画面

図2

生産ラインのアンドン表示画面

生産する品番と作業者の切り替え画面

図4

工程毎の生産ライン管理画面

図5

システム構成2-2 機能本ツールは生産設備のリレーからON/OFFが変化する

システム構成を図5に示す。本ツールは1台のサーバ

信号を取り出しサーバーへ通知することで，製品の生ーPCにインストールし，同一ネットワーク内に接続さ産状況を記録している。また，「IoT導入支援キット」

れたPCやタブレット・スマートフォンのWebブラウザに取り付けられた温度センサーや照度センサーを活用

から生産状況の閲覧・パラメーターの設定・製造する

して，生産設備のモーター温度やシグナルタワーの点

品番の切り替え等が可能である。

灯を監視し，異常が発生した場合に同様にサーバーへ- 82 -

通知することで，アンドン画面への表示やSlackによる通知も可能となる。

表1

サーバーへの通知にはTCP/IP通信の一種であるMQTT

項目

通信を使用しており，製品の生産数・異常信号・時刻
開発環境等を送信している。本ツールにはMQTTブローカー及びWebSocketサーバーを構築しており，記録された生産DB状況や設備の状態を同一ネットワーク内のPC・タブレ

フレーム

ット・スマートフォンへWebSocket経由で通知するこワークとで，Webブラウザからリアルタイムで生産状況の確

主なソフトウェア構成
ソフトウェアXAMPP（8.1.6）
Node-RED（3.0.1）
MariaDB（10.4.24）
Laravel（9.52.5）
jeroennoten/laravel-adminlte

認が可能である。生産進捗画面では，生産数のグラフ

beyondcode/laravel-websockets

表示とともに，生産時のサイクルタイムや稼働率などの指標を可視化し，生産設備の稼働状況をアンドン画

ライブラリ

pusher/pusher-php-server（Laravel）

php-mqtt/laravel-client

面で確認することが可能である。

laravel/slack-notification-

また，本ツールが既存のシステムと連動する上で使

channel

用されることも想定し，設備の生産状況を外部から取ライブラリ

得・設定可能なWebAPIを備えている。その場合，事前(Node-RED)にWebAPI用のトークンを発行し，そのトークンをHTTP

node-red-contrib-aedes

通信ヘッダーに付与することで，不正なユーザーによlaravel-echo

る使用を防ぎつつ，アカウントを持つユーザーがlaravel-mix

WebAPIを利用可能となる。

axios
bootstrap

2-3 ソフトウェア構成
構成するソフトウェアを表 1 に示す。本ツールはライブラリ

chart.js(Web ブラウザ)

jqueryPHP の開発環境である XAMPP を使用し，Web アプリケ

momentーションフレームワークの Laravel を採用している。

pusher-js

Laravel は，PHP を使用した Web アプリケーション開

slick

発に便利な機能をまとめたものであり，効率的な開発

toastrが可能である。ユーザーの認証機能や入力パラメータ
2-5 インストーラー

ーの不正のチェック機能も Laravel に含まれる。
ま た ， 本 ツ ー ル で は MQTT ブ ロ ー カ ー の 構 築 やシステムを管理するユーザーが高度なITスキルを所

WebSocket サーバーの起動・監視といった OS 毎に異持していない場合，システムに必要なソフトウェアやなる処理が必要な仕組みを，Node-RED で共通化してライブラリを自身でインストールし実行環境を構築すいる。

ることは非常に困難である。そこで，本ツールの動作に必要なソフトウェア・ライブラリのインストールに加え，開発資源の配置や自動起動等の環境設定を自動

2-4 ソフトウェアライセンスで行うインストーラーをRaspberry Pi OS用とWindows

カイゼンDXツール「YokaKit」はオープンソースソ

OS用に開発した。

フトウェアを使用して構成されており，本ツール自身
もオープンソースソフトウェアライセンスの一種であRaspberry Pi OS用のインストーラーは，汎用プロ

る Apache License, Version 2.0 6) を適用しているた

グラミン グ言語 であるシェルスクリ プトで開発し ，め，誰でも無償で使用でき，改変・再配布・商用利用

Windows用のインストーラーは，Windows標準環境で使が可能である。

用できるバッチスクリプトで開発した。サーバーのOSがWindowsではなくLinuxで稼働する場合，開発したイ- 83 -

ンストーラーはLinux（Debian）で動作する仕様で開業技術センター研究報告，No.32，pp.59-62

発されているため，本インストーラーをそのまま転用

4)トヨタ自動車（株）：トヨタ生産方式，トヨタ自動可能である。インストール用のスクリプトをダブルク

車（株）（2016）（オンライン）https://global.

リックすることですべての作業が完了するため，容易

toyota/ jp/company/ vision-and-philosophy/にインストールすることが可能である。

production-system/（参照2023-03-31）
5)（公財）北九州産業学術推進機構：生産進捗管理シ

3 配布・展開

ステムHiBiKit，（公財）北九州産業学術推進機構

カ イ ゼ ン DX ツ ー ル 「 YokaKit 」 は ， 製 造 業 の DX 化

（2020）（オンライン）https://www.ksrp.or.jp/に向けたスタートアップツールとして広く普及に務め

fais/mic/news/727d6879b570cec95beaee99f142aaf5.

る。福岡県工業技術センターでは，ホームページにて

Pdf（参照2023-3-31）

本ツールを公開するとともに，本ツールを使用するた

6)The Apache Software Foundation: Apache License,

めのセミナーの開催や個別のレクチャーを通して，企Version 2.0, The Apache Software Foundation

業自身が本ツールを導入するための支援を実施する。

（2004）(オンライン) https://www.apache.org/

また，（株）戸畑ターレット工作所では，本ツール

licenses/LICENSE-2.0（参照2023-03-31）の導入支援だけでなく，現場のカイゼンまで深く踏み込んだコンサルタントを行うビジネスを展開する。
さらに，（株）ちょっとメーションでは，本ツール
を企業自身の業務に合わせた機能追加や修正を希望する企業に対してカスタマイズを行うビジネスを展開す
る。

4 まとめ
生産数・サイクルタイム・稼働率等の指標を可視化
で き ， DX 化 に 向 け た ス タ ー ト ア ッ プ ツ ー ル で あ る「YokaKit」を開発した。本ツールは製造業の生産現場において，生産状況の把握や異常対応，生産ライン全体の効率化に貢献することができるツールである。
また，オープンソースソフトウェアライセンスを付与しており無償で使用可能であるため，DXを手軽に始める第一歩としてのツールとして，多くの企業でのカイゼンが期待できる。

5 文献
1)内閣府：令和4年版高齢社会白書，内閣府(2022)（オンライン）https://www8.cao.go.jp/kourei//whitepaper/w-2022/zenbun/pdf/mokuji.pdf（参照2023-03-31）
2)総務省：令和3年通信利用動向調査，総務省(2023)（オンライン）https://www.soumu.go.jp/johotsusi
ntokei/statistics/data/220527_1.pdf（参照2023-0
3-31）3)渡邉恭弘，林宏充，田口智之，川畑将人：福岡県工- 84 -

学協会誌
掲載論文の概要

電磁膜厚計による粗面基材上での膜厚測定
古賀 義人 *1

Measurement of Thickness on Rough Substrate
by Electromagnetic Thickness Gauge
Yoshito Koga*1

一般に電磁膜厚計は溶射皮膜，塗膜などの品質管理に多用されている。このとき基材が平滑であれば比較的正確な測定が手早く行えるが，粗い基材の上では誤差が生じる。本研究ではこの誤差の状態を明らかとするために，粗い基材上で電磁膜厚計による測定を行い，この測定結果からヒストグラム，散布図，回帰直線，予測区間を求めた。
粗い基材上の測定値の分散は表面粗さRaとある程度の相関を持つとともに，基材と電磁膜厚計の測定素子の間にスペーサを挟んだ場合の測定値は回帰直線周辺の予測区間付近に分布することが確認できた。

1 はじめに先端部の直径が28 mmのプローブを用いて測定を行っ

電磁膜厚計は簡便に比較的正確な膜厚が測定可能でた。このとき試料の縁からプローブがはみ出ない様にあるため，溶射皮膜，塗膜などの広い分野で利用され測定を行うために測定は軟鋼板の中央部直径22 mmのている。しかし，基材に凹凸がある場合はその影響を円の範囲内で無作為に126点で測定することを1セット受けて,測定値がばらつくとともに，本来の膜厚からとして実施した。

ずれた値を示すことが知られている

1),2)。このため，

ISO 19840には塗膜を測定する際の補正方法が規定さ表１れている。しかし，この補正の根拠になる文献は明示

試料

ブラスト条件と軟鋼基材の表面粗さ
ブラスト材

されておらず，また，測定値がどの様な分布を示すの

空気圧

表面粗さ Ra

［MPa］

[μm］

かなどの情報も確認できない。そこで本研究では，軟a（鏡面研磨）－

0.016

鋼板にブラスト処理による粗面化を施し，この粗面上b

スチールグリッド#50

0.1

4.00

での電磁膜厚計の挙動を調査した。

c

スチールグリッド#70

0.5

11.0

d

スチールグリッド#70

0.6

18.4

2 実験方法
試料として軟鋼板SS400 (70 mm×50 mm×6 mm)を4

3 実験結果枚準備し，表面を鏡面研磨およびスチールグリッドに試料a～dのスペーサを設置しない状態で膜厚測定しよるブラスト処理した。表1に各試料のブラスト処理

た結果のヒストグラムを図1（a-d）に示す。また，こ条件と試料表面粗さを示す。表面粗さはミツトヨ社製のデータを元に，横軸を表面粗さRa，縦軸を膜厚計のSURFTEST SJ-310において先端角度60°，先端径2 μm

測定値とした散布図を図2に示す。この図2の散布図にの触針を用い，速度0.5 mm/sec，カットオフλc 2.5

おいて通常のプロットを用いると測定点の重なりによmm，λs 8 μmの条件で，評価長さ2.5 mm×5（区間数

り測定点の分布が確認しにくいことから，点を直接プ

5）を1回として20回の測定を行い，平均値と標準偏差ロットするのではなく，一旦バイオリンプロット 3) し（SD）を示した。この後，平滑な軟鋼板で校正を行ったのち，この確率密度を示す図形を散布図に配置した。

た電磁膜厚計（Defelsko社製,PosiTector®6000）を用

なお，バイオリンプロット中に示されている白点は各いて各鋼板に直接電磁膜厚計のプローブを当てた状態

試料の測定値の平均値である。図1,2より各試料でので膜厚測定を行った。測定に用いた電磁膜厚計はJIS

測定値は，表面粗さが粗いほど平均値が上昇するととH 8401の電磁式測定装置（単極式）に相当する装置で，もに，測定値の分散も大きくなることが判る。Raと測定値の相関係数はr=0.903であり，明確に相関は認め*1 機械電子研究所- 85 -

られるものの，散布図を見る限りRaから測定値を予測

その本来の膜厚との差は基材の表面粗さと相関がするのは困難であり，試料a～dの電磁膜厚計による測ある。

定値は表面粗さRa以外の要因も影響していると思われる。

2）測定により得られた値と膜厚として想定される値の差は一定ではなく，分散を伴う。

5 文献1)栄幸雄，原田良夫：塗膜膜厚精度に関する研究，金属表面技術，9，11(1958)，pp.416-421.
2)I.C, Sellars: The Dangers of Single-Point
Calibration for Electronic Coating Thickness
Gauges, Metal Finishing, 93, 7(1995),pp.2628,30
3)Winston Chang

著，石井弓美子，河内崇，瀬戸山

雅人，古畠敦訳：Rグラフィッククックブック，(株)オライリー・ジャパン(2013),pp.138-141

6 掲載論文誌
日本溶射学会誌
図1

電磁膜厚計による測定値のヒストグラムa)試料a，b)試料b，c)試料c，d)試料d

図2

表面粗さと電磁膜厚計による測定値の散布図

4 まとめ
ブラスト処理した軟鋼板表面でスペーサを挟んだ状
態で電磁膜厚計による測定を行い，電磁膜厚計の示す値とスペーサ厚さの関係から以下の結論を得た。

1）電磁膜厚計を用いて，ブラスト面上で膜厚測定を行った場合，本来の膜厚よりも大きな値が得られ,- 86 -

溶射59, 4(2022), pp.237-239

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福岡県工業技術センター研究報告No.33 （2023）
令和５年１０月発行
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