KSK-GR2-3

第５５回機械振興賞
受賞者業績概要

令和３年２月２２日

一般財団法人 機械振興協会

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表紙：表紙の図案は、一般財団法人機械振興協会の賞の受賞者に贈る盾のデザインを用いたものです。これは、ギリシャ時代の陶器のデザインをもとに故津上昌平氏（帝展、文展、日展無鑑査）が製作したレリーフです。道具を用いて工作する大工の真剣な表情と進歩を象徴するコロナが作品のモチーフとなっております。

第５５回（令和２年度）

機械振興賞受賞者 業績概要
機械振興賞は、経済産業省、中小企業庁、(独)中小企業基盤整備機構、(国研)産業技術総合研究所、(国研)新エネルギー・産業技術総合開発機構、 (株)日本政策投資銀行、(株)日本政策金融公庫、東京中小企業投資育成(株)、名古屋中小企業投資育成(株)、大阪中小企業投資育成(株)、日本商工会議所、
全国商工会連合会、全国中小企業団体中央会、(公社)発明協会、(公財)ＪＫＡ、(一社)日本機械工業連合会、(公社)日本技術士会、(一社)中小企業診断協会、(株)日本経済新聞社および(株)日刊工業新聞の後援を受け、機械産業に関わる優秀な研究開発およびその成果の実用化によって機械産業技術の進歩・発展に著しく寄与したと認められる企業・大学・研究機関および研究開発担当者を表彰することによって、わが国機械産業の振興に役立てようとするものである。
第55回機械振興賞は、機械産業に関わる関係団体、地方公共団体、国公立試験研究機関および学会等からの推薦および自薦による応募の計32件の受賞候補者の業績について、審査委員会における慎重審議の結果、研究開発13件、支援業績1件の受賞が決定した。
この業績概要は、受賞者各位がそれぞれの業績について記述したものを紹介するものである。

【研究開発】［経済産業大臣賞］◇最超高塗着エアレス塗装技術の開発…………………………………………………
トヨタ自動車株式会社［中小企業庁長官賞］◇ 針葉樹圧密加工装置と圧密浸漬処理技術開発………………………………………
株式会社 天童木工

1

5［機械振興協会会長賞］◇ エレメント積層型混合技術…………………………………………………………… 9
アイセル株式会社◇ ツイン投光差分方式表面検査装置…………………………………………………… 13
ＪＦＥスチール株式会社◇ 新世代スプリット駆動CVTの開発……………………………………………………… 17
ダイハツ工業株式会社◇ 新構造トーションビームアクスルとその高効率生産技術の開発…………………… 21
マツダ株式会社、株式会社 ワイテック◇ 紙幣の高解像度磁気画像取得を可能とするライン磁気イメージセンサ………… 25
三菱電機株式会社◇ 加工現象をリアルタイムにマルチ計測できる工具………………………………… 29株式会社 山本金属製作所［審査委員長特別賞］◇ 安価でコンパクトな少量多品種に適した飲料充填機の開発……………………… 33株式会社 アステックエンジニアリング◇ 工具等管理対象物の持出・返却管理業務の効率化………………………………… 37
セ－ルスワン株式会社◇ テコの原理を使って迅速な抜歯を可能にした抜歯鉗子…………………………… 41
ノイシュタットジャパン株式会社、鶴見大学歯学部、医療法人社団松伯会【支援事業】［中小企業基盤整備機構理事長賞］◇ 山口県航空宇宙クラスタ-の活動支援……………………………………………… 45
公益財団法人 やまぐち産業振興財団（原稿作成日 令和3年2月）

【研究開発】［奨励賞］◇セラミックス基板の高効率切断装置

三星ダイヤモンド工業株式会社◇大型ドロ－ン性能評価装置の開発
ciRobotics株式会社、大分県産業科学技術センター※奨励賞につきましては、業績概要の掲載はありません。

※ 各業績の題字等は、以下の内容となっています

受賞業績名
受賞団体名１
受賞団体名１ 代表者名

受賞団体２
受賞団体名２
受賞団体名１
受賞団体名１
受賞団体名２
受賞団体名２

所属
所属
所属
所属

代表者名

開発担当者名１
開発担当者名２
開発担当者名３
開発担当者名４◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

超高塗着エアレス塗装技術の開発
トヨタ自動車株式会社
代表取締役社長
トヨタ自動車㈱トヨタ自動車㈱トヨタ自動車㈱トヨタ自動車㈱豊 田

車両生技開発部
車両生技開発部
車両生技開発部
車両生技開発部

谷
田 中
大 竹
村 井

章 男
真 二
一 基
伸 弥
裕 樹

された空気の排気や未塗着の塗料を回収する機

はじめに能を有す回収室から構成されており、非常に大きな構造体である（図２）。

世界的な資源保護・温室効果ガス削減の必要性を受け、トヨタは環境チャレンジ 2050 を掲げて活動している。この中に工場の CO2 排出ゼロチャレンジがあるが、その削減ロードマップは日常改善だけでなく、技術革新の創出が求められている。自動車工場での工程別で見ると、塗装工程が最大の排出源となっている。その中でも塗装ブースが 50%以上を占めているた
め、最大の排出源である塗装ブースを根本的に小型化する必要がある（図１）。ブースの小型化には未塗
着塗料を大幅に削減する必要性があり、それはすな
わち塗装時の歩留まりを大幅に低減（塗着効率の向上）させる「加工点の開発」が必要となる。
図２ 塗装ブース断面（現状）

このブース内に供給する温湿度管理された空気の供給量を減らすことは、エネルギー使用量を減らす非常に有効な手段であり、塗装ブースを超小型化することで CO 2 排出削減に大きく寄与することができる。しかし、従来の静電スプレー塗装での塗着効率（吹き付けた塗料の被塗物に付着する割合）

図１ 自動車製造におけるCO2排出割合は 65~70%程度が限 界で、被塗 布物に 塗着 しな

開発のねらいかった塗料ダストによってブース自体や塗装用ロボットなどが汚れてしまう。その汚れは塗装品質の塗装ブースは車体などの被塗布物に塗料を吹

悪化をまねき、汚れを極力回避するためにロボット

き付ける吹付室と、塗装品質を確保するため温湿をある一定間隔で配置させ、ある程度の大きさの度をコントロールした空気を火災防止などの安全ブース構造を確保する必要性がある。それでも汚確保のために常時、一様に給気する給気室、給気れてしまう塗装設備を維持管理するための清掃作－1－

超高塗着エアレス塗装技術の開発業が、ある一定生産時間毎に発生している。つまり果的に活用することで、品質と生産性を確保しながブースの小型化は容易ではない。

ら塗着効率を画期的に向上させることができ、環境

また、従来塗装の塗着効率はこれ以上の向上は期待できず、回収室に回収した塗料を分離・処理

負荷が大きい塗装工程を根本から変えることができる技術である（図３）。

するために大量の水を使用する大型の排水処理

技術上の特徴装置は依然必要であり、処理に使用する水及び処理にかかるエネルギーは膨大である。

今回開発した塗着効率を画期的に向上させる

超高塗着エアレス塗装は、静電気力で塗料を微超高塗着エアレス塗装は上記問題点を根本的に粒化させ、被塗布物へ飛行させる静電微粒化技術

解決し、塗料使用料低減と合わせて、CO2 を画期的

を、自動車塗装に適用させた技術である。ここで静に低減可能な超コンパクトな自動車塗装工程を提電微粒化の原理を説明する（図４）。

供することが可能となる。

装置の概要
近年の自動車塗装はその品質と生産性を両立するため、塗装機と呼ばれる霧化装置を搭載した

産業用ロボットによる静電スプレー塗装が主流である。この塗装技術はベルカップと呼ばれる回転体の遠心力で塗料の液柱を生成し、それをシェーピン
グエアと呼ばれる非常に大きな流用の霧化エアで粒子化させ、被塗物に塗着させる。被塗物近傍では

図４ 静電微粒化原理

シェーピングエアの跳ね返りで塗料粒子が飛散し①ノズルから吐出した塗料に電荷を供給すると、大幅な塗着効率低下を発生させる。そのため、塗料アースされた被塗物側に静電引力により塗料が粒子を被塗物へ効率的に塗着させるために、あら柱状に引き伸ばされる（液柱化）。

かじめ塗料にマイナス電荷を印加し、アース物であ②電荷をさらに供給すると静電気力が塗料の表面る被塗物へ静電気力で補助的に塗着させているが、塗着効率は 65~70%程度であり、この塗装技術

張力や粘性を上回り分裂、微粒化する。
③帯電した塗料粒子は、電界に沿って被塗物に向では限界に近い状態であった。

かって飛行し、塗着する。

今回開発した超高塗着エアレス塗装は、塗着効

この静電微粒化は一般的にはとても少ない吐出率低下の要因の１つであるシェービングエアを使

量域でしか発生しない現象であり、弊社で実施した

用せず、その代わりに静電気力を最大限にかつ効

自動車用塗料を用いた可視化実験では液柱径が従来塗装

超高塗着エアレス塗装

ある一定以下（Φ80μm 程度）でなければ成立せず、
それより大きな径では良好な微粒化が得られないことが判明した（図５）。
一般的な静電微粒化装置である単筒状ノズルを用いた場合、吐出量に換算すると 0.3cc/min 以下
程度しか成立せず、自動車塗装の量産ラインで必
跳ね返りによる塗料ダスト大跳ね返りによる塗料ダストほぼ無し

図３ 従来塗装と超高塗着エアレス塗装

要となる吐出量 200cc/min 以上に対し大幅に不足していた。それを達成するにはノズルを 600 個以上－2－◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

並列で並べれば容易に可能ではあるが、塗装機自面で形成されている場合、塗装機と被塗物の距離

体が大きくなりロボットへの搭載が困難になること、を一定に保ち、電荷の印加を安定させることが難し

また塗料経路が増えることによる保全性の低下やい。つまり静電微粒化の発生が安定せず塗装品質

塗色替え時の塗料ロスの増大などの背反があり現に影響がある。また近づきすぎると電流が増大し過実的な方法とは言えない。

ぎるため、塗装機と被塗物との間にスパークが発生

この課題を克服するために、従来の塗装機の回し、機器の破損や火災発生の危険性がある。

転体部分であるベルカップの円周上に、適切な液そこで今回、電流を高精度に一定に制御する「定柱径を生成・放出できるノズルに見立てた特殊な電流制御方式」を開発した。これは従来とは異なり、

溝構造（セレーション）を 600 個配置し、回転力を加被塗物との距離に応じて自動で電圧を制御できるえ塗料を円周上に放出することで、目的の径を持ようにしたものである（図７）。その結果、自動車塗装

つ液柱を 600 本形成、静電微粒化現象を発生さにおいても、その車体形状に依存せず供給する電

せ、自動車塗装に必要な高吐出量域を確保するこ荷を一定にでき、塗装品質確保に必要な安定的なとが可能となった（図６）。

静電微粒化の発生と、近づきすぎてもスパークしな
い本質安全を両立させることができるようになった。

図７ 高電圧制御（定電流制御）

図５ 液柱と微粒化相関

実用上の効果前述の技術開発により、自動車塗装としては静電微粒化現象を応用した塗装技術を世界で初めて 適 用、実 現 さ せ、量 産 ラ イ ン に 導 入 し た。従 来
図６ 高吐出領域で静電微粒化現象を発生させる手法

65~70%前後だった塗着効率は 95%まで向上し、従来塗装の実績にもよるが、当社においては塗料

また、塗料への電荷の印加が安定しないと、静電微粒化現象を安定的に発生させることができず、微使用量を従来比で 15％以上低減することができている（図８）。

粒化した粒子は均一な粒子径にならない。粒子の工場への導入は、2017 年 11 月より、本技術を弊

不均一さは塗装品質に大きな悪影響を与えるた社高岡工場第 2 塗装ラインの外板溶剤クリア工程

め、安定的な電荷の印加もこの技術の確立のために導入し生産を開始した。画期的な塗着効率向上には重要な因子となる。従来の静電スプレー塗装

により、塗料の使用量の低減でなく、塗着しなかっでは電荷を印加させるためのコントローラーは一定た塗料ダストによるブースやロボットなどの設備のの電圧に制御する「定電圧制御方式」が一般的で汚れが画期的に低減され、定期的な清掃作業などあり、同方法は被塗物との距離などにより電流が変の必要性はほぼ無くなった。さらに同年 12 月には動し、実際に塗料に印加される電荷も変動すること

弊社堤工場第１塗装ラインの外板クリア工程とドアになる。自動車の車体形状のように非常に複雑な開口など車体の内側を塗装する内板クリア工程に－3－

超高塗着エアレス塗装技術の開発① 日本国特許第 6319233 号も導入した（図９）。また海外工場や弊社だけでなくトヨタグループ会社の塗装工程にも導入を推進し

名称：静電微粒化式塗装装置及び塗装方法ており、さらに現在は樹脂（バンパー、樹脂バックド

概要：シェーピングエアを用いずに塗料を微ア）塗装への適用拡大、ライン導入を進めている。

粒化して塗装対象物に効率よく塗着さ

なお 2019 年 10 月には堤工場第 1 塗装ラインのせることが可能な静電微粒化式塗装装

水性中塗り工程にも導入が完了し、溶剤・水性塗料

置及びその塗装方法を提供すること
この他、公開特許公報 3 件。

問わず全材料系への適用拡大中である。

むすび
この技術は塗着効率の大幅な向上が期待でき、塗料はほぼ被塗物に塗着するため、塗装設備へ塗着してしまう塗料を大幅に削減でき、設備の汚れを大幅に低減できる。また未塗着の塗料の回収装置も大幅に簡素化が可能となる。
具体的には従来は汚れ回避のために塗装用ロ
図８ 塗着効率

ボットをある一定間隔で配置させるなどの必要性があったが、その様な配置も必要でなくなるため塗装
設備自体を小型化、密集させて配置させることができ、ブ ース自体の超小型化が可能となる。こ れは
ブース空調用のエネルギー使用量および CO2 排
出量を大幅に低減できることを意味する。またブース下への落下する塗料ダストも大幅に低減されるため、それを水で回収して処理する従来の装置自体が不要になる。これらにより塗装設備全体がさらに簡素化され、これまでの大掛かりで汚く、環境に悪いというイメージの塗装工程全体の景色を大きく変えることができると考えている。この最新の超小型ブースは現在試作ラインでの評価を進めており、本年度中に実ライン導入・実証を目指し、開発完成を急いでいる（図１０）。

図９ 量産ラインでの実車塗装（弊社堤工場）（上：従来塗装、下：超高塗着エアレス塗装）

知的財産権の状況
本開発品の装置に関する特許登録は下記の通りである。

図１０ 超高塗着エアレス塗装による超小型ブースと排出CO2量－4－

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

針葉樹圧密加工装置と圧密浸漬処理技術開発
株式会社天童木工
取締役社長
㈱天童木工
㈱天童木工
㈱天童木工
㈱天童木工
㈱天童木工

加 藤 昌 宏常務取締役
製造部 次長製造部 技術課
製造部 技術課
製造部 技術課

西 塚
小 野
武 田
中 田
小 山

直 臣
慎 一
亮 二
一 浩
拓 馬

の新たな可能性を引き出す研究を進め、難燃・準はじめに不燃性能や防腐・防蟻性能などの機能を付与した木製家具の製造の開発を行った。それにより戦後の復興期に将来の建材としても需要を見火災による悲惨な事故を未然に防ぎ、これまで込み、成長の早いスギやヒノキ、カラマツなどの不向きとされていた屋外にも針葉樹の家具を使

針葉樹の植林が日本各地で大規模に行われた。

用することを目指した。

しかし、日本の森林面積の約 4 割を占めるこれ装置の概要

ら人工林の多くは今、輸入材の増加や林業の低迷などにより、手つかずのまま放置されている。
放置された森林は、荒廃による公益的な機能のこれまで家具用材には有効利用が困難とされて低下により、土砂災害などの被害を起こしやす

きた針葉樹材を、2 段階のロールプレス機（図１）

くなっている。また、二酸化炭素を吸収する働きによって加圧・加熱することで密度を高め、木材自も低下し、温暖化防止機能も低下している。こう体の強度と硬度を高めることで可能とするこの技

した日本の荒廃した森林環境を打破し、かつ日

術では、ロールプレス機の性能が重要となる。

本の針葉樹の素晴らしさを広く理解していただ

圧密加工の工程では、製材によって製作した

きたいという想いから実用不可能とされてきたフリッチを煮沸し、木材を切削しやすくするた

国産材として豊富な針葉樹による、成形合板家

めに軟化させる。軟化させた針葉樹は、厚突きが具製造を目指した。

可能な専用のスライサーにより、通常より厚くスライスして単板を製作する。

開発のねらい次に厚くスライスした単板は、乾燥し含水率を調整した後、ロールプレス機によって圧密加

木製家具づくりを専業とする当社は、柔らか工を実施する。『圧密加工』とは、熱と圧力を加い性質ゆえに家具には不向きとされていた針葉

えて圧縮することによって、木材自体の強度と樹から、高い強度とデザイン性を兼ね備えた家

硬度を高めることであり、この加工技術によっ具を作る圧密加工技術に着手した。さらにこのて、家具に使える硬さと強度を有する材質へと技術を応用し、様々な薬液を含浸させて針葉樹改質することができる。

－5－針葉樹圧密加工装置と圧密浸漬処理技術開発

く、長時間の加圧が必要であった。そして、長時間加圧し続けるため、木材表面が焼けて色が濃くなり、臭いも焦げ臭くなってしまうという問題があった。一方弊社の新開発したロールプレ
ス圧密機は、装置がコンパクトで省スペースであり、プレス圧力も小さく省エネタイプである。
また、加圧時間もローラー型なので、連続加工が
表１ 針葉樹と広葉樹比重の比較

図１ ロールプレス機

広
葉
樹

針
葉
樹

材料

気乾比重

圧密後の比重

ホワイト
ビーチ

0.72

―

ブナ

0.63

―

ナラ

0.67

―

スギ

0.32

0.63（50%圧密）

ヒノキ

0.46

0.76（40%圧密）

カラマツ

0.48

0.66（30%圧密）

図２ 圧密加工簡略図

図２の圧密加工前が通常の針葉樹の細胞の簡略図である。圧密加工を施すことにより、圧密加
工後の簡略図の様に細胞組織が圧縮され、硬さと強度を有する材質へと改質される。実際にスギ材の断面を顕微鏡観察すると、図３で示すように圧図４ ロールプレスと平板型加熱圧縮プレスとの比較

圧密加工前

圧密加工後

可能であり、従来型と比べリードタイムを大幅

図３ 顕微鏡画像に短縮しコストダウンを実現した。そして、熱が密加工の前後で仮道管の大きさが変化している

かかる時間が極めて短いため、焼け焦げはほとことがわかる。その結果、表１に示すように針葉んど無く、木材本来の木肌や色を美しいまま保樹においても広葉樹と同程度の密度となり、硬さつことができる。図４の右の板が従来の平板型と強度が向上していることが明らかである。

プレスで加工したスギ材、左の板が当社のロー

また、従来型圧密加工機である平板型の加熱

ルプレス圧密機で加工したスギ材である。

圧縮プレスは、装置が巨大でプレス圧力も大き－6－◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

技術上の特徴ロールプレス機を使用して、圧密加工を応用した『圧密浸漬処理技術』の開発を行った。
圧密浸漬処理技術は、浸漬する前に圧密加工を施すことが非常に重要となる。

一度圧密した単板を薬液に浸漬することにより、変形回復による液体吸引効果と、閉塞壁孔の図６ 圧密浸漬処理の特徴

製家具の製作が可能となり、防腐・防蟻剤に浸漬することにより、屋外で使用することができる
木製家具を製作することが可能となる。
また、図６で示すように無垢材を大きな窯で減圧・加圧して薬液を注入する減圧加圧含浸法とは異なり、当社の『圧密浸漬処理』は薄い単板を処理し、それらを成形合板に用いるため、部材の内部まで均一に薬液が行き届くほか、乾燥時間が半日程度と短時間で処理することが可能である。

実用上の効果
圧密加工技術と圧密浸漬処理技術は、当社が日本でいち早く実用化させ、今日まで磨いてきた『成形合板』という技術と合わせることで家具
図５ 圧密浸漬処理簡略図へと生まれ変わることが可能である（図７）。
成形合板とは 1.0 ㎜~1.5 ㎜に薄くスライスした木の板に接着剤を塗布し、ミルフィーユ状に圧壊による液体浸透性の向上が働き、均一に処理することが可能となる。
図５に示すように浸漬した後、乾燥を経て薬液が浸透したことにより復元した単板を、ロー
ルプレス機で再度圧密することにより、薬液の機能を付加し、強度と硬度を高めた単板に改質することができる。

従来の減圧加圧含浸法に比べて大掛かりな設備も不要となり、導入費用や浸漬時間の短縮も図られ、大幅なコストダウンを実現した。

図７ 圧密加工家具納入例

難燃剤に浸漬することにより難燃性の高い木－7－山形県総合文化芸術館 ロビー

針葉樹圧密加工装置と圧密浸漬処理技術開発

積層・接着・加熱・加圧・成形して所望形状・寸法の針葉樹圧密合板成形体を得るようにしてなる針葉樹材圧密化・成形方法である。
②日本国特許第 6494419 号
名称：木材薬液処理方法【課題】密閉型容器を必要とせず、生産コストを大幅に抑制可能な上、木材および圧密化単板に機能性薬液を効率的に含浸させることができる
木材の薬液処理技術を提供する。
図８ 圧密浸漬処理家具納入例【解決手段】木材を、所定加熱温度下、所定圧縮

何枚も重ね合わせた状態で型に入れ、プレス機

率に強制加圧して木材細胞組織を一方向に弾性で加圧・加熱することで木を自由に成形する技

圧縮し弾性的圧縮化木材とし、大気圧条件下に術のことである。

て弾性的圧縮化木材の一部または全部を機能性

圧密加工および圧密浸漬処理された針葉樹を薬液に浸漬し、弾性的圧縮化木材細胞組織の毛成形合板に使用することで、今までは到底不可細管現象および弾性復元力に由来する負圧力能と思われ成し遂げることのできなかった、デが、機能性薬液を木材細胞組織中に強制的に吸ザイン性と高機能性を持った針葉樹の成形合板

収し、弾性的圧縮化木材が略圧縮前の外郭寸法

家具製造の開発と実用化に成功した（図８）。

まで復元した薬液含浸木材とし、洗浄・乾燥して含浸乾燥木材とした上、含浸乾燥木材を、所定圧

知的財産権の状況

縮率に強制加圧して含浸木材細胞組織を一方向に圧縮し、薬液含浸圧密化木材とするようにし

本開発品の装置に関する特許登録は下記の通てなる木材薬液処理方法。

りである。

むすび

①日本国特許第 5952758 号
名称：スギ間伐材圧密化・成型方法【課題】スギ・ヒノキなどの軟質針葉樹材を効率

従来の難燃機能を持つ木製建材の多くは、表的に圧密加工可能とすると共に、それによって面こそ天然木材を使用しているが、内部や裏側得た軟質針葉樹圧密加工材を利用して曲面を多には燃えにくい異素材を使用することで、表面用した高品質な家具や建具類などの木工製品をは燃えてしまっても内部材が延焼を抑える効果

経済的に大量生産可能とする新たな圧密化・成を持つものがほとんどである。しかし、この度開形技術を提供する。

発した圧密浸漬処理の技術で木材に難燃剤を含【解決手段】伐採・製材・切削にて得た針葉樹突

浸させることにより、難燃機能を有する総天然板（針葉樹単板）を、圧密工程にて加熱・加圧し木の建材を作ることも可能と考えられる。また、て針葉樹圧密単板とした上、研磨工程にて、研磨

木材にフェノール樹脂を含浸させることで、鉛加工および／またはインサイジング加工し、針

筆硬度 4H~6H に硬度を高めることが可能であ

葉樹圧密研磨単板とした後、裁断工程にて複数るため、ウッドデッキや自動車等の内装に使用

枚の針葉樹圧密輪郭板を切り出し、積層・接着・することが期待できる。建材や床材に使用する成形工程にて少なくとも１種類の所定形状、複ことで、針葉樹のさらなる需要拡大も期待でき、数枚の針葉樹圧密輪郭板同士間に接着剤を介し地元の針葉樹林で採れた木材だけを使って造らて、積層方向に所望曲率の湾曲形状とするよう、れた、施設建設の実現もそう遠くないと言える。

－8－

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

エレメント積層型混合技術
アイセル株式会社
代表取締役
アイセル㈱
アイセル㈱

技術顧問
事業開発部

望 月

課長

貴 司

望 月
昇
田 中 鋭 治にする以外に構造の変更は困難である。同様にはじめに静的混合器も混合性能調整のために、内部品の構造の変更は困難である。本技術は以上の２点
混合・撹拌操作は化学プロセスにおける重要を課題として設定し、開発したものである。

な単位操作の一つである。多孔板形状の混合エ装置の概要

レメントを積層したエレメント積層型混合器（以下、「MSE ミキサー（MSE ： Multi-Stacked

Elements）」）は、これら混合・撹拌操作に使用

MSE ミキサーは、図１に示す 2 種類の多孔板されるものであり、流体を分割・合流、せん断等

形状の混合エレメント（以下、単に「エレメンにより効率的に混合する。静的な混合にも動的ト」）の積層体（以下、単に「積層体」）を、全な撹拌にも適用できる、幅広い分野で使用可能てのデバイスの基本構成要素とする。エレメン

な応用範囲の広い技術である。

トのうち一方は外周部の貫通孔が開いて内周部の貫通孔は閉じており（外開き）、他方のエレメ開発のねらいントは逆に外周部の貫通孔が閉じて内周部の貫通孔が開いている（内開き）。各エレメントの貫MSE ミキサーは、静的混合器や撹拌翼等のデ

通孔間の円周方向の壁は、積層時に重ならない

バイスへのアプリケーションがあるが、共通すように配置されているため、各貫通孔が連通しる開発のねらいは以下の通りである。

て流路が形成される。さらにエレメントを多層①効率の優れた混合化することにより、三次元的に複雑に連通しな②柔軟性を備えたシンプルな構造

がら整列した流路を有する MSE ミキサーが形①について、よく使用されている撹拌翼は羽成される。流体は以上の流路を流れる際に、積層根タイプのものが主流であり、流体はこれら撹

方向及び半径方向に三次元的に分割・合流され、拌翼により主に羽根周辺で混合される。しかし、さらにはせん断作用や渦流等により効率的に混撹拌槽内で混合状態が飽和に達した流体が、繰り返し羽根周りを流れてもそれ以上混合は進行しない一方で、羽根から離れた流体の混合は遅く、いわば「過混合」ともいえる状況が発生し、そのため全ての流体を所定の混合状態にするに混合ｴﾚﾒﾝﾄ(外開き)

は長時間を要する場合がある。②については、羽根タイプの撹拌翼は改造が難しく、羽根を多段－9－混合ｴﾚﾒﾝﾄ(内開き)

積層体

図１ 混合エレメント及び積層体

エレメント積層型混合技術合される。積層体内部の積層方向及び半径方向

ミキサーに到達した流体は、上流のブラインドの流体の流れを図２に示した。

板により直進を妨げられ、上流側の積層体の側壁から積層体内部へ流入し、中空部に流出する。
次いで流体は中間板の貫通孔を通過し、下流側の積層体内部を通過して配管内に戻る。流体が積層体内部の複雑な流路を通過する際に、図２に示したように三次元的に分割・合流、せん断等(a)積層方向を繰り返して高効率に混合される。

(b)半径方向

MSE スタティックミキサーの主な特徴とし

図２ 積層体内部の流体の流れては、①短距離での高効率混合、②設置が容易、以上の積層体を基本構成要素として、静的混③エレメント積層枚数・方式の変更による機器

合器、撹拌翼等のデバイスが構成される。以下

特性の調整が可能等が挙げられる。

8 ～ 20A の小径配管用に、積層体をニップルに、各デバイスについて説明する。
(1) MSE スタティックミキサー

内に収容したニップルタイプも用意されてお配管内部で自身は動くことがなく流体を混合するデバイスを静的混合器（スタティックミキ

り、これらは配管にねじ込むだけで使用できる。
(2) MSE 撹拌翼サー）と呼ぶ。中央に貫通孔を有する中間板の両MSE 撹拌翼（以下、「MSE 翼」）は、図４(a)側に積層体を配置し、その両端にブラインド板に示すように積層体をリング状の板で挟み、こを配置することで MSE スタティックミキサー

れに回転軸を取り付けて構成される。図４(b)が構成される。図３(a)に分解斜視図を、図３に撹拌槽内における流れのイメージを示す。

(b)に流体の流れを示した。
フランジ間に設置された MSE スタティック(a)分解斜視図(a)分解斜視図

ブラインド板

ブラインド板(b)翼回りの流れ

図４ MSE撹拌翼

MSE 翼を回転させると遠心力により積層体内部の流体が吐出され、中央の中空部から流体を吸い込んで積層体に流入する循環流れが発生する。流体は積層体内部の複雑な流路を流れる際に、分割・合流、せん断等により混合される。

MSE 翼の主な特徴としては、①高効率で穏やか
中空部

中間板

な撹拌、②巻上げ・吸込み等多彩な撹拌が可能、(b)流体の流れ③流体が同形状の流路を通過することによる均図３ MSEスタティックミキサー

質な混合等が挙げられる。また、略円筒形状のた－ 10 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

め、撹拌時の回転軸の振動が小さい。
MSE ミキサーは構造がシンプルなので、これらのデバイスにおいては、材質やサイズの自由度が高く、金属だけでなくフッ素系樹脂等種々の材料での製作が可能である。また、積層枚数・ミキサーなし方式の変更による圧力損失や撹拌槽内循環流量

ケニックス型MSE

図６ 管断面画像の調整ができるため、運転状況により改造が必要になった場合でも、デバイスの特性や混合状

対し、MSE はほぼ 100%にまで注入流体が広態の調整が可能である。

がっている。一方、濃厚塊の最大輝度 R'max は注
入流体の希釈度合いを表す指標であり、大きい

技術上の特徴ほど濃厚塊の濃度が高いことを示す。ケニック
ス型では注入流体と同じ 255 であるが、MSE で

当社と山口大学が主導して JIS B8702 としては 93 まで低下している。以上により水流に対す制定された混合性能測定方法により、MSE スタ

る 1.5wt%CMC 水溶液の混合では、MSE の優位

ティックミキサーと汎用のケニックス型スタ性が定量的に示されている。

ティックミキサーを比較した。測定に使用した

表１ 混合度指標

流れ系を図５に示した。流れ系に設置したスタ

ティックミキサーの上流から、蛍光顔料で着色した 1.5wt%CMC（カルボキシメチルセルロース）水溶液を水流に対して 0.2vol%の流量で注ﾐｷｻｰなしｹﾆｯｸｽ型

MSE

M [%]

6.82

50.54

99.99

R’max

255

255

93

入し、出口流体が導かれる可視化流路にレー

実用上の効果ザーシート光を照射し、管断面画像を撮影した。

(1) 高分子液体凝集剤の希釈
水処理において高分子液体凝集剤の使用が拡がりつつあるが、MSE スタティックミキサーは高分子液体凝集剤の希釈において実績を上げている。図７に示すように、従来は希釈槽内で撹拌翼により 希釈し ていたが、これを MSE スタ

図５ 混合性能評価のための流れ系

ティックミキサーによるインラインでの希釈に
図６に撮影画像の一例を示した。CMC 水溶液

切り替えることにより、希釈槽・撹拌翼、希釈剤

は水との相溶性が低く、ケニックス型では濃厚ポンプを不要とし、希釈設備の省スペース、コス塊が円環状に分断されている一方で、MSE では
わずかに小さな濃厚塊が存在するものの、ほぼ均一な混合が達成されているのが分かる。
JIS B8702 に規定されている指標の内の 2 つについて、図６の画像を対象に求めた結果を表１に示した。混合度 M は管断面全領域に対する蛍光領域の割合で、注入流体の広がりを表す指標である。ケニックス型では約 50％であるのに－ 11 －

図７ 高分子液体凝集剤希釈設備の改造

エレメント積層型混合技術

トダウンを実現した。希釈された高分子液体凝集剤は従来方法と同等以上の凝集効率を示しており、積層体内での一様で適度なせん断作用により高分子が十分に展開されたものと推定される。なお、本希釈操作は、水流への小流量の高粘性流体の混合という点で、前述した JIS に規定(b)撹拌子周りの流れ(a)MSE撹拌子

されている測定方法の条件と同様である。

(2) MSE 撹拌翼による混合の制御

図９ MSE撹拌子及び混合の様子

MSE 翼内部を流れる流体は、複雑であるが規則正しく整列した流路を通過するため、流体に

本開発品に関する主な登録特許は以下であ均等にせん断力を作用させられ、混合の制御能る。対応する特許も米・欧等に登録されている。

力が高いと考えられる。一例として、ポリスチレ①日本国特許第 5500575 号

ン微粒子合成における羽根タイプの翼との比較

名称：混合要素、混合装置、混合方法、撹拌

結果を図８に示した。MSE 翼では羽根タイプの翼、撹拌装置及び撹拌方法

翼と比較して粒径は大きいが、単一ピークの

概要：基本特許②日本国特許第 5760205 号

シャープな粒径分布が得られている。

名称：混合方法、混合装置、及び混合流体

概要：昇圧機能を備えるポンプ式ミキサー③日本国特許第 6573240 号
名称：撹拌子、撹拌装置、撹拌方法、細胞培
養方法、反応促進方法、及び撹拌子の組立方法
概要：撹拌子及び反応方法
図８ 生成ポリスチレン微粒子の粒径分布

むすび

この結果は翼内に形成される一様なせん断によるものと推定されるが、同じ理由で羽根タイ

MSE ミキサーは、流体に均等にエネルギーをプの翼からの変更により①貯槽内の液中粒子の作用させて混合すると共に、構成部材の組替え

沈降防止において、不均一なせん断により生じが容易であり、材質やサイズの自由度が広く、幅ていた副生成物の抑制、② BDF 製造におけるメ

広い条件に対応することができる従来にない混

チルエステル反応効率の向上の実績もある。

合器である。この特性を生かし、さらに多くの分(3) 撹拌子

野に普及させていきたい。

実験室でビーカーやフラスコ内の流体の混合

引用文献に使用される撹拌子に、MSE ミキサーを適用した MSE 撹拌子の外観写真を図９(a)に、流れを
図９(b)に示した。積層体の効果により、条件に

1) 望月昇，来栖孝明，森口優吾，貝出絢，佐伯

よっては混合時間を 1/10 以下に短縮できる。

隆，化学工学論文集，43，75-80（2017）2) 望月昇，佐伯隆，化学装置，60 巻 3 号，4-7

知的財産権の状況（2018）－ 12 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

ツイン投光差分方式表面検査装置
ＪＦＥスチ－ル株式会社
代表取締役社長 北 野
ＪＦＥスチール㈱ スチール研究所 ｻｲﾊﾞｰﾌｨｼﾞｶﾙｼｽﾃﾑ研究開発部
ＪＦＥスチール㈱ 知多製造所製造部
ＪＦＥスチール㈱ 知多製造所 企画部
ＪＦＥスチール㈱ 東日本製鉄所 京浜地区 厚板部
ＪＦＥスチール㈱ 東日本製鉄所 京浜地区 制御部

嘉 久

大 野 紘 明小 川 晃 弘山 崎 孝 博楯 真 沙 美飯 島 慶 次しリスクも大きく、検査の自動化が強く求めら

はじめに

れていた。

開発のねらい鉄鋼製品における表面品質、特に表面欠陥の有無は外観上や強度保証の観点から非常に重要である。自動車用の薄鋼板に関しては、表面性状

黒皮鋼材を対象とした表面検査の自動化は鉄が均一であり欠陥と健全な部位の区別が容易で鋼業界共通の重要課題であり、過去に光学式、電あるため、主に光学式検査装置を用いた検査の磁気式、超音波式等様々な手法を用いた研究開

自動化が進んできた。

発がされてきた。

一方、建築物やインフラ等に用いられる鋼管

しかしながらいずれの手法も酸化膜の無害なや厚鋼板では、未だ人による目視検査が主流で模様起因のノイズと欠陥との弁別や、振動などあった。検査の自動化を妨げる最大の課題としの悪環境下のエンジニアリングが課題となり、て、図１に示す通りこれらの鋼材には「黒皮」と実用化に至った報告例は存在しなかった。

呼ばれる無害な鉄の酸化膜が表面を覆い、酸化

筆者らは本難題をブレイクスルーすべく、欠膜の模様と凹凸を持つ欠陥との区別が難しい点

陥と酸化膜の模様を、様々な角度で光をあてなが挙げられる。

がら観察した際に得られた知見から、酸化膜はそのため、欠陥の検出を目視検査に依存して凹凸が小さくほぼ平坦で投光方向により見え方いたが、長時間の過酷な労働に加えて欠陥見逃が変わらないが、欠陥は凹凸があり投光方向により見え方が異なる点に着目し、図２に示す新
しい光学的手法を用いた「ツイン投光差分方式
表面検査装置」を開発した。本装置は図３に示す通り 2 方向から投光して別々に撮像して差分を取ることにより酸化膜模様の信号を低減、陰影の異なる凹凸欠陥の信号のみ検出可能とした。

装置の概要
ツイン投光差分方式表面検査装置では検査対

図１ 黒皮鋼材と薄鋼板の表面の違い－ 13 －

ツイン投光差分方式表面検査装置

図４ 基本的なハードウェア構成図

図２ ツイン投光差分方式表面検査装置

後で赤熱した状態の検査対象を、カメラの撮像

範囲を周方向に 3 分割し、それぞれ上流・下流から投光することでツイン投光差分方式を適用可能とし、検査対象の搬送に合わせて撮像することにより全 周全長 を検査 する。また、対象が800℃に赤熱した状態であるため、自発光によるノイズ除去のための赤外カットフィルタの設
置や、冷却・粉塵への対応といったエンジニアリ
ング対策を実施することで、高温材料の表面検査を実現した。
図３ ツイン投光差分方式の効果

厚鋼板の表面検査では図６に示す通り、幅方象となる黒皮鋼材の全表面を効率よく検査する

向に表裏面各 6 台のカメラを並べ、搬送に合わために、製造工程の搬送ライン上にセンサを固せて撮像することにより全面を検査する。厚鋼

定し、搬送ライン上の移動する鋼材を検査する。

板で発生する有害欠陥の中には細長い欠陥もあ

このとき、欠陥検出部を構成しているカメラ・り、かつ、その向きの様々であることから、投光

光源などの光学機器や画像処理装置の他に、図方向と欠陥の向きの関係次第では感度が低くな

４に示す通り検査対象の搬送装置、検査対象のる可能性がある。この対策として、各カメラに対位置を把握するための距離センサやエンコー

して光源を 4 台設置し、幅方向と長手方向の 2

ダ、撮像機器を制御するコントローラを用いて、組のツイン投光差分方式を適用する構成とし搬送される鋼材の全長を抜けなくオーバーラッ

た。

プさせて撮像し、鋼材全面を検査する装置を開発した。

電縫管とは、鋼板を管状に丸め、その継目を溶接することにより成形される鋼管である。この

上記装置を検査対象や搬送条件ごとにカスタマイズし、様々な黒皮鋼材製造ラインに導入した。まず最も目視検査の環境が悪く、検査自動化のニーズが強かった鋼管の製造ラインを対象として実用化し、続いて厚鋼板や電縫管の製造ラインに導入した。
鋼管の表面検査では図５に示す通り、圧延直－ 14 －

図５ 鋼管を対象としたアプリケーション

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要を低減し、凹凸欠陥の信号のみ強調することが可能となった。

②得られた画像の中で凹形状の欠陥部位は独特の明暗パタンが発生し、さらに図８に示す通り、凸形状の部位と比較し明部と暗部の位置関係が逆転することを利用して凹と凸とを区別可能である。多くの場合、欠陥は凹形状であるため、凹となる明暗パタンのみ検出することによって、検査面上に付着している無害な異物の凸形状の信号や、欠陥でない微小な斜面が偶然

図６ 厚鋼板を対象としたアプリケーション

正反射条件となることにより発生する明またはとき、造管時に内面となってしまう面の目視検

暗のみの無害な信号との分離も容易である。

査が困難であるといった課題がある。そのため③移動中の検査対象に対して、位置ズレなく造管直前の原板表面を検査し、造管時に内面と異なる方向から投光した 2 枚の画像を取得する

なる鋼板面の欠陥を検出する。また図７に示す必要がある。そこで図９に示す光学系と図１０

通り、鋼板跳ね上がり時の設備との接触を考慮に示すチャートのように 1/10,000 秒差でストロし、搬送される鋼板直上の外に下流側光源を設

ボの発光を切り替えて投光し、各投光に合わせ置、それに伴い視野を搬送方向に対して斜めとて高速に連続撮像することで、位置ズレのないなる領域とした。

2 画像の取得を実現した。本高速撮像技術は、光量を確保しつつ瞬時に投光して撮像するため、技術上の特徴搬送中に発生する上下方向の鋼材振動影響も除去できるといった利点もあわせもつ。

黒皮鋼材表面検査の自動化を実現した新技術

さらに得られた欠陥画像から明暗パタンや欠「ツイン投光差分方式」の核となる重要な技術

陥の長さ、面積といった特徴量を抽出し、機械学として、① 2 方向からの投光と差分処理②画像

習により構築された判定ロジックを用いて欠陥処理による明暗パタン検出③ストロボ投光の高の種類や、その欠陥が有害か無害かを判断する

速切り替えが挙げられる。以下各技術の詳細を等、検出性能を高める様々な工夫により実用的説明する。

な表面検査を実現した。

①前述の通り異なる 2 方向から同一検査部位に各々投光して得られた 2 枚の画像の差分を取ることにより、凹凸のない酸化膜の模様の信号

図７ 電縫管を対象としたアプリケーション

図８ 明暗パタンによる凹凸識別－ 15 －

ツイン投光差分方式表面検査装置

概要：明暗パタンによる凹凸弁別に関する特許③日本国特許第 6064942 号
名称：表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置
概要：明暗パタンの発生しにくい欠陥に対し効率的な検出に関する特許
図９ ツイン投光差分方式光学系

むすび
鉄鋼業で強いニーズがありつつも実現できておらず永遠の課題となっていた黒皮鋼材の表面検査の自動化に対して、「 ツイン投光差分方式表
面検査装置」を開発、検査の自動化を実現した。
その結果、従来、目視により表面を検査していた製品において欠陥検出性能が向上、製品表面品
図１０ 高速撮像技術によるチャート

質が向上した。

今後、本検査装置の他製造ラインへの展開を

実用上の効果検討していくとともに、さらに検出性能の高い
新表面検査技術の開発と実用化を進め、より一産業で幅広く利用される多種多様な黒皮鋼材

層の製品品質向上に努めていく所存である。

に対し、従来目視依存であった表面検査を自動化する検査装置を実現、欠陥検出性能及び製品
表面品質が飛躍的に向上した。その結果、お客様により信頼性の高い鉄鋼製品を提供することが可能となり、環境破壊や災害リスクの低減など
安心した社会づくりに貢献している。

知的財産権の状況
本開発品の装置に関する特許登録は下記の通りである。
①日本国特許第 6040930 号
名称：表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置
概要：高速撮像法を用いた二方向照射と差分処理に関する②日本国特許第 6119663 号
名称：表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置－ 16 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

新世代スプリット駆動CVTの開発
ダイハツ工業株式会社
代表取締役社長 奥 平 総 一 郎
ダイハツ工業㈱ 駆動・ＨＶ開発部
ダイハツ工業㈱ 駆動・ＨＶ開発部
ダイハツ工業㈱ パワートレーン制御開発部
ダイハツ工業㈱ パワートレーン制御開発部

松 本 恭 太米 田 雄 紀岸
大 輔
大 治 直 樹開発のねらいはじめに
近年、ますます地球環境保護への要求が高ま

１．ハイ変速比領域の画期的な効率向上

り、自動車の環境性能の向上が急務となってい通常走行において使用頻度の多いハイ変速比

るため、世界的に電動化技術が発展している。し領域の動力伝達効率を画期的に向上することにかしながら、2030 年時点でも従来のガソリンエ

より、燃費・動力性能の向上を図る。

ンジン車は約 35%残ることが予想されるため、２．変速比幅の拡大

ガソリンエンジン車の燃費向上は重要な課題で変速比ロー側、ハイ側ともに変速比の拡大をある。その技術として、内燃機関の技術進化とと図る。ロー側拡大により、発進時の駆動力向上にもにトランスミッションの環境性能向上が必要

よる、発進加速、登坂性能の向上を図る。ハイ側となっている。

拡大により、高速走行時のエンジン回転数を低

また新興国の自動車販売台数が増加見込みであること、新興国の販売台数の大半は小型車で減することで、燃費・静粛性能の向上を図る。
３．軽～小型までをカバー
軽自動車に搭載可能なサイズとし、2 シリー

あることから、それらに幅広く採用されている

ズで軽～ 1.5L クラスまでをカバーすることで、CVT の低燃費化技術が重要である。
このような背景の中、弊社では「スプリット駆動」を採用した新しい CVT を開発した。
（図１）

開発費・期間の低減、共通部品化による低コスト化を実現する。

装置の概要
新開発 CVT の基本断面とパワーフローを図２に示す。ベルトモード（変速部をベルトのみで駆動）とスプリットモード（変速部をベルトとギヤ両方で駆動）の 2 モードを有する。低速時はベルトモードで走行し、高速になると、湿式多板ク
ラッチを切り替えることで、モード移行し、スプ
リットモードで走行する。
また、基本諸元を表１に示す。

図１ 新開発CVT－ 17 －

新世代スプリット駆動CVTの開発

各部に相対すべりが発生する。それらによる摩擦力でトルク損失が発生する。
以上の改善として、遊星歯車機構を用いたベルトとギヤの動力分割駆動とすることにより、ベルトの伝達トルクを減少させ、ポンプの必要発生油圧を減少させた。これにより、ベルト、ポンプによるトルク損失を低減させた。
図３にスプリットモード中のベルトとギヤのトルク分担比を示す。この分担比は遊星歯車に連結する要素、遊星歯車ギヤ比、変速比で決まる。構造の検討、選択やギヤ比の調整により、ベルト駆動は-0.2 ～-0.6（マイナスは被駆動状態）の低分担比とした。

図２ 新開発CVT基本断面
表１ 主要諸元
新開発CVT
トルク容量

寸法

変速比

変速比幅
前減速比
無段変速

100Nm

150Nm

6.7（7.3※）

6.6（7.3※）

1.487
ベルトモード

1.255

2.230～0.444

2.230～0.444

スプリットモード 0.445～0.336

0.447～0.338

終減速比

5.444

5.105

プーリ間距離

136mm

136mm

入出力間距離167.7mm

167.7mm

図３ スプリットモード中のトルク分担比b) 共線図とモード切替
図４に遊星歯車の共線図を示す。セカンダリ
プーリはサンギヤ、動力分割駆動用ギヤはキャ※機械的に取りうる変速比

リア、出力はリングギヤと連結されている。ベル
トモードでは、サンギヤとリングギヤを湿式多技術上の特徴板クラッチ（C2）で係合しているため、セカン
ダリプーリの回転はそのまま出力される。ベル

１．動力分割駆動とモード切替

ト駆動部を変速し、セカンダリプーリを増速さ

a) 動力分割駆動とベルトのトルク分担比

せ、キャリアの回転が「ある回転」になったら、

従来 CVT の変速比ハイ領域では、トランス

入力と動力伝達駆動用ギヤを湿式多板クラッチ

ミッション全体のトルク損失の内、オイルポン（C1）で係合させ、C2 を非係合とすることで、

プ（以下、ポンプ）とベルト部の損失が約 8 割をスプリットモードとなる。次にベルト駆動部を占めることがわかっており、その部分の改善が変速し、セカンダリプーリを減速させると、リン重要である。

グギヤはさらに増速する。

ポンプ部ではベルトがトルクを摩擦力で伝達

ここで、キャリアの「ある回転」とは、C1 ク

するために、プーリを挟む油圧を発生させるこ

ラッチの差回転が 0 = 同期状態としているたとにより、トルク損失が発生する。ベルト部ではめ、ベルトモード→スプリットモードをショッ

その油圧やトルク、またその反力により、ベルト

クなく切り替えることで、従来 CVT と比較し、各部に荷重が働く。また前述のように、回転時に違和感のない変速を可能とした。

－ 18 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要実現した。さらに、ベルト周速低減と過推力領域の低減によるベルト駆動伝達効率向上も実現した。
３．クランク同軸小型オイルポンプ
駆動時のオイルのせん断抵抗低減を目的に、前減速ギヤとプライマリプーリの間のスペースを活用したクランク同軸シャフト駆動の小型ポンプ

図４ 共線図を開発した（図６）。各社では小型オイルポンプ
２．平行軸式前減速ギヤの採用はチェーン駆動が大半であるが、それに対新開発 CVT の構造において、平行軸式前減速

しトルク損失の少ない構造を安価に実現した。

ギヤが重要な役割を果たしている。従来弊社
CVT では遊星歯車式の前減速ギヤを採用し、3軸構造を実現している。スプリット駆動 CVT の場合、入力をそのままプーリに連結すると、3 軸構造に対して、動力分割用ギヤの回転方向合わ
せ、出力の回転方向合わせのために 2 軸必要で5 軸になってしまうところを、平行軸式前減速ギヤにより、図５のように、それぞれ回転方向合わせが可能となり、4 軸で構成できる。この最少要素構成により、伝達損失の低減、低コスト化、
図６ シャフト駆動小型ポンプ

コンパクト化を実現した。
また平行軸式によるギヤ比の自由度により、実用上の効果シリーズ別で前減速比を変更することが可能となり、軽～ 1.5L クラスまでのベルトの共用化を

１．CVT ユニット
従来弊社 CVT の世界最小軸間距離を維持し、軽自動車に搭載可能としながら、トルク容量の向上、変速比幅の向上を実現することができた。
また図７のように、総減速比においては、従来
CVT と比較して、ロー側は 13%、ハイ側は 11%
変速比幅向上を実現した。

図７ 総減速比（従来比較）

図５ 平行軸式前減速ギヤによる回転合わせ－ 19 －

新世代スプリット駆動CVTの開発40 件であり、代表 3 件を下記に示す。
① 日本国特許第 6351556 号
名称：動力分割式無段変速機
概要：高効率、大変速比幅、コンパクト、低コストに実現する動力分割式 CVT の構成② 日本国特許第 6328184 号
名称：変速ユニット
概要：ステータシャフトを有する変速ユ

図８ 動力伝達効率

ニットの回転軸方向の長さを短縮し、また図８に示すように、従来 CVT に対し変速

部品点数低減を可能としたもの

比全域の伝達効率が向上し、特にスプリット③ 日本国特許第 6410706 号

モードのハイ変速比領域については、約 8%の効

名称：回転体の支持構造率向上を実現した。

概要：シャフト及びベアリングを含む回転

２．車両体において、アキシャルガタを抑制し

図９に示すように、CVT の性能向上により、つつ、コスト、重量の低減を可能としエンジン、車両開発と合わせて、定地走行燃費をたもの

約 12%向上（60km/h）、約 19%向上（100km/h）、

むすび

発進加速度 15%向上、高速走行時のエンジン回
転数を約 200rpm 低減（60km/h）、約 550rpm 低減（100km/h）し、燃費・加速・静粛性の向上を実現した。

スプリット機構とその独自レイアウトの開発、クランク同軸小型オイルポンプやその他ト
ルク損失低減技術の開発により、軽自動車にも搭載可能なサイズで、高効率・大変速幅を実現す
る CVT の開発に成功した。現在弊社国内 3 車種に搭載されており、商品力向上によるお客様への貢献と地球環境保護に貢献できた。

図９ 各種車両性能（新旧タント比較）

知的財産権の状況
本開発品の装置に関する特許登録は現在全－ 20 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

新構造トーションビームアクスルとその高効率生産技術の開発
マツダ株式会社
代表取締役社長兼CEO 丸 本

明株式会社 ワイテック
代表取締役社長

山 本

マツダ㈱ 技術本部
マツダ㈱ シャシー開発部
マツダ㈱ 技術本部
マツダ㈱ 技術本部㈱ワイテック 営業本部㈱ワイテック プレス生技部㈱ワイテック 技術開発部

はじめに

周 二

川 口 秀 明
髙 橋 浩 之桑 子
俊
中 土 信 之江 村 弘 章國 安 崇 雅宇 都 宮 翔開発のねらいマツダは「走る歓び」に溢れたクルマを提供し、MAZDA 3 の開発に際し、ドライバーが思い通

人の心を元気にすることにより、お客様との間にりにクルマを操作できる感覚を“感動”のレベル

特別な絆を持ったブランドになることを目指しに高めるため、徹底的に人間の感覚とクルマの挙ている。マツダの最量販車種であり、2019 年 5 月

動の研究を重ねた。その結果「走る歓び」を体感に市場導入した新型 MAZDA 3 は、マツダの新世するには、ハンドル操作などに応じた路面からの代商品群の第 1 弾として、刷新したシャシー構造を

入力を、まるで人間が歩行する時に自然に身体を含む、新たな車両構造技術、SKYACTIV-VEHICLE

伝わる力の如く、サスペンションが遅れなく、リARCHITECTURE（スカイアクティブ ビークル

ニアで滑らかに伝えることが重要であると分アーキテクチャー）を適用し「走る歓び」をさらにかった。このねらいとするクルマの挙動を実現す追求した。加えて静粛性や自然な着座姿勢、実用性

るため、リヤサスペンション形式として、構造がに優れる荷室といった快適な車内空間も確保しつ

シンプルなため力の伝達を制御しやすく、軽量でつ、大幅な軽量化による環境性能の改善を目指し

空間効率にも優れるトーションビームアクスル

た。また、グローバルに生産拠点を有するマツダと（以下、TBA）形式をベースに、力の伝達経路にして、刷新したシャシー構造を全ての生産拠点で、ある部品群の剛性や形状の最適化をマツダとワ

低コストで生産するために、調達性、輸送性に優れイテックが一体となり取り組んだ。

る材料の選定や、一般的な汎用プレス機で生産を可能とする生産技術開発にも同時に取り組むことで、装置の概要

クルマの商品価値を高めながら、環境性能向上、生産性向上など、総合的な課題解決に取り組んだ。

－ 21 －TBA は車両前後方向に配置され車体とタイヤ

新構造トーションビームアクスルとその高効率生産技術の開発

をつなぐ左右一対のトレーリングアーム部と、車となる。加えて MAZDA 3 から目指したクルマ

両左右方向に配置され左右のトレーリングアーの挙動を実現するには、伝達経路にある構造体

ムをつなぐセンタービーム部からなる非常にシの剛性の連続性を高めることが必要であった。

ンプルな構造のリヤサスペンションであり、センこれらの機能からセンタービームの曲げ剛性をタービームの特性が車両運動性能に大きく寄与

中央から両端のアームとの結合部に向けて連続する。しかし、従来のセンタービームは国内高炉

的に剛性を高めていくことが有効である。そこ

メーカーから調達した規格品の電縫鋼管であり、で、部品の追加に頼らず、質量増加を最小限とす

その生産方法から均一周長の素管に限られているために、センタービームの周長を新たな設計た。そのため、センタービームのねらいの特性をパラメータとして理想とするセンタービーム形得ることに限界があった。そこで開発した新構造状を導出した。この形状を軽量化に優れる中空の TBA 式サスペンション（図１）では、我々の目断面構造で得るために必要な素管形状として、指した人間感覚と一致したクルマの挙動を実現

中央部分に 50mm の直線部を有しながら両端部するために、センタービームの周長を部位ごとにへ向けて直径を連続的に拡大しつつ、左右のト

連続的に可変させることで、乗り心地と、操縦安レーリングアーム接合部に再び直線となる周長定性を最適化することができた。また、新開発しの変化を持たせることとした(図２)。

た周長可変のセンタービームを汎用プレス機で生産可能とする生産技術も同時に開発して世界の各生産拠点で効率的な生産を可能とした。

図２ 新開発の周長可変パイプ

この素管を用いて得られたセンタービームの
車両中央部から両端部までの断面形状を 図３に、比較として従来の断面形状を図４にそれぞれ示す。図３では車両中央部から両端部に向けて周長を拡大することができており、各部位での必要な曲げ剛性が得られる断面を確保できている。一方で、図４では各断面は均一な周長であ
図１ 新構造TBA式サスペンション

り、中間～端部断面は図３に比して小さい様子が確認できる。

技術上の特徴新開発のセンタービームは従来のセンター

1) 新開発センタービームの構造と性能
センタービームの主な機能は、①旋回時など
前後左右の大きな力を受け止める機能、②クルマのロール姿勢を制御するねじりばねの機能の2 つである。①の機能からは「高い曲げ剛性」の実現が、②の機能からは「適切なねじり剛性」にすることが必要となり、2 つの相反する特性をセンタービーム 1 部品で両立させることが必要－ 22 －

図３ 新開発のセンタービーム断面◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

図６ 一般的なＵ-Ｏ成形
図４ 従来のセンタービーム断面

ニークな U － O 成形部品であることから、次のビームに比して、ねらい通りに中央部から両端部

2 つの課題があった。①製品の展開形状とブラに向けて連続的に最大 150%まで断面二次モーメ

ンク形状の余肉（A 部）によって生じる「シワ」

ントを増加できており（図５）、路面からの入力（図７）を抑制すること。

に対して滑らかなクルマの挙動が得られるよう②結合面をＩ字形状の合わせ面で隙をになった。この結果から、センタービーム曲げ剛性の連続性と絶対値を効率よく改善できた。

図７ 周長可変パイプの展開形状と余肉

0.1mm 以下の精度で加工すること。これは高強

図５ 新旧センタービームの特性比較

度部材が持っている強度を TBA として最大限
2) 周長可変パイプを実現する生産技術活用できるように溶接時の熱による強度の低下

従来のセンタービームは、ロール成形で作られの抑制をねらい、母材溶解・凝固が可能なレー

た均一周長の電縫鋼管を国内で調達し、世界の各ザー溶接を採用するためである。①は局部的な生産拠点に輸送して TBA を生産していた。これ

加工硬化を利用することで「シワ」をコントロー

に対し、新しいセンタービームは輸送ロスを廃止ルする技術を開発。成形シミュレーションにてするため、鋼板を用いて世界の各生産拠点で生産「シワ」を抑制できる形状を導き出し予備曲げすることを目指した。また生産性向上のため、全工程を追加した(図８）。

拠点にある汎用プレスによる U － O 成形と、鋼板の性能を最大限活かせる接合技術を採用した
センタービームの生産技術開発に取り組んだ。一
般的な U － O 成形の工程（図６）では、初工程でコイル材から短冊状に切断、2 工程目で U 形状に成形、3 工程目で O 形状に成形したのち、4 工程
目で接合面に溶接を施し素管となる。
新開発のセンタービームでは、周長可変のユ－ 23 －

図８ 予備曲げ形状

新構造トーションビームアクスルとその高効率生産技術の開発②は冷間鍛造技術を応用し、周方向の製品周長

さらに「走る歓び」であるドライバーが思い通りとブランク周長に差を設けることで（図９）、部に操作できる感覚を“感動”のレベルに高めたこ

品全体に周方向の圧縮応力を付与することで高とから、マツダでは小型車のみに採用してきた精度なＩ字形状（図１０）とした。適切な圧縮率

TBA の採用範囲拡大に成功した(図１２）。

によってパイプ成形後のレーザー接合品質確保のための接合部の 0.1mm 以下の隙を実現した。

図１２ 採用車種（上段MAZDA 3、下段左CX-30、下段右MX-30）
図９ 圧縮率の定義

知的財産権の状況
本開発品の装置に関する特許登録は下記の通りである。
① 日本国特許第 6327319 号

図１０ 接合部の断面

名称：金属管の製造方法及びその装置

これにより一般的な汎用プレスで全拠点にて
TBA が生産できる生産技術を確立した( 図１

概要：周長可変の鋼管を製造するための方法② 米国特許第 10688843 号

１）。

名称：車両のトーションビーム構造
概要：周長可変のトーションビーム構造
その他 5 件を出願中（国内外）。

むすび
従来、機械に多用される『鋼管』は規格品の中
図１１ 周長可変パイプ生産工程から選択するのが一般的であった。しかし今回開発した周長可変の造管技術を適用すること実用上の効果で、周長を含めた鋼管の最適化設計を可能とし、商品の目的に応じた形状（強度・剛性・重量）の

新開発のリヤサスペンションは人間の感覚と鋼管を、各拠点で高効率（物流・在庫含む）に生

クルマの挙動に関する研究に基づき、シンプルな産ができるようになった。今回開発した TBA 以

構造の TBA で実現するための具体的なサスペン

外の自動車部品に適用範囲を広げることで、少ション新設計と生産技術開発をセットで実現しない部品点数で、必要な強度を確保しながら、軽た。これにより大幅なコスト／重量低減を実現

量・安価で地球環境にも優しいクルマの生産にし、実用的な荷室と快適な車内空間を確保した。

継続的に取り組んでいく。

－ 24 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

紙幣の高解像度磁気画像取得を可能とする
ライン磁気イメージセンサ
三菱電機株式会社
代表執行役 執行役社長

杉 山 武 史三菱電機㈱ 通信機製作所 電子デバイス製造第二部
三菱電機㈱ 先端技術総合研究所 電機システム技術部
三菱電機㈱ 先端技術総合研究所 センサ情報処理システム技術部
三菱電機㈱ 先端技術総合研究所 センサ情報処理システム技術部
三菱電機㈱ 設計システム技術センター LSI応用技術推進部

尾 込 智 和山 内 一 輝武 舎 武 史浅村 まさ子
中 井 貴 之して、磁気センサに対しても高解像度化、高 S/

はじめに

N 化の必要性が高まりつつあり、本製品はこのようなニーズに対応すべく開発した磁気センサ

近年の偽札精巧化に対抗し、ATM（Automatic

である。

Teller Machine）等の金融端末装置ではより精度装置の概要の高いセキュリティ対策が求められている。金
融端末装置には光学センサ（可視光、赤外線、紫外線）、磁気センサ、厚みセンサ等が搭載されて本製品は紙幣のショートエッジ読み取りを想おり、各センサの読取精度を上げることで偽札定した”JS1C90”とロングエッジ読み取りを想鑑別能力の向上を図っている。当社では、光学セ定した”JS1C170”の 2 種類のラインナップがあンサとして密着イメージセンサ（Contact Image

り、図１に外観、表１に主要仕様を示す。

Sensor ： CIS）を開発・製造しているが、今回、紙幣等に含まれる磁気インク等の磁気情報をイメージとして出力できる高解像度ライン磁気イメージセンサ“MICMO（Magnetic Ink Checker
MOdule ：当社登録商標）”を開発し販売を開始した。
図１ MICMO® 外観（上：JS1C90、下：JS1C170）

開発のねらい表1 MICMO® 主要仕様

従来、金融端末装置において磁気センサは磁気情報の有無を確認する目的で搭載されていたため、ポイントセンサもしくは低分解能（10mmピッチ）ラインセンサが多く採用されていた。しかし、近年、高精細で微弱な磁気情報が含まれている紙幣が増えてきており、精巧な偽札対策と－ 25 －

紙幣の高解像度磁気画像取得を可能とするライン磁気イメージセンサ

図２ MICMO®の基本構成

図２に本製品の基本構成を示す。①紙幣等の検出媒体と AMR（異方性磁気抵抗効果）素子に磁束を印加するバイアス磁石、②検出媒体に含まれる磁気インク等の磁気情報を電気信号に変換する AMR 素子、③ AMR 素子からの出力信号を低ノイズで増幅する低雑音増幅器と多画素読
出回路（マルチプレクサ）を一体にしたアンプ
IC、④アンプ IC 出力を増幅してデジタル信号に変換する AFE（Analog Front End）、⑤デジタル

図３ AMRの磁束密度と抵抗変化率の関係変換した磁気出力信号に信号処理を行って客先システムへ出力する信号処理部からなる。従来の磁気情報の有無のみを検知する 10mm ピッチ
磁気センサは①と②だけで構成されたアナログ
出力磁気センサデバイスであったのに対し、本製品は③～⑤を搭載して微弱なアナログ信号をノイズに強いデジタル信号に変換して出力することで、システム側の取扱い性を向上させたことを特徴としている。

技術上の特徴（１）検出原理
本製品の検出原理を図３、４にて説明する。本
製品には外部磁束密度の変化を抵抗値の変化に変換する AMR 素子を使用しており、ハーフブ
リッジ回路を構成することで外乱の影響を小さ

図４ AMR素子検出原理

くし品質の安定を図っている。図３に AMR 素

図４に磁気情報を含む検出媒体が AMR 素子

子に印加される外部磁束密度と AMR 素子の抵

A に近づく場合の検出原理を示す。AMR チップ

抗変化率の関係を示す。バイアス磁石によりバ（AMR 素子 A、B）には定電圧が印加されていイアス磁束を印加することで AMR 素子の感度る。検出媒体が AMR 素子 A に近づくと、検出媒が一番高くなるように構成している。尚、バイア

体中に含まれる磁気インク等の磁性体により

ス磁石は検出媒体に磁束を印加する機能も兼ね

AMR 素子 A にかかる磁束密度が変化し、AMRている。

素子 A の抵抗値が変化するため、信号出力端子－ 26 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要の電圧の変化として、検出媒体の磁気情報を検レクサ）を集積した多チャンネルの専用アンプ

知することができる。さらに検出媒体が進んでIC を新規開発し、これを AMR チップと同一基

いくと、AMR 素子 B にも影響が及ぶようになり板上に必要数実装し最短配線とすることでノイ同じ原理にて検出媒体の磁気情報を検知するこ

ズの重畳を極力抑え、高い S/N 比を確保した。

とができる。

（４）外部磁性体影響低減（２）高感度/高解像度の実現

金融端末装置では、紙幣等検出媒体を搬送す

本製品には感度の高い AMR 素子を採用し、るために磁性ベアリングが磁気センサの前後にAMR 素子を高密度に集積した AMR チップを配置されており、本製品には高感度の AMR 素

新規開発し、このチップを横一列に配置するこ子を採用しているため、磁性ベアリングのノイとで所定の読取幅の高解像度読取を実現していズが信号に大きな影響を与える可能性がある。

る。AMR 素子ピッチは 0.5mm であり、読取幅

その対策として、本製品では外周に磁気シー

180mm の場合、360 素子並んでいる。

ルドを配置して外部磁性体の影響を低減する対AMR 素子は磁性体であり素子長手方向が容策を実施した。図６に示すように、磁気シールド

易磁化方向、短手方向が感磁方向となる。一般的を追加することにより外部磁性体の影響を 1/3にはブリッジさせる AMR 素子を平行に並べ短まで低減した。

手方向にバイアス磁束を印加する構成をとる
が、その構成では、長手方向の磁束が安定しないことから少し強い磁性体が搬送されると磁気モーメントの反転現象が発生し出力が急激に変化するという課題がある。本製品では、図５に示すようにブリッジさせる AMR 素子をハの字構造とすることで、長手方向の磁束の向きを揃え
磁気モーメントの反転を防いだ。また、消費電流(a) 磁気シールドなしを抑えるために抵抗値を増大させつつ小型化可
能なジグザグ配線となるミアンダ構造（図示なし）を採用した。

図５ AMRチップ構成(b) 磁気シールドあり（本製品）（３）高 S/N 比の実現

図６ 磁性ベアリングの出力への影響

紙幣等に含まれる磁気情報出力は非常に弱く、AMR 素子から出力される信号レベルは極め（５）信号処理機能て微小であり、鑑別に必要な S/N 比を確保する

本製品には高解像度磁気センサ出力に最適化

ためには低雑音増幅回路が必要となる。本製品

した各種信号処理機能を内蔵している。本製品

では、低雑音増幅器と多画素読出回路（マルチプの代表的な信号処理機能を以下で説明する。

－ 27 －

紙幣の高解像度磁気画像取得を可能とするライン磁気イメージセンサ

アナログ利得調整機能
識別する紙幣の磁気量に合わせて利得の最適設定が可能アナログ/デジタル変換機能
1 ライン 360 画素分の信号を時分割に高速/高精度にデジタル信号に変換(a) 1ドル紙幣

オフセット補正

画素ごとの基準出力のオフセットばらつきを補正
感度補正
画素ごとの AMR 素子感度、アンプ IC 利得
ばらつきを工場出荷時に調整したプリセット

値で補正。
(b) MICMO®出力画像

実用上の効果図７(b)に紙幣の大部分に磁気インクが使用されている 1 ドル紙幣の本製品での読取結果、
図７(c)に従来磁気センサ相当画像を示す。比較すると情報量に大きな違いがあることが分かる。従来磁気センサでは磁気情報の有無しか判別できなかったが、MICMO を採用することで(c)10mmピッチ磁気センサ出力相当画像（MICMO®出力画像を20ch毎に平均化し出力）

近年増加している高精細で微弱な磁気情報も画

図７ 1ドル紙幣読取結果（一部抜粋）®

像化することができるようになり、偽札鑑別能

むすび力向上への貢献が期待できる。

知的財産権の状況

高 解 像 度、高 S/N 比、安 定 出 力 を 備 え た
MICMO ® により、従来困難であった高精細で微本件に関する特許登録は下記の通りである。
① 日本国特許第 6316429 号
国際公開番号

弱な磁気情報のイメージ化を実現した。従来の磁気情報の有無を検知する 10mm ピッチ磁気セ

WO2016/013650

ンサとの置換えが可能となり、金融端末の偽札

名称：磁気センサ装置

鑑別能力向上に貢献できると考えている。

概要：被検知物搬送方向に対して磁界生成

今後もユーザーのニーズに応えつつ、さらな部の中心位置に隣接する抵抗体がブる拡販、他分野への展開に向けた市場調査も進

リッジ接続されている磁気抵抗効果

め、適用拡大をはかり、社会に広く貢献していき素子のブリッジ中心を配置した磁気

たい。

センサ装置
その他 13 件－ 28 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

加工現象をリアルタイムに
マルチ計測できる工具株式会社 山本金属製作所
代表取締役社長 山 本㈱山本金属製作所 技術開発部㈱山本金属製作所 岡山研究開発センター 研究開発グループ㈱山本金属製作所 岡山研究開発センター 研究開発グループ㈱山本金属製作所 岡山研究開発センター 研究開発グループ㈱山本金属製作所 岡山研究開発センター 研究開発グループ

憲 吾

山 内 貴 之村 上 浩 二松 田亮
荒 木 雅 史鹽 津 陵 雅ニーズに対しては、熟練技能者が経験と勘を基はじめにに加工条件を選定してきたが、昨今の少子高齢化に伴い、現場での技能伝承は十分に進んでい弊社は、油圧機器部品、工作機械部品等の様々ない。

な分野における金属部品を切削加工する「精密高度な切削ニーズにおいて、加工品質と生産加工事業」と、切削加工中の加工現象や素材の特性を改善し、効率よく技能を伝承するためには、性を分析・評価する「計測評価事業」の２つを軸

客観的な加工現象のデータに基づき加工方法のに事業展開をしている。精密加工事業において選択や条件の適正化が必要である。近年、センサ

は、1965 年の創業以来培ってきた加工技術を生

ならびに無線通信デバイスの小型化・高性能化

かし、近年はエネルギーインフラ・航空宇宙・輸が急速に進んでおり、これらを用いて発熱・振動

送機器・医療といった、成長性の高い先端産業をなどの加工現象をリアルタイムで見える化する

重点産業分野として積極的に展開している。

インテリジェント工具が実現すれば、生産性のまた、より高度な技術が要求される部品加工に取組むとともに、加工の高度化を支援するた向上ならびにものづくり人材の養成は大きく加速される。

めの計測制御に必要なハードウェア・ソフト

弊社では、可能な限り切削点の近傍で温度・加ウェア開発についても、積極的に取組んでいる。

速度・動力などの物理量を計測することが、真の加工現象をとらえるために不可欠と考えてい開発のねらいる。このために必要なハードウェア・ソフトウェ
アとして、下記のシステムを開発した。

先述の先端産業においては、軽量で強度が高装置の概要、技術的特徴

く、耐熱性を持つ材料が多く用いられ、形状においても高精度・複雑化・複合化へのニーズが高まっているが、これらは難切削が多く、適切な加マシニングセンタ向け工具ホルダの内部に、工条件の特定が難しいため、生産性の向上が課

センサ・電子回路・マイクロコントローラ(マイ題となっている。従来、このような高度な切削コン)・電池を内蔵することで、高速回転(最高－ 29 －

加工現象をリアルタイムにマルチ計測できる工具

20,000rpm)する工具の加工点近傍温度ならびに情報を CNC へ送信し、加工の中断・工具の交換・工具ホルダの加速度振動を、加工中に計測する加工条件(工具回転数・送り速度)の変更といっ

MULTI INTELLIGENCE®（以下「MI」と表記）

た加工制御を行うことができる。（図３）を開発した（図１）。

図１ MIの内部構造
図３ CNCと外部コンピュータの通信

また、マイコンには無線通信機能が搭載され実用上の効果ており、工作機械外の受信機を通じて計測デー
タを PC に転送し、加工中の状況をリアルタイ
ムで表示・保存することが可能である（図２）。

難削材の高品位加工が要求される例として、
航空機のタービンが挙げられ、大型の重要部品を加工する場合には、切削加工前の材料成型や工具の準備に多大な工数を要するのみならず、
材料代のみで数百万円にのぼる。一つの重要部
品を加工するために 200 時間以上が必要な場合もあり、刃物が破損し、要求される品質が得られなくなった場合、材料費・工具費・人件費・工作
機械稼働費の損失は極めて大きい。以下に、実用上の効用を記述する。
1) 生産中のビビり検知

図２ MIの使用状況

面取り時のビビり振動により面粗度不良が発電子回路の省電力化や通信方法の改善によ

生した加工を例に挙げる。面粗度不良の発生す

り、一度の充電で最大 40 時間以上の連続稼働がる場合としない場合があり、全数目視検査が必可能であり、加工現象の研究のみならず、量産加要であった。そこで、MI の示す加速度に注目し工での見える化にも使用可能である。

たところ、ビビりの発生した場合には、並進方向

ま た、ソフト ウェ アが工 作機 械の制 御コンの加速度のみが検出される一方、発生しなかっピュータ(CNC)と双方向に通信することで、加た場合には、回転方向の加速度が顕著に増加す

工位置・モータ負荷のリアルタイム表示・保存がることが確認された。これにより、回転方向の加可能である。さらに、計測されたデータから、刃速度を監視に用いることで、面粗度不良品の選先の過熱や過大な振動(ビビり振動)が生じて別に要する工数を削減することができた。（図いると判断される場合には、その状況に応じた４）－ 30 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要て、刃先の破損が突発的かつ頻繁に発生したため、工具ホルダの加速度に注目した。これにより、被加工物に刃先が接触した瞬間、加速度が急増する箇所を特定できたため、該当箇所の直前で切削条件を調整し、加工経路を変更した。その結果、加速度を平均化し、刃先の突発的な破損が抑えられた。（図６）

図４ 面取り時のビビり振動による加速度変化

2) 工具寿命の予測
刃物寿命にはバラツキがあるため、加工品の品質を一定に保つことを目的として、不良が発生しないように余裕を持たせた加工個数で刃物の交換頻度が設定されている。MI を使用して、エンドミル刃先近傍の温度を計測した結果、刃図６ ボールエンドミルによる複雑形状加工時の加速度

先の摩耗量と温度上昇量に相関があることを確
4) トレーサビリティの向上認した。（図５）

加工後の製品品質と加工現象のデータが関連付けられるため、トレーサビリティが飛躍的に向上する。
5) 技能伝承の補助
従来は熟練技能者の経験や勘で説明されていた工具交換等の現象を客観的なデータによって議論できるようになり、スムーズな技能伝承の補助ツールとして活用ができる。

図５ エンドミルの摩耗に伴う刃先近傍温度の上昇

知的財産権の状況

この結果から、工具交換の目安となる温度を本開発品に関する特許登録は、下記の通りで閾値に設定することで、耐用限界を超えて工具ある。

を使用し、不良を発生させるリスクが低減され① 日本国特許第 6168695 号

る。また、使用可能な刃物の廃棄も避けられるた

名称：リアルタイム温度測定方法、及び、リ

め、高価な刃物を使用する場合、刃物費用の削減
により、全体コストの 15%が低減された事例もアルタイム温度測定装置② 日本国特許第 6038426 号ある。

名称：摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接

3) 加工条件の適正化合に用いる回転ツール

ボールエンドミルによる複雑形状加工におい－ 31 －

加工現象をリアルタイムにマルチ計測できる工具

むすび
センサ・通信技術を利用し、切削点近傍に注目した加工現象の見える化を進めたことで、以下の効用を得た。
1) 生産中のビビり検知2) 工具寿命の予測
3) 加工条件の適正化
4) トレーサビリティの向上
5) 技能伝承の補助
今 後は、加工 中の おきて いる 現象を データベース化し、AI やロボットも活用することで人が行っているわずかな調整を自動制御に置き換えていく予定である。将来的には工場の自律化を推進し、ものづくりにイノベーションを起こしていく所存である。

－ 32 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

安価でコンパクトな
少量多品種に適した飲料充填機の開発
株式会社 アステックエンジニアリング
代表取締役社長㈱アステックエンジニアリング㈱アステックエンジニアリング

羽 山

取締役社長
取締役エンジニアリング部長

羽 山
川 端

紀 裕
紀 裕
栄 次

格が高額であるため中規模以上の飲料製造事業

はじめに者に限られている。

飲料業界における生産方式は、生産工程を単純化・合理化して限られた種類の製品を大量に生産する大量生産・大量消費が一般的とされている。しかし近年では、人口減少やインターネッ
ト販売の普及による商品の多様化などの要因により、限られたターゲットに付加価値の高い商品やサービスを提供する少量多品種方式が拡がりつつある。飲料業界における機械による少量多品種生産の効率化は進んでおらず、多くの要望に応えるべく開発を続けている。

開発のねらい少量多品種生産は、大量生産設備の補助として使用されることが多いため、現状の工場空きスペースに設置可能なように、省スペース化を

図１ 小ロット多品種型充填機（2010年開発）求められる。
省力化・生産性の観点から、洗浄・充填・キャ

飲料においては、清酒など小規模事業者が全ピング工程を１名で対応できること。さらに、将国に存在する場合もある。平成 28 年度国税庁の来的にさまざまな商品に対応できるよう一般的

調査データ『清酒製造業の概況』によると、年間に市場に出回っている容器 100 ㎖～ 1,800 ㎖に

生産 200 ㎘以下の酒蔵が 1,144 社存在し全体の容易な段取り替えで対応することが求められ79.8%であるため、年間 200 ㎘の能力があれば殆る。

どの小規模清酒製造業に対応することが可能と

そこで弊社は、少量多品種の生産方式に適しなる。従って、比較的安価であり年間 200 ㎘以上たコンパクトな飲料充填機（LINE FREE 3）（図の生産能力を備える機械(LINE FREE mini）を１)を 2010 年に開発したが、この機種は販売価

2018 年から 2019 年にかけて開発した(図２)－ 33 －

安価でコンパクトな少量多品種に適した飲料充填機の開発にある開始ボタン( 図４)を同時に押すと充填が開始される。充填ノズルはパッキンレス・グラ

ビティー式を採用することで、充填量は常に一定に保たれ異物混入の心配もない。また、ノズルは工具レスで簡単に脱着・分解可能であり、洗浄しやすい構造となっている。

充填開始ボタン
図２ 安価コンパクトな少量多品種型
飲料充填機（2019年開発)

図４ 充填開始ボタンの位置

キャッピング工程では、対象キャップは市場

装置の概要

で最も採用されているアルミ製スクリュー
キャップとし ており、100 個程度収容可能な弊社が開発した機械は容器洗浄・充填・キャッキャップホッパー( 図５)で天地を同じ向きにピングの機能を備えた一体型(図２)のもので、揃え、キャップシュート(図６)へ 1 列に整列さ極限までのコンパクトサイズを追求し、家庭用せる。充填完了後は、自動的にテーブルが反転

冷蔵庫 600×750×1,900 に収めた。

し、容器はキャッピング工程へ移送される。容器

容器洗浄は 2 本ずつ行い洗浄後の水切り時間がシュート先端部(図７）を通過すると、キャッを確保するため 2 か所を交互に使用する。電源

プが自然にかぶせられる仕組みとなっている。

は不要で、開始ボタン(図３、○印部)を押すとまた、キャッピング作業(図７）は充填と同時に自閉で水栓する。

開始され、120kgf の圧力をかけた状態でアルミ

図３ 容器洗浄部

充填工程では、容器をびん台にセット後、左右－ 34 －

図５ キャップホッパー

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

技術上の特徴洗浄・充填・キャッピングの機能を備えた一体型の機械。普段は工場で生産し、時にはショップやイベントブースに設置するためには、可能な限りコンパクトで移動・設置が簡単である必要がある。ユーティリティーは AC100V コンセン
トと洗浄水を接続するのみで、移動・設置も容易にした。誰もが簡単かつ安全に作業を行うため、充填からキャッピングまでの工程を全自動化
図６ キャップシュート

し、作業者の経験・専門技術を不要にした。

容器サイズ変更は、充填ノズルおよびキャッ
ピングヘッドの高さ調整で行われる。共に同じベースに固定されているため、ひとつのハンド
ル操作(図９）で切替えができ、非常に簡単である。高さの調整は、高さ合わせ金具(図９）に容器をセットし行うので、数値管理の必要もない。
また、ガイドピン(図１０、○印部)を差し込む
シュート先端部

穴を変えることにより、胴径の異なる容器にも対応する。
また、衛生面において設置場所の制限を極力避けるため、機械すべての面にカバーを設け、キャッピング部

HEPA フィルターを搭載した換気ファンにより
図７ キャッピング部

キャップ扉

図８ キャップ扉

キャップへのねじ切りを行った後、完成した製品は作業者の手元に戻ってくる。キャップ扉(図８)から投入して補充する。
図９ ハンドルと高さ合わせ金具－ 35 －

安価でコンパクトな少量多品種に適した飲料充填機の開発

積極的に販売促進するチャンスが生まれる。商品は樽や小型タンクで入荷しびん詰め販売できるため、流通用の資材は大幅に削減される。

むすび
本機は日々の生産作業として少量・多品種生産で活用されることはもとより、新たな宣伝・広告の媒体として活用されるような情報発信型の新業態に活用されればと、これからも改良を加えていく。
そのような新業態が日本の文化に定着すれ

図１０ ガイドピン

ば、企業の商品ブランドイメージ作りや地場産
クリーンルーム並みの機内環境を整えたことに業の魅力を直接消費者へ発信する機会になり、より、作業者ひとりでも衛生的、かつ高品質を保日本のモノづくり産業の発展に一石を投じるこ

ち充填作業することが可能となった。

とができればと考えている。

加えて、生産現場を消費者に直接見てもらう

ため、あらゆる角度から各工程を見てもらうようシースルー化したり、商品のイメージアップを図るため各所に LED 照明を設けたり、外装デザインを工夫した。さらに作業性と品質を損なわないため、機械操作が未経験の複数の方々の意見も取り入れ、改良を繰り返した。

実用上の効果家庭用冷蔵庫サイズで少量多品種生産が可能になったことにより、わずか 23m2 のスペースで清酒を製造・販売している JR 駅構内の店舗にも本機が採用され稼働している。
従来機種と比較し、設置スペースは 80%減、販売価格は 60%減と大きく改善したことで、ビジネスにならないとされていた少量多品種生産の概念に変革を与える可能性を感じている。
また、容易に移動可能なことから、イベント会
場・デパートの催事などで、実際に消費者の目の前でびん詰め・販売する新たな販売スタイルが見込まれ、飲料メーカーや小規模生産者の宣伝・広告の手段になり、新市場を作る機会になる。
流通・保管の面で難があった小規模生産者も－ 36 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

工具等管理対象物の持出・返却管理業務の効率化
セールスワン株式会社代表取締役

山 本 圭 一セ－ルスワン㈱ 開発本部 チーフアーキテクト
セ－ルスワン㈱ コンサルティング事業部 部長

土 江
齋 藤

拓 郎
泰 子

を購入したが、リーダーで読み取った情報を管はじめに理するためのソフト開発を販売メーカーへ相談したところ 1,000 万円以上かかると言われて｢2025 年の崖」という言葉は、製造業の保全管困っていた。そこで当社が相談を受け開発を進

理部門やインフラメンテナンス業の安全管理部

めたところ、同様の話が複数社からあり、手軽に門でも、大きな課題となってきている。現場では、導入できる工具管理用のソフトとして開発した

IT を活用した効率化や生産性の向上が大きく遅ことが、「工具 ONE」の開発の経緯となる。

れており、現場では未だに電話、ファックス、打装置の概要

合せがコミュニケーションの中心。情報の集約化、管理の効率化は後回しできない問題と言える。同様の話が複数社からあり、手軽に導入でき

工具 ONE の特長は、既存の RFID 装置や IoT 機

る工具や計測機の管理用のソフトとして開発し器などの各種センサーとの連携により工具や計たことが、「工具 ONE」の開発の経緯となる。

測器の「持出・返却手続き」を自動化するソフトウアである。工具の「持出・返却」のリアルタイ

開発のねらいム管理や、工具の棚卸管理、校正管理、遊休管理、
固定資産管理により、導入することでヒトの動き

当社は先がけて 2017 年 5 月より企業内のさと移動する工具の情報を蓄積・解析でき、経営視

まざまな業務を横断的に繋いで効率化できる点からの業務改善につなげることが可能な製品「StampFlow」というアプリを提供してきた。ことなっている。また、タグを貼り付けられるもの

れは、設備管理業務向けに設備・物品管理や工は全て管理可能なため、工具だけでなく、鍵、車具・部材管理などの点検管理の効率化を図り、人両や重機、部材、工具箱、備品などさまざまなも材不足解消や働き方改革に対応することを目指のへ適用できる。さらに、後述する「StampFlow」

したソリューションである。そのユーザー企業との連携によりさらなる効率化による企業のの一社から「システムとして工具の持ち出しにDX 対応を素早く行うことができる。

ついてリアルタイムで管理を行いたい」との相技術上の特徴談を受けたことが、今回紹介する「工具 ONE」を開発するきっかけであった。その会社は、工具の持ち出し管理のためにメーカーより「マルチ｢工具 ONE」は、図１のように「ハンディリー

リーダー（IC タグの読み取り機）」と「IC タグ」

ダ ー」「RF タグ」「ソフトウェア」がパッケー－ 37 －

工具等管理対象物の持出・返却管理業務の効率化を想定して、通信距離の長い「UHF 帯（極超短波 900MHz 帯）タグ」を利用している。欧州、

米国、中国、台湾、韓国、インドネシア、マレー
シア等で活用されており海外での導入も可能である。製造業向けには、主に金属向けのタグ「金属タグ」と言われる防水、防塵、防油処理されたものを選択しているが、顧客ニーズに合わせて「一般タグ」を利用することもある。特に、「RF
図１ 工具の持出管理システム構成

タグ」は非接触型であることから、タグが貼り付ジとなっている。ハンディリーダーで個々の工具

けられた工具が入った工具箱から中身を取り出や機器に取り付けられている「RF タグ」に組み込さずに瞬時にリーダーから読み取ることが可能

まれた「IC チップ」に記録されているデータを読であり、棚卸し作業等が瞬時にできる。また、重み取りソフトウェアで一元管理を行う。また、

要資産に貼り付けることで、それが持ち出され「RF タグ」の部分は、ユーザーの状況に応じて先た時にリアルタイムで検知できるところも大きほど紹介した各種タグに代用可能となっている。

なメリットである。

また、独自開発アプリ「StampFlow」との連携に

表１ 他のICタグとの比較

よりスマートデバイスにも対応している。

課題

RFID（Radio Frequency Identification の略）
は、無線（電波）で、管理対象物を自動的に識別する仕組みである。一般的には、情報を記録させる「IC チップ」に通信用アンテナを組み込んだ表面に傷がつくと読取れない

バーコード

作業負荷が軽減できない

ICカード

近付けないと読み取れない

Key Success Factor は、独自開発ソフトウェア「IC タグ」と、リーダー・ライターのセットで、「ヒト」や「モノ」を識別し、記録・管理を行う

QRコード「StampFlow」との組み合わせ提案
当初の「工具 ONE」では固定資産の所在を自動

利点は、①現場では非接触でデータの受け渡しができる的に認識できることで、特定拠点における効率化②管理側では、複数の「RF タグ」を一度に読みは図れたが、業態によっては工具の利用が特定の取ることができる

拠点とは限らないケースも多く、他拠点間や「ヒ③「RF タグ」は識別番号を持っていて、ソフト

ト」と「ヒト」との間での工具の受け渡し等にもウェアで名称や取扱情報、校正情報を管理する

対応してほしいとのニーズが増えてきていた。そことができることである。「工具 ONE」では、

こで、「StampFlow」と連携することで課題解決

当社独自の固有識別情報を「IC タグ」に記録し、できると考えた。なぜなら、「StampFlow」ではこれまで難しかった情報の精査と一元管理を一業務のワークフローをシステム上に構築し、管理度に実現している。また、電波による非接触型の職と現場の最前線のコミュニケーションをス

ため、1.5 ～ 8.0m の通信距離をもち、データのムーズに連携させることができ、さまざまな業務「読み書き」と「書き換え」が可能で、短時間でに携わる人の間で行われる「工具（モノ）」の受

多くの「IC タグ（RF タグ）」を認識している。

け渡しにも適用可能なためである。

これまではアパレル系に多く、今後コンビニでの利用が期待されている。

｢StampFlow」では意思決定をあらかじめ定めた業務フローに沿って「ファンクショナルスタ

｢工具 ONE」では工具や計測機への取り付け

ンプ機能（特許取得）」により素早く進めることを想定して、通信距離の長い「UHF 帯（極超短できるうえ、モバイル端末での使用を想定した－ 38 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

音声入力やリアルタイム通知機能による情報伝とデバイスの情報などを連携することで、ヒトと達や、画像、動画、各種ファイル等をセキュアなヒトとの拠点外での貸し借りや利用実態の見え環境で情報共有することで、時間、場所、デバイる化による業務の円滑化、効率化が可能である。

ス を 選 ば ず に 各 自 の 業 務 に 当 た れ る。ま た

これをさらに「モノ」→「人」→「予算」と繋げ「StampFlow」上 の コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン を ナることで適正な固定資産保有や人員配置などにレッジとして蓄積することで、トラブルの予防

よる経営効率化へつなげることができる（図２）。

や技術承継などに活用することも可能である。

このように、連携 API を活用することで「マ画面構成はチャットアプリのようになっておシン×現場×経営」を一気通貫でき、業務の効率

り、操作も単純明快で視覚的にも分かりやすく、化やミス軽減は可能だが、モバイルファースト

世代を問わず直感的に利用できるので現場が操なビジネスの促進を短期間で実現するには、「工作に慣れるのも早い。

具 ONE」と親和性が高い「StampFlow」との連｢StampFlow」との連携においては、顧客の多携 が 最 適 で あ る。現 在 で は「工 具 ONE」とようなシステム環境に対応できるようにするた「StampFlow」をセットで導入する開発も増え

め、「工具 ONE」へ連携 API 機能を追加するこてきている。これは、単なる工具管理だけでなとで実現した。この連携 API を活用することのく、短期間で会社の重要資産管理を経営的視点

利点は、から行えるようにしたいと言うニーズの高まり(1) 人為的なミスを削減を示している。

工具 ONE との連携により「点呼→入場→ミー
ティング→作業→退場」などの一連の点検業務の効率化や、工具の持ち出し・返却管理のシステ
ム化による「承認のワークフロー化」「持ち出し
状況のリアルタイム把握」や分析により人為的原因の把握と対策を打つなど発展的に活用していくことが可能である。
(2) 既存システムを活用して手軽に導入が可能
既存の「IoT 機器」や「RFID 装置」などの各種

図２ 適正な固定資産保有や人員配置へ

センサーとの連携が可能となり、稼働中の顧客の実用上の効果管理用設備と、シームレスでつなげることもできるため、導入時に大きな設備投資が必要ない。
(3) 棚卸しなどの定期業務の効率化

導入することによるメリットは、

例えば、固定資産を管理する倉庫で、「RF タ① RFID 装置の活用により紙やエクセルでの入グ」を備えた工具や計測器（ツール）等があった
場合、ハンディリーダーとスマホ（またはタブ

力ミスが削減②工具状況の見える化により工具の前後利用者

レット）があれば、これまでの棚卸し作業工数を一気に削減することが可能であり、そのまま同間の問い合わせ対応の軽減③行動管理の電子化による業務効率化と貸出・

じスマホから報告作業ができるため、担当者が返却の誤り低減

本来の現場業務に注力できる。

④業務の効率化による短納期や低コスト実現(4)経営の効率化⑤セキュリティレベル向上と監査対応の効率化

モバイル側から工具の予約・管理でき「人（ヒ「工具 ONE」のケーススタディは、ある製造ト）」の情報と「工具（モノ）」、「人（ヒト）」

業では、生産管理部門において、社内の工具や計－ 39 －

工具等管理対象物の持出・返却管理業務の効率化

測器の所在が曖昧なために現場で突発的にレンタル工具や計測機を利用することが増え、工事予算の見直しが発生していたが、導入により自社の工具や計測機のメンテナンス体制を強化して、社内の工具や計測機の有効活用や受注の機
会損失軽減につなげることを実現した。また、別の製造業の経理部門では、資産管理を強化する

一環で、課税対象物になるものの中に、現場の工具や計測機の管理が課題になっていたが、「工具ONE」を利用して一元管理を実現するとともに、会計システムとデータ連携を行うことで資産管理システムとして活用することができた。

図３ 「モノ」→「人」→「予算」へ

各種物流機器を取り扱う会社では各種機器設

知的財産権の状況

置時にフィールドエンジニアが持ち出す工具管理に困っていた。例えば、フィールドエンジニア
が出先から次の顧客の元へ向かう際には、使用し本開発品の装置に関する特許登録は下記の通ていた工具を返し次に必要な工具を受け取るたりである。

めにわざわざ拠点に戻る必要があった。次に使用①日本国特許する工具は別のフィールドエンジニアが利用し特願 2017-162426 号

名称：ファンクショナルスタンプを備えたており、直接受け渡しができれば、取りに戻る手

ウィザードシステム間が削減でき働き方改革にもつながるという想

概要：業務をパターン化して、ウィザード機いが経営者にはあった。フィールドエンジニア、能を組み合わせることにより、ファン

マネージャー、経営者の三者へヒアリングしたとクショナルスタンプログに基づき、業

ころ、フィールドエンジニアは、「必要な工具が務の判断を自動化する。

どこにあるのか、使った工具をどこへ戻せば良い

むすびのかが分かるようにしたい。」マネージャーは、「工具の受け渡しに関する指示を自動化したい。」経営者は、「工具の受け渡しを自動化する

このように「工具 ONE」は工具にとどまらず、ことで工具の探索作業を減らし人材不足に対応

タグ付けできるモノであれば、さまざまな活用していきたい。」ということがわかった。そこで、が可能である。例えば、放送局向けに保有する機「工具 ONE」と「StampFlow」を導入し対応する材の管理や現場間での機材の受け渡しに、鉄道ことになった。導入後は、「いつ？誰が？どこで」会社向けには保線のための各種部品管理や受け利用しているかが分かるようになり、フィールド

渡しに、金型製造業向けには必要な金型の探索エンジニア間での現地工具の受け渡しによる、現時間削減（金型 ONE）などの問い合わせが増え

場作業の効率化を果たすことができた。また、固てきている。

定資産全体に RF タグを適用したことで、「固定「工具 ONE」を、多くの企業へ導入していた

資産管理作業」の自動化、「重要資産管理」によだくことで、社会の DX 実現へ貢献し 2025 年のる会社の重要資産の所在のリアルタイム把握、崖を回避する一助の役割を担えればと考えてお「遊休資産管理」により無駄な固定資産を廃棄すります。

ることが可能となった（図３）。

－ 40 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

テコの原理を使って迅速な抜歯を可能にした抜歯鉗子
ノイシュタットジャパン株式会社
代表取締役社長

鈴 木

計 芳

鶴見大学
学長

大 山 喬 史医療法人社団 松伯会
理事長
ノイシュタットジャパン㈱ 代表取締役社長
鶴見大学 歯学部 教授
鶴見大学 歯学部 教授(医)松伯会 理事長

埜口

五十雄

鈴 木 計 芳里 村 一 人細 矢 哲 康埜口 五十雄

物を抜くという事象において世間を見渡すとはじめに挟んで揺すって抜くという方法は極めて稀である。ワインの栓や釘抜きにおいても基本はテコ

歯科医院におけるさまざまな治療において診療リスクがとりわけ大きいのは抜歯である。このため他の処置はともかく、いざ抜歯となると当院ではできませんとか、紹介状を書きます等の言い訳
めいた言葉を聞いたり、また、いざ抜歯となっても思いもよらぬ時間がかかったり、また、その後に腫れや痛みが出たりとあまり良い印象がない。そもそも現在の抜歯システム（図１）は幕末にシーボルトが持ち込んだ器具類から全く進化していない。
麻酔が発達した現代でもペンチ状の鉗子で歯を強く挟んで何回も左右に揺らして抜くという強引な方法がとられてきた。この強引な揺らしが腫れと出血と疼痛の原因にもなっていた。
今回の抜歯方式により 20 秒以内の抜歯が可能になり、出血、疼痛、腫脹が極めて少ない方式となり院内リスクの減少により、より多くのクリニックや往診先での安全な抜歯が可能となった。

開発のねらい

図１ 従来の歯牙ごとに多数必要となる機器の写真－ 41 －

超高塗着エアレス塗装技術の開発の原理を使っている。そこで歯牙にネジを接着固定し抜くこととした。

装置の概要
図２に設計図を示す。

図２ 新抜歯鉗子の設計図

装置自体（図３）は非常にコンパクトで軽量である。このため、男医と比べ力の小さい女医でも扱いやすい。

図４ 抜歯の様子

図５ 抜歯力の方向と歯が抜けやすい方向が一致

そこで最新の歯牙の接着剤に注目した。この
図３ 抜歯鉗子

接着剤は 200kgf の剥離力に耐えるため歯牙に接着剤でネジを強固に固定して、握ればほぼネジの固定をするには好都合であった。まさに10 秒ですぐ抜けるようになった（図４）。先端のシーボルトの時代では考えられない現代的な抜フックに若干の反りを与えたこと、および抜くた

歯方法であった。この接着剤は 2 液混合型で光めのネジを鉗子に固定せず引っ掛けているだけ

重合で 30 秒あるいは放置でも化学重合で 8 分

なので、歯を抜くための力の方向が、歯が抜けやで実用硬化する。このため歯牙の咬頭に穴を開すい方向に一致するようになっている（図５）。

け接着剤を注入し光照射器で 2 分照射し完全硬化後抜歯を開始でき、抜去自体は 20 秒ほどで終技術上の特徴わる。強引な揺する操作を行わないので出血がほぼ無く、傷の治りも非常に良い。無論術後の腫単純に歯牙にネジをねじ込んでも硬組織の歯れもほぼ出現しない。また、力の弱い医師でも操は容易に割れてしまう。また、割れた歯の抜歯は作可能なように従来の鉗子より 40%軽量化し、さらに難易度が上がってしまい元も子もない。

握った力の 3 倍以上の力が抜く力として出るよ－ 42 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

うに工夫を凝らした。

抜歯が可能となりクリニックの大きな増収に結

ただしもっとも困ったことがあった。そもそびついている。また抜歯の簡便化のため、口腔外も歯科学会において噛み込む時の咬合圧につい科を標榜する歯科医院も増えた。無論抜歯に対てのデータは豊富で、その耐圧力は 150kgf を超する世間のブランドイメージも上がる。

えることはよく知られていた。無論入れ歯等の噛み込める圧の研究データも豊富であった。と実際に抜いた埋伏智歯のレントゲンを以下に示す。

ころが今まで誰も何 kgf で歯が抜けるのかの

知的財産権の状況

データを持っていなかった。そこで我々はさま
ざまな方法で何 kgf で牽引すれば歯が抜けるかを調べた。結果ほぼ全ての歯で 90kgf 前後で抜

本開発品の装置に関する特許登録は下記の通去できることが分かった。このため前後に歯がりである。

無い状態の症例においてもガーゼで作った枕状① 日本国特許 2017―104483のものを歯茎に置いて支点とし抜歯を行うこと

名称：抜歯用具も可能になった。

概要：ネジを使って使って歯牙に固定する
方法

実用上の効果② 日本国特許 2018―175817
名称：抜歯用具及び抜歯方法

この抜歯方式は単に、早い、出血が少ない、予概要：接着抜歯法と抜去する方式

後が良いだけではない。

むすび

近年若年層のお醤油顔化が言われて久しいが、この顔面変化は歯学的には顎の骨の矮小化ということになる。顎骨の矮小化は各個人の歯古来日本人は手先が器用と言われたきたが歯科牙の矮小化より先に進むため結果として親知らの器具においてほぼ全てが舶来物である。これが歯ずが定位置から萌出できない、結果歯並びが悪科の医療の海外依存の大きな原因と考えてきた。

化するという事態を招いている。

日本の歯科大学においては欧米人の留学生を無論以前より抜かざるを得ない親知らずも増みたことがなく歯科の理論はほぼ全てが欧米由えており、埋伏したまま炎症を起こす親知らず来でもある。よって欧米に留学することはあっも若年層に多くなった。

ても欧米からの来訪留学はない。この悪循環を

このような埋伏抜歯は従来はほぼ大学でしか行えなかった。麻酔をかけて、大きく切開をして根底から断ち切るためには日本が元祖の歯科技術を育成することが必定と考えている。

周囲に挟めるだけのスペースを作る必要があっまた一方で、日本の歯科医院はほとんどが零たため抜去する歯牙の 4 倍ほどの骨の切開を必細な個人医院であり大規模な医療法人が皆無要とした。これが、大出血や治癒に時間がかかるで、臨床からの豊富なフィードバックが少ない。

原因であった。

その上業界の特殊事情がある。すなはち御用

今回の抜歯鉗子では、抜くべき歯の咬頭面が聞き制度である。各歯科医院には材料屋と呼ば露呈さえすれば後は穴を開けネジを入れ接着剤れる日々のマスクや、エプロン、石膏等の消耗品を注入し光を当てて接着剤を固定すればほぼ抜を取次ぐ業者が存在して隔日あるいは毎日小物

歯は終了となる。

を届けるシステムが綿々と続いてきた。この材

この操作の簡便性のため田舎のクリニックで料屋さんは国内 7 万軒弱の歯科クリニックを網も、老人ホームでも、遠隔地での往診でも簡便な羅するために各担当者がほぼ 50 件ほどのゾー－ 43 －

超高塗着エアレス塗装技術の開発

ンでクリニックを回っている。この日々回る材
料小売屋の上に地域問屋が存在し、その上に県単位の問屋、その上に関東甲信越レベルの問屋、その上に全国レベルの問屋が介在する。でこの大元にメーカーは製品を卸すことになる。
このためユーザーである開業医の提案、改善要求はほぼ大メーカーに上がらない。また、歯科治療は削る、詰める、抜く、入れ歯にする。という医学に比べると比較的簡単な治療行為のため
一部上場企業クラスの参入も競合もなく、また、
技術的にこれ以上改善はなくこのまま何とかな
ると臨床医も考えやすくメーカーも現状維持が多かった。
無論、歯科医師も 10 年もすればある程度不便な方式にも慣れるので、さらに革新の波から取り残されてきた。ところが、現代のようにさまざまな通信手段が出現し、特に Line のようなツール

で 300 人を超える全国の顔も知らない歯科医師の集団チャットが同時に可能になると沖縄から釧路までの開業医が日々のさまざまなボヤキをリアルタイムで聞くことが出来るようになった。
ここで出たさまざまな不満の 1 つが抜歯の不便さであった。田舎の先生は近くに大学病院もなく紹介もできない。放置するか、なかったことにするしかなかった。だから何とかしたいであった。
こういう要求を満たして器具を作製するメー
カー探しには Google の検索が大いに役立った。
無論今流行りのリモートチャットで大方の試作完成まで漕ぎ着けることが可能になった。また、

図６ 実際に抜いた埋伏智歯のレントゲン写真

試作品の評価には全国の歯科医に届ける宅急便が大いに活躍した。

恵に助けられながら、さらにさまざまな臨床から

また、販売にはヤマト運輸が持っている全国の改善希望や、改善提案が活発に出て来ている。

の歯科医院データが大いに役立った。これらのLine フォーラムはさながら歯科の情報発信シン

歯科医院にダイレクトにファックスやパンフ

クタンクになりつつある。また、さまざまな知見レットを送ることができ、複雑でバックマージ

を集めた歯科ぺディアを作る動きも出てきた。今ンの大きな従来の流通システムを回避できた。

後は、さらにさまざまな歯科機器を開発し、最終

この抜歯鉗子は、現在国内で 200 の歯科医院目標である日本から歯科イノベーションを起こ

で使われ出した。特に辺鄙な地域の歯科医院のすことを地道に実現化したい。

導入が多い。

今回の受賞が大いなる認知となることに感謝

このような現代的なさまざまなシステムの恩を添えて。

－ 44 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

山口県航空宇宙クラスタ-の活動支援
公益財団法人 やまぐち産業振興財団
理事長 楠(公財)やまぐち産業振興財団 事業支援部(公財)やまぐち産業振興財団 経営企画部

正 夫

松 田 正 樹櫻
旭 輝

はじめに
やまぐち産業振興財団での企業支援における
強みの 1 つに、販路開拓がある。その特徴は、単に取引先や売上高を増やすことだけではなく、関係者により多くの利益をもたらすことを念頭に、支援を行っていることである。支援企業が事業拡大するための事前調査や、志を同じくする
連携ネットワークの構築を通して、世界のトッ

図１ 山口県航空宇宙クラスター体制図

プシェアを有する企業等との企業間マッチングを行っている。今回、新分野として航空宇宙分野課題である軽量化に貢献する提案を行うことへ参入するための、当財団の取組を紹介する。

で、受注獲得やプロジェクト創出につながった。

事業支援のねらい
今後成長が期待される航空機・宇宙機器産業において、山口県産業の裾野の拡大と競争力強化を目的として、航空宇宙業界への参入支援を行った。
山口県は、素形材産業を基幹産業として、輸送機器や医薬品、半導体等の産業も盛んで、これらの部品製造等、多品種少量を得意とする中小企業が多い。特に今回、新分野への参入意欲が高
く、技術力と品質管理システムを備えた企業を
図２ 差別化戦略

グループ化し、連携受注体制を構築した（図１）。

事業支援の概要

また難燃性マグネシウム合金や炭素繊維複合材といった新素材と、レーザーや 3D プリン
ターといった新加工技術に着目し、差別化戦略

業界のニーズとクラスター企業の現状を踏まを進めた（図２）。これらにより、業界の大きなえ、当財団にて調査した情報やネットワークを－ 45 －

山口県航空宇宙クラスターの活動支援

基に、実践的な支援を講じ、クラスター企業の国認証取得に関わる助言の他、認証取得に係るコ

内外での事業展開と新事業展開を促進した。

ンサルタント経費、審査経費の助成を行った。そPhase1 ～ 4 の各段階での支援の内容を以下に示す。

の結果、当初参画した 6 社の全社が認証取得を完了した。その他、セミナー、大手航空機部品メーカーやエアラインの整備工場、航空機部品の一貫生産を行う中小企業の工場見学と意見交換会を毎年 2 回程度実施し、クラスター企業の体制整備と意識高揚に役立てた。また航空宇宙に関する展示会への出展（年 3 回程度）や国やJAXA、政府系金融機関、宇宙ベンチャーなどが主催するセミナーへの参加と、知り合った企業/
機関等へのフォローアップを積極的に実施し、

図３ クラスター企業支援イメージ

クラスターの取組 PR や販路開拓を行った。ク

【Phase1】山口県航空機研究会

ラスター企業への展示会出展経費や旅費助成に（平成 19 年～平成 25 年度）

加え、当財団が企業と同行訪問することにより、

平成 19 年度に当財団独自事業として「山口県参画企業が最新の情報を収集することやネット

航空機研究会」を立ち上げ、航空機分野への参入

ワーク構築を促進することができた。

を目指す企業グループを 15 社で組織し、参入セ

クラスター企業の管理体制強化を目的に、経ミナーを実施した。平成 21 年度から 25 年度は、営者と従業員を対象として、航空機人材育成研

中国経済産業局の補助事業により「ちゅうごく修を行った。平成 27 年度は、株式会社 VR テク

地域航空機産業クラスター」を立ち上げ、当財団

ノセンターから講師を招き、座学 120 時間、組立

は販路開拓を担当し、中国地域企業の航空機分

実習 20 時間を 4 ヶ月かけて行った。実際に作業

野への参入支援を行った。

を実施/管理されていた大手重工 OB の方から

【Phase2】先端産業参入促進事業の指導により、参画企業従業員の作業/管理能力（平成 27 年～ 29 年度）

向上につなげた。平成 28 年度は、より実践的な

県内企業が航空宇宙分野に参入するための体研修を行うため、航空機部品の一貫生産模擬研

制整備を目的に、県に事業提案を行い、平成 27

修を行い、実際に加工実習を行った。一貫生産

年度から平成 29 年度まで「先端産業参入促進事

ニーズに対して、クラスター企業連携を模擬的業」を実施した。

に実施することで、連携に必要な課題と対策をはじめに航空宇宙分野への参入セミナーを 3

明らかにできた。この研修内容は、当財団が株式回開催し、その参加企業を基に 9 月 15 日、山口

会社 VR テクノセンターに提案し、全国に先駆

県航空宇宙クラスターを 6 社で立ち上げた。
（当

けて実施したもので、後の一貫生産模擬研修の財団は事務局として事業実施や運営を担当）ク

モデルとなった。また、受講経費の助成を行うこ

ラスターの参画条件として、平成 29 年度末までとで、企業の人材育成を促進した。

に航空宇宙産業における国際的な認証規格であ【板金加工一貫研修 】 （10日間）

る、JISQ9100 を取得することとした。これによ

板金加工→熱処理→板金加工→熱処理

り、真に航空宇宙分野に参入しようとする意欲→浸透探傷検査→表面処理→塗装→最終検査の高い企業をグループ化することに成功した。

【機械加工一貫研修】 （ 5日間）

一方で、認証取得には多額の経費が必要である

機械加工→浸透探傷検査→ｼｮｯﾄﾋﾟｰﾆﾝｸﾞ

ことが参入障壁となることから、当財団からの→表面処理→塗装→最終検査－ 46 －

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要【Phase3】航空機・宇宙機器産業参入促進事業（平成30年度～）

事業支援の特徴

平成 30 年度からは、「航空機・宇宙機器産業参入促進事業」として、航空宇宙分野の販路開

クラスター事務局である当財団職員が、課題

拓/拡大に力を入れている。大手航空機部品メーを解消するために必要な企業/機関とのネット

カーをクラスターで訪問し、工場見学、クラス

ワークを構築し、クラスター企業に展開するこター企業のプレゼンテーションを行うことで、とで、クラスター企業の事業拡大を支援した。国マッチングを目的とした PR を進めている。まや JAXA、政府系金融機関等が主に大都市圏でたクラスター企業の品質管理能力向上を目的開催するセミナーで情報を収集し、またそこでに、名古屋品証研株式会社から講師を招き、「内知り合った企業/機関等にフォローアップを行部監査員養成研修」を実施した（受講経費助成あうことで、連携ネットワークを拡大させた。

り）。

当財団でのマッチングは、航空宇宙だけでな

航空宇宙に関する展示会については、国内展

く他産業も対象に行っていることで、他産業で示会のみならず、海外展開を目指し、平成 30 年のマッチング増と、医療分野でのプロジェクト

2 月に開催されたシンガポールエアショーを視創出にもつながった。事業拡大 → 利益拡大

察し、次年度以降の海外展開の準備を行った。平

→ 設備投資 → 雇用増 → 新事業展開 と、継成 30 年度、令和元年度に、アメリカ ユタ州立大続した成長の好循環となるよう支援するという学で開催された、世界最大規模の小型衛星学会「企業支援の想い」と「職員自らが創造しながらである Small Satellite Conference（SSC）に 2 年

行動すること」が特徴であり、当財団での事業拡

連続出展し、クラスターの PR、販路開拓を行っ

大/新事業展開支援のキラーコンテンツと言えた。中小企業の海外展開では、技術はあっても言る。またこの支援活動で構築できた連携ネット

語や文化の違いが大きな障壁だが、国や貿易振ワークこそが、独自の支援体制である。

興機関の支援を受け、海外大手航空メーカーと事業支援の成果の商談に至った。また SSC に日本から出展して軽量化をテーマに、既存技術と新素材/新加工

いた他企業と、宇宙分野の海外展開で連携を進技術との融合による差別化戦略の基、当財団でめており、今後海外からの受注が期待できる。

の取引/技術マッチングと企業/機関等との連【Phase4】産業イノベーション促進事業

携促進により、国内外での販路拡大、新事業展開（平成 30 年度～）につながった。クラスター参画企業は、JAXA や

クラスター企業の研究開発と新事業展開を目的に、「やまぐち産業イノベーション促進事業」を開始した。1 年間で最大 1,500 万円、補助率2/3 とし、最長 3 年間の事業実施を可能とした。
航空宇宙産業の開発には、多大な資金と労力を事前に必要とすることが大きな障壁であり、これを解決するためにこの補助制度を設けた。また当財団にて、開発案件はあるが加工方法に苦慮する県外企業や大学等と、クラスターの企業や技術をマッチングすることにより、当補助制度の活用を促進した。その結果、これまで 2 件のプロジェクト創出を成功させた。

図４ 連携ネットワーク－ 47 －

山口県航空宇宙クラスターの活動支援

宇宙ベンチャーから宇宙機器部品、大手重工や航空機エンジンメーカーから航空機部品を、継続受注できている。クラスター全体として約 2
億 5,000 万円の受注獲得につながった。またク
ラスター参画企業は、最新鋭のレーザー加工機
や 3D プリンター等の設備投資も積極的に行っている。これが企業の成長の好循環につながっており、クラスター参画前に比べて、売上高や従業員をほぼ倍増させた企業が 4 社ある。
海外大手航空メーカーとの商談を進めるな
ど、国内外の支援機関とも連携して海外展開を

図６ 小型衛星推進ユニット軽量化ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ

進めている。また宇宙ベンチャーや大学等と連携してプロジェクトを立ち上げ、事業化に向けむすびて航空宇宙機器の共同開発を進めている。これらの販路拡大と新事業展開により、今後のさらなる事業拡大が期待できる。

当財団が企業支援を行うにあたって、関係す新事業として、「やまぐち空中発射プロジェク

る企業/機関/大学等の関係者が Win-Win になト」と「小型衛星推進ユニット軽量化プロジェク

るよう心掛けている。大手企業のできること、ト」の 2 件のプロジェクトを創出した。航空宇宙

中小企業のできること、支援機関のできること

機器の事業化に向け、クラスター外企業も参画を明確にし、新事業創出のために最終的になりするなど、航空宇宙分野参入は地域企業にも波たい姿をイメージし、そのイメージを形にす及している。またこれまでの取組実績とネットる。そのために、自らが情報収集に時間と労力ワークにより、再生医療用装置の開発プロジェ

をかけ、志を同じくする企業/機関/大学等とのクト立ち上げにもつながった。

ネットワークを構築することが重要である。

当財団としても、航空宇宙分野参入を戦略的

これまでの取組で得た情報とネットワークに取り組むことにより、他の産業との接点が生を基に、県内中小企業の「販路開拓・拡大支援」

まれ、企業間マッチングを促進することができが実現できており、当財団の大きな強みとなった。当財団の令和元年度実績は、取引成立件数ている。
Creativity ～創造する夢を現実に～

143 件、当初成立金額約 15 億 8,000 万円と、過去最高額となった。

日本の航空宇宙産業の発展を祈念するとともに、これまで当財団の取組にご協力頂いた皆様、山口県航空宇宙クラスター企業各社にお礼を申し上げたい。

図５ やまぐち空中発射ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ－ 48 －

メ◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要－ 49 －

モ

（無断転載を禁じます）

第５５回機械振興賞受賞者業績概要
令和3年2月22日発行
発行所〒203－0042

一般財団法人 機械振興協会
東京都東久留米市八幡町一丁目1番12号
電話 042－475－1168（技術研究所 賞事務局）