あいち産業科学技術総合センターニュース

あいち産業科学技術総合センター
ニ ュ ー ス2020 年 8 月号

２０２０

Ｎｏ．２２１ （２０２０年８月２０日発行）（編集・発行）
あいち産業科学技術総合センター〒470-0356
豊田市八草町秋合 1267-1
電話： 0561-76-8301 FAX： 0561-76-8304
URL： http://www.aichi-inst.jp/
E-mail： acist@pref.aichi.lg.jp

8月号●トピックス＆お知らせ
・知の拠点あいち重点研究プロジェクト（Ⅲ期）技術セミナー「幅広いニーズに対応する金属3D プリンタ技術（設計・素材・工法）」の参加者を募集します☆今月の内容●技術紹介
・セラミック工具によるチタン合金の切削・焙煎によるコーヒー豆の変化について
・AES ファイバー成形体の耐熱性能の向上≪トピックス＆お知らせ≫◆ 知の拠点あいち重点研究プロジェクト（Ⅲ期）技術セミナー「幅広いニーズに対応する金属 3D プリンタ技術（設計・素材・工法）」の参加者を募集します県では、「知の拠点あいち重点研究プロジェクト（Ⅲ期）」において、金属積層造形に関する 2 テーマの研究開発を実施しています。具体的には、先進デザイン技術の活用による高性能金型や、新原理に基づく造形技術の開発を進めており、これらの開発技術は、当地域の産業においても幅広い活用が期待されています。
本技術セミナーでは、金属積層造形技術に関する最新動向のご紹介や、これら研究開発の解説とともに、パネルディスカッションを通じて当地域の製造業にどう役立てていくべきかについての理解を深めていきます。
参加費は無料です。是非、御参加ください。
【講演 1】「最新の Additive Manufacturing 技術の動向と今後の展開」
講師 近畿大学

次世代基盤技術研究所 特任教授 京極 秀樹氏【講演 2】「積層造形技術の高度化と先進デザインの融合による高機能部材の創製」
講師 名古屋大学大学院工学研究科 教授 小橋 眞 氏
名古屋大学大学院工学研究科 教授 加藤 準治 氏
【講演 3】「新積層造形技術の開発と短時間試作／超ハイサイクル成形への応用」
講師 名古屋大学大学院工学研究科 教授 社本 英二 氏
【パネルディスカッション】ファシリテータ 株式会社豊田自動織機 遠藤恭 氏○日時 2020 年 9 月 4 日（金）午後 1 時 30 分から午後 5 時まで○場所 あいち産業科学技術総合センター 1 階 講習会室（豊田市八草町秋合 1267-1）○定員 「会場」参加 60 名、「オンラインセミナー」参加 80 名（申込先着順）※新型コロナウイルス感染症の状況により、予定を変更する場合があります。
○申込方法 【会場参加】「Web」もしくは「郵便、FAX」でお申し込みください。
【オンラインセミナー参加】「Web」でお申し込みください。
○申込期限 2020 年 9 月 1 日（火）必着●詳しくは https://www.pref.aichi.jp/soshiki/acist/r209m8seminar.html●Web 申込 https://forms.gle/wnDuE8JPXAR8NtLYA●申込・問合せ先 あいち産業科学技術総合センター 共同研究支援部 試作評価室
電話：0561-76-8316 FAX：0561-76-8317 E-mail：idt-info@chinokyoten.pref.aichi.jp-1-

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2020 年 8 月号

セラミック工具によるチタン合金の切削
１．はじめにが途中でホルダに切りくずが巻きついたため危

チタン合金は比強度が高く、耐食性に優れて

険 と 判 断 し 中 止 し ま し た 。 50m/min はいるため航空機材料などに使用されています。

200m/minより1パス目の摩耗は小さかったでしかし、熱伝導率が低く切削温度が上昇しやすすが、その後の摩耗の進行は大きく、寿命は短いため、切削速度を上げられず切削効率が低いくなりました。また最も寿命の長い200m/minことが課題となっています。ここでは耐熱性のでも除去体積がわずか3.5ccで寿命に至り、刃先高いセラミック工具(材質: SiAlON)によるチタの損耗が非常に激しいことがわかりました。(図

ン合金の切削加工試験を実施した結果を紹介し２)ます。
２．実験方法すくい面立型マシニングセンタでの加工試験のイメー
最大逃げ面摩耗(VBmax)

ジ図を図１に示します。加工条件を表１に示します。切削速度(Vc)の条件を振って加工試験を逃げ面1mm実施しました。1 回の加工毎に、マイクロスコー

図２ 寿命時の刃先(Vc:200m/min)

プで刃先を観察し、図２に示す最大逃げ面摩耗

1.4(VBmax)を測定し、1mm を寿命としました。
VBmax(mm)

1.2

回転
切削方向

1
Vc=500.8

Vc=1000.6

Vc=2000.4

Vc=4000.2

Vc=60000

被削材
図１0.5

図３

セラミック工具11.5 2 2.5 3除去体積（cc）

3.544.5

除去体積と VBmax の関係

そこで刃先の損耗の原因を調べるため切削の加工試験のイメージ図

様子(Vc:200m/min)を高速度カメラで撮影しま
表１ 加工条件
被削材工具切削速度(Vc)送り
切削幅
軸方向切込み給油した。その結果、刃先に切りくずが付着しておチタン合金(Ti-6Al-4V)
フライス径：φ50.3mm
切削チップ：セラミック(SiAlON)
50～600m/min
0.15mm/tooth
20mm
0.5mm
ドライり、そのまま被削材に再突入して切削が繰り返されることがわかりました。このとき、付着した切りくずが剥がれたり噛み込んだりすることによって刃先の損耗が進行したと考えられます。
以上より、セラミック工具でチタン合金をフライス加工すると刃先の損耗が非常に激しいことがわかり、その原因の一つは刃先に切りくず

３．実験結果が付着したまま、被削材に再突入して切削が繰除去体積とVBmaxの関係を図３に示します。
切削速度600、400m/minは200m/minに比べてり返されることだと考えられます。
４．おわりに明らかに摩耗が大きくなりました。切削熱によ

産業技術センターでは切削や高速度カメラのる工具強度低下が原因と考えられます。また、依頼試験、粗さ・真円度測定の依頼試験を行っ

100m/minは200m/minと同程度の摩耗でしたています。お気軽にご相談ください。

産業技術センター 自動車・機械技術室 菅野祐介 (0566-24-1841)
研 究 テ ー マ ： 切削加工
担当分野 ： 精密測定、切削加工-2-あいち産業科学技術総合センターニュース

2020 年 8 月号

焙煎によるコーヒー豆の変化について
１．はじめにコーヒーは世界中で親しまれている嗜好飲料の一つです。日本でも一人一週間当たり 10.6 杯（12 歳以上 79 歳まで、2018 年）のコーヒーが飲用されています 1)。コーヒーは、原料であるコーヒーの生豆を焙煎して飲用します。生豆は硬く、干草のような匂いがするだけですが、焙煎により豆の色が淡緑色から茶褐色に変化し、脆くなるとともに、コーヒー特有のほろ苦い風味やコク、そして豊かな香りが生まれます。同じ豆でも、焙煎の仕方によってコーヒーの味や香りがずいぶんと変わります。今回は、焙煎によるコーヒー豆の変化について紹介します。
生豆を高温で加熱していくと、豆内部の水分

図１ コーヒー豆の X 線 CT-3D 画像（左: 断面像、 右: 断面-透過像）2)が蒸発すると同時に、炭酸ガスや様々な揮発性する成分やそれほど増減しない成分、やや増加成分が生成します。やがて、水蒸気やこれらのする成分があります。このことから焙煎はコーガスの圧力に内部構造が耐えきれなくなり、豆ヒーの味や香りを特徴づける重要な工程の一つの組織が破壊されます。この時に”パチ、パチ”であることがわかります。

２．焙煎による構造変化と爆ぜる音（1 ハゼ）が散発的に発生します。この段階が浅煎りの目安とされています。焙煎を続けると音は一旦収まるものの、再び連続的に爆ぜ始め（2 ハゼ）、深煎りの段階に入っていきます。この過程で、豆は体積膨張し、軽くなります（表１）。さらに、X 線 CT による内部構造観察の結果から、焙煎によって内部組織の多孔質化と空隙が生じることが確認できました（図１）。
表１ 焙煎に伴う体積、重量変化

図２

焙煎時間の違いによるコーヒー抽出液の成分変化
４．おわりにあいち産業科学技術総合センターでは、食品の成分分析はもとより、物性や組織構造に関する依頼試験、技術相談を総合的に行っています。

３．焙煎による成分変化

お気軽にご相談下さい。

生豆には、カフェインやクロロゲン酸等の参考文献
1) （一社）全日本コーヒー協会統計資料（htt

様々な成分が含まれていますが、焙煎中に様々

p://coffee.ajca.or.jp/data）な化学反応により別の成分に変化します。
240℃で焙煎したコーヒー豆の抽出液の成分を

2) 動画が御覧いただけます（http://www.aichiinst.jp/other/up_videos/Coffee-Dance.wmv）

図２に示します。焙煎時間とともに大きく減少

食品工業技術センター 発酵バイオ技術室 近藤徹弥 (052-325-8092)
研 究 テ ー マ ：微生物や酵素の機能を利用したものづくりや機能評価法の開発
担当分野 ：分析化学、微生物一般、食品工学-3-

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2020 年 8 月号

AES フ ァ イ バ ー 成 形 体 の 耐 熱 性 能 の 向 上
１．はじめにリフラクトリーセラミックファイバー（以下、RCF）は優れた耐熱、断熱性能を有することから、鉄鋼、石油、化学、電気等の広い産業分野で利用されてきました。しかし、RCF はヒトに対する発がん性が疑われるようになり、2015 年には規制対象物質に追加されました。
そこで、RCFの代替材料として生体溶解性を有する AES フ
ァイバーの需要が拡大しています。

図２

AES ファイバー成形体(未加熱)の電子顕微鏡画像

図３

AES ファイバー成形体(加熱後)の電子顕微鏡画像

一方、AES ファイバー成形体は RCF に比べて耐熱性能が劣るため、使用が限定されている状況であり、耐熱性能の向上が期待されています。そこで、使用温度を 1400℃まで高めた AESファイバー成形体用コーティング材の開発に取組みました。
２．AES ファイバー成形体の高温劣化工業炉の内張り断熱材として施工される
AES ファイバー成形体は 1300℃以上で使用すると体積が収縮するため目地が広がり、その隙間から熱が逃げる現象が発生します(図１)。

３．コーティング材塗布による収縮抑制
赤外線散乱効果を期待して市販のコーティング材のバインダー材に酸化チタン粉末を外割で30wt%調合してコーティング材を調製しました。
直方体形状に切出したAESファイバー成形体に、

図１ AES ファイバー成形体の収縮による熱流出調製したコーティング材を塗布後、1400℃で24AESファイバー成形体について、電子顕微鏡率を測定しました(表１)。収縮率が3%以下に抑で未加熱試料(図２)と1300℃で24時間加熱した

制されており、コーティングによる収縮抑制効試料(図３)を観察すると、加熱した試料では果が確認できました。

AESファイバー成形体内部の繊維が湾曲し、そ表１

時間加熱した試料のx,y,zの3方向の加熱線収縮

加熱線収縮率測定結果の接触部が固着している状態が確認されます。
RCF成形体については、高温で収縮する原因

試料として内部の繊維が非晶質状態から結晶化してコーティング有コーティング無湾曲した結果、繊維の集合体として収縮が発現するとされています 1)。AESファイバーはRCF

加熱線収縮率 (%)
ｘ方向
ｙ方向
ｚ方向
2.1
1.8
1.5
3.4
3.4
2.2

４．おわりによりも結晶化温度が低いため、より低い温度で当試験場では、AESファイバー成形体の性能収縮が始まります。また、AESファイバー成形向上に関する試験研究を行っておりますので、体の収縮による炉外への熱流路の生成に加えて是非ご相談ください。

AESファイバー成形体の繊維間の固着により断参考文献

熱性能の悪化が生じているものと考えられます。 1）藤井幹也: 繊維と工業, 64(10), 322 (2008)
産業技術センター 常滑窯業試験場 榊原一彦 (0569-35-5151)
研 究 テ ー マ ：無機系コーティング材の調製担当分野 ：窯業-4-