広報誌

VOL.

23
P.2 〈特 集〉

自律型工作機械を目指して～機械学習を用いた加工面粗さの推定～

P.4 連 載：電撃連打法による白金ナノスポンジ電極の作製とオゾン生成装置への応用
P.6 KISTEC 設備ナビ：ガスクロマトグラフ質量分析装置
P.7 電子技術部：EMC 試験・高周波測定・電磁界シミュレーションで5G 等の最新無線技術開発を支援します
P.8 インフォメーション：研修・教育講座のご案内 / 研究員、受賞報告！ /KISTEC 感謝状授与！

特 集

自律型工作機械を目指して～機械学習を用いた加工面粗さの推定～

工場で行われている加工では、設計図の構想を正確に実物化することが求められます。そのためには、作業者の高度な技能や知識・経験が必要になる場面が多くあります。一方で、最近ではデジタル技術の発展により、機械が自動で作業するように AI を活用する事例が見られるようになりました。本研究では、工作機械が自ら考えて動く「自律型工作機械」の実現を目指して、AI（機械学習）により加工面粗さを推定する手法の開発に取り組んでいます。
情報・生産技術部

どのような研究ですか？
切削加工では、工具を選択して加現段階での成果について教えてください。

主任研究員

よこ た

ともひろ

横田 知宏

説明変数として機械学習モデルに入力して予測精度を検証しました。
様々な説明変数の組み合わせを試行

工条件を機械に与えると、材料の加これまでに、加工面の良し悪しをし、最終的に90% を超える加工面粗工を行うことができます。しかし、「判断」することのできる機械学習

さ分類の予測精度を実現することが適切な加工条件を設定しないと良好モデルを構築しました。加工条件をできました。

な加工面を得ることはできません

変更して200条件のエンドミル切削（図1）。また、一回の加工中にも様々実験を行いました（図2）。実験ではな要因で加工面が良くも悪くも変化センサを用いて、加速度や切削抵抗することがあります。このようなとなどのデータを収集しました。この今後は、加工条件の「調整」を行う

き、熟練の作業者は加工の状況を判

データを基に、特定の加工面粗さのシステムの開発に取り組みます。具断し、適切な加工条件に調整していしきい値で加工面を分類する機械学

体的には、本研究で構築した加工面ます。この「判断」と「調整」を機械

習モデルを作成しました。機械学習

粗さ分類の機械学習モデルを活用しが自律的に行うシステムの開発を目

モデルの予測精度を高めるには、適て、最適な加工条件を逆解析する手的として機械学習モデルの開発に取切な説明変数を選定して学習させる法を開発します。機械学習モデルでり組んでいます。

必要があります。そのために、実験

は、加工条件や加工中のセンサデー

データから様々な特徴量を算出し、タを入力とし、加工面粗さの予測値

機械学習

機械学習は、大規模データを統計的なアルゴリズムを使って予測に役立てる技術のことです。機械学習の方法には大きく分けると「教師あり学習」と「教師なし学習」と「強化学習」があります。本研究では、「教師あり学習」のアルゴリズムで機械学習モデルを構築しました。

2

加工評価グループ

KISTEC NEWS Vol.23

加工面粗さ

今後の展開を教えてください。

加工した表面の粗さ（滑らかさ）を表す指標です。本研究では、算術平均
粗さ Ra と最大高さ Rz を用いました。値が大きいほど粗く、小さいほど滑らかな表面を表します。

良好な加工面（加工面粗さが小さい）

加速度センサ

荒れた加工面（加工面粗さが大きい）

エンドミル

被削材

途中で状態が変化した加工面

切削動力計

図 1：加工面の例

図 2：エンドミル切削実験の様子

図面データ

製

品

自律型工作機械
加工プログラム自動作成

加工開始

加工中

機械にフィードバック

加工終了

加工条件調整加速度検知
最適条件の逆解析

特微量算出

図面指示値を超過

機械学習による面粗さ判定

図面指示値を満足

現状維持

図 3：自律型工作機械の将来構想（良否判定）を出力します。自律型工

現する最適な加工条件に自動で調作機械ではこの良否判定で否となっ整を行い、高精度・高品質な製品をた場合、適正な加工条件への調整を製造 し ま す。本研究 の 成果 で あ る行う必要があります。そのため、加「加工面粗さ分類の機械学習モデル」

工面粗さの良否判定と図面指示値をは、この自律型工作機械が加工条件

入力し、最適な加工条件を出力するの自動調整を行う「頭脳」となりまシステムを構築する予定です。

す。自律型工作機械が実現すれば、将来、どのような効果が期待されますか？

多くの製造現場で高精度・高品質な

横田 知宏

主任研究員

製品を安定して製造し続けることが可能となります。このような自律型工作機械は、国内製造業の競争力

本研究の将来構想は、自律型工作

向上や、歩留まりの向上による廃棄機械の実現です（図3）。この自律型物削減などの効果が期待できます。

工作機械では図面データを入力として与えると、工作機械が自動で加情報・生産技術部
加工評価グループ
046-236-1500
https://www.kistec-biz.jp/
e̲mail̲consul/

工プログラムを生成し加工を開始します。加工中には図面の指示を実

エンドミル

切削工具の一種で、棒状の材料の側面と底に切れ刃が成形されているものです。主にマシニングセンタという工作機械の主軸に取り付けて、高速で回転させて材料を加工する際に用いられます。

説明変数

機械学習において、結果となる事象（目的変数という）を説明するために入力として使われる変数のことです。説明変数と目的変数は、原因と結果の関係にあります。

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3

連

KISTEC 研究紹介

載

No.12

電撃連打法による白金ナノスポンジ電極の作製とオゾン生成装置への応用
川崎技術支援部

材料解析グループ

主任研究員

おちあい つよし

落合 剛

低コストで効率よくオゾンをつくりだす研究です。図1に示す通り、まず「電撃連打法」と命名した方法で、ナノサイズのスポンジ状の白金をチタン板の表面に作製します。これを電極として水を電気分解すると、水素とオゾンが生成します。このときのオゾン生成効率は、従来の電極の10倍以上高い数値を示します。しかも、ごく微量の白金と金属チタンから電極を作製でき、一般的な PC 用 AC アダプター程度の電源で駆動可能なので、コストも低くなります。消毒や脱臭など、オゾンが活躍する場面への応用が期待できます。

研究内容・成果
きっかけは、10年ほど前に当時の同

1．ショートのエネルギーによって、白せつづけることには、今のところ成功

金とチタンが融けあって合金ができしていません。そこで、「簡単につくれる。

るのだから、剥離したらまたつくれば僚たちと実験していたときのミスでし2．電気分解によって、合金の最表面のいい」と発想を転換し、図3に示すオゾた。チタンと白金の電極を、溶液中で白金とチタンが溶解・再析出を起こ

ン生成装置を試作しました。設定したうっかりショートさせてしまったところ、し、白金ナノスポンジ構造が形成さ条件で自動的にショートの動作を繰りショートした部分から泡が発生しましれる。
（図1右上の2つの電子顕微鏡

返すしくみにすることで、ある程度一た。何回もショートさせると、泡の発生はどんどん激しくなりました。調べ

像参照）

定のオゾン濃度を維持することに成功

3．白金ナノスポンジ構造が、水を電気てみると、泡の正体は高濃度のオゾン分解する際に「電極触媒」としてはが公開されたところです（特開2022-

ガスでした。何回もショートさせる様

たらき、効率よくオゾンを生成する。

190270）。

子から「電撃連打法」と命名し、新し

4．溶解・再析出が進むにつれ、白金ナ

いオゾン発生方法として、研究を開始

ノスポンジ構造が剥離して、オゾンしました。

の生成効率が低下する。
（図2右のとりいそぎ、基本的なデータで特許グラフ参照）

研究・開発で苦労している（苦労した）点
新しい現象を発見し、その謎を解明を出願したり論文を投稿しましたが、「なぜこの方法でオゾンが発生するのか」

新しいオゾン生成方法として提案すするという作業がとても楽しく、特にという本質的な部分は、長い間なぞでるためには、安定してオゾンを生成さ苦労したという記憶がありません。しした。一昨年、新規導入した微細構造

せつづけられないといけません。ショー

いてあげるならば、オゾンの生成効率

解析装置のおかげで、ショートした部

トさせる動作や溶液の種類・電圧などが高すぎて、条件によっては高濃度の分で何が起きているのか、右記のようの条件を変えてみましたが、上記4の剥オゾンガスが発生して危険なので、安に少しずつ解明しています。

離をおさえ、安定してオゾンを生成さ全を確保しながら慎重に実験しなけれホウ素ドープダイヤモンド（BDD）電極

通常のダイヤモンドは絶縁体ですが、ホウ素をドープした人工ダイヤモ
ンド（BDD）は半導体となります。この BDD を電極として、水を電気分解すると、水素とオゾンが発生します。なぜオゾンが発生するのか、その原理は未解明の部分が多いですが、水の浄化や殺菌消毒などに応用されています。

4

しました。昨年末に、この研究の特許

KISTEC NEWS Vol.23

電極触媒

電気分解等の電気化学反応では、電極自身が、反応前後で変化せず特定の反応を促進させる「電極触媒」として働くことがあります。例えば燃料電池では、白金が、電極としてのみならず、水素の酸化を促進する電極触媒としても働きます。電極表面をナノスケールで加工し、金属酸化物や貴金属のナノ粒子をつけることで、電極触媒としての性能が向上す
ることが知られています。

図2：（左）小型電解セルを用いたオゾン生成実験の模式図（右）電撃連打法で作製した
電極と、従来の BDD（ホウ素ドープダイヤモンド）電極との性能比較
図3：試作 オ ゾ ン 生成装
置の外観と駆動データ。
ドラム状のチタン板と、白金棒が、設定電流値を維持 す る よ う「 電撃連打」を繰り返し、所定のオゾン濃度（この例は10ppm）をキープする設計。
こ の と き 消費電力 は 約
50 W。図中 の QR コ ードから、JST 新技術説明
会の公式 YouTube チャ
ンネルにアクセスすると、実際 に 動 か し な が ら 説
明 し て い る 動画 が 閲覧可能。

図1：
「電撃連打法」による白金ナノスポンジ電極の作製工程ばならない点でしょうか。また、溶液法は、大面積の電極でも安く簡単につ

これを読んでくださっている皆さんから、の種類や電圧などの選択肢が多岐にわくれるので、従来の方法では困難だっ「○○に使ってみたい！」というご相談たっており、実験したい条件が無数にた、大量の物質のオゾン処理や、迅速やお問い合わせをお待ちしています。

あって時間が足りないことも悩ましい

な脱臭・消毒なども可能になります。

です。

研究・開発の成果がどのような分野で役立つ可能性があるか（今後の展開などがあれば教えてください）
現在、オゾンが活躍しているすべての場面で役立つ可能性があります。具体例を以下に記します。
・新 型コロナウイルス感染症をはじめとした各種感染対策・消毒・殺菌・空気浄化・脱臭・水処理・繊維製品などの漂白
これらの場面で、従来のオゾン発生方法を本研究の方法に置き換えていただくだけで、コスト削減や省エネルギー化につながります。また、本研究の方

研究員紹介●これまでの経歴を教えてください。
大学院在学中、鉄道会社の学生研究員として、光触媒とBDD電極に関する研究に3年従事。大学院修了および鉄道会社退職後、2008年より㈶神奈川科学技術アカデミー（KAST）研究員として、光触媒等の環境浄化や医療への応用について研究。組織統合・独法化を経て現在に至る。研究に加え、光触媒製品開発のサポートや、人材育成部等と連携した科学の普及活動に従事。所外でも、大学の客員准教授や非常勤講師として幅広く活動。
●なぜ今の分野の研究をしているのですか？（研究員になったきっかけや、今の分野を選んだ理由など）
高校生の頃は、分野は何でもいいので大学の先生になって研究したいと思っていました。しかし大学で、企業で研究するのも面白いと思うようになりました。悩んでいた時、当時のKASTの皆さんが楽しそうに研究している様子を見て、「産学公連携」で大学の研究にも企業の研究にも触れられる公的機関の研究員が一番面白そう、と思い、KASTの門をたたきました。それから15年、選択は間違っていなかったと思います。
●座右の銘（もしくは、尊敬している人物）を教えてください。
尊敬している人物は藤嶋昭先生です。いつもポジティ
ブで、科学と研究の楽しさを教えてくださいます（右写真）。
●好きなこと、休日にしていることを教えてください（趣味や特技等なんでも構いません）。
休日は妻と娘と近所を散歩しながら、自然の面白さ
や不思議さについて考えています。地域の学校への出前授業や大学での講義の話題にもなります。

藤嶋昭先生（中央）と、濱田健吾研究員（左）と、光触媒ミュージアムで論文および国際学会発表実績（受賞歴も含む）
1. "Electrolytic ozone generation at Pt nano-sponge electrode prepared by multiple electrostrike
method" 33rd Topical Meeting of ISE, 2022, チリ
2. "Decomposition of Gaseous Styrene Using Photocatalyst and Ozone Treatment" Catalysts, 2022

3. " 光触媒および導電性ダイヤモンド電極の環境浄化や医療への応用に関する研究 " 2014 年度電気化学会進歩賞
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KIST EC 設 備 ナ ビ

ガスクロマトグラフ質量分析装置

いわもと

たく じ

化学技術部 上席研究員 岩本 卓治

公益財団法人 JKA による2022年度公設工業試験研究所等における機械設備拡充補助事業を受けて導入しました。
ガスクロマトグラフ質量分析装置（GCMS）はガスクロ

マトグラフ（GC）と質量分析計（MS）が一体化した分析装置です。揮発可能な有機化合物を測定するための装置になります。工業製品部材や環境試料には多くの有機化合物成分が混在していますが、これら複数の有機化合物成分を GC 部で単一成分に分離し、単離した成分の質量スペクトルを MS 部で取得することにより、どういった成分で構成されているか（定性）、その成分がどれくらいの量含まれているか（定量）を調べることができます。

〉〉〉 性能 ・ 特長
装置は多機能前処理付き GCMS とヘッドスペース GCMS

多機能前処理付き GCMSで構成され、多機能前処理には液体試料用のオートサン
プラー、固相マイクロ抽出（SPME）、サーマルディソー

プション（TD）が付属しております。試料中の有機化合物成分を有機溶媒もしくは熱で抽出して分析する場合には、それぞれ液体試料用のオートサンプラー、ヘッドス

ペース（HS）
を使用します。また、成分濃度が低い場合には SPME や TD を使用し、濃縮して分析することで、微量成分にも対応することができます。

〉〉〉 こんな分野におすすめ！
揮発する有機化合物を測定対象とすることから、自動車
関連、電子部品、化学品等の研究開発や品質管理、製品が故障した場合の原因調査等にご利用いただけます。

〉〉〉 こんなお悩みを解決！
⃝製品中に含まれる有機化合物成分の濃度管理をしたい。
⃝製品から発生するガスがどういった成分か、どれくらいの量があるのかを調べたい。
⃝室内空気環境中の VOC（揮発性有機化合物）の成分分析
をしたい。

ご相談先
化学技術部 環境安全グループ
046-236-1500/e̲mail̲consul/
https://www.kistec-biz.jp/e̲mail̲consul/

ヘッドスペース GCMS

基本データ
ガスクロマトグラフ質量分析装置
機器名称 （多機能前処理付き GCMS, ヘッドスペー
ス GCMS）
型

式

GCMS-QP2020 NX, AOC-6000Plus

メーカー （株）島津製作所
サ イ ズ

導入年度

多機能前処理付き GCMS：1800mm × 900mm
× 1250mm,
ヘ ッ ド ス ペ ー ス GCMS：1400mm × 800mm
× 850mm2022 年度

利用料金
試験計測や技術開発受託でご利用いただけます。試験条
件により料金は異なりますので、詳細は担当者までご相談ください。

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KISTEC NEWS Vol.23

技術部紹 介EMC 試験・高周波測定・電磁界シミュレーションで
5G 等の最新無線技術開発を支援します
電子技術部

副部長 兼 企画部 DX・ローカル 5G 担当課長

5G
（第 5 世代移動通信システム）
等の最新無線通信シ

ステムはマイクロ波やミリ波といった周波数 1GHz 以l EMI測定l イミュニティ試験
l 電波法試験（微弱無線）

上の電波を利用し、高速・大容量の無線データ通信が

すが ま

ひであき

菅間 秀晃

u 技術相談u 依頼試験&受託研究
u 共同研究&人材育成① EMC試験可能となり、高度な IoT システムへの応用が期待されています。そして、そこで使用される電子材料、電子部品、電子機器等は、マイクロ波・ミリ波帯域での電磁波特性評価が必須となっています。

電子技術部では、電磁環境グループを中心に、①電波暗室でのマイクロ波帯の EMC 試験（EMI 測定と放射電磁界イミュニティ試験）、②ネットワークアナライザ③ 電磁界
シミュレーション② 高周波測定ll
ll

高速伝送測定（Sパラ、TDR、アイパターン）
材料定数測定（誘電率、透磁率）
電波吸収率・電磁波シールド効果測定
アンテナ指向性測定

l CST STUDIO SUITE （有限積分法、有限要素法）
EMC、アンテナ、プリント配線板、
電波吸収・シールド材などの解析

l RapLab（レイトレース法）

屋内・屋外の大規模空間解析を用いた電子材料のマイクロ波帯・ミリ波帯（67GHz図1まで）での誘電率・透磁率測定や電磁波吸収率・シール

5G関連の電磁波評価⽀援体制

ド効果などの特性評価および電子回路基板配線等の高速伝送特性測定、③電磁界シミュレータを活用した電磁界解析、による三位一体でものづくり技術支援を実施しています。シミュレーションのモデリングに必要な電子材料の誘電率や透磁率は実測値を使用することも可能です。さらに、シミュレーション結果を基に試作したアンテナの特性を電波暗室で確認することも可能です。

企画部経営戦略課では、ローカル 5G（Sub6 帯）の無線局免許を取得して、図書室等の実証スペースにおいて企業や大学とローカル 5G を利用した IoT システムやオープンソースを活⽤した
電波計測システムの開発

ロボットの動作検証、ローカル 5G の電波伝搬特性評価などの共同研究を実施しています。オープンソース

レイトレー
ローカル5G（Raspberry Pi、Arduino、Python、ソフトウェア無線（SDR）など）を活用した電波計測システムの開発、レイトレース法によるローカル 5G の電波伝搬解析などを実施し、研究成果を学会等で発表しています。

図2

ローカル5Gを中⼼とした次世代無線通信システムのKISTEC では、ローカル 5G 等の実証スペース提供やEMC 試験・高周波測定・電磁界シミュレーションによる測定・解析技術によって DX 支援を実施しています
ので、お気軽にお問い合わせください。

電子技術部 電磁環境グループ /企画部 経営戦略課 新事業戦略グループ
046-236-1500
https://www.kistec-biz.jp/e̲mail̲consul/
オープンソースを活⽤した
電波計測システムの開発

図2

レイトレース法による
ローカル5Gの電波伝搬解析

ローカル5Gを中⼼とした次世代無線通信システムの実証スペース
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KISTEC INFORMATIONKISTEC 研修・教育講座のご案内
企業の研究者・技術者等を対象とし、学習効果を高める工夫をこらしたオンライン講座や少人数での対面講座を開催しています。
1

よくわかる環境 ISO 講座

令和 5 年 4 月 21 日（金）全 1 日間オンライン

2

ISO14001 内部監査員養成講座

令和 5 年 5 月 22 日（月）、23 日（火） 全 2 日間

オンライン

3

よくわかる品質 ISO 講座

令和 5 年 5 月 31 日（水）全 1 日間オンライン

4

ISO9001 内部監査員養成講座

令和 5 年 6 月 27 日（火）、28 日（水） 全 2 日間

オンライン

5

EMC 入門セミナー

令和 5 年 5 月 25 日（木）、26 日（金） 全 2 日間

オンライン

6

EMC「電波吸収体・シールド技術」セミナー

令和 5 年 6 月 5 日（月）～ 26 日（月） 全 4 日間

オンライン

人材育成部

産業人材研修グループ

046-236-1500※やむを得ない事情により、日程・内容等の変更や中止をする場合があります。詳細は HP をご覧ください。

安井 学 上席研究員が、学会フォトコンテストで優秀賞受賞！
題目「小さな小さな枝豆です」

KISTEC の電子技術部に所属する安井 学 上席研究員が、2022 年 11月に開催されました第 39 回「センサ・マイクロマシンと応用システム」
シンポジウム Future Technologies From TOKUSHIMA 2022 フォトコ
ンテスト
「ナノ部門」
において、優秀賞を受賞しました。

本フォトコンテストは、研究分野の異なる研究者や、MEMS、微細加工等を知らない一般の方が興味を持ちそうな写真の募集がなされ、作品が掲示されることにより、研究分野の異なる研究者間交流や一般の方への広報活動の一環として企画され、今回は、従来のミリ部門・マイクロ部門・ナノ部門のスケールごとの 3 部門に CG／動画部門等が加わった
全 37 作品の応募があり、本受賞に至りました。

KISTEC の取り組みへ感謝状
KISTEC が取り組む「シラス（白色砂質堆積物）の分析にかかる公設試の技能向上」
について、
産業技術連携推進会議より感謝状を授与されました。

産業技術連携推進会議の知的基盤部会の分

析分科会において、KISTEC 化学技術部の研究員が、安価で機能性に優れた天然資源として注目されているシラスの強熱減量、SiO2、
Al2O3、CaO、MgO を共同で分析しました。

分析技術に関するノウハウの共有により、分析技能の向上や技術の伝承、地域でのものづくりの安定性や高度化の下支え、国内製造
工業製品の品質維持への貢献、地域企業製品の産業競争力の向上への貢献が期待されます。

（左）優秀賞を受賞した画像 （右）賞状©2022 Kanagawa Institute of Industrial Science and Technology

Vol.232023 年 3 月発行■住所変更・送付停止のご連絡先
企画部 情報戦略課連携広報グループ
TEL：046-236-1500 E-mail：renkei_koho@kistec.jp

感謝状

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技術相談（無料）をご利用ください。
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県内4拠点 海老名本部、溝の口支所、殿町支所、
横浜相談窓口（よこはまブランチ）
https://www.kistec.jp/aboutus/access/

KISTEC YouTube公式チャンネルもご覧下さい。
https://www.youtube.com/@KISTEC_official/featured
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